JPH0457980B2 - - Google Patents

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JPH0457980B2
JPH0457980B2 JP21397282A JP21397282A JPH0457980B2 JP H0457980 B2 JPH0457980 B2 JP H0457980B2 JP 21397282 A JP21397282 A JP 21397282A JP 21397282 A JP21397282 A JP 21397282A JP H0457980 B2 JPH0457980 B2 JP H0457980B2
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Japan
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error
array
direction cosine
phase response
estimated
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Masao Igarashi
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52004Means for monitoring or calibrating

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、複数の素子で構成されるアレーを用
いて信号を受信し、位相補償手段によりビームを
形成してその最大点から信号源の方向余弦を推定
することにより音源方向の角度を求める角度測定
装置における、アレー各素子の位相応答誤差によ
つて生ずる該方向余弦の推定誤差の補正方式に関
する。
Detailed Description of the Invention (Technical Field) The present invention receives a signal using an array composed of a plurality of elements, forms a beam using phase compensation means, and calculates the direction cosine of the signal source from its maximum point. The present invention relates to a method for correcting an error in estimating the cosine of a direction, which is caused by a phase response error of each element in an array, in an angle measuring device that determines the angle in the direction of a sound source by estimation.

(背景技術) ソーナーや音響測位及びレーダでは、空間的に
配列された複数の素子からなるアレーと位相補償
手段を用いた狭帯域ビームフオーマが広く用いら
れ、また該ビームフオーマ出力の空間周波数領域
における最大点を求めるための最大点検出手段を
付加することにより、前記アレー上の基準軸に関
する信号源方向の方向余弦を推定することにより
信号源方向の角度を求める角度測定装置も広く用
いられている。
(Background Art) In sonar, acoustic positioning, and radar, a narrowband beamformer using an array consisting of a plurality of spatially arranged elements and a phase compensation means is widely used. An angle measuring device is also widely used which calculates the angle of the signal source direction by estimating the direction cosine of the signal source direction with respect to the reference axis on the array by adding a maximum point detection means for determining the angle.

このような角度測定装置においては、方向余弦
はアレー各素子の出力信号がもつ位相情報に基づ
いて推定され、一方、アレー各素子の位相応答に
位相応答誤差が存在する場合は、該位相情報に誤
差を生じることになるため、該位相応答誤差によ
つて方向余弦の推定に誤差を生じることになる。
またアレー各素子には増幅器や帯域フイルタ等が
付加されるのが普通であるから、該増幅器や帯域
フイルタ等の位相応答に位相応答誤差が存在する
場合には、該位相応答誤差もまた方向余弦の推定
誤差の原因となり、これらの位相応答誤差によつ
て生ずる方向余弦の推定誤差が無視できない場合
には該推定該推定誤差の補正手段が必要とされ
る。
In such an angle measuring device, the direction cosine is estimated based on the phase information of the output signal of each element of the array. On the other hand, if there is a phase response error in the phase response of each element of the array, the direction cosine is estimated based on the phase information of the output signal of each element of the array. Therefore, the phase response error causes an error in the estimation of the direction cosine.
Furthermore, since an amplifier, bandpass filter, etc. is usually added to each array element, if there is a phase response error in the phase response of the amplifier, bandpass filter, etc., the phase response error is also the direction cosine. If the estimation error of the direction cosine caused by these phase response errors cannot be ignored, a means for correcting the estimation error is required.

従来、このような補正の方法には、各素子毎に
前記位相応答誤差を取り除く位相誤差補正器を付
加する方式が用いられてきた。
Conventionally, as a method for such correction, a method has been used in which a phase error corrector for removing the phase response error is added to each element.

