JP3351341B2 - Direction finder - Google Patents

Direction finder

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JP3351341B2
JP3351341B2 JP09422998A JP9422998A JP3351341B2 JP 3351341 B2 JP3351341 B2 JP 3351341B2 JP 09422998 A JP09422998 A JP 09422998A JP 9422998 A JP9422998 A JP 9422998A JP 3351341 B2 JP3351341 B2 JP 3351341B2
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由昌 大橋
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は単一または複数の
電波源から伝搬する波動の方向を高い精度で求める方向
探知装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direction detecting device for determining the direction of a wave propagating from a single or plural radio wave sources with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2は従来の方向探知装置を示すもの
で、この図はRalph O. Schmidt著,
「Multiple Emitter Locatio
n andSignal Parameter Est
imation」IEEE Trans.on Ant
enna and Propagation,vol.
AP−34,no.3,March 1986に記述さ
れている内容にもとづいた方向探知装置の構成図であ
る。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a conventional direction detecting device. By Schmidt,
"Multiple Emitter Locatio
n andSignal Parameter Est
immation "IEEE Trans. on Ant
ena and Propagation, vol.
AP-34, no. FIG. 3 is a configuration diagram of a direction detecting device based on the content described in March 1986.

【0003】また、図3は上記の方向探知装置の運用例
を表わす図である。
FIG. 3 is a diagram showing an operation example of the above-described direction finding apparatus.

【0004】図2において2は同一の方向に指向させた
複数のアンテナを取りつけたアンテナプラットフォーム
B、3は従来の信号処理を行う信号処理装置B、4はア
ンテナプラットフォームBを回転させる回転駆動装置
B、5−1,5−2,…,5−Mは電波源からの電波を
受信する同一仕様のアンテナ、6−1,6−2,…,6
−Mはそれぞれ上記アンテナ5−1,5−2,…,5−
Mで受信された電波を増幅、周波数変換を行う同一仕様
の受信機、7はM個の上記受信機の出力を同時にサンプ
リングし、かつ複数回のスナップショットを行って共分
散行列を算出する共分散行列算出器、8は上記共分散行
列より固有値、固有ベクトルを算出する固有値・固有ベ
クトル算出器、9は固有値・固有ベクトル算出器8で得
られた固有値および固有ベクトルにもとづいて張られる
雑音部分空間にモードベクトルを射影して、その射影長
を算出する雑音部分空間射影長算出器、10は仮想波源
を空間上で走査して雑音部分空間射影長算出器9より出
力される射影長が極小になるときの仮想波源の方位角お
よび仰角を算出する射影長極小値算出器、11は仮想波
源により予想されるモードベクトルを算出するモードベ
クトル算出器、12は回転駆動装置4およびモードベク
トル算出器11の所定の回転角を指示する制御装置であ
る。
In FIG. 2, reference numeral 2 denotes an antenna platform B having a plurality of antennas directed in the same direction, 3 denotes a conventional signal processing device B for performing signal processing, and 4 denotes a rotation driving device B for rotating the antenna platform B. , 5-1, 5-2,..., 5-M are antennas of the same specification for receiving radio waves from radio wave sources, 6-1, 6-2,.
-M are the antennas 5-1, 5-2,..., 5-
A receiver 7 of the same specification, which amplifies radio waves received by M and performs frequency conversion, simultaneously samples the outputs of the M receivers and performs a plurality of snapshots to calculate a covariance matrix. A variance matrix calculator 8 is an eigenvalue / eigenvector calculator for calculating eigenvalues and eigenvectors from the covariance matrix, and 9 is a mode vector in a noise subspace based on the eigenvalues and eigenvectors obtained by the eigenvalue / eigenvector calculator 8. And a noise subspace projection length calculator 10 for calculating the projection length when the projection length output from the noise subspace projection length calculator 9 by scanning the virtual wave source in space is minimized. Projection length minimum value calculator for calculating the azimuth and elevation angle of the virtual wave source, 11 is a mode vector calculator for calculating the mode vector expected by the virtual wave source, 1 Is a control device for instructing a predetermined rotation angle of the rotary drive unit 4 and the mode vector calculator 11.

【0005】図3において、1は電波源の例として人工
衛星を示したものである。
In FIG. 3, reference numeral 1 denotes an artificial satellite as an example of a radio wave source.

