JP2012237705A - Azimuth and elevation angle measuring system - Google Patents
Azimuth and elevation angle measuring system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012237705A JP2012237705A JP2011108138A JP2011108138A JP2012237705A JP 2012237705 A JP2012237705 A JP 2012237705A JP 2011108138 A JP2011108138 A JP 2011108138A JP 2011108138 A JP2011108138 A JP 2011108138A JP 2012237705 A JP2012237705 A JP 2012237705A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- elevation angle
- azimuth
- signal
- incoming
- arrival
- 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.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
Abstract
Description
本発明の実施形態は、電波の到来方位および仰角を測定する方位・仰角測定システムに関する。 Embodiments described herein relate generally to an azimuth / elevation angle measurement system that measures arrival directions and elevation angles of radio waves.
アレイアンテナにより受信された電波の到来方向、つまり到来方位および仰角を測定した結果には、コヒーレントマルチパスの影響により誤差が含まれる。この誤差を低減する方法として、例えばSAGE法が知られている(非特許文献1、非特許文献2参照)。このSAGE法は、到来波(マルチパス波を含む)の信号数と到来信号を仮定し、収束判定を行う評価関数の値が収束するまで繰り返し処理を実行するものである。
The result of measuring the direction of arrival of radio waves received by the array antenna, that is, the direction of arrival and the elevation angle, includes an error due to the influence of coherent multipath. As a method for reducing this error, for example, the SAGE method is known (see Non-Patent
しかしながら、上述したSAGE法では、初期信号数により収束結果が異なる場合がある。また、初期到来信号として適切な値を設定する方法が存在しない。そのため、一般に、適当な信号数を設定し、ランダムに初期到来信号を決めることが行われている。 However, in the SAGE method described above, the convergence result may differ depending on the number of initial signals. There is no method for setting an appropriate value as the initial arrival signal. Therefore, generally, an appropriate number of signals is set and an initial arrival signal is randomly determined.
非特許文献1に示されているSAGE法の初期値設定方法の1つとして、非特許文献3に記載されているAkaike's and Rissanen's criteriaの方法を用いて到来信号数を推定するとともに、非特許文献4に示されているMUSIC法により、到来信号の到来方向を推定し、これらの推定値を初期値として用いる方法が知られている。そして、この方法を用いて到来方向のステアリングベクトルが生成される。
As one of the initial value setting methods of the SAGE method shown in Non-Patent
上述したAkaike's and Rissanen's criteriaの方法を用いる前提条件は、信号が独立性を有し、ノイズが正規分布していることであるが、実際には、独立性がないコヒーレントマルチパス信号が存在しているため、コヒーレントマルチパス信号を含む受信信号の信号数は不明確である。また、コヒーレント信号の到来方向、特に仰角については、初期値として適切な値を設定することは難しい。その結果、到来信号の方位および仰角を精密に測定できないという問題がある。 The precondition for using the Akaike's and Rissanen's criteria method described above is that the signal is independent and the noise is normally distributed, but in practice there is a coherent multipath signal that is not independent. Therefore, the number of received signals including coherent multipath signals is unclear. Also, it is difficult to set an appropriate value as an initial value for the direction of arrival of the coherent signal, particularly the elevation angle. As a result, there is a problem that the azimuth and elevation angle of the incoming signal cannot be measured accurately.
本発明が解決しようとする課題は、到来信号の方位および仰角を精密に測定できる方位・仰角測定システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an azimuth / elevation angle measurement system capable of accurately measuring the azimuth and elevation angle of an incoming signal.
