JP4014981B2 - Arrival direction estimation apparatus and arrival direction estimation method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は移動体通信用基地局、電波監視装置、レ−ダ装置などで用いられる到来波方向推定装置及び到来方向推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信用基地局、電波監視装置、レ−ダ装置においては、到来してくる電波の方向を精度良く推定する到来方向推定装置が望まれている。
【０００３】
高精度に到来方向を推定する方法として、複数のアンテナ素子の受信信号を用いるＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（例えば非特許文献１）が存在する。
【０００４】
このＭＵＳＩＣを用いた到来方向推定装置は、複数のアンテナ、複数のアンテナにそれぞれ接続された複数の受信器、複数の受信器に接続された到来方向推定手段とから構成される。到来方向推定手段は、すべてのアンテナからの受信信号と使用しているアンテナパタ−ン（振幅と位相）を用いて到来方向推定を行う。
【０００５】
ＭＵＳＩＣを用いて精度良く到来方向推定を行うためには、アンテナおよび受信器のキャリブレ−ションが重要である。キャリブレ−ションが不完全であると到来方向の推定誤差が大きくなり精度が大幅に劣化してしまう。
【０００６】
アンテナおよび受信器のキャリブレ−ション方法は、 例えば特許文献１の「アダプティブアンテナの校正方法」に示されている。アダプティブアンテナでは到来方向を推定し、その方向にビ−ムを向けたりする機能も有しているので、到来方向推定装置を含んでいるものである。
【０００７】
このキャリブレ−ション方法は、既知の方向に送信装置を設置し、送信装置からの送信波を到来方向推定装置に設けられた複数のアンテナで受信する。この受信信号は到来方向推定装置に設けられたアナログ受信器及びＡ／Ｄ変換器を通過して、デジタル信号に変換される。到来方向推定装置からみた送信装置の方向と複数のアンテナの配置が既知であり、また、到来方向推定装置の複数のアナログ受信器の特性が同一であれば、デジタル信号の位相差は所定の値となり、また、振幅も所定の値となる。
【０００８】
ところが、一般的にアンテナおよびアナログ受信器はばらつきを有しているために、振幅と位相は所定の値とならない。そこで、振幅と位相を所望の値とする為の校正値を計算する。これをデジタル受信信号へ乗算することで、キャリブレ−ションすることが可能となる。
【０００９】
ところが、上述の方法は、設計段階では予期していない看板、柱などの電波の散乱、吸収をする障害物がアンテナ近傍に存在し、アンテナパタ−ンが角度によって異なる変化をした場合には、キャリブレ−ションすることが不可能となる。何故ならば、送信装置は特定の方向にしかないために、その方向のみの校正値しか求めることができない。特に、地震などの災害時に到来方向推定装置の近傍に障害物が存在してしまった場合には、大きな問題となる可能性がある。
【００１０】
また、ＭＵＳＩＣを用いて到来方向推定を行う場合には、アンテナの振幅と位相パタ−ンを用いて到来方向推定を行うので、アンテナパタ−ンのキャリブレ−ションができない場合には推定精度が劣化する大きな問題となる。
【００１１】
このような場合の解決方法としては、全ての方向に送信装置を配置し、全ての方向の校正値を求めれば良い。ところが、全ての方向に送信装置を置くことはコスト的に大きな問題があり、現実的でない。
【００１２】
他の方法として、看板、柱等の影響を数値シミュレ−ションなどで明確にする方法がある。ところがこの場合にも、到来方向推定装置を設置した後に、看板の形が変わったり、位置が変わったり、あるいは、電気的な媒質定数が変化する可能性がある。
【００１３】
また、障害物が複雑な形状となった場合には、数値シミュレ−ションを実行できない場合もある。
【００１４】
以上説明したように、従来の到来方向推定装置におけるキャリブレ−ション方法は、アンテナパタ−ンそのものが、障害物の影響で変化してしまった場合には、適用することができない問題点があった。また、障害物の影響を数値シミュレ−ションで定量評価することも可能だが、簡易な構造の障害物であり、かつ、時間的に変化しない場合のみに適用できる方法であるために、適用できる場合が極めて限定されてしまう問題があった。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−２１７７６０公報（第６頁−第９頁、第１図−第３図）
【００１６】
【非特許文献１】
Ｒ。 Ｏ。 Ｓｃｈｍｉｔ、“Ｍｕｌｔｐｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ”、ＩＥＥＥＴｒａｎｓ。 Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ、 ｖｏｌ。ＡＰ−３４、 ｎｏ。３、 ｐｐ。 ２７６−２８０、 Ｍａｒｃｈ、 １９８６。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の到来方向推定装置におけるキャリブレ−ション方法では、角度特性のないキャリブレ−ションは可能であったが、角度特性を有するアンテナパタ−ンのキャリブレ−ションを行うことができない問題点があった。
【００１８】
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、アンテナパタ−ンのキャリブレ−ションを可能とし、高精度に到来方向の推定が可能な到来方向推定装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の到来方向推定装置及び到来方向推定方法は、到来電波を複数のアンテナで受信し、複数のアンテナからの複数の受信信号の中から、前記複数のアンテナ素子数の総数よりも１素子少ないアンテナ素子数で、前記アンテナ素子に対応する受信信号で到来方向推定を行い、この到来方向推定を全てのアンテナ素子の組み合せで行い、方向推定結果の平均値から最も差のある結果となるアンテナ素子の組み合せを選択し、前記アンテナ素子の組み合せで用いていないアンテナ素子を前記特性変化の最大のアンテナ素子と判定し、前記特性変化の最大のアンテナ素子を除いた他のアンテナ素子に対応する前記出力受信信号を用いて到来電波の推定を行うことを特徴とするものである。
【００２０】
また、到来電波を複数のアンテナで受信し、複数のアンテナからの複数の受信信号の中から、前記複数のアンテナ素子数の総数よりも１素子少ないアンテナ素子数で、前記アンテナ素子に対応する受信信号でＭＵＳＩＣ法を用いて到来方向推定を行い、前記到来方向推定を全てのアンテナ素子の組み合せで行い、ＭＵＳＩＣスペクトラムの値が最も大きくなる結果となるアンテナ素子の組み合せを選択し、前記組み合せで用いていないアンテナ素子を特性変化の最大のアンテナ素子と判定し、前記特性変化の最大のアンテナ素子を除いた他のアンテナ素子に対応する前記出力受信信号を用いて到来電波の推定を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
また、到来電波を複数のアンテナで受信し、複数のアンテナからの複数の受信信号の中から、前記複数のアンテナ素子数の総数よりも１素子少ないアンテナ素子数で、前記アンテナ素子に対応する受信信号で到来波数推定を行い、前記到来方向推定を全てのアンテナ素子の組み合せで行い、この推定結果の平均値から最も差のある結果となるアンテナ素子の組み合せを選択し、前記アンテナ素子の組み合せで用いていないアンテナ素子を前記特性変化の最大のアンテナ素子と判定し、前記特性変化の最大のアンテナ素子を除いた他のアンテナ素子に対応する前記出力受信信号を用いて到来電波の推定を行うことを特徴とするものである。
【００２２】
また、複数のアンテナ素子の中で特性変化の最大のアンテナ素子を判定し、前記特性変化の最大のアンテナ素子と判定されない複数のアンテナ素子を用いて到来方向推定を行い、前記到来方向と、予め算出した前記複数のアンテナ素子全ての振幅パターン及び位相パターンを用いて、第一の振幅差と第一の位相差を推定し、前記複数のアンテナ全てからの複数の受信信号間の第二の振幅差と第二の位相差を算出し、前記第一、第二の振幅差の変化量を前記到来電波に対するアンテナの各振幅パターンの補正値とし、前記第一、第二の位相差の変化量を前記到来電波に対するアンテナの各位相パターンの補正値として算出し、この算出した補正値をもとに前記補正値の算出されている２方向の角度差が、あらかじめ設定した値よりも小さい場合には、２方向間の補正値を補間計算で算出し、これら補間補正値、前記算出した補正値及び前記受信信号全てをもちいて電波の到来方向を推定することを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係わる到来方向推定装置の構成図である。
【００２４】
到来方向推定装置は、到来してくる電波を受信する８本の複数のアンテナ素子（１−１〜１−８）、複数のアンテナ素子（１−１〜１−８）に接続する８個の受信機（２−１〜２−８）、これら受信機（２−１〜２−８）の受信信号の中から、複数のアンテナ素子（１−１〜１−８）の全素子数よりも少ない数の受信信号を選択する受信信号選択器３、受信信号選択器３の出力受信信号を用いて到来方向推定を行う到来方向推定器４、この到来方向推定器４の推定結果を用いて、特性変化の大きなアンテナ素子を判定する判定器５、この判定器５の判定結果に基づいて、受信信号選択器３を制御する選択制御器６とから構成される。
【００２５】
本発明の実施の形態では、全アンテナ素子数よりも１素子少ないアンテナ素子数で到来方向推定を行い、到来方向推定を全てのアンテナ素子の組み合せで行い、方向推定結果の平均値から最も差のある結果となる組み合せを選択し、この組み合せで用いていないアンテナ素子を特性変化の大きなアンテナと判定することを特徴とするものである。
【００２６】
本実施の形態における到来方向推定装置は、装置の近傍に存在する設計段階では予想できない障害物の影響によるアンテナパターンの変化の大きなアンテナ素子を判定することができる。そして、変化の小さいアンテナ素子のみで到来方向推定することが可能となり、到来方向推定精度を向上することが可能となる。以下、本実施の形態の詳細について説明をする。
【００２７】
アンテナ素子（１−１〜１−８）は到来してくる電波を受信できる様に設計されていれば、どのようなアンテナを用いても良い。ビーム幅の広いダイポールアンテナでも良いし、ビーム幅の狭い八木・宇田アンテナでも良い。また、複数のアンテナ配置はいかなる配置でも構わない。リニアアレイでも、円形アレイでも、矩形アレイでも構わない。
【００２８】
また、受信機（２−１〜２−８）は、アンテナで受信した信号を後段の到来方向推定器で到来方向が推定できるような受信信号へ変換することを行う。例えば、増幅器、周波数変換器、フィルター、A/D変換器などで構成されている。
また、受信信号選択器３では、受信機（２−１〜２−８）の出力である受信信号の中から、アンテナ素子の全素子数よりも少ない数の受信信号を選択して出力する。この、選択方法は、詳細に後述する。
【００２９】
また、受信信号選択器３の出力である選択された受信信号を用いて、到来方向推定器４で到来方向を推定する。ここでの到来方向推定方法はいかなる方法を用いてもかまわない。モノパルス方法、ビーム走査方法、あるいは、ＭＵＳＩＣといった高分解能アルゴリズムを用いてもよい。
【００３０】
また、到来方向推定器４の推定結果を用いて、アンテナ特性変化の大きな素子を判定器５で判定する。以下に、アンテナ特性変化の大きな素子を判定する方法、および、受信信号選択器３の選択方法について図２のフローチャートを用いて詳細に説明をする。
【００３１】
アンテナ特性変化の大きな素子を判定するために、全アンテナ素子数よりも１素子少ないアンテナ素子数で到来方向推定を行う（ｓｔｅｐ２１）。本実施の形態のように全素子数が８素子の場合には、７素子を選びこの７素子の受信信号を用いて到来方向推定を行う。そして、この到来方向推定をすべての素子の組み合せで行う（ｓｔｅｐ２２）。アンテナ素子数が８素子の場合には、８通りの組み合せで到来方向推定を行う。
【００３２】
そして、この８通りの推定結果から設計段階では予測できない障害物によるアンテナ特性変化の大きなアンテナ素子を判定することができる。ここでは、８通りの推定結果の平均値を計算し（ｓｔｅｐ２３）、この平均値ともっとも差のある結果となるアンテナ素子の組み合せを選択する（ｓｔｅｐ２４）。そして、この組み合せで使用していないアンテナ素子をもっとも変化の大きなアンテナ素子と判定する（ｓｔｅｐ２５）。
