JPH07140221A

JPH07140221A - 測角装置

Info

Publication number: JPH07140221A
Application number: JP28952493A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Okamura; 敦岡村; Tetsuo Kirimoto; 哲郎桐本; Toshiyuki Yamada; 敏之山田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 1995-06-02
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: JP2948459B2

Abstract

(57)【要約】【目的】推定測角誤差の小さい到来波の測角装置を得
ることを目的とする。【構成】本発明の測角装置の信号処理装置は、相関行
列算出手段の入力する受信信号チャネルの組合せを切替
えることによってステアリングベクトルａ_j（θ）が互
いに異なるように上記受波器を配置し、受信信号チャネ
ルの組合せを切り替える毎に独立に求める方位評価関数
Ｆ_j（θ）の平均または最小値または中央値で与えられ
る角度関数を求め、この角度関数のピークに対応する角
度を到来波の入射角度とすることにより、方位評価関数
のスプリアスを抑圧して、より正確に到来波の入射角度
を推定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アンテナ、ソナー、
光ディテクタ等のアレー信号処理を用いる到来波の到来
角度の測定、及び信号のスペクトル、時間遅れの測定に
関する。

【０００２】

【従来の技術】アンテナの解像限界は波長／アンテナ開
口径とされていたが、近年、複数のアンテナと信号処理
を用いることによって、上記解像限界を越える角度分解
能を得るアルゴリズムが提案されている。このようなア
ルゴリズムとして、例えば、R.O.Schmidt:■Multiple E
mitter Location and Signal Parameter Estimation■,
IEEE Trans. ,AP-34, 3, pp.276-280(1986)に示される
ようなＭＵＳＩＣアルゴリズムがある。先ず、ＭＵＳＩ
Ｃアルゴリズムを用いた従来の測角装置（以下、従来の
測角装置と呼ぶ）について図１、図２を参照して説明す
る。図１は、従来、及び本発明の測角装置の全体構成図
であり、１は受信アンテナ、２は受信機、３はアナログ
／ディジタル変換器、４はＭＵＳＩＣアルゴリズムに基
づく信号処理装置、５は角度表示装置である。図中、ｘ
_mは受信信号を示し、ｍはチャネルの番号を示す添字で
ある。図２は、上記図１の従来の信号処理装置４の内部
構成図で、２０１は受信信号ｘ_mに対するバッファメモ
リ、２０２は相関行列Ｒ計算手段、２０３はＲの固有値
及び固有ベクトル算出手段、２０４は方位評価関数Ｆ
（θ）算出手段、２０５はピーク検出手段である。

【０００３】以下、動作を説明する。受信信号ベクトル
Ｘを次式で定義する。Ｘ（ｉ）＝［ｘ₁（ｉ），ｘ₂（ｉ），‥，ｘ_M（ｉ）］^Ｔここで、ｉは時刻を示す添字、Ｔはベクトル行列の転
置、Ｍはチャネル数、即ちアレーのアンテナ数である。
バッファメモリ２０１は時刻１からＩまでの受信信号ベ
クトルＸ（１）〜Ｘ(I) を蓄える。相関行列計算手段
２０２は相関行列Ｒを次式のように算出する。ここで、Ｈは行列ベクトルの複素共役転置を表す。従っ
てＲはＭ×Ｍの正方行列である。２０３はＲの固有値λ
₁〜λ_M、及び固有ベクトルｅ₁〜ｅ_Mを算出する。方
位評価関数Ｆ算出手段２０４は固有値λ₁〜λ_Mの中の
最小固有値に対応する固有ベクトルｅ_Nを用いて方位評
価関数Ｆを次式のように算出する。Ｆ（θ）＝１／ａ（θ）^Hｅ_N （２）ここで、（θ）は角度θの関数であることを示し、Ｆ
（θ）はすべてのθについて算出する。ａ（θ）はステ
アリングベクトルと呼ばれ、到来角θで入射する電波ｓ
が１波存在する場合の受信信号ベクトルＸが次式で与え
られるような係数ベクトルで、各アンテナ１の位置、θ
方向の指向特性で決定される。Ｘ＝ａ（θ）ｓ＋ｎ（３）ここで、ｎはノイズベクトルであり、次式に示すように
各チャネルの受信機２，Ａ／Ｄ変換器３で発生もしくは
アンテナ１から漏れ込むノイズｎ_mを要素とする。ピーク検出手段４０５はＦ（θ）の最も値の大きいＫ個
のピークを与える角度θ捜索しこの値を到来角推定値と
して出力する。Ｋの値は固有値λ₁〜λ_Mの分布から決
定される。

【０００４】以下、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの測角原理
を説明する。チャネル総数Ｍに比べて入射波の数Ｋは少
ないもの（Ｍ＞Ｋ）と仮定する。複数の電波が上記アレ
ーアンテナに入射する際には、受信信号ベクトルＸは式
（３）に変わり、次式で与えられる。ここで、ｋは入射信号の番号を示す添字で、Ａはステア
リングベクトルａで次式のように構成されるＭ×Ｋの行
列である。Ｓは入射信号を要素とする次式で与えられるＫ×１のベ
クトルである。ｓ＝［ｓ₁，ｓ₂，‥，ｓ_K］^T （７）式（５）を用いて、式（１）に定義される相関行列Ｒを
次式のように展開できる。Ｒ＝ＡＳＡ^H＋σ²Ｉ（８）ここで、Ｓは次式のように構成されるＫ×Ｋの正方行列
である。ここで、σ²はノイズの電力であり、ＩはＭ×Ｍの単位
行列である。各ノイズｎ_m（ｍ＝１，２，‥，Ｍ）は互
いに無相関で電力は等しいと仮定した。相関行列Ｒはエ
ルミート行列であるからその固有値λ₁〜λ_Mはすべて
正の実数で、その中で最も小さなＭ−Ｋ個の固有値は式
（８）よりノイズ電力σ²に等しいことがわかる。この
ような最小固有値λ＝σ²に対応する固有ベクトルをｅ
_Nで表すと、固有値固有ベクトルの関係から次式が成り
立つ。（Ｒ−σ²Ｉ）ｅ_N＝０（１０）上式左辺を式（８）を用いて変形すれば次式が得られ
る。ＡＳＡ^Hｅ_N＝０（１１）ここで、行列Ｓがフルランク、即ち入射信号の相互相関
係数が１００％より小さいならば、（１１）は次式に変
形できる。Ａ^Hｅ_N＝０（１２）これをステアリングベクトルを用いて表すとＭＵＳＩＣ
アルゴリズムの原理上重要な次式を得る。一方、方位評価関数Ｆ（θ）を変数θについてサーチす
る際、変数θが電波入射角θｋのいづれかと一致すると
き、式（１３）より式（２）の分母は０となり方位評価
関数Ｆの値は非常に大きな値となる。このときの方位評
価関数Ｆ（θ）を図３に例示する。従ってピーク検出手
段２０５の動作により入射角の推定ができる。

