JP2006329671A - 入射角度推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 必要最小限の素子アンテナを広い素子間隔で配置したアレーアンテナを用いて測角精度を確保し、かつその際発生する虚像を排除して受信電波の唯一の入射角度推定値を求める。
【解決手段】 複数個の素子アンテナを、受信電波の１／２波長より広い素子間隔で配列してアレーアンテナを構成し、入射角度推定処理部により、素子アンテナのそれぞれから得られる受信データに基づいて位相差方探処理により受信電波の虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出し、一方、粗測角値算出部により、受信データの任意の一対に基づいて対応する素子アンテナ間における受信電波の到来時間差を推定し、当該推定された到来時間差に基づいて受信電波の粗測角値を算出し、粗測角値算出部において、入射角度推定値の中から粗測角値に最も近い値を受信電波の求めるべき測角値として選択する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、媒質中を伝搬する波動の到来方向である、設定されたアレーアンテナに対しての波動の入射角度を推定する入射角度推定装置に関するものである。

電波監視装置などで使用されている一般的な入射角度推定装置（例えば、特許文献１参照）では、基本的に図８に示すような構成で波動の入射角度を推定する処理を行っている。図において、素子アンテナ１₁と１₂は素子間隔ｄを持つ２素子アレーを構成している。これら素子アンテナ１₁，１₂では電波ｗを受信するとアナログ電気信号に変換する。各素子アンテナ１₁，１₂からの電気信号のそれぞれは、対応する受信器３₁，３₂内のミキサで送信周波数から中間周波数にダウンコンバージョンされ、さらに中間周波数のアナログ信号はそれぞれＡ／Ｄ変換されてデジタル信号として取り出される。その後、デジタル信号である受信データに対して、入射角度推定処理部４で測角処理が行われ、電波の入射角度が推定される。

この場合、入射角度推定処理部４では、２つの受信データの位相差に基づいて、次のように入射角度を推定する。電波が角度θから入射する場合の素子アンテナ１₁，１₂の受信データｘ₁（ｌ）、ｘ₂（ｌ）はそれぞれ次式で表される。

ここで、ｄは素子アンテナの間隔、λは信号の波長、ｆは信号の搬送周波数、ｌはデジタル信号の時間因子、Ｔはサンプリング周期、Ａ₁、Ａ₂は所望信号の振幅、ｎ₁（ｌ）、ｎ₂（ｌ）は受信機雑音を表す。

位相差方探処理においては、まず２個の素子アンテナ１₁，１₂の入力信号について相関を計算する。

ここで、Ｌは時間平均（サンプル平均）演算を、＊は複素共役を表す。
信号対雑音電力比が高く、相関を計算する時間サンプル数が十分大きければ、式（３）は第２項、第３項、第４項はいずれも０となるので、次式のように展開することにより、電波の入射角度θを推定できる。

ここでａｒｇ（ ）は位相角を表す。

上述したようにアレーアンテナを用いて位相差方探処理を行うときには、素子間隔ｄが大きくなると角度値に偽像が発生する。偽像とは、素子間隔ｄが大きくなると経路長差ｄｓｉｎθが位相差πを超え、同相となる位相差φ±２πにおいても本来の位相差φと同様に応答してしまう現象のことである。このような偽像を回避するためには素子間隔ｄを、ｄ＜λ／２にして配列する方法がよく用いられる。
また、アレーの素子間隔は、要求される測角精度により決定される。しかし、要求される測角精度が高くなり素子間隔ｄを広げ、λ／２を超えると、求めた入射角度に偽像が発生してしまうため、従来は素子アンテナの中間に別途素子を挿入することによって最小の素子間隔ｄがλ／２以下になるような配列にしていた。

特開平１０−２５３７３０号公報

従来の入射角度推定装置では、高い測角精度を得るために素子間隔を広げた場合、素子アンテナ１₁，１₂の中間に別途素子を挿入することによって最小の素子間隔ｄがλ／２以下になるようにして偽像が発生しないようにしていたが、その場合には挿入する素子やその受信器等を増やす必要があるため不経済な構成となっていた。また、偽像を排除するために、複数回の方探処理を組み合わせ、二通りないしそれ以上の入射角度推定値の比較を行い、詳細な素子位置の検討を行わなければならなかった。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、必要最小限の素子アンテナを広い素子間隔で配置したアレーアンテナを用いて測角精度を確保し、かつその際発生する虚像を排除して受信電波の唯一の入射角度推定値を求める入射角度推定装置を得ることを目的とする。

