JP2009529660A - 強度が低い、またはサンプルサイズが小さいシナリオでの到来方向推定方法およびそのシステム - Google Patents
強度が低い、またはサンプルサイズが小さいシナリオでの到来方向推定方法およびそのシステム Download PDFInfo
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Abstract
Description
と信号依存パラメータμκから、重みの集合を構成するステップと、特定のコスト関数から、特定の要求事項を満たすようなK個の解を求めるスップと、を含む。
y(n)=As(n)+n(n) (1)
ただし、
・s(n)は、Κ個の異なる波源または反射体により送信または反射された信号のサンプルを含むΚ×1の列ベクトルである。
・n(n)は、n番目の時刻においてフロントエンド(30,31,32,33…)により生成された(熱)騒音サンプルを含むM×1の列ベクトルである。
・Aは列a(θ1),…,a(θΚ)(ただし、a(θ)は角度θから送られる信号に関連するアレイ応答であり、θ1,…,θΚは、その状況に存在するΚ個の指向性波源のDoAである)のM×K行列である。アレイ応答a(θ)は、M×1の列ベクトルであり、その成分(entry)は到来角度の関数である。各波形はM個の受信素子のセンサまたはアンテナアレイにおいて、異なる到来角度θ(つまり到来方向)で到来するため、式(1)により表される信号においては、Κ個の波源の各々が角度θ1,…,θΚでの関数a(θ)を評価することによって得られる列ベクトルM×1とともに寄与する。
1.N個の列ベクトルまたはスナップショットの集合{y(1),…,y(N)}から、サンプル空間相関行列またはサンプル共分散行列R^を計算する。
好ましい実施例において、このサンプル空間相関行列は次の形となる。
M≦Nの場合、これらM個の解は基本的にすべて異なる。λ^kの数値のいくつかが異ならない場合、つまり、これらがリスト{λ^1,…,λ^M}の中で繰り返される場合、μkもリスト{μ1,…,μM}の中で、λ^kがリスト{λ^1,…,λ^M}で繰り返されるのと同じ回数だけ繰り返される。
M>Nの場合、μ1=…=μM−N=0と設定し、μM−N+1≦…≦μMが上記の式のμに正の解を含むようにする。これらの解は、原則としてすべて異なる。前述のように、λ^kの数値のいくつかが異ならない場合、つまり、リスト{λ^M−N+1,…,λ^M}において繰り返される場合、数値μkもまた、λ^kがリスト{λ^M−N+1,…,λ^M}の中で繰り返されるのと同じ回数だけ{μM−N+1,…,μM}において繰り返される。
ここで、θ1,…,θk−1はそれ以前の反復において検出されたDoA、‖・‖はベクトルのユークリッドノルムを表す。
を使う代わりに、これをMb×Mb変換した、
Claims (30)
- M個(Mは自然数であり、M>1である)の受信素子(1,2,3,4…)によって少なくとも1つの波形(wa)を受信し、前記M個の受信素子(1,2,3,4…)の各々の出力において1つの検出された信号(d1,d2,d3,d4…)を取得するステップと、
M個の前処理ユニット(30,31,32,33…)において前記M個の検出された信号(d1,d2,d3,d4…)を処理し、M個の処理済み信号(f1,f2,f3,f4…)を取得するステップと、
N回(Nは自然数である)の時刻において、信号処理ユニット(40)で前記M個の処理済み信号(f1,f2,f3,f4…)をサンプリングし、対応するサンプル値を取得するステップと、
前のステップで取得した前記サンプル値から、N個の列ベクトルy(1),…,y(N)(ただし、y(n)は、あるサンプリング時刻nについて、M行の列ベクトルを表し、前記M行の各々はそのサンプリング時刻nにおいて対応する受信素子(1,2,3,4…)に関連付けられた前記サンプル値を有する)を作るステップと、
前記N個の列ベクトルの集合y(1),…,y(N)から、サンプル空間相関行列R^
を計算するステップと、
前記サンプル空間相関行列R^から、すべての固有ベクトルe^k(ただし、k=1…M)とすべての固有値
さらに、
前のステップにおいて取得した前記すべての固有ベクトルe^kと前記すべての固有値
すでに取得した前記固有値
特定のコスト関数から、特定の要求事項を満足するようなK個の解を求めるステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
N>Mであり、NとMは自然数であることを特徴とする方法。 - 請求項に記載の方法であって、
N=Mであり、NとMは自然数であることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
N<Mであり、NとMは自然数であることを特徴とする方法。 - 請求項1から4のいずれかに記載の方法であって、
前記少なくとも1つの波形(wa)を受信する前記ステップは、M個のセンサまたはアンテナ素子のアレイ(1,2,3,4…)によって行われることを特徴とする方法。 - 請求項1から5のいずれかに記載の方法であって、
K個の波源があり、その各々が波形を発生することを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、
前記信号処理ユニット(40)において、列ベクトルa(θ)の数値を取得し、保存するステップを含み、前記列ベクトルa(θ)はM個の受信素子の各々に対応するM本の行を有し、前記M本の行の各々は、探査対象の到来方向θに応じた関数を有することを特徴とする方法。 - 請求項7に記載の方法であって、さらに、
前記M個の受信素子のアレイを、
