JPH0933628A - 測角装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の到来波の方位及び信号強度を測定する
測角装置において、複数回の測角を行って統計値を出力
するときに、誤った測角値を入力したり、統計値を計算
する時間内で新たな信号の発生や消滅があった場合で
も、複数回の測定により得られた複数の測定値と複数の
信号源との対応関係を正しく取る。 【構成】 信号源の発する信号を受ける複数のセンサ１
と、上記複数のセンサ１からの出力信号ｘ₁ ，ｘ₂ ，・
・・，ｘ_M を受けて測定ごとに上記信号の到来方向を求
める信号処理装置４と、上記信号処理装置４による複数
回数の測定値をクラスタに分類して統計処理することに
より対応関係を正確にとりつつ上記信号の到来方向を求
める分類処理装置６とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アンテナ、ソナー、
光ディテクタ等をセンサとし統計的信号処理を用いて信
号源の情報を収集する測角装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アンテナの解像限界は波長／アンテナ開
口径とされてきたが、近年複数アンテナと信号処理を用
いることによって、上記解像限界を越える角度分解能を
得るアルゴリズムが提案されている。このようなアルゴ
リズムとして、例えば、Ｒ．Ｏ．Ｓｃｈｍｉｄｔ：”Ｍ
ｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎｓ
ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉ
ｍａｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＡＰ−３４，
３，ｐｐ．２７６−２８０（１９８６）に示されるよう
なＭＵＳＩＣアルゴリズムがある。

【０００３】まず、図１４及び図１５に基づき、従来の
ＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いた到来電波測角装置（以
下、単にＭＵＳＩＣ測角装置と呼ぶ）について説明す
る。なお、電波信号の場合を例にとり説明するが、音波
信号、光波信号であっても適用できるのはいうまでもな
い。

【０００４】図１４は従来のＭＵＳＩＣ測角装置の全体
構成図であり、図において１−１，・・・，１−Ｍは複
数（Ｍ個）の受信アンテナ、２−１，・・・，２−Ｍは
受信アンテナ１−１，・・・，１−Ｍそれぞれに対応し
て設けられ、受信信号を検波する複数（Ｍ個）の受信
機、３−１，・・・，３−Ｍは受信機２−１，・・・，
２−Ｍにそれぞれに対応して設けられ、検波された信号
をアナログからデジタルに変換する複数（Ｍ個）のアナ
ログ／ディジタル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器と呼ぶ）、
４ａはＡ／Ｄ変換器３−１，・・・，３−Ｍの出力信号
ｘ₁ ，・・・，ｘ_M に基づきＭＵＳＩＣアルゴリズムに
より処理を行い、信号の到来方向を算出する信号処理装
置、５は信号処理装置４ａの出力を表示する角度表示器
である。なお、図中ｘ_m は受信信号を示し、ｍはチャネ
ルの番号を示す添え字である。

【０００５】図１５は信号処理装置４ａの内部構成の詳
細を示す図であり、４０１は信号ｘ₁ ，・・・，ｘ_M に
基づき相関行列を求める相関行列Ｒ計算手段、４０２は
相関行列Ｒ計算手段４０１が出力する相関行列の固有値
及び固有ベクトルを求めるＲの固有値／固有ベクトル算
出手段、４０３はＲの固有値／固有ベクトル算出手段４
０２が出力する固有値及び固有ベクトルに基づき方位評
価関数を求める方位評価関数Ｆ（θ）算出手段、４０４
は方位評価関数Ｆ（θ）算出手段４０３が出力する評価
関数Ｆ（θ）のピークを求めるピーク検出手段、４０５
はピーク検出手段４０４によりピークと判断された方位
の信号の強度を求める信号強度算出手段である。ピーク
検出手段４０４が出力する到来角推定値θ_k と信号強度
算出手段４０５が出力する信号強度Ｐ_k が、信号処理装
置４ａの出力となる。

【０００６】次に動作について説明する。図１４に示す
ようにある方向（θ_k ）から信号が到来しているものと
する。受信アンテナ１−１，・・・，１−Ｍがそれぞれ
この到来信号を受信する。受信機２−１，・・・，２−
Ｍがそれぞれ受信信号を検波する。Ａ／Ｄ変換器３−
１，・・・，３−Ｍがそれぞれ検波された信号をデジタ
ルに変換する。信号処理装置４ａがこれらデジタル信号
ｘ₁ ，・・・，ｘ_M に基づき信号の到来角を計算する。

【０００７】次に信号処理装置４ａの動作について詳細
に説明する。まず、受信信号ベクトルＸを式(1) で定義
する。

【０００８】

【数１】

【０００９】ここでｉは時刻を示す添え字、Ｔはベクト
ル行列の転置、Ｍはチャネル数すなわちアレーのアンテ
ナ数である。相関行列計算手段４０１は時刻１からＩま
での受信ベクトルＸ（１）〜Ｘ（Ｉ）を用いて相関行列
Ｒを式(2) のように算出する。

【００１０】

【数２】

【００１１】ここで、Ｈは行列ベクトルの複素共役転置
を表わす。従ってＲはＭ×Ｍの正方行列である。Ｒの固
有値／固有ベクトル算出手段４０２はＲの固有値λ₁ 〜
λ_M 、固有ベクトルｅ₁ 〜ｅ_M を算出する。方位評価関
数算出手段４０３は、固有値λ₁ 〜λ_M の中の最小固有
値群に対応する固有ベクトルｅ_N を用いて方位評価関数
Ｆを式(3) のように算出する。

【００１２】

【数３】

【００１３】ここで（θ）は角度θの関数であることを
示す。Ｆ（θ）はすべてのθについて算出される。ａ
（θ）はステアリングベクトルと呼ばれ、到来角θで入
射する電波ｓが１波以上存在する場合の受信ベクトルＸ
が式(4) で与えられるような係数ベクトルで、各アンテ
ナ１の位置及びθ方向のアンテナ指向特性により決定さ
れる。

【００１４】

【数４】

【００１５】ここでｎはノイズベクトルであり、式(5)
に示すように各チャネルの受信機２あるいはＡ／Ｄ変換
器３で発生するか、もしくはアンテナ１から漏れ込むノ
イズｎ_m を要素とする。

【００１６】

【数５】

【００１７】ピーク検出手段４０４はＦ（θ）の最も大
きいＫ個のピークを与える角度（θ）を捜索し、この値
を到来角度推定値として出力する。Ｋの値は固有値λ₁
〜λ_M の分布から決定される。

【００１８】以下、複数の信号が同時に入射したときの
ＭＵＳＩＣアルゴリズムの測角原理を説明する。チャネ
ル総数Ｍに比べて入射波の数Ｋは少ない（Ｍ＞Ｋ）と仮
定する。複数の電波が上記アレーアンテナに入射する際
には、受信ベクトルＸは式(4) に代わって式(6) で与え
られる。

【００１９】

【数６】

【００２０】ここでｋは入射信号の番号を示す添え字
で、Ａはステアリングベクトルａで式(7) のように構成
されるＭ×Ｋの行列である。

【００２１】

【数７】

【００２２】ｓは入射信号を要素とする式(8) で与えら
れるＫ×１のベクトルである。

【００２３】

【数８】

【００２４】式(6) を用いることにより式(2) に定義さ
れる相関行列Ｒを式(9) のように展開できる。

【００２５】

【数９】

【００２６】ここでＳは式(10)のように構成されるＫ×
Ｋの正方行列である。

【００２７】

【数１０】

【００２８】σ² はノイズ電力であり、ＩはＭ×Ｍの単
位行列である。各ノイズｎ_m （ｍ＝１，２，・・・，
Ｍ）は互いに無相関で電力は等しいとした。相関行列は
エルミート行列であるからその固有値λ₁ 〜λ_M はすべ
て正の実数で、その中の最も小さなＭ−Ｋ個の固有値は
式(6) よりノイズ電力σ² に等しいことがわかる。この
ような最小固有値群λ＝σ² に対応する固有ベクトルを
ｅ_N で表わすと、固有値、固有ベクトルの関係から式(1
1)が成り立つ。

【００２９】

【数１１】

【００３０】式(11)の左辺を式(9) を用いて変換すれば
式(12)が得られる。

【００３１】

【数１２】

【００３２】ここで行列Ｓがフルランク、すなわち入射
信号の相互相関係数が１００％よりも小さいならば式(1
2)は式(13)のように変形できる。

【００３３】

【数１３】

【００３４】これをステアリングベクトルを用いて表わ
すとＭＵＳＩＣアルゴリズムの原理上重要な式(14)を得
る。

【００３５】

【数１４】

【００３６】ところで、方位評価関数Ｆ（θ）を変数θ
についてサーチする際、変数θが電波入射角θ_k のいず
れかと一致すると式(14)より式(13)の分母は０となり、
方位評価関数Ｆの値は非常に大きな値となる。この時の
方位評価関数Ｆ（θ）を図１６に例示する。ピーク検出
手段４０４は、このように方位評価関数Ｆ（θ）のピー
クを検出することにより入射角の推定ができる。次に推
定した入射角の信号の信号強度を算出する。ピーク検出
手段４０４が推定した入射角θ_k は、信号強度算出手段
４０５に入力される。ここで相関行列Ｒは式(9) のよう
に展開できる。この時ステアリングベクトルＡは入射角
θ_k で決定される。ここで行列Ｓは式(10)を展開するこ
とにより式(15)で表わされる。

