(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未知の電波源から送出された電波を受信する複数の素子アンテナと、
前記素子アンテナにより受信された電波を復調して、前記電波の受信信号を出力する複数の受信機と、
前記複数の受信機から出力された受信信号と前記複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、前記電波源に対する各探索方位のスコアとして、前記電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出する方位評価関数算出部と、
スコア係数が設定されるスコア算出係数設定部と、
複数回の前記方位評価関数算出部による方位評価関数の算出に対し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に、前記方位評価関数算出部により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定し、前記ピーク値より前記スコア算出係数設定部により設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、当該方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと前記閾値を比較して、スコアが前記閾値以上の探索方位を特定し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げるスコア算出部と、
前記スコア算出部により積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから前記電波源の方位候補を特定する方位候補特定部と
を備えた測角装置。
【請求項２】
未知の電波源から送出された電波を受信する複数の素子アンテナと、
前記素子アンテナにより受信された電波を復調して、前記電波の受信信号を出力する複数の受信機と、
前記複数の受信機から出力された受信信号と前記複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、前記電波源に対する各探索方位のスコアとして、前記電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出する方位評価関数算出部と、
前記方位評価関数算出部により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定して、前記複数の探索方位のスコアを前記ピーク値で規格化し、前記スコアを規格化した方位評価関数を出力する規格化部と、
スコア係数が設定されるスコア算出係数設定部と、
複数回の前記方位評価関数算出部による方位評価関数の算出に対し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に、前記規格化部により規格化された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアの規格化されたピーク値を特定し、前記規格化されたピーク値より前記スコア算出係数設定部により設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、前記規格部により規格化された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと前記閾値を比較して、規格化されたスコアが前記閾値以上の探索方位を特定し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に特定した探索方位の規格化されたスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げるスコア算出部と、
前記スコア算出部により積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから前記電波源の方位候補を特定する方位候補特定部と
を備えた測角装置。
【請求項３】
前記方位候補特定部により電波源の方位候補が特定される毎に、当該方位候補を記憶し、その記憶した方位候補の遷移から、前記電波源の方位を推定する方位推定部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の測角装置。
【請求項４】
複数の素子アンテナが、未知の電波源から送出された電波を受信し、
複数の受信機が、前記素子アンテナにより受信された電波を復調して、前記電波の受信信号を出力し、
方位評価関数算出部が、前記複数の受信機から出力された受信信号と前記複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、前記電波源に対する各探索方位のスコアとして、前記電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出し、
スコア算出部が、複数回の前記方位評価関数算出部による方位評価関数の算出に対し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に、前記方位評価関数算出部により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定し、前記ピーク値より設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、当該方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと前記閾値を比較して、スコアが前記閾値以上の探索方位を特定し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げ、
方位候補特定部が、前記スコア算出部により積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから前記電波源の方位候補を特定する
測角方法。
【請求項５】
未知の電波源から送出された電波を複数の素子アンテナが受信する電波受信ステップと、
電波受信ステップにて前記複数の素子アンテナが受信した電波を受信信号として出力する信号受信処理ステップと、
信号受信処理ステップにて出力された前記複数の素子アンテナに対応する受信信号と前記複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、前記電波源に対する各探索方位のスコアとして、前記電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出する方位評価関数算出ステップと、
前記方位評価関数算出ステップにより算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定して、前記複数の探索方位のスコアを前記ピーク値で規格化し、前記スコアを規格化した方位評価関数を得る規格化ステップと、
複数回の前記方位評価関数算出ステップによる方位評価関数の算出に対し、前記方位評価関数算出ステップにより方位評価関数が算出される毎に、前記規格化ステップにより規格化された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアの規格化されたピーク値を特定し、前記規格化されたピーク値より設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、前記規格化ステップにより規格化された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと前記閾値を比較して、スコアが前記閾値以上の探索方位を特定し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げるスコア算出ステップと、
前記スコア算出ステップにより積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから前記電波源の方位候補を特定する方位候補特定ステップと
を備えた測角装置が実行する測角方法。
【請求項６】
複数の素子アンテナが、未知の電波源から送出された電波を受信し、複数の受信機が、前記素子アンテナにより受信された電波を復調して、前記電波の受信信号を出力すると、前記受信信号から、前記電波源の方位候補を特定する際にコンピュータが実行する測角プログラムであり、
前記複数の受信機から出力された受信信号と前記複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、前記電波源に対する各探索方位のスコアとして、前記電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出する方位評価関数算出処理手順と、
前記方位評価関数算出処理手順による複数回の方位評価関数の算出に対し、前記方位評価関数算出処理手順によって方位評価関数が算出される毎に、前記方位評価関数算出処理手順により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定し、前記ピーク値より設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、当該方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと前記閾値を比較して、スコアが前記閾値以上の探索方位を特定し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げるスコア算出処理手順と、
