JP2009074990A - 方向測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパス波が存在しても主波を主波のマルチパス波である相関性マルチパス波とから分離し、主波及びそのマルチパス波の到来方向を正確に測定する方向測定装置を提供する。
【解決手段】観測値から先ずブラインド分離法により主波の概略の到来方向を推定し、この到来方向から到来する信号からさらに混信分離可能なアルゴリズムを用いて主波の到来方向を測定することを特徴とする。混信分離可能なアルゴリズムは、ＭＵＳＩＣ法、ＷＳＦ法、ＵＳＦ法、ＭＬ法、最小分散法、ＤＯＳＥ法、ＥＳＰＲＩＴ法、ＶＥＳＰＡ法から１つ選ばれることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のセンサが観測した電磁波や音波などの複数の信号から、主波及びマルチパス波を分離し、この主波及びマルチパス波が到来する方位や仰角などの方向を求める方向測定装置に関する。

複数のセンサが観測した電磁波や音波などの複数の信号が混信状態にあるとき、ここから主波を分離する方法としては、例えばＭＵＳＩＣ法など方法が提案されている（例えば、非特許文献１）。

また、混信分離を行なう方法の一つであるブラインド分離法（例えば、独立成分分析）の出力結果である混合ベクトルから信号の到来方位を判定する装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
菊間信良 著，「アダプティブアンテナ技術」，2003，株式会社オーム社 特開２００４−１１２５０８号公報

しかし、非特許文献１に記載の技術、及び特許文献１に記載の技術においては、例えば同一の信号が建造物や電離層に反射してセンサに入射するマルチパス波が存在する場合のように、混信する複数の信号の内容に高い相関関係があるときは正確な方位測定ができないという問題点があった。

さらに、ブラインド信号分離法を用いた場合は、最大でセンサ数までの信号の方向までしか求まらず、相関性マルチパスの数を加えるとセンサ数を超える場合は原理的にマルチパス波も含めた方向測定が不可能であった。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、マルチパス波が存在しても主波を主波のマルチパス波である相関性マルチパス波とから分離し、主波及びマルチパス波の到来方向を正確に測定する方向測定装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明は、複数のセンサによって観測された観測信号をサンプリングしてディジタル変換した受信波形を出力する信号変換部と；この受信波形からブラインド信号分離法によって信号源毎のセンサ別の成分を有する混合ベクトルを生成して出力する入力信号分離部と；混合ベクトルとステアリングベクトルを乗算した乗算波形を比較することにより、信号源毎の主波及びそのマルチパス波全体の中心方向を求める概略中心方向推定部と、混合ベクトルと中心方向とから、仮想的に配置されたセンサに対応する成分を有するアレイ形状変換行列の受信信号相関行列を算出する仮想的アレイ形状変換部と、受信信号相関行列を部分アレイに分割し、相加平均を行なって空間スムージング行列を算出する空間スムージング部と、空間スムージング行列から主波と主波のマルチパス波である相関性マルチパス波とを混信分離可能なアルゴリズムを用いて主波の到来方向を判定する方向決定部と、を備える到来方向推定部と；を備えることを特徴とする方向測定装置を提供する。

本発明によれば、マルチパス波が存在しても主波を主波のマルチパス波である相関性マルチパス波とから分離し、主波及びマルチパス波の到来方向を正確に測定することができるという効果がある。

以下、本発明による方向測定装置の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。

＜実施形態の概要＞
本実施形態においては、方向測定装置が、複数のセンサによって観測された観測信号をサンプリングして得られる受信波形からブラインド信号分離法によって信号源毎のセンサ別の成分を有する混合ベクトルを生成して出力する入力信号分離部と、混合ベクトルから主波と主波のマルチパス波である相関性マルチパス波とを混信分離可能なアルゴリズムを用いて主波及びマルチパス波の到来方向を判定する到来方向推定部と、を備えることを特徴とする。

すなわち、観測値から先ずブラインド分離法により主波の概略の到来方向を推定し、この概略の到来方向と混合ベクトルとからさらに混信分離可能なアルゴリズムを用いて主波及びマルチパス波の到来方向を測定することを特徴とする。

