(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号源から放射される電波を受信する複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子の受信信号をデジタル化したデジタル信号を出力するアナログデジタル変換器と、
前記アナログデジタル変換器から出力されるデジタル信号に含まれる前記信号源の個体識別情報を抽出する信号情報抽出手段と、
前記複数のアンテナ素子それぞれの受信信号から得られる前記デジタル信号のうち、前記信号情報抽出手段で抽出される前記個体識別情報が一致するデジタル信号に基づいて、前記信号源から放射される電波の到来方向を計算する測角値計算手段と
を備えた測角装置。
【請求項２】
２つのアンテナ素子と前記アナログデジタル変換器との間に設けられ、前記２つのアンテナ素子の受信信号を混合して得られる２つの信号を前記アナログデジタル変換器に出力する９０°ハイブリッド回路と、
前記アナログデジタル変換器から出力されるデジタル信号の電力を計算する信号電力計算手段とをさらに備え、
前記測角値計算手段は、前記２つのアンテナ素子それぞれの受信信号から得られるデジタル信号の電力の比に基づいて、前記信号源から放射される電波の到来方向を計算することを特徴とする請求項１に記載の測角装置。
【請求項３】
前記２つのアンテナ素子の間隔は、前記信号源から放射される電波の波長の１／４以下であり、
前記測角値計算手段で算出される電波の到来方向は、−９０°から＋９０°の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の測角装置。
【請求項４】
前記測角値計算手段は、前記２つのアンテナ素子それぞれの最新の受信信号から得られるデジタル信号の前記個体識別情報が一致しない場合は、測角の限界値を前記信号源から放射される電波の到来方向とすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の測角装置。
【請求項５】
前記測角値計算手段は、前記２つのアンテナ素子それぞれの最新の受信信号から得られるデジタル信号の前記個体識別情報が一致しない現象が所定の回数連続して生じる場合は、測角の限界値を前記信号源から放射される電波の到来方向とすることを特徴とする請求項４に記載の測角装置。
【請求項６】
前記複数のアンテナ素子は、電波を放射する機能を備え、
前記信号情報抽出手段は、特定の個体識別情報を有する信号源への通信要求を前記複数のアンテナ素子から放射して通信を確立し、前記特定の個体識別情報を有する信号源から放射される電波の到来方向を計算することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の測角装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波の到来方向を測定する測角装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のアンテナ素子により受信した信号の電力の比を計算することにより、信号の到来方向を推定するモノパルス測角装置がある（非特許文献１）。
【０００３】
この測角装置では、複数のアンテナ素子で受信した受信信号の電力の比と、事前に計算しておいた角度−電力の比との関係を参照して、受信信号の電力の比と等しくなるような電力の比を与える角度を到来角として推定する。そのため、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などの高分解能な測角アルゴリズムに比べ低演算量で到来方向を推定することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｐｅｙｔｏｎ  Ｚ．  Ｐｅｅｂｌｅｓ，  Ｊｒ．，  ”ＲＡＤＡＲ  ＰＲＩＮＣＩＰＬＥ，”  Ｗｉｌｅｙ  Ｉｎｔｅｒ−Ｓｃｉｅｎｃｅ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１の測角装置では、複数の発信機から発信される信号が到来した場合、それぞれを分離することができない。