JP3817875B2 - Direction finding device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の電波源から到来する少なくとも２以上の複数電波が同一周波数帯にある場合に、それぞれの到来方向を同時に測定し、電波の到来方向を推定する方向探知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の方向探知装置を示すもので、この図はＳｃｈｍｉｄｔ著、"Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｃｅ，ＡＰ−３４，３，ｐｐ．２７６−２８０（１９８６）．に記述されている内容に基づいた方向探知装置の構成図である。
【０００３】
また、図１２は前記方向探知装置の運用図である。
【０００４】
図１１において、１−１、１−２、・・・、１−Ｍは電波源からの信号を受信するアンテナ素子、２は１−１、１−２、・・・、１−Ｍのアンテナ素子を取り付けたアンテナタワー、３は従来の信号処理を行う信号処理器Ａ、４−１、４−２、・・・、４−Ｍは受信機、５−１、５−２、・・・、５−Ｍは受信機４の出力信号を２分配し、互いの位相差がπ／２ずれるように位相検波するディジタル位相検波器、６は受信信号共分散行列算出器、７は雑音部分空間行列算出器、８はステアリングベクトル算出器、９は到来方向評価関数算出器、１０は到来方向検出器である。
【０００５】
図１２において、１１は電波源の一例として無線送信機を持つ自動車を示している。
【０００６】
次に動作について説明する。ここで用いる記号を以下に定義する。Ｋは到来波数、ｋｋは到来波番号（ｋｋ≦Ｋ）、Ｍはアンテナ素子数、ｍはアンテナ素子番号（１≦ｍ≦Ｍ）であり、Ｋ＜Ｍとする。また、前記Ｍ個のアンテナ素子同士は、任意に配列されている。
【０００７】
図１１において、Ｋ個の電波源からアンテナ素子１−ｍに到来したＫ個の到来波は、受信機４−ｍに入力され、受信機４−ｍからの出力信号が前記ディジタル位相検波器５−ｍでＡ／Ｄ変換後、位相検波され、受信信号共分散行列算出器６において、ディジタル位相検波器５−１、５−２、・・・、５−Ｍの出力であるＭ個のディジタル信号を入力し受信信号共分散行列を求める。ここで、ディジタル位相検波器５−１、５−２、・・・、５−Ｍの出力であるＭ個のディジタル信号を"数１"に、受信信号共分散行列を"数２"に示す。
【０００８】
【数１】
【数２】
次に、雑音部分空間行列算出器７において、受信信号共分散行列算出器６の出力である受信信号共分散行列の固有値・固有ベクトルを雑音固有値・雑音固有ベクトルとして求め、雑音固有ベクトルより雑音部分空間行列を算出する。ここで、受信信号共分散行列の固有値・固有ベクトルから求められる雑音部分空間行列を“数３”に示す。
【００１１】
【数３】
またステアリングベクトル算出器８において、前記Ｍ個のアンテナ素子の配列から求められるアレー応答に対応したステアリングベクトルを算出し、これを“数４”に示す。
【００１３】
【数４】
到来方向評価関数算出器９において、雑音部分空間行列算出器７の出力である雑音部分空間行列とステアリングベクトル算出器８の出力であるステアリングベクトルから"数５"に示す到来方向評価関数Ｐ（θ）を算出し、到来方向検出器１０において、到来方向評価関数算出器９の出力である到来方向評価関数Ｐ（θ）を角度θについてサーチし、図１３に示すようにＰ（θ）の最大ピークからＫ個を選ぶことによりそのピークに対応した角度を検出し、到来波の到来方向（θ１、θ２、・・・、θＫ）とする。これによって、ピークに対応した角度を検出し擬像を抑圧する。但し、図１３では例として到来波数を２波としている。
【００１５】
【数５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような従来の方向探知装置では、アンテナ素子数と同数の受信機、ディジタル位相検波器が必要で、製品の重量が重くなり、また受信機が高価なものであるため、製品価格が高価になりやすいという問題点があった。
【００１７】
