JP2004108851A - 測角装置及びこの測角装置を用いた通信装置 - Google Patents
測角装置及びこの測角装置を用いた通信装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】信号源と測角装置の距離に応じて測角手段を制御することにより、さまざまな状況に適した測角アルゴリズムを提供し、信頼性の高い測角を行なう。
【解決手段】複数の受信アンテナ素子と、アンテナ素子に対応した複数の受信器と、信号源との距離を測定する測距離器と、信号源との距離に応じて測角手段を選択する制御手段と、複数の測角手段を有する測角器から構成される測角装置であり、信号源と測角装置の距離を測定し、測距離結果を基に信号源の状況に適した測角アルゴリズムを適用し、測角を行なう。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の受信アンテナ素子と、アンテナ素子に対応した複数の受信器と、信号源との距離を測定する測距離器と、信号源との距離に応じて測角手段を選択する制御手段と、複数の測角手段を有する測角器から構成される測角装置であり、信号源と測角装置の距離を測定し、測距離結果を基に信号源の状況に適した測角アルゴリズムを適用し、測角を行なう。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置や移動通信の基地局、無線ＬＡＮのアクセスポイント等に適用できる到来波の測角装置、及びこの測角装置を用いた通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーダ装置や移動通信の基地局、無線ＬＡＮのアクセスポイントにおいては到来する電磁波の方向を精度よく、少ない演算量、高い信頼性で推定する測角装置が望まれている。
【０００３】
高精度・高分解能に測角を行なう推定手法としてアレイアンテナの各素子の受信信号を基にするＭＵＳＩＣ （Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ） 法（例えば非特許文献１）やＥＳＰＲＩＴ （Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ） 法（例えば非特許文献２）等が存在する。
【０００４】
しかし、これらの推定法は固有値演算を行なうため演算量がアンテナ素子数の３乗に比例して増加してしまう。
【０００５】
また、これらの推定法は到来する電磁波の信号源が点波源であることを想定した手法であるため、信号源が点波源でない場合は特性が劣化してしまう問題点がある。
【０００６】
信号源と測角装置の距離が信号源の大きさに比べて十分離れている場合、信号源は点波源とみなせるが、両者が近接している場合は信号源を点波源とみなせなくなる。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｒ。 Ｏ。 Ｓｃｈｍｉｔ、 ｀｀Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ、” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ。 Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇａｔ。 ｖｏｌ。 ＡＰ−３４、 ｎｏ。 ３、 ｐｐ。 ２７６−２８０、 Ｍａｒｃｈ １９８６。
【０００８】
【非特許文献２】
Ｒ。 Ｒｏｙ ａｎｄ Ｔ。 Ｋａｉｌａｔｈ、 ｀｀ＥＳＰＲＩＴ−Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ。 Ａｃｏｕｓｔ。、 Ｓｐｅｅｃｈ、 Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、 ｖｏｌ。 ３７、 ｐｐ。９８４−９９５、 Ｊｕｌｙ １９８６。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、信号源が遠方にある場合は信号源が点波源とみなせるため、ＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法などの高分解能推定法を用いることによって高い精度で推定を実現することができる。
【００１０】
しかし、信号源が近接し、なおかつ移動している場合（または受信装置が移動している場合）は遠方に存在する場合に比べて方向の変動が激しいため頻繁に測角を行なう必要があり、演算負荷が大きい手法を適用することが困難になる。
【００１１】
また、信号源が移動はしていなくても近接している場合は、信号源の大きさが無視できず信号源を点波源とみなせなくなってしまう。この結果、信号は特定の方向を中心に多数の方向から到来する（角度広がり）ようになり、到来方向推定精度は劣化し、不安定な推定結果を出力してしまうことになる。
【００１２】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、演算負荷をそれほど増やすことなく測角の信頼性を向上させた測角装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の測角装置は、複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子のそれぞれに対応して設けられ、前記アンテナ素子の信号が入力される複数の受信器と、前記複数のアンテナ素子へ到来してくる信号源との距離を測定する測距離手段と、前記複数の受信器で受信した信号がそれぞれ入力され、前記信号源の到来方向を推定するするとともに、その到来方向推定の演算量が異なる複数の測角手段を有する測角器と、前記複数の測角手段の中の一つを選択する制御手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１４】
これによれば、測距離を行った結果、信号源が遠距離に存在する場合は信号源が点波源とみなせ、方向の変動も比較的小さいため高分解能推定法を用いるように制御装置は測角法を選択し、測角を行なう。
【００１５】
また、信号源が近接している場合、制御装置は測角法を高分解能推定法から分解能は低いが信頼性の高い推定法を選択し、測角を行なう。この場合、推定精度・分解能は劣化するが、ターゲットが至近距離にあるならばそれほど高い分解能は必要なく、信頼性の高い測角を実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の一つの実施の形態について本発明の測角装置１００を通信装置である無線基地局１１０に適用したものを用いて図１を参照しながら説明する。
【００１７】
この第１の実施の形態では、基地局１１０に測角装置１００が搭載され、測角装置からの信号が基地局に供給される構成を示している。測角装置１００は複数の受信アンテナ素子１−１〜１−ｎから構成される受信アンテナ１、アンテナ素子と同数の複数の受信器２−１〜２−ｎ、複数の測角手段を適用できる測角器５、信号源との距離に応じて測角手段を選択する制御装置４、信号源と測角装置の距離を測定する測距離器３、測距離器３に接続された送信アンテナ６から構成される。
【００１８】
また、測角器５にはＭＵＳＩＣ法による測角を行なうＭＵＳＩＣ測角器５−１とビームフォーマー法による測角を行なうビームフォーマー測角器５−２が設けられ、ＭＵＳＩＣ測角器５−１及びビームフォーマー測角器５−２には受信器２−１〜２−ｎの信号がそれぞれ入力される。さらに、測距離器３によって測定された信号源の距離を基に制御装置４からの制御信号によりスイッチ５−３が切り替わりＭＵＳＩＣ測角器又はビームフォーマー測角器の出力が出力される。
【００１９】
なお、この実施の形態では受信アンテナの数を８本（ｎ＝８）とするが、ｎの数はいくつでも良い。
【００２０】
以下に本実施の形態の詳細について説明する。
【００２１】
はじめに受信アンテナ１について説明する。受信アンテナ１は指向性アンテナを形成してもよいし、無指向性アンテナを形成してもよく、所望の周波数帯域において到来する電波を受信するように設計してあれさえすればよいが、ここでは無指向性アンテナが形成されている。
【００２２】
