JP2004257968A

JP2004257968A - 移動体位置測定用測角装置

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Publication number: JP2004257968A
Application number: JP2003051325A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Miyamoto; 仁史宮本; Susumu Fujieda; 進藤枝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】入射した複数の電波が相関電波でも非相関電波でも、少ない計算量で到来角度を推定することが可能であり、簡単な構成を備えており、しかも相関電波の真の到来角度を判別することが可能な移動体位置測定用測角装置を得る。
【解決手段】電波識別部４は複数の入射電波が相関電波であるか無相関電波であるかを識別する。無相関電波については第１の到来角度推定部５が複数の入射電波の到来角度を推定する。相関電波については、第２の到来角度推定部６が各入射電波の遅延時間と受信電界強度に基づいて、推定された到来角度のうち真の入射電波の到来角度を判定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の入射する電波が相関電波であるか無相関電波であるかを識別することが可能な移動体位置測定用測角装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの移動体の位置を測定するために移動体から発せられた電波の到来角度を推定する移動体位置測定用測角装置の開発が進んでいる。この種の装置のための代表的な超分解能測角アルゴリズムには、ＭＵＳＩＣ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＳｉｇｎａｌＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムがある。
【０００３】
ＭＵＳＩＣアルゴリズムの基本的な測角処理の流れは以下の通りである。まず、複数のアンテナであるアレーアンテナで同時に受信した受信信号をベクトルに置き換えて、その受信信号の共分散行列を算出し、その共分散行列の雑音空間の固有値を算出し、その雑音空間の固有値分布からそれぞれの固有値に対応する固有ベクトルを求める。さらに、雑音成分の固有ベクトルに直交する方向ベクトル（ステアリングベクトル）に評価関数を適用して方位スペクトルを得て、方位スペクトルのピークを検出することにより、アレーアンテナに入射する電波の到来角度を求めることができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、単なるアレーアンテナでの超分解能測角アルゴリズムでは、マルチパス環境でのように入射波が互いに強い相関性をもった信号は分離測角できない。例えば、都市部や山間部等の電波反射体が多い場所を高速で移動する移動体から発信された電波は、建物や地面など電波の反射が強く影響するために、マルチパスを通過してアレーアンテナに到達する。従って、一つの発信源に起因する同一周波数で同一位相のコヒーレントな（相関する）電波がアレーアンテナを構成する複数のアンテナに入射する。上記の基本的なＭＵＳＩＣアルゴリズムは、入射信号が互いに無相関で入射信号共分散行列はフルランクであることを前提に成り立っているために、相関電波については精確な測角が不可能である。ほかに基本的な超分解能測角アルゴリズムには、ＥＳＰＲＩＴ（ＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆＳｉｇｎａｌＰａｒａｍｅｔｅｒｓｖｉａＲｏｔａｔｉｏｎａｌＩｎｖａｒｉａｎｃｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）もあるが、同様の問題がある。
【０００５】
そこで、例えば空間平均法（空間スムージング）等のアルゴリズムをＭＵＳＩＣアルゴリズムのような超分解能測角アルゴリズムの前に実行する技術が提案されており、この技術によれば、相関電波の分離測角を行うことが可能となることが知られている（例えば、非特許文献２参照）。
さらに、ＭＵＳＩＣアルゴリズムと同様の超分解能測角アルゴリズムの信号処理において、仮想的な入射信号を受信した相関電波に加え、仮想入射波の到来角が実入射波の到来角と一致したときに受信信号共分散行列の固有値が変化することを利用して到来角度を推定するアルゴリズムが提案されている。この仮想入射波付加アルゴリズムでも相関電波の分離測角が可能なことが報告されている（例えば、非特許文献３参照）。
さらにまた、上記の仮想入射波を加える超分解能測角アルゴリズムと段階的補間超分解能測角アルゴリズムを組合わせて、相関電波の分離測角が可能となることも報告されている（例えば、非特許文献４参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
小川恭孝、外３名，「ＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いた波源推定と電磁波回路測定」，電子情報通信学会技術研究報告ＡＰ８８−９３，社団法人電子情報通信学会，１９８８年，ｐ．１１−１８
【非特許文献２】
草場克也、外２名，「空間スムージング後にビーム形成するＭＵＳＩＣ測角法」，電子情報通信学会技術研究報告ＡＰ２００２−２９，社団法人電子情報通信学会，２００２年５月
【非特許文献３】
岡村敦、外１名，「仮想入射波付加によるコヒーレント波の超分解能測角法，電子情報通信学会技術研究報告ＡＰ９９−１７０，社団法人電子情報通信学会，２０００年１月，ｐ．２３−３０
【非特許文献４】
畝田道雄、外２名，「ＡＶＷ法と段階的補間ＭＵＳＩＣ法を組合わせた不等間隔リニアアレーによるコヒーレント波の到来方向推定」，電子情報通信学会論文誌Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｂ，Ｎｏ．１２，社団法人電子情報通信学会，２００１年１２月），ｐ．２３４２−２３５０
