JP4708179B2

JP4708179B2 - 電波到来方向測定装置

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Publication number: JP4708179B2
Application number: JP2005360830A
Authority: JP
Inventors: 崇野元; 充田沼; 敦岡村; 正資大島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: JP2007163321A

Description

この発明は、到来する電波を複数のアンテナ素子からなるアンテナアレーにより受信し、その受信電波の到来方向を測定する電波到来方向測定装置に関するものである。

水平面上の未知の方向から到来する広い帯域の電波を複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナで受信し、各アンテナ素子間の受信電波の位相差を測定することにより、受信電波の到来方向を測定することができる。複数のアンテナ素子により電波を受信し、その到来方向を測定する原理を図１０に示す。ここでは、最も単純なケースであるアンテナ素子が２本の場合の原理を説明する。図１０において、間隔ｄで配置された２本のアンテナ素子Ａ６，Ａ７により、この２本のアンテナ素子Ａ６，Ａ７に対して鉛直方向から角度θで到来する波長λの電波を受信する。すると、これらアンテナ素子Ａ６，Ａ７間では、到来した電波に、アンテナ間隔ｄと到来角度θに依存した時間差が発生する。すなわち、その時間差に対応した位相差φを有する。ここで、２本のアンテナ素子Ａ６，Ａ７で受信した電波の波長λがアンテナ間隔ｄより長い場合（ｄ＜λ）、２本のアンテナ素子Ａ６，Ａ７が受信した電波の位相差φと間隔ｄの関係は式（１）となり、到来角度θは一義的に定まる。よって、２本のアンテナ素子Ａ６，Ａ７で受信した電波の位相差φを検出することによって、受信電波の到来角度θを知ることができる。

しかし、２本のアンテナ素子Ａ６，Ａ７で受信した電波の波長λがアンテナ間隔ｄより短い場合（ｄ＞λ）は、位相差φについて式（２）が成立することになり、検出された位相差φを満足する到来角度θが複数存在し、角度アンビギュイティによる誤測角を発生してしまう。

この場合の位相差特性は図１１に示すようになる。図１１で、ｉ＝１〜４であり、位相差φを満足する角度θが４つ存在することになる。ここで、ｎは−１≦λ（φ−２ｎπ）／２πｄ＜１を満足する正の整数である。

位相差を用いてアンテナ素子が受信した電波の到来方向を測定する計算のアルゴリズムとしては、ＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）に代表されるアルゴリズムがあるが、一般に、水平面上の全方位から到来する電波の方位を測定する場合は、上記のアンテナ配列を拡張し、円形等間隔にアンテナ素子を配置したアンテナアレーを用いる（例えば特許文献１参照）。

ここで、上記のアンテナ配列を２次元アレーに拡張し、空間上において複数のアンテナ素子で電波を受信し、その到来方向を測定する原理を図１２に示し説明する。図１２において、基準点Ｏから見たアンテナ素子Ｒ１，Ｒ２のベクトルがｒ１，ｒ２で表されている。そして、到来電波と並行の向きを持つ単位ベクトルがＥで表されている。まず、基準点Ｏとアンテナ素子Ｒ１の距離差ｄ１は｜ｒ１｜ｃｏｓθ’である。そして、ｃｏｓθ’は式（３）で求められるので、基準点Ｏとアンテナ素子Ｒ１の距離差ｄ１は、単位ベクトルと位置ベクトルｒ１の内積ｒ１・Ｅとなる。

