JP2001337148A - 電磁波の到来方向推定装置 - Google Patents
電磁波の到来方向推定装置Info
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- JP2001337148A JP2001337148A JP2000156742A JP2000156742A JP2001337148A JP 2001337148 A JP2001337148 A JP 2001337148A JP 2000156742 A JP2000156742 A JP 2000156742A JP 2000156742 A JP2000156742 A JP 2000156742A JP 2001337148 A JP2001337148 A JP 2001337148A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超伝導量子干渉素子をアレー状に配置し、小
型のアレー装置で低周波電磁波の到来方向推定が可能な
電磁波の到来方向推定装置を得る。 【解決手段】 ＳＱＵＩＤを円周状にアレー配置するこ
とにより、アレー間で信号の位相差が観測できないよう
な低周波の電磁波の到来方向をアレー間の到来方向に依
存した振幅特性差から到来方向を推定する。到来方向の
推定方法の一つとして、各素子で計測されたデータの共
分散行列の雑音固有空間を求め、雑音個有空間への射影
長の逆数に相当する評価関数（ＭＵＳＩＣスペクトル）
を設ける。この評価関数は探索することなく代数的に少
ない計算量にて高精度の到来方向推定が可能となる。こ
のような構成により、雑音部分空間法に基づき到来方向
θを探索することなく代数的演算によりＭＵＳＩＣスペ
クトルの最大値を求めることによる到来方向推定装置を
得ることが可能となる。
型のアレー装置で低周波電磁波の到来方向推定が可能な
電磁波の到来方向推定装置を得る。 【解決手段】 ＳＱＵＩＤを円周状にアレー配置するこ
とにより、アレー間で信号の位相差が観測できないよう
な低周波の電磁波の到来方向をアレー間の到来方向に依
存した振幅特性差から到来方向を推定する。到来方向の
推定方法の一つとして、各素子で計測されたデータの共
分散行列の雑音固有空間を求め、雑音個有空間への射影
長の逆数に相当する評価関数（ＭＵＳＩＣスペクトル）
を設ける。この評価関数は探索することなく代数的に少
ない計算量にて高精度の到来方向推定が可能となる。こ
のような構成により、雑音部分空間法に基づき到来方向
θを探索することなく代数的演算によりＭＵＳＩＣスペ
クトルの最大値を求めることによる到来方向推定装置を
得ることが可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば海底通信
などに利用される低周波電磁波の到来方向を推定するた
めの電磁波の到来方向推定装置に関するのものである。
などに利用される低周波電磁波の到来方向を推定するた
めの電磁波の到来方向推定装置に関するのものである。
【０００２】
【従来の技術】海底通信では数百Ｈｚの周波数が利用さ
れている。また、地下鉱脈探査のための渦電流磁気計測
では数１０ｋＨｚの磁気パルスの計測が必要である。こ
のように、数１０ｋＨｚ程度以下の電磁波の電界を計測
するためのアンテナ装置には、一般には計測対象の波長
と同等のアンテナ寸法を必要とする。さらに、従来、到
来方向を得るために、図７に示す如く、アンテナを複数
準備してマルチビームを形成する電界アンテナアレー１
と、ビームを選択するビーム選択装置２とを備えて、到
来方向を得るようにした装置がある。
れている。また、地下鉱脈探査のための渦電流磁気計測
では数１０ｋＨｚの磁気パルスの計測が必要である。こ
のように、数１０ｋＨｚ程度以下の電磁波の電界を計測
するためのアンテナ装置には、一般には計測対象の波長
と同等のアンテナ寸法を必要とする。さらに、従来、到
来方向を得るために、図７に示す如く、アンテナを複数
準備してマルチビームを形成する電界アンテナアレー１
と、ビームを選択するビーム選択装置２とを備えて、到
来方向を得るようにした装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の電界アンテナアレーをセンサとして用いて
低周波電磁波の到来方向を推定する装置では、アンテナ
規模が極めて大きくなるという問題があった。また、ビ
ーム幅を狭くして到来方向の推定分解能をあげる為に
は、アンテナ開口径を大きくしなければならず、到来方
向推定の分解能も低いものとならざるを得なかった。
ような従来の電界アンテナアレーをセンサとして用いて
低周波電磁波の到来方向を推定する装置では、アンテナ
規模が極めて大きくなるという問題があった。また、ビ
ーム幅を狭くして到来方向の推定分解能をあげる為に
は、アンテナ開口径を大きくしなければならず、到来方
向推定の分解能も低いものとならざるを得なかった。
【０００４】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あり、超伝導量子干渉素子（ＳＱ
ＵＩＤ：Superconducting QUantum Interference Devic
e）をアレー状に配置し、小型のアレー装置で低周波電
磁波の到来方向推定を可能にすることができる電磁波の
到来方向推定装置を得ることを目的とする。
ためになされたものであり、超伝導量子干渉素子（ＳＱ
ＵＩＤ：Superconducting QUantum Interference Devic
e）をアレー状に配置し、小型のアレー装置で低周波電
磁波の到来方向推定を可能にすることができる電磁波の
到来方向推定装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電磁波の
到来方向推定装置は、電磁波の磁界成分を検出するＳＱ
ＵＩＤ（Superconducting QUantum Interference Devic
e：超伝導量子干渉素子）アレーを円周状に配置した円
周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナと、前記円周配置ＳＱ
ＵＩＤアレーアンテナの出力に基づいて電磁波の到来方
向を推定する到来方向推定手段とを備えたものである。
到来方向推定装置は、電磁波の磁界成分を検出するＳＱ
ＵＩＤ（Superconducting QUantum Interference Devic
e：超伝導量子干渉素子）アレーを円周状に配置した円
周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナと、前記円周配置ＳＱ
ＵＩＤアレーアンテナの出力に基づいて電磁波の到来方
向を推定する到来方向推定手段とを備えたものである。
【０００６】また、前記到来方向推定手段は、前記円周
配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力から時間軸方向に
フーリエ変換する時間軸ＦＦＴ手段と、前記時間軸ＦＦ
Ｔ手段の出力から素子方向について到来方向を求める演
算手段とを備えたことを特徴とするものである。
配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力から時間軸方向に
フーリエ変換する時間軸ＦＦＴ手段と、前記時間軸ＦＦ
Ｔ手段の出力から素子方向について到来方向を求める演
算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】また、前記演算手段は、前記時間軸ＦＦＴ
手段の出力から素子方向について最小二乗法により到来
方向を探索する素子軸最小二乗探索手段であることを特
徴とするものである。
手段の出力から素子方向について最小二乗法により到来
方向を探索する素子軸最小二乗探索手段であることを特
徴とするものである。
【０００８】また、前記演算手段は、前記時間軸ＦＦＴ
手段の出力から素子方向についてフーリエ変換する素子
軸ＦＦＴ手段であることを特徴とするものである。
手段の出力から素子方向についてフーリエ変換する素子
軸ＦＦＴ手段であることを特徴とするものである。
【０００９】また、前記到来方向推定手段は、前記円周
配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力から共分散行列を
求め時間方向に平均処理にて共分散行列の推定を行う共
分散行列推定手段と、前記共分散行列推定手段の出力か
ら到来方向を求める演算手段とを備えたことを特徴とす
るものである。
配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力から共分散行列を
求め時間方向に平均処理にて共分散行列の推定を行う共
分散行列推定手段と、前記共分散行列推定手段の出力か
ら到来方向を求める演算手段とを備えたことを特徴とす
るものである。
【００１０】また、前記演算手段は、前記共分散行列推
定手段の出力から最尤推定原理に基づき到来方向を１次
元探索する最尤推定探索手段であることを特徴とするも
のである。
定手段の出力から最尤推定原理に基づき到来方向を１次
元探索する最尤推定探索手段であることを特徴とするも
のである。
【００１１】また、前記演算手段は、前記共分散行列推
定手段の出力から固有値分解により信号固有空間を算出
する信号固有空間算出手段と、前記信号固有空間算出手
段により算出される信号固有空間への射影長に基づき到
来方向を１次元探索する信号固有空間探索手段とを備え
たことを特徴とするものである。
定手段の出力から固有値分解により信号固有空間を算出
する信号固有空間算出手段と、前記信号固有空間算出手
