JP4901643B2 - Adaptive array antenna apparatus and program - Google Patents
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Description
本発明は、アダプティブアレーアンテナ技術のうちの特に干渉波抑圧技術についてのアダプティブアレーアンテナ装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to an adaptive array antenna apparatus and a program for an interference wave suppression technique among adaptive array antenna techniques.
電波監視や無線通信の分野では、混信して受信されてしまった複数の到来信号を元々の信号へと分離する技術が望まれている。アダプティブアレーアンテナは、複数のアンテナのそれぞれの受信信号に重みを乗算してから、重みを乗算された複数の受信信号を加算する。この重みを適切に設定すると、特定の到来信号は同位相で合成され、残りの到来信号は打ち消しあうように合成される。その結果、混信している到来信号の中から、特定の到来信号のみが得られる。つまり、アダプティブアレーアンテナは、信号分離手段として用いることができる。 In the field of radio wave monitoring and wireless communication, there is a demand for a technique for separating a plurality of incoming signals that have been received due to interference into original signals. The adaptive array antenna multiplies the reception signals of the plurality of antennas by weights, and then adds the plurality of reception signals multiplied by the weights. When this weight is appropriately set, a specific incoming signal is synthesized with the same phase, and the remaining incoming signals are synthesized so as to cancel each other. As a result, only a specific incoming signal is obtained from the interfering incoming signals. That is, the adaptive array antenna can be used as signal separation means.
アダプティブアレーアンテナでは、重みの設定が重要である。混信している到来信号間の電力差が十分大きいとき、固有ベクトルビームスペース法によれば信号を分離できる重みの計算をおこなうことができる。そして、分離された信号が出力される。このときの電力差として、所望の信号と、非所望(干渉)の信号のどちらの電力が大きくてもかまわない。つまり、信号間の電力差が大きければよい。 In adaptive array antennas, setting weights is important. When the power difference between interfering incoming signals is sufficiently large, the eigenvector beamspace method can calculate weights that can separate the signals. Then, the separated signal is output. As the power difference at this time, the power of either the desired signal or the undesired (interference) signal may be large. That is, it is sufficient if the power difference between signals is large.
ところが、信号間の電力差が小さいとき、この固有ベクトルビームスペース法は、信号の分離をおこなうことができないという問題がある。 However, when the power difference between the signals is small, the eigenvector beamspace method has a problem that the signals cannot be separated.
この問題の解決方法として、信号を送信する送信機の電力を制御する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、従来の技術では、信号を送信する送信機の制御が必要とされるので、送信機とアダプティブアレーアンテナ装置との間で通信が必要とされる。したがって、通信できる送信機の到来信号のみしか制御できないといった問題がある。したがって、この技術は適用範囲が狭い。 However, since the conventional technique requires control of a transmitter that transmits a signal, communication is required between the transmitter and the adaptive array antenna apparatus. Therefore, there is a problem that only the incoming signal of the transmitter that can communicate can be controlled. Therefore, this technology has a narrow scope of application.
このように従来のアダプティブアレーアンテナ装置においては、通信可能な到来信号のみしか制御できないので、適用範囲が狭い問題がある。また、このアダプティブアレーアンテナ装置は、通信をおこなうための送信機を必要とするので、コストが増大する問題がある。 As described above, in the conventional adaptive array antenna apparatus, only an incoming signal that can be communicated can be controlled, and there is a problem that the application range is narrow. In addition, the adaptive array antenna apparatus requires a transmitter for performing communication, and thus there is a problem that costs increase.
この発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、任意の到来信号に対して、信号を分離できるアダプティブアレーアンテナ装置およびプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an adaptive array antenna apparatus and program capable of separating a signal from an arbitrary incoming signal.
上述の課題を解決するため、本発明のアダプティブアレーアンテナ装置は、複数の到来信号を受信するアンテナ素子を複数含むアレーアンテナと、前記到来信号ごとの到来方向を推定する方向推定手段と、前記到来信号ごとの電力を推定する電力推定手段と、前記アレーアンテナを複数のアンテナ素子からなる到来信号数よりも多いサブアレーに分割し、複数の前記サブアレーのビーム方向を、前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号、または、前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号が複数存在する場合にはそのうちの1つの到来信号の、前記方向推定手段で推定された全ての前記サブアレーで同一である到来方向に向けて、前記アレーアンテナで複数の受信信号を取得する取得手段と、前記複数の受信信号に固有ベクトルビームスペース法を適用して固有ベクトルを求め比較することにより、前記複数の到来信号を分離する分離手段と、を具備し、前記複数の到来信号の電力差がない場合においても信号分離を可能とすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an adaptive array antenna apparatus according to the present invention includes an array antenna including a plurality of antenna elements that receive a plurality of incoming signals, direction estimation means for estimating the direction of arrival for each of the incoming signals, and the arrival Power estimation means for estimating power for each signal; and the array antenna is divided into subarrays having a larger number of incoming signals composed of a plurality of antenna elements, and the beam directions of the plurality of subarrays are estimated by the power estimation means. When there are a plurality of incoming signals having the largest power among all the plurality of powers or a plurality of incoming signals having the largest power among all the plurality of powers estimated by the power estimation means, one of the incoming signal, and toward Ke in the arrival direction is the same in all the sub-arrays which are estimated by the direction estimation means, said array An acquisition unit configured to acquire a plurality of received signals at antenna by comparing calculated eigenvectors by applying the eigenvector beam space method to the plurality of received signals, comprising a separation means for separating said plurality of incoming signals The signal separation is possible even when there is no power difference between the plurality of incoming signals .
また、本発明のアダプティブアレーアンテナ装置は、複数の到来信号を受信しビーム方向を可変できるアンテナ素子を複数含むアレーアンテナと、前記到来信号ごとの到来方向を推定する方向推定手段と、前記到来信号ごとの電力を推定する電力推定手段と、前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号、または、前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号が複数存在する場合にはそのうちの1つの到来信号の、前記方向推定手段で推定された全ての前記アンテナ素子で同一である到来方向にビームを向けるように複数のアンテナ素子を制御する制御手段と、前記制御手段が前記複数のアンテナ素子を制御した場合に、前記複数の到来信号の受信信号に固有ベクトルビームスペース法を適用して固有ベクトルを求め比較することにより、前記複数の到来信号を分離する分離手段と、を具備し、前記複数の到来信号の電力差がない場合においても信号分離を可能とすることを特徴とする。
An adaptive array antenna apparatus according to the present invention includes an array antenna including a plurality of antenna elements that can receive a plurality of incoming signals and change a beam direction, direction estimation means for estimating an arrival direction for each incoming signal, and the incoming signal. Power estimation means for estimating the power for each, and an incoming signal having the largest power among all of the plurality of powers estimated by the power estimation means, or all of the plurality of powers estimated by the power estimation means When there are a plurality of incoming signals having the largest power , the beam is directed to the same arrival direction of all the antenna elements estimated by the direction estimating means of one of the incoming signals. Control means for controlling a plurality of antenna elements; and receiving the plurality of incoming signals when the control means controls the plurality of antenna elements. By comparing calculated eigenvectors by applying the eigenvector beamspace method No., separating means for separating said plurality of incoming signal, comprising the, also signal separation when there is no power difference of the plurality of incoming signals It is possible to make it possible .
