(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の素子アンテナを含んでいるサブアレーアンテナが複数並べられているアレーアンテナと、
前記アレーアンテナからビームが送信されない期間であるリスニング期間中に、前記複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号と、前記リスニング期間が終了した後の前記ビームが送信される期間であるビーム送信期間中に、前記複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号とから、前記リスニング期間における妨害波の到来方向と前記ビーム送信期間における妨害波の到来方向との変化であるヌルずれを推定するヌルずれ推定部と、
前記ヌルずれ推定部により推定されたヌルずれに基づいて、前記ビーム送信期間中に、前記複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号に対する重み係数として、前記ヌルずれを補償する補償ウェイトを算出する補償ウェイト算出部と、
前記ビーム送信期間中に、前記複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号に前記補償ウェイト算出部により算出された補償ウェイトを乗算し、補償ウェイト乗算後の複数の信号を合成するビーム形成部と
を備えたアダプティブアレーアンテナ装置。
【請求項２】
前記ヌルずれ推定部は、
前記リスニング期間中に、前記複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号から、前記妨害波の相関行列を算出する第１の相関行列算出部と、
前記ビームのメインビーム方向を走査するためのウェイト拘束ベクトルと、前記第１の相関行列算出部により算出された妨害波の相関行列とを用いて、前記妨害波のスキャン方向を走査するためのウェイトベクトルを算出するベクトル算出部と、
前記ビーム送信期間中に、前記複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号から、前記アレーアンテナの受信信号の相関行列を算出する第２の相関行列算出部と、
前記ベクトル算出部により算出されたウェイトベクトルと、前記第２の相関行列算出部により算出された受信信号の相関行列とを用いて、前記ヌルの推定に用いる評価関数を算出する評価関数算出部と、
前記評価関数算出部により算出された評価関数を用いて、前記ヌルずれを推定するヌルずれ推定処理部とを備えていることを特徴とする請求項１記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
【請求項３】
前記ベクトル算出部は、前記メインビーム方向と前記スキャン方向の差による行路差位相成分を対角項に有する対角行列と、前記ウェイト拘束ベクトルと、前記第１の相関行列算出部により算出された妨害波の相関行列とを乗算することで、前記ウェイトベクトルを算出することを特徴とする請求項２記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
【請求項４】
前記補償ウェイト算出部は、
前記ヌルずれ推定処理部により推定されたヌルずれから、ヌル幅を設定する行列であるＣＭＴ行列を算出するＣＭＴ行列算出部と、
前記ＣＭＴ行列算出部により算出されたＣＭＴ行列と前記第１の相関行列算出部により算出された妨害波の相関行列とから、前記ヌルずれを補償する補償ウェイトを算出するウェイト算出処理部とを備えていることを特徴とする請求項２記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
【請求項５】
前記補償ウェイト算出部は、
前記ヌルずれ推定処理部により推定されたヌルずれと前記第１の相関行列算出部により算出された妨害波の相関行列と前記ウェイト拘束ベクトルとから、前記ヌルずれを補償する補償ウェイトを算出するウェイト算出処理部を備えていることを特徴とする請求項２記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号に重み係数を乗算し、重み係数乗算後の複数の信号を合成するアダプティブアレーアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、例えば、航空機などのプラットフォームに搭載され、妨害波が到来する環境下で運用されることがある。
レーダ装置が備えるアンテナ装置は、複数のサブアレーアンテナが並べられているアレーアンテナによってアダプティブビームを形成する。
このとき、アンテナ装置は、アレーアンテナの受信信号に含まれている妨害波を抑圧して、観測対象の目標に係る目標信号のＳＪＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｊａｍｍｉｎｇ  ａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を改善するために、妨害波の到来方向にヌルが形成されるように、アダプティブウェイトを決定する。アダプティブウェイトは、複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信される複数の信号に対する重み係数である。【０００３】
アンテナ装置によるアダプティブウェイトの決定は、例えば、以下の方法で行われる。
