(57)【要約】【課題】所望波及び不要波の入射方向に関する情報を用いずに、不要波の抑圧性能の改善を図ること。【解決手段】所望波に重畳されて受信される不要波を抑圧する不要波抑圧装置は、複数の素子アンテナ（１１，１２，…，１Ｎ）を具備し、所望波を受信するアレイアンテナ１と、アレイアンテナ１の受信信号をＡＤ変換したディジタル信号にＰＩＡＡ処理を施して不要波を抑圧するＰＩＡＡ処理部２、乗算器５及び合成器６と、合成器６からの出力信号を用いて測位処理を行う測位処理部７と、を備える。ＰＩＡＡ処理部２は、測位処理部７での処理結果に応じて、アレイアンテナ１の素子数を縮減したサブアレイを構成し、サブアレイに対してＰＩＡＡ処理を適用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望波に重畳されて受信される不要波を抑圧する不要波抑圧装置であって、
複数の素子アンテナを具備し、前記所望波を受信するアレイアンテナと、
前記アレイアンテナの受信信号をＡＤ変換したディジタル信号にＰＩＡＡ処理を施して前記不要波を抑圧する不要波抑圧部と、
前記不要波抑圧部からの出力信号を用いて前記所望波を抽出する所望波抽出部と、
を備え、
前記不要波抑圧部は、前記所望波抽出部での抽出結果に応じて、前記アレイアンテナの素子数を縮減したサブアレイを構成し、前記サブアレイに対して前記ＰＩＡＡ処理を適用する
ことを特徴とする不要波抑圧装置。
【請求項２】
前記不要波抑圧部は、前記サブアレイの素子数を２から開始し、前記所望波抽出部での抽出結果に応じて、前記サブアレイの素子数を１ずつ増加させることを特徴とする請求項１に記載の不要波抑圧装置。
【請求項３】
前記不要波が入射するタイミングを判定する動作判定部をさらに備え、
前記動作判定部は、前記不要波が入射されたタイミングで、前記ＰＩＡＡ処理を起動することを特徴とする請求項１に記載の不要波抑圧装置。
【請求項４】
動作判定部は、信号処理帯域内の受信レベルが記録される記録部と、
前記信号処理帯域内の受信レベルを監視する受信レベル監視部と、
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の不要波抑圧装置。
【請求項５】
前記不要波抑圧部は、
前記所望波抽出部からの抽出結果が得られず、且つ、前記信号処理帯域内の受信レベルが上昇している場合には、前記サブアレイの素子数を現在の値から１増やし、
前記所望波抽出部からの抽出結果が得られ、且つ、前記信号処理帯域内の受信レベルが下降している場合には、前記サブアレイの素子数を現在の値から１減らす
ことを特徴とする請求項４に記載の不要波抑圧装置。
【請求項６】
前記所望波は、ＧＰＳ信号であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の不要波抑圧装置。
【請求項７】
所望波に重畳されて受信される不要波を抑圧する不要波抑圧方法であって、
複数の素子アンテナを具備するアレイアンテナによって前記所望波と当該所望波に重畳された不要波を受信した受信信号をＡＤ変換したディジタル信号にＰＩＡＡ処理を施して前記不要波を抑圧する不要波抑圧ステップと、
前記不要波抑圧ステップで生成された信号を用いて前記所望波を抽出する所望波抽出ステップと、
を含み、
前記不要波抑圧ステップでは、前記所望波抽出ステップでの抽出結果に応じて、前記アレイアンテナの素子数を縮減したサブアレイを構成し、前記サブアレイに対して前記ＰＩＡＡ処理を適用する
ことを特徴とする不要波抑圧方法。
【請求項８】
前記不要波抑圧ステップの前処理として、前記不要波が入射するタイミングを判定する動作判定ステップをさらに有し、
前記動作判定ステップにて、前記不要波が入射されたと判定された場合には、前記不要波が入射されたタイミングで前記ＰＩＡＡ処理を起動する
ことを特徴とする請求項７に記載の不要波抑圧方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望波に重畳されて受信される不要波を抑圧する不要波抑圧装置及び不要波抑圧方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
所望波であるＧＰＳ(Global  Positioning  System)信号に重畳されて受信される不要波を抑圧する従来方式としては、補助アンテナを用いて不要波をキャンセルする手法が知られている。
【０００３】
また、アダプティブアレイアンテナ(Adaptive  Array  Antenna)に、ＧＰＳ信号の特性が既知であることを用いた適応信号処理を適用し、不要波を抑圧する方法も提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
