JP2007318407A - Adaptive array antenna apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an adaptive array antenna apparatus capable of receiving desired waves with high gain and suppressing interference waves. <P>SOLUTION: The apparatus includes a weight setting means 105 for correcting a directional vector of a desired wave direction in an array antenna 101 with the use of a plurality of numbers of respectively different arrival signals, so as to generate a plurality of correction directional vectors, calculating a plurality of weights respectively with the use of the correction directional vectors, and selecting the desired weight from the plurality of weights so as to set the weight. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、アダプティブアレーアンテナ技術に関し、特に干渉波抑圧技術に関する。   The present invention relates to adaptive array antenna technology, and more particularly to interference wave suppression technology.

アダプティブアレーアンテナの中には、複数の到来波電波の中から、所望波を高利得で受信し、干渉波を抑圧するビームパターン形成を実現するものがある。ここで所望波とは、アダプティブアンテナで受信したい到来波であり、干渉波とはアダプティブアンテナで受信したくない到来波である。所望波と干渉波を同時に受信した場合には、混信状態となるので信号の復元が出来ないが、干渉波を抑圧することで、所望波信号の復元が可能となる。このようなビームパターン形成を実現するアルゴリズムとして、所望波の到来方向を予備知識として利用する、方向拘束付き電力最小化法が良く知られている。   Some adaptive array antennas realize a beam pattern formation that receives a desired wave from a plurality of incoming wave radio waves with high gain and suppresses interference waves. Here, the desired wave is an incoming wave that is desired to be received by the adaptive antenna, and the interference wave is an incoming wave that is not desired to be received by the adaptive antenna. When the desired wave and the interference wave are received at the same time, the signal cannot be restored because of the interference state, but the desired wave signal can be restored by suppressing the interference wave. As an algorithm for realizing such beam pattern formation, a direction-constrained power minimization method that uses the arrival direction of a desired wave as preliminary knowledge is well known.

ところが、この方向拘束付き電力最小化法の問題点は、所望波方向の方向ベクトルが極めて正確に求められている場合に高精度なビームパターンを生成するが、方向ベクトルに誤差がある場合にビームパターンが劣化することである。   However, the problem with this direction-constrained power minimization method is that a high-accuracy beam pattern is generated when the direction vector in the desired wave direction is found very accurately, but there is an error in the direction vector. The pattern is deteriorated.

方向ベクトルに誤差がある場合としては、アレーアンテナの設置環境が不確定で、アレーアンテナの近傍にアンテナ素子と結合する散乱体が存在する場合や、アレーアンテナに接続する高周波ケーブルや受信機の特性が温度環境や経年変化で変化してしまう場合で、これを測定できない場合である。このような状況を、キャリブレーション(較正)が十分行えない場合と以降では呼ぶこととする。   When there is an error in the direction vector, the installation environment of the array antenna is uncertain, and there is a scatterer that couples to the antenna element in the vicinity of the array antenna, or the characteristics of the high-frequency cable or receiver connected to the array antenna. Is a case where the temperature changes due to temperature environment or aging, and this cannot be measured. Such a situation will be referred to as a case where calibration (calibration) cannot be performed sufficiently.

このような問題に対して、キャリブレーションが十分行えない場合でも、方向ベクトルを補正し、所望のビームパターンを実現するアルゴリズムが報告されている(非特許文献1)。この補正計算は、アレーアンテナの受信信号と到来信号数の情報を利用して行うものである。   In order to solve such a problem, an algorithm that corrects a direction vector and realizes a desired beam pattern even when calibration cannot be sufficiently performed has been reported (Non-Patent Document 1). This correction calculation is performed using information on the received signal and the number of incoming signals of the array antenna.

ところが、この補正を行うために必要な到来信号数は、一般的にアレーアンテナの受信信号から推定するものであり、熱雑音、外来雑音、有限時間のサンプル数などの影響で正確に求めることが出来ない場合がある。そして、到来信号数に誤りがある場合、上記補正計算にも誤りが生じ、所望のビームパターンを実現できない問題がある。所望のビームパターンが実現できないと、所望波の高利得受信が出来なかったり、干渉波抑圧が出来なかったりしてしまう。その結果、所望波信号の情報を得ることが出来なくなる。
Won Sik Youn and Chong Kwan Un,” Robust adaptive beamforming based on the eigenstructure method,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 42, no. 6, June 1994.
However, the number of incoming signals required to perform this correction is generally estimated from the received signal of the array antenna, and can be accurately obtained by the influence of thermal noise, external noise, the number of samples in a finite time, etc. It may not be possible. If there is an error in the number of incoming signals, an error also occurs in the correction calculation, and there is a problem that a desired beam pattern cannot be realized. If a desired beam pattern cannot be realized, high gain reception of a desired wave cannot be performed, and interference wave suppression cannot be performed. As a result, information on the desired wave signal cannot be obtained.
Won Sik Youn and Chong Kwan Un, “Robust adaptive beamforming based on the eigenstructure method,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 42, no. 6, June 1994.

このように、到来方向情報を利用して方向ベクトルを補正し、所望波を高利得で受信し、干渉波を抑圧するビームパターン形成を目的とした従来技術のアダプティブアレーアンテナ装置では、到来信号数に誤りがある状態で方向ベクトルを補正すると、補正後の方向ベクトルに誤差が発生し、その結果、目的とするビームパターンを実現できなるという問題があった。その結果、所望波の高利得受信と干渉波抑圧を実現することが出来ない問題があった。   As described above, in the adaptive array antenna device of the prior art for correcting the direction vector using the arrival direction information, receiving the desired wave with high gain, and forming the beam pattern for suppressing the interference wave, the number of incoming signals When the direction vector is corrected in a state where there is an error, an error occurs in the corrected direction vector, and as a result, there is a problem that a target beam pattern cannot be realized. As a result, there is a problem that high gain reception of desired waves and interference wave suppression cannot be realized.

この発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、到来信号数に誤りがある場合にも、高精度に方向ベクトルの補正が可能であり、目的とするビームパターン形成が可能となるアダプティブアレーアンテナを提供することを目的とする。その結果、所望波の高利得受信と干渉波の抑圧を実現できるようになる。   The present invention has been made to solve the above problem, and even when there is an error in the number of incoming signals, the direction vector can be corrected with high accuracy, and the intended beam pattern can be formed. It is an object of the present invention to provide an adaptive array antenna. As a result, it is possible to realize high gain reception of desired waves and suppression of interference waves.

本発明の一態様によるアダプティブアレーアンテナ装置は、
到来波を受信するアレーアンテナと、
前記アレーアンテナによって受信された受信信号を基に、前記到来波の到来信号数を推定及び設定する到来信号数設定手段と、
少なくとも前記受信信号を基に前記到来波の到来方向を推定及び設定する到来方向設定手段と、
前記設定された前記到来波の到来方向の中から、所望の到来波の到来方向を所望波方向として選択及び設定する所望波方向設定手段と、
それぞれ異なる複数の前記到来信号数を用いて、前記アレーアンテナにおける前記所望波方向の方向ベクトルを補正することにより、複数の補正方向ベクトルを生成し、前記複数の補正方向ベクトルを用いて複数のウエイトをそれぞれ算出し、前記複数のウエイトの中から所望のウエイトを選択して設定するウエイト設定手段と、
前記アレーアンテナによって受信された前記受信信号と、前記ウエイト設定手段によって設定された前記ウエイトとを用いて、前記受信信号を合成して出力する受信信号出力手段と
を備える。
An adaptive array antenna apparatus according to an aspect of the present invention includes:
An array antenna for receiving incoming waves,
An arrival signal number setting means for estimating and setting the number of arrival signals of the arrival wave based on the reception signals received by the array antenna;
Direction-of-arrival setting means for estimating and setting the direction of arrival of the incoming wave based on at least the received signal;
Desired wave direction setting means for selecting and setting the arrival direction of the desired arrival wave as the desired wave direction from the set arrival directions of the arrival waves;
A plurality of correction direction vectors are generated by correcting the direction vector of the desired wave direction in the array antenna using a plurality of different numbers of incoming signals, and a plurality of weights are generated using the plurality of correction direction vectors. And a weight setting means for selecting and setting a desired weight from the plurality of weights,
Reception signal output means for combining and outputting the reception signal using the reception signal received by the array antenna and the weight set by the weight setting means.

本発明のアダプティブアレーアンテナ装置によれば、所望波の高利得受信と干渉波の抑圧を実現することができる。   According to the adaptive array antenna apparatus of the present invention, it is possible to realize high-gain reception of desired waves and suppression of interference waves.

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

(1)第1の実施の形態
図1は第1の実施の形態に係わるアダプティブアレーアンテナ装置100の構成図である。到来波を受信するアレーアンテナ101と、到来信号数設定手段102と、到来方向設定手段103と、所望波方向設定手段104と、ウエイト設定手段105と、受信信号出力手段106から構成されるアダプティブアレーアンテナ装置100であり、ウエイト設定手段105では、異なる到来信号数の条件で所望波方向の方向ベクトルを補正し、複数の補正された方向ベクトルを用いて複数のウエイトを算出し、複数のウエイトの中から1つのウエイトを選択し、選択されたウエイトを設定することを特徴とする。以下、各構成要素の説明を順番に行う。
(1) First Embodiment FIG. 1 is a configuration diagram of an adaptive array antenna apparatus 100 according to a first embodiment. An adaptive array comprising an array antenna 101 for receiving an incoming wave, an incoming signal number setting means 102, an arrival direction setting means 103, a desired wave direction setting means 104, a weight setting means 105, and a received signal output means 106. In the antenna device 100, the weight setting means 105 corrects the direction vector of the desired wave direction under conditions of different numbers of incoming signals, calculates a plurality of weights using the plurality of corrected direction vectors, One of the weights is selected, and the selected weight is set. Hereinafter, each component will be described in order.

到来波を受信するアレーアンテナ101は、到来波を受信可能なアンテナである。アンテナ各素子の種類は、到来波を受信できるアンテナであれば制限は無いが、広い角度範囲の到来波を受信したい場合には、マイクロストリップアンテナやモノポールアンテナのようなビーム幅の広いアンテナ素子が適しており、狭い範囲の到来波を受信したい場合には、ホーンアンテナや八木宇田アンテナのようなビーム幅の狭いアンテナが適している。   The array antenna 101 that receives an incoming wave is an antenna that can receive an incoming wave. The type of each antenna element is not limited as long as it is an antenna that can receive incoming waves, but if you want to receive incoming waves in a wide angular range, antenna elements with a wide beam width, such as microstrip antennas and monopole antennas. In order to receive an incoming wave in a narrow range, an antenna having a narrow beam width such as a horn antenna or a Yagi-Uda antenna is suitable.