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように空間スムージングの前処理や仮想入射波の付加処理等により、相関電波がアレーアンテナに入射した場合でも、共分散行列の固有値と固有ベクトルと方位スペクトルを用いた超分解能アルゴリズムは実行することが可能である。しかし、これらの装置では、相関電波も無相関電波も同じアルゴリズムで処理されることにより計算量が膨大になる。仮想入射波付加アルゴリズムでは、仮想入射波が加わることによる多次元サーチにより、さらに計算量が膨大になる上、仮想入射波を付加する要素が加わることにより装置が複雑になる。また、これらの装置では、相関電波の分離測角は可能であるがその中での真の到来角度（移動体の真の位置からの電波の到来角度）を精確に見つけることができないなどの課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、入射した複数の電波が相関電波でも非相関電波でも、少ない計算量で到来角度を推定することが可能であり、簡単な構成を備えており、しかも相関電波の真の到来角度を判別することが可能な移動体位置測定用測角装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る移動体位置測定用測角装置は、複数の入射電波を受信することが可能なアレーアンテナ部と、アレーアンテナ部の受信電界強度を計測する電界強度計測部と、アレーアンテナ部で受信した電波波形を示すアナログ信号をサンプリングして複数のデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、複数のデジタル信号に基づいて、複数の入射電波が相関電波であるか無相関電波であるかを識別する電波識別部と、電波識別部で無相関電波であると識別された入射電波に由来する複数のデジタル信号に基づいて、複数の入射電波の到来角度を推定する第１の到来角度推定部と、電波識別部で相関電波であると識別された入射電波に由来する複数のデジタル信号に基づいて、各入射電波の到来角度と遅延時間を推定し、推定された遅延時間と電界強度計測部で計測された受信電界強度に基づいて、推定された到来角度のうち真の入射電波の到来角度を判定する第２の到来角度推定部とを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る移動体位置測定用測角装置の構成を示すブロック図である。この移動体位置測定用測角装置は、複数のアンテナ素子１_１〜１_Ｍを有するアレーアンテナ部１と、アンテナ素子１_１〜１_Ｍの受信電界強度を計測する複数の電界強度計測部２_１〜２_Ｍと、アンテナ素子１_１〜１_Ｍの受信した波形を示すアナログ信号をデジタル信号に変換する複数のアナログ／デジタル変換部３_１〜３_Ｍと、入射電波が相関電波であるか無相関電波であるかを識別する電波識別部４と、無相関電波に由来する複数のデジタル信号に基づいて、複数の入射電波の到来角度を推定する第１の到来角度推定部５と、相関電波に由来する複数のデジタル信号に基づいて、真の入射電波の到来角度を判定する第２の到来角度推定部６を備える。
【００１１】
第１の到来角度推定部５は、無相関電波信号処理部７、第１の波数推定部を兼ねた無相関固有構造解析部８、および無相関スペクトラム計算部（第１のスペクトラム計算部）９を備える。第２の到来角度推定部６は、相関信号分離部１０、相関電波信号処理部１１、第２の波数推定部を兼ねた相関固有構造解析部１２、相関スペクトラム計算部（第２のスペクトラム計算部、遅延時間推定部）１３、および相関受信電波到来角度判定部１４を備える。これらの構成要素のうち、電波識別部４、無相関電波信号処理部７、無相関固有構造解析部８、無相関スペクトラム計算部９、相関信号分離部１０、相関電波信号処理部１１、相関固有構造解析部１２、相関スペクトラム計算部１３、および相関受信電波到来角度判定部１４は、プログラムに従ってコンピュータの中央演算処理装置が行う動作のモジュールを表しており、これらは実際には一体として中央演算処理装置を構成する。
【００１２】
次に、図１および図２を参照しながら、この移動体位置測定用測角装置の動作を説明する。アレーアンテナ部１のアンテナ素子１_１〜１_Ｍの各々は、到来する複数の電波ｓ_１〜ｓ_ｋを受信する。電界強度計測部２_１〜２_Ｍは、対応するアンテナ素子１_１〜１_Ｍの受信電界強度を個別に計測する（ステップＳＴ１１）。電界強度計測部２_１〜２_Ｍの各々は、受信電界強度の計測結果を一定時間サンプリングし、サンプリングした計測結果をデジタル信号に変換し、この結果得られた受信電界強度デジタル信号を第２の到来角度推定部６の相関受信電波到来角度判定部１４に供給する。
【００１３】
アナログ／デジタル変換部３_１〜３_Ｍは、対応するアンテナ素子１_１〜１_Ｍで受信した電波波形を示すアナログ信号を一定時間サンプリングし、サンプリングしたアナログ信号をさらに波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍに変換する（ステップＳＴ１２）。電波識別部４は、アナログ／デジタル変換部３_１〜３_Ｍから出力された複数の波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍに基づいて、複数の入射電波ｓ_１〜ｓ_ｋが相関電波であるか無相関電波であるかを識別する（ステップＳＴ１３）。この移動体位置測定用測角装置では、電波識別部４の識別結果に応じて、その後の処理の内容が異なる。
【００１４】
電波識別部４で無相関電波であると識別された場合には、入射電波ｓ_１〜ｓ_ｋに由来する波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍは、第１の到来角度推定部５の無相関電波信号処理部７に供給される。第１の到来角度推定部５は、波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍに基づいて、複数の入射電波ｓ_１〜ｓ_ｋの到来角度を推定する。
【００１５】
第１の到来角度推定部５では、まず無相関電波信号処理部７は、電波識別部４で無相関電波であると識別された入射電波ｓ_１〜ｓ_ｋに由来する波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍに基づいて無相関受信電波共分散行列を生成する（ステップＳＴ１４）。無相関固有構造解析部８は、無相関電波信号処理部７で生成された無相関受信電波共分散行列の複数の固有値を算出する。ここで算出される固有値には、信号成分の固有値と雑音成分の固有値があるが、さらに無相関固有構造解析部８は、第１の波数推定部として機能し、信号成分の固有値と雑音成分の固有値とを識別して入射電波数を推定する（ステップＳＴ１５）。
【００１６】
無相関スペクトラム計算部９は、無相関固有構造解析部８で識別された雑音成分の固有値に対応する雑音成分の固有ベクトルを得て、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を適用して、無相関固有構造解析部８で推定された波数の入射電波の各々の到来角度を推定する（ステップＳＴ１６）。推定された波数および到来角度は、図示しない要素に通知され、その後の移動体位置測定の処理または管理者のための表示処理に使用される。
【００１７】
