(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射波とインコヒーレントな仮想入射信号を生成する仮想入射信号生成手段と、上記仮想入射信号生成手段により生成された仮想入射信号を受信機の受信信号に加算する加算手段と、上記加算手段により仮想入射信号が加算された受信信号の相関行列を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算出手段により算出された相関行列の固有値を求めて、その固有値から入射波の入射角を推定する推定手段とを備えた測角信号処理装置。
【請求項２】
受信機の受信信号の相関行列を算出するとともに、仮想入射信号の相関行列を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算出手段により算出された受信信号の相関行列と仮想入射信号の相関行列を加算する加算手段と、上記加算手段の加算結果である相関行列の固有値を求めて、その固有値から入射波の入射角を推定する推定手段とを備えた測角信号処理装置。
【請求項３】
推定手段は、入射波の本数がＫ（Ｋは自然数）の場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数に代入し、その方位評価関数が最大になるときの仮想入射信号のアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の測角信号処理装置。
【請求項４】
推定手段は、方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角の近傍角度領域の中でアレー応答ベクトルの対応角度を探索することを特徴とする請求項３記載の測角信号処理装置。
【請求項５】
推定手段は、山登り法を用いてアレー応答ベクトルの対応角度を探索することを特徴とする請求項３記載の測角信号処理装置。
【請求項６】
推定手段は、方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角を山登り法の初期値に用いることを特徴とする請求項５記載の測角信号処理装置。
【請求項７】
推定手段は、入射波の本数がＫ（Ｋは自然数）の場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値の変化を監視し、その固有値が最小になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の測角信号処理装置。
【請求項８】
仮想入射信号生成手段は、入射波とインコヒーレントな信号であって、入射波の受信電力と同レベルの電力の信号にアレー応答ベクトルを荷重して仮想入射信号を生成することを特徴とする請求項１記載の測角信号処理装置。
【請求項９】
相関行列算出手段は、入射波の受信電力の２乗値と同レベルの電力の正定数を用いて仮想入射信号の相関行列を算出することを特徴とする請求項２記載の測角信号処理装置。
【請求項１０】
推定手段は、仮想入射信号生成手段が生成する仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、相関行列算出手段の算出結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定することを特徴とする請求項１記載の測角信号処理装置。
【請求項１１】
推定手段は、仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、加算手段の加算結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定することを特徴とする請求項２記載の測角信号処理装置。
【請求項１２】
推定手段は、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数にそれぞれ代入し、各方位評価関数の最大値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定することを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の測角信号処理装置。
【請求項１３】
推定手段は、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値の最小値をそれぞれ求め、各最小値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定することを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の測角信号処理装置。
【請求項１４】
推定手段は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅を監視し、その増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項１２記載の測角信号処理装置。
【請求項１５】
推定手段は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値の減少幅又は増加幅を監視し、その減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項１３記載の測角信号処理装置。
【請求項１６】
推定手段は、方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させることを特徴とする請求項１４記載の測角信号処理装置。
【請求項１７】
推定手段は、固有値の最小値の減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させることを特徴とする請求項１５記載の測角信号処理装置。
【請求項１８】
推定手段は、仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、方位評価関数の最大値をそれぞれ求めた後、その最大値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項１２記載の測角信号処理装置。
【請求項１９】
推定手段は、仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、固有値の最小値をそれぞれ求めた後、その最小値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項１３記載の測角信号処理装置。
【請求項２０】
推定手段は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値を監視し、その最大値が閾値より大きくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項１２記載の測角信号処理装置。
【請求項２１】
推定手段は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値を監視し、その最小値が閾値より小さくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項１３記載の測角信号処理装置。
【請求項２２】
入射波とインコヒーレントな仮想入射信号を生成して、その仮想入射信号を受信機の受信信号に加算するとともに、その加算結果の相関行列を算出して、その相関行列の固有値を求め、その固有値から入射波の入射角を推定する測角信号処理方法。
【請求項２３】
受信機の受信信号の相関行列を算出するとともに、仮想入射信号の相関行列を算出し、その受信信号の相関行列と仮想入射信号の相関行列を加算すると、その加算結果である相関行列の固有値を求め、その固有値から入射波の入射角を推定する測角信号処理方法。
【請求項２４】
入射波の本数がＫ（Ｋは自然数）の場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数に代入し、その方位評価関数が最大になるときの仮想入射信号のアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定することを特徴とする請求項２２または請求項２３記載の測角信号処理方法。
【請求項２５】
方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角の近傍角度領域の中でアレー応答ベクトルの対応角度を探索することを特徴とする請求項２４記載の測角信号処理方法。
【請求項２６】
山登り法を用いてアレー応答ベクトルの対応角度を探索することを特徴とする請求項２４記載の測角信号処理方法。
【請求項２７】
方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角を山登り法の初期値に用いることを特徴とする請求項２６記載の測角信号処理方法。
【請求項２８】
入射波の本数がＫ（Ｋは自然数）の場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値の変化を監視し、その固有値が最小になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定することを特徴とする請求項２２または請求項２３記載の測角信号処理方法。
【請求項２９】
入射波とインコヒーレントな信号であって、入射波の受信電力と同レベルの電力の信号にアレー応答ベクトルを荷重して仮想入射信号を生成することを特徴とする請求項２２記載の測角信号処理方法。
【請求項３０】
入射波の受信電力の２乗値と同レベルの電力の正定数を用いて仮想入射信号の相関行列を算出することを特徴とする請求項２３記載の測角信号処理方法。
【請求項３１】
仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、算出結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定することを特徴とする請求項２２記載の測角信号処理方法。
【請求項３２】
仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、加算結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定することを特徴とする請求項２３記載の測角信号処理方法。
【請求項３３】
各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数にそれぞれ代入し、各方位評価関数の最大値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定することを特徴とする請求項３１または請求項３２記載の測角信号処理方法。
【請求項３４】
各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値の最小値をそれぞれ求め、各最小値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定することを特徴とする請求項３１または請求項３２記載の測角信号処理方法。
【請求項３５】
仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅を監視し、その増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項３３記載の測角信号処理方法。
【請求項３６】
仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値の減少幅又は増加幅を監視し、その減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項３４記載の測角信号処理方法。
