JP3173455B2 - Direction finder - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は単一または複数の
電波源から伝搬する波動の方向を高い精度で求める方向
探知装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direction detecting device for determining the direction of a wave propagating from a single or plural radio wave sources with high accuracy.
【0002】[0002]
【従来の技術】図3は従来の方向探知装置を示すもの
で、この図はRalph O.Schmidt著,「M
ultiple Emitter Location
andSignal Parameter Estim
ation」IEEE Trans.on Anten
na and Propagation,vol.AP
−34,no.3,March 1986に記述されて
いる内容にもとづいた方向探知装置の構成図である。2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a conventional direction finding apparatus. Schmidt, "M
multiple Emitter Location
andSignal Parameter Estim
ation "IEEE Trans. on Anten
na and Propagation, vol. AP
-34, no. FIG. 3 is a configuration diagram of a direction detecting device based on the content described in March 1986.
【0003】また、図4は上記の方向探知装置の運用例
を表わす図である。FIG. 4 is a diagram showing an operation example of the above-described direction finding apparatus.
【0004】図3において2は同一の方向に指向させた
複数のアンテナを取りつけたアンテナプラットフォー
ム、3は従来の信号処理を行う信号処理装置B、4はア
ンテナプラットフォーム2を回転させる回転駆動装置、
5−1,5−2,…,5−Mは電波源からの電波を受信
する同一仕様のアンテナ、6−1,6−2,…,6−M
はそれぞれ上記アンテナ5−1,5−2,…,5−Mで
受信された電波を増幅、周波数変換を行う同一仕様の受
信機、7はM個の上記受信機の出力を同時にサンプリン
グし、かつ複数回スナップショットを行って共分散行列
を算出する共分散行列算出器、8は上記共分散行列より
固有値、固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル
算出器、9は固有値、固有ベクトル算出器8で得られた
固有値および固有ベクトルにもとづいて張られる雑音部
分空間にモードベクトルを射影して、その射影長を算出
する雑音部分空間射影長算出器、10は仮想波源を空間
上で走査して雑音部分空間射影長算出器9より出力され
る射影長が極小になるときの仮想波源の方位角および仰
角を算出する射影長極小値算出器、11は仮想波源によ
り予想されるモードベクトルを算出するモードベクトル
算出器、12は回転駆動装置4およびモードベクトル算
出器11に所定の回転角を指示する制御装置である。In FIG. 3, reference numeral 2 denotes an antenna platform on which a plurality of antennas directed in the same direction are mounted, 3 denotes a conventional signal processing device B for performing signal processing, 4 denotes a rotation driving device for rotating the antenna platform 2,
5-1, 5-2,..., 5-M are antennas of the same specification for receiving radio waves from radio wave sources, and 6-1, 6-2,.
Are receivers of the same specifications for amplifying and frequency converting radio waves received by the antennas 5-1, 5-2,..., 5-M, respectively, and 7 are simultaneously sampling the outputs of the M receivers, And a covariance matrix calculator that calculates a covariance matrix by performing snapshots a plurality of times, 8 is an eigenvalue / eigenvector calculator that calculates eigenvalues and eigenvectors from the covariance matrix, and 9 is an eigenvalue and eigenvector calculator 8. A noise subspace projection length calculator that projects a mode vector onto a noise subspace spanned based on the eigenvalues and the eigenvectors, and calculates the projection length, scans the virtual wave source in space and projects the noise subspace projection length. A projection length minimum value calculator 11 for calculating the azimuth and elevation angle of the virtual wave source when the projection length output from the calculator 9 is minimized. Mode vector calculator for calculating a vector, 12 denotes a control device for instructing a predetermined rotation angle in the rotation drive device 4 and the mode vector calculator 11.
【0005】図4において、1は電波源の例として人工
衛星を示したものである。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an artificial satellite as an example of a radio wave source.
【0006】次に動作について説明する。電波源1の個
数Dがアンテナ5の個数Mより小さいとし、各電波源に
よる信号は互いに無相関とする。さて、M個のアンテナ
5の出力はそれぞれ受信機6に入力されて、増幅、周波
数変換が行われる。Next, the operation will be described. It is assumed that the number D of the radio sources 1 is smaller than the number M of the antennas 5, and the signals from the radio sources are uncorrelated with each other. Now, the outputs of the M antennas 5 are respectively input to the receiver 6, where amplification and frequency conversion are performed.
【0007】そして、M個の受信機6の出力はそれぞれ
共分散行列算出器7に入力される。ここで、M個の受信
機6の出力をそれぞれS1 (t),S2 (t),…,S
M (t)とするとき信号ベクトルは数1で表される。[0007] The outputs of the M receivers 6 are input to a covariance matrix calculator 7. Here, the outputs of the M receivers 6 are represented by S 1 (t), S 2 (t),.
When M (t) is used, the signal vector is represented by Expression 1.
【0008】[0008]
【数1】 (Equation 1)
【0009】共分散行列を求めるにあたり、P回のスナ
ップショットを行うものとすれば共分散行列算出器7で
は数2に示す値が算出される。[0009] If it is assumed that the snapshot is performed P times in obtaining the covariance matrix, the covariance matrix calculator 7 calculates the value shown in Expression 2.
