(57)【要約】【課題】  ＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣ法を用いてコヒーレント波の推定可能な到来方向の数を増やすことができる到来方向推定装置を提供する。【解決手段】  到来方向推定装置１００は、アレーアンテナ２０と、指向性切換手段３０と、方向推定手段４０とを備える。アレーアンテナ２０は、バラクタダイオードが装荷された円形配列のアンテナ素子１〜１２を含む。指向性切換手段３０は、制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ１２を１２個のバラクタダイオードへ供給し、アレーアンテナ２０の指向性を切換える。方向推定手段４０は、アレーアンテナ２０からの受信信号ｂｉ（ｎθ０）を離散フーリエ変換し、さらに、空間平均法およびＭＵＳＩＣ法を適用して複数のコヒーレント波間の相関を示す相関行列を演算し、その演算した相関行列に固有値分解を施してコヒーレント波の到来方向を推定する。【選択図】        図１
2005249603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコヒーレント波の到来方向を推定する到来方向推定装置であって、
１本の給電素子と前記１本の給電素子を中心にして円形配列されたＮ−１（Ｎは７以上の自然数）本の無給電素子とからなるＮ本のアンテナ素子を含むアレーアンテナと、
前記Ｎ−１本の無給電素子に装荷された可変容量素子の少なくとも１つの容量を変え、前記アレーアンテナの指向性を切換える指向性切換手段と、
前記指向性切換手段により前記アレーアンテナの指向性がＮ個に切換えられたときに前記アレーアンテナによって受信された第１の受信信号を前記Ｎ個の指向性に対応するＮ個の方向で離散フーリエ変換して前記Ｎ−１本の無給電素子を直線配列に変換したときの受信信号である第２の受信信号を演算し、その演算した第２の受信信号に基づいて前記複数のコヒーレント波間の相関を示す相関行列を空間平均法を適用して演算し、その演算した相関行列に固有値分解を施して前記複数のコヒーレント波の到来方向を推定する方向推定手段とを備え、
前記方向推定手段は、前記離散フーリエ変換後における周波数領域を正および負の周波数領域まで拡張して前記相関行列を演算する、到来方向推定装置。
【請求項２】
前記アレーアンテナは、前記１本の給電素子と、８本以上の無給電素子とからなる９本以上のアンテナ素子を含む、請求項１に記載の到来方向推定装置。
【請求項３】
複数のコヒーレント波の到来方向を推定する到来方向推定装置であって、
１本の給電素子と前記１本の給電素子を中心にして円形配列されたＮ−１（Ｎは１２以上の自然数）本の無給電素子とからなるＮ本のアンテナ素子を含むアレーアンテナと、
前記Ｎ−１本の無給電素子に装荷された可変容量素子の少なくとも１つの容量を変え、前記アレーアンテナの指向性を切換える指向性切換手段と、
前記指向性切換手段により前記アレーアンテナの指向性がＮ個に切換えられたときに前記アレーアンテナによって受信された第１の受信信号を前記Ｎ個の指向性に対応するＮ個の方向で離散フーリエ変換して前記Ｎ−１本の無給電素子を直線配列に変換したときの受信信号である第２の受信信号を演算し、その演算した第２の受信信号に基づいて前記複数のコヒーレント波間の相関を示す相関行列を空間平均法を適用して演算し、その演算した相関行列に固有値分解を施して前記複数のコヒーレント波の到来方向を推定する方向推定手段とを備え、
前記方向推定手段は、前記離散フーリエ変換後における周波数領域を正の周波数領域に限定して前記相関行列を演算する、到来方向推定装置。
【請求項４】
前記アレーアンテナは、前記１本の給電素子と、１２本以上の無給電素子とからなる１３本以上のアンテナ素子を含む、請求項３に記載の到来方向推定装置。
【請求項５】
前記方向推定手段は、各々がＫ（Ｋは、Ｋ＜Ｎを満たす自然数）本のアンテナ素子からなるＭ（Ｍは、Ｍ＜Ｎを満たす自然数）個のサブアレーに前記Ｎ本のアンテナ素子を分割し、その分割した各サブアレーにおける前記複数のコヒーレント波間の相関を示す部分相関行列を前記Ｍ個のサブアレーについて演算し、さらに、前記演算したＭ個の部分相関行列に空間平均を施して前記相関行列を演算する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の到来方向推定装置。
【請求項６】
前記方向推定手段は、前記分割された１つのサブアレーを１つの方向へ移動して空間平均を行なう順方向空間平均法によって前記Ｍ個の部分相関行列に空間平均を施す、請求項５に記載の到来方向推定装置。
【請求項７】
前記方向推定手段は、前記分割された１つのサブアレーを１つの方向へ移動して空間平均を行なう順方向空間平均法と、前記分割された１つのサブアレーを前記１つの方向と反対方向へ移動して空間平均を行なう逆方向空間平均法とによって前記Ｍ個の部分相関行列に空間平均を施す、請求項５に記載の到来方向推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コヒーレント波の到来方向を推定する到来方向推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、電気的に指向性を切換可能なアレーアンテナを用いて３個のコヒーレント波の到来方向を推定する到来方向推定方法を開示する。アレーアンテナは、１本の給電素子と、６本の無給電素子とからなり、６本の無給電素子は、給電素子の回りに円形配列される。より具体的には、６本の無給電素子は、給電素子を中心にして正六角形に配置される。また、６本の無給電素子には、可変容量素子であるバラクタダイオードが装荷されており、バラクタダイオードの容量を変えることによってアレーアンテナの指向性が切換えられる。
【０００３】
非特許文献１に開示された到来方向推定方法は、空間平均法（ＳＳＰ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ  Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）と、ＭＵＳＩＣ法（ＭＵｌｔｉｐｌｅ  ＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とを組み合わせた方法である。
【０００４】
すなわち、この到来方向推定方法は、指向性を切換えながらアレーアンテナによって受信された受信信号に基づいて、到来する複数のコヒーレント波間の相関を示す相関行列を空間平均法を施して演算し、その演算した相関行列に固有値分解を施して到来方向を推定する。
【０００５】
具体的には、次の方法によって相関行列が演算される。
【０００６】
アレーアンテナの１本の給電素子と正六角形に配置された６本の無給電素子とからなる７本のアンテナ素子を平行移動可能な菱形からなる複数のサブアレーに分割する。アレーアンテナの１本の給電素子と正六角形に配置された６本の無給電素子とからなる７本のアンテナ素子においては、平行移動可能な菱形のサブアレーは、３対（３つの方向の各々において２個）形成される。
【０００７】
そして、各方向において菱形のサブアレーを順方向に平行移動したときの順方向部分相関行列と、菱形のサブアレーを逆方向に平行移動したときの逆方向部分相関行列とを演算し、さらに、順方向部分相関行列と逆方向部分相関行列との平均を演算して各方向における部分相関行列を演算する。その結果、３つの方向に対して３つの部分相関行列が演算される。
【０００８】
その後、３つの部分相関行列の各々に対して固有値分解を施して３つのＭＵＳＩＣスペクトラムを演算し、その演算した３つのＭＵＳＩＣスペクトラムに平均化処理を施して３つのＭＵＳＩＣスペクトラムを合成する。そして、この合成したＭＵＳＩＣスペクトラムから到来方向を推定する。その結果、７本のアンテナ素子を用いた場合、２個の到来方向が推定可能である。
【非特許文献１】平田  明史、タユフェールエディ、青野  智之、山田  寛喜、大平  孝、「エスパアンテナを用いたリアクタンスドメインＭＵＳＩＣ法によるコヒーレント２波の到来方向推定実験」，信学技報，ＡＰ２００３−２４，ｐｐ．５９−６４，Ｍａｙ  ２００３．
【非特許文献２】高梨、田辺、西村、小川、大鐘，“ＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣを用いたコヒーレント波の到来方向推定”，信学総大，Ｂ−１−１７，ｐｐ．３３，Ｍａｒｃｈ  ２００２.