【0006】次に動作について説明する。電波源1の個
数Dがアンテナ5の個数Mより小さいとし、各電波源に
よる信号は互いに無相関とする。さて、M個のアンテナ
5の出力はそれぞれ受信機6に入力されて、増幅、周波
数変換が行われる。
Next, the operation will be described. It is assumed that the number D of the radio sources 1 is smaller than the number M of the antennas 5, and the signals from the radio sources are uncorrelated with each other. Now, the outputs of the M antennas 5 are respectively input to the receiver 6, where amplification and frequency conversion are performed.

【0007】そして、M個の受信機6の出力はそれぞれ
共分散行列算出器7に入力される。ここで、M個の受信
機6の出力をそれぞれS1 (t),S2 (t),…,S
M (t)とするとき信号ベクトルは数1で表される。
[0007] The outputs of the M receivers 6 are input to a covariance matrix calculator 7. Here, the outputs of the M receivers 6 are represented by S 1 (t), S 2 (t),.
When M (t) is used, the signal vector is represented by Expression 1.

【0008】[0008]

【数1】 (Equation 1)

【0009】共分散行列を求めるにあたり、P回のスナ
ップショットを行うものとすれば共分散行列算出器7で
は数2に示す値が算出される。
[0009] If it is assumed that the snapshot is performed P times in obtaining the covariance matrix, the covariance matrix calculator 7 calculates the value shown in Expression 2.

【0010】[0010]

【数2】 (Equation 2)

【0011】ただし、*は複素共役またはエルミート共
役を表わす。
Here, * represents a complex conjugate or a Hermitian conjugate.

【0012】固有値・固有ベクトル算出器8では、得ら
れた共分散行列にもとづいたM個の固有値が求められ、
それぞれの固有値に対応して固有ベクトルが算出され
て、これらの固有値および固有ベクトルは雑音部分空間
射影長算出器9に入力される。上記の固有値をλ1 ,λ
2 ,…,λM とし、対応する固有ベクトルをX1
2,…,XM とすれば数2を用いて数3により与えら
れる。
The eigenvalue / eigenvector calculator 8 calculates M eigenvalues based on the obtained covariance matrix,
Eigenvectors are calculated for each eigenvalue, and these eigenvalues and eigenvectors are input to the noise subspace projection length calculator 9. Let the above eigenvalues be λ 1 , λ
2 ,..., Λ M and the corresponding eigenvectors are X 1 ,
X 2 ,..., X M are given by Equation 3 using Equation 2.

【0013】[0013]

【数3】 (Equation 3)

【0014】このとき、共分散行列は正定値行列とな
り、固有値はすべて零より大きくなる。受信機6の受信
機雑音の標準偏差はすべて等しいものとし、その標準偏
差をσとすればD個の信号が無相関という前述の仮定か
ら、数4が成り立つ。
At this time, the covariance matrix is a positive definite matrix, and all eigenvalues are larger than zero. Assuming that the standard deviations of the receiver noises of the receiver 6 are all equal and the standard deviation is σ, Equation 4 holds from the above-mentioned assumption that D signals are uncorrelated.

【0015】[0015]

【数4】 (Equation 4)

【0016】固有値λ1 ,λ2 ,…,λD に対応する固
有ベクトルをX1 ,X2 ,…,XDとし、λD+1 ,λD+2
,…,λM に対応する固有ベクトルをそれぞれX
D+1 ,XD+2 ,…,XM とすればX1 ,X2 ,…,XD
により張られる信号部分空間とXD+1 ,XD+2 ,…,X
M により張られる雑音部分空間は互いに直交補空間とな
る。
[0016] The eigenvalues λ 1, λ 2, ..., X 1 the eigenvector corresponding to λ D, X 2, ..., and X D, λ D + 1, λ D + 2
, ..., λ M are represented by X
D + 1, X D + 2 , ..., X 1, X 2 if X M, ..., X D
, X D + 1 , X D + 2 ,..., X
The noise subspaces spanned by M are mutually orthogonal complement spaces.

【0017】さて、モードベクトル算出器11はM個の
アンテナ5が配列されているとき、ある角度の方向に波
源が存在すると仮定した場合におけるM個のアンテナ出
力のデータ、即ちモードベクトルが蓄えられているもの
で、通常この角度は所定の範囲にわたっている。
Now, when the M antennas 5 are arranged, the mode vector calculator 11 stores the data of the M antenna outputs, that is, the mode vectors, assuming that the wave source exists in the direction of a certain angle. Usually, this angle is over a predetermined range.