前記M個の受信素子のアレイに、前記方向θから到来する波形をシミュレートする参照信号の集合を印加し、
前記信号処理ユニット(40)において、前記M個の素子の各々で取得される前記受信した参照信号の応答を測定してa(θ)を取得する
ことによって校正するステップを含むことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、
前記M個の受信素子のアレイ(1,2,3,4…)を、
前記M個の受信素子のアレイ(1,2,3,4…)に参照信号の集合を印加し、
前記信号処理ユニット(40)において、前記M個の前処理ユニット(30,31,32,33,…)の前記出力での前記受信した参照信号の応答を測定し、
前記M個の前処理ユニット(30,31,32,33,…)の前記応答を、前記M個の前処理ユニット(30,31,32,33,…)の前記出力で測定された前記信号が、前記第一のステップで挿入された前記参照信号にできるだけ近くなるように変調する
ことによって校正するステップを含むことを特徴とする方法。 - 請求項10に記載の方法であって、
N<Mの場合、μ1=…=μM−N=0であり、μM−N+1≦…≦μMは前記式のμの正の解であることを特徴とする方法。 - 請求項1から13のいずれかに記載の方法であって、
前記サンプル空間相関行列R^は、当業者に周知の他のどの形態でもよいことを特徴とする方法。 - 請求項12に記載の方法であって、M個の受信素子(1,2,3,4…)が等間隔線形アレイを形成するとき、前記方法はさらに、
行列
多項式
複素多項式D(z)の根から、数量f(|D(exp(jarg(zk)))|)(ただし、f(・)は実数値増大関数である)を極小化するか、あるいは数量g(|D(exp(jarg(xk)))|)(ただし、g(・)は実数値減少関数である)を極大化するものとして選択するステップと(両関数においてjは虚数単位であり、arg(・)は複素数の偏角を表し、||は複素数のモジュールを表す)、
z1,…,zKからK個の推定到来方向、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項12に記載の方法であって、請求項7に従属するとき、
前記M個の受信素子(1,2,3,4…)が等間隔線形アレイを形成するとき、前記方法はさらに、
前記M個の素子のアレイを、それぞれL個の受信素子を含むMss個のより小さなサブアレイ(ただし、MssとLは自然数である)に分割するステップと、
前記N個の列ベクトルy(1),…,y(N)の各々を、それぞれL本の行を含むMss個のより小さな列ベクトルyMss(1),…,yMss(N)に分割するステップと、
前記Mss個のより小さなサブアレイの各々においてMss個のサンプル空間相関行列を計算するステップと、
前記Mssサンプル空間相関行列を平均し、そこから平均L×Lの空間相関行列R^を構成するステップと、
a(θ)の最初のL行を選択することにより、列ベクトルass(θ)を構成するステップと、
コスト関数
f(η(θ))
(ただし、f(・)は実数値増加関数である)のK個の最深極小値を選択するか、あるいはコスト関数
g(η(θ))
(ただし、g(・)は実数値減少関数である)のK個の最高極大値を選択する(さらに、両関数において、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項12に記載の方法であって、さらに、
前記信号処理ユニット(40)で得られた前記サンプル値にMb×Mの行列B(ただし、M<Mbである)を乗じることにより、到来方向の選択された領域を通じてアルゴリズムの分解能を改善するステップを含み、前記行列Bの数値は前記受信素子の前記アレイ配置に依存することを特徴とする方法。 - 請求項1から21のいずれかに記載の方法であって、
前記少なくとも1つの受信波形(wa)は無線周波数信号またはマイクロ波信号であることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法の前記ステップを実行するように構成された手段を備えることを特徴とするシステム。
- 請求項23に記載のシステムであって、
前記受信ユニット(1,2,3,4…)は、M個のセンサまたはアンテナ素子のアレイであることを特徴とするシステム。 - 請求項23または24のいずれかに記載のシステムであって、
前記M個の前処理ユニット(30,31,32,33…)は無線周波数または音響フロントエンド(30,31,32,33…)であることを特徴とするシステム。 - 請求項23から25のいずれかに記載のシステムであって、
前記少なくとも1つの受信された波形(wa)は、少なくとも1つの波源によって生成されることを特徴とするシステム。 - 請求項26に記載のシステムであって、
前記少なくとも1つの波源は送信機であることを特徴とするシステム。 - 請求項26に記載のシステムであって、
前記少なくとも1つの波源は、他の波源により生成された音波または電波の反射であることを特徴とするシステム。 - 請求項23から28のいずれかに記載のシステムであって、
前記少なくとも1つの受信波形(wa)は無線周波数信号またはマイクロ波信号であることを特徴とするシステム。 - コンピュータプログラムであって、
コンピュータ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途集積回路、マイクロプロセッサあるいはその他の形態のプログラム可能なハードウェア上で実行されたときに請求項1に記載の方法の前記ステップを実行するように構成されたコンピュータプログラムコード手段でなることを特徴とするコンピュータプログラム。
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