JP2015227846A - 到来方位推定装置、到来方位推定方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパス環境下においても効率的かつ高精度で信号の到来方位を推定可能にする。【解決手段】到来方位推定装置１の信号相関行列算出部１２は、複数のサブアレイから成るアレイアンテナのすべてのアンテナ素子の受信信号から成るアレイアンテナ受信信号群から信号相関行列を算出し、得られた信号相関行列のランクｒ１を算出する。空間平均処理部１１は、各サブアレイに対応する信号群について空間平均処理を行う。平均信号相関行列算出部１３は、空間平均処理後の信号から平均信号相関行列を算出し、得られた平均信号相関行列のランクｒ２を算出する。マルチパス判定処理部１４は、ランクｒ１とランクｒ２とを比較して、アレイアンテナ受信信号群にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれるか否かを判定する。到来方位算出部１５は、マルチパス判定処理部１４の判定結果ごとに適した異なる到来方位推定方法で到来波の到来方位を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、到来波の到来方位を推定する到来方位推定装置、到来方位推定方法およびプログラムに関する。

航空機等に搭載される到来方位推定装置には、一般的にインタフェロメータ（Interferometer）方式が採用されている。本方式は、２つ以上のアンテナを用いて、各アンテナで受信した信号の位相差を検出することで、到来波の到来方位を算出するものである。

インタフェロメータ方式は、到来波が複数の場合には適用できない。到来波が複数の場合に対応可能なアルゴリズムとして、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法がある。しかし、ＭＵＳＩＣ法においても、特にマルチパス環境下のように、電波の放射源から直接到来する直接波に加えて、直接波が反射した、直接波と高い相関を示す反射波（以下、相関波と呼ぶ）が到来する場合においては、正しく到来方位を推定できないという課題がある。

この課題を解決するために、例えば、特許文献１に記載のようなＭＵＳＩＣ法と空間平均法を併用し、到来方位を推定する方法が提供されている。ＭＵＳＩＣ法のような受信データの相関行列の固有ベクトルを用いる手法の場合、相関波が到来する場合においては、各信号間の直交性が成り立たないため、空間平均法とあわせて用いられる。

一方、高分解能な到来方位推定技術として、最尤推定法がある。本方式は相関波を高精度で分離可能であり、アンテナ素子の配列に空間平均法のような制約はなく、任意のアレイ形状に適用可能である。

非特許文献１では、最尤推定法について説明されている。非特許文献１に記載のように、最尤推定法は、他の方式と比較して演算負荷が大きいという課題がある。また、最尤推定法は到来波数が既知である必要があり、到来波数が未知の場合は、到来波数を多めに設定し、反復推定を実施するなどの手段を要するため、特に演算負荷も大きくなることが課題である。

最尤推定法には、EM-ML（Expectation Maximization Maximum Likelihood）法、SAGE（Space-Alternating Generalized Expectation-Maximization）法、IQML（Iterative Quadratic Maximum Likelihood）法、MODE（Method Of Direction Estimation）法等が知られている。

特開２００３−２７０３１６号公報

山田寛喜「高分解能到来波推定法の基礎と実際」、アンテナ・伝搬における設計・解析手法ワークショップ（第３３回）、ｐｐ．７７−９４，２００６

インタフェロメータ方式や、ＭＵＳＩＣアルゴリズムによる到来方位推定では、電波の回折、反射等の影響によって直接波と相関波の信号が受信され、正しく方位探知できないといった課題があった。

また、相関波が受信される環境下における方位探知方法として、特許文献１に記載のように、空間平均処理を施したのちＭＵＳＩＣ法を適用する方式が提案されているが、開口長がサブアレイ長によって決定されてしまうため、精度が劣化するといった課題があった。

