JP2007178372A - 到来方位推定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 アンテナ、複素デジタル信号変換手段、実数相関行列算出手段、実数ウエイト行列算出手段、スペクトラム算出手段、スペクトラムピーク検出手段を備える到来方位推定装置であって、スペクトラム算出手段は、実数行列を格納する実数行列格納手段、実数行列の一部の要素と実数ウエイト行列の一部の要素とを掛け合わせる積算手段、掛け合わされた処理結果を格納する結果格納手段、格納された処理結果に行列の要素の入れ替え及び符合反転処理のうち少なくとも1つ以上の処理を行う演算手段、演算手段による処理結果、結果格納手段の処理結果の一部、及び実数ウエイト行列の要素の一部を加算する加算手段、加算結果からスペクトラムを算出するスペクトラム計算手段から構成される。
【選択図】図1
Description
「アレーアンテナによる適応信号処理、著者 菊間信良、出版社 科学技術出版 1998年」 R.O.Schmidt,"Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estiomation",IEEE Trans.,AP-34,pp.276-280(1986)
以下、本発明の第1の実施の形態に係る到来方位推定装置について図1から図6を用いて説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る到来方位推定装置の構成を示す構成図である。図2は本発明の第1の実施の形態に係る到来方位推定装置のスペクトラム算出手段の構成を示す構成図である。図3は本発明の第1の実施の形態に係る到来方位推定装置のスペクトラム算出に用いられる行列(rDFT)の各行の係数値をグラフ化した図である。図4は本発明の第1の実施の形態に係る到来方位推定装置におけるスペクトラムの2次関数近似を利用した方位推定を説明するための図である。図5は本発明の第1の実施の形態に係る到来方位推定装置におけるスペクトラムの2次関数近似を利用した場合と利用しない場合の方位推定誤差を示す図である。図6は本発明の第1の実施の形態に係る到来方位推定装置における到来方位推定フローについて説明するためのフローチャートである。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る到来方位推定装置について図7及び図8を用いて説明する。第2の実施の形態に係る到来方位推定装置のスペクトラム算出手段の処理以外は、第1の実施の形態の到来方位推定装置の処理と同様である。図7に第2の実施の形態に係る到来方位推定装置のスペクトラム算出手段の構成を示す。第1の実施の形態に係る到来方位推定装置のスペクトラム算出手段105では、A×w1とB×w3の結果を再利用して積算演算量を削減したが、第2の実施の形態に係る到来方位推定装置のスペクトラム算出手段700においては、さらにA×w1+C×w2及びA×w1−C×w3を計算し(C×w2を計算する必要はない)、その結果を利用することで第1の実施の形態よりさらに和算演算の回数を削減することができる。その際のSPEtmpを下記の式(12)に示す。
次に、本発明の第3の実施の形態に係る到来方位推定装置について図9を用いて説明する。本発明の第3の実施の形態に係る到来方位推定装置の構成の一部を図9に示す。なお、図9には第1の実施の形態におけるアンテナ101、複素デジタル信号取得手段102、実数相関行列算出手段103に相当するものが記載されていないが、これらに相当する手段も第3の実施の形態に係る到来方位推定装置の構成要素となる。本発明の第3の実施の形態は、第1の実施の形態の実数ウエイト行列算出手段104で得られた実数ウエイト行列に逆ユニタリ変換を実施していったん複素ウエイト行列に戻し、FFTを利用してスペクトラムを算出しようとするものである。
次に、本発明の第4の実施の形態に係る到来方位推定装置について図10から図11Bを用いて説明する。以下では、ユニタリCAPON法の場合を例にとって説明する。ユニタリCAPON法の場合、スペクトラムは式(19)のように表される。第1の実施の形態で説明した演算方法を用いてd(θ)TRyy-1の部分を計算してもよいが、第4の実施の形態では以下のような計算をすることにより演算量を削減する。式(19)の分母は下記の式(13)のように変形できる。
101−1〜101−K、1201−1〜1201−K アンテナ素子
102、1202 複素デジタル信号取得手段
102−1〜102−K、1202−1〜1202−K 信号取得手段
103 実数相関行列算出手段
104、901 実数ウエイト行列算出手段
105、700、903、1205 スペクトラム算出手段
106、904、1206 スペクトラムピーク検出手段
107、905 到来方位算出手段
201、701 実数行列格納手段
202、702 積算手段
203、703 結果格納手段
204、704 演算手段
205、705 加算手段
206、706 スペクトラム計算手段
902 逆ユニタリ変換手段
1203 複素相関行列算出手段
1204 ウエイト行列算出手段
Claims (7)