【００３７】

【数１５】

【００３８】行列Ｓの（ｉ，ｊ）成分は第ｉ波入射信号
Ｓ_i と第ｊ波入射信号Ｓ_j との相関を与える。特に、式
(15)の対角成分から、各入射波の入射信号強度を求める
ことができる。式(9) の右辺第２項を移項した後、左側
からＡ^H を、右側からＡを乗算する。この結果、式(16)
を得る。

【００３９】

【数１６】

【００４０】（Ａ^H Ａ）が逆行列を持てば行列Ｓは式(1
7)で求められ、入射角θ_k に対応した信号強度Ｐ_k が求
められる。

【００４１】

【数１７】

【００４２】上述のようにＭＵＳＩＣアルゴリズムを用
いた測角装置では、周波数が近接したあるいは全く同一
周波数の複数の到来波の方位、信号強度を一回の測角で
分離する、いわゆる混信分離が可能である。１回の測角
で複数波が測定可能なため、複数回の測角を行い測角値
の平均、分散等の統計値を算出する場合、到来波の入射
角や信号強度でソートし、複数回の測角で得られた信号
の対応を取り、演算を行うことができる。

【００４３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、ＭＵＳ
ＩＣアルゴリズムを用いた測角装置によれば１回の測角
で混信分離が可能である。ところで、信号源の数及びそ
の方位は時時刻刻変化する。信号源が通常の通信機のよ
うに音声信号を送信しているならば継続時間は比較的長
いが、デジタルデータを送信しているならば継続時間は
比較的短いし、信号源が移動体に搭載されていれば方位
が変化する。したがって、複数のデータの平均を求めて
測角精度を向上させる場合に、測角装置による一連の測
角データをその信号源ごとに分類する必要が生じる。そ
のための方法として、一連の測角データを単純にソート
する方法がある。

【００４４】しかしながら、推定入射角には一定の誤差
がありゆらぐため、単純なソートでは近接する信号源間
の測角データを正確に分類するのは難しい。正確な分類
ができなければ正しい測角値は得られない。たとえば、
最初に誤った測角値を入力すると、入射角や信号強度で
ソートした場合、信号の対応が取れなくなる。このため
統計値を算出する際、大きな誤差を生じる。また、統計
値を算出する時間内に新たな信号が発生するとやはり信
号の対応が取れなくなり、統計値は大きな誤差を生じ
る。また、入射角のみでソートすると全周を測角する
際、例えば入射角推定値が０度と３５９度の境界でばら
つく信号は信号間で対応が取れない。また測角時のスプ
リアスやアンビギュイティを除去するため異なるアンテ
ナを用いて複数回の測角を行う場合には、複数回の測角
値を用いて平均を求める際、スプリアスやアンビギュイ
ティにより測角推定値に誤差を生じる。

【００４５】以上のように、従来の測角装置では、複数
回の測角を行い統計値を算出する際１回以上誤った測角
値を入力すると信号間の対応が取れなくなり、統計値の
誤差が大きくなるという課題があった。同様に統計値を
計算する時間内で新たな信号の発生や消滅があると信号
間の対応が取れなくなり、統計値の誤差が大きくなると
いう課題があった。さらに入射角のみでソートすると全
周で測角する際、例えば入射角の推定値が０度と３５９
度の境界間でばらつく信号は信号間の対応が取れず統計
値の誤差が大きくなるという課題があった。また測角時
のスプリアスやアンビギュイティを除去するため異なる
アンテナを用いて複数回の測角を行う場合には、複数回
の測角値を用いて平均を求める際、スプリアスやアンビ
ギュイティにより測角推定値に誤差が生じるという課題
があった。

【００４６】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、一連の測角により得られた複数の
信号間の対応関係を得ることのできる測角装置を提供す
ることを目的とする。

【００４７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る測角装置
は、信号源の発する信号を受けて、測定ごとに上記信号
源に関する測定値を出力する受信部と、上記受信部によ
る複数回数の測定値をクラスタに分類して統計処理する
ことにより上記信号源に関する情報を得る分類処理装置
とを備えたものである。

【００４８】請求項２に係る測角装置は、信号源の発す
る信号を受ける複数のセンサと、互いに異なる受信利得
パターンが得られるように上記複数のセンサの受信信号
の一部を選択して出力する受信信号選択手段と、上記受
信信号選択手段の出力信号を受けて測定ごとに上記信号
の到来方向を求める信号処理装置と、上記信号処理装置
による複数回数の測定値をクラスタに分類して統計処理
することにより上記信号の到来方向を求める分類処理装
置とを備えたものである。

【００４９】請求項３に係る測角装置は、上記分類処理
装置に、測定ごとの測定値がいずれかのクラスタに属す
るかどうか判定し、上記クラスタに属するときに上記測
定値を対応するクラスタに含める第１のクラスタ内外判
定手段と、いずれのクラスタにも属しないときに上記測
定値に対応する新たなクラスタを発生させるクラスタ発
生手段と、上記クラスタ内外判定手段及び上記クラスタ
発生手段による複数回数の処理が終了したときに、上記
クラスタそれぞれに含まれる測定値の個数を数えるカウ
ンタと、上記カウンタの計数値により上記クラスタを並
べ換えるソータと、上記計数値の多い順に上記クラスタ
と信号源とを対応させるとともに、上記クラスタに含ま
れる測定値の平均値を求めてそれぞれ出力する平均値算
出手段とを備えたものである。ことを特徴とする請求項
１または請求項２記載の測角装置。

【００５０】請求項４に係る測角装置は、上記分類処理
装置に、測定ごとの測定値がいずれかのクラスタに属す
るかどうか判定し、上記クラスタに属するときに上記測
定値を対応するクラスタに含める第１のクラスタ内外判
定手段と、いずれのクラスタにも属しないときに上記測
定値に対応する新たなクラスタを発生させるクラスタ発
生手段と、上記クラスタ内外判定手段及び上記クラスタ
発生手段による複数回数の処理が終了したときに、上記
クラスタそれぞれに含まれる測定値の個数を数えるカウ
ンタと、上記カウンタの計数値により上記クラスタを並
べ換えるソータと、上記計数値の多い順に上記クラスタ
と信号源とを対応させるとともに、上記クラスタに含ま
れる測定値の最頻値を求めてそれぞれ出力するモード算
出手段とを備えたものである。

【００５１】請求項５に係る測角装置は、上記分類処理
装置に、上記分類処理装置に、測定ごとの測定値がいず
れかのクラスタに属するかどうか判定し、１つの測定値
がクラスタに属するときに上記測定値を対応するクラス
タに含めるとともに、複数の測定値がクラスタに属する
ときにこれら複数の測定値の平均値を求め、この平均値
を上記複数の測定値に対応するクラスタに含める第２の
クラスタ内外判定手段と、いずれのクラスタにも属しな
いときに上記測定値に対応する新たなクラスタを発生さ
せるクラスタ発生手段と、上記クラスタ内外判定手段及
び上記クラスタ発生手段による複数回数の処理が終了し
たときに、上記クラスタそれぞれに含まれる測定値の個
数を数えるカウンタと、上記カウンタの計数値により上
記クラスタを並べ換えるソータと、上記計数値の多い順
に上記クラスタと信号源とを対応させるとともに、上記
クラスタに含まれる測定値の平均値をそれぞれ求めて出
力する平均値算出手段とを備えたものである。

【００５２】請求項６に係る測角装置は、上記分類処理
装置に、測定ごとの測定値がいずれかのクラスタに属す
るかどうか判定し、１つの測定値がクラスタに属すると
きに上記測定値を対応するクラスタに含めるとともに、
複数の測定値がクラスタに属するときにこれら複数の測
定値の平均値を求め、この平均値を上記複数の測定値に
対応するクラスタに含める第２のクラスタ内外判定手段
と、いずれのクラスタにも属しないときに上記測定値に
対応する新たなクラスタを発生させるクラスタ発生手段
と、上記クラスタ内外判定手段及び上記クラスタ発生手
段による複数回数の処理が終了したときに、上記クラス
タそれぞれに含まれる測定値の個数を数えるカウンタ
と、上記カウンタの計数値により上記クラスタを並べ換
えるソータと、上記計数値の多い順に上記クラスタと信
号源とを対応させるとともに、上記クラスタに含まれる
測定値の最頻値をそれぞれ求めて出力するモード算出手
段とを備えたものである。