次に受信器２は、周波数変換器やフィルタ、増幅器、ＡＧＣ （Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、Ａ／Ｄ変換機などから構成され、受信アンテナ１で受信したアナログ信号を測角器５が適用できるようにディジタル信号に変換する装置である。
【００２３】
次に測距離器３について説明する。測距離器３は測角を行ないたい到来波の信号源と本発明の測角装置との距離を求める装置である。
【００２４】
測距離器３の例として広帯域な孤立パルスを送信する手法について説明する。広帯域パルスは時間領域の波形がインパルス信号に近いので、広帯域な孤立パルスを送信アンテナ６から送信し、信号源で反射された受信信号を観測することにより直接インパルス応答を測定することができる。このようにして得られたインパルス応答から本発明の測角装置と信号源の間の信号の伝搬時間を推定することができ、信号源と本発明装置との距離を測定することができる。
【００２５】
この測距離器５の測距離の結果から制御装置４が測角手段を選択する。すなわち、制御装置４にはありかじめ設定された閾値をもっており、測距離器５からの測距離値が閾値より大きい場合は信号源は測角装置から遠距離にあると判断し、ＭＵＳＩＣ測角器５−１を選択し、閾値より小さい場合は信号源は測角装置から近距離にあると判断し、ビームフォーマー測角器５−２を選択する。
【００２６】
ここで、図２に示すように到来波の測角を行ないたい信号源２０２とは、レーダ装置のようにターゲットからの直接波を受信する場合はターゲットを表す。また、移動通信のように見通し外伝搬で、電磁波が周囲の建物等から反射や散乱・回折して到来する場合は図３のように周囲の建物等を含めて一つの信号源３０２と考える。
【００２７】
また、図４（ａ）のように信号源４０１と測角装置１００の距離が十分離れている場合は信号源４０１を点波源とみなすことができる。また、信号源４０１が遠距離に存在する場合、信号源４０１、又は測角装置１００が移動していても信号の到来方向はそれほど大きく変動しない。よって、ある程度演算負荷が大きい手法を適用することができる。
【００２８】
次に、図４（ｂ）のように信号源４０２と測角装置１００の距離が近接している場合、信号源４０２が遠方に存在する時と同じ距離を移動しただけでも信号の到来方向は大きく変化してしまう。よって、測角装置１００は遠方に信号源が存在する場合よりも頻繁に測角結果を出力することが必要となり、演算負荷が小さい手法を適用する。
【００２９】
すなわち、信号源が至近距離に存在すると、信号源を点波源とみなすことができなくなる。このような状況でＭＵＳＩＣ測角器５−１のような高分解能な測角手段を用いると、近接した方向から到来し、分離不可能な多数の信号を分離しようと動作してしまうため、十分な特性が得られず不安定な結果を出力してしまう。
【００３０】
この時、制御装置４は分解能がＭＵＳＩＣ測角器５−１よりも低い測角手段である測角を行なうことを選択する。分解能を落とすことによって近接した信号を分離することはできなくなるが、単一の信号源に対しては信号源を点波源とみなせるようになるため測角の信頼性が高くなる。
【００３１】
本実施の形態の測角器５では、演算負荷が大きく分解能が大きいＭＵＳＩＣ法を用いた測角器と演算負荷が小さく分解能が小さいビームフォーマー法を用いた測角器を適用し、それぞれを切り替えている。
【００３２】
したがって、あらかじめ設定した閾値をもとに遠距離の場合はＭＵＳＩＣ測角器５−１を選択し、近距離の場合はビームフォーマー測角器５−２を選択することにより、追従特性が高い測角を提供することができる。また、この測角装置１００からの測角信号を基地局１１０に供給することにより、基地局１１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
【００３３】
なお、演算負荷が大きく分解能が大きい測角器としてＭＵＳＩＣ法を用いたＭＵＳＩＣ測角器を説明したが、高分解能推定法の一つであるＥＳＰＲＩＴ法を用いた測角器を適用しても良く、ビームフォーマー測角器のかわりに、ＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法等に比較して分解能は落ちるものの演算負荷の小さいＣａｐｏｎ法を用いた測角器を適用しても良い。
【００３４】
以上説明したように、本発明においては信号源が遠方に存在する場合、制御装置４が高分解能推定法であるＭＵＳＩＣ法を選択し測角を行なう。この結果、推定精度の高い測角を提供することができる。また、これらの手法は複数の信号を分離する能力も高いことから、複数の信号源について測角を行なうことが可能となる。また、信号源が近方に存在する場合、制御装置４が低分解能推定法であるビームフォーマー法を選択し測角を行なう。この結果、信号源が点波源とみなせない場合でも測角を行なうことができる。したがって、距離に応じて追従特性が高く、信頼性の高い測角を提供することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では測距離器からは送信アンテナ６を通して孤立パルスを送信する例を示しているが、他の例として、Ｍ系列のように自己相関特性の鋭い信号系列を用いる手法も可能である（参考文献：Ｄ．Ｃ．Ｃｏｘ ａｎｄ Ｒ．Ｐ．Ｌｅｃｋ，”Ｄｅｌａｙ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｔ ９１０ＭＨｚ ｉｎ ａ ＳｕｂｕｒｂａｎＭｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇａｔ．，ｖｏｌ． ＡＰ−２０，ｎｏ．５，ｐｐ．６２５−６３５，Ｓｅｐｔ．，１９７２）。前述した広帯域な孤立パルスを送信する手法は増幅器への負担が大きく、大規模なレーダ装置では実用可能だが、移動通信や無線ＬＡＮに適用することは困難である。そこで、自己相関特性の鋭い信号系列を送信アンテナから送信し、信号源で反射された信号を受信し、受信信号と送信信号の相互相関を求める。前記信号は自己相関関数がインパルス信号に近い形状をしているため、受信信号と送信信号の相互相関信号はインパルス応答と等価になる。以上の測定によりインパルス応答から伝搬時間を求め、信号源と本発明の測角装置との距離を推測することができる
なお、測距離を行なう手法として上記の２つの例を示したが、本発明では測距離をこれら２つの手法に限定するものではなく、他のいかなる手法を用いても構わない。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図５を用いて説明する。
【００３６】
この第２の実施の形態では測角装置５００は、複数の受信アンテナ素子５１−１〜５１−ｎから構成される受信アンテナ５１、アンテナ素子と同数の複数の受信器５２−１〜５２−ｎ、受信器５２−１〜５２−ｎの出力が入力され、この入力された受信信号の中のいくつかを選択的に出力するスイッチ回路５８、選択された受信出力が入力され、ＭＵＳＩＣ法により信号源の測角を行なう測角器５５、信号源との距離に応じてスイッチ５８を操作して出力する受信信号を選択する制御装置５４、信号源と測角装置の距離を測定する測距離器５３、測距離器５３に接続された送信アンテナ５６から構成される。
【００３７】
さらに、測角装置５００は基地局５１０に搭載され、測角装置の測角データが基地局に供給される。
【００３８】
この図５の測角装置は図１の測角装置と比較して、複数の受信アンテナ素子５１−１〜５１−ｎ、受信器５２−１〜５２−ｎ、測距離器５３、送信アンテナ５７は同じものであり、異なる点は、信号源の距離に応じて制御装置５４が測角に用いるアンテナ素子５−１〜５−ｎ、受信器５−１〜５−ｎの数を減らして測角を行なう点である。
【００３９】
この測角装置５００では、測距離器５３からの測距離の結果から制御装置５４がスイッチ５７に制御信号を供給し、測角器５５に供給する受信信号を選択する。測角器５５に供給する受信信号が減れば測角を行なうアルゴリズムの演算負荷が小さくなることから、信号源が頻繁に移動し分解能が低くてよい近距離での測角に適用できる。
【００４０】
すなわち、制御装置５４ではスイッチ５７を操作して、測距離器５３からの測距離値があらかじめ設定された閾値より大きい場合は信号源は測角装置５００から遠距離にあると判断し、測角器５５に供給する受信信号の数を最大の数とし、演算負荷が大きく分解能が大きい測角を行い、閾値より小さい場合は信号源は測角装置５００から近距離にあると判断し、測角器５５に供給する受信信号の数を減らして、演算負荷が小さく分解能が小さい測角を行っている。
