JP2006125985A - Arrival direction estimation method and arrival direction estimation system - Google Patents

Arrival direction estimation method and arrival direction estimation system Download PDF

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JP2006125985A JP2004314117A JP2004314117A JP2006125985A JP 2006125985 A JP2006125985 A JP 2006125985A JP 2004314117 A JP2004314117 A JP 2004314117A JP 2004314117 A JP2004314117 A JP 2004314117A JP 2006125985 A JP2006125985 A JP 2006125985A
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宏行 ▲高▼橋
Hiroyuki Takahashi
Jun Terada
純 寺田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an arrival direction estimation device and an arrival direction estimation method capable of surely discriminating between the direct wave and reflected wave without complicating the constitution of hardware. <P>SOLUTION: The vector r representing the set of wave signals arrived from the transmission terminal to a plurality of branches arranged as elements for receiving wave signals including sound waves and radio waves are determined. The matrix R representing the correlation of wave signals arrived from the transmission terminal is determined from the vector r and by processing the specific matrix operation on the matrix R, the intrinsic value of matrix R including the index relating to the reception power of arrived waves to the site and intrinsic vector corresponding to the intrinsic value is determined. The incoming wave to be estimated with its arrival direction is discriminated whether the incoming wave is directly incident on the site from the transmission terminal or not based on the value of the intrinsic value satisfies the condition or not which should be satisfied by receiving intensity of the direct incident wave signal. Only for the direct wave to be estimated, its arrival direction is estimated by using the intrinsic vector of the matrix R and its corresponding intrinsic value. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、サイトに到来した波動信号に所定の信号処理を施すことによって、その送信端の方向または位置を推定するとともに、到来方向を推定した波動信号が直接波によるものかどうかを同時に判定する到来方向推定方法および到来方向推定装置に関する。   The present invention estimates the direction or position of the transmitting end by performing predetermined signal processing on the wave signal arriving at the site, and simultaneously determines whether the wave signal whose arrival direction is estimated is a direct wave. The present invention relates to an arrival direction estimation method and an arrival direction estimation device.

複数のブランチ(電波、音波、光などの波動信号を受信する受信素子)に到来する電磁波や音波の到来方向の推定に適用可能な処理のアルゴリズムについては、多様なものがあり、かつ従来よりさまざまな提案が行われている。
また、このようなアルゴリズムに基づいて上記の到来方向を推定する装置は、後述する非特許文献1に掲載され、例えば、図11に示す空中線系として構成される。
There are various processing algorithms that can be applied to the estimation of the direction of arrival of electromagnetic waves and sound waves arriving at multiple branches (receiving elements that receive wave signals such as radio waves, sound waves, and light), and there are many different algorithms than before. Proposals have been made.
Moreover, the apparatus which estimates said arrival direction based on such an algorithm is published by the nonpatent literature 1 mentioned later, for example, is comprised as an antenna system shown in FIG.

ここに、図11に示す空中線系は、サイト10に配置されたアレーアンテナ11(複数Nのアンテナ素子12−1〜12―Nの列として構成され、これらのアンテナ素子12−1〜12―Nは、共通の間隔dで直線状に配置される。)と、サイト10において、アンテナ素子12−1〜12―Nの給電点にそれぞれ接続された信号処理回路13から構成される。   Here, the antenna system shown in FIG. 11 is configured as an array antenna 11 (a plurality of N antenna elements 12-1 to 12-N arranged in the site 10 and these antenna elements 12-1 to 12-N. Are arranged in a straight line at a common interval d.), And at the site 10, the signal processing circuit 13 is connected to the feeding points of the antenna elements 12-1 to 12-N.

このような構成の空中線系では、例えば、図11に示すように、アレーアンテナ11に方位角θの方向から到来し、かつ到来方向の推定の対象となる到来波は、その到来波の振幅aと、この方位角θおよび上述した間隔dとに応じて定まる位相差φと、上記のアンテナ素子12−1〜12―Nの数N(≧2)とを用いて、下式(1) で示されるベクトルrとして表記される。   In the antenna system having such a configuration, for example, as shown in FIG. 11, an incoming wave that arrives at the array antenna 11 from the direction of the azimuth angle θ and is an object of estimation of the arrival direction has an amplitude a of the incoming wave. And the phase difference φ determined according to the azimuth angle θ and the distance d described above, and the number N (≧ 2) of the antenna elements 12-1 to 12-N, Denoted as the vector r shown.

r=[a a・e … a・ej(N-1)φ]T ・・・(1)
信号処理回路13は、例えば、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)アルゴリズムに基づいて下記の(a)〜(c)の手順からなる処理を行うことによって、上記の到来方向を推定する。
(a)この到来方向がとり得る範囲(ここでは、簡単のため、マイナス90度ないしプラス90度の何れかに等しい方位角θで表されると仮定する。)を規定の精度(例えば、1度毎)でスキャンする。
(b)そのスキャンの下で適宜仮定される方位角θの方向からアンテナ素子12−1 〜12−N に到来するべき到来波の方向ベクトル(これらの到来波を示すモードベクトルの全ての成分の振幅成分が「1」に正規化されることによって得られる。)a(θ)と、アレーアンテナ11に到来している到来波の数Lと、このアレーアンテナ11のアンテナ素子の数K(=N)とに併せて、上述したベクトルrに含まれる熱雑音の成分の固有値EN(≡[eL+1,…,eK])に対して下式(2) で示されるMUSICスペクトラムPMU(θ)を一括して求める。
r = [a a · e ... a · e j (N-1) φ ] T (1)
For example, the signal processing circuit 13 estimates the arrival direction by performing processing including the following steps (a) to (c) based on a MUSIC (MUltiple SIgnal Classification) algorithm.
(A) The range that this direction of arrival can take (here, for the sake of simplicity, it is assumed that it is expressed by an azimuth angle θ equal to either minus 90 degrees or plus 90 degrees) with a specified accuracy (for example, 1 Scan every hour).
(B) Direction vectors of incoming waves that should arrive at the antenna elements 12-1 to 12-N from the direction of the azimuth angle θ assumed as appropriate under the scan (all the components of the mode vector indicating these incoming waves) It is obtained by normalizing the amplitude component to “1.”) a (θ), the number L of incoming waves arriving at the array antenna 11, and the number K of antenna elements of the array antenna 11 (= N) and the eigenvalue EN (≡ [e L + 1 ,..., E K ]) of the thermal noise component contained in the vector r described above, the MUSIC spectrum PMU ( θ) is obtained collectively.

Figure 2006125985
Figure 2006125985

(c)このようにして求められたMUSICスペクトラムPMU(θ)が最大となる方位角θで示される方位を到来方向として推定する。
特開2000−199784公報 「アレーアンテナによる適応信号処理」、第173ページないし第268ページ、科学技術出版社 http://www.mobile.ss.titech.ac.jp/mobile/seminar/ohp-011015_hungchin.pdf http://www.cybernet.co.jp/matlab/support/3vent/conf97/tsuji.pdf http://maxwell.elcom.nitech.ac.jp/~kikuma/source.html
(C) The direction indicated by the azimuth angle θ at which the MUSIC spectrum PMU (θ) obtained in this way is maximized is estimated as the direction of arrival.
JP 2000-199784 A "Adaptive signal processing by array antenna", pages 173 to 268, Science and Technology Publishers http://www.mobile.ss.titech.ac.jp/mobile/seminar/ohp-011015_hungchin.pdf http://www.cybernet.co.jp/matlab/support/3vent/conf97/tsuji.pdf http://maxwell.elcom.nitech.ac.jp/~kikuma/source.html

アレーアンテナに到来した到来波の方向を推定する技術を利用し、送信端の位置同定や探索を行う際には、送信端から直接到来する直接波の到来方向を推定することが必須である。
しかしながら、上述した従来技術では、サイト10に配置されたアレーアンテナ11に到来した到来波が直接波であるか、1次以上の反射を介した反射波であるかを判別することなく、到来方向の推定を行っていた。このため、誤って反射波の到来方向を推定してしまう場合があり、送信端の位置同定や探索のための到来方向推定機能としては不十分であった。
When the position of the transmitting end is identified and searched using a technique for estimating the direction of the arriving wave that has arrived at the array antenna, it is essential to estimate the direction of arrival of the direct wave that directly arrives from the transmitting end.
However, in the above-described prior art, the direction of arrival is determined without determining whether the incoming wave that has arrived at the array antenna 11 disposed at the site 10 is a direct wave or a reflected wave that has undergone first-order or higher-order reflection. Had been estimated. For this reason, there is a case where the arrival direction of the reflected wave is erroneously estimated, which is insufficient as an arrival direction estimation function for transmitting terminal position identification or search.

送信端の位置同定や探索のためにサイトへの到来波の到来方向を推定する技術としては、特許文献1に開示された技術が提案されている。
この特許文献1の技術は、波源が規定の信号群を2回以上送信し、受信側では前記信号群の繰り返しに対応する相互相関を求め、相互相関行列を使ったMUSICアルゴリズムによる到来方向の推定を行うことで、直接波の到来方向を推定している。
As a technique for estimating the arrival direction of an incoming wave at a site for position identification or search of a transmission end, a technique disclosed in Patent Document 1 has been proposed.
In the technique of Patent Document 1, a wave source transmits a prescribed signal group twice or more, and a receiving side obtains a cross-correlation corresponding to the repetition of the signal group, and estimates the direction of arrival by a MUSIC algorithm using a cross-correlation matrix. Is used to estimate the direction of arrival of direct waves.

しかしながら、この手法では、アンテナに対して必ず直接波が入射していることを前提としているので、何らかの理由で、直接波が遮蔽されてしまって、アンテナに反射波のみが入射している場合には適用できない。
また、この手法を実現するためには、波源側には規定の信号群を繰り返し送信する機能を備える必要があり、また、受信側には、繰り返し到来する信号群について相互相関を求める機能を備える必要があり、ハードウェアが複雑になってしまう。
However, this method assumes that a direct wave is always incident on the antenna, so if for some reason the direct wave is blocked and only the reflected wave is incident on the antenna. Is not applicable.
In order to realize this method, it is necessary to provide a function for repeatedly transmitting a prescribed signal group on the wave source side, and a function for obtaining a cross-correlation for a repeatedly arrived signal group on the receiving side. It is necessary and the hardware becomes complicated.

本発明は、ハードウェア構成を複雑化させることなく、直接波と反射波とを確実に判別可能な到来方向推定方法および到来方向推定装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an arrival direction estimation method and an arrival direction estimation apparatus that can reliably discriminate between a direct wave and a reflected wave without complicating the hardware configuration.

本発明にかかわる第1の到来方向推定方法は、信号ベクトル収集ステップと、相関演算ステップと、行列演算ステップと、受信強度判別ステップと、到来方向推定ステップとから構成される。
本発明にかかわる第1の到来方向推定方法の原理は、以下の通りである。
信号ベクトル収集ステップは、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算ステップは、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。行列演算ステップは、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。受信強度判別ステップは、固有値の値がサイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かに基づいて、到来方向の推定対象となる到来波が送信端からサイトに直接入射する直接波であるか否かを判別する。到来方向推定ステップは、推定対象の到来波が直接波である場合に限って、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、到来波についてその到来方向の推定を行う。
The first direction-of-arrival estimation method according to the present invention includes a signal vector collection step, a correlation calculation step, a matrix calculation step, a reception strength determination step, and an arrival direction estimation step.
The principle of the first direction of arrival estimation method according to the present invention is as follows.
In the signal vector collection step, a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmission end is obtained for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves. In the correlation calculation step, a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained based on the vector r. In the matrix calculation step, predetermined matrix calculation processing is performed on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. In the reception strength discrimination step, the incoming wave that is the target of the arrival direction is directly incident on the site from the transmission end based on whether the eigenvalue value satisfies the condition that the reception intensity of the wave signal that is directly incident on the site should satisfy. It is determined whether or not it is a direct wave. The arrival direction estimation step estimates the arrival direction of an incoming wave using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto only when the arrival wave to be estimated is a direct wave.

このように構成された第1の到来方向推定方法の動作は、下記の通りである。
相関演算ステップの実行によって得られた波動信号の相関を示す行列Rについて、行列演算ステップにおいて、例えば、固有値解析処理を行うことで得られる行列Rの固有値は、到来波の受信電力を示す指標として捉えることができる。
ここで、一回以上の反射を介してサイトに入射する波動信号は、当然ながら、反射による散乱や伝播距離の増大などによってその強度が著しく低下するので、反射波に対応する受信電力は、直接伝播による波動信号の減衰の下限よりも大幅に低下していると考えられる。したがって、受信強度判別手段において、上述したようにして求めた固有値の最大値が、例えば、直接伝播による波動信号の減衰の下限に基づいて予め定められた受信電力に関する閾値以上であるか否かを判別することにより、到来方向推定の対象となる到来波が、サイトに直接入射した直接波であるか否かを判定することができる。
The operation of the first direction-of-arrival estimation method configured as described above is as follows.
For the matrix R indicating the correlation of the wave signals obtained by executing the correlation calculation step, for example, the eigenvalue of the matrix R obtained by performing eigenvalue analysis processing in the matrix calculation step is used as an index indicating the received power of the incoming wave. Can be caught.
Here, since the intensity of the wave signal incident on the site through one or more reflections naturally decreases significantly due to scattering due to reflection or an increase in propagation distance, the received power corresponding to the reflected wave is directly This is considered to be significantly lower than the lower limit of wave signal attenuation due to propagation. Therefore, whether or not the maximum value of the eigenvalue obtained as described above in the reception strength determination means is equal to or greater than a threshold value relating to reception power that is determined in advance based on, for example, the lower limit of attenuation of the wave signal due to direct propagation. By determining, it is possible to determine whether or not the incoming wave that is the target of the arrival direction estimation is a direct wave that is directly incident on the site.

このようにして、直接波として判別した到来波についてのみ、到来方向推定ステップにおいて、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によって到来方向の推定処理を行うことにより、反射波の存在にかかわらず、有用な到来波の到来方向を選択的に推定し、送信端の位置同定および探索処理に供することができる。
本発明にかかわる第2の到来方向推定方法は、信号ベクトル収集ステップと、相関演算ステップと、行列演算ステップと、到来方向推定ステップと、固有値補正ステップと、受信強度判別ステップと、推定値出力ステップとから構成される。
In this way, only for the incoming wave determined as a direct wave, in the arrival direction estimation step, for example, by performing the arrival direction estimation process by the arrival direction estimation method such as the MUSIC algorithm, regardless of the presence of the reflected wave, It is possible to selectively estimate the direction of arrival of a useful incoming wave and use it for the transmission end position identification and search processing.
A second arrival direction estimation method according to the present invention includes a signal vector collection step, a correlation calculation step, a matrix calculation step, an arrival direction estimation step, an eigenvalue correction step, a reception intensity determination step, and an estimated value output step. It consists of.

本発明にかかわる第2の到来方向推定方法の原理は、以下の通りである。
信号ベクトル収集ステップは、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算ステップは、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。行列演算ステップは、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。到来方向推定ステップは、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う。固有値補正ステップは、推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、行列Rに関する行列演算処理で得られた固有値の少なくとも一つを補正する。受信強度判別ステップは、補正された固有値の値がサイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かに基づいて、到来方向の推定対象となる到来波が送信端からサイトに直接入射する直接波であるか否かを判別する。推定値出力ステップは、到来方向が推定された到来波が直接波である場合に限って、推定結果をサイトに直接伝播した到来波の到来方向として出力する。
The principle of the second direction-of-arrival estimation method according to the present invention is as follows.
In the signal vector collection step, a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmission end is obtained for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves. In the correlation calculation step, a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained based on the vector r. In the matrix calculation step, predetermined matrix calculation processing is performed on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. In the arrival direction estimation step, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto. The eigenvalue correction step corrects at least one of the eigenvalues obtained by the matrix calculation processing on the matrix R based on the estimated arrival direction and the arrangement and characteristics of each branch at the site. Based on whether the corrected eigenvalue value satisfies the condition that the received signal intensity of the wave signal directly incident on the site should satisfy, the received strength determination step determines whether the incoming wave to be estimated for the arrival direction is transmitted from the transmitting end to the site. It is discriminated whether or not it is a direct wave directly incident on the. The estimated value output step outputs the estimation result as the arrival direction of the arrival wave directly propagated to the site only when the arrival wave whose arrival direction is estimated is a direct wave.

このように構成された第2の到来方向推定方法の動作は、下記の通りである。
まず、相関演算ステップの実行によって得られた波動信号の相関を示す行列Rについて、例えば、行列演算ステップにおいて、固有値解析処理を行って得られる行列Rの固有ベクトルを利用して、到来方向推定ステップにおいて、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によって到来方向の推定処理を行うことにより、サイトに到来した波動信号の到来方向を推定する。次いで、この推定結果とサイトにおける各ブランチの配置や指向性などの特性とに基づいて、固有値補正ステップにおいて、上述した固有値解析処理で得られた固有値を補正する。これにより、サイトの指向性による誤差を考慮した到来波の受信電力を示す指標を得ることができる。
The operation of the second direction-of-arrival estimation method configured as described above is as follows.
First, for the matrix R indicating the correlation of the wave signals obtained by the execution of the correlation calculation step, for example, in the arrival direction estimation step using the eigenvector of the matrix R obtained by performing eigenvalue analysis processing in the matrix calculation step. For example, the direction of arrival of the wave signal arriving at the site is estimated by performing the direction-of-arrival estimation process by the direction of arrival estimation method such as the MUSIC algorithm. Next, the eigenvalue obtained in the eigenvalue analysis process described above is corrected in the eigenvalue correction step based on the estimation result and characteristics such as the arrangement and directivity of each branch in the site. Thereby, it is possible to obtain an index indicating the received power of the incoming wave in consideration of an error due to the directivity of the site.

上述したようにして求めた固有値の最大値を、受信強度判別ステップにおいて、例えば、直接伝播による波動信号の減衰の下限に基づいて予め定められた閾値と比較することにより、サイトの指向性による誤差にかかわらず、到来方向が推定された到来波が、サイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。
このようにして、直接波として判別した到来波について得られた到来方向の推定結果のみを、推定値出力ステップにおいて、到来波の到来方向として出力することにより、反射波の存在にかかわらず、有用な到来波の到来方向を送信端の位置同定および探索処理に供することができる。
The maximum eigenvalue obtained as described above is compared with a predetermined threshold value based on the lower limit of the attenuation of the wave signal due to direct propagation, for example, in the reception strength determination step. Regardless of this, it is possible to accurately determine whether or not the incoming wave whose direction of arrival has been estimated is a direct wave directly incident on the site.
In this way, only the arrival direction estimation result obtained for the incoming wave determined as a direct wave is output as the arrival direction of the incoming wave in the estimated value output step, regardless of the presence of the reflected wave. The direction of arrival of a new incoming wave can be used for transmitting end position identification and search processing.

本発明にかかわる第3の到来方向推定方法は、信号ベクトル収集ステップと、相関演算ステップと、行列演算ステップと、到来方向推定ステップと、ベクトル補正ステップと、行列補正ステップと、固有値再計算ステップと、受信強度判別ステップと、推定値出力ステップとから構成される。
本発明にかかわる第3の到来方向推定方法の原理は、以下の通りである。
A third direction-of-arrival estimation method according to the present invention includes a signal vector collection step, a correlation calculation step, a matrix calculation step, an arrival direction estimation step, a vector correction step, a matrix correction step, an eigenvalue recalculation step, The reception intensity determination step and the estimated value output step.
The principle of the third direction of arrival estimation method according to the present invention is as follows.

信号ベクトル収集ステップは、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算ステップは、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。行列演算ステップは、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。到来方向推定ステップは、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う。ベクトル補正ステップと、推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、ベクトルrを構成する各要素の値を補正する。行列補正ステップは、補正されたベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求める。固有値再計算ステップは、補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、補正行列Raの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を求める。受信強度判別ステップは、固有値の値がサイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かに基づいて、到来方向の推定対象となる到来波が送信端からサイトに直接入射する直接波であるか否かを判別する。推定値出力ステップは、到来方向が推定された到来波が直接波である場合に限って、推定結果をサイトに直接伝播した到来波の到来方向として出力する。   In the signal vector collection step, a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmitting end is obtained for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves. In the correlation calculation step, a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained based on the vector r. In the matrix calculation step, predetermined matrix calculation processing is performed on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. In the arrival direction estimation step, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto. Based on the vector correction step, the estimated direction of arrival, and the arrangement and characteristics of each branch at the site, the value of each element constituting the vector r is corrected. In the matrix correction step, a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal that has arrived at the site is obtained based on the corrected vector r. In the eigenvalue recalculation step, a predetermined matrix calculation process is performed on the correction matrix Ra to obtain an eigenvector of the correction matrix Ra and an eigenvalue corresponding thereto. In the reception strength discrimination step, the incoming wave to be estimated for the arrival direction is directly incident on the site from the transmission end based on whether the eigenvalue satisfies the condition that the reception intensity of the wave signal directly incident on the site should satisfy. It is determined whether or not it is a direct wave. The estimated value output step outputs the estimation result as the arrival direction of the arrival wave directly propagated to the site only when the arrival wave whose arrival direction is estimated is a direct wave.