【0018】ただし、上記モードベクトル算出器11は
制御装置Bの12により指示された方位角および仰角を
中心とした角度範囲に対応するモードベクトルを発生
し、上記制御装置Bの12により指示された方位角およ
び仰角にアンテナプラットフォーム2を回転駆動装置B
の4により向けるものとする。
However, the mode vector calculator 11 generates a mode vector corresponding to the angle range centered on the azimuth and the elevation angle indicated by the control device B 12, and the mode vector specified by the control device B 12. Rotating antenna platform 2 to azimuth and elevation
It shall be directed by 4.

【0019】従って、モードベクトル算出器11よりあ
る方位角α、およびある仰角βにおけるモードベクトル
が発生され、雑音部分空間射影長算出器10に入力され
る。一方、雑音部分空間射影長算出器10では、入力さ
れた固有値、固有ベクトルにもとづいて雑音部分空間に
射影される。このモードベクトルをa(α,β)とおけ
ば数5で与えられる射影長が雑音部分空間射影長算出器
9より出力される。
Accordingly, a mode vector at a certain azimuth angle α and a certain elevation angle β is generated by the mode vector calculator 11 and input to the noise subspace projection length calculator 10. On the other hand, the noise subspace projection length calculator 10 projects the image onto the noise subspace based on the input eigenvalues and eigenvectors. If this mode vector is a (α, β), the projection length given by Equation 5 is output from the noise subspace projection length calculator 9.

【0020】[0020]

【数5】 (Equation 5)

【0021】射影長極小値算出器10ではモードベクト
ルa(α,β)の射影長がαおよびβの関数として得ら
れ、その極小値を与えるαおよびβの値(α1 ,β
1 ),(α2 ,β2 ),…,(αD ,βD )が求められ
る。
In the projection length minimum value calculator 10, the projection length of the mode vector a (α, β) is obtained as a function of α and β, and the α and β values (α 1 , β
1 ), (α 2 , β 2 ),..., (Α D , β D ) are obtained.

【0022】(α1 ,β1 ),(α2 ,β2 ),…,
(αD ,βD )はそれぞれD個の波源が存在する方向の
角度推定値となる。
1 , β 1 ), (α 2 , β 2 ),.
D , β D ) are the angle estimation values in the direction in which the D wave sources are present.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】従来の方向探知装置は
以上のように構成されているので、各アンテナの実際の
放射パターンとモードベクトルを算出するときの各アン
テナの放射パターンが何かの理由で異なる場合には、a
(α1 ,β1 ),a(α2 ,β2 ),…,a(αD ,β
D )の雑音部分空間への射影長は必ずしも極小値となら
ず、従って、D個の電波源の方位角および仰角の推定値
に大きな誤差が生じる問題があった。
Since the conventional direction finding apparatus is configured as described above, the reason why the radiation pattern of each antenna is used when calculating the actual radiation pattern and mode vector of each antenna is as follows. If different in
1 , β 1 ), a (α 2 , β 2 ), ..., a (α D , β
The projection length of D ) to the noise subspace does not always have a minimum value, and therefore, there is a problem that a large error occurs in the estimated values of the azimuth and elevation of the D radio sources.

