JP2011102733A - Measuring device - Google Patents
Measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011102733A JP2011102733A JP2009257207A JP2009257207A JP2011102733A JP 2011102733 A JP2011102733 A JP 2011102733A JP 2009257207 A JP2009257207 A JP 2009257207A JP 2009257207 A JP2009257207 A JP 2009257207A JP 2011102733 A JP2011102733 A JP 2011102733A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- observation data
- data length
- signal
- unit
- measurement processing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
この発明は、並べて配置された複数のセンサで信号源からの到来信号を受信し、例えば到来信号の入射角度(信号源の方位)を推定する測角装置等の測定装置に関する。 The present invention relates to a measuring device such as a horn measuring device that receives an incoming signal from a signal source by a plurality of sensors arranged side by side and estimates an incident angle (direction of the signal source) of the incoming signal, for example.
空間的に並べて配置された複数のセンサを用いる測角装置では、各センサで受信された観測データ間に存在する振幅差や位相差に基づいて到来信号の入射角度が推定される。並べて配置された複数のセンサを用いて到来信号の入射角度を推定するものとして、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)法等を用いる測角装置が知られている(例えば、非特許文献1参照)。 In an angle measuring device using a plurality of sensors arranged side by side, the incident angle of an incoming signal is estimated based on an amplitude difference or a phase difference existing between observation data received by each sensor. An angle measuring device using a MUSIC (Multiple Signal Classification) method or the like is known as one that estimates an incident angle of an incoming signal using a plurality of sensors arranged side by side (see, for example, Non-Patent Document 1).
このような測角装置では、信号源から送信された信号が各センサで受信されるまでに、複数の経路を伝搬するマルチパス伝搬環境が成立する。このマルチパス伝搬環境下において、信号源、センサ、および信号の反射や回折によってマルチパス伝搬環境を構成する原因となる物体(マルチパス発生源)のうち、少なくとも1つが独立に移動すると、互いに異なる経路を伝搬してセンサに受信された信号の素波間にドップラ周波数差が生じる。 In such an angle measuring device, a multipath propagation environment in which a plurality of routes are propagated is established before a signal transmitted from a signal source is received by each sensor. In this multipath propagation environment, when at least one of the signal source, the sensor, and the object (multipath generation source) that causes the multipath propagation environment due to reflection and diffraction of the signal moves independently, they are different from each other. A Doppler frequency difference is generated between the elementary waves of the signal propagated along the path and received by the sensor.
ここで、信号源、センサおよびマルチパス発生源の何れかの移動速度が大きい(ドップラ周波数差が大きい)場合には、ドップラ周波数差により各素波を容易に分離することができ、各素波の測角処理を容易に実行することができる。しかしながら、移動速度が小さい(ドップラ周波数差が小さい)場合には、ドップラ周波数差による各素波の分離が困難となって正確な素波数を検出することができず、複数の素波が混ざった状態で測角処理を実行することとなる。ドップラ周波数の互いに異なる複数の素波が混ざった状態で、かつ複数の素波の入射角度が互いに近接している場合には、測角処理結果において、信号源の方位を表す入射角度真値に対するバイアス誤差が時間的に変動するという問題があった。 Here, when the moving speed of any one of the signal source, the sensor, and the multipath generation source is large (the Doppler frequency difference is large), each elementary wave can be easily separated by the Doppler frequency difference. The angle measuring process can be easily executed. However, when the moving speed is low (the Doppler frequency difference is small), it is difficult to separate each elementary wave due to the Doppler frequency difference, and the accurate number of elementary waves cannot be detected, and a plurality of elementary waves are mixed. The angle measurement process is executed in the state. When a plurality of elementary waves with different Doppler frequencies are mixed and the incident angles of the plurality of elementary waves are close to each other, in the angle measurement processing result, with respect to the true value of the incident angle representing the azimuth of the signal source There was a problem that the bias error fluctuated with time.
例えば、素波間にドップラ周波数差が存在しない場合には、各素波の分離は極めて困難であるが、測角処理結果において、入射角度真値に対して存在するバイアス誤差は常に一定である。すなわち、時間的変動のない定常的な出力なので、測角処理結果の信頼度は高い。これに対して、素波間に小さなドップラ周波数差が存在すると、測角処理結果において、入射角度真値に対して存在するバイアス誤差が時間的に変動するので、測角処理結果の信頼度は低下する。 For example, when there is no Doppler frequency difference between the elementary waves, it is extremely difficult to separate the elementary waves, but in the angle measurement processing result, the bias error existing with respect to the true value of the incident angle is always constant. That is, since the output is steady without time fluctuation, the reliability of the angle measurement processing result is high. On the other hand, if there is a small Doppler frequency difference between the elementary waves, the reliability of the angle measurement result decreases because the bias error that exists with respect to the true value of the incident angle varies with time in the angle measurement result. To do.
なお、複数の素波を正確に分離できない原因の1つとして、ドップラ周波数差に対して観測データ長が最適でないことが挙げられる。一般に、fHzのドップラ周波数差を分離するためには、少なくとも1/f秒の観測データ長が必要となる。すなわち、1Hzのドップラ周波数差を分離するためには、少なくとも1秒の観測データ長が必要となる。観測データ長が1/f秒よりも短ければ、各素波の分離は困難となる。 Note that one of the reasons why a plurality of elementary waves cannot be accurately separated is that the observation data length is not optimal with respect to the Doppler frequency difference. In general, in order to separate the Doppler frequency difference of fHz, an observation data length of at least 1 / f second is required. That is, in order to separate the 1 Hz Doppler frequency difference, an observation data length of at least 1 second is required. If the observation data length is shorter than 1 / f seconds, it is difficult to separate the individual waves.