実施形態に係る方位・仰角測定システムによれば、複数のアンテナと、複数のアンテナから得られる複数のアンテナ受信信号に基づき推定した到来波数と到来信号を用いてレイトレーシングによる電波伝搬経路推定を行って到来方向を求め、該求めた到来方向を初期値として到来方位および仰角を測定する信号処理装置を備えることを特徴とする。 According to the azimuth / elevation angle measurement system according to the embodiment, radio wave propagation path estimation is performed by ray tracing using a plurality of antennas and the number of arrival waves and the arrival signals estimated based on the plurality of antenna reception signals obtained from the plurality of antennas. And a signal processing device that measures the arrival direction and the elevation angle using the obtained arrival direction as an initial value.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態に係る方位・仰角測定システムの構成を示すブロック図である。方位・仰角測定システムは、信号処理系1、衛星信号処理系2、電離層観測系3、インターネットデータ処理系4およびデータサーバ系5を備えている。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an azimuth / elevation angle measurement system according to the first embodiment. The azimuth / elevation angle measurement system includes a
信号処理系1は、アレイ信号処理を行う部分であり、p個(pは2以上の整数)の通信電波受信用のアンテナ111〜11p、p個のアンプ121〜12p、p個の周波数変換部131〜13p、p個のデジタイザ141〜14p、信号処理装置15および表示部16を備えている。
The
p個のアンテナ111〜11pは、外部から到来する電波を受信してアナログの電気信号に変換し、p個のアンプ121〜12pにそれぞれ送る。
The
p個のアンプ121〜12pは、p個のアンテナ111〜11pからそれぞれ送られてくる電気信号を増幅し、p個の周波数変換部131〜13pにそれぞれ送る。
The
p個の周波数変換部131〜13pは、p個のアンプ121〜12pからそれぞれ送られてくる増幅された電気信号の周波数を変換し、p個のデジタイザ141〜14pにそれぞれ送る。
The p
p個のデジタイザ141〜14pは、p個の周波数変換部131〜13pからそれぞれ送られてくる周波数変換されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、アンテナ受信信号として信号処理装置15に送る。
The p digitizers 14 1 to 14 p convert the frequency-converted analog signals respectively transmitted from the p
信号処理装置15は、この方位・仰角測定システムの主要部であり、到来信号の到来方向測定を実施する。この信号処理装置15は、到来方向推定のために、p個のデジタイザ141〜14pからそれぞれ送られてくるp個のアンテナ受信信号に基づき電離層電子密度を推定し、電波伝搬経路推定を行う。
The
電離層電子密度の推定には、IRI(International Reference Ionosphere)モデルやこのIRIモデルをGPS(Global Positioning System)衛星等からのGPS信号で修正したTEC(Total Electron Contents)を用いることができる。また、信号処理装置15は、電離層観測系3やインターネットデータ観測系4から送られてくる電離層実測データを使用した電離層電子密度の推定も実行する。
For the estimation of the ionospheric electron density, an IRI (International Reference Ionosphere) model or a TEC (Total Electron Contents) obtained by correcting the IRI model with a GPS signal from a GPS (Global Positioning System) satellite or the like can be used. The
この信号処理装置15で行う到来方向推定、電離層電子密度推定および電波伝搬経路推定は、1つのCPU(Central Processing Unit)で行うこともできるし、複数のCPUで並行して行うこともできる。電波伝搬経路推定の場合、決められた計算開始場所と到来方向を、複数のCPUで同時に計算させ、到来方向測定の結果を総合するように構成することができる。
The arrival direction estimation, ionospheric electron density estimation and radio wave propagation path estimation performed by the
表示部16は、ディスプレイを含むパーソナルコンピュータから構成されており、信号処理装置15における処理結果を表示する。この表示部16は、パーソナルコンピュータを複数用意して並行に処理を行うように構成することができる。
The
衛星信号処理系2は、衛星信号受信アンテナ21、衛星信号受信器22および衛星信号処理装置23を備えている。衛星信号受信アンテナ21は、GPS衛星またはGalileo衛星等から送られてくる複数の電波を受信し、電気信号に変換して衛星信号受信器22に送る。
The satellite
衛星信号受信器22は、衛星信号受信アンテナ21から送られてくる複数の電気信号の増幅等を行い、衛星信号処理装置23に送る。衛星信号処理装置23は、衛星信号受信器22から送られてくる複数の信号から擬似距離、位相および軌道暦を取得して信号処理系1およびデータサーバ系5へ送る。