そのため、例えば、屋内などにおいて複数の入射波が想定される状況では適用することができないという問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、複数の入射波を発信機ごとに分離し、分離した入射波に対して測角値を計算する測角装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の測角装置は、信号源から放射される電波を受信する複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子の受信信号をデジタル化したデジタル信号を出力するアナログデジタル変換器と、アナログデジタル変換器から出力されるデジタル信号に含まれる信号源の個体識別情報を抽出する信号情報抽出手段と、複数のアンテナ素子それぞれの受信信号から得られるデジタル信号のうち、信号情報抽出手段で抽出される個体識別情報が一致するデジタル信号に基づいて、信号源から放射される電波の到来方向を計算する測角値計算手段とを備えた測角装置である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、上記のように構成したことにより、複数の発信機からの入射波を発信機ごとに分離して測角値を計算することができる。その結果、屋内など、複数の入射波が想定される状況においても適用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる測角装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わる測角装置の信号処理手段のハードウェア構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係わる測角装置の受信信号を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係わる測角装置の測角値計算手段の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係わる測角装置のハイブリッド回路の出力信号を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係わる測角装置のハイブリッド回路の出力信号の電力比と電波の到来角との関係を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係わる測角装置のアンテナ素子の間隔とハイブリッド回路の出力信号の電力比との関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係わる測角装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の測角装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００１１】
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１００の構成の一例を示す機能構成図である。図に示すように、測角装置１００は、信号源から放射される電波を受信する受信手段１、受信手段１で受信した受信信号から電波の到来方向を算出する信号処理手段２、信号処理手段２で算出した電波の到来方向を表示する表示手段３を備える。
【００１２】
受信手段１は、２つのアンテナ素子１１−１，１１−２、９０°ハイブリッド回路１２、２つのＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ、アナログデジタル）変換器１３−１，１３−２で構成される。なお、受信手段１は、電波を送信する送信手段としても使用することが可能な構成としてもよい。つまり、アンテナ素子１１−１，１１−２は、電波を受信するときは受信アンテナ素子として、送信するときは送信アンテナ素子として使うことが可能な構成でもよい。
【００１３】
アンテナ素子１１−１，１１−２は、間隔をあけて配置され、発信機などの信号源から放射される電波を受信する受信アンテナ素子である。アンテナ素子１１−１，１１−２は、信号源から角度θで到来する信号を受信し、受信信号をそれぞれ出力する。アンテナ素子１１−１，１１−２の受信信号は、９０°ハイブリッド回路１２に出力される。
【００１４】
９０°ハイブリッド回路は、端子から入力される信号を位相差が９０°で電力が等しい２つの信号に分配する回路である。また、入力が２端子の場合には、分配後の信号はそれぞれ足し合わされる。本発明の実施の形態１における９０°ハイブリッド回路１２は４つの端子を備える。９０°ハイブリッド回路１２の２つの端子（入力端子）には、アンテナ素子１１−１，１１−２から出力される受信信号がそれぞれ入力される。９０°ハイブリッド回路１２は、アンテナ素子１１−１，１１−２の受信信号をそれぞれ分配し、分配後のアンテナ素子１１−１，１１−２の受信信号を足し合わせる。９０°ハイブリッド回路１２は、受信信号を混合して得られる２つのアナログ信号を残りの２端子（出力端子）から出力する。９０°ハイブリッド回路１２の出力信号の詳細は後述する。