このように構成された第3の到来方向推定方法の動作は、下記の通りである。
まず、相関演算ステップの実行によって得られた波動信号の相関を示す行列Rについて、行列演算ステップにおいて、例えば、固有値解析処理を行って得られた行列Rの固有ベクトルを利用して、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によって到来方向の推定処理を行うことにより、サイトに到来した波動信号の到来方向を推定する。次いで、ベクトル補正ステップにおいて、この推定結果とサイトにおける各ブランチの配置や指向性などの特性とに基づいて、上述したベクトルrの各成分の値を補正する。その後、行列補正ステップにおいて、上述したようにして補正されたベクトルrについて、改めて、その相関を示す補正行列Raを算出し、この補正行列Raについて、固有値再計算ステップにおいて、再び、固有値解析処理を行って補正行列Raの固有値を求めることにより、サイトの指向性による誤差を考慮した到来波の受信電力を示す指標を得ることができる。
The operation of the third direction-of-arrival estimation method configured as described above is as follows.
First, for the matrix R indicating the correlation of the wave signals obtained by executing the correlation calculation step, for example, using the eigenvector of the matrix R obtained by performing eigenvalue analysis processing in the matrix calculation step, for example, the MUSIC algorithm The direction of arrival of the wave signal arriving at the site is estimated by performing the direction-of-arrival estimation process using the direction-of-arrival estimation method. Next, in the vector correction step, the value of each component of the vector r described above is corrected based on this estimation result and characteristics such as the arrangement and directivity of each branch at the site. Thereafter, in the matrix correction step, a correction matrix Ra indicating the correlation is newly calculated for the vector r corrected as described above, and eigenvalue analysis processing is again performed on the correction matrix Ra in the eigenvalue recalculation step. By performing the calculation of the eigenvalues of the correction matrix Ra, it is possible to obtain an index indicating the received power of the incoming wave in consideration of errors due to site directivity.

上述したようにして求めた固有値の最大値を、受信強度判別ステップにおいて、例えば、直接伝播による波動信号の減衰の下限に基づいて予め定められた閾値と比較することにより、サイトの指向性による誤差にかかわらず、到来方向が推定された到来波が、サイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。
このようにして、直接波として判別した到来波について得られた到来方向の推定結果のみを。推定値出力ステップにおいて、到来波の到来方向として出力することにより、反射波の存在にかかわらず、有用な到来波の到来方向を送信端の位置同定および探索処理に供することができる。
The maximum eigenvalue obtained as described above is compared with a predetermined threshold value based on the lower limit of the attenuation of the wave signal due to direct propagation, for example, in the reception strength determination step. Regardless of this, it is possible to accurately determine whether or not the incoming wave whose direction of arrival has been estimated is a direct wave directly incident on the site.
In this way, only the direction of arrival estimation result obtained for the incoming wave determined as a direct wave. In the estimated value output step, by outputting the arrival direction of the incoming wave, the arrival direction of the useful incoming wave can be used for the transmission end position identification and search processing regardless of the presence of the reflected wave.

本発明にかかわる第4の到来方向推定方法は、信号ベクトル収集ステップと、相関演算ステップと、行列演算ステップと、有意差判別ステップと、到来方向推定ステップとから構成される。
本発明にかかわる第4の到来方向推定方法の原理は、以下の通りである。
信号ベクトル収集ステップは、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算ステップは、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。行列演算ステップは、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。有意差判別ステップは、固有値の中に他の固有値に比べて有意に大きいものが存在するか否かに基づいて、推定対象の到来波が直接伝播によってサイトに入射した直接波であるか否かを判定する。到来方向推定ステップは、推定対象の到来波が直接波である場合に限って、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、到来波についてその到来方向の推定を行う。
A fourth direction of arrival estimation method according to the present invention includes a signal vector collection step, a correlation calculation step, a matrix calculation step, a significant difference determination step, and an arrival direction estimation step.
The principle of the fourth direction-of-arrival estimation method according to the present invention is as follows.
In the signal vector collection step, a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmission end is obtained for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves. In the correlation calculation step, a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained based on the vector r. In the matrix calculation step, predetermined matrix calculation processing is performed on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. In the significant difference determination step, whether the incoming wave to be estimated is a direct wave incident on the site by direct propagation based on whether there is a significantly larger eigenvalue than other eigenvalues. Determine. The arrival direction estimation step estimates the arrival direction of an incoming wave using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto only when the arrival wave to be estimated is a direct wave.

このように構成された第4の到来方向推定方法の動作は、下記の通りである。
相関演算ステップの実行によって得られる波動信号の相関を示す行列Rについて、例えば、行列演算ステップにおいて、固有値解析処理を行って行列Rの固有値を求めることにより、到来波の受信電力を示す指標を得ることができる。
ここで、一回以上の反射を介してサイトに入射する波動信号は、当然ながら、反射による散乱や伝播距離の増大などによってその強度が著しく低下していると考えられるので、直接波と反射波とが同時にサイトに到来している場合には、行列Rの固有値の値には大きなばらつきがあると考えられる。したがって、有意差判別ステップにおいて、例えば、最大の固有値Vが次に大きい固有値Vに比べて有意に大きいか否かを判定することにより、到来方向推定の対象となる到来波が直接波であるか否かを判定することができる。このとき、例えば、固有値Vを固有値Vで除算して得られる固有値の値の比と反射による波動信号の減衰の度合いに基づいて予め定められた閾値とを比較した結果により、最大の固有値Vに対応する到来波の強度が他の到来波の強度に比べて十分に大きいことが示された場合に、サイトに直接伝播した到来波が存在すると判定する。
The operation of the fourth direction-of-arrival estimation method configured as described above is as follows.
For the matrix R indicating the correlation of the wave signals obtained by executing the correlation calculation step, for example, in the matrix calculation step, an eigenvalue analysis process is performed to obtain an eigenvalue of the matrix R, thereby obtaining an index indicating the received power of the incoming wave. be able to.
Here, since the wave signal incident on the site through one or more reflections is naturally considered to have a significantly reduced intensity due to scattering due to reflection or an increase in propagation distance, the direct wave and the reflected wave Are simultaneously arriving at the site, it is considered that there is a large variation in the value of the eigenvalue of the matrix R. Therefore, in the significant difference determination step, for example, by determining whether or not the maximum eigenvalue V 1 is significantly larger than the next largest eigenvalue V 2 , the arrival wave that is the target of arrival direction estimation is a direct wave. It can be determined whether or not there is. In this case, for example, as a result of comparing the predetermined threshold value based on the degree of attenuation of the wave signal due to reflection and the ratio of the eigenvalues of a value obtained by dividing the eigenvalue V 1 eigenvalue V 2, the largest eigenvalue When it is shown that the intensity of the incoming wave corresponding to V 1 is sufficiently higher than the intensity of the other incoming waves, it is determined that there is an incoming wave that has directly propagated to the site.

このようにして、直接波として判別した到来波についてのみ、到来方向推定ステップにおいて、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によって到来方向の推定処理を行うことにより、反射波の存在にかかわらず、有用な到来波の到来方向を選択的に推定し、送信端の位置同定および探索処理に供することができる。
本発明にかかわる第5の到来方向推定方法は、信号ベクトル収集ステップと、相関演算ステップと、行列演算ステップと、到来方向推定ステップと、固有値補正ステップと、有意差判別ステップと、推定値出力ステップとから構成される。
In this way, only for the incoming wave determined as a direct wave, in the arrival direction estimation step, for example, by performing the arrival direction estimation process by the arrival direction estimation method such as the MUSIC algorithm, regardless of the presence of the reflected wave, It is possible to selectively estimate the direction of arrival of a useful incoming wave and use it for the transmission end position identification and search processing.
A fifth arrival direction estimation method according to the present invention includes a signal vector collection step, a correlation calculation step, a matrix calculation step, an arrival direction estimation step, an eigenvalue correction step, a significant difference determination step, and an estimated value output step. It consists of.

本発明にかかわる第5の到来方向推定方法の原理は、以下の通りである。
信号ベクトル収集ステップは、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算ステップは、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。行列演算ステップは、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。到来方向推定ステップは、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う。固有値補正ステップは、推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、行列演算処理による結果として得られた固有値の値を補正する。有意差判別ステップは、到来方向が推定された到来波に関する補正された固有値と他の補正された固有値との間に有意な差があるか否かを判定する。推定値出力ステップは、到来方向が推定された到来波に関する固有値と他の固有値との間に有意な差がある場合に、到来方向が推定された到来波が直接波であると判断し、推定結果をサイトに直接伝播した到来波の到来方向として出力する。
The principle of the fifth direction of arrival estimation method according to the present invention is as follows.
In the signal vector collection step, a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmission end is obtained for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves. In the correlation calculation step, a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained based on the vector r. In the matrix calculation step, predetermined matrix calculation processing is performed on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. In the arrival direction estimation step, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto. The eigenvalue correction step corrects the value of the eigenvalue obtained as a result of the matrix calculation processing based on the estimated arrival direction and the arrangement and characteristics of each branch at the site. The significant difference determining step determines whether or not there is a significant difference between the corrected eigenvalue related to the arrival wave whose arrival direction is estimated and other corrected eigenvalues. The estimated value output step determines that the arrival wave whose arrival direction is estimated is a direct wave when there is a significant difference between the eigenvalue related to the arrival wave whose arrival direction is estimated and other eigenvalues. The result is output as the arrival direction of the incoming wave that propagated directly to the site.

このように構成された第5の到来方向推定方法の動作は、下記の通りである。
まず、相関演算ステップの実行によって得られる波動信号の相関を示す行列Rについて、行列演算ステップの実行によって得られた行列Rの固有ベクトルを利用して、到来方向推定ステップにおいて、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によって到来方向の推定処理を行うことにより、サイトに到来した波動信号の到来方向を推定する。次いで、固有値補正ステップにおいて、この推定結果とサイトにおける各ブランチの配置や指向性などの特性とに基づいて、上述した固有値解析処理で得られた各固有値を補正する。これにより、サイトの指向性による誤差を考慮した各到来波の受信電力を示す指標を得ることができる。
The operation of the fifth arrival direction estimation method configured as described above is as follows.
First, for the matrix R indicating the correlation of the wave signal obtained by executing the correlation calculation step, using the eigenvector of the matrix R obtained by executing the matrix calculation step, in the arrival direction estimation step, for example, a MUSIC algorithm or the like The direction of arrival of the wave signal arriving at the site is estimated by performing the direction of arrival estimation process using the direction of arrival estimation method. Next, in the eigenvalue correction step, each eigenvalue obtained in the eigenvalue analysis process described above is corrected based on this estimation result and characteristics such as the arrangement and directivity of each branch in the site. As a result, it is possible to obtain an index indicating the received power of each incoming wave in consideration of errors due to site directivity.

上述したようにして補正された固有値について、有意差判別ステップにおいて、例えば、到来方向が推定された到来波に対応する固有値Vが次に大きい固有値Vに比べて有意に大きいか否かを判定すれば、サイトの指向性による誤差にかかわらず、到来方向が推定された到来波が、サイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。 For the eigenvalue corrected as described above, in the significant difference determination step, for example, it is determined whether or not the eigenvalue V 1 corresponding to the incoming wave whose arrival direction is estimated is significantly larger than the next largest eigenvalue V 2. If determined, it is possible to accurately determine whether or not the incoming wave whose arrival direction has been estimated is a direct wave directly incident on the site, regardless of errors due to the directivity of the site.

このようにして、直接波として判別した到来波について得られた到来方向の推定結果のみを、推定値出力ステップにおいて、到来波の到来方向として出力することにより、反射波の存在にかかわらず、有用な到来波の到来方向を送信端の位置同定および探索処理に供することができる。
本発明にかかわる第6の到来方向推定方法は、信号ベクトル収集ステップと、相関演算ステップと、行列演算ステップと、到来方向推定ステップと、ベクトル補正ステップと、行列補正ステップと、固有値再計算ステップと、有意差判別ステップと、推定値出力ステップとから構成される。
In this way, only the arrival direction estimation result obtained for the incoming wave determined as a direct wave is output as the arrival direction of the incoming wave in the estimated value output step, regardless of the presence of the reflected wave. The direction of arrival of a new incoming wave can be used for transmitting end position identification and search processing.
A sixth arrival direction estimation method according to the present invention includes a signal vector collection step, a correlation calculation step, a matrix calculation step, an arrival direction estimation step, a vector correction step, a matrix correction step, an eigenvalue recalculation step, , A significant difference determination step and an estimated value output step.

本発明にかかわる第6の到来方向推定方法の原理は、以下の通りである。
信号ベクトル収集ステップは、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算ステップは、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。行列演算ステップは、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。到来方向推定ステップは、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う。ベクトル補正ステップは、推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、ベクトルrを構成する各成分の値を補正する。行列補正ステップは、補正されたベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求める。固有値再計算ステップは、補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、補正行列Raの固有ベクトルおよびこれの各要素に対応する固有値を求める。有意差判別ステップは、到来方向が推定された到来波に関する補正行列Raの固有値とその他の固有値との間に有意な差があるか否かを判定する。推定値出力ステップは、到来方向が推定された到来波に関する補正行列Raの固有値と他の固有値との間に有意な差が存在する場合に、到来波が直接波であると判断し、推定結果をサイトに直接伝播した到来波の到来方向として出力する。
The principle of the sixth direction-of-arrival estimation method according to the present invention is as follows.
In the signal vector collection step, a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmission end is obtained for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves. In the correlation calculation step, a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained based on the vector r. In the matrix calculation step, predetermined matrix calculation processing is performed on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. In the arrival direction estimation step, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto. In the vector correction step, the value of each component constituting the vector r is corrected based on the estimated direction of arrival and the arrangement and characteristics of each branch at the site. In the matrix correction step, a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal that has arrived at the site is obtained based on the corrected vector r. In the eigenvalue recalculation step, a predetermined matrix calculation process is performed on the correction matrix Ra to obtain eigenvectors of the correction matrix Ra and eigenvalues corresponding to the respective elements. The significant difference determining step determines whether or not there is a significant difference between the eigenvalues of the correction matrix Ra and the other eigenvalues regarding the incoming wave whose arrival direction is estimated. The estimated value output step determines that the incoming wave is a direct wave when there is a significant difference between the eigenvalues of the correction matrix Ra related to the incoming wave whose direction of arrival has been estimated and other eigenvalues, and the estimation result Is output as the direction of arrival of the incoming wave directly propagating to the site.

このように構成された第6の到来方向推定方法の動作は、下記の通りである。
まず、相関演算ステップの実行によって得られる波動信号の相関を示す行列Rについて、行列演算ステップの実行によって得られた行列Rの固有ベクトルを利用して、到来方向推定ステップにおいて、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によって到来方向の推定処理を行うことにより、サイトに到来した波動信号の到来方向を推定する。次いで、ベクトル補正ステップにおいて、この推定結果とサイトにおける各ブランチの配置や指向性などの特性とに基づいて、上述したベクトルrの各成分の値を補正する。その後、行列補正ステップにおいて、補正されたベクトルrの相関を示す補正行列Raを算出し、この補正行列Raについて、固有値再計算ステップにおいて、例えば、固有値解析処理を行って補正行列Raの固有値を求めることにより、サイトの指向性による誤差を考慮した到来波の受信電力を示す指標を得ることができる。
The operation of the sixth direction-of-arrival estimation method configured as described above is as follows.
First, for the matrix R indicating the correlation of the wave signal obtained by executing the correlation calculation step, using the eigenvector of the matrix R obtained by executing the matrix calculation step, in the arrival direction estimation step, for example, a MUSIC algorithm or the like The direction of arrival of the wave signal arriving at the site is estimated by performing the direction of arrival estimation process using the direction of arrival estimation method. Next, in the vector correction step, the value of each component of the vector r described above is corrected based on this estimation result and characteristics such as the arrangement and directivity of each branch at the site. Thereafter, in the matrix correction step, a correction matrix Ra indicating the correlation of the corrected vector r is calculated, and for this correction matrix Ra, eigenvalue analysis processing is performed in the eigenvalue recalculation step, for example, to obtain the eigenvalue of the correction matrix Ra. Thus, it is possible to obtain an index indicating the received power of the incoming wave in consideration of an error due to the directivity of the site.

上述したようにして改めて得られた固有値について、有意差判別ステップにおいて、例えば、到来方向が推定された到来波に対応する固有値Vが次に大きい固有値Vに比べて有意に大きいか否かを判定すれば、サイトの指向性による誤差にかかわらず、到来方向が推定された到来波が、サイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。 For the eigenvalues obtained anew as described above, in the significant difference determination step, for example, whether or not the eigenvalue V 1 corresponding to the incoming wave whose direction of arrival has been estimated is significantly larger than the next largest eigenvalue V 2 . , It is possible to accurately determine whether or not the incoming wave whose arrival direction is estimated is a direct wave that is directly incident on the site, regardless of errors due to the directivity of the site.

このようにして、直接波として判別した到来波について得られた到来方向の推定結果のみを、推定値出力ステップにおいて、到来波の到来方向として出力することにより、反射波の存在にかかわらず、有用な到来波の到来方向を送信端の位置同定および探索処理に供することができる。
本発明にかかわる第7の到来方向推定方法は、信号ベクトル収集ステップと、相関演算ステップと、行列演算ステップと、受信強度判別ステップと、有意差判別ステップと、直接波判別ステップと、到来方向推定ステップとから構成される。
In this way, only the arrival direction estimation result obtained for the incoming wave determined as a direct wave is output as the arrival direction of the incoming wave in the estimated value output step, regardless of the presence of the reflected wave. The direction of arrival of a new incoming wave can be used for transmitting end position identification and search processing.
A seventh direction-of-arrival estimation method according to the present invention includes a signal vector collection step, a correlation calculation step, a matrix calculation step, a received intensity determination step, a significant difference determination step, a direct wave determination step, and an arrival direction estimation. It consists of steps.

本発明にかかわる第7の到来方向推定方法の原理は、以下の通りである。
信号ベクトル収集ステップは、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算ステップは、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。相関演算ステップは、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。受信強度判別ステップは、固有値の値がサイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かを示す第1判定値を求める。有意差判別ステップは、固有値から他の固有値に比べて有意に大きいものが存在するか否かを示す第2判定値を求める。直接波判別ステップは、第1判定値と第2判定値とに基づいて、到来方向の推定対象となる到来波が送信端からサイトに直接入射する直接波であるか否かを判別する。到来方向推定ステップは、推定対象の到来波が直接波である場合に限って、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、到来波についてその到来方向の推定を行う。
The principle of the seventh arrival direction estimation method according to the present invention is as follows.
In the signal vector collection step, a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmission end is obtained for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves. In the correlation calculation step, a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained based on the vector r. In the correlation calculation step, predetermined matrix calculation processing is performed on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. In the reception intensity determination step, a first determination value indicating whether or not the eigenvalue value satisfies a condition to be satisfied by the reception intensity of the wave signal directly incident on the site is obtained. The significant difference determination step obtains a second determination value indicating whether or not there is a significantly larger value from the eigenvalue than other eigenvalues. In the direct wave discrimination step, it is discriminated based on the first determination value and the second determination value whether or not the arrival wave to be estimated for the arrival direction is a direct wave that directly enters the site from the transmission end. The arrival direction estimation step estimates the arrival direction of an incoming wave using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto only when the arrival wave to be estimated is a direct wave.

このように構成された第7の到来方向推定方法の動作は、下記の通りである。
相関演算ステップの実行によって得られる波動信号の相関を示す行列Rについて、行列演算ステップにおいて、例えば、固有値解析処理を行って行列Rの固有値を求めることにより、到来波の受信電力を示す指標を得ることができる。
ここで、上述したように、反射波の受信強度は、直接伝播による波動信号の減衰の下限よりも大幅に低下していると考えられ、また、直接波に対応する受信強度と反射波に対応する受信強度との間に生じる大きな差から、行列Rの固有値の値には大きなばらつきがあると考えられる。
The operation of the seventh arrival direction estimation method configured in this way is as follows.
For the matrix R indicating the correlation of the wave signal obtained by executing the correlation calculation step, in the matrix calculation step, for example, an eigenvalue analysis process is performed to obtain an eigenvalue of the matrix R, thereby obtaining an index indicating the received power of the incoming wave. be able to.
Here, as described above, the reception intensity of the reflected wave is considered to be significantly lower than the lower limit of the attenuation of the wave signal by direct propagation, and also corresponds to the reception intensity and the reflected wave corresponding to the direct wave. It is considered that there is a large variation in the value of the eigenvalue of the matrix R because of the large difference that occurs between the received intensity and the received intensity.