【非特許文献３】大平、飯草、“電子走査導波器アレーアンテナ”，信学論（Ｃ），ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｃ，ｎｏ．１，ｐｐ１２−３１，Ｊａｎ．２００４．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、非特許文献１に記載された到来方向推定方法では、３つの方向の各々において順方向および逆方向空間平均法を用いて３つの部分相関行列を演算し、その演算した３つの部分相関行列の各々に固有値分解を施して３つのＭＵＳＩＣスペクトラムを演算し、さらに、３つのＭＵＳＩＣスペクトラムを平均化処理によって合成するため、演算が複雑になるという問題がある。
【００１０】
一方、簡単な演算により到来方向を推定する方法としてＣＵＢＡ（Ｃｉｒｃｕｌａｒ  Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｂｅａｍ  Ａｒｒａｙｓ）−ＭＵＳＩＣ法（非特許文献２）があるが、この方法を７素子円形配列のアレーアンテナに適用すると、３個の到来方向を推定できないという問題がある。
【００１１】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣ法を用いてコヒーレント波の推定可能な到来方向の数を増やすことができる到来方向推定装置を提供することである。
【００１２】
また、この発明の別の目的は、ＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣ法を用いて４個以上のコヒーレント波の到来方向を推定可能な到来方向推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によれば、到来方向推定装置は、複数のコヒーレント波の到来方向を推定する到来方向推定装置であって、アレーアンテナと、指向性切換手段と、方向推定手段とを備える。アレーアンテナは、１本の給電素子と１本の給電素子を中心にして円形配列されたＮ−１（Ｎは７以上の自然数）本の無給電素子とからなるＮ本のアンテナ素子を含む。指向性切換手段は、Ｎ−１本の無給電素子に装荷された可変容量素子の少なくとも１つの容量を変え、アレーアンテナの指向性を切換える。方向推定手段は、指向性切換手段によりアレーアンテナの指向性がＮ個に切換えられたときにアレーアンテナによって受信された第１の受信信号をＮ個の指向性に対応するＮ個の方向で離散フーリエ変換してＮ−１本の無給電素子を直線配列に変換したときの受信信号である第２の受信信号を演算し、その演算した第２の受信信号に基づいて複数のコヒーレント波間の相関を示す相関行列を空間平均法を適用して演算し、その演算した相関行列に固有値分解を施して複数のコヒーレント波の到来方向を推定する。そして、方向推定手段は、離散フーリエ変換後における周波数領域を正および負の周波数領域まで拡張して相関行列を演算する。
【００１４】
好ましくは、アレーアンテナは、１本の給電素子と、８本以上の無給電素子とからなる９本以上のアンテナ素子を含む。
【００１５】
また、この発明によれば、到来方向推定装置は、複数のコヒーレント波の到来方向を推定する到来方向推定装置であって、アレーアンテナと、指向性切換手段と、方向推定手段とを備える。アレーアンテナは、１本の給電素子と１本の給電素子を中心にして円形配列されたＮ−１（Ｎは１２以上の自然数）本の無給電素子とからなるＮ本のアンテナ素子を含む。指向性切換手段は、Ｎ−１本の無給電素子に装荷された可変容量素子の少なくとも１つの容量を変え、アレーアンテナの指向性を切換える。方向推定手段は、指向性切換手段によりアレーアンテナの指向性がＮ個に切換えられたときにアレーアンテナによって受信された第１の受信信号をＮ個の指向性に対応するＮ個の方向で離散フーリエ変換してＮ−１本の無給電素子を直線配列に変換したときの受信信号である第２の受信信号を演算し、その演算した第２の受信信号に基づいて複数のコヒーレント波間の相関を示す相関行列を空間平均法を適用して演算し、その演算した相関行列に固有値分解を施して複数のコヒーレント波の到来方向を推定する。そして、方向推定手段は、離散フーリエ変換後における周波数領域を正の周波数領域に限定して相関行列を演算する。
【００１６】
好ましくは、アレーアンテナは、１本の給電素子と、１２本以上の無給電素子とからなる１３本以上のアンテナ素子を含む。
【００１７】
好ましくは、方向推定手段は、各々がＫ（Ｋは、Ｋ＜Ｎを満たす自然数）本のアンテナ素子からなるＭ（Ｍは、Ｍ＜Ｎを満たす自然数）個のサブアレーにＮ本のアンテナ素子を分割し、その分割した各サブアレーにおける複数のコヒーレント波間の相関を示す部分相関行列をＭ個のサブアレーについて演算し、さらに、演算したＭ個の部分相関行列に空間平均を施して相関行列を演算する。
【００１８】
好ましくは、方向推定手段は、分割された１つのサブアレーを１つの方向へ移動して空間平均を行なう順方向空間平均法によってＭ個の部分相関行列に空間平均を施す。
【００１９】
好ましくは、方向推定手段は、分割された１つのサブアレーを１つの方向へ移動して空間平均を行なう順方向空間平均法と、分割された１つのサブアレーを１つの方向と反対方向へ移動して空間平均を行なう逆方向空間平均法とによってＭ個の部分相関行列に空間平均を施す。
【発明の効果】
【００２０】
この発明による到来方向推定装置は、７本以上のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を切換えて受信した受信信号をアレーアンテナの指向性を示す方向によって離散フーリエ変換し、変換後の正および負の周波数領域において空間平均法を適用して、到来するコヒーレント波間の相関を示す相関行列を演算する。そして、到来方向推定装置は、演算した相関行列に固有値分解を施してコヒーレント波の到来方向を推定する。
【００２１】
したがって、この発明によれば、３個以上のコヒーレント波の到来方向を推定できる。
【００２２】
また、この発明による到来方向推定装置においては、アレーアンテナは、９本以上のアンテナ素子からなる。
【００２３】
したがって、この発明によれば、４個以上のコヒーレント波の到来方向を推定できる。
【００２４】
さらに、この発明による到来方向推定装置においては、離散フーリエ変換後の正の周波数領域のみが用いられる場合、アレーアンテナは、１２本または１３本以上のアンテナ素子からなる。
【００２５】
したがって、この発明によれば、離散フーリエ変換後の正の周波数領域のみを用いた場合でも、３個以上のコヒーレント波の到来方向を推定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２７】
図１は、この発明の実施の形態による到来方向推定装置の概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による到来方向推定装置１００は、アレーアンテナ２０と、指向性切換手段３０と、方向推定手段４０とを備える。
