(57)【要約】【課題】目標からの到来波の受信データから到来波数を推定する処理において演算量を削減可能にする。【解決手段】共分散行列生成部、固有値算出部および閾値判定部からなる到来波数推定処理系に対して迂回する形に設けられ、目標諸元算出部で得られた前回の到来波から算出された目標の諸元に基づいて、次回の到来波数に変動が起こるか否かを判定し、変動が起こると判定した場合には到来波数推定処理系により次回の到来波数を推定させ、一方、変動が起こらないと判定した場合には到来波数推定処理系による次回の推定処理を停止させると共に、前回の到来波数を次回の到来波数として目標諸元算出部に出力する簡易判定部を備えたものである。【選択図】図１
2009133684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイアンテナで受信した到来波の受信データに基づいて繰り返し周期で共分散行列を生成する共分散行列生成部と、当該共分散行列から固有値を算出する固有値算出部と、当該固有値と閾値を比較して到来波数を判定し目標諸元算出部に出力する閾値判定部を備えた到来波数推定装置において、
前記共分散行列生成部、前記固有値算出部および前記閾値判定部からなる到来波数推定処理系に対して迂回する形に設けられ、前記目標諸元算出部で得られた前回の到来波から算出された目標の諸元に基づいて、次回の到来波数に変動が起こるか否かを判定し、変動が起こると判定した場合には前記到来波数推定処理系により次回の到来波数を推定させ、一方、変動が起こらないと判定した場合には前記到来波数推定処理系による次回の推定処理を停止させると共に、前回の到来波数を次回の到来波数として前記目標諸元算出部に出力する簡易判定部を備えたことを特徴とする到来波数推定装置。
【請求項２】
簡易判定部は、前回観測した際に目標諸元算出部で算出した目標諸元情報の目標の距離と方向に基づいて、目標が観測対象エリアの境界近くに在る場合には次回の到来波数に変動が起こると判定し、一方、目標が観測対象エリアの境界近くに無い場合には次回の到来波数の変動が起こらないと判定することを特徴とする請求項１記載の到来波数推定装置。
【請求項３】
当該到来波数推定装置を用いる観測装置で移動する目標の追尾機能を備えている場合において、
簡易判定部は、前回の目標の距離と方向に加え、追尾により予測される次回の目標位置を用いてエリア間を移動する目標の有無を推定して観測対象エリア内の次回の到来波数の変動の可否を判定することを特徴とする請求項２記載の到来波数推定装置。
【請求項４】
簡易判定部に対して到来波数推定処理系と並列に設けられたＡＩＣ波数推定部および／もしくはＭＤＬ波数推定部と、
当該到来波数推定装置の演算負荷を監視し、前記簡易判定部が次回の到来波数の変動が起こらないと判定した場合には、予測した演算負荷に応じて到来波数推定処理系、ＡＩＣ波数推定部またはＭＤＬ波数推定部を選択して次回の到来波数推定を行わせる推定方式選択部を備えた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項記載の到来波数推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アレイアンテナを用いた信号処理で利用される到来波数推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法などに代表される高精度な到来方向等の推定アルゴリズムは、事前に到来波数の情報を必要とする。この到来波数の推定方式としては、アレイアンテナで受信した到来波の受信データから共分散行列を生成し、この共分散行列から固有値を計算し、固有値と閾値の比較によって、到来波数を算出する方法が知られている。なお、白色雑音のような、アンテナの素子間に相関がない雑音の環境下では、ＡＩＣ（Akaike Information Criteria；赤池情報量規準）やＭＤＬ（Minimum Description Length；最小記述長）なども利用されてきた。
従来到来波数推定の技術として、アレイアンテナで受信された受信データに基づき共分散行列を計算し、この計算された共分散行列の固有値を算出し、算出された固有値を共分散行列の対角成分の１つで割ることによって信号電力で正規化し、正規化された固有値のうちの所定の閾値より大きい固有値の数を判定して到来波数と推定する技術がある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５３５７９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の到来波数推定装置の場合、信号電力で正規化した固有値に対して、信号と雑音を区分するための閾値を設定し、この閾値より大きい固有値の数を到来波の数としたので、信号電力の大きさに関係なく、到来波数を推定することにより推定精度を向上させようとするものであるが、本発明が対象とする演算負荷の低減化を図ろうとするものではない。