【請求項３７】
方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させることを特徴とする請求項３５記載の測角信号処理方法。
【請求項３８】
固有値の最小値の減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させることを特徴とする請求項３６記載の測角信号処理方法。
【請求項３９】
仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、方位評価関数の最大値をそれぞれ求めた後、その最大値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項３３記載の測角信号処理方法。
【請求項４０】
仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、固有値の最小値をそれぞれ求めた後、その最小値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項３４記載の測角信号処理方法。
【請求項４１】
仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値を監視し、その最大値が閾値より大きくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項３３記載の測角信号処理方法。
【請求項４２】
仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値を監視し、その最小値が閾値より小さくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うことを特徴とする請求項３４記載の測角信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アレーアンテナに入射する複数の電波の入射角を推定する測角信号処理装置及び測角信号処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は例えば「Ｆｒｉｅｄｌａｎｄｅｒ，Ｗｅｉｓｓ，‘Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  Ｆｉｎｄｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｅｄ  Ａｒｒａｙｓ’，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ＡＥＳ−２８，２，ｐｐ５７４−５８７（１９９２）」に示された従来の測角信号処理装置を示す構成図であり、図において、１は実アレーアンテナを構成するＭ個の素子アンテナ、２はＭ個の受信機、３は受信機２の受信信号をそれぞれディジタル信号ｘ1 〜ｘM に変換するＭ個のＡ／Ｄ変換器、４はＭ個のディジタル信号ｘ1 〜ｘM を入力処理して、Ｋ個の入射波ｓ1 〜ｓK の入射角θ1 〜θK を推定する測角信号処理手段である。
【０００３】
次に動作について説明する。
従来の測角信号処理装置は、ＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いて受信信号の入射角を推定するものである。
ＭＵＳＩＣアルゴリズムは、受信信号ｘ1 〜ｘM の相関行列Ｒを固有分解して得られる固有ベクトルを用いて、複数の電波の入射角をそれぞれ独立に推定する混信分離測角手法として知られている。
ここで、相関行列ＲはＭ×Ｍのエルミート行列であり、その第（ｎ，ｍ）要素が第ｎ受信信号ｘn と第ｍ受信信号ｘm との相関値で与えられるものである。
【０００４】
ただし、複数の入射電波が互いに完全相関（コヒーレント）である場合、そのままのＭＵＳＩＣアルゴリズムでは、原理上、混信分離測角を実行することができない。
そこで、コヒーレント波が入射される場合には、空間スムージングと呼ばれる前処理を実施することにより、混信分離測角を実現できるようにする。
【０００５】
空間スムージング処理は、アレーアンテナを互いに相似な複数のサブアレーに分割し、それぞれのサブアレーで得られた受信信号の相関行列Ｒs を平均処理するものである。即ち、下記に示す演算を実行するものである。
【０００６】
【数１】
0003657490.tif 000002
【０００７】
ただし、ｉはサブアレーの番号を示す整数、Ｉはスムージングの個数（Ｉ＜Ｍ）、Ｒsiは第ｉ番目のサブアレーにおける受信信号の相関行列である。
【０００８】
しかし、上記の空間スムージング処理が有効であるためには、サブアレーの素子アンテナ配列や、指向性パターンが互いに相似であることが必要である。このような条件を満足するアレーアンテナの配列は、増設しなければならない素子アンテナの数を最小とする観点から、等間隔リニアアレー配列が望ましい。
【０００９】
ところが、実際のアレーアンテナの配列は等間隔リニアアレーであることが少ない（例えば、アンテナ全体の寸法や全方位を均一に観測することなどが理由で、円形アレーがよく用いられる）。
このような場合は実アレーアンテナの受信信号ｘを仮想の等間隔リニアアレーアンテナで受信した場合の信号ｘバーに変換し、この受信信号ｘバーに対して空間スムージング型のＭＵＳＩＣ測角処理を実行する。
【００１０】
即ち、受信信号ｘを（Ｍ×１）の受信信号ベクトル、Ｂを実アレーアンテナの受信信号を仮想の等間隔リニアアレーの受信信号に変換するための（Ｍ×Ｍ）の行列と考える。
ｘバー＝Ｂｘ                                              （２）
そして、下記に示すように、相関行列ＢＲＢH を行列Ｒ’に変換し、その行列Ｒ’を用いてＭＵＳＩＣ測角処理する。
【００１１】
【数２】
0003657490.tif 000003
【００１２】
ただし、［ＢＲＢH ］siはＢＲＢH の部分行列であり、第ｉ番目のサブアレーにおける受信信号の相関行列である。また、相関行列ＢＲＢH は受信信号ｘバーの相関行列に相当する。
【００１３】
ここで、実アレーアンテナから仮想リニアアレーアンテナへの変換の概念を図１４に例示する。
実アレーアンテナから仮想リニアアレーアンテナへの変換行列Ｂは、式（４）の評価関数Ψを最小にする行列として決定される。
【００１４】
【数３】
0003657490.tif 000004
【００１５】
なお、ａ（θ）は実アレーアンテナのステアリングベクトル、ａ（θ）バーは仮想アレーアンテナのステアリングベクトル、θは入射角度であり、θ(1) ，θ(2) ，・・・，θ(P) は測角範囲全体をカバーする異なったＰ個の角度を示し、電波が入射しうる角度範囲が０度〜３６０度であるならば、例えば、θ(1) ＝１度，θ(2) ＝２度，・・・，θ(p) ＝３６０度と与える。
ステアリングベクトルａ（θ）はＭ×１のベクトルであり、その第ｍ要素ａm （θ）は第ｍ素子アンテナの入射角度θから到来する電波のある基準値に対する振幅／位相変化である。変換行列Ｂは式（４）の最小二乗問題と捕らえて決定される。
【００１６】
図１５は測角信号処理手段４の動作手順を示すフローチャートである。
まず、測角信号処理手段４は、仮想リニアアレーの素子アンテナ配列を設定し（ステップＳＴ１）、式（４）の評価関数Ψを最小にするように変換行列Ｂを算出する（ステップＳＴ２）。
次に、Ａ／Ｄ変換器３が受信機２の受信信号をＡ／Ｄ変換してディジタル信号ｘ1 〜ｘM を出力すると、測角信号処理手段４は、そのディジタル信号ｘ1 〜ｘM を入力し、ディジタル信号ｘ1 〜ｘM の相関行列Ｒを算出する（ステップＳＴ３）。
【００１７】
そして、ステップＳＴ２で得た変換行列Ｂと、ステップＳＴ３で得た相関行列Ｒを用い相関行列ＢＲＢH を算出し、その相関行列ＢＲＢH を空間スムージング処理した行列Ｒ’を式（３）により求める（ステップＳＴ４）。
そして、その行列Ｒ’についてＭＵＳＩＣ測角処理を実行して（ステップＳＴ５）、その測角処理結果である入射角を表示する（ステップＳＴ６）。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の測角信号処理装置は以上のように構成されているので、実アレーアンテナの受信信号から仮想リニアアレーアンテナにおける受信信号への変換を完全に実施することができれば、精度よく入射角を推定することができるが、評価関数Ψを０にする変換行列Ｂは得られず、仮想リニアアレーアンテナにおける受信信号は、等間隔リニアアレーアンテナの受信信号から誤差を生じる。従って、空間スムージング処理において誤差を招くため、入射角の推定結果に誤差が生じる課題があった。
【００１９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、等間隔リニアアレーアンテナではない任意の配列のアレーアンテナに複数のコヒーレント波が入射される場合でも、正確に入射角を推定することができる測角信号処理装置及び測角信号処理方法を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る測角信号処理装置は、加算手段により仮想入射信号が加算された受信信号の相関行列を算出し、その相関行列の固有値を求めて、その固有値から入射波の入射角を推定するようにしたものである。
【００２１】
この発明に係る測角信号処理装置は、相関行列算出手段により算出された受信信号の相関行列と仮想入射信号の相関行列を加算し、その加算結果である相関行列の固有値を求めて、その固有値から入射波の入射角を推定するようにしたものである。
【００２２】
この発明に係る測角信号処理装置は、入射波の本数がＫの場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数に代入し、その方位評価関数が最大になるときの仮想入射信号のアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定する推定手段を設けたものである。
【００２３】
この発明に係る測角信号処理装置は、方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角の近傍角度領域の中でアレー応答ベクトルの対応角度を探索する推定手段を設けたものである。
【００２４】
この発明に係る測角信号処理装置は、山登り法を用いてアレー応答ベクトルの対応角度を探索する推定手段を設けたものである。
【００２５】
この発明に係る測角信号処理装置は、方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角を山登り法の初期値に用いる推定手段を設けたものである。
【００２６】
この発明に係る測角信号処理装置は、入射波の本数がＫの場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値の変化を監視し、その固有値が最小になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定する推定手段を設けたものである。
【００２７】
この発明に係る測角信号処理装置は、入射波とインコヒーレントな信号であって、入射波の受信電力と同レベルの電力の信号にアレー応答ベクトルを荷重して仮想入射信号を生成する仮想入射信号生成手段を設けたものである。
【００２８】
この発明に係る測角信号処理装置は、入射波の受信電力の２乗値と同レベルの電力の正定数を用いて仮想入射信号の相関行列を算出する相関行列算出手段を設けたものである。
【００２９】
