特許 6054164 到来方向推定装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6054164

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】到来方向推定装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/46 20060101AFI20161219BHJP

   G01S 3/74 20060101ALI20161219BHJP

   H01Q 3/26 20060101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   G01S3/46

   G01S3/74

   H01Q3/26 Z

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-274483(P2012-274483)

(22)【出願日】2012年12月17日

(65)【公開番号】特開2014-119343(P2014-119343A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2015年9月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100172580

【弁理士】

【氏名又は名称】赤穂 隆雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(72)【発明者】

【氏名】青木 朝海

(72)【発明者】

【氏名】田邉 康彦

【審査官】 三田村 陽平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３６８６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０４５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４３３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１０７４４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ３／００− ３／７４

Ｇ０１Ｓ ７／００− ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００−１３／９５

Ｈ０１Ｑ ３／００− ３／４６

Ｈ０１Ｑ ２１／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

到来波を受信して受信信号を得る複数のアンテナ素子と、
前記受信信号を用いて相関行列を計算する行列計算部と、
前記相関行列を固有値分解し、固有値を得る固有値分解部と、
前記固有値に基づいて、前記受信信号に含まれる到来波の数を推定する波数推定部と、
該到来波の固有値に対応する固有ベクトルごとに求まる、ベクトルの各要素のばらつきを表す第１特徴量を前記到来波の数分計算する特徴量計算部と、
前記第１特徴量が第１閾値よりも大きい場合、前記固有ベクトルの要素の周期性を表す第２特徴量を計算する周期性算出部と、
前記第１特徴量が前記第１閾値以下である場合、第１方式を用いて前記到来波の到来方向を推定させるための第１指示を生成し、該第１特徴量が該第１閾値よりも大きくかつ前記第２特徴量が第２閾値よりも大きい場合、第２方式を用いて前記到来波の到来方向を推定させるための第２指示を生成する方式切替部と、を具備することを特徴とする到来方向推定装置。

【請求項2】

前記第２特徴量が前記第２閾値以下である場合、信号分離処理を行なって前記到来波のモードベクトルを推定する信号分離部をさらに具備し、
前記方式切替部は、前記第１特徴量が第１閾値よりも大きく、前記第２特徴量が前記第２閾値以下である場合、前記モードベクトルの各要素のばらつきを表わす第３特徴量が前記第１閾値以下であれば、前記第１指示を生成することを特徴とする請求項１に記載の到来方向推定装置。

【請求項3】

前記第２方式は、前記第１方式よりも演算量が多くかつ該第１方式以上の到来方向の推定精度を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の到来方向推定装置。

【請求項4】

前記第１方式は、ＭＵＳＩＣ（Multiple signal classification）方式であり、前記第２方式は、該ＭＵＳＩＣ方式以外の到来方向推定方式であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の到来方向推定装置。

【請求項5】

前記第２方式は、前記第１方式で用いるモードベクトルを、前記到来波のモードベクトルを微分したベクトルに置き替えて前記到来波の到来方向を推定する方式であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の到来方向推定装置。

【請求項6】

前記モードベクトルを方位角方向で偏微分した第１ベクトルを用いて、前記第２方式で到来方向を推定する第１ビーム計算部と、
前記モードベクトルを仰角方向で偏微分した第２ベクトルを用いて、前記第２方式で到来方向を推定する第２ビーム計算部と、
前記第１ベクトルと前記第２ベクトルとを加算した第３ベクトルを用いて、前記第２方式で到来方向を推定する第３ビーム計算部と、
前記第１ビーム計算部、前記第２ビーム計算部および前記第３ビーム計算部により推定された到来方向のうちの少なくとも１つから、前記到来波の到来方向を選択する到来方向選択部と、をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の到来方向推定装置。

【請求項7】

前記第１方式または前記第２方式により推定された到来方向の角度範囲に基づいて、ＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ（Generalized array manifold-MUSIC）方式の走査範囲を決定する到来方向限定部と、
前記走査範囲に対してＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式を用いて前記到来波の到来方向を推定する到来方向推定部と、を具備することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の到来方向推定装置。

【請求項8】

受信信号を用いて相関行列を計算し、
前記相関行列を固有値分解し、固有値を得、
前記固有値に基づいて、前記受信信号に含まれる到来波の数を推定し、
該到来波の固有値に対応する固有ベクトルごとに求まる、該固有ベクトルの各要素のばらつきを表す第１特徴量を前記到来波の数分計算し、
前記第１特徴量が第１閾値よりも大きい場合、前記固有ベクトルの要素の周期性を表す第２特徴量を計算し、
前記第１特徴量が前記第１閾値以下である場合、第１方式を用いて前記受信信号の到来方向を推定させるための第１指示を生成し、該第１特徴量が該第１閾値よりも大きくかつ前記第２特徴量が第２閾値よりも大きい場合、第２方式を用いて前記受信信号の到来方向を推定させるための第２指示を生成することを特徴とする到来方向推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、到来方向推定装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

無線信号の到来方向推定において、受信信号の雑音部分空間ベクトルとモードベクトルの直交性とを利用するＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）方式は、高い分解能を実現する方式として知られている。この方式は、到来素波が角度広がりを持たない場合高い分解能を得ることができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】R. O. Schmidt, “Multiple emitter location and signal parameter estimation,’’ IEEE Trans. Antennas and Propagation, vol. AP-34, no.3, pp. 276-280, Mar. 1986.

【非特許文献2】D. Asztely, B. Ottersten, and A. L. Swindlehurst, “A generalized array manifold model for local scattering in wireless communications,’’ in Proc. IEE, vol. 5, pp. 21-24, Apr. 1997.