この発明に係る入射角度推定装置は、複数個の素子アンテナを、受信電波の１／２波長より広い素子間隔で配列してなるアレーアンテナと、素子アンテナのそれぞれから得られる受信データに基づいて位相差方探処理により受信電波の虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出する入射角度推定処理部と、受信データの任意の一対に基づいて対応する素子アンテナ間における受信電波の到来時間差を推定し、当該推定された到来時間差に基づいて受信電波の粗測角値を算出する粗測角値算出部と、算出された入射角度推定値の中から粗測角値に最も近い値を受信電波の求めるべき測角値として選択する角度値判定部とを備えたものである。

この発明によれば、アレーアンテナを広い素子間隔で構成して測角精度を確保し、そのアレーアンテナを用いて位相差方探により入射角度推定値を求める一方、受信電波の到来時間差を推定することにより入射角度の粗測角値を求め、上記広い素子間隔に起因して位相差方探で偽像が混入する入射角度推定値の中から、粗測角値に最も近接する値を真の測角値として抽出するので、偽像をすべて排除することができ、従来のように対策として素子数を増やすことがなく、必要最小限の構成により高精度な入射角度推定値を得ることができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による入射角度推定装置の構成を示す図である。
この入射角度推定装置は、少なくとも２つの受信用の素子アンテナ１₁，１₂、それぞれの受信器３₁，３₂、入射角度推定処理部４、粗測角値算出部５、角度値判定部６を備えている。ここで、素子アンテナ１₁，１₂の素子間隔ｄは半波長以上あるものと仮定する。また、これらの素子アンテナ１₁，１₂にはアジマスθの角度で受信電波ｗが入射するものと仮定する。

次に、動作について説明する。
素子アンテナ１₁，１₂は受信電波ｗを受信するとアナログ電気信号に変換する。各素子アンテナ１₁，１₂からの信号のそれぞれは、対応する受信器３₁，３₂において、ミキサにより送信周波数から中間周波数にダウンコンバージョンした後、中間周波数の信号をそれぞれＡ／Ｄ変換してデジタルの受信データｘ₁，ｘ₂を得る。これらの受信データｘ₁，ｘ₂は、入射角度推定処理部４と粗測角値算出部５に入力される。
入射角度推定処理部４では、従来の技術に関して前述した位相差方探処理の式（３）および式（４）を用いて、受信データｘ₁，ｘ₂から入射角度推定値を求める。ただし、この発明では、素子間隔を半波長以上であると仮定しているため、真の位相に対して２ｎπ（ｎは整数）を加算した位相値毎に同位相となり、入射角度推定値としては偽像を含めてθ_s1，θ_s2，…，θ_spのように複数個が得られる。これらの入射角度推定値は角度値判定部６に入力される。

一方、受信データｘ₁，ｘ₂が入力された粗測角値算出部５では、信号の到来時間差を推定して、これを基にもう一つの入射角度推定値である、受信電波の粗測角値を算出する処理を行う。
受信データｘ₁，ｘ₂をＬサンプル用いて次式の相関処理を行い、ｆ（τ）が最大となるτを到来時間差推定値τ’とする。

次に、到来時間差推定値τ’に伝播速度ｃを乗じて経路長差を求め、受信電波の粗測角値θ’を算出する。

｜τ’｜は入射角度が−９０≦θ≦９０［ｄｅｇ］の場合、｜ｄ／ｃ｜を超える値にはなりなえないため、受信電波の粗測角値θ’は唯一の値が必ず求められる。

角度値判定部６は、偽像を含めた入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spの中から唯一の入射角度推定値θ_sを選択する手段である。その処理原理を、図２に基づいて説明する。
素子間隔が半波長以上である場合、入射角度推定処理部４から得られる入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spでは、真の位相に対して２ｎπ（ｎは整数）を加算した位相値毎に同位相となり、図に示すように入射角度推定値に偽像θ_s1，θ_s3が生じる。これらの偽像を含めた入射角角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spの中から、式（６）で得られた受信電波の粗測角値θ’に最も近い値を唯一の測角値θ_sとして選択する。このことにより、偽像を排除することが可能になる。