【００３３】
このような手順によって、アンテナ特性変化の大きなアンテナ素子を判定できる理由を説明する。全アンテナ素子数が８素子（＃１〜 ＃８）である場合に、この中に１素子（＃８）だけアンテナ特性変化の大きな素子があると仮定する。この場合、アンテナ特性変化の大きな素子を用いた到来方向推定結果は類似した結果となる性質を有する。一方、アンテナ特性変化の大きな素子を用いていない推定結果は、異なる結果となる性質を有する。
【００３４】
つまり、全素子数が８素子（＃１〜＃８）の場合には、７通りの組み合せ（（１）＃２〜＃８，（２）＃１，＃３〜＃８，（３）＃１〜＃２，＃４〜＃８，（４）＃１〜＃３，＃５〜＃８，（５）＃１〜＃４，＃６〜＃８，（６）＃１〜＃５，＃７〜＃８，（７）＃１〜＃６，＃８）の推定結果は、特性変化の大きなアンテナ（＃８）を用いているので、類似した結果が得られることとなる。そして、１通りの組み合せ（＃１〜＃７）は、特性変化の大きなアンテナ（＃８）を用いていないので、この結果だけはほかの結果と違う値となる。
【００３５】
図３にシミュレーションによる結果を示す。図３（ａ）のような８素子のアレイアンテナ（＃１〜＃８）を仮定し、その近傍に障害物Ｘを設置した。障害物Ｘの近傍のアンテナ＃８の特性を最も変化させるような条件で計算を行った。図３（ｂ）は７素子を選択しない８通りの推定結果を示している。図３（ｂ）より、アンテナ＃８を選択した組み合せのみ、他の結果とは異なる結果となっており、上述の説明をシミュレーションによっても確認することができている。
【００３６】
以上説明したように、８通りの推定結果の平均値との差がもっとも大きな組み合せを選択し、この組み合せで用いていないアンテナ素子をアンテナ特性変化の大きなアンテナ素子と判定することが可能となる。なお、これらの複数の組み合せの制御は受信信号制御器６を用いて行っている。
【００３７】
したがって、このように判定することでアンテナ特性変化の大きなアンテナ素子と判定されなかったアンテナ素子のみを用いて到来方向推定することが可能となり、推定精度の向上を実現することができる。なお、図３（ｂ）から明らかな様に、アンテナ特性変化の大きな＃８を用いない推定結果は、誤差の小さいものとなっている。
以上説明したように、本実施の形態における到来方向推定装置においては、設計段階で予期することができないアンテナ近傍の障害物の影響によってアンテナ特性が最も変化してしまったアンテナ素子を判定することができ、アンテナ特性変化の大きなアンテナ素子と判定されたアンテナ素子以外の受信信号のみ用いて到来方向推定が可能となるので、推定精度の向上が可能となる。
【００３８】
また、本発明によれば、障害物以外にも、受信機が故障してしまった場合や、アンテナの整合回路が故障してしまった場合など、さまざまな要因でアンテナ性能が設計値と変わってしまった場合でも、故障してしまったアンテナを判定することができ、到来方向推定精度の向上が可能となる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態では、到来方向推定装置の構成は第１の実施の形態と同じであるが、アンテナ特性変化の大きなアンテナ素子を２つ判定することを特徴とする。以下に、詳細に説明をする。
【００４０】
障害物の形状や、個数などによっては、アンテナ特性変化の大きなアンテナ素子が１素子ではなく、２素子となる場合がある。このような場合には、２素子を判定する必要がある。本実施の形態においては、この判定を、第１の実施の形態を拡張した方法でおこなう。
【００４１】
はじめに、第１の実施の形態と同じように、アンテナ特性変化の大きなアンテナ素子を１素子だけ判定する。次に、判定されなかった残りのアンテナ素子を用いて、同様に、次に特性変化の大きな素子を判定する。以下に、図４のフローチャートを用いて具体的に説明をする。
【００４２】
全アンテナ素子数が８素子の場合で説明をする。はじめに、７素子の８通りの組み合せで到来方向推定を行い、その結果の平均値との差から、特性変化の大きなアンテナアンテナを判定する。これは、第１の実施の形態と同じである（ｓｔｅｐ４１〜ｓｔｅｐ４５）。
【００４３】
次は、残りの７素子の中から６素子を選択し到来方向推定を行う（ｓｔｅｐ４６）。次に、７通りの組み合せで到来方向推定を行う（ｓｔｅｐ４７）。次に、７通りの結果の平均値を計算する（ｓｔｅｐ４８）。さらに、７通りの結果の平均値との差が最大となる素子の組み合せを選択する（ｓｔｅｐ４９）。次に、この組み合せで用いていないアンテナ素子を特性変化の大きな素子と判定することができる（ｓｔｅｐ５０）。なお、このように判定することで特性変化の大きなアンテナ素子を選択できる理由については、第１の実施の形態での説明と同じなので省略する。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、アンテナ特性変化の大きな素子が複数ある場合でも、それらの素子を判定することができる。その結果、変化の少ない素子のみを用いて到来方向推定することが可能となり、推定精度の向上を実現することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態ではアンテナ変化の大きなアンテナ素子を２素子として、これらを判定する方法に関して述べているが、変化の大きなアンテナ素子が３素子以上の場合でも、同様な手順を繰り返し行うことで、これらを判定することが可能であり、精度のよい推定が実現できることとなる。
【００４６】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の実施の形態では、到来方向推定装置の構成は第１の実施の形態と同じであるが、アンテナ特性変化の大きなアンテナ素子を判定する方法が異なる。以下に、アンテナ素子の判定方法を図５のフローチャートを用いて詳細に説明をする。
【００４７】
はじめに、全アンテナ素子数よりも１素子少ないアンテナ素子数で到来方向推定を行う（ｓｔｅｐ５１）。ここでは、ＭＵＳＩＣ法を用いて到来方向推定を行う。次に、この到来方向推定を全ての素子の組み合せで行う（ｓｔｅｐ５２）。次に、ＭＵＳＩＣスペクトラムの値が最も小さくなる結果となる組み合せを選択する（ｓｔｅｐ５３）。次に、前記組み合せで用いていないアンテナ素子を特性変化の大きなアンテナと判定する（ｓｔｅｐ５４）。
【００４８】
ＭＵＳＩＣで到来方向推定を行う場合には、直交性を利用して到来方向推定を行う。そして、到来方向においては、ＭＵＳＩＣスペクトラムが無限大となる。ただし、実際にはノイズの影響で無限大とならず、大きな値を有する。図６にこの様子を示す。ＭＵＳＩＣスペクトラムの最大値の方向を到来方向推定とするものである。
【００４９】
しかし、アンテナパターンの変化が大きい場合には、図６に示すようにスペクトラムの最大値は小さくなる。これは、アンテナの特性変化量をＭＵＳＩＣ法の計算に入れることができないために、直交性が大きく崩れるためである。したがって、ＭＵＳＩＣスペクトラムの最大値が小さな場合には、アンテナ特性の変化の大きなアンテナ素子が含まれていると判断することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＭＵＳＩＣ法によって到来方向推定を行う場合に、このスペクトラムの最大値から、アンテナ変化の大きなアンテナ素子を判定することができ、判定されたアンテナ素子以外の素子を利用して到来方向推定することが可能となり、推定精度の向上が可能となる。
なお、本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、アンテナ特性変化の大きなアンテナ素子が複数ある場合には、同様の手順を複数回繰り返すことによって、複数の変化の大きな素子を判定することが可能となる。
次に、本発明の第４の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図７は本発明に係わる到来方向推定装置の構成図である。
【００５１】
到来方向推定装置は、到来してくる電波を受信する８本のアンテナ素子（１−１〜１−８）、これらアンテナ素子（１−１〜１−８）に接続する８個の受信機（２−１〜２−８）、これら受信機（２−１〜２−８）の受信信号の中から、８本のアンテナ素子（１−１〜１−８）の全素子数よりも少ない数の受信信号を選択する受信信号選択器３、受信信号選択器の出力受信信号を用いて到来波数推定を行う到来波数推定器１１、到来波数推定器の推定結果を用いて、特性変化の大きなアンテナ素子を判定する判定器５、この判定器５の判定結果に基づいて、受信信号選択器３を制御する選択制御器６、及び選択された受信信号により到来方向推定を行う到来方向推定器４とから構成される。
【００５２】
本実施の形態は、全アンテナ素子数よりも１素子少ないアンテナ素子数で到来波数推定を行い、到来波数推定を全てのアンテナ素子の組み合せで行い、波数推定結果の平均値から最も差のある結果となる組み合せを選択し、この組み合せで用いていないアンテナ素子を特性変化の大きなアンテナと判定することを特徴とするものである。
【００５３】
本実施の形態においては、第１の実施の形態と異なる点は、到来波数推定の結果を利用してアンテナ特性変化の大きなアンテナ素子を判定することである。以下に、この部分の説明を詳細に行い、他の部分の説明は、第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００５４】
本実施の形態においては、到来波数推定の結果からアンテナ特性変化の大きなアンテナ素子を判定する。すなわち、到来波数推定器１１では未知の到来波の数を求めるが、アンテナ特性の変化に応じて推定される到来波の数が異なるので、到来波数推定器１１から出力された結果を判定手段５に入力し、この判定手段では到来波の数の平均値から最も差のある結果となる組み合せのアンテナ素子を選択し、この組み合せで用いていないアンテナ素子を特性変化の大きなアンテナ素子と判定する。
【００５５】
なお、到来波数推定方法は、ＡＩＣ（Akaike Information Criteria）やＭＤＬ（Minimum Description Length）（M。 Wax、 and T。 Kailath、" Detection of signal by information theoretic criteria、" IEEE Trans。、 vol。 ASSP-３３、 no。 ２、 pp。 ３８７-３９２、 April １９８５）等を用いてもよいし、受信信号から計算される相関行列の固有値分布から推定してもよい。ここで、波数推定方法はどのような方法でも、推定できる方法を利用することが可能である。
【００５６】
ここで、第１の実施の形態で到来方向推定の結果を用いて変化の大きなアンテナ素子を判定した場合と同様に、波数推定においても、アンテナ特性変化の大きなアンテナ素子の受信信号を用いた場合には、推定結果が異なるものとなる。特に、アンテナ付近の障害物以外にも、受信機の故障や、アンテナの整合回路の故障など、受信特性が大きく劣化する場合に、特に変化が大きくなる。また、到来波数が、複数の場合には、到来方向推定では分布のばらつきの度合いにより、判断が難しい場合があり、このような場合には、波数推定で判断することは有効となる。
【００５７】
次に、波数推定について図８のフローチャートを用いて説明する。はじめに、アンテナの全素子数よりも１素子少ない条件で到来波数推定を行う（ｓｔｅｐ８１）。次に、全ての素子の組み合せで到来波数推定をおこなう（ｓｔｅｐ８２）。次に、全ての波数推定の結果の平均値を計算する（ｓｔｅｐ８３）。次に、平均値から最も差のある結果となる組み合せを選択する（ｓｔｅｐ８４）。最後に、この組み合せで用いていないアンテナ素子を特性変化の大きなアンテナ素子と判定することが可能となる（ｓｔｅｐ８５）。
【００５８】
したがって、第１の実施の形態の説明と同様に、アンテナの全素子数よりも１素子少ない条件の全ての組み合せで到来波数推定を行い、これらの平均値から最も差のある結果となる組み合せを選択し、この組み合せで用いていないアンテナ素子を特性変化の大きなアンテナ素子と判定することが可能となる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態においては、到来波数推定結果から、アンテナ特性変化の大きなアンテナ素子を判定することが可能となり、判定されないアンテナ素子を用いて到来方向推定が可能となり、精度のよい到来方向推定が可能となる。