本発明のアダプティブアレーアンテナ装置およびプログラムによれば、任意の到来信号に対して信号を分離することができる。 According to the adaptive array antenna apparatus and program of the present invention, a signal can be separated from an arbitrary incoming signal.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るアダプティブアレーアンテナ装置およびプログラムについて詳細に説明する。なお、以下の実施形態中では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
(第1の実施形態)
本実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置について図1を参照して説明する。
本実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置は、アレーアンテナ部106、デジタル信号処理回路110、信号分離部111、信号選択部112を含む。
Hereinafter, an adaptive array antenna apparatus and a program according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that, in the following embodiments, the same numbered portions are assumed to perform the same operation, and repeated description is omitted.
(First embodiment)
The adaptive array antenna apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.
The adaptive array antenna apparatus of this embodiment includes an
アレーアンテナ部106は、複数のアンテナ素子101によって複数の到来信号を受信し、各受信信号をデジタル信号に変換して、各アンテナ素子101の到来信号が変換された受信信号をデジタル信号処理回路110に渡す。すなわち、アンテナ素子101の数と同数のデジタル信号がデジタル信号処理回路110に入力される。
The
デジタル信号処理回路110は、アレーアンテナ部106からの複数のデジタル信号に基づいて、到来信号の到来方向、到来信号数、および到来信号の電力を推定し、電力の大きな到来信号の方向にビームを向けて複数の受信信号を得て、これら複数の受信信号を信号分離部111に渡す。
The digital
信号分離部111は、デジタル信号処理回路110からの複数の受信信号に、固有ベクトルビームスペース法を適用して受信信号を分離し、分離された複数の受信信号を信号選択部112に渡す。信号分離部111の詳細については後に図3を参照して説明する。
The
信号選択部112は、信号分離部111で分離された複数の受信信号から所望の信号を含む出力を選択する。信号選択部112の詳細については後に図3を参照して説明する信号分離部111の後に説明する。
The
また、アレーアンテナ部106は、複数のアンテナ素子101、アンテナ素子101ごとに、アンテナ素子が受け取った信号を増幅する利得増幅器102、増幅された信号の周波数帯域を所望の帯域にフィルタリングするフィルタ103、周波数を変換する周波数変換部104、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器(A/D変換器)105を含む。アンテナ素子101は、到来信号を受信することが可能である。アンテナ素子の種類についての制限はない。既存のアンテナ素子を利用すればよい。例えば、広い角度範囲からの到来信号を受信したいときには、マイクロストリップアンテナやモノポールアンテナのようなビーム幅の広いアンテナを用いればよい。逆に、狭い範囲の到来信号のみを受信したいときには、ホーンアンテナや八木宇田アンテナのようなビーム幅の狭いアンテナを用いればよい。このように、要求に応じて用いるアンテナを使い分ければよい。
The
デジタル信号処理回路110は、到来方向・到来信号数推定部107、到来信号電力推定部108、ビーム受信部109を含む。
到来方向・到来信号数推定部107は、アレーアンテナ部106の複数のアンテナ素子101(以下、アレーアンテナと称す)へ入射してくる到来信号の到来方向、到来信号の数を推定する。到来方向推定アルゴリズム、到来信号数推定アルゴリズムについての制限はない。既存のアルゴリズムを利用すればよい。到来方向推定アルゴリズムでは、例えば、アルゴリズムの演算量を少なくしたい場合にはビームフォーマー法を用いればよい。近接した角度の到来信号を精度よく推定したい場合には、MUSIC法やESPRIT法を用いればよい。このように、到来信号の状況に応じて用いるアルゴリズムを使い分ければよい。
The digital
The arrival direction / arrival signal
到来信号数推定アルゴリズムでは、既存のアルゴリズムを用いればよい。例えば、AIC法、MDL法を用いるとよい。受信したデータをAIC法、または、MDL法の評価関数に入力すれば、到来信号数が推定される。これらの方法では、あらかじめ閾値などを設定することなく求めることができる。あるいは、アンテナの受信信号から相関行列を計算して、この固有値を求める。この固有値は、アンテナ素子数と同数求められる。これらの固有値と閾値を比較して、閾値以上の大きさとなる固有値の数を到来信号数とする方法を用いればよい。この方法では、あらかじめ閾値を決める必要があるが、評価関数を計算する必要がなくなる。状況に応じて使い分ければよい。 An existing algorithm may be used as the arrival signal number estimation algorithm. For example, the AIC method or MDL method may be used. If the received data is input to the evaluation function of the AIC method or the MDL method, the number of incoming signals is estimated. These methods can be obtained without setting a threshold value or the like in advance. Alternatively, the eigenvalue is obtained by calculating a correlation matrix from the received signal of the antenna. This eigenvalue is obtained as many as the number of antenna elements. A method may be used in which these eigenvalues are compared with threshold values, and the number of eigenvalues having a magnitude greater than or equal to the threshold value is used as the number of incoming signals. In this method, it is necessary to determine a threshold value in advance, but it is not necessary to calculate an evaluation function. Use it according to the situation.
到来信号電力推定部108は、アレーアンテナへ入射してくる到来信号の電力を推定する。到来信号電力推定アルゴリズムについての制限はない。既存のアルゴリズムを利用すればよい。例えば、到来方向・到来信号数推定部107と同様に、ビームフォーマー法、MUSIC法、ESPRIT法を用いればよい。演算量の削減を目的として、到来方向推定アルゴリズムと同一のアルゴリズムを用いてもよい。逆に、電力の推定精度の向上を目的として、到来方向推定アルゴリズムと異なるアルゴリズムを用いてもよい。このように、状況に応じて、用いるアルゴリズムを使い分ければよい。
The incoming signal
ビーム受信部109は、電力の大きな到来信号の方向にビームを向けて複数の受信信号を得る。ビーム受信部109は、電力の大きな到来信号は利得の高いメインビームで受信され、電力の小さなほうの到来信号は利得の小さなサイドローブで受信するように、アレーアンテナで受信された複数の受信信号に重み付けをして、到来信号の方向にビームを向ける。「ビームを向ける」とは、本実施形態では、実際にアレーアンテナの向きを動かしてビームを調整するのではなく、アレーアンテナの向きは最初の設定のままで複数のアンテナ素子101のそれぞれの受信信号に重みを乗算して、重みを乗算された複数の受信信号を加算することにより、実際にアレーアンテナの向きを動かしてビームを向けるのと同様の効果を得ることを示す。このようにビームを向けた後の受信後のデータでは、到来信号間の電力差がより大きくなっている。
The
なお、ビーム受信部109で向けるビームの方向は、電力の大きな到来信号の方向である。この方向の信号は、到来信号間の電力差を大きくすればよいので、最終的に望んでいる所望信号であっても、最終的に望まれていない干渉信号であってもよい。
Note that the direction of the beam directed by the
ビーム受信部109は、例えば、図2に示すように、隣接して設置されている3つのアンテナ素子101で1つのグループ(以下、サブアレーと称す)を形成させて、到来信号の方向にビームを向け、受信信号を得る。サブアレー201では、ビーム受信部109はサブアレーに含まれているアンテナ素子101から得たデジタル信号に対して重み付け和を行う。すなわち、アレーアンテナが複数のサブアレー201に分割され、それぞれのサブアレー201でビーム202をつくり、これらのビーム202を電力の大きなほうの到来信号に向ける。これらのビーム202を用いて複数の受信データを得る。この結果、ビーム受信信号が複数得られる。以下は、ビーム受信部109がサブアレー201から得た信号をビーム受信信号と称す。
For example, as shown in FIG. 2, the
なお、アレーアンテナ部106に含まれるサブアレーの数は、到来信号数よりも多くする必要がある。したがって、ビーム受信部109は、到来方向・到来信号数推定部107で得た到来信号数に応じてこの数よりもサブアレー数が多くなるように設定してから、重み付け和を計算する。また、ビーム受信部109は、図2に示した方法以外の方法でおこなってもよい。図2の例では、ビーム受信部109がビーム方向を調整して各サブアレー201から複数のビーム受信信号を得る。
Note that the number of subarrays included in the
次に、図1の信号分離部111について図3を参照して説明する。
信号分離部111は、複数のビーム受信信号に対して固有ベクトルビームスペース法を適用し、分離した信号を出力する。信号分離部111は、図3に示すように、相関行列計算部301、固有ベクトル計算部302、固有ベクトルビームスペース出力計算部303を含む。
Next, the
The
相関行列計算部301は、複数のビーム受信信号を要素に持つベクトル化された受信信号を用いて相関行列を計算する。以下に数式を用いて説明をおこなう。
ベクトル化された受信信号は次の式(1)であらわされる。
Correlation
The vectorized received signal is expressed by the following equation (1).
