(57)【要約】【課題】ＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いて偽像の影響を低減して電波の到来方向を確実に測定することの可能な測角装置および測角方法を提供する。【解決手段】スペクトラム算出部５１〜５ｍにより、例えば１°ごとに異なる仰角ごとに方位角θを変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムを算出し、加算処理部６によりそれらを全て加算する。これにより極大値を容易に識別可能なＭＵＳＩＣスペクトラム曲線ＰＭＵＳＵＭを生成し、この曲線をもとにＭＵＳＩＣスペクトラムが極大となる方位角をθＰｅａｋサーチする。次に、サーチされた方位角θＰｅａｋにおいて、仰角φを変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムを生成し、その値が極大となる仰角φＰｅａｋをサーチするようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムを用いて電波の到来方向を特定する測角装置において、
基準方向に対して等間隔かつ直線状に配列される複数のアンテナ素子と、
これらのアンテナ素子の各素子信号から、前記基準方向に対する方位角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムを前記基準方向に対する複数の仰角ごとに算出する算出手段と、
前記複数の仰角ごとのＭＵＳＩＣスペクトラムを加算して前記方位角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムの和を出力する加算手段と、
前記ＭＵＳＩＣスペクトラムの和が極大となる方位角を特定し、この方位角において前記仰角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムが極大となる仰角を特定する特定手段とを具備することを特徴とする測角装置。
【請求項２】
前記算出手段は、
前記複数のアンテナ素子の各素子信号を要素とするベクトルから共分散行列を生成する行列生成手段と、
前記共分散行列の固有値を要素とする固有ベクトルを算出する固有値算出手段と、
前記固有ベクトルから前記複数の仰角ごとのＭＵＳＩＣスペクトラムを算出するスペクトラム算出手段とを備え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】
基準方向に対して等間隔かつ直線状に配列される複数のアンテナ素子の各素子信号からＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムを用いて電波の到来方向を特定する測角方法において、
前記基準方向に対する方位角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムを前記基準方向に対する複数の仰角ごとに算出する算出ステップと、
前記複数の仰角ごとのＭＵＳＩＣスペクトラムを加算して前記方位角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムの和を生成する加算ステップと、
前記ＭＵＳＩＣスペクトラムの和が極大となる方位角を特定する方位角特定ステップと、
この方位角特定ステップにおいて特定された方位角において、前記仰角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムが極大となる仰角を特定する仰角特定ステップとを具備することを特徴とする測角方法。
【請求項４】
前記算出ステップは、
前記複数のアンテナ素子の各素子信号を要素とするベクトルから共分散行列を生成する行列生成ステップと、
前記共分散行列の固有値を要素とする固有ベクトルを算出する固有値算出ステップと、
前記固有ベクトルから前記複数の仰角ごとのＭＵＳＩＣスペクトラムを算出するスペクトラム算出ステップとを備えることを特徴とする請求項３に記載の測角方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムを用いて電波の到来方向を特定する測角装置および測角方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＵＳＩＣアルゴリズムにより電波の到来方向を求める技術として、例えば下記特許文献１に記載の測角装置が知られている。この文献には、Ｍ（２以上）個の受信チャネルのうち全部または１部チャネルを用いて概略方位を推定し、概略方位の方向の受信チャネルのみを使用して到来方位角を算出することにより、方位角の測定誤差が小さく、信号数の推定を正しく測定することの可能な測角装置が開示される。
【０００３】
ところで、ＭＵＳＩＣアルゴリズムにおいては、方位角と仰角とを変化させつつＭＵＳＩＣスペクトラムを算出し、ＭＵＳＩＣスペクトラムのパワーが極大値をとる方位角および仰角の組み合わせをサーチすることで、電波の到来方向が算出される。しかしながら等間隔直線配置アレイを用いた場合、方位角および仰角が異なっていても、１８０度以内の角度範囲においてアレイマニホールドが同じ値を取る角度が存在する。この角度においては、到来方位に対応するＭＵＳＩＣスペクトラムと偽像に対応するＭＵＳＩＣスペクトラムのパワーとが同じ値になる。