まず、アンテナ装置は、アレーアンテナから送信されるビームを一時的に止めて、ビームが送信されない期間であるリスニング期間中に、複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号を妨害波の信号として取得する。
次に、アンテナ装置は、取得した妨害波の信号から、妨害波の到来方向にヌルが形成されるように、アダプティブウェイトを決定する。【０００４】
アンテナ装置を備えるレーダ装置が陸上の基地などに設置されていて、レーダ装置が移動しない場合には、妨害波の発信源が移動していなければ、妨害波の到来方向は変化しない。
しかし、アンテナ装置を備えるレーダ装置又は妨害波の発信源が移動している場合には、妨害波の到来方向が変化する。
このため、アンテナ装置が、リスニング期間中に、妨害波の到来方向にヌルが形成されるアダプティブウェイトを決定しても、アレーアンテナからビームの送信が再開されるまでの僅かな時間中に、妨害波の到来方向が変化する。
即ち、リスニング期間における妨害波の到来方向と、リスニング期間が終了した後に、ビームが送信される期間であるビーム送信期間における妨害波の到来方向とが、異なる方向になってしまう。【０００５】
妨害波の到来方向の変化に伴って、リスニング期間中に決定したアダプティブウェイトによって形成されるヌルの方向と、ビーム送信期間における妨害波の実際の到来方向との間にずれ（以下、「ヌルずれ」と称する）が生じる。
ヌルずれが生じることで、アンテナ装置による妨害波の抑圧性能が劣化するため、レーダ装置による目標の検出性能が劣化する。
以下の非特許文献１には、ヌルずれの影響を回避するため、リスニング期間中に決定したアダプティブウェイトによって形成されるヌルの幅を広げる処理を行うアンテナ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J. R. Guerci, “Theory and application of covariance matrix tapers for robust adaptive beamforming,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 47, no. 4, pp. 977-985, Apr 1999.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のアンテナ装置は、アダプティブウェイトによって形成されたヌルの幅を広げる処理を実施しているが、妨害波の到来方向の変化に基づいて、ヌル幅の拡張幅を適正に設定するものではない。このため、妨害波の到来方向が、広げられたヌル幅を超えるような大きな変化を生じる場合がある。このように、妨害波の到来方向の変化が大きい場合、アレーアンテナの受信信号に含まれている妨害波を抑圧することができなくなるという課題があった。【０００８】
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、妨害波の到来方向が大きく変化しても、アレーアンテナの受信信号に含まれている妨害波を抑圧することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るアンテナ装置は、１つ以上の素子アンテナを含んでいるサブアレーアンテナが複数並べられているアレーアンテナと、アレーアンテナからビームが送信されない期間であるリスニング期間中に、複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号と、リスニング期間が終了した後のビームが送信される期間であるビーム送信期間中に、複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号とから、リスニング期間における妨害波の到来方向とビーム送信期間における妨害波の到来方向との変化であるヌルずれを推定するヌルずれ推定部と、ヌルずれ推定部により推定されたヌルずれに基づいて、ビーム送信期間中に、複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号に対する重み係数として、ヌルずれを補償する補償ウェイトを算出する補償ウェイト算出部とを設け、ビーム形成部が、ビーム送信期間中に、複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号に補償ウェイト算出部により算出された補償ウェイトを乗算し、補償ウェイト乗算後の複数の信号を合成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、リスニング期間中に、複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号と、ビーム送信期間中に、複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号とから、リスニング期間における妨害波の到来方向とビーム送信期間における妨害波の到来方向との変化であるヌルずれを推定するヌルずれ推定部を設け、補償ウェイト算出部が、ヌルずれ推定部により推定されたヌルずれに基づいて、ビーム送信期間中に、複数のサブアレーアンテナによりそれぞれ受信された複数の信号に対する重み係数として、ヌルずれを補償する補償ウェイトを算出するように構成したので、妨害波の到来方向が大きく変化しても、アレーアンテナの受信信号に含まれている妨害波を抑圧することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１によるアダプティブアレーアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるアダプティブアレーアンテナ装置の信号処理装置２を示すハードウェア構成図である。