一方、相関波が受信される環境下における方位探知方法として、非特許文献１に記載のように、最尤推定法が提案されているが、推定には波数情報が必要であり、到来波数が未知の場合は特に演算負荷が大きいといった課題があった。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、マルチパス環境下においても効率的かつ高精度で到来波の到来方位を推定可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る到来方位推定装置は、信号群取得部、信号相関行列算出部、空間平均処理部、平均信号相関行列算出部、マルチパス判定処理部、および、到来方位算出部を備える。信号群取得部は、複数のサブアレイから成るアレイアンテナを構成するすべてのアンテナ素子の受信信号から成るアレイアンテナ受信信号群を取得する。信号相関行列算出部は、信号群取得部が取得したアレイアンテナ受信信号群に対して、信号相関行列を算出し、得られた信号相関行列のランクを第１ランクとして算出する。空間平均処理部は、アレイアンテナ受信信号群のうち、各サブアレイに対応する信号群に対して、信号相関行列を算出する。平均信号相関行列算出部は、空間平均処理部が算出した信号相関行列を加算平均して平均信号相関行列を算出し、得られた平均信号相関行列のランクを第２ランクとして算出する。マルチパス判定処理部は、第１ランクと第２ランクとを比較して、アレイアンテナ受信信号群にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれるか否かを判定する。到来方位算出部は、マルチパス判定処理部がアレイアンテナ受信信号群に相関信号が含まれると判定した場合、アレイアンテナ受信信号群に対し、相関信号を分離可能な第１到来方位推定方法を適用して、受信信号の到来波の到来方位を算出し、マルチパス判定処理部がアレイアンテナ受信信号群に相関信号が含まれないと判定した場合、アレイアンテナ受信信号群に対し、第１到来方位推定方法よりも演算量の少ない第２到来方位推定方法を適用して、到来波の到来方位を算出する。

本発明によれば、到来波から得られた信号にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれるか否かを判定し、判定結果ごとに適した異なるアルゴリズムを選択して、到来波の到来方位の算出を行うことで、マルチパス環境下においても効率的かつ高精度で到来波の到来方位を推定することができる。

本発明の実施の形態１に係る到来方位推定システムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係るアレイアンテナの一例を示す図である。 実施の形態１に係る到来方位推定処理の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る到来方位推定処理の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る到来方位推定装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一または相当する部分には同じ符号を付す。

（実施の形態１）
まず、アレイアンテナにおける受信信号モデルについて説明する。アレイアンテナへの到来波ごとの入射信号の複素振幅をｓ_ｉ（ｔ）とし、ａ（θ_ｉ）をθ_ｉ方向に対するアレイマニフォールド、Ｎ（ｔ）を雑音ベクトルとすると、受信信号ベクトルＸ（ｔ）は数１のように表される。Ｍは、到来波数であり、ｉ＝１，２，・・・，Ｍである。

アレイアンテナにおける空間相関行列Ｒ_ｘｘは、数２のように表される。ここで、Ｅ［］はアンサンブル平均を示す。

ここで、受信信号のサンプル数が十分大きい場合を考える。サンプル数が十分大きい場合、複数アンテナ素子間における雑音成分は相関がないとみなすことができるため、雑音成分は自己相関のみに残ることになる。従って、空間相関行列Ｒ_ｘｘは、Ａをａ（θ_ｋ）を要素とするアンテナアレイの応答行列、Ｓ_ｎｎを信号相関行列、σ^２Ｉを雑音行列とすると、数３のように表すことができる。

ただし、信号相関行列Ｓ_ｎｎは、数４のようになる。ここで、ｓ（ｔ）はｓ_ｉ（ｔ）を要素とする入射信号ベクトルである。

また、入射信号の複素振幅ｓ_ｉ（ｔ）、ｓ_ｊ（ｔ）であらわされる２波の相関係数ρ_ｉｊは数５のように表される。

相関係数ρ_ｉｊを用いて信号相関行列Ｓ_ｎｎを表すと、数６のようになる。

ただし、Ｐ_ｉは、数７で表される。

相関係数の大きさが１となる２波は相関があると定義されている。対して、相関係数が１よりも小さな２波の場合は相関がないと定義される。

ここで、信号相関行列のランクが信号相関によってどのように変化するかについて説明する。すべての受信信号が無相関の場合、信号相関行列は到来波数に一致した独立した数の信号成分を含む。このとき、信号相関行列のランクは到来波数と同じとなる。

一方、受信信号に相関のある信号が含まれている場合、互いに相関のある信号同士は縮退して１つの成分となる。そのため、信号相関行列のランクは減少し、到来信号未満となる。

