JP2017096892A

JP2017096892A - Estimation method and estimation device for arrival direction and strength of radio wave

Info

Publication number: JP2017096892A
Application number: JP2015232333A
Authority: JP
Inventors: 俊浩 ▲瀬▼在; Toshihiro Sezai
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: JP6612113B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method that can estimate the arrival direction and strength of an arriving radio wave.SOLUTION: An estimation device generates a data series from a reception signal captured by an equal interval straight line array antenna configured by arranging a plurality of identical antenna elements linearly at an equal interval, performs a process of fitting the data series by exponential function, and performs a process of calculating the arrival direction and strength of an arriving radio wave on the basis of the argument and amplitude of an obtained exponential function.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、到来する電波を等間隔直線アレーアンテナで受信する際に、到来方向及び強度を推定する到来電波の到来方向及び強度推定装置に関する。 The present invention relates to an arrival direction and intensity estimation device for an arrival radio wave that estimates an arrival direction and intensity when an incoming radio wave is received by an equally spaced linear array antenna.

等間隔に直線状に配置されたアレーアンテナにより、到来する電波の到来方向を推定する方法は複数知られている。この中の代表的な方法として、MUSIC法がある。 There are known a plurality of methods for estimating the direction of arrival of an incoming radio wave by using array antennas arranged linearly at equal intervals. A typical method among these is the MUSIC method.

しかしながら、MUSIC法には次のような問題点がある。まず、電波の到来方向は推定できるが、強度を推定することはできない。また、電波の到来方向推定処理を実施する際には、到来する電波の数を設定することが必須であり、到来する電波の数を予め仮定するか、あるいは到来する電波の数を推定する処理を追加しなければならないという問題がある。そして、到来する電波が複数あり、それらの相関が高い場合には、到来方向の推定精度が低下するという問題がある。さらに、１回の受信信号から得られる結果では精度が低く、そのため複数の受信信号を使用しなければならないという問題もある。 However, the MUSIC method has the following problems. First, the direction of arrival of radio waves can be estimated, but the intensity cannot be estimated. In addition, when performing the arrival direction estimation process of radio waves, it is essential to set the number of incoming radio waves, and the number of incoming radio waves is assumed in advance or the number of incoming radio waves is estimated. There is a problem that must be added. And when there are a plurality of incoming radio waves and their correlation is high, there is a problem that the estimation accuracy of the arrival direction is lowered. Furthermore, the result obtained from a single received signal has a low accuracy, and therefore there is a problem that a plurality of received signals must be used.

本発明は、MUSIC法における上記の問題点を解消するためになされたものであり、同一のアンテナ素子で構成される等間隔直線アレーアンテナを使用して到来電波の到来方向及び強度を推定することが可能な装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the MUSIC method, and estimates the arrival direction and intensity of an incoming radio wave using an equally spaced linear array antenna composed of the same antenna elements. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method capable of performing the above.

本願発明は、複数の同一のアンテナ素子を直線状に等間隔に配置して構成される等間隔直線アレーアンテナで捕捉した受信信号からデータ系列を生成し、前記データ系列を指数関数でフィッティングする処理を行い、得られた指数関数の引数と振幅から、到来電波の到来方向と強度を算出する処理を行うことを特徴とする。 The present invention is a process for generating a data sequence from a received signal captured by an equally spaced linear array antenna formed by arranging a plurality of identical antenna elements in a straight line at equal intervals, and fitting the data sequence with an exponential function And calculating the direction and intensity of the incoming radio wave from the obtained exponential function argument and amplitude.

そして、前述の指数関数でフィッティングする処理において、指数関数の引数の実数部の大きさにより使用する指数関数の引数と振幅を選択することができる。 In the process of fitting with the above exponential function, the argument and amplitude of the exponential function to be used can be selected according to the size of the real part of the exponential function argument.