また、アンテナ各素子の配置方法やアンテナ各素子の間隔は、想定する到来波の方向や、実現したいアレーアンテナの利得から求めればよく、特に制限はない。   Further, the arrangement method of the antenna elements and the distance between the antenna elements may be obtained from the direction of the assumed incoming wave and the gain of the array antenna to be realized, and are not particularly limited.

アレーアンテナ101で受信した受信信号は、以下のアダプティブアレーアンテナ装置100の各手段(到来信号数設定手段102、到来方向設定手段103、ウエイト設定手段105、受信信号出力手段106)に送出され演算される。従って、図示していないが、受信信号は、増幅、周波数変換、フィルタリング、アナログ信号からデジタル信号への変換などが行われるが、各手段で受信信号を取り扱いやすいような処理がされればよく、これらの適用に関しては、制限は無い。   The received signal received by the array antenna 101 is sent to and calculated by each means (the number of incoming signal setting means 102, the arrival direction setting means 103, the weight setting means 105, and the received signal output means 106) of the adaptive array antenna apparatus 100 described below. The Therefore, although not shown, the received signal is subjected to amplification, frequency conversion, filtering, conversion from an analog signal to a digital signal, etc., as long as each means can easily process the received signal, There are no restrictions on these applications.

ここでアレーアンテナ101の時刻tにおける受信信号を以下の式(1)で定義する。

Figure 2007318407
Here, the received signal at time t of the array antenna 101 is defined by the following equation (1).
Figure 2007318407

Nはアンテナの素子数、x(t)はi番目素子の時刻tの受信信号である。 N is the number of antenna elements, and x i (t) is the received signal at time t of the i-th element.

到来信号数設定手段102では、アレーアンテナ101で受信した到来信号数の設定を行うための手段である。ここでは、1つ或いは複数の到来波がアレーアンテナ101で受信されていることを想定しており、到来信号数を受信信号から推定演算することが必要となる。   The incoming signal number setting means 102 is a means for setting the number of incoming signals received by the array antenna 101. Here, it is assumed that one or a plurality of incoming waves are received by the array antenna 101, and it is necessary to estimate the number of incoming signals from the received signals.

到来信号数推定方法としては、従来用いられている任意のアルゴリズムに従って行えばよい。例えば、受信信号の周波数スペクトルから推定する方法や、相関行列の固有値を用いてAIC法やMDL法で推定する方法などを用いることが出来る。   The method for estimating the number of incoming signals may be performed in accordance with any conventionally used algorithm. For example, a method of estimating from the frequency spectrum of the received signal, a method of estimating by the AIC method or MDL method using eigenvalues of the correlation matrix, and the like can be used.

因みに、この到来信号数は、例えば、送信元が複数存在する場合における送信元の数に対応するが、送信元の数に対応しなくても良い。   Incidentally, the number of incoming signals corresponds to, for example, the number of transmission sources when there are a plurality of transmission sources, but may not correspond to the number of transmission sources.

到来方向設定手段103では、アレーアンテナ101で受信した到来波の空間的な到来方向の設定を行うための手段である。ここでは、1つ或いは複数の到来波が所定の角度内で到来しアレーアンテナ101で受信していることを想定しており、到来方向を受信信号から推定演算することが必要となる。   The arrival direction setting means 103 is a means for setting the spatial arrival direction of the incoming wave received by the array antenna 101. Here, it is assumed that one or more incoming waves arrive within a predetermined angle and are received by the array antenna 101, and it is necessary to estimate and calculate the arrival direction from the received signal.

到来方向推定方法としては、従来用いられている任意のアルゴリズムに従って行えばよい。例えば、フェーズドアレーアンテナのようにビーム方向を変えたときの受信電力から推定する方法や、MUSIC法やESPRIT法といった高分解能な到来方向推定アルゴリズムを用いて推定する方法などを用いることが出来る。なお、到来方向推定においては、到来信号数を必要とする場合や、到来信号数を用いた場合のほうが推定精度の向上が見込めるアルゴリズムがあるので、この場合には、到来信号数設定手段102で設定された到来信号数を用いることが有効となる。   The arrival direction estimation method may be performed according to an arbitrary algorithm conventionally used. For example, a method of estimating from received power when the beam direction is changed, such as a phased array antenna, or a method of estimating using a high-resolution arrival direction estimation algorithm such as the MUSIC method or ESPRIT method can be used. In arrival direction estimation, there is an algorithm that can improve the estimation accuracy when the number of incoming signals is required or when the number of incoming signals is used. In this case, the arrival signal number setting means 102 It is effective to use the set number of incoming signals.

所望波方向設定手段104では、受信したい到来波の方向を設定するための手段である。ここで受信したい到来波の選択は、例えばオペレータによって任意に行うことが可能であり、到来方向設定手段103で設定された到来波の中から選択する。以下では、到来方向θを選択したとして説明を行う。なお、一般的には到来方向は2つのパラメータで表され、例えば仰角と方位角(θとφ)を用いる。ここでは、簡単のため1次元の場合で説明を行う。なお、2次元の場合も同様に拡張することが可能である。 Desired wave direction setting means 104 is means for setting the direction of an incoming wave to be received. Here, the selection of an incoming wave to be received can be arbitrarily performed by an operator, for example, and is selected from the incoming waves set by the arrival direction setting means 103. The following description as to select the arrival direction theta d. In general, the direction of arrival is represented by two parameters, for example, an elevation angle and an azimuth angle (θ and φ) are used. Here, for the sake of simplicity, the description will be made in the case of a one-dimensional case. The two-dimensional case can be similarly expanded.

なお、ここで設定された所望波方向以外の到来波は、受信したくない到来波であるので、干渉波と呼ぶこととする。なお、所望波方向設定手段104の結果、到来波が所望波になったり、干渉波になったりする。   In addition, since the incoming wave other than the desired wave direction set here is an incoming wave that is not desired to be received, it is referred to as an interference wave. As a result of the desired wave direction setting means 104, the incoming wave becomes a desired wave or an interference wave.

ウエイトを設定するウエイト設定手段105では、所望波方向設定手段104で設定された所望波方向に利得の高いビームを向け、それ以外の干渉波の方向にヌルを向け抑圧するビームパターンを実現するためのウエイトを設定する手段である。ウエイトは各アンテナに対して設定される。なお、ウエイト設定手段105に関しては、後に詳細に説明を行う。   In the weight setting means 105 for setting the weight, in order to realize a beam pattern in which a high gain beam is directed in the desired wave direction set by the desired wave direction setting means 104 and null is suppressed in the other interference wave directions. This is a means for setting the weight. A weight is set for each antenna. The weight setting unit 105 will be described in detail later.

受信信号出力手段106では、アレーアンテナ101で受信した受信信号とウエイト設定手段105で設定されたウエイトを用いて受信信号の合成を行い、合成後の信号を出力する手段である。受信信号の合成は、各アンテナの受信信号にそれぞれのアンテナに設定されるウエイトを乗算し、それらの和を求める演算で実現される。   The received signal output means 106 is a means for combining the received signal received by the array antenna 101 and the weight set by the weight setting means 105 and outputting the combined signal. The synthesis of the received signals is realized by an operation of multiplying the received signals of the respective antennas by weights set for the respective antennas and obtaining the sum thereof.

この結果、各アンテナで受信した信号の中には全ての到来信号が含まれるが、合成後の受信信号の中には、所望波方向の信号のみが含まれることとなる。従って、混信して受信信号の復調を行うことができないなどの問題を解決することが可能となる。なお、厳密には、干渉波は100%抑圧されるわけではなく、非常に利得の小さな状態で受信されることとなり、所望波に比べて非常に小さいレベルであるが存在している。   As a result, all the incoming signals are included in the signals received by the respective antennas, but only the signals in the desired wave direction are included in the combined received signals. Therefore, it is possible to solve the problem that the received signal cannot be demodulated due to interference. Strictly speaking, the interference wave is not suppressed 100% but is received with a very small gain, and there is a level that is very small compared to the desired wave.

次に、ウエイト設定手段105に関して詳細に説明を行う。図2はウエイト設定手段105の構成図を示している。複数の方向ベクトル補正用に用いられる到来信号数設定手段201と、複数の方向ベクトル補正手段202と、複数のウエイト算出手段203と、複数の所望波方向の利得算出手段204と、ウエイト選択手段205から構成されている。   Next, the weight setting unit 105 will be described in detail. FIG. 2 shows a configuration diagram of the weight setting means 105. Arrival signal number setting means 201 used for correction of a plurality of direction vectors, a plurality of direction vector correction means 202, a plurality of weight calculation means 203, a plurality of gain calculation means 204 for desired wave directions, and a weight selection means 205 It is composed of

方向ベクトル補正用に用いる複数の到来信号数設定手段201について説明を行う。到来信号数設定手段201では、複数の連続する到来信号数を設定する。すなわち、各到来信号数設定手段201は、それぞれ異なる固有の到来信号数を設定する。例えば、N素子アレーアンテナでは最大N−1波の到来信号数を扱うことが可能であるので、1〜N−1までの到来信号数を設定する。この結果、全ての到来信号数を一度に取り扱うことが可能となる。あるいは、予め最大の到来波信号数が分かっている場合は、1〜予め定められた最大の到来信号数までの到来信号数を設定する。あるいは、予め最小の到来信号数が分かっている場合は、最小の到来信号数〜N−1波までを設定する。あるいは、あらかじめ最大の到来信号数と最小の到来信号数が分かっている場合には、最小の到来信号数〜最大の到来信号数を設定する。状況に応じて到来信号数の設定範囲を選ぶことで、各手段で行う演算で使用するハードウエア資源を削減し、低コスト化が可能となる。   A description will be given of the plurality of incoming signal number setting means 201 used for direction vector correction. The arrival signal number setting means 201 sets a plurality of continuous arrival signal numbers. That is, each arrival signal number setting means 201 sets a different number of unique arrival signals. For example, since an N-element array antenna can handle the maximum number of incoming signals of N−1 waves, the number of incoming signals from 1 to N−1 is set. As a result, it is possible to handle the number of all incoming signals at once. Alternatively, when the maximum number of incoming wave signals is known in advance, the number of incoming signals from 1 to a predetermined maximum number of incoming signals is set. Alternatively, when the minimum number of incoming signals is known in advance, the minimum number of incoming signals to N−1 waves are set. Alternatively, when the maximum number of arrival signals and the minimum number of arrival signals are known in advance, the minimum number of arrival signals to the maximum number of arrival signals are set. By selecting the setting range of the number of incoming signals according to the situation, it is possible to reduce the hardware resources used in the calculation performed by each means and reduce the cost.

