[0001] 本发明涉及根据由多个传感器(传感器元件)观测到的信息推测未知参数的未知参数推测装置的校正装置，特别涉及使用阵列天线的测角装置、使用观测多个频率的传感器的测距装置、以及使用多个偏振波传感器的观测装置等未知参数推测装置的校正装置。

[0002] 一般地，在使用多个传感器来测定接收信号的未知参数的装置中，需要预先测定各传感器的接收信道特性，或者以使所有传感器的接收特性成为相同的方式进行校正。因此，需要进行与未知参数对应的观测数据的观测，测量或者校正各传感器的接收信道特性。

[0003] 作为与未知参数推测装置相关的现有技术，存在MUSIC(MUltiple SIgnal Classification，多重信号分类)法等(例如，参照非专利文献1)。在使用了这样的MUSIC法的现有技术中，在所观测的多个信号是高相关的情况下，例如，需要在前级中进行如非专利文献2所示的处理等。

[0004] 因此，为了应用如该非专利文献2所示的前级处理，需要使用所有传感器的接收信道特性相同的观测装置，或者使用用于以使所有传感器的接收信道特性成为相同的方式校正的校正装置。由于前者的观测装置难以实现，所以一般使用后者的校正装置。

[0005] 另外，作为实现这样的校正装置的现有技术，例如，有如非专利文献3以及非专利文献4所示的技术。在这些现有技术中，推测用矩阵表现了用于使多个传感器的接收特性成为相同的多个校正用参数的校正矩阵。

[0006] 非 专 利 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，March 1986

[0007] 非专 利 文献2：T.Shan、M.Wax、T.Kailath，″ On spatial smoothing for direction-of-arrival estimation of coherent signals，″IEEE Trans.Acoustics，Speech and Signal Processing，vol.33，no.4，pp.806-811，Aug 1985[0008] 非专利文献3：B.Friedlander、A.J.Weiss，″Direction finding in the presence of mutual coupling，″IEEE Trans.Antennas and Propagation，vol.39，no.3，pp.273-284，March 1991

[0009] 非专利文献4：C.M.S.See，“Sensor array calibration in the presence of mutual coupling and unknown sensor gains and phases，”Electronics Letters，vol.30，pp.373-374，March 1994

[0032] 以下，参照附图，说明本发明的优选的实施方式。

[0033] 实施方式1.

[0034] 图1是示出根据本发明的实施方式1的校正装置的框图。

[0035] 在图1中，对校正装置100，连接了多个(L个：任意的个数)传感器1A～1L。传感器1A～1L例如构成阵列天线。另外，校正装置100从多个传感器1A～1L接收观测数据(观测信号)。

[0036] 进而，校正装置100具有观测数据矢量生成处理部101、观测数据矢量存储部102、作为模式矢量关联处理部的数据库部103、作为校正用参数计算部的校正矩阵计算处理部104、以及校正矩阵输出部105。观测数据矢量生成处理部101根据来自传感器1A～1L的观测数据生成观测数据矢量。观测数据矢量存储部102可以存储从观测数据矢量生成处理部101接收到的多个观测数据矢量。

[0037] 数据库部103包括阵列模式矢量存储部103a和正交矢量存储部103b。阵列模式矢量存储部103a将观测到参数(角度)θ的单一信号的观测数据矢量r与该参数θ对应起来，预先存储有多个阵列模式矢量a(θ)。正交矢量存储部103b将多个阵列模式矢量a(θ)的正交矢量与参数θ对应起来预先存储。因此，数据库部103预先保存有阵列模式矢量a(θ)和其正交矢量。

[0038] 校正矩阵计算处理部104使用正交矢量存储部103b中存储的正交矢量和阵列模式矢量存储部102中存储的阵列模式矢量a(θ)，根据下式(3)的关系，推测校正矩阵M。

[0039] [表达式3]

[0040] vHMr＝0···(3)

[0041] 其中，v是阵列模式矢量a(θ)的正交矢量。

[0042] 校正矩阵输出部105将由校正矩阵计算处理部104计算出的校正矩阵M发送到未知参数推测装置(未图示)。未知参数推测装置例如是测角装置、测距装置或者观测装置等。

[0043] 另外，校正装置100可以通过具有运算处理装置(CPU)、存储装置(ROM、RAM以及硬盘等)以及信号输入输出装置的计算机(未图示)构成。在校正装置100的计算机的存储装置中，保存有用于实现观测数据矢量生成处理部101、观测数据矢量存储部102、数据库部103、校正矩阵计算处理部104以及校正矩阵输出部105的功能的程序。

[0044] 如上所述，根据实施方式1的校正装置100，由于阵列模式矢量a(θ)是已知信息，从而可以预先计算正交矢量。因此，阵列模式矢量a(θ)的正交矢量v预先登记于数据库部103的正交矢量存储部103b中。其结果，与如图5所示的现有的校正装置500不同，无需根据观测数据矢量直接计算正交矢量。因此，在实施方式1的校正装置100中，可以抑制运算负荷的增大和装置规模的扩大，可以降低制造成本。

[0045] 此处，在非专利文献4所示的现有技术中，不使用正交矢量而直接推测校正矩阵M。但是，其中，由于对大于传感器数L的大小的矩阵进行逆矩阵运算等，从而需要较多的运算量，所以运算负荷较为增大。相对于此，在实施方式1的校正装置100中，在数据库部103内存储了正交矢量。因此，不会产生对于正交矢量的固有值计算运算。其结果，与非专利文献4所示的现有技术相比，可以降低作为校正装置100整体的固有值计算运算的产生频度。

[0046] 实施方式2.