前記データ系列を生成する処理は、前記等間隔直線アレーアンテナで到来電波を複数回捕捉し、各アンテナ素子ごとに複数受信した信号を平均した信号を受信信号に基づいて行うこともできる。 The process of generating the data series may be performed based on the received signal by capturing the incoming radio wave a plurality of times with the equally spaced linear array antenna and averaging a plurality of received signals for each antenna element.

本発明は、同一のアンテナ素子で構成される等間隔直線アレーアンテナにより到来電波を捕捉し、前記アレーアンテナの各アンテナ素子の受信信号を一方の端から他方の端に順番に並べ、データ系列を生成する処理を行い、前記データ系列を指数関数でフィッティングする処理を行い、得られた指数関数の引数と振幅から、到来電波の方向と強度を算出する処理を行うように構成しているので、電波の到来方向及びその強度を推定することができる。 The present invention captures incoming radio waves by an equally spaced linear array antenna composed of the same antenna elements, arranges the received signals of each antenna element of the array antenna in order from one end to the other end, and arranges the data series. Since the processing to generate, the processing to fit the data series with an exponential function, and the processing to calculate the direction and intensity of the incoming radio wave from the argument and amplitude of the obtained exponential function, The direction of arrival of radio waves and the intensity thereof can be estimated.

♯１から♯ＮまでのＮ個のアンテナ素子を等間隔ｄで直線状に配置したアレーアンテナが、角度θ方向から到来する電波を受信する様子を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically a mode that the array antenna which has arrange | positioned N antenna elements from # 1 to #N linearly at equal intervals d receives the electromagnetic wave which arrives from angle (theta) direction. 本発明の実施の一形態に係る到来電波の到来方向及び強度推定装置の機略ブロック構成図である。1 is a schematic block configuration diagram of an arrival direction and intensity estimation device for an incoming radio wave according to an embodiment of the present invention. 信号処理装置によって行う信号処理の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of the signal processing performed with a signal processing apparatus. プロニー法に基づいて得られたシミュレーション結果の一例を示した表である。It is the table | surface which showed an example of the simulation result obtained based on the prony method. プロニー法に基づいて得られたシミュレーション結果の一例を示した表である。It is the table | surface which showed an example of the simulation result obtained based on the prony method. プロニー法に基づいて得られたシミュレーション結果の一例を示した表である。It is the table | surface which showed an example of the simulation result obtained based on the prony method. 図６の結果を本発明の方法で処理をした後の結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result after processing the result of FIG. 6 with the method of this invention. MUSIC法に基づいて得られたシミュレーション結果の一例を示したグラフである。It is the graph which showed an example of the simulation result obtained based on the MUSIC method. 位相差のみを９０°に変えて本発明に基づいて得られたシミュレーション結果の一例を示したグラフである。It is the graph which showed an example of the simulation result obtained based on this invention, changing only a phase difference into 90 degrees.

図１は、

のアンテナ素子を等間隔

で直線状に配置したアレーアンテナが、角度

方向から到来する電波を受信する様子を模式的に示している。Ｎ個のアンテナ素子は、同一のものであればどのようなタイプのものであっても使用することができる。 FIG.

Equally spaced antenna elements

The array antenna arranged in a straight line at

A mode that the radio wave which arrives from the direction is received is shown typically. The N antenna elements can be used of any type as long as they are the same.

図１に示す様に、

個のアンテナ素子が直線上に間隔

で等間隔に配置されているアレーアンテナに、角度

方向から電波が到来すると、各アンテナ素子での受信信号は、以下のようになる。

As shown in FIG.

1 antenna element on a straight line

In the array antenna arranged at equal intervals in the angle

When radio waves arrive from the direction, the received signals at each antenna element are as follows.

式（１）で、

はアンテナ素子の

方向のアンテナパターンであり、事前に測定された既知の関数である。式（１）の大括弧の中には

個の値が含まれており、図１の一番左のアンテナ素子を位相基準としたことにより、大括弧の中の一番左の値が「１」となっている。

は虚数単位であり、

は到来する電波の波長である。式（１）の項を左から順に並べたデータ系列

を作成する。式（２）をFourier級数と対比すると、振幅が

、周波数が

である複素正弦波を示していることが分かる。 In equation (1),

Is the antenna element

Directional antenna pattern, a known function measured in advance. In square brackets in equation (1)

Since the leftmost antenna element in FIG. 1 is used as a phase reference, the leftmost value in the brackets is “1”.

