(57)【要約】【課題】１個のパルスを受信しドップラ周波数差がＰＲＦを越える複数目標からの受信信号を信号分離し、それぞれの信号の信号対雑音比が低い場合でも、信号到来方向を高精度に測角演算することを可能とする高分解能アンテナを提供すること。【解決手段】各素子アンテナ１１〜１Ｍにより受信される受信信号を各素子アンテナ１１〜１Ｍ毎に周波数成分に分解する周波数分離手段３１〜３Ｍと、周波数分離手段３１〜３Ｍにより分解された周波数成分から到来波が存在する区間の信号を抽出する信号区間抽出手段５１１〜５１Ｑ、５２１〜５２Ｒと、信号区間抽出手段５１１〜５１Ｑ、５２１〜５２Ｒにより区間抽出された周波数分離手段３１〜３Ｍの出力信号から信号到来方向を検出する測角演算手段６１１〜６１Ｑ、６２１〜６２Ｒとを具備する。【選択図】図１
2005037327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の方向から到来する１又は複数の信号の信号到来方向を複数の素子アンテナからの受信信号を用いて探知する高分解能アンテナにおいて、
前記各素子アンテナにより受信される受信信号を各素子アンテナ毎に時間−周波数解析する周波数分離手段と、
前記周波数分離手段により分解された周波数成分から到来波が存在する区間の信号を抽出する信号区間抽出手段と、
前記信号区間抽出手段により区間抽出された前記周波数分離手段の出力信号から信号到来方向を検出する測角演算手段と
を具備することを特徴とする高分解能アンテナ。
【請求項２】
前記測角演算手段は、検出された信号到来方向から到来信号強度を推定することを特徴とする請求項１記載の高分解能アンテナ。
【請求項３】
前記周波数分離手段は、短時間フーリエ変換によるフィルタバンクを形成するＦＦＴ回路とウェーブレット変換によるフィルタバンクを形成するＱＭＦ回路とを具備し、時間−周波数解析することを特徴とする請求項１記載の高分解能アンテナ。
【請求項４】
前記周波数分離手段は、分解された周波数成分信号を複数に分岐し、分岐単位毎に異なる重み付けを行い加算することにより特定の周波数成分のみを抽出した複数の出力信号を当該周波数成分毎に設けられた前記信号区間抽出手段に出力することを特徴とする請求項１記載の高分解能アンテナ。
【請求項５】
前記信号区間抽出手段は、前記周波数分離回路から素子アンテナ毎に出力された信号を振幅検波して出力する振幅検波器と、参照信号を出力する参照信号発生器と、前記振幅検波器と、前記参照信号の相関を素子アンテナ毎に出力する相関器と、各素子アンテナの相関器の出力が全て予め設定した閾値を超えるときにゲート信号を発生するゲート信号発生器と、前記ゲート信号が入力された時に前記周波数分離回路から入力された信号を素子アンテナ毎に当該周波数成分毎に設けられた測角演算回路に出力するゲート回路とを具備することを特徴とする請求項１記載の高分解能アンテナ。
【請求項６】
前記参照信号発生器は、素子アンテナに到来する信号の信号長に対応したパルス幅をもつ方形波を出力することを特徴とする請求項５記載の高分解能アンテナ。
【請求項７】
前記測角演算手段は、前記信号区間抽出回路から出力された信号成分から相関行列計算を行う相関行列演算手段と、前記相関行列演算手段で得られた相関行列の固有値と固有ベクトルを計算する固有値分解演算手段と、前記固有値から到来波数を推定する到来波数推定手段と、前記固有ベクトルと前記到来波数と素子アンテナの方向ベクトルから信号到来方向を検出する到来方向検出手段と、前記信号到来方向と前記相関行列と素子アンテナの方向ベクトルから到来信号の信号強度を推定する信号強度推定手段とを具備することを特徴とする請求項１記載の高分解能アンテナ。
【請求項８】
前記到来波数推定手段は、ＡＩＣ規範又はＭＤＬ規範の評価関数を用いて到来波数を推定することを特徴とする請求項７記載の高分解能アンテナ。
【請求項９】
