JP5086609B2 - アレイアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを配置し、電波を受信するアレイアンテナ装置に関する。

複数のアンテナを配置し、電波を受信するアレイアンテナ装置では、各アンテナで受信した電波の位相差あるいは相関から、電波の到来する方位および仰角を推定することができる（例えば、非特許文献１参照）。
菊間信良、"アレーアンテナによる適用信号処理"、科学技術出版、１９９９年

しかしながら、電離層の影響を受ける電波の場合、電波が電離層を通過する際、空間に分布している電子により伝搬経路が屈折する。そのため、幾何学的に考慮した伝搬経路からずれて電波は伝搬する。この結果、アレイアンテナ装置で観測した受信方位と仰角から推定した送信位置には誤差が含まれるという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、電離層の影響を受ける電波の受信方位と仰角から推定した送信位置に含まれる誤差を低減することができるアレイアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のアレイアンテナ装置は、電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、航法衛星から送信される複数周波数の衛星信号を受信し、この受信した複数周波数の衛星信号の電離層での伝搬遅延量の差を用いて、前記衛星信号の通過経路における総電子数を算出する衛星観測手段とを備え、前記電離層電子密度分布推定手段は、前記衛星観測手段で算出した前記衛星信号の通過経路における総電子数と電離層電子密度分布モデルから求められる前記衛星信号の通過経路における総電子数とを用いて前記電離層電子密度分布モデルを修正した修正モデルを生成し、前記修正モデルを用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とする。

また、本発明のアレイアンテナ装置は、電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、複数周波数の観測信号を電離層に送信し、前記観測信号が電離層で反射された反射信号を受信して、電離層の高さ方向の電子密度分布情報を取得する電離層観測手段とを備え、前記電離層電子密度分布推定手段は、前記電離層観測手段で取得した電離層の高さ方向の電子密度分布情報と電離層電子密度分布モデルとを用いて求めた高さ方向の電子密度分布形状を用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とする。

また、本発明のアレイアンテナ装置は、電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、複数の観測地点で複数の航法衛星を観測して得られる観測データを外部から取得するデータ取得手段とを備え、前記電離層電子密度分布推定手段は、電離層電子密度分布モデルおよび前記データ取得手段で取得した前記観測データを用いて算出した各航法衛星から各観測地点への衛星信号の通過経路における総電子数を用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とする。

また、本発明のアレイアンテナ装置は、電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、航法衛星から送信される複数周波数の衛星信号を受信し、この受信した複数周波数の衛星信号の電離層での伝搬遅延量の差を用いて、前記衛星信号の通過経路における総電子数を算出する衛星観測手段と、複数周波数の観測信号を電離層に送信し、前記観測信号が電離層で反射された反射信号を受信して、電離層の高さ方向の電子密度分布情報を取得する電離層観測手段とを備え、前記電離層電子密度分布推定手段は、前記衛星観測手段で算出した前記衛星信号の通過経路における総電子数と電離層電子密度分布モデルから求められる前記衛星信号の通過経路における総電子数とを用いて前記電離層電子密度分布モデルを修正した修正モデル、および前記電離層観測手段で取得した電離層の高さ方向の電子密度分布情報と前記電離層電子密度分布モデルとを用いて求めた高さ方向の電子密度分布形状のうちの少なくともいずれか一方を用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とする。

また、本発明のアレイアンテナ装置は、電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、航法衛星から送信される複数周波数の衛星信号を受信し、この受信した複数周波数の衛星信号の電離層での伝搬遅延量の差を用いて、前記衛星信号の通過経路における総電子数を算出する衛星観測手段と、複数の観測地点で複数の航法衛星を観測して得られる観測データを外部から取得するデータ取得手段とを備え、前記電離層電子密度分布推定手段は、前記衛星観測手段で算出した前記衛星信号の通過経路における総電子数と電離層電子密度分布モデルから求められる前記衛星信号の通過経路における総電子数とを用いて前記電離層電子密度分布モデルを修正した修正モデル、および、前記電離層電子密度分布モデルおよび前記データ取得手段で取得した前記観測データを用いて算出した各航法衛星から各観測地点への衛星信号の通過経路における総電子数のうちの少なくともいずれか一方を用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とする。

また、本発明のアレイアンテナ装置は、電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、複数周波数の観測信号を電離層に送信し、前記観測信号が電離層で反射された反射信号を受信して、電離層の高さ方向の電子密度分布情報を取得する電離層観測手段と、複数の観測地点で複数の航法衛星を観測して得られる観測データを外部から取得するデータ取得手段とを備え、前記電離層電子密度分布推定手段は、前記電離層観測手段で取得した電離層の高さ方向の電子密度分布情報と電離層電子密度分布モデルとを用いて求めた高さ方向の電子密度分布形状、および、前記電離層電子密度分布モデルおよび前記データ取得手段で取得した前記観測データを用いて算出した各航法衛星から各観測地点への衛星信号の通過経路における総電子数のうちの少なくともいずれか一方を用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とする。