基準点ＯとＲ１の位相差φ１は式（４）のように表せることができ、基準点Ｏとアンテナ素子Ｒ２の位相差φ２も同様の方法から導ける。

よって、アンテナ素子Ｒ１とＲ２の位相差φ３は式（５）のようになる。

ここで、図１２より、θ”＋θ＝π／２であるため、アンテナ素子Ｒ１とＲ２の位相差φ３は（６）式となる。

さらには、｜ｒ２−ｒ１｜＝ｄ２より式（６）は式（１）と同等であることが分かる。また、式（６）はＲ１，Ｒ２に限らずＲ３，Ｒ４等すべてのアンテナ素子の組み合わせについて成り立つため、２次元に配置されたアレーアンテナにおいて、水平面上の全方位から到来する電波を測定する場合も、その精度等に関してはアレーアンテナの中のアンテナ素子対の電波到来方向から見たアンテナ素子間隔に依存することが分かる。つまり、空間的に配置されたアンテナ素子が受信した到来電波の方位を求める場合においても、式（１）で示す方法に帰着される。このことから、ある波長λ、到来角度θの条件のもとに、アレーアンテナに到来する電波の測角精度を向上させる大きい位相差の値を得るためには、アレーアンテナが電波到来方向から見てアンテナ素子間隔の大きいアンテナ素子対を有していることが有効であることが分かる。しかし、上述したように、最大素子アンテナ間隔を大きくすると角度アンビギュイティによる誤測角が生じてしまい、円形等間隔に配置されたアレーアンテナでは、高い測角精度、角度アンビギュイティによる誤測角の除去を同時に実現することは困難である。

高い測角精度、角度アンビギュイティによる誤測角の除去を同時に実現するためには、特許文献２のように、アンテナ素子を不等間隔に直線に配置し、最大アンテナ素子間隔で測角精度を向上し、アンテナ素子間隔が小さいアンテナ素子対で角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行う方法がある。しかしながら、この方法では全方位から到来する電波に対応することが不可能なため、円形アレー等のアンテナ配列を用いる必要がある。そこで、この方法を拡張し、空間円上に不等間隔でアンテナ素子を配置した場合を検討し、その場合のアレーアンテナを図１３に示す。図１３は、空間円上に不等間隔で３本のアンテナ素子Ａ８，Ａ９，Ａ１０を配置しており、そのアレーアンテナが到来電波Ａと、到来電波Ａと垂直の角度を持つ到来電波Ｂを受信した場合を表している。そして、到来電波Ａが入射してくる角度から見たそれぞれのアンテナ素子の距離差をＡ１，Ａ２とし、到来電波Ｂが入射してくる角度から見たそれぞれのアンテナ素子の距離差をＢ１，Ｂ２とする。アンテナ素子Ａ８，Ａ９，Ａ１０は円形上に不等間隔で配置されているので、アンテナ素子の距離差Ａ１，Ａ２とＢ１，Ｂ２が等しくないのは明らかである。よって、それぞれの到来電波から見たアンテナ素子間の位相差も異なることになり、到来電波Ａと到来電波Ｂの方位を測定する精度も異なる。つまり、アンテナ素子を円形上に不等間隔で配置した場合、到来電波を全方位で同等の精度で測定することはできない。また、到来電波Ｂが到来電波Ａと垂直でない角度においても同様である。

特開平１０−１４２３０８号公報特開昭５９−１１６５６２号公報

前述したように、電波到来方向測定装置において、ＭＵＳＩＣアルゴリズムに代表される受信電波の位相差を利用する電波到来方向測定アルゴリズムで得られる電波到来方向測定の精度は、アレーアンテナで最大アンテナ素子間隔が大きいことが有効である。しかし、そのためにアンテナ素子間隔を大きくすると、角度アンビギュイティによる誤測角が発生しやすくなる。これを避けるためには、広い範囲に細かい間隔でアンテナ素子を配置することが必要となるが、実際にアンテナ素子をプラットフォーム上に搭載する場合、アンテナ素子配置の規模に限界があるなどで、実現できないという問題が生じ、つまるところ、高い測角精度と、角度アンビギュイティによる誤測角の除去とを同時に実現することは困難である。この問題を解決する方法として、アンテナ素子が一次元のアレーの場合に限定すれば、特許文献２のような解決方法があるが、この場合は、未知の電波の方位を測定する際に全到来方向を同等の精度で測定することはできないという問題がある。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、高い測角精度と、角度アンビギュイティによる誤測角の除去を同時に実現できる電波到来方向測定装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電波到来方向測定装置は、空間上に配置された複数のアンテナ素子の受信信号間の位相差から受信電波の到来方向を求める電波到来方向測定装置において、同一平面上に想定した大小径の異なる仮想円の円周上に、それぞれ複数のアンテナ素子を異なる素子間隔で、かつ等間隔に空間的に配列した大アレーと少なくとも１の小アレーを有し、大アレーの素子間隔が小アレーの素子間隔より大きくなるようにそれぞれのアンテナ素子の数を設定し、小アレーを構成する複数のアンテナ素子を大アレーの仮想円内に配置し、大アレーのアンテナ素子で受信した到来電波の受信信号に基づいて当該到来電波の到来方向を算出すると共に、小アレーのアンテナ素子で受信した到来電波の受信信号に基づいて当該到来電波の到来方向を算出し、小アレーのアンテナ素子に基づいて算出された到来方向を基準に大アレーのアンテナ素子に基づいて算出された到来方向を１つ抽出するようにしたものである。

