JP6997589B2 - Direction estimation device, direction estimation method and program - Google Patents

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本発明は、方位推定装置、方位推定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a directional estimation device, a directional estimation method and a program.

電波や音波などの波源の方位を特定するさまざまな手法が研究されている。
特許文献1には、関連する技術として、受信信号についての受信相関行列の固有値及び固有ベクトルを算出し、算出した固有値及び固有ベクトルに基づいて推定された到来方向に対応する信号成分をそれぞれ抽出する技術が記載されている。
Various methods for identifying the direction of wave sources such as radio waves and sound waves are being researched.
Patent Document 1 describes, as a related technique, a technique of calculating an eigenvalue and a eigenvector of a reception correlation matrix for a received signal and extracting signal components corresponding to an estimated arrival direction based on the calculated eigenvalue and the eigenvector. Are listed.

特開2006-345113号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-345113

ところで、波源の方位を特定する手法としては、例えば、ある基準線とセンサから波源への方位とのなす角度(以下、「到来角度」と記載)と、波源から送信される信号のスペクトラムとを高精度に算出することのできる手法(MUSIC(MUltiple SIgnal Cllassification)、ビーム走査など)と、到来角度を容易に算出することのできる手法(root-MUSIC、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)など)とが挙げられる。到来角度と波源から送信される信号のスペクトラムとを高精度に算出することのできる手法は、到来角度と波源から送信される信号のスペクトラムの両方を高精度に算出することができるが、一方演算時間は長い。また、センサから波源への方位を容易に算出することのできる手法は、演算時間が短いが、一方波源から送信される信号のスペクトラムが得られない。
そのため、到来角度と波源から送信される信号のスペクトラムの両方を容易な処理によって得ることのできる技術が求められている。
By the way, as a method of specifying the direction of the wave source, for example, the angle formed by a certain reference line and the direction from the sensor to the wave source (hereinafter referred to as "arrival angle") and the spectrum of the signal transmitted from the wave source are used. A method that can be calculated with high accuracy (MUSIC (Music Signal Classification), beam scanning, etc.) and a method that can easily calculate the arrival angle (rot-MUSIC, ESPRIT (Estimation of Signal Parametrics) Via Rotational In And so on). A method that can calculate the arrival angle and the spectrum of the signal transmitted from the wave source with high accuracy can calculate both the arrival angle and the spectrum of the signal transmitted from the wave source with high accuracy, but one-sided operation. The time is long. Further, the method capable of easily calculating the direction from the sensor to the wave source has a short calculation time, but on the other hand, the spectrum of the signal transmitted from the wave source cannot be obtained.
Therefore, there is a demand for a technique that can obtain both the arrival angle and the spectrum of the signal transmitted from the wave source by simple processing.

本発明は、上記の課題を解決することのできる方位推定装置、方位推定方法及びプログラムを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a directional estimation device, a directional estimation method, and a program capable of solving the above problems.

本発明の第1の態様によれば、方位推定装置は、複数のセンサが受信する受信信号に基づいて、真の波源数以上となることを想定して指定された波源数を入力する波源数入力部と、前記波源数入力部が入力した波源数の各波源の波源方向を示す到来角度を算出する角度算出部と、前記到来角度ごとの強度スペクトラムと、前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムとを算出するスペクトラム算出部と、前記到来角度ごとの強度スペクトラムと、前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムとに基づいて、前記波源方向を推定する推定部と、を備えるAccording to the first aspect of the present invention, the orientation estimation device inputs a specified number of wave sources based on the received signals received by a plurality of sensors, assuming that the number of wave sources is equal to or greater than the true number of wave sources. The input unit, the angle calculation unit that calculates the arrival angle indicating the wave source direction of each wave source of the number of wave sources input by the wave source number input unit, the intensity spectrum for each arrival angle, and the intensity spectrum before and after each arrival angle. A spectrum calculation unit that calculates the intensity spectrum in a predetermined range of angles small enough to find the maximum value even when the change in is large, the intensity spectrum for each arrival angle, and the intensity spectrum before and after each arrival angle. It is provided with an estimation unit for estimating the wave source direction based on an intensity spectrum at an angle in a predetermined range small enough to find a maximum value even when the change is large .

本発明の第2の態様によれば、第1の態様における方位推定装置は、前記到来角度ごとの強度スペクトラムと、前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムとのしきい値を記憶部に記憶させるしきい値設定部、を備え、前記推定部は、前記到来角度ごとの強度スペクトラム、および前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムのうち前記しきい値よりも高い強度スペクトラムに対応する前記波源方向を推定するものであってもよいAccording to the second aspect of the present invention, the orientation estimation device in the first aspect finds a maximum value even when the change between the intensity spectrum for each arrival angle and the intensity spectrum before and after each arrival angle is large. A threshold setting unit for storing a threshold value with an intensity spectrum in a predetermined range of angles as small as possible is provided in the storage unit, and the estimation unit includes an intensity spectrum for each arrival angle and each of the arrival angles. It estimates the wave source direction corresponding to the intensity spectrum higher than the threshold value among the intensity spectra in a predetermined range of angles small enough to find the maximum value even when the change in the intensity spectrum before and after is large. May be good .

本発明の第3の態様によれば、第2の態様における方位推定装置は、前記到来角度として可能性の低い角度について前記スペクトラム算出部が算出した強度スペクトラムと、前記到来角度ごとに算出された強度スペクトラムのうちの最大の強度スペクトラムとに基づいて、前記しきい値を算出するしきい値算出部、を備えるものであってもよい。 According to the third aspect of the present invention, the directional estimation device in the second aspect is calculated for each of the intensity spectrum calculated by the spectrum calculation unit and the arrival angle for each angle that is unlikely to be the arrival angle. It may be provided with a threshold value calculation unit for calculating the threshold value based on the maximum intensity spectrum of the intensity spectrum.

本発明の第4の態様によれば、第2の態様における方位推定装置は、前記しきい値を算出するしきい値算出部、を備えるものであってもよいAccording to the fourth aspect of the present invention, the directional estimation device in the second aspect may include a threshold value calculation unit for calculating the threshold value .

本発明の第5の態様によれば、第4の態様における方位推定装置において、前記しきい値算出部は、前記到来角度ごとに算出された強度スペクトラムのうち最大の強度スペクトラムと最小の強度スペクトラムとの差が所定の差よりも小さい場合、再度前記しきい値を算出するものであってもよいAccording to the fifth aspect of the present invention, in the directional estimation device according to the fourth aspect, the threshold value calculation unit has the maximum intensity spectrum and the minimum intensity spectrum among the intensity spectra calculated for each arrival angle. If the difference from and is smaller than a predetermined difference, the threshold value may be calculated again .

本発明の第6の態様によれば、第1の態様から第5の態様の何れか1つにおける方位推定装置おいて、前記角度算出部は、前記複数のセンサを所定の範囲のセンサによって構成されるサブアレイごとの標本相間行列の総和をサブアレイ数で除算することによりアレイ全体の標本相間行列を算出するものであってもよいAccording to the sixth aspect of the present invention, in the directional estimation device in any one of the first aspect to the fifth aspect, the angle calculation unit comprises the plurality of sensors with sensors in a predetermined range. The sample-phase matrix of the entire array may be calculated by dividing the sum of the sample-phase matrices for each sub-array to be performed by the number of sub-arrays .

本発明の第7の態様によれば、第6の態様における方位推定装置おいて、前記角度算出部は、前記標本相間行列の固有ベクトルに基づいて、前記到来角度を算出するものであってもよいAccording to the seventh aspect of the present invention, in the directional estimation device according to the sixth aspect , the angle calculation unit may calculate the arrival angle based on the eigenvector of the sample phase matrix. ..