以上のように、この実施の形態１によれば、２個の素子アンテナを、受信する電波の１／２波長より広い素子間隔で配列してアレーアンテナを構成し、入射角度推定処理部において、素子アンテナのそれぞれから得られる２つの受信データに基づいて位相差方探処理により受信電波の虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出し、一方、粗測角値算出部において、２つの受信データに基づいて対応する素子アンテナ間における受信電波の到来時間差を推定し、当該推定された到来時間差に基づいて受信電波の粗測角値を算出し、角度値判定部において、算出された上記入射角度推定値の中から上記粗測角値に最も近い値を受信電波の求めるべき測角値として選択するようにしている。したがって、素子間隔を１／２波長より広くして測角精度を確保すると共に、この素子間隔に起因して入射角度推定処理部の出力として混入する入射角度推定値の偽像を排除することができるため、必要最小限の素子アンテナで構成されたアレーアンテナを用いて高精度な入射角度推定値を得ることができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による入射角度推定装置の構成を示すブロック図である。
この実施の形態２では、アレーアンテナは２以上の素子アンテナ１₁，１₂，…，１_Mで構成され、素子数に応じたチャネル分の受信器３₁，３₂，…，３_Mが設けられ、入射角度推定処理部４では超分解能アルゴリズムを用いて処理するようにしている。この場合にも、アレーアンテナの素子間間隔によっては入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spに偽像が含まれる。そこで、入射角度推定処理部４から得られる入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spの中から、粗測角値算出部５で算出された粗測角値を用いて唯一の測角値θ_sを選択する構成としている。

超分解能アルゴリズムとして、例えばＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classication）アルゴリズムを用いた場合、素子間隔が半波長以下となる素子配列が含まれていないと入射角度推定値には偽像が現れる。また、各受信データｘ₁，ｘ_2,…，ｘ_Mが等間隔リニアアレーにおける受信データと同様に表現可能な場合には、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Techniques）アルゴリズムが適用できる。このとき、ＥＳＰＲＩＴアルゴリズム適用のために構成するサブアレーアンテナ間の位相回転量が本来の位相差φを超え位相差φ±２πとなる。すなわち、サブアレー間の間隔が半波長を超える場合には角度推定値に偽像が含まれる。したがって、入射角度推定処理部４より得られる偽像を含めた入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spが得られるが、この実施の形態２では、角度値判定部６において、これらの入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spの中から、式（６）を用いた粗測角値算出部５で得られた受信電波の粗測角値θ’に最も近い入射角度推定値を唯一の測角値θ_sとして選択する。このことにより、偽像を排除することが可能となる。なお、図３では、粗測角値算出部５で算出する到来時間差は素子アンテナ１₁と１_Mの素子対に対して求めているが、どの素子対から求めてもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、２個以上の素子アンテナを、受信する電波の１／２波長より広い素子間隔で配列してアレーアンテナを構成し、入射角度推定処理部では、各受信データに基づいて超分解能アルゴリズムにより虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出するようにしているので、素子アンテナの数が多い場合においても、素子間隔を１／２波長より広くして測角精度を確保すると共に、この素子間隔に起因して入射角度推定処理部の出力として混入する入射角度推定値の偽像を排除することができるため、従来のように素子やその受信器等を増やす必要がなく、高精度な入射角度推定値を得ることができる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による入射角度推定装置の構成を示すブロック図である。
上記実施の形態２の粗測角値算出部５で用いる式（５）の方法では、受信電波の帯域幅によって決定される分解能以下の到来時間差は観測できないことが考えられる。また、処理しようとする同一帯域内に複数の受信電波が存在するような場合にも、到来時間差が観測できなくなることが考えられる。そこで、この実施の形態３では、粗測角値算出部５において粗測角値を算出するための到来時間差推定にも超分解能アルゴリズムを用いる。