また、観測データ長が長くなるほど、測角精度は向上すると考えられている。これは、観測データ長を長くすることにより、各センサで受信された信号の信号対雑音電力比を高めることができるからである。観測データ長を長くして測角精度を向上させるものとして、観測データを保存する手段を有する測角装置が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
Moreover, it is considered that the angle measurement accuracy improves as the observation data length increases. This is because the signal-to-noise power ratio of the signal received by each sensor can be increased by increasing the observation data length. 2. Description of the Related Art Angle measuring devices having means for storing observation data are known as means for increasing observation data length to improve angle measurement accuracy (see, for example,
以下、図7を参照しながら、特許文献1、2に記載された従来の測角装置について説明する。図7は、従来の測角装置を示すブロック構成図である。
図7において、この測角装置は、複数のセンサ51a〜51m、受信部52、観測データ保存部53、データ統計処理部54、測角処理部55および測角結果出力部56を備えている。
Hereinafter, the conventional angle measuring device described in
In FIG. 7, the angle measuring device includes a plurality of
複数のセンサ51a〜51mは、並べて配置され、それぞれ信号源(図示せず)から送信された信号を受信する。受信部52は、複数のセンサ51a〜51mのそれぞれで受信された信号を、単位時間帯の観測データベクトルとして受信する。観測データ保存部53は、受信部52で受信された単位時間帯の観測データベクトルを保存する。
The plurality of
データ統計処理部54は、受信部52で受信された単位時間帯の観測データベクトルと観測データ保存部53に保存された過去の観測データベクトルとに基づいて、統計処理を実行する。測角処理部55は、データ統計処理部54で統計した統計データに基づいて測角処理を実行する。測角結果出力部56は、測角処理部55で測角した測角処理結果を出力する。
The data
ここで、図7に示した測角装置のデータ統計処理部54は、事前に決定された観測データ長で統計処理を実行する処理構成、または半永久的に統計処理を実行し続ける処理構成となっている。また、図7に示した測角装置では、観測データを取得する単位時間帯が短時間に設定されることがある。これは、信号処理による遅れ時間を短縮するとともに、信号源の変動に対して迅速に対応するためである。
このように、単位時間帯自体が短時間なので、統計処理に用いる観測データ長を長くして測角精度を向上させることが検討されている。
Here, the data
As described above, since the unit time zone itself is short, it has been studied to improve the angle measurement accuracy by increasing the observation data length used for the statistical processing.
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献1、2に記載された従来の測角装置では、観測データ長を長くすることにより、各センサで受信された信号の信号対雑音電力比を高めることができるものの、素波間に信号相関が存在する場合には、各素波を容易に分離することができず、高精度な測角処理結果を得ることができないという問題がある。また、観測データ長を長くすることにより、長大な観測データを処理する処理性能や長大な観測データを保存する保存領域が必要になるという問題もある。
However, the prior art has the following problems.
In the conventional angle measuring devices described in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、各素波を分離して正確な素波数を検出することにより、高精度な測定結果が得られるとともに、高い処理性能や広い保存領域を必要としない測定装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and by separating each element wave and detecting the accurate element number, a highly accurate measurement result can be obtained and a high processing performance can be obtained. Another object is to obtain a measuring device that does not require a large storage area.
この発明に係る測角装置は、信号源から送信され、互いに異なる経路を伝搬する複数の素波を含む信号をそれぞれ受信する複数のセンサと、複数のセンサで受信した受信信号に基づいて、受信信号の入射角度および信号源までの距離の少なくとも一方を含む未知パラメータを推定する測定処理手段と、測定処理手段での測定処理結果に基づいて、複数の素波間の信号相関が零に近づくように、測定処理手段に入力される受信信号のデータ長である観測データ長を制御するデータ長制御手段とを備えたものである。 The angle measuring device according to the present invention is based on a plurality of sensors each receiving a signal including a plurality of elementary waves transmitted from a signal source and propagating on different paths, and a reception signal received by the plurality of sensors. Based on the measurement processing means for estimating an unknown parameter including at least one of the incident angle of the signal and the distance to the signal source, and the measurement processing result in the measurement processing means, the signal correlation between the plurality of elementary waves approaches zero. And a data length control means for controlling the observation data length which is the data length of the received signal inputted to the measurement processing means.
この発明に係る測定装置によれば、データ長制御手段は、未知パラメータを推定する測定処理手段での測定処理結果に基づいて、信号源から互いに異なる経路を伝搬して複数のセンサで受信された複数の素波間の信号相関が零に近づくように、測定処理手段に入力される受信信号のデータ長である観測データ長を制御する。このように、複数の素波間の信号相関が零に近づくように、観測データ長を制御することにより、各素波を容易に分離することができる。
そのため、各素波を分離して正確な素波数を検出することにより、高精度な測定結果が得られるとともに、高い処理性能や広い保存領域を必要としない測定装置を得ることができる。
According to the measuring apparatus according to the present invention, the data length control means propagates through different paths from the signal source and is received by the plurality of sensors based on the measurement processing result in the measurement processing means for estimating the unknown parameter. The observation data length, which is the data length of the received signal input to the measurement processing means, is controlled so that the signal correlation between the plurality of elementary waves approaches zero. Thus, each elementary wave can be easily separated by controlling the observation data length so that the signal correlation between the plurality of elementary waves approaches zero.
