JP6874127B2 - 到来方向推定装置、および到来方向推定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、到来方向推定装置に関する。さらに、本発明は、到来方向推定方法に関する。
未知の位置のソース（ｓｏｕｒｃｅ）、あるいは信号ソース（ｓｉｇｎａｌ ｓｏｕｒｃｅ）によって発せられた信号の到来方向（ＤоＡ）を推定するためには、最先端のアンテナ配列が必要である。遅れに依存して、信号はアンテナの間で受け取られ、ソースの方向の結論を描くことができる。
信号ソースの位置だけではなく、通常は、信号の放射と関係するソースの方位も不明である。このため、ソース信号の偏波は、それぞれの受信配列に関して、任意に傾いていることがある。要素の中の位相の違いはソースの傾きの変化に関しても保たれるので、ふつうは、直線偏波する要素の受信配列が配置される。これは、しかしながら、偏波がミスマッチになることがあるので、弱い受信信号を導く可能性があり、どの到来の方向かを正確に推定できなくなる。
円偏波受信アンテナは、傾けられたソースによって引き起こされた偏波の損失を受けることはなく、直線偏波した信号ソースであると推測する。まだ、円偏波アンテナによって表わされた軸比（ａｘｉａｌ−ｒａｔｉｏ）ビーム幅は限定されているので、要素の間の位相の違いは、ソースの傾きの変化とともに変化する（図１を見てください）。
科学界は、さまざまなアンテナの配列を調査してきており、および方向の発見の正確性を高める発想を持っている。
これには、マルチビームアンテナ（ＭＢＡ）［２、３］を使うアプローチも含まれる。一般的には、これらのアンテナは、直線偏波であり、そして、信号ソースである。しかしながら、信号ソースは、任意に方向づけられており、受信信号の位相は、影響を与える角度［４］のために、大部分が一定のままである。これは、ソース傾き、分極化のミスマッチによる低下した推定実行の損失を考慮することなしにＤоＡを推定することを可能にする。
ソースの方向づけから独立しているＤоＡ推定を達成するためには、円偏波方向発見アンテナは好ましい。しかしながら、そのようなアンテナに関しては、軸比ビーム幅は制限されているために、受信された信号位相は、信号ソースの傾きが異なることによって変わる。
例えば、ＭＵＳＩＣ［５］のような部分空間基礎方法などの方向発見のためのさまざまな方法が存在する。すべての方法の間には、精度は、使われたステアリングベクトルのセット、および正確な方向に強く依存し、そして、それらは、アンテナの特徴を表している。これは、アンテナに関するソースの偏波、および傾きを含む。上述のように、偏波のミスマッチは、不正確なＤоＡ推定を引き起こす。
偏波のミスマッチに対抗するために、二重偏波を伴う受信アンテナ配列が使用されてもよい。これらの配列は、異なるソース傾きのための異なるステアリングベクトルを有し、偏波感知配列［６］と呼ばれる。それぞれの構成要素は、１つは第１の偏波のため、１つは第２の偏波のための２つの信号を供給する。例えば、直線状の垂直、および水平偏波、あるいは右旋回偏波、および左旋回偏波（ＲＨＣＰ ＆ ＬＨＣＰ）のような２つの直交する偏波のセットが、一般的には使われる。これは、しかしながら、実施の努力が２倍になり、１つの偏波をサポート（ｓｕｐｐｏｒｔ）する配列と比較して２倍もの信号の分岐が必要とされる。それゆえに、配列は１つの偏波だけをサポートすることが、実際には好ましい。
発明の目的は、技術水準の代わりとなる到来方向推定装置、および到来方向推定方法を提供することである。
目的は、請求項１についての到来方向推定装置によって、そして請求項１３についての到来方向推定方法によって達成される。
目的は、到来方向推定装置によって達成される。装置は、アンテナと、ビーム形成ネットワークと、評価器と、を備えている。アンテナは、特に、電磁気の信号を受信するように構成されており、アンテナは、円偏波アンテナであり、アンテナは、複数の異なる放射パターンを備えている。ビーム形成ネットワークは、アンテナによって受信された信号に基づいて、複数の異なる放射パターンの中の放射パターンと関連づけられることによって受信される分解された信号を供給するように構成されている。さらに、評価器は、分解された信号に基づいて、およびアンテナの信号受信特性を示す情報に基づいて、到来方向を推定するように構成されている。
装置は、信号ソースからの信号を受信するためのアンテナと、を備えている。アンテナは、円偏波アンテナであり、そして、それに応じて１つだけの円偏波を有する。アンテナは、電磁気の信号を受信するために、異なる感度の空間分布を有する信号ソースによって発せられた信号を受信することを可能にする複数の異なる放射パターンと、を備えている。それぞれの放射パターンは、信号を受信するための特定の空間分布を有する。それゆえに、異なる放射パターンを伴う信号ソースの信号は、特に電磁気の信号のために、それぞれのさまざまに異なる空間感度で受信される。ビーム形成ネットワークは、受信された信号を異なる放射パターンに対応した分解された信号に分解することができる。したがって、それぞれの分解された信号は、複数の利用できる放射パターンの中の放射パターンで受信される。実施の形態においては、放射パターンは、アンテナのビームを示す。最後に、評価器は、分解された信号に基づいて、およびアンテナの信号受信特性が記述された情報に基づいて到来の方向を推定する。情報は、前記アンテナの異なる放射パターンも示す。このように、装置は、信号ソースによって発せられた信号の受信に基づいて到来の方向を推定するように構成されている。