【0010】[0010]
【数2】 (Equation 2)
【0011】ただし、*は複素共役またはエルミート共
役を表わす。Here, * represents a complex conjugate or a Hermitian conjugate.
【0012】固有値・固有ベクトル算出器8では、得ら
れた共分散行列にもとづいてM個の固有値が求められ、
それぞれの固有値に対応して固有ベクトルが算出されて
これらの固有値および固有ベクトルは雑音部分空間射影
長算出器9に入力される。上記の固有値をλ1 ,λ2 ,
…,λM とし、対応する固有ベクトルをX1 ,X2 ,
…,XM とすれば数2を用いて数3により与えられる。The eigenvalue / eigenvector calculator 8 calculates M eigenvalues based on the obtained covariance matrix.
An eigenvector is calculated for each eigenvalue, and these eigenvalues and eigenvectors are input to the noise subspace projection length calculator 9. Let the above eigenvalues be λ 1 , λ 2 ,
, Λ M , and the corresponding eigenvectors are X 1 , X 2 ,
.., X M are given by Equation 3 using Equation 2.
【0013】[0013]
【数3】 (Equation 3)
【0014】このとき、共分散行列は正定値行列とな
り、固有値はすべて零より大きくなる。受信機6の受信
機雑音の標準偏差はすべて等しいものとし、その標準偏
差をσとすればD個の信号が無相関という前述の仮定か
ら、数4が成り立つ。At this time, the covariance matrix is a positive definite matrix, and all eigenvalues are larger than zero. Assuming that the standard deviations of the receiver noises of the receiver 6 are all equal and the standard deviation is σ, Equation 4 holds from the above-mentioned assumption that D signals are uncorrelated.
【0015】[0015]
【数4】 (Equation 4)
【0016】固有値λ1 ,λ2 ,…,λD に対応する固
有ベクトルをX1 ,X2 ,…,XDとし、λD+1 ,λD+2
,…,λM に対応する固有ベクトルをそれぞれX
D+1 ,XD+2 ,…,XM とすればX1 ,X2 ,…,XD
により張られる信号部分空間とXD+1 ,XD+2 ,…,X
M により張られる雑音部分空間は互いに直交補空間とな
る。[0016] The eigenvalues λ 1, λ 2, ..., X 1 the eigenvector corresponding to λ D, X 2, ..., and X D, λ D + 1, λ D + 2
, ..., λ M are represented by X
D + 1, X D + 2 , ..., X 1, X 2 if X M, ..., X D
, X D + 1 , X D + 2 ,..., X
The noise subspaces spanned by M are mutually orthogonal complement spaces.
【0017】さて、モードベクトル算出器11はM個の
アンテナ5が配列されているとき、ある角度の方向に波
源が存在すると仮定した場合におけるM個のアンテナ出
力のデータ、即ちモードベクトルが蓄えられているもの
で、通常この角度は所定の範囲にわたっている。Now, when the M antennas 5 are arranged, the mode vector calculator 11 stores the data of the M antenna outputs, that is, the mode vectors, assuming that the wave source exists in the direction of a certain angle. Usually, this angle is over a predetermined range.
【0018】ただし、上記モードベクトル算出器11は
制御装置12により指示された方位角および仰角を中心
とした角度範囲に対応するモードベクトルを発生し、上
記制御装置12により指示された方位角および仰角にア
ンテナプラットフォーム2を回転駆動装置4により向け
るものとする。However, the mode vector calculator 11 generates a mode vector corresponding to an angle range centered on the azimuth and elevation designated by the controller 12, and generates the azimuth and elevation designated by the controller 12. The antenna platform 2 is directed by the rotary driving device 4.
【0019】従って、モードベクトル算出器11よりあ
る方位角α、およびある仰角βにおけるモードベクトル
が発生され、雑音部分空間射影長算出器10に入力され
る。一方、雑音部分空間射影長算出器10では、入力さ
れた固有値、固有ベクトルにもとづいて雑音部分空間に
射影される。このモードベクトルをa(α,β)とおけ
ば数5で与えられる射影長が雑音部分空間射影長算出器
9より出力される。Accordingly, a mode vector at a certain azimuth angle α and a certain elevation angle β is generated by the mode vector calculator 11 and input to the noise subspace projection length calculator 10. On the other hand, the noise subspace projection length calculator 10 projects the image onto the noise subspace based on the input eigenvalues and eigenvectors. If this mode vector is a (α, β), the projection length given by Equation 5 is output from the noise subspace projection length calculator 9.
【0020】[0020]
【数5】 (Equation 5)
【0021】射影長極小値算出器10ではモードベクト
ルa(α,β)の射影長がαおよびβの関数として得ら
れ、その極小値を与えるαおよびβの値(α1 ,β
1 ),(α2 ,β2 ),…,(αD ,βD )が求められ
る。In the projection length minimum value calculator 10, the projection length of the mode vector a (α, β) is obtained as a function of α and β, and the α and β values (α 1 , β
1 ), (α 2 , β 2 ),..., (Α D , β D ) are obtained.