また、本発明のアレイアンテナ装置は、電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、航法衛星から送信される複数周波数の衛星信号を受信し、この受信した複数周波数の衛星信号の電離層での伝搬遅延量の差を用いて、前記衛星信号の通過経路における総電子数を算出する衛星観測手段と、複数周波数の観測信号を電離層に送信し、前記観測信号が電離層で反射された反射信号を受信して、電離層の高さ方向の電子密度分布情報を取得する電離層観測手段と、複数の観測地点で複数の航法衛星を観測して得られる観測データを外部から取得するデータ取得手段とを備え、前記電離層電子密度分布推定手段は、前記衛星観測手段で算出した前記衛星信号の通過経路における総電子数と電離層電子密度分布モデルから求められる前記衛星信号の通過経路における総電子数とを用いて前記電離層電子密度分布モデルを修正した修正モデル、前記電離層観測手段で取得した電離層の高さ方向の電子密度分布情報と前記電離層電子密度分布モデルとを用いて求めた高さ方向の電子密度分布形状、および、前記電離層電子密度分布モデルおよび前記データ取得手段で取得した前記観測データを用いて算出した各航法衛星から各観測地点への衛星信号の通過経路における総電子数のうちの少なくともいずれか１つを用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とする。

また、本発明のアレイアンテナ装置は、前記受信方向算出手段は、ＭＵＳＩＣ法あるいは独立成分分析の手法を用いて、前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離することを特徴とする。

本発明によれば、電離層の影響を受ける電波の受信方位と仰角から推定した送信位置に含まれる誤差を低減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態に係るアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように本実施の形態に係るアレイアンテナ装置は、信号処理部１と、衛星観測部２と、電離層観測部３と、インターネットデータ処理部４と、データサーバ部５とを備える。

信号処理部１は、複数のアンテナ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎからなるアレイアンテナ１１と、アンプ１２ａ，１２ｂ，…，１２ｎと、周波数変換部１３ａ，１３ｂ，…，１３ｎと、Ａ／Ｄ変換部１４ａ，１４ｂ，…，１４ｎと、演算処理部１５と、表示操作部１６とを備える。

アンテナ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎは、複数の信号が輻輳した電波を受信して受信信号を出力する。アンプ１２ａ，１２ｂ，…，１２ｎは、それぞれアンテナ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎからの信号を増幅し、周波数変換部１３ａ，１３ｂ，…，１３ｎは、アンプ１２ａ，１２ｂ，…，１２ｎで増幅された信号をベースバンドの信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１４ａ，１４ｂ，…，１４ｎは、周波数変換部１３ａ，１３ｂ，…，１３ｎからの信号をＡ／Ｄ変換してデジタル受信信号を出力する。

演算処理部１５は、各Ａ／Ｄ変換部１４ａ，１４ｂ，…，１４ｎからのデジタル受信信号に輻輳された複数の信号から、デジタルフィルタ、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、独立成分分析(ＩＣＡ：Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ)の手法などを用いて所望の信号を分離する。

また、演算処理部１５は、各アンテナ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎにおける所望の信号の位相差情報を用いて、アレイアンテナ１１で受信した電波の受信方位および仰角を算出し、算出した受信方位および仰角、所望信号の周波数、電離層電子密度モデルなどから求めた３次元的な電離層電子密度分布を用いて、電波の伝搬経路、送信位置を算出するとともに、算出した送信位置の幾何学的方位を算出し、送信位置における電波の送信仰角を推定する。

表示操作部１６は、ユーザによる入力信号の受付、また、演算処理部１５で得られた演算結果の表示を行う。

衛星観測部２は、衛星信号受信アンテナ２１と、衛星信号受信部２２と、衛星信号処理部２３とを備える。衛星信号受信部２２は、衛星信号受信アンテナ２１を介して受信したＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星、Ｇａｌｉｌｅｏ衛星、Ｇｌｏｎａｓｓ衛星、準天頂衛星などの航法衛星から送信される複数周波数の衛星信号を衛星信号処理部２３へ供給する。衛星信号処理部２３は、衛星信号受信部２２からの複数周波数の衛星信号から、各周波数の伝搬遅延量の違いを用いて、衛星信号の通過経路に存在する総電子数を算出し、その結果をネットワーク７を介して演算処理部１５へ出力する。

電離層観測部３は、イオノゾンデ用アンテナ３１と、イオノゾンデ３２と、イオノゾンデ収集データ処理部３３とを備える。イオノゾンデ３２は、イオノゾンデ用アンテナ３１を介して複数の周波数の観測信号を電離層に送信し、送信した観測信号が電離層で反射された反射信号を受信して、観測信号の往復時間等のデータを収集する。イオノゾンデ収集データ処理部３３は、イオノゾンデ３２で収集されたデータから、電離層の高さ方向の電子密度分布情報（電離層のＥ層、Ｆ１層、Ｆ２層のピーク電子密度の各高さ、電子密度等）を求め、その結果をネットワーク７を介して演算処理部１５へ出力する。

インターネットデータ処理部４は、ＧＥＯＮＥＴ収集データ処理部４１と、中継部４２とを備える。ＧＥＯＮＥＴ収集データ処理部４１は、国土地理院などが配置しているＧＰＳ受信観測網（ＧＥＯＮＥＴ）による観測データをインターネット６を介して取得する。

また、ＧＥＯＮＥＴ収集データ処理部４１は、電離層電子密度分布モデルであるＩＲＩ電子密度モデルへ入力するためのパラメータ（太陽黒点数、太陽フラックス強度の指標であるＦ１０．７、イオノゾンデ観測データ（Ｅ層、Ｆ１層、Ｆ２層ピーク高度）等）をインターネット６を介して取得する。

中継部４２は、スイッチングハブあるいはルータにより構成され、ＧＥＯＮＥＴ収集データ処理部４１で取得した各種データをネットワーク７を介して演算処理部１５へ出力する。インターネットデータ処理部４は外部とのつながりあるため、ＧＥＯＮＥＴ収集データ処理部４１および中継部４２は、ファイアオール機能を有するものとする。