したがって、例えば、上述したようにして求めた固有値の値のいずれかが、受信強度判別ステップにおいて、直接伝播による波動信号の減衰の下限に基づいて予め定められた閾値以上であることが第1判定値によって示され、かつ、有意差判別ステップにおいて、最大の固有値Vが次に大きい固有値Vに比べて有意に大きいことが第2判定値によって示されれば、直接波判別ステップにおいて、サイトに直接入射した直接波が存在していることをより確実に確認することができる。 Therefore, for example, the first determination is that any of the eigenvalues obtained as described above is equal to or greater than a predetermined threshold based on the lower limit of the attenuation of the wave signal due to direct propagation in the reception intensity determination step. If the second determination value indicates that the largest eigenvalue V 1 is significantly larger than the next largest eigenvalue V 2 in the significant difference determination step, the direct wave determination step It can be confirmed more reliably that there is a direct wave directly incident on.

この場合は、例えば、直接波が遮蔽され、代わりに、1次反射による反射波とともに2次反射による反射波がサイトに入射した場合にも、1次反射による反射波の強度が2次反射による反射波の強度に比べて有意に大きい旨が第2判定値によって示されるにもかかわらず、直接伝播で考えられる減衰から推定される強度よりも固有値の最大値で示される強度の方が小さいことを示す第1判定値をもって、直接波が存在しないと判定することができる。   In this case, for example, when the direct wave is shielded and, instead, the reflected wave due to the secondary reflection and the reflected wave due to the secondary reflection enter the site, the intensity of the reflected wave due to the primary reflection is due to the secondary reflection. Despite the fact that the second judgment value indicates that the intensity is significantly greater than the intensity of the reflected wave, the intensity indicated by the maximum eigenvalue is smaller than the intensity estimated from the attenuation assumed by direct propagation. It can be determined that there is no direct wave with the first determination value indicating.

このようにして、直接波がサイトに到来している場合にのみ、到来方向推定ステップにおいて、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によって到来方向の推定処理を行うことにより、反射波の存在にかかわらず、有用な到来波の到来方向を選択的に推定し、送信端の位置同定および探索処理に供することができる。
本発明にかかわる第8の到来方向推定方法は、信号ベクトル収集ステップと、相関演算ステップと、行列演算ステップと、到来方向推定ステップと、固有値補正ステップと、受信強度判別ステップと、有意差判別ステップと、直接波判別ステップと、推定値出力ステップとから構成される。
In this way, only when a direct wave has arrived at the site, in the direction of arrival estimation step, for example, by performing the direction of arrival estimation process by the direction of arrival estimation method such as the MUSIC algorithm, the presence of the reflected wave is confirmed. Regardless, it is possible to selectively estimate the direction of arrival of a useful incoming wave and use it for the position identification and search processing of the transmitting end.
An eighth arrival direction estimation method according to the present invention includes a signal vector collection step, a correlation calculation step, a matrix calculation step, an arrival direction estimation step, an eigenvalue correction step, a reception intensity determination step, and a significant difference determination step. And a direct wave discrimination step and an estimated value output step.

本発明にかかわる第8の到来方向推定方法の原理は、以下の通りである。
信号ベクトル収集ステップは、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算ステップは、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。行列演算ステップは、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。到来方向推定ステップは、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う。固有値補正ステップは、推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、行列演算処理による結果として得られた固有値の値を補正する。受信強度判別ステップは、到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値の値がサイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かを示す第1判定値を求める。有意差判別ステップは、到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値が他の固有値に比べて有意に大きいか否かを示す第2判定値を求める。直接波判別ステップは、第1判定値と第2判定値とに基づいて、到来方向が推定された到来波が送信端からサイトに直接入射する直接波であるか否かを判別する。推定値出力ステップは、到来方向が推定された到来波が直接波である場合に限って、推定された到来方向を出力する。
The principle of the eighth arrival direction estimation method according to the present invention is as follows.
In the signal vector collection step, a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmission end is obtained for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves. In the correlation calculation step, a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained based on the vector r. In the matrix calculation step, predetermined matrix calculation processing is performed on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. In the arrival direction estimation step, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto. The eigenvalue correction step corrects the value of the eigenvalue obtained as a result of the matrix calculation processing based on the estimated arrival direction and the arrangement and characteristics of each branch at the site. In the reception intensity determination step, a first determination value indicating whether or not the value of the corrected eigenvalue corresponding to the arrival wave whose arrival direction has been estimated satisfies a condition that the reception intensity of the wave signal directly incident on the site should satisfy is satisfied. Ask. The significant difference determination step obtains a second determination value indicating whether or not the corrected eigenvalue corresponding to the incoming wave whose arrival direction is estimated is significantly larger than other eigenvalues. The direct wave determining step determines whether or not the incoming wave whose arrival direction is estimated is a direct wave that directly enters the site from the transmission end based on the first determination value and the second determination value. The estimated value output step outputs the estimated direction of arrival only when the arrival wave whose direction of arrival is estimated is a direct wave.

このように構成された第8の到来方向推定方法の動作は、下記の通りである。
まず、相関演算ステップの実行によって得られる波動信号の相関を示す行列Rについて、行列演算ステップを実行することによって得られた行列Rの固有ベクトルを利用して、到来方向推定ステップにおいて、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によって到来方向の推定処理を行うことにより、サイトに到来した波動信号の到来方向を推定する。次いで、固有値補正ステップにおいて、この推定結果とサイトにおける各ブランチの配置や指向性などの特性とに基づいて、上述した固有値解析処理で得られた各固有値を補正する。これにより、サイトの指向性による誤差を考慮した各到来波の受信電力を示す指標を得ることができる。
The operation of the eighth arrival direction estimation method configured as described above is as follows.
First, for the matrix R indicating the correlation of the wave signal obtained by executing the correlation calculation step, using the eigenvector of the matrix R obtained by executing the matrix calculation step, for example, in the direction of arrival estimation step, for example, the MUSIC algorithm The direction of arrival of the wave signal arriving at the site is estimated by performing the direction-of-arrival estimation process using the direction-of-arrival estimation method. Next, in the eigenvalue correction step, each eigenvalue obtained in the eigenvalue analysis process described above is corrected based on this estimation result and characteristics such as the arrangement and directivity of each branch in the site. As a result, it is possible to obtain an index indicating the received power of each incoming wave in consideration of errors due to site directivity.

上述したようにして求めた固有値ではサイトの指向性による誤差が既に補正されているので、受信強度判別ステップにおいて求めた第1判定値と、有意差判別ステップにおいて求めた第2判定値とに基づいて、直接波判別ステップを実行することにより、サイトの志向性の影響などを考慮して、到来方向が推定された到来波がサイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。   Since the eigenvalue obtained as described above has already corrected the error due to the directivity of the site, it is based on the first judgment value obtained in the reception strength judgment step and the second judgment value obtained in the significant difference judgment step. By executing the direct wave discrimination step, it is possible to accurately determine whether the incoming wave whose direction of arrival is estimated is a direct wave directly incident on the site, taking into account the influence of the site orientation, etc. be able to.

この判定結果に応じて、推定値出力ステップにおいて、直接波として判別した到来波について得られた到来方向の推定結果のみを到来波の到来方向として出力することにより、反射波の存在にかかわらず、有用な到来波の到来方向を送信端の位置同定および探索処理に供することができる。
本発明にかかわる第9の到来方向推定方法は、信号ベクトル収集ステップと、相関演算ステップと、行列演算ステップと、到来方向推定ステップと、ベクトル補正ステップと、行列補正ステップと、固有値再計算ステップと、受信強度判別ステップと、有意差判別ステップと、直接波判別ステップと、推定値出力ステップとから構成される。
According to this determination result, in the estimated value output step, by outputting only the arrival direction estimation result obtained for the incoming wave determined as the direct wave as the arrival direction of the incoming wave, regardless of the presence of the reflected wave, Useful arrival directions of incoming waves can be used for transmitting end position identification and search processing.
A ninth arrival direction estimation method according to the present invention includes a signal vector collection step, a correlation calculation step, a matrix calculation step, an arrival direction estimation step, a vector correction step, a matrix correction step, and an eigenvalue recalculation step. , A reception intensity determination step, a significant difference determination step, a direct wave determination step, and an estimated value output step.

本発明にかかわる第9の到来方向推定方法の原理は、以下の通りである。
信号ベクトル収集ステップは、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算ステップは、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。行列演算ステップは、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。到来方向推定ステップは、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う。ベクトル補正ステップは、推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、ベクトルrを構成する各成分の値を補正する。行列補正ステップは、補正されたベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求める。固有値再計算ステップは、補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、補正行列Raの固有ベクトルおよびこれの各要素に対応する固有値を求める。受信強度判別ステップは、到来方向が推定された到来波に対応して改めて求められた固有値の値がサイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かを示す第1判定値を求める。有意差判別ステップは、到来方向が推定された到来波に対応して改めて求められた固有値が他の固有値に比べて有意に大きいか否かを示す第2判定値を求める。直接波判別ステップは、第1判定値と第2判定値とに基づいて、到来方向が推定された到来波が送信端からサイトに直接入射する直接波であるか否かを判別する。推定値出力ステップは、到来方向が推定された到来波が直接波である場合に限って、推定された到来方向を出力する。
The principle of the ninth direction of arrival estimation method according to the present invention is as follows.
In the signal vector collection step, a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmission end is obtained for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves. In the correlation calculation step, a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained based on the vector r. In the matrix calculation step, predetermined matrix calculation processing is performed on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. In the arrival direction estimation step, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto. In the vector correction step, the value of each component constituting the vector r is corrected based on the estimated direction of arrival and the arrangement and characteristics of each branch at the site. In the matrix correction step, a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal that has arrived at the site is obtained based on the corrected vector r. In the eigenvalue recalculation step, a predetermined matrix calculation process is performed on the correction matrix Ra to obtain eigenvectors of the correction matrix Ra and eigenvalues corresponding to the respective elements. The reception strength determination step is a first determination indicating whether or not the value of the eigenvalue newly obtained corresponding to the arrival wave whose arrival direction is estimated satisfies a condition to be satisfied by the reception strength of the wave signal directly incident on the site. Find the value. In the significant difference determination step, a second determination value indicating whether or not the eigenvalue newly obtained corresponding to the arrival wave whose arrival direction is estimated is significantly larger than other eigenvalues is obtained. The direct wave determining step determines whether or not the incoming wave whose arrival direction is estimated is a direct wave that directly enters the site from the transmission end based on the first determination value and the second determination value. The estimated value output step outputs the estimated direction of arrival only when the arrival wave whose direction of arrival is estimated is a direct wave.

このように構成された第9の到来方向推定方法の動作は、下記の通りである。
まず、相関演算ステップの実行によって得られる波動信号の相関を示す行列Rについて、行列演算ステップを実行してことによって得られた行列Rの固有ベクトルを利用して、到来方向推定ステップにおいて、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によって到来方向の推定処理を行うことにより、サイトに到来した波動信号の到来方向を推定する。次いで、ベクトル補正ステップにおいて、この推定結果とサイトにおける各ブランチの配置や指向性などの特性とに基づいて、上述したベクトルrの各成分の値を補正する。その後、行列補正ステップにおいて、補正されたベクトルrの相関を示す補正行列Raを算出し、この補正行列Raについて、固有値再計算ステップにおいて、例えば、固有値解析処理を行って補正行列Raの固有値を求めることにより、サイトの指向性による誤差を考慮した到来波の受信電力を示す指標を得ることができる。
The operation of the ninth arrival direction estimation method configured as described above is as follows.
First, for the matrix R indicating the correlation of the wave signals obtained by executing the correlation calculation step, using the eigenvector of the matrix R obtained by executing the matrix calculation step, for example, in the direction of arrival estimation step, for example, MUSIC The direction of arrival of the wave signal arriving at the site is estimated by performing the direction-of-arrival estimation process using an arrival direction estimation method such as an algorithm. Next, in the vector correction step, the value of each component of the vector r described above is corrected based on this estimation result and characteristics such as the arrangement and directivity of each branch at the site. Thereafter, in the matrix correction step, a correction matrix Ra indicating the correlation of the corrected vector r is calculated, and for this correction matrix Ra, eigenvalue analysis processing is performed in the eigenvalue recalculation step, for example, to obtain the eigenvalue of the correction matrix Ra. Thus, it is possible to obtain an index indicating the received power of the incoming wave in consideration of an error due to the directivity of the site.

上述したようにして改めて求めた固有値ではサイトの指向性による誤差が既に補正されている。したがって、受信強度判別ステップにおいて求めた第1判定値と、有意差判別ステップにおいて求めた第2判定値とに基づいて、直接波判別ステップを実行することにより、サイトの嗜好性などによる誤差の存在にかかわらず、到来方向が推定された到来波がサイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。   In the eigenvalue newly obtained as described above, the error due to the directivity of the site is already corrected. Therefore, by performing the direct wave discrimination step based on the first judgment value obtained in the reception strength discrimination step and the second judgment value obtained in the significant difference discrimination step, there is an error due to site preference or the like. Regardless of whether or not the arrival wave whose direction of arrival is estimated is a direct wave directly incident on the site, it can be accurately determined.

この判定結果に応じて、推定値出力ステップにおいて、直接波として判別した到来波について得られた到来方向の推定結果のみを到来波の到来方向として出力することにより、反射波の存在にかかわらず、有用な到来波の到来方向を送信端の位置同定および探索処理に供することができる。
本発明にかかわる第1の到来方向推定装置は、サンプリング手段と、相関演算手段と、行列演算手段と、受信強度判別手段と、到来方向推定手段と、出力制御手段とから構成される。
According to this determination result, in the estimated value output step, by outputting only the arrival direction estimation result obtained for the incoming wave determined as the direct wave as the arrival direction of the incoming wave, regardless of the presence of the reflected wave, Useful arrival directions of incoming waves can be used for transmitting end position identification and search processing.
A first arrival direction estimation apparatus according to the present invention includes sampling means, correlation calculation means, matrix calculation means, reception intensity determination means, arrival direction estimation means, and output control means.

本発明にかかわる第1の到来方向推定装置の原理は、以下の通りである。
サンプリング手段は、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチへの到来波をサンプリングし、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算手段は、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。行列演算手段は、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。受信強度判別手段は、固有値の値が送信端からサイトに直接入射する直接波に対応する受信強度に関して予め定めた条件を満たすか否かを判定する。到来方向推定手段は、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う。出力制御手段は、受信強度判別手段によって条件が満たされている旨の判定結果が得られたときに、推定対象の到来波が直接波であると判断し、到来方向推定手段による推定結果をサイトに直接伝播で到来した到来波の到来方向として出力する。
The principle of the first direction of arrival estimation apparatus according to the present invention is as follows.
The sampling means samples incoming waves to a plurality of branches installed at the site as elements that receive wave signals including sound waves and electromagnetic waves, and obtains a vector r indicating a set of wave signals that have arrived from the transmitting end. The correlation calculation means obtains a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site based on the vector r. The matrix calculation means performs predetermined matrix calculation processing on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves that have arrived at the site, and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. The reception strength determining means determines whether or not the eigenvalue satisfies a predetermined condition regarding the reception strength corresponding to the direct wave directly incident on the site from the transmission end. The arrival direction estimation means estimates the arrival direction of the incoming wave to the site using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto. The output control unit determines that the arrival wave to be estimated is a direct wave when the determination result that the condition is satisfied is obtained by the reception strength determination unit, and the estimation result by the arrival direction estimation unit is Is output as the direction of arrival of the incoming wave that arrived directly by.

このように構成された第1の到来方向推定装置の動作は、下記の通りである。
サンプリング手段によるサンプリングによって得られたベクトルrに基づいて、相関演算手段により、波動信号の相関を示す行列Rが求められ、この行列Rについて、行列演算手段により、例えば、固有値解析処理を行って行列Rの固有値を求めることにより、到来波の受信電力を示す指標が得られる。
The operation of the first direction-of-arrival estimation apparatus configured as described above is as follows.
Based on the vector r obtained by sampling by the sampling means, the correlation calculation means obtains a matrix R indicating the correlation of the wave signal, and the matrix calculation means performs, for example, an eigenvalue analysis process on the matrix R. By obtaining the eigenvalue of R, an index indicating the received power of the incoming wave can be obtained.

上述したように、反射波に対応する受信強度は、直接伝播による波動信号の減衰の下限よりも大幅に低下していると考えられる。したがって、受信強度判別手段において、上述したようにして求めた固有値の最大値を、例えば、直接伝播による波動信号の減衰の下限に基づいて予め定められた閾値と比較することにより、到来方向推定の対象となる到来波が、サイトに直接入射した直接波であるか否かを判定することができる。   As described above, the reception intensity corresponding to the reflected wave is considered to be significantly lower than the lower limit of the attenuation of the wave signal due to direct propagation. Therefore, in the reception strength discriminating means, the maximum value of the eigenvalue obtained as described above is compared with a predetermined threshold based on the lower limit of the attenuation of the wave signal due to direct propagation, for example, to estimate the direction of arrival. It can be determined whether the incoming wave of interest is a direct wave directly incident on the site.

また、到来方向推定手段は、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によってサイトへの到来波の到来方向を推定する。この到来方向推定手段による推定結果は、受信強度判別手段によって得られた判別結果によって、直接波が到来していることが確認された場合に限って、出力制御手段を介して出力される。したがって、この第1の到来方向推定装置によれば、有用な到来波の到来方向の推定結果を選択的に出力し、送信端の位置同定および探索処理に供することができる。   Further, the arrival direction estimation means estimates the arrival direction of the arrival wave at the site by an arrival direction estimation method such as a MUSIC algorithm. The estimation result by the arrival direction estimation means is output via the output control means only when it is confirmed by the discrimination result obtained by the reception intensity discrimination means that a direct wave has arrived. Therefore, according to the first arrival direction estimation device, it is possible to selectively output the estimation result of the arrival direction of a useful arrival wave and use it for the transmission end position identification and search processing.

本発明にかかわる第2の到来方向推定装置は、上述した第1の到来方向推定装置に備えられた受信強度判別手段に、固有値補正手段と、条件判定手段とを備えて構成される。
本発明にかかわる第2の到来方向推定装置の原理は、以下の通りである。
上述した第1の到来方向推定装置に備えられた受信強度判別手段において、固有値補正手段は、到来方向推定手段によって推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、行列演算手段によって求められた固有値の値を補正する。条件判定手段は、到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値の値が所定の閾値に対して予め決定した関係を満たしているときに、直接波に対応する受信強度に関する条件を満たす旨の判定結果を出力する。
A second arrival direction estimation apparatus according to the present invention is configured by including eigenvalue correction means and condition determination means in the reception intensity determination means provided in the first arrival direction estimation apparatus described above.
The principle of the second arrival direction estimating apparatus according to the present invention is as follows.
In the reception strength determination means provided in the first arrival direction estimation device described above, the eigenvalue correction means performs matrix calculation based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimation means and the arrangement and characteristics of each branch at the site. The value of the eigenvalue obtained by the means is corrected. The condition determining means determines the condition regarding the reception intensity corresponding to the direct wave when the corrected eigenvalue corresponding to the incoming wave whose direction of arrival is estimated satisfies a predetermined relationship with respect to the predetermined threshold. Outputs the determination result to satisfy.

このように構成された第2の到来方向推定装置の動作は、下記の通りである。
受信強度判別手段では、まず、到来方向推定手段による推定結果を用いて、固有値補正手段により、行列演算手段によって求められた固有値の値を補正する。これにより、サイトの指向性による誤差を考慮した各到来波の受信電力を示す指標を得ることができる。
上述したようにして求めた固有値ではサイトの指向性による誤差が既に補正されているので、条件判定手段により、例えば、到来方向が推定された到来波に対応する固有値Vが直接伝播による減衰の下限から予め求めた閾値よりも大きいか否かを判定することによって、直接波に対応する受信強度に関する条件が満たされているか否かをより厳密に判定し、到来方向が推定された到来波がサイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。
The operation of the second arrival direction estimation apparatus configured as described above is as follows.
In the reception intensity discrimination means, first, the eigenvalue value obtained by the matrix operation means is corrected by the eigenvalue correction means using the estimation result obtained by the arrival direction estimation means. As a result, it is possible to obtain an index indicating the received power of each incoming wave in consideration of errors due to site directivity.
Since the error due to the directivity of the site has already been corrected in the eigenvalue obtained as described above, the eigenvalue V 1 corresponding to the incoming wave whose direction of arrival is estimated, for example, is attenuated by direct propagation by the condition determining means. By determining whether or not the condition relating to the reception intensity corresponding to the direct wave is satisfied by determining whether or not the threshold is greater than the threshold obtained in advance from the lower limit, the arrival wave whose arrival direction is estimated is determined. It is possible to accurately determine whether the wave is a direct wave directly incident on the site.