続いて、空間平均法について説明する。前述のとおり、相関のある信号が到来した場合、信号相関行列のランクが減少しランクは到来波数未満となる。そのため、アレイをいくつかのサブアレイに分け各サブアレイごとの信号相関行列Ｒ_ｘｘ ^ｋを求め平均をとる空間平均処理を行う。これによって、信号相関行列のランクを到来波数まで回復させることが可能となる。また、すべての受信信号が無相関の場合、空間平均法を適用してもランクは変化しない。

本発明では、このような原理を利用し、到来波から得られた受信信号にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれるか否かを判定する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る到来方位推定システムの構成例を示すブロック図である。到来方位推定システム１００は、ｎ個のアンテナ素子２１〜アンテナ素子２ｎから成るアレイアンテナ２と、アレイアンテナ２と接続するＲＦ受信装置３、ＲＦ受信装置３と接続するＡ−Ｄ変換装置４、Ａ−Ｄ変換装置４と接続する到来方位推定装置１とで構成される。

図２は、実施の形態１に係るアレイアンテナの一例を示す図である。図２の例では、アレイアンテナ２は、１６個のアンテナ素子２１〜アンテナ素子２１６で構成される。

アレイアンテナ２はサブアレイ化されており、例えば、サブアレイＡ１は、アンテナ素子２１、アンテナ素子２２、アンテナ素子２５およびアンテナ素子２６から成る。サブアレイＡ２は、アンテナ素子２６、アンテナ素子２７、アンテナ素子２１０およびアンテナ素子２１１から成る。サブアレイＡ３は、アンテナ素子２１１、アンテナ素子２１２、アンテナ素子２１５およびアンテナ素子２１６から成る。

アレイアンテナ２の各アンテナ素子は到来波を受信し、ＲＦ受信装置３に送信する。

図１に戻り、到来方位推定装置１のＲＦ受信装置３は、アレイアンテナ２の各アンテナ素子が受信した到来波から信号群を生成し、復調するなどの受信処理を行う。ＲＦ受信装置３は、受信処理によって得られた信号群をＡ−Ｄ変換装置４に送る。

Ａ−Ｄ変換装置４は、ＲＦ受信装置３から受け取った信号群を離散時間でサンプルし、デジタル信号群を得るＡ−Ｄ変換処理を行う。このデジタル信号はすべてのアンテナ素子のそれぞれについて得られる。Ａ−Ｄ変換装置４は得られたデジタル信号群（以下、アレイアンテナ受信信号群という）を、到来方位推定装置１に送る。

到来方位推定装置１は、空間平均処理部１１、信号相関行列算出部１２、平均信号相関行列算出部１３、マルチパス判定処理部１４、および、到来方位算出部１５で構成される。

空間平均処理部１１は、Ａ−Ｄ変換装置４から受け取ったアレイアンテナ受信信号群のうち、各サブアレイに対応するデジタル信号群に対して、信号相関行列を算出する。空間平均処理部１１は、算出した複数の信号相関行列を平均信号相関行列算出部１３に送る。

信号相関行列算出部１２は、Ａ−Ｄ変換装置４から受け取ったアレイアンテナ受信信号群に対して、アレイアンテナ２に到来する信号の信号相関行列を算出する。信号相関行列算出部１２は、得られた信号相関行列のランクｒ_１を算出する。信号相関行列算出部１２は、算出した信号相関行列のランクｒ_１をマルチパス判定処理部１４に送る。

平均信号相関行列算出部１３は、空間平均処理部１１から受け取った複数の信号相関行列を加算平均し、平均信号相関行列を算出する。平均信号相関行列算出部１３は、算出した平均信号相関行列のランクｒ_２を算出する。平均信号相関行列算出部１３は、算出した平均信号相関行列のランクｒ_２をマルチパス判定処理部１４に送る。

マルチパス判定処理部１４は、信号相関行列算出部１２から受け取った信号相関行列のランクｒ_１と、平均信号相関行列算出部１３から受け取った平均信号相関行列のランクｒ_２とを比較し、受信信号にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれるか否かを判定する。マルチパス判定処理部１４は、判定結果と、平均信号相関行列のランクｒ_２を到来方位算出部１５に送る。

ここで、受信信号にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれているかの判定方法について説明する。