【非特許文献3】堀田 浩之，菊間 信良，榊原 久仁男，平山 裕，“微分型及び積分型モードベクトルを用いたＭＵＳＩＣ法による到来方向と角度広がりの推定に関する検討，”信学論（B），vol. 87, no. 9, pp. 1414-1423, Sept. 2004.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、ＭＵＳＩＣ方式は、信号が送受信される空間にビルなどの障害物が存在する場合、送信側からの信号が障害物に反射して受信側で受信する到来波が角度広がりを有するため、到来波の素波の位相または振幅の状況によっては分解能が低下する。これに対し、ＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ（Generalized Array Manifold-MUSIC）方式では、到来波の角度広がりも考慮して到来波の到来角度を推定するため、ＭＵＳＩＣ方式よりも良好な性能を示すが、ＭＵＳＩＣ方式と比較して演算量が多くなる。

【0005】

本発明の一観点は、信号の到来方向の推定精度を維持しつつ演算量を低減することができる到来方向推定装置および方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態に係る到来方向推定装置は、アンテナ素子、行列計算部、固有値分解部、波数推定部、特徴量計算部および方式切替部を含む。アンテナ素子は、到来波を受信して受信信号を得る。行列計算部は、前記受信信号を用いて相関行列を計算する。固有値分解部は、前記相関行列を固有値分解し、固有値を得る。波数推定部は、前記固有値に基づいて、前記受信信号に含まれる到来波の数を推定する。特徴量計算部は、該到来波の固有値に対応する固有ベクトルごとに求まる、該ベクトルの各要素のばらつきを表す第１特徴量を前記到来波数分計算する。方式切替部は、前記第１特徴量が第１閾値以下である場合、第１方式を用いて前記到来波の到来方向を推定させるための第１指示を生成し、該第１特徴量が該第１閾値よりも大きい場合、第２方式を用いて前記到来波の到来方向を推定させるための第２指示を生成する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係る到来方向推定装置を示すブロック図。

【図2】（ａ）直接波および（ｂ）散乱波の一例を示す図。

【図3】第１の実施形態に係る到来方向推定装置の動作を示すフローチャート。

【図4】ＭＵＳＩＣ方式における固有ベクトル振幅と到来方向推定の精度との関係を示す図。

【図5】ＭＵＳＩＣ方式の性能が劣化せずに固有ベクトル振幅の分散値が大きくなる場合の一例を示す図。

【図6】第２の実施形態に係る到来方向推定装置を示すブロック図。

【図7】周期特徴量の算出方法の一例を示す図。

【図8】第２の実施形態に係る到来方向推定装置の動作を示すフローチャート。

【図9】第３の実施形態に係る到来方向推定装置を示すブロック図。

【図10】偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式が適用される一例を示す図。

【図11】第３の実施形態に係る到来方向推定装置の動作を示すフローチャート。

【図12】第４の実施形態に係る到来方向推定装置を示すブロック図。

【図13】第５の実施形態に係る到来方向推定装置を示すブロック図。

【図14】第６の実施形態に係る到来方向推定装置を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら本開示の一実施形態に係る到来方向推定装置および方法について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行なうものとして、重ねての説明を省略する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る到来方向推定装置について図１のブロック図を参照して説明する。
第１の実施形態にかかる到来方向推定装置１００は、アンテナ１０１、行列計算部１０２、固有値分解部１０３、波数推定部１０４、特徴量計算部１０５、推定方式切替部１０６、第１到来方向推定部１０７および第２到来方向推定部１０８を含む。

【0009】

アンテナ１０１は、複数のアンテナ素子により形成され、複数のアンテナ素子が到来波を受信して受信信号を得る。本実施形態では、アンテナ１０１がＫ個（Ｋは２以上の自然数）のアンテナ素子を含む場合を想定する。アンテナ１０１の形状は一般的なアレー形状であるので、ここでの説明は省略する。
行列計算部１０２は、アンテナ１０１から受信信号を受け取り、受信信号を用いて相関行列を計算する。

【0010】

固有値分解部１０３は、行列計算部１０２から相関行列を受け取り、相関行列を固有値分解して、固有値と固有値に対応する固有ベクトルとを得る。
波数推定部１０４は、固有値分解部１０３から固有値および固有ベクトルを受け取り、固有値に基づいて、受信信号に含まれる到来波の数である到来波数を推定する。
特徴量計算部１０５は、波数推定部１０４から到来波数および固有ベクトルを受け取り、到来波ごとに、到来波の第１特徴量を計算する。第１特徴量は、ベクトルの各要素のばらつきを示す値であり、本実施形態では、固有ベクトルの各要素のばらつきを示す値を第１特徴量（以下、ベクトル特徴量という）とする。なお、特徴量計算部１０５は、波数推定部１０４ではなく固有値分解部１０３から固有ベクトルを受け取るようにしてもよい。

【0011】

推定方式切替部１０６は、特徴量計算部１０５からベクトル特徴量を受け取り、ベクトル特徴量が閾値以下であるかどうかを判定する。ベクトル特徴量が閾値以下である場合は、第１到来方向推定部１０７に演算させるための演算指示を生成する。ベクトル特徴量が閾値よりも大きい場合は、第２到来方向推定部１０８に演算させるための演算指示を生成する。
第１到来方向推定部１０７は、推定方式切替部１０６から演算指示を受け取り、第１到来方向推定方式を用いて到来波の到来方向を推定する。
第２到来方向推定部１０８は、推定方式切替部１０６から演算指示を受け取り、第１到来方向推定方式よりも演算量は多いが、第１到来方向推定方式以上の到来方向の推定精度を有する第２到来方向推定方式を用いて到来波の到来方向を推定する。

【0012】

なお、本実施形態では、第１到来方向推定方式にＭＵＳＩＣ方式を、ＭＵＳＩＣ方式からの切り替え対象である第２到来方向推定方式にＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式を、さらに第３の実施形態以降で後述する第３到来方向推定方式として偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式をそれぞれ用いるが、これらの方式に対し、その他の方式を用いても構わない。
例えば、ビームフォーマ方式やＣＡＰＯＮ方式を用いても構わない。一般的に、ＭＵＳＩＣ方式はビームフォーマ方式やＣＡＰＯＮ方式よりも優れた性能を示すが、電力が高い場合には、ビームフォーマ方式やＣＡＰＯＮ方式では到来波に含まれる素波の角度広がりの悪影響がＭＵＳＩＣ方式ほど影響しない場合もある。ビームフォーマ方式やＣＡＰＯＮ方式はＭＵＳＩＣ方式よりも演算量の低い方式であるので、これらを用いて性能を向上させられる場合は、これらの方式を用いればよい。

