JP2948459B2 - Angle measuring device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、アンテナ、ソナー、
光ディテクタ等のアレー信号処理を用いる到来波の到来
角度の測定、及び信号のスペクトル、時間遅れの測定に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an antenna, a sonar,
The present invention relates to measurement of an arrival angle of an incoming wave using an array signal processing such as an optical detector, and measurement of a signal spectrum and a time delay.
【0002】[0002]
【従来の技術】アンテナの解像限界は波長/アンテナ開
口径とされていたが、近年、複数の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:■Multiple E
mitter Location and Signal Parameter Estimation■,
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。先ず、MUSI
Cアルゴリズムを用いた従来の測角装置(以下、従来の
測角装置と呼ぶ)について図1、図2を参照して説明す
る。図1は、従来、及び本発明の測角装置の全体構成図
であり、1は受信アンテナ、2は受信機、3はアナログ
/ディジタル変換器、4はMUSICアルゴリズムに基
づく信号処理装置、5は角度表示装置である。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字で
ある。図2は、上記図1の従来の信号処理装置4の内部
構成図で、201は受信信号xm に対するバッファメモ
リ、202は相関行列R計算手段、203はRの固有値
及び固有ベクトル算出手段、204は方位評価関数F
(θ)算出手段、205はピーク検出手段である。2. Description of the Related Art The resolution limit of an antenna has been defined as wavelength / antenna aperture diameter. In recent years, an algorithm has been proposed to obtain an angular resolution exceeding the resolution limit by using a plurality of antennas and signal processing. I have. As such an algorithm, for example, ROSchmidt: ■ Multiple E
mitter Location and Signal Parameter Estimation ■,
There is a MUSIC algorithm as shown in IEEE Trans., AP-34, 3, pp. 276-280 (1986). First, MUSI
A conventional angle measuring device using the C algorithm (hereinafter, referred to as a conventional angle measuring device) will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a conventional and the angle measuring apparatus of the present invention, wherein 1 is a receiving antenna, 2 is a receiver, 3 is an analog / digital converter, 4 is a signal processing device based on the MUSIC algorithm, and 5 is It is an angle display device. In the figure, x
m indicates a reception signal, and m is a subscript indicating a channel number. Figure 2 is an internal configuration diagram of a conventional signal processing device 4 of FIG. 1, a buffer memory for the received signal x m is 201, correlation matrix R calculation means 202, the eigenvalues and eigenvectors calculating means R is 203, 204 Direction evaluation function F
(Θ) calculation means 205 is a peak detection means.
【0003】以下、動作を説明する。受信信号ベクトル
Xを次式で定義する。 X(i)=[x1 (i),x2 (i),‥,xM (i)]T ここで、iは時刻を示す添字、Tはベクトル行列の転
置、Mはチャネル数、即ちアレーのアンテナ数である。
バッファメモリ201は時刻1からIまでの受信信号ベ
クトルX(1) 〜X(I) を蓄える。相関行列計算手段20
2は相関行列Rを次式のように算出する。 ここで、Hは行列ベクトルの複素共役転置を表す。従っ
てRはM×Mの正方行列である。203はRの固有値λ
1 〜λM 、及び固有ベクトルe1 〜eM を算出する。方
位評価関数F算出手段204は固有値λ1 〜λM の中の
最小固有値に対応する固有ベクトルeN を用いて方位評
価関数Fを次式のように算出する。 F(θ)=1/|a(θ)H eN | (2) ここで、(θ)は角度θの関数であることを示し、F
(θ)はすべてのθについて算出する。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波存在する場合の受信信号ベクトルXが次式で与え
られるような係数ベクトルで、各アンテナ1の位置、θ
方向の指向特性で決定される。 X=a(θ)s+n (3) ここで、nはノイズベクトルであり、次式に示すように
各チャネルの受信機2,A/D変換器3で発生もしくは
アンテナ1から漏れ込むノイズnm を要素とする。 ピーク検出手段405はF(θ)の最も値の大きいK個
のピークを与える角度θ捜索しこの値を到来角推定値と
して出力する。Kの値は固有値λ1 〜λM の分布から決
定される。The operation will be described below. The received signal vector X is defined by the following equation. X (i) = [x 1 (i), x 2 (i), ‥, x M (i)] T where i is a time index, T is the transpose of a vector matrix, and M is the number of channels, ie, The number of antennas in the array.
The buffer memory 201 stores received signal vectors X (1) to X (I) from time 1 to I. Correlation matrix calculation means 20
2 calculates the correlation matrix R as follows. Here, H represents the complex conjugate transpose of the matrix vector. Therefore, R is an M × M square matrix. 203 is the eigenvalue λ of R
1 to λ M and eigenvectors e 1 to e M are calculated. The azimuth evaluation function F calculating means 204 calculates the azimuth evaluation function F using the eigenvector e N corresponding to the minimum eigenvalue among the eigenvalues λ 1 to λ M as in the following equation. F (θ) = 1 / | a (θ) H e N | (2) where, indicates that (theta) is a function of the angle theta, F
(Θ) is calculated for all θ. a (θ) is called a steering vector, and a radio wave s incident at an angle of arrival θ
Is a coefficient vector such that the received signal vector X when one wave exists is given by the following equation.
It is determined by the directional characteristics of the direction. X = a (θ) s + n (3) where n is a noise vector, and noise n m generated by the receiver 2 and A / D converter 3 of each channel or leaked from the antenna 1 as shown in the following equation. Is an element. The peak detecting means 405 searches for an angle θ that gives K peaks having the largest value of F (θ), and outputs this value as an estimated angle of arrival. The value of K is determined from the distribution of eigenvalues λ 1 to λ M.
【0004】以下、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
ないもの(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、受信信号ベクトルXは式
(3)に変わり、次式で与えられる。 ここで、kは入射信号の番号を示す添字で、Aはステア
リングベクトルaで次式のように構成されるM×Kの行
列である。 Sは入射信号を要素とする次式で与えられるK×1のベ
クトルである。 s=[s1 ,s2 ,‥,sK ]T (7) 式(5)を用いて、式(1)に定義される相関行列Rを
次式のように展開できる。 R=ASAH +σ2 I (8) ここで、Sは次式のように構成されるK×Kの正方行列
である。 ここで、σ2 はノイズの電力であり、IはM×Mの単位
行列である。各ノイズnm (m=1,2,‥,M)は互
いに無相関で電力は等しいと仮定した。相関行列Rはエ
ルミート行列であるからその固有値λ1 〜λM はすべて
正の実数で、その中で最も小さなM−K個の固有値は式
(8)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λ=σ2 に対応する固有ベクトルをe
N で表すと、固有値固有ベクトルの関係から次式が成り
立つ。 (R−σ2 I)eN =0 (10) 上式左辺を式(8)を用いて変形すれば次式が得られ
る。 ASAH eN =0 (11) ここで、行列Sがフルランク、即ち入射信号の相互相関
係数が100%より小さいならば、(11)は次式に変
形できる。 AH eN =0 (12) これをステアリングベクトルを用いて表すとMUSIC
アルゴリズムの原理上重要な次式を得る。 一方、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θkのいづれかと一致すると
き、式(13)より式(2)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。このときの方位評
価関数F(θ)を図3に例示する。従ってピーク検出手
段205の動作により入射角の推定ができる。[0004] The principle of angle measurement of the MUSIC algorithm will be described below. It is assumed that the number K of incident waves is smaller than the total number M of channels (M> K). When a plurality of radio waves are incident on the array antenna, the received signal vector X is changed to Expression (3) and is given by the following expression. Here, k is a suffix indicating the number of the incident signal, and A is an M × K matrix composed of the steering vector a as shown in the following equation. S is a K × 1 vector given by the following equation with the incident signal as an element. s = [s 1 , s 2 , ‥, s K ] T (7) Using the equation (5), the correlation matrix R defined in the equation (1) can be expanded as the following equation. R = ASA H + σ 2 I (8) where S is a K × K square matrix configured as in the following equation. Here, σ 2 is noise power, and I is an M × M unit matrix. Each noise n m (m = 1, 2, ‥, M) was assumed to be uncorrelated and equal in power. Since the correlation matrix R is a Hermitian matrix, its eigenvalues λ 1 to λ M are all positive real numbers, and it can be seen from Equation (8) that the smallest M−K eigenvalues are equal to the noise power σ 2 . The eigenvector corresponding to such a minimum eigenvalue λ = σ 2 is e
When represented by N , the following equation holds from the relationship between the eigenvalue eigenvectors. (R−σ 2 I) e N = 0 (10) If the left side of the above equation is transformed using equation (8), the following equation is obtained. ASA H e N = 0 (11 ) where the matrix S is full rank, i.e. if the cross-correlation coefficient of the incident signal is less than 100%, (11) can be transformed to the following equation. A H e N = 0 (12 ) which is expressed using the steering vector MUSIC
The following equation, which is important in principle of the algorithm, is obtained. On the other hand, when the azimuth evaluation function F (θ) is searched for the variable θ, if the variable θ matches any one of the radio wave incident angles θk, the denominator of the expression (2) becomes 0 from the expression (13), and The value is a very large value. FIG. 3 shows an example of the azimuth evaluation function F (θ) at this time. Therefore, the incidence angle can be estimated by the operation of the peak detection means 205.
【0005】ところが、上記測角装置では、(アレーア
ンテナの素子間隔d)/(入射波の波長λ)が1に近い
場合もしくは1を越える場合、方位評価関数F(θ)に
真の到来角とは全く異なった角度にスプリアスが発生す
る。例えば、素子間隔dの2素子のリニアアレーを考え
ると、ステアリングベクトルa(θ)は、 a(θ) =[1,exp{j2πsin(θ)(d/λ)}]T で与えられるが、d/λ=2である場合には、a(θ+
ξ)=a(θ)を満足するξが存在する。今、θk 方向
から電波が入射したとすると、方位評価関数F(θ)に
はθ=θkにピークがあると同時にθ=θk +ξにもピ
ークが生じる。後者のピークがスプリアスで、測角結果
にはξのアンビギュイティもしくは誤差が生じる。同様
に、0.5<<(d/λ)<1の場合でもアンテナ配置
如何ではa(θ+ξ)〜a(θ)となるξが存在するた
めに、スプリアスを生じる場合がある。また、相関行列
Rを計算する際の受信信号データサンプル数I(式
(1)参照)が有限であることから、実際のRのノイズ
寄与分は式(8)右辺の第2項に示したσ2 Iのような
完全な対角行列にはならない。すると、上記固有ベクト
ルeN に誤差が生じる。このこともスプリアスの発生を
助長し、測角誤差が増大する。さらに、方位評価関数算
出手段204で算出するF(θ)は、原理的にはすべて
のθについて算出する必要があるが、θを連続的に変化
させることは難しいため、実際にはθを離散的に変化さ
せてそれぞれのθに対して計算する。このときこのθの
刻み幅Δθが(ステアリングベクトルa(θ)の角度変
化率にくらべて)大きい場合、一般に方位評価関数F
(θ)のピークは鋭いため、ピーク検出手段205では
このピークを検出できない恐れがある。一方、θの刻み
幅を小さくするに従ってθの変化は連続変化に近づく
が、すべてのθに対して方位評価関数F(θ)を算出す
る方位評価関数算出手段204や、すべてのθに対して
F(θ)の値を参照するピーク検出手段205で、演算
量は著しく増大する。However, in the angle measuring apparatus, when (element spacing d of the array antenna) / (wavelength λ of incident wave) is close to 1 or exceeds 1, the true arrival angle is included in the azimuth evaluation function F (θ). Spurs occur at an angle completely different from that of FIG. For example, considering a two-element linear array with an element spacing d, the steering vector a (θ) is given by a (θ) = [1, exp {j2πsin (θ) (d / λ)}] T , / Λ = 2, a (θ +
ξ that satisfies ξ) = a (θ) exists. Assuming now that a radio wave is incident from the θ k direction, the azimuth evaluation function F (θ) has a peak at θ = θ k and a peak also occurs at θ = θ k + ξ. The latter peak is spurious, and the angle measurement result has an ambiguity or error of ξ. Similarly, even in the case of 0.5 << (d / λ) <1, there is a case where spurious is generated due to the existence of ξ which becomes a (θ + ξ) to a (θ) depending on the antenna arrangement. Further, since the number I of received signal data samples (see equation (1)) when calculating the correlation matrix R is finite, the actual noise contribution of R is shown in the second term on the right side of equation (8). It is not a perfect diagonal matrix like σ 2 I. Then, an error occurs in the eigenvector e N. This also promotes the generation of spurious, and the angle measurement error increases. Further, F (θ) calculated by the azimuth evaluation function calculating means 204 needs to be calculated for all θ in principle, but it is difficult to change θ continuously. The calculation is performed for each of the values θ. At this time, if the step width Δθ of θ is large (compared to the rate of change of the angle of the steering vector a (θ)), generally, the azimuth evaluation function F
Since the peak of (θ) is sharp, the peak detection unit 205 may not be able to detect this peak. On the other hand, as the step size of θ decreases, the change of θ approaches a continuous change, but the azimuth evaluation function calculating means 204 for calculating the azimuth evaluation function F (θ) for all θ, The amount of calculation in the peak detection means 205 that refers to the value of F (θ) increases significantly.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来の測角装置は以上
のように構成されていて、(アレーアンテナの素子間
隔)/(入射波の波長)が1に近い場合、もしくは1を
越える場合、方位評価関数F(θ)にスプリアスが発生
し到来波の入射角度を正確に推定できない場合があると
いう課題があった。また、測角に要する演算量が増大す
るという課題があった。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、方位評価関数F(θ)
に発生するスプリアスを抑圧して到来波の入射角度を正
確に推定できる測角装置を得ることを目的とする。ま
た、測角に要する演算量の少なくした測角装置を得るこ
とを目的とする。The conventional angle measuring apparatus is configured as described above. When (element spacing of array antenna) / (wavelength of incident wave) is close to 1 or exceeds 1, There was a problem that spurious was generated in the azimuth evaluation function F (θ) and the incident angle of the incoming wave could not be accurately estimated. In addition, there is a problem that the amount of calculation required for angle measurement increases. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has an azimuth evaluation function F (θ).