【0024】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、このような現象を抑圧すること
を目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to suppress such a phenomenon.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】この発明による方向探知
装置は同一仕様の複数のアンテナと、上記アンテナを回
転させる同一仕様の複数の回転駆動装置Aと、上記回転
駆動装置Aそれぞれに回転角を指示する制御装置Aと、
上記アンテナの出力それぞれに接続された同一仕様の複
数のロータリージョイントと、上記アンテナと上記回転
駆動装置Aと上記ロータリージョイントを取りつけたア
ンテナプラットフォームAと、上記アンテナプラットフ
ォームを回転させる回転駆動装置Bと、上記回転駆動装
置Bに回転角を指示する制御装置Bと、上記ロータリー
ジョイントそれぞれに接続された同一仕様の複数の受信
機と、上記受信機それぞれの出力から共分散行列を算出
する共分散行列算出器と、上記共分散行列算出器より出
力される共分散行列にもとづいて固有値および固有ベク
トルを算出する固有値・固有ベクトル算出器と、上記制
御装置Bの与える所定の回転角度にもとづき、かつ上記
複数のアンテナによる配列にもとづくモードベクトルを
算出するモードベクトル算出器と、上記固有値・固有ベ
クトル算出器より出力される固有値および固有ベクトル
にもとづいて張られる雑音部分空間に上記モードベクト
ル算出器より出力されるモードベクトルを射影し、その
射影長を算出する雑音部分空間射影長算出器と、上記雑
音部分空間射影長算出器より出力される上記射影長が極
小となるときの上記電波源の方位角および仰角を求める
射影長極小値算出器と、上記制御装置Aより回転駆動装
置Aに再び回転角を指示して上記アンテナから上記射影
長極小値算出器までの処理を行い、上記制御装置Aが指
示する回転角に対応して得られる電波源の方位角および
仰角の平均値を算出する平均値算出器を備えたものであ
る。
A direction finder according to the present invention comprises a plurality of antennas having the same specifications, a plurality of rotation driving devices A having the same specifications for rotating the antennas, and a rotation angle for each of the rotation driving devices A. A control device A for instructing,
A plurality of rotary joints of the same specifications connected to the respective outputs of the antenna, the antenna, the rotary drive device A, an antenna platform A to which the rotary joint is attached, and a rotary drive device B for rotating the antenna platform, A control device B for instructing the rotation drive device B of a rotation angle; a plurality of receivers of the same specifications connected to the rotary joints; and a covariance matrix calculation for calculating a covariance matrix from the outputs of the respective receivers An eigenvalue / eigenvector calculator for calculating eigenvalues and eigenvectors based on a covariance matrix output from the covariance matrix calculator; and a plurality of antennas based on a predetermined rotation angle given by the control device B. Mode vector that calculates the mode vector based on the And a noise part for projecting the mode vector output from the mode vector calculator to a noise subspace based on the eigenvalue and the eigenvector output from the eigenvalue / eigenvector calculator, and calculating the projection length. A spatial projection length calculator, a projection length minimum value calculator for obtaining an azimuth and an elevation angle of the radio wave source when the projection length output from the noise subspace projection length calculator is minimal, and the control device A The rotation drive device A is again instructed of the rotation angle, and the processing from the antenna to the projection length minimum value calculator is performed. The azimuth and the azimuth of the radio wave source obtained corresponding to the rotation angle instructed by the control device A An average value calculator for calculating an average value of elevation angles is provided.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】実施の形態.図1はこの発明の実
施の形態を示す構成図であり、図において、5−1,5
−2,…,5−Mは同一の方向に指向性を持つ同一仕様
のM個のアンテナ、13−1,13−2,…,13−M
は対応するアンテナ5−1,5−2,…,5−Mを回転
させるための同一仕様のM個の回転駆動装置A、14は
回転駆動装置A、13−1,13−2,…,13−Mそ
れぞれに所定の回転角を指示するための制御装置A、1
5−1,15−2,…,15−Mは同一仕様のM個のロ
ータリージョイント、17はアンテナ5−1,5−2,
…,5−Mが指向方向を揃えて取りつけられ、かつM個
の回転駆動装置A、M個のロータリージョイントおよび
制御装置Aが取りつけられたアンテナプラットフォーム
A、6−1,6−2,…,6−Mはそれぞれロータリー
ジョイント15−1,15−2,…,15−Mに接続さ
れた同一仕様の複数の受信機、7は受信機6−1,6−
2,…,6−Mの出力から共分散行列を算出する共分散
行列算出器、8は共分散行列算出器7より出力される共
分散行列にもとづいて固有値および固有ベクトルを算出
する固有値・固有ベクトル算出器、9は固有値・固有ベ
クトル算出器8より出力される固有値および固有ベクト
ルにもとづいて張られる雑音部分空間にモードベクトル
を射影し、その射影長を算出する雑音部分空間射影長算
出器、10は雑音部分空間射影長算出器9より出力され
る上記射影長が極小となるときの電波源の方位角および
仰角を求める射影長極小値算出器、11はモードベクト
ルを算出するモードベクトル算出器、4はアンテナプラ
ットフォームAを回転駆動させる回転駆動装置B、12
は回転駆動装置Bに所定の回転角を指示するための制御
装置B、16は電波源の方位角、仰角の推定値を平均す
る平均値算出器である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
,..., 5-M are M antennas of the same specification having directivity in the same direction, 13-1, 13-2,.
Are M rotary drive units A of the same specification for rotating the corresponding antennas 5-1 5-2,..., 5-M, and 14 are rotary drive units A, 13-1, 13-2,. 13-M control devices A, 1 for instructing a predetermined rotation angle
5-1,..., 15-M are M rotary joints having the same specification, and 17 is an antenna 5-1 5-2.
, 5-M are mounted in the same directional direction, and antenna platforms A, 6-1, 6-2,..., M rotation drive devices A, M rotary joints and control device A are mounted. 6-M are a plurality of receivers of the same specification connected to the rotary joints 15-1, 15-2,..., 15-M, respectively.
A covariance matrix calculator for calculating a covariance matrix from the outputs of 2,..., 6-M, and an eigenvalue / eigenvector calculator 8 for calculating eigenvalues and eigenvectors based on the covariance matrix output from the covariance matrix calculator 7 Unit 9 projects a mode vector onto a noise subspace based on the eigenvalues and eigenvectors output from the eigenvalue / eigenvector calculator 8, calculates a projection length of the noise subspace, and 10 denotes a noise portion. A projection length minimum value calculator for obtaining the azimuth and elevation angle of the radio source when the projection length output from the spatial projection length calculator 9 is minimum, 11 is a mode vector calculator for calculating a mode vector, and 4 is an antenna. Rotary drive devices B and 12 for rotating platform A
Is a control device B for instructing the rotation drive device B of a predetermined rotation angle, and 16 is an average value calculator for averaging the estimated values of the azimuth angle and the elevation angle of the radio wave source.

