JP2020143918A - Incoming direction estimation device and incoming direction estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電波の到来方向を推定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for estimating the arrival direction of radio waves.
レーダ装置は、電波を照射し、物標から反射してきた電波(反射波)を受信することで、反射波の到来方向を推定する。到来方向の推定方法は、反射波を受信する複数の受信アンテナで得られた受信信号の位相差や振幅差の情報から到来方向(角度)を算出する方法である。 The radar device irradiates radio waves and receives radio waves (reflected waves) reflected from the target to estimate the direction of arrival of the reflected waves. The method of estimating the arrival direction is a method of calculating the arrival direction (angle) from information on the phase difference and amplitude difference of the received signals obtained by a plurality of receiving antennas that receive the reflected wave.
到来方向(角度)を算出する上で、アンテナ数は非常に重要であり、角度精度性能及び角度分離性能に大きく影響する。しかしながら、アンテナ数の増加は、レーダ装置のコストアップに繋がってしまう。このため、受信アンテナの数を超える数の仮想アンテナを備える仮想アレーアンテナを、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせによって生成する技術が近年注目されている。 The number of antennas is very important in calculating the arrival direction (angle), and greatly affects the angle accuracy performance and the angle separation performance. However, an increase in the number of antennas leads to an increase in the cost of the radar device. Therefore, in recent years, attention has been paid to a technique for generating a virtual array antenna having a number of virtual antennas exceeding the number of receiving antennas by combining a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas.
仮想アレーアンテナでは、1つの送信アンテナに存在する誤差が複数の仮想アンテナの誤差に反映され、誤差の影響する範囲が広くなる。例えば、図7に示すアンテナ間隔が4dである2つの送信アンテナTx1及びTx2とアンテナ間隔がdである4つの受信アンテナRx1〜Rx4との組み合わせによって生成される仮想アレーアンテナVAx1では、送信アンテナTx1に存在する誤差が4つの仮想アンテナVRx5〜VRx8に影響を与えてしまう。 In the virtual array antenna, the error existing in one transmitting antenna is reflected in the error of a plurality of virtual antennas, and the range affected by the error becomes wide. For example, in the virtual array antenna VAx1 generated by the combination of the two transmitting antennas Tx1 and Tx2 having an antenna spacing of 4d and the four receiving antennas Rx1 to Rx4 having an antenna spacing of d as shown in FIG. 7, the transmitting antenna Tx1 The existing error affects the four virtual antennas VRx5 to VRx8.
同様に、仮想アレーアンテナでは、1つの受信アンテナに存在する誤差が複数の仮想アンテナの誤差に反映され、誤差の影響する範囲が広くなる。例えば、図8に示すアンテナ間隔がdである4つの送信アンテナTx1〜Tx4とアンテナ間隔が4dである2つの受信アンテナRx1及びRx2との組み合わせによって生成される仮想アレーアンテナVAx1では、受信アンテナRx1に存在する誤差が4つの仮想アンテナVRx1、VRx3、VRx5、及びVRx7に影響を与えてしまう。 Similarly, in the virtual array antenna, the error existing in one receiving antenna is reflected in the error of the plurality of virtual antennas, and the range affected by the error becomes wide. For example, in the virtual array antenna VAx1 generated by the combination of the four transmitting antennas Tx1 to Tx4 having an antenna spacing of d and the two receiving antennas Rx1 and Rx2 having an antenna spacing of 4d shown in FIG. 8, the receiving antenna Rx1 The existing error affects the four virtual antennas VRx1, VRx3, VRx5, and VRx7.
そこで、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である複数の仮想アンテナが得られるように、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを配置し、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である2つの仮想アンテナの受信信号間の差をキャンセルするように仮想アンテナの受信信号に補正をかける補正技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。 Therefore, a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas are arranged so that a plurality of virtual antennas having the same signal round-trip distance for the same target can be obtained, and the signal round-trip distance for the same target is the same. A correction technique for correcting the received signal of the virtual antenna so as to cancel the difference between the received signals of the two virtual antennas has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、熱雑音などのランダムな雑音が、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナそれぞれにおいて発生する。このため、各仮想アンテナの各受信信号に含まれる雑音はそれぞれ異なる。したがって、上記の補正技術では、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である2つの仮想アンテナの受信信号間の差を、2つの仮想アンテナの受信信号がそれぞれで異なる雑音を含んだままでキャンセルしており、正しい誤差補正が行えていない。特に、信号対雑音比(SNR)が低い場合には、雑音の影響が大きくなるため、誤差補正の精度低下が顕著になる。 However, random noise such as thermal noise is generated at each of the plurality of transmitting antennas and the plurality of receiving antennas. Therefore, the noise contained in each received signal of each virtual antenna is different. Therefore, in the above correction technique, the difference between the received signals of the two virtual antennas having the same round-trip distance of the signals for the same target is canceled while the received signals of the two virtual antennas contain different noises. However, the correct error correction is not performed. In particular, when the signal-to-noise ratio (SNR) is low, the influence of noise becomes large, so that the accuracy of error correction is significantly reduced.
本発明は、上記課題に鑑みて、誤差補正の精度が高い到来方向推定技術を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an arrival direction estimation technique with high accuracy of error correction.
本発明に係る到来方向推定装置は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成され、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である第1の仮想アンテナ及び第2の仮想アンテナを備える仮想アレーアンテナの受信信号を取得する取得部と、前記第1の仮想アンテナと、前記第2の仮想アンテナとを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき前記受信信号の相関行列を算出し、前記受信信号の相関行列の固有値分解に基づき固有ベクトルを算出する算出部と、前記第1の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素と、前記第2の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素とに基づき、前記固有ベクトルを補正する補正部と、前記補正部によって補正された後の前記固有ベクトルに基づいて電波の到来方向を推定する推定部と、を備える構成(第1の構成)である。 The arrival direction estimation device according to the present invention is a first virtual antenna and a second virtual antenna that are generated by a combination of a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas and have the same round-trip distance of signals for the same target. A correlation matrix of the received signal is obtained based on the received signal for each of a plurality of virtual antennas including the acquisition unit for acquiring the received signal of the virtual array antenna including the first virtual antenna and the second virtual antenna. A calculation unit that calculates and calculates an eigenvector based on the eigenvalue decomposition of the correlation matrix of the received signal, an element of the eigenvector corresponding to the first virtual antenna, and an element of the eigenvector corresponding to the second virtual antenna. Based on the above, the configuration includes a correction unit that corrects the eigenvector and an estimation unit that estimates the arrival direction of the radio wave based on the eigenvector after the correction by the correction unit (first configuration).