【０００５】ところが、上記測角装置では、（アレーア
ンテナの素子間隔ｄ）／（入射波の波長λ）が１に近い
場合もしくは１を越える場合、方位評価関数Ｆ（θ）に
真の到来角とは全く異なった角度にスプリアスが発生す
る。例えば、素子間隔ｄの２素子のリニアアレーを考え
ると、ステアリングベクトルａ（θ）は、ａ（θ）＝［１，ｅｘｐ｛ｊ２πｓｉｎ（θ）（ｄ／λ）｝］^T で与えられるが、ｄ／λ＝２である場合には、ａ（θ＋
ξ）＝ａ（θ）を満足するξが存在する。今、θ_k方向
から電波が入射したとすると、方位評価関数Ｆ（θ）に
はθ＝θｋにピークがあると同時にθ＝θ_k＋ξにもピ
ークが生じる。後者のピークがスプリアスで、測角結果
にはξのアンビギュイティもしくは誤差が生じる。同様
に、０．５＜＜（ｄ／λ）＜１の場合でもアンテナ配置
如何ではａ（θ＋ξ）〜ａ（θ）となるξが存在するた
めに、スプリアスを生じる場合がある。また、相関行列
Ｒを計算する際の受信信号データサンプル数Ｉ（式
（１）参照）が有限であることから、実際のＲのノイズ
寄与分は式（８）右辺の第２項に示したσ²Ｉのような
完全な対角行列にはならない。すると、上記固有ベクト
ルｅ_Nに誤差が生じる。このこともスプリアスの発生を
助長し、測角誤差が増大する。さらに、方位評価関数算
出手段２０４で算出するＦ（θ）は、原理的にはすべて
のθについて算出する必要があるが、θを連続的に変化
させることは難しいため、実際にはθを離散的に変化さ
せてそれぞれのθに対して計算する。このときこのθの
刻み幅Δθが（ステアリングベクトルａ（θ）の角度変
化率にくらべて）大きい場合、一般に方位評価関数Ｆ
（θ）のピークは鋭いため、ピーク検出手段２０５では
このピークを検出できない恐れがある。一方、θの刻み
幅を小さくするに従ってθの変化は連続変化に近づく
が、すべてのθに対して方位評価関数Ｆ（θ）を算出す
る方位評価関数算出手段２０４や、すべてのθに対して
Ｆ（θ）の値を参照するピーク検出手段２０５で、演算
量は著しく増大する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の測角装置は以上
のように構成されていて、（アレーアンテナの素子間
隔）／（入射波の波長）が１に近い場合、もしくは１を
越える場合、方位評価関数Ｆ（θ）にスプリアスが発生
し到来波の入射角度を正確に推定できない場合があると
いう課題があった。また、測角に要する演算量が増大す
るという課題があった。この発明は上記のような課題を
解決するためになされたもので、方位評価関数Ｆ（θ）
に発生するスプリアスを抑圧して到来波の入射角度を正
確に推定できる測角装置を得ることを目的とする。ま
た、測角に要する演算量の少なくした測角装置を得るこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明の測角装置は、Ｍ個の受波器と、
この受波器出力であるＭチャネルの受信信号の中で幾本
かの受信信号の相関行列を算出する相関行列算出手段
と、上記相関行列算出手段の出力行列の固有値と固有ベ
クトルを求め最小ないし最小に近い固有値に対応する固
有ベクトルを抽出する固有値及び固有ベクトル算出手段
と、上記相関行列算出手段のｍ番目入力に対応する受波
器の角度θ方向に対する位相遅れや指向特性をｍ番目の
要素とするベクトルをａ_j（θ）として、θ毎に上記固
有値及び固有ベクトル算出手段が抽出した固有ベクトル
と上記ａ_j（θ）の内積を求めこの内積の逆数を方位評
価関数Ｆ_j（θ）として出力する方位評価関数算出手段
とを備え、上記相関行列算出手段の入力する受信信号チ
ャネルの組み合わせを切り替えることによって上記ａ_j
（θ）が互いに異なるように上記受波器を配置し、受信
信号チャネルの組み合わせを切り替える毎に独立に方位
評価関数Ｆ_j（θ）を求め、の関係式で得られる関数Ｇ（θ）を求め、上記Ｇ（θ）
のピークを捜索しこのピークに対応する角度を到来波の
到来角度として出力するピーク検出手段を備えるもので
ある。

【０００８】請求項２の発明の測角装置は、請求項１記
載の測角装置の関数Ｇ（θ）を求める際の角度θにおけ
るＧ（θ）の値をＦ_j（θ）の最小値で与えるよう構成
したものである。

【０００９】請求項３の発明の測角装置は、請求項１記
載の測角装置の関数Ｇ（θ）を求める際の角度θにおけ
るＧ（θ）の値をＦ_j（θ）の中央値で与えるよう構成
したものである。

【００１０】請求項４の発明の測角装置は、Ｍ個の受波
器と、この受波器出力であるＭチャネルの受信信号の相
関行列を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算
出手段の出力行列の固有値と固有ベクトルを求め最小な
いし最小に近い固有値に対応する固有ベクトルを抽出す
る固有値及び固有ベクトル算出手段と、上記相関行列算
出手段のｍ番目入力に対応する受波器の角度θ方向に対
する位相遅れや指向特性をｍ番目の要素とするベクトル
をａ（θ）として、θ毎に上記固有値及び固有ベクトル
算出手段が抽出した固有ベクトルと上記ａ（θ）の内積
を求めこの内積の逆数を方位評価関数Ｆ_j（θ）として
出力する方位評価関数算出手段とを備え、上記相関行列
算出手段が相関計算に用いる受信信号の対応する時刻の
組み合わせを切り替えることによって関数形が互いに異
なるよう求めたＪ個の独立な方位評価関数Ｆ_j（θ）を
求め、の関係式で得られる関数Ｈ（θ）を求め、上記Ｈ（θ）
のピークを捜索しこのピークに対応する角度を到来波の
入射角度として出力するピーク検出手段を備えるもので
ある。

【００１１】請求項５の発明の測角装置は、請求項４記
載の測角装置の関数Ｇ（θ）を求める際の角度θにおけ
るＧ（θ）の値をＦ_j（θ）の最小値で与えるよう構成
したものである。

【００１２】請求項６の発明の測角装置は、請求項４記
載の測角装置の関数Ｇ（θ）を求める際の角度θにおけ
るＧ（θ）の値をＦ_j（θ）の中央値で与えるよう構成
したものである。

【００１３】請求項７の発明の測角装置は、Ｍ個の受波
器と、この受波器出力であるＭチャネルの受信信号の相
関行列を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算
出手段の出力行列の固有値と固有ベクトルを求め最小な
いし最小に近い固有値に対応する固有ベクトルを抽出す
る固有値及び固有ベクトル算出手段と、上記相関行列算
出手段のｍ番目入力に対応する受波器の角度θ方向に対
する位相遅れや指向特性をｍ番目の要素とするベクトル
をａ（θ）として、θ毎に上記固有値及び固有ベクトル
算出手段が抽出した固有ベクトルと上記ａ（θ）の内積
を求めこの内積の逆数を方位評価関数Ｆ（θ）として出
力する方位評価関数算出手段と、上記Ｆ（θ）のピーク
を捜索しこのピークに対応する角度を到来波の入射角度
として出力するピーク検出手段と、上記受波器出力であ
るＭチャネルの受信信号を入力し到来波の到来角度を粗
測角する粗測角手段とを備え、この粗測角手段の測角結
果をθ_estとして、上記方位評価関数算出手段が上記θ
_estの近傍の角度範囲に限りＦ（θ）を算出し、上記ピ
ーク検出手段が上記θ_estの近傍の角度範囲に限りＦ
（θ）のピークを捜索するよう構成したものである。

【００１４】請求項８の発明の測角装置は、Ｍ個の受波
器と、この受波器出力であるＭチャネルの受信信号の相
関行列を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算
出手段の出力行列の固有値と固有ベクトルを求め最小な
いし最小に近い固有値に対応する固有ベクトルを抽出す
る固有値及び固有ベクトル算出手段と、上記相関行列算
出手段のｍ番目入力に対応する受波器の角度θ方向に対
する位相遅れや指向特性をｍ番目の要素とするベクトル
をａ（θ）として、θ毎に上記固有値及び固有ベクトル
算出手段が抽出した固有ベクトルと上記ａ（θ）の内積
を求めこの内積の逆数を方位評価関数Ｆ（θ）として出
力する方位評価関数算出手段と、上記Ｆ（θ）のピーク
を捜索しこのピークに対応する角度を出力するピーク検
出手段と、上記受波器出力であるＭチャネルの受信信号
を入力し到来波の到来角度を粗測角する粗測角手段とを
備え、この粗測角手段の測角結果をθ_estとして、上記
ピーク検出手段が出力するＦ（θ）の複数のピークに対
応する複数の角度の中で最もθ_estに近接した角度を到
来波の入射角度として出力するよう構成したものであ
る。