前記スコア算出処理手順によって積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから前記電波源の方位候補を特定する方位候補特定処理手順と
が記述されている測角プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、未知の電波源から送出された電波の到来方向を測角する測角装置、測角方法及び測角プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１には、未知の電波源から送出された電波を受信する複数の素子アンテナと、素子アンテナにより受信された電波を復調して、その電波の受信信号を出力する複数の受信機と、ＭＵＳＩＣ法などの測角アルゴリズムを実施することで、複数の受信機より出力された受信信号から、電波の到来方位を推定するデータ処理部とを備えた測位装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７３０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の測角装置は以上のように構成されているので、アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合、未知の電波源から送出された電波の到来方向を測角できなくなることがあるという課題があった。
近年、アレーアンテナの小型・軽量・広帯域化が求められており、小型・軽量・広帯域化を優先すると、複数の素子アンテナのアンテナパターンの電気的特性を均一に維持することが難しくなる。このため、アレーパターンにリップルが生じてしまうことがある。
【０００５】
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、複数の素子アンテナのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合でも、未知の電波源の方位を測角することができる測角装置、測角方法及び測角プログラムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る測角装置は、未知の電波源から送出された電波を受信する複数の素子アンテナと、素子アンテナにより受信された電波を復調して、その電波の受信信号を出力する複数の受信機と、複数の受信機から出力された受信信号と複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、電波源に対する各探索方位のスコアとして、電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出する方位評価関数算出部と、スコア係数が設定されるスコア算出係数設定部と、複数回の方位評価関数算出部による方位評価関数の算出に対し、方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に、方位評価関数算出部により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定し、ピーク値よりスコア算出係数設定部により設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、当該方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと設定された閾値を比較して、スコアが閾値以上の探索方位を特定し、その特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして複数回分積み上げるスコア算出部とを設け、方位候補特定部が、スコア算出部により積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから電波源の方位候補を特定するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、複数回の方位評価関数算出部による方位評価関数の算出に対し、方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に、方位評価関数算出部により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定し、ピーク値よりスコア算出係数設定部により設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、当該方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと設定された閾値を比較して、スコアが閾値以上の探索方位を特定し、その特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして複数回分積み上げるスコア算出部を設け、方位候補特定部が、スコア算出部により積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから電波源の方位候補を特定するように構成したので、複数の素子アンテナのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合でも、未知の電波源の方位を測角することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による測角装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による測角装置の方探信号処理部１４を示す構成図である。
【図３】測角装置の方探信号処理部１４（または方位推定部１５）がコンピュータで構成される場合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による測角装置の方探信号処理部１４の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】８本の素子アンテナ１１−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，８）が円形のアレーアンテナを構成し、移動目標１の方位角θを測角する例を示す説明図である。
【図６】素子アンテナ１１−１〜１１−８のアンテナパターンを示す説明図である。
【図７】方位評価関数算出部２２により算出されたビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の一例を示す説明図である。
【図８】測角装置の円形アレーが理想的なアレーパターンを有している場合の円周上の振幅パターン及び位相パターンを示す説明図である。
【図９】測角装置の円形アレーがリップルが生じているアレーパターンを有している場合の円周上の振幅パターン及び位相パターンを示す説明図である。
【図１０】独立試行の試行回数を１０回として、１番目から９番目の独立試行の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を時系列順に並べたものを示す説明図である。
【図１１】１０回の独立試行に対する方位推定値を示す説明図である。
【図１２】１０回の独立試行における方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を示す説明図である。
【図１３】独立試行実行部２０のスコア算出部２３により設定された閾値Ｔｈを示す説明図である。
【図１４】独立試行の試行回数を１０回として、１番目から９番目の独立試行の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のスコアを時系列順に並べたものを示す説明図である。
【図１５】全１０回の独立試行終了後の獲得スコアを示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態２による測角装置を示す構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態２による測角装置の方位推定部１５を示す構成図である。
【図１８】この発明の実施の形態２による測角装置の方位推定部１５の処理内容を示すフローチャートである。
【図１９】観測周期ｑ（ｑ＝１，２，３）が増える毎に、移動目標１の真の方位が２６２°→２６１°→２６０°のように移動している場合の独立試行回数１００回に対する獲得スコアの一例を示す説明図である。
【図２０】この発明の実施の形態３による測角装置の方探信号処理部１４を示す構成図である。
【図２１】全１０回の独立試行終了後の獲得スコアを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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、添付の図面にしたがって説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による測角装置を示す構成図である。
図１において、移動目標１は未知の電波源であり、図１の測位装置の測角対象である。図１では、移動目標１が飛行機である例を示しており、移動目標１から電波２が送出されている。ただし、移動目標１は、飛行機に限るものではなく、例えば、人工衛星、船舶、車両などでもよい。
アレーアンテナ１１はＭ本の素子アンテナ１１−１，１１−２，・・・，１１−Ｍから構成されており、移動目標１から送出された電波２を受信する。