上記第1の構成の到来方向推定装置において、前記推定部は、前記補正部によって補正された後の前記固有ベクトルにおいて、前記第1の仮想アンテナに対応する要素と、前記第2の仮想アンテナに対応する要素と、をまとめた結合固有ベクトルを生成し、前記結合固有ベクトルの相関行列を生成し、前記結合固有ベクトルの相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する構成(第2の構成)であってもよい。 In the arrival direction estimation device of the first configuration, the estimation unit corresponds to the element corresponding to the first virtual antenna and the second virtual antenna in the eigenvector after being corrected by the correction unit. Even if it is a configuration (second configuration) in which a combined eigenvector is generated, a correlation matrix of the combined eigenvectors is generated, and the arrival direction of radio waves is estimated based on the correlation matrix of the combined eigenvectors. Good.
上記第2の構成の到来方向推定装置において、前記算出部は、複数の前記結合固有ベクトルを並べて得られる特徴行列と、前記特徴行列の複素共役転置行列とを掛けて、前記結合固有ベクトルの相関行列を生成する構成(第3の構成)であってもよい。 In the arrival direction estimation device of the second configuration, the calculation unit multiplies the feature matrix obtained by arranging the plurality of coupling eigenvectors and the complex conjugate transposed matrix of the feature matrix to obtain the correlation matrix of the coupling eigenvectors. It may be the configuration to be generated (third configuration).
上記第1の構成の到来方向推定装置において、前記算出部は、前記第1の仮想アンテナと、前記第2の仮想アンテナとを共に含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき単一の前記受信信号の相関行列を算出し、前記補正部は、前記第2の仮想アンテナと同一の前記送信アンテナ又は前記受信アンテナのいずれか一方を組合せて生成した仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素を補正する構成(第4の構成)であってもよい。 In the arrival direction estimation device of the first configuration, the calculation unit is a single unit based on the received signal for each of the plurality of virtual antennas including both the first virtual antenna and the second virtual antenna. The correlation matrix of the received signal is calculated, and the correction unit corrects the element of the eigenvector corresponding to the virtual antenna generated by combining either the transmitting antenna or the receiving antenna which is the same as the second virtual antenna. It may be the configuration (fourth configuration).
上記第1〜第3の構成の到来方向推定装置において、前記算出部は、前記第1の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第1の相関行列と、前記第2の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第2の相関行列と、をそれぞれ別々の前記受信信号の相関行列として算出し、前記第1の相関行列の固有値分解に基づく第1の固有ベクトルと、前記第2の相関行列の固有値分解に基づく第2の固有ベクトルと、を算出し、前記補正部は、前記第1の仮想アンテナに対応する前記第1の固有ベクトルの要素、及び前記第2の仮想アンテナに対応する前記第2の固有ベクトルの要素に基づき、前記第2の固有ベクトルを補正し、前記推定部は、前記第1の固有ベクトルと前記補正部によって補正された後の前記第2の固有ベクトルとに基づいて電波の到来方向を推定する構成(第5の構成)であってもよい。 In the arrival direction estimation device having the first to third configurations, the calculation unit includes the first correlation matrix based on the received signal for each of the plurality of virtual antennas including the first virtual antenna, and the second. The second correlation matrix based on the received signal for each of the plurality of virtual antennas including the virtual antenna is calculated as a separate correlation matrix of the received signals, and the first correlation matrix based on the eigenvalue decomposition of the first correlation matrix is calculated. The eigenvector and the second eigenvector based on the eigenvalue decomposition of the second correlation matrix are calculated, and the correction unit uses the element of the first eigenvector corresponding to the first virtual antenna and the second eigenvector. The second eigenvector is corrected based on the element of the second eigenvector corresponding to the virtual antenna of the above, and the estimation unit is the first eigenvector and the second eigenvector after being corrected by the correction unit. The configuration may be such that the arrival direction of the radio wave is estimated based on the above (fifth configuration).
上記第5の構成の到来方向推定装置において、前記推定部は、前記第1の固有ベクトルと前記補正部によって補正された後の前記第2の固有ベクトルとを結合して前記結合固有ベクトルを生成する構成(第6の構成)であってもよい。 In the arrival direction estimation device of the fifth configuration, the estimation unit combines the first eigenvector and the second eigenvector after being corrected by the correction unit to generate the combined eigenvector (). It may be the sixth configuration).
本発明に係る到来方向推定方法は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成され、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である第1の仮想アンテナ及び第2の仮想アンテナを備える仮想アレーアンテナの受信信号を取得する取得工程と、前記第1の仮想アンテナと、前記第2の仮想アンテナとを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき前記受信信号の相関行列を算出し、前記受信信号の相関行列の固有値分解に基づき固有ベクトルを算出する算出工程と、前記第1の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素と、前記第2の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素とに基づき、前記固有ベクトルを補正する補正工程と、前記補正工程によって補正された後の前記固有ベクトルに基づいて電波の到来方向を推定する推定工程と、を備える構成(第7の構成)である。 The arrival direction estimation method according to the present invention is generated by a combination of a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas, and the first virtual antenna and the second virtual antenna having the same round-trip distance of signals for the same target. A correlation matrix of the received signal is obtained based on the acquisition step of acquiring the received signal of the virtual array antenna including the first virtual antenna and the received signal for each of a plurality of virtual antennas including the first virtual antenna and the second virtual antenna. The calculation step of calculating and calculating the eigenvector based on the eigenvalue decomposition of the correlation matrix of the received signal, the element of the eigenvector corresponding to the first virtual antenna, and the element of the eigenvector corresponding to the second virtual antenna. Based on the above, the configuration includes a correction step of correcting the eigenvector and an estimation step of estimating the arrival direction of the radio wave based on the eigenvector after being corrected by the correction step (seventh configuration).
本発明に係る到来方向推定技術によると、誤差補正の精度を高くできる。 According to the arrival direction estimation technique according to the present invention, the accuracy of error correction can be improved.
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<1.第1の実施形態>
<1−1.レーダ装置の構成>
図1は本実施形態に係るレーダ装置1の構成を示す図である。レーダ装置1は、例えば自動車などの車両に搭載されている。レーダ装置1が自車両の前端に搭載されている場合、レーダ装置1は、送信波を用いて、自車両の前方に存在する物標に係る物標データを取得する。物標データは、物標までの距離、レーダ装置1に対する物標の相対速度等を含む。しかしながら、本実施形態に係るレーダ装置1を到来方向推定装置の一例として説明するため、以下の説明においては到来方向推定に関する部分についてのみ説明を行う。
<1. First Embodiment>
<1-1. Radar device configuration>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a radar device 1 according to the present embodiment. The radar device 1 is mounted on a vehicle such as an automobile. When the radar device 1 is mounted on the front end of the own vehicle, the radar device 1 acquires the target data related to the target existing in front of the own vehicle by using the transmitted wave. The target data includes the distance to the target, the relative speed of the target with respect to the radar device 1, and the like. However, in order to explain the radar device 1 according to the present embodiment as an example of the arrival direction estimation device, only the part related to the arrival direction estimation will be described in the following description.