つぎに、複数の方向ベクトル補正手段202について説明する。複数の方向ベクトル補正手段202では、異なる到来信号数の条件で所望波方向θの方向ベクトルの補正演算を行う。ここで、アレーアンテナ101はキャリブレーションが不十分であると仮定し、方向ベクトルに誤差を有することを前提としている。 Next, the plurality of direction vector correction means 202 will be described. Multiple direction vector correcting unit 202 performs correction calculation direction vector of the desired wave direction theta d with different number of incoming signals conditions. Here, it is assumed that the array antenna 101 is insufficiently calibrated and has an error in the direction vector.

ここでは、到来信号数がkと設定されている補正ベクトルの計算方法に関して説明する。はじめに所望波方向θの方向ベクトルを以下の式(2)で表す。

Figure 2007318407
Here, a method for calculating a correction vector in which the number of incoming signals is set to k will be described. Introduction expressed by Equation (2) below direction vector of the desired wave direction theta d.
Figure 2007318407

方向ベクトルは、モードベクトルやステアリングベクトルと呼ばれることもあり、アンテナ素子の座標と、各アンテナの放射パターンによって決定されるベクトルである。ここでは、キャリブレーションが不十分であるので、方向ベクトルとしては、設計値や電磁界シミュレーションで算出した値や電波暗室内で測定した値であって、実際に設置された場所での方向ベクトルと異なっていることが問題となる。   The direction vector is sometimes called a mode vector or a steering vector, and is a vector determined by the coordinates of the antenna elements and the radiation pattern of each antenna. Here, since the calibration is insufficient, the direction vector is a design value, a value calculated by electromagnetic field simulation, or a value measured in an anechoic chamber, and the direction vector at the place where it is actually installed. The difference is a problem.

補正演算は次の式(3)で求める。

Figure 2007318407
The correction calculation is obtained by the following equation (3).
Figure 2007318407

ここで、b(θ)は補正後の方向ベクトルである。また、IはN×Nの単位行列、VはN×(N−k)の雑音部分空間行列、Hは共役複素転置である。雑音部分空間Vは次のように求める。 Here, b (θ d ) is a corrected direction vector. I is an N × N unit matrix, V N is an N × (N−k) noise subspace matrix, and H is a conjugate complex transpose. The noise subspace V N is obtained as follows.

はじめに受信信号を用いてN×Nの相関行列Rxxを次の式(4)で算出する。

Figure 2007318407
First, an N × N correlation matrix Rxx is calculated by the following equation (4) using the received signal.
Figure 2007318407

ここでE[ ]は期待値演算である。期待値演算の方法はどのような方法でも構わないが、例えばT個の異なる時間の受信信号を用いて以下の式(5)で算出できる。

Figure 2007318407
Here, E [] is an expected value calculation. Any method may be used for the expected value calculation. For example, the expected value can be calculated by the following equation (5) using T received signals at different times.
Figure 2007318407

つぎに、相関行列Rxxの固有値展開を行い、固有値、固有ベクトルを次の式(6)のように表す。

Figure 2007318407
Next, eigenvalue expansion of the correlation matrix Rxx is performed, and eigenvalues and eigenvectors are expressed as in the following equation (6).
Figure 2007318407

ここで、Vは固有ベクトルvから構成されるN×Nの行列で式(7)で表される。

Figure 2007318407
Here, V is represented by the formula (7) in matrix composed N × N eigenvectors v i.
Figure 2007318407

また、Λは固有値から構成されるN×Nの対角行列で式(8)で表される。

Figure 2007318407
Further, Λ is an N × N diagonal matrix composed of eigenvalues and is expressed by Expression (8).
Figure 2007318407

そして、式(9)のように固有値は大きい順に並んでいる。

Figure 2007318407
Then, the eigenvalues are arranged in descending order as shown in Expression (9).
Figure 2007318407

雑音部分空間Vは式(7)と到来信号数kを用いて式(10)で定義される。

Figure 2007318407
The noise subspace V N is defined by equation (10) using equation (7) and the number of incoming signals k.
Figure 2007318407

以上の計算を用いて、補正された方向ベクトルb(θ)が計算される。 The corrected direction vector b (θ d ) is calculated using the above calculation.

複数の方向ベクトル補正手段202では、それぞれに対応する到来信号数を用いて、式(10)を用いて方向ベクトルの補正計算を行う。   The plurality of direction vector correction means 202 performs the correction calculation of the direction vector using Expression (10) using the number of incoming signals corresponding to each.

次に、複数のウエイト算出手段203について説明を行う。各ウエイト算出手段203では、補正された方向ベクトルを用いて以下の式(11)でN×1のウエイトベクトルを算出する

Figure 2007318407
Figure 2007318407
Next, the plurality of weight calculation means 203 will be described. Each weight calculation means 203 calculates an N × 1 weight vector by the following equation (11) using the corrected direction vector.
Figure 2007318407
Figure 2007318407

ここでRxx−1は式(5)で与ええられる相関行列の逆行列を表している。このように複数のウエイト算出手段203では、それぞれウエイトを算出する。 Here, Rxx −1 represents the inverse matrix of the correlation matrix given by Equation (5). In this way, the plurality of weight calculation means 203 calculate the weights respectively.

次に、複数の所望波方向利得算出手段204について説明する。所望波方向は所望波方向設定手段104で設定されたθの方向を選択する。そして、算出されたウエイトを用いてアダプティブアレーアンテナ101の放射パターン計算を行い、所望波方向の利得を計算する。所望波方向の利得の計算は、一般的に用いられるアダプティブアレーアンテナの利得計算方法を用いればよい。 Next, the plurality of desired wave direction gain calculation means 204 will be described. As the desired wave direction, the direction of θ d set by the desired wave direction setting means 104 is selected. Then, the radiation pattern calculation of the adaptive array antenna 101 is performed using the calculated weight, and the gain in the desired wave direction is calculated. The gain in the desired wave direction may be calculated using a generally used adaptive array antenna gain calculation method.

次に、ウエイト選択手段205について説明する。ウエイト選択手段205では、あらかじめ設定された閾値利得を用いて、閾値を超える所望波方向の利得が得られる場合に対応する1つ或いは複数の到来信号数の中から、最大の到来信号数を選択し、この選択された到来信号数に対応するウエイトを選択する。   Next, the weight selection unit 205 will be described. The weight selection means 205 selects the maximum number of incoming signals from one or a plurality of incoming signals corresponding to the case where a gain in the desired wave direction exceeding the threshold is obtained using a preset threshold gain. Then, a weight corresponding to the selected number of incoming signals is selected.

このように、ウエイト設定手段105では、方向ベクトル補正用に用いられる到来信号数設定手段201と、方向ベクトル補正手段202と、ウエイト算出手段203と、所望波方向の利得算出手段204とを並列に構成し、ウエイト選択手段205で選択されたウエイトを設定する。   Thus, in the weight setting means 105, the number of incoming signals setting means 201 used for direction vector correction, the direction vector correction means 202, the weight calculation means 203, and the gain calculation means 204 for the desired wave direction are arranged in parallel. The weight selected by the weight selection means 205 is set.

以上のように、本実施の形態のアダプティブアレーアンテナ装置100は構成されている。以下では、本実施の形態によってキャリブレーションが不十分で、かつ、到来信号数推定に誤りが発生してしまうような場合にも、所望波を高利得で受信し、干渉波を抑圧することが出来る効果に関して説明する。特に、本実施の形態においては、到来信号数に誤りがあっても、方向ベクトルの補正を精度良く実施することができることに関して説明する。   As described above, the adaptive array antenna apparatus 100 of the present embodiment is configured. In the following, it is possible to receive a desired wave with a high gain and suppress an interference wave even when calibration according to this embodiment is insufficient and an error occurs in the estimation of the number of incoming signals. Describe the possible effects. In particular, in the present embodiment, description will be made regarding that the direction vector can be corrected with high accuracy even if the number of incoming signals is incorrect.

アレーアンテナ101で受信した受信信号を用いて、到来信号数を設定し、到来方向を設定し、所望波方向を設定する部分の動作は、説明を省略する。   Description of the operation of the portion that sets the number of incoming signals, sets the direction of arrival, and sets the desired wave direction using the received signals received by the array antenna 101 is omitted.

以下では、到来信号数推定が困難な状況において、最適なウエイトを選択できる原理について説明する。   In the following, the principle of selecting the optimum weight in a situation where it is difficult to estimate the number of incoming signals will be described.

方向ベクトルの補正は式(10)で表される雑音部分空間行列を用いて計算される。ここで、雑音部分空間行列は、到来信号数kによって決まる行列である。従って、到来信号数kが異なると、補正後の方向ベクトルの値が変わる。つまり、到来信号数kでウエイトも変化し、その結果、アダプティブアレーアンテナ装置100のビームパターンも変化することが予想される。   The correction of the direction vector is calculated using the noise subspace matrix expressed by Equation (10). Here, the noise subspace matrix is a matrix determined by the number of incoming signals k. Therefore, when the number of incoming signals k is different, the value of the corrected direction vector changes. That is, it is expected that the weight also changes with the number of incoming signals k, and as a result, the beam pattern of the adaptive array antenna apparatus 100 also changes.

そこで、シミュレーションを行い、補正ベクトルの計算に用いる到来信号数を変えると、所望波方向の利得と、干渉波方向の利得がどのように変化するか示す。なお、ここで利得とは、受信感度を意味する。   Therefore, a simulation is performed to show how the gain in the desired wave direction and the gain in the interference wave direction change when the number of incoming signals used for calculating the correction vector is changed. Here, gain means reception sensitivity.

