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

Abstract

ソース102の距離及び角度を受動的に評価するためのシステム104及び方法400を開示している。ソースは無線周波数（ＲＦ）、光、音響のソースまたは地震源を含む任意の波源であることができる。幾つかのＲＦの実施形態では、システムは複数のサブ開口106を通してＲＦソース102からＲＦ信号103を同時に受信するための単開口アンテナ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の角度及び距離評価を計算するか否かを決定するため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とを含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は信号源の位置の決定に関する。幾つかの実施形態は追跡システムに関する。幾つかの実施形態は受動的な距離評価に関する。

アンテナの遠距離にあるソースの距離を決定するための通常の技術は時間にわたって採取された多数のサンプルを必要とする。さらにこれらの通常の技術は大きな処理リソース及びエネルギを必要とする複雑なアルゴリズムを使用する。これは受動的な技術を使用してソースの距離を迅速及び効率的に決定することを困難にする。幾つかの応用では、距離を決定するための迅速で正確で効率的な技術が望まれている。これらの応用の例は航空管制（ＡＴＣ）、衝突防止、ミサイル融合（fusing）およびターゲット検出を含んでいる。

したがって、信号サンプルの使用を少なく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が通常必要とされている。また必要とする計算を少なく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も通常必要である。さらに、フレネル領域を超えて距離評価をアンテナの遠距離まで拡張することのできるソースの角度及び距離を受動的に評価するためのシステム及び方法もまた通常必要である。

ソースの距離及び角度を受動的に評価するためのシステム及び方法が開示される。ソースは無線周波数（ＲＦ）、光、音響ソースまたは地震源のような任意の波源であることができる。幾つかのＲＦ実施形態では、システムは複数のサブ開口を通してＲＦソースからＲＦ信号を同時に受信するための単開口アンテナと、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の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の単一のセットを使用して近接度検査を行うための信号プロセッサとを含んでいる。

幾つかの実施形態では、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仮定に基づいてソースに対する角度および距離評価のＭＳＥの和を計算する処理を含んでいる。近接度検査はさらに湾曲された波頭仮定について計算されたＭＳＥの和と平面波頭仮定について計算されたＭＳＥの和との比を計算する処理を含んでいる。比が予め定められたしきい値を超えるとき、ＲＦソースの角度及び距離の両評価は近接度検査で使用された同一の最初に集められたサンプルを使用して計算されることができる。

以下の説明と図面は当業者が本発明の特別な実施形態を実施することを可能にするのに十分である。他の実施形態は構造的、論理的、電気的プロセスと、その他の変更を組み込むことができる。例は単に可能な変化を代表しているだけである。個々のコンポーネント及び機能は特に明白に必要とされていなければ随意選択的であり、動作のシーケンスは変化できる。幾つかの実施形態の一部及び特徴は他の実施形態に含まれてもよく、それらで置換されてもよい。特許請求の範囲に記載されている本発明の実施形態はこれらの特許請求の範囲の全ての有効な等価物を含んでいる。本発明の実施形態は単なる便宜性のために個別にまたは集合的にここでは用語「発明」を指しており、２以上が実際に記載されているならば、この出願の技術的範囲を任意の単一の発明または発明概念に限定することを意図しない。

幾つかの無線周波数（ＲＦ）の実施形態では、本発明は単一の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ＲＦソースの角度及び距離を受動的に評価するためのシステム及び方法を提供する。幾つかの実施形態では、本発明は通常のシステム及び方法よりも必要とする計算が少ない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を提供する。幾つかの実施形態では、本発明のシステム及び方法は距離評価を行う価値があるか否かを決定するため到着する波頭を検査することができる。最初に距離評価を行うか否かを決定するために近い近接度について検査することができるソースの角度及び距離を受動的に評価するためのシステム及び方法も提供される。幾つかの実施形態では、本発明はフレネル領域を超えて距離評価を受信アンテナの遠距離まで拡張することができる。