図1に示すように、レーダ装置1は、2個の送信部2と、受信部3と、信号処理装置4と、を主に備えている。なお、レーダ装置1は、いわゆるMIMO(Multi Input Multi Output)レーダ装置である。
As shown in FIG. 1, the radar device 1 mainly includes two transmitting
送信部2は、信号生成部21と発信器22とを備えている。発信器22は、信号生成部21で生成された信号を変調して送信信号を生成する。2個の送信アンテナ23はそれぞれ別々の送信部2から送信信号を受け取り、その送信信号を送信波TWに変換して出力する。2個の送信部2それぞれから出力される2つの送信信号は、互いに直交した信号(直交信号)である。
The
受信部3は、複数の受信アンテナ31と、その複数の受信アンテナ31に接続された複数の個別受信部32とを備えている。本実施形態では、受信部3は、例えば、4個の受信アンテナ31と4個の個別受信部32とを備えている。4個の個別受信部32は、4個の受信アンテナ31にそれぞれ対応している。4個の受信アンテナ31はそれぞれ受信チャンネルch1〜ch4に対応している。各受信アンテナ31は物体からの反射波RWを受信して受信信号を取得し、各個別受信部32は対応する受信アンテナ31で得られた受信信号を処理する。
The receiving unit 3 includes a plurality of receiving
各個別受信部32は、ミキサ33とA/D変換器34とを備えている。受信アンテナ31で得られた受信信号は、ローノイズアンプ(図示省略)で増幅された後にミキサ33に送られる。ミキサ33には各送信部2の各発信器22からの送信信号が入力され、ミキサ33において各送信信号と受信信号とがミキシングされる。これにより、各送信信号の周波数と受信信号の周波数との差となるビート周波数を有するビート信号が生成される。ミキサ33で生成されたビート信号は、A/D変換器34でデジタルの信号に変換された後に、信号処理装置4に出力される。
Each
信号処理装置4は、CPU(Central Processing Unit)及びメモリ41などを含むマイクロコンピュータを備えている。信号処理装置4は、演算の対象とする各種のデータを、記憶装置であるメモリ41に記憶する。メモリ41は、例えばRAM(Random Access Memory)などである。信号処理装置4は、マイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、送信制御部42、フーリエ変換部43、及び、データ処理部44を備えている。送信制御部42は、各送信部2の各信号生成部21を制御する。データ処理部44は、ピーク抽出部45、取得部46、算出部47、補正部48、及び推定部49を備えている。
The signal processing device 4 includes a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a
フーリエ変換部43は、複数の物標からの反射波が重なり合った状態で受信アンテナ31において受信されるため、受信信号に基づいて生成されたビート信号から、各物標の反射波に基づく周波数成分を分離する処理(例えば、FFT(Fast Fourier Transfer)処理)を行う。FFT処理では、所定の周波数間隔で設定された周波数ポイント(周波数ビンという場合がある)ごとに受信レベルや位相情報が算出される。
Since the Fourier transform unit 43 receives the reflected waves from a plurality of targets in a superposed state on the receiving
ピーク抽出部45は、フーリエ変換部43によるFFT処理等の結果からピークを検出する。
The
取得部46は、ピーク抽出部45で抽出されたピーク値に基づき、仮想アレーアンテナの受信信号を取得する。仮想アレーアンテナの詳細については後述する。
The
算出部47は、仮想アレーアンテナの受信信号に基づき、第1の固有ベクトル及び第2の固有ベクトルを算出する。第1の固有ベクトル及び第2の固有ベクトルの詳細については後述する。
The
補正部48は、第2の固有ベクトルを補正する。補正の具体例については後述する。
The
推定部49は、第1の固有ベクトルと補正部48によって補正された後の第2の固有ベクトルとに基づいて電波の到来方向を推定する。推定の具体例については後述する。
The
<1−2.アンテナ配置>
図2は、本実施形態におけるアンテナ配置を示す図である。図2(a)に示すように2個の送信アンテナ23が水平方向に沿ってアンテナ間隔3dで配置され、図2(b)に示すように4個の受信アンテナ31が水平方向に沿って同一のアンテナ間隔dで配置される。なお、受信アンテナ31における3つのアンテナ間隔は、厳密に同一でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で3つのアンテナ間隔が同一とみなすことができればよい。また、送信アンテナ23におけるアンテナ間隔は、厳密に受信アンテナ31におけるアンテナ間隔の3倍でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で受信アンテナ31におけるアンテナ間隔の3倍とみなすことができればよい。
<1-2. Antenna placement>
FIG. 2 is a diagram showing an antenna arrangement in this embodiment. As shown in FIG. 2A, the two transmitting
図2(a)に示す2個の送信アンテナ23と図2(b)に示す4個の受信アンテナ31との組み合わせにより、図2(c)に示す仮想アレーアンテナが生成される。図2(c)に示す仮想アレーアンテナは、8個の仮想アンテナVRx1〜VRx8によって構成される。
The virtual array antenna shown in FIG. 2C is generated by the combination of the two transmitting
MIMO技術を適用することで、受信アンテナの数を超える数の仮想アンテナを得ることができる。仮想アンテナVRx1〜VRx4は水平方向に沿ってアンテナ間隔dで配置され、仮想アンテナVRx5〜VRx8は水平方向に沿ってアンテナ間隔dで配置される。そして、仮想アンテナVRx4の位置と仮想アンテナVRx5の位置とが重なっている。なお、位置が重なっている仮想アンテナVRx4と仮想アンテナVRx5とでは、同一物標に対する信号の往復路距離が同一である。 By applying MIMO technology, it is possible to obtain a number of virtual antennas that exceeds the number of receiving antennas. The virtual antennas VRx1 to VRx4 are arranged along the horizontal direction at an antenna spacing d, and the virtual antennas VRx5 to VRx8 are arranged along the horizontal direction at an antenna spacing d. Then, the position of the virtual antenna VRx4 and the position of the virtual antenna VRx5 overlap. The virtual antenna VRx4 and the virtual antenna VRx5 having overlapping positions have the same round-trip distance of signals with respect to the same target.
1chの受信アンテナ31の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナVRx1の受信信号及び仮想アンテナVRx5の受信信号を含む。同様に、2chの受信アンテナ31の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナVRx2の受信信号及び仮想アンテナVRx6の受信信号を含む。同様に、3chの受信アンテナ31の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナVRx3の受信信号及び仮想アンテナVRx7の受信信号を含む。同様に、4chの受信アンテナ31の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナVRx4の受信信号及び仮想アンテナVRx8の受信信号を含む。
The reception signal of the
<1−3.レーダ装置の概略動作>
図3Aは、レーダ装置1の概略動作を示すフローチャートである。レーダ装置1は図3Aに示す処理を一定時間ごとに周期的に繰り返す。
<1-3. Outline operation of radar device>
FIG. 3A is a flowchart showing a schematic operation of the radar device 1. The radar device 1 periodically repeats the process shown in FIG. 3A at regular time intervals.
