JP5022943B2 - 方向測定装置 - Google Patents
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Description
「アダプティブアンテナ技術」、オーム社、菊間信良、2003年10月
を備える方向測定装置を提供する。
図1は本実施形態の方向測定装置を示す図である。図1に示すように、方向測定装置は、複数の円形配列されたセンサ11から入力した信号をA/D変換してベースバンドデジタル信号を生成する信号サンプリング部12と、ベースバンドデジタル信号に混信があるかないかを判定する混信判定部13と、ベースバンドデジタル信号に混信がある場合、混信分離可能な方法によって混合ベクトルを生成する混信分離部14と、マルチパスの有無を判定するマルチパス歪判定部15と、マルチパスがある場合歪を含んだ混合ベクトルとステアリングベクトルを乗算して得られたマルチパス歪みベクトルの幾何学的特性から方向を判定する中心的方向推定部16と、を備える。
(信号サンプリング部)
信号サンプリング部12は複数の円形配列されたセンサ11から入力した信号をアナログ/ディジタル(A/D)変換してベースバンドデジタル信号を生成する。
混信判定部13は発信源の数mを判定する。判定方法には限定はない。本実施形態においてはmがセンサ数kの範囲内で判定されたものとする。
ただし、MTはMの転置行列である。
混信分離部14は混信分離可能な方法によって混合ベクトルを生成し、信号数mに応じた数の混合ベクトルをマルチパス歪判定部15に出力する。混信分離可能な方法は、ブラインド分離、例えば独立成分分析を用いることができるが、これに限られるものではない。以下、ブラインド分離の場合について詳細に説明する。
ここで、V(t)は複数のマルチパス波が到来している状態を示し、N(t)は各センサの雑音を示す。この雑音は各センサ間において無相関であるとする。
X(t)=BS(t)+N(t) ・・・ (7)
と表せる。
信号間に多少でも相関がある場合にはΣsは対角成分以外は0にはならないが、ここでは十分に小さく対角行列とみなせるものとする。
=Es(Λs−σ2I)Es H+σ2I ・・・ (9)
次に、一般的なICAの前処理の手順である白色化(whiteningまたはsphering)を行う。
Y(t)=PX(t) ・・・ (11)
Y(t)は電力が正規化され、互いに無相関すなわちY(t)Y(t)H=Iではあるが、独立性は保障されない。すなわち相互に複数の信号成分を含んでいる可能性があり、波形として分離されていない状態にある。
=Es(Λs−σ2I)−1/2W ・・・ (12)
混信分離部14はこのようにしてBの推定値である混合ベクトルB〜を算出する。なお、到来波数iが1の場合は分離の必要はないため、第1固有ベクトルをEs1としてB〜=Es1とすることができる。
マルチパス歪判定部15は受信ベクトル又は第1固有ベクトルあるいは混合ベクトルB〜のセンサ11毎の振幅を比較する。マルチパス歪判定部15はこの振幅の偏差hの最大値と最小値とを比較し、この差が所定の閾値を越えた場合、マルチパス波が存在すると判定する。
中心的方向推定部16はマルチパス波がない場合、及び偏差hが所定の閾値を下回った場合、従来の混信分離可能な方法により電波の到来方向を測定する。
原点から点c1に向かうベクトルoc1とjoc1すなわちベクトルoc1を90度回転したベクトルに実数d1(φk)を乗算したものの加算のベクトルの軌跡は、(19)式が直線を示すベクトル方程式であることから分かるように、直線となる。
となる。
yk=d1(φk)γ1cosζ1+d2(φk)γ2cosζ2 ・・・(22)
これをP個のマルチパス波に拡張すると、次の(23)式、(24)式のように表せる。
センサ配置形状: 等間隔円形
センサ数: 9
センサパターン: 無指向性
半径: 1.5波長
雑音:白色ガウス雑音
2.到来方向サーチ特性
信号源数m: 1
マルチパス波数p: 2
第1のマルチパス波の到来方向: θ1=70度、φ1=90度
第2のマルチパス波の到来方向: θ2=60度、φ2=94度
マルチパス波間位相差: 160度
マルチパス波間振幅比: 1:1
信号対雑音被: マルチパス波合計電力として30dB
図7は本実施形態によるシミュレーション結果を示す図である。横軸は方位φ(度)、縦軸はレベル(dB)を示す。図7に示すように、92°付近にピーク71があり、第1のマルチパス波と第2のマルチパス波の中心的方向が正確に測定されている。
12:信号サンプリング部、
13:混信判定部、
14:混信分離部、
15:マルチパス歪判定部、
16:中心的方向推定部。
Claims (4)
- 複数のセンサからの入力信号をサンプリングしてベースバンドデジタル信号を出力する信号サンプリング部と、
前記ベースバンドデジタル信号から信号の発信源の数を判定する混信判定部と、
前記混信判定部が複数の発信源の存在を判定した場合、前記ベースバンドデジタル信号を混信分離して混合ベクトルの推定値を算出する混信分離部と、
前記混合ベクトルの推定値のセンサ毎の振幅を比較してマルチパス波の有無を判定するマルチパス歪判定部と、
前記マルチパス歪判定部がマルチパス波の存在を判定した場合、前記混合ベクトルの推定値とステアリングベクトルの共役転置とのアダマール積であるマルチパス歪ベクトルを算出し、前記マルチパス歪ベクトルの複素平面上での軌跡からマルチパス波の中心的方向を測定する中心的方向推定部と、
を備えることを特徴とする方向測定装置。 - 前記中心的方向推定部が、
前記マルチパス歪ベクトルの複素平面上での軌跡が楕円、円、直線のいずれかに最も近い場合、そのステアリングベクトルに対応する方向を中心的方向と判定することを特徴とする請求項1記載の方向測定装置。 - 前記中心的方向推定部が、
方向を順に変えるたびに、前記混合ベクトルの推定値とその方向に対応するステアリングベクトルとのアダマール積であるマルチパス歪ベクトルを算出し、前記マルチパス歪ベクトルの複素平面上での軌跡が楕円、円、直線のいずれかに最も近い場合、そのステアリングベクトルに対応する方向を中心的方向と判定することを特徴とする請求項1記載の方向測定装置。 - 前記中心的方向推定部が、
前記マルチパス歪ベクトルの複素平面上での軌跡が描く図形の中心座標に原点を移動したとき、180度の位置関係に対応するマルチパス歪ベクトルをペアとして加算し、全てのペアの加算結果の合計が最小となる方向を中心的方向と判定することを特徴とする請求項1記載の方向測定装置。
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