【図３】信号処理装置２がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるアダプティブアレーアンテナ装置のヌルずれ推定部１１を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるアダプティブアレーアンテナ装置の補償ウェイト算出部１２を示す構成図である。
【図６】信号処理装置２がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２によるアダプティブアレーアンテナ装置の補償ウェイト算出部１２を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるアダプティブアレーアンテナ装置を示す構成図である。
図２は、この発明の実施の形態１によるアダプティブアレーアンテナ装置の信号処理装置２を示すハードウェア構成図である。
図１及び図２において、アレーアンテナ１は、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）が並べられているアンテナである。
サブアレーアンテナ１−ｍは、少なくとも１つ以上の素子アンテナを含んでいるアンテナである。
【００１４】
信号処理装置２は、ヌルずれ推定部１１、補償ウェイト算出部１２及びビーム形成部１３を備えており、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍによりそれぞれ受信された複数の信号に重み係数を乗算して、重み係数乗算後の複数の信号を合成する装置である。
図１では、図面の簡単化のため、サブアレーアンテナ１−ｍにより受信された信号を検波する受信機及び受信機の受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する変換器などを省略しているが、実際には、受信機及び変換器などを備えている。
このため、ヌルずれ推定部１１及びビーム形成部１３には、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍにより受信された信号に対応するデジタル受信信号が与えられる。
図１では、Ｍ個のデジタル受信信号を含んでいる受信信号ベクトルが表記されている。
【００１５】
ヌルずれ推定部１１は、例えば図２に示すヌルずれ推定回路２１で実現される。
ヌルずれ推定部１１は、アレーアンテナ１からビームが送信されない期間であるリスニング期間中に、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍによりそれぞれ受信されたＭ個の信号に対応するＭ個のデジタル受信信号を取得する。
また、ヌルずれ推定部１１は、リスニング期間が終了した後のビームが送信される期間であるビーム送信期間中に、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍによりそれぞれ受信されたＭ個の信号に対応するＭ個のデジタル受信信号を取得する。
ヌルずれ推定部１１は、リスニング期間中のＭ個のデジタル受信信号と、ビーム送信期間中のＭ個のデジタル受信信号とから、リスニング期間における妨害波の到来方向とビーム送信期間における妨害波の到来方向との変化であるヌルずれを推定する処理を実施する。
なお、ビーム送信期間には、アレーアンテナ１がビームを送信する期間のほか、アレーアンテナ１がビームを受信する期間が含まれている。
【００１６】
補償ウェイト算出部１２は、例えば図２に示す補償ウェイト算出回路２２で実現される。
補償ウェイト算出部１２は、ヌルずれ推定部１１により推定されたヌルずれに基づいて、ビーム送信期間中に、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍによりそれぞれ受信されたＭ個の信号に対応するＭ個のデジタル受信信号に対する重み係数として、ヌルずれを補償する補償ウェイトを算出する処理を実施する。
【００１７】
ビーム形成部１３は、例えば図２に示すビーム形成回路２３で実現される。
ビーム形成部１３は、Ｍ個の乗算器１４−ｍ及び加算器１５を備えており、ビーム送信期間中に、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍによりそれぞれ受信されたＭ個の信号に対応するＭ個のデジタル受信信号に補償ウェイト算出部１２により算出された補償ウェイトを乗算し、補償ウェイト乗算後のＭ個のデジタル受信信号を合成する処理を実施する。
乗算器１４−ｍは、ビーム送信期間中に、サブアレーアンテナ１−ｍにより受信された信号に対応するデジタル受信信号に補償ウェイト算出部１２により算出された補償ウェイトを乗算し、補償ウェイト乗算後のデジタル受信信号を加算器１５に出力する。
加算器１５は、Ｍ個の乗算器１４−ｍからそれぞれ出力されたＭ個の補償ウェイト乗算後のデジタル受信信号を合成し、合成後のデジタル受信信号を受信ビームとして出力する。
【００１８】
図１では、信号処理装置２の構成要素であるヌルずれ推定部１１、補償ウェイト算出部１２及びビーム形成部１３のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェアで実現されるものを想定している。即ち、ヌルずれ推定回路２１、補償ウェイト算出回路２２及びビーム形成回路２３で実現されるものを想定している。