本発明の第8の態様によれば、方位推定方法は、複数のセンサが受信する受信信号に基づいて、真の波源数以上となることを想定して指定された波源数を入力することと、入力した波源数の各波源の波源方向を示す到来角度を算出することと、前記到来角度ごとの強度スペクトラムと、前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムとを算出することと、算出した前記強度スペクトラムに基づいて、前記波源方向を推定することと、を含むAccording to the eighth aspect of the present invention, the orientation estimation method inputs a specified number of wave sources based on the received signals received by a plurality of sensors, assuming that the number of wave sources is equal to or greater than the true number of wave sources. , Calculate the arrival angle indicating the wave source direction of each wave source of the input number of wave sources, and find the maximum value even when the change in the intensity spectrum for each arrival angle and the intensity spectrum before and after each arrival angle is large. It includes calculating the intensity spectrum at an angle in a predetermined range as small as possible, and estimating the wave source direction based on the calculated intensity spectrum .

本発明の第9の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、複数のセンサが受信する受信信号に基づいて、真の波源数以上となることを想定して指定された波源数を入力することと、入力した波源数の各波源の波源方向を示す到来角度を算出することと、算出した前記到来角度ごとの強度スペクトラムと、前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムとを算出することと、算出した前記強度スペクトラムに基づいて、波源の方位を推定することと、を実行させるAccording to the ninth aspect of the present invention, the program inputs to the computer a specified number of wave sources based on the received signals received by the plurality of sensors, assuming that the number of wave sources is equal to or more than the true number of wave sources. And, the arrival angle indicating the wave source direction of each wave source of the input number of wave sources is calculated, and the calculated intensity spectrum for each arrival angle is maximized even when the change in the intensity spectrum before and after each arrival angle is large. It is made to calculate the intensity spectrum at an angle in a predetermined range small enough to find a value, and to estimate the direction of the wave source based on the calculated intensity spectrum .

本発明の実施形態による方位推定装置によれば、ある基準線とセンサから波源への方位とのなす角度と波源から送信される信号のスペクトラムの両方を容易な処理によって得ることができる。 According to the directional estimation device according to the embodiment of the present invention, both the angle formed by a certain reference line and the direction from the sensor to the wave source and the spectrum of the signal transmitted from the wave source can be obtained by simple processing.

本発明の第1の実施形態による受信システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the receiving system by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による方位推定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the direction estimation apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による方位推定装置の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the direction estimation apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるしきい値を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the threshold value in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるサブアレイを示す図である。It is a figure which shows the sub-array in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態による方位推定装置の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the direction estimation apparatus by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態による方位推定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the direction estimation apparatus by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態におけるしきい値を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the threshold value in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態において推定部が推定する方位推定結果の評価を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the evaluation of the direction estimation result estimated by the estimation part in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態による方位推定装置の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the direction estimation apparatus according to 4th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態においてスペクトラム算出部が算出するスペクトラムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the spectrum calculated by the spectrum calculation part in the 6th Embodiment of this invention. 少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the computer which concerns on at least one Embodiment.

<第1の実施形態>
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の第1の実施形態による受信システム1は、波源数を指定することによってセンサから波源への方位を容易に算出することのできる手法(root-MUSIC、ESPRITなど)を用いて、基準線とセンサから各波源への方位とのなす角度(以下、「到来角度」と記載)を算出する。受信システム1は、センサが検出する波源から送信される信号の到来角度と強度を示すスペクトラム(強度スペクトラム)(以下、「スペクトラム」と記載)とを高精度に算出することのできる手法(MUSIC、ビーム走査など)に算出した到来角度を適用する。こうすることによって、受信システム1は、各到来角度と各波源が送信する信号のスペクトラムとを算出して、波源の方位(すなわち、センサから波源へ向かうベクトルが示す方向)を推定する。本発明の第1の実施形態による受信システム1では、波源数を指定することによって到来角度を容易に算出することのできる手法としてroot-MUSIC手法を用い、到来角度と波源から送信される信号のスペクトラムとを高精度に算出することのできる手法としてMUSIC手法を用いる場合を例に説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
The receiving system 1 according to the first embodiment of the present invention uses a method (root-MUSIC, ESPRIT, etc.) that can easily calculate the direction from the sensor to the wave source by specifying the number of wave sources, and is a reference line. And the angle between the sensor and the direction to each wave source (hereinafter referred to as "arrival angle") is calculated. The receiving system 1 is a method (MUSIC,) capable of calculating a spectrum (intensity spectrum) (hereinafter referred to as “spectrum”) indicating the arrival angle and intensity of a signal transmitted from a wave source detected by a sensor with high accuracy. Apply the calculated arrival angle to (beam scanning, etc.). By doing so, the receiving system 1 calculates each arrival angle and the spectrum of the signal transmitted by each wave source, and estimates the direction of the wave source (that is, the direction indicated by the vector from the sensor to the wave source). In the receiving system 1 according to the first embodiment of the present invention, the root-MUSIC method is used as a method capable of easily calculating the arrival angle by specifying the number of wave sources, and the arrival angle and the signal transmitted from the wave source are transmitted. A case where the MUSIC method is used as a method capable of calculating the spectrum with high accuracy will be described as an example.

受信システム1は、図1に示すように、複数のセンサ10、方位推定装置20を備える。
複数のセンサ10のそれぞれは、各波源が送信した信号を受信する。図1に示す複数のセンサ10の例では、受信システム1には、M個のセンサ10が備えられ、アレイセンサを構成する。
方位推定装置20は、図2に示すように、波源数入力部201、角度算出部202、スペクトラム算出部203、推定部204、しきい値設定部205、記憶部206を備える。
As shown in FIG. 1, the receiving system 1 includes a plurality of sensors 10 and an orientation estimation device 20.
Each of the plurality of sensors 10 receives the signal transmitted by each wave source. In the example of the plurality of sensors 10 shown in FIG. 1, the receiving system 1 is provided with M sensors 10 to form an array sensor.
As shown in FIG. 2, the directional estimation device 20 includes a wave source number input unit 201, an angle calculation unit 202, a spectrum calculation unit 203, an estimation unit 204, a threshold value setting unit 205, and a storage unit 206.

波源数入力部201は、複数のセンサ10が受信する受信信号に基づいて、想定する波源数L’を入力する。root-MUSIC手法は、設定した波源数と同数の到来角度を算出するものである。設定した波源数が実際の波源数に比べて少ない場合、root-MUSIC手法では、すべての到来角度を算出することができない。そのため、波源数入力部201は、真の波源数L以上の想定した波源数L’を入力する必要がある。例えば、受信信号の波形に最も近い過去の受信信号の波形を特定し、その過去の受信信号の波源について実際に方位推定を行ったときの過去の実績の波源数(すなわち真の波源数Lに最も近いと思われる波源数)に、真の波源数Lを超えると思われる分の波源数を上乗せした波源数L’を入力する。なお、上乗せする波源数は、例えば、過去の実績の波源数の0.2倍の波源数、3つなどの一定の数を示す波源数である。また、想定した波源数L’は、真の波源数Lと同数であってもよい。 The wave source number input unit 201 inputs an assumed wave source number L'based on the received signals received by the plurality of sensors 10. The root-MUSIC method calculates the arrival angle of the same number as the set number of wave sources. When the set number of wave sources is smaller than the actual number of wave sources, the root-MUSIC method cannot calculate all the arrival angles. Therefore, the wave source number input unit 201 needs to input the assumed wave source number L'that is equal to or larger than the true wave source number L. For example, the number of past actual wave sources (that is, the true number of wave sources L) when the waveform of the past received signal closest to the waveform of the received signal is specified and the direction estimation is actually performed for the wave source of the past received signal. Enter the number of wave sources L'by adding the number of wave sources that are considered to exceed the true number of wave sources L to the number of wave sources that are considered to be the closest). The number of wave sources to be added is, for example, a wave source number indicating a fixed number such as 0.2 times the number of wave sources of the past actual results and three. Further, the assumed number of wave sources L'may be the same as the true number of wave sources L.