【0022】(α1 ,β1 ),(α2 ,β2 ),…,
(αD ,βD )はそれぞれD個の波源が存在する方向の
角度推定値となる。(Α 1 , β 1 ), (α 2 , β 2 ),.
(Α D , β D ) are the angle estimation values in the direction in which the D wave sources are present.
【0023】[0023]
【発明が解決しようとする課題】従来の方向探知装置は
以上のように構成されているので、各アンテナの放射パ
ターンそれぞれが振幅または位相において不揃いの場合
には、a(α1 ,β1 ),a(α2 ,β2 ),…,a
(αD ,βD )の雑音部分空間への射影長は必ずしも極
小値とならず従って、D個の電波源の方位角および仰角
の推定値に大きな誤差が生じる問題点があった。Since the conventional direction finding apparatus is configured as described above, if the radiation patterns of the antennas are not uniform in amplitude or phase, a (α 1 , β 1 ) , A (α 2 , β 2 ), ..., a
The projection length of (α D , β D ) onto the noise subspace does not always have a minimum value, so that there is a problem that a large error occurs in the estimated values of the azimuth and elevation of the D radio sources.
【0024】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、このような現象を抑圧すること
を目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to suppress such a phenomenon.
【0025】[0025]
【課題を解決するための手段】第1の発明による方向探
知装置は同一仕様のM個のアンテナと、同一の方向に指
向させた上記アンテナを取りつけたアンテナプラットフ
ォームと、上記アンテナのに指向方向を保ちながら上記
アンテナプラットフォームを回転させる瞬時視野不変回
転駆動装置と、上記瞬時視野不変回転駆動装置に所定の
回転を指示する制御装置と、上記アンテナからの信号を
処理する信号処理装置Aと、上記信号処理装置Aの構成
品として、上記アンテナそれぞれに対応して接続された
同一仕様の受信機と、上記受信機の出力から共分散行列
を算出する共分散行列算出器と、上記共分散行列算出器
より出力される共分散行列にもとづいて固有値および固
有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル算出器と、
上記制御装置が指示する方位および仰角にもとづくと共
に上記アンテナの配列にもとづいた仮想電波源に対応す
るモードベクトルを算出するモードベクトル算出器と、
上記固有値・固有ベクトル算出器より出力される固有値
および固有ベクトルにもとづいて張られる雑音部分空間
に上記モードベクトル算出器より出力されるモードベク
トルを射影し、その射影長を算出する雑音部分空間射影
長算出器と、上記雑音部分空間射影長算出器より出力さ
れる上記射影長が極小となるときの上記仮想電波源の方
位角および仰角を求める射影長極小値算出器と、上記制
御装置が指示する回転角に対応して得られる上記仮想電
波源の方位角および仰角の平均値を算出する平均値算出
器とを備えたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a direction finding apparatus comprising: M antennas having the same specifications; an antenna platform having the antenna oriented in the same direction; An instantaneous visual field invariant rotation driving device for rotating the antenna platform while keeping the same; a control device for instructing the instantaneous visual field invariant rotation driving device to perform a predetermined rotation; a signal processing device A for processing a signal from the antenna; As components of the processing device A, a receiver of the same specification connected to each of the antennas, a covariance matrix calculator for calculating a covariance matrix from an output of the receiver, and a covariance matrix calculator An eigenvalue / eigenvector calculator for calculating an eigenvalue and an eigenvector based on the output covariance matrix,
A mode vector calculator that calculates a mode vector corresponding to a virtual radio wave source based on the azimuth and elevation angle indicated by the control device and based on the antenna arrangement,
A noise subspace projection length calculator that projects the mode vector output from the mode vector calculator to a noise subspace that is based on the eigenvalues and eigenvectors output from the eigenvalue / eigenvector calculator and calculates the projection length. And a projection length minimum value calculator for obtaining an azimuth and an elevation angle of the virtual radio source when the projection length output from the noise subspace projection length calculator is minimal, and a rotation angle specified by the control device. And an average value calculator for calculating an average value of the azimuth angle and the elevation angle of the virtual radio source obtained in correspondence with the above.
【0026】また、第2の発明による方向探知装置は第
1の発明の瞬時視野不変回転駆動装置の代わりに瞬時視
野変動回転駆動装置を備えて複数のアンテナの指向方向
が変動するようにアンテナプラットフォームを回転する
ようにしたものである。Further, the direction detecting device according to the second invention includes an instantaneous visual field varying rotation driving device instead of the instantaneous visual field invariable rotating driving device according to the first invention, and an antenna platform such that the directivity directions of a plurality of antennas are varied. Is to be rotated.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
実施の形態1を示す構成図であり、図において、2はア
ンテナプラットフォーム、5−1,5−2,…,5−M
は上記アンテナプラットフォームに固定され、かつ同一
方向に指向性をもつ同一仕様のM個のアンテナ、6−
1,6−2,…,6−Mは上記アンテナ5−1,5−
2,…,5−Mそれぞれに接続された同一仕様の複数の
受信機、7は上記受信機6−1,6−2,…,6−Mの
出力から共分散行列を算出する共分散行列算出器、8は
上記共分散行列算出器7より出力される共分散行列にも
とづいて固有値および固有ベクトルを算出する固有値・
固有ベクトル算出器、9は上記固有値・固有ベクトル算
出器8より出力される固有値および固有ベクトルにもと
づいて張られる雑音部分空間にモードベクトルを射影
し、その射影長を算出する雑音部分空間射影長算出器、
10は上記雑音部分空間射影長算出器9より出力される
上記射影長が極小になるときの電波源の方位角および仰
角を求める射影長極小値算出器、11はモードベクトル
を算出するモードベクトル算出器、12は制御装置、1
3は信号処理装置A、14はアンテナ5の指向方向を一
定に維持しつつアンテナプラットフォーム2を回転させ
る瞬時視野不変回転駆動装置、15は電波源の方位角、
仰角の推定値を平均する平均値算出器である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a block diagram showing Embodiment 1 of the present invention. In the drawing, reference numeral 2 denotes an antenna platform, and 5-1 to 5-2.