【0027】次に動作について説明する。まず、制御装
置Bの12から出力された所定の方位角及び仰角に回転
駆動装置Bの4を用いてアンテナプラットフォームAの
17を向ける。
Next, the operation will be described. First, the antenna platform A 17 is turned to the predetermined azimuth and elevation outputted from the controller B 12 using the rotary drive B 4.

【0028】上記の所定の方位角および仰角を中心とし
たアンテナ5の瞬時視野内にD個の互いに無相関の複数
電波源が存在するものとする。上記複数の電波源からの
電波はアンテナ5−1,5−2,…,5−Mにより受信
され、それぞれロータリージョイント15−1,15−
2,…,15−Mを経由して受信機6−1,6−2,
…,6−Mに入力される。このとき、制御装置Aの14
より指示された回転角にもとづいて回転駆動装置Aの1
3−1,13−2,…,13−Mによりアンテナ5−
1,5−2,…,5−Mがそれぞれ指向方向を軸として
所定の回転角だけ回転しているものとする。
It is assumed that there are D mutually uncorrelated plural radio sources within the instantaneous field of view of the antenna 5 about the above-mentioned predetermined azimuth and elevation. Radio waves from the plurality of radio sources are received by antennas 5-1, 5-2,..., 5-M, and are respectively received by rotary joints 15-1, 15-15.
Receivers 6-1, 6-2 via 2,..., 15-M
.., 6-M. At this time, 14
1 of the rotation drive device A based on the rotation angle instructed by
3-1, 13-2, ..., 13-M
.., 5-M are each rotated by a predetermined rotation angle about the directivity direction as an axis.

【0029】上記受信機6−1,6−2,…,6−Mの
出力は増幅され、かつ周波数変換された後共分散行列算
出器7に入力される。上記共分散行列算出器7に入力さ
れる信号は数1のとおりである。
The outputs of the receivers 6-1, 6-2,..., 6-M are amplified and frequency-converted before being input to the covariance matrix calculator 7. The signal input to the covariance matrix calculator 7 is as shown in Expression 1.

【0030】上記共分散行列算出器7では、数2に示す
共分散行列が算出され、固有値・固有ベクトル算出器8
に入力される。上記固有値・固有ベクトル算出器8では
入力された共分散行列にもとづいてM個の固有値が求め
られ、それぞれの固有値に対応して固有ベクトルが算出
された後、これらの結果は雑音部分空間射影長算出器9
に入力される。
The covariance matrix calculator 7 calculates the covariance matrix shown in Expression 2, and calculates the eigenvalue / eigenvector calculator 8
Is input to The eigenvalue / eigenvector calculator 8 calculates M eigenvalues based on the input covariance matrix, calculates eigenvectors corresponding to the respective eigenvalues, and then outputs these results to the noise subspace projection length calculator. 9
Is input to

【0031】上記の固有値をλ1 ,λ2 ,…,λM
し、対応する固有ベクトルをX1 ,X2 ,…,XM とす
ればこれらの固有値、固有ベクトルは数3より算出され
る。
If the above eigenvalues are λ 1 , λ 2 ,..., Λ M and the corresponding eigenvectors are X 1 , X 2 ,..., X M , these eigenvalues and eigenvectors are calculated from Equation 3.