この発明に係る測角信号処理装置は、仮想入射信号生成手段が生成する仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、相関行列算出手段の算出結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定する推定手段を設けたものである。
【００３０】
この発明に係る測角信号処理装置は、仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、加算手段の加算結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定する推定手段を設けたものである。
【００３１】
この発明に係る測角信号処理装置は、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数にそれぞれ代入し、各方位評価関数の最大値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定する推定手段を設けたものである。
【００３２】
この発明に係る測角信号処理装置は、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値の最小値をそれぞれ求め、各最小値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定する推定手段を設けたものである。
【００３３】
この発明に係る測角信号処理装置は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅を監視し、その増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けたものである。
【００３４】
この発明に係る測角信号処理装置は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値の減少幅又は増加幅を監視し、その減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けたものである。
【００３５】
この発明に係る測角信号処理装置は、方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させる推定手段を設けたものである。
【００３６】
この発明に係る測角信号処理装置は、固有値の最小値の減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させる推定手段を設けたものである。
【００３７】
この発明に係る測角信号処理装置は、仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、方位評価関数の最大値をそれぞれ求めた後、その最大値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けたものである。
【００３８】
この発明に係る測角信号処理装置は、仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、固有値の最小値をそれぞれ求めた後、その最小値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けたものである。
【００３９】
この発明に係る測角信号処理装置は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値を監視し、その最大値が閾値より大きくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けたものである。
【００４０】
この発明に係る測角信号処理装置は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値を監視し、その最小値が閾値より小さくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けたものである。
【００４１】
この発明に係る測角信号処理方法は、仮想入射信号を受信信号に加算して、その加算結果の相関行列を算出すると、その相関行列の固有値を求め、その固有値から入射波の入射角を推定するようにしたものである。
【００４２】
この発明に係る測角信号処理方法は、受信信号の相関行列と仮想入射信号の相関行列を加算すると、その加算結果の固有値を求め、その固有値から入射波の入射角を推定するようにしたものである。
【００４３】
この発明に係る測角信号処理方法は、入射波の本数がＫの場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数に代入し、その方位評価関数が最大になるときの仮想入射信号のアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定するようにしたものである。
【００４４】
この発明に係る測角信号処理方法は、方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角の近傍角度領域の中でアレー応答ベクトルの対応角度を探索するようにしたものである。
【００４５】
この発明に係る測角信号処理方法は、山登り法を用いてアレー応答ベクトルの対応角度を探索するようにしたものである。
【００４６】
この発明に係る測角信号処理方法は、方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角を山登り法の初期値に用いるようにしたものである。
【００４７】
この発明に係る測角信号処理方法は、入射波の本数がＫの場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値の変化を監視し、その固有値が最小になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定するようにしたものである。
【００４８】
この発明に係る測角信号処理方法は、入射波とインコヒーレントな信号であって、入射波の受信電力と同レベルの電力の信号にアレー応答ベクトルを荷重して仮想入射信号を生成するようにしたものである。
【００４９】
この発明に係る測角信号処理方法は、入射波の受信電力の２乗値と同レベルの電力の正定数を用いて仮想入射信号の相関行列を算出するようにしたものである。
【００５０】
この発明に係る測角信号処理方法は、仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、算出結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定するようにしたものである。
【００５１】
この発明に係る測角信号処理方法は、仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、加算結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定するようにしたものである。
【００５２】
この発明に係る測角信号処理方法は、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数にそれぞれ代入し、各方位評価関数の最大値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定するようにしたものである。
【００５３】
この発明に係る測角信号処理方法は、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値の最小値をそれぞれ求め、各最小値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定するようにしたものである。
【００５４】
この発明に係る測角信号処理方法は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅を監視し、その増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うようにしたものである。
【００５５】
この発明に係る測角信号処理方法は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値の減少幅又は増加幅を監視し、その減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うようにしたものである。
【００５６】
この発明に係る測角信号処理方法は、方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させるようにしたものである。
【００５７】
この発明に係る測角信号処理方法は、固有値の最小値の減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させるようにしたものである。
【００５８】
この発明に係る測角信号処理方法は、仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、方位評価関数の最大値をそれぞれ求めた後、その最大値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うようにしたものである。
【００５９】
この発明に係る測角信号処理方法は、仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、固有値の最小値をそれぞれ求めた後、その最小値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うようにしたものである。
【００６０】
この発明に係る測角信号処理方法は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値を監視し、その最大値が閾値より大きくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うようにしたものである。
【００６１】
この発明に係る測角信号処理方法は、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値を監視し、その最小値が閾値より小さくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うようにしたものである。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による測角信号処理装置を示す構成図であり、図において、１１は実アレーアンテナを構成するＭ個の素子アンテナ、１２はＭ個の受信機、１３は受信機１２の受信信号をそれぞれディジタル信号ｘ1 〜ｘM に変換するＭ個のＡ／Ｄ変換器、１４はＭ個のディジタル信号ｘ1 〜ｘM を入力処理して、実入射信号（入射波）ｓ1 ，ｓ2 の入射角θ1 ，θ2 を推定する測角信号処理手段である。
【００６３】
２１ａ，２１ｂはランダム雑音信号である仮想入射信号ｓ1 ハット，ｓ2 ハットをそれぞれ生成する仮想入射信号生成部、２２は仮想入射信号ｓ1 ハット，ｓ2 ハットの仮想的な入射方向θ1 ハット，θ2 ハットのステアリングベクトルａ（θ1 ハット），ａ（θ2 ハット）を算出するステアリングベクトル算出部、２３ａは仮想入射信号ｓ1 ハットが分配された信号にステアリングベクトルａ（θ1 ハット）の要素を荷重するＭ個の複素荷重器、２３ｂは仮想入射信号ｓ2 ハットが分配された信号にステアリングベクトルａ（θ2 ハット）の要素を荷重するＭ個の複素荷重器であり、例えば、ステアリングベクトルａ（θ2 ハット）の第ｍ要素は複素荷重器２３ｂの第ｍ番目の荷重値として与えられる。なお、仮想入射信号生成部２１ａ，２１ｂ、ステアリングベクトル算出部２２及び複素荷重器２３ａ，２３ｂから仮想入射信号生成手段が構成されている。
