(57)【要約】【課題】マルチパスの干渉状態の変化以外の要因で電力が変動する環境においても、高精度な到来角の測定を行うことができる無線受信機、無線方法及び無線システムの提供。【解決手段】本実施形態の無線受信機１は、アレイアンテナ部２と、処理部５とを有している。アレイアンテナ部２は、無線送信機２０からの電波を受信して受信信号を出力する。処理部５は、受信信号の相関行列の最大固有値に相当する第１固有ベクトルを計算し、第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を示す指標を計算し、電波の到来角を推定することを含む複数の測定を実施し、複数の測定の指標に基づいて、複数の測定の到来角から出力到来角を決定する。【選択図】図１
2019158498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波放射器からの電波を受信して受信信号を出力するアレイアンテナ部と、
前記受信信号の相関行列の最大固有値に相当する第１固有ベクトルを計算し、
前記第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を示す指標を計算し、
前記電波の到来角を推定する
ことを複数の受信信号について行う複数の測定を実施し、前記複数の測定の前記指標に基づいて、前記複数の測定の前記到来角から出力到来角を決定する処理部と
を具備する無線受信機。
【請求項２】
前記電波放射器は、無線送信機である請求項1に記載の無線受信機。
【請求項３】
前記複数の測定は、前記電波放射器からの複数の周波数の電波を受信することを含む請求項1に記載の無線受信機。
【請求項４】
前記複数の測定は、前記電波放射器からの広帯域信号を受信し、受信された前記広帯域信号を帯域分割することを含む請求項１に記載の無線受信機。
【請求項５】
前記処理部は、前記第１固有ベクトルと前記到来角に相当するステアリングベクトルとの内積の絶対値又は前記内積の絶対値で決定する値を前記指標として計算する請求項１乃至４の何れか１項に記載の無線受信機。
【請求項６】
前記処理部は、信号部分空間の波数が１波のMUSIC法により前記到来角を推定するとともに、前記MUSIC法において計算されるMUSICスペクトラムのピーク値を前記指標とする請求項５の無線受信機。
【請求項７】
前記処理部は、前記複数の測定の前記到来角に対し、対応する前記指標を用いた重み付けを行って前記出力到来角を決定する請求項１乃至４の何れか１項に記載の無線受信機。
【請求項８】
前記処理部は、前記複数の測定の前記到来角のうち、対応する前記指標が閾値以上である到来角をすべて前記出力到来角に決定する請求項７に記載の無線受信機。
【請求項９】
前記処理部は、前記複数の測定の前記到来角のうち、対応する前記指標が最もよい前記到来角を前記出力到来角に決定する請求項７に記載の無線受信機。
【請求項１０】
前記処理部は、さらに、複数の前記出力到来角を用いて前記電波放射器の角度をトラッキングする請求項１に記載の無線受信機。
【請求項１１】
前記処理部は、決定した前記出力到来角と前記出力到来角の予測値との乖離量に基づいて、決定した前記出力到来角をトラッキングに使用するか否かを決定する請求項１０に記載の無線受信機。
【請求項１２】
前記処理部は、決定した前記出力到来角に対応する前記指標に基づいて、トラッキングに使用する利得を変更する請求項１０に記載の無線受信機。
【請求項１３】
アレイアンテナで受信した無線送信機からの複数の周波数の電波の受信信号の相関行列の最大固有値に相当する第１固有ベクトルを計算し、
前記複数の周波数の電波の到来角をそれぞれ推定し、
それぞれの前記第１固有ベクトルとそれぞれの前記到来角に相当するステアリングベクトルとの内積の絶対値を指標として計算し、
前記指標に基づいてそれぞれの前記到来角が外れ値か否かを決定し、
前記到来角のうちで外れ値の前記到来角を除外して出力到来角を決定する無線受信方法。
【請求項１４】
複数の周波数の電波を送信する無線送信機と、
前記無線送信機からの前記複数の周波数の電波をアレイアンテナで受信し、
受信されたそれぞれの電波に基づいて出力された受信信号の相関行列の最大固有値に相当する第１固有ベクトルを計算し、
前記複数の周波数の電波の到来角をそれぞれ推定し、
それぞれの前記第１固有ベクトルとそれぞれの前記到来角に相当するステアリングベクトルとの内積の絶対値を指標として計算し、
前記指標に基づいてそれぞれの前記到来角が外れ値か否かを決定し、
前記到来角のうちで外れ値の前記到来角を除外して出力到来角を決定する無線受信機と、
を有する無線システム。
【請求項１５】
複数の無線受信機を有し、
複数の前記無線受信機は、それぞれ、決定した前記出力到来角と前記出力到来角の予測値との乖離量に基づいて、決定した前記出力到来角をトラッキングに使用するか否かを決定し、トラッキングに使用すると決定した出力到来角を用いて前記無線送信機の角度をトラッキングし、
複数の前記無線受信機の前記トラッキングの結果を使用して、前記無線送信機の位置を推定する請求項１４に記載の無線システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線受信機、無線受信方法及び無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
IoT技術の発展により、様々な場面で無線タグの活用が期待されている。無線タグの活用例の１つとして、無線タグの位置を無線受信機によって検出するシステムが知られている。この種のシステムにおいて、単一の無線受信機によって無線タグの位置を推定するためには、無線タグの方向の検出が必要である。
【０００３】
電波を放射する物体の方向を検出する方法に、アレイアンテナを用いた方法がある。この方法では、アンテナ素子間の受信信号の位相差から電波の到来方向が推定される。代表的な方法には、MUSIC (MUltiple SIgnal Classification)法がある。
【０００４】
マルチパスがある環境、すなわち、コヒーレンスのある複数波が到来した時に、アレイアンテナを用いた方法では、それらの複数波を分離することは難しい。無線タグの位置検出は屋内で主に用いられる。このような屋内環境では、マルチパスは避けられない。
【０００５】
特定の形状のアレイアンテナであれば、空間平均化という処理を用いてマルチパスによる複数波を分離することができる。この場合、アンテナの形状は限定され、アンテナ数は増大し、また、分解能は劣化する。このように、空間平均化は、アンテナ数が少ない用途には向いていない。
【０００６】
一方、レーダでは異なるアプローチからの対処方法がある。複数の異なる周波数の信号を送受信した場合、最も受信電力の大きいパルスから検出された到来角の誤差が統計的に最も少ないことが知られている（特許文献１及び非特許文献１)。ブルートゥース（登録商標）のような周波数ホッピングが前提の無線タグの到来角の検出であれば、この方法を利用できる可能性がある。
【０００７】