【００５３】

【作用】請求項１の発明においては、受信部が、信号源
の発する信号を受けて、測定ごとに上記信号源に関する
測定値を出力し、分類処理装置が、上記受信部による複
数回数の測定値をクラスタに分類して統計処理すること
により上記信号源に関する情報を得る。

【００５４】請求項２の発明においては、複数のセンサ
が信号源の発する信号を受け、受信信号選択手段が、互
いに異なる受信利得パターンが得られるように上記複数
のセンサの受信信号の一部を選択して出力し、信号処理
装置が、上記受信信号選択手段の出力信号を受けて測定
ごとに上記信号の到来方向を求め、分類処理装置が、上
記信号処理装置による複数回数の測定値をクラスタに分
類して統計処理することにより上記信号の到来方向を求
める。

【００５５】請求項３の発明においては、上記分類処理
装置の第１のクラスタ内外判定手段が、測定ごとの測定
値がいずれかのクラスタに属するかどうか判定し、上記
クラスタに属するときに上記測定値を対応するクラスタ
に含め、クラスタ発生手段が、いずれのクラスタにも属
しないときに上記測定値に対応する新たなクラスタを発
生させ、カウンタが、上記クラスタ内外判定手段及び上
記クラスタ発生手段による複数回数の処理が終了したと
きに、上記クラスタそれぞれに含まれる測定値の個数を
数え、ソータが、上記カウンタの計数値により上記クラ
スタを並べ換え、平均値算出手段が、上記計数値の多い
順に上記クラスタと信号源とを対応させるとともに、上
記クラスタに含まれる測定値の平均値を求めてそれぞれ
出力する。

【００５６】請求項４の発明においては、上記分類処理
装置の第１のクラスタ内外判定手段が、測定ごとの測定
値がいずれかのクラスタに属するかどうか判定し、上記
クラスタに属するときに上記測定値を対応するクラスタ
に含め、クラスタ発生手段が、いずれのクラスタにも属
しないときに上記測定値に対応する新たなクラスタを発
生させ、カウンタが、上記クラスタ内外判定手段及び上
記クラスタ発生手段による複数回数の処理が終了したと
きに、上記クラスタそれぞれに含まれる測定値の個数を
数え、ソータが、上記カウンタの計数値により上記クラ
スタを並べ換え、モード算出手段が、上記計数値の多い
順に上記クラスタと信号源とを対応させるとともに、上
記クラスタに含まれる測定値の最頻値を求めてそれぞれ
出力する。

【００５７】請求項５の発明においては、上記分類処理
装置の第２のクラスタ内外判定手段が、測定ごとの測定
値がいずれかのクラスタに属するかどうか判定し、１つ
の測定値がクラスタに属するときに上記測定値を対応す
るクラスタに含めるとともに、複数の測定値がクラスタ
に属するときにこれら複数の測定値の平均値を求め、こ
の平均値を上記複数の測定値に対応するクラスタに含
め、クラスタ発生手段が、いずれのクラスタにも属しな
いときに上記測定値に対応する新たなクラスタを発生さ
せ、カウンタが、上記クラスタ内外判定手段及び上記ク
ラスタ発生手段による複数回数の処理が終了したとき
に、上記クラスタそれぞれに含まれる測定値の個数を数
え、ソータが、上記カウンタの計数値により上記クラス
タを並べ換え、平均値算出手段が、上記計数値の多い順
に上記クラスタと信号源とを対応させるとともに、上記
クラスタに含まれる測定値の平均値をそれぞれ求めて出
力する。

【００５８】請求項６の発明においては、上記分類処理
装置の第２のクラスタ内外判定手段が、測定ごとの測定
値がいずれかのクラスタに属するかどうか判定し、１つ
の測定値がクラスタに属するときに上記測定値を対応す
るクラスタに含めるとともに、複数の測定値がクラスタ
に属するときにこれら複数の測定値の平均値を求め、こ
の平均値を上記複数の測定値に対応するクラスタに含
め、クラスタ発生手段が、いずれのクラスタにも属しな
いときに上記測定値に対応する新たなクラスタを発生さ
せ、カウンタが、上記クラスタ内外判定手段及び上記ク
ラスタ発生手段による複数回数の処理が終了したとき
に、上記クラスタそれぞれに含まれる測定値の個数を数
え、ソータが、上記カウンタの計数値により上記クラス
タを並べ換え、モード算出手段が、上記計数値の多い順
に上記クラスタと信号源とを対応させるとともに、上記
クラスタに含まれる測定値の最頻値をそれぞれ求めて出
力する。

【００５９】

【実施例】

実施例１．図１〜図４に基づき、この実施例１のＭＵＳ
ＩＣアルゴリズムを用いた到来電波測角装置（以下、単
にＭＵＳＩＣ測角装置と呼ぶ）について説明する。な
お、電波信号の場合を例にとり説明するが、音波信号、
光波信号であっても適用できるのはいうまでもない。

【００６０】図１はこの実施例１のＭＵＳＩＣ測角装置
の全体構成図であり、図において１−１，・・・，１−
Ｍは複数（Ｍ個）の受信アンテナ、２−１，・・・，２
−Ｍは受信アンテナ１−１，・・・，１−Ｍそれぞれに
対応して設けられ、受信信号を検波する複数（Ｍ個）の
受信機、３−１，・・・，３−Ｍは受信機２−１，・・
・，２−Ｍにそれぞれに対応して設けられ、検波された
信号をアナログからデジタルに変換する複数（Ｍ個）の
アナログ／ディジタル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器と呼
ぶ）、４ａはＡ／Ｄ変換器３−１，・・・，３−Ｍの出
力信号ｘ₁ ，・・・，ｘ_M に基づきＭＵＳＩＣアルゴリ
ズムにより処理を行い、信号の到来方向を算出する信号
処理装置、５は信号処理装置４ａの出力を表示する角度
表示器、６は統計的処理により測角データを信号源ごと
に分類する分類処理装置である。受信アンテナ１、受信
機２、Ａ／Ｄ変換器３は受信部として機能する。なお、
図中ｘ_m は受信信号を示し、ｍはチャネルの番号を示す
添え字である。

【００６１】図２は信号処理装置４ａ及び分類処理装置
６ａの内部構成の詳細を示す図である。まず、信号処理
装置４ａの内部構成について説明する。同図において、
４０１は信号ｘ₁ ，・・・，ｘ_M に基づき相関行列を求
める相関行列Ｒ計算手段、４０２は相関行列Ｒ計算手段
４０１が出力する相関行列の固有値及び固有ベクトルを
求めるＲの固有値／固有ベクトル算出手段、４０３はＲ
の固有値／固有ベクトル算出手段４０２が出力する固有
値及び固有ベクトルに基づき方位評価関数を求める方位
評価関数Ｆ（θ）算出手段、４０４は方位評価関数Ｆ
（θ）算出手段４０３が出力する評価関数Ｆ（θ）のピ
ークを求めるピーク検出手段、４０５はピーク検出手段
４０４によりピークと判断された方位の信号の強度を求
める信号強度算出手段である。ピーク検出手段４０４が
出力する到来角推定値θ_k と信号強度算出手段４０５が
出力する信号強度Ｐ_k が、信号処理装置４ａの出力とな
る。

【００６２】次に、分類処理装置６ａの内部構成につい
て説明する。６０１は測定された角度データが角度デー
タの集団であるクラスタに含まれるかどうか判定するク
ラスタ内外判定手段、６０２はいずれのクラスタにも含
まれない角度データが存在するとき、この角度データを
中心とする新たなクラスタを発生させるクラスタ発生手
段、６０３はクラスタの数を数えるカウンタ、６０４は
クラスタに含まれるデータの数の順にソート処理するソ
ータ、６０５はクラスタに含まれる測角値の平均をクラ
スタごとに求める平均値算出手段である。

【００６３】図３は分類処理装置６ａの動作を説明する
ためのフローチャートである。図４は分類処理装置６ａ
の動作を説明するための図であり、測定結果からクラス
タを形成する一連の処理の流れを示す図である。同図
は、上から順に、フレームタイムが１、２、３、４、・
・・Ｊのときに得られた測角データの角度軸上の状態を
示している。ここでフレームタイムとは、一組の測角デ
ータを得る時間単位（時刻）のことであり、ひとつのフ
レームタイムにおいて１回の測定がなされる。また、ク
ラスタとは複数のフレームタイムにわたって測定された
複数の測角値が形成するデータの集団のことであり、正
しくクラスタに分類されたときは、クラスタと電波源と
は１対１で対応する。図４において、θ_ijはタイムフレ
ームｊにおける測角のうちのｉ番目の測角値を示す。