まず送信アンテナ23が送信波TWを出力する(ステップS10)。次に、受信アンテナ31が受信波RWを受信して受信信号を取得する(ステップS20)。次に、信号処理装置4が所定数のビート信号を取得する(ステップS30)。次に、フーリエ変換部43は、ビート信号を対象にFFT演算を実行する(ステップS40)。
First, the transmitting
そして、ピーク抽出部45は、FFT演算の結果からピークを抽出する(ステップS50)。
Then, the
ステップS50に続くステップS60において、取得部46は、ピーク抽出部45で抽出されたピーク値に基づき、図2(c)に示す仮想アレーアンテナの受信信号を取得する。すなわち、取得部46は、仮想アンテナVRx1〜VRx8の受信信号x1〜x8を取得する。
In step S60 following step S50, the
ステップS60に続くステップS70において、算出部47は、仮想アンテナVRx1〜VRx8の受信信号x1〜x8に基づき、第1の固有ベクトル及び第2の固有ベクトルを算出する。
In step S70 subsequent to step S60,
算出部47は、仮想アンテナVRx1〜VRx4の受信信号x1〜x4に基づく第1の相関行列R1と、仮想アンテナVRx5〜VRx8の受信信号x5〜x8に基づく第2の相関行列R2と、を算出する。第1の相関行列R1は下記の(1)式により算出することができ、第2の相関行列R2は下記の(2)式により算出することができる。ここで、X1= [x1,x2,x3,x4]Tであり、X2= [x5,x6,x7,x8]Tであり、E[・]は時間平均処理を表しており、[・]Hは複素共役転置を表している。
R1=E[X1X1H] ・・・(1)
R2=E[X2X2H] ・・・(2)
R1 = E [X1X1 H ] ... (1)
R2 = E [X2X2 H ] ・ ・ ・ (2)
算出部47は、第1の相関行列R1及び第2の相関行列R2をそれぞれ固有値分解する。固有値分解により、信号と雑音を分離することができる。第1の相関行列R1及び第2の相関行列R2はそれぞれ4行4列の行列であるため、第1の相関行列R1の固有値は4つ求まり、第2の相関行列R2の固有値も4つ求まる。
The
本実施形態では、算出部47は、第1の相関行列R1の特定の固有値それぞれに対応する第1の固有ベクトルを算出し、第2の相関行列R2の特定の固有値それぞれに対応する第2の固有ベクトルを算出する。特定の固有値とは、絶対値が所定値以上である固有値を意味する。
In the present embodiment, the
以下、第1の相関行列R1の固有値のうち、最も絶対値が大きい固有値Φ11及び2番目に絶対値が大きい固有値Φ12のみが特定の固有値に該当し、第2の相関行列R2の固有値のうち、最も絶対値が大きい固有値Φ21及び2番目に絶対値が大きい固有値Φ22のみが特定の固有値に該当する場合を例に挙げて説明を行う。 Hereinafter, among the eigenvalues of the first correlation matrix R1, only the eigenvalue Φ 11 having the largest absolute value and the eigenvalue Φ 12 having the second largest absolute value correspond to the specific eigenvalues, and the eigenvalues of the second correlation matrix R2 Of these, the case where only the eigenvalue Φ 21 having the largest absolute value and the eigenvalue Φ 22 having the second largest absolute value correspond to a specific eigenvalue will be described as an example.
算出部47は、固有値Φ11に対応する第1の固有ベクトルe11、固有値Φ12に対応する第1の固有ベクトルe12、固有値Φ21に対応する第2の固有ベクトルe21、及び固有値Φ22に対応する第2の固有ベクトルe22を算出する。算出部47によって算出される第1の固有ベクトルe11及びe12並びに第2の固有ベクトルe21及びe22は、雑音の影響を受けない。算出部47によって算出される第1の固有ベクトルe11及びe12並びに第2の固有ベクトルe21及びe22は、下記の(3)〜(6)式で表される。
e11=[e111, e112, e113, e114]T ・・・(3)
e12=[e121, e122, e123, e124]T ・・・(4)
e21=[e211, e212, e213, e214]T ・・・(5)
e22=[e221, e222, e223, e224]T ・・・(6)
e 11 = [e 111 , e 112 , e 113 , e 114 ] T ... (3)
e 12 = [e 121 , e 122 , e 123 , e 124 ] T ... (4)
e 21 = [e 211 , e 212 , e 213 , e 214 ] T ... (5)
e 22 = [e 221 and e 222 , e 223 , e 224 ] T ... (6)
ステップS70に続くステップS80において、補正部48は、第2の固有ベクトルe21及びe22を補正する。
In step S80 following step S70, the
仮に2つの送信アンテナ23間で誤差がなければ、仮想アンテナVRx4に対応する第1の固有ベクトルe11の要素e114と仮想アンテナVRx5に対応する第2の固有ベクトルe21の要素e211とは一致するはずである。したがって、補正部48は、仮想アンテナVRx4に対応する第1の固有ベクトルe11の要素e114と仮想アンテナVRx5に対応する補正後の第2の固有ベクトルe’21の要素とが一致するように、第2の固有ベクトルe21を補正する。
If there is no error between the two transmitting
同様に、仮に2つの送信アンテナ23間で誤差がなければ、仮想アンテナVRx4に対応する第1の固有ベクトルe12の要素e124と仮想アンテナVRx5に対応する第2の固有ベクトルe22の要素e221とは一致するはずである。したがって、補正部48は、仮想アンテナVRx4に対応する第1の固有ベクトルe12の要素e124と仮想アンテナVRx5に対応する補正後の第2の固有ベクトルe’22の要素とが一致するように、第2の固有ベクトルe22を補正する。
Similarly, if there is no error between the two transmitting
補正後の第2の固有ベクトルe’21及びe’22は、下記の(7)〜(8)式で表される。
e’21=(e114/e211)×[e211, e212, e213, e214]T ・・・(7)
e’22=(e124/e221)×[e221, e222, e223, e224]T ・・・(8)
The second eigenvector e '21 and e' 22 after correction is expressed by (7) - (8) below.
e '21 = (e 114 / e 211) × [e 211, e 212, e 213, e 214] T ··· (7)
e '22 = (e 124 / e 221) × [e 221, e 222, e 223, e 224] T ··· (8)
ステップS80に続くステップS90において、推定部49は、第1の固有ベクトルe11と補正後の第2の固有ベクトルe’21とを結合した結合固有ベクトルeC1を生成し、第1の固有ベクトルe12と補正後の第2の固有ベクトルe’22とを結合した結合固有ベクトルeC2を生成する。なお、上記の結合において、一致する要素同士は一つの要素にまとめている。
In step S90 following step S80, the
結合固有ベクトルeC1及びeC2は、下記の(9)〜(10)式で表される。
eC1=[e111, e112, e113, e114, (e114/e211)×e212, (e114/e211)×e213, (e114/e211)×e214]T ・・・(9)
eC2=[e121, e122, e123, e124, (e124/e221)×e222, (e124/e221)×e223, (e124/e221)×e224]T ・・・(10)
The combined eigenvectors e C1 and e C2 are represented by the following equations (9) to (10).