It is an object of the present invention to obtain an angle measuring device capable of accurately estimating an incident angle of an incoming wave by suppressing spurious components generated in the signal. It is another object of the present invention to obtain an angle measuring device that requires a small amount of calculation for angle measurement.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明の測角装置は、M個の受波器と、
この受波器出力であるMチャネルの受信信号の中で幾本
かの受信信号の相関行列を算出する相関行列算出手段
と、上記相関行列算出手段の出力行列の固有値と固有ベ
クトルを求め最小ないし最小に近い固有値に対応する固
有ベクトルを抽出する固有値及び固有ベクトル算出手段
と、上記相関行列算出手段のm番目入力に対応する受波
器の角度θ方向に対する位相遅れや指向特性をm番目の
要素とするベクトルをaj (θ)として、θ毎に上記固
有値及び固有ベクトル算出手段が抽出した固有ベクトル
と上記aj (θ)の内積を求めこの内積の逆数を方位評
価関数Fj (θ)として出力する方位評価関数算出手段
とを備え、上記相関行列算出手段の入力する受信信号チ
ャネルの組み合わせを切り替えることによって上記aj
(θ)が互いに異なるように上記受波器を配置し、受信
信号チャネルの組み合わせを切り替える毎に独立に方位
評価関数Fj (θ)を求め、 の関係式で得られる関数G(θ)を求め、上記G(θ)
のピークを捜索しこのピークに対応する角度を到来波の
到来角度として出力するピーク検出手段を備えるもので
ある。In order to achieve the above object, an angle measuring apparatus according to the first aspect of the present invention comprises: M receivers;
Correlation matrix calculating means for calculating the correlation matrices of some of the received signals of the M-channel received signals output from the receiver; estimating the eigenvalues and eigenvectors of the output matrix of the correlation matrix calculating means; An eigenvalue and eigenvector calculating means for extracting an eigenvector corresponding to an eigenvalue close to, and a vector having a phase delay or a directional characteristic in an angle θ direction of a receiver corresponding to the mth input of the correlation matrix calculating means as an mth element as a j (θ), the orientation evaluation for outputting the inverse of the inner product calculated inner product of eigenvectors and above the eigenvalue and eigenvector computing means it has extracted every θ a j (θ) as a direction evaluation function F j (theta) and a function calculating unit, said a j by switching the combination of the received signal channel to the input of the correlation matrix calculating means
(Θ) are different from each other, and the azimuth evaluation function F j (θ) is obtained independently each time the combination of the received signal channels is switched. The function G (θ) obtained by the relational expression of
And a peak detecting means for searching for an peak corresponding to the peak and outputting an angle corresponding to the peak as an arrival angle of an incoming wave.
【0008】請求項2の発明の測角装置は、請求項1記
載の測角装置の関数G(θ)を求める際の角度θにおけ
るG(θ)の値をFj (θ)の最小値で与えるよう構成
したものである。According to a second aspect of the present invention, the value of G (θ) at the angle θ when calculating the function G (θ) of the angle measuring apparatus according to the first aspect is a minimum value of F j (θ). It is configured to give in.
【0009】請求項3の発明の測角装置は、請求項1記
載の測角装置の関数G(θ)を求める際の角度θにおけ
るG(θ)の値をFj (θ)の中央値で与えるよう構成
したものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided an angle measuring apparatus in which the value of G (θ) at an angle θ when calculating the function G (θ) of the angle measuring apparatus according to the first aspect is a median of F j (θ). It is configured to give in.
【0010】請求項4の発明の測角装置は、M個の受波
器と、この受波器出力であるMチャネルの受信信号の相
関行列を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算
出手段の出力行列の固有値と固有ベクトルを求め最小な
いし最小に近い固有値に対応する固有ベクトルを抽出す
る固有値及び固有ベクトル算出手段と、上記相関行列算
出手段のm番目入力に対応する受波器の角度θ方向に対
する位相遅れや指向特性をm番目の要素とするベクトル
をa(θ)として、θ毎に上記固有値及び固有ベクトル
算出手段が抽出した固有ベクトルと上記a(θ)の内積
を求めこの内積の逆数を方位評価関数Fj (θ)として
出力する方位評価関数算出手段とを備え、上記相関行列
算出手段が相関計算に用いる受信信号の対応する時刻の
組み合わせを切り替えることによって関数形が互いに異
なるよう求めたJ個の独立な方位評価関数Fj (θ)を
求め、 の関係式で得られる関数H(θ)を求め、上記H(θ)
のピークを捜索しこのピークに対応する角度を到来波の
入射角度として出力するピーク検出手段を備えるもので
ある。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an angle measuring apparatus, comprising: M receivers; a correlation matrix calculating means for calculating a correlation matrix of an M-channel received signal which is an output of the receiver; An eigenvalue and an eigenvector calculating means for obtaining an eigenvalue and an eigenvector of an output matrix of the means and extracting an eigenvector corresponding to a minimum or eigenvalue close to the minimum; and an angle θ direction of a receiver corresponding to an m-th input of the correlation matrix calculating means. Assuming that a vector having the phase delay and the directional characteristic as the m-th element is a (θ), an inner product of the eigenvalue and the eigenvector extracted by the eigenvector calculating means and the above a (θ) is obtained for each θ, and the reciprocal of the inner product is evaluated for azimuth. Azimuth evaluation function calculating means for outputting as a function F j (θ), wherein the correlation matrix calculating means switches the combination of the corresponding times of the received signals used for the correlation calculation. In this way, J independent azimuth evaluation functions F j (θ) whose function forms are different from each other are obtained, The function H (θ) obtained by the relational expression is obtained, and the function H (θ) is obtained.
And a peak detection means for outputting an angle corresponding to this peak as an incident angle of an incoming wave.
【0011】請求項5の発明の測角装置は、請求項4記
載の測角装置の関数G(θ)を求める際の角度θにおけ
るG(θ)の値をFj (θ)の最小値で与えるよう構成
したものである。According to a fifth aspect of the present invention, the value of G (θ) at the angle θ when obtaining the function G (θ) of the angle measuring device according to the fourth aspect is the minimum value of F j (θ). It is configured to give in.
【0012】請求項6の発明の測角装置は、請求項4記
載の測角装置の関数G(θ)を求める際の角度θにおけ
るG(θ)の値をFj (θ)の中央値で与えるよう構成
したものである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an angle measuring apparatus in which the value of G (θ) at an angle θ when calculating the function G (θ) of the angle measuring apparatus according to the fourth aspect is a median of F j (θ). It is configured to give in.
【0013】請求項7の発明の測角装置は、M個の受波
器と、この受波器出力であるMチャネルの受信信号の相
関行列を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算
出手段の出力行列の固有値と固有ベクトルを求め最小な
いし最小に近い固有値に対応する固有ベクトルを抽出す
る固有値及び固有ベクトル算出手段と、上記相関行列算
出手段のm番目入力に対応する受波器の角度θ方向に対
する位相遅れや指向特性をm番目の要素とするベクトル
をa(θ)として、θ毎に上記固有値及び固有ベクトル
算出手段が抽出した固有ベクトルと上記a(θ)の内積
を求めこの内積の逆数を方位評価関数F(θ)として出
力する方位評価関数算出手段と、上記F(θ)のピーク
を捜索しこのピークに対応する角度を到来波の入射角度
として出力するピーク検出手段と、上記受波器出力であ
るMチャネルの受信信号を入力し到来波の到来角度を粗
測角する粗測角手段とを備え、この粗測角手段の測角結
果をθest として、上記方位評価関数算出手段が上記θ
est の近傍の角度範囲に限りF(θ)を算出し、上記ピ
ーク検出手段が上記θest の近傍の角度範囲に限りF
(θ)のピークを捜索するよう構成したものである。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an angle measuring apparatus comprising: M receivers; correlation matrix calculating means for calculating a correlation matrix of an M-channel received signal which is an output of the receiver; An eigenvalue and an eigenvector calculating means for obtaining an eigenvalue and an eigenvector of an output matrix of the means and extracting an eigenvector corresponding to a minimum or eigenvalue close to the minimum; and an angle θ direction of a receiver corresponding to an m-th input of the correlation matrix calculating means. Assuming that a vector having the phase delay and the directional characteristic as the m-th element is a (θ), an inner product of the eigenvalue and the eigenvector extracted by the eigenvector calculating means and the above a (θ) is obtained for each θ, and the reciprocal of the inner product is evaluated for azimuth. Azimuth evaluation function calculating means for outputting as a function F (θ), and a peak for searching for the peak of F (θ) and outputting an angle corresponding to the peak as an incident angle of an incoming wave Means out, and a crude angle measuring means for coarse angle measuring an angle of arrival of the input arrival wave signals received M-channel is the wave receiver outputs, as the angle measurement results of the coarse angle measuring means theta est The azimuth evaluation function calculating means calculates
F (θ) is calculated only in the angle range near est , and the peak detection means calculates F (θ) only in the angle range near θ est.
It is configured to search for the peak of (θ).