【００６４】次に動作について説明する。図１に示すよ
うにある方向（θ_k ）から信号が到来しているものとす
る。受信アンテナ１−１，・・・，１−Ｍがそれぞれこ
の到来信号を受信する。受信機２−１，・・・，２−Ｍ
がそれぞれ受信信号を検波する。Ａ／Ｄ変換器３−１，
・・・３−Ｍがそれぞれ検波された信号をデジタルに変
換する。信号処理装置４ａがこれらデジタル信号ｘ₁ ，
・・・，ｘ_M に基づき信号の到来角を計算する。

【００６５】信号処理装置４ａを構成する、相関行列Ｒ
計算手段４０１、Ｒの固有値／固有ベクトル算出手段４
０２、方位評価関数Ｆ（θ）算出手段４０３、ピーク検
出手段４０４、信号強度算出手段４０５は、従来例の場
合と同じ処理により入射波の個数Ｋ個を推定し、Ｋ組の
測角値θ_i と信号強度Ｐ_i を分類処理装置６ａに対して
出力する。

【００６６】次に分類処理装置６ａの動作について、図
３及び図４に基づき説明する。 ［タイムフレーム１］タイムフレーム１は最初のタイム
フレームであり、クラスタは形成されていない。したが
って、初期値として測角値それぞれにクラスタを対応さ
せる。まず、フレームタイムｊ＝１とし（図３のＳＴ
１）、クラスタ数Ｎ_C ＝１とする（ＳＴ２）。そして、
フレームタイムｊにおける得られたすべての測角値及び
その数を調べ、それら測角値θ₁ 〜θ_Kj及び推定入射信
号数Ｋ_j を所定のメモリテーブル等に入力する（ＳＴ
３）。次にそれら測角値θ₁ 〜θ_Kjをそれぞれ分類する
ためのカウンタｉ＝１とする。

【００６７】タイムフレーム１において初期設定するた
めに、処理はＳＴ４の次にＳＴ９に進む。すなわち、処
理ＳＴ５，ＳＴ６はスキップされる。クラスタの数Ｎ_C
をインクリメントするとともに（ＳＴ９）、クラスタＣ
_n に測角値θ_i を含ませ（ＳＴ１０）、このクラスタＣ
_n に属する測角値の数Ｌ_C ＝１とする（ＳＴ１１）．以
上の処理ＳＴ９〜ＳＴ１１によりθ_i を中心とするクラ
スタが発生する。そしてすべての測角値についてクラス
タが形成されたかどうか判定し（ＳＴ１２）、残ってい
る測角値があればカウンタｉをインクリメントし（ＳＴ
１３）、ＳＴ５，ＳＴ６，ＳＴ９，ＳＴ１０，ＳＴ１
１，ＳＴ１２，ＳＴ１３を繰り返す。すべての測角値に
ついてクラスタが形成されたときは、ＳＴ１４にｊをイ
ンクリメントして次のフレームタイムの処理に移る。

【００６８】図４のタイムフレーム１において到来信号
数は２個（すなわちＫ_j ＝２）であり、２つの測角値θ
₁₁，θ₂₁が得られる。比較対象となるクラスタはないか
ら、クラスタ内外判定手段６０１はこれら測角値をその
ままクラスタ発生手段に出力する。クラスタ発生手段６
０２は、測角値θ₁₁，θ₂₁に対応してそれぞれ２個のク
ラスタＣ₁ 、Ｃ₂ を発生する。このときクラスタの中心
角度は、それぞれＣ₁＝θ₁₁，Ｃ₂ ＝θ₂₁である。ま
た、各クラスタに属する測角値の数は、Ｌ_c1＝１，Ｌ_c2
＝１に設定される。

【００６９】［タイムフレーム２］タイムフレーム２の
処理において、クラスタ内外判定手段６０１は、このタ
イムフレームで得られた測角値ひとつひとつを、すでに
存在するクラスタと比較することにより、測角値に最も
近接しているＣ_n を選択する（ＳＴ５）。この判定処理
は、測角値がクラスタの中心から一定の距離Ｄ内にある
かどうかを調べることにより行う。判定対象となる範囲
は、それぞれのクラスタの中心角度の前後にわたり±Ｄ
だけ設けられる。

【００７０】ここでＤは、多数の測角値を適切に分類で
きるように、測角値の角度軸上の予想分布に対応して設
定される。たとえば、この実施例１の測角装置の角度分
解能をｒとしたとき、測角値の間隔はｒとなると予想さ
れる。したがって、２Ｄ＝ｒ（あるいはＤ＝ｒ）と設定
すれば適切に分類できる。また、電波源の角度軸上の間
隔が非常に狭いときは、これら電波源を確実に分離でき
るように、Ｄをさらに小さくするようにしてもよい。さ
らに、Ｄは一定値とせず、時間の関数としてもよく、Ｄ
を切り替えることにより測角精度を任意に調整すること
もできる。また、Ｄを角度ごとに変化させてもよい。た
とえば、θ_k が０度付近では測定精度は高いからＤを小
さくし、θ_k が±９０度付近ではアンテナパターンのサ
イドローブやアンテナ相互間の干渉等の影響により測定
精度が低くなるからＤを大きくする。

【００７１】なお、１つの測角値が複数のクラスタに含
まれる場合には、この測角値を、含まれる測角値の数が
多い方のクラスタに分類してもよい。このようにすると
分類の信頼度が向上する。

【００７２】上記の処理で次の２ケースが発生する。 ［ケースＡ］測角値θ_i が式(18)を満足する場合であ
る。このとき、クラスタ内外判定手段６０１はこの測角
値θ_i を、すでに観測された電波源により求められたク
ラスタＣ_n に属すると判定する。 ＡＢＳ（θ_i −Ｃ_n ） ＜ Ｄ ・・・(18) ここで、ＡＢＳ（ ）は、括弧内の式または値の絶対値
をとることを意味する絶対値記号である。この処理はＳ
Ｔ６においてなされる。このとき、クラスタ発生手段６
０２は、新たに加えられた測角値θ_i を含むすべての測
角値の平均値を求め、これをクラスタ中心角度Ｃ_n とす
る（ＳＴ７）。あるいは、測角値θ_i がクラスタ中心角
度Ｃ_n に近い場合には、簡単にＣ_n ＝θ_i に設定しても
よい。また、カウンタ６０３はクラスタＣ_n に属する測
角値の数Ｌ_cnをインクリメント（Ｌ_cn＝Ｌ_cn＋１）する
（ＳＴ８）。処理はＳＴ１２に移る。

【００７３】［ケースＢ］測角値θ_i が式(18)を満足し
ない場合である。このとき、クラスタ内外判定手段６０
１は測角値θ_i を新たな電波源により生じたものである
と判定する。このケースＢのとき、クラスタ発生手段６
０２は新規クラスタを発生する。具体的な処理は、先に
述べたようにＳＴ９〜ＳＴ１１により行われる。

【００７４】図４のフレームタイム２において、新たな
測角値としてθ₂₂及びθ₁₂が得られた。このうちθ
₂₂は、フレームタイム１の測角値θ₂₁により得られたク
ラスタＣ₂ との関係において式(18)を満足する（ケース
Ａ）。このとき、クラスタ発生手段６０２は、クラスタ
中心角度Ｃ₂ をθ₂₁、θ₂₂の平均値に設定する。また、
カウンタ６０３はクラスタＣ₂ に属する測角値の数Ｌ_c2
をインクリメント（Ｌ_c2＝Ｌ_c2＋１）する。この測角値
の数Ｌ_c2は、次回の処理に用いられる。

【００７５】一方、θ₁₂は式(18)を満足しない。したが
って、測角値θ₁₂は新たなクラスタを形成する。この時
クラスタ発生手段６０２は新規クラスタＣ₃ を生成し、
クラスタの個数Ｎ_c をＮ_c ＝Ｎ_c ＋１とする。そして、
カウンタ６０３はクラスタＣ₃ に属する測角値の個数Ｌ
_c3をＬ_c3＝１とする。

【００７６】［タイムフレーム３］タイムフレーム３に
おいても、タイムフレーム２と同様の処理がなされる。
新たな測角値θ₂₃及びθ₁₃は、それぞれクラスタＣ₂ 、
Ｃ₃ に含まれると判定される。そして、クラスタＣ₂ 、
Ｃ₃ の新たな中心角度及び測角値の数が設定される。タ
イムフレーム４においても同様の処理がなされる。

【００７７】なお以上のように処理することにより、最
新の測定値がクラスタの中心角度となるため、移動中の
電波源に対しても適切に対応することができる。

【００７８】［タイムフレームＪ］タイムフレームＪに
おいて、一応、最終的なクラスタが得られたものとす
る。最終的なクラスタの個数Ｎ_c は３である。また、ク
ラスタＣ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ の中心角度は、それぞれ、これ
らクラスタに含まれる測角値の平均値である。図４の場
合において、クラスタに属する測角値の個数Ｌ_c は、Ｃ
₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ それぞれについて１，６，５である。