Therefore, by separating each element wave and detecting the accurate element number, a highly accurate measurement result can be obtained, and a measurement apparatus that does not require high processing performance and a wide storage area can be obtained.
以下、この発明の測定装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の実施の形態では、この測定装置が到来信号の入射角度を推定する測角装置である場合について説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts will be described with the same reference numerals.
In the following embodiment, a case will be described in which this measuring device is an angle measuring device that estimates the incident angle of an incoming signal.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る測角装置を示すブロック構成図である。
図1において、この測角装置は、複数のセンサ1a〜1m、受信部2、観測データ保存部(観測データ保存手段)3、データ統計処理部4、測角処理部(測定処理手段)5、測角結果出力部6およびデータ長制御部(データ長制御手段)7を備えている。
1 is a block configuration diagram showing an angle measuring device according to
In FIG. 1, this angle measuring device includes a plurality of
複数のセンサ1a〜1mは、並べて配置されている。また、複数のセンサ1a〜1mは、信号源(図示せず)から送信され、互いに異なる経路を伝搬する複数の素波を含む信号をそれぞれ受信する。受信部2は、複数のセンサ1a〜1mのそれぞれで受信された受信信号を、単位時間帯の観測データベクトルとして受信する。観測データ保存部3は、受信部2で受信された単位時間帯の観測データベクトルを保存するとともに、次回以降の単位時間帯において、保存している観測データベクトルをデータ統計処理部4に出力する。
The plurality of
データ統計処理部4は、受信部2で受信された単位時間帯の観測データベクトルと観測データ保存部3に保存された過去の観測データベクトルとに基づいて、受信信号の入射角度(未知パラメータ)を推定する統計処理を実行する。測角処理部5は、データ統計処理部4で統計した統計データに基づいて、測角処理を実行する。測角結果出力部6は、測角処理部5で測角した測角処理結果を出力する。
The data statistical processing unit 4 receives the incident angle (unknown parameter) of the received signal based on the observation data vector of the unit time zone received by the
データ長制御部7は、測角処理部5での測角処理結果に基づいて、信号源から互いに異なる経路を伝搬して複数のセンサ1a〜1mで受信された複数の素波間の信号相関が零に近づくように、測角処理部5に入力される観測データベクトルの観測データ長を制御する。具体的には、データ長制御部7は、受信部2で受信された単位時間帯の観測データベクトルの観測データ長と、観測データ保存部3に保存された過去の観測データベクトルの観測データ長との合計が、所望の観測データ長となるように、観測データ保存部3から出力される観測データベクトルの観測データ長を制御する。
Based on the result of the angle measurement processing by the angle
ここで、図1に示した測角装置は、単位時間帯の観測データ長が特に定められているものではない。そのため、データ長制御部7は、データ統計処理部4で統計される観測データベクトルの観測データ長を、単位時間帯の観測データ長よりも長くも短くも制御することができる。なお、データ長制御部7が、データ統計処理部4で統計される観測データベクトルの観測データ長を、単位時間帯の観測データ長よりも短く制御する場合には、観測データ保存部3は不要となる。
Here, in the angle measuring device shown in FIG. 1, the observation data length in the unit time zone is not particularly defined. Therefore, the data
また、データ長制御部7は、測角処理部5での測角処理結果を時系列で保存する領域を有している。データ長制御部7は、単位時間帯における測定処理結果を時系列で並べ、その変動を周波数成分として検出することにより、観測データベクトルの観測データ長を制御する。なお、観測データベクトルの観測データ長は、検出した周波数成分の逆数、または検出した周波数成分の逆数の自然数倍の数値を用いて設定される。
Further, the data
fHzのドップラ周波数差を分離するためには、少なくとも1/f秒の観測データ長が必要となると説明したが、これは、複数の素波間の信号相関を零とするためである。素波間の信号相関が零であれば、各素波を容易に分離することができる。観測データ長が1/f秒のとき、信号相関は零となり、観測データ長が1/f秒を超えると信号相関は増加し、観測データ長が2/f秒のとき、信号相関は再び零となる。このように、観測データ長が1/f秒の自然数倍となる場合に、信号相関が零となり、それ以外の観測データ長のときに、信号相関が零よりも大きい値となる。そこで、データ長制御部7は、検出した周波数成分の逆数の自然数倍の数値で観測データ長を設定する。
Although it has been described that an observation data length of at least 1 / f second is required to separate the Doppler frequency difference of fHz, this is because the signal correlation between a plurality of elementary waves is made zero. If the signal correlation between the elementary waves is zero, each elementary wave can be easily separated. When the observation data length is 1 / f second, the signal correlation is zero. When the observation data length exceeds 1 / f second, the signal correlation increases. When the observation data length is 2 / f second, the signal correlation is zero again. It becomes. Thus, when the observation data length is a natural number multiple of 1 / f seconds, the signal correlation becomes zero, and when the observation data length is other than that, the signal correlation becomes a value larger than zero. Therefore, the data
以上のように、実施の形態1によれば、データ長制御手段は、未知パラメータを推定する測定処理手段での測定処理結果に基づいて、信号源から互いに異なる経路を伝搬して複数のセンサで受信された複数の素波間の信号相関が零に近づくように、測定処理手段に入力される受信信号のデータ長である観測データ長を制御する。このように、複数の素波間の信号相関が零に近づくように、観測データ長を制御することにより、各素波を容易に分離することができる。
そのため、各素波を分離して正確な素波数を検出することにより、高精度な測定結果が得られるとともに、高い処理性能や広い保存領域を必要としない測定装置を得ることができる。
As described above, according to the first embodiment, the data length control unit propagates different paths from the signal source based on the measurement processing result of the measurement processing unit that estimates the unknown parameter, and uses a plurality of sensors. The observation data length, which is the data length of the received signal input to the measurement processing means, is controlled so that the signal correlation between the plurality of received waves approaches zero. Thus, each elementary wave can be easily separated by controlling the observation data length so that the signal correlation between the plurality of elementary waves approaches zero.