Is the imaginary unit,

Is the wavelength of the incoming radio wave. Data series in which the terms of formula (1) are arranged in order from the left

Create Comparing equation (2) with the Fourier series, the amplitude is

The frequency is

It can be seen that a complex sine wave is shown.

式（２）は、到来電波の数が１個の場合の式であるが、到来電波の数が

個の場合には以下のように表すことができる。

式（３）において

は、それぞれ

番目の到来電波の方向と強度を示している。 Expression (2) is an expression when the number of incoming radio waves is one, but the number of incoming radio waves is

In the case of individual pieces, it can be expressed as follows.

In equation (3)

Respectively

The direction and intensity of the second incoming radio wave are shown.

プロニー法は、データ系列を指数関数でフィッティングする方法として知られている。指数関数は振幅と引数で表現されるため、

個のデータからは、

個の指数関数のフィッティングを行うことができる。 The Prony method is known as a method of fitting a data series with an exponential function. Since exponential functions are expressed in terms of amplitude and arguments,

From the data

One exponential function can be fitted.

よって、アンテナパターンが

であるアンテナ素子が間隔

で

個直線上に並んだアレーアンテナに到来した波長

の電波の受信信号から作成したデータ系列をプロニー法によって指数関数にフィッティングすると、

個の振幅

と指数関数の引数

が数値として算出される。よって、式（３）より、

番目の電波の到来方向は

で求めることができる。ここで

はかっこ内の虚部を表す。

が求められれば、その方向のアンテナ素子のアンテナパターン

の値も分かるので、

番目の電波の強度は

によって求められる。 Therefore, the antenna pattern is

The antenna element that is

so

Wavelengths arriving at array antennas arranged on individual lines

When fitting the data series created from the received signal of the radio wave to the exponential function by the Prony method,

Amplitude

And exponential arguments

Is calculated as a numerical value. Therefore, from equation (3),

The direction of arrival of the second radio wave is

Can be obtained. here

Represents the imaginary part in parentheses.

Is required, the antenna pattern of the antenna element in that direction

Since the value of

The intensity of the second radio wave is

Sought by.

図２は、本発明の実施の一形態に係る到来電波の到来方向及び強度推定装置の機略ブロック構成図である。図２において、符号１は等間隔直線アレーアンテナを示しており、１−１〜１−Ｎは、等間隔直線アレーアンテナを構成する同一のアンテナ素子を示している。アンテナ素子としては、ダイポールアンテナ、ホーンアンテナ、パラボラアンテナ等の如何なるアンテナも用いることができる。符号２は受信装置を示しており、各アンテナ素子によって捕捉された電波に基づく信号を出力する装置である。受信装置２は、個々のアンテナ素子が捕捉した信号をそのまま受信信号として出力してもよいし、精度を上げるために、各アンテナ素子が複数回受信した信号を平均した信号を受信信号として出力することもできる。符号３は信号処理装置を示しており、これは受信装置２からの

個の受信信号からデータ数

のデータ系列を作成し、作成したデータ系列をプロニー法により指数関数へのフィッティングを行い、プロニー法によりフィッティングされた結果から

個の到来電波の方向とその強度を算出する装置である。符号４は、信号処理装置の結果を表示する表示装置を示している。 FIG. 2 is a schematic block configuration diagram of an arrival direction and intensity estimation device for an incoming radio wave according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes an equally spaced linear array antenna, and 1-1 to 1-N denote the same antenna elements that constitute the equally spaced linear array antenna. As the antenna element, any antenna such as a dipole antenna, a horn antenna, or a parabolic antenna can be used. Reference numeral 2 denotes a receiving device that outputs a signal based on the radio wave captured by each antenna element. The receiving device 2 may output a signal captured by each antenna element as it is as a received signal, or outputs a signal obtained by averaging the signals received by each antenna element a plurality of times as a received signal in order to improve accuracy. You can also. Reference numeral 3 denotes a signal processing device, which is connected to the receiving device 2.