【0032】数2は正定値行列であるので、固有値λ
1 ,λ2 ,…,λM はすべて零より大きくなる。受信機
6の受信機雑音の標準偏差をσとすればD個の複数電波
源が互いに無相関という前述の仮定から数4が成り立
つ。
Since Equation 2 is a positive definite matrix, the eigenvalue λ
1 , λ 2 ,..., Λ M are all greater than zero. Assuming that the standard deviation of the receiver noise of the receiver 6 is σ, Equation 4 holds from the above-mentioned assumption that the D plurality of radio sources are uncorrelated with each other.

【0033】固有値λ1 ,λ2 ,…,λD に対応する固
有ベクトルをX1 ,X2 ,…,XDとし、λD+1 ,λD+2
,…,λM に対応する固有ベクトルをXD+1 ,X
D+2 ,…,XM とすればX1 ,X2 ,…,XD により張
られる信号部分空間とXD+1 ,XD+ 2 ,…,XM により
張られる雑音部分空間は互いに直交補空間となる。
The eigenvalues λ 1, λ 2, ..., X 1 the eigenvector corresponding to λ D, X 2, ..., and X D, λ D + 1, λ D + 2
,..., Λ M are represented by X D + 1 , X
D + 2, ..., if X M X 1, X 2, ..., signal subspace and X D + 1 spanned by the X D, X D + 2, ..., noise subspace spanned by X M orthogonal to each other Complementary space.

【0034】モードベクトル算出器11では制御装置B
の12からの指示による所定の方位角および仰角に向け
られたアンテナプラットフォームAの17に固定された
アンテナ5−1,5−2,…,5−Mの配列にもとづく
モードベクトルが算出される。
In the mode vector calculator 11, the controller B
A mode vector is calculated based on the arrangement of the antennas 5-1, 5-2,..., 5-M fixed to the antenna platform A 17 oriented at a predetermined azimuth and elevation angle in accordance with the instruction from No. 12.

【0035】例えば、図4に示すようにアンテナプラッ
トフォームAの17の面の方向(Z軸)が制御装置Bの
12から回転駆動装置Bの4への指示により所定の方位
角および仰角に向けられたものとし、上記アンテナプラ
ットフォームAの17の面上(xy面)に7個のアンテ
ナ5がx軸方向およびy軸方向ともに間隔dで配列され
ている場合を考える。
For example, as shown in FIG. 4, the direction (Z axis) of the surface of the antenna platform A 17 is directed to a predetermined azimuth angle and elevation angle by an instruction from the control device B 12 to the rotary drive device 4. It is assumed that seven antennas 5 are arranged at intervals d in the x-axis direction and the y-axis direction on the surface 17 (xy plane) of the antenna platform A.

【0036】このとき上記アンテナ5の位置座標は数6
で表される。
At this time, the position coordinates of the antenna 5 are given by Equation (6).
It is represented by

【0037】[0037]

【数6】 (Equation 6)

【0038】仮想電波源が図4のZ軸を基準に方位角、
仰角それぞれα、βの方向に存在するものと仮定すると
き、モードベクトル算出器11では制御装置Bの12か
らモードベクトル算出器11への指示にもとづいて仮想
電波源に対応するモードベクトルが算出され、数7で表
されるものとなる。
The virtual radio wave source has an azimuth based on the Z axis in FIG.
Assuming that the elevation angles are in the directions of α and β, respectively, the mode vector calculator 11 calculates a mode vector corresponding to the virtual radio wave source based on an instruction from the controller B 12 to the mode vector calculator 11. , (7).

【0039】[0039]

【数7】 (Equation 7)

【0040】次に、雑音部分空間射影長算出器9では、
入力された固有値および固有ベクトルにもとづいて雑音
部分空間が張られ、モードベクトル算出器11で算出さ
れたモードベクトルが雑音部分空間に射影される。この
モードベクトルをb(α,β)とおけば数5で表される
射影長Rb(α,β)が雑音部分空間射影長算出器9よ
り出力される。
Next, the noise subspace projection length calculator 9 calculates
A noise subspace is created based on the input eigenvalues and eigenvectors, and the mode vector calculated by the mode vector calculator 11 is projected onto the noise subspace. If this mode vector is b (α, β), the projection length Rb (α, β) expressed by Expression 5 is output from the noise subspace projection length calculator 9.