Therefore, by separating each element wave and detecting the accurate element number, a highly accurate measurement result can be obtained, and a measurement apparatus that does not require high processing performance and a wide storage area can be obtained.
なお、上記実施の形態1では、データ長制御部7は、単位時間帯における測定処理結果を時系列で並べ、その変動を周波数成分として検出することにより、観測データベクトルの観測データ長を制御すると説明した。しかしながら、これに限定されず、データ長制御部7は、観測データベクトルを時系列で並べ、この時系列における電力干渉を検出することにより、観測データベクトルの観測データ長を制御してもよい。素波間のドップラ周波数差は、受信データの電力干渉を引き起こす。
そのため、電力干渉の周波数成分を検出することにより、観測データベクトルの観測データ長を制御することができる。
In the first embodiment, the data
Therefore, the observation data length of the observation data vector can be controlled by detecting the frequency component of power interference.
実施の形態2.
上記実施の形態1では、観測データ保存部3が観測データベクトルを保存する場合について説明したが、これに限定されず、観測データ保存部3は、観測データベクトルの相関行列を保存してもよい。この実施の形態2では、観測データ保存部3が観測データベクトルに代えて、観測データベクトルの相関行列を保存する場合について説明する。
In the first embodiment, the case where the observation
図2は、この発明の実施の形態2に係る測角装置を示すブロック構成図である。
図2において、この測角装置は、図1に示した測角装置に加えて、相関行列算出部8を備えている。また、この測角装置は、図1に示した観測データ保存部3およびデータ統計処理部4に代えて、相関行列保存部(観測データ保存手段)9および相関行列統計処理部10を備えている。なお、その他の構成については、実施の形態1と同様であり、その説明は省略する。
FIG. 2 is a block diagram showing an angle measuring device according to
In FIG. 2, the angle measuring device includes a correlation
相関行列算出部8は、受信部2で受信された単位時間帯の観測データベクトルに基づいて、相関行列を算出する。相関行列保存部9は、相関行列算出部8で算出された相関行列を保存するとともに、次回以降の単位時間帯において、保存している相関行列を相関行列統計処理部10に出力する。
The correlation
相関行列統計処理部10は、相関行列算出部8で算出された相関行列と相関行列保存部9に保存された過去の相関行列とに基づいて、受信信号の入射角度(未知パラメータ)を推定する統計処理を実行する。一般に、測角処理部5では、観測データベクトルの代わりに相関行列を入力した場合であっても、測角処理が可能である。
The correlation matrix
実施の形態3.
図3は、この発明の実施の形態3に係る測角装置を示すブロック構成図である。
図3において、この測角装置は、図1に示した測角装置に加えて、信号再生処理部(信号再生処理手段)11および再生結果出力部12を備えている。また、この測角装置は、図1に示した観測データ保存部3に代えて、データ長制御部13を備えている。なお、その他の構成については、実施の形態1と同様であり、その説明は省略する。
FIG. 3 is a block configuration diagram showing an angle measuring device according to
In FIG. 3, the angle measuring device includes a signal reproduction processing unit (signal reproduction processing means) 11 and a reproduction
信号再生処理部11は、測角処理部5での測角処理結果に基づいて、特定方位の信号を再生する。再生結果出力部12は、信号再生処理部11で再生された信号を出力する。データ長制御部13は、信号再生処理部11で再生された信号に基づいて、観測データベクトルの観測データ長を制御する。
The signal reproduction processing unit 11 reproduces a signal in a specific direction based on the angle measurement processing result in the angle
ここで、上述した観測データベクトルの時系列における電力干渉の周波数成分は、信号再生処理部11で再生された信号からも検出することができる。そのため、観測データ長が適切に制御されず、各素波を十分に分離できていない場合、信号再生処理部11で再生された信号には、電力干渉が残余する。そこで、データ長制御部13でこの電力干渉の周波数成分を検出することにより、観測データベクトルの観測データ長を制御することができる。また、信号再生処理部11で信号を再生することにより、受信電力の時間変動を回避することができる。
Here, the frequency component of the power interference in the time series of the observation data vector described above can also be detected from the signal reproduced by the signal reproduction processing unit 11. Therefore, when the observation data length is not properly controlled and each elementary wave cannot be sufficiently separated, power interference remains in the signal reproduced by the signal reproduction processing unit 11. Therefore, the observation data length of the observation data vector can be controlled by detecting the frequency component of this power interference by the data
実施の形態4.