データサーバ部５は、記録処理部５１と、記録部５２とを備える。記録処理部５１は、信号処理部１の演算処理部１５の演算結果をネットワーク８を介して受け取り、記録部５２に記録する処理を行う。

なお、本発明のアレイアンテナ装置は、衛星観測部２、電離層観測部３、およびインターネットデータ処理部４のすべてを備える必要はなく、これらのいくつかを削除した構成でもよい。

次に、本実施の形態に係るアレイアンテナ装置の動作を説明する。

各アンテナ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎは、複数の信号が輻輳した電波を受信して受信信号を出力する。アンプ１２ａ，１２ｂ，…，１２ｎは、それぞれアンテナ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎからの信号を増幅し、周波数変換部１３ａ，１３ｂ，…，１３ｎは、アンプ１２ａ，１２ｂ，…，１２ｎで増幅された信号をベースバンドの信号に変換する。そして、Ａ／Ｄ変換部１４ａ，１４ｂ，…，１４ｎは、周波数変換部１３ａ，１３ｂ，…，１３ｎからの信号をＡ／Ｄ変換してデジタル受信信号を演算処理部１５に出力する。

演算処理部１５は、各Ａ／Ｄ変換部１４ａ，１４ｂ，…，１４ｎからのデジタル受信信号に輻輳された複数の信号から、デジタルフィルタ、ＭＵＳＩＣ法、独立成分分析（ＩＣＡ）の手法などを用いて所望の信号を分離する。

また、演算処理部１５は、信号分離の際に得られる、各アンテナ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎにおける所望の信号の位相差情報を用いて、アレイアンテナ１１で受信した電波の受信方位および仰角を算出する。さらに、演算処理部１５は、算出した受信方位および仰角、所望信号の周波数、電離層電子密度モデルなどから求めた３次元的な電離層電子密度分布を用いて、電波の伝搬経路、送信位置を算出するとともに、算出した送信位置の幾何学的方位を算出し、送信位置における電波の送信仰角を推定する。

ここで、ＭＵＳＩＣ法は、複数のアンテナから受信した信号の相関行列の固有値を求め、雑音に相当する固有ベクトルが、信号の固有ベクトルと直交する性質を利用し、受信した信号の方向ベクトルを決める方法である。ＭＵＳＩＣ法については、非特許文献１に詳細な手法が記述されている。

ＭＵＳＩＣ法では、信号分離の際の固有ベクトルから、所望の信号の受信方位と仰角とを推定することができる。この固有ベクトル方向は、信号の位相差情報から作られたベクトルの方向と一致する。一方、独立成分分析は、複数のデータの中から、隠された因子や成分を、統計的な手法を使用し見つけ出す方法であり、本発明では、輻輳する信号を分離するために用いる。

独立成分分析では、分離の際に信号強度情報を失うが、分離の際に使用した分離行列は、信号到来方向に関連した信号の位相差情報を持っている。この位相差情報を利用し、所望の信号の受信方位と仰角とを推定する。

ここで、独立成分分析について説明する。独立成分分析は、統計的な独立性と確率分布の非ガウス性を仮定し、複数の信号（雑音を含む）を分離する方式である。統計的に独立とは、例えば、アレイ入力信号Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）の２つの信号があった場合、どちらか一方の信号が他方の信号の生成に影響を与えていない、あるいは関係していないという状態である。

複数の信号Ｓ_１（ｔ），Ｓ_２（ｔ），…，Ｓ_Ｋ（ｔ）が独立で、信号自体は未知であるとし、これらの信号が、アンテナ素子の特性により決まるウエイトＷ（混合行列）により合成されｙ（ｔ）が出力される状況を示した式を以下の（数式１）に示す。ここで、Ｋはアンテナ素子数を示す。

Ｓ_１（ｔ）〜Ｓ_Ｋ（ｔ）が統計的に独立である場合、各信号の相関はゼロであるという条件から、これらの相関行列は、（数式２）に示すように、対角部分だけに成分がある行列になる。

上記（数式２）の対角要素λ_ｋ（ｋ＝１〜Ｋ）は、各信号の信号強度に関連した値になっている。Ｓを求めるために出力ｙ（ｔ）へ作用させる行列をＣとすると、

となる。このときＣがＷ^Ｈの逆行列になっていれば、完全に未知信号を分離できたことになる。

また、出力ｙ（ｔ）の相関行列は、

となる。

次に、Λを対角化する行列Ｖを求める。

行列Ｄの対角要素は、Λの固有値になっている。ここで、出力ｙ（ｔ）を次の（数式６）のように変換する。

この変換は、固有ベクトル方向への射影になっており、統計解析の主成分分析における主成分を求めたことになる。

変換後の相関行列が単位行列となり、分散が１であるガウス分布と同じ状態になっている。このため、この操作は白色化と言われる。さらに、相関行列が単位行列で、各対角要素の値が同じであるため、信号強度に関する情報が失われていることが分かる。このとき、Ｚ（ｔ）には、Ｒ^ＨＲ＝ＲＲ^Ｈ＝Ｉを満足するユニタリ変換の不定性が残っている。

ここで、複数の信号Ｓ_１（ｔ），Ｓ_２（ｔ），…，Ｓ_Ｋ（ｔ）より構成される信号ｙ（ｔ）がガウス分布に従っている場合、このユニタリ変換の不定性を決定することができず、信号の分離はできない。ここで、ｙ（ｔ）が非ガウス分布に従うものと仮定することにより、ユニタリ変換の不定性を解くことができる。