【００６０】
なお、本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、アンテナ特性変化の大きなアンテナ素子が複数ある場合には、同様の手順を複数回繰り返すことによって、複数の変化の大きなアンテナ素子を判定することが可能となる。
【００６１】
次に、本発明の第５の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図９は本発明に係わる到来方向推定装置の構成図である。
【００６２】
本実施の形態における到来方向推定装置は、到来してくる電波を受信する８本のアンテナ素子（１−１〜１−８）、８本のアンテナ素子（１−１〜１−８）に接続する８個の受信機（２−１〜２−８）、これら受信機（２−１〜２−８）の受信信号の中から、８本のアンテナ素子（１−１〜１−８）の全素子数よりも少ない数の受信信号を選択する受信信号選択器３、受信信号選択器の出力受信信号を用いて到来方向推定を行う到来方向推定器４、この到来方向推定器４の推定結果を用いて、特性変化の大きなアンテナ素子を判定する判定器５、この判定器５の判定結果に基づいて、受信信号選択器３を制御する選択制御器６、アンテナ振幅パターンの補正値とアンテナ位相パターンの補正値を算出する補正値算出器７、補正値を保存する補正値保存器８、補正値保存器で保存された補正値の算出されている２方向の角度差が、あらかじめ設定した値よりも小さい場合には、２方向間の補正値を補間計算で算出する補正値補間器９、複数の受信機の受信信号と補正値保存器で保存されている補正値を用いて、電波の到来方向推定を行う第２の到来方向推定器１０とから構成されるものである。
【００６３】
以下、本発明の詳細を図１０のフローチャートを用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同一内容の部分に関しては説明を省略する。
【００６４】
８本のアンテナ素子（１−１〜１−８）の付近に、設計段階では予想できない障害物が存在してしまう場合がある。この場合には、アンテナの振幅パターンとアンテナの位相パターンが角度ごとに異なった変化をしてしまう。その結果、到来方向推定精度は大幅に劣化するものとなる。そこで、以下の手順によって、アンテナパターンの補正値を算出する。なお、アンテナパターンの補正値を算出することで、特性変化の大きなアンテナの受信信号も到来方向推定に使用可能となる。その結果、角度分解能の向上や、同時に扱える到来波数の数が大幅に増えるといった効果が得られる。
【００６５】
ここでは、任意の方向から到来してくる到来波を用い、この到来波を特性変化の大きなアンテナと判定されない複数のアンテナ素子を用いて到来方向推定を行う。ここで、特性変化の大きなアンテナは、実施の形態１〜３と同じように判定する（ｓｔｅｐ１０１〜ｓｔｅｐ１０６）。
【００６６】
次に、この推定された方向とこのときの受信信号を用いてアンテナパターンの補正値を補正値算出器７で算出する（ｓｔｅｐ１０７）。以下に補正値の求め方を説明する。
【００６７】
電波の到来方向が既知である場合の受信信号間の振幅差と位相差は、アンテナの振幅と位相パターンによって決まってくる。ここでの、位相パターンとは、アンテナそのものの絶対値の位相パターンと、アンテナの配置場所による違いで生じる相対的な位相差を両方含めたものである。また、振幅と位相パターンはアンテナ間の相互結合も含んでいるものとする。設計段階であらかじめアンテナの振幅と位相パターンは求めることができるので、到来方向が既知であれば、受信信号間の振幅差と位相差はある値となる。
【００６８】
ところが、アンテナパターンが障害物の影響で変化してしまった場合には、受信信号は設計値の放射パターンを用いて計算した値から変化する。そのために、受信信号間の振幅差と位相差は、設計値から変化する。ここで、設計値からの変化量は、アンテナの振幅と位相の変化量に対応するものとなる。したがって、これを補正値として用いることができる。
【００６９】
以上説明した場合では、到来方向が既知の場合であるが、本実施の形態によれば、（ｓｔｅｐ１０１〜ｓｔｅｐ１０６）によりアンテナ特性の変化の少ないアンテナ素子のみを用いて到来方向推定することが可能となるので、精度のよい推定が可能であり、推定誤差が小さい。したがって、方向既知の到来波で算出する補正値と同等の精度で補正値を算出することが可能である。
【００７０】
次に、算出された方向のアンテナパターンの振幅と位相の補正値を、補正値保存器８で保存する（ｓｔｅｐ１０８）。
【００７１】
ところが、この補正値は、電波の到来してくる方向しか求めることができない。そこで、補正値補間器９で補正値の補間を行い、広い角度における補正値を計算する（ｓｔｅｐ１０９）。以下に図１１を用いて説明をする。
【００７２】
図１１（ａ）は本発明の到来方向推定装置と未知方向あるいは推定された方向の２つの送信源の配置をＸ−Ｙ平面にしめしたもので、到来方向推定装置をO点、２つの信号源をＰ１及びP２に示しており、Ｐ１は角度θ１、P２は角度θ２の地点を示している。
【００７３】
補正値補間器９では、補正値の算出されている隣り合う２方向の角度差（θ２−θ１）が、あらかじめ設定した値よりも小さい場合には、２方向間の補正値を補間計算で算出する。アンテナパターンは、障害物で変化してしまうが、一般的に、角度に対して滑らかな変化をする。従って、補正値の求まっている角度の値を利用して、補正値の求まっていない角度の値を補間計算で予測することが有効である。補間の方法は、１次補間で求めることができる。または、２次以上の補間方法でもよい。
【００７４】
補間計算で求めた補正値は図１１（ｂ）に示すように真値とはならない。ところが、補正値の算出されている、隣り合う２方向の角度差（θ２−θ１）が、あらかじめ設定した値よりも小さい場合にのみに補間を行うようにすることに限定させている。そのために、補間計算によって悪い補正値を算出する確率を大幅に減らすことができる。ここで、隣り合う２方向の角度差に対して設定する値は、用いるアンテナの種類、配置方法、使用周波数、障害物の種類によってそれぞれ異なる。そこで、前もって、シミュレーションや実験を行い決めれば良い。この補間計算で求めた補正値を補正値保存器３ に保存する（ｓｔｅｐ１１０）。
【００７５】
以上説明した様に、アンテナ特性の変化の少ない素子のみで到来方向推定を行い、この精度のよい推定結果とこのときの受信信号を用いて、アンテナパターンの補正値を算出することが可能となる。
【００７６】
最後に、第２の到来方向推定器１０では、補正値保存器８に保存されている補正値を用いて、到来方向推定する（ｓｔｅｐ１１１）。
【００７７】
したがって、到来方向推定に算出された補正値を用いることで、角度ごとのキャリブレーションが可能となるので精度の良い到来方向推定が可能となる。また、角度分解能の向上や同時に扱える波数が増えるといった利点がある。
【００７８】
また、補間計算を用いて補正値を算出しているので、到来波数の数が少なくても、広い角度にわたって補正値を算出できる利点を有している。
【００７９】
なお、補間の方法は１次補間で求めることができるが、複数の補正値を使用して２次補間で求めることもできるし、他のいかなる方法で求めても良い。また、外挿法を用いて、２つの角度間以外の角度の補正値を算出しても良い。
【００８０】
なお、本実施の形態においては、補正値の算出されている隣り合う２方向の角度差が、あらかじめ設定した値よりも大きい場合には、補間計算を行わないので、その角度の間では補正値がない。そこで、補正値が算出されている角度は、補正値を用いて到来方向推定を行い、補正値が算出されていない角度は、特性変化の大きなアンテナと判定されない複数のアンテナ素子を用いて到来方向推定を行うようにすることが有効である。補正値が算出されているならば、全ての素子を用いた高分解能な推定を行うことが可能となる。また、補正値が算出されていないならば、特性変化の小さいアンテナ素子のみを用いて、最低限の到来方向推定をすることが可能となるからである。
【００８１】
また、図２に示したフローチャートで到来方向推定を行い、この結果を用いて校正値を計算すると説明をしたが、図４，図５に示したフローチャートで到来方向推定を行い、この結果を利用して校正値を計算することももちろん可能である。以上の説明では、到来波の周波数に関して述べていなかったが、周波数帯域幅の非常に広い場合には、以下のように取り扱えば良い。まず、周波数帯域幅が広いと、周波数によって、障害物からの影響の受け方が異なる。したがって、周波数を複数に分割し、それぞれの周波数に対して、補正値を算出すれば良い。
【００８２】
また、補正値の補間は、ある周波数に対して、２つの角度の間で計算することと、ある角度に対して、２つの周波数の間で計算することが有効である。なぜならば、一般に、角度と周波数に対し滑らかに特性が変化するからである。このようにすると、補正値を算出するための到来波の数が少ない場合でも、広い角度範囲、そして、広い周波数範囲において、補正値を算出することが可能となる。
【００８３】
さらに、２次元（Az、El）の方向推定を行う場合がある。この場合にも、２方向間の補間計算を行うことで、広い角度範囲で補正値を算出することが可能となる。
【００８４】
さらに、２次元（Az、El）の方向推定で、周波数帯域幅が広い場合がある。この場合には、周波数帯域幅を複数に分割し、また、方向と周波数の両方で、補間計算を行うことで、広い角度範囲、そして、広い周波数範囲で補正値を計算することが可能となる。
【００８５】
また、本発明の補正値補間器では、補正値が算出される毎に、補間計算を再び行い、補正値を再計算することで、精度の良い補正値が得られる。なぜならば、補正値の得られる角度の数が増えるにつれて、２つの方向の角度差が小さくなり、補間精度の向上が期待できるからである。従って、装置の運用を長い間行うことで、補正値の精度は向上していく。つまり、本発明を用いることで、長い間同じ装置を使用することが可能になり、低コストで装置を維持することが可能となる。
【００８６】
また、本発明の補正値算出に係る器、および、到来方向推定器をデジタル信号処理で実施することで、複数の器を一つの処理装置で実行することもできる。この場合には、機器の小型化や、省電力化も可能となり、また、アルゴリズムの変更もソフトウエアの入れ替えだけで済むので、簡易となり有効な方法であるといえる。
【００８７】
また、本発明をアダプティブアンテナへ適用することも可能である。通信に用いるアダプティブアンテナでは、通信相手へパターンのビームを向けたり、逆に、通信相手以外へパターンのヌルを向けたりする。このときに、アンテナパターンが付近の障害物によって変化してしまった場合には、精確にビームを向けたり、ヌルを向けたりすることができなくなる。そこで、本発明を用いて、アンテナパターンのキャリブレーションを行うことで、アダプティブアンテナの性能を大幅に向上することが可能となる。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、到来方向推定装置及び到来方向推定方法において、アンテナの放射パターンが、アンテナ近傍の障害物によって変化してしまった場合でも、変化の大きいアンテナを判定し、判定されない素子のみで到来方向推定を行うことができるので、高精度な到来方向推定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る到来方向推定装置。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る到来方向推定を示すフロー図。
【図３】素子の組み合せを変えた場合の到来方向推定結果を示す図。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る到来方向推定を示すフロー図。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るＭＵＳＩＣ法による到来方向推定を示すフロー図。
【図６】ＭＵＳＩＣスペクトラムを示す図。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る到来方向推定装置。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る到来方向推定を示すフロー図。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る到来方向推定装置。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る到来方向推定を示すフロー図。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る補間計算の求め方を表す図。