角度算出部202は、波源数入力部201が入力した波源数L’と同数の到来角度を算出する。
スペクトラム算出部203は、角度算出部202が算出した到来角度ごとにスペクトラムを算出する。
The angle calculation unit 202 calculates the arrival angle of the same number as the wave source number L'input by the wave source number input unit 201.
The spectrum calculation unit 203 calculates a spectrum for each arrival angle calculated by the angle calculation unit 202.

推定部204は、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとのスペクトラムに基づいて、各波源の方位を推定する。具体的には、推定部204は、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとのスペクトラムと、波源の中から真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値とを比較する。そして、推定部204は、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとのスペクトラムの中からしきい値以上のスペクトラムを特定する。推定部204は、センサ10を通る基準線に対して特定したスペクトラムに対応する到来角度をなすセンサ10から離れる向きのベクトルが示す方向を波源の方位と推定する。また、推定部204は、推定した波源の方位に向かって、スペクトラムが示す値に応じた距離だけ離れた位置を波源と特定する。ここで、スペクトラムが示す値に応じた距離は、過去の実績おける特定されるセンサ10から波源までの距離であってよい。また、スペクトラムが示す値に応じた距離は、シミュレーションや実験に基づいて算出されるセンサ10から波源までの距離であってもよい。 The estimation unit 204 estimates the direction of each wave source based on the spectrum for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203. Specifically, the estimation unit 204 compares the spectrum for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203 with the threshold value of the spectrum used to identify the true wave source from the wave sources. Then, the estimation unit 204 specifies a spectrum equal to or larger than the threshold value from the spectra for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203. The estimation unit 204 estimates the direction indicated by the vector in the direction away from the sensor 10 forming the arrival angle corresponding to the specified spectrum with respect to the reference line passing through the sensor 10 as the direction of the wave source. Further, the estimation unit 204 identifies a position separated from the estimated wave source direction by a distance corresponding to the value indicated by the spectrum as the wave source. Here, the distance corresponding to the value indicated by the spectrum may be the distance from the specified sensor 10 in the past performance to the wave source. Further, the distance corresponding to the value indicated by the spectrum may be the distance from the sensor 10 to the wave source calculated based on a simulation or an experiment.

しきい値設定部205は、波源の中から真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値を記憶部206に記憶させる。
記憶部206は、波源の中から真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値など、方位推定装置20が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
The threshold value setting unit 205 stores the threshold value of the spectrum used for identifying the true wave source from the wave sources in the storage unit 206.
The storage unit 206 stores various information necessary for the processing performed by the directional estimation device 20, such as the threshold value of the spectrum used to identify the true wave source from the wave sources.

次に、図3に示す方位推定装置20の処理について説明する。
ここでは、方位推定装置20の処理の一例として、root-MUSIC手法及びMUSIC手法を用いて波源の方位を推定する場合の処理について説明する。
なお、root-MUSIC手法では、各センサ10が等間隔で配置されているという想定の下で到来角度が算出される。そのため、ここで説明する複数のセンサ10として、M個のセンサ10が等間隔で配置されているものとする。また、波源数入力部201は、複数のセンサ10が受信する受信信号に基づいて、予め想定する波源数L’を入力し、記憶部206に記憶させているものとする。
Next, the processing of the direction estimation device 20 shown in FIG. 3 will be described.
Here, as an example of the processing of the direction estimation device 20, the processing in the case of estimating the direction of the wave source by using the root-MUSIC method and the MUSIC method will be described.
In the root-MUSIC method, the arrival angle is calculated on the assumption that the sensors 10 are arranged at equal intervals. Therefore, it is assumed that M sensors 10 are arranged at equal intervals as the plurality of sensors 10 described here. Further, it is assumed that the wave source number input unit 201 inputs a wave source number L'assumed in advance based on the received signals received by the plurality of sensors 10 and stores it in the storage unit 206.

角度算出部202は、時刻kにおいて、M個のセンサ10を介して信号を受信する(ステップS1)。角度算出部202は、受信した信号を記憶部206に記憶させる(ステップS2)。M個のセンサ10が受信する受信信号は、次の式(1)で示す受信信号として表すことができる。 The angle calculation unit 202 receives signals via the M sensors 10 at time k (step S1). The angle calculation unit 202 stores the received signal in the storage unit 206 (step S2). The received signal received by the M sensors 10 can be represented as a received signal represented by the following equation (1).

Figure 0006997589000001
Figure 0006997589000001

式(1)が示す受信信号x(k)は、真の波源数がLの場合には、次の式(2)のように表すことができる。 The received signal x (k) represented by the equation (1) can be expressed as the following equation (2) when the true number of wave sources is L.

Figure 0006997589000002
Figure 0006997589000002

式(2)において、記号s(k)は、波源信号である。また、記号n(k)は、白色ガウスの観測雑音である。また、記号a(θ)は、方向ベクトル(アレイ素子配置に応じて定まる位相差を表現するベクトル)である。方向ベクトルa(θ)は、次の式(3)のように表すことができる。 In the equation (2), the symbol sl (k) is a wave source signal. Further, the symbol n (k) is the observed noise of white Gaussian. Further, the symbol a (θ) is a direction vector (a vector expressing a phase difference determined according to the array element arrangement). The direction vector a (θ) can be expressed by the following equation (3).

Figure 0006997589000003
Figure 0006997589000003

root-MUSIC手法では(MUSIC手法でも)、受信信号ベクトルの空間自己相関行列の固有ベクトルが必要である。角度算出部202は、相関点数をPとおき、時刻kにおける標本相関行列R(k)を、次の式(4)のように計算する(ステップS3)。相間点数Pとは、標本相関行列を計算するのに使用する信号のサンプル数のことである。 The root-MUSIC method (also the MUSIC method) requires an eigenvector of the spatial autocorrelation matrix of the received signal vector. The angle calculation unit 202 sets the number of correlation points as P, and calculates the sample correlation matrix R x (k) at time k according to the following equation (4) (step S3). The interphase score P is the number of sample signals used to calculate the sample correlation matrix.

Figure 0006997589000004
Figure 0006997589000004

式(4)において、記号Hはエルミート転置を表す。角度算出部202は、記憶部206から想定した波源数L’を読み出す(ステップS4)。標本相関行列R(k)の固有値をλ>λ>・・・>λとする(ステップS4)。また、角度算出部202は、標本相関行列R(k)の固有ベクトルをe、e、・・・、eとする(ステップS4)。なお、理論上は、λ≧λ≧・・・≧λ>λL+1=λL+2=・・・=λとなるが、角度算出部202は、相間行列の計算誤差などの影響を考慮して、固有値を上記のようにする。
ここで、MUSICスペクトラム関数P(θ)は、次の式(5)のように表すことができる。
In equation (4), the symbol H represents Hermitian transpose. The angle calculation unit 202 reads out the assumed number of wave sources L'from the storage unit 206 (step S4). Let the eigenvalues of the sample correlation matrix R x (k) be λ 1 > λ 2 >...> λ M (step S4). Further, the angle calculation unit 202 sets the eigenvectors of the sample correlation matrix R x (k) to e 1 , e 2 , ..., E M (step S4). Theoretically, λ 1 ≧ λ 2 ≧ ・ ・ ・ ≧ λ L > λ L + 1 = λ L + 2 = ・ ・ ・ = λ M , but the angle calculation unit 202 is affected by the calculation error of the phase matrix. Considering this, the eigenvalues are set as above.
Here, the MUSIC spectrum function PM (θ) can be expressed by the following equation (5).

Figure 0006997589000005
Figure 0006997589000005

式(5)において、記号L’は想定した波源数である。なお、一般にはL≠L’である。
root-MUSIC手法では、スペクトラムを算出しない。そのため、root-MUSIC手法では、式(5)で表されるMUSICスペクトラム関数P(θ)の分母が0となる角度θが直接算出される。
角度算出部202は、方向ベクトルa(θ)を記号p(z)と定義し、p(z)の代わりにp(z-1)を用いることで、root-MUSIC多項式Q(z)を、次の式(6)とする。
In the equation (5), the symbol L'is the assumed number of wave sources. In general, L ≠ L'.
The root-MUSIC method does not calculate the spectrum. Therefore, in the root-MUSIC method, the angle θ at which the denominator of the MUSIC spectrum function PM (θ) represented by the equation (5) becomes 0 is directly calculated.
The angle calculation unit 202 defines the direction vector a (θ) as the symbol p (z) and uses p T (z -1 ) instead of pH (z) to form a root-MUSIC polynomial Q (z). Is the following equation (6).