このユニタリ変換の不定性を解く方法として、いくつかの手法が提案されている。（数式６）で変換されたＺ（ｔ）を使い、エントロピー最小化、４次キュムラント最大化などの手法を用いて、独立性を最大限に表せるウエイト（混合行列）Ｗを求める。

エントロピーは、アレイ入力信号Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とが統計的に独立であるとき最小となる。すなわち、Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とを同時に発生させる確率ｑ（Ｘ１，Ｘ２）が、Ｘ１（ｔ）の発生確率ｑ１（Ｘ１）と、Ｘ２（ｔ）の発生確率ｑ２（Ｘ２）との積で表されることである。

この（数式８）には、Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）の相関に関する項はない。そのため、相関行列あるいは共分散行列の相関項がゼロになる。

確率ｑ（Ｘ１，Ｘ２）のエントロピーＨ（Ｘ１，Ｘ２）は次の（数式９）で計算される。

Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とが独立であれば、エントロピーは、Ｘ１（ｔ）のエントロピーとＸ２（ｔ）のエントロピーとの単純な和になるが、独立でない場合は、相関に相当する項が発生する。

そのため、Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とが独立である場合、ｑ（Ｘ１，Ｘ２）のエントロピーＨ（Ｘ１，Ｘ２）は最小になる。Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とを独立とした場合、エントロピーを最小になるよう、先に不定であったユニタリ変換を決めれば、（数式６）の不定性がなくなり、信号を分離することができる。このとき、（数式６）では信号強度に関する情報は失われている。

もともとの信号Ｓ（ｔ）として輻輳した信号の信号強度がすべて１である場合には、上記（数式１１）の括弧内の分離行列が混合行列Ｗ^Ｈの逆行列になっていると考えられる。混合行列Ｗ^Ｈは、信号の到来方向とアンテナとの関係から作られる位相差情報により構成されている行列であるので、分離行列も同様の位相差情報から作られている。このため、この行列を利用することにより、信号の到来方向（方位角、仰角）が分かる。

また、ガウス分布の特質として、４次キュムラントがゼロになる性質がある。Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とを含む信号が非ガウス性である場合、この４次キュムラントがゼロにならない。逆に、この４次キュムラントを最大化するような、ユニタリ変換を求めれば、信号を分離するための分離行列を求めたことになる。以上が独立成分分析の説明である。

ＭＵＳＩＣ法が信号の方向を決め、その方向の信号を空間的に選択して信号を分離するのに対し、独立成分分析は、信号の統計的な独立性と確率分布の非ガウス性を仮定することにより統計的な立場から信号を分離する。

分離された所望の信号は、特定のキャリア周波数を持ち、この所望の信号をフーリエ変換し、周波数ピークを抽出することにより、その周波数を把握することができる。所望の信号は、電離層を通過することにより屈折の影響を受け方位、仰角が変動する。そのため、観測された方位、仰角だけから判断された送信位置は大きな誤差を含む。本実施の形態では、この誤差を低減するため、電離層電子密度モデルなどから求めた３次元的な電離層電子密度分布を用いて、伝搬経路を計算して送信位置を推定し、幾何学的な方位（修正されたもの）および推定送信仰角を算出する。

ここで、演算処理部１５において電波の伝搬経路、送信位置、送信位置の幾何学的方位、送信位置における電波の推定送信仰角を算出する手順を、図２に示すフローチャートを参照して詳しく説明する。

上述のように、演算処理部１５は、各Ａ／Ｄ変換部１４ａ，１４ｂ，…，１４ｎからのデジタル受信信号に輻輳された複数の信号から、デジタルフィルタ、ＭＵＳＩＣ法、独立成分分析（ＩＣＡ）の手法などを用いて所望の信号を分離するとともに、アレイアンテナ１１で受信した電波の受信方位角および仰角を算出する（ステップＳ１０）。

次に、演算処理部１５は、ステップＳ１０で算出した受信方位角および仰角から、電波の到来方向ベクトルと、到来電波が電離層の最下層から出てきた位置である受信側貫通点とを算出する（ステップＳ２０）。

到来方向ベクトル、受信側貫通点の算出について説明する。ステップＳ１０で算出した受信方位角ＡＺ、仰角ＥＬとし、この受信方位角ＡＺ、仰角ＥＬを決定するのに使用した場所を原点とし、東方向をｘ軸、北方向をｙ軸、上方向をｚ軸とするローカル座標系の初期方向ベクトルからこの方向ベクトルを地球の質量中心を原点にとり、グリニッジ方向をｘ軸とし、ｚ軸を‘８４年極方向にとる右手系のＷＧＳ８４系 ＸＹＺ座標系に変換する。

ここで、ＲｚはＺ軸を軸とした座標回転を示す行列、ＲｙはＹ軸を軸とした座標回転を示す行列であり、Ｌｏｎ_ｔｒｓ，Ｌａｔ_ｔｒｓはそれぞれ、ローカル座標系の原点の経度、緯度である。上記（数式１３）により、電波の到来方向ベクトルＶ_{ＷＧＳ８４}が算出される。

さらに、地球半径をＲｅ、電離層最下層の高さをＨ_ｌｏｗとすると、図３に示すように、受信側貫通点（到来電波が電離層の最下層から出てきた位置）は、受信位置を通り、Ｖ_{ＷＧＳ８４}ベクトル方向の直線と（Ｒｅ＋Ｈ_ｌｏｗ）を半径とする球との交点と考えられる。そのため、以下の（数式１４），（数式１５）に示す２次方程式を解いて受信側貫通点が求められる。

