(57)【要約】【課題】不要波が混在する場合でも所望波の到来方向を正確に測定することの可能な到来方向測定装置および到来方向測定方法を提供する。【解決手段】複数のアンテナ素子Ａ１〜Ａｎにおける受信信号を受信処理器２でデータ化したのち、各アンテナ素子Ａ１〜Ａｎの受信レベルをアンテナ素子Ａ１〜Ａｎの配列方向にプロットした曲線を、方位範囲制御処理器３により複数の正弦波に分解する。すなわち、複数のフィルタ処理部３１〜３ｍにより空間を複数の方探範囲に分割し、測角方位を限定して方探範囲の外からの到来信号を除去することにより、インターフェロメータ測角処理器４に対して単一の方向からの受信データを与えるようにする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配列される複数の受信素子と、
空間を互いに方向の異なる複数の方探範囲に分割した場合のいずれかの方探範囲に対応する信号成分を、前記複数の受信素子のそれぞれの受信信号から抽出する抽出手段と、
この抽出手段により抽出された信号成分の前記複数の受信素子の配列方向に対する位相差から、当該信号成分が抽出された方探範囲から到来する到来波の到来方向を算出する到来方向算出手段とを具備することを特徴とする到来方向測定装置。
【請求項２】
前記到来方向算出手段は、インターフェロメータ方式により前記到来波の到来方向を算出することを特徴とする請求項１に記載の到来方向測定装置。
【請求項３】
前記抽出手段は、前記複数の受信素子の同時刻における受信レベルを当該複数の受信素子の配列方向に対してプロットして得られる曲線を複数の正弦曲線に分離して各々の方探範囲に対応する信号成分を抽出することを特徴とする請求項１に記載の到来方向測定装置。
【請求項４】
アレイ状に配列される複数の受信素子のそれぞれの受信信号から、空間を互いに方向の異なる複数の方探範囲に分割した場合のいずれかの方探範囲に対応する信号成分を抽出する抽出ステップと、
この抽出された信号成分の前記複数の受信素子の配列方向に対する位相差から当該信号成分が抽出された方探範囲から到来する到来波の到来方向を算出する算出ステップとを具備することを特徴とする到来方向測定方法。
【請求項５】
前記算出ステップは、インターフェロメータ方式により前記到来波の到来方向を算出するステップであることを特徴とする請求項４に記載の到来方向測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波や音波などの到来方向を測定するための到来方向測定装置および到来方向測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電波の到来方向を測定するための技術として、インターフェロメータ方式が知られている。この方式は、複数のアンテナ素子で受信された受信信号の相互間の位相差をもとに信号の到来方向を測定する方探処理方式である。
ところで、この方式は、到来波の波面形状に乱れが無い場合、いわば到来波の数がただ一つである場合を想定する方式である。これに対し複数の電波が混在すると、アンテナ素子に到来する波面形状はこれらの電波の重ねあわせとなり、波面が乱れる。このような環境下では各アンテナ素子において受信された信号の位相差と所望波の到来方向とが１対１に対応せず、インターフェロメータ方式による正確な方探処理はもはや期待できなくなる。
現実の環境においてはマルチパスなどにより複数の電波が混在することがほとんどであるため、このような環境に強い到来方向測定装置および方法の提供が待たれている。
【０００３】
なお、この種の技術について述べた文献として下記の非特許文献１がある。この文献にはビームフォーマ法と称する電波到来方向推定方式が説明されている。
【０００４】
【非特許文献１】
菊間  信良  著「アレーアンテナによる適応信号処理」  科学技術出版  Ｐ．１７８  ９．２．１  ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）法
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようにインターフェロメータ方式を用いる従来の到来方向測定方式には、所望波とそれ以外の不要波とが混在する場合に、所望波の到来方向を算出することが困難であるという不具合がある。
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、不要波が混在する場合でも所望波の到来方向を正確に測定することの可能な到来方向測定装置および到来方向測定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、アレイ状に配列される複数の受信素子（例えばアンテナ素子）と、空間を互いに方向の異なる複数の方探範囲に分割した場合のいずれかの方探範囲に対応する信号成分を前記複数の受信素子のそれぞれの受信信号から抽出する抽出手段（例えば方探範囲制御処理器）と、この抽出手段により抽出された信号成分の前記複数の受信素子の配列方向に対する位相差から、当該信号成分が抽出された方探範囲から到来する到来波の到来方向を算出する到来方向算出手段（例えばインターフェロメータ測角処理器）とを具備することを特徴とする。
【０００７】
このような手段を講じることにより、空間を互いに方向の異なる複数の方探範囲に分割した場合のいずれかの方探範囲に対応する信号成分が各受信素子における受信信号から抽出され、その結果得られる信号成分から例えばインターフェロメータ方式のもとで測角処理が実施される。
【０００８】
これにより到来方向算出手段には、所定の方探範囲の外からの到来波成分が除去された状態の信号成分が与えられ、いわば方探範囲が空間的に制限された状態での測角処理がなされる。すなわち到来波が複数の方向から到来する場合でも、到来方向算出手段にはほぼ一つの方向からの到来波成分が与えられ、これにより予め決められた方探範囲内におけるインターフェロメータ方探処理が可能となる。従って不要波が混在する場合でも、インターフェロメータ方式のもとで所望波の到来方向を正確に測定することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係わる電波到来方向測定装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。図１において、任意の方向から到来する到来波は、間隔Ｄでアレイ状に配列される複数のアンテナ素子Ａ１〜Ａｎにより受信され、受信処理器２によりディジタル変換される。これにより得られる受信データは方位範囲制御処理器３を介してインターフェロメータ測角処理器４に与えられ、到来波の到来方向が算出される。