しかしながら、一般に、無線タグから送信される信号の周波数は、レーダとは異なり、長い時間間隔で変化させられる。また、無線タグを人が持って移動する場合等では、無線タグの向きは時間毎に変化し得る。無線タグの向きが変化すると、アンテナ利得及び偏波等の条件がそれ以前の周波数のときの条件から変化する。すなわち、無線タグを人が持って移動する場合等では、マルチパス干渉状態の変化以外の要因で電力が変動し得る。マルチパス干渉状態の変化以外の要因で電力が変動すると、電力を基準に到来角の選択を行ってもよい結果が得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２８３１６７号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１９３４３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】J. M. Loomis III, “Frequency-agility processing to reduce radar glint pointing error,” IEEE, Trans. Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-10, no. 6, pp.811-820, 1974
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本実施形態は、マルチパスの干渉状態の変化以外の要因で電力が変動する環境においても、高精度な到来角の測定を行うことができる無線受信機、無線受信方法及び無線システム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】
【００１１】
実施形態の無線受信機は、アンテナアレイ部と、処理部とを備える。アレイアンテナ部は、電波放射器からの電波を受信して受信信号を出力する。処理部は、受信信号の相関行列の最大固有値に相当する第１固有ベクトルを計算し、第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を示す指標を計算し、電波の到来角を推定することを複数の受信信号について行う複数の測定を実施する。処理部は、複数の測定の指標に基づいて、複数の測定の到来角から出力到来角を決定する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、１つの実施の形態の無線システムの構成を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ステアリングベクトルによって作られるビームの形のイメージ図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、所望波がマルチパス信号である場合の第１固有ベクトルによって作られるビームの形のイメージ図である。
【図３】図３は、周波数ホッピングを利用して複数の測定を行う例を示す図である。
【図４】図４は、周波数が変更された場合の指標と対応する到来波の方位の推定誤差をプロットして示した図である。
【図５】図５は、広帯域信号を利用して複数の測定を行う例を示す図である。
【図６】図６は、指標の計算に到来角を用いる構成を有する無線システムの構成を示す図である。
【図７】図７は、到来角推定部と指標計算部とがMUSIC処理部によって代用される構成を有する無線システムの構成を示す図である。
【図８】図８は、出力到来角決定部の処理の概念を示す図である。
【図９】図９は、出力到来角決定部で行われる処理の１例を説明するための図である。
【図１０】図１０は、指標に対して適用される閾値の例を示す図である。
【図１１】図１１は、出力到来角決定部で行われる処理の別の例を説明するための図である。
【図１２】図１２は、出力到来角決定部で行われる処理の別の例を説明するための図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、複数の測定の別の例としての無線送信機が移動する例を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、複数の測定の別の例としての無線送信機が移動する例を示す図である。
【図１４】図１４は、マルチパス環境での一例の方位測定シミュレーションの結果を示す図である。
【図１５】図１５は、処理部が出力到来角のトラッキングをするように構成されている無線システムの構成を示す図である。
【図１６】図１６は、外れ値の除外の処理イメージを示す図である。
【図１７】図１７は、図１４と同じデータについて、横軸にMUSICスペクトラムの高さ、縦軸に方位誤差をプロットした図である。
【図１８】図１８は、１つの実施の形態の無線受信方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて実施の形態を説明する。なお、以下では、実施形態の説明において不要な部分についての図示及び説明が省略されている。
【００１４】
図１は、１つの実施の形態の無線システムの構成を示す図である。１つの実施の形態の無線システム１００は、無線受信機１と、無線送信機２０とを有している。無線受信機１は、無線送信機２０からの電波を受信するように構成されている。
【００１５】
無線受信機１は、アレイアンテナ部２を有している。アレイアンテナ部２は、アレイアンテナ３と、受信部４とを有している。
【００１６】
アレイアンテナ３は、複数のアンテナ素子を有している。アレイアンテナ３は、無線送信機２０からの電波を受信し、受信した電波に応じた受信信号を出力する。
【００１７】
受信部４は、アレイアンテナ３から出力された信号を処理する。受信部４は、例えば、増幅処理、フィルタ処理、ベースバンド変換処理、A/D変換（アナログ−デジタル変換）処理といった各種の物理層での受信処理を行うための各種の回路を備える。また、受信部４は、必要に応じて、誤り検出及び訂正、パケットの読み出し等のデジタル信号のプロトコル層の処理を行うための回路を備えていてもよい。ここで、受信部４は、例えばアンテナ素子の数分の受信系統を有していてもよい。また、受信部４は、ブルートゥース規格のように１つの受信系統を有し、この受信系統に接続するアンテナ素子を時系列で切り替えてもよい。
【００１８】
また、無線受信機１は、処理部５を有している。処理部５は、例えばＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ又はＤＳＰ等のデジタル信号処理器を有している。また、処理部５は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等のメモリを有していてもよい。また、処理部５は、複数のデジタル信号処理器やメモリを有していてもよい。
【００１９】
処理部５は、受信部４から出力された受信信号を処理する。受信部４から出力される受信信号は、以下の（式１）で定義される複素数のＲＦ（高周波）信号又はベースバンド信号である。
【数１】
2019158498.tif 000003
（式１）のTは転置行列を表す記号であり、nは受信信号のサンプル番号であり、Kはアンテナ素子の数であり、x1,x2,...xKは各アンテナ素子の受信信号である。
【００２０】
処理部５は、到来角推定部６と、第１固有ベクトル計算部７と、指標計算部８と、出力到来角決定部９とを有している。これらの到来角推定部６と、第１固有ベクトル計算部７と、指標計算部８と、出力到来角決定部９とは、例えばソフトウェアによって構成される。もちろん、到来角推定部６と、第１固有ベクトル計算部７と、指標計算部８と、出力到来角決定部９とはハードウェアによって構成されていてもよい。
【００２１】