ここでは、受信電波が複数、すなわちＫ波入射しているものとする（ただし、素子数ＭはＫ＋１以上とする）。粗測角値算出部５は、素子１₁からの受信データｘ₁に対して周波数を掃引し（掃引する周波数ポイントはＫ＋１以上）、その受信データｘ₁に基づいて超分解能アルゴリズム（例えばＭＵＳＩＣアルゴリズム）により到来時間差推定値τ’を求める。到来時間差推定値τ’に伝播速度ｃを乗じて経路長差を求め、これを式（６）に適用して各受信電波の粗測角値θ_s1’，…，θ_sK’を求める。次に、角度値判定部６において、入射角度推定処理部４でＭＵＳＩＣアルゴリズム等の超分解能アルゴリズムにより得られた各受信電波の入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spの中から、粗測角値算出部５で得られた各受信電波の粗測角値θ_s1’，…，θ_sK’とそれぞれ最も近接する入射角度推定値を各受信電波の唯一の測角値θ_s1，…，θ_sKとして選択する。このことにより、偽像の排除を行うことができる。

以上のように、この実施の形態３によれば、上記実施の形態２に対し、超分解能アルゴリズムを用いる粗測角値算出部を適用し、受信データの一つに基づいて複数の受信電波の素子アンテナ間の到来時間差をそれぞれ推定し、当該推定された各到来時間差に基づいて上記複数の受信電波の各粗測角値を算出するようにし、角度値判定部により、入射角度推定処理部で算出された上記複数の受信電波のそれぞれの虚像を含む可能性のある入射角度推定値の中から、対応する受信電波の粗測角値と最も近接する値をそれぞれの受信電波の求めるべき測角値として選択するようにしている。したがって、素子アンテナの数が多い場合においても、素子間隔を１／２波長より広くして測角精度を確保すると共に、この素子間隔に起因して入射角度推定処理部の出力として混入する各受信電波の入射角度推定値の偽像をすべて排除することができるため、従来のように素子やその受信器等を増やす必要がなく、高精度な入射角度推定値を得ることができる。また、特に、到来する電波が複数となった場合にも対応できる。すなわち、入射角度推定処理部で得られた複数の受信電波の入射角度推定値のそれぞれに対応して偽像が発生するが、複数の受信電波の粗測角値を得ることにより、偽像が現れる角度値をも考慮してそれぞれの真の入射角度推定値を測角値として求めることができる。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４による入射角度推定装置の構成を示すブロック図である。
この実施の形態４では、アレーアンテナは２個のサブアレーアンテナ１０１，１０２を持ち、各サブアレーアンテナはそれぞれが２個の素子アンテナからなる。これらの素子アンテナ１₁₁，１₁₂，１₂₁，１₂₂に対応してそれぞれ受信器３１１，３１２，３２１，３２２が設けられている。また、サブアレーアンテナ１０１，１０２毎に各受信器からの受信データに対してデジタルビームフォーミング（以下、ＤＢＦとする）を行うＤＢＦ処理部７₁，７₂を備えている。ＰＨ１０１，ＰＨ１０２はサブアレーアンテナ１０１，１０２の位相中心である。サブアレーアンテナ１０１，１０２は、この位相中心間を受信電波の１／２波長より広い間隔となるように配列してアレーアンテナを構成する。
ＤＢＦ処理部７₁，７₂において、サブアレーアンテナ１０１，１０２毎に受信器で得られる各受信データをＤＢＦ処理し、合成した受信データｘ₁，ｘ₂を入射角度推定処理部４に与える。入射角度推定処理部４では、これらの合成された受信データｘ₁，ｘ₂に基づいて位相差方探処理により受信電波の入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spを求める。この場合、各サブアレーアンテナの位相中心ＰＨ１０１，ＰＨ１０２がλ／２以上離れている場合、入射角度推定処理部４で得られた入射角度推定値には偽像が含まれる。

また、粗測角値算出部５では、合成された受信データｘ₁，ｘ₂から位相中心ＰＨ１０１，ＰＨ１０２における到来時間差推定値τ’を求める。次に到来時間差推定値τ’に伝播速度ｃを乗じて経路長差を求め、これを式（６）に適用して唯一の受信電波の粗測角値θ’を求める。次に、角度値判定部６において、入射角度推定処理部４で得られた入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spの中から、粗測角値算出部５で得られた受信電波の粗測角値θ’に最も近接する入射角度推定値を唯一の測角値θ_sとして選択する。このことにより、偽像の排除を行うことができる。