段により算出される信号固有空間への射影長に基づき到
来方向を１次元探索する信号固有空間探索手段とを備え
たことを特徴とするものである。
【００１２】また、前記演算手段は、前記共分散行列推
定装置の出力から固有値分解により雑音固有空間を算出
する雑音固有空間算出手段と、前記雑音固有空間算出手
段により算出される雑音固有空間への射影長の逆数に基
づき到来方向を代数的に算出する雑音固有空間推定手段
とを備えたことを特徴とするものである。
定装置の出力から固有値分解により雑音固有空間を算出
する雑音固有空間算出手段と、前記雑音固有空間算出手
段により算出される雑音固有空間への射影長の逆数に基
づき到来方向を代数的に算出する雑音固有空間推定手段
とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】さらに、前記円周配置ＳＱＵＩＤアレーア
ンテナの出力信号に対し、時間軸ウエーブレット変換し
た出力を前記共分散行列推定手段に送出する時間軸ウエ
ーブレット変換手段をさらに備えたことを特徴とするも
のである。
ンテナの出力信号に対し、時間軸ウエーブレット変換し
た出力を前記共分散行列推定手段に送出する時間軸ウエ
ーブレット変換手段をさらに備えたことを特徴とするも
のである。
【００１４】
【発明の実施の形態】まず、この発明に係る電磁波の到
来方向推定装置の概要について説明する。この発明にお
いては、低周波電磁波の計測センサとして、超高感度な
ベクトル磁気センサとして知られている超伝導量子干渉
素子（以下、ＳＱＵＩＤ（Superconducting QUantum In
terference Device）と呼ぶ）を円周状にアレー配置
し、ベクトル磁気センサであるＳＱＵＩＤが持つｃｏｓ
（θ）方向特性（θは磁束密度ベクトルの方向であり、
到来方向はこれに直交する方向である。ただし、ここで
は簡単のためθを低周波電磁波の到来方向を呼ぶ）と、
静磁界から数ＭＨｚ以上という広帯域性を利用して、Ｓ
ＱＵＩＤアレーをセンサとして電磁波の到来方向を推定
するものである。以下、この発明の各実施の形態につい
て説明する。
来方向推定装置の概要について説明する。この発明にお
いては、低周波電磁波の計測センサとして、超高感度な
ベクトル磁気センサとして知られている超伝導量子干渉
素子（以下、ＳＱＵＩＤ（Superconducting QUantum In
terference Device）と呼ぶ）を円周状にアレー配置
し、ベクトル磁気センサであるＳＱＵＩＤが持つｃｏｓ
（θ）方向特性（θは磁束密度ベクトルの方向であり、
到来方向はこれに直交する方向である。ただし、ここで
は簡単のためθを低周波電磁波の到来方向を呼ぶ）と、
静磁界から数ＭＨｚ以上という広帯域性を利用して、Ｓ
ＱＵＩＤアレーをセンサとして電磁波の到来方向を推定
するものである。以下、この発明の各実施の形態につい
て説明する。
【００１５】実施の形態１．図１は、この発明の実施の
形態１に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図１において、３は、電磁波の磁界成分を検出す
るＳＱＵＩＤを円周状にアレー配置した円周配列ＳＱＵ
ＩＤアレーアンテナ、４は、円周配列ＳＱＵＩＤアレー
アンテナ３の出力を時間軸方向にフーリエ変換処理を行
う時間軸ＦＦＴ（FastFourier Transformation：高速フ
ーリエ変換）装置、５は、時間軸ＦＦＴ装置４の出力か
ら素子方向について最小二乗法により低周波電磁波の到
来方向を探索する演算手段としての素子軸最小二乗探索
装置である。
形態１に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図１において、３は、電磁波の磁界成分を検出す
るＳＱＵＩＤを円周状にアレー配置した円周配列ＳＱＵ
ＩＤアレーアンテナ、４は、円周配列ＳＱＵＩＤアレー
アンテナ３の出力を時間軸方向にフーリエ変換処理を行
う時間軸ＦＦＴ（FastFourier Transformation：高速フ
ーリエ変換）装置、５は、時間軸ＦＦＴ装置４の出力か
ら素子方向について最小二乗法により低周波電磁波の到
来方向を探索する演算手段としての素子軸最小二乗探索
装置である。
【００１６】すなわち、実施の形態１に係る構成におい
ては、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３が計測した
ＳＱＵＩＤアレーの素子別の計測データに対し、目標と
する信号の周波数のみを抽出するために、時間軸ＦＦＴ
装置４により、時間軸方向のＦＦＴ処理を行い、素子軸
最小二乗推定装置５により、時間軸ＦＦＴ装置４の出力
から低周波電磁波の到来方向を最小二乗法により推定す
る。
ては、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３が計測した
ＳＱＵＩＤアレーの素子別の計測データに対し、目標と
する信号の周波数のみを抽出するために、時間軸ＦＦＴ
装置４により、時間軸方向のＦＦＴ処理を行い、素子軸
最小二乗推定装置５により、時間軸ＦＦＴ装置４の出力
から低周波電磁波の到来方向を最小二乗法により推定す
る。
【００１７】図８は、ＳＱＵＩＤ素子がｃｏｓ（θ）の
方向性を持つことを説明する図である。すなわち、ＳＱ
ＵＩＤセンサは、計測点の磁束密度ベクトルＢに対し、
その正確な方向余弦を出力する方向特性を持つ。また、
図９は、簡単のために１次元の到来方向推定を行うため
に、そのようなＳＱＵＩＤアレーを円周状に配列して円
周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナの構成を示す。図９
（ａ）に示すように、ＳＱＵＩＤを円周上の法線方向を
指向性の最大θ＝０となるように配置する。また、簡単
のために等間隔に配置する。このような円周配列ＳＱＵ
ＩＤアレーの場所に、一様な電磁界が存在すると、各素
子で計測される出力値は、図９（ｂ）に示すように、１
周期の正弦波状となる。また、磁束密度ベクトルの方向
（便宜上、到来方向と呼ぶ）が１周期正弦波の初期位相
として観測されることになる。
方向性を持つことを説明する図である。すなわち、ＳＱ
ＵＩＤセンサは、計測点の磁束密度ベクトルＢに対し、
その正確な方向余弦を出力する方向特性を持つ。また、
図９は、簡単のために１次元の到来方向推定を行うため
に、そのようなＳＱＵＩＤアレーを円周状に配列して円
周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナの構成を示す。図９
（ａ）に示すように、ＳＱＵＩＤを円周上の法線方向を
指向性の最大θ＝０となるように配置する。また、簡単
のために等間隔に配置する。このような円周配列ＳＱＵ
ＩＤアレーの場所に、一様な電磁界が存在すると、各素
子で計測される出力値は、図９（ｂ）に示すように、１
周期の正弦波状となる。また、磁束密度ベクトルの方向
（便宜上、到来方向と呼ぶ）が１周期正弦波の初期位相
として観測されることになる。
【００１８】このような構成の円周配列ＳＱＵＩＤアレ
ーアンテナ３から、時間的に変動する低周波電磁波の計
測データＸは、数１に示す２次元配列データとなる。
ーアンテナ３から、時間的に変動する低周波電磁波の計
測データＸは、数１に示す２次元配列データとなる。
【００１９】
【数１】
【００２０】ここで、要素ｘｎ（ｔ）は、ＳＱＵＩＤ素
子番号ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の時刻ｔでの計測
データである。一方、計測データＸは、アレーマニフォ
ルドをＡとして、信号をＳ、雑音をＮとすると、数２で
記述できる。
子番号ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の時刻ｔでの計測
データである。一方、計測データＸは、アレーマニフォ
ルドをＡとして、信号をＳ、雑音をＮとすると、数２で
記述できる。
【００２１】
【数２】
【００２２】また、計測対象とする電磁波の波長が十分
大きくて、ＳＱＵＩＤ素子間による入射電磁波の位相差
が無視できる場合を考える。数１０ｋＨｚ以下を計測対
象とした場合十分に条件を満足させることが可能であ
る。このような場合、アレーマニフォルドＡは数３に示
される。
大きくて、ＳＱＵＩＤ素子間による入射電磁波の位相差
が無視できる場合を考える。数１０ｋＨｚ以下を計測対
象とした場合十分に条件を満足させることが可能であ
る。このような場合、アレーマニフォルドＡは数３に示
される。
【００２３】
【数３】
【００２４】ここで、θ１，θ２，・・・，θＪは入射
電磁波の到来方向、φ１，φ２，・・・，φｎはある基
準座標から見た各ＳＱＵＩＤ素子の法線方向との成す角
度である。このように、アレーマニフォルドは、図９で
例示したように到来方向により初期位相がかわる正弦波
となる。このような円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ
３で計測された素子別の計測データＸは、時間軸ＦＦＴ
装置４にて雑音が低減されかつ到来方向推定対象とする
信号周波数が選定され、最小二乗法による素子軸最小二
乗探索装置５に送られる。
電磁波の到来方向、φ１，φ２，・・・，φｎはある基
準座標から見た各ＳＱＵＩＤ素子の法線方向との成す角
度である。このように、アレーマニフォルドは、図９で
例示したように到来方向により初期位相がかわる正弦波
となる。このような円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ
３で計測された素子別の計測データＸは、時間軸ＦＦＴ
装置４にて雑音が低減されかつ到来方向推定対象とする