この発明によれば、大アレーとその内部に配置する小アレーとを組み合わせることによって、大アレーの素子間隔を大きく取ったアンテナ素子により高い測角精度を得ることができ、同時に、小アレーの素子間隔を小さく取ったアンテナ素子により角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行うことが可能となる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。
図１において、同一平面上に想定した大小径の異なる仮想円の円周上に、それぞれ複数のアンテナ素子を異なる素子間隔で、かつ等間隔に空間的に配列した大アレーＰ１と小アレーＰ２を形成している。大アレーＰ１はアンテナ素子Ａ１〜Ａ３で構成され、小アレーＰ２はアンテナ素子Ａ３〜Ａ５で構成されている。この場合、大アレーＰ１と小アレーＰ２はいずれも３本のアンテナ素子で構成されているが、大アレーＰ１の素子間隔が小アレーＰ２の素子間隔より大きくなるようにそれぞれのアンテナ素子の数は設定されている。また、小アレーＰ２を構成する複数のアンテナ素子Ａ３〜Ａ５は大アレーＰ１の仮想円内に位置するよう配置している。アンテナ素子Ａ３は両アレーＰ１，Ｐ２に共通のアンテナ素子として機能するようにしている。大アレーＰ１は素子間隔を大きくすることによって高い測角精度を持った電波到来方向測定を実現し、小アレーＰ２は誤測角を発生させる角度アンビギュイティによる誤測角の除去を実現するものである。

図２はこの発明の各実施の形態に共通な電波到来方向測定装置の機能構成を示すブロック図である。
図２において、図１に示したように空間的に配置された大アレーＰ１と小アレーＰ２のアンテナ素子Ａ１〜Ａ５により未知の到来電波をそれぞれ受信し、各受信信号を受信機１〜５に出力する。受信機１〜５では、受信信号から同じ周波数を持つ信号をそれぞれ抽出して方位算出処理部１０に出力する。方位算出処理部１０では、（１）式の原理を利用して到来電波方向測定処理を行い、受信電波の到来角度θを算出し出力する。
この到来電波方向測定処理においては、従来から用いられているＭＵＳＩＣ等のアルゴリズムが全てのアンテナ配列に対して適用される。図１のアンテナ配列の場合、先ず大アレーＰ１を構成するアンテナ素子Ａ１〜Ａ３の各受信信号に基づいて到来角度を算出する。この大アレーＰ１に関して算出された到来角度は、精度は高いが角度アンビギュイティを含んだ複数の到来角度推定値として得られる。次に、小アレーＰ２を構成するアンテナ素子Ａ３〜Ａ５の各受信信号のみに基づいて到来角度を算出する。この小アレーＰ２のみに関して算出された到来角度推定値は、精度の点で大アレーＰ１から求めた到来角度推定値よりも劣るが、単一の目標角度推定値（求めるべきθ値）である。そこで、大アレーＰ１の到来角度推定値と小アレーＰ２の到来角度推定値を照らし合わせ、大アレーＰ１の到来角度推定値から真値を抽出する。
したがって、それぞれ異なる仮想円の円周上に等間隔でアンテナ素子Ａ１〜Ａ５を配列形成した大アレーＰ１と小アレーＰ２のアンテナアレーを設けたことによって、大アレーＰ１の素子間隔に基づいて全到来方向の電波に対して高い精度で電波到来方向を測定し、同時に、小アレーＰ２を用いることによって角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行うことができる。