【００４１】
これにより、距離に応じて追従特性が高く、信頼性の高い測角を提供することができる。
【００４２】
以上説明したように、本発明においては信号源の距離に応じて制御装置５４が測角に用いるアンテナ５１と受信器５２を制限する。この結果、分解能を調整することが可能となり、信号源が遠方に存在する場合は高い分解能・高い精度で測角を提供し、信号源が近接している場合は信頼性の高い測角、演算負荷の小さい測角装置を提供することができる。また、この測角装置５００からの測角信号を基地局５１０に供給することにより、基地局５１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
【００４３】
なお、スイッチ５７により受信信号の数を選択する場合、選択する受信数（アンテナ素子）は任意に行なうことにより、上記の効果は得られるが、測角の分解能はアンテナの開口長に左右されるので、開口長を小さくするように選択する受信信号数を選択することも可能である。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について図６を用いて説明する。
この実施の形態は第１の実施の形態で示した距離に応じて測角器を選択する構成と第２の実施の形態で示した距離に応じてアンテナ素子数（受信信号の数）を選択したものを組み合せたものである。
【００４４】
すなわち、第３の実施の形態では測角装置６００は、複数の受信アンテナ素子６１−１〜６１−ｎから構成される受信アンテナ６１と、アンテナ素子と同数の複数の受信器６２−１〜６２−ｎと、受信器６２−１〜６２−ｎの出力が入力され、この入力された受信信号の中のいくつかを選択的に出力するスイッチ６７と、選択された受信出力が入力され、ＭＵＳＩＣ法により信号源の測角を行なうＭＵＳＩＣ測角器６５−１及びビームフォーマー法により信号源の測角を行なうビームフォーマー測角器６５−２からなる測角器６５、信号源との距離に応じてスイッチ６７を操作して出力する受信信号を選択するとともにＭＵＳＩＣ測角器６５−１及びビームフォーマー測角器６５−２のいづれか一つを選択する制御装置６４、信号源と測角装置の距離を測定する測距離器６３、測距離器６３に接続された送信アンテナ６６から構成される。
【００４５】
さらに、測角装置６００は基地局６１０に搭載され、測角装置の測角データが基地局に供給される。
【００４６】
図６の実施の形態では信号源と本発明の測角装置との距離に応じて、例えば以下に示すようにＭＵＳＩＣ測角器６５−１、ビームフォーマー測角器６５−２、アンテナ素子６１−１〜６１−ｎ数を選択することが可能である。
【００４７】
【表１】
【００４８】
これにより、距離に応じて追従特性が高く、信頼性の高い測角を測角装置を提供することができる。また、この測角装置６００からの測角信号を基地局６１０に供給することにより、基地局６１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について図７を用いて説明する。
【００４９】
この第４の実施の形態では測角装置７００は、複数の受信アンテナ素子７１−１〜７１−ｎから構成される受信アンテナ７１と、アンテナ素子と同数の複数の受信器７２−１〜７２−ｎと、複数の測角手段を適用できる測角器７５と、測角器７５の測角結果に応じて測角手段を選択する制御装置７４から構成される。
【００５０】
さらに、測角装置７００は基地局７１０に搭載され、測角装置の測角データが基地局に供給される。
【００５１】
また、測角器７５にはＭＵＳＩＣ測角器７５−１とビームフォーマー測角器７５−２が設けられ、これらの測角器には受信器７２−１〜７２−ｎの信号がそれぞれ入力され、制御装置７４からの制御信号によりスイッチが切り替わりＭＵＳＩＣ測角器７５−１又はビームフォーマー測角器７５−２の出力が出力される。ここではＭＵＳＩＣ測角器７５−１ではＭＵＳＩＣ法による測角を行い、ビームフォーマー測角器７５−２ではビームフォーマー法による測角が行われている。
【００５２】
次に、この実施の形態の動作について説明する。この実施の形態では、信号源と測角装置の距離が時間とともに徐々に近接する状況を想定している。
【００５３】
信号源が測角装置７００に近づく場合は時間とともに角度広がりが大きくなっていき、始めのうちは点波源とみなせた信号源が点波源とみなせなくなる。以上のような状況で、本実施の形態では測角の結果から測角手段を制御する。
【００５４】
すなわち、始めに制御装置７０から測角器７５に対してＭＵＳＩＣ測角器７５−１を選択する制御信号が送られ、ＭＵＳＩＣ測角器７５−１が動作する。信号源が点波源とみなせるほど遠方に存在するので、高い精度・高い分解能で測角を行なうことができる。
【００５５】
この後、信号源が近接するに従い角度広がりが無視できなくなり、ＭＵＳＩＣ測角器７５−１の出力は信号源を一つの信号源とみなせず、単一の信号源に対して複数の信号源が存在するような出力をしてしまう。このような現象が生じた時に制御装置７４は測角手段を分解能が低いビームフォーマー測角器７５−２に切り替える。この結果、測角器７５は信号源を再び単一の信号源とみなすことができる。
【００５６】
このようにこの実施の形態では、測角結果を基に測角結果を制御することによって単一の信号源から複数の信号が到来するほど信号源との距離が近接した場合でも信号源を一つとみなせることができ、信頼性が高い測角を提供することができる。この装置を車載レーダに搭載することにより、障害物に近接した場合に複数の障害物が存在するような誤動作を起こすことがなくなり、安全性が向上する。また、この測角装置７００からの測角信号を基地局７１０に供給することにより、基地局７１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について図８を用いて説明する。
【００５７】
測角装置８００は、複数の受信アンテナ素子８１−１〜８１−ｎから構成される受信アンテナ８１と、アンテナ素子と同数の複数の受信器８２−１〜８２−ｎと、受信器８２−１〜８２−ｎの出力が入力され、この入力された受信信号の中のいくつかを選択的に出力するスイッチ８７と、選択された受信出力が入力され、ＭＵＳＩＣ法により信号源の測角を行なう測角器８５と、測角器８５の測角結果に応じてスイッチ８７を操作して出力する受信信号を選択する制御装置８４から構成される。
【００５８】
さらに、測角装置８００は基地局８１０に搭載され、測角装置の測角データが基地局に供給される。
【００５９】
この図８の測角装置は図７の測角装置と比較して、複数の受信アンテナ素子８１−１〜８１−ｎ、受信器８２−１〜８２−ｎ、測距離器８３、送信アンテナ８７は同じものであり、異なる点は、信号源の距離に応じて制御装置８４が測角に用いるアンテナ素子８１−１〜８１−ｎ、受信器８２−１〜８２−ｎの数を減らして測角を行なう点である。
【００６０】
この実施の形態は図５の説明で示したように測角器８５に供給する受信信号が減れば測角を行なうアルゴリズムの演算負荷が小さくなることから、信号源が頻繁に移動し、点波源とみなされず、分解能が低くてよい近距離での測角に適用できる。
【００６１】
次に、この実施の形態の動作について説明する。この実施の形態では、信号源と測角装置の距離が時間とともに徐々に近接する状況を想定している。
【００６２】
信号源が測角装置に近づく場合は時間とともに角度広がりが大きくなっていき、始めのうちは点波源とみなせた信号源が点波源とみなせなくなる。以上のような状況で、本実施の形態では測角の結果から測角手段を制御する。
【００６３】
すなわち、始めに制御装置８４から測角器８５に対してすべての受信信号が測角器８５に供給されるようにスイッチ８７を選択する制御信号が送られ、測角器８５が動作する。信号源が点波源とみなせるほど遠方に存在するので、高い精度・高い分解能で測角を行なうことができる。
【００６４】
この後、信号源が近接するに従い角度広がりが無視できなくなり、ＭＵＳＩＣ測角器８５の出力は信号源を一つの信号源とみなせず、単一の信号源に対して複数の信号源が存在するような出力をしてしまう。このような現象が生じた時に制御装置８４はスイッチを切り替えて受信信号の数を減らして測角器に供給する。この結果、８８測角器は信号源を再び単一の信号源とみなすことができる。また、この測角装置８００からの測角信号を基地局８１０に供給することにより、基地局８１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について図９を用いて説明する。