この発明は、上記のような問題点を解決するものであり、アンテナ素子の総数に関わらず選択された３個以上のアンテナ素子と、前記選択された３個以上のアンテナ素子に接続された３個以上の受信機、ディジタル位相検波器で信号処理を行うことにより粗到来方向評価関数を求め、全アンテナ素子からＪ個のアンテナ素子を選択する全組み合わせそれぞれから求められる粗到来方向評価関数を積分処理することにより精到来方向評価関数を求め、到来方向を検出することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の発明による方向探知装置は、電波源から到来する少なくとも２以上の電波を受信する少なくとも４個以上の複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子のうち任意の３個以上のアンテナ素子を選択するアンテナ切替器と、前記アンテナ切替器で選択されるアンテナ素子の選択の全組み合わせを制御する切替制御器と、前記アンテナ切替器で選択されるそれぞれのアンテナ素子端に接続される３個以上の受信機と、前記それぞれの受信機によって供給される信号から受信信号共分散行列を算出する受信信号共分散行列算出器と、前記受信信号共分散行列算出器より供給される受信信号共分散行列から固有値／固有ベクトルを算出し、前記固有ベクトルから構成される雑音部分空間行列を算出する雑音部分空間行列算出器と、前記アンテナ切替器で選択されたアンテナ素子間の配列に基づいてステアリングベクトルを算出するステアリングベクトル算出器と、前記雑音部分空間行列算出器から供給される雑音部分空間行列と前記ステアリングベクトル算出器から供給されるステアリングベクトルに基づいて、粗到来方向評価関数を算出する粗到来方向評価関数算出器と、前記アンテナ切替器で選択されるアンテナ素子の全組み合わせに対応して前記粗到来方向評価関数算出器から供給されるそれぞれの全粗到来方向評価関数を積分し、精到来方向評価関数を算出する精到来方向評価関数算出器と、前記精到来方向評価関数算出器から供給される精到来方向評価関数から電波の到来方向を検出する到来方向検出器とを備えたものである。
【００１９】
また、第２の発明による方向探知装置は、電波源から到来する少なくとも２以上の電波を受信する少なくとも４個以上の複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子のうち任意の３個以上のアンテナ素子を選択するアンテナ切替器と、前記アンテナ切替器で選択されるアンテナ素子の選択の組み合わせを制御する切替制御器と、前記アンテナ切替器で選択されるそれぞれのアンテナ素子端に接続される３個以上の受信機と、前記それぞれの受信機によって供給される信号から受信信号共分散行列を算出する受信信号共分散行列算出器と、前記受信信号共分散行列算出器より供給される受信信号共分散行列から固有値／固有ベクトルを算出し、前記固有ベクトルから構成される雑音部分空間行列を算出する雑音部分空間行列算出器と、前記アンテナ切替器で選択されたアンテナ素子間の配列に基づいてステアリングベクトルを算出するステアリングベクトル算出器と、前記雑音部分空間行列算出器から供給される雑音部分空間行列と前記ステアリングベクトル算出器から供給されるステアリングベクトルに基づいて、粗到来方向評価関数を算出する粗到来方向評価関数算出器と、前記アンテナ切替器で選択されるアンテナ素子の全組み合わせに対応して前記粗到来方向評価関数算出器から供給されるそれぞれの粗到来方向評価関数から電波の到来方向を検出する粗到来方向検出器と、前記粗到来方向検出器から供給される全組み合わせ分の粗到来方向を平均し、精到来方向を算出する到来方向平均処理器とを備えた。
【００２０】
また、第３の発明による方向探知装置は、第１の発明、もしくは第２の発明によるアンテナ切替器に、前記複数のアンテナ素子のうちの１つのアンテナ素子を直接前記受信機の一つに接続したまま、他の複数のアンテナ素子のうちの任意の２個以上のアンテナ素子を選択する手段を備えたものである。
【００２１】
また、第４の発明による方向探知装置は、第１の発明、もしくは第２の発明の前記切替制御器において、それぞれのアンテナ素子を１回以上選択するよう制御する手段を備えたものである。
【００２２】