前述のように、受信信号がすべて無相関である場合、空間平均処理の前後で信号相関行列のランクは変化しない。一方、受信信号に１組でも相関のある信号がある場合、空間平均処理によって相関信号同士の相関が低下し、平均信号相関行列のランクは到来波数まで回復する。

このことから明らかなように、空間平均処理前の信号の信号相関行列のランクと、空間平均処理後の信号の平均信号相関行列とのランクが等しい場合は、受信信号はすべて無相関であると判定され、等しくない場合は受信信号にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれていると判定することができる。

さらに、受信信号に相関信号が含まれていると判定された場合、相関信号の数をランクの変化より算出することができる。具体的には、空間平均処理前の信号の信号相関行列のランクをｒ_１、空間平均処理後の信号の平均信号相関行列とのランクをｒ_２とすると、ｒ_２−ｒ_１組の相関信号が到来していると判断できる。

このことから、マルチパス判定処理部１４は、信号相関行列算出部１２が算出した信号相関行列のランクｒ_１と平均信号相関行列算出部１３が算出した平均信号相関行列のランクｒ_２を取得し、ｒ_１の値とｒ_２の値とを比較する。ｒ_２＞ｒ_１であれば、「マルチパスあり」と判定し、それ以外、つまり、ｒ_１＝ｒ_２であれば、「マルチパスなし」と判定する。

図１に戻り、到来方位推定装置１の到来方位算出部１５は、マルチパス判定処理部１４から受けとったマルチパスの判定結果に応じて、それぞれに適したアルゴリズムを選択し、到来波の到来方位の算出を行う。

具体的には、到来方位算出部１５は、マルチパスの判定結果がマルチパスありの場合、マルチパス判定処理部１４から受け取った、平均信号相関行列のランクｒ_２の値を到来波数として、空間平均処理前の、アレイアンテナ受信信号群に対して最尤推定法を適用して、到来波の到来方位を算出する。

到来方位算出部１５は、マルチパスの判定結果がマルチパスなしの場合、空間平均処理前の、アレイアンテナ受信信号群に対してＭＵＳＩＣ法を適用して、到来波の到来方位を算出する。

一般的に、最尤推定法は波数情報が未知である場合は波数情報を総当りして到来波の到来方位を算出するため、到来波数が未知である場合の演算量が極端に大きくなるといった課題があったが、本発明においては、到来波数を既知とすることができるため、最尤推定法の演算量を低下させることができる。

また、一般的に相関信号が到来している場合に必要となる空間平均法はサブアレイ化に伴いアレイの自由度がアレイ数まで減少するが、本発明では、空間平均処理前の信号を用いて最尤推定法を実施するため、空間平均法とＭＵＳＩＣ法とを組み合わせた到来方位推定と比較し、推定精度を高めることができる。

また、相関信号が到来していない場合は、空間平均処理前の信号に対して、演算負荷の高い最尤推定法ではなくＭＵＳＩＣ法を適用し到来方位推定を実施することによって、空間平均処理による推定精度悪化を改善しながら、効率的な到来方位推定を実施することができる。

図３は、実施の形態１に係る到来方位推定処理の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示す到来方位推定処理は、たとえば到来方位推定装置１がＡ−Ｄ変換装置４からアレイアンテナ受信信号群を受け取ると開始する。

空間平均処理部１１は、Ａ−Ｄ変換装置４から受け取ったアレイアンテナ受信信号群のうち、各サブアレイに対応するデジタル信号群に対して、信号相関行列を算出する（ステップＳ１１）。空間平均処理部１１は、算出した複数の信号相関行列を平均信号相関行列算出部１３に送る。

信号相関行列算出部１２は、Ａ−Ｄ変換装置４から受け取ったアレイアンテナ受信信号群に対してアレイアンテナ２に到来する信号の信号相関行列を算出する。信号相関行列算出部１２は、得られた信号相関行列のランクｒ_１を算出する（ステップＳ１２）。信号相関行列算出部１２は、算出した信号相関行列のランクｒ_１をマルチパス判定処理部１４に送る。

平均信号相関行列算出部１３は、空間平均処理部１１から受け取った複数の信号相関行列を加算平均し、平均信号相関行列を算出する。平均信号相関行列算出部１３は、算出した平均信号相関行列のランクｒ_２を算出する（ステップＳ１３）。平均信号相関行列算出部１３は、算出した平均信号相関行列のランクｒ_２をマルチパス判定処理部１４に送る。