【００６５】
この実施の形態では距離と測角結果に応じて測角法を変えるものである。
【００６６】
この実施の形態の測角装置９００は、複数の受信アンテナ素子９１−１〜９１−ｎから構成される受信アンテナ９１と、アンテナ素子と同数の複数の受信器９２−１〜９２−ｎと、複数の測角手段を適用できる測角器９５と、信号源との距離及び測角器９５の測角結果に応じて測角手段を選択する制御装置９４４、信号源と測角装置の距離を測定する測距離器９３、及び測距離器９３に接続された送信アンテナ９７から構成される。
【００６７】
さらに、測角装置９００は基地局９１０に搭載され、測角装置の測角データが基地局に供給される。
【００６８】
また、測角器９５にはＭＵＳＩＣ測角器９５−１とビームフォーマー測角器９５−２が設けられ、これらの測角器には受信器９２−１〜９２−ｎの信号がそれぞれ入力され、測距離器９３によって測定された信号源の距離及び測角器９５の出力を基に制御装置９４からの制御信号によりスイッチ９８が切り替わりＭＵＳＩＣ測角器９５−１又はビームフォーマー測角器９５−２の出力が出力される。ここではＭＵＳＩＣ測角器９５−１ではＭＵＳＩＣ法による測角を行い、ビームフォーマー測角器９５−２ではビームフォーマー法による測角が行われている。
【００６９】
この実施の形態では、上述した実施の形態と同様に、信号源が測角装置に近づく場合は時間とともに角度広がりが大きくなっていき，始めのうちは点波源とみなせた信号源が点波源とみなせなくなり、測距離の結果と測角の結果から測角手段を制御する。
【００７０】
次に図９に示した測角装置９００の動作を図１０のフローチャートにそって説明する。始めに測角装置９００がアンテナ９１により信号源からの信号を受信（ＳＴＥＰ１）したら、測距離器９３により信号源の距離を測定する（ＳＴＥＰ２）。
【００７１】
このとき、信号源が点波源とみなせるほど遠方に存在する時、制御装置９４は測距離の結果を基に分解能の高いＭＵＳＩＣ測角器を選択し（ＳＴＥＰ３），高い精度・高い分解能で測角を行い、複数の信号源の測角結果を提供することができる。
【００７２】
この後、信号源が近接するに従い角度広がりが無視できなくなり、信号源を一つの信号源とみなせず、単一の信号源に対して複数の信号源が存在するような出力をしてしまう。このような現象が生じた時に制御装置９４は測角手段を分解能が低いビームフォーマー測角器に切り替える（ＳＴＥＰ４）。この結果、測角器は信号源を再び単一の信号源とみなすことができる。
【００７３】
さらに信号が近接し，信号源を点波源とみなせなくなった場合、制御装置９４は分解能をさらに低くするように制御を行なう（ＳＴＥＰ５）。これを繰り返すことによって常に安定した測角結果を提供することが可能となる。
【００７４】
したがって、この実施の形態では測角結果を基に測角結果を制御することによって単一の信号源から複数の信号が到来するほど信号源との距離が近接した場合でも信号源を一つとみなせることができ，信頼性が高い測角を提供することができる。また、この測角装置９００からの測角信号を基地局９１０に供給することにより、基地局９１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
【００７５】
なお、この第５の実施の形態においても第２の実施の形態と同様に受信器と測角器との間にスイッチを設け、測角器に供給する受信信号変えることにより測角を行なうアルゴリズムの演算負荷を変えることができ、これにより距離に応じて追従特性が高く、信頼性の高い測角を提供することができる。
【００７６】
なお、上記第１乃至第６の実施の形態では信号源が測角装置に時間とともに近づく例をあげて説明したが、信号源が測角装置に時間とともに遠ざかる場合にも適用できる。これは、始めに制御装置で低い分解能または演算負荷が小さい測角手段を選択し、測角を行い、その後に信号源と測角装置との距離に応じて、又は測角器からの測角結果に基づいて測角手段を高い分解能または演算負荷が大きい測角手段に切り替えることにより行なうことができる。
【００７７】
また、上記第１乃至第６の実施の形態では測角器からの測角データを基地局７に供給しているが、基地局７の変わりに車載レーダに搭載することも可能である。これにより、衝突防止用のレーダとして用いると近距離に障害物が存在する場合でも障害物の位置の変化を的確に捉えることができるため、安全性が高まる。また、航空機のレーダに搭載した場合も同様に、障害物や航空機同士のニアミスを未然に防ぐことができる。
【００７８】
また、上記第１、第２、第３、第６の実施の形態では測距離器による信号源の距離の測定を送信アンテナから孤立パルスを送信して、この反射信号をもとに行っていたが、携帯無線システムのようにあらかじめ測角装置より無線端末（信号源）に対して、無線端末が出力する電波を通知し、無線端末からの出力電波を受信して受信信号の減衰度合いにより距離を測定することも可能である。
【００７９】
なお、各実施形態で例示した構成は一例であって、それ以外の構成を排除する趣旨のものではなく、例示した構成の一部を他のもので置き換えたり、例示した構成の一部を省いたり、例示した構成に別の機能を付加したり、それらを組み合わせたりすることなどによって得られる別の構成も可能である。また、例示した構成と論理的に等価な別の構成、例示した構成と論理的に等価な部分を含む別の構成、例示した構成の要部と論理的に等価な別の構成なども可能である。また、例示した構成と同一もしくは類似の目的を達成する別の構成、例示した構成と同一もしくは類似の効果を奏する別の構成なども可能である。
【００８０】
また、各種構成部分についての各種バリエーションは、適宜組み合せて実施することが可能である。
【００８１】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において種々変形して実施することができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、測角において信号源と本装置と距離を測定し、距離に応じて測角手段を制御するので、分解能の異なる測角手段、演算負荷が異なる測角手段を必要に応じて使い分けることができ、さまざまな伝播環境に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図２】信号源から直接波が到来し、信号源と本発明装置が近接している状況を説明する図
【図３】信号が見通し外伝搬路を通って伝搬し、信号源と本発明装置が近接している状況を説明する図
【図４】信号源と本発明装置の距離が遠方に存在する場合は信号源を点波源とみなせることを説明する図
【図５】本発明の他の実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図６】本発明の他の実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図７】本発明の他の実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図８】本発明の他の実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図９】本発明の他の実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図１０】本発明の他の実施形態に係る測角装置の動作を説明するフロー図
【符号の説明】
１００測角装置
１１０基地局
１受信アンテナ
１−１〜１−ｎアンテナ素子
２−１〜２−ｎ受信器
３測距離器
４制御装置
５測角器
５−１ＭＵＳＩＣ測角器
５−２ビームフォーマー測角器
５−３スイッチ
６送信アンテナ
７スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置や移動通信の基地局、無線ＬＡＮのアクセスポイント等に適用できる到来波の測角装置、及びこの測角装置を用いた通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーダ装置や移動通信の基地局、無線ＬＡＮのアクセスポイントにおいては到来する電磁波の方向を精度よく、少ない演算量、高い信頼性で推定する測角装置が望まれている。