ここで、Ｘ_{ＷＧＳ８４，ｔｒｓ}は、ローカル座標系の原点をＷＧＳ８４系で表した位置を示している。球の交点は２つあるため、受信位置に近い点を受信側貫通点とする。求めた受信側貫通点は、ＷＧＳ８４ ＸＹＺ座標系であるため、これを緯度、経度、高さに変換する。

変換後、演算処理部１５は、受信側貫通点の位置の電子密度を算出する（ステップＳ３０）。ここで、任意の位置の電子密度を求めるためには、以下の（１）〜（４）のいずれか１つ以上の組み合わせにより推定される電離層電子密度分布を用いる。

（１）電離層電子密度分布モデル
月平均レベルの電離層電子密度分布モデルとして、ＩＲＩ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ）モデルやＢｅｎｔモデルなどの複数のモデルがある。なお、ＩＲＩモデルについては、例えば、“Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ １９９０”（Ｄｉｅｔｅｒ Ｂｉｌｉｔｚａ，ｅｔ．ａｌ．，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，１９９０）に記載されている。

演算処理部１５は、これらの電離層電子密度分布モデルに、日時、場所などのパラメータを入力することにより、その場所の電子密度を算出する。ＩＲＩモデルでは、その他に太陽黒点数、太陽フラックス強度Ｆ１０．７、Ｅ層高度、Ｆ１層高度、Ｆ２層高度を入力するオプションもある。このオプションでＩＲＩモデルへ入力するためのパラメータは、ＵＲＬで公開されているので、それをインターネットデータ処理部４を介して取得する。

さらに、空間をメッシュ状に区切り、メッシュ毎に電子密度の値を割りふるモデルがある。このモデルの場合、電子密度を求めるには、求めたい場所の緯度、経度、高さに相当するメッシュの電子密度をデータベースより検索し読み込む。

（２）衛星観測部２で算出した航法衛星の通過経路における総電子数を用いて電離層電子密度分布モデルを修正して得られる修正モデル
航法衛星より送信される複数周波数の衛星信号は、電離層で異なる伝搬遅延を被る。この異なる周波数に生じる伝搬遅延量の差から、逆に衛星信号の通過経路における総電子数を求めることができる。

衛星観測部２の衛星信号処理部２３は、航法衛星から送信される複数周波の信号（ＧＰＳのＬ１，Ｌ２，Ｌ５信号、ＧａｌｉｌｅｏのＥ１，Ｅ５等）に基づいて、衛星信号通過経路の総電子数（ＴＥＣ）を求める。ここでは、例としてＧＰＳのＬ１，Ｌ２信号を用いる場合について説明する。

以下の（数式１６）により擬似距離（コード距離、シュードレンジ）が算出され、（数式１７）により位相距離（フェーズ距離）が算出される。

２つの周波数の観測値を引いた結果と総電子数（ＴＥＣ）との関係を以下の（数式１８），（数式１９）に示す。

ここで、ρは擬似距離、φは位相距離、ｒは真の距離、Ｃは光速、ｆは衛星信号の周波数、λは衛星信号の波長、δｔ_ｕは衛星観測部２の時刻誤差、δｔ^Ｓは航法衛星の時刻誤差、Ｉは電離層伝搬遅延量、Ｔは対流圏伝搬遅延量、Ｎ_ａｍｂは整数不確定値、εは観測誤差である。

したがって、（数式１９）より、総電子数（ＴＥＣ）は次の（数式２０）のように求められる。

また、このままでは誤差ε’が大きいため、これを小さくするために、位相を使ったスムージングを実施する。

ここで、ｍはデータ収集の時間順につけた番号、Ｋはスムージングの定数であり、適宜変更していく。Ｋはサンプリング時間間隔にも依存し、時定数を１８０秒程度に取る。したがって、Ｋ＝１８０／ｄｔ（ｄｔ：サンプリング時間間隔）となる。

また、演算処理部１５は、以下の（数式２２）のように、総電子数（ＴＥＣ）についての考えから、通過経路の電子密度を積分することにより求める。

ここで、関数ｆをＩＲＩモデルなどの電離層電子密度分布モデル関数とし、モデル値を決めるパラメータを、ｓ，α，β，…等とする。Ｐ（ｓ）は、位置を示すパラメータで、その他は、電子密度の分布形状を決めるものである。Ｍ_ｇは衛星信号を受信する衛星信号受信アンテナ２１の位置で、Ｒは航法衛星の位置を示している。

演算処理部１５は、（数式２１）で求めた衛星観測から算出した総電子数を衛星信号処理部２３から受け取り、この総電子数と、（数式２２）で求めた電離層電子密度分布モデルより求めた総電子数とを比較し、電離層電子密度分布モデルを修正して修正モデルを生成する。電離層電子密度分布モデルを修正する方法としては、パラメータα，β，…等を乱数で変化させ、もっとも誤差が小さくなるパラメータを使用するなどの方法がある。演算処理部１５は、修正モデルを用い、任意の場所の電子密度を求めることができる。

（３）電離層観測部３で取得した電離層の高さ方向の電子密度分布情報と電離層電子密度分布モデルとを用いて求めた高さ方向の電子密度分布形状
イオノゾンデ３２は、イオノゾンデ用アンテナ３１を介して複数の周波数の観測信号を電離層に送信し、送信した観測信号が電離層で反射された反射信号を受信して、観測信号の往復時間等のデータを収集する。イオノゾンデ収集データ処理部３３は、イオノゾンデ３２で収集されたデータから、電離層の高さ方向の電子密度分布情報（電離層のＥ層、Ｆ１層、Ｆ２層のピーク電子密度の各高さ、電子密度等）を生成する。