信号周波数が選定され、最小二乗法による素子軸最小二
乗探索装置５に送られる。
【００２５】ここで、ＦＦＴ法による時間軸ＦＦＴ装置
４は、以下の手順により各素子別に時間軸のフーリエ変
換を行う。フーリエ変換出力の複素データから振幅と位
相（ここではａｒｇと記した）を用いて数（４）に示す
ように信号Ｆn（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を得る。
４は、以下の手順により各素子別に時間軸のフーリエ変
換を行う。フーリエ変換出力の複素データから振幅と位
相（ここではａｒｇと記した）を用いて数（４）に示す
ように信号Ｆn（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を得る。
【００２６】
【数４】
【００２７】ここで、ＦＦＴは高速フーリエ変換を示
し、ＦＦＴ（ｘn）fは、素子番号ｎのＳＱＵＩＤ素子の
計測信号を時間軸方向に高速フーリエ変換した後の周波
数ｆに相当するチャンネル出力であり、ａｒｇは高速フ
ーリエ変換出力の実部と虚部の成す偏角である。時間軸
ＦＦＴ装置４の出力の各ＳＱＵＩＤ素子信号が正弦波に
なることにより、素子軸最小二乗探索装置５は、数５に
示すように、最小二乗規範の逆数値を最大とするような
規範を採用し最大値を探索する。
し、ＦＦＴ（ｘn）fは、素子番号ｎのＳＱＵＩＤ素子の
計測信号を時間軸方向に高速フーリエ変換した後の周波
数ｆに相当するチャンネル出力であり、ａｒｇは高速フ
ーリエ変換出力の実部と虚部の成す偏角である。時間軸
ＦＦＴ装置４の出力の各ＳＱＵＩＤ素子信号が正弦波に
なることにより、素子軸最小二乗探索装置５は、数５に
示すように、最小二乗規範の逆数値を最大とするような
規範を採用し最大値を探索する。
【００２８】
【数５】
【００２９】ここで、ＬＳ（θ）は最大値探索規範を示
し、探索するための未知パラメータは、入射到来波が１
波の場合、入射到来波方向を表す素子方向正弦波状信号
の初期位相θと振幅ａｍｐの２パラメータである。探索
の方法は、２次元的格子状に探索する。もちろん、最急
降下法やニュートン法などの傾斜法に属する非線型最小
二乗を適用することも可能である。
し、探索するための未知パラメータは、入射到来波が１
波の場合、入射到来波方向を表す素子方向正弦波状信号
の初期位相θと振幅ａｍｐの２パラメータである。探索
の方法は、２次元的格子状に探索する。もちろん、最急
降下法やニュートン法などの傾斜法に属する非線型最小
二乗を適用することも可能である。
【００３０】したがって、上述した実施の形態１によれ
ば、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力を使用
して時間軸ＦＦＴ処理装置４により雑音の低減や対象と
する信号の周波数を選択し、次に素子軸最小二乗探索装
置５により素子方向に最小二乗法による探索を行うこと
で、到来方向θを求めることができ、従来の電界アンテ
ナと比べ極めて小型のアレー構成で低周波電磁波の到来
方向を高精度に推定できるという効果がある。
ば、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力を使用
して時間軸ＦＦＴ処理装置４により雑音の低減や対象と
する信号の周波数を選択し、次に素子軸最小二乗探索装
置５により素子方向に最小二乗法による探索を行うこと
で、到来方向θを求めることができ、従来の電界アンテ
ナと比べ極めて小型のアレー構成で低周波電磁波の到来
方向を高精度に推定できるという効果がある。
【００３１】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図２において、図１に示す実施の形態１と同一部
分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号
として、６は、時間軸ＦＦＴ装置４の出力から素子方向
のフーリエ変換を行うことで到来方向を求める演算手段
としての素子軸ＦＦＴ装置である。
形態２に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図２において、図１に示す実施の形態１と同一部
分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号
として、６は、時間軸ＦＦＴ装置４の出力から素子方向
のフーリエ変換を行うことで到来方向を求める演算手段
としての素子軸ＦＦＴ装置である。
【００３２】すなわち、この実施の形態２においては、
円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３で計測したＳＱＵ
ＩＤアレーの素子別の計測データに対し、目標とする信
号の周波数のみを抽出するために、時間軸方向のＦＦＴ
処理を行う時間軸ＦＦＴ装置４と、前記時間軸ＦＦＴ装
置４の出力から低周波電磁波の到来方向を素子軸ＦＦＴ
処理により推定する素子軸ＦＦＴ装置６を備える。
円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３で計測したＳＱＵ
ＩＤアレーの素子別の計測データに対し、目標とする信
号の周波数のみを抽出するために、時間軸方向のＦＦＴ
処理を行う時間軸ＦＦＴ装置４と、前記時間軸ＦＦＴ装
置４の出力から低周波電磁波の到来方向を素子軸ＦＦＴ
処理により推定する素子軸ＦＦＴ装置６を備える。
【００３３】ＳＱＵＩＤアレー素子配列が等間隔の場合
には、素子方向に１周期の正弦波となる。よって、素子
方向へフーリエ変換すると、第０チャンネルからＤＣ直
流成分が、第１チャンネルから第一基準波成分が得られ
る。よって、ＦＦＴ処理の第１チャンネル出力から数６
により位相を求めることができる。
には、素子方向に１周期の正弦波となる。よって、素子
方向へフーリエ変換すると、第０チャンネルからＤＣ直
流成分が、第１チャンネルから第一基準波成分が得られ
る。よって、ＦＦＴ処理の第１チャンネル出力から数６
により位相を求めることができる。
【００３４】
【数６】
【００３５】ここで、｛ＦＦＴ（Ｆn）｝1は、時間軸方
向にＦＦＴした出力ＦｎをＳＱＵＩＤ素子の素子方向に
ＦＦＴしたＦＦＴのチャンネル１の出力を意味し、ＦＦ
Ｔのチャンネル０は直流成分（ＤＣ）を表し、チャンネ
ル１は第一基準波を表し、チャンネル２は第二基準波を
表す。ＳＱＵＩＤ素子を円周配置すると各サンプリング
毎に素子番号方向を見るといつも正弦波の１周期の信号
となっており、到来方向はその位相項となっているの
で、チャンネル１の偏角の値ＦＦＴ２を数６にて求める
ことで到来方向を得ることができる。なお、先に素子別
にＦＦＴするのは、雑音を抑圧し、所望の信号周波数成
分だけを取り出すためである。このような構成により、
素子配列が等間隔の場合に、低周波電磁波の到来方向を
得ることができる電磁波の到来方向推定装置を構成する
ことが可能となる。
向にＦＦＴした出力ＦｎをＳＱＵＩＤ素子の素子方向に
ＦＦＴしたＦＦＴのチャンネル１の出力を意味し、ＦＦ
Ｔのチャンネル０は直流成分（ＤＣ）を表し、チャンネ
ル１は第一基準波を表し、チャンネル２は第二基準波を
表す。ＳＱＵＩＤ素子を円周配置すると各サンプリング
毎に素子番号方向を見るといつも正弦波の１周期の信号
となっており、到来方向はその位相項となっているの
で、チャンネル１の偏角の値ＦＦＴ２を数６にて求める
ことで到来方向を得ることができる。なお、先に素子別
にＦＦＴするのは、雑音を抑圧し、所望の信号周波数成
分だけを取り出すためである。このような構成により、
素子配列が等間隔の場合に、低周波電磁波の到来方向を
得ることができる電磁波の到来方向推定装置を構成する
ことが可能となる。
【００３６】したがって、実施の形態２によれば、円周
配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力を使用して時間
軸ＦＦＴ処理装置４により雑音の低減や対象とする信号
の周波数を選択し、次に素子軸ＦＦＴ装置６により素子
方向についてもＦＦＴ処理による算出で到来方向θを求
めることにより、従来の電界アンテナと比べ極めて小型
のアレー構成で低周波電磁波の到来方向を高精度に推定
できるという効果がある。
配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力を使用して時間
軸ＦＦＴ処理装置４により雑音の低減や対象とする信号
の周波数を選択し、次に素子軸ＦＦＴ装置６により素子
方向についてもＦＦＴ処理による算出で到来方向θを求
めることにより、従来の電界アンテナと比べ極めて小型
のアレー構成で低周波電磁波の到来方向を高精度に推定
できるという効果がある。
【００３７】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図３において、３は、図１および図２に示す実施
の形態１および２と同様な円周配列ＳＱＵＩＤアレーア
ンテナである。新たな符号として、７は、円周配列ＳＱ
ＵＩＤアレーアンテナ３で計測された信号Ｘから信号の
共分散行列を求め時間方向の平均処理にて共分散行列の
推定を行う共分散行列推定装置、８は、共分散行列推定
装置７の出力から最尤推定原理に基づいて到来方向を１
次元探索する演算手段としての最尤推定探索装置であ
る。
形態３に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図３において、３は、図１および図２に示す実施
の形態１および２と同様な円周配列ＳＱＵＩＤアレーア
ンテナである。新たな符号として、７は、円周配列ＳＱ
ＵＩＤアレーアンテナ３で計測された信号Ｘから信号の
共分散行列を求め時間方向の平均処理にて共分散行列の