以上のように、この実施の形態４によれば、それぞれ２個の素子アンテナからなる２個のサブアレーアンテナを、位相中心間を受信電波の１／２波長より広い間隔となるように配列してアレーアンテナを構成し、それぞれのＤＢＦ処理部において、サブアレーアンテナ毎に各素子アンテナから得られる受信データをデジタルビームフォーミングして合成し、入射角度推定処理部により、２つの合成された受信データに基づいて位相差方探処理により受信電波の虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出し、一方、粗測角値算出部において、上記２つの合成された受信データに基づいて対応するサブアレーアンテナの位相中心間における受信電波の到来時間差を推定し、当該推定された到来時間差に基づいて受信電波の粗測角値を算出し、角度値判定部において、算出された上記入射角度推定値の中から上記粗測角値に最も近い値を受信電波の求めるべき測角値として選択するようにしている。したがって、サブアレーアンテナの間隔を１／２波長より広くして測角精度を確保すると共に、このサブアレーアンテナ間隔に起因して入射角度推定処理部の出力として混入する入射角度推定値の偽像を排除することができるため、必要最小限で構成されたアレーアンテナを用いて高精度な入射角度推定値を得ることができる。

実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５による入射角度推定装置の構成を示すブロック図である。
この実施の形態５のアレーアンテナは、実施の形態２の図３の素子アンテナ１₁，１₂，…，１_Mからなるアレーアンテナの代わりに、それぞれがｍ個の素子アンテナからなるサブアレーアンテナをＭ個配列した構成としている。また、これらの素子アンテナ１₁，…，１_Mmにはアジマスθの角度で受信電波ｗが入射するものと仮定する。ＤＢＦ処理部７₁，７₂，…，７_Mは、サブアレーアンテナ２０１，…，２０Ｍ毎にそれぞれの受信器からの受信データをＤＢＦ処理し、合成した受信データｘ₁，ｘ_2,…，ｘ_Mを入射角度推定処理部４に与える。この実施の形態５の入射角度推定処理部４では、合成した受信データｘ₁，ｘ_2,…，ｘ_Mから超分解能アルゴリズム（例えばＭＵＳＩＣアルゴリズム）により入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spを算出する。このときの各サブアレーアンテナの位相中心ＰＨ２０１，ＰＨ２０２…，ＰＨ２０Ｍ間の間隔が全てλ／２以上離れている場合、入射角度推定処理部４で得られた入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spには偽像が含まれている。

また、粗測角値算出部５には、ＤＢＦ処理後の合成された受信データの任意の一対（例えばｘ₁とｘ_M）が与えられおり、これらに基づいて対応するサブアレーアンテナの位相中心（例ではＰＨ２０１，ＰＨ２０Ｍ）における受信電波の到来時間差推定値τ’を位相差方探処理の式（３）および式（４）を用いて求め、到来時間差推定値τ’に伝播速度ｃを乗じて経路長差を求め、これを式（６）に適用して唯一の受信電波の粗測角値θ’を求める。次に、角度値判定部６において、入射角度推定処理部４で得られた入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spの中から、粗測角値算出部５で得られた受信電波の粗測角値θ’に最も近接する入射角度推定値を唯一の測角値θ_sとして選択する。このことにより、偽像の排除を行うことができる。

以上のように、この実施の形態５によれば、２個以上のサブアレーアンテナを、位相中心間を受信電波の１／２波長より広い間隔となるように配列してアレーアンテナを構成し、入射角度推定処理部では、各合成された受信データに基づいて超分解能アルゴリズムにより虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出するようにしているので、サブアレーアンテナの間隔を１／２波長より広くして測角精度を確保すると共に、このサブアレーアンテナ間隔に起因して入射角度推定処理部の出力として混入する入射角度推定値の偽像を排除することができるため、必要最小限で構成されたアレーアンテナを用いて高精度な入射角度推定値を得ることができる。

