WO2023162104A1 - 電波の到来方向推定装置、及び電波の到来方向推定方法 - Google Patents

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radio
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正文 吉岡
文昭 永瀬
圭太 栗山
利文 宮城
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日本電信電話株式会社
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a direction-of-arrival estimation device for radio waves and a direction-of-arrival estimation method for radio waves.
  • Conventional technology does not assume radio waves arriving from three-dimensional directions, and estimates the direction of arrival of radio waves based on a correlation matrix obtained using an array antenna. That is, conventionally, a two-dimensional direction of arrival is estimated.
  • the conventional technology required multiple antenna elements and highly directional antennas, and had the problem that accuracy did not improve in the low frequency band.
  • the size of the antenna element is large, and the size of the array antenna is increased, which makes installation difficult in some cases.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a direction-of-arrival estimation apparatus for radio waves that can estimate the direction of arrival of radio waves with a simple configuration without using an antenna with high directivity, and a method for estimating the direction of arrival of radio waves.
  • An object of the present invention is to provide a direction-of-arrival estimation method.
  • a direction-of-arrival estimation apparatus for radio waves includes a radio wave absorber extending in a vertical direction, and a plurality of non-magnetic waves arranged around the radio wave absorber so as to extend in the same direction as the radio wave absorber.
  • a directional antenna a measuring unit that measures the received power or C/N value of radio waves received by the plurality of omnidirectional antennas, and the received power or C/N value measured by the measuring unit Based on each,
  • a method for estimating the direction of arrival of radio waves comprises: a vertically extending radio wave absorber; A direction-of-arrival estimation method of radio waves for estimating directions of arrival of radio waves using an omnidirectional antenna, wherein a measuring step of measuring the received power or C/N value of the radio waves received by the plurality of omnidirectional antennas; , an estimation step of estimating the direction of arrival of radio waves based on the measured received power or C/N value, respectively; and an output step of outputting information indicating the estimated direction of arrival of radio waves.
  • the direction of arrival of radio waves can be estimated with a simple configuration without using an antenna with high directivity.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a direction-of-arrival estimation apparatus for radio waves according to an embodiment
  • FIG. (a) is the figure which looked at the antenna part from upper direction.
  • (b) is a perspective view of an antenna section.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a direction-of-arrival estimation device 1 according to an embodiment.
  • the direction-of-arrival estimation device 1 has an antenna section 2, a measurement section 10, an estimation section 12, and an output section 14, for example.
  • the antenna section 2 has a radio wave absorber 20 extending in the vertical direction, and a plurality of omnidirectional antennas 22 arranged around the radio wave absorber 20 so as to extend in the same direction as the radio wave absorber 20. , each of the received powers of the radio waves received by the omnidirectional antenna 22 is output to the measurement unit 10 .
  • the omnidirectional antenna 22 is, for example, a whip antenna that is omnidirectional in the horizontal direction.
  • the plurality of omnidirectional antennas 22 are arranged at regular intervals on a circle centered on an axis extending vertically through the center of the radio wave absorber 20 .
  • the measuring unit 10 measures the received power or C/N value of the radio waves received by the multiple omnidirectional antennas 22 and outputs the results to the estimating unit 12 .
  • the estimation unit 12 estimates the direction of arrival of radio waves based on the received power or C/N value measured by the measurement unit 10 and outputs information indicating the estimated direction of arrival to the output unit 14 .
  • the output unit 14 outputs information indicating the direction of arrival of radio waves estimated by the estimation unit 12, for example, by displaying it.
  • the antenna section 2 has a plurality of omnidirectional antennas 22 attached around a radio wave absorber 20 .
  • eight omnidirectional antennas 22 A to H are arranged around the radio wave absorber 20 at intervals of 45°. As the number of omnidirectional antennas 22 increases, the direction-of-arrival estimation accuracy of the direction-of-arrival estimation device 1 improves.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating directions of arrival of radio waves with respect to the antenna unit 2.
  • FIG. 3 for example, it is assumed that radio waves are arriving between the omnidirectional antennas 22 of F and E.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating directions of arrival of radio waves with respect to the antenna unit 2.
  • the estimation unit 12 can estimate the direction of arrival of the radio wave based on the received power of the radio wave received by the D, E, F, and G omnidirectional antennas 22 .
  • the omnidirectional antenna 22 of F When radio waves arrive from the direction of the omnidirectional antenna 22 of F, the radio waves of high level are received by the omnidirectional antennas 22 of D, E, F, G, and H. Since the received power of the omnidirectional antenna 22 is maximized, the omnidirectional antenna 22 can be estimated to be receiving radio waves from the F direction.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an operation example of the direction-of-arrival estimation device 1.
  • the measuring unit 10 measures the received power or C/N value of the radio wave at step 100 (S100).
  • the estimation unit 12 estimates the direction of arrival of radio waves.
  • the output unit 14 displays and outputs information indicating the direction of arrival of radio waves.
  • FIG. 5 is a diagram showing a modification of the antenna section 2 (antenna section 2a). As shown in FIG. 5, in the antenna section 2a, a plurality of omnidirectional antennas 22 may be arranged at positions where the side surfaces of a cylindrical radio wave absorber are recessed.
  • the direction-of-arrival estimation apparatus 1 includes a radio wave absorber 20 in which the antenna unit 2 extends in the vertical direction, and a plurality of radio wave absorbers arranged around the radio wave absorber 20 so as to extend in the same direction as the radio wave absorber 20.
  • omnidirectional antenna 22 the direction of arrival of radio waves can be estimated with a simple configuration without using an antenna with high directivity.

