(57)【要約】【課題】特定の場所に設置しなくても、電波の到来する方位および仰角を推定することができるアレイアンテナシステムを提供する。【解決手段】信号処理装置２は、アンテナ群１に属する互いに独立して移動可能な複数のアンテナ部１ａ〜１ｎで受信した電波に輻輳された複数の信号を独立成分分析の手法を用いて分離し、分離された複数の信号の各々についての各アンテナ部１ａ〜１ｎにおける位相差を算出し、衛星信号を用いた各アンテナ部１ａ〜１ｎの測位結果により各アンテナ部１ａ〜１ｎの位置関係を算出し、この算出した位相差および位置関係を用いて、電波の到来方位および仰角を算出する。【選択図】図１
2008122247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立して移動可能な複数のアンテナ部を有するアンテナ群と、このアンテナ群で受信した電波の到来方位および仰角を算出する信号処理装置とを備えるアレイアンテナシステムであって、
前記各アンテナ部は、
複数の信号が輻輳した電波を受信して受信信号を出力する通信電波受信アンテナと、
この通信電波受信アンテナからの受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル受信信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、
この通信電波受信アンテナに設置され、航法衛星からの衛星信号を受信する航法衛星信号受信アンテナと、
この航法衛星信号受信アンテナで受信した前記衛星信号を用いて測位を行う航法衛星信号受信部と、
この航法衛星信号受信部による測位の結果として得られる測位結果情報を暗号化するとともに、前記Ａ／Ｄ変換部で生成した前記デジタル受信信号を暗号化する暗号化部と、
この暗号化部で生成した暗号化された測位結果情報および暗号化されたデジタル受信信号を前記信号処理装置に送信する送信部と、
自アンテナ部を駆動するための電力を供給する電源部とを備え、
前記信号処理装置は、
前記各アンテナ部からそれぞれ送信される暗号化された測位結果情報および暗号化されたデジタル受信信号を受信する受信部と、
この受信部で受信した暗号化された測位結果情報および暗号化されたデジタル受信信号をそれぞれ復号する暗号復号部と、
この暗号復号部により復号された前記各アンテナ部からの測位結果情報を用いて前記各アンテナ部の位置関係を算出する航法衛星信号処理部と、
前記暗号復号部により復号された前記各アンテナ部からのデジタル受信信号に輻輳された複数の信号を分離するとともに、分離された前記複数の信号の各々についての前記各アンテナ部における位相差と、前記航法衛星信号処理部で算出した前記各アンテナ部の位置関係とを用いて、前記アンテナ群で受信した電波の到来方位および仰角を算出する通信信号処理部と
を備えることを特徴とするアレイアンテナシステム。
【請求項２】
前記通信信号処理部は、独立成分分析の手法を用いて、前記各アンテナ部からのデジタル受信信号に輻輳された複数の信号を分離するとともに、分離された前記複数の信号の各々についての前記各アンテナ部における位相差を算出することを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナシステム。
【請求項３】
互いに独立して移動可能な複数のアンテナ部を有するアンテナ群と、このアンテナ群で受信した電波および音波の到来方位および仰角を算出する信号処理装置とを備えるアレイアンテナシステムであって、
前記各アンテナ部は、
複数の信号が輻輳した電波を受信して受信信号を出力する通信電波受信アンテナと、
この通信電波受信アンテナに設置され、複数の音声信号が輻輳した音波を受信して音声受信信号を出力する音波受信部と、
前記通信電波受信アンテナからの受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル受信信号を生成する第１のＡ／Ｄ変換部と、
前記音波受信部からの音声受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル音声信号を生成する第２のＡ／Ｄ変換部と、
前記通信電波受信アンテナに設置され、航法衛星からの衛星信号を受信する航法衛星信号受信アンテナと、
この航法衛星信号受信アンテナで受信した前記衛星信号を用いて測位を行う航法衛星信号受信部と、
この航法衛星信号受信部による測位の結果として得られる測位結果情報、前記第１のＡ／Ｄ変換部で生成した前記デジタル受信信号、および前記第２のＡ／Ｄ変換部で生成したデジタル音声信号をそれぞれ暗号化する暗号化部と、
この暗号化部で生成した暗号化された測位結果情報、暗号化されたデジタル受信信号、および暗号化されたデジタル音声信号を前記信号処理装置に送信する送信部と、
自アンテナ部を駆動するための電力を供給する電源部とを備え、
前記信号処理装置は、
前記各アンテナ部から送信される暗号化された測位結果情報、暗号化されたデジタル受信信号、および暗号化されたデジタル音声信号を受信する受信部と、
この受信部で受信した暗号化された測位結果情報、暗号化されたデジタル受信信号、および暗号化されたデジタル音声信号をそれぞれ復号する暗号復号部と、
この暗号復号部により復号された前記各アンテナ部からの測位結果情報を用いて前記各アンテナ部の位置関係を算出する航法衛星信号処理部と、