電波識別部４で相関電波であると識別された場合には、入射電波ｓ_１〜ｓ_ｋに由来する波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍは、第２の到来角度推定部６の相関信号分離部１０に供給される。第２の到来角度推定部６は、波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍに基づいて、複数の入射電波ｓ_１〜ｓ_ｋの到来角度と遅延時間を推定し、推定された遅延時間と電界強度計測部２_１〜２_Ｍで計測された受信電界強度に基づいて、推定された到来角度のうち真の入射電波の到来角度（移動体の真の位置からの電波の到来角度）を判定する。
【００１８】
第２の到来角度推定部６では、まず相関信号分離部１０は、電波識別部４で相関電波であると識別された入射電波ｓ_１〜ｓ_ｋに由来する複数の波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍの少なくとも一つを他の周波数を持つデジタル信号に変換して、これらの波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍの相関性を乱す。すなわち相関信号を分離する（ステップＳＴ１７）。相関電波受信信号処理部１１は、相関信号分離部１０で相関性が乱された波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍに基づいて、複数の入射電波ｓ_１〜ｓ_ｋの到来角度に関する到来角度無相関共分散行列を生成する（ステップＳＴ１８）。また、相関電波信号処理部１１は、相関性が乱された波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍに基づいて、複数の入射電波ｓ_１〜ｓ_ｋの遅延時間に関する遅延時間無相関共分散行列を生成する（ステップＳＴ１９）。
【００１９】
相関固有構造解析部１２は、相関電波受信信号処理部１１で生成された到来角度無相関共分散行列の複数の固有値を算出する。ここで算出される固有値には、到来角度信号成分の固有値と到来角度雑音成分の固有値があるが、さらに相関固有構造解析部１２は、第２の波数推定部として機能し、到来角度信号成分の固有値と到来角度雑音成分の固有値とを識別して入射電波数を推定する（ステップＳＴ２０）。また、相関固有構造解析部１２は、相関電波信号処理部１１で生成された遅延時間無相関共分散行列の複数の固有値を算出する。ここで算出される固有値にも、遅延時間信号成分の固有値と遅延時間雑音成分の固有値がある（ステップＳＴ２１）。
【００２０】
相関スペクトラム計算部１３は、相関固有構造解析部１２で識別された到来角度雑音成分の固有値に対応する到来角度雑音成分の固有ベクトルを得て、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を適用して、相関固有構造解析部１２で推定された波数の入射電波の各々の到来角度を推定する（ステップＳＴ２２）。また、相関スペクトラム計算部１３は、遅延時間推定部として機能し、相関固有構造解析部１２で算出された上記遅延時間無相関共分散行列の複数の固有値から遅延時間雑音成分の固有値を得て、遅延時間雑音成分の固有値に対応する遅延時間雑音成分の固有ベクトルを得て、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を適用して、相関固有構造解析部１２で推定された波数の入射電波の各々の遅延時間を推定する（ステップＳＴ２３）。
【００２１】
相関受信電波到来角度判定部１４は、相関スペクトラム計算部１３で推定された遅延時間と電界強度計測部２_１〜２_Ｍで計測された受信電界強度に基づいて、相関スペクトラム計算部１３で推定された到来角度のうち真の入射電波の到来角度を判定する（ステップＳＴ２４）。判定された真の到来角度は、図示しない要素に通知され、その後の移動体位置測定の処理または管理者のための表示処理に使用される。
【００２２】
次に図３を参照しながら、電波識別部４における電波識別処理（図２のステップＳＴ１３）の詳細を説明する。電波識別部４は、アナログ／デジタル変換部３_１〜３_Ｍから供給された複数の波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍから入射信号共分散行列Ｒ_ｓを生成し（ステップＳＴ２５）、入射信号共分散行列Ｒ_ｓの階数ｒａｎｋ（Ｒ_ｓ）を算出し（ステップＳＴ２６）、この階数から複数の入射電波ｓ_１〜ｓ_ｋが相関電波であるか無相関電波であるかを判定する。すなわち相関性を判定する（ステップＳＴ２７）。
【００２３】
入射信号共分散行列Ｒ_ｓは、次式に従って求められる。
Ｒ_ｓ＝＜ｘ（ｉ）ｘ（ｉ）^Ｈ＞
ここで、（ｉ）はサンプリング時間内の信号の任意の順序数、ｘ（ｉ）は順序数（ｉ）の波形デジタル信号ｘ_１（ｉ）〜ｘ_Ｍ（ｉ）により定まる入射信号ベクトル、添え字Ｈは複素共役転置（エルミート共役）、記号＜＞は時間平均操作（アンサンブル平均）を表す。より具体的には、入射信号ベクトルｘ（ｉ）は次式のように表現される。
ｘ（ｉ）＝［ｘ_１（ｉ），ｘ_２（ｉ）．．．ｘ_Ｍ（ｉ）］^Ｔ
ここで、添え字Ｔは転置を表す。
【００２４】
電波識別部４は、共分散行列の階数ｒａｎｋ（Ｒ_ｓ）が１に等しければ電波ｓ_１〜ｓ_ｋは相関電波であると判定し、それ以外であれば入射電波ｓ_１〜ｓ_ｋは無相関電波であると判定する（ステップＳＴ２７）。このように入射電波が相関であるか無相関であるかの判定が可能となるため、その後の処理の内容を入射電波の種類に応じて選択することができる。従って、入射した複数の電波が相関電波でも非相関電波でも、簡単な装置構成の下、少ない計算量で到来角度を推定することが可能である。
【００２５】
次に図４を参照しながら、無相関電波信号処理部７における共分散行列生成処理（図２のステップＳＴ１４）の詳細を説明する。
無相関電波信号処理部７は、入力される波形デジタル信号ｘ_１（ｉ）〜ｘ_Ｍ（ｉ）の平均μを次式に従って算出する（ステップＳＴ２８）。
【数１】

【００２６】
次に、平均μを使用して標本分散Ｖを次式に従って算出する（ステップＳＴ２９）。
【数２】

【００２７】
さらに、標本分散Ｖの平方根である波形デジタル信号ｘ_１（ｉ）〜ｘ_Ｍ（ｉ）の偏差ＳＤを求める（ステップＳＴ３０）。次に、次式に従って受信電波信号ｘ’_１（ｉ）〜ｘ’_Ｍ（ｉ）を生成する（ステップＳＴ３１）。
ｘ’_ｎ（ｉ）＝ｘ_ｎ（ｉ）−ＳＤ
ただし、添え字ｎは１からＭまでの変数である。つまり、波形デジタル信号ｘ_１（ｉ）〜ｘ_Ｍ（ｉ）の各々から標準偏差ＳＤを減ずることにより、個々の受信電波信号ｘ’_１（ｉ）〜ｘ’_Ｍ（ｉ）を得る。
【００２８】
そして、これらの受信電波信号ｘ’_１（ｉ）〜ｘ’_Ｍ（ｉ）から無相関受信電波共分散行列Ｒ’_ｓを次式に従って生成する（ステップＳＴ３２）。
Ｒ’_ｓ＝ｘ’（ｉ）ｘ’（ｉ）^Ｈ
ここで、ｘ’（ｉ）は受信電波信号ベクトルであり、次式のように表現される。
