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JP3100563B2 - Received signal processing device - Google Patents
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JP3100563B2 - Received signal processing device - Google Patents

Received signal processing device

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JP3100563B2
JP3100563B2 JP09191242A JP19124297A JP3100563B2 JP 3100563 B2 JP3100563 B2 JP 3100563B2 JP 09191242 A JP09191242 A JP 09191242A JP 19124297 A JP19124297 A JP 19124297A JP 3100563 B2 JP3100563 B2 JP 3100563B2
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signal
arrival
angle
digital
signals
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アブデセラム・クルーシェ・ジェディ
高志 関口
好男 唐沢
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株式会社エイ・ティ・アール環境適応通信研究所
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタルビーム
形成回路を備えた受信信号処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a received signal processing device provided with a digital beam forming circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】アンテ
ナ素子などのセンサがアレー状に配置されてなるアレー
センサを用いて比帯域幅の広い広帯域信号を検出する装
置において、高分解能で到来角(Direction of Arriva
l,以下、DOAという。)を検出するためのアルゴリ
ズムとして次の方法が従来提案されている。
2. Description of the Related Art In an apparatus for detecting a wide band signal having a wide relative bandwidth using an array sensor in which sensors such as antenna elements are arranged in an array, an arrival angle ( Direction of Arriva
l, hereinafter referred to as DOA. The following method has been conventionally proposed as an algorithm for detecting).

【0003】例えば、従来技術文献1「H.Wang et al.,
“Coherent Signal-Subspace Processing for the Dete
ction and Estimation of Angles of Arrival of Multi
pleWide-Band Sources",IEEE Transactions on ASSP,Vo
l.33,No.4,1985年8月」において開示された第1の従来
例の方法は、従来技術文献2「R.O.Schmidt,“Multiple
emitter location and signal parameter estimatio
n",Proceddings of RADCSpectral Estimation Worksho
p,pp.243-258,1979年」において提案された、複数の信
号を識別するためのMUSIC(Multiple Signal Clas
sification)アルゴリズム技術に近い雑音固有部分空間
法であるが、アレーアンテナを用いて広帯域信号を受信
する場合に適用されている。MUSICアルゴリズムは
本来の相関行列の代わりに、入力データを時間方向に離
散フーリエ変換した後、周波数領域において、ある周波
数に集束された相関行列に対して実行する。
[0003] For example, in prior art document 1 "H. Wang et al.,
“Coherent Signal-Subspace Processing for the Dete
ction and Estimation of Angles of Arrival of Multi
pleWide-Band Sources ", IEEE Transactions on ASSP, Vo
l.33, No. 4, August 1985, the first prior art method is disclosed in prior art document 2 “ROSchmidt,“ Multiple
emitter location and signal parameter estimatio
n ", Proceddings of RADCSpectral Estimation Worksho
p. pp. 243-258, 1979, MUSIC (Multiple Signal Clas) for identifying a plurality of signals.
sification) is a noise-specific subspace method close to the algorithm technology, but is applied when a wideband signal is received using an array antenna. The MUSIC algorithm performs the discrete Fourier transform of the input data in the time direction instead of the original correlation matrix, and then executes the correlation matrix focused on a certain frequency in the frequency domain.

【0004】第1の従来例の方法では、従来技術文献1
において2つ受信信号の検出が示されているのみであ
る。事実、信号数が増加すると、本方法の性能ははっき
りと低下し、この場合において、信号固有ベクトル数は
狭帯域の場合のように信号数と同じではなく、むしろ大
きくなる。また、その増加率は干渉信号数及び信号の帯
域幅及びその他の変数の増加に依存する。この増加によ
って、検出すべき雑音部分空間が簡単にかき消された
り、MUSICアルゴリズムによる信号検出が不可能と
なったりする可能性がある。また、信号数が小さい場合
であっても、アンテナ素子出力信号に対して直接DOA
推定処理を行うエレメントスペース処理は大規模な相関
行列の固有分解を必要としており、高い計算コストや既
存の数値的な不確実性及び不安定性が起こる可能性があ
る。
[0004] In the first prior art method, the prior art document 1 is used.
Only shows the detection of two received signals. In fact, as the number of signals increases, the performance of the method degrades significantly, in which case the number of signal eigenvectors is not the same as the number of signals as in the narrowband case, but rather is larger. Also, the rate of increase depends on the number of interfering signals and the increase in signal bandwidth and other variables. Due to this increase, the noise subspace to be detected may be easily erased, or signal detection by the MUSIC algorithm may not be possible. Even when the number of signals is small, DOA is directly applied to the antenna element output signal.
The element space process for performing the estimation process requires a large-scale eigen decomposition of a correlation matrix, which may cause high computational cost and existing numerical uncertainty and instability.

【0005】また、従来技術文献3「K.M.Buckley et a
l.,“Broad-Band Signal-SubspaceSpatial-Spectrum (B
ASS-ALE) Estimation",IEEE Transactions on ASSP,Vo
l.36,No.7,1988年7月」において提案された第2の従来
例であるBASS−ALEの方法は、観測空間を大きく
取ること、すなわち、別々のセンサ又はアンテナ素子か
らのスナップショット(又は信号サンプル)だけでな
く、センサ内部でタイムタップ式に幾つかの信号サンプ
ルを取ることにより、第1の従来例における前述の問題
点を解決しようとするものである。検出性能は小さい観
測空間に対しては向上する(従来技術文献3において
は、僅か2個の信号について検証している。)が、干渉
数が多い場合はそのようにはならないことが推測され
る。さらに、観測空間の増加に起因して計算コストは第
1の従来例の方法であるコヒーレント信号部分空間法よ
りむしろ高くなる。
[0005] Prior art document 3 "KMBuckley et a
l., “Broad-Band Signal-SubspaceSpatial-Spectrum (B
ASS-ALE) Estimation ", IEEE Transactions on ASSP, Vo
l.36, No. 7, July 1988 ", the BASS-ALE method, which is a second conventional example, takes a large observation space, that is, snapshots from separate sensors or antenna elements. This is to solve the above-described problem in the first conventional example by taking not only (or signal samples) but also some signal samples in a time tap manner inside the sensor. Although the detection performance is improved for a small observation space (only two signals are verified in the related art document 3), it is presumed that such a case does not occur when the number of interferences is large. . Furthermore, due to the increase in the observation space, the calculation cost becomes higher than the coherent signal subspace method, which is the first conventional method.

【0006】本発明の目的は以上の問題点を解決し、例
えば3以上である比較的多い信号数の受信信号をアレー
アンテナで受信しても検出することができ、しかも従来
例に比較して計算コストを大幅に軽減することができる
受信信号処理装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is possible to detect even a relatively large number of received signals, for example, three or more, received by an array antenna. An object of the present invention is to provide a received signal processing device capable of greatly reducing the calculation cost.

【0007】[0007]

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載の受信信号処理装置は、一直線上に所定の素子間隔で
並置された複数N個のアンテナ素子からなるアレーアン
テナによって受信された複数N個の受信信号を複数N個
のディジタル受信信号にA/D変換して出力する変換手
段と、所望の受信信号の到来角を検出して到来角を示す
到来角信号を検出して出力する検出手段とを備えた受信
信号処理装置において、上記受信信号処理装置は、上記
変換手段から出力される複数N個のディジタル受信信号
から、各サブアレー信号間で互いに異なる複数M個のデ
ィジタル受信信号の組からなる複数B組のサブアレー信
号を選択して出力する選択手段と、それぞれ所定のフィ
ルタ係数を有する複数M個のFIR型ディジタルフィル
タと上記複数M個のFIR型ディジタルフィルタから出
力される複数M個の信号を加算して出力する加算器とそ
れぞれ備え、互いに同一の伝達関数を有し、上記選択手
段から出力される複数B組のサブアレー信号に基づい
て、上記アレーアンテナの主ビームを所望の受信信号の
到来方向に向けかつ干渉波信号の到来方向の受信信号を
零にするように、ディジタルビーム信号をそれぞれ形成
して出力する複数B個の形成手段とを備え、上記検出手
段は、上記複数B個の形成手段から出力される複数B個
のディジタル信号に基づいて、所望の受信信号を検出す
るとともに、所望の受信信号の到来角を検出して到来角
を示す到来角信号を検出して出力し、上記受信信号処理
装置は、上記検出手段から出力される到来角信号に基づ
いて、上記アレーアンテナの主ビームを所望の受信信号
の到来方向に向けかつ干渉波信号の到来方向の受信信号
を零にするような上記各形成手段の複数M個のFIR型
ディジタルフィルタのフィルタ係数を演算して設定制御
する演算手段をさらに備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a received signal processing apparatus comprising: a plurality of N antenna elements which are received by an array antenna including a plurality of N antenna elements arranged in a line at a predetermined element interval; Conversion means for A / D-converting the N received signals into a plurality of N digital received signals and outputting the digital received signals, and detecting the angle of arrival of the desired received signal and detecting and outputting the angle of arrival signal indicating the angle of arrival; A reception signal processing device comprising: a plurality of M digital reception signals different from each other among the sub-array signals from a plurality of N digital reception signals output from the conversion means. Selecting means for selecting and outputting a plurality of B sets of subarray signals, a plurality of M FIR digital filters each having a predetermined filter coefficient, An adder for adding and outputting a plurality of M signals output from the FIR type digital filter, each having the same transfer function, and based on a plurality of B sets of sub-array signals output from the selection means; A plurality of B forming means for forming and outputting digital beam signals so that the main beam of the array antenna is directed in the direction of arrival of the desired received signal and the received signal in the direction of arrival of the interference wave signal is made zero. Wherein the detecting means detects a desired received signal based on the plurality of B digital signals output from the plurality of B forming means, and detects an angle of arrival of the desired received signal. The received signal processing device detects and outputs an angle of arrival signal indicating the angle of arrival, and the received signal processing device, based on the angle of arrival signal output from the detection means, detects the main beam of the array antenna. Arithmetic means for calculating and setting and controlling the filter coefficients of the plurality of M FIR digital filters of each of the above-mentioned forming means so as to make the received signal in the arrival direction of the desired received signal and in the arrival direction of the interference wave signal zero. Is further provided.

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】また、本発明に係る請求項2記載の受信信
号処理装置は、一直線上に所定の素子間隔で並置された
複数N個のアンテナ素子からなるアレーアンテナによっ
て受信された複数N個の受信信号を複数N個のディジタ
ル受信信号にA/D変換して出力する変換手段と、所望
の受信信号の到来角を検出して到来角を示す到来角信号
を検出して出力する到来角検出手段とを備えた受信信号
処理装置において、上記受信信号処理装置は、上記変換
手段から出力される複数N個のディジタル受信信号か
ら、各サブアレー信号間で互いに異なる複数M個のディ
ジタル受信信号の組からなる複数B組のサブアレー信号
を選択して出力する選択手段と、複数u個の信号処理手
段とを備え、上記各信号処理手段は、それぞれ所定のフ
ィルタ係数を有する複数M個のFIR型ディジタルフィ
ルタと上記複数M個のFIR型ディジタルフィルタから
出力される複数M個の信号を加算して出力する加算器と
をそれぞれ備え、同一の上記各信号処理手段において互
いに同一の伝達関数を有し、上記選択手段から出力され
る複数B組のサブアレー信号に基づいて、上記アレーア
ンテナの主ビームを、同一の上記各信号処理手段におい
て同一の所望の受信信号の到来方向に向けかつ干渉波信
号の到来方向の受信信号を零にするように、ディジタル
ビーム信号をそれぞれ形成して出力する複数B個の形成
手段と、上記複数B個の形成手段から出力される複数B
個のディジタル信号に基づいて所望の受信信号を検出す
る受信信号検出手段とを備え、上記到来角検出手段は、
上記変換手段から出力される複数N個のディジタル受信
信号、又は上記選択手段から出力される複数B組のサブ
アレー信号のうちの1組に基づいて、少なくとも1個の
所望の受信信号の到来角を検出して到来角を示す到来角
信号を検出して出力し、上記受信信号処理装置は、上記
到来角検出手段から出力される到来角信号に基づいて、
上記アレーアンテナの複数u個の主ビームを少なくとも
1個の受信信号の到来方向に向けかつ干渉波信号の到来
方向の受信信号を零にするような上記各形成手段の複数
M個のFIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数を演
算して設定制御する演算手段をさらに備えたことを特徴
とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a reception signal processing apparatus comprising: a plurality of N reception elements received by an array antenna including a plurality of N antenna elements arranged in a line at a predetermined element interval; Conversion means for A / D-converting a signal into a plurality of N digital reception signals and outputting the same; and arrival angle detection means for detecting an arrival angle of a desired reception signal and detecting and outputting an arrival angle signal indicating the arrival angle A reception signal processing device comprising: a plurality of M digital reception signals set different from each other among the sub-array signals from a plurality of N digital reception signals output from the conversion means; Selecting means for selecting and outputting a plurality of B sets of sub-array signals, and u signal processing means, each of which has a predetermined filter coefficient A plurality of M FIR digital filters and an adder for adding and outputting a plurality of M signals output from the plurality of M FIR digital filters; And the main beam of the array antenna is shifted in the same direction of arrival of the same desired reception signal by the same signal processing means based on a plurality of B sets of sub-array signals output from the selection means. A plurality of B forming means for respectively forming and outputting digital beam signals so as to make the received signal in the direction of arrival of the interference wave signal zero, and a plurality of B forming means output from the plurality of B forming means
Reception signal detection means for detecting a desired reception signal based on the digital signals, the arrival angle detection means,
The arrival angle of at least one desired reception signal is determined based on a plurality of N digital reception signals output from the conversion means or one set of a plurality of B sets of sub-array signals output from the selection means. Detects and outputs an angle of arrival signal indicating the angle of arrival, and the received signal processing device, based on the angle of arrival signal output from the angle of arrival detection means,
A plurality of M FIR digital devices of each of the above-mentioned forming means for directing a plurality of u main beams of the array antenna in a direction of arrival of at least one received signal and for reducing a received signal in a direction of arrival of an interference wave signal to zero. It is characterized by further comprising a calculating means for calculating and controlling the filter coefficient of the filter.

【0022】[0022]

【0023】[0023]

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【0026】[0026]

【0027】[0027]

【0028】[0028]

【0029】[0029]

【0030】[0030]

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る第1の実施形態について説明する。本発明に係る第1
の実施形態の方法では、より小さい観測空間で動作させ
ることにより、信頼性のある雑音部分空間スペクトルを
得るための分解能の問題を解決する。ここで、ビーム形
成処理及び検出すべき特定の方向の選択を実行して、ビ
ームスペース処理(ビーム空間処理)を実行することに
より、干渉波信号をろ波し、その影響を抑制することが
できる。処理するビーム数はアンテナの素子数より大幅
に少ないのが一般的であり、そのため、計算コストはよ
り多くの受信信号を分解するためにより大きなアンテナ
アレーを必要とする現実の無線通信では特に、従来例の
方法に比較して大幅に軽減することができる。さらに、
本実施形態の方法は性能の低下なしに行われ、事実、本
発明者の計算シュミレーションによれば、ビームスペー
ス処理によって性能が改善されたことを示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. First according to the present invention
The method of the embodiment solves the problem of resolution for obtaining a reliable noise subspace spectrum by operating in a smaller observation space. Here, by performing beam forming processing and selecting a specific direction to be detected and performing beam space processing (beam space processing), it is possible to filter the interference wave signal and suppress its influence. . The number of beams to be processed is generally much less than the number of elements in the antenna, so the computational cost is typically lower, especially in real radio communications where a larger antenna array is needed to resolve more received signals. It can be significantly reduced compared to the example method. further,
The method of this embodiment was performed without performance degradation, and in fact, our inventor's simulation shows that the beamspace processing has improved performance.

【0032】図1は、本発明に係る第1の実施形態の受
信信号処理装置の構成を示すブロック図である。本実施
形態の受信信号処理装置においては、複数N個のアンテ
ナ素子1−0乃至1−(N−1)からなるアレーアンテ
ナ100で受信された複数N個の受信信号をA/D変換
器3−0乃至3−(N−1)によりA/D変換した後、
(a)各サブアレー信号間で互いに異なる複数M個のデ
ィジタル同相・直交信号xn(m)の組(以下、サブア
レー信号という。)SA0乃至SAB-1をビーム数B組だ
け選択して出力するサブアレー信号選択回路7と、
(b)各ディジタルビーム形成回路8−0乃至8−(B
−1)は複数M個のFIR型ディジタルフィルタ9−0
乃至9−(M−1)と1個の加算器12からなりかつ互
いに同一の伝達関数を有し(従って、各ディジタルビー
ム形成回路8−0及至8−(B−1)は同一方向にビー
ムを形成する)、各フィルタ9−0乃至9−(M−1)
のフィルタ係数wk,s(k=0,1,…,M−1;s=
0,1,…,q−1)はFIR型ディジタルフィルタ係
数演算器13によって演算されて設定され、それぞれサ
ブアレー信号SA0乃至SAB-1に基づいて、上記アレー
アンテナ100の主ビームを所望の受信信号の到来方向
に向けかつ干渉波信号の到来方向の受信信号を零にする
ように、ディジタルビーム信号y0(m)乃至y
B-1(m)を発生して出力する複数B個(B<N)のデ
ィジタルビーム形成回路(以下、DBF回路という。)
8−0乃至8−(B−1)と、(c)DBF回路8−0
乃至8−(B−1)から出力されるディジタルビーム信
号y0(m)乃至yB-1(m)に基づいて、従来技術文献
1において提案されたMUSIC(Multiple Signal Cl
assification)アルゴリズムを変形した方法を用いて、
所望の受信信号の到来角θを検出して到来角を示す到来
角信号を出力するとともに、所望の受信信号の受信ベー
スバンド信号を検出して出力する受信信号検出回路10
とを備えたことを特徴とする。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a received signal processing device according to a first embodiment of the present invention. In the reception signal processing apparatus of the present embodiment, the N / N received signals received by the array antenna 100 including the N antenna elements 1-0 to 1- (N-1) are converted by the A / D converter 3 After A / D conversion by −0 to 3- (N−1),
(A) A set of a plurality of M digital in-phase / quadrature signals x n (m) (hereinafter referred to as “sub-array signals”) SA 0 to SA B−1 different from each other in each sub-array signal is selected by B sets of the number of beams. A sub-array signal selection circuit 7 for output;
(B) Each digital beam forming circuit 8-0 to 8- (B
-1) is a plurality of M FIR digital filters 9-0.
9- (M-1) and one adder 12 and have the same transfer function (therefore, each of the digital beam forming circuits 8-0 to 8- (B-1) has the same beam transfer function). Is formed), and each of the filters 9-0 to 9- (M-1)
Filter coefficient w k, s (k = 0,1,..., M−1; s =
0, 1,..., Q-1) are calculated and set by the FIR digital filter coefficient calculator 13, and based on the sub-array signals SA 0 to SA B-1 , the main beam of the array antenna 100 is changed to a desired one. The digital beam signals y 0 (m) to y are set so that the reception signal in the direction of arrival of the received signal and in the direction of arrival of the interference wave signal is made zero.
A plurality of B (B <N) digital beam forming circuits (hereinafter referred to as DBF circuits) for generating and outputting B-1 (m).
8-0 to 8- (B-1) and (c) DBF circuit 8-0
MUSIC (Multiple Signal Cl) proposed in the prior art document 1 based on the digital beam signals y 0 (m) to y B-1 (m) output from 8- (B-1).
assification) using a modified version of the algorithm
A reception signal detection circuit 10 for detecting an arrival angle θ of a desired reception signal and outputting an arrival angle signal indicating the arrival angle, and detecting and outputting a reception baseband signal of the desired reception signal;
And characterized in that:

【0033】ここで、本実施形態の受信信号処理装置に
おいて、FIR型ディジタルフィルタ係数演算器13
は、詳細後述するように、受信信号検出回路10によっ
て検出され、ビームを形成するべき方向である到来角θ
を示す到来角信号に基づいて、周波数応答G(F1
2)を演算して、演算された周波数応答G(F1
2)を逆フーリエ変換することによりインパルス応答
g(m1,m2)を演算して、さらに当該インパルス応答g
(m1,m2)に基づいて荷重係数(又はフィルタ係数)w
k, sを演算して出力し、FIR型ディジタルフィルタ9
−0乃至9−(M−1)はそれぞれ、当該荷重係数w
k,sに基づいて、入力されるディジタル同相・直交信号
k(m)をろ波して、加算器12に出力する。そし
て、加算器12は複数B個のろ波後のディジタル同相・
直交信号xk’(m)を加算して、加算後のディジタル
ビーム信号を、広帯域の所望信号が抽出されかつ広帯域
の干渉信号が抑圧されたディジタルビーム信号y
0(m)乃至yB-1(m)として出力する。ここで、n=
0,1,…,N−1、k=0,1,…,M−1、b=
0,1,…,B−1であり、以下、本明細書において特
に断らない限り同様とする。従って、Nはアンテナ素子
数であり、Mは1組のサブアレー信号内の信号数であ
り、Bは形成するディジタルビーム数である(但し、同
一のビーム)。また、ディジタル同相・直交信号x
k(m)における括弧()内のmは時刻(時刻の番号)
を表す。さらに、ディジタル同相・直交信号x
k(m),xk’(m)は、互いに直交するいわゆるIチ
ャンネル信号とQチャンネル信号である2つの信号を表
す。
Here, in the received signal processing apparatus of the present embodiment, the FIR digital filter coefficient calculator 13
Is an arrival angle θ which is detected by the reception signal detection circuit 10 and is a direction in which a beam should be formed, as described in detail later.
, The frequency response G (F 1 ,
F 2 ), and the calculated frequency response G (F 1 ,
F 2 ) is subjected to an inverse Fourier transform to calculate an impulse response g (m 1 , m 2 ).
(m 1 , m 2 ) based on the load coefficient (or filter coefficient) w
k and s are calculated and output, and the FIR digital filter 9
−0 to 9- (M−1) are the respective load coefficients w
The input digital in-phase / quadrature signal x k (m) is filtered based on k and s , and output to the adder 12. The adder 12 outputs a plurality of B filtered digital in-phase signals.
The quadrature signal x k ′ (m) is added, and the digital beam signal after the addition is converted into a digital beam signal y from which a wideband desired signal is extracted and a wideband interference signal is suppressed.
0 (m) to y B-1 (m). Where n =
, N-1, k = 0, 1,..., M-1, b =
0, 1,..., B-1, and the same applies hereinafter unless otherwise specified in this specification. Therefore, N is the number of antenna elements, M is the number of signals in one set of sub-array signals, and B is the number of digital beams to be formed (however, the same beam). The digital in-phase / quadrature signal x
m in parentheses () in k (m) is the time (time number)
Represents Further, the digital in-phase / quadrature signal x
k (m) and xk '(m) represent two signals that are so-called I-channel signals and Q-channel signals that are orthogonal to each other.

【0034】以下、図1を参照して、第1の実施形態の
受信信号処理装置について詳細に説明する。第1の実施
形態の受信信号処理装置において、アレーアンテナ10
0は一直線上に所定の素子間隔dでN個のアンテナ素子
1−nが並置されたリニアアレーアンテナである。アレ
ーアンテナ100の複数N個のアンテナ素子1−nで受
信された高周波信号はそれぞれ、高周波増幅部、周波数
変換部、中間周波増幅部などを備えた受信機2−nで中
間周波信号に変換され、A/D変換器3−nでそれぞれ
ディジタル中間周波信号に変換される。そして、これら
のディジタル中間周波信号は、ディジタル局部発振器6
0によって発生された中間周波数fIFのディジタル正弦
波信号と混合器4−nでそれぞれ混合され、低域通過デ
ィジタルフィルタ5−nにより高周波成分がカットされ
て、低域通過ディジタルフィルタ5−nから複素数であ
るディジタル同相・直交信号xn(m)が出力される。
ここで、ディジタル同相・直交信号xn(m)は、互い
に直交するいわゆるIチャンネル信号とQチャンネル信
号である2つの信号を複素数の形式で含む。そして、各
ディジタル同相・直交信号xn(m)はそれぞれ、分配
器6−nに入力される。各分配器6−nは、例えば、デ
ィジタル同相・直交信号xn(m)を所定のP個のディ
ジタル同相・直交信号xn(m)に分配してサブアレー
信号選択回路7に出力する。なお、サブアレー信号選択
回路7で2つ以上のディジタル同相・直交信号x
n(m)を必要としないときは、分配器6−nを設けな
くてもよい。
Hereinafter, the received signal processing apparatus according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIG. In the received signal processing device of the first embodiment, the array antenna 10
Numeral 0 is a linear array antenna in which N antenna elements 1-n are juxtaposed at a predetermined element interval d on a straight line. The high-frequency signals received by the plurality of N antenna elements 1-n of the array antenna 100 are converted to intermediate frequency signals by a receiver 2-n including a high-frequency amplifier, a frequency converter, an intermediate-frequency amplifier, and the like. , A / D converters 3-n are converted into digital intermediate frequency signals. These digital intermediate frequency signals are supplied to the digital local oscillator 6.
0 are each mixed with a digital sine-wave signal of the generated intermediate frequency f IF and the mixer 4-n by high-frequency components are cut by the low pass digital filter 5-n, a low pass digital filter 5-n A digital in-phase / quadrature signal x n (m), which is a complex number, is output.
Here, the digital in-phase / quadrature signal x n (m) includes two signals, that is, a so-called I-channel signal and a Q-channel signal, which are orthogonal to each other, in a complex number format. Each digital in-phase / quadrature signal x n (m) is input to the distributor 6-n. Each distributor 6-n, for example, distributes the digital in-phase / quadrature signal x n (m) into predetermined P digital in-phase / quadrature signals x n (m) and outputs the same to the sub-array signal selection circuit 7. The sub-array signal selection circuit 7 sets two or more digital in-phase / quadrature signals x
When n (m) is not required, the distributor 6-n may not be provided.