【００１５】
ＡＤ変換器１３−１，１３−２は、９０°ハイブリッド回路１２の出力端子ごとに設けられ、９０°ハイブリッド回路１２の出力端子から出力されるアナログ信号をデジタル化したデジタル信号をそれぞれ出力する。デジタル信号は、信号処理手段２に出力される。
【００１６】
信号処理手段２は、信号情報抽出手段２１−１，２１−２、信号電力計算手段２２−１，２２−２、記憶部２３−１，２３−２、測角値計算手段２４、記憶部２５で構成される。信号情報抽出手段２１−１，２１−２、信号電力計算手段２２−１，２２−２、記憶部２３−１，２３−２は、ＡＤ変換器１３−１，１３−２に対応してそれぞれ設けられる。
【００１７】
信号情報抽出手段２１−１，２１−２は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの専用のハードウェアで実現される処理回路であり、ＡＤ変換器１３−１，１３−２から出力されるデジタル信号に含まれる個体識別情報をそれぞれ抽出する。信号情報抽出手段２１−１，２１−２は、測角したい電波の規格にあった汎用の無線チップを用いて実現してもよい。
【００１８】
個体識別情報とは、例えば、Ｗｉ−Ｆｉの電波を利用して測角する場合は、発信機側から定期的に送信されるビーコン信号に記載されているＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレス、民間航空機の電波を利用して測角する場合は、応答システムに含まれる識別番号などが該当する。なお、取り扱う電波が通信波の場合、通信の規格上、複数の発信機が存在する場合においても、複数の発信機が同時に電波を放射することはないので、デジタル信号に含まれる個体識別情報を抽出することで、複数の発信機の分離を行うことができる。つまり、抽出した個体識別情報から、電波を放射した発信機を識別することができるので、発信機ごとにデジタル信号を処理することができる。よって、電波を放射する発信機が複数存在する場合であっても、発信機の数を把握し、それぞれの発信機から放射される電波の到来方向を個別に推定することができる。
【００１９】
信号電力計算手段２２−１，２２−２は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣなどの専用のハードウェアで実現される処理回路であり、ＡＤ変換器１３−１，１３−２から出力されるデジタル信号の電力をそれぞれ算出して出力する。電力は、信号の振幅を二乗した値により得られる。
【００２０】
記憶部２３−１，２３−２は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣなどの専用のハードウェアの内部に設けられた記憶領域、または外部に設けられたメモリであり、信号情報抽出手段２１−１，２１−２で抽出された個体識別情報と、信号電力計算手段２２−１，２２−２で算出された電力とを１つの組として、時系列順に保存する。
【００２１】
測角値計算手段２４は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣなどの専用のハードウェアで実現される処理回路であり、記憶部２３−１，２３−２に保存されている個体識別情報と電力との組を用いて、電波の到来方向を示す測角値（到来角とも言う）を算出する。測角値の算出方法の詳細は後述する。
【００２２】
記憶部２５は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣなどの専用のハードウェアの内部に設けられた記憶領域、または外部に設けられたメモリであり、測角値計算手段２４で算出された測角値を保存する。
【００２３】
表示手段３は、例えば、液晶表示装置などの表示器３１で構成され、記憶部２５に格納される測角値を表示する。
【００２４】
以上の説明では、信号情報抽出手段２１−１，２１−２、信号電力計算手段２２−１，２２−２、測角値計算手段２４を個別のハードウェアで実現する構成について説明したが、これに限定するものではない。例えば、まとめて１つのハードウェアで実現してもよいし、信号情報抽出手段２１−１，２１−２を汎用の無線チップで実現し、信号電力計算手段２２−１，２２−２と測角値計算手段２４をまとめて１つのハードウェアで実現してもよい。