Number of data from received signals

From the result of fitting the created data series to the exponential function using the Prony method,

It is a device that calculates the direction and intensity of each incoming radio wave. Reference numeral 4 denotes a display device that displays the result of the signal processing device.

次に、図２に示した装置の電波の到来方向及び強度を推定する動作について説明する。等間隔直線アレーアンテナ１は、

個のアンテナ素子により、到来した電波をそのパターン及び位置に応じて受信し、ＲＦ受信信号を出力する。受信装置２は、

個のアンテナ素子からのＲＦ受信信号をビデオ信号に変換した後、ディジタル化し、複素数信号として出力する。信号処理装置３は、図３に示した手順で信号処理を行う。すなわち、データ系列作成処理３−１では、受信装置２の

個の複素数信号を第１アンテナ素子信号から第

アンテナ素子信号までを順に並べ、データ数

のデータ系列を作成する。プロニー法処理３−２では、データ系列作成処理３−１で作成したデータ系列を指数関数にフィッティングする処理を行い、

個の指数関数の引数と振幅を算出する。到来電波方向・強度算出処理３−３では、指数関数の引数から到来電波の方向を算出し、振幅から到来電波の強度を算出する。表示装置４は、到来電波方向・強度算出力３−３の出力を表形式、あるいは図形式で表示する。 Next, an operation for estimating the arrival direction and intensity of the radio wave of the apparatus shown in FIG. 2 will be described. The equally spaced linear array antenna 1 is

Each antenna element receives incoming radio waves according to its pattern and position, and outputs an RF reception signal. The receiving device 2

An RF reception signal from each antenna element is converted into a video signal, digitized, and output as a complex signal. The signal processing device 3 performs signal processing according to the procedure shown in FIG. That is, in the data sequence creation process 3-1, the receiving device 2

First complex signal from the first antenna element signal

Arrange the antenna element signals in order and the number of data

Create a data series for. In the Prony method process 3-2, a process of fitting the data series created in the data series creation process 3-1 to an exponential function is performed,

Calculate the exponential argument and amplitude. In the incoming radio wave direction / intensity calculation process 3-3, the direction of the incoming radio wave is calculated from the argument of the exponential function, and the intensity of the incoming radio wave is calculated from the amplitude. The display device 4 displays the output of the incoming radio wave direction / intensity calculation force 3-3 in a table format or a diagram format.

式（３）を見ると、指数関数の引数、すなわち中括弧の中は純虚数であるが、プロニー法を用いると、中括弧の中の値が一般式

（αは実数部、βは虚数部）というように複素数として求められる。ここで、実数部の「α」は、ダンピング係数と呼ばれる。しかし、実際に到来電波の方向推定及び強度推定に必要となるのは、虚数部だけであり、この虚数部を使って、（４）式のようにして、

が求められる。 Looking at equation (3), the argument of the exponential function, that is, the braces are purely imaginary numbers.

(Α is a real part and β is an imaginary part). Here, “α” in the real part is called a damping coefficient. However, only the imaginary part is actually required for direction estimation and intensity estimation of the incoming radio wave, and using this imaginary part,

Is required.

プロニー法によれば、

という複素数が、Ｎ／２個求められる。そして、ノイズの影響はαだけでなくβにも現れていると考えられる。そして、もしノイズが無ければ原理的にαはゼロなのだから、得られたＮ／２個の値のうち、αが大きいものについては、それに対応するβを使わないことにし、αが十分に小さいものについてだけ、それに対応するβを使うことにすれば、ノイズの影響を少なく抑えた処理が可能になると考えられる。これが基本的な発想である。従来は、プロニー法で得られたβをすべて使っていたために、ノイズの影響の大きいβも使っていたことになっていた。このことが、プロニー法はノイズの影響が大きいと言われていた所以であると考えられる。 According to the Prony method,

N / 2 complex numbers are obtained. The influence of noise is considered to appear not only in α but also in β. And if there is no noise, α is zero in principle. Therefore, among the obtained N / 2 values, if α is large, the corresponding β is not used and α is sufficiently small. If only β is used for a product, it is considered that processing with less influence of noise can be performed. This is the basic idea. Conventionally, since all β obtained by the Prony method was used, β having a large influence of noise was also used. This is considered to be the reason why the Prony method was said to have a large influence of noise.