従来の方向余弦推定誤差の補正方式の一例を第
1図に示す。第1図において、11,2…,1M
は各々アレー素子、21,22……,2Mは各々前
記素子に付加される増幅器、31,32,……,3
は各々前記素子に付加される帯域フイルタ、4
,42……,4Mは各々位相誤差補正器、5は狭
帯域ビームフオーマ、6は最大点検出器、15は
方向余弦を角度に変換する変換器、7は角度推定
値が出力される出力端子である。なお、位相応答
誤差の方向余弦推定誤差に及ぼす影響は、任意に
選んだ1つの素子の位相応答を基準とした他の素
子の相対的な位相応答誤差で決まるため、第1図
の位相誤差補正器の個数はM−1個でも十分であ
る。空間的に配列されたM個の素子11,12,…
…,1Mに入力される信号x1(t),X2(t),……,xM
(t)は増幅器21,22,……2Mで適正なレベルま
で増幅され、帯域通過フイルタ31,32,……,
Mで不要な周波数成分が取り除かれて狭帯域信
号y1(t)、y2(t),……,yM(t)に変換され、該狭帯域
信号は位相誤差補正器41,42,……4Mを通る
ことにより、前記素子と増幅器及び帯域フイルタ
の位相応答誤差によつて生じた位相変位Δφ1
Δφ2,……,ΔφMを取り除かれて信号Z1(t),Z2
(t),……,ZM(t)に変換される。
An example of a conventional correction method for direction cosine estimation error is shown in FIG. In Figure 1, 1 1, 1 2 ..., 1 M
are array elements, 2 1 , 2 2 ..., 2 M are amplifiers added to the elements, 3 1 , 3 2 , ..., 3
M is a bandpass filter added to each of the elements, 4
1 , 4 2 ..., 4 M are each phase error correctors, 5 is a narrow band beamformer, 6 is a maximum point detector, 15 is a converter that converts the direction cosine into an angle, and 7 is an output of the estimated angle value. It is an output terminal. Note that the influence of the phase response error on the directional cosine estimation error is determined by the relative phase response error of other elements with respect to the phase response of one arbitrarily selected element, so the phase error correction shown in Figure 1. It is sufficient that the number of containers is M-1. M elements 1 1 , 1 2 ,... spatially arranged
..., 1 Signal input to M x 1 (t), X 2 (t), ..., x M
(t) is amplified to an appropriate level by amplifiers 2 1 , 2 2 , . . . 2 M , and bandpass filters 3 1 , 3 2 , .
3M , unnecessary frequency components are removed and converted into narrowband signals y 1 (t), y 2 (t), ..., y M (t), and the narrowband signals are passed through the phase error corrector 4 1 , 4 2 , ... 4 M , the phase displacement Δφ 1 , caused by the phase response error of the element, amplifier, and bandpass filter.
Δφ 2 , ..., Δφ M are removed and the signals Z 1 (t), Z 2
(t), ..., Z M (t).

該信号Z1(t),Z2(t),……,ZM(t)は狭帯域ビー
ムフオーマ5で処理され、空間周波数領域におけ
るビーム出力信号として出力された後、最大点検
出器6でビーム出力信号が最大値をとる空間周波
数から方向余弦推定値α^が求められ、変換器15
で方向余弦推定値α^は角度の推定値に変換され
る。
The signals Z 1 (t), Z 2 (t ) , . The direction cosine estimate α^ is determined from the spatial frequency at which the beam output signal has a maximum value, and the transducer 15
The direction cosine estimate α^ is converted to an angle estimate.