【００２８】
アレーアンテナ２０は、アンテナ素子１〜１３と、バラクタダイオード群１５とを含む。アンテナ素子１〜１３は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸からなるｘｙｚ直交座標におけるｚ軸に沿ってｘ−ｙ平面（所定平面）に配置される。
【００２９】
図２は、図１に示すｘ−ｙ平面におけるアンテナ素子１〜１３の平面配置図である。図２を参照して、アンテナ素子１〜１２は、アンテナ素子１３を中心にして円形に均等配置される。そして、各アンテナ素子１〜１２とアンテナ素子１３との距離は、アレーアンテナ２０が送受信する電波の波長をλとすると、たとえば、λ／４に設定される。
【００３０】
再び、図１を参照して、アンテナ素子１３は、給電素子であり、アンテナ素子１〜１２は、無給電素子である。バラクタダイオード群１５は、アンテナ素子１〜１２と接地ノードとの間に接続される。すなわち、バラクタダイオード群１５は、無給電素子であるアンテナ素子１〜１２に対応して設けられた１２個のバラクタダイオードからなり、各バラクタダイオードは、対応するアンテナ素子（アンテナ素子１〜１２のいずれか）と接地ノードとの間に接続される。これによって、無給電素子であるアンテナ素子１〜１２には、可変容量素子であるバラクタダイオードが装荷される。
【００３１】
このように、アレーアンテナ２０は、１本の給電素子（アンテナ素子１３）と、１２本の無給電素子（アンテナ素子１〜１２）とからなる１３本のアンテナ素子が給電素子を中心にして円形に配置された構造からなる。
【００３２】
指向性切換手段３０は、バラクタダイオード群１５に含まれる１２個のバラクタダイオードにそれぞれ制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ１２を供給し、アレーアンテナ２０の指向性を切換える。１２個のバラクタダイオードは、各制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ１２によって容量（リアクタンス値）が変化する。指向性切換手段３０は、各バラクタダイオードにおけるリアクタンス値が“ｈｉ”（最大値）または“ｌｏ”（最小値）になるように各制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ１２の電圧値を決定し、制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ１２を１２個のバラクタダイオードへ供給する。
【００３３】
この場合、指向性切換手段３０は、１２個のバラクタダイオードにおけるリアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ１２のセットｘｍが表１に示すように変化するように制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ１２をそれぞれ１２個のバラクタダイオードへ供給する。
【００３４】
【表１】
2005249603.tif 000003
【００３５】
図３は、図１に示すアレーアンテナ２０のビームパターンを示す図である。図３を参照して、リアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ１２の全てが“ｈｉ”であるとき（ｍ＝０）、アレーアンテナ２０は、全方位に感度があるオムニパターンからなるビームパターンＢＰＭ０を有する。また、リアクタンス値ｘｍ１が“ｌｏ”であり、リアクタンス値ｘｍ２〜ｘｍ１２が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝１）、アレーアンテナ２０は、０度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ１を有する。
【００３６】
さらに、リアクタンス値ｘｍ２が“ｌｏ”であり、リアクタンス値ｘｍ１，ｘｍ３〜ｘｍ１２が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝２）、アレーアンテナ２０は、３０度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ２を有する。
【００３７】
以下、同様にして、各リアクタンス値ｘｍ３〜ｘｍ１２が“ｌｏ”であり、それ以外のリアクタンス値が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝３〜１２）、アレーアンテナ２０は、６０度、９０度、１２０度、１５０度、１８０度、２１０度、２４０度、２７０度、３００度および３３０度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ３〜ＢＰＭ１２を有する。
【００３８】
このように、指向性切換手段３０は、無給電素子であるアンテナ素子１〜１２に装荷された１２個のバラクタダイオードのリアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ１２を制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ１２によって変えることによってアレーアンテナ２０の指向性を切換える。
【００３９】
再び、図１を参照して、方向推定手段４０は、アレーアンテナ２０の給電素子であるアンテナ素子１３と接続され、アレーアンテナ２０のビームパターンが図３に示すビームパターンＢＰＭ１〜ＢＰＭ１２に切換えられたときの受信信号ｂｉ（ｎθ０）をアンテナ素子１３から受ける。そして、方向推定手段４０は、受信信号ｂｉ（ｎθ０）に基づいて、後述する方法（ＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣ法）によってアレーアンテナ２０に到来するコヒーレント波の到来方向を推定する。
【００４０】
この発明においては、図１に示すｘ−ｙ平面内における方角を示す方位角を有するコヒーレント波を到来方向推定の対象とする。図４は、方位角の定義を示す図である。
【００４１】
図４を参照して、方位角θは、ｘ−ｙ平面においてｘ軸の正の方向を０度とする角度と定義される。
【００４２】
素子数Ｎ＝１２の円アレーにおけるＣＵＢＡ法では、主ビームの方向をθ０（＝２π／Ｎ＝２π／１２＝３０度）づつ変えて信号を受信する。ビームパターンをｂ（θ）とすると、複素振幅ｓｉおよび方向θｉから到来している信号を各ビームで受信したときに得られる値は、次式によって表わされる。
【００４３】
【数１】
2005249603.tif 000004
【００４４】
ｂ（θ）は、２πを周期とする周期関数であるため、その離散フーリエ変換をＢ（ｌｓ０）とすると、式（１）の離散フーリエ変換は、次式になる。
【００４５】
【数２】
