(57)【要約】【課題】受信又は送信された電波による信号を精度よく校正することができる校正装置及び校正方法を提供する。【解決手段】校正装置は、使用されるアンテナ素子及び使用されないアンテナ素子の両方を含む複数のアンテナ素子間の相互結合を示す素子間相互結合行列の逆行列と、複数のアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波を示す信号行列と、を乗算することにより信号行列を校正する校正部を備える。校正部は、使用されないアンテナ素子により送信される電波又は受信された電波の電力値が値０に定められた信号行列を乗算することにより校正してもよい。【選択図】図１
2014127791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用されるアンテナ素子及び使用されないアンテナ素子の両方を含む複数のアンテナ素子間の相互結合を示す素子間相互結合行列の逆行列と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波を示す信号行列と、を乗算することにより前記信号行列を校正する校正部
を備えることを特徴とする校正装置。
【請求項２】
前記校正部は、前記使用されないアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波の電力値が値０に定められた前記信号行列を乗算することを特徴とする請求項１に記載の校正装置。
【請求項３】
前記校正部は、前記使用されるアンテナ素子、及び、前記使用されないアンテナ素子の少なくとも一方を、前記複数のアンテナ素子から選択することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の校正装置。
【請求項４】
校正装置における校正方法であって、
校正部が、使用されるアンテナ素子及び使用されないアンテナ素子の両方を含む複数のアンテナ素子間の相互結合を示す素子間相互結合行列の逆行列と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波を示す信号行列と、を乗算することにより前記信号行列を校正するステップ、
を有することを特徴とする校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレーアンテナを用いた校正装置及び校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
受信又は送信された電波による信号を、アレーアンテナを用いて校正することを目的とした校正装置が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５７２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アレーアンテナでは、アンテナ素子は、互いに近接して配置されることがある。この場合、アンテナ素子に受信された電波の一部は、受信したアンテナ素子から再放射され、近接する他のアンテナ素子に受信されることになる。したがって、再放射された電波を受信したアンテナ素子は、素子間相互結合の影響を受けて、放射パターン及びインピーダンスが変化してしまう。これにより、校正装置は、受信又は送信された電波による信号を精度よく校正することができない、という問題がある。
【０００５】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、受信又は送信された電波による信号を精度よく校正することができる校正装置及び校正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、使用されるアンテナ素子及び使用されないアンテナ素子の両方を含む複数のアンテナ素子間の相互結合を示す素子間相互結合行列の逆行列と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波を示す信号行列と、を乗算することにより前記信号行列を校正する校正部を備えることを特徴とする校正装置である。
【０００７】
また、本発明の一態様は、前記校正部が、前記使用されないアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波の電力値が値０に定められた前記信号行列を乗算することを特徴とする校正装置である。
【０００８】
また、本発明の一態様は、前記校正部が、前記使用されるアンテナ素子、及び、前記使用されないアンテナ素子の少なくとも一方を、前記複数のアンテナ素子から選択することを特徴とする校正装置である。
【０００９】