前記到来方向検出手段は、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を用いて評価関数のピーク値の方向を信号到来方向として検出することを特徴とする請求項７記載の高分解能アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数素子アンテナに入射される、１つ又は複数到来波に対し、到来波の周波数に応じてそれぞれの到来波の信号到来方向と到来波の信号強度を高精度に検出する高分解能アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の高分解能アンテナの構成を示すブロック図である。非特許文献１で提案されている３Ｄレーダでは送信パルスを一定周期毎に送信し、目標の運動に応じてドップラ周波数を持った目標からの反射信号を繰り返し受信する。１ＰＲＩ〜ｎＰＲＩ目までの受信信号はＭ個の素子アンテナ１１〜１Ｍで順次受信され、素子アンテナ１１〜１Ｍ毎に設けられた周波数分離回路７１〜７Ｍ（Ｍ個）において特定の周波数成分のみを抽出して測角演算回路６１１〜６１ｎに出力する。これにより、例えば１つの測角演算回路６１１には、素子アンテナ１１〜１Ｍで受信されたＭ個の各信号の重み関数Ｗ１に対応する特定の周波数成分（Ｍ個）が入力される。
【０００３】
図１０は、従来の周波数分離回路の構成を示すブロック図である。Ｍ個の周波数分離回路７１〜７Ｍは全て同一回路構成であり、代表して１つの周波数分離回路７１について図１０を用いて説明する。あるｒサンプル目のデータのｎパルス分である［Ｓ11r,Ｓ12r,・・・,Ｓ1nr］のｎ個のデータが受信回路２１から入力され、ｎ個のフィルタバンクＢ１〜Ｂｎを形成するＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）回路（フーリエ変換回路）７１１を用いて周波数成分に分解される。ｎ個のフィルタバンクＢ１〜Ｂｎにより生成されたｎ個の出力信号に乗算器７１２１〜７１２ｎにて重み係数Ｗ１〜Ｗｎ（普通はＷ１〜Ｗｎ＝１であって、特に例えばＷ１＝０とすると、フィルタバンクＢ１の成分については測角演算をしないことになる。）を乗算することにより各フィルタバンクＢ１〜Ｂｎ成分についてすべての素子アンテナ１１〜１Ｍで受信された信号を抽出して測角演算回路６１１〜６１ｎに出力する。
【０００４】
図９に戻って、測角演算回路６１１〜６１ｎは、周波数分離回路７１〜７Ｍから出力された重み関数Ｗ１〜Ｗｎに対応する各周波数成分について素子アンテナ１１〜１Ｍ間の相関行列を計算し、その相関行列の固有値と固有ベクトルを算出する。さらに、算出された固有値を用いて、ＭＤＬ（Minimum Description Length）規範やＡＩＣ（Akaike Information Criterion）規範（非特許文献２)等の公知文献記載の方式により到来波数を推定する。また、計算された固有ベクトルと方向ベクトル（素子アンテナ１１〜１Ｍ配置により定まる）を用いた評価関数を定義する。この評価関数は方向ベクトルが信号到来方向に一致するとき評価関数が極値をとるように設定することにより、到来信号数（Ｐ個）毎に信号到来方向を検出する。なお従来方式における相関行列計算法及び固有値算出法については非特許文献３に述べられている。
【０００５】
また、それらの信号到来方向検出アルゴリズムは公知技術であり、ＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）アルゴリズムやＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）アルゴリズム等の各種方式が報告されている。これらの方式は従来のモノパルスビームによる信号到来方向検出に比べて、測角精度が優れており、また、同一ビーム幅同一レンジセル内の複数の目標からの受信信号に対しても、個々の到来信号毎に測角することができる。
【０００６】
前記ＭＵＳＩＣアルゴリズムの場合の評価関数は、前記非特許文献３に記載されており、次式で示される。
【０００７】
【数１】
2005037327.tif 000003
また、評価関数としては、式（１）を規格化したものとして次式が用いられる場合もある。
【０００８】
【数２】
2005037327.tif 000004
前記ＡＩＣ規範及びＭＤＬ規範の場合の評価関数は、前記非特許文献２に記載されており、次式で示される。
【０００９】
【数３】
2005037327.tif 000005
【００１０】
