JPH0882662A - Direction detection apparatus - Google Patents

Direction detection apparatus

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JPH0882662A
JPH0882662A JP21884294A JP21884294A JPH0882662A JP H0882662 A JPH0882662 A JP H0882662A JP 21884294 A JP21884294 A JP 21884294A JP 21884294 A JP21884294 A JP 21884294A JP H0882662 A JPH0882662 A JP H0882662A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
calculator
calculates
output
eigenvector
random number
Prior art date
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Pending
Application number
JP21884294A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshimasa Ohashi
由昌 大橋
Toshiyuki Yamada
敏之 山田
Takeshi Seo
武志 瀬尾
Motoi Yanagisawa
基 柳沢
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH0882662A publication Critical patent/JPH0882662A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To obtain a direction detection apparatus by which the angle of a wave source can be estimated with high accuracy even when an error exists in an array manifold by a method wherein complex random numbers generated by a complex- random-numbers generator and signals from respective antennas are multipled by a multiplier and angle estimated values of the wave source are averaged by an average-arrival-time computation device. CONSTITUTION: Signals which are received respectively by M-pieces of antennas 1 are amplified and frequency-converted by respective receivers 2, and the signals and complex random numbers generated by a complex-random-numbers generator 9 are multiplied by a multiplier 3. On the basis of its output, a covariance matrix is found by a covariance-matrix computation device 4, and an eigenvalue and an eigenvector are found by an eigenvalue and eigenvector computation device 5. A mode-vector generator 10 finds an antenna output with reference to a virtual wave source, and a minimum-residual-matrix computation device 6 finds the Frobenius norm minimum on the basis of the eigenvector and a mode vector. An arrival-angle computation device 7 scans arrival angles of the signals, it finds the arrival angle which makes the minimum value of the Frobenius norm minimum, an average-arrival-angle computation device 8 computes an average on the basis of the value of the arrival angle at which a complex variable has been updated and repeated a plurality of times.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は電波源または音波源の
方向を探知する方向探知装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direction detecting device for detecting the direction of a radio wave source or a sound source.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来この種装置として図4に示すような
ものがあった。この図はRalphO. Schmid
t著,「Multiple Emitter Loca
tion and Signal Parameter
Estimation」IEEE Trans. o
n Antenna and Propagatio
n, vol. AP−34, No.3, Marc
h 1986に記述されている内容にもとずいた方向探
知装置の構成図である。
2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus of this kind has been shown in FIG. This figure shows Ralph O. Schmid
T., “Multiple Emitter Loca”
tion and Signal Parameter
"Estimation" IEEE Trans. o
n Antena and Propagatio
n, vol. AP-34, No. 3, Marc
It is a block diagram of the direction detection apparatus based on the content described in h1986.

【0003】図4において、1は電波、音波などの波源
からの信号を受信するアンテナであり、複数用意してあ
る。2は各アンテナに対応して設けられ、アンテナ1で
受信された信号を増幅、周波数変換を行う受信機、4は
M個の受信機の出力を同時にサンプリングし、且つ複数
回スナップショットを行って共分散行列を算出する共分
散行列算出器、5は共分散行列より固有値、固有ベクト
ルを算出する固有値・固有ベクトル算出器、10は波源
を仮想したとき予想されるアンテナ出力(モードベクト
ル)を発生するモードベクトル発生器、20は固有値・
固有ベクトル算出器5で得られた固有ベクトルにもとず
いて張られる雑音部分空間にモードベクトル発生器10
で発生させたモードベクトルを射影してその射影長の2
乗を算出する雑音部分空間射影長算出器、21は仮想波
源を空間上で走査して雑音部分空間射影長算出器20よ
り出力される射影長が極小になるときの仮想波源の位置
を算出する極小値算出器である。
In FIG. 4, reference numeral 1 denotes an antenna for receiving signals from wave sources such as radio waves and sound waves, and a plurality of antennas are prepared. 2 is a receiver provided corresponding to each antenna, which amplifies the signal received by the antenna 1 and frequency-converts, 4 simultaneously samples the outputs of the M receivers, and snapshots multiple times. A covariance matrix calculator that calculates a covariance matrix, 5 is an eigenvalue from the covariance matrix, and an eigenvalue / eigenvector calculator that calculates an eigenvector. Vector generator, 20 is the eigenvalue
The mode vector generator 10 is added to the noise subspace based on the eigenvector obtained by the eigenvector calculator 5.
The projection of the mode vector generated in
A noise subspace projection length calculator for calculating the power, 21 scans the virtual wave source in space, and calculates the position of the virtual wave source when the projection length output from the noise subspace projection length calculator 20 becomes a minimum. It is a minimum value calculator.

【0004】次に動作について説明する。波源の個数D
がアンテナ1の個数Mより小さいとし、各波源による信
号は互いに無相関とする。さて、M個のアンテナ1の出
力はそれぞれ受信機2に入力されて、増幅、周波数変換
が行われる。
Next, the operation will be described. Number of wave sources D
Is smaller than the number M of antennas 1, and the signals from the respective wave sources are uncorrelated with each other. Now, the outputs of the M antennas 1 are input to the receiver 2, respectively, and are amplified and frequency-converted.

【0005】そして、M個の受信機2の出力はそれぞれ
共分散行列算出器4に入力される。ここでM個の受信機
2の出力をSA ,SB ,…,SM とするとき信号ベクト
ルは式(1)で表される。
The outputs of the M receivers 2 are input to the covariance matrix calculator 4, respectively. Here, when the outputs of the M receivers 2 are S A , S B , ..., S M , the signal vector is expressed by equation (1).