また、第５の発明による方向探知装置は、第３の発明の前記切替制御器において、前記他の複数のアンテナ素子を１回以上選択するよう制御する手段を備えたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示す構成図である。従来例を示す図１１では、アンテナ素子数と同数の受信機、ディジタル位相検波器を用いて信号処理を行い電波の到来方向を検出していたが、この実施の形態では価格低減のため、全アンテナ素子のうち全アンテナ素子数よりも少なく到来波の数より多い、例えば３個以上のアンテナ素子を選択するアンテナ切替器及びアンテナ切替器を制御する切替制御器を設け、３個以上の受信機、ディジタル位相検波器を用いて粗到来方向評価関数を算出する。この粗到来方向評価関数を用いた場合、真の到来方向以外に擬像の発生する場合があるが、前記アンテナ切替器によって選択されるそれぞれ異なる３個以上のアンテナ素子の全組み合わせから算出されるそれぞれの粗到来方向評価関数を積分処理し精到来方向評価関数を求めることによって擬像を抑圧し、従来例と同等の精度で電波源から到来する複数電波の到来方向を検出できる。このため、従来と比べて受信機の数を少なくでき、軽量化および低価格な方向探知装置を得ることが出来る。
【００２４】
図１において、１−１、１−２、・・・、１−Ｍ（Ｍ≧４）は電波源からの信号を受信するアンテナ素子、２はアンテナ素子１−１、１−２、・・・、１−Ｍ（以下アンテナ素子１）を取り付けたアンテナタワー、１２はアンテナタワー１から供給される信号の信号処理を行う信号処理装置Ｂ、１３はアンテナタワー２における各アンテナ素子１との接続を選択するアンテナ切替器Ａ、１４はアンテナ切替器Ａ１３における接続を順次切替えて全組み合わせを制御する切替制御器Ａ、４−１、４−２、・・・、４−Ｊはアンテナ切替器Ａ１３の切替に応じてアンテナ１との接続が切替わる受信機、５−１、５−２、・・・、５−Ｊは受信機４の出力信号を２分配し、互いの位相差がπ／２ずれるように位相検波するディジタル位相検波器、６は受信信号共分散行列算出器、７は雑音部分空間行列算出器、８はステアリングベクトル算出器、１５は到来方向評価関数算出器、１６は精到来方向評価関数算出器、１０は到来方向検出器で、信号処理装置Ｂ１２は４〜８、１０、および１３〜１６によって信号処理を行う。
【００２５】
次に図１の動作を説明する。ここで用いる記号を以下に定義する。Ｋは到来波個数、ｋｋは到来波番号（ｋｋ≦Ｋ）、Ｍはアンテナ素子１の個数、ｍはアンテナ素子番号（１≦ｍ≦Ｍ）、Ｊは選択されたアンテナ素子個数、ｊｊは選択されたＪ個のアンテナ素子のうちｊｊ番目（１≦ｊｊ≦Ｊ）のアンテナ素子番号であり、Ｋ＜Ｊ＜Ｍかつ３≦Ｊである。前記Ｍ個のそれぞれのアンテナ素子同士は任意に配列されている。また、電波源は例えば数１０ｋｍ先の遠方を走行中の自動車、船などの移動体から発生されるものを考慮しており、測角処理を行っている間の処理時間内において電波源の移動はないと近似されるものとする。
【００２６】
図１において、Ｋ個の電波源からアンテナ素子１−ｍに受信された受信信号のうち、アンテナ切替器Ａ１３で選択されたＪ個のアンテナ素子１のうちアンテナ素子１−ｊｊからの出力が、受信機４−ｊｊに入力され、受信機４−ｊｊからの出力信号が前記ディジタル位相検波器５−ｊｊでＡ／Ｄ変換後位相検波され、受信信号共分散行列算出器６において、Ｊ個のアンテナ素子１のそれぞれに対応して検波されるディジタル位相検波器５−１、５−２、・・・、５−Ｊの出力であるＪ個のディジタル信号が入力され、受信信号共分散行列が求められる。ここで、切替制御器Ａ１４で制御され、アンテナ切替器Ａ１３で切り換えられる選択されたアンテナ素子Ｊ個の全組み合わせ数をＹとすると、“数６”のように示される。前記ディジタル位相検波器５−１、５−２、・・・、５−Ｊの出力であるＹ通りあるアンテナ組み合わせのｙ通り目のＪ個のディジタル信号を“数７”に、受信信号共分散行列を“数８”に示す。
【００２７】
【数６】
【数７】
【数８】
次に、雑音部分空間行列算出器７において、受信信号共分散行列算出器６の出力である受信信号共分散行列の固有値・固有ベクトルを雑音固有値、雑音固有ベクトルとして求め、雑音固有ベクトルより雑音部分空間行列を算出し、これを“数９”に示す。
【００３１】
【数９】
またステアリングベクトル算出器８において、前記選択されたＪ個のアンテナ素子の配列から求められるアレー応答に対応したＪ列のステアリングベクトルを算出し、これを“数１０”に示す。
【００３３】
【数１０】
粗到来方向評価関数算出器１５において、雑音部分空間行列算出器７の出力である雑音部分空間行列とステアリングベクトル算出器８の出力であるステアリングベクトルから粗到来方向評価関数を算出するが、ここで、ｙ番目の粗到来方向評価関数Ｐy （θ）（ｙ＝１．．．Ｙ）は“数１１”に示される。但し、前記アンテナ切替器Ａ１３におけるアンテナの切り替え方（選択の仕方）は任意である。
【００３５】
【数１１】