【００７９】ここでタイムフレーム４の場合を考える。
ソータ６０４は、各クラスタごとに属する測角値を大き
い順にソートして応しクラスタの中心角度を並べ換え
る。この結果Ｌ_c の大きい順にＣ₂ ，Ｃ₃ ，Ｃ₁ が得ら
れる。この例では統計を求める際の入射波の個数は２で
あるので、データ数が多い順にクラスタを選択し、
Ｃ₂，Ｃ₃ を入射波が属するクラスタと決定する。クラ
スタＣ₂ に含まれる測角値はθ₂₁，θ₂₂，θ₂₃，θ₂₄，
Ｌ_c2＝４である。第２波の測角値θ_a2は平均値算出手段
で式(19)を演算して求められる。 θ_a2＝（θ₂₁＋θ₂₂＋θ₂₃＋θ₂₄）／Ｌ_C2 ・・・(19)

【００８０】また、第２波の測定値の分散σ_a1は式(20)
で演算して求められる。 σ_a2＝［｛（θ₂₁−θ_a2）² ＋（θ₂₂−θ_a2）² ＋（θ₂₃−θ_a2）² ＋（θ₂₄−θ_a2）² ｝／Ｌ_C2］^1/2 ・・・(20)

【００８１】同様に、第２波の信号強度Ｐ_a1は、測定角
度θ₂₁，θ₂₂，θ₂₃，θ₂₄に対応した信号強度の平均値
を演算して求められる。

【００８２】また、クラスタＣ₃ に含まれる測角値はθ
₁₂，θ₁₃，θ₁₄，Ｌ_c3＝３である。第１波の測角値θ_a1
は平均値算出手段で式(21)を演算して求められる。 θ_a1＝（θ₁₂＋θ₁₃＋θ₁₄）／Ｌ_C3 ・・・(21)

【００８３】また第１波の測定値の分散σ_a1は式(22)を
演算して求められる。 σ_a1＝［｛（θ₁₂−θ_a1）² ＋（θ₁₃−θ_a1）² ＋（θ₁₄−θ_a1）² ｝／Ｌ_C3］^1/2 ・・・(22)

【００８４】同様に、第１波の信号強度Ｐ_a2は、測定角
度θ₁₂，θ₁₃，θ₁₄に対応した信号強度の平均値を演算
して求められる。

【００８５】以上の説明から明らかなように、複数のタ
イムフレームにおいて測定されたデータに基づきクラス
タを求め、このクラスタごとに統計的に測角値を求める
ので、たとえノイズ（たとえばタイムフレーム１の測角
値θ₁₁）が発生しても、このノイズの影響を除去して精
度の高い測角値を求めることができる。

【００８６】以上のように、この実施例１の測角装置
は、誤った測角値が入力された場合でも、信号源ごとに
複数の測定により得られた信号間の対応を取ることがで
きて、精度の高い測角情報を提供することができる。ま
た、全周で測角する際、例えば入射角の推定値が０度と
３５９度の境界間でばらつく信号についても信号間の対
応を取ることができる。また、測角時のスプリアスやア
ンビギュイティを除去するため異なるアンテナを用いて
複数回の測角を行う場合でも、スプリアスやアンビギュ
イティにより測角推定値に誤差が生じることがなくな
る。

【００８７】なお、この実施例１では、角度に基づきク
ラスタ処理を行ったが、信号強度を用いても同様の効果
が得られる。また、角度と信号強度の両方を用い２次元
の処理を行っても同様の効果が得られる。（角度、信号
強度）＝（θ_i ，Ｐ_i ）としたとき、クラスタＣ_j の中
心座標（θ_Cj，Ｐ_Cj）との距離を｛（θ_i −θ_Cj）² ＋
（Ｐ_i −Ｐ_Cj）² ｝^1/2 と定義すればよい。また、この
距離はユークリット距離であるが、マハラノビス距離を
用いても良い。

【００８８】また、距離により判断するのでなく、類似
度で判断するようにしてもよい。類似度を、ベクトル内
積（θ_i ・θ_Cj＋Ｐ_i ・Ｐ_Cj）と定義すればよい。ま
た、ベクトルのなす角をφとしたとき、類似度をｃｏｓ
φ＝（θ_i ・θ_Cj＋Ｐ_i ・Ｐ_Cj）／｛（θ_i −θ_Cj）²
＋（Ｐ_i −Ｐ_Cj）² ｝^1/2 と定義してもよい。類似度を
用いる場合、Ｄの代わりに基準となる類似度Ｓを用い
る。ある測角値とあるクラスタとの類似度が、この類似
度Ｓよりも大きいとき、この測角値はこのクラスタに含
まれると判断する。

【００８９】実施例２．上記実施例１では、分類処理装
置６の出力段において、クラスタごとに平均値を求める
ことにより到来角推定値及び信号強度を得て出力とし
た。この実施例２では平均値を算出することに代えてモ
ードを算出するようにした。

【００９０】図５、この実施例２の信号処理装置４ａ及
び分類処理装置６ｂの内部構成を示す図である。信号処
理装置４ａは実施例１のものと同じである。６０６はク
ラスタに含まれる測角値及び信号強度のモードを求め、
これらを到来角推定値及び信号強度として出力するモー
ド算出手段である。分類処理装置６ｂのクラスタ内外判
定手段６０１、クラスタ発生手段６０２、カウンタ６０
３、ソータ６０４は、実施例１のものと同じである。

【００９１】以下、動作について説明する。クラスタ内
外判定手段６０１、クラスタ発生手段６０２、カウンタ
６０３、ソータ６０４は、図３のフローチャートに従い
ケースＡ，Ｂの処理を行い、クラスタを形成するととも
にクラスタを並べ換える。

【００９２】ところで、図４の例において、中心角度Ｃ
₂ を与えるクラスタに属する測角値はθ₂₁，θ₂₂，
θ₂₃，θ₂₄，Ｌ_c2＝４である。ここで、タイムフレーム
３のときのみ瞬時のノイズが発生し、誤差αが生じたと
する。このとき、θ₂₁＝θ₂₂＝θ₂₄は真の到来方位を与
えるが、実施例１のように平均を求めて出力すると第２
波の測角値θ_a2はα／４の誤差を持ってしまう。そこで
本実施例では、モード算出手段４１１が中心角度Ｃ₂ を
与えるクラスタに属する測角値θ₂₁，θ₂₂，θ₂₃，θ₂₄
の最頻値を求め、これを真の到来方向として出力する。
これにより、電波源が移動せず、かつ、得られる測角値
がほぼ一定であるが、まれにノイズで測角値が変動する
のみの場合、真の到来方位に完全に一致した測角値を出
力できる。第１波の測定でも最頻値を出力することによ
り、瞬時のノイズに対して真の到来方位に一致した測角
値を出力できる。

【００９３】実施例３．上記実施例１及び２において、
１つのフレームタイムに複数の測角値が得られた場合で
も、これら測角値はそれぞれ別のクラスタに属した。し
かし、１つのフレームタイムの複数の測角値が１つのク
ラスタに属する場合もある。

【００９４】たとえば、ステアリングベクトルを算出す
るためのアンテナパターンの測定や実際の測角を行うた
めの測定において、振幅及び位相に誤差があると、方位
評価関数は鋭いピークとならず、図８に示すように真の
ピーク（図中の「到来角真値θ₂ 」）の周辺に複数のピ
ーク（図中の「偽のピーク」）が現れることがある。こ
れら「到来角真値θ₂ 」と「偽のピーク」は、同じクラ
スタに属する場合がある。この実施例３は、このような
場合についても適切な処理ができる測角装置に関するも
のである。

【００９５】図６のフローチャートに従ってこの実施例
３の動作を説明する。図中、Ｍ_c は各クラスタ内のデー
タの個数を意味する。Ｍ_C は、同じフレームタイムにお
いて複数の測角値が１つのクラスタに属した場合でも、
これら複数の測角値をひとつひとつ数えたものである。
したがってＭ_C はフレームタイムの数より大きくなるこ
とがある。これに対し、Ｌ_C は、同じフレームタイムに
おいて１つのクラスタに属する複数の測角値について
は、これらの平均値を１つと数える。したがってＬ_C は
フレームタイムの数よりも大きくなることはない。

【００９６】図７は各タイムフレームにおける測定結果
の例とクラスタの動作を説明する図であり、以下、本図
に基づき具体的動作を説明する。図７ではθ_ijはタイム
フレームｊにおけるｉ番目の測角値を示す。

【００９７】タイムフレーム１において、到来信号数は
２個、測角値はθ₁₁，θ₂₁である。クラスタ発生手段６
０２は、測角値θ₁₁，θ₂₁に対応しそれぞれ２個のクラ
スタを発生する。この時クラスタの中心角度はそれぞれ
Ｃ₁ ＝θ₁₁，Ｃ₂ ＝θ₂₁である。また各クラスタに属す
る測角値の数Ｌ_c は、Ｌ_c1＝１，Ｌ_c2＝１、クラスタ内
のデータ数Ｍ_c はＭ_c1＝１，Ｍ_c2＝１に設定される。

