(57)【要約】【課題】より確実に検出対象の信号を抽出することができる信号処理装置等を提供する。【解決手段】複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍを有するアレーアンテナ２により受信された不要信号を含む信号から検出対象の信号を抽出する信号処理装置１０は、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍにより受信されたオリジナル信号ｘ（ｎ）により生じる電力の大小に基づいて不要信号の到来方向θｐを特定する特定部１１と、到来方向θｐからの不要信号の複製信号ｕ（ｎ）を生成する生成部１２と、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの各々により受信されたオリジナル信号ｘ（ｎ）から複製信号ｕ（ｎ）に対応する信号を除去する除去部１３と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより受信された不要信号を含む信号から検出対象の信号を抽出する信号処理装置であって、
前記複数のアンテナ素子が受信した信号により生じる電力の大小に基づいて前記不要信号の到来方向を特定する特定手段と、
前記到来方向からの前記不要信号の複製信号を生成する生成手段と、
前記複数のアンテナ素子の各々により受信された信号から前記複製信号に対応する信号を除去する除去手段と、を備える信号処理装置。
【請求項２】
前記生成手段は、前記複数のアンテナ素子のうち一部のアンテナ素子により受信された前記到来方向からの信号に基づいて前記複製信号を生成する請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記生成手段は、前記特定手段により特定された前記到来方向が複数の方向である場合に、一つの到来方向から到来する前記不要信号の複製信号を生成するために用いられる信号の取得原として機能するアンテナ素子を到来方向毎に設定する請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記特定手段は、前記複数のアンテナ素子のうち一部のアンテナ素子により受信された信号により生じる電力の大小に基づいて前記不要信号の到来方向を特定する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記生成手段は、前記到来方向からの信号の周波数帯に複数の中心周波数を設定して前記中心周波数毎に前記複製信号を生成する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項６】
複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより受信された不要信号を含む信号から検出対象の信号を抽出する信号処理方法であって、
前記複数のアンテナ素子が受信した信号により生じる電力の大小に基づいて前記不要信号の到来方向を特定し、
前記到来方向からの前記不要信号の複製信号を生成し、
前記複数のアンテナ素子の各々により受信された信号から前記複製信号に対応する信号を除去する信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより受信された不要信号を含む信号から検出対象の信号を抽出する信号処理装置及び信号処理方法に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
アンテナで信号を受信する場合、意図しない不要な信号がノイズとして信号に混入することがある。このようなノイズを除去して、受信の目的となる信号（検出対象の信号）を抽出するための方法として、一般的に、検出対象の信号に対応する周波数帯のみを抽出するためのバンドパスフィルタを用いる方法が知られている。また、別の方法として、アンテナが指向性を有する場合に、検出対象の信号の到来方向により強い利得を持たせるよう制御する方法が知られている。また、別の方法として、検出対象の信号の送信側のアンテナを制御することができる場合に、受信側のアンテナによる受信結果を送信側にフィードバックしてより受信しやすい信号となるよう送信側を制御する方法が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２９８００５３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、バンドパスフィルタは、検出対象の信号と周波数帯が重複するノイズを除去することができない。また、指向性アンテナは、検出対象の信号の到来方向と不要な信号の到来方向の区別ができない場合に対応することができない。また、特許文献１に記載の方法は、送信側の制御が前提であるため、制御下にない送信元からの信号の受信に対して採用することができない。このように、特許文献１に記載の方法を含む従来の方法では、検出対象の信号を抽出することができない場合があった。