また、下記非特許文献１には、アダプティブアレイアンテナに関する処理手法の一つとして、ウェイトに関する拘束条件の下でアレイアンテナ出力を最小化するＤＣＭＰ(Directionally  Constrained  Minimization  of  Power)アルゴリズムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０６４３３１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】菊間  信良著  「アレーアンテナによる適応信号処理」科学技術出版  １９９８年１１月２５日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の手法では、所望波の入射方向に関する情報が初期情報として必要であり、所望波の入射方向に関する情報が得られないシステムには適用できない、という問題があった。
【０００８】
また、ＤＣＭＰアルゴリズムでは、当該アルゴリズムにおける拘束方向と不要波の入射方向とがずれる場合には、抑圧性能が劣化するおそれがある、という問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、所望波及び不要波の入射方向に関する情報を用いずに、不要波の抑圧性能の改善を図ることができる、不要波抑圧装置及び不要波抑圧方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、所望波に重畳されて受信される不要波を抑圧する不要波抑圧装置であって、複数の素子アンテナを具備し、前記所望波を受信するアレイアンテナと、前記アレイアンテナの受信信号をＡＤ変換したディジタル信号にＰＩＡＡ処理を施して前記不要波を抑圧する不要波抑圧部と、前記不要波抑圧部からの出力信号を用いて前記所望波を抽出する所望波抽出部と、を備え、前記不要波抑圧部は、前記所望波抽出部での抽出結果に応じて、前記アレイアンテナの素子数を縮減したサブアレイを構成し、前記サブアレイに対して前記ＰＩＡＡ処理を適用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所望波及び不要波の入射方向に関する情報を用いずに、不要波の抑圧性能の改善を図ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る不要波抑圧装置の構成を示す図
【図２】ＰＩＡＡ処理の概念を説明する図
【図３】実施の形態１に係る不要波抑圧装置及び不要波抑圧方法における処理フローを示すフローチャート
【図４】実施の形態２に係る不要波抑圧装置の構成を示す図
【図５】図４に示す動作判定部の細部構成を示す図
【図６】図４に示す動作判定部の処理の概念を説明する図
【図７】実施の形態２に係る不要波抑圧装置及び不要波抑圧方法における処理フローを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る不要波抑圧装置及び不要波抑圧方法を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る不要波抑圧装置の構成を示す図である。図１では、不要波抑圧装置が航空機または飛しょう体などの飛行物体である母機５０に搭載される例を示しているが、飛行物体である必要はなく、地上にある固定物もしくは可搬可能な移動体に搭載されていてもよい。
【００１５】
実施の形態１に係る不要波抑圧装置は、図１に示すように、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の素子アンテナ１１，１２，……，１Ｎを具備するアレイアンテナ１と、アレイアンテナ１の各受信信号をディジタル信号に変換し、変換後のディジタル信号を使用して、後述するパワーインバージョンアダプティブアレイ（Power  Inversion  Adaptive  Array：以下「ＰＩＡＡ」と略記）処理を行うＰＩＡＡ処理部２と、素子アンテナ１１，１２，……，１Ｎに対応するＮ個のチャネルの各出力にＰＩＡＡ処理部２が演算した荷重値を乗算する乗算器５（５１，５２，……，５Ｎ）と、乗算器５（５１，５２，……，５Ｎ）の各出力を合成する合成器６と、合成器６による合成結果を用いて測位処理を行う測位処理部７と、を備えて構成され、ＰＩＡＡ処理部２は、荷重値計算を実施する荷重値計算部２１と、荷重値計算部２１の計算結果を使用し、Ｎ個のチャネルの各出力に付与すべき荷重信号を生成する振幅及び位相制御部２２と、を備えて構成される。振幅及び位相制御部２２の荷重信号によって乗算器５（５１，５２，……，５Ｎ）の各出力の振幅及び位相が調整される。その結果、合成器６からの出力は、所望波の到来方向からの出力が強調されたものとなる。