ｘ’（ｉ）＝［ｘ’_１（ｉ），ｘ’_２（ｉ）．．．ｘ’_Ｍ（ｉ）］^Ｔ
【００２９】
入射信号共分散行列Ｒ_ｓの生成と異なり、無相関受信電波共分散行列Ｒ’_ｓの生成では、時間平均操作を行わない。その代わりに、無相関電波信号処理部７は、共分散行列の生成の前に波形デジタル信号ｘ_１（ｉ）〜ｘ_Ｍ（ｉ）の各々から標準偏差ＳＤを誤差として減ずることにより、無相関受信電波共分散行列Ｒ’_ｓに含まれる誤差を低減することができ、従来よりも共分散行列から固有値をより精確に算出することができ、測角誤差を押えることが可能である。
【００３０】
次に図５を参照しながら、無相関固有構造解析部８における固有値・入射電波数算出処理（図２のステップＳＴ１５）の詳細を説明する。無相関スペクトラム計算部９は、入力される無相関電波共分散行列から複数の固有値λ_１〜λ_Ｍを算出し、固有値λ_１〜λ_Ｍに基づいて雑音空間に対応する固有値σ^２を次式に従って算出する（ステップＳＴ３３）。
【数３】

【００３１】
つまり、この実施の形態では、これらの固有値λ_１〜λ_Ｍの平均を雑音空間に対応する固有値σ^２と考える。そして、これらの固有値λ_１〜λ_Ｍの各々を雑音空間に対応する固有値σ^２と比較することにより信号成分の固有値と雑音成分の固有値とを識別する（ステップＳＴ３４）。具体的には、雑音空間に対応する固有値σ^２よりも大きい固有値を信号成分の固有値であると判断し、それ以外を雑音成分の固有値であると判断する。次に、信号成分の固有値の数を入射電波数であると推定する（ステップＳＴ３５）。
【００３２】
図６（ａ）および図６（ｂ）を参照しながら、この実施の形態による固有値・入射電波数算出処理の効果を述べる。図６（ａ）および図６（ｂ）は、同一の無相関電波共分散行列から得られた固有値λ_１〜λ_Ｍを示す。しかし、図６（ａ）に例示されるように従来技術に従って、雑音空間に対応する固有値σ^２として最小の固有値λ_ｍｉｎ（すなわちλ_Ｍ）を使用した場合には、実際の入射電波数が３であっても、５つの固有値λ_１，λ_２，λ_３，λ_Ｋ＋１，λ_Ｋ＋２を信号成分の固有値とし、入射電波数を５であると認識することがある。
【００３３】
これに対して、図６（ｂ）に例示されるように実施の形態に従って、雑音空間に対応する固有値σ^２として固有値λ_１〜λ_Ｍの平均を使用した場合には、実際の入射電波数が３である場合に、３つの固有値λ_１，λ_２，λ_３を信号成分の固有値とし、入射電波数を３であると正しく認識することができる。なお、固有値λ_１〜λ_Ｍはアンテナ素子１_１〜１_Ｍの個数Ｍ分の数あるが、図６（ａ）および図６（ｂ）から理解されるように、固有値λの添え字は、アンテナ素子の番号と対応するのではなく、大きさの順序を示す。また添え字Ｋは実際の入射電波数を示す。以上のように、無相関電波共分散行列から得られた固有値を平均化して、信号成分と雑音成分を識別することにより、入射電波数を算出する際の雑音の揺らぎによる影響を低減することができ、信号対雑音比が低い場合でも高精度で測角できる。
【００３４】
次に図７を参照しながら、無相関スペクトラム計算部９における到来角度推定処理（図２のステップＳＴ１６）の詳細を説明する。無相関スペクトラム計算部９は、まず無相関固有構造解析部８で識別された雑音成分の固有値に対応する雑音成分の固有ベクトルを例えばパワー法のような公知の手法で算出する（ステップＳＴ３６Ａ）。次に、無相関スペクトラム計算部９は、粗い角間隔で第１回目の全方位の方位スペクトル算出を行う（ステップＳＴ３６Ｂ）。具体的には、雑音成分の固有ベクトルに基づいて、適切な方向ベクトル（第１のステアリングベクトル）が存在する可能性のある全方位である１８０°にわたって一定の角間隔（例えば１０°）をおき複数の方向ベクトルを算出する。方向ベクトルは雑音成分の固有ベクトルと直交する。次に、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数Ｐ_{ＭＵＳＩＣ}をそれらの方向ベクトルに適用する。適用結果である評価関数Ｐ_{ＭＵＳＩＣ}は方位スペクトルとして認識することができる。
【００３５】
次に、適用結果である評価関数Ｐ_{ＭＵＳＩＣ}のピークを検出し、ピークが検出された方向をおおまかな到来方向として特定する（ステップＳＴ３７）。このようにして、図８の左部分に示すように、入射電波数の数に応じた数（例えば２）のおおまかな電波到来方向４８の範囲を特定する。
【００３６】
その後、上記処理にて導出したピークに対応する電波到来方向４８の範囲を指定して（ステップＳＴ３８）、適用角度範囲を狭め、より小さい角間隔で方位スペクトルを算出する（ステップＳＴ３９）。すなわち、雑音成分の固有ベクトルに基づいて、一定の角間隔（例えば１°）をおき複数の方向ベクトルを算出し、再びＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数Ｐ_{ＭＵＳＩＣ}をそれらの方向ベクトルに適用する。
【００３７】
次に、上記と同様に、評価関数Ｐ_{ＭＵＳＩＣ}のピークを検出し、ピークが検出された方向を詳細な到来方向として特定する（ステップＳＴ４０）。このようにして、図８の右部分に示すように、詳細な電波到来方向４８の範囲を特定する。詳細な到来角度の算出のための方位スペクトルの算出およびピークの検出は、入射電波数の数に応じた数だけ行われる。
【００３８】
次に、このような詳細な到来角度の算出により求められる到来角度の精度を判定し（ステップＳＴ４１）、所定の精度を満たしていれば、この到来角度推定処理は終了し、それ以外の場合には、この処理はステップＳＴ３８に戻り、再び範囲を指定して適用角度範囲を狭め（例えば０．１°の角間隔にする）、より詳細な到来角度を算出する。このようにして、所定の精度に達するまで到来角度の算出を繰り返す。このようにして、当初は粗い角間隔で方位の検索を行い、徐々に検索範囲を狭め、より詳細に方位を検索することにより、到来角度を算出するための計算量を削減できる。
【００３９】
次に図９を参照しながら、相関信号分離部１０における相関分離処理（図２のステップＳＴ１７）の詳細を説明する。相関信号分離部１０には、電波識別部４で相関電波であると識別された入射電波に由来する複数の波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍが入力される。相関信号分離部１０は、波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍの各々を周波数掃引方式で逆高速フーリエ変換することによりこれらの波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍの各々の波形を示すレンジプロファイルを生成する（ステップＳＴ４２）。次に、生成したレンジプロファイルのピーク時期を検索し（ステップＳＴ４３）、ピーク時期の相違である遅延時間を算出する（ステップＳＴ４４）。さらに、相関信号分離部１０は、この遅延時間を係数として波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍの少なくとも一つについて周波数に乗算することにより、この波形デジタル信号の周波数を変更する。例えば遅延時間が１．２μｓであるのなら、係数として１．２を使用する。