到来角推定部６は、受信信号から電波の到来方向を示す到来角を推定する。到来角推定部６は、MUSIC法等の受信信号の相関行列の固有値分解を使用する方法で到来角を推定する。到来角推定部６は、モノパルス法又はビームフォーマー法といった方法で到来角を推定してもよい。ビームフォーマー法であれば、固有値分解は不要である。モノパルス法であれば相関行列の作成も不要である。
【００２２】
第１固有ベクトル計算部７は、受信信号の相関行列の第１固有ベクトルを計算する。第１固有ベクトルは、相関行列を固有値分解して得られる最大固有値に対応する固有ベクトルである。受信信号が（式１）で表されるとき、相関行列Rxxは、以下の（式２）に基づいて作成される。
【数２】
2019158498.tif 000004
（式２）のHは複素共役転置（エルミート共役）を表す記号である。相関行列Rxxが固有値分解されると、以下の（式３）で示すように、正規直交系列であるノルム１の列ベクトルからなる固有ベクトル行列Eと、固有値を主対角成分に持ち、それ以外の成分は０である固有値行列Λに分解される。
【数３】
2019158498.tif 000005
Eの列のうちΛの０でない成分が乗算されるのはそれぞれ１列のみである。Λの最大の成分に乗算されるEの列が第１固有ベクトルである。
【００２３】
第１固有ベクトルの計算は、相関行列を完全に固有値分解して行われてもよい。また、第１固有ベクトルの計算は、べき乗法等で最大固有値に対応する固有ベクトルのみ求めることで行われてもよい。
【００２４】
指標計算部８は、第１固有ベクトル計算部７から出力された第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を示す指標を計算する。この指標は、第１固有ベクトルが単一波のステアリングベクトルに近いかどうかを示す指標である。以下、この指標について説明する。まず、ステアリングベクトルは、次の（式４）のように定義される。
【数４】
2019158498.tif 000006
Θはアンテナ応答を定義するパラメータの組である。Θの内容は、到来角を測定するのに必要な空間の次元の数等によって変化する。Θは、方位角のみであったり、方位角と仰角との組であったりする。Θは、方位角と仰角以外のその他のパラメータ、例えば偏波状態又は距離を含むこともある。以下では、Θは方位角と仰角の組を含む角度であるとして説明を続ける。ak(Θ) (k = 1,...,K)は、角度Θから平面波が入力された場合の、基準点に対するアンテナ素子kの応答であり、振幅と位相とを持つ複素数である。ただし、振幅は、a(Θ)のノルムが1又は√Kとなるようにベクトル全体が正規化されたアンテナ素子間の相対振幅である。位相は、角度Θから入射した波の基準点からの位相差である。基準点は、アレイアンテナ３がリニアアレイアンテナであれば、例えばアレイ線上のいずれかの点である。基準点は、アレイアンテナ３が円形アレイアンテナであれば、例えば円の中心である。基準点は、これら以外の点であってもよい。
【００２５】
ステアリングベクトルは、角度Θから入射した平面波、すなわち、単一波に対する応答である。したがって、ステアリングベクトルは、平面波に対応した単純な位相の関係を有する。一方、固有ベクトルは、元の相関行列を正規直交系列に分解して得られるものである。したがって単純には、受信信号に含まれる互いに直交する成分、すなわち、互いに相関がない成分に分解される。例えば、異なる方向から到来する異なるデータで変調された（コヒーレンスの無い）信号や雑音はそれぞれ異なる固有値と固有ベクトルの組に分解される。
【００２６】
マルチパス信号は、１つの電波が様々な場所で反射等することによって生じた波が異なる遅延量と異なる方向でアンテナ素子まで到来するものである。アンテナ素子に到達するそれぞれの波の元は同じ信号である。したがって、遅延量にもよるが、これらの波の間にはコヒーレンスがあることが多い。このため、変調レートが低かったり、無変調波（ＣＷ）であったりする場合には、空間平均化のような特殊な処理が施されない限りにおいては、マルチパス信号は、固有値分解で異なる固有値には分解されないことが多い。したがって、多くの場合、異なる角度から到来するマルチパス信号は、固有値分解すると、合成された１波として１つの固有値にまとめられる。
【００２７】
受信信号に含まれる方向性がある入射波が所望波であるマルチパス信号のみであるか、すくなくとも所望波の電力が復調可能な程度に他波より大きければ、最大固有値は主として所望波からなるものとなり、第１固有ベクトルは所望波に対応する固有ベクトルとなる。
【００２８】
所望波がマルチパス信号でなく、かつ、受信信号に電力の大きい干渉波が含まれない場合、第１固有ベクトルはほぼ平面波に対するアンテナ素子の応答を表現するものとなる。このような第１固有ベクトルは、所望波の到来角に対応したステアリングベクトル（をノルム１に正規化したもの）とほぼ等しい。ただし、ステアリングベクトルも固有ベクトルもアンテナ素子間の相対関係しか示さないので、ベクトル全体に同じ位相変化が加わっていることはあり得る。一方、所望波がマルチパス信号である場合、第１固有ベクトルは、全てのパスが合成された波に対するアンテナ素子の応答を表現するものになる。
【００２９】
平面波に対するステアリングベクトル及びマルチパス信号に対する対応する第１固有ベクトルは、それらを効率よく抽出するビームウエイトとなる。以下、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、ステアリングベクトル及びマルチパス信号の第１固有ベクトルが作るビームの形で、ステアリングベクトルと第１固有ベクトルの近似度の意味を説明する。図２Ａ及び図２Ｂでは、アレイアンテナは円形アレイアンテナである。しかしながら、図２Ａ及び図２Ｂを参照した説明は、アレイアンテナが他の形状のアレイアンテナであっても適用される。
【００３０】
図２Ａは、ステアリングベクトルによって作られるビームの形のイメージ図である。図２Ａに示すように、ステアリングベクトルによって作られるビームでは、到来波の方向に綺麗な形のビームが向く。ステアリングベクトルによって作られるビームであっても、到来波の方向以外の方向にも若干のサイドローブが出る。しかしながら、ステアリングベクトルによって作られるビームにおけるサイドローブは、小さく、また、規則正しい。図２Ｂは、所望波がマルチパス信号である場合の第１固有ベクトルによって作られるビームの形のイメージ図である。図２Ｂに示すように、マルチパス信号の場合には所望波が複数の方向から到来するので、ビームの形状は複雑である。また、その複雑な形状を有限のアンテナ素子とアンテナ径で表現するためにサイドローブの形も複雑であり大きさもやや大きい。図２Ａと図２Ｂの比較からも明らかなように、マルチパス成分を多く含む場合の第１固有ベクトルによって作られるビームの形は、ステアリングベクトルによって作られるビームの形と全く異なる。
【００３１】
したがって、第１固有ベクトルがステアリングベクトルに近いかどうかの指標は、相関行列に含まれる最も強い成分が単一波であるかどうかを示す指標となる。もちろん、マルチパスの複数パスのうち、到来角として検出したい見通し成分よりも、面積の大きな壁等で反射した見通し外成分の方が大きかったり、偶然、第１固有ベクトルが見通し成分の角度と外れた角度のステアリングベクトルと近かったりすることもあるため、第１固有ベクトルとステアリングベクトルとの近似度を示す指標は、推定された到来角の正しさに関する完全な指標ではない。しかしながら、第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を示す指標は、所望波に含まれる見通し外成分の量の指標となり得る。つまり、近似度が高い程、マルチパスのパス数が少なかったり、見通し外成分が互いに干渉して消えてしまったりすることが多いので、確率的には推定された到来角の信頼性は高くなる。