＜実施形態の詳細＞
＜構成の説明＞
（構成の概要）
図1は、本実施形態の方向測定装置の構成を表す概要図である。図1に示すように本実施形態の方向測定装置は、複数のセンサ１０によって観測された観測信号をディジタルデータに変換し、サンプリングして受信波形を出力する信号変換部２０と；この受信波形からブラインド信号分離法によって信号源毎のセンサ別の成分を有する混合ベクトルを生成して出力する入力信号分離部３０と；混合ベクトルとステアリングベクトルを乗算した乗算波形を比較することにより、信号源毎の主波及びそのマルチパス波全体の中心方向を求める第１の処理と、混合ベクトルと中心方向から主波の方向を求める第２の処理と、を順に行なう到来方向推定部５０と；を備えることを特徴とする。

到来方向推定部５０から出力された分離波形と方向に関する情報である方向出力は信号連結部６０に入力し、信号連結部６０は主波を連結させて信号波形を出力する。

なお、以降方位と仰角を合わせて方向と呼ぶ。

（到来方向推定部の構成）
到来方向推定部５０は、混合ベクトルから信号源毎の主波及びマルチパス波全体の中心方向を求める概略中心方向推定部５２を備える。

さらに、到来方向推定部５０は、概略中心方向推定部５２から中心方向を入力し、混合ベクトルとこの中心方向から主波及びマルチパス波方向の決定の前処理を行なう方向推定前処理部５５と、主波の到来方向を判定する方向決定部５６とを備える。

方向推定前処理部５５は、混合ベクトルと中心方向とから、仮想的に配置されたセンサに対応する成分を有するアレイ形状変換行列の受信信号相関行列を算出する仮想的アレイ形状変換部５５１と、受信信号相関行列を部分アレイに分割し、相加平均を行なって空間スムージング行列を算出する空間スムージング部５５２と、を備える。

さらに、到来方向推定部５０は、入力信号分離部３０が出力した分離波形に対して干渉波抑制処理を行なってマルチパス歪を低減する分離部５７を備える。方向決定部５６からの方向出力はこの分離部５７に入力する。

さらに、到来方向推定部５０は、信号連結部６０への出力を切替える選択部５８を備える。

＜動作の説明＞
（信号変換部の動作）
信号変換部２０は、複数のセンサ１０によって観測された観測信号をディジタルデータに変換し、サンプリングした受信波形を出力する。

（入力信号分離部の動作）
入力信号分離部３０は、信号変換部２０から入力した受信波形から入力信号行列Ｘを生成する。センサがｎ個あるとき、入力信号分離部３０は時刻ｔにおいて以下の入力信号行列Ｘを出力する。

Ｘ＝［Ｘ１（ｔ），Ｘ２（ｔ），・・・Ｘｎ（ｔ）］^Ｔ
ただし、Ｍ^ＴはＭの転置行列である。

入力信号分離部３０は、入力信号行列Ｘからブラインド信号分離法によって信号源毎のセンサ別の成分を有する混合ベクトルと分離波形とを生成して出力する。

ここで、ブラインド信号分離法は例えば固有ベクトルビーム法、独立成分分析、因子分析などが挙げられるが、これに限られるものではない。以下、先ずブラインド信号分離法について説明し、次いで固有ベクトルビーム法について説明する。

（１）ブラインド信号分離法
Ｘは、Ａをアレイ応答ベクトル、Ｓを到来信号、Ｎを雑音とすると次の式（１）のように表すことができる。

Ｘ＝ＡＳ＋Ｎ ・・・ （１）
ここで、アレイ応答ベクトルは、到来信号の到来方向とセンサの配置及びセンサの指向性パターンによって定まる値を成分とするｎ×ｍ（ｍは信号数）の行列であり、到来信号の数と等しい数の混合ベクトルから構成される行列である。

ブラインド信号分離法はＸを用いて複数の到来信号であるＳを分離し、同時にＡを構成する混合ベクトルを推定する。すなわち、ブラインド信号分離法は次の式（２）によって求まるＳ^〜（ｔ）を再構成する。

