WO2022185379A1 - 角度幅推定装置、角度幅推定方法及び目標測角装置 - Google Patents

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WO2022185379A1
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angular width
target
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善樹 高橋
龍平 高橋
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三菱電機株式会社
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    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842—Weighted combining
    • H04B7/086—Weighted combining using weights depending on external parameters, e.g. direction of arrival [DOA], predetermined weights or beamforming

Definitions

  • the present disclosure relates to an angular width estimation device, an angular width estimation method, and a target angle measuring device.
  • the reflected wave from that target will have no angular width.
  • the target to be observed is a nearby target that cannot be regarded as a point wave source, the reflected wave from the target has an angular width.
  • An angle measuring device for measuring the angle of a target in the vicinity must measure the angle of the target using the angular width of the reflected wave from the target, otherwise the accuracy of angle measurement of the target will be degraded.
  • Non-Patent Document 1 discloses an angular width estimation technique for estimating the angular width of a reflected wave from a nearby target.
  • a computer executes the Capon method to estimate the angular width of the reflected wave.
  • the Capon method is a method of estimating the angular width that can be executed when a plurality of received array signals with different sampling times are obtained by an array antenna.
  • Non-Patent Document 1 With the angular width estimation technique disclosed in Non-Patent Document 1, the computer cannot execute the Capon method unless a plurality of received array signals are obtained. Therefore, there is a problem that the computer cannot estimate the angular width of the reflected wave unless a plurality of received array signals are obtained.
  • the present disclosure has been made to solve the above-described problems, and is an angle width estimation device and an angle width estimation method capable of estimating the angle width of a reflected wave from a target from one received array signal.
  • the purpose is to obtain
  • the angular width estimating apparatus acquires one received array signal of reflected waves from a target to be observed, and from one received array signal, has a null in the direction of arrival of the reflected wave, and the width of the null
  • a beam forming unit that forms a plurality of null beams having different null widths is compared with the power of the plurality of null beams formed by the beam forming unit, and the angle of the reflected wave is determined based on the power comparison result.
  • an angular width estimator for estimating a null width indicating the width.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a target angle measuring device including an angular width estimating device 4 according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing hardware of a digital signal processing unit in the target angle measuring device shown in FIG. 1;
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram of a computer when the angular width estimation device 4 is implemented by software, firmware, or the like;
  • FIG. 4 is a flowchart showing an angle width estimation method, which is a processing procedure of the angle width estimation device 4 according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an elevation angle ⁇ and an azimuth angle ⁇ in a steering vector a( ⁇ , ⁇ );
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a null width in the beam forming direction ud in a null beam;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the null width of a null beam and the target;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the null width of a null beam and the power of the null beam;
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing a target angle measuring device including an angle width estimation device 4 according to Embodiment 2; 10 is a hardware configuration diagram showing hardware of a digital signal processing unit in the target angle measuring device shown in FIG. 9;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a null beam formed by the DBF section 12;
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing a target angle measuring device including an angle width estimation device 4 according to Embodiment 3; 13 is a hardware configuration diagram showing hardware of a digital signal processing unit in the target angle measuring device shown in FIG. 12; FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram showing rotation of a null beam formation direction;
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a target angle measuring device including an angle width estimation device 4 according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing hardware of a digital signal processing unit in the target angle measuring device shown in FIG.
  • the reflected wave receiving section 1 includes receiving antenna elements 2-1 to 2-M and analog-to-digital converters (hereinafter referred to as "A/D converters") 3-1 to 3-M.
  • M is an integer of 2 or more.
  • a reflected wave receiver 1 receives a reflected wave from a target to be observed, and outputs a received array signal r ARE of the reflected wave to an angular width estimator 4 .
  • the received array signal r ARE of reflected waves is a signal containing a plurality of received signals r 1 to r M output from the receiving antenna elements 2-1 to 2-M.
  • the target goniometer shown in FIG. 1 does not include a radio wave transmitter that emits radio waves toward a target to be observed. Therefore, in the target angle measuring device shown in FIG. 1, it is assumed that an external radio wave transmitter (not shown) radiates radio waves toward the target to be observed. However, this is only an example, and the target angle measuring device shown in FIG. 1 may include the radio wave transmitter.
  • the receiving antenna elements 2-1 to 2-M constitute a receiving array antenna.
  • the A/D converter 3-m converts the received signal rm output from the receiving antenna element 2- m from an analog signal to a digital signal.
  • the A/D converter 3-m outputs a digital signal to the angular width estimator 4 as a received signal included in the received array signal r ARE .
  • the description of the receiver for detecting the received signal rm output from the receiving antenna element 2- m is omitted.
  • a receiver may be mounted between the receiving antenna element 2-m and the A/D converter 3-m, or the receiver may be included in the A/D converter 3-m. .
  • a reflected wave receiving section 1 has a receiving array antenna having receiving antenna elements 2-1 to 2-M.
  • the reflected wave receiver 1 may be provided with an array microphone having a plurality of microphones instead of the receiving array antenna, or may be provided with an array sensor having a plurality of radio wave sensors. good too.
  • the reflected wave receiving section 1 includes an array microphone, the reflected waves are sound waves.
  • the reflected wave receiving unit 1 includes an array sensor, the reflected wave is radio waves.
  • the angular width estimating device 4 includes a beam forming section 5 and an angular width estimating section 9 .
  • the angular width estimator 4 estimates the angular width of the reflected wave by performing signal processing on the received array signal r ARE output from the reflected wave receiver 1 .
  • the beam forming section 5 includes coherent integration sections 6-1 to 6-M, pulse compression sections 7-1 to 7-M, and a DBF (Digital Beam Forming) section 8.
  • the beam forming unit 5 acquires one received array signal r ARE output from the reflected wave receiving unit 1, and from one received array signal r ARE , there is a null in the arrival direction of the reflected wave, and the width of the null is A plurality of null beams with different null widths are formed.
  • the beam forming section 5 can form a null beam in the arrival direction of the reflected wave.
  • the coherent integrator 6-m performs, for example, FFT (Fast Fourier Transform) on the digital signal output from the A/D converter 3-m in the time direction to coherently integrate the digital signal.
  • the pulse compression unit 7-m pulse-compresses the coherently integrated signal output from the coherent integration unit 6-m, and outputs the pulse-compressed signal to the DBF unit 8.
  • the DBF unit 8 is implemented by, for example, the DBF circuit 23 shown in FIG.
  • the DBF section 8 has a table 8a.
  • the table 8a stores a plurality of weights related to null beams formed by the DBF unit 8.
  • FIG. Different weights change one or more of the null beam forming direction, null forming direction and null width.
  • Each weight contains M weight elements.
  • the DBF unit 8 acquires M pulse-compressed signals from the pulse compression units 7-1 to 7-M.
  • the DBF unit 8 performs digital beamforming on the M pulse-compressed signals output from the pulse compression units 7-1 to 7-M, thereby forming a null beam having a null in the arrival direction of the reflected wave. .
  • the DBF unit 8 After forming the null beam, the DBF unit 8 receives a null beam forming command from the angular width estimating unit 9, and performs digital beam forming on the M pulse-compressed signals to obtain the null beam formed previously. Form a null beam with a null that is wider than the null.
  • the DBF unit 8 when the DBF unit 8 acquires M pulse-compressed signals from the pulse compression units 7-1 to 7-M, it acquires one weight from the table 8a.
  • the DBF unit 8 multiplies each pulse-compressed signal by each weight element included in the acquired weight, and calculates the sum of the multiple signals after multiplication of the weight elements, thereby obtaining a reflected wave form a null beam with a null in the direction of arrival of .
  • the DBF unit 8 outputs the null beam to the angular width estimator 9 . After forming the null beam, the DBF unit 8 acquires one weight different from the already acquired weights from the table 8a when acquiring a null beam formation command from the angle width estimation unit 9 .
  • the DBF unit 8 multiplies each pulse-compressed signal by each weight element included in the acquired weight, and calculates the sum of a plurality of signals after multiplication of the weight elements to obtain the previously formed signal. form a null beam having a null with a wider null width than the null in the null beam.
  • the DBF unit 8 outputs the null beam to the angular width estimator 9 .
  • the beam forming section 5 includes pulse compression sections 7-1 to 7-M. However, the beam forming section 5 may not include the pulse compression sections 7-1 to 7-M.
  • the angular width estimator 9 is realized by, for example, the angular width estimating circuit 24 shown in FIG.
  • the angular width estimator 9 compares the powers of the null beams formed by the beam forming unit 5, and estimates the null width indicating the angular width of the reflected wave based on the power comparison result. That is, when the angular width estimation unit 9 obtains one null beam from the DBF unit 8 , the angle width estimation unit 9 obtains a plurality of null beams from the DBF unit 8 by repeatedly outputting a null beam formation command to the DBF unit 8 .
  • the angular width estimating unit 9 monitors the power change of the null beam output from the DBF unit 8, and sets the null width of the null beam when the power stops decreasing from the state where the power is decreasing as the null width indicating the angular width. Explore.
  • the angular width estimation unit 9 outputs the angular width indicated by the estimated null width to the target angle measurement unit 10 .
  • the target angle measurement unit 10 is implemented by, for example, a target angle measurement circuit 25 shown in FIG.
  • the target angle measurement unit 10 uses the angle width output from the angle width estimation unit 9 to measure the angle of the target.
  • each of the coherent integration units 6-1 to 6-M, the pulse compression units 7-1 to 7-M, the DBF unit 8, and the angle width estimation unit 9, which are components of the angle width estimation device 4, are shown in FIG. 2 is assumed to be realized by dedicated hardware. That is, it is assumed that the angular width estimating device 4 is realized by the coherent integration circuit 21, the pulse compression circuit 22, the DBF circuit 23, and the angular width estimating circuit 24.