図3は、横軸が方向ベクトルの補正計算に用いた到来信号数、縦軸が利得を表している。シミュレーション条件としては、到来信号数の数を2としている。因みに、ここでは、単一のアンテナによる無指向性の利得を基準すなわち0dBとする。   In FIG. 3, the horizontal axis represents the number of incoming signals used for the direction vector correction calculation, and the vertical axis represents the gain. As a simulation condition, the number of incoming signals is two. Incidentally, here, the omnidirectional gain by a single antenna is set as a reference, that is, 0 dB.

補正計算に用いる到来信号数を2とした場合、所望波方向の利得は高く、干渉波方向の利得は−20dB以下となり十分抑圧されている。   When the number of incoming signals used for the correction calculation is 2, the gain in the desired wave direction is high, and the gain in the interference wave direction is −20 dB or less, which is sufficiently suppressed.

これに対して、補正計算に用いる到来信号数を1とした場合、所望波方向の利得は高く維持されているものの、干渉波方向の利得も高く、干渉波抑圧を行えないことがわかる。   On the other hand, when the number of incoming signals used for correction calculation is 1, the gain in the desired wave direction is kept high, but the gain in the interference wave direction is also high, and it is understood that interference wave suppression cannot be performed.

また、補正計算に用いる到来信号数を3以上とした場合、干渉波方向の利得は低く干渉波抑圧されているものの、所望波方向の利得も劣化してしまい、所望波の高利得受信が出来なくなってしまっている。   Also, when the number of incoming signals used for correction calculation is 3 or more, the gain in the interference wave direction is low and the interference wave is suppressed, but the gain in the desired wave direction is also degraded, and high gain reception of the desired wave can be performed. It's gone.

このように、正確な到来信号数を用いて方向ベクトルの補正を行わないと、所望のビームパターンを実現できないことが確認できる。   Thus, it can be confirmed that a desired beam pattern cannot be realized unless the direction vector is corrected using the correct number of incoming signals.

またさらに、図3から、到来信号数を増加するごとに、所望波方向と干渉波方向の利得が単調的に減少することも明らかになった。   Further, FIG. 3 also shows that the gain in the desired wave direction and the interference wave direction monotonously decreases as the number of incoming signals increases.

発明者らは図3に示す現象を明らかにし、従来技術での問題点を明確にした。そして、図3の到来信号数と利得の関係を用いて最適なウエイトを選択することが出来るウエイト設定手段105を実現している。ここでは、利得の閾値を導入し、到来信号数の選択を行う。   The inventors clarified the phenomenon shown in FIG. 3 and clarified problems in the prior art. And the weight setting means 105 which can select an optimal weight using the relationship between the number of incoming signals and the gain in FIG. 3 is realized. Here, a gain threshold value is introduced to select the number of incoming signals.

ウエイトを選択する方法は、閾値を超える所望波方向の利得が得られる場合に対応する1つ或いは複数の到来信号数の中から、最大の到来信号数を選択し、この選択された到来信号数に対応するウエイトを選択する。   The method for selecting the weight is to select the maximum number of incoming signals from one or a plurality of incoming signals corresponding to the case where a gain in the desired wave direction exceeding the threshold is obtained, and this selected number of incoming signals. Select the weight corresponding to.

このようにウエイトを選択することで、所望波方向の利得は閾値以上の値を維持することが可能となる。従って、所望波の高利得受信が可能となる。ここで、閾値として、高利得となる値を設定すればよい。また、干渉波方向の利得を最大限に小さくすることが可能となる。このことは、図3において、到来信号数を増やすと、干渉波方向の利得が単調減少することから説明される。   By selecting the weight in this way, the gain in the desired wave direction can be maintained at a value equal to or higher than the threshold value. Therefore, high gain reception of a desired wave is possible. Here, a value that provides a high gain may be set as the threshold value. Also, the gain in the interference wave direction can be reduced to the maximum. This is explained in FIG. 3 because the gain in the interference wave direction monotonously decreases as the number of incoming signals increases.

つまり、本実施の形態のウエイト選択方法を用いることによって、所望波を高利得受信し、干渉波を抑圧するビームパターン形成が、キャリブレーションが不十分であり、また、到来信号数の設定結果に誤りがある場合でも、精度良く実現できるようになる。   That is, by using the weight selection method of the present embodiment, the beam pattern formation that receives the desired wave with high gain and suppresses the interference wave is insufficiently calibrated, and the result of setting the number of incoming signals is Even if there is an error, it can be realized with high accuracy.

以上説明したように、本実施の形態においては、ウエイト設定手段105において、連続する複数の異なる到来信号数の条件で、方向ベクトルの補正と、ウエイトの計算と、所望波方向の利得計算を行い、所望波方向の利得のみを用いて、到来信号数の選択を行い、選択された到来信号数に対応するウエイトを選択する。そして、このウエイトを用いてアダプティブアレーアンテナ装置100の受信信号を合成することは、所望波を高利得で受信し、干渉波を抑圧することとなるので、混信しない状態で、振幅の大きな所望波信号を得ることが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the weight setting unit 105 performs direction vector correction, weight calculation, and gain calculation in the desired wave direction under the condition of the number of consecutive different incoming signals. Then, the number of incoming signals is selected using only the gain in the desired wave direction, and the weight corresponding to the selected number of incoming signals is selected. Then, using this weight to synthesize the received signal of adaptive array antenna apparatus 100 receives the desired wave with a high gain and suppresses the interference wave, so that the desired wave having a large amplitude without interference. A signal can be obtained.

また、本実施の形態においては、ウエイト設定手段105においては、異なる到来信号数の条件で並列にウエイトを算出している。その結果、到来信号数を変えながら順番にウエイトを計算する場合に比べて、高速にウエイトを算出することが可能となり、リアルタイム性が向上する。また、本実施の形態では、所望波方向のみの利得でウエイトを選択している。従って、到来信号数が0となる条件以外では、確実に到来波の存在する方向の利得を評価可能であり、到来信号数の推定が困難な場合でも、適用することが可能となる。なお、到来信号数が0の場合は、受信信号に雑音しか含まれないために、容易に判定することが可能となる。   In this embodiment, the weight setting means 105 calculates weights in parallel under different conditions of the number of incoming signals. As a result, the weight can be calculated at a higher speed than in the case where the weight is calculated in order while changing the number of incoming signals, and the real-time property is improved. In this embodiment, the weight is selected with a gain only in the desired wave direction. Therefore, the gain in the direction in which the incoming wave exists can be reliably evaluated under conditions other than the condition where the number of incoming signals is zero, and can be applied even when the estimation of the number of incoming signals is difficult. When the number of incoming signals is 0, since only noise is included in the received signal, it can be easily determined.

このように本実施の形態によれば、到来信号数推定が困難な場合でも、異なる到来信号数の条件でウエイトを計算し、その中からウエイトを選択することが出来るので、高精度なウエイトの設定(所望波方向の高利得を維持したまま、干渉波を抑圧するビームパターンの実現)を行うことが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, even when it is difficult to estimate the number of incoming signals, weights can be calculated under different conditions of the number of incoming signals, and weights can be selected from them. Setting (realization of a beam pattern for suppressing interference waves while maintaining a high gain in the desired wave direction) can be performed.

また本実施の形態によれば、所望波方向の利得を閾値利得以上に維持したまま、干渉波抑圧可能なウエイト(ビームパターン)の選択が可能になる。   Further, according to the present embodiment, it is possible to select a weight (beam pattern) capable of suppressing the interference wave while maintaining the gain in the desired wave direction to be equal to or higher than the threshold gain.

(2)第2の実施の形態
以下、図面を参照しながら第2の実施の形態を詳細に説明する。図4は第2の実施の形態に係わるウエイト設定手段400の構成図を表している。ウエイト設定手段400は、到来信号数設定手段401と、方向ベクトルの補正手段と402と、ウエイト算出手段403と、所望波方向利得算出手段404と,ウエイト選択手段405、到来信号数変更手段406から構成される。このようにウエイト設定手段400を構成することで、第1の実施の形態に比べて、演算速度は低下するものの、低コストなウエイト設定手段400を実現することが可能となる。以下に詳細に説明する。
(2) Second Embodiment Hereinafter, a second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 shows a configuration diagram of the weight setting means 400 according to the second embodiment. Weight setting means 400 includes arrival signal number setting means 401, direction vector correction means 402, weight calculation means 403, desired wave direction gain calculation means 404, weight selection means 405, and arrival signal number change means 406. Composed. By configuring the weight setting unit 400 in this way, it is possible to realize the low-cost weight setting unit 400, although the calculation speed is reduced as compared with the first embodiment. This will be described in detail below.

以下では、本実施の形態の動作について説明する。なお、方向ベクトルの補正手段402、ウエイト算出手段403、所望波方向利得算出手段404の動作は、第1の実施の形態と同一であるので、詳細な説明を省略する。   Hereinafter, the operation of this embodiment will be described. The operations of the direction vector correction unit 402, the weight calculation unit 403, and the desired wave direction gain calculation unit 404 are the same as those in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

はじめに、到来信号数設定手段401では、方向ベクトル補正手段402で使用する到来信号数を設定する。ここでは、任意の到来信号数を設定してよい。例えば、アダプティブアレーアンテナ装置の到来信号数推定結果を用いることが出来る。   First, the arrival signal number setting means 401 sets the number of arrival signals used by the direction vector correction means 402. Here, an arbitrary number of incoming signals may be set. For example, the arrival signal number estimation result of the adaptive array antenna apparatus can be used.

そして、設定された到来信号数を用いて、所望波方向の方向ベクトルの補正、ウエイトの演算、所望波方向の利得の算出を行う。そして、所望波方向の利得が閾値よりも大きい場合と、小さい場合で次のように処理方法を変える。   Then, using the set number of incoming signals, correction of the direction vector in the desired wave direction, calculation of the weight, and calculation of the gain in the desired wave direction are performed. Then, the processing method is changed as follows depending on whether the gain in the desired wave direction is larger or smaller than the threshold.

はじめに、所望波方向の利得値が閾値よりも大きい場合の説明を行う。この場合には、所望波の高利得受信が可能であるが、干渉波の抑圧が不十分である可能性がある。そこで、到来信号数変更手段406で到来信号数を1つ増やす。そして、同様に、方向ベクトルの補正、ウエイトの算出、所望波方向の利得算出を行う。そして、所望波方向の利得が閾値よりも小さくなるまでこの計算を繰り返す。   First, the case where the gain value in the desired wave direction is larger than the threshold will be described. In this case, high gain reception of the desired wave is possible, but interference wave suppression may be insufficient. Therefore, the number of incoming signals is increased by one by the incoming signal number changing means 406. Similarly, direction vector correction, weight calculation, and gain calculation in the desired wave direction are performed. This calculation is repeated until the gain in the desired wave direction becomes smaller than the threshold value.