Y(t)=[y1(t)、y2(t)、・・・、yM(t)]T 式(1)
ここで、ym(t)(m=1,・・・、M;Mはサブアレー数)はm番目のビーム受信信号であり、tは時間を意味する。Tは転置を表す記号である。相関行列計算部301は、式(1)のY(t)を用いて相関行列Rを式(2)によって計算する。
Y (t) = [y 1 (t), y 2 (t),..., Y M (t)] T equation (1)
Here, y m (t) (m = 1,..., M; M is the number of subarrays) is the mth beam reception signal, and t means time. T is a symbol representing transposition. Correlation
R=E[Y(t)Y(t)H] 式(2)
ここで、E[ ]は期待値演算を意味する。Hは複素共役転置を表す記号である。具体的には、次の式(3)の時間平均の演算がおこなわれる。
Here, E [] means expected value calculation. H is a symbol representing a complex conjugate transpose. Specifically, the time average calculation of the following equation (3) is performed.
ここでTsは平均化に用いられるサンプル数である。相関行列計算部301は、式(3)から相関行列を計算する。
Here, Ts is the number of samples used for averaging. The correlation
固有ベクトル計算部302は、式(3)で計算された相関行列Rの固有ベクトルを計算する。固有ベクトル計算部302は、既存の行列計算アルゴリズムを用いて、固有ベクトル、固有値を算出する。
The
固有ベクトルビームスペース出力計算部303は、固有ベクトル計算部302で得られた固有値を重みに用いて、ビーム受信信号を積和演算する。以下に数式を用いて説明をおこなう。
固有ベクトルビームスペース出力計算部303は、固有ベクトル計算部302で得られた固有ベクトルをem(m=1、・・・、M)とする。ここで、大きい順番に並べ替えてm番目の固有値に対応する固有ベクトルがemである。固有ベクトルビームスペース出力計算部303は、ビーム受信信号Y(t)とemを用いて、m番目の固有ベクトルビーム出力Zm(t)を式(4)によって計算する。
The eigenvector beam space output calculation unit 303 uses the eigenvalue obtained by the
Eigenvector Beamspace output calculation unit 303, the eigenvectors obtained by the eigenvector calculator 302 e m (m = 1, ···, M) and. Here, eigenvectors corresponding to m-th eigenvalue rearranged in descending order are e m. Eigenvector Beamspace output calculation unit 303, a beam reception signal Y (t) and using e m, m-th eigenvector beam output Zm (t) is calculated by equation (4).
Zm(t)=em HY(t) 式(4)
式(4)を用いてM種類の固有ベクトルビームスペース出力が計算される。本実施形態の信号分離部111は、以上説明した3つの装置部分から構成されるが、式(4)と同一の演算がおこなえる別の装置部分による手順によって構成されても良い。
Zm (t) = e m H Y (t) (4)
M types of eigenvector beamspace outputs are calculated using equation (4). The
次に、信号選択部112の詳細について説明する。
信号選択部112は、複数の固有ベクトルビームスペース出力のなかから、所望の信号を含む出力を選択する。所望の信号の選択基準は、到来方向や変調方式などを利用すればよい。以下に、到来方向と変調方式を用いる場合について、それぞれ説明をおこなう。
Next, details of the
The
到来方向を選択基準に選ぶ場合には、m番目の固有ベクトルビーム出力Zm(t)を求めるときに使った重みem Hをアレーアンテナの重みとして用いてビームパターンを計算する。得られたビームパターンの最大方向から、m番目の固有ベクトルビーム出力Zm(t)に含まれる到来信号の方向が推定される。このように推定された到来方向を利用して、所望の到来方向に対応する出力Zm(t)を選択すればよい。 When the arrival direction is selected as a selection criterion, the beam pattern is calculated using the weight e m H used for obtaining the m-th eigenvector beam output Zm (t) as the weight of the array antenna. The direction of the incoming signal included in the m-th eigenvector beam output Zm (t) is estimated from the maximum direction of the obtained beam pattern. The output Zm (t) corresponding to the desired direction of arrival may be selected using the direction of arrival estimated in this way.
変調方式を選択基準に選ぶ場合には、m番目の固有ベクトルビーム出力Zm(t)の変調方式推定をおこなう。これにより、固有ベクトルビーム出力Zm(t)の変調方式が推定される。このように推定された変調方式を利用して、所望の変調方式に対応する出力Zm(t)を選択すればよい。 When the modulation method is selected as a selection criterion, the modulation method of the mth eigenvector beam output Zm (t) is estimated. Thereby, the modulation scheme of the eigenvector beam output Zm (t) is estimated. The output Zm (t) corresponding to the desired modulation method may be selected using the modulation method thus estimated.
次に、本実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置の有効性について図4のシミュレーション結果を参照して説明する。
図4の横軸は、到来してくる到来信号Aと到来信号Bの電力比(dB)をあらわす。縦軸はアダプティブアレーアンテナで処理した後の到来信号Aと到来信号Bの電力比(dB)をあらわす。
Next, the effectiveness of the adaptive array antenna apparatus of this embodiment will be described with reference to the simulation results of FIG.
The horizontal axis of FIG. 4 represents the power ratio (dB) between the incoming signal A and the incoming signal B. The vertical axis represents the power ratio (dB) between the incoming signal A and the incoming signal B after being processed by the adaptive array antenna.
横軸のプラスの値は、到来信号Aのほうが到来信号Bに比べて大きい範囲をあらわし、横軸のマイナスの値は、到来信号Aのほうが到来信号Bに比べて小さい範囲をあらわす。縦軸も同様に、プラスの値は、到来信号Aのほうが到来信号Bに比べて大きい範囲をあらわし、マイナスの値は、到来信号Aのほうが到来信号Bに比べて小さい範囲をあらわす。 A positive value on the horizontal axis represents a range in which the incoming signal A is larger than the incoming signal B, and a negative value on the horizontal axis represents a range in which the incoming signal A is smaller than the incoming signal B. Similarly, on the vertical axis, a positive value represents a range in which the incoming signal A is larger than the incoming signal B, and a negative value represents a range in which the incoming signal A is smaller than the incoming signal B.