Ｓ^〜（ｔ）＝ＺＸ（ｔ） ・・・ （２）
ただし、Ｚは分離行列、Ｓ^〜はＳの推定値を表す。

上記の推定においては、到来信号同士が独立であることを仮定する。

Ｚを求める具体的な方法はいくつか提案されているが、基本的には分離されることにより混合された信号の非ガウス性が高まる性質を利用するものや、分離されることにより、分離した信号間の時間遅延相関が小さくなる性質を利用する方法などがある。本実施形態においては、これらの提案されている方法を適宜選択して用いることができる。

（２）固有ベクトルビーム法
固有ベクトルビーム法は固有ベクトルを入力信号行列Ｘの分離ウェイトとして用いる。具体的には、固有ベクトルビーム法は次のような処理を行なう。

入力信号行列Ｘからｎ×ｎの共分散行列を生成し、この共分散行列に対して固有値解析をおこなってｎ個の固有ベクトルを求める。ｎ個の固有ベクトルのうち信号数ｍに相当するｍ個の固有ベクトルを選択する。入力信号行列Ｘに、この固有ベクトルをアレイアンテナのウェイトとして乗算し、ｍ個の信号に分離する。

ところで、ブラインド信号分離法は到来信号が独立であると言う仮定の上に成り立っている。しかし、相関性マルチパス波が存在する場合、主波と相関性マルチパス波は相関が高く独立ではない。ここで、主波と相関が高い相関性マルチパス波がある場合のブラインド信号分離法の出力について検討する。

ある信号の主波の混合行列を［ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_ｎ］^Ｔ、構造物等による主波の反射波、すなわち主波のマルチパス波を［ｃ_１，ｃ_２，・・・，ｃ_ｎ］^Ｔ、これらの線形結合を［ａ_１，ａ_２，・・・，ａ_ｎ］^Ｔとし、ｅを複素数とすると、次の式（３）が表せる。

［ａ_１，ａ_２，・・・，ａ_ｎ］^Ｔ＝［ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_ｎ］^Ｔ＋ｅ［ｃ_１，ｃ_２，・・・，ｃ_ｎ］^Ｔ ・・・ （３）
ブラインド信号分離法は、独立ではない２つの到来信号の線形結合によって表すことのできる信号を分離しようとした場合、合成された１つの信号として出力されてしまう。従って、相関性マルチパス波が存在する場合、［ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_ｎ］^Ｔではなく、［ａ_１，ａ_２，・・・，ａ_ｎ］^Ｔが出力されるが、これは主波の混合ベクトルとは異なるものである。

このため、［ａ_１，ａ_２，・・・，ａ_ｎ］^Ｔを用いて到来信号の到来方向を計算すると、主波と相関性マルチパス波の到来方向が接近しており、信号強度及び位相が略等しいときは主波と相関性マルチパス波の中央方向が出力され、主波と相関性マルチパス波の方向差が大きいか、位相差の状態によっては解が不定となり方向が求まらない。

（概略中心方向推定部の動作）
概略中心方向推定部５２は、後述するステアリングベクトル乗算比較法、又は後述する一般化モードベクトル法のうちいずれかを用いて、信号源毎のマルチパス波の中心方向を求めることができる。ステアリングベクトル乗算比較法は一般化モードベクトル法に比べて演算量が少ない。

（１）ステアリングベクトル乗算比較法
概略中心方向推定部５２は、混合ベクトルにステアリングベクトルを乗算した乗算波形を比較することにより、中心方向を求める。

ステアリングベクトルとは、到来信号の検出対象とする方位の範囲及び仰角の範囲のセンサの応答特性を示すものである。このステアリングベクトルについては、例えば非特許文献１に詳細な説明がある。

概略中心方向推定部５２は、方位及び仰角を変化させて順次混合ベクトルとステアリングベクトルとを乗算し、乗算波形を算出する。次に、概略中心方向推定部５２は、最大値をもたらす方位及び仰角を到来信号の概略の中心方向と判定し、出力する。