このように計算することで、閾値よりも大きな所望波方向利得を有し、最大の干渉波抑圧効果のあるウエイトを選択することが可能となる。ここで、ウエイトの選択基準は、第1の実施の形態で説明したように、図3に示した知見に基づいて行う。   By calculating in this way, it is possible to select a weight having a desired wave direction gain larger than the threshold and having the maximum interference wave suppression effect. Here, the weight selection criterion is performed based on the knowledge shown in FIG. 3 as described in the first embodiment.

次に、所望波方向の利得値が閾値よりも小さい場合の説明を行う。この場合には、所望波の高利得受信が不十分である。従って、到来信号数変更手段406で到来信号数を1つ減らす。そして、同様に方向ベクトルの補正、ウエイトの算出、所望波方向の利得算出を行う。そして、所望波方向の利得が閾値よりも大きくなるまでこの計算を繰り返す。   Next, the case where the gain value in the desired wave direction is smaller than the threshold value will be described. In this case, high gain reception of the desired wave is insufficient. Accordingly, the number of incoming signals is decreased by one by the incoming signal number changing means 406. Similarly, direction vector correction, weight calculation, and gain calculation in the desired wave direction are performed. This calculation is repeated until the gain in the desired wave direction becomes larger than the threshold value.

このように計算することで、閾値よりも大きな所望波方向利得を有し、最大の干渉波抑圧効果のあるウエイトを選択することが可能となる。ここで、ウエイトの選択基準は、第1の実施の形態で説明したように、図3に示した知見に基づいて行う。   By calculating in this way, it is possible to select a weight having a desired wave direction gain larger than the threshold and having the maximum interference wave suppression effect. Here, the weight selection criterion is performed based on the knowledge shown in FIG. 3 as described in the first embodiment.

以上説明したように、第2の実施の形態においては、異なる到来信号数の条件で、順番に、方向ベクトルの補正、ウエイトの算出、所望波方向の利得の算出を行い、最適なウエイトを設定することが可能となる。また、順番に演算を行うために、ハードウエア構成を小さくすることが可能となり、装置の低コスト化を実現できる。   As described above, in the second embodiment, the optimum weight is set by sequentially correcting the direction vector, calculating the weight, and calculating the gain in the desired wave direction under different conditions of the number of incoming signals. It becomes possible to do. In addition, since the operations are performed in order, the hardware configuration can be reduced, and the cost of the apparatus can be reduced.

(3)第3の実施の形態
以下、第3の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、ウエイトの選択基準に用いる閾値の設定方法に関する。閾値を、アダプティブアレーアンテナ装置100で実現可能な最大利得から所定の値を差し引いた値とすることを特徴とする。以下に、このように閾値を設定する効果について説明をする。
(3) Third Embodiment Hereinafter, a third embodiment will be described in detail. The present embodiment relates to a threshold value setting method used as a weight selection criterion. The threshold value is a value obtained by subtracting a predetermined value from the maximum gain that can be realized by the adaptive array antenna apparatus 100. Hereinafter, the effect of setting the threshold value in this way will be described.

本実施の形態では、干渉波抑圧を行わない場合の最大利得を基準に、干渉抑圧を行うための劣化量として所定の値を設定する。その結果、所望波方向の利得の劣化量を所定の値以内とすることが可能となる。   In the present embodiment, a predetermined value is set as the degradation amount for performing interference suppression, based on the maximum gain when interference wave suppression is not performed. As a result, the amount of gain degradation in the desired wave direction can be kept within a predetermined value.

例えば、アレーアンテナ101で実現できる最大利得としては、到来波の周波数、アレーアンテナ101の各アンテナの種類と配置方法によって求めることが可能となる。なお、実際は、キャリブレーションが不十分であるために、厳密に実際のアダプティブアレーアンテナ装置100で実現可能な最大利得とならないが、誤差のあるデータを用いて算出する。例えば、所定の値として3dBを設定した場合、所望波方向の利得劣化量を最大3dBとした状態で最大の干渉波抑圧効果を実現することが可能となる。   For example, the maximum gain that can be realized by the array antenna 101 can be obtained by the frequency of the incoming wave, the type and arrangement method of each antenna of the array antenna 101. Actually, since the calibration is insufficient, the maximum gain that can be strictly realized by the actual adaptive array antenna apparatus 100 is not obtained. However, the calculation is performed using data having an error. For example, when 3 dB is set as the predetermined value, the maximum interference wave suppression effect can be realized in a state where the gain deterioration amount in the desired wave direction is 3 dB at the maximum.

以上説明したように、本実施の形態では、閾値を、アダプティブアレーアンテナ装置100で実現可能な最大利得から所定の値を差し引いた値とすることで、所望波方向の利得の劣化量を所定の値以内とすることが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the threshold value is set to a value obtained by subtracting a predetermined value from the maximum gain that can be realized by adaptive array antenna apparatus 100, whereby the amount of gain degradation in the desired wave direction is set to a predetermined value. It can be within the value.

(4)第4の実施の形態
以下、第4の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、ウエイトの選択基準に用いる閾値の設定方法に関する。閾値を、受信信号出力手段106から出力される到来信号電力に最低限必要な電力に対応する、アダプティブアレーアンテナ装置100の絶対利得で設定する。以下に、このように閾値を設定する効果について説明をする。
(4) Fourth Embodiment Hereinafter, a fourth embodiment will be described in detail. The present embodiment relates to a threshold value setting method used as a weight selection criterion. The threshold is set by the absolute gain of adaptive array antenna apparatus 100 corresponding to the minimum power required for the incoming signal power output from received signal output means 106. Hereinafter, the effect of setting the threshold value in this way will be described.

本実施の形態では、所望波を受信するために必要な最低利得を閾値とする。図3に説明したように、所望波方向の利得が小さくなるに従って、干渉波方向の利得も小さくなる。この結果、本実施の形態のように閾値を設定することで、最低限必要な所望波受信利得を維持したまま、最大の干渉波抑圧効果を得ることが可能となる。   In the present embodiment, the minimum gain necessary for receiving the desired wave is set as a threshold value. As described in FIG. 3, as the gain in the desired wave direction decreases, the gain in the interference wave direction also decreases. As a result, by setting the threshold as in the present embodiment, it is possible to obtain the maximum interference wave suppression effect while maintaining the minimum required wave reception gain.

以上説明したように、本実施の形態では、閾値を、受信信号出力手段106から出力される到来信号電力に最低限必要な電力に対応する、アダプティブアレーアンテナ装置100の絶対利得で設定することで、最低限必要な所望波受信利得を維持したまま、最大の干渉波抑圧効果を得ることが可能となる。本実施の形態は、干渉波を最大限抑圧したい場合に効果がある。   As described above, in the present embodiment, the threshold is set by the absolute gain of adaptive array antenna apparatus 100 corresponding to the minimum required power for the incoming signal power output from received signal output means 106. It is possible to obtain the maximum interference wave suppression effect while maintaining the minimum desired wave reception gain. This embodiment is effective when it is desired to suppress interference waves to the maximum.

(5)第5の実施の形態
以下、第5の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、所望波方向の利得の計算方法に関するが、利得を、アレーアンテナ101の座標とアレーアンテナ101の各アンテナのビームパターンとウエイトとから算出される全方位の合成ビームパターンを用いて指向性利得として算出することを特徴とする。
(5) Fifth Embodiment Hereinafter, a fifth embodiment will be described in detail. Although the present embodiment relates to a method for calculating the gain in the desired wave direction, the gain is calculated using an omnidirectional composite beam pattern calculated from the coordinates of the array antenna 101, the beam pattern of each antenna of the array antenna 101, and the weight. And calculating the directivity gain.

ウエイト選択手段205又は405で選択されたウエイトとアレーアンテナ101の座標とアレーアンテナ101の各アンテナのビームパターンを用いるとアレー指向性合成理論を用いてアダプティブアレーアンテナ装置100のビームパターンを算出することが出来る。ここで用いる各素子の座標、各アンテナのビームパターンには、キャリブレーションが十分に行えていないので誤差が含まれているが、これを用いて算出する。   When the weight selected by the weight selection means 205 or 405, the coordinates of the array antenna 101, and the beam pattern of each antenna of the array antenna 101 are used, the beam pattern of the adaptive array antenna apparatus 100 is calculated using the array directivity synthesis theory. I can do it. The coordinates of each element and the beam pattern of each antenna used here include errors because they are not sufficiently calibrated, and are calculated using these.

ビームパターンが計算されれば、指向性利得の計算が可能となる。指向性利得は、通常用いられる計算式で行い、所望波方向のビームパターンの値と、全方位のビームパターンの平均値との比で計算される。   Once the beam pattern is calculated, the directivity gain can be calculated. The directivity gain is calculated by a commonly used calculation formula, and is calculated by the ratio of the value of the beam pattern in the desired wave direction and the average value of the beam patterns in all directions.

このように利得の計算を行うことで、所望波方向の利得を比較的高精度に計算することが可能となる。このような方法は、アンテナ各素子の素子間隔が極めて狭く、アンテナ各素子が極めて近接している場合や、アンテナ各素子の素子間隔が極めて広く、ビームパターンにグレーティングローブが発生し、複数の方向に高利得なビームパターンが生じてしまう場合に利得を正しく評価できるので有効である。   By calculating the gain in this way, the gain in the desired wave direction can be calculated with relatively high accuracy. In such a method, the element spacing of each element of the antenna is extremely narrow and the elements of the antenna are very close to each other, or the element spacing of each element of the antenna is extremely wide. This is effective because the gain can be correctly evaluated when a high-gain beam pattern is generated.

