JP5042619B2

JP5042619B2 - 測角装置

Info

Publication number: JP5042619B2
Application number: JP2006355559A
Authority: JP
Inventors: 六蔵原; 晋一森田; 敦岡村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JP2008164484A

Description

この発明は、高精度な測角精度の実現するための測角装置に関するものである。

移動体通信やレーダ、ソナー等では、同一周波数帯に混信する複数の電波の到来方向をそれぞれ分離して高精度に測角することが重要である。ＶＥＳＰＡ（Virtual ESPRIT Algorithm）と呼ばれる測角方式は、ＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）方式のように演算負荷が高くなく、従来のＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）方式のようにアレーアンテナの配列等の特性に制約が少ないという利点を有する（例えば、非特許文献１参照）。この従来技術のＶＥＳＰＡ処理による測角装置として、複数のガイディングセンサによる複数の推定結果を組み合わせることによって、高精度な測角精度の実現を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。

M Dogan and J. Mendel, "Application of Cumulants to Array Processing Part I : Aperture Extension and Array Calibartion," IEEE Trans. Signal Processing, vol.4３, no.5, pp.1２00-1２16, May. 1995. 特開２００３−２２２６６６号公報

しかしながら、上述した従来のＶＥＳＰＡ処理による測角装置は、複数回のＶＥＳＰＡ処理を実施するため、演算量が大きくなるという問題点があった。

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、1回のＶＥＳＰＡ処理による低演算量で高精度な測角処理を実現することができる測角装置を得ることを目的とする。

この発明に係る測角装置は、到来波を受信する複数のセンサ素子と、各センサ素子の受信電力情報を判定する電力判定処理部と、前記電力判定処理部による受信電力情報の判定結果を用いて上記到来波の入射角度をＶＥＳＰＡ処理により推定する測角処理部とを備えた測角装置であって、前記電力判定処理部で得た各センサ素子の受信電力情報を参照して受信電力の強いセンサ素子の組合せをガイディングセンサとして選択するガイディングセンサ選択処理部をさらに備え、前記測角処理部は、前記ガイディングセンサ選択処理部で選択されたガイディングセンサを用いてＶＥＳＰＡ方式による測角処理を行うものである。

この発明によれば、ＶＥＳＰＡ方式の測角処理で各センサの受信電力情報を参照可能にしているので、1回のＶＥＳＰＡ処理による低演算量で高精度な測角処理を実施することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る測角装置の構成を示すブロック図である。図１に示す測角装置は、到来波を受信するセンサ素子１１〜１Ｌと、各センサ素子１１〜１Ｌからのアナログ信号をディジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｌに変換するＡ／Ｄ変換器２１〜２Ｌと、各ディジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｌの電力を判定する電力判定処理部３と、電力判定処理部３による受信電力情報の判定結果を用いて到来波の入射角度をＶＥＳＰＡ処理により推定するＶＥＳＰＡ測角処理部４とを備える。

次に動作について説明する。まず、センサ素子１１〜１Ｌにより到来波が観測され、その観測信号をＡ／Ｄ変換器２１〜２Ｌでアナログ信号からディジタル信号へ変換する。電力判定処理部３では、ディジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｌにおける電力の大小関係を判定する。ＶＥＳＰＡ測角処理部４では、ディジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｌにおける電力の大小関係を用いて測角処理を行う。例えば、ディジタル信号ｘ_１〜ｘ_Ｌの中で電力が１番大きいセンサと２番目に大きいセンサをガイディングセンサに用いるＶＥＳＰＡ方式の測角処理などが考えられる。

以上のように、実施の形態１によれば、ＶＥＳＰＡ方式の測角処理で各センサの受信電力情報を参照可能にしているので、1回のＶＥＳＰＡ処理のみで高精度な測角処理を実施することができる。

実施の形態２．
以上の実施の形態１では、ＶＥＳＰＡ測角処理部４へ電力情報を引き渡すようにしたものであるが、次に、ＶＥＳＰＡ方式により測角する場合に電力情報を参照する実施の形態２を説明する。