本来、到来波数推定において必要とされる演算量は、受信データから到来波数を推定する回数とその演算負荷に依存する。固有値を計算する方法は、一般に、ＡＩＣやＭＤＬに比べ、精度が良い分、演算負荷も高い。しかし、受信データを周期的に処理するシステムでは、到来波数の推定も一定時間内に行うことが求められるため、必要とする演算量の確保が難しいという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、目標からの到来波の受信データから到来波数を推定する処理において演算量を削減可能にする到来波数推定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】
【０００６】
この発明に係る到来波数推定装置は、アレイアンテナで受信した繰り返し周期の到来波の受信データに基づいて共分散行列を生成する共分散行列生成部と、当該共分散行列から固有値を算出する固有値算出部と、当該固有値と閾値を比較して到来波数を判定し目標諸元算出部に出力する閾値判定部を備えた到来波数推定装置において、共分散行列生成部、固有値算出部および閾値判定部からなる到来波数推定処理系に対して迂回する形に設けられ、目標諸元算出部で得られた前回の到来波から算出された目標の諸元に基づいて、次回の到来波数に変動が起こるか否かを判定し、変動が起こると判定した場合には到来波数推定処理系により次回の到来波数を推定させ、一方、変動が起こらないと判定した場合には到来波数推定処理系による次回の推定処理を停止させると共に、前回の到来波数を次回の到来波数として目標諸元算出部に出力する簡易判定部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、簡易判定を行うことで、毎周期、共分散行列を生成して固有値展開を行い、到来波数推定を行う処理を行う必要が無くなる。この結果、到来波数推定装置で行う演算の量を削減することができる。従来のように演算量が不足するようなケースであっても、到来波数推定装置が確保できる演算量に応じた到来波数の推定を行うことが可能になるので、より小規模な装置を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による到来波数推定装置を含む観測装置の機能構成を示すブロック図である。
図において、到来波数推定装置４の前段にはアレイアンテナ１、受信した信号をデジタルの受信データに変換するＡ／Ｄ部２、受信データに前処理を施す前処理部３が設けられ、一方、後段には到来波の発生源である目標の緒元を算出する目標緒元算出部５が設けられている。
到来波数推定装置４は、受信データに基づいて共分散行列を生成する共分散行列生成部７、共分散行列から固有値を算出する固有値算出部８、固有値と閾値を比較して、到来波数を判定する閾値判定部９からなる周知の到来波数推定処理系を備えている。また、到来波数推定装置４内には、到来波数の簡易判定を行う簡易判定部６が到来波数推定処理系に対して迂回する形に設けられている。
【０００９】
次に、全体の概略動作について説明する。
アレイアンテナ１は、数本の受信素子で構成されており、到来波をアナログの電気信号に変換しＡ／Ｄ部２に出力する。Ａ／Ｄ部２では、アナログの受信信号をデジタル変換し、変換した受信データを前処理部３に出力する。前処理部３において、受信データに対して波数推定や目標緒元算出に必要な前処理を施し到来波数推定装置４に出力する。到来波数推定装置４では、後述する処理により推定した到来波数を目標緒元検出部５に送る。目標緒元検出部５では、前処理部３からの受信データと、到来波数推定装置４からの到来波数を受け取り、到来波源となっている目標の緒元を算出する。これら到来波の受信から目標緒元の算出まで行程を短周期で繰り返し実行する。
【００１０】
次に、この実施の形態１における到来波数推定装置４の動作について説明する。
簡易判定部６は、前処理を終えた受信データを受け取ると、共分散行列の生成に必要なデータを共分散行列生成部７に渡す。共分散行列生成部７では、このデータに基づいて共分散行列を生成して固有値算出部８へ渡す。固有値算出部８では、生成された共分散行列の固有値を算出して閾値判定部９に与える。閾値判定部９では、算出された固有値と閾値の比較によって、到来波数を算出して簡易判定部６に渡す。簡易判定部６は、前処理された受信データに、到来波数推定処理系で得られた到来波数を付加して、目標緒元算出部５に出力する。また、簡易判定部６は、到来波数と目標緒元検出部５で今回算出された目標の緒元情報を受け取り、共に保持する。
【００１１】