第2図には狭帯域ビームフオーマの説明を、第
3図にはアレーが2次元(平面)アレーの場合の
方向余弦αの説明を示す。第2図の201,202
……,20Mは各々位相誤差補正器41,42,…
…4Mの出力が入力される入力端子、211,21
,……,21Mは各々位相補償手段を実現するた
めの位相補償器、22は加算器、23はエンベロ
ープ検出器、24は最大点検出器6に出力される
出力端子、第3図の30は平面アレー、θx、θy
原点OおよびX、Y軸を該平面アレー面上におく
直座座標系のX、Y軸に関する信号源方向の方向
余源角であり、この場合の方向余弦はαΔ =
〔cosθx、cosθyTである。第3図には2次元アレ
ーの場合を示したが、1次元(直線)アレーの場
合はαΔ =cosθx、3次元アレーの場合はαΔ =
〔cosθx、cosθy、cosθzTと置けば基本的に平面ア
レーと同じ扱えるので、以下では平面アレーのみ
について説明する。従つて、第1図においてα^Δ =
〔cosθ^x、cosθ^yTである。なお、ここで添字Tは
ベクトルの転置を示す。
FIG. 2 shows an explanation of the narrowband beamformer, and FIG. 3 shows an explanation of the direction cosine α when the array is a two-dimensional (planar) array. 20 1 , 20 2 in Figure 2
. . . , 20 M are phase error correctors 4 1 , 4 2 , . . .
...4 Input terminals into which the output of M is input, 21 1 , 21
2 ,..., 21 M are phase compensators for realizing phase compensation means, 22 is an adder, 23 is an envelope detector, 24 is an output terminal outputted to the maximum point detector 6, and 30 is a planar array, and θ x and θ y are the direction co-source angles in the signal source direction with respect to the X and Y axes of a rectangular coordinate system in which the origin O and the X and Y axes are placed on the plane array surface; The direction cosine is αΔ =
[cosθ x , cosθ y ] T. Figure 3 shows the case of a two-dimensional array, but in the case of a one-dimensional (linear) array, αΔ = cosθ x , and in the case of a three-dimensional array, αΔ =
[cosθ x , cosθ y , cosθ z ] If T is used, it can basically be treated in the same way as a planar array, so only the planar array will be explained below. Therefore, in Figure 1, α^Δ =
[cosθ^ x , cosθ^ y ] T. Note that here, the subscript T indicates the transposition of the vector.

第1図に示す従来の方向余弦推定誤差の補正方
式では、アレー素子の数Mに等しいだけの(実際
にはM−1に等しいだけの)位相誤差補正器41
2,……,4Mを必要とするので、装置が複雑化
し大型化するという欠点がる。また、アレー各素
子11,12,……,1M、増幅器21,22,……
M、帯域フイルタ31,32,……,3Mの位相反
応誤差Δφ1,Δφ2,……,ΔφMが経年変化等の理
由により変化した場合には、前記位相誤差補正器
1,42,……4Mのうち補正値の変更を必要と
する全ての補正器の位相補正値を再設定しなけれ
ばならない。更にまた、受信信号が複数が周波数
からなり、それらいずれの周波数に対しても方向
余弦を推定しようとする場合には、前記アレー素
子11,12,……,1M、増幅器21,22,……
M、帯域フイルタ31,32,……,3Mの位相応
答特性が周波数によつて変化し、従つて位相応答
誤差も周波数によつて変化するので、この場合は
前記位相誤差補正器41,42,……4Mを受信周
波数に連動させて切り変えなければならず、従つ
て装置が更に複雑化し大型化するという欠点があ
つた。
In the conventional direction cosine estimation error correction method shown in FIG .
4 2 , . In addition, each array element 1 1 , 1 2 , . . . , 1 M and an amplifier 2 1 , 2 2 , .
If the phase response errors Δφ 1 , Δφ 2 , . . . , Δφ M of the band filters 3 1 , 3 2 , . 1 , 42 ,... 4M , the phase correction values of all the correctors that require a change in correction value must be reset. Furthermore, when the received signal consists of a plurality of frequencies and the direction cosine is to be estimated for any of these frequencies, the array elements 1 1 , 1 2 , . . . , 1 M , the amplifiers 2 1 , 2 2 ,...
2M , the phase response characteristics of the band filters 31 , 32 , ..., 3M change depending on the frequency, and therefore the phase response error also changes depending on the frequency, so in this case, the phase error corrector 4 1 , 4 2 , . . . 4 M must be switched in conjunction with the receiving frequency, which has the disadvantage that the device becomes more complicated and larger.

(発明の概要) 本発明は前述のような従来技術における欠点を
除去することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to eliminate the drawbacks in the prior art as described above.

