(57)【要約】【課題】  アンテナ素子が円形配列されている場合にも順方向／逆方向平均法を適用し、かつ、ノイズによる影響を抑制してコヒーレント波の到来方向を推定可能な到来方向推定装置を提供する。【解決手段】  演算手段３０は、複数の指向性に切換えられときにアレーアンテナ１０が受信した受信信号に基づいて、アンテナ素子１〜７がＬ個のコヒーレント波のみを受信するときの各アンテナ素子の寄与度合いを示すプロジェクション行列を演算する。方向推定手段４０は、プロジェクション行列に基づいて、アンテナ素子１〜７を直線配列に変換した状態で順方向／逆方向平均法を適用してＬ個のコヒーレント波の相関を示す相関行列を演算し、その演算した相関行列をアンテナ素子１〜７が円形配列されたときの平均相関行列に変換し、更に、ＥＳＰＲＩＴ法を適用してＬ個のコヒーレント波の到来方向を推定する。【選択図】        図１
2006184099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌ（Ｌは、正の整数）個のコヒーレント波の到来方向を推定する到来方向推定装置であって、
１本の給電素子と前記給電素子の周囲に円形配列されたＭ（Ｍは、Ｍ＋１≧２Ｌを満たす整数）本の無給電素子とからなるＭ＋１本のアンテナ素子を含むアレーアンテナと、
前記Ｍ本の無給電素子に装荷された可変容量素子の少なくとも１つの容量を変化させて前記アレーアンテナの指向性を切換える指向性切換手段と、
前記アレーアンテナの指向性が複数の指向性に切換えられたときに前記アレーアンテナが受信した受信信号に基づいて、前記Ｍ＋１本のアンテナ素子が前記Ｌ個のコヒーレント波のみを受信するときの各アンテナ素子の寄与度合いを示すプロジェクション行列を演算する演算手段と、
前記演算されたプロジェクション行列に基づいて、前記Ｍ＋１本のアンテナ素子を前記円形配列から直線配列に変換し、かつ、順方向／逆方向平均法を適用して前記Ｌ個のコヒーレント波の相関を示す第１の相関行列を演算し、その演算した第１の相関行列を前記Ｍ＋１本のアンテナ素子が前記円形配列されたときの平均相関行列に変換し、その変換した平均相関行列に基づいて前記アレーアンテナを複数のサブアレーに分離したときの前記複数のサブアレー間の位相差を演算して前記Ｌ個のコヒーレント波の到来方向を推定する方向推定手段とを備える到来方向推定装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記受信信号に基づいて前記Ｍ＋１本のアンテナ素子の素子間結合が反映され、かつ、前記Ｌ個のコヒーレント波の受信信号成分のみからなる第１の信号成分行列を演算し、その演算した第１の信号成分行列を前記Ｍ＋１本のアンテナ素子の素子間結合を除去した第２の信号成分行列に変換し、その変換した第２の信号成分行列に基づいて前記プロジェクション行列を演算する、請求項１に記載の到来方向推定装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記受信信号に基づいて、前記Ｍ＋１本のアンテナ素子の素子間結合が反映され、かつ、前記Ｌ個のコヒーレント波の相関を示す第２の相関行列を演算し、その演算した第２の相関行列に固有値分解を施してＭ＋１個の固有値を求め、前記Ｍ＋１個の固有値から大きい順にＬ個の固有値を選択して前記第１の信号成分行列を演算する、請求項２に記載の到来方向推定装置。
【請求項４】
前記方向推定手段は、前記プロジェクション行列に基づいて前記Ｍ＋１本のアンテナ素子を前記円形配列から前記直線配列に変換したときの前記Ｌ個のコヒーレント波の相関を示す第３の相関行列を演算し、その演算した第３の相関行列に前記順方向／逆方向平均法を適用して前記第１の相関行列を演算する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の到来方向推定装置。
【請求項５】
前記方向推定手段は、前記プロジェクション行列の要素を変換行列により再配列して前記第３の相関行列を演算する、請求項４に記載の到来方向推定装置。
【請求項６】
前記方向推定手段は、前記第１の相関行列の要素を前記変換行列を用いて前記Ｍ＋１本のアンテナ素子が前記円形配列されたときの配列に変換することによって前記第１の相関行列を前記平均相関行列に変換する、請求項５に記載の到来方向推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コヒーレント波の到来方向を推定する到来方向推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、電気的に指向性を切換可能なアレーアンテナを用いて３個のコヒーレント波の到来方向を推定する到来方向推定方法を開示する。アレーアンテナは、１本の給電素子と、６本の無給電素子とからなり、６本の無給電素子は、給電素子の回りに円形配列される。より具体的には、６本の無給電素子は、給電素子を中心にして正六角形に配置される。また、６本の無給電素子には、可変容量素子であるバラクタダイオードが装荷されており、バラクタダイオードの容量を変えることによってアレーアンテナの指向性が切換えられる。
【０００３】
非特許文献１に開示された到来方向推定方法は、空間平均法（ＳＳＰ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ  Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）と、ＭＵＳＩＣ法（ＭＵｌｔｉｐｌｅ  ＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とを組み合わせた方法である。
【０００４】
即ち、この到来方向推定方法は、指向性を切換えながらアレーアンテナによって受信された受信信号に基づいて、到来する複数のコヒーレント波間の相関を示す相関行列を空間平均法を施して演算し、その演算した相関行列に固有値分解を施して到来方向を推定する。
【０００５】
具体的には、次の方法によって相関行列が演算される。
【０００６】
アレーアンテナの１本の給電素子と正六角形に配置された６本の無給電素子とからなる７本のアンテナ素子を平行移動可能な菱形からなる複数のサブアレーに分割する。アレーアンテナの１本の給電素子と正六角形に配置された６本の無給電素子とからなる７本のアンテナ素子においては、平行移動可能な菱形のサブアレーは、３対（３つの方向の各々において２個）形成される。
【０００７】
そして、各方向において菱形のサブアレーを順方向に平行移動したときの順方向部分相関行列と、菱形のサブアレーを逆方向に平行移動したときの逆方向部分相関行列とを演算し、さらに、順方向部分相関行列と逆方向部分相関行列との平均を演算して各方向における部分相関行列を演算する。その結果、３つの方向に対して３つの部分相関行列が演算される。
【０００８】
その後、３つの部分相関行列の各々に対して固有値分解を施して３つのＭＵＳＩＣスペクトラムを演算し、その演算した３つのＭＵＳＩＣスペクトラムに平均化処理を施して３つのＭＵＳＩＣスペクトラムを合成する。そして、この合成したＭＵＳＩＣスペクトラムから到来方向を推定する。