【0014】請求項8の発明の測角装置は、M個の受波
器と、この受波器出力であるMチャネルの受信信号の相
関行列を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列算
出手段の出力行列の固有値と固有ベクトルを求め最小な
いし最小に近い固有値に対応する固有ベクトルを抽出す
る固有値及び固有ベクトル算出手段と、上記相関行列算
出手段のm番目入力に対応する受波器の角度θ方向に対
する位相遅れや指向特性をm番目の要素とするベクトル
をa(θ)として、θ毎に上記固有値及び固有ベクトル
算出手段が抽出した固有ベクトルと上記a(θ)の内積
を求めこの内積の逆数を方位評価関数F(θ)として出
力する方位評価関数算出手段と、上記F(θ)のピーク
を捜索しこのピークに対応する角度を出力するピーク検
出手段と、上記受波器出力であるMチャネルの受信信号
を入力し到来波の到来角度を粗測角する粗測角手段とを
備え、この粗測角手段の測角結果をθest として、上記
ピーク検出手段が出力するF(θ)の複数のピークに対
応する複数の角度の中で最もθest に近接した角度を到
来波の入射角度として出力するよう構成したものであ
る。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an angle measuring apparatus comprising: M receivers; a correlation matrix calculating means for calculating a correlation matrix of an M-channel received signal which is an output of the receiver; An eigenvalue and an eigenvector calculating means for obtaining an eigenvalue and an eigenvector of an output matrix of the means and extracting an eigenvector corresponding to a minimum or eigenvalue close to the minimum; and an angle θ direction of a receiver corresponding to an m-th input of the correlation matrix calculating means. Assuming that a vector having the phase delay and the directional characteristic as the m-th element is a (θ), an inner product of the eigenvalue and the eigenvector extracted by the eigenvector calculating means and the above a (θ) is obtained for each θ, and the reciprocal of the inner product is evaluated for azimuth. Azimuth evaluation function calculating means for outputting as a function F (θ), peak detecting means for searching for the peak of F (θ) and outputting an angle corresponding to the peak, and the receiver And a coarse angle measuring means for coarse angle measuring an angle of arrival of the input arrival wave signals received M channels is a force, as the angle measurement results theta est of the crude angle measuring means, and outputs the above peak detecting means An angle closest to θest among a plurality of angles corresponding to a plurality of peaks of F (θ) is output as an incident angle of an incoming wave.
【0015】[0015]
【作用】上記のように構成された請求項1,2,3の発
明の測角装置では、相関行列算出手段の入力する受信信
号チャネルの組み合わせを切り替えることによって上記
aj (θ)が互いに異なるように上記受波器を配置し、
受信信号チャネルの組み合わせを切り替える毎に独立に
求める方位評価関数Fj (θ)の平均または最小値また
は中央値で与えられる角度関数を求め、この角度関数の
ピークに対応する角度を到来波の入射角度とすることに
より、方位評価関数のスプリアスを抑圧して、より正確
に到来波の入射角度を推定することができる。In the angle measuring apparatus according to the first, second, and third aspects of the present invention, the a j (θ) is different from each other by switching the combination of the received signal channels input to the correlation matrix calculating means. Place the above receiver so that
An angle function given by the average, minimum, or median of the azimuth evaluation functions F j (θ) independently obtained each time the combination of received signal channels is switched, and the angle corresponding to the peak of this angle function is determined by the incidence of the incoming wave. By setting the angle, the spurious of the azimuth evaluation function can be suppressed, and the incident angle of the incoming wave can be more accurately estimated.
【0016】また、請求項4,5,6の発明の測角装置
では、相関行列算出手段が相関計算に用いる受信信号の
対応する時刻の組み合わせを切り替える毎に独立に求め
る方位評価関数Fj (θ)の平均または最小値または中
央値で与えられる角度関数を求め、この角度関数のピー
クに対応する角度を到来波の入射角度とすることによ
り、方位評価関数のスプリアスを抑圧して、より正確に
到来波の入射角度を推定することができる。Further, in the angle measuring apparatus according to the fourth, fifth and sixth aspects of the present invention, the azimuth evaluation function F j () obtained independently by the correlation matrix calculation means every time the combination of the corresponding times of the received signals used for the correlation calculation is switched. θ), the angle function given by the average, the minimum value, or the median value is obtained, and the angle corresponding to the peak of this angle function is used as the incident angle of the arriving wave. The incident angle of the arriving wave can be estimated.
【0017】また、請求項7の発明の測角装置では、粗
測角手段の測角結果をθest として、方位評価関数算出
手段が上記θest の近傍の角度範囲に限り方位評価関数
F(θ)を算出し、ピーク検出手段が上記θest の近傍
の角度範囲に限りF(θ)のピークを捜索するよう構成
したことにより、測角に要する演算量が低減することが
できる。また、方位評価関数のスプリアスを抑圧して、
より正確に到来波の入射角度を推定することができる。Further, in the angle measuring device of the invention of claim 7, the angle measurement results of the coarse angle measuring means as theta est, orientation evaluation function calculating unit is limited to an angle range in the vicinity of the theta est orientation evaluation function F ( θ) is calculated, and the peak detection means is configured to search for the peak of F (θ) only in the angle range near θ est , thereby reducing the amount of calculation required for angle measurement. Also, suppress the spurious of the azimuth evaluation function,
It is possible to more accurately estimate the incident angle of the incoming wave.
【0018】また、請求項8の発明の測角装置では、粗
測角手段の測角結果をθest として、方位評価関数F
(θ)の複数のピークに対応する複数の角度の中で最も
θestに近接した角度を到来波の入射角度として出力す
るよう構成したことにより、方位評価関数のスプリアス
を抑圧して、より正確に到来波の入射角度を推定するこ
とができる。Further, in the angle measuring device of the invention of claim 8, the angle measurement results of the coarse angle measuring means as theta est, orientation evaluation function F
Among the plurality of angles corresponding to the plurality of peaks of (θ), the angle closest to θ est is configured to be output as the incident angle of the arriving wave. The incident angle of the arriving wave can be estimated.
【0019】[0019]
実施例1.請求項1に係わる発明の実施例1を図1、図
4を参照して説明する。図1は本実施例1の全体構成図
で、信号処理装置4以外は従来例と同様であり、説明を
省略する。だだしアンテナ素子1は、リニアアレーにな
らないよう配列する。図4は本実施例1の信号処理装置
4の内部構成を示す図で、401aはアンテナ#1〜#
Lの受信信号x1 〜xL に対するバッファメモリ、40
1bはアンテナ#(L+1)〜#Mの受信信号xL+1 〜
xM に対するバッファメモリ、202a,202bは相
関行列R計算手段、203a,203bは固有値及び固
有ベクトル算出手段、204a,204bは方位評価関
数算出手段、406は融合方位評価関数算出手段、20
5はピーク算出手段である。各バッファメモリ401
a、401bが入力する受信信号チャネル数はそれぞれ
L,(M−L)であるが、入射電波数Kに対し、 L>K,且つ(M−L)>K を満足するようにチャネル数を設定する。以下、動作に
ついて説明する。図4において、202a〜204a,
202b〜204bはそれぞれ図2に示した従来例の2
02〜204と同様であり説明を省略する。2つの方位
評価関数算出手段204a,204bの算出するそれぞ
れの方位評価関数をF1 (θ)、F2 (θ)とすると、
F1 (θ)はアンテナ#1〜#Lの受信信号x1 〜xL
のデータから決定される方位評価関数で、アンテナ#
(L+1)〜#Mの受信信号xL+1 〜xM のデータから
与えられる決定される方位評価関数である。融合方位評
価関数406は融合方位評価関数G(θ)を、すべての
角度θについて次式のように算出する。 ピーク検出手段205は融合方位評価関数G(θ)の最
も大きいK個のピークを捜索し、到来角推定値を出力す
る。ここで、Kは入射電波数で、固有値及び固有ベクト
ル算出手段203で算出される固有値の分布から決定さ
れる。固有値及び固有ベクトル算出手段203aで決定
される入射電波数K1 と、固有値及び固有ベクトル算出
手段203bで決定される入射電波数K2 とは、原理上
同じ値となる。しかし、実際にK1 、K2 の値が異なる
場合には、両者の小さい方の値を入射電波数Kとする。Embodiment 1 FIG. First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the first embodiment, which is the same as the conventional example except for the signal processing device 4, and a description thereof will be omitted. However, the antenna elements 1 are arranged so as not to form a linear array. FIG. 4 is a diagram illustrating an internal configuration of the signal processing device 4 according to the first embodiment.
Buffer memory 40 for L received signals x 1 to x L
1b denotes received signals x L + 1 to antennas # (L + 1) to #M.
buffer for x M memory, 202a, 202b are correlation matrix R calculation means, 203a, 203b are eigenvalues and eigenvectors calculating means, 204a, 204b azimuth evaluation function calculating unit, the fusion orientation evaluation function calculating unit 406, 20
5 is a peak calculating means. Each buffer memory 401
The numbers of received signal channels input to the a and 401b are L and (ML), respectively. The number of channels is set so that L> K and (ML)> K with respect to the number of incident radio waves K. Set. Hereinafter, the operation will be described. In FIG. 4, 202a to 204a,
Reference numerals 202b to 204b denote the 2nd of the conventional example shown in FIG.
The description is omitted because it is the same as 02 to 204. Assuming that the azimuth evaluation functions calculated by the two azimuth evaluation function calculation means 204a and 204b are F 1 (θ) and F 2 (θ),
F 1 (θ) is an antenna # 1 to # received signal x 1 ~x L of L
Azimuth evaluation function determined from the data of antenna #
(L + 1) is the azimuthal evaluation function determined given from the received signal x L + 1 ~x M data ~ # M. The fusion azimuth evaluation function 406 calculates the fusion azimuth evaluation function G (θ) as follows for all angles θ. The peak detecting means 205 searches for the K peaks having the largest fusion azimuth evaluation function G (θ), and outputs an estimated angle of arrival. Here, K is the number of incident radio waves and is determined from the distribution of the eigenvalues and the eigenvalues calculated by the eigenvector calculation means 203. The incident wave number K 1 determined by the eigenvalues and eigenvectors calculating means 203a, the incident wave number K 2 are determined by the eigenvalues and eigenvectors calculating unit 203b is a principle same value. However, when the values of K 1 and K 2 are actually different, the smaller value of the two is set as the number K of incident radio waves.