【００４０】
このようにして、少なくとも一つの波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍの周波数を変換することにより、簡単な装置構成の下で相関電波に由来する波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍの相関性を乱すことができ、その後の処理による高精度な分離測角に貢献できる。
【００４１】
次に、相関電波信号処理部１１における到来角度無相関共分散行列の生成処理（図２のステップＳＴ１７）の詳細を説明する。相関電波信号処理部１１は、相関信号分離部１０で相関性が乱された波形デジタル信号ｘ_１（ｉ）〜ｘ_Ｍ（ｉ）に仮想的な方向ベクトル（方向に関するステアリングベクトル）を乗算することにより複数の到来角度無相関デジタル信号ｙ_１（ｉ）〜ｙ_Ｍ（ｉ）を算出する。この後、上述の無相関電波信号処理部７における共分散行列生成処理と同様に、複数の到来角度無相関デジタル信号ｙ_１（ｉ）〜ｙ_Ｍ（ｉ）の標準偏差を算出し、到来角度無相関デジタル信号ｙ_１（ｉ）〜ｙ_Ｍ（ｉ）の各々から標準偏差を減算することにより複数の到来角度無相関受信電波信号ｙ’_１（ｉ）〜ｙ’_Ｍ（ｉ）を生成する。次に、複数の到来角度無相関受信電波信号ｙ’_１（ｉ）〜ｙ’_Ｍ（ｉ）に基づいて到来角度無相関共分散行列を生成する。このように到来角度無相関デジタル信号ｙ_１（ｉ）〜ｙ_Ｍ（ｉ）の各々から標準偏差を誤差として減ずることにより、到来角度無相関共分散行列に含まれる誤差を低減することができ、共分散行列から固有値を精確に算出することができ、測角誤差を押えることが可能である。
【００４２】
次に、相関電波信号処理部１１における遅延時間無相関共分散行列の生成処理（図２のステップＳＴ１９）の詳細を説明する。相関電波信号処理部１１は、相関信号分離部１０で相関性が乱された波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍに仮想的な遅延時間ベクトル（遅延時間に関するステアリングベクトル）を乗算することにより複数の遅延時間無相関デジタル信号ｚ_１（ｉ）〜ｚ_Ｍ（ｉ）を算出する。この後、上述の無相関電波信号処理部７における共分散行列生成処理と同様に、複数の遅延時間無相関デジタル信号ｚ_１（ｉ）〜ｚ_Ｍ（ｉ）の標準偏差を算出し、遅延時間無相関デジタル信号ｚ_１（ｉ）〜ｚ_Ｍ（ｉ）の各々から標準偏差を減算することにより複数の遅延時間無相関受信電波信号ｚ’_１（ｉ）〜ｚ’_Ｍ（ｉ）を生成する。次に、複数の遅延時間無相関受信電波信号ｚ’_１（ｉ）〜ｚ’_Ｍ（ｉ）に基づいて遅延時間無相関共分散行列を生成する。このように遅延時間無相関デジタル信号ｚ_１（ｉ）〜ｚ_Ｍ（ｉ）の各々から標準偏差を誤差として減ずることにより、遅延時間無相関共分散行列に含まれる誤差を低減することができ、共分散行列から固有値を精確に算出することができ、測角誤差を押えることが可能である。
【００４３】
次に、相関固有構造解析部１２における到来角度に関する固有値・入射電波数算出処理（図２のステップＳＴ２０）の詳細を説明する。相関固有構造解析部１２は、無相関固有構造解析部８における固有値・入射電波数算出処理と同様に、入力される到来角度無相関共分散行列から複数の固有値を算出し、これらの固有値の平均を雑音空間に対応する固有値として、固有値の各々と比較することにより到来角度信号成分の固有値と到来角度雑音成分の固有値とを識別する。具体的には、雑音空間に対応する固有値よりも大きい固有値を到来角度信号成分の固有値であると判断し、それ以外を到来角度雑音成分の固有値であると判断する。次に、到来角度信号成分の固有値の数を入射電波数であると推定する。このように、到来角度無相関共分散行列から得られた固有値を平均化して、到来角度信号成分と到来角度雑音成分を識別することにより、入射電波数を算出する際の雑音の揺らぎによる影響を低減することができ、信号対雑音比が低い場合でも高精度で測角できる。
【００４４】
次に、相関スペクトラム計算部１３における到来角度推定処理（図２のステップＳＴ２２）の詳細を説明する。無相関スペクトラム計算部９における到来角度推定処理と同様に、相関スペクトラム計算部１３は、相関固有構造解析部１２で識別された雑音成分の固有値に対応する雑音成分の固有ベクトルを例えばパワー法のような公知の手法で算出し、次に粗い角間隔で第１回目の全方位の方位スペクトル算出を行う。具体的には、雑音成分の固有ベクトルに基づいて、適切な方向ベクトル（第２のステアリングベクトル）が存在する可能性のある全方位である１８０°にわたって一定の角間隔（例えば１０°）をおき複数の方向ベクトルを算出する。次に、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数Ｐ_{ＭＵＳＩＣ}をそれらの方向ベクトルに適用する。適用結果である評価関数Ｐ_{ＭＵＳＩＣ}は方位スペクトルとして認識することができる。次に、適用結果である評価関数Ｐ_{ＭＵＳＩＣ}のピークを検出し、ピークが検出された方向をおおまかな到来方向として特定する。
【００４５】
その後、上記処理にて導出したピークに対応する電波到来方向の範囲を指定して、適用角度範囲を狭め、より小さい角間隔で方位スペクトルを算出する。次に、上記と同様に、評価関数Ｐ_{ＭＵＳＩＣ}のピークを検出し、ピークが検出された方向を詳細な到来方向として特定する。次に、このような詳細な到来角度の算出により求められる到来角度の精度を判定し、所定の精度に達するまで到来角度の算出を繰り返す。このようにして、複数の入射電波の各々の到来角度を推定できる。この処理でも、無相関スペクトラム計算部９における到来角度推定処理と同様に、当初は粗い角間隔で方位の検索を行い、徐々に検索範囲を狭め、より詳細に方位を検索することにより、到来角度を算出するための計算量を削減できる。
【００４６】
他方、遅延時間推定処理（図２のステップＳＴ２３）では、相関スペクトラム計算部１３は、相関固有構造解析部１２により算出された遅延時間無相関共分散行列の複数の固有値から遅延時間雑音成分の固有値を得る。例えば、すでに入射電波数は既知であるので、遅延時間無相関共分散行列の複数の固有値のうち、入射電波数分の数の大きい固有値を遅延時間信号成分の固有値、それ以外の固有値を遅延時間雑音成分の固有値とすればよい。さらに、相関スペクトラム計算部１３は、遅延時間雑音成分の固有値に対応する遅延時間雑音成分の固有ベクトルを得て、通常の一段階の手法で、遅延時間雑音成分の固有ベクトルに直交するステアリングベクトル（遅延時間ベクトル）にＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を適用して、適用結果である評価関数のピークを検出し、ピークが検出された遅延時間を遅延時間として推定する。このようにして、複数の入射電波の各々の遅延時間を推定できる。