【００６４】
２４ａ，２４ｂはＡ／Ｄ変換器１３が出力するＭ個のディジタル信号ｘ1 〜ｘM に対して、複素荷重器２３ａ，２３ｂによる荷重後の仮想入射信号ｓ1 ハット，ｓ2 ハットをそれぞれ加算するＭ個の複素加算器（加算手段）、２５は複素加算器２４ｂの加算結果である出力信号ｘ1 ハット〜ｘM ハットの相関行列Ｒハットを算出する相関行列算出部（相関行列算出手段）、２６は相関行列算出部２５により算出された相関行列Ｒハットの固有値を求めて、その固有値から実入射信号の入射角θ1 ，θ2 を推定する方位評価算出部（推定手段）である。
なお、図２はこの発明の実施の形態１による測角信号処理方法を示すフローチャートである。
【００６５】
次に動作について説明する。
最初に、測角の原理を説明する。
十分遠方の波源から互いにコヒーレントな２個の狭帯域の（実）入射信号ｓ1 ，ｓ2 が、図１に示されるＭ個の素子アンテナ１１からなるアレー測角系に対して、それぞれθ1 θ2 の角度で入射される場合を考える。ただし、Ｍは３以上の数とする。このとき受信信号ｘ（ｔ）＝［ｘ1 （ｔ）…ｘM （ｔ）］T は、次式のベクトルで表わすことができる。
ｘ（ｔ）＝Ａｓ（ｔ）＋ｎ（ｔ）                          （１１）
【００６６】
ここで、Ａは電波入射方向のステアリングベクトルａ（θk ）を並べたＭ×２行列（Ａ＝［ａ（θ1 ）ａ（θ2 ）］）、ｓ（ｔ）＝［ｓ1 （ｔ）ｓ2 （ｔ）］T は入射信号ベクトル、ｎ（ｔ）＝［ｎ1 （ｔ）…ｎM （ｔ）］T はノイズベクトル、Ｔは転置を表す記号、ｔは時刻を意味するサンプル番号（整数）とする。
【００６７】
複素加算器２４ｂの出力信号ベクトルｘ（ｔ）ハットは次式のように表すことができる。
【００６８】
【数４】
0003657490.tif 000005
【００６９】
式（１２）から明らかなように、図１の測角系はアレーアンテナの出力信号をｘ（ｔ）ハットと見なすと、図３に示すようなｓ1 （ｔ），ｓ2 （ｔ）及びｓ1 （ｔ）ハット，ｓ2 （ｔ）ハットの４波が入射しているアレーと等価であることがわかる。
ｘ（ｔ）ハットの共分散行列Ｒハットは、式（１２）より次のようになる。
【００７０】
【数５】
0003657490.tif 000006
【００７１】
ここで、Ｅ［  ］は時間平均操作を意味し、ｓ1 ，ｓ2 は互いにコヒーレントで、仮想入射信号ｓ1 ハット，ｓ2 ハットはランダム雑音信号であるが故に互いに無相関でｓ1 ，ｓ2 とも独立な信号である。
従って、ＲS ハットのランク（ＲS ハットを構成する線形独立なベクトルの本数）はｒａｎｋ（ＲS ハット）＝３である。
【００７２】
仮想入射信号の入射角によって次の２つの場合に分けて考える。
［Ａ］仮想入射信号と実入射信号の入射角が一致しない場合（［θ1 ハット，θ2 ハット］≠［θ1 ，θ2 ］の場合）
図４（ａ）に示すように、ｓ1 ，ｓ2 ，ｓ1 ハット，ｓ2 ハットが互いに異なる方向から入射するアレーと等価であるから、Ａハットを構成する列ベクトルａ（θ1 ），ａ（θ2 ），ａ（θ1 ）ハット，ａ（θ2 ）ハットは互いに線形独立である。
【００７３】
故に、ｒａｎｋ（Ａハット）＝４となり、ｒａｎｋ（Ａハット・ＲS ハット・ＡH ハット）＝３となるから、Ａハット・ＲS ハット・ＡH ハットの０でない固有値は３個存在する。
このとき、Ｒハットの固有値λは、図５（ａ）に示すように、λ1 ，λ2 ，λ3 の３個が受信機１２のノイズ電力σ2 より大きい値をとり、次式の関係が成立する。
λ3 ＞σ2                                             （１７）
【００７４】
［Ｂ］仮想入射信号と実入射信号の入射角が一致する場合（［θ1 ハット，θ2 ハット］＝［θ1 ，θ2 ］の場合）
図４（ｂ）に示すように、仮想入射信号の入射角が実入射信号の入射方向と一致するため、Ａハットを構成する列ベクトルの中で、線形独立なものは２組のみになる。
【００７５】
故に、ｒａｎｋ（Ａハット）＝２となり、ｒａｎｋ（Ａハット・ＲS ハット・ＡH ハット）＝２となるから、Ａハット・ＲS ハット・ＡH ハットの０でない固有値は２個に減少する。
このとき、Ｒハットの固有値λは、図５（ｂ）に示すように、λ1 ，λ2 の２個が受信機１２のノイズ電力σ2 より大きい値をとり、次式の関係が成立する。
λ3 ＝σ2                                             （１８）
【００７６】
上記性質から、下記の方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット）を考えると、上記Ｂの仮想入射信号と実入射信号の入射角が一致する場合に限り、発散することが分かる。
【００７７】
【数６】
0003657490.tif 000007
【００７８】
そこで、［θ1 ハット，θ2 ハット］のすべての組み合わせについて、方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット）を求めると、方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット）は図６に例示するような関数になる。
従って、方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット）が最大値をとる［θ1 ハット，θ2 ハット］を探せば、この値から電波入射角［θ1 ，θ2 ］を推定することができる。
上記の測角の原理から、アレーアンテナの配列に影響を受けることなく、電波の入射角を推定することができる。
【００７９】
次に、図１の測角信号処理装置の具体的な動作を説明する。
まず、Ｍ個の受信機１２が実アレーアンテナを構成する素子アンテナ１１を通じて電波を受信すると、Ｍ個の受信信号をＡ／Ｄ変換器１３に出力し、Ａ／Ｄ変換器１３がＭ個の受信信号をディジタル信号ｘ1 〜ｘM に変換する。
【００８０】
一方、仮想入射信号生成部２１ａ，２１ｂがランダム雑音信号である仮想入射信号ｓ1 ハット，ｓ2 ハットをそれぞれ生成し（ステップＳＴ１０）、ステアリングベクトル算出部２２が仮想入射信号の入射角θ1 ハット，θ2 ハットを設定すると（ステップＳＴ１１）、複素荷重器２３ａ，２３ｂは、仮想入射信号ｓ1 ハット，ｓ2 ハットがＭ個に分配された信号に対して、仮想入射方向θ1 ハット，θ2 ハットのステアリングベクトルａ（θ1 ハット），ａ（θ2 ハット）を荷重する（ステップＳＴ１２）。
例えば、ステアリングベクトルａ（θ2 ハット）の第ｍ要素は、複素荷重器２３ｂの第ｍ番目の荷重値として与えられる。
【００８１】
そして、複素加算器２４ａ，２４ｂは、Ａ／Ｄ変換器１３が出力するＭ個のディジタル信号ｘ1 〜ｘM に対して、複素荷重器２３ａ，２３ｂによる荷重後の仮想入射信号ｓ1 ハット，ｓ2 ハットをそれぞれ式（１２）のように加算する（ステップＳＴ１３）。
【００８２】
相関行列算出部２５は、複素加算器２４ａ，２４ｂが加算処理を実行すると、その加算結果である出力信号ｘ1 ハット〜ｘM ハットの相関行列Ｒハットを算出する（ステップＳＴ１４）。
【００８３】
方位評価算出部２６は、相関行列算出部２５が相関行列Ｒハットを算出すると、その相関行列Ｒハットの第３固有値λ3 を求めて（ステップＳＴ１５）、その第３固有値λ3 を式（１９）に代入し、方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット）を算出する（ステップＳＴ１６）。ただし、受信機１２のノイズ電力σ2 は、事前に測定されているものとする。
【００８４】
そして、［θ1 ハット，θ2 ハット］のすべての組み合わせについて、方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット）を求めると（ステップＳＴ１７）、方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット）が最大値をとる［θ1 ハット，θ2 ハット］を探索し、最大値をとる［θ1 ハット，θ2 ハット］を実入射信号の入射角［θ1 ，θ2 ］として出力する（ステップＳＴ１８）。
【００８５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、仮想入射信号を受信信号に加算して、その加算結果の相関行列を算出すると、その相関行列の固有値を求め、その固有値から入射波の入射角を推定するように構成したので、アレーアンテナの配列に影響を受けることなく、電波の入射角を推定することができる。その結果、等間隔リニアアレーアンテナではない任意の配列のアレーアンテナに複数のコヒーレント波が入射される場合でも、正確に入射角を推定することができる効果を奏する。
【００８６】
上記実施の形態１では、入射波の数が２の場合について説明したが、これに限るものではなく、入射波の数が３以上であってもよい。
即ち、入射波の数がＫ（Ｋは３以上の自然数）の場合には、Ｍ＞Ｋとし、仮想入射信号をＫ個加えて出力信号ベクトルｘ（ｔ）ハットを生成する。
そして、相関行列Ｒハットの第（Ｋ＋１）固有値λK+1 （相関行列Ｒハットの中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値）を方位評価関数に代入し（式（１９））、その方位評価関数が最大になるときの仮想入射信号のアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定するようにする。
なお、上記実施の形態１では、仮想入射信号ｓ1 ハット，ｓ2 ハットはランダム雑音信号としたが、互いにインコヒーレントで、実入射信号ｓ1 ，ｓ2 ともインコヒーレントな信号であれば十分である。
【００８７】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による測角信号処理装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。３１は受信信号であるディジタル信号ｘ1 〜ｘM の相関行列Ｒを算出する相関行列算出部、３２は相関行列Ｒの固有値分布からアレーアンテナに入射する実入射波の数Ｋを推定する入射信号数推定部、３３はステアリングベクトル算出部２２により算出されたステアリングベクトルａ（θ1 ハット）〜ａ（θK ハット）から仮想入射信号の相関行列Ｒv を算出する仮想入射信号相関行列算出部である。なお、相関行列算出部３１及び仮想入射信号相関行列算出部３３から相関行列算出手段が構成されている。
３４はディジタル信号ｘ1 〜ｘM の相関行列Ｒと仮想入射信号の相関行列Ｒv を加算して、相関行列Ｒハットを出力する行列加算器（加算手段）である。
なお、図８はこの発明の実施の形態２による測角信号処理方法を示すフローチャートである。
【００８８】
次に動作について説明する。
まず、Ｍ個の受信機１２が実アレーアンテナを構成する素子アンテナ１１を通じて電波を受信すると、Ｍ個の受信信号をＡ／Ｄ変換器１３に出力し、Ａ／Ｄ変換器１３がＭ個の受信信号をディジタル信号ｘ1 〜ｘM に変換する。
【００８９】
相関行列算出部３１は、Ａ／Ｄ変換器１３がＭ個の受信信号をディジタル信号ｘ1 〜ｘM に変換すると、そのディジタル信号ｘ1 〜ｘM の相関行列Ｒを算出する（ステップＳＴ２１）。
入射信号数推定部３２は、相関行列算出部３１が相関行列Ｒを算出すると、その相関行列Ｒの固有値分布からアレーアンテナに入射する実入射波の数Ｋを推定する（ステップＳＴ２２）。
【００９０】