【0020】(アレーアンテナの素子間隔d)/(入射
波の波長λ)が1に近い場合、もしくは1を越える場
合、図5(A)に示すように、方位評価関数F1 (θ)
には真の到来角θt とは全く異なった角度にスプリアス
が発生する。F1 (θ)の一つのスプリアス発生する角
度をθs とする。この角度にスプリアスが生じる理由
は、従来例で説明したように、スプリアス発生角度θs
におけるステアリングベクトルa1 (θs )が真の到来
角θt におけるステアリングベクトルa1 (θt )と同
値もしくは近接した値となるためである。即ち、 a1 (θs )=a1 (θt ) (102) となるためである。なお、ステアリングベクトルa
1 (θ)はアンテナ#1〜#Lの位置、指向性で決定さ
れるθの関数である。固有値及び固有ベクトル算出手段
203aが算出する最小固有値に対応する固有ベクトル
をeN1で表せば、方位評価関数F1 (θ)は、 F1 (θ)=1/|a 1 (θ) H e N1 | (103) で与えられ、式(102)の成立によりF1 (θs )=
F1 (θt )となる。a1 (θt )がeN1と直交してF
1 (θt )の値が大きくなれば、F1 (θs )の値も大
きくなりθs にスプリアスが生じるのである。方位評価
関数F2 (θ)にも,図5(B)に示すようにスプリア
スが発生する。しかし、一般には、F2 のスプリアス発
生角度は、F1 のスプリアス発生角度θs と異なる。こ
の理由を説明するため、F1 のスプリアス発生角度θs
に着目してF2 (θs )を考える。方位評価関数F
2 (θ)は、 F2 (θ)=1/|a 2 (θ) H e N2 | (104) で与えられ、a2 (θt )がeN2と直交してF
2 (θt )が大きな値となっても、一般に、 a2 (θs )≠a2 (θt ) (105) であるから、F2 (θs )は大きな値とならずスプリア
スとならない。式(102)が成立しても式(105)
の等式が成立しない理由は、ステアリングベクトルa1
(θ)を決定するアンテナ#1〜#Lの配列とa
2 (θ)を決定するアンテナ#(L+1)〜#Mの配列
の配列が異なるために、a1 (θ)とa2 (θ)の関数
形が互いに異なるところにある。融合方位評価関数G
(θ)では、図5(C)に示すように、上記スプリアス
が抑圧されることを以下に説明する。G(θ)を与える
式(101)は、式(103),(104)を用いて次
式のように変形される。 真の到来角θ t では、a1 (θ)H eN1 ,a2 (θ)H
eN2ともに小さな値となるため、θt における融合方位
評価関数G(θt )は大きな値を取りピークとなる。一
方、F1 のスプリアス発生角度θs では、a1 (θ)H
eN1は小さな値となっても、上記説明のようにa
2 (θ)H eN2は小さな値を取らない。従って、式(1
06)の分母はさほど小さな値とはならないため、G
(θs )は大きな値を取らず、θs におけるスプリアス
は抑圧される。θs 以外の角度のスプリアスも同様に抑
圧され、融合方位評価関数G(θt )は、図5(C)に
示すように真の到来角θt のみでピークを形成する。When (array distance d of array antenna) / (wavelength λ of incident wave) is close to 1 or exceeds 1, as shown in FIG. 5A, the azimuth evaluation function F 1 (θ)
Spurious is generated in a completely different angle than the true of the arrival angle θ t in. The angle at which one spurious component of F 1 (θ) occurs is θ s . The reason why spurious is generated at this angle is that the spurious generated angle θ s
This is because the steering vector a 1 (θ s ) becomes the same value as or close to the steering vector a 1 (θ t ) at the true arrival angle θ t . That is, a 1 (θ s ) = a 1 (θ t ) (102). Note that the steering vector a
1 (θ) is a function of θ determined by the positions and directivities of the antennas # 1 to #L. Expressed the eigenvector corresponding to the minimum eigenvalue of the eigenvalue and eigenvector calculation unit 203a calculates at e N1, orientation evaluation function F 1 (θ) is, F 1 (θ) = 1 / | a 1 (θ) H e N1 | (103), and F 1 (θ s ) =
F 1 (θ t ). a 1 (θ t ) is orthogonal to e N1 and F
As the value of 1 (θ t ) increases, the value of F 1 (θ s ) also increases, causing a spur in θ s . As shown in FIG. 5B, spurs also occur in the azimuth evaluation function F 2 (θ). In general, however, spurious generation angle of F 2 is different from the spurious generation angle theta s of F 1. To explain the reason, the spurious generation angle θ s of F 1
And F 2 (θ s ) is considered. Direction evaluation function F
2 (theta) is, F 2 (θ) = 1 / | a 2 (θ) H e N2 | given by (104), a 2 (θ t) is perpendicular to the e N2 F
Even if 2 (θ t ) becomes a large value, generally, a 2 (θ s ) ≠ a 2 (θ t ) (105), so that F 2 (θ s ) does not become a large value and does not become spurious. . Equation (105) even if equation (102) holds
The reason why the equation does not hold is that the steering vector a 1
Array of antennas # 1 to #L for determining (θ) and a
Since the arrangement of the antennas # (L + 1) to #M for determining 2 (θ) is different, the function forms of a 1 (θ) and a 2 (θ) are different from each other. Fusion direction evaluation function G
In (θ), the fact that the spurious is suppressed as shown in FIG. 5C will be described below. Equation (101) that gives G (θ) is modified as follows using Equations (103) and (104). In the true arrival angle θ t, a 1 (θ) H e N1, a 2 (θ) H
Since e N2 both a small value, the fusion orientation evaluation function at θ t G (θ t) is the peak takes a large value. On the other hand, at the spurious occurrence angle θ s of F 1 , a 1 (θ) H
Even if e N1 is small, as described above, a
2 (θ) H e N2 does not take a small value. Therefore, equation (1)
06) is not so small, so G
(Θ s ) does not take a large value, and the spurious at θ s is suppressed. Spurious components at angles other than θ s are similarly suppressed, and the fusion azimuth evaluation function G (θ t ) forms a peak only at the true arrival angle θ t as shown in FIG.
【0021】従来例の測角装置における方位評価関数F
(θ)は図5(A)又は図5(B)のような関数形とな
るため、スプリアス発生角度から電波到来角を推定し、
表示する到来角推定値が真の到来角から大きく異なるこ
とがしばしば起こる。一方、本発明の測角装置は、スプ
リアスが抑圧された融合方位評価関数G(θ)のピーク
から到来角を推定するため、従来例のように方位評価関
数のスプリアスの発生角度を誤って到来角として表示す
ることが極めて少なくなり、従来例に比べ正確に到来角
を推定できる。なお、上記実施例の説明では、到来電波
数は1である場合について説明したが、到来電波数は複
数であっても問題ない。また、アンテナ素子1はリニア
アレーにならないよう配置された場合について説明した
が、リニアアレーに配置された場合であっても、ステア
リングベクトルa1 (θ)とa2 (θ)の関数形が互い
に異なるよう、アンテナを配置するか、バッファメモリ
401とアンテナ受信信号の接続すれば問題ない。Azimuth evaluation function F in the conventional angle measuring device
Since (θ) has a functional form as shown in FIG. 5A or FIG. 5B, the radio wave arrival angle is estimated from the spurious occurrence angle,
It often happens that the displayed angle of arrival estimates differ significantly from the true angle of arrival. On the other hand, the angle measuring apparatus of the present invention estimates the arrival angle from the peak of the fusion azimuth evaluation function G (θ) in which spurious is suppressed. The display as angles is extremely reduced, and the angle of arrival can be estimated more accurately than in the conventional example. In the above description of the embodiment, the case where the number of arriving radio waves is 1 has been described, but there is no problem even if the number of arriving radio waves is plural. Although the case where the antenna element 1 is arranged so as not to form a linear array has been described, even when the antenna element 1 is arranged in a linear array, the function forms of the steering vectors a 1 (θ) and a 2 (θ) are different from each other. There is no problem if an antenna is arranged or the buffer memory 401 is connected to the antenna reception signal.
【0022】上記実施例では、バッファメモリ401a
にアンテナ#1〜#Lの受信信号を接続し、バッファメ
モリ401bにアンテナ#(L+1)〜#Mの受信信号
を接続しているが、バッファメモリ401bに例えばア
ンテナ#(L−10)〜#Mの受信信号を接続する場合
のように、2個のバッファメモリで受信信号チャネルを
一部分共有して接続しても、同様な効果を得ることがで
きる。また、上記実施例では、バッファメモリ401、
相関行列計算手段202、固有値及び固有ベクトル算出
手段203、方位評価関数F(θ)算出手段204を2
セット用意して、2個の方位評価関数F1 、F2 を算出
し、式(101)より融合方位評価関数G(θ)を算出
したが、バッファメモリ401、相関行列計算手段20
2、固有値及び固有ベクトル算出手段203、方位評価
関数F(θ)算出手段204をJセット用意して(J>
3)、J個の方位評価関数F1 〜FJ を算出し、次式に
示す融合方位評価関数G(θ)をもちいて到来角を推定
しても、同様な効果を得ることができる。 また、上記実施例では、電波の到来角を測定する測角装
置を例に説明したが、音波、光波の到来角を測定する場
合にもそのまま適用できる。In the above embodiment, the buffer memory 401a
Are connected to the reception signals of antennas # 1 to #L, and the reception signals of antennas # (L + 1) to #M are connected to buffer memory 401b. For example, antennas # (L-10) to ## are connected to buffer memory 401b. Similar effects can be obtained even when the reception signal channels are partially shared between the two buffer memories and connected as in the case of connecting the reception signals of M. In the above embodiment, the buffer memory 401,
Correlation matrix calculation means 202, eigenvalue and eigenvector calculation means 203, and azimuth evaluation function F (θ) calculation means 204
A set is prepared, two azimuth evaluation functions F 1 and F 2 are calculated, and a fusion azimuth evaluation function G (θ) is calculated from equation (101).
2. J sets of eigenvalue and eigenvector calculation means 203 and azimuth evaluation function F (θ) calculation means 204 are prepared (J>
3) Even if the J azimuth evaluation functions F 1 to F J are calculated and the arrival angle is estimated using the fusion azimuth evaluation function G (θ) shown in the following equation, the same effect can be obtained. Further, in the above embodiment, the angle measuring device for measuring the angle of arrival of a radio wave has been described as an example, but the present invention can be applied to the case of measuring the angle of arrival of a sound wave or a light wave.
【0023】実施例2.請求項2に係わる発明の実施例
2を図1、図4を参照して説明する。図1は本実施例2
の全体構成図で、信号処理装置4以外は従来例と同様で
あり説明を省略する。図4は本実施例2の信号処理装置
4の内部構成を示す図で、融合方位評価関数算出手段4
06は、融合方位評価関数G(θ)を、すべての角度θ
について次式のように算出する。 ここで、min[*]は要素*の中の最小値を意味す
る。F1 (θ),F2 (θ)はそれぞれアンテナ#1〜
#Lの受信信号x1 〜xL のデータから決定される方位
評価関数、アンテナ#(L+1)〜#Mの受信信号x
L+1 〜xM のデータから与えられる決定される方位評価
関数である。図4の他の手段については実施例1と同様
であるから説明を省略する。Embodiment 2 FIG. Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the second embodiment.
3 is the same as the conventional example except for the signal processing device 4, and the description is omitted. FIG. 4 is a diagram showing the internal configuration of the signal processing device 4 according to the second embodiment.
06 sets the fusion orientation evaluation function G (θ) to all angles θ.
Is calculated as follows. Here, min [*] means the minimum value of the element *. F 1 (θ) and F 2 (θ) are antennas # 1 to # 1, respectively.
Received signal x 1 ~x L orientation evaluation function determined from the data of the #L, antenna # (L + 1) ~ # M received signal x
L + 1 is the azimuthal evaluation function determined given from ~x M data. The other units in FIG. 4 are the same as those in the first embodiment, and thus the description will be omitted.
【0024】方位評価関数F1 (θ),F2 (θ)は、
図5(A),図5(B)に示されるようにスプリアスを
生じることがある。実施例1で説明したように、F1 ,
F2上のスプリアス発生角度は互いに異なるため、融合
方位評価関数算出手段406における式(201)の演
算によってスプリアスは抑圧される。一方、真の到来角
θt では、F1 ,F2 共にピークとなるため、G
(θt )もピークとなる。従って、融合方位評価関数G
(θ)は図5(C)に示すように真の到来角θt のみで
ピークを形成する結果となる。以上、本発明の測角装置
でも、スプリアスが抑圧された融合方位評価関数G
(θ)のピークから到来角を推定するため、従来例のよ
うに方位評価関数のスプリアスの発生角度を誤って到来
角として表示することが極めて少なくなり、従来例に比
べ正確に到来角を推定できる。The azimuth evaluation functions F 1 (θ) and F 2 (θ) are
As shown in FIGS. 5A and 5B, spurs may occur. As described in the first embodiment, F 1 ,
Since the spurious generation angle on F 2 are different from each other, spurious is suppressed by the calculation of equation (201) in the fusion orientation evaluation function calculating unit 406. On the other hand, the true angle of arrival theta t, since the F 1, F 2 are both peaks, G
(Θ t ) also peaks. Therefore, the fusion orientation evaluation function G
(Theta) is the result of forming the peak only at the true arrival angle theta t as shown in FIG. 5 (C). As described above, also in the angle measuring apparatus of the present invention, the fusion azimuth evaluation function G in which spurious is suppressed
Since the arrival angle is estimated from the peak of (θ), the occurrence angle of the spurious of the azimuth evaluation function is erroneously displayed as the arrival angle unlike the conventional example, and the arrival angle is estimated more accurately than the conventional example. it can.