Are M antennas of the same specification fixed to the antenna platform and having directivity in the same direction;
, 6-M are the antennas 5-1 and 5-
, 5-M connected to the respective receivers, 7 are covariance matrices for calculating covariance matrices from the outputs of the receivers 6-1, 6-2,. The estimator 8 calculates eigenvalues and eigenvectors based on the covariance matrix output from the covariance matrix calculator 7.
An eigenvector calculator 9 projects a mode vector onto a noise subspace based on the eigenvalues and eigenvectors output from the eigenvalue / eigenvector calculator 8 and calculates a noise subspace projection length calculator that calculates the projection length.
Reference numeral 10 denotes a projection length minimum value calculator for obtaining the azimuth and elevation angle of the radio wave source when the projection length outputted from the noise subspace projection length calculator 9 becomes minimum, and 11 denotes a mode vector calculation for calculating a mode vector. Vessel, 12 is a control device, 1
3 is a signal processing device A, 14 is an instantaneous visual field invariable rotation driving device for rotating the antenna platform 2 while keeping the pointing direction of the antenna 5 constant, 15 is an azimuth of a radio wave source,
This is an average value calculator that averages the estimated values of the elevation angles.
【0028】次に動作について説明する。まず、制御装
置12から出力された所定の方位角および仰角に瞬時視
野不変回転駆動装置14を用いてアンテナプラットフォ
ーム2を向ける。上記の所定の方位角および仰角を中心
としたアンテナ5の瞬時視野内にD個の互いに無相関の
複数電波源が存在するものとする。上記複数の電波点か
らの電波はアンテナ5−1,5−2,…,5−Mにより
受信され、それぞれ受信機6−1,6−2,…,6−M
に入力される。上記受信機6−1,6−2,…,6−M
の出力は増幅され、かつ周波数変換された後共分散行列
算出器7に入力される。上記共分散行列算出器7に入力
される信号は数1のとおりである。Next, the operation will be described. First, the antenna platform 2 is pointed to the predetermined azimuth and elevation output from the control device 12 using the instantaneous visual field invariable rotation driving device 14. It is assumed that there are D mutually uncorrelated plural radio sources in the instantaneous visual field of the antenna 5 centered on the predetermined azimuth and elevation. The radio waves from the plurality of radio points are received by antennas 5-1, 5-2,..., 5-M, and are respectively received by receivers 6-1, 6-2,.
Is input to .., 6-M
Are amplified and frequency-converted and input to the covariance matrix calculator 7. The signal input to the covariance matrix calculator 7 is as shown in Expression 1.
【0029】上記共分散行列算出器7では、数2に示す
共分散行列が算出され、固有値・固有ベクトル算出器8
に入力される。上記固有値、固有ベクトル算出器8では
入力された共分散行列にもとづいてM個の固有値が求め
られ、それぞれの固有値に対応して固有ベクトルが算出
された後これらの結果は雑音部分空間射影長算出器9に
入力される。The covariance matrix calculator 7 calculates the covariance matrix shown in Expression 2, and calculates the eigenvalue / eigenvector calculator 8
Is input to The eigenvalue and eigenvector calculator 8 calculates M eigenvalues based on the input covariance matrix, calculates eigenvectors corresponding to the respective eigenvalues, and then calculates these results into the noise subspace projection length calculator 9. Is input to
【0030】上記の固有値をλ1 ,λ2 ,…,λM と
し、対応する固有ベクトルをX1 ,X2 ,…,XM とす
ればこれらの固有値、固有ベクトルは数3により算出さ
れる。If the above eigenvalues are λ 1 , λ 2 ,..., Λ M , and the corresponding eigenvectors are X 1 , X 2 ,..., X M , these eigenvalues and eigenvectors are calculated by Equation 3.
【0031】数2は正定値行列であるので、固有値λ
1 ,λ2 ,…,λM はすべて零より大きくなる。受信機
6の受信機雑音の標準偏差をσとすればD個の複数電波
源が互いに無相関という前述の仮定から、数4が成り立
つ。Since Equation 2 is a positive definite matrix, the eigenvalue λ
1 , λ 2 ,..., Λ M are all greater than zero. Assuming that the standard deviation of the receiver noise of the receiver 6 is σ, Equation 4 holds from the above-described assumption that the D radio sources are uncorrelated with each other.