【符号の説明】
１−１〜1−８・・・アンテナ素子
２−１〜２−８・・・受信機
３・・・受信信号選択器
４・・・到来方向推定器
５・・・判定器
６・・・選択制御器
７・・・補正値算出器
８・・・補正値保存器
９・・・…補正値補間器
１０・・・第２の到来方向推定器
１１・・・到来波数推定器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an arrival wave direction estimation device and an arrival direction estimation method used in mobile communication base stations, radio wave monitoring devices, radar devices, and the like.
[0002]
[Prior art]
In mobile communication base stations, radio wave monitoring devices, and radar devices, an arrival direction estimation device that accurately estimates the direction of incoming radio waves is desired.
[0003]
As a method for estimating the direction of arrival with high accuracy, there is MUSIC (Multiple Signal Classification) (for example, Non-Patent Document 1) using reception signals of a plurality of antenna elements.
[0004]
This arrival direction estimation apparatus using MUSIC includes a plurality of antennas, a plurality of receivers respectively connected to the plurality of antennas, and arrival direction estimation means connected to the plurality of receivers. The arrival direction estimation means estimates the arrival direction using the received signals from all antennas and the antenna pattern (amplitude and phase) used.
[0005]
Calibration of the antenna and the receiver is important for accurately estimating the direction of arrival using MUSIC. If the calibration is incomplete, the estimation error in the direction of arrival becomes large and the accuracy is greatly deteriorated.
[0006]
The calibration method of the antenna and the receiver is disclosed in, for example, “Adaptive Antenna Calibration Method” in
[0007]
In this calibration method, a transmission device is installed in a known direction, and a transmission wave from the transmission device is received by a plurality of antennas provided in the arrival direction estimation device. This received signal passes through an analog receiver and an A / D converter provided in the direction-of-arrival estimation device, and is converted into a digital signal. If the direction of the transmission device and the arrangement of the plurality of antennas as seen from the direction of arrival estimation device are known and the characteristics of the plurality of analog receivers of the direction of arrival estimation device are the same, the phase difference of the digital signal is a predetermined value. In addition, the amplitude becomes a predetermined value.
[0008]
However, since antennas and analog receivers generally vary, the amplitude and phase do not become predetermined values. Therefore, a calibration value for setting the amplitude and phase to desired values is calculated. By multiplying this by the digital received signal, calibration can be performed.
[0009]
However, the above-described method is used in the case where obstacles that scatter and absorb radio waves such as signs and pillars, which are not expected at the design stage, exist near the antenna, and the antenna pattern changes depending on the angle. It becomes impossible to calibrate. This is because, since the transmitting apparatus is only in a specific direction, only the calibration value in that direction can be obtained. In particular, when an obstacle exists in the vicinity of the arrival direction estimation device at the time of a disaster such as an earthquake, there is a possibility that it becomes a big problem.
[0010]
In addition, when the direction of arrival is estimated using MUSIC, the direction of arrival is estimated using the amplitude and phase pattern of the antenna. Therefore, when the calibration of the antenna pattern is not possible, the estimation accuracy is degraded. It becomes a big problem.
[0011]
As a solution method in such a case, it is only necessary to arrange transmitters in all directions and obtain calibration values in all directions. However, placing transmitters in all directions has a significant cost problem and is not practical.
[0012]
As another method, there is a method of clarifying the influence of a signboard, a pillar, etc. by numerical simulation. However, even in this case, there is a possibility that the signboard shape changes, the position changes, or the electrical medium constant changes after the arrival direction estimation device is installed.
[0013]
In addition, when an obstacle has a complicated shape, numerical simulation may not be performed.
[0014]
As described above, the calibration method in the conventional direction-of-arrival estimation apparatus cannot be applied when the antenna pattern itself has changed due to an obstacle. . In addition, it is possible to quantitatively evaluate the influence of obstacles by numerical simulation, but it can be applied because it is an obstacle with a simple structure and can be applied only when it does not change over time. However, there was a problem that was extremely limited.
[0015]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-217760 (pages 6 to 9, FIGS. 1 to 3)
[0016]
[Non-Patent Document 1]
R. O. Schmit, “Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimate”, IEEE Trans. Antennas and Propagation, vol. AP-34, no. 3, pp. 276-280, March, 1986.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the calibration method in the conventional direction-of-arrival estimation apparatus can calibrate without an angular characteristic, but cannot calibrate an antenna pattern having an angular characteristic. There was a problem.