【０００５】
そこで、本発明は、より確実に検出対象の信号を抽出することができる信号処理装置及び信号処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の信号処理装置は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより受信された不要信号を含む信号から検出対象の信号を抽出する信号処理装置であって、前記複数のアンテナ素子が受信した信号により生じる電力の大小に基づいて前記不要信号の到来方向を特定する特定手段と、前記到来方向からの前記不要信号の複製信号を生成する生成手段と、前記複数のアンテナ素子の各々により受信された信号から前記複製信号に対応する信号を除去する除去手段と、を備える。
【０００７】
また、本発明の信号処理方法は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより受信された不要信号を含む信号から検出対象の信号を抽出する信号処理方法であって、前記複数のアンテナ素子が受信した信号により生じる電力の大小に基づいて前記不要信号の到来方向を特定し、前記到来方向からの前記不要信号の複製信号を生成し、前記複数のアンテナ素子の各々により受信された信号から前記複製信号に対応する信号を除去する。
【０００８】
この構成によれば、アレーアンテナが受信した信号から信号に含まれる不要信号の到来方向を特定し、到来方向の信号に基づいて不要信号を複製し、複数のアンテナ素子の各々により受信された信号から複製した不要信号に対応する信号を除去する。このため、複数のアンテナ素子の各々により受信された信号から不要信号を除去することができ、除去後の信号は検出対象の信号になる。このように、この構成によれば、より確実に検出対象の信号を抽出することができる。
【０００９】
信号処理装置において、前記生成手段は、前記複数のアンテナ素子のうち一部のアンテナ素子により受信された前記到来方向からの信号に基づいて前記複製信号を生成するのが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、不要信号の複製信号を生成するために用いられるアンテナ素子の数をより少なくすることができる。このため、複製信号の生成に係る処理負荷をより低減することができる。また、複数のアンテナ素子のうち一部のアンテナ素子の受信結果が他の多くのアンテナ素子の受信結果から例外的に逸脱した場合に、当該一部のアンテナ素子を複製信号の生成に用いないようにすることで、不要信号の複製の精度をより高めることができる。
【００１１】
信号処理装置において、前記生成手段は、前記特定手段により特定された前記到来方向が複数の方向である場合に、一つの到来方向から到来する前記不要信号の複製信号を生成するために用いられる信号の取得原として機能するアンテナ素子を到来方向毎に設定するのが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、複数の到来方向から到来する不要信号の各々の複製処理を並行して行うことができる。このため、複数の到来方向から到来する不要信号に対する処理を同時に行うことができることから、時間効率により優れた不要信号の複製処理を行うことができる。このように、この構成によれば、検出対象の信号を得るための不要信号の除去をより効率的に行うことができる。
【００１３】
信号処理装置において、前記特定手段は、前記複数のアンテナ素子のうち一部のアンテナ素子により受信された信号により生じる電力の大小に基づいて前記不要信号の到来方向を特定するのが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、不要信号の到来方向を特定するために用いられるアンテナ素子の数をより少なくすることができる。このため、不要信号の到来方向の特定に係る処理負荷をより低減することができる。また、複数のアンテナ素子のうち一部のアンテナ素子の受信結果が他の多くのアンテナ素子の受信結果から例外的に逸脱した場合に、当該一部のアンテナ素子を不要信号の到来方向の特定に用いないようにすることで、特定の精度をより高めることができる。
【００１５】
信号処理装置において、前記生成手段は、前記到来方向からの信号の周波数帯に複数の中心周波数を設定して前記中心周波数毎に前記複製信号を生成するのが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、中心周波数毎に複製信号を生成することで、広帯域の不要信号の複製の精度をより高めることができる。このため、不要信号が除去された信号の精度をより高めることができる。このように、この構成によれば、より確実に検出対象の信号を抽出することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、より確実に検出対象の信号を抽出することができる信号処理装置及び信号処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施例に係る信号処理装置を有する受信システムの主要構成を示す図である。