【０００３】
高精度・高分解能に測角を行なう推定手法としてアレイアンテナの各素子の受信信号を基にするＭＵＳＩＣ （Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ） 法（例えば非特許文献１）やＥＳＰＲＩＴ （Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ） 法（例えば非特許文献２）等が存在する。
【０００４】
しかし、これらの推定法は固有値演算を行なうため演算量がアンテナ素子数の３乗に比例して増加してしまう。
【０００５】
また、これらの推定法は到来する電磁波の信号源が点波源であることを想定した手法であるため、信号源が点波源でない場合は特性が劣化してしまう問題点がある。
【０００６】
信号源と測角装置の距離が信号源の大きさに比べて十分離れている場合、信号源は点波源とみなせるが、両者が近接している場合は信号源を点波源とみなせなくなる。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｒ。 Ｏ。 Ｓｃｈｍｉｔ、 ｀｀Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ、” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ。 Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇａｔ。 ｖｏｌ。 ＡＰ−３４、 ｎｏ。 ３、 ｐｐ。 ２７６−２８０、 Ｍａｒｃｈ １９８６。
【０００８】
【非特許文献２】
Ｒ。 Ｒｏｙ ａｎｄ Ｔ。 Ｋａｉｌａｔｈ、 ｀｀ＥＳＰＲＩＴ−Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ。 Ａｃｏｕｓｔ。、 Ｓｐｅｅｃｈ、 Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、 ｖｏｌ。 ３７、 ｐｐ。９８４−９９５、 Ｊｕｌｙ １９８６。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、信号源が遠方にある場合は信号源が点波源とみなせるため、ＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法などの高分解能推定法を用いることによって高い精度で推定を実現することができる。
【００１０】
しかし、信号源が近接し、なおかつ移動している場合（または受信装置が移動している場合）は遠方に存在する場合に比べて方向の変動が激しいため頻繁に測角を行なう必要があり、演算負荷が大きい手法を適用することが困難になる。
【００１１】
また、信号源が移動はしていなくても近接している場合は、信号源の大きさが無視できず信号源を点波源とみなせなくなってしまう。この結果、信号は特定の方向を中心に多数の方向から到来する（角度広がり）ようになり、到来方向推定精度は劣化し、不安定な推定結果を出力してしまうことになる。
【００１２】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、演算負荷をそれほど増やすことなく測角の信頼性を向上させた測角装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の測角装置は、複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子のそれぞれに対応して設けられ、前記アンテナ素子の信号が入力される複数の受信器と、前記複数のアンテナ素子へ到来してくる信号源との距離を測定する測距離手段と、前記複数の受信器で受信した信号がそれぞれ入力され、前記信号源の到来方向を推定するするとともに、その到来方向推定の演算量が異なる複数の測角手段を有する測角器と、前記複数の測角手段の中の一つを選択する制御手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１４】
これによれば、測距離を行った結果、信号源が遠距離に存在する場合は信号源が点波源とみなせ、方向の変動も比較的小さいため高分解能推定法を用いるように制御装置は測角法を選択し、測角を行なう。
【００１５】
また、信号源が近接している場合、制御装置は測角法を高分解能推定法から分解能は低いが信頼性の高い推定法を選択し、測角を行なう。この場合、推定精度・分解能は劣化するが、ターゲットが至近距離にあるならばそれほど高い分解能は必要なく、信頼性の高い測角を実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の一つの実施の形態について本発明の測角装置１００を通信装置である無線基地局１１０に適用したものを用いて図１を参照しながら説明する。
【００１７】
この第１の実施の形態では、基地局１１０に測角装置１００が搭載され、測角装置からの信号が基地局に供給される構成を示している。測角装置１００は複数の受信アンテナ素子１−１〜１−ｎから構成される受信アンテナ１、アンテナ素子と同数の複数の受信器２−１〜２−ｎ、複数の測角手段を適用できる測角器５、信号源との距離に応じて測角手段を選択する制御装置４、信号源と測角装置の距離を測定する測距離器３、測距離器３に接続された送信アンテナ６から構成される。
【００１８】
また、測角器５にはＭＵＳＩＣ法による測角を行なうＭＵＳＩＣ測角器５−１とビームフォーマー法による測角を行なうビームフォーマー測角器５−２が設けられ、ＭＵＳＩＣ測角器５−１及びビームフォーマー測角器５−２には受信器２−１〜２−ｎの信号がそれぞれ入力される。さらに、測距離器３によって測定された信号源の距離を基に制御装置４からの制御信号によりスイッチ５−３が切り替わりＭＵＳＩＣ測角器又はビームフォーマー測角器の出力が出力される。
【００１９】
なお、この実施の形態では受信アンテナの数を８本（ｎ＝８）とするが、ｎの数はいくつでも良い。
【００２０】
以下に本実施の形態の詳細について説明する。
【００２１】
はじめに受信アンテナ１について説明する。受信アンテナ１は指向性アンテナを形成してもよいし、無指向性アンテナを形成してもよく、所望の周波数帯域において到来する電波を受信するように設計してあれさえすればよいが、ここでは無指向性アンテナが形成されている。
【００２２】
次に受信器２は、周波数変換器やフィルタ、増幅器、ＡＧＣ （Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、Ａ／Ｄ変換機などから構成され、受信アンテナ１で受信したアナログ信号を測角器５が適用できるようにディジタル信号に変換する装置である。
【００２３】
次に測距離器３について説明する。測距離器３は測角を行ないたい到来波の信号源と本発明の測角装置との距離を求める装置である。
【００２４】
測距離器３の例として広帯域な孤立パルスを送信する手法について説明する。広帯域パルスは時間領域の波形がインパルス信号に近いので、広帯域な孤立パルスを送信アンテナ６から送信し、信号源で反射された受信信号を観測することにより直接インパルス応答を測定することができる。このようにして得られたインパルス応答から本発明の測角装置と信号源の間の信号の伝搬時間を推定することができ、信号源と本発明装置との距離を測定することができる。
【００２５】
この測距離器５の測距離の結果から制御装置４が測角手段を選択する。すなわち、制御装置４にはありかじめ設定された閾値をもっており、測距離器５からの測距離値が閾値より大きい場合は信号源は測角装置から遠距離にあると判断し、ＭＵＳＩＣ測角器５−１を選択し、閾値より小さい場合は信号源は測角装置から近距離にあると判断し、ビームフォーマー測角器５−２を選択する。
【００２６】
ここで、図２に示すように到来波の測角を行ないたい信号源２０２とは、レーダ装置のようにターゲットからの直接波を受信する場合はターゲットを表す。また、移動通信のように見通し外伝搬で、電磁波が周囲の建物等から反射や散乱・回折して到来する場合は図３のように周囲の建物等を含めて一つの信号源３０２と考える。
【００２７】