推定を行う共分散行列推定装置、８は、共分散行列推定
装置７の出力から最尤推定原理に基づいて到来方向を１
次元探索する演算手段としての最尤推定探索装置であ
る。
【００３８】すなわち、この実施の形態３においては、
円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３で計測したＳＱＵ
ＩＤアレーの素子別の計測データにて共分散行列の平均
値を推定する共分散行列推定装置７と、共分散行列推定
装置７の出力から低周波電磁波の到来方向を最尤推定法
により推定する最尤推定探索装置８を備える。
円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３で計測したＳＱＵ
ＩＤアレーの素子別の計測データにて共分散行列の平均
値を推定する共分散行列推定装置７と、共分散行列推定
装置７の出力から低周波電磁波の到来方向を最尤推定法
により推定する最尤推定探索装置８を備える。
【００３９】この実施の形態３に係る構成では、円周配
列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力信号は、共分散行
列推定装置７により、時間軸方向にＦＦＴや狭帯域フィ
ルタ処理を行う代わりに、共分散行列Ｒ＝ＸＸTを求
め、数７で時間軸方向にサンプルされたデータ全てにつ
いて共分散行列の平均値を求める処理を行う。
列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力信号は、共分散行
列推定装置７により、時間軸方向にＦＦＴや狭帯域フィ
ルタ処理を行う代わりに、共分散行列Ｒ＝ＸＸTを求
め、数７で時間軸方向にサンプルされたデータ全てにつ
いて共分散行列の平均値を求める処理を行う。
【００４０】
【数７】
【００４１】次に、最尤推定探索装置８の動作について
説明する。最尤推定探索装置８では、到来方向推定の評
価基準として、最尤推定法により信号Ｓを一般逆行列で
表し、数８に示す探索規範を設ける。
説明する。最尤推定探索装置８では、到来方向推定の評
価基準として、最尤推定法により信号Ｓを一般逆行列で
表し、数８に示す探索規範を設ける。
【００４２】
【数８】
【００４３】ここで、ＭＬは、Maximum Likelihoodの略
語で、最尤推定規範を意味する。また、ｔｒとは、行列
のトレースを表し、正方行列の対各項の和である。ま
た、Ａは数３のＡ（θ）と同様で、θを省略して示す。
このような構成により、最尤推定法に基づき到来方向θ
の１次元による探索を行うことで到来方向推定装置を得
ることが可能となる。もちろん、観測した全データ（ス
ナップショットと呼ぶ）から共分散行列を平均値処理す
るのでなく、スナップショット内を幾つかに分割し、時
間軸ＦＦＴ後、共分散行列を求め、それを平均するとい
う構成も可能である。
語で、最尤推定規範を意味する。また、ｔｒとは、行列
のトレースを表し、正方行列の対各項の和である。ま
た、Ａは数３のＡ（θ）と同様で、θを省略して示す。
このような構成により、最尤推定法に基づき到来方向θ
の１次元による探索を行うことで到来方向推定装置を得
ることが可能となる。もちろん、観測した全データ（ス
ナップショットと呼ぶ）から共分散行列を平均値処理す
るのでなく、スナップショット内を幾つかに分割し、時
間軸ＦＦＴ後、共分散行列を求め、それを平均するとい
う構成も可能である。
【００４４】したがって、実施の形態３によれば、円周
配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力を使用して、共
分散行列推定装置７により素子方向の計測信号の共分散
行列を時間軸方向に平均値処理することで共分散行列を
推定し、最尤推定探索装置８により最尤推定法に基づく
規範にて１次元的に到来方向θを探索することにより、
従来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー構成で低
周波電磁波の到来方向を高精度に推定できるという効果
がある。
配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力を使用して、共
分散行列推定装置７により素子方向の計測信号の共分散
行列を時間軸方向に平均値処理することで共分散行列を
推定し、最尤推定探索装置８により最尤推定法に基づく
規範にて１次元的に到来方向θを探索することにより、
従来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー構成で低
周波電磁波の到来方向を高精度に推定できるという効果
がある。
【００４５】実施の形態４．図４は、この発明の実施の
形態４に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図４において、図３に示す実施の形態３と同一部
分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号
として、９と１０は、共分散行列推定装置７の出力から
到来方向を求める演算手段を構成するもので、９は、共
分散行列推定装置７で得られた共分散行列から固有値分
解し信号個有ベクトルを求める信号固有空間算出装置、
１０は、求めた信号固有空間への射影長から到来方向を
推定する信号固有空間射影探索装置である。
形態４に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図４において、図３に示す実施の形態３と同一部
分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号
として、９と１０は、共分散行列推定装置７の出力から
到来方向を求める演算手段を構成するもので、９は、共
分散行列推定装置７で得られた共分散行列から固有値分
解し信号個有ベクトルを求める信号固有空間算出装置、
１０は、求めた信号固有空間への射影長から到来方向を
推定する信号固有空間射影探索装置である。
【００４６】すなわち、この実施の形態４においては、
円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３で計測したＳＱＵ
ＩＤアレーの素子別の計測データにて共分散行列の平均
値を推定する共分散行列推定装置７を備え、共分散行列
推定装置７の出力から固有値分解し信号固有空間を求め
る信号固有空間算出装置９と、信号固有空間へのＳＱＵ
ＩＤアレーの計測データの射影長の最大値を探索するこ
とで低周波電磁波の到来方向を探索する信号固有空間射
影探索装置１０を備える。
円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３で計測したＳＱＵ
ＩＤアレーの素子別の計測データにて共分散行列の平均
値を推定する共分散行列推定装置７を備え、共分散行列
推定装置７の出力から固有値分解し信号固有空間を求め
る信号固有空間算出装置９と、信号固有空間へのＳＱＵ
ＩＤアレーの計測データの射影長の最大値を探索するこ
とで低周波電磁波の到来方向を探索する信号固有空間射
影探索装置１０を備える。
【００４７】この構成では、共分散行列推定装置７によ
り推定された共分散行列の固有値分解出力からの主要固
有値に対応する固有ベクトルからなる固信号固有空間Ｅ
ｓを求める。
り推定された共分散行列の固有値分解出力からの主要固
有値に対応する固有ベクトルからなる固信号固有空間Ｅ
ｓを求める。
【００４８】次に、信号固有空間射影探索装置１０の動
作について説明する。信号固有空間射影探索装置１０で
は、到来方向推定のための評価基準として数９を用い、
信号固有空間Ｅｓへの計測信号の射影長の最大を探索す
る。
作について説明する。信号固有空間射影探索装置１０で
は、到来方向推定のための評価基準として数９を用い、
信号固有空間Ｅｓへの計測信号の射影長の最大を探索す
る。
【００４９】
【数９】
【００５０】ここで、ＳＦは、Subspace Fittigの略語
で、部分空間法による規範である。このような構成によ
り、信号部分空間法に基づき到来方向θの１次元による
探索を行うことで到来方向推定装置を得ることが可能と
なる。もちろん、観測した全データ（スナップショット
と呼ぶ）から共分散行列を平均値処理するのでなく、ス
ナップショット内を幾つかに分割し時間軸ＦＦＴ後共分
散行列を求め、それを平均するという構成も可能であ
る。
で、部分空間法による規範である。このような構成によ
り、信号部分空間法に基づき到来方向θの１次元による
探索を行うことで到来方向推定装置を得ることが可能と
なる。もちろん、観測した全データ（スナップショット
と呼ぶ）から共分散行列を平均値処理するのでなく、ス
ナップショット内を幾つかに分割し時間軸ＦＦＴ後共分
散行列を求め、それを平均するという構成も可能であ
る。
【００５１】したがって、実施の形態４によれば、円周
配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力を使用して共分
散行列推定装置７により素子方向の計測信号の共分散行
列を時間軸方向に平均値処理することで共分散行列を推
定し、信号固有空間算出装置９により共分散行列の固有
値分解により信号固有空間を求め、信号固有空間射影探
索装置１０により計測データの信号固有空間への射影長
を規範として１次元的に到来方向θを探索することによ
り、従来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー構成
で低周波電磁波の到来方向を高精度に推定できるという
効果がある。
配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力を使用して共分