図１１は、図９の従来方式における到来方向検出の概要を示す図である。図１１(a)は１目標からの到来信号の場合の評価関数のスペクトラム（横軸：角度、縦軸：強度）を示している。評価関数は目標１の信号到来方向に鋭いピークを示している。図１１(b)は目標数が２つの場合で、互いのドップラ周波数差がＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）以下の場合を示している。図１１(b)で実線で示したスペクトルは目標１のドップラ周波数が存在するフィルタバンクを選択した場合の評価関数のスペクトルであり、図１１(b)で点線で示したスペクトルは目標２のドップラ周波数が存在するフィルタバンクを選択した場合の評価関数のスペクトルである。それぞれ、目標１及び目標２の到来方向に鋭いピークを示している。図１１(c)は目標数が２つの場合で、互いのドップラ周波数差がＰＲＦより大きく、目標１及び目標２のドップラ周波数が同じフィルタバンク内に存在する場合を示している。評価関数は２つの信号の到来方向にピークを有さず、それぞれの目標を正しく測角することができず、測角誤差が大きくなる。また、目標１及び目標２のドップラ周波数差がＰＲＦより小さい場合でも到来信号の信号対雑音比が低いと評価関数は２つの信号の到来方向にピークを有さず、それぞれの目標を正しく測角することができず、測角誤差が大きくなる。
【００１１】
【非特許文献１】福江, 畝田, 外園, 「レーダ信号処理におけるフーリエ係数を用いたＭＵＳＩＣ法による分離・測角性能の改善」,信学論, Vol.J85-B, no.12, pp.2380-2388 Dec. 2002.
【非特許文献２】M. Wax and T. Kailath, “Detection of signals by information theoretic criteria”, IEEE Trans. Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-33, no.2, pp.387-392, Apr. 1985.
【非特許文献３】R. O. Schmidt, “Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation”, IEEE Trans. Antennas and Propagation, Vol. AP-34, no3, pp276-280（特にFig2及びこれに関する記載）, Mar. 1986.
【非特許文献４】Ｇ．ストラング，Ｔ．グエン著，高橋進一，池原雅章共訳「ウェーブレット解析とフィルタバンクＩ入門編」培風館１９９９年７月発行（特に図１．１０及びそれに関する記述）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように従来のＭＵＳＩＣアルゴリズム等を用いた高分解能アンテナの場合は周波数分離回路として周波数解析の手段である通常のフーリエ変換を行うためのＦＦＴ回路を使用していたためにｎ個（ｎ≧２）のパルス列が必要であった。このため２目標のドップラ周波数差がＰＲＦを越える場合２目標のドップラ周波数が接近していない場合でも、目標間の相関性が高くなる場合があり、信号到来方向の検出精度が劣化する問題があった。また、到来信号の信号対雑音比が低い場合にも信号到来方向の検出精度が劣化する問題があった。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、１個のパルスを受信しドップラ周波数差がＰＲＦを越える複数目標からの受信信号を信号分離し、それぞれの信号の信号対雑音比が低い場合でも、信号到来方向を高精度に測角演算することを可能とする高分解能アンテナを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る高分解能アンテナは、任意の方向から到来する１又は複数の信号の信号到来方向を複数の素子アンテナからの受信信号を用いて探知する高分解能アンテナにおいて、
前記各素子アンテナにより受信される受信信号を各素子アンテナ毎に時間−周波数解析する周波数分離手段と、
前記周波数分離手段により分解された周波数成分から到来波が存在する区間の信号を抽出する信号区間抽出手段と、