[0018]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and provides an arrival direction estimation device that enables calibration of an antenna pattern and can estimate the arrival direction with high accuracy. Objective.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an arrival direction estimation apparatus and an arrival direction estimation method according to the present invention receive incoming radio waves with a plurality of antennas, and select a plurality of antenna elements from a plurality of reception signals from a plurality of antennas. The direction of arrival is estimated with the number of antenna elements one element less than the total number of received signals corresponding to the antenna elements, and this direction of arrival is estimated by combining all antenna elements. A combination of antenna elements that gives a certain result is selected, an antenna element that is not used in the combination of the antenna elements is determined as the antenna element having the largest characteristic change, and other antenna elements having the largest characteristic change are excluded. An incoming radio wave is estimated using the output reception signal corresponding to the antenna element.
[0020]
In addition, an incoming radio wave is received by a plurality of antennas, and a reception corresponding to the antenna element is performed with a number of antenna elements that is one element less than the total number of the plurality of antenna elements among a plurality of reception signals from the plurality of antennas. The direction of arrival is estimated using the MUSIC method on the signal, and the direction of arrival is estimated by combining all antenna elements. big The combination of antenna elements that results in the selection is selected, the antenna element that is not used in the combination is determined as the antenna element with the largest characteristic change, and the other antenna elements other than the antenna element with the largest characteristic change are dealt with. Incoming radio waves are estimated using the output reception signal.
[0021]
In addition, an incoming radio wave is received by a plurality of antennas, and a reception corresponding to the antenna element is performed with a number of antenna elements that is one element less than the total number of the plurality of antenna elements among a plurality of reception signals from the plurality of antennas. The number of incoming waves is estimated with the signal Performing the direction of arrival estimation by combining all antenna elements, A combination of antenna elements that gives the most difference from the average value of the estimation results is selected, an antenna element that is not used in the combination of antenna elements is determined as the antenna element with the largest characteristic change, and the characteristic change Incoming radio waves are estimated using the output reception signals corresponding to other antenna elements excluding the largest antenna element.
[0022]
Further, the antenna element having the largest characteristic change among the plurality of antenna elements is determined, and the arrival direction is estimated using the plurality of antenna elements that are not determined to be the largest antenna element having the characteristic change. Calculated Said Multiple antennas All elements Amplitude pattern as well as Using the phase pattern, First amplitude difference and first phase difference Estimating the plurality of antennas all And calculating a second amplitude difference and a second phase difference between the plurality of received signals from the first and second amplitude differences. Against the incoming radio waves antenna Each As a correction value of the amplitude pattern, the amount of change in the first and second phase differences is Against the incoming radio waves antenna Each Calculated as a correction value for the phase pattern, and based on this calculated correction value, if the angle difference between the two directions calculated for the correction value is smaller than a preset value, the correction value between the two directions Are calculated by interpolation calculation, and the interpolation correction value, the calculated correction value, and the received signal are calculated. all The direction of arrival of radio waves is estimated using.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an arrival direction estimating apparatus according to the present invention.
[0024]
The arrival direction estimation apparatus includes eight antenna elements (1-1 to 1-8) that receive incoming radio waves, and eight antenna elements (1-1 to 1-8) that are connected to the antenna elements. Among the reception signals of the receivers (2-1 to 2-8) and these receivers (2-1 to 2-8), the total number of elements of the plurality of antenna elements (1-1 to 1-8) Using the
[0025]
In the embodiment of the present invention, the direction of arrival is estimated with the number of antenna elements that is one element less than the total number of antenna elements, the direction of arrival is estimated with a combination of all antenna elements, and the difference between the average direction estimation results is the largest. A combination resulting in a certain result is selected, and an antenna element not used in this combination is determined as an antenna having a large characteristic change.
[0026]
The direction-of-arrival estimation apparatus according to the present embodiment can determine an antenna element having a large change in antenna pattern due to the influence of an obstacle that cannot be predicted at the design stage, which exists in the vicinity of the apparatus. In addition, it is possible to estimate the direction of arrival with only the antenna element having a small change, and it is possible to improve the accuracy of arrival direction estimation. Details of the present embodiment will be described below.
[0027]
As long as the antenna elements (1-1 to 1-8) are designed to receive incoming radio waves, any antenna may be used. A dipole antenna with a wide beam width or a Yagi / Uda antenna with a narrow beam width may be used. The plurality of antenna arrangements may be any arrangement. It may be a linear array, a circular array, or a rectangular array.
[0028]
The receivers (2-1 to 2-8) convert the signals received by the antennas into reception signals whose arrival directions can be estimated by a subsequent arrival direction estimator. For example, it is composed of an amplifier, a frequency converter, a filter, an A / D converter, and the like.
The received
[0029]
Also, the
[0030]
Further, using the estimation result of the
[0031]
In order to determine an element with a large change in antenna characteristics, the direction of arrival is estimated with the number of antenna elements one element less than the total number of antenna elements (step 21). When the total number of elements is 8 as in the present embodiment, 7 elements are selected and the direction of arrival is estimated using the received signals of these 7 elements. And this direction of arrival estimation is performed by the combination of all the elements (step 22). When the number of antenna elements is 8, the arrival direction is estimated with 8 combinations.
[0032]
An antenna element having a large change in antenna characteristics due to an obstacle that cannot be predicted at the design stage can be determined from these eight estimation results. Here, an average value of the eight estimation results is calculated (step 23), and a combination of antenna elements that results in the most difference from this average value is selected (step 24). Then, the antenna element not used in this combination is determined as the antenna element having the largest change (step 25).
[0033]
The reason why an antenna element having a large change in antenna characteristics can be determined by such a procedure will be described. When the total number of antenna elements is 8 (# 1 to # 8), it is assumed that there is an element with a large change in antenna characteristics by 1 element (# 8). In this case, arrival direction estimation results using elements with large antenna characteristic changes have similar properties. On the other hand, estimation results that do not use an element with a large change in antenna characteristics have different properties.
[0034]
That is, when the total number of elements is eight (# 1 to # 8), seven combinations ((1) # 2 to # 8, (2) # 1, # 3 to # 8, (3) # 1 to # 2, # 4 to # 8, (4) # 1 to # 3, # 5 to # 8, (5) # 1 to # 4, # 6 to # 8, (6) # 1 to # 5 Since the estimation results of # 7 to # 8, (7) # 1 to # 6, and # 8) use the antenna (# 8) having a large characteristic change, similar results are obtained. Since one combination (# 1 to # 7) does not use the antenna (# 8) having a large characteristic change, only this result is different from the other results.
[0035]
FIG. 3 shows the result of the simulation. Assuming an 8-element array antenna (# 1 to # 8) as shown in FIG. 3 (a), an obstacle X is installed in the vicinity thereof. The calculation was performed under the condition that the characteristic of the
[0036]
As described above, it is possible to select a combination having the largest difference from the average value of the eight estimation results, and to determine an antenna element not used in this combination as an antenna element having a large change in antenna characteristics. The plurality of combinations are controlled using the reception signal controller 6.
[0037]
Therefore, by making such a determination, it is possible to estimate the direction of arrival using only the antenna elements that have not been determined as antenna elements having a large change in antenna characteristics, and it is possible to improve the estimation accuracy. As is clear from FIG. 3B, an estimation result without using # 8 having a large change in antenna characteristics has a small error.
As described above, in the direction of arrival estimation apparatus according to the present embodiment, it is possible to determine the antenna element whose antenna characteristics have changed most due to the influence of an obstacle near the antenna that cannot be expected at the design stage. In addition, since the direction of arrival can be estimated using only received signals other than the antenna elements determined as antenna elements having a large change in antenna characteristics, the estimation accuracy can be improved.
[0038]
Further, according to the present invention, in addition to the obstacle, the antenna performance changes from the design value due to various factors, such as when the receiver breaks down or the antenna matching circuit breaks down. Even in the case of failure, the antenna that has failed can be determined, and the accuracy of direction-of-arrival estimation can be improved.
[0039]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the configuration of the arrival direction estimation apparatus is the same as that of the first embodiment, but two antenna elements having a large change in antenna characteristics are determined. This will be described in detail below.
[0040]
Depending on the shape and number of obstacles, the antenna element having a large change in antenna characteristics may be two elements instead of one. In such a case, it is necessary to determine two elements. In the present embodiment, this determination is performed by a method that is an extension of the first embodiment.
[0041]
First, as in the first embodiment, only one antenna element with a large change in antenna characteristics is determined. Next, using the remaining antenna elements that have not been determined, similarly, the element having the next largest characteristic change is determined. This will be specifically described below with reference to the flowchart of FIG.
[0042]
The case where the total number of antenna elements is 8 will be described. First, direction-of-arrival estimation is performed using eight combinations of seven elements, and an antenna antenna having a large characteristic change is determined from the difference from the average value. This is the same as in the first embodiment (step 41 to step 45).
[0043]
Next, 6 elements are selected from the remaining 7 elements and the direction of arrival is estimated (step 46). Next, direction-of-arrival estimation is performed with seven combinations (step 47). Next, the average value of the seven results is calculated (step 48). Further, a combination of elements that maximizes the difference from the average of the seven results is selected (step 49). Next, an antenna element not used in this combination can be determined as an element having a large characteristic change (step 50). Note that the reason why an antenna element having a large characteristic change can be selected by making such a determination is the same as that described in the first embodiment, and will not be described.
[0044]
As described above, according to the present embodiment, even when there are a plurality of elements having a large change in antenna characteristics, these elements can be determined. As a result, it is possible to estimate the direction of arrival using only elements with little change, and it is possible to improve the estimation accuracy.
[0045]
In this embodiment, two antenna elements with large antenna changes are described as methods for determining these. However, even when there are three or more antenna elements with large changes, the same procedure can be repeated. These can be determined, and accurate estimation can be realized.
[0046]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the embodiment of the present invention, the configuration of the direction of arrival estimation apparatus is the same as that of the first embodiment, but the method for determining an antenna element having a large change in antenna characteristics is different. Hereinafter, the antenna element determination method will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
[0047]
First, direction-of-arrival estimation is performed with the number of antenna elements one element less than the total number of antenna elements (step 51). Here, the direction of arrival is estimated using the MUSIC method. Next, this direction-of-arrival estimation is performed by combining all elements (step 52). Next, the combination that results in the smallest MUSIC spectrum value is selected (step 53). Next, an antenna element that is not used in the combination is determined as an antenna having a large characteristic change (step 54).