本発明にかかわる第3の到来方向推定装置は、上述した第1の到来方向推定装置に備えられた受信強度判別手段に、ベクトル補正手段と、行列補正手段と、補正固有値算出手段と、条件判定手段とを備えて構成される。
本発明にかかわる第3の到来方向推定装置の原理は、以下の通りである。
上述した第1の到来方向推定装置に備えられた受信強度判別手段において、ベクトル補正手段は、到来方向推定手段によって推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、ベクトルrを構成する各成分の値を補正する。補正相関演算手段は、補正されたベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求める。補正固有値算出手段は、補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、補正行列Raの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを算出することにより、補正された固有値を求める。条件判定手段は、到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値の値が所定の閾値に対して予め決定した関係を満たしているときに、直接波に対応する受信強度に関する条件を満たす旨の判定結果を出力する。
A third direction-of-arrival estimation apparatus according to the present invention includes a vector correction means, a matrix correction means, a corrected eigenvalue calculation means, a condition determination, and a reception intensity determination means provided in the first arrival direction estimation apparatus described above. Means.
The principle of the third arrival direction estimation apparatus according to the present invention is as follows.
In the reception strength determination means provided in the first arrival direction estimation device described above, the vector correction means is configured to calculate the vector r based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimation means and the arrangement and characteristics of each branch at the site. Is corrected. The correction correlation calculation means obtains a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal that has arrived at the site, based on the corrected vector r. The corrected eigenvalue calculating means performs a predetermined matrix calculation process on the correction matrix Ra and calculates eigenvalues of the correction matrix Ra and eigenvectors corresponding to these eigenvalues, thereby obtaining corrected eigenvalues. The condition determining means determines the condition regarding the reception intensity corresponding to the direct wave when the corrected eigenvalue corresponding to the incoming wave whose direction of arrival is estimated satisfies a predetermined relationship with respect to the predetermined threshold. Outputs the determination result to satisfy.

このように構成された第3の到来方向推定装置の動作は、下記の通りである。
受信強度判別手段では、まず、到来方向推定手段による推定結果を用いて、ベクトル補正手段により、上述したベクトルrの各成分の値を補正する。その後、補正相関演算手段により、補正されたベクトルrの相関を示す補正行列Raが算出され、補正固有値算出手段により、この補正行列Raの固有値が算出される。
The operation of the third direction-of-arrival estimation apparatus configured as described above is as follows.
In the reception strength discrimination means, first, the value of each component of the vector r described above is corrected by the vector correction means using the estimation result by the arrival direction estimation means. Thereafter, a correction matrix Ra indicating the correlation of the corrected vector r is calculated by the correction correlation calculation means, and an eigenvalue of the correction matrix Ra is calculated by the correction eigenvalue calculation means.

上述したようにして改めて求めた固有値ではサイトの指向性による誤差が既に補正されている。したがって、条件判定手段により、例えば、到来方向が推定された到来波に対応する固有値Vが直接伝播による減衰の下限から予め求めた閾値よりも大きいか否かを判定することによって、直接波に対応する受信強度に関する条件が満たされているか否かをより厳密に判定し、到来方向が推定された到来波がサイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。 In the eigenvalue newly obtained as described above, the error due to the directivity of the site is already corrected. Therefore, the condition determining means, for example, by the eigenvalues V 1 the incoming direction corresponds to the estimated arrival wave to determine whether greater than a previously determined threshold value from the lower limit of the attenuation due to the direct propagation, the direct wave It is possible to more accurately determine whether or not the condition regarding the corresponding reception intensity is satisfied, and to accurately determine whether or not the incoming wave whose arrival direction is estimated is a direct wave that is directly incident on the site.

本発明にかかわる第4の到来方向推定装置は、サンプリング手段と、相関演算手段と、行列演算手段と、有意差判別手段と、到来方向推定手段と、出力制御手段とから構成される。
本発明にかかわる第4の到来方向推定装置の原理は、以下の通りである。
サンプリング手段は、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチへの到来波をサンプリングし、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算手段は、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。行列演算手段は、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。有意差判別手段は、固有値の中に他の固有値に比べて有意に大きいものが存在するか否かを判定する。到来方向推定手段は、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う。出力制御手段は、有意差判別手段によって有意に大きい固有値が存在する旨の判定結果が得られたときに、推定対象の到来波が直接波であると判断し、到来方向推定手段による推定結果を所望の到来波の到来方向として出力する。
A fourth arrival direction estimation apparatus according to the present invention includes sampling means, correlation calculation means, matrix calculation means, significant difference determination means, arrival direction estimation means, and output control means.
The principle of the fourth arrival direction estimating apparatus according to the present invention is as follows.
The sampling means samples incoming waves to a plurality of branches installed at the site as elements that receive wave signals including sound waves and electromagnetic waves, and obtains a vector r indicating a set of wave signals that have arrived from the transmitting end. The correlation calculation means obtains a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site based on the vector r. The matrix calculation means performs predetermined matrix calculation processing on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves that have arrived at the site, and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. The significant difference discriminating unit determines whether there is a significant value among eigenvalues compared to other eigenvalues. The arrival direction estimation means estimates the arrival direction of the incoming wave to the site using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto. The output control means determines that the arrival wave to be estimated is a direct wave when the determination result that the significantly large eigenvalue exists is obtained by the significant difference determination means, and the estimation result by the arrival direction estimation means Output as the arrival direction of the desired arrival wave.

このように構成された第4の到来方向推定装置の動作は、下記の通りである。
サンプリング手段によるサンプリングによって得られたベクトルrに基づいて、相関演算手段により、波動信号の相関を示す行列Rが求められ、この行列Rについて、行列演算手段により、例えば、固有値解析処理を行って行列Rの固有値を求めることにより、到来波の受信電力を示す指標が得られる。
The operation of the fourth direction-of-arrival estimation apparatus configured as described above is as follows.
Based on the vector r obtained by sampling by the sampling means, the correlation calculation means obtains a matrix R indicating the correlation of the wave signal, and the matrix calculation means performs, for example, an eigenvalue analysis process on the matrix R. By obtaining the eigenvalue of R, an index indicating the received power of the incoming wave can be obtained.

ここで、一回以上の反射を介してサイトに入射する波動信号は、当然ながら、反射による散乱や伝播距離の増大などによってその強度が著しく低下していると考えられるので、直接波と反射波とが同時にサイトに到来している場合には、行列Rの固有値の値には大きなばらつきがあると考えられる。したがって、例えば、最大の固有値Vが次に大きい固有値Vに比べて有意に大きいか否かを判定することにより、到来方向推定の対象となる到来波が直接波であるか否かを判定することができる。つまり、有意差判別手段は、固有値Vを固有値Vで除算して得られる固有値の値の比と反射による波動信号の減衰の度合いに基づいて予め定められた閾値とを比較することにより、最大の固有値Vに対応する到来波の強度が他の到来波の強度に比べて十分に大きいか否かを判定する。ことが示された場合に、サイトに直接伝播した到来波が存在すると判定する。 Here, since the wave signal incident on the site through one or more reflections is naturally considered to have a significantly reduced intensity due to scattering due to reflection or an increase in propagation distance, the direct wave and the reflected wave Are simultaneously arriving at the site, it is considered that there is a large variation in the value of the eigenvalue of the matrix R. Therefore, for example, by determining whether or not the maximum eigenvalue V 1 is significantly larger than the next largest eigenvalue V 2 , it is determined whether or not the incoming wave that is the target of arrival direction estimation is a direct wave. can do. In other words, a significant difference determining means, by comparing the predetermined threshold value based on the degree of attenuation of the wave signal due to reflection and the ratio of the eigenvalues of a value obtained by dividing the eigenvalue V 1 eigenvalue V 2, maximum intensity of the incoming wave corresponding to the eigenvalues V 1 is determined whether sufficiently larger than the intensity of other incoming waves. If it is indicated, it is determined that there is an incoming wave that has directly propagated to the site.

また、到来方向推定手段は、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によってサイトへの到来波の到来方向を推定する。この到来方向推定手段による推定結果は、有意差判別手段によって得られた判別結果によって、直接波が到来していることが確認された場合に限って、出力制御手段を介して出力される。したがって、この第1の到来方向推定装置によれば、有用な到来波の到来方向の推定結果を選択的に出力し、送信端の位置同定および探索処理に供することができる。   Further, the arrival direction estimation means estimates the arrival direction of the arrival wave at the site by an arrival direction estimation method such as a MUSIC algorithm. The estimation result by the arrival direction estimation means is output via the output control means only when it is confirmed by the discrimination result obtained by the significant difference discrimination means that a direct wave has arrived. Therefore, according to the first arrival direction estimation device, it is possible to selectively output the estimation result of the arrival direction of a useful arrival wave and use it for the transmission end position identification and search processing.

本発明にかかわる第5の到来方向推定装置は、上述した第4の到来方向推定装置に備えられた有意差判別手段に、固有値補正手段と、比較手段とを備えて構成される。
本発明にかかわる第5の到来方向推定装置の原理は、以下の通りである。
上述した第4の到来方向推定装置に備えられた有意差判別手段において、固有値補正手段は、到来方向推定手段によって推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、行列演算手段によって求められた固有値の値を補正する。比較手段は、到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値の値が他の補正された固有値と比較して有意に大きいか否かを判定する。
A fifth arrival direction estimation apparatus according to the present invention is configured by including eigenvalue correction means and comparison means in the significant difference determination means provided in the fourth arrival direction estimation apparatus described above.
The principle of the fifth arrival direction estimating apparatus according to the present invention is as follows.
In the significant difference discriminating means provided in the fourth direction-of-arrival estimation apparatus described above, the eigenvalue correcting means performs matrix calculation based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimating means and the arrangement and characteristics of each branch at the site. The value of the eigenvalue obtained by the means is corrected. The comparing means determines whether or not the value of the corrected eigenvalue corresponding to the incoming wave whose direction of arrival has been estimated is significantly larger than other corrected eigenvalues.

このように構成された第5の到来方向推定装置の動作は、下記の通りである。
有意差判別手段では、まず、到来方向推定手段による推定結果を用いて、固有値補正手段により、行列演算手段によって求められた固有値の値を補正する。これにより、サイトの指向性による誤差を考慮した各到来波の受信電力を示す指標を得ることができる。
上述したようにして求めた固有値ではサイトの指向性による誤差が既に補正されているので、比較手段により、例えば、到来方向が推定された到来波に対応する固有値Vが次に大きい固有値Vに比べて有意に大きいか否かを判定すれば、サイトの指向性による誤差にかかわらず、到来方向が推定された到来波が、サイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。
The operation of the fifth arrival direction estimation apparatus configured as described above is as follows.
In the significant difference discriminating means, first, the eigenvalue value obtained by the matrix computing means is corrected by the eigenvalue correcting means using the estimation result obtained by the arrival direction estimating means. As a result, it is possible to obtain an index indicating the received power of each incoming wave in consideration of errors due to site directivity.
Since the error due to the directivity of the site has already been corrected in the eigenvalue obtained as described above, for example, the eigenvalue V 1 corresponding to the incoming wave whose arrival direction has been estimated by the comparing means is the next largest eigenvalue V 2. If it is determined whether or not it is significantly larger than the, it is possible to accurately determine whether the incoming wave whose direction of arrival has been estimated is a direct wave directly incident on the site, regardless of errors due to the directivity of the site. can do.

本発明にかかわる第6の到来方向推定装置は、上述した第4の到来方向推定装置に備えられた有意差判別手段に、ベクトル補正手段と、行列補正手段と、補正固有値算出手段と、比較手段とを備えて構成される。
本発明にかかわる第6の到来方向推定装置の原理は、以下の通りである。
上述した第4の到来方向推定装置に備えられた有意差判別手段において、ベクトル補正手段は、到来方向推定手段によって推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、ベクトルrを構成する各成分の値を補正する。補正相関演算手段は、補正されたベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求める。補正固有値算出手段は、補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、補正行列Raの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを算出することにより、補正された固有値を求める。比較手段は、到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値の値が他の補正された固有値と比較して有意に大きいか否かを判定する。
A sixth arrival direction estimation device according to the present invention includes a vector correction unit, a matrix correction unit, a corrected eigenvalue calculation unit, and a comparison unit, as a significant difference determination unit provided in the fourth arrival direction estimation device described above. And is configured.
The principle of the sixth arrival direction estimating apparatus according to the present invention is as follows.
In the significant difference discriminating means provided in the fourth arrival direction estimation device described above, the vector correction means is configured to calculate the vector r based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimation means and the arrangement and characteristics of each branch at the site. Is corrected. The correction correlation calculation means obtains a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal that has arrived at the site, based on the corrected vector r. The corrected eigenvalue calculating means performs a predetermined matrix calculation process on the correction matrix Ra and calculates eigenvalues of the correction matrix Ra and eigenvectors corresponding to these eigenvalues, thereby obtaining corrected eigenvalues. The comparing means determines whether or not the value of the corrected eigenvalue corresponding to the incoming wave whose direction of arrival has been estimated is significantly larger than other corrected eigenvalues.

このように構成された第6の到来方向推定装置の動作は、下記の通りである。
有意差判別手段では、まず、到来方向推定手段による推定結果を用いて、ベクトル補正手段により、上述したベクトルrの各成分の値を補正する。その後、補正相関演算手段により、補正されたベクトルrの相関を示す補正行列Raが算出され、補正固有値算出手段により、この補正行列Raの固有値が算出される。
The operation of the sixth arrival direction estimation apparatus configured as described above is as follows.
In the significant difference discriminating means, first, the value of each component of the vector r described above is corrected by the vector correcting means using the estimation result by the arrival direction estimating means. Thereafter, a correction matrix Ra indicating the correlation of the corrected vector r is calculated by the correction correlation calculation means, and an eigenvalue of the correction matrix Ra is calculated by the correction eigenvalue calculation means.

上述したようにして改めて求めた固有値ではサイトの指向性による誤差が既に補正されている。したがって、比較手段により、例えば、到来方向が推定された到来波に対応する固有値Vが次に大きい固有値Vに比べて有意に大きいか否かを判定すれば、サイトの指向性による誤差にかかわらず、到来方向が推定された到来波が、サイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。 In the eigenvalue newly obtained as described above, the error due to the directivity of the site is already corrected. Therefore, for example, if it is determined by the comparison means whether or not the eigenvalue V 1 corresponding to the arrival wave whose direction of arrival has been estimated is significantly larger than the next largest eigenvalue V 2 , an error due to the directivity of the site is caused. Regardless, it is possible to accurately determine whether the incoming wave whose direction of arrival has been estimated is a direct wave directly incident on the site.

本発明にかかわる第7の到来方向推定装置は、サンプリング手段と、相関演算手段と、行列演算手段と、受信強度判別手段と、有意差判別手段と、到来方向推定手段と、出力制御手段とから構成される。
本発明にかかわる第7の到来方向推定装置の原理は、以下の通りである。
サンプリング手段は、音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチへの到来波をサンプリングし、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求める。相関演算手段は、ベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める。行列演算手段は、行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める。受信強度判別手段は、固有値の値が送信端からサイトに直接入射する直接波に対応する受信強度に関して予め定めた条件を満たすか否かを判定し、この判定結果を示す第1判定値を出力する。有意差判別手段は、固有値の中に他の固有値に比べて有意に大きいものが存在するか否かを判定し、この判定結果を示す第2判定値を出力する。到来方向推定手段は、行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う。出力制御手段は、第1判定値および第2判定値に基づいて、推定対象の到来波が直接波であるか否かを判定し、直接波である場合に限って、到来方向推定手段による推定結果を所望の到来波の到来方向として出力する。
A seventh arrival direction estimation apparatus according to the present invention includes a sampling means, a correlation calculation means, a matrix calculation means, a reception intensity determination means, a significant difference determination means, an arrival direction estimation means, and an output control means. Composed.
The principle of the seventh arrival direction estimation device according to the present invention is as follows.
The sampling means samples incoming waves to a plurality of branches installed at the site as elements that receive wave signals including sound waves and electromagnetic waves, and obtains a vector r indicating a set of wave signals that have arrived from the transmitting end. The correlation calculation means obtains a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site based on the vector r. The matrix calculation means performs predetermined matrix calculation processing on the matrix R, thereby obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to the received power of the waves that have arrived at the site, and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. The reception intensity determination means determines whether or not the eigenvalue value satisfies a predetermined condition regarding the reception intensity corresponding to the direct wave directly incident on the site from the transmission end, and outputs a first determination value indicating the determination result To do. The significant difference discriminating means determines whether or not there is an eigenvalue that is significantly larger than other eigenvalues, and outputs a second determination value indicating the determination result. The arrival direction estimation means estimates the arrival direction of the incoming wave to the site using the eigenvector of the matrix R and the eigenvalue corresponding thereto. The output control means determines whether or not the arrival wave to be estimated is a direct wave based on the first determination value and the second determination value, and only when the arrival wave is a direct wave, the estimation by the arrival direction estimation means The result is output as the direction of arrival of the desired incoming wave.

このように構成された第7の到来方向推定装置の動作は、下記の通りである。
サンプリング手段によるサンプリングによって得られたベクトルrに基づいて、相関演算手段により、波動信号の相関を示す行列Rが求められ、この行列Rについて、行列演算手段により、例えば、固有値解析処理を行って行列Rの固有値を求めることにより、到来波の受信電力を示す指標が得られる。
The operation of the seventh arrival direction estimation apparatus configured as described above is as follows.
Based on the vector r obtained by sampling by the sampling means, the correlation calculation means obtains a matrix R indicating the correlation of the wave signal, and the matrix calculation means performs, for example, an eigenvalue analysis process on the matrix R. By obtaining the eigenvalue of R, an index indicating the received power of the incoming wave can be obtained.

ここで、一回以上の反射を介してサイトに入射する波動信号は、当然ながら、反射による散乱や伝播距離の増大などによってその強度が著しく低下していると考えられ、また、直接波に対応する受信強度と反射波に対応する受信強度との間に生じる大きな差から、行列Rの固有値の値には大きなばらつきがあると考えられる。したがって、例えば、上述したようにして求めた固有値の値のいずれかが、直接伝播による波動信号の減衰の下限に基づいて予め定められた閾値以上であることが、受信強度判別手段によって得られる第1判定値によって示され、かつ、最大の固有値Vが次に大きい固有値Vに比べて有意に大きい大きいことが、有意差判別手段によって得られる第2判定値によって示されれば、サイトに直接入射した直接波が存在していることをより確実に確認することができる。 Here, the wave signal incident on the site through one or more reflections is naturally considered to have a significantly reduced intensity due to scattering due to reflection and an increase in propagation distance, and also to direct waves. From the large difference that occurs between the received intensity corresponding to the reflected wave and the received intensity corresponding to the reflected wave, the values of the eigenvalues of the matrix R are considered to vary greatly. Therefore, for example, the reception intensity determination unit obtains that any of the eigenvalues obtained as described above is equal to or greater than a predetermined threshold based on the lower limit of the attenuation of the wave signal due to direct propagation. indicated by 1 decision value, and the maximum is possible eigenvalues V 1 is greater significantly larger than the next largest eigenvalue V 2, if indicated by the second judgment value obtained by significant difference determining means, to the site It can be confirmed more reliably that there is a direct wave directly incident.

この場合は、例えば、直接波が遮蔽され、代わりに、1次反射による反射波とともに2次反射による反射波がサイトに入射した場合にも、1次反射による反射波の強度が2次反射による反射波の強度に比べて有意に大きい旨が第2判定値によって示されるにもかかわらず、直接伝播で考えられる減衰から推定される強度よりも固有値の最大値で示される強度の方が小さいことを示す第1判定値をもって、直接波が存在しないと判定することができる。   In this case, for example, when the direct wave is shielded and, instead, the reflected wave due to the secondary reflection and the reflected wave due to the secondary reflection enter the site, the intensity of the reflected wave due to the primary reflection is due to the secondary reflection. Despite the fact that the second judgment value indicates that the intensity is significantly greater than the intensity of the reflected wave, the intensity indicated by the maximum eigenvalue is smaller than the intensity estimated from the attenuation assumed by direct propagation. It can be determined that there is no direct wave with the first determination value indicating.

また、到来方向推定手段は、例えば、MUSICアルゴリズムなどの到来方向推定手法によってサイトへの到来波の到来方向を推定する。この到来方向推定手段による推定結果は、有意差判別手段によって得られた判別結果によって、直接波が到来していることが確認された場合に限って、出力制御手段を介して出力される。したがって、この第7の到来方向推定装置によれば、有用な到来波の到来方向の推定結果を選択的に出力し、送信端の位置同定および探索処理に供することができる。   Further, the arrival direction estimation means estimates the arrival direction of the arrival wave at the site by an arrival direction estimation method such as a MUSIC algorithm. The estimation result by the arrival direction estimation means is output via the output control means only when it is confirmed by the discrimination result obtained by the significant difference discrimination means that a direct wave has arrived. Therefore, according to the seventh arrival direction estimation device, it is possible to selectively output the estimation result of the arrival direction of a useful arrival wave and to use it for the transmission end position identification and search processing.

