JP2008544251A - 多開口アンテナから同時に集められた信号サンプルを使用してソースの角度及び距離を受動的に評価するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
(1)Dx=d*sin(θ)+(d*cos(θ))2/(2R)
ここでDxは各アレイ素子間で伝播する過剰距離であり、dは開口の中心からアレイ素子位置までの距離であり、θは到着角度であり(即ちゼロはアレイに対するブロードサイドである)、Rは開口の中心からソースまでの距離である。式の第1の項は平面波仮定を表し、第2の項は波頭の湾曲により生じた付加的な距離を表している。第2の項はソースへの距離が増加するほどゼロに近づく。
(2)S=Σ(mi−xiZ−1/2Wxi 2(1−Z2))2
式(2)では、Z=sin(θ)、W−1/R、xi=i番目のアレイ位置、mi=i番目のアレイ測定、Sは最小にされる自乗平均誤差(MSE)を表している。最小値を解くことにより、ZおよびWの以下の評価が生じることができる。
(3)Z_est=(a*f-c*d)/(b*f-c*e)およびW_est=(a-b*Z_est)/(c*(1-Z_est2)
ZおよびWについてのこれらの評価は関係式R=1/Wとθ=ASIN(Z)により所望の項(即ちソース102に対する角度及び距離)へ容易に変換されることができる。式(3)の項は式(4)−(9)で以下示されている。
(4)a=Σmx2
(5)b=Σx3
(6)c=1/2Σx4
(7)d=Σmx
(8)e=Σx2
(9)f=1/2b
本発明の幾つかの実施形態によれば、ほとんどのこれらの項(即ち位相測定mを含まない項)は測定に依存しないためにこれらは予め計算されることができる。幾つかの実施形態ではこれらの予め計算された項は信号プロセッサ112に関連されるメモリ中に記憶されることができ、実時間でより高速度の計算を可能にするが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。本発明の幾つかの実施形態によれば、信号プロセッサ112は近接度検査の結果にしたがって、ソース102に対する角度及び距離について式(3)により与えられた評価を使用することができる。
(10)S_curved=Σ(mi-xiZ_est-1/2 W_estxi 2(1-Z_est2))2
(11)S_plane=Σ(mi-xiZ_est_plane)2
(12)Z_est_plane=Σmi/Σxi
式(10)では、S_curvedは湾曲された波頭仮定に基づいたソース102に対する角度及び距離のMSEの和を表している。式(11)では、S_planeは平面波頭仮定に基づいたソース102に対する角度及び距離のMSEの和を表している。式(12)は式(11)で使用されたZ_est_plane項を計算するための評価である。
(13)mi=dot(u,Pi)+1/2|uXPi|2/R
この式では、uは距離Rにおける未知の座標(A,B)を有するソースに対する単位ベクトルである。これに基づいて、式(2)に類似した式がほぼ任意の随意選択的なアレイ構造に対して生成されることができる。
式(14)に対する解の発見は数字的方法を含む。幾つかの実施形態では、式(14)を使用して同時的な評価A_estとB_estが最初に発見されることができ、その後W_estが発見されることができるが、他の方法が使用されてもよいので、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。幾つかの実施形態では、LMS解が以下の式(15)に対する解としてA_estとB_estを発見するために使用されることができる。解の例は式(16)および(17)で与えられる。
(15)S=Σ(mi−(Axi+Byi))2
(16)A_est=(ΣxyΣmy−Σy2Σmx)/(Σy2Σx2−(Σxy)2) (17)B_est=(ΣxyΣmx−Σx2Σmy)/(Σy2Σx2−(Σxy)2)
角度への変換は関係式roll_est=atan2(B_est,A_est)とboresight_est=asin(sqrt(A_est2+B_est2))を使用して行われることができる。式(14)からのAとBの評価を使用して、Wの最小自乗平均評価は次式(18)により与えられることができる。値di2はxi 2+yi 2として規定されることができる。距離はR=1/Wとして評価されることができる。
図8は本発明の幾つかの実施形態による随意選択的なアレイについての距離評価標準偏差の1例を示している。図8では距離評価標準偏差は図7に示されている9個のアンテナ素子702を有するKaバンド受信機を使用している例示的な実施形態について示されている。この例では、素子当り1サンプルと合計60dBのビームの信号対雑音比を有する性能が示されている。この例は各アレイ素子から1サンプルのみにより距離を評価するためのシステム104(図1)の能力を示している。図8に示されているように、図7の例示的なアレイ構造では、性能は近距離で非常に良好であり、70mを超えた距離で減衰し始める。