【００１５】

【作用】上記のように構成された請求項１，２，３の発
明の測角装置では、相関行列算出手段の入力する受信信
号チャネルの組み合わせを切り替えることによって上記
ａ_j（θ）が互いに異なるように上記受波器を配置し、
受信信号チャネルの組み合わせを切り替える毎に独立に
求める方位評価関数Ｆ_j（θ）の平均または最小値また
は中央値で与えられる角度関数を求め、この角度関数の
ピークに対応する角度を到来波の入射角度とすることに
より、方位評価関数のスプリアスを抑圧して、より正確
に到来波の入射角度を推定することができる。

【００１６】また、請求項４，５，６の発明の測角装置
では、相関行列算出手段が相関計算に用いる受信信号の
対応する時刻の組み合わせを切り替える毎に独立に求め
る方位評価関数Ｆ_j（θ）の平均または最小値または中
央値で与えられる角度関数を求め、この角度関数のピー
クに対応する角度を到来波の入射角度とすることによ
り、方位評価関数のスプリアスを抑圧して、より正確に
到来波の入射角度を推定することができる。

【００１７】また、請求項７の発明の測角装置では、粗
測角手段の測角結果をθ_estとして、方位評価関数算出
手段が上記θ_estの近傍の角度範囲に限り方位評価関数
Ｆ（θ）を算出し、ピーク検出手段が上記θ_estの近傍
の角度範囲に限りＦ（θ）のピークを捜索するよう構成
したことにより、測角に要する演算量が低減することが
できる。また、方位評価関数のスプリアスを抑圧して、
より正確に到来波の入射角度を推定することができる。

【００１８】また、請求項８の発明の測角装置では、粗
測角手段の測角結果をθ_estとして、方位評価関数Ｆ
（θ）の複数のピークに対応する複数の角度の中で最も
θ_estに近接した角度を到来波の入射角度として出力す
るよう構成したことにより、方位評価関数のスプリアス
を抑圧して、より正確に到来波の入射角度を推定するこ
とができる。

【００１９】

【実施例】

実施例１．請求項１に係わる発明の実施例１を図１、図
４を参照して説明する。図１は本実施例１の全体構成図
で、信号処理装置４以外は従来例と同様であり、説明を
省略する。だだしアンテナ素子１は、リニアアレーにな
らないよう配列する。図４は本実施例１の信号処理装置
４の内部構成を示す図で、４０１ａはアンテナ＃１〜＃
Ｌの受信信号ｘ₁〜ｘ_Lに対するバッファメモリ、４０
１ｂはアンテナ＃（Ｌ＋１）〜＃Ｍの受信信号ｘ_L+1〜
ｘ_Mに対するバッファメモリ、２０２ａ，２０２ｂは相
関行列Ｒ計算手段、２０３ａ，２０３ｂは固有値及び固
有ベクトル算出手段、２０４ａ，２０４ｂは方位評価関
数算出手段、４０６は融合方位評価関数算出手段、２０
５はピーク算出手段である。各バッファメモリ４０１
ａ、４０１ｂが入力する受信信号チャネル数はそれぞれ
Ｌ，（Ｍ−Ｌ）であるが、入射電波数Ｋに対し、Ｌ＞Ｋ，且つ（Ｍ−Ｌ）＞Ｋを満足するようにチャネル数を設定する。以下、動作に
ついて説明する。図４において、２０２ａ〜２０４ａ，
２０２ｂ〜２０４ｂはそれぞれ図２に示した従来例の２
０２〜２０４と同様であり説明を省略する。２つの方位
評価関数算出手段２０４ａ，２０４ｂの算出するそれぞ
れの方位評価関数をＦ₁（θ）、Ｆ₂（θ）とすると、
Ｆ₁（θ）はアンテナ＃１〜＃Ｌの受信信号ｘ₁〜ｘ_L
のデータから決定される方位評価関数で、アンテナ＃
（Ｌ＋１）〜＃Ｍの受信信号ｘ_L+1〜ｘ_Mのデータから
与えられる決定される方位評価関数である。融合方位評
価関数４０６は融合方位評価関数Ｇ（θ）を、すべての
角度θについて次式のように算出する。ピーク検出手段２０５は融合方位評価関数Ｇ（θ）の最
も大きいＫ個のピークを捜索し、到来角推定値を出力す
る。ここで、Ｋは入射電波数で、固有値及び固有ベクト
ル算出手段２０３で算出される固有値の分布から決定さ
れる。固有値及び固有ベクトル算出手段２０３ａで決定
される入射電波数Ｋ₁と、固有値及び固有ベクトル算出
手段２０３ｂで決定される入射電波数Ｋ₂とは、原理上
同じ値となる。しかし、実際にＫ₁、Ｋ₂の値が異なる
場合には、両者の小さい方の値を入射電波数Ｋとする。

【００２０】（アレーアンテナの素子間隔ｄ）／（入射
波の波長λ）が１に近い場合、もしくは１を越える場
合、図５（Ａ）に示すように、方位評価関数Ｆ₁（θ）
には真の到来角θ_tとは全く異なった角度にスプリアス
が発生する。Ｆ₁（θ）の一つのスプリアス発生する角
度をθ_sとする。この角度にスプリアスが生じる理由
は、従来例で説明したように、スプリアス発生角度θ_s
におけるステアリングベクトルａ₁（θ_s）が真の到来
角θ_tにおけるステアリングベクトルａ₁（θ_t）と同
値もしくは近接した値となるためである。即ち、ａ₁（θ_s）＝ａ₁（θ_t）（１０２）となるためである。なお、ステアリングベクトルａ
₁（θ）はアンテナ＃１〜＃Ｌの位置、指向性で決定さ
れるθの関数である。固有値及び固有ベクトル算出手段
２０３ａが算出する最小固有値に対応する固有ベクトル
をｅ_N1で表せば、方位評価関数Ｆ₁（θ）は、Ｆ₁（θ）＝１／ａ₁（θ）^Hｅ_N1 （１０３）で与えられ、式（１０２）の成立によりＦ₁（θ_s）＝
Ｆ₁（θ_t）となる。ａ₁（θ_t）がｅ_N1と直交してＦ
₁（θ_t）の値が大きくなれば、Ｆ₁（θ_s）の値も大
きくなりθ_sにスプリアスが生じるのである。方位評価
関数Ｆ₂（θ）にも，図５（Ｂ）に示すようにスプリア
スが発生する。しかし、一般には、Ｆ₂のスプリアス発
生角度は、Ｆ₁のスプリアス発生角度θ_sと異なる。こ
の理由を説明するため、Ｆ₁のスプリアス発生角度θ_s
に着目してＦ₂（θ_s）を考える。方位評価関数Ｆ
₂（θ）は、Ｆ₂（θ）＝１／ａ₂（θ）^Hｅ_N2 （１０４）で与えられ、ａ₂（θ_t）がｅ_N2と直交してＦ
₂（θ_t）が大きな値となっても、一般に、ａ₂（θ_s）≠ａ₂（θ_t）（１０５）であるから、Ｆ₂（θ_s）は大きな値とならずスプリア
スとならない。式（１０２）が成立しても式（１０５）
の等式が成立しない理由は、ステアリングベクトルａ₁
（θ）を決定するアンテナ＃１〜＃Ｌの配列とａ
₂（θ）を決定するアンテナ＃（Ｌ＋１）〜＃Ｍの配列
の配列が異なるために、ａ₁（θ）とａ₂（θ）の関数
形が互いに異なるところにある。融合方位評価関数Ｇ
（θ）では、図５（Ｃ）に示すように、上記スプリアス
が抑圧されることを以下に説明する。Ｇ（θ）を与える
式（１０１）は、式（１０３），（１０４）を用いて次
式のように変形される。真の到来角θｔでは、ａ₁（θ）^Hｅ_N1＋ａ₂（θ）^H
ｅ_N2ともに小さな値となるため、θ_tにおける融合方位
評価関数Ｇ（θ_t）は大きな値を取りピークとなる。一
方、Ｆ₁のスプリアス発生角度θ_sでは、ａ₁（θ）^H
ｅ_N1は小さな値となっても、上記説明のようにａ
₂（θ）^Hｅ_N2は小さな値を取らない。従って、式（１
０６）の分母はさほど小さな値とはならないため、Ｇ
（θ_s）は大きな値を取らず、θ_sにおけるスプリアス
は抑圧される。θ_s以外の角度のスプリアスも同様に抑
圧され、融合方位評価関数Ｇ（θ_t）は、図５（Ｃ）に
示すように真の到来角θ_tのみでピークを形成する。