ヌルずれ推定回路２１、補償ウェイト算出回路２２及びビーム形成回路２３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものが該当する。
【００１９】
ただし、信号処理装置２の構成要素は、専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、信号処理装置２がソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などが該当する。
【００２０】
図３は、信号処理装置２がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
信号処理装置２がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合、ヌルずれ推定部１１、補償ウェイト算出部１２及びビーム形成部１３の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムをコンピュータのメモリ３１に格納し、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図６は、信号処理装置２がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合の処理手順を示すフローチャートである。
なお、コンピュータのメモリ３１は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒy）などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などが該当する。
【００２１】
図４は、この発明の実施の形態１によるアダプティブアレーアンテナ装置のヌルずれ推定部１１を示す構成図である。
図４において、第１の相関行列算出部４１は、リスニング期間中に、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍによりそれぞれ受信されたＭ個の信号に対応するＭ個のデジタル受信信号から、妨害波の相関行列を算出する処理を実施する。
【００２２】
ベクトル算出部４２は、ビームのメインビーム方向を走査するためのウェイト拘束ベクトルと、第１の相関行列算出部４１により算出された妨害波の相関行列とを用いて、妨害波のスキャン方向を走査するためのウェイトベクトルを算出する処理を実施する。
即ち、ベクトル算出部４２は、メインビーム方向とスキャン方向の差による行路差位相成分を対角項に有する対角行列と、ウェイト拘束ベクトルと、第１の相関行列算出部４１により算出された妨害波の相関行列とを乗算することで、ウェイトベクトルを算出する処理を実施する。
第２の相関行列算出部４３は、ビーム送信期間中に、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍによりそれぞれ受信されたＭ個の信号に対応するＭ個のデジタル受信信号から、アレーアンテナ１の受信信号の相関行列を算出する処理を実施する。
【００２３】
評価関数算出部４４は、ベクトル算出部４２により算出されたウェイトベクトルと、第２の相関行列算出部４３により算出された受信信号の相関行列とを用いて、ヌルずれの推定に用いる評価関数を算出する処理を実施する。
ヌルずれ推定処理部４５は、評価関数算出部４４により算出された評価関数を用いて、ヌルずれを推定する処理を実施する。
【００２４】
図５は、この発明の実施の形態１によるアダプティブアレーアンテナ装置の補償ウェイト算出部１２を示す構成図である。
図５において、ＣＭＴ行列算出部５１は、ヌルずれ推定部１１のヌルずれ推定処理部４５により推定されたヌルずれから、ヌル幅を設定する行列であるＣＭＴ（Ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｔａｐｅｒ）行列を算出する処理を実施する。
ウェイト算出処理部５２は、補償型相関行列算出部５３及び補償型ウェイト算出部５４を備えている。
ウェイト算出処理部５２は、ＣＭＴ行列算出部５１により算出されたＣＭＴ行列と、ヌルずれ推定部１１の第１の相関行列算出部４１により算出された妨害波の相関行列とから、ヌルずれを補償する補償ウェイトを算出する処理を実施する。
【００２５】
補償型相関行列算出部５３は、ＣＭＴ行列算出部５１により算出されたＣＭＴ行列と、ヌルずれ推定部１１の第１の相関行列算出部４１により算出された妨害波の相関行列とから、ヌルずれ補償型相関行列を算出する処理を実施する。
補償型ウェイト算出部５４は、ウェイト拘束ベクトルと補償型相関行列算出部５３により算出されたヌルずれ補償型相関行列とから、ヌルずれを補償する補償ウェイトを算出する処理を実施する。
【００２６】
次に動作について説明する。
まず、信号処理装置２は、アレーアンテナ１から送信されるビームを一時的に止めて、ビームが送信されない期間であるリスニング期間中に、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）によりそれぞれ受信されたＭ個の信号を妨害波の信号として取得する。
信号処理装置２は、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍによりそれぞれ受信されたＭ個の信号を検波し、検波したＭ個の信号のそれぞれをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