マルチパス判定処理部１４は、信号相関行列算出部１２から受け取った信号相関行列のランクｒ_１と、平均信号相関行列算出部１３から受け取った平均信号相関行列のランクｒ_２とを比較し、ｒ_２＞ｒ_１であれば（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、受信信号にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれている「マルチパスあり」と判定する。

一方、マルチパス判定処理部１４は、ｒ_１＝ｒ_２であれば（ステップＳ１４；ＮＯ）、「マルチパスなし」と判定する。マルチパス判定処理部１４は、判定結果と、平均信号相関行列のランクｒ_２を到来方位算出部１５に送る。

到来方位算出部１５は、マルチパスの判定結果がマルチパスありの場合（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、マルチパス判定処理部１４から受け取った、平均信号相関行列のランクｒ_２の値を到来波数として、空間平均処理前の、アレイアンテナ受信信号群に対して最尤推定法を適用して、到来波の到来方位を算出する（ステップＳ１５）。

到来方位算出部１５は、マルチパスの判定結果がマルチパスなしの場合（ステップＳ１４；ＮＯ）、空間平均処理前の、アレイアンテナ受信信号群に対してＭＵＳＩＣ法を適用して、到来波の到来方位を算出する（ステップＳ１６）。

到来方位推定装置１の電源がＯＦＦになっていない場合（ステップＳ１７；ＮＯ）、処理はステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１〜ステップＳ１７を繰り返す。到来方位推定装置１の電源がＯＦＦになった場合（ステップＳ１７；ＹＥＳ）、処理を終了する。

以上説明したように実施の形態１の到来方位推定装置１によれば、受信信号にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれるか否かを判定し、判定結果ごとに適した異なるアルゴリズムを選択して、到来波の到来方位の算出を行うことで、マルチパス環境下においても効率的かつ高精度で、到来波の到来方位を推定することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、受信信号にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれるか否かの場合分けに加え、到来波数が１であるか否かの場合分けを行い、それぞれの場合に適したアルゴリズムを選択して、到来波の到来方位の算出を行うことで、さらに効率的に到来波の到来方位を推定する。実施の形態２の到来方位推定装置１は、実施の形態１の到来方位推定装置１と同様の構成である。

到来方位算出部１５は、マルチパスの判定結果がマルチパスありの場合、マルチパス判定処理部１４から受け取った、平均信号相関行列のランクｒ_２を到来波数として、空間平均処理前の、アレイアンテナ受信信号群に対して最尤推定法を適用して、到来波の到来方位を算出する。

到来方位算出部１５は、マルチパスの判定結果がマルチパスなしの場合、到来波数ｒ_２が１であるか否かを判定する。到来波数ｒ_２が１でない場合は、到来方位算出部１５は、実施の形態１と同様に空間平均処理前の、アレイアンテナ受信信号群に対してＭＵＳＩＣ法を適用して、到来波の到来方位を算出する。到来波数ｒ_２が１の場合は、到来方位算出部１５は、受信信号のアンテナ素子間の位相差から到来波の到来方位を算出する。

このようにして、到来波数が１波である場合に、演算量が他の方式と比較して小さいインタフェロメータ方式を用いて、到来波の到来方位を算出することで、演算量を低減することができる。

図４は、本発明の実施の形態２に係る到来方位推定処理の動作の一例を示すフローチャートである。図４に示す到来方位推定処理は、たとえば到来方位推定装置１がＡ−Ｄ変換装置４からアレイアンテナ受信信号群を受け取ると開始する。

空間平均処理部１１は、Ａ−Ｄ変換装置４から受け取ったアレイアンテナ受信信号群のうち、各サブアレイに対応するデジタル信号群に対して、信号相関行列を算出する（ステップＳ２１）。空間平均処理部１１は、算出した複数の信号相関行列を平均信号相関行列算出部１３に送る。

信号相関行列算出部１２は、Ａ−Ｄ変換装置４から受け取ったアレイアンテナ受信信号群に対してアレイアンテナ２に到来する信号の信号相関行列を算出する。信号相関行列算出部１２は、得られた信号相関行列のランクｒ_１を算出する（ステップＳ２２）。信号相関行列算出部１２は、算出した信号相関行列のランクｒ_１をマルチパス判定処理部１４に送る。