2005249603.tif 000005
【００４６】
式（２）の両辺をＢ（ｌｓ０）で規格化し、信号がＤ波到来しているものとすると、ｌ＝０〜Ｌ−１のＬ個の要素をベクトル化したベクトル＜Ｘ＞は、次式によって表わされる。
【００４７】
【数３】
2005249603.tif 000006
【００４８】
ただし、＜ｎ＞は、雑音ベクトルである。
【００４９】
また、式（３）中のベクトル＜ｖ（θｉ）＞は、次式によって表わされる。
【００５０】
【数４】
2005249603.tif 000007
【００５１】
ただし、Ｔは、転置を表わす。
【００５２】
なお、この明細書においては、表記＜Ａ＞は、行列ＡまたはベクトルＡを意味する。したがって、表記＜Ｘ＞は、式（３）におけるベクトルＸを表わす。
【００５３】
方向推定手段４０は、指向性切換手段３０によってアレーアンテナ２０の指向性が順次切換えられたとき、式（１）に示す受信信号ｂｉ（ｎθ０）をアレーアンテナ２０のアンテナ素子１３から受信する。そして、方向推定手段４０は、受信信号ｂｉ（ｎθ０）を離散フーリエ変換して式（３）によって表わされるベクトル＜Ｘ＞を演算し、その演算したベクトル＜Ｘ＞に基づいて、後述する方法によって、Ｄ個のコヒーレント波間の相関を示す相関行列＜Ｒｘｘ＞を演算する。
【００５４】
式（１）で表わされる受信信号ｂｉ（ｎθ０）を離散フーリエ変換することにより、円形配列であったアンテナ素子１〜１２が直線配列に変換される。したがって、式（３）によって表わされるベクトル＜Ｘ＞は、直線配列に変換された各アンテナ素子１〜１２によって受信した受信信号を意味する。
【００５５】
ＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣ法を用いて到来方向を推定する場合、離散フーリエ変換後の周波数領域におけるデータ数Ｌを離散フーリエ変換前のサンプリング数Ｎ（＝１２）の半分以下に設定しないと正確に到来方向を推定できないという制約があるので、離散フーリエ変換後における素子数は、１２／２＝６本になる。
【００５６】
この発明においては、空間平均法を用いて相関行列＜Ｒｘｘ＞を演算するが、上述したように、離散フーリエ変換後における素子数は６本であるので、この６本の素子を対象として空間平均法を適用することになる。
【００５７】
図５は、離散フーリエ変換後に空間平均法を適用する概念を示す図である。図５を参照して、空間平均法を適用する対象となる６本のアンテナ素子としてアンテナ素子１〜６が選択されると、アンテナ素子１〜６を２つのサブアレーＳＡ１，ＳＡ２に分割する。サブアレーＳＡ１は、アンテナ素子１〜５からなり、サブアレーＳＡ２は、アンテナ素子２〜６からなる。すなわち、サブアレーＳＡ１，ＳＡ２の各々は、５本のアンテナ素子からなる。このサブアレーＳＡ１，ＳＡ２を構成するアンテナ素子数は、離散フーリエ変換後における周波数特性に基づいて決定される。
【００５８】
図６は、離散フーリエ変換後の周波数スペクトラムとデータ数との関係図である。この周波数スペクトラムは、式（３）におけるベクトル＜Ｘ＞を表す。図６を参照して、周波数スペクトラムは、離散フーリエ変換後におけるデータ数に対して曲線ｋ１によって示される分布を有する。データ数＝６における周波数スペクトラムは殆ど零であるので、データ数＝６まで用いることができない。そこで、離散フーリエ変換後におけるデータ数を”５”に設定する。このデータ数は、サブアレーＳＡ１，ＳＡ２を構成するアンテナ素子数に相当するので、サブアレーＳＡ１，ＳＡ２の各々は、上述したように５本のアンテナ素子からなる。
【００５９】
このように、各サブアレーＳＡ１，ＳＡ２を構成するアンテナ素子数は、離散フーリエ変換後における周波数スペクトラムの周波数特性に基づいて決定される。
【００６０】
アンテナ素子１〜６が２つのサブアレーＳＡ１，ＳＡ２に分割されると、２つのサブアレーＳＡ１，ＳＡ２に基づいて、空間平均法を適用して相関行列＜Ｒｘｘ＞が演算される。この場合、空間平均法を適用する方法として２つの方法がある。１つ目の方法は、順方向空間平均法であり、２つ目の方法は、順方向／逆方向空間平均法である。以下、この２つの空間平均法を適用して相関行列＜Ｒｘｘ＞を演算し、その演算した相関行列＜Ｒｘｘ＞に基づいて到来方向を推定する方法について説明する。
【００６１】
［順方向空間平均法を適用する場合］
順方向空間平均法は、各サブアレーＳＡ１，ＳＡ２における部分相関行列を演算して２つのサブアレーＳＡ１，ＳＡ２に対する２つの部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ１＞，＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ２＞を演算し、その演算した２つの部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ１＞，＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ２＞を平均して相関行列＜Ｒｘｘ＞を求める方法である。
【００６２】
サブアレーＳＡ１の受信信号を離散フーリエ変換すると、式（３）のベクトル＜Ｘ＞に対応するベクトル＜Ｘ１＞は、次式により表わされる。
【００６３】
【数５】
2005249603.tif 000008
【００６４】
ただし、ベクトル＜Ｘ＞の下の添え字１−５は、アンテナ素子１〜５によって受信される信号を要素とすることを示す。
【００６５】
同様にして、サブアレーＳＡ２の受信信号を離散フーリエ変換すると、式（３）のベクトル＜Ｘ＞に対応するベクトル＜Ｘ２＞は、次式により表わされる。
【００６６】
【数６】
2005249603.tif 000009
【００６７】
そうすると、サブアレーＳＡ１の部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ１＞は、次式によって表わされる。
【００６８】
【数７】
2005249603.tif 000010
【００６９】
ただし、Ｈは、エルミート転置を表わす。また、Ｅ［・］は、エルゴート性を仮定した時間平均である。
【００７０】
同様にしてサブアレーＳＡ２の部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ２＞は、次式によって表わされる。
【００７１】
【数８】
2005249603.tif 000011
【００７２】
そして、２つの部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ１＞，＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ２＞の平均を演算して次式によって相関行列＜Ｒｘｘ＞を求める。
【００７３】
【数９】
2005249603.tif 000012
【００７４】