なお、本願の出願人の出願に係る特願２００６−２１７３５３号には、このステアリングベクトル乗算比較法が詳細に述べられている。

（２）一般化モードベクトル法
概略中心方向推定部５２は、一般化モードベクトル法を用いて、入力信号分離部３０から入力した混合ベクトルと、方位及び仰角に対応するアレイ応答ベクトル及びアレイ応答ベクトルの方位の一次微分値及びアレイ応答ベクトルの仰角の一次微分値とから、信号源毎のマルチパス波の中心方向を求める。

すなわち、概略中心方向推定部５２は、アレイ応答ベクトルを順次変化させ、混合ベクトルと、方位及び仰角に対応するアレイ応答ベクトル及びアレイ応答ベクトルの方位の一次微分値及びアレイ応答ベクトルの仰角の一次微分値と、を変数とする第１の評価式の値を比較することにより、中心方向を求める。

以下、一般化モードベクトル法について説明する。主波と相関性マルチパス波の混合ベクトルは上述したように、次の式（４）によって表すことができる。

ＭＡ＝［ａ_１，ａ_２，・・・，ａ_ｎ］^Ｔ＝ｄ［ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_ｎ］^Ｔ＋ｅ［ｃ_１，ｃ_２，・・・，ｃ_ｎ］^Ｔ ・・・ （４）
ただし、ｄ，ｅは複素数。

また、到来信号の到来方向を求めるためのアレイ応答ベクトルをＲ（φｉ，θｉ）とする。ここで、φは方位、θは仰角を表す。Ｒ（φｉ，θｉ）はφ、θごとにテーブル管理してもよい。

さらに、δＲ（φｉ，θｉ）／δφをＲ（φｉ，θｉ）の方位の一次微分値、δＲ（φｉ，θｉ）／δθをＲ（φｉ，θｉ）の仰角の一次微分値とする。

ここで、Ｄを次の式（５）のように定義する。

Ｄ＝［Ｒ（φｉ，θｉ） δＲ（φｉ，θｉ）／δφ δＲ（φｉ，θｉ）／δθ］ ・・・ （５）
Ｄはある方向（φｉ，θｉ）における、アレイ応答ベクトル、アレイ応答ベクトルの方位の一次微分値、アレイ応答ベクトルの仰角の一次微分値から構成されるｎ行３列の行列である。

また、Ｑ１及びＱ２を次の式（６）及び（７）のように定義する。

Ｑ１＝Ｄ^Ｈ（Ｉ−（ＭＡ）（ＭＡ）^Ｈ））Ｄ ・・・ （６）
ただし、Ｍ^ＨはＭの共役転置行列、Ｉはｎ行ｎ列の単位行列とする。

Ｑ２＝Ｄ^ＨＤ ・・・ （７）
このとき、第１の評価式Ｐｍを次の式（８）のように定義する。

Ｐｍ＝１／Ａｂｓ（ｄｅｔ（Ｑ１）／ｄｅｔ（Ｑ２）） ・・・ （８）
ただし、Ａｂｓ（ｋ）はｋの絶対値を取る関数。ｄｅｔ（Ｍ）はＭの行列式の演算を示す。

概略中心方向推定部５２は、φとθを順次変化させ、対応するＲ（φｉ，θｉ）をテーブルから読み込み、Ｐｍを算出する。このＰｍの値の最大値を与える（φｉ，θｉ）を、主波と主波のマルチパス波の到来方向の合成方向、すなわち主波と相関性マルチパス波の到来方向のベクトルの合成方向と判定する。この合成方向は到来信号の到来方向の概略の中心を推定するものである。

（方向推定前処理部の動作）
方向推定前処理部５５は、混合ベクトルと中心方向とから、仮想的に配置されたセンサに対応する成分を有するアレイ形状変換行列の受信信号相関行列を算出する仮想的アレイ形状変換部５５１と、この受信信号相関行列を部分アレイに分割し、相加平均を行なって空間スムージング行列を算出する空間スムージング部５５２と、を備える。以下、順に説明する。