前記信号区間抽出手段により区間抽出された前記周波数分離手段の出力信号から信号到来方向を検出する測角演算手段と
を具備することを特徴としている。
【００１６】
このように、周波数成分毎の信号を更に信号区間抽出する構成により、１個のパルスを受信し同一ビーム幅かつ同一レンジセル内にドップラ周波数差がＰＲＦを越える複数目標が存在する場合にも、１目標の場合と同様の高精度な測角が実現できる。
【００１７】
本願請求項２に係る高分解能アンテナは、請求項１において、前記測角演算手段は、検出された信号到来方向から到来信号強度を推定することを特徴としている。これにより、到来信号の強度情報を入手することができる。
【００１８】
請求項３に係る高分解能アンテナは、請求項１において、前記周波数分離手段は、短時間フーリエ変換によるフィルタバンクを形成するＦＦＴ回路とウェーブレット変換によるフィルタバンクを形成するＱＭＦ回路とを具備し、時間−周波数解析することを特徴としている。これにより、ＦＦＴ回路により高周波数における高い周波数分解能と低周波数における高い時間分解能を得ることができ、逆にＱＭＦ回路により高周波数における高い時間分解能と低周波数における高い周波数分解能を得ることができる。
【００１９】
請求項４に係る高分解能アンテナは、請求項１において、前記周波数分離手段は、分解された周波数成分信号を複数に分岐し、分岐単位毎に異なる重み付けを行い加算することにより特定の周波数成分のみを抽出した複数の出力信号を当該周波数成分毎に設けられた前記信号区間抽出手段に出力することを特徴としている。これにより、任意に所望の周波数成分を信号区間抽出手段に出力することができる。
【００２０】
請求項５に係る高分解能アンテナは、請求項１において、前記信号区間抽出手段は、前記周波数分離回路から素子アンテナ毎に出力された信号を振幅検波して出力する振幅検波器と、参照信号を出力する参照信号発生器と、前記振幅検波器と、前記参照信号の相関を素子アンテナ毎に出力する相関器と、各素子アンテナの相関器の出力が全て予め設定した閾値を超えるときにゲート信号を発生するゲート信号発生器と、前記ゲート信号が入力された時に前記周波数分離回路から入力された信号を素子アンテナ毎に当該周波数成分毎に設けられた測角演算回路に出力するゲート回路とを具備することを特徴としている。これにより、簡易な回路で確実に信号区間抽出を実現することができる。
【００２１】
請求項６に係る高分解能アンテナは、請求項５において、前記参照信号発生器は、素子アンテナに到来する信号の信号長に対応したパルス幅をもつ方形波を出力することを特徴としている。これにより、信号区間抽出に適する参照信号を発生することができる。
【００２２】
請求項７に係る高分解能アンテナは、請求項１において、前記測角演算手段は、前記信号区間抽出回路から出力された信号成分から相関行列計算を行う相関行列演算手段と、前記相関行列演算手段で得られた相関行列の固有値と固有ベクトルを計算する固有値分解演算手段と、前記固有値から到来波数を推定する到来波数推定手段と、前記固有ベクトルと前記到来波数と素子アンテナの方向ベクトルから信号到来方向を検出する到来方向検出手段と、前記信号到来方向と前記相関行列と素子アンテナの方向ベクトルから到来信号の信号強度を推定する信号強度推定手段とを具備することを特徴としている。これにより、簡易な回路で確実に測角演算を実現することができる。
【００２３】
請求項８に係る高分解能アンテナは、請求項７において、前記到来波数推定手段は、ＡＩＣ規範又はＭＤＬ規範の評価関数を用いて到来波数を推定することを特徴としている。これより、簡易な回路で確実に到来波数推定を実現することができる。
【００２４】