【0013】

次に、直接波および散乱波の一例について図２の概念図を参照して説明する。
図２は、送信機２０１からの信号を、受信機の等間隔円形アレーアンテナ２０２で受信する例を示す。図２（ａ）は、信号から直接波が受信機に到来している状態であり、図２（ｂ）は、散乱体により信号が散乱して受信機に到来している状態である。
ＭＵＳＩＣ方式では、モードベクトルとチャネル応答ベクトルとが一致する角度を推定することにより、到来方向の推定を行なう。

【0014】

図２（ａ）に示す通信環境における到来波のモードベクトルは、式（１）で表せる。

【数1】

【0015】

式（１）中のλは波長を表し、ｒは等間隔円形アレーアンテナ２０２の半径を表す。また、Ｔは転置を表す。

【0016】

一方、図２（ｂ）に示すように、散乱体２０３、２０４および２０５に囲まれた送信機２０１の状況で送信された信号は、散乱体２０３、２０４および２０５と衝突することにより散乱波となる。この散乱波を受信する際の到来波のモードベクトルは、テイラーの一次近似を用いて式（２）で表せる。なお、図２（ｂ）の状況の場合、散乱波が到来角度に対し狭い角度広がりを有して多数到来する構成となるが、全散乱波をまとめた１つのモードベクトルで表す。

【数2】

【0017】

式（２）中、Ｍは散乱波数、ｃ_ｐは到来波に含まれる素波の振幅、ｅ^ｊψｐは素波の位相である。また、Δθ_ｐ２０６は仰角方向の中心角度であるθ０ ２０７からの角度広がりに相当し、Δφ_ｐ２０８は図２の方位角方向の中心角度であるφ０ ２０９からの角度広がりに相当する。

【0018】

次に、第１の実施形態に係る到来方向推定装置の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ３０１では、行列計算部１０２が、受信信号を用いて受信相関行列を計算する。具体的に、受信信号をｙ(ｔ)＝Ａｓ(ｔ)とすると、受信相関行列はＲｘｘ＝Ｅ[ｙｙ^Ｈ]で表せる。ここで、Ａは各到来波のモードベクトルを列に並べた行列であり、ｓ(ｔ)は時間ｔの各信号成分を要素に持つベクトルである。ｉ番目のモードベクトルをａ_ｉとした場合、Ｎ信号到来時にはＡ＝［ａ_１,ａ_２,…，ａ_Ｎ］となる。また、Ｅ［・］はアンサンブル平均であり、Ｈは共役転置を表す。

【0019】

ステップＳ３０２では、固有値分解部１０３が、受信相関行列Ｒｘｘを固有値分解し、算出した固有値と固有ベクトルとを降順にソートしてＲｘｘ＝ＥΛＥ^Ｈを得る。なお、Λは降順にソートした固有値を対角成分に並べた対角行列であり、Ｅは固有値に対応する固有ベクトルを列に並べた行列である。
ステップＳ３０３では、波数推定部１０４が、固有値分解部１０３で計算した固有値を用いて到来波数Ｎの推定を行なう。到来波数推定はＡＩＣ（Ａｋａｉｋｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｒｉｔｅｒｉａ）法やＭＤＬ（Ｍｉｎｉｍｕｎ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ Ｌｅｎｇｔｈ）法など一般的な手法を用いればよいため、ここでの説明を省略する。

【0020】

ステップＳ３０４では、特徴量計算部１０５が、受信相関行列から固有ベクトルを計算する。受信相関行列は、到来波数が決定された後は、Ｒｘｘ＝ＥｓΛｓＥｓ^Ｈ＋ＥｎΛｎＥｎ^Ｈの形式で表すことができる。Λｓは第１から第Ｎ個の固有値を対角成分に並べた対角行列であり、ＥｓはΛｓに対応する固有ベクトルを列に並べた行列である。Λｎは第Ｎ＋１から第Ｋ個の固有値を対角成分に並べた対角行列であり、ＥｎはΛｎに対応する固有ベクトルを列に並べた行列である。すなわち、特徴量計算部１０５は、受信相関行列Ｒｘｘ＝ＥｓΛｓＥｓ^Ｈ+ＥｎΛｎＥｎ^Ｈから、到来波ごとの固有ベクトルを計算することができる。

【0021】

ステップＳ３０５では、特徴量計算部１０５が、到来波ごとに、固有ベクトルの行列Ｅｓに基づいて各列のベクトル特徴量を計算する。一例として、固有ベクトルの行列Ｅｓの振幅（以下、固有ベクトル振幅という）の各要素の分散値をベクトル特徴量として用いることとする。なお、ベクトル特徴量は、固有ベクトル振幅の分散値に限定するものではなく、例えば、固有ベクトル振幅の要素中の最大値と最小値との差を用いてもよい。さらに、固有ベクトル振幅の各要素の標準偏差をベクトル特徴量として用いてもよい。すなわち、固有ベクトル振幅の各要素が一定値を取らずに、ばらついて分布することを識別可能な値であればベクトル特徴量として用いてもよい。
ｉ番目の信号における固有ベクトル振幅の分散値ｖａｒ_ｉは、式（３）により算出することができる。

【数3】

【0022】

なお、ｅ_ｉｋは、ｉ番目の信号の固有ベクトルのｋ番目の要素であり、ｅ_ｉｍ=１／ＫΣ|ｅ_ｉｋ|である。
さらに、アンテナ形状が円形の場合のｉ番目の信号の固有ベクトルは式（４）のように表せる。

【数4】

【0023】

ステップＳ３０６では、推定方式切替部１０６が、ベクトル特徴量が所定の閾値以下であるかどうかを判定する。ベクトル特徴量が閾値以下である場合、ステップＳ３０７に進み、ベクトル特徴量が閾値以下でない場合、すなわちベクトル特徴量の値が閾値よりも大きい場合、ステップＳ３０８に進む。なお、閾値は、到来方向推定装置を用いるシステムの設計に合わせて設定されればよい。また、ベクトル特徴量の設定方法によっては、固有ベクトル振幅がばらついているほどベクトル特徴量が小さくなる場合がある。この場合には、以上の操作の逆、すなわちベクトル特徴量が閾値以上である場合にステップＳ３０７に進み、ベクトル特徴量が閾値よりも小さい場合、ステップＳ３０８に進む。
ここで、第１の到来方向推定部１０７で用いられるＭＵＳＩＣ方式の評価関数を式（５）に示す。