（１）仮想的アレイ形状変換部５５１の動作
混合ベクトルをＭＡ_１，ＭＡ_２，・・・ＭＡ_ｍとする。これらの混合ベクトルはｎ行１列のベクトルである。なお、ｎはセンサの数である。また、これらの混合ベクトルは、相関性マルチパスが存在する場合、２つ以上のステアリングベクトルの線形結合となっている。仮想的アレイ形状変換部５５１は、相関行列Ｒを生成し、アレイ変換行列Ｂを決定し、受信信号相関行列Ｒｃを算出する。

（ｉ）相関行列Ｒの生成
仮想的アレイ形状変換部５５１は、まず相関行列Ｒを、次の式（９）のように生成する。

Ｒ＝（ＭＡ_１）（ＭＡ_１）^Ｈ＋σＩ ・・・ （９）
ただし、σは擬似雑音を表す定数、Ｉはｎ×ｎの単位行列である。

σはＭＡ_１の各要素の絶対値の最小値よりも小さな値を目安とし、以降の行列演算を安定化させるために必要に応じて使用する。

（ｉｉ）アレイ変換行列Ｂの生成
仮想的アレイ形状変換部５５１は、アレイ変換行列Ｂを、次のように生成する。

概略中心方向推定部５２が出力した中心方向を（φｃ，θｃ）とする。仮想的アレイ形状変換部５５１は、相関性マルチパス波が存在すると思われる範囲であるセクタ範囲が設定される。このセクタ範囲は、例えば方位±６°、仰角±２５°のように設定できる。セクタ範囲内の角度をセクタ角（φ（ｐ），θ（ｐ））とする。

セクタ範囲に対応する実際のアレイのステアリングベクトルａによってＡを以下の式（１０）のように定義する。

Ａ≡［ａ（φ（１），θ（１）），・・・，ａ（φ（ｐ），θ（ｐ））］ ・・・ （１０）
セクタ範囲に対応する仮想アレイのステアリングベクトルａ￣によってＡ￣を以下の式（１１）のように定義する。

Ａ￣≡［ａ￣（φ（１），θ（１）），・・・，ａ￣（φ（ｐ），θ（ｐ））］ ・・・ （１１）
ただし、≡は定義することを意味する。

仮想的アレイ形状変換部５５１は、次の式（１２）の評価関数Φが最小になるアレイ変換行列Ｂを算出する。

Φ＝||ＢＡ−Ａ￣||_F ² ・・・ （１２）
ここで、|| || _F ²はFrobenius normを表し、具体的には行列の各要素の絶対値を２乗した後、全てを足し合わせる計算である。

（ｉｉｉ）受信信号相関行列Ｒｃの生成
仮想的アレイ形状変換部５５１は、受信信号相関行列Ｒｃを次の式（１３）のように生成する。

Ｒｃ＝ＢＲＢ^Ｈ ・・・ （１３）
（２）空間スムージング部５５２の動作
（ｉ）空間スムージング行列Ｒ’の算出
空間スムージング部５５２は、仮想的アレイ形状変換部５５１が出力したＲｃを入力し、Ｒｃを部分アレイに分割してスムージング処理を行ない、空間スムージング行列Ｒ’を次の式（１４）により算出する。

Ｒ’＝Σ_ｉ［Ｒｃ］ｓ^ｉ ・・・ （１４）
ただし、［Ｒｃ］ｓ^ｉはＲｃの部分行列であり、Ｒｃの第ｉサブアレイの受信信号相関行列である。

方向推定前処理部５５は、以上の（１）（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）及び（２）（ｉ）の動作をＭＡ_ｍまで順に行なう。

なお、本願の出願人の出願に係る特開２００１−１８３４３７号公報には、この空間スムージング行列Ｒ’の算出の方法が詳細に述べられている。本実施形態においてはこの特開２００１−１８３４３７号公報に記載されているいずれの実施例にかかる方法も採用できる。

（方向決定部の動作）
方向決定部５６は、空間スムージング行列から主波と相関性マルチパス波とを分離可能なアルゴリズムを用いて主波及び相関性マルチパス波の到来方向を判定する。