式（７）および（８）によって表わされる部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ１＞，＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ２＞は、サブアレーＳＡ１をサブアレーＳＡ２の方向へ平行移動させたとき、すなわち、サブアレーＳＡ１を１つの方向に平行移動させたときの部分相関行列である。したがって、サブアレーＳＡ１を１つの方向に平行移動させたときの２つの部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ１＞，＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ２＞の平均を演算することを順方向空間平均法という。
【００７５】
よって、式（９）によって演算される相関行列＜Ｒｘｘ＞は、順方向空間平均法を適用して得られた相関行列である。
【００７６】
相関行列＜Ｒｘｘ＞が演算されると、相関行列＜Ｒｘｘ＞に固有値分解を施してＭＵＳＩＣスペクトラムＰＭＵＳＩＣ（φ）を次式によって演算する。
【００７７】
【数１０】
2005249603.tif 000013
【００７８】
ただし、モードベクトル＜ａｓｕｂ（φ）＞は、［ａ１（φ），・・・，ａ５（φ）］Ｔであり、＜ＥＮ＞は、相関行列＜Ｒｘｘ＞を固有値分解したときの雑音の固有ベクトル［ｅＤ＋１，・・・，ｅ５］である。
【００７９】
［順方向／逆方向空間平均法を適用する場合］
順方向／逆方向空間平均法は、サブアレーＳＡ１をサブアレーＳＡ２の方向へ平行移動させたときの２つの部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ＿ｆ１＞，＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ＿ｆ２＞の平均からなる順方向部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｆ＞と、サブアレーＳＡ２をサブアレーＳＡ１の方向へ平行移動させたときの２つの部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ＿ｂ１＞，＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ＿ｂ２＞の平均からなる逆方向部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｂ＞とを演算し、その演算した順方向部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｆ＞と逆方向部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｂ＞との平均を演算して相関行列＜Ｒｘｘ＞を求める方法である。
【００８０】
２つの部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ＿ｆ１＞，＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ＿ｆ２＞は、上述した式（７）および（８）によって表わされるので、順方向部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｆ＞は、上述した式（９）によって表わされる。
【００８１】
次に、逆方向部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｂ＞の求め方について説明する。
【００８２】
アンテナ素子１〜６の全体への逆方向入力ベクトルを＜Ｘｂ＞とすると、逆方向入力ベクトル＜Ｘｂ＞は、次式によって表わされる。
【００８３】
【数１１】
2005249603.tif 000014
【００８４】
ただし、＊は、複素共役を表わす。また、行列＜Ｊ＞は、次式によって表わされる５次の正方行列である。
【００８５】
【数１２】
2005249603.tif 000015
【００８６】
式（１２）の逆方向入力ベクトル＜Ｘｂ＞は、式（５）のベクトル＜Ｘ＞に比べて、各到来信号の位相関係が異なるだけで同類・同形と見なせる。この位相関係を空間平均の位相平均化に利用して逆方向入力ベクトル＜Ｘｂ＞による相関行列も空間平均の要素に組み込む。
【００８７】
式（１１）に示される逆方向入力ベクトル＜Ｘｂ＞をサブアレーＳＡ１，ＳＡ２に分割し、上述した式（７）および（８）と同じ方法によって、２つの部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ＿ｂ１＞，＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ＿ｂ２＞を演算し、その演算した２つの部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ＿ｂ１＞，＜Ｒｘｘ＿ｓｕｂ＿ｂ２＞を平均すると、逆方向部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｂ＞は、次式によって表わされる。
【００８８】
【数１３】
2005249603.tif 000016
【００８９】
順方向部分相関行列＜Ｒｘｘ＿ｆ＞＝＜Ｒｘｘ＞であるので、順方向／逆方向空間平均法を適用した場合の相関行列＜Ｒｘｘｆｂ＞は、次式によって表わされる。
【００９０】
【数１４】
2005249603.tif 000017
【００９１】
そして、上述した方法によって相関行列＜Ｒｘｘｆｂ＞に固有値分解を施してＭＵＳＩＣスペクトラムを演算することによって、順方向／逆方向空間平均法を適用した場合の到来方向を推定できる。
【００９２】
なお、上述した空間平均法を適用することによって、図５に示すように、アンテナ素子３に到来するコヒーレント波ｗｖ１，ｗｖ２間の相関を抑制できる。
【００９３】
順方向／逆方向空間平均法を適用することによって、サブアレーＳＡ１をサブアレーＳＡ２の方向へ平行移動させ、さらに、サブアレーＳＡ２をサブアレーＳＡ１の方向へ平行移動させるので、部分相関行列を演算するサブアレーの数が実質的に増加し、推定可能な到来方向の数を増加させることができる。
【００９４】
図７は、図１に示す到来方向推定装置１００における到来方向の推定のシミュレーション結果を示す図である。図７において、横軸は、方位角であり、縦軸は、ＭＵＳＩＣスペクトラムである。シミュレーションは、表２に示す条件を用いて行なわれた。
【００９５】
【表２】
2005249603.tif 000018
【００９６】
空間平均法として、順方向／逆方向空間平均法が用いられ、サブアレー数は、２であり、スナップショットは、１０００であり、信号対雑音比ＳＮＲは、３０［ｄＢ］である。また、コヒーレント波の到来方向は、５０度、１５０度、１８０度および２８０度の方向である。
【００９７】