信号処理装置２のヌルずれ推定部１１及びビーム形成部１３には、変換されたＭ個のデジタル信号であるデジタル受信信号を含んでいる受信信号ベクトルが与えられる。
【００２７】
リスニング期間中においては、以下の式（１）に示す受信信号ベクトルｘ０（ｔ）がヌルずれ推定部１１及びビーム形成部１３に与えられる。
0006573745.tif 000002
式（１）において、ｔは時刻、ａＪ（ｕ０（ｋ））は、第ｋ番目の妨害波の到来方向ｕ０（ｋ）＝［ｕ０（ｋ），ｖ０（ｋ）］Ｔに対するステアリングベクトルである。Ｔは転置を示す記号である。
ｊｋ（ｔ）は、第ｋ番目の妨害波の複素振幅、ｎ０（ｔ）は、受信機雑音ベクトルである。
【００２８】
ヌルずれ推定部１１の第１の相関行列算出部４１は、リスニング期間中の受信信号ベクトルｘ０（ｔ）が与えられると、以下の式（２）に示すように、リスニング期間中の受信信号ベクトルｘ０（ｔ）から、妨害波の相関行列Ｒ０を算出する（図６のステップＳＴ１）。
0006573745.tif 000003
式（２）において、Ｅ［・］は、・に関するアンサンブル平均を示す記号である。Ｈは、エルミート転置を示す記号である。
式（２）では、リスニング期間における異なる時刻ｔの有限個数の受信信号ベクトルｘ０（ｔ）を用いている。
第１の相関行列算出部４１は、算出した妨害波の相関行列Ｒ０をベクトル算出部４２及び補償ウェイト算出部１２の補償型相関行列算出部５３に出力する。
【００２９】
ベクトル算出部４２は、妨害波のスキャン方向ｕを取得し、スキャン方向ｕとメインビーム方向ｕｓの差による行路差位相成分を対角項に有する対角行列Ｄ（ｕ−ｕｓ）を求める。
メインビーム方向ｕｓは、リスニング期間が終了した後のビーム送信期間中に、アレーアンテナ１から送信されるビームにおけるメインビームの方向である。
また、ベクトル算出部４２は、リスニング期間が終了した後のビーム送信期間中に、アレーアンテナ１から送信されるビームのメインビーム方向ｕｓを走査するためのウェイト拘束ベクトルａ（ｕｓ）を取得する。
【００３０】
ベクトル算出部４２は、以下の式（３）に示すように、対角行列Ｄ（ｕ−ｕｓ）と、ウェイト拘束ベクトルａ（ｕｓ）と、第１の相関行列算出部４１から出力された妨害波の相関行列Ｒ０とを乗算することで、妨害波のスキャン方向ｕを走査するためのウェイトベクトルｗ（ｕ）を算出する（図６のステップＳＴ２）。
0006573745.tif 000004
式（３）において、αは、事前に設定された規格化係数である。
ベクトル算出部４２は、算出したウェイトベクトルｗ（ｕ）を評価関数算出部４４に出力する。
なお、ベクトル算出部４２により算出されるウェイトベクトルｗ（ｕ）は、妨害波の到来方向ｕ０（ｋ）にヌルを形成するためのベクトルであり、メインビーム方向ｕｓにおけるウェイトベクトルｗ（ｕｓ）＝αＲ０−１ａ（ｕｓ）を妨害波のスキャン方向ｕに走査するウェイトベクトルに相当する。
【００３１】
リスニング期間が終了した後のビーム送信期間中においては、以下の式（４）に示す受信信号ベクトルｘ（ｔ）がヌルずれ推定部１１及びビーム形成部１３に与えられる。
0006573745.tif 000005
式（４）において、ｓ（ｔ）は目標信号、ａｓは、目標信号ｓ（ｔ）の到来方向に対するステアリングベクトル、ｎ（ｔ）は、受信機雑音ベクトルであり、受信機雑音ベクトルｎ（ｔ）の特性は、リスニング期間における受信機雑音ベクトルｎ０（ｔ）の特性と同じである。
ｕ０（ｋ）＋δｕｋは、ビーム送信期間における第ｋ番目の妨害波の到来方向であり、リスニング期間における第ｋ番目の妨害波の到来方向とずれている。
δｕｋ＝［δｕｋ，δｖｋ］Ｔは、ビーム送信期間における第ｋ番目の妨害波の到来方向と、リスニング期間における第ｋ番目の妨害波の到来方向とのずれである。
【００３２】
ヌルずれ推定部１１の第２の相関行列算出部４３は、リスニング期間が終了した後のビーム送信期間中の受信信号ベクトルｘ（ｔ）が与えられると、以下の式（５）に示すように、ビーム送信期間中の受信信号ベクトルｘ（ｔ）から、アレーアンテナ１の受信信号の相関行列Ｒｘを算出する（図６のステップＳＴ３）。
0006573745.tif 000006
第２の相関行列算出部４３は、算出した受信信号の相関行列Ｒｘを評価関数算出部４４に出力する。
【００３３】
ヌルずれ推定部１１の評価関数算出部４４は、ベクトル算出部４２から出力されたウェイトベクトルｗ（ｕ）と、第２の相関行列算出部４３から出力された受信信号の相関行列Ｒｘとを用いて、以下の式（６）に示すように、ヌルずれの推定に用いる評価関数Ｐ（ｕ）を算出する（図６のステップＳＴ４）。
0006573745.tif 000007
式（６）の分母であるｗＨ（ｕ）Ｒｘｗ（ｕ）は、ウェイトベクトルｗ（ｕ）によるビームの走査出力電力である。
ウェイトベクトルｗ（ｕ）は、上述したように、メインビーム方向ｕｓにおけるウェイトベクトルｗ（ｕｓ）を妨害波のスキャン方向ｕに走査するためのウェイトベクトルであるため、ウェイトベクトルｗ（ｕ）により形成される妨害波の到来方向ｕに対するヌルもスキャンされる。
【００３４】
よって、ウェイトベクトルｗ（ｕ）は、スキャン方向ｕがｕｓ＋δｕｋであれば、ｕ０（ｋ）＋δｕｋの方向にヌルを形成する。
このヌルを形成する方向ｕ０（ｋ）＋δｕｋは、受信信号の相関行列Ｒｘに含まれている第ｋ番目の妨害波の到来方向ｕ０（ｋ）＋δｕｋと一致するので、ｗＨ（ｕｓ＋δｕｋ）Ｒｘｗ（ｕｓ＋δｕｋ）に含まれている第ｋ番目の妨害波の電力が最小化される。