前記暗号復号部により復号された前記各アンテナ部からのデジタル受信信号に輻輳された複数の信号を分離するとともに、分離された前記複数の信号の各々についての前記各アンテナ部における位相差と、前記航法衛星信号処理部で算出した前記各アンテナ部の位置関係とを用いて、前記アンテナ群で受信した電波の到来方位および仰角を算出する通信信号処理部と
前記暗号復号部により復号された前記各アンテナ部からのデジタル音声信号に輻輳された複数の音声信号を分離するとともに、分離された前記複数の音声信号の各々についての前記各アンテナ部における位相差と、前記航法衛星信号処理部で算出した前記各アンテナ部の位置関係とを用いて、前記アンテナ群で受信した音波の到来方位および仰角を算出する音声信号処理部と
を備えることを特徴とするアレイアンテナシステム。
【請求項４】
前記通信信号処理部は、独立成分分析の手法を用いて、前記各アンテナ部からのデジタル受信信号に輻輳された複数の信号を分離するとともに、分離された前記複数の信号の各々についての前記各アンテナ部における位相差を算出し、
前記音声信号処理部は、独立成分分析の手法を用いて、前記各アンテナ部からのデジタル音声信号に輻輳された複数の音声信号を分離するとともに、分離された前記複数の音声信号の各々についての前記各アンテナ部における位相差を算出することを特徴とする請求項３に記載のアレイアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナを配置し、電波を受信するアレイアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のアンテナを配置し、電波を受信するアレイアンテナシステムでは、各アンテナで受信した電波の位相差あるいは相関から、電波の到来する方位および仰角を推定することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】菊間信良、“アレーアンテナによる適用信号処理”、科学技術出版、１９９９年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、アレイアンテナシステムは、地上の固定地点に設置されており、海上や空など、固定して設置することができない場所でも用いることができるアレイアンテナシステムはなかった。そこで、特定の場所に固定して設置しなくても、電波の到来する方位および仰角を推定することができるアレイアンテナシステムの開発が望まれていた。
【０００４】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、特定の場所に設置しなくても、電波の到来する方位および仰角を推定することができるアレイアンテナ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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明のアレイアンテナシステムは、互いに独立して移動可能な複数のアンテナ部を有するアンテナ群と、このアンテナ群で受信した電波の到来方位および仰角を算出する信号処理装置とを備えるアレイアンテナシステムであって、前記各アンテナ部は、複数の信号が輻輳した電波を受信して受信信号を出力する通信電波受信アンテナと、この通信電波受信アンテナからの受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル受信信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、この通信電波受信アンテナに設置され、航法衛星からの衛星信号を受信する航法衛星信号受信アンテナと、この航法衛星信号受信アンテナで受信した前記衛星信号を用いて測位を行う航法衛星信号受信部と、この航法衛星信号受信部による測位の結果として得られる測位結果情報を暗号化するとともに、前記Ａ／Ｄ変換部で生成した前記デジタル受信信号を暗号化する暗号化部と、この暗号化部で生成した暗号化された測位結果情報および暗号化されたデジタル受信信号を前記信号処理装置に送信する送信部と、自アンテナ部を駆動するための電力を供給する電源部とを備え、前記信号処理装置は、前記各アンテナ部からそれぞれ送信される暗号化された測位結果情報および暗号化されたデジタル受信信号を受信する受信部と、この受信部で受信した暗号化された測位結果情報および暗号化されたデジタル受信信号をそれぞれ復号する暗号復号部と、この暗号復号部により復号された前記各アンテナ部からの測位結果情報を用いて前記各アンテナ部の位置関係を算出する航法衛星信号処理部と、前記暗号復号部により復号された前記各アンテナ部からのデジタル受信信号に輻輳された複数の信号を分離するとともに、分離された前記複数の信号の各々についての前記各アンテナ部における位相差と、前記航法衛星信号処理部で算出した前記各アンテナ部の位置関係とを用いて、前記アンテナ群で受信した電波の到来方位および仰角を算出する通信信号処理部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明のアレイアンテナシステムは、互いに独立して移動可能な複数のアンテナ部を有するアンテナ群と、このアンテナ群で受信した電波および音波の到来方位および仰角を算出する信号処理装置とを備えるアレイアンテナシステムであって、前記各アンテナ部は、複数の信号が輻輳した電波を受信して受信信号を出力する通信電波受信アンテナと、この通信電波受信アンテナに設置され、複数の音声信号が輻輳した音波を受信して音声受信信号を出力する音波受信部と、前記通信電波受信アンテナからの受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル受信信号を生成する第１のＡ／Ｄ変換部と、前記音波受信部からの音声受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル音声信号を生成する第２のＡ／Ｄ変換部と、前記通信電波受信アンテナに設置され、航法衛星からの衛星信号を受信する航法衛星信号受信アンテナと、この航法衛星信号受信アンテナで受信した前記衛星信号を用いて測位を行う航法衛星信号受信部と、この航法衛星信号受信部による測位の結果として得られる測位結果情報、前記第１のＡ／Ｄ変換部で生成した前記デジタル受信信号、および前記第２のＡ／Ｄ変換部で生成したデジタル音声信号をそれぞれ暗号化する暗号化部と、この暗号化部で生成した暗号化された測位結果情報、暗号化されたデジタル受信信号、および暗号化されたデジタル音声信号を前記信号処理装置に送信する送信部と、自アンテナ部を駆動するための電力を供給する電源部とを備え、前記信号処理装置は、前記各アンテナ部から送信される暗号化された測位結果情報、暗号化されたデジタル受信信号、および暗号化されたデジタル音声信号を受信する受信部と、この受信部で受信した暗号化された測位結果情報、暗号化されたデジタル受信信号、および暗号化されたデジタル音声信号をそれぞれ復号する暗号復号部と、この暗号復号部により復号された前記各アンテナ部からの測位結果情報を用いて前記各アンテナ部の位置関係を算出する航法衛星信号処理部と、前記暗号復号部により復号された前記各アンテナ部からのデジタル受信信号に輻輳された複数の信号を分離するとともに、分離された前記複数の信号の各々についての前記各アンテナ部における位相差と、前記航法衛星信号処理部で算出した前記各アンテナ部の位置関係とを用いて、前記アンテナ群で受信した電波の到来方位および仰角を算出する通信信号処理部と前記暗号復号部により復号された前記各アンテナ部からのデジタル音声信号に輻輳された複数の音声信号を分離するとともに、分離された前記複数の音声信号の各々についての前記各アンテナ部における位相差と、前記航法衛星信号処理部で算出した前記各アンテナ部の位置関係とを用いて、前記アンテナ群で受信した音波の到来方位および仰角を算出する音声信号処理部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のアレイアンテナシステムは、アンテナ群に属する互いに独立して移動可能な複数のアンテナ部で受信した電波に輻輳された複数の信号を分離し、分離された複数の信号の各々についての各アンテナ部における位相差を算出し、衛星信号を用いた各アンテナ部の測位結果により各アンテナ部の位置関係を算出し、この算出した位相差および各アンテナ部の位置関係を用いて、電波の到来方位および仰角を算出するので、特定の場所に設置しなくても、受信した電波の到来する方位および仰角を推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の形態に係るアレイアンテナシステムの構成を示すブロック図である。図１に示すように本実施の形態に係るアレイアンテナシステムは、アンテナ群１と、信号処理装置２と、データサーバ装置３とを備える。
【００１０】
アンテナ群１は、複数のアンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎを備え、アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎは、互いに独立して移動可能になっている。また、アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎは、それぞれ有線または無線により信号処理部２と通信可能になっている。さらに、信号処理装置２、データサーバ装置３もそれぞれ移動可能になっている。
【００１１】
図２は図１に示すアレイアンテナシステムのアンテナ部の構成を示すブロック図である。アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎはそれぞれ同じ構成であるため、アンテナ部１ａを例にその構成を説明する。図２に示すようにアンテナ部１ａは、アンテナ受信系１０と、電源系１１とを備える。
【００１２】
アンテナ受信系１０は、通信電波受信アンテナ１０１と、アンプ１０２と、周波数変換部１０３と、Ａ／Ｄ変換部１０４と、マイクロホン１０５と、アンプ１０６と、Ａ／Ｄ変換部１０７と、航法衛星信号受信アンテナ１０８と、アンプ１０９と、航法衛星信号受信部１１０と、航法衛星信号受信アンテナ１１１と、アンプ１１２と、航法衛星信号受信部１１３と、暗号化部１１４と、送信部１１５とを備える。
【００１３】
通信電波受信アンテナ１０１は、複数の信号が輻輳した電波を受信して受信信号を出力する。アンプ１０２は、通信電波受信アンテナ１０１からの信号を増幅し、周波数変換部１０３は、アンプ１０２で増幅された信号をベースバンドの信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１０４は、周波数変換部１０３からの信号をＡ／Ｄ変換してデジタル受信信号を出力する。
【００１４】
マイクロホン１０５は、通信電波受信アンテナ１０１に設置され、複数の音声信号が輻輳した音波を受信して音声受信信号を出力する。アンプ１０６は、マイクロホン１０５からの信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換部１０７は、アンプ１０６からの信号をＡ／Ｄ変換してデジタル音声信号を出力する。