本発明の角度推定誤差の補正方式は、 空間上に配置されたM個(Mは2以上の整数)
の素子及び該素子に付加される増幅器及びフイル
タを含むアレーと、 位相補償手段を用いた該素子出力信号に対する
ビームフオーマと、 前記ビームフオーマの空間周波数領域における
出力の最大点を求める最大点検出手段とを備え、 前記最大点検出手段により求めた前記最大点か
ら前記アレーの基準座標軸上で信号源方向の方向
余弦を推定することにより、前記信号源方向の角
度を求める狭帯域角度測定装置において、 入力信号に対する前記各素子の位相応答特性の
位相応答誤差によつて生じる方向余弦の推定誤差
を前もつて解析的に推定し、 前記推定された前記推定誤差を記憶し、 前記ビームフオーマ及び前記最大点検出手段に
より推定された前記方向余弦の推定値から記憶し
た前記推定誤差を差し引くことにより 前記方向余弦の推定値を補正したことを特徴とす
るものである。
The angle estimation error correction method of the present invention consists of M pieces arranged in space (M is an integer of 2 or more).
an array including an element and an amplifier and a filter added to the element; a beamformer for the output signal of the element using phase compensation means; and maximum point detection means for determining the maximum point of the output of the beamformer in a spatial frequency domain. In a narrowband angle measuring device, the angle in the direction of the signal source is determined by estimating the direction cosine of the direction of the signal source on the reference coordinate axis of the array from the maximum point determined by the maximum point detection means, the input signal analytically estimate in advance an estimation error of the direction cosine caused by a phase response error of the phase response characteristic of each of the elements, store the estimated estimation error, and store the estimated error in the beamformer and the maximum point detection means. The estimated value of the direction cosine is corrected by subtracting the stored estimation error from the estimated value of the direction cosine.

(実施例の説明) ここで、本発明の実施例の説明に入る前に、本
発明概要を式を用いて説明して置く。
(Description of Examples) Here, before entering into the description of the examples of the present invention, an outline of the present invention will be explained using equations.

第3図を参照する。アレーの幾何学的な形状、
即ち第2図に示したアレー素子201,202,…
…,20i,……,20Mの直角座標X、Yにおけ
る各々の位置ベクトルP1,P2,……,Pi,……,
PMが与えられ、かつ前記位相応答誤差Δφ1
Δφ2,……,Δφi,ΔφMが与えられ、|Δφi≪1;
i=1,……,Mであれば、文献「位相誤差によ
るSSBL音響測位の測角誤差;電子通信学会、
SANE82−15、1982年7月」で明らかなように、
Δφi;i=1,……,Mによつて生じる方向余弦
推定誤差ΔαΔ =〔cosθx、cosθyTは Δαλo/2π(Mi=1 |bi2H)-1 Mi=1 |bi2(Pi−Pc)Δφi (1) で与えられる。但し、ここでλ0は信号の波長であ
り、行列H及びベクトルPcは次のように与えられ
る定数である。
See Figure 3. the geometric shape of the array,
That is, the array elements 20 1 , 20 2 , . . . shown in FIG.
..., 20 i , ..., 20 M at rectangular coordinates X, Y, respectively position vectors P 1 , P 2 , ..., P i , ...,
P M is given, and the phase response error Δφ 1 ,
Δφ 2 , ..., Δφ i , Δφ M are given, |Δφ i ≪1;
If i = 1, ..., M, the document "Angle measurement error in SSBL acoustic positioning due to phase error; Institute of Electronics and Communication Engineers,
SANE82-15, July 1982",
The direction cosine estimation error caused by Δφ i ; i=1,...,M ΔαΔ = [cosθ x , cosθ y ] T is Δαλo/2π( Mi=1 | b i | 2 H) -1 M i=1 |b i2 (P i −P c )Δφ i (1). However, here, λ 0 is the wavelength of the signal, and the matrix H and vector P c are constants given as follows.