主波と相関性マルチパス波とを分離可能なアルゴリズムは、例えばＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、ＷＳＦ（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｓｕｂｓｐａｃｅ Ｆｉｔｔｉｎｇ）法、ＭＬ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）法、最小分散法、ＤＯＳＥ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｕｒｃｅ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ）法、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）法、ＶＥＳＰＡ（Ｖｉｒｔｕａｌ ＥＳＰｒｉｔ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）法などが挙げられるが、これらに限られるものではない。

これらのアルゴリズムの詳細は、本願の出願人の出願に係る特許第３８５７２０４号公報に詳細に述べられている。

（分離部の動作）
入力信号分離部３０の出力である分離波形は、相関性マルチパス波が混合した状態になっているため、信号にマルチパス歪が発生している場合がある。このため、分離波形から相関性マルチパス波を分離し、信号品質を改善する必要がある。

分離部５７は、方向決定部５６から主波の到来方向に関する情報を入力し、信号変換部２０が出力した受信波形から相関性マルチパス波を分離する干渉波抑制処理を行なう。分離部５７が干渉波抑制処理に用いるアルゴリズムは、例えばＭＳＮ（最大ＳＮＲ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）法、ＤＣＭＰ（方向拘束付出力電力最小化：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ−ＣＭＰ）法などのアダプティブ・ヌルのアルゴリズムなどが挙げられるが、これらに限られるものではない。

これらの干渉波抑制処理に用いるアルゴリズムは、非特許文献１に詳細な記載がある。

（選択部及びスイッチ）
選択部５８及びスイッチ５１Ｃは、操作者の選択に従い、概略中心方向推定部５２と方向推定前処理部５５及び方向決定部５６により相関性マルチパス波を分離した分離波形と到来方向、または概略中心方向推定部５２のみにより推定された分離波形と到来方向と、を選択的に出力する。

（信号連結部の動作）
信号連結部６０は、到来方向の情報に基づいて分離波形を連結し、信号波形として出力する。

＜出力結果＞
計算機を用いて、到来信号の条件を以下のように設定してシミュレーションを行なった。

（条件）
主波；方位：９９．５°、仰角：２０°、信号強度：雑音に対して１０ｄＢ
相関性マルチパス波；方位：１０３°、仰角：３０°、信号強度：雑音に対して１０ｄＢ
主波と相関性マルチパス波の相関：１
試行回数：３０回
図２は、方位の出力結果である。横軸は施行回、縦軸は方位（°）である。図２（ａ）は通常のＭＵＳＩＣ法のみを用いた場合である。閾値を５ｄＢとした場合、方位は検出できない。図２（ｂ）は従来のブラインド分離のみを用いる方法である。主波と相関性マルチパス波は分離されず、しかも主波の到来方向とずれた結果が出力されている。図２（ｃ）は、本願にかかる提案手法の結果である。主波の●と相関性マルチパス波の×が分離され、それぞれ正確な方位を示している。

図３は、仰角の出力結果である。横軸は施行回、縦軸は仰角（°）である。図３（ａ）は通常のＭＵＳＩＣ法のみを用いた場合である。閾値を５ｄＢとした場合、仰角は検出できない。図３（ｂ）は従来のブラインド分離のみを用いる方法である。主波と相関性マルチパス波は分離されず、しかも主波の到来方向とずれた結果が出力されている。図３（ｃ）は、本願にかかる提案手法の結果である。主波の●と相関性マルチパス波の×が分離され、それぞれ正確な方位を示している。

図４は、方位のヒストグラムである。横軸は方位（°）、縦軸は回数である。図４（ａ）は通常のＭＵＳＩＣ法のみを用いた場合である。閾値を５ｄＢとした場合、方位は検出できない。図４（ｂ）は従来のブラインド分離のみを用いる方法である。主波と相関性マルチパス波は分離されず、しかも主波の到来方向とずれた結果が出力されている。図４（ｃ）は、本願にかかる提案手法の結果である。主波と相関性マルチパス波が分離され、それぞれ正確な方位を示している。