【００２１】従来例の測角装置における方位評価関数Ｆ
（θ）は図５（Ａ）又は図５（Ｂ）のような関数形とな
るため、スプリアス発生角度から電波到来角を推定し、
表示する到来角推定値が真の到来角から大きく異なるこ
とがしばしば起こる。一方、本発明の測角装置は、スプ
リアスが抑圧された融合方位評価関数Ｇ（θ）のピーク
から到来角を推定するため、従来例のように方位評価関
数のスプリアスの発生角度を誤って到来角として表示す
ることが極めて少なくなり、従来例に比べ正確に到来角
を推定できる。なお、上記実施例の説明では、到来電波
数は１である場合について説明したが、到来電波数は複
数であっても問題ない。また、アンテナ素子１はリニア
アレーにならないよう配置された場合について説明した
が、リニアアレーに配置された場合であっても、ステア
リングベクトルａ₁（θ）とａ₂（θ）の関数形が互い
に異なるよう、アンテナを配置するか、バッファメモリ
４０１とアンテナ受信信号の接続すれば問題ない。

【００２２】上記実施例では、バッファメモリ４０１ａ
にアンテナ＃１〜＃Ｌの受信信号を接続し、バッファメ
モリ４０１ｂにアンテナ＃（Ｌ＋１）〜＃Ｍの受信信号
を接続しているが、バッファメモリ４０１ｂに例えばア
ンテナ＃（Ｌ−１０）〜＃Ｍの受信信号を接続する場合
のように、２個のバッファメモリで受信信号チャネルを
一部分共有して接続しても、同様な効果を得ることがで
きる。また、上記実施例では、バッファメモリ４０１、
相関行列計算手段２０２、固有値及び固有ベクトル算出
手段２０３、方位評価関数Ｆ（θ）算出手段２０４を２
セット用意して、２個の方位評価関数Ｆ₁、Ｆ₂を算出
し、式（１０１）より融合方位評価関数Ｇ（θ）を算出
したが、バッファメモリ４０１、相関行列計算手段２０
２、固有値及び固有ベクトル算出手段２０３、方位評価
関数Ｆ（θ）算出手段２０４をＪセット用意して（Ｊ＞
３）、Ｊ個の方位評価関数Ｆ₁〜Ｆ_Jを算出し、次式に
示す融合方位評価関数Ｇ（θ）をもちいて到来角を推定
しても、同様な効果を得ることができる。また、上記実施例では、電波の到来角を測定する測角装
置を例に説明したが、音波、光波の到来角を測定する場
合にもそのまま適用できる。

【００２３】実施例２．請求項２に係わる発明の実施例
２を図１、図４を参照して説明する。図１は本実施例２
の全体構成図で、信号処理装置４以外は従来例と同様で
あり説明を省略する。図４は本実施例２の信号処理装置
４の内部構成を示す図で、融合方位評価関数算出手段４
０６は、融合方位評価関数Ｇ（θ）を、すべての角度θ
について次式のように算出する。ここで、ｍｉｎ［＊］は要素＊の中の最小値を意味す
る。Ｆ₁（θ），Ｆ₂（θ）はそれぞれアンテナ＃１〜
＃Ｌの受信信号ｘ₁〜ｘ_Lのデータから決定される方位
評価関数、アンテナ＃（Ｌ＋１）〜＃Ｍの受信信号ｘ
_L+1〜ｘ_Mのデータから与えられる決定される方位評価
関数である。図４の他の手段については実施例１と同様
であるから説明を省略する。

【００２４】方位評価関数Ｆ₁（θ），Ｆ₂（θ）は、
図５（Ａ），図５（Ｂ）に示されるようにスプリアスを
生じることがある。実施例１で説明したように、Ｆ₁，
Ｆ₂上のスプリアス発生角度は互いに異なるため、融合
方位評価関数算出手段４０６における式（２０１）の演
算によってスプリアスは抑圧される。一方、真の到来角
θ_tでは、Ｆ₁，Ｆ₂共にピークとなるため、Ｇ
（θ_t）もピークとなる。従って、融合方位評価関数Ｇ
（θ）は図５（Ｃ）に示すように真の到来角θ_tのみで
ピークを形成する結果となる。以上、本発明の測角装置
でも、スプリアスが抑圧された融合方位評価関数Ｇ
（θ）のピークから到来角を推定するため、従来例のよ
うに方位評価関数のスプリアスの発生角度を誤って到来
角として表示することが極めて少なくなり、従来例に比
べ正確に到来角を推定できる。

【００２５】実施例３．請求項３に係わる実施例３を図
１、図６を参照して説明する。図１は本実施例３の全体
構成図で、信号処理装置４以外は従来例と同様であり説
明を省略する。図６は本実施例３の信号処理装置４の内
部構成を示す図で、融合方位評価関数算出手段６０６
は、融合方位評価関数Ｇ（θ）を、すべての角度θにつ
いて次式のように算出する。ここで、ｍｅｄ［＊］は要素＊の中の中央値を意味す
る。Ｆ₁（θ），Ｆ₂（θ），‥，Ｆ_J（θ）はそれぞ
れアンテナ＃１〜＃Ｌ１の受信信号、アンテナ＃（Ｌ１
＋１）〜＃Ｌ２の受信信号、アンテナ＃（ＬＪ＋１）〜
＃Ｍの受信信号データから与えられる決定される方位評
価関数である。図６の他の手段については実施例１と同
様であるから説明を省略する。

【００２６】方位評価関数Ｆ₁（θ），Ｆ₂（θ），
‥，Ｆ_J（θ）は、図５（Ａ），図５（Ｂ）に示される
ようにスプリアスを生じることがある。実施例１で説明
したように、Ｆ₁，Ｆ₂上のスプリアス発生角度は互い
に異なるため、融合方位評価関数算出手段６０６におけ
る式（３０１）の演算によってスプリアスは抑圧され
る。今、Ｊ＝５とし、Ｆ₁のスプリアス発生角度の一つ
をθｓとする。例えば、Ｊ＝５とし、この角度における
各方位評価関数Ｆ₁〜Ｆ₅の値が、Ｆ₁（θ_s）＝６０ｄＢＦ₂（θ_s）＝５ｄＢＦ₃（θ_s）＝２ｄＢＦ₄（θ_s）＝６ｄＢＦ₅（θ_s）＝５ｄＢと算出されたとする。このとき、この角度θ_sにおける
融合方位評価関数Ｇ（θ_s）はＦ₁〜Ｆ₅の中央値であ
るから、Ｇ（θ_s）＝５ｄＢと算出され、大きな値とは
ならない。一方、真の到来角θ_tでは、Ｆ₁〜Ｆ₅共に
高い値となるため、中央値も高い値のままである。即
ち、Ｇ（θ_t）もピークとなる。従って、融合方位評価
関数Ｇ（θ）は図５（Ｃ）に示すように真の到来角θ_t
のみでピークを形成する結果となる。以上、本発明の測
角装置でも、スプリアスが抑圧された融合方位評価関数
Ｇ（θ）のピークから到来角を推定するため、従来例の
ように方位評価関数のスプリアスの発生角度を誤って到
来角として表示することが極めて少なくなり、従来例に
比べ正確に到来角を推定できる。