図4の実線は、従来の固有ベクトルビームスペース法の結果を表す。図4の破線は、本実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置で処理した結果を示している。なお、到来方向・到来信号数推定部107、到来信号電力推定部108、ビーム受信部109、信号選択部112において、誤り無く正しく推定できている場合の結果である。
The solid line in FIG. 4 represents the result of the conventional eigenvector beamspace method. The broken line in FIG. 4 shows the result of processing by the adaptive array antenna apparatus of this embodiment. The results are obtained when the arrival direction / arrival signal
従来の固有ベクトルビームスペース法の結果についてはじめに説明する。到来してくる到来信号Aと到来信号Bの電力比が大きな時、出力においても、到来信号Aと到来信号Bの電力比が大きくなる。ところが、到来してくる到来信号Aと到来信号Bの電力比が小さくなるにつれて、出力における到来信号Aと到来信号Bの電力比が小さくなっていく。つまり、信号の分離性能が劣化している。特に、到来してくる到来信号Aと到来信号Bの電力比が0dBとなるとき、出力は0dBであり、まったく分離できていない。本実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置は、この場合でも分離を可能にする。 First, the result of the conventional eigenvector beam space method will be described. When the power ratio between the incoming signal A and the incoming signal B is large, the power ratio between the incoming signal A and the incoming signal B also increases at the output. However, as the power ratio between the incoming signal A and the incoming signal B decreases, the power ratio between the incoming signal A and the incoming signal B at the output decreases. That is, the signal separation performance is degraded. In particular, when the power ratio between the incoming signal A and the incoming signal B becomes 0 dB, the output is 0 dB and cannot be separated at all. The adaptive array antenna apparatus of this embodiment enables separation even in this case.
次に、本実施形態のアダプティブアレーアンテナで処理した結果について説明する。到来してくる到来信号Aと到来信号Bの電力比が大きな時、出力においても、到来信号Aと到来信号Bの電力比が大きくなる。この性能は、従来の固有ベクトルビームスペース法と同等である。また、到来してくる到来信号Aと到来信号Bの電力比が小さくなると、出力における到来信号Aと到来信号Bの電力比が徐々に小さくなるが、従来の値に比べて大きな値になっている。特に、到来してくる到来信号Aと到来信号Bの電力比が0dBとなるときでさえも、出力は5dB以上になっている。つまり、本実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置によれば、従来においては全く分離できなかった到来信号Aと到来信号Bを分離することができることを示している。 Next, a result obtained by processing with the adaptive array antenna of the present embodiment will be described. When the power ratio between the incoming signal A and the incoming signal B is large, the power ratio between the incoming signal A and the incoming signal B also increases at the output. This performance is equivalent to the conventional eigenvector beamspace method. Further, when the power ratio between the incoming signal A and the incoming signal B decreases, the power ratio between the incoming signal A and the incoming signal B at the output gradually decreases, but becomes a larger value than the conventional value. Yes. In particular, even when the power ratio between the incoming signal A and the incoming signal B is 0 dB, the output is 5 dB or more. That is, according to the adaptive array antenna apparatus of the present embodiment, it is possible to separate the incoming signal A and the incoming signal B that could not be separated at all in the prior art.
以上の第1の実施形態によれば、本実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置は、到来方向・到来信号数推定部107と、到来信号電力推定部108と、ビーム受信部109によって、混信している到来信号の電力差が小さくても、固有ベクトルビームスペース法で信号分離が可能となる。さらに、本実施形態によれば、従来まったく分離できなかった同一電力の2つの到来信号でさえも分離できる。また、信号選択部112を設けることにより、固有ベクトルビームスペース法の出力の中から、所望の出力を選択できる。
According to the first embodiment described above, the adaptive array antenna apparatus of the present embodiment interferes with the arrival direction / arrival signal
(第2の実施形態)
本実施形態におけるアダプティブアレーアンテナ装置は、到来信号電力推定部に特徴を有する。他の構成要素は第1の実施形態と同一なので、説明を省略する。
(Second Embodiment)
The adaptive array antenna apparatus according to this embodiment is characterized by an incoming signal power estimation unit. Since other components are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
本実施形態では、図5に示すように、到来信号電力推定部501とビーム受信部109で共用する関数、共用する関数の出力を記憶する共用関数・関数出力記憶部502を新たに備える。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, a function shared by the incoming signal
到来信号電力推定部501は、到来信号の電力を推定するために、ビーム受信部109で使用する関数のいくつかと同一の関数を使用し、ビーム受信部109で使用する関数出力の一部と同一の関数を使用する。そこで、本実施形態では、これらの共用する関数と共用する関数出力の一部とを記憶させておく。
The incoming signal
共用関数・関数出力記憶部502は、到来信号電力推定部501で使用する関数とビーム受信部109で使用する関数のうちのいくつかは同一な関数であるので、これらの関数を記憶しておく。また、共用関数・関数出力記憶部502は、到来信号電力推定部501で使用する関数の出力とビーム受信部109で使用する関数の出力が一部で同一であるので、これらの出力を記憶する。
The shared function / function
次に、本実施形態の到来信号電力推定部501とビーム受信部109で行う動作の一例について図6を参照して説明する。
ビーム受信部109が、アレーアンテナを複数のサブアレーに分割する(ステップS601)。ビーム受信部109が、複数のサブアレーのビーム方向を到来方向に向けて、この状態で複数のビーム受信信号を得る(ステップS602)。これらのステップS601S602での手法は第1の実施形態で図2を参照して説明した場合と同様である。
Next, an example of operations performed by the incoming signal
The
次に、到来信号電力推定部501が、第1の実施形態の相関行列計算部301のようにサブアレーのビーム受信信号から相関行列を計算する(ステップS603)。到来信号電力推定部501が、第1の実施形態の固有ベクトル計算部302のように相関行列の複数の固有値を計算する(ステップS604)。固有値の数は、行列の次数と等しい。行列の次数は、ビーム受信信号の数と等しい。ビーム受信信号の数は、サブアレーの数と等しい。すなわち、サブアレーの数だけ、固有値が算出される。
到来信号電力推定部501が、この複数の固有値の比を計算する(ステップS605)。到来信号電力推定部501が、全ての到来方向について固有値の比を計算する(ステップS606)。すなわち、全ての到来方向についてステップS602からステップS605を繰り返す。ここで、全ての到来方向とは、到来方向推定部107(図5参照)で推定した全ての方向を意味する。
Next, the incoming signal
The incoming signal
そして、到来信号電力推定部501が、これらの固有値の比を用いて到来信号の電力の順番を推定する(ステップS607)。ビーム受信部109が、必要なデータを選択し、信号分離部111へ渡す(ステップS608)。
Then, the incoming signal
以降、固有値の値を使って到来信号の電力の順番を推定することができることを詳細に説明する。
固有値は、到来信号の電力と深い関係があることが知られている。以下に、到来信号の数が2の場合、サブアレーの数が3の場合で固有値の性質について説明を続ける。
この場合の固有値は3つ計算される。固有値を大きい順番にλ1、λ2、λ3とする(すなわち、λ1>λ2>λ3)。このとき、λ1は電力の大きい方の到来信号の電力に比例し、λ2は電力の小さい方の到来信号の電力に比例し、λ3は内部雑音電力に比例する。すなわち、λ1とλ2の比をとれば、到来信号1の電力と到来信号2の電力の比がわかる。このように固有値は到来信号の電力を表す性質をもっている。そこで、この性質を利用して到来信号電力の推定をおこなう。
Hereinafter, it will be described in detail that the power order of the incoming signals can be estimated using the eigenvalues.