【００１５】
航法衛星信号受信アンテナ１０８は、通信電波受信アンテナ１０１の一端に設置され、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星、Ｇａｌｉｌｅｏ衛星、Ｇｌｏｎａｓｓ衛星、準天頂衛星などの航法衛星から送信される衛星信号を受信する。アンプ１０９は、航法衛星信号受信アンテナ１０８からの衛星信号を増幅する。航法衛星信号受信部１１０は、航法衛星信号受信アンテナ１０８で受信した衛星信号を用いて単純測位を行い、得られた測位結果情報、擬似距離、位相距離、航法暦情報（エフェメリスデータ）などをデジタル情報として出力する。
【００１６】
航法衛星信号受信アンテナ１１１は、通信電波受信アンテナ１０１の他端に設置され、航法衛星信号受信アンテナ１０８と同様に、航法衛星から送信される衛星信号を受信する。アンプ１１２、航法衛星信号受信部１１３は、それぞれアンプ１０９、航法衛星信号受信部１１０と同様の処理を行う。なお、航法衛星信号受信部１１０，１１３は、電離層による測位への影響を軽減するため、複数の周波数を受信できるものとする。
【００１７】
暗号化部１１４は、Ａ／Ｄ変換部１０４からのデジタル受信信号、Ａ／Ｄ変換部１０７からのデジタル音声信号、および航法衛星信号受信部１１０，１１３からの測位結果情報等のデジタル情報をそれぞれ暗号化する。
【００１８】
送信部１１５は、暗号化部１１４で暗号化された各種データを信号処理装置２に送信する。送信部１１５は、図示を省略するが、衛星通信送信機、マイクロ波送信機、無線ＬＡＮ送信機、光ＬＡＮ変換器、光変換器等の複数の通信手段を有し、これらのうちのいずれかを用いて信号処理部２に各種データを送信する。
【００１９】
電源系１１は、発電部１２１と、バッテリ１２２と、電源安定化部１２３とを備える。発電部１２１は、太陽電池パネル、風力発電機、燃料電池、波力発電機、海洋温度差発電機等の複数の発電手段の少なくともいずれか１つを有する。バッテリ１２２は、発電部１２１が発電した電力を蓄え、発電部１２１の発電量が十分でないときの予備としての役割を果たす。電源安定化部１２３は、発電部１２１またはバッテリ１２２からの電力を安定的にアンテナ受信系１０に供給する。この電源系１１を有することで、アンテナ部１ａは、地上、海上、空で独立に動作することができる。
【００２０】
図３は図１に示すアレイアンテナシステムの信号処理装置およびデータサーバ装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように信号処理装置２は、受信部２１と、暗号復号部２２と、航法衛星信号受信アンテナ２３と、アンプ２４と、航法衛星信号受信部２５と、航法衛星信号処理部２６と、通信信号処理部２７と、音声信号処理部２８と、比較処理部２９とを備える。
【００２１】
受信部２１は、送信部１１５から送信される暗号化された各種データを受信する。受信部２１は、図示を省略するが、衛星通信受信機、マイクロ波受信機、無線ＬＡＮ受信機、光ＬＡＮ変換器、光変換器等の、送信部１１５に対応した複数の通信手段を有し、これらのうちのいずれかを用いて、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎから送信される各種データを受信する。
【００２２】
暗号復号部２２は、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎから送信される暗号化された各種データを復号（解読）し、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎのＡ／Ｄ変換部１０４で生成されたデジタル受信信号、Ａ／Ｄ変換部１０７で生成されたデジタル音声信号、および航法衛星信号受信部１１０，１１３で生成された測位結果情報等のデジタル情報を得る。
【００２３】
航法衛星信号受信アンテナ２３は、航法衛星からの衛星信号を受信する。アンプ２４は、航法衛星信号受信アンテナ２３からの衛星信号を増幅する。航法衛星信号受信部２５は、衛星信号を用いて、信号処理装置２の位置の測位を行う。
【００２４】
航法衛星信号処理部２６は、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎから送信された測位結果情報を用いて、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの概算位置関係を算出する。
【００２５】
通信信号処理部２７は、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎからのデジタル受信信号に輻輳された複数の信号を独立成分分析(ＩＣＡ：Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ)の手法を用いて分離する。また、通信信号処理部２７は、分離された複数の信号の各々についての各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎにおける位相差と、航法衛星信号処理部２６で算出した各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの位置関係とを用いて、アンテナ群１の各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎで受信した電波の到来方位および仰角を算出する。