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Abstract

一実施形態にかかる電波の到来方向推定装置は、鉛直方向に延びる電波吸収体と、電波吸収体と同じ方向に延びるように、電波吸収体の周囲に配置された複数の無指向性アンテナと、複数の無指向性アンテナが受信する電波の受信電力又はＣ／Ｎ値をそれぞれ測定する測定部と、測定部が測定した受信電力又はＣ／Ｎ値それぞれに基づいて、電波の到来方向を推定する推定部と、推定部が推定した電波の到来方向を示す情報を出力する出力部とを有することを特徴とする。

Description

電波の到来方向推定装置、及び電波の到来方向推定方法
　本発明は、電波の到来方向推定装置、及び電波の到来方向推定方法に関する。
　無線通信における電波の到来方向を推定する方法は、従来より多くの方法が提案されている。例えば、アンテナの位置の差に基づく電波の位相差を用いる方法や、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法などが有力であり、アンテナパターンのメインローブやＮｕｌｌ点の方向を変えることにより、水平面における電波の到来方向を推定することを可能にする方法などがある（例えば、非特許文献１参照）。
　従来技術では、三次元の各方向から到来する電波を想定しておらず、アレイアンテナを用いて得られる相関行列に基づいて、電波の到来方向を推定している。つまり、従来は、平面的な到来方向を推定していた。
Minseok Kim、「到来方向推定システムの基礎と実装例」、Design Wave Magazine、2007 December、pp.112-118.
　しかしながら、従来技術では、複数のアンテナ素子や、指向性の高いアンテナが必要となり、低周波数帯では精度が上がらないという問題があった。
また、ＶＨＦ帯などの低周波数帯では、アンテナ素子サイズが大きく、アレーアンテナなどが大規模化するため、設置が困難な場合があった。
　本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、指向性の高いアンテナを用いることなく、簡易な構成で電波の到来方向を推定することができる電波の到来方向推定装置、及び電波の到来方向推定方法を提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態にかかる電波の到来方向推定装置は、鉛直方向に延びる電波吸収体と、前記電波吸収体と同じ方向に延びるように、前記電波吸収体の周囲に配置された複数の無指向性アンテナと、複数の前記無指向性アンテナが受信する電波の受信電力又はＣ／Ｎ値をそれぞれ測定する測定部と、前記測定部が測定した受信電力又はＣ／Ｎ値それぞれに基づいて、電波の到来方向を推定する推定部と、前記推定部が推定した電波の到来方向を示す情報を出力する出力部とを有することを特徴とする。
　また、本発明の一実施形態にかかる電波の到来方向推定方法は、鉛直方向に延びる電波吸収体と、前記電波吸収体と同じ方向に延びるように、前記電波吸収体の周囲に配置された複数の無指向性アンテナとを用いて電波の到来方向を推定する電波の到来方向推定方法において、複数の前記無指向性アンテナが受信する電波の受信電力又はＣ／Ｎ値をそれぞれ測定する測定工程と、測定した受信電力又はＣ／Ｎ値それぞれに基づいて、電波の到来方向を推定する推定工程と、推定した電波の到来方向を示す情報を出力する出力工程とを含むことを特徴とする。
　本発明によれば、指向性の高いアンテナを用いることなく、簡易な構成で電波の到来方向を推定することができる。
一実施形態にかかる電波の到来方向推定装置の構成例を示す図である。 （ａ）は、アンテナ部を上方から見た図である。（ｂ）は、アンテナ部の斜視図である。 アンテナ部に対する電波の到来方向を例示する図である。 到来方向推定装置の動作例を示すフローチャートである。 アンテナ部の変形例を示す図である。
　以下に、図面を用いて一実施形態にかかる電波の到来方向推定装置１の構成例について説明する。図１は、一実施形態にかかる到来方向推定装置１の構成例を示す図である。
　図１に示すように、一実施形態にかかる到来方向推定装置１は、例えばアンテナ部２、測定部１０、推定部１２、及び出力部１４を有する。
　アンテナ部２は、鉛直方向に延びる電波吸収体２０と、電波吸収体２０と同じ方向に延びるように、電波吸収体２０の周囲に配置された複数の無指向性アンテナ２２とを有し、複数の無指向性アンテナ２２が受信する電波の受信電力それぞれを測定部１０に対して出力する。無指向性アンテナ２２は、例えば水平方向が無指向性となっているホイップアンテナなどである。
　例えば、複数の無指向性アンテナ２２は、電波吸収体２０の中心を通って鉛直方向に延びる軸を中心とする円周上に等間隔で配置されている。
　測定部１０は、複数の無指向性アンテナ２２が受信する電波の受信電力又はＣ／Ｎ値をそれぞれ測定し、推定部１２に対して出力する。
　推定部１２は、測定部１０が測定した受信電力又はＣ／Ｎ値それぞれに基づいて、電波の到来方向を推定し、推定した到来方向を示す情報を出力部１４に対して出力する。
　出力部１４は、推定部１２が推定した電波の到来方向を示す情報を例えば表示などすることによって出力する。
　次に、アンテナ部２についてより詳細に説明する。図２は、アンテナ部２の構成の具体例を示す図である。図２（ａ）は、アンテナ部２を上方から見た図である。図２（ｂ）は、アンテナ部２の斜視図である。
　図２に示したように、アンテナ部２は、電波吸収体２０の周囲に複数の無指向性アンテナ２２が貼り付けられている。ここでは、Ａ～Ｈの８個の無指向性アンテナ２２が電波吸収体２０の周囲に４５°間隔で配置されている。無指向性アンテナ２２は、数が多いほど到来方向推定装置１による電波の到来方向の推定精度が向上する。
　図３は、アンテナ部２に対する電波の到来方向を例示する図である。図３に示したように、例えば電波がＦとＥの無指向性アンテナ２２の間に向けて到来しているとする。
　このとき、Ｄ、Ｅ，Ｆ，Ｇの無指向性アンテナ２２において高いレベルの電波を受信することになる。したがって、推定部１２は、Ｄ、Ｅ，Ｆ，Ｇの無指向性アンテナ２２が受信する電波の受信電力の大きさに基づいて、電波の到来方向を推定することが可能である。
　なお、Ｆの無指向性アンテナ２２の方向から電波が到来する場合には、Ｄ、Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの無指向性アンテナ２２において高いレベルの電波を受信することになるが、Ｆの無指向性アンテナ２２の受信電力が最大となるため、無指向性アンテナ２２は、Ｆの方向から電波が到来していると推定することができる。
　図４は、到来方向推定装置１の動作例を示すフローチャートである。図４に示すように、到来方向推定装置１は、ステップ１００（Ｓ１００）において、測定部１０が電波の受信電力又はＣ／Ｎ値をそれぞれ測定する。
　ステップ１０２（Ｓ１０２）において、推定部１２は、電波の到来方向を推定する。
　ステップ１０４（Ｓ１０４）において、出力部１４は、電波の到来方向を示す情報を表示するなどして出力する。
　図５は、アンテナ部２の変形例（アンテナ部２ａ）を示す図である。図５に示したように、アンテナ部２ａは、円柱状の電波吸収体の側面がくぼんだ位置に複数の無指向性アンテナ２２が配置されてもよい。
　以上説明したように、到来方向推定装置１は、アンテナ部２が鉛直方向に延びる電波吸収体２０と、電波吸収体２０と同じ方向に延びるように、電波吸収体２０の周囲に配置された複数の無指向性アンテナ２２を有するので、指向性の高いアンテナを用いることなく、簡易な構成で電波の到来方向を推定することができる。
　１・・・到来方向推定装置、２，２ａ・・・アンテナ部、１０・・・測定部、１２・・・推定部、１４・・・出力部、２０，２０ａ・・・電波吸収体、２２・・・無指向性アンテナ