PcΔ =Mi=1 |bi2PiMi=1 |bi2 (2) HΔ =Mi=1 |bi2PiPi TMi=1 |bi2PcPc (3) 本発明は、式(1)〜(3)で与えられる方向余弦推定
誤差Δαをアレー素子の位相応答誤差により生ず
る方向余弦推定誤差の補正に用いるものである。
P c Δ = Mi=1 |b i2 P iMi=1 |b i2 (2) HΔ = Mi=1 |b i2 P i P i TMi=1 | b i | 2 P c P c (3) The present invention corrects the direction cosine estimation error Δα given by equations (1) to (3) for the direction cosine estimation error caused by the phase response error of the array element. It is used for

第4図は本発明の第1の実施例であつて、8は
レジスタ、9は加算器、16は変換器15に出力
される出力端子である。レジスタ8には前記式(1)
〜(3)で求められた方向余弦推定誤差Δαを記憶し
ておき、最大点検出器6から出力される補正前の
方向余弦推定値α〜Δ =〔cosθ〜x、cosθ〜yTから、加
算器9によつて前記方向余弦推定誤差Δαを差し
引くことによつて、補正後の方向余弦推定値α^=
〔cosθ^x、cosθ^yTを出力端子16に出力する。第
4図に示す本発明の第1の実施例では、従来の位
相応答誤差の補正用の前記位相誤差補正器41
2,……4Mを必要とせず、予めアレーの定数
Pc,H、位相応答誤差Δφ1,Δφ2,……,ΔφM
ら前記式(1)り方向余弦推定差Δαを求めておけば、
1つのレジスタ8と1つの加算器9のみで、該位
相誤差Δφ1,Δφ2,……,ΔφMによつて生ずる方
向余弦推定誤差を取り除くことができる。
FIG. 4 shows a first embodiment of the present invention, in which 8 is a register, 9 is an adder, and 16 is an output terminal that is output to the converter 15. The above formula (1) is written in register 8.
The direction cosine estimation error Δα obtained in ~(3) is memorized, and the uncorrected direction cosine estimation value α~Δ output from the maximum point detector 6 is calculated from [cosθ~ x , cosθ~ y ] T , by subtracting the direction cosine estimation error Δα by the adder 9, the corrected direction cosine estimated value α^=
[cosθ^ x , cosθ^ y ] T is output to the output terminal 16. In the first embodiment of the present invention shown in FIG. 4, the phase error corrector 4 1 for correcting the conventional phase response error,
4 2 ,...4 M is not required and the array constant is set in advance.
If the estimated direction cosine difference Δα is obtained from the above formula (1) from P c , H, and phase response errors Δφ 1 , Δφ 2 , ..., Δφ M , then
With only one register 8 and one adder 9, the direction cosine estimation error caused by the phase errors Δφ 1 , Δφ 2 , . . . , Δφ M can be removed.

