JP3324591B2 - 受信装置 - Google Patents

受信装置

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JP3324591B2 JP2000014531A JP2000014531A JP3324591B2 JP 3324591 B2 JP3324591 B2 JP 3324591B2 JP 2000014531 A JP2000014531 A JP 2000014531A JP 2000014531 A JP2000014531 A JP 2000014531A JP 3324591 B2 JP3324591 B2 JP 3324591B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は受信装置に関し、と
くに複数の到来波の中から指定の一方向の信号波を分離
する機能を有する受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】複数のアンテナ素子の受信信号を用い、
同一周波数の複数の到来波の到来方向を同時に測定する
超分解技術としてMUSIC(Multiple Si
gnal Classification)法が知られ
ている。このMUSIC法の詳細は、R.O.Schm
idt著の”Multiple Emitter Lo
cation and Signal Paramet
er Estimation”(IEEE Tran
s.AP−34(3),1986)に記載されている。
【0003】MUSIC法は、アンテナ素子数−1の数
の到来波を同時に測定できるので、近年、方位測定装置
に適用されている。
【0004】一方、受信された複数の到来波の中から不
要波を抑圧し、希望波のみを分離する方法として、複数
のアンテナ素子を用いこれらの受信信号を処理して不要
波の到来方向にアンテナ素子の総合指向性の零点を形成
するアダプティブアレイ技術がある。
【0005】アダプティブアレイは、到来波の周波数、
変調方式が既知で、受信装置内で到来波と同期した基準
信号の生成が可能なとき、最小二乗法によって、複数の
不要波の到来方向が未知であっても、それらの方向に零
点を形成することができる。ただし、形成可能な零点は
一般にアンテナ素子数−1に制限される。
【0006】また、所望の到来方向が既知の場合、DC
MPアルゴリズムによって基準信号がなくとも不要波に
対する零点形成が可能である。
【0007】また、特開平1−142479号公報、特
開昭61−219202号公報、特開昭57−1411
02号公報および特開昭57−20001号公報に混信
分離回路および混信除去回路に関する技術が開示されて
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のMUS
IC法を用いた方位測定装置は変調方式に関わらず、希
望波、不要波の到来方向の測定は可能であるが、復調さ
れた信号には不要波が混在しているため、正確な通信情
報の把握が困難であった。
【0009】一方、最小二乗法によるアダプティブアレ
イは、希望波の変調信号と同期した同一変調方式の基準
信号が必要なため、様々な変調方式の到来波が存在する
実環境下での使用は困難である。
【0010】また、DCMPアルゴリズムによるアダプ
ティブアレイは信号を保存する到来波の到来方向の情報
が必要となる。
【0011】このように、従来の技術は、方位測定技術
と復調信号の混信除去技術とは独立して提案されてお
り、同一周波数の複数到来波の方位測定ならびに希望波
からの混信波除去の両者をなしうる受信装置は未だ提案
されていない。
【0012】また前述した4つの先行技術についても同
様である。
【0013】そこで本発明の目的は、同一周波数の複数
到来波の方位測定ならびに希望波からの混信波除去の両
者をなしうる受信装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、任意の位置に配列された複数の受信アンテ
ナと、これらの受信アンテナにより受信された高周波信
号を2分配する信号分配手段と、この信号分配手段によ
り分配された一方の系統の高周波信号を受け、前記複数
のアンテナで受信した受信信号の共分散行列を求めると
ともにこれに基づき複数の到来波の方位測定を行い、こ
の共分散行列と複数の到来波の方位情報とを出力するM
USIC法を用いた方位測定手段と、この方位測定手段