図７を参照して、ＭＵＳＩＣスペクトラムは、５０度、１５０度、１８０度および２８０度の方位角においてピークを有し、５０度、１５０度、１８０度および２８０度の方向が到来方向と推定された。これは、シミュレーションに用いたコヒーレント波の到来方向と良い一致を示すものである。
【００９８】
また、シミュレーション結果から４個の到来方向まで推定できることがわかった。これは、７本のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いた場合（非特許文献１の場合）の３方向よりも多い。
【００９９】
したがって、１３本のアンテナ素子１〜１３からなるアレーアンテナ２０の指向性を順次切換えて受信した受信信号に基づいて、順方向／逆方向空間平均法およびＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣ法を用いて相関行列を演算し、その演算した相関行列に固有値分解を施すことによって、４個の到来方向まで推定可能である。
【０１００】
上記においては、離散フーリエ変換後の周波数領域におけるデータとして正の周波数領域におけるデータのみを用いたが、この発明においては、離散フーリエ変換後の周波数領域におけるデータとして正および負の周波数領域におけるデータを用いてもよい。
【０１０１】
正の周波数領域におけるデータを用いた場合、モードベクトルは、式（４）によって表されるが、正および負の周波数領域におけるデータを用いた場合、モードベクトルは、次式によって表される。
【０１０２】
【数１５】
2005249603.tif 000019
【０１０３】
その結果、正および負の周波数領域におけるデータを使用することにより、離散フーリエ変換後におけるデータ数がＬから２Ｌ＋１まで増加する。
【０１０４】
図８は、図１に示す到来方向推定装置１００における到来方向の推定の他のシミュレーション結果を示す図である。図８において、横軸は、方位角であり、縦軸は、ＭＵＳＩＣスペクトラムである。シミュレーションは、表３に示す条件を用いて行なわれた。
【０１０５】
【表３】
2005249603.tif 000020
【０１０６】
空間平均法として、順方向／逆方向空間平均法が用いられ、サブアレー数は、３であり、スナップショットは、１０００であり、信号対雑音比ＳＮＲは、３０［ｄＢ］である。また、各サブアレーを構成するアンテナ素子数は、７であり、離散フーリエ変換前のサンプリング数Ｎは、１２であり、離散フーリエ変換後の周波数領域におけるデータ数は、９（Ｌ＝−３，−２，−１，０，１，２，３，４，５）である。さらに、コヒーレント波の到来方向は、１０度、５０度、１５０度、１８０度、２８０度および３２０度の方向である。
【０１０７】
データ数＝９は、離散フーリエ変換後における式（３）に示すベクトル＜Ｘ＞の周波数特性に基づいて決定される。データ数は、−５〜５までの”１１”を選択可能であるが、表３に示すシミュレーションにおいては、周波数特性に基づいて−３〜５までの”９”が選択されたものである。その結果、離散フーリエ変換後のアンテナ素子は、９本となり、この９本のアンテナ素子が、各々が７本のアンテナ素子からなる３つのサブアレーに分割された。
【０１０８】
図８を参照して、ＭＵＳＩＣスペクトラムは、１０度、５０度、１５０度、１８０度、２８０度および３２０度の方位角においてピークを有し、１０度、５０度、１５０度、１８０度、２８０度および３２０度の方向が到来方向と推定された。これは、シミュレーションに用いたコヒーレント波の到来方向と良い一致を示すものである。
【０１０９】
また、シミュレーション結果から６個の到来方向まで推定できることがわかった。このように、離散フーリエ変換後の周波数領域におけるデータとして正および負の周波数領域のデータを用いることによって、推定可能な到来方向を増加させることができる。
【０１１０】
推定可能な到来方向の数について説明する。サブアレーの数をＭ（Ｍは自然数）個、各サブアレーの素子数をＫ（Ｋは自然数）個とすると、順方向／逆方向空間平均法を適用した場合、到来するコヒーレント波の個数がＤ個であるので、２Ｍ≧Ｄである。一方、ＭＵＳＩＣ法の適用条件としてサブアレーの素子数Ｋは、Ｋ≧Ｄ＋１を満たす必要がある。
【０１１１】
その結果、アンテナ素子１〜６を２つのサブアレーＳＡ１，ＳＡ２に分割した場合、Ｍ＝２であり、Ｋ＝５であるので、Ｄ≦４となり、推定可能な到来方向は最大４個となる。
【０１１２】
一方、アンテナ素子１〜９を３つのサブアレーに分割した場合、Ｍ＝３であり、Ｋ＝７であるので、Ｄ≦６となり、推定可能な到来方向は最大６個となる。
【０１１３】
したがって、推定可能な到来方向を増加させるには、アレーアンテナ２０の素子数を増加し、離散フーリエ変換後におけるデータ数を増加させるか、離散フーリエ変換後の正および負の周波数領域におけるデータを用いるようにすればよい。
【０１１４】
図９は、図１に示す到来方向推定装置１００における到来方向を推定する動作を説明するためのフローチャートである。図９を参照して、一連の動作が開始されると、指向性切換手段３０は、制御電圧セットＣＶＬ１〜ＣＶＬ１２をバラクタダイオード群に含まれる１２個のバラクタダイオードに供給する。そして、アレーアンテナ２０は、指向性を０度方向、３０度方向、６０度方向、９０度方向、１２０度方向、１５０度方向、１８０度方向、２１０度方向、２４０度方向、２７０度方向、３００度方向および３３０度方向に順次切換えてコヒーレント波を受信し（ステップＳ１）、その受信した受信信号ｂｉ（ｎθ０）（ｎ＝０，１，・・・，Ｎ−１）をアンテナ素子１３から方向推定手段４０へ出力する。
【０１１５】
方向推定手段４０は、アレーアンテナ２０から受けた受信信号ｂｉ（ｎθ０）に離散フーリエ変換を施して式（３）によって表されるベクトル＜Ｘ＞を演算する（ステップＳ２）。
【０１１６】
そして、方向推定手段４０は、ベクトル＜Ｘ＞の周波数特性に基づいて、上述した方法によって離散フーリエ変換後におけるデータ数を決定する（ステップＳ３）。この場合、方向推定手段４０は、上述したように、離散フーリエ変換後の正の周波数領域においてデータ数を決定してもよいし、離散フーリエ変換後の正および負の周波数領域においてデータ数を決定してもよい。
【０１１７】
ステップＳ３の後、方向推定手段４０は、ステップＳ３において決定されたデータ数の範囲において空間平均法を適用し、ベクトル＜Ｘ＞に基づいて相関行列を演算する（ステップＳ４）。なお、方向推定手段４０は、順方向空間平均法を適用する場合、式（５）〜式（９）によって相関行列＜Ｒｘｘ＞を演算し、順方向／逆方向空間平均法を適用する場合、式（１１）〜（１４）によって相関行列＜Ｒｘｘｆｂ＞を演算する。
【０１１８】
方向推定手段４０は、相関行列を演算すると、その演算した相関行列に固有値分解を施してＭＵＳＩＣスペクトラムを演算し、ＭＵＳＩＣスペクトラムに基づいてコヒーレント波の到来方向を推定する（ステップＳ５）。そして、一連の動作は終了する。
【０１１９】