Figure 0006997589000006
Figure 0006997589000006

角度算出部202は、式(6)で表されるroot-MUSIC多項式Q(z)の係数α、α・・・、α2(M-1)を導出する。角度算出部202は、導出した係数α、α・・・、α2(M-1)を用いて、次の式(7)で表される多項方程式を導出する。 The angle calculation unit 202 derives the coefficients α 0 , α 1 ..., α 2 (M-1) of the root-MUSIC polynomial Q (z) represented by the equation (6). The angle calculation unit 202 derives a polynomial equation represented by the following equation (7) using the derived coefficients α 0 , α 1 ..., α 2 (M-1) .

Figure 0006997589000007
Figure 0006997589000007

角度算出部202は、式(7)を解き、複素数の解z、q=1、2、・・・、2(M-1)を求める。複素数の解z、q=1、2、・・・、2(M-1)のうち、大きさが1となる2重解をz、l=1、2、・・・、L’とおくと、角度算出部202は、root-MUSIC手法による方位推定結果である到来角度θを、次の式(8)のように算出する(ステップS5)。 The angle calculation unit 202 solves the equation (7) to obtain the complex number solutions z q , q = 1, 2, ..., 2 (M-1). Of the complex solutions z q , q = 1, 2, ..., 2 (M-1), the double solution having a magnitude of 1 is z l , l = 1, 2, ..., L'. Then, the angle calculation unit 202 calculates the arrival angle θ l , which is the result of the orientation estimation by the root-MUSIC method, as shown in the following equation (8) (step S5).

Figure 0006997589000008
Figure 0006997589000008

式(8)において、記号lは各波源、記号λは波長、記号dはセンサ10どうしの間隔である。 In the equation (8), the symbol l is each wave source, the symbol λ is the wavelength, and the symbol d is the distance between the sensors 10.

上記のように、角度算出部202は、各波源l(l=1、2、・・・、L’)について対応する到来角度θを算出することができる。
なお、想定した波源数L’は、真の波源数Lと同数であればすべての真の波源を特定することができる。しかしながら、真の波源数Lは未知であり、想定した波源数L’が真の波源数Lを下回った数に設定する可能性があり、その場合、特定できない真の波源が出てしまう。そのため、ここでは、特定できない真の波源が出ない例として、想定した波源数L’を真の波源数Lよりも大きいと思われる波源数に設定している。したがって、このとき、角度算出部202がroot-MUSIC手法を用いて算出した到来角度θには、(L’-L)個の誤った到来角度が含まれている。
As described above, the angle calculation unit 202 can calculate the corresponding arrival angle θ l for each wave source l (l = 1, 2, ..., L').
If the assumed number of wave sources L'is the same as the number of true wave sources L, all true wave sources can be specified. However, the true number of wave sources L is unknown, and there is a possibility that the assumed number of wave sources L'is set to a number lower than the true number of wave sources L, and in that case, an unspecified true wave source appears. Therefore, here, as an example in which an unspecified true wave source does not appear, the assumed wave source number L'is set to the number of wave sources that are considered to be larger than the true wave source number L. Therefore, at this time, the arrival angle θ l calculated by the angle calculation unit 202 using the root-MUSIC method includes (L'−L) erroneous arrival angles.

スペクトラム算出部203は、角度算出部202が算出した到来角度θごとにスペクトラムを算出する(ステップS6)。 The spectrum calculation unit 203 calculates a spectrum for each arrival angle θ l calculated by the angle calculation unit 202 (step S6).

ここで、しきい値設定部205は、波源の中から真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値を、図4に示すように、ステップS6の処理においてスペクトラム算出部203が算出したスペクトラムの最大値と最小値との間の値に決定し、記憶部206に記憶させる。 Here, the threshold value setting unit 205 calculates the threshold value of the spectrum used to identify the true wave source from the wave sources by the spectrum calculation unit 203 in the process of step S6 as shown in FIG. The value is determined between the maximum value and the minimum value of the spectrum, and is stored in the storage unit 206.

推定部204は、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとのスペクトラムと、波源の中から真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値とを比較する(ステップS7)。そして、推定部204は、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとのスペクトラムの中からしきい値以上のスペクトラムを特定する。推定部204は、センサ10を通る基準線に対して特定したスペクトラムに対応する到来角度をなすセンサ10から離れる向きのベクトルが示す方向を波源の方位と推定する(ステップS8)。また、推定部204は、推定した方位に向かって、スペクトラムが示す値に応じた距離だけ離れた位置を波源と特定する。推定部204は、時間を更新して(ステップS9)、ステップS1へと戻す。
なお、スペクトラム算出部203が角度算出部202が算出した到来角度ごとに算出するスペクトラムは、最大のスペクトルが0dBとなるように正規化するものであってもよい。
The estimation unit 204 compares the spectrum for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203 with the threshold value of the spectrum used to identify the true wave source from the wave sources (step S7). Then, the estimation unit 204 specifies a spectrum equal to or larger than the threshold value from the spectra for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203. The estimation unit 204 estimates the direction indicated by the vector in the direction away from the sensor 10 forming the arrival angle corresponding to the specified spectrum with respect to the reference line passing through the sensor 10 as the direction of the wave source (step S8). Further, the estimation unit 204 identifies a position separated from the estimated direction by a distance corresponding to the value indicated by the spectrum as the wave source. The estimation unit 204 updates the time (step S9) and returns to step S1.
The spectrum calculated by the spectrum calculation unit 203 for each arrival angle calculated by the angle calculation unit 202 may be normalized so that the maximum spectrum is 0 dB.

以上、本発明の第1の実施形態による受信システム1について説明した。
受信システム1の方位推定装置20において、角度算出部202は、波源数入力部201が入力した波源数L’と同数の到来角度を算出する。スペクトラム算出部203は、角度算出部202が算出した到来角度ごとにスペクトラムを算出する。波源数L’の波源には真の波源数L以外の波源が含まれている可能性が高い。推定部204は、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとのスペクトラムと、真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値とを比較して、真の波源の方位を推定する。
このようにすれば、方位推定装置20は、ある基準線とセンサから波源への方位とのなす角度(すなわち、到来角度)と波源から送信される信号のスペクトラムの両方を容易な処理によって得ることができる。
The receiving system 1 according to the first embodiment of the present invention has been described above.
In the direction estimation device 20 of the receiving system 1, the angle calculation unit 202 calculates the arrival angle of the same number as the wave source number L'input by the wave source number input unit 201. The spectrum calculation unit 203 calculates a spectrum for each arrival angle calculated by the angle calculation unit 202. It is highly possible that the wave source having the wave source number L'includes a wave source other than the true wave source number L. The estimation unit 204 compares the spectrum for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203 with the threshold value of the spectrum used to specify the true wave source, and estimates the direction of the true wave source.
In this way, the azimuth estimation device 20 can easily obtain both the angle formed by the reference line and the direction from the sensor to the wave source (that is, the arrival angle) and the spectrum of the signal transmitted from the wave source. Can be done.