平均信号相関行列算出部１３は、空間平均処理部１１から受け取った複数の信号相関行列を加算平均し、平均信号相関行列を算出する。平均信号相関行列算出部１３は、算出した平均信号相関行列のランクｒ_２を算出する（ステップＳ２３）。平均信号相関行列算出部１３は、算出した平均信号相関行列のランクｒ_２をマルチパス判定処理部１４に送る。

マルチパス判定処理部１４は、信号相関行列算出部１２から受け取った信号相関行列のランクｒ_１と、平均信号相関行列算出部１３から受け取った平均信号相関行列のランクｒ_２とを比較し、ｒ_２＞ｒ_１であれば（ステップＳ２４；ＹＥＳ）、受信信号にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれている「マルチパスあり」と判定する。

一方、マルチパス判定処理部１４は、ｒ_１＝ｒ_２であれば（ステップＳ２４；ＮＯ）、「マルチパスなし」と判定する。マルチパス判定処理部１４は、判定結果と、平均信号相関行列のランクｒ_２を到来方位算出部１５に送る。

到来方位算出部１５は、マルチパスの判定結果がマルチパスありの場合（ステップＳ２４；ＹＥＳ）、マルチパス判定処理部１４から受け取った、平均信号相関行列のランクｒ_２を到来波数として、空間平均処理前の、アレイアンテナ受信信号群に対して最尤推定法を適用して、到来波の到来方位を算出する（ステップＳ２５）。

一方、到来方位算出部１５は、マルチパスの判定結果がマルチパスなしの場合（ステップＳ２４；ＮＯ）、到来波数ｒ_２が１であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。

到来波数ｒ_２が１でない場合は（ステップＳ２６；ＮＯ）、到来方位算出部１５は、空間平均処理前の、アレイアンテナ受信信号群に対してＭＵＳＩＣ法を適用して、到来波の到来方位を算出する（ステップＳ２７）。到来波数ｒ_２が１である場合は（ステップＳ２６；ＹＥＳ）、到来方位算出部１５は、空間平均処理前の、アレイアンテナ受信信号群のアンテナ素子間の位相差から、到来波の到来方位を算出する（ステップＳ２８）。

到来方位推定装置１の電源がＯＦＦになっていない場合（ステップＳ２９；ＮＯ）、処理はステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１〜ステップＳ２９を繰り返す。到来方位推定装置１の電源がＯＦＦになった場合（ステップＳ２９；ＹＥＳ）、処理を終了する。

以上説明したように実施の形態２の到来方位推定装置１によれば、受信信号にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれるか否かを判定し、相関信号が含まれていない場合に、到来波数が１波であるか否かを判定し、それぞれの判定結果ごとに適した異なるアルゴリズムを選択して、到来波の到来方位の算出を行うことで、マルチパス環境下においても効率的かつ高精度で、より少ない演算量で、到来波の到来方位を推定することができる。

図５は、本発明の実施の形態に係る到来方位推定装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。到来方位推定装置１は、図５に示すように、制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５および入出力部３６を備える。主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５および入出力部３６はいずれも内部バス３０を介して制御部３１に接続されている。

制御部３１はＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、外部記憶部３３に記憶されている制御プログラム３９に従って、到来方位推定装置１の空間平均処理部１１、信号相関行列算出部１２、平均信号相関行列算出部１３、マルチパス判定処理部１４、および、到来方位算出部１５の各処理を実行する。

主記憶部３２はＲＡＭ（Random-Access Memory）等から構成され、外部記憶部３３に記憶されている制御プログラム３９をロードし、制御部３１の作業領域として用いられる。

外部記憶部３３は、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile Disc Random-Access Memory）、ＤＶＤ−ＲＷ（Digital Versatile Disc ReWritable）等の不揮発性メモリから構成され、到来方位推定装置１の処理を制御部３１に行わせるためのプログラムをあらかじめ記憶し、また、制御部３１の指示に従って、このプログラムが記憶するデータを制御部３１に供給し、制御部３１から供給されたデータを記憶する。到来方位推定装置１が算出した到来波の到来方位を示す情報を記憶する場合には、外部記憶部３３に記憶される。