【００１６】
実施の形態１に係る不要波抑圧装置は、図１に示すように、ＧＰＳ衛星１０からの所望波（すなわちＧＰＳ信号）と、不要波放射源１１からの不要波とがアレイアンテナ１に入射する環境で動作する。このとき、ＧＰＳ衛星１０からの所望波は、ノイズレベルよりも大きな電力レベルで入射する。一方、不要波放射源１１からの不要波は、所望波の電力レベルよりも大きな電力レベルであり、所望波を受信できなくさせる環境を作り出す。
【００１７】
これら所望波および不要波は、アレイアンテナ１で受信され、受信信号であるＲＦ（Radio  Frequency）信号は、図示を省略した局部信号発生器またはミキサにてＩＦ（Intermediate  Frequency）帯およびベースバンド帯へ周波数変換された後、ＡＤ変換される。
【００１８】
ここで、不要波の電力レベルがＧＰＳ衛星１０からの所望波に比べて高い場合には、ＡＤ変換後の出力信号（以下「ＡＤ変換出力」という）では、不要波の電力レベルのみが観測され、所望波は不要波レベル以下となるため観測できない。そこで、ＰＩＡＡ処理部２の荷重値計算部２１は、Ａ／Ｄ変換出力に対してＰＩＡＡ処理に必要な荷重値計算を行う。なお、ＰＩＡＡ処理は、所望波及び不要波をそれぞれの受信電力のレベル差に着目した処理であり、所望波の電力レベルが不要波の電力レベルよりも小さい場合に、大電力の不要波を抑圧する処理である。
【００１９】
なお、上記構成において、ＰＩＡＡ処理部２、乗算器５及び合成器６は、不要波抑圧部を構成し、測位処理部７は、所望波であるＧＰＳ信号を抽出するための、所望波抽出部として動作する。
【００２０】
つぎに、ＰＩＡＡ処理の概念について、図２を参照して説明する。図２は、ＰＩＡＡ処理の概念を説明する図である。なお、以下の内容は、上記非特許文献１に開示されており、さらに詳細な内容は、同文献を参照されたい。
【００２１】
まず、所望波をｓ(t)、不要波をｕ(t)で表し、所望波ｓ(t)及び不要波ｕ(t)の搬送波周波数は共にｆであるとする。また、図２に示すように、所望波のブロードサイド方向からの到来方向をθｓ、不要波の到来方向をθｕとする。なお、アレイを構成する素子アンテナの間隔は搬送波周波数ｆに対して半波長とする。
【００２２】
ＰＩＡＡ処理では、アレイのメインローブの方向を決めるステアリングベクトルＳとして、一般的に次式で示されるものが選ばれる。
【００２３】
【数１】
2016119610.tif 000003
【００２４】
このとき、アレイに入力される入力ベクトルＸ(ｔ)＝［ｘ１，ｘ２］Ｔは、次式で表される。なお、式中の右肩部に付される“Ｔ”の表記は、転置を意味する。
【００２５】
【数２】
2016119610.tif 000004
【００２６】
上記（２）式において、ｎ１(t)、ｎ２(t)はそれぞれ素子１、素子２における内部雑音である。
【００２７】
上記入力ベクトルＸ(ｔ)を用いれば、相間行列である受信信号共分散行列Ｒｘｘは、次式で表される。
【００２８】
【数３】
2016119610.tif 000005
【００２９】
上記（３）式において、Ｐｓ，Ｐｕ，Ｐｎは、それぞれ所望波、不要波及び内部雑音の入力電力を表している。
【００３０】
アレイ出力を最適化する荷重値Ｗｏｐｔは、上記（１）式及び上記（３）式を用いて、次式で与えられる。なお、式中の右肩部に付されている“−１”の表記は、逆行列演算を意味している。
【００３１】
【数４】
2016119610.tif 000006
【００３２】
上記（４）式は、次式のように展開することができる。
【００３３】
【数５】
2016119610.tif 000007
【００３４】
なお、上記（５）式に表れる“ａ”は、次式で表される。
【００３５】
【数６】
2016119610.tif 000008
【００３６】
上記（５）式において、上段側に表れる“ａ×(Ｐｓ＋Ｐｕ＋Ｐｎ)”が、素子１に付与する荷重値であり、下段側に表れる“ａ×｛−Ｐｓｅｘｐ(−ｊπｓｉｎθｓ)−Ｐｕｅｘｐ(−ｊπｓｉｎθｕ)｝”が、素子２に付与する荷重値である。
【００３７】
つぎに、実施の形態１に係る不要波抑圧装置及び不要波抑圧方法における経時的な動作について、図３を参照して説明する。図３は、実施の形態１に係る不要波抑圧装置及び不要波抑圧方法における処理フローを示すフローチャートである。
【００３８】