<第2の実施形態>
以下、本発明の第2の実施形態による受信システム1について説明する。
本発明の第2の実施形態による受信システム1は、複数のセンサ10について、例えば、図5に示すように、すべてのセンサ10のうちのある部分のセンサ10から成り、センサ1つ分ずつずらしたサブアレイ(図5に示す例では、2つのセンサ10から成るサブアレイ)を定義し、サブアレイごとに、標本相関行列を計算する。そして、受信システム1は、計算したサブアレイごとの標本相関行列を用いて、全体の標本相関行列を算出する。
<Second embodiment>
Hereinafter, the receiving system 1 according to the second embodiment of the present invention will be described.
In the receiving system 1 according to the second embodiment of the present invention, the plurality of sensors 10 are composed of the sensors 10 of a certain part of all the sensors 10, for example, as shown in FIG. 5, and are shifted by one sensor. A sub-array (in the example shown in FIG. 5, a sub-array consisting of two sensors 10) is defined, and a sample correlation matrix is calculated for each sub-array. Then, the receiving system 1 calculates the entire sample correlation matrix using the calculated sample correlation matrix for each subarray.

次に、図6に示す方位推定装置20の処理について説明する。
角度算出部202は、時刻kにおいて、M個のセンサ10を介して信号を受信する(ステップS1)。このとき、角度算出部202は、サブアレイごとの標本関数行列を算出する(ステップS10)。すべてのセンサ10の数をMとし、サブアレイの数をMよりも小さいMとすると、サブアレイ数Nは(M-M+1)となる。このとき、角度算出部202は、第qサブアレイの標本相関行列を、次の式(9)のように算出する。
Next, the processing of the direction estimation device 20 shown in FIG. 6 will be described.
The angle calculation unit 202 receives signals via the M sensors 10 at time k (step S1). At this time, the angle calculation unit 202 calculates the sample function matrix for each subarray (step S10). Assuming that the number of all sensors 10 is M and the number of sub-arrays is M s smaller than M, the number of sub-arrays N s is (MM s +1). At this time, the angle calculation unit 202 calculates the sample correlation matrix of the qth subarray as in the following equation (9).

Figure 0006997589000009
Figure 0006997589000009

式(9)において、次の式(10)で示される部分は、アレイ受信信号ベクトルx(k)の第q~第(q+M-1)成分までを抽出した、サブアレイの受信信号ベクトルである。 In the equation (9), the portion represented by the following equation (10) is the received signal vector of the sub-array obtained by extracting the qth to (q + M s -1) components of the array received signal vector x (k). ..

Figure 0006997589000010
Figure 0006997589000010

角度算出部202は、サブアレイの標本相関行列の平均を、次の式(11)のようにアレイ全体の標本相関行列を算出する(ステップS11)。この式(11)のようにアレイ全体の標本相関行列を算出する手法は、空間平均法の1つであり、平均化手法の一例である。 The angle calculation unit 202 calculates the average of the sample correlation matrix of the sub-array and the sample correlation matrix of the entire array as in the following equation (11) (step S11). The method of calculating the sample correlation matrix of the entire array as in this equation (11) is one of the spatial averaging methods and is an example of the averaging method.

Figure 0006997589000011
Figure 0006997589000011

以上、本発明の第2の実施形態による受信システム1について説明した。
受信システム1の方位推定装置20において、角度算出部202は、サブアレイごとの標本相関行列を算出し、サブアレイごとの標本相関行列を平均化することで、アレイ全体の標本相関行列を算出する。
このようにすれば、方位推定装置20は、本発明の第1の実施形態における相関点数Pよりも少ない相関点数で、各波源から送信される信号どうしの相関関係を算出することができ、本発明の第1の実施形態における方位推定装置20と同等に波源の方位推定を行うことができる。
なお、角度算出部202は、Forward-Backward空間平均法(各波源同士の相関を低減する公知技術であり、平均化手法の一例である)を用いて、サブアレイの標本相関行列の平均を算出するものであってもよい。
なお、root-MUSIC手法を用いる場合には、各サブアレイの配置が同一であるため、空間平均法を適用できる条件が成立しているため、root-MUSIC手法と空間平均法とは相性がよい。
The receiving system 1 according to the second embodiment of the present invention has been described above.
In the direction estimation device 20 of the receiving system 1, the angle calculation unit 202 calculates the sample correlation matrix for each sub-array and averages the sample correlation matrix for each sub-array to calculate the sample correlation matrix for the entire array.
In this way, the directional estimation device 20 can calculate the correlation between the signals transmitted from each wave source with a correlation score smaller than the correlation score P in the first embodiment of the present invention. The directional estimation of the wave source can be performed in the same manner as the directional estimation device 20 in the first embodiment of the invention.
The angle calculation unit 202 calculates the average of the sample correlation matrix of the subarray by using the Forward-Backward spatial averaging method (a known technique for reducing the correlation between wave sources and an example of the averaging method). It may be a thing.
When the root-MUSIC method is used, since the arrangement of each sub-array is the same, the conditions for applying the spatial averaging method are satisfied, so that the root-MUSIC method and the spatial averaging method are compatible with each other.

<第3の実施形態>
以下、本発明の第3の実施形態による受信システム1について説明する。
本発明の第3の実施形態による受信システム1は、本発明の第1の実施形態による受信システム1と同様に、波源数を指定することによって到来角度を容易に算出することのできる手法としてroot-MUSIC手法を用い、到来角度と波源から送信される信号のスペクトラムとを高精度に算出することのできる手法としてMUSIC手法を用いるシステムである。
本発明の第3の実施形態による受信システム1は、図7に示すように、方位推定装置20が波源数入力部201、角度算出部202、スペクトラム算出部203、推定部204、しきい値設定部205、記憶部206に加えて、しきい値算出部207を備える。そして、しきい値設定部205は、しきい値算出部207が算出したしきい値を記憶部206に記憶させ、推定部204は、しきい値算出部207が算出したしきい値を用いて真の波源の方位を推定する点が本発明の第1の実施形態による受信システム1と異なる。
<Third embodiment>
Hereinafter, the receiving system 1 according to the third embodiment of the present invention will be described.
Similar to the receiving system 1 according to the first embodiment of the present invention, the receiving system 1 according to the third embodiment of the present invention is a method capable of easily calculating the arrival angle by designating the number of wave sources. -It is a system that uses the MUSIC method as a method that can calculate the arrival angle and the spectrum of the signal transmitted from the wave source with high accuracy by using the MUSIC method.
In the receiving system 1 according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the direction estimation device 20 has a wave source number input unit 201, an angle calculation unit 202, a spectrum calculation unit 203, an estimation unit 204, and a threshold value setting. In addition to the unit 205 and the storage unit 206, a threshold value calculation unit 207 is provided. Then, the threshold value setting unit 205 stores the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 207 in the storage unit 206, and the estimation unit 204 uses the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 207. It differs from the receiving system 1 according to the first embodiment of the present invention in that the direction of the true wave source is estimated.

しきい値算出部207は、スペクトラム算出部203が波源の方向として可能性の低い角度(例えば、到来角度の-90度、90度など)についてスペクトラムを算出する。しきい値算出部207が算出したこのスペクトラムは、波源ではない方位からの信号のスペクトラムであるため、スペクトラムの最小値に近い値であると考えられる。
しきい値算出部207は、スペクトラム算出部203が波源の方向として可能性の低い角度について算出したスペクトラムと、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとに算出したスペクトラムのうち最大のスペクトラムとに基づいて、真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値を算出する。例えば、しきい値算出部207は、図8に示すように、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとに算出したスペクトラムのうち最大のスペクトラムと、スペクトラム算出部203が波源の方向として可能性の低い角度について算出したスペクトラムとの差ΔPを算出する。しきい値算出部207は、差ΔPに所定の値βを乗算した値を、スペクトラム算出部203が波源の方向として可能性の低い角度について算出したスペクトラムに加算することによって、真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値を算出する。
しきい値設定部205は、しきい値算出部207が算出したしきい値を記憶部206に記憶させる。
推定部204は、記憶部206からしきい値算出部207が算出したしきい値を読み出す。推定部204は、しきい値算出部207が算出したしきい値と、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとのスペクトラムとを比較する。
The threshold value calculation unit 207 calculates the spectrum for an angle (for example, −90 degrees, 90 degrees, etc. of the arrival angle) that is unlikely to be the direction of the wave source by the spectrum calculation unit 203. Since this spectrum calculated by the threshold value calculation unit 207 is a spectrum of a signal from a direction other than the wave source, it is considered to be a value close to the minimum value of the spectrum.
The threshold value calculation unit 207 is based on the spectrum calculated by the spectrum calculation unit 203 for an angle that is unlikely to be the direction of the wave source and the largest spectrum among the spectra calculated for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203. To calculate the threshold of the spectrum used to identify the true wave source. For example, as shown in FIG. 8, the threshold value calculation unit 207 may have the largest spectrum among the spectra calculated for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203, and the spectrum calculation unit 203 may be the direction of the wave source. The difference ΔP from the spectrum calculated for the low angle is calculated. The threshold value calculation unit 207 identifies the true wave source by adding the value obtained by multiplying the difference ΔP by a predetermined value β to the spectrum calculated by the spectrum calculation unit 203 for an angle that is unlikely to be the direction of the wave source. Calculate the threshold of the spectrum used to do this.
The threshold value setting unit 205 stores the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 207 in the storage unit 206.
The estimation unit 204 reads the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 207 from the storage unit 206. The estimation unit 204 compares the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 207 with the spectrum for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203.