【００２５】
また、信号情報抽出手段２１−１，２１−２、信号電力計算手段２２−１，２２−２、測角値計算手段２４は、コンピュータで構成されていてもよい。図２は、信号処理手段２がコンピュータで構成される場合における、測角装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。測角装置１００は、受信装置６、プロセッサ７、メモリ８、表示装置９で構成される。受信手段１は受信装置６、表示手段３は表示装置９でそれぞれ実現される。信号処理手段２は、プロセッサ７とメモリ８とを備え、信号情報抽出手段２１−１，２１−２、信号電力計算手段２２−１，２２−２、測角値計算手段２４の機能は、メモリ８に記憶されたプログラムをプロセッサ７で実行することにより実現される。また、記憶部２３−１，２３−２，２５の機能は、メモリ８により実現される。
【００２６】
プロセッサ７とは、プログラムを読み込んでデジタル信号処理を行う汎用的な中央演算装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などである。
【００２７】
メモリ８とは、例えば、ＲＡＭなどの半導体メモリや、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）などの記録媒体である。
【００２８】
ここで、受信手段１が受信する受信信号について、図を参照して説明する。図３は、測角装置１００に到来する電波、および電波を受信して得られる受信信号の様子を模式的に示した説明図である。
【００２９】
角度θで到来する電波を受信したときにアンテナ素子１１−１，１１−２から得られる受信信号ｘ１１−１（ｔ），ｘ１１−２（ｔ）は、アンテナ素子１１−１を位相基準とすると、それぞれ式（１）、式（２）で表される。
【００３０】
【数１】
0006410745.tif 000002
【００３１】
【数２】
0006410745.tif 000003
【００３２】
ここで、ｓ０（ｔ）は信号源から放射される電波の信号波形、ｄはアンテナ素子１１−１，１１−２の間隔、λは信号源から放射される電波の波長である。なお、信号は、位相項を表すために複素表現とする。
【００３３】
また、９０°ハイブリッド回路１２から出力される信号ｘ１２−１（ｔ），ｘ１２−２（ｔ）は、式（３）、式（４）で表される。
【００３４】
【数３】
0006410745.tif 000004
【００３５】
【数４】
0006410745.tif 000005
【００３６】
さらに、式（３）、式（４）で与えられる信号の偏角と振幅は、式（５）、式（６）でそれぞれ表される。
【００３７】
【数５】
0006410745.tif 000006
【００３８】
【数６】
0006410745.tif 000007
【００３９】
ここで、偏角∠ｘ１２−１（ｔ）と∠ｘ１２−２（ｔ）とを比較すると、式（７）に示すように、等しいことがわかる。つまり、９０°ハイブリッド回路１２から出力される信号ｘ１２−１（ｔ），ｘ１２−２（ｔ）は、電波の到来角θに係わらず、位相が揃った信号になる。
【００４０】
【数７】
0006410745.tif 000008
【００４１】
このように、位相が揃った２つの信号ｘ１２−１（ｔ），ｘ１２−２（ｔ）は、ＡＤ変換器１３−１，１３−２でそれぞれデジタル信号に変換された後、信号情報抽出手段２１−１，２１−２と信号電力計算手段２２−１，２２−２へ送られる。信号情報抽出手段２１−１，２１−２ではデジタル信号から個体識別情報が抽出され、信号電力計算手段２２−１，２２−２ではデジタル信号の電力が算出される。同一のデジタル信号から得た個体識別情報と電力との組は、記憶部２３−１，２３−２にそれぞれ格納される。測角値計算手段２４は、記憶部２３−１，２３−２に格納されている個体識別情報と電力とを用いて、測角装置１００で受信した電波の到来角θを算出する。
【００４２】
次に、図４に示すフローチャートを参照しながら、測角値計算手段２４で電波の到来角θを算出する方法について説明する。
【００４３】
測角値計算手段２４は、記憶部２３−１，２３−２に保存されている複数の個体識別情報と電力との組から、最新の個体識別情報と電力との組をそれぞれ取り出す（ステップＳ１）。
【００４４】