一方、方位評価算出部２６がＫ波の仮想入射信号の入射方向θ1 ハット〜θK ハットを定めて（ステップＳＴ２３）、ステアリングベクトル算出部２２が仮想入射方向θ1 ハット〜θK ハットのステアリングベクトルａ（θ1 ハット）〜ａ（θK ハット）を算出すると、仮想入射信号相関行列算出部３３は、下記に示すように、ステアリングベクトルａ（θ1 ハット）〜ａ（θK ハット）から仮想入射信号の相関行列Ｒv を算出する。ただし、下記に示す仮想入射信号の電力ｐk ハットは正定数である。
【００９１】
【数７】
0003657490.tif 000008
【００９２】
行列加算器３４は、下記に示すように、相関行列算出部３１により算出されたディジタル信号ｘ1 〜ｘM の相関行列Ｒと、仮想入射信号相関行列算出部３３により算出された仮想入射信号の相関行列Ｒv を加算して、相関行列Ｒハットを出力する（ステップＳＴ２４）。
【００９３】
【数８】
0003657490.tif 000009
【００９４】
方位評価算出部２６は、行列加算器３４が相関行列Ｒハットを出力すると、その相関行列Ｒハットの第（Ｋ＋１）固有値λK+1 を求めて（ステップＳＴ２５）、その第（Ｋ＋１）固有値λK+1 を下式に代入し、方位評価関数ＰAVW （θハット）を算出する（ステップＳＴ２６）。ただし、下式では、θ1 ハット〜θK ハットをΘハット（Θハット≡［θ1 ハット，θ2 ハット，…，θK ハット］）と記述する。
【００９５】
【数９】
0003657490.tif 000010
【００９６】
そして、入射方向のすべての組み合わせΘハット≡［θ1 ハット，θ2 ハット，…，θK ハット］について、方位評価関数ＰAVW （Θハット）を算出すると（ステップＳＴ２７）、方位評価関数ＰAVW （Θハット）が最大値をとる［θ1 ハット，…，θK ハット］を探索し、最大値をとる［θ1 ハット，…，θK ハット］を入射波の入射角［θ1 ，…，θK ］として出力する（ステップＳＴ２８）。
【００９７】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、受信信号の相関行列と仮想入射信号の相関行列を加算して、その加算結果の行列の固有値を求め、その固有値から入射波の入射角を推定するように構成したので、上記実施の形態１と同様に、アレーアンテナの配列に影響を受けることなく、電波の入射角を推定することができる。その結果、等間隔リニアアレーアンテナではない任意の配列のアレーアンテナに複数のコヒーレント波が入射される場合でも、正確に入射角を推定することができる効果を奏する。
【００９８】
ここで、行列加算器３４は、上述したように、式（２１）に示す相関行列Ｒハットを出力するが、ｘ（ｔ）の共分散行列ＲはＲ＝Ｅ［ｘ（ｔ）ｘ（ｔ）H ］であり、ｐk ハット＝Ｅ［｜ｓk （ｔ）ハット｜2 ］と表すと、ｓk （ｔ）がランダム雑音信号であるから、式（２１）は次のように変形することができる。
【００９９】
【数１０】
0003657490.tif 000011
【０１００】
また、ｓk （ｔ）はｘ（ｔ）と無関係であるから、式（２３）は次のように表すことができる。
【０１０１】
【数１１】
0003657490.tif 000012
【０１０２】
即ち、方位評価算出部２６に入力する相関行列Ｒハットは、実受信信号にランダム雑音信号であるＫ個の仮想入射信号ｓk ハット（ｋ＝１，．．．，Ｋ）に荷重ａ（θk ハット）をかけて加えた信号ｘハットの相関行列と等価であることが分かる。
従って、この実施の形態２の測角信号処理装置は、上記実施の形態１の測角信号処理装置と同様な原理により電波の入射角［θ1 ，…，θK ］を推定することができる。ただし、本実施の形態２では、仮想入射信号ｓk ハットを実際に用意する必要がなく、構成を簡略化することができる。
【０１０３】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、方位評価関数が最大となる入射角を探索するために、［θ1 ハット，θ2 ハット］等のすべての組み合わせについて方位評価関数を求めるものについて示したが、予め電波の入射角の概算値を従来の測角手法などで求めて、その概算値の近傍角度範囲に限定して方位評価関数を求めるようにしてもよい。
これにより、方位評価関数を求める演算量が大幅に削減され、速やかに入射角を推定することができる効果を奏する。
【０１０４】
実施の形態４．
上記実施の形態１，２では、方位評価関数が最大となる入射角を探索するために、［θ1 ハット，θ2 ハット］等のすべての組み合わせについて方位評価関数を求めるものについて示したが、いわゆる山登り法による探索を実施して、最大となる方位評価関数を求めるようにしてもよい。
【０１０５】
図９は山登り法による探索を例示したものであり、適当な初期値［θ1(0)ハット，θ2(0)ハット］から出発して、θ1 ハット＝θ1(0)ハットと固定したまま、θ2 ハットを変えて方位評価関数ＰAVW （θハット）が最大になるθ2 ハットを求め、これをθ2(1)ハットとする。
【０１０６】
次に、θ2 ハット＝θ2(1)ハットと固定したままθ1 ハットを変えて、方位評価関数ＰAVW （θハット）が最大になるθ1 ハットを求め、これをθ1(2)ハットとする。
このように、逐次θ1 ハット，θ2 ハットを更新して方位評価関数ＰAVW （θハット）が大域的な最大になる点に近づけていく方法によると、探索経路が１次元で済むため、演算量が少なくて済み、速やかに入射角を推定することができる効果を奏する。
【０１０７】
実施の形態５．
上記実施の形態４では、山登り法を用いてアレー応答ベクトルの対応角度を探索するものについて示したが、上記実施の形態４と同様に、従来の測角手法などを用いて、予め概略の入射角を求め、その入射角を山登り法の初期値［θ1(0)ハット，θ2(0)ハット］に用いるようにしてもよい。
これにより、更に演算量を削減することができるため、更に、入射角を高速に推定することができる効果を奏する。
【０１０８】
実施の形態６．
上記実施の形態１，２では、方位評価関数が最大になる入射角を探索するものについて示したが、入射波の本数がＫの場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値λK+1 の変化を監視し、その固有値λK+1 が最小になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定するようにしてもよく、上記実施の形態１，２と同様の効果を奏することができる。
【０１０９】
実施の形態７．
上記実施の形態１では、仮想入射信号生成部２１ａ，２１ｂが生成する仮想入射信号ｓ1 ハット，ｓ2 ハットの電力については特に言及していないが、入射波とインコヒーレントな信号であって、入射波の受信電力と同レベルの電力の信号を仮想入射信号ｓ1 ハット，ｓ2 ハットとし、その仮想入射信号ｓ1 ハット，ｓ2 ハットにアレー応答ベクトルであるステアリングベクトルａ（θ1 ハット），ａ（θ2 ハット）を荷重して、最終的な仮想入射信号を生成するようにしてもよい。
これにより、固有値λ3 の変化が大きく顕れるため、精度よく入射角を推定することができる効果を奏する。
【０１１０】
実施の形態８．
上記実施の形態２では、仮想入射信号相関行列算出部３３が仮想入射信号の相関行列Ｒv を算出する際、仮想入射信号の電力であるｐk ハットを適当な正定数に設定するものについて示したが、仮想入射信号の電力ｐk ハットを実入射信号ｓk の入射電力と同程度のレベルに設定するようにしてもよい。
これにより、固有値λK+1 の変化が大きく顕れるため、精度よく入射角を推定することができる効果を奏する。
【０１１１】
実施の形態９．
図１０はこの発明の実施の形態９による測角信号処理方法を示すフローチャートである。
上記実施の形態１では、当初から入射波の数Ｋと同一本数の仮想入射信号を生成するものについて示したが、実際には入射波の数Ｋが分からない場合があり、その場合には、入射波の数Ｋと同一本数の仮想入射信号を生成することができないため、入射角の推定精度が劣化することがある。
そこで、この実施の形態９では、入射波の数Ｋが分からない場合があることを考慮し、入射波の数Ｋを推定する処理を実施して、入射角の推定精度を高めるようにしている。
【０１１２】
具体的には、下記に示す通りであるが、最初に実施の形態９の測角原理から説明する。
基本原理は上記実施の形態１の測角処理と同様である。しかし、仮想入射信号の数Ｌが実入射信号の数Ｋと異なるため、Ｌについて場合分けをして説明する。ただし、式(１６)で定義されるＲS ハットのランクは、実コヒーレント波に対してＬ個の独立な仮想入射信号ｓ1 ハット〜ｓL ハットを加えているため、常に、ｒａｎｋ（ＲS ハット）＝Ｌ＋１であることに注意を要する。
【０１１３】
［Ａ］Ｌ≧Ｋであり、かつ、θl ≠θk （ｌ＝１，…，Ｌ；ｋ＝１，…，Ｋ）の場合（仮想入射信号と実入射信号の入射角が一致しない場合）
ｓ1 〜ｓK ，ｓ1 ハット〜ｓL ハットが互いに異なる方向から入射するアレーと等価であるから、Ａハットを構成する列ベクトルａ（θ1 ），…，ａ（θK ），ａ（θ1 ）ハット，…，ａ（θL ）ハットは互いに線形独立である。
【０１１４】
故に、ｒａｎｋ（Ａハット）＝Ｋ＋Ｌとなり、ｒａｎｋ（Ａハット・ＲS ハット・ＡH ハット）＝Ｌ＋１となるから、Ａハット・ＲS ハット・ＡH ハットの０でない固有値は（Ｌ＋１）個存在する。
このとき、Ｒハットの固有値λは、λ1 ，…，λL ，λL+1 の（Ｌ＋１）個が受信機１２のノイズ電力σ2 より大きい値をとり、次式の関係が成立する(図５（ａ）を参照)。
λL+1 ＞σ2                                             （２５）
【０１１５】
［Ｂ］Ｌ≧Ｋであり、かつ、［θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット］∋［θ1 ，θ2 ，…，θK ］の場合（仮想入射信号と実入射信号の入射角が一致する場合）
仮想入射信号の入射角が実入射信号の入射方向と一致するため、Ａハットを構成する列ベクトルａ（θ1 ），…，ａ（θK ）は、列ベクトルａ（θ1 ）ハット，…，ａ（θL ）ハットの何れかに一致する。即ち、Ａハットを構成する列ベクトルの中で、線形独立なものはＬ組のみになる。
【０１１６】
故に、ｒａｎｋ（Ａハット）＝Ｌとなり、ｒａｎｋ（Ａハット・ＲS ハット・ＡH ハット）＝Ｌとなるから、Ａハット・ＲS ハット・ＡH ハットの０でない固有値はＬ個に減少する。
このとき、Ｒハットの固有値λは、λ1 ，…，λL のＬ個が受信機１２のノイズ電力σ2 より大きい値をとり、次式の関係が成立する（図５（ｂ）を参照）。
λL+1 ＝σ2                                             （２６）
【０１１７】
［Ｃ］Ｌ＜Ｋの場合
仮想入射信号の入射角によらず、常に、Ａハットを構成する列ベクトルａ（θ1 ），…，ａ（θK ），ａ（θ1 ）ハット，…，ａ（θL ）ハットの少なくともＫ個は互いに線形独立である。
【０１１８】
故に、ｒａｎｋ（Ａハット）≧Ｋ≧Ｌ＋１となり、ｒａｎｋ（Ａハット・ＲS ハット・ＡH ハット）≧Ｌ＋１となるから、Ａハット・ＲS ハット・ＡH ハットの０でない固有値は常に（Ｌ＋１）個存在する。
このとき、Ｒハットの固有値λは、λ1 ，…，λL ，λL+1 の（Ｌ＋１）個が受信機１２のノイズ電力σ2 より大きい値をとり、次式の関係が成立する(図５（ａ）を参照)。
λL+1 ＞σ2                                             （２７）
【０１１９】