【図２】図２は、アレーアンテナの出力及び指向性に関する概略説明図である。
【図３】図３は、複数のアンテナ素子により受信された信号に対する信号処理装置の各構成による処理の模式図である。
【図４】図４は、式（６）により特定された到来方向の一例を示す角度スペクトラムの図である。
【図５】図５は、信号処理装置による処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、第２実施例における複数のアンテナ素子の各々により受信された信号に対する信号処理装置の各構成による処理の模式図である。
【図７】図７は、第３実施例における生成部による不要信号の生成処理の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 
【第１実施例】
【００２０】
図１は、本実施例に係る信号処理装置１０を有する受信システム１の主要構成を示す図である。受信システム１は、アレーアンテナ２と、信号処理装置１０とを有する。本実施例に係る信号処理装置１０は、アレーアンテナ２により受信された不要信号を含む信号から検出対象の信号を抽出する。図１に示すように、アレーアンテナ２は、複数（例えばＭ個）のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍを有する。複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍは、一次元（所定の線）又は二次元（所定の面）に沿って配置される。なお、Ｍは、アレーアンテナ２が有するアンテナ素子の数に対応する任意の整数である。
【００２１】
信号処理装置１０は、図１に示すように、記憶部３０と、演算部４０とを備える。記憶部３０は、例えばフラッシュメモリー等の記憶装置を有する。記憶部３０は、信号処理プログラム３１を含む信号処理装置１０の動作に関する各種のプログラム及びデータを記憶する。演算部４０は、例えばＣＰＵ等の演算装置を有する。演算部４０は、記憶部３０に記憶されたプログラム等を読み出して実行処理することで、信号処理装置１０の動作に関する各種の処理を行う。記憶部３０及び演算部４０は、例えばＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）等の集積回路に実装されているが、一例であってこれに限られるものでなく、その具体的な構成は適宜変更可能である。
【００２２】
演算部４０は、記憶部３０に記憶された信号処理プログラム３１を読み出して実行処理する。これによって、信号処理装置１０は、特定部１１と、生成部１２と、除去部１３として機能する。特定部１１は、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍが受信した信号（受信信号ｘ１（ｎ），ｘ２（ｎ），…，ｘＭ（ｎ））により生じる電力の大小に基づいて不要信号の到来方向θｐを特定する特定手段として機能する。生成部１２は、特定部１１により特定された到来方向θｐからの不要信号の複製信号ｕ（ｎ）を生成する生成手段として機能する。除去部１３は、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの各々により受信された信号（オリジナル信号ｘ（ｎ））から複製信号ｕ（ｎ）に対応する信号を除去する除去手段として機能する。
【００２３】
図２は、アレーアンテナ２の出力及び指向性に関する概略説明図である。図２に示すアスタリスク（＊）は、複素共役を示す。図２に示すように、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの各々には、アレーウェイト３が設けられている。アレーウェイト３は、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの各々の受信タイミングに個別の待機時間（ウェイト）を生じさせることで、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの各々の受信信号ｘ１（ｎ），ｘ２（ｎ），…，ｘＭ（ｎ）に位相のずれを生じさせる。この位相のずれの方向及びずれ量に応じて、アレーアンテナ２の指向性が変化する。信号処理装置１０は、アレーウェイト３を制御することで、アレーアンテナ２がより強い利得を示す方向を制御する。すなわち、信号処理装置１０は、個々のアレーウェイト３のウェイト（ｗ１，ｗ２，…，ｗＭ）を制御することで、位相のずれの方向及びずれ量を制御する。
【００２４】
複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの各々による受信信号ｘ１（ｎ），ｘ２（ｎ），…，ｘＭ（ｎ）に基づいて得られるアレーアンテナ２の一般的な出力（アレー出力ｚ（ｎ））は、以下の式（１）を用いて得られる。ここで、ｗは以下の式（２）を用いて算出される。また、Ｈはエルミート転置を示す。すなわち、ｗＨは、ｗの複素共役な行列を転置した行列である。ｖ（ｎ）は、以下の式（３）を用いて算出される。また、式（２），（３）におけるＴは転置を示す。