【００３２】
また、ステアリングベクトルも固有ベクトルも正規化された長さを持つベクトルであるため、その近似度は電力変動の影響を受けない。したがって、無線送信機２０に備えられた無線タグの向きの変化等の影響を受けずに推定された到来角の信頼性を判定することができる。
【００３３】
このように、指標計算部８は、第１固有ベクトル計算部７から出力された第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を示す指標を計算する。そして、指標計算部８は、計算した指標を出力到来角決定部９に出力する。
【００３４】
出力到来角決定部９は、複数の測定の結果として得られた複数の到来角とそれぞれの到来角に対応する指標とに基づいて、出力到来角を決定する。図１に示した実施の形態において、出力到来角は、処理部５から出力される最終的な到来角である。複数の測定は、時間、周波数、無線受信機１の位置又は無線送信機２０の位置等の信号条件が異なる受信信号について実施される、第１固有ベクトルの計算と、到来角の推定と、指標の計算とを含む。出力到来角決定部９は、それらの複数の測定の結果として得られた到来角と指標の組を使用して、複数の到来角から１つ以上の出力到来角を決定する。出力到来角決定部９の処理の詳細は後述する。
【００３５】
無線送信機２０は、通信のために電波を放射する。無線送信機２０は、例えば無線タグである。本実施形態においては、無線送信機２０は、それ以外のより一般的な電波を放射する電波放射器に代えられてもよい。電波を放射する電波放射器は、例えば電子レンジといった電磁雑音を放射する電子機器を含む。また、電波を放射する電波放射器は、それ自体が電波を発射しないレーダ目標物を含む。この場合、無線受信機１は、レーダ受信機であって、レーダ目標物がなにがしかの電波を反射によって放射した電波を受信する。
【００３６】
ここで、本実施形態においては、出力到来角の決定のために、時間、周波数、無線受信機１の位置又は無線送信機２０の位置等の信号条件が異なる複数の測定が行われる。以下、この複数の測定の例を説明する。
【００３７】
図３は、周波数ホッピングを利用して複数の測定を行う例を示す図である。周波数ホッピングは、例えば無線送信機２０がブルートゥース機器であるときに利用され得る。図３の横軸は周波数、縦軸は時間である。周波数ホッピングでは、無線送信機２０は、異なる時間で異なる周波数の信号（パケット）Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を送信する。無線受信機１は、それぞれの信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を受信する毎に到来角推定部６における到来角の推定と指標計算部８における指標の計算とを行う。
【００３８】
図４は、周波数が変更された場合の指標（後述する内積の絶対値）と対応する到来波の方位（Az）の推定誤差をプロットして示した図である。図４に示すように、周波数の変化に対して誤差の値も変化する。これは、周波数が変化することによってマルチパスの干渉状態、すなわち、パス間の位相差が変化するためである。このようなマルチパスの干渉状態の周波数に対する変化は、周波数選択性フェージングと呼ばれる。
【００３９】
図４の例では、推定誤差は、おおよそ０度の近傍で推移しているが、時々、大きくなる。このときの到来角は外れ値であると言える。到来角が外れ値であるとき、内積の絶対値は小さくなっている。したがって、内積の絶対値を指標として到来角を選択することで、外れ値を除外したり、重み付け合成して外れ値の影響を軽減したりできることが分かる。
【００４０】
図５は、広帯域信号を利用して複数の測定を行う例を示す図である。広帯域信号を利用するときには、無線送信機２０は、同時、かつ、同一の信号で広い周波数にわたる信号を送信する。広帯域信号は、周波数選択性フェージングによって、周波数毎に異なる損失を受ける。したがって、広帯域信号を帯域分割することで、周波数ホッピング信号と同様の複数の周波数の信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３として扱うことができる。
【００４１】
次に、いくつかの指標の例を説明する。前述したように、単一波のステアリングベクトルと第１固有ベクトルとの近似度を示す指標は、それらの内積の絶対値を含む。ステアリングベクトル及び第１固有ベクトルは、複素多次元空間のベクトルである。３次元又は２次元の実数空間でのベクトルと同様に、２つのベクトルの内積は、それらのベクトルが示す点の間の近さを示す。
【００４２】
本実施形態でのステアリングベクトルのノルムは１、すなわち、固有ベクトルと同じ値に正規化されているものとする。ステアリングベクトルと固有ベクトルとで常に同じ値に正規化されていれば、それぞれのノルムは１でなくてもよい。
【００４３】
ステアリングベクトル及び第１固有ベクトルはアンテナ素子の応答に対応するものである。このため、位相に関しては要素間の位相差は問題になるが、ベクトル全体に掛かる共通した位相は近似度を測る際には問題にならない。しかし、内積を取ると、全体に共通で掛かる位相が残ってしまう。このため、本実施形態では、内積が計算された後にその絶対値を取って２つのベクトルの形が近いかどうかだけが判定される。指標としての内積は、第１固有ベクトルをe1として、以下の（式５）の計算により求められる。
【数５】
2019158498.tif 000007
【００４４】
第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を示す指標は、内積に限らない。第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を示す指標は、これらの２つのベクトルの距離を含む。２つのベクトルの距離は、一方のベクトルから他方のベクトルを減算して得られたベクトルの長さである。２つのベクトルの形の近さを検出したいので、減算の際には、２つのベクトルの長さを同じ長さにそろえることが必要である。また、複素空間では、ベクトル全体に掛かっている位相が距離に反映されてしまう。したがって、ベクトル全体に掛かる位相による寄与をあらかじめ除去する必要がある。例えば、前述の内積計算で絶対値をとる前に残っている位相差は、２つのベクトルの全体に掛かる位相差に対応する。この位相差を用いて２つのベクトル間の全体的な位相差を補正してから減算が行われてよい。
【００４５】
第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を示す指標は、アンテナ素子間に利得のばらつきがない場合であれば、特許文献２で使用されている第１固有ベクトルの各要素の振幅ばらつきであってもよい。この例では、単一波のステアリングベクトルの各要素の振幅はすべて等しいという前提で、第１固有ベクトルの振幅ばらつきが単一波のステアリングベクトルと第１固有ベクトルとの近似度となり得る。第１固有ベクトルの振幅ばらつきが指標として使用される場合、単一波のステアリングベクトルを求める必要はない。
【００４６】