【数5】

【0024】

ＭＵＳＩＣ方式では、式（５）におけるθとφとを設定した振り幅ずつ変化させ、高いピークが生じる角度を到来方向として推定する。ＭＵＳＩＣ方式で到来方向に高いピークが生じるのは、到来方向のモードベクトルと固有ベクトルＥｎとの内積が０に近づくためである。散乱体により角度広がりを有する図２（ｂ）の状況で、モードベクトルが式（２）で表される場合、角度広がりやｃ_ｐおよびｅ^ｊψｐの状況によっては、固有ベクトルＥｎと式（１）の内積は０に近づかなくなる。このため、ＭＵＳＩＣ方式の性能が低下する。到来方向のモードベクトルはＥｓの各固有ベクトルから等価的に求めることが可能であるので、ベクトル特徴量に基づいてＭＵＳＩＣ方式の性能が低下する環境を判定することができる。

【0025】

ステップＳ３０７では、推定方式切替部１０６が、到来方向推定方式としてＭＵＳＩＣ方式の推定アルゴリズムを用いるため、演算指示を生成し、第１到来方向推定部１０７に演算指示を送る。
ステップＳ３０８では、推定方式切替部１０６が、到来方向推定方式としてＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式の推定アルゴリズムを用いるため、演算指示を生成し、第２到来方向推定部１０８に演算指示を送る。
ステップＳ３０９では、推定方式切替部１０６から演算指示を受け取った第１到来方向推定部１０７または第２到来方向推定部１０８が、それぞれの推定方式を用いて到来波の到来方向を推定する。以上で第１の実施形態に係る到来方向推定装置１００の動作を終了する。

【0026】

なお、以上に示した処理の流れは一例であり、各ステップの一部の順序が入れ替わってもよい。例えば、固有値を用いずに到来波数を推定する場合、固有値を計算する前に到来波数を推定してもよい。あるいは、固有ベクトルは固有値を算出する際に計算しても良い。

【0027】

次に、ＭＵＳＩＣ方式における固有ベクトル振幅と到来方向推定の精度との関係について図４を参照して説明する。
図４に示すグラフは、縦軸が固有ベクトル振幅を示し、横軸がアンテナ素子の素子番号を示す。グラフ４０１は、ＭＵＳＩＣ方式の推定精度が良好な場合のグラフである。この場合、式（４）に示すＶとＺとの関係がＶ＞＞Ｚとなるため、固有ベクトル振幅は一定値Ｖとなり分散値が小さくなる。
一方、グラフ４０２は、ＭＵＳＩＣ方式の推定精度が低下する場合のグラフである。この場合、式（４）に示すＶとＺとの関係がＶ＜＜Ｚとなり、固有ベクトル振幅は素子ごとに正弦関数に従い変化するため固有ベクトル振幅の分散値が大きくなる。

【0028】

なお、ここでは一例として、１１個の素子の等間隔円形アレーにおける例を示すが、アンテナ素子数と形状ともに任意でもよい。アンテナ形状が円形でない場合、素子ごとの固有ベクトル振幅の変動は正弦波でなく、単調増加関数または単調減少関数となるが、固有ベクトル振幅の分散値とＭＵＳＩＣ方式の性能との関係は、等間隔円形アレーにおける関係と変わらない。

【0029】

以上に示した第１の実施形態によれば、ベクトル特徴量が閾値よりも大きい場合、到来方向推定方式をＭＵＳＩＣ方式よりも演算量が多いが推定精度が高いＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式に切り替えることで、推定精度が劣化した場合にのみ演算量は多いが推定精度が高いＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方法を用いることができるので、推定精度を維持しつつ演算量を低減することができる。

【0030】

（第２の実施形態）
到来方向推定方式としてＭＵＳＩＣ方式を用いる場合、ＭＵＳＩＣ方式の性能が劣化していないにもかかわらず、ベクトル特徴量が大きくなる、すなわち固有ベクトル振幅の分散値が大きくなる場合がある。この場合、第１の実施形態では、ベクトル特徴量が閾値よりも大きい場合にＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式に切り替えるため、ＭＵＳＩＣ方式の性能が劣化していない場合でも演算量の多い到来方向推定方式に切り替わってしまう可能性がある。
そこで第２の実施形態では、周期性を表す第２特徴量を用いることで、ＭＵＳＩＣ方式の性能が良好な状況を高性能に識別することができる。

【0031】

ＭＵＳＩＣ方式の性能が劣化せずに固有ベクトル振幅の分散値が大きくなる場合の一例について図５を参照して説明する。
図５は、ＭＵＳＩＣ方式の性能の良好な状態で２つの到来波を受信する例を示す。図５（ａ）は、ＭＵＳＩＣ方式における仰角方向および方位角方向の２つのビームである、信号１および信号２の強度を示す。図５（ｂ）は、信号１を受信した際のアンテナ素子ごとの固有ベクトル振幅を示し、図５（ｃ）は、信号２を受信した際のアンテナ素子ごとの固有ベクトル振幅を示す。
本来であれば、図５（ａ）に示すように、信号１および信号２ともに鋭いピークが立っていて精度良く推定できている、すなわち式（４）においてＶ＞＞Ｚの状態なので、固有ベクトル振幅は一定値となると想定される。

【0032】

しかし、信号間の電力差およびモードベクトルの内積によっては、各固有ベクトルに各信号のモードベクトル成分が混ざり合い、グラフ５０１およびグラフ５０２のように、素子ごとに固有ベクトル振幅が変動する場合がありえる。このような場合に、ＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式を用いて到来方向推定が行われると、単に演算量の増加を招くこととなる。
第２の実施形態に係る到来方向推定装置について図６のブロック図を参照して説明する。
第２の実施形態に係る到来方向推定装置６００は、アンテナ１０１、行列計算部１０２、固有値分解部１０３、波数推定部１０４、第１到来方向推定部１０７、第２到来方向推定部１０８、推定方式第１切替部６０１、周期性算出部６０２、推定方式第２切替部６０３、信号分離部６０４および特徴量計算部６０５を含む。なお、推定方式第１切替部６０１および推定方式第２切替部６０３を合わせて推定方式切替部とも呼ぶ。