本発明にかかわる第8の到来方向推定装置は、上述した第7の到来方向推定装置に、固有値補正手段を備えて構成される。
本発明にかかわる第8の到来方向推定装置の原理は、以下の通りである。
上述した第7の到来方向推定装置において、固有値補正手段は、到来方向推定手段によって推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、行列演算手段によって求められた固有値の値を補正し、補正された固有値を受信強度判別手段および有意差判別手段の処理に供する。
An eighth arrival direction estimation apparatus according to the present invention is configured by including eigenvalue correction means in the seventh arrival direction estimation apparatus described above.
The principle of the eighth arrival direction estimation apparatus according to the present invention is as follows.
In the seventh arrival direction estimating device described above, the eigenvalue correcting means is a value of the eigenvalue obtained by the matrix computing means based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimating means and the arrangement and characteristics of each branch at the site. , And the corrected eigenvalue is used for the processing of the reception intensity determination unit and the significant difference determination unit.

このように構成された第8の到来方向推定装置の動作は、下記の通りである。
到来方向推定手段による推定結果を用いて、固有値補正手段により、行列演算手段によって求められた固有値の値が補正され、この補正された固有値が、サイトの指向性による誤差を考慮した各到来波の受信電力を示す指標として、受信強度判別手段および有意差判別手段の処理に供される。
The operation of the eighth arrival direction estimation apparatus configured as described above is as follows.
The eigenvalue correction means corrects the value of the eigenvalue obtained by the matrix calculation means using the estimation result obtained by the arrival direction estimation means, and the corrected eigenvalue is calculated for each incoming wave in consideration of errors due to site directivity. As an index indicating the received power, it is used for the processing of the received intensity determining means and the significant difference determining means.

これにより、サイトの指向性などによる誤差を補正した上で、第1判定値および第2判定値を求めることができるので、サイトの指向性と推定された到来方向との関係などによる誤差にかかわらず、到来方向が推定された到来波が、サイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。
本発明にかかわる第9の到来方向推定装置は、上述した第7の到来方向推定装置に、ベクトル補正手段と、行列補正手段と、補正固有値算出手段とを備えて構成される。
As a result, the first determination value and the second determination value can be obtained after correcting the error due to the directivity of the site. Instead, it is possible to accurately determine whether or not the arrival wave whose arrival direction is estimated is a direct wave that is directly incident on the site.
A ninth arrival direction estimation apparatus according to the present invention is configured by adding the vector correction means, the matrix correction means, and the corrected eigenvalue calculation means to the seventh arrival direction estimation apparatus described above.

本発明にかかわる第9の到来方向推定装置の原理は、以下の通りである。
上述した第7の到来方向推定装置において、ベクトル補正手段は、到来方向推定手段によって推定された到来方向とサイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、ベクトルrを構成する各成分の値を補正する。補正相関演算手段は、補正されたベクトルrに基づき、サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求める。補正固有値算出手段は、補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、補正行列Raの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを算出することにより、補正された固有値を求め、得られた補正された固有値を受信強度判別手段および有意差判別手段の処理に供する。
The principle of the ninth arrival direction estimation apparatus according to the present invention is as follows.
In the seventh arrival direction estimation device described above, the vector correction means calculates the value of each component constituting the vector r based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimation means and the arrangement and characteristics of each branch at the site. to correct. The correction correlation calculation means obtains a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal that has arrived at the site, based on the corrected vector r. The corrected eigenvalue calculation means performs a predetermined matrix calculation process on the correction matrix Ra, calculates eigenvalues of the correction matrix Ra and eigenvectors corresponding to these eigenvalues, thereby obtaining corrected eigenvalues, and the obtained corrected eigenvalues. The eigenvalues are used for the processing of the reception strength discrimination means and the significant difference discrimination means.

このように構成された第9の到来方向推定装置の動作は、下記の通りである。
到来方向推定手段による推定結果を用いて、ベクトル補正手段により、上述したベクトルrの各成分の値が補正され、その後、補正相関演算手段により、補正されたベクトルrの相関を示す補正行列Raが算出される。そして、補正固有値算出手段により、この補正行列Raの固有値が算出され、受信強度判別手段および有意差判別手段の処理に供される。
The operation of the ninth arrival direction estimation apparatus configured as described above is as follows.
The value of each component of the vector r described above is corrected by the vector correction unit using the estimation result by the arrival direction estimation unit, and then the correction matrix Ra indicating the correlation of the corrected vector r is calculated by the correction correlation calculation unit. Calculated. Then, the eigenvalue of the correction matrix Ra is calculated by the correction eigenvalue calculating means, and used for the processing of the reception intensity determining means and the significant difference determining means.

上述したようにして改めて求めた固有値ではサイトの指向性による誤差が既に補正されている。したがって、比較手段により、例えば、到来方向が推定された到来波に対応する固有値Vが次に大きい固有値Vに比べて有意に大きいか否かを判定すれば、サイトの指向性による誤差にかかわらず、到来方向が推定された到来波が、サイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。 In the eigenvalue newly obtained as described above, the error due to the directivity of the site is already corrected. Therefore, for example, if it is determined by the comparison means whether or not the eigenvalue V 1 corresponding to the arrival wave whose direction of arrival has been estimated is significantly larger than the next largest eigenvalue V 2 , an error due to the directivity of the site is caused. Regardless, it is possible to accurately determine whether the incoming wave whose direction of arrival has been estimated is a direct wave directly incident on the site.

このように、サイトの指向性などによる誤差などを補正したベクトルrに基づいて、改めて固有値を求めることにより、到来波に対応する受信電力に関する指標からサイトの指向性などによる誤差の影響を除去した上で、受信強度判別手段および有意差判別手段の処理に供することができる。これにより、サイトの指向性などによる誤差の影響を受けることなく第1判定値および第2判定値を求めることができるので、サイトの指向性と推定された到来方向との関係などによる誤差にかかわらず、到来方向が推定された到来波が、サイトに直接入射した直接波であるか否かを正確に判定することができる。   As described above, the eigenvalue is obtained again based on the vector r in which the error due to the directivity of the site is corrected, thereby removing the influence of the error due to the directivity of the site from the index regarding the received power corresponding to the incoming wave. Above, it can use for the process of a receiving strength discrimination | determination means and a significant difference discrimination means. As a result, the first determination value and the second determination value can be obtained without being affected by the error due to the directivity of the site, etc. Therefore, the error depends on the error due to the relationship between the directivity of the site and the estimated arrival direction. Instead, it is possible to accurately determine whether or not the arrival wave whose arrival direction is estimated is a direct wave that is directly incident on the site.

本発明にかかわる第1の到来方向推定方法および装置によれば、到来方向推定処理に用いられる波動信号の相関を示す行列Rの固有値の値そのものに基づいて、サイトに直接波が到来しているか否かを極めて簡単な処理によって判定することができる。これにより、直接波に対応する受信電力が所定の閾値以上であることが期待できることを利用してサイトへの直接波到来の有無を判定し、直接波が到来しているときにのみ、到来波の到来方向を推定した結果を、送信端の位置同定および探索に有用な情報として提供することができる。   According to the first direction-of-arrival estimation method and apparatus according to the present invention, whether a direct wave has arrived at a site based on the value of the eigenvalue of the matrix R indicating the correlation of the wave signals used in the direction-of-arrival estimation process. Whether or not can be determined by an extremely simple process. By using the fact that the received power corresponding to the direct wave can be expected to be greater than or equal to a predetermined threshold, it is determined whether or not the direct wave has arrived at the site. The result of estimating the direction of arrival of can be provided as information useful for identifying and searching for the position of the transmitting end.

また、本発明にかかわる第4の到来方向推定方法および装置によれば、到来方向推定処理に用いられる波動信号の相関を示す行列Rの固有値の値相互に有意な差があるか否かに基づいて、サイトに直接波が到来しているか否かを判定することができる。これにより、直接波に対応する受信電力と反射波に対応する受信電力と間に大きな差があることを利用して、サイトへの直接波到来の有無を判定し、直接波が到来しているときにのみ、到来波の到来方向を推定した結果を、送信端の位置同定および探索に有用な情報として提供することができる。   In addition, according to the fourth direction-of-arrival estimation method and apparatus according to the present invention, based on whether there is a significant difference between eigenvalue values of the matrix R indicating the correlation of the wave signals used in the direction-of-arrival estimation process. Thus, it is possible to determine whether or not a direct wave has arrived at the site. By using the fact that there is a large difference between the received power corresponding to the direct wave and the received power corresponding to the reflected wave, it is determined whether or not the direct wave has arrived at the site, and the direct wave has arrived. Only occasionally, the result of estimating the direction of arrival of an incoming wave can be provided as information useful for position identification and search of the transmitting end.

また一方、本発明にかかわる第7の到来方向推定方法および装置によれば、到来方向推定処理に用いられる波動信号の相関を示す行列Rの固有値の値そのものおよび固有値の値相互に有意な差があるか否かに基づいて、サイトに直接波が到来しているか否かを判定することができる。これにより、直接波に対応する受信電力が所定の閾値以上であることが期待できることと、直接波に対応する受信電力と反射波に対応する受信電力と間に大きな差があることとの双方を利用して、サイトへの直接波到来の有無を判定し、直接波が到来しているときにのみ、到来波の到来方向を推定した結果を、送信端の位置同定および探索に有用な情報として提供することができる。   On the other hand, according to the seventh direction-of-arrival estimation method and apparatus according to the present invention, there is a significant difference between the eigenvalue values themselves of the matrix R indicating the correlation of the wave signals used in the direction-of-arrival estimation process and the eigenvalue values. Based on whether or not there is, it can be determined whether or not a direct wave has arrived at the site. As a result, it can be expected that the received power corresponding to the direct wave is greater than or equal to a predetermined threshold, and that there is a large difference between the received power corresponding to the direct wave and the received power corresponding to the reflected wave. Use this to determine whether there is a direct wave arriving at the site, and to estimate the arrival direction of the incoming wave only when the direct wave is arriving, as useful information for position identification and search of the transmitting end Can be provided.

更に、上述した到来方向推定方法および装置のそれぞれにおいて、到来方向推定結果を利用して、算出された固有値そのものについてサイトの指向性などによる誤差を補正して得られた補正された固有値、あるいは、サイトの指向性などによる誤差を補正した波動信号の集合の相関を示す行列から改めて算出された固有値を、サイトへの直接波到来の有無を判定する処理に供することにより、サイトの指向性などのようなハードウェア的な制限にかかわらず、確実にサイトへの直接波到来の有無を判定することができる。   Further, in each of the arrival direction estimation methods and apparatuses described above, using the arrival direction estimation result, the corrected eigenvalue obtained by correcting the error due to the directivity of the site for the calculated eigenvalue itself, or By using the eigenvalues newly calculated from the matrix indicating the correlation of the set of wave signals corrected for errors due to site directivity, etc., to determine whether there is direct wave arrival at the site, the site directivity, etc. Regardless of such hardware limitations, it is possible to reliably determine whether a direct wave has arrived at the site.

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
(第1の実施形態)受信強度と閾値との比較
図1に、本発明にかかわる到来方向推定装置の第1の実施形態を示す。
なお、図1に示す構成要素のうち、図11に示した各部と同等のものについては、図11に示した符号を付して示し、その説明を省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First Embodiment) Comparison between Received Intensity and Threshold Value FIG. 1 shows a first embodiment of an arrival direction estimating apparatus according to the present invention.
Note that among the components shown in FIG. 1, the same components as those shown in FIG. 11 are denoted by the reference numerals shown in FIG.

図1に示した信号処理回路13に備えられたサンプリング処理部201は、アレーアンテナ11を構成するアンテナ素子12−1〜12−Nの出力をサンプリングすることにより、波動信号の集合を示すベクトルrを取得する。このベクトルrに基づいて、相関演算処理部202により、波動信号の相関を示す行列Rが求められ、また、この行列Rに対して、行列演算処理部203により固有値展開処理が行われ、アレーアンテナ11を構成するアンテナ素子12−1〜12−Nの数Nと同数の固有値とこれらの固有値に対応する固有ベクトルが求められる。   A sampling processing unit 201 provided in the signal processing circuit 13 shown in FIG. 1 samples the outputs of the antenna elements 12-1 to 12-N constituting the array antenna 11, thereby a vector r indicating a set of wave signals. To get. Based on the vector r, the correlation calculation processing unit 202 obtains a matrix R indicating the correlation of the wave signal, and the matrix calculation processing unit 203 performs eigenvalue expansion processing on the matrix R to obtain an array antenna. 11, the same number of eigenvalues as the number N of antenna elements 12-1 to 12 -N constituting the antenna 11 and eigenvectors corresponding to these eigenvalues are obtained.

図1に示した演算制御部206は、行列演算処理部203によって得られた固有値および固有ベクトルを到来方向推定処理部204に渡して到来方向推定処理に供するとともに、上述した固有値を直接波判別部207に渡して後述する直接波判別処理に供する。
図1に示した直接波判別部207において、最大値検出部208は、演算制御部206から受け取ったN個の固有値から最大のものを検出し、この固有値の最大値Vを比較部209に渡して、所定の閾値Thとの比較処理に供する。この比較部209による比較結果は、直接波判別部207の出力として演算制御部206に返され、到来方向推定結果に関する出力処理に供される。
The arithmetic control unit 206 shown in FIG. 1 passes the eigenvalues and eigenvectors obtained by the matrix arithmetic processing unit 203 to the arrival direction estimation processing unit 204 for use in the arrival direction estimation process, and uses the eigenvalues described above as the direct wave determination unit 207. To the direct wave discrimination process described later.
In the direct wave discriminating unit 207 shown in FIG. 1, the maximum value detecting unit 208 detects the maximum value from the N eigenvalues received from the arithmetic control unit 206 and sends the maximum value V 1 of the eigenvalue to the comparing unit 209. pass and subjected to comparison process with a predetermined threshold Th 1. The comparison result by the comparison unit 209 is returned to the arithmetic control unit 206 as an output of the direct wave discrimination unit 207, and used for output processing related to the arrival direction estimation result.

一方、図1に示した到来方向推定処理部204は、演算制御部206から受け取った固有値および固有ベクトルに基づいて、例えば、MUSICアルゴリズムに従う到来方向推定処理を行い、MUSICスペクトラムが最大となる到来方向θを推定結果として演算制御部206に渡す。また、図1に示した位相補正レジスタ205には、サイト10に波動信号が到来し得る方向を示す方位角θに対応して、この方位角θとアレーアンテナ11における各アンテナ素子12−1〜12−Nの配置間隔dとによって決定される位相差φに関連する位相補正値が格納されている。例えば、サイト10に到来する波動信号の到来方向を方位角−90度から+90度の範囲で、精度1度で推定する場合には、方位角θを上述した範囲で1度ずつ変化させた場合に想定される位相差φに関連する位相補正値をそれぞれ算出し、位相補正レジスタ205に格納しておく必要がある。   On the other hand, the arrival direction estimation processing unit 204 shown in FIG. 1 performs arrival direction estimation processing according to the MUSIC algorithm, for example, based on the eigenvalue and eigenvector received from the arithmetic control unit 206, and the arrival direction θ that maximizes the MUSIC spectrum. Is passed to the arithmetic control unit 206 as an estimation result. Further, the phase correction register 205 shown in FIG. 1 corresponds to the azimuth angle θ indicating the direction in which the wave signal can arrive at the site 10, and the azimuth angle θ and the antenna elements 12-1 to 12-1 in the array antenna 11. The phase correction value related to the phase difference φ determined by the 12-N arrangement interval d is stored. For example, when the arrival direction of the wave signal arriving at the site 10 is estimated with an accuracy of 1 degree in an azimuth angle range of −90 degrees to +90 degrees, the azimuth angle θ is changed by 1 degree within the above range. It is necessary to calculate a phase correction value related to the assumed phase difference φ and store it in the phase correction register 205.

図2に、到来方向推定動作を表す流れ図を示す。
まず、サンプリング処理部201により、サイト10に到来した波動信号に対応するアレーアンテナ11の出力信号のサンプリングを行うことにより、サイト10に到来した波動信号の振幅および位相に関する情報を収集し、得られた情報に基づいて、サイト10に到来した波動信号の集合を示すベクトルrを形成する(ステップ301)。
FIG. 2 is a flowchart showing the direction of arrival estimation operation.
First, by sampling the output signal of the array antenna 11 corresponding to the wave signal arriving at the site 10 by the sampling processing unit 201, information on the amplitude and phase of the wave signal arriving at the site 10 is collected and obtained. Based on the obtained information, a vector r indicating a set of wave signals arriving at the site 10 is formed (step 301).

ここで、サイト10に到来方向が未知である送信端より送信された波動信号が入射したとき、この到来波は、サイト10に到来したときの振幅b、未知の方位角θおよびアンテナ素子の配置間隔d(図11参照)とによって決まる位相差φと、アンテナ素子の数Nとを用いて、式(3)に示すようなベクトルrとして表記される。
r=[b b・e … b・ej(N-1)φ]T ・・・(3)
次に、相関演算処理部202により、上述したステップ301で形成された波動信号の集合を示すベクトルrに関する相関演算を行い、波動信号の集合を示すベクトルrの相関を示す行列Rを求める(ステップ302)。
Here, when a wave signal transmitted from the transmitting end whose arrival direction is unknown is incident on the site 10, the arrival wave has an amplitude b, an unknown azimuth angle θ and an antenna element arrangement when arriving at the site 10. Using the phase difference φ determined by the interval d (see FIG. 11) and the number N of antenna elements, it is expressed as a vector r as shown in Equation (3).
r = [b b · e ... b · e j (N-1) φ ] T (3)
Next, the correlation calculation processing unit 202 performs a correlation calculation on the vector r indicating the set of wave signals formed in step 301 described above to obtain a matrix R indicating the correlation of the vector r indicating the set of wave signals (step 302).

このようにして得られた行列Rについて、行列演算処理部203は、固有値展開処理を行い、アレーアンテナ11に備えられたアンテナ素子の数Nと同数の固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める(ステップ303)。
到来方向推定処理部204は、行列演算処理部203の処理によって得られた固有値および固有ベクトルを演算制御部206を介して受け取り、これらの固有値および固有ベクトルに基づいて、例えば、MUSICアルゴリズムに従う到来方向推定処理を行い、MUSICスペクトラムを最大とする方位角θを到来方向の推定値として演算制御部206に返す(ステップ304)。
For the matrix R obtained in this manner, the matrix calculation processing unit 203 performs eigenvalue expansion processing to obtain the same number of eigenvalues as the number N of antenna elements provided in the array antenna 11 and eigenvectors corresponding to these eigenvalues. (Step 303).
The arrival direction estimation processing unit 204 receives the eigenvalues and eigenvectors obtained by the processing of the matrix operation processing unit 203 via the operation control unit 206, and based on these eigenvalues and eigenvectors, for example, the arrival direction estimation process according to the MUSIC algorithm And the azimuth angle θ that maximizes the MUSIC spectrum is returned to the arithmetic control unit 206 as an estimated value of the direction of arrival (step 304).

上述したステップ303で行列演算処理部203によって求められたN個の固有値は、演算制御部206を介して直接波判別部207の最大値検出部208に渡され、この最大値検出部208により、N個の固有値の中から最大の固有値Vが検出され(ステップ305)、比較部209による閾値Thとの比較処理に供される。
ここで、上述したように、到来波の集合を示すベクトルRの相関を示す行列rについて求められたN個の固有値の中でL個(L<N)の到来波に対応するものの値は、対応する到来波の受信電力と密接に関連し、他の固有値は、熱雑音に関連している。したがって、N個の固有値の中の最大のものは、サイト10に到来した波動信号の中で最も受信電力が大きいものに関連していると考えられる。
The N eigenvalues obtained by the matrix calculation processing unit 203 in step 303 described above are passed to the maximum value detection unit 208 of the direct wave determination unit 207 via the calculation control unit 206, and the maximum value detection unit 208 The largest eigenvalue V 1 is detected from the N eigenvalues (step 305), and is used for comparison processing with the threshold Th 1 by the comparison unit 209.
Here, as described above, among the N eigenvalues obtained for the matrix r indicating the correlation of the vector R indicating the set of arriving waves, the value corresponding to L (L <N) arriving waves is: Closely related to the received power of the corresponding incoming wave, other eigenvalues are related to thermal noise. Therefore, the largest one among the N eigenvalues is considered to be related to the wave signal having the highest received power among the wave signals arriving at the site 10.

また、例えば、到来方向を推定すべき送信端とサイト10とが限定された領域に設置されている場合などのように、送信端から放射された波動信号が直接伝播でサイト10に到来した際の減衰量が予測可能である場合に、この直接伝播で到達する波動信号の受信電力について下限を想定することができる。そして、上述した送信端から放射された波動信号が一次以上の反射を介してサイト10に入射した場合の受信電力は、当然ながら、上述した直接波に関する受信電力の下限に比べてはるかに小さいことが期待できる。なぜなら、1次以上の反射を介して入射した反射波の伝播経路は、直接波の伝播経路に比べて非常に長く、また、反射の際の散乱によっても減衰していることが確実だからである。   In addition, when the wave signal radiated from the transmission end arrives at the site 10 by direct propagation, for example, when the transmission end and the site 10 whose direction of arrival should be estimated are installed in a limited area. Can be predicted, a lower limit can be assumed for the received power of the wave signal that arrives by this direct propagation. And the received power when the wave signal radiated | emitted from the transmission end mentioned above injects into the site 10 via primary or higher-order reflection is naturally much smaller than the lower limit of the received power regarding the direct wave mentioned above. Can be expected. This is because the propagation path of the reflected wave incident through the first-order or higher-order reflection is very long compared to the direct wave propagation path, and is also surely attenuated by scattering during reflection. .