【０００９】
また、６本の無給電素子が１本の給電素子の周囲に円形配列されたアレーアンテナにＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｖｉａ  Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）法を適用して到来波の到来方向を推定する方法も知られている（非特許文献２）。
【非特許文献１】平田  明史、タユフェールエディ、青野  智之、山田  寛喜、大平  孝、「エスパアンテナを用いたリアクタンスドメインＭＵＳＩＣ法によるコヒーレント２波の到来方向推定実験」，信学技報，ＡＰ２００３−２４，ｐｐ．５９−６４，Ｍａｙ  ２００３．
【非特許文献２】E. Chu, E. Taillefer, T. Ohira, "Direction-of-Arrival Estimation with a 7-Element Regular-Hexagonal Shaped ESPAR Antenna Employing the ESPRIT Algorithm", IEICE Technical report A.P2003-119, pp. 19-24, Aug. 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、非特許文献２に記載された到来方向推定方法では、６本の無給電素子が給電素子の周囲に円形配列されているため、順方向／逆方向平均法を適用してコヒーレント波の到来方向を推定することが困難であった。
【００１１】
また、非特許文献２に記載された到来方向推定方法では、到来波のみならず、ノイズも含めて到来方向を推定するため、ノイズによる影響が大きいという問題がある。
【００１２】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、アンテナ素子が円形配列されている場合にも順方向／逆方向平均法を適用し、かつ、ノイズによる影響を抑制してコヒーレント波の到来方向を推定可能な到来方向推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によれば、到来方向推定装置は、Ｌ（Ｌは、正の整数）個のコヒーレント波の到来方向を推定する到来方向推定装置であって、アレーアンテナと、指向性切換え手段と、演算手段と、方向推定手段とを備える。アレーアンテナは、１本の給電素子と給電素子の周囲に円形配列されたＭ（Ｍは、Ｍ＋１≧２Ｌを満たす整数）本の無給電素子とからなるＭ＋１本のアンテナ素子を含む。指向性切換手段は、Ｍ本の無給電素子に装荷された可変容量素子の少なくとも１つの容量を変化させてアレーアンテナの指向性を切換える。演算手段は、アレーアンテナの指向性が複数の指向性に切換えられたときにアレーアンテナが受信した受信信号に基づいて、Ｍ＋１本のアンテナ素子がＬ個のコヒーレント波のみを受信するときの各アンテナ素子の寄与度合いを示すプロジェクション行列を演算する。方向推定手段は、演算手段によって演算されたプロジェクション行列に基づいて、Ｍ＋１本のアンテナ素子を円形配列から直線配列に変換し、かつ、順方向／逆方向平均法を適用してＬ個のコヒーレント波の相関を示す第１の相関行列を演算し、その演算した第１の相関行列をＭ＋１本のアンテナ素子が円形配列されたときの平均相関行列に変換し、その変換した平均相関行列に基づいてアレーアンテナを複数のサブアレーに分離したときの複数のサブアレー間の位相差を演算してＬ個のコヒーレント波の到来方向を推定する。
【００１４】
好ましくは、演算手段は、受信信号に基づいてＭ＋１本のアンテナ素子の素子間結合が反映され、かつ、Ｌ個のコヒーレント波の受信信号成分のみからなる第１の信号成分行列を演算し、その演算した第１の信号成分行列をＭ＋１本のアンテナ素子の素子間結合を除去した第２の信号成分行列に変換し、その変換した第２の信号成分行列に基づいてプロジェクション行列を演算する。
【００１５】
好ましくは、演算手段は、受信信号に基づいて、Ｍ＋１本のアンテナ素子の素子間結合が反映され、かつ、Ｌ個のコヒーレント波の相関を示す第２の相関行列を演算し、その演算した第２の相関行列に固有値分解を施してＭ＋１個の固有値を求め、Ｍ＋１個の固有値から大きい順にＬ個の固有値を選択して第１の信号成分行列を演算する。
【００１６】
好ましくは、方向推定手段は、プロジェクション行列に基づいてＭ＋１本のアンテナ素子を円形配列から直線配列に変換したときのＬ個のコヒーレント波の相関を示す第３の相関行列を演算し、その演算した第３の相関行列に順方向／逆方向平均法を適用して第１の相関行列を演算する。
【００１７】
好ましくは、方向推定手段は、プロジェクション行列の要素を変換行列により再配列して第３の相関行列を演算する。
【００１８】
好ましくは、方向推定手段は、第１の相関行列の要素を変換行列を用いてＭ＋１本のアンテナ素子が円形配列されたときの配列に変換することによって第１の相関行列を平均相関行列に変換する。
【発明の効果】
【００１９】
この発明による到来方向推定装置においては、Ｍ＋１本のアンテナ素子が円形配列されたアレーアンテナは、その指向性が複数の指向性に切換えられ、Ｌ個のコヒーレント波を受信する。そして、演算手段は、アレーアンテナが受信した受信信号に基づいて、Ｍ＋１本のアンテナ素子がＬ個のコヒーレント波のみを受信するときの各アンテナ素子の寄与度合いを示すプロジェクション行列を演算する。方向推定手段は、演算手段が演算したプロジェクション行列に基づいて、円形配列されたＭ＋１本のアンテナ素子を直線配列に変換した状態で順方向／逆方向平均法を適用してＬ個のコヒーレント波の相関を示す第１の相関行列を演算するとともに、その演算した第１の相関行列をＭ＋１本のアンテナ素子が円形配列されたときの平均相関行列に変換し、その変換した平均相関行列にＥＳＰＲＩＴ法を適用してＬ個のコヒーレント波の到来方向を推定する。即ち、Ｌ個のコヒーレント波の受信信号成分のみからなるプロジェクション行列が演算され、その演算されたプロジェクション行列に基づいて、順方向／逆方向平均法およびＥＳＰＲＩＴ法を適用してＬ個のコヒーレント波の到来方向が推定される。
【００２０】
したがって、この発明によれば、アレーアンテナの複数のアンテナ素子が円形配列されていても、順方向／逆方向平均法を適用し、ノイズの影響を抑制してＬ個のコヒーレント波の到来方向を推定可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２２】
図１は、この発明の実施の形態による到来方向推定装置の概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による到来方向推定装置１００は、アレーアンテナ１０と、指向性切換手段２０と、演算手段３０と、方向推定手段４０とを備える。
【００２３】