請求項９に係る高分解能アンテナは、請求項７において、前記到来方向検出手段は、ＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数を用いて評価関数のピーク値の方向を信号到来方向として検出することを特徴としている。これより、簡易な回路で確実に到来方向検出を実現することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ドップラ周波数差がＰＲＦを越える複数目標からの受信信号を受信した場合や、それぞれの信号の信号対雑音比が低い場合でも、従来技術の周波数分離だけでなく、より高度な時間−周波数解析の手段である例えば短時間フーリエ変換及びウェーブレット変換を行うことによって１パルスで十分に測角精度が劣化せず、正しく目標の方向を検出することができる。また、本発明は様々な装置に応用することができる。たとえば、ソナー装置、移動体無線装置、ワイヤレス通信装置、伝搬特性計測装置などへ応用が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る高分解能アンテナの一実施形態を図１〜図６を参照して詳細に説明する。但し図１〜図６において、図９と同一部分には同一符号を付して示し説明を省略する。
【００２７】
図１は、本発明に係る高分解能アンテナの実施の形態の全体構成を示す図である。本実施の形態において、高分解能アンテナは、素子アンテナ１１〜１Ｍ、受信回路２１〜２Ｍ、周波数分離手段としての周波数分離回路３１〜３Ｍ、ウェイト設定手段としてのウェイト設定回路４、信号区間抽出手段としての信号区間抽出回路５１１〜５１Ｑ、５２１〜５２Ｒ、及び測角演算手段としての測角演算回路６１１〜６１Ｑ、６２１〜６２Ｒから構成される。
【００２８】
素子アンテナ１１〜１Ｍに入射した波は、素子アンテナ１１〜１Ｍ毎に受信回路２１〜２Ｍでサンプリング周期Ｔで続けてサンプリングされて１サンプル〜ｍサンプルの計ｍ個のサンプル列からなる受信信号となる。本実施の形態のこの点は、送信パルス間隔でサンプリングされて周波数解析される従来技術と異なる。受信回路２１〜２Ｍから出力された受信信号は周波数分離回路３１〜３Ｍに入力される。
【００２９】
図２は、本実施の形態の周波数分離回路の構成を示すブロック図である。Ｍ個の周波数分離回路３１〜３Ｍは全て同一回路構成であり、代表して一つの周波数分離回路３１について図２を用いて説明する。周波数分離回路３１は時間−周波数解析するものであり、この実施の形態ではフィルタバンク処理部３１１、及びフィルタバンク選択部３１２から構成されている。
【００３０】
図３は、本実施の形態のフィルタバンク処理部の構成を示すブロック図である。フィルタバンク処理部３１１はＦＦＴ回路（短時間フーリエ変換回路）３１１１、及びＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter）回路３１１２から構成される。
【００３１】
ＦＦＴ回路（短時間フーリエ変換回路）３１１１は短時間フーリエ変換を行いＫ個のフィルタバンクＢ１１〜Ｂ１Ｋを形成するための回路であり、ＱＭＦ回路３１１２はウェーブレット変換を行いＬ個のフィルタバンクＢ２１〜Ｂ２Ｌを形成するための回路である（ウェーブレット変換について詳しくは、非特許文献４参照）。
【００３２】
図２に戻って、フィルタバンク選択部３１２は重み付き加算器３１２１１〜３１２１Ｑ及び重み付き加算器３１２２１〜３１２２Ｒの（Ｑ＋Ｒ）個の重み付き加算器から構成される。
【００３３】
図４は、本実施の形態の重み付き加算器の構成を示すブロック図である。（Ｑ＋Ｒ）個の重み付き加算器３１２１１〜３１２１Ｑ、３１２２１〜３１２２Ｒは全て同一回路構成であり、代表して一つの重み付き加算器３１２１１について図４を用いて説明する。重み付き加算器３１２１１は乗算器３１２１１１１〜３１２１１１Ｋ、及び加算器３１２１１２から構成されている。重み付き加算器３１２１１に入力される重み関数Ｗ１１はＫ個の要素を持ち次式のように表せる。
【００３４】
Ｗ１１＝［Ｗ１１１,Ｗ１１２,・・・,Ｗ１１Ｋ］
同様に、重み付き加算器３１２２１に入力される重み関数Ｗ２１はＬ個の要素を持ち次式のように表せる。
【００３５】
Ｗ２１＝［Ｗ２１１,Ｗ２１２,・・・,Ｗ２１Ｌ］