(6)第6の実施の形態
以下、第6の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、閾値の設定をアダプティブアレーアンテナ装置100で実現可能な最大利得から所定の値を差し引いた値とする第3の実施の形態に対応する場合の最大利得と所望波方向の利得計算方法に関する。ここでは、実現可能な最大利得を、アレーアンテナ101の各アンテナのビームパターンとウエイトとから算出される各アンテナの電界を所望波方向で同位相合成する場合の電力とし、所望波方向の利得を、アレーアンテナ101の各アンテナのビームパターンとウエイトとから算出される各アンテナの電界を所望波方向で複素合成する場合の電力とすることを特徴とする。以下に詳細に説明を行う。
(6) Sixth Embodiment Hereinafter, a sixth embodiment will be described in detail. In the present embodiment, the maximum gain and the gain in the desired wave direction when the threshold value is set to a value obtained by subtracting a predetermined value from the maximum gain that can be realized by adaptive array antenna apparatus 100. Regarding the calculation method. Here, the maximum realizable gain is the power when the electric field of each antenna calculated from the beam pattern and weight of each antenna of the array antenna 101 is combined in phase in the desired wave direction, and the gain in the desired wave direction is The electric power of each antenna of the array antenna 101, which is calculated from the beam pattern and weight of each antenna, is used as the power for complex synthesis in the desired wave direction. This will be described in detail below.

所望波方向の合成ビームパターンは以下の式(13)のように、電界の複素合成で算出できる。

Figure 2007318407
The composite beam pattern in the desired wave direction can be calculated by complex synthesis of the electric field as shown in the following equation (13).
Figure 2007318407

式(13)において、各アンテナ素子からの放射電界が、所望方向で同位相合成される場合の電界が最大利得となる場合の条件である。従って、最大利得を式(14)で求めることが出来る。

Figure 2007318407
In Expression (13), this is a condition when the electric field when the radiated electric field from each antenna element is combined in phase in the desired direction has the maximum gain. Therefore, the maximum gain can be obtained by equation (14).
Figure 2007318407

本実施の形態では、最大利得を式(14)で計算し、所望波方向の利得を式(13)で計算する。従って、指向性利得の計算で必要な全空間の積分が不必要であり、高速に利得評価を行うことが可能となる。   In the present embodiment, the maximum gain is calculated by Expression (14), and the gain in the desired wave direction is calculated by Expression (13). Accordingly, integration of the entire space necessary for calculating the directivity gain is unnecessary, and gain evaluation can be performed at high speed.

ここで式(14)は、異なるウエイトを用いた場合、異なる値を有する。そこで、最大利得の設定方法に自由度がある。   Here, equation (14) has different values when different weights are used. Therefore, there is a degree of freedom in the method for setting the maximum gain.

所望波方向の利得を高く維持したい場合には、式(14)で計算される最大利得の中で、最大値を選択すればよい。   When it is desired to keep the gain in the desired wave direction high, the maximum value may be selected from the maximum gains calculated by Expression (14).

干渉波の抑圧に重点を置く場合には、式(14)で計算される最大利得の中の最小値を選択すればよい。   When emphasizing suppression of interference waves, the minimum value among the maximum gains calculated by Expression (14) may be selected.

また、所望波方向の利得と干渉波抑圧のバランスを取りたい場合には、式(14)で計算される最大利得の平均値を用いればよい。   Further, when it is desired to balance the gain in the desired wave direction and the interference wave suppression, the average value of the maximum gains calculated by the equation (14) may be used.

以上説明したように、本実施の形態においては、実現可能な最大利得を、アレーアンテナ101の各アンテナのビームパターンとウエイトとから算出される各アンテナの電界を所望波方向で同位相合成する場合の電力とし、所望波方向の利得を、アレーアンテナ101の各アンテナのビームパターンとウエイトとから算出される各アンテナの電界を所望波方向で複素合成する場合の電力とすることで、利得の演算量を大幅に軽減することが可能であり、リアルタイム性の向上に貢献する。また、ハードウエアの縮小に伴うコストの削減、演算量の減少による消費電力の削減を実現できる。本実施の形態のように簡易的に利得値を算出することで、利得算出精度は劣化するが、大幅な演算時間の短縮が可能となる。   As described above, in the present embodiment, the maximum gain that can be realized is the case where the electric field of each antenna calculated from the beam pattern and the weight of each antenna of array antenna 101 is combined in phase in the desired wave direction. And the gain in the desired wave direction is the power when the electric field of each antenna calculated from the beam pattern and weight of each antenna of the array antenna 101 is complex-combined in the desired wave direction. The amount can be greatly reduced, contributing to the improvement of real-time performance. In addition, it is possible to realize a cost reduction associated with hardware reduction and a reduction in power consumption due to a reduction in calculation amount. By simply calculating the gain value as in the present embodiment, the gain calculation accuracy deteriorates, but the calculation time can be greatly shortened.

(7)第7の実施の形態
以下、第7の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図5は本実施形態に係わるアダプティブアレーアンテナ装置500の構成図であるが、到来信号数比較手段507を更に有することを特徴とする。この到来信号数比較手段507では、到来信号数設定手段502で設定された到来信号数と、ウエイト設定手段505で設定されたウエイトに対応する到来信号数を比較し、異なる場合は、ウエイト設定手段505で設定されたウエイトに対応する到来信号数を選択し、選択された到来信号数の情報を到来方向設定手段503へ入力することを特徴とする。このように構成することで、到来方向設定精度が向上し、その結果、所望波の高利得受信と、干渉波の抑圧をより高精度に実現できるようになる。以下に、詳細に説明する。
(7) Seventh Embodiment Hereinafter, a seventh embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 5 is a configuration diagram of the adaptive array antenna apparatus 500 according to the present embodiment, and is characterized by further having an incoming signal number comparison means 507. In this arrival signal number comparison means 507, the number of arrival signals set by the arrival signal number setting means 502 is compared with the number of arrival signals corresponding to the weight set by the weight setting means 505. The number of incoming signals corresponding to the weight set in step 505 is selected, and information on the selected number of incoming signals is input to the arrival direction setting means 503. With this configuration, the arrival direction setting accuracy is improved, and as a result, high gain reception of the desired wave and suppression of the interference wave can be realized with higher accuracy. This will be described in detail below.

ウエイト設定手段505では、到来信号数を変えた演算を行い、所望のビームパターンとなる到来信号数を算出している。従って、ここでの演算を到来信号数推定のひとつの方法と考えることが出来る。   In the weight setting means 505, the calculation is performed by changing the number of incoming signals, and the number of incoming signals having a desired beam pattern is calculated. Therefore, this calculation can be considered as one method for estimating the number of incoming signals.

到来信号数設定手段502での設定値が実際の到来波に比べて少なかった場合、到来方向設定手段で503は、全ての到来波の方向を設定することが出来ない。逆に、実際の到来波に比べて多かった場合、到来方向設定手段503では、偽りの到来波の方向を設定してしまう。また、このように、到来信号数に誤りがあると、到来方向の誤差が大きくなる場合がある。   When the set value in the arrival signal number setting means 502 is smaller than the actual arrival wave, the arrival direction setting means 503 cannot set the directions of all the arrival waves. On the other hand, if there are more than the actual arrival waves, the arrival direction setting means 503 sets the direction of the false arrival waves. In addition, if there is an error in the number of incoming signals, the error in the direction of arrival may increase.

従って、ウエイト算出手段505で選択された到来信号数を用いて、到来方向推定を実施することで、設定されなかった到来波を所望波にしたり、偽りの到来波を無くしたり、到来方向推定精度を改善したりすることが可能である。   Accordingly, by performing the arrival direction estimation using the number of arrival signals selected by the weight calculation means 505, the arrival wave that has not been set can be changed to a desired wave, the false arrival wave can be eliminated, or the arrival direction estimation accuracy can be reduced. It is possible to improve.

この結果、設定されなかった到来波を所望波にすることで所望波の選択範囲の増加の効果がある。偽りの到来波を無くすことで、偽りの方向を所望波として計算する無駄な演算を無くす効果がある。到来方向推定精度が改善することで、方向ベクトルの設定に関して、より精度の良い方向ベクトルを設定することが可能となり、この結果、より高精度なビームパターン形成が実現される。   As a result, there is an effect of increasing the selection range of the desired wave by making the incoming wave that has not been set the desired wave. By eliminating false incoming waves, there is an effect of eliminating useless computation for calculating the false direction as a desired wave. By improving the arrival direction estimation accuracy, it becomes possible to set a more accurate direction vector with respect to the setting of the direction vector, and as a result, more accurate beam pattern formation is realized.

以上説明したように、本実施形態におけるアダプティブアレーアンテナ装置500では、到来信号数比較手段507を更に設け、ウエイト設定手段505で選択される到来信号数の条件で到来方向設定することが可能となるので、所望波設定到来波の増加、無駄な演算の削減、より高精度なビームパターン形成の実現が可能となる。   As described above, the adaptive array antenna apparatus 500 according to the present embodiment further includes the arrival signal number comparison means 507, and can set the arrival direction under the condition of the number of arrival signals selected by the weight setting means 505. As a result, it is possible to increase the number of incoming waves set with desired waves, reduce useless computations, and realize more accurate beam pattern formation.

このように本実施の形態によれば、推定到来信号数に大きな誤りがあった場合に推定できない到来方向を推定できるようになる。また、到来方向推定精度を向上することが可能となる。   Thus, according to the present embodiment, it is possible to estimate an arrival direction that cannot be estimated when there is a large error in the estimated number of incoming signals. In addition, the arrival direction estimation accuracy can be improved.

(8)第8の実施の形態
以下、第8の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図6は本実施形態に係わるアダプティブアレーアンテナ装置600の構成図である。伝搬状態監視手段607を設け、伝搬状態が所定時間一定となる場合、所定時間前のウエイトをウエイト設定手段605で設定することを特徴とする。この結果、無駄な演算を省略し、低消費電力化に貢献する。以下に詳細に説明する。
(8) Eighth Embodiment Hereinafter, an eighth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 6 is a configuration diagram of an adaptive array antenna apparatus 600 according to this embodiment. Propagation state monitoring means 607 is provided, and when the propagation state is constant for a predetermined time, the weight before the predetermined time is set by the weight setting means 605. As a result, useless calculations are omitted, contributing to low power consumption. This will be described in detail below.

伝搬状態監視手段607では、所定時間前の到来信号数設定値及び到来方向設定値と、現在の到来信号数設定値及び到来方向設定値とを比較する。   The propagation state monitoring unit 607 compares the arrival signal number setting value and the arrival direction setting value for a predetermined time before the current arrival signal number setting value and the arrival direction setting value.