図１では、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍを直線のリニアアレー状に配置している例を示しているが、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍの配置はリニアアレー状の配置に限るものではなく、例えば、円形アレーの配置や他の任意の配置でも構わない。
【００１１】
受信機１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）は素子アンテナ１１−ｍにより受信された電波に対する一般的な信号受信処理を実施することで、その電波の受信信号ｘｍ（ｔ）を出力する。
信号受信処理としては、例えば、素子アンテナ１１−ｍにより受信された電波の周波数を中間周波数に変換する周波数変換処理、その電波を検波する復調処理、検波された電波をデジタル化するＡ／Ｄ変換処理などが考えられる。
なお、受信機１２−１〜１２−Ｍから出力される受信信号ｘ１（ｔ）〜ｘＭ（ｔ）はデジタル信号であり、ベクトルで表記すると［ｘ１（ｔ）  ｘ２（ｔ）  …  ｘＭ（ｔ）］Ｔのように表される。
ここで、ｔは電波の観測時刻であり、右肩のＴは行列やベクトルの転置を表す記号である。
【００１２】
素子アンテナパターン記憶部１３は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターン（振幅と位相）を記憶している。
この実施の形態１では、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンは、測角装置を実運用する際に事前に電波暗室で計測されているものとする。あるいは、計算機によってシミュレーションされているものとする。
方探信号処理部１４は素子アンテナ１１−１を位相基準とする電波２の等位相面が、アレー構成面となす角θに応じて生じる素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍの位相差と、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍの振幅パターンとを用いて、受信機１２−１〜１２−Ｍより出力される受信信号ｘ１（ｔ）〜ｘＭ（ｔ）から、未知の電波源である移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎを特定する処理を実施する。
明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字の上に「＾」の記号を付することができないので、θハットのように表記している。
【００１３】
図２はこの発明の実施の形態１による測角装置の方探信号処理部１４を示す構成図である。
図２において、独立試行実行部２０は共分散行列生成部２１、方位評価関数算出部２２及びスコア算出部２３から構成されており、移動目標１に対する各探索方位θの獲得スコアを算出する処理を実施する。
共分散行列生成部２１は受信機１２−１〜１２−Ｍから受信信号ｘ１（ｔ）〜ｘＭ（ｔ）が出力される毎に、当該受信信号ｘ１（ｔ）〜ｘＭ（ｔ）から共分散行列Ｒを算出する処理を実施する。
【００１４】
方位評価関数算出部２２は素子アンテナパターン記憶部１３に記憶されている素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンから、電波２のサーチ用のステアリングベクトルａ（θｋ）を構成し、そのステアリングベクトルａ（θｋ）と共分散行列生成部２１により算出された共分散行列Ｒを用いて、ビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出する処理を実施する。方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）は、移動目標１に対する各探索方位θｋのスコアとして、移動目標１が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す関数である。言い換えると、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）は、移動目標１が存在している方位に近い探索方位ほど、大きなスコアを示す関数である。
【００１５】
スコア算出部２３はスコア算出係数設定部２４から出力されたスコア係数ｕを入力し、方位評価関数算出部２２により方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が算出される毎に、当該方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す複数の探索方位のスコアのピーク値を特定し、そのピーク値よりスコア係数ｕだけ低いスコアを閾値Ｔｈに設定する処理を実施する。
また、スコア算出部２３は方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す複数の探索方位のスコアと閾値Ｔｈを比較して、スコアが閾値Ｔｈ以上の探索方位を特定し、その特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げる処理を実施する。
スコア算出係数設定部２４は事前にスコア係数ｕが設定され、そのスコア係数ｕをスコア算出部２３に出力する。この実施の形態１では、説明の便宜上、スコア係数ｕが０．５［ｄＢ］に設定されているものとする。
【００１６】
スコアピーク検出部２５はスコア算出部２３により算出された複数の探索方位の獲得スコアの中から、予め設定された獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出する処理を実施する。
方位推定値候補抽出部２６はスコアピーク検出部２５により検出された獲得スコアに対応する探索方位を、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして出力する処理を実施する。なお、スコアピーク検出部２５及び方位推定値候補抽出部２６から方位候補特定部が構成されている。
【００１７】
図２の例では、方探信号処理部１４の構成要素である独立試行実行部２０、スコア算出係数設定部２４、スコアピーク検出部２５及び方位推定値候補抽出部２６のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。専用のハードウェアとしては、例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、方探信号処理部１４は、コンピュータで構成されていているものであってもよい。
図３は測角装置の方探信号処理部１４がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
方探信号処理部１４がコンピュータで構成される場合、独立試行実行部２０、スコア算出係数設定部２４、スコアピーク検出部２５及び方位推定値候補抽出部２６の処理内容を記述している測角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に格納されている測角プログラムを実行するようにすればよい。
図４はこの発明の実施の形態１による測角装置の方探信号処理部１４の処理内容を示すフローチャートである。
【００１８】
次に動作について説明する。
アレーアンテナ１１を構成している素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍは、移動目標１から送出された電波２を受信する。
受信機１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）は、素子アンテナ１１−ｍが電波２を受信すると、その電波に対する一般的な信号受信処理を実施することで、その電波の受信信号ｘｍ（ｔ）を出力する。
これにより、方探信号処理部１４には、受信機１２−１〜１２−Ｍから受信信号ベクトル［ｘ１（ｔ）  ｘ２（ｔ）  …  ｘＭ（ｔ）］Ｔが与えられる。
【００１９】
方探信号処理部１４は、測角アルゴリズムの１つであるビームフォーマ法を実施することで、受信信号ベクトル［ｘ１（ｔ）  ｘ２（ｔ）  …  ｘＭ（ｔ）］Ｔから、未知の電波源である移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎを特定する。
以下、方探信号処理部１４による方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎの特定処理を具体的に説明する。
この実施の形態１では、方探信号処理部１４が、測角アルゴリズムとして、ビームフォーマ法を実施する例を説明するが、例えば、ＭＵＳＩＣ法、最尤推定法、ＥＳＰＲＩＴアルゴリズムなどの他の測角アルゴリズムを実施するようにしてもよい。他の測角アルゴリズムを実施する場合でも、後述する方位評価関数の算出方法がビームフォーマ法と異なるだけであり、電波２の到来方位を推定する際に、方位評価関数のピークを検出する処理についてはビームフォーマ法と同一である。
【００２０】
方探信号処理部１４の独立試行実行部２０は、Ｊ回の独立試行を実行するため、独立試行の試行回数を示す変数ｊを１に初期設定するとともに、ビームフォーマ法の方位評価関数の獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）として、下記の式（１）に示すように、各探索方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）を０に初期化する（図４のステップＳＴ１）。