【0035】次いで、サブアレー信号選択回路7は、分
配されたディジタル同相・直交信号xn(m)に基づい
て、互いに異なる複数M個のディジタル同相・直交信号
n(m)の組(以下、サブアレー信号という。)SA0
乃至SAB-1をビーム数B組だけ選択してそれぞれ各D
BF回路8−bに出力する。ここで、MはDBF回路8
−bの所望特性に応じて決定される定数である。サブア
レー信号選択回路7の処理の物理的な意義は、受信信号
検出回路10における信号処理演算量を少なくすること
にある。具体的には、1個の信号ずつずらして信号選択
するときは、表1のようになる。表1のときは、N=B
+M−1となり、例えば、B=10,M=17,N=2
6である。
Next, based on the distributed digital in-phase / quadrature signals x n (m), the sub-array signal selection circuit 7 sets a set of a plurality of M different digital in-phase / quadrature signals x n (m) (hereinafter, referred to as a set). This is called a sub-array signal.) SA 0
To SA B-1 for each of the B beams, and
Output to the BF circuit 8-b. Here, M is the DBF circuit 8
-B is a constant determined according to the desired characteristic. The physical significance of the processing of the sub-array signal selection circuit 7 is to reduce the amount of signal processing calculation in the reception signal detection circuit 10. Specifically, when signals are selected by shifting one signal at a time, the results are as shown in Table 1. In the case of Table 1, N = B
+ M-1, for example, B = 10, M = 17, N = 2
6.

【0036】[0036]

【表1】 ─────────────────────────────────── サブアレー信号 ディジタル同相・直交信号 ─────────────────────────────────── SA00(m),x1(m),…,xM-1(m) SA11(m),x2(m),…,xM(m) … … SAnn(m),xn+1(m),…,xn+M-1(m) … … SAB-1B-1(m),xB(m),…,xB+M-2(m) ───────────────────────────────────[Table 1] ─────────────────────────────────── Sub-array signal Digital in-phase / quadrature signal ──── ─────────────────────────────── SA 0 x 0 (m), x 1 (m), ..., x M- 1 (m) SA 1 x 1 (m), x 2 (m), ..., x M (m) ... ... SA n x n (m), x n + 1 (m), ..., x n + M- 1 (m) ... SA B-1 x B-1 (m), x B (m), ..., x B + M-2 (m) ─────────────── ────────────────────

【0037】また、別の具体例としては、2個の信号ず
つずらして信号選択するときは、表2のようになる。表
2のときは、N=2(B−1)+M−1となり、例え
ば、B=10,M=17,N=34である。
As another specific example, when signals are selected by shifting two signals at a time, the results are as shown in Table 2. In the case of Table 2, N = 2 (B-1) + M-1. For example, B = 10, M = 17, and N = 34.

【0038】[0038]

【表2】 ─────────────────────────────────── サブアレー信号 ディジタル同相・直交信号 ─────────────────────────────────── SA00(m),x1(m),…,xM-1(m) SA12(m),x3(m),…,xM+1(m) … … SAn2n-1(m),x2n(m),…,x2n+M-2(m) … … SAB-12(B-1)-1(m),x2(B-1)(m),…,x2(B-1)+M-2(m) ───────────────────────────────────[Table 2] ─────────────────────────────────── Sub-array signal Digital in-phase / quadrature signal ──── ─────────────────────────────── SA 0 x 0 (m), x 1 (m), ..., x M- 1 (m) SA 1 x 2 (m), x 3 (m), ..., x M + 1 (m) ... SA n x 2n-1 (m), x 2n (m), ..., x 2n + M-2 (m) ... SA B-1 x2 (B-1) -1 (m), x2 (B-1) (m), ..., x2 (B-1) + M-2 ( m) ───────────────────────────────────

【0039】サブアレー信号選択回路7から出力される
サブアレー信号SAnのディジタル同相・直交信号x
n(m),xn+1(m),…,xn+M-1(m)(以下、総
称してxk(m)と付す。)はそれぞれ、各DBF回路
8−b内のFIR型ディジタルフィルタ9−0乃至9−
(M−1)(以下、総称して9−kと付す。)に入力さ
れる。各DBF回路8−0乃至8−(B−1)(以下、
総称して8−bと付す。)は、M個のFIR型ディジタ
ルフィルタ9−kと加算器12とを備える。FIR型デ
ィジタルフィルタ係数演算器13は、詳細後述するよう
に、ビームを形成するべき方向である到来角θを示す、
受信信号検出回路10からの到来角信号に基づいて、D
BF回路8−bの出力信号であるディジタルビーム信号
b(m)において、広帯域の所望信号を抽出して広帯
域の干渉信号を抑圧するように荷重係数wk,0、wk,1
…、wk,q-1を演算して、荷重係数wk,0、wk,1、…、
k,q -1をFIR型ディジタルフィルタ9−kに出力す
る。
Digital in-phase / quadrature signal x of sub-array signal SA n output from sub-array signal selection circuit 7
n (m), x n + 1 (m),..., x n + M-1 (m) (hereinafter collectively referred to as x k (m)) are respectively included in each DBF circuit 8-b. FIR digital filters 9-0 to 9-
(M-1) (hereinafter referred to as 9-k). Each of the DBF circuits 8-0 to 8- (B-1) (hereinafter referred to as
They are collectively referred to as 8-b. ) Includes M FIR digital filters 9-k and an adder 12. The FIR digital filter coefficient calculator 13 indicates an arrival angle θ which is a direction in which a beam is to be formed, as described in detail later.
Based on the angle of arrival signal from the reception signal detection circuit 10, D
In the digital beam signal y b (m), which is an output signal of the BF circuit 8-b, weighting factors w k, 0 , w k, 1,.
, Wk , q-1 are calculated to obtain the weighting factors wk, 0 , wk, 1 ,.
w k, q -1 is output to the FIR digital filter 9-k.

【0040】そして、DBF回路8−bにおいて、FI
R型ディジタルフィルタ9−kは、FIR型ディジタル
フィルタ係数演算器13から入力される荷重係数
k,0、wk ,1、…、wk,q-1に基づいて、入力されるデ
ィジタル同相・直交信号xk(m)をディジタル的にろ
波して、ろ波後のディジタル同相・直交信号xk'(m)
を加算器10に出力する。加算器10は各FIR型ディ
ジタルフィルタ9−kから入力される複数M個のろ波後
のディジタル同相・直交信号xk'(m)を加算して、加
算後の信号を、広帯域の所望信号が抽出されかつ広帯域
の干渉信号が抑圧された出力信号であるディジタルビー
ム信号yb(m)として受信信号検出回路10に出力す
る。
Then, in the DBF circuit 8-b, the FI
R digital filter 9-k is weighting factor input from the FIR type digital filter coefficient calculator 13 w k, 0, w k , 1, ..., w k, based on the q-1, digital in-phase input Digitally filtering the quadrature signal x k (m), and filtering the digital in-phase and quadrature signal x k '(m)
Is output to the adder 10. The adder 10 adds a plurality of M filtered digital in-phase / quadrature signals x k ′ (m) input from each of the FIR digital filters 9-k, and converts the added signal to a wideband desired signal. Is extracted and output to the reception signal detection circuit 10 as a digital beam signal y b (m) which is an output signal in which a wideband interference signal is suppressed.

【0041】次に、図2を参照して、FIR型ディジタ
ルフィルタ9−kの構成を説明する。FIR型ディジタ
ルフィルタ9−kは、図2に示すように、(q−1)個
の遅延器91−1乃至91−(q−1)と、q個の乗算
器92−1乃至92−qと、(q−1)個の加算器93
−1乃至93−(q−1)とからなる。ここで、FIR
型ディジタルフィルタ9−kにおいてqはタップ長と呼
ばれ、第1の実施形態では奇数に設定される。そして、
FIR型ディジタルフィルタ9−kに入力されるディジ
タル同相・直交信号xk(m)は、遅延器91−1と乗
算器92−1とに入力される。また、FIR型ディジタ
ルフィルタ9−kに入力される荷重係数wk,s-1は乗算
器92−s(s=1,2,…,q)に入力される。
Next, the configuration of the FIR digital filter 9-k will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the FIR digital filter 9-k includes (q-1) delay units 91-1 to 91- (q-1) and q multipliers 92-1 to 92-q And (q-1) adders 93
-1 to 93- (q-1). Where FIR
In the type digital filter 9-k, q is called a tap length, and is set to an odd number in the first embodiment. And
The digital in-phase / quadrature signal x k (m) input to the FIR digital filter 9-k is input to the delay unit 91-1 and the multiplier 92-1. The weighting coefficient w k, s-1 input to the FIR digital filter 9-k is input to a multiplier 92-s (s = 1, 2,..., Q).

【0042】FIR型ディジタルフィルタ9−kにおい
て、遅延器91−s(s=1,2,…,q−1)は、入
力されるディジタル同相・直交信号xk(m−s+1)
を1サンプル周期だけ遅らせて1サンプル周期だけ遅れ
た信号xk(m−s)を遅延器91−(s+1)と乗算
器92−(s+1)とに出力する。乗算器92−1は、
入力されるディジタル同相・直交信号xk(m)と荷重
係数wk,0とを乗算して、加算器93−1に出力する。
乗算器92−s(s=2,3,…,q)は、入力される
信号xk(m−s+1)と荷重係数wk,s-1とを乗算し
て、加算器93−(s−1)に出力する。加算器93−
1は、乗算器92−1から入力される信号と乗算器92
−2から入力される信号とを加算して、加算器93−2
に出力する。加算器93−s(s=2,3,…,q−
2)は、加算器93−(s−1)から入力される信号と
乗算器92−(s+1)から入力される信号とを加算し
て、加算器93−(s+1)に出力する。加算器93−
(q−1)は、加算器93−(q−2)から入力される
信号と乗算器92−qから入力される信号とを加算し
て、加算器12に出力する。ここで、第1の実施形態で
は、(q−1)個の加算器93−1乃至93−(q−
1)を設けて構成したが、本発明はこれに限らず、(q
−1)個の加算器93−1乃至93−(q−1)に代え
て、乗算器92−1乃至92−qから出力されるq個の
出力信号を一括して加算して加算器12に出力する1つ
の加算器を用いて構成してもよい。また、そのような加
算器を用いずに、乗算器92−1乃至92−qから出力
されるq個の出力信号を直接、加算器12に出力しても
よい。
In the FIR digital filter 9-k, the delay unit 91-s (s = 1, 2,..., Q-1) receives the input digital in-phase / quadrature signal x k (m-s + 1).
Is delayed by one sample period, and a signal x k (ms) delayed by one sample period is output to the delay unit 91- (s + 1) and the multiplier 92- (s + 1). The multiplier 92-1 is
The input digital in-phase / quadrature signal x k (m) is multiplied by the weight coefficient w k, 0 and output to the adder 93-1.
The multiplier 92-s (s = 2, 3,..., Q) multiplies the input signal x k (m−s + 1) by the weighting coefficient w k, s−1, and adds the result to the adder 93- (s). Output to -1). Adder 93-
1 is a signal input from the multiplier 92-1 and the multiplier 92-1
-2 is added to the signal inputted from the adder 93-2.
Output to The adder 93-s (s = 2, 3,..., Q-
2) adds the signal input from the adder 93- (s-1) and the signal input from the multiplier 92- (s + 1), and outputs the result to the adder 93- (s + 1). Adder 93-
(Q-1) adds the signal input from the adder 93- (q-2) and the signal input from the multiplier 92-q, and outputs the result to the adder 12. Here, in the first embodiment, (q-1) adders 93-1 to 93- (q-
1) is provided, but the present invention is not limited to this, and (q)
Instead of the -1) adders 93-1 to 93- (q-1), q output signals output from the multipliers 92-1 to 92-q are collectively added and the adder 12 is added. May be configured using a single adder that outputs the data to Further, q output signals output from the multipliers 92-1 to 92-q may be directly output to the adder 12 without using such an adder.

【0043】以上のように構成されたFIR型ディジタ
ルフィルタ9−kは、FIR型ディジタルフィルタ係数
演算器13から入力される各荷重係数wk,0、wk,1
…、wk,q-1に基づいて、サブアレー信号選択回路7か
ら入力されるディジタル同相・直交信号xk(m)をデ
ィジタル的にろ波してろ波後のディジタルビーム信号y
b(m)を受信信号検出回路10に出力する。受信信号
検出回路10は、入力される複数B個のディジタルビー
ム信号yb(m)に基づいて、公知の従来技術文献1の
方法を用いて、受信ベースバンド信号を検出して復調回
路11に出力するとともに、各受信ベースバンド信号の
到来角θを検出して、当該到来角θを示す到来角信号を
FIR型ディジタルフィルタ係数演算器13に出力す
る。さらに、復調回路11は、入力される受信ベースバ
ンド信号を所定の復調方法で受信信号を復調して出力す
る。
The FIR digital filter 9-k configured as described above includes the weighting coefficients w k, 0 , w k, 1 , input from the FIR digital filter coefficient calculator 13,
.., W k, q−1 , the digital in-phase / quadrature signal x k (m) input from the sub-array signal selection circuit 7 is digitally filtered, and the filtered digital beam signal y
b (m) is output to the reception signal detection circuit 10. The reception signal detection circuit 10 detects the reception baseband signal based on the input plurality of B digital beam signals y b (m) using the method of the known prior art document 1 and sends it to the demodulation circuit 11. At the same time, the angle of arrival θ of each received baseband signal is detected, and the angle of arrival signal indicating the angle of arrival θ is output to the FIR digital filter coefficient calculator 13. Further, the demodulation circuit 11 demodulates the input reception baseband signal by a predetermined demodulation method and outputs the demodulated signal.

【0044】上記M個のFIR型ディジタルフィルタ9
−kを備えたDBF回路8−bは、2次元ディジタルフ
ィルタと考えることができる。なお、図2のFIR型デ
ィジタルフィルタ9−kの構造は直接形としたが、他の
構成、例えば、縦続形やラティス形でもよい。ただし、
FIR型ディジタルフィルタ9−kに入力される荷重係
数wk,sの演算方法はFIR型ディジタルフィルタ9−
kの構造に応じて異なる。
The M FIR digital filters 9
The DBF circuit 8-b having -k can be considered as a two-dimensional digital filter. Although the structure of the FIR digital filter 9-k in FIG. 2 is a direct type, it may be another type, for example, a cascade type or a lattice type. However,
The calculation method of the weight coefficient w k, s input to the FIR digital filter 9-k is based on the FIR digital filter 9-k.
It depends on the structure of k.

【0045】次に、FIR型ディジタルフィルタ係数演
算器13における荷重係数wk,sの演算方法について説
明する。まず、所望信号の到来角θを、図1に示すよう
に、N個のアンテナ素子1−nが並置されたラインの垂
線と所望信号の入射する方向との角度で定義する。ま
た、高周波信号である所望信号の周波数f1と搬送波信
号の搬送波周波数fcとA/D変換器3−nのサンプリ
ング周波数fsとを用いて正規化時間周波数F1を次の数
1で定義する。さらに、到来角θと光速cと所望信号の
周波数f1とを用いて、非正規化空間周波数f2を数2の
ように定義し、当該非正規化空間周波数f2を数3で表
すようにアンテナ素子1−nの素子間隔dの逆数で正規
化して、正規化空間周波数F2を定義する。ここで、ア
ンテナ素子の素子間隔dの逆数1/dは、空間サンプリ
ング周波数と呼ばれる。すなわち、正規化時間周波数F
1は、周波数f1と搬送波周波数fcとの差をサンプリン
グ周波数fsで正規化した周波数であり、正規化空間周
波数F2は到来角θを考慮したある時刻においてアンテ
ナ素子1−nの並置ライン上で正規化した空間周波数で
ある。
Next, a method of calculating the weighting coefficient w k, s in the FIR digital filter coefficient calculator 13 will be described. First, as shown in FIG. 1, the arrival angle θ of a desired signal is defined as the angle between the perpendicular of a line in which N antenna elements 1-n are juxtaposed and the direction in which the desired signal is incident. Also, a normalized time frequencies F 1 by using the sampling frequency f s of the carrier frequency f c and A / D converter 3-n of the frequency f 1 and the carrier signal of the desired signal is a high frequency signal by the following equation 1 Define. Further, using the angle of arrival θ, the speed of light c, and the frequency f 1 of the desired signal, the non-normalized spatial frequency f 2 is defined as in Equation 2, and the unnormalized spatial frequency f 2 is expressed by Equation 3. normalized to the inverse of the element spacing d of the antenna elements 1-n, we define the normalized spatial frequency F 2. Here, the reciprocal 1 / d of the element interval d of the antenna element is called a spatial sampling frequency. That is, the normalized time frequency F
1 is a frequency obtained by normalizing the difference by the sampling frequency f s of the frequency f 1 and the carrier frequency f c, the juxtaposition of the antenna elements 1-n at a certain time normalized spatial frequency F 2 is in consideration of the angle of arrival θ Spatial frequency normalized on the line.

【0046】[0046]

【数1】F1=(f1−fc)/fs [Number 1] F 1 = (f 1 -f c ) / f s

【数2】f2=(f1sinθ)/cF 2 = (f 1 sin θ) / c

【数3】F2=df2=(df1sinθ)/c={(dsin
θ)/c}(fs1+fc
## EQU3 ## F 2 = df 2 = (df 1 sin θ) / c = {(dsin
θ) / c} (f s F 1 + f c)

【0047】また、DBF回路8−bを2次元ディジタ
ルフィルタとみたときの、伝達特性H(f1,θ)は、次
の数4で表すことができ、当該伝達特性H(f1,θ)
は、上述のように定義した正規化時間周波数F1と正規
化空間周波数F2とを用いて数5に示す周波数応答G
(F1,F2)に変換することができる。すなわち、周波
数応答G(F1,F2)は、正規化時間周波数F1と正規
化空間周波数F2との2次元周波数平面上の周波数応答
である。
When the DBF circuit 8-b is regarded as a two-dimensional digital filter, the transfer characteristic H (f 1 , θ) can be expressed by the following equation 4, and the transfer characteristic H (f 1 , θ) )
Is a frequency response G shown in Equation 5 using the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 defined as described above.
(F 1 , F 2 ). That is, the frequency response G (F 1 , F 2 ) is a frequency response of the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 on a two-dimensional frequency plane.

【0048】[0048]

【数4】 (Equation 4)

【数5】 (Equation 5)

【0049】ここで、数4において、TsはDBF回路
8−b内のサンプリング間隔であって、DBF回路8−
bにおけるサンプリング周波数fsの逆数、すなわちTs
=1/fsで表される。また、数4、数5において、q
は上述のようにFIR型ディジタルフィルタ9−kのタ
ップ長である。上述の数4と数5は、素子間隔dが一定
であると仮定した場合に成り立つ数式であって、この方
法は、素子間隔dが一定のリニアアレーにしか適用でき
ないという制約がある。しかしながら、N個のアンテナ
素子1−nが平面に格子状に縦横それぞれ等間隔に配置
されている場合には、数4と数5を拡張することで対応
できる。すなわち、ディジタルフィルタを3次元(時間
−空間2次元)とした場合にも適用できる。
Where T s is the sampling interval in the DBF circuit 8-b, and
b, the reciprocal of the sampling frequency f s , ie, T s
= Represented by 1 / f s. In Equations 4 and 5, q
Is the tap length of the FIR digital filter 9-k as described above. Equations (4) and (5) above are equations that hold when the element spacing d is assumed to be constant, and there is a restriction that this method can be applied only to a linear array where the element spacing d is constant. However, when the N antenna elements 1-n are arranged at regular intervals in the vertical and horizontal directions in a grid pattern on a plane, it can be dealt with by expanding Equations 4 and 5. That is, the present invention can be applied to a case where the digital filter is three-dimensional (two-dimensional space-time).

【0050】このDBF回路8−bは、広帯域ビームを
所望の方向に形成する周波数−角度平面上での所望特性
を、正規化時間周波数F1と正規化空間周波数F2平面の
2次元周波数平面上での所望特性に変換して、2次元デ
ィジタルフィルタの特性を2次元周波数平面上での所望
特性に近似させることにより実現したものである。本発
明者らは、上述の処理において、搬送波を用いて情報を
伝送する場合において、比帯域幅の広い信号を処理する
ための広帯域のDBF回路8−bでは、図3(a)で示
す周波数−角度平面における所望特性は、2次元周波数
平面上においては図3(b)に示す所望通過域で表され
ることを見いだした。
The DBF circuit 8-b converts a desired characteristic on a frequency-angle plane for forming a broadband beam in a desired direction into a two-dimensional frequency plane of a normalized time frequency F 1 and a normalized spatial frequency F 2 plane. This is realized by converting the characteristics of the two-dimensional digital filter to the desired characteristics on the two-dimensional frequency plane by converting the characteristics into the desired characteristics described above. In the above-described processing, when information is transmitted using a carrier wave, the broadband DBF circuit 8-b for processing a signal having a wide fractional bandwidth has the frequency shown in FIG. -It has been found that the desired characteristic in the angle plane is represented by the desired passband shown in FIG. 3B on the two-dimensional frequency plane.

【0051】そこでまず、本発明者はDBF回路8−b
に入力されるディジタル同相・直交信号xk(m)につ
いて詳細に検討した結果、到来角θで入射する信号に対
応するディジタル同相・直交信号xk(m)の、DBF
回路8−bの入力時における時間と空間に関する2次元
スペクトルが、2次元周波数平面上で次の数6で表され
る直線上にあることを見いだした。図4は、当該2次元
スペクトルSpを模式的に示した図である。
Therefore, first, the present inventor sets the DBF circuit 8-b
As a result of a detailed study of the digital in-phase / quadrature signal x k (m) that is input to the digital in-phase / quadrature signal x k (m), the DBF
It has been found that a two-dimensional spectrum relating to time and space at the time of input to the circuit 8-b is on a straight line represented by the following equation 6 on a two-dimensional frequency plane. FIG. 4 is a diagram schematically showing the two-dimensional spectrum Sp.