  • FIG. Each of the coherent integration circuit 21, the pulse compression circuit 22, the DBF circuit 23, and the angle width estimation circuit 24 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). , FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof.
  • the components of the angular width estimation device 4 are not limited to those realized by dedicated hardware, and the angular width estimation device 4 may be realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. There may be.
  • Software or firmware is stored as a program in a computer's memory.
  • a computer means hardware that executes a program, for example, a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor). do.
  • FIG. 3 is a hardware configuration diagram of a computer when the angular width estimation device 4 is implemented by software, firmware, or the like.
  • the angular width estimating device 4 is implemented by software or firmware, each of the coherent integration units 6-1 to 6-M, the pulse compression units 7-1 to 7-M, the DBF unit 8, and the angular width estimating unit 9
  • a memory 31 stores a program for causing a computer to execute the processing procedure of .
  • the processor 32 of the computer executes the program stored in the memory 31 .
  • FIG. 2 shows an example in which each component of the angular width estimation device 4 is realized by dedicated hardware
  • FIG. 3 shows an example in which the angular width estimation device 4 is realized by software, firmware, or the like. ing.
  • this is only an example, and some components of the angular width estimation device 4 may be implemented by dedicated hardware, and the remaining components may be implemented by software, firmware, or the like.
  • the A/D converter 3- m receives the received signal r_m from the receiving antenna element 2- m , it converts the received signal r_m from an analog signal to a digital signal, and outputs the digital signal to the angular width estimation device 4. .
  • the angular width estimator 4 estimates the angular width of the reflected wave by performing signal processing on the digital signal output from the A/D converter 3-m. Signal processing by the angular width estimation device 4 will be specifically described below.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an angular width estimation method, which is a processing procedure of the angular width estimation device 4 according to the first embodiment.
  • a( ⁇ , ⁇ ) is the steering vector when the elevation angle is ⁇ and the azimuth angle is ⁇ .
  • s(t) is the signal complex amplitude at time t
  • n(t) is the thermal noise vector at time t.
  • the steering vector a( ⁇ , ⁇ ) is represented by the following equation (2) when each of the elevation angle ⁇ and the azimuth angle ⁇ is represented by the coordinate system shown in FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the elevation angle ⁇ and the azimuth angle ⁇ in the steering vector a( ⁇ , ⁇ ).
  • the elevation angle ⁇ is the angle formed by the steering vector a ( ⁇ , ⁇ ) with respect to the xy plane.
  • ⁇ 0 [deg. ].
  • ⁇ is the wavelength
  • R is the element coordinate matrix of the receiving antenna elements 2-1 to 2-M
  • xm is the position where the m -th receiving antenna element 2-m is installed.
  • the x-coordinate, ym is the y-coordinate of the position where the m -th receiving antenna element 2-m is installed.
  • L( ⁇ , ⁇ ) is a line-of-sight direction vector when the elevation angle is ⁇ and the azimuth angle is ⁇ .
  • Equation (5) The weight w for forming a null beam having nulls for u and v is given by the following formula (5 ).
  • ⁇ is an arbitrary normalization coefficient
  • R xx ⁇ 1 is the inverse matrix of the correlation matrix R xx of the reflected wave having angular width.
  • directions forming nulls are denoted as u c and v c .
  • the null width of a null beam with null forming directions u c , v c is defined by the correlation matrix R xx of the reflected wave with angular width.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the null width in the beam forming direction ud in the null beam.
  • the beam forming direction ud in the u-axis direction coincides with the null forming direction uc in the u-axis direction.
  • the width of the null beam in the u-axis direction where the gain of the null beam is equal to or less than the threshold Th matches the null width of the null beam in the u-axis direction.
  • the signal to noise ratio is more than the gain Gr of the beam that does not have a null in the beam forming direction ud .
  • a low gain is used.
  • the SNR is calculated from receiver noise power and received signal power in a receiver included in reflected wave receiving section 1 .
  • the null width in the v-axis direction in the null beam is treated similarly to the null width in the u-axis direction in the null beam. That is, the beam forming direction vd along the v -axis coincides with the null forming direction vc along the v-axis.
  • the width of the null beam in the v-axis direction where the gain of the null beam is equal to or less than the threshold Th matches the null width of the null beam in the v-axis direction.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the null width of the null beam and the target. In FIG .
  • a correlation matrix R xx of reflected waves having an angular width is represented by the following equation (7).
  • P d is the power of the reflected wave received by the receiving antenna element 2-m.
  • ⁇ u max is a constant indicating the maximum angle of the null beam in the u-axis direction
  • ⁇ u min is a constant indicating the minimum angle of the null beam in the u-axis direction.
  • ⁇ v max is a constant indicating the maximum angle of the null beam in the v-axis direction
  • ⁇ v min is a constant indicating the minimum angle of the null beam in the v-axis direction.
  • ⁇ (u, v) is the spatial distribution of desired wave power
  • ⁇ is pseudo noise
  • I is a unit matrix.
  • Weight w ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) can be calculated.
  • ⁇ Beam is the center direction of the beam forming direction u d
  • ⁇ Beam is the center direction of the beam forming direction v d
  • ⁇ NULL is the null formation direction u c
  • ⁇ NULL is the null formation direction v c .
  • the null width can be varied by changing the respective values in ⁇ u max , ⁇ u min , ⁇ v max and ⁇ v min .
  • ⁇ u ⁇ u max - ⁇ u min
  • ⁇ v ⁇ v max - ⁇ v min . do.
  • the table 8a of the DBF unit 8 includes weights w ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) calculated by substituting the inverse matrix of the correlation matrix R xx shown in Equation (7) into Equation (5). is stored. That is, in the table 8a, at least one of the null width u c ⁇ u/2 in the u-axis direction and the null width v c ⁇ v/2 in the v-axis direction is different for each of the null forming directions uc and vc . A plurality of weights w ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) are stored.
  • Each of the DBF unit 8 and the angular width estimating unit 9 repeats the following processing multiple times. The process described below can be repeated multiple times if one received array signal r ARE (t) is obtained.
  • the DBF unit 8 receives from the table 8a a weight w 1 ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ).
  • a null with a narrow null width is a null with a null width close to zero.
  • the DBF unit 8 is included in the weight w 1 ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) for the pulse-compressed signal r APC,m (t) output from the pulse compression unit 7-m.
  • the weight element w 1,m corresponding to the m-th pulse compressor 7-m is multiplied.
  • the DBF unit 8 forms the null beam B NULL,1 by calculating the sum ⁇ r APC,m (t) ⁇ w 1,m of the M multiplication results (step ST3 in FIG. 4).
  • the DBF unit 8 outputs the null beam B NULL,1 to the angle width estimation unit 9 .
  • the angle width estimation unit 9 acquires the null beam B NULL,1 from the DBF unit 8
  • the power P 1 ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) is calculated (step ST4 in FIG. 4).
  • the angular width estimator 9 stores the power P 1 ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) of the null beam B NULL,1 in the internal memory.
  • the weight element w j,m corresponding to the m-th pulse compressor 7-m is multiplied.
  • the DBF unit 8 forms the null beam B NULL,j by calculating the sum ⁇ r APC,m (t) ⁇ w j,m of the M multiplication results (step ST3 in FIG. 4).
  • the DBF unit 8 outputs the null beam B NULL,j to the angular width estimating unit 9 .
  • the angle width estimation unit 9 acquires the null beam B NULL ,j from the DBF unit 8
  • the power P j ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) is calculated (step ST4 in FIG. 4).
  • the angular width estimator 9 stores the power P j ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) of the null beam B NULL,j in the internal memory.
  • Each of the DBF unit 8 and the angular width estimating unit 9 prevents the power P j ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) of the null beam B NULL,j from decreasing even if the null width in the u-axis direction is widened.
  • the j-th process is repeated until FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the null width of the null beam and the power of the null beam.
  • the narrower the null width the higher the power of the null beam because more radio waves are reflected by the target.
  • the null width is widened, the radio waves reflected by the target are reduced, so the power of the null beam is reduced.
  • the process is performed four times, and the power P j ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) stops decreasing during the third process. Therefore, in the example of FIG. 8, the null width in the third processing indicates the angular width of the reflected wave.
  • the angular width estimator 9 compares the J powers P 1 ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) to P J ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) stored in the internal memory. do. Based on the power comparison result, the angular width estimating unit 9 changes the power P j ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL ) from the state in which the power P j ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) is decreasing to the power P j ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL ). , ⁇ NULL ) stops falling, the null width B ⁇ in the u-axis direction is searched (step ST5 in FIG. 4).
  • the DBF unit 8 changes the null width u c ⁇ u/2 in the u-axis direction on the assumption that the null width v c ⁇ v/2 in the v-axis direction is constant.
  • the DBF unit 8 changes the null width v c ⁇ v/2 in the v-axis direction on the assumption that the null width u c ⁇ u/2 in the u-axis direction is constant.
  • the null width in the u-axis direction is assumed to be sufficiently wider than the target width in the u-axis direction. It is also assumed that the null forming directions u c and v c are constant.
  • Each of the DBF unit 8 and the angle width estimating unit 9 calculates the v-axis null width B ⁇ Find the null width B ⁇ in the direction.
  • the angle width estimating unit 9 outputs the searched null width B ⁇ in the u-axis direction to the target angle measurement unit 10 as the u-axis direction angle width A ⁇ of the reflected wave.
  • the null width B ⁇ is output to the target goniometer 10 as the angular width A ⁇ in the v-axis direction of the reflected wave.
  • the target angle measurement unit 10 uses the angle widths A ⁇ and A ⁇ output from the angle width estimation unit 9 to measure the angle of the target.
  • the target angle measurement unit 10 outputs the target angle measurement value to an external display or the like.