図５は、概略中心方向推定部５２が出力した中心方向と、方向決定部５６が出力した出力方向の関係を示すグラフである。点線の交点は中心方向であり、白い楕円は出力方向である。中心方向は出力方向からずれている。

このように、本実施形態の方向測定装置によれば、相関性マルチパス波が存在していても主波の到来方向を正確に測定することができる。

＜本実施形態の効果＞
以上述べたように、本実施形態の方向測定装置は、観測値から先ずブラインド分離法により主波の概略の到来方向を推定し、この到来方向から到来する信号からさらに混信分離可能なアルゴリズムを用いて主波の到来方向を測定する。このため、本実施形態の方向測定装置は、相関性マルチパス波が存在しても主波を相関性マルチパス波とから分離し、主波の到来方向を正確に測定することができるという効果がある。

さらに、ブラインド信号分離法のみを用いた従来の装置においては最大でセンサ数までの信号の到来方向までしか原理的に求まらないが、本実施形態の方向測定装置は、相関性マルチパスの数を加えるとセンサ数を超える場合においても主波と相関性マルチパス波の到来方向を求めることができるという効果がある。

＜本発明の具体化における可能性＞
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。

本実施形態の方向測定装置の構成を表す概要図である。 方位の出力結果である。 仰角の出力結果である。 方位のヒストグラムである。 概略中心方向推定部が出力した中心方向と、方向決定部が出力した出力方向の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０：センサ、
２０：信号変換部、
３０：入力信号分離部、
５０：到来方向推定部、
５１Ｃ：スイッチ、
５２：概略中心方向推定部、
５５：方向推定前処理部、
５６：方向決定部、
５７：分離部、
５８：選択部、
６０：信号連結部、
５５１：仮想的アレイ形状変換部、
５５２：空間スムージング部。

Claims (13)