操作部３４はキーボードおよびマウスなどのポインティングデバイス等と、キーボードおよびポインティングデバイス等を内部バス３０に接続するインタフェース装置から構成されている。ユーザが到来方位推定装置１に情報を入力する場合は、操作部３４を介して、入力された情報が制御部３１に供給される。

表示部３５は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）またはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などから構成されている。ユーザが到来方位推定装置１に情報を入力する場合は、操作画面を表示する。到来方位推定装置１が算出した到来波の到来方位を示す情報を表示する場合には、表示部３５に表示される。

入出力部３６は、シリアルインタフェースまたはパラレルインタフェースから構成されている。入出力部３６はＡ−Ｄ変換装置４と接続する。

図１に示す到来方位推定装置１の空間平均処理部１１、信号相関行列算出部１２、平均信号相関行列算出部１３、マルチパス判定処理部１４、および、到来方位算出部１５の処理は、制御プログラム３９が、制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５および入出力部３６などを資源として用いて処理することによって実行する。

その他、前記のハードウェア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。

制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５、入出力部３６、内部バス３０などから構成される到来方位推定装置１の処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。たとえば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等）に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する到来方位推定装置１を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで到来方位推定装置１を構成してもよい。

また、到来方位推定装置１の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS, Bulletin Board System）に前記コンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介して前記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。

上記の実施の形態では、到来方位推定システム１００は、ＲＦ受信装置３およびＡ−Ｄ変換装置４を到来方位推定装置１の外部に備えるが、到来方位推定装置１がＲＦ受信装置３およびＡ−Ｄ変換装置４を含む構成であってもよい。

１ 到来方位推定装置、２ アレイアンテナ、２１〜２ｎ アンテナ素子、３ ＲＦ受信装置、４ Ａ−Ｄ変換装置、１１ 空間平均処理部、１２ 信号相関行列算出部、１３ 平均信号相関行列算出部、１４ マルチパス判定処理部、１５ 到来方位算出部、３０ 内部バス、３１ 制御部、３２ 主記憶部、３３ 外部記憶部、３４ 操作部、３５ 表示部、３６ 入出力部、３９ 制御プログラム、１００ 到来方位推定システム、Ａ１〜Ａ３ サブアレイ。

Claims (7)