  • the target angle measurement processing itself by the target angle measurement unit 10 is a known technique, and therefore detailed description thereof will be omitted. An example of target angle measurement processing will be briefly described below.
  • the target angle measurement unit 10 obtains weights w j ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ).
  • the target goniometer 10 acquires ⁇ Beam which is a parameter of the acquired weight w j ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ).
  • the target goniometer 10 acquires ⁇ Beam which is a parameter of the acquired weight w j ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ).
  • the measured angle value in the u-axis direction of the target is ⁇ Beam
  • the measured angle value in the v-axis direction of the target is ⁇ Beam
  • the reflected wave has an angular width A ⁇ in the u-axis direction
  • the angle measurement value in the u -axis direction of the target does not become ⁇ Beam except in the center direction ⁇ Beam of the beam forming direction ud .
  • the target angle measurement unit 10 gives a range to the target angle measurement value in the u-axis direction according to the angle width A ⁇ in the u-axis direction of the reflected wave. That is, the target angle measurement unit 10 calculates ⁇ Beam ⁇ A ⁇ /2 as the target angle measurement value in the u-axis direction.
  • the reflected wave has an angular width A ⁇ in the v-axis direction, the angle measurement value in the v -axis direction of the target does not become ⁇ Beam except in the central direction ⁇ Beam of the beam forming direction vd.
  • the target angle measurement unit 10 gives a range to the target angle measurement value in the v-axis direction according to the angle width A ⁇ in the v-axis direction of the reflected wave. That is, the target angle measurement unit 10 calculates ⁇ Beam ⁇ A ⁇ /2 as the target v-axis direction angle measurement value.
  • one received array signal of the reflected wave from the target to be observed is acquired, and from one received array signal, the direction of arrival of the reflected wave has a null and the width of the null is a null.
  • the power of the beam forming unit 5 forming a plurality of null beams having different widths and the power of the plurality of null beams formed by the beam forming unit 5 are compared with each other, and the angle of the reflected wave is determined based on the power comparison result.
  • the angular width estimating device 4 is configured to include an angular width estimating unit 9 that estimates a null width indicating the width. Therefore, the angular width estimator 4 can estimate the angular width of the reflected wave from the target from one received array signal.
  • the DBF unit 8 substitutes the inverse matrix of the correlation matrix R xx shown in equation (10) below into equation (5). weights w j ( ⁇ Beam , ⁇ Beam , ⁇ NULL , ⁇ NULL ) calculated by good.
  • the correlation matrix R xx shown in Equation (10) is the Hadamard product of the correlation matrix R xx ' of the reflected wave having no angle width and the CMT (Covariance Matrix Taper) matrix T shown in Equation (11) below. is calculated by obtaining
  • the correlation matrix R xx shown in Equation (10) is the correlation matrix R xx of reflected waves having an angular width, and is obtained without numerical integration.
  • the angular width estimating unit 9 monitors the power change of the null beam B NULL,j output from the DBF unit 8, and determines the null width indicating the angular width immediately before the power starts to rise from the state where there is no power change. may be searched for the null width of the null beam of .
  • the null width at the time of the third processing indicates the angular width of the reflected wave.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing a target angle measuring device including an angle width estimation device 4 according to Embodiment 2.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, so description thereof will be omitted.
  • FIG. 10 is a hardware configuration diagram showing hardware of a digital signal processing unit in the target angle measuring device shown in FIG. In FIG. 10, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding parts, so description thereof will be omitted.
  • the beam forming section 11 includes coherent integration sections 6-1 to 6-M, pulse compression sections 7-1 to 7-M, and a DBF section 12.
  • FIG. Similar to the beam forming unit 5 shown in FIG. 1, the beam forming unit 11 has a null in the arrival direction of the reflected wave from one received array signal r ARE output from the reflected wave receiving unit 1, and the null width is A plurality of null beams different from each other are formed. Also, the beam forming unit 11 forms a beam at the end of each null beam.
  • the DBF unit 12 is implemented by, for example, a DBF circuit 26 shown in FIG.
  • the DBF unit 12 has a table 12a.
  • the table 12a stores a plurality of weights related to null beams formed by the DBF unit 12, similarly to the table 8a shown in FIG. However, the weight w stored by the table 12a is different from the weight w stored by the table 8a . and form a beam at the end of the null beam B NULL,j in the v-axis direction.
  • the DBF unit 12 forms a null beam B NULL,j having a beam at its end by performing digital beamforming on a plurality of pulse-compressed signals output from the pulse compression units 7-1 to 7-M. .
  • FIG. 10 9, coherent integration units 6-1 to 6-M, pulse compression units 7-1 to 7-M, DBF unit 12, and angle width estimation unit 9, which are components of angle width estimation device 4, are shown in FIG. 10 is assumed to be realized by dedicated hardware. That is, it is assumed that the angular width estimation device 4 is implemented by the coherent integration circuit 21, the pulse compression circuit 22, the DBF circuit 26, and the angular width estimation circuit 24.
  • FIG. Each of the coherent integration circuit 21, the pulse compression circuit 22, the DBF circuit 26, and the angular width estimation circuit 24 may be, for example, a single circuit, multiple circuits, programmed processors, parallel programmed processors, ASICs, FPGAs, or A combination of is applicable.
  • the components of the angular width estimation device 4 are not limited to those realized by dedicated hardware, and the angular width estimation device 4 may be realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. There may be.
  • the angular width estimating device 4 is realized by software, firmware, or the like, the coherent integration units 6-1 to 6-M, the pulse compression units 7-1 to 7-M, the DBF unit 12, and the angular width estimating unit 9 each 3 is stored in the memory 31 shown in FIG. Then, the processor 32 shown in FIG. 3 executes the program stored in the memory 31 .
  • the first processing by the DBF unit 8 may form a null beam B NULL,j having a null width wider than the angular width of the reflected wave.
  • the DBF unit 8 forms a null beam B NULL,j having nulls with a wider null width than that in the (j ⁇ 1)th processing in the j-th processing, the null widths B ⁇ , B ⁇ may not be found.
  • the DBF section 12 forms a beam B NULL ,j having beams at the ends thereof in order to prevent the null width of the null beam B NULL,j from expanding more than necessary.
  • the DBF unit 12 acquires the weight w calculated by the following equation (13) from the table 12a, and forms the null beam B NULL,j using the weight w.
  • C is a constraint matrix
  • H is a constraint response value for the constraint matrix C.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing null beams formed by the DBF section 12.
  • a null beam B NULL,j is formed in the null forming direction u c , v c .
  • the shaded area is the null area
  • the null width in the u-axis direction is (u c + ⁇ u/2) ⁇ (u c ⁇ u/2)
  • the null width in the v-axis direction is (v c + ⁇ v /2)-(v c - ⁇ v/2).
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing null beams formed by the DBF section 12.
  • a null beam B NULL,j is formed in the null forming direction u c , v c .
  • the shaded area is the null area
  • the null width in the u-axis direction is (u c + ⁇ u/2) ⁇ (u c ⁇ u/2)
  • the null width in the v-axis direction is (v
  • a beam is formed at the end of the null beam B NULL,j in the u-axis direction, and a beam is formed at the end of the null beam B NULL,j in the v-axis direction. That is, a beam whose longitudinal direction is parallel to the v-axis is formed at u c ⁇ u/2, and a beam whose longitudinal direction is parallel to the u-axis is formed at v c ⁇ v/2.
  • the DBF section 12 is constrained to form a beam at its ends, the null width of the null beam B NULL,j formed by the DBF section 12 is equal to the null beam B NULL,j formed by the DBF section 8 shown in FIG.
  • the target goniometric device shown in FIG. 9 is more likely than the target goniometric device shown in FIG. 1 to be able to search for the null widths B ⁇ and B ⁇ .
  • FIG. 12 is a configuration diagram showing a target angle measuring device including the angular width estimation device 4 according to Embodiment 3. As shown in FIG. In FIG. 12, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 9 denote the same or corresponding parts, so description thereof will be omitted. 13 is a hardware configuration diagram showing hardware of a digital signal processing unit in the target angle measuring device shown in FIG. 2. FIG. In FIG. 13, the same reference numerals as those in FIGS. 2 and 10 denote the same or corresponding parts, so description thereof will be omitted.
  • the beam forming section 13 includes coherent integration sections 6-1 to 6-M, pulse compression sections 7-1 to 7-M, and a DBF section .
  • the beam forming unit 13 similarly to the beam forming unit 5 shown in FIG. A plurality of null beams different from each other are formed. Also, the beam forming unit 13 rotates the formation direction of each null beam.
  • the DBF unit 14 is implemented by, for example, a DBF circuit 27 shown in FIG.
  • the DBF section 14 has a table 12a, like the DBF section 12 shown in FIG. In the target angle measuring device shown in FIG. 12, the DBF section 14 has a table 12a. However, this is only an example, and the DBF section 14 may have the table 8a in the same manner as the DBF section 8 shown in FIG.
  • the DBF unit 14, like the DBF unit 8 shown in FIG. 1 or the DBF unit 12 shown in FIG. Forming beams B NULL,j (j 1, . . . , J) by performing forming.
  • the DBF unit 14 rotates the forming direction of the null beam B NULL,j unlike the DBF unit 8 and the like shown in FIG.
  • each of coherent integration units 6-1 to 6-M, pulse compression units 7-1 to 7-M, DBF unit 14, and angle width estimation unit 9, which are components of angle width estimation device 4, are shown in FIG. 13 is assumed to be implemented by dedicated hardware. That is, it is assumed that the angular width estimating device 4 is realized by the coherent integration circuit 21, the pulse compression circuit 22, the DBF circuit 27, and the angular width estimating circuit 24.
  • FIG. Each of the coherent integrator circuit 21, the pulse compression circuit 22, the DBF circuit 27, and the angular width estimation circuit 24 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA, or A combination of is applicable.