ｚ（ｎ）＝ｗＨｖ（ｎ）  …（１）
ｗ＝［ｗ１ｗ２…ｗＭ］Ｔ  …（２）
ｖ（ｎ）＝［ｘ１（ｎ）ｘ２（ｎ）…ｘＭ（ｎ）］Ｔ  …（３）
【００２５】
図３は、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍによる受信信号ｘ１（ｎ），…，ｘＭ（ｎ）に対する信号処理装置１０の各構成による処理の模式図である。特定部１１は、狭帯域処理部１１Ａと、到来方向推定部１１Ｂとして機能する。狭帯域処理部１１Ａは、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍによる受信信号ｘ１（ｎ），…，ｘＭ（ｎ）に対してバンドパスフィルタを用いた狭帯域処理を施す。信号の周波数をより狭くすることで、不要信号の到来方向θｐをより高い精度で特定することができる。図３では、狭帯域処理が施された信号を狭帯域受信信号ｙ１（ｎ），…，ｙＭ（ｎ）で表している。バンドパスフィルタは、例えば記憶部３０に記憶されている。
【００２６】
到来方向推定部１１Ｂは、狭帯域受信信号ｙ１（ｎ），…，ｙＭ（ｎ）に対してＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）法を用い、不要信号の到来方向θｐを特定する。具体的には、到来方向推定部１１Ｂは、まず、以下の式（４）に示す自己相関行列Ｒｙを計算する。ここで、Ｅは期待値演算子である。Ｅは、確率変数の平均値である期待値を示すが、算術平均に代えてもよい。
Ｒｙ＝Ｅ［ｙ（ｎ）ｙＨ（ｎ）］  …（４）
【００２７】
到来方向推定部１１Ｂは、自己相関行列Ｒｙの固有値λｍ（ｍ＝１，２，…，Ｍ）を取得する。到来方向推定部１１Ｂは、固有値λｍの取得において、例えば行列のＱＲ分解を利用したＱＲ法を用いるが、これは一例であってこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。特定部１１は、取得された固有値λｍを用いて固有方程式を解き、自己相関行列Ｒｙの固有ベクトルｖｍを取得する。以下、取得された固有ベクトルをｖｋ（１，２，…，Ｋ）とする。ここで、ＫはＭより小さい（Ｋ＜Ｍ）。次に、特定部１１は、以下の式（５）に示すＭＵＳＩＣスペクトラムを取得する。ここで、ＥＮ＝［Ｖ１Ｖ２…ＶＫ］である。また、ａ（θ，ｆ）は、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍ同士の間の位相の違いを示す複素ベクトル（方向ベクトル）である。ここで、ｙ（ｎ）は狭帯域処理後の信号である。このため、ｆの値は、狭帯域処理に用いられたバンドパスフィルタの中心周波数に等しく一定とみなすことができる。よって、以下の式（５）に示すＭＵＳＩＣスペクトラムは、以下の式（６）のように書き換えられる。
ＰＭＵ（θ）＝｛ａＨ（θ，ｆ）ａ（θ，ｆ）｝
／｛ａＨ（θ，ｆ）ＥＮＥＮＨａ（θ，ｆ）｝  …（５）
ＰＭＵ（θ）＝｛ａＨ（θ）ａ（θ）｝／｛ａＨ（θ）ＥＮＥＮＨａ（θ）｝  …（６）
【００２８】
図４は、式（６）により特定された到来方向θｐの一例を示す角度スペクトラムの図である。図４の例では、スペクトラムがピークとなる角度に対応する到来方向が不要信号の到来方向θｐであると特定される。
【００２９】
自己相関行列Ｒｙの固有値は、大きく分けて「検出対象の信号の電力＋不要信号の電力」に対応する固有値又は「不要信号のみの電力」に対応する固有値のいずれかになる。このため、同時に到来する他の信号に比して電力が突出して大きい信号が到来した場合、当該大きい信号に対応した大きい固有値が、当該大きい信号が到来した数だけ得られる。これらの固有値に対応する固有ベクトル以外の固有ベクトルからＥＮを算出してＭＵＳＩＣスペクトラムを計算することにより、電力が大きい不要信号の到来方向θｐのみを特定することができる。また、このような固有値の数をカウントすることで、不要信号の数Ｐを知ることもできる。式（６）を用いて得られたＭＵＳＩＣスペクトラムにより特定された不要信号の到来方向を、到来方向θｐとする。ここで、ｐ＝１，２，…，Ｐである。このように、特定部１１は、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍが受信した信号（受信信号ｘ１（ｎ），…，ｘＭ（ｎ））により生じる電力の大小に基づいて不要信号の到来方向θｐを特定する。
【００３０】