図4は、この発明の実施の形態4に係る測角装置を示すブロック構成図である。
図4において、この測角装置は、図1に示した測角装置に加えて、相関行列算出部(相関行列算出手段)8を備えている。また、この測角装置は、図1に示した観測データ保存部3、データ統計処理部4およびデータ長制御部7に代えて、相関行列保存部(観測データ保存手段)9、相関行列統計処理部10およびデータ長制御部14を備えている。なお、その他の構成については、実施の形態1と同様であり、その説明は省略する。
Embodiment 4 FIG.
4 is a block diagram showing an angle measuring device according to Embodiment 4 of the present invention.
4, this angle measuring device includes a correlation matrix calculating unit (correlation matrix calculating means) 8 in addition to the angle measuring device shown in FIG. In addition, the angle measuring device includes a correlation matrix storage unit (observation data storage unit) 9, a correlation matrix statistical process instead of the observation
相関行列算出部8は、受信部2で受信された単位時間帯の観測データベクトルに基づいて、相関行列を算出する。相関行列保存部9は、相関行列算出部8で算出された相関行列を保存するとともに、次回以降の単位時間帯において、保存している相関行列を相関行列統計処理部10に出力する。相関行列統計処理部10は、相関行列算出部8で算出された相関行列と相関行列保存部9に保存された過去の相関行列とに基づいて、受信信号の入射角度(未知パラメータ)を推定する統計処理を実行し、統計相関行列を算出する。
The correlation
データ長制御部14は、統計相関行列と相関行列保存部9に保存された相関行列との差分を算出し、この差分に基づいて観測データベクトルの観測データ長を制御する。観測データ長が最適な状態にあると、各素波が無相関化され、観測データベクトルによる相関行列において時間的に変動する成分が抑圧されるので、上記差分は小さな値となる。
The data
そのため、上記差分が所定の閾値よりも小さくなった場合に観測データ長が最適な値であると判定することができ、測角処理部5や相関行列保存部9における相関行列のデータ長を最適な値に制御することができる。なお、データ長制御部14は、上記差分を時系列で検定し、差分が極小値になったデータ長を最適なものとして、相関行列のデータ長を制御してもよい。
Therefore, when the difference becomes smaller than a predetermined threshold value, the observation data length can be determined to be an optimal value, and the data length of the correlation matrix in the angle
実施の形態5.
図5は、この発明の実施の形態5に係る測角装置を示すブロック構成図である。
図5において、この測角装置は、図2に示した測角装置に加えて、相関値算出部(相関値算出手段)15を備えている。また、この測角装置は、図2に示したデータ長制御部7に代えて、データ長制御部16を備えている。なお、その他の構成については、実施の形態2と同様であり、その説明は省略する。
FIG. 5 is a block configuration diagram showing an angle measuring device according to
5, this angle measuring device includes a correlation value calculating unit (correlation value calculating means) 15 in addition to the angle measuring device shown in FIG. Further, this angle measuring device includes a data
相関値算出部15は、相関行列統計処理部10で算出された統計相関行列と測角処理部5での測角処理結果とに基づいて、素波間の相関値を算出する。データ長制御部16は、相関値算出部15で算出された素波間の相関値に基づいて、観測データベクトルの観測データ長を制御する。ここで、到来する信号に含まれる素波の数が検出可能な程度の観測データ長が設定されている場合、最適な観測データ長は、信号相関の推定値から決定することができる。
The correlation
そこで、データ長制御部16は、上記素波間の相関値が所定の閾値よりも小さくなった場合に観測データ長が最適な値であると判定することができ、測角処理部5や相関行列保存部9における相関行列のデータ長を最適な値に制御することができる。なお、データ長制御部16は、上記素波間の相関値を時系列で検定し、素波間の相関値が極小値になったデータ長を最適なものとして、相関行列のデータ長を制御してもよい。
Therefore, the data
実施の形態6.
観測データベクトルを保存することにより各素波を分離する方法が有効なのは、到来する信号に含まれる素波の数が定常的である場合である。よって、素波の数が変化した場合には、保存した観測データベクトルを使用することができなくなることがある。このような場合には、保存している観測データベクトルを破棄する等の制御を実行する必要がある。この実施の形態6では、素波の数が変化した場合について説明する。
The method of separating each elementary wave by storing the observation data vector is effective when the number of elementary waves included in the incoming signal is stationary. Therefore, when the number of elementary waves changes, the stored observation data vector may not be used. In such a case, it is necessary to execute control such as discarding the stored observation data vector. In the sixth embodiment, a case where the number of elementary waves is changed will be described.