アレーアンテナ１０は、アンテナ素子１〜７と、バラクタダイオード１１〜１６とを含む。アンテナ素子１〜７は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸からなるｘｙｚ直交座標におけるｚ軸に沿ってｘ−ｙ平面（所定平面）に配置される。
【００２４】
図２は、図１に示すｘ−ｙ平面におけるアンテナ素子１〜７の平面配置図である。図２を参照して、アンテナ素子１〜７は、アンテナ素子１を中心にして半径λ／４（λ：アレーアンテナ１０によって送受信される電波の波長）の円周上に円形に配置される。この場合、アンテナ素子２〜７は、等間隔に配置される。
【００２５】
再び、図１を参照して、アンテナ素子１は、給電素子であり、アンテナ素子２〜７は、無給電素子である。バラクタダイオード１１〜１６は、それぞれ、アンテナ素子２〜７と接地ノードとの間に接続される。これによって、無給電素子であるアンテナ素子２〜７には、可変容量素子であるバラクタダイオード１１〜１６がそれぞれ装荷される。
【００２６】
このように、アレーアンテナ１０は、１本の給電素子（アンテナ素子１）と、６本の無給電素子（アンテナ素子２〜７）とからなる７本のアンテナ素子が給電素子を中心にして円形に配列された構造からなる。
【００２７】
指向性切換手段２０は、バラクタダイオード１１〜１６に制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ６を供給し、アレーアンテナ１０の指向性を切換える。バラクタダイオード１１〜１６は、それぞれ、制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６によって容量（リアクタンス値）が変化する。指向性切換手段２０は、各バラクタダイオード１１〜１６におけるリアクタンス値が“ｈｉ”（最大値）または“ｌｏ”（最小値）になるように各制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６の電圧値を決定し、制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ６をバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。例えば、指向性切換手段２０は、２０Ｖからなる制御電圧ＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をそれぞれバラクタダイオード１１〜１６へ供給してバラクタダイオード１１〜１６におけるリアクタンス値を”ｈｉ”に設定し、０Ｖからなる制御電圧ＣＬＶ１〜ＣＬＶ６をそれぞれバラクタダイオード１１〜１６へ供給してバラクタダイオード１１〜１６におけるリアクタンス値を”ｌｏ”に設定する。
【００２８】
この場合、指向性切換手段２０は、バラクタダイオード１１〜１６におけるリアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ６のリアクタンスセットｘｍが表１に示すように変化するように制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ６をバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。
【００２９】
【表１】
2006184099.tif 000003
【００３０】
リアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ６の全てが“ｈｉ”であるとき（ｍ＝０）、アレーアンテナ１０は、全方位に感度があるオムニパターンに近いパターンからなるビームパターンＢＰＭ０を有する。また、リアクタンス値ｘｍ１が“ｌｏ”であり、リアクタンス値ｘｍ２〜ｘｍ６が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝１）、アレーアンテナ１０は、０度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ１を有する。なお、給電素子１から無給電素子２への方向を０度の方向とする（図２参照）。
【００３１】
さらに、リアクタンス値ｘｍ２が“ｌｏ”であり、リアクタンス値ｘｍ１，ｘｍ３〜ｘｍ６が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝２）、アレーアンテナ１０は、６０度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ２を有する。
【００３２】
以下、同様にして、各リアクタンス値ｘｍ３〜ｘｍ６が“ｌｏ”であり、それ以外のリアクタンス値が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝３〜６）、アレーアンテナ１０は、それぞれ、１２０度、１８０度、２４０度および３００度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ３〜ＢＰＭ６を有する（図２参照）。
【００３３】
このように、指向性切換手段２０は、無給電素子であるアンテナ素子２〜７に装荷されたバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ６を変えることによってアレーアンテナ１０の指向性を切換える。
【００３４】
演算手段３０は、アレーアンテナ１０の給電素子であるアンテナ素子１と接続され、アレーアンテナ１０のビームパターンが図２に示すビームパターンＢＰＭ０〜ＢＰＭ６に順次切換えられたときの受信信号ｙｍ（ｔ）（ｍ＝０〜６）をアンテナ素子１から受ける。そして、演算手段３０は、受信信号ｙｍ（ｔ）に基づいて、後述する方法によって、アレーアンテナ１０が到来するコヒーレント波のみを受信するときの７本のアンテナ素子１〜７の各寄与度合いを示すプロジェクション行列を演算し、その演算したプロジェクション行列を方向推定手段４０へ出力する。
【００３５】
方向推定手段４０は、プロジェクション行列を演算手段３０から受け、その受けたプロジェクション行列に基づいて、後述する方法によってアレーアンテナ１０に到来するコヒーレント波の到来方向を推定する。
【００３６】
この発明においては、図１に示すｘ−ｙ平面内における方角を示す方位角を有するコヒーレント波を到来方向推定の対象とする。
【００３７】
Ｌ（Ｌは正の整数）個のコヒーレント波がアレーアンテナ１０に到来している環境を考える。Ｌ個のコヒーレント波がアレーアンテナ１０へ到来する場合、リアクタンスセットｘｍ（＝ｘｍ１〜ｘｍ６）で得られる受信信号ベクトル＜ｙ＞は、次式によって表わされる。
【００３８】
【数１】
2006184099.tif 000004
【００３９】
ただし、ベクトル＜Ｗ＞は、等価ウエイト行列であり、ベクトル＜Ａ＞は、ステアリング行列であり、ベクトル＜ｕ（ｔ）＞は、到来信号ベクトルであり、ベクトル＜ｎ（ｔ）＞は、熱雑音である。また、Ｔは、転置を表わす。なお、式（１）において、θｉ（ｉ＝１〜Ｌ）＝θ１，・・・，θＬは、給電素子１から無給電素子２への方向を０度とするＬ個のコヒーレント波の到来方向であり、φ１，・・・，φＭは、給電素子１から無給電素子２への方向を０度とするＭ本の無給電素子（アンテナ素子２〜７）の方位角である。