e C1 = [e 111 , e 112 , e 113 , e 114 , (e 114 / e 211 ) x e 212 , (e 114 / e 211 ) x e 213 , (e 114 / e 211 ) x e 214 ] T ... (9)
e C2 = [e 121 , e 122 , e 123 , e 124 , (e 124 / e 221 ) x e 222 , (e 124 / e 221 ) x e 223 , (e 124 / e 221 ) x e 224 ] T ... (10)
さらに、推定部49は、結合固有ベクトルeC1と結合固有ベクトルeC2とを順に並べて得られる特徴行列Aと、特徴行列Aの複素共役転置行列とを掛けて、結合固有ベクトルの相関行列Revを生成する。相関行列Revは下記の(11)式で表される。
Rev=AAH
Rev=[eC1 eC2]×[eC1 H eC2 H] ・・・(11)
Further, the
R ev = AA H
R ev = [e C1 e C2 ] × [e C1 H e C2 H] ··· (11)
最後に、推定部49は、MUSIC(Multiple Signal Classification)、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)などの公知の到来方向推定手法を用いて、相関行列Revに基づいて角度スペクトラムを算出し、算出した角度スペクトラムに基づいて電波の到来方向(物標の角度)を推定する。
Finally, the
上述した図3Aのフローチャートに示す動作を実行することで、信号と雑音を分離することができ、雑音の影響を受けずに誤差補正を行うことができる。したがって、誤差補正の精度を高くすることができる。 By executing the operation shown in the flowchart of FIG. 3A described above, the signal and the noise can be separated, and the error correction can be performed without being affected by the noise. Therefore, the accuracy of error correction can be improved.
<2.第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明を行う。なお、第1の実施形態と重畳する部分については説明を省略する。第2の実施形態では、算出部47、補正部48、及び推定部49の処理が異なる。
<2. Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The description of the portion that overlaps with the first embodiment will be omitted. In the second embodiment, the processing of the
算出部47は、仮想アレーアンテナの受信信号に基づき、相関行列を1つ算出し、該相関行列から固有ベクトルを算出する。
The
補正部48は、固有ベクトルを補正する。
The
推定部49は、補正部48によって補正された後の固有ベクトルに基づいて電波の到来方向を推定する。
The
以下、第2の実施形態に係るレーダ装置1の概略動作について図3Bを参照して説明する。第2の実施形態は、ステップS70〜S80の代わりにステップS70’〜S80’の処理が実行される点で第1の実施形態と異なる。 Hereinafter, the schematic operation of the radar device 1 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 3B. The second embodiment is different from the first embodiment in that the processes of steps S70'to S80'are executed instead of steps S70 to S80.
ステップS60に続くステップS70’において、算出部47は、仮想アンテナVRx1〜VRx8の受信信号x1〜x8に基づき、固有ベクトルを算出する。
In step S70 'subsequent to step S60,
算出部47は、仮想アンテナVRx1〜VRx8の受信信号x1〜x8に基づく単一の相関行列Rを算出する。相関行列Rは下記の(12)式により算出することができる。ここで、X= [x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8]Tである。
R=E[XXH] ・・・(12)
R = E [XX H ] ・ ・ ・ (12)
算出部47は、相関行列Rを固有値分解する。固有値分解により、信号と雑音を分離することができる。相関行列Rは8行8列の行列であるため、相関行列Rの固有値は8つ求まる。
The
本実施形態では、算出部47は、相関行列Rの特定の固有値それぞれに対応する固有ベクトルを算出する。特定の固有値とは、絶対値が所定値以上である固有値を意味する。
In the present embodiment, the
以下、相関行列Rの固有値のうち、最も絶対値が大きい固有値Φ1及び2番目に絶対値が大きい固有値Φ2のみが特定の固有値に該当する場合を例に挙げて説明を行う。 Hereinafter, among the eigenvalues of the correlation matrix R, a description will be an example in which only the most absolute value is larger eigenvalues [Phi 1 and the absolute value to the second large eigenvalue [Phi 2 corresponds to a specific eigenvalue.
算出部47は、固有値Φ1に対応する固有ベクトルe1、固有値Φ2に対応する固有ベクトルe2を算出する。算出部47によって算出される固有ベクトルe1及びe2は、雑音の影響を受けない。算出部47によって算出される固有ベクトルe1及びe2は、下記の(13)〜(14)式で表される。
e1=[e11, e12, e13, e14, e15, e16, e17, e18]T・・・(13)
e2=[e21, e22, e23, e24, e25, e26, e27, e28]T・・・(14)
The
e 1 = [e 11 , e 12 , e 13 , e 14 , e 15 , e 16 , e 17 , e 18 ] T ... (13)
e 2 = [e 21 , e 22 , e 23 , e 24 , e 25 , e 26 , e 27 , e 28 ] T ... (14)
ステップS70’に続くステップS80’において、補正部48は、固有ベクトルe1及びe2を補正する。
In step S80'following step S70', the
仮に2つの送信アンテナ23間で誤差がなければ、仮想アンテナVRx4に対応する固有ベクトルe1の要素e14と仮想アンテナVRx5に対応する固有ベクトルe1の要素e15とは一致するはずである。換言すると、仮想アンテナVRx5と同じ送信アンテナを用いて生成された仮想アンテナである仮想アンテナVRx5〜VRx8に対応する固有ベクトルe1の各要素e15〜e18は、e14とe15との差異に対応する誤差を有している。したがって、補正部48は、仮想アンテナVRx4に対応する固有ベクトルe1の要素e14と仮想アンテナVRx5に対応する補正後の固有ベクトルe’1の要素とが一致するように、固有ベクトルe1を補正する。特に仮想アンテナVRx5〜VRx8に対応する固有ベクトルe1の各要素e15〜e18を補正する。
If if no error between the two transmitting
同様に、仮に2つの送信アンテナ23間で誤差がなければ、仮想アンテナVRx4に対応する固有ベクトルe2の要素e24と仮想アンテナVRx5に対応する固有ベクトルe2の要素e25とは一致するはずである。したがって、補正部48は、仮想アンテナVRx4に対応する固有ベクトルe2の要素e24と仮想アンテナVRx5に対応する補正後の固有ベクトルe’2の要素とが一致するように、固有ベクトルe2を補正する。
Similarly, if there is no error between the two transmitting
補正後の固有ベクトルe’1及びe’2は、下記の(14)〜(17)式で表される。
k1=(e14/e15) ・・・(14)
k2=(e24/e25) ・・・(15)
e’1=e1 T×[1, 1, 1, 1, k1, k1, k1, k1] ・・・(16)
e’2=e2 T×[1, 1, 1, 1, k2, k2, k2, k2] ・・・(17)
Eigenvectors e '1 and e' 2 after correction is expressed by (14) - (17) below.