ところで、ＰＩＡＡ処理を行う場合、ＰＩＡＡアルゴリズムの特性により、受信レベルの大きい信号は不要波と見なされて抑圧されてしまう。Ｎ素子のアレイアンテナの場合、Ｎ個の自由度があるため、所望波が１個のとき、最大でＮ−１個の不要波にヌル点を向けることができる。一方、所望波と不要波の数がＮ個に満たない場合、Ｎ素子アレイの全ての素子を働かせてしまうと、所望波の方向にもヌル点が向けられ、所望波も抑圧されてしまう。そこで、実施の形態１では、アレイアンテナの素子数を縮減したサブアレイであるＫ素子アレイを考える。ここで、Ｋは、２≦Ｋ≦Ｎを満たす整数である。
【００３９】
図３において、まず、ステップＳ１０１では、素子数Ｋが２に設定され、ステップＳ１０２では、ＰＩＡＡ処理部２、乗算器５、合成器６及び測位処理部７による、上述した測位処理が実施される。なお、ステップＳ１０２の測位処理において、ＰＩＡＡ処理部２による荷重値の計算は、上記（４）式を実施の形態１用にアレンジした、以下の（７）式を用いる。
【００４０】
【数７】
2016119610.tif 000009
【００４１】
上記（７）式において、Ｗｏｐｔは荷重値であり、Ｒｘｘは受信信号共分散行列であり、Ｓはステアリングベクトルである。なお、ステアリングベクトルＳは、Ｋ次のベクトルであり、最小で２次、最大でＮ次のベクトルになる。
【００４２】
ステップＳ１０３では、測位処理部７によって、測位処理が実施できたか否かを判定される。測位処理が実施できた場合には（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に移行し、測位処理が実施できない場合には（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ステップＳ１０５に移行する。ステップＳ１０４に移行した場合には、測位処理部７によって測位データが出力され、処理を終了する。一方、ステップＳ１０５に移行した場合には、Ｋの値を１ずつ増加させる。ステップＳ１０６では、ＰＩＡＡ処理部２によって、Ｋの値がＮを超えているか否かが判定される。Ｋの値がＮを超えていれば（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、処理を終了し、Ｋの値がＮを超えていなければ（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、ステップＳ１０２に移行して、上述した測位処理を実行する。
【００４３】
以上の動作フローにより、図１に示すように、所望波の方向にはビーム２３が形成され、不要波の方向にはヌル２４が形成される。
【００４４】
実施の形態１に係る不要波抑圧装置及び不要波抑圧方法では、アレイアンテナの素子数Ｋを縮減した仮想的なＫ素子アレイを構成し、Ｋ素子アレイを構成するアンテナ素子数をＫ＝２から全素子数であるＫ＝ＮまでＫの値を１ずつ増加させながら、測位処理の可否を判定しているので、受信レベルの大きい信号は不要波と見なされて抑圧されてしまうというＰＩＡＡ処理の欠点を克服した上での測位処理が可能になるという効果が得られる。
【００４５】
また、実施の形態１に係る不要波抑圧装置及び不要波抑圧方法では、Ｋ素子アレイを構成するアンテナ素子数をＫ＝２から全素子数であるＫ＝ＮまでＫの値を１ずつ増加させながら、測位処理の可否を判定しているので、不要波数の変動に対応することができ、受信環境の変化に柔軟に対応できるという効果が得られる。
【００４６】
なお、上記では、ＧＰＳ信号を所望波として受信する例で説明したが、所望波はＧＰＳ信号でなくてもよい。例えば、他の航法衛星システムで使用される測位信号であってもよい。
【００４７】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る不要波抑圧装置の構成を示す図である。図１に示す実施の形態１との相違点は、ＰＩＡＡ処理部２との間に不要波入射の有無を判定する動作判定部４を備えている点である。なお、その他の構成部については、実施の形態１と同一もしくは同等であり、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４８】
図５は、図４に示した動作判定部４の細部構成を示す図である。動作判定部４は、図４に示すように、不要波印加前の信号処理帯域内のノイズレベルを記録しておく記録部４１と、記録部４１に保持されているノイズレベルを受信中のノイズレベルと比較することにより受信レベルを監視する受信レベル監視部４２と、を備えて構成される。
【００４９】
図６は、動作判定部４の処理の概念を説明する図である。まず、不要波が入射されない場合には、実施の形態１で説明したＰＩＡＡ処理部２は動作させずにおく。すなわち、不要波が入射されない場合には、ＰＩＡＡ処理部２からは荷重値が出力されず、Ｎ素子のアレイは所望波の方向に、等方性の受信ビームもしくは指向性の受信ビームが向けられる。この場合、図６（ａ）に示すように、ＧＰＳ信号はノイズレベルよりも高く、受信可能である。