【００２６】
音声信号処理部２８は、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎからのデジタル音声信号に輻輳された複数の音声信号を独立成分分析の手法を用いて分離する。また、音声信号処理部２８は、分離された複数の音声信号の各々についての各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎにおける位相差と、航法衛星信号処理部２６で算出した各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの位置関係とを用いて、アンテナ群１の各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎで受信した音波の到来方位および仰角を算出する。
【００２７】
比較処理部２９は、通信信号処理部２７で分離された複数の信号自体と、分離された複数の信号のスペクトル、変調形式、方位、仰角、周波数ジッタ、バースト信号の間隔等の特徴量とをネットワーク４を介してデータサーバ装置３に送信する。また、比較処理部２９は、通信信号処理部２７で分離された複数の信号の特徴量と、データサーバ装置３に保存されている信号の特徴量とを比較し、信号を同定する。さらに、１回の分離処理で出力される信号セット間で相関の高いものを、同じ信号とみなしセット間で関連付ける。
【００２８】
また、比較処理部２９は、音声信号処理部２８で分離された複数の音声信号自体と、分離された複数の音声信号のスペクトル、変調形式、方位、仰角、周波数ジッタ、バースト信号の間隔等の特徴量とをネットワーク４を介してデータサーバ装置３に送信する。さらに、比較処理部２９は、音声信号処理部２８で分離された複数の音声信号の特徴量と、データサーバ装置３に保存されている音声信号の特徴量とを比較し、音声信号を同定する。さらに、１回の分離処理で出力される音声信号セット間で相関の高いものを、同じ音声信号とみなしセット間で関連付ける。
【００２９】
データサーバ装置３は、記録処理部３１と、記録部３２とを備える。記録処理部３１は、信号処理装置２の暗号復号部２２で復号して得られる各種データを、ネットワーク４を介して受信し、記録部３２に記録する処理を行う。また、記録処理部３１は、通信信号処理部２７で分離された複数の信号自体と、分離された複数の信号の特徴量とをネットワーク４を介して受信し、記録部３２に記録する処理を行う。さらに、記録処理部３１は、音声信号処理部２８で分離された複数の音声信号自体と、分離された複数の音声信号の特徴量とをネットワーク４を介して受信し、記録部３２に記録する処理を行う。
【００３０】
次に、本実施の形態に係るアレイアンテナシステムの動作を説明する。
【００３１】
各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎにおいて、通信電波受信アンテナ１０１は、複数の信号が輻輳した電波を受信して受信信号を出力する。アンプ１０２は、通信電波受信アンテナ１０１からの信号を増幅し、周波数変換部１０３は、アンプ１０２で増幅された信号をベースバンドの信号に変換する。そして、Ａ／Ｄ変換部１０４は、周波数変換部１０３からの信号をＡ／Ｄ変換してデジタル受信信号を暗号化部１１４に出力する。
【００３２】
マイクロホン１０５は、複数の音声信号が輻輳した音波を受信して音声受信信号を出力する。アンプ１０６は、マイクロホン１０５からの信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換部１０７は、アンプ１０６からの信号をＡ／Ｄ変換してデジタル音声信号を暗号化部１１４に出力する。
【００３３】
航法衛星信号受信部１１０は、航法衛星信号受信アンテナ１０８で受信されアンプ１０６で増幅された衛星信号を用いて単純測位を行い、得られた測位結果情報、擬似距離、位相距離、航法暦情報（エフェメリスデータ）などをデジタル情報として暗号化部１１４に出力する。また、航法衛星信号受信部１１３は、航法衛星信号受信アンテナ１１１で受信されアンプ１１２で増幅された衛星信号を用いて単純測位を行い、得られた測位結果情報、擬似距離、位相距離、航法暦情報などをデジタル情報として暗号化部１１４に出力する。
【００３４】
暗号化部１１４は、Ａ／Ｄ変換部１０４からのデジタル受信信号、Ａ／Ｄ変換部１０７からのデジタル音声信号、および航法衛星信号受信部１１０，１１３からの測位結果情報等のデジタル情報をそれぞれ暗号化し、暗号化した各種データを送信部１１５に出力する。そして、送信部１１５は、暗号化部１１４からの暗号化された各種データを、信号処理装置２に送信する。
【００３５】
信号処理装置２の受信部２１は、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎから送信される暗号化された各種データを受信して、これを暗号復号部２２に出力する。そして、暗号復号部２２は、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎからの暗号化された各種データを復号（解読）し、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎからのデジタル受信信号、デジタル音声信号、および測位結果情報等のデジタル情報を得る。
【００３６】