【００２７】実施例４．請求項４に係わる発明の実施例
４を図１、図７を参照して説明する。図１は本実施例４
の全体構成図で、信号処理装置４以外は従来と同様であ
り説明を省略する。図７は本実施例４の信号処理装置４
の内部構成を示す図で、７０１はアンテナ＃１〜＃Ｍの
受信信号ｘ₁〜ｘ_Mを接続されたバッファメモリ、７０
２ａ〜７０２ｚは相関行列Ｒ計算手段、２０３ａ〜２０
３ｚはＲの固有値及び固有ベクトル算出手段、２０４ａ
〜２０４ｚは方位評価関数算出手段、７０６は融合方位
評価関数算出手段、２０５はピーク算出手段である。Ｒ
₁〜Ｒ_Jはそれぞれ各相関行列計算手段７０２ａ〜７０
２ｚの算出する相関行列を示し、Ｆ₁〜Ｆ_Jはそれぞれ
各方位評価関数算出手段２０４ａ〜２０４ｚの算出する
方位評価関数を示し、Ｈは融合方位評価関数算出手段７
０６の算出する融合方位評価関数を示す。また、ｉは離
散時間を示す添字で、θは角度を示し、θ₁〜θ_Kは各
電波到来角を示す記号である。バッファメモリ７０１が
入力する受信信号チャネル数Ｌ_jは、入射電波数Ｋに対
し、Ｌ_j＞Ｋ（ｊ＝１，‥，Ｊ）を満足するように設定する。

【００２８】以下、動作について説明する。バッファメ
モリ７０１は従来例と同様に全入力チャネルの受信信号
を要素とするベクトルＸ（ｉ）を時刻１からＩまで、Ｘ
（１）〜Ｘ（Ｉ）を蓄える。相関行列計算手段７０２ａ
は時刻１からＩ／Ｊまでの受信信号Ｘ（１）〜Ｘ（Ｉ／
Ｊ）を用いて次式より相関行列Ｒ₁を計算する。相関行列計算手段７０２ｂは受信信号Ｘ（Ｉ／Ｊ＋１）
〜Ｘ（２Ｉ／Ｊ）を用いて次式より相関行列Ｒ₂を計算
する。相関行列計算手段７０２ｚも受信信号の時刻が異なるだ
けで、同様な計算によって相関行列Ｒ_Jを算出する。図
８（Ａ）は受信信号データと従来例の相関行列Ｒとの対
応を示したもので、図８（Ｂ）は受信信号データと本発
明における相関行列Ｒ₁〜Ｒ_Jとの対応を示したもので
ある。図中、黒点が受信データを示し、黒点の間隔Δｔ
はアナログ／ディジタル変換器３のサンプリング周期を
意味する。また横軸が時間軸に対応する。２０３ａ〜２
０３ｚ、２０４ａ〜２０４ｚは図２に示した従来例の２
０３，２０４と同様であるから説明を省略する。複数の
方位評価関数算出手段２０４ａ〜２０４ｚの算出する各
方位評価関数Ｆ₁（θ）からＦ_J（θ）は、それぞれ相
関行列Ｒ₁〜Ｒ_Jから決定される方位評価関数である。
融合方位評価関数算出手段７０６は融合方位評価関数Ｈ
（θ）を、すべての角度θについて次式のように算出す
る。ピーク検出手段２０５は融合方位評価関数Ｇ（θ）の最
も大きいＫ個のピークを捜索し、到来角推定値を出力す
る。ここで、入射電波数Ｋは固有値及び固有ベクトル算
出手段２０３ａ〜２０３ｚで算出される固有値の分布か
ら決定される。各固有値及び固有ベクトル算出手段２０
３ａ〜２０３ｚで決定される入射電波数Ｋ_j（ｊ＝１，
‥，Ｊ）の値が異なる場合には、最小のＫ_jを入射電波
数Ｋとする。

【００２９】従来例で説明したように、相関行列Ｒは式
（８）のように展開されることがＭＵＳＩＣアルゴリズ
ム成立の条件である。ところが、実際には観測時間は無
限でなく相関演算の平均に使用できる入力信号データ数
Ｉが有限であることから、各ノイズ系列ｎ_m（ｍ＝１，
２，‥，Ｍ）は互いに完全に無相関ではなく、完全に等
電力はではない。即ち、実際算出される相関行列Ｒは次
式のように与えられる。Ｒ＝Ｒ₀＋Ｒ_d （７０４）Ｒ₀は観測時間無限大のときの真値、Ｒ_dはＲの誤差を
示すＭ×Ｍ行列である。すると最小固有値に対応する固
有ベクトルｅ_Nも誤差を含み、従って方位評価関数Ｆ
（θ）も誤差が生じ、Ｆ（θ）のピーク角度が真の電波
到来角からずれたり、図５（Ａ）に示すように、真の到
来角から全く異なった角度にピーク（スプリアス）を生
じたりする場合がある。本発明の測角装置では、上記の
ようにＩ個の観測データをＪ分割して、Ｊ個の相関行列
Ｒ_j（ｊ＝１，２，‥，Ｊ）を求めている。Ｒ_jを式
（７０４）のように示せば、Ｒ_j＝Ｒ₀＋Ｒ_dj （７０５）となる。誤差行列Ｒ_djの影響で、方位評価関数算出手段
２０４ａ〜２０４ｚの算出する各方位評価関数Ｆ
_j（θ）は従来例同様に、図５（Ａ）に示すようにスプ
リアスを生じたりする場合がある。ところが、スプリア
ス発生角度は各Ｆ_j（θ）毎に異なる。それは、受信信
号中のノイズ系列がｊ毎に異なり、それゆえ式（７０
５）の誤差行列Ｒ_djがｊ毎に異なるからである。従っ
て、融合方位評価関数算出手段７０６は、式（７０３）
に示した融合評価関数Ｈ（θ）の演算により、実施例１
で説明したように上記スプリアス等を抑圧する。ピーク
検出手段２０５はスプリアスが抑圧された融合評価関数
Ｈ（θ）のピークから到来角を推定するため、従来例の
ように方位評価関数のスプリアスの発生角度を誤って到
来角として表示する。

【００３０】上記実施例では、相関行列計算手段７０２
ａは時刻１からＩ／Ｊまでの受信信号Ｘ（１) 〜Ｘ（Ｉ
／Ｊ）を用いて相関行列Ｒ₁を計算し、相関行列計算手
段７０２ｂは受信信号Ｘ（Ｉ／Ｊ＋１）〜Ｘ（２Ｉ／
Ｊ）を用いて相関行列Ｒ２を計算しているが、相関行列
計算手段７０２ｂが用いる受信信号をＸ（Ｉ／Ｊ−１
０）〜Ｘ（２Ｉ／Ｊ）とする場合のように、複数個の相
関行列計算手段で受信信号データを一部分共有したり、
受信信号データ数が互いに多少異なって相関行列を計算
しても、同様な効果を得ることができる。また上記実施
例では、相関行列計算手段７０２ａは時刻１からＩ／Ｊ
までの受信信号Ｘ（１）〜Ｘ（Ｉ／Ｊ）を用いて相関行
列Ｒ₁を計算しているように、順番に並んだ受信信号デ
ータを用いているが、データの順番は飛び飛びでも構わ
ない。