【0052】[0052]

【数6】F2={(dsinθ)/c}(fs1+fc)[6] F 2 = {(dsinθ) / c} (f s F 1 + f c)

【0053】すなわち、数6で表される直線は、図3
(b)に示した矩形の所望通過域の幅方向の中心に位置
する直線である。従って、図3(b)に示した矩形の所
望通過域は、次の数7に示す不等式で表すことができ、
A/D変換器3−nのサンプリング周波数で正規化され
た正規化時間周波数F1の第1の軸と、上記素子間隔の
逆数で正規化された正規化空間周波数F2の第2の軸と
で形成された2次元周波数平面において、第2の軸上で
中心を有し、所定の幅を有して負の正規化時間周波数か
ら正の正規化時間周波数に延在する。
That is, the straight line represented by Equation 6 is shown in FIG.
It is a straight line located at the center in the width direction of the desired pass band of the rectangle shown in FIG. Therefore, the desired rectangular passband shown in FIG. 3B can be expressed by the following inequality shown in Equation 7.
A / D and the first axis of the transducer 3-n normalized normalized time frequencies F 1 at the sampling frequency of the second axis of the element normalized normalized spatial frequency F 2 by the reciprocal of the interval And has a center on the second axis and has a predetermined width and extends from the negative normalized time frequency to the positive normalized time frequency in the two-dimensional frequency plane formed by

【0054】[0054]

【数7】{(dsinθ)/c}(fs1+fc)−ε≦F2≦{(ds
inθ)/c}(fs1+fc)+ε
Equation 7] {(dsinθ) / c} ( f s F 1 + f c) -ε ≦ F 2 ≦ {(ds
inθ) / c} (f s F 1 + f c) + ε

【0055】ここで、数7におけるεは図3(b)に示
した矩形の所望通過域の幅に対応する所定の小さな数で
ある。すなわち、数7で示した図3(b)の矩形の所望
通過域において振幅特性D(F1,F2)=1であり、当該
所望通過域の外部では振幅特性D(F1,F2)=0である
振幅特性を近似的に実現できる2次元ディジタルフィル
タであるDBF回路8−bを構成することができれば、
到来角θの方向に広帯域ビームを形成するDBF回路8
−bを構成できることになる。ここで、第1の実施形態
では、F1=±0.5の近傍においても、振幅特性D(F
1,F2)=0にした。
Here, ε in Equation 7 is a predetermined small number corresponding to the width of the desired pass band of the rectangle shown in FIG. 3B. That is, the amplitude characteristic D in the desired pass band of the rectangular 3 shown by the number 7 (b) (F 1, F 2) is = 1, the desired passband in the external amplitude characteristic D (F 1, F 2 ) = 0, if a DBF circuit 8-b, which is a two-dimensional digital filter capable of approximately realizing the amplitude characteristic, can be constructed,
DBF circuit 8 for forming a broadband beam in the direction of arrival angle θ
−b can be configured. Here, in the first embodiment, even in the vicinity of F 1 = ± 0.5, the amplitude characteristic D (F
1 , F 2 ) = 0.

【0056】そして、本実施形態においては、1次元零
位相FIR形低域通過ディジタルフィルタ(以下、1次
元原形フィルタという。)の周波数応答を、2次元周波
数平面上においてビーム形成方向に応じた所定の直線群
に変換されるように、変数変換を施すことによって、D
BF回路8−bの振幅特性を所望の特性に近似させて荷
重係数wk,sを計算している。以下、本実施形態の荷重
係数計算方法について詳細に説明する。
In the present embodiment, the frequency response of a one-dimensional zero-phase FIR type low-pass digital filter (hereinafter referred to as a one-dimensional original filter) is determined on a two-dimensional frequency plane according to a beam forming direction. By performing a variable transformation so as to be transformed into a straight line group of
The weight coefficient w k, s is calculated by approximating the amplitude characteristic of the BF circuit 8-b to a desired characteristic. Hereinafter, the load coefficient calculation method of the present embodiment will be described in detail.

【0057】ここではまず、1次元零位相FIR形低域
通過ディジタルフィルタに施す変数変換について説明し
た後、DBF回路8−bの荷重係数wk,sの計算方法に
ついて説明する。
First, the variable conversion applied to the one-dimensional zero-phase FIR type low-pass digital filter will be described, and then the calculation method of the weight coefficient w k, s of the DBF circuit 8-b will be described.

【0058】第1の実施形態における変数変換は、上記
1次元零位相FIR型低域通過ディジタルフィルタの周
波数応答の式に現れるcos(2πF)を、適切な4つの関数
cos(2πF1),sin(2πF1),cos(2πF2),sin(2πF2)
で表される関数S(F1,F2)に置き替えることによって
行う。ここで、関数S(F1,F2)は次の数8に示す関数
T(F1,F2)を近似する関数であって、詳細は後述す
る。
In the variable conversion in the first embodiment, cos (2πF) appearing in the frequency response equation of the one-dimensional zero-phase FIR type low-pass digital filter is converted into four appropriate functions.
cos (2πF 1 ), sin (2πF 1 ), cos (2πF 2 ), sin (2πF 2 )
This is performed by replacing the function S (F 1 , F 2 ) expressed by Here, the function S (F 1 , F 2 ) is a function approximating the function D T (F 1 , F 2 ) shown in the following Expression 8, and will be described later in detail.

【0059】[0059]

【数8】DT(F1,F2)=cos[2πF2/{(fs/fc)F1+1}
−2πF2shift
Equation 8] D T (F 1, F 2 ) = cos [2πF 2 / {(f s / f c) F 1 +1}
−2πF 2shift ]

【0060】ここで、数8におけるF2shiftは、F2
に沿って平行移動させるシフト量であって、ビームを形
成すべき方向に対応する到来角θによって定まる。この
数8の関数DT(F1,F2)は、数6と、F2shiftの定義式
「F2shift=(dfc/c)sinθ」とを用いて導く
ことができ、1次元原形フィルタの任意の1次元周波数
F(実際には一部の周波数を除く。)を、次の数9で表
される2次元周波数平面上の直線に写像する。
Here, F 2shift in Expression 8 is a shift amount for performing parallel translation along the F 2 axis, and is determined by an arrival angle θ corresponding to a direction in which a beam is to be formed. Function D T of the number 8 (F 1, F 2) is the number 6, it can be derived by using the definition formula of F 2Shift "F 2shift = (df c / c ) sinθ " 1-dimensional original filter Is mapped to a straight line on a two-dimensional frequency plane expressed by the following equation (9).

【0061】[0061]

【数9】F=F2/{(fs/fc)F1+1}−F2shift Equation 9] F = F 2 / {(f s / f c) F 1 +1} -F 2shift

【0062】例えば、1次元原形フィルタの1次元周波
数F=0は2次元周波数平面上の直線F2=F2shift{(f
s/fc)F1+1}に写像される。従って、本実施形態で用い
た1次元FIR型狭帯域低域通過ディジタルフィルタに
対してこの写像を施せば、通過域は2次元周波数平面上
の直線F2=F2shift{(fs/fc)F1+1}近傍に現れること
になる。言い換えると、到来角θの方向にビームを形成
するためには、2次元周波数平面上では通過域がF2
(dfc sinθ/c){(fs/fc)F1+1}近傍に現れるから、シフ
ト量F2shiftを上記F2shiftの定義式に従って決定し、
1次元FIR型狭帯域低域通過ディジタルフィルタに対
して、第1の実施形態で用いた変数変換方法に代えて、
数8又は数9の写像を行えばよいことになる。
For example, the one-dimensional frequency F = 0 of the one-dimensional original filter is represented by a straight line F 2 = F 2shift {(f
s / f c ) F 1 +1}. Therefore, Hodokose the mapping for one dimensional FIR type narrowband low-band pass digital filter used in the present embodiment, the straight line F 2 = F 2shift on passband 2-dimensional frequency plane {(f s / f c ) F 1 +1}. In other words, in order to form a beam in the direction of the angle of arrival θ, the pass band on the two-dimensional frequency plane is F 2 =
Since (df c sinθ / c) { (f s / f c) F 1 +1} appear in the vicinity, the shift amount F 2Shift determined according to the definition formula of the F 2Shift,
For a one-dimensional FIR type narrow band low-pass digital filter, instead of the variable conversion method used in the first embodiment,
What is necessary is to perform the mapping of Formula 8 or Formula 9.

【0063】上述の写像が理想的に行われれば、このよ
うな変数変換によって得られる2次元ディジタルフィル
タの振幅特性の各等振幅線は第1の実施形態における数
6の直線に沿うことになる。一方、数6で表される直線
は、周波数−角度平面上では、角度θにおける周波数軸
に平行な直線に対応する。従って、2次元周波数平面上
での2次元ディジタルフィルタの振幅特性の等振幅線が
数6に沿うということは、対応する周波数−角度平面上
では等振幅線は周波数軸に平行になる。これはDBF回
路8−bの指向特性が周波数に依存しないということで
ある。つまり、このような変数変換によって得られる2
次元ディジタルフィルタとしてのDBF回路8−bの指
向特性は、到来角θのみに依存し、周波数に依存しな
い。言い換えると、第1の実施形態では、2次元ディジ
タルフィルタとしてのDBF回路8−bの指向特性が周
波数に依存しないように、1次元FIR型狭帯域低域通
過ディジタルフィルタに対して変数変換を施している。
If the above-described mapping is ideally performed, each equal-amplitude line of the amplitude characteristic of the two-dimensional digital filter obtained by such a variable transformation follows the straight line of the formula 6 in the first embodiment. . On the other hand, the straight line represented by Expression 6 corresponds to a straight line parallel to the frequency axis at the angle θ on the frequency-angle plane. Therefore, the fact that the equal-amplitude line of the amplitude characteristic of the two-dimensional digital filter on the two-dimensional frequency plane follows Expression 6 means that the equal-amplitude line is parallel to the frequency axis on the corresponding frequency-angle plane. This means that the directional characteristics of the DBF circuit 8-b do not depend on the frequency. That is, 2 obtained by such a variable conversion
The directional characteristics of the DBF circuit 8-b as a dimensional digital filter depend only on the angle of arrival θ and not on the frequency. In other words, in the first embodiment, variable conversion is performed on the one-dimensional FIR narrow-band low-pass digital filter so that the directivity of the DBF circuit 8-b as a two-dimensional digital filter does not depend on frequency. ing.

【0064】次に、数8の関数DT(F1,F2)を近似
する関数S(F1,F2)を求める方法について説明す
る。この近似は、数8で表される周波数特性に対するイ
ンパルス応答を2次元窓関数で打ち切るという窓関数法
(従来技術文献4「西川他,“フーリエ変換法によるフ
ァンフィルタの設計”,電子情報通信学会第6回ディジ
タル信号処理シンポジウム講演論文集,講演番号B3−
2,pp.287−292,1991年」ではフーリエ
級数法と呼ばれている。)を用いる。具体的手順は、以
下の手順SS1乃至手順SS4に示す。
Next, a method of obtaining a function S (F 1 , F 2 ) approximating the function D T (F 1 , F 2 ) of Expression 8 will be described. This approximation is based on a window function method of terminating the impulse response to the frequency characteristic represented by Expression 8 with a two-dimensional window function (Prior Art Document 4, "Nishikawa et al.," Design of Fan Filter by Fourier Transform Method ", IEICE). Proceedings of the 6th Digital Signal Processing Symposium, Lecture No. B3-
2, pp. 287-292, 1991 ", which is called the Fourier series method. ) Is used. The specific procedure is shown in the following procedures SS1 to SS4.

【0065】(手順SS1)正規化時間周波数F1と正
規化空間周波数F2とを、−0.5≦F1<0.5,−
0.5≦F2<0.5の範囲において適当な間隔でサン
プリングし、サンプリングした各正規化時間周波数F1
及び各正規化空間周波数F2に対する関数DT(F1
2)の各周波数応答値を計算する。高速フーリエ変換
を後で用いる場合は、サンプリングする点数J(偶数)
は、好ましくは、例えば128点等の2のべき乗で表す
ことができる値に設定する。(手順SS2)手順SS1
で求めた関数DT(F1,F2)の各周波数応答値を2次
元逆離散(高速)フーリエ変換して関数DT(F1
2)の周波数応答値に対するインパルス応答(複素
数)を求める。当該インパルス応答を理想インパルス応
答と呼び、hTI(m1,m2)で表す。ここで、(m1,m
2)=(0,0)が理想インパルス応答hTI(m1,m2
の中心となるようにする。引数m1及びm2はそれぞれ、
−J/2,(−J/2)+1,…,−1,0,1,…,
(J/2)−1,+J/2である。(手順SS3)理想
インパルス応答hTI(m1,m2)を2次元窓関数w
2D(m1,m2)で打ち切る。つまり、理想インパルス応
答hTI(m1,m2)と2次元窓関数w2D(m1,m2)の積
をとる。ここで、2次元窓関数w2D(m1,m2)は例え
ば次の数10で表される。
(Procedure SS1) The normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 are defined as −0.5 ≦ F 1 <0.5, −
Sampling is performed at appropriate intervals in the range of 0.5 ≦ F 2 <0.5, and each sampled normalized time frequency F 1
And function D T (F 1 for each normalized spatial frequency F 2,
Calculate each frequency response value of F 2 ). When fast Fourier transform is used later, the number of points to be sampled J (even number)
Is preferably set to a value that can be represented by a power of 2 such as 128 points. (Procedure SS2) Procedure SS1
In the obtained function D T (F 1, F 2 ) 2 -dimensional inverse discrete respective frequency response value (high-speed) and Fourier transform function D T (F 1,
An impulse response (complex number) for the frequency response value of F 2 ) is obtained. The impulse response is called an ideal impulse response and is represented by h TI (m 1 , m 2 ). Here, (m 1 , m
2 ) = (0,0) is the ideal impulse response h TI (m 1 , m 2 )
To be at the center of Arguments m 1 and m 2 are
-J / 2, (-J / 2) +1, ...,-1,0,1, ...,
(J / 2) -1, + J / 2. (Procedure SS3) The ideal impulse response h TI (m 1 , m 2 ) is converted to a two-dimensional window function w
Cut off at 2D (m 1 , m 2 ). That is, the product of the ideal impulse response h TI (m 1 , m 2 ) and the two-dimensional window function w 2D (m 1 , m 2 ) is obtained. Here, the two-dimensional window function w 2D (m 1 , m 2 ) is represented by the following equation 10, for example.

【0066】[0066]

【数10】 w2D(m1,m2)=w1D(m1)w1D(m2W 2D (m 1 , m 2 ) = w 1D (m 1 ) w 1D (m 2 )

【0067】数10において、w1D(mi)は、奇数で
ある打ち切り項数Laに対して、引数miが、次式を満足
するときには、窓関数の中心がmi=0(i=1,2)
である例えばハミング窓関数等の方形窓以外の適当な窓
関数で表され、次式を満足しない場合には、関数値が0
である窓関数である。
[0067] In Equation 10, w 1D (m i), to the truncation number of terms L a is an odd number, an argument m i is the time that satisfies the following equation, the center of the window function m i = 0 (i = 1, 2)
Is represented by an appropriate window function other than a rectangular window such as a Hamming window function. If the following expression is not satisfied, the function value is 0.
Is a window function.

【0068】[0068]

【数11】−(La−1)/2≦mi≦(La−1)/2-(L a -1) / 2 ≦ m i ≦ (L a −1) / 2

【0069】ここで、この操作で得られるインパルス応
答hT’(m1,m2)は、次式で表される。
Here, the impulse response h T ′ (m 1 , m 2 ) obtained by this operation is represented by the following equation.

【0070】[0070]

【数12】 h’T(m1,m2)=hTI(m1,m2)w2D(m1,m2) ここで、−(La−1)/2≦mi≦(La−1)/2,i
=1,2
H ′ T (m 1 , m 2 ) = h TI (m 1 , m 2 ) w 2D (m 1 , m 2 ) where − (L a −1) / 2 ≦ mi ≦ ( L a -1) / 2, i
= 1,2

【0071】(手順SS4)スケーリングを行う。これ
は、DBF回路8−bの特性を劣化させないように、手
順SS3で求めたインパルス応答hT’(m1,m2)の周波
数応答値の最大値及び最小値をそれぞれ1,−1にする
操作である。そのため、(手順SS3)で求めたインパ
ルス応答hT’(m1,m2)の周波数応答値を計算し、その
最大値hTmaxと最小値hTminとを求める。そして数
13で表されるスケーリング定数c1,c2を計算し、こ
れらのスケーリング定数c1,c2を用いて、数14又は
数15で表されるスケーリング後の2次元インパルス応
答hT(m1,m2)を求める。この2次元インパルス応答
T(m1,m2)には、hT(m1,m2)=hT*(−
1,−m2)の関係があり、従ってその周波数応答S
(F1,F2)は実数で、cos(2πF1),sin
(2πF1),cos(2πF2),sin(2πF2
の関数になる。ここで、hT*(−m1,−m2)の*
は、2次元インパルス応答hT(−m1,−m2)の共役
複素数であることを表す。
(Procedure SS4) Scaling is performed. This means that the maximum value and the minimum value of the frequency response value of the impulse response h T ′ (m 1 , m 2 ) obtained in step SS3 are set to 1 and −1, respectively, so as not to deteriorate the characteristics of the DBF circuit 8-b. Operation. Therefore, the frequency response value of the impulse response h T ′ (m 1 , m 2 ) obtained in (step SS3) is calculated, and the maximum value h Tmax and the minimum value h Tmin are obtained. Then, the scaling constants c 1 and c 2 represented by Expression 13 are calculated, and the two-dimensional impulse response h T (S T after the scaling represented by Expression 14 or 15 is calculated using these scaling constants c 1 and c 2. m 1 , m 2 ). In the two-dimensional impulse response h T (m 1 , m 2 ), h T (m 1 , m 2 ) = h T * (−
m 1 , −m 2 ) and therefore its frequency response S
(F 1 , F 2 ) is a real number, and cos (2πF 1 ), sin
(2πF 1 ), cos (2πF 2 ), sin (2πF 2 )
Function. Here, * of h T * (− m 1 , −m 2 )
Represents a complex conjugate of the two-dimensional impulse response h T (-m 1 , -m 2 ).

【0072】[0072]

【数13】c1=2/(h’Tmax−h’Tmin),c2=c1
h’Tmax−1
C 1 = 2 / (h ′ Tmax −h ′ Tmin ), c 2 = c 1
h ' Tmax -1

【数14】(m1,m2)≠(0,0)のとき、hT(m1,
2)=c1h’T(m1,m2)
When (m 1 , m 2 ) ≠ (0, 0), h T (m 1 ,
m 2 ) = c 1 h ′ T (m 1 , m 2 )

【数15】(m1,m2)=(0,0)のとき、hT(m1,
2)=c1h’T(0,0)−c2
When (m 1 , m 2 ) = (0,0), h T (m 1 ,
m 2 ) = c 1 h ′ T (0,0) −c 2

【0073】次に、以上の手順で求めた2次元インパル
ス応答hT(m1,m2)を用いて、DBF回路8−bにおけ
る荷重係数wk,sを計算する方法について説明する。以
下の計算方法において、2次元インパルス応答hT(m1,
2)の周波数応答が関数S(F1,F2)となる。DBF回
路8−bにおける荷重係数の計算方法は次のステップS
1乃至ステップS3からなる。
Next, a method of calculating the weighting factor w k, s in the DBF circuit 8-b using the two-dimensional impulse response h T (m 1 , m 2 ) obtained by the above procedure will be described. In the following calculation method, the two-dimensional impulse response h T (m 1 ,
m 2 ) is a function S (F 1 , F 2 ). The calculation method of the load coefficient in the DBF circuit 8-b is as follows.
It comprises steps 1 to S3.

【0074】<ステップS1>まず、インパルス応答長
がMc(奇数)である1次元零位相FIR形低域通過デ
ィジタルフィルタの周波数応答P(F)を求める。1次
元零位相FIR形低域通過ディジタルフィルタの周波数
応答P(F)は次式で表される。ここで、第1の実施形
態では、良い特性を得るためにタップ数Mcの値は1組
のサブアレー内のアレー数Mより小さく設定する。p
(m)は上記1次元零位相FIR型低域通過ディジタル
フィルタのインパルス応答である。Tm(x)はm次の
第1種チェビシェフ多項式である。
<Step S1> First, a frequency response P (F) of a one-dimensional zero-phase FIR type low-pass digital filter whose impulse response length is M c (odd number) is obtained. The frequency response P (F) of the one-dimensional zero-phase FIR type low-pass digital filter is expressed by the following equation. In the first embodiment, the value of the number of taps M c in order to obtain good characteristics is set smaller than the array number M in the set of sub-arrays. p
(M) is an impulse response of the one-dimensional zero-phase FIR type low-pass digital filter. T m (x) is an m-th order Chebyshev polynomial of the first kind.

【0075】[0075]

【数16】 (Equation 16)

【0076】<ステップS2>次に、数16における右
辺のcos(2πF)を数18で表される関数S(F1,F2)で
置き替える変数変換を行う。従って、置き替え後の周波
数応答G(F1,F2)は次の数17で表される。
<Step S2> Next, variable conversion is performed to replace cos (2πF) on the right side of Equation 16 with a function S (F 1 , F 2 ) represented by Equation 18. Therefore, the frequency response G (F 1 , F 2 ) after replacement is expressed by the following equation (17).

【0077】[0077]

【数17】 [Equation 17]

【数18】 (Equation 18)

【0078】<ステップS3>次に、手順SS2と同様
にして、数17で表される周波数応答G(F1,F2)のイ
ンパルス応答g(m1,m2)を計算し、当該インパルス応答
g(m1,m2)からwk ,sを求める。
<Step S3> Next, similarly to the procedure SS2, the impulse response g (m 1 , m 2 ) of the frequency response G (F 1 , F 2 ) represented by Expression 17 is calculated, and the impulse is calculated. From the response g (m 1 , m 2 ), w k , s is obtained.

【0079】[0079]

【数19】wk,s=g(s−(q−1)/2,−k+(M−1)/
2) ここで、k=1,2,…,M−1;s=0,1,…,q
−1であり、qはタップ数である。
[Equation 19] w k, s = g (s− (q−1) / 2, −k + (M−1) /
2) where k = 1, 2,..., M−1; s = 0, 1,.
−1, and q is the number of taps.

【0080】以上の方法で得られるDBF回路8−bの
周波数−角度平面上での振幅特性の等振幅線は、周波数
−角度平面上で、近似的に周波数軸に平行に現れる。従
って、1次元原形フィルタの特性を、狭帯域ではなく所
望のビーム幅に応じた帯域幅に設定でき、かつ特定の周
波数範囲の阻止域の減衰量を大きくすることにより対応
する方向のサイドローブレベルを低くすることができる
ので、これによって、第1の実施形態のDBF回路8−
bは、詳細後述するように、広帯域でかつ広角ビームを
形成することができ、しかもあらかじめ決めた方向の範
囲内においてサイドローブレベルを他の領域のサイドロ
ーブレベルより低くすることができる。なお、従来技術
文献4の方法では、あらかじめ決めた方向の範囲内のサ
イドローブレベルを他の領域のサイドローブレベルより
下げることができない。
The iso-amplitude line of the amplitude characteristic on the frequency-angle plane of the DBF circuit 8-b obtained by the above method appears approximately parallel to the frequency axis on the frequency-angle plane. Therefore, the characteristics of the one-dimensional original filter can be set to a bandwidth corresponding to a desired beam width instead of a narrow band, and a side lobe level in a corresponding direction can be set by increasing an attenuation amount of a stop band in a specific frequency range. Can be reduced, thereby the DBF circuit 8-
As described in detail later, b can form a wide-angle and wide-angle beam, and can make the side lobe level lower than the side lobe level in other regions within a range of a predetermined direction. Note that, with the method of the related art document 4, the side lobe level in a range in a predetermined direction cannot be reduced below the side lobe level in another region.

【0081】次に、あらかじめ決められた方向の範囲に
おけるサイドローブレベルを他の領域のサイドローブレ
ベルより下げるようにDBF回路8−bの荷重係数を計
算する方法について説明する。以下の説明において、ビ
ームを形成する方向を角度θ0とし、サイドローブレベ
ルを下げたい方向範囲の角度θをθ1≦θ≦θ2とする。
ここではθ0>θ2とする。つまり、サイドローブレベル
を下げたい方向範囲はθ0より小さいものとする。しか
しながら、本発明はこれに限らず、θ0<θ1に設定して
もよいし、また、サイドローブレベルを下げたい方向範
囲を複数設けることもできる。
Next, a method of calculating the weighting factor of the DBF circuit 8-b so that the side lobe level in a predetermined direction range is lower than the side lobe levels in other regions will be described. In the following description, it is assumed that the direction in which a beam is formed is an angle θ 0, and the angle θ in a direction range in which a side lobe level is to be lowered is θ 1 ≦ θ ≦ θ 2 .
Here, it is assumed that θ 0 > θ 2 . That is, the direction range in which the side lobe level is desired to be reduced is smaller than θ 0 . However, the present invention is not limited to this, and θ 01 may be set, and a plurality of direction ranges in which the side lobe level is desired to be reduced may be provided.