【0032】固有値λ1 ,λ2 ,…,λD に対応する固
有ベクトルをX1 ,X2 ,…,XDとし、λD+1 ,λD+2
,…,λM に対応する固有ベクトルをXD+1 ,X
D+2 ,…,XM とすればX1 ,X2 ,…,XD により張
られる信号部分空間とXD+1 ,XD+ 2 ,…,XM により
張られる雑音部分空間は互いに直交補空間となる。The eigenvalues λ 1, λ 2, ..., eigenvectors X 1 corresponding to λ D, X 2, ..., and X D, λ D + 1, λ D + 2
,..., Λ M are represented by X D + 1 , X
D + 2, ..., if X M X 1, X 2, ..., signal subspace and X D + 1 spanned by the X D, X D + 2, ..., noise subspace spanned by X M orthogonal to each other Complementary space.
【0033】モードベクトル算出器11では制御装置1
2からの指示による所定の方位角および仰角に向けられ
たアンテナプラットフォーム2に固定されたアンテナ5
−1,5−2,…,5−Mの配列にもとづくモードベク
トルが算出される。The mode vector calculator 11 controls the controller 1
An antenna 5 fixed to the antenna platform 2 oriented at a predetermined azimuth and elevation according to an instruction from the antenna 2
A mode vector is calculated based on the arrangement of -1, 5-2,..., 5-M.
【0034】例えば、図5に示すようにアンテナプラッ
トフォーム2の面の方向(Z軸)が制御装置12から瞬
時視野不変回転駆動装置14への指示により所定の方位
角および仰角にむけられたものとし、上記アンテナプラ
ットフォーム2の面上(xy面上)に7個のアンテナ5
がx軸方向およびy軸方向ともに間隔dで配列されてい
る場合を考える。For example, as shown in FIG. 5, it is assumed that the direction (Z axis) of the surface of the antenna platform 2 is directed to a predetermined azimuth and elevation by an instruction from the control device 12 to the instantaneous visual field invariable rotation drive device 14. , Seven antennas 5 on the surface of the antenna platform 2 (on the xy plane).
Are arranged at an interval d in both the x-axis direction and the y-axis direction.
【0035】このとき上記アンテナ5の位置座標は数6
で表される。At this time, the position coordinates of the antenna 5 are given by Equation (6).
It is represented by
【0036】[0036]
【数6】 (Equation 6)
【0037】仮想電波源が図5のZ軸を基準に方位角、
仰角それぞれα、βの方向に存在するものと仮定すると
き、モードベクトル算出器11では制御装置12からモ
ードベクトル算出器11への指示にもとづいて仮想電波
源に対応するモードベクトルが算出され、数7で表され
るものとなる。An imaginary radio wave source has an azimuth based on the Z axis in FIG.
When it is assumed that the elevation vectors are present in the directions of α and β, respectively, the mode vector calculator 11 calculates a mode vector corresponding to the virtual radio wave source based on an instruction from the control device 12 to the mode vector calculator 11. 7 is obtained.
【0038】[0038]
【数7】 (Equation 7)
【0039】ただし、数7においてγは図5のZ軸を固
定してxy面内でアンテナ5を回転させたときの角度、
λは上記仮想電波源の波長である。なお、図5はγ=0
としたときの図であり、γの初期値は零とする。In Equation 7, γ is an angle when the antenna 5 is rotated in the xy plane while fixing the Z axis in FIG.
λ is the wavelength of the virtual radio source. FIG. 5 shows that γ = 0
And the initial value of γ is zero.
【0040】さて、雑音部分空間射影長算出器9では、
入力された固有値および固有ベクトルにもとづいて雑音
部分空間が張られ、モードベクトル算出器11で算出さ
れたモードベクトルが雑音部分空間に射影される。この
モードベクトルをb(α,β,γ)とおけば数8で表さ
れる射影長Rb (α,β,γ)が雑音部分空間射影長算
出器9より出力される。Now, the noise subspace projection length calculator 9 calculates
A noise subspace is created based on the input eigenvalues and eigenvectors, and the mode vector calculated by the mode vector calculator 11 is projected onto the noise subspace. If this mode vector is b (α, β, γ), the projection length R b (α, β, γ) expressed by Expression 8 is output from the noise subspace projection length calculator 9.
【0041】[0041]
【数8】 (Equation 8)
【0042】射影長極小値算出器10ではモードベクト
ルb(α,β,γ)の射影長Rb がα、β、γの関数と
して得られ、この場合γ=0ではRb の極小値を与える
D組のα、βの値、(α11,β11),(α12,β12),
…,(α1D,β1D)が求められる。The projection length minimum value calculator 10 obtains the projection length R b of the mode vector b (α, β, γ) as a function of α, β, γ. In this case, when γ = 0, the minimum value of R b is obtained. The values of α and β of the D group given are (α 11 , β 11 ), (α 12 , β 12 ),
, (Α 1D , β 1D ) are obtained.
【0043】次に、制御装置12によりγ=γ、≠0に
設定し、モードベクトル算出器11より数7で与えられ
るモードベクトルを雑音部分空間射影長算出器9に出力
する。Then, the controller 12 sets γ = γ, ≠ 0, and the mode vector calculator 11 outputs the mode vector given by Equation 7 to the noise subspace projection length calculator 9.