で測定の結果得られた複数の到来波の方位情報より指定
された1つの方位情報を保存する指定信号保存手段と、
前記信号分配手段により分配された他方の系統の高周波
信号を受信し、前記指定信号保存手段で保存された指定
された1つの方位以外の信号を抑圧させるための重み付
けを前記共分散行列に基づき演算する重み付け演算回路
と、前記演算回路で演算された重み付けにより前記複数
の受信アンテナで受信された高周波信号に重み付けを行
う重み付け手段と、この重み付け手段より出力される高
周波信号を合成して出力する信号合成手段とを含むこと
を特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明によれば、受信アンテナで
受信された複数の到来波は信号分配手段にて2分配さ
れ、その一方は方位測定手段に入力され各到来波の方位
が測定される。
【0016】そして、その各到来波の方位情報より使用
者が指定した一方向の信号が指定信号保存手段に保存さ
れる。
【0017】一方、信号分配手段にて分配された他方の
到来波は、重み付け手段にて指定の一方向の信号以外の
信号が重み付け、すなわち零点が与えられ、その後指定
の一方向の信号を含むすべての信号が信号合成手段にて
合成され出力される。
【0018】以下、本発明の実施例について添付図面を
参照しながら説明する。図1は本発明に係る受信装置の
第1実施例の構成図である。
【0019】受信装置は、同一周波数の複数の到来波を
受信し高周波信号を出力する、任意方向に設定されたn
本(nは2以上の整数)のアンテナ素子で構成されるア
ンテナ素子群1と、このアンテナ素子群1で受信された
高周波信号を2分配する信号分配器2と、この信号分配
器2にて2分配された信号のうち一方の信号が入力され
る方位測定回路3と、他方の信号が入力される混信除去
回路4と、混信除去回路4の出力信号が復調される復調
回路5とからなる。
【0020】さらに、混信除去回路4は、方位測定回路
3から出力される角度情報に基づき、使用者により指定
の一方向の信号が保存される入力装置6と、この入力装
置6からの出力に基づき指定の一方向の信号以外の信号
に対する重み付け値が演算されるウエイト演算回路7
と、このウエイト演算回路7からのウエイトに基づき、
信号分配器2にて2分配された信号のうち他方の信号
の、指定の一方向の信号以外の信号に零点が形成される
ウエイト制御回路8と、このウエイト制御回路8より出
力される信号が合成されて出力される合成器9とからな
る。
【0021】次に、方位測定回路3について説明する。
図2は方位測定回路3の動作を示すフローチャートであ
る。
【0022】方位測定回路3に用いられるMUSIC法
は、複数のアンテナ素子で構成されるアンテナ素子群1
の0度から359度までの全周方位に対する受信応答
(ステアリングベクトル)を予め測定し、これを方位測
定回路3の内部に設けたメモリ(不図示)に記憶してお
き(S1)、次に各アンテナ素子群で受信した受信信号
の共分散行列の固有値を求め(S2)、次にその最小固
有値に対応する固有ベクトルを求め(S3)、最後にこ
の最小固有値に対応する固有ベクトルと、各方位のステ
アリングベクトルのユークリッド距離の2乗の逆数で表
される評価関数から到来方向を推定する(S4)もので
ある。
【0023】次に、この方位測定回路3の動作の詳細に
ついて説明する。最初に、信号分波器1で分岐された各
アンテナ素子の受信信号x1,x2,…,xn(nは正
の整数)の共分散行列Sを計算する。
【0024】各アンテナ素子の受信信号x1,x2,
…,xnをn行1列の行列Xで表すと、共分散行列S
は、
【0025】
【数1】
【0026】で表される。ここに、バー(−)は受信信
号のサンプル値の平均、HはXの共役転置を示す。
【0027】いま、i番目の素子の受信信号をxi
(t)とすると(tは時間)、これを時系列的にΔt秒
ごとに標本化すると標本値は、xi(0),xi(Δ
t),xi(2Δt),…,xi((N−1)Δt)で
表される。Nはサンプル数である。
【0028】t=0,n素子アレイの受信信号のサンプ
ル値をベクトル表記すると、
【0029】
【数2】
【0030】で表される。これを転置行列XTで表す
と、
【0031】
【数3】
【0032】となる。すると、共分散行列Sは、
【0033】
【数4】
【0034】となる。すなわち、
【0035】
【数5】
【0036】となる。ここに、*は複素共役を示す。