図１は本発明の実施形態による角度及び距離評価システムの動作環境を示している。動作環境100は信号103を放射できるソース102と、ソース102のに対する角度及び距離を評価するための角度及び距離評価システム104とを含んでいる。ここで使用されているように、用語「受動的」はシステム104がレーダ信号のような信号を送信せずに信号ソースに対する角度及び信号ソースまでの距離をシステム104により決定することができることを意味している。

角度及び距離評価システム104はソース102から信号103を受信するためのアンテナ108を含むことができる。アンテナ108の開口は３以上のサブ開口に分割されることができる。各サブ開口は１以上のアンテナ素子106を含むことができる。角度及び距離評価システム104はアンテナ108により受信された信号を処理しデジタルサンプル111を発生するためのフロントエンド回路110も含んでいる。幾つかの実施形態では、各サブ開口はそれぞれ受信機チャンネル回路114を具備する単一の受信機チャンネルと関連されることができる。これらの実施形態では、各受信機チャンネルはサブ開口の１つを通して受信される信号から１組のサンプル111を発生することができる。角度及び距離評価システム104は角度及び距離評価116または角度評価118をサンプル111から発生するための信号プロセッサ112も含むことができる。幾つかの実施形態ではサンプル111は各開口を通して同時に受信された信号103に対しての同位相（Ｉ）および直角位相（Ｑ）サンプルを含むことができるが本発明の技術的範囲はこれに関して限定されない。

角度及び距離評価システム104はこのシステム104により行われる近接度検査の結果にしたがって、ソース102に対する角度またはソース102に対する角度及び距離の両者を受動的に評価できる。幾つかの実施形態では、近接度検査はソース102がアンテナ102に対して十分に近いかを決定するために信号プロセッサ112により行われることができる。これらの実施形態では、システム104は近接度検査がソースが十分に近いことを示したとき、ソース102に対する角度及び距離を計算するために簡単にされた方法を使用することができる。これらの実施形態では、システム104は近接度検査に使用された信号の同一の同時的なサンプル111のセットを使用してソース102に対する角度及び距離評価を計算することができる。これらの実施形態ではシステム104はアンテナ108の遠距離へのソース102の距離評価を決定することができるが、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、近接度検査がソースがアンテナ108に対して十分に近くないことを示したとき、正確な距離評価の決定が困難である可能性があるので、ソース102に対する角度評価118だけがサンプル111の同一の同時的なセットを使用して決定されることができる。これらの状態では、距離評価はここでは説明しない通常の技術により行われることができる。

幾つかの無線周波数（ＲＦ）実施形態では、ソース102はＲＦエネルギを放射する任意の装置であってもよく、とりわけ商用及び軍用航空機、ミサイル、レーダシステム、地上ビークルおよび地上装置を含むことができる。ソース102はパルス波形または連続波（ＣＷ）波形を含むほとんど任意のタイプのＲＦ信号を放出することができる。ソース102の周波数は数ｋＨｚ程度の低い周波数からミリメートル波周波数以上の高さの範囲であることができる。アンテナ108とフロントエンド回路110は予め定められた周波数を受信するように設計されることができ、予め定められた距離内の周波数を選択的に受信するためのフロントエンド濾波を含むことができる。

幾つかの実施形態では、信号プロセッサ112は受信された信号の角度と位相を同時に比較するための２以上の受信機チャンネルを使用することによって受動的なモノパルス技術を用いてソース102に対する角度を決定できる。幾つかの実施形態では、信号プロセッサ112はアンテナ108の受信開口を横切って到着する波頭の湾曲を利用することができる。その湾曲はサンプリングのための３以上のサブ開口を使用して決定されることができる。各サブ開口は信号103を受信するための素子のアレイの１以上のアンテナ素子106を含むことができる。幾つかの実施形態では、信号プロセッサ112はその偏差においてフレネル近似を使用することができる。その理由はこれが関係する領域にわたって極めて正確であるからである。この近似はソース102からアレイの中心に関する各アレイの位置までの距離における差を計算するために使用されることができる。フレネル近似は次式により示される。
（１）Ｄ_ｘ＝ｄ^＊ｓｉｎ（θ）＋（ｄ^＊ｃｏｓ（θ））^２／（２Ｒ）
ここでＤ_ｘ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。