Claims (10)
- ソース(102)の距離及び角度を受動的に評価するシステム(104)において、
複数のサブ開口を通してソース(102)から信号(103)を同時に受信するためのアンテナ(108)と、
湾曲された波頭仮定または平面波頭仮定のいずれかに基づいてソース(102)の角度及び距離の評価を計算するか否かを決定するためにサブ開口から同時に集められたサンプル(111)を使用して近接度検査を行うための信号プロセッサ(112)とを具備しているシステム。 - 信号プロセッサはさらに比が予め定められたしきい値を超えるとき、同時に集められたサンプル(111)を使用してソースの角度及び距離の両評価を計算する請求項1記載のシステム。
- 信号プロセッサ(112)により行われる近接度検査は、
各サブ開口からの測定された位相を使用して湾曲された波頭仮定に基づいてソース(102)に対する角度およびソースまでの距離評価の自乗平均誤差(MSE)の和を計算し、
各サブ開口からの測定された位相を使用して平面波頭仮定に基づいてソース(102)の角度およびソースまでの距離評価のMSEの和を計算し、
湾曲された波頭式について計算されたMSEの和と平面波頭式について計算されたMSEの和との比を計算するステップを含んでいる請求項2記載のシステム。 - 信号プロセッサ(112)は、比が予め定められたしきい値を超えるとき、フレネル近似に対して最小自乗平均解を使用して角度及び距離評価を計算する請求項3記載のシステム。
- 信号源に対する角度及び距離を受動的に評価するための方法において、
複数のサブ開口を通してソース(102)から信号(103)を同時に受信し、
湾曲された波頭仮定または平面波頭仮定のいずれかに基づいてソース(102)に対する角度及び距離評価を計算するか否かを決定するためにサブ開口から同時に集められたサンプル(111)を使用して近接度検査を行うステップを含んでいる方法。 - さらに、比が予め定められたしきい値を超えるとき、同時に集められたサンプル(111)を使用してソースの角度及び距離の両評価を計算するステップを含んでいる請求項5記載の方法。
- 近接度検査は、
各サブ開口からの測定された位相を使用して湾曲された波頭式に基づいてソース(102)に対する角度および距離評価の自乗平均誤差(MSE)の和を計算し、
各サブ開口からの測定された位相を使用して平面波頭式に基づいてソース(102)に対する角度および距離評価のMSEの和を計算し、
湾曲された波頭式について計算されたMSEの和と平面波頭式について計算されたMSEの和との比を計算するステップを含んでいる請求項6記載の方法。 - 角度及び距離評価の計算は比が予め定められたしきい値を超えるとき、フレネル近似に対して自乗平均解を使用して角度及び距離評価を計算するステップを含んでいる請求項7記載の方法。
- 信号源の位置決定装置において、
複数のサブ開口を通してソース(102)からの信号(103)を同時に受信するアンテナ(108)と、
湾曲された波頭仮定または平面波頭仮定のいずれかに基づいてソース(102)に対する角度及び距離評価を計算するか否かを決定するためにサブ開口から同時に集められたサンプル(111)を使用して近接度検査を行う信号プロセッサ(112)とを具備し、
信号プロセッサは比が予め定められたしきい値を超えるとき、同時に集められたサンプル(111)を使用してソースに対する角度及び距離の両評価を計算し、
信号プロセッサ(112)は各サブ開口から発生された同時に受信された信号(103)の最初に集められたサンプル(111)間の位相を測定する信号源の位置決定装置。 - 信号プロセッサ(112)により行われる近接度検査は、
各サブ開口からの測定された位相を使用して湾曲された波頭式に基づいてソース(102)に対する角度および距離評価の自乗平均誤差(MSE)の和を計算し、
各サブ開口からの測定された位相を使用して平面波頭式に基づいてソース(102)に対する角度および距離評価のMSEの和を計算し、
湾曲された波頭式について計算されたMSEの和と平面波頭式について計算されたMSEの和との比を計算するステップを含んでおり、
信号プロセッサ(112)はさらに比が予め定められたしきい値を超えるとき、フレネル近似に対して最小自乗平均解を使用して角度及び距離評価を計算する請求項9記載の信号源の位置決定装置。
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