以上説明したように、本実施例では、前記位相
応答誤差Δφ1,Δφ2,……,ΔφMによつて生ずる
方向余弦の推定誤差を予め解析的な方法で求めて
おき、該位相応答誤差Δφ1,Δφ2,……,ΔφM
含む信号y1(t)、y2(t),……,yM(t)に対する狭帯域
ビームフオーマと最大点検出器から求めた方向余
弦推定値から差し引くことにより、該位相誤差
Δφ1,Δφ2,……,ΔφMによつて生ずる方向余弦
推定誤差を取り除いているので、ほぼアレー素子
数Mに比例して従来必要としていた前記位相誤差
補正器41,42,……4Mを必要とせず、1つの
レジスタと1つの加算器のみで済むという利点が
ある。また、該位相応答誤差Δφ1,Δφ2,……,
ΔφMの値が変化した場合には、再度前記式(1)によ
つ方向余弦推定誤差Δαを求め、レジスタ8の記
憶内容を入れ換えるだけでよく、前記アレー素子
1,12,……,1M、増幅器21,22,……2
、帯域フイルタ31,32,……,3Mの経年変化
等による特性の変化に対しても容易に対応するこ
とができる。
As explained above, in this embodiment, the estimation error of the direction cosine caused by the phase response errors Δφ 1 , Δφ 2 , ..., Δφ M is obtained in advance by an analytical method, and the phase response error Direction cosine estimate obtained from narrowband beamformer and maximum point detector for signals y 1 (t), y 2 (t), ..., y M (t) containing Δφ 1 , Δφ 2 , ... , Δφ M Since the direction cosine estimation error caused by the phase errors Δφ 1 , Δφ 2 , ..., Δφ M is removed by subtracting it from There is an advantage that the circuits 4 1 , 4 2 , . . . 4 M are not required, and only one register and one adder are required. In addition, the phase response errors Δφ 1 , Δφ 2 , ...,
When the value of Δφ M changes, it is sufficient to calculate the direction cosine estimation error Δα again using the above formula (1) and replace the stored contents of the register 8, and the array elements 1 1 , 1 2 , . . . , 1 M , amplifier 2 1 , 2 2 , ...2
It is also possible to easily cope with changes in characteristics of band filters 3 1 , 3 2 , . . . , 3 M due to aging.

第5図は本発明の第2の実施例であつて、81
2,……,8Mは各々レジスタ、10はマルチプ
レクサ、11は周波数可能のローカルオシレー
タ、121,122,……,12Mはかけ算器であ
る。ローカルオシレータ11はN種類の周波数
F1,F2,……FNを発生することができ、該ロー
カルオシレータ11とかけ算器121,122,…
…,12Mは受信信号x1(t),……,xM(t)に含まれ
るN種類の中心周波数f1,f2,……,fNを持つ狭
帯域信号の中から1つの信号を選択するために用
いられ、帯域フイルタ31,32,……,3Mの出
力端には選択され、かつ中心周波数が周波数Fj
けシフトされた信号y1(t)、y2(t),……,yM(t)が出
力される。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention, in which 8 1 ,
8 2 , . . . , 8 M are registers, 10 is a multiplexer, 11 is a frequency-capable local oscillator, and 12 1 , 12 2 , . . . , 12 M are multipliers. Local oscillator 11 has N types of frequencies.
F 1 , F 2 , . . . F N can be generated, and the local oscillator 11 and multipliers 12 1 , 12 2 , .
..., 12 M is one narrowband signal from among N narrowband signals having N types of center frequencies f 1 , f 2 , ..., f N included in the received signals x 1 (t), ..., x M (t). The output terminals of the band filters 3 1 , 3 2 , . (t), ..., y M (t) is output.

また、レジスタ81,82,……,8Mには、周
波数f1,f2,……,fNにおける前記位相応答誤差
Δφ1,Δφ2,……,ΔφMの値から前記式(1)で予め
求められた方向余弦推定誤差Δα1,Δα2,……,
ΔαNが記憶され、マルチプレクサ10は該方向余
弦推定誤差Δα1,Δα2,……,ΔαNの中からロー
カルオシレータで選択された周波数Fj、すなわち
選択された入力信号の中心周波数fjに対応した方
向余弦推定誤差Δαjを選択して加算器9に出力
し、以下は本発明の第1の実施例と同じである。
Furthermore, the values of the phase response errors Δφ 1 , Δφ 2 , ..., Δφ M at the frequencies f 1 , f 2 , ..., f N are stored in the registers 8 1 , 8 2 , ..., 8 M using the above formula. Direction cosine estimation error Δα 1 , Δα 2 , ..., obtained in advance in (1)
Δα N is stored, and the multiplexer 10 selects the frequency F j selected by the local oscillator from among the direction cosine estimation errors Δα 1 , Δα 2 , ..., Δα N , that is, the center frequency f j of the selected input signal. The corresponding direction cosine estimation error Δα j is selected and output to the adder 9, and the following is the same as the first embodiment of the present invention.