電離層観測部３による観測では、イオノゾンデ用アンテナ３１の真上の情報しか得ることができないが、上述のように、電離層の高さ方向の電子密度分布情報を得ることができる。

演算処理部１５は、イオノゾンデ収集データ処理部３３から電離層の高さ方向の電子密度分布情報を取得し、電離層電子密度分布モデルに電離層の高さ方向の電子密度分布情報を入力することにより、電離層電子密度３次元分布プロファイル（高さ方向の電子密度分布形状）を求める。

ＩＲＩモデルでは、電離層のＥ層、Ｆ１層、Ｆ２層のピーク電子密度の各高さ、電子密度等のパラメータを入力できるオプションがあり、実測されたデータを使用し任意の場所の電離層電子密度３次元分布プロファイルを求めることができる。演算処理部１５は、この電離層電子密度３次元分布プロファイルを導入し、任意の場所の電子密度を求めることができる。

（４）インターネットデータ処理部４で取得した観測データを用いて算出した各航法衛星から各観測地点への衛星信号の通過経路における総電子数
国土地理院は、日本全国に複数のＧＰＳ受信機を配置し、常時ＧＰＳ衛星の観測を行っている。また、ＩＧＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧＰＳ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｇｅｏｄｙｎａｍｉｃｓ）は、世界各国のＧＰＳ観測データをＵＲＬで公開している。インターネットデータ処理部４は、これらの複数の観測地点で複数のＧＰＳ衛星を観測して得られた観測データをインターネット６を介して取得し、取得した観測データを演算処理部１５に送信する。演算処理部１５は、取得した観測データを用い、衛星信号の遅延量の差から通過経路の総電子数（ＴＥＣ）を求める。

総電子数（ＴＥＣ）を求める方法を説明する。まず、空間をメッシュに区切り、このメッシュ中の電子数（ｎ_１，ｎ_２，…，ｎ_Ｎ）を未知変数として衛星信号が通過した部分について足し合わせる。これを、行列表現で表すと（数式２３）のようになる。

ここで、Ｔは観測されたＧＰＳ衛星により計算した総電子数（ＴＥＣ）からなる行列、Ａは衛星信号が通過したメッシュを示し、足し合わせる電子数を決める行列、Ｎは求めたいメッシュの電子数を示す行列である。観測データが十分にあれば、行列Ａは正則となり、総電子数（ＴＥＣ）を、上記（数式２３）に示すように、最小二乗法により求めることができる。

しかしながら、十分に空間全体を衛星信号が通過していない場合、メッシュの中でまったく衛星信号が通らない部分ができる。この部分の総電子数は、ＩＲＩモデル値を使用する。これにより、演算処理部１５は、３次元の電離層電子密度分布を求めることができ、任意の場所の電子密度を求めることができる。

上記（１）〜（４）のいずれか１つ以上の組み合わせにより推定される電離層電子密度分布を用いて、受信側貫通点の位置の電子密度を算出すると、演算処理部１５は、所定のステップ分だけ位置を更新する（ステップＳ４０）。受信側貫通点を通る電波は、電離層内を伝搬し、伝搬経路上の各位置における電子密度に伴う屈折率指数に従い屈折して進行する。この伝搬状態を示す方式としては、大きく２種類ある。１つの方式は、近似なしで解く方式（Ｆｕｌｌ ｗａｖｅ方式）であり、他の方式は、波長内で電子密度分布がゆっくりと変化すると仮定し近似した方式である。伝搬状態を示す方式として、いずれか１つの方式を使用する。

伝搬状態の説明の例として、６つの微分方程式を以下の（数式２５）〜（数式３０）に示す。これらの微分方程式については、例えば、“Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｏｎｓ ｏｎ ｗｈｉｓｔｅｒ−ｍｏｄｅ ｒａｙ−ｔｒａｃｉｎｇ”（木村磐根，Ｒａｄｉｏ Ｓｅｉ，１，２６９−２８３，１９６６）に詳述されている。

ここで採用されている座標系は、ＷＧＳ８４座標系の極座標である。位置Ｐは、極座標(r、θ、φ)で指定し、電波の伝搬方向は、大きさがその位置の屈折率指数ｎに等しい方向ベクトルを持つ極座標系のベクトル（ｎ_ｒ，ｎ_θ，ｎ_φ）である。この方向ベクトル（ｎ_ｒ，ｎ_θ，ｎ_φ）は、Ｗａｖｅ Ｎｏｒｍａｌベクトルと言われる。

位置の更新においては、初期位置と初期Ｗａｖｅ Ｎｏｒｍａｌベクトルを指定し、（数式２５）〜（数式２７）の右辺を計算し、(r、θ、φ)方向の微分値を求める。この位置に関連した微分値は、Ｗａｖｅ Ｎｏｒｍａｌベクトルに関連した（数式２８）〜（数式３０）で使用し、Ｗａｖｅ Ｎｏｒｍａｌベクトルに関する微分値を求める。

ここで、ｋはデータの更新番号を示す識別子、Δはステップ増加量である。

次いで、演算処理部１５は、更新位置の電子密度を算出する（ステップＳ５０）。電子密度は、ステップＳ３０と同様に、上述の（１）〜（４）のいずれか１つ以上の組み合わせにより推定される電離層電子密度分布を用いて算出する。