【0033】

アンテナ１０１、行列計算部１０２、固有値分解部１０３、波数推定部１０４、特徴量計算部１０５、第１到来方向推定部１０７および第２到来方向推定部１０８については、第１の実施形態と同様の動作を行なうので、ここでの説明を省略する。

【0034】

推定方式第１切替部６０１は、特徴量計算部６０５からベクトル特徴量を受け取り、ベクトル特徴量が閾値以下であるかどうかを判定する。ベクトル特徴量が閾値以下である場合は、第１到来方向推定部１０７に演算させるための演算指示を生成する。ベクトル特徴量が閾値よりも大きい場合は、周期性算出部６０２に演算させるための演算指示を生成する。

【0035】

周期性算出部６０２は、推定方式第１切替部６０１から演算指示を受け取り、到来波ごとに、第２特徴量を算出する。第２特徴量は、到来波の固有ベクトル振幅の各要素が、周期性を有して変動しているかどうかを識別するための、固有ベクトルの要素の周期性を表す値であり、以下では周期特徴量という。周期特徴量の算出方法としては、例えば、固有ベクトル振幅にフーリエ変換を施し固有ベクトル振幅スペクトルを生成した後、その固有ベクトル振幅スペクトルの値を周期特徴量とすればよい。

【0036】

推定方式第２切替部６０３は、周期性算出部６０２から周期特徴量を受け取り、周期特徴量が閾値以下であるかどうかを判定する。周期特徴量が閾値よりも大きい場合は、第２到来方向推定部１０８への演算指示を生成する。周期特徴量が閾値以下の場合は、信号分離部６０４への演算指示を生成する。

【0037】

信号分離部６０４は、推定方式第２切替部６０３から演算指示を受け取った場合、ブラインド信号分離処理を行ない、到来波のモードベクトルを推定する。信号分離処理は例えばＩＣＡ（Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いればよいが、信号の性質上その他の信号分離手段の方が高い分離性能を実現できる場合は、ＩＣＡ以外の方式を用いてもよい。なお、信号分離部６０４は、図示しないが行列計算部１０２から相関行列を受け取って、相関行列に基づいて信号分離処理を行なってもよい。

【0038】

特徴量計算部６０５は、波数推定部１０４から到来波数および固有ベクトルを、信号分離部６０４から推定されたモードベクトルをそれぞれ受け取り、推定されたモードベクトルの振幅の分散値を計算し、ベクトル特徴量を生成する。

【0039】

次に、周期性算出部６０２における周期特徴量の算出方法の一例に図７を参照して説明する。
図７（ａ）および図７（ｃ）はＭＵＳＩＣ方式の性能が低い場合の固有ベクトル振幅と固有ベクトル振幅スペクトルとの関連性を示し、図７（ｂ）および図７（ｄ）はＭＵＳＩＣ方式の性能が高い場合の固有ベクトル振幅と固有ベクトル振幅のスペクトルとの関連性を示す。

【0040】

図７（ａ）に示すグラフ７０１は、式（４）においてＶ＜＜Ｚとなるため、ＭＵＳＩＣ方式の性能が低下し、固有ベクトル振幅の分散値が大きくなる例である。
一方、図７（ｂ）に示すグラフ７０２は、式（４）においてＶ＞＞ＺとなるのでＭＵＳＩＣ方式の性能は良好だが、他の信号の影響を受けて固有ベクトル振幅の変動が大きい例である。
ＭＵＳＩＣ方式の性能が低下する場合は、固有ベクトル振幅はアンテナ素子に対し周期的に変動するが、ＭＵＳＩＣ方式の性能が低下しない場合は、固有ベクトル振幅は周期的な変動は生じない。

【0041】

図７（ｃ）は、図７（ａ）の固有ベクトル振幅にフーリエ変換処理を施した図であり、図７（ｄ）は、図７（ｂ）の固有ベクトル振幅にフーリエ変換処理を施した図である。図７（ｃ）に示すように、ＭＵＳＩＣ方式の性能が低下する場合には、固有ベクトル振幅のスペクトルにおける中心周波数の両側の周波数の値が高くなる。一方、図７（ｄ）に示すように、ＭＵＳＩＣ方式の性能が低下しない場合は、固有ベクトル振幅のスペクトルにおいて、中心周波数を除いて特定の周波数に高い値が発生しない。
よって、例えば、中心周波数の両側の周波数の固有ベクトル振幅のスペクトル値の和と中心周波数とその両側の周波数の値を除いた固有ベクトル振幅のスペクトル値の和との差分を周期特徴量として用いればよい。この値が大きいほど、その固有ベクトル振幅は周期性を有する可能性が高いので、ＭＵＳＩＣ方式の性能が低下する環境に近いことが推測できる。

【0042】

なお、この周期特徴量は一例であって、例えば、固有ベクトル振幅のスペクトルの中心周波数の両側の値の和のみを用いるなど、周期性を識別可能ならばどのような特徴量を用いてもよい。なお、固有ベクトル振幅の周期性を識別可能ならば、フーリエ変換以外の手段を用いてもよい。例えば、アレーの形状が円形でない場合は、固有ベクトル振幅は線形的に変動するため、単回帰分析を用いて固有ベクトル振幅の直線の傾きを推定後、その傾き係数を周期特徴量として用いればよい。

【0043】

次に、第２の実施形態に係る到来方向推定装置６００の動作について図８のフローチャートを参照して説明する。
なお、図８は、図３に示すステップＳ３０１からステップＳ３０４までは同様の処理であるので、固有ベクトルの計算以降の処理を説明する。

【0044】

ステップＳ８０１では、特徴量計算部６０５が、固有ベクトルに基づいてベクトル特徴量を計算する。
ステップＳ８０２では、推定方式第１切替部６０１が、ベクトル特徴量が閾値以下であるかどうかを判定する。ベクトル特徴量が閾値以下である場合、ステップＳ８０３に進み、ベクトル特徴量が閾値よりも大きい場合、ステップＳ８０４に進む。