ここで、図３に示すように、小アレーＰ４を構成するアンテナ素子Ａ１３〜Ａ１５を、大アレーＰ３を構成するアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１３を結ぶ直線上に配置した場合について説明する。この例では、大アレーＰ３と小アレーＰ４の間で規則性のある配列になり、全到来方向の電波に対して、同等の測角精度で測定できなくなり、さらに角度アンビギュイティを発生しやすい角度を持ってしまうことになる。実験で確認したところでは、小アレーＰ４のアンテナ素子を結ぶ直線が大アレーＰ３のアンテナ素子を結ぶ直線に対して２０度前後の角度にあるときが最も全到来方向の電波に対して効果的だった。したがって、全到来方向の電波に対応できるようにするためには、小アレーＰ２を配置する際に、大アレーＰ３のアンテナ素子同士を結ぶ直線上に小アレーＰ４のアンテナ素子同士を結ぶ直線が重なり合わないように構成しておく必要がある。

以上のように、この実施の形態１は、同一平面上に想定した大小径の異なる仮想円の円周上に、それぞれ複数のアンテナ素子Ａ１〜Ａ３とＡ３〜Ａ５を異なる素子間隔で、かつ等間隔に空間的に配列した大アレーＰ１と小アレーＰ２を有し、大アレーＰ１の素子間隔が小アレーＰ２の素子間隔より大きくなるようにそれぞれのアンテナ素子の数を設定し、小アレーＰ２を構成する３本のアンテナ素子Ａ３〜Ａ５を大アレーの仮想円内に配置し、大アレーＰ１のアンテナ素子Ａ１〜Ａ３と小アレーＰ２のアンテナ素子Ａ３〜Ａ５で受信した到来電波の受信信号に基づいて当該到来電波の到来方向を算出するようにしたものである。したがって、大アレーの素子間隔を大きく取ったアンテナ素子により高い測角精度を得ることができ、同時に、小アレーの素子間隔を小さく取ったアンテナ素子により角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行うことができる。また、大アレーのアンテナ素子同士を結ぶ直線上に小アレーのアンテナ素子同士を結ぶ直線が重なり合わないように構成した場合には、全到来方向の電波に対して同等の特性を得ることができる。さらに、この実施の形態１では、大アレーのアンテナ素子と小アレーのアンテナ素子の１本を共通にしているので、複数アレーでアレーアンテナ装置を構成する場合に使用するアンテナ素子数の増加を抑制することができる。
なお、ここでは、大アレーと小アレーのアンテナ素子をそれぞれ３本配列している例について説明したが、大アレーと小アレーのアンテナ素子数、あるいは小アレーの数は独立に決定することができるもので、このことは以下の実施の形態においても同様である。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。
この実施の形態２のアレーアンテナ装置では、同一平面上に想定した大小径の異なる仮想円の円周上に、それぞれ複数のアンテナ素子を異なる素子間隔で、かつ等間隔に空間的に配列した大アレーＰ５と小アレーＰ６を形成している。大アレーＰ５は４本のアンテナ素子Ａ１６〜Ａ１９で構成され、小アレーＰ６は３本のアンテナ素子Ａ１６，Ａ２０，Ａ２１で構成されている。この場合、大アレーＰ５の素子間隔が小アレーＰ６の素子間隔より大きくなるように設定されている。また、小アレーＰ６を構成する複数のアンテナ素子Ａ１６，Ａ２０，Ａ２１は大アレーＰ５の仮想円内に位置するよう配置している。アンテナ素子Ａ１６は両アレーＰ５，Ｐ６に共通のアンテナ素子として機能するようにしている。また、大アレーのＰ５アンテナ素子同士を結ぶ直線上に小アレーＰ６のアンテナ素子同士を結ぶ直線が重なり合わないようにしている。
また、この実施の形態２における到来電波方向測定処理も、実施の形態１で述べたと同様な手順で行われる。