短周期で目標緒元の算出までを繰り返し実行する場合、次の周期で得られた受信電波も、アレイアンテナ１から前処理部３を経由して、到来波数推定装置４に渡される。この場合、簡易判定部６では、目標諸元算出部５で得られた前回の到来波から算出された目標の諸元に基づいて、次回の到来波数に変化が起こるか否かの判定を行う。そして、次回の到来波数に変化が起こると判定した場合には到来波数推定処理系により次回の到来波数を推定させる。一方、変化が起こらないと判定した場合には到来波数推定処理系による次回の推定処理を停止させると共に、前回の推定到来波数を次回の到来波数として次回の受信データに加えて目標諸元算出部５に出力する。
【００１２】
ここで、簡易判定部６による次回の到来波数の変化の判定方法について図２を用いて説明する。
図２は、到来波源と到来波を観測する観測装置の位置関係を示している。観測装置１１に対して、到来波源である目標１２，１３がそれぞれ示されている。目標１２，１３から観測装置１１への矢印は、観測装置１１への電波の到来方向を表す。また、観測装置１１からの距離に応じた観測対象エリアＡ，Ｂ，Ｃが図示されている。観測装置１１は、一般に受信電波を処理する際、各エリア単位で処理を行う。到来波数推定装置４が算出する到来波数とは、この単位エリア内に在る目標数に相当する。図２の場合、観測対象エリアＢに目標が２個存在していることになるから、このエリアＢにおける到来波数は２となる。今、これを到来波数推定処理系で推定した前回の到来波数とする。
【００１３】
次回の到来波が受信された場合、目標１２，１３の位置が観測対象エリアの境界付近に在るか否かを調べる。そのため、簡易判定部６では、目標緒元算出部５において算出した目標の諸元である観測装置１１から目標１２，１３までの距離が観測装置１１からエリアＢの境界までの距離に近いか否かを、距離の閾値を用いて比較する。今、目標１２，１３の位置がいずれもエリアの境界付近に無い場合は、短周期で繰り返し観測している中で目標が隣のエリアへ移動することが無いと推定できるので、目標数に変動は起こらない。換言すれば、「到来波数の変動なし」と判定することができる。一方、エリア境界付近に目標の位置が在る場合には、次回の到来波受信時には目標が隣のエリアへ移動する可能性があるので、「到来波数の変動あり」と判定することができる。したがって、図２の例の場合、目標１２，１３は測定対象エリアＢからＣへ向かって移動しているが、現状では共にエリアの境界には達していないので、簡易判定部６では、「到来波数の変動なし」と判定する。
【００１４】
以上のように、この実施の形態１によれば、簡易判定部６を、共分散行列生成部７、固有値算出部８および閾値判定部９からなる到来波数推定処理系に対して迂回する形に設け、簡易判定部６により、目標諸元算出部５で得られた前回の到来波から算出された目標の諸元に基づいて、次回の到来波数に変動が起こるか否かを判定し、変動が起こると判定した場合には到来波数推定処理系により次回の到来波数を推定させ、一方、変動が起こらないと判定した場合には到来波数推定処理系による次回の推定処理を停止させると共に、前回の到来波数を次回の到来波数として目標諸元算出部に出力するようにしている。したがって、簡易判定を行うことで、毎周期、共分散行列を生成して固有値展開を行い、到来波数推定を行う処理を行う必要が無くなる。この結果、到来波数推定装置で行う演算の量を削減することができる。従来のように演算量が不足するようなケースであっても、到来波数推定装置４が確保できる演算量に応じた到来波数の推定を行うことが可能になる。
【００１５】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、簡易判定部６が簡易判定を行う際の判定条件として、目標緒元算出部５から得られた目標の位置が前周期において、観測対象エリアの境界付近か否かを用いていたが、この実施の形態２では、前周期のみではなく、目標位置の推移を見る目標の追尾結果から、次回の目標位置を予測し、この予測に基づいて、目標がエリア間を移動するか否かを判定する方法について説明する。
【００１６】
図３は、この実施の形態２の場合の到来波源と到来波を観測する観測装置の位置関係を示している。図３において、観測装置１１に対して、到来波源となる目標２２，２３がそれぞれ示されている。また、追尾結果に基づく、到来波源となる目標の予測位置２４，２５がそれぞれ示されている。なお、目標２２，２３から予測位置２４，２５への矢印は、目標の移動方向を示している。
この場合、目標２３は観測対象エリアＢとＣの境界に存在しているが、目標の移動方向がエリアの境界方向とは逆向きにある。このため、目標２３はエリア境界付近に目標が存在していても、エリア間を移動しないと推定でき、また、目標２２の方はエリア境界付近にいないから、簡易判定部６は「到来波数の変動なし」と判定して、到来波数推定処理系による次回の推定処理を停止させると共に、前回の到来波数を次回の到来波数として前記目標諸元算出部５に出力する。
【００１７】