測角値計算手段２４は、記憶部２３−１から取り出した個体識別情報と記憶部２３−２から取り出した個体識別情報とを比較し、一致するか否かの判断を行う（ステップＳ２）。この動作を本発明の実施の形態では個体識別情報のペアリングという。ペアリングの結果、個体識別情報が一致する場合、つまりペアリングに成功した場合にはステップＳ３へ進み、一致しない場合、つまりペアリングに失敗した場合にはステップＳ７へ進む。
【００４５】
まず、個体識別情報が一致する場合について説明する。
【００４６】
測角値計算手段２４は、式（８）に基づいて、ステップＳ２で記憶部２３−１，２３−２から取り出した電力の比を計算する（ステップＳ３）。
【００４７】
【数８】
0006410745.tif 000009
【００４８】
式（８）より、９０°ハイブリッド回路１２から出力される２つの信号の電力比は、入射する電波の波長λ、アンテナ素子の間隔ｄ、電波の到来角θに依存するが、電波の波形ｓ０（ｔ）やその振幅には依存しないことが分かる。このとき、電波の波長λ、アンテナ素子の間隔ｄは固定であり、測定ごとに変わらないため、９０°ハイブリッド回路１２から出力される２つの信号の電力比から電波の到来角θを推定することが可能となる。
【００４９】
測角値計算手段２４が電力比から電波の到来角θを推定する方法について、図を参照して説明する。
【００５０】
図５は、９０°ハイブリッド回路１２から出力される信号ｘ１２−１（ｔ），ｘ１２−２（ｔ）の電力を、電波の到来角を変えてプロットしたものである。横軸は電波の到来角θ［ｄｅｇ］、縦軸は利得［ｄＢ］を示している。また、実線が信号ｘ１２−１（ｔ）、破線が信号ｘ１２−２（ｔ）の電力を示している。なお、図５は、アンテナ素子の間隔ｄが半波長と等しい場合を一例として示した。
【００５１】
図６は、式（８）に示す信号ｘ１２−１（ｔ），ｘ１２−２（ｔ）の電力比を、電波の到来角を変えて計算した結果を示す。横軸は電波の到来角θ［ｄｅｇ］、縦軸は信号の電力比を示している。図６は、図５に示す信号ｘ１２−１（ｔ），ｘ１２−２（ｔ）の電力の差分に対応している。図６に示した信号の電力比と電波の到来角との関係は、予め計算で求めることができる。よって、実際に取得した信号の電力比と、予め計算で求めた図６の関係とを参照することで、測角を行うことができる。つまり、図６において、実際に取得した信号の電力比と一致する電力比を与える角度を電波の到来角として推定する（ステップＳ４）。
【００５２】
しかしながら、図６から明らかなように、アンテナ素子の間隔が半波長の場合には、実際に取得した信号の電力比と一致する電力比を与える角度が２つ存在し、測角結果にアンビギュイティが生まれてしまう。例えば、図中のＤ１で示す電力比は、Ａ１とＡ２の２つの角度により与えられる。そのため、アンビギュイティなく測角するためには、測角範囲を式（９）に示す範囲に限定する必要がある。
【００５３】
【数９】
0006410745.tif 000010
【００５４】
つまり、アンビギュイティなく測角するためには、あらかじめ測角したい範囲に応じて、アンテナ素子の間隔を適切に選ぶ必要がある。図７は、アンテナ素子の間隔ｄが半波長の場合と１／４波長の場合における、信号の電力比と到来角との関係を示す図である。図中の実線が半波長の場合であり、破線が１／４波長の場合を示す。横軸は電波の到来角θ［ｄｅｇ］、縦軸は信号の電力比を示している。このように、例えば、アンテナ素子の間隔を１／４波長とすることで、±９０°の測角範囲において到来角と電力比との間に１対１の対応関係が成り立つので、アンビギュイティなく測角することができる。なお、測角範囲は±９０°として説明したが、これに限定するものではなく、測角する範囲に応じて±９０°より広く設定してもよいし、狭く設定してもよい。
【００５５】
測角値計算手段２４は、推定した到来角を個体識別情報ごとに記憶部２５に保存し（ステップＳ５）、表示手段３の表示器３１に表示する（ステップＳ６）。その後、再び、ステップＳ１へ戻り、記憶部２３−１，２３−２から最新の個体識別情報と電力との組を取り出し、一連の処理を繰り返し行う。前回の処理以降、新たに格納された個体識別情報と電力との組が無い場合には、新たに格納されるまで待つ。
【００５６】
次に、個体識別情報が一致しない場合について説明する。
【００５７】