実施の形態においては、装置は、さらに、信号ソースの偏波を推定するように構成されている。実施の形態においては、偏波、あるいは偏波の傾きの推定は、以下に説明するような別々の参考傾き値を適用することによって、１つだけの偏波を用いて行われる。
実施の形態においては、装置は、特に、直線偏波した信号ソースによって発せられた信号に基づいて到来の方向を推定するように構成されている。
実施の形態においては、アンテナは、右旋回偏波しているか、左旋回偏波しているかのうちのいずれかである。
実施の形態においては、アンテナは、複数のアンテナ要素と、を備えている。複数のアンテナ要素の中のアンテナ要素は、アンテナの複数の放射パターンを基準にする異なる放射パターンと、を備えている。さらに、ビーム形成ネットワークは、分解された信号を供給するように構成されているので、分解された信号は、独立したアンテナ要素の放射パターン、あるいは少なくとも２つのアンテナ要素の放射パターンの組み合わせで受信される。このように、アンテナの複数の放射パターンは、アンテナ要素の独立した放射パターン、あるいは独立した放射パターンの組み合わせのうちのどちらかである。
アンテナのサブユニットとしてのそれぞれのアンテナ要素は、特有の放射パターンと、を備えている。アンテナ要素の少なくともいくつかの放射パターンは、それぞれが互いに異なる。実施の形態では、すべての放射パターンが互いに異なる。ビーム形成ネットワークは、アンテナによって受信された信号を分解し、分解された信号の中のそれぞれの分解された信号は、１つのアンテナ要素の放射パターン、あるいは少なくとも２つのアンテナ要素の複数の放射パターンの組み合わせのどちらかによって受信される。
実施の形態においては、アンテナ要素は、１つのデザインであり、それゆえに、互いに同一である。
１つの実施の形態においては、複数の前記アンテナ要素の中のアンテナ要素は、すべてが、右旋回偏波しているか、左旋回偏波しているかのうちのいずれかである。
実施の形態においては、複数のアンテナ要素の中のアンテナ要素は、共通、あるいは接続された平面に位置している。例と比較してみる［１］。実施の形態においては、アンテナ要素は、共通の平面になるように同じ基質の上に位置し、そして／あるいは製造されたアンテナ要素に焼き付けられる。
実施の形態においては、評価器は、さらに受信した信号の到来方向を推定するために、アンテナによって受信された信号を発する信号ソースの傾きを推定するように構成されている。傾きは、例えば、アンテナの通常の平面、あるいは垂直なベクトルと関連する。１つの実施の形態では、０°のρと呼ばれる傾きは、その放射特性と関連する信号ソースは、アンテナの平面と平行であることを意味する。例えば、９０°の値、言い換えれば、ρ＝９０°は、信号ソースはこの平面と垂直に位置しており、あるいは信号ソースはこの平面の垂直なベクトル、例えば、受信している信号の主方向と平行であることを意味している。信号ソースの傾きは、ここでは、偏波の傾きでもある。
次の実施の形態は、評価器に、到来の方向、そして／あるいは傾きを推定させることを可能にする情報に関する。
実施の形態においては、アンテナの信号受信特性を記述している情報は、アンテナと相関するアンテナによって受信された信号を発する信号ソースの位置を示す。評価器によって使用される情報は、アンテナと関連する信号ソースの位置を示す。
実施の形態においては、アンテナの信号受信特性を示す情報は、アンテナに対する信号ソースの位置を示す仰角、および方位角を示す。この実施の形態においては、アンテナに対応した信号ソースの位置は、２つの角度、仰角、および方位角によって記述される。
実施の形態においては、信号ソースは、軌道を伴う実施の形態に対応した衛星である。このような軌道は、それに応じて、１つの実施の形態を１つの角度、例えば、方位角ψ＝０°の値に固定するように設定することが可能である。
実施の形態においては、アンテナの信号受信特性を示す情報は、アンテナに対する信号ソースの傾きを示す。この実施の形態では、信号ソースの傾きは、アンテナによって受信された信号に影響を与えるものとして考慮される。
実施の形態においては、情報は、位置を示す仰角、および方位角を示し、および信号ソースの傾きを示す。
実施の形態においては、アンテナの信号受信特性を示す情報は、アンテナに対する信号ソース（あるいはアンテナの軸（ａｎｔｅｎａ ｓｔｅｍｓ）によって受信された信号からの方向）の位置を示す角度（仰角のために名付けられたθ、および方位角のために名付けられたφ）に依存しており、およびアンテナに対する信号ソースの偏波の傾きを示す角度に依存しているステアリングベクトルのセットと、を備えている。それゆえに、評価器は、３つの角度（２つはアンテナ（あるいは、より正確には、平面、そして／あるいは、アンテナの垂直ベクトル）に対する方向のためであり、１つは、ここで、信号ソースの傾きと呼ばれる信号ソースの偏波の傾きのためである）に依存するステアリングベクトルのセットを用いている。