図４乃至図６の表は、プロニー法に基づいて得られたシミュレーション結果を示している。このうち図４の表は、角度が１０°の位置から到来する、強度（振幅）が１、位相がゼロの電波（１０，１，０）と、角度が２０°の位置から到来する、強度（振幅）が０．８で、位相がゼロの電波（２０，０．８，０）という２つの電波があってＳ／Ｎ比が２０ｄＢとした場合の例であり、１０個のアンテナ素子（１０ＥＬ）を半波長間隔で並べて受信した場合のシミュレーション結果である。アンテナ素子が１０個であるから、プロニー法によって得られる値は５個である。 The tables in FIGS. 4 to 6 show the simulation results obtained based on the Prony method. Among these, the table of FIG. 4 shows the intensity arriving from the position where the angle is 10 °, the intensity (amplitude) is 1, the phase is zero, and the angle is 20 degrees. This is an example in which there are two radio waves (amplitude) of 0.8 and zero phase (20, 0.8, 0) and the S / N ratio is 20 dB. 10EL) is a simulation result in a case where the signals are received side by side at half wavelength intervals. Since there are ten antenna elements, five values can be obtained by the Prony method.

図４の表の５個の値を詳しく見ると、到来角度が約１０°のところに振幅が１の電波があり、到来角度が約２０°のところに振幅０．７９の電波があることを示している。他に、約−１３°、約−４６°、約−５９°の位置にも到来電波がある可能性を示しているが、これらの振幅は最初の２つに比べると非常に小さい。一方で、これらすべてのαの絶対値を見ると、いずれも無視できる程度に小さいことから、プロニー法によって得られた各値に対するノイズの影が非常に小さいことが推測できる。このように、すべてのαの絶対値が小さい場合には、図４の表に基づいて、１番の値及び２番の値が示す２つの電波が存在し、他のものは無視できる、あるいは存在しないと判断できることを示している。 Looking closely at the five values in the table of FIG. 4, it can be seen that there is a radio wave with an amplitude of 1 at an arrival angle of about 10 ° and a radio wave with an amplitude of 0.79 at an arrival angle of about 20 °. Show. In addition, although there is a possibility that there is an incoming radio wave at positions of about −13 °, about −46 °, and about −59 °, these amplitudes are very small compared to the first two. On the other hand, since all of these absolute values of α are small enough to be ignored, it can be inferred that the noise shadow for each value obtained by the Prony method is very small. Thus, when the absolute values of all α are small, there are two radio waves indicated by the first value and the second value based on the table of FIG. This indicates that it can be determined that it does not exist.

図５の表は、Ｓ／Ｎ比を１５ｄＢとした以外は図４の場合と同じ条件の２つの電波があったとした場合のシミュレーション結果を示している。図５の結果は、全体としては図４の結果と類似しているが、ノイズが大きくなってＳ／Ｎ比が小さくなると、αの絶対値が全体として大きくなることが理解される。すなわち、αの大きさによって、得られた値の信憑性の高さを高い精度で推測することができる。 The table in FIG. 5 shows the simulation results when there are two radio waves with the same conditions as in FIG. 4 except that the S / N ratio is 15 dB. The result of FIG. 5 is similar to the result of FIG. 4 as a whole, but it is understood that the absolute value of α increases as a whole when noise increases and the S / N ratio decreases. That is, the high reliability of the obtained value can be estimated with high accuracy by the magnitude of α.