  • the components of the angular width estimation device 4 are not limited to those realized by dedicated hardware, and the angular width estimation device 4 may be realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. There may be.
  • the angular width estimating device 4 is realized by software, firmware, or the like, the coherent integration units 6-1 to 6-M, the pulse compression units 7-1 to 7-M, the DBF unit 14, and the angular width estimating unit 9 each 3 is stored in the memory 31 shown in FIG. Then, the processor 32 shown in FIG. 3 executes the program stored in the memory 31 .
  • the DBF unit 14 forms a null beam B NULL,j in the same manner as the DBF unit 8 shown in FIG. 1 or the DBF unit 12 shown in FIG.
  • the DBF unit 14 converts the rotation matrix R rot ( ⁇ rot ) corresponding to the rotation angle ⁇ rot shown in equation (16) to the element coordinate matrix R shown in equation (3).
  • the multiplication rotates the forming direction of the null beam B NULL,j .
  • R r is the element coordinate matrix after coordinate rotation.
  • FIG. 14A and 14B are explanatory diagrams showing the rotation of the null beam formation direction.
  • the hatched area is the null area.
  • a beam is formed at the end of the null beam in the u-axis direction, and a beam is formed at the end of the null beam in the v-axis direction.
  • the DBF unit 14 can control the null formation directions u c and v c by calculating the CMT matrix T shown in the following equation (18) using the element coordinate matrix R r after the coordinate rotation. be.
  • the DBF unit 14 can also control the null expansion direction by calculating the CMT matrix T shown in the following equation (18) using the element coordinate matrix Rr after the coordinate rotation.
  • the angular width estimation device 4 shown in FIG. 12 is configured so that the beam forming unit 13 rotates the forming direction of the null beam. Therefore, the angular width estimating device 4 shown in FIG. 12 can estimate the angular width of the reflected wave from the target from one received array signal, similarly to the angular width estimating device 4 shown in FIG.
  • a null beam can be formed that is suitable for the shape of the target, the pose of the target, or the like.
  • the present disclosure is suitable for an angular width estimation device, an angular width estimation method, and a target angle measuring device.
  • 1 reflected wave receiver 2-1 to 2-M receiving antenna elements, 3-1 to 3-M A/D converter, 4 angular width estimator, 5, 11, 13 beam forming unit, 6-1 to 6 -M coherent integration unit, 7-1 to 7-M pulse compression unit, 8, 12, 14 DBF unit, 8a, 12a table, 9 angle width estimation unit, 10 target angle measurement unit, 21 coherent integration circuit, 22 pulse compression Circuits 23, 26, 27 DBF circuit, 24 Angle width estimation circuit, 25 Target angle measurement circuit, 31 Memory, 32 Processor.

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Abstract

観測対象の目標からの反射波の受信アレー信号を１つ取得し、１つの受信アレー信号から、反射波の到来方向にヌルを有し、ヌルの幅であるヌル幅が互いに異なる複数のヌルビームを形成するビーム形成部（５）と、ビーム形成部（５）により形成された複数のヌルビームの電力を互いに比較し、電力の比較結果に基づいて、反射波が有している角度幅を示すヌル幅を推定する角度幅推定部（９）とを備えるように、角度幅推定装置（４）を構成した。

Description

角度幅推定装置、角度幅推定方法及び目標測角装置
　本開示は、角度幅推定装置、角度幅推定方法及び目標測角装置に関するものである。
　観測対象の目標が、点波源とみなすことが可能な遠方の目標であれば、当該目標からの反射波は、角度幅を有していない。一方、観測対象の目標が、点波源とみなすことができない近傍の目標であれば、当該目標からの反射波は、角度幅を有している。
　近傍の目標を測角する測角装置は、当該目標からの反射波が有している角度幅を用いて当該目標を測角しなければ、当該目標の測角精度が劣化する。
　近傍の目標からの反射波が有する角度幅を推定する角度幅推定技術が非特許文献１に開示されている。
　当該角度幅推定技術では、計算機が、Ｃａｐｏｎ法を実行することによって、反射波が有している角度幅を推定している。Ｃａｐｏｎ法は、サンプリング時刻が互いに異なる複数の受信アレー信号がアレーアンテナによって得られたときに実行可能な角度幅の推定方法である。
小川，菊間他，"積分型モードベクトルを用いた微係数拘束付きCapon法による到来波の角度広がり推定"，電子情報通信学会論文誌 2009/6 Vol. J92-B No. 6
　非特許文献１に開示されている角度幅推定技術では、複数の受信アレー信号が得られなければ、計算機が、Ｃａｐｏｎ法を実行することができない。このため、当該計算機は、複数の受信アレー信号が得られなければ、反射波が有している角度幅を推定できないという課題があった。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、１つの受信アレー信号から、目標からの反射波が有する角度幅を推定することができる角度幅推定装置及び角度幅推定方法を得ることを目的とする。
　本開示に係る角度幅推定装置は、観測対象の目標からの反射波の受信アレー信号を１つ取得し、１つの受信アレー信号から、反射波の到来方向にヌルを有し、ヌルの幅であるヌル幅が互いに異なる複数のヌルビームを形成するビーム形成部と、ビーム形成部により形成された複数のヌルビームの電力を互いに比較し、電力の比較結果に基づいて、反射波が有している角度幅を示すヌル幅を推定する角度幅推定部とを備えるものである。
　本開示によれば、１つの受信アレー信号から、目標からの反射波が有する角度幅を推定することができる。
実施の形態１に係る角度幅推定装置４を含む目標測角装置を示す構成図である。 図１に示す目標測角装置におけるデジタル信号処理部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 角度幅推定装置４が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る角度幅推定装置４の処理手順である角度幅推定方法を示すフローチャートである。 ステアリングベクトルａ（θ，φ）における仰角θ及び方位角φのそれぞれを示す説明図である。 ヌルビームにおけるビーム形成方向ｕｄのヌル幅を示す説明図である。 ヌルビームのヌル幅と目標との関係を示す説明図である。 ヌルビームが有するヌルの幅とヌルビームの電力との関係を示す説明図である。 実施の形態２に係る角度幅推定装置４を含む目標測角装置を示す構成図である。 図９に示す目標測角装置におけるデジタル信号処理部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 ＤＢＦ部１２により形成されるヌルビームを示す説明図である。 実施の形態３に係る角度幅推定装置４を含む目標測角装置を示す構成図である。 図１２に示す目標測角装置におけるデジタル信号処理部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 ヌルビームの形成方向の回転を示す説明図である。
　以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る角度幅推定装置４を含む目標測角装置を示す構成図である。
　図２は、図１に示す目標測角装置におけるデジタル信号処理部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
　図１に示す目標測角装置は、反射波受信部１、角度幅推定装置４及び目標測角部１０を備えている。
　反射波受信部１は、受信アンテナ素子２－１～２－Ｍ及びアナログデジタル変換器（以下「Ａ／Ｄ変換器」という）３－１～３－Ｍを備えている。Ｍは、２以上の整数である。
　反射波受信部１は、観測対象の目標からの反射波を受信し、反射波の受信アレー信号ｒＡＲＥを角度幅推定装置４に出力する。反射波の受信アレー信号ｒＡＲＥは、受信アンテナ素子２－１～２－Ｍから出力される複数の受信信号ｒ１～ｒＭを含んでいる信号である。