式（１）の近似を使用して、最小自乗平均（ＬＭＳ）公式がソースに対する角度及び距離の両者を評価するために決定されることができる。アンテナ108の素子が線形アレイを具備している実施形態では、公式は以下のようになる。
（２）Ｓ＝Σ（ｍ_ｉ−ｘ_ｉＺ−1/2Ｗｘ_ｉ ^２（１−Ｚ^２））^２
式（２）では、Ｚ＝ｓｉｎ（θ）、Ｗ−１／Ｒ、ｘ_ｉ＝ｉ番目のアレイ位置、ｍ_ｉ＝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＝Σｍｘ^２
（５）ｂ＝Σｘ^３
（６）ｃ＝1/2Σｘ^４
（７）ｄ＝Σｍｘ
（８）ｅ＝Σｘ^２
（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。

幾つかの実施形態では、近接度検査は２つの仮説、即ち一方は平面波仮定、他方は湾曲された波頭仮定を比較することができる。２つの式からの結果は以下の式により説明されるように（既に計算されることができる）評価Ｚ＿ｅｓｔおよびＷ＿ｅｓｔと平面波角度またはＺ＿ｅｓｔ平面を使用して比較されることができる。
（10）S_curved=Σ(m_i-x_iZ_est-1/2 W_estx_i ²(1-Z_est²))²
（11）S_plane=Σ(m_i-x_iZ_est_plane)²
（12）Z_est_plane=Σm_i/Σx_i
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。

式（１０）、（１１）、（１２）の結果を使用して、信号プロセッサ112はデータに最良に適合することのできる仮定を決定するために近接度検査を行うことができる。例えば幾つかの実施形態では、近接度検査はＳ＿ｐｌａｎｅとＳ＿ｃｕｒｖｅｄの比をしきい値と比較する。その比がしきい値を超えるとき、近接度検査の結果は湾曲された波頭仮定がより良好である（即ち近距離の状態）ことを示すことができる。比がしきい値を超えないとき、近接度検査の結果は平面波頭仮定がより良好である（即ち遠距離状態）ことを示すことができる。

本発明の幾つかの実施形態はＲＦソースに関して説明されているが、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は例えば光学的ソース、音響的ソース、ソナーソース、地震源を含めた任意の波ソースに同等に応用可能である。

図２は本発明の幾つかの実施形態による距離評価標準偏差の１例を示している。グラフ200はフロントエンド回路110がＫａバンド受信機を具備し、アンテナ108が１／２波長の間隔で分離されている１６個のアレイ素子を具備している例示的な実施形態におけるｙ軸の標準的な偏差とｘ軸の真の距離を示している。この例示的な実施形態では、１６個の各アレイ素子はサブ開口であることができ、１つの受信機チャンネルと関連されることができる。これらの例示的な実施形態では、信号処理回路はアンテナ素子当り１０２４個のサンプルを使用できる。これらの例示的な実施形態では、アンテナ108は合計で約６０ｄＢのビーム信号対雑音比を有することができ、これは受信機チャンネル当り約４８ｄＢ利得を提供する。グラフ200により見られるように、距離の良好な評価は近接度検査を行うために使用される信号サンプルの単一セットを使用して、フレネル領域を超えてアンテナの遠距離まで計算されることができる。これらの例示的な実施形態では、開口の長さは約６．４ｃｍ（２．５３インチ）であるが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。

図３はグラフ200（図２）を生成するために使用される状態における本発明の幾つかの実施形態による近接距離仮説に対する仮説検査を示している。グラフ300は前述の近接度検査と湾曲された波頭仮説の使用に基づいて種々の距離についてのソース102（図１）のような信号源の真の距離を決定する確率を示している。図３では、１．１の例示的なしきい値が近接度検査に対して使用されている。示されているように、真の距離を決定する確率は約２０と１００ｍの間の至近距離では１．０であるが、これらの距離の幾つかはアンテナ108の遠距離にある可能性がある。確率は１００ｍよりも大きい距離では迅速に減少し、約１２５ｍよりも大きい距離ではゼロになる。認められるように良好な距離決定性能は至近距離で実現されることができる。