明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字の上に「〜」の記号を付することができないので、Ｐチルダのように表記している。
0006482372.tif 000002
【００２１】
また、独立試行実行部２０は、電波２を探索する空間方位である探索方位と、各探索方位に対する方位インデックスｋを定義し、その方位インデックスｋをｋｓｔａｒｔに初期設定する（ステップＳＴ２）。
電波２を一次元サーチする場合、例えば、θ＝０°〜１８０°の空間方位を１°ステップに分割してサーチすることを想定すると、各方位に対する方位インデックスｋは、ｋｓｔａｒｔ＝０°、ｋｓｔａｒｔ＋１＝１°、・・・、ｋｅｎｄ＝１８０°のように定義される。
また、電波２を二次元サーチする場合、例えば、方位θ＝０°〜３６０°を１°ステップに分割し、仰角φ＝０°〜９０°を１°ステップに分割してサーチすることを想定すると、各方位・仰角に対するインデックスｋは、ｋｓｔａｒｔ「θ＝０°、φ＝0°」、ｋｓｔａｒｔ＋１「θ＝１°、φ＝0°」、・・・、ｋ３６１「θ＝３６０°、φ＝０°」、ｋ３６２「θ＝０°、φ＝１°」、・・・、ｋｅｎｄ「θ＝３６０°、φ＝９０°」のように定義される。
これらのサーチ次元やサーチ方位の分割は、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の計算の細かさに依存するのみであって、測角アルゴリズム本体には計算負荷以外の支障を与えないため、これ以上の具体的な説明は省略する。
【００２２】
独立試行実行部２０の共分散行列生成部２１は、受信機１２−１〜１２−Ｍから受信信号ベクトル［ｘ１（ｔ）  ｘ２（ｔ）  …  ｘＭ（ｔ）］Ｔを受けると、下記の式（２）に示すように、その受信信号ベクトル［ｘ１（ｔ）  ｘ２（ｔ）  …  ｘＭ（ｔ）］Ｔから共分散行列Ｒを算出する（ステップＳＴ３）。
0006482372.tif 000003
式（２）において、ＳＮＡＰはスナップショット数を示している。式（２）は観測時刻ｔのＡ／Ｄサンプルデータである受信信号ベクトルをＳＮＡＰ数分だけ積分して最終的に平均化することを示している。右肩のＨは、行列やベクトルの複素共役転置を表す記号である。
後で説明するが、ＳＮＡＰ数分のＡ／Ｄサンプルデータを用いて、１つの方位推定値θハットを出力する過程を１独立試行と定義する。したがって、次の独立試行を行う際は、ｔ＝ＳＮＡＰ＋１からのＳＮＡＰ数分のＡ／Ｄサンプルデータを用いて、式（２）の演算を行うことで、共分散行列Ｒを算出することになる。
【００２３】
独立試行実行部２０の方位評価関数算出部２２は、共分散行列生成部２１が共分散行列Ｒを算出すると、素子アンテナパターン記憶部１３から素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンを読み出し、そのアンテナパターンを用いて、下記の式（３）（４）に示すように、サーチ用のステアリングベクトルａ（θｋ）を構成する（ステップＳＴ４）。
ａｍ（θｋ）＝Ａｍ（θｋ）×ｅｘｐ（ｊφｍ（θｋ））  （３）
ａ（θｋ）＝［ａ１（θｋ）  ａ２（θｋ）  …  ａＭ−１（θｋ）  ａＭ（θｋ）］Ｔ                          （４）
式（３）において、Ａｍ（θｋ）は素子アンテナ１１−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）の方位θｋに対する振幅、φｍ（θｋ）は素子アンテナ１１−ｍの方位θｋに対する位相であり、Ａｍ（θｋ）及びφｍ（θｋ）は素子アンテナ１１−ｍのアンテナパターンから得られる。
【００２４】
方位評価関数算出部２２は、サーチ用のステアリングベクトルａ（θｋ）を構成すると、そのステアリングベクトルａ（θｋ）と共分散行列生成部２１により算出された共分散行列Ｒを用いて、下記の式（５）に示すように、ビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出する（ステップＳＴ５）。
0006482372.tif 000004
【００２５】
独立試行実行部２０は、ビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出すると、方位インデックスｋがｋｅｎｄに到達（ｋ＝ｋｅｎｄ）したか否か判定する（ステップＳＴ６）。
まだ、方位インデックスｋがｋｅｎｄに到達していなければ（ステップＳＴ６：ＮOの場合）、独立試行実行部２０が方位インデックスｋを１インクリメントして（ステップＳＴ７）、ステップＳＴ３〜ＳＴ６の処理を繰り返し実施する。
一方、全ての方位インデックスｋｓｔａｒｔ〜ｋｅｎｄに対して方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出することで、方位インデックスｋがｋｅｎｄに到達していれば（ステップＳＴ６：ＹＥＳの場合）、ステップＳＴ８の処理に移行する。
【００２６】
この実施の形態１では、詳細は後述するが、独立試行実行部２０のスコア算出部２３が、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す探索方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアと閾値Ｔｈを比較して、スコアが閾値Ｔｈ以上の探索方位θを特定するとともに、その特定した探索方位θのスコアを探索方位θの獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）として積み上げる処理を実施したのち、スコアピーク検出部２５が、積み上げられた獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）の中から、予め設定された獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出し、方位推定値候補抽出部２６が、スコアピーク検出部２５により検出された獲得スコアに対応する方位を、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして出力することを特徴としている。
従来の一般的な測位装置では、スコア算出部２３に相当する処理部が設けられていない。このため、探索方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄにおいて、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が最大となる方位θｍａｘを特定して、その方位θｍａｘを移動目標１の方位の推定値θハットとして出力するようにしている。
単に、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が最大となる方位θｍａｘを移動目標１の方位の推定値θハットとして出力する場合、アレーアンテナを構成している素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合、移動目標１の方位の推定精度が劣化してしまうことがある。以下、方位の推定精度が劣化する理由を説明する。
【００２７】
近年、電波環境として、使用周波数の広帯域化や過密化を図りたいという要求がある。また、移動プラットフォームに設置されている測角装置が、違法な電波源を方探できるようにしたいという要求がある。これらの要求から、アレーアンテナの小型・軽量・広帯域化が求められている。
素子アンテナのアンテナパターンを設計する上で、アレーアンテナの小型・軽量・広帯域化を優先すると、複数の素子アンテナのアンテナパターンの電気的特性を均一に維持することが難しくなる。このため、アレーパターンにリップルが生じてしまうことがあり、下記に示すような現象が発生する。
【００２８】
図５は８本の素子アンテナ１１−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，８）が円形のアレーアンテナを構成し、移動目標１の方位角θを測角する例を示す説明図である。
このときの素子アンテナ１１−１〜１１−８は、図６に示すようなアンテナパターンを有していると仮定する。
図６に示している素子アンテナのアンテナパターンは、円周上で均一ではなく、ピークやヌルなどが細かく繰り返す複雑なリップルを持っている。
方位評価関数算出部２２は、上述したように、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンを用いて、サーチ用のステアリングベクトルａ（θｋ）を構成し、そのステアリングベクトルａ（θｋ）と共分散行列生成部２１により算出された共分散行列Ｒを用いて、ビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出するが、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンが、図６に示すアンテナパターンのように複雑なリップルを有しているために、アレーパターンにリップルが生じている場合、その方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）は、ノイズ状に激しく乱れたものとなる。
【００２９】
図７は方位評価関数算出部２２により算出されたビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の一例を示す説明図である。
特に図７（ａ）は、複数の素子アンテナ１１−ｍのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を示しており、ノイズ状に激しく乱れたものとなっている。