The satellite signal receiver 22 amplifies a plurality of electrical signals sent from the satellite signal receiving antenna 21 and sends them to the satellite
電離層観測系3は、イオノゾンデ用アンテナ31、イオノゾンデ32およびイオノゾンデ収集データ処理装置33を備えている。イオノゾンデ用アンテナ31は、パルス電波を上空に放射し、電離層で反射された電波を受信して電気信号に変換し、イオノゾンデ32に送る。
The
イオノゾンデ32は、イオノゾンデ用アンテナ31から送られてきた電気信号から、パルス電波の放射から反射波を受信するまでの遅延時間を求めて電離気体の分布を表すイオノグラムを作成し、イオノゾンデ収集データ処理装置33に送る。イオノゾンデ収集データ処理装置33は、イオノゾンデ32から送られてくるイオノグラムから電離層の臨海周波数等を算出し、信号処理系1およびデータサーバ系5に送る。
The ionosonde 32 generates an ionogram representing the distribution of the ionized gas from the electrical signal sent from the ionosonde antenna 31 to obtain the delay time from the emission of the pulse radio wave to the reception of the reflected wave, and the ionosonde collection data processing device Send to 33. The ionosonde collection
インターネットデータ処理系4は、ネットワーク接続機器41およびGEONET収集データ処理装置42を備えている。ネットワーク接続機器41は、スイッチングハブまたはルータから構成されており、このインターネットデータ処理系4を他の系統に接続する。GEONET収集データ処理装置42は、例えば、ディスプレイを含むパーソナルコンピュータから構成されており、電離層観測情報または衛星観測情報等を入手し、信号処理系1およびデータサーバ系5に送る。また、GEONET収集データ処理装置42は、外部のインターネット網に接続されている。
The Internet data processing system 4 includes a network connection device 41 and a GEONET collection
データサーバ系5は、ディスプレイを含むパーソナルコンピュータからなるデータ収集サーバ51と記録装置52を備えている。データ収集サーバ51は、上述した信号処理系1、衛星信号処理系2、電離層観測系3およびインターネットデータ処理系4で処理されたデータを受信して記録装置52に記録するとともに、記録装置52に記録されているデータを読み出して信号処理系1、衛星信号処理系2、電離層観測系3およびインターネットデータ処理系4に送信し、また、記録装置52に記録されているデータを削除する。
The
次に、上記のように構成される第1の実施形態に係る方位・仰角測定システムの動作を説明する。図2は、第1の実施形態に係る方位・仰角測定システムにおいて実行される到来方向初期値推定処理を示すフローチャートである。なお、以下に示す処理は、主に信号処理系1において実行される。
Next, the operation of the azimuth / elevation angle measurement system according to the first embodiment configured as described above will be described. FIG. 2 is a flowchart showing an arrival direction initial value estimation process executed in the azimuth / elevation angle measurement system according to the first embodiment. The processing shown below is mainly executed in the
到来方向初期値推定処理では、まず、受信信号共分散行列作成・固有値・固有ベクトル計算が実行される(ステップS11)。以下、詳細に説明する。信号処理系1のアンテナ111〜11pで受信された信号sは、下記(1)式により表される。
ここで、
ここでE[・]は、期待値を計算することを意味し、Rは観測された信号の共分散行列、Esは信号固有ベクトル、Λは固有値を対角要素とする行列、σはノイズの標準偏差、Iは単位行列を表しており、Hはエルミート転置を示している。m1〜mpは固有値を示している。このうち、m1〜mMは信号に対応し、mM+1〜mpはノイズに対応した固有値である。 Here, E [•] means that an expected value is calculated, R is a covariance matrix of the observed signal, Es is a signal eigenvector, Λ is a matrix having eigenvalues as diagonal elements, and σ is a noise standard Deviation, I represents a unit matrix, and H represents Hermitian transpose. m 1 ~m p shows the eigenvalues. Among these, m 1 to m M correspond to signals, and m M + 1 to m p are eigenvalues corresponding to noise.
次いで、到来信号数の推定が行われる(ステップS12)。この到来信号数の推定は、統計的な性質を利用したAkaike's(AIC)またはRissanen's(MDL)による方法(非特許文献3参照)、あるいは、(7)式の固有値が予め設定した閾値より大きい数として設定する。AICまたはMDLによる方法は、下記(8)式または(9)式のkを変化させ、AICまたはMDLの値が最小となった際のkを推定信号数とする方法である。
ここで、
m1>m2>…>mM
k=0,1,・・・,p−1
である。
here,
m 1 > m 2 >...> m M
k = 0, 1,..., p−1
It is.
