JP2005077376A - 信号到来方向推定装置、アダプティブアレー、受信信号処理装置および測位装置 - Google Patents
信号到来方向推定装置、アダプティブアレー、受信信号処理装置および測位装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 各GPS受信機5a,5b・・・5iから出力される、受信信号のキャリア位相を追尾して得られる積算デルタレンジ(ADR)を読み取り、ADRを基にして例えばMUSIC法により到来信号の角度スペクトラムを求め、到来信号の方向を推定する。また、各GPS受信機のアナログオフセットの検出を行い、その校正を行う。更に各素子アンテナからの信号に対して複素重みを乗じることによってアレーアンテナの指向性パターンを所望形状にして所望波のみに基づいて高精度な測位を行う。
【選択図】 図1
Description
菊間信良著、"アレーアンテナによる適応信号処理"、株式会社科学技術出版、1998年11月25日、p.1〜4
図1は信号到来方向推定装置の構成を示す図である。(B)は全体の構成を示すブロック図、(A)はそのうちのGPS受信機の構成を示すブロック図である。GPS受信機は(A)に示すように、GPSアンテナ11による信号を所定の中間周波信号に変換するダウンコンバータ12、その信号をディジタルデータ列に変換するA/Dコンバータ13およびそのディジタルデータを順次入力して信号処理を行い、後述するADRを含むデータを出力する信号処理部14、および信号処理部14の制御を行うとともに測位演算を行う測位演算部15とから構成している。信号処理部14は複数のGPS衛星からの信号を同時に受信するために複数チャンネル分備えている。ダウンコンバータ12は、基準周波数信号をローカル信号とし、GPSアンテナ11からの入力信号を中間周波信号に周波数変換する。A/Dコンバータ13はその信号を所定ビット数のディジタルデータに変換する。
信号処理部14において、キャリアNCO71は測位演算部15からの制御データを受けて所定周波数で位相が0°と90°のキャリア信号(I信号,Q信号)を発生する。コード発生器73は所定のコード位相のずれを有する3つのC/Aコード(E,P,L)を発生し、コードNCO72はそのコード位相を数値制御する。乗算器74,75,76は、所定のコード位相ずれを有する3つのC/Aコード(E,P,L)とIF信号とを乗算する。乗算器77,78は、乗算器74の乗算結果に対してI信号とQ信号をそれぞれ乗算する。また、乗算器79,80は、乗算器75,76の乗算結果に対してI信号をそれぞれ乗算する。
図1の(B)に示した信号到来方向推定装置は、そのアンテナ11a〜11iのそれぞれを素子アンテナとするアレーアンテナを構成している。このアレーアンテナからの入力ベクトルXは、素子数がKでL波の到来波(平面波)が到来する場合、次のように表される。
図4は複数の素子アンテナの2次元上への配置例を示している。(A)の場合、5×5で合計25個の素子アンテナを、直交するマトリックスの各交点にそれぞれ配置している。また(B)に示す例では、5×5のマトリックスを考えた時、第3行と第3列に合計9個の素子アンテナを配置している。このように2次元上に配置した場合には、概念的に1次元の場合の拡張を行う。
以上の処理をADRが更新される1秒毎に行う。
まずM×Nの正方アレーアンテナに対し、(θ,φ)座標系で任意の複数個の正弦波が入射するものとし、それらの入力波を各素子アンテナ上で時間の関数として加算合成する。
各入射波の到来方向は、仰角θ(0≦θ≦90°)、方位角φ(−180≦φ≦180°)、正弦波に重畳するノイズの割合σ%、素子アンテナの数5×5、素子アンテナの間隔d=λ/2、周波数f=1.5GHzとした。ここでλは周波数fの1波長である。