そして、演算処理部１５は、算出した電子密度が所定の閾値より小さいかどうかを判断する（ステップＳ６０）。電子密度が所定の閾値以上のとき（ステップＳ６０：ＮＯ）、ステップＳ４０に戻り、以降の処理を繰り返す。電子密度が所定の閾値より小さいとき（ステップＳ６０：ＹＥＳ）、演算処理部１５は、ステップＳ５０で電子密度を算出した位置が電離層から大気へ出たと判断し、ステップＳ７０に進む。

次いで、演算処理部１５は、電離層から大気へ出た位置である送信側貫通点から、進行方向の直線と地球表面との交点とを求める（ステップＳ７０）。ここで、送信側貫通点は、図３に示すように、送信位置から送信された電波が電離層の最下層に入った位置となっている。また、このときの進行方向は、Ｗａｖｅ Ｎｏｒｍａｌベクトル方向とする。このＷａｖｅ Ｎｏｒｍａｌベクトルは極座標系であり、進行方向ベクトルをＷＧＳ８４座標系に変換する。

ここで、Ｌｏｎ_ｉｏｎは送信側貫通点の経度、Ｌａｔ_ｉｏｎは送信側貫通点の緯度である。（数式１４），（数式１５）でＨ_ｌｏｗ＝０とし、Ｘ_{ＷＧＳ８４，ｔｒｓ}を、送信側貫通点のＷＧＳ８４座標系位置とすれば、（数式１４）で算出されるＰ_{ＷＧＳ８４}が地球表面との交点となる。球の交点は２つあるため、２つある交点の送信側貫通点に近い方を解とする。求めた交点は、ＷＧＳ８４ ＸＹＺ座標系であるため、これを緯度、経度、高さに変換する。

そして、演算処理部１５は、送信位置の幾何学的方位および推定送信仰角を算出する（ステップＳ８０）。ここで、到来電波の伝搬経路と、受信方位と、送信位置の幾何学的方位との関係を示す平面図を図４に示す。図４に示す送信位置の幾何学的方位は、ステップＳ２０で用いたローカル座標系の原点の経度Ｌｏｎ_ｔｒｓ，緯度Ｌａｔ_ｔｒｓと、ステップＳ７０で算出した進行方向の直線と地球表面との交点の緯度、経度とから、球面三角法を用いて算出する。

ここで、ＡＺ_ＡＬＧは幾何学的方位、ψ,λはそれぞれステップＳ７０で算出した進行方向の直線と地球表面との交点の緯度、経度である。

推定送信仰角ＥＬ_ＴＲＳは、（数式３３）で算出したＷＧＳ８４座標系の方向ベクトルＶ_{ＷＧＳ８４}を、ステップＳ７０で算出した進行方向の直線と地球表面との交点となるＰ_{ＷＧＳ８４}を原点としたローカル座標系に変換して求めることができる。

このように本実施の形態によれば、電離層電子密度分布モデルを用いて推定される電離層の電子密度分布を用いて、到来電波の伝搬経路、送信位置を算出するので、電離層の影響を受ける電波の受信方位と仰角から推定した送信位置に含まれる誤差を低減することができる。

また、衛星観測部２で受信した衛星信号、電離層観測部３で電離層を観測して取得した電離層の高さ方向の電子密度分布情報、およびインターネットデータ処理部４で取得した航法衛星の観測データも電離層の電子密度分布の推定に用いることで、演算処理部１５における算出結果の精度を向上することができる。

なお、上記実施形態は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素または全要素を含んだ各種の実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。

本発明の実施の形態に係るアレイアンテナ装置の構成を示すブロック図である。 図１に示すアレイアンテナ装置の演算処理部の処理を説明するためのフローチャートである。 到来電波の伝搬経路を説明するための図である。 到来電波の伝搬経路と、受信方位と、送信位置の幾何学的方位との関係を説明するための図である。

符号の説明

１ 信号処理部
２ 衛星観測部
３ 電離層観測部
４ インターネットデータ処理部
５ データサーバ部
１１ アレイアンテナ
１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎ アンテナ
１２ａ，１２ｂ，…，１２ｎ アンプ
１３ａ，１３ｂ，…，１３ｎ 周波数変換部
１４ａ，１４ｂ，…，１４ｎ Ａ／Ｄ変換部
１５ 演算処理部
１６ 表示操作部
２１ 衛星信号受信アンテナ
２２ 衛星信号受信部
２３ 衛星信号処理部
３１ イオノゾンデ用アンテナ
３２ イオノゾンデ
３３ イオノゾンデ収集データ処理部
４１ ＧＥＯＮＥＴ収集データ処理部
４２ 中継部
５１ 記録処理部
５２ 記録部

Claims (8)