指標として内積の絶対値が使用される場合、ステアリングベクトルの各要素の振幅は異なっていてもよい。多くの場合、アレイアンテナではアンテナ素子間の結合又は個々のアンテナ素子の指向性の違い等により、アンテナ素子毎のアンテナ利得には差がある。この結果、ステアリングベクトルの各要素の振幅には、ばらつきがあることが多い。この場合、第１固有ベクトルの振幅のばらつき量の評価結果には利得差が含まれ、指標としての解釈が困難になる。これに対し、内積の絶対値は、アンテナ素子毎のアンテナ利得差があっても単一波のステアリングベクトルと第１固有ベクトルとの近似度を示す指標となり得る。また、振幅ばらつきではベクトルの振幅情報のみが使用されるが、内積では、個々の要素の位相差も形状の違いとして計測できる。極端な例では、ステアリングベクトルと第１固有ベクトルの要素毎の振幅が同じで要素毎の位相差が異なっていることがある。この場合のステアリングベクトルと第１固有ベクトルとは違う形状である。振幅ばらつきでは、このようなステアリングベクトルと第１固有ベクトルとの位相差の違いによる形状の違いを検出することはできない。一方、内積では、このようなステアリングベクトルと第１固有ベクトルとの位相差の違いによる形状の違いを検出することができる。このように、内積の絶対値では、ステアリングベクトルと第１固有ベクトルとの形状の違いをよりよく検出できる。
【００４７】
ここで、これまでのステアリングベクトルは単一波のステアリングベクトルとしている。単一波のステアリングベクトルは、推定された到来角に対応するステアリングベクトルであることが望ましい。この場合、指標の計算には推定された到来角が必要である。図６は、指標の計算に到来角を用いる構成を有する無線システムの構成を示す図である。図６と図１との違いは、到来角推定部６の出力が指標計算部８にも入力されていることである。
【００４８】
図６では、指標計算部８は、入力された到来角に相当するステアリングベクトルを作成し、ステアリングベクトルと第１固有ベクトルとの近似度を示す指標を計算する。これ以外の構成は、図１と同様である。したがって、説明を省略する。
【００４９】
到来角の推定がMUSIC法によって行われる場合、内積の絶対値の計算は、到来角の推定と同時に行うことができる。この場合、図７に示すように、到来角推定部６と指標計算部８とは、１つのMUSIC処理部１０によって代用され得る。ただし、この場合の例のMUSIC処理部１０において使用されるMUSICの信号部分空間波数は１である。
【００５０】
MUSIC法は、通常、信号波数を仮定し、固有値分解して得た固有ベクトルのうち、固有値が大きい順に信号波数分を除いた残りの固有ベクトルを並べたENを雑音部分空間とし、雑音部分空間とステアリングベクトルとの直交性をMUSICスペクトラムと呼ばれるコスト関数Pmuを用いて評価し、MUSICスペクトラムが高い角度から信号が入射した可能性が高いとしてピーク値を示す角度を探す方式である。MUSICスペクトラムは次の通りである。
【数６】
2019158498.tif 000008
（式６）の分母には、雑音部分空間とステアリングベクトルとの相関が含まれる。この相関は、雑音部分空間とステアリングベクトルの内積をノルム２の長さに変換したものである。（式６）の分子は、分母のステアリングベクトルの長さを正規化するためのものであり、あらかじめステアリングベクトルの長さが正規化されていれば必要ない。
【００５１】
一方で、２次元又は３次元の実数空間との類似から想像できるように、あるベクトルと、その空間の直交軸、例えばx, y, z軸のそれぞれとの内積を二乗して和を取ったとき、その内積の二乗和の値は、元のベクトルの長さの二乗（ノルム２の長さ）と等しい。
【００５２】
フルランクの相関行列を固有値分解して得られるベクトル列は、その空間の基底となりうる正規直交系列である。すなわち、固有値分解して得られた全ての固有ベクトルによって、その空間内のすべてのベクトルは表現され得る。
【００５３】
信号部分空間波数が１でMUSIC法による到来角の推定が行われる場合、雑音部分空間には、第１固有ベクトル以外のすべての固有ベクトルが含まれる。内積の二乗和は元のベクトルの長さの二乗であり、元のベクトルの長さ、ここではステアリングベクトルの長さはあらかじめ正規化されていて一定である。したがって、ステアリングベクトルの長さの二乗から（式６）の分母を引いたものは、信号部分空間波数が１であるので、第１固有ベクトルとステアリングベクトルとの内積のノルム２の長さに等しい。したがって、この値の平方根を取れば、前述のステアリングベクトルと第１固有ベクトルの内積の絶対値となる。MUSICスペクトラムの逆数を１（ステアリングベクトルの長さが１である場合）から引いて、平方根を取れば前述した指標としての内積の絶対値となる。このようにしてMUSIC法を用いて到来角の推定を行うのと同時に内積の絶対値が計算される。
【００５４】
内積の絶対値とMUSICスペクトラムの値とは単調増加の関係で１：１に対応している。このため、MUSIC処理部１０は、MUSICスペクトラムを内積の絶対値に変換してから出力してもよいが、MUSICスペクトラムの高さをそのまま指標として出力してもよい。つまり、MUSIC処理部１０は、信号波数１としてMUSICスペクトラムを求めた後、MUSICスペクトラムのピーク値を示す角度を到来角として出力し、ピーク値を指標として出力してよい。出力到来角決定部９の動作は、これまでと同様である。しかしながら、MUSICスペクトラムのピーク値の大きさの変化の仕方は内積の絶対値とは異なる。このため、閾値判定や重み付け合成等をするための指標としてMUSICスペクトラムのピーク値が利用される場合には、それに合わせて閾値の値を調整したり、重み付けする際の変換関数等を調節したりする必要がある。このようにして指標の計算を簡素化することによって、到来角の推定と指標の計算とを同時に行うことができ、かつ、計算量も削減できる。
【００５５】
ここで、内積の絶対値とMUSICスペクトラムの値は単調増加で１：１に対応するということは、逆に、内積の絶対値をMUSICスペクトラムの代わりに用いて、内積の絶対値がピーク値を示す角度をMUSIC法における到来角とすることもできる。この場合、通常のMUSIC法とは異なり相関行列のすべての固有ベクトルを求める必要はなく、第１固有ベクトルのみ求めてMUSIC法による到来角の推定を実行することができる。第１固有ベクトルのみであれば、べき乗法のような方法で非常に速く計算することができる。これにより、MUSIC法の課題の一つである計算量の多さが回避される。
【００５６】
図７の例において、固有値分解をすべての固有ベクトルについて行う場合には、第１固有ベクトル計算部７は、第１固有ベクトルとともに他の固有ベクトルも計算する。MUSIC処理部１０は、通常のMUSIC法による到来角の推定を行う。そして、MUSIC処理部１０は、推定した到来角を出力到来角決定部９に出力するとともに、MUSICスペクトラムの高さを指標として出力到来角決定部９に出力する。一方、MUSIC法による到来角の推定を第１固有ベクトルのみで行う場合には、第１固有ベクトル計算部７は、第１固有ベクトルのみを計算する。MUSIC処理部１０は、内積の絶対値をMUSICスペクトラムの代わりに計算して到来角を推定する。そして、MUSIC処理部１０は、推定した到来角を出力到来角決定部９に出力するとともに、内積の絶対値を指標として出力到来角決定部９に出力する。
【００５７】