また、図４（ａ）のように信号源４０１と測角装置１００の距離が十分離れている場合は信号源４０１を点波源とみなすことができる。また、信号源４０１が遠距離に存在する場合、信号源４０１、又は測角装置１００が移動していても信号の到来方向はそれほど大きく変動しない。よって、ある程度演算負荷が大きい手法を適用することができる。
【００２８】
次に、図４（ｂ）のように信号源４０２と測角装置１００の距離が近接している場合、信号源４０２が遠方に存在する時と同じ距離を移動しただけでも信号の到来方向は大きく変化してしまう。よって、測角装置１００は遠方に信号源が存在する場合よりも頻繁に測角結果を出力することが必要となり、演算負荷が小さい手法を適用する。
【００２９】
すなわち、信号源が至近距離に存在すると、信号源を点波源とみなすことができなくなる。このような状況でＭＵＳＩＣ測角器５−１のような高分解能な測角手段を用いると、近接した方向から到来し、分離不可能な多数の信号を分離しようと動作してしまうため、十分な特性が得られず不安定な結果を出力してしまう。
【００３０】
この時、制御装置４は分解能がＭＵＳＩＣ測角器５−１よりも低い測角手段である測角を行なうことを選択する。分解能を落とすことによって近接した信号を分離することはできなくなるが、単一の信号源に対しては信号源を点波源とみなせるようになるため測角の信頼性が高くなる。
【００３１】
本実施の形態の測角器５では、演算負荷が大きく分解能が大きいＭＵＳＩＣ法を用いた測角器と演算負荷が小さく分解能が小さいビームフォーマー法を用いた測角器を適用し、それぞれを切り替えている。
【００３２】
したがって、あらかじめ設定した閾値をもとに遠距離の場合はＭＵＳＩＣ測角器５−１を選択し、近距離の場合はビームフォーマー測角器５−２を選択することにより、追従特性が高い測角を提供することができる。また、この測角装置１００からの測角信号を基地局１１０に供給することにより、基地局１１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
【００３３】
なお、演算負荷が大きく分解能が大きい測角器としてＭＵＳＩＣ法を用いたＭＵＳＩＣ測角器を説明したが、高分解能推定法の一つであるＥＳＰＲＩＴ法を用いた測角器を適用しても良く、ビームフォーマー測角器のかわりに、ＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法等に比較して分解能は落ちるものの演算負荷の小さいＣａｐｏｎ法を用いた測角器を適用しても良い。
【００３４】
以上説明したように、本発明においては信号源が遠方に存在する場合、制御装置４が高分解能推定法であるＭＵＳＩＣ法を選択し測角を行なう。この結果、推定精度の高い測角を提供することができる。また、これらの手法は複数の信号を分離する能力も高いことから、複数の信号源について測角を行なうことが可能となる。また、信号源が近方に存在する場合、制御装置４が低分解能推定法であるビームフォーマー法を選択し測角を行なう。この結果、信号源が点波源とみなせない場合でも測角を行なうことができる。したがって、距離に応じて追従特性が高く、信頼性の高い測角を提供することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では測距離器からは送信アンテナ６を通して孤立パルスを送信する例を示しているが、他の例として、Ｍ系列のように自己相関特性の鋭い信号系列を用いる手法も可能である（参考文献：Ｄ．Ｃ．Ｃｏｘ ａｎｄ Ｒ．Ｐ．Ｌｅｃｋ，”Ｄｅｌａｙ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｔ ９１０ＭＨｚ ｉｎ ａ ＳｕｂｕｒｂａｎＭｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇａｔ．，ｖｏｌ． ＡＰ−２０，ｎｏ．５，ｐｐ．６２５−６３５，Ｓｅｐｔ．，１９７２）。前述した広帯域な孤立パルスを送信する手法は増幅器への負担が大きく、大規模なレーダ装置では実用可能だが、移動通信や無線ＬＡＮに適用することは困難である。そこで、自己相関特性の鋭い信号系列を送信アンテナから送信し、信号源で反射された信号を受信し、受信信号と送信信号の相互相関を求める。前記信号は自己相関関数がインパルス信号に近い形状をしているため、受信信号と送信信号の相互相関信号はインパルス応答と等価になる。以上の測定によりインパルス応答から伝搬時間を求め、信号源と本発明の測角装置との距離を推測することができる
なお、測距離を行なう手法として上記の２つの例を示したが、本発明では測距離をこれら２つの手法に限定するものではなく、他のいかなる手法を用いても構わない。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図５を用いて説明する。
【００３６】
この第２の実施の形態では測角装置５００は、複数の受信アンテナ素子５１−１〜５１−ｎから構成される受信アンテナ５１、アンテナ素子と同数の複数の受信器５２−１〜５２−ｎ、受信器５２−１〜５２−ｎの出力が入力され、この入力された受信信号の中のいくつかを選択的に出力するスイッチ回路５８、選択された受信出力が入力され、ＭＵＳＩＣ法により信号源の測角を行なう測角器５５、信号源との距離に応じてスイッチ５８を操作して出力する受信信号を選択する制御装置５４、信号源と測角装置の距離を測定する測距離器５３、測距離器５３に接続された送信アンテナ５６から構成される。
【００３７】
さらに、測角装置５００は基地局５１０に搭載され、測角装置の測角データが基地局に供給される。
【００３８】
この図５の測角装置は図１の測角装置と比較して、複数の受信アンテナ素子５１−１〜５１−ｎ、受信器５２−１〜５２−ｎ、測距離器５３、送信アンテナ５７は同じものであり、異なる点は、信号源の距離に応じて制御装置５４が測角に用いるアンテナ素子５−１〜５−ｎ、受信器５−１〜５−ｎの数を減らして測角を行なう点である。
【００３９】
この測角装置５００では、測距離器５３からの測距離の結果から制御装置５４がスイッチ５７に制御信号を供給し、測角器５５に供給する受信信号を選択する。測角器５５に供給する受信信号が減れば測角を行なうアルゴリズムの演算負荷が小さくなることから、信号源が頻繁に移動し分解能が低くてよい近距離での測角に適用できる。
【００４０】
すなわち、制御装置５４ではスイッチ５７を操作して、測距離器５３からの測距離値があらかじめ設定された閾値より大きい場合は信号源は測角装置５００から遠距離にあると判断し、測角器５５に供給する受信信号の数を最大の数とし、演算負荷が大きく分解能が大きい測角を行い、閾値より小さい場合は信号源は測角装置５００から近距離にあると判断し、測角器５５に供給する受信信号の数を減らして、演算負荷が小さく分解能が小さい測角を行っている。
【００４１】
これにより、距離に応じて追従特性が高く、信頼性の高い測角を提供することができる。
【００４２】
以上説明したように、本発明においては信号源の距離に応じて制御装置５４が測角に用いるアンテナ５１と受信器５２を制限する。この結果、分解能を調整することが可能となり、信号源が遠方に存在する場合は高い分解能・高い精度で測角を提供し、信号源が近接している場合は信頼性の高い測角、演算負荷の小さい測角装置を提供することができる。また、この測角装置５００からの測角信号を基地局５１０に供給することにより、基地局５１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
【００４３】
なお、スイッチ５７により受信信号の数を選択する場合、選択する受信数（アンテナ素子）は任意に行なうことにより、上記の効果は得られるが、測角の分解能はアンテナの開口長に左右されるので、開口長を小さくするように選択する受信信号数を選択することも可能である。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について図６を用いて説明する。
この実施の形態は第１の実施の形態で示した距離に応じて測角器を選択する構成と第２の実施の形態で示した距離に応じてアンテナ素子数（受信信号の数）を選択したものを組み合せたものである。
【００４４】