また、本発明の一態様は、校正装置における校正方法であって、校正部が、使用されるアンテナ素子及び使用されないアンテナ素子の両方を含む複数のアンテナ素子間の相互結合を示す素子間相互結合行列の逆行列と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波を示す信号行列と、を乗算することにより前記信号行列を校正するステップ、を有することを特徴とする校正方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、校正部は、使用されるアンテナ素子及び使用されないアンテナ素子の両方を含む複数のアンテナ素子間の相互結合を示す素子間相互結合行列の逆行列と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波を示す信号行列と、を乗算することにより信号行列を校正する。これにより、校正装置及び校正方法は、受信又は送信された電波による信号を精度よく校正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における、校正装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】使用されないアンテナ素子からの再放射が素子間相互結合行列に考慮されない場合の電波の到来方向の推定結果の例を示す参考図である。
【図３】本発明の一実施形態における、使用されないアンテナ素子からの再放射が素子間相互結合行列に考慮される場合の電波の到来方向の推定結果の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下では、Ｍ（＝ｍ×Ｓ）個のアンテナ素子からなるＭ素子フルアレーアンテナから、各ｍ個のアンテナ素子からなるｍ素子サブアレーアンテナ１〜Ｓのいずれかが選択されるスイッチ切替型アレーアンテナにおける、校正装置及び校正方法について説明する。
【００１３】
まず、校正装置の構成例について説明する。
図１には、校正装置の構成例が、ブロック図により示されている。スイッチ切替型アレーアンテナの校正装置１００は、Ｍ素子フルアレーアンテナから、ｍ素子サブアレーアンテナ１〜Ｓのいずれかを、スイッチ１４０の順次切り替えにより選択する。Ｍ素子フルアレーアンテナを構成するアンテナ素子群のうち、使用されるアンテナ素子以外のアンテナ素子は、スイッチ１４０が切り替えられない限り、使用されないアンテナ素子となる。
【００１４】
以下、使用されないアンテナ素子は、電波を再放射（散乱）する散乱体として考慮される。校正装置１００は、選択されたｍ素子サブアレーアンテナを構成するアンテナ素子（使用されるアンテナ素子）に受信された電波による信号を、使用されないアンテナ素子からの再放射を考慮して、精度よく校正することができる。
【００１５】
校正装置１００は、送受信部１１０と、記憶部１２０と、校正部１３０と、スイッチ１４０とを備える。送受信部１１０は、Ｍ素子フルアレーアンテナを構成するＭ個のアレーアンテナ素子のうち、校正部１３０が選択したｍ素子サブアレーアンテナｓ（使用されるアンテナ素子）と接続される。
【００１６】
送受信部１１０は、電波を受信する動作モード、又は、電波を送信する動作モードに、校正部１３０による制御に応じて動作モードが切り替わる。電波を受信する動作モードでは、送受信部１１０は、受信された電波に所定の処理（例えば、復調処理）を施し、受信した電波の電力値を、アンテナ素子毎（＃１〜＃ｍ）に校正部１３０に出力する。一方、電波を送信する動作モードでは、送受信部１１０は、送信される電波の電力値に基づいて、所定の処理（例えば、変調処理）を実行し、アンテナ素子から電波を送信させるための電力を、選択されたｍ素子サブアレーアンテナに出力する。
【００１７】
以下では、一例として、電波を受信する動作モードで送受信部１１０が動作する場合に、校正装置１００及び校正方法が、その電波による信号を精度よく校正する場合について説明する。
【００１８】
なお、電波を送信する動作モードで送受信部１１０が動作する場合に、校正装置１００及び校正方法が、その電波による信号を精度よく校正する場合については、以下の受信についての説明が、受信と送信との対応関係に基づいて、送信についての説明に置き換えられるのみで、説明可能である。例えば、以下に後述される式（１）〜（４）は、受信と送信とで共通に用いられる関係式である。
【００１９】
記憶部１２０は、アンテナ素子間の相互結合を示す素子間相互結合行列の逆行列ＣＦ−１を、誤差行列Ｇとして予め記憶する。素子間相互結合行列ＣＦは、式（１）により示される。
【００２０】
【数１】
2014127791.tif 000003
【００２１】
ここで、ＣＦは、Ｍ行Ｍ列（Ｍ×Ｍ個）の要素を有する素子間相互結合行列（誤差行列Ｇの逆行列）を示す。素子間相互結合行列ＣＦの( ｉ，ｊ )要素は、第ｉ番目のアンテナ素子と、第ｊ番目のアンテナ素子との結合係数を示す。つまり、素子間相互結合行列ＣＦは、使用されるアンテナ素子（図１では、サブアレーアンテナ１）、及び、使用されないアンテナ素子（図１では、サブアレーアンテナ２〜Ｓ）の両方を含むＭ素子フルアレーアンテナを構成するアンテナ素子間の相互結合を示す行列である。使用されないアンテナ素子は、それらのアンテナ素子で受信された電波が送受信部１１０に出力されることは無いものの、電波を散乱（再放射）する散乱体として、素子間相互結合行列ＣＦに考慮されている。
【００２２】
Ｚは、Ｍ行Ｍ列（Ｍ×Ｍ個）の要素を有するインピーダンス行列を示す。Ｚ０は、自己インピーダンス行列を示す。Ｉは、Ｍ行Ｍ列（Ｍ×Ｍ個）の要素を有する単位行列を示す。式（１）におけるＳは、Ｍ行Ｍ列（Ｍ×Ｍ個）の要素を有する行列であり、アレーアンテナのＳパラメータを示す。このように、素子間相互結合行列ＣＦの( ｉ，ｊ )要素は、第ｉ番目のアンテナ素子と第ｊ番目のアンテナ素子との結合係数のＳパラメータに基づいている。