Claims (4)

  1. 　鉛直方向に延びる電波吸収体と、
    　前記電波吸収体と同じ方向に延びるように、前記電波吸収体の周囲に配置された複数の無指向性アンテナと、
    　複数の前記無指向性アンテナが受信する電波の受信電力又はＣ／Ｎ値をそれぞれ測定する測定部と、
    　前記測定部が測定した受信電力又はＣ／Ｎ値それぞれに基づいて、電波の到来方向を推定する推定部と、
    　前記推定部が推定した電波の到来方向を示す情報を出力する出力部と
    　を有することを特徴とする電波の到来方向推定装置。
  2. 　複数の前記無指向性アンテナは、
    　前記電波吸収体の中心を通って鉛直方向に延びる軸を中心とする円周上に等間隔で配置されていること
    　を特徴とする請求項１に記載の電波の到来方向推定装置。
  3. 　鉛直方向に延びる電波吸収体と、前記電波吸収体と同じ方向に延びるように、前記電波吸収体の周囲に配置された複数の無指向性アンテナとを用いて電波の到来方向を推定する電波の到来方向推定方法において、
    　複数の前記無指向性アンテナが受信する電波の受信電力又はＣ／Ｎ値をそれぞれ測定する測定工程と、
    　測定した受信電力又はＣ／Ｎ値それぞれに基づいて、電波の到来方向を推定する推定工程と、
    　推定した電波の到来方向を示す情報を出力する出力工程と
    　を含むことを特徴とする電波の到来方向推定方法。
  4. 　複数の前記無指向性アンテナは、
    　前記電波吸収体の中心を通って鉛直方向に延びる軸を中心とする円周上に等間隔で配置されていること
    　を特徴とする請求項３に記載の電波の到来方向推定方法。
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