1. 複数のセンサによって観測された観測信号をサンプリングしてディジタル変換した受信波形を出力する信号変換部と、
   前記受信波形からブラインド信号分離法によって信号源毎のセンサ別の成分を有する混合ベクトルを生成して出力する入力信号分離部と、
   前記混合ベクトルから主波と主波のマルチパス波である相関性マルチパス波とを分離してこれらの主波及び前記相関性マルチパス波の到来方向を判定する到来方向推定部と、
   を備えることを特徴とする、方向測定装置。
2. 複数のセンサによって観測された観測信号をサンプリングしてディジタル変換した受信波形を出力する信号変換部と、
   前記受信波形からブラインド信号分離法によって信号源毎のセンサ別の成分を有する混合ベクトルを生成して出力する入力信号分離部と、
   前記混合ベクトルから主波と主波のマルチパス波である相関性マルチパス波とを混信分離可能なアルゴリズムを用いてこれらの主波及び前記相関性マルチパス波の到来方向を判定する到来方向推定部と、
   を備えることを特徴とする、方向測定装置。
3. 複数のセンサによって観測された観測信号をサンプリングしてディジタル変換した受信波形を出力する信号変換部と；
   前記受信波形からブラインド信号分離法によって信号源毎のセンサ別の成分を有する混合ベクトルを生成して出力する入力信号分離部と；
   前記混合ベクトルから、信号源毎の主波及びそのマルチパス波全体の中心方向を求める第１の処理と、
   前記混合ベクトルと前記中心方向から前記主波及びマルチパス波の方向を求める第２の処理と、を順に行なう
   到来方向推定部と；
   を備えることを特徴とする、方向測定装置。
4. 複数のセンサによって観測された観測信号をサンプリングしてディジタル変換した受信波形を出力する信号変換部と；
   前記受信波形からブラインド信号分離法によって信号源毎のセンサ別の成分を有する混合ベクトルを生成して出力する入力信号分離部と；
   前記混合ベクトルから、信号源毎の主波及びそのマルチパス波全体の中心方向を求める概略中心方向推定部と、
   前記混合ベクトルと前記中心方向から前記主波及びそのマルチパス波の到来方向を求める方向決定部と、
   を備える到来方向推定部と；
   を備えることを特徴とする方向測定装置。
5. 前記概略中心方向推定部が、
   前記混合ベクトルとステアリングベクトルを乗算した乗算波形を比較することにより、前記中心方向を求める、ことを特徴とする請求項４記載の方向測定装置。
6. 前記概略中心方向推定部が、
   アレイ応答ベクトルを順次変化させ、
   前記混合ベクトルと、方位及び仰角に対応する前記アレイ応答ベクトル及び前記アレイ応答ベクトルの方位の一次微分値及び前記アレイ応答ベクトルの仰角の一次微分値と、を変数とする第１の評価式の値を比較することにより、前記中心方向を求める、ことを特徴とする請求項４記載の方向測定装置。
7. 複数のセンサによって観測された観測信号をサンプリングしてディジタル変換した受信波形を出力する信号変換部と；
   前記受信波形からブラインド信号分離法によって信号源毎のセンサ別の成分を有する混合ベクトルを生成して出力する入力信号分離部と；
   前記混合ベクトルとステアリングベクトルを乗算した乗算波形を比較することにより、信号源毎の主波及びそのマルチパス波全体の中心方向を求める概略中心方向推定部と、
   前記混合ベクトルと前記中心方向とから、仮想的に配置されたセンサに対応する成分を有するアレイ形状変換行列の受信信号相関行列を算出する仮想的アレイ形状変換部と、
   前記受信信号相関行列を部分アレイに分割し、相加平均を行なって空間スムージング行列を算出する空間スムージング部と、
   前記空間スムージング行列から主波と主波のマルチパス波である相関性マルチパス波とを混信分離可能なアルゴリズムを用いてこれら主波及び前記相関性マルチパス波の到来方向を判定する方向決定部と、
   を備える到来方向推定部と；
   を備えることを特徴とする方向測定装置。
8. 複数のセンサによって観測された観測信号をサンプリングしてディジタル変換した受信波形を出力する信号変換部と；
   前記受信波形からブラインド信号分離法によって信号源毎のセンサ別の成分を有する混合ベクトルを生成して出力する入力信号分離部と；
   前記混合ベクトルと、方位及び仰角に対応するアレイ応答ベクトル及び前記アレイ応答ベクトルの方位の一次微分値及び前記アレイ応答ベクトルの仰角の一次微分値とから、信号源毎の主波及びそのマルチパス波全体の中心方向を求める概略中心方向推定部と、
   前記混合ベクトルと前記中心方向とから、仮想的に配置されたセンサに対応する成分を有するアレイ形状変換行列の受信信号相関行列を算出する仮想的アレイ形状変換部と、
   前記受信信号相関行列を部分アレイに分割し、相加平均を行なって空間スムージング行列を算出する空間スムージング部と、
   前記空間スムージング行列から主波と主波のマルチパス波である相関性マルチパス波とを混信分離可能なアルゴリズムを用いてこれら主波及び前記相関性マルチパス波の到来方向を判定する方向決定部と、
   を備える到来方向推定部と；
   を備えることを特徴とする方向測定装置。
9. 前記混信分離可能なアルゴリズムは、
   ＭＵＳＩＣ法、ＷＳＦ法、ＵＳＦ法、ＭＬ法、最小分散法、ＤＯＳＥ法、ＥＳＰＲＩＴ法、ＶＥＳＰＡ法から１つ選ばれることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の方向測定装置。
10. 前記到来方向推定部は、
    前記信号変換部が出力した前記受信波形に対して干渉波抑制処理を行なってマルチパス歪を低減するマルチパス波分離部をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方向測定装置。
11. 前記干渉波抑制処理は、
    アダプティブ・ヌルのアルゴリズムの１つをアルゴリズムとして採用することを特徴とする請求項１０記載の方向測定装置。
12. 前記ブラインド信号分離法が固有ベクトルを前記受信波形の分離ウェイトとして用いる固有ベクトルビーム法であることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方向測定装置。
13. 前記方向測定装置が、
    前記分離波形と、前記到来方向推定部が出力した到来方向とから、時間分割された受信信号を選択された到来方向に従って連結して出力する信号連結部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方向測定装置。