ここで、図３において、前々回、座標２３にいた目標が、前回、座標２５に移動していたとすると、追尾結果からこの目標は、今回はエリアＡに移動したと考えられる。一方、前回、エリアＢの座標２２から座標２４に移動していたとすると、追尾結果から、この目標は今回もエリアＢにいると推測される。この場合、エリアＢに関して簡易判定部６は、今回「到来波数の変動あり」と判定して、到来波数推定処理系による推定処理を行わせ、到来波数１という推定結果を得る。
この場合、エリアＡについてみると、前回、移動によってエリア間を移動しそうでエリア境界付近にいる目標は存在しなかったとすると、簡易判定部６は、前回座標２５にいた目標の追尾結果を用いてエリアＡにエリアＢからの移動有り、すなわち「到来波数変動あり」と判定して、到来波数推定処理系によりエリアＡとしては到来波数＋１を算出する。
【００１８】
以上のように、この実施の形態２によれば、当該到来波数推定装置を用いる観測装置で移動する目標の追尾機能を備えている場合において、簡易判定部６は、前回の目標の距離と方向に加え、追尾により予測される次回の目標位置を用いてエリア間を移動する目標の有無を推定して観測対象エリア内の次回の到来波数の変動の可否を判定するようにしたので、エリア境界付近の目標についても、簡易判定部６によって正確な簡易判定を行えるようになり、その結果、到来波数推定装置４で行う演算の量を削減することができるようになる。
【００１９】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による到来波数推定装置を含む観測装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図１に相当する部分には同じ符号を付し、原則としてその説明は省略する。この実施の形態３の到来波数推定装置４は、実施の形態１の構成に加え、到来波数推定方式を選択する推定方式選択部３１、ＡＩＣを波数推定に用いるＡＩＣ波数推定部３２、ＭＤＬを波数推定に用いるＭＤＬ波数推定部３３を備えている。この実施の形態３の動作は、到来波数推定装置４の内部の動作を除き、実施の形態１と同じである。
【００２０】
次に、この実施の形態３の到来波推定装置４の動作について説明する。
推定方式選択部３１は、到来波数推定装置４の演算負荷を監視し、簡易判定部６で「到来波数の変動あり」と判定されるケースにおいて、共分散行列生成部６から閾値判定部９の到来波数推定処理系による演算量が確保できない場合、予測した演算負荷に応じて、ＡＩＣ波数推定部３２またはＭＤＬ波数推定部３３を選択して、選択した手段により次回の到来波数推定を行わせる。
また、演算量が確保できない場合に、「到来波数の変動あり」となる複数のエリアの処理に優先度を設け、優先度の低いものについては、簡易判定による到来波数推定を行うようにしてもよい。その場合の優先度は、目標１２，１３，２２，２３や目標の予測位置２４，２５のエリア境界との近さ、あるいは目標が在るエリアと観測装置１１との距離等を用いて設定すればよい。
【００２１】
以上のように、実施の形態３によれば、簡易判定部６に対して到来波数推定処理系（共分散行列生成部７、固有値算出部８、閾値判定部９）と並列にＡＩＣ波数推定部および／もしくはＭＤＬ波数推定部を設け、また、当該到来波数推定装置の演算負荷を監視する推定方式選択部３１を設けて、簡易判定部６が次回の到来波数の変動が起こらないと判定した場合には、予測した演算負荷に応じて、到来波数推定処理系、ＡＩＣ波数推定部またはＭＤＬ波数推定部を選択して次回の到来波数推定を行わせるようにしたので、実施の形態１または実施の形態２の場合に演算量が不足するようなケースであっても、到来波数推定装置４で確保できる演算量の処理系を適用して到来波数の推定を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１による到来波数推定装置を含む観測装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る簡易判定部による到来波数の変化の判定方法を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る簡易判定部による到来波数の変化の判定方法を示す説明図である。
【図４】この発明の実施形態３による到来波数推定装置を含む観測装置の機能構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  アレイアンテナ、２  Ａ／Ｄ部、３  前処理部、４  到来波数推定装置、５  目標緒元算出部、６  簡易判定部、７  共分散行列生成部、８  固有値算出部、９  閾値判定部、３１  推定方式選択部、３２  ＡＩＣ波数推定部、３３  ＭＤＬ波数推定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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