次に、出力到来角決定部９での処理について説明する。前述したように、無線受信機１は複数の測定を行う。出力到来角決定部９は、複数の測定の結果として得られた複数の到来角とそれぞれの到来角に対応する指標とからより正しいと思われる出力到来角を決定する。前述したように、複数の測定は、図３のように異なる時間で行われる複数の測定であっても、図５のように時間的に同時に行われる複数の測定であってもよい。さらには、時系列に行われた複数の測定に所定の長さのフレームを掛けて複数の測定を選択し、フレームの開始時刻を測定が加わる毎にずらしていくスライディングフレームを使用してもよい。
【００５８】
図８は、出力到来角決定部９の処理の概念を示す図である。図８において、出力到来角決定部９は、重み付け出力到来角計算部９ａを有している。重み付け出力到来角計算部９ａは、到来角推定部６で推定された到来角と指標計算部８で計算された指標の関数で計算される値とを用いて、広い意味での重み付けがされた出力到来角を計算する。重み付けには種々の方法がある。
【００５９】
例えば、図９の出力到来角決定部９は、重み付け出力到来角計算部９ａの一例として、スイッチ９ｂと、閾値比較部９ｃとを有している。スイッチ９ｂは、入力された到来角に対して真又は偽の重み付けをした出力到来角を出力する。閾値比較部９ｃは、入力された指標と閾値と比較し、比較結果に応じてスイッチ９ｂにおける重みを設定する。閾値比較部９ｃは、指標が閾値以上であれば、スイッチ９ｂに真の重みを設定し、閾値未満であればスイッチ９ｂに偽の重みを設定する。偽の重みが付けられている状態のスイッチ９ｂは、出力到来角の出力をオフし、真の重みが付けられている状態のスイッチ９ｂは、出力到来角の出力をオンする。なお、スイッチ９ｂと、閾値比較部９ｃは、プログラム又は論理回路で実装される。
【００６０】
図９の例では、複数の測定の結果は、時系列で出力到来角決定部９に入力される。また、指標を閾値と比較した結果を論理値とし、閾値以上であればその到来角は有効として出力され、閾値未満であればその到来角は無効として出力されない。
【００６１】
閾値は、例えば図１０に示す０．９から０．９５程度に設定される。実際には、閾値の値は、無線受信機１に使用されるアンテナ素子の本数、相関行列生成等の条件に対応した指標と外れ値の発生率の関係を検討し、外れ値の発生率が所望の値以下となるような値に決定されるとよい。
【００６２】
図９の例では、有効な測定値をすべて使用できるという利点がある。一方で、図９の例では、測定が時間的に等間隔で行われたとしても、出力到来角が出力されたりされなかったりする。このため、後段での出力到来角の扱いに工夫が必要である。後段で角度のトラッキングが行われる場合において、トラッキングパラメータとして時間間隔が使用されるならば、不等間隔トラッキングが行われればよい。カルマンフィルタであれば、測定したいパラメータの他にその微分値（時間差分値）についてもトラッキングされる場合がある。このような場合には、時間差分値に乗算する時間間隔を出力到来角の出力時刻に合わせて変更することが望ましい。カルマンフィルタであっても時間差分値が使用されないパラメータ単体のトラッキングであれば、出力到来角の出力の間隔が等間隔でないことは意識せずそのまま使用できる。ただし、あまりに出力到来角が長期間出力できなかった場合、次に出力されたときとその前に出力されたときとで値の差が大きくトラッキングが良好に動作しないことがある。このような場合、過去の値を捨ててやり直す、あるいは過去の値の寄与を小さくする等、出力間隔に対応したエラー処理を行うことがより好ましい。
【００６３】
また、図９の変形例として、指標計算部８は、計算された指標からあらかじめ閾値を減算し負の値を切り捨てた値を新たな指標として出力到来角決定部９に入力してもよいし、閾値を減算して負の値を切り捨てた値に係数を掛けた上で出力到来角決定部９に入力してもよい。第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの内積の絶対値を指標とした場合、閾値は、図１０で示すように１の近くに設定される。この場合、指標として使用される部分は、全体の１／１０程度になる。このため、計算された指標から閾値を減算して負の値を切り捨てた値に係数を掛けた上で出力到来角決定部９に入力することで、閾値の比較を行いやすくなる。
【００６４】
出力到来角決定部９の構成として、一定間隔で必ず出力到来角が出力されるように構成することもできる。図１１に例を示す。図１１の例では、到来角と指標の組が、複数個、図では４個ずつ出力到来角決定部９に入力される。図１１の例の出力到来角決定部９は、重み付け出力到来角計算部９ａの一例として、到来角選択部９ｄを有している。到来角選択部９ｄは、入力された到来角の中から、最も良い指標と対応する到来角を出力到来角として選択する。最も良い指標とは、例えば第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの内積の絶対値が指標であれば、４個の指標の中で最も１に近い指標である。なお、到来角選択部９ｄは、プログラム又は論理回路で実装される。
【００６５】
図１１の例では、安定した時間間隔で出力到来角が出力されるので、後段のトラッキング等の処理を行いやすくなる。一方で、４個の出力到来角の中から必ず１個が選択されるので、悪い指標ばかりが出力到来角決定部９に入力されていても何らかの出力到来角が出力されてしまう。また、良い指標ばかりが出力到来角決定部９に入力されていても１個しか出力到来角が出力されない。
【００６６】
このように、図１１の例では、出力到来角決定部９は、４個のうちの１個の出力到来角を出力する。しかしながら、これらの個数は限定されない。例えば、出力到来角決定部９は、５個のうちの１個の出力到来角を出力するように構成されてもよいし、４個のうちの上位２個の良い指標と対応する出力到来角を出力するように構成されてもよい。
【００６７】
図１２は、一定間隔で出力到来角が出力される構成の他の例を示す図である。図１２では、出力到来角決定部９は、複数個、例えば４個ずつの到来角と指標とを、異なる測定に対してではなく、連続する測定に対してフレームをスライドさせながら取得する。すなわち、到来角と指標とは連続的に取得され、それらが順次、出力到来角決定部９に入力される。出力到来角決定部９は、そのうちの所定の個数、例えば４個の到来角の中から、図１１と同様に最も良い指標と対応する到来角を出力到来角として出力する。この場合、４個に含まれる到来角は、１つずつ新しいものと入れ替えられる。
【００６８】
測定時間間隔と出力到来角の必要とされる出力時間間隔との兼ね合いでスライド量は、１でなくてもよい。スライド量は、２又は３でもよい。スライド量が４のときに図１１と同じ状態になる。図１２の例では、図１１の例と比較して出力到来角の出力頻度を上げることができる。
【００６９】
図１２の例では、指標の値の良し悪しが明確に分かれる環境下では、非常に良い指標と対応する到来角が１個入力されると、出力到来角決定部９は、その到来角が４個の到来角の中に含まれている限りは出力する。この場合、到来角の値の変化が乏しくなり、後段でのトラッキングに支障が出る場合がある。このため、図１２の例では、狭義の意味での重み付けが併用されてもよい。指標の値で到来角が重み付けされてもよいし、特定の関数に基づいて指標を変換することで得られた新たな指標の値で到来角が重み付けされてもよい。この場合の変換は、変換された指標の値に対して到来角の期待される誤差の値が反比例するように行われるとよい。
【００７０】