すなわち最大極大値が２つ生じるため、既存のサーチ方式では到来方位と偽像の区別をつけることができないという不具合がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２０１４９８号公報（［要約］など）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたようにＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いる既存の測角装置には、真の到来方位と偽像とを区別することが難しい場合があり、このような場合には電波の到来方向を確実に測定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、ＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いて偽像の影響を低減して電波の到来方向を確実に測定することの可能な測角装置および測角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に係わる測角装置は、ＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いて電波の到来方向を特定する測角装置において、基準方向に対して等間隔かつ直線状に配列される複数のアンテナ素子と、これらのアンテナ素子の各素子信号から、前記基準方向に対する方位角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムを前記基準方向に対する複数の仰角ごとに算出する算出手段（例えば共分散行列生成部３、固有値分解処理部４、および、スペクトラム算出部５１〜５ｍ）と、前記複数の仰角ごとのＭＵＳＩＣスペクトラムを加算して前記方位角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムの和を出力する加算手段（例えば加算処理部６）と、前記ＭＵＳＩＣスペクトラムの和が極大となる方位角を特定し、この方位角において前記仰角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムが極大となる仰角を特定する特定手段（例えば方位特定処理部７）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、例えば１°ずつの間隔で設定される複数の仰角ごとに、方位角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムが算出される。その結果は互いに加算され、方位角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムの和が得られる。
【０００８】
個々の仰角ごとのＭＵＳＩＣスペクトラムには偽像が生じ得るが、これらを加算することによりいわば平均化に相当する処理がなされる。すなわち、或る仰角に偽像を生じたとしても他の仰角の同じ位置（方位角）に偽像を生じることはほとんど無いため、ＭＵＳＩＣスペクトラムの和を取ることで偽像の影響を弱めることができる。これにより電波の到来する方位角に一つのピークをもつスペクトラムが得られ、これより電波の到来する方位角を特定することができる。さらに、この特定された方位角において仰角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムにも、ただ一つのピークが生じる。これより、電波の到来する仰角を特定することができる。従って、直線状に等間隔で配列されたアンテナ素子を用いても、ＭＵＳＩＣアルゴリズムのもとで偽像の影響を低減して電波の到来方向を確実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、本発明に係る測角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、アンテナ素子１１〜１ｎは基準となる方向に対して等間隔ｄで直線状に配置され、アレイを形成する。このアンテナアレイに到来する到来信号はアンテナ素子１１〜１ｎを励振し、素子信号に変換される。各アンテナ素子１１〜１ｎからの素子信号は受信処理部２においてアナログ／ディジタル変換などの処理が施されたのち、到来方位演算部１００の共分散行列生成部３に入力される。
【００１０】
共分散行列生成部３は、各素子信号を要素として配列して得られるベクトルから、ＭＵＳＩＣアルゴリズムにおける処理に係る共分散行列を生成する。この共分散行列の複数の固有値が固有値分解処理部４により算出され、固有ベクトルがスペクトラム算出部５１〜５ｍにそれぞれ入力される。
【００１１】
スペクトラム算出部５１〜５ｍは、それぞれ基準方向に対する特定の仰角におけるＭＵＳＩＣスペクトラムを算出する。すなわちスペクトラム算出部５１は、仰角０°におけるＭＵＳＩＣスペクトラムを算出する。スペクトラム算出部５２は、仰角１°におけるＭＵＳＩＣスペクトラムを算出する。このように、例えば１°ずつ離間する仰角ごとに、方位角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムが算出される。
【００１２】
各スペクトラム算出部５１〜５ｍにおいて算出されたＭＵＳＩＣスペクトラムは、加算処理部６において互いに合成される。これにより方位角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムの和が得られる。加算処理部６の出力は方位特定処理部７に入力される。方位特定処理部７は、ＭＵＳＩＣスペクトラムの和が極大となる方位角をまず特定し、次いでこの特定した方位角におけるＭＵＳＩＣスペクトラムを生成する。この生成されるＭＵＳＩＣスペクトラムは仰角を変数とするものとなる。そして、この仰角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムが極大となる仰角を特定する。これらの特定された方位角および仰角が、到来信号の到来方向（すなわち到来角）となる。
【００１３】
図２は、図１の測角装置における処理手順を示すフローチャートである。図２において、各アンテナ素子１１〜１ｎにおいて到来信号が受信されると（ステップＳ１）、受信された素子信号（受信信号）から共分散行列が生成される（ステップＳ２）。そして、共分散行列を固有値分解し、固有ベクトルが生成される（ステップＳ３）。
【００１４】
この固有ベクトルから、ＭＵＳＩＣスペクトラムが生成される。ＭＵＳＩＣアルゴリズムにおけるＭＵＳＩＣスペクトラムのパワーは、次式（１）のように表される。
【数１】
2005043194.tif 000003
式（１）においてθは方位角を示し、φは仰角を示し、ａ（θ，φ）はアレイのステアリングベクトルを示し、ＥＮは雑音空間の固有ベクトルを示す。Ｎはアンテナ素子数である。また添字Ｈは複素共役転置を示す。
【００１５】