【0025】実施例3.請求項3に係わる実施例3を図
1、図6を参照して説明する。図1は本実施例3の全体
構成図で、信号処理装置4以外は従来例と同様であり説
明を省略する。図6は本実施例3の信号処理装置4の内
部構成を示す図で、融合方位評価関数算出手段606
は、融合方位評価関数G(θ)を、すべての角度θにつ
いて次式のように算出する。 ここで、med[*]は要素*の中の中央値を意味す
る。F1 (θ),F2 (θ),‥,FJ (θ)はそれぞ
れアンテナ#1〜#L1の受信信号、アンテナ#(L1
+1)〜#L2の受信信号、アンテナ#(LJ+1)〜
#Mの受信信号データから与えられる決定される方位評
価関数である。図6の他の手段については実施例1と同
様であるから説明を省略する。Embodiment 3 FIG. A third embodiment according to claim 3 will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a third embodiment, which is the same as the conventional example except for the signal processing device 4, and a description thereof will be omitted. FIG. 6 is a diagram showing the internal configuration of the signal processing device 4 according to the third embodiment.
Calculates the fusion azimuth evaluation function G (θ) for all angles θ as in the following equation. Here, med [*] means the median value in the element *. F 1 (θ), F 2 (θ), ‥, and F J (θ) are the received signals of antennas # 1 to # L1 and the antenna # (L1
+1) to # L2, antenna # (LJ + 1) to
This is an azimuth evaluation function determined from the received signal data of #M. The other units in FIG. 6 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
【0026】方位評価関数F1 (θ),F2 (θ),
‥,FJ (θ)は、図5(A),図5(B)に示される
ようにスプリアスを生じることがある。実施例1で説明
したように、F1 ,F2 上のスプリアス発生角度は互い
に異なるため、融合方位評価関数算出手段606におけ
る式(301)の演算によってスプリアスは抑圧され
る。今、J=5とし、F1 のスプリアス発生角度の一つ
をθsとする。例えば、J=5とし、この角度における
各方位評価関数F1 〜F5 の値が、 F1 (θs )=60dB F2 (θs )= 5dB F3 (θs )= 2dB F4 (θs )= 6dB F5 (θs )= 5dB と算出されたとする。このとき、この角度θs における
融合方位評価関数G(θs )はF1 〜F5 の中央値であ
るから、G(θs )=5dBと算出され、大きな値とは
ならない。一方、真の到来角θt では、F1 〜F5 共に
高い値となるため、中央値も高い値のままである。即
ち、G(θt )もピークとなる。従って、融合方位評価
関数G(θ)は図5(C)に示すように真の到来角θt
のみでピークを形成する結果となる。以上、本発明の測
角装置でも、スプリアスが抑圧された融合方位評価関数
G(θ)のピークから到来角を推定するため、従来例の
ように方位評価関数のスプリアスの発生角度を誤って到
来角として表示することが極めて少なくなり、従来例に
比べ正確に到来角を推定できる。The azimuth evaluation functions F 1 (θ), F 2 (θ),
‥, F J (θ) may cause spurious as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B). As described in the first embodiment, since the spurious occurrence angles on F 1 and F 2 are different from each other, the spurious is suppressed by the calculation of Expression (301) in the fusion azimuth evaluation function calculation means 606. Now, let J = 5 and let one of the spurious occurrence angles of F 1 be θs. For example, when J = 5, the values of the azimuth evaluation functions F 1 to F 5 at this angle are: F 1 (θ s ) = 60 dB F 2 (θ s ) = 5 dB F 3 (θ s ) = 2 dB F 4 ( θ s ) = 6 dB It is assumed that F 5 (θ s ) = 5 dB is calculated. At this time, since the fusion azimuth evaluation function G (θ s ) at this angle θ s is the median of F 1 to F 5 , G (θ s ) = 5 dB is calculated and does not become a large value. On the other hand, the true angle of arrival theta t, since the F 1 to F 5 together high value remains median is high value. That is, G (θ t ) also has a peak. Therefore, the fusion azimuth evaluation function G (θ) becomes the true arrival angle θ t as shown in FIG.
Only to form a peak. As described above, even in the angle measuring apparatus of the present invention, since the arrival angle is estimated from the peak of the fusion azimuth evaluation function G (θ) in which the spurious is suppressed, the spurious occurrence angle of the azimuth evaluation function erroneously arrives as in the conventional example. The display as angles is extremely reduced, and the angle of arrival can be estimated more accurately than in the conventional example.
【0027】実施例4.請求項4に係わる発明の実施例
4を図1、図7を参照して説明する。図1は本実施例4
の全体構成図で、信号処理装置4以外は従来と同様であ
り説明を省略する。図7は本実施例4の信号処理装置4
の内部構成を示す図で、701はアンテナ#1〜#Mの
受信信号x1 〜xM を接続されたバッファメモリ、70
2a〜702zは相関行列R計算手段、203a〜20
3zはRの固有値及び固有ベクトル算出手段、204a
〜204zは方位評価関数算出手段、706は融合方位
評価関数算出手段、205はピーク算出手段である。R
1 〜RJ はそれぞれ各相関行列計算手段702a〜70
2zの算出する相関行列を示し、F1 〜FJ はそれぞれ
各方位評価関数算出手段204a〜204zの算出する
方位評価関数を示し、Hは融合方位評価関数算出手段7
06の算出する融合方位評価関数を示す。また、iは離
散時間を示す添字で、θは角度を示し、θ1 〜θK は各
電波到来角を示す記号である。バッファメモリ701が
入力する受信信号チャネル数Lj は、入射電波数Kに対
し、 Lj >K (j=1,‥,J) を満足するように設定する。Embodiment 4 FIG. Fourth Embodiment A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the fourth embodiment.
Is the same as the conventional one except for the signal processing device 4, and the description is omitted. FIG. 7 shows a signal processing device 4 according to the fourth embodiment.
In a diagram showing the internal structure, 701 denotes an antenna #. 1 to # M of the received signal x 1 ~x M a connected buffer memory, 70
2a to 702z are correlation matrix R calculating means;
3z is an eigenvalue and eigenvector calculating means of R, 204a
204z is an azimuth evaluation function calculation means, 706 is a fusion azimuth evaluation function calculation means, and 205 is a peak calculation means. R
1 to R J are correlation matrix calculation means 702a to 702, respectively.
2z indicates a correlation matrix calculated, F 1 to F J indicate azimuth evaluation functions calculated by the respective azimuth evaluation function calculation means 204a to 204z, and H indicates a fusion azimuth evaluation function calculation means 7
6 shows a fusion azimuth evaluation function calculated in step S06. In addition, i is a subscript indicating discrete time, θ indicates an angle, and θ 1 to θ K are symbols indicating the angles of arrival of radio waves. The number L j of reception signal channels input to the buffer memory 701 is set so as to satisfy L j > K (j = 1, ‥, J) with respect to the number K of incident radio waves.
【0028】以下、動作について説明する。バッファメ
モリ701は従来例と同様に全入力チャネルの受信信号
を要素とするベクトルX(i)を時刻1からIまで、X
(1)〜X(I)を蓄える。相関行列計算手段702a
は時刻1からI/Jまでの受信信号X(1)〜X(I/
J)を用いて次式より相関行列R1 を計算する。 相関行列計算手段702bは受信信号X(I/J+1)
〜X(2I/J)を用いて次式より相関行列R2 を計算
する。 相関行列計算手段702zも受信信号の時刻が異なるだ
けで、同様な計算によって相関行列RJ を算出する。図
8(A)は受信信号データと従来例の相関行列Rとの対
応を示したもので、図8(B)は受信信号データと本発
明における相関行列R1 〜RJ との対応を示したもので
ある。図中、黒点が受信データを示し、黒点の間隔Δt
はアナログ/ディジタル変換器3のサンプリング周期を
意味する。また横軸が時間軸に対応する。203a〜2
03z、204a〜204zは図2に示した従来例の2
03,204と同様であるから説明を省略する。複数の
方位評価関数算出手段204a〜204zの算出する各
方位評価関数F1 (θ)からFJ (θ)は、それぞれ相
関行列R1 〜RJ から決定される方位評価関数である。
融合方位評価関数算出手段706は融合方位評価関数H
(θ)を、すべての角度θについて次式のように算出す
る。 ピーク検出手段205は融合方位評価関数G(θ)の最
も大きいK個のピークを捜索し、到来角推定値を出力す
る。ここで、入射電波数Kは固有値及び固有ベクトル算
出手段203a〜203zで算出される固有値の分布か
ら決定される。各固有値及び固有ベクトル算出手段20
3a〜203zで決定される入射電波数Kj (j=1,
‥,J)の値が異なる場合には、最小のKj を入射電波
数Kとする。The operation will be described below. The buffer memory 701 stores a vector X (i) having received signals of all input channels as elements from time 1 to I as in the conventional example.
(1) to X (I) are stored. Correlation matrix calculation means 702a
Are reception signals X (1) to X (I / I) from time 1 to I / J.
Using J), the correlation matrix R 1 is calculated from the following equation. The correlation matrix calculation means 702b calculates the received signal X (I / J + 1)
XX (2I / J) is used to calculate the correlation matrix R 2 from the following equation. Correlation matrix calculating unit 702z also has only different times of the received signals, calculates a correlation matrix R J by similar calculation. FIG. 8A shows the correspondence between the received signal data and the correlation matrix R of the conventional example, and FIG. 8B shows the correspondence between the received signal data and the correlation matrices R 1 to R J in the present invention. It is a thing. In the figure, a black point indicates received data, and a black point interval Δt
Means the sampling period of the analog / digital converter 3. The horizontal axis corresponds to the time axis. 203a-2
03z and 204a to 204z are 2 of the conventional example shown in FIG.
The description is omitted because it is the same as 03,204. The azimuth evaluation functions F 1 (θ) to F J (θ) calculated by the plurality of azimuth evaluation function calculation means 204 a to 204 z are azimuth evaluation functions determined from the correlation matrices R 1 to R J , respectively.
The fusion azimuth evaluation function calculating means 706 calculates the fusion azimuth evaluation function H
(Θ) is calculated for all angles θ as follows: The peak detecting means 205 searches for the K peaks having the largest fusion azimuth evaluation function G (θ), and outputs an estimated angle of arrival. Here, the number K of incident radio waves is determined from the distribution of the eigenvalues and the eigenvalues calculated by the eigenvector calculation means 203a to 203z. Each eigenvalue and eigenvector calculation means 20
3a to 203z, the number of incident radio waves K j (j = 1,
If the values of (‥, J) are different, the minimum K j is set to the number K of incident radio waves.
【0029】従来例で説明したように、相関行列Rは式
(8)のように展開されることがMUSICアルゴリズ
ム成立の条件である。ところが、実際には観測時間は無
限でなく相関演算の平均に使用できる入力信号データ数
Iが有限であることから、各ノイズ系列nm (m=1,
2,‥,M)は互いに完全に無相関ではなく、完全に等
電力はではない。即ち、実際算出される相関行列Rは次
式のように与えられる。 R=R0 +Rd (704) R0 は観測時間無限大のときの真値、Rd はRの誤差を
示すM×M行列である。すると最小固有値に対応する固
有ベクトルeN も誤差を含み、従って方位評価関数F
(θ)も誤差が生じ、F(θ)のピーク角度が真の電波
到来角からずれたり、図5(A)に示すように、真の到
来角から全く異なった角度にピーク(スプリアス)を生
じたりする場合がある。本発明の測角装置では、上記の
ようにI個の観測データをJ分割して、J個の相関行列
Rj (j=1,2,‥,J)を求めている。Rj を式
(704)のように示せば、 Rj =R0 +Rdj (705) となる。誤差行列Rdjの影響で、方位評価関数算出手段
204a〜204zの算出する各方位評価関数F
j (θ)は従来例同様に、図5(A)に示すようにスプ
リアスを生じたりする場合がある。ところが、スプリア
ス発生角度は各Fj (θ)毎に異なる。それは、受信信
号中のノイズ系列がj毎に異なり、それゆえ式(70
5)の誤差行列Rdjがj毎に異なるからである。従っ
て、融合方位評価関数算出手段706は、式(703)
に示した融合評価関数H(θ)の演算により、実施例1
で説明したように上記スプリアス等を抑圧する。ピーク
検出手段205はスプリアスが抑圧された融合評価関数
H(θ)のピークから到来角を推定するため、従来例の
ように方位評価関数のスプリアスの発生角度を誤って到
来角として表示する。As described in the conventional example, it is a condition for the MUSIC algorithm to be established that the correlation matrix R is expanded as shown in equation (8). However, since the observation time is not actually infinite and the number I of input signal data that can be used for averaging the correlation operation is finite, each noise sequence nm (m = 1,
2, ‥, M) are not completely uncorrelated with each other and are not completely equal power. That is, the actually calculated correlation matrix R is given by the following equation. R = R 0 + R d (704) R 0 is a true value when the observation time is infinite, and R d is an M × M matrix indicating an error of R. Then, the eigenvector e N corresponding to the minimum eigenvalue also includes an error, and thus the azimuth evaluation function F
(Θ) also causes an error, and the peak angle of F (θ) deviates from the true arrival angle of the radio wave, or as shown in FIG. 5 (A), the peak (spurious) at an angle completely different from the true arrival angle. May occur. The angle measuring apparatus of the present invention divides I pieces of observation data into J pieces as described above to obtain J pieces of correlation matrices R j (j = 1, 2, ‥, J). If R j is expressed as in equation (704), then R j = R 0 + R dj (705). Each azimuth evaluation function F calculated by the azimuth evaluation function calculation means 204a to 204z under the influence of the error matrix R dj
j (θ) may cause spurious as shown in FIG. 5A as in the conventional example. However, the spurious occurrence angle differs for each F j (θ). That is, the noise sequence in the received signal is different for each j, and therefore the equation (70)
This is because the error matrix Rdj in 5) differs for each j. Therefore, the fusion azimuth evaluation function calculation means 706 calculates the expression (703)
Example 1 by the calculation of the fusion evaluation function H (θ) shown in FIG.