したがって、例えば、この受信電力の下限に関連する値を閾値Thとして図1に示した比較部209に設定すれば、比較部209によるこの閾値Thと最大の固有値Vとの比較結果として、到来波が直接波であるか否かの判定結果を得ることができる。
つまり、最大の固有値Vが上述した閾値Th以上である場合は(ステップ306の肯定判定)、上述したステップ304において推定された到来方向は、サイト10に直接伝播で到来した波動信号の到来方向であると考えられるので、演算制御部206は、到来方向推定処理部204によって得られた推定結果を送信端の方向として出力し(ステップ307)、到来方向推定処理を終了する。
Therefore, for example, if a value related to the lower limit of the received power is set as the threshold Th 1 in the comparison unit 209 shown in FIG. 1, the comparison unit 209 compares the threshold Th 1 with the maximum eigenvalue V 1 as a comparison result. The determination result as to whether or not the incoming wave is a direct wave can be obtained.
That is, when the maximum eigenvalue V 1 is equal to or greater than the above-described threshold value Th 1 (affirmative determination in step 306), the arrival direction estimated in the above-described step 304 is the arrival of the wave signal that has arrived directly at the site 10 Since it is considered to be a direction, the calculation control unit 206 outputs the estimation result obtained by the arrival direction estimation processing unit 204 as the direction of the transmitting end (step 307), and ends the arrival direction estimation process.

一方、最大の固有値Vが上述した閾値Thよりも小さい場合は(ステップ306の否定判定)、上述したステップ304において推定された到来方向は、一次以上の反射を介してサイト10に到来した波動信号の到来方向であると考えられるので、演算制御部206は、直接波が検出されなかった旨のメッセージを出力し(ステップ308)、到来方向推定処理を終了する。 On the other hand, when the maximum eigenvalue V 1 is smaller than the above-described threshold value Th 1 (negative determination in step 306), the arrival direction estimated in the above-described step 304 has arrived at the site 10 via primary or higher-order reflection. Since it is considered to be the arrival direction of the wave signal, the arithmetic control unit 206 outputs a message indicating that no direct wave is detected (step 308), and ends the arrival direction estimation process.

このようにして、到来方向推定処理に用いるために必然的に算出される固有値の値が、到来波の受信電力と密接な関連を持つことを利用して、上述した固有値の値に基づいて、到来方向が推定された到来波が直接波であるか否かを判定し、直接波が到来していることが確認された場合にのみ、到来方向の推定結果を送信端の方向として出力することができる。   In this way, using the fact that the eigenvalue value inevitably calculated for use in the direction of arrival estimation process is closely related to the received power of the incoming wave, based on the eigenvalue value described above, Determine whether the arrival wave whose direction of arrival has been estimated is a direct wave, and output the arrival direction estimation result as the direction of the transmitting end only when it is confirmed that the direct wave has arrived. Can do.

なお、上述した直接波判別技術は、当然ながら、波動信号の集合の相関を示す行列Rの固有値および固有ベクトルを用いて到来波の到来方向を推定するアルゴリズムであれば、アルゴリズムの種類にかかわらず適用可能である。したがって、図1に示した到来波推定処理部204に代えて、例えば、Beamformerアルゴリズムに従って推定処理を行う到来方向推定処理部を備えてもよいし、CaponアルゴリズムやLPアルゴリズムあるいは最小ノルムアルゴリズムに従って推定処理を行う到来方向推定処理部を備えてもよい。   Note that the direct wave discrimination technique described above can be applied regardless of the algorithm type as long as it is an algorithm that estimates the arrival direction of the incoming wave using the eigenvalues and eigenvectors of the matrix R indicating the correlation of the set of wave signals. Is possible. Therefore, instead of the arrival wave estimation processing unit 204 shown in FIG. 1, for example, an arrival direction estimation processing unit that performs estimation processing according to the Beamformer algorithm may be provided, or estimation processing according to the Capon algorithm, LP algorithm, or minimum norm algorithm An arrival direction estimation processing unit may be provided.

また、全ての固有値を閾値Thと比較し、閾値以上の値を持つ固有値が一つ以上存在するか否かによって、直接波の有無を判定することも可能である。
また、上述した閾値Thの値は、サイト10および送信端が存在する環境や送信端から送信され得る波動信号のパラメータなどに応じて決定することもできるし、複数の閾値を設定しておき、これらの閾値で示される範囲と固有値V1の最大値との関係に基づいて、直接波の有無を判定することもできる。
It is also possible to determine the presence or absence of a direct wave by comparing all eigenvalues with the threshold Th 1 and determining whether or not there is one or more eigenvalues having a value equal to or greater than the threshold.
In addition, the value of the threshold value Th 1 described above can be determined according to the environment where the site 10 and the transmission end exist, the parameters of the wave signal that can be transmitted from the transmission end, and a plurality of threshold values are set in advance. The presence or absence of a direct wave can also be determined based on the relationship between the range indicated by these threshold values and the maximum value of the eigenvalue V1.

また更に、上述したようにして、固有値に基づいて直接波が到来していることを確認した後に、到来方向推定処理部204による到来方向推定処理を実行させることも可能である。
(第2の実施形態)
図3に、本発明にかかわる到来方向推定装置の第2の実施形態を示す。
Furthermore, as described above, the arrival direction estimation processing by the arrival direction estimation processing unit 204 can be executed after confirming that a direct wave has arrived based on the eigenvalue.
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a second embodiment of the arrival direction estimation apparatus according to the present invention.

なお、図3に示す構成要素のうち、図1および図11に示した各部と同等のものについては、図1あるいは図11に示した符号を付して示し、その説明を省略する。
図3に示した固有値補正部211は、演算制御部206から到来方向推定処理部204によって得られた到来方向の推定値を示す方位角θと上述した行列Rの固有値とを受け取り、補正係数レジスタ212に保持された情報を用いて、行列Rの固有値の値を補正した後に、直接波判別部207による判別処理に供する。
3 that are the same as those shown in FIG. 1 and FIG. 11 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. 1 and FIG. 11, and description thereof is omitted.
The eigenvalue correction unit 211 shown in FIG. 3 receives the azimuth angle θ indicating the estimated value of the arrival direction obtained by the arrival direction estimation processing unit 204 from the arithmetic control unit 206 and the eigenvalue of the matrix R described above, and receives the correction coefficient register. After correcting the eigenvalues of the matrix R using the information held in 212, the information is provided for discrimination processing by the direct wave discrimination unit 207.

図3に示した補正係数レジスタ212は、例えば、サイト10に備えられたアレーアンテナ11におけるアンテナ素子12−1〜12−Nの配置面への法線方向を基準として−90度から+90度の範囲の方位角θに対応して、その方位角θから到来する波動信号に対するアレーアンテナ11の感度などのように、方位角θに依存して変化する特性による影響を補正するための補正係数Cθを保持している。 The correction coefficient register 212 illustrated in FIG. 3 is, for example, −90 degrees to +90 degrees with respect to the normal direction to the arrangement plane of the antenna elements 12-1 to 12-N in the array antenna 11 provided in the site 10. Corresponding to the azimuth angle θ of the range, a correction coefficient C for correcting the influence of the characteristic that changes depending on the azimuth angle θ, such as the sensitivity of the array antenna 11 to the wave signal coming from the azimuth angle θ. holds θ .

このように構成された到来方向推定装置では、図4に示すように、ステップ305およびステップ306における直接波判別処理に先立って、固有値補正部211により、固有値の補正処理が行われる(ステップ311)。
このとき、固有値補正部211は、例えば、到来方向推定処理部204において求められたMUSICスペクトラムのピーク値を与えるL個の方位角θ〜θを演算制御部206から受け取り、これらの方位角θ〜θにそれぞれ対応する固有値に、方位角θ〜θにそれぞれ対応して補正係数レジスタ212に保持された補正係数Cθ1〜CθLを乗ずることによって補正する。
In the direction-of-arrival estimation apparatus configured in this way, as shown in FIG. 4, eigenvalue correction processing is performed by the eigenvalue correction unit 211 prior to the direct wave discrimination processing in step 305 and step 306 (step 311). .
In this case, the eigenvalue correction unit 211, for example, receives the L azimuth angle theta 1 through? L that gives a peak value of the MUSIC spectrum obtained in the arrival direction estimation processing unit 204 from the operation controller 206, these azimuth the eigenvalues corresponding to each of theta 1 through? L, is corrected by multiplying a correction coefficient C .theta.1 -C .theta.L held in the correction coefficient register 212 in correspondence with the azimuth angle theta 1 through? L.

このような補正処理により、アレーアンテナ11の指向性などによる影響が補正されるので、補正された固有値により、対応する到来方向から到来した波動信号の強度が忠実に示される。したがって、上述したようにして補正した固有値に基づいて、直接波判別部207による処理を行うことにより、アレーアンテナ11の指向性などによる影響の有無にかかわらず、到来方向が推定された到来波が直接波であるか否かをより確実に判定することができる。   Such correction processing corrects the influence of the directivity of the array antenna 11 and the like, so that the intensity of the wave signal arriving from the corresponding arrival direction is faithfully shown by the corrected eigenvalue. Therefore, by performing the process by the direct wave discriminating unit 207 based on the eigenvalue corrected as described above, the arrival wave whose arrival direction is estimated regardless of the influence of the directivity of the array antenna 11 or the like. Whether it is a direct wave can be determined more reliably.

なお、アレーアンテナ11の指向性などによる影響が小さい場合には、以下に述べるように、固有値の補正処理および直接波の有無を判別する処理を単純化することができる。
つまり、固有値補正部211において、MUSICスペクトラムの最大値を与える方位角θに対応する固有値(すなわち最大の固有値V)についてその値の補正を行い、直接波判別部207において、この補正された固有値Vが閾値Th以上であるか否かを判定することにより、直接波の有無を判定する。
(第3の実施形態)
図5に、本発明にかかわる到来方向推定装置の第3の実施形態を示す。
When the influence of the directivity of the array antenna 11 is small, the eigenvalue correction process and the process for determining the presence or absence of a direct wave can be simplified as described below.
That is, the eigenvalue correcting unit 211 corrects the eigenvalue corresponding to the azimuth angle θ giving the maximum value of the MUSIC spectrum (that is, the maximum eigenvalue V 1 ), and the direct wave discriminating unit 207 corrects the corrected eigenvalue. The presence / absence of a direct wave is determined by determining whether V 1 is greater than or equal to the threshold Th 1 .
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a third embodiment of the arrival direction estimation apparatus according to the present invention.

なお、図5に示す構成要素のうち、図1および図11に示した各部と同等のものについては、図1あるいは図11に示した符号を付して示し、その説明を省略する。
図5に示したベクトル補正部213は、演算制御部206から到来方向の推定結果である方位角θを受け取り、補正係数レジスタ214に保持された情報を用いて、サンプリング処理部201によって得られた信号ベクトルRを構成する各要素の値を補正して、再び、相関演算処理部202による相関演算処理に供する。
5 that are the same as those shown in FIG. 1 and FIG. 11 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. 1 and FIG.
The vector correction unit 213 illustrated in FIG. 5 receives the azimuth angle θ, which is the estimation result of the arrival direction, from the arithmetic control unit 206, and is obtained by the sampling processing unit 201 using the information held in the correction coefficient register 214. The value of each element constituting the signal vector R is corrected and again subjected to correlation calculation processing by the correlation calculation processing unit 202.

図5に示した補正係数レジスタ214は、例えば、サイト10に備えられたアレーアンテナ11におけるアンテナ素子12−1〜12−Nの配置面への法線方向を基準として−90度から+90度の範囲の方位角θに対応して、その方位角θから到来する波動信号に対するアレーアンテナ11の感度などのように、方位角θに依存して変化する特性による影響を補正するための補正係数Kθを保持している。 The correction coefficient register 214 illustrated in FIG. 5 is, for example, −90 degrees to +90 degrees with respect to the normal direction to the arrangement plane of the antenna elements 12-1 to 12-N in the array antenna 11 provided in the site 10. Corresponding to the azimuth angle θ of the range, a correction coefficient K for correcting the influence of the characteristics that change depending on the azimuth angle θ, such as the sensitivity of the array antenna 11 to the wave signal coming from the azimuth angle θ. holds θ .

このように構成された到来方向推定装置では、図6に示すように、ステップ305およびステップ306における直接波判別処理に先立って、以下に述べる補正処理を行う。
まず、演算制御部206は、到来方向の推定値θをベクトル補正部213に渡し、ベクトル補正部213に、この推定値θに対応して補正係数レジスタ214に保持された補正係数Kθに基づく補正処理を実行させる(ステップ312)。
In the arrival direction estimating apparatus configured as described above, as shown in FIG. 6, the correction processing described below is performed prior to the direct wave discrimination processing in step 305 and step 306.
First, the arithmetic control unit 206 passes the estimated value θ of the arrival direction to the vector correction unit 213, and the vector correction unit 213 is based on the correction coefficient K θ held in the correction coefficient register 214 corresponding to the estimated value θ. Correction processing is executed (step 312).

このようにして得られた補正信号ベクトルの入力に応じて、相関演算処理部202により、この補正信号ベクトルの相関を示す補正行列Raが求められ(ステップ313)、更に、行列演算処理部203により、この補正行列Raに関する固有値展開処理を行うことにより、アレーアンテナ11の指向性などのように、アンテナ素子12−1〜12−Nの配置と送信端が位置しうる方向とによって決まる誤差が是正された固有値が得られる(ステップ314)。   In accordance with the input of the correction signal vector obtained in this way, the correlation calculation processing unit 202 obtains a correction matrix Ra indicating the correlation of the correction signal vector (step 313). Further, the matrix calculation processing unit 203 By performing eigenvalue expansion processing on the correction matrix Ra, errors determined by the arrangement of the antenna elements 12-1 to 12-N and the direction in which the transmitting end can be located, such as the directivity of the array antenna 11, are corrected. The obtained eigenvalue is obtained (step 314).

このような補正処理により、アレーアンテナ11の指向性などによる影響が補正されるので、補正された固有値により、対応する到来方向から到来した波動信号の強度が忠実に示される。したがって、上述したようにして補正した固有値に基づいて、直接波判別部207による処理を行うことにより、アレーアンテナ11の指向性などによる影響の有無にかかわらず、到来方向が推定された到来波が直接波であるか否かをより確実に判定することができる。
(第4の実施形態)
図7に、本発明にかかわる到来方向推定装置の第4の実施形態を示す。
Such correction processing corrects the influence of the directivity of the array antenna 11 and the like, so that the corrected eigenvalue faithfully indicates the intensity of the wave signal arriving from the corresponding arrival direction. Therefore, by performing the process by the direct wave discriminating unit 207 based on the eigenvalue corrected as described above, the arrival wave whose arrival direction is estimated regardless of the influence of the directivity of the array antenna 11 or the like. Whether it is a direct wave can be determined more reliably.
(Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the arrival direction estimating apparatus according to the present invention.

なお、図7に示す構成要素のうち、図1および図11に示した各部と同等のものについては、図1あるいは図11に示した符号を付して示し、その説明を省略する。
図7に示した到来方向推定装置は、図1に示した直接波判別部207に代えて、直接波判別部220を備えている。
図7に示した直接波判別部220において、固有値抽出部221は、演算制御部206から受け取った固有値の中から最大の固有値Vと次に大きい値を持つ固有値Vとを抽出し、除算器222にこれらの固有値を渡す。この除算器222は、最大の固有値Vを2番目に大きい固有値Vで除算し、除算結果を比較部223による閾値Thとの比較処理に供する。この比較部223による比較結果は、直接波判別部220の出力として演算制御部206に返され、到来方向推定結果に関する出力処理に供される。
7 that are the same as those shown in FIG. 1 and FIG. 11 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. 1 and FIG. 11, and description thereof is omitted.
The arrival direction estimation apparatus illustrated in FIG. 7 includes a direct wave determination unit 220 instead of the direct wave determination unit 207 illustrated in FIG.
In the direct wave discriminating unit 220 shown in FIG. 7, the eigenvalue extracting unit 221 extracts the maximum eigenvalue V 1 and the eigenvalue V 2 having the next largest value from the eigenvalues received from the arithmetic control unit 206, and performs division. These eigenvalues are passed to instrument 222. The divider 222 divides the maximum eigenvalue V 1 by the second largest eigenvalue V 2 and uses the division result for comparison processing with the threshold Th 2 by the comparison unit 223. The comparison result by the comparison unit 223 is returned to the arithmetic control unit 206 as an output of the direct wave discrimination unit 220, and used for output processing related to the arrival direction estimation result.

このように構成された到来方向推定装置では、図2に示したステップ305,306の直接波判別処理に代えて、以下に述べる処理を行う(図8参照)。
図7に示した行列演算処理部203によって求められたN個の固有値は、演算制御部206を介して直接波判別部220の固有値抽出部221に渡され、この固有値抽出部221により、N個の固有値の中から最大の固有値Vおよび1番目に大きい固有値Vが抽出され(ステップ321)、除算器222により、この最大の固有値Vと2番目に大きい固有値Vとの比が求められる(ステップ322)。
In the arrival direction estimating apparatus configured as described above, the following processing is performed instead of the direct wave discrimination processing in steps 305 and 306 shown in FIG. 2 (see FIG. 8).
The N eigenvalues obtained by the matrix operation processing unit 203 shown in FIG. 7 are passed to the eigenvalue extraction unit 221 of the direct wave discrimination unit 220 via the operation control unit 206, and the eigenvalue extraction unit 221 generates N The largest eigenvalue V 1 and the first largest eigenvalue V 2 are extracted from among the eigenvalues (step 321), and the divider 222 obtains the ratio between the largest eigenvalue V 1 and the second largest eigenvalue V 2. (Step 322).

ここで、上述したように、到来波の集合を示すベクトルRの相関を示す行列rについて求められたN個の固有値の中でL個(L<N)の到来波に対応するものの値は、対応する到来波の受信電力と密接に関連し、他の固有値は、熱雑音に関連している。したがって、N個の固有値から抽出された2つの固有値V、Vは、サイト10に到来した波動信号の中で最も受信電力が大きいものと次に受信電力が大きいものに関連していると考えられる。 Here, as described above, among the N eigenvalues obtained for the matrix r indicating the correlation of the vector R indicating the set of arriving waves, the value corresponding to L (L <N) arriving waves is: Closely related to the received power of the corresponding incoming wave, other eigenvalues are related to thermal noise. Therefore, the two eigenvalues V 1 and V 2 extracted from the N eigenvalues are related to the wave signal that has arrived at the site 10 with the highest received power and the next highest received power. Conceivable.

また、例えば、到来方向を推定すべき送信端から放射された波動信号が一次以上の反射を介してサイト10に入射した場合の受信電力は、当然ながら、上述した送信端から直接伝播でサイト10に入射する直接波に関する受信電力に比べてはるかに小さいことが期待できる。なぜなら、1次以上の反射を介して入射した反射波の伝播経路は、直接波の伝播経路に比べて非常に長く、また、反射の際の散乱によっても減衰していることが確実だからである。   Also, for example, the received power when the wave signal radiated from the transmitting end whose direction of arrival is to be estimated is incident on the site 10 via first-order or higher reflection is, of course, directly propagated from the transmitting end to the site 10. Can be expected to be much smaller than the received power for the direct wave incident on. This is because the propagation path of the reflected wave incident through the first-order or higher-order reflection is very long compared to the direct wave propagation path, and is also surely attenuated by scattering during reflection. .

したがって、送信端が一つであれば、上述したステップ322で求めた固有値の比は、一次以上の反射によって波動信号が減衰する度合いに相当する値となると考えられる。故に、一次以上の反射によって波動信号が減衰する度合いに相当する値を閾値Thとして図7に示した比較部223に設定すれば、この比較部223によるこの閾値Thとステップ322で求めた固有値の比との比較結果によって、図7に示した固有値抽出部221によって抽出された2つの固有値が、直接波に対応する固有値と反射波に対応する固有値との間に相当する程度に異なっているか否かを判定することができる。 Therefore, if there is one transmission end, the ratio of the eigenvalues obtained in step 322 described above is considered to be a value corresponding to the degree to which the wave signal is attenuated by the first-order or higher-order reflection. Therefore, if a value corresponding to the degree to which the wave signal is attenuated by the first-order reflection or more is set as the threshold Th 2 in the comparison unit 223 shown in FIG. 7, the threshold Th 2 by the comparison unit 223 and the value obtained in Step 322 are obtained. Depending on the comparison result with the ratio of the eigenvalues, the two eigenvalues extracted by the eigenvalue extraction unit 221 shown in FIG. 7 differ to an extent corresponding to the eigenvalue corresponding to the direct wave and the eigenvalue corresponding to the reflected wave. It can be determined whether or not.