図７（ｂ）は、複数の素子アンテナ１１−ｍのアンテナパターンが均一であって、アレーパターンにリップルが生じていない理想的な状態である場合の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を示している。
この方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の算出においては、受信機１２−ｍのノイズとして、移動目標１から送出される電波２と比較して、−１０ｄＢのガウスランダムノイズを加えている。
方位評価関数算出部２２により算出された方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が、図７（ａ）のようにノイズ状に激しく乱れている場合、その方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のピークを検出する際、ある既定のスレッショルドを設定しても、そのスレッショルドを超えるピークが多数発生してしまうため、移動目標１の方位候補が多数現れてしまうという現象が発生する。
【００３０】
図８は測角装置の円形アレーが理想的なアレーパターンを有している場合の円周上の振幅パターン及び位相パターンを示す説明図である。
図９は測角装置の円形アレーがリップルが生じているアレーパターンを有している場合の円周上の振幅パターン及び位相パターンを示す説明図である。
図８に示すように、円周上の振幅パターンが均一であり、位相変化が方位に対して規則的に変化する場合、各素子アンテナ１１−ｍにおける振幅×位相の値を並べたステアリングベクトルは全方位に対して一意に決まる。
これに対して、図９に示すように、円周上の振幅パターンが乱れ、位相変化が方位に対して不規則的に変化する場合、各素子アンテナ１１−ｍにおける振幅×位相の値を並べたステアリングベクトルが同一になる方位が複数発生してしまう現象が発生する。
このような現象が発生すると、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）上では同じ値を取るため、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のピークの中で、そのピークに対応する方位が移動目標１の真の方位であるのかを判定することができないという測角装置の機能・性能上の問題につながる。
【００３１】
仮に、図７（ａ）に示す方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の乱れが、−１０ｄＢのガウスランダムノイズが受信機１２−ｍのノイズとして加えられたことが原因であるとすれば、複数の独立試行を実行して、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の平均値を取れば、上記の問題はいくらか緩和されるはずである。
図１０は独立試行の試行回数を１０回として、１番目から９番目の独立試行の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を時系列順に並べたものを示す説明図である。
図１０を詳しく見ると、各独立試行の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）は、ガウスランダムノイズの影響で微妙に変化するが、大局的には大きく変化せず、どの独立試行においても、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のピークが多数発生している。
したがって、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のピークを検出する際、ある既定のスレッショルドを設定しても、そのスレッショルドを超えるピークが多数発生してしまうため、移動目標１の方位候補が多数現れて、移動目標１の方位候補を一点に定めることが困難である。どの独立試行においても、多数のピークが発生するため、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の平均効果が得られず、どのピークが尤もらしいのかを依然として判断することができない。
【００３２】
図１１は１０回の独立試行に対する方位推定値を示す説明図である。
図１１の例では、移動目標１から送出される電波２の到来方向の真値が２６２°と設定しているにもかかわらず、１番目〜１０番目の独立試行の全てにおいて、方位推定値が１５０°になっている。
この現象を詳しく調べるために、１番目〜１０番目の独立試行における方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の実際の値に注目する。
図１２は１０回の独立試行における方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を示す説明図である。
図１２において、三角と実線で示すプロットは、共分散行列Ｒと真の方位に対するステアリングベクトルａ（２６２°）との相関値、即ち、下記の式（６）に示す方位評価関数ＰＢＦ（２６２°）を示したものである。
0006482372.tif 000005
また、四角と波線で示すプロットは、共分散行列Ｒと誤った方位に対するステアリングベクトルａ（１５０°）との相関値、即ち、下記の式（７）に示す方位評価関数ＰＢＦ（１５０°）を示したものである。
0006482372.tif 000006
【００３３】
図１２の例では、１番目〜１０番目の独立試行の全てにおいて、式（６）に示す方位評価関数ＰＢＦ（２６２°）より、式（７）に示す方位評価関数ＰＢＦ（１５０°）の方が必ず大きい。したがって、この方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の最大ピークを抽出すると、１番目〜１０番目の独立試行の全てにおいて、真の方位ではない１５０°が方位推定値θハットとなる。
この誤推定の現象は、１５０°の方位だけではなく、他の誤った方位に対しても同様に起こることが容易に想定される。この場合、真の方位に対する方位評価関数ＰＢＦ（２６２°）のピークが、真の方位ではない他の方位に対応するピークに埋もれて棄却されてしまう可能性がある。これがアレーパターンにリップルが生ずることに起因する方位推定値誤りの現象の過程である。
【００３４】
この実施の形態１では、複数の素子アンテナ１１−１〜１１Ｍのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合でも、移動目標１の方位を高精度に測角することができるようにするために、スコア算出部２３を設けている。
スコア算出係数設定部２４には、事前にスコア係数ｕとして、この例では０．５［ｄＢ］が設定されており、そのスコア係数ｕがスコア算出部２３に出力される。
独立試行実行部２０のスコア算出部２３は、方位評価関数算出部２２が全ての方位インデックスｋｓｔａｒｔ〜ｋｅｎｄに対して方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出すると、その方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの評価値であるスコアのピーク値を特定する。
スコア算出部２３は、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアのピーク値を特定すると、そのピーク値よりスコア係数ｕだけ低いスコアを閾値Ｔｈに設定する。
【００３５】
スコア算出部２３は、閾値Ｔｈを設定すると、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアと閾値Ｔｈを比較して、スコアが閾値Ｔｈ以上の探索方位θを特定するとともに、閾値Ｔｈ以上のスコアＰチルダＢＦ（θ）を抽出する。
ここで、図１３は独立試行実行部２０のスコア算出部２３により設定された閾値Ｔｈを示す説明図である。
図１３の例では、第ｊ回目〜第（ｊ＋３）回目の独立試行における方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が重ねて描画されており、各方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）において、ピーク値Ｐｍａｘよりスコア係数ｕ［ｄＢ］だけ低いスコアが閾値Ｔｈに設定されている。したがって、スコア算出部２３によって、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアの中から、閾値Ｔｈ以上のスコアＰチルダＢＦ（θ）が抽出される。
この実施の形態１では、説明の便宜上、閾値Ｔｈ以上のスコアとして、Ｎ個のスコアＰチルダＢＦ（θｋｎ＝１，…，Ｎ）が抽出されるものとする。
【００３６】
スコア算出部２３は、スコアが閾値Ｔｈ以上の探索方位θを特定して、Ｎ個のスコアＰチルダＢＦ（θｋｎ＝１，…，Ｎ）を抽出すると、下記の式（８）に示すように、それぞれ抽出したスコアＰチルダＢＦ（θｋｎ＝１，…，Ｎ）を、その探索方位θの獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）として、それぞれ積み上げる処理を行う（ステップＳＴ８）。
0006482372.tif 000007
例えば、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）が０であるとき、方位がθ２のスコアＰチルダＢＦ（θ2ｎ＝１）と、方位がθＭ−１のスコアＰチルダＢＦ（θM-1ｎ＝２）とが抽出された場合、方位θ２の獲得スコアＰチルダＢＦ（θ２）が０＋ＰチルダＢＦ（θ2ｎ＝１）に更新され、方位θＭ−１の獲得スコアＰチルダＢＦ（θＭ−１）が０＋ＰチルダＢＦ（θM-1ｎ＝２）に更新される。