【００４０】
なお、この明細書においては、表記＜Ｘ＞は、行列ＸまたはベクトルＸを意味する。したがって、表記＜ｙ＞は、式（１）におけるベクトルｙを表わす。
【００４１】
そして、式（１）における等価ウエイト行列＜Ｗ＞の要素ベクトル＜ｗｍ＞（ｍ＝０〜Ｍ）は、次式によって表される。
【００４２】
【数２】
2006184099.tif 000005
【００４３】
式（２）において、行列＜Ｚ＞は、素子間結合を含めたインピーダンス行列であり、ｚｓは、受信機、即ち、到来方向推定装置１００の内部インピーダンスであり、ベクトル＜ｕ０＞は、Ｍ＋１個の要素からなる単位ベクトルである。
【００４４】
演算手段３０は、指向性切換手段２０によってアレーアンテナ１０の指向性が順次切換えられたとき、式（１）に示す受信信号ベクトル＜ｙ＞をアレーアンテナ１０のアンテナ素子１から受信し、その受信した受信信号ベクトル＜ｙ＞に基づいて、アレーアンテナ１０が到来するＬ個のコヒーレント波のみを受信するときの７本のアンテナ素子１〜７の各寄与度合いを示すプロジェクション行列を後述する方法によって演算し、その演算したプロジェクション行列を方向推定手段４０へ出力する。
【００４５】
方向推定手段４０は、演算手段３０によって演算されたプロジェクション行列に基づいて、後述する方法によってアレーアンテナ１０に到来するＬ個のコヒーレント波の到来方向を推定する。
【００４６】
演算手段３０におけるプロジェクション行列の演算方法および方向推定手段４０におけるＬ個のコヒーレント波の到来方向の推定方法について説明する。
【００４７】
演算手段３０は、受信信号ベクトル＜ｙ＞をアレーアンテナ１０のアンテナ素子１（給電素子）から受けると、受信信号ベクトル＜ｙ＞に基づいて、次式によって相関行列＜Ｒｙｙ＞を演算する。
【００４８】
【数３】
2006184099.tif 000006
【００４９】
なお、Ｈは、エルミート転置を表す。式（３）によって演算された相関行列＜Ｒｙｙ＞は、アンテナ素子１〜７間の素子間結合が反映され、かつ、Ｌ個のコヒーレント波の相関を示す行列である。
【００５０】
その後、演算手段３０は、相関行列＜Ｒｙｙ＞に固有値分解を施して固有値σｉ（ｉ＝１〜Ｍ＋１）を演算するとともに、その演算したＭ＋１個の固有値σ１，σ２，・・・，σＭ＋１に対応するＭ＋１個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＭ＋１の中から大きい順にＬ個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＬを選択して次式に示すリアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞を演算する。
【００５１】
【数４】
2006184099.tif 000007
【００５２】
即ち、演算手段３０は、Ｌ個のコヒーレント波およびノイズに対する受信信号成分を示すＭ＋１個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＭ＋１のうち、Ｌ個のコヒーレント波のみに対する受信信号成分を示すＬ個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＬを抽出してリアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞を演算する。
【００５３】
このように、リアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞は、Ｌ個のコヒーレント波のみに対する受信信号成分のみからなるので、７本のアンテナ素子１〜７の素子間結合が反映され、かつ、Ｌ個のコヒーレント波の受信信号成分のみからなる「第１の信号成分行列」を構成する。
【００５４】
演算手段３０は、リアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞を演算すると、アンテナ素子１〜７の素子間結合が反映されたリアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞を式（２）に示す要素ベクトル＜ｗｍ＞からなる等価ウエイト行列＜Ｗ＞を用いてアンテナ素子１〜７の素子間結合を除去した信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞へ変換する。
【００５５】
即ち、演算手段３０は、式（１）および（２）によって等価ウエイト行列＜Ｗ＞を演算し、その演算した等価ウエイト行列＜Ｗ＞と、式（４）によって演算した信号部分空間＜ＥＳ＞とを次式に代入してリアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞を信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞へ変換する。
【００５６】
【数５】
2006184099.tif 000008
【００５７】
このように、信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞は、リアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞に含まれるアンテナ素子１〜７の素子間結合を等価ウエイト行列＜Ｗ＞を用いて除去するように演算されるので、７本のアンテナ素子１〜７の素子間結合を除去した「第２の信号成分行列」を構成する。
【００５８】
その後、演算手段３０は、式（５）により演算した信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞を次式に代入してプロジェクション行列＜Ｐ＞を演算する。
【００５９】
【数６】
2006184099.tif 000009
【００６０】
そして、式（６）によって演算されたプロジェクション行列＜Ｐ＞は、アンテナ素子１〜７の素子間結合を除去して受信したＬ個のコヒーレント波の受信信号成分のみからなる信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞を７本のアンテナ素子１〜７へ投影した行列である。即ち、プロジェクション行列＜Ｐ＞は、Ｌ個のコヒーレント波のみを受信するときの各アンテナ素子１〜７の寄与度合いを示す行列である。
【００６１】
そして、演算手段３０は、プロジェクション行列＜Ｐ＞を演算すると、その演算したプロジェクション行列＜Ｐ＞を方向推定手段４０へ出力する。
【００６２】
このように、演算手段３０は、信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞に基づいて、プロジェクション行列＜Ｐ＞を演算する。これは、信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞に対して順方向／逆方向平均法を適用できないので、方向推定手段４０において順方向／逆方向平均法を適用してＬ個のコヒーレント波の到来方向を推定できるようにするために、プロジェクション行列＜Ｐ＞を演算することにしたものである。