一般に、電波の到来方向（方位、仰角）を算出するには、複数のアンテナが必要である。そして、複数のアンテナへの到来時間差、位相差から、全体のアンテナの配置に対する到来方向を決定する。このため、本実施の形態において電波の到来方向を算出するために、アンテナ群１に属するアンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの全体的な配置を知る必要がある。
【００３７】
そこで、航法衛星信号処理部２６において、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎが備える航法衛星信号受信部１１０，１１３から出力された測位結果情報、擬似距離、位相距離、航法暦情報等の情報を用いて、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの通信電波受信アンテナ１０１の姿勢、アンテナ位相中心、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの位置関係を求める。
【００３８】
また、航法衛星信号処理部２６は、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎから送信された擬似距離、位相距離および航法暦情報を用いて単純測位を実施する。そして、航法衛星信号処理部２６は、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎからの測位結果情報と、航法衛星信号処理部２６で実施した単純測位の結果とを比較し、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの航法衛星信号受信部１１０，１１３の動作チェックの一つとする。このとき、複数の周波数を利用できる場合、擬似距離に含まれる電離層誤差を軽減し測位を実施する。
【００３９】
ここで、航法衛星信号処理部２６は、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎが備える航法衛星信号受信部１１０，１１３で生成された測位結果情報を用いて、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの位置関係を算出するが、より詳細な位置関係を求める場合は、基準となるアンテナ部の航法衛星受信部と航法衛星信号受信アンテナを決め、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎについて、基準とした航法衛星信号受信アンテナからの相対ベクトルをキネマティック測位手法により求める。
【００４０】
キネマティック測位が正確に行われているかどうかを判断するため、同一アンテナ部に含まれる航法衛星信号受信アンテナ１０８と航法衛星信号受信アンテナ１１１との間をキネマティック測位により計算する。航法衛星信号受信アンテナ１０８と航法衛星信号受信アンテナ１１１との間の距離は、設置前に精密に測定しておき、この測定しておいた距離とキネマティック測位による距離とを比較し、航法衛星信号受信部１１０，１１３の逐次処理の信頼性を確認する。
【００４１】
通信信号処理部２７は、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎからのデジタル受信信号を暗号復号部２２から受け取ると、デジタル受信信号に輻輳された複数の信号を独立成分分析の手法を用いて分離する。また、独立成分分析により、分離された複数の信号の各々についての各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎにおける位相差情報が得られるので、通信信号処理部２７は、この位相差情報と、航法衛星信号処理部２６で算出された各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの位置関係とを用いて、アンテナ群１の各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎで受信した電波の到来方位および仰角を算出する。
【００４２】
音声信号処理部２８は、各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎからのデジタル音声信号に輻輳された複数の音声信号を独立成分分析の手法を用いて分離する。また、独立成分分析により、分離された複数の音声信号の各々についての各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎにおける位相差情報が得られるので、音声信号処理部２８は、この位相差情報と、航法衛星信号処理部２６で算出された各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの位置関係とを用いて、アンテナ群１の各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎで受信した音波の到来方位および仰角を算出する。
【００４３】
ここで、独立成分分析について説明する。独立成分分析は、統計的な独立性と確率分布の非ガウス性を仮定し、複数の信号（雑音を含む）を分離する方式である。統計的に独立とは、例えば、アレイ入力信号Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）の２つの信号があった場合、どちらか一方の信号が他方の信号の生成に影響を与えていない、あるいは関係していないという状態である。