なお、図９に示す動作は、実際には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）によって実行される。ＣＰＵは、図９に示す各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）から読出し、その読出したプログラムを実行して図９に示すフローチャートに従ってコヒーレント波の到来方向を推定する。
【０１２０】
上記においては、アレーアンテナ２０のアンテナ素子数は、１３本（１２本が無給電素子）であると説明したが、この発明においては、これに限らず、アレーアンテナ２０は、以下に示すアンテナ素子数を有していればよい。
【０１２１】
（１）推定可能な到来方向を３以上とする場合：７本以上
（２）推定可能な到来方向を４以上とする場合：９本以上
アレーアンテナ２０のアンテナ素子数が７本である場合、１本が給電素子であり、６本が無給電素子である。そして、６本の無給電素子は、給電素子の回りに円形配列され、それぞれ、可変容量素子であるバラクタダイオードが装荷される。
【０１２２】
７本のアンテナ素子を用い、空間平均法およびＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣ法を適用して到来方向を推定する場合、離散フーリエ変換後において、正および負の周波数領域におけるデータ数の最大数は、−３〜３の”７”であるが、受信信号であるベクトル＜Ｘ＞の周波数特性においてベクトル＜Ｘ＞が有効な値を有するのは、−２〜２の範囲である。したがって、７本のアンテナ素子からなるアレーアンテナ２０を用いた場合、離散フーリエ変換後におけるデータ数は、”５”となり、空間平均法を適用する場合のサブアレーを構成するアンテナ素子数の最大数は、”４”であり、サブアレーの個数は、”２”である。
【０１２３】
その結果、２Ｍ≧ＤおよびＫ≧Ｄ＋１の関係式において、Ｍ＝２、Ｋ＝４となり、Ｄ≦３となる。
【０１２４】
したがって、７本のアンテナ素子からなるアレーアンテナ２０を用いた場合、離散フーリエ変換後の正および負の周波数領域を使用することによって、３個のコヒーレント波まで到来方向を推定可能である。
【０１２５】
これをシミュレーションで確認した結果を示す。
【０１２６】
図１０は、離散フーリエ変換後における周波数スペクトラムとデータ数との他の関係図である。図１０において、縦軸は、周波数スペクトラムを表し、横軸は、データ数を表す。図１０を参照して、周波数スペクトラムは、正の周波数領域と負の周波数領域とにおいて対称になっており、データ数＝±３において最小となっている。そこで、データ数をＬ＝−２〜２までの”５”とした。
【０１２７】
また、シミュレーションにおける条件を表４に示す。
【０１２８】
【表４】
2005249603.tif 000021
【０１２９】
空間平均法として、順方向／逆方向空間平均法が用いられ、サブアレー数は、２であり、スナップショットは、１０００であり、信号対雑音比ＳＮＲは、３０［ｄＢ］である。離散フーリエ変換前のサンプリング数は、６であり、離散フーリエ変換後の周波数領域におけるデータ数は、５（Ｌ＝−２，−１，０，１，２）である。さらに、コヒーレント波の到来方向は、８０度、１４０度および２００度の方向である。
【０１３０】
図１１は、表４に示す条件でシミュレーションしたときの結果を示す図である。図１１を参照して、ＭＵＳＩＣスペクトラムは、８０度、１４０度および２００度の方位角においてピークを有し、８０度、１４０度および２００度の方向が到来方向と推定された。これは、シミュレーションに用いたコヒーレント波の到来方向と良い一致を示すものである。
【０１３１】
また、シミュレーション結果から３個の到来方向まで推定できることがわかり、上述した推定可能な到来方向の数と良い一致を示す。
【０１３２】
図１２は、７本のアンテナ素子からなるアレーアンテナ２０を用いて到来方向を推定した実験結果を示す図である。また、表５は、実験条件を示す。
【０１３３】
【表５】
2005249603.tif 000022
【０１３４】
空間平均法として、順方向／逆方向空間平均法が用いられ、サブアレー数は、２であり、スナップショットは、１０００であり、信号対雑音比ＳＮＲは、２０［ｄＢ］である。離散フーリエ変換前のサンプリング数は、６であり、離散フーリエ変換後の周波数領域におけるデータ数は、５（Ｌ＝−２，−１，０，１，２）である。さらに、コヒーレント波の到来方向は、４５度、１３５度および２５５度の方向である。
【０１３５】
図１２を参照して、ＭＵＳＩＣスペクトラムは、４５度、１３５度および２５５度の方位角においてピークを有し、４５度、１３５度および２５５度の方向が到来方向と推定された。これは、実験に用いたコヒーレント波の到来方向と良い一致を示すものである。
【０１３６】
また、実験結果から３個の到来方向まで推定できることがわかり、上述した推定可能な到来方向の数と良い一致を示す。
【０１３７】
１本の給電素子と、円形配列された６本の無給電素子とからなる７本のアンテナ素子を有するアレーアンテナを用い、ＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣ法を適用して到来方向を推定した場合、従来、３個のコヒーレント波の到来方向を推定することができなかったが、上述したように、離散フーリエ変換後の正および負の周波数領域におけるデータを用いることによって、アンテナ素子数が７本であっても３個のコヒーレント波の到来方向を推定することができるようになった。
【０１３８】
したがって、推定可能な到来方向を従来よりも増加させる場合、すなわち、推定可能な到来方向を３以上とする場合、アレーアンテナ２０のアンテナ素子数は、７本以上であればよい。
【０１３９】
７本のアンテナ素子を用いて３個のコヒーレント波の到来方向を推定できるのは、離散フーリエ変換後の正および負の周波数領域におけるデータを用いた場合である。離散フーリエ変換後の正の周波数領域におけるデータのみを用いる場合、３以上のコヒーレント波の到来方向を推定するには、１２本以上のアンテナ素子が必要である。
【０１４０】
１２本のアンテナ素子を用い、空間平均法およびＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣ法を適用して到来方向を推定する場合、離散フーリエ変換後において、正の周波数領域におけるデータ数の最大数は、”５．５（＝１１／２）”であるが、受信信号であるベクトル＜Ｘ＞の周波数特性においてベクトル＜Ｘ＞が有効な値を有するのは、１〜５の範囲である。したがって、１２本のアンテナ素子からなるアレーアンテナ２０を用いた場合、離散フーリエ変換後におけるデータ数は、”５”となり、空間平均法を適用する場合のサブアレーを構成するアンテナ素子数の最大数は、”４”であり、サブアレーの個数は、”２”である。
【０１４１】
その結果、２Ｍ≧ＤおよびＫ≧Ｄ＋１の関係式において、Ｍ＝２、Ｋ＝４となり、Ｄ≦３となる。