なお、方位θ２，方位θＭ−１以外の方位の獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）は０が維持される。
【００３７】
独立試行実行部２０は、スコア算出部２３がＮ個のスコアＰチルダＢＦ（θｋｎ＝１，…，Ｎ）を抽出し、各抽出したスコアＰチルダＢＦ（θｋｎ＝１，…，Ｎ）を獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）に積み上げると、独立試行の試行回数を示す変数ｊがＪ（例えば、Ｊ＝１０）に到達（ｊ＝Ｊ）したか否か判定する（ステップＳＴ９）。
まだ、独立試行の試行回数を示す変数ｊがＪに到達していなければ（ステップＳＴ９：ＮＯの場合）、独立試行実行部２０が変数ｊを１インクリメントして（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ２〜ＳＴ９の処理を繰り返し実施する。
一方、変数ｊがＪに到達していれば（ステップＳＴ９：ＹＥＳの場合）、ステップＳＴ１１の処理に移行する。
【００３８】
上記のように、独立試行が繰り返される毎に、閾値Ｔｈ以上のスコアが抽出されて、その抽出されたスコアが獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）に足し込まれていき、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）は、独立試行の終了時点の累積スコアになっている。
図１４は独立試行の試行回数を１０回として、１番目から９番目の独立試行の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のスコアを時系列順に並べたものを示す説明図である。
方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のスコアを時系列順に見ていくと、独立試行が繰り返される毎に、閾値Ｔｈ以上の大きなスコアの方位についての獲得スコアが更新されて大きくなっていることが分かる。
【００３９】
従来の一般的な測角装置による図１０と図１４を比較すると明らかなように、図１０では、一見して、どのピークに対応する方位が尤もらしいかの判断が難しいが、図１４では、大きなスコアを獲得したピークに対する方位に尤もらしいものが含まれることになる。
これにより、複数回の独立試行での方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）におけるスコアのピーク値に係る方位θが異なる場合や、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が図１３に示すような単峰性ではなく、図７に示すように、あたかもノイズ状に激しく乱れた形になっている場合でも、より尤もらしい方位候補を単純なスレッショルドで切り捨てることなく救い上げることが可能になる。
【００４０】
図１５は全１０回の独立試行終了後の獲得スコアを示す説明図である。
この実施の形態１でも、図１５に示すように、アレーアンテナパターンがリップルを持つことによって生ずる方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大小逆転現象により、真の方位が２６２°と設定しているにもかかわらず、１５０°や２８２°といった誤った方位に対してもピークが現れる。
しかし、従来の一般的な測角装置では、一見して、真の方位である２６２°が、尤もらしい方位であるのか、棄却してもよい方位であるのかを判別することができず、真の方位である２６２°のピークが棄却されることがある。これに対して、この実施の形態１では、真の方位である２６２°のピークが棄却されずに、明らかに誤っている方位のピークが棄却されて、移動目標１の方位候補が絞られている点で大きく相違している。
【００４１】
スコアピーク検出部２５は、独立試行の試行回数を示す変数ｊがＪに到達すると、スコア算出部２３により算出された方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアの中から、予め設定された獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出する。
図１５の例では、仮に、獲得スコア検出用閾値が７０に設定されていれば、方位が１５０°、２６２°、２８２°の獲得スコアが検出される。
ここでは、スコアピーク検出部２５が獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出する例を示しているが、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアを比較して、値が大きい上位設定数個の獲得スコアを検出するようにしてもよい。
方位推定値候補抽出部２６は、スコアピーク検出部２５が獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出すると、その獲得スコアに対応する探索方位を、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして出力する（ステップＳＴ１１）。
図１５の例では、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして、１５０°、２６２°、２８２°の方位が出力される。
【００４２】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、方位評価関数算出部２２により算出された方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す探索方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアと閾値Ｔｈを比較して、スコアが閾値Ｔｈ以上の探索方位θを特定し、その特定した探索方位θのスコアを探索方位θの獲得スコアとして積み上げるスコア算出部２３を設け、スコアピーク検出部２５が、スコア算出部２３により算出された探索方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアの中から、予め設定された獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出し、方位推定値候補抽出部２６が、スコアピーク検出部２５により検出された獲得スコアに対応する探索方位を、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして出力するように構成したので、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンにリップルが生じている場合でも、移動目標１の方位を測角することができる効果を奏する。
【００４３】
実施の形態２．
図１６はこの発明の実施の形態２による測角装置を示す構成図であり、図１６において、図１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。
方位推定部１５は方探信号処理部１４により移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）が特定される毎に、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を記憶し、その記憶した方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）の遷移から、移動目標１の方位θハットを推定する処理を実施する。
ここで、ｑは、上記実施の形態１でスコアを算出するために実行される独立試行回数（例えば、１０回）を１観測周期とする場合の第ｑ観測周期（１≦ｑ≦Ｑ）を表す観測時刻インデックスである。また、Qは、第ｑ観測周期における複数の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）の中から、移動目標１の方位θハットとして、最終的に絞り込むために必要な観測周期回数を表している。
【００４４】
図１７はこの発明の実施の形態２による測角装置の方位推定部１５を示す構成図である。
図１７において、方位候補時系列記憶部４１は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、方探信号処理部１４により移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）が特定される毎に、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を記憶する。
方位候補頻度算出部４２は複数の探索方位θｋに対応する点数からなる頻度行列Ω（θｋ）の初期化処理を実施する。頻度行列Ω（θｋ）の初期化処理によって、複数の探索方位θｋに対応する点数はそれぞれ０になる。ｋは方位インデックスであり、ｋ＝ｋｓｔａｒｔ，…，ｋｅｎｄである。
方位候補頻度算出部４２は観測周期毎に、方位候補時系列記憶部４１に記憶されている少なくとも１以上の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を読み出し、頻度行列Ω（θｋ）における探索方位θｋの中で、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）と一致する探索方位θｋを特定し、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）と一致する探索方位θｋに対応する点数に１を加点する頻度行列Ω（θｋ）の更新処理を実施する。