　図１に示す目標測角装置は、観測対象の目標に向けて電波を放射する電波送信部を備えていない。したがって、図１に示す目標測角装置では、図示せぬ外部の電波送信部が、観測対象の目標に向けて電波を放射しているものとする。しかし、これは一例に過ぎず、図１に示す目標測角装置が、電波送信部を備えていてもよい。
　受信アンテナ素子２－１～２－Ｍは、受信アレーアンテナを構成している。
　受信アンテナ素子２－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、観測対象の目標からの反射波を受信し、反射波の受信アレー信号ｒＡＲＥに含まれる受信信号ｒｍをＡ／Ｄ変換器３－ｍに出力する。
　Ａ／Ｄ変換器３－ｍは、受信アンテナ素子２－ｍから出力された受信信号ｒｍをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
　Ａ／Ｄ変換器３－ｍは、受信アレー信号ｒＡＲＥに含まれている受信信号として、デジタル信号を角度幅推定装置４に出力する。
　図１に示す目標測角装置では、受信アンテナ素子２－ｍから出力された受信信号ｒｍを検波する受信機の記載が省略されている。例えば、受信アンテナ素子２－ｍとＡ／Ｄ変換器３－ｍとの間に受信機が搭載されていてもよいし、受信機がＡ／Ｄ変換器３－ｍに含まれていてもよい。
　図１に示す目標測角装置では、反射波受信部１が、受信アンテナ素子２－１～２－Ｍを有する受信アレーアンテナを備えている。しかし、これは一例に過ぎず、反射波受信部１が、受信アレーアンテナの代わりに、複数のマイクロフォンを有するアレーマイクロフォンを備えていてもよいし、複数の電波センサを有するアレーセンサを備えていてもよい。反射波受信部１がアレーマイクロフォンを備える場合、反射波は、音波である。反射波受信部１がアレーセンサを備える場合、反射波は、電波である。
　角度幅推定装置４は、ビーム形成部５及び角度幅推定部９を備えている。
　角度幅推定装置４は、反射波受信部１から出力された受信アレー信号ｒＡＲＥに対する信号処理を実施することによって、反射波が有している角度幅を推定する。
　ビーム形成部５は、コヒーレント積分部６－１～６－Ｍ、パルス圧縮部７－１～７－Ｍ及びＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｂｅａｍ　Ｆｏｒｍｉｎｇ）部８を備えている。
　ビーム形成部５は、反射波受信部１から出力された受信アレー信号ｒＡＲＥを１つ取得し、１つの受信アレー信号ｒＡＲＥから、反射波の到来方向にヌルを有し、ヌルの幅であるヌル幅が互いに異なる複数のヌルビームを形成する。
　図１に示す目標測角装置では、例えば、観測対象の目標の概略位置が事前に検出されているため、ビーム形成部５が、反射波の到来方向にヌルビームを形成することができる。
　コヒーレント積分部６－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、例えば、図２に示すコヒーレント積分回路２１によって実現される。
　コヒーレント積分部６－ｍは、Ａ／Ｄ変換器３－ｍから出力されたデジタル信号を時間方向に例えばＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）することによって、デジタル信号をコヒーレント積分し、コヒーレント積分後の信号をパルス圧縮部７－ｍに出力する。
　パルス圧縮部７－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、例えば、図２に示すパルス圧縮回路２２によって実現される。
　パルス圧縮部７－ｍは、コヒーレント積分部６－ｍから出力されたコヒーレント積分後の信号をパルス圧縮し、パルス圧縮後の信号をＤＢＦ部８に出力する。
　ＤＢＦ部８は、例えば、図２に示すＤＢＦ回路２３によって実現される。
　ＤＢＦ部８は、テーブル８ａを備えている。
　テーブル８ａは、ＤＢＦ部８により形成されるヌルビームに係るウェイトを複数格納している。ウェイトが異なることで、ヌルビームのビーム形成方向、ヌル形成方向及びヌル幅のうちの１つ以上が変わる。それぞれのウェイトは、Ｍ個のウェイト要素を含んでいる。
　ＤＢＦ部８は、パルス圧縮部７－１～７－Ｍから、Ｍ個のパルス圧縮後の信号を取得する。
　ＤＢＦ部８は、パルス圧縮部７－１～７－Ｍから出力されたＭ個のパルス圧縮後の信号に対するデジタルビームフォーミングを実施することによって、反射波の到来方向にヌルを有するヌルビームを形成する。
　ＤＢＦ部８は、ヌルビームを形成したのち、角度幅推定部９から、ヌルビームの形成指令を取得すると、Ｍ個のパルス圧縮後の信号に対するデジタルビームフォーミングを実施することによって、前回形成したヌルビームが有するヌルよりも、ヌル幅が広いヌルを有するヌルビームを形成する。
　即ち、ＤＢＦ部８は、パルス圧縮部７－１～７－Ｍから、Ｍ個のパルス圧縮後の信号を取得すると、テーブル８ａから、１つのウェイトを取得する。
　ＤＢＦ部８は、それぞれのパルス圧縮後の信号に対して、取得したウェイトに含まれているそれぞれのウェイト要素を乗算し、ウェイト要素乗算後の複数の信号の総和を算出することによって、反射波の到来方向にヌルを有するヌルビームを形成する。ＤＢＦ部８は、ヌルビームを角度幅推定部９に出力する。
　ＤＢＦ部８は、ヌルビームを形成したのち、角度幅推定部９から、ヌルビームの形成指令を取得すると、テーブル８ａから、取得済みのウェイトと異なる１つのウェイトを取得する。
　ＤＢＦ部８は、それぞれのパルス圧縮後の信号に対して、取得したウェイトに含まれているそれぞれのウェイト要素を乗算し、ウェイト要素乗算後の複数の信号の総和を算出することによって、前回形成したヌルビームが有するヌルよりも、ヌル幅が広いヌルを有するヌルビームを形成する。ＤＢＦ部８は、ヌルビームを角度幅推定部９に出力する。
　図１に示す目標測角装置では、ビーム形成部５が、パルス圧縮部７－１～７－Ｍを備えている。しかし、ビーム形成部５は、パルス圧縮部７－１～７－Ｍを備えていなくてもよい。
　角度幅推定部９は、例えば、図２に示す角度幅推定回路２４によって実現される。
　角度幅推定部９は、ビーム形成部５により形成された複数のヌルビームの電力を互いに比較し、電力の比較結果に基づいて、反射波が有している角度幅を示すヌル幅を推定する。
　即ち、角度幅推定部９は、ＤＢＦ部８から、１つのヌルビームを取得すると、ヌルビームの形成指令をＤＢＦ部８に繰り返し出力することによって、ＤＢＦ部８から、複数のヌルビームを取得する。
　角度幅推定部９は、ＤＢＦ部８から出力されたヌルビームの電力変化を監視し、角度幅を示すヌル幅として、電力が低下している状態から電力が下げ止まったときのヌルビームのヌル幅を探索する。
　角度幅推定部９は、推定したヌル幅が示す角度幅を目標測角部１０に出力する。
　目標測角部１０は、例えば、図２に示す目標測角回路２５によって実現される。
　目標測角部１０は、角度幅推定部９から出力された角度幅を用いて、目標を測角する。
　図１では、角度幅推定装置４の構成要素であるコヒーレント積分部６－１～６－Ｍ、パルス圧縮部７－１～７－Ｍ、ＤＢＦ部８及び角度幅推定部９のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、角度幅推定装置４が、コヒーレント積分回路２１、パルス圧縮回路２２、ＤＢＦ回路２３及び角度幅推定回路２４によって実現されるものを想定している。
　コヒーレント積分回路２１、パルス圧縮回路２２、ＤＢＦ回路２３及び角度幅推定回路２４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
　角度幅推定装置４の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、角度幅推定装置４が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
　ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
　図３は、角度幅推定装置４が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
　角度幅推定装置４が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、コヒーレント積分部６－１～６－Ｍ、パルス圧縮部７－１～７－Ｍ、ＤＢＦ部８及び角度幅推定部９におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ３１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行する。
　また、図２では、角度幅推定装置４の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図３では、角度幅推定装置４がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、角度幅推定装置４における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。
　次に、図１に示す目標測角装置の動作について説明する。
　受信アンテナ素子２－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、観測対象の目標からの反射波を受信し、反射波の受信信号ｒｍをＡ／Ｄ変換器３－ｍに出力する。
　Ａ／Ｄ変換器３－ｍは、受信アンテナ素子２－ｍから受信信号ｒｍを受けると、受信信号ｒｍをアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を角度幅推定装置４に出力する。
　角度幅推定装置４は、Ａ／Ｄ変換器３－ｍから出力されたデジタル信号に対する信号処理を実施することによって、反射波が有している角度幅を推定する。
　以下、角度幅推定装置４による信号処理を具体的に説明する。
　図４は、実施の形態１に係る角度幅推定装置４の処理手順である角度幅推定方法を示すフローチャートである。
　角度幅を有していない反射波が１波だけ受信アンテナ素子２－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に入射される場合、チャネル数Ｍの受信アレーアンテナにおける時刻ｔの受信アレー信号ｒＡＲＥ（ｔ）は、以下の式（１）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　式（１）において、ａ（θ，φ）は、仰角がθ、方位角がφであるときのステアリングベクトルである。ｓ（ｔ）は、時刻ｔのときの信号複素振幅、ｎ（ｔ）は、時刻ｔのときの熱雑音ベクトルである。
　ステアリングベクトルａ（θ，φ）は、仰角θ及び方位角φのそれぞれが、図５に示す座標系で表される場合、以下の式（２）のように表される。
　図５は、ステアリングベクトルａ（θ，φ）における仰角θ及び方位角φのそれぞれを示す説明図である。
　図５に示す座標系において、仰角θは、ｘ－ｙ平面に対するステアリングベクトルａ（θ，φ）のなす角であり、ステアリングベクトルａ（θ，φ）がｘ－ｙ平面と平行な方向であれば、θ＝０［ｄｅｇ．］である。
　方位角φは、ｘ－ｙ平面において、ｙ軸と平行な方向に対するステアリングベクトルａ（θ，φ）のなす角であり、ステアリングベクトルａ（θ，φ）がｙ軸と平行な方向であれば、φ＝０［ｄｅｇ．］である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　式（２）～（４）において、λは波長、Ｒは受信アンテナ素子２－１～２－Ｍにおける素子座標行列、ｘｍはｍ番目の受信アンテナ素子２－ｍが設置されている位置のｘ座標、ｙｍはｍ番目の受信アンテナ素子２－ｍが設置されている位置のｙ座標である。Ｌ（θ，φ）は、仰角がθ、方位角がφであるときの視線方向ベクトルである。
　以降、簡単のために、ｕ＝ｃｏｓθｓｉｎφ、ｖ＝ｓｉｎθとするステアリングベクトルａ（ｕ，ｖ）を用いて説明する。