【0041】射影長極小値算出器10ではモードベクト
ルb(α,β)の射影長Rbがα,βの関数として得ら
れ、Rbの極小値を与えるD組α,βの値、(α11,β
11),(α12,β12),…,(α1D,β1D)が算出され
る。
In the projection length minimum value calculator 10, the projection length Rb of the mode vector b (α, β) is obtained as a function of α and β, and the value of the D group α and β that gives the minimum value of Rb, (α 11 , Β
11 ), (α 12 , β 12 ),..., (Α 1D , β 1D ) are calculated.

【0042】そして、制御装置Aの14より回転駆動装
置A,13−1,13−2,…,13−Mのそれぞれに
以前指示した回転角とは別の回転角を再び指示して射影
長極小値算出器10までの処理を繰り返し、射影長極小
値算出器10の出力(α21,β21),(α22,β22),
…,(α2D,β2D)を求める。
Then, a different rotation angle from the previously specified rotation angle to each of the rotation driving devices A, 13-1, 13-2,... The processing up to the minimum value calculator 10 is repeated, and the outputs (α 21 , β 21 ), (α 22 , β 22 ) of the projection length minimum value calculator 10 are calculated.
..., (α 2D , β 2D ) are obtained.

【0043】上記の処理をJ回繰り返したものとすれ
ば、DJ個の(α,β)の組合せが得られることにな
り、これを平均値算出器16に入力する。
If the above process is repeated J times, DJ (α, β) combinations are obtained, and these are input to the average value calculator 16.

【0044】平均値算出器16ではD個の電波源それぞ
れについて(α,β)の平均値を求める。この平均値を
算出するにあたり、例えば算術平均を用いるものとすれ
ば各電波源の測角値の推定値(α^i ,β^i )は数8
により与えられる。ただし、i=1,2,…,Dであ
る。
The average calculator 16 calculates the average of (α, β) for each of the D radio wave sources. In calculating the average value, for example, if an arithmetic average is used, the estimated values (α ^ i , β ^ i ) of the angle measurement values of each radio source are expressed by the following equation (8).
Given by Here, i = 1, 2,..., D.

【0045】[0045]

【数8】 (Equation 8)

【0046】なお、上記のDJ個の(α,β)の組合せ
から(α^i ,β^i )を求める概念図を図5に示す。
ただし、i=1,2,…,Dである。
FIG. 5 is a conceptual diagram for obtaining (α ^ i , β ^ i ) from the above DJ combinations of (α, β).
Here, i = 1, 2,..., D.

【0047】[0047]

【発明の効果】この発明によれば、アンテナ5を制御装
置Aの14からの指示にもとづいて回転駆動装置Aの1
3により回転させることにより、M個のアンテナ5の実
際の放射パターンとモードベクトルを算出するときの各
アンテナの放射パターンが異なる場合でもD個の電波源
の測角精度を向上させることができる。
According to the present invention, the antenna 5 is driven by one of the rotary drive units A based on an instruction from the control unit 14.
By rotating by 3, it is possible to improve the angle measurement accuracy of the D radio sources even when the actual radiation pattern of the M antennas 5 and the radiation pattern of each antenna when calculating the mode vector are different.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明による方向探知装置の実施の形態を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a direction finding device according to the present invention.

【図2】 従来の方向探知装置の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional direction detection device.

【図3】 従来の方向探知装置の運用例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an operation example of a conventional direction finding device.

【図4】 この発明による方向探知装置のアンテナ配列
例と座標系を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of an antenna arrangement and a coordinate system of the direction finding apparatus according to the present invention.

【図5】 この発明による方向探知装置で得られる電波
源の測角値より推定値を求める概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram for obtaining an estimated value from an angle measurement value of a radio wave source obtained by the direction finding apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 人工衛星、2 アンテナプラットフォームB、3
信号処理装置B、4回転駆動装置B、5 アンテナ、6
受信機、7 共分散行列算出器、8 固有値・固有ベ
クトル算出器、9 雑音部分空間射影長算出器、10
射影長極小値算出器、11 モードベクトル算出器、1
2 制御装置B、13 回転駆動装置A、14 制御装
置A、15 ロータリージョイント、16 平均値算出
器、17 アンテナプラットフォームA。
1 artificial satellite, 2 antenna platform B, 3
Signal processing device B, 4 rotation drive device B, 5 antennas, 6
Receiver, 7 covariance matrix calculator, 8 eigenvalue / eigenvector calculator, 9 noise subspace projection length calculator, 10
Projection length minimum value calculator, 11 mode vector calculator, 1
2 Control device B, 13 Rotary drive device A, 14 Control device A, 15 Rotary joint, 16 Average value calculator, 17 Antenna platform A