【００２３】
使用されるアンテナ素子にとっての校正装置１００のインピーダンス値Ｚｒと、使用されないアンテナ素子の終端抵抗値Ｚｔとが等しい場合、素子間相互結合行列ＣＦは、スイッチ１４０の切り替えに関係なく、すなわち、使用されるアンテナ素子がいずれであるかに関係なく、Ｍ素子フルアレーアンテナにおける全てのアンテナ素子間の相互結合を示す行列となる。
【００２４】
使用されるアンテナ素子（ｍ素子サブアレーアンテナｓのアンテナ素子）のそれぞれに受信された電波の電力値を示す信号行列Ｘ’ｓｓ（ｔ）は、式（２）により示される。ここで、Ｋは、受信された電波による信号のシンボル長を示す。
【００２５】
【数２】
2014127791.tif 000004
【００２６】
一方、使用されないアンテナ素子（「Ｍ−ｍ」個のアンテナ素子）にそれぞれ受信された電波の電力値は、それらのアンテナ素子で受信された電波が送受信部１１０に出力されることはないので、値０（所定閾値以下の値）に定められる（ゼロ補間される）。したがって、使用されないアンテナ素子についての乗算結果（校正結果）は、「Ｍ−ｍ」個の使用されないアンテナ素子で受信された電波が散乱（再放射）され、隣接する他のアンテナ素子の特性（例えば、放射パターン、インピーダンス）に与える影響を示す。
【００２７】
したがって、使用されるアンテナ素子及び使用されないアンテナ素子、すなわち、Ｍ素子フルアレーアンテナを構成するアンテナ素子のそれぞれに受信された電波の電力値を示す信号行列Ｘ’Ｆｓ（ｔ）は、式（３）により示される。
【００２８】
【数３】
2014127791.tif 000005
【００２９】
校正部１３０は、記憶部１２０にアクセスし、素子間相互結合行列の逆行列ＣＦ−１を取得する。校正部１３０は、例えば、プロセッサである。校正部１３０には、使用されるアンテナ素子（ｍ素子サブアレーアンテナｓのアンテナ素子）のそれぞれにより受信された電波の電力値が、アンテナ素子毎（＃１〜＃ｍ）に送受信部１１０から入力される。
【００３０】
校正部１３０は、素子間相互結合行列の逆行列ＣＦ−１を、Ｍ素子フルアレーアンテナを構成するアンテナ素子のそれぞれにより受信された電波の電力値を示す信号行列Ｘ’Ｆｓ（ｔ）（添字ｓは、１〜Ｓの整数）に、式（４）に示すように左から乗算する。これらの信号行列Ｘ’Ｆｓ（ｔ）には、使用されないアンテナ素子により散乱された電波による他のアンテナ素子の特性への影響も含まれている。
【００３１】
【数４】
2014127791.tif 000006
【００３２】
この乗算結果（校正結果）により、Ｍ素子フルアレーアンテナを構成するアンテナ素子のそれぞれにより受信された電波の電力値を示す信号行列ＸＦｓ（ｔ）（添字ｓは、１〜Ｓの整数）が、ｍ素子サブアレーアンテナ毎に算出される。したがって、信号行列ＸＦｓ（ｔ）では、散乱された電波によるアンテナ素子の特性への影響が除かれている。つまり、電波による信号は、これら信号行列ＸＦｓ（ｔ）に基づいて、精度よく校正されることができる。
【００３３】
図２には、使用されないアンテナ素子からの再放射が素子間相互結合行列に考慮されない場合の電波の到来方向の推定結果の例が、参考図として示されている。図２には、一例として、到来方向の角度θが６０［ｄｅｇｒｅｅ］である場合について、前記乗算結果（校正結果）を用いたアプリケーションとしてのＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法によるアンテナパターン（ＭＵＳＩＣ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）が示されている。ここで、横軸は、電波の到来方向の角度θ［ｄｅｇｒｅｅ］を示す。縦軸は、マグニチュードＰＭＵ［ｄＢ］を示す。
【００３４】
図２では、使用されないアンテナ素子からの再放射が素子間相互結合行列ＣＦに考慮されていないので、アンテナパターンが劣化し、アンテナパターンのピークは、横軸における角度６０［ｄｅｇｒｅｅ］の位置から外れている。
【００３５】
図３には、使用されないアンテナ素子からの再放射が素子間相互結合行列に考慮される場合の電波の到来方向の推定結果の例が示されている。図２に示されたアンテナパターンとの比較のため、図３には、到来方向の角度θが６０［ｄｅｇｒｅｅ］である場合について、前記乗算結果（校正結果）を用いたアプリケーションとしてのＭＵＳＩＣ法によるアンテナパターン（ＭＵＳＩＣ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）が示されている。ここで、横軸は、電波の到来方向の角度θ［ｄｅｇｒｅｅ］を示す。縦軸は、信号行列ＸＦ１（ｔ）に基づくマグニチュードＰＭＵ［ｄＢ］を示す。
【００３６】
図３では、使用されないアンテナ素子からの再放射が素子間相互結合行列ＣＦに考慮されているので、アンテナパターンが補償され、アンテナパターンのピークは、横軸における角度６０［ｄｅｇｒｅｅ］の位置から外れていない。すなわち、電波の到来方向の推定精度は、図２に示した例と比較して改善されている。
【００３７】