As described above, the spurious and the like are suppressed. Since the peak detection means 205 estimates the angle of arrival from the peak of the fusion evaluation function H (θ) in which the spurious is suppressed, the spurious occurrence angle of the azimuth evaluation function is erroneously displayed as the angle of arrival as in the conventional example.
【0030】上記実施例では、相関行列計算手段702
aは時刻1からI/Jまでの受信信号X(1) 〜X(I
/J)を用いて相関行列R1 を計算し、相関行列計算手
段702bは受信信号X(I/J+1)〜X(2I/
J)を用いて相関行列R2を計算しているが、相関行列
計算手段702bが用いる受信信号をX(I/J−1
0)〜X(2I/J)とする場合のように、複数個の相
関行列計算手段で受信信号データを一部分共有したり、
受信信号データ数が互いに多少異なって相関行列を計算
しても、同様な効果を得ることができる。また上記実施
例では、相関行列計算手段702aは時刻1からI/J
までの受信信号X(1)〜X(I/J)を用いて相関行
列R1 を計算しているように、順番に並んだ受信信号デ
ータを用いているが、データの順番は飛び飛びでも構わ
ない。In the above embodiment, the correlation matrix calculating means 702
a is the reception signals X (1) to X (I) from time 1 to I / J.
/ J) is used to calculate the correlation matrix R 1 , and the correlation matrix calculation means 702b receives the received signals X (I / J + 1) to X (2I /
Although the correlation matrix R2 is calculated using J), the received signal used by the correlation matrix calculation means 702b is represented by X (I / J-1).
0) to X (2I / J), a plurality of correlation matrix calculating means partially share received signal data,
Similar effects can be obtained even if the correlation matrix is calculated with the number of received signal data slightly different from each other. Further, in the above embodiment, the correlation matrix calculating means 702 a
Until the received signal X (1) ~X (I / J) as to calculate the correlation matrix R 1 with, but using the received signal data arranged in the order, the order data may even discrete Absent.
【0031】実施例5.請求項5に係わる発明の実施例
5を図1、図7を参照して説明する。図1は本実施例5
の全体構成図で、信号処理装置4以外は従来例と同様で
あり説明を省略する。図7は本実施例5の信号処理装置
4の内部構成を示す図で、融合方位評価関数算出手段7
06は、融合方位評価関数H(θ)を、すべての角度θ
について次式のように算出する。 ここで、min[*]は要素*の中の最小値を意味す
る。Fj (θ)は相関行列Rj から決定される方位評価
関数である。Rj は受信信号X((j−1)I/J+
1)〜X(jI/J)より決定される相関行列である。
図7の他の手段については実施例4と同様であるから説
明を省略する。Fj 上のスプリアス発生角度は互いに異
なるため、融合方位評価関数算出手段706における式
(501)の演算によってスプリアスは抑圧される。以
上、本発明の測角装置でも、スプリアスが抑圧された融
合方位評価関数H(θ)のピークから到来角を推定する
ため、従来例のように方位評価関数のスプリアスの発生
角度を誤って到来角として表示することが極めて少なく
なり、従来例に比べ正確に到来角を推定できる。Embodiment 5 FIG. A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the fifth embodiment.
3 is the same as the conventional example except for the signal processing device 4, and the description is omitted. FIG. 7 is a diagram showing the internal configuration of the signal processing device 4 according to the fifth embodiment.
06 sets the fusion azimuth evaluation function H (θ) to all angles θ
Is calculated as follows. Here, min [*] means the minimum value of the element *. F j (θ) is a bearing evaluation function determined from the correlation matrix R j . R j is the received signal X ((j−1) I / J +
1) is a correlation matrix determined from X (jI / J).
The other units in FIG. 7 are the same as those in the fourth embodiment, and thus the description is omitted. Since the spurious occurrence angles on F j are different from each other, the spurious is suppressed by the calculation of Expression (501) in the fusion azimuth evaluation function calculating means 706. As described above, even in the angle measuring apparatus of the present invention, since the arrival angle is estimated from the peak of the fusion azimuth evaluation function H (θ) in which spurious is suppressed, the spurious occurrence angle of the azimuth evaluation function is erroneously arrived as in the conventional example. The display as angles is extremely reduced, and the angle of arrival can be estimated more accurately than in the conventional example.
【0032】実施例6.請求項6に係わる発明の実施例
6を図1、図7を参照して説明する。図1は本実施例6
の全体構成図で、信号処理装置4以外は従来例と同様で
あり説明を省略する。図7は本実施例6の信号処理装置
4の内部構成を示す図で、融合方位評価関数算出手段7
06は、融合方位評価関数H(θ)を、すべての角度θ
について次式のように算出する。 ここで、med[*]は要素*の中の中央値を意味す
る。図7の他の手段については実施例4と同様であるか
ら説明を省略する。実施例4で説明したように、F1 ,
F2 上のスプリアス発生角度は互いに異なるため、融合
方位評価関数算出手段706における式(601)の演
算によってスプリアスは抑圧される。式(601)の演
算の具体例は実施例3の説明に示した。以上、本発明の
測角装置でも、スプリアスが抑圧された融合方位評価関
数H(θ)のピークから到来角を推定するため、従来例
のように方位評価関数のスプリアスの発生角度を誤って
到来角として表示することが極めて少なくなり、従来例
に比べ正確に到来角を推定できる。Embodiment 6 FIG. A sixth embodiment of the invention according to claim 6 will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the sixth embodiment.
3 is the same as the conventional example except for the signal processing device 4, and the description is omitted. FIG. 7 is a diagram showing the internal configuration of the signal processing device 4 according to the sixth embodiment.
06 sets the fusion azimuth evaluation function H (θ) to all angles θ
Is calculated as follows. Here, med [*] means the median value in the element *. The other units in FIG. 7 are the same as those in the fourth embodiment, and thus the description is omitted. As described in the fourth embodiment, F 1 ,
Since the spurious generation angle on F 2 are different from each other, spurious is suppressed by the calculation of equation (601) in the fusion orientation evaluation function calculating unit 706. A specific example of the calculation of Expression (601) has been described in the description of the third embodiment. As described above, even in the angle measuring apparatus of the present invention, since the arrival angle is estimated from the peak of the fusion azimuth evaluation function H (θ) in which spurious is suppressed, the spurious occurrence angle of the azimuth evaluation function is erroneously arrived as in the conventional example. The display as angles is extremely reduced, and the angle of arrival can be estimated more accurately than in the conventional example.
【0033】実施例7.請求項7に係わる発明の実施例
7を図1、図9を参照して説明する。図1は本実施例7
の全体構成図で、信号処理装置4以外は従来例と同様で
あり説明を省略する。図9は本実施例7の信号処理装置
4の内部構成を示す図で、910は各アンテナの受信信
号xm (m=1,‥,M)を入力するモノパルス測角処
理手段、911はサーチ範囲決定手段である。θ1 は電
波到来角真値を示し、θest はモノパルス測角処理手段
910の推定角度を示し、θmin 、θmax はサーチ範囲
決定手段が決定するサーチ角度範囲のそれぞれ下限、上
限を示す記号である。Embodiment 7 FIG. A seventh embodiment of the present invention according to claim 7 will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the seventh embodiment.
3 is the same as the conventional example except for the signal processing device 4, and the description is omitted. FIG. 9 is a diagram showing the internal configuration of the signal processing device 4 according to the seventh embodiment. Reference numeral 910 denotes a monopulse angle measurement processing unit for inputting a reception signal x m (m = 1, ‥, M) of each antenna, and reference numeral 911 denotes a search. It is a range determining means. θ 1 indicates a radio wave arrival angle true value, θ est indicates an estimated angle of the monopulse angle measuring unit 910, and θ min and θ max indicate lower and upper limits of the search angle range determined by the search range determining unit, respectively. It is.
【0034】以下、動作について説明する。図9におい
て201〜205は従来例と同様である。モノパルス測
角処理手段910は受信信号xm (m=1,‥,M)に
適当な荷重を乗じて和ビームおよび差ビームを作りモノ
パルス測角を行うことによって、粗測角結果としてθ
est を出力する。サーチ範囲決定手段911は、例え
ば、次のようにθmin 、θmax を決定する。 方位評価関数算出手段204は、従来例と同様、式
(2)より方位評価関数F(θ)を算出するが、サーチ
範囲決定手段911の出力を参照し、次式で与えられる
角度θ範囲のみF(θ)を算出する。 θmin <θ<θmax (702) ピーク検出手段205も従来例同様であるが、方位評価
関数F(θ)のピーク捜索範囲を、図10に示すよう
に、式(702)で与えられる範囲に絞る。図10中、
点線は従来例の方位評価関数算出手段204が求める方
位評価関数F(θ)で、実線が本発明の方位評価関数算
出手段204が求めるF(θ)である。以上、本発明の
測角装置では、方位評価関数F(θ)、ステアリングベ
クトルa(θ)の算出、F(θ)の捜索角度範囲が真の
到来角近傍に限定されるために、従来例に比べ演算量が
著しく減少する。また、方位評価関数のスプリアス発生
角度をサーチする確率が減少するため、誤ってスプリア
ス発生角度を到来角として表示することが少なくなり、
従来例に比べ正確に到来角を推定できる。上記実施例で
は、モノパルス測角処理手段910で粗測角を行ってい
るが、他の粗測角手段を用いても構わないし、アナログ
の粗測角手段を用いても同様な結果を得ることができ
る。また、モノパルス測角処理手段910はすべての受
信チャネルに接続しなくてもよい。また、アジマス角θ
だけでなくエレベーション角φについて捜索する場合に
も、上記同様にφmin 、φmax を算出しておけば同様の
効果が得られる。The operation will be described below. In FIG. 9, reference numerals 201 to 205 are the same as in the conventional example. The monopulse angle measurement processing means 910 multiplies the received signal x m (m = 1, ‥, M) by an appropriate load to generate a sum beam and a difference beam and performs monopulse angle measurement, thereby obtaining a coarse angle measurement result θ
Output est . The search range determining means 911 determines θ min and θ max as follows, for example. The azimuth evaluation function calculating means 204 calculates the azimuth evaluation function F (θ) from the equation (2), as in the conventional example, but refers to the output of the search range determining means 911 and determines only the angle θ range given by the following equation. F (θ) is calculated. θ min <θ <θ max (702) The peak detection means 205 is the same as the conventional example, but the peak search range of the azimuth evaluation function F (θ) is, as shown in FIG. Squeeze. In FIG.