生成部１２は、不要信号の到来方向θｐを用いて、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍにより受信された信号（オリジナル信号ｘ（ｎ））から不要信号の複製である複製信号ｕ（ｎ）を生成する。オリジナル信号ｘ（ｎ）は、各々の受信信号ｘ１（ｎ），ｘ２（ｎ），…，ｘＭ（ｎ）を包括する。具体的には、生成部１２は、不要信号受信部１２Ａと、位相回転部１２Ｂと、合算部１２Ｃとして機能する。不要信号受信部１２Ａは、ＭＶＤＲ（Minimum Variance Distortionless Response）ビームフォーマを用いてビームフォーミングを行う。具体的には、不要信号受信部１２Ａは、以下の式（７），（８）により示す制約付き最適化問題を解き、その最適解をアレーウェイト３に適用してビームフォーミングを行う。ここで、Ｅ［ｚ（ｎ）］は、アレー出力電力を示す。また、式（８）は、式（７）の制約条件を示す。また、Ｑは、周波数に対するアレーアンテナ２の応答の拘束数であり、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの数に応じて設計者が任意に決定することができる。Ｑをより大きい値にすることで、広帯域の不要信号をより高い精度で抽出することができる。しかしながら、Ｑには複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの数に応じた上限が存在し、当該上限を超える制約条件を設定することはできない。また、ｒｑは所望の応答値であるが、本実施例では到来方向θｐから到来する周波数ｆｑの信号を受信することを想定しているため、ｒｑ＝１のように設定される。なお、Ｐが２以上（Ｐ≧２）である場合、Ｐが示す数に応じて下記の（７），（８）により示す最適化問題を個別に解き、アレーアンテナ２のビームフォーミングを行う必要がある。
Ｅ［ｚ（ｎ）］＝ｗＨＲｘｗ→ｍｉｎ  …（７）
Subject to ｗＨａ（θｐ，ｆｑ）＝ｒｑ，ｑ＝１，２，…，Ｑ  …（８）
【００３１】
上記の（７），（８）により示す最適化問題を解くことにより得られるウェイトをｗｐｏｐｔとすると、不要信号受信部１２Ａは、ビームフォーミングｗｐｏｐｔＨｘ（ｎ）を行うことで、到来方向θｐから到来する広帯域不要信号成分に対してビームを向け、それ以外の信号に対してヌル（null）を向けることができる。すなわち、不要信号受信部１２Ａは、不要信号の到来方向θｐの利得をより高めるようにアレーアンテナ２の複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍのアレーウェイト３を制御することで、不要信号を含む信号の取得にアレーアンテナ２を特化させることができる。
【００３２】
式（７），（８）にて示す最適化問題は、ラグランジェの未定乗数法を用いて陽に解くことができる。ｗｐｏｐｔは、以下の式（９）を用いて算出される。また、式（９）におけるλ，Ａはそれぞれ以下の式（１０），（１１）を用いて算出される。また、式（１０）におけるｒは以下の式（１２）を用いて算出される。
ｗｐｏｐｔ＝−Ｒｘ−１Ａλ  …（９）
λ＝−（ＡＨＲｘ−１Ａ）−１ｒ  …（１０）
Ａ＝［ａ（θｐ，ｆｑ）…ａ（θｐ，ｆＱ）］  …（１１）
ｒ＝［ｒ１ｒ２…ｒＱ］Ｔ  …（１２）
【００３３】
ビームフォーミングｗｐｏｐｔＨｘ（ｎ）を行うことで得られた複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの各々の信号（広帯域不要信号ｕｐ（ｎ））に対して、位相回転部１２Ｂは、各々に対応した位相回転を施す。合算部１２Ｃは、位相回転が施された信号の各々から不要信号の総和を生成する。すなわち、到来方向θｐから到来する不要信号成分の総和である複製信号ｕ（ｎ）は、以下の式（１３）に示すようになる。ここで、ｇは複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍによる受信帯域の中心周波数である。また、広帯域不要信号ｕｐ（ｎ）は、理想的には到来方向θｐから到来する広帯域不要信号に等しい。
ｕ（ｎ）＝Σｐａ（θｐ，ｇ）ｕｐ（ｎ）  …（１３）
【００３４】
図３に示すように、特定部１１及び生成部１２による処理は、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍにより取得された信号を複製した信号に対して行われる。すなわち、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍにより受信された未加工の信号（オリジナル信号ｘ（ｎ））は、除去部１３による処理が行われるまで保持されている。すなわち、生成部１２は、オリジナル信号ｘ（ｎ）を複製した信号から、上記の複製信号ｕ（ｎ）を、特定部１１により特定された到来方向θｐからの不要信号の複製信号として生成する。
【００３５】
除去部１３は、図３に示すように、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの各々による受信信号ｘ１（ｎ），ｘ２（ｎ），…，ｘＭ（ｎ）から、生成部１２により生成された不要信号の複製信号ｕ（ｎ）を除去する。よって、複製信号ｕ（ｎ）が除去された後のアレー出力ｄ（ｎ）は、以下の式（１４）に示すようになる。アレー出力ｄ（ｎ）は、検出対象の信号になる。図３に示す処理後信号ｄ１（ｎ），…，ｄＭ（ｎ）は、受信信号ｘ１（ｎ），ｘ２（ｎ），…，ｘＭ（ｎ）から複製信号ｕ（ｎ）が除去された後の処理後信号である。アレー出力ｄ（ｎ）は、処理後信号ｄ１（ｎ），…，ｄＭ（ｎ）の総和である。