1. 電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、
   これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、
   電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、
   前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、
   航法衛星から送信される複数周波数の衛星信号を受信し、この受信した複数周波数の衛星信号の電離層での伝搬遅延量の差を用いて、前記衛星信号の通過経路における総電子数を算出する衛星観測手段とを備え、
   前記電離層電子密度分布推定手段は、前記衛星観測手段で算出した前記衛星信号の通過経路における総電子数と電離層電子密度分布モデルから求められる前記衛星信号の通過経路における総電子数とを用いて前記電離層電子密度分布モデルを修正した修正モデルを生成し、前記修正モデルを用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とするアレイアンテナ装置。
2. 電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、
   これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、
   電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、
   前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、
   複数周波数の観測信号を電離層に送信し、前記観測信号が電離層で反射された反射信号を受信して、電離層の高さ方向の電子密度分布情報を取得する電離層観測手段とを備え、
   前記電離層電子密度分布推定手段は、前記電離層観測手段で取得した電離層の高さ方向の電子密度分布情報と電離層電子密度分布モデルとを用いて求めた高さ方向の電子密度分布形状を用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とするアレイアンテナ装置。
3. 電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、
   これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、
   電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、
   前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、
   複数の観測地点で複数の航法衛星を観測して得られる観測データを外部から取得するデータ取得手段とを備え、
   前記電離層電子密度分布推定手段は、電離層電子密度分布モデルおよび前記データ取得手段で取得した前記観測データを用いて算出した各航法衛星から各観測地点への衛星信号の通過経路における総電子数を用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とするアレイアンテナ装置。
4. 電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、
   これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、
   電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、
   前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、
   航法衛星から送信される複数周波数の衛星信号を受信し、この受信した複数周波数の衛星信号の電離層での伝搬遅延量の差を用いて、前記衛星信号の通過経路における総電子数を算出する衛星観測手段と、
   複数周波数の観測信号を電離層に送信し、前記観測信号が電離層で反射された反射信号を受信して、電離層の高さ方向の電子密度分布情報を取得する電離層観測手段とを備え、
   前記電離層電子密度分布推定手段は、前記衛星観測手段で算出した前記衛星信号の通過経路における総電子数と電離層電子密度分布モデルから求められる前記衛星信号の通過経路における総電子数とを用いて前記電離層電子密度分布モデルを修正した修正モデル、および前記電離層観測手段で取得した電離層の高さ方向の電子密度分布情報と前記電離層電子密度分布モデルとを用いて求めた高さ方向の電子密度分布形状のうちの少なくともいずれか一方を用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とするアレイアンテナ装置。
5. 電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、
   これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、
   電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、
   前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、
   航法衛星から送信される複数周波数の衛星信号を受信し、この受信した複数周波数の衛星信号の電離層での伝搬遅延量の差を用いて、前記衛星信号の通過経路における総電子数を算出する衛星観測手段と、
   複数の観測地点で複数の航法衛星を観測して得られる観測データを外部から取得するデータ取得手段とを備え、
   前記電離層電子密度分布推定手段は、前記衛星観測手段で算出した前記衛星信号の通過経路における総電子数と電離層電子密度分布モデルから求められる前記衛星信号の通過経路における総電子数とを用いて前記電離層電子密度分布モデルを修正した修正モデル、および、前記電離層電子密度分布モデルおよび前記データ取得手段で取得した前記観測データを用いて算出した各航法衛星から各観測地点への衛星信号の通過経路における総電子数のうちの少なくともいずれか一方を用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とするアレイアンテナ装置。
6. 電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、
   これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、
   電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、
   前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、
   複数周波数の観測信号を電離層に送信し、前記観測信号が電離層で反射された反射信号を受信して、電離層の高さ方向の電子密度分布情報を取得する電離層観測手段と、
   複数の観測地点で複数の航法衛星を観測して得られる観測データを外部から取得するデータ取得手段とを備え、
   前記電離層電子密度分布推定手段は、前記電離層観測手段で取得した電離層の高さ方向の電子密度分布情報と電離層電子密度分布モデルとを用いて求めた高さ方向の電子密度分布形状、および、前記電離層電子密度分布モデルおよび前記データ取得手段で取得した前記観測データを用いて算出した各航法衛星から各観測地点への衛星信号の通過経路における総電子数のうちの少なくともいずれか一方を用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とするアレイアンテナ装置。
7. 電離層を通過して到来する到来電波を受信する複数のアンテナと、
   これら複数のアンテナで受信した前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離するとともに、各アンテナにおける前記所望の信号の位相差情報を用いて前記到来電波の受信方位および仰角を算出する受信方向算出手段と、
   電離層の電子密度分布を推定する電離層電子密度分布推定手段と、
   前記受信方向算出手段で算出した前記受信方位および仰角と、前記電離層電子密度分布推定手段で推定した電離層の電子密度分布とを用いて、前記到来電波の伝搬経路を算出して前記到来電波の送信位置を算出するとともに、算出した前記送信位置の幾何学的方位を算出し、前記到来電波の前記送信位置における送信仰角を推定する修正方向算出手段と、
   航法衛星から送信される複数周波数の衛星信号を受信し、この受信した複数周波数の衛星信号の電離層での伝搬遅延量の差を用いて、前記衛星信号の通過経路における総電子数を算出する衛星観測手段と、
   複数周波数の観測信号を電離層に送信し、前記観測信号が電離層で反射された反射信号を受信して、電離層の高さ方向の電子密度分布情報を取得する電離層観測手段と、
   複数の観測地点で複数の航法衛星を観測して得られる観測データを外部から取得するデータ取得手段とを備え、
   前記電離層電子密度分布推定手段は、前記衛星観測手段で算出した前記衛星信号の通過経路における総電子数と電離層電子密度分布モデルから求められる前記衛星信号の通過経路における総電子数とを用いて前記電離層電子密度分布モデルを修正した修正モデル、前記電離層観測手段で取得した電離層の高さ方向の電子密度分布情報と前記電離層電子密度分布モデルとを用いて求めた高さ方向の電子密度分布形状、および、前記電離層電子密度分布モデルおよび前記データ取得手段で取得した前記観測データを用いて算出した各航法衛星から各観測地点への衛星信号の通過経路における総電子数のうちの少なくともいずれか１つを用いて、電離層の電子密度分布を推定することを特徴とするアレイアンテナ装置。
8. 前記受信方向算出手段は、ＭＵＳＩＣ法あるいは独立成分分析の手法を用いて、前記到来電波に輻輳した複数の信号から所望の信号を分離することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のアレイアンテナ装置。

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