散行列推定装置７により素子方向の計測信号の共分散行
列を時間軸方向に平均値処理することで共分散行列を推
定し、信号固有空間算出装置９により共分散行列の固有
値分解により信号固有空間を求め、信号固有空間射影探
索装置１０により計測データの信号固有空間への射影長
を規範として１次元的に到来方向θを探索することによ
り、従来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー構成
で低周波電磁波の到来方向を高精度に推定できるという
効果がある。
【００５２】実施の形態５．図５は、この発明の実施の
形態５に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図５において、図３に示す実施の形態３と同一部
分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号
として、１１と１２は、共分散行列推定措置７の出力か
ら到来方向を求める演算手段を構成するもので、１１
は、共分散行列推定装置７で得られた共分散行列から固
有値分解し雑音個有ベクトルを求める雑音固有空間算出
装置、１２は、求めた雑音固有空間への射影長の逆数平
均となるＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classificatio
n）スペクトルの分母関数から到来方向を算出する雑音
固有空間射影推定装置である。
形態５に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図５において、図３に示す実施の形態３と同一部
分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号
として、１１と１２は、共分散行列推定措置７の出力か
ら到来方向を求める演算手段を構成するもので、１１
は、共分散行列推定装置７で得られた共分散行列から固
有値分解し雑音個有ベクトルを求める雑音固有空間算出
装置、１２は、求めた雑音固有空間への射影長の逆数平
均となるＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classificatio
n）スペクトルの分母関数から到来方向を算出する雑音
固有空間射影推定装置である。
【００５３】すなわち、この実施の形態５においては、
円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３で計測したＳＱＵ
ＩＤアレーの素子別の計測データにて、共分散行列の平
均値を推定する共分散行列推定装置７を備え、共分散行
列推定装置７の出力から固有値分解し雑音固有空間を求
める雑音固有空間算出装置１１と、雑音固有空間へのＳ
ＱＵＩＤアレーの計測データの射影長の最小を求めるこ
とで低周波電磁波の到来方向を算出する雑音固有空間射
影装置１２を備える。
円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３で計測したＳＱＵ
ＩＤアレーの素子別の計測データにて、共分散行列の平
均値を推定する共分散行列推定装置７を備え、共分散行
列推定装置７の出力から固有値分解し雑音固有空間を求
める雑音固有空間算出装置１１と、雑音固有空間へのＳ
ＱＵＩＤアレーの計測データの射影長の最小を求めるこ
とで低周波電磁波の到来方向を算出する雑音固有空間射
影装置１２を備える。
【００５４】この構成では、雑音固有空間算出装置１１
により、共分散行列推定装置７により推定された共分散
行列の固有値分解出力からの主要固有値に対応する固有
ベクトルからなる信号固有空間Ｅｓの直交補空間である
雑音固有空間を求める。
により、共分散行列推定装置７により推定された共分散
行列の固有値分解出力からの主要固有値に対応する固有
ベクトルからなる信号固有空間Ｅｓの直交補空間である
雑音固有空間を求める。
【００５５】次に、雑音固有空間射影推定装置１２の動
作について説明する。雑音固有空間射影推定装置１２で
は、到来方向推定のための評価基準として、雑音固有空
間Ｅｎへの計測信号の射影長の逆数の平均となる数１０
に示すＭＵＳＩＣスペクトルを用いる。
作について説明する。雑音固有空間射影推定装置１２で
は、到来方向推定のための評価基準として、雑音固有空
間Ｅｎへの計測信号の射影長の逆数の平均となる数１０
に示すＭＵＳＩＣスペクトルを用いる。
【００５６】
【数１０】
【００５７】ここで、ＭＳＣは、アダプティブアレー分
野で採用されたＭＵＳＩＣ（：MUltiple Signal Classi
fication）アルゴリズムの評価規範（ＭＵＳＩＣスペク
トルと呼ばれる）である。ＭＵＳＩＣスペクトルを最大
とするためには、ＳＱＵＩＤアレーが等間隔に配置され
ている場合、ＡTＡが定数となることより、分母関数Ｄ
（θ）である数１１を最小とするθを求めれば良い。
野で採用されたＭＵＳＩＣ（：MUltiple Signal Classi
fication）アルゴリズムの評価規範（ＭＵＳＩＣスペク
トルと呼ばれる）である。ＭＵＳＩＣスペクトルを最大
とするためには、ＳＱＵＩＤアレーが等間隔に配置され
ている場合、ＡTＡが定数となることより、分母関数Ｄ
（θ）である数１１を最小とするθを求めれば良い。
【００５８】
【数１１】
【００５９】数１１は、数１２に示すｃｏｓ、ｓｉｎの
二次形式となる。
二次形式となる。
【００６０】
【数１２】
【００６１】ここで、数１２に含まれる係数ｃ１、ｃ
２、ｃ３は、Ｒｎを雑音の固有空間の共分散行列とし
て、それぞれ数１３で得られる。
２、ｃ３は、Ｒｎを雑音の固有空間の共分散行列とし
て、それぞれ数１３で得られる。
【００６２】
【数１３】
【００６３】数１２は微分可能であるため、数１４に示
すθに関する微分から解を求めることができる。
すθに関する微分から解を求めることができる。
【００６４】
【数１４】
【００６５】この解は、数１５に示すＤＯＡ（Directio
n Of Arrival）推定式により容易に求めることができ
る。
n Of Arrival）推定式により容易に求めることができ
る。
【００６６】
【数１５】
【００６７】ここで、ＳＡＲＳＩＣとは、Squid Array
Root SIgnal Classificationの略語で、ＤＯＡ推定アル
ゴリズムに基づく推定の値を示す。また、数１５の解と
なる数１２の最大値と最小値の区別は２回微分の符号に
より区別することができる。
Root SIgnal Classificationの略語で、ＤＯＡ推定アル
ゴリズムに基づく推定の値を示す。また、数１５の解と
なる数１２の最大値と最小値の区別は２回微分の符号に
より区別することができる。
【００６８】このような構成により、雑音部分空間法に
基づき到来方向θを探索することなく代数的演算により
ＭＵＳＩＣスペクトルの最大値を求めることによる到来
方向推定装置を得ることが可能となる。もちろん、観測
した全データ（スナップショットと呼ぶ）から共分散行
列を平均値処理するのでなく、スナップショット内を幾
つかに分割し時間軸ＦＦＴ後共分散行列を求め、それを
平均するという構成も可能である。
基づき到来方向θを探索することなく代数的演算により
ＭＵＳＩＣスペクトルの最大値を求めることによる到来
方向推定装置を得ることが可能となる。もちろん、観測
した全データ（スナップショットと呼ぶ）から共分散行
列を平均値処理するのでなく、スナップショット内を幾
つかに分割し時間軸ＦＦＴ後共分散行列を求め、それを
平均するという構成も可能である。
【００６９】したがって、実施の形態５によれば、円周
配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力を使用して共分
散行列推定装置７により素子方向の計測信号の共分散行
列を時間軸方向に平均値処理することで共分散行列を推
定し、雑音固有空間算出装置１１により共分散行列の固
有値分解により雑音固有空間を求め、雑音固有空間射影
推定装置１２により計測データの雑音固有空間への射影
長の逆数となるＭＵＳＩＣスペクトルを最大とする規範
を用い、ＭＵＳＩＣスペクトルの分母関数の最小値で求
められる到来方向θを探索することなく対数的に算出す
ることにより、従来の電界アンテナと比べ極めて小型の
アレー構成で低周波電磁波の到来方向を高精度に推定で
きるという効果がある。
配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３の出力を使用して共分
散行列推定装置７により素子方向の計測信号の共分散行
列を時間軸方向に平均値処理することで共分散行列を推
定し、雑音固有空間算出装置１１により共分散行列の固
有値分解により雑音固有空間を求め、雑音固有空間射影
推定装置１２により計測データの雑音固有空間への射影
長の逆数となるＭＵＳＩＣスペクトルを最大とする規範
を用い、ＭＵＳＩＣスペクトルの分母関数の最小値で求
められる到来方向θを探索することなく対数的に算出す
ることにより、従来の電界アンテナと比べ極めて小型の
アレー構成で低周波電磁波の到来方向を高精度に推定で
きるという効果がある。
【００７０】実施の形態６．図６は、この発明の実施の
形態６に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図６において、図５に示す実施の形態５と同一部
分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号
として、１３は、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３
の出力を各素子対応にウエーブレット変換する時間軸ウ