k 1 = (e 14 / e 15 ) ・ ・ ・ (14)
k 2 = (e 24 / e 25 ) ・ ・ ・ (15)
e '1 = e 1 T × [1, 1, 1, 1, k 1, k 1, k 1, k 1] ··· (16)
e '2 = e 2 T × [1, 1, 1, 1,
ステップS80’に続くステップS90において、推定部49は、結合固有ベクトルeC1を生成する。結合固有ベクトルeC1は、補正後の固有ベクトルe’1において、仮想アンテナVRx4と仮想アンテナVRx5とに対応する要素を1つにまとめたベクトルである。補正部48において、両者の要素が一致するように補正を行ったためである。また同様に、推定部49は、結合固有ベクトルeC2も生成する。結合固有ベクトルeC2は、補正後の固有ベクトルe’2において、仮想アンテナVRx4と仮想アンテナVRx5とに対応する要素を1つにまとめたベクトルである。
In step S90 following step S80', the
結合固有ベクトルeC1及びeC2は、下記の(18)〜(19)式で表される。
eC1=[e11, e12, e13, e14, k1×e16, k1×e17, k1×e18]T ・・・(18)
eC2=[e21, e22, e23, e24, k2×e26, k2×e27, k2×e28]T ・・・(19)
The combined eigenvectors e C1 and e C2 are represented by the following equations (18) to (19).
e C1 = [e 11 , e 12 , e 13 , e 14 , k 1 x e 16 , k 1 x e 17 , k 1 x e 18 ] T ... (18)
e C2 = [e 21 , e 22 , e 23 , e 24 , k 2 x e 26 , k 2 x e 27 , k 2 x e 28 ] T ... (19)
さらに、推定部49は、結合固有ベクトルeC1と結合固有ベクトルeC2とを順に並べて得られる特徴行列Aと、特徴行列Aの複素共役転置行列とを掛けて、結合固有ベクトルの相関行列Revを生成する。相関行列Revは下記の(20)式で表される。
Rev=AAH
Rev=[eC1 eC2]×[eC1 H eC2 H] ・・・(20)
Further, the
R ev = AA H
R ev = [e C1 e C2 ] × [e C1 H e C2 H] ··· (20)
最後に、推定部49は、MUSIC(Multiple Signal Classification)、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)などの公知の到来方向推定手法を用いて、相関行列Revに基づいて角度スペクトラムを算出し、算出した角度スペクトラムに基づいて電波の到来方向(物標の角度)を推定する。
Finally, the
本実施形態に係るレーダ装置1は、第1の実施形態に係るレーダ装置1では達成できない特有の効果を奏する。 The radar device 1 according to the present embodiment exhibits a unique effect that cannot be achieved by the radar device 1 according to the first embodiment.
第1の実施形態に係るレーダ装置では、同程度の大きさの固有値となった場合に組み合わせの不確定性が生じるおそれがある。例えば、Φ11≒Φ12およびΦ21≒Φ22という状況の場合を考える。この時、Φ11とΦ21に対応する固有ベクトル同士、また、Φ12とΦ22に対応する固有ベクトル同士が正しい組合せとする。しかし、ノイズなどの影響で、Φ11とΦ22に対応する固有ベクトル同士を、また、Φ12とΦ21に対応する固有ベクトル同士を誤って組み合わせてしまう可能性がある。このように固有ベクトル同士の組合せを誤ってしまうと、推定部49において正しい角度を算出することができない。
In the radar device according to the first embodiment, there is a possibility that uncertainty of combination may occur when the eigenvalues have the same magnitude. For example, consider the situation of Φ 11 ≈ Φ 12 and Φ 21 ≈ Φ 22 . At this time, the eigenvectors corresponding to Φ 11 and Φ 21 and the eigenvectors corresponding to Φ 12 and Φ 22 are the correct combinations. However, due to the influence of noise or the like, there is a possibility that the eigenvectors corresponding to Φ 11 and Φ 22 and the eigenvectors corresponding to Φ 12 and Φ 21 are mistakenly combined. If the combination of the eigenvectors is incorrect in this way, the
このような状態は、例えば同一距離および速度で角度の異なる似た物標が存在する場合に生じうる。例えば両隣の車線を同じ車種の車が同じ位置を並走する場合などである。 Such a condition can occur, for example, when there are similar targets at the same distance and velocity but at different angles. For example, when vehicles of the same model run in parallel in the same position in the lanes on both sides.
一方、本実施形態に係るレーダ装置1では、すべての仮想アンテナの受信信号を用いて単一の相関行列を生成するため、組合せの不確実性が生じるおそれが原理的に無い。したがって、本実施形態に係るレーダ装置1は、上記のような状態においても正しい角度を安定して推定することが可能である。 On the other hand, in the radar device 1 according to the present embodiment, since a single correlation matrix is generated using the received signals of all the virtual antennas, there is no possibility that the uncertainty of the combination will occur in principle. Therefore, the radar device 1 according to the present embodiment can stably estimate the correct angle even in the above-mentioned state.
<3.その他>
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。
<3. Others>
The various technical features disclosed herein can be modified in addition to the above embodiments without departing from the gist of the technical creation. In addition, a plurality of embodiments and modifications shown in the present specification may be combined and implemented to the extent possible.
上述した実施形態では、送信アンテナ間の誤差を補正したが、レーダ装置が送信アンテナ間では誤差が発生し難く、受信アンテナ間で誤差が発生し易いハードウェア構成である場合には、受信アンテナ間の誤差を補正するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the error between the transmitting antennas is corrected, but when the radar device has a hardware configuration in which an error is unlikely to occur between the transmitting antennas and an error is likely to occur between the receiving antennas, the error between the receiving antennas is likely to occur. You may try to correct the error of.