重みＷ１１１は乗算器３１２１１１１でフィルタバンクＢ１１の出力と掛け合わされる。同様に、重みＷ１１Ｋは乗算器３１２１１１ＫでフィルタバンクＢ１Ｋの出力と掛け合わされる。フィルタバンク毎に重み付けされた信号は加算器３１２１１２で足し合わされて、重み付き加算器３１２１１の出力となる。ここで、例えばＷ１１＝［１,０,・・・,０］と設定すれば、フィルタバンクＢ１１の周波数成分の信号のみが選択されるが、重み関数の設定方法はこれに限定されることなく、例えば、Ｗ１１＝［１,１,１,０,０,０,・・・,０］と設定すれば、フィルタバンクＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３の周波数成分の信号が選択されることになる。つまり、重み関数の設定方法についてはその目的、用途に応じて自由に設定することができる。また、重み付き加算器の数もＫ、Ｌに限定されることなく、目的、用途に応じて自由に設定することができる。これにより、フィルタバンク選択部３１２は、フィルタバンク処理部３１１の出力のうち、ウェイト設定回路４で設定された重み関数に応じた周波数成分の信号を、信号区間抽出回路５１１〜５１Ｑ、５２１〜５２Ｒに出力する機能を有している。
【００３６】
素子アンテナ１１〜１Ｍで受信され受信回路２１〜２Ｍでｍ個のサンプル列となった受信信号は、ＦＦＴ回路（短時間フーリエ変換回路）３１１１により短時間フーリエ変換されることによりＫ個の周波数成分の信号に分離される。短時間フーリエ変換された信号はそれぞれＱ個に分岐された信号となってそれぞれ重み付き加算器３１２１１〜３１２１Ｑに入力される。同様に受信信号はＱＭＦ回路３１１２によってウェーブレット変換されることによりＬ個の周波数成分の信号に分離される。ウェーブレット変換された信号はそれぞれＲ個に分岐された信号となって重み付き加算器３１２２１〜３１２２Ｒに入力される。重み付き加算器３１２１１〜３１２１Ｑ及び重み付き加算器３１２２１〜３１２２Ｒは、異なるウェイト関数Ｗ１１〜Ｗ１Ｑ及びウェイト関数Ｗ２１〜Ｗ２Ｒが設定されており、それぞれフィルタバンク処理部３１１から出力された信号に重み付けして出力する。
【００３７】
図１に示すようにＭ個の周波数分離回路３１〜３Ｍから、同一のウェイト関数が設定された出力信号を同一の信号区間抽出回路５１１〜５１Ｑ、５２１〜５２Ｒに入力する。（Ｑ＋Ｒ）種のウェイト関数毎に周波数分離後の信号が信号区間抽出回路５１１〜５１Ｑ、５２１〜５２Ｒに入力され信号区間抽出される。
【００３８】
図５は、本実施の形態の信号区間抽出回路の構成を示すブロック図である。信号区間抽出回路５１１〜５１Ｑ、５２１〜５２Ｒはウェイト関数分（（Ｑ＋Ｒ）個）準備されており、（Ｑ＋Ｒ）個の信号区間抽出回路５１１〜５１Ｑ、５２１〜５２Ｒは全て同一回路構成である。信号区間抽出回路５１１の構成例を図５に示す。信号区間抽出回路５１１は、Ｍ個の振幅検波器５１１１１〜５１１１Ｍ、参照信号発生器５１１２、Ｍ個の相関器５１１３１〜５１１３Ｍ、ゲート信号発生器５１１４、及びＭ個のゲート回路５１１５１〜５１１５Ｍによって構成される。
【００３９】
Ｍ個の振幅検波器５１１１１〜５１１１１ＭはＭ個の各素子アンテナ１１〜１Ｍに対応する入力信号をそれぞれ振幅検波する。参照信号発生器５１１２は素子アンテナ１１〜１Ｍで受信された信号の信号長に対応したパルス幅をもつ方形波を参照信号として出力する。Ｍ個の相関器５１１３１〜５１１３Ｍは振幅検波器５１１１１〜５１１１１Ｍで検波された信号と参照信号発生器５１１２で発生した参照信号とを相関処理する。ゲート信号発生器５１１４は相関器５１１３１〜５１１３Ｍの出力が入力され、相関器５１１３１〜５１１３Ｍの全ての出力値が設定された閾値を超えた場合のみゲート信号を出力する。出力されたゲート信号はＭ個に分岐されてＭ個の各素子アンテナ１１〜１Ｍに対応したゲート回路５１１５１〜５１１５Ｍに入力される。ゲート回路５１１５１〜５１１５Ｍは周波数分離回路３１から入力された信号のうち、上記ゲート信号が存在する場合だけ周波数分離回路３１から入力された信号を出力する。通常は、信号区間抽出回路のゲート信号の幅は、相関器の出力信号が、ある閾値以上となる時間区間として決まる。
【００４０】
図１に示すように、（Ｑ＋Ｒ）個の信号区間抽出回路５１１〜５１Ｑ、５２１〜５２Ｒから出力された信号をそれぞれ対応する測角演算回路６１１〜６１Ｑ、６２１〜６２Ｒに入力する。（Ｑ＋Ｒ）種のウェイト関数毎に信号区間抽出された信号が測角演算回路６１１〜６１Ｑ、６２１〜６２Ｒに入力され、それぞれ測角演算回路６１１〜６１Ｑ、６２１〜６２Ｒは信号到来方向（信号到来方向１〜信号到来方向Ｐ）及び到来信号強度（到来信号強度１〜到来信号強度Ｐ）を求め出力する。このように従来の周波数分離がＦＦＴ回路による周波数解析であるのに対して、本実施の形態は短時間フーリエ変換とウェーブレット変換の両者を用いた時間−周波数解析である点で特徴を有する。