【0006】[0006]

【数1】 [Equation 1]

【0007】共分散行列を求めるにあたりP回のスナッ
プショットを行うとすれば共分散行列算出器4では式
(2)に示す値が算出される。
If P times of snapshots are performed in obtaining the covariance matrix, the covariance matrix calculator 4 calculates the value shown in the equation (2).

【0008】[0008]

【数2】 [Equation 2]

【0009】式(2)が共分散行列算出器4の出力とな
る。ここに*は共役、または共役転置を表す。
Equation (2) is the output of the covariance matrix calculator 4. Here, * represents conjugate or conjugate transposition.

【0010】固有値・固有ベクトル算出器5では、得れ
た共分散行列にもとづいてM個の固有値が求められ、そ
れぞれの固有値に対応して固有ベクトルが算出され、こ
れらの結果は雑音部分空間射影長算出器20に入力され
る。上記の固有値をλ1 ,λ2 ,…,λM とし、対応す
る固有ベクトルをX1 ,X2 ,…,XM とすれば式
(2)より次式で与えられる。
The eigenvalue / eigenvector calculator 5 calculates M eigenvalues on the basis of the obtained covariance matrix, calculates eigenvectors corresponding to the respective eigenvalues, and calculates the noise subspace projection length calculation results. Input to the container 20. When the above eigenvalues are λ 1 , λ 2 , ..., λ M and the corresponding eigenvectors are X 1 , X 2 , ..., X M , the following equation is given by equation (2).

【0011】[0011]

【数3】 (Equation 3)

【0012】一般に共分散行列は半正定値行列であるの
で、固有値はすべて零以上となる。受信機2の受信機雑
音はすべて等しいものとし、これをσ2 とすればD個の
波源が無相関という前述の仮定から、次式が成り立つ。
Generally, the covariance matrix is a positive semidefinite matrix, so that all eigenvalues are zero or more. The receiver noises of the receiver 2 are assumed to be all equal, and if this is σ 2 , the following equation holds from the above assumption that the D wave sources are uncorrelated.

【0013】[0013]

【数4】 [Equation 4]

【0014】固有値λ1 ,λ2 ,…,λD に対応する固
有ベクトルをX1 ,X2 ,…,XDとし、λD+1 ,λ
D+2 ,…,λM に対応する固有ベクトルをXD+1 ,X
D+2 ,…,XM とすればX1 ,X2 ,…,XD により張
られる信号部分空間とXD+1 ,XD+2 ,…,XM により
張られる雑音部分空間は互いに直交補空間となる。
The eigenvectors corresponding to the eigenvalues λ 1 , λ 2 , ..., λ D are X 1 , X 2 , ..., X D, and λ D + 1 , λ
The eigenvectors corresponding to D + 2 , ..., λ M are X D + 1 , X
D + 2, ..., if X M X 1, X 2, ..., signal subspace spanned by the X D and X D + 1, X D + 2, ..., noise subspace spanned by X M are each It becomes an orthogonal complementary space.

【0015】さて、モードベクトル発生器10はM個の
アンテナ1が配列されているときある角度θに波源が存
在すると仮定した場合におけるM個のアンテナの出力の
データ即ちモードベクトルが蓄えられているもので、通
常、この角度は所定の範囲にわたっている。
Now, the mode vector generator 10 stores the data of the output of the M antennas, that is, the mode vector when it is assumed that the wave source exists at an angle θ when the M antennas 1 are arranged. However, this angle typically spans a range.

【0016】従って、モードベクトル発生器10よりあ
る角度θにおけるモードベクトルが発生され、雑音部分
空間射影長算出器20に入力される。一方、雑音部分空
間射影長算出器20では、入力された固有値、固有ベク
トルにもとずいて雑音部分空間が張られ、モードベクト
ルが雑音部分空間に射影される。このモードベクトルを
a(θ)とおけば次式で与えられる射影長の2乗が雑音
部分空間射影長算出器20より出力される。
Therefore, a mode vector at a certain angle θ is generated by the mode vector generator 10 and input to the noise subspace projection length calculator 20. On the other hand, in the noise subspace projection length calculator 20, the noise subspace is set based on the input eigenvalue and eigenvector, and the mode vector is projected onto the noise subspace. If this mode vector is a (θ), the square of the projection length given by the following equation is output from the noise subspace projection length calculator 20.

【0017】[0017]

【数5】 (Equation 5)

【0018】極小値算出器21ではモードベクトルa
(θ)の射影長の2乗がθの関数として得られ、その極
小値を与えるθの値θ1 ,θ2 ,…,θD が求められ
る。
In the minimum value calculator 21, the mode vector a
The square of the projection length of (θ) is obtained as a function of θ, and θ values θ 1 , θ 2 , ..., θ D that give the minimum value are obtained.

【0019】θ1 ,θ2 ,…,θD はそれぞれD個の波
源が存在する角度の推定値となる。
Θ 1 , θ 2 , ..., θ D are estimated values of angles at which D wave sources are present.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】従来の方向探知装置は
以上のように構成されているのでモードベクトル発生器
10に蓄えられているアンテナ出力は、アンテナを実装
した際に生じる電磁環境の変化により実際の出力とは異
なるものとなり、その結果、波源の角度の推定値は真値
よりも大きくずれるような問題が発生した。
Since the conventional direction finding device is constructed as described above, the antenna output stored in the mode vector generator 10 is changed by the change of the electromagnetic environment caused when the antenna is mounted. The output is different from the actual output, and as a result, the estimated value of the angle of the wave source deviates more than the true value.