上記［Ａ］［Ｂ］［Ｃ］から、下記に示す方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）を考えると、［Ｂ］の条件の場合（Ｌ≧Ｋであり、かつ、［θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット］∋［θ1 ，θ2 ，…，θK ］の場合）に限り、発散することが分かる。
【０１２０】
【数１２】
0003657490.tif 000013
【０１２１】
したがって、仮想入射信号の数Ｌを順次増していくと、最初に方位評価関数が発散したときの数Ｌから実入射信号の数Ｋが推定される。よって、このときのΘハット≡［θ1 ハット，θ2 ハット，…，θK ハット］から実入射信号の入射角が推定される。
なお、実際には方位評価関数の最大値ＰLmaxは発散しないが、これをＬについてプロットすると、図１１に例示するように、Ｌ＝Ｋのところで、方位評価関数の最大値ＰLmaxが急激に増加するので、実入射信号の数Ｋを推定することができる。
【０１２２】
次に、図１０のフローチャートを参照して動作を説明する。
上記実施の形態１では、測角信号処理手段１４が２個の仮想入射信号生成部２１ａ，２１ｂを搭載し、２個の仮想入射信号生成部２１ａ，２１ｂから仮想入射信号を出力させているが、この実施の形態９では、Ｌ個の仮想入射信号生成部を搭載し、１〜Ｌ個の仮想入射信号生成部から仮想入射信号を出力させるものとする。ただし、初期段階では、方位評価算出部２６がＬ＝１に設定し（ステップＳＴ３１）、Ｌ本の仮想入射信号を生成させる（ステップＳＴ１０）。
【０１２３】
以下、上記実施の形態１と同様に、ステップＳＴ１１〜ＳＴ１７の処理を実行して、方位評価算出部２６が［θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット］のすべての組み合わせについて方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）を求める。ただし、初期段階では、Ｌ＝１に設定しているので、相関行列Ｒハットの第（Ｌ＋１＝２）固有値λ2 からＰAVW （θ1 ハット）を求める。その後、方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）が最大値をとる［θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット］を探索し、その最大値をＰLmaxとして保存する（ステップＳＴ３２）。
【０１２４】
そして、方位評価算出部２６は、今回の最大値ＰLmaxが前回保存した最大値ＰL-1maxより十分に大きな値であるか否かを判断する（初期段階では、Ｌ＝１に設定されているため、前回のＰL-1maxがＰ０maxになるが、予めＰ０maxは十分大きな値が設定されているものとする）。即ち、ＰLmax＞ＰL-1max＋Ｄを判定する（ステップＳＴ３３）。ただし、Ｄは十分に大きな定数である。
【０１２５】
方位評価算出部２６は、今回の最大値ＰLmaxが前回保存した最大値ＰL-1maxより十分に大きな値でない場合（Ｌ＜Ｋの場合には、式（２８）の方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）が大きな値にならず、その最大値ＰLmaxも、前回の最大値ＰL-1maxと大差が生じない）、ステップＳＴ３４に進んでＬをインクリメントし、ステップＳＴ１０〜ＳＴ１７及びステップＳＴ３２の処理を再度実行する。
【０１２６】
一方、今回の最大値ＰLmaxが前回保存した最大値ＰL-1maxより十分に大きな値である場合（仮想入射信号の数Ｌが大きくなり、やがて、Ｌ＝Ｋに到達すると、式（２８）の方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）は理論上発散して実際にも大きな値を取る。そのため、方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）の最大値ＰLmaxも、前回の最大値ＰL-1maxと比べて十分大きな値を取る）、ステップＳＴ３５に進み、最大値ＰLmaxをとる［θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット］を実入射信号の入射角として出力する。
【０１２７】
以上で明らかなように、この実施の形態９によれば、仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、相関行列Ｒハットを更新させる一方、各相関行列Ｒハットの中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列Ｒハットの中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定するように構成したので、実入射信号数が不明な場合でも、精度よく実入射信号の入射角を推定することができる効果を奏する。
【０１２８】
実施の形態１０．
図１２はこの発明の実施の形態１０による測角信号処理方法を示すフローチャートである。
上記実施の形態９では、実入射信号数の推定処理を上記実施の形態１に適用するものについて示したが、上記実施の形態２に適用するようにしてもよい。
【０１２９】
具体的には、上記実施の形態２と同様に、ステップＳＴ２３〜ＳＴ２７の処理を実行して、方位評価算出部２６が［θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット］のすべての組み合わせについて式（２８）に示した方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）を求める。
ただし、この実施の形態１０では、実入射信号の数Ｋが分からない場合を想定しているので、上記実施の形態２と異なり、仮想入射信号の数をＬに設定する。したがって、相関行列Ｒハットの第（Ｌ＋１）固有値λL+1 から方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）を求めることになる。なお、初期段階では、ステップＳＴ３１において、Ｌ＝１に設定しているので、相関行列Ｒハットの第２固有値λ2 からＰAVW （θ1 ハット）を求めることになる。
【０１３０】
以下、上記実施の形態９と同様に、方位評価算出部２６は、方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）が最大値をとる［θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット］を探索し、その最大値をＰLmaxとして保存する（ステップＳＴ３２）。
そして、方位評価算出部２６は、今回の最大値ＰLmaxが前回保存した最大値ＰL-1maxより十分に大きな値であるか否かを判断する。即ち、ＰLmax＞ＰL-1max＋Ｄを判定する（ステップＳＴ３３）。
【０１３１】
方位評価算出部２６は、今回の最大値ＰLmaxが前回保存した最大値ＰL-1maxより十分に大きな値でない場合（Ｌ＜Ｋの場合には、式（２８）の方位評価関数ＰAVW（θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）が大きな値にならず、その最大値ＰLmaxも、前回の最大値ＰL-1maxと大差が生じない）、ステップＳＴ３４に進んでＬをインクリメントし、ステップＳＴ２３〜ＳＴ２７及びステップＳＴ３２の処理を再度実行する。
一方、今回の最大値ＰLmaxが前回保存した最大値ＰL-1maxより十分に大きな値である場合（仮想入射信号の数Ｌが大きくなり、やがて、Ｌ＝Ｋに到達すると、式（２８）の方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）は理論上発散して実際にも大きな値を取る。そのため、方位評価関数ＰAVW （θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット）の最大値ＰLmaxも、前回の最大値ＰL-1maxと比べて十分大きな値を取る）、ステップＳＴ３５に進み、最大値ＰLmaxをとる［θ1 ハット，θ2 ハット，…，θL ハット］を実入射信号の入射角として出力する。
【０１３２】
以上で明らかなように、この実施の形態１０によれば、仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、相関行列Ｒハットを更新させる一方、各相関行列Ｒハットの中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定するように構成したので、実入射信号数が不明な場合でも、精度よく実入射信号の入射角を推定することができる効果を奏する。
【０１３３】
実施の形態１１．
上記実施の形態９，１０では、各方位評価関数の最大値ＰLmaxを相互に比較して、実入射信号の数Ｋを推定するものについて示したが、各相関行列Ｒハットの中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値λL+1 の最小値ＰLminをそれぞれ求め、ステップＳＴ３３において、ＰLmin＜＜ＰL-1minを判断することにより、実入射信号の数Ｋを推定するようにしてもよく、上記実施の形態９，１０と同様の効果を奏することができる。
【０１３４】
実施の形態１２．
上記実施の形態９，１０では、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加させて、方位評価関数の最大値ＰLmaxの増加幅を監視し、その増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを実入射信号の本数Ｋとして取り扱うものについて示したが、仮想入射信号の本数Ｌを順番に減らす場合には、前回の最大値ＰLmaxより著しく減少する最大値ＰL-1maxを検出し（減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する）、仮想入射信号の本数Ｌを実入射信号の本数Ｋとして取り扱うようにしてもよい（図１１を参照）。
【０１３５】
実施の形態１３．
上記実施の形態１１では、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加させて、固有値λL+1 の最小値ＰLminの減少幅を監視し、その減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを実入射信号の本数Ｋとして取り扱うものについて示したが、仮想入射信号の本数Ｌを順番に減らす場合には、前回の最小値ＰLminより著しく増加する最小値ＰL-1minを検出し（増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する）、仮想入射信号の本数Ｌを実入射信号の本数Ｋとして取り扱うようにしてもよい（図１１を参照）。
【０１３６】
実施の形態１４．
上記実施の形態９〜１３では、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合について示したが、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させるのではなく、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させるようにしてもよい。これにより、効率よく実入射信号の数Ｋを推定することができる効果を奏する。
【０１３７】