実施の形態においては、ステアリングベクトルのセットは、信号ソースの可能性がある傾きの範囲（角度ρによって名付けられた）を分割間隔に分割することに基づいている。可能性がある傾き範囲は１つの実施の形態では、−９０°＜＝ρ＜＝９０°で与えられ、そして異なる実施の形態では、−１８０°＜＝ρ＜＝１８０°で与えられる。傾きの範囲は、この実施の形態では、分割間隔に分割される。間隔は、間隔が区別されていない範囲内では、傾き角度としての仰角の推定の分析の境界を定める。このように、それぞれの間隔は、参照傾き、そして、一定の幅が定義する傾きの間隔、そして、推定の分析に関する傾きと対応する。
これゆえに、１つの実施の形態では、分割間隔の幅は、信号ソースの傾きの推定にかかわる分析のための幅である。間隔は、それぞれの間隔のための１つの参照傾きρ ref に対応する。これゆえに、もし、間隔はΔρの幅を有していれば、そのときには、区別は、（ρ ref −Δρ／２）＜＝ρ＜＝（ρ ref ＋Δρ／２）の範囲内では、傾きρに関しては行われない。このように、前記分析は、それぞれの分割の幅によって与えられる。
実施の形態においては、分割間隔は、投影類似度測定に基づいて、設定される。
分割間隔を定義するために、以下のステップが実行される。
アンテナに対する信号ソースの位置を示す角度（好ましくは、θ ref 、およびφ ref と名付けられた）の参照値を選ぶために、参照傾き（ρ ref と名付けられた）は、参照ステアリングベクトルとして選ばれるステップ。
Ａと名付けられており、３つの上述の角度に依存しており、角度（θ ref 値、およびφ ref 値）の同じ参照値に属するステアリングベクトルは、参照ステアリングベクトルの上に投影されるステップ。
ここで、取得された投影値は所定の値の間隔の範囲内に位置している場合には、ステアリングベクトルは、同じものであるとみなされる。
アンテナに対する信号ソースの位置を示す角度（好ましくは、θ ref 、およびφ ref と名付けられた）の参照値を選ぶために、参照傾き（ρ ref と名付けられた）は、参照ステアリングベクトルとして選ばれるステップ。
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ここで、取得された投影値は所定の値の間隔の範囲内に位置している場合には、ステアリングベクトルは、同じものであるとみなされる。
値の間隔は、１つの実施の形態では、上限が１までの低い閾値によって与えられる。これゆえに、もし、投影が１に近ければ、ステアリングベクトルは、参照ステアリングベクトルとほとんど同じであり、実施の形態に応じて、参照ステアリングベクトルのそれぞれの分割間隔に属すると考えられる。
実施の形態においては、角度の同じ参照値に属するステアリングベクトルは参照ステアリングベクトルの上に投影され、そして異なる傾きの値に対して正規化される。これゆえに、実施の形態においては、正規化は、投影値を計算するためにも実行される。これは、上述の値の間隔を定義することに対しても適切である。
実施の形態においては、所定の値の間隔は、１の値の閾値、または、１近傍の値の閾値によって与えられる。１以上の値は、特に、傾きの値の正規化に基づく。実施の形態においては、分割値の重複は減少する。これゆえに、参考値、および幅はそれに応じて定められる。
実施の形態においては、分解された受信信号を評価するために、以下の、数ある中で、ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ、Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ、ｒｏｏｔ−ＭＵＳＩＣ、ＣＡＰＯＮ、その他［７］のような、部分空間を基礎にした評価によって使われるステアリングベクトルのセットは、信号ソースの位置角度（仰角θ、および方位角φ）、および参照傾き（ρ ref ）が定義する分割間隔に依存したステアリングベクトル（名前Ａ）を備える。
マルチビームアンテナ（ＭＢＡ）として使われる分割は、適切な間隔の範囲内のソースの傾きを推定、言い換えれば、分析をすることができる。この分析は、それぞれの仰角θ（そして、一般的なケースの方位角φ）ごとに異なることが分かる。結果として、分割は、実施の形態の中で、ＭＢＡの分析能力を明らかにするために使われ、そして、それらは、ソースの傾きを指し示すスペクトラムを形成した後に使われる。それらは、傾き（ρ）領域だけを分割する。１つの実施の形態においては、アンテナは同形であり、そしてそれらのそれぞれの領域の隅から隅までそれらのためにはっきりとした分析を行うケースでは、分割には、θ、およびφの推定は必要とはされない。