【0044】さらに、制御装置12より瞬時視野不変回
転駆動装置14に回転角γ1 を指示し、アンテナプラッ
トフォーム2をZ軸に固定したままxy面内で角度γ1
だけ回転させる。[0044] Further, the control device 12 from the instructed rotation angle gamma 1 instantaneously viewing invariant rotary drive unit 14, the angle gamma 1 antenna platform 2 in the xy plane remains fixed in the Z-axis
Just rotate.
【0045】再び、アンテナ5から射影長極小値算出器
10までの処理を繰り返し、射影長極小値算出器10の
出力(α21,β21),(α22,β22),…,(α2D,β
2D)を求める。Again, the processing from the antenna 5 to the minimum projection length calculator 10 is repeated, and the outputs (α 21 , β 21 ), (α 22 , β 22 ),. 2D , β
2D ).
【0046】上記の処理をJ回繰り返したものとすれ
ば、DJ個の(α,β)の組合せが得られることにな
り、これを平均値算出器15に入力する。If the above process is repeated J times, DJ (α, β) combinations are obtained, and these are input to the average value calculator 15.
【0047】平均値算出器15ではD個の電波源それぞ
れについて(α,β)の平均値を求める。この平均値を
算出するにあたり例えば算術平均を用いるものとすれば
各電波源の測角値の推定値(α^i ,β^i )は数9に
より与えられる。ただし、i=1,2,…,Dである。The average calculator 15 calculates the average of (α, β) for each of the D radio wave sources. Assuming that, for example, an arithmetic mean is used in calculating the average value, the estimated values (α ^ i , β ^ i ) of the angle measurement values of each radio wave source are given by Expression 9. Here, i = 1, 2,..., D.
【0048】[0048]
【数9】 (Equation 9)
【0049】なお、上記のDJ個の(α,β)の組合せ
から(α^i ,β^i )を求める概念図を図6に示す。
ただし、i=1,2,…,Dである。FIG. 6 is a conceptual diagram for finding (α ^ i , β ^ i ) from the above combinations of DJ (α, β).
Here, i = 1, 2,..., D.
【0050】実施の形態2.図2はこの発明の実施の形
態2を示す構成図であり、図において、16はアンテナ
プラットフォーム2の面の方向(Z軸)を所定の方向に
向けた後、制御装置12からの指示にもとづいて上記ア
ンテナプラットフォーム2の面の方向を上記所定方向か
らずらすように回転させる瞬時視野変動回転駆動装置で
あり、その他は図1と同じである。Embodiment 2 FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. In the drawing, reference numeral 16 denotes a direction in which the surface of the antenna platform 2 (Z-axis) is oriented in a predetermined direction, and based on an instruction from the control device 12. This is an instantaneous field-of-view variation rotation drive device for rotating the surface of the antenna platform 2 so as to be shifted from the predetermined direction, and the other components are the same as those in FIG.
【0051】次に動作について説明する。制御装置12
からの指示にもとづき瞬時視野変動回転駆動装置16に
よりアンテナプラットフォーム2を所定の方向に向け
る。Next, the operation will be described. Control device 12
The antenna platform 2 is directed in a predetermined direction by the instantaneous visual field change rotation driving device 16 based on the instruction from the user.
【0052】モードベクトル算出器11では制御装置1
2により指示された所定の方向にアンテナプラットフォ
ーム2を向けたときにおける仮想電波源に対応するモー
ドベクトルを算出する。The mode vector calculator 11 controls the controller 1
The mode vector corresponding to the virtual radio wave source when the antenna platform 2 is directed in the predetermined direction designated by 2 is calculated.
【0053】アンテナ5から射影長極小値算出器までの
処理はこの発明の実施の形態1と同一である。そして、
制御装置12はアンテナプラットフォーム2の面の方向
が初期設定された方向からずれるように瞬時視野変動駆
動装置16により回転させる。The processing from the antenna 5 to the minimum projection length calculator is the same as that of the first embodiment of the present invention. And
The control device 12 is rotated by the instantaneous visual field variation driving device 16 so that the direction of the surface of the antenna platform 2 is shifted from the initially set direction.
【0054】再び、アンテナ5から射影長極小値算出器
10までの処理を行う。このような動作を繰り返すこと
により得られたD個の電波源の測角値の平均値を平均値
算出器15により求める。この平均値を算出するにあた
り、例えば算術平均を用いるものとすれば各電波源の測
角値の推定値(α^i ,β^i )は数9により与えられ
る。ただし、i=1,2,…,Dである。The processing from the antenna 5 to the minimum projection length calculator 10 is performed again. The average value of the angle measurement values of the D radio sources obtained by repeating such an operation is obtained by the average value calculator 15. When calculating the average value, for example, if an arithmetic average is used, the estimated value (α ^ i , β ^ i ) of the angle measurement value of each radio source is given by Expression 9. Here, i = 1, 2,..., D.