具体的には、方位評価関数の最大値ＰLmaxを相互に比較して、実入射信号の数Ｋを推定する場合には、最初に、Ｌ＝１におけるＰ1maxと、Ｌ＝Ｍ−１におけるＰM-1maxと、Ｌ＝１とＬ＝Ｍ−１の中間であるＬ＝Ｍ／２におけるＰM/2maxとを求め、Ｐ1max＜＜ＰM/2max≒ＰM-1maxであれば、次にＬ＝１とＬ＝Ｍ／２の間を捜索し、一方、Ｐ1max≒ＰM/2max＜＜ＰM-1maxであれば、次にＬ＝Ｍ／２とＬ＝Ｍ−１の間を捜索するような二分法を用いて、実入射信号の数Ｋを推定するようにしてもよい。
【０１３８】
また、固有値λL+1 の最小値ＰLminを相互に比較して、実入射信号の数Ｋを推定する場合には、最初に、Ｌ＝１におけるＰ1minと、Ｌ＝Ｍ−１におけるＰM-1minと、Ｌ＝１とＬ＝Ｍ−１の中間であるＬ＝Ｍ／２におけるＰM/2minとを求め、Ｐ1min＜＜ＰM/2min≒ＰM-1minであれば、次にＬ＝１とＬ＝Ｍ／２の間を捜索し、一方、Ｐ1min≒ＰM/2min＜＜ＰM-1minであれば、次にＬ＝Ｍ／２とＬ＝Ｍ−１の間を捜索するような二分法を用いて、実入射信号の数Ｋを推定するようにしてもよい。
【０１３９】
実施の形態１５．
上記実施の形態９，１０では、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加させて、方位評価関数の最大値ＰLmaxの増加幅を監視し、その増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを実入射信号の本数Ｋとして取り扱うものについて示したが、仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、方位評価関数の最大値ＰLmaxをそれぞれ求めた後、その最大値ＰLmaxが急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを実入射信号の本数Ｋとして取り扱うようにしてもよい。
【０１４０】
即ち、Ｌ＝１，２，…，Ｍ−１における方位評価関数の最大値ＰLmaxを全て求めた後、例えば、Ｌについての最大値ＰLmaxをプロットすることにより（図１１を参照）、最大値ＰLmaxが急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを実入射信号の本数Ｋとして取り扱うようにする。これにより、上記実施の形態９，１０と同様の効果を奏することができる。
【０１４１】
また、固有値λL+1 の最小値ＰLminを相互に比較して、実入射信号の数Ｋを推定する場合にも同様に、Ｌ＝１，２，…，Ｍ−１における固有値λL+1 の最小値ＰLminを全て求めた後、例えば、Ｌについての最小値ＰLminをプロットすることにより、最小値ＰLminが急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを実入射信号の本数Ｋとして取り扱うようにする。
【０１４２】
実施の形態１６．
上記実施の形態９，１０では、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加させて、方位評価関数の最大値ＰLmaxの増加幅を監視し、その増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを実入射信号の本数Ｋとして取り扱うものについて示したが、方位評価関数の最大値ＰLmaxを監視し、その最大値ＰLmaxが所定の閾値より大きくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを実入射信号の本数Ｋとして取り扱うようにしてもよく、上記実施の形態９，１０と同様の効果を奏することができる。
【０１４３】
また、固有値λL+1 の最小値ＰLminを相互に比較して、実入射信号の数Ｋを推定する場合にも同様に、固有値λL+1の最小値ＰLminを監視し、その最小値ＰLminが所定の閾値より小さくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを実入射信号の本数Ｋとして取り扱うようにしてもよい。
【０１４４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、加算手段により仮想入射信号が加算された受信信号の相関行列を算出し、その相関行列の固有値を求めて、その固有値から入射波の入射角を推定するように構成したので、等間隔リニアアレーアンテナではない任意の配列のアレーアンテナに複数のコヒーレント波が入射される場合でも、正確に入射角を推定することができる効果がある。
【０１４５】
この発明によれば、相関行列算出手段により算出された受信信号の相関行列と仮想入射信号の相関行列を加算し、その加算結果である相関行列の固有値を求めて、その固有値から入射波の入射角を推定するように構成したので、等間隔リニアアレーアンテナではない任意の配列のアレーアンテナに複数のコヒーレント波が入射される場合でも、正確に入射角を推定することができる効果がある。
【０１４６】
この発明によれば、入射波の本数がＫの場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数に代入し、その方位評価関数が最大になるときの仮想入射信号のアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定する推定手段を設けるように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射角を推定することができる効果がある。
【０１４７】
この発明によれば、方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角の近傍角度領域の中でアレー応答ベクトルの対応角度を探索する推定手段を設けるように構成したので、方位評価関数を求める演算量が大幅に削減される結果、速やかに入射角を推定することができる効果がある。
【０１４８】
この発明によれば、山登り法を用いてアレー応答ベクトルの対応角度を探索する推定手段を設けるように構成したので、方位評価関数を求める演算量が大幅に削減される結果、速やかに入射角を推定することができる効果がある。
【０１４９】
この発明によれば、方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角を山登り法の初期値に用いる推定手段を設けるように構成したので、更に方位評価関数を求める演算量が削減される結果、更に速やかに入射角を推定することができる効果がある。
【０１５０】
この発明によれば、入射波の本数がＫの場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値の変化を監視し、その固有値が最小になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定する推定手段を設けるように構成したので、簡単な計算を実施するだけで、入射角を推定することができる効果がある。
【０１５１】
この発明によれば、入射波とインコヒーレントな信号であって、入射波の受信電力と同レベルの電力の信号にアレー応答ベクトルを荷重して仮想入射信号を生成する仮想入射信号生成手段を設けるように構成したので、固有値の変化が大きく顕れる結果、精度よく入射角を推定することができる効果がある。
【０１５２】
この発明によれば、入射波の受信電力の２乗値と同レベルの電力の正定数を用いて仮想入射信号の相関行列を算出する相関行列算出手段を設けるように構成したので、固有値の変化が大きく顕れる結果、精度よく入射角を推定することができる効果がある。
【０１５３】
この発明によれば、仮想入射信号生成手段が生成する仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、相関行列算出手段の算出結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定する推定手段を設けるように構成したので、入射波の数が不明な場合でも、精度よく入射波の入射角を推定することができる効果がある。
【０１５４】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、加算手段の加算結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定する推定手段を設けるように構成したので、入射波の本数が不明な場合でも、精度よく入射波の入射角を推定することができる効果がある。
【０１５５】
この発明によれば、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数にそれぞれ代入し、各方位評価関数の最大値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定する推定手段を設けるように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１５６】
この発明によれば、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値の最小値をそれぞれ求め、各最小値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定する推定手段を設けるように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１５７】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅を監視し、その増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けるように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１５８】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値の減少幅又は増加幅を監視し、その減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けるように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１５９】
この発明によれば、方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させる推定手段を設けるように構成したので、効率よく入射波の数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１６０】
この発明によれば、固有値の最小値の減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させる推定手段を設けるように構成したので、効率よく入射波の数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１６１】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、方位評価関数の最大値をそれぞれ求めた後、その最大値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けるように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１６２】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、固有値の最小値をそれぞれ求めた後、その最小値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けるように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１６３】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値を監視し、その最大値が閾値より大きくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けるように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１６４】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値を監視し、その最小値が閾値より小さくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱う推定手段を設けるように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１６５】