【0021】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、波源の角度推定値の精度を向上
させることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to improve the accuracy of the estimated angle value of the wave source.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の実施例
はM個のアンテナと、各アンテナそれぞれに接続された
M個の受信機と、複素乱数を発生する複素乱数発生器
と、各受信機の出力と複素乱数を掛算することのできる
M個の掛算器と、各掛算器の出力より共分散行列を算出
する共分散行列算出器と、共分散行列より固有値、固有
ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル算出器と、波
源を仮想したとき予想されるアンテナ出力即ちモードベ
クトルを発生するモードベクトル発生器と、信号空間を
張る固有ベクトルとモードベクトルから求まる残留行列
のフロベニウスノルムを最小にするときの残留行列を算
出する最小残留行列算出器と、モードベクトルを所定の
角度範囲で走査して残留行列のフロベニウスノルムの最
小値を極小にならしめる角度、即ち到来角を算出する到
来角算出器と、複素乱数発生器で発生させた複素乱数を
他の複素乱数に変えて同様の手順をL回繰返してL個の
到来角を求めその平均値を算出する平均到来角算出器を
備えたものである。
A first embodiment of the present invention includes M antennas, M receivers connected to the respective antennas, a complex random number generator for generating a complex random number, and M multipliers capable of multiplying the output of the receiver and complex random numbers, a covariance matrix calculator that calculates the covariance matrix from the outputs of each multiplier, and an eigenvalue that calculates the eigenvalue and eigenvector from the covariance matrix.・ Eigenvector calculator, a mode vector generator that generates the expected antenna output when the wave source is assumed, that is, a mode vector, and the residual when minimizing the Frobenius norm of the residual matrix obtained from the eigenvector and the mode vector spanning the signal space A minimum residual matrix calculator that calculates the matrix and scans the mode vector within a predetermined angle range to minimize the minimum Frobenius norm of the residual matrix. Angle of arrival, that is, the angle of arrival calculator that calculates the angle of arrival, and the complex random number generated by the complex random number generator is changed to another complex random number, and the same procedure is repeated L times to obtain L arrival angles and averaged. It is provided with an average arrival angle calculator for calculating a value.

【0023】この発明の第2の実施例はこの発明の第1
の実施例における平均到来角算出器の代わりに波源の到
来角の累積頻度分布を算出する累積頻度分布算出器と、
得られた累積頻度分布にもとずいてメジアンを算出する
メジアン算出器を備えたものである。
The second embodiment of the present invention is the first embodiment of the present invention.
A cumulative frequency distribution calculator that calculates the cumulative frequency distribution of the arrival angles of the wave sources instead of the average arrival angle calculator in the embodiment of
It is provided with a median calculator for calculating the median based on the obtained cumulative frequency distribution.

【0024】この発明の第3の実施例はこの発明の第1
の実施例における受信機と掛算器の順序を入れ換えて構
成したものである。
The third embodiment of the present invention is the first embodiment of the present invention.
In this embodiment, the order of the receiver and the multiplier is exchanged.

【0025】この発明の第4の実施例はこの発明の第3
の実施例における平均到来角算出器の代わりに波源の到
来角の累積頻度分布を算出する累積頻度分布算出器と、
得られた累積頻度分布にもとずいてメジアンを算出する
メジアン算出器を備えたものである。
The fourth embodiment of the present invention is the third embodiment of the present invention.
A cumulative frequency distribution calculator that calculates the cumulative frequency distribution of the arrival angles of the wave sources instead of the average arrival angle calculator in the embodiment of
It is provided with a median calculator for calculating the median based on the obtained cumulative frequency distribution.

【0026】[0026]

【作用】この発明の第1の実施例においては、複素乱数
発生器により発生させた複素乱数と各アンテナからの信
号を掛算器により掛けるようにし、且つ平均到来角算出
器により波源の角度推定値を平均化するようにしたの
で、アレーマニフォルドに誤差がある場合でも高い精度
で波源の角度推定をすることができる。
In the first embodiment of the present invention, the complex random number generated by the complex random number generator and the signal from each antenna are multiplied by the multiplier, and the estimated angle of arrival of the wave source is calculated by the average arrival angle calculator. Is averaged, it is possible to estimate the angle of the wave source with high accuracy even when the array manifold has an error.

【0027】この発明の第2の実施例においては、累積
頻度分布算出器とメジアン算出器を用いて波源の角度推
定値のメジアンを求めているので、角度推定値の特性に
よっては平均到来角算出器を用いる場合に比べ高い精度
で波源の角度推定をすることができる。
In the second embodiment of the present invention, since the median of the estimated angle value of the wave source is obtained by using the cumulative frequency distribution calculator and the median calculator, the average arrival angle calculation is performed depending on the characteristics of the estimated angle value. The angle of the wave source can be estimated with higher accuracy than in the case of using a detector.

【0028】この発明の第3の実施例においては、この
発明の第1の実施例に比較して掛算器を受信機の前に置
いて、複素乱数発生器で発生される複素乱数をアンテナ
からの信号と掛算しているので受信機雑音とは独立に掛
算することができ、従って、波源の角度推定をこの発明
の第1の実施例の場合に比べより高い精度で求めること
ができる。
In the third embodiment of the present invention, a multiplier is placed in front of the receiver as compared with the first embodiment of the present invention, and the complex random number generated by the complex random number generator is transmitted from the antenna. Since it is multiplied by the signal of 1), it can be multiplied independently of the receiver noise. Therefore, the angle estimation of the wave source can be obtained with higher accuracy than in the case of the first embodiment of the present invention.