It is known that the eigenvalue is closely related to the power of the incoming signal. Hereinafter, the description of the nature of the eigenvalue is continued when the number of incoming signals is 2 and the number of subarrays is 3.
In this case, three eigenvalues are calculated. The eigenvalues are set to λ 1 , λ 2 , and λ 3 in descending order (that is, λ 1 > λ 2 > λ 3 ). At this time, λ 1 is proportional to the power of the incoming signal with the higher power, λ 2 is proportional to the power of the incoming signal with the lower power, and λ 3 is proportional to the internal noise power. That is, the ratio of the power of the
以降では、到来信号Aと到来信号Bの2つの信号を取り扱い、到来信号Aの電力>到来信号Bの電力とする。 Hereinafter, two signals of the incoming signal A and the incoming signal B are handled, and the power of the incoming signal A> the power of the incoming signal B is set.
ここで、到来信号Aへサブアレーのビームを向けた状態を考える。このとき、到来信号Aは利得の高いビームで受信され、到来信号Bは利得の低いサイドローブで受信されることになる。つまり、サブアレーのビームによって、異なる利得でそれぞれの信号は受信される。元々の到来信号Aと到来信号Bの電力差に比べて、サブアレーのビームで受信することで、さらに電力差が大きくなる。 Here, a state in which the beam of the subarray is directed to the incoming signal A is considered. At this time, the incoming signal A is received by a beam having a high gain, and the incoming signal B is received by a side lobe having a low gain. That is, each signal is received with a different gain depending on the beam of the subarray. Compared with the power difference between the original arrival signal A and the arrival signal B, the power difference is further increased by receiving with the subarray beam.
次に、到来信号Bへサブアレーのビームを向けた状態を考える。このとき、到来信号Aは利得の低いサイドローブで受信され、到来信号Bは利得の高いビームで受信されることになる。つまり、サブアレービームによって、異なる利得でそれぞれの信号は受信される。元々の到来信号Aと到来信号Bの電力差に比べて、サブアレーのビームで受信することで、電力差は小さくなる。 Next, a state in which the subarray beam is directed to the incoming signal B is considered. At this time, the incoming signal A is received by a side lobe having a low gain, and the incoming signal B is received by a beam having a high gain. That is, each signal is received with a different gain by the subarray beam. Compared to the power difference between the original arrival signal A and the arrival signal B, the power difference is reduced by receiving with the subarray beam.
以上のことをまとめると、到来信号Aへサブアレーのビームを向けたときの固有値λ1とλ2の比の方が、到来信号Bへサブアレーのビームを向けたときの固有値λ1とλ2の比に比べて大きくなる。以上のことから、λ1とλ2の比が大きくなるときに向いているビーム方向の到来信号の電力が大きいと判断される。 In summary, the subarrays to the incoming signal A towards the ratio of the eigenvalues lambda 1 and lambda 2 when directing the beam, the sub-array to the incoming signal B beam was of the eigenvalues lambda 1 and lambda 2 when directed Larger than the ratio. From the above, it is determined that the power of the incoming signal in the beam direction which is suitable when the ratio of λ 1 and λ 2 increases is large.
以上の第2の実施形態によれば、サブアレーのビーム出力を演算して到来信号の電力の大小を推定することができる。なお、この演算の一部は、第1の実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置と同一の演算を含んでいる。同一の演算は、省略することが可能になるので、アダプティブアレーアンテナ装置全体の計算量を削減することが可能になる。また、演算時間の短縮化を目的とした場合には、同一の演算手段を2つ用意してもよい。この場合には、同一の装置となるので、開発コストの軽減に貢献することが可能になる。 According to the second embodiment described above, the magnitude of the power of the incoming signal can be estimated by calculating the beam output of the subarray. A part of this calculation includes the same calculation as that of the adaptive array antenna apparatus of the first embodiment. Since the same calculation can be omitted, the calculation amount of the entire adaptive array antenna apparatus can be reduced. For the purpose of shortening the calculation time, two identical calculation means may be prepared. In this case, since the same apparatus is used, it is possible to contribute to reduction of development costs.
以上の説明は、到来信号数が2の場合であった。一般に、到来信号数がL(>2)波の時は次のようにおこなえばよい。λ1とλ2の比が最大となるときのビーム方向の到来信号が、1番目に電力の大きな到来信号になる。λ2とλ3の比が最大となるときのビーム方向の到来信号が、2番目に電力の大きな到来信号になる。つまり、λkとλk+1の比が最大となるときのビーム方向の到来信号が、k番目に電力の大きな到来信号になる。 The above description is for the case where the number of incoming signals is two. In general, when the number of incoming signals is L (> 2) waves, the following may be performed. The incoming signal in the beam direction when the ratio of λ 1 and λ 2 is maximized is the incoming signal with the highest power. The incoming signal in the beam direction when the ratio of λ 2 and λ 3 is maximized becomes the second highest power incoming signal. That is, the incoming signal in the beam direction when the ratio of λ k to λ k + 1 is the maximum is the k-th incoming signal with the highest power.
(第3の実施形態)
本実施形態におけるアダプティブアレーアンテナ装置は、到来方向・到来信号数推定部701に特徴を有する。他の構成要素は第1の実施形態と同一なので、説明を省略する。
(Third embodiment)
The adaptive array antenna apparatus according to the present embodiment is characterized by the arrival direction / arrival signal
本実施形態では、図7に示すように、到来方向・到来信号数推定部701と信号分離部111で共用する関数を記憶する共用関数記憶部702を新たに備える。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, a shared
到来方向・到来信号数推定部701は、到来信号の到来方向を推定するために、信号分離部111で使用する関数のいくつかと同一の関数を使用する。そこで、本実施形態では、これらの共用する関数を記憶させておく。
The arrival direction / arrival signal
共用関数記憶部702は、到来方向・到来信号数推定部701で使用する関数と信号分離部111で使用する関数のうちのいくつかは同一な関数であるので、これらの関数を記憶しておく。
The shared
次に、到来方向・到来信号数推定部701について図8を参照して説明する。
到来方向・到来信号数推定部701は、相関行列計算部801、固有ベクトル計算部802、ビームパターン計算部803、到来方向出力部804を含む。なお、到来信号数も第1の実施形態で示したように、以下と同様な計算を使用して求めることができる。
Next, the arrival direction / arrival signal
The arrival direction / arrival signal
到来方向・到来信号数推定部701は、第1の実施形態で説明した信号分離部111と同一の演算を含んでいるので、この同一の関数を共用関数記憶部702に記憶しておき、到来方向・到来信号数推定部701と信号分離部111で関数を共用することができる。
Since the arrival direction / arrival signal
相関行列計算部801は、アレーアンテナの受信信号から相関行列を計算する。固有ベクトル計算部802は、相関行列の固有ベクトルを計算する。
Correlation
ビームパターン計算部803は、固有ベクトルをアレーアンテナのウエイトとして用いて、ビームパターンを計算する。ビームパターン計算部803は、m番目の固有ベクトルビーム出力Zm(t)を求めるときに使った重みem Hをアレーアンテナの重みとして用いてビームパターンを計算する。
The beam
到来方向出力部804は、ビームパターンの最大方向を到来方向として出力する。到来方向出力部804は、得られたビームパターンの最大方向から、m番目の固有ベクトルビーム出力Zm(t)に含まれる到来信号の方向を推定する。
The arrival
到来信号の数がLの時、1番目の固有ベクトルからL番目の固有ベクトルまでを用いて到来方向推定をおこなえば、L個の到来信号の到来方向が推定されることになる。 When the number of arrival signals is L, the arrival directions of the L arrival signals are estimated by estimating the arrival direction using the first eigenvector to the Lth eigenvector.