図４は本発明の幾つかの実施形態によるＲＦソースに対する角度および距離を評価するための手順のフローチャートである。手順400はソース102（図１）に対する角度及び距離を決定するための角度及び距離評価システム104（図１）のようなシステムにより行われることができるが、他のシステム及び処理回路も手順400を行うために使用されることができる。

動作402はアンテナ108（図１）のようなアンテナの３以上のサブ開口を通して信号を集めることを含んでいる。各サブ開口からの信号は各サブ開口でサンプル111（図１）のような複数のサンプルを発生するために別々の受信機チャンネルで処理されることができる。サンプルはソース102のような信号源から同時に受信された信号に対応することができる。

動作404は各開口からのサンプル間の相対的な位相の決定を含んでいる。幾つかの実施形態では、動作404はサンプル111（図１）からのアンテナ108（図１）の各素子106（図１）に対するサンプルの相対的な位相を決定する。これらの位相測定は前述の式の測定項ｍ_ｉに対応することができ、ここで「ｉ」は素子数に対応している。

動作406は湾曲された波頭仮定に基づいて動作404の位相測定を使用してＲＦソースに対する角度および距離のＭＳＥの和を計算する。幾つかの実施形態では、動作406はＳ＿ｃｕｒｖｅｄを決定するために湾曲された波頭仮定についてのＭＳＥの和を計算するために式（１１）を使用することができる。

動作408は平面波頭仮定に基づいて動作404の位相測定を使用してＲＦソースに対する角度および距離のＭＳＥの和を計算する。幾つかの実施形態では、動作408はＳ＿ｐｌａｎｅを決定するために湾曲された波頭仮定に対するＭＳＥの和を計算するために式（１２）および（１３）を使用することができる。

動作410と412は湾曲された波頭仮定の方が良好であるか否か或いは平面波頭仮定の方が良好であるか否かについての近接度検査を含んでいる。動作410は動作406で計算された湾曲された波頭仮定のＭＳＥの和と動作408で計算された平面波頭仮定のＭＳＥの和の比を比較することを含んでいる。動作412は比がしきい値を超えるときを決定することを含んでいる。動作412がしきい値が超えたことを決定したとき、動作416が実行される。動作412がしきい値が超えないことを決定しないときには、動作414が実行される。しきい値は検出の確率と誤った警報の確率との妥協に基づいて決定されることができ、特定のシステムの要求に応じてケースバイケースに基づいて選択されることができる。

動作414は信号源に対する角度を計算するための角度処理を行うことを含んでいる。平面波頭仮定がより良好であり、ソースが非常に遠方であるので現在の測定を使用して距離を正確に決定できないことが決定されたときに動作414が行われる。幾つかの実施形態では、動作414はモノパルス角度測定で使用されるものに類似する角度処理を行うことができる。幾つかの実施形態では、動作414は比が予め定められた値を超過しないとき、同時に集められたサンプルを使用してＲＦソースに対する距離評価の計算を控えることも含んでいる。

動作416は信号源に対する角度及び距離の両者を計算するために角度及び距離処理を行うことを含んでいる。幾つかの実施形態では、動作416は前述の式（３）を使用することができるが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。動作416は湾曲された波頭仮定がより良好であることが決定されたときに行われる。幾つかの実施形態では動作416は動作404で使用された同じサンプル（即ち開口を横切る信号の同時的な受信から発生されたサンプル）を使用することができるが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。

動作418は次の観察までさらなる測定を遅延する。遅延はさらにデータが処理される前に、付加的なサンプルの集収を可能にし、休止と呼ばれることができるが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。次の観察はソースのタイプ、即ちソースが追跡されているか否か、およびソースが追跡されている速度に基づくことができる。幾つかの実施形態では、手順400は移動中であってもよいＲＦソースを追跡するため規則的な進行或いは連続性を基礎として行われることができる。動作416からの角度及び距離出力または動作414からの角度出力は例えばユーザについてグラフィックに表示されおよび／または例えばターゲット検出および／またはターゲット捕捉に使用されることができる。