図６の表は、角度が１０°の位置から到来する、強度（振幅）が１、位相がゼロの電波（１０，１，０）と、角度が１２．５°の位置から到来する、強度（振幅）が１で、位相がゼロの電波（１２．５，１，０）という２つの電波があってＳ／Ｎ比が２０ｄＢとした場合の例であり、２０個のアンテナ素子（２０ＥＬ）を半波長間隔で並べて受信した場合のシミュレーション結果である。アンテナ素子が２０個であるから、プロニー法によって得られる値は１０個である。図６の例は、２つの電波の到来位置が１０°と１２．５°という非常に近い場合である。 The table of FIG. 6 shows the intensity arriving from the position where the angle is 10 °, the intensity (amplitude) is 1, the phase is zero, and the angle is 12.5 °. This is an example in which there are two radio waves (amplitude) of 1 and zero phase (12.5, 1, 0) and the S / N ratio is 20 dB, and 20 antenna elements (20EL) It is a simulation result at the time of receiving by arranging in half wavelength intervals. Since there are 20 antenna elements, 10 values are obtained by the Prony method. The example of FIG. 6 is a case where the arrival positions of two radio waves are very close to 10 ° and 12.5 °.

図６の表の１番上のものを見ると、その到来方向は、３４．１４４°ということになっているが、実際にはその方向には電波は存在しない。すなわち、プロニー法を単純に使ったのでは、このような方向から大きい振幅の電波が到来していると判断してしまいかねない。しかしながら、ここでαの絶対値を見ると、０．１５６と他の値と比べて非常に大きい。したがって、この１番目のものは到来電波によるものではなく、ノイズによるものであり、実際には存在しないと推測できる。続いて、２番目と３番目のαの絶対値を見ると、１番目のものに比べて非常に小さい。そして、これらの到来方向は約１０°と約１３°であり、実際の方向とほぼ一致していることが分かる。そして、４番目以降のものについては、強度（振幅）が極めて小さいことから、これらの電波もノイズに依るもので実際には存在しないであろうことが推測できる。したがって、図６の例では、２番目と３番目の値に基づいて、２つの電波の振幅及び到来方向を推測することができる。 Looking at the top of the table in FIG. 6, the arrival direction is 34.144 °, but there is actually no radio wave in that direction. In other words, if the Prony method is simply used, it may be determined that a radio wave having a large amplitude has arrived from such a direction. However, looking at the absolute value of α here, it is 0.156, which is very large compared to other values. Therefore, it can be assumed that this first one is not due to incoming radio waves but due to noise and does not actually exist. Subsequently, the absolute values of the second and third α are very small compared to the first one. And these arrival directions are about 10 ° and about 13 °, and it can be seen that they are almost coincident with the actual directions. And since the intensity | strength (amplitude) is very small about the 4th or subsequent thing, it can be estimated that these radio waves depend on noise and will not actually exist. Therefore, in the example of FIG. 6, it is possible to estimate the amplitude and the arrival direction of the two radio waves based on the second and third values.

以上のように、これまではノイズの影響が大きく実際の到来電波の方向及び強度（振幅）の推測には使いにくいとされていたプロニー法であるが、プロニー法によって得られ強度（振幅）の値とαの値に基づいて、到来電波の到来方向及び強度（振幅）をより高い精度で推定できることが分かる。実際のαについての閾値をどのようにするかは、それぞれの応用によって異なるが、例えば、実験を何回か繰返し、例えば９０％以上、あるいは１００％の確率で識別できるαの値を閾値に決めることも考えられる。このようにして決められた閾値は、図２の信号処理装置３に設定され、図３の到来電波方向・強度算出処理のステップにおいて用いられ、プロニー法を用いて得られた値から振幅とαの値に基づいてノイズによるものではないと考えられるものを選択する処理が行われる。 As described above, the Prony method has been considered to be difficult to use in estimating the direction and intensity (amplitude) of the actual incoming radio wave due to the influence of noise. It can be seen that the arrival direction and intensity (amplitude) of the incoming radio wave can be estimated with higher accuracy based on the value and the value of α. The actual threshold value for α varies depending on the application. For example, the experiment is repeated several times, and the α value that can be identified with a probability of, for example, 90% or more or 100% is determined as the threshold value. It is also possible. The threshold value determined in this way is set in the signal processing device 3 in FIG. 2 and is used in the step of calculating the incoming radio wave direction / intensity in FIG. 3, and the amplitude and α are obtained from the values obtained by using the Prony method. Based on the value of, a process is performed that selects what is considered not to be due to noise.