次いで、到来方向の推定が行われる(ステップS13)。到来方向の推定方式には、ビームフォーマ法、CAPON法、MUSIC法またはESPRIT法(非特許文献4参照)などが存在し、何れの方法を用いてもよい。以下では、この中のMUSIC法について説明する。
ここで、
En:ノイズ固有ベクトル
θ,φ:ピークサーチ仰角・方位角
である。
here,
E n : Noise eigenvector θ, φ: Peak search elevation angle / azimuth angle.
MUSIC法は、共分散行列の雑音固有値と信号に対応する固有値が直行する性質を利用する方法である。到来方向をサーチする方位・仰角を変化させてステアリングベクトルを算出し、(10)式がピークとなる方向を検出する。 The MUSIC method is a method that utilizes the property that the noise eigenvalue of the covariance matrix and the eigenvalue corresponding to the signal are orthogonal. The steering vector is calculated by changing the azimuth / elevation angle for searching the arrival direction, and the direction in which equation (10) reaches a peak is detected.
次いで、ステップS12で推定された到来信号の信号数が複数であるかどうかが調べられる(ステップS14)。このステップS14において、信号数が複数であることが判断されると、信号抽出が行われる(ステップS15)。 Next, it is checked whether or not the number of incoming signals estimated in step S12 is plural (step S14). If it is determined in step S14 that the number of signals is plural, signal extraction is performed (step S15).
信号抽出の方法には、MSN法、DCMP法、ICA(独立成分分析)法、ゼロフォーシング(ZF)法、MMSE法(非特許文献4参照)などが存在し、何れの方法を用いてもよい。以下では、MSN法とZF法について説明する。これらの方法では、抽出したい信号の到来方向に対するステアリングベクトルa(θk,φk)(k=1〜s)と共分散行列が使用される。(11)式のmkおよびσは、対応する固有値およびノイズ標準偏差をそれぞれ示している。 There are an MSN method, a DCMP method, an ICA (independent component analysis) method, a zero forcing (ZF) method, an MMSE method (see Non-Patent Document 4), and the like, and any method can be used. . Hereinafter, the MSN method and the ZF method will be described. In these methods, a steering vector a (θ k , φ k ) (k = 1 to s) and a covariance matrix with respect to the arrival direction of a signal to be extracted are used. In Equation (11), m k and σ indicate the corresponding eigenvalue and noise standard deviation, respectively.
MSN法による抽出方法を(11)式および(12)式に示す。
(11)式および(12)式のEは、固有値mkの固有ベクトルを示しており、(12)式のs0 kは計算された初期値の受信信号を示し、Xはアンテナ受信信号を示している。 E in the equations (11) and (12) represents the eigenvector of the eigenvalue m k , s 0 k in the equation (12) represents the received signal with the calculated initial value, and X represents the antenna received signal. ing.
ZF法による抽出方法を(13)式に示す。
以上の信号抽出処理が終了すると、ステップS16の処理に進む。なお、上記ステップS14において、信号数が複数でないことが判断された場合は、ステップS15の処理はスキップされ、ステップS16の処理に進む。 When the above signal extraction process ends, the process proceeds to step S16. If it is determined in step S14 that the number of signals is not plural, the process in step S15 is skipped and the process proceeds to step S16.
ステップS16においては、電波伝搬経路推定および減衰量推定が行われる。電波伝搬経路推定では、抽出されたk信号の伝搬経路をレイトレーシングにより推定する処理が行われる。なお、レイトレーシングによる電波伝搬経路推定については、「前田憲一,後藤三男:”電波伝播”,岩波全書,1953年2月」、「K.G.Buden : ”The Propagation of radio waves” ,Cambridge University Press,1988.」または「Iwane Kimura : ”Effects of Ions on Whistler-Mode Ray Tracing” ,Radio Science.Vol.I,No.3,269-283,March 1966.」などに説明されている。 In step S16, radio wave propagation path estimation and attenuation estimation are performed. In the radio wave propagation path estimation, a process of estimating the extracted k signal propagation path by ray tracing is performed. For radio propagation path estimation by ray tracing, see “Kenichi Maeda, Mitsuo Goto:“ Radio propagation ”, Iwanami Zensho, February 1953”, “KGBuden:“ The Propagation of radio waves ”, Cambridge University Press, 1988. Or “Iwane Kimura:“ Effects of Ions on Whistler-Mode Ray Tracing ”, Radio Science. Vol. I, No. 3, 269-283, March 1966.”, etc.