【0029】この発明の第4の実施例においては、この
発明の第3の実施例に比較して累積頻度分布算出器とメ
ジアン算出器を用いて波源の角度推定値のメジアンを求
めているので、角度推定値の特性によっては平均到来角
算出器を用いる場合に比べ高い精度で波源の角度推定を
することができる。
In the fourth embodiment of the present invention, as compared with the third embodiment of the present invention, the median of the estimated angle value of the wave source is obtained by using the cumulative frequency distribution calculator and the median calculator. Depending on the characteristics of the estimated angle value, the angle of the wave source can be estimated with higher accuracy than in the case of using the average arrival angle calculator.

【0030】[0030]

【実施例】【Example】

実施例1 次にこの発明の第1の実施例を図1に従って説明する。
図1において、1はM個のアンテナ、2はM個のアンテ
ナで受信された信号を増幅、周波数変換を行う受信機、
9は複素乱数を発生する複素乱数発生器、3は受信機2
から出力される信号と複素乱数発生器9から発生される
複素乱数を掛算するM個の掛算器、4はM個の掛算器の
出力にもとずいて共分散行列を算出する共分散行列算出
器、5は共分散行列算出器4より出力される共分散行列
にもとずいて固有値および固有ベクトルを算出する固有
値・固有ベクトル算出器、10は配列されたM個のアン
テナ1にもとずいて仮想波源に対するアンテナ出力を算
出するモードベクトル発生器、6は固有値・固有ベクト
ル算出器5より出力された固有値にもとずいて選択され
た固有ベクトルとモードベクトル発生器10から出力さ
れたモードベクトルとから求まる残留行列のフロベニウ
スノルムを最小にするときの残留行列を算出する最小残
留行列算出器、7は上記仮想波源からの信号の到来角を
走査して上記フロベニウスノルムの最小値を極小とする
到来角を算出する到来角算出器、8は複素乱数発生器9
から出力される複素乱数を更新して掛算器3から到来角
算出器7までのプロセスを複数回繰り返し得られた複数
個の到来角より平均を求める平均到来角算出器である。
First Embodiment Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, 1 is M antennas, 2 is a receiver that amplifies and frequency converts signals received by M antennas,
9 is a complex random number generator for generating complex random numbers, 3 is a receiver 2
M multipliers for multiplying the signal output from M and the complex random number generated by the complex random number generator 9, and 4 is a covariance matrix calculation for calculating a covariance matrix based on the outputs of the M multipliers. And 5 are eigenvalue / eigenvector calculators that calculate eigenvalues and eigenvectors based on the covariance matrix output from the covariance matrix calculator 4, and 10 are virtual based on the arrayed M antennas 1. A mode vector generator for calculating the antenna output for the wave source, and 6 is a residue obtained from the eigenvector selected based on the eigenvalue output from the eigenvalue / eigenvector calculator 5 and the mode vector output from the mode vector generator 10. A minimum residual matrix calculator for calculating a residual matrix when the Frobenius norm of the matrix is minimized, and 7 scans the arrival angle of the signal from the virtual wave source to calculate the residual matrix. AoA calculator for calculating an arrival angle of a minimum of Niusunorumu minimized, 8 complex random number generator 9
It is an average arrival angle calculator that calculates the average from a plurality of arrival angles obtained by repeating the process from the multiplier 3 to the arrival angle calculator 7 a plurality of times by updating the complex random number output from

【0031】次に動作について説明する。波源の個数D
がアンテナ1の個数Mより小さいとし、各波源による信
号は互いに無相関とする。さて、M個のアンテナ1によ
る出力はそれぞれ受信機2に入力されて、増幅、周波数
変換が行われる。
Next, the operation will be described. Number of wave sources D
Is smaller than the number M of antennas 1, and the signals from the respective wave sources are uncorrelated with each other. The outputs from the M antennas 1 are input to the receiver 2 for amplification and frequency conversion.

【0032】M個の受信機2の出力はそれぞれM個の掛
算器に入力される。一方、複素乱数発生器9では次式で
表される複素乱数がM個出力されて、掛算器3に入力さ
れる。
The outputs of the M receivers 2 are input to the M multipliers. On the other hand, the complex random number generator 9 outputs M complex random numbers represented by the following equation and inputs them to the multiplier 3.

【0033】[0033]

【数6】 (Equation 6)

【0034】ただし、乱数αi およびβi の平均値、分
散はそれぞれ次式で表されるものとする。
However, the average value and variance of the random numbers α i and β i are represented by the following equations, respectively.

【0035】[0035]

【数7】 (Equation 7)

【0036】掛算器3では受信機の出力に複素乱数が掛
算されてその結果Qi (i=A,B,…M)が共分散行
列算出器4に入力される。これらの入力を行列として次
式に示す。
The multiplier 3 multiplies the output of the receiver by a complex random number, and the result Q i (i = A, B, ... M) is input to the covariance matrix calculator 4. These inputs are shown as a matrix in the following equation.

【0037】[0037]

【数8】 [Equation 8]

【0038】共分散行列算出器4では、式(11)のベ
クトルQにもとずいてP回のスナップショットに対して
次式に示す共分散行列が算出され、固有値・固有ベクト
ル算出器5に入力される。
The covariance matrix calculator 4 calculates the covariance matrix shown in the following formula for P snapshots based on the vector Q of formula (11) and inputs it to the eigenvalue / eigenvector calculator 5. To be done.