所定時間前と現在において異なる値となっている場合、到来波の伝搬環境が変化しているので、これまでの説明どおりにウエイト設定手段605にてウエイトを算出することとなる。   When the value is different from the predetermined time before and at present, the propagation environment of the incoming wave has changed, so that the weight setting means 605 calculates the weight as described above.

所定時間前と現在において同一の値となっている場合は、到来波の伝搬環境に変化がないといえる。したがって、所定時間前のビームパターンで十分所望の特性を得ることが可能である。その結果、ウエイトの設定の為に複数の演算を再度行う必要はない。この場合には、所定時間前のウエイトをそのまま用いてこれを再度設定するものである。   If the value is the same before and after the predetermined time, it can be said that there is no change in the propagation environment of the incoming wave. Therefore, it is possible to obtain sufficiently desired characteristics with the beam pattern before a predetermined time. As a result, it is not necessary to perform a plurality of calculations again for setting the weight. In this case, the weight before the predetermined time is used as it is, and this is set again.

以上説明したように、本実施の形態では、伝搬状態が変わらない場合には、所定時間前と同一のウエイトを再度設定することによって、ウエイト設定手段605における演算量を削減し、低消費電力化に貢献することが可能となる。特に、伝搬状況が安定している場合や、小形端末でアダプティブアレーアンテナ装置600を実現する場合に、有効である。   As described above, in this embodiment, when the propagation state does not change, the same weight as that before a predetermined time is set again, thereby reducing the amount of calculation in the weight setting means 605 and reducing the power consumption. It becomes possible to contribute to. In particular, this is effective when the propagation state is stable or when the adaptive array antenna apparatus 600 is realized by a small terminal.

なお、到来信号数と到来方向を比較しているが、これらの一方を用いても良いし、両者を用いても良い。   Although the number of incoming signals is compared with the direction of arrival, one of these may be used, or both may be used.

(9)他の実施の形態
なお、以上の説明では、ウエイト設定手段105、505及び605の構成は、異なる到来信号数で並列に計算するか、あるいは、到来信号数を変えながら順番に計算するかの2通りであった。ここで、これらの中間の構成として、少数の異なる到来信号数で並列に計算し、これを、繰り返し計算する構成でもよい。この場合には、ハードウエアの小形化と演算速度の高速化の、バランスの取れた構成を実現することが可能となる。
(9) Other Embodiments In the above description, the configuration of the weight setting means 105, 505 and 605 is calculated in parallel with different numbers of incoming signals, or is calculated in order while changing the number of incoming signals. There were two ways. Here, as an intermediate configuration between these, a configuration may be used in which calculation is performed in parallel with a small number of different incoming signals, and this is repeatedly calculated. In this case, it is possible to realize a balanced configuration of downsizing the hardware and increasing the calculation speed.

また、上述の実施の形態では、それぞれの手段における演算ハードウエアとして、パーソナルコンピュータに用いられる汎用的なCPUや、DSP(Digital Signal Processor)と呼ばれる高速演算の可能なデバイスや、FPGA(Field Prigramable Gate Array)と呼ばれるプログラミング可能なLSIを用いて行うことが可能であり、これらを組み合わせて実現しても構わない。   In the above-described embodiment, as a calculation hardware in each means, a general-purpose CPU used in a personal computer, a device called DSP (Digital Signal Processor) capable of high-speed calculation, or an FPGA (Field Primitive Gate). It is possible to use a programmable LSI called (Array), and a combination thereof may be realized.

また、上述の実施の形態においては、高速にウエイト設定を行い、所望波の受信信号を得るために、各部分の演算に独立に演算ハードウエアを割り当てることが有効である。この場合には、例えば図4に示すような繰り返し演算では、図7に示すように到来信号数の値を変えながら次々に計算を行うことが有効となる。この場合には、ウエイトの設定に対して無駄な計算も発生してしまうが、高速に演算することが必要な場合に有効となる。   In the above-described embodiment, it is effective to assign calculation hardware independently to the calculation of each part in order to set the weight at high speed and obtain a desired wave reception signal. In this case, for example, in the repetitive calculation as shown in FIG. 4, it is effective to perform calculation one after another while changing the value of the number of incoming signals as shown in FIG. In this case, useless calculation occurs for the weight setting, but it is effective when high-speed calculation is required.

また、上述の実施の形態においては、雑音部分空間Vは式(10)で計算される。ここで、雑音部分空間Vは固有ベクトルvから構成されるVの一部分である。Vは到来信号数によらず一定の行列となるので、計算を一度行ってしまえば再計算する必要は無い。したがって、到来信号数を変えて、雑音部分空間Vを設定する際には、あらかじめ計算されたVのなかから、到来信号数に応じたデータを割り当てればよい。このようにすることで、演算の省略に伴う処理時間の短縮化、消費電力の低減が可能となる。 Further, in the above-described embodiment, the noise subspace V N is calculated by Expression (10). Here, the noise subspace V N is part of the composed V eigenvectors v i. Since V is a constant matrix regardless of the number of incoming signals, it is not necessary to recalculate once it has been calculated. Therefore, when the number of incoming signals is changed and the noise subspace V N is set, data corresponding to the number of incoming signals may be assigned from among Vs calculated in advance. By doing so, it is possible to reduce the processing time and power consumption associated with the omission of computation.

また、上述の実施の形態は、複数の到来波の中から、所望波のみを受信するアダプティブアレーアンテナ装置に関し、移動体通信、固定通信、衛星通信などの通信用に用いることが可能である。また、電波の取締りなどの電波監視業務用アダプティブアレーアンテナ装置にも適用することができる。その他、車載の衝突防止用レーダにおいて、自車のレーダの反射波と別の車からのレーダ波を分離する場合も適用することが可能である。上記実施形態の応用技術分野は限定されること無く、広く適用することが可能である。   The above-described embodiment relates to an adaptive array antenna apparatus that receives only a desired wave from a plurality of incoming waves, and can be used for communication such as mobile communication, fixed communication, and satellite communication. Further, the present invention can be applied to an adaptive array antenna device for radio wave monitoring business such as radio wave control. In addition, in the on-vehicle collision prevention radar, it is also possible to apply the case where the reflected wave of the radar of the own vehicle and the radar wave from another vehicle are separated. The application technical field of the above embodiment is not limited and can be widely applied.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本発明の第1の実施の形態によるアダプティブアレーアンテナ装置の構成を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the structure of the adaptive array antenna apparatus by the 1st Embodiment of this invention. 同アダプティブアレーアンテナ装置のウエイト設定手段の構成を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the structure of the weight setting means of the adaptive array antenna apparatus. 同ウエイト設定手段のウエイト選択手段に用いる選択原理を説明するためのグラフ。The graph for demonstrating the selection principle used for the weight selection means of the weight setting means. 本発明の第2の実施の形態によるウエイト設定手段の構成を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the structure of the weight setting means by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態によるアダプティブアレーアンテナ装置の構成を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the structure of the adaptive array antenna apparatus by the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態によるアダプティブアレーアンテナ装置の構成を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the structure of the adaptive array antenna apparatus by the 8th Embodiment of this invention. 第2の実施の形態におけるウエイト設定手段での演算方法の説明図。Explanatory drawing of the calculation method in the weight setting means in 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100、500、600 アダプティブアレーアンテナ装置
101、501、601 アレーアンテナ
102、201、401、502、602 到来信号数設定手段
103、503、603 到来方向設定手段
104、504、604 所望波方向設定手段
105、400、505、605 ウエイト設定手段
106、506、606 受信信号出力手段
202、402 方向ベクトル補正手段
203、403 ウエイト算出手段
204、404 利得算出手段
205、405 ウエイト選択手段
406 信号数変更手段
507 到来信号数比較手段
607 伝搬状態監視手段
100, 500, 600 Adaptive array antenna apparatus 101, 501, 601 Array antenna 102, 201, 401, 502, 602 Arrival signal number setting means 103, 503, 603 Arrival direction setting means 104, 504, 604 Desired wave direction setting means 105 , 400, 505, 605 Weight setting means 106, 506, 606 Received signal output means 202, 402 Direction vector correction means 203, 403 Weight calculation means 204, 404 Gain calculation means 205, 405 Weight selection means 406 Signal number change means 507 Arrival Signal number comparison means 607 Propagation state monitoring means

Claims (12)