[0048]
When the direction of arrival is estimated using MUSIC, the direction of arrival is estimated using orthogonality. In the direction of arrival, the MUSIC spectrum becomes infinite. However, in reality, it does not become infinite due to the influence of noise, and has a large value. FIG. 6 shows this state. The direction of the maximum value of the MUSIC spectrum is used as direction of arrival estimation.
[0049]
However, when the change of the antenna pattern is large, the maximum value of the spectrum is small as shown in FIG. This is because the antenna characteristic change amount cannot be included in the calculation of the MUSIC method, so that the orthogonality is largely lost. Therefore, when the maximum value of the MUSIC spectrum is small, it can be determined that an antenna element having a large change in antenna characteristics is included.
[0050]
As described above, according to the present embodiment, when the direction of arrival is estimated by the MUSIC method, an antenna element having a large antenna change can be determined from the maximum value of this spectrum. The direction of arrival can be estimated using other elements, and the estimation accuracy can be improved.
Also in this embodiment, as in the second embodiment, when there are a plurality of antenna elements with a large change in antenna characteristics, a plurality of elements with a large change are obtained by repeating the same procedure a plurality of times. It becomes possible to judge.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram of an arrival direction estimating apparatus according to the present invention.
[0051]
The arrival direction estimation device includes eight antenna elements (1-1 to 1-8) that receive incoming radio waves, and eight receivers (1-1 to 1-8) that are connected to these antenna elements (1-1 to 1-8). 2-1 to 2-8), a number smaller than the total number of the eight antenna elements (1-1 to 1-8) among the reception signals of these receivers (2-1 to 2-8) A received
[0052]
In the present embodiment, the arrival wave number estimation is performed with the number of antenna elements that is one element less than the total number of antenna elements, the arrival wave number estimation is performed by combining all the antenna elements, and the result most different from the average value of the wave number estimation results Is selected, and antenna elements that are not used in this combination are determined to be antennas having a large characteristic change.
[0053]
In the present embodiment, the difference from the first embodiment is that an antenna element having a large change in antenna characteristics is determined using the result of estimation of the number of incoming waves. In the following, this part will be described in detail, and the description of other parts will be omitted because it is the same as that of the first embodiment.
[0054]
In the present embodiment, an antenna element having a large change in antenna characteristics is determined from the result of estimating the number of incoming waves. That is, the arrival wave number estimator 11 obtains the number of unknown arrival waves, but the number of arrival waves estimated in accordance with the change in antenna characteristics differs, so that the result output from the arrival wave number estimator 11 is determined by the judging means 5. In this determination means, a combination of antenna elements that results in the most difference from the average number of incoming waves is selected, and an antenna element that is not used in this combination is determined to be an antenna element having a large characteristic change.
[0055]
In addition, the number of arrival wave estimation methods are AIC (Akaike Information Criteria) and MDL (Minimum Description Length) (M. Wax, and T. Kailath, "Detection of signal by information theoretic criteria," IEEE Trans., Vol. ASSP-33. 2, pp. 387-392, April 1985), etc., or may be estimated from the eigenvalue distribution of the correlation matrix calculated from the received signal. Here, any wave number estimation method can be used.
[0056]
Here, similarly to the case where the antenna element having a large change is determined by using the result of the direction of arrival estimation in the first embodiment, the reception signal of the antenna element having a large change in the antenna characteristic is also used in the wave number estimation. The estimation results will be different. In particular, in addition to obstacles in the vicinity of the antenna, the change is particularly great when the reception characteristics are greatly deteriorated, such as failure of the receiver or failure of the matching circuit of the antenna. In addition, when there are a plurality of arrival wave numbers, it may be difficult to determine the arrival direction estimation depending on the degree of dispersion of the distribution. In such a case, it is effective to determine the wave number estimation.
[0057]
Next, wave number estimation will be described using the flowchart of FIG. First, the number of incoming waves is estimated under the condition that one element is less than the total number of elements of the antenna (step 81). Next, the number of incoming waves is estimated for all combinations of elements (step 82). Next, an average value of all wave number estimation results is calculated (step 83). Next, the combination that results in the most difference from the average value is selected (step 84). Finally, it is possible to determine an antenna element that is not used in this combination as an antenna element having a large characteristic change (step 85).
[0058]
Therefore, as in the description of the first embodiment, the number of arrival waves is estimated under all combinations under the condition that the number of elements is one less than the total number of elements of the antenna, and the combination that has the most difference from these average values is obtained. It is possible to select and select an antenna element that is not used in this combination as an antenna element having a large characteristic change.
[0059]
As described above, in the present embodiment, it is possible to determine an antenna element having a large change in antenna characteristics from the arrival wave number estimation result, and it is possible to estimate the direction of arrival using an antenna element that is not determined. Good direction-of-arrival estimation is possible.
[0060]
Also in this embodiment, as in the second embodiment, when there are a plurality of antenna elements having a large change in antenna characteristics, a plurality of antenna elements having a large change are obtained by repeating the same procedure a plurality of times. Can be determined.
[0061]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a block diagram of an arrival direction estimating apparatus according to the present invention.
[0062]
The arrival direction estimation apparatus according to the present embodiment is connected to eight antenna elements (1-1 to 1-8) and eight antenna elements (1-1 to 1-8) that receive incoming radio waves. Of the eight antenna elements (1-1 to 1-8) out of the received signals of the eight receivers (2-1 to 2-8) and these receivers (2-1 to 2-8) A
[0063]
The details of the present invention will be described below with reference to the flowchart of FIG. Note that description of the same content as in the first embodiment is omitted.
[0064]
There may be an obstacle that cannot be predicted at the design stage in the vicinity of the eight antenna elements (1-1 to 1-8). In this case, the antenna amplitude pattern and the antenna phase pattern change differently for each angle. As a result, the arrival direction estimation accuracy is greatly deteriorated. Therefore, the correction value of the antenna pattern is calculated by the following procedure. In addition, by calculating the correction value of the antenna pattern, the received signal of the antenna having a large characteristic change can be used for the arrival direction estimation. As a result, the effects of improving the angular resolution and greatly increasing the number of incoming waves that can be handled simultaneously are obtained.
[0065]
Here, an incoming wave arriving from an arbitrary direction is used, and the incoming direction is estimated using a plurality of antenna elements that are not determined to be antennas having a large characteristic change. Here, an antenna having a large characteristic change is determined in the same manner as in the first to third embodiments (step 101 to step 106).
[0066]
Next, using the estimated direction and the received signal at this time, the correction value of the antenna pattern is calculated by the correction value calculator 7 (step 107). The method for obtaining the correction value will be described below.
[0067]
The amplitude difference and phase difference between the received signals when the direction of arrival of the radio wave is known are determined by the antenna amplitude and phase pattern. Here, the phase pattern includes both the phase pattern of the absolute value of the antenna itself and the relative phase difference caused by the difference depending on the location of the antenna. The amplitude and phase patterns also include mutual coupling between antennas. Since the amplitude and phase pattern of the antenna can be obtained in advance at the design stage, if the direction of arrival is known, the amplitude difference and the phase difference between the received signals have certain values.
[0068]
However, when the antenna pattern has changed due to an obstacle, the received signal changes from the value calculated using the designed radiation pattern. Therefore, the amplitude difference and phase difference between the received signals vary from the design values. Here, the amount of change from the design value corresponds to the amount of change in the amplitude and phase of the antenna. Therefore, this can be used as a correction value.
[0069]
In the case described above, the direction of arrival is known, but according to the present embodiment, it is possible to estimate the direction of arrival using only antenna elements with little change in antenna characteristics by (step 101 to step 106). Therefore, accurate estimation is possible and the estimation error is small. Therefore, it is possible to calculate the correction value with the same accuracy as the correction value calculated with the incoming wave whose direction is known.
[0070]
Next, the correction values of the amplitude and phase of the antenna pattern in the calculated direction are stored in the correction value storage 8 (step 108).
[0071]
However, this correction value can be obtained only in the direction in which the radio wave arrives. Therefore, the correction value interpolator 9 interpolates the correction value and calculates the correction value at a wide angle (step). 10 9). This will be described below with reference to FIG.
[0072]
FIG. 11A shows the arrangement of the arrival direction estimation apparatus of the present invention and the two transmission sources in the unknown direction or the estimated direction on the XY plane. The sources are shown at P1 and P2, where P1 is the angle θ1 and P2 is the point at angle θ2.
[0073]
In the correction value interpolator 9, when the angle difference (θ2−θ1) between two adjacent directions where the correction value is calculated is smaller than a preset value, the correction value between the two directions is calculated by interpolation calculation. To do. The antenna pattern changes with an obstacle, but generally changes smoothly with respect to the angle. Therefore, it is effective to predict the angle value for which the correction value is not obtained by interpolation calculation using the angle value for which the correction value is obtained. The interpolation method can be obtained by linear interpolation. Alternatively, a secondary or higher-order interpolation method may be used.
[0074]
The correction values obtained by interpolation calculation are shown in the figure. 11 As shown in (b), it is not a true value. However, the interpolation is performed only when the angle difference (θ2−θ1) between two adjacent directions where the correction value is calculated is smaller than a preset value. Therefore, the probability of calculating a bad correction value by interpolation calculation can be greatly reduced. Here, the values set for the angle difference between two adjacent directions differ depending on the type of antenna used, the arrangement method, the frequency used, and the type of obstacle. Therefore, it is sufficient to decide in advance through simulations and experiments. The correction value obtained by this interpolation calculation is stored in the correction value storage 3 (step 110).
[0075]
As described above, it is possible to estimate the direction of arrival using only elements with little change in antenna characteristics, and to calculate the correction value of the antenna pattern using this accurate estimation result and the received signal at this time. .