【００３１】実施例５．請求項５に係わる発明の実施例
５を図１、図７を参照して説明する。図１は本実施例５
の全体構成図で、信号処理装置４以外は従来例と同様で
あり説明を省略する。図７は本実施例５の信号処理装置
４の内部構成を示す図で、融合方位評価関数算出手段７
０６は、融合方位評価関数Ｈ（θ）を、すべての角度θ
について次式のように算出する。ここで、ｍｉｎ［＊］は要素＊の中の最小値を意味す
る。Ｆ_j（θ）は相関行列Ｒ_jから決定される方位評価
関数である。Ｒ_jは受信信号Ｘ（（ｊ−１）Ｉ／Ｊ＋
１）〜Ｘ（ｊＩ／Ｊ）より決定される相関行列である。
図７の他の手段については実施例４と同様であるから説
明を省略する。Ｆ_j上のスプリアス発生角度は互いに異
なるため、融合方位評価関数算出手段７０６における式
（５０１）の演算によってスプリアスは抑圧される。以
上、本発明の測角装置でも、スプリアスが抑圧された融
合方位評価関数Ｈ（θ）のピークから到来角を推定する
ため、従来例のように方位評価関数のスプリアスの発生
角度を誤って到来角として表示することが極めて少なく
なり、従来例に比べ正確に到来角を推定できる。

【００３２】実施例６．請求項６に係わる発明の実施例
６を図１、図７を参照して説明する。図１は本実施例６
の全体構成図で、信号処理装置４以外は従来例と同様で
あり説明を省略する。図７は本実施例６の信号処理装置
４の内部構成を示す図で、融合方位評価関数算出手段７
０６は、融合方位評価関数Ｈ（θ）を、すべての角度θ
について次式のように算出する。ここで、ｍｅｄ［＊］は要素＊の中の中央値を意味す
る。図７の他の手段については実施例４と同様であるか
ら説明を省略する。実施例４で説明したように、Ｆ₁，
Ｆ₂上のスプリアス発生角度は互いに異なるため、融合
方位評価関数算出手段７０６における式（６０１）の演
算によってスプリアスは抑圧される。式（６０１）の演
算の具体例は実施例３の説明に示した。以上、本発明の
測角装置でも、スプリアスが抑圧された融合方位評価関
数Ｈ（θ）のピークから到来角を推定するため、従来例
のように方位評価関数のスプリアスの発生角度を誤って
到来角として表示することが極めて少なくなり、従来例
に比べ正確に到来角を推定できる。

【００３３】実施例７．請求項７に係わる発明の実施例
７を図１、図９を参照して説明する。図１は本実施例７
の全体構成図で、信号処理装置４以外は従来例と同様で
あり説明を省略する。図９は本実施例７の信号処理装置
４の内部構成を示す図で、９１０は各アンテナの受信信
号ｘ_m（ｍ＝１，‥，Ｍ）を入力するモノパルス測角処
理手段、９１１はサーチ範囲決定手段である。θ₁は電
波到来角真値を示し、θ_estはモノパルス測角処理手段
９１０の推定角度を示し、θ_min、θ_maxはサーチ範囲
決定手段が決定するサーチ角度範囲のそれぞれ下限、上
限を示す記号である。

【００３４】以下、動作について説明する。図９におい
て２０１〜２０５は従来例と同様である。モノパルス測
角処理手段９１０は受信信号ｘ_m（ｍ＝１，‥，Ｍ）に
適当な荷重を乗じて和ビームおよび差ビームを作りモノ
パルス測角を行うことによって、粗測角結果としてθ
_estを出力する。サーチ範囲決定手段９１１は、例え
ば、次のようにθ_min、θ_maxを決定する。方位評価関数算出手段２０４は、従来例と同様、式
（２）より方位評価関数Ｆ（θ）を算出するが、サーチ
範囲決定手段９１１の出力を参照し、次式で与えられる
角度θ範囲のみＦ（θ）を算出する。 θ_min＜θ＜θ_max （７０２）ピーク検出手段２０５も従来例同様であるが、方位評価
関数Ｆ（θ）のピーク捜索範囲を、図１０に示すよう
に、式（７０２）で与えられる範囲に絞る。図１０中、
点線は従来例の方位評価関数算出手段２０４が求める方
位評価関数Ｆ（θ）で、実線が本発明の方位評価関数算
出手段２０４が求めるＦ（θ）である。以上、本発明の
測角装置では、方位評価関数Ｆ（θ）、ステアリングベ
クトルａ（θ）の算出、Ｆ（θ）の捜索角度範囲が真の
到来角近傍に限定されるために、従来例に比べ演算量が
著しく減少する。また、方位評価関数のスプリアス発生
角度をサーチする確率が減少するため、誤ってスプリア
ス発生角度を到来角として表示することが少なくなり、
従来例に比べ正確に到来角を推定できる。上記実施例で
は、モノパルス測角処理手段９１０で粗測角を行ってい
るが、他の粗測角手段を用いても構わないし、アナログ
の粗測角手段を用いても同様な結果を得ることができ
る。また、モノパルス測角処理手段９１０はすべての受
信チャネルに接続しなくてもよい。また、アジマス角θ
だけでなくエレベーション角φについて捜索する場合に
も、上記同様にφ_min、φ_maxを算出しておけば同様の
効果が得られる。

【００３５】実施例８．請求項８に係わる発明の実施例
８を図１、図１１を参照して説明する。図１は本実施例
８の全体構成図で、信号処理装置４以外は従来例と同様
であり説明を省略する。図１１は本実施例８の信号処理
装置４の内部構成を示す図で、２０６は角度照合手段で
ある。θ₁〜θ_Kはピーク検出手段２０５の出力結果で
Ｋ個のＭＵＳＩＣアルゴリズムによる測角推定値を示
し、θ_estはモノパルス測角処理手段９１０の推定角度
を示し、θ_outは角度照合手段が決定する測角推定値を
示す記号である。

【００３６】以下、動作について説明する。図１１にお
いて２０１〜２０５は従来例と同様である。モノパルス
測角処理手段９１０は実施例７と同様の動作によって、
粗測角結果としてθ_estを出力する。角度照合手段２０
６はθ₁〜θ_Kの中から最もθ_estに近接したものをθ
_outとして出力する。例えば、Ｋ＝４で、方位評価関数
Ｆ（θ）、およびそのピークであるθ₁〜θ₄、そして
θ_estが、図１２に示されるように与えられたとしよ
う。θ₁、θ₂、θ₄はスプリアス発生角度である。角
度照合手段２０６は最もθ_estに近接したθ₃をθ_out
として出力する。以上、本発明の測角装置では、粗測角
結果を参照して、ＭＵＳＩＣアルゴリズムによる測角推
定値の中から最も確からしい測角推定値を選択して表示
するので、従来例のように誤ってスプリアス発生角度を
到来角として表示することが極めて少なくなり、従来例
に比べ正確に到来角を推定できる。上記実施例では、モ
ノパルス測角処理手段９１０で粗測角を行っているが、
他の粗測角手段を用いても構わないし、アナログの粗測
角手段を用いても同様な結果を得ることができる。ま
た、モノパルス測角処理手段９１０はすべての受信チャ
ネルに接続しなくてもよい。また、アジマス角θだけで
なくエレベーション角φについて捜索する場合でも、角
度照合手段２０６が出力する（θ_est，φ_est）に最近
接のピーク角度のペア（θ_K，φ_K）を出力することに
よって同様な効果を得ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のようにこの請求項１，２，３に係
わる発明によれば、相関行列算出手段の入力する受信信
号チャネルの組合せを切替えることによってステアリン
グベクトルａ_j（θ）が互いに異なるように上記受波器
を配置し、受信信号チャネルの組合せを切替える毎に独
立に求める方位評価関数Ｆ_j（θ）の平均または最小値
または中央値のいずれかで与えられる角度関数を求め、
この角度関数のピークに対応する角度を到来波の入射角
度とすることにより、方位評価関数のスプリアスを抑圧
して、従来より正確に到来波の入射角度を推定できる測
角装置を得ることができる。