前記分割は、参照傾き値ρ ref の最初の選択、その後のそれぞれの前記仰角（シータ、θ）、および一般的なケースでは、方位角（ｐｈｉ、φ）も固定することによって、構成される。そのとき、前記仰角θ（そして、前記方位角φ）の固定を維持して、前記ステアリングベクトルＡ（ρ）は、すべてのｒｈｏ値のためにＡ（ρ ref ）の上に投影される。これは、以下で言及、および説明する類似度測定である。
そのとき、１つの実施の形態においては、θ（およびφ）が確認され、どのようなρ値であっても、類似した投射は、ほとんど１を生じさせる。ρ間隔（それを分析と呼ぶ）のために、ステアリングベクトルＡ（ρ ref ）は、スペクトラムだけに使われ、そして受信された信号の処理では、ソースの傾きに関して、受信された信号は、ｒｈｏ間隔であるかどうか、あるいはそうでないかを見分けることができる。
もし、いくつかのＡ（ρ ref ）によって表せないρ間隔があると、異なるρ ref がそれに応じて選ばれ、そして、同じ手順が適用される。最初のρ ref 手順の後に、分析に従って、他の参考傾きρが選ばれる。
これゆえに、もし、必要があれば、他の参考傾き値ρ ref が、θ（そしてφ）のために、閾値線を超えて一斉にカバーする類似した放射を生じさせるために、見つけられる。研究は、アンテナの特性に依存する参考傾き値ρ ref の数を示した。
一言で言うと、傾き分割はソースの傾きについて、アンテナの分析能力を測定するために使われる。これとともに、スペクトラムが形成され、そして、１つの実施の形態では、到来方向、および偏波の傾きを推定するために使われる。このために、マルチビームアンテナは使われ、ここで、アンテナは、それらの分割の中で他と異なる軸比（ａｘｉａｌ−ｒａｔｉｏ）を有することによる独特なものである。
到来方向推定のための方法を実行することも目的である。
方法は、少なくとも以下のステップを含む。
複数の異なる放射パターンを備える円偏波アンテナを用いて、信号ソースよって発せられた信号を受信するステップと、
受信された信号に基づいて、複数の異なる放射パターンの中の放射パターンに対応することによって受信される分解された信号を供給するステップと、
分解された信号に基づいて、およびアンテナの受信特性を示す情報に基づいて到着方向を推定するステップ。
複数の異なる放射パターンを備える円偏波アンテナを用いて、信号ソースよって発せられた信号を受信するステップと、
受信された信号に基づいて、複数の異なる放射パターンの中の放射パターンに対応することによって受信される分解された信号を供給するステップと、
分解された信号に基づいて、およびアンテナの受信特性を示す情報に基づいて到着方向を推定するステップ。
装置の上記の議論された実施の形態と特徴は方法によって認識されることも可能であり、そして、逆もまた同じである。
本発明の装置、および方法は、受信した信号の到来方向を推定することができる。
発明は、添付の図面に関して以下で説明され、そして実施の形態は添付の図面を中で表した。
図１には、［１］によって与えられたアンテナに類似するマルチビームアンテナのローブ（ｌｏｂｅ）１に対するローブ２、３、および４との間の位相の違いの比較が示されている。観測角度θ°はＸ軸上に示されており、位相差δ°はＹ軸上に示されている。これらの位相差は、方位角φ＝０°、および傾きρ＝０°のときに、［１］に教えられたマルチビームアンテナの４つのビームの最初のローブＬ１に対するローブＬ２、Ｌ３、およびＬ４のために与えられている。それぞれのローブのために、２つの曲線がそれぞれ示されており、ＲＰはソース傾きがρ＝０°のときであり、ＭＳは、ソース傾きがρ＝９０°のときである。
装置１の実施の形態は、図２に示されている。装置１においては、マルチビームアンテナ（ＭＢＡ）２は、多様な放射線パターンを持って利用される。アンテナ要素５は、１つだけの偏波であるＲＨＣＰ（示された実施の形態の中の）、あるいはＬＨＣＰをサポートする。もし、パターンの振幅、および位相応答が、サブスペースを基本にした方法で使われるときには、例えば、アンテナ２と関連する信号ソース１０の傾き角ρで傾いている信号ソースの推定に加えて、信号ソース１０から生じているソース信号の到来方向（ＤоＡ）推定が可能である。
図２には、ここで、４つのアンテナ要素５とともに［１］によって提供されるアンテナに基づいて、５つのビームを供給している２×２要素配列の例による配置が示されており、４つのビームは、４つのアンテナ要素の放射パターンによって与えられ、そして、１つのビームは、アンテナ要素の放射パターンの組み合わせの結果である。右旋回偏波しているすべてのアンテナ要素５は、白い矢によって示されている。
配列開口は、ＸＹ平面の中にある。信号ソース１０は、任意の仰角θ、および方位角（ここでは、φ＝０°）で表され、そして、傾き角ρによって示されるそれぞれの受信列とともに任意に方向付けられる。ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）３は、ビームパターンを形成するために必要な励起ベクトルを供給し、それは、ＲＦスイッチ（図１０を見てください）を経由して選ばれてもよい。分解された信号の結末は、評価器４によって処理される。