　ｕ，ｖに対してヌルを有するヌルビームを形成するためのウェイトｗは、ビーム形成方向ｕｄ，ｖｄが定まっていれば、ＤＣＭＰ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ　Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ　Ｍｉｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ）法に基づき、以下の式（５）によって求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　式（５）において、αは任意の規格化係数、Ｒｘｘ －１は、角度幅を有している反射波の相関行列Ｒｘｘの逆行列である。
　以降、ヌルを形成する方向をｕｃ，ｖｃのように表記する。
　ヌル形成方向がｕｃ，ｖｃであるヌルビームのヌル幅は、角度幅を有している反射波の相関行列Ｒｘｘによって定義される。
　図６は、ヌルビームにおけるビーム形成方向ｕｄのヌル幅を示す説明図である。
　図６の例では、ｕ軸方向のビーム形成方向ｕｄがｕ軸方向のヌル形成方向ｕｃと一致している。ヌル形成方向ｕｃの周辺において、ヌルビームの利得が閾値Ｔｈ以下となるヌルビームのｕ軸方向の幅が、ヌルビームにおけるｕ軸方向のヌル幅と一致している。閾値Ｔｈとしては、例えば、以下の式（６）に示すように、ビーム形成方向ｕｄにヌルを有していないビームの利得Ｇｒよりも、信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）だけ低い利得が用いられる。ＳＮＲは、反射波受信部１に含まれている受信機における受信機雑音電力と受信信号電力とから算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　ヌルビームにおけるｖ軸方向のヌル幅は、ヌルビームにおけるｕ軸方向のヌル幅と同様に扱われる。
　即ち、ｖ軸方向のビーム形成方向ｖｄは、ｖ軸方向のヌル形成方向ｖｃと一致している。ヌル形成方向ｖｃの周辺において、ヌルビームの利得が閾値Ｔｈ以下となるヌルビームのｖ軸方向の幅が、ヌルビームにおけるｖ軸方向のヌル幅と一致している。
　図７は、ヌルビームのヌル幅と目標との関係を示す説明図である。
　図７では、ヌルビームのｕ軸方向及びｖ軸方向におけるそれぞれのヌル幅が、目標のｕ軸方向及びｖ軸方向におけるそれぞれの幅よりも広いために、ヌルビームのヌル形成方向ｕｃ，ｖｃにおけるそれぞれの利得が閾値Ｔｈ以下となる例を示している。
　角度幅を有している反射波の相関行列Ｒｘｘは、以下の式（７）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　式（７）において、Ｐｄは、受信アンテナ素子２－ｍにより受信される反射波の電力である。Δｕｍａｘはｕ軸方向のヌルビームの最大角度を示す定数、Δｕｍｉｎはｕ軸方向のヌルビームの最小角度を示す定数である。Δｖｍａｘはｖ軸方向のヌルビームの最大角度を示す定数、Δｖｍｉｎはｖ軸方向のヌルビームの最小角度を示す定数である。
　ρ（ｕ，ｖ）は所望波電力の空間分布、βは疑似雑音、Ｉは単位行列である。
　式（７）に示す相関行列Ｒｘｘの逆行列を式（５）に代入することによって、ヌル形成方向ｕｃ，ｖｃにヌルを有するヌルビームの形成が可能なウェイトｗ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を算出することができる。θＢｅａｍはビーム形成方向ｕｄの中心方向、φＢｅａｍはビーム形成方向ｖｄの中心方向である。θＮＵＬＬはヌル形成方向ｕｃ、φＮＵＬＬはヌル形成方向ｖｃである。
　ヌル幅は、Δｕｍａｘ、Δｕｍｉｎ、Δｖｍａｘ及びΔｖｍｉｎにおけるそれぞれの値を変化させることで、変えることが可能である。
　以降、Δｕ＝Δｕｍａｘ－Δｕｍｉｎ、Δｖ＝Δｖｍａｘ－Δｖｍｉｎとして、ｕｃ±Δｕ／２の角度範囲にヌルを形成し、ｖｃ±Δｖ／２の角度範囲にヌルを形成するものとする。
　コヒーレント積分部６－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、Ａ／Ｄ変換器３－ｍからデジタル信号を受けると、デジタル信号を時間方向に例えばＦＦＴすることによって、デジタル信号をコヒーレント積分する（図４のステップＳＴ１）。
　コヒーレント積分部６－ｍは、コヒーレント積分後の信号をパルス圧縮部７－ｍに出力する。
　パルス圧縮部７－ｍは、コヒーレント積分部６－ｍからコヒーレント積分後の信号を受けると、受信アンテナ素子２－ｍに受信されている不要波を抑圧するために、コヒーレント積分後の信号をパルス圧縮する（図４のステップＳＴ２）。
　パルス圧縮部７－ｍは、パルス圧縮後の信号ｒＡＰＣ，ｍ（ｔ）をＤＢＦ部８に出力する。
　ＤＢＦ部８のテーブル８ａは、式（７）に示す相関行列Ｒｘｘの逆行列が式（５）に代入されることによって算出されたウェイトｗ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を格納している。
　即ち、テーブル８ａは、ヌル形成方向ｕｃ，ｖｃのそれぞれについて、ｕ軸方向のヌル幅ｕｃ±Δｕ／２及びｖ軸方向のヌル幅ｖｃ±Δｖ／２のうち、少なくとも一方が異なる複数のウェイトｗ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を格納している。
　ＤＢＦ部８及び角度幅推定部９のそれぞれは、以下に示す処理を複数回繰り返し実施する。以下に示す処理は、１つの受信アレー信号ｒＡＲＥ（ｔ）が得られれば、複数回繰り返すことが可能である。
　ここでは、説明の便宜上、ｖ軸方向のヌル幅ｖｃ±Δｖ／２が一定であるものとして、ｕ軸方向のヌル幅ｕｃ±Δｕ／２を変更する例を説明する。ｖ軸方向のヌル幅は、目標のｖ軸方向の幅と比べて、十分に広いものとする。また、ヌル形成方向ｕｃ，ｖｃが一定であるものとする。
［１回目の処理］
　ＤＢＦ部８は、テーブル８ａから、ｕ軸方向のヌル幅が０のヌル、又は、ｕ軸方向のヌル幅が狭いヌルを形成するためのウェイトｗ１（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を取得する。ヌル幅が狭いヌルは、ヌル幅が０に近いヌルである。
　ＤＢＦ部８は、パルス圧縮部７－ｍから出力されたパルス圧縮後の信号ｒＡＰＣ，ｍ（ｔ）に対して、ウェイトｗ１（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）に含まれているＭ個のウェイト要素ｗ１，１～ｗ１，Ｍのうち、ｍ番目のパルス圧縮部７－ｍに対応しているウェイト要素ｗ１，ｍを乗算する。
　ＤＢＦ部８は、Ｍ個の乗算結果の総和ΣｒＡＰＣ，ｍ（ｔ）×ｗ１，ｍを算出することによって、ヌルビームＢＮＵＬＬ，１を形成する（図４のステップＳＴ３）。
　ＤＢＦ部８は、ヌルビームＢＮＵＬＬ，１を角度幅推定部９に出力する。
　角度幅推定部９は、ＤＢＦ部８からヌルビームＢＮＵＬＬ，１を取得すると、以下の式（８）に示すように、ヌルビームＢＮＵＬＬ，１の電力Ｐ１（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を算出する（図４のステップＳＴ４）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　角度幅推定部９は、ヌルビームＢＮＵＬＬ，１の電力Ｐ１（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を内部メモリに格納する。
［ｊ回目の処理］（ｊ＝２，・・・，Ｊ）
　ＤＢＦ部８は、角度幅推定部９から、ヌルビームの形成指令を取得すると、テーブル８ａから、（ｊ－１）回目の処理のときよりも、ｕ軸方向のヌル幅が広いヌルを形成するためのウェイトｗｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を取得する。
　ＤＢＦ部８は、パルス圧縮部７－ｍから出力されたパルス圧縮後の信号ｒＡＰＣ，ｍ（ｔ）に対して、ウェイトｗｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）に含まれているＭ個のウェイト要素ｗｊ，１～ｗｊ，Ｍのうち、ｍ番目のパルス圧縮部７－ｍに対応しているウェイト要素ｗｊ，ｍを乗算する。
　ＤＢＦ部８は、Ｍ個の乗算結果の総和ΣｒＡＰＣ，ｍ（ｔ）×ｗｊ，ｍを算出することによって、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊを形成する（図４のステップＳＴ３）。
　ＤＢＦ部８は、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊを角度幅推定部９に出力する。
　角度幅推定部９は、ＤＢＦ部８からヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊを取得すると、以下の式（９）に示すように、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊの電力Ｐｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を算出する（図４のステップＳＴ４）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　　　　　　　　　　　　　
　角度幅推定部９は、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊの電力Ｐｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を内部メモリに格納する。
　ＤＢＦ部８及び角度幅推定部９のそれぞれは、ｕ軸方向のヌル幅を広げても、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊの電力Ｐｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）が低下しなくなるまで、ｊ回目の処理を繰り返し実施する。
　図８は、ヌルビームが有するヌルの幅とヌルビームの電力との関係を示す説明図である。
　ヌル幅が狭いほど、目標によって反射される電波が増えるため、ヌルビームの電力が大きくなる。一方、ヌル幅が広くなると、目標によって反射される電波が減少するため、ヌルビームの電力が小さくなる。ただし、例えば、図７に示すように、ヌルビームのヌル幅が、目標の幅よりも広い状態のとき、さらに、ヌル幅が広くなっても、目標によって反射される電波は変わらないため、ヌルビームの電力は小さくならなくなる。即ち、ヌルビームの電力は、既知の受信機雑音電力よりも小さくならなくなる。
　図８の例では、処理を４回実施しており、３回目の処理のときに、電力Ｐｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）が下げ止まっている。
　したがって、図８の例では、３回目の処理のときのヌル幅が、反射波が有している角度幅を示している。
　角度幅推定部９は、内部メモリに格納したＪ個の電力Ｐ１（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）～ＰＪ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を互いに比較する。
　角度幅推定部９は、電力の比較結果に基づいて、電力Ｐｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）が低下している状態から電力Ｐｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）が下げ止まったときのｕ軸方向のヌル幅Ｂθを探索する（図４のステップＳＴ５）。
　ここまでは、ＤＢＦ部８が、ｖ軸方向のヌル幅ｖｃ±Δｖ／２が一定であるとして、ｕ軸方向のヌル幅ｕｃ±Δｕ／２を変更している。