The dotted line is the azimuth evaluation function F (θ) obtained by the azimuth evaluation function calculation means 204 of the conventional example, and the solid line is F (θ) obtained by the azimuth evaluation function calculation means 204 of the present invention. As described above, in the angle measuring apparatus of the present invention, the azimuth evaluation function F (θ), the calculation of the steering vector a (θ), and the search angle range of F (θ) are limited to the vicinity of the true arrival angle. The amount of calculation is significantly reduced as compared with. Also, since the probability of searching for the spurious occurrence angle of the azimuth evaluation function is reduced, the display of the spurious occurrence angle as the angle of arrival by mistake is reduced,
The angle of arrival can be estimated more accurately than in the conventional example. In the above embodiment, the coarse angle measurement is performed by the monopulse angle measurement processing means 910, but other coarse angle measurement means may be used, and similar results can be obtained by using the analog coarse angle measurement means. Can be. Further, the monopulse angle measurement processing means 910 need not be connected to all reception channels. Also, the azimuth angle θ
In addition, when searching for the elevation angle φ, the same effect can be obtained by calculating φ min and φ max in the same manner as described above.
【0035】実施例8.請求項8に係わる発明の実施例
8を図1、図11を参照して説明する。図1は本実施例
8の全体構成図で、信号処理装置4以外は従来例と同様
であり説明を省略する。図11は本実施例8の信号処理
装置4の内部構成を示す図で、206は角度照合手段で
ある。θ1 〜θK はピーク検出手段205の出力結果で
K個のMUSICアルゴリズムによる測角推定値を示
し、θest はモノパルス測角処理手段910の推定角度
を示し、θout は角度照合手段が決定する測角推定値を
示す記号である。Embodiment 8 FIG. An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the eighth embodiment. The configuration other than the signal processing device 4 is the same as that of the conventional example, and the description is omitted. FIG. 11 is a diagram showing the internal configuration of the signal processing device 4 according to the eighth embodiment. Reference numeral 206 denotes an angle matching unit. θ 1 to θ K are the output results of the peak detection means 205 and indicate the angle estimation values obtained by the K MUSIC algorithms, θ est indicates the estimated angle of the monopulse angle measurement processing means 910, and θ out is determined by the angle collation means. Is a symbol indicating the estimated angle measurement value to be measured.
【0036】以下、動作について説明する。図11にお
いて201〜205は従来例と同様である。モノパルス
測角処理手段910は実施例7と同様の動作によって、
粗測角結果としてθest を出力する。角度照合手段20
6はθ1 〜θK の中から最もθest に近接したものをθ
out として出力する。例えば、K=4で、方位評価関数
F(θ)、およびそのピークであるθ1 〜θ4 、そして
θest が、図12に示されるように与えられたとしよ
う。θ1 、θ2 、θ4 はスプリアス発生角度である。角
度照合手段206は最もθest に近接したθ3 をθout
として出力する。以上、本発明の測角装置では、粗測角
結果を参照して、MUSICアルゴリズムによる測角推
定値の中から最も確からしい測角推定値を選択して表示
するので、従来例のように誤ってスプリアス発生角度を
到来角として表示することが極めて少なくなり、従来例
に比べ正確に到来角を推定できる。上記実施例では、モ
ノパルス測角処理手段910で粗測角を行っているが、
他の粗測角手段を用いても構わないし、アナログの粗測
角手段を用いても同様な結果を得ることができる。ま
た、モノパルス測角処理手段910はすべての受信チャ
ネルに接続しなくてもよい。また、アジマス角θだけで
なくエレベーション角φについて捜索する場合でも、角
度照合手段206が出力する(θest ,φest )に最近
接のピーク角度のペア(θK ,φK )を出力することに
よって同様な効果を得ることができる。The operation will be described below. 11, reference numerals 201 to 205 are the same as those in the conventional example. The monopulse angle measurement processing unit 910 performs the same operation as in the seventh embodiment,
Output θest as a result of the coarse angle measurement. Angle collating means 20
6 is θ 1 to θ K which is closest to θ est.
Output as out . For example, suppose that K = 4 and the azimuth evaluation function F (θ) and its peaks θ 1 to θ 4 and θ est are given as shown in FIG. θ 1 , θ 2 , and θ 4 are spurious generation angles. The angle matching means 206 outputs θ 3 closest to θ est to θ out
Output as As described above, in the angle measuring device of the present invention, the most likely angle estimation value is selected and displayed from the angle estimation values obtained by the MUSIC algorithm with reference to the coarse angle measurement result. Thus, the display of the spurious occurrence angle as the angle of arrival is extremely reduced, and the angle of arrival can be estimated more accurately than in the conventional example. In the above embodiment, the coarse angle measurement is performed by the monopulse angle measurement processing unit 910.
Similar results can be obtained by using other coarse angle measuring means, or by using analog coarse angle measuring means. Further, the monopulse angle measurement processing means 910 need not be connected to all reception channels. Further, even when searching not only for the azimuth angle θ but also for the elevation angle φ, the pair of the closest peak angles (θ K , φ K ) is output to (θ est , φ est ) output from the angle collation means 206. Thus, a similar effect can be obtained.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上のようにこの請求項1,2,3に係
わる発明によれば、相関行列算出手段の入力する受信信
号チャネルの組合せを切替えることによってステアリン
グベクトルaj (θ)が互いに異なるように上記受波器
を配置し、受信信号チャネルの組合せを切替える毎に独
立に求める方位評価関数Fj (θ)の平均または最小値
または中央値のいずれかで与えられる角度関数を求め、
この角度関数のピークに対応する角度を到来波の入射角
度とすることにより、方位評価関数のスプリアスを抑圧
して、従来より正確に到来波の入射角度を推定できる測
角装置を得ることができる。As described above, according to the first, second, and third aspects of the present invention, the steering vector a j (θ) differs from each other by switching the combination of the reception signal channels input to the correlation matrix calculation means. The receiver is arranged as described above, and each time the combination of the received signal channels is switched, an angle function given by either the average, the minimum, or the median of the azimuth evaluation functions F j (θ) obtained independently is obtained.
By setting the angle corresponding to the peak of the angle function as the incident angle of the incoming wave, it is possible to suppress the spurious of the azimuth evaluation function and obtain an angle measuring device capable of more accurately estimating the incident angle of the incoming wave than before. .
【0038】また、請求項4,5,6に係わる発明によ
れば、相関行列算出手段が相関計算に用いる受信信号の
対応する時刻の組合せを切替える毎に独立に求める方位
評価関数Fj (θ)の平均または最小値または中央値の
いずれかで与えられる角度関数を求め、この角度関数の
ピークに対応する角度を到来波の入射角度とすることに
より、方位評価関数のスプリアスを抑圧して、従来より
正確に到来波の入射角度を推定できる測角装置を得るこ
とができる。According to the present invention, the azimuth evaluation function F j (θ) obtained independently by the correlation matrix calculating means every time the combination of the corresponding times of the received signals used for the correlation calculation is switched. ) Is determined as an average, minimum, or median value, and the angle corresponding to the peak of the angle function is defined as the incident angle of the incoming wave, thereby suppressing the spurious of the azimuth evaluation function. It is possible to obtain an angle measuring device that can more accurately estimate the incident angle of an incoming wave than before.
【0039】また、請求項7に係わる発明によれば、粗
測角手段の測角結果をθest として、方位評価関数算出
手段が上記θest の近傍の角度範囲に限り方位評価関数
F(θ)を算出し、ピーク検出手段が上記θest の近傍
の角度範囲に限りF(θ)のピークを捜索するよう構成
したことにより、測角に要する演算量を低減した測角装
置を得ることができる。また、方位評価関数のスプリア
スを抑圧して、従来より正確に到来波の入射角度を推定
できる測角装置を得ることができる。Further, according to the invention according to claim 7, the angle measurement results of the coarse angle measuring means as theta est, orientation evaluation function calculating unit is limited to an angle range in the vicinity of the theta est orientation evaluation function F (theta ) Is calculated, and the peak detecting means is configured to search for the peak of F (θ) only in the angle range near θ est , thereby obtaining an angle measuring device with a reduced amount of calculation required for angle measurement. it can. Further, it is possible to obtain an angle measuring device capable of suppressing the spurious of the azimuth evaluation function and more accurately estimating the incident angle of the arriving wave than before.
【0040】また、請求項8に係わる発明によれば、粗
測角手段の測角結果をθest として、方位評価関数F
(θ)の複数のピークに対応する複数の角度の中で最も
θestに近接した角度を到来波の入射角度として出力す
るよう構成したことにより、方位評価関数のスプリアス
を抑圧して、従来より正確に到来波の入射角度を推定で
きる測角装置を得ることができる。Further, according to the invention according to claim 8, the angle measurement results of the coarse angle measuring means as theta est, orientation evaluation function F
Among the plurality of angles corresponding to the plurality of peaks of (θ), the angle closest to θ est is configured to be output as the incident angle of the arriving wave, so that the spurious of the azimuth evaluation function is suppressed. An angle measuring device capable of accurately estimating the incident angle of an incoming wave can be obtained.
【図1】従来、及び本発明の測角装置の基本構成図であ
る。FIG. 1 is a basic configuration diagram of a conventional and the angle measurement device of the present invention.
【図2】図1の測角装置の従来の信号処理装置の内部構
成図である。FIG. 2 is an internal configuration diagram of a conventional signal processing device of the angle measuring device of FIG. 1;
【図3】図2の方位評価関数算出手段の動作を説明する
図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the azimuth evaluation function calculation means in FIG. 2;
【図4】請求項1,2の発明に係わるそれぞれ実施例
1,2を示す図1の測角装置の信号処理装置の内部構成
図である。FIG. 4 is an internal configuration diagram of the signal processing device of the angle measuring device of FIG. 1 showing the first and second embodiments according to the first and second aspects of the present invention;
【図5】図4の方位評価関数算出手段と融合方位評価関
数算出手段の動作を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the azimuth evaluation function calculation means and the fusion azimuth evaluation function calculation means of FIG. 4;
【図6】請求項3に係わる発明の実施例3を示す図1の
測角装置の信号処理装置の内部構成図である。FIG. 6 is an internal configuration diagram of a signal processing device of the angle measuring device of FIG. 1 showing a third embodiment of the invention according to claim 3;
【図7】請求項4,5,6に係わる発明のそれぞれ実施
例4,5,6を示す図1の測角装置の信号処理装置の内
部構成図である。FIG. 7 is an internal configuration diagram of the signal processing device of the angle measuring device of FIG. 1 showing the fourth, fifth, and sixth embodiments of the present invention;
【図8】図7の受信信号データの時刻と相関行列計算手
段の動作を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the correlation matrix calculating means and the time of the received signal data in FIG. 7;
【図9】請求項7に係わる発明の実施例7を示す図1の
測角装置の信号処理装置の内部構成図である。FIG. 9 is an internal configuration diagram of a signal processing device of the angle measuring device of FIG. 1 showing a seventh embodiment of the invention according to claim 7;
【図10】図9の方位評価関数算出手段と粗測角処理手
段とサーチ範囲決定手段の動作を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining operations of an azimuth evaluation function calculating unit, a coarse angle measuring unit, and a search range determining unit of FIG. 9;
【図11】請求項8に係わる発明の実施例8を示す図1
の測角装置の信号処理装置の内部構成図である。FIG. 11 shows an eighth embodiment of the invention according to claim 8;
FIG. 3 is an internal configuration diagram of a signal processing device of the angle measuring device.