残りのアルゴリズムは、サブスペースを基礎とした方法の選択に依存し、それは、以下の結論は、ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ、Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ、ｒｏｏｔ−ＭＵＳＩＣ、ＣＡＰＯＮ、その他［７］のような、いくつかのサブスペースを基礎とした推測のためには合理的なので、上で定義された共分散行列が使用される。
推定のために、それぞれの異なったθ、およびρのためのステアリングベクトルＡ（θ、ρ）が必要とされる。これは、φ＝０のケースの議論のためである。それゆえに、一般的な形の中で、ステアリングベクトルＡ（θ、φ、ρ）は必要とされる。
すべてのビームは、すべてのθ範囲で完全にＲＨＣＰであると当然思われるが、その時、直線偏波したソースは、傾くように変化し、ビームの出力信号は、正確に同じ位相で返され、ステアリングベクトル共分散行列の上では変化なく提供される。結果として、偏波感度は得られない。
しかしながら、異なる水準で獲得されたＲＨＣＰは感度を提供する。これは、マルチビームアンテナＭＢＡ２が動作するところはどこでもこうなっている。ＭＢＡを持つと、図２に示されているアンテナ２の５つのビームの軸比ＡＲのｄＢの中にある図３の中の代表的に描かれた軸比パターンを生じさせる。前記ＡＲは、観測角度θに依存して与えられる。
それぞれのビーム、あるいはそれぞれのビームのサブセットは、もし、いくつかのビームが非対称になるように繰り返すと、それは、観測方向に繰り返す独特の軸比特性を持つ。これは、特に、マルチビームアンテナ、そして偏波感度の結果である。このように、装置で使われるマルチビームアンテナは、到来方向推定特性、およびソース傾き推定のよい分析を提供する。
ＤоＡ推定を行う前に、ソースの傾きと一致するステアリングベクトルのセットが必要である。そのセットは、測定、およびこれらの測定に基づく計算によって、１つの実施の形態の中で獲得されており、さらに測定、およびこれらの測定に基づく計算によって、異なる実施の形態の中で獲得される。
１つの実施の形態では、可能性があるソース傾きρの範囲は、区画に分割される。区画間隔は、投影類似度測定で取り決められる。特定の値θ＝θ ref 、参照ρ ref を選ぶために、ステアリングベクトルを参照にして形成される。その時、同じθ ref 値を持つすべてのステアリングベクトルは、参照ステアリングベクトルの上に投影され、異なったρのために正規化される。
この式は、φ＝０に対して与えられる。一般的な式は、ｐｒｏｊ（θ ref 、ρ ref 、ρ）に対して任意で与えられる。
もし、投影の値がほとんど１であれば、ステアリングベクトルは、同一であると考えることができる。実際には、下の境界線、言い換えれば、閾値は、ステアリングベクトルを区別するために選ばれる。境界線より上では、ステアリングベクトルは、同一であると考えられ、下では、ステアリングベクトルは、異なる。軸比ビーム幅に関しては、閾値が選ばれ、信号の復調、およびノイズに関しては、１の近く、例えば、０．９８８であるべきである。
ＭＢＡの垂直な方向に向かって、投影は、偏波感度（図３と比較）が欠如するようになるρ ref ＝０°の図４に示すρとは独立した１の近くである。図４ないし図６では、投影の基準は、傾き角度ρ°の関係で示される。
仰角θ値は、より大きくなるので、直接、いくつかの区画のための偏波感度（軸比多能性）に表れる。図５では、状況は、θ ref ＝２０°、およびρ ref ＝０°に取ることによって、論証され、そのために、３０°解像度を有する偏波感度が存在する。図５に示される解像度も、だいたい＋−１７°であり、そして分割間隔は、任意の３４°についての幅を持つであろう。解像度は、ここで、０．９９８よりも大きい標準的な投影のための値、言い換えれば、参照傾きに十分に近い値で与えられる。
しばらくの間、すべてのρ ref のために、解像度は同一になると当然に考えられる。傾き角ρの範囲は、図６に示すように、等距離で分割される。θ＝２０°のために、８つの区画が、閾値線の上の領域を覆うために必要とされる。解像度間隔境界は、２つの円によって示される。
選択は、θ、およびρの他の例のための類似した投射方法に関する１つの実施の形態である。偏波感度を持たない間隔のために、１つのステアリングベクトル、言い換えれば、１つの区画だけが、スペクトラムを形成するために使われる。これは事実として、必要とされる比較の数を減らすことができる。
選択は、θ、およびρの他の例のための類似性投影法に関する１つの実施の形態である。偏波感度を持たない間隔のために、１つのステアリングベクトル、言い換えれば、１つの区画だけが、スペクトラムを形成するために使われる。これは事実として、必要とされる比較の数を減らすことができる。
必要とされるステアリング参照ベクトル、そして、それぞれのθ（そして、φ）のためのρスペクトラムの分割の測定の後に、方法に基づくいくつかのサブスペースを用いて、推定を始めることができる。区分の数は、直接、ＭＢＡの分割感度と一致し、θ増加として増加する。
