(57)【要約】【課題】演算量の増加を抑えながら高分解能な測角処理が可能な観測装置を得る。【解決手段】測距部１０１は、観測対象２１，２２までの相対距離を推定する。測角部１０２は、測距部１０１で推定された観測対象２１，２２までの相対距離に応じて推定処理における内部パラメータの調整を行い、観測対象２１，２２が存在する方向を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測対象までの相対距離を推定する測距部と、
前記観測対象が存在する方向を推定する測角部とを備え、
前記測角部は、前記測距部で推定された観測対象までの相対距離に応じて推定処理の調整を行うことを特徴とする観測装置。
【請求項２】
測角部は測角処理としてスパースベクトル推定法を使用することを特徴とする請求項１記載の観測装置。
【請求項３】
調整対象は内部パラメータであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の観測装置。
【請求項４】
調整対象は評価関数の係数であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の観測装置。
【請求項５】
調整対象は角度分解能であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の観測装置。
【請求項６】
調整対象は評価関数の係数及び角度分解能であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の観測装置。
【請求項７】
観測対象までの相対距離を推定する測距部と、
前記観測対象が存在する方向を推定する測角部とを備え、
前記測角部は、前記測距部で推定された観測対象までの相対距離に応じて点波源の測角処理とスパースベクトル推定法に基づく測角処理とを切り替えて使用することを特徴とする観測装置。
【請求項８】
観測対象までの相対距離を推定する測距部と、
前記観測対象が存在する方向を推定する測角部とを備え、
前記測角部は、前記測距部で推定された観測対象までの相対距離とは無関係に予め定めた第１の測角処理を行い、当該第１の測角処理の結果を事前情報としてスパースベクトル推定法に基づく第２の測角処理を実施することを特徴とする観測装置。
【請求項９】
第１の測角処理として、電力スペクトラムを描く測角方式を使用することを特徴とする請求項８記載の観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナを複数並べたアレーアンテナで観測した電波の入射角を推定する観測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダなどの観測装置で物体を観測する場合、観測装置から相対距離によって観測対象となる物体が観測される角度幅が異なる。図１は本発明の観測装置と観測対象を示す構成図であるが、観測対象の一例としてこの図１を用いて説明する。図１に示すように、観測装置１からの距離によって、同じ大きさである観測対象２１と観測対象２２の観測させる角度幅が異なる。
【０００３】
このように同じような大きさの物体が遠距離と近距離で観測されるアプリケーションとして車載レーダなどが挙げられる。例えば前方を監視する車載レーダにおいて、レーダと先行車の相対距離によって先行車か観測される角度幅が変わるのは図１の例と同様である。
観測対象が遠距離に存在する場合、観測される観測対象の角度幅が狭いため、観測対象を点波源と見なすことが可能である。一般的にアンテナを複数並べたアレーアンテナを用いる観測装置では、例えば非特許文献１に見られるように点波源から平面波が到来することを前提にした測角処理を使用する。
【０００４】
しかし、観測対象が近距離に存在する場合、観測対象を点波源と見なすことができない。よって、この場合は非特許文献１で示される中でも高分解能な測角方式が使用できない。ここでは、観測対象が点波源と見なせる相対距離を遠距離と呼び、観測対象が点波源と見なせない相対距離を近距離と呼ぶものとする。従来、観測対象が点波源として見なせない場合における高分解能な測角方式として、例えば、非特許文献２に示されるように、観測対象の方向と角度幅を同時に推定する方法があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｈ．Ｋｒｉｍ ａｎｄ Ｍ．Ｖｉｂｅｒｇ，“Ｔｗｏ  Ｄｅｃａｄｅｓ  ｏｆ  Ａｒｒａｙ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ：Ｔｈｅ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ａｐｐｒｏａｃｈ”，ＩＥＥＥ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．４，ｐｐ．６７−９４，Ｊｕｌ  １９９６