【0055】[0055]
【発明の効果】第1の発明によれば、アンテナプラット
フォーム2を制御装置12からの指示にもとづいて瞬時
視野不変回転駆動装置14により回転させ、かつ制御装
置12からの指示にもとづいて所定のモードベクトルを
モードベクトル算出器11により算出し、得られた電波
源の測角値の平均値を平均値算出器15により求めるこ
とにより、M個のアンテナの放射パターンがそれぞれ互
いに振幅、位相において不揃いの場合でもD個の電波源
の測角精度を向上させることができる。According to the first aspect of the present invention, the antenna platform 2 is rotated by the instantaneous visual field invariable rotation driving device 14 based on an instruction from the control device 12, and a predetermined mode is set based on the instruction from the control device 12. The vector is calculated by the mode vector calculator 11 and the average value of the obtained angle measurement values of the radio wave source is obtained by the average value calculator 15, so that the radiation patterns of the M antennas are mutually irregular in amplitude and phase. Even in this case, the angle measurement accuracy of the D radio wave sources can be improved.
【0056】また、第2の発明によれば、アンテナプラ
ットフォーム2を制御装置12からの指示にもとづいて
瞬時視野変動回転駆動装置16により回転させ、かつ制
御装置12からの指示にもとづいて所定のモードベクト
ルをモードベクトル算出器11により算出し、得られた
電波源の測角値の平均値を平均値算出器15により求め
ることにより、M個のアンテナの放射パターンがそれぞ
れ互いに振幅、位相において不揃いの場合でもD個の電
波源の測角精度を向上させることができる。According to the second aspect of the present invention, the antenna platform 2 is rotated by the instantaneous visual field change rotation driving device 16 based on the instruction from the control device 12, and the predetermined mode is set based on the instruction from the control device 12. The vector is calculated by the mode vector calculator 11 and the average value of the obtained angle measurement values of the radio wave source is obtained by the average value calculator 15, so that the radiation patterns of the M antennas are mutually irregular in amplitude and phase. Even in this case, the angle measurement accuracy of the D radio wave sources can be improved.
【図1】 この発明による方向探知装置の実施の形態1
を示す図である。FIG. 1 is a first embodiment of a direction finding apparatus according to the present invention;
FIG.
【図2】 この発明による方向探知装置の実施の形態2
を示す図である。FIG. 2 is a second embodiment of a direction finding apparatus according to the present invention;
FIG.
【図3】 従来の方向探知装置の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional direction detection device.
【図4】 従来の方向探知装置の運用例を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing an operation example of a conventional direction detection device.
【図5】 この発明による方向探知装置のアンテナ配列
例と座標系を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of an antenna arrangement and a coordinate system of the direction finding apparatus according to the present invention.
【図6】 この発明による方向探知装置で得られる電波
源の測角値より推定値を求める概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram for obtaining an estimated value from an angle measurement value of a radio wave source obtained by the direction finding apparatus according to the present invention.
1 人工衛星、2 アンテナプラットフォーム、3 信
号処理装置B、4 回転駆動装置、5 アンテナ、6
受信機、7 共分散行列算出器、8 固有値・固有ベク
トル算出器、9 雑音部分空間射影長算出器、10 射
影長極小値算出器、11 モードベクトル算出器、12
制御装置、13 信号処理装置A、14 瞬時視野不
変回転駆動装置、15 平均値算出器、16 瞬時視野
変動回転駆動装置。1 artificial satellite, 2 antenna platform, 3 signal processing device B, 4 rotation drive device, 5 antennas, 6
Receiver, 7 covariance matrix calculator, 8 eigenvalue / eigenvector calculator, 9 noise subspace projection length calculator, 10 projection length minimum value calculator, 11 mode vector calculator, 12
Control device, 13 signal processing device A, 14 instantaneous visual field invariable rotation driving device, 15 average value calculator, 16 instantaneous visual field fluctuating rotation driving device.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 3/00 - 3/74 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01S 3/00-3/74
Claims (2)
複数のアンテナと、同一の方向に指向させた上記複数の
アンテナを取りつけたアンテナプラットフォームと、上
記複数のアンテナに指向方向を維持しつつ上記アンテナ
プラットフォームを回転させる瞬時視野不変回転駆動装
置と、上記瞬時視野不変回転駆動装置に所定の回転を指
示する制御装置と、上記複数のアンテナそれぞれに対応
して接続された同一仕様の複数の受信機と、上記受信機
の出力から共分散行列を算出する共分散行列算出器と、
上記共分散行列算出器より出力される共分散行列にもと
づいて固有値および固有ベクトルを算出する固有値・固
有ベクトル算出器と、上記制御装置の与える所定の回転
角度にもとづき、かつ上記複数のアンテナ配列にもとづ
くモードベクトルを算出するモードベクトル算出器と、
上記固有値・固有ベクトル算出器より出力される固有値
および固有ベクトルにもとづいて張られる雑音部分空間
に上記モードベクトル算出器より出力されるモードベク
トルを射影し、その射影長を算出する雑音部分空間射影
長算出器と、上記雑音部分空間射影長算出器より出力さ
れる上記射影長が極小となるときの上記電波源の方位角
および仰角を求める射影長極小値算出器と、上記制御装
置より上記モードベクトル算出器と上記瞬時視野不変回
転駆動装置に、先に与えた所定の回転角とは異なる回転
を指示して、上記アンテナから上記射影長極小値算出器
までの処理を再び行い、上記制御装置が与える回転角に
対応して得られる上記電波源の方位角および仰角の平均
値を算出する平均値算出器とで構成したことを特徴とす
る方向探知装置。1. A plurality of antennas having the same specifications for receiving radio waves from a radio wave source, an antenna platform having the plurality of antennas directed in the same direction, and a directional direction maintained by the plurality of antennas. An instantaneous visual field invariant rotation driving device for rotating the antenna platform, a control device for instructing the instantaneous visual field invariant rotation driving device to perform predetermined rotation, and a plurality of reception units of the same specification connected corresponding to the plurality of antennas, respectively. Machine, a covariance matrix calculator to calculate a covariance matrix from the output of the receiver,