図２は、この発明の実施の形態２に係る測角装置の構成を示すブロック図である。図２に示す測角装置は、図１に示す構成の他に、電力判定処理部３とＶＥＳＰＡ測角処理部４との間に、ＶＥＳＰＡ方式で用いるガイディングセンサを選択するガイディングセンサ選択処理部５をさらに備えている。

ガイディングセンサ選択処理部５では、電力判定処理部３で得た各センサの電力情報を参照し、ＶＥＳＰＡ測角処理部４で用いるガイディングセンサとして２つのセンサを決定する。一般に、電力の大きいセンサをガイディングセンサとして用いると、ＶＥＳＰＡ方式による測角精度が向上する。ただし、最も電力が大きいセンサと２番目に電力が大きいセンサを選択する組合せが最良であると限らない。これは、最も電力が大きいセンサと２番目に電力が大きいセンサが同一の到来波を観測していない場合があるためである。このような場合の具体例は後述する実施の形態４で説明する。ＶＥＳＰＡ方式による測角処理では、同一の到来波を大きな電力で受信する２つのセンサをガイディングセンサとして選択することが望ましい。

具体的な動作例としては、ガイディングセンサ選択処理部５において、電力判定処理部３で得た電力情報を用いてセンサを比較することが挙げられる。まず、最も電力が大きなセンサを基準素子として、２番目に電力が大きいセンサを比較する。２番目に電力が大きいセンサが基準素子と同時に用いることのできないセンサならば、３番目に電力が大きいセンサと基準素子を比較する。以降、同様に比較処理を、基準素子と対になる素子が見つかるまで繰り返す。このように、電力の大きさを基準として、ガイディングセンサとして最適なセンサの組合せを選択する。

また、ガイディングセンサ選択処理部５における比較処理において、比較したが選択されなかったセンサであり、かつ当該センサが十分に大きな受信電力を持つ場合は、当該センサを基準素子として対となるセンサを探すこともある。

また、ＶＥＳＰＡ測角処理部４では、ガイディングセンサ選択処理部５で決定したセンサの組合せをガイディングセンサとして、ＶＥＳＰＡ方式による測角処理を行う。

以上のように、実施の形態２によれば、電力の大きいセンサをガイディングセンサに選択することで、1回のみのＶＥＳＰＡ方式による測角処理で高い推定精度を実現する。

実施の形態３．
上述した実施の形態１及び２では、算出した電力情報を後段の処理で参照するものであるが、電力を算出せずにセンサ素子の指向性から電力情報を判定する場合の実施の形態３を説明する。

図３は、この発明の実施の形態３に係る測角装置の構成を示すブロック図である。図３に示す測角装置は、図１に示す構成の同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図３に示す測角装置において、図１に示す構成と異なる点は、図１と同様の到来波を受信するセンサ素子１１〜１Ｌの一部が指向性センサ素子に置き換えられている点である。

センサ素子１１〜１Ｌの一部を、特定角度付近へ向けて設置した指向性センサ素子で構成する場合、電力判定処理部３では、特定角度付近の測角処理において指向性センサ素子の電力が大きい情報を用いることができる。図２に示す如くガイディングセンサ選択処理部５が存在する場合では、指向性センサ素子をガイディングセンサとして優先的に決定することができる。

図４は、指向性センサ素子を用いる測角処理の一例を具体的に示すための図である。図４において、１０１と１０２が指向性センサ素子であり、１１１〜１１Ｌが他のセンサ素子である。角度θ１の付近から入射する信号を測角する場合、指向性センサ素子１０１と指向性センサ素子１０２の受信電力が大きくなることは自明である。よって、電力判定処理部３では、センサ素子１０１とセンサ素子１０２の受信電力が大きいという情報を後段の処理へ送ることができる。また、角度θ１付近でない角度を測角する場合は、指向性センサ素子１０１と指向性センサ素子１０２の受信電力が大きくないという情報を送ることもできる。