【非特許文献２】小川  勝，菊間  信良，佐藤  和夫，平山  裕，榊原  久二男，“積分型モードベクトルを用いた微係数拘束付きCapon法による到来波の角度広がり推定，”信学論（B），Vol.J92-B No.6，2009．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献２に示されたような推定方法では、観測対象の電力分布モデルを事前に設定しておく必要があり、かつ、方向と角度幅と角度の２次元推定であるために計算量が多くなるという問題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、演算量の増加を抑えながら高分解能な測角処理が可能な観測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る観測装置は、観測対象までの相対距離を推定する測距部と、観測対象が存在する方向を推定する測角部とを備え、測角部は、測距部で推定された観測対象までの相対距離に応じて推定処理の調整を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の観測装置は、観測対象までの相対距離に応じて測角推定処理の調整を行うようにしたので、演算量の増加を抑えながら高分解能な測角処理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による観測装置と観測対象を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による観測装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２による観測装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態３による観測装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による観測装置を示す構成図である。
図１に示す観測装置１は、測距部１０１と測角部１０２とを有している。実施の形態１の観測装置１は、観測対象２１や観測対象２２の測角を行う装置である。ここで［背景技術］で説明したように、観測対象２１は点波源としてみなせる観測対象を示し、観測対象２２は点波源とはみなせない観測対象を示している。
【００１２】
測距部１０１は、観測対象２１や観測対象２２との相対距離を推定する処理部であり、公知の推定方式を用いている。測角部１０２は、スパースベクトル推定法を用いて測角処理を行う処理部である。このスパースベクトル推定法としては、例えば、Cetin Mujdat，Malioutov Dmitry M.，Willsky Alan S.，“A variational technique for source localization based on a sparse signal reconstruction perspective，”IEEE International Conference on ICASSP 2002．（以下、これを非特許文献３という）に示されており、この推定法を測角処理に適用した場合、全方向に対する電力分布が高分解能に得られる特徴がある。この非特許文献３では点波源を対象にした測角処理を示すものであるが、スパースベクトル推定法は電力分布を推定する方式であるため、観測対象が点波源にみなせない場合でも推定に影響がない。
【００１３】
しかし、スパースベクトル推定法が角度幅のある観測対象に適合する測角方式だとしても、観測対象が点波源と見なせる場合と見なせない場合において全く同じ処理が適用できるものではない。そのため、本実施の形態では、観測対象の距離によってスパースベクトル推定法の内部パラメータを調整する。
【００１４】
図２は、実施の形態１の観測装置１の動作を示すフローチャートである。測距部１０１は、データ観測（ステップＳＴ１）で得た観測データを用い、所定の測距処理（ステップＳＴ２）で観測対象２１（２２）の相対距離を定める。パラメータ調整（ステップＳＴ３）では、測角部１０２が測角処理（ステップＳＴ４）で用いるスパースベクトル推定法の内部パラメータを調整する。ステップＳＴ４の測角処理では、スパースベクトル推定法で観測可能な全方向に対する電力分布を算出し、電力分布から電波入射角／観測対象方向を推定する。また、測角処理では、電力分布から観測対象の角度幅を推定することもある。出力（ステップＳＴ５）は、測角処理の測角結果を出力するステップである。