すなわち、第３の実施の形態では測角装置６００は、複数の受信アンテナ素子６１−１〜６１−ｎから構成される受信アンテナ６１と、アンテナ素子と同数の複数の受信器６２−１〜６２−ｎと、受信器６２−１〜６２−ｎの出力が入力され、この入力された受信信号の中のいくつかを選択的に出力するスイッチ６７と、選択された受信出力が入力され、ＭＵＳＩＣ法により信号源の測角を行なうＭＵＳＩＣ測角器６５−１及びビームフォーマー法により信号源の測角を行なうビームフォーマー測角器６５−２からなる測角器６５、信号源との距離に応じてスイッチ６７を操作して出力する受信信号を選択するとともにＭＵＳＩＣ測角器６５−１及びビームフォーマー測角器６５−２のいづれか一つを選択する制御装置６４、信号源と測角装置の距離を測定する測距離器６３、測距離器６３に接続された送信アンテナ６６から構成される。
【００４５】
さらに、測角装置６００は基地局６１０に搭載され、測角装置の測角データが基地局に供給される。
【００４６】
図６の実施の形態では信号源と本発明の測角装置との距離に応じて、例えば以下に示すようにＭＵＳＩＣ測角器６５−１、ビームフォーマー測角器６５−２、アンテナ素子６１−１〜６１−ｎ数を選択することが可能である。
【００４７】
【表１】
これにより、距離に応じて追従特性が高く、信頼性の高い測角を測角装置を提供することができる。また、この測角装置６００からの測角信号を基地局６１０に供給することにより、基地局６１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について図７を用いて説明する。
【００４９】
この第４の実施の形態では測角装置７００は、複数の受信アンテナ素子７１−１〜７１−ｎから構成される受信アンテナ７１と、アンテナ素子と同数の複数の受信器７２−１〜７２−ｎと、複数の測角手段を適用できる測角器７５と、測角器７５の測角結果に応じて測角手段を選択する制御装置７４から構成される。
【００５０】
さらに、測角装置７００は基地局７１０に搭載され、測角装置の測角データが基地局に供給される。
【００５１】
また、測角器７５にはＭＵＳＩＣ測角器７５−１とビームフォーマー測角器７５−２が設けられ、これらの測角器には受信器７２−１〜７２−ｎの信号がそれぞれ入力され、制御装置７４からの制御信号によりスイッチが切り替わりＭＵＳＩＣ測角器７５−１又はビームフォーマー測角器７５−２の出力が出力される。ここではＭＵＳＩＣ測角器７５−１ではＭＵＳＩＣ法による測角を行い、ビームフォーマー測角器７５−２ではビームフォーマー法による測角が行われている。
【００５２】
次に、この実施の形態の動作について説明する。この実施の形態では、信号源と測角装置の距離が時間とともに徐々に近接する状況を想定している。
【００５３】
信号源が測角装置７００に近づく場合は時間とともに角度広がりが大きくなっていき、始めのうちは点波源とみなせた信号源が点波源とみなせなくなる。以上のような状況で、本実施の形態では測角の結果から測角手段を制御する。
【００５４】
すなわち、始めに制御装置７０から測角器７５に対してＭＵＳＩＣ測角器７５−１を選択する制御信号が送られ、ＭＵＳＩＣ測角器７５−１が動作する。信号源が点波源とみなせるほど遠方に存在するので、高い精度・高い分解能で測角を行なうことができる。
【００５５】
この後、信号源が近接するに従い角度広がりが無視できなくなり、ＭＵＳＩＣ測角器７５−１の出力は信号源を一つの信号源とみなせず、単一の信号源に対して複数の信号源が存在するような出力をしてしまう。このような現象が生じた時に制御装置７４は測角手段を分解能が低いビームフォーマー測角器７５−２に切り替える。この結果、測角器７５は信号源を再び単一の信号源とみなすことができる。
【００５６】
このようにこの実施の形態では、測角結果を基に測角結果を制御することによって単一の信号源から複数の信号が到来するほど信号源との距離が近接した場合でも信号源を一つとみなせることができ、信頼性が高い測角を提供することができる。この装置を車載レーダに搭載することにより、障害物に近接した場合に複数の障害物が存在するような誤動作を起こすことがなくなり、安全性が向上する。また、この測角装置７００からの測角信号を基地局７１０に供給することにより、基地局７１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について図８を用いて説明する。
【００５７】
測角装置８００は、複数の受信アンテナ素子８１−１〜８１−ｎから構成される受信アンテナ８１と、アンテナ素子と同数の複数の受信器８２−１〜８２−ｎと、受信器８２−１〜８２−ｎの出力が入力され、この入力された受信信号の中のいくつかを選択的に出力するスイッチ８７と、選択された受信出力が入力され、ＭＵＳＩＣ法により信号源の測角を行なう測角器８５と、測角器８５の測角結果に応じてスイッチ８７を操作して出力する受信信号を選択する制御装置８４から構成される。
【００５８】
さらに、測角装置８００は基地局８１０に搭載され、測角装置の測角データが基地局に供給される。
【００５９】
この図８の測角装置は図７の測角装置と比較して、複数の受信アンテナ素子８１−１〜８１−ｎ、受信器８２−１〜８２−ｎ、測距離器８３、送信アンテナ８７は同じものであり、異なる点は、信号源の距離に応じて制御装置８４が測角に用いるアンテナ素子８１−１〜８１−ｎ、受信器８２−１〜８２−ｎの数を減らして測角を行なう点である。
【００６０】
この実施の形態は図５の説明で示したように測角器８５に供給する受信信号が減れば測角を行なうアルゴリズムの演算負荷が小さくなることから、信号源が頻繁に移動し、点波源とみなされず、分解能が低くてよい近距離での測角に適用できる。
【００６１】
次に、この実施の形態の動作について説明する。この実施の形態では、信号源と測角装置の距離が時間とともに徐々に近接する状況を想定している。
【００６２】
信号源が測角装置に近づく場合は時間とともに角度広がりが大きくなっていき、始めのうちは点波源とみなせた信号源が点波源とみなせなくなる。以上のような状況で、本実施の形態では測角の結果から測角手段を制御する。
【００６３】
すなわち、始めに制御装置８４から測角器８５に対してすべての受信信号が測角器８５に供給されるようにスイッチ８７を選択する制御信号が送られ、測角器８５が動作する。信号源が点波源とみなせるほど遠方に存在するので、高い精度・高い分解能で測角を行なうことができる。
【００６４】
この後、信号源が近接するに従い角度広がりが無視できなくなり、ＭＵＳＩＣ測角器８５の出力は信号源を一つの信号源とみなせず、単一の信号源に対して複数の信号源が存在するような出力をしてしまう。このような現象が生じた時に制御装置８４はスイッチを切り替えて受信信号の数を減らして測角器に供給する。この結果、８８測角器は信号源を再び単一の信号源とみなすことができる。また、この測角装置８００からの測角信号を基地局８１０に供給することにより、基地局８１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について図９を用いて説明する。
【００６５】
この実施の形態では距離と測角結果に応じて測角法を変えるものである。
【００６６】
この実施の形態の測角装置９００は、複数の受信アンテナ素子９１−１〜９１−ｎから構成される受信アンテナ９１と、アンテナ素子と同数の複数の受信器９２−１〜９２−ｎと、複数の測角手段を適用できる測角器９５と、信号源との距離及び測角器９５の測角結果に応じて測角手段を選択する制御装置９４４、信号源と測角装置の距離を測定する測距離器９３、及び測距離器９３に接続された送信アンテナ９７から構成される。
【００６７】
さらに、測角装置９００は基地局９１０に搭載され、測角装置の測角データが基地局に供給される。
【００６８】
また、測角器９５にはＭＵＳＩＣ測角器９５−１とビームフォーマー測角器９５−２が設けられ、これらの測角器には受信器９２−１〜９２−ｎの信号がそれぞれ入力され、測距離器９３によって測定された信号源の距離及び測角器９５の出力を基に制御装置９４からの制御信号によりスイッチ９８が切り替わりＭＵＳＩＣ測角器９５−１又はビームフォーマー測角器９５−２の出力が出力される。ここではＭＵＳＩＣ測角器９５−１ではＭＵＳＩＣ法による測角を行い、ビームフォーマー測角器９５−２ではビームフォーマー法による測角が行われている。
【００６９】
この実施の形態では、上述した実施の形態と同様に、信号源が測角装置に近づく場合は時間とともに角度広がりが大きくなっていき，始めのうちは点波源とみなせた信号源が点波源とみなせなくなり、測距離の結果と測角の結果から測角手段を制御する。
【００７０】