【００４４】
複数の信号Ｓ１（ｔ），Ｓ２（ｔ），…，ＳＫ（ｔ）が独立で、信号自体は未知であるとし、これらの信号が、アンテナ素子の特性により決まるウエイトＷ（混合行列）により合成されｙ（ｔ）が出力される状況を示した式を以下の（数式１）に示す。ここで、Ｋはアンテナ素子数を示す。
【数１】
2008122247.tif 000003
【００４５】
Ｓ１（ｔ）〜ＳＫ（ｔ）が統計的に独立である場合、各信号の相関はゼロであるという条件から、これらの相関行列は、（数式２）に示すように、対角部分だけに成分がある行列になる。
【数２】
2008122247.tif 000004
【００４６】
上記（数式２）の対角要素λｋ（ｋ＝１〜Ｋ）は、各信号の信号強度に関連した値になっている。Ｓを求めるために出力ｙ（ｔ）へ作用させる行列をＣとすると、
【数３】
2008122247.tif 000005
となる。このときＣがＷＨの逆行列になっていれば、完全に未知信号を分離できたことになる。
【００４７】
また、出力ｙ（ｔ）の相関行列は、
【数４】
2008122247.tif 000006
となる。
【００４８】
次に、Λを対角化する行列Ｖを求める。
【数５】
2008122247.tif 000007
【００４９】
行列Ｄの対角要素は、Λの固有値になっている。ここで、出力ｙ（ｔ）を次の（数式６）のように変換する。
【数６】
2008122247.tif 000008
【００５０】
この変換は、固有ベクトル方向への射影になっており、統計解析の主成分分析における主成分を求めたことになる。
【数７】
2008122247.tif 000009
【００５１】
変換後の相関行列が単位行列となり、分散が１であるガウス分布と同じ状態になっている。このため、この操作は白色化と言われる。さらに、相関行列が単位行列で、各対角要素の値が同じであるため、信号強度に関する情報が失われていることが分かる。このとき、Ｚ（ｔ）には、ＲＨＲ＝ＲＲＨ＝Ｉを満足するユニタリ変換の不定性が残っている。
【００５２】
ここで、複数の信号Ｓ１（ｔ），Ｓ２（ｔ），…，ＳＫ（ｔ）より構成される信号ｙ（ｔ）がガウス分布に従っている場合、このユニタリ変換の不定性を決定することができず、信号の分離はできない。ここで、ｙ（ｔ）が非ガウス分布に従うものと仮定することにより、ユニタリ変換の不定性を解くことができる。
【００５３】
このユニタリ変換の不定性を解く方法として、いくつかの手法が提案されている。（数式６）で変換されたＺ（ｔ）を使い、エントロピー最小化、４次キュムラント最大化などの手法を用いて、独立性を最大限に表せるウエイト（混合行列）Ｗを求める。
【００５４】
エントロピーは、アレイ入力信号Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とが統計的に独立であるとき最小となる。すなわち、Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とを同時に発生させる確率ｑ（Ｘ１，Ｘ２）が、Ｘ１（ｔ）の発生確率ｑ１（Ｘ１）と、Ｘ２（ｔ）の発生確率ｑ２（Ｘ２）との積で表されることである。
【数８】
2008122247.tif 000010
【００５５】
この（数式８）には、Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）の相関に関する項はない。そのため、相関行列あるいは共分散行列の相関項がゼロになる。
【００５６】
確率ｑ（Ｘ１，Ｘ２）のエントロピーＨ（Ｘ１，Ｘ２）は次の（数式９）で計算される。
【数９】
2008122247.tif 000011
【００５７】
Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とが独立であれば、エントロピーは、Ｘ１（ｔ）のエントロピーとＸ２（ｔ）のエントロピーとの単純な和になるが、独立でない場合は、相関に相当する項が発生する。
【数１０】
2008122247.tif 000012
【００５８】
そのため、Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とが独立である場合、ｑ（Ｘ１，Ｘ２）のエントロピーＨ（Ｘ１，Ｘ２）は最小になる。Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とを独立とした場合、エントロピーを最小になるよう、先に不定であったユニタリ変換を決めれば、（数式６）の不定性がなくなり、信号を分離することができる。このとき、（数式６）では信号強度に関する情報は失われている。
【数１１】
2008122247.tif 000013
【００５９】
もともとの信号Ｓ（ｔ）として輻輳した信号の信号強度がすべて１である場合には、上記（数式１１）の括弧内の分離行列が混合行列ＷＨの逆行列になっていると考えられる。混合行列ＷＨは、信号の到来方向とアンテナとの関係から作られる位相差により構成されている行列であるので、分離行列も同様の位相差情報から作られている。このため、この行列を利用することにより、信号の到来方向（方位角、仰角）が分かる。
【００６０】
また、ガウス分布の特質として、４次キュムラントがゼロになる性質がある。Ｘ１（ｔ）とＸ２（ｔ）とを含む信号が非ガウス性である場合、この４次キュムラントがゼロにならない。逆に、この４次キュムラントを最大化するような、ユニタリ変換を求めれば、信号を分離するための分離行列を求めたことになる。以上が独立成分分析の説明である。