【００３８】また、請求項４，５，６に係わる発明によ
れば、相関行列算出手段が相関計算に用いる受信信号の
対応する時刻の組合せを切替える毎に独立に求める方位
評価関数Ｆ_j（θ）の平均または最小値または中央値の
いずれかで与えられる角度関数を求め、この角度関数の
ピークに対応する角度を到来波の入射角度とすることに
より、方位評価関数のスプリアスを抑圧して、従来より
正確に到来波の入射角度を推定できる測角装置を得るこ
とができる。

【００３９】また、請求項７に係わる発明によれば、粗
測角手段の測角結果をθ_estとして、方位評価関数算出
手段が上記θ_estの近傍の角度範囲に限り方位評価関数
Ｆ（θ）を算出し、ピーク検出手段が上記θ_estの近傍
の角度範囲に限りＦ（θ）のピークを捜索するよう構成
したことにより、測角に要する演算量を低減した測角装
置を得ることができる。また、方位評価関数のスプリア
スを抑圧して、従来より正確に到来波の入射角度を推定
できる測角装置を得ることができる。

【００４０】また、請求項８に係わる発明によれば、粗
測角手段の測角結果をθ_estとして、方位評価関数Ｆ
（θ）の複数のピークに対応する複数の角度の中で最も
θ_estに近接した角度を到来波の入射角度として出力す
るよう構成したことにより、方位評価関数のスプリアス
を抑圧して、従来より正確に到来波の入射角度を推定で
きる測角装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来、及び本発明の測角装置の基本構成図であ
る。

【図２】図１の測角装置の従来の信号処理装置の内部構
成図である。

【図３】図２の方位評価関数算出手段の動作を説明する
図である。

【図４】請求項１，２の発明に係わるそれぞれ実施例
１，２を示す図１の測角装置の信号処理装置の内部構成
図である。

【図５】図４の方位評価関数算出手段と融合方位評価関
数算出手段の動作を説明する図である。

【図６】請求項３に係わる発明の実施例３を示す図１の
測角装置の信号処理装置の内部構成図である。

【図７】請求項４，５，６に係わる発明のそれぞれ実施
例４，５，６を示す図１の測角装置の信号処理装置の内
部構成図である。

【図８】図７の受信信号データの時刻と相関行列計算手
段の動作を説明する図である。

【図９】請求項７に係わる発明の実施例７を示す図１の
測角装置の信号処理装置の内部構成図である。

【図１０】図９の方位評価関数算出手段と粗測角処理手
段とサーチ範囲決定手段の動作を説明する図である。

【図１１】請求項８に係わる発明の実施例８を示す図１
の測角装置の信号処理装置の内部構成図である。

【図１２】図１１の方位評価関数算出手段と粗測角処理
手段とピーク検出手段の動作を説明する図である。

【符号の説明】

１受信アンテナ２受信機３アナログ／ディジタル変換器４信号処理装置５表示装置２０１バッファメモリ２０２，２０２ａ〜２０２ｚ相関行列計算手段２０３，２０３ａ〜２０３ｚ固有値及び固有ベクトル
算出手段２０４，２０４ａ〜２０４ｚ方位評価関数算出手段２０５ピーク算出手段２０６角度照合手段４０１ａ〜４０１ｚバッファメモリ４０６融合方位評価関数算出手段６０６融合方位評価関数算出手段７０１バッファメモリ７０２ａ〜７０２ｚ相関行列計算手段７０６融合方位評価関数算出手段９１０モノパルス測角処理手段９１１サーチ範囲決定手段