次に図９に示した測角装置９００の動作を図１０のフローチャートにそって説明する。始めに測角装置９００がアンテナ９１により信号源からの信号を受信（ＳＴＥＰ１）したら、測距離器９３により信号源の距離を測定する（ＳＴＥＰ２）。
【００７１】
このとき、信号源が点波源とみなせるほど遠方に存在する時、制御装置９４は測距離の結果を基に分解能の高いＭＵＳＩＣ測角器を選択し（ＳＴＥＰ３），高い精度・高い分解能で測角を行い、複数の信号源の測角結果を提供することができる。
【００７２】
この後、信号源が近接するに従い角度広がりが無視できなくなり、信号源を一つの信号源とみなせず、単一の信号源に対して複数の信号源が存在するような出力をしてしまう。このような現象が生じた時に制御装置９４は測角手段を分解能が低いビームフォーマー測角器に切り替える（ＳＴＥＰ４）。この結果、測角器は信号源を再び単一の信号源とみなすことができる。
【００７３】
さらに信号が近接し，信号源を点波源とみなせなくなった場合、制御装置９４は分解能をさらに低くするように制御を行なう（ＳＴＥＰ５）。これを繰り返すことによって常に安定した測角結果を提供することが可能となる。
【００７４】
したがって、この実施の形態では測角結果を基に測角結果を制御することによって単一の信号源から複数の信号が到来するほど信号源との距離が近接した場合でも信号源を一つとみなせることができ，信頼性が高い測角を提供することができる。また、この測角装置９００からの測角信号を基地局９１０に供給することにより、基地局９１０では図示しない端末の位置を正確に把握することができる。
【００７５】
なお、この第５の実施の形態においても第２の実施の形態と同様に受信器と測角器との間にスイッチを設け、測角器に供給する受信信号変えることにより測角を行なうアルゴリズムの演算負荷を変えることができ、これにより距離に応じて追従特性が高く、信頼性の高い測角を提供することができる。
【００７６】
なお、上記第１乃至第６の実施の形態では信号源が測角装置に時間とともに近づく例をあげて説明したが、信号源が測角装置に時間とともに遠ざかる場合にも適用できる。これは、始めに制御装置で低い分解能または演算負荷が小さい測角手段を選択し、測角を行い、その後に信号源と測角装置との距離に応じて、又は測角器からの測角結果に基づいて測角手段を高い分解能または演算負荷が大きい測角手段に切り替えることにより行なうことができる。
【００７７】
また、上記第１乃至第６の実施の形態では測角器からの測角データを基地局７に供給しているが、基地局７の変わりに車載レーダに搭載することも可能である。これにより、衝突防止用のレーダとして用いると近距離に障害物が存在する場合でも障害物の位置の変化を的確に捉えることができるため、安全性が高まる。また、航空機のレーダに搭載した場合も同様に、障害物や航空機同士のニアミスを未然に防ぐことができる。
【００７８】
また、上記第１、第２、第３、第６の実施の形態では測距離器による信号源の距離の測定を送信アンテナから孤立パルスを送信して、この反射信号をもとに行っていたが、携帯無線システムのようにあらかじめ測角装置より無線端末（信号源）に対して、無線端末が出力する電波を通知し、無線端末からの出力電波を受信して受信信号の減衰度合いにより距離を測定することも可能である。
【００７９】
なお、各実施形態で例示した構成は一例であって、それ以外の構成を排除する趣旨のものではなく、例示した構成の一部を他のもので置き換えたり、例示した構成の一部を省いたり、例示した構成に別の機能を付加したり、それらを組み合わせたりすることなどによって得られる別の構成も可能である。また、例示した構成と論理的に等価な別の構成、例示した構成と論理的に等価な部分を含む別の構成、例示した構成の要部と論理的に等価な別の構成なども可能である。また、例示した構成と同一もしくは類似の目的を達成する別の構成、例示した構成と同一もしくは類似の効果を奏する別の構成なども可能である。
【００８０】
また、各種構成部分についての各種バリエーションは、適宜組み合せて実施することが可能である。
【００８１】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において種々変形して実施することができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、測角において信号源と本装置と距離を測定し、距離に応じて測角手段を制御するので、分解能の異なる測角手段、演算負荷が異なる測角手段を必要に応じて使い分けることができ、さまざまな伝播環境に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図２】信号源から直接波が到来し、信号源と本発明装置が近接している状況を説明する図
【図３】信号が見通し外伝搬路を通って伝搬し、信号源と本発明装置が近接している状況を説明する図
【図４】信号源と本発明装置の距離が遠方に存在する場合は信号源を点波源とみなせることを説明する図
【図５】本発明の他の実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図６】本発明の他の実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図７】本発明の他の実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図８】本発明の他の実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図９】本発明の他の実施形態に係る測角装置の構成例を示す図
【図１０】本発明の他の実施形態に係る測角装置の動作を説明するフロー図
【符号の説明】
１００測角装置
１１０基地局
１受信アンテナ
１−１〜１−ｎアンテナ素子
２−１〜２−ｎ受信器
３測距離器
４制御装置
５測角器
５−１ＭＵＳＩＣ測角器
５−２ビームフォーマー測角器
５−３スイッチ
６送信アンテナ
７スイッチ
Claims (9)
- 複数のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子のそれぞれに対応して設けられ、前記アンテナ素子の信号が入力される複数の受信器と、
前記複数のアンテナ素子へ到来してくる信号源との距離を測定する測距離手段と、
前記複数の受信器で受信した信号がそれぞれ入力され、前記信号源の到来方向を推定するするとともに、その到来方向推定の演算量が異なる複数の測角手段を有する測角器と、
前記複数の測角手段の中の一つを選択する制御手段とを具備することを特徴とする測角装置。 - 前記制御手段は前記測距離手段の測距離出力に応じて前記測角器の前記複数の測角手段を選択することを特徴とする請求項１記載の測角装置。
- 前記制御手段は前記測距離手段の中の一つの測角手段を選択し、この選択した測角手段の測角出力に応じて他の測角手段に切り替えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の測角装置。
- 前記測角手段に入力される前記受信信号を選択する選択手段とを具備し、前記測距離手段の測距離出力又は前記選択した測角手段の測角出力の少なくとも一つの結果により、前記測角手段に入力される前記受信信号を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の測角装置。
- 前記測角手段に入力される前記受信信号の選択は、前記アンテナ素子によるアンテナの開口長を変化させるものであることを特徴とする請求項４記載の測角器装置。
- 前記複数の測角手段は、第１の測角手段と第２の測角手段であり、前記第１の測角手段はＭＵＳＩＣ法又はＥＳＰＲＩＴ法であり、前記第２の測角手段はビームフォーマー法又はＣａｐｏｎ法であることを特徴とする請求項１記載の測角装置。
- 前記測距離手段は、孤立パルスを送信する手段を有することを特徴とする請求項１記載の測角器装置。
- 前記測距離器は、自己相関特性のある信号系列を送信し、受信信号と送信信号の相互相関関数を求める手段を有することを特徴とする請求項１記載の測角器装置。
- 請求項１乃至請求項９記載の測角装置により通信相手に対する測角出力が入力され、この入力信号をもとに位置特定された前記通信相手に対して通信を行なうことを特徴とする通信装置。
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