【００６１】
比較処理部２９は、通信信号処理部２７で分離された複数の信号自体、算出された方位および仰角を、スペクトル、変調形式等のその他の特徴量とともにネットワーク４を介してデータサーバ装置３に送信する。また、比較処理部２９は、通信信号処理部２７で分離された複数の信号の特徴量と、データサーバ装置３に保存されている信号の特徴量とを比較し、信号を同定する。さらに、１回の分離処理で出力される信号セット間で相関の高いものを、同じ信号とみなしセット間で関連付ける。
【００６２】
また、比較処理部２９は、音声信号処理部２８で分離された複数の音声信号自体、算出された方位および仰角を、スペクトル、変調形式等のその他の特徴量とともにネットワーク４を介してデータサーバ装置３に送信する。また、比較処理部２９は、音声信号処理部２８で分離された複数の音声信号の特徴量と、データサーバ装置３に保存されている音声信号の特徴量とを比較し、音声信号を同定する。さらに、１回の分離処理で出力される音声信号セット間で相関の高いものを、同じ音声信号とみなしセット間で関連付ける。
【００６３】
そして、データサーバ装置３の記録処理部３１は、通信信号処理部２７で分離された複数の信号自体、および分離された複数の信号の特徴量等を、ネットワーク４を介して受信し、記録部３２に記録する。また、記録処理部３１は、音声信号処理部２８で分離された複数の音声信号自体、および分離された複数の音声信号の特徴量等を、ネットワーク４を介して受信し、記録部３２に記録する。
【００６４】
なお、受信した電波または音波の到来方位、仰角を求める必要がない場合は、アンテナ群１に属する少なくとも１つのアンテナ部で受信された電波に基づき、信号処理装置２の通信信号処理部２７で電波の輻輳分離を独立成分分析手法により行い、音波の場合には音声信号処理部２８にて輻輳分離を独立成分分析手法により行う。比較処理部２９は、通信信号処理部２７または音声信号処理部２８で分離された信号自体と、特徴量（スペクトル、変調形式等）とを、データサーバ装置３の記録部３２保存されている信号特徴量と比較し、類似した信号を抽出するとともに、データサーバ装置３に送信する。そして、データサーバ装置３は、信号処理装置２から受信した信号やその特徴量を記録部３２に保存する。
【００６５】
このように本実施の形態によれば、アンテナ群１に属する互いに独立して移動可能な複数のアンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎで受信した電波に輻輳された複数の信号を独立成分分析の手法を用いて分離し、分離された複数の信号の各々についての各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎにおける位相差を算出し、航法衛星からの衛星信号を用いた各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの測位結果により各アンテナ部１ａ，１ｂ，…，１ｎの位置関係を算出し、この算出した位相差および位置関係を用いて、電波の到来方位および仰角を算出するので、特定の場所に設置しなくても、受信した電波の到来する方位および仰角を推定することができる。また、音波についても同様に、到来する方位および仰角を推定することができる。
【００６６】
なお、上記実施形態は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素または全要素を含んだ各種の実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態に係るアレイアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すアレイアンテナシステムのアンテナ部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示すアレイアンテナシステムの信号処理装置およびデータサーバ装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１    アンテナ群
１ａ，１ｂ，…，１ｎ    アンテナ部
２    信号処理装置
３    データサーバ装置
４    ネットワーク
１０    アンテナ受信系
１１    電源系
２１    受信部
２２    暗号復号部
２３    航法衛星信号受信アンテナ
２４    アンプ
２５    航法衛星信号受信部
２６    航法衛星信号処理部
２７    通信信号処理部
２８    音声信号処理部
２９    比較処理部
３１    記録処理部
３２    記録部
１０１    通信電波受信アンテナ
１０２，１０６，１０９，１１２    アンプ
１０３    周波数変換部
１０４，１０７    Ａ／Ｄ変換部
１０５    マイクロホン
１０８，１１１    航法衛星信号受信アンテナ
１１０，１１３    航法衛星信号受信部
１１４    暗号化部
１１５    送信部
１２１    発電部
１２２    バッテリ
１２３    電源安定化部
【図１】
2008122247.tif 000014
【図２】
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【図３】
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