【0082】上述の変数変換を用いることにより、図5
(a)に示した周波数−角度平面における所望の特性
は、2次元周波数平面上では図5(b)に示すように表
すことができる。設計すべき1次元ディジタルフィルタ
は、第1の実施形態における低域通過ディジタルフィル
タではなく、一般に複素係数をもつ線形位相FIR形帯
域通過ディジタルフィルタ(以下、1次元複素係数帯域
通過ディジタルフィルタという。)である。当該1次元
複素係数帯域通過ディジタルフィルタは、次の数20で
表される周波数F0を中心とする狭帯域の通過域を持
ち、次の数21で表される周波数範囲F01≦F≦F02
おけるサイドローブレベルが、他の阻止域のサイドロー
ブレベルより低くなるように設定される。これは例え
ば、従来技術文献5「西原明法他,“Remez アルゴリ
ズムによる複素ディジタルフィルタの設計”,電子情報
通信学会技術研究報告,CAS88−20,pp.37−42,1988
年6月」に示されている方法などを用いることができ
る。
By using the above-described variable conversion,
The desired characteristics in the frequency-angle plane shown in (a) can be expressed on the two-dimensional frequency plane as shown in FIG. The one-dimensional digital filter to be designed is not the low-pass digital filter in the first embodiment, but a linear phase FIR type band-pass digital filter having complex coefficients (hereinafter referred to as a one-dimensional complex coefficient band-pass digital filter). It is. The one-dimensional complex coefficient band-pass digital filter has a narrow band pass band centered on the frequency F 0 represented by the following equation 20, and a frequency range F 01 ≦ F ≦ F represented by the following equation 21 The side lobe level in 02 is set to be lower than the side lobe levels in the other stop bands. This is described, for example, in Prior Art Document 5, "Akira Nishihara et al.," Design of Complex Digital Filter by Remez Algorithm ", IEICE Technical Report, CAS 88-20, pp. 37-42, 1988.
June, "can be used.

【0083】[0083]

【数20】F0=(dfc/c)sinθ0 F 0 = (df c / c) sin θ 0

【数21】F0i=(dfc/c)sinθi,ここで、i=
1,2
## EQU21 ## F 0i = (df c / c) sin θ i , where i =
1,2

【0084】周波数応答については零位相部分のみを考
える。インパルス応答長がMc(奇数)の1次元零位相
FIR形複素係数ディジタルフィルタの周波数応答P
c(F)は数22のように表すことができる。ここで、イ
ンパルス応答pc(m)は、pc(m)=pc*(−m)
の関係がある(ここで、*は複素共役を表す。)。ま
た、タップ数McはDBF回路8−bにおける荷重係数
の計算方法のステップS1と同様に選定される。
As for the frequency response, only the zero phase portion is considered. Frequency response P of one-dimensional zero-phase FIR complex coefficient digital filter with impulse response length M c (odd)
c (F) can be expressed as in Equation 22. Here, the impulse response pc (m) is represented by pc (m) = pc * (-m).
(Where * represents a complex conjugate). Further, the number of taps M c is chosen as in step S1 of the calculation method of the weight coefficients in the DBF circuit 8-b.

【0085】[0085]

【数22】 (Equation 22)

【0086】ここで、数22におけるUm(cos(2πF))
は第2種のチェビシェフ関数であって、以下の数23、
数24、数25の関係がある。
Here, U m (cos (2πF)) in Expression 22
Is a Chebyshev function of the second kind,
There is a relationship of Equation 24 and Equation 25.

【0087】[0087]

【数23】U0(cos(2πF))=0U 0 (cos (2πF)) = 0

【数24】U1(cos(2πF))=sin(2πF)[Formula 24] U 1 (cos (2πF)) = sin (2πF)

【数25】Um(cos(2πF))=2cos(2πF)Um-1(cos(2
πF))−Um-2(cos(2πF)) ここで、m=2,3,…である。
## EQU25 ## U m (cos (2πF)) = 2 cos (2πF) U m−1 (cos (2
πF)) − U m−2 (cos (2πF)) where m = 2, 3,.

【0088】数22における特徴は、周波数応答P
c(F)にsin(2πF)が含まれていることである。従っ
て、数22のcos(2πF)に関数Sc(F1,F2)を代入し、
かつ数22のsin(2πF)に関数Ss(F1,F2)を代入する
変数変換を実行する。ここで、関数Sc(F1,F2)、関数
s(F1,F2)はそれぞれ数26のDTC(F1,F2)と数2
7のDTS(F1,F2)を近似する適切な4つの関数cos(2π
1),sin(2πF1),cos(2πF2),sin(2πF2)で表さ
れる関数であって、次式で表わすことができる。
The feature in Equation 22 is that the frequency response P
c (F) includes sin (2πF). Therefore, substituting the function S c (F 1 , F 2 ) for cos (2πF) in equation 22 gives
In addition, a variable conversion is performed in which the function S s (F 1 , F 2 ) is substituted for sin (2πF) in Expression 22. Here, the function S c (F 1 , F 2 ) and the function S s (F 1 , F 2 ) are respectively represented by D TC (F 1 , F 2 ) of Expression 26 and Expression 2
Four appropriate functions cos (2ππ) approximating DTS (F 1 , F 2 )
F 1 ), sin (2πF 1 ), cos (2πF 2 ), and sin (2πF 2 ), which can be expressed by the following equation.

【0089】[0089]

【数26】Sc(F1,F2)≒DTC(F1,F2)=cos[2πF2
/{(fs/fc)F1+1}]
S c (F 1 , F 2 ) ≒ D TC (F 1 , F 2 ) = cos [2πF 2
/ {(f s / f c ) F 1 +1}]

【数27】Ss(F1,F2)≒DTS(F1,F2)=sin[2πF2
/{(fs/fc)F1+1}]
S s (F 1 , F 2 ) ≒ D TS (F 1 , F 2 ) = sin [2πF 2
/ {(f s / f c ) F 1 +1}]

【0090】ここで、数26、数27における、D
TC(F1,F2)とDTS(F1,F2)はそれぞれ数8において、
2shift=0、F2shift=0.25としたものであっ
て、上述の(手順SS1)乃至(手順SS4)の方法を
用いて近似することにより、求めることができる。
Here, D in Expressions 26 and 27
TC (F 1 , F 2 ) and D TS (F 1 , F 2 ) are given by
F 2shift = 0 and F 2shift = 0.25, and can be obtained by approximation using the above-described methods (procedure SS1) to (procedure SS4).

【0091】以上のようにして得られる2次元ディジタ
ルフィルタの周波数応答Gc(F1,F2)は次式で表すこと
ができる。次式の数28の周波数応答Gc(F1,F2)を用
いて、前述の第1の実施形態と同様にして、インパルス
応答を計算し、DBF回路8−bの荷重係数を求める。
The frequency response G c (F 1 , F 2 ) of the two-dimensional digital filter obtained as described above can be expressed by the following equation. The impulse response is calculated using the frequency response G c (F 1 , F 2 ) of the following equation 28 in the same manner as in the first embodiment, and the weight coefficient of the DBF circuit 8-b is obtained.

【0092】[0092]

【数28】 [Equation 28]

【0093】このように、数8を用いて変数変換を行っ
ているので、特定の方向のサイドローブレベルを下げる
ことが従来例の最適化手法を使用することなく可能にな
った。
As described above, since the variable conversion is performed using Equation 8, it is possible to lower the side lobe level in a specific direction without using the conventional optimization method.

【0094】また、広角ビーム形成については、ビーム
形成方向の範囲を上述のθ1≦θ≦θ2とし、1次元複素
係数帯域通過ディジタルフィルタの通過域の範囲を数2
1で表される周波数範囲F01≦F≦F02に設定すればよ
い。従って、第1の実施形態では、広角のビームを形成
することができかつ特定の方向のサイドローブレベルを
下げることができる。
For wide-angle beam forming, the range of the beam forming direction is set to θ 1 ≦ θ ≦ θ 2, and the range of the pass band of the one-dimensional complex coefficient band-pass digital filter is expressed by the following equation.
The frequency range represented by 1 may be set to F 01 ≦ F ≦ F 02 . Therefore, in the first embodiment, a wide-angle beam can be formed, and the side lobe level in a specific direction can be reduced.

【0095】以上の説明において、θ0>θ2、すなわ
ち、サイドローブレベルを下げたい方向範囲はθ0より
小さいものとしたが、θ0<θ2の場合及びサイドローブ
レベルを低くすべき方向を複数設けることも可能であ
る。すなわち、第1の実施形態では、サイドローブレベ
ルを低くすべき方向を少なくとも1つ設定でき、当該方
向は任意の位置に設定することができる。
In the above description, θ 0 > θ 2 , that is, the direction range in which the side lobe level is desired to be reduced is smaller than θ 0. However, when θ 02 and the direction in which the side lobe level is required to be lowered. May be provided in plurality. That is, in the first embodiment, at least one direction in which the side lobe level should be reduced can be set, and the direction can be set at an arbitrary position.

【0096】以上の第1の実施形態では、数8又は数9
を用いて変数変換をしているので、周波数−角度平面上
における到来角θに対応する直線が、2次元周波数平面
上では数6で表される所定の直線に変換される。従っ
て、周波数−角度平面上において、2次元ディジタルフ
ィルタとしてのDBF回路8−bの等振幅線は周波数軸
に平行になる。従って、このような変数変換によって得
られるDBF回路8−bの指向特性は、到来角θのみに
依存し、周波数に依存しないようにできる。言い換える
と、第1の実施形態では、DBF回路8−bの指向特性
が周波数に依存しないように、FIR型狭帯域低域通過
ディジタルフィルタに対して変数変換を施している。
In the first embodiment described above, Equation 8 or Equation 9
, The straight line corresponding to the angle of arrival θ on the frequency-angle plane is converted to a predetermined straight line represented by Expression 6 on the two-dimensional frequency plane. Therefore, on the frequency-angle plane, the equal-amplitude line of the DBF circuit 8-b as a two-dimensional digital filter is parallel to the frequency axis. Therefore, the directivity characteristic of the DBF circuit 8-b obtained by such a variable conversion depends only on the angle of arrival θ, and can be made independent of the frequency. In other words, in the first embodiment, variable conversion is performed on the FIR narrow-band low-pass digital filter so that the directional characteristics of the DBF circuit 8-b do not depend on frequency.

【0097】以上詳述したように、本実施形態では、任
意の1次元周波数が2次元周波数平面上において、数6
で表される所定の直線上に変換されるように、1次元線
形位相FIR型ディジタルフィルタの周波数応答に対し
て変数変換することにより、所望通過領域に対応する、
正規化時間周波数F1と正規化空間周波数F2とに関する
2次元ディジタルフィルタの周波数応答を演算し、演算
された当該周波数応答を逆フーリエ変換することにより
2次元ディジタルフィルタのインパルス応答を演算し、
演算された当該インパルス応答に基づいて2次元ディジ
タルフィルタが所望通過領域で振幅を有するように、各
FIR型ディジタルフィルタ9−kの荷重係数wk,s
演算している。これによって、第1の実施形態のDBF
回路8−bは、広帯域でかつ広角ビームを形成すること
ができ、しかもあらかじめ決められた方向においてサイ
ドローブレベルを他の領域のサイドローブレベルより低
くすることができる。
As described in detail above, in the present embodiment, an arbitrary one-dimensional frequency is expressed by the following equation (6) on a two-dimensional frequency plane.
By performing variable conversion on the frequency response of the one-dimensional linear phase FIR type digital filter so as to be converted on a predetermined straight line represented by
Calculating the frequency response of the two-dimensional digital filter with respect to the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2, and calculating the impulse response of the two-dimensional digital filter by performing an inverse Fourier transform on the calculated frequency response;
The weighting factors wk , s of the FIR digital filters 9-k are calculated based on the calculated impulse responses so that the two-dimensional digital filter has an amplitude in a desired passband. Thereby, the DBF of the first embodiment is
The circuit 8-b can form a wide-angle and wide-angle beam, and can reduce a side lobe level in a predetermined direction to a side lobe level in another region.

【0098】次に、本実施形態におけるDBF回路8−
bについてのシミュレーションの結果について説明す
る。図6は、第1の実施形態のDBF回路8−bを用い
て広帯域ビームをθ=56°方向に形成したときのDB
F回路8−bの指向特性を示すグラフである。図6のグ
ラフには、f=0.95fc、f=fc及びf=1.05
cの3つの周波数について、角度θに対する相対電力
を示している。図6から明らかなように、上述の3つの
周波数における指向特性はほぼ一致している。すなわ
ち、図6のグラフから、第1の実施形態のDBF回路8
−bは、中心周波数f=fcに対して±5%の比較的広
帯域の周波数に依存しないビームを形成することができ
ることがわかる。
Next, the DBF circuit 8-
The result of the simulation for b will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a DB when a broadband beam is formed in the θ = 56 ° direction using the DBF circuit 8-b of the first embodiment.
9 is a graph showing the directional characteristics of the F circuit 8-b. The graph of FIG. 6, f = 0.95f c, f = f c and f = 1.05
for three frequencies f c, it shows the relative power for the angle theta. As is clear from FIG. 6, the directional characteristics at the above three frequencies are almost the same. That is, from the graph of FIG. 6, the DBF circuit 8 of the first embodiment
-B is found to be capable of forming a beam which does not depend on a relatively wide band of frequencies of ± 5% with respect to the center frequency f = f c.

【0099】また、図7は、第1の実施形態のDBF回
路8−bを用いて広帯域ビームをθ=60°の方向に形
成し、−50°≦θ≦−20°の方向範囲におけるサイ
ドローブレベルを他の領域のサイドローブレベルより約
20dB低くしたときの指向特性を示すグラフである。
図7においても、図6と同様に、f=0.95fc、f
=fc及びf=1.05fcの3つの周波数について、角
度θに対する相対電力を示している。図7から明らかな
ように、第1の実施形態のDBF回路8−bを用いるこ
とにより、広帯域ビームをθ=60°の方向に形成する
ことができ、かつ−50°≦θ≦−20°におけるサイ
ドローブレベルを他の領域のサイドローブレベルより約
20dBだけ低く設定することができることがわかる。
FIG. 7 shows a case in which a broadband beam is formed in the direction of θ = 60 ° using the DBF circuit 8-b of the first embodiment, and the side beam in the direction range of −50 ° ≦ θ ≦ −20 °. It is a graph which shows the directional characteristic when the lobe level is lower than the side lobe level of another area by about 20 dB.
In FIG. 7, similarly to FIG. 6, f = 0.95f c, f
= The three frequencies f c and f = 1.05f c, shows the relative power for the angle theta. As is clear from FIG. 7, by using the DBF circuit 8-b of the first embodiment, a broadband beam can be formed in the direction of θ = 60 °, and −50 ° ≦ θ ≦ −20 ° It can be seen that the side lobe level in the area can be set to be about 20 dB lower than the side lobe level in other areas.

【0100】以上のように構成された受信信号処理装置
において、FIR型ディジタルフィルタ係数演算器13
は、ビームを形成するべき方向である到来角θに基づい
て、FIR型低域通過ディジタルフィルタを周波数変換
することにより、2次元ディジタルフィルタの周波数応
答G(F1,F2)を演算して、当該周波数応答G
(F1,F2)を逆離散フーリエ変換することによりイン
パルス応答g(m1,m2)を演算して、さらに当該インパ
ルス応答g(m1,m2)に基づいて荷重係数wk,sを演算す
る。そして、DBF回路8−bにおいて、各FIR型デ
ィジタルフィルタ9−kはそれぞれ、荷重係数wk,s
基づいて、入力されるディジタル同相・直交信号x
k(m)をディジタル的にろ波して、ろ波後のディジタ
ル同相・直交信号xk’(m)を出力し、加算器12は
複数M個のろ波後のディジタル同相・直交信号xk
(m)を加算して出力する。これによって、DBF回路
8−bは、上述の振幅特性D(F1,F2)を有する2次元
ディジタルフィルタとして動作するので、所望信号の到
来角θが与えられているとき、その方向に広帯域のビー
ムを形成することができ、当該広帯域のビームに対応し
た広帯域の所望信号であるディジタルビーム信号y
b(m)を出力する。
In the reception signal processing apparatus configured as described above, the FIR digital filter coefficient calculator 13
Calculates the frequency response G (F 1 , F 2 ) of the two-dimensional digital filter by frequency-converting the FIR type low-pass digital filter based on the arrival angle θ which is the direction in which a beam should be formed. , The frequency response G
An impulse response g (m 1 , m 2 ) is calculated by performing an inverse discrete Fourier transform on (F 1 , F 2 ), and a weighting factor w k, based on the impulse response g (m 1 , m 2 ) . Calculate s . Then, in the DBF circuit 8-b, each of the FIR digital filters 9-k receives the input digital in-phase / quadrature signal x based on the weight coefficient w k, s.
k (m) is digitally filtered, and a filtered digital in-phase / quadrature signal x k ′ (m) is output. The adder 12 outputs a plurality of M filtered digital in-phase / quadrature signals x k '
(M) is added and output. Thereby, DBF circuit 8-b, so operates as a two-dimensional digital filter having the above-mentioned amplitude characteristic D (F 1, F 2) , when the angle of arrival of the desired signal θ is given, broadband in that direction And a digital beam signal y that is a wideband desired signal corresponding to the wideband beam.
b (m) is output.

【0101】さらに、公知のMUSICアルゴリズムの
方法を用いた受信信号検出回路10の処理について説明
する。なお、受信信号検出回路10は例えば、CPU、
ROM、RAMを備えたマイクロプロセッサやディジタ
ル信号プロセッサ(DSP)などで構成される。まず、
各DBF回路8−bから出力されるディジタルビーム信
号yb(k)(b=0,1,…,B−1)に対してFF
T演算を実行して、ディジタルビーム信号yb(k)の
k番目のスナップショットデータから得る、正規化周波
数がj番目の狭帯域成分信号行列(ベクトル)をY
k(fj)と表記する。このスナップショットデータは、
例えば、T0秒間のデータをK分割して得たデータであ
る。そして、所望とする信号周波数帯域をfj1からfj2
までとすると、周波数領域における共分散行列Rは次式
で表わすことができる。
Further, the processing of the reception signal detection circuit 10 using a known MUSIC algorithm will be described. The reception signal detection circuit 10 is, for example, a CPU,
It is composed of a microprocessor or a digital signal processor (DSP) having a ROM and a RAM. First,
An FF is applied to the digital beam signal y b (k) (b = 0, 1,..., B-1) output from each DBF circuit 8-b.
By performing a T operation, a normalized frequency j-th narrowband component signal matrix (vector) obtained from the k-th snapshot data of the digital beam signal y b (k) is represented by Y
k (f j ). This snapshot data is
For example, data of the data of T 0 seconds obtained by K divided. Then, the desired signal frequency band is changed from f j1 to f j2.
Then, the covariance matrix R in the frequency domain can be expressed by the following equation.

【0102】[0102]

【数29】 (Equation 29)

【0103】ここで、†は共役転置を示し、T(fj)
は、次式で表わすことができるアレー応答の変換行列で
ある。
Here, † indicates conjugate transpose, and T (f j )
Is a transformation matrix of the array response that can be expressed by the following equation.

【0104】[0104]

【数30】T(fj)A(fj)=A(f0T (f j ) A (f j ) = A (f 0 )

【0105】ここで、A(f0)及びA(fj)はそれぞ
れ、周波数f0,fjにおけるアレー応答である。f0
集束周波数(focussing frequency)と呼ぶ。なお、本
実施形態においては、アレー応答とは、アンテナ素子1
−nの配置間隔で決定される応答である。上記変換行列
T(fj)は次式で近似して表わすことができる。
Here, A (f 0 ) and A (f j ) are array responses at frequencies f 0 and f j , respectively. f 0 is referred to as the focusing frequency. In the present embodiment, the array response refers to the antenna element 1
-N is a response determined at an arrangement interval of n. The transformation matrix T (f j ) can be approximately expressed by the following equation.

【0106】[0106]

【数31】 (Equation 31)

【0107】ここで、alβ(fj)(l=0,1,…,
B−1)は方向βから到来する信号の周波数fjに対す
るl番目のセンサ応答(本実施形態においては、アンテ
ナ応答である。)である。本実施形態においては、所定
のB個(B<M)のディジタルビーム信号を各DBF回
路8−bによって発生する。ビームスペース処理は、空
間フィルタリングによって観察空間の大きさを減少させ
るので、結果的に計算コストを軽減することができる。
検出性能は劣化せず、改善する場合が多い。本発明の新
しい方法のための物理的なモデルは、以下のように公式
化することが可能である。アンテナ素子1−0を基準ア
ンテナ素子とすると、ビームb(b=0,1,…,B−
1)からのビームスペースの出力、すなわちディジタル
ビーム信号yb(m)のフーリエ変換後のスペクトルYb
(f)は、周波数領域において次式で表わすことができ
る。
Here, a l β (f j ) (l = 0, 1,...,
B-1) is the l-th sensor response (in this embodiment, the antenna response) to the frequency f j of the signal arriving from the direction β. In the present embodiment, predetermined DB (B <M) digital beam signals are generated by each DBF circuit 8-b. Since the beam space processing reduces the size of the observation space by spatial filtering, the calculation cost can be reduced as a result.
The detection performance does not deteriorate and is often improved. The physical model for the new method of the present invention can be formulated as follows. Assuming that the antenna element 1-0 is a reference antenna element, the beam b (b = 0, 1,..., B−
The output of the beam space from 1), that is, the spectrum Y b of the digital beam signal y b (m) after the Fourier transform.
(F) can be represented by the following equation in the frequency domain.

【0108】[0108]

【数32】 (Equation 32)

【0109】ここで、X(f)はアンテナ素子1−0か
らの受信信号の出力スペクトルであり、Hi(f)(i
=0,1,…,M−1)は第i番目のアンテナ素子1−
iのためのFIR型ディジタルフィルタの伝達関数であ
る。スペクトルYb(f)とスペクトルYb+1(f)との
間の関係は容易に次式で表わすことができる。
Here, X (f) is the output spectrum of the received signal from antenna element 1-0, and H i (f) (i
= 0, 1,..., M−1) is the i-th antenna element 1−
9 is a transfer function of an FIR digital filter for i. The relationship between spectrum Y b (f) and spectrum Y b + 1 (f) can be easily expressed by the following equation.

【0110】[0110]

【数33】Yb+1(f)=Yb(f)exp{−j2πf
dsin(θ)/c}
(33) Y b + 1 (f) = Y b (f) exp {−j2πf
dsin (θ) / c}

【0111】減少された次数を有するビームスペースの
アレー応答、すなわちディジタルビーム信号yb(m)
の周波数応答は、次式で表わすことができる。
The array response of the beam space with reduced order, ie the digital beam signal y b (m)
Can be expressed by the following equation.

【0112】[0112]

【数34】 [Y0(f),Y1(f),…,YB-1(f)]T =[1 exp{−j2πfdsin(θ)/c} … exp{−j2π(B-1)fdsin(θ)/c]TY(f)[Y 0 (f), Y 1 (f), ..., Y B-1 (f)] T = [1 exp {-j2πfdsin (θ) / c} ... exp {-j2π (B-1 ) fdsin (θ) / c] T Y (f)

【0113】ここで、Y(f)はb=0のときのビーム
スペースの出力スペクトル、すなわちディジタルビーム
信号y0(m)のフーリエ変換である。
Here, Y (f) is the Fourier transform of the output spectrum of the beam space when b = 0, that is, the digital beam signal y 0 (m).

【0114】受信信号検出回路10においては、数29
を用いて空間スペクトルの共分散行列Rを計算した後、
受信信号の到来方向にピークを示す空間スペクトルを計
算するために、従来技術文献2において提案されたMU
SICアルゴリズムを用いる。MUSICアルゴリズム
は、空間スペクトルの共分散行列Rの最小の固有値に対
応する固有ベクトルの収集を行う雑音部分空間の計算に
基づいている。これらの固有ベクトルはベクトル
Ns+1,vNs+2,…,vBに対応する。ここで、Ns
(<B)は信号部分空間の大きさであり、通常、狭帯域
信号の場合においては入射する信号数である一方、広帯
域信号の場合は、試行により見つけることができるより
大きな数であり、例えば1から開始して最良の空間スペ
クトルが得られるまで増大していって求める。上記ベク
トルvNs+1,vNs+2,…,vBは次式の固有分解方程式
を満足する。
In the reception signal detection circuit 10,
After calculating the covariance matrix R of the spatial spectrum using
In order to calculate a spatial spectrum showing a peak in the direction of arrival of a received signal, an MU proposed in prior art document 2 has been proposed.
The SIC algorithm is used. The MUSIC algorithm is based on the calculation of a noise subspace that collects eigenvectors corresponding to the smallest eigenvalue of the covariance matrix R of the spatial spectrum. These eigenvectors correspond to the vectors v Ns + 1 , v Ns + 2 ,..., V B. Where Ns
(<B) is the size of the signal subspace, which is usually the number of incoming signals in the case of narrowband signals, while it is a larger number in the case of wideband signals than can be found by trial, eg Starting from 1 and increasing until the best spatial spectrum is obtained. The above vectors v Ns + 1 , v Ns + 2 ,..., V B satisfy the following eigen decomposition equation.