以上の第3の実施形態によれば、到来方向・到来信号数推定部701と信号分離部111とで同一の演算を省略することができるようになるので、アダプティブアレーアンテナ装置全体の計算量を削減することが可能となる。また、演算時間の短縮化を目的とした場合には、同一の演算手段を2つ用意してもよい。この場合には、同一の装置となるので、開発コストの軽減に貢献することが可能になる。
According to the above third embodiment, since the same calculation can be omitted in the arrival direction / arrival signal
(第4の実施形態)
本実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置について図9を参照して説明する。
本実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置は、他の実施形態とは異なり、機械的、あるいは、電気的にビーム方向を変えることが可能なアンテナ素子を使用している。
(Fourth embodiment)
The adaptive array antenna apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.
Unlike the other embodiments, the adaptive array antenna apparatus of this embodiment uses an antenna element that can change the beam direction mechanically or electrically.
本実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置は、アレーアンテナ部901、到来方向推定部903、到来信号電力推定部108、ビーム方向制御部902、信号分離部111、信号選択部112を含む。
The adaptive array antenna apparatus of this embodiment includes an
アレーアンテナ部901は、複数のビーム方向を可変できるアンテナ素子から構成される。このビーム方向を可変できるアンテナ素子は、機械的、あるいは、電気的にビーム方向を変えることが可能なアンテナである。
The
機械的にビーム方向を変えることが可能なアンテナの一例を説明する。回転台の上に置かれたホーンアンテナがある。ホーンアンテナの向きが変われば、ビームの方向が変わる。電気的にビーム方向を変えることが可能なアンテナの一例を説明する。アンテナと、近傍に配置された無給電素子と、無給電素子に接続される可変容量から構成されるアンテナ系がある。この可変容量の値を変えると、アンテナと無給電素子との間の結合量が変化する。その結果、ビーム方向を可変することができる。代表的なアンテナとして、エスパーアンテナが上げられる。これらは代表的なアンテナであるので、これに限らず、ビーム方向を可変することができるアンテナを用いることが可能である。 An example of an antenna capable of mechanically changing the beam direction will be described. There is a horn antenna placed on a turntable. If the direction of the horn antenna changes, the direction of the beam changes. An example of an antenna capable of electrically changing the beam direction will be described. There is an antenna system including an antenna, a parasitic element arranged in the vicinity, and a variable capacitor connected to the parasitic element. When the value of the variable capacitance is changed, the amount of coupling between the antenna and the parasitic element changes. As a result, the beam direction can be varied. A typical antenna is an Esper antenna. Since these are representative antennas, the present invention is not limited to this, and an antenna that can change the beam direction can be used.
到来方向推定部903は、第1の実施形態での到来方向・到来信号数推定部107での到来方向を推定するのと同様な手法を行う。到来方向推定部903では、他の実施形態とは異なり到来信号数の推定はしない。本実施形態では、サブアレー数を考慮する必要がないので、到来信号数の推定をする必要がない。他の実施形態では、到来信号数よりもサブアレー数が多くなるように設定する必要がある。
The arrival
ビーム方向制御部902は、電力の大きな到来信号の方向にビームを向ける。ビーム方向制御部902は、到来方向推定部903と、到来信号電力推定部108の結果を用いて、アレーアンテナを構成するアンテナ素子のビーム方向を制御する。
The beam direction control unit 902 directs the beam in the direction of an incoming signal with high power. The beam direction control unit 902 controls the beam direction of the antenna elements constituting the array antenna using the results of the arrival
本実施形態においては、分離することができる到来信号数の数を増加させることが可能となる。以下に詳細に説明する。
他の実施形態においては、サブアレーを利用してビームを構成した。このようにして得られる受信信号の数は、サブアレー数と等しくなる。一方、本実施形態においては、アンテナ自体のビーム方向が可変となっているので、受信信号の数は、アンテナ素子数になる。
In the present embodiment, the number of incoming signals that can be separated can be increased. This will be described in detail below.
In other embodiments, the beam is constructed using subarrays. The number of received signals obtained in this way is equal to the number of subarrays. On the other hand, in this embodiment, since the beam direction of the antenna itself is variable, the number of received signals is the number of antenna elements.
固有ベクトルビームスペース法では、相関行列の固有ベクトルを重みに用いる。固有ベクトルの数は、相関行列の次元に等しい。相関行列の次元は、受信信号の数に等しい。このことから、本実施形態では、アンテナ素子数分の固有ベクトルを計算することができるようになる。固有ベクトルの数は、分離できる到来信号数の数と同じである。よって、本実施形態は、他の実施形態に比較して分離できる到来信号数の数を多くすることができるようになっている。 In the eigenvector beamspace method, an eigenvector of a correlation matrix is used as a weight. The number of eigenvectors is equal to the dimension of the correlation matrix. The dimension of the correlation matrix is equal to the number of received signals. Thus, in this embodiment, eigenvectors corresponding to the number of antenna elements can be calculated. The number of eigenvectors is the same as the number of incoming signals that can be separated. Therefore, the present embodiment can increase the number of incoming signals that can be separated compared to other embodiments.
以上の第4の実施形態によれば、アンテナ素子のビーム方向を可変できるようにしたので、アンテナ素子で受信する到来信号間の利得に差をつけることができるようになる。他の実施形態では、サブアレーを用いるビーム受信部では、アンテナ素子数に比べてサブアレー数は少なくなる、つまり、分離することが可能な到来信号数が減ってしまうが、本実施形態によれば、サブアレーを用いないので、分離することができる到来信号数は減らない。つまり、多くの到来信号数を分離することができるようになる。 According to the fourth embodiment described above, since the beam direction of the antenna element can be varied, it is possible to make a difference in gain between incoming signals received by the antenna element. In other embodiments, the number of subarrays is smaller than the number of antenna elements in the beam receiver using a subarray, that is, the number of incoming signals that can be separated is reduced. Since no subarray is used, the number of incoming signals that can be separated is not reduced. That is, a large number of incoming signals can be separated.
以上に示した実施形態によれば、任意の到来信号に対して、固有ベクトルビームスペース法を適用して、信号分離できるアダプティブアレーアンテナ装置を提供することができる。また、送信機を必要としない低コストなアダプティブアレーアンテナ装置を提供することができる。その他、キャリブレーション方法、到来信号数推定方法、到来方向推定方法、到来信号電力推定方法、装置の小形化、軽量化、低コスト化、演算の高速化などを達成することができる。 According to the embodiment described above, it is possible to provide an adaptive array antenna apparatus that can perform signal separation by applying the eigenvector beam space method to an arbitrary incoming signal. In addition, a low-cost adaptive array antenna apparatus that does not require a transmitter can be provided. In addition, it is possible to achieve a calibration method, an arrival signal number estimation method, an arrival direction estimation method, an arrival signal power estimation method, downsizing, weight reduction, cost reduction, and high-speed operation of the apparatus.