【００４１】
図６は、本実施の形態の測角演算回路の構成を示すブロック図である。測角演算回路６１１〜６１Ｑ、６２１〜６２Ｒはウェイト関数の種別分（（Ｑ＋Ｒ）個）準備されており、（Ｑ＋Ｒ）個の測角演算回路６１１〜６１Ｑ、６２１〜６２Ｒは全て同一構成である。測角演算回路６１１の構成例を図６に示し、従来方式と同一部分には同一符号を付して示し、説明を省略する。測角演算回路６１１は相関行列演算部６１１１、固有値分解演算部６１１２、到来波数推定部６１１３、到来方向検出部６１１４、及びＰ１１個の信号強度推定部６１１５１〜６１１５１Ｐ１１によって構成される。
【００４２】
相関行列演算部６１１１はＭ個の各素子アンテナ１１〜１Ｍに対応する入力信号（信号区間抽出後の信号）を用いて、相関行列計算を行い、固有値分解演算部６１１２は計算された相関行列を用いて固有値計算を行い、固有値とその固有値に対応する固有ベクトルを計算する。到来波数推定部６１１３は得られた固有値から到来波数の推定を行う。この到来波数推定には従来方式と同様にＡＩＣ規範やＭＤＬ規範等の評価関数を用いる。たとえばＡＩＣ規範の評価関数として式（３）を用いることができる。またＭＤＬ規範の評価関数としては式（４）を用いることができる。到来方向検出部６１１４は前記固有ベクトルと到来波数推定部６１１３で推定した到来波数と方向ベクトル（素子アンテナ配列により既知）より到来方向を検出する。この到来方向検出には従来方式と同様にＭＵＳＩＣアルゴリズム等の評価関数を用いる。例えばＭＵＳＩＣアルゴリズムの評価関数として前記式（１）又は式（２）を用いることができる。以上は従来方式と同様である。
【００４３】
さらに、信号強度推定部６１１５１〜６１１５Ｐ１１は、到来方向検出部６１１４で計算された評価関数のＰ１１個のピーク方向に対して、相関行列と到来信号方向行列を用いてそれぞれの到来方向に対する到来波の信号強度を計算する。
【００４４】
図７は、本実施の形態の信号毎のグラフを示す図である。図１の受信回路２１において、図７(a)のような周波数の低い目標１の信号と周波数の高い目標２の信号が受信されたとする。周波数分離回路３１において、周波数の高い目標２を抽出するようにウェイト設定回路４においてウェイトが設定されたとすると周波数分離回路３１の出力波形は図７(b)となる。この波形を図５に示す信号区間抽出回路５１１に入力したとき、振幅検波器５１１１の出力は図７(c)となる。参照信号発生器５１１２の出力として目標２の受信波形の長さに相当するパルス幅を持つ方形波を出力する。このときの相関器５１１３１の出力波は図７(d)に示すように、三角波となり、三角波のピークは目標２の信号が存在する区間の中心と一致する。従って、ゲート信号発生器５１１４において設定した閾値と相関器の出力を比較することにより信号区間が抽出できる。
【００４５】
図８は、本実施の形態の信号毎の時間と周波数の関係のグラフを示す図である。図８において受信機の雑音をハッチングで示している。図８(a-1)はＦＦＴ回路（短時間フーリエ変換回路）３１１１入力時の信号強度を横軸時間、縦軸周波数として示す。同様に図８(a-2)はＱＭＦ回路３１１２入力時の信号強度を示す。
【００４６】
図２に示す重み付き加算器３１２１１に設定されるウェイト関数はＦＦＴ回路（短時間フーリエ変換回路）３１１１のＫ個のフィルタバンク出力の重み付けであり、例えばＷ１１＝［１，０，・・・、０］のように設定するとＦＦＴ回路（短時間フーリエ変換回路）３１１１のフィルタバンクＢ１のみが選択される。また、Ｗ１１＝［１，１，０，・・・、０］のように設定するとＦＦＴ回路（短時間フーリエ変換回路）３１１１のフィルタバンクＢ１１及びフィルタバンクＢ１２が選択され、それぞれ加算器３１２１１２で加算され加算器３１２１１２より出力される。図８(b-1)はＷ１１＝［１，１，０，・・・、０］と設定したときの重み着き加算器３１２１１の出力信号強度を示す。