以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、大アレーの素子間隔を大きく取ったアンテナ素子により高い測角精度を得ることができ、同時に、小アレーの素子間隔を小さく取ったアンテナ素子により角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行うことができ、また、実施の形態１の他の効果を奏することも可能である。また、大アレーのアンテナ素子数を５本以上に増加した場合においても、同様に全到来方向の電波に対して角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行い、高い測角精度で受信電波を測定することができる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。
この実施の形態３のアレーアンテナ装置では、同一平面上に想定した大小径の異なる仮想円の円周上に、それぞれ複数のアンテナ素子を異なる素子間隔で、かつ等間隔に空間的に配列した大アレーＰ７と小アレーＰ８を形成している。大アレーＰ７は４本のアンテナ素子Ａ２２〜Ａ２５で構成され、小アレーＰ８も４本のアンテナ素子Ａ２２，Ａ２６〜Ａ２８で構成されている。この場合、大アレーＰ７の素子間隔が小アレーＰ８の素子間隔より大きくなるように設定されている。また、小アレーＰ８を構成する４のアンテナ素子Ａ２２，Ａ２６〜Ａ２８を大アレーＰ７の仮想円内に位置するよう配置している。アンテナ素子Ａ２２は両アレーＰ７，Ｐ８に共通のアンテナ素子として機能するようにしている。また、大アレーＰ７のアンテナ素子同士を結ぶ直線上に小アレーＰ８のアンテナ素子同士を結ぶ直線が重なり合わないようにしている。
また、この実施の形態３における到来電波方向測定処理も、実施の形態１で述べたと同様な手順で行われる。

以上のように、この実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、大アレーの素子間隔を大きく取ったアンテナ素子により高い測角精度を得ることができ、同時に、小アレーの素子間隔を小さく取ったアンテナ素子により角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行うことができ、実施の形態１の他の効果を奏することも可能である。なお、小アレーのアンテナ素子数を５本以上に増加した場合においても、同様に全到来方向の電波に対して角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行い、高い測角精度で受信電波を測定することができる。

実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。
この実施の形態４のアレーアンテナ装置では、同一平面上に想定した大小径の異なる仮想円の円周上に、それぞれ複数のアンテナ素子を異なる素子間隔で、かつ等間隔に空間的に配列した大アレーＰ９と３つの小アレーＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２を形成している。小アレーＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、同一径の異なる仮想円の円周上に形成されている。大アレーＰ９は３本のアンテナ素子Ａ２９〜Ａ３０で構成され、小アレーＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２もそれぞれ３本のアンテナ素子（Ａ２９，Ａ３２，Ａ３３）、（Ａ３０，Ａ３４，Ａ３５）、（Ａ３１，Ａ３６，Ａ３７）で構成されている。この場合、大アレーＰ９の素子間隔が小アレーＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の素子間隔より大きくなるように設定されている。また、小アレーＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２を構成する各アンテナ素子を大アレーＰ９の仮想円内に位置するよう配置している。アンテナ素子Ａ２９，Ａ３０，Ａ３１はそれぞれ大小アレーＰ９とＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２に共通のアンテナ素子として機能するようにしており、大アレーの全アンテナ素子のそれぞれを、各小アレーのアンテナ素子の１本で構成した関係になっている。また、大アレーＰ９のアンテナ素子同士を結ぶ直線上に小アレーＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２ごとのアンテナ素子同士を結ぶ直線が重なり合わないようにしている。また、それぞれの小アレーＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、大アレーＰ９に対して異なる角度が与えられている。
なお、この実施の形態４では小アレーを複数用いているので、到来電波方向測定処理を行うに先立って、小アレーＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２を構成するアンテナ素子の受信信号のレベルを調べる。そして、受信信号が低いアンテナ素子からなる小アレーに関しては方位算出処理に用いない。後の処理方法は実施の形態１で述べたと同様な手順で行われる。

以上のように、この実施の形態４によれば、小アレーを複数設けることによって、実施の形態１と同様に、大アレーの素子間隔を大きく取ったアンテナ素子により高い測角精度を得ることができ、同時に、小アレーの素子間隔を小さく取ったアンテナ素子により角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行うことができ、また、実施の形態１の他の効果を奏することも可能である。さらに、それぞれの小アレーＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２を大アレーＰ９に対して異なる角度に配置していることで、よりアンビギュイティ耐性を向上させることが可能である。また、小アレーの数を３つ以上に増加した場合においても、全到来方向の電波に対して角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行い、高い測角精度で受信電波を測定することができる。