次に、精到来方向評価関数算出器１６において、切替制御器Ａ１４で制御されたアンテナ切替器Ａ１３で選択されたＪ個のアンテナ素子の全組み合わせ分の粗到来方向評価関数Ｐy （θ）を積分処理し精到来方向評価関数ＡＰ（θ）を算出する。ここで、精到来方向評価関数ＡＰ（θ）は“数１２”に示される。１例として、図２に粗到来方向評価関数Ｐy （θ）と、それを積分処理して求まる精到来方向評価関数ＡＰ（θ）を示す。これを求めることにより、受信機の数を減らしたことによって生じる擬像を抑圧することができるとともに、Ｓ／Ｎを改善出来る。
【００３７】
【数１２】
最後に、前記１０の到来方向検出器において、精到来方向評価関数算出器１６の出力である精到来方向評価関数ＡＰ（θ）からＫ個の到来波の到来方向（ψ1 、ψ2 、・・・、ψK ）を検出する。この検出は従来の図１１と同様、ＡＰ（θ）の最大ピークからＫ個を選ぶことによりそのピークに対応した角度を検出し、到来波の到来方向（ψ1 、ψ2 、・・・、ψK ）を求める。
【００３９】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２を示す構成図である。実施の形態１では、アンテナ切替器１３においてＭ個のアンテナ素子のうちＪ個のアンテナ素子を選択したが、この実施の形態では、図３のように１個のアンテナ素子を１個の受信機に接続し、残りの（Ｍ−１）個のアンテナ素子のうちの任意の（Ｊ−１）個のアンテナ素子を選択するアンテナ切替器Ｂ１７と、アンテナ切替器Ｂ１７の全組み合わせを制御する切替制御器Ｂ１８を用いた信号処理装置Ｃ１９を用いることにより、実施の形態１と同様な効果を得ることができ、かつ、電波源の信号を聴音する場合に、復調時のアンテナ切り替えノイズを取り除く装置を付加せずに、常にアンテナ素子に固定されている受信機から電波源の信号を聴音することが可能となる。
【００４０】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３を示す構成図である。実施の形態１では、信号処理装置Ｂ１２においてＹ個の粗到来方向評価関数Ｐy （θ）（ｙ＝１．．．Ｙ）から、積分処理によって精到来方向評価関数ＡＰ（θ）を求め、精到来方向（ψ1 、ψ2 、・・・、ψK ）を検出した。この実施の形態では、図４のように２０の信号処理装置Ｄを設け、精到来方向評価関数算出器１６の代わりに、粗到来方向評価関数算出器１５の出力である粗到来方向評価関数Ｐy （θ）（ｙ＝１．．．Ｙ）が入力され、粗到来方向を検出する２１の粗到来方向検出器と、到来方向検出器１０の代わりに、粗到来方向検出器２１から出力されるアンテナ切替器１３における全切替の組み合わせ分Ｙ個の粗到来方向（θ(y) 1、θ(y) 2、・・・、θ(y) K）（ｙ＝１．．．Ｙ）について、値の近いもの同士が同じ集団になるように分け、数の多い集団からＫ個の集団を選び、それぞれ平均処理することによって精到来方向（ψ1 、ψ2 、・・・、ψK ）を算出する２２の到来方向平均処理器を用いて実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００４１】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４を示す構成図である。実施の形態３では、アンテナ切替器１３においてＭ個のアンテナ素子のうちＪ個のアンテナ素子を選択したが、この実施の形態では、図５のように１個のアンテナ素子を１個の受信機に接続し、残りの（Ｍ−１）個のアンテナ素子のうちの任意の（Ｊ−１）個の素子アンテナ素子を選択するアンテナ切替器Ｂ１７と、アンテナ切替器Ｂ１７の全組み合わせを制御する切替制御器Ｂ１８を用いた信号処理装置Ｄ２３を用いることにより、実施の形態３と同様な効果を得ることができ、かつ、電波源の信号を聴音する場合に、復調時のアンテナ切り替えノイズを取り除く装置を付加せずに、常にアンテナ素子に固定されている受信機から電波源の信号を聴音することが可能となる。
【００４２】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５を示す構成図である。実施の形態１では、切替制御器Ａ１４においてＭ個のアンテナ素子からＪ個のアンテナ素子を選択する全組み合わせＹ個の制御を行ったが、アンテナの組み合わせによっては全体のアンテナ開口径が小さくなり測角精度が悪くなる。この実施の形態では、図６のようにＭ個のアンテナ素子からＪ個のアンテナ素子を選択する組み合わせ数が全組み合わせ数でなく、それぞれのアンテナ素子を１回以上とり、かつ全体のアンテナ開口径が大きくとれる組み合わせ分選択し制御する２４の切替制御器Ｃを用いて測角信号処理を行う２５の信号処理装置Ｆを用いることにより、切替制御器Ａ１４の処理がより簡単になり、処理時間が早くなるとともに実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００４３】