第5図に示す本発明の第2の実施例は、受信信
号が複数の中心周波数f1,f2,……,fNの狭帯域
信号からなり、その中から希望する中心周波数fj
を選択して該信号源の方向余弦を推定する場合
で、かつ前記位相応答誤差Δφ1,Δφ2,……,
ΔφMがf1,f2,……,fN毎に異なる場合への適用
例である。前記位相誤差補正器41,42,……,
Mを用いる従来方式では、このような場合、位
相誤差補正器をM×N個必要とするのに対して、
本発明ではN個のレジスタ81,82,……,8N
と1つのマルチプレクサ10および1つの加算器
9を必要とするだけである。従つて、本実施例に
おいても第1の実施例と同様、従来方式と比較し
て装置の大幅な小型化、単純化がはかれるという
効果がある。
The second embodiment of the present invention shown in FIG .
is selected to estimate the direction cosine of the signal source, and the phase response error Δφ 1 , Δφ 2 , ...,
This is an application example where Δφ M is different for each of f 1 , f 2 , ..., f N . The phase error corrector 4 1 , 4 2 , ...,
The conventional method using 4 M requires M×N phase error correctors in such a case, whereas
In the present invention, N registers 8 1 , 8 2 , ..., 8 N
, one multiplexer 10 and one adder 9 are required. Therefore, similar to the first embodiment, this embodiment also has the effect of significantly reducing the size and simplifying the device compared to the conventional system.

(発明の効果) 本実施例は、アレー素子の位相応答誤差によつ
て生じる方向余弦の推定誤差の補正を、アレーの
幾何学的形状で決まる定数と該位相応答誤差から
予め求めた方向余弦推定誤差を用いて行なうの
で、ほぼアレー素子数に比例した数だけ必要とす
る位相誤差補正器は必要とせず、受信周波数の数
に比例したレジスタと1つの加算器のみで済むの
で、装置を大幅に小型化、単純化できる利点があ
り、狭帯域ビームフオーマを用いたソーナー、音
響測位装置、レーダにおける角度測定装置に利用
することができる。
(Effects of the Invention) This embodiment corrects the estimation error of the direction cosine caused by the phase response error of the array element by estimating the direction cosine obtained in advance from the constant determined by the geometrical shape of the array and the phase response error. Since this is done using the error, there is no need for phase error correctors, which are roughly proportional to the number of array elements, and only one adder and a register proportional to the number of receiving frequencies are required, which greatly reduces the equipment size. It has the advantage of being miniaturized and simple, and can be used for angle measuring devices in sonar, acoustic positioning devices, and radar using narrowband beamformers.