【0045】

ステップＳ８０３では、推定方式第１切替部６０１が、第１到来方向推定方式としてＭＵＳＩＣ方式の推定アルゴリズムを用いるため、演算指示を生成し、第１到来方向推定部１０７に演算指示を送る。
ステップＳ８０４では、周期性算出部６０２が、固有ベクトルの周期特徴量を算出する。
ステップＳ８０５では、推定方式第２切替部６０３が、周期特徴量が閾値よりも大きいかどうかを判定する。周期特徴量が閾値よりも大きい場合は、ステップＳ８０６に進み、周期特徴量が閾値以下である場合は、ステップＳ８０７に進む。

【0046】

ステップＳ８０６では、推定方式第２切替部６０３が、第２到来方向推定方式としてＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式の推定アルゴリズムを用いるため、演算指示を生成し、第２到来方向推定部１０８に演算指示を送る。
ステップＳ８０７では、信号分離部６０４が、信号分離処理を行い、各到来波のモードベクトルを推定する。その後ステップＳ８０１へ戻り、推定されたモードベクトルを用いて同様の処理を繰り返す。すなわち、ステップＳ８０１では、特徴量計算部６０５が、推定されたモードベクトルに基づいてベクトル特徴量を計算すればよい。
ステップＳ８０８では、推定方式切替部１０６から演算指示を受け取った第１到来方向推定部１０７または第２到来方向推定部１０８が、それぞれの推定方式を用いて到来波の到来方向を推定する。以上で第２の実施形態に係る到来方向推定装置６００の動作を終了する。

【0047】

以上に示した第２の実施形態によれば、ＭＵＳＩＣ方式の性能の低下する環境の識別が第１の実施形態よりも正確に行えるため、ＭＵＳＩＣ方式の性能が高い場合に演算量が多いＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式へ切り替えられる回数を低減することができる。したがって、より低演算量で到来方向推定の性能を向上させることができる。

【0048】

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、方位角方向および仰角方向の角度広がりを考慮し、ＭＵＳＩＣ方式と同程度の演算量で性能が低下しない到来方向推定の推定アルゴリズムを用いることにより、ＭＵＳＩＣ方式の性能が低下する場合に、推定精度を維持しつつＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式よりも演算量を低減する。

【0049】

第３の実施形態に係る到来方向推定装置について図９のブロック図を参照して説明する。
第３の実施形態に係る到来方向推定装置９００は、アンテナ１０１、行列計算部１０２、固有値分解部１０３、波数推定部１０４、第１到来方向推定部１０７、第２到来方向推定部１０８、推定方式第１切替部６０１、周期性算出部６０２、信号分離部６０４、特徴量計算部６０５、推定方式第２切替部９０１および第３到来方向推定部９０２を含む。

【0050】

アンテナ１０１、行列計算部１０２、固有値分解部１０３、波数推定部１０４、特徴量計算部１０５、第１到来方向推定部１０７、第２到来方向推定部１０８、推定方式第１切替部６０１、周期性算出部６０２、信号分離部６０４および特徴量計算部６０５については、上述の実施形態と同様の動作を行なうので、ここでの説明を省略する。

【0051】

推定方式第２切替部９０１は、周期性算出部６０２から周期特徴量を受け取り、周期特徴量を２つの閾値ａおよび閾値ｂと比較する。ここで、閾値ａおよび閾値ｂの両方とも実数であり、閾値ａ＞閾値ｂとする。推定方式第２切替部９０１は、周期特徴量が閾値ａよりも大きい場合、第３到来方向推定部９０２への演算指示を生成し、周期特徴量が閾値ａ以下でありかつ閾値ｂよりも大きい場合、第２到来方向推定部１０８への演算指示を生成し、閾値ｂ以下である場合、信号分離部６０４への演算指示を生成する。

【0052】

第３到来方向推定部９０２は、推定方式第２切替部９０１から演算指示を受け取り、偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式を用いて受信信号の到来方向を推定する。偏微分モードベクトルは、モードベクトルを偏微分した値をＭＵＳＩＣ方式に用いる方式である。

【0053】

次に、偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式が適用される一例について図１０を参照して説明する。
図１０は、１つの到来波について、（ａ）から（ｃ）の伝搬環境に対し、式（６）から式（８）をＭＵＳＩＣ方式に適用した場合のビーム強度を示す。

【0054】

ＭＵＳＩＣ性能が低下するのは、角度広がりの増加や、到来波の素波の位相が逆相に近づくことで、上述の式（２）の第２項目以降の値が大きくなるためである。この場合、式（１）のモードベクトルと雑音部分空間行列Ｅｎとの直交性は崩れ、式（２）の第２項目と第３項目を足したベクトルとＥｎが直交することとなる。以上の特性を利用し、式（２）の第２項目のモードベクトルａ（θ，φ）をθおよびφで偏微分したベクトルを式（５）のａ（θ，φ）に代入する。ここで、Ｅｎと完全に直交するベクトルを求めるには、素波の位相や振幅、角度広がりの項（式（２）のｅ^ｊψｐ、ｃ_ｐ、Δθ_ｐ、Δφ_ｐの項）も考慮すべきであるが、演算量が増大するのでこれらの項は無視している。

【0055】

偏微分したモードベクトルａ（θ，φ）を代入した式（５）を２次元アレーに拡張する場合、式（５）のａ（θ，φ）に代入するベクトルａ_ｓ（θ，φ）は、式（６）、式（７）および式（８）の３つである。

【数6】

【0056】

ＭＵＳＩＣ方式のモードベクトルを式（６）から式（８）までのベクトルに置き換えて、到来波の到来方向を推定する方式を偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式と呼ぶ。

【0057】

図１０に示すように、式（６）、式（７）および式（８）のベクトルを用いる場合の推定性能は、伝搬環境によって性能が変動する。仰角方向の角度広がりが大きく、方位角方向の角度広がりが小さい伝搬環境では、式（６）が適しており、他の式（７）および式（８）と比較して所望波１００１の推定精度が高いことがわかる。反対に、仰角方向の角度広がりが小さく、方位角方向の角度広がりが大きい伝搬環境では、式（７）が適しており、所望波１００２の推定精度は他の式に比べて式（７）が最も高くなる。仰角方向と方位角方向との角度広がりが同等の環境では、式（８）が適しており、所望波１００３の推定精度は他の式に比べて式（８）が最も高くなる。