- 複数のアンテナ素子が所定の基準位置又は基準線を中心にして対称に配置され、前記複数のアンテナ素子によって信号を受信するアンテナと、
前記アンテナの各アンテナ素子で受信された前記信号を複素デジタル信号に変換する複素デジタル信号変換手段と、
前記複素デジタル信号の前記複数のアンテナ素子間における相関を示す実数相関行列を算出する実数相関行列算出手段と、
算出された前記実数相関行列に基づいて、スペクトラムの算出に用いる実数ウエイト行列を算出する実数ウエイト行列算出手段と、
算出された前記実数ウエイト行列と、スペクトラムの算出を行う際に用いられるあらかじめ用意された実数行列とに基づいてスペクトラムを算出するスペクトラム算出手段と、
算出された前記スペクトラムからピーク値をとる方位を検出するスペクトラムピーク検出手段とを備える到来方位推定装置であって、
前記スペクトラム算出手段は、
前記実数行列を格納する実数行列格納手段と、
前記実数行列格納手段に格納された前記実数行列の一部の要素と、前記実数ウエイト行列の一部の要素とを掛け合わせる積算手段と、
前記積算手段によって掛け合わされた処理結果を格納する結果格納手段と、
前記結果格納手段に格納される前記処理結果に対して、行列の要素の入れ替え処理及び符合反転処理のうち、少なくとも1つ以上の処理を行う演算手段と、
前記演算手段による処理結果、前記結果格納手段に格納された前記処理結果の一部、及び前記実数ウエイト行列の要素の一部を加算する加算手段と、
前記加算手段による処理結果からスペクトラムを算出するスペクトラム計算手段とから構成される到来方位推定装置。 - 前記スペクトラムピーク検出手段で検出された前記方位及び前記方位周辺の方位におけるスペクトラム結果に基づいて、前記信号の到来方位を推定する到来方位算出手段を備える請求項1に記載の到来方位推定装置。
- 前記スペクトラム算出手段は、
前記実数行列を格納する実数行列格納手段と、
前記実数行列格納手段に格納された前記実数行列の一部の要素と、前記実数ウエイト行列の一部の要素とを掛け合わせる積算手段と、
前記積算手段によって掛け合わされた処理結果を格納する結果格納手段と、
前記結果格納手段に格納される前記処理結果に対して、行列の要素の入れ替え処理及び符合反転処理のうち、少なくとも1つ以上の処理を行う演算手段と、
前記演算手段による処理結果、前記結果格納手段に格納される前記処理結果の一部、及び前記実数ウエイト行列の要素の一部のうちから選択して加算する加算手段と、
前記加算手段による処理結果からスペクトラムを算出するスペクトラム計算手段とから構成され、
前記加算手段は、自身による所定の処理結果を前記結果格納手段に格納する請求項1又は2に記載の到来方位推定装置。 - 前記実数行列格納手段は、前記実数行列の一部の要素のみを格納している請求項1から3のいずれか1つに記載の到来方位推定装置。
- 複数のアンテナ素子が配置され、前記複数のアンテナ素子によって信号を受信するアンテナと、
前記アンテナの各アンテナ素子で受信された前記信号を複素デジタル信号に変換する複素デジタル信号変換手段と、
前記複素デジタル信号の前記複数のアンテナ素子間における相関を示す相関行列を算出する相関行列算出手段と、
算出された前記相関行列に基づいて、スペクトラムの算出に用いるウエイト行列を算出するウエイト行列算出手段と、
算出された前記ウエイト行列と前記アンテナの指向性を示すベクトルとに基づいて、スペクトラムを算出するスペクトラム算出手段と、
算出された前記スペクトラム結果からピーク値をとる方位を検出するスペクトラムピーク検出手段と、
前記スペクトラムピーク検出手段で検出された前記方位及び前記方位周辺の方位におけるスペクトラム結果に基づいて、前記信号の到来方位を推定する到来方位算出手段とを、
備える到来方位推定装置。 - 複数のアンテナ素子が所定の基準位置又は基準線を中心にして対称に配置され、前記複数のアンテナ素子によって信号を受信するアンテナと、
前記アンテナの各アンテナ素子で受信された前記信号を複素デジタル信号に変換する複素デジタル信号変換手段と、
前記複素デジタル信号の前記複数のアンテナ素子間における相関を示す実数相関行列を算出する実数相関行列算出手段と、
算出された前記実数相関行列に基づいて、スペクトラムの算出に用いる実数ウエイト行列を算出する実数ウエイト行列算出手段と、
算出された前記実数ウエイト行列に逆ユニタリ変換を施し、複素ウエイト行列を算出する逆ユニタリ変換手段と、
算出された前記複素ウエイト行列に対して、高速フーリエ変換を施し、スペクトラムを算出するスペクトラム算出手段と、
算出された前記スペクトラム結果からピーク値をとる方位を検出するスペクトラムピーク検出手段と、
前記スペクトラムピーク検出手段で検出された前記方位及び前記方位周辺の方位におけるスペクトラム結果に基づいて、前記信号の到来方位を推定する到来方位算出手段とを、
備える到来方位推定装置。 - 前記スペクトラム算出手段は、前記アンテナの指向性を示すベクトルの要素どうしの積算結果を利用してスペクトラムを算出する請求項1から5のいずれか1つに記載の到来方位推定装置。
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