同様に図２に示す重み付き加算器３１２２１に設定されるウェイト関数はＱＭＦ回路３１１２のＬ個のフィルタバンク出力の重み付けであり、例えばＷ２１＝［１，０，・・・、０］のようにＱＭＦ回路３１１２のフィルタバンクＢ２１が選択されている。図８(b-2)は重み付き加算器３１２２１の出力信号強度を示す。図８(b-1)の信号が信号区間抽出回路５１１に入力された時の信号区間抽出回路５１１の出力信号強度を図８(c-1)に示す。同様に図８(b-2)の信号が信号区間抽出回路５２１に入力された時の信号区間抽出回路５２１の出力信号強度を図８(c-2)に示す。以上により周波数分離回路３１〜３Ｍにおいて重み関数を適当に設定することによって所望の周波数成分が複数のフィルタバンクにわたって広がっている場合でも所望の周波数成分を有する信号を抽出できるとともに、信号区間抽出回路５１１〜５１Ｑ、５２１〜５２Ｒにおいて周波数分離回路３１〜３Ｍにおいて抽出された周波数成分を有する信号が存在する区間を抽出できる。また、周波数分離回路３１〜３Ｍ及び信号区間抽出回路５１１〜５１Ｑ、５２１〜５２Ｒによって、該当する時間における該当する周波数成分以外の受信機雑音を除去できる。
【００４７】
以上によりドップラ周波数差がＰＲＦを越える複数目標からの受信信号を受信した場合や、それぞれの信号の信号対雑音比が低い場合でも、信号到来方向を高精度な測角を行うことができる。
【００４８】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る高分解能アンテナの実施の形態の全体構成を示す図である。
【図２】本実施の形態の周波数分離回路の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態のフィルタバンク処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施の形態の重み付き加算器の構成を示すブロック図である。
【図５】本実施の形態の信号区間抽出回路の構成を示すブロック図である。
【図６】本実施の形態の測角演算回路の構成を示すブロック図である。
【図７】本実施の形態の信号毎のグラフを示す図である。
【図８】本実施の形態の信号毎の時間と周波数の関係のグラフを示す図である。
【図９】従来の高分解能アンテナの構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の周波数分離回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来方式における到来方向検出の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１〜１Ｍ・・・・・・・・・素子アンテナ
２１〜２Ｍ・・・・・・・・・受信回路
３１〜３Ｍ・・・・・・・・・周波数分離回路
３１１・・・・・・・・・・・フィルタバンク処理部
３１１１・・・・・・・・・・ＦＦＴ回路（短時間フーリエ変換回路）
３１１２・・・・・・・・・・ＱＭＦ回路
３１２・・・・・・・・・・・フィルタバンク選択部
３１２１１〜３１２１Ｑ・・・重み付き加算器
３１２２１〜３１２２Ｒ・・・重み付き加算器
４・・・・・・・・・・・・・ウェイト設定回路
５１１〜５１Ｑ・・・・・・・信号区間抽出回路
５２１〜５２Ｒ・・・・・・・信号区間抽出回路
５１１１１〜５１１１Ｍ・・・振幅検波器
５１１２・・・・・・・・・・参照信号発生器
５１１３１〜５１１３Ｍ・・・相関器
５１１４・・・・・・・・・・ゲート信号発生器
５１１５１〜５１１５Ｍ・・・ゲート回路
６１１〜６１Ｑ・・・・・・・測角演算回路
６２１〜６２Ｒ・・・・・・・測角演算回路
６１１１・・・・・・・・・・相関行列演算部
６１１２・・・・・・・・・・固有値分解演算部
６１１３・・・・・・・・・・到来波数推定部
６１１４・・・・・・・・・・到来方向検出部
６１１５１〜６１１５Ｐ１１・信号強度推定部
７１〜７Ｍ・・・・・・・・・周波数分離回路
７１１・・・・・・・・・・・ＦＦＴ回路（フーリエ変換回路）
７１２１〜７１２ｎ・・・・・乗算器
【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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