次に、式（１）を用いて、方位角θを変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムを各仰角ごとに計算する（ステップＳ４）。
仰角０°におけるＭＵＳＩＣスペクトラムは、次式（２）のように表される。
【数２】
2005043194.tif 000004
仰角１°におけるＭＵＳＩＣスペクトラムは、次式（３）のように表される。
【数３】
2005043194.tif 000005
仰角８９°におけるＭＵＳＩＣスペクトラムは、次式（４）のように表される。
【数４】
2005043194.tif 000006
仰角９０°におけるＭＵＳＩＣスペクトラムは、次式（５）のように表される。
【数５】
2005043194.tif 000007
【００１６】
次に、各仰角におけるＭＵＳＩＣスペクトラムＰＭＵ（θ，０）、ＰＭＵ（θ，１）、…、ＰＭＵ（θ，８９）、ＰＭＵ（θ，９０）、をすべて加算し、ＭＵＳＩＣスペクトラムの和であるＰＭＵＳＵＭ（θ）を生成する（ステップＳ５）。ＰＭＵＳＵＭ（θ）は次式（６）のように表され、その変数は方位角θのみとなる。
【数６】
2005043194.tif 000008
【００１７】
次に、各仰角におけるＭＵＳＩＣスペクトラムを加算した結果、すなわち式（６）のＰＭＵＳＵＭ（θ）が極大値をとる方位角θＰｅａｋを特定する（ステップＳ６）。
【００１８】
次に、ステップＳ３で生成された固有ベクトルを用いて、ステップＳ６において特定された方位角θＰｅａｋにおけるＭＵＳＩＣスペクトラムを生成する（ステップＳ７）。ステップＳ７で生成されるＭＵＳＩＣスペクトラムは次式（７）により表され、その変数は仰角φとなる。
【数７】
2005043194.tif 000009
【００１９】
次に、式（７）が極大値をとる仰角φＰｅａｋを特定する（ステップＳ８）。以上の手順により特定されたθＰｅａｋを到来波の到来方位角とし、φＰｅａｋを到来波の到来仰角とする（ステップＳ９）。
【００２０】
図３は、図１の測角装置により得られるＭＵＳＩＣスペクトラムを示す模式図である。図３は方位角θに対するＰＭＵＳＵＭ（θ）の変化を示し、図示されるように、極大値となる方位角を容易に特定することの可能な曲線となっている。これは、各仰角におけるＭＵＳＩＣスペクトラムを加算することで、いわば方位角に対してＰＭＵが平均化されたと同様の効果を得られることによる。
【００２１】
図４は、図３との比較のため既存の測角装置において得られるＭＵＳＩＣスペクトラムを示す模式図である。図４は個々の仰角におけるＭＵＳＩＣスペクトラムに対応し、値の近接する複数のピークを持つことから、極大値に対応する方位角を特定し難い。
【００２２】
これに対し本実施形態では、スペクトラム算出部５１〜５ｍにより、例えば１°ごとに異なる仰角ごとに方位角θを変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムを算出し、加算処理部６によりそれらを全て加算するようにする。これにより極大値を容易に識別可能なＭＵＳＩＣスペクトラム曲線ＰＭＵＳＵＭを生成し、この曲線をもとにＭＵＳＩＣスペクトラムが極大となる方位角をθＰｅａｋサーチする。次に、サーチされた方位角θＰｅａｋにおいて、仰角φを変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムを生成し、その値が極大となる仰角φＰｅａｋをサーチするようにしている。
【００２３】
このようにしたので、個々の仰角におけるＭＵＳＩＣスペクトラムに偽像が生じたとしても、ＭＵＳＩＣスペクトラムの和であるＰＭＵＳＵＭを算出した段階においてはその影響を低減させることができる。よってＰＭＵＳＵＭを用いて到来波の到来方向を特定することにより、複数のアンテナ素子のセンサを等間隔かつ直線状に配列した場合でも偽像の影響を受け難くすることができる。従って、ＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いて、偽像の影響を低減して電波の到来方向を確実に測定することが可能となる。
【００２４】
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、方位角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムを複数の仰角ごとに算出するようにした。これに代えて、仰角と方位角とを入れ換えても良い。すなわち複数の方位角ごとに、仰角を変数とするＭＵＳＩＣスペクトラムを算出するようにしても良い。この場合には方位角ごとのＭＵＳＩＣスペクトラムの和を極大とする仰角を特定し、その仰角におけるＭＵＳＩＣスペクトラムを極大とする方位角を特定するようにしても同様の効果を得ることができる。
【００２５】
また本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳しく述べたように本発明によれば、ＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いて偽像の影響を低減して電波の到来方向を確実に測定することの可能な測角装置および測角方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測角装置の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図２】図１の測角装置における処理手順を示すフローチャート。
【図３】図１の測角装置により得られるＭＵＳＩＣスペクトラムを示す模式図。
【図４】図３との比較のため既存の測角装置において得られるＭＵＳＩＣスペクトラムを示す模式図。
【符号の説明】
１１〜１ｎ…アンテナ素子、２…受信処理部、３…共分散行列生成部、４…固有値分解処理部、５１〜５ｍ…スペクトラム算出部、６…加算処理部、７…方位特定処理部、１００…到来方位演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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