【００４５】
頻度平均部４３は方位候補頻度算出部４２により全Ｑ回の観測周期で頻度行列Ω（θｋ）が更新されたのち、更新後の頻度行列Ω（θｋ）を方位方向に平均化し、平均値をとる方位インデックスｋ＝ｋａｖｅを検出する処理を実施する。
最終方位推定値算出部４４は頻度平均部４３により検出された方位インデックスｋａｖｅに対応する方位候補θハットｋａｖｅを、移動目標１の最終的な方位推定値である方位θハットとして出力する。
【００４６】
図１７の例では、方位推定部１５の構成要素である方位候補頻度算出部４２、頻度平均部４３及び最終方位推定値算出部４４のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。専用のハードウェアとしては、例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、方位推定部１５は、コンピュータで構成されていているものであってもよい。
図３は測角装置の方位推定部１５がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
方位推定部１５がコンピュータで構成される場合、方位候補時系列記憶部４１を図３に示すコンピュータのメモリ３１上に構成するとともに、方位候補頻度算出部４２、頻度平均部４３及び最終方位推定値算出部４４の処理内容を記述している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１８はこの発明の実施の形態２による測角装置の方位推定部１５の処理内容を示すフローチャートである。
【００４７】
次に動作について説明する。
方位推定部１５を追加している点以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、方位推定部１５の処理内容について説明する。
図１９は観測周期ｑ（ｑ＝１，２，３）が増える毎に、移動目標１の真の方位が、この例では２６２°→２６１°→２６０°のように移動すると想定した場合の独立試行回数１００回に対する獲得スコアの一例を示す説明図である。
【００４８】
最初に、この実施の形態２の測位装置における動作の概念的な説明を行う。
図１９の例では、ｑ＝１において、移動目標１の真の方位が２６２°、ｑ＝２において、移動目標１の真の方位が２６１°、ｑ＝３において、移動目標１の真の方位が２６０°である。
例えば、ｑ＝１においては、真の方位である２６２°の方位にピークが発生するほかに、１５０°と２８２°の方位に疑似ピークが発生しているとしても、ｑ＝２においては、１５０°の方位の疑似ピークが消失していることがある。
これは、方位が２６２°のステアリングベクトルと、方位が１５０°のステアリングベクトルとが、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大小逆転現象を引き起こす方位の組み合わせであるのに対して、方位が２６１°のステアリングベクトルと、方位が１５０°のステアリングベクトルとが、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大小逆転現象を引き起こす方位の組み合わせになっていないことが考えられる。
その代り、ｑ＝２において、２６１°の方位と組み合わされる別の疑似ピーク方位（１５０°の方位と別の疑似ピーク方位）が存在する可能性はある。また、２８２°の方位の疑似ピークについては依然として存在している。
【００４９】
ｑ＝３において、移動目標１の真の方位が２６０°に移動すると、真の方位である２６０°の方位にピークが発生するが、２８２°の方位の疑似ピークが消失していることがある。
これも、方位が２６０°のステアリングベクトルと、方位が２８２°のステアリングベクトルとが、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大小逆転現象を引き起こす方位の組み合わせになっていないことが考えられる。
このように、１５０°の方位の疑似ピークと、２８２°の方位の疑似ピークとは、観測周期ｑ（ｑ＝１，２，３）において、発生したり消失したりする。
このため、ｑ＝１，２，３の３回の観測を繰り返した中で、移動目標１の移動に追随して高いピークを示している２６２°→２６１°→２６０°が真の方位として尤もらしいと考えられる。
このように、異なる観測時刻の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を時系列的に追尾することで、真の方位に対する正しいピークと、誤った方位に対する疑似ピークとの組み合わせを順次解いていき、観測周期ｑによって消失する疑似ピークは、アレーアンテナパターンが持つリップルの影響による誤った方位を示すものであり、全観測周期で均等に出現するピークが真の方位を示すものと把握することができる。
以下、方位推定部１５による真の方位の推定処理を具体的に説明する。
【００５０】
方探信号処理部１４が、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を特定する毎に、方位推定部１５の方位候補時系列記憶部４１には、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）が記憶される。
方位推定部１５の方位候補頻度算出部４２は、観測時刻インデックスｑを１に初期化するとともに、複数の探索方位θｋに対応する点数からなる頻度行列Ω（θｋ）を初期化する（図１８のステップＳＴ２１）。頻度行列Ω（θｋ）の初期化処理によって、複数の探索方位θｋに対応する点数はそれぞれ０になる。なお、ｋは方位インデックスであり、ｋ＝ｋｓｔａｒｔ，…，ｋｅｎｄである。
【００５１】
方位推定部１５の方位候補頻度算出部４２は、方位候補時系列記憶部４１に記憶されているＮ個の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）の読み出しを行う。Ｎは１以上の整数である。
次に、方位候補頻度算出部４２は、頻度行列Ω（θｋ）における探索方位θｋの中で、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）と一致する探索方位θｋを特定する。
その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）と一致する探索方位θｋについては（真の方位又は疑似ピークが発生している方位）、下記の式（９）に示すように、その探索方位θｋの更新用行列であるΩ（θｋ（ｑ））を“１”に設定する（ステップＳＴ２２）。
ｋ＝ｋｎ＝１，…，Ｎ  →  Ω（θｋ（ｑ））＝１  （９）
一方、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）と一致しない探索方位θｋについては（真の方位でも、疑似ピークが発生している方位でもない方位）、下記の式（１０）に示すように、その方位θｋの更新用行列であるΩ（θｋ（ｑ））を“０”に設定する（ステップＳＴ２２）。
ｋ≠ｋｎ＝１，…，Ｎ  →  Ω（θｋ（ｑ））＝０  （１０）
【００５２】
方位候補頻度算出部４２は、探索方位θｋの更新用行列Ω（θｋ（ｑ））を設定すると、下記の式（１１）に示すように、その更新用行列Ω（θｋ（ｑ））を用いて、頻度行列Ω（θｋ）の更新処理を実施する（ステップＳＴ２３）。
Ω（θｋ）＝Ω（θｋ）＋Ω（θｋ（ｑ））        （１１）
例えば、ｑ＝１において、方探信号処理部１４から、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして、１５０°、２６２°、２８２°の探索方位が出力されている場合、頻度行列Ω（θｋ）の１５０°、２６２°、２８２°の探索方位に対応する点数が“１”に増えて、１５０°、２６２°、２８２°の探索方位以外の探索方位に対応する点数は“０”のままとなる。
【００５３】
方位候補頻度算出部４２は、頻度行列Ω（θｋ）の更新処理を実施すると、観測時刻インデックスｑがＱ（例えば、Ｑ＝３）に到達（ｑ＝Ｑ）したか否か判定する（ステップＳＴ２４）。
観測時刻インデックスｑがＱに到達していなければ（ステップＳＴ２４：ＮＯの場合）、方位候補頻度算出部４２が、観測時刻インデックスｑを１インクリメントして（ステップＳＴ２５）、ステップＳＴ２２〜ＳＴ２４の処理を繰り返し実施する。
一方、観測時刻インデックスｑがＱに到達していれば（ステップＳＴ２４：ＹＥＳの場合）、頻度行列Ω（θｋ）の更新処理を完了して、ステップＳＴ２６の処理に移行する。
【００５４】
頻度平均部４３は、方位候補頻度算出部４２による頻度行列Ω（θｋ）の更新処理が完了すると、更新後の頻度行列Ω（θｋ）を方位方向に平均化し、平均値をとる方位インデックスｋ＝ｋａｖｅを検出する（ステップＳＴ２６）。
これにより、移動目標１の真の方位が２６２°→２６１°→２６０°のように移動している場合、上記の平均値をとる方位インデックスｋａｖｅは、２６１°を重心とする探索方位に対する方位インデックスｋになることが想定される。なぜなら、１５０°と２８２°の擬似ピークは、ｑ＝１，２，３のすべてにおいて発生していないため、２６１°を重心とする頻度への影響は軽微だからである。
最終方位推定値算出部４４は、頻度平均部４３が方位インデックスｋａｖｅを検出すると、その方位インデックスｋａｖｅに対応する方位候補θハットｋａｖｅを、移動目標１の最終的な方位推定値である方位θハットとして出力する（ステップＳＴ２７）。