【0037】次に、共分散行列Sの最小固有値および最
小固有値に対応する固有ベクトルE N を計算する。
【0038】次に、各方位ごとに、
【0039】
【数6】
【0040】にて表される評価関数E(θ)を計算す
る。なお、アンテナ素子群1の各方位に対応する受信応
答(ステアリングベクトルа(θ);θは方位)は、前
述したように予め方位測定回路3内のメモリに記憶され
ている。
【0041】図3は評価関数の計算結果を示す波形図で
ある。たとえば、到来波が2波の場合、評価関数E
(θ)は同図に示すように到来方向に対応する角度、す
なわち角度θ1に到来波1のピーク点P1が現れ、角度
θ2に到来波2のピーク点P2が現れる。したがって、
ピーク点に対応する角度を読み取ることによって到来波
の到来方向を推定することができる。
【0042】次に、アダプティブアレイのアルゴリズム
を用いた混信除去回路4の動作を説明する。本発明で
は、方位測定回路3により到来波の到来方向が既知であ
り、MUSIC法の使用により各アンテナ素子の受信信
号の共分散行列が方位測定の途中段階(図2のS2)に
て計算されることから、DCMPアルゴリズムの使用が
適当である。
【0043】DCMP法はアレイの出力電力の最小化を
指導原理とし、所望波は拘束条件を付けて保護するもの
である。DCMP法の詳細は、K.Takano著”A
nAdaptive Array under Dir
ectional Constraint”(IEEE
Trans.AP−24(5),1976)による。
【0044】DCMP法によって得られる最適ウエイト
Woptは1方位の方位拘束(この方位が保存される到
来波となり、他の到来波は零点により抑圧される。)の
場合、
【0045】
【数7】
【0046】
【数8】
【0047】で与えられる。ここで、Cは拘束行列、M
は拘束応答である。拘束行列Cは、たとえば無指向性素
子の等間隔直線アレーの場合、拘束方向をθc,素子間
隔をd,波数をkとすれば、
【0048】
【数9】
【0049】
【数10】
【0050】で表される。また、θcからの到来波につ
いてアレー出力で振幅A,位相φの信号の応答を希望す
るとき、拘束応答Mは、
【0051】
【数11】
【0052】で表される。
【0053】また、半径Dの円周配列アレイの拘束ベク
トルCの要素Ψi(θc)は、
【0054】
【数12】
【0055】で表される。
【0056】入力装置6には方位測定回路3から受信信
号の共分散行列Sが読み込まれるとともに、方位測定回
路3によって得られた到来方位の内、保存したい方位
(拘束方向θc)の信号が使用者(オペレータ)によっ
て選択され、この保存したい方位の信号が手動で入力装
置6に入力される。
【0057】なお、使用者は数6の評価関数E(θ)よ
り到来方向を選択する。この評価関数E(θ)はアレイ
としての評価関数であり、各素子ごとに出力されるもの
ではない。
【0058】次に、ウエイト演算回路7が共分散行列S
および拘束方向θcを用いて数7により最適ウエイトW
optを計算する。
【0059】次に、ウエイト制御回路8は最適ウエイト
Woptの計算結果に基づき、信号分配器2から入力し
た受信信号の振幅と位相とを制御する。
【0060】図4はウエイト制御後の指向特性図であ
る。同図は所望方向(θc)に利得を有し、その他の不
要方向には零点が形成されることを示している。
【0061】そして、振幅と位相の制御された受信信号
は合成器9により合成され、復調器5に入力される。こ
の復調器5への入力信号は不要波の到来方向に零点が形
成されるため、不要波が抑圧され、復調器9の出力信号
は指定の一方向の信号のみとなる。
【0062】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図5は第2実施例の構成図である。なお、第1実施
例(図1)と同様の構成部分には同一番号を付し、その
説明を省略する。
【0063】第1実施例ではアンテナ素子群1で受信さ
れた高周波信号に直接ウエイトをかけていたが、受信す
る信号の周波数範囲が広い場合、広帯域のウエイト制御
回路の実現は困難である。
【0064】そこで、第2実施例は、予めアンテナ素子
群1で受信された高周波信号を夫々中間周波数に変換す
るための受信機10(10−1〜10−n)を各アンテ
ナ素子ごとに設け、中間周波数に変換後の信号をウエイ
ト制御するようにしたものである。
【0065】なお、第1実施例では方位測定回路3およ