以上、本発明の第3の実施形態による受信システム1について説明した。
受信システム1の方位推定装置20において、しきい値算出部207は、スペクトラム算出部203が波源の方向として可能性の低い角度についてスペクトラムを算出する。しきい値算出部207は、スペクトラム算出部203が波源の方向として可能性の低い角度について算出したスペクトラムと、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとに算出したスペクトラムのうち最大のスペクトラムとに基づいて、真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値を算出する。しきい値設定部205は、しきい値算出部207が算出したしきい値を記憶部206に記憶させる。推定部204は、記憶部206からしきい値算出部207が算出したしきい値を読み出す。推定部204は、しきい値算出部207が算出したしきい値と、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとのスペクトラムとを比較する。
このようにすれば、方位推定装置20は、真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値を適切に算出することができ、方位推定装置20は、正しく波源の方位推定を行うことができる。
なお、本発明の第3の実施形態では、本発明の第1の実施形態による受信システム1について、しきい値算出部207が算出したしきい値を適用する例を示した。しかしながら、本発明の別の実施形態では、本発明の第2の実施形態による受信システム1について、しきい値算出部207が算出したしきい値を適用するものであってもよい。
The receiving system 1 according to the third embodiment of the present invention has been described above.
In the directional estimation device 20 of the receiving system 1, the threshold value calculation unit 207 calculates the spectrum for an angle at which the spectrum calculation unit 203 is unlikely to be the direction of the wave source. The threshold value calculation unit 207 is based on the spectrum calculated by the spectrum calculation unit 203 for an angle that is unlikely to be the direction of the wave source and the largest spectrum among the spectra calculated for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203. To calculate the threshold of the spectrum used to identify the true wave source. The threshold value setting unit 205 stores the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 207 in the storage unit 206. The estimation unit 204 reads the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 207 from the storage unit 206. The estimation unit 204 compares the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 207 with the spectrum for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203.
In this way, the directional estimation device 20 can appropriately calculate the threshold value of the spectrum used to identify the true wave source, and the directional estimation device 20 correctly estimates the direction of the wave source. Can be done.
In the third embodiment of the present invention, an example of applying the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 207 to the reception system 1 according to the first embodiment of the present invention is shown. However, in another embodiment of the present invention, the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 207 may be applied to the reception system 1 according to the second embodiment of the present invention.

<第4の実施形態>
以下、本発明の第4の実施形態による受信システム1について説明する。
本発明の第4の実施形態では、本発明の第1~3の実施形態における受信システム1おいて、推定部204が推定した方位推定結果を評価する方法について説明する。
推定部204が推定した方位推定結果が、例えば、図9(b)に示すように、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとに算出したスペクトラムのうち最大のスペクトラムと、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとに算出したスペクトラムのうち最小のスペクトラム(本発明の第3の実施形態の場合、スペクトラム算出部203が波源の方向として可能性の低い角度について算出したスペクトラム)との差ΔPが、図9(a)に示す正しく推定された場合の差ΔPに比べて小さい場合には、推定部204が推定した方位推定結果が適切ではないことが考えられる。
そのため、図10に示すように、推定部204は、最大のスペクトラムと最小のスペクトラムとの差ΔPを計算する(ステップS12)。
推定部204は、差ΔPが所定の差よりも大きいか否かを判定する(ステップS13)。
推定部204は、差ΔPが所定の差以下であると判定した場合する(ステップS13においてNO)、ステップS9の処理に戻す。
また、推定部204が差ΔPが所定の差よりも大きいと判定した場合(ステップS13においてYES)、しきい値算出部207は、真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値を算出する(ステップS14)。そして、しきい値算出部207は、ステップS7の処理に進める。
<Fourth Embodiment>
Hereinafter, the receiving system 1 according to the fourth embodiment of the present invention will be described.
In the fourth embodiment of the present invention, a method of evaluating the directional estimation result estimated by the estimation unit 204 in the receiving system 1 according to the first to third embodiments of the present invention will be described.
As shown in FIG. 9B, for example, the directional estimation result estimated by the estimation unit 204 is calculated by the spectrum calculation unit 203 and the maximum spectrum among the spectra calculated for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203. The difference ΔPM from the smallest spectrum among the spectra calculated for each arrival angle (in the case of the third embodiment of the present invention, the spectrum calculated by the spectrum calculation unit 203 for an angle that is unlikely to be the direction of the wave source). If the difference is smaller than the difference ΔPM when correctly estimated as shown in FIG. 9A, it is considered that the orientation estimation result estimated by the estimation unit 204 is not appropriate.
Therefore, as shown in FIG. 10, the estimation unit 204 calculates the difference ΔPM between the maximum spectrum and the minimum spectrum (step S12).
The estimation unit 204 determines whether or not the difference ΔPM is larger than a predetermined difference (step S13).
When the estimation unit 204 determines that the difference ΔPM is equal to or less than a predetermined difference (NO in step S13), the estimation unit 204 returns to the process of step S9.
Further, when the estimation unit 204 determines that the difference ΔPM is larger than the predetermined difference (YES in step S13), the threshold value calculation unit 207 is the threshold value of the spectrum used to identify the true wave source. Is calculated (step S14). Then, the threshold value calculation unit 207 proceeds to the process of step S7.

以上、本発明の第4の実施形態による受信システム1について説明した。
受信システム1の方位推定装置20において、推定部204は、最大のスペクトラムと最小のスペクトラムとの差ΔPを計算する。推定部204は、差ΔPが所定の差よりも大きいか否かを判定する。推定部204は、差ΔPが所定の差以下であると判定した場合する、データを取得し直す。推定部204が差ΔPが所定の差よりも大きいと判定した場合には、しきい値算出部207は、真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値を算出する。そして、しきい値算出部207は、推定部204は、しきい値算出部207が算出したしきい値と、スペクトラム算出部203が算出した到来角度ごとのスペクトラムとを比較する。
このようにすれば、方位推定装置20は、正しく波源の方位推定を行うことができる。
The receiving system 1 according to the fourth embodiment of the present invention has been described above.
In the directional estimation device 20 of the receiving system 1, the estimation unit 204 calculates the difference ΔPM between the maximum spectrum and the minimum spectrum. The estimation unit 204 determines whether or not the difference ΔPM is larger than a predetermined difference. The estimation unit 204 reacquires data when it is determined that the difference ΔPM is equal to or less than a predetermined difference. If the estimation unit 204 determines that the difference ΔPM is greater than a predetermined difference, the threshold value calculation unit 207 calculates the threshold value of the spectrum used to identify the true wave source. Then, the threshold value calculation unit 207 compares the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 207 with the spectrum for each arrival angle calculated by the spectrum calculation unit 203.
In this way, the directional estimation device 20 can correctly estimate the directional estimation of the wave source.