[0076]
Finally, the second arrival direction estimator 10 estimates the arrival direction using the correction value stored in the correction value storage 8 (step 111).
[0077]
Therefore, by using the correction value calculated for the arrival direction estimation, calibration for each angle can be performed, so that the arrival direction can be estimated with high accuracy. In addition, there are advantages such as improvement in angular resolution and increase in the number of waves that can be handled simultaneously.
[0078]
Further, since the correction value is calculated using interpolation calculation, there is an advantage that the correction value can be calculated over a wide angle even if the number of incoming waves is small.
[0079]
Although the interpolation method can be obtained by primary interpolation, it can also be obtained by secondary interpolation using a plurality of correction values, or any other method. Moreover, you may calculate the correction value of angles other than between two angles using an extrapolation method.
[0080]
In the present embodiment, when the angle difference between two adjacent directions for which correction values are calculated is larger than a preset value, interpolation calculation is not performed. There is no. Therefore, the angle for which the correction value is calculated performs direction-of-arrival estimation using the correction value, and the angle for which the correction value is not calculated is the direction of arrival using a plurality of antenna elements that are not determined as antennas having a large characteristic change. It is effective to perform estimation. If the correction value is calculated, high-resolution estimation using all elements can be performed. In addition, if the correction value is not calculated, it is possible to estimate the minimum arrival direction using only the antenna element whose characteristic change is small.
[0081]
In addition, it has been explained that the direction of arrival is estimated in the flowchart shown in FIG. 2 and the calibration value is calculated using the result. However, the direction of arrival is estimated in the flowchart shown in FIGS. Of course, it is also possible to calculate the calibration value. In the above description, the frequency of the incoming wave has not been described. However, when the frequency bandwidth is very wide, it may be handled as follows. First, when the frequency bandwidth is wide, how to be affected by an obstacle varies depending on the frequency. Therefore, the frequency may be divided into a plurality of values, and a correction value may be calculated for each frequency.
[0082]
In addition, it is effective to calculate the correction value between two frequencies for a certain frequency and between two frequencies for a certain angle. This is because the characteristics generally change smoothly with respect to angle and frequency. In this way, even when the number of incoming waves for calculating the correction value is small, the correction value can be calculated in a wide angle range and a wide frequency range.
[0083]
Furthermore, there are cases where two-dimensional (Az, El) direction estimation is performed. Also in this case, it is possible to calculate the correction value in a wide angle range by performing the interpolation calculation between the two directions.
[0084]
Furthermore, there are cases where the frequency bandwidth is wide in two-dimensional (Az, El) direction estimation. In this case, the correction value can be calculated in a wide angle range and a wide frequency range by dividing the frequency bandwidth into a plurality of parts and performing interpolation calculation in both direction and frequency. .
[0085]
Further, in the correction value interpolator of the present invention, every time the correction value is calculated, the interpolation calculation is performed again, and the correction value is recalculated, thereby obtaining a highly accurate correction value. This is because as the number of angles from which correction values can be obtained increases, the angle difference between the two directions decreases, and an improvement in interpolation accuracy can be expected. Therefore, the accuracy of the correction value is improved by operating the apparatus for a long time. That is, by using the present invention, the same device can be used for a long time, and the device can be maintained at low cost.
[0086]
In addition, by implementing the device for calculating the correction value and the arrival direction estimator of the present invention by digital signal processing, a plurality of devices can be executed by one processing device. In this case, the device can be reduced in size and power can be saved, and the algorithm can be changed only by replacing the software, which can be said to be a simple and effective method.
[0087]
It is also possible to apply the present invention to an adaptive antenna. An adaptive antenna used for communication directs a pattern beam to a communication partner, or conversely directs a pattern null to a communication partner. At this time, if the antenna pattern is changed by an obstacle in the vicinity, the beam cannot be directed accurately or the null cannot be directed. Therefore, by performing calibration of the antenna pattern using the present invention, the performance of the adaptive antenna can be significantly improved.
[0088]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the arrival direction estimation device and the arrival direction estimation method, even when the antenna radiation pattern has changed due to an obstacle near the antenna, an antenna having a large change is determined, and only elements that are not determined are determined. Since arrival direction estimation can be performed, arrival direction estimation with high accuracy is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an arrival direction estimation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing direction of arrival estimation according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing arrival direction estimation results when the combination of elements is changed.
FIG. 4 is a flowchart showing direction of arrival estimation according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing direction-of-arrival estimation by the MUSIC method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a MUSIC spectrum.
FIG. 7 is an arrival direction estimation apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing direction of arrival estimation according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an arrival direction estimation apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing direction-of-arrival estimation according to another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating how to obtain an interpolation calculation according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1-1 to 1-8. Antenna elements
2-1 to 2-8 ... Receiver
3 ... Receive signal selector
4 ... Direction of arrival estimator
5 ... Judger
6 ... Selection controller
7 ... Correction value calculator
8 ... Correction value storage
9 ... Correction value interpolator
10: Second direction-of-arrival estimator
11: Arrival wave number estimator
Claims (14)
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに接続した複数の受信機と、
前記複数の受信機の受信信号の中から、前記複数のアンテナ素子の全素子数よりも少ない数の受信信号を選択する受信信号選択手段と、
前記受信信号選択手段からの選択された出力受信信号を用いて到来方向推定を行う到来方向推定手段と、
前記到来方向推定手段の推定結果を用いて、前記複数のアンテナ素子の中で特性変化の最大のアンテナ素子を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基づいて、前記受信信号選択手段を制御する選択制御手段とから構成される到来方向推定装置であり、
前記特性変化の最大のアンテナ素子を除いた他のアンテナ素子に対応する前記出力受信信号を用いて前記到来方向推定手段により到来電波の推定を行う到来方向推定装置。A plurality of antenna elements for receiving incoming radio waves;
A plurality of receivers connected to each of the plurality of antenna elements;
A reception signal selection means for selecting a number of reception signals smaller than the total number of the plurality of antenna elements from the reception signals of the plurality of receivers;
Arrival direction estimation means for performing arrival direction estimation using the selected output reception signal from the reception signal selection means;
Using the estimation result of the arrival direction estimation means, determination means for determining the antenna element having the largest characteristic change among the plurality of antenna elements;
A direction-of-arrival estimation apparatus comprising: a selection control unit that controls the reception signal selection unit based on a determination result of the determination unit;
A direction-of-arrival estimation apparatus for estimating an arrival radio wave by the direction-of-arrival estimation means using the output reception signal corresponding to another antenna element excluding the antenna element having the maximum characteristic change.
前記特性変化の最大のアンテナ素子以外のアンテナ素子を用いて、このアンテナ素子数よりも１素子少ないアンテナ素子数で到来方向推定を行い、この到来方向推定を全てのアンテナ素子の組み合せで行い、前記到来方向推定結果の平均値から最も差のある結果となる組み合せを選択し、前記組み合せで用いていないアンテナ素子を特性変化の大きな第２のアンテナ素子と判定し、前記特性変化の最大のアンテナ素子及び前記特性変化の大きな第２のアンテナ素子を除いた他のアンテナ素子に対応する前記出力受信信号を用いて前記到来方向推定手段により到来電波の推定を行う到来方向推定装置。The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 2,
Using an antenna element other than the antenna element with the largest characteristic change, the direction of arrival is estimated with the number of antenna elements one element less than the number of antenna elements, and this direction of arrival is estimated with a combination of all antenna elements, A combination that results in the most difference from an average value of arrival direction estimation results is selected, an antenna element that is not used in the combination is determined as a second antenna element that has a large characteristic change, and the antenna element that has the largest characteristic change And an arrival direction estimation device for estimating an arrival radio wave by the arrival direction estimation means using the output reception signal corresponding to other antenna elements excluding the second antenna element having a large characteristic change.
前記特性変化の最大のアンテナ素子以外のアンテナ素子を用いて、このアンテナ素子数よりも１素子少ないアンテナ素子数でＭＵＳＩＣ法を用いて到来方向推定を行い、前記到来方向推定を全てのアンテナ素子の組み合せで行い、ＭＵＳＩＣスペクトラムの値が最も大きくなる結果となるアンテナ素子の組み合せを選択し、前記組み合せで用いていないアンテナ素子を特性変化の大きい第２のアンテナ素子と判定し、前記特性変化の最大のアンテナ素子及び前記特性変化の大きな第２のアンテナ素子を除いた他のアンテナ素子に対応する前記出力受信信号を用いて前記到来方向推定手段により到来電波の推定を行う到来方向推定装置。The arrival direction estimation apparatus according to claim 4, wherein
Using antenna elements other than the antenna element having the largest characteristic change, the direction of arrival is estimated using the MUSIC method with the number of antenna elements that is one less than the number of antenna elements, and the direction of arrival estimation is performed for all the antenna elements. A combination of antenna elements that results in the largest MUSIC spectrum value is selected, an antenna element not used in the combination is determined as a second antenna element having a large characteristic change, and the maximum of the characteristic change is determined. A direction-of-arrival estimation apparatus for estimating an incoming radio wave by the direction-of-arrival estimation means using the output received signal corresponding to other antenna elements excluding the second antenna element and the second antenna element having a large characteristic change.