【0039】[0039]

【数9】 [Equation 9]

【0040】固有値・固有ベクトル算出器5では式(1
2)に示す共分散行列にもとずいて、M個の固有値が求
められ、それぞれの固有値に対応して固有ベクトルが算
出され、これらの固有値、固有ベクトルは最小残留行列
算出器6に入力される。
In the eigenvalue / eigenvector calculator 5, the equation (1
Based on the covariance matrix shown in 2), M eigenvalues are obtained, eigenvectors are calculated corresponding to the respective eigenvalues, and these eigenvalues and eigenvectors are input to the minimum residual matrix calculator 6.

【0041】上記の固有値をμ1 ,μ2 ,…,μM
し、対応する固有ベクトルをY1 ,Y2 ,…,YM とす
れば式(12)は次式により表される。
If the above eigenvalues are μ 1 , μ 2 , ..., μ M and the corresponding eigenvectors are Y 1 , Y 2 , ..., Y M , then equation (12) is expressed by the following equation.

【0042】[0042]

【数10】 [Equation 10]

【0043】受信機2の受信機雑音はすべて等しいもの
とし、これをσ2 とすればD個の波源が無相関という前
述の仮定からこれらの固有値は次式を満足する。
If the receiver noises of the receiver 2 are all equal, and if this is σ 2 , these eigenvalues satisfy the following equation from the above-mentioned assumption that the D wave sources are uncorrelated.

【0044】[0044]

【数11】 [Equation 11]

【0045】固有値μ1 ,μ2 ,…,μD に対応する固
有ベクトルをY1 ,Y2 ,…,YDとし、μD+1 ,μ
D+2 ,…,μM に対応する固有ベクトルをYD+1 ,Y
D+2 ,…,YM とすればY1 ,Y2 ,…,YD により張
られる信号部分空間とYD+1 ,YD+2 ,…,YM により
張られる雑音部分空間は互いに直交補空間となる。
The eigenvectors corresponding to the eigenvalues μ 1 , μ 2 , ..., μ D are Y 1 , Y 2 , ..., Y D, and μ D + 1 , μ
The eigenvectors corresponding to D + 2 , ..., μ M are Y D + 1 , Y
If D + 2 , ..., Y M , the signal subspace spanned by Y 1 , Y 2 , ..., Y D and the noise subspace spanned by Y D + 1 , Y D + 2 , ..., Y M are mutually It becomes an orthogonal complementary space.

【0046】さて、固有ベクトルY1 ,Y2 ,…,YD
を次式で与えるとする。
Now, the eigenvectors Y 1 , Y 2 , ..., Y D
Is given by the following equation.

【0047】[0047]

【数12】 [Equation 12]

【0048】このとき、最小残留行列算出器6ではベク
トルYと、モードベクトル発生器10より出力されたモ
ードベクトルa(θ)との関係式(16)を満足し、且
つ式(17)を最小にするΔベクトルYおよびΔaが算
出される。これらは式(18)により与えられる。ここ
に、ベクトルXは(ベクトルY+ΔベクトルY)の列ベ
クトルの重みであり、‖・‖F は行列のフロベニウスノ
ルムを表す。式(16)、式(17)、式(18)を以
下に示す。
At this time, the minimum residual matrix calculator 6 satisfies the relational expression (16) between the vector Y and the mode vector a (θ) output from the mode vector generator 10, and the expression (17) is minimized. Δ vectors Y and Δa are calculated. These are given by equation (18). Here, the vector X is the weight of the column vector of (vector Y + Δ vector Y), and ‖ · ‖ F represents the Frobenius norm of the matrix. Formula (16), formula (17), and formula (18) are shown below.

【0049】[0049]

【数13】 [Equation 13]

【0050】式(18)において、Z12,Z22は次式に
よって定義される。
In the equation (18), Z 12 and Z 22 are defined by the following equation.

【0051】[0051]

【数14】 [Equation 14]

【0052】ただし、次式を満足するものとする。However, it is assumed that the following expression is satisfied.

【0053】[0053]

【数15】 (Equation 15)

【0054】到来角算出器7ではモードベクトル発生器
10から出力されるモードベクトルa(θ)はθの関数
であるので、θを所定の角度範囲にわたって走査すると
きのモードベクトルに対する式(18)の極小値を求
め、この極小値に対応する角度^θを算出する。
In the arrival angle calculator 7, since the mode vector a (θ) output from the mode vector generator 10 is a function of θ, the equation (18) for the mode vector when scanning θ over a predetermined angle range is given. The minimum value of is obtained, and the angle ^ θ corresponding to this minimum value is calculated.

【0055】次に、複素乱数発生器9より出力される複
素乱数を他の複素乱数に更新して、掛算器3から到来角
算出器7までのプロセスをL回繰り返して到来角算出器
7より^θ1 ,^θ2 ,…,^θL が平均到来角算出器
8に入力される。
Next, the complex random number output from the complex random number generator 9 is updated to another complex random number, and the process from the multiplier 3 to the arrival angle calculator 7 is repeated L times, and the arrival angle calculator 7 ^ Θ 1 , ^ θ 2 , ..., ^ θ L are input to the average arrival angle calculator 8.

【0056】平均到来角算出器8では次式に従って平均
到来角^θAVE が算出される。
The average arrival angle calculator 8 calculates the average arrival angle ^ θ AVE according to the following equation.