【０１４２】
したがって、１２本のアンテナ素子からなるアレーアンテナ２０を用いた場合、離散フーリエ変換後の正の周波数領域のみを使用して、３個のコヒーレント波まで到来方向を推定可能である。
【０１４３】
一方、４以上の到来方向を推定可能にするためには、アンテナ素子数は、９本以上であればよい。９本のアンテナ素子を用い、空間平均法およびＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣ法を適用して到来方向を推定する場合、離散フーリエ変換後において、正および負の周波数領域におけるデータ数の最大数は、−４〜４の”９”であるが、受信信号であるベクトル＜Ｘ＞の周波数特性においてベクトル＜Ｘ＞が有効な値を有するのは、−３〜３の範囲である。したがって、９本のアンテナ素子からなるアレーアンテナ２０を用いた場合、離散フーリエ変換後におけるデータ数は、”７”となり、空間平均法を適用する場合のサブアレーを構成するアンテナ素子数の最大数は、”６”であり、サブアレーの個数は、”２”である。
【０１４４】
その結果、２Ｍ≧ＤおよびＫ≧Ｄ＋１の関係式において、Ｍ＝２、Ｋ＝６となり、Ｄ≦４となる。
【０１４５】
したがって、９本のアンテナ素子からなるアレーアンテナ２０を用いた場合、離散フーリエ変換後の正および負の周波数領域を使用することによって、４個のコヒーレント波まで到来方向を推定可能である。
【０１４６】
また、離散フーリエ変換後の正の周波数領域におけるデータのみを用いる場合、１３以上のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いる必要がある。１３本のアンテナ素子を用い、離散フーリエ変換後の正の周波数領域におけるデータのみを用いた場合については、上述した図７に示す結果から４個のコヒーレント波の到来方向を推定可能である。アンテナ素子数が１２以下になると、空間平均法を適用する場合のサブアレーを構成するアンテナ素子数Ｋを”５”に設定できず、Ｋ≧Ｄ＋１の関係から４個のコヒーレント波の到来方向を推定することができない。
【０１４７】
したがって、４個のコヒーレント波の到来方向を推定するには、１３本以上のアンテナ素子が必要である。
【０１４８】
目的に応じて必要なアンテナ素子数をまとめると表６のようになる。
【０１４９】
【表６】
2005249603.tif 000023
【０１５０】
推定可能な到来方向を従来よりも増加させる場合、すなわち、３以上の到来方向を推定する場合、離散フーリエ変換後の正および負の周波数領域におけるデータを用いれば、７本以上のアンテナ素子が必要であり、離散フーリエ変換後の正の周波数領域におけるデータのみを用いれば、１２本以上のアンテナ素子が必要である。
【０１５１】
また、４以上の到来方向を推定する場合、離散フーリエ変換後の正および負の周波数領域におけるデータを用いれば、９本以上のアンテナ素子が必要であり、離散フーリエ変換後の正の周波数領域におけるデータのみを用いれば、１３本以上のアンテナ素子が必要である。
【０１５２】
表６の結果から明らかなように、離散フーリエ変換後の正および負の周波数領域におけるデータを用いることによって、離散フーリエ変換後の正の周波数領域におけるデータのみを用いた場合よりもアンテナ素子数を大幅に減少できる。
【０１５３】
なお、図１に示すアレーアンテナ２０において、アンテナ素子数が増加してもアレーアンテナ２０の給電素子１３から受信信号を受け、その受けた受信信号を処理する処理回路は、１個でよいので、到来方向推定装置１００をコンパクトにしたまま、推定可能な到来方向の数を増加させることができる。
【０１５４】
また、この発明においては、ＣＵＢＡ法を用いて円形配列のアンテナ素子１〜１２を直線配列のアンテナ素子１〜１２に変換した後に、空間平均法およびＭＵＳＩＣ法を適用して相関行列を演算するので、空間平均法を適用する場合にサブアレーを空間領域で平行移動させる必要がなく、サブアレーの平行移動の方向が到来方向の推定に影響を及ぼす、所謂、角度依存性が発生しない。
【０１５５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
この発明は、ＣＵＢＡ−ＭＵＳＩＣ法を用いてコヒーレント波の推定可能な到来方向の数を増やすことができる到来方向推定装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】この発明の実施の形態による到来方向推定装置の概略図である。
【図２】図１に示すｘ−ｙ平面におけるアンテナ素子の平面配置図である。
【図３】図１に示すアレーアンテナのビームパターンを示す図である。
【図４】方位角の定義を示す図である。
【図５】離散フーリエ変換後に空間平均法を適用する概念を示す図である。
【図６】離散フーリエ変換後の周波数スペクトラムとデータ数との関係図である。
【図７】図１に示す到来方向推定装置における到来方向の推定のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】図１に示す到来方向推定装置における到来方向の推定の他のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】図１に示す到来方向推定装置における到来方向を推定する動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】離散フーリエ変換後における周波数スペクトラムとデータ数との他の関係図である。
【図１１】表４に示す条件でシミュレーションしたときの結果を示す図である。
【図１２】７本のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いて到来方向を推定した実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１５８】
１〜１３  アンテナ素子、１５  バラクタダイオード群、２０  アレーアンテナ、３０  指向性切換手段、４０  方向推定手段、１００  到来方向推定装置、ＢＰＭ０〜ＢＰＭ１２  ビームパターン、ＳＡ１，ＳＡ２  サブアレー。
【図１】
2005249603.tif 000024
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005249603.tif 000028
【図６】
2005249603.tif 000029
【図７】
2005249603.tif 000030
【図８】
2005249603.tif 000031
【図９】
2005249603.tif 000032
【図１０】
2005249603.tif 000033
【図１１】
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【図１２】
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