受信アンテナ間の誤差を補正する場合には、例えば、図4(a)に示すように4個の送信アンテナ23を水平方向に沿って同一のアンテナ間隔dで配置し、図4(b)に示すように2個の受信アンテナ31を水平方向に沿ってアンテナ間隔3dで配置すればよい。そして、算出部47が、仮想アンテナVRx1、VRx3、VRx5、及びVRx7の受信信号x1、x3、x5、及びx7に基づく第1の相関行列R1と、仮想アンテナVRx2、VRx4、VRx6、及びVRx8の受信信号x2、x4、x6、及びx8に基づく第2の相関行列R2と、を算出すればよい。
When correcting the error between the receiving antennas, for example, as shown in FIG. 4 (a), four transmitting
この場合、1chの受信アンテナ31の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナVRx1の受信信号、仮想アンテナVRx3、仮想アンテナVRx5、及び仮想アンテナVRx7の受信信号を含む。同様に、2chの受信アンテナ31の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナVRx2の受信信号、仮想アンテナVRx4、仮想アンテナVRx6、及び仮想アンテナVRx8の受信信号を含む。
In this case, the reception signal of the
また、上述した実施形態では仮想アンテナVRx4の位置と仮想アンテナVRx5の位置とが重なっているだけであるが、位置が重なる仮想アンテナの組を複数にしてもよい。例えば、図5に示すアンテナ配置にした場合、仮想アンテナVRx3の位置と仮想アンテナVRx5の位置とが重なり、仮想アンテナVRx4の位置と仮想アンテナVRx6の位置とが重なる。この場合、例えば、仮想アンテナVRx3に対応する第1の固有ベクトルe11の要素e113と仮想アンテナVRx5に対応する補正後の第2の固有ベクトルe’21の要素とが一致するような第1の補正量を求め、仮想アンテナVRx4に対応する第1の固有ベクトルe11の要素e114と仮想アンテナVRx6に対応する補正後の第2の固有ベクトルe’21の要素とが一致するような第2の補正量を求め、第1の補正量及び第2の補正量に基づき、第2の固有ベクトルe21の最終的な補正量を決定することができる。例えば、第1の補正量及び第2の補正量の単純平均を最終的な補正量としてもよく、各受信アンテナの特性などを考慮した第1の補正量及び第2の補正量の重み付け平均を最終的な補正量としてもよい。第2の固有ベクトルe22の最終的な補正量についても同様である。 Further, in the above-described embodiment, the position of the virtual antenna VRx4 and the position of the virtual antenna VRx5 only overlap, but a plurality of sets of virtual antennas having overlapping positions may be used. For example, in the case of the antenna arrangement shown in FIG. 5, the position of the virtual antenna VRx3 and the position of the virtual antenna VRx5 overlap, and the position of the virtual antenna VRx4 and the position of the virtual antenna VRx6 overlap. In this case, for example, the first eigenvector e 11 second eigenvector e '21 element and a first correction to match the post elements e 113 and the correction corresponding to the virtual antenna VRx5 that correspond to virtual antennas VRx3 determine the amount, the second correction amount as an element e 114 and elements of the second eigenvector e '21 after correction corresponding to the virtual antenna VRx6 matches the first eigenvector e 11 corresponding to the virtual antenna VRx4 Is obtained, and the final correction amount of the second eigenvector e 21 can be determined based on the first correction amount and the second correction amount. For example, the simple average of the first correction amount and the second correction amount may be used as the final correction amount, and the weighted average of the first correction amount and the second correction amount in consideration of the characteristics of each receiving antenna may be used. It may be the final correction amount. The same applies to the final correction amount of the second eigenvector e 22 .
また、送信アンテナを3つ以上設けることで、位置が重なる仮想アンテナの組を複数にしてもよい。例えば、図6に示すアンテナ配置にした場合、仮想アンテナVRx4の位置と仮想アンテナVRx5の位置とが重なり、仮想アンテナVRx8の位置と仮想アンテナVRx9の位置とが重なる。この場合、例えば、算出部47は、仮想アンテナVRx9〜VRx12の受信信号x9〜x12に基づく第3の相関行列R3も算出し、第3の相関行列R3を固有値分解して第3の固有ベクトルe31及びe32も算出する。そして、仮想アンテナVRx4に対応する第1の固有ベクトルe11の要素e114と仮想アンテナVRx5に対応する補正後の第2の固有ベクトルe’21の要素とが一致するような第1の補正量を求め、仮想アンテナVRx8に対応する第1の固有ベクトルe11の要素e118と仮想アンテナVRx9に対応する補正後の第3の固有ベクトルe’31の要素とが一致するような第2の補正量を求め、第1の補正量と第2の補正量を掛けた補正量で第3の固有ベクトルe31を補正することができる。第3の固有ベクトルe32の補正についても同様である。
Further, by providing three or more transmitting antennas, a plurality of sets of virtual antennas having overlapping positions may be provided. For example, in the case of the antenna arrangement shown in FIG. 6, the position of the virtual antenna VRx4 and the position of the virtual antenna VRx5 overlap, and the position of the virtual antenna VRx8 and the position of the virtual antenna VRx9 overlap. In this case, for example,
また、上述した実施形態では車載レーダ装置について説明したが、本発明は、道路等に設置されるインフラレーダ装置、船舶監視レーダ装置、航空機監視レーダ装置等にも適用可能である。 Further, although the in-vehicle radar device has been described in the above-described embodiment, the present invention can be applied to an infrastructure radar device, a ship surveillance radar device, an aircraft surveillance radar device, and the like installed on a road or the like.
また、上述した実施形態では、推定部49が、結合固有ベクトルeC1と結合固有ベクトルeC2とを順に並べて得られる特徴行列Aと、特徴行列Aの複素共役転置行列とを掛けて、結合固有ベクトルの相関行列Revを生成した。これにより、2つの物標が非常に似通った角度に存在する場合でも、物標の角度推定の精度を高めることができる。
Further, in the above-described embodiment, the
例えば、船舶監視レーダ装置のように、2つの物標が非常に似通った角度に存在するシーンが想定されないレーダ装置の場合などには、推定部49が、結合固有ベクトルeC1と結合固有ベクトルeC1の複素共役転置ベクトルとを掛けて結合固有ベクトルeC1の相関行列Rev1を生成し、結合固有ベクトルeC2と結合固有ベクトルeC2の複素共役転置ベクトルとを掛けて結合固有ベクトルeC2の相関行列Rev2を生成し、相関行列Rev1及びRev2それぞれに基づいて角度スペクトラムを算出し、算出した角度スペクトラムに基づいて電波の到来方向(物標の角度)を推定するようにしてもよい。
For example, in the case of a radar device such as a ship monitoring radar device in which a scene in which two targets exist at very similar angles is not assumed, the
1 レーダ装置
2 送信部
23 送信アンテナ
3 受信部
31 受信アンテナ
4 信号処理装置
46 取得部
47 算出部
48 補正部
49 推定部
VRx1〜VRx12 仮想アンテナ
1
Claims (8)
前記第1の仮想アンテナと、前記第2の仮想アンテナとを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき前記受信信号の相関行列を算出し、前記受信信号の相関行列の固有値分解に基づき固有ベクトルを算出する算出部と、
前記第1の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素と、前記第2の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素とに基づき、前記固有ベクトルを補正する補正部と、
前記補正部によって補正された後の前記固有ベクトルに基づいて電波の到来方向を推定する推定部と、
を備える、到来方向推定装置。 Acquires the received signal of a virtual array antenna including a first virtual antenna and a second virtual antenna, which are generated by a combination of a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas and have the same round-trip distance of signals for the same target. Acquisition department and
The correlation matrix of the received signal is calculated based on the received signal for each of the plurality of virtual antennas including the first virtual antenna and the second virtual antenna, and the eigenvector is calculated based on the eigenvalue decomposition of the correlation matrix of the received signal. And the calculation unit that calculates
A correction unit that corrects the eigenvector based on the element of the eigenvector corresponding to the first virtual antenna and the element of the eigenvector corresponding to the second virtual antenna.