以上、アダプティブアレーアンテナ装置について説明をおこなってきたが、以下の分野に用いることが可能である。無線通信の分野に用いる場合には、2つの信号を分離することができるので、通信容量を増大することが可能になる。電波監視の分野に用いる場合には、混信してしまった信号を、分離できるようになる。コグニティブ無線のように、電波の監視を行ってから、通信をおこなう技術分野へも適用することが可能となる。 Although the adaptive array antenna apparatus has been described above, it can be used in the following fields. When used in the field of wireless communication, the two signals can be separated, so that the communication capacity can be increased. When used in the field of radio wave monitoring, it becomes possible to separate signals that have been mixed. Like cognitive radio, it can be applied to a technical field in which communication is performed after radio wave monitoring.
また、上述の実施形態の中で示した処理手順に示された指示は、ソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されることが可能である。汎用の計算機システムが、このプログラムを予め記憶しておき、このプログラムを読み込むことにより、上述した実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置による効果と同様な効果を得ることも可能である。上述の実施形態で記述された指示は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク(フレキシブルディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD±R、DVD±RWなど)、半導体メモリ、又はこれに類する記録媒体に記録される。コンピュータまたは組み込みシステムが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。コンピュータは、この記録媒体からプログラムを読み込み、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をCPUで実行させれば、上述した実施形態のアダプティブアレーアンテナ装置と同様な動作を実現することができる。もちろん、コンピュータがプログラムを取得する場合又は読み込む場合はネットワークを通じて取得又は読み込んでもよい。
また、記憶媒体からコンピュータや組み込みシステムにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)や、データベース管理ソフト、ネットワーク等のMW(ミドルウェア)等が本実施形態を実現するための各処理の一部を実行してもよい。
さらに、本願発明における記憶媒体は、コンピュータあるいは組み込みシステムと独立した媒体に限らず、LANやインターネット等により伝達されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。
また、記憶媒体は1つに限られず、複数の媒体から本実施形態における処理が実行される場合も、本発明における記憶媒体に含まれ、媒体の構成は何れの構成であってもよい。
The instructions shown in the processing procedure shown in the above embodiment can be executed based on a program that is software. A general-purpose computer system stores this program in advance and reads this program, so that the same effect as that obtained by the adaptive array antenna apparatus of the above-described embodiment can be obtained. The instructions described in the above-described embodiments are, as programs that can be executed by a computer, magnetic disks (flexible disks, hard disks, etc.), optical disks (CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD). ± R, DVD ± RW, etc.), semiconductor memory, or a similar recording medium. As long as the computer or embedded system can read the storage medium, the storage format may be any form. If the computer reads the program from the recording medium and causes the CPU to execute instructions described in the program based on the program, the same operation as the adaptive array antenna apparatus of the above-described embodiment can be realized. . Of course, when the computer acquires or reads the program, it may be acquired or read through a network.
In addition, the OS (operating system), database management software, MW (middleware) such as a network, etc. running on the computer based on the instructions of the program installed in the computer or embedded system from the storage medium realize this embodiment. A part of each process for performing may be executed.
Furthermore, the storage medium in the present invention is not limited to a medium independent of a computer or an embedded system, but also includes a storage medium in which a program transmitted via a LAN or the Internet is downloaded and stored or temporarily stored.
Also, the number of storage media is not limited to one, and the processing in the present embodiment is executed from a plurality of media, and the configuration of the media is included in the storage media in the present invention.
なお、本願発明におけるコンピュータまたは組み込みシステムは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、本実施形態における各処理を実行するためのものであって、パソコン、マイコン等の1つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であってもよい。
また、本願発明の実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本発明の実施形態における機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。
The computer or the embedded system in the present invention is for executing each process in the present embodiment based on a program stored in a storage medium, and includes a single device such as a personal computer or a microcomputer, Any configuration such as a system in which apparatuses are connected to a network may be used.
Further, the computer in the embodiment of the present invention is not limited to a personal computer, but includes an arithmetic processing device, a microcomputer, and the like included in an information processing device, and a device capable of realizing the functions in the embodiment of the present invention by a program, The device is a general term.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
101・・・アンテナ素子、102・・・利得増幅器、103・・・フィルタ、104・・・周波数変換部、106、901・・・アレーアンテナ部、107、701・・・到来方向・到来信号数推定部、108、501・・・到来信号電力推定部、109・・・ビーム受信部、110・・・デジタル信号処理回路、111・・・信号分離部、112・・・信号選択部、201・・・サブアレー、202・・・ビーム、301、801・・・相関行列計算部、302、802・・・固有ベクトル計算部、303・・・固有ベクトルビームスペース出力計算部、502・・・共用関数・関数出力記憶部、702・・・共用関数記憶部、803・・・ビームパターン計算部、804・・・到来方向出力部、902・・・ビーム方向制御部、903・・・到来方向推定部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記到来信号ごとの到来方向を推定する方向推定手段と、
前記到来信号ごとの電力を推定する電力推定手段と、
前記アレーアンテナを複数のアンテナ素子からなる到来信号数よりも多いサブアレーに分割し、複数の前記サブアレーのビーム方向を、前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号、または、前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号が複数存在する場合にはそのうちの1つの到来信号の、前記方向推定手段で推定された全ての前記サブアレーで同一である到来方向に向けて、前記アレーアンテナで複数の受信信号を取得する取得手段と、
前記複数の受信信号に固有ベクトルビームスペース法を適用して固有ベクトルを求め比較することにより、前記複数の到来信号を分離する分離手段と、を具備し、
前記複数の到来信号の電力差がない場合においても信号分離を可能とすることを特徴とするアダプティブアレーアンテナ装置。 An array antenna including a plurality of antenna elements for receiving a plurality of incoming signals;
Direction estimation means for estimating an arrival direction for each of the incoming signals;
Power estimation means for estimating power for each incoming signal;
The array antenna is divided into sub-arrays having a larger number of incoming signals composed of a plurality of antenna elements, and the beam direction of the plurality of sub-arrays is set to the largest power among all the plurality of powers estimated by the power estimation means. In the case where there are a plurality of arrival signals having the largest power among all of the plurality of powers estimated by the power estimation means, the direction estimation means estimates one of the arrival signals. an acquisition unit which directed Ke in the arrival direction is the same, to obtain a plurality of received signals at the antenna array at all the sub-array is,
Separating means for separating the plurality of incoming signals by applying an eigenvector beam space method to the plurality of received signals to obtain and compare eigenvectors ;
An adaptive array antenna apparatus characterized in that signal separation is possible even when there is no power difference between the plurality of incoming signals .
前記取得手段を使用して、前記アレーアンテナを複数のアンテナ素子からなるサブアレーに分割し、
前記取得手段を使用して、複数の前記サブアレーのビーム方向を、前記方向推定手段が推定した複数の到来方向のうちのある到来方向に向けた状態で複数の受信信号を取得し、
複数の前記サブアレーの複数の受信信号から相関行列を計算し、
前記相関行列の複数の固有値を計算し、
前記複数の固有値の比を計算し、
前記方向推定手段が推定した複数の到来方向のうちの他の到来方向について固有値の比を計算し、
複数の固有値比を用いて到来信号の電力の順番を推定することを特徴とする請求項1に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。 The power estimation means includes
Using the acquisition means, the array antenna is divided into subarrays composed of a plurality of antenna elements,
Using the obtaining means, obtaining a plurality of received signals in a state in which the beam directions of the plurality of subarrays are directed to a certain arrival direction among the plurality of arrival directions estimated by the direction estimating means,
Calculating a correlation matrix from a plurality of received signals of the plurality of sub-arrays;
Calculating a plurality of eigenvalues of the correlation matrix;
Calculating a ratio of the plurality of eigenvalues;
Calculating a ratio of eigenvalues for other directions of arrival among a plurality of directions of arrival estimated by the direction estimating means;
The adaptive array antenna apparatus according to claim 1 , wherein the order of power of incoming signals is estimated using a plurality of eigenvalue ratios.