エーブレット変換装置である。
形態６に係る電磁波の到来方向推定装置を示す構成図で
ある。図６において、図５に示す実施の形態５と同一部
分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号
として、１３は、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ３
の出力を各素子対応にウエーブレット変換する時間軸ウ
エーブレット変換装置である。
【００７１】すなわち、この実施の形態６においては、
到来波が波束状となる応用を想定し、円周配列ＳＱＵＩ
Ｄアレーアンテナ３のＳＱＵＩＤアレーの素子別の計測
データにて一度時間軸方向にウエーブレット変換し狭帯
域に分割するとともに、波束の到来時間分布を得ること
を可能とする時間軸ウエーブレット変換装置１３を備
え、その時間軸ウエーブレット変換装置１３の各出力か
ら共分散行列の平均値を推定する共分散行列推定装置７
を複数備え、共分散行列推定装置７の出力から固有値分
解し雑音固有空間をもとめる雑音固有空間算出装置１１
と、雑音固有空間へのＳＱＵＩＤアレーの計測データの
射影長の最小を求めることで低周波電磁波の到来方向を
算出する雑音固有空間射影装置１２を備える。
到来波が波束状となる応用を想定し、円周配列ＳＱＵＩ
Ｄアレーアンテナ３のＳＱＵＩＤアレーの素子別の計測
データにて一度時間軸方向にウエーブレット変換し狭帯
域に分割するとともに、波束の到来時間分布を得ること
を可能とする時間軸ウエーブレット変換装置１３を備
え、その時間軸ウエーブレット変換装置１３の各出力か
ら共分散行列の平均値を推定する共分散行列推定装置７
を複数備え、共分散行列推定装置７の出力から固有値分
解し雑音固有空間をもとめる雑音固有空間算出装置１１
と、雑音固有空間へのＳＱＵＩＤアレーの計測データの
射影長の最小を求めることで低周波電磁波の到来方向を
算出する雑音固有空間射影装置１２を備える。
【００７２】この構成では、実施の形態５に時間軸ウエ
ーブレット変換装置１３を付加した例であり、構成上、
実施の形態３および４において組み合わせることが可能
である。ウエーブレット変換を到来方向推定の前処理と
して用いる理由は、応用分野により到来波が波束状の場
合があり、ウエーブレット変換による時間・周波数多重
解析機能と併用することで、到来波の到来時刻、周波
数、到来方向の３次元的分布を得ることを可能とするの
もである。
ーブレット変換装置１３を付加した例であり、構成上、
実施の形態３および４において組み合わせることが可能
である。ウエーブレット変換を到来方向推定の前処理と
して用いる理由は、応用分野により到来波が波束状の場
合があり、ウエーブレット変換による時間・周波数多重
解析機能と併用することで、到来波の到来時刻、周波
数、到来方向の３次元的分布を得ることを可能とするの
もである。
【００７３】したがって、実施の形態６によれば、実施
の形態５に、時間軸方向のウエーブレト変換を前処理と
して付加することにより、波束状の到来波に対し、到来
波の時間・周波数・到来方向を得ることを可能とする。
なお、この発明で示した到来方向推定法は、電界アンテ
ナに対しても適用することが可能である。
の形態５に、時間軸方向のウエーブレト変換を前処理と
して付加することにより、波束状の到来波に対し、到来
波の時間・周波数・到来方向を得ることを可能とする。
なお、この発明で示した到来方向推定法は、電界アンテ
ナに対しても適用することが可能である。
【００７４】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電磁
波の磁界成分を検出するＳＱＵＩＤを円周状にアレー配
置した円周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナと、前記円周
配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力に基づいて電磁波
の到来方向を推定する到来方向推定手段とを備えたの
で、小型のアレー装置で低周波電磁波の到来方向推定を
可能にすることができる。
波の磁界成分を検出するＳＱＵＩＤを円周状にアレー配
置した円周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナと、前記円周
配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力に基づいて電磁波
の到来方向を推定する到来方向推定手段とを備えたの
で、小型のアレー装置で低周波電磁波の到来方向推定を
可能にすることができる。
【００７５】また、前記到来方向推定手段として、前記
円周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力から時間軸方
向にフーリエ変換する時間軸ＦＦＴ手段と、前記時間軸
ＦＦＴ手段の出力から素子方向について到来方向を求め
る演算手段とを備えたので、円周配列ＳＱＵＩＤアレー
アンテナの出力を使用して時間軸ＦＦＴ処理により雑音
の低減や対象とする信号の周波数を選択し、時間軸ＦＦ
Ｔ手段の出力から素子方向について到来方向を求めるこ
とにより、従来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレ
ー構成で低周波電磁波の到来方向を高精度に推定できる
という効果がある。
円周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力から時間軸方
向にフーリエ変換する時間軸ＦＦＴ手段と、前記時間軸
ＦＦＴ手段の出力から素子方向について到来方向を求め
る演算手段とを備えたので、円周配列ＳＱＵＩＤアレー
アンテナの出力を使用して時間軸ＦＦＴ処理により雑音
の低減や対象とする信号の周波数を選択し、時間軸ＦＦ
Ｔ手段の出力から素子方向について到来方向を求めるこ
とにより、従来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレ
ー構成で低周波電磁波の到来方向を高精度に推定できる
という効果がある。
【００７６】また、前記演算手段として、前記時間軸Ｆ
ＦＴ手段の出力から素子方向について最小二乗法により
到来方向を探索する素子軸最小二乗探索手段を備えたの
で、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力を使用し
て時間軸ＦＦＴ処理により雑音の低減や対象とする信号
の周波数を選択した後、次に素子方向に最小二乗法によ
る探索を行うことで到来方向θを求めることにより、従
来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー構成で低周
波電磁波の到来方向を高精度に推定できるという効果が
ある。
ＦＴ手段の出力から素子方向について最小二乗法により
到来方向を探索する素子軸最小二乗探索手段を備えたの
で、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力を使用し
て時間軸ＦＦＴ処理により雑音の低減や対象とする信号
の周波数を選択した後、次に素子方向に最小二乗法によ
る探索を行うことで到来方向θを求めることにより、従
来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー構成で低周
波電磁波の到来方向を高精度に推定できるという効果が
ある。
【００７７】また、前記演算手段として、前記時間軸Ｆ
ＦＴ手段の出力から素子方向についてフーリエ変換する
素子軸ＦＦＴ手段を備えたので、円周配列ＳＱＵＩＤア
レーアンテナの出力を使用して時間軸ＦＦＴ処理により
雑音の低減や対象とする信号の周波数を選択し、次に素
子方向についてもＦＦＴ処理による算出で到来方向θを
求めることにより、従来の電界アンテナと比べ極めて小
型のアレー構成で低周波電磁波の到来方向を高精度に推
定できるという効果がある。
ＦＴ手段の出力から素子方向についてフーリエ変換する
素子軸ＦＦＴ手段を備えたので、円周配列ＳＱＵＩＤア
レーアンテナの出力を使用して時間軸ＦＦＴ処理により
雑音の低減や対象とする信号の周波数を選択し、次に素
子方向についてもＦＦＴ処理による算出で到来方向θを
求めることにより、従来の電界アンテナと比べ極めて小
型のアレー構成で低周波電磁波の到来方向を高精度に推
定できるという効果がある。
【００７８】また、前記到来方向推定手段として、前記
円周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力から共分散行
列を求め時間方向に平均処理にて共分散行列の推定を行
う共分散行列推定手段と、前記共分散行列推定手段の出
力から到来方向を求める演算手段とを備えたので、円周
配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力を使用して素子方
向の計測信号の共分散行列を時間軸方向に平均値処理す
ることで共分散行列を推定し、到来方向を探索すること
により、従来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー
構成で低周波電磁波の到来方向を高精度に推定できると
いう効果がある。
円周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力から共分散行
列を求め時間方向に平均処理にて共分散行列の推定を行
う共分散行列推定手段と、前記共分散行列推定手段の出
力から到来方向を求める演算手段とを備えたので、円周
配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力を使用して素子方