1. 複数のサブアレイから成るアレイアンテナを構成するすべてのアンテナ素子の受信信号から成るアレイアンテナ受信信号群を取得する信号群取得部と、
   前記アレイアンテナ受信信号群に対して、信号相関行列を算出し、得られた信号相関行列のランクを第１ランクとして算出する信号相関行列算出部と、
   前記アレイアンテナ受信信号群のうち、各サブアレイに対応する信号群に対して、信号相関行列を算出する空間平均処理部と、
   前記空間平均処理部が算出した信号相関行列を加算平均して平均信号相関行列を算出し、得られた平均信号相関行列のランクを第２ランクとして算出する平均信号相関行列算出部と、
   前記第１ランクと前記第２ランクとを比較して、前記アレイアンテナ受信信号群にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれるか否かを判定するマルチパス判定処理部と、
   前記マルチパス判定処理部が前記アレイアンテナ受信信号群に前記相関信号が含まれると判定した場合、前記アレイアンテナ受信信号群に対し、前記相関信号を分離可能な第１到来方位推定方法を適用して、前記受信信号の到来波の到来方位を算出し、前記マルチパス判定処理部が前記アレイアンテナ受信信号群に前記相関信号が含まれないと判定した場合、前記アレイアンテナ受信信号群に対し、前記第１到来方位推定方法よりも演算量の少ない第２到来方位推定方法を適用して、前記到来波の到来方位を算出する到来方位算出部と、
   を備える到来方位推定装置。
2. 前記信号群取得部は、
   前記アレイアンテナと接続され、前記アレイアンテナの各アンテナ素子が受信した前記到来波から信号群を生成するＲＦ受信部と、
   前記ＲＦ受信部が生成した信号群をＡ−Ｄ変換して、前記アレイアンテナ受信信号群を生成するＡ−Ｄ変換部と、
   を備える請求項１に記載の到来方位推定装置。
3. 前記到来方位算出部は、
   前記第２ランクの値を前記到来波の数とし、前記アレイアンテナ受信信号群に対し、前記第１到来方位推定方法として最尤推定法を適用し、前記到来波の到来方位を算出する請求項１または２に記載の到来方位推定装置。
4. 前記到来方位算出部は、
   前記アレイアンテナ受信信号群に対し、前記第２到来方位推定方法としてＭＵＳＩＣ法を適用し、前記到来波の到来方位を算出する請求項１から３のいずれか１項に記載の到来方位推定装置。
5. 前記到来方位算出部は、
   前記マルチパス判定処理部が前記アレイアンテナ受信信号群に前記相関信号が含まれないと判定した場合に、前記第２ランクが１であるか否かを判定し、前記第２ランクが１でない場合は、前記アレイアンテナ受信信号群に対し、前記第２到来方位推定方法の１つとしてＭＵＳＩＣ法を適用し、前記到来波の到来方位を算出し、前記第２ランクが１である場合は、前記第２到来方位推定方法の１つとして、前記アレイアンテナ受信信号群のアンテナ素子間の位相差から、前記到来波の到来方位を算出する１から３のいずれか１項に記載の到来方位推定装置。
6. 到来方位推定装置が実行する到来方位推定方法であって、
   複数のサブアレイから成るアレイアンテナを構成するすべてのアンテナ素子の受信信号から成るアレイアンテナ受信信号群に対して、信号相関行列を算出し、得られた信号相関行列のランクを第１ランクとして算出する信号相関行列算出ステップと、
   前記アレイアンテナ受信信号群のうち、各サブアレイに対応する信号群に対して、信号相関行列を算出する空間平均処理ステップと、
   前記空間平均処理ステップで算出した信号相関行列を加算平均して平均信号相関行列を算出し、得られた平均信号相関行列のランクを第２ランクとして算出する平均信号相関行列算出ステップと、
   前記第１ランクと前記第２ランクとを比較して、前記アレイアンテナ受信信号群にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれるか否かを判定するマルチパス判定処理ステップと、
   前記マルチパス判定処理ステップで前記アレイアンテナ受信信号群に前記相関信号が含まれると判定した場合、前記アレイアンテナ受信信号群に対し、前記相関信号を分離可能な第１到来方位推定方法を適用して、前記受信信号の到来波の到来方位を算出し、前記マルチパス判定処理ステップで前記アレイアンテナ受信信号群に前記相関信号が含まれないと判定した場合、前記アレイアンテナ受信信号群に対し、前記第１到来方位推定方法よりも演算量の少ない第２到来方位推定方法を適用して、前記到来波の到来方位を算出する到来方位算出ステップと、
   を備える到来方位推定方法。
7. コンピュータに、
   複数のサブアレイから成るアレイアンテナを構成するすべてのアンテナ素子の受信信号から成るアレイアンテナ受信信号群に対して、信号相関行列を算出し、得られた信号相関行列のランクを第１ランクとして算出する信号相関行列算出ステップ、
   前記アレイアンテナ受信信号群のうち、各サブアレイに対応する信号群に対して、信号相関行列を算出する空間平均処理ステップ、
   前記空間平均処理ステップで算出した信号相関行列を加算平均して平均信号相関行列を算出し、得られた平均信号相関行列のランクを第２ランクとして算出する平均信号相関行列算出ステップ、
   前記第１ランクと前記第２ランクとを比較して、前記アレイアンテナ受信信号群にマルチパスによる相関波によって発生した相関信号が含まれるか否かを判定するマルチパス判定処理ステップ、および、
   前記マルチパス判定処理ステップで前記アレイアンテナ受信信号群に前記相関信号が含まれると判定した場合、前記アレイアンテナ受信信号群に対し、前記相関信号を分離可能な第１到来方位推定方法を適用して、前記受信信号の到来波の到来方位を算出し、前記マルチパス判定処理ステップで前記アレイアンテナ受信信号群に前記相関信号が含まれないと判定した場合、前記アレイアンテナ受信信号群に対し、前記第１到来方位推定方法よりも演算量の少ない第２到来方位推定方法を適用して、前記到来波の到来方位を算出する到来方位算出ステップ、
   を実行させるプログラム。

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