図７のグラフは、図６の結果を本発明の方法で処理をした後にグラフに示したもので、横軸が到来電波の角度方向、縦軸が強度（振幅）を表している。図７では、αの値を−０．７≦α≦０．７の範囲としている。図７を見ると分かるように、図６の表の到来角度が１０．４５１°である２番目の電波と到来角度が１３．２４２°の３番目の電波の振幅が極めて大きく、その他が無視できることが分かる。図８のグラフは、図６及び図７と同じ条件のもとで、MUSIC法でシミュレーションを行った結果を示したグラフである。ただし、電波の数を２個としてMUSIC法処理を行った。図８のグラフを見ると分かるように、約１１．３°の角度にピークが１つだけ現れている。したがって、MUSIC法では到来電波の個数についても到来角度についても、プロニー法を用いて得られた値から振幅とαの値に基づいてノイズによるものではないと考えられるものを選択するという前述の本発明の方法に比べて正確さに欠けることが分かる。 The graph of FIG. 7 shows the result of FIG. 6 after processing by the method of the present invention. The horizontal axis represents the angle direction of the incoming radio wave, and the vertical axis represents the intensity (amplitude). In FIG. 7, the value of α is in the range of −0.7 ≦ α ≦ 0.7. As can be seen from FIG. 7, the amplitude of the second radio wave with an arrival angle of 10.451 ° in the table of FIG. 6 and the third radio wave with an arrival angle of 13.242 ° is extremely large, and others can be ignored. I understand. The graph in FIG. 8 is a graph showing the result of simulation by the MUSIC method under the same conditions as in FIGS. 6 and 7. However, MUSIC method processing was performed with two radio waves. As can be seen from the graph of FIG. 8, only one peak appears at an angle of about 11.3 °. Therefore, in the MUSIC method, both the number of incoming radio waves and the angle of arrival are selected from the values obtained by using the Prony method, based on the values of amplitude and α, which are considered not to be due to noise. It can be seen that it is less accurate than the method of the invention.

図９は、図６に関連して述べた条件のうち位相差のみを９０°に変えた場合の計算結果を示したものである。図９でも、αの値を−０．７≦α≦０．７の範囲としている。２つの電波の位相差が９０°異なるということは、位相差がゼロの場合に比べて２つの電波の相関が低いことを意味する。このため、推測される２つの電波の到来方向が、１０°と１２．５°により近づいていることが分かる。 FIG. 9 shows the calculation result when only the phase difference is changed to 90 ° among the conditions described in relation to FIG. Also in FIG. 9, the value of α is in the range of −0.7 ≦ α ≦ 0.7. The fact that the phase difference between the two radio waves differs by 90 ° means that the correlation between the two radio waves is lower than when the phase difference is zero. For this reason, it can be seen that the estimated arrival directions of the two radio waves are closer to 10 ° and 12.5 °.

本発明に係る到来電波の到来方向及び強度の推定方法及び推定装置は、携帯電話などの無線通信、レーダなどの能動型電波装置、及び、電波天文学等で利用される受動型電波装置などにおいて利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The arrival direction and intensity estimation method and estimation apparatus according to the present invention are used in wireless communication such as mobile phones, active radio devices such as radar, and passive radio devices used in radio astronomy and the like. can do.