以下の表では、図２の装置の実施の形態のＭＢＡを与えるためのサンプル分割が論証されており、いくつかが重なる等距離のアプローチを用いて形成されている。ここで、簡単にするために、方向角は、まだ、φ＝０°で与えられている。
表は、仰角θの範囲を与えるために、ステアリングベクトルρ分割の数の例を与えている（ここで、方向角φは０°に設定されている）。
図６を見ると、いくつかのステアリングベクトルのために、等間隔の分割の結果としての閾値線の上に重複が表れている。それぞれのステアリングベクトルの解像度は、最悪のケースで二倍になるかもしれず、ソースの分極の荒い推定を与えている間、評価器は、スペクトラムの中の１つのρ間隔をサポートする。非等距離に分割することによって、重複は存在しなくなる。これゆえに、ＭＢＡは、解像度能力と結び付けて非等距離を実現する。簡単に言えば、前記方法は、どのように参照分割ステアリングベクトルセットを選ぶのかのガイドを生じさせ、閾値線の上のすべての領域に広がる制約を有する。
立証のためのＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いて、いくつかのテストの結果は、仰角θが増加する時のソース傾きρに感度を増加させることを伴って、信号の到来方向を分析するためのマルチビームアンテナの能力に示すために表される。
図８は、ソースが共通の仰角θ＝５０°に置かれたときの同じソースの傾きセットの結果を表している。
図７、および図８の両方の中で、可能性がある傾きρの範囲は異なる区画に分割されたように見ることができる。それゆえに、スペクトラムは、それらの振幅と位相に関して、分解された信号を処理することによって獲得されており、そして異なる放射パターンの信号受信感度の空間の分布、および信号ソースの傾きに関して異なる区画を基本にして分析された信号ソースの傾きの効果を記述しているステアリングベクトルのセットを用いている。さらなる処理は、例えば、ＭＵＳＩＣのような技術の状態についてのサブスペースを基本にした方法によって行われる。
結果は、ＭＢＡがその軸比のパターンを有するとともに、偏波感度を得ることをサポートしている。到来の方向推定とともに、ソース傾きの推定の分割には、とてもよく正確性が表れている。実施態様は、ここで、ＭＢＡが、これらの角度のその小さな振幅の応答を伴うビームの高い軸比の角度を抑えて、おもりのような作用をして、到着の方向推定をより強固にするとともに、偏波感度を生じさせて、それによって、いくつかの第２の放射パターンなしに、ＲＨＣＰビームだけを使う。
ＤｏＡのための装置１の実施の形態、および偏波推定は、図９に描かれている。
異なったアンテナ要素５を伴う「アンテナ配列２」は、例えば、Ｂｕｔｌｅｒ・ｍａｔｒｉｘによって信頼されているような、ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）３は、受信したアンテナ信号を分解された信号に分解する。推定は、「信号処理」装置、あるいは評価器４によって実行される。計測、あるいはシュミレーションから取得されたそれぞれのアンテナ２のステアリングベクトルのセットは、記憶装置６を経由して提供される。評価器４は、到着方向のための推定、および信号ソースの偏波の傾きρを提供する。コントローラ７は、装置１を制御する。ＢＦＮの分離、そして信号処理は、論理的である。ＢＦＮは、また、信号処理装置の一部であってもよく、デジタル信号の分解を意味する。
ＤｏＡのための装置１の他の実施の形態、および分極推定は、図１０に描かれている。
アンテナ要素５（すべてが同じ円偏波を有する）を伴う「アンテナ配列」２は、ＢＦＮ３と接続されており、それは、アンテナ信号を分解された信号に分解する。図９の中の実施の形態と対比すると、１つの分解された信号だけ、スイッチ装置８を経由して、瞬間的に選ばれる。ＢＦＮ３とスイッチ装置８のアナログの実施例を考えてみると、１への信号枝の数を減らすことが可能である。それは時間同期スイッチングによって確保される。推定は評価器４の内部で実行される。それぞれのアンテナのステアリングベクトルのセットは、記憶装置６によって提供される。ビーム形成ネットワーク３、スイッチングユニット８、および評価器４の分離は、論理的である。ＢＦＮ３、およびスイッチングユニット８は、評価器４の異なる実施の形態の部分であり、デジタル信号の分解と選択を意味する。
提供された装置、および方法は、少なくとも次の利益を提供する。
１つの偏波は、それぞれの要素のために、１つの信号枝だけを必要にすることによって、実施例のコストを減らし、二重偏波を解決することと比較してみると努力を半分にすることができる。
多様なパターンのために、ＤｏＡ、そして信号ソースの偏波（傾き、方位）は、１つの偏波を伴う配列を使って同時に推定できる。
傾き角度の範囲の分割の応用は、推定のための信号処理を効果的に減少させて、マイクロコントローラ（例えば、ＡＲＭファミリー）のようなより安いプラットフォームを用いることが可能である。
可能性があるアプリケーション域を以下に示す。