したがって、評価関数算出部４４により算出される評価関数Ｐ（ｕ）は、スキャン方向ｕ＝ｕｓ＋δｕｋにおいて、関数値がピークを示し、ピークの関数値に対応するｕであるδｕｋがヌルずれの候補となる。
ヌルずれの候補は、合計Ｋ個存在しているので、Ｋ個の候補の中で、関数値が最大の候補がヌルずれの推定値δｕハットとなる。明細書の文章中では、電子出願の都合上、文字の上に“＾”の記号を付することができないので、「δｕハット」のように表記している。
評価関数算出部４４は、算出した評価関数Ｐ（ｕ）をヌルずれ推定処理部４５に出力する。
【００３５】
ヌルずれ推定部１１のヌルずれ推定処理部４５は、評価関数算出部４４から出力された評価関数Ｐ（ｕ）を用いて、ヌルずれを推定し、ヌルずれの推定値δｕハットを補償ウェイト算出部１２に出力する（図６のステップＳＴ５）。
【００３６】
ここで、第ｋ番目の妨害波の電力は最小化されるが、受信信号の相関行列Ｒｘに含まれている目標信号の電力及び第ｋ番目以外の妨害波の電力は依然残留している。
ヌルずれの推定値δｕハットを算出する際、ｗＨ（ｕｓ＋δｕｋ）Ｒｘｗ（ｕｓ＋δｕｋ）に含まれている目標信号の電力は、不要電力であるから、事前に目標信号の電力を低減することができれば、評価関数Ｐ（ｕ）を用いるヌルずれの推定精度が向上する。
そのため、ベクトル算出部４２は、式（３）の代わりに、以下の式（７）によって、妨害波のスキャン方向ｕを走査するためのウェイトベクトルｗ（ｕ）を算出するようにしてもよい。
0006573745.tif 000008
式（７）において、ＤΔは、差ビーム形成用のテーパを対角項に有する対角行列である。
ｗ（ｕ）は、妨害波の到来方向ｕ及びメインビーム方向ｕｓにヌルを形成するウェイトベクトルである。
メインビーム方向ｕｓにヌルを形成するため、メインビーム方向ｕｓの近傍から到来する目標信号は抑圧され、ｗＨ（ｕｓ＋δｕｋ）Ｒｘｗ（ｕｓ＋δｕｋ）に含まれている目標信号の電力が低減される。
【００３７】
ここまでの説明では、リスニング期間における第ｋ番目の妨害波の到来方向と、ビーム送信期間における第ｋ番目の妨害波の到来方向とのずれをδｕｋ＝［δｕｋ，δｖｋ］Ｔとしているが、Ｋ個の妨害波によるずれの違いが無視できる程小さい場合には、ずれをδｕ＝［δｕ，δｖ］Ｔとして扱うようにしてもよい。
この場合、評価関数Ｐ（ｕ）は、スキャン方向ｕ＝ｕｓ＋δｕにおいて、関数値がピークを示すので、ピークの関数値に対応するｕであるδｕがヌルずれの候補となり、ピークの関数値に対応するｕであるδｕがヌルずれの推定値δｕハットとなる。
【００３８】
補償ウェイト算出部１２のＣＭＴ行列算出部５１は、ヌルずれ推定部１１のヌルずれ推定処理部４５から出力されたヌルずれの推定値δｕハットを受けると、以下の式（８）に示すように、ヌルずれの推定値δｕハットを用いて、ヌル幅を設定するＣＭＴ行列ＴＣＭＴを算出する（図６のステップＳＴ６）。
0006573745.tif 000009
式（８）において、ｉ，ｊは行列要素番号であり、ｉ＝１，２，・・・，Ｍ、ｊ＝１，２，・・・，Ｍである。
式（８）では、第ｍ番目のサブアレーアンテナ１−ｍの座標をＰｍ＝［ｘｋ，ｙｋ］Ｔとし、Δｘｉｊ及びΔｙｉｊは、それぞれ相対座標である。
Δｘｉｊ＝ｘｉ−ｘｊであり、Δｙｉｊ＝ｙｉ−ｙｊである。λは送信波長である。
式（８）では、ＣＭＴ行列ＴＣＭＴによる設定ヌル幅をΔｕ＝［Δｕ，Δｖ］Ｔとしている。
ＣＭＴ行列ＴＣＭＴによる設定ヌル幅Δｕは、ヌルずれの推定値δｕハットに基づいて、以下の式（９）のように決定される。
0006573745.tif 000010
式（９）において、ｋｕ，ｋｖは、任意の係数であり、ヌルずれの推定値δｕハットと関係なく、ビーム形成で用いるテーパに応じて事前に設定される値である。
ＣＭＴ行列算出部５１は、算出したＣＭＴ行列ＴＣＭＴを補償型相関行列算出部５３に出力する。
【００３９】
補償ウェイト算出部１２の補償型相関行列算出部５３は、以下の式（１０）に示すように、ＣＭＴ行列算出部５１から出力されたＣＭＴ行列ＴＣＭＴと、ヌルずれ推定部１１の第１の相関行列算出部４１から出力された妨害波の相関行列Ｒ０とから、ヌルずれ補償型相関行列Ｒを算出する（図６のステップＳＴ７）。
0006573745.tif 000011
式（１０）において、二重丸の記号は、ＣＭＴ行列ＴＣＭＴと妨害波の相関行列Ｒ０との行列要素同士の乗算を行うアダマール積を示す記号である。
補償型相関行列算出部５３は、算出したヌルずれ補償型相関行列Ｒを補償型ウェイト算出部５４に出力する。
【００４０】
補償ウェイト算出部１２の補償型ウェイト算出部５４は、リスニング期間が終了した後のビーム送信期間中に、アレーアンテナ１から送信されるビームのメインビーム方向ｕｓを走査するためのウェイト拘束ベクトルａ（ｕｓ）を取得する。
補償型ウェイト算出部５４は、以下の式（１１）に示すように、ウェイト拘束ベクトルａ（ｕｓ）と補償型相関行列算出部５３から出力されたヌルずれ補償型相関行列Ｒとを用いて、ヌルずれを補償する補償ウェイトを示す補償ウェイトベクトルｗＡを算出する（図６のステップＳＴ８）。
0006573745.tif 000012
式（１１）において、βは規格化係数である。
補償型ウェイト算出部５４は、算出した補償ウェイトベクトルｗＡをビーム形成部１３に出力する。
【００４１】
ビーム形成部１３は、リスニング期間が終了した後のビーム送信期間中の受信信号ベクトルｘ（ｔ）が与えられると、以下の式（１２）に示すように、受信信号ベクトルｘ（ｔ）に補償ウェイトベクトルｗＡを乗算し、補償ウェイト乗算後の受信信号ベクトルｘ（ｔ）を合成することで、受信ビームｙ（ｔ）を算出する（図６のステップＳＴ９）。