１等間隔直線アレーアンテナ
１−１第１アンテナ素子
１−２第２アンテナ素子

２受信装置
３信号処理装置
３−１データ系列作成処理
３−２プロニー法処理
３−３到来電波方向・強度算出処理
４表示装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Equally-spaced linear array antenna 1-1 First antenna element 1-2 Second antenna element

2 Receiving device 3 Signal processing device 3-1 Data sequence creation processing 3-2 Prony method processing 3-3 Arrival radio wave direction / intensity calculation processing 4 Display device

Claims

複数の同一のアンテナ素子を直線状に等間隔に配置して構成される等間隔直線アレーアンテナで捕捉した到来電波を受信する受信装置と、
前記受信装置が出力する受信信号を信号処理する信号処理装置と、
を備え、前記信号処理装置は、前記等間隔直線アレーアンテナの各アンテナ素子の受信信号からデータ系列を生成し、前記データ系列を指数関数でフィッティングする処理を行い、得られた指数関数の引数と振幅から、到来電波の到来方向と強度を算出する処理を行うことを特徴とする電波の到来方向及び強度の推定装置。 A receiving device for receiving incoming radio waves captured by an equally spaced linear array antenna configured by arranging a plurality of identical antenna elements in a straight line at equal intervals;
A signal processing device that performs signal processing on a received signal output by the receiving device;
The signal processing device generates a data series from the received signals of each antenna element of the equally spaced linear array antenna, performs a process of fitting the data series with an exponential function, and an argument of the obtained exponential function An apparatus for estimating an arrival direction and intensity of radio waves, which performs a process of calculating the arrival direction and intensity of an incoming radio wave from amplitude.

前記信号処理装置は、指数関数でフィッティングする処理において、指数関数の引数の実数部の大きさにより使用する指数関数の引数と振幅を選択することを特徴とする請求項１記載の電波の到来方向及び強度の推定装置。 2. The direction of arrival of radio waves according to claim 1, wherein the signal processing device selects an exponential function argument and an amplitude to be used according to the size of the real part of the exponential function argument in the process of fitting with an exponential function. And intensity estimation device.

前記受信装置は、前記等間隔直線アレーアンテナで到来電波を複数回捕捉し、各アンテナ素子ごとに複数受信した信号を平均した信号を受信信号として出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の電波到来方向及び強度推定装置。 3. The receiving device according to claim 1, wherein the receiving device captures an incoming radio wave a plurality of times with the equally spaced linear array antenna, and outputs a signal obtained by averaging a plurality of received signals for each antenna element as a received signal. The radio wave arrival direction and intensity estimation device described.

複数の同一のアンテナ素子を直線状に等間隔に配置して構成される等間隔直線アレーアンテナで捕捉した受信信号からデータ系列を生成し、前記データ系列を指数関数でフィッティングする処理を行い、得られた指数関数の引数と振幅から、到来電波の到来方向と強度を算出する処理を行うことを特徴とする電波の到来方向及び強度の推定方法。 A data sequence is generated from a received signal captured by an equally spaced linear array antenna configured by arranging a plurality of identical antenna elements in a straight line at equal intervals, and the data sequence is fitted with an exponential function to obtain a data sequence. A method for estimating the arrival direction and intensity of a radio wave, which performs a process of calculating the arrival direction and intensity of an incoming radio wave from the exponential function argument and amplitude obtained.

指数関数でフィッティングする処理において、指数関数の引数の実数部の大きさにより使用する指数関数の引数と振幅を選択することを特徴とする請求項４記載の電波の到来方向及び強度の推定方法。 5. The method of estimating the direction of arrival and intensity of radio waves according to claim 4, wherein, in the process of fitting with an exponential function, the argument and amplitude of the exponential function to be used are selected according to the size of the real part of the argument of the exponential function.

前記データ系列を生成する処理は、前記等間隔直線アレーアンテナで到来電波を複数回捕捉し、各アンテナ素子ごとに複数受信した信号を平均した信号を受信信号に基づいて行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の電波到来方向及び強度推定方法。 The processing for generating the data series is performed based on a received signal by capturing an incoming radio wave a plurality of times with the equally spaced linear array antenna and averaging a plurality of received signals for each antenna element. Item 6. The radio wave arrival direction and intensity estimation method according to Item 4 or 5.