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公開番号2025099199
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023215664
出願日2023-12-21
発明の名称アンテナアレー校正方法およびアンテナアレー校正装置
出願人アンリツ株式会社
代理人弁理士法人日誠国際特許事務所
主分類G01S 3/46 20060101AFI20250626BHJP(測定;試験)
要約【課題】適度な校正用データセットの数で適度な校正精度を実現することができるアンテナアレー校正方法およびアンテナアレー校正装置を提供すること。
【解決手段】到来方向が既知の波源から送信された信号をアレーアンテナ2で受信した受信信号の共分散行列の固有ベクトルを到来方向を変えながら繰り返し算出する。アレーアンテナ2を構成する実在素子と仮想素子とは、対称性をもって配置されている。校正行列は、実在素子の振幅位相誤差からなる振幅位相誤差行列と、実在素子間の相互結合および仮想素子と実在素子との間の相互結合からなる相互結合行列との積によって表わされる。相互結合行列は、仮想素子と実在素子との配置の対称性に基づいて仮想素子と実在素子との間の相互結合の自由度が制限される。相互結合行列と振幅位相誤差行列とは、共分散行列の固有ベクトルから反復解法によって求められる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
到来方向が既知の波源から送信された信号をアレーアンテナ（２）で受信した受信信号の共分散行列の固有ベクトルを、前記到来方向を変えながら所定の回数繰り返し算出し、
前記アレーアンテナを構成する実在素子間の相互結合、実在しない仮想素子と前記実在素子との間の相互結合、および前記実在素子の振幅位相誤差、が含まれる校正行列を前記固有ベクトルから求めるアンテナアレー校正方法において、
前記実在素子と前記仮想素子とは、対称性をもって配置され、
前記校正行列は、前記実在素子の前記振幅位相誤差を対角要素に持つ振幅位相誤差行列と、前記実在素子間の相互結合および前記仮想素子と前記実在素子との間の相互結合からなる相互結合行列と、の積によって表わされ、
前記相互結合行列は、前記実在素子間の相互結合の自由度が制限されず、前記仮想素子と前記実在素子との配置の対称性に基づいて前記仮想素子と前記実在素子との間の相互結合の自由度が制限され、
前記校正行列を求める代わりに、前記相互結合行列と前記振幅位相誤差行列とが反復解法によって求められる、
ことを特徴とするアンテナアレー校正方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記実在素子の素子数をN、前記仮想素子の素子数を前記Nに加えた素子数をN′とし、前記所定の回数は、(NN′-1)/(N-1)よりも少ない回数である、請求項１に記載のアンテナアレー校正方法。
【請求項３】
前記相互結合行列は、前記仮想素子と前記実在素子との間の相互結合の一部がゼロである、請求項１または請求項２に記載のアンテナアレー校正方法。
【請求項４】
前記相互結合行列は、前記仮想素子と前記実在素子との間の相互結合のうち、前記仮想素子と前記実在素子との間の素子間距離が最短であるもの以外の相互結合がゼロである、請求項１または請求項２に記載のアンテナアレー校正方法。
【請求項５】
前記実在素子は、対称性をもたずに配置され、
前記相互結合行列は、前記仮想素子と前記実在素子との間の相互結合のうち、前記仮想素子と前記実在素子との間の素子間距離が最短であるもの以外の相互結合がゼロである、請求項１または請求項２に記載のアンテナアレー校正方法。
【請求項６】
到来方向が既知の波源から送信された信号を受信するアレーアンテナ（２）と、
前記到来方向を変えながら、前記アレーアンテナで受信された受信信号の共分散行列の固有ベクトルを所定の回数繰り返し算出する固有値解析部（３１）と、
前記固有値解析部によって算出された前記固有ベクトルから、前記アレーアンテナを構成する実在素子間の相互結合、実在しない仮想素子と前記実在素子との間の相互結合、および前記実在素子の振幅位相誤差、が含まれる校正行列を算出する校正行列算出部と、
を有するアンテナアレー校正装置において、
前記実在素子と前記仮想素子とは、対称性をもって配置され、
前記校正行列は、前記実在素子の前記振幅位相誤差を対角要素に持つ振幅位相誤差行列と、前記実在素子間の相互結合および前記仮想素子と前記実在素子との間の相互結合からなる相互結合行列と、の積によって表され、
前記相互結合行列は、前記実在素子間の相互結合の自由度が制限されず、前記仮想素子と前記実在素子との配置の対称性に基づいて前記仮想素子と前記実在素子との間の相互結合の自由度が制限され、
前記校正行列算出部は、前記固有値解析部によって算出された前記固有ベクトルから、前記相互結合行列と前記振幅位相誤差行列とを反復解法によって求める相互結合・振幅位相誤差算出部（３２）である、
アンテナアレー校正装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、到来方向が既知の波源を用いてアレーアンテナの素子間の相互結合と各素子の振幅位相誤差とを校正するアンテナアレー校正方法およびアンテナアレー校正装置に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
アレーアンテナを用いることにより電波の到来方向推定が可能であり、高分解能到来方向推定法としてMUSIC法が知られている。通常のMUSIC法では、各アンテナが到来波を理想的かつ独立に受信できると仮定しているのに対して、実際のアレーアンテナでは、以下に示す誤差要因が存在するため、理論通りの結果が得られず正確な到来方向推定の妨げとなる。
【０００３】
１つ目の誤差要因として、アンテナ素子間の相互結合が挙げられる。あるアンテナが到来波を受信する際に素子上に励起された電流による再放射が発生し、それを別のアンテナが受信することにより素子間の相互結合が生じる。
【０００４】
２つ目の誤差要因として、各素子の振幅位相誤差が存在する。同一仕様のアンテナ素子や給電線路、受信器をアレー化しても実際のデバイスには不均一があり、振幅位相特性の素子間誤差が生じる。
【０００５】
既知波源を用いたアレー校正は、既知波源の到来方向を変えてアレーアンテナで受信して校正用データセットを取得し、校正用データセットから素子間の相互結合と各素子の振幅位相誤差の未知変数を求める方法で行われる。
【０００６】
到来方向推定に使用するアレーアンテナと受信器とを用いて校正用データセットを取得することは、受信器の振幅位相誤差も含めて校正可能であり、高い校正精度を得やすいことから実用上有益と考えられる。
【０００７】
図１に示すように、アレーアンテナは、直線状に等間隔に受信アンテナが配置された等間隔リニアアレーや、円形に等間隔に受信アンテナが配置された等間隔円アレーなど、対称性をもったアンテナ配置がよく用いられる。
【０００８】
非特許文献１および非特許文献２には、受信アンテナの配置の対称性に基づいて未知変数の個数を削減し、少ない校正用データセットでアレー校正を可能とするアレー校正法が記載されている。
【０００９】
受信アンテナの素子数をN、校正用データセットの数をM、i番目の校正用信号(既知の波源から出力された信号)の複素振幅をs
i
、到来角度をθ
i
、理想的なモードベクトルをa(θ
i
)、素子間の相互結合を表す相互結合行列をC
1
、各素子の振幅位相誤差を表す振幅位相誤差行列をΓ、受信信号ベクトルをr
i
、雑音ベクトルをn
i
とすると、校正モデルは、以下の式（１）で表される。なお、数式ではベクトルと行列を太文字で表しているが、文章中の細文字と同一とみなす。
【００１０】
TIFF
2025099199000002.tif
15
161
（【００１１】以降は省略されています）

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