【００４７】
次に図１０を参照しながら、相関受信電波到来角度判定部１４における真の到来角度判定処理（図２のステップＳＴ１４）の詳細を説明する。相関スペクトラム計算部１３で推定された各々の入射電波の到来角度および遅延時間が相関受信電波到来角度判定部１４に入力される。まず、相関受信電波到来角度判定部１４では、電界強度計測部２_１〜２_Ｍから供給された受信電界強度を示す受信電界強度デジタル信号と各入射電波の遅延時間に基づいて、各入射電波についての受信電界強度を算出し、各入射電波について、到来角度と遅延時間と受信電界強度を対応づける（ステップＳＴ４６）。
【００４８】
次に、相関受信電波到来角度判定部１４は、受信電界強度が最も強く、かつ最も遅延時間の早い到来角度を真の入射電波の到来角度であると判定する（ステップＳＴ４７）。このようにして、マルチパスを通じて複数到来する相関電波のうち、遅延時間と受信電界強度に基づいて真の到来角度を判定でき、短時間な計算処理により、高精度な測角が可能である。
【００４９】
以上のように、この実施の形態１によれば、電波識別部４で複数の入射電波が相関電波であるか無相関電波であるかを識別し、無相関電波については第１の到来角度推定部５で複数の入射電波の到来角度を推定し、相関電波については、第２の到来角度推定部６により、各入射電波の遅延時間と受信電界強度に基づいて、推定された到来角度のうち真の入射電波の到来角度を判定するため、入射電波が相関であるか無相関であるかの識別の後の処理の内容を入射電波の種類に応じて選択することができる。従って、入射した複数の電波が相関電波でも非相関電波でも、簡単な装置構成の下、少ない計算量で到来角度を推定することが可能であるなどの効果が得られる。
【００５０】
また、無相関電波の各々の到来角度を推定する第１の到来角度推定部５のうち、無相関電波信号処理部７は、無相関電波に由来する複数の波形デジタル信号ｘ_１（ｉ）〜ｘ_Ｍ（ｉ）の標準偏差ＳＤを算出し、複数の波形デジタル信号ｘ_１（ｉ）〜ｘ_Ｍ（ｉ）の各々から標準偏差ＳＤを減算することにより複数の受信電波信号ｘ’_１（ｉ）〜ｘ’_Ｍ（ｉ）を得て、受信電波信号ｘ’_１（ｉ）〜ｘ’_Ｍ（ｉ）に基づいて無相関受信電波共分散行列Ｒ’_ｓを生成することにより、無相関受信電波共分散行列Ｒ’_ｓに含まれる誤差を低減することができ、従来よりも共分散行列から固有値をより精確に算出することができ、測角誤差を押えることが可能である。
【００５１】
また、相関電波の各々の到来角度を推定して真の入射電波の到来角度を判定する第２の到来角度推定部６では、相関電波に由来する複数の波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍの少なくとも一つを他の周波数を持つデジタル信号に変換して、これらのデジタル信号の相関性を乱し、相関性が乱されたデジタル信号に基づいて、入射電波の各々の到来角度および遅延時間を推定するので、簡単な装置構成の下、少ない計算量で到来角度を推定することが可能であるなどの効果が得られる。
【００５２】
また、電波識別部４は、アナログ／デジタル変換部３_１〜３_Ｍから出力された複数の波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍに基づいて入射信号共分散行列Ｒ_ｓを生成し、入射信号共分散行列Ｒ_ｓの階数から複数の入射電波が相関電波であるか無相関電波であるかを識別するので、入射した複数の電波が相関電波でも非相関電波でも、簡単な装置構成の下、少ない計算量で到来角度を推定することが可能である。
【００５３】
また、第１の波数推定部として機能する無相関固有構造解析部８は、無相関受信電波共分散行列の複数の固有値の平均を算出し、これらの固有値の各々を平均と比較することにより信号成分の固有値と雑音成分の固有値とを識別し、信号成分の固有値の数を入射電波数であると推定するので、入射電波数を算出する際の雑音の揺らぎによる影響を低減することができ、信号対雑音比が低い場合でも高精度で測角できる。
【００５４】
さらに、無相関スペクトラム計算部９は、当初は粗い角間隔で方位の検索を行い、徐々に検索範囲を狭め、より詳細に方位を検索するので、到来角度を算出するための計算量を削減できる。
【００５５】
また、相関信号分離部１０は、相関電波に由来する複数の波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍの各々を周波数掃引方式で逆フーリエ変換することによりこれらのデジタル信号の各々の波形のピーク時期の相違である遅延時間を算出し、この遅延時間を係数として少なくとも一つのデジタル信号の周波数に乗算することによりこのデジタル信号の周波数を変更することにより、簡単な装置構成の下で相関電波に由来する波形デジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｍの相関性を乱すことができ、その後の処理による高精度な分離測角に貢献できる。
【００５６】
さらに、相関電波信号処理部１１は、相関信号分離部１０で相関性が乱された波形デジタル信号ｘ_１（ｉ）〜ｘ_Ｍ（ｉ）に仮想的な方向ベクトルを乗算することにより複数の到来角度無相関デジタル信号ｙ_１（ｉ）〜ｙ_Ｍ（ｉ）を算出し、複数の到来角度無相関デジタル信号ｙ_１（ｉ）〜ｙ_Ｍ（ｉ）の標準偏差を算出し、複数の到来角度無相関デジタル信号ｙ_１（ｉ）〜ｙ_Ｍ（ｉ）の各々から標準偏差を減算することにより複数の到来角度無相関受信電波信号ｙ’_１（ｉ）〜ｙ’_Ｍ（ｉ）を得て、到来角度無相関受信電波信号ｙ’_１（ｉ）〜ｙ’_Ｍ（ｉ）に基づいて到来角度無相関共分散行列を生成するので、到来角度無相関共分散行列に含まれる誤差を低減することができ、共分散行列から固有値を精確に算出することができ、測角誤差を押えることが可能である。
【００５７】
また、相関電波信号処理部１１は、相関信号分離部１０で相関性が乱されたデジタル信号ｘ_１（ｉ）〜ｘ_Ｍ（ｉ）に仮想的な遅延時間ベクトルを乗算することにより複数の遅延時間無相関デジタル信号ｚ_１（ｉ）〜ｚ_Ｍ（ｉ）を算出し、複数の遅延時間無相関デジタル信号ｚ_１（ｉ）〜ｚ_Ｍ（ｉ）の標準偏差を算出し、複数の遅延時間無相関デジタル信号ｚ_１（ｉ）〜ｚ_Ｍ（ｉ）の各々から標準偏差を減算することにより複数の遅延時間無相関受信電波信号ｚ’_１（ｉ）〜ｚ’_Ｍ（ｉ）を得て、遅延時間無相関受信電波信号に基づいて遅延時間無相関共分散行列を生成するので、遅延時間無相関共分散行列に含まれる誤差を低減することができ、共分散行列から固有値を精確に算出することができ、測角誤差を押えることが可能である。