【0115】[0115]

【数35】Rvi=Rniλi,i=Ns+1,Ns+
2,…,Bのとき
[Number 35] Rv i = R n v i λ i, i = Ns + 1, Ns +
2,…, B

【0116】ここで、Rnは外部信号の効果が無いとき
の内部雑音のみに依存する周波数で平均化され集束され
た空間共分散行列であり、λiはRnの存在を考慮した一
般化固有値である。ここで、Rnは、信号が入射しない
ときのアレーアンテナ100の較正処理中に事前に測定
することができる。もし白色雑音のみを取り扱うのであ
れば、Rnは単位行列の定数倍に近い。Rnが単位行列
の定数倍であれば較正処理を簡単化できる。しかし本発
明者の経験上、雑音相関行列を含んで計算することと、
一般化固有値を計算することによりより改善された分解
能を得ることができることがわかっている。本実施形態
において、雑音部分空間Vnは次式で表わすことができ
る。
Here, R n is a spatial covariance matrix that is averaged and converged at a frequency that depends only on the internal noise when there is no effect of the external signal, and λ i is a generalization considering the existence of R n . Eigenvalue. Here, R n can be measured in advance during the calibration process of the array antenna 100 when no signal is incident. If only white noise is handled, R n is close to a constant multiple of the unit matrix. If Rn is a constant multiple of the unit matrix, the calibration process can be simplified. However, according to the inventor's experience, calculating including the noise correlation matrix,
It has been found that calculating the generalized eigenvalues can provide improved resolution. In the present embodiment, the noise subspace V n can be expressed by the following equation.

【0117】[0117]

【数36】Vn=[vNs+1,vNs+2,…,vBV n = [v Ns + 1 , v Ns + 2 ,..., V B ]

【0118】ここで、数34におけるビームスペース応
答a(θ)は次式で表わすことができる。
Here, the beam space response a (θ) in Equation 34 can be expressed by the following equation.

【0119】[0119]

【数37】a(θ)=[1 exp{−j2πf0dsin(θ)/c}
… exp{−j2π(B-1)f0dsin(θ)/c]T
A (θ) = [1 exp {−j2πf 0 dsin (θ) / c}
… Exp {−j2π (B-1) f 0 dsin (θ) / c] T

【0120】ここで、Tは行列の転置を表し、dはアン
テナ素子間の間隔であり、f0は集束周波数である。そ
して、MUSICアルゴリズムの方法による空間スペク
トルS(θ)は次式で表わすことができる。
Here, T represents transposition of a matrix, d is an interval between antenna elements, and f 0 is a focusing frequency. Then, the spatial spectrum S (θ) by the method of the MUSIC algorithm can be expressed by the following equation.

【0121】[0121]

【数38】S(θ)={(a(θ))†・a(θ)}/{(a
(θ))†・Vn・(Vn)†・a(θ)}
S (θ) = {(a (θ)) † · a (θ)} / {(a
(θ)) † ・ Vn ・ (Vn) † ・ a (θ)}

【0122】ここで、S(θ)は、正しい到来角θにお
いて極大値をとるθに関する正の実関数である。従っ
て、受信信号検出回路10は、数38を計算することに
より、関数S(θ)の極大値を与えるθを到来角θとし
て検出して到来角θを示す到来角信号をFIR型ディジ
タルフィルタ係数演算器13に出力するとともに、関数
S(θ)のピークを有する信号を受信ベースバンド信号
として復調回路11に出力する。
Here, S (θ) is a positive real function related to θ having a maximum value at a correct arrival angle θ. Accordingly, the reception signal detection circuit 10 calculates θ, which gives the maximum value of the function S (θ), as the arrival angle θ by calculating Expression 38, and converts the arrival angle signal indicating the arrival angle θ into the FIR digital filter coefficient. The signal is output to the arithmetic unit 13 and a signal having a peak of the function S (θ) is output to the demodulation circuit 11 as a reception baseband signal.

【0123】次いで、信号対干渉信号電力比のみならず
信号対雑音比SNRも改善されることについて以下に示
す。
Next, it will be described below that not only the signal-to-interference signal power ratio but also the signal-to-noise ratio SNR are improved.

【0124】<信号対干渉信号電力比の改善>図8の広
帯域ディジタルビーム形成回路特性からは、干渉波が現
在のビーム方向から遠く離れている(主ローブの幅より
隔離距離の方が大きい)場合は、干渉波電力を減少させ
ることは、元となる1次元零位相FIR型低域通過ディ
ジタルフィルタの帯域阻止能力に依存することが容易に
わかるであろう。図8に図示された特別な場合において
は、少なくとも20dBの干渉波の減少が見られる。
<Improvement of Signal-to-Interference Signal Power Ratio> From the characteristics of the wideband digital beam forming circuit shown in FIG. 8, the interference wave is far away from the current beam direction (the separation distance is larger than the width of the main lobe). In such a case, it will be easily understood that the reduction of the interference wave power depends on the band rejection capability of the original one-dimensional zero-phase FIR type low-pass digital filter. In the special case illustrated in FIG. 8, a reduction of the interference of at least 20 dB is seen.

【0125】<広帯域DBF回路の出力における雑音の
寄与>複数N個のアンテナ素子1−nにおける互いに相
関のない雑音が、信号の帯域幅と同一である有効帯域幅
にわたって電力σ2を空間的にかつ時間的に有すると仮
定すると、DBF回路8−bのディジタルビームにおけ
る出力雑音電力Pnois eは次式で表わすことができる。
<Contribution of Noise in Output of Broadband DBF Circuit> The noises having no correlation with each other in the plurality of N antenna elements 1-n spatially disperse the power σ 2 over the effective bandwidth which is the same as the signal bandwidth. and assuming to have the time, the output noise power P nois e in the digital beam DBF circuit 8-b can be expressed by the following equation.

【0126】[0126]

【数39】 [Equation 39]

【0127】<広帯域DBF回路の出力における受信信
号の寄与>ここで、基準のアンテナ素子1−0における
受信信号は、検出すべき帯域幅に対して一定の電力スペ
クトル密度(PSD)PS(F1)を有すると仮定する。
1つのディジタルビームにおける出力電力スペクトル密
度Py(F1)は、次式で表わすことができる。
<Contribution of Received Signal at Output of Broadband DBF Circuit> Here, the received signal at reference antenna element 1-0 has a constant power spectral density (PSD) P S (F 1 ).
The output power spectral density P y (F 1 ) for one digital beam can be expressed by the following equation.

【0128】[0128]

【数40】 (Equation 40)

【0129】ここで、F2θは、受信信号の到来角θに
対応する空間周波数を示す。また、上記数40における
積分の項は次式で表わすことができる。
Here, F 2 θ indicates the spatial frequency corresponding to the angle of arrival θ of the received signal. Further, the integral term in Equation 40 can be expressed by the following equation.

【0130】[0130]

【数41】 [Equation 41]

【0131】ここで、Bwを受信信号の帯域幅とする
と、ΔF2θは次式で表わすことができる。
[0131] Here, when the B w and the bandwidth of the received signal, the [Delta] F 2 theta can be expressed by the following equation.

【0132】[0132]

【数42】ΔF2θ≒BW{dsin(θ)/c}<1ΔF 2 θ ≒ B W {dsin (θ) / c} <1

【0133】従って、広帯域DBF回路8−bを使用す
ることにより信号対雑音比SNRを(ΔF2θ)-1倍に
高めることができる。
Therefore, the signal-to-noise ratio SNR can be increased to (ΔF 2 θ) −1 by using the wideband DBF circuit 8-b.

【0134】以上の第1の実施形態の受信信号処理装置
において、FIR型ディジタルフィルタ係数演算器13
は、最適化手法を用いたり、連立方程式を解くことな
く、周波数応答G(F1,F2)を計算して当該周波数応
答G(F1,F2)を逆フーリエ変換することにより荷重
係数wk,sを演算しているので、高速に荷重係数wk,s
計算することができる。
In the reception signal processing apparatus of the first embodiment, the FIR digital filter coefficient calculator 13
Calculates the frequency response G (F 1 , F 2 ) without using the optimization method or solving the simultaneous equations, and performs the inverse Fourier transform on the frequency response G (F 1 , F 2 ) to obtain the weighting factor. Since w k, s is calculated, the weight coefficient w k, s can be calculated at high speed.

【0135】以上の第1の実施形態において、DBF回
路8−bは、FIR型ディジタルフィルタ係数演算器1
3によって演算された荷重係数wk,sに基づいて入力さ
れるディジタル同相・直交信号xk(m)をろ波して出
力するM個のFIR型ディジタルフィルタ9−kと加算
器10とを備えているので、上述の振幅特性D(F1,
2)を有する2次元ディジタルフィルタとして動作す
る。これによって、DBF回路8−bは、所望信号の到
来角θの方向に広帯域のビームを形成することができ、
当該広帯域のビームに対応した広帯域の所望信号である
ディジタルビーム信号yb(m)を出力することができ
る。
In the first embodiment described above, the DBF circuit 8-b includes the FIR digital filter coefficient calculator 1
The M FIR digital filters 9-k, which filter and output the digital in-phase / quadrature signal x k (m) input based on the weighting factor w k, s calculated by 3 and the adder 10, The amplitude characteristic D (F 1 ,
It operates as a two-dimensional digital filter having F 2 ). Thereby, the DBF circuit 8-b can form a broadband beam in the direction of the arrival angle θ of the desired signal,
It is possible to output a digital beam signal y b (m), which is a wideband desired signal corresponding to the wideband beam.

【0136】以上の第1の実施形態の受信信号処理装置
は、上述のDBF回路8−bとFIR型ディジタルフィ
ルタ係数演算器13とを備えているので、搬送波を用い
て情報伝送する場合において、所望信号の到来方向に広
帯域のビームを形成することができ、当該広帯域のビー
ムに対応する広帯域の所望信号を受信して、ベースバン
ド信号である所望のディジタルビーム信号yb(m)を
出力した後、これに基づいて、受信信号検出回路10に
より到来角θを検出するとともに、受信ベースバンド信
号を検出することができる。
The reception signal processing apparatus of the first embodiment includes the above-mentioned DBF circuit 8-b and the FIR digital filter coefficient calculator 13, so that when transmitting information using a carrier wave, A wide-band beam can be formed in the arrival direction of the desired signal, a wide-band desired signal corresponding to the wide-band beam is received, and a desired digital beam signal y b (m) as a baseband signal is output. Thereafter, based on this, the arrival angle θ can be detected by the reception signal detection circuit 10 and the reception baseband signal can be detected.

【0137】《第1の実施形態の実施例》本発明者は、
以上のように構成された受信信号処理装置に関する動作
を検証するため、コンピュータによる動作シミュレーシ
ョンを行った。以下、その結果について述べる。当該シ
ミュレーションにおいては、位相歪のみに寄与する26
個の等方性アンテナ素子1−nからなる等間隔のリニア
アレーアンテナ100を仮定する。3つの平面波信号が
それぞれ方位角−44°、42°、45°で入射してい
ると仮定した。また、広帯域受信信号の振幅は一定であ
り、搬送波周波数は100Hzとし、受信信号の周波数
変調の偏移は、90Hzから110Hzまでの20Hz
の帯域幅でなされる。さらに、サンプリング周波数は、
タップ遅延線である遅延器91−1乃至91−(q−
1)及びFFTの周波数と等しくfs=30Hzに設定
される。なお、これらの周波数の値そのものに特別な意
味はない。
<< Examples of the First Embodiment >>
In order to verify the operation of the reception signal processing device configured as described above, an operation simulation by a computer was performed. Hereinafter, the results will be described. In the simulation, 26 only contributes to phase distortion.
It is assumed that the linear array antenna 100 is composed of a plurality of isotropic antenna elements 1-n at equal intervals. It is assumed that three plane wave signals are incident at azimuth angles of -44 °, 42 °, and 45 °, respectively. Further, the amplitude of the wideband received signal is constant, the carrier frequency is 100 Hz, and the deviation of the frequency modulation of the received signal is 20 Hz from 90 Hz to 110 Hz.
Bandwidth. Furthermore, the sampling frequency is
Delay devices 91-1 to 91- (q-
Fs = 30 Hz, which is equal to 1) and the FFT frequency. Note that these frequency values themselves have no special meaning.

【0138】スナップショット数Kと、周波数領域にお
ける共分散行列Rを計算するためのFFTのサイズ(大
きさ)は、32か64の何れかを選択した。信号帯域幅
をカバーするように、FFTサイズが32の場合は11
から23までの周波数ビンを、FFTサイズが64の場
合は22から44までの周波数ビンを選択した。ここ
で、周波数ビンは、1がサンプリング周波数の−0.5
倍、33(65)がサンプリング周波数の0.5倍を表
す周波数の番号である。
As the number K of snapshots and the size (size) of the FFT for calculating the covariance matrix R in the frequency domain, either 32 or 64 was selected. 11 if FFT size is 32 to cover signal bandwidth
Frequency bins from to are selected, and when the FFT size is 64, frequency bins from 22 to 44 are selected. Here, the frequency bin is such that 1 is −0.5 of the sampling frequency.
The double number 33 (65) is the frequency number representing 0.5 times the sampling frequency.

【0139】まず、第1の従来例の方法であるエレメン
トスペース処理、すなわち、DBF回路8−bを用いず
にディジタルI・Q信号xn(m)を直接受信信号検出
回路10に入力して検出を行った場合の結果を示す。コ
ヒーレント信号部分空間法における初期角度を43.5
゜に設定して実行し、ここで、信号対雑音比SNR=0
dBで到来角θ=−44゜において干渉波が存在しない
場合とする場合における空間スペクトルをそれぞれ図9
及び10に示す。ここで、RPは試行回数であり、雑音
を模擬するための乱数の種や信号の初期位相をランダム
に変えたものである。64−FFTは上記周波数領域に
おける共分散行列Rを計算するためのFFTのサイズ
(大きさ)が64であることを示す。空間スペクトルの
形成に寄与する雑音固有ベクトル数は−44°に干渉波
が存在しない場合とする場合に対してそれぞれ24と2
1であった。図9及び図10から明らかなように、予想
された通り、空間スペクトルは、−44゜における干渉
波がない場合の方が格段に正確に検出することができ
た。−44゜における干渉波が存在している場合におい
ては、信号部分空間をこれ以上より低いランクに設定す
ることはできない。従って、雑音部分空間は増加する信
号の寄与により劣化する。
First, the digital IQ signal x n (m) is directly input to the reception signal detection circuit 10 without using the DBF circuit 8-b, ie, the element space processing which is the method of the first conventional example. The result when detection was performed is shown. The initial angle in the coherent signal subspace method is 43.5.
実 行, where the signal-to-noise ratio SNR = 0
FIG. 9 shows spatial spectra in the case where no interference wave exists at the arrival angle θ = −44 ° in dB.
And 10. Here, RP is the number of trials and is obtained by randomly changing the seed of random numbers for simulating noise and the initial phase of a signal. 64-FFT indicates that the size (size) of the FFT for calculating the covariance matrix R in the frequency domain is 64. The number of noise eigenvectors contributing to the formation of the spatial spectrum is 24 and 2 for the case where there is no interference wave at −44 °, respectively.
It was one. As apparent from FIGS. 9 and 10, as expected, the spatial spectrum could be detected much more accurately when there was no interference wave at −44 °. If an interference wave at −44 ° is present, the signal subspace cannot be set any lower. Thus, the noise subspace is degraded by increasing signal contributions.

【0140】検出性能は、例えば、BASS−ALEの
検出方法(例えば、従来技術文献6「K.M.Buckley et a
l.,“Broad-Band Signal-Subspace Spatial-Spectrum
(BASS-ALE) Estimation",IEEE Transactions on ASSP,V
ol.36,No.7,1988年7月」参照。)を使用して観測空間を
広げれば改善することができる。しかしながら、これは
高い計算負荷を伴う可能性がある。代わりに本実施形態
では、ビームスペース法を使用している。
The detection performance can be determined, for example, by the method of detecting BASS-ALE (for example, see Prior Art Document 6, “KMBuckley et al.
l., “Broad-Band Signal-Subspace Spatial-Spectrum
(BASS-ALE) Estimation ", IEEE Transactions on ASSP, V
ol. 36, No. 7, July 1988 ". ) Can be improved by expanding the observation space. However, this can involve a high computational load. Instead, the present embodiment uses the beam space method.

【0141】全ビームが同一方向(この場合、45゜)
を指向するように広帯域ビームを、前述した方法に従っ
て向ける。好ましい第1の実施形態のDBF回路8−b
は、図8に示すように約20dBの阻止域減衰量を有し
ている。同じく信号対雑音比SNR=0dB、及び前述
のものと同じ3つの干渉波信号の存在下でビーム数Bを
4及び6とした場合のそれぞれのシュミレーション結果
を図11及び12に示す。この場合、雑音固有ベクトル
数はそれぞれ1及び2であった。図11及び図12から
明らかなように、到来角θ=42゜及び45゜の検出
は、雑音部分空間の大きさが遙かに低いにも関わらず正
確であること、及び検出性能は特に6個のビームの場
合、受容可能なものであることがわかる。図13は、B
=6で、FFTの大きさを64から32に変更した場合
においても同じ結果を示している。ここでも、性能はF
FTサイズが64の場合より若干低下しているものの、
結果は依然として有用である。
All beams are in the same direction (45 ° in this case)
The broadband beam is directed according to the method described above. DBF circuit 8-b of the first preferred embodiment
Has a stop band attenuation of about 20 dB as shown in FIG. Similarly, FIGS. 11 and 12 show the simulation results when the signal-to-noise ratio SNR is 0 dB and the number of beams B is 4 and 6 in the presence of the same three interference wave signals as described above. In this case, the number of noise eigenvectors was 1 and 2, respectively. As is apparent from FIGS. 11 and 12, the detection of the angles of arrival θ = 42 ° and 45 ° is accurate even though the size of the noise subspace is much lower, and the detection performance is particularly 6 °. In the case of a single beam, it turns out to be acceptable. FIG.
= 6, the same result is shown when the FFT size is changed from 64 to 32. Again, the performance is F
Although the FT size is slightly lower than 64,
The results are still useful.

【0142】図14及び図15はそれぞれ、ビームスペ
ース処理を行う前と後の干渉波及び雑音の電力スペクト
ル密度を示している。前述した(ΔF2θ)-1係数に対
応して雑音電力が約10dBだけ減衰し、同じくDBF
回路8−bにおける帯域阻止特性に起因して干渉波が約
20dB減衰したことが認められる。
FIGS. 14 and 15 show the power spectrum densities of the interference wave and the noise before and after the beam space processing, respectively. The noise power is attenuated by about 10 dB corresponding to the (ΔF 2 θ) −1 coefficient described above, and the DBF
It is recognized that the interference wave is attenuated by about 20 dB due to the band rejection characteristic in the circuit 8-b.

【0143】<計算コスト>次に、受信信号検出回路1
0におけるエレメントスペース処理(素子空間処理)及
び本発明に係る第1の実施形態における信号処理に必要
な演算回数の概算について示す。
<Calculation Cost> Next, the received signal detection circuit 1
An approximate calculation of the number of operations required for the element space processing (element space processing) at 0 and the signal processing according to the first embodiment of the present invention will be described.

【0144】エレメントスペース処理においては、それ
ぞれが2mの長さを有するFFTのスナップショットの
数がKであって、アレーアンテナ100におけるアンテ
ナ素子数がNである場合の複素数演算の演算回数は以下
の通りである。 (a)FFT処理に対して、NKm2m。 (b)固有値分解処理に対して、約N3
In the element space processing, when the number of FFT snapshots each having a length of 2 m is K and the number of antenna elements in the array antenna 100 is N, the number of operations of the complex number operation is as follows. It is as follows. (A) NKm2m for FFT processing. (B) About N 3 for eigenvalue decomposition processing.

【0145】ビームスペースの検出処理においては、N
をBに置換すること(本実施形態において、B≪N)、
及びDBF回路8−bに対して所定の処理を付け加えな
ければならないことを除き、演算回数はエレメントスペ
ース処理と同様の条件である。複素数演算の演算回数
は、BM2mであり、ここで、Mはビーム形成される1
組のサブアレー中のアレー数である(シュミレーション
の例ではM=17である。)。空間スペクトルデータの
スナップショットを得るためのFFT処理は計算コスト
が最も高く、シュミレーションの例では、FFTのサイ
ズがそれぞれ32、64、128、及び256のとき
に、図16に示すような、エレメントスペース検出処理
及びビームスペース検出処理(N=26、B=6及びB
=4)のそれぞれに対する計算コストを得ている。この
例では、ビームスペース検出処理における計算コスト
は、ビーム数B=4に対してはエレメントスペース検出
処理の約1/5であり、FFTのサイズが256に対し
ては約1/6である。
In the beam space detection process, N
Is replaced by B (in this embodiment, B≪N),
And the number of operations is the same as in the element space processing, except that predetermined processing must be added to the DBF circuit 8-b. The number of operations of the complex number operation is BM 2 2 m , where M is 1
This is the number of arrays in the set of subarrays (M = 17 in the simulation example). The FFT processing for obtaining a snapshot of the spatial spectrum data has the highest computational cost. In the simulation example, when the FFT sizes are 32, 64, 128, and 256, respectively, the element space as shown in FIG. Detection processing and beam space detection processing (N = 26, B = 6 and B
= 4). In this example, the calculation cost in the beam space detection processing is about 1/5 of the element space detection processing for the number of beams B = 4, and about 1/6 for the FFT size of 256.

【0146】以上説明したように、サブアレー信号選択
処理と、広帯域DBF処理と、MUSICアルゴリズム
を用いた受信信号検出処理とを組み合わせることによ
り、従来例に比較して計算コストを大幅に軽減でき、し
かも高い分解能を有する受信信号処理装置を実現するこ
とができる。本実施形態においては、MUSICアルゴ
リズムを用いた受信信号検出処理において、広帯域のD
BF回路8−bにおけるFIR型ディジタルフィルタ係
数の変更により非定常環境の場合を扱えるように調整す
ることができる。ビームスペース処理を行う利点は、観
測空間の大きさを大幅に減らすことができることにあ
る。それによって、結果的に高速処理とリアルタイムで
の適用が可能となる。また、エレメントスペース処理で
の最適な到来角検出の検出率の低下しても、ビームスペ
ース検出処理では、1組のサブアレー中のアレー数Mを
適正に選択することにより正常に動作し、実行速度面に
おける改善度もそれを補償している。エレメントスペー
ス処理とビームスペースのビーム形成処理とを比較した
計算シュミレーションによれば、本発明に係る本実施形
態の到来角検出方法の性能は、従来例に比較して、空間
スペクトル検出特性及び計算コストにおいて大幅に改善
されていることがわかった。
As described above, by combining the sub-array signal selection processing, the wideband DBF processing, and the reception signal detection processing using the MUSIC algorithm, the calculation cost can be greatly reduced as compared with the conventional example. A received signal processing device having high resolution can be realized. In the present embodiment, in the reception signal detection processing using the MUSIC algorithm, a broadband D
By changing the FIR digital filter coefficient in the BF circuit 8-b, adjustment can be made so that the case of an unsteady environment can be handled. The advantage of performing beamspace processing is that the size of the observation space can be significantly reduced. As a result, high-speed processing and real-time application become possible. Even if the detection rate of the optimal angle of arrival detection in the element space processing decreases, the beam space detection processing operates normally by properly selecting the number M of arrays in a set of sub-arrays, and the execution speed is reduced. The degree of improvement in terms also compensates for this. According to the calculation simulation comparing the element space processing and the beam space beam forming processing, the performance of the arrival angle detection method of the present embodiment according to the present invention is smaller than the conventional example in the spatial spectrum detection characteristics and the calculation cost. It has been found that has been greatly improved.