上記シミュレーションでは、シミュレーションプログラムの機能を確認するために各素子アンテナに時系列の時間波形が入射するようにシミュレーションしたが、時間波形の瞬時データを入力した場合にも同様の結果が得られた。したがってADRを入力データとした場合も同様である。この結果から、正方アレーアンテナの場合も十字形状アレーアンテナの場合も、ADRの小数値に対して二次元MUSIC法の計算を適用することにより、精度のよい到来方向推定が行えることが確認できた。
測定地 西宮市(東経135 °北緯34°)
測定日 2001.2.14
GPStime 666181918 〜666186918
補正基準の衛星(SVm )SV7
対象とする衛星(SVs )SV1
使用した座標系
天頂90°水平 0°とする仰角θ
北向 0°西向-90 °とする時計回りの方位角φ
なお、上記補正基準の衛星は、後述するアナログオフセット(ラインバイアス)の補正を行うために用いた最も天頂付近にある基準衛星である。
この第3の実施形態では、図12に示したGPS受信機5a,5b・・・5iのアナログオフセット(ラインバイアス)の補正を行うものである。図14はそのための処理手順を示すフローチャートである。
5−GPS受信機
6−データ処理部
11−素子アンテナ
21−振幅調整器
22−位相調整器
Claims (7)
- 送信源から到来した信号を配列された複数の受信点でそれぞれ受信し、該受信による受信信号のキャリア位相を追尾して得られる積算デルタレンジをそれぞれ求める複数の受信機と、
前記積算デルタレンジの値を到来信号の波面の位相として、到来信号の角度スペクトラムを求め、該角度スペクトラムから前記到来信号の到来方向を推定する到来方向推定手段とを備えた信号到来方向推定装置。 - 前記複数の受信点をM行N列の2次元に配列し、前記到来方向推定手段が、前記積算デルタレンジをM・N×1の列ベクトルとしてデータ化し、該データの相関行列を求め、当該相関行列の固有値・固有ベクトルを用いて前記角度スペクトラムを求めるようにした、請求項1に記載の信号到来方向推定装置。
- 請求項1または2に記載の信号到来方向推定装置を備え、該信号到来方向推定装置の前記複数の受信点での各受信信号に対して、所定の複素重みを乗じるとともにそれらの結果を加算して1つの受信信号を求める受信信号処理手段と、前記信号到来方向推定装置により推定された信号到来方向のうち所望波の方向に指向性をもつように前記複素重みを制御する手段とを設けたアダプティブアレー。
- 送信源から送信された信号を基準受信機と校正対象受信機でそれぞれ受信し、該受信による受信信号のキャリア位相情報を基にして受信信号の処理を行う装置において、
基準受信機と校正対象受信機の観測により求めた受信信号のキャリア位相情報の差である受信機間計算1重差を求めるとともに、基準受信機と校正対象受信機の受信点と前記送信源の位置に基づいて、基準受信機と校正対象受信機との間でのキャリア位相の受信機間計算1重差を求め、該受信機間計算1重差と前記受信機間観測1重差との差分を前記校正対象受信機の観測によるキャリア位相情報の誤差として求めるとともに該誤差分の校正を行う手段とを備えた受信信号処理装置。 - 請求項4に記載の受信信号処理装置を備え、該受信信号処理装置の前記受信機の受信点を2次元アレーに配列し、各受信点での受信信号に対して、所定の複素重みを乗じるとともにそれらの結果を加算して1つの受信信号を求める受信信号処理手段と、該受信信号処理により所望の指向性パターンをもつように前記複素重みを制御する手段とを設けたアダプティブアレー。
- 請求項3または5に記載のアダプティブアレーを備え、該アダプティブアレーにより測位用衛星からの信号を受信して該受信信号から当該アダプティブアレーの位置を測位する手段を設けた測位装置。
- 送信源から到来した信号を配列された複数の受信点でそれぞれ受信し、該受信による受信信号のキャリア位相を追尾して得られる当該受信信号のキャリア位相情報をそれぞれ求める複数の受信機と、
前記キャリア位相情報から到来信号の角度スペクトラムを求め、該角度スペクトラムから前記到来信号の到来方向を推定する到来方向推定手段とを備えた信号到来方向推定装置。
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