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信号到来方向推定方法

国内特許コード P05A008188
整理番号 TDU-057
掲載日 2006年1月27日
出願番号 特願2004-059814
公開番号 特開2005-156521
登録番号 特許第4869558号
出願日 平成16年3月3日(2004.3.3)
公開日 平成17年6月16日(2005.6.16)
登録日 平成23年11月25日(2011.11.25)
優先権データ
  • 特願2003-372028 (2003.10.31) JP
発明者
  • 鈴木 克征
  • 小林 岳彦
出願人
  • 学校法人東京電機大学
発明の名称 信号到来方向推定方法
発明の概要

【課題】 信号の到来方向を直接的に高分解能で推定する。
【解決手段】 超広帯域信号の周波数帯域幅と同等以上に広い動作帯域幅を有する2基のリッジドウェーブガイドホーンアンテナである開口面アンテナ12、14が配置される。2基の開口面アンテナ12、14が、超広帯域信号の周波数帯域幅と同等以上に広い動作帯域幅を有する広帯域ハイブリッド回路16の入力側にそれぞれ接続される。2基の開口面アンテナ12、14から広帯域ハイブリッド回路16に入力された一対のアンテナ出力信号22、24の和信号となるΣ信号26及び差信号となるΔ信号28をこの広帯域ハイブリッド回路16が出力する。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


モノパルス方式は原理的には、一つのビーム位置で一つのパルス(モノパルス)を処理することにより測角情報が得られる。従って、前者の方式に比べて時間的な変動を受けないため、高い測角精度を得ることができる。モノパルス方式には、振幅を検出する方式と位相を検出する方式があり、それぞれ、振幅比較モノパルス、位相比較モノパルスと呼ばれている。



振幅比較モノパルスは、一部が重なりあった2個のアンテナビームを一組として用い、角度誤差(アンテナ正面方向からのずれ)を検出する。方位、高低の両方について角度誤差を検出するときは、4個のアンテナビームを必要とする。



和信号(Σ)と差信号(Δ)によって角度誤差が検出できる。角度誤差電圧εは差信号(Δ)を和信号(Σ)で正規化して、すなわち、ε=Δ/Σの形で演算される。角度誤差電圧は、おおむねS字の形状となり、アンテナの正面方向からのずれが検出できる。なお、差信号(Δ)のみで測角しようとする場合、その信号強度は目標の大きさや距離によって変化するため正しい測角ができない。これを排除するため、差信号(Δ)と同様の変化を受ける和信号(Σ)で除す、すなわち正規化するという方法がとられる。



空間における信号到来方向推定の分解能は受信アンテナの指向性に依存するので、高分解能を得ることは、一般的に困難である。但し、狭帯域信号に対する信号到来方向推定方法としては、アレイアンテナを受信アンテナとして利用し、MUSIC(Multiple signal classification)アルゴリズムやESPRIT(Estimation of signal parameters via rotational invariance techniques) アルゴリズムと同程度の高分解能を示すSAGE(Space alternating generalized expectation maximization) アルゴリズムなどの角度分解能が高いアルゴリズムを採用したものがすでに開発されている。さらに、現在はSAGEアルゴリズムを採用した超広帯域(ウルトラワイドバンド)信号の到来方向推定法の検討もされている。



ここでMUSICアルゴリズムは、アレイアンテナの受信信号から得られる相関行列Rの固有値展開に基づいて、雑音成分に対応した固有値に対応する固有ベクトルと、信号の到来方向に対応する方向ベクトルとが、直交する性質を利用した方向推定アルゴリズムである。



ESPRITアルゴリズムは、同じアレイアンテナ(サブアレイ)を二つ用い、この二つのアレイアンテナに到来する信号の位相差から到来方向推定を行うアルゴリズムであるが、パラメータの最尤推定がインコヒーレント波を前提としているため、空間平均法などの前処理が必要であり、データ構造に制約がある。



SAGEアルゴリズムは、データモデルの観点においてESPRITのような厳しい条件を必要とせず、また座標系の設定により平面波だけでなく球面波の評価が出来る最尤推定に基づいた方向推定アルゴリズムである。

産業上の利用分野


本発明は、複雑な信号処理を必要とせずに広帯域信号の到来方向を高分解能かつ直接的
に推定する信号到来方向推定方法に関し、特に比帯域幅(帯域幅/中心周波数)が0.2以上或いは帯域幅が500MHz以上の超広帯域(ウルトラワイドバンド)信号の到来方向の推定に好適なものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
信号の周波数帯域幅と同等以上に広い動作帯域幅を有する2基の開口面アンテナを相互に隣接して配置し、これら2基の開口面アンテナを、信号の周波数帯域幅と同等以上に広い動作帯域幅を有するハイブリッド回路の入力側にそれぞれ接続し、
2基の開口面アンテナをそれぞれリッジドウェーブガイドホーンアンテナとした信号到来方向推定装置を用いた信号到来方向推定方法であって、
2基の開口面アンテナの最大放射方向を含む平面に垂直で、かつ該2基の開口面アンテナの電気中心の二等分点を通る直線を回転軸として360度回転させ、この2基の開口面アンテナから一対のアンテナ出力信号がハイブリッド回路に入力され、
次に、このハイブリッド回路が一対のアンテナ出力信号の和信号及び差信号を出力するのに伴い、信号の周波数帯域幅を複数の帯域に分割し、
分割された各帯域において、2基の開口面アンテナの回転方向に沿った各角度毎に差信号を和信号で除してΔ/Σの絶対値を得ると共に、このΔ/Σの絶対値を基にして、この回転方向に沿ったΔ/Σパターンをそれぞれ作成し、
各帯域におけるΔ/Σパターンが形成する曲線の落ち込みが一致する角度を信号の真の到来方向と推定することを特徴とする信号到来方向推定方法

【請求項2】
信号の周波数帯域幅と同等以上に広い動作帯域幅を有する2基の開口面アンテナを相互に隣接して配置し、これら2基の開口面アンテナを、信号の周波数帯域幅と同等以上に広い動作帯域幅を有するハイブリッド回路の入力側にそれぞれ接続し、
2基の開口面アンテナをそれぞれリッジドウェーブガイドホーンアンテナとした信号到来方向推定装置を用いた信号到来方向推定方法であって、
2基の開口面アンテナの最大放射方向を含む平面に垂直で、かつ該2基の開口面アンテナの電気中心の二等分点を通る直線を回転軸として360度回転させ、この2基の開口面アンテナから一対のアンテナ出力信号がハイブリッド回路に入力され、
次に、このハイブリッド回路が一対のアンテナ出力信号の和信号及び差信号を出力するのに伴い、分割数を逐次増やしていく形で、各回毎において信号の周波数帯域幅を複数の帯域にそれぞれ分割し、
分割された各帯域において、2基の開口面アンテナの回転方向に沿った各角度毎に差信号を和信号で除してΔ/Σの絶対値を得ると共に、このΔ/Σの絶対値を基にして、この回転方向に沿ったΔ/Σパターンをそれぞれ作成し、これを各回毎に繰り返し、
各帯域におけるΔ/Σパターンが形成する曲線の落ち込む角度が一致したときに、分割を終了し、
各帯域におけるΔ/Σパターンが形成する曲線の落ち込みが一致する角度を信号の真の到来方向と推定することを特徴とする信号到来方向推定方法
産業区分
  • その他通信
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 権利存続中
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