0006573745.tif 000013
【００４２】
即ち、ビーム形成部１３におけるＭ個の乗算器１４−ｍは、受信信号ベクトルｘ（ｔ）に含まれているサブアレーアンテナ１−ｍに係るデジタル受信信号に、補償ウェイトベクトルｗＡに含まれているサブアレーアンテナ１−ｍに係る補償ウェイトを乗算し、補償ウェイト乗算後のデジタル受信信号を加算器１５に出力する。
ビーム形成部１３の加算器１５は、Ｍ個の乗算器１４−ｍからそれぞれ出力されたＭ個のデジタル受信信号を合成し、合成後のデジタル受信信号を受信ビームｙ（ｔ）として出力する。
受信信号ベクトルｘ（ｔ）に補償ウェイトベクトルｗＡが乗算されているので、受信ビームｙ（ｔ）には、妨害波の到来方向ｕ０を中心として、設定ヌル幅がΔｕのヌルが形成されている。
【００４３】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、リスニング期間中に、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍによりそれぞれ受信された複数の信号と、ビーム送信期間中に、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍによりそれぞれ受信された複数の信号とから、リスニング期間における妨害波の到来方向とビーム送信期間における妨害波の到来方向との変化であるヌルずれを推定するヌルずれ推定部１１を設け、補償ウェイト算出部１２が、ヌルずれ推定部１１により推定されたヌルずれに基づいて、ビーム送信期間中に、Ｍ個のサブアレーアンテナ１−ｍによりそれぞれ受信された複数の信号に対する重み係数として、ヌルずれを補償する補償ウェイトを算出するように構成したので、妨害波の到来方向が大きく変化しても、アレーアンテナ１の受信信号に含まれている妨害波を抑圧することができる効果を奏する。
【００４４】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、補償ウェイト算出部１２が、ＣＭＴ行列算出部５１を備え、ＣＭＴ行列算出部５１により算出されたＣＭＴ行列ＴＣＭＴを用いて、ヌルずれを補償する補償ウェイトを示す補償ウェイトベクトルｗＡを算出する例を示している。
この実施の形態２では、補償ウェイト算出部１２が、ＣＭＴ行列ＴＣＭＴを用いずに、ヌルずれを補償する補償ウェイトを示す補償ウェイトベクトルｗＡを算出する例を説明する。
【００４５】
図７は、この発明の実施の形態２によるアダプティブアレーアンテナ装置の補償ウェイト算出部１２を示す構成図である。図７において、図５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。
ウェイト算出処理部５５は、補償型相関行列算出部５６及び補償型ウェイト算出部５４を備えている。
補償型相関行列算出部５６は、ヌルずれ推定部１１のヌルずれ推定処理部４５により推定されたヌルずれと、ヌルずれ推定部１１の第１の相関行列算出部４１により算出された妨害波の相関行列とから、ヌルずれ補償型相関行列を算出する処理を実施する。
【００４６】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、リスニング期間における第ｋ番目の妨害波の到来方向と、ビーム送信期間における第ｋ番目の妨害波の到来方向とのずれをδｕｋ＝［δｕｋ，δｖｋ］Ｔとしている。
この実施の形態２では、Ｋ個の妨害波のずれの違いが無視できる程に小さい場合を想定し、ずれをδｕ＝［δｕ，δｖ］Ｔとして扱う例を説明する。
【００４７】
このため、この実施の形態２では、リスニング期間が終了した後のビーム送信期間中においては、以下の式（１３）に示す受信信号ベクトルｘ（ｔ）がヌルずれ推定部１１及びビーム形成部１３に与えられる。
0006573745.tif 000014
式（１３）において、ｕ０（ｋ）＋δｕは、ビーム送信期間における第ｋ番目の妨害波の到来方向であり、リスニング期間における第ｋ番目の妨害波の到来方向とずれている。
【００４８】
ヌルずれ推定部１１の第２の相関行列算出部４３は、式（１３）に示すビーム送信期間中の受信信号ベクトルｘ（ｔ）が与えられると、上記実施の形態１と同様に、ビーム送信期間中の受信信号ベクトルｘ（ｔ）から、アレーアンテナ１の受信信号の相関行列Ｒｘを算出する。
第２の相関行列算出部４３は、算出した受信信号の相関行列Ｒｘを評価関数算出部４４に出力する。
【００４９】
ヌルずれ推定部１１の評価関数算出部４４は、ベクトル算出部４２から出力されたウェイトベクトルｗ（ｕ）と、第２の相関行列算出部４３から出力された受信信号の相関行列Ｒｘとを用いて、上記実施の形態１と同様に、ヌルずれの推定に用いる評価関数Ｐ（ｕ）を算出する。
式（６）の分母であるｗＨ（ｕ）Ｒｘｗ（ｕ）は、ウェイトベクトルｗ（ｕ）によるビームの走査出力電力である。
ウェイトベクトルｗ（ｕ）は、上述したように、メインビーム方向ｕｓにおけるウェイトベクトルｗ（ｕｓ）を妨害波のスキャン方向ｕに走査するためのウェイトベクトルであるため、ウェイトベクトルｗ（ｕ）により形成される妨害波の到来方向ｕに対するヌルもスキャンされる。
【００５０】
よって、ウェイトベクトルｗ（ｕ）は、スキャン方向ｕがｕｓ＋δｕであれば、ｕ０（ｋ）＋δｕの方向にヌルを形成する。