【００９８】タイムフレーム２以降において、クラスタ
内外判定手段６０１は、測角値ごとにすでに存在するク
ラスタから最も接近したクラスタＣ_n を選択する。［ケ
ースＡ］、すなわち１つのクラスタに１つの測角値が含
まれる場合、及び［ケースＢ］、すなわちいずれのクラ
スタにも測角値が含まれない場合は、実施例１の場合と
同様に動作するので、説明を省略する。以下、［ケース
Ｃ］、すなわち、１つのクラスタに複数の測角値が含ま
れる場合の動作について説明する。

【００９９】［ケースＣ］ケースＣは、同一クラスタ内
外判定手段６０１が、同一タイムフレームにおいて複数
の測角値が同じクラスタに含まれると判定するケースで
ある。たとえば、図７のフレームタイム３の測角値
θ₂₃、θ₁₃がクラスタＣ₂ に含まれるケースである。こ
の場合、最初に処理される測角値θ₁₃はケースＡと判定
されてＳＴ７，８の処理がなされる。

【０１００】次の測角値θ₂₃については、ＳＴ６におい
てクラスタＣ₂ に含まれると判定されて、処理はＳＴ１
５に進む。ＳＴ１５においてクラスタＣ₂ に他の測角値
が既にアサインされているかどうか判定される。前述の
ように、クラスタＣ₂ には既に測角値θ₁₃がアサインさ
れているから、処理はＳＴ１６、ＳＴ１７に進む。

【０１０１】ＳＴ１６において、次のタイムフレームの
処理に用いるためのクラスタ中心角度Ｃ_n を求める。こ
のとき複数の測角値θ₂₃、θ₁₃の平均値を求め、これを
測角値θ₁₃に代えてこれら２つの測角値の代表値とす
る。そしてこの代表値とこのクラスタに含まれる他の測
角値とを合わせて全体の平均値を求める。この平均値を
クラスタの中心角度とする。このため複数のピークの測
角値の平均が次回の処理に用いるクラスタ中心角度にな
る。この後、ＳＴ１７において、クラスタに属する測角
値の個数Ｌ_c をＬ_c ＝Ｌ_c 、クラスタ内のデータ数Ｍ_c
をＭ_c ＝Ｍ_c ＋１とする。ケースＣにおいて、Ｌ_c をイ
ンクリメントしないのは、複数の測角値θ₂₃、θ₁₃をそ
れぞれカウントすると、ソータ６０４により最適なクラ
スタを選択する際に１つのタイムフレームで多くの測角
値がアサインされたクラスタを誤って選択することが考
えられるためである。また、Ｍ_C をインクリメントする
のは、１つのクラスタに含まれるすべてのデータに基づ
き平均値を正しく求めるためである。

【０１０２】次に、図７に即して具体的に述べる。処理
はＪ回のタイムフレームで行われるがこの例ではＪ＝４
とする。図７において、タイムフレーム２のθ₃₂、タイ
ムフレーム４のθ₃₄はケースＡに相当する。タイムフレ
ーム３のθ₂₃，θ₁₃はケースＣに相当する。またタイム
フレーム２のθ₁₂はケースＢに相当し、タイムフレーム
２で新たに発生した電波源と推定する。タイムフレーム
３のθ₃₃、タイムフレーム４のθ₂₄はタイムフレーム２
で発生した電波源θ₁₂と同一であると推定しケースＡに
相当する。またタイムフレーム２のθ₂₂、タイムフレー
ム４のθ₁₄はタイムフレーム１の測角値θ₁₁と同一であ
ると推定しケースＡに相当する。図７の例において入射
波の個数は３とする。図６の処理を行うと、最終的なク
ラスタの個数Ｎ_c は３となる。また、クラスタに属する
測角値の個数Ｌ_c はＣ₁，Ｃ₂ ，Ｃ₃ に対応しそれぞれ
３，４，３である。また、クラスタ内のデータ数Ｍ_c は
Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ に対応しそれぞれ３，５，３となる。

【０１０３】ソータ６０４は、各Ｌ_c を大きい順にソー
トし、このソート結果に対応しクラスタの中心角度を並
べ換える。この結果Ｌ_c の大きい順にＣ₂ ，Ｃ₁ ，Ｃ₃
が得られる。この例では統計を求める際の入射波の個数
はクラスタ数Ｎ_c と一致するから、中心角度Ｃ₂ ，Ｃ
₁ ，Ｃ₃ を入射波が属するクラスタと決定する。

【０１０４】たとえば、中心角度Ｃ₂ を与えるクラスタ
に属する測角値はθ₂₁，θ₃₂，θ₂₃，θ₁₃，θ₃₄，Ｍ_c2
＝５である。第１波の測角値θ_a1は、平均値算出手段６
０５で式(23)を演算することにより求めることができ
る。 θ_a1＝（θ₂₁＋θ₃₂＋θ₂₃＋θ₁₃＋θ₃₄）／Ｍ_C2 ・・・(23)

【０１０５】また第１波の測定値の分散σ_a1は式(24)を
演算することにより求めることができる。 σ_a1＝［｛（θ₂₁−θ_a1）² ＋（θ₃₂−θ_a1）² ＋（θ₂₃−θ_a1）² ＋（θ₁₃−θ_a1）² ＋（θ₃₄−θ_a1）² ｝／Ｍ_C2］^1/2 ・・・(24)

【０１０６】信号強度Ｐ_a1は、測定角度θ₂₁，θ₃₂，θ
₂₃，θ₁₃，θ₃₄に対応した信号強度を用い式(23)と同様
に、平均値を求めて得られる。

【０１０７】また、中心角度Ｃ₁ を与えるクラスタに属
する測角値はθ₁₁，θ₂₂，θ₁₄，Ｍ_c1＝３である。第２
波の測角値θ_a2は平均値算出手段６０５で式(25)を演算
することにより求めることができる。 θ_a2＝（θ₁₁＋θ₂₂＋θ₁₄）／Ｍ_C1 ・・・(25)

【０１０８】また第２波の測定値の分散σ_a2は式(26)を
演算することにより求めることができる。 σ_a2＝［｛（θ₁₁−θ_a2）² ＋（θ₂₂−θ_a2）² ＋（θ₁₄−θ_a2）² ｝／Ｍ_C1］^1/2 ・・・(26)

【０１０９】信号強度Ｐ_a2は、測定角度θ₁₂，θ₁₃，θ
₁₄に対応した信号強度を用い式(25)と同様に、平均値を
求めて得られる。

【０１１０】また、中心角度Ｃ₃ を与えるクラスタに属
する測角値はθ₁₂，θ₃₃，θ₂₄，Ｍ_c3＝３である。第３
波の測角値θ_a3は平均値算出手段６０５で式(27)を演算
することにより求めることができる。 θ_a3＝（θ₁₂＋θ₁₃＋θ₁₄）／Ｍ_C3 ・・・(27)

【０１１１】また第３波の測定値の分散σ_a3は式(28)を
演算することにより求めることができる。 σ_a3＝［｛（θ₁₂−θ_a3）² ＋（θ₁₃−θ_a3）² ＋（θ₁₄−θ_a3）² ｝／Ｍ_C3］^1/2 ・・・（２
８）

【０１１２】信号強度Ｐ_ａ３は、測定角度θ₁₂，θ₁₃，
θ₁₄に対応した信号強度を用い式(27)と同様に、平均値
を求めて得られる。

【０１１３】以上説明したように、この実施例３によれ
ば、１つのフレームタイムの測定において１つのクラス
タに複数の測角値がアサインされた場合でも、タイムフ
レーム間で信号の対応を適切に取ることができて、測角
値として精度の高い統計値を出力することができる。

【０１１４】なお、上記実施例では角度を用いてクラス
タ処理を行ったが、信号強度を用いても同様の効果が得
られる。また角度と信号強度の両方を用い２次元の処理
を行っても同様の効果が得られる。

【０１１５】実施例４．上記実施例３において、ソータ
６０３によりソートされたクラスタごとに、平均値算出
手段６０５により測角値の平均値を求めた。さらに、実
施例２の図５のように平均値算出手段６０５に代えてモ
ード算出手段６０６を設けてもよい。

【０１１６】以下動作を説明する。ソータ６０３までの
動作は実施例３の場合と同じである。すなわち、図６の
フローチャートに従い、クラスタ内外判定手段６０１、
クラスタ発生手段６０２、カウンタ６０３、ソータ６０
４がケースＡ，Ｂ，Ｃの処理を行い、統計で用いる入射
波数とクラスタ内のデータ数に従いクラスタを並べ換え
る。