図５より明らかなとおり、９０°ハイブリッド回路１２から出力されるそれぞれの信号の電力は、特定の角度においてヌル点になる。言い換えると、特定の角度において、９０°ハイブリッド回路１２に入力する２つの信号の位相が打ち消し合い、信号がなくなってしまう。例えば、図中に点線の矩形で示した角度付近においては、実線で示す信号ｘ１２−１（ｔ）の強度は十分大きいが、破線で示す信号ｘ１２−２（ｔ）の強度は小さい。このように、信号がなくならないとしても、信号情報抽出手段２１−１，２１−２で認識ができなくなるほど小さくなると、信号情報抽出手段２１−１，２１−２は原理的に個体識別情報を抽出することができなくなる。しかしながら、９０°ハイブリッド回路１２から出力される２つの信号が同時になくなることはない。そこで、片方の信号のみ個体識別情報が抽出できた場合は、その抽出できた信号を元に到来角を推定する。
【００５８】
ただし、受信電力がそもそも小さい、あるいは、ハードウェア的なエラーにより片方の信号が得られないなどの理由により、個体識別情報が一致しなかった可能性も考えられる。そのため、個体識別情報が一致しない場合は、複数回測定を繰り返し、片方の信号の情報のみを用いて到来角を推定するか否かの判断を行ったほうがよい。
【００５９】
具体的には、ステップＳ２で個体識別情報が一致しないと判断された場合には、その個体識別情報において、一致しないとの判断が発生した回数を確認する（ステップＳ７）。ペアリングの失敗が１回目の場合には、その個体識別情報においてペアリングに失敗したことを示す情報、例えば、履歴やカウント数などを測角値計算手段２４の内部に保持しつつ、開始位置であるステップＳ１まで戻り、新たな測角の処理を行う（ステップＳ８）。このように、個体識別情報とペアリングに失敗したことを示す情報とを保存することにより、同一の個体識別情報において何回連続でペアリングに失敗したか確認することができる。
【００６０】
一方、特定の個体識別情報において、２回連続でペアリングに失敗した場合には、９０°ハイブリッド回路１２から出力される信号のうち、個体識別情報を抽出することが可能な信号を判断し（ステップＳ９）、個体識別情報を抽出できた信号の情報を用いて到来角を推定する。
【００６１】
具体的には、信号ｘ１２−１（ｔ）の個体識別情報のみ抽出することが可能な場合には、信号ｘ１２−２（ｔ）がヌル点付近と考えられるため、式（１０）に示すように、測角範囲のマイナス側の限界値を到来角とする（ステップＳ１１）。式（１０）の値は、式（９）で示す測角範囲において、信号ｘ１２−２（ｔ）がヌル点となるときの角度と一致している。
【００６２】
【数１０】
0006410745.tif 000011
【００６３】
また、信号ｘ１２−２（ｔ）の個体識別情報のみ抽出することが可能な場合には、信号ｘ１２−１（ｔ）がヌル点付近と考えられるため、式（１１）に示すように、測角範囲のプラス側の限界値を到来角とする（ステップＳ１０）。式（１１）の値は、式（９）で示す測角範囲において、信号ｘ１２−１（ｔ）がヌル点となるときの角度と一致している。
【００６４】
【数１１】
0006410745.tif 000012
【００６５】
ステップＳ１０、またはステップＳ１１において与えられた到来角は、個体識別情報ごとに記憶部２５に格納される（ステップＳ５）とともに、表示手段３の表示器３１で表示される（ステップＳ６）。
【００６６】
このような処理により、個体識別情報が抽出できない場合でも到来角を推定することができる。なお、本実施の形態では、特定の個体識別情報において、ペアリングの失敗が２回連続して発生した場合に、個体識別情報を抽出することができた信号の情報のみ用いて到来角を推定する構成について説明したが、この回数は２回である必要はなく、３回以上であってもよい。また、ハードウェア的なエラーなどの理由により個体識別情報が一致しない可能性を考慮する必要が無い場合には、ペアリングの失敗が発生した場合には、その回数にかかわらず、個体識別情報を抽出することができた信号の情報のみを用いて到来角を推定するようにしてもよい。
【００６７】
よって、ステップＳ７においては、特定の個体識別情報において、ペアリングの失敗が所定の回数Ｎ（Ｎは１以上の整数）に到達したか否かを判断し、所定の回数に到達していない場合にはステップＳ１に戻り、到達した場合にはステップＳ９に進んで測角値を推定する。
【００６８】