向の計測信号の共分散行列を時間軸方向に平均値処理す
ることで共分散行列を推定し、到来方向を探索すること
により、従来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー
構成で低周波電磁波の到来方向を高精度に推定できると
いう効果がある。
【００７９】また、前記演算手段として、前記共分散行
列推定手段の出力から最尤推定原理に基づき到来方向を
１次元探索する最尤推定探索手段を備えたので、円周配
列ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力を使用して素子方向
の計測信号の共分散行列を時間軸方向に平均値処理する
ことで共分散行列を推定した後、最尤推定法に基づく規
範にて１次元的に到来方向θを探索することにより、従
来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー構成で低周
波電磁波の到来方向を高精度に推定できるという効果が
ある。
列推定手段の出力から最尤推定原理に基づき到来方向を
１次元探索する最尤推定探索手段を備えたので、円周配
列ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力を使用して素子方向
の計測信号の共分散行列を時間軸方向に平均値処理する
ことで共分散行列を推定した後、最尤推定法に基づく規
範にて１次元的に到来方向θを探索することにより、従
来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー構成で低周
波電磁波の到来方向を高精度に推定できるという効果が
ある。
【００８０】また、前記演算手段として、前記共分散行
列推定手段の出力から固有値分解により信号固有空間を
算出する信号固有空間算出手段と、前記信号固有空間算
出手段により算出される信号固有空間への射影長に基づ
き到来方向を１次元探索する信号固有空間探索手段とを
備えたので、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力
を使用して素子方向の計測信号の共分散行列を時間軸方
向に平均値処理することで共分散行列を推定した後、共
分散行列の固有値分解により信号固有空間をもとめ、計
測データの信号固有空間への射影長を規範として１次元
的に到来方向θを探索することにより、従来の電界アン
テナと比べ極めて小型のアレー構成で低周波電磁波の到
来方向を高精度に推定できるという効果がある。
列推定手段の出力から固有値分解により信号固有空間を
算出する信号固有空間算出手段と、前記信号固有空間算
出手段により算出される信号固有空間への射影長に基づ
き到来方向を１次元探索する信号固有空間探索手段とを
備えたので、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力
を使用して素子方向の計測信号の共分散行列を時間軸方
向に平均値処理することで共分散行列を推定した後、共
分散行列の固有値分解により信号固有空間をもとめ、計
測データの信号固有空間への射影長を規範として１次元
的に到来方向θを探索することにより、従来の電界アン
テナと比べ極めて小型のアレー構成で低周波電磁波の到
来方向を高精度に推定できるという効果がある。
【００８１】また、前記演算手段として、前記共分散行
列推定装置の出力から固有値分解により雑音固有空間を
算出する雑音固有空間算出手段と、前記雑音固有空間算
出手段により算出される雑音固有空間への射影長の逆数
に基づき到来方向を代数的に算出する雑音固有空間推定
手段とを備えたので、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテ
ナの出力を使用して素子方向の計測信号の共分散行列を
時間軸方向に平均値処理することで共分散行列を推定し
た後、共分散行列の固有値分解により雑音固有空間を求
め、計測データの雑音固有空間への射影長の逆数となる
ＭＵＳＩＣスペクトルを最大とする規範を用い、ＭＵＳ
ＩＣスペクトルの分母関数の最小値で求められる到来方
向θを探索することなく対数的に算出することにより、
従来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー構成で低
周波電磁波の到来方向を高精度に推定できるという効果
がある。
列推定装置の出力から固有値分解により雑音固有空間を
算出する雑音固有空間算出手段と、前記雑音固有空間算
出手段により算出される雑音固有空間への射影長の逆数
に基づき到来方向を代数的に算出する雑音固有空間推定
手段とを備えたので、円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテ
ナの出力を使用して素子方向の計測信号の共分散行列を
時間軸方向に平均値処理することで共分散行列を推定し
た後、共分散行列の固有値分解により雑音固有空間を求
め、計測データの雑音固有空間への射影長の逆数となる
ＭＵＳＩＣスペクトルを最大とする規範を用い、ＭＵＳ
ＩＣスペクトルの分母関数の最小値で求められる到来方
向θを探索することなく対数的に算出することにより、
従来の電界アンテナと比べ極めて小型のアレー構成で低
周波電磁波の到来方向を高精度に推定できるという効果
がある。
【００８２】さらに、前記円周配置ＳＱＵＩＤアレーア
ンテナの出力信号に対し、時間軸ウエーブレット変換し
た出力を前記共分散行列推定手段に送出する時間軸ウエ
ーブレット変換手段をさらに備えたので、時間軸方向の
ウエーブレト変換を前処理として付加することにより波
束状の到来波に対し、到来波の時間・周波数・到来方向
を得ることを可能とする。
ンテナの出力信号に対し、時間軸ウエーブレット変換し
た出力を前記共分散行列推定手段に送出する時間軸ウエ
ーブレット変換手段をさらに備えたので、時間軸方向の
ウエーブレト変換を前処理として付加することにより波
束状の到来波に対し、到来波の時間・周波数・到来方向
を得ることを可能とする。
【図１】 この発明の実施の形態１に係る電磁波の到来
方向推定装置を示す構成図である。
方向推定装置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態２に係る電磁波の到来
方向推定装置を示す構成図である。
方向推定装置を示す構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態３に係る電磁波の到来
方向推定装置を示す構成図である。
方向推定装置を示す構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態４に係る電磁波の到来
方向推定装置を示す構成図である。
方向推定装置を示す構成図である。
【図５】 この発明の実施の形態５に係る電磁波の到来
方向推定装置を示す構成図である。
方向推定装置を示す構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態６に係る電磁波の到来
方向推定装置を示す構成図である。
方向推定装置を示す構成図である。
【図７】 従来の電界アンテナによる到来方向推定装置
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図８】 ＳＱＵＩＤの方向特性を説明する図である。
【図９】 円周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナの構成を
説明する図である。
説明する図である。
１ 電界アンテナアレー、２ ビーム選択装置、３ 円
周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ、４ 時間軸ＦＦＴ装
置、５ 素子軸最小二乗探索装置、６ 素子軸ＦＦＴ装
置、７ 共分散行列推定装置、８ 最尤推定探索装置、
９ 信号固有空間算出装置、１０ 信号固有空間射影探
索装置、１１ 雑音固有空間算出装置、１２ 雑音固有
空間射影推定装置、１３ 時間軸ウエーブレット変換装
置。
周配列ＳＱＵＩＤアレーアンテナ、４ 時間軸ＦＦＴ装
置、５ 素子軸最小二乗探索装置、６ 素子軸ＦＦＴ装
置、７ 共分散行列推定装置、８ 最尤推定探索装置、
９ 信号固有空間算出装置、１０ 信号固有空間射影探
索装置、１１ 雑音固有空間算出装置、１２ 雑音固有
空間射影推定装置、１３ 時間軸ウエーブレット変換装
置。
Claims (9)
- 【請求項１】 電磁波の磁界成分を検出するＳＱＵＩＤ
（SuperconductingQUantum Interference Device：超伝
導量子干渉素子）アレーを円周状に配置した円周配置Ｓ
ＱＵＩＤアレーアンテナと、 前記円周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力に基づい
て電磁波の到来方向を推定する到来方向推定手段とを備
えた電磁波の到来方向推定装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の電磁波の到来方向推定
装置において、 前記到来方向推定手段は、 前記円周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力から時間
軸方向にフーリエ変換する時間軸ＦＦＴ手段と、 前記時間軸ＦＦＴ手段の出力から素子方向について到来
方向を求める演算手段とを備えたことを特徴とする電磁
波の到来方向推定装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の電磁波の到来方向推定
装置において、 前記演算手段は、 前記時間軸ＦＦＴ手段の出力から素子方向について最小