　次に、ＤＢＦ部８が、ｕ軸方向のヌル幅ｕｃ±Δｕ／２が一定であるとして、ｖ軸方向のヌル幅ｖｃ±Δｖ／２を変更する。ｕ軸方向のヌル幅は、目標のｕ軸方向の幅と比べて、十分に広いものとする。また、ヌル形成方向ｕｃ，ｖｃが一定であるものとする。
　ＤＢＦ部８及び角度幅推定部９のそれぞれは、ｖ軸方向のヌル幅ｖｃ±Δｖ／２を変更しながら、ｕ軸方向のヌル幅Ｂθを探索する処理と同様の方法で、ｖ軸方向のヌル幅Ｂφを探索する。
　角度幅推定部９は、探索したｕ軸方向のヌル幅Ｂθを、反射波が有しているｕ軸方向の角度幅Ａθとして目標測角部１０に出力し、探索したｖ軸方向のヌル幅Ｂφを、反射波が有しているｖ軸方向の角度幅Ａφとして目標測角部１０に出力する。
　目標測角部１０は、角度幅推定部９から出力された角度幅Ａθ，Ａφを用いて、目標を測角する。
　目標測角部１０は、目標の測角値を外部のディスプレイ等に出力する。
　目標測角部１０による目標の測角処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。以下、目標の測角処理の一例を簡単に説明する。
　目標測角部１０は、ＤＢＦ部８のテーブル８ａから、ｕ軸方向の角度幅Ａθ及びｖ軸方向の角度幅Ａφの双方に対応するウェイトｗｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を取得する。
　目標測角部１０は、取得したウェイトｗｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）のパラメータであるθＢｅａｍを取得する。
　また、目標測角部１０は、取得したウェイトｗｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）のパラメータであるφＢｅａｍを取得する。
　ビーム形成方向ｕｄの中心方向θＢｅａｍでは、目標のｕ軸方向の測角値が、θＢｅａｍとなり、ビーム形成方向ｖｄの中心方向φＢｅａｍでは、目標のｖ軸方向の測角値が、φＢｅａｍとなる。
　しかし、反射波は、ｕ軸方向の角度幅Ａθを有しているため、ビーム形成方向ｕｄの中心方向θＢｅａｍ以外では、目標のｕ軸方向の測角値が、θＢｅａｍにならない。このため、目標測角部１０は、反射波が有しているｕ軸方向の角度幅Ａθに応じて、目標のｕ軸方向の測角値に幅を持たせている。即ち、目標測角部１０は、目標のｕ軸方向の測角値として、θＢｅａｍ±Ａθ／２を算出する。
　また、反射波は、ｖ軸方向の角度幅Ａφを有しているため、ビーム形成方向ｖｄの中心方向φＢｅａｍ以外では、目標のｖ軸方向の測角値が、φＢｅａｍにならない。このため、目標測角部１０は、反射波が有しているｖ軸方向の角度幅Ａφに応じて、目標のｖ軸方向の測角値に幅を持たせている。即ち、目標測角部１０は、目標のｖ軸方向測角値として、φＢｅａｍ±Ａφ／２を算出する。
　以上の実施の形態１では、観測対象の目標からの反射波の受信アレー信号を１つ取得し、１つの受信アレー信号から、反射波の到来方向にヌルを有し、ヌルの幅であるヌル幅が互いに異なる複数のヌルビームを形成するビーム形成部５と、ビーム形成部５により形成された複数のヌルビームの電力を互いに比較し、電力の比較結果に基づいて、反射波が有している角度幅を示すヌル幅を推定する角度幅推定部９とを備えるように、角度幅推定装置４を構成した。したがって、角度幅推定装置４は、１つの受信アレー信号から、目標からの反射波が有する角度幅を推定することができる。
　図１に示す角度幅推定装置４では、ＤＢＦ部８が、式（７）に示す相関行列Ｒｘｘの逆行列が式（５）に代入されることによって算出されたウェイトｗｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を用いて、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）を形成している。しかし、これは一例に過ぎず、ＤＢＦ部８は、式（７）に示す相関行列Ｒｘｘの代わりに、以下の式（１０）に示す相関行列Ｒｘｘの逆行列が式（５）に代入されることによって算出されたウェイトｗｊ（θＢｅａｍ，φＢｅａｍ，θＮＵＬＬ，φＮＵＬＬ）を用いて、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）を形成するようにしてもよい。
　式（１０）に示す相関行列Ｒｘｘは、以下の式（１１）に示す、角度幅を有していない反射波の相関行列Ｒｘｘ’と、ＣＭＴ（Ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｔａｐｅｒ）行列Ｔとのアダマール積が求められることによって算出される。式（１０）に示す相関行列Ｒｘｘは、角度幅を有している反射波の相関行列Ｒｘｘであり、数値積分することなく得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008

　ＣＭＴ行列Ｔのｍ，ｎ要素［Ｔ］ｍ，ｎは、以下の式（１２）のように表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009

　式（１２）において、Δｘｍ，ｎ＝ｘｍ－ｘｎ、Δｙｍ，ｎ＝ｙｍ－ｙｎである。
　図１に示す角度幅推定装置４では、ＤＢＦ部８が、ヌル幅が狭いヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）から順番に形成している。そして、角度幅推定部９は、ビーム形成部５から出力されたヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊの電力変化を監視し、角度幅を示すヌル幅として、電力が低下している状態から電力が下げ止まったときのヌルビームのヌル幅を探索している。しかし、これは一例に過ぎず、ＤＢＦ部８が、ヌル幅が広いヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）から順番に形成する。そして、角度幅推定部９が、ＤＢＦ部８から出力されたヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊの電力変化を監視し、角度幅を示すヌル幅として、電力の変化がない状態から電力が上昇を開始する直前のヌルビームのヌル幅を探索するようにしてもよい。この場合も、図８の例では、３回目の処理のときのヌル幅が、反射波が有する角度幅を示している。
実施の形態２．
　実施の形態２では、ビーム形成部１１のＤＢＦ１２が、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）の端部にビームを形成する角度幅推定装置４について説明する。
　図９は、実施の形態２に係る角度幅推定装置４を含む目標測角装置を示す構成図である。図９において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　図１０は、図９に示す目標測角装置におけるデジタル信号処理部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。図１０において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　ビーム形成部１１は、コヒーレント積分部６－１～６－Ｍ、パルス圧縮部７－１～７－Ｍ及びＤＢＦ部１２を備えている。
　ビーム形成部１１は、図１に示すビーム形成部５と同様に、反射波受信部１から出力された１つの受信アレー信号ｒＡＲＥから、反射波の到来方向にヌルを有し、ヌル幅が互いに異なる複数のヌルビームを形成する。
　また、ビーム形成部１１は、それぞれのヌルビームの端部にビームを形成する。
　ＤＢＦ部１２は、例えば、図１０に示すＤＢＦ回路２６によって実現される。
　ＤＢＦ部１２は、テーブル１２ａを備えている。
　テーブル１２ａは、図１に示すテーブル８ａと同様に、ＤＢＦ部１２により形成されるヌルビームに係るウェイトを複数格納している。ただし、テーブル１２ａにより格納されているウェイトｗは、テーブル８ａにより格納されているウェイトｗと異なり、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）のｕ軸方向の端部にビームを形成し、かつ、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊのｖ軸方向の端部にビームを形成することが可能なウェイトである。
　ＤＢＦ部１２は、パルス圧縮部７－１～７－Ｍから出力された複数のパルス圧縮後の信号に対するデジタルビームフォーミングを実施することによって、端部にビームがあるヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊを形成する。
　図９では、角度幅推定装置４の構成要素であるコヒーレント積分部６－１～６－Ｍ、パルス圧縮部７－１～７－Ｍ、ＤＢＦ部１２及び角度幅推定部９のそれぞれが、図１０に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、角度幅推定装置４が、コヒーレント積分回路２１、パルス圧縮回路２２、ＤＢＦ回路２６及び角度幅推定回路２４によって実現されるものを想定している。
　コヒーレント積分回路２１、パルス圧縮回路２２、ＤＢＦ回路２６及び角度幅推定回路２４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
　角度幅推定装置４の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、角度幅推定装置４が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
　角度幅推定装置４が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、コヒーレント積分部６－１～６－Ｍ、パルス圧縮部７－１～７－Ｍ、ＤＢＦ部１２及び角度幅推定部９におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが図３に示すメモリ３１に格納される。そして、図３に示すプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行する。
　次に、図９に示す目標測角装置の動作について説明する。ただし、ＤＢＦ部１２以外は、図１に示す目標測角装置と同様であるため、ここでは、ＤＢＦ部１２の動作のみを説明する。
　図１に示す目標測角装置では、ＤＢＦ部８が、反射波の到来方向にヌルを有するヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）を形成している。しかし、ＤＢＦ部８により形成されるヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊのヌル幅は、反射波が有している角度幅と一致している保証はない。このため、ＤＢＦ部８による１回目の処理によって、反射波が有している角度幅よりも広いヌル幅のヌルを有するヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊが形成される可能性がある。この場合、ＤＢＦ部８が、ｊ回目の処理において、（ｊ－１）回目の処理のときよりも、広いヌル幅のヌルを有するヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊを形成しても、ヌル幅Ｂθ，Ｂφを探索できないことがある。
　図９に示す目標測角装置では、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊのヌル幅が必要以上広がるのを抑えるため、ＤＢＦ部１２が、端部にビームがあるビームＢＮＵＬＬ，ｊを形成する。
　ＤＢＦ部１２は、テーブル１２ａから、以下の式（１３）によって算出されているウェイトｗを取得し、ウェイトｗを用いて、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊを形成する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