【００５８】
また、第２の波数推定部として機能する相関固有構造解析部１２は、到来角度無相関共分散行列の複数の固有値の平均を算出し、これらの固有値の各々を平均と比較することにより到来角度信号成分の固有値と到来角度雑音成分の固有値とを識別し、到来角度信号成分の固有値の数を入射電波数であると推定するので、入射電波数を算出する際の雑音の揺らぎによる影響を低減することができ、信号対雑音比が低い場合でも高精度で測角できる。
【００５９】
さらに、相関スペクトラム計算部１３も、当初は粗い角間隔で方位の検索を行い、徐々に検索範囲を狭め、より詳細に方位を検索するので、到来角度を算出するための計算量を削減できる。
【００６０】
さらにまた、相関受信電波到来角度判定部１４は、相関スペクトラム計算部１３で推定された複数の入射電波の到来角度のうち、遅延時間が最小で、電界強度計測部２_１〜２_Ｍで計測された受信電界強度が最大である入射電波の到来角度を真の入射電波の到来角度であると判定するので、短時間な計算処理により、高精度な測角が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、電波識別部で複数の入射電波が相関電波であるか無相関電波であるかを識別し、無相関電波については第１の到来角度推定部で複数の入射電波の到来角度を推定し、相関電波については、第２の到来角度推定部により、各入射電波の遅延時間と受信電界強度に基づいて、推定された到来角度のうち真の入射電波の到来角度を判定するため、入射電波が相関であるか無相関であるかの識別の後の処理の内容を入射電波の種類に応じて選択することができる。従って、入射した複数の電波が相関電波でも非相関電波でも、簡単な装置構成の下、少ない計算量で到来角度を推定することが可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る移動体位置測定用測角装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示された移動体位置測定用測角装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１に示された移動体位置測定用測角装置の電波識別部における電波識別処理の詳細を示すフローチャートである。
【図４】図１に示された移動体位置測定用測角装置の無相関電波信号処理部における共分散行列生成処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】図１に示された移動体位置測定用測角装置の無相関固有構造解析部における固有値・入射電波数算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は従来技術による固有値・入射電波数算出処理を説明するための線図であり、（ｂ）はこの実施の形態による固有値・入射電波数算出処理を説明するための線図である。
【図７】図１に示された移動体位置測定用測角装置の無相関スペクトラム計算部における到来角度推定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態１による到来角度推定処理を視覚的に説明するための模式図である。
【図９】図１に示された移動体位置測定用測角装置の相関信号分離部における相関分離処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】図１に示された移動体位置測定用測角装置の相関受信電波到来角度判定部１４における真の到来角度判定処理の詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１アレーアンテナ部、１_１〜１_Ｍアンテナ素子、２_１〜２_Ｍ電界強度計測部、３_１〜３_Ｍアナログ／デジタル変換部、４電波識別部、５第１の到来角度推定部、６第２の到来角度推定部、７無相関電波信号処理部、８無相関固有構造解析部（第１の波数推定部）、９無相関スペクトラム計算部（第１のスペクトラム計算部）、１０相関信号分離部、１１相関電波信号処理部、１２相関固有構造解析部（第２の波数推定部）、１３相関スペクトラム計算部（第２のスペクトラム計算部、遅延時間推定部）、１４相関受信電波到来角度判定部、４８電波到来方向。

Claims

複数の入射電波を受信することが可能なアレーアンテナ部と、
上記アレーアンテナ部の受信電界強度を計測する電界強度計測部と、
上記アレーアンテナ部で受信した電波波形を示すアナログ信号をサンプリングして複数のデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、
上記複数のデジタル信号に基づいて、上記複数の入射電波が相関電波であるか無相関電波であるかを識別する電波識別部と、
上記電波識別部で無相関電波であると識別された入射電波に由来する複数の上記デジタル信号に基づいて、上記複数の入射電波の到来角度を推定する第１の到来角度推定部と、
上記電波識別部で相関電波であると識別された入射電波に由来する複数の上記デジタル信号に基づいて、各入射電波の到来角度と遅延時間を推定し、推定された遅延時間と上記電界強度計測部で計測された受信電界強度に基づいて、推定された到来角度のうち真の入射電波の到来角度を判定する第２の到来角度推定部とを備えた移動体位置測定用測角装置。
第１の到来角度推定部は、
電波識別部で無相関電波であると識別された入射電波に由来する複数のデジタル信号の標準偏差を算出し、上記複数のデジタル信号の各々から上記標準偏差を減算することにより複数の受信電波信号を得て、上記受信電波信号に基づいて無相関受信電波共分散行列を生成する無相関電波信号処理部と、
上記無相関受信電波共分散行列の複数の固有値を算出する無相関固有構造解析部と、
上記無相関受信電波共分散行列の複数の固有値から、信号成分の固有値と雑音成分の固有値とを識別して入射電波数を推定する第１の波数推定部と、
上記雑音成分の固有値に対応する雑音成分の固有ベクトルを得て、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を上記雑音成分の固有ベクトルと直交する第１のステアリングベクトルに適用して、適用結果のピークを検出することにより、上記第１の波数推定部で推定された波数の入射電波の各々の到来角度を推定する第１のスペクトラム計算部とを備えることを特徴とする請求項１記載の移動体位置測定用測角装置。
第２の到来角度推定部は、
電波識別部で相関電波であると識別された入射電波に由来する複数のデジタル信号の少なくとも一つを他の周波数を持つデジタル信号に変換して、これらのデジタル信号の相関性を乱す相関信号分離部と、