ラジオ受信機、トランスミッター／ＲＦＩＤトランスポンダようなトランスポンダ、ワイヤレスセンサ、モバイル機器（携帯電話、ラップトップ、タブレット型コンピューター）、自動車、および飛行機の方向、および方位の推定。
軍事目的、および保安のための方向探知（無線偵察）
センサアプリケーション：傾き、位置、方位の決定。
いくつかの実施態様は、装置の環境の中で述べられているが、これらの実施態様は、対応する方法の記述としても表わされている。類推的に、方法のステップの前後関係の中で述べられた実施態様は、対応するブロックの記述、あるいは、対応する装置の特徴としても表わされている。
発明についてのいくつかの実施の形態は、電気的に読み取り可能な制御信号を有するデータキャリアを備えており、データキャリアは、ここに述べられた方法のうちの１つが実行されるように、プログラムされたコンピュータシステムと協力することが可能である。
一般的に、本発明の実施の形態は、プログラムコードを伴うコンピュータプログラム製造物として実施されることが可能であり、コンピュータプログラム製造物がコンピュータで動いているときには、そのプログラムコードは、方法のうちの１つが実行されるようにするために、作動している。そのプログラムコードは、機械で読み取り可能なキャリアに格納されていてもよい。
他の実施の形態は、機械で読み取り可能なキャリアに格納された、ここに述べられた方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを備えている。
言い換えれば、本発明の方法の実施の形態は、したがって、コンピュータプログラム製造物がコンピュータで動いているときには、ここに述べられた方法のうちの１つを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。
本発明の方法のさらなる実施の形態は、したがって、データキャリア（あるいは、デジタル格納媒体、あるいは、コンピュータで読み取り可能な媒体）は、その上に記録される、ここに述べられた方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムである。データキャリア、あるいはデジタル格納媒体、あるいは記録された媒体は、一般的に、有形であり、および／または、一時的ではない。
本発明の方法のさらなる実施の形態は、したがって、ここに述べられた方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムとして表わされているデータストリーム、あるいは信号列である。そのデータストリーム、あるいは信号列は、例示として、例えば、インターネットを経由するような、データ通信接続を経由して運ばれるように構成されていてもよい。
さらなる実施の形態は、例えば、ここに述べられた方法のうちの１つを実行するように構成された、あるいは適合するコンピュータ、あるいはプログラム可能な論理装置のような処理手段を備えている。
さらなる実施の形態は、ここに述べられた方法のうちの１つを実行するため、その上にコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータを備えている。
本発明についてのさらなる実施の形態は、ここに述べられた方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを受信機に伝送するように（例えば、電気的、あるいは光学的に）構成された装置、あるいはシステムを備えている。受信機は、例えば、コンピュータ、モバイル機器、記憶装置、あるいはその他であってもよい。
いくつかの実施の形態では、プログラム可能な論理装置（例えば、フィールドプログラムブルゲートアレイ）は、ここに述べられた方法のいくつか、あるいはすべての機能を実行するために使用されてもよい。いくつかの実施の形態では、フィールドプログラムブルゲートアレイは、ここに述べられた方法のうちの１つを実行するために、マイクロプロセッサと協力してもよい。一般的に、方法は、好ましくはハードウエア装置装置で実行される。
ここに述べられた装置は、ハードウエア装置を用いて、あるいは、コンピュータを用いて、あるいはハードウエア装置とコンピュータの組み合わせを用いて実行されてもよい。
ここに述べられた方法は、ハードウエア装置を用いて、あるいは、コンピュータを用いて、あるいはハードウエア装置とコンピュータの組み合わせを用いて実行されてもよい。
参考文献
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Claims (13)
- 到来方向推定装置（１）であって、
アンテナ（２）と、
ビーム形成ネットワーク（３）と、
評価器（４）と、
を備え、
前記アンテナ（２）は、信号を受信するように構成され、
前記アンテナ（２）は、円偏波アンテナであり、
前記アンテナ（２）は、複数の異なる放射パターンを備え、
前記ビーム形成ネットワーク（３）は、前記アンテナ（２）が受信した信号に基づいて、前記複数の異なる放射パターンの中の放射パターンに対応することによって受信される分解された複素信号を供給するように構成され、