【００５０】
一方、不要波が入射された場合、図６（ｂ）に示すように、受信レベル全体が上昇し、ＧＰＳ信号は不要波に埋もれて検出できなくなる。そこで、実施の形態２では、信号処理帯域内のノイズレベルを受信レベルとして常時監視しておき、受信レベルが上昇した場合には、ＰＩＡＡ処理の動作を開始して不要波を抑圧するようにしたものである。
【００５１】
つぎに、実施の形態２に係る不要波抑圧装置及び不要波抑圧方法における経時的な動作について、図７を参照して説明する。図７は、実施の形態１に係る不要波抑圧装置及び不要波抑圧方法における処理フローを示すフローチャートである。
【００５２】
まず、ステップＳ２０１では、信号処理帯域内の受信レベルが記録部４１に記録される。ステップＳ２０２では、受信レベル監視部４２によって、受信中のレベルが監視される。なお、受信レベルの監視は、上述の通り、受信中の受信レベルと記録部４１に記録された受信レベルとを比較することで行われる。ステップＳ２０３では、受信レベル監視部４２によって、信号処理帯域内の受信レベルが上昇したか否かが判定される。信号処理帯域内の受信レベルが上昇していなければ（ステップＳ２０３，Ｎｏ）、ステップＳ２０１に戻り、ステップＳ２０１からの監視処理を継続する。一方、信号処理帯域内の受信レベルが上昇していれば（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０４に移行して、図３に示した処理フローが実行される。すなわち、実施の形態２に係る処理フローでは、ステップＳ２０１からステップＳ２０３までの処理により、不要波が入射するタイミングを求めている。不要波が入射するタイミング情報が得られれば、当該タイミングでＰＩＡＡ処理を起動できるので、受信環境の変化に柔軟に対応した不要波の抑圧が可能となり、ＧＰＳ衛星１０による測位処理を精度よく行うことが可能となる。
【００５３】
また、実施の形態１では、不要波の数に応じて、アンテナ素子数を縮減した仮想的なＫ素子アレイを構成して処理しているが、実施の形態２では、不要波による受信レベルが高くない場合には、ＰＩＡＡ処理を起動しないため、アンテナ素子数を縮減しないＮ素子アレイで処理できる。このため、実施の形態２の処理によれば、アンテナ利得が向上し、受信信号のＳＮ比が向上するという効果が得られる。
【００５４】
なお、図４では、測位処理部７から動作判定部４に向かう矢印を示しているが、動作判定部４が測位処理部７の結果を監視する意図である。例えば、測位処理部７から測位結果が得られなくなった旨の情報を得た場合において、信号処理帯域内のノイズレベルが上昇していれば、Ｋの値を現在の値から１増やすことで、不要波数が増加したケースに対応することができる。一方、測位処理部７から測位結果が得られなくなった旨の情報を得た場合において、信号処理帯域内のノイズレベルが下降していれば、Ｋの値を現在の値から１減らすことで、不要波数が減少したケースに対応することができる。このような処理とすれば、実施の形態１の図３のフローのように、処理の都度、Ｋの値を２から開始せずに、直前の測位処理で使用したＫの値を維持することができるので、測位処理のスピードを上げることができるのと共に、受信環境が連続的に変化する場合に、動的に対応することが可能となる。
【００５５】
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【００５６】
また、上記では、ＰＩＡＡ処理を起動するか否かの判定例として、信号処理帯域内の受信レベルを監視する手法を説明したが、この手法に限定されるものではない。例えば、ＧＰＳ信号が検出されているか否かをＰＩＡＡ処理の起動の判定としてもよく、また、ＧＰＳ衛星と自機との位置関係から計算した受信レベルの計算値と、実際の受信レベルとの比較結果をＰＩＡＡ処理の起動の判定としてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１  アレイアンテナ、１１，１２，……，１Ｎ  素子アンテナ、２  ＰＩＡＡ処理部、４  動作判定部、５（５１，５２，……，５Ｎ）  乗算器、６  合成器、７  測位処理部、１０  ＧＰＳ衛星、１１  不要波放射源、２１  荷重値計算部、２２  振幅及び位相制御部、２３  ビーム、２４  ヌル、４１  記録部、４２  受信レベル監視部、５０  母機。
【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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