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに接続した複数の受信機と、
前記複数の受信機の受信信号の中から、前記複数のアンテナ素子の全素子数よりも少ない数の受信信号を選択する受信信号選択手段と、
前記受信信号選択手段から選択された出力受信信号を用いて到来波数推定を行う到来波数推定手段と、
前記到来波数推定手段の推定結果を用いて、前記複数のアンテナ素子の中で特性変化の最大のアンテナ素子を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基づいて、前記素子選択手段を制御する受信信号選択制御手段と、
前記受信信号選択手段から選択された出力受信信号を用いて到来方向推定を行う到来方向推定手段とから構成される到来方向推定装置であり、
前記判定手段は、前記アンテナ素子数の総数よりも１素子少ないアンテナ素子数で到来波数推定を行い、この到来波数推定を全てのアンテナ素子の組み合せで行い、到来波数推定結果の平均値から最も差のある結果となるアンテナ素子の組み合せを選択し、前記アンテナ素子の組み合せで用いていないアンテナ素子を前記特性変化の最大のアンテナ素子と判定し、
前記特性変化の最大のアンテナ素子を除いた他のアンテナ素子に対応する前記出力受信信号を用いて前記到来方向推定手段により到来電波の推定を行う到来方向推定装置。A plurality of antenna elements for receiving incoming radio waves;
A plurality of receivers connected to each of the plurality of antenna elements;
A reception signal selection means for selecting a number of reception signals smaller than the total number of the plurality of antenna elements from the reception signals of the plurality of receivers;
Arrival wave number estimation means for performing arrival wave number estimation using the output reception signal selected from the reception signal selection means;
Using the estimation result of the arrival wave number estimation means, determination means for determining the antenna element having the largest characteristic change among the plurality of antenna elements;
A reception signal selection control means for controlling the element selection means based on a determination result of the determination means;
An arrival direction estimation device comprising arrival direction estimation means for performing arrival direction estimation using the output reception signal selected from the reception signal selection means,
The determination means estimates the number of incoming waves by the number of antenna elements that is one element less than the total number of antenna elements, performs the estimation of the number of incoming waves by a combination of all antenna elements, and is the most different from the average value of the arrival wave number estimation results. Selecting a combination of antenna elements that results in, and determining an antenna element that is not used in the combination of the antenna elements as the antenna element having the maximum characteristic change,
A direction-of-arrival estimation apparatus for estimating an arrival radio wave by the direction-of-arrival estimation means using the output reception signal corresponding to another antenna element excluding the antenna element having the maximum characteristic change.
前記特性変化の最大のアンテナ素子以外のアンテナ素子を用いて、このアンテナ素子数よりも１素子少ないアンテナ素子数で到来波数推定を行い、この到来波数推定を全てのアンテナ素子の組み合せで行い、
前記到来波数推定結果の平均値から最も差のある結果となる組み合せを選択し、前記組み合せで用いていないアンテナ素子を特性変化の大きな第２ のアンテナ素子と判定し、
前記特性変化の最大のアンテナ素子及び前記特性変化の大きな第２のアンテナ素子前記を除いた他のアンテナ素子に対応する前記出力受信信号を用いて前記到来方向推定手段により到来電波の推定を行う到来方向推定装置。The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 6,
Using an antenna element other than the antenna element having the maximum characteristic change, the number of incoming waves is estimated by the number of antenna elements that is one less than the number of antenna elements, and this number of incoming waves is estimated by combining all antenna elements,
Selecting a combination that results in the most difference from the average value of the arrival wave number estimation results, and determining an antenna element that is not used in the combination as a second antenna element having a large characteristic change;
An arrival radio wave is estimated by the arrival direction estimating means using the output reception signal corresponding to the other antenna element except the antenna element having the largest characteristic change and the second antenna element having the large characteristic change. Direction estimation device.
前記特性変化の最大のアンテナ素子と判定されない複数のアンテナ素子を用いて到来方向推定を行い、
前記複数アンテナ素子の推定到来方向と、予め算出した前記複数のアンテナ素子全ての振幅パターン及び位相パターンを用いて、第一の振幅差と第一の位相差を推定し、前記複数の受信機全ての受信信号間の第二の振幅差と第二の位相差を算出し、前記第一、第二の振幅差の変化量を、前記到来電波に対するアンテナの各振幅パターンの補正値とし、前記第一、第二の位相差の変化量を前記到来電波に対するアンテナの各位相パターンの補正値として算出する補正値算出手段と、
前記補正値を保存する補正値保存手段と、
前記補正値保存手段で保存された補正値の算出されている２方向の角度差が、あらかじめ設定した値よりも小さい場合には、２方向間の補正値を補間計算で算出する補正値補間手段と、
前記受信信号全てと前記補正値保存手段で保存されている補正値を用いて、電波の到来方向推定を行う第２の到来方向推定手段とから構成される到来方向推定装置。The direction of arrival estimation apparatus according to claim 1,
Doing direction estimation using a plurality of antenna elements that are not determined to be the largest antenna element of the characteristic change,
Wherein the estimated arrival direction of multiple antenna elements, using the previously calculated plurality of antenna elements all amplitude pattern and phase pattern, the first amplitude difference and estimating the first retardation, said plurality of receivers all Calculating a second amplitude difference and a second phase difference between the received signals, and using a change amount of the first and second amplitude differences as a correction value of each amplitude pattern of the antenna with respect to the incoming radio wave , Correction value calculating means for calculating a change amount of the first and second phase differences as a correction value of each phase pattern of the antenna with respect to the incoming radio wave ;
Correction value storage means for storing the correction value;
Correction value interpolation means for calculating a correction value between two directions by interpolation calculation when the calculated angular difference between the two directions of the correction value stored by the correction value storage means is smaller than a preset value. When,
A direction-of-arrival estimation apparatus comprising second arrival direction estimation means for estimating the arrival direction of radio waves using all the received signals and the correction values stored in the correction value storage means.
前記補正値が算出されている角度は、前記補正値を用いて到来方向推定を行い、前記補正値が算出されていない角度は、特性変化の最大のアンテナ素子と判定されない複数のアンテナ素子を用いて到来方向推定を行うことを特徴とする到来方向推定装置。The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 8,
The angle for which the correction value is calculated is used to estimate the direction of arrival using the correction value, and the angle for which the correction value is not calculated uses a plurality of antenna elements that are not determined as the antenna element having the largest characteristic change. An arrival direction estimation device characterized by performing arrival direction estimation.
前記特性変化の最大のアンテナ素子を除いた他のアンテナ素子に対応する前記出力受信信号を用いて到来電波の推定を行うことを特徴とする到来方向方法。An incoming radio wave is received by a plurality of antennas, and from among a plurality of received signals from a plurality of antennas, the number of antenna elements is one element less than the total number of the plurality of antenna elements, and a received signal corresponding to the antenna element The direction of arrival estimation is performed, and this direction of arrival estimation is performed for all antenna element combinations. The combination of antenna elements that results in the most difference from the average direction estimation result is selected and used for the combination of antenna elements. The antenna element that is not present is determined as the antenna element having the largest characteristic change,
A direction-of-arrival method characterized by estimating an incoming radio wave using the output reception signal corresponding to another antenna element excluding the antenna element having the largest characteristic change.
前記特性変化の最大のアンテナ素子を除いた他のアンテナ素子に対応する前記出力受信信号を用いて到来電波の推定を行うことを特徴とする到来方向方法。An incoming radio wave is received by a plurality of antennas, and from among a plurality of received signals from a plurality of antennas, the number of antenna elements is one element less than the total number of the plurality of antenna elements, and a received signal corresponding to the antenna element The direction of arrival is estimated using the MUSIC method, the direction of arrival estimation is performed for all combinations of antenna elements, the combination of antenna elements that results in the smallest MUSIC spectrum value is selected, and is not used for the combination The antenna element is determined as the antenna element with the largest characteristic change,
A direction-of-arrival method characterized by estimating an incoming radio wave using the output reception signal corresponding to another antenna element excluding the antenna element having the largest characteristic change.
前記特性変化の最大のアンテナ素子を除いた他のアンテナ素子に対応する前記出力受信信号を用いて到来電波の推定を行うことを特徴とする到来方向方法。An incoming radio wave is received by a plurality of antennas, and from among a plurality of received signals from a plurality of antennas, the number of antenna elements is one element less than the total number of the plurality of antenna elements, and a received signal corresponding to the antenna element The number of incoming waves is estimated, the direction of arrival estimation is performed for all combinations of antenna elements, the combination of antenna elements that results in the most difference from the average value of the estimation results is selected, and the combination of antenna elements is used. The antenna element that is not present is determined as the antenna element having the largest characteristic change,
A direction-of-arrival method characterized by estimating an incoming radio wave using the output reception signal corresponding to another antenna element excluding the antenna element having the largest characteristic change.
前記特性変化の最大のアンテナ素子と判定されない複数のアンテナ素子を用いて到来方向推定を行い、
前記到来方向と、予め算出した前記複数のアンテナ素子全ての振幅パターン及び位相パターンを用いて、第一の振幅差と第一の位相差を推定し、前記複数のアンテナ全てからの複数の受信信号間の第二の振幅差と第二の位相差を算出し、前記第一、第二の振幅差の変化量を前記到来電波に対するアンテナの各振幅パターンの補正値とし、前記第一、第二の位相差の変化量を前記到来電波に対するアンテナの各位相パターンの補正値として算出し、この算出した補正値をもとに前記補正値の算出されている２方向の角度差が、あらかじめ設定した値よりも小さい場合には、２方向間の補正値を補間計算で算出し、これら補間補正値、前記算出した補正値及び前記受信信号全てを用いて電波の到来方向を推定することを特徴とする到来方向推定方法。The direction-of-arrival estimation method according to any one of claims 11 to 13,
Doing direction estimation using a plurality of antenna elements that are not determined to be the largest antenna element of the characteristic change,
Said arrival direction, using the previously calculated plurality of antenna elements all amplitude pattern and phase pattern, the first amplitude difference and estimating the first retardation, a plurality of receiving signals from all said plurality of antennas Calculating a second amplitude difference and a second phase difference between the first and second amplitude differences as correction values of each amplitude pattern of the antenna with respect to the incoming radio wave , Is calculated as a correction value of each phase pattern of the antenna with respect to the incoming radio wave , and based on the calculated correction value, the angle difference between the two directions in which the correction value is calculated is set in advance. When the value is smaller than the value, a correction value between two directions is calculated by interpolation calculation, and the arrival direction of the radio wave is estimated using all of the interpolation correction value, the calculated correction value, and the received signal. Direction of arrival estimation .
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