また、図５は、図３と同様の測角装置の構成を示すブロック図であるが、センサ素子１１〜１Ｌの全体を指向性センサ素子で構成した例である。この構成では、測角する方向によって、ガイディングセンサを決定する場合と、指向性センサ素子の設置方向と受信電力情報を併用してガイディングセンサを決定する場合が考えられる。前者の場合、測角する方向に最適なガイディングセンサが事前情報（センサ素子の設置方向）から得られる。ここでは、この事前情報を電力判定処理部３で与えるものとする。また、後者の場合、受信電力が大きいセンサ素子と、そのセンサ素子と設置方向が近いセンサ素子または無指向性に類似するセンサ素子をガイディングセンサとして選択する。これは、複数の到来波が存在することにより、受信電力の大きいセンサ素子を２つ選択しても同一到来波の電力でない可能性があるためである。

図６は、指向性センサ素子が１つのみの場合の例を示す図であり、この場合、角度θ１付近を測角する場合は、指向性センサ素子１０１と、他のセンサ素子１１１〜１１Ｌ中の受信電力が大きいセンサ素子をガイディングセンサに決定する。

また、図７は、図６と同様に、指向性センサ素子が１つのみの場合の例を示す図であるが、角度θ１付近を測角する場合は、指向性センサ素子１０１と他のセンサ素子１１１〜１１Ｌ中の電力が大きい素子をガイディングセンサに決定し、角度θ２付近を測角する場合は、指向性センサ素子１０２と他のセンサ素子１１１〜１１Ｌ中の電力が大きい素子をガイディングセンサに決定する。指向性センサ素子１０１の受信感度の良い角度と指向性センサ素子１０２の受信感度が良い角度が重複しないようなセンサ素子配置では、指向性センサ素子１０１と指向性センサ素子１０２が同時にガイディングセンサに決定されることがないという情報を付加することができる。

なお、ここで取り扱う指向性センサ素子は、ホーンアンテナや八木アンテナなどに限定せず、フェイズドアレーやディジタルビームフォーミングアレー、エスパアンテナなど指向性が可変である指向性制御可能なセンサ素子も含む。指向性が可変なセンサ素子を用いる場合は、測角したい方向へ指向性を向けることで受信電力を大きくしたセンサ素子をガイディングセンサに決定することができる。

この発明の実施の形態１に係る測角装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２に係る測角装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態３に係る測角装置の構成を示すブロック図である。図３の構成図を説明するための、センサ素子の構成図である。図３に示す測角装置において、全センサ素子が指向性センサ素子である場合の測角装置の構成図である。図５の構成図を説明するための、センサ素子の構成図である。図５の構成図を説明するための、センサ素子の構成図である。

符号の説明

１１−１Ｌセンサ素子、２１−２ＬＡ／Ｄ変換器、３電力判定処理部、４ＶＥＳＰＡ測角処理部、５ガイディングセンサ選択処理部、１０１、１０２指向性センサ素子。

Claims

到来波を受信する複数のセンサ素子と、
各センサ素子の受信電力情報を判定する電力判定処理部と、
前記電力判定処理部による受信電力情報の判定結果を用いて上記到来波の入射角度をＶＥＳＰＡ処理により推定する測角処理部と
を備えた測角装置であって、
前記電力判定処理部で得た各センサ素子の受信電力情報を参照して受信電力の強いセンサ素子の組合せをガイディングセンサとして選択するガイディングセンサ選択処理部をさらに備え、
前記測角処理部は、前記ガイディングセンサ選択処理部で選択されたガイディングセンサを用いてＶＥＳＰＡ方式による測角処理を行う
ことを特徴とする測角装置。
請求項１に記載の測角装置において、
前記複数のセンサ素子の一部または全てを、指向性を有するセンサ素子または指向性制御可能なセンサ素子で構成する
ことを特徴とする測角装置。