また、古い到来角の寄与が小さくなるように時間に対する重みが用いられてもよい。例えば、出力到来角決定部９は、指標を用いた重み付けに加えて、到来角の入力の古い順に重みの値を小さくして重み付けを行う。これにより、到来角の値の変化が乏しくなることがなくなる。このため、無線送信機２０の位置の変化に対するトラッキング性能は高められる。
【００７１】
なお、指標を用いた狭義の重み付けは、図１１の例にも適用され得る。図１１の例において狭義の重み付けが行われることにより、指標の良い複数の到来角が入力されたときに、複数の到来角が重み付け平均化される。これによって、到来角の精度を上げることができる。
【００７２】
なお、これまでの複数の測定は、周波数を変更するか、広帯域信号を帯域分割する、という例を示している。複数の測定は、マルチパスの状態が異なる複数の測定であればよい。このため、複数の測定において必ずしも周波数を変える必要はない。例えば、図１３Ａのように、無線送信機２０の位置を（１）−（Ｎ）まで時々刻々に変化させながら、図１３Ｂのように、それぞれの位置で無線送信機２０から送信された電波Ｓ１１−Ｓ１Ｎを無線受信機１において受信することでも複数の測定は行われ得る。
【００７３】
測定間隔の間に無線送信機２０が移動する距離が無線送信機２０から送信される電波の波長と比較できる長さ以上であるとき、屋内のような反射物が多い環境では、マルチパスの状態が変化する。この場合、同じ周波数の電波が送信されたとしても、無線受信機１においては電波の周波数が変更された場合と同等の変化が得られる。
【００７４】
なお、必ずしも図１３Ａのように無線送信機２０だけが移動する必要はない。無線受信機１と無線送信機２０との相対位置が時々刻々に変化すればよいので、無線受信機１が移動してもよいし、無線受信機１と無線送信機２０の双方が移動してもよい。また、無線受信機１と無線送信機２０は移動せずに、無線受信機１と無線送信機２０の間の電波環境を作るための反射物（例えば人）が移動してもよい。
【００７５】
以上説明したように、第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を指標として出力到来角を決定する方法では、電力を指標として使用することが困難であっても出力到来角を決定できる。これに対し、レーダのような電力が指標として比較的に信頼できる場合においては、第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度と電力とを併用することによって、出力到来角の決定性能を改善できる。
【００７６】
図１４は、マルチパス環境での一例の方位測定シミュレーションの結果を示す図である。図１４では、方位誤差が５０度以上の値が丸で、５０度未満の値が点でプロットされている。図１４の横軸は信号波数１でMUSIC法による到来角の推定が行われたときのMUSICスペクトラムの高さを示し、縦軸は受信電力を示している。前述したように、MUSICスペクトラムの高さは、第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を示す指標の１つである。図１４に示すように、方位測定シミュレーションの結果においては、電力とMUSICスペクトラムの高さの共に低い外れ値もあるが、一方のみが低い場合もある。電力とMUSICスペクトラムの高さの双方とも低いときには対応する到来角の信頼性がより低いと判断されてもよいし、何れか一方だけでも低いときには対応する到来角の信頼性が低いと判断されてもよい。このように、第１固有ベクトルと単一波のステアリングベクトルとの近似度を示す指標と電力とを併用することによって到来角の信頼性の判断の効果が高まることが期待できることが分かる。
【００７７】
なお、図１４では、外れ値と指標の値に差がないが外れ値でない到来角（図内、「外れ値」の枠と「外れ値でない」の枠の共通部分で点でプロットされているもの）も多数存在することが分かる。図９の例において、これらの到来角がすべて外れ値として除外されてしまうと、出力到来角の出力間隔が長すぎてトラッキングが成り立たない可能性がある。この場合、外れ値が全て除外されるような閾値ではなく、ある程度外れ値の混入を許容する緩めの閾値が設定されてもよい。この場合、出力到来角決定部９からの出力到来角の出力頻度は高められるが、出力到来角に外れ値も含まれることになる。このような外れ値は、後段のトラッキングで除外され得る。
【００７８】
さらには、図１１又は図１２の例では、低い指標と対応した到来角であっても、同時に比較される他の到来角よりも高ければ出力到来角として出力される。このため、図１１又は図１２の例では、出力到来角は外れ値を含んでいる場合がある。このように出力到来角が外れ値を含んでいる可能性が高い場合は、トラッキング等の後処理で救済することが望ましい。
【００７９】
図１５は、処理部が出力到来角のトラッキングをするように構成されている無線システムの構成を示す図である。図１５に示すように、処理部５は、トラッキング部１１を有している。トラッキング部１１は、出力到来角決定部９から入力された出力到来角に対してカルマンフィルタ等のトラッキングフィルタを用いて角度のトラッキングをする。なお、図１５は、図１の構成に対して、トラッキング部１１が追加されたものである。これに対し、トラッキング部１１は、図６又は図７の構成に対して追加されてもよい。
【００８０】
多くのトラッキングフィルタはガウス性の雑音を前提としている。このため、外れ値を多く含むデータがトラッキングフィルタに入力されるとその動作は劣化する。また、殆どのトラッキングフィルタは予測値を計算する。そこで、トラッキング部１１は、出力到来角決定部９から入力された出力到来角（測定値）とその予測値との乖離量を計算し、乖離量が閾値よりも大きい場合には、その出力到来角を外れ値として除外する。これにより、トラッキング部１１は、外れ値を除いた出力到来角だけを用いてトラッキングをする。
【００８１】
図１６は、外れ値の除外の処理イメージを示す図である。図１６の横軸は時間を示し、図１６の縦軸は到来角を示す。図１６の黒丸は、測定値、すなわち、トラッキング部１１に入力された出力到来角を示す。図１６の破線はトラッキングの結果として得られる角度の軌跡を示し、白丸はトラッキングの際に計算される出力到来角の予測値を示す。図１６の例では、測定値と予測値とが著しく乖離しているので、この測定値は外れ値として除外される。なお、図１６には、白丸の時点よりも以前の時点においても予測値と著しく乖離した測定値が含まれている。つまり、外れ値の除外は、予測値が計算される毎に行われ得る。
【００８２】
外れ値として出力到来角が除外された場合、その時刻の出力到来角の入力がなくなる。これに対しては、前述の不等間隔トラッキングと同様に時間間隔を次の入力まで伸ばしてトラッキングの計算が行われてもよいし、予測値を使用してトラッキングが行われてもよい。
【００８３】
トラッキングでの外れ値の除外は、外れ値の頻度が少なく、予測がある程度に正しく行われていることが前提である。したがって、外れ値の頻度が高すぎるとどれが正しい値か判定できず、外れ値を正しく除外することができない。
【００８４】
このように、出力到来角決定部９であらかじめ外れ値を除外して外れ値の頻度を下げてから、さらにトラッキング部１１でも外れ値を除外することによって、外れ値の影響によるトラッキング性能の劣化を抑圧することができる。
【００８５】