図6は、この発明の実施の形態6に係る測角装置を示すブロック構成図である。
図6において、この測角装置は、図1に示した測角装置に加えて、第1波数推定処理部(第1波数推定処理手段)17および第2波数推定処理部(第2波数推定処理手段)18を備えている。また、この測角装置は、図1に示したデータ長制御部7に代えて、データ長制御部19を備えている。なお、その他の構成については、実施の形態1と同様であり、その説明は省略する。
FIG. 6 is a block diagram showing an angle measuring device according to
6, in addition to the angle measuring device shown in FIG. 1, this angle measuring device includes a first wave number estimation processing unit (first wave number estimation processing means) 17 and a second wave number estimation processing unit (second wave number estimation processing). Means) 18. In addition, this angle measuring device includes a data
第1波数推定処理部17は、受信部2で受信された単位時間帯の観測データベクトルに基づいて、波数を推定する。第2波数推定処理部18は、データ統計処理部4で統計した統計データに基づいて、波数を推定する。データ長制御部19は、第1波数推定処理部17および第2波数推定処理部18でそれぞれ推定された波数を比較し、第1波数推定処理部17で推定された波数が多い場合には、観測データ保存部3に保存している観測データベクトルの観測データ長が零となるように制御する。
The first wave number
これは、過去の観測データベクトルに影響されて、到来する信号に含まれる素波の数の変化に対応できない恐れがあるからである。このような場合、保存している過去の観測データベクトルを破棄し、新たに観測データベクトルを保存していくことが考えられる。一方、第2波数推定処理部18で推定された波数が多い場合には、問題は生じない。
This is because there is a possibility that the change in the number of elementary waves included in the incoming signal cannot be accommodated due to the influence of the past observation data vector. In such a case, it is conceivable that the stored observation data vector is discarded and the observation data vector is newly stored. On the other hand, when the wave number estimated by the second wave number
なお、上記実施の形態1〜6において、データ長制御部は、観測データ保存部3や相関行列保存部9において、過去の観測データベクトルを単位時間帯毎に保存している場合に、時系列で古い観測データベクトルから削除していく方法を採用してもよい。
In the first to sixth embodiments, the data length control unit performs time series when the observation
また、上記実施の形態1〜6において、データ長制御部は、観測データベクトルを単位時間帯毎に重み付けすることにより、観測データベクトルの観測データ長を制御してもよい。具体的には、データ長制御部は、時系列で古い観測データベクトルに対する重みを零や零に近い値とすること等により、観測データ長を制御したり、保存する観測データベクトルを間引くような重みを与えて観測データ保存部3に保存されるデータ量を削減したりする。
In the first to sixth embodiments, the data length control unit may control the observation data length of the observation data vector by weighting the observation data vector for each unit time zone. Specifically, the data length control unit controls the observation data length or thins out the observation data vector to be stored by setting the weight for the old observation data vector in time series to zero or a value close to zero. The amount of data stored in the observation
また、上記実施の形態1〜6において、データ長制御部は、例えば相関行列を逐次平均により算出する場合に、忘却係数を設定して古い観測データベクトルの影響を制御することにより、観測データ長を制御してもよい。ここで、観測データ長を短くする場合には忘却度合の大きな係数が設定され、観測データ長を長くする場合には忘却度合の小さな係数が設定される。 In the first to sixth embodiments, the data length control unit sets the forgetting coefficient and controls the influence of the old observation data vector, for example, when calculating the correlation matrix by sequential averaging. May be controlled. Here, when shortening the observation data length, a coefficient with a large forgetting degree is set, and when increasing the observation data length, a coefficient with a small forgetting degree is set.
また、上記実施の形態1〜6において、測角処理部5の前段に、R.T.Williams,S.Prasad,A.K.Mahalanabis,L.H.Sibul,“An Improved Spatial Smoothing Technique for Bearing Estimation in a Multipath Environment”,IEEE Transactions on Acoustics,Speech,and Signal Processing,Vol.36,No.4,pp.425−432,Apr 1988(以下、「非特許文献2」と称する)に記載された空間平均前処理や改良空間平均前処理を実行する前段処理部を挿入してもよい。
In the first to sixth embodiments, the R.P. T.A. Williams, S.W. Prasad, A .; K. Mahalanabis, L.M. H. Sibul, “An Improved Spatial Smoothing Technique for Bearing Estimate in a Multipath Environment, Acoustic Transactions on Acoustics, ProSep. 36, no. 4, pp. 425-432, Apr 1988 (hereinafter referred to as “
この処理は、相関行列内のサブセットを平均するだけでなく、観測データベクトル内のサブセットを時系列データとして連結することによっても実行可能である。また、相関行列内のサブセットを平均する処理は、測角処理部5に相関行列を使用する推定手段にのみ適用されるが、観測データベクトル内のサブセットを時系列データとして連結する処理は、測角処理部5に何れの推定手段を採用しても適用されうる。
This process can be performed not only by averaging the subsets in the correlation matrix but also by concatenating the subsets in the observed data vector as time series data. In addition, the process of averaging the subsets in the correlation matrix is applied only to the estimation means that uses the correlation matrix in the angle
また、上記実施の形態1〜6において、データ統計処理部4で統計した統計データに基づいて測角処理を実行する測角処理部5は、上記非特許文献1に記載された最尤法、Capon法、MUSIC(Multiple Signal Classification)法、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)、MODE(Method Of Direction Estimation)、SAGE(Space−Alternating Generalized Expectation−maximization algorithm)およびVESPA(Virtual ESPRIT Algorithm)の何れかに基づく推定法を使用してもよい。これらの推定法は、高分解能であることが知られており、この発明で問題とするような、入射角度が近接している場合に有利である。
Moreover, in the said Embodiment 1-6, the angle
また、上記実施の形態1〜6において、測角処理部5は、前処理としてESPRIT、VESPAおよび独立成分分析の何れかに基づくブラインド信号分離処理を実行した後に、分離された信号に基づいて測角処理を実行してもよい。これらのブラインド信号分離処理は、極めて高い信号分解能を有することが知られているが、適用条件として、信号が無相関であることが要求される。そこで、データ長制御部で観測データ長を最適に制御し、各素波を無相関とすることにより、ブラインド信号分離処理の高分解性能を有効に活用することができる。また、上述した最尤法、Capon法、MUSIC法、ESPRIT、MODE、SAGEおよびVESPA等の推定法における高分解性能は、複数のセンサ1a〜1mの開口長に制限されるが、ブラインド信号分離処理の高分解性能は、開口長に制限されない。
In the first to sixth embodiments, the angle