【００１５】
パラメータ調整で調整可能な内部パラメータとして、非特許文献３に示される評価式におけるパラメータαがある。パラメータαは、大きい数値であると点波源推定に適しており、小さい数値であると観測対象２１（２２）の角度幅推定に適する。よって、測距処理（ステップＳＴ２）で推定した観測対象２１（２２）に応じてパラメータαを調整する。パラメータαの調整は、遠距離と近距離のそれぞれに対応する２値のみに限らず、相対速度に依存した関数とすることもできる。
【００１６】
パラメータ調整（ステップＳＴ３）で調整可能な内部パラメータとして、非特許文献３に示される行列Ａの角度分解能がある。行列Ａは、ステアリングベクトルと呼ばれる電波入射角に対応する観測データモデルが方向毎に並べて構成されていることがある。この構成において、観測可能な角度範囲と一定の角度刻みのステアリングベクトルを並べて構成することがあるが、この角度刻みを角度分解能と呼ぶ。角度分解能が小さいと、点波源に対して高分解能な測角処理が可能であるが、角度幅のある電力分布を表現するために必要とする観測データの自由度が大きくなる。測角処理における観測データの自由度は、アンテナの数で決まるものであるから、無制限に大きくできない。観測対象の角度幅を考慮する近距離では、角度分解能を大きくする。例えば、遠距離用に行列Ａを次式のように定めたとすると、
Ａ＝［ａ（θ1） ａ（θ2） ａ（θ3）…ａ（θi） ａ（θi+1）…ａ（θk）］
近距離ではステアリングベクトルａ（θ）を間引いた次式の行列Ａ’のようにすることがある。
Ａ＝［ａ（θ1） ａ（θ3） ａ（θ5）…ａ（θi） ａ（θi+2）…ａ（θk）］
ステアリングベクトルａ（θ）を間引く方法は、等間隔な間引きに限定されず、間引く間隔や間引く方向にバラツキを与えることもある。
ステップＳＴ３のパラメータ調整では、パラメータαと角度分解能を同時に変えることもある。
【００１７】
以上説明したように、実施の形態１の観測装置によれば、観測対象までの相対距離を推定する測距部と、観測対象が存在する方向を推定する測角部とを備え、測角部は、測距部で推定された観測対象までの相対距離に応じて推定処理の調整を行うようにしたので、演算量の増加を抑えながら高分解能な測角処理を実現することができる。
【００１８】
また、実施の形態１の観測装置によれば、測角部は測角処理としてスパースベクトル推定法を使用するようにしたので、観測対象の見た目の大きさに依存することなく高分解能な測角処理を実現することができる。
【００１９】
また、実施の形態１の観測装置によれば、調整対象を内部パラメータとしたので、高分解能な測角処理を実現することができる。
【００２０】
また、実施の形態１の観測装置によれば、調整対象を評価関数の係数としたので、高分解能な測角処理を実現することができる。
【００２１】
また、実施の形態１の観測装置によれば、調整対象を角度分解能としたので、高分解能な測角処理を実現することができる。
【００２２】
また、実施の形態１の観測装置によれば、調整対象を評価関数の係数及び角度分解能としたので、高分解能な測角処理を実現することができる。
【００２３】
実施の形態２．
実施の形態２は、観測対象の相対距離に応じて測角処理を調整する方法として、遠距離と近距離で測角方式を切り替えるようにしたものである。観測装置における図面上の構成は図１と同様であるため、図１を援用して説明する。
【００２４】
実施の形態２における測角部１０２は、測距部１０１で推定された観測対象２１（２２）までの相対距離に応じて点波源の測角処理とスペースベクトル法に基づく測角処理とを切り替えて使用するよう構成されている。遠距離は非特許文献１などに示される測角方式で対応できることは説明した通りである。一方、近距離ではスパースベクトル推定法に基づいて測角処理を実施する。なお、測距部１０１の構成及び動作は実施の形態１と同様である。
【００２５】
次に、実施の形態２の観測装置の動作について説明する。図３は、実施の形態２の観測装置の動作を示すフローチャートである。