実施の形態６．
図７はこの発明の実施の形態６を示す構成図である。実施の形態２では、切替制御器Ｂ１８において（Ｍ−１）個のアンテナ素子から（Ｊ−１）個のアンテナ素子を選択する全組み合わせの制御を行ったが、アンテナの組み合わせによっては全体のアンテナ開口径が小さくなり測角精度が悪くなる。この実施の形態６は、図７のように（Ｍ−１）個のアンテナ素子から（Ｊ−１）個のアンテナ素子を選択する組み合わせ数が全組み合わせ数でなくても、それぞれのアンテナ素子を１回以上とり、かつ全体のアンテナ開口径が大きくとれる組み合わせ分選択し制御する切替制御器Ｄ２６を用いて測角信号処理を行う信号処理装置Ｇ２７を用いることにより、実施の形態２と同様な効果を得ることができる。１例としてアンテナ素子数７個、受信機３個の場合のアンテナ選択の組み合わせを図８に示す。
【００４４】
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７を示す構成図である。実施の形態３では、切替制御器Ａ１４においてＭ個のアンテナ素子からＪ個のアンテナ素子を選択する全組み合わせＹ個の制御を行ったが、アンテナの組み合わせによっては全体のアンテナ開口径が小さくなり測角精度が悪くなる。この実施の形態では、図９のようにＭ個のアンテナ素子からＪ個のアンテナ素子を選択する組み合わせ数が全組み合わせ数でなくても、それぞれのアンテナ素子を１回以上とり、かつ全体のアンテナ開口径が大きくとれる組み合わせ分選択し制御する切替制御器Ｃ２４を用いて測角信号処理を行う信号処理装置Ｈ２８を用いることにより、実施の形態３と同様な効果を得ることができる。
【００４５】
実施の形態８．
図１０はこの発明の実施の形態８を示す構成図である。実施の形態４では、切替制御器Ｂ１８において（Ｍ−１）個のアンテナ素子から（Ｊ−１）個のアンテナ素子を選択する全組み合わせの制御を行ったが、アンテナの組み合わせによっては全体のアンテナ開口径が小さくなり測角精度が悪くなる。この実施の形態では、図１０のように（Ｍ−１）個のアンテナ素子から（Ｊ−１）個のアンテナ素子を選択する組み合わせ数が全組み合わせ数でなくても、それぞれのアンテナ素子を１回以上とり、かつ全体のアンテナ開口径が大きくとれる組み合わせ分選択し制御する切替制御器Ｄ２６用いて測角信号処理を行う信号処理装置Ｉ２９を用いても実施の形態２と同様な効果を得ることができる。
【００４６】
【発明の効果】
この発明に係る第１から第５の発明によれば、アンテナ素子数と同数の受信機を用いる方向探知装置と同程度の検知精度を保持したまま、受信信号を処理する受信器の数の少ない、軽量で低価格な方向探知装置を得ることができる。
【００４７】
また、第３、第５の発明によれば、Ｍ個のうちの１つのアンテナ素子を常に受信機の一つに接続し、他の（Ｍ−１）個のアンテナ素子のうちの（Ｊ−１）個のアンテナ素子を選択するアンテナ切替器を備えることにより、第１の発明と同様な効果を得ることができるとともに、アンテナ素子の切替時に常に一つのアンテナ素子が一つの受信機に接続されているため、電波源の信号を聴音する場合、復調時におけるアンテナ切り替え雑音を取り除く装置を新たに付加せずに、直接その受信機から復調し聴音することができる。
【００４８】
さらにまた、第４、第５の発明によれば、アンテナ切替器におけるアンテナ素子の組み合わせ数を全て用いず、それぞれのアンテナ素子を１回以上とり、かつ全体のアンテナ開口径が大きくとれるような組み合わせ分で測角信号処理を行うことにより、第１から第３の発明と比べて演算処理時間を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による方向探知装置の実施の形態１の一実施例を示す図である。
【図２】 積分処理によって偽像を抑圧していることを示す図である。
【図３】 この発明による方向探知装置の実施の形態２の一実施例を示す図である。
【図４】 この発明による方向探知装置の実施の形態３の一実施例を示す図である。
【図５】 この発明による方向探知装置の実施の形態４の一実施例を示す図である。
【図６】 この発明による方向探知装置の実施の形態５の一実施例を示す図である。