レイトレーシングによる電波伝搬経路推定では、受信した信号のホップ(hop)数は不明であるため、ホップ数分のホップ数伝搬経路推定が行われる。このとき、伝搬モードとして、左偏波(Oモード)および右偏波(Xモード)の両方、または、何れか一方について推定が行われる(図3、図4参照)。 In radio wave propagation path estimation by ray tracing, the number of hops of a received signal is unknown, so hop number propagation paths are estimated for the number of hops. At this time, estimation is performed for both the left polarization (O mode) and the right polarization (X mode), or one of the propagation modes (see FIGS. 3 and 4).
推定された伝搬経路の中で、地表に到達した位置(計算位置)から受信位置まで逆に電波伝搬経路推定を実行する。図4は、計算位置2から、1ホップ、2ホップ、3ホップ、・・・の逆計算を示している。このときも、OモードおよびXモードの両方、または、何れか一方について逆計算が実施される。
In the estimated propagation path, radio wave propagation path estimation is executed in reverse from the position (calculation position) reaching the ground surface to the reception position. FIG. 4 shows the reverse calculation of 1 hop, 2 hops, 3 hops,... From the
上述した電波伝搬経路推定を行うことにより、伝搬過程で生じる減衰量を推定できる(「前田憲一,後藤三男:”電波伝播”,岩波全書,1953年2月」参照)。下記(14)式〜(16)式は、近似的な減衰量計算方法を示している。
ここで、
E :受信電界強度
E0 :送信源の電界強度
R1 :地表−電離層間の伝搬距離の総和
R2 :電離層通過距離の総和
Γ :電離層による減衰量
q :電子の電荷
c :光速度
me :電子質量
ε0 :真空の誘電率
f :電波の周波数
STEP:計算ステップ総数
ν0 :電離層最下部における平均衝突回数
α :高さに対する変化率
zk :ステップkにおける高さ
Nk :高さzkにおける電子密度
nk :高さzkにおける屈折率
Δl :ステップkとステップk+1の距離
図5は、上述した電波伝搬経路推定および減衰量推定の処理の詳細を示すフローチャートである。電波伝搬経路推定および減衰量推定の処理では、まず、逆計算仰角初期設定が行われる(ステップS21)。次いで、計算位置を開始位置としたレイトレーシングが実施される(ステップS22)。次いで、電離層貫通があったかどうかが調べられる(ステップS23)。このステップS23において、電離層貫通があったことが判断されると、ステップS28の処理に進む。
here,
E: Received electric field strength E0: Transmission field strength R1: Total propagation distance between surface and ionosphere R2: Total ionosphere passage distance Γ: Attenuation by ionosphere q: Electron charge c: Light speed me: Electron mass ε0 : Dielectric constant of vacuum f: Radio frequency STEP: Total number of calculation steps ν 0: Average number of collisions at the bottom of the ionosphere α: Rate of change with respect to height zk: Height at step k Nk: Electron density at height zk nk: Height Refractive index Δl at zk: distance between step k and step k + 1 FIG. 5 is a flowchart showing details of the above-described radio wave propagation path estimation and attenuation estimation processing. In the radio wave propagation path estimation and attenuation amount estimation processing, first, an inverse calculation elevation angle initial setting is performed (step S21). Next, ray tracing is performed with the calculated position as the start position (step S22). Next, it is examined whether or not ionosphere penetration has occurred (step S23). If it is determined in step S23 that ionosphere penetration has occurred, the process proceeds to step S28.
一方、ステップS23において、電離層貫通がなかったことが判断されると、次いで、計算位置と受信位置との差の絶対値がεより小さいかどうかが調べられる(ステップS24)。このステップS24において、計算位置と受信位置との差の絶対値がεより小さくないことが判断されると、逆計算仰角が変更され(ステップS25)、その後、ステップS22の処理に戻って上述した処理が繰り返される。 On the other hand, if it is determined in step S23 that the ionosphere has not penetrated, it is then checked whether the absolute value of the difference between the calculation position and the reception position is smaller than ε (step S24). If it is determined in step S24 that the absolute value of the difference between the calculation position and the reception position is not smaller than ε, the inverse calculation elevation angle is changed (step S25), and then the process returns to step S22 and described above. The process is repeated.