【００６３】
なお、プロジェクション行列＜Ｐ＞は、信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞と、信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞のエルミート転置とを乗算して得られるので、信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞の相関行列と等価である。
【００６４】
方向推定手段４０は、変換行列＜Ｔ＞を次式によって生成する。
【００６５】
【数７】
2006184099.tif 000010
【００６６】
そうすると、方向推定手段４０は、式（６）によって演算したプロジェクション行列＜Ｐ＞と、式（７）によって生成した変換行列＜Ｔ＞とを次式に代入してプロジェクション行列＜Ｐ＞の要素を再配列したプロジェクション行列＜Ｐ（ｒ）＞を演算する。
【００６７】
【数８】
2006184099.tif 000011
【００６８】
その後、方向推定手段４０は、次式によって（Ｍ＋１）行×（Ｍ＋１）列の交換行列＜Ｊ＞を生成する。
【００６９】
【数９】
2006184099.tif 000012
【００７０】
そして、方向推定手段４０は、式（８）によって演算したプロジェクション行列＜Ｐ（ｒ）＞と、式（９）によって生成した交換行列＜Ｊ＞とを次式に代入して行列＜Ｐ（ＦＢＡ）＞を演算する。
【００７１】
【数１０】
2006184099.tif 000013
【００７２】
なお、式（１０）における”＊”は、複素共役を表す。
【００７３】
そうすると、方向推定手段４０は、行列＜Ｐ（ＦＢＡ）＞を次式へ代入して相関行列＜Ｐｆ＞を演算する。
【００７４】
【数１１】
2006184099.tif 000014
【００７５】
そして、方向推定手段４０は、相関行列＜Ｐｆ＞にＥＳＰＲＩＴ法を適用してＬ個のコヒーレント波の到来方向を推定する。
【００７６】
即ち、方向推定手段４０は、＜Ｐｆ＞の固有ベクトルｅ１，ｅ２，・・・，ｅＬ，・・・，ｅＭ＋１を演算し、その演算した固有ベクトルｅ１，ｅ２，・・・，ｅＬ，・・・，ｅＭ＋１のうち、到来波数Ｌに対応する固有値を大きい順に選択して［ｅ１，ｅ２，・・・，ｅＬ］からなる信号部分空間Ｅｐを演算する。そして、方向推定手段４０は、信号部分空間Ｅｐに基づいて次式により行列＜Ｅｘ＞，＜Ｅｙ＞を作る。
【００７７】
【数１２】
2006184099.tif 000015
【００７８】
式（１２）において、行列＜Ｊ１＞および＜Ｊ２＞は、選択行列である。
【００７９】
そして、方向推定手段４０は、行列＜Ｅｘ＞，＜Ｅｙ＞を次式へ代入して行列＜Ψ＞を演算する。
【００８０】
【数１３】
2006184099.tif 000016
【００８１】
そうすると、方向推定手段４０は、行列＜Ψ＞に固有値分解を施して固有値φｋを演算し、その演算した固有値φｋを次式へ代入して到来角θｋを求める。
【００８２】
【数１４】
2006184099.tif 000017
【００８３】
式（１４）において、θｒｅｆ＝π／２であり、ω０＝２πｆ（ｆは、例えば、ｆ＝２．４ＧＨｚである）であり、ｃ＝３×１０８（ｍ／ｓ）であり、Δ＝λ／４（７素子の電子制御誘導器アレーアンテナ装置の場合であり、λ＝ｃ／ｆである）であり、Ｒｃ（φｋ）は、固有値φｋの実部であり、Ｉｍ（φｋ）は、固有値φｋの虚部である。
【００８４】
方向推定手段４０は、変換行列＜Ｔ＞を用いて式（８）によってプロジェクション行列＜Ｐ＞を再配列し、その再配列したプロジェクション行列＜Ｐ（ｒ）＞を式（１０）に代入して順方向／逆方向平均法によって行列＜Ｐ（ＦＢＡ）＞を演算する。そして、方向推定手段４０は、演算した行列＜Ｐ（ＦＢＡ）＞を式（１１）に代入して相関行列＜Ｐｆ＞を演算する。
【００８５】
このように、変換行列＜Ｔ＞を用いてプロジェクション行列＜Ｐ＞を再配列するのは、次の理由による。アレーアンテナ１０のアンテナ素子２〜７は、円形配列されているため、このままでは、順方向／逆方向平均法を適用して相関行列を演算できない。したがって、アンテナ素子２〜７の配列を円形配列から直線配列に変換して順方向／逆方向平均法を適用できるようにするために、変換行列＜Ｔ＞を用いてプロジェクション行列＜Ｐ＞を再配列するのである。
【００８６】
図３は、アレーアンテナ１０の複数のアンテナ素子１〜７の配列を円形配列から直線配列に変換する概念を説明するための図である。また、図４は、複数のアンテナ素子１〜７を直線配列した図である。
【００８７】
変換行列＜Ｔ＞は、上述したように、［ｅ４ｅ１ｅ２ｅ５ｅ７ｅ６ｅ３］からなるので、円形に配列されたアンテナ素子１〜７は、アンテナ素子２、アンテナ素子３、アンテナ素子７、アンテナ素子１、アンテナ素子４、アンテナ素子６およびアンテナ素子５の順に直線状に配列されるように、直線配列に変換される（図４参照）。
【００８８】
これは、図３に示すように、最初にアンテナ素子２を選択し、その次に、アンテナ素子３を選択し、その後、順次、アンテナ素子７、アンテナ素子１、アンテナ素子４、アンテナ素子６およびアンテナ素子５を選択して直線状に配列することに相当する。
【００８９】
そして、円形に配列されたアンテナ素子１〜７を直線配列に変換することによって順方向／逆方向平均法を適用できるようになり、式（１０）の（＜Ｐ（ｒ）＞＋＜Ｊ＞・＜Ｐ（ｒ）＊＞・＜Ｊ＞）／２によって順方向／逆方向平均法を適用して行列＜Ｐ（ＦＢＡ）＞が演算される。
【００９０】
このように、この発明においては、円形配列されたアンテナ素子１〜７を直線配列に変換して順方向／逆方向平均法を適用し、行列＜Ｐ（ＦＢＡ）＞（＝相関行列）を演算することを特徴とする。そして、順方向／逆方向平均法を適用して行列＜Ｐ（ＦＢＡ）＞（＝相関行列）を演算することによって縮退したＬ個のコヒーレント波の分離が可能となり、即ち、相関行列のランクがフルランクに回復し、Ｌ個のコヒーレント波の到来方向を推定できる。
【００９１】
順方向／逆方向平均法を適用して相関行列（＝＜Ｐ（ＦＢＡ）＞）を演算すると、直線配列されたアンテナ素子１〜７を用いた場合の相関行列（＝＜Ｐ（ＦＢＡ）＞）を円形配列されたアンテナ素子１〜７を用いた場合の相関行列に変換する必要があるので、相関行列＜Ｐ（ＦＢＡ）＞＝（＜Ｐ（ｒ）＞＋＜Ｊ＞・＜Ｐ（ｒ）＊＞・＜Ｊ＞）／２に変換行列＜Ｔ＞および変換行列＜Ｔ＞の転置（＜ＴＴ＞）を両側から乗算して円形配列されたアンテナ素子１〜７を用いた場合の相関行列＜Ｐｆ＞を演算する（式（１１）参照）。
【００９２】
したがって、式（８）、式（１０）および式（１１）を用いることによって、円形配列されたアンテナ素子１〜７を用いた場合においても、順方向／逆方向平均法を適用して相関行列を演算できる。
【００９３】