【手続補正書】

【提出日】平成６年４月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】以下、動作を説明する。受信信号ベクトル
Ｘを次式で定義する。Ｘ（ｉ）＝［ｘ₁（ｉ），ｘ₂（ｉ），‥，ｘ_M（ｉ）］^T ここで、ｉは時刻を示す添字、Ｔはベクトル行列の転
置、Ｍはチャネル数、即ちアレーのアンテナ数である。
バッファメモリ２０１は時刻１からＩまでの受信信号ベ
クトルＸ(1) 〜Ｘ(I) を蓄える。相関行列計算手段２０
２は相関行列Ｒを次式のように算出する。ここで、Ｈは行列ベクトルの複素共役転置を表す。従っ
てＲはＭ×Ｍの正方行列である。２０３はＲの固有値λ
₁〜λ_M、及び固有ベクトルｅ₁〜ｅ_Mを算出する。方
位評価関数Ｆ算出手段２０４は固有値λ₁〜λ_Mの中の
最小固有値に対応する固有ベクトルｅ_Nを用いて方位評
価関数Ｆを次式のように算出する。Ｆ（θ）＝１／｜ａ（θ）^Hｅ_N｜（２）ここで、（θ）は角度θの関数であることを示し、Ｆ
（θ）はすべてのθについて算出する。ａ（θ）はステ
アリングベクトルと呼ばれ、到来角θで入射する電波ｓ
が１波存在する場合の受信信号ベクトルＸが次式で与え
られるような係数ベクトルで、各アンテナ１の位置、θ
方向の指向特性で決定される。Ｘ＝ａ（θ）ｓ＋ｎ（３）ここで、ｎはノイズベクトルであり、次式に示すように
各チャネルの受信機２，Ａ／Ｄ変換器３で発生もしくは
アンテナ１から漏れ込むノイズｎ_mを要素とする。ピーク検出手段４０５はＦ（θ）の最も値の大きいＫ個
のピークを与える角度θ捜索しこの値を到来角推定値と
して出力する。Ｋの値は固有値λ₁〜λ_Mの分布から決
定される。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】（アレーアンテナの素子間隔ｄ）／（入射
波の波長λ）が１に近い場合、もしくは１を越える場
合、図５（Ａ）に示すように、方位評価関数Ｆ₁（θ）
には真の到来角θ_tとは全く異なった角度にスプリアス
が発生する。Ｆ₁（θ）の一つのスプリアス発生する角
度をθ_sとする。この角度にスプリアスが生じる理由
は、従来例で説明したように、スプリアス発生角度θ_s
におけるステアリングベクトルａ₁（θ_s）が真の到来
角θ_tにおけるステアリングベクトルａ₁（θ_t）と同
値もしくは近接した値となるためである。即ち、ａ₁（θ_s）＝ａ₁（θ_t）（１０２）となるためである。なお、ステアリングベクトルａ
₁（θ）はアンテナ＃１〜＃Ｌの位置、指向性で決定さ
れるθの関数である。固有値及び固有ベクトル算出手段
２０３ａが算出する最小固有値に対応する固有ベクトル
をｅ_N1で表せば、方位評価関数Ｆ₁（θ）は、Ｆ₁（θ）＝１／｜ａ₁ （θ）^H ｅ_N ₁｜（１０３）で与えられ、式（１０２）の成立によりＦ₁（θ_s）＝
Ｆ₁（θ_t）となる。ａ₁（θ_t）がｅ_N1と直交してＦ
₁（θ_t）の値が大きくなれば、Ｆ₁（θ_s）の値も大
きくなりθ_sにスプリアスが生じるのである。方位評価
関数Ｆ₂（θ）にも，図５（Ｂ）に示すようにスプリア
スが発生する。しかし、一般には、Ｆ₂のスプリアス発
生角度は、Ｆ₁のスプリアス発生角度θ_sと異なる。こ
の理由を説明するため、Ｆ₁のスプリアス発生角度θ_s
に着目してＦ₂（θ_s）を考える。方位評価関数Ｆ
₂（θ）は、Ｆ₂（θ）＝１／｜ａ₂ （θ）^H ｅ_N ₂｜（１０４）で与えられ、ａ₂（θ_t）がｅ_N2と直交してＦ
₂（θ_t）が大きな値となっても、一般に、ａ₂（θ_s）≠ａ₂（θ_t）（１０５）であるから、Ｆ₂（θ_s）は大きな値とならずスプリア
スとならない。式（１０２）が成立しても式（１０５）
の等式が成立しない理由は、ステアリングベクトルａ₁
（θ）を決定するアンテナ＃１〜＃Ｌの配列とａ
₂（θ）を決定するアンテナ＃（Ｌ＋１）〜＃Ｍの配列
の配列が異なるために、ａ₁（θ）とａ₂（θ）の関数
形が互いに異なるところにある。融合方位評価関数Ｇ
（θ）では、図５（Ｃ）に示すように、上記スプリアス
が抑圧されることを以下に説明する。Ｇ（θ）を与える
式（１０１）は、式（１０３），（１０４）を用いて次
式のように変形される。真の到来角θ_t では、ａ₁（θ）^Hｅ_N1 ，ａ₂（θ）^H
ｅ_N2ともに小さな値となるため、θ_tにおける融合方位
評価関数Ｇ（θ_t）は大きな値を取りピークとなる。一
方、Ｆ₁のスプリアス発生角度θ_sでは、ａ₁（θ）^H
ｅ_N1は小さな値となっても、上記説明のようにａ
₂（θ）^Hｅ_N2は小さな値を取らない。従って、式（１
０６）の分母はさほど小さな値とはならないため、Ｇ
（θ_s）は大きな値を取らず、θ_sにおけるスプリアス
は抑圧される。θ_s以外の角度のスプリアスも同様に抑
圧され、融合方位評価関数Ｇ（θ_t）は、図５（Ｃ）に
示すように真の到来角θ_tのみでピークを形成する。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍ個の受波器と、この受波器出力であるＭチャネルの受信信号を複数のグ
ループに分け各グループの受信信号について相関行列を
算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算出手段の出力行列の固有値と固有ベクト
ルを求め最小ないし最小に近い固有値に対応する固有ベ
クトルを抽出する固有値及び固有ベクトル算出手段と、上記相関行列算出手段のｍ番目入力に対応する受波器の
角度θ方向に対する位相遅れや指向特性をｍ番目の要素
とするベクトルをａ_j（θ）として、θ毎に上記固有値
及び固有ベクトル算出手段が抽出した固有ベクトルと上
記ａ_j（θ）の内積を求めこの内積の逆数を方位評価関
数Ｆ_j（θ）として出力する方位評価関数算出手段とを
備え、上記相関行列算出手段の入力する受信信号チャネルの組
み合わせを切り替えることによって上記ａ_j（θ）が互
いに異なるように上記受波器を配置し、受信信号チャネ
ルの組み合わせを切り替える毎に独立に方位評価関数Ｆ
_j（θ）を求め、の関係式で得られる関数Ｇ（θ）を求め、上記Ｇ（θ）
のピークを捜索しこのピークに対応する角度を到来波の
入射角度として出力するピーク検出手段を備えることを
特徴とする測角装置。
【請求項２】関数Ｇ（θ）が角度θにおけるＦ
_j（θ）の最小値で与えられることを特徴とする請求項
１の測角装置。
【請求項３】関数Ｇ（θ）が角度θにおけるＦ
_j（θ）の中央値で与えられることを特徴とする請求項
１の測角装置。
【請求項４】Ｍ個の受波器と、この受波器出力であるＭチャネルの受信信号を所定の時
刻にバッファメモリから読み出して上記受信信号につい
て相関行列を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算出手段の出力行列の固有値と固有ベクト
ルを求め最小ないし最小に近い固有値に対応する固有ベ
クトルを抽出する固有値及び固有ベクトル算出手段と、上記相関行列算出手段のｍ番目入力に対応する受波器の
角度θ方向に対する位相遅れや指向特性をｍ番目の要素
とするベクトルをａ_j（θ）として、θ毎に上記固有値
及び固有ベクトル算出手段が抽出した固有ベクトルと上
記ａ_j（θ）の内積を求めこの内積の逆数を方位評価関
数Ｆ_j（θ）として出力する方位評価関数算出手段とを
備え、上記相関行列算出手段が相関計算に用いる受信信号の対
応する時刻の組み合わせを切り替えることによって関数
形が互いに異なるよう求めたＪ個の独立な方位評価関数
Ｆ_j（θ）を求め、の関係式で得られる関数Ｈ（θ）を求め、上記Ｈ（θ）
のピークを捜索しこのピークに対応する角度を到来波の
入射角度として出力するピーク検出手段を備えることを
特徴とする測角装置。
【請求項５】関数Ｈ（θ）が角度θにおけるＦ
_j（θ）の最小値で与えられることを特徴とする請求項
４の測角装置。
【請求項６】関数Ｈ（θ）が角度θにおけるＦ
_j（θ）の中央値で与えられることを特徴とする請求項
４の測角装置。
【請求項７】Ｍ個の受波器と、この受波器出力であるＭチャネルの受信信号の相関行列
を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算出手段の出力行列の固有値と固有ベクト
ルを求め最小ないし最小に近い固有値に対応する固有ベ
クトルを抽出する固有値及び固有ベクトル算出手段と、上記相関行列算出手段のｍ番目入力に対応する受波器の
角度θ方向に対する位相遅れや指向特性をｍ番目の要素
とするベクトルをａ（θ）として、θ毎に上記固有値及
び固有ベクトル算出手段が抽出した固有ベクトルと上記
ａ（θ）の内積を求めこの内積の逆数を方位評価関数Ｆ
（θ）として出力する方位評価関数算出手段と、上記Ｆ（θ）のピークを捜索しこのピークに対応する角
度を到来波の到来角度として出力するピーク検出手段
と、上記受波器出力であるＭチャネルの受信信号を入力し到
来波の入射角度を粗測角する粗測角手段とを備え、この粗測角手段の測角結果をθ_estとして、上記方位評
価関数算出手段が上記θ_estの近傍に限定された角度範
囲についてＦ（θ）を算出し、上記ピーク検出手段が上
記θ_estの近傍に限定された角度範囲についてＦ（θ）
のピークを捜索することを特徴とする測角装置。
【請求項８】Ｍ個の受波器と、この受波器出力であるＭチャネルの受信信号の相関行列
を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算出手段の出力行列の固有値と固有ベクト
ルを求め最小ないし最小に近い固有値に対応する固有ベ
クトルを抽出する固有値及び固有ベクトル算出手段と、上記相関行列算出手段のｍ番目入力に対応する受波器の
角度θ方向に対する位相遅れや指向特性をｍ番目の要素
とするベクトルをａ（θ）として、θ毎に上記固有値及
び固有ベクトル算出手段が抽出した固有ベクトルと上記
ａ（θ）の内積を求めこの内積の逆数を方位評価関数Ｆ
（θ）として出力する方位評価関数算出手段と、上記Ｆ（θ）のピークを捜索しこのピークに対応する角
度を出力するピーク検出手段と、上記受波器出力であるＭチャネルの受信信号を入力し到
来波の到来角度を粗測角する粗測角手段とを備え、この粗測角手段の測角結果をθ_estとして、上記ピーク
検出手段が出力するＦ（θ）の複数のピークに対応する
複数の角度の中で最もθ_estに近接した角度を到来波の
入射角度として出力することを特徴とする測角装置。