【図12】図11の方位評価関数算出手段と粗測角処理
手段とピーク検出手段の動作を説明する図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the operations of an azimuth evaluation function calculating unit, a coarse angle measuring unit, and a peak detecting unit of FIG. 11;
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 信号処理装置 5 表示装置 201 バッファメモリ 202,202a〜202z 相関行列計算手段 203,203a〜203z 固有値及び固有ベクトル
算出手段 204,204a〜204z 方位評価関数算出手段 205 ピーク算出手段 206 角度照合手段 401a〜401z バッファメモリ 406 融合方位評価関数算出手段 606 融合方位評価関数算出手段 701 バッファメモリ 702a〜702z 相関行列計算手段 706 融合方位評価関数算出手段 910 モノパルス測角処理手段 911 サーチ範囲決定手段Reference Signs List 1 receiving antenna 2 receiver 3 analog / digital converter 4 signal processing device 5 display device 201 buffer memory 202, 202a to 202z correlation matrix calculation means 203, 203a to 203z eigenvalue and eigenvector calculation means 204, 204a to 204z azimuth evaluation function calculation Means 205 Peak calculation means 206 Angle collation means 401a to 401z Buffer memory 406 Fusion direction evaluation function calculation means 606 Fusion direction evaluation function calculation means 701 Buffer memories 702a to 702z Correlation matrix calculation means 706 Fusion direction evaluation function calculation means 910 Monopulse angle measurement processing Means 911 Search range determination means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 3/28 G01S 3/04 G01S 3/48 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01S 3/28 G01S 3/04 G01S 3/48
Claims (8)
ループに分け各グループの受信信号について相関行列を
算出する相関行列算出手段と、 上記相関行列算出手段の出力行列の固有値と固有ベクト
ルを求め最小ないし最小に近い固有値に対応する固有ベ
クトルを抽出する固有値及び固有ベクトル算出手段と、 上記相関行列算出手段のm番目入力に対応する受波器の
角度θ方向に対する位相遅れや指向特性をm番目の要素
とするベクトルをaj (θ)として、θ毎に上記固有値
及び固有ベクトル算出手段が抽出した固有ベクトルと上
記aj (θ)の内積を求めこの内積の逆数を方位評価関
数Fj (θ)として出力する方位評価関数算出手段とを
備え、 上記相関行列算出手段の入力する受信信号チャネルの組
み合わせを切り替えることによって上記aj (θ)が互
いに異なるように上記受波器を配置し、受信信号チャネ
ルの組み合わせを切り替える毎に独立に方位評価関数F
j (θ)を求め、G(θ)として上記方位評価関数F j
(θ)の逆数の平均値を求め、該求めたG(θ)のピー
クを捜索しこのピークに対応する角度を到来波の入射角
度として出力するピーク検出手段を備えることを特徴と
する測角装置。1. M number of receivers, a correlation matrix calculating means for dividing a received signal of the M channel which is an output of the receiver into a plurality of groups, and calculating a correlation matrix for the received signals of each group; Eigenvalue and eigenvector calculating means for obtaining eigenvalues and eigenvectors of the output matrix of the matrix calculating means and extracting eigenvectors corresponding to the minimum or near eigenvalues, and the angle θ of the receiver corresponding to the m-th input of the correlation matrix calculating means The vector having the phase delay in the direction and the directivity as the m-th element is defined as a j (θ), and the inner product of the eigen vector extracted by the eigen value and eigen vector calculator and the a j (θ) is obtained for each θ. and a bearing evaluation function calculating means for outputting as a direction evaluation function F j (theta) the reciprocal union of the received signal channel to the input of the correlation matrix calculating means It said a j (theta) is differently arranged above receivers each other, the orientation evaluated independently for each switch a combination of the received signal channel function F by switching allowed
j (θ), and the above-mentioned azimuth evaluation function F j as G (θ)
An angle measuring device for calculating an average value of a reciprocal of (θ), searching for a peak of the obtained G (θ), and outputting an angle corresponding to the peak as an incident angle of an incoming wave. apparatus.
j (θ)の最小値で与えられることを特徴とする請求項
1の測角装置。2. The function G (θ) is defined as F at an angle θ.
2. The angle measuring apparatus according to claim 1, wherein the angle is given by a minimum value of j (θ).
j (θ)の中央値で与えられることを特徴とする請求項
1の測角装置。3. The function G (θ) is defined as F at an angle θ.
2. The angle measuring apparatus according to claim 1, wherein the angle is given by a median value of j (θ).
刻にバッファメモリから読み出して上記受信信号につい
て相関行列を算出する相関行列算出手段と、 上記相関行列算出手段の出力行列の固有値と固有ベクト
ルを求め最小ないし最小に近い固有値に対応する固有ベ
クトルを抽出する固有値及び固有ベクトル算出手段と、 上記相関行列算出手段のm番目入力に対応する受波器の
角度θ方向に対する位相遅れや指向特性をm番目の要素
とするベクトルをaj (θ)として、θ毎に上記固有値
及び固有ベクトル算出手段が抽出した固有ベクトルと上
記aj (θ)の内積を求めこの内積の逆数を方位評価関
数Fj (θ)として出力する方位評価関数算出手段とを
備え、 上記相関行列算出手段が相関計算に用いる受信信号の対
応する時刻の組み合わせを切り替えることによって関数
形が互いに異なるよう求めたJ個の独立な方位評価関数
Fj (θ)を求め、H(θ)として上記方位評価関数F
j (θ)の逆数の平均値を求め、該求めたH(θ)のピ
ークを捜索しこのピークに対応する角度を到来波の入射
角度として出力するピーク検出手段を備えることを特徴
とする測角装置。4. M number of receivers, a correlation matrix calculating means for reading out a received signal of the M channel which is an output of the receiver from a buffer memory at a predetermined time and calculating a correlation matrix for the received signal; An eigenvalue and an eigenvector calculating means for obtaining an eigenvalue and an eigenvector of the output matrix of the correlation matrix calculating means and extracting an eigenvector corresponding to a minimum or eigenvalue close to the minimum; and a receiver corresponding to an m-th input of the correlation matrix calculating means. the vector phase lag and directivity characteristics for the angle theta direction and m-th element as a j (θ), determine the inner product of eigenvectors and above the eigenvalue and eigenvector computing means has extracted every θ a j (θ) this and a bearing evaluation function calculation means for outputting the inverse of the inner product as a direction evaluation function F j (θ), received the above correlation matrix calculating means uses the correlation calculation Corresponding to switch a combination of time so that the function form differ from each other by the J seek independent orientation evaluation function F j (theta) determined the issue, the orientation evaluation function as H (θ) F
a peak detecting means for calculating an average value of a reciprocal of j (θ), searching for a peak of the obtained H (θ), and outputting an angle corresponding to the peak as an incident angle of an incoming wave. Horn device.
j (θ)の最小値で与えられることを特徴とする請求項
4の測角装置。5. The function H (θ) is defined as F at an angle θ.
5. The angle measuring apparatus according to claim 4, wherein the angle is given by a minimum value of j (θ).
j (θ)の中央値で与えられることを特徴とする請求項
4の測角装置。6. The function H (θ) is defined as F at an angle θ.
5. The angle measuring apparatus according to claim 4, wherein the angle is given by a median value of j (θ).
を算出する相関行列算出手段と、 上記相関行列算出手段の出力行列の固有値と固有ベクト
ルを求め最小ないし最小に近い固有値に対応する固有ベ
クトルを抽出する固有値及び固有ベクトル算出手段と、 上記相関行列算出手段のm番目入力に対応する受波器の
角度θ方向に対する位相遅れや指向特性をm番目の要素
とするベクトルをa(θ)として、θ毎に上記固有値及
び固有ベクトル算出手段が抽出した固有ベクトルと上記
a(θ)の内積を求めこの内積の逆数を方位評価関数F
(θ)として出力する方位評価関数算出手段と、 上記F(θ)のピークを捜索しこのピークに対応する角
度を到来波の到来角度として出力するピーク検出手段
と、 上記受波器出力であるMチャネルの受信信号を入力し到
来波の入射角度を粗測角する粗測角手段とを備え、 この粗測角手段の測角結果をθest として、上記方位評
価関数算出手段が上記θest の近傍に限定された角度範
囲についてF(θ)を算出し、上記ピーク検出手段が上
記θest の近傍に限定された角度範囲についてF(θ)
のピークを捜索することを特徴とする測角装置。7. M receivers, correlation matrix calculating means for calculating a correlation matrix of an M-channel received signal output from the receiver, and eigenvalues and eigenvectors of an output matrix of the correlation matrix calculating means. Eigenvalue and eigenvector calculating means for extracting eigenvectors corresponding to eigenvalues obtained from the minimum or close to the minimum; and a phase delay or directional characteristic with respect to the angle θ direction of the receiver corresponding to the m-th input of the correlation matrix calculating means. A vector as an element is defined as a (θ), and an inner product of the eigenvalue and the eigenvector extracted by the eigenvector calculating means and the a (θ) is obtained for each θ, and the reciprocal of the inner product is calculated as the azimuth evaluation function F
Azimuth evaluation function calculating means for outputting as (θ), peak detecting means for searching for the peak of F (θ) and outputting the angle corresponding to this peak as the arrival angle of the arriving wave, and the receiver output Coarse angle measuring means for inputting the M-channel received signal and coarsely measuring the angle of incidence of the arriving wave, wherein the angle measuring result of the coarse angle measuring means is θ est , and the azimuth evaluation function calculating means is θ est F (θ) is calculated for the angle range limited to the vicinity of θ est , and the peak detection means calculates F (θ) for the angle range limited to the vicinity of the θ est.
An angle measuring device, which searches for a peak of an angle.
を算出する相関行列算出手段と、 上記相関行列算出手段の出力行列の固有値と固有ベクト
ルを求め最小ないし最小に近い固有値に対応する固有ベ
クトルを抽出する固有値及び固有ベクトル算出手段と、 上記相関行列算出手段のm番目入力に対応する受波器の
角度θ方向に対する位相遅れや指向特性をm番目の要素
とするベクトルをa(θ)として、θ毎に上記固有値及
び固有ベクトル算出手段が抽出した固有ベクトルと上記
a(θ)の内積を求めこの内積の逆数を方位評価関数F
(θ)として出力する方位評価関数算出手段と、 上記F(θ)のピークを捜索しこのピークに対応する角
度を出力するピーク検出手段と、 上記受波器出力であるMチャネルの受信信号を入力し到
来波の到来角度を粗測角する粗測角手段とを備え、 この粗測角手段の測角結果をθest として、上記ピーク
検出手段が出力するF(θ)の複数のピークに対応する
複数の角度の中で最もθest に近接した角度を到来波の
入射角度として出力することを特徴とする測角装置。8. M number of receivers, correlation matrix calculating means for calculating a correlation matrix of an M-channel received signal which is an output of the receiver, and eigenvalues and eigenvectors of an output matrix of the correlation matrix calculating means. Eigenvalue and eigenvector calculating means for extracting eigenvectors corresponding to eigenvalues obtained from the minimum or close to the minimum; and a phase delay or directional characteristic with respect to the angle θ direction of the receiver corresponding to the m-th input of the correlation matrix calculating means. A vector as an element is defined as a (θ), and an inner product of the eigenvalue and the eigenvector extracted by the eigenvector calculating means and the a (θ) is obtained for each θ, and the reciprocal of the inner product is calculated as the azimuth evaluation function F
Azimuth evaluation function calculating means for outputting as (θ), peak detecting means for searching for the peak of F (θ) and outputting an angle corresponding to this peak, and receiving the M-channel received signal output from the receiver. A coarse angle measuring means for coarsely measuring the angle of arrival of the incoming wave, wherein the angle measurement result of the coarse angle measuring means is defined as θ est , and a plurality of peaks of F (θ) output from the peak detecting means are provided. An angle measuring device for outputting an angle closest to θest among a plurality of corresponding angles as an incident angle of an incoming wave.
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| JP28952493A JP2948459B2 (en) | 1993-11-18 | 1993-11-18 | Angle measuring device |
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| JPH07140221A JPH07140221A (en) | 1995-06-02 |
| JP2948459B2 true JP2948459B2 (en) | 1999-09-13 |
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- 1993-11-18 JP JP28952493A patent/JP2948459B2/en not_active Expired - Lifetime
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