実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。
この実施の形態５のアレーアンテナ装置では、同一平面上に想定した大小径の異なる仮想円の円周上に、それぞれ複数のアンテナ素子を異なる素子間隔で、かつ等間隔に空間的に配列した大アレーＰ１３と２つの小アレーＰ１４，Ｐ１５を形成している。小アレーＰ１４，Ｐ１５は、同一径の異なる仮想円の円周上に形成されている。大アレーＰ１３は４本のアンテナ素子Ａ３９〜Ａ４１で構成され、小アレーＰ１４，Ｐ１５もそれぞれ４本のアンテナ素子（Ａ３８，Ａ４２〜Ａ４４）、（Ａ４０，Ａ４５〜Ａ４７）で構成されている。この場合、大アレーＰ１３の素子間隔が小アレーＰ１４，Ｐ１５の素子間隔より大きくなるように設定されている。また、小アレーＰ１４，Ｐ１５を構成する各アンテナ素子を大アレーＰ１３の仮想円内に位置するよう配置している。アンテナ素子Ａ３８，Ａ４０はそれぞれ大小アレーＰ１３とＰ１４，Ｐ１５に共通のアンテナ素子として機能するようにしている。また、大アレーＰ９のアンテナ素子同士を結ぶ直線上に小アレーＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２ごとのアンテナ素子同士を結ぶ直線が重なり合わないようにしている。さらに、それぞれの小アレーＰ１４，Ｐ１５は、大アレーＰ１３に対して異なる角度が与えられている。
また、この実施の形態５における到来電波方向測定処理も、実施の形態４で述べたと同様な手順で行われる。

以上のように、この実施の形態５によれば、小アレーを複数設けることによって、実施の形態１と同様に、大アレーの素子間隔を大きく取ったアンテナ素子により高い測角精度を得ることができ、同時に、小アレーの素子間隔を小さく取ったアンテナ素子により角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行うことができ、また、実施の形態１の他の効果を奏することも可能である。さらに、それぞれの小アレーＰ１４，Ｐ１５を大アレーＰ１３に対して異なる角度に配置していることで、よりアンビギュイティ耐性を向上させることが可能である。なお、アンテナ素子数を５本以上にしたり、また小アレーの数を３本以上にした場合においても、同様に全到来方向の電波に対して角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行い、高い測角精度で受信電波を測定することができる。

実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。
この実施の形態６のアレーアンテナ装置では、同一平面上に想定した大小径の異なる仮想円の円周上に、それぞれ複数のアンテナ素子を異なる素子間隔で、かつ等間隔に空間的に配列した大アレーＰ１６と３つの小アレーＰ１７〜Ｐ１９を形成している。小アレーＰ１７〜Ｐ１９は、同一径の異なる仮想円の円周上に形成されている。大アレーＰ１６は３本のアンテナ素子Ａ４８〜Ａ５０で構成され、小アレーＰ１７〜Ｐ１９はそれぞれ２本のアンテナ素子（Ａ４８，Ａ５１）、（Ａ４９，Ａ５２）、（Ａ５０，Ａ５３）で構成されている。この場合、大アレーＰ１６の素子間隔が小アレーＰ１７〜Ｐ１９の素子間隔より大きくなるように設定されている。また、小アレーＰ１７〜Ｐ１９を構成する各アンテナ素子を大アレーＰ１６の仮想円内に位置するよう配置している。アンテナ素子Ａ４８〜Ａ５０はそれぞれ大小アレーＰ１６とＰ１７〜Ｐ１９に共通のアンテナ素子として機能するようにしており、大アレーの全アンテナ素子のそれぞれを、各小アレーのアンテナ素子の１本で構成した関係になっている。また、大アレーＰ１６のアンテナ素子同士を結ぶ直線上に小アレーＰ１７〜Ｐ１９ごとのアンテナ素子同士を結ぶ直線が重なり合わないようにしている。さらに、それぞれの小アレーＰ１７〜Ｐ１９は、大アレーＰ１６に対して異なる角度が与えられている。
また、この実施の形態６における到来電波方向測定処理も、実施の形態４で述べたと同様な手順で行われる。

以上のように、実施の形態６によれば、小アレーを複数設けることによって、実施の形態１と同様に、大アレーの素子間隔を大きく取ったアンテナ素子により高い測角精度を得ることができ、同時に、小アレーの素子間隔を小さく取ったアンテナ素子により角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行うことができ、また、実施の形態１の他の効果を奏する。この場合、小アレーＰ１７，Ｐ１８，Ｐ１９は、それぞれ単独では２素子しかないため、全到来方向の電波に対して角度アンビギュイティによる誤測角の除去をすることはできないが、それぞれの小アレーを大アレーに対して異なる角度に配置して全方位に対応する組み合わせとしているため、全到来方向の電波に対して角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行うことができる。