An eigenvalue / eigenvector calculator for calculating an eigenvalue and an eigenvector based on a covariance matrix output from the covariance matrix calculator, and a mode based on a predetermined rotation angle provided by the control device and based on the plurality of antenna arrays. A mode vector calculator for calculating a vector,
A noise subspace projection length calculator that projects the mode vector output from the mode vector calculator to a noise subspace that is based on the eigenvalues and eigenvectors output from the eigenvalue / eigenvector calculator and calculates the projection length. And a projection length minimum value calculator for obtaining an azimuth and an elevation angle of the radio wave source when the projection length output from the noise subspace projection length calculator is minimal; and the mode vector calculator from the control device. And instructs the instantaneous visual field invariant rotation driving device to perform a rotation different from the predetermined rotation angle previously given, performs the processing from the antenna to the projection length minimum value calculator again, and performs the rotation given by the control device. And a mean value calculator for calculating an average value of the azimuth angle and the elevation angle of the radio source obtained corresponding to the angle.
複数のアンテナと、同一の方向に指向させた上記複数の
アンテナを取りつけたアンテナプラットフォームと、上
記アンテナの指向方向を変動させるため上記アンテナプ
ラットフォームを回転させる瞬時視野変動回転駆動装置
と、上記瞬時視野変動回転駆動装置に所定の回転を指示
する制御装置と、上記複数のアンテナそれぞれに対応し
て接続された同一仕様の複数の受信機と、上記受信機の
出力から共分散行列を算出する共分散行列算出器と、上
記共分散行列より出力される共分散行列にもとづいて固
有値および固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクト
ル算出器と、上記制御装置の与える所定の回転角度にも
とづき、かつ上記複数のアンテナの配列にもとづくモー
ドベクトルを算出するモードベクトル算出器と、上記固
有値・固有ベクトル算出器より出力される固有値および
固有ベクトルにもとづいて張られる雑音部分空間に上記
モードベクトル算出器より出力されるモードベクトルを
射影し、その射影長を算出する雑音部分空間射影長算出
器と、上記雑音部分空間射影長算出器より出力される上
記射影長が極小となるときの上記電波源の方位角および
仰角を求める射影長極小値算出器と、上記制御装置より
上記モードベクトル算出器と上記瞬時視野変動回転駆動
装置に、先に与えた所定の回転角とは異なる回転を指示
して、上記アンテナから上記射影長極小値算出器までの
処理を再び行い、上記制御装置が与える回転角に対応し
て得られる上記電波源の方位角および仰角の平均値を算
出する平均値算出器とで構成したことを特徴とする方向
探知装置。2. An antenna for receiving radio waves from a radio wave source, having a plurality of antennas having the same specifications, an antenna platform having the plurality of antennas directed in the same direction, and an antenna for changing the directivity of the antennas. An instantaneous visual field fluctuation rotation driving device for rotating the platform, a control device for instructing the instant visual field fluctuation rotation driving device to perform a predetermined rotation, and a plurality of receivers of the same specification connected corresponding to each of the plurality of antennas; A covariance matrix calculator that calculates a covariance matrix from the output of the receiver, an eigenvalue / eigenvector calculator that calculates eigenvalues and eigenvectors based on the covariance matrix output from the covariance matrix, and the control device The mode vector is calculated based on the predetermined rotation angle given by And a mode vector output from the mode vector calculator to a noise subspace based on the eigenvalues and eigenvectors output from the eigenvalue / eigenvector calculator, and calculates a projection length of the mode vector. A noise subspace projection length calculator; a projection length minimum value calculator for obtaining an azimuth and an elevation angle of the radio wave source when the projection length output from the noise subspace projection length calculator is minimal; The apparatus instructs the mode vector calculator and the instantaneous visual field variation rotation drive device to rotate differently from the previously given predetermined rotation angle, and performs the processing from the antenna to the projection length minimum value calculator again. A mean value calculator for calculating an average value of the azimuth angle and the elevation angle of the radio wave source obtained corresponding to the rotation angle given by the control device. Direction finding apparatus according to claim.
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| JP06635698A JP3173455B2 (en) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | Direction finder |
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|---|---|---|---|---|
| JP2937174B2 (en) | 1996-12-11 | 1999-08-23 | 三菱電機株式会社 | Direction finder |
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- 1998-03-17 JP JP06635698A patent/JP3173455B2/en not_active Expired - Fee Related
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