一方、上記ステップS24において、計算位置と受信位置との差の絶対値がεより小さいことが判断されると、計算された到来仰角・方位角が保存される(ステップS26)。次いで、減衰量が計算されて保存される(ステップS27)。その後、ステップS28の処理に進む。 On the other hand, if it is determined in step S24 that the absolute value of the difference between the calculated position and the received position is smaller than ε, the calculated arrival elevation angle and azimuth angle are stored (step S26). Next, the attenuation is calculated and stored (step S27). Thereafter, the process proceeds to step S28.
ステップS28においては、OモードおよびXモードが完了したかどうかが調べられる。このステップS28において、OモードおよびXモードが完了していないことが判断されると、OモードからXモードまたはXモードからOモードへのモード変更が行われ(ステップS29)、その後、ステップS22の処理に戻って上述した処理が繰り返される。 In step S28, it is checked whether the O mode and the X mode are completed. If it is determined in step S28 that the O mode and the X mode have not been completed, the mode change from the O mode to the X mode or from the X mode to the O mode is performed (step S29), and then in step S22. Returning to the process, the process described above is repeated.
上記ステップS28において、OモードおよびXモードが完了したことが判断されると、次いで、ホップが最大ホップ数より大きくなったがどうかが調べられる(ステップS30)。このステップS30において、ホップが最大ホップ数より大きくなっていないことが判断されると、ホップ数がインクリメント(+1)される(ステップS31)。次いで、逆計算仰角初期設定が行われ(ステップS32)、その後、ステップS22の処理に戻って上述した処理が繰り返される。 If it is determined in step S28 that the O mode and the X mode have been completed, it is then checked whether the hop has become larger than the maximum number of hops (step S30). If it is determined in step S30 that the hop is not larger than the maximum hop count, the hop count is incremented (+1) (step S31). Next, the inverse calculation elevation angle initial setting is performed (step S32), and then the process returns to step S22 and the above-described process is repeated.
上記ステップS30において、ホップが最大ホップ数より大きくなったことが判断されると、次いで、全部の逆計算開始位置に対する処理が完了したかどうかが調べられる(ステップS33)。このステップS33において、全部の逆計算開始位置に対する処理が完了していないことが判断されると、ステップS22の処理に戻って上述した処理が繰り返される。一方、ステップS33において、全部の逆計算開始位置に対する処理が完了したことが判断されると、電波伝搬経路推定および減衰量推定の処理は終了する。 If it is determined in step S30 that the number of hops is greater than the maximum number of hops, it is then checked whether or not the processing for all reverse calculation start positions has been completed (step S33). If it is determined in step S33 that processing for all the reverse calculation start positions has not been completed, the process returns to step S22 and the above-described processing is repeated. On the other hand, if it is determined in step S33 that the processing for all the reverse calculation start positions has been completed, the radio wave propagation path estimation and attenuation estimation processing ends.
図2に示すフローチャートのステップS16における電波伝搬経路推定および減衰量推定の処理が終了すると、次いで、到来方向初期値設定が行われる(ステップS17)。このステップS17では、上記ステップS16で求められた到来信号の到来方向(θu,φu)=(θh k,φh k)(h:逆計算ホップ数、k:計算位置番号)(u=1〜m)と減衰量が使用される。ここで、mは、求められたマルチパスの数である。(12)式で求められた信号s0は、m個のコヒーレントマルチパスの和として表される。
各アンテナ素子で受信した信号x0 uは、信号uの到来方向に対応するステアリングベクトルを掛けて求められる。
以上の処理の後、到来方位仰角精密測定が行われる。すなわち、ステップS17で求められた到来信号s0の到来方向推定の初期値を基に、さらに詳細な到来方位仰角推定が行われる。推定方法の一例としてSAGE法を使用した例を以下に示す。複数のマルチパスから構成される信号s0は、(24)式で表される。
ここで、(25)式のkは繰り返し回数を示している。 Here, k in the equation (25) indicates the number of repetitions.
SAGE法の処理は、E(Expectation)−StepとM(Maximization)−Stepといった大きく2つのステップから構成される。まずE−Stepが実施され、次にM−Stepが実施され、これらのステップが、予め設定された評価値が閾値以下になるまで繰り返される。 The processing of the SAGE method is mainly composed of two steps of E (Expectation) -Step and M (Maximization) -Step. First, E-Step is performed, then M-Step is performed, and these steps are repeated until a preset evaluation value becomes equal to or less than a threshold value.