【0057】[0057]

【数16】 [Equation 16]

【0058】実施例2 次にこの発明の第2の実施例を図2に従って説明する。
この発明の第1の実施例で述べた平均到来角算出器8の
代わりに累積頻度分布算出器11とメジアン算出器12
を用いるもので累積頻度分布算出器11に入力された複
数の推定到来角より累積頻度分布を求める。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
A cumulative frequency distribution calculator 11 and a median calculator 12 are provided instead of the average arrival angle calculator 8 described in the first embodiment of the present invention.
The cumulative frequency distribution is calculated from the plurality of estimated arrival angles input to the cumulative frequency distribution calculator 11.

【0059】得られた累積頻度分布をメジアン算出器1
2に入力して推定到来角の全体の個数の1/2に対応す
る到来角を求める。
The median calculator 1 calculates the obtained cumulative frequency distribution.
2 is input to obtain an arrival angle corresponding to ½ of the total number of estimated arrival angles.

【0060】実施例3 次にこの発明の第3の実施例を図3に従って説明する。
図3は図1と構成はほとんど同じであるが、掛算器3を
受信機2の前に置いた点が異なる。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
3 has almost the same configuration as that of FIG. 1 except that the multiplier 3 is placed in front of the receiver 2.

【0061】M個のアンテナ1の出力はそれぞれ掛算器
3に入力される。一方、複素乱数発生器9より出力され
たM個の複素乱数はそれぞれ掛算器3に入力されて、ア
ンテナ1からの出力と掛算される。掛算器3より掛算結
果が出力され受信機2に入力される。その他の動作はこ
の発明の第1の実施例の動作と同一である。
The outputs of the M antennas 1 are input to the multiplier 3, respectively. On the other hand, the M complex random numbers output from the complex random number generator 9 are input to the multiplier 3 and are multiplied by the output from the antenna 1. The multiplication result is output from the multiplier 3 and input to the receiver 2. The other operation is the same as that of the first embodiment of the present invention.

【0062】実施例4 次にこの発明の第4の実施例を説明する。この発明の第
3の実施例で述べた平均到来角算出器8の代わりに累積
頻度分布算出器11とメジアン算出器12を用いるもの
で、累積頻度分布算出器11に入力された複数の推定到
来角より累積頻度分布を求め、得られた累積頻度分布を
メジアン算出器12に入力して推定到来角の全体の個数
の1/2に対応する到来角を求める。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. A cumulative frequency distribution calculator 11 and a median calculator 12 are used instead of the average arrival angle calculator 8 described in the third embodiment of the present invention, and a plurality of estimated arrivals input to the cumulative frequency distribution calculator 11 are used. The cumulative frequency distribution is obtained from the angles, and the obtained cumulative frequency distribution is input to the median calculator 12 to find the arrival angle corresponding to 1/2 of the total number of estimated arrival angles.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上のように、この発明の第1の実施例
によればアンテナを実装した際に生じる電磁環境の変化
によってモードベクトルが変化することにもとずく波源
の推定角度精度の劣化を小さくすることができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the estimation angle accuracy of the wave source is deteriorated due to the change of the mode vector due to the change of the electromagnetic environment caused when the antenna is mounted. Can be made smaller.

【0064】また、この発明の第2の実施例によればこ
の発明の第1の実施例における平均到来角算出器を累積
頻度分布算出器とメジアン算出器に置き換えているの
で、累積頻度分布算出器に入力される到来角の統計的特
性によっては、この発明の第1の実施例に比べより高い
精度で波源の推定角度を得ることができる。
Further, according to the second embodiment of the present invention, since the average arrival angle calculator in the first embodiment of the present invention is replaced with the cumulative frequency distribution calculator and the median calculator, the cumulative frequency distribution calculation is performed. The estimated angle of the wave source can be obtained with higher accuracy than the first embodiment of the present invention, depending on the statistical characteristics of the arrival angle input to the vessel.

【0065】また、この発明の第3の実施例によれば掛
算器を受信機の前に置くことによりアンテナから出力さ
れた信号と複素乱数発生器から出力された複素乱数を掛
算することができるので、掛算器を受信機の後に置く場
合に比べ受信機雑音の影響なくして信号と複素乱数のみ
の掛算ができ、従ってこの発明の第1の実施例よりも高
い精度で波源の角度を推定することができる。
Further, according to the third embodiment of the present invention, by placing the multiplier in front of the receiver, the signal output from the antenna and the complex random number output from the complex random number generator can be multiplied. Therefore, as compared with the case where the multiplier is placed after the receiver, only the signal and the complex random number can be multiplied without the influence of the receiver noise. Therefore, the angle of the wave source can be estimated with higher accuracy than that of the first embodiment of the present invention. be able to.

【0066】また、この発明の第4の実施例によれば、
この発明の第3の実施例における平均到来角算出器を累
積頻度分布算出器とメジアン算出器に置き換えているの
で、累積頻度分布算出器に入力される到来角の統計的特
性によってはこの発明の第3の実施例に比べより高い精
度で波源の推定角度を得ることができる。
According to the fourth embodiment of the present invention,
Since the average arrival angle calculator in the third embodiment of the present invention is replaced with the cumulative frequency distribution calculator and the median calculator, the present invention may be changed depending on the statistical characteristics of the arrival angle input to the cumulative frequency distribution calculator. The estimated angle of the wave source can be obtained with higher accuracy than in the third embodiment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の第1の実施例の方向探知装置の構成
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a direction finding device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第2の実施例の方向探知装置のうち
累積頻度分布算出器とメジアン算出器の構成を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing configurations of a cumulative frequency distribution calculator and a median calculator in the direction finding device according to the second embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第3の実施例の方向探知装置の構成
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a direction finding device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】従来の方向探知装置の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional direction finding device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アンテナ 2 受信機 3 掛算器 4 共分散行列算出器 5 固有値・固有ベクトル算出器 6 最小残留行列算出器 7 到来角算出器 8 平均到来角算出器 9 複素乱数発生器 10 モードベクトル発生器 11 累積頻度分布算出器 12 メジアン算出器 20 雑音部分空間射影長算出器 21 極小値算出器 1 antenna 2 receiver 3 multiplier 4 covariance matrix calculator 5 eigenvalue / eigenvector calculator 6 minimum residual matrix calculator 7 arrival angle calculator 8 average arrival angle calculator 9 complex random number generator 10 mode vector generator 11 cumulative frequency Distribution calculator 12 Median calculator 20 Noise subspace projection length calculator 21 Minimum value calculator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳沢 基 鎌倉市上町屋325番地 三菱電機株式会社 鎌倉製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Moto Yanagisawa 325 Kamimachiya, Kamakura City Mitsubishi Electric Corporation Kamakura Factory