実施の形態６．
図７はこの発明の実施の形態６による入射角度推定装置の構成を示すブロック図である。ここでは、受信電波が複数、すなわちＫ波入射しているものとする（ただし、素子数ＭはＫ＋１以上とする）。
この実施の形態６アレーアンテナは、実施の形態３の図４の素子アンテナ３₁，３₂，…，３_Mからなるアレーアンテナの代わりに、ｍ個の素子アンテナからなるサブアレーアンテナをＭ個配列した構成としている。各サブアレーアンテナの位相中心ＰＨ２０１，ＰＨ２０２…，ＰＨ２０Ｍの間隔は全てλ／２以上離れて設定されているものとする。

ＤＢＦ処理部７₁，７₂，…，７_Mは、サブアレーアンテナ２０１，…，２０Ｍ毎に各受信器からの受信データをＤＢＦ処理し、合成した受信データｘ₁，ｘ_2,…，ｘ_Mを入射角度推定処理部４に与える。入射角度推定処理部４では、受信データｘ₁，ｘ_2,…，ｘ_Mを超分解能アルゴリズムに適用し入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spを求める。この場合に適用する超分解能アルゴリズムとして、例えばＭＵＳＩＣアルゴリズムがある。また、各サブアレーアンテナの位相中心ＰＨ２０１，ＰＨ２０２…，ＰＨ２０Ｍが等間隔リニアアレーにおける受信データと同様に表現可能な場合には、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Techniques）アルゴリズムが適用できる。このＥＳＰＲＩＴアルゴリズムは、位相中心ＰＨ２０１，ＰＨ２０２…，ＰＨ２０Ｍに対してサブアレーを構成して測角を行う場合、サブアレー間の位相回転量が２ｎπを超えている、すなわちサブアレーの間隔が半波長以上はなれている場合、得られた入射角度推定値には偽像が含まれてしまう。この発明では、各サブアレーアンテナの位相中心の間隔が全てλ／２以上離れて設定されているから、したがって、入射角度推定処理部４で得られた各受信電波の入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spには偽像が含まれることになる。

また、粗測角値算出部５において、1つの合成された受信データｘ₁に対して周波数を掃引し（掃引する周波数ポイントはＫ＋１以上）、その受信データに基づいて超分解能アルゴリズムにより各受信電波の到来時間差推定値τ’を求める。到来時間差推定値τ’に伝播速度ｃを乗じて経路長差を求め、これを式（６）に適用し各受信電波の粗測角値θ’₁，…，θ’_Kを求める。次に、角度値判定部６において、入射角度推定処理部４で得られた各受信電波の入射角度推定値θ_s1，θ_s2，…，θ_spの中から、粗測角値算出部５で得られた各受信電波の粗測角値θ’₁，…，θ’_Kとそれぞれ最も近接する入射角度推定値を各受信電波の唯一の測角値θ’_s1，…，θ’_sKとして選択する。このことにより、偽像の排除を行うことができる。

以上のように、実施の形態６によれば、上記実施の形態５に対し、合成された受信データに基づいて、サブアレーアンテナの位相回転量推定することで測角を行う超分解能アルゴリズムにより複数の受信電波のそれぞれの虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出する入射角度推定処理部を適用し、また、合成された受信データの一つに基づいて、超分解能アルゴリズムにより複数の受信電波のサブアレーアンテナ間の到来時間差をそれぞれ推定し、当該推定された各到来時間差に基づいて複数の受信電波の各粗測角値を算出する粗測角値算出部を適用し、角度値判定部により、入射角度推定処理部で算出された複数の受信電波のそれぞれの入射角度推定値の中から、対応する受信電波の粗測角値と最も近接する値をそれぞれの受信電波の求めるべき測角値として選択するようにしている。したがって、サブアレーアンテナの数が多い場合においても、サブアレーアンテナ間隔を１／２波長より広くして測角精度を確保すると共に、この間隔に起因して入射角度推定処理部の出力として混入する各受信電波の入射角度推定値の偽像をすべて排除することができるため、従来のように構成を複雑する必要がなく、高精度な入射角度推定値を得ることができる。また、特に、到来する電波が複数となった場合にも対応できる。すなわち、入射角度推定処理部で得られた複数の受信電波の入射角度推定値のそれぞれに対応して偽像が発生するが、複数の受信電波の粗測角値を得ることにより、偽像が現れる角度値をも考慮してそれぞれの真の入射角度推定値を測角値として求めることができる。