このヌルを形成する方向ｕ０（ｋ）＋δｕは、受信信号の相関行列Ｒｘに含まれている第ｋ番目の妨害波の到来方向ｕ０（ｋ）＋δｕと一致するので、ｗＨ（ｕｓ＋δｕ）Ｒｘｗ（ｕｓ＋δｕ）に含まれている第ｋ番目の妨害波の電力が最小化される。
したがって、評価関数算出部４４により算出される評価関数Ｐ（ｕ）は、スキャン方向ｕ＝ｕｓ＋δｕにおいて、関数値がピークを示し、ピークの関数値に対応するｕであるδｕがヌルずれの推定値δｕハットとなる。
評価関数算出部４４は、算出した評価関数Ｐ（ｕ）をヌルずれ推定処理部４５に出力する。
【００５１】
ヌルずれ推定部１１のヌルずれ推定処理部４５は、上記実施の形態１と同様に、評価関数算出部４４から出力された評価関数Ｐ（ｕ）を用いて、ヌルずれを推定し、ヌルずれの推定値δｕハットを補償ウェイト算出部１２に出力する。
【００５２】
補償ウェイト算出部１２の補償型相関行列算出部５６は、ヌルずれ推定部１１のヌルずれ推定処理部４５から出力されたヌルずれの推定値δｕハットと、第１の相関行列算出部４１から出力された妨害波の相関行列Ｒ０とから、ヌルずれ補償型相関行列Ｒ０’を算出する。
補償型相関行列算出部５６は、算出したヌルずれ補償型相関行列Ｒ０’を補償型ウェイト算出部５４に出力する。
【００５３】
ここで、第１の相関行列算出部４１により算出される妨害波の相関行列Ｒ０は、以下の式（１４）のように表すことができる。
0006573745.tif 000015
式（１４）において、Ａ０は、Ｋ個のステアリングベクトルａＪ（ｕ０（ｋ））を並べた行列、Ｊはｊｋ（ｔ）の相関行列、σ２は受信機雑音電力である。
一方、ビーム送信期間中の妨害波の相関行列Ｒ０’は、以下の式（１５）のように表すことができる。ビーム送信期間中の妨害波の相関行列Ｒ０’は、ヌルずれ補償型相関行列に相当する。
0006573745.tif 000016
式（１５）において、Ａ０’は、Ｋ個のステアリングベクトルａＪ（ｕ０（ｋ）＋δｕ）を並べた行列である。
【００５４】
このとき、ずれδｕによる行路差位相成分を対角項に有する対角行列をＤ（δｕ）とすれば、以下の式（１６）が成立する。
0006573745.tif 000017
よって、式（１５）は、以下の式（１７）のように表すことができる。
0006573745.tif 000018
式（１７）の関係より、ヌルずれの推定値δｕハットと、妨害波の相関行列Ｒ０とから、ヌルずれ補償型相関行列として、以下の式（１８）のようにＲ０’を算出することができる。
0006573745.tif 000019
【００５５】
補償ウェイト算出部１２の補償型ウェイト算出部５４は、リスニング期間が終了した後のビーム送信期間中に、アレーアンテナ１から送信されるビームのメインビーム方向ｕｓを走査するためのウェイト拘束ベクトルａ（ｕｓ）を取得する。
補償型ウェイト算出部５４は、以下の式（１９）に示すように、ウェイト拘束ベクトルａ（ｕｓ）と補償型相関行列算出部５３から出力されたヌルずれ補償型相関行列Ｒ０’とを用いて、ヌルずれを補償する補償ウェイトを示す補償ウェイトベクトルｗＡを算出する。
0006573745.tif 000020
補償型ウェイト算出部５４は、算出した補償ウェイトベクトルｗＡをビーム形成部１３に出力する。
【００５６】
ビーム形成部１３は、リスニング期間が終了した後のビーム送信期間中の受信信号ベクトルｘ（ｔ）が与えられると、上記実施の形態１と同様に、受信信号ベクトルｘ（ｔ）に補償ウェイトベクトルｗＡを乗算し、補償ウェイト乗算後の受信信号ベクトルｘ（ｔ）を合成することで、受信ビームｙ（ｔ）を算出する。
受信信号ベクトルｘ（ｔ）に補償ウェイトベクトルｗＡが乗算されているので、受信ビームｙ（ｔ）には、妨害波の到来方向ｕ０を中心として、設定ヌル幅がΔｕのヌルが形成されている。
【００５７】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様に、妨害波の到来方向が大きく変化しても、アレーアンテナ１の受信信号に含まれている妨害波を抑圧することができる効果を奏する。
【００５８】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
この発明は、複数のサブアレーアンテナにより受信された複数の信号に重み係数を乗算し、重み係数乗算後の複数の信号を合成するアダプティブアレーアンテナ装置に適している。
【符号の説明】
【００６０】
１  アレーアンテナ、１−１〜１−Ｍ  サブアレーアンテナ、２  信号処理装置、１１  ヌルずれ推定部、１２  補償ウェイト算出部、１３  ビーム形成部、１４−１〜１４−Ｍ  乗算器、１５  加算器、２１  ヌルずれ推定回路、２２  補償ウェイト算出回路、２３  ビーム形成回路、３１  メモリ、３２  プロセッサ、４１  第１の相関行列算出部、４２  ベクトル算出部、４３  第２の相関行列算出部、４４  評価関数算出部、５１  ＣＭＴ行列算出部、５２  ウェイト算出処理部、５３  補償型相関行列算出部、５４  補償型ウェイト算出部、５５  ウェイト算出処理部、５６  補償型相関行列算出部。
【図１】
0006573745.tif 000021
【図２】
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【図３】
0006573745.tif 000023
【図４】
0006573745.tif 000024
【図５】
0006573745.tif 000025
【図６】
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【図７】
0006573745.tif 000027