前記評価器（４）は、前記分解された複素信号に基づいて、および前記アンテナ（２）の信号受信特性を示す情報に基づいて、到来方向および前記アンテナ（２）に対する信号ソース（１０）の傾きを推定するために、前記複数の異なる放射パターンの振幅、および位相応答を用いるように構成され、
前記アンテナ（２）の信号受信特性を示す前記情報は、前記アンテナ（２）が受信する前記信号を発する前記信号ソース（１０）の前記アンテナ（２）に対する位置を示す角度（θ、およびφ）に依存するとともに、前記信号ソース（１０）の偏波の前記アンテナ（２）に対する傾きを示す角度（ρ）に依存するステアリングベクトルのセット（Ａ）を備えることを特徴とする、到来方向推定装置（１）。 - 前記アンテナ（２）は、右旋円偏波アンテナ、または左旋円偏波アンテナであることを特徴とする、請求項１に記載の到来方向推定装置（１）。
- 前記アンテナ（２）は、複数のアンテナ要素（５）を備え、
複数の前記アンテナ要素（５）の中のアンテナ要素は、異なる放射パターンを備え、
前記ビーム形成ネットワーク（４）は、前記分解された複素信号を供給するように構成されており、それによって、前記分解された複素信号は、個々のアンテナ要素（５）、あるいは少なくとも２つのアンテナ要素（５）の放射パターンの組み合わせで受信されることを特徴とする、請求項１、または請求項２のうちのいずれか１つに記載の到来方向推定装置（１）。 - 複数の前記アンテナ要素（５）の中の前記アンテナ要素（５）は、すべてが、右旋回偏
波しているか、左旋回偏波しているかのうちのいずれかであることを特徴とする、請求項
３に記載の到来方向推定装置（１）。 - 複数の前記アンテナ要素（５）の中の前記アンテナ要素（５）は、平面に位置している
ことを特徴とする、請求項３、または請求項４のうちのいずれか１つに記載の到来方向推
定装置（１） - 前記アンテナ（２）の信号受信特性を示す前記情報は、前記アンテナ（２）に対する前記信号ソース（１０）の前記位置を示す仰角（θ）、および方向角（φ）を示すことを特徴とする、請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の到来方向推定装置（１）。
- 前記アンテナ（２）の信号受信特性を示す前記情報は、前記アンテナ（２）に対する前記信号ソース（１０）の傾き（ρ）を示すことを特徴とする、請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の到来方向推定装置（１）。
- 前記ステアリングベクトルのセット（Ａ）は、前記信号ソース（１０）の可能性がある傾き（ρ）の範囲を分割間隔に分割することに基づいていることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載の到来方向推定装置（１）。
- 前記分割間隔の幅は、前記信号ソース（１０）の傾き（ρ）の推定に対する分析のための寸法であることを特徴とする、請求項８に記載の到来方向推定装置（１）。
- 前記分割間隔は、投影類似度測定に基づいて設定されており、
前記アンテナ（２）に対する前記信号ソース（１０）の位置を示す角度（θ ref 、φ ref ）の選ばれた参照値、参照傾き（ρ ref ）は、参照ステアリングベクトルとして選ばれており、
前記角度（θ ref 、φ ref ）の同じ参照値に属するステアリングベクトルは、参照ステアリングベクトル上に投影され、
得られた投影値が所定の値の間隔の範囲内にあるときには、ステアリングベクトルは、同一であると考えられることを特徴とする、請求項８、または請求項９のうちのいずれか１つに記載の到来方向推定装置（１）。 - 前記角度（θ ref 、φ ref ）の同じ参照値に属しているステアリングベクトルは、参考ステアリングベクトル上に投影され、および異なる傾き値（ρ）に対して正規化されることを特徴とする、請求項１０に記載の到来方向推定装置（１）。
- 前記所定の値の間隔は、１の値の閾値、または、１近傍の値の閾値によって与えられることを特徴とする、請求項１０、または請求項１１のうちのいずれか１つに記載の到来方向推定装置（１）。
- 複数の異なる放射パターンを備える円偏波アンテナを用いて、信号ソース（１０）よって発せられた信号を受信するステップと、
受信された信号に基づいて、前記複数の異なる放射パターンの中の放射パターンに対応することによって受信される分解された複素信号を供給するステップと、
前記分解された複素信号に基づいて、および前記アンテナ（２）の信号受信特性が示す情報に基づいて方向、および前記アンテナ（２）に対する前記信号ソース（１０）の傾きを推定するステップと、
を備え、
前記アンテナ（２）の信号受信特性を示す前記情報は、前記アンテナ（２）によって受信された前記信号を発する信号ソース（１０）のアンテナ（２）に対する位置を示す角度（θ、およびφ）に依存するとともに、前記アンテナ（２）に対する前記信号ソース（１０）の偏波の傾きを示す角度（ρ）に依存するステアリングベクトルのセット（Ａ）を備えることを特徴とする、到来方向推定方法。
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