到来波を受信するアレーアンテナと、
前記アレーアンテナによって受信された受信信号を基に、前記到来波の到来信号数を推定及び設定する到来信号数設定手段と、
少なくとも前記受信信号を基に前記到来波の到来方向を推定及び設定する到来方向設定手段と、
前記設定された前記到来波の到来方向の中から、所望の到来波の到来方向を所望波方向として選択及び設定する所望波方向設定手段と、
それぞれ異なる複数の前記到来信号数を用いて、前記アレーアンテナにおける前記所望波方向の方向ベクトルを補正することにより、複数の補正方向ベクトルを生成し、前記複数の補正方向ベクトルを用いて複数のウエイトをそれぞれ算出し、前記複数のウエイトの中から所望のウエイトを選択して設定するウエイト設定手段と、
前記アレーアンテナによって受信された前記受信信号と、前記ウエイト設定手段によって設定された前記ウエイトとを用いて、前記受信信号を合成して出力する受信信号出力手段と
を備えることを特徴とするアダプティブアレーアンテナ装置。
An array antenna for receiving incoming waves,
An arrival signal number setting means for estimating and setting the number of arrival signals of the arrival wave based on the reception signals received by the array antenna;
Direction-of-arrival setting means for estimating and setting the direction of arrival of the incoming wave based on at least the received signal;
Desired wave direction setting means for selecting and setting the arrival direction of the desired arrival wave as the desired wave direction from the set arrival directions of the arrival waves;
A plurality of correction direction vectors are generated by correcting the direction vector of the desired wave direction in the array antenna using a plurality of different numbers of incoming signals, and a plurality of weights are generated using the plurality of correction direction vectors. And a weight setting means for selecting and setting a desired weight from the plurality of weights,
An adaptive array comprising: a reception signal output unit configured to synthesize and output the reception signal using the reception signal received by the array antenna and the weight set by the weight setting unit. Antenna device.
前記ウエイト設定手段は、
前記算出された前記複数のウエイトを用いて、前記アレーアンテナにおける前記所望波方向の利得を前記到来信号数毎に算出し、前記算出された複数の前記所望波方向の利得のうち所定の閾値より大きい前記所望波方向の利得に対応する前記到来信号数の中から、最大の前記到来信号数を選択し、前記選択された前記到来信号数に対応する前記ウエイトを設定する
ことを特徴とする請求項1記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
The weight setting means includes
Using the plurality of calculated weights, a gain in the desired wave direction in the array antenna is calculated for each number of incoming signals, and a predetermined threshold value among the calculated gains in the desired wave direction is calculated. The maximum number of incoming signals is selected from the number of incoming signals corresponding to a large gain in the desired wave direction, and the weight corresponding to the selected number of incoming signals is set. The adaptive array antenna apparatus according to Item 1.
前記ウエイト設定手段は、
連続するようにしてそれぞれ異なる前記到来信号数を設定する複数のウエイト設定用到来信号数設定手段と、
前記複数のウエイト設定用到来信号数設定手段によって設定された前記到来信号数を用いて、前記アレーアンテナにおける前記所望波方向の方向ベクトルを補正することにより、前記複数の補正方向ベクトルをそれぞれ生成する複数の方向ベクトル補正手段と、
前記複数の方向ベクトル補正手段によって生成された前記複数の補正方向ベクトルを用いて前記複数のウエイトをそれぞれ算出する複数のウエイト算出手段と、
前記複数のウエイト算出手段によって算出された前記複数のウエイトを用いて、前記アレーアンテナにおける前記所望波方向の利得を前記到来信号数毎に算出する複数の利得算出手段と、
前記複数の利得算出手段によって前記到来信号数毎に算出された前記アレーアンテナにおける前記所望波方向の利得を用いて、前記複数のウエイトの中から所望のウエイトを選択して設定するウエイト選択手段と
を備えることを特徴とする請求項1記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
The weight setting means includes
A plurality of weight setting arrival signal number setting means for setting different numbers of the different arrival signals so as to be continuous;
The plurality of correction direction vectors are generated by correcting the direction vector in the desired wave direction in the array antenna using the number of arrival signals set by the plurality of weight setting arrival signal number setting means. A plurality of direction vector correction means;
A plurality of weight calculating means for calculating each of the plurality of weights using the plurality of correction direction vectors generated by the plurality of direction vector correcting means;
A plurality of gain calculating means for calculating the gain of the desired wave direction in the array antenna for each number of incoming signals, using the plurality of weights calculated by the plurality of weight calculating means;
Weight selection means for selecting and setting a desired weight from among the plurality of weights using the gain in the desired wave direction in the array antenna calculated for each number of incoming signals by the plurality of gain calculation means; The adaptive array antenna apparatus according to claim 1, further comprising:
前記ウエイト設定手段は、
前記到来信号数を設定するウエイト設定用到来信号数設定手段と、
前記ウエイト設定用到来信号数設定手段によって設定された前記到来信号数を用いて、前記アレーアンテナにおける前記所望波方向の方向ベクトルを補正することにより、前記補正方向ベクトルを生成する方向ベクトル補正手段と、
前記方向ベクトル補正手段によって生成された前記補正方向ベクトルを用いて前記ウエイトを算出するウエイト算出手段と、
前記ウエイト算出手段によって算出された前記ウエイトを用いて、前記アレーアンテナにおける前記所望波方向の利得を算出する利得算出手段と、
前記利得算出手段によって算出された前記所望波方向の利得が、所定の閾値より大きい場合には、前記ウエイト設定用到来信号数設定手段に設定されている前記到来信号数に1を加算し、前記所望波方向の利得が、前記閾値より小さい場合には、前記ウエイト設定用到来信号数設定手段に設定されている前記到来信号数から1を減算する到来信号数変更手段と、
前記利得算出手段によって前記到来信号数毎に順次算出される前記アレーアンテナにおける前記所望波方向の利得を用いて、順次算出される前記複数のウエイトの中から所望のウエイトを選択するウエイト選択手段と
を備えることを特徴とする請求項1記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
The weight setting means includes
Weight setting arrival signal number setting means for setting the number of arrival signals;
Direction vector correction means for generating the correction direction vector by correcting the direction vector of the desired wave direction in the array antenna using the number of arrival signals set by the weight setting arrival signal number setting means. ,
Weight calculation means for calculating the weight using the correction direction vector generated by the direction vector correction means;
Gain calculating means for calculating a gain in the desired wave direction in the array antenna using the weight calculated by the weight calculating means;
When the gain in the desired wave direction calculated by the gain calculation means is larger than a predetermined threshold, 1 is added to the number of incoming signals set in the weight setting arrival signal number setting means, When the gain in the desired wave direction is smaller than the threshold, the number of incoming signal changing means for subtracting 1 from the number of incoming signals set in the weight setting incoming signal number setting means;
Weight selection means for selecting a desired weight from among the plurality of weights sequentially calculated using the gain in the desired wave direction in the array antenna that is sequentially calculated for each number of incoming signals by the gain calculation means; The adaptive array antenna apparatus according to claim 1, further comprising:
前記ウエイト設定用到来信号数設定手段は、
前記到来信号数設定手段によって推定及び設定された前記到来信号数を設定する
ことを特徴とする請求項4記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
The weight setting incoming signal number setting means includes:
The adaptive array antenna apparatus according to claim 4, wherein the number of incoming signals estimated and set by the number of incoming signal setting means is set.
前記ウエイト設定手段は、
前記閾値として、前記アレーアンテナにおける最大利得から所定の値を減算した値を設定する
ことを特徴とする請求項2記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
The weight setting means includes
The adaptive array antenna apparatus according to claim 2, wherein a value obtained by subtracting a predetermined value from a maximum gain in the array antenna is set as the threshold value.
前記ウエイト設定手段は、
前記閾値として、前記受信信号出力手段から出力される出力信号に必要とされるだけの電力に応じた利得を設定する
ことを特徴とする請求項2記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
The weight setting means includes
The adaptive array antenna apparatus according to claim 2, wherein a gain corresponding to an amount of power required for an output signal output from the reception signal output means is set as the threshold value.
前記ウエイト設定手段は、
前記アレーアンテナの座標と、前記アレーアンテナを形成する各アンテナのビームパターンと、前記ウエイトとを基に、全方位の合成ビームパターンを算出し、前記全方位の合成ビームパターン用いて前記所望波方向の利得を指向性利得として算出する
ことを特徴とする請求項2記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
The weight setting means includes
Based on the coordinates of the array antenna, the beam pattern of each antenna forming the array antenna, and the weight, an omnidirectional composite beam pattern is calculated, and the desired wave direction is calculated using the omnidirectional composite beam pattern. The adaptive array antenna apparatus according to claim 2, wherein the gain is calculated as a directivity gain.
前記ウエイト設定手段は、
前記アレーアンテナを形成する各アンテナのビームパターンと前記ウエイトとを基に、前記各アンテナの電界を算出し、前記算出された前記各アンテナの電界を前記所望波方向で同位相合成することにより、前記アレーアンテナにおける前記最大利得を算出し、前記各アンテナの電界を前記所望波方向で複素合成することにより、前記アレーアンテナにおける前記所望波方向の利得を算出する
ことを特徴とする請求項6記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
The weight setting means includes
By calculating the electric field of each antenna based on the beam pattern of each antenna forming the array antenna and the weight, and combining the calculated electric field of each antenna in the desired wave direction, 7. The gain in the desired wave direction in the array antenna is calculated by calculating the maximum gain in the array antenna and complex-combining the electric fields of the antennas in the desired wave direction. Adaptive array antenna device.
前記到来信号数設定手段において設定された前記到来信号数と、前記ウエイト設定手段によって設定された前記ウエイトに対応する前記到来信号数とを比較し、これらが一致しない場合いは、前記ウエイト設定手段によって設定された前記ウエイトに対応する前記到来信号数を用いて、前記到来方向設定手段に前記到来方向の推定及び設定を行わせる到来信号数比較手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項1記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
The number of incoming signals set by the number of incoming signal setting means is compared with the number of incoming signals corresponding to the weight set by the weight setting means, and if they do not match, the weight setting means The apparatus further comprises: an arrival signal number comparison unit that causes the arrival direction setting unit to perform estimation and setting of the arrival direction using the number of arrival signals corresponding to the weight set by (1). Adaptive array antenna device.
前記到来信号数設定手段及び前記到来方向設定手段において所定時間前に設定された前記到来信号数及び前記到来方向と、現在設定されている前記到来信号数及び前記到来方向とを比較し、これらのうち少なくとも一方が一致する場合には、前記所定時間前に設定された前記ウエイトを前記ウエイト設定手段に再設定する伝搬状態監視手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項1記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
The number of incoming signals and the direction of arrival set in a predetermined time before in the number of incoming signals setting means and the direction of arrival setting means are compared with the number of incoming signals and the direction of arrival currently set, The adaptive array antenna apparatus according to claim 1, further comprising: a propagation state monitoring unit that resets the weight set before the predetermined time in the weight setting unit when at least one of them matches. .
アレーアンテナによって受信された受信信号を基に、到来波の到来信号数を推定及び設定するステップと、
少なくとも前記受信信号を基に前記到来波の到来方向を推定及び設定するステップと、
前記設定された前記到来波の到来方向の中から、所望の到来波の到来方向を所望波方向として選択及び設定するステップと、
それぞれ異なる複数の前記到来信号数を用いて、前記アレーアンテナにおける前記所望波方向の方向ベクトルを補正することにより、複数の補正方向ベクトルを生成し、前記複数の補正方向ベクトルを用いて複数のウエイトをそれぞれ算出し、前記複数のウエイトの中から所望のウエイトを選択して設定するステップと、
前記アレーアンテナによって受信された前記受信信号と、前記設定された前記ウエイトとを用いて、前記受信信号を合成して出力するステップと
を備えることを特徴とするアダプティブアレーアンテナ装置の受信信号処理方法。
Estimating and setting the number of arriving signals based on the received signals received by the array antenna; and
Estimating and setting the direction of arrival of the incoming wave based at least on the received signal;
Selecting and setting a desired arrival direction as a desired direction from the set arrival directions of the arrival waves; and
A plurality of correction direction vectors are generated by correcting the direction vector of the desired wave direction in the array antenna using a plurality of different numbers of incoming signals, and a plurality of weights are generated using the plurality of correction direction vectors. Respectively, and a step of selecting and setting a desired weight from the plurality of weights;
A received signal processing method for an adaptive array antenna device, comprising: combining the received signal using the received signal received by the array antenna and the set weight and outputting the synthesized signal. .
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