実施の形態７．
図９この発明の実施の形態７によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。
この実施の形態７のアレーアンテナ装置では、大アレーＰ２０と１つの小アレーＰ２１を持ち、大アレーＰ２０と小アレーＰ２１はいずれも３本のアンテナ素子で構成されており、実施の形態１と類似しているが、ここでは大アレーＰ２０と小アレーＰ２１が共通のアンテナ素子を持たない配列となっている。その他の条件は実施の形態１と同様である。
したがって、の実施の形態７においても、大アレーの素子間隔を大きく取ったアンテナ素子により高い測角精度を得ることができ、同時に、小アレーの素子間隔を小さく取ったアンテナ素子により角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行うことができる。また、大アレーのアンテナ素子同士を結ぶ直線上に小アレーのアンテナ素子同士を結ぶ直線が重なり合わないようにした場合には、全到来方向の電波に対して同等の特性を得ることができる。なお、アンテナ素子数を３本以上にしても、また、小アレーの数を２本以上にしても同様の効果が得られる。
また、この実施の形態７における到来電波方向測定処理も、実施の形態１で述べたと同様な手順で行われる。

以上実施の形態１乃至実施の形態７で述べてきたように、この発明の電波到来方向測定装置は、大アレーに対して複数の小アレーを設け、小アレーを構成するアンテナ素子を大アレー内に配置するようにしているので、アンテナアレーを設置場所の都合に応じて配置することができる。また、実施の形態３のようにアンテナ素子数を増加した場合、また実施の形態４のように小アレーの数を増加した場合においても同様の効果が得られるものである。

この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。この発明の実施の形態１による到来電波方向測定装置の構成を示すブロック図である。小アレーのアンテナ素子を大アレーのアンテナ素子を結ぶ直線上に配置したアンテナアレーの例を示す説明図である。この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。この発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。この発明の実施の形態６によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。この発明の実施の形態７によるアレーアンテナ装置の配列構成を示す説明図である。電波到来方向測定方法の原理を示す説明図である。アンテナ素子間隔が到来電波波長より長いときに得られる位相差特性を示す説明図である。２次元アレーに拡張した電波到来方向測定方法の原理を示す説明構成図である。角度アンビギュイティによる誤測角の除去を行う２次元アレーの例を示す説明図である。

１〜５受信機、１０方位算出処理部、Ａ１〜Ａ５，Ａ１６〜Ａ５６アンテナ素子，Ｐ１，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ９，Ｐ１３，Ｐ１６，Ｐ２０大アレー、Ｐ２，Ｐ６，Ｐ８，Ｐ１０〜Ｐ１２，Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ１７〜Ｐ１９，Ｐ２１小アレー。

Claims

空間上に配置された複数のアンテナ素子の受信信号間の位相差から受信電波の到来方向を求める電波到来方向測定装置において、
同一平面上に想定した大小径の異なる仮想円の円周上に、それぞれ複数のアンテナ素子を異なる素子間隔で、かつ等間隔に空間的に配列した大アレーと少なくとも１の小アレーを有し、
前記大アレーの素子間隔が前記小アレーの素子間隔より大きくなるようにそれぞれのアンテナ素子の数を設定し、
前記小アレーを構成する複数のアンテナ素子を前記大アレーの仮想円内に配置し、
前記大アレーのアンテナ素子で受信した到来電波の受信信号に基づいて当該到来電波の到来方向を算出すると共に、前記小アレーのアンテナ素子で受信した到来電波の受信信号に基づいて当該到来電波の到来方向を算出し、前記小アレーのアンテナ素子に基づいて算出された到来方向を基準に前記大アレーのアンテナ素子に基づいて算出された到来方向を１つ抽出することを特徴とする電波到来方向測定装置。
大アレーのアンテナ素子同士を結ぶ直線上に小アレーのアンテナ素子同士を結ぶ直線が重なり合わないようにしたことを特徴とする請求項１記載の電波到来方向測定装置。
大アレーのアンテナ素子と小アレーのアンテナ素子の１つを共通にしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電波到来方向測定装置。
小アレーが複数設けられ、大アレーの全アンテナ素子のそれぞれを、各小アレーのアンテナ素子の１つで構成したことを特徴とする請求項３記載の電波到来方向測定装置。