図３に示すように、実施の形態２においても実施の形態１と同様のデータ観測（ステップＳＴ１）と測距処理（ステップＳＴ２）を行う。次の近距離／遠距離判定（ステップＳＴ１１）では、測距部１０１は、ステップＳＴ２の測距処理の測距結果を用いて観測対象２１（２２）の相対距離が近距離であるか遠距離であるかを判定する。判定結果が遠距離の場合、測角部１０２では、従来方式による測角処理を実施する（ステップＳＴ１２）。一方、判定結果が近距離の場合、測角部１０２は、スパースベクトル推定法により測角処理を実施する（ステップＳＴ１３）。その後は、それぞれの測角結果を出力する（ステップＳＴ１４，ＳＴ１５）。
【００２６】
なお、上記の例では、遠距離と近距離の２つの範囲で測角処理を切り替えたが、３つ以上の範囲で測角処理を切り替えるよう構成してもよい。この場合は、複数の距離に対応させてスパースベクトル推定法の内部パラメータを調整するといったことで、３つ以上の距離に対応した測角処理を実現することができる。
【００２７】
以上説明したように、実施の形態２の観測装置によれば、観測対象までの相対距離を推定する測距部と、観測対象が存在する方向を推定する測角部とを備え、測角部は、測距部で推定された観測対象までの相対距離に応じて点波源の測角処理とスペースベクトル法に基づく測角処理とを切り替えて使用するようにしたので、演算量の増加を抑えながら高分解能な測角処理を実現することができる。
【００２８】
実施の形態３．
実施の形態３では、先ず、観測対象までの相対距離とは無関係に第１の測角処理を行い、その測角結果を事前情報としてスパースベクトル推定法による測角処理を行うようにした例である。実施の形態３においても図面上の構成は実施の形態１と同様であるため、図１を援用して説明する。
【００２９】
実施の形態３の測角部１０２は、測距部１０１で推定された観測対象２１（２２）までの相対距離とは無関係に予め定めた第１の測角処理を行い、この第１の測角処理の結果を事前情報としてスパースベクトル推定法に基づく第２の測角処理を実施するよう構成されている。即ち、スパースベクトル推定法では、ビームフォーマ法、Ｃａｐｏｎ法、ＭＵＳＩＣ法などに基づく測角方式で描いた方向に対する電力スペクトラムを初期値として測角処理を実施することが可能である。よって、測距処理における測距結果に関係なくビームフォーマ法、Ｃａｐｏｎ法、ＭＵＳＩＣ法などに基づく測角方式を用いて第１の測角処理を行い、観測対象が近距離の場合には第２の測角処理としてスパースベクトル推定法に基づく測角処理を実施する。なお、測距部１０１の構成及び動作は実施の形態１と同様である。
【００３０】
次に、実施の形態３の観測装置の動作について説明する。図４は、実施の形態３の観測装置の動作を示すフローチャートである。
図４に示すように、実施の形態３においても実施の形態１，２と同様のデータ観測（ステップＳＴ１）と測距処理（ステップＳＴ２）を行う。次の第１測角処理（ステップＳＴ２１）では、方向に対する電力スペクトラムを算出し、電力スペクトラムから観測対象２１（２２）の方向を推定する。次に、近距離／遠距離判定（ステップＳＴ２２）を行い、ステップＳＴ２の測距処理の測距結果を用いて観測対象２１（２２）の相対距離が近距離であるか遠距離であるかを判定する。判定結果が遠距離の場合は、第１測角処理の測角結果をそのまま出力する（ステップＳＴ２３）。判定結果が近距離の場合、第２測角処理（ステップＳＴ２４）において、第１測角処理で算出した電力スペクトラムを初期値としたスパースベクトル推定法により測角処理を実施する。
【００３１】
第２の測角処理は、第１の測角結果の後に、測距結果に関係なく実施することも可能である。しかし、観測対象の相対距離によって、第２の測角処理の内部パラメータを変更する必要があることもある。
【００３２】
以上説明したように、実施の形態３の観測装置によれば、観測対象までの相対距離を推定する測距部と、観測対象が存在する方向を推定する測角部とを備え、測角部は、測距部で推定された観測対象までの相対距離とは無関係に予め定めた第１の測角処理を行い、第１の測角処理の結果を事前情報としてスパースベクトル推定法に基づく第２の測角処理を実施するようにしたので、演算量の増加を抑えながら高分解能な測角処理を実現することができる。
【００３３】
また、実施の形態３の観測装置によれば、第１の測角処理として、電力スペクトラムを描く測角方式を使用するようにしたので、高分解能な測角処理を実現することができる。
【００３４】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  観測装置、２１，２２  観測対象、１０１  測距部、１０２  測角部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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