ｄ（ｎ）＝ｘ（ｎ）−ｕ（ｎ）  …（１４）
【００３６】
図５は、信号処理装置１０による処理の流れの一例を示すフローチャートである。アレーアンテナ２による信号の受信が行われると、特定部１１は、不要信号の到来方向θｐを特定する（ステップＳ１）。生成部１２は、特定部１１により特定された到来方向θｐからの不要信号の複製（広帯域不要信号ｕｐ（ｎ））を生成する（ステップＳ２）。生成部１２は、特定部１１により特定された全ての到来方向からの不要信号の複製（広帯域不要信号ｕｐ（ｎ））を生成したか否か判定する（ステップＳ３）。全ての到来方向からの不要信号の複製（広帯域不要信号ｕｐ（ｎ））を生成していないと判定された場合（ステップＳ３；ＮＯ）、信号処理装置１０の処理は、ステップＳ２に移行する。一方、全ての到来方向からの不要信号の複製（広帯域不要信号ｕｐ（ｎ））を生成したと判定された場合（ステップＳ３；ＹＥＳ）、生成部１２は、生成された不要信号の総和である複製信号ｕ（ｎ）を生成する（ステップＳ４）。除去部１３は、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍにより受信されたオリジナル信号ｘ（ｎ）から複製信号ｕ（ｎ）を除去する（ステップＳ５）。ステップＳ５にて、除去部１３は、例えば図３に示すように、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの各々による受信信号ｘ１（ｎ），ｘ２（ｎ），…，ｘＭ（ｎ）の各々から複製信号ｕ（ｎ）を除去する。
【００３７】
以上のように、第１実施例によれば、アレーアンテナ２が受信した信号（オリジナル信号ｘ（ｎ））から信号に含まれる不要信号の到来方向θｐを特定し、到来方向θｐの信号（広帯域不要信号ｕｐ（ｎ））に基づいて不要信号を複製（複製信号ｕ（ｎ））し、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの各々により受信された信号（受信信号ｘ１（ｎ），ｘ２（ｎ），…，ｘＭ（ｎ））から複製した不要信号（複製信号ｕ（ｎ））に対応する信号を除去する。このため、複数のアンテナ素子２１，２２，…，２Ｍの各々により受信された信号から不要信号を除去することができ、除去後の信号は検出対象の信号になる。このように、第１実施例によれば、より確実に検出対象の信号を抽出することができる。
【第２実施例】
【００３８】
図６は、第２実施例における複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍの各々により受信された信号に対する信号処理装置１０の各構成による処理の模式図である。第２実施例における特定部１１は、複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍのうち一部のアンテナ素子（例えばアンテナ素子２ａ，２ｄ）が受信した信号により生じる電力の大小に基づいて不要信号の到来方向θｐを特定する。具体的には、狭帯域処理部１１Ａは、例えば図６に示すように、複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍのうち、一部のアンテナ素子２ａ，２ｄに狭帯域処理を施して、到来方向推定部１１Ｂに渡す。第２実施例における特定部１１は、不要信号の到来方向θｐの特定に用いるアンテナ素子を複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍのうち一部のアンテナ素子（例えばアンテナ素子２ａ，２ｄ）にする点を除いて、上記の第１実施例における特定部１１と同様の構成である。
【００３９】
また、第２実施例における生成部１２は、複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍのうち一部のアンテナ素子（例えばアンテナ素子２ｂ，２ｃ）により受信された信号に基づいて複製信号ｕ（ｎ）を生成する。具体的には、不要信号受信部１２Ａは、例えば図６に示すように、複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍのうち、一部のアンテナ素子２ｂ，２ｃによるビームフォーミングを行って、広帯域不要信号ｕｐ（ｎ）を受信する。第２実施例における生成部１２は、不要信号の到来方向θｐの特定に用いるアンテナ素子を複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍのうち一部のアンテナ素子（例えばアンテナ素子２ｂ，２ｃ）にする点を除いて、上記の第１実施例における生成部１２と同様の構成である。また、第２実施例における除去部１３は、上記の第１実施例における除去部１３と同様の構成である。