この発明の実施の形態１による入射角度推定装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る角度値判定部における処理原理を表す説明図である。 この発明の実施の形態２による入射角度推定装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による入射角度推定装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４による射角度推定装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態５による入射角度推定装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態６による入射角度推定装置の構成を示すブロック図である。 従来の入射角度推定装置の基本構成を示すブロック図である。

符号の説明

１₁〜１_M，１₁₁，１₁₂，１₂₁，１₂₂ 素子アンテナ、３₁〜３₂，３₁₁，３₁₂，３₂₁，３₂₂ 受信器、４ 入射角度推定処理部、５ 粗測角値算出部、６ 角度値判定部、７₁〜７_M ＤＢＦ処理部、１０１，１０２，２０１〜２０Ｍ アレーアンテナ。

Claims (6)

1. 複数個の素子アンテナを、受信電波の１／２波長より広い素子間隔で配列してなるアレーアンテナと、
   前記素子アンテナのそれぞれから得られる受信データに基づいて位相差方探処理により受信電波の虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出する入射角度推定処理部と、
   前記受信データの任意の一対に基づいて対応する素子アンテナ間における受信電波の到来時間差を推定し、当該推定された到来時間差に基づいて受信電波の粗測角値を算出する粗測角値算出部と、
   前記算出された入射角度推定値の中から前記粗測角値に最も近い値を受信電波の求めるべき測角値として選択する角度値判定部とを備えたことを特徴とする入射角度推定装置。
2. 請求項１において、入射角度推定処理部として、各受信データに基づいて超分解能アルゴリズムにより受信電波の虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出する手段を適用したことを特徴とする入射角度推定装置。
3. 請求項２において、
   粗測角値算出部として、受信データの一つに基づいて、超分解能アルゴリズムにより複数の受信電波の素子アンテナ間の到来時間差をそれぞれ推定し、当該推定された各到来時間差に基づいて前記複数の受信電波の各粗測角値を算出する手段を適用し、
   角度値判定部は、入射角度推定処理部で算出された前記複数の受信電波のそれぞれの入射角度推定値の中から、対応する受信電波の粗測角値と最も近接する値をそれぞれの受信電波の求めるべき測角値として選択するようにしたことを特徴とする入射角度推定装置。
4. それぞれ所定数の素子アンテナからなる複数のサブアレーアンテナを、位相中心間を受信電波の１／２波長より広い間隔となるように配列してなるアレーアンテナと、
   前記サブアレーアンテナ毎に各素子アンテナから得られる受信データをデジタルビームフォーミングして合成するそれぞれのＤＢＦ処理部と、
   合成された受信データに基づいて位相差方探処理により受信電波の虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出する入射角度推定処理部と、
   前記合成された受信データの任意の一対に基づいて対応するサブアレーアンテナの位相中心間における受信電波の到来時間差を推定し、当該推定された到来時間差に基づいて受信電波の粗測角値を算出する粗測角値算出部と、
   前記算出された入射角度推定値の中から前記粗測角値に最も近い値を受信電波の求めるべき測角値として選択する角度値判定部とを備えたことを特徴とする入射角度推定装置。
5. 請求項４において、入射角度推定処理部として、合成された受信データに基づいて超分解能アルゴリズムにより受信電波の虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出する手段を適用したことを特徴とする入射角度推定装置。
6. 請求項４において、
   入射角度推定処理部として、合成された受信データに基づいて、サブアレーアンテナの位相回転量を推定することで測角を行う超分解能アルゴリズムにより複数の受信電波のそれぞれの虚像を含む可能性のある入射角度推定値を算出する手段を適用し、
   粗測角値算出部として、合成された受信データの一つに基づいて、超分解能アルゴリズムにより前記複数の受信電波のサブアレーアンテナ間の到来時間差をそれぞれ推定し、当該推定された各到来時間差に基づいて前記複数の受信電波の各粗測角値を算出する手段を適用し、
   角度値判定部は、前記複数の受信電波のそれぞれの入射角度推定値の中から、対応する受信電波の粗測角値と最も近接する値をそれぞれの受信電波の求めるべき測角値として選択するようにしたことを特徴とする入射角度推定装置。
   

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