【0147】さらに、広帯域のDBF回路8−bを適切
な方向や空間阻止帯域の特性において正しく選択した場
合、空間スペクトルは大幅に改善され、幾つかの事例で
は、2個の近接する所望の受信信号と、1つの干渉波信
号と、信号対雑音比SNR=0dBを有する白色雑音と
が存在する場合、当該受信信号処理装置によって信号処
理すると、2゜以下の分解能を得ることができる。ま
た、計算コストは干渉波信号の部分空間処理において使
用するFFTのサイズに依存して大幅に減少し、エレメ
ントスペース処理の信号処理に比較すると、1/5の信
号処理量で済む。
Furthermore, if the wideband DBF circuit 8-b is properly selected in the proper direction and the characteristics of the spatial stopband, the spatial spectrum is greatly improved, and in some cases, two adjacent desired receptions are performed. When a signal, one interference wave signal, and white noise having a signal-to-noise ratio SNR = 0 dB are present, resolution of 2 ゜ or less can be obtained by performing signal processing by the reception signal processing device. Further, the calculation cost is greatly reduced depending on the size of the FFT used in the subspace processing of the interference wave signal, and the signal processing amount is only 1/5 as compared with the signal processing of the element space processing.

【0148】図17は、第1の実施形態の第1の変形例
の受信信号処理装置の構成を示すブロック図である。図
17を参照して、第1の実施形態の第1の変形例につい
て説明する。第1の実施形態において、FIR型ディジ
タルフィルタ係数演算器13は、ビームを形成するべき
方向である到来角θを示す、受信信号検出回路10から
の到来角信号に基づいて、荷重係数wk,0、wk,1、…、
k,qをFIR型ディジタルフィルタ9−kに出力する
が、第1の実施形態の第1の変形例においては、到来角
検出回路14を新たに設け、FIR型ディジタル係数演
算回路13は、受信信号検出回路10からの到来角信号
に代わり、到来角検出回路14から出力される到来角信
号に基づいて、荷重係数wk,0、wk,1、…、wk,qを演
算して出力することを特徴としている。以下、第1の実
施形態との相違点について説明する。
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a received signal processing device according to a first modification of the first embodiment. A first modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the FIR digital filter coefficient calculator 13 calculates a weighting coefficient w k, based on an arrival angle signal from the reception signal detection circuit 10 indicating an arrival angle θ which is a direction in which a beam should be formed . 0 , w k, 1 , ...,
w k, q is output to the FIR digital filter 9-k. In the first modification of the first embodiment, an arrival angle detection circuit 14 is newly provided, and the FIR digital coefficient operation circuit 13 instead arrival angle signal from the received signal detection circuit 10, based on the arrival angle signal outputted from the arrival angle detector 14, a load factor w k, 0, w k, 1, ..., w k, q-calculated Output. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.

【0149】上記到来角検出回路14は、DBF回路8
−bのビーム形成方向を決定するために、おおまかに到
来方向を検出する回路である。上記到来角検出回路14
には、低域通過ディジタルフィルタ5−nから出力され
る複素数であるディジタル同相・直交信号xn(m)が
入力される。到来角検出回路14における到来方向の検
出においては、到来角検出回路14に入力されたディジ
タル同相・直交信号x0(m)、x1(m)、…、xN-1
(m)をアンテナ素子1−nの素子の空間方向にN点の
離散フーリエ変換を行い、その変換値の絶対値のピーク
を求めることによって到来角を検出する。ここで、例え
ば、計算された変換値を所定のしきい値と比較して、し
きい値以上のピークの信号の入射角を到来角として検出
する。この例では、時刻mを固定して離散フーリエ変換
を実行して到来方向を検出しているが、これに限らず異
なる複数の時刻mに対して同一の処理を実行した後、複
数の時刻mに対する離散フーリエ変換によって得られる
変換値の絶対値の時間平均値を求めてそのピークから到
来方向を検出してもよい。また、到来角を検出するアル
ゴリズムは、従来技術文献1のアルゴリズム又は従来技
術文献2のMUSICアルゴリズムを使用してもよい。
ただし、MUSICアルゴリズムを用いる場合は、帯域
通過フィルタを用いて信号を狭帯域化する必要がある。
The angle-of-arrival detection circuit 14 comprises a DBF circuit 8
-B is a circuit for roughly detecting the direction of arrival in order to determine the beamforming direction of -b. Arrival angle detection circuit 14
, A digital in-phase / quadrature signal x n (m) which is a complex number output from the low-pass digital filter 5-n is input. In DOA detection in arrival angle detecting circuit 14, the angle of arrival detection circuit 14 digital in-phase and quadrature signals x 0 which is input to the (m), x 1 (m ), ..., x N-1
(M) is subjected to discrete Fourier transform of N points in the spatial direction of the antenna element 1-n, and the angle of arrival is detected by obtaining the peak of the absolute value of the transform value. Here, for example, the calculated conversion value is compared with a predetermined threshold value, and an incident angle of a signal having a peak equal to or higher than the threshold value is detected as an arrival angle. In this example, the arrival direction is detected by executing the discrete Fourier transform while fixing the time m. However, the present invention is not limited to this. A time average value of the absolute value of the transform value obtained by the discrete Fourier transform with respect to is obtained, and the arrival direction may be detected from the peak. Further, the algorithm for detecting the angle of arrival may use the algorithm of the related art document 1 or the MUSIC algorithm of the related art document 2.
However, when using the MUSIC algorithm, it is necessary to narrow the signal band using a band-pass filter.

【0150】到来角検出回路14は上記検出された到来
角θを示す到来角信号をFIR型ディジタルフィルタ係
数演算器13に出力する。FIR型ディジタルフィルタ
係数演算器13は、入力された到来角信号に基づいて、
第1の実施形態と同様に荷重係数wk,0、wk,1、…、w
k,qを演算して、計算された荷重係数をDBF回路8−
b内の各FIR型ディジタルフィルタ9−kに入力す
る。
The arrival angle detection circuit 14 outputs an arrival angle signal indicating the detected arrival angle θ to the FIR digital filter coefficient calculator 13. The FIR type digital filter coefficient calculator 13 calculates the
Similar to the first embodiment, the load coefficients w k, 0 , w k, 1 ,.
By calculating k and q , the calculated weighting factor is calculated by the DBF circuit 8-
Input to each FIR digital filter 9-k in b.

【0151】以上のように構成された第1の実施形態の
第1の変形例は、第1の実施形態と同様の効果を有す
る。また、第1の実施形態は、受信された信号が受信信
号検出回路10までを経由して処理された結果得られる
到来角信号に基づいて、FIR型ディジタルフィルタ係
数演算器13において係数を演算するが、第1の変形例
では、受信された信号が低域通過ディジタルフィルタ5
−nまでだけを介して処理されたディジタル同相・直交
信号xn(m)に基づいて、到来角検出回路14におい
て到来角信号を獲得し、それに基づきFIR型ディジタ
ルフィルタ係数演算器13において係数を演算するため
に、第1の実施形態と第1の変形例を比較すると、第1
の変形例はよりリアルタイムに到来角を検出してDBF
回路8−bにおいてその後の処理が可能となる。
The first modified example of the first embodiment configured as described above has the same effects as the first embodiment. In the first embodiment, a coefficient is calculated in an FIR digital filter coefficient calculator 13 based on an angle-of-arrival signal obtained as a result of processing a received signal through a reception signal detection circuit 10. However, in the first modified example, the received signal is
An arrival angle signal is obtained in the arrival angle detection circuit 14 based on the digital in-phase / quadrature signal x n (m) processed only through −n, and the coefficient is calculated in the FIR digital filter coefficient calculator 13 based on the signal. In order to calculate, the first embodiment is compared with the first modified example.
Is a real-time detection of the angle of arrival and the DBF
Subsequent processing becomes possible in the circuit 8-b.

【0152】図18は第1の実施形態の第2の変形例の
受信信号処理回路の構成を示すブロック図である。第1
の実施形態の第2の変形例は、上記第1の実施形態の第
1の変形例をさらに変形した実施例である。第1の実施
形態の第1の変形例では、低域通過ディジタルフィルタ
5−nによりろ波されたディジタル同相・直交信号x0
(m)、x1(m)、…、xN-1(m)が到来角検出回路
14aに入力されていたが、第2の変形例では、サブア
レー信号選択回路7から出力されるサブアレー信号SA
0、SA1、…、SAB-1のうちの任意の1組(図18で
はSA0)が到来角検出回路14aに入力される。その
他の処理及び回路構成は、第1の実施形態の第1の変形
例と同様である。到来角検出回路14aは、入力された
サブアレー信号SAbををアンテナ素子1−nの素子の
空間方向にM点の離散フーリエ変換を行い、その変換値
の絶対値のピークを求めることによって到来角を検出す
る。ここで、例えば、計算された変換値を所定のしきい
値と比較して、しきい値以上のピークの信号の入射角を
到来角として検出する。この例では、時刻mを固定して
離散フーリエ変換を実行して到来方向を検出している
が、これに限らず異なる複数の時刻mに対して同一の処
理を実行した後、複数の時刻mに対する離散フーリエ変
換によって得られる変換値の絶対値の時間平均値を求め
てそのピークから到来方向を検出してもよい。また、到
来角を検出するアルゴリズムは、従来技術文献1のアル
ゴリズム又は従来技術文献2のMUSICアルゴリズム
を使用してもよい。ただし、MUSICアルゴリズムを
用いる場合は、帯域通過フィルタを用いて狭帯域化する
必要がある。
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a received signal processing circuit according to a second modification of the first embodiment. First
The second modification of the embodiment is an example in which the first modification of the first embodiment is further modified. In a first modification of the first embodiment, the digital in-phase / quadrature signal x 0 filtered by the low-pass digital filter 5-n.
( M ), x 1 (m),..., X N−1 (m) have been input to the angle-of-arrival detection circuit 14a, but in the second modification, the sub-array signal output from the sub-array signal selection circuit 7 SA
0, SA 1, ..., ( SA 0 in FIG. 18) for any pair of SA B-1 is input to the arrival angle detector 14a. Other processes and circuit configurations are the same as those of the first modification of the first embodiment. Arrival angle detecting circuit 14a, the arrival angle by a the subarray signals SA b inputted performs discrete Fourier transform of the point M in the space direction of the element of the antenna element 1-n, obtains the peak of the absolute value of the conversion value Is detected. Here, for example, the calculated conversion value is compared with a predetermined threshold value, and an incident angle of a signal having a peak equal to or higher than the threshold value is detected as an arrival angle. In this example, the arrival direction is detected by executing the discrete Fourier transform while fixing the time m. However, the present invention is not limited to this. A time average value of the absolute value of the transform value obtained by the discrete Fourier transform with respect to is obtained, and the arrival direction may be detected from the peak. Further, the algorithm for detecting the angle of arrival may use the algorithm of the related art document 1 or the MUSIC algorithm of the related art document 2. However, when the MUSIC algorithm is used, it is necessary to narrow the band using a band-pass filter.

【0153】また、サブアレー信号選択回路7におい
て、サブアレー信号を全く重複せず、かつサブアレー信
号SA0、SA1、…、SAB-1の総信号数の和がNより
少なくなるように選択されたサブアレー信号SA0、S
1、…、SAB-1の少なくとも1組を到来角検出回路1
4aに入力してもよい。
In the sub-array signal selection circuit 7, the sub-array signals are selected so as not to overlap at all, and the sum of the total number of sub-array signals SA 0 , SA 1 ,..., SA B-1 is smaller than N. Sub-array signals SA 0 , S
A 1 ,..., SA B-1 at least one set
4a.

【0154】第1の実施形態の第2の変形例において、
到来角検出回路14aに入力される信号は、サブアレー
信号選択回路7において選択されて出力された信号のう
ちの1組であるために、換言すれば、第2の変形例にお
ける到来角検出回路14aに入力される信号数Mが第1
の変形例における到来角検出回路14に入力される信号
数Nより減少しているために、到来角検出回路14aに
おいて実行される離散フーリエ変換がN点離散フーリエ
変換からM点離散フーリエ変換に減少し(N>M)、第
2の変形例は第1の変形例と比較すると分解能は低下す
るが、到来角検出回路14aにおける計算コストも同様
に減少する。
In a second modification of the first embodiment,
The signal input to the angle-of-arrival detection circuit 14a is a set of the signals selected and output by the sub-array signal selection circuit 7, and in other words, the angle-of-arrival detection circuit 14a according to the second modified example. The number M of signals input to the
Since the number of signals input to the angle-of-arrival detection circuit 14 in the modified example of the present embodiment is smaller than the number N of signals input to the angle-of-arrival detection circuit 14, the discrete Fourier transform executed in the angle-of-arrival detection circuit 14a is reduced from N-point discrete Fourier transform to M-point discrete Fourier transform (N> M), the resolution of the second modification is lower than that of the first modification, but the calculation cost in the arrival angle detection circuit 14a is also reduced.

【0155】<第2の実施形態>次に、図19を参照し
て第2の実施形態を説明する。図19は第2の実施形態
の受信信号処理装置の構成を示すブロック図である。第
1の実施形態のビームの方向が1つであるのに対し、第
2の実施形態においては、マルチビームを使用し複数方
向にビームを向けることが可能であり、異なる方向の周
辺に存在する広帯域干渉波及び非干渉波の到来方向を高
分解能で同時に検出するためのマルチビームスペース検
出処理を有する受信信号処理装置を提供する。
<Second Embodiment> Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration of a reception signal processing device according to the second embodiment. In contrast to the single beam direction in the first embodiment, in the second embodiment, it is possible to use a multi-beam to direct the beam in a plurality of directions, and to exist around different directions. Provided is a reception signal processing device having a multi-beam space detection process for simultaneously detecting the arrival directions of a broadband interference wave and a non-interference wave with high resolution.

【0156】第1の実施形態では、エレメント信号では
なくビームを処理することによって、主ビームから離れ
て存在する妨害信号が除去され、観察空間のサイズが減
少するが、検出性能は低減されず、場合によれば検出性
能が増大することを示した。第2の実施形態は、第1の
実施形態による著しい改良点を含むと共に、従来技術文
献1及び従来技術文献3における従来方法を上回る計算
コストの節約となる。本実施形態の全体の構造は、詳細
後述するが、複数u個の受信信号処理回路15−1、1
5−2、…、15−uがすべて並列して動作するため
に、1つの指向方向を有する第1の実施形態と同じ速度
で動作する。一方、要する計算コストは、異なる所望の
到来方向を検出するためのハードウェアの増加に従って
増加する。つまり、u個の受信信号処理回路15−1、
15−2、…、15−uの個数の増加によって必要とさ
れる計算コストは増加する。
In the first embodiment, by processing a beam instead of an element signal, an interfering signal existing away from the main beam is removed and the size of the observation space is reduced, but the detection performance is not reduced. It was shown that the detection performance increased in some cases. The second embodiment includes significant improvements over the first embodiment, as well as savings in computational cost over prior art methods in prior art documents 1 and 3. Although the overall structure of the present embodiment will be described later in detail, a plurality u of received signal processing circuits 15-1, 1
,..., 15-u all operate in parallel, so that they operate at the same speed as the first embodiment having one directional direction. On the other hand, the required computational cost increases with the increase in hardware for detecting different desired directions of arrival. That is, u received signal processing circuits 15-1,
The computational cost required by the increase in the number of 15-2,..., 15-u increases.

【0157】図19を参照して、第2の実施形態の構成
及び処理を説明する。本実施形態による受信信号処理装
置は、構成が同一の複数B個のDBF回路8−bと、受
信信号検出回路10aと、復調回路11とを備えた複数
u個の受信信号処理回路15−1、15−2、…、15
−uを備え、上記受信信号処理回路15−1、15−
2、…、15−uは、それぞれ主ビームを異なる方向に
指向したときの受信信号R0、R1、…、Ruを出力して
ビームスペース処理を行う。ここで各DBF回路8−
b、受信信号検出回路10a及び復調回路11は、第1
の実施形態で用いられたものと同一の処理及び構成を有
する。各受信信号処理回路15−1、15−2、…、1
5−uの複数B個の各DBF回路8−0、8−1、…、
8−(B−1)にはそれぞれサブアレー信号SA0、S
1、…、SAB-1が入力され、複数u個の受信信号処理
回路15−1、15−2、…、15−uの各DBF回路
8−bはそれぞれ、入射角θ1、θ2、…、θuに向けて
主ビームを形成し、複数u個の受信信号処理回路15−
1、15−2、…、15−uの各受信信号検出回路10
a及び各復調回路11は入射角θ1、θ2、…、θuの近
傍から入射される信号を検出して受信信号R1、R2
…、Ruを出力する。よって当該受信信号処理装置は、
複数方向から到来する信号を同時に受信して処理し、検
出することができる。
The configuration and processing of the second embodiment will be described with reference to FIG. The reception signal processing device according to the present embodiment includes a plurality of u reception signal processing circuits 15-1 each including a plurality of B DBF circuits 8-b having the same configuration, a reception signal detection circuit 10a, and a demodulation circuit 11. , 15-2, ..., 15
-U, the received signal processing circuits 15-1, 15-
2, ..., 15-u is the received signal R 0 when the directed respectively main beam in different directions, R 1, ..., perform beam space processing and outputs the R u. Here, each DBF circuit 8-
b, the received signal detection circuit 10a and the demodulation circuit 11
Has the same processing and configuration as those used in the embodiment. Each of the received signal processing circuits 15-1, 15-2,.
5-u each of a plurality of B DBF circuits 8-0, 8-1,...
8- (B-1) includes sub-array signals SA 0 , S
A 1, ..., SA B- 1 is input, multiple u number of receiving signal processing circuit 15-1 and 15-2, ..., respectively each DBF circuits 8-b of 15-u, the incident angle theta 1, theta 2, ..., toward the theta u to form a main beam, a plurality u number of receiving signal processing circuit 15
1, 15-2,..., 15-u
a and the demodulation circuit 11 incident angle θ 1, θ 2, ..., received signal by detecting a signal incident from the vicinity of θ u R 1, R 2,
..., and outputs the R u. Therefore, the received signal processing device is
Signals arriving from multiple directions can be simultaneously received, processed and detected.

【0158】第2の実施形態において、各入射角θ1
至θuの決定は、主ビームの数が少なく、マルチビーム
が−90°〜90°の角度領域をカバーしない場合であ
って、図19のように到来方向検出回路14aにおいて
入力されるディジタル同相・直交信号xn(m)に基づ
いて到来角θを検出し、検出された到来角θによって到
来角信号DA1、DA2、…、DAvをFIRディジタ
ルフィルタ係数演算器13aに出力し、FIR型ディジ
タルフィルタ係数演算器13aにおいて入力された到来
角信号DA1、DA2、…、DAvに基づいて荷重係数
k,s(B×u個)を演算し、求められた荷重係数wk,s
を複数u個の受信信号処理回路15−1、15−2、
…、15−uの複数B個の各DBF回路8−bに出力
し、複数u個の受信信号処理回路15−1、15−2、
…、15−uの各DBF回路8−bにおいて、入力され
た荷重係数wk,sに基づいて、それぞれの内部の各DB
F回路8−bは主ビームを入射角θ1、θ2、…、θu
向けて形成し、複数u個の受信信号処理回路15−1、
15−2、…、15−uは、それぞれの内部の複数B個
のDBF回路8−bにおいて形成された主ビームの指向
方向の信号を検出し、それぞれ受信信号R1、R2、…、
uを出力する。つまり、到来角検出回路14aとFI
R型ディジタルフィルタ係数演算器13aが、各受信信
号処理回路15−1、15−2、…、15−uの内部の
複数B個のDBF回路8−bの主ビームの入射角θ1、θ
2、…、θuの決定に大きく関与している
In the second embodiment, each of the incident angles θ 1 to θ u is determined when the number of main beams is small and the multi-beam does not cover the angle range of −90 ° to 90 °. 19, the arrival angle θ is detected based on the digital in-phase / quadrature signal x n (m) input to the arrival direction detection circuit 14a, and the arrival angle signals DA1, DA2,. Is output to the FIR digital filter coefficient calculator 13a, and the weighting factors w k, s (B × u) are calculated based on the angle-of-arrival signals DA1, DA2,..., DAv input to the FIR digital filter coefficient calculator 13a. Calculated and calculated load coefficient w k, s
, A plurality of u reception signal processing circuits 15-1, 15-2,
, 15-u to each of a plurality of B DBF circuits 8-b, and a plurality of u received signal processing circuits 15-1, 15-2,
, 15-u in each DBF circuit 8-b, based on the input weighting factor w k, s , each internal DB
The F circuit 8-b forms the main beam toward the incident angles θ 1 , θ 2 ,..., Θ u , and a plurality of u reception signal processing circuits 15-1,
, 15-u detect signals in the directivity direction of the main beam formed in the plurality of B DBF circuits 8-b in each of them, and receive signals R 1 , R 2 ,.
And outputs the R u. That is, the arrival angle detection circuit 14a and the FI
The R-type digital filter coefficient calculator 13a calculates the incident angles θ 1 , θ of the main beams of the plurality of B DBF circuits 8-b inside the received signal processing circuits 15-1, 15-2,..., 15-u.
2 ,…, greatly involved in determining θ u

【0159】受信信号処理回路15−1、15−2、
…、15−uの設置個数uは、受信信号のビームの幅に
応じて変化させ、受信信号のビームの幅が大きければ少
なくし、具体的には少なくとも2個であって、受信信号
のビームの幅が小さければ多く設置する必要がある。例
えば、図21において用いられる広帯域ビームのDBF
回路8−bの3dBの減衰のためのビーム幅が指向角度
42°に対して約15°である場合(実際、指向角度が
増加するとこのビーム幅も増大する)、−90°〜90
°の角度領域をカバーするためには、例えば10個の異
なる指向方向に対して、それぞれが公知の従来技術文献
1の方法を行う約10個の並列の受信信号処理回路15
−u(つまりu=10)を用いる。
The reception signal processing circuits 15-1, 15-2,
.., 15-u is changed according to the width of the beam of the received signal, and is reduced as the beam width of the received signal is large. Specifically, the number u is at least two. If the width is small, it is necessary to install more. For example, the DBF of the broadband beam used in FIG.
If the beam width for 3 dB attenuation of the circuit 8-b is about 15 ° for a pointing angle of 42 ° (in fact, as the pointing angle increases, this beam width also increases), −90 ° to 90 °
In order to cover the angle range of °, for example, about 10 parallel received signal processing circuits 15 each performing the method of the known prior art document 1 for 10 different directional directions.
-U (that is, u = 10) is used.

【0160】ここで、到来角検出回路14aとFIR型
ディジタルフィルタ係数演算器13aを説明する。到来
角検出回路14aは、第1の実施形態の2つの変形例で
使用されたものと同一であり、入力されるディジタル同
相・直交信号x0(m)、x1(m)、…、xN-1(m)
に基づいて到来角を検出し、検出された到来角を示す到
来角信号DA0、DA1、…、DAvをFIR型ディジ
タルフィルタ係数演算器13aに入力する。FIR型デ
ィジタルフィルタ係数演算器13aもまた、第1の実施
形態の2つの変形例と同様の機能を有し、入力された到
来角信号DA0、DA1、…、DAvに基づいて、荷重
係数wk,sを各受信信号処理回路15−1、15−2、
…、15−uの各DBF回路8−0、8−1、…、8−
(B−1)に出力する。ここで、u≦vであることに注
意されたい。
Here, the arrival angle detection circuit 14a and the FIR digital filter coefficient calculator 13a will be described. The arrival angle detection circuit 14a is the same as that used in the two modified examples of the first embodiment, and the input digital in-phase / quadrature signals x 0 (m), x 1 (m),. N-1 (m)
., DAv indicating the detected angles of arrival are input to the FIR digital filter coefficient calculator 13a. FIR digital filter coefficient calculator 13a also has the same function as two variants of the first embodiment, the input angle of arrival signals DA0, DA1, ..., on the basis of the DAV, load coefficient w k , s to each of the received signal processing circuits 15-1, 15-2,
, 15-u DBF circuits 8-0, 8-1, ..., 8-
(B-1). Note that u ≦ v.

【0161】上記複数B個のDBF回路8−bの上記複
数M個のFIR型ディジタルフィルタ9−kの荷重係数
k,sは、アンテナアレーのパターンが所望の帯域幅に
おいて周波数とほぼ無関係になるように設定されてい
る。図21及び22は、2つの異なる広帯域幅のDBF
回路に対する結果として表れるアレーパターンを示す。
ここで、図21及び図22はそれぞれ41°及び−35
°を指向する広帯域ビームパターンであり、アンテナ素
子数15、タップ遅延器数15、fs=35Hz、fc
100Hz、減衰は40dB未満である。
The weighting factor w k, s of the plurality M of FIR digital filters 9-k of the plurality B of DBF circuits 8-b is such that the pattern of the antenna array is substantially independent of frequency in a desired bandwidth. It is set to be. 21 and 22 show two different high bandwidth DBFs.
4 shows the resulting array pattern for the circuit.
Here, FIG. 21 and FIG. 22 show 41 ° and −35, respectively.
° broadband beam pattern, with 15 antenna elements, 15 tap delays, f s = 35 Hz, f c =
100 Hz, attenuation less than 40 dB.