つまり、ステップ322で求めた固有値の比が上述した閾値Th以上である場合は(ステップ323の肯定判定)、固有値Vと他の固有値との間には有意な差があると判断する。この場合に、上述したステップ304において推定された到来方向は、サイト10に直接伝播で到来した波動信号の到来方向であると考えられるので、演算制御部206は、到来方向推定処理部204によって得られた推定結果を送信端の方向として出力し(ステップ307)、到来方向推定処理を終了する。 That is, (affirmative determination in Step 323) if the ratio of eigenvalues calculated in step 322 is the threshold value Th 2 or more as described above, it is determined that there is a significant difference between the eigenvalues V 1 and the other eigenvalues. In this case, since the arrival direction estimated in step 304 described above is considered to be the arrival direction of the wave signal that has arrived at the site 10 by direct propagation, the arithmetic control unit 206 obtains the arrival direction estimation processing unit 204. The obtained estimation result is output as the direction of the transmitting end (step 307), and the arrival direction estimation process is terminated.

一方、ステップ322で求めた固有値の比が上述した閾値Thよりも小さい場合は(ステップ323の否定判定)、固有値Vと他の固有値との間には有意な差がないと判断する。この場合に、上述したステップ304において推定された到来方向は、サイト10に到来した反射波の到来方向であると考えられるので、演算制御部206は、直接波が検波されなかった旨のメッセージを出力し(ステップ308)、到来方向推定処理を終了する。 On the other hand, when the ratio of the eigenvalues calculated in step 322 is smaller than the threshold Th 2 described above (negative determination in step 323), it is determined that there is no significant difference between the eigenvalues V 1 and the other eigenvalues. In this case, since the arrival direction estimated in the above-described step 304 is considered to be the arrival direction of the reflected wave that has arrived at the site 10, the arithmetic control unit 206 displays a message indicating that the direct wave has not been detected. Output (step 308), and the direction of arrival estimation process ends.

このようにして、到来方向推定処理に用いるために必然的に算出される固有値の値が、到来波の受信電力と密接な関連を持ち、直接波に対応する受信電力と反射波に対応する受信電力との間に大きな差があることを利用して、上述した固有値の値に基づいて、到来方向が推定された到来波が直接波であるか否かを判定することができる。そして、直接波が到来していることが確認された場合にのみ、到来方向の推定結果を送信端の方向として出力することができる。   In this way, the value of the eigenvalue that is inevitably calculated for use in the direction-of-arrival estimation processing is closely related to the received power of the incoming wave, and the received power corresponding to the direct wave and the received wave corresponding to the reflected wave. Based on the value of the eigenvalue described above, it is possible to determine whether or not the arrival wave whose arrival direction is estimated is a direct wave by using the fact that there is a large difference with the power. Only when it is confirmed that a direct wave has arrived, the arrival direction estimation result can be output as the direction of the transmitting end.

この直接波判別手法は、送信端から放射された波動信号が直接伝播で入射する場合についての減衰量が見積もれない場合に特に有効である。
なお、上述した直接波判別技術は、当然ながら、波動信号の集合の相関を示す行列Rの固有値および固有ベクトルを用いて到来波の到来方向を推定するアルゴリズムであれば、アルゴリズムの種類にかかわらず適用可能である。したがって、図1に示した到来波推定処理部204に代えて、例えば、Beamformerアルゴリズムに従って推定処理を行う到来方向推定処理部を備えてもよいし、CaponアルゴリズムやLPアルゴリズムあるいは最小ノルムアルゴリズムに従って推定処理を行う到来方向推定処理部を備えてもよい。
This direct wave discrimination method is particularly effective when the amount of attenuation cannot be estimated when the wave signal radiated from the transmitting end is incident by direct propagation.
Note that the direct wave discrimination technique described above can be applied regardless of the type of algorithm as long as it is an algorithm that estimates the arrival direction of an incoming wave using the eigenvalues and eigenvectors of the matrix R indicating the correlation of a set of wave signals. Is possible. Therefore, instead of the arrival wave estimation processing unit 204 shown in FIG. 1, for example, an arrival direction estimation processing unit that performs estimation processing according to the Beamformer algorithm may be provided, or estimation processing according to the Capon algorithm, LP algorithm, or minimum norm algorithm An arrival direction estimation processing unit may be provided.

また、N個の固有値について値の分布を調べ、この分布から一つ以上の固有値と他の固有値との間に、直接波に対応する受信電力と反射波に対応する受信電力との差に相当する程度の有意な差が存在するか否かを判断し、この結果によって、直接波の有無を判定することも可能である。
また更に、上述したようにして、固有値に基づいて直接波が到来していることを確認した後に、到来方向推定処理部204による到来方向推定処理を実行させることも可能である。
Also, the distribution of values of N eigenvalues is examined, and from this distribution, the difference between the received power corresponding to the direct wave and the received power corresponding to the reflected wave is equivalent to one or more eigenvalues and other eigenvalues. It is also possible to determine whether or not there is a significant difference to the extent that it is, and to determine the presence or absence of a direct wave based on the result.
Furthermore, as described above, the arrival direction estimation processing by the arrival direction estimation processing unit 204 can be executed after confirming that a direct wave has arrived based on the eigenvalue.

もちろん、第2および第3の実施形態において説明した固有値の補正手法を適用し、補正された固有値に基づいて、直接波の到来の有無を判定することもできる。
(第5の実施形態)
図9に、本発明にかかわる到来方向推定装置の第5の実施形態を示す。
なお、図9に示す構成要素のうち、図1、図7および図11に示した各部と同等のものについては、図1、図7あるいは図11に示した符号を付して示し、その説明を省略する。
Of course, the eigenvalue correction method described in the second and third embodiments can be applied to determine whether or not a direct wave has arrived based on the corrected eigenvalue.
(Fifth embodiment)
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the arrival direction estimation apparatus according to the present invention.
In addition, among the components shown in FIG. 9, the same components as those shown in FIG. 1, FIG. 7 and FIG. 11 are denoted by the reference numerals shown in FIG. 1, FIG. Is omitted.

図9に示した直接波判別部230において、固有値抽出部221は、演算制御部206を介して、行列演算処理部203によって得られたN個の固有値を受け取り、最大の固有値Vと2番目に大きい固有値Vを抽出し、固有値Vをそのまま比較部231に渡すとともに、固有値V、Vをそれぞれ被除数および除数として除算器222に渡す。
また、図9に示した比較部231は、固有値抽出部221から受け取った固有値Vを上述した閾値Thと比較し、除算器222から受け取った固有値の比V/Vを上述した閾値Thと比較し、これらの比較結果を直接波判別部230の出力として演算制御部206に返す。
In the direct wave discriminating unit 230 shown in FIG. 9, the eigenvalue extracting unit 221 receives N eigenvalues obtained by the matrix operation processing unit 203 via the operation control unit 206, and receives the maximum eigenvalue V 1 and the second eigenvalue V 1. Eigenvalue V 2 is extracted, and eigenvalue V 1 is passed to comparison section 231 as it is, and eigenvalues V 1 and V 2 are passed to divider 222 as dividend and divisor, respectively.
The comparison section 231 shown in FIG. 9, threshold eigenvalues V 1 received from the eigenvalue extractor 221 is compared with a threshold value Th 1 described above, the above-described divider 222 ratio V 1 / V 2 of the eigenvalues received from Compared with Th 2 , these comparison results are returned to the calculation control unit 206 as the output of the direct wave discrimination unit 230.

このように構成された到来方向推定装置では、図10に示すように、図8に示したステップ323の代わりに演算制御部206がステップ331を実行することにより、第1の実施形態において説明した直接波判別手法と第4の実施形態において説明した直接波判別方法とを組み合わせて適用する。
つまり、最大の固有値Vが直接波に対して想定される最小の受信電力に対応する閾値Th以上であり、かつ、最大の固有値Vに対する2番目に大きい固有値Vの比V/Vが直接波の受信電力と反射波の受信電力との比に相当する閾値Th以上である場合に(ステップ331の肯定判定)、演算制御部206は、固有値V1に対応する到来波は直接波と考えられる程度の強度で受信されており、かつ、固有値Vと他の固有値との間には有意な差があると判断し、到来方向推定処理部204によって得られた推定結果を送信端の方向として出力し(ステップ307)、到来方向推定処理を終了する。
In the direction-of-arrival estimation apparatus configured as described above, as illustrated in FIG. 10, the calculation control unit 206 executes step 331 instead of step 323 illustrated in FIG. The direct wave discrimination method and the direct wave discrimination method described in the fourth embodiment are applied in combination.
That is, the maximum eigenvalue V 1 is equal to or greater than the threshold Th 1 corresponding to the minimum received power assumed for the direct wave, and the ratio V 1/2 of the second largest eigenvalue V 2 to the maximum eigenvalue V 1 . When V 2 is equal to or greater than the threshold Th 2 corresponding to the ratio of the received power of the direct wave and the received power of the reflected wave (affirmative determination in step 331), the arithmetic control unit 206 determines that the incoming wave corresponding to the eigenvalue V1 is It is determined that there is a significant difference between the eigenvalue V 1 and another eigenvalue, and the estimation result obtained by the direction-of-arrival estimation processing unit 204 is received. The direction of the transmission end is output (step 307), and the arrival direction estimation process is terminated.

一方、最大の固有値Vが閾値Thよりも小さい、あるいは、最大の固有値Vに対する2番目に大きい固有値Vの比V/Vが閾値Thよりも小さい場合に(ステップ331の否定判定)、演算制御部206は、直接波が検波されなかった旨のメッセージを出力し(ステップ307)、到来方向推定処理を終了する。
このように、上述した二つの直接波判別手法を組み合わせて適用することにより、例えば、直接波が遮蔽される一方、サイト10に1次の反射波と2次の反射波とが入射している場合にも、直接波が検波されなかったという正しい判定結果を得ることができる。
On the other hand, when the maximum eigenvalue V 1 is smaller than the threshold Th 1 or the ratio V 1 / V 2 of the second largest eigenvalue V 2 to the maximum eigenvalue V 1 is smaller than the threshold Th 2 (in step 331). (No determination), the arithmetic control unit 206 outputs a message indicating that the direct wave has not been detected (step 307), and ends the arrival direction estimation process.
Thus, by applying the above-described two direct wave discrimination methods in combination, for example, the direct wave is shielded while the primary reflected wave and the secondary reflected wave are incident on the site 10. Even in this case, a correct determination result that the direct wave is not detected can be obtained.

なぜなら、上述した場合には、1次の反射波に対応する固有値と2次の反射波に対応する固有値とについて得られる比の値が上述した閾値Th以上となるものの、1次の反射波に対応する固有値の値そのものは、当然ながら、閾値Thを超えないことが明らかだからである。
なお、上述した直接波判別技術は、当然ながら、波動信号の集合の相関を示す行列Rの固有値および固有ベクトルを用いて到来波の到来方向を推定するアルゴリズムであれば、アルゴリズムの種類にかかわらず適用可能である。したがって、図1に示した到来波推定処理部204に代えて、例えば、Beamformerアルゴリズムに従って推定処理を行う到来方向推定処理部を備えてもよいし、CaponアルゴリズムやLPアルゴリズムあるいは最小ノルムアルゴリズムに従って推定処理を行う到来方向推定処理部を備えてもよい。
This is because, in the case described above, although the ratio value obtained for the eigenvalue corresponding to the primary reflected wave and the eigenvalue corresponding to the secondary reflected wave is equal to or greater than the above-described threshold Th 2 , the primary reflected wave the value itself of the corresponding eigenvalues, of course, is because clear that does not exceed the threshold Th 1.
Note that the direct wave discrimination technique described above can be applied regardless of the type of algorithm as long as it is an algorithm that estimates the arrival direction of an incoming wave using the eigenvalues and eigenvectors of the matrix R indicating the correlation of a set of wave signals. Is possible. Therefore, instead of the arrival wave estimation processing unit 204 shown in FIG. 1, for example, an arrival direction estimation processing unit that performs estimation processing according to the Beamformer algorithm may be provided, or estimation processing according to the Capon algorithm, LP algorithm, or minimum norm algorithm An arrival direction estimation processing unit may be provided.

また、全ての固有値を閾値Thと比較し、閾値以上の値を持つ固有値が一つ以上存在するか否かを判定し、この判定結果を判定値1とすることも可能である。また、N個の固有値について値の分布を調べ、この分布から一つ以上の固有値と他の固有値との間に、直接波に対応する受信電力と反射波に対応する受信電力との差に相当する程度の有意な差が存在するか否かを判断し、この結果を判定値2とすることも可能である。 It is also possible to compare all eigenvalues with the threshold value Th 1 and determine whether or not there is one or more eigenvalues having a value equal to or greater than the threshold value. Further, the distribution of values of N eigenvalues is examined, and the difference between the received power corresponding to the direct wave and the received power corresponding to the reflected wave is found between one or more eigenvalues and other eigenvalues from this distribution. It is also possible to determine whether or not there is a significant difference to the extent that this is possible, and to set this result as the determination value 2.

また更に、上述したようにして、固有値に基づいて直接波が到来していることを確認した後に、到来方向推定処理部204による到来方向推定処理を実行させることも可能である。
もちろん、第2および第3の実施形態において説明した固有値の補正手法を適用し、補正された固有値に基づいて、直接波の到来の有無を判定することもできる。
Furthermore, as described above, the arrival direction estimation processing by the arrival direction estimation processing unit 204 can be executed after confirming that a direct wave has arrived based on the eigenvalue.
Of course, the eigenvalue correction method described in the second and third embodiments can be applied to determine whether or not a direct wave has arrived based on the corrected eigenvalue.

上述したように、本発明にかかわる到来方向推定装置によれば、到来方向推定処理のために必然的に算出される固有値の値に基づいて、到来方向が推定された到来波が直接波であるか否かを判定し、直接波が到来していることが確認された場合にのみ、到来方向の推定結果を送信端の方向として出力することができる。
これにより、送信端の位置同定や探索などの処理に、直接波の到来方向のみを提供することができるので、送信端の位置同定や探索などが必要とされる不法電波発振局の発見作業や救難信号発信源の探索作業などの分野において、極めて有用である。
As described above, according to the arrival direction estimation device according to the present invention, the arrival wave whose arrival direction is estimated based on the value of the eigenvalue inevitably calculated for the arrival direction estimation process is a direct wave. Only when it is confirmed that the direct wave has arrived, the arrival direction estimation result can be output as the direction of the transmitting end.
As a result, it is possible to provide only the direction of arrival of the direct wave for processing such as position identification and search of the transmission end. It is extremely useful in fields such as searching for rescue signal sources.

本発明にかかわる到来方向推定装置の第1の実施形態を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows 1st Embodiment of the arrival direction estimation apparatus concerning this invention. 到来方向推定動作を表す流れ図である。It is a flowchart showing an arrival direction estimation operation | movement. 本発明にかかわる到来方向推定装置の第2の実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the arrival direction estimation apparatus concerning this invention. 到来方向推定動作を表す流れ図である。It is a flowchart showing an arrival direction estimation operation | movement. 本発明にかかわる到来方向推定装置の第3の実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of the arrival direction estimation apparatus concerning this invention. 到来方向推定動作を表す流れ図である。It is a flowchart showing an arrival direction estimation operation | movement. 本発明にかかわる到来方向推定装置の第4の実施形態を示す図である。It is a figure which shows 4th Embodiment of the arrival direction estimation apparatus concerning this invention. 到来方向推定動作を表す流れ図である。It is a flowchart showing an arrival direction estimation operation | movement. 本発明にかかわる到来方向推定装置の第5の実施形態を示す図である。It is a figure which shows 5th Embodiment of the arrival direction estimation apparatus concerning this invention. 到来方向推定動作を表す流れ図である。It is a flowchart showing an arrival direction estimation operation | movement. 空中線系の説明図である。It is explanatory drawing of an antenna system.

符号の説明Explanation of symbols

10 サイト
11 アレーアンテナ
12−1〜12−N アンテナ素子
13 信号処理回路
201 サンプリング処理部
202 相関演算処理部
203 行列演算処理部
204 到来方向推定処理部
205 位相補正レジスタ
206 演算制御部
207、220,230 直接波判別部
208 最大値検出部
209、223,231 比較部
211 固有値補正部
212、214 補正係数レジスタ
213 ベクトル補正部
221 固有値抽出部
222 除算器
10 Site 11 Array antenna 12-1 to 12-N Antenna element 13 Signal processing circuit 201 Sampling processing unit 202 Correlation calculation processing unit 203 Matrix calculation processing unit 204 Arrival direction estimation processing unit 205 Phase correction register 206 Calculation control units 207, 220, 230 Direct wave discriminating unit 208 Maximum value detecting unit 209, 223, 231 Comparing unit 211 Eigen value correcting unit 212, 214 Correction coefficient register 213 Vector correcting unit 221 Eigen value extracting unit 222 Divider

Claims (18)