【００１０】
インターフェロメータ測角処理器４は、受信データから各アンテナ素子Ａ１〜Ａｎ間の位相差データを算出し、次式（１）により到来方向θを算出する。
θ  ＝  ａｓｉｎ（Δφ・λ／２πＤ）・・・（１）
式（１）においてΔφはアンテナ素子間の位相差、λは波長、Ｄはアンテナ素子間距離を示し、ａｓｉｎ（）は正弦関数ｓｉｎ（）の逆関数を表す。
【００１１】
方位範囲制御処理器３は、空間を互いに方向の異なる複数の方探範囲に分割し、各方探範囲に対応する信号成分を受信データから抽出するためのフィルタ処理部３１〜３ｍを備える。各フィルタ処理部３１〜３ｍを切替制御部５により切り替えることにより、全ての方向をくまなくスキャンすることができる。
【００１２】
上記構成において、方位範囲制御処理器３は、各アンテナ素子Ａ１〜Ａｎで同時に受信された信号に基づく受信データを、インタフェース部６により時系列の順序をアンテナ素子Ａ１〜Ａｎの配列方向に変換したのち、ソフトウェア処理によりフィルタリングする。すなわち方位範囲制御処理器３は、時系列データに対する時間方向のフィルタ処理ではなく、同じ時刻における受信データに対して空間的なフィルタリング処理を実施する。
【００１３】
図２は、図１の電波到来方向測定装置の作用を説明するための模式図である。この図はアンテナ素子数が１０個の場合を例にとり、主として方位範囲制御処理器３の処理を示すものである。到来波がただ一つである場合に各アンテナ素子Ａ１〜Ａｎの受信レベルをその配列方向にプロットすると、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように到来方向に対応する一定の周期をもつ正弦波が得られる。図２（ａ）の到来方向は０°すなわち正面方向、図２（ｂ）および図２（ｃ）の到来方向はそれぞれθ１、θ２である。この正弦波の周期は、到来波の波長をλとするとＤ・Ｓｉｎθ＜λ／２の条件下で到来方向θに１対１に対応し、隣り合うアンテナ素子間の位相差から到来方向θを一意に求めることができる。
【００１４】
これに対して到来波が複数の方向から到来すると、プロット曲線は異なる周期を持つ曲線の重ねあわせとなり、図２（ｄ）に示されるようになる。このため隣り合うアンテナ素子間の位相差が乱れ、インターフェロメータ方式のもとでは到来方向θを一意に求めることが困難となる。
【００１５】
そこで本実施形態では、図２（ｄ）に示される曲線に対して空間的なフィルタリング処理を施すことによりプロット曲線を複数の正弦曲線に分解する。そして、各正弦曲線の周期から受信信号のアンテナ素子間の位相差を一意に算出し、その値から到来波の到来方向を算出するようにする。これは、空間を複数の方探範囲に分割し、各方探範囲ごとに到来波の到来方向を測位することに相当する。
【００１６】
このように本実施形態では、複数のアンテナ素子Ａ１〜Ａｎにおける受信信号を受信処理器２でデータ化したのち、各アンテナ素子Ａ１〜Ａｎの受信レベルをインタフェース部６によりアンテナ素子Ａ１〜Ａｎの配列方向に並べることにより得られる曲線を、複数の正弦波に分解する。すなわち、複数のフィルタ処理部３１〜３ｍにより空間を複数の方探範囲に分割して測角方位を限定して方探範囲の外からの到来信号を除去し、インタフェース部６により再び時系列化することにより、インターフェロメータ測角処理器４に対して単一の方向からの受信データを与えるようにしている。
【００１７】
このようにしたので、インターフェロメータ方式による測角処理を実施する前に、到来方向と位相差とが一意に対応する正弦曲線を得ることができ、これにより各方探範囲ごとに受信信号の位相差データΔφを得られるようになる。従って複数の到来波が存在する場合でもインターフェロメータ方式による測角処理を実施することが可能になる。
【００１８】
また本実施形態では、互いに方探範囲の異なる複数のフィルタ処理部３１〜３ｍを切替制御部５により切り替えるようにしているので、柔軟な方位範囲制限処理を行ったうえでのインターフェロメータ方探処理が可能となる。
【００１９】
これらのことから本実施形態によれば、不要波が混在する場合でも所望波の到来方向を正確に測定することが可能となる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば本実施形態では電波の到来方向を計測する到来方向測定装置につき説明したが、ソナー（ＳＯｕｎｄ  ＮＡｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｒａｎｇｉｎｇ）技術を適用したソナーレーダなどのように、音波の到来方向を計測するためにも本発明を適用することができる。この場合、アンテナ素子Ａ１〜Ａｎをそれぞれマイク状の素子に置き換えると良い。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施を行うことができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳しく述べたように本発明によれば、不要波が混在する場合でも所望波の到来方向を正確に測定することの可能な到来方向測定装置および到来方向測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる電波到来方向測定装置の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図２】図１の電波到来方向測定装置の作用を説明するための模式図。
【符号の説明】
Ａ１〜Ａｎ…アンテナ素子、２…受信処理器、３…方位範囲制御処理器、４…インターフェロメータ測角処理器、５…切替制御部、６…インタフェース部、３１〜３ｍ…フィルタ処理部
【図１】
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【図２】
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