【0162】本発明に係る第2の実施形態の利点は、複
数u個の受信信号処理回路15−1、15−2、…、1
5−uを用いて、複数u方向に対して主ビームを指向す
ることにより、少なくとも1つの所望の到来信号を高い
分解能で同時に検出することにある。またビームスペー
ス処理を行うことにより、従来例のエレメントスペース
の処理と比較すると、本発明に係るマルチビームスペー
ス処理の検出は、アンテナアレー処理における到来角度
の検出がより正確に行なわれる。また、当該実施形態に
おいては、主ビームから離れた信号は除去される。従っ
て、本マルチビームスペース処理方法は、集束方向周辺
に集まる信号にのみに作用する。これによって、不要な
干渉波を除去して、所望の信号をより高い分解能で検出
することができる。
An advantage of the second embodiment according to the present invention is that a plurality u of received signal processing circuits 15-1, 15-2,.
The object of the present invention is to simultaneously detect at least one desired incoming signal with high resolution by directing the main beam in a plurality of u directions using 5-u. Further, by performing the beam space processing, in the detection of the multi-beam space processing according to the present invention, the arrival angle in the antenna array processing is more accurately detected as compared with the processing of the element space in the conventional example. Further, in the embodiment, a signal separated from the main beam is removed. Therefore, the present multi-beam space processing method operates only on signals collected around the focusing direction. This makes it possible to remove unnecessary interference waves and detect a desired signal with higher resolution.

【0163】次に、第2の実施形態の第1の変形例を説
明する。図20は第2の実施形態の変形例を示す図であ
る。以下に第2の実施形態との相異点についてのみ述べ
る。第2の実施形態と第2の実施形態の変形例は、第1
の実施形態の第1の変形例と第1の実施形態の第2の変
形例との関係と同じである。つまり、第2の実施形態で
は、低域通過ディジタルフィルタ5−nによりろ波され
たディジタル同相・直交信号x0(m)、x1(m)、
…、xN-1(m)が到来角検出回路14aに入力されて
いたが、変形例では、サブアレー信号選択回路7から出
力されるサブアレー信号SA0、SA1、…、SAB-1
うちの任意の1組(図20ではSA0)が到来角検出回
路14aに入力される。その他の処理及び回路構成は、
第2の実施形態と同一である。当該到来角検出回路14
aは前述の第2の実施形態の到来角検出回路14aと同
様の処理を行い、入力されたサブアレー信号のうちの任
意の1組(図20ではSA0)に基づいて離散フーリエ
変換を実行して到来角を検出する。また、図20の到来
角検出回路14aに入力される信号は、他のサブアレー
信号SA0、SA1、…、SAB-1の1組の信号、もしく
は、サブアレー信号SA0、SA1、…、SAB-1のうち
の複数組の信号であって重複した信号を1つにした複数
の信号であってもよい。
Next, a first modification of the second embodiment will be described. FIG. 20 is a diagram showing a modification of the second embodiment. Hereinafter, only differences from the second embodiment will be described. The second embodiment and a modification of the second embodiment are similar to the first embodiment.
This is the same as the relationship between the first modification of the embodiment and the second modification of the first embodiment. That is, in the second embodiment, the digital in-phase / quadrature signals x 0 (m), x 1 (m), filtered by the low-pass digital filter 5-n,
..., but x N-1 (m) has been input to the arrival angle detector 14a, in a variant, the subarray signals SA 0, SA 1 output from the subarray signal selecting circuit 7, ..., of the SA B-1 An arbitrary set (SA 0 in FIG. 20) is input to the arrival angle detection circuit 14a. Other processing and circuit configuration
This is the same as the second embodiment. The arrival angle detection circuit 14
a performs the same processing as that of the arrival angle detection circuit 14a of the second embodiment described above, and executes a discrete Fourier transform based on an arbitrary set of input sub-array signals (SA 0 in FIG. 20). To detect the angle of arrival. The signal input to the angle-of-arrival detection circuit 14a in FIG. 20 is a set of other sub-array signals SA 0 , SA 1 ,..., SA B-1 or the sub-array signals SA 0 , SA 1 ,. , SA B-1 may be a plurality of sets of signals, and may be a plurality of signals obtained by combining duplicate signals into one.

【0164】当該変形例の効果はまた、第1の実施形態
の第2の変形例と同様に、到来角検出回路14aに入力
される信号が、サブアレー信号選択回路7において選択
されて出力された信号のうちの1組であるために、換言
すれば、当該変形例における到来角検出回路14aに入
力される信号数Mが第2の実施形態における到来角検出
回路14に入力される信号数Nより減少しているため
に、到来角検出回路14aにおいて実行される離散フー
リエ変換がN点離散フーリエ変換からM点離散フーリエ
変換に減少し(N<M)、当該変形例を第2の実施形態
と比較すると分解能は低下するが、到来角検出回路14
aにおける計算コストも同様に減少することである。
The effect of this modification is that, similarly to the second modification of the first embodiment, the signal input to the arrival angle detection circuit 14a is selected and output by the sub-array signal selection circuit 7. In other words, the number of signals M input to the angle-of-arrival detection circuit 14a in the modification is the number N of signals input to the angle-of-arrival detection circuit 14 in the second embodiment. Due to the further decrease, the discrete Fourier transform executed in the arrival angle detection circuit 14a is reduced from the N-point discrete Fourier transform to the M-point discrete Fourier transform (N <M), and the modified example is described in the second embodiment. Although the resolution is lower than that of
The computational cost at a is to be reduced as well.

【0165】次に、第2の実施形態の第2の変形例を説
明する。第2の実施形態は、マルチビームが−90°〜
90°の角度領域をカバーしていないときに使用する形
態であったが、マルチビームが−90°〜90°をカバ
ーしているときは、当該第2の変形例のごとく、主ビー
ムを指向させる各入射角θ1乃至θuを全方位をカバーす
るように予め設定してもよい。この場合は、図19の第
2の実施形態に比較して、到来角検出回路14ab及び
FIR型ディジタルフィルタ係数演算演算器13aを使
用しない。またこの場合は、DBF回路8−bの出力信
号電力が所定のレベルより低いならば、その方向に対し
て受信信号検出処理は行わなくてもよい。よって、到来
角検出回路14ab及びFIR型ディジタルフィルタ係
数演算演算器13aにおける処理が必要ないため、計算
コストの減少等の観点から有利である。
Next, a second modification of the second embodiment will be described. In the second embodiment, the multi-beam is −90 ° to
Although the mode is used when not covering the angle region of 90 °, when the multi-beam covers -90 ° to 90 °, the main beam is directed as in the second modification. The incident angles θ 1 to θ u to be used may be set in advance so as to cover all directions. In this case, the arrival angle detection circuit 14ab and the FIR digital filter coefficient operation unit 13a are not used as compared with the second embodiment of FIG. Further, in this case, if the output signal power of DBF circuit 8-b is lower than a predetermined level, the reception signal detection processing need not be performed in that direction. Therefore, the processing in the angle-of-arrival detection circuit 14ab and the FIR digital filter coefficient operation unit 13a is not required, which is advantageous from the viewpoint of reduction in calculation cost.

【0166】《第2の実施形態の実施例》 <計算コスト>次に、受信信号検出回路10aにおける
従来のエレメントスペース処理及び本発明に係る第2の
実施形態における信号処理に必要な演算回数の概算につ
いて示す。
<< Example of Second Embodiment >><ComputationCost> Next, the number of calculations required for the conventional element space processing in the received signal detection circuit 10a and the signal processing in the second embodiment according to the present invention are described. Estimation is shown below.

【0167】従来例のエレメントスペース処理において
は、それぞれが2mの長さを有するFFTのスナップシ
ョットの数がKであって、アレーアンテナ100におけ
るアンテナ素子数がNである場合の複素数演算の演算回
数は、NKm2m+N3である。
In the conventional element space processing, a complex number operation is performed when the number of FFT snapshots each having a length of 2 m is K and the number of antenna elements in the array antenna 100 is N. number is NKm2 m + N 3.

【0168】マルチビームスペースの検出処理において
は、NをBに置換すること及びDBF回路8−bに対し
て所定の処理を付け加えなければならないことを除き、
演算回数は従来例のエレメントスペース処理と同様の条
件である。複素数演算の演算回数は、u(BKm2m
3+BM2m)であり、ここでMは1組のサブアレー
中のアレー数である(シミュレーションの例ではM=1
5である)。空間スペクトルデータのスナップショット
を得るためのFFT処理は計算コストが最も高く、シミ
ュレーションの例では、FFTのサイズ(大きさ)がそ
れぞれ32、64、128及び256のときに、図23
に示すような、エレメントスペース検出処理及びマルチ
ビームスペース検出処理(N=24、B=10、B=
6、B=4)のそれぞれの計算コストを得ている。本実
施形態の方法では、B=6、B=4に関して計算コスト
が節約されている。
In the multi-beam space detection processing, except that N is replaced with B and that predetermined processing must be added to the DBF circuit 8-b,
The number of calculations is the same as in the element space processing of the conventional example. The number of operations of the complex number operation is u (BKm2 m +
B 3 + BM 2 2 m ), where M is the number of arrays in a set of subarrays (M = 1 in the simulation example)
5). The FFT processing for obtaining the snapshot of the spatial spectrum data has the highest calculation cost. In the simulation example, when the FFT sizes (sizes) are 32, 64, 128 and 256, respectively, FIG.
, The element space detection processing and the multi-beam space detection processing (N = 24, B = 10, B =
6, B = 4). In the method of the present embodiment, the calculation cost is saved for B = 6 and B = 4.

【0169】<計算シミュレーション>本発明者は、第
2の実施形態の受信信号処理装置に関する動作を検証す
るために、第1の実施形態と同様にコンピュータによる
動作シミュレーションを行った。以下、その結果につい
て述べる。まず従来例であるエレメントスペース方式を
適用した実験結果を示す。当該シミュレーションにおい
ては、位相歪のみに寄与する24個の等方性アンテナ素
子1−nからなる等間隔に置かれたリニアアレーアンテ
ナ100を仮定する。遠方から6つの互いにコヒーレン
トな信号が、−35°、41°近傍からそれぞれ3波ず
つ近接して入射してくると仮定する。ここで、u=2、
主ビームは各々41°及び−35°を指向し、広帯域D
BF回路のサイドローブレベルは約40dBである。ま
た1組のサブアレー中のアレー数Mは15、タップ遅延
数もまた15である。3つの信号が方位角−38°、−
35°、−32°から入射していると仮定する。搬送波
周波数は100Hz、受信信号の周波数変調の偏移周波
数は、85Hzから115Hzまでの30Hzの帯域幅
でなされる。さらに、サンプリング周波数は、タップ遅
延線である遅延器91−0乃至91−(q−1)及びF
FTの周波数と等しくfs=30Hzに設定される。な
お、本発明はこれらの周波数の値そのものに限定されな
い。
<Computation Simulation> In order to verify the operation relating to the received signal processing device of the second embodiment, the present inventor performed an operation simulation using a computer as in the first embodiment. Hereinafter, the results will be described. First, an experimental result using the element space method, which is a conventional example, is shown. In the simulation, it is assumed that the linear array antenna 100 is arranged at equal intervals and includes 24 isotropic antenna elements 1-n that contribute only to phase distortion. It is assumed that six mutually coherent signals from far away are incident on each other three waves from near -35 ° and 41 °. Where u = 2,
The main beam is directed at 41 ° and -35 °, respectively, and the broadband D
The side lobe level of the BF circuit is about 40 dB. The number M of arrays in one set of sub-arrays is 15, and the number of tap delays is also 15. The three signals are azimuth -38 °,-
It is assumed that light is incident from 35 ° and −32 °. The carrier frequency is 100 Hz, and the shift frequency of the frequency modulation of the received signal is 30 Hz from 85 Hz to 115 Hz. Further, the sampling frequency is determined by delay units 91-0 to 91- (q-1), which are tap delay lines, and F
F s = 30 Hz is set equal to the frequency of the FT. Note that the present invention is not limited to these frequency values themselves.

【0170】スナップショット数Kと、周波数領域にお
ける共分散行列Rを計算するためのFFTのサイズは、
64を選択した。FFTのサイズが64である場合の帯
域幅をカバーするように、18から48までの周波数ビ
ンを選択した。
The number of snapshots K and the size of the FFT for calculating the covariance matrix R in the frequency domain are as follows:
64 was selected. Frequency bins from 18 to 48 were selected to cover the bandwidth for an FFT size of 64.

【0171】まず、従来例のエレメントスペース処理に
おける検出処理は、24個のアンテナ素子1−nからな
るアレーアンテナ100を用い、コヒーレント信号部分
空間法における初期角度を−35°に設定して実行し、
空間スペクトルの結果を−35°周辺での全体図、拡大
図としてそれぞれ図24及び図25に示す。図25は図
24の拡大図である。ここで試行回数は6回であり、雑
音をシミュレーションするための乱数の種や信号の初期
位相をランダムに変えたものである。信号対雑音比SN
Rの設定値は0dBである。図26及び27は、同様の
実験においてコヒーレント信号部分空間法における初期
角度を41°に設定した場合を示した図である。図27
は図26の41°近傍の拡大図である。空間スペクトル
を形成する対応するノイズ固有ベクトル数は17を選択
した(コンピュータシミュレーションでは、これが「最
良の」空間スペクトル、つまり最も鋭角なピークとな
る)。
First, the detection processing in the element space processing of the conventional example is executed by using the array antenna 100 composed of 24 antenna elements 1-n and setting the initial angle in the coherent signal subspace method to -35 °. ,
The results of the spatial spectrum are shown in FIGS. 24 and 25 as an overall view and an enlarged view around −35 °, respectively. FIG. 25 is an enlarged view of FIG. Here, the number of trials is six, and the seeds of random numbers for simulating noise and the initial phase of the signal are randomly changed. Signal to noise ratio SN
The set value of R is 0 dB. 26 and 27 are diagrams showing a case where the initial angle in the coherent signal subspace method is set to 41 ° in a similar experiment. FIG.
FIG. 27 is an enlarged view of the vicinity of 41 ° in FIG. 26. The number of corresponding noise eigenvectors that form the spatial spectrum was chosen to be 17 (in computer simulation this is the "best" spatial spectrum, i.e. the sharpest peak).

【0172】次に、本発明のビームスペース処理を用い
て先程と同一の実験を行う。図28及び29は、−35
°に指向させたビームスペース処理による実験結果であ
り、図30及び31は、41°に指向させたビームスペ
ース処理による実験結果である。同じ組に属するビーム
は全て、前述のエレメントスペース処理における実験同
様、−35°又は41°を指向している。図28と図2
9及び図30と図31は、各々前述の実験と同様、信号
対雑音比SNR=0dB、6つの同一干渉波信号の存在
という条件におけるシミュレーション結果を示してい
る。図29及び図31は、それぞれ図28及び図30の
拡大図である。ここで、雑音固有ベクトル数はいずれの
場合も4である。
Next, the same experiment as described above is performed using the beam space processing of the present invention. Figures 28 and 29 show -35
30 and 31 show the experimental results by the beam space processing directed to 41 °. FIG. 30 and FIG. 31 show the experimental results by the beam space processing directed to 41 °. All beams belonging to the same set are oriented at -35 ° or 41 °, as in the experiment in the element space processing described above. FIG. 28 and FIG.
9 and FIGS. 30 and 31 show the simulation results under the condition that the signal-to-noise ratio SNR = 0 dB and the presence of six identical interference signals, as in the above-described experiment. 29 and 31 are enlarged views of FIGS. 28 and 30, respectively. Here, the number of noise eigenvectors is 4 in each case.

【0173】実験結果において、ビームスペース処理の
実験結果は、雑音部分空間の次元はかなり小さいが、到
来角の検出に関しては6個の信号を正しく検出してい
る。これに対して、従来例のエレメントスペース処理に
よる実験結果は、図25及び図27に示されるように常
時不正確である。図23において示されるように、B=
10の計算コストは、シミュレーションに使用したFF
Tのサイズが64の場合、少し高めである。使用するビ
ーム数を少なくすると、計算コストの低減は可能である
が、相関行列のサイズの縮小によって検出可能な信号数
も減少する。
In the experimental results of the beam space processing, although the dimension of the noise subspace is considerably small, six signals are correctly detected with respect to the detection of the angle of arrival. On the other hand, the experimental results obtained by the conventional element space processing are always inaccurate as shown in FIGS. As shown in FIG. 23, B =
The calculation cost of 10 is the FF used for the simulation.
When the size of T is 64, it is slightly higher. If the number of beams used is reduced, the computational cost can be reduced, but the number of signals that can be detected is also reduced by reducing the size of the correlation matrix.

【0174】[0174]

【0175】[0175]

【0176】[0176]

【0177】[0177]

【0178】[0178]

【0179】[0179]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る請求項
1記載の受信信号処理装置によれば、一直線上に所定の
素子間隔で並置された複数N個のアンテナ素子からなる
アレーアンテナによって受信された複数N個の受信信号
を複数N個のディジタル受信信号にA/D変換して出力
する変換手段と、所望の受信信号の到来角を検出して到
来角を示す到来角信号を検出して出力する検出手段とを
備えた受信信号処理装置において、上記受信信号処理装
置は、上記変換手段から出力される複数N個のディジタ
ル受信信号から、各サブアレー信号間で互いに異なる複
数M個のディジタル受信信号の組からなる複数B組のサ
ブアレー信号を選択して出力する選択手段と、それぞれ
所定のフィルタ係数を有する複数M個のFIR型ディジ
タルフィルタと上記複数M個のFIR型ディジタルフィ
ルタから出力される複数M個の信号を加算して出力する
加算器とそれぞれ備え、互いに同一の伝達関数を有し、
上記選択手段から出力される複数B組のサブアレー信号
に基づいて、上記アレーアンテナの主ビームを所望の受
信信号の到来方向に向けかつ干渉波信号の到来方向の受
信信号を零にするように、ディジタルビーム信号をそれ
ぞれ形成して出力する複数B個の形成手段とを備え、上
記検出手段は、上記複数B個の形成手段から出力される
複数B個のディジタル信号に基づいて、所望の受信信号
を検出するとともに、所望の受信信号の到来角を検出し
て到来角を示す到来角信号を検出して出力し、上記受信
信号処理装置は、上記検出手段から出力される到来角信
号に基づいて、上記アレーアンテナの主ビームを所望の
受信信号の到来方向に向けかつ干渉波信号の到来方向の
受信信号を零にするような上記各形成手段の複数M個の
FIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数を演算して
設定制御する演算手段をさらに備える。すなわち、サブ
アレー信号選択処理と、広帯域DBF処理と、到来角検
出処理と、受信信号検出処理とを組み合わせることによ
り、従来例に比較して計算コストを大幅に軽減でき、し
かも高い分解能を有する受信信号処理装置を実現するこ
とができる。ここでは、予め到来角検出処理を実行して
よりリアルタイムに到来角を検出して、その後のフィル
タ係数の演算処理等を含む処理を実行することができ
る。本発明のビームスペース処理を行う利点は、観測空
間の大きさを大幅に減らすことができることにある。そ
れによって、結果的に高速処理とリアルタイムでの適用
が可能となる。また、従来例のエレメントスペース処理
では、到来角の検出が低下するのに対して、本発明では
受信信号検出処理は、ディジタルビームの帯域幅を適正
に選択することにより正常に動作し、実行速度面におけ
る改善度もそれを補償している。
As described above in detail, according to the reception signal processing apparatus of the first aspect of the present invention, an array antenna composed of a plurality of N antenna elements arranged in a straight line at a predetermined element interval is provided. Conversion means for A / D converting the received plurality of N received signals into a plurality of N digital received signals and outputting the digital received signals, and detecting an arrival angle of a desired received signal and detecting an arrival angle signal indicating the arrival angle And a detecting means for outputting a plurality of M digital signals which are different from each other among the sub-array signals from a plurality of N digital received signals output from the converting means. Selecting means for selecting and outputting a plurality of B sets of sub-array signals comprising a set of digital reception signals; a plurality of M FIR digital filters each having a predetermined filter coefficient; Each comprise a plurality of M FIR type adding a plurality of M signal output from the digital filter to an adder which outputs have the same transfer function with each other,
Based on a plurality of B sets of sub-array signals output from the selection means, to direct the main beam of the array antenna to the arrival direction of the desired reception signal and to zero the reception signal in the arrival direction of the interference wave signal, A plurality of B forming means for forming and outputting digital beam signals, respectively, wherein the detecting means is configured to output a desired reception signal based on the plurality of B digital signals output from the plurality of B forming means. While detecting the angle of arrival of the desired received signal to detect and output the angle of arrival signal indicating the angle of arrival, and the received signal processing device, based on the angle of arrival signal output from the detection means, A plurality of M FIR type digital signals of each of the forming means for directing a main beam of the array antenna in a direction of arrival of a desired received signal and making a received signal in the direction of arrival of an interference wave signal zero. Further comprising calculating means for setting control by calculating the filter coefficients of the filter. That is, by combining the sub-array signal selection processing, the wideband DBF processing, the arrival angle detection processing, and the reception signal detection processing, the calculation cost can be significantly reduced as compared with the conventional example, and the reception signal having high resolution A processing device can be realized. Here, it is possible to execute the arrival angle detection processing in advance to detect the arrival angle in more real time, and then to execute processing including a filter coefficient calculation processing and the like. An advantage of performing the beam space processing of the present invention is that the size of the observation space can be significantly reduced. As a result, high-speed processing and real-time application become possible. In addition, in the conventional element space processing, the detection of the angle of arrival is reduced, whereas in the present invention, the reception signal detection processing operates normally by appropriately selecting the digital beam bandwidth, and the execution speed is reduced. The degree of improvement in terms also compensates for this.