[E−Step]
まず、複数信号から構成されている信号のうち、信号uの各アンテナ受信信号が(26)式により更新される。
First, among the signals composed of a plurality of signals, each antenna reception signal of the signal u is updated by the equation (26).
[M−Step]
次いで、E−Stepで更新された信号uの共分散行列が計算される。
Next, the covariance matrix of the signal u updated at E-Step is calculated.
ここで、(27)式のE[・]は、括弧内の平均をとる操作である。この共分散行列を利用して、ビームフォーミングアルゴリズムにより到来方位が求められる(非特許文献2参照)。
次いで、M−Stepで計算されたu信号の到来方向を用いてu信号のステアリングベクトルのみが更新される。次いで、更新された、アレーマニフォールド(混合行列)Aが生成される。次いで、これを用いてZF法により信号の分離が行われる。
このとき、(29)式の括弧内のεIは、行列が非正則の場合に正則化するためのパラメータである。εがゼロの場合、正則でない場合に、十分小さい値(0.001〜0.00001)が設定される。 At this time, εI in parentheses in the equation (29) is a parameter for regularization when the matrix is irregular. When ε is zero, when it is not regular, a sufficiently small value (0.001 to 0.00001) is set.
繰り返し処理の終了条件は、E−Stepの変化が少なくなった場合である。収束条件の一例を以下に示す。
(30)式のεは、予め設定された閾値である。 In the equation (30), ε is a preset threshold value.
以上の処理により(28)式で求められた方位角および仰角が精密方位仰角とされる。このように、第1の実施形態に係る方位・仰角測定システムによれば、レイトレーシングによる電波伝搬経路推定を用いることにより、到来波数と到来信号を推定し、SAGEアルゴリズムに代表されるアルゴリズムに、初期設定を行うことができる。その結果、ランダムに初期信号を設定した場合よりも効率的に処理を行うことができ、より実際の信号に近い結果を得ることができる。その結果、到来信号の方位および仰角を精密に測定できる。 With the above processing, the azimuth angle and elevation angle obtained by the equation (28) are set as the precise azimuth elevation angle. As described above, according to the azimuth / elevation angle measurement system according to the first embodiment, the number of incoming waves and the incoming signal are estimated by using the radio wave propagation path estimation by ray tracing, and an algorithm represented by the SAGE algorithm is used. Initial settings can be made. As a result, processing can be performed more efficiently than when the initial signal is set at random, and a result closer to the actual signal can be obtained. As a result, the azimuth and elevation angle of the incoming signal can be accurately measured.
以上のように、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although several embodiment was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1 信号処理系
2 衛星信号処理系
3 電離層観測系
4 インターネットデータ処理系
5 データサーバ系
111〜11p アンテナ
121〜12p アンプ
131〜13p 周波数変換部
141〜14p デジタイザ
15 信号処理装置
16 表示部
21 衛星信号受信アンテナ
22 衛星信号受信器
23 衛星信号処理装置
31 イオノゾンデ用アンテナ
32 イオノゾンデ
33 イオノゾンデ収集データ処理装置
41 ネットワーク接続機器
42 GEONET収集データ処理装置
51 ディスプレイを含むパーソナルコンピュータ
52 記録装置
1
Claims (2)
前記複数のアンテナから得られる複数のアンテナ受信信号に基づき推定した到来波数と到来信号を用いてレイトレーシングによる電波伝搬経路推定を行って到来方向を求め、該求めた到来方向を初期値として到来方位および仰角を測定する信号処理装置と、
を備えることを特徴とする方位・仰角測定システム。 Multiple antennas,
The arrival direction is obtained by estimating the radio wave propagation path by ray tracing using the arrival wave number and the arrival signal estimated from the plurality of antenna reception signals obtained from the plurality of antennas, and the arrival direction is determined with the obtained arrival direction as an initial value. And a signal processing device for measuring an elevation angle;
An azimuth / elevation angle measurement system comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011108138A JP2012237705A (en) | 2011-05-13 | 2011-05-13 | Azimuth and elevation angle measuring system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011108138A JP2012237705A (en) | 2011-05-13 | 2011-05-13 | Azimuth and elevation angle measuring system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012237705A true JP2012237705A (en) | 2012-12-06 |
Family
ID=47460709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011108138A Withdrawn JP2012237705A (en) | 2011-05-13 | 2011-05-13 | Azimuth and elevation angle measuring system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012237705A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3262440A4 (en) * | 2015-02-25 | 2018-11-14 | Atmospheric & Space Technology Research Associates LLC | Iterative ray-tracing for autoscaling of oblique ionograms |
JP2019523880A (en) * | 2016-06-14 | 2019-08-29 | ハーリング、ロドニー | Software radio earth atmosphere imaging device |