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のアンテナと、上記アンテナにそれ
ぞれ接続された複数の受信機と、複素乱数を上記受信機
の個数に対応する数だけ出力する複素乱数発生器と、上
記受信機に対応して受信機の出力と複素乱数発生器の出
力とを掛算する掛算器と、上記のそれぞれの掛算器の出
力より共分散行列を算出する共分散行列算出器と、上記
共分散行列より固有値および固有ベクトルを算出する固
有値・固有ベクトル算出器と、上記アンテナの配列にも
とずいて仮想波源に対するアンテナ出力を算出するモー
ドベクトル発生器と、上記固有ベクトルから上記固有値
にもとずいて選択された固有ベクトルと上記モードベク
トル発生器からのアンテナ出力より残留行列のフロベニ
ウスノルムの最小値を算出する最小残留行列算出器と、
上記仮想波源からの信号の到来角を走査して上記フロベ
ニウスノルムの最小値を極小とする到来角を算出する到
来角算出器と、上記複素乱数発生器の出力を更新して上
記掛算器から上記到来角算出器までのプロセスを複数回
繰り返し、得られた複数個の到来角より到来角の平均を
求める平均到来角算出器とで構成したことを特徴とする
方向探知装置。
1. A plurality of antennas, a plurality of receivers respectively connected to the antennas, a complex random number generator for outputting a complex random number by a number corresponding to the number of the receivers, and a receiver corresponding to the receivers. A multiplier that multiplies the output of the receiver with the output of the complex random number generator, a covariance matrix calculator that calculates the covariance matrix from the outputs of the above multipliers, and an eigenvalue and eigenvector from the covariance matrix An eigenvalue / eigenvector calculator that calculates, a mode vector generator that calculates the antenna output for the virtual wave source based on the array of the antenna, an eigenvector selected from the eigenvector based on the eigenvalue, and the mode A minimum residual matrix calculator that calculates the minimum value of the Frobenius norm of the residual matrix from the antenna output from the vector generator,
An arrival angle calculator that scans the arrival angle of the signal from the virtual wave source to calculate an arrival angle that minimizes the minimum value of the Frobenius norm, and outputs the complex random number generator to update the output from the multiplier. A direction finding device comprising: an average arrival angle calculator that repeats the process up to the arrival angle calculator a plurality of times and obtains the average of the arrival angles from the obtained plurality of arrival angles.
【請求項2】 複数のアンテナと、上記アンテナにそれ
ぞれ接続された複数の受信機と、複素乱数を上記受信機
の個数に対応する数だけ出力する複素乱数発生器と、上
記受信機に対応して受信機出力と複素乱数発生器の出力
を掛算する掛算器と、上記のそれぞれの掛算器の出力よ
り共分散行列を算出する共分散行列算出器と、上記共分
散行列より固有値および固有ベクトルを算出する固有値
・固有ベクトル算出器と、上記アンテナの配列にもとず
いて仮想波源に対するアンテナ出力を算出するモードベ
クトル発生器と、上記固有ベクトルから上記固有値にも
とずいて選択された固有ベクトルと上記モードベクトル
発生器からのアンテナ出力より残留行列のフロベニウス
ノルムの最小値を算出する最小残留行列算出器と、上記
仮想波源からの信号の到来角を走査して上記フロベニウ
スノルムの最小値を極小とする到来角を算出する到来角
算出器と、上記複素乱数発生器の出力を更新して上記掛
算器から上記到来角算出器までのプロセスを複数回繰り
返し、得られた複数個の到来角より到来角の累積頻度分
布を算出する累積頻度分布を算出する累積頻度分布算出
器と、得られた累積頻度分布にもとずいてメジアンを算
出するメジアン算出器とで構成したことを特徴とする方
向探知装置。
2. A plurality of antennas, a plurality of receivers respectively connected to the antennas, a complex random number generator for outputting a complex random number in a number corresponding to the number of the receivers, and a receiver corresponding to the receivers. A multiplier that multiplies the output of the receiver and the output of the complex random number generator, a covariance matrix calculator that calculates the covariance matrix from the outputs of the above multipliers, and an eigenvalue and eigenvector from the above covariance matrix An eigenvalue / eigenvector calculator, a mode vector generator that calculates the antenna output for the virtual wave source based on the array of the above antennas, an eigenvector selected from the above eigenvectors based on the above eigenvalues, and the above mode vector generation Minimum residual matrix calculator that calculates the minimum value of the Frobenius norm of the residual matrix from the antenna output from the detector, and the signal from the virtual source The arrival angle calculator that scans the arrival angle of to calculate the arrival angle that minimizes the minimum value of the Frobenius norm, and updates the output of the complex random number generator from the multiplier to the arrival angle calculator. The process is repeated multiple times, and the cumulative frequency distribution calculator that calculates the cumulative frequency distribution of the arrival angle from the obtained plural arrival angles and the median based on the obtained cumulative frequency distribution are calculated. A direction finding device comprising a median calculator for calculating.
【請求項3】 複数のアンテナと、複素乱数を上記アン
テナの個数に対応する数だけ出力する複素乱数発生器
と、上記アンテナに対応してアンテナ出力と複素乱数発
生器の出力を掛算する掛算器と、上記掛算器に接続され
た複数の受信機と、上記受信機の出力より共分散行列を
算出する共分散行列算出器と、上記共分散行列より固有
値・固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル算出
器と、上記アンテナの配列にもとずいて仮想波源に対す
るアンテナ出力を算出するモードベクトル発生器と、上
記固有ベクトルから上記固有値にもとずいて選択された
固有ベクトルと上記モードベクトル発生器からのアンテ