図５は、Ｌ個のコヒーレント波の到来方向を推定する動作を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、演算手段３０および方向推定手段４０は、アレーアンテナ１０のアンテナ素子数Ｍ＋１＝７を設定し、角度θｋ（ｋ＝１〜Ｌ）でアレーアンテナ１０に到来するコヒーレント波の数Ｌを３以下に設定する（ステップＳ１）。
【００９４】
そして、演算手段３０は、アレーアンテナ１０の給電素子１から受信信号＜ｙ１＞，＜ｙ２＞，・・・，＜ｙＭ＋１＞を受け、その受けた受信信号＜ｙ１＞，＜ｙ２＞，・・・，＜ｙＭ＋１＞を式（１）に代入して受信信号ベクトル＜ｙ＞を演算する（ステップＳ２）。
【００９５】
引き続いて、演算手段３０は、演算した受信信号ベクトル＜ｙ＞を式（３）に代入して相関行列＜Ｒｙｙ＞を演算し（ステップＳ３）、その演算した相関行列＜Ｒｙｙ＞に固有値分解を施してＭ＋１個の固有ベクトルνｉ（ｉ＝１〜Ｍ＋１）を演算する（ステップＳ４）。そして、演算手段３０は、Ｍ＋１個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＭ＋１の中から、Ｌ個のコヒーレント波に対応するＬ個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＬを大きい順に抽出してリアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞を演算する（ステップＳ５）。このリアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞は、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスを制御してアレーアンテナ１０によって受信されたＬ個のコヒーレント波の信号成分からなるので、リアクタンスドメインのサブ空間信号である。
【００９６】
その後、演算手段３０は、式（２）に示す要素ベクトル＜ｗｍ＞を用いて式（１）に示す等価ウエイト行列＜Ｗ＞を演算し（ステップＳ６）、その演算した等価ウエイト行列＜Ｗ＞、およびステップＳ５において演算したリアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞を式（５）に代入して信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞を演算する（ステップＳ７）。この信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞は、信号部分空間＜ＥＳ＞に含まれるアンテナ素子１〜７の素子間結合を除去したものであるので、素子空間のサブ空間信号である。
【００９７】
なお、式（５）によって信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞を演算するのは、等価ウエイト行列＜Ｗ＞は、アンテナ素子１〜７間の素子間結合を含むため、そのままでは空間平均法を適用できないので、アンテナ素子１〜７間の素子間結合を打ち消して空間平均法を適用するためである。
【００９８】
ステップＳ７の後、演算手段３０は、信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞を式（６）に代入してプロジェクション行列＜Ｐ＞を演算し（ステップＳ８）、その演算したプロジェクション行列＜Ｐ＞を方向推定手段４０へ出力する。
【００９９】
方向推定手段４０は、式（７）により変換行列＜Ｔ＞を生成する（ステップＳ９）。アンテナ素子数が”７”である場合、変換行列＜Ｔ＞は、次式のようになる。
【０１００】
【数１５】
2006184099.tif 000018
【０１０１】
そして、方向推定手段４０は、生成した変換行列＜Ｔ＞と、ステップＳ８において演算手段３０によって演算されたプロジェクション行列＜Ｐ＞とを式（８）に代入してプロジェクション行列＜Ｐ＞の要素を変換行列＜Ｔ＞によって再配列し、プロジェクション行列＜Ｐ（ｒ）＞を演算する。これによって、順方向／逆方向平均法を適用して相関行列を演算できる。
【０１０２】
その後、方向推定手段４０は、式（９）に示す（Ｍ＋１）行×（Ｍ＋１）列の交換行列＜Ｊ＞を生成し（ステップＳ１０）、その生成した交換行列＜Ｊ＞と、演算したプロジェクション行列＜Ｐ（ｒ）＞とを式（１０）に代入して行列＜Ｐ（ＦＢＡ）＞を演算し、その演算した行列＜Ｐ（ＦＢＡ）＞を式（１１）に代入して相関行列＜Ｐｆ＞を演算する（ステップＳ１１）。これによって、アンテナ素子１〜７が円形配列されていても、順方向／逆方向平均法を適用した相関行列を演算できる。
【０１０３】
そうすると、方向推定手段４０は、相関行列＜Ｐｆ＞にＥＳＰＲＩＴ法を適用して到来角θｋを推定する（ステップＳ１２）。これによって、Ｌ（≦３）個のコヒーレント波の到来方向を推定する動作が終了する。
【０１０４】
図６は、図５に示すフローチャートのステップＳ１２の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。図５に示すステップＳ１１の後、方向推定手段４０は、相関行列＜Ｐｆ＞に固有値分解を施して固有ベクトルｅ１，ｅ２，・・・，ｅＬ，・・・，ｅＭ＋１を演算し、その演算した固有ベクトルｅ１，ｅ２，・・・，ｅＬ，・・・，ｅＭ＋１のうち、到来波数Ｌに対応する固有値を大きい順に選択して［ｅ１，ｅ２，・・・，ｅＬ］からなる信号部分空間Ｅｐを演算する（ステップＳ１２１）。
【０１０５】
その後、方向推定手段４０は、信号部分空間Ｅｐに基づいて式（１２）により行列＜Ｅｘ＞，＜Ｅｙ＞を作る。即ち、方向推定手段４０は、信号部分空間Ｅｐを次の２つの式によってそれぞれ表される選択行列＜Ｊ１＞，＜Ｊ２＞によりサブアレーに分離する（ステップＳ１２２）。
【０１０６】
【数１６】
2006184099.tif 000019
【０１０７】
【数１７】
2006184099.tif 000020
【０１０８】
そして、方向推定手段４０は、式（１２）により演算した行列＜Ｅｘ＞，＜Ｅｙ＞を式（１３）に代入して行列＜Ψ＞を演算し（ステップＳ１２３）、その演算した行列＜Ψ＞の固有値φｋを演算する（ステップＳ１２４）。その後、方向推定手段４０は、固有値φｋを式（１４）に代入して到来角θｋを演算し、その演算した到来角θｋをＬ個のコヒーレント波の到来方向と推定する（ステップＳ１２５）。これにより、Ｌ個のコヒーレント波の到来方向を推定する動作は終了する。
【０１０９】
このように、この発明においては、Ｌ個のコヒーレント波の受信信号成分のみからなる信号部分空間＜ＥＳ＞に基づいて、プロジェクション行列＜Ｐ＞が演算され、その演算されたプロジェクション行列＜Ｐ＞が変換行列＜Ｔ＞を用いてアンテナ素子１〜７が直線配列されたときのプロジェクション行列＜Ｐ（ｒ）＞に変換され、プロジェクション行列＜Ｐ（ｒ）＞に順方向／逆方向平均法が適用されて相関行列＜Ｐｆ＞が演算され、更に、相関行列＜Ｐｆ＞にＥＳＰＲＩＴ法を適用してＬ個のコヒーレント波の到来方向が推定される。つまり、順方向／逆方向平均法が適用され、かつ、アレーアンテナ１０が受信する電波のうち、ノイズに起因する電波が考慮されずにＬ個のコヒーレント波の到来方向が推定される。