上記相関性が乱されたデジタル信号に基づいて、上記複数の入射電波の到来角度に関する到来角度無相関共分散行列を生成する相関電波信号処理部と、
上記到来角度無相関共分散行列の複数の固有値を算出する相関固有構造解析部と、
上記到来角度無相関共分散行列の複数の固有値から、到来角度信号成分の固有値と到来角度雑音成分の固有値とを識別して入射電波数を推定する第２の波数推定部と、
上記到来角度雑音成分の固有値に対応する到来角度雑音成分の固有ベクトルを得て、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を上記到来角度雑音成分の固有ベクトルと直交する第２のステアリングベクトルに適用して、適用結果のピークを検出することにより、上記第２の波数推定部で推定された波数の入射電波の各々の到来角度を推定する第２のスペクトラム計算部と、
上記相関性が乱されたデジタル信号に基づいて、上記複数の入射電波の各々の遅延時間を推定する遅延時間推定部と、
上記遅延時間と電界強度計測部で計測された受信電界強度に基づいて、上記第２のスペクトラム計算部で推定された到来角度のうち真の入射電波の到来角度を判定する相関受信電波到来角度判定部とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体位置測定用測角装置。
相関電波信号処理部は、相関信号分離部で相関性が乱されたデジタル信号に基づいて、複数の入射電波の遅延時間に関する遅延時間無相関分散行列を生成し、
相関固有構造解析部は、上記遅延時間無相関共分散行列の複数の固有値を算出し、
遅延時間推定部は、上記遅延時間無相関共分散行列の複数の固有値から遅延時間雑音成分の固有値を得て、上記遅延時間雑音成分の固有値に対応する遅延時間雑音成分の固有ベクトルを得て、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を上記遅延時間雑音成分の固有ベクトルと直交する遅延時間ベクトルに適用して、適用結果のピークを検出することにより、上記第２の波数推定部で推定された波数の入射電波の遅延時間を推定することを特徴とする請求項３記載の移動体位置測定用測角装置。
電波識別部は、アナログ／デジタル変換部から出力された複数のデジタル信号に基づいて入射信号共分散行列を生成し、上記入射信号共分散行列の階数を算出し、上記階数から複数の入射電波が相関電波であるか無相関電波であるかを識別することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の移動体位置測定用測角装置。
第１の波数推定部は、無相関固有構造解析部で算出された無相関受信電波共分散行列の複数の固有値の平均を算出し、これらの固有値の各々を上記平均と比較することにより信号成分の固有値と雑音成分の固有値とを識別し、上記信号成分の固有値の数を入射電波数であると推定することを特徴とする請求項２記載の移動体位置測定用測角装置。
第１のスペクトラム計算部は、適切な第１のステアリングベクトルが存在する可能性のある全方位である１８０°にわたって一定の角間隔をおき第１のステアリングベクトルを算出し、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を上記第１のステアリングベクトルに適用して、適用結果のピークを検出し、
次に、ピークが検出された角度範囲にわたって上記角間隔よりも小さい角間隔をおき第１のステアリングベクトルを算出し、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を上記第１のステアリングベクトルに適用して、適用結果のピークを検出することにより、各入射電波の到来角度を推定することを特徴とする請求項２または請求項６記載の移動体位置測定用測角装置。
相関信号分離部は、電波識別部で相関電波であると識別された入射電波に由来する複数のデジタル信号の各々を周波数掃引方式で逆フーリエ変換することによりこれらのデジタル信号の各々の波形のピーク時期の相違である遅延時間を算出し、この遅延時間を係数として少なくとも一つのデジタル信号の周波数に乗算することによりこのデジタル信号の周波数を変更することを特徴とする請求項３または請求項４記載の移動体位置測定用測角装置。
相関電波信号処理部は、相関信号分離部で相関性が乱されたデジタル信号に仮想的な方向ベクトルを乗算することにより複数の到来角度無相関デジタル信号を算出し、上記複数の到来角度無相関デジタル信号の標準偏差を算出し、上記複数の到来角度無相関デジタル信号の各々から上記標準偏差を減算することにより複数の到来角度無相関受信電波信号を得て、上記到来角度無相関受信電波信号に基づいて到来角度無相関共分散行列を生成するとともに、
相関信号分離部で相関性が乱されたデジタル信号に仮想的な遅延時間ベクトルを乗算することにより複数の遅延時間無相関デジタル信号を算出し、上記複数の遅延時間無相関デジタル信号の標準偏差を算出し、上記複数の遅延時間無相関デジタル信号の各々から上記標準偏差を減算することにより複数の遅延時間無相関受信電波信号を得て、上記遅延時間無相関受信電波信号に基づいて遅延時間無相関共分散行列を生成することを特徴とする請求項４記載の移動体位置測定用測角装置。
第２の波数推定部は、相関固有構造解析部で算出された到来角度無相関共分散行列の複数の固有値の平均を算出し、これらの固有値の各々を上記平均と比較することにより到来角度信号成分の固有値と到来角度雑音成分の固有値とを識別し、上記到来角度信号成分の固有値の数を入射電波数であると推定することを特徴とする請求項３、請求項４および請求項９のうちのいずれか１項記載の移動体位置測定用測角装置。
第２のスペクトラム計算部は、適切な第２のステアリングベクトルが存在する可能性のある全方位である１８０°にわたって一定の角間隔をおき第２のステアリングベクトルを算出し、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を上記第２のステアリングベクトルに適用して、適用結果のピークを検出し、
次に、ピークが検出された角度範囲にわたって上記角間隔よりも小さい角間隔をおき第２のステアリングベクトルを算出し、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を上記第２のステアリングベクトルに適用して、適用結果のピークを検出することにより、各入射電波の到来角度を推定することを特徴とする請求項３または請求項４記載の移動体位置測定用測角装置。
相関受信電波到来角度判定部は、第２のスペクトラム計算部で推定された複数の入射電波の到来角度のうち、遅延時間推定部で推定された遅延時間が最小で、電界強度計測部で計測された受信電界強度が最大である入射電波の到来角度を真の入射電波の到来角度であると判定することを特徴とする請求項３、請求項４、請求項８から請求項１１のうちのいずれか１項記載の移動体位置測定用測角装置。