【0058】

なお、式（６）から式（８）までのうち、どのベクトルを用いるかは、到来方向推定装置を利用する環境でどの状況が発生しやすいかをユーザの指示により決定すればよい。
このように、偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式を用いることで、ＭＵＳＩＣ性能が低下する環境においてＭＵＳＩＣ方式と同等の演算量で高い性能を実現できる。

【0059】

また、式（４）においてＶ≒Ｚという環境に対しては、式（２）において第１項目成分と第２項目以降の成分との双方が混合された状態であるので、ＭＵＳＩＣ性能と偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ性能の双方共に満たすべき性能に達しない可能性がある。そのため、このような場合の推定方式としては、ＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式を用いればよい。

【0060】

次に、第３の実施形態に係る到来方向推定装置の動作について図１１のフローチャートを参照して説明する。
なお、図８に示すステップＳ８０３までは同様の処理であるので、それ以降の処理を以下に説明する。

【0061】

ステップＳ１１０１では、周期性算出部６０２が、固有ベクトルの振幅から周期特徴量を算出する。
ステップＳ１１０２では、推定方式第２切替部９０１が、周期特徴量が閾値ａよりも大きいかどうかを判定する。周期特徴量が閾値ａよりも大きい場合は、ステップＳ１１０３に進み、周期特徴量が閾値ａ以下である場合は、ステップＳ１１０４に進む。
ステップＳ１１０３では、推定方式第２切替部９０１が、到来方向推定方式として偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式を用いるため、演算指示を生成し、第３到来方向推定部９０２に演算指示を送る。

【0062】

ステップＳ１１０４では、推定方式第２切替部９０１が、周期特徴量が閾値ａ以下でありかつ閾値ｂよりも大きいかどうかを判定する。周期特徴量が閾値ａ以下でありかつ閾値ｂよりも大きい場合、ステップＳ１１０５に進み、周期特徴量が閾値ｂ以下である場合、ステップＳ１１０６に進む。
ステップＳ１１０５では、推定方式第２切替部９０１が、到来方向推定方式としてＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式を用いるため、演算指示を生成し、第２到来方向推定部１０８に演算指示を送る。
ステップＳ１１０６では、信号分離部６０４が、信号分離処理を行い、各到来波のモードベクトルを推定し、ステップＳ１１０１に戻って同様の処理を繰り返す。

【0063】

ステップＳ１１０７では、演算指示を受け取った第１到来方向推定部１０７、第２到来方向推定部１０８および第３到来方向推定部９０２のいずれかが、それぞれの推定方式を用いて受信信号の到来方向を推定する。以上で第３の実施形態に係る到来方向推定装置９００の動作を終了する。
なお、第１の実施形態に適用する場合は、ベクトル特徴量に２つの閾値を設定し、同様の処理を行えばよい。

【0064】

以上に示した第３の実施形態によれば、ＭＵＳＩＣ方式と同程度の演算量で性能が低下しない推定アルゴリズムを適用するため、ＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式を適用する場合と比較して演算量を低減しつつ、ＭＵＳＩＣ方式の性能低下を回避することができる。

【0065】

（第４の実施形態）
到来方向推定装置を利用する環境によっては、仰角と方位角の角度広がりがランダムに変化し、仰角と方位角との角度広がりの差が不明なため、第３の実施形態における３つの偏微分モードベクトル（式（６）から式（８））のどのベクトルを用いるべきかを事前に判定できない場合がある。第４の実施形態では、式（６）から式（８）までの全てのベクトルを用いる点が異なる。

【0066】

第４の実施形態に係る到来方向推定装置について図１２のブロック図を参照して説明する。
第４の実施形態に係る到来方向推定装置１２００は、アンテナ１０１、行列計算部１０２、固有値分解部１０３、波数推定部１０４、第１到来方向推定部１０７、第２到来方向推定部１０８、推定方式第１切替部６０１、周期性算出部６０２、信号分離部６０４、特徴量計算部６０５、推定方式第２切替部９０１、第３到来方向推定部１２０１を含む。
第３到来方向推定部１２０１は、第１ビーム計算部１２０２、第２ビーム計算部１２０３、第３ビーム計算部１２０４および到来方向選択部１２０５を含む。

【0067】

アンテナ１０１、行列計算部１０２、固有値分解部１０３、波数推定部１０４、第１到来方向推定部１０７、第２到来方向推定部１０８、推定方式第１切替部６０１、周期性算出部６０２、信号分離部６０４、特徴量計算部６０５および推定方式第２切替部９０１については、上述の実施形態と同様の動作を行なうのでここでの説明を省略する。

【0068】

第１ビーム計算部１２０２は、推定方式第２切替部９０１から第３到来方向推定部１２０１に演算指示が入力されたあと、仰角方向で偏微分したベクトルを用いて到来方向を推定する。すなわち、式（６）に示すモードベクトルを用いて、偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式の処理を行なう。

【0069】

第２ビーム計算部１２０３は、推定方式第２切替部９０１から第３到来方向推定部１２０１に演算指示が入力されたあと、方位角方向で偏微分したベクトルを用いて到来方向を推定する。すなわち、式（７）に示すモードベクトルを用いて、偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式の処理を行なう。

【0070】

第３ビーム計算部１２０４は、推定方式第２切替部９０１から第３到来方向推定部１２０１に演算指示が入力されたあと、仰角方向および方位角方向でそれぞれ偏微分したベクトルを用いて到来方向を推定する。すなわち、式（８）に示すモードベクトルを用いて、偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式の処理を行なう。

【0071】

到来方向選択部１２０５は、第１ビーム計算部１２０２、第２ビーム計算部１２０３および第３ビーム計算部１２０４から計算結果を受け取り、周期特徴量が閾値よりも大きいベクトルの数だけ、ビーム入力値の高い順にビームを選択して、選択したビームの到来方向を得る。