【０１１０】
従って、この発明によれば、順方向／逆方向平均法を適用し、ノイズの影響を抑制してＬ個のコヒーレント波の到来方向を推定できる。
【０１１１】
式（１）に示す受信信号ベクトル＜ｙ＞に基づいて、相関行列＜Ｒｙｙ＞を演算し、その演算した相関行列＜Ｒｙｙ＞に固有値分解を施してＭ＋１個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＭ＋１を求め、その求めたＭ＋１個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＭ＋１の中からＬ個のコヒーレント波に対応するＬ個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＬを大きい順に抽出してリアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞を演算し、その演算した信号部分空間＜ＥＳ＞に基づいて、式（５）および式（６）によりプロジェクション行列＜Ｐ＞を演算することは（ステップＳ３〜ステップＳ８参照）、アレーアンテナの指向性が複数の指向性に切換えられたときにアレーアンテナが受信する受信信号に基づいて、Ｍ＋１本のアンテナ素子がＬ個のコヒーレント波のみを受信するときの各アンテナ素子の寄与度合いを示すプロジェクション行列を演算することに相当する。
【０１１２】
上述したように、信号部分空間＜ＥＳ＞は、Ｌ個のコヒーレント波のみに対する受信信号成分のみからなり、プロジェクション行列＜Ｐ＞は、信号部分空間＜ＥＳ＞を７本のアンテナ素子１〜７に投影した行列であるからである。
【０１１３】
また、式（１）に示す受信信号ベクトル＜ｙ＞に基づいて、相関行列＜Ｒｙｙ＞を演算し、その演算した相関行列＜Ｒｙｙ＞に固有値分解を施してＭ＋１個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＭ＋１を求め、その求めたＭ＋１個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＭ＋１の中からＬ個のコヒーレント波に対応するＬ個の固有ベクトルν１，ν２，・・・，νＬを大きい順に抽出してリアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞（式（４）参照）を演算することは（ステップＳ３〜ステップＳ５参照）、アレーアンテナの指向性が複数の指向性に切換えられたときにアレーアンテナが受信する受信信号に基づいて、Ｍ＋１本のアンテナ素子の素子間結合が反映され、かつ、Ｌ個のコヒーレント波の受信信号成分のみからなる第１の信号成分行列を演算することに相当する。
【０１１４】
上述したように、リアクタンスドメインにおける信号部分空間＜ＥＳ＞は、７本のアンテナ素子１〜７の素子間結合が反映され、かつ、Ｌ個のコヒーレント波の受信信号成分のみからなる「第１の信号成分行列」を構成するからである。
【０１１５】
更に、式（２）の要素ベクトル＜ｗｍ＞からなる等価ウエイト行列＜Ｗ＞（式（１）参照）を用いて信号部分空間＜ＥＳ＞を信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞に変換することは（ステップＳ６，Ｓ７参照）、第１の信号成分行列をＭ＋１本のアンテナ素子の素子間結合を除去した第２の信号成分行列に変換することに相当する。
【０１１６】
上述したように、信号部分空間＜Ｅ’Ｓ＞は、７本のアンテナ素子１〜７の素子間結合を除去した「第２の信号成分行列」を構成するからである。
【０１１７】
更に、式（１）に示す受信信号ベクトル＜ｙ＞に基づいて、相関行列＜Ｒｙｙ＞を演算することは（ステップＳ３参照）、受信信号に基づいて、Ｍ＋１本のアンテナ素子の素子間結合が反映され、かつ、Ｌ個のコヒーレント波の相関を示す第２の相関行列を演算することに相当する。
【０１１８】
受信信号ベクトル＜ｙ＞は、アンテナ素子１〜７の素子間結合を示す等価ウエイト行列＜Ｗ＞によって表され、相関行列＜Ｒｙｙ＞は、受信信号ベクトル＜ｙ＞の相関行列であるからである。
【０１１９】
更に、変換行列＜Ｔ＞を用いてプロジェクション行列＜Ｐ＞をプロジェクション行列＜Ｐ（ｒ）＞に変換し、プロジェクション行列＜Ｐ（ｒ）＞および交換行列＜Ｊ＞（式（９）参照）により（＜Ｐ（ｒ）＞＋＜Ｊ＞・＜Ｐ（ｒ）＊＞・＜Ｊ＞）／２を演算すること（ステップＳ１１参照）は、アレーアンテナ１０の指向性が複数の指向性に切換えられたときにアレーアンテナ１０が受信する受信信号に基づいて、Ｍ本のアンテナ素子を直線配列に変換し、かつ、順方向／逆方向平均法を適用してＬ個のコヒーレント波の相関を示す相関行列を演算することに相当する。
【０１２０】
変換行列＜Ｔ＞およびプロジェクション行列＜Ｐ＞によりプロジェクション行列＜Ｐ（ｒ）＞を演算することは、図３に示すように円形配列されたアンテナ素子１〜７を図４に示すように直線配列に変換し、直線配列されたアンテナ素子１〜７の指向性を複数の指向性に切換えて受信した受信信号ベクトルに基づいて、直線配列されたアンテナ素子１〜７によるＬ個のコヒーレント波を受信するときの相関行列を演算することに相当し、（＜Ｐ（ｒ）＞＋＜Ｊ＞・＜Ｐ（ｒ）＊＞・＜Ｊ＞）／２を演算することは、順方向／逆方向平均法を適用して相関行列を演算することに相当するからである。
【０１２１】
更に、（＜Ｐ（ｒ）＞＋＜Ｊ＞・＜Ｐ（ｒ）＊＞・＜Ｊ＞）／２と変換行列＜Ｔ＞とにより相関行列＜Ｐｆ＞を演算することは（ステップＳ１１参照）、演算した（＜Ｐ（ｒ）＞＋＜Ｊ＞・＜Ｐ（ｒ）＊＞・＜Ｊ＞）／２をＭ本のアンテナ素子が円形配列されたときの平均相関行列に変換することに相当する。
【０１２２】
アンテナ素子１〜７の配列を円形配列から直線配列に変換し、直線配列されたアンテナ素子１〜７によってＬ個のコヒーレント波を受信するときの相関行列（＝＜Ｐ（ｒ）＞を演算するときは、プロジェクション行列＜Ｐ＞に左側から変換行列＜Ｔ＞を乗算し、かつ、右側から変換行列＜Ｔ＞の転置（＜ＴＴ＞）を乗算するのに対し、相関行列＜Ｐｆ＞を演算するときは、プロジェクション行列＜Ｐ（ｒ）＞を演算する場合と逆に、Ｐ（ＦＢＡ）＝（＜Ｐ（ｒ）＞＋＜Ｊ＞・＜Ｐ（ｒ）＊＞・＜Ｊ＞）／２に左側から変換行列＜Ｔ＞の転置（＜ＴＴ＞）を乗算し、かつ、右側から変換行列＜Ｔ＞を乗算するからである。
【０１２３】
更に、図６に示すステップＳ１２１〜ステップＳ１２５によって到来角θｋを演算し、Ｌ個のコヒーレント波の到来方向を推定することは、平均相関行列（＝＜Ｐｆ＞）に基づいてアレーアンテナを複数のサブアレーに分離したときの複数のサブアレー間の位相差を演算してＬ個のコヒーレント波の到来方向を推定することに相当する。
【０１２４】
ＥＳＰＲＩＴ法は、アレーアンテナを複数のサブアレーに分離し、複数のサブアレー間の位相差を演算してＬ個のコヒーレント波の到来方向を推定することを特徴とするからである。
【０１２５】