以上のように、本実施の形態の測角装置１００においては、信号源から放射される電波を受信する２つのアンテナ素子と、２つのアンテナ素子の受信信号をデジタル化したデジタル信号を出力するアナログデジタル変換器と、２つのアンテナ素子とアナログデジタル変換器との間に設けられ、２つのアンテナ素子の受信信号を混合して得られる２つの信号をアナログデジタル変換器に出力する９０°ハイブリッド回路と、アナログデジタル変換器から出力されるデジタル信号に含まれる信号源の個体識別情報を抽出する信号情報抽出手段と、アナログデジタル変換器から出力されるデジタル信号の電力を計算する信号電力計算手段と、２つのアンテナ素子それぞれの受信信号から得られるデジタル信号のうち、信号情報抽出手段で抽出される個体識別情報が一致するデジタル信号に基づいて、信号源から放射される電波の到来方向を計算する測角値計算手段とを備え、測角値計算手段は、２つのアンテナ素子それぞれの受信信号から得られるデジタル信号の電力比に基づいて、信号源から放射される電波の到来方向を計算する。
【００６９】
このように、２つのアンテナ素子で受信した信号を９０°ハイブリッド回路で混合して得られる２つの信号のうち、個体識別情報が一致する信号の電力比に基づいて電波の到来方向を計算するので、複数の信号源からの入射波を信号源ごとに分離して測角値を計算することができる。その結果、屋内など、複数の信号源から電波が放射される状況においても信号源ごとに電波の到来方向を求めることができる。
【００７０】
また、本実施の形態の測角装置１００においては、２つのアンテナ素子の間隔を信号源から放射される電波の波長の１／４以下とし、測角値計算手段で算出される電波の到来方向を−９０°から＋９０°の範囲とする。これにより、アンビギュイティなく測角することができる。
【００７１】
さらに、本実施の形態の測角装置１００の測角値計算手段は、２つのアンテナ素子それぞれの最新の受信信号から得られるデジタル信号の個体識別情報が一致しない場合は、測角の限界値を信号源から放射される電波の到来方向とする。これにより、信号がヌル点となる場合でも、電波の到来方向を推定することができる。
【００７２】
また、本実施の形態の測角装置１００の測角値計算手段は、２つのアンテナ素子それぞれの最新の受信信号から得られるデジタル信号の個体識別情報が一致しない現象が所定の回数連続して生じる場合は、測角の限界値を信号源から放射される電波の到来方向とする。これにより、受信電力が小さい、あるいは、ハードウェア的なエラーにより片方の信号が得られないなどの理由により、個体識別情報が一致しなかった場合でも、電波の到来方向を推定することができる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、測角装置１００は、自らは電波を放射しないパッシブな装置として説明した。つまり、電波を放射するタイミングは発信機側に依存するものとして説明した。しかしながら、汎用無線チップを用いて信号情報抽出手段を実現する場合など、アンテナ素子から電波を自ら放射する機能を備える場合には、特定の個体識別情報を持つ信号源との通信を確立することで、特定の個体識別情報を持つ信号源からの電波を優先的に取得することができる。その結果、測角の頻度を高めることができる。
【００７４】
また、本実施の形態では、測角装置１００に表示手段３が含まれる構成について説明したが、これに限定するものではなく、測角装置１００表示手段３が含まれない構成であっても差し支えない。
【００７５】
実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２による測角装置２００の構成の一例を示す機能構成図である。図８において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態１の測角装置１００は、９０°ハイブリッド回路と信号電力計算手段を用いて電波の到来角を計算するが、実施の形態２の測角装置２００は、９０°ハイブリッド回路と信号電力計算手段を用いることなく電波の到来角を計算する点が異なる。実施の形態２では、この異なる点を中心に説明する。
【００７６】
図に示すように、測角装置２００は、信号源から放射される電波を受信する受信手段４、受信手段４で受信した受信信号から電波の到来方向を算出する信号処理手段５、信号処理手段５で算出した電波の到来方向を表示する表示手段３を備える。
【００７７】
受信手段４は、複数のアンテナ素子４１−１，４１−２，・・・，４１−Ｍ（Ｍは２以上の整数）、複数のＡＤ変換器４２−１，４２−２，・・・，４２−Ｍで構成される。
【００７８】
アンテナ素子４１−１，４１−２，・・・，４１−Ｍは、発信機などの信号源から放射される電波を受信する受信アンテナ素子である。アンテナ素子４１−１，４１−２，・・・，４１−Ｍの受信信号は、ＡＤ変換器４２−１，４２−２，・・・，４２−Ｍにそれぞれ出力される。
【００７９】