二乗法により到来方向を探索する素子軸最小二乗探索手
段であることを特徴とする電磁波の到来方向推定装置。 - 【請求項４】 請求項２に記載の電磁波の到来方向推定
装置において、 前記演算手段は、 前記時間軸ＦＦＴ手段の出力から素子方向についてフー
リエ変換する素子軸ＦＦＴ手段であることを特徴とする
電磁波の到来方向推定装置。 - 【請求項５】 請求項１に記載の電磁波の到来方向推定
装置において、 前記到来方向推定手段は、 前記円周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力から共分
散行列を求め時間方向に平均処理にて共分散行列の推定
を行う共分散行列推定手段と、 前記共分散行列推定手段の出力から到来方向を求める演
算手段とを備えたことを特徴とする電磁波の到来方向推
定装置。 - 【請求項６】 請求項５に記載の電磁波の到来方向推定
装置において、 前記演算手段は、 前記共分散行列推定手段の出力から最尤推定原理に基づ
き到来方向を１次元探索する最尤推定探索手段であるこ
とを特徴とする電磁波の到来方向推定装置。 - 【請求項７】 請求項５に記載の電磁波の到来方向推定
装置において、 前記演算手段は、 前記共分散行列推定手段の出力から固有値分解により信
号固有空間を算出する信号固有空間算出手段と、 前記信号固有空間算出手段により算出される信号固有空
間への射影長に基づき到来方向を１次元探索する信号固
有空間探索手段とを備えたことを特徴とする電磁波の到
来方向推定装置。 - 【請求項８】 請求項５に記載の電磁波の到来方向推定
装置において、 前記演算手段は、 前記共分散行列推定装置の出力から固有値分解により雑
音固有空間を算出する雑音固有空間算出手段と、 前記雑音固有空間算出手段により算出される雑音固有空
間への射影長の逆数に基づき到来方向を代数的に算出す
る雑音固有空間推定手段とを備えたことを特徴とする電
磁波の到来方向推定装置。 - 【請求項９】 請求項５ないし８のいずれかに記載の電
磁波の到来方向推定装置において、 前記円周配置ＳＱＵＩＤアレーアンテナの出力信号に対
し、時間軸ウエーブレット変換した出力を前記共分散行
列推定手段に送出する時間軸ウエーブレット変換手段を
さらに備えたことを特徴とする電磁波の到来方向推定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000156742A JP2001337148A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 電磁波の到来方向推定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000156742A JP2001337148A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 電磁波の到来方向推定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001337148A true JP2001337148A (ja) | 2001-12-07 |
Family
ID=18661489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000156742A Pending JP2001337148A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 電磁波の到来方向推定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001337148A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005241452A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Mitsubishi Electric Corp | 測角方法及び装置 |
| JP2007040806A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Denso Corp | レーダ装置 |
| JP2007064667A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Mitsubishi Electric Corp | 電波方向探知装置 |
| JP2007327942A (ja) * | 2006-05-12 | 2007-12-20 | Mitsubishi Electric Corp | レーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法 |
| JP2008304417A (ja) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Mitsubishi Electric Corp | レーダ装置 |
| JP2011047864A (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | パルス性電波雑音の到来方向探査方法及び装置 |
| CN106093871A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-11-09 | 河海大学 | 基于经验模态分解的智能天线波达方向估计***及方法 |
| CN106443571A (zh) * | 2016-09-05 | 2017-02-22 | 东南大学 | 一种保角变换旋转不变子空间波达方向估计方法 |
| CN109239646A (zh) * | 2018-09-01 | 2019-01-18 | 哈尔滨工程大学 | 一种冲击噪声环境下连续量子水蒸发的二维动态测向方法 |
| CN109270483A (zh) * | 2018-08-27 | 2019-01-25 | 西安电子科技大学 | 三维阵虚拟扩展相干源二维波达方向估计方法 |
| CN113238184A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-10 | 宁波大学 | 一种基于非圆信号的二维doa估计方法 |
-
2000
- 2000-05-26 JP JP2000156742A patent/JP2001337148A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005241452A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Mitsubishi Electric Corp | 測角方法及び装置 |
| JP4488177B2 (ja) * | 2004-02-26 | 2010-06-23 | 三菱電機株式会社 | 測角方法及び装置 |
| JP2007040806A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Denso Corp | レーダ装置 |
| JP2007064667A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Mitsubishi Electric Corp | 電波方向探知装置 |
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| US7579982B2 (en) | 2007-06-11 | 2009-08-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Radar apparatus |
| JP4545174B2 (ja) * | 2007-06-11 | 2010-09-15 | 三菱電機株式会社 | レーダ装置 |
| JP2011047864A (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | パルス性電波雑音の到来方向探査方法及び装置 |
| CN106093871A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-11-09 | 河海大学 | 基于经验模态分解的智能天线波达方向估计***及方法 |
| CN106443571A (zh) * | 2016-09-05 | 2017-02-22 | 东南大学 | 一种保角变换旋转不变子空间波达方向估计方法 |
| CN109270483A (zh) * | 2018-08-27 | 2019-01-25 | 西安电子科技大学 | 三维阵虚拟扩展相干源二维波达方向估计方法 |
| CN109239646A (zh) * | 2018-09-01 | 2019-01-18 | 哈尔滨工程大学 | 一种冲击噪声环境下连续量子水蒸发的二维动态测向方法 |
| CN109239646B (zh) * | 2018-09-01 | 2023-03-31 | 哈尔滨工程大学 | 一种冲击噪声环境下连续量子水蒸发的二维动态测向方法 |
| CN113238184A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-10 | 宁波大学 | 一种基于非圆信号的二维doa估计方法 |
| CN113238184B (zh) * | 2021-05-17 | 2023-10-13 | 宁波大学 | 一种基于非圆信号的二维doa估计方法 |
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