【0180】[0180]

【0181】[0181]

【0182】[0182]

【0183】[0183]

【0184】[0184]

【0185】[0185]

【0186】[0186]

【0187】[0187]

【0188】また、本発明に係る請求項2記載の受信信
号処理装置によれば、一直線上に所定の素子間隔で並置
された複数N個のアンテナ素子からなるアレーアンテナ
によって受信された複数N個の受信信号を複数N個のデ
ィジタル受信信号にA/D変換して出力する変換手段
と、所望の受信信号の到来角を検出して到来角を示す到
来角信号を検出して出力する到来角検出手段とを備えた
受信信号処理装置において、上記受信信号処理装置は、
上記変換手段から出力される複数N個のディジタル受信
信号から、各サブアレー信号間で互いに異なる複数M個
のディジタル受信信号の組からなる複数B組のサブアレ
ー信号を選択して出力する選択手段と、複数u個の信号
処理手段とを備え、上記各信号処理手段は、それぞれ所
定のフィルタ係数を有する複数M個のFIR型ディジタ
ルフィルタと上記複数M個のFIR型ディジタルフィル
タから出力される複数M個の信号を加算して出力する加
算器とをそれぞれ備え、同一の上記各信号処理手段にお
いて互いに同一の伝達関数を有し、上記選択手段から出
力される複数B組のサブアレー信号に基づいて、上記ア
レーアンテナの主ビームを、同一の上記各信号処理手段
において同一の所望の受信信号の到来方向に向けかつ干
渉波信号の到来方向の受信信号を零にするように、ディ
ジタルビーム信号をそれぞれ形成して出力する複数B個
の形成手段と、上記複数B個の形成手段から出力される
複数B個のディジタル信号に基づいて所望の受信信号を
検出する受信信号検出手段とを備え、上記到来角検出手
段は、上記変換手段から出力される複数N個のディジタ
ル受信信号、又は上記選択手段から出力される複数B組
のサブアレー信号のうちの1組に基づいて、少なくとも
1個の所望の受信信号の到来角を検出して到来角を示す
到来角信号を検出して出力し、上記受信信号処理装置
は、上記到来角検出手段から出力される到来角信号に基
づいて、上記アレーアンテナの複数u個の主ビームを少
なくとも1個の受信信号の到来方向に向けかつ干渉波信
号の到来方向の受信信号を零にするような上記各形成手
段の複数M個のFIR型ディジタルフィルタのフィルタ
係数を演算して設定制御する演算手段をさらに備える。
すなわち、複数u個の信号処理手段を用いることによ
り、u個の比較的離れた方向から到来する信号を同時に
検出することができ、しかも高い分解能を有する受信信
号処理装置を実現することができる。従来例のエレメン
トスペース処理と本発明のマルチビームスペース処理と
を比較した計算シミュレーションによれば、本発明に係
る本実施形態の到来角検出方法の性能は、従来例に比較
して、空間スペクトル検出特性及び計算コストにおいて
大幅に改善されていることがわかった。また、それぞれ
の主ビームから離れた信号は除去される。よって、ビー
ム方向周辺に集まる信号にのみ作用する。これによっ
て、不要な干渉波を除去して、所望の信号をより高い分
解能で検出することができる。
Further, according to the reception signal processing apparatus of the second aspect of the present invention, a plurality of N antenna elements received by an array antenna composed of a plurality of N antenna elements juxtaposed at a predetermined element interval on a straight line. Conversion means for A / D converting the received signal into a plurality of N digital received signals and outputting the digital signal, and an angle of arrival for detecting the angle of arrival of the desired received signal and detecting and outputting the angle of arrival signal indicating the angle of arrival In a reception signal processing device comprising a detection unit, the reception signal processing device,
Selecting means for selecting from a plurality of N digital received signals output from the converting means and selecting and outputting a plurality of B sets of sub-array signals composed of a set of a plurality of M digital received signals different from each other among the sub-array signals; A plurality of u signal processing means, wherein each of the signal processing means includes a plurality of M FIR digital filters each having a predetermined filter coefficient, and a plurality of M FIR digital filters output from the plurality of M FIR digital filters. And an adder for adding and outputting the signals of the same. Each of the same signal processing means has the same transfer function. Based on a plurality of B sets of sub-array signals output from the selection means, The main beam of the array antenna is directed in the same desired direction of arrival of the received signal by the same signal processing means and the direction of arrival of the interference wave signal. A plurality of B forming means for respectively forming and outputting digital beam signals so as to make the received signal zero, and a desired B based on the plurality of B digital signals output from the plurality of B forming means. Reception signal detection means for detecting a reception signal, wherein the angle-of-arrival detection means comprises a plurality of N digital reception signals output from the conversion means or a plurality of B sets of sub-array signals output from the selection means. Based on one of the sets, an arrival angle of at least one desired reception signal is detected, an arrival angle signal indicating the arrival angle is detected and output, and the reception signal processing device outputs On the basis of the output angle-of-arrival signal, the plurality of u main beams of the array antenna are directed to the direction of arrival of at least one received signal and the received signal in the direction of arrival of the interference wave signal is set to zero. Such further comprising a plurality of M calculation means for calculating a filter coefficient setting controls the FIR digital filter of the respective forming unit.
That is, by using a plurality of u signal processing means, u signals arriving from relatively distant directions can be simultaneously detected, and a received signal processing device having high resolution can be realized. According to a calculation simulation comparing the element space processing of the conventional example and the multi-beam space processing of the present invention, the performance of the arrival angle detection method of the present embodiment according to the present invention is smaller than that of the conventional example in spatial spectrum detection. It was found that the characteristics and the calculation cost were greatly improved. In addition, the signals separated from the respective main beams are removed. Therefore, it acts only on signals gathering around the beam direction. This makes it possible to remove unnecessary interference waves and detect a desired signal with higher resolution.

【0189】[0189]

【0190】[0190]

【0191】[0191]

【0192】[0192]

【0193】[0193]

【0194】[0194]

【0195】[0195]

【0196】[0196]

【0197】[0197]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る第1の実施形態の受信信号処理
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a received signal processing device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の受信信号処理装置のFIR型ディジタ
ルフィルタの構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an FIR digital filter of the reception signal processing device of FIG.

【図3】 (a)は、図1のDBF回路8−bの動作原
理を説明するための、周波数−角度平面において所望方
向のビームを示す図であり、(b)は、(a)の周波数
−角度平面における所望方向のビームを2次元周波数平
面に変換したときの所望通過域を示す図である。
3A is a diagram illustrating a beam in a desired direction on a frequency-angle plane for explaining the operation principle of the DBF circuit 8-b in FIG. 1, and FIG. 3B is a diagram illustrating the beam in FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a desired passband when a beam in a desired direction on a frequency-angle plane is converted into a two-dimensional frequency plane.

【図4】 2次元周波数平面上に2次元スペクトルSp
を模式的に示した図である。
FIG. 4 shows a two-dimensional spectrum Sp on a two-dimensional frequency plane.
It is the figure which showed typically.

【図5】 (a)は、第1の実施形態におけるDBF回
路8−bの動作原理を説明するための、周波数−角度平
面において所望方向のビームとサイドローブレベルを下
げるべき領域とを示す図であり、(b)は、(a)の周
波数−角度平面における所望方向のビームとサイドロー
ブレベルを下げるべき領域とを2次元周波数平面に変換
したときの所望通過域とサイドローブレベルを下げるべ
き領域とを示す図である。
FIG. 5A is a diagram illustrating a beam in a desired direction and a region in which a side lobe level is to be reduced in a frequency-angle plane, for explaining the operation principle of the DBF circuit 8-b according to the first embodiment; (B) is to lower the desired pass band and side lobe level when the beam in the desired direction and the area to lower the side lobe level in the frequency-angle plane of (a) are converted into a two-dimensional frequency plane. It is a figure which shows an area | region.

【図6】 第1の実施形態において、入射角θ=56°
の方向に広帯域のビームを形成したときの指向特性を示
すグラフである。
FIG. 6 shows an incident angle θ = 56 ° in the first embodiment.
7 is a graph showing directivity characteristics when a broadband beam is formed in the direction of.

【図7】 第1の実施形態において、入射角θ=60°
の方向に広帯域のビームを形成し、入射角θが−50°
乃至−20°の方向のサイドローブレベルを低くしたと
きの指向特性を示すグラフである。
FIG. 7 shows an incident angle θ = 60 ° in the first embodiment.
A broadband beam is formed in the direction of
It is a graph which shows the directivity characteristic when the side lobe level in the direction of -20 degrees is lowered.

【図8】 第1の実施形態の実施例における広帯域DB
F特性を示すグラフである。
FIG. 8 shows a broadband DB in an example of the first embodiment.
It is a graph which shows F characteristic.

【図9】 従来のエレメントスペース処理を用いた従来
例において、2信号の空間スペクトル特性を示すグラフ
である。
FIG. 9 is a graph showing a spatial spectrum characteristic of two signals in a conventional example using the conventional element space processing.

【図10】 従来のエレメントスペース処理を用いた従
来例において、3信号の空間スペクトル特性を示すグラ
フである。
FIG. 10 is a graph showing spatial spectrum characteristics of three signals in a conventional example using the conventional element space processing.

【図11】 第1の実施形態の実施例における3信号の
第1の空間スペクトル特性を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing first spatial spectral characteristics of three signals in the example of the first embodiment.

【図12】 第1の実施形態の実施例における3信号の
第2の空間スペクトル特性を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing second spatial spectral characteristics of three signals in the example of the first embodiment.

【図13】 第1の実施形態の実施例における3信号の
第3の空間スペクトル特性を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing third spatial spectral characteristics of three signals in the example of the first embodiment.

【図14】 第1の実施形態の実施例におけるDBF回
路入力信号の相対電力スペクトル密度特性を示すグラフ
である。
FIG. 14 is a graph showing a relative power spectral density characteristic of a DBF circuit input signal in the example of the first embodiment.

【図15】 第1の実施形態の実施例におけるDBF回
路出力信号の相対電力スペクトル密度特性を示すグラフ
である。
FIG. 15 is a graph showing a relative power spectral density characteristic of a DBF circuit output signal in the example of the first embodiment.

【図16】 従来のエレメントスペース処理に要する信
号処理演算量と、本発明に係る第1の実施形態における
信号処理演算量との相対的比較を表わすグラフである。
FIG. 16 is a graph showing a relative comparison between the signal processing operation amount required for the conventional element space processing and the signal processing operation amount according to the first embodiment of the present invention.

【図17】 本発明に係る第1の実施形態の第1の変形
例の受信信号処理装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration of a reception signal processing device according to a first modification of the first embodiment of the present invention.

【図18】 本発明に係る第1の実施形態の第2の変形
例の受信信号処理装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration of a reception signal processing device according to a second modification of the first embodiment according to the present invention.

【図19】 本発明に係る第2の実施形態の受信信号処
理装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration of a received signal processing device according to a second embodiment of the present invention.

【図20】 本発明に係る第2の実施形態の第1の変形
例の受信信号処理装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration of a reception signal processing device according to a first modification of the second embodiment of the present invention.

【図21】 第2の実施形態において、入射角θ=41
°の方向に広帯域のビームを形成したときの指向特性を
示すグラフである。
FIG. 21 shows an incident angle θ = 41 in the second embodiment.
9 is a graph showing directional characteristics when a broadband beam is formed in the direction of °.

【図22】 第2の実施形態において、入射角θ=−3
5°の方向に広帯域のビームを形成したときの指向特性
を示すグラフである。
FIG. 22 shows an incident angle θ = −3 in the second embodiment.
It is a graph which shows the directivity characteristic at the time of forming a broadband beam in the direction of 5 degrees.

【図23】 従来のエレメントスペース処理に要する信
号処理演算量と本発明に係る第2の実施形態における信
号処理演算量との相対的比較を表すグラフである。
FIG. 23 is a graph showing a relative comparison between a signal processing operation amount required for conventional element space processing and a signal processing operation amount according to the second embodiment of the present invention.

【図24】 従来のエレメントスペース処理を用いた従
来例において、入射角θ=−35°の方向に初期角度を
設定したときの6信号の空間スペクトル特性を示すグラ
フである。
FIG. 24 is a graph showing spatial spectrum characteristics of six signals when an initial angle is set in a direction of an incident angle θ = −35 ° in a conventional example using the conventional element space processing.

【図25】 従来のエレメントスペース処理を用いた従
来例において、入射角θ=−35°の方向に初期角度を
設定したときの6信号の空間スペクトル特性を示す図2
4の拡大図である。
FIG. 25 shows a spatial spectrum characteristic of six signals when an initial angle is set in a direction of an incident angle θ = −35 ° in a conventional example using the conventional element space processing.
FIG. 4 is an enlarged view of FIG.

【図26】 従来のエレメントスペース処理を用いた従
来例において、入射角θ=41°の方向に初期角度を設
定したときの6信号の空間スペクトル特性を示すグラフ
である。
FIG. 26 is a graph showing spatial spectral characteristics of six signals when an initial angle is set in a direction of an incident angle θ = 41 ° in a conventional example using the conventional element space processing.

【図27】 従来のエレメントスペース処理を用いた従
来例において、入射角θ=41°の方向に初期角度を設
定したときの6信号の空間スペクトル特性を示す図26
の拡大図である。
FIG. 27 is a diagram showing spatial spectrum characteristics of six signals when an initial angle is set in a direction of an incident angle θ = 41 ° in a conventional example using the conventional element space processing.
FIG.

【図28】 第2の実施形態の実施例において、入射角
θ=−35°の方向に広帯域のビームを形成したときの
6信号のうちの3信号の空間スペクトル特性を示すグラ
フである。
FIG. 28 is a graph showing spatial spectral characteristics of three signals out of six signals when a broadband beam is formed in the direction of the incident angle θ = −35 ° in the example of the second embodiment.

【図29】 第2の実施形態の実施例において、入射角
θ=−35°の方向に広帯域のビームを形成したときの
6信号のうちの3信号の空間スペクトル特性を示す図2
8の拡大図である。
FIG. 29 is a diagram showing the spatial spectrum characteristics of three of the six signals when a wideband beam is formed in the direction of the incident angle θ = −35 ° in the example of the second embodiment.
FIG. 8 is an enlarged view of FIG.

【図30】 第2の実施形態の実施例において、入射角
θ=41°の方向に広帯域のビームを形成したときの6
信号の空間スペクトル特性を示すグラフである。
FIG. 30 is a diagram showing a case where a broadband beam is formed in the direction of the incident angle θ = 41 ° in the example of the second embodiment.
5 is a graph showing a spatial spectrum characteristic of a signal.

【図31】 第2の実施形態の実施例において、入射角
θ=41°の方向に広帯域のビームを形成したときの6
信号のうちの3信号の空間スペクトル特性を示す図30
の拡大図である。
FIG. 31 shows an example in which a broadband beam is formed in the direction of the incident angle θ = 41 ° in the example of the second embodiment.
FIG. 30 showing the spatial spectrum characteristics of three of the signals
FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−0乃至1−(N−1)…アンテナ素子、 2−0乃至2−(N−1)…受信機、 3−0乃至3−(N−1)…A/D変換器、 4−0乃至4−(N−1)…混合器、 5−0乃至5−(N−1)…低域通過ディジタルフィル
タ、 6−0乃至6−(N−1)…分配器、 7…サブアレー信号選択回路、 8−0乃至8−(B−1)…DBF回路、 9−0乃至9−(M−1)…FIR型ディジタルフィル
タ、 10、10a…受信信号検出回路、 11…復調回路、 12…加算器、 13、13a…FIR型ディジタルフィルタ係数演算
器、 14、14a、14ab…到来角検出回路、 15−1乃至15−u…受信信号検出回路、 60…ディジタル局部発振器、 91−1乃至91−(q−1)…遅延器、 92−1乃至92−q…乗算器、 93−1乃至93−(q−1)…加算器、 100…アレーアンテナ。
1-0 to 1- (N-1): antenna element; 2-0 to 2- (N-1): receiver; 3-0 to 3- (N-1): A / D converter; 0 to 4- (N-1): mixer; 5-0 to 5- (N-1): low-pass digital filter; 6-0 to 6- (N-1): distributor; 7: sub-array signal Selection circuit, 8-0 to 8- (B-1) ... DBF circuit, 9-0 to 9- (M-1) ... FIR type digital filter, 10, 10a ... reception signal detection circuit, 11 ... demodulation circuit, 12 .., Adders, 13, 13a, FIR digital filter coefficient calculators, 14, 14a, 14ab, arrival angle detection circuits, 15-1 to 15-u, reception signal detection circuits, 60, digital local oscillators, 91-1 to 91-1 91- (q-1): delay device, 92-1 to 92-q: multiplier, 93-1 Itaru 93- (q-1) ... adder, 100 ... array antenna.

フロントページの続き (72)発明者 唐沢 好男 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 5番地 株式会社エイ・ティ・アール環 境適応通信研究所内 (56)参考文献 特開 平3−105276(JP,A) 関口他,”スペクトル変換と窓関数法 の組み合わせによる広帯域ディジタルビ ームフォーマの設計”,電子情報通信学 会技術研究報告,IE96 1−7(信学 技報Vol.96,No.2),pp.9 −16,1996年4月. R.O.Schmidt,”Mult iple Emitter Locat ion and Signal Par ameter Estimatio n”,IEEE Trans.Ante nnas Propagat.,Vo l.AP−34,No.3,pp.276− 280,1986. A.Klouche−Djedid 他,”広帯域センサアレーのためのビー ムスペース処理による高分解能DOA推 定アルゴリズム”,電子情報通信学会技 術研究報告,A・P96 66−80(信学技 報Vol.96,No.3773),pp.51 −55,1996年11月21日. 関口他,”広帯域信号に対応したビー ムスペース形アダプティブアレー”,電 子情報通信学会技術研究報告,A・P95 92−97(信学技報Vol.95,No. 465),pp.1−8,1996年1月. (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95 H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 21/00 - 21/30 H01Q 23/00 H01Q 25/00 - 25/04 Continuation of the front page (72) Inventor Yoshio Karasawa Kyoto, Soraku-gun, Seika-cho, 5F, Inani, 5F, Sanpiraya Inside the ATR Environmental Adaptive Communications Research Laboratories (56) References JP-A-3-105276 ( JP, A) Sekiguchi et al., “Design of Wideband Digital Beamformer by Combining Spectral Transformation and Window Function Method”, IEICE Technical Report, IE96 1-7 (IEICE Technical Report Vol. 96, No. 2). ), Pp. 9-16, April 1996. O. Schmidt, "Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation", IEEE Trans. Antenas Propagat. , Vol. AP-34, no. 3, pp. 276-280, 1986. Kloche-Djedid et al., "High Resolution DOA Estimation Algorithm by Beam Space Processing for Broadband Sensor Array", IEICE Technical Report, A.P9666-80 (IEICE Technical Report Vol. 96, No. .3773); 51-55, November 21, 1996. Sekiguchi et al., "Beamspace Adaptive Array for Broadband Signals," IEICE Technical Report, A. P95 92-97 (IEICE Technical Report Vol. 95, No. 465); 1-8, January 1996. (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01S 7 /00-7/42 G01S 13/00-13/95 H01Q 3/00-3/46 H01Q 21/00-21/30 H01Q 23/00 H01Q 25/00-25/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一直線上に所定の素子間隔で並置された
複数N個のアンテナ素子からなるアレーアンテナによっ
て受信された複数N個の受信信号を複数N個のディジタ
ル受信信号にA/D変換して出力する変換手段と、 所望の受信信号の到来角を検出して到来角を示す到来角
信号を検出して出力する検出手段とを備えた受信信号処
理装置において、 上記受信信号処理装置は、 上記変換手段から出力される複数N個のディジタル受信
信号から、各サブアレー信号間で互いに異なる複数M個
のディジタル受信信号の組からなる複数B組のサブアレ
ー信号を選択して出力する選択手段と、 それぞれ所定のフィルタ係数を有する複数M個のFIR
型ディジタルフィルタと上記複数M個のFIR型ディジ
タルフィルタから出力される複数M個の信号を加算して
出力する加算器とそれぞれ備え、互いに同一の伝達関数
を有し、上記選択手段から出力される複数B組のサブア
レー信号に基づいて、上記アレーアンテナの主ビームを
所望の受信信号の到来方向に向けかつ干渉波信号の到来
方向の受信信号を零にするように、ディジタルビーム信
号をそれぞれ形成して出力する複数B個の形成手段とを
備え、 上記検出手段は、上記複数B個の形成手段から出力され
る複数B個のディジタル信号に基づいて、所望の受信信
号を検出するとともに、所望の受信信号の到来角を検出
して到来角を示す到来角信号を検出して出力し、 上記受信信号処理装置は、 上記検出手段から出力される到来角信号に基づいて、上
記アレーアンテナの主ビームを所望の受信信号の到来方
向に向けかつ干渉波信号の到来方向の受信信号を零にす
るような上記各形成手段の複数M個のFIR型ディジタ
ルフィルタのフィルタ係数を演算して設定制御する演算
手段をさらに備えたことを特徴とする受信信号処理装
置。
An A / D converter converts a plurality of N received signals received by an array antenna composed of a plurality of N antenna elements arranged in parallel at a predetermined element interval into a plurality of N digital received signals. And a detecting means for detecting an angle of arrival of a desired received signal and detecting and outputting an angle of arrival signal indicating the angle of arrival, wherein the receiving signal processing apparatus comprises: Selecting means for selecting from a plurality of N digital received signals output from the converting means and selecting and outputting a plurality of B sets of sub-array signals composed of a set of a plurality of M digital received signals different from each other among the sub-array signals; Multiple M FIRs each having a predetermined filter coefficient
Type digital filter and an adder for adding and outputting a plurality of M signals output from the plurality of M FIR digital filters, have the same transfer function as each other, and are output from the selection means. Digital beam signals are formed on the basis of the plurality of B sets of sub-array signals so that the main beam of the array antenna is directed to the arrival direction of the desired reception signal and the reception signal in the arrival direction of the interference wave signal is made zero. And a plurality of B forming means for outputting the desired received signal based on the plurality of B digital signals output from the plurality of B forming means, The angle of arrival of the received signal is detected to detect and output an angle of arrival signal indicating the angle of arrival. And a filter coefficient of a plurality M of FIR digital filters of each of the forming means for directing a main beam of the array antenna in a direction of arrival of a desired reception signal and for reducing a reception signal in a direction of arrival of an interference wave signal to zero. A reception signal processing device further comprising a calculation means for calculating and controlling the setting.
【請求項2】 一直線上に所定の素子間隔で並置された
複数N個のアンテナ素子からなるアレーアンテナによっ
て受信された複数N個の受信信号を複数N個のディジタ
ル受信信号にA/D変換して出力する変換手段と、 所望の受信信号の到来角を検出して到来角を示す到来角
信号を検出して出力する到来角検出手段とを備えた受信
信号処理装置において、 上記受信信号処理装置は、 上記変換手段から出力される複数N個のディジタル受信
信号から、各サブアレー信号間で互いに異なる複数M個
のディジタル受信信号の組からなる複数B組のサブアレ
ー信号を選択して出力する選択手段と、 複数u個の信号処理手段とを備え、 上記各信号処理手段は、 それぞれ所定のフィルタ係数を有する複数M個のFIR
型ディジタルフィルタと上記複数M個のFIR型ディジ
タルフィルタから出力される複数M個の信号を加算して
出力する加算器とをそれぞれ備え、同一の上記各信号処
理手段において互いに同一の伝達関数を有し、上記選択
手段から出力される複数B組のサブアレー信号に基づい
て、上記アレーアンテナの主ビームを、同一の上記各信
号処理手段において同一の所望の受信信号の到来方向に
向けかつ干渉波信号の到来方向の受信信号を零にするよ
うに、ディジタルビーム信号をそれぞれ形成して出力す
る複数B個の形成手段と、 上記複数B個の形成手段から出力される複数B個のディ
ジタル信号に基づいて所望の受信信号を検出する受信信
号検出手段とを備え、 上記到来角検出手段は、上記変換手段から出力される複
数N個のディジタル受信信号、又は上記選択手段から出
力される複数B組のサブアレー信号のうちの1組に基づ
いて、少なくとも1個の所望の受信信号の到来角を検出
して到来角を示す到来角信号を検出して出力し、 上記受信信号処理装置は、 上記到来角検出手段から出力される到来角信号に基づい
て、上記アレーアンテナの複数u個の主ビームを少なく
とも1個の受信信号の到来方向に向けかつ干渉波信号の
到来方向の受信信号を零にするような上記各形成手段の
複数M個のFIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数
を演算して設定制御する演算手段をさらに備えたことを
特徴とする受信信号処理装置。
2. A / D conversion of a plurality of N received signals received by an array antenna composed of a plurality of N antenna elements juxtaposed at a predetermined element interval on a straight line into a plurality of N digital received signals. A receiving means for detecting the angle of arrival of a desired received signal, and detecting and outputting an angle-of-arrival signal indicative of the angle of arrival. Selecting means for selecting and outputting a plurality of B sets of sub-array signals composed of a plurality of M sets of digital received signals different from each other among the plurality of N digital received signals output from the conversion means; And a plurality of u signal processing means, wherein each of the signal processing means includes a plurality of M FIRs each having a predetermined filter coefficient.
Type digital filter and an adder for adding and outputting the plurality of M signals output from the plurality of M FIR digital filters, and having the same transfer function in each of the same signal processing means. The main beam of the array antenna is directed in the same direction of arrival of the same desired reception signal by the same signal processing means based on the plurality of B sets of sub-array signals output from the selection means, and the interference wave signal A plurality of B forming means for forming and outputting digital beam signals, respectively, such that the received signal in the direction of arrival of the signal becomes zero, based on the plurality of B digital signals output from the plurality of B forming means. Receiving signal detecting means for detecting a desired receiving signal, and wherein the angle-of-arrival detecting means includes a plurality of N digital receiving means output from the converting means. Detecting an arrival angle of at least one desired reception signal based on the signal or one of a plurality of B sets of sub-array signals output from the selection means, and detecting an arrival angle signal indicating the arrival angle; The reception signal processing device directs a plurality of u main beams of the array antenna in the arrival direction of at least one reception signal based on the arrival angle signal output from the arrival angle detection means; The receiving means further comprises calculating means for calculating and setting and controlling the filter coefficients of the plurality of M FIR digital filters of the respective forming means so as to make the received signal in the direction of arrival of the interference wave signal zero. Signal processing device.
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関口他,"スペクトル変換と窓関数法の組み合わせによる広帯域ディジタルビームフォーマの設計",電子情報通信学会技術研究報告,IE96 1−7(信学技報Vol.96,No.2),pp.9−16,1996年4月.
関口他,"広帯域信号に対応したビームスペース形アダプティブアレー",電子情報通信学会技術研究報告,A・P95 92−97(信学技報Vol.95,No.465),pp.1−8,1996年1月.

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