ＡＤ変換器４２−１，４２−２，・・・，４２−Ｍは、アンテナ素子４１−１，４１−２，・・・，４１−Ｍから出力されるアナログ信号をデジタル化したデジタル信号をそれぞれ出力する。デジタル信号は、信号処理手段５に出力される。
【００８０】
信号処理手段５は、信号情報抽出手段５１−１，５１−２，・・・，５１−Ｍ、記憶部５２−１，５２−２，・・・，５２−Ｍ、測角値計算手段５３、記憶部５４で構成される。信号情報抽出手段５１−１，５１−２，・・・，５１−Ｍ、および、記憶部５２−１，５２−２，・・・，５２−Ｍは、ＡＤ変換器４２−１，４２−２，・・・，４２−Ｍに対応してそれぞれ設けられる。
【００８１】
信号情報抽出手段５１−１，５１−２，・・・，５１−Ｍは、ＡＤ変換器４２−１，４２−２，・・・，４２−Ｍから出力されるデジタル信号に含まれる個体識別情報をそれぞれ抽出する。
【００８２】
記憶部５２−１，５２−２，・・・，５２−Ｍは、信号情報抽出手段５１−１，５１−２，・・・，５１−Ｍで抽出された個体識別情報と、ＡＤ変換器４２−１，４２−２，・・・，４２−Ｍから出力されるデジタル信号の信号波形とを１つの組として、時系列順に保存する。
【００８３】
測角値計算手段５３は、記憶部５２−１，５２−２，・・・，５２−Ｍに保存されている最新の個体識別情報と信号波形との組を用いて、電波の到来方向を示す測角値を算出する。具体的には、測角値計算手段５３は、記憶部５２−１，５２−２，・・・，５２−Ｍからそれぞれ最新の個体識別情報と信号波形との組を読み出し、個体識別情報のペアリングを行う。本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、ＡＤ変換器４２−１，４２−２，・・・，４２−Ｍから出力される複数のデジタル信号の中から同一の個体識別情報を持つ信号のみ抽出して測角を行う。測角値計算手段２３で用いる測角アルゴリズムは特に問わず、例えば、ＭＵＳＩＣでもよいし、ＢＦ（Ｂｅａｍ  Ｆｏｒｍｅｒ）でもよい。
【００８４】
測角値計算手段５３において推定した電波の到来角は、個体識別情報ごとに記憶部５４に保存され、表示手段３の表示器３１に表示される。
【００８５】
以上のように、本実施の形態の測角装置１００においては、信号源から放射される電波を受信する複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子の受信信号をデジタル化したデジタル信号を出力するアナログデジタル変換器と、アナログデジタル変換器から出力されるデジタル信号に含まれる信号源の個体識別情報を抽出する信号情報抽出手段と、複数のアンテナ素子それぞれの受信信号から得られるデジタル信号のうち、信号情報抽出手段で抽出される個体識別情報が一致するデジタル信号に基づいて、信号源から放射される電波の到来方向を計算する測角値計算手段とを備える。このように、信号源から放射される電波に含まれる個体識別情報を抽出し、個体識別情報が一致する受信信号に基づいて電波の到来方向を計算するので、複数の信号源からの入射波を信号源ごとに分離して測角値を計算することができる。その結果、屋内など、複数の信号源から電波が放射される状況においても信号源ごとに電波の到来方向を求めることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１  受信手段、２  信号処理手段、３  表示手段、４  受信手段、５  信号処理手段、６  受信装置、７  プロセッサ、８  メモリ、９  表示装置、１１−１  アンテナ素子、１１−２  アンテナ素子、１２  ９０°ハイブリッド回路、１３−１  ＡＤ変換器、１３−２  ＡＤ変換器、２１−１  信号情報抽出手段、２１−２  信号情報抽出手段、２２−１  信号電力計算手段、２２−２  信号電力計算手段、２３−１  記憶部、２３−２  記憶部、２４  測角値計算手段、２５  記憶部、３１  表示器、４１−１  アンテナ素子、４１−２  アンテナ素子、４１−Ｍ  アンテナ素子、４２−１  ＡＤ変換器、４２−２  ＡＤ変換器、４２−Ｍ  ＡＤ変換器、５１−１  信号情報抽出手段、５１−２  信号情報抽出手段、５１−Ｍ  信号情報抽出手段、５２−１  記憶部、５２−２  記憶部、５２−Ｍ  記憶部、５３  測角値計算手段、５４  記憶部、１００  測角装置、２００  測角装置。
【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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