び復調回路5が中間周波数変換機能を有するが、第2実
施例の方位測定回路3および復調回路5からはこの中間
周波数変換機能が除かれている。
【0066】中間周波数に変換後の信号は信号分配器3
を介して方位測定回路3と位相検波回路11とに2分配
される。方位測定回路3での動作は第1実施例と同様な
ため省略する。
【0067】位相検波回路11では、信号分配器3から
の中間周波数信号が直交検波され、I,Qビデオ信号
(NTSC方式カラーテレビにおける2つの色差信号)
に変換される。
【0068】そして、このI,Qビデオ信号はウエイト
制御回路8に入力され、最適ウエイトWoptの演算結
果に基づき、I,Qビデオ信号の位相と振幅が制御され
る。
【0069】なお、最適ウエイトWoptの演算は第1
実施例と同様なためその説明を省略する。
【0070】次に、合成器9にて位相および振幅の制御
されたI,Qビデオ信号は合成され、指定の一方位の到
来波のビデオ信号が出力される。
【0071】最後に、このビデオ信号は復調回路5にて
復調される。
【0072】
【発明の効果】本発明によれば、複数の受信アンテナで
受信された高周波信号を信号分配手段で2分配し、分配
された一方の信号を方位測定手段で方位測定し、その方
位情報に基づき、分配された他方の信号を重み付け手段
にて重み付けするよう構成したため、同一周波数の複数
到来波の方位測定ならびに希望波からの混信波除去の両
者を1台の受信装置でなしうるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る受信装置の第1実施例の構成図で
ある。
【図2】第1実施例の方位測定回路の動作を示すフロー
チャートである。
【図3】第1実施例の評価関数の計算結果を示す波形図
である。
【図4】第1実施例のウエイト制御後の指向特性図であ
る。
【図5】第2実施例の構成図である。
【符号の説明】
1 アンテナ素子群 2 信号分配器 3 方位測定回路 4 混信除去回路 5 復調回路 6 入力装置 7 ウエイト演算回路 8 ウエイト制御回路 9 合成器 10 受信機 11 位相検波回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−142479(JP,A) 特開 平6−347529(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 3/26 H01Q 21/22

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 任意の位置に配列された複数の受信アン
    テナと、これらの受信アンテナにより受信された高周波
    信号を2分配する信号分配手段と、この信号分配手段に
    より分配された一方の系統の高周波信号を受け、前記複
    数のアンテナで受信した受信信号の共分散行列を求める
    とともにこれに基づき複数の到来波の方位測定を行い、
    この共分散行列と複数の到来波の方位情報とを出力する
    MUSIC法を用いた方位測定手段と、この方位測定手
    段で測定の結果得られた複数の到来波の方位情報より指
    定された1つの方位情報を保存する指定信号保存手段
    と、前記信号分配手段により分配された他方の系統の高
    周波信号を受信し、前記指定信号保存手段で保存された
    指定された1つの方位以外の信号を抑圧させるための重
    み付けを前記共分散行列及び前記指定された1つの方位
    情報に基づき演算する重み付け演算回路と、前記演算回
    路で演算された重み付けにより前記複数の受信アンテナ
    で受信された高周波信号に重み付けを行う重み付け手段
    と、この重み付け手段より出力される高周波信号を合成
    して出力する信号合成手段とを含むことを特徴とする受
    信装置。
  2. 【請求項2】 前記重み付け手段は、前記指定信号保存
    手段で保存された指定された1つの方位以外の信号に零
    点を与える手段であることを特徴とする請求項1記載の
    受信装置。
  3. 【請求項3】 前記重み付け手段は、アダプティブアレ
    イ・アルゴリズムを用いた係数ベクトル演算手段を備え
    ることを特徴とする請求項1〜2いずれかに記載の受信
    装置。
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