【００４０】
生成部１２は、特定手段により特定された到来方向θｐが複数の方向である場合に、一つの到来方向から到来する不要信号の複製信号ｕ（ｎ）を生成するために用いられる信号の取得原として機能するアンテナ素子を到来方向毎に設定するようにしてもよい。具体的には、例えば不要信号の到来方向θｐが複数の方向である場合に、仮に全てのアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍの利得を一つの方向に向けるビームフォーミングを行うと、複数の方向の各々に対応する不要信号の複製処理を同時に行うことができないことになる。よって、不要信号の到来方向θｐが複数の方向（例えば二方向）である場合、生成部１２は、例えば複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍのうち、一部のアンテナ素子（例えばアンテナ素子２ｂ，２ｃ）の利得を一つの方向に向けるビームフォーミングを行う。また、生成部１２は、当該一部のアンテナ素子（例えばアンテナ素子２ｂ，２ｃ）以外の複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍの一部又は全部の利得を他の一つの方向に向けるビームフォーミングを行う。このように、生成部１２は、複製信号ｕ（ｎ）を生成するために用いられる広帯域不要信号ｕｐ（ｎ）の取得原として機能するアンテナ素子を到来方向θｐの数に応じて到来方向毎に設定する。これによって、複数の到来方向から到来する不要信号に対する処理を並行して行うことができる。生成部１２は、アレーアンテナ２が有する複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍの数から１を減じた数を上限として、複製信号ｕ（ｎ）の生成処理を並行して行うことができる。
【００４１】
図６に示す処理後信号ｄ１（ｎ），ｄａ（ｎ），ｄｂ（ｎ），ｄｃ（ｎ），ｄｄ（ｎ），…，ｄＭ（ｎ）は、複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍによる受信信号ｘ１（ｎ），ｘａ（ｎ），ｘｂ（ｎ），ｘｃ（ｎ），ｘｄ（ｎ），…，ｘＭ（ｎ）から複製信号ｕ（ｎ）が除去された後の処理後信号である。アレー出力ｄ（ｎ）は、処理後信号ｄ１（ｎ），ｄａ（ｎ），ｄｂ（ｎ），ｄｃ（ｎ），ｄｄ（ｎ），…，ｄＭ（ｎ）の総和である。
【００４２】
以上のように、第２実施例によれば、第１実施例の効果に加えて、この構成によれば、不要信号の複製信号ｕ（ｎ）を生成するために用いられるアンテナ素子の数をより少なくすることができる。このため、複製信号ｕ（ｎ）の生成に係る処理負荷をより低減することができる。また、複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍのうち一部のアンテナ素子の受信結果が他の多くのアンテナ素子の受信結果から例外的に逸脱した場合に、当該一部のアンテナ素子を複製信号ｕ（ｎ）の生成に用いないようにすることで、不要信号の複製の精度をより高めることができる。
【００４３】
また、複数の到来方向から到来する不要信号の各々の複製処理を並行して行うことができる。このため、複数の到来方向から到来する不要信号に対する処理を同時に行うことができることから、時間効率により優れた不要信号の複製処理を行うことができる。このように、第２実施例によれば、検出対象の信号を得るための不要信号の除去をより効率的に行うことができる。
【００４４】
また、不要信号の到来方向θｐを特定するために用いられるアンテナ素子の数をより少なくすることができる。このため、不要信号の到来方向θｐの特定に係る処理負荷をより低減することができる。また、複数のアンテナ素子２１，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍのうち一部のアンテナ素子の受信結果が他の多くのアンテナ素子の受信結果から例外的に逸脱した場合に、当該一部のアンテナ素子を不要信号の到来方向θｐの特定に用いないようにすることで、特定の精度をより高めることができる。
【第３実施例】
【００４５】
図７は、第３実施例における生成部１２による不要信号の生成処理の模式図である。第３実施例における生成部１２は、到来方向θｐからの信号の周波数帯に複数の中心周波数を設定して中心周波数毎に複製信号（狭帯域不要信号ｕｐ２（ｎ），…，ｕｐＱ（ｎ））を生成する。具体的には、生成部１２は、不要信号受信部１２Ａと、位相回転部１２Ｂと、合算部１２Ｃに加えて、さらに分割部１２Ｄとして機能する。分割部１２Ｄは、例えば図７に示すように、不要信号受信部１２Ａにより受信された不要信号の到来方向θｐに対応する不要信号の複製である広帯域不要信号ｕｐ（ｎ）に対して、複数のバンドパスフィルタ５１，５２，…，５Ｑによる狭帯域処理を施す。複数のバンドパスフィルタ５１，５２，…，５Ｑの各々の中心周波数は、それぞれ異なる中心周波数ｆ１，ｆ２，…，ｆＱである。生成部１２は、バンドパスフィルタの数に応じて広帯域不要信号ｕｐ（ｎ）を複製し、複製された複数の広帯域不要信号ｕｐ（ｎ）に対してそれぞれ異なるバンドパスフィルタ５１，５２，…，５Ｑによる狭帯域処理を施す。すなわち分割部１２Ｄは、広帯域不要信号ｕｐ（ｎ）に対して複数のバンドパスフィルタ５１，５２，…，５Ｑによる狭帯域処理を施すことで、バンドパスフィルタ毎の中心周波数に対応した狭帯域不要信号ｕｐ１（ｎ），ｕｐ２（ｎ），…，ｕｐＱ（ｎ）を複数のバンドパスフィルタ５１，５２，…，５Ｑの数だけ生成する。