　式（１３）～（１５）において、Ｃは拘束行列、Ｈは拘束行列Ｃに対する拘束応答値である。
　図１１は、ＤＢＦ部１２により形成されるヌルビームを示す説明図である。
　図１１の例では、ヌル形成方向ｕｃ，ｖｃにヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊが形成されている。斜線が施されている領域がヌル領域であり、ｕ軸方向のヌル幅は、（ｕｃ＋Δｕ／２）－（ｕｃ－Δｕ／２）、ｖ軸方向のヌル幅は、（ｖｃ＋Δｖ／２）－（ｖｃ－Δｖ／２）である。
　図１１の例では、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊのｕ軸方向の端部にビームが形成され、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊのｖ軸方向の端部にビームが形成されている。
　即ち、ｕｃ±Δｕ／２において、長手方向がｖ軸と平行な方向であるビームが形成され、ｖｃ±Δｖ／２において、長手方向がｕ軸と平行な方向であるビームが形成されている。
　ＤＢＦ部１２は、端部にビームを形成するように拘束されているため、ＤＢＦ部１２によって形成されるヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊのヌル幅は、図１に示すＤＢＦ部８によって形成されるヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊのヌル幅よりも狭くなる可能性が高くなる。
　よって、図９に示す目標測角装置は、図１に示す目標測角装置よりも、ヌル幅Ｂθ，Ｂφを探索できる可能性が向上する。
実施の形態３．
　実施の形態３では、ビーム形成部１３のＤＢＦ部１４が、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）の形成方向を回転させる角度幅推定装置４について説明する。
　図１２は、実施の形態３に係る角度幅推定装置４を含む目標測角装置を示す構成図である。図１２において、図１及び図９と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　図１３は、図２に示す目標測角装置におけるデジタル信号処理部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。図１３において、図２及び図１０と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　ビーム形成部１３は、コヒーレント積分部６－１～６－Ｍ、パルス圧縮部７－１～７－Ｍ及びＤＢＦ部１４を備えている。
　ビーム形成部１３は、図１に示すビーム形成部５と同様に、反射波受信部１から出力された１つの受信アレー信号ｒＡＲＥから、反射波の到来方向にヌルを有し、ヌル幅が互いに異なる複数のヌルビームを形成する。
　また、ビーム形成部１３は、それぞれのヌルビームの形成方向を回転させる。
　ＤＢＦ部１４は、例えば、図１３に示すＤＢＦ回路２７によって実現される。
　ＤＢＦ部１４は、図９に示すＤＢＦ部１２と同様に、テーブル１２ａを備えている。
　図１２に示す目標測角装置では、ＤＢＦ部１４がテーブル１２ａを備えている。しかし、これは一例に過ぎず、ＤＢＦ部１４が、図１に示すＤＢＦ部８と同様に、テーブル８ａを備えていてもよい。
　ＤＢＦ部１４は、図１に示すＤＢＦ部８、又は、図９に示すＤＢＦ部１２と同様に、パルス圧縮部７－１～７－Ｍから出力された複数のパルス圧縮後の信号に対するデジタルビームフォーミングを実施することによって、ビームＢＮＵＬＬ，ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）を形成する。
　ＤＢＦ部１４は、図１に示すＤＢＦ部８等と異なり、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊの形成方向を回転させる。
　図１２では、角度幅推定装置４の構成要素であるコヒーレント積分部６－１～６－Ｍ、パルス圧縮部７－１～７－Ｍ、ＤＢＦ部１４及び角度幅推定部９のそれぞれが、図１３に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、角度幅推定装置４が、コヒーレント積分回路２１、パルス圧縮回路２２、ＤＢＦ回路２７及び角度幅推定回路２４によって実現されるものを想定している。
　コヒーレント積分回路２１、パルス圧縮回路２２、ＤＢＦ回路２７及び角度幅推定回路２４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
　角度幅推定装置４の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、角度幅推定装置４が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
　角度幅推定装置４が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、コヒーレント積分部６－１～６－Ｍ、パルス圧縮部７－１～７－Ｍ、ＤＢＦ部１４及び角度幅推定部９におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが図３に示すメモリ３１に格納される。そして、図３に示すプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行する。
　次に、図１２に示す目標測角装置の動作について説明する。ただし、ＤＢＦ部１４以外は、図１及び図９に示す目標測角装置と同様であるため、ここでは、ＤＢＦ部１４の動作のみを説明する。
　ＤＢＦ部１４は、図１に示すＤＢＦ部８、又は、図９に示すＤＢＦ部１２と同様の方法で、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊを形成する。
　ＤＢＦ部１４は、以下の式（１７）に示すように、式（１６）に示す回転角θｒｏｔに対応する回転行列Ｒｒｏｔ（θｒｏｔ）を、式（３）に示す素子座標行列Ｒに乗算することによって、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊの形成方向を回転させる。ＤＢＦ部１４が、回転角θｒｏｔを適宜調整することで、ヌルビームＢＮＵＬＬ，ｊの形成方向を所望の角度だけ回転させることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011

　式（１７）において、Ｒｒは、座標回転後の素子座標行列である。
　図１４は、ヌルビームの形成方向の回転を示す説明図である。
　図１４において、斜線が施されている領域がヌル領域である。
　図１４の例では、ヌルビームのｕ軸方向の端部にビームが形成され、ヌルビームのｖ軸方向の端部にビームが形成されている。しかし、これは一例に過ぎず、ヌルビームのｕ軸方向の端部にビームが形成されておらず、ヌルビームのｖ軸方向の端部にビームが形成されていないヌルビームであってもよい。
　ＤＢＦ部１４は、座標回転後の素子座標行列Ｒｒを用いて、以下の式（１８）に示すＣＭＴ行列Ｔを算出することで、ヌル形成方向ｕｃ，ｖｃを制御することが可能である。
　また、ＤＢＦ部１４は、座標回転後の素子座標行列Ｒｒを用いて、以下の式（１８）に示すＣＭＴ行列Ｔを算出することで、ヌルの拡大方向の制御も可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
　式（１８）において、Δｘｒ ｍ，ｎ＝ｘｒｍ－ｘｒｎ、Δｙｒ ｍ，ｎ＝ｙｒｍ－ｙｒｎである。
　以上の実施の形態３では、ビーム形成部１３が、ヌルビームの形成方向を回転させるように、図１２に示す角度幅推定装置４を構成した。したがって、図１２に示す角度幅推定装置４は、図１に示す角度幅推定装置４と同様に、１つの受信アレー信号から、目標からの反射波が有する角度幅を推定することができるほか、目標の形状、又は、目標の姿勢等に適するヌルビームを形成することができる。
　なお、本開示は、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　本開示は、角度幅推定装置、角度幅推定方法及び目標測角装置に適している。
　１　反射波受信部、２－１～２－Ｍ　受信アンテナ素子、３－１～３－Ｍ　Ａ／Ｄ変換器、４　角度幅推定装置、５，１１，１３　ビーム形成部、６－１～６－Ｍ　コヒーレント積分部、７－１～７－Ｍ　パルス圧縮部、８，１２，１４　ＤＢＦ部、８ａ，１２ａ　テーブル、９　角度幅推定部、１０　目標測角部、２１　コヒーレント積分回路、２２　パルス圧縮回路、２３，２６，２７　ＤＢＦ回路、２４　角度幅推定回路、２５　目標測角回路、３１　メモリ、３２　プロセッサ。

Claims (7)

  1. 　観測対象の目標からの反射波の受信アレー信号を１つ取得し、前記１つの受信アレー信号から、前記反射波の到来方向にヌルを有し、前記ヌルの幅であるヌル幅が互いに異なる複数のヌルビームを形成するビーム形成部と、
    　前記ビーム形成部により形成された複数のヌルビームの電力を互いに比較し、前記電力の比較結果に基づいて、前記反射波が有している角度幅を示すヌル幅を推定する角度幅推定部と
    　を備えた角度幅推定装置。
  2. 　前記ビーム形成部は、
    　前記複数のヌルビームのうち、ヌル幅が狭いヌルビームから順番に形成して、形成したヌルビームを前記角度幅推定部に出力し、
    　前記角度幅推定部は、前記ビーム形成部から出力されたヌルビームの電力変化を監視し、前記角度幅を示すヌル幅として、電力が低下している状態から電力が下げ止まったときのヌルビームのヌル幅を探索することを特徴とする請求項１記載の角度幅推定装置。
  3. 　前記ビーム形成部は、
    　前記複数のヌルビームのうち、ヌル幅が広いヌルビームから順番に形成して、形成したヌルビームを前記角度幅推定部に出力し、
    　前記角度幅推定部は、前記ビーム形成部から出力されたヌルビームの電力変化を監視し、前記角度幅を示すヌル幅として、電力の変化がない状態から電力が上昇を開始する直前のヌルビームのヌル幅を探索することを特徴とする請求項１記載の角度幅推定装置。
  4. 　前記ビーム形成部は、それぞれのヌルビームの端部にビームを形成することを特徴とする請求項１記載の角度幅推定装置。
  5. 　前記ビーム形成部は、それぞれのヌルビームの形成方向を回転させることを特徴とする請求項１記載の角度幅推定装置。
  6. 　ビーム形成部が、観測対象の目標からの反射波の受信アレー信号を１つ取得し、前記１つの受信アレー信号から、前記反射波の到来方向にヌルを有し、前記ヌルの幅であるヌル幅が互いに異なる複数のヌルビームを形成し、
    　角度幅推定部が、前記ビーム形成部により形成された複数のヌルビームの電力を互いに比較し、前記電力の比較結果に基づいて、前記反射波が有している角度幅を示すヌル幅を推定する
    　角度幅推定方法。
  7. 　観測対象の目標からの反射波を受信し、前記反射波の受信アレー信号を出力する反射波受信部と、
    　前記反射波受信部から出力された受信アレー信号を１つ取得し、前記１つの受信アレー信号から、前記反射波の到来方向にヌルを有し、前記ヌルの幅であるヌル幅が互いに異なる複数のヌルビームを形成するビーム形成部と、
    　前記ビーム形成部により形成された複数のヌルビームの電力を互いに比較し、前記電力の比較結果に基づいて、前記反射波が有している角度幅を示すヌル幅を推定する角度幅推定部と、
    　前記角度幅推定部により推定されたヌル幅が示す角度幅を用いて、前記目標を測角する目標測角部と
    　を備えた目標測角装置。
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