この発明によれば、仮想入射信号を受信信号に加算して、その加算結果の相関行列を算出すると、その相関行列の固有値を求め、その固有値から入射波の入射角を推定するように構成したので、等間隔リニアアレーアンテナではない任意の配列のアレーアンテナに複数のコヒーレント波が入射される場合でも、正確に入射角を推定することができる効果がある。
【０１６６】
この発明によれば、受信信号の相関行列と仮想入射信号の相関行列を加算すると、その加算結果の固有値を求め、その固有値から入射波の入射角を推定するように構成したので、等間隔リニアアレーアンテナではない任意の配列のアレーアンテナに複数のコヒーレント波が入射される場合でも、正確に入射角を推定することができる効果がある。
【０１６７】
この発明によれば、入射波の本数がＫの場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数に代入し、その方位評価関数が最大になるときの仮想入射信号のアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定するように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射角を推定することができる効果がある。
【０１６８】
この発明によれば、方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角の近傍角度領域の中でアレー応答ベクトルの対応角度を探索するように構成したので、方位評価関数を求める演算量が大幅に削減される結果、速やかに入射角を推定することができる効果がある。
【０１６９】
この発明によれば、山登り法を用いてアレー応答ベクトルの対応角度を探索するように構成したので、方位評価関数を求める演算量が大幅に削減される結果、速やかに入射角を推定することができる効果がある。
【０１７０】
この発明によれば、方位評価関数が最大になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を探索する際、予め概略の入射角を求めて、その入射角を山登り法の初期値に用いるように構成したので、更に方位評価関数を求める演算量が削減される結果、更に速やかに入射角を推定することができる効果がある。
【０１７１】
この発明によれば、入射波の本数がＫの場合、相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値の変化を監視し、その固有値が最小になるときのアレー応答ベクトルの対応角度を入射波の入射角と推定するように構成したので、簡単な計算を実施するだけで、入射角を推定することができる効果がある。
【０１７２】
この発明によれば、入射波とインコヒーレントな信号であって、入射波の受信電力と同レベルの電力の信号にアレー応答ベクトルを荷重して仮想入射信号を生成するように構成したので、固有値の変化が大きく顕れる結果、精度よく入射角を推定することができる効果がある。
【０１７３】
この発明によれば、入射波の受信電力の２乗値と同レベルの電力の正定数を用いて仮想入射信号の相関行列を算出するように構成したので、固有値の変化が大きく顕れる結果、精度よく入射角を推定することができる効果がある。
【０１７４】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、算出結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定するように構成したので、入射波の数が不明な場合でも、精度よく入射波の入射角を推定することができる効果がある。
【０１７５】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌ（Ｌは自然数）を順次更新させて、加算結果である相関行列を更新させる一方、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を相互に比較して入射波の本数Ｋ（Ｋは自然数）を推定し、その仮想入射信号の本数がＫであるときの相関行列の中で第（Ｋ＋１）番目に大きい固有値から入射波の入射角を推定するように構成したので、入射波の数が不明な場合でも、精度よく入射波の入射角を推定することができる効果がある。
【０１７６】
この発明によれば、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値を方位評価関数にそれぞれ代入し、各方位評価関数の最大値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定するように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１７７】
この発明によれば、各相関行列の中で第（Ｌ＋１）番目に大きい固有値の最小値をそれぞれ求め、各最小値を相互に比較して入射波の本数Ｋを推定するように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１７８】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅を監視し、その増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１７９】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値の減少幅又は増加幅を監視し、その減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１８０】
この発明によれば、方位評価関数の最大値の増加幅又は減少幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させるように構成したので、効率よく入射波の数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１８１】
この発明によれば、固有値の最小値の減少幅又は増加幅が急増する仮想入射信号の本数Ｌを検出する際、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させずに、二分法を用いて仮想入射信号の本数Ｌを更新させるように構成したので、効率よく入射波の数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１８２】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、方位評価関数の最大値をそれぞれ求めた後、その最大値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１８３】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順次更新させて、固有値の最小値をそれぞれ求めた後、その最小値が急変する仮想入射信号の本数Ｌを特定し、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１８４】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、方位評価関数の最大値を監視し、その最大値が閾値より大きくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【０１８５】
この発明によれば、仮想入射信号の本数Ｌを順番に増加又は減少させる場合には、固有値の最小値を監視し、その最小値が閾値より小さくなる仮想入射信号の本数Ｌを検出すると、その仮想入射信号の本数Ｌを入射波の本数Ｋとして取り扱うように構成したので、複雑な計算を実施することなく、入射波の本数Ｋを推定することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による測角信号処理装置を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による測角信号処理方法を示すフローチャートである。
【図３】  実施の形態１における測角の原理を説明する説明図である。
【図４】  仮想入射信号の入射方向を説明する説明図である。
【図５】  固有値の変化を説明する説明図である。
【図６】  方位評価関数と入射角の関係を示す説明図である。
【図７】  この発明の実施の形態２による測角信号処理装置を示す構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態２による測角信号処理方法を示すフローチャートである。
【図９】  方位評価関数と入射角の関係を示す説明図である。
【図１０】  この発明の実施の形態９による測角信号処理方法を示すフローチャートである。
【図１１】  仮想入射信号の数と方位評価関数の最大値の関係を示すグラフ図である。
【図１２】  この発明の実施の形態１０による測角信号処理方法を示すフローチャートである。
【図１３】  従来の測角信号処理装置を示す構成図である。
【図１４】  リニアアレーアンテナの変換概念を説明する説明図である。
【図１５】  測角信号処理手段の動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１  素子アンテナ、１２  受信機、１３  Ａ／Ｄ変換器、１４  測角信号処理手段、２１ａ  仮想入射信号生成部（仮想入射信号生成手段）、２１ｂ  仮想入射信号生成部（仮想入射信号生成手段）、２２  ステアリングベクトル算出部（仮想入射信号生成手段）、２３ａ  複素荷重器（仮想入射信号生成手段）、２３ｂ  複素荷重器（仮想入射信号生成手段）、２４ａ  複素加算器（加算手段）、２４ｂ  複素加算器（加算手段）、２５  相関行列算出部（相関行列算出手段）、２６  方位評価算出部（推定手段）、３１  相関行列算出部（相関行列算出手段）、３２  入射信号数推定部、３３  仮想入射信号相関行列算出部（相関行列算出手段）、３４  行列加算器（加算手段）。
【図１】
0003657490.tif 000014
【図２】
0003657490.tif 000015
【図３】
0003657490.tif 000016
【図４】
0003657490.tif 000017
【図５】
0003657490.tif 000018
【図６】
0003657490.tif 000019
【図７】
0003657490.tif 000020
【図８】
0003657490.tif 000021
【図９】
0003657490.tif 000022
【図１０】
0003657490.tif 000023
【図１１】
0003657490.tif 000024
【図１２】
0003657490.tif 000025
【図１３】
0003657490.tif 000026
【図１４】
0003657490.tif 000027
【図１５】
0003657490.tif 000028