次に、トラッキングでの処理の他の例を説明する。カルマンフィルタは、測定値の予想される誤差分散をフィルタ利得の式に含んでいる。また、αβフィルタでも、予測値と測定値の差の更新値に対する寄与を決定する定数がある。
【００８６】
前述の図１５の例では、外れ値の混入をある程度は許して、低い指標と対応する到来角でもある程度はトラッキング部１１に入力される。他の例では、出力到来角決定部９は、出力到来角と同時に対応する指標も出力する。この場合、トラッキング部１１は、トラッキングフィルタの利得を計算する際に、指標に基づいて利得の値を調節する。すなわち、トラッキング部１１は、悪い指標と対応する出力到来角の利得を低くするように利得を決定する。図１７は、図１４と同じデータについて、横軸にMUSICスペクトラムの高さ、縦軸に方位誤差をプロットした図である。図１７では、５０度以上の誤差の点は丸印で、５０度未満の誤差のがばつ印でプロットされている。
【００８７】
例えば、ある程度の外れ値を許容するとし、MUSICスペクトラムの高さ9dBを閾値として、出力到来角決定部９は出力到来角を出力するとする。トラッキングの時の外れ値の除外によって、丸印の点があらかじめほぼ除外されたとしても、悪い指標の点の方位誤差は大きい傾向がある。図１７において、ばつ印の点の分布は、左肩上がりに広がっている。
【００８８】
そこで、あらかじめ指標の値毎に予想される到来角誤差の分散を求めておくことで、この分散をトラッキングの時の利得調整に用いることができる。
【００８９】
なお、出力到来角決定部９が複数の到来角の中から１つを選択して出力する場合又は複数の到来角のそれぞれの出力のオン又はオフを切り替える場合等、到来角推定部６から出力された到来角がそのまま出力到来角決定部９からトラッキング部１１に出力される場合は、出力到来角決定部９は、出力する到来角に対応した指標をトラッキング部１１に出力すればよい。しかしながら、出力到来角決定部９が指標から計算される関数を用いた重み付け合成によって出力到来角を計算する場合には、使用した重みに対応して、指標も重み付け合成してから出力するとよい。このようにすることによって、より高精度のトラッキングが可能となる。
【００９０】
トラッキング部１１の後処理として、位置推定に関する処理がある。無線受信機によって測定された複数のパラメータから無線送信機の位置を推定することがある。例えば、無線受信機は、測定した角度（方位角と仰角）に距離を加えて無線送信機の位置を推定する。また、例えば、互いの位置が既知の複数の無線受信機がそれぞれ同じ無線送信機の角度を測定し、それらの角度の延長線の交点、交わらない場合は最接近点等から無線送信機の位置を求めることもある。
【００９１】
これらのような例において、無線送信機の位置のトラッキングが行われる場合、外れ値の除外はできるだけ単一のパラメータに近い段階で行われた方がよい。位置に合成してからでは、いずれか１つの到来角の外れ値が合成後の位置の外れ値となってしまい、外れ値の頻度が著しく上昇するためである。したがって、出力到来角等をそのまま位置のトラッキングに用いるのではなく、個々のパラメータをいったん独立にトラッキングして、その結果から位置を合成して、さらに位置としてトラッキングすることが望ましい。
【００９２】
図１８は、本実施形態の無線受信方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。図１８の処理は、アレイアンテナ部２及び処理部５において行われる。なお、以下で説明する処理部５による処理は必ずしもメモリに記憶されたプログラムに従って実行されるものに限らない。処理部５による処理は、ＡＳＩＣ及びＦＰＧＡ等のようにハードウェア記述言語に従って作成されたアルゴリズムに従って実行されるものであってもよい。
【００９３】
アレイアンテナ部２は、無線送信機２０からの複数の周波数の電波を受信し、受信信号を取得する（Ｓ２００）。
【００９４】
処理部５は、各周波数についての受信信号の相関行列から第１固有ベクトルを計算する（Ｓ２０１）。
【００９５】
処理部５は、各周波数についての受信信号から到来角を推定する（Ｓ２０２）。前述したように、到来角の推定は、MUSIC法等の受信信号の相関行列の固有値分解を使用する方法、モノパルス法又はビームフォーマー法等で行われる。
【００９６】
処理部５は、各周波数についての第１固有ベクトルと推定した到来角に対応するステアリングベクトルとの内積の絶対値を指標として計算する（Ｓ２０３）。前述したように、指標は、第１固有ベクトルとステアリングベクトルとの内積の絶対値に限らない。指標は、第１固有ベクトルとステアリングベクトルとの内積から計算される各種の関数を含む。また、到来角の推定がMUSIC法で行われるときには、指標は、MUSICスペクトラムの高さであってもよい。
【００９７】
処理部５は、計算した指標に基づいて、対応する到来角が外れ値であるか否かを判定し、外れ値を除外して出力到来角を決定する（Ｓ２０４）。
【００９８】
図１８のように処理することで、マルチパスによって生じた外れ値を検出してあらかじめ除外することが可能である。
【００９９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１  無線受信機、２  アレイアンテナ部、３  アレイアンテナ、４  受信部、５  処理部、６  到来角推定部、７  第１固有ベクトル計算部、８  指標計算部、９  出力到来角決定部、９ａ  出力到来角計算部、９ｂ  スイッチ、９ｃ  閾値比較部、９ｄ  到来角選択部、１０  MUSIC処理部、１１  トラッキング部、２０  無線送信機、１００  無線システム。
【図１】
2019158498.tif 000009
【図２Ａ】
2019158498.tif 000010
【図２Ｂ】
2019158498.tif 000011
【図３】
2019158498.tif 000012
【図４】
2019158498.tif 000013
【図５】
2019158498.tif 000014
【図６】
2019158498.tif 000015
【図７】
2019158498.tif 000016
【図８】
2019158498.tif 000017
【図９】
2019158498.tif 000018
【図１０】
2019158498.tif 000019
【図１１】
2019158498.tif 000020
【図１２】
2019158498.tif 000021
【図１３Ａ】
2019158498.tif 000022
【図１３Ｂ】
2019158498.tif 000023
【図１４】
2019158498.tif 000024
【図１５】
2019158498.tif 000025
【図１６】
2019158498.tif 000026
【図１７】
2019158498.tif 000027
【図１８】
2019158498.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月22日(2018.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2019158498.tif 000029
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2019158498.tif 000030
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2019158498.tif 000031