<第5の実施形態>
以下、本発明の第5の実施形態による受信システム1について説明する。
本発明の第5の実施形態における受信システム1おいて、波源数に変化がないアプリケーションの場合には、波源数入力部201が入力する想定する波源数L’として、前回算出した推定部204が推定した真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値以上のスペクトラムの数、すなわち、前回、推定部204が真の波源と推定した波源数Lを採用する。つまり、推定部204は、想定する波源数L’(k+1)として真の波源数L(k)を採用する。
または、本発明の第5の実施形態における受信システム1おいて、常に波源数が変化するアプリケーションの場合には、波源数入力部201が入力する想定する波源数L’として、前回算出した推定部204が推定した真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値以上のスペクトラムの数Lに、波源数の変化による増大分の波源数ΔLを上乗せした波源数を採用する。つまり、推定部204は、想定する波源数L’(k+1)として真の波源数L(k)に増大分の波源数ΔLを加算した波源数を採用する。なお、ΔLは、正の整数である。
<Fifth Embodiment>
Hereinafter, the receiving system 1 according to the fifth embodiment of the present invention will be described.
In the receiving system 1 according to the fifth embodiment of the present invention, in the case of an application in which the number of wave sources does not change, the estimation unit 204 calculated last time is used as the assumed number of wave sources L'input by the wave source number input unit 201. The number of spectra above the threshold value of the spectrum used to specify the estimated true wave source, that is, the number of wave sources L estimated by the estimation unit 204 as the true wave source last time is adopted. That is, the estimation unit 204 adopts the true number of wave sources L (k) as the assumed number of wave sources L'(k + 1).
Alternatively, in the receiving system 1 according to the fifth embodiment of the present invention, in the case of an application in which the number of wave sources constantly changes, the estimation unit calculated last time as the assumed number of wave sources L'input by the wave source number input unit 201. The number of wave sources obtained by adding the number of wave sources ΔL increased by the change in the number of wave sources to the number L of the spectrum above the threshold value of the spectrum used to specify the true wave source estimated by 204 is adopted. That is, the estimation unit 204 adopts the number of wave sources as the assumed number of wave sources L'(k + 1), which is the sum of the true number of source numbers L (k) and the increased number of wave sources ΔL. Note that ΔL is a positive integer.

以上、本発明の第5の実施形態による受信システム1について説明した。
受信システム1の方位推定装置20において、波源数に変化がないアプリケーションの場合には、波源数入力部201は、想定する波源数L’(k+1)として真の波源数L(k)を採用する。また、常に波源数が変化するアプリケーションの場合には、推定部204は、想定する波源数L’(k+1)として真の波源数L(k)に増大分の波源数ΔLを加算した波源数を採用する。
このようにすれば、方位推定装置20は、不要な演算を低減することができ、演算時間を短縮することができる。
The receiving system 1 according to the fifth embodiment of the present invention has been described above.
In the directional estimation device 20 of the receiving system 1, in the case of an application in which the number of wave sources does not change, the wave source number input unit 201 adopts the true wave source number L (k) as the assumed wave source number L'(k + 1). .. Further, in the case of an application in which the number of wave sources is constantly changing, the estimation unit 204 calculates the number of wave sources obtained by adding the increased number of wave sources ΔL to the true number of wave sources L (k) as the assumed number of wave sources L'(k + 1). adopt.
By doing so, the directional estimation device 20 can reduce unnecessary calculations and shorten the calculation time.

<第6の実施形態>
以下、本発明の第6の実施形態による受信システム1について説明する。
角度算出部202がroot-MUSIC手法を用いて算出した到来角度の精度が悪い場合には、その到来角度に対応するスペクトラムが極大となるスペクトラムからずれてしまい、場合によっては、真の波源を特定するために用いられるスペクトラムのしきい値を下回る可能性がある。
そのため、本発明の第6の実施形態では、スペクトラム算出部203は、角度算出部202がroot-MUSIC手法を用いて算出した到来角度と、その角度の前後の所定の範囲の角度について、スペクトラムを算出する。例えば、スペクトラム算出部203は、図11に示すように、角度算出部202がroot-MUSIC手法を用いて算出した到来角度θ、θ、θ、θのそれぞれに対応するスペクトラムと、到来角度θ、θ、θ、θのそれぞれの前後±Δθに対応するスペクトラムとを計算する。なお、Δθは、スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな値とする。
<Sixth Embodiment>
Hereinafter, the receiving system 1 according to the sixth embodiment of the present invention will be described.
If the accuracy of the arrival angle calculated by the angle calculation unit 202 using the root-MUSIC method is poor, the spectrum corresponding to the arrival angle deviates from the maximum spectrum, and in some cases, the true wave source is specified. May fall below the threshold of the spectrum used to do this.
Therefore, in the sixth embodiment of the present invention, the spectrum calculation unit 203 determines the spectrum with respect to the arrival angle calculated by the angle calculation unit 202 using the root-MUSIC method and an angle in a predetermined range before and after the angle. calculate. For example, as shown in FIG. 11, the spectrum calculation unit 203 has a spectrum corresponding to each of the arrival angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4 calculated by the angle calculation unit 202 using the root-MUSIC method. Calculate the spectrum corresponding to each of the arrival angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4 before and after ± Δθ. Note that Δθ is set to a small value so that a maximum value can be found even when the change in the spectrum is large.

以上、本発明の第6の実施形態による受信システム1について説明した。
受信システム1の方位推定装置20において、スペクトラム算出部203は、角度算出部202がroot-MUSIC手法を用いて算出した到来角度と、その角度の前後の所定の範囲の角度について、スペクトラムを算出する。
このようにすれば、方位推定装置20は、正しく波源の方位推定を行うことができる。
The receiving system 1 according to the sixth embodiment of the present invention has been described above.
In the directional estimation device 20 of the receiving system 1, the spectrum calculation unit 203 calculates a spectrum with respect to the arrival angle calculated by the angle calculation unit 202 using the root-MUSIC method and an angle in a predetermined range before and after the angle. ..
In this way, the directional estimation device 20 can correctly estimate the directional estimation of the wave source.

なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。 In the processing according to the embodiment of the present invention, the order of the processing may be changed as long as the appropriate processing is performed.

本発明の実施形態における記憶部206、その他の記憶装置のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部206、その他の記憶装置のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。 Each of the storage unit 206 and the other storage devices in the embodiment of the present invention may be provided anywhere within the range in which appropriate information is transmitted and received. Further, each of the storage unit 206 and the other storage devices may exist in a plurality of areas within a range in which appropriate information is transmitted and received, and the data may be distributed and stored.

本発明の実施形態について説明したが、上述の受信システム1、方位推定装置20、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。
図12は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ5は、図12に示すように、CPU6、メインメモリ7、ストレージ8、インターフェース9を備える。
例えば、上述の受信システム1、方位推定装置20、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ5に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ8に記憶されている。CPU6は、プログラムをストレージ8から読み出してメインメモリ7に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU6は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ7に確保する。
Although the embodiment of the present invention has been described, the above-mentioned receiving system 1, directional estimation device 20, and other control devices may have a computer system inside. The process of the above-mentioned processing is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above-mentioned processing is performed by the computer reading and executing this program. A specific example of a computer is shown below.
FIG. 12 is a schematic block diagram showing the configuration of a computer according to at least one embodiment.
As shown in FIG. 12, the computer 5 includes a CPU 6, a main memory 7, a storage 8, and an interface 9.
For example, each of the above-mentioned receiving system 1, orientation estimation device 20, and other control devices is mounted on the computer 5. The operation of each of the above-mentioned processing units is stored in the storage 8 in the form of a program. The CPU 6 reads a program from the storage 8, expands it into the main memory 7, and executes the above processing according to the program. Further, the CPU 6 secures a storage area corresponding to each of the above-mentioned storage units in the main memory 7 according to the program.