【図７】 この発明による方向探知装置の実施の形態６の一実施例を示す図である。
【図８】 アンテナの組み合わせの一例を示す図である。
【図９】 この発明による方向探知装置の実施の形態７の一実施例を示す図である。
【図１０】 この発明による方向探知装置の実施の形態８の一実施例を示す図である。
【図１１】 従来の方向探知装置の一実施例を示す図である。
【図１２】 運用図である。
【図１３】 到来方向検出器における検出方法を示した図である。
【符号の説明】
１ アンテナ素子、２ アンテナタワー、３ 信号処理器Ａ、４ 受信機、５ディジタル位相検波器、６ 受信信号共分散行列算出器、７ 雑音部分空間行列算出器、８ ステアリングベクトル算出器、９ 到来方向評価慣習算出器、１０ 到来方向検出器、１１ 自動車、１２ 信号処理装置Ｂ、１３ アンテナ切替器Ａ、１４ 切替制御器Ａ、１５ 粗到来方向評価関数算出器、１６ 精到来方向評価関数算出器、１７ アンテナ切替器Ｂ、１８ 切替制御器Ｂ、１９ 信号処理装置Ｃ、２０ 信号処理装置Ｄ、２１ 粗到来方向検出器、２２ 到来方向平均処理器、２３ 信号処理装置Ｅ、２４ 切替制御器Ｃ、２５ 信号処理装置Ｆ、２６ 切替制御器Ｄ、２７ 信号処理装置Ｇ、２８ 信号処理装置Ｈ、２９ 信号処理装置Ｉ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a direction detection apparatus that simultaneously measures the arrival directions of each radio wave and estimates the radio wave arrival directions when at least two or more radio waves coming from a plurality of radio wave sources are in the same frequency band.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 shows a conventional direction finding device, which is illustrated by Schmidt, “Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation”, IEEE Transform, AP-34, 3, pp. 276-280 (1986). It is a block diagram of the direction detection apparatus based on the content described in (1).
[0003]
FIG. 12 is an operational diagram of the direction finding device.
[0004]
In FIG. 11 , 1-1, 1-2,..., 1-M are antenna elements that receive a signal from a radio wave source, 2 is an antenna of 1-1, 1-2,. Antenna tower to which elements are attached, 3 is a signal processor A that performs conventional signal processing, 4-1, 4-2,..., 4-M is a receiver, 5-1, 5-2,. , 5-M distributes the output signal of the
[0005]
In FIG. 12 ,
[0006]
Next, the operation will be described. The symbols used here are defined below. K is the number of incoming waves, kk is the incoming wave number (kk ≦ K), M is the number of antenna elements, m is the antenna element number (1 ≦ m ≦ M), and K <M. The M antenna elements are arbitrarily arranged.