また、ESPRIT、VESPAおよび独立成分分析の何れかに基づくブラインド信号分離処理の実行によっては各素波を分離できなかったとしても、ブラインド信号分離処理の出力情報に対して非特許文献2に記載された空間平均前処理や改良空間平均前処理を実行することにより、各素波の分離が可能となる場合がある。
Further, even if each elementary wave cannot be separated by executing blind signal separation processing based on any one of ESPRIT, VESPA, and independent component analysis, the output information of blind signal separation processing is described in
また、測角処理部5において、ESPRIT、VESPAおよび独立成分分析の何れかに基づくブラインド信号分離処理を実行した後の測角処理は、分解能が低いモノパルス推定法やDBF(Digital Beam Forming)に基づく処理であってもよく、高分解能な処理法である最尤法、Capon法、MUSIC法、ESPRIT、MODE、SAGE、VESPAの何れかに基づく処理であってもよい。これは、ブラインド信号分離処理において信号が分解されているので、測角処理に高分解性能が求められていないからである。ただし、ブラインド信号分離処理の実行によって各素波を分離できない恐れがある場合には、高分解性能な処理法を選択することが望ましい。
In addition, the angle measurement processing after the blind signal separation processing based on any one of ESPRIT, VESPA, and independent component analysis in the angle
また、上記実施の形態1〜6では、測角装置を例に挙げて説明したが、この発明は、測距装置において素波間のドップラ周波数差の影響を受ける場合についても、測角装置の場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、素波間のドップラ周波数差による影響への対処方法が測角装置でも測距装置でも同様なので、この発明は、測距装置に適用することもできる。 In the first to sixth embodiments, the angle measuring device has been described as an example. However, the present invention can be applied to the case where the distance measuring device is affected by the Doppler frequency difference between the elementary waves. The same effect can be obtained. That is, since the coping method for the influence due to the Doppler frequency difference between the elementary waves is the same in both the angle measuring device and the distance measuring device, the present invention can also be applied to the distance measuring device.
1a〜1m センサ、3 観測データ保存部(観測データ保存手段)、5 測角処理部(測定処理手段)、7、13、14、16、19 データ長制御部(データ長制御手段)、8 相関行列算出部(相関行列算出手段)、9 相関行列保存部(観測データ保存手段)、11 信号再生処理部(信号再生処理手段)、15 相関値算出部(相関値算出手段)、17 第1波数推定処理部(第1波数推定処理手段)、18 第2波数推定処理部(第2波数推定処理手段)。 1a to 1m sensor, 3 observation data storage unit (observation data storage unit), 5 angle measurement processing unit (measurement processing unit), 7, 13, 14, 16, 19 data length control unit (data length control unit), 8 correlation Matrix calculation unit (correlation matrix calculation unit), 9 correlation matrix storage unit (observation data storage unit), 11 signal reproduction processing unit (signal reproduction processing unit), 15 correlation value calculation unit (correlation value calculation unit), 17 first wave number An estimation processing unit (first wave number estimation processing means), 18 a second wave number estimation processing unit (second wave number estimation processing means).
Claims (19)
前記複数のセンサで受信した受信信号に基づいて、前記受信信号の入射角度および前記信号源までの距離の少なくとも一方を含む未知パラメータを推定する測定処理手段と、
前記測定処理手段での測定処理結果に基づいて、前記複数の素波間の信号相関が零に近づくように、前記測定処理手段に入力される前記受信信号のデータ長である観測データ長を制御するデータ長制御手段と、
を備えたことを特徴とする測定装置。 A plurality of sensors each receiving a signal including a plurality of elementary waves transmitted from a signal source and propagating through different paths;
Measurement processing means for estimating an unknown parameter including at least one of an incident angle of the reception signal and a distance to the signal source based on reception signals received by the plurality of sensors;
Based on the measurement processing result in the measurement processing means, the observation data length which is the data length of the received signal input to the measurement processing means is controlled so that the signal correlation between the plurality of elementary waves approaches zero. Data length control means;
A measuring apparatus comprising:
前記測定処理手段は、この観測データ長に応じて前記未知パラメータを推定する
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の測定装置。 The data length control means controls the observation data length with a data length longer than the data length of the observation data of the unit time zone received by the plurality of sensors,
The measurement apparatus according to claim 2, wherein the measurement processing unit estimates the unknown parameter according to the observation data length.
前記測定処理手段は、この観測データ長に応じて前記未知パラメータを推定する
ことを特徴とする請求項1から請求項3までの何れか1項に記載の測定装置。 The data length control means controls the observation data length with a data length shorter than the data length of the observation data in the unit time zone received by the plurality of sensors,
The measurement apparatus according to claim 1, wherein the measurement processing unit estimates the unknown parameter according to the observation data length.
前記データ長制御手段は、前記信号再生処理手段で再生された信号の電力干渉に基づいて、前記観測データ長を制御することを特徴とする請求項1から請求項5までの何れか1項に記載の測定装置。 Further comprising signal reproduction processing means for performing signal reproduction processing based on the measurement processing result,
The said data length control means controls the said observation data length based on the power interference of the signal reproduced | regenerated by the said signal reproduction | regeneration processing means, The any one of Claim 1-5 characterized by the above-mentioned. The measuring device described.