An estimation unit that estimates the arrival direction of radio waves based on the eigenvector after correction by the correction unit, and an estimation unit.
A device for estimating the direction of arrival.
前記補正部によって補正された後の前記固有ベクトルにおいて、
前記第1の仮想アンテナに対応する要素と、前記第2の仮想アンテナに対応する要素と、をまとめた結合固有ベクトルを生成し、
前記結合固有ベクトルの相関行列を生成し、
前記結合固有ベクトルの相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する、
請求項1に記載の到来方向推定装置。 The estimation unit
In the eigenvector after being corrected by the correction unit,
A coupling eigenvector that summarizes the element corresponding to the first virtual antenna and the element corresponding to the second virtual antenna is generated.
A correlation matrix of the combined eigenvectors is generated.
The direction of arrival of radio waves is estimated based on the correlation matrix of the combined eigenvectors.
The arrival direction estimation device according to claim 1.
複数の前記結合固有ベクトルを並べて得られる特徴行列と、前記特徴行列の複素共役転置行列とを掛けて、前記結合固有ベクトルの相関行列を生成する、
請求項2に記載の到来方向推定装置。 The calculation unit
A correlation matrix of the combined eigenvectors is generated by multiplying a feature matrix obtained by arranging a plurality of the combined eigenvectors with a complex conjugate transposed matrix of the feature matrix.
The arrival direction estimation device according to claim 2.
前記第1の仮想アンテナと、前記第2の仮想アンテナとを共に含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき単一の前記受信信号の相関行列を算出し、
前記補正部は、前記第2の仮想アンテナと同一の前記送信アンテナ又は前記受信アンテナのいずれか一方を組合せて生成した仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素を補正する、
請求項1に記載の到来方向推定装置。 The calculation unit
A single correlation matrix of the received signals is calculated based on the received signals for each of the plurality of virtual antennas including both the first virtual antenna and the second virtual antenna.
The correction unit corrects the element of the eigenvector corresponding to the virtual antenna generated by combining either the transmitting antenna or the receiving antenna, which is the same as the second virtual antenna.
The arrival direction estimation device according to claim 1.
前記第1の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第1の相関行列と、前記第2の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第2の相関行列と、をそれぞれ別々の前記受信信号の相関行列として算出し、
前記第1の相関行列の固有値分解に基づく第1の固有ベクトルと、
前記第2の相関行列の固有値分解に基づく第2の固有ベクトルと、を算出し、
前記補正部は、
前記第1の仮想アンテナに対応する前記第1の固有ベクトルの要素、及び前記第2の仮想アンテナに対応する前記第2の固有ベクトルの要素に基づき、前記第2の固有ベクトルを補正し、
前記推定部は、
前記第1の固有ベクトルと前記補正部によって補正された後の前記第2の固有ベクトルとに基づいて電波の到来方向を推定する、
請求項1に記載の到来方向推定装置。 The calculation unit
A first correlation matrix based on the received signal for each of the plurality of virtual antennas including the first virtual antenna, and a second correlation matrix based on the received signal for each of the plurality of virtual antennas including the second virtual antenna. And are calculated as separate correlation matrices for the received signals.
The first eigenvector based on the eigenvalue decomposition of the first correlation matrix,
A second eigenvector based on the eigenvalue decomposition of the second correlation matrix is calculated.
The correction unit
The second eigenvector is corrected based on the element of the first eigenvector corresponding to the first virtual antenna and the element of the second eigenvector corresponding to the second virtual antenna.
The estimation unit
The arrival direction of the radio wave is estimated based on the first eigenvector and the second eigenvector after being corrected by the correction unit.
The arrival direction estimation device according to claim 1.
前記第1の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第1の相関行列と、前記第2の仮想アンテナを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づく第2の相関行列と、をそれぞれ別々の前記受信信号の相関行列として算出し、
前記第1の相関行列の固有値分解に基づく第1の固有ベクトルと、
前記第2の相関行列の固有値分解に基づく第2の固有ベクトルと、を算出し、
前記補正部は、
前記第1の仮想アンテナに対応する前記第1の固有ベクトルの要素、及び前記第2の仮想アンテナに対応する前記第2の固有ベクトルの要素に基づき、前記第2の固有ベクトルを補正し、
前記推定部は、
前記第1の固有ベクトルと前記補正部によって補正された後の前記第2の固有ベクトルとに基づいて電波の到来方向を推定する、
請求項2または請求項3に記載の到来方向推定装置。 The calculation unit
A first correlation matrix based on the received signal for each of the plurality of virtual antennas including the first virtual antenna, and a second correlation matrix based on the received signal for each of the plurality of virtual antennas including the second virtual antenna. And are calculated as separate correlation matrices for the received signals.
The first eigenvector based on the eigenvalue decomposition of the first correlation matrix,
A second eigenvector based on the eigenvalue decomposition of the second correlation matrix is calculated.
The correction unit
The second eigenvector is corrected based on the element of the first eigenvector corresponding to the first virtual antenna and the element of the second eigenvector corresponding to the second virtual antenna.
The estimation unit
The arrival direction of the radio wave is estimated based on the first eigenvector and the second eigenvector after being corrected by the correction unit.
The arrival direction estimation device according to claim 2 or 3.
前記第1の固有ベクトルと前記補正部によって補正された後の前記第2の固有ベクトルとを結合して前記結合固有ベクトルを生成する、
請求項6に記載の到来方向推定装置。 The estimation unit
The first eigenvector and the second eigenvector after being corrected by the correction unit are combined to generate the combined eigenvector.
The arrival direction estimation device according to claim 6.
前記第1の仮想アンテナと、前記第2の仮想アンテナとを含む複数の仮想アンテナごとの前記受信信号に基づき前記受信信号の相関行列を算出し、前記受信信号の相関行列の固有値分解に基づき固有ベクトルを算出する算出工程と、
前記第1の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素と、前記第2の仮想アンテナに対応する前記固有ベクトルの要素とに基づき、前記固有ベクトルを補正する補正工程と、
前記補正工程によって補正された後の前記固有ベクトルに基づいて電波の到来方向を推定する推定工程と、
を備える、到来方向推定方法。 Acquires the reception signal of a virtual array antenna including a first virtual antenna and a second virtual antenna, which are generated by a combination of a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas and have the same round-trip distance of signals for the same target. Acquisition process and
The correlation matrix of the received signal is calculated based on the received signal for each of the plurality of virtual antennas including the first virtual antenna and the second virtual antenna, and the eigenvector is calculated based on the eigenvalue decomposition of the correlation matrix of the received signal. And the calculation process to calculate
A correction step of correcting the eigenvectors based on the elements of the eigenvectors corresponding to the first virtual antenna and the elements of the eigenvectors corresponding to the second virtual antenna.
An estimation step of estimating the arrival direction of radio waves based on the eigenvector after correction by the correction step, and an estimation step.
A method of estimating the direction of arrival.
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