【００４６】
位相回転部１２Ｂは、複数のバンドパスフィルタ５１，５２，…，５Ｑにより狭帯域処理が施された複数の狭帯域不要信号ｕｐ１（ｎ），ｕｐ２（ｎ），…，ｕｐＱ（ｎ）の各々に対して、各々の中心周波数に対応した位相回転処理を施す。具体的には、位相回転部１２Ｂは、例えば図７に示すように、中心周波数ｆ１のバンドパスフィルタにより狭帯域処理が施された狭帯域不要信号ｕｐ１（ｎ）に対して、ａ（θｐ，ｆ１）の複素ベクトルを用いて位相回転処理を施す第１回転部６１として機能する。位相回転部１２Ｂは、他の中心周波数に対応する狭帯域不要信号ｕｐ２（ｎ），…，ｕｐＱ（ｎ）に対しても同様に、ａ（θｐ，ｆ２），…，ａ（θｐ，ｆＱ）の複素ベクトルを用いて位相回転処理を施す第２回転部６２，…，第Ｑ回転部６Ｑとして機能する。このように、第３実施例における生成部１２は、到来方向θｐからの信号の周波数帯に対して、例えば複数のバンドパスフィルタ５１，５２，…，５Ｑを用いて、複数の中心周波数を設定して中心周波数毎に複製信号（狭帯域不要信号ｕｐ２（ｎ），…，ｕｐＱ（ｎ））を生成する。
【００４７】
第３実施例における特定部１１及び除去部１３は、第１実施例又は第２実施例と同様である。すなわち、第２実施例と第３実施例を組み合わせてもよい。
【００４８】
以上のように、第３実施例によれば、第１実施例の効果に加えて、中心周波数毎に複製信号を生成することで、不要信号の複製の精度をより高めることができる。このため、不要信号が除去された信号の精度をより高めることができる。このように、第３実施例によれば、より確実に検出対象の信号を抽出することができる。
【００４９】
上記の実施例はあくまで一例であり、その具体的内容について適宜変更可能である。例えば、広帯域不要信号ｕｐ（ｎ）は、理想的には到来方向θｐから到来する広帯域不要信号に等しいが、実際の広帯域不要信号ｕｐ（ｎ）は、物理的制約等により、到来方向θｐから飛来する広帯域不要信号に完全に等しい信号にならない場合があり得る。このため、例えば係る制約を考慮し、抽出された広帯域不要信号ｕｐ（ｎ）に補正等を加えてより高い精度で広帯域不要信号を複製することができるようにしてもよい。
【００５０】
上記の実施例において特定部１１の到来方向推定部１１Ｂが採用しているＭＵＳＩＣ法及び生成部１２の不要信号受信部１２Ａが採用しているＭＶＤＲビームフォーマは、不要信号の到来方向θｐの特定及び不要信号の複製のための信号抽出の具体的方法の一例であって、これに限られるものでない。本発明は、不要信号の到来方向θｐの特定及び不要信号の複製のための信号抽出に用いることができる他の手法を特定部１１及び生成部１２にて採用することができる。
【００５１】
上記の実施例では、信号処理装置１０は、ソフトウェア・プログラムを利用したコンピューター処理により特定部１１等の機能を実現しているが、これらの機能の一部又は全部を専用のハードウェアによって実現してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１      受信システム
２      アレーアンテナ
２１，２２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…，２Ｍ  アンテナ素子
３      アレーウェイト
１０    信号処理装置
１１    特定部
１１Ａ  狭帯域処理部
１１Ｂ  到来方向推定部
１２    生成部
１２Ａ  不要信号受信部
１２Ｂ  位相回転部
１２Ｃ  合算部
１２Ｄ  分割部
１３    除去部
３０    記憶部
３１    信号処理プログラム
４０    演算部
５１，５２，…，５Ｑ  バンドパスフィルタ
６１    第１回転部
６２    第２回転部
６Ｑ    第Ｑ回転部
ｄ（ｎ），ｚ（ｎ）  アレー出力
ｄ１（ｎ），ｄａ（ｎ），ｄｂ（ｎ），ｄｃ（ｎ），ｄｄ（ｎ），…，ｄＭ（ｎ）  処理後信号
ｕ（ｎ）  複製信号
ｕｐ（ｎ）  広帯域不要信号
ｕｐ１（ｎ），ｕｐ２（ｎ），…，ｕｐＱ（ｎ）  狭帯域不要信号
ｗ１，ｗ２，…，ｗＭ  ウェイト
ｘ（ｎ）  オリジナル信号
ｘ１（ｎ），ｘ２（ｎ），…，ｘＭ（ｎ）  受信信号
ｙ１（ｎ），…，ｙＭ（ｎ）  狭帯域受信信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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