CN112671475A (en) * | 2020-12-07 | 2021-04-16 | 国家无线电监测中心陕西监测站 | Short-wave maximum available frequency high-precision prediction method and device |
CN113253305A (en) * | 2021-04-30 | 2021-08-13 | 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) | Method for obtaining satellite incident signal guide vector by array antenna |
-
2011
- 2011-05-13 JP JP2011108138A patent/JP2012237705A/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3262440A4 (en) * | 2015-02-25 | 2018-11-14 | Atmospheric & Space Technology Research Associates LLC | Iterative ray-tracing for autoscaling of oblique ionograms |
US11557079B2 (en) | 2015-02-25 | 2023-01-17 | Atmospheric and Space Technology Research Associates, LLC | Iterative ray-tracing for autoscaling of oblique ionograms |
JP2019523880A (en) * | 2016-06-14 | 2019-08-29 | ハーリング、ロドニー | Software radio earth atmosphere imaging device |
CN112671475A (en) * | 2020-12-07 | 2021-04-16 | 国家无线电监测中心陕西监测站 | Short-wave maximum available frequency high-precision prediction method and device |
CN112671475B (en) * | 2020-12-07 | 2022-06-28 | 国家无线电监测中心陕西监测站 | High-precision short-wave maximum available frequency prediction method and device |
CN113253305A (en) * | 2021-04-30 | 2021-08-13 | 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) | Method for obtaining satellite incident signal guide vector by array antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101765785B (en) | A digital beam-forming apparatus and technique for a multi-beam global positioning system (GPS) receiver | |
US9562968B2 (en) | Sensor system and method for determining target location using sparsity-based processing | |
JP4722132B2 (en) | Arrival wave number estimation method, arrival wave number estimation apparatus, and radio apparatus | |
US9084217B2 (en) | Single-site localization via multipath fingerprinting | |
Lemma et al. | Multiresolution ESPRIT algorithm | |
US9019159B2 (en) | Ranging diversity-reception method and receiver | |
JP6556399B2 (en) | Radar equipment | |
KR101603630B1 (en) | Method and Apparatus for suppressing jammer signals and estimating Angle Of Arrival of original signal using orthogonal of transmitting signal waveform | |
US10705176B2 (en) | Signal direction processing for an antenna array | |
JP5759676B2 (en) | Propagation path estimation system and propagation path estimation method | |
KR101777381B1 (en) | Device for Estimating DOA of a target echo signal using Adaptive Filters in PCL receivers, and DOA Estimation Method using the same | |
JP4320441B2 (en) | Array antenna calibration method and calibration apparatus | |
US11520034B2 (en) | System, device and method for imaging of objects using signal clustering | |
JP6362816B1 (en) | Direction of arrival estimation device | |
JP2006329671A (en) | Incident angle deducing device | |
Fabrizio et al. | A multipath-driven approach to HF geolocation | |
JP2012237705A (en) | Azimuth and elevation angle measuring system | |
Ali et al. | Time of arrival estimation for WLAN indoor positioning systems using matrix pencil super resolution algorithm | |
KR102531553B1 (en) | Apparatus and method for anti-spoofing beamforming using multi-prn based array atennas | |
JP2006153579A (en) | Incoming wave number estimating device and incoming wave number estimation method | |
JP4660562B2 (en) | Mobile station direction estimation method and apparatus | |
JP4119719B2 (en) | Mobile station direction estimation method and apparatus | |
JP5724548B2 (en) | Direction measuring apparatus, direction measuring method and direction measuring program | |
Zhang et al. | Effective estimation of the desired-signal subspace and its application to robust adaptive beamforming | |
JP3928551B2 (en) | Arrival wave estimation device, arrival wave estimation method, and wave source position estimation device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140805 |