【００５５】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、方位推定部１５が、方探信号処理部１４により移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）が特定される毎に、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を記憶し、その記憶した方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）の遷移から、移動目標１の方位θハットを推定するように構成したので、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーアンテナにリップルが生じている場合でも、移動目標１の方位を高精度に推定することができる効果を奏する。
【００５６】
実施の形態３．
図２０はこの発明の実施の形態３による測角装置の方探信号処理部１４を示す構成図であり、図２０において、図２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。
規格化部２７は方位評価関数算出部２２により算出された方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアのピーク値である最大値Ｓｍａｘを特定して、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアを最大値Ｓｍａｘで規格化し、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアを規格化した方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）をスコア算出部２３に出力する処理を実施する。
【００５７】
図２０の例では、方探信号処理部１４の構成要素である独立試行実行部２０、スコア算出係数設定部２４、スコアピーク検出部２５及び方位推定値候補抽出部２６のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。専用のハードウェアとしては、例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、方探信号処理部１４は、コンピュータで構成されていているものであってもよく、方探信号処理部１４がコンピュータで構成される場合、独立試行実行部２０、スコア算出係数設定部２４、スコアピーク検出部２５及び方位推定値候補抽出部２６の処理内容を記述している測角プログラムを図３に示す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に格納されている測角プログラムを実行するようにすればよい。
【００５８】
次に動作について説明する。
独立試行実行部２０の中に、規格化部２７を追加している点以外は、上記実施の形態１，２と同様であるため、ここでは、規格化部２７の処理内容を説明する。
上記実施の形態１，２では、事前に設定されたスコア係数ｕから閾値Ｔｈが設定されるため、スコア算出部２３における獲得スコアの算出性能と、スコアピーク検出部２５における獲得スコアの検出性能は、スコア係数ｕの値によって変化する。
【００５９】
上記実施の形態１における図１５の獲得スコアは、スコア係数ｕが０．５［ｄＢ］に設定されているものである。
一方、図２１はスコア係数ｕが１．０［ｄＢ］に設定されたときの、全１０回の独立試行終了後の獲得スコアを示す説明図である。スコア係数ｕ以外の獲得スコアの算出条件は、図１５の獲得スコアと同じである。
図２１の獲得スコアは、図１５の獲得スコアと比較すると、スコアが積み上がっている１５０°、２６２°、２８２°の探索方位以外の探索方位に多数のスプリアス状ピークが発生している。このため、図１５の獲得スコアよりも、方位候補になり得る探索方位が散逸しており、複数の方位候補の中で、どの方位候補が真の方位であるのかの見分けが困難である。
【００６０】
つまり、スコア係数ｕの働きは、各独立試行での方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）におけるスコアのピーク値よりスコア係数ｕだけ低いスコアを閾値Ｔｈに設定し、その閾値Ｔｈ以上のスコアだけを抽出するというスコア算出部２３の機能上、スコア係数ｕの値を小さくすると、方位候補になり得る探索方位が少数に絞られるが、真の方位を取りこぼす可能性が高くなる。
逆に、スコア係数ｕの値を大きくすると、方位候補になり得る探索方位が多くなり、真の方位とほとんど関係がない探索方位のスプリアスのピーク、あるいは、ガウスランダム雑音の影響によるスプリアスのピークまで広く積み上げることになる。このため、真の方位を取りこぼす可能性は低くなるが、スコアピーク検出部２５により検出される獲得スコアの数が多くなり過ぎて、上記実施の形態２の方位推定部１５を適用しても、真の方位を絞り込むまでに多くの観測周期を要する。また、図２１の獲得スコアは見づらいものとなる。
【００６１】
ここで、ビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）は、移動目標１から送出される電波２における各方位に対する受信電力を示すという特性がある。そのため、独立試行を繰り返す中で、移動目標１から送出される電波２の電力が変化した場合、各独立試行での方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大きさがばらつくことになる。このばらつきがスコア係数ｕの設定を難しくしている要因の一つである。
この実施の形態３では、観測環境が変化しても、スコア係数ｕを再設定することなく一定に保つことができるようにしている。
【００６２】
即ち、この実施の形態３では、規格化部２７は、方位評価関数算出部２２が各独立試行で方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出する毎に、当該方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアのピーク値である最大値Ｓｍａｘを特定する。
規格化部２７は、最大値Ｓｍａｘを特定すると、その方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアを最大値Ｓｍａｘで規格化し、その最大値Ｓｍａｘを既定の値（例えば、０［ｄＢ］など）に揃えるようにする。
これにより、各独立試行での方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアはそれぞれ規格化され、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアの中の最大値Ｓｍａｘが既定の値（例えば、０［ｄＢ］など）に揃えられているスコア規格化後の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）がスコア算出部２３に出力される。
【００６３】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、規格化部２７が、方位評価関数算出部２２により算出された方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアのピーク値である最大値Ｓｍａｘを特定して、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアを最大値Ｓｍａｘで規格化し、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアを規格化した方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）をスコア算出部２３に出力するように構成したので、独立試行の繰り返しの中で、移動目標１から送出された電波２の受信電力が変わっても、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大きさのばらつきを防いで、スコア算出部２３により積み上げられた獲得スコアの数を適度に抑えることができる。このため、スコア算出係数設定部２４で設定されるスコア係数ｕは、異なる観測条件においても、予め設定された一定値とすることができ、スコア係数ｕの設定方法を簡略化することができる。測角装置の実運用では、予め設定する必要のある係数やパラメータの設定を簡略化、または省略することで、装置規模や信号処理負荷を縮小化できるというメリットがある。
【００６４】
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。
【符号の説明】
【００６５】
１  移動目標（未知の電波源）、２  電波、１１−ｍ  素子アンテナ、１２−ｍ  受信機、１３  素子アンテナパターン記憶部、１４  方探信号処理部、１５  方位推定部、２０  独立試行実行部、２１  共分散行列生成部、２２  方位評価関数算出部、２３  スコア算出部、２４  スコア算出係数設定部、２５  スコアピーク検出部（方位候補特定部）、２６  方位推定値候補抽出部（方位候補特定部）、２７  規格化部、３１  メモリ、３２  プロセッサ、４１  方位候補時系列記憶部、４２  方位候補頻度算出部、４３  頻度平均部、４４  最終方位推定値算出部。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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