手順400の個々の動作は別々の動作として示し説明されているが、１以上の個々の動作は同時に行われてもよく、動作が示されている順序で行われる必要はない。例えば動作406と408は同時に行われてもよいが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。

図５は本発明の幾つかの実施形態による線形アレイを使用した角度決定を示している。図５では、ソース502はソース102（図１）に対応し、アレイ素子506はアレイ素子106（図１）に対応している。図５に示されているように、ソース502に対する角度（即ちθ）が増加するとき、アレイ上の信号の投射はθが９０度に等しくアレイが縦型状態になるまで減少を開始する。縦型の状態では、線形アレイを使用して距離を決定することが不可能では無くても困難である。式（１）により説明されるように、距離項を含むフレネル項はこの式では距離決定を不可能にする縦型状態においてゼロに減少する。以下さらに詳細に説明する幾つかの実施形態では、第２の角度の測定がソースに対する角度の完全な幾何学形状の決定を行うために使用されることができる。

幾つかの実施形態では、アンテナ108（図１）はそれぞれ異なって指向されている１以上の付加的なアレイを含むことができる。例えば幾つかの実施形態では、アンテナ108（図１）は第１のアレイの素子106（図１）に関して９０度に指向されているアンテナ素子106（図１）の第２のアレイを含むことができる。図６は本発明のある実施形態による２つの線形アレイ600を使用する角度決定を示している。図６に示されているように、素子606の２つの線形アレイの使用により、前述の式を提供することによって２つの角度の評価と２つの距離の評価が与えられることができる。これらの実施形態では、アレイに対してよりブロードサイド（即ち最小のθ）であるアレイからの距離評価が使用されることができるが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。例えば第１のアレイが９０度または９０度（即ち縦型状態）に近い方向に指向されるとき、第２のアレイからの測定は距離評価に使用されることができる。幾つかの実施形態では各線形アレイからの測定は距離決定に使用されることができる。

幾つかの実施形態では、本発明は開口に関する任意の幾何学的配向に対する受動的な距離評価に対して完全な体系的解を与える。幾つかの実施形態では、素子の随意選択的または非線形のアレイが使用されることができる。図７は本発明のある実施形態によるアンテナ素子702の実質的に随意選択的なアレイ700を示している。これらの示されている例示的な実施形態では、各サブ開口は中心701を中心とする円周リング704または706の一つに位置されている素子を有しているが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。これらの随意選択的なアレイ素子の実施形態では、随意選択的なアレイ構造に対する公式はフレネル近似の一般化を使用することができる。これらの実施形態ではアレイ素子位置の位置はアンテナ開口のｘｙ平面（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）内であってもよく、アレイ位置Ｐ_ｉが与えられるならば、ｉ番目のアレイの測定では距離ｍ_ｉは以下の式により表される。
（13）ｍ_ｉ＝ｄｏｔ（ｕ，Ｐ_ｉ）＋1/2｜ｕＸＰ_ｉ｜^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。

（14）S=Σ(m_i-(Ax_i+By_i)-1/2 W(xi²+yi²-(Ax_i-By_i)²))²
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(ｍ_ｉ−（Ａｘ_ｉ＋Ｂｙ_ｉ）)^２
（16）Ａ＿ｅｓｔ＝（ΣｘｙΣｍｙ−Σｙ^２Σｍｘ）／（Σｙ^２Σｘ^２−（Σｘｙ）^２） （17）Ｂ＿ｅｓｔ＝（ΣｘｙΣｍｘ−Σｘ^２Σｍｙ）／（Σｙ^２Σｘ^２−（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＿ｅｓｔ^２＋Ｂ＿ｅｓｔ^２））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ｄｉ^２はｘ_ｉ ^２＋ｙ_ｉ ^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。

（18）W_est=2[Σm_i(di²-(A_estx_i+B_esty_i)²)+Σ(A_estx_i+B_esty_i)(di²-(A_estx_i+B_esty_i)²)]/(Σ(di²-(A_estx_i+B_esty_i)²)²)
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。