ストレージ8の例としては、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ8は、コンピュータ5のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース9または通信回線を介してコンピュータ5に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ5に配信される場合、配信を受けたコンピュータ5が当該プログラムをメインメモリ7に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも1つの実施形態において、ストレージ8は、一時的でない有形の記憶媒体である。 Examples of the storage 8 include HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), magnetic disk, optical magnetic disk, CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), DVD-ROM (Digital Versaille Disk) Read , Semiconductor memory and the like. The storage 8 may be an internal medium directly connected to the bus of the computer 5 or an external medium connected to the computer 5 via the interface 9 or a communication line. Further, when this program is distributed to the computer 5 by a communication line, the distributed computer 5 may expand the program to the main memory 7 and execute the above processing. In at least one embodiment, the storage 8 is a non-temporary tangible storage medium.

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 Further, the above program may realize a part of the above-mentioned functions. Further, the program may be a file that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system, a so-called difference file (difference program).

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、省略、置き換え、変更を行ってよい。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are examples and do not limit the scope of the invention. Various additions, omissions, replacements, and changes may be made to these embodiments without departing from the gist of the invention.

1・・・受信システム
5・・・コンピュータ
6・・・CPU
7・・・メインメモリ
8・・・ストレージ
9・・・インターフェース
10・・・センサ
20・・・方位推定装置
201・・・波源数入力部
202・・・角度算出部
203・・・スペクトラム算出部
204・・・推定部
205・・・しきい値設定部
206・・・記憶部
207・・・しきい値算出部
1 ... Receiving system 5 ... Computer 6 ... CPU
7 ... Main memory 8 ... Storage 9 ... Interface 10 ... Sensor 20 ... Direction estimation device 201 ... Wave source number input unit 202 ... Angle calculation unit 203 ... Spectrum calculation unit 204 ... estimation unit 205 ... threshold value setting unit 206 ... storage unit 207 ... threshold value calculation unit

Claims (9)

複数のセンサが受信する受信信号に基づいて、真の波源数以上となることを想定して指定された波源数を入力する波源数入力部と、
前記波源数入力部が入力した波源数の各波源の波源方向を示す到来角度を算出する角度算出部と、
前記到来角度ごとの強度スペクトラムと、前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムとを算出するスペクトラム算出部と、
前記到来角度ごとの強度スペクトラムと、前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムとに基づいて、前記波源方向を推定する推定部と、
を備える方位推定装置。
Based on the received signals received by multiple sensors, the number of wave sources input section that inputs the specified number of wave sources on the assumption that the number of wave sources will be greater than or equal to the true number.
An angle calculation unit that calculates the arrival angle indicating the wave source direction of each wave source of the number of wave sources input by the wave source number input unit, and an angle calculation unit.
A spectrum calculation unit that calculates the intensity spectrum for each arrival angle and the intensity spectrum in a predetermined range that is small enough to find a maximum value even when the change in the intensity spectrum before and after each arrival angle is large .
The wave source direction is estimated based on the intensity spectrum for each arrival angle and the intensity spectrum in a predetermined range of angles small enough to find a maximum value even when the change in the intensity spectrum before and after each arrival angle is large. And the estimation part to do
A directional estimation device equipped with.
前記到来角度ごとの強度スペクトラムと、前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムとのしきい値を記憶部に記憶させるしきい値設定部、
を備え、
前記推定部は、
前記到来角度ごとの強度スペクトラム、および前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムのうち前記しきい値よりも高い強度スペクトラムに対応する前記波源方向を推定する、
請求項1に記載の方位推定装置。
The threshold value between the intensity spectrum for each arrival angle and the intensity spectrum in a predetermined range of angles small enough to find a maximum value even when the change in the intensity spectrum before and after each arrival angle is large is stored in the storage unit. Threshold setting part,
Equipped with
The estimation unit
Intensity higher than the threshold value in the intensity spectrum in a predetermined range of angles small enough to find a maximum value even when the change in the intensity spectrum for each arrival angle and the intensity spectrum before and after each arrival angle is large. Estimate the source direction corresponding to the spectrum,
The directional estimation device according to claim 1.
前記到来角度として可能性の低い角度について前記スペクトラム算出部が算出した強度スペクトラムと、前記到来角度ごとに算出された強度スペクトラムのうちの最大の強度スペクトラムとに基づいて、前記しきい値を算出するしきい値算出部、
を備える請求項2に記載の方位推定装置。
The threshold value is calculated based on the intensity spectrum calculated by the spectrum calculation unit for an angle that is unlikely to be the arrival angle and the maximum intensity spectrum among the intensity spectra calculated for each arrival angle. Threshold calculation unit,
2. The directional estimation device according to claim 2.
記しきい値を算出するしきい値算出部、
を備える請求項2に記載の方位推定装置。
Threshold value calculation unit for calculating the threshold value,
2. The directional estimation device according to claim 2.
前記しきい値算出部は、
前記到来角度ごとに算出された強度スペクトラムのうち最大の強度スペクトラムと最小の強度スペクトラムとの差が所定の差よりも小さい場合、再度前記しきい値を算出する、
請求項4に記載の方位推定装置。
The threshold value calculation unit is
When the difference between the maximum intensity spectrum and the minimum intensity spectrum among the intensity spectra calculated for each arrival angle is smaller than a predetermined difference, the threshold value is calculated again .
The directional estimation device according to claim 4.
前記角度算出部は、
前記複数のセンサを所定の範囲のセンサによって構成されるサブアレイごとの標本相間行列の総和をサブアレイ数で除算することによりアレイ全体の標本相間行列を算出する
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の方位推定装置。
The angle calculation unit is
The sample-phase matrix of the entire array is calculated by dividing the sum of the sample-phase matrices for each sub-array composed of the plurality of sensors by a predetermined range of sensors by the number of sub-arrays.
The directional estimation device according to any one of claims 1 to 5.
前記角度算出部は、
前記標本相間行列の固有ベクトルに基づいて、前記到来角度を算出する、
請求項に記載の方位推定装置。
The angle calculation unit is
The arrival angle is calculated based on the eigenvectors of the sample phase matrix .
The directional estimation device according to claim 6 .
複数のセンサが受信する受信信号に基づいて、真の波源数以上となることを想定して指定された波源数を入力することと、
入力した波源数の各波源の波源方向を示す到来角度を算出することと、
前記到来角度ごとの強度スペクトラムと、前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムとを算出することと、
算出した前記強度スペクトラムに基づいて、前記波源方向を推定することと、
を含む方位推定方法。
Based on the received signals received by multiple sensors, input the specified number of wave sources assuming that the number will be greater than or equal to the true number of wave sources.
To calculate the arrival angle indicating the wave source direction of each wave source of the input wave source number,
To calculate the intensity spectrum for each arrival angle and the intensity spectrum in a predetermined range of angles small enough to find a maximum value even when the change in the intensity spectrum before and after each arrival angle is large .
Estimating the wave source direction based on the calculated intensity spectrum,
Direction estimation method including.
コンピュータに、
複数のセンサが受信する受信信号に基づいて、真の波源数以上となることを想定して指定された波源数を入力することと、
入力した波源数の各波源の波源方向を示す到来角度を算出することと、
算出した前記到来角度ごとの強度スペクトラムと、前記到来角度それぞれの前後の強度スペクトラムの変化が大きい場合にも極大値を見つけられる程度に小さな所定範囲の角度における強度スペクトラムとを算出することと、
算出した前記強度スペクトラムに基づいて、波源の方位を推定することと、
を実行させるプログラム。
On the computer
Based on the received signals received by multiple sensors, input the specified number of wave sources assuming that the number will be greater than or equal to the true number of wave sources.
To calculate the arrival angle indicating the wave source direction of each wave source of the input wave source number,
To calculate the calculated intensity spectrum for each arrival angle and the intensity spectrum in a predetermined range of angles small enough to find a maximum value even when the change in the intensity spectrum before and after each arrival angle is large .
Estimating the direction of the wave source based on the calculated intensity spectrum,
A program to execute.
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