前記到来信号ごとの到来方向を推定する方向推定手段と、
前記到来信号ごとの電力を推定する電力推定手段と、
前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号、または、前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号が複数存在する場合にはそのうちの1つの到来信号の、前記方向推定手段で推定された全ての前記アンテナ素子で同一である到来方向にビームを向けるように複数のアンテナ素子を制御する制御手段と、
前記制御手段が前記複数のアンテナ素子を制御した場合に、前記複数の到来信号の受信信号に固有ベクトルビームスペース法を適用して固有ベクトルを求め比較することにより、前記複数の到来信号を分離する分離手段と、を具備し、
前記複数の到来信号の電力差がない場合においても信号分離を可能とすることを特徴とするアダプティブアレーアンテナ装置。 An array antenna including a plurality of antenna elements capable of receiving a plurality of incoming signals and changing the beam direction;
Direction estimation means for estimating an arrival direction for each of the incoming signals;
Power estimation means for estimating power for each incoming signal;
An arrival signal having the largest power among all the plurality of powers estimated by the power estimation means or an arrival signal having the largest power among all the plurality of powers estimated by the power estimation means Control means for controlling a plurality of antenna elements to direct a beam in an arrival direction that is the same in all the antenna elements estimated by the direction estimation means of one of the incoming signals when there are a plurality of them ;
Separating means for separating the plurality of incoming signals by applying the eigenvector beam space method to the received signals of the plurality of incoming signals and obtaining and comparing them when the control means controls the plurality of antenna elements. and, the equipped,
An adaptive array antenna apparatus characterized in that signal separation is possible even when there is no power difference between the plurality of incoming signals .
前記選択手段は、複数の変調方式のうちの所望の変調方式に対応する信号を選択することを特徴とする請求項4に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。 The selection means includes modulation scheme estimation means for estimating modulation schemes of the plurality of incoming signals separated by the separation means,
The adaptive array antenna apparatus according to claim 4 , wherein the selection unit selects a signal corresponding to a desired modulation method among a plurality of modulation methods.
前記アレーアンテナの複数の受信信号から相関行列を計算する相関行列計算手段と、
前記相関行列の複数の固有ベクトルを計算する固有ベクトル計算手段と、
前記複数の固有ベクトルをアレーアンテナの重みとして用いて、前記取得手段が取得した受信信号の重み付け和を計算する計算手段と、を具備することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。 The separating means includes
Correlation matrix calculation means for calculating a correlation matrix from a plurality of received signals of the array antenna;
Eigenvector calculating means for calculating a plurality of eigenvectors of the correlation matrix;
Using the plurality of eigenvectors as the weight of the array antenna, either a calculating means for calculating a weighted sum of the received signal obtained by the obtaining unit, from claim 1, characterized by comprising of claim 6 1 The adaptive array antenna device according to the item.
前記相関行列計算手段を使用して、前記アレーアンテナの複数の受信信号から相関行列を計算し、
前記固有ベクトル計算手段を使用して、前記相関行列の固有ベクトルを計算し、
前記複数の固有ベクトルをアレーアンテナの重みとして用いて、ビームパターンを計算するビームパターン計算手段と、
前記ビームパターンの最大方向を到来方向と設定する設定手段と、を具備することを特徴とする請求項7に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。 The direction estimating means includes
Using the correlation matrix calculating means to calculate a correlation matrix from a plurality of received signals of the array antenna;
Using the eigenvector calculating means to calculate eigenvectors of the correlation matrix;
Beam pattern calculating means for calculating a beam pattern using the plurality of eigenvectors as the weight of the array antenna;
The adaptive array antenna apparatus according to claim 7 , further comprising setting means for setting a maximum direction of the beam pattern as an arrival direction.
コンピュータを、
前記到来信号ごとの到来方向を推定する方向推定手段と、
前記到来信号ごとの電力を推定する電力推定手段と、
前記アレーアンテナを複数のアンテナ素子からなる到来信号数よりも多いサブアレーに分割し、複数の前記サブアレーのビーム方向を、前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号、または、前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号が複数存在する場合にはそのうちの1つの到来信号の、前記方向推定手段で推定された全ての前記サブアレーで同一である到来方向に向けて、前記アレーアンテナで複数の受信信号を取得する取得手段と、
前記複数の受信信号に固有ベクトルビームスペース法を適用して固有ベクトルを求め比較することにより、前記複数の到来信号を分離する分離手段として機能させ、
前記複数の到来信号の電力差がない場合においても信号分離を可能とするためのプログラム。 A program used in an adaptive array antenna apparatus including an array antenna including a plurality of antenna elements for receiving a plurality of incoming signals,
Computer
Direction estimation means for estimating an arrival direction for each of the incoming signals;
Power estimation means for estimating power for each incoming signal;
The array antenna is divided into sub-arrays having a larger number of incoming signals composed of a plurality of antenna elements, and the beam direction of the plurality of sub-arrays is set to the largest power among all the plurality of powers estimated by the power estimation means. In the case where there are a plurality of arrival signals having the largest power among all of the plurality of powers estimated by the power estimation means, the direction estimation means estimates one of the arrival signals. an acquisition unit which directed Ke in the arrival direction is the same, to obtain a plurality of received signals at the antenna array at all the sub-array is,
The eigenvector beamspace method is applied to the plurality of received signals to determine and compare eigenvectors, thereby functioning as a separating unit that separates the plurality of incoming signals ,
Because programs to allow even signal separation when there is no power difference of the plurality of incoming signals.
コンピュータを、
前記到来信号ごとの到来方向を推定する方向推定手段と、
前記到来信号ごとの電力を推定する電力推定手段と、
前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号、または、前記電力推定手段で推定された複数の全ての電力のうちの最も大きな電力を有する到来信号が複数存在する場合にはそのうちの1つの到来信号の、前記方向推定手段で推定された全ての前記アンテナ素子で同一である到来方向にビームを向けるように複数のアンテナ素子を制御する制御手段と、
前記制御手段が前記複数のアンテナ素子を制御した場合に、前記複数の到来信号の受信信号に固有ベクトルビームスペース法を適用して固有ベクトルを求め比較することにより、前記複数の到来信号を分離する分離手段として機能させ、
前記複数の到来信号の電力差がない場合においても信号分離を可能とするためのプログラム。 A program used in an adaptive array antenna apparatus including an array antenna that includes a plurality of antenna elements that can receive a plurality of incoming signals and change the beam direction,
Computer
Direction estimation means for estimating an arrival direction for each of the incoming signals;
Power estimation means for estimating power for each incoming signal;
An arrival signal having the largest power among all the plurality of powers estimated by the power estimation means or an arrival signal having the largest power among all the plurality of powers estimated by the power estimation means Control means for controlling a plurality of antenna elements to direct a beam in an arrival direction that is the same in all the antenna elements estimated by the direction estimation means of one of the incoming signals when there are a plurality of them ;
Separating means for separating the plurality of incoming signals by applying the eigenvector beam space method to the received signals of the plurality of incoming signals and obtaining and comparing them when the control means controls the plurality of antenna elements. to function as,
Because programs to allow even signal separation when there is no power difference of the plurality of incoming signals.
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