以上、各サブ開口から単一開口アンテナと単一のサンプルを使用する受動的な角度及び距離評価のためのシステム及び方法が説明された。幾つかの実施形態では、システム及び方法は計算的に簡単な処理を使用できる。幾つかの実施形態では近接度しきい値比に基づいて距離を決定できる完全な体系的解が与えられることができる。幾つかの実施形態では、本発明はフレネル領域を超えてアンテナの「古典的な」遠距離までの距離の評価を行うことができるが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。

図１に戻ると、システム104（図１）は幾つかの別々の機能素子を有するものとして示されているが、１以上の機能素子が組み合わされ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）および／または他のハードウェア素子を含めた処理素子のようなソフトウェア構成素子の組み合わせにより構成されることができる。例えば信号プロセッサ112（図１）は１以上のマイクロプロセッサ、ＤＳＰ、用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）、少なくともここで説明した機能を行うための種々のハードウェアと論理回路の組み合わせで構成することができる。

本発明の幾つかの実施形態はハードウェア、ファームウェアおよび／またはソフトウェアの組み合わせで構成されることができる。本発明の実施形態はここで説明した動作を行うため少なくとも１つのプロセッサにより読み取られ実行されることのできるマシンの読み取り可能な媒体に記憶された命令として構成されることもできる。マシンの読み取り可能な媒体はマシン（例えばコンピュータ）により読み取り可能な形態で情報を記憶または送信する任意の機構を含むことができる。例えばマシンの読み取り可能な媒体は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学的記憶媒体、フラッシュメモリ装置、電気的、光学的、音響的またはその他の形態の伝播される信号（例えば搬送波、赤外線信号、デジタル信号など）の形態及びその他を含むことができる。

要約書は37 C. F. R.セクション1.728(b)にしたがって記載されており、要約書は読者が技術的説明の特性および要旨を確かめることを可能にするものであることを必要とする。これは特許請求の範囲の技術的範囲または意味を限定或いは解釈するために使用されるものではないという理解のもとで記載される。

前述の詳細な説明では、種々の特徴が説明を簡明にするために、時には１つの実施形態で共にグループ化されている。この説明方法は、主題について請求されている実施形態が各請求項で明白に述べられているよりも多くの特徴を必要とすることを発明を示していると解釈されてはならない。特許請求の範囲が示すように、本発明は１つの説明された実施形態の全てより少ない特徴にある可能性がある。したがって請求項はここでは詳細な説明に組み込まれ、各請求項は別々の好ましい実施形態として自立している。

本発明の実施形態による角度及び距離評価システムの動作環境を示す図。 本発明の幾つかの実施形態による距離評価標準偏差の１例を示す図。 本発明の幾つかの実施形態による近接距離仮説に対する仮説検査の説明図。 本発明の幾つかの実施形態によるＲＦソースに対する角度および距離を評価するための手順のフローチャート。 本発明の幾つかの実施形態による線形アレイを使用した角度決定を示す図。 本発明の幾つかの実施形態による２つの線形アレイを使用する角度決定の説明図。 本発明の幾つかの実施形態によるアンテナ素子の実質的に随意選択的なアレイを示す図。 本発明の幾つかの実施形態による実質的に随意選択的なアレイについての距離評価標準偏差の１例を示す図。

符合の説明

100・・・動作環境、102・・・ソース、103・・・信号、104・・・角度及び距離評価システム、106・・・アンテナ素子、108・・・アンテナ、110・・・フロントエンド回路、111・・・デジタルサンプル、112・・・信号プロセッサ、114・・・受信機チャンネル回路、116・・・角度及び距離評価、118・・・角度評価、200・・・グラフ、300・・・グラフ、400・・・手順、402、404、406、408、410、412、414、416、418・・・動作、502・・・ソース、506・・・アレイ素子、600・・・線形アレイ、606・・・素子、700・・・随意選択的なアレイ、701・・・中心、702・・・アンテナ素子、704・・・円周リング、706・・・円周リング。

Claims (10)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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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