前記観測データ保存手段は、相関行列算出手段で算出された相関行列を保存し、
前記データ長制御手段は、相関行列算出手段で算出された相関行列と前記観測データ保存手段に保存された相関行列との差分を算出して時系列で検定し、前記差分が極小となる条件で前記観測データ長を制御することを特徴とする請求項2から請求項5までの何れか1項に記載の測定装置。 Correlation matrix calculation means for calculating a correlation matrix based on observation data of unit time zones received by the plurality of sensors,
The observation data storage means stores the correlation matrix calculated by the correlation matrix calculation means,
The data length control means calculates a difference between the correlation matrix calculated by the correlation matrix calculation means and the correlation matrix stored in the observation data storage means, and tests in time series, under the condition that the difference is minimal. The measurement apparatus according to claim 2, wherein the observation data length is controlled.
前記データ長制御手段は、前記相関値を時系列で検定し、前記相関値が極小となる条件で前記観測データ長を制御することを特徴とする請求項1から請求項5までの何れか1項に記載の測定装置。 A correlation value calculating means for calculating a correlation value between the plurality of elementary waves;
6. The data length control unit according to claim 1, wherein the data length control unit tests the correlation value in time series and controls the observation data length under a condition that the correlation value is minimized. The measuring device according to item.
観測データ長が制御された観測データに基づいて前記複数の素波の波数を推定する第2波数推定処理手段と、をさらに備え、
前記データ長制御手段は、前記第1波数推定処理手段で推定された波数と、前記第2波数推定処理手段で推定された波数とを比較した比較結果に基づいて、前記観測データ長を制御することを特徴とする請求項1から請求項5までの何れか1項に記載の測定装置。 First wave number estimation processing means for estimating the wave numbers of the plurality of elementary waves based on observation data of unit time zones received by the plurality of sensors;
Second wave number estimation processing means for estimating the wave numbers of the plurality of elementary waves based on observation data whose observation data length is controlled,
The data length control means controls the observation data length based on a comparison result obtained by comparing the wave number estimated by the first wave number estimation processing means and the wave number estimated by the second wave number estimation processing means. The measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009257207A JP2011102733A (en) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | Measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009257207A JP2011102733A (en) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | Measuring device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011102733A true JP2011102733A (en) | 2011-05-26 |
Family
ID=44193123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009257207A Pending JP2011102733A (en) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | Measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011102733A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016031337A (en) * | 2014-07-30 | 2016-03-07 | 三菱電機株式会社 | Arrival direction estimation device |
JP2018084575A (en) * | 2016-11-21 | 2018-05-31 | 株式会社東芝 | Arrival angle detection system and method |
-
2009
- 2009-11-10 JP JP2009257207A patent/JP2011102733A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016031337A (en) * | 2014-07-30 | 2016-03-07 | 三菱電機株式会社 | Arrival direction estimation device |
JP2018084575A (en) * | 2016-11-21 | 2018-05-31 | 株式会社東芝 | Arrival angle detection system and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101562904B1 (en) | Direction of Arrival Estimation Apparatus and Method therof | |
US6862541B2 (en) | Method and apparatus for concurrently estimating respective directions of a plurality of sound sources and for monitoring individual sound levels of respective moving sound sources | |
US7626889B2 (en) | Sensor array post-filter for tracking spatial distributions of signals and noise | |
JP4138825B2 (en) | Weight calculation method, weight calculation device, adaptive array antenna, and radar device | |
KR102422396B1 (en) | Method of spatial interpolation for linear phased array antenna and appratus thereof | |
JPWO2006067869A1 (en) | Direction of arrival estimation apparatus and program | |
JP2010517047A (en) | Multi-sensor sound source localization | |
JP2008096137A (en) | Radar device and angle measuring instrument | |
Özkan et al. | Ground multiple target tracking with a network of acoustic sensor arrays using PHD and CPHD filters | |
US10305701B2 (en) | Phase-modulated signal parameter estimation using streaming calculations | |
JP3595220B2 (en) | Synthetic aperture radar device and target scattering point detection method | |
JP2010175431A (en) | Device, method and program for estimating sound source direction | |
Aktas et al. | Acoustic direction finding using single acoustic vector sensor under high reverberation | |
JP2011102733A (en) | Measuring device | |
JP5152949B2 (en) | Weight calculation method, weight calculation device, adaptive array antenna, and radar device | |
JP2005077205A (en) | System for estimating sound source direction, apparatus for estimating time delay of signal, and computer program | |
JP2607854B2 (en) | Signal tracking method | |
JP2001153947A (en) | Tracking processor and processing method | |
JP3421242B2 (en) | Target tracking device and target tracking method | |
KR20200033571A (en) | Method and apparatus for estimating the number of signals, by considering SML cost function and hypothesis test | |
JP2005201798A (en) | Arrival azimuth measuring system and arrival azimuth measuring method | |
JP3928551B2 (en) | Arrival wave estimation device, arrival wave estimation method, and wave source position estimation device | |
Huang et al. | Direction-of-arrival estimation of wideband chirp signals using the wigner distribution of symmetrical sensor array | |
JPH0466887A (en) | Decision of number of sound sources | |
US11960036B2 (en) | Device and method for processing signals from a set of ultrasonic transducers |