以上のように、校正装置１００は、使用されるアンテナ素子（例えば、サブアレーアンテナ１を構成する各アンテナ素子）及び使用されないアンテナ素子（例えば、サブアレーアンテナ２〜Ｓを構成する各アンテナ素子）の両方を含む複数のアンテナ素子（Ｍ素子フルアレーアンテナを構成する各アンテナ素子）間の相互結合を示す素子間相互結合行列ＣＦ（例えば、式（１）を参照）の逆行列ＣＦ−１と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波を示す信号行列Ｘ’Ｆｓ（ｔ）（例えば、式（３）を参照）と、を乗算することにより前記信号行列を校正する校正部１３０を備える。
【００３８】
また、校正方法は、校正装置１００における校正方法であって、校正部１３０が、使用されるアンテナ素子（例えば、サブアレーアンテナ１を構成する各アンテナ素子）及び使用されないアンテナ素子（例えば、サブアレーアンテナ２〜Ｓを構成する各アンテナ素子）の両方を含む複数のアンテナ素子（Ｍ素子フルアレーアンテナを構成する各アンテナ素子）間の相互結合を示す素子間相互結合行列ＣＦ（例えば、式（１）を参照）の逆行列ＣＦ−１と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波を示す信号行列Ｘ’Ｆｓ（ｔ）（例えば、式（３）を参照）と、を乗算することにより前記信号行列を校正するステップ、を有する。
【００３９】
この構成により、校正部１３０は、使用されるアンテナ素子（例えば、サブアレーアンテナ１を構成する各アンテナ素子）及び使用されないアンテナ素子（例えば、サブアレーアンテナ２〜Ｓを構成する各アンテナ素子）の両方を含む複数のアンテナ素子（Ｍ素子フルアレーアンテナを構成する各アンテナ素子）間の相互結合を示す素子間相互結合行列ＣＦ（例えば、式（１）を参照）の逆行列ＣＦ−１と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波を示す信号行列Ｘ’Ｆｓ（ｔ）（例えば、式（３）を参照）と、を乗算することにより前記信号行列を校正する。使用されないアンテナ素子は、受信した電波を再放射する散乱体として、素子間相互結合行列ＣＦに考慮されている。
【００４０】
これにより、校正装置１００及び校正方法は、受信又は送信された電波による信号を精度よく校正することができる。
すなわち、校正装置１００及び校正方法は、使用されないアンテナ素子からの相互結合によるアンテナ素子の特性の劣化を補償し、アンテナ素子間の相互結合を校正する（Ｓパラメータによる相関行列を校正する）ことができる。また、校正装置１００及び校正方法は、アンテナ素子間の相互結合を、アレーアンテナの全方向に対して校正することができる。また、校正装置１００及び校正方法は、フルアレー（Ｍ行Ｍ列の素子間相互結合行列ＣＦ、及び、Ｍ行Ｋ列の信号行列Ｘ’Ｆｓ（ｔ））について校正行列が定められるので、サブアレーアンテナ毎に多くの校正行列が定められる必要がない。
【００４１】
校正部１３０は、前記使用されないアンテナ素子のそれぞれにより送信される電波又は受信された電波の電力値が値０に定められた前記信号行列（例えば、式（３）を参照）を乗算する。
ここで、アンテナ素子を選択するためのスイッチ１４０の順次切り替えにより使用されないアンテナ素子について、送信される電波又は受信された電波の電力値が値０と定められることで、その使用されないアンテナ素子は、電波を散乱（再放射）する散乱体として考慮される。このように、使用されないアンテナ素子に受信された電波が、信号行列Ｘ’Ｆｓ（ｔ）において、電力値０と定められることにより、校正部１３０は、使用されないアンテナ素子に散乱された電波の電力値を算出することができる。
【００４２】
校正部１３０は、前記使用されるアンテナ素子前記複数のアンテナ素子（サブアレーアンテナ１〜Ｓを構成する各アンテナ素子）から選択する。
これにより、校正装置１００及び校正方法は、電波を送信又は受信するアンテナ素子として使用されるアンテナ素子、及び、電波を送信又は受信するアンテナ素子として使用されないアンテナ素子の少なくとも一方を、スイッチ１４０の順次切り替えにより選択することができる。スイッチ切替型アレーアンテナは、スイッチ切替型でないアレーアンテナと比較して、電波を送受信する送受信部１１０の数を削減することができる。
【００４３】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００４４】
なお、上記に説明した校正装置を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、実行処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
【００４５】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００４６】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１…サブアレーアンテナ  ２…サブアレーアンテナ  Ｓ…サブアレーアンテナ  １００…校正装置  １１０…送受信部  １２０…記憶部  １３０…校正部  １４０…スイッチ
【図１】
2014127791.tif 000007
【図２】
2014127791.tif 000008
【図３】
2014127791.tif 000009