ナ出力より残留行列のフロベニウスノルムの最小値を算
出する最小残留行列算出器と、上記仮想波源からの信号
の到来角を走査して上記フロベニウスノルムの最小値を
極小とする到来角を算出する到来角算出器と、上記複素
乱数発生器の出力を更新して上記掛算器から上記到来角
算出器までのプロセスを複数回繰り返し、得られた複数
個の到来角より到来角の平均を求める平均到来角算出器
とで構成したことを特徴とする方向探知装置。
3. A plurality of antennas, a complex random number generator that outputs a complex random number in a number corresponding to the number of the antennas, and a multiplier that multiplies the antenna output and the output of the complex random number generator corresponding to the antennas. , A plurality of receivers connected to the multiplier, a covariance matrix calculator that calculates a covariance matrix from the output of the receiver, and an eigenvalue / eigenvector calculator that calculates an eigenvalue / eigenvector from the covariance matrix And a mode vector generator for calculating the antenna output for the virtual wave source based on the array of the antennas, and an eigenvector selected based on the eigenvalue from the eigenvector and the antenna output from the mode vector generator. A minimum residual matrix calculator that calculates the minimum value of the Frobenius norm of the residual matrix, and scans the arrival angle of the signal from the virtual source to The arrival angle calculator that calculates the arrival angle that minimizes the minimum value of the Frobenius norm and the output of the complex random number generator are updated, and the process from the multiplier to the arrival angle calculator is repeated multiple times to obtain A direction finding device, comprising: an average arrival angle calculator that calculates an average of arrival angles from a plurality of the obtained arrival angles.
【請求項4】 複数のアンテナと、複素乱数を上記アン
テナの個数に対応する数だけ出力する複素乱数発生器
と、上記アンテナに対応してアンテナ出力と複素乱数発
生器の出力を掛算する掛算器と、上記掛算器に接続され
た複数の受信機と、上記受信機の出力より共分散行列を
算出する共分散行列算出器と、上記共分散行列より固有
値・固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル算出
器と、上記アンテナの配列にもとずいて仮想波源に対す
るアンテナ出力を算出するモードベクトル発生器と、上
記固有ベクトルから上記固有値にもとずいて選択された
固有ベクトルと上記モードベクトル発生器からのアンテ
ナ出力より残留行列のフロベニウスノルムの最小値を算
出する最小残留行列算出器と、上記仮想波源からの信号
の到来角を走査して上記フロベニウスノルムの最小値を
極小とする到来角を算出する到来角算出器と、上記複素
乱数発生器の出力を更新して上記掛算器から上記到来角
算出器までのプロセスを複数回繰り返し、得られた複数
個の到来角より到来角の累積頻度分布を算出する累積頻
度分布を算出する累積頻度分布算出器と、得られた累積
頻度分布にもとずいてメジアンを算出するメジアン算出
器とで構成したことを特徴とする方向探知装置。
4. A plurality of antennas, a complex random number generator that outputs a complex random number in a number corresponding to the number of the antennas, and a multiplier that multiplies the antenna output and the output of the complex random number generator corresponding to the antennas. , A plurality of receivers connected to the multiplier, a covariance matrix calculator that calculates a covariance matrix from the output of the receiver, and an eigenvalue / eigenvector calculator that calculates an eigenvalue / eigenvector from the covariance matrix And a mode vector generator for calculating the antenna output for the virtual wave source based on the array of the antennas, and an eigenvector selected based on the eigenvalue from the eigenvector and the antenna output from the mode vector generator. A minimum residual matrix calculator that calculates the minimum value of the Frobenius norm of the residual matrix, and scans the arrival angle of the signal from the virtual source to The arrival angle calculator that calculates the arrival angle that minimizes the minimum value of the Frobenius norm and the output of the complex random number generator are updated, and the process from the multiplier to the arrival angle calculator is repeated multiple times to obtain A cumulative frequency distribution calculator that calculates a cumulative frequency distribution that calculates the cumulative frequency distribution of arrival angles from the obtained multiple arrival angles, and a median calculator that calculates the median based on the obtained cumulative frequency distribution. A direction finding device characterized by being configured.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5943013A (en) * 1997-09-29 1999-08-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Direction finder
DE102012203172A1 (en) 2011-03-04 2012-09-06 Fujitsu Ten Ltd. Radar device for calculating angle of incidence of received signals, has storage unit for storing measured mode vector, where angle of incidence of received signals is calculated under utilization of measured mode vector

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DE102012203172B4 (en) * 2011-03-04 2020-08-20 Fujitsu Ten Ltd. Radar device and incident angle calculation method for a radar device

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