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−82662(JP,A) 特開 平8−278359(JP,A) 特開 平10−111349(JP,A) 特開 平11−295407(JP,A) 特許3220899(JP,B2) 特許3173455(JP,B2) 特許3189826(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 3/00 - 3/74 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-8-82662 (JP, A) JP-A-8-278359 (JP, A) JP-A-10-111349 (JP, A) JP-A-11-111 295407 (JP, A) Patent 3220899 (JP, B2) Patent 3173455 (JP, B2) Patent 3189826 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01S 3/00-3 / 74

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電波源からの電波を受信する同一仕様の
複数のアンテナと、上記アンテナそれぞれに取りつけら
れて上記アンテナの指向方向を維持したまま上記アンテ
ナを回転させる同一仕様の複数の回転駆動装置Aと、上
記回転駆動装置Aそれぞれに回転角を指示する制御装置
Aと、上記アンテナの出力それぞれに接続された同一仕
様の複数のロータリージョイントと、上記アンテナと上
記回転駆動装置Aと上記ロータリージョイントを取りつ
けたアンテナプラットフォームAと、上記アンテナプラ
ットフォームAを回転させる回転駆動装置Bと、上記回
転駆動装置Bに回転角を指示する制御装置Bと、上記ロ
ータリージョイントそれぞれに接続された同一仕様の複
数の受信機と、上記受信機それぞれの出力から共分散行
列を算出する共分散行列算出器と、上記共分散行列算出
器より出力される共分散行列にもとづいて固有値および
固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル算出器
と、上記制御装置Bの与える所定の回転角度にもとづ
き、かつ上記複数のアンテナによる配列にもとづくモー
ドベクトルを算出するモードベクトル算出器と、上記固
有値・固有ベクトル算出器より出力される固有値および
固有ベクトルにもとづいて張られる雑音部分空間に上記
モードベクトル算出器より出力されるモードベクトルを
射影し、その射影長を算出する雑音部分空間射影長算出
器と、上記雑音部分空間射影長算出器より出力される上
記射影長が極小となるときの上記電波源の方位角および
仰角を求める射影長極小値算出器と、上記制御装置Aよ
り回転駆動装置Aに再び回転角を指示して上記アンテナ
から上記射影長極小値算出器までの処理を再び行い、上
記制御装置Aが指示する回転角に対応して得られる電波
源の方位角および仰角の平均値を算出する平均値算出器
とで構成したことを特徴とする方向探知装置。
1. A plurality of antennas of the same specification for receiving radio waves from a radio wave source, and a plurality of rotation driving devices of the same specification mounted on each of the antennas and rotating the antennas while maintaining the directional direction of the antennas. A, a control device A for instructing each of the rotation drive devices A of a rotation angle, a plurality of rotary joints of the same specification connected to respective outputs of the antenna, the antenna, the rotation drive device A, and the rotary joint , A rotation driving device B for rotating the antenna platform A, a control device B for instructing the rotation driving device B to rotate, and a plurality of the same specifications connected to the rotary joint, respectively. Receiver and covariance for calculating a covariance matrix from the output of each of the receivers A matrix calculator, an eigenvalue / eigenvector calculator for calculating an eigenvalue and an eigenvector based on a covariance matrix output from the covariance matrix calculator, and A mode vector calculator for calculating a mode vector based on an array of antennas, and a mode vector output from the mode vector calculator in a noise subspace based on eigenvalues and eigenvectors output from the eigenvalue / eigenvector calculator. And a noise subspace projection length calculator for calculating the projection length thereof, and an azimuth angle and an elevation angle of the radio wave source when the projection length outputted from the noise subspace projection length calculator becomes a minimum are obtained. The projection length minimum value calculator, and the control device A instructs the rotation drive device A again to indicate the rotation angle. The average value calculator that performs the processing from the antenna to the projection length minimum value calculator again, and calculates the average value of the azimuth and elevation angle of the radio wave source obtained corresponding to the rotation angle indicated by the controller A. A direction finding device characterized by comprising:
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