[0007]
In FIG. 11 , K incoming waves arriving at the antenna element 1-m from K radio wave sources are input to the receiver 4-m, and an output signal from the receiver 4-m is the
[0008]
[Expression 1]
[Expression 2]
Next, in the noise subspace matrix calculator 7, the eigenvalue / eigenvector of the received signal covariance matrix that is the output of the received signal
[0011]
[Equation 3]
Further, the
[0013]
[Expression 4]
In the direction-of-arrival evaluation function calculator 9, the direction-of-arrival evaluation function P (θ shown in “
[0015]
[Equation 5]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional direction finding device as described above requires the same number of receivers and digital phase detectors as the number of antenna elements, which increases the weight of the product and makes the receiver expensive. However, there was a problem that it was easy to become expensive.
[0017]
The present invention solves the above-described problems, and the three or more selected antenna elements regardless of the total number of antenna elements, and the three connected to the selected three or more antenna elements. The coarse arrival direction evaluation function is obtained by performing signal processing with more than one receiver and digital phase detector, and the coarse arrival direction evaluation function obtained from all combinations of selecting J antenna elements from all antenna elements is integrated. The purpose is to obtain a precision arrival direction evaluation function by processing and detect the arrival direction.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
A direction detecting apparatus according to a first aspect of the present invention includes at least four or more antenna elements that receive at least two or more radio waves coming from a radio wave source, and any three or more of the plurality of antenna elements. An antenna switch for selecting an antenna element, a switching controller for controlling all combinations of antenna element selections selected by the antenna switch, and an antenna element end selected by the antenna switch. Three or more receivers, a received signal covariance matrix calculator for calculating a received signal covariance matrix from signals supplied by the respective receivers, and a received signal supplied from the received signal covariance matrix calculator A noise subspace matrix calculator for calculating eigenvalues / eigenvectors from a covariance matrix and calculating a noise subspace matrix composed of the eigenvectors; A steering vector calculator that calculates a steering vector based on an array between antenna elements selected by the antenna switch, a noise subspace matrix supplied from the noise subspace matrix calculator, and a steering vector calculator A rough arrival direction evaluation function calculator for calculating a rough arrival direction evaluation function based on the steering vector, and the rough arrival direction evaluation function calculator corresponding to all combinations of antenna elements selected by the antenna switcher Integrating each coarse arrival direction evaluation function supplied from each of them, and calculating a fine arrival direction evaluation function, and a fine arrival direction evaluation function supplied from the fine arrival direction evaluation function calculator And a direction-of-arrival detector for detecting the direction of arrival of radio waves.
[0019]
In addition, a direction finding device according to a second aspect of the present invention includes at least four or more antenna elements that receive at least two or more radio waves coming from a radio wave source, and any three or more antennas among the plurality of antenna elements. An antenna switch for selecting an element, a switch controller for controlling a combination of antenna element selections selected by the antenna switch, and three pieces connected to respective antenna element ends selected by the antenna switch The above receiver, a received signal covariance matrix calculator for calculating a received signal covariance matrix from signals supplied by the respective receivers, and a received signal covariance supplied from the received signal covariance matrix calculator A noise subspace matrix calculator for calculating an eigenvalue / eigenvector from a matrix and calculating a noise subspace matrix composed of the eigenvector; A steering vector calculator for calculating a steering vector based on an arrangement between antenna elements selected by the antenna switcher, a noise subspace matrix supplied from the noise subspace matrix calculator, and a steering vector calculator From the rough arrival direction evaluation function calculator for calculating the rough arrival direction evaluation function based on the steering vector, and from the rough arrival direction evaluation function calculator corresponding to all combinations of the antenna elements selected by the antenna switch The coarse arrival direction detector for detecting the arrival direction of the radio wave from each of the supplied coarse arrival direction evaluation functions and the coarse arrival directions for all combinations supplied from the coarse arrival direction detector are averaged to obtain the fine arrival direction. And a direction-of-arrival average processor for calculation.