【０１１７】実施例３と同様に、図７の例では、中心角
度Ｃ₂ を与えるクラスタに属する測角値はθ₂₁，θ₃₂，
θ₂₃，θ₁₃，θ₃₄，Ｍ_c2＝５である。ここでタイムフレ
ーム３のときのみ瞬時のノイズが発生し誤差αを持つθ
₁₃が生じるとすると、θ₂₁＝θ₃₂＝θ₂₃＝θ₃₄は真の到
来方位とほぼ一致するが実施例３では第１波の測角値θ
_a1はα／５の誤差を持つ。本実施例ではモード算出手段
４１１が中心角度Ｃ_２を与えるクラスタに属する測角値
θ_２１，θ₃₂，θ₂₃，θ₁₃，θ₃₄の最頻値を求める出力
するため真の到来方位に一致した測角値を出力できる。
第２波、第３波の測定でも最頻値を出力することによ
り、瞬時のノイズに対して真の到来方位に一致した測角
値を出力できる。

【０１１８】実施例５．図９はこの実施例５を示す構成
図であり、７はＬ本（Ｌ＞Ｍ）の素子アンテナからＭ本
の素子アンテナを選択して受信機２−１〜２−Ｍにそれ
ぞれ接続する受信信号選択手段である。これらＬ本の素
子アンテナ１−１〜１−Ｌは、図１０に示されるように
円状に配列されている。受信機２−１〜２−Ｍ、Ａ／Ｄ
変換器３−１〜３−Ｍ、信号処理装置４、分類処理装置
６、表示装置５は、上記実施例に示されたものと同じも
のである。

【０１１９】この実施例５の測角装置は、測定ごとにＬ
個の素子アンテナからＭ個の素子アンテナを選択し、ア
ンテナパターンを変える。このことにより、得られた複
数の測定データにおいてスプリアスの発生位置は分散さ
せられているので、統計的処理をすることによりスプリ
アスによる影響を低減させることができる。

【０１２０】以下、動作を説明する。アンテナ１はＭ素
子の円形アレーで構成され、受信信号選択手段７は第１
回目の測角でアンテナ１−１〜１−ＬよりＭチャネルを
選択し、受信機２−１〜２−Ｍと接続する。

【０１２１】ここで、受信信号選択手段７は、複数の測
定において異なるアンテナパターンを形成するために、
たとえば次のようにアンテナ１を選択する。第１回目の
測角において、３素子毎に１素子ずつ間引き、１−２，
１−５，１−８，・・・３（Ｍ−１）＋２のＭチャネル
が全周のＬチャネルから選択される（図１０（ａ））。
このように選択されたＭチャネルの信号に基づき相関行
列算出手段４０１は式(29)に示す相関行列を算出する。

【０１２２】

【数１８】

【０１２３】従ってこの場合のＲはＭ×Ｍの正方行列で
ある。固有値／固有ベクトル算出手段４０２は従来例と
同様に相関行列Ｒの固有値λ₁ 〜λ_L 、固有ベクトルｅ
₁ 〜ｅ_L を算出する。方位評価関数算出手段４０３は固
有値λ₁ 〜λ_L の中の最小固有値群に対応する固有ベク
トルｅ_N を用いて従来例と同様に方位評価関数Ｆ（θ）
を算出する。（θ）はアンテナが配置された全周に渡り
探査する。またピーク検出手段４０４はＦ（θ）の最も
大きいｎ個のピークを与える角度（θ）を捜索しこの値
を到来角度推定値として出力する。ｎの値は固有値λ₁
〜λ_L の分布から決定される。

【０１２４】第２回目の測角において、受信信号選択手
段７はやはり３素子毎に１素子ずつ間引き１−１，１−
４，・・・，３（Ｍ−１）＋１のＭチャネルが全周のＬ
チャネルから選択される（図１０（ｂ））。そして、第
１回目の測角と同様に、最も大きいｎ個のピークを与え
る角度（θ）を捜索しこの値を到来角度推定値として出
力する。

【０１２５】第３回目の測角において、受信信号選択手
段７はやはり３素子毎に１素子ずつ間引き１−３，１−
６，・・・，３（Ｍ−１）＋３のＭチャネルが全周のＬ
チャネルから選択される（図１０（ｃ））。そして、第
１回目の測角と同様に、最も大きいｎ個のピークを与え
る角度（θ）を捜索しこの値を到来角度推定値として出
力する。

【０１２６】以上の３回の測角により得られた方位評価
関数Ｆ₁ （θ）、Ｆ₂ （θ）、Ｆ₃（θ）は、たとえ
ば、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）を示されるグラフとな
る。ところで、ステアリングベクトルを算出するアンテ
ナパターンの測定や、実際の測角を行う測定において振
幅、位相に誤差を持つと、方位評価関数のピークは真の
到来方位以外にスプリアスと呼ばれる偽のピークが発生
することがある。また、アンテナ素子間の間隔が波長に
対し大きい場合は、アンビギュイティと呼ばれる理論上
起こる偽のピークが発生する。

【０１２７】しかし、互いに異なるアンテナパターンに
より複数回の測定を行い、これらの測定データに基づき
統計処理をするとこれらスプリアスやアンビギュイティ
を除去することができる。というのは、図１１（ａ）
（ｂ）（ｃ）のグラフからわかるように、異なるアンテ
ナパターンにより測定された方位評価関数においては、
異なる位置にスプリアスが生じるからである。図１１
（ａ）においてスプリアスはθ₁₁、θ₃₁で発生し、同図
（ｂ）においてスプリアスはθ₁₂で発生し、同図（ｃ）
においてスプリアスはθ₂₃で発生する。そしてこれらの
角度は互いに異なっている。

【０１２８】これら３回の測角で得られた方位評価関数
より得られた複数の測定値に基づき、実施例１〜４いず
れかと同様の処理を行えばスプリアスによる影響はほと
んど受けない。図１１の例で言えば、スプリアスによる
クラスタＣ₁ 、Ｃ₃ 、Ｃ₄ 、Ｃ₅ に含まれる測角値の数
は１つであり、ソータ６０４により測定値から排除され
る。

【０１２９】一方、図１１の例では、クラスタ内の測角
値の個数が最大値となるクラスタの中心角度はＣ₂ であ
り、中心角度Ｃ₂ を与えるクラスタに属する測角値はθ
₂₁，θ₂₂，θ₁₃，Ｌ_c2＝３である。ここで平均値算出手
段６０５は式(30)により測角値を求め出力する。 θ＝（θ₂₁＋θ₂₂＋θ₁₃）／Ｌ_C2 ・・・（３
０） なお、モード算出手段６０６により処理してもよいのは
言うまでもない。

【０１３０】以上のように、この実施例５によれば、ア
ンテナを切り替えることによって測定ごとにアンテナパ
ターンを変えて、スプリアスの発生位置を分散させるの
で、統計処理によりスプリアスの影響を除去することが
できる。したがって、各測定においてスプリアスが発生
しても精度の高い測角値を得ることができる。

【０１３１】なお、上記説明においてアンテナ１が円状
に配置されているとしたが、これはアンテナを規則的に
選択した場合でも、アンテナパターンが互いに異なるよ
うにするためである。すなわち、図１０（ａ）〜（ｃ）
のいずれかのアンテナ配置をどのように平行移動して
も、他のアンテナの配置と一致しないから、これらのア
ンテナパターンは異なる。このような観点からすれば、
アンテナ１の配置は図１２のように円周に沿って内側に
配置してもよいし、また、曲線は円に限らず、アンテナ
の位置が特定できる限り、他のどのような曲線であって
もよい。

【０１３２】また、直線状に配置した場合でも、アンテ
ナ１の選択を規則的でなく、アンテナパターンが互いに
異なるように不規則に選択すれば、本実施例に適用でき
る。図１３に一例を挙げる。同図（ａ）において選択さ
れているアンテナは１−１，１−３，１−５，１−７，
１−９，１−１１、・・・であり、同図（ｂ）において
選択されているアンテナは１−２，１−４，１−７，１
−１１，・・・であり、同図（ｃ）において選択されて
いるアンテナは１−３，１−５，１−６，１−１０、・
・・である。

【０１３３】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
信号源の発する信号を受けて、測定ごとに上記信号源に
関する測定値を出力する受信部と、上記受信部による複
数回数の測定値をクラスタに分類して統計処理すること
により上記信号源に関する情報を得る分類処理装置とを
備えたので、一連の測定により得られた複数の信号間の
対応を適切に関係づけることができる。

【０１３４】また、請求項２の発明によれば、信号源の
発する信号を受ける複数のセンサと、互いに異なる受信
利得パターンが得られるように上記複数のセンサの受信
信号の一部を選択して出力する受信信号選択手段と、上
記受信信号選択手段の出力信号を受けて測定ごとに上記
信号の到来方向を求める信号処理装置と、上記信号処理
装置による複数回数の測定値をクラスタに分類して統計
処理することにより上記信号の到来方向を求める分類処
理装置とを備えたので、一連の測定により得られた複数
の信号間の対応を適切に関係づけることができるととも
に、スプリアスによる測定への影響を低減できる。