音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求め、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求め、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求め、
前記固有値の値が前記サイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かに基づいて、到来方向の推定対象となる到来波が前記送信端から前記サイトに直接入射する直接波であるか否かを判別し、
前記推定対象の到来波が直接波である場合に限って、前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記到来波についてその到来方向の推定を行う
ことを特徴とする到来方向推定方法。
Obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmitting end for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves,
Based on the vector r, a matrix R indicating the correlation of the wave signals arriving at the site is obtained,
By performing a predetermined matrix calculation process on the matrix R, eigenvalues of the matrix R including an index related to the received power of the wave arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues are obtained,
Based on whether the value of the eigenvalue satisfies the condition to be satisfied by the reception intensity of the wave signal directly incident on the site, the incoming wave to be estimated for the arrival direction is directly incident on the site from the transmitting end. Whether it ’s a wave or not,
Only when the arrival wave to be estimated is a direct wave, the arrival direction of the arrival wave is estimated using the eigenvector of the matrix R and the corresponding eigenvalue. Estimation method.
音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求め、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求め、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求め、
前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行い、
前記推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記行列Rに関する行列演算処理で得られた固有値の少なくとも一つを補正し、
前記補正された固有値の値が前記サイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かに基づいて、到来方向の推定対象となる到来波が前記送信端から前記サイトに直接入射する直接波であるか否かを判別し、
前記到来方向が推定された到来波が直接波である場合に限って、前記推定結果を前記サイトに直接伝播した到来波の到来方向として出力する
ことを特徴とする到来方向推定方法。
Obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmitting end for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves,
Based on the vector r, a matrix R indicating the correlation of the wave signals arriving at the site is obtained,
By performing a predetermined matrix calculation process on the matrix R, eigenvalues of the matrix R including an index related to the received power of the wave arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues are obtained,
Using the eigenvectors of the matrix R and the corresponding eigenvalues, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated,
Based on the estimated direction of arrival and the arrangement and characteristics of each branch at the site, correct at least one of the eigenvalues obtained by the matrix calculation processing on the matrix R,
Based on whether or not the corrected eigenvalue value satisfies the condition to be satisfied by the reception intensity of the wave signal directly incident on the site, the arrival wave to be estimated for the arrival direction is directly transmitted from the transmitting end to the site. Determine whether it is a direct wave incident,
The arrival direction estimation method, wherein the estimation result is output as the arrival direction of the arrival wave directly propagated to the site only when the arrival wave whose arrival direction is estimated is a direct wave.
音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求め、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求め、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求め、
前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行い、
前記推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記ベクトルrを構成する各要素の値を補正し、
前記補正されたベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求め、
前記補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、前記補正行列Raの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を求め、
前記固有値の値が前記サイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かに基づいて、到来方向の推定対象となる到来波が前記送信端から前記サイトに直接入射する直接波であるか否かを判別し、
前記到来方向が推定された到来波が直接波である場合に限って、前記推定結果を前記サイトに直接伝播した到来波の到来方向として出力する
ことを特徴とする到来方向推定方法。
Obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmitting end for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves,
Based on the vector r, a matrix R indicating the correlation of the wave signals arriving at the site is obtained,
By performing a predetermined matrix calculation process on the matrix R, eigenvalues of the matrix R including an index related to the received power of the wave arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues are obtained,
Using the eigenvectors of the matrix R and the corresponding eigenvalues, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated,
Based on the estimated direction of arrival and the arrangement and characteristics of each branch at the site, correct the value of each element constituting the vector r,
Based on the corrected vector r, a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained,
A predetermined matrix calculation process is performed on the correction matrix Ra to obtain an eigenvector of the correction matrix Ra and an eigenvalue corresponding thereto,
Based on whether the value of the eigenvalue satisfies the condition to be satisfied by the reception intensity of the wave signal directly incident on the site, the incoming wave to be estimated for the arrival direction is directly incident on the site from the transmitting end. Whether it ’s a wave or not,
The arrival direction estimation method, wherein the estimation result is output as the arrival direction of the arrival wave directly propagated to the site only when the arrival wave whose arrival direction is estimated is a direct wave.
音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求め、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求め、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求め、
前記固有値の中に他の固有値に比べて有意に大きいものが存在するか否かに基づいて、推定対象の到来波が直接伝播によって前記サイトに入射した直接波であるか否かを判定し、
前記推定対象の到来波が直接波である場合に限って、前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記到来波についてその到来方向の推定を行う
ことを特徴とする到来方向推定方法。
Obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmitting end for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves,
Based on the vector r, a matrix R indicating the correlation of the wave signals arriving at the site is obtained,
By performing a predetermined matrix calculation process on the matrix R, eigenvalues of the matrix R including an index related to the received power of the wave arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues are obtained,
Based on whether or not the eigenvalue is significantly larger than other eigenvalues, it is determined whether the incoming wave to be estimated is a direct wave incident on the site by direct propagation,
Only when the arrival wave to be estimated is a direct wave, the arrival direction of the arrival wave is estimated using the eigenvector of the matrix R and the corresponding eigenvalue. Estimation method.
音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求め、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求め、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求め、
前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行い、
前記推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記行列演算処理による結果として得られた固有値の値を補正し、
前記到来方向が推定された到来波に関する補正された固有値と他の補正された固有値との間に有意な差があるか否かを判定し、
前記到来方向が推定された到来波に関する固有値と他の固有値との間に有意な差がある場合に、前記到来方向が推定された到来波が直接波であると判断し、前記推定結果を前記サイトに直接伝播した到来波の到来方向として出力する
ことを特徴とする到来方向推定方法。
Obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmitting end for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves,
Based on the vector r, a matrix R indicating the correlation of the wave signals arriving at the site is obtained,
By performing a predetermined matrix calculation process on the matrix R, eigenvalues of the matrix R including an index related to the received power of the wave arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues are obtained,
Using the eigenvectors of the matrix R and the corresponding eigenvalues, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated,
Based on the estimated direction of arrival and the arrangement and characteristics of each branch at the site, correct the value of the eigenvalue obtained as a result of the matrix calculation process,
Determining whether there is a significant difference between a corrected eigenvalue for the incoming wave whose direction of arrival is estimated and other corrected eigenvalues;
When there is a significant difference between the eigenvalues related to the arrival wave whose direction of arrival is estimated and other eigenvalues, it is determined that the arrival wave whose direction of arrival is estimated is a direct wave, and the estimation result is An arrival direction estimation method characterized by outputting the arrival direction of an incoming wave that has directly propagated to a site.
音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求め、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求め、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求め、
前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行い、
前記推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記ベクトルrを構成する各成分の値を補正し、
前記補正されたベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求め、
前記補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、前記補正行列Raの固有ベクトルおよびこれの各要素に対応する固有値を求め、
前記到来方向が推定された到来波に関する前記補正行列Raの固有値とその他の固有値との間に有意な差があるか否かを判定し、
前記到来方向が推定された到来波に関する前記補正行列Raの固有値と他の固有値との間に有意な差が存在する場合に、前記到来波が直接波であると判断し、前記推定結果を前記サイトに直接伝播した到来波の到来方向として出力する
ことを特徴とする到来方向推定方法。
Obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmitting end for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves,
Based on the vector r, a matrix R indicating the correlation of the wave signals arriving at the site is obtained,
By performing a predetermined matrix calculation process on the matrix R, eigenvalues of the matrix R including an index related to the received power of the wave arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues are obtained,
Using the eigenvectors of the matrix R and the corresponding eigenvalues, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated,
Based on the estimated direction of arrival and the arrangement and characteristics of each branch at the site, correct the value of each component constituting the vector r,
Based on the corrected vector r, a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained,
A predetermined matrix calculation process is performed on the correction matrix Ra to determine eigenvectors of the correction matrix Ra and eigenvalues corresponding to the elements thereof,
Determining whether there is a significant difference between eigenvalues of the correction matrix Ra and other eigenvalues with respect to an incoming wave whose direction of arrival is estimated;
If there is a significant difference between the eigenvalues of the correction matrix Ra and other eigenvalues relating to the arrival wave whose direction of arrival has been estimated, it is determined that the arrival wave is a direct wave, and the estimation result is An arrival direction estimation method characterized by outputting the arrival direction of an incoming wave directly propagated to a site.
音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求め、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求め、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求め、
前記固有値の値が前記サイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かを示す第1判定値を求め、
前記固有値から他の固有値に比べて有意に大きいものが存在するか否かを示す第2判定値を求め、
前記第1判定値と前記第2判定値とに基づいて、到来方向の推定対象となる到来波が前記送信端から前記サイトに直接入射する直接波であるか否かを判別し、
前記推定対象の到来波が直接波である場合に限って、前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記到来波についてその到来方向の推定を行う
ことを特徴とする到来方向推定方法。
Obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmitting end for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves,
Based on the vector r, a matrix R indicating the correlation of the wave signals arriving at the site is obtained,
By performing a predetermined matrix calculation process on the matrix R, eigenvalues of the matrix R including an index related to the received power of the wave arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues are obtained,
Obtaining a first determination value indicating whether the value of the eigenvalue satisfies a condition to be satisfied by a reception intensity of a wave signal directly incident on the site;
Obtaining a second determination value indicating whether or not there is a significantly larger value than the other eigenvalues from the eigenvalue;
Based on the first determination value and the second determination value, it is determined whether or not the arrival wave to be the direction of arrival estimation is a direct wave directly incident on the site from the transmission end,
Only when the arrival wave to be estimated is a direct wave, the arrival direction of the arrival wave is estimated using the eigenvector of the matrix R and the corresponding eigenvalue. Estimation method.
音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求め、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求め、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求め、
前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行い、
前記推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記行列演算処理による結果として得られた固有値の値を補正し、
前記到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値の値が前記サイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かを示す第1判定値を求め、
前記到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値が他の固有値に比べて有意に大きいか否かを示す第2判定値を求め、
前記第1判定値と前記第2判定値とに基づいて、前記到来方向が推定された到来波が前記送信端から前記サイトに直接入射する直接波であるか否かを判別し、
前記到来方向が推定された到来波が直接波である場合に限って、前記推定された到来方向を出力する
ことを特徴とする到来方向推定方法。
Obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmitting end for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves,
Based on the vector r, a matrix R indicating the correlation of the wave signals arriving at the site is obtained,
By performing a predetermined matrix calculation process on the matrix R, eigenvalues of the matrix R including an index related to the received power of the wave arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues are obtained,
Using the eigenvectors of the matrix R and the corresponding eigenvalues, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated,
Based on the estimated direction of arrival and the arrangement and characteristics of each branch at the site, correct the value of the eigenvalue obtained as a result of the matrix calculation process,
Obtaining a first determination value indicating whether or not the corrected eigenvalue corresponding to the incoming wave whose direction of arrival is estimated satisfies a condition that the reception intensity of the wave signal directly incident on the site should satisfy;
Obtaining a second determination value indicating whether or not the corrected eigenvalue corresponding to the incoming wave whose direction of arrival is estimated is significantly larger than other eigenvalues;
Based on the first determination value and the second determination value, it is determined whether the arrival wave whose arrival direction is estimated is a direct wave directly incident on the site from the transmission end,
The direction of arrival estimation method characterized by outputting the estimated direction of arrival only when the arrival wave whose direction of arrival has been estimated is a direct wave.
音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチに対して、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求め、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求め、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求め、
前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行い、
前記推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記ベクトルrを構成する各成分の値を補正し、
前記補正されたベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求め、
前記補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、前記補正行列Raの固有ベクトルおよびこれの各要素に対応する固有値を求め、
前記到来方向が推定された到来波に対応して改めて求められた固有値の値が前記サイトに直接入射する波動信号の受信強度が満たすべき条件を満たすか否かを示す第1判定値を求め、
前記到来方向が推定された到来波に対応して改めて求められた固有値が他の固有値に比べて有意に大きいか否かを示す第2判定値を求め、
前記第1判定値と前記第2判定値とに基づいて、前記到来方向が推定された到来波が前記送信端から前記サイトに直接入射する直接波であるか否かを判別し、
前記到来方向が推定された到来波が直接波である場合に限って、前記推定された到来方向を出力する
ことを特徴とする到来方向推定方法。
Obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmitting end for a plurality of branches installed at the site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves,
Based on the vector r, a matrix R indicating the correlation of the wave signals arriving at the site is obtained,
By performing a predetermined matrix calculation process on the matrix R, eigenvalues of the matrix R including an index related to the received power of the wave arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues are obtained,
Using the eigenvectors of the matrix R and the corresponding eigenvalues, the arrival direction of the incoming wave to the site is estimated,
Based on the estimated direction of arrival and the arrangement and characteristics of each branch at the site, correct the value of each component constituting the vector r,
Based on the corrected vector r, a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal arriving at the site is obtained,
A predetermined matrix calculation process is performed on the correction matrix Ra to determine eigenvectors of the correction matrix Ra and eigenvalues corresponding to the elements thereof,
Obtaining a first determination value indicating whether or not the value of the eigenvalue newly obtained corresponding to the arrival wave whose direction of arrival is estimated satisfies a condition that the reception intensity of the wave signal directly incident on the site should satisfy,
Obtaining a second determination value indicating whether or not the eigenvalue newly obtained corresponding to the arrival wave whose direction of arrival is estimated is significantly larger than other eigenvalues;
Based on the first determination value and the second determination value, it is determined whether the arrival wave whose arrival direction is estimated is a direct wave directly incident on the site from the transmission end,
The direction of arrival estimation method characterized by outputting the estimated direction of arrival only when the arrival wave whose direction of arrival has been estimated is a direct wave.
音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチへの到来波をサンプリングし、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求めるサンプリング手段と、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める相関演算手段と、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める行列演算手段と、
前記固有値の値が前記送信端から前記サイトに直接入射する直接波に対応する受信強度に関して予め定めた条件を満たすか否かを判定する受信強度判別手段と、
前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う到来方向推定手段と、
前記受信強度判別手段によって前記条件が満たされている旨の判定結果が得られたときに、推定対象の到来波が直接波であると判断し、前記到来方向推定手段による推定結果を前記サイトに直接伝播で到来した到来波の到来方向として出力する出力制御手段と
を備えたことを特徴とする到来方向推定装置。
Sampling means for sampling incoming waves to a plurality of branches installed at a site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves, and obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmission end;
Correlation calculation means for obtaining a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site based on the vector r;
Matrix calculation means for obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to received power of waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues by performing predetermined matrix calculation processing on the matrix R;
A reception strength determination means for determining whether or not the value of the eigenvalue satisfies a predetermined condition with respect to a reception strength corresponding to a direct wave directly incident on the site from the transmission end;
Direction-of-arrival estimation means for estimating the direction of arrival of an incoming wave to the site using the eigenvector of the matrix R and the corresponding eigenvalue;
When the determination result that the condition is satisfied is obtained by the reception strength determination unit, it is determined that the arrival wave to be estimated is a direct wave, and the estimation result by the arrival direction estimation unit is transmitted to the site. An output direction estimation device comprising: output control means for outputting the arrival direction of an incoming wave that arrived by direct propagation.
請求項10に記載の到来方向推定装置において、
前記受信強度判別手段は、
前記到来方向推定手段によって推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記行列演算手段によって求められた固有値の値を補正する固有値補正手段と、
前記到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値の値が所定の閾値に対して予め決定した関係を満たしているときに、直接波に対応する受信強度に関する条件を満たす旨の判定結果を出力する条件判定手段とを備えた
ことを特徴とする到来方向推定装置。
The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 10,
The reception strength determination means includes
Eigenvalue correction means for correcting the value of the eigenvalue obtained by the matrix calculation means based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimation means and the arrangement and characteristics of each branch in the site;
Judgment that the condition regarding the reception intensity corresponding to the direct wave is satisfied when the value of the corrected eigenvalue corresponding to the incoming wave whose direction of arrival is estimated satisfies a predetermined relationship with respect to a predetermined threshold value A direction-of-arrival estimation apparatus comprising: a condition determination unit that outputs a result.
請求項10に記載の到来方向推定装置において、
前記受信強度判別手段は、
前記到来方向推定手段によって推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記ベクトルrを構成する各成分の値を補正するベクトル補正手段と、
前記補正されたベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求める補正相関演算手段と、
前記補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、前記補正行列Raの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを算出することにより、補正された固有値を求める補正固有値算出手段と、
前記到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値の値が所定の閾値に対して予め決定した関係を満たしているときに、直接波に対応する受信強度に関する条件を満たす旨の判定結果を出力する条件判定手段とを備えた
ことを特徴とする到来方向推定装置。
The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 10,
The reception strength determination means includes
Vector correction means for correcting the value of each component constituting the vector r based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimation means and the arrangement and characteristics of each branch in the site;
A corrected correlation calculating means for obtaining a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal arriving at the site based on the corrected vector r;
A corrected eigenvalue calculating means for obtaining a corrected eigenvalue by performing a predetermined matrix operation on the correction matrix Ra and calculating eigenvalues of the correction matrix Ra and eigenvectors corresponding to these eigenvalues;
Judgment that the condition regarding the reception intensity corresponding to the direct wave is satisfied when the value of the corrected eigenvalue corresponding to the incoming wave whose direction of arrival is estimated satisfies a predetermined relationship with respect to a predetermined threshold value A direction-of-arrival estimation apparatus comprising: a condition determination unit that outputs a result.
音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチへの到来波をサンプリングし、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求めるサンプリング手段と、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める相関演算手段と、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める行列演算手段と、
前記固有値の中に他の固有値に比べて有意に大きいものが存在するか否かを判定する有意差判別手段と、
前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う到来方向推定手段と、
前記有意差判別手段によって有意に大きい固有値が存在する旨の判定結果が得られたときに、推定対象の到来波が直接波であると判断し、前記到来方向推定手段による推定結果を所望の到来波の到来方向として出力する出力制御手段と
を備えたことを特徴とする到来方向推定装置。
Sampling means for sampling incoming waves to a plurality of branches installed at a site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves, and obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmission end;
Correlation calculation means for obtaining a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site based on the vector r;
Matrix calculation means for obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to received power of waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues by performing predetermined matrix calculation processing on the matrix R;
Significant difference discriminating means for determining whether or not there is a significantly larger value than the other eigenvalues among the eigenvalues;
Direction-of-arrival estimation means for estimating the direction of arrival of an incoming wave to the site using the eigenvector of the matrix R and the corresponding eigenvalue;
When the determination result that a significantly large eigenvalue exists is obtained by the significant difference determination means, it is determined that the arrival wave to be estimated is a direct wave, and the estimation result by the arrival direction estimation means is determined as a desired arrival And an output control means for outputting the direction of arrival of the wave.
請求項13に記載の到来方向推定装置において、
前記有意差判別手段は、
前記到来方向推定手段によって推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記行列演算手段によって求められた固有値の値を補正する固有値補正手段と、
前記到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値の値が他の補正された固有値と比較して有意に大きいか否かを判定する比較手段とを備えた
ことを特徴とする到来方向推定装置。
The direction of arrival estimation apparatus according to claim 13,
The significant difference determining means includes
Eigenvalue correction means for correcting the value of the eigenvalue obtained by the matrix calculation means based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimation means and the arrangement and characteristics of each branch in the site;
Comparing means for determining whether or not the value of the corrected eigenvalue corresponding to the incoming wave whose direction of arrival has been estimated is significantly larger than the other corrected eigenvalues. Direction estimation device.
請求項13に記載の到来方向推定装置において、
前記有意差判別手段は、
前記到来方向推定手段によって推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記ベクトルrを構成する各成分の値を補正するベクトル補正手段と、
前記補正されたベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求める補正相関演算手段と、
前記補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、前記補正行列Raの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを算出することにより、補正された固有値を求める補正固有値算出手段と、
前記到来方向が推定された到来波に対応する補正された固有値の値が他の補正された固有値と比較して有意に大きいか否かを判定する比較手段とを備えた
ことを特徴とする到来方向推定装置。
The direction of arrival estimation apparatus according to claim 13,
The significant difference determining means includes
Vector correction means for correcting the value of each component constituting the vector r based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimation means and the arrangement and characteristics of each branch in the site;
A corrected correlation calculating means for obtaining a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal arriving at the site based on the corrected vector r;
A corrected eigenvalue calculating means for obtaining a corrected eigenvalue by performing a predetermined matrix operation on the correction matrix Ra and calculating eigenvalues of the correction matrix Ra and eigenvectors corresponding to these eigenvalues;
Comparing means for determining whether or not the value of the corrected eigenvalue corresponding to the incoming wave whose direction of arrival has been estimated is significantly larger than the other corrected eigenvalues. Direction estimation device.
音波および電磁波を含む波動信号を受信する素子としてサイトに設置された複数のブランチへの到来波をサンプリングし、送信端から到来した波動信号の集合を示すベクトルrを求めるサンプリング手段と、
前記ベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す行列Rを求める相関演算手段と、
前記行列Rに所定の行列演算処理を行うことにより、前記サイトに到来した波の受信電力に関連する指標を含む前記行列Rの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを求める行列演算手段と、
前記固有値の値が前記送信端から前記サイトに直接入射する直接波に対応する受信強度に関して予め定めた条件を満たすか否かを判定し、この判定結果を示す第1判定値を出力する受信強度判別手段と、
前記固有値の中に他の固有値に比べて有意に大きいものが存在するか否かを判定し、この判定結果を示す第2判定値を出力する有意差判別手段と、
前記行列Rの固有ベクトルおよびこれに対応する固有値を利用して、前記サイトへの到来波についてその到来方向の推定を行う到来方向推定手段と、
前記第1判定値および前記第2判定値に基づいて、推定対象の到来波が直接波であるか否かを判定し、直接波である場合に限って、前記到来方向推定手段による推定結果を所望の到来波の到来方向として出力する出力制御手段と
を備えたことを特徴とする到来方向推定装置。
Sampling means for sampling incoming waves to a plurality of branches installed at a site as elements for receiving wave signals including sound waves and electromagnetic waves, and obtaining a vector r indicating a set of wave signals arriving from the transmission end;
Correlation calculation means for obtaining a matrix R indicating the correlation of the wave signal arriving at the site based on the vector r;
Matrix calculation means for obtaining eigenvalues of the matrix R including indices related to received power of waves arriving at the site and eigenvectors corresponding to these eigenvalues by performing predetermined matrix calculation processing on the matrix R;
It is determined whether or not the value of the eigenvalue satisfies a predetermined condition regarding a reception intensity corresponding to a direct wave directly incident on the site from the transmission end, and a reception intensity that outputs a first determination value indicating the determination result Discrimination means;
A significant difference discriminating means for determining whether or not any of the eigenvalues is significantly larger than other eigenvalues, and outputting a second determination value indicating the determination result;
Direction-of-arrival estimation means for estimating the direction of arrival of an incoming wave to the site using the eigenvector of the matrix R and the corresponding eigenvalue;
Based on the first determination value and the second determination value, it is determined whether the arrival wave to be estimated is a direct wave. Only when the arrival wave is a direct wave, the estimation result by the arrival direction estimation means is An output direction estimation device comprising: output control means for outputting the direction of arrival of a desired arrival wave.
請求項16に記載の到来方向推定装置において、
前記到来方向推定手段によって推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記行列演算手段によって求められた固有値の値を補正し、補正された固有値を前記受信強度判別手段および前記有意差判別手段の処理に供する固有値補正手段を備えた
ことを特徴とする到来方向推定装置。
The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 16,
Based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimation means and the arrangement and characteristics of each branch in the site, the eigenvalue value obtained by the matrix calculation means is corrected, and the corrected eigenvalue is determined by the reception strength determination. And an eigenvalue correcting means for use in processing of the significant difference discriminating means.
請求項16に記載の到来方向推定装置において、
前記到来方向推定手段によって推定された到来方向と前記サイトにおける各ブランチの配置および特性とに基づいて、前記ベクトルrを構成する各成分の値を補正するベクトル補正手段と、
前記補正されたベクトルrに基づき、前記サイトに到来した波動信号の相関を示す補正行列Raを求める補正相関演算手段と、
前記補正行列Raに所定の行列演算処理を行って、前記補正行列Raの固有値およびこれらの固有値に対応する固有ベクトルを算出することにより、補正された固有値を求め、得られた補正された固有値を前記受信強度判別手段および前記有意差判別手段の処理に供する補正固有値算出手段とを備えた
ことを特徴とする到来方向推定装置。
The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 16,
Vector correction means for correcting the value of each component constituting the vector r based on the arrival direction estimated by the arrival direction estimation means and the arrangement and characteristics of each branch in the site;
A corrected correlation calculating means for obtaining a correction matrix Ra indicating the correlation of the wave signal arriving at the site based on the corrected vector r;
A predetermined matrix calculation process is performed on the correction matrix Ra, and eigenvalues of the correction matrix Ra and eigenvectors corresponding to these eigenvalues are calculated to obtain corrected eigenvalues. A direction-of-arrival estimation apparatus comprising: a received intensity determining unit; and a corrected eigenvalue calculating unit for use in processing of the significant difference determining unit.
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