[0020]
A direction finding device according to a third aspect of the present invention is the antenna switcher according to the first or second aspect, wherein one antenna element of the plurality of antenna elements is directly connected to one of the receivers. As it is, there is provided means for selecting any two or more of the other antenna elements.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a direction finder according to the first or second aspect of the present invention, further comprising means for controlling each antenna element to be selected one or more times.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a direction finder according to the third aspect of the present invention, further comprising means for controlling the plurality of other antenna elements to be selected one or more times in the switching controller.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block
[0024]
1, 1-1, 1-2,..., 1-M (M ≧ 4) are antenna elements that receive a signal from a radio wave source, 2 are antenna elements 1-1, 1-2,. The antenna tower to which 1-M (hereinafter referred to as antenna element 1) is attached, 12 is a signal processing device B that performs signal processing of signals supplied from the
[0025]
Next, the operation of FIG. 1 will be described. The symbols used here are defined below. K is the number of incoming waves, kk is the number of incoming waves (kk ≦ K), M is the number of
[0026]
In FIG. 1, among the received signals received by the antenna element 1-m from the K radio wave sources, the output from the antenna element 1-jj among the
[0027]
[Formula 6]
[Expression 7]
[Equation 8]
Next, in the noise subspace matrix calculator 7, eigenvalues / eigenvectors of the received signal covariance matrix, which is the output of the received signal
[0031]
[Equation 9]
Further, the
[0033]
[Expression 10]
The coarse arrival direction
[0035]
[Expression 11]
Next, in the fine arrival direction
[0037]
[Expression 12]
Finally, in the ten arrival direction detectors, the arrival directions (ψ 1 , ψ 2 ,...) Of K arrival waves are derived from the fine arrival direction evaluation function AP (θ) that is the output of the fine arrival direction
[0039]
FIG. 3 is a block
[0040]
4 is a block
[0041]
FIG. 5 is a block
[0042]
6 is a block
[0043]
FIG. 7 is a block
[0044]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing Embodiment 7 of the present invention. In
[0045]
10 is a block
[0046]
【The invention's effect】
According to the first to fifth aspects of the present invention, the number of receivers that process a received signal is small while maintaining detection accuracy comparable to that of a direction finding device that uses the same number of receivers as the number of antenna elements. A lightweight and low-cost direction finding device can be obtained.
[0047]
According to the third and fifth inventions, one of the M antenna elements is always connected to one of the receivers, and the other (M−1) antenna elements (J− 1) By providing an antenna switch for selecting one antenna element, the same effect as in the first invention can be obtained, and one antenna element is always connected to one receiver when switching the antenna element. Therefore, when listening to a signal from a radio wave source, it is possible to directly demodulate and listen to the sound from the receiver without newly adding a device for removing antenna switching noise during demodulation.
[0048]
Furthermore, according to the fourth and fifth inventions, a combination that does not use the total number of antenna elements in the antenna switching unit, takes each antenna element once or more, and can take a large antenna aperture diameter. By performing the angle measurement signal processing in minutes, the calculation processing time can be reduced as compared with the first to third inventions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a first embodiment of a direction finding device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing that a false image is suppressed by integration processing;
FIG. 3 is a diagram showing an example of a second embodiment of the direction finding device according to the present invention;
FIG. 4 is a diagram showing an example of a third embodiment of a direction finding apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a fourth embodiment of the direction finding apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a fifth embodiment of the direction finding apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a sixth embodiment of the direction finding apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a combination of antennas.
FIG. 9 is a diagram showing an example of a seventh embodiment of the direction finding apparatus according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an example of an
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a conventional direction finding device.
FIG. 12 is an operation diagram.
FIG. 13 is a diagram showing a detection method in an arrival direction detector.
[Explanation of symbols]
1 antenna element, 2 antenna tower, 3 signal processor A, 4 receiver, 5 digital phase detector, 6 received signal covariance matrix calculator, 7 noise subspace matrix calculator, 8 steering vector calculator, 9 direction of arrival Evaluation customary calculator, 10 arrival direction detector, 11 automobile, 12 signal processor B, 13 antenna switcher A, 14 switching controller A, 15 coarse arrival direction evaluation function calculator, 16 fine arrival direction evaluation function calculator, 17 antenna switch B, 18 switch controller B, 19 signal processor C, 20 signal processor D, 21 coarse arrival direction detector, 22 arrival direction average processor, 23 signal processor E, 24 switch controller C, 25 Signal processor F, 26 Switching controller D, 27 Signal processor G, 28 Signal processor H, 29 Signal processor I
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