【0072】

なお、第３の実施形態に係る到来方向推定装置９００および第４の実施形態にかかる到来方向推定装置１２００は、周期特徴量に２段階の閾値を設定し、３つの到来方向推定方式を用いる場合を想定するが、２段階の閾値を設定せず、ＭＵＳＩＣ方式と偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式との２方式のみの切り替えに適用してもよい。

【0073】

以上に示した第４の実施形態によれば、到来波の仰角と方位角の角度広がりがランダムに変化する場合でも、ＭＵＳＩＣ方式の性能低下を回避しつつ演算量を低減することができる。

【0074】

（第５の実施形態）
第３の実施形態および第４の実施形態で示した、偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式は、式（２）におけるΔθ_ｐとΔφ_ｐの項を考慮しない構成であるため、ＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式と比較すると到来方向推定の推定誤差が大きくなる。第５の実施形態では、走査範囲を限定してＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式により到来方向を推定することで、到来方向推定の性能低下を回避しつつ演算量を低減することができる。

【0075】

第５の実施形態にかかる到来方向推定装置について図１３を参照して説明する。
第５の実施形態に係る到来方向推定装置１３００は、アンテナ１０１、行列計算部１０２、固有値分解部１０３、波数推定部１０４、第１到来方向推定部１０７、推定方式第１切替部６０１、周期性算出部６０２、信号分離部６０４、特徴量計算部６０５、推定方式第２切替部９０１、第３到来方向推定部１３０１、到来方向限定部１３０２および第２到来方向推定部１３０３を含む。

【0076】

アンテナ１０１、行列計算部１０２、固有値分解部１０３、波数推定部１０４、第１到来方向推定部１０７、推定方式第１切替部６０１、周期性算出部６０２、信号分離部６０４、特徴量計算部６０５および推定方式第２切替部９０１については、上述の実施形態と同様の動作を行なうのでここでの説明を省略する。

【0077】

第３到来方向推定部１３０１は、推定方式第２切替部９０１から演算指示を受け取り、偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式を用いて到来方向を推定し、到来角度を得る。
到来方向限定部１３０２は、第３到来方向推定部１３０１から推定角度を受け取り、推定角度に基づいてＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式の走査範囲を決定する。走査範囲の決定方法としては、例えば、推定される到来方向にビームを向けた際にメインビームが３ｄＢ落ちする角度（半値幅）を走査範囲とすればよい。また、到来仰角方向が変化すると半値幅も変化するので、仰角に応じた半値幅をテーブルとして保持しておき、入力された到来仰角に応じてテーブルから半値幅を選択してもよい。
第２到来方向推定部１３０３は、到来方向限定部１３０２から走査範囲を受け取り、走査範囲のみに対してＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式による到来方向推定を行なう。

【0078】

以上に示した第５の実施形態によれば、走査範囲を限定した上でＧＡＭ−ＭＵＳＩＣ方式により到来方向を推定することで、到来方向推定の性能低下を回避しつつ演算量を低減することができる。

【0079】

（第６の実施形態）
第６の実施形態では、ベクトル特徴量および周期特徴量を用いずに、到来方向推定を行なう点が異なる。

【0080】

第６の実施形態に係る到来方向推定装置について図１４のブロック図を参照して説明する。
第６の実施形態に係る到来方向推定装置１４００は、アンテナ１０１、行列計算部１０２、固有値分解部１０３、波数推定部１０４、到来方向限定部１３０２、第２到来方向推定部１３０３および第４到来方向推定部１４０１を含む。
第４到来方向推定部１４０１は、第１方式ビーム計算部１４０２、第２方式ビーム計算部１４０３および到来方向選択部１４０４を含む。

【0081】

アンテナ１０１、行列計算部１０２、固有値分解部１０３、波数推定部１０４、到来方向限定部１３０２および第２到来方向推定部１３０３については、上述の実施形態と同様の動作を行なうのでここでの説明を省略する。

【0082】

第１方式ビーム計算部１４０２は、波数推定部１０４から到来波数を受け取り、ＭＵＳＩＣ方式によりビーム値を計算する。
第２方式ビーム計算部１４０３は、波数推定部１０４から到来波数を受け取り、偏微分モードベクトルＭＵＳＩＣ方式によりビーム値を計算する。
到来方向選択部１４０４は、第１方式ビーム計算部１４０２および第２方式ビーム計算部１４０３からビーム値を受け取り、ＭＵＳＩＣ方式と偏微分モードベクトル方式とにより計算されたビームの中で高いビームピークを有するビームを、ピークが高い順に上から到来波数分選択する。到来方向選択部１４０４は、選択したビームの到来方向を得る。
なお、第６の実施形態において、第２到来方向推定部１３０３における到来方向推定処理を行わず、到来方向選択部１４０４からの出力を推定された到来方向として出力してもよい。

【0083】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0084】

１００，６００，９００，１２００，１３００，１４００・・・到来方向推定装置、１０１・・・アンテナ、１０２・・・行列計算部、１０３・・・固有値分解部、１０４・・・波数推定部、１０５，６０５・・・特徴量計算部、１０６・・・推定方式切替部、１０７・・・第１到来方向推定部、１０８，１３０３・・・第２到来方向推定部、２０１・・・送信機、２０２・・・等間隔円形アレーアンテナ、２０３，２０４，２０５・・・散乱体、２０６・・・中心仰角方向に対する仰角角度広がり、２０７・・・中心仰角方向、２０８・・・中心方位角方向に対する方位角角度広がり、２０９・・・中心方位角方向、４０１，４０２，５０１，５０２，７０１，７０２・・・グラフ、６０１・・・推定方式第１切替部、６０２・・・周期性算出部、６０３，９０１・・・推定方式第２切替部、６０４・・・信号分離部、９０２，１２０１，１３０１・・・第３到来方向推定部、１００１，１００２，１００３・・・所望波、・・・到来方向推定部、１２０２・・・第１ビーム計算部、１２０３・・・第２ビーム計算部、１２０４・・・第３ビーム計算部、１２０５，１４０４・・・到来方向選択部、１３０２・・・到来方向限定部、１４０１・・・第４到来方向推定部、１４０２・・・第１方式ビーム計算部、１４０３・・・第２方式ビーム計算部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】