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

第1図は狭帯域ビームフオーマを用いた従来の
方向余弦該差補正方式の説明図、第2図は狭帯域
ビームフオーマの説明図、第3図は2次元(平
面)アレーと方向余弦の説明図、第4図は本発明
の第1の実施例の説明図、第5図は本発明の第2
の実施例の説明図である。 11,12,……,1M;アレー素子、21,22
……2M;増幅器、31,32,……,3M;帯域フ
イルタ、41,42,……4M;位相誤差補正器、
5;狭帯域ビームフオーマ、6;最大点検出器、
8;レジスタ、9;加算器、81,82,……,8
;レジスタ、10;マルチプレクサ、11;可
変周波数ローカルオシレータ、121,122,…
…,12M;かけ算器、15;変換器。
Fig. 1 is an explanatory diagram of a conventional direction cosine difference correction method using a narrowband beamformer, Fig. 2 is an explanatory diagram of a narrowband beamformer, and Fig. 3 is an explanatory diagram of a two-dimensional (planar) array and a direction cosine. FIG. 4 is an explanatory diagram of the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an explanatory diagram of the second embodiment of the present invention.
It is an explanatory view of an example of. 1 1 , 1 2 , ..., 1 M ; array element, 2 1 , 2 2 ,
...2 M ; Amplifier, 3 1 , 3 2 , ..., 3 M ; Bandpass filter, 4 1 , 4 2 , ... 4 M ; Phase error corrector,
5; Narrowband beamformer; 6; Maximum point detector;
8; register, 9; adder, 8 1 , 8 2 , ..., 8
N ; register, 10; multiplexer, 11; variable frequency local oscillator, 12 1 , 12 2 ,...
..., 12 M ; multiplier, 15; converter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 空間上に配置されたM個(Mは2以上の整
数)の素子及び該素子に付加される増幅器及びフ
イルタを含むアレーと、 位相補償手段を用いた該素子出力信号に対する
ビームフオーマと、 前記ビームフオーマの空間周波数領域における
出力の最大点を求める最大点検出手段とを備え、 前記最大点検出手段により求めた前記最大点か
ら前記アレーの基準座標軸上で信号源方向の方向
余弦を推定することにより、前記信号源方向の角
度を求める狭帯域角度測定装置において、 入力信号に対する前記各素子の位相応答特性の
位相応答誤差(Δφ1、…ΔφM)によつて生じる
方向余弦の推定誤差(Δα)を前もつて解析的に
推定し、 前記推定された前記推定誤差(Δα)を記憶し、 前記ビームフオーマ及び前記最大点検出手段に
より推定された前記方向余弦の推定値から記憶し
た前記推定誤差(Δα)を差し引くことにより前
記方向余弦の推定値(α)を補正したことを特徴
とする角度推定誤差の補正方式。 2 前記推定誤差(Δα)は式 Δαλo/2π(Mi=1 |bi2H)-1 Mi=1 |bi2(Pi−Pc)Δφi により推定され、前記式において、 biは第i番目の受信感度を示す係数、 λoは信号の波、 Δφiは入力信号に対する第i番目の素子の位相
応答特性の位相応答誤差であり、 Piは第i番目の素子の位置ベクトル、 Pcは係数biを質点と想定したときのアレーの重
心位置ベクトルであり、式 PcΔ = Mi=1 |bi2PiMi=1 |bi2 により算出され、 Hはアレーの重心の回りの2次モーメントであ
り、式 HΔ = Mi=1 |bi2PiPi TMi=1 |bi2PcPc により算出され、 Pi T、Pc TはベクトルPi、Pcの転置を示すことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の角度推定
誤差の補正方式。
[Claims] 1. An array including M elements (M is an integer of 2 or more) arranged in space and an amplifier and a filter added to the elements, and an output signal of the element using a phase compensation means. and maximum point detection means for determining the maximum point of the output of the beamformer in a spatial frequency domain, and a direction cosine of the signal source direction on the reference coordinate axis of the array from the maximum point determined by the maximum point detection means. In the narrowband angle measuring device that calculates the angle in the direction of the signal source by estimating the direction cosine estimation error caused by the phase response error (Δφ1,...ΔφM) of the phase response characteristic of each element with respect to the input signal. (Δα) is analytically estimated in advance, the estimated estimation error (Δα) is stored, and the estimation is stored from the estimated value of the direction cosine estimated by the beam former and the maximum point detection means. A method for correcting an angle estimation error, characterized in that the estimated value (α) of the direction cosine is corrected by subtracting the error (Δα). 2 The estimation error (Δα) is estimated by the formula Δαλo/2π( Mi=1 | b i | 2 H) -1 Mi=1 | b i | 2 (P i −P c )Δφ i , In the above equation, b i is a coefficient indicating the i-th receiving sensitivity, λo is the signal wave, Δφ i is the phase response error of the phase response characteristic of the i-th element with respect to the input signal, and P i is the i-th The position vector of the th element, P c is the barycenter position vector of the array when the coefficient b i is assumed to be a mass point, and is expressed by the formula P c Δ = Mi=1 | b i | 2 P i / Mi= 1 |b i2 , H is the second moment about the center of gravity of the array, and the formula HΔ = Mi=1 |b i2 P i P i T / Mi=1 |b 2. The angle estimation error correction method according to claim 1, wherein P i T and P c T represent the transposition of vectors P i and P c .
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