【０１３５】また、請求項３及び請求項４の発明によれ
ば、測定ごとの測定値がいずれかのクラスタに属するか
どうか判定し、上記クラスタに属するときに上記測定値
を対応するクラスタに含める第１のクラスタ内外判定手
段と、いずれのクラスタにも属しないときに上記測定値
に対応する新たなクラスタを発生させるクラスタ発生手
段と、上記クラスタ内外判定手段及び上記クラスタ発生
手段による複数回数の処理が終了したときに、上記クラ
スタそれぞれに含まれる測定値の個数を数えるカウンタ
と、上記カウンタの計数値により上記クラスタを並べ換
えるソータと、上記計数値の多い順に上記クラスタと信
号源とを対応させるとともに、上記クラスタに含まれる
測定値の平均値を求めてそれぞれ出力する平均値算出手
段とを備えたので、クラスタに含まれる測定値の個数に
基づきクラスタと信号源との正確な対応関係を得ること
ができる。

【０１３６】また、請求項５及び請求項６の発明によれ
ば、測定ごとの測定値がいずれかのクラスタに属するか
どうか判定し、１つの測定値がクラスタに属するときに
上記測定値を対応するクラスタに含めるとともに、複数
の測定値がクラスタに属するときにこれら複数の測定値
の平均値を求め、この平均値を上記複数の測定値に対応
するクラスタに含める第２のクラスタ内外判定手段と、
いずれのクラスタにも属しないときに上記測定値に対応
する新たなクラスタを発生させるクラスタ発生手段と、
上記クラスタ内外判定手段及び上記クラスタ発生手段に
よる複数回数の処理が終了したときに、上記クラスタそ
れぞれに含まれる測定値の個数を数えるカウンタと、上
記カウンタの計数値により上記クラスタを並べ換えるソ
ータと、上記計数値の多い順に上記クラスタと信号源と
を対応させるとともに、上記クラスタに含まれる測定値
の平均値をそれぞれ求めて出力する平均値算出手段とを
備えたので、クラスタに含まれる測定値の個数に基づき
クラスタと信号源との正確な対応関係を得ることができ
るとともに、偽のデータの発生により１つのクラスタに
複数の測定値が対応した場合でも、クラスタと信号源と
の正確な対応関係を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１の測角装置の構成図であ
る。

【図２】 この発明の実施例１の測角装置の信号処理装
置及び分類処理装置の内部構成図である。

【図３】 この発明の実施例１の動作を説明するフロー
チャートである。

【図４】 この発明の実施例１の測角装置の動作の説明
図である。

【図５】 この発明の実施例２の測角装置の信号処理装
置及び分類処理装置の内部構成図である。

【図６】 この発明の実施例３の動作を説明するフロー
チャートである。

【図７】 この発明の実施例３の測角装置の動作の説明
図である。

【図８】 方位評価関数の形状の例である。

【図９】 この発明の実施例５の測角装置の構成図であ
る。

【図１０】 この発明の実施例５の測角装置の受信アン
テナの配置の例である。

【図１１】 この発明の実施例５の測角装置の動作の説
明図である。

【図１２】 この発明の実施例５の測角装置の受信アン
テナの配置の他の例である。

【図１３】 この発明の実施例５の測角装置の受信アン
テナの配置の他の例である。

【図１４】 従来の測角装置の構成図である。

【図１５】 従来の測角装置の信号処理装置の内部構成
図である。

【図１６】 方位評価関数の形状の例である。

【符号の説明】

１ 受信アンテナ、２ 受信機、３ アナログ／ディジ
タル変換器、４ ＭＵＳＩＣアルゴリズムに基づく信号
処理装置、５ 角度表示装置、６ 分類処理装置、７
受信信号選択手段、４０１ 相関行列計算手段、４０２
固有値／固有ベクトル算出手段、４０３ 方位評価関
数算出手段、４０４ ピーク検出手段、４０５ 信号強
度算出手段、６０１ クラスタ内外判定手段、６０２
クラスタ発生手段、６０３ カウンタ、６０４ ソー
タ、６０５ 平均値算出手段、６０６ モード算出手
段。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号源の発する信号を受けて、測定ごと
   に上記信号源に関する測定値を出力する受信部と、上記
   受信部による複数回数の測定値をクラスタに分類して統
   計処理することにより上記信号源に関する情報を得る分
   類処理装置とを備えた測角装置。
2. 【請求項２】 信号源の発する信号を受ける複数のセン
   サと、互いに異なる受信利得パターンが得られるように
   上記複数のセンサの受信信号の一部を選択して出力する
   受信信号選択手段と、上記受信信号選択手段の出力信号
   を受けて測定ごとに上記信号の到来方向を求める信号処
   理装置と、上記信号処理装置による複数回数の測定値を
   クラスタに分類して統計処理することにより上記信号の
   到来方向を求める分類処理装置とを備えた測角装置。
3. 【請求項３】 上記分類処理装置に、 測定ごとの測定値がいずれかのクラスタに属するかどう
   か判定し、上記クラスタに属するときに上記測定値を対
   応するクラスタに含める第１のクラスタ内外判定手段
   と、 いずれのクラスタにも属しないときに上記測定値に対応
   する新たなクラスタを発生させるクラスタ発生手段と、 上記クラスタ内外判定手段及び上記クラスタ発生手段に
   よる複数回数の処理が終了したときに、上記クラスタそ
   れぞれに含まれる測定値の個数を数えるカウンタと、 上記カウンタの計数値により上記クラスタを並べ換える
   ソータと、 上記計数値の多い順に上記クラスタと信号源とを対応さ
   せるとともに、上記クラスタに含まれる測定値の平均値
   を求めてそれぞれ出力する平均値算出手段とを備えたこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の測角装
   置。
4. 【請求項４】 上記分類処理装置に、 測定ごとの測定値がいずれかのクラスタに属するかどう
   か判定し、上記クラスタに属するときに上記測定値を対
   応するクラスタに含める第１のクラスタ内外判定手段
   と、 いずれのクラスタにも属しないときに上記測定値に対応
   する新たなクラスタを発生させるクラスタ発生手段と、 上記クラスタ内外判定手段及び上記クラスタ発生手段に
   よる複数回数の処理が終了したときに、上記クラスタそ
   れぞれに含まれる測定値の個数を数えるカウンタと、 上記カウンタの計数値により上記クラスタを並べ換える
   ソータと、 上記計数値の多い順に上記クラスタと信号源とを対応さ
   せるとともに、上記クラスタに含まれる測定値の最頻値
   を求めてそれぞれ出力するモード算出手段とを備えたこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の測角装
   置。
5. 【請求項５】 上記分類処理装置に、 測定ごとの測定値がいずれかのクラスタに属するかどう
   か判定し、１つの測定値がクラスタに属するときに上記
   測定値を対応するクラスタに含めるとともに、複数の測
   定値がクラスタに属するときにこれら複数の測定値の平
   均値を求め、この平均値を上記複数の測定値に対応する
   クラスタに含める第２のクラスタ内外判定手段と、 いずれのクラスタにも属しないときに上記測定値に対応
   する新たなクラスタを発生させるクラスタ発生手段と、 上記クラスタ内外判定手段及び上記クラスタ発生手段に
   よる複数回数の処理が終了したときに、上記クラスタそ
   れぞれに含まれる測定値の個数を数えるカウンタと、 上記カウンタの計数値により上記クラスタを並べ換える
   ソータと、 上記計数値の多い順に上記クラスタと信号源とを対応さ
   せるとともに、上記クラスタに含まれる測定値の平均値
   をそれぞれ求めて出力する平均値算出手段とを備えたこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の測角装
   置。
6. 【請求項６】 上記分類処理装置に、 測定ごとの測定値がいずれかのクラスタに属するかどう
   か判定し、１つの測定値がクラスタに属するときに上記
   測定値を対応するクラスタに含めるとともに、複数の測
   定値がクラスタに属するときにこれら複数の測定値の平
   均値を求め、この平均値を上記複数の測定値に対応する
   クラスタに含める第２のクラスタ内外判定手段と、 いずれのクラスタにも属しないときに上記測定値に対応
   する新たなクラスタを発生させるクラスタ発生手段と、 上記クラスタ内外判定手段及び上記クラスタ発生手段に
   よる複数回数の処理が終了したときに、上記クラスタそ
   れぞれに含まれる測定値の個数を数えるカウンタと、 上記カウンタの計数値により上記クラスタを並べ換える
   ソータと、 上記計数値の多い順に上記クラスタと信号源とを対応さ
   せるとともに、上記クラスタに含まれる測定値の最頻値
   をそれぞれ求めて出力するモード算出手段とを備えたこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の測角装
   置。