なお、図５および図６に示す動作は、実際には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）によって実行される。ＣＰＵは、図５および図６に示す各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）から読出し、その読出したプログラムを実行して図５および図６に示すフローチャートに従ってＬ個のコヒーレント波の到来方向を推定する。
【０１２６】
アレーアンテナ１０の素子数と到来方向を推定可能なコヒーレント波の個数Ｌとの関係について説明する。
【０１２７】
アレーアンテナ１０のアンテナ素子数をＭ＋１本とし、サブアレーのアンテナ素子数をＫ（Ｋは正の整数）本とした場合、各到来角度θ１，θ２，・・・，θＬを正確に推定するには、Ｎ＝Ｍ−Ｋ＋２≧Ｌ（Ｎはサブアレーの個数）が成立する必要がある。つまり、サブアレーの個数Ｎがコヒーレント波の個数Ｌ以上であることが必要である。Ｌ個のコヒーレント波を別個独立に受信可能なサブアレーが存在しないとＬ個のコヒーレント波の到来角度θ１，θ２，・・・，θＬを推定できないからである。
【０１２８】
また、ＥＳＰＲＩＴ法を適用する場合、Ｋ≧Ｌ＋１が成立する必要がある。従って、この２つの不等式が成立するには、Ｍ＋１＝Ｎ＋Ｋ−１≧Ｌ＋Ｋ−１≧２Ｌが成立する必要がある。
【０１２９】
その結果、アンテナ素子数Ｍ＋１は、予想される到来波数Ｌの２倍の素子数が必要である。
【０１３０】
そうすると、図１に示すアレーアンテナ１０は、一般的には、１本の給電素子と、バラクタダイオードが装荷された２Ｌ−１本の無給電素子とからなる２Ｌ本以上のアンテナ素子を備える。
【０１３１】
したがって、アレーアンテナ１０は、７本のアンテナ素子１〜７を備える場合に限らず、２Ｌ本以上のアンテナ素子を備えていればよい。
【０１３２】
上記においては、円形配列された７本のアンテナ素子１〜７を直線配列に変換する場合、アンテナ素子２→アンテナ素子３→アンテナ素子７→アンテナ素子１→アンテナ素子４→アンテナ素子６→アンテナ素子５の順に配列されるようにアンテナ素子１〜７の配列を円形配列から直線配列に変換すると説明したが、この発明においては、これに限らず、（ｉ）アンテナ素子３→アンテナ素子４→アンテナ素子２→アンテナ素子１→アンテナ素子５→アンテナ素子７→アンテナ素子６の順に配列されるようにアンテナ素子１〜７の配列を円形配列から直線配列に変換してもよいし、（ｉｉ）アンテナ素子７→アンテナ素子２→アンテナ素子６→アンテナ素子１→アンテナ素子３→アンテナ素子５→アンテナ素子４の順に配列されるようにアンテナ素子１〜７の配列を円形配列から直線配列に変換してもよいし、（ｉｉｉ）アンテナ素子６→アンテナ素子７→アンテナ素子５→アンテナ素子１→アンテナ素子２→アンテナ素子４→アンテナ素子３の順に配列されるようにアンテナ素子１〜７の配列を円形配列から直線配列に変換してもよいし、（ｉｖ）アンテナ素子４→アンテナ素子５→アンテナ素子３→アンテナ素子１→アンテナ素子６→アンテナ素子２→アンテナ素子７の順に配列されるようにアンテナ素子１〜７の配列を円形配列から直線配列に変換してもよいし、（ｖ）アンテナ素子５→アンテナ素子６→アンテナ素子４→アンテナ素子１→アンテナ素子７→アンテナ素子３→アンテナ素子２の順に配列されるようにアンテナ素子１〜７の配列を円形配列から直線配列に変換してもよい。
【０１３３】
（ｉ）の順序で円形配列を直線配列に変換する場合、変換行列＜Ｔ＞は、［ｅ４ｅ３ｅ１ｅ２ｅ５ｅ７ｅ６］からなり、（ｉｉ）の順序で円形配列を直線配列に変換する場合、変換行列＜Ｔ＞は、［ｅ４ｅ２ｅ５ｅ７ｅ６ｅ３ｅ１］からなり、（ｉｉｉ）の順序で円形配列を直線配列に変換する場合、変換行列＜Ｔ＞は、［ｅ４ｅ５ｅ７ｅ６ｅ３ｅ１ｅ２］からなり、（ｉｖ）の順序で円形配列を直線配列に変換する場合、変換行列＜Ｔ＞は、［ｅ４ｅ６ｅ３ｅ１ｅ２ｅ５ｅ７］からなり、（Ｖ）の順序で円形配列を直線配列に変換する場合、変換行列＜Ｔ＞は、［ｅ４ｅ７ｅ６ｅ３ｅ１ｅ２ｅ５］からなる。
【０１３４】
また、上記以外の順序でアンテナ素子１〜７の円形配列を直線配列に変換してもよく、一般的に、アンテナ素子１〜７が直線状に配列される順序であれば、どのような順序であってもよい。
【０１３５】
図７は、エラー標準偏差と、推定方向との関係を示す図である。図７において、縦軸は、エラー標準偏差を表し、横軸は、推定方向を表す。また、曲線ｋ１は、この発明による方向推定方法を適用した場合を示し、曲線ｋ２は、従来の方向推定方法を適用した場合を示す。
【０１３６】
図７に示す結果から明らかなように、推定方向が約５０度〜約１４０の範囲において、この発明による方向推定方法を用いることによって、エラー標準偏差が従来の方向推定方法を用いた場合のエラー標準偏差よりも小さくなっている。
【０１３７】
これは、この発明による方向推定方法は、上述したように、Ｌ個のコヒーレント波の受信信号成分のみを用いて到来方向を推定するので、アレーアンテナ１０が受信したノイズの影響を抑制して到来方向を推定できるからである。
【０１３８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
この発明は、アンテナ素子が円形配列されている場合にも順方向／逆方向平均法を適用し、かつ、ノイズによる影響を抑制してコヒーレント波の到来方向を推定可能な到来方向推定装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】この発明の実施の形態による到来方向推定装置の概略図である。
【図２】図１に示すｘ−ｙ平面におけるアンテナ素子の平面配置図である。
【図３】アレーアンテナの複数のアンテナ素子の配列を円形配列から直線配列に変換する概念を説明するための図である。
【図４】複数のアンテナ素子を直線配列した図である。
【図５】Ｌ個のコヒーレント波の到来方向を推定する動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５に示すフローチャートのステップＳ１２の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】エラー標準偏差と、推定方向との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１〜７  アンテナ素子、１０  アレーアンテナ、１１〜１６  バラクタダイオード、２０  指向性切換手段、３０  演算手段、４０  方向推定手段、１００  到来方向推定装置、ＢＰＭ０〜ＢＰＭ６  ビームパターン。
【図１】
2006184099.tif 000021
【図２】
2006184099.tif 000022
【図３】
2006184099.tif 000023
【図４】
2006184099.tif 000024
【図５】
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【図６】
2006184099.tif 000026
【図７】
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