[0047] 首先，在如非专利文献1的现有技术那样观测的多个信号是高相关的情况下，应用例如非专利文献2等所示的前级处理。因此，在多个传感器中，要求相对参数θ是相同的观测特性这样的条件。在这样的条件下，通过阵列模式矢量a(θ)以及傅立叶系数，可以计算正交矢量。

[0048] 在本发明的实施方式2的校正装置200中，阵列模式矢量a(θ)和傅立叶系数预先保存在数据库部203中。另外，在校正装置200中，在阵列模式矢量a(θ)的正交矢量的计算中，使用了该阵列模式矢量a(θ)和傅立叶系数。

[0049] 接下来，具体说明实施方式2中的正交矢量的计算方法。此处，作为一个例子，说明传感器数是4的情况。与阵列模式矢量a(θ)正交的3个正交矢量vl(l＝1，...，3)由下式(4)～式(6)得出。

[0050] [表达式4]

[0051]

[0052] 其中，l＝1，...，3， 是元素之间的乘法运算。

[0053]

[0054]

[0055]

[0056] 接下来，如果将分别个别地观测了多个参数θk(k＝1，...，K)的信号的观测数据矢量rk联立，如式(4)那样用阵列模式矢量a(θ)以及矢量f1来表现正交矢量vl，则前面的式(3)成为下面的式(7)。另外，对于构成式(7)的矩阵F、矩阵A以及矩阵D，成为下式(8)～式(10)。

[0057] [表达式5]

[0058]

[0059] F＝[f1 f2 f3]···(8)

[0060] A＝[a(θ1)a(θ2)…a(θK)]···(9)

[0061] D＝[r1 r2 … rK]···(10)

[0062] 其中，上标＊表示是复数共轭。

[0063] 此处，在根据上式(7)来尝试校正矩阵M的直接的推测的情况下，由于矩阵FH的左伪逆矩阵并未唯一地确定、存在以传感器数为维数的逆矩阵运算，从而难以运算处理。因此，如果将构成式(7)的矩阵F、矩阵A、校正矩阵M以及矩阵D分割，则成为如下式(11a)～式(11c)所示。另外，对于构成式(11a)～式(11c)的矩阵F、矩阵A、校正矩阵M以及矩阵D，成为下式(12)～式(15)。

[0064] [表达式6]

[0065]

[0066]

[0067]

[0068]

[0069]

[0070]

[0071]

[0072] 另外，校正矩阵M的元素根据式(11a)～式(11c)，作为矩阵M11、矩阵M12、矩阵M21以及矩阵M22，如下式(16)～式(19)那样表现。另外，对于式(16)～式(19)中的各矩阵的关系，成为如下式(20)～式(27)所示。

[0073] [表达式7]

[0074] M11＝{P1-M12D2}Q1···(16)

[0075] M12＝{P1-M11D1}Q2···(17)

[0076] M21＝{P2-M22D2}Q1···(18)

[0077] M22＝{P2-M21D1}Q2···(19)

[0078]

[0079]

[0080]

[0081]

[0082]

[0083]

[0084]

[0085]

[0086] 其中， 是元素间的除法运算。

[0087] 即，校正矩阵M被分割成多个作为规定矩阵的矩阵M11、矩阵M12、矩阵M21以及矩阵M22。另外，在式(16)～式(19)中，矩阵M11、矩阵M12、矩阵M21以及矩阵M22中的、3个矩阵的值被固定，而推测剩余的1个矩阵。然后，依次反复计算式(16)～式(19)的推测运算。另外，对于反复推测中的校正矩阵M的初始值，使用单位矩阵I。

[0088] 最终，使用反复推测出的矩阵M11(^)、矩阵M12(^)、矩阵M21(^)以及矩阵M22(^)，如下式(28)所示，计算校正矩阵M的推测值即校正矩阵M(^)(另外，M(^)是在记号M之上附加“^”而得到的，表示推测值)。即，根据基于式(16)～式(19)的各矩阵的相互的关系针对各矩阵进行反复推测，使用该反复推测出的各矩阵来推测校正矩阵M(^)。

[0089] [表达式8]

[0090]

[0091] 接下来，图2是示出本发明的实施方式2的校正装置的框图。在图2中，实施方式2的校正装置200具有实施方式1的校正装置100的各功能101、102、105。另外，校正装置
200代替实施方式1的校正装置100的数据库部103，而具有数据库部203。进而，校正装置
200代替实施方式1的校正装置100的校正矩阵计算处理部104，而具有校正矩阵计算处理部(改良校正矩阵计算处理部)204。另外，校正装置200还具有伪逆矩阵计算处理部206。

[0092] 数据库部203包括与实施方式1的阵列模式矢量存储部103a同样的阵列模式矢量存储部203a、傅立叶系数存储部203b、以及伪逆矩阵信息存储部203c。傅立叶系数存储部203b预先存储有与上式(8)的矩阵F相当的信息。伪逆矩阵信息存储部203c预先存储有与上式(24)以及式(25)的矩阵U1以及矩阵U2相当的信息。因此，数据库部203预先保存有与阵列模式矢量、矩阵F相当的信息、以及与矩阵U1以及矩阵U2相当的信息。

[0093] 伪逆矩阵计算处理部206使用观测数据矢量存储部102中存储的观测数据矢量，来执行上式(22)以及式(23)的运算处理。校正矩阵计算处理部204使用观测数据矢量存储部102中存储的观测数据矢量、通过伪逆矩阵计算处理部206得到的计算值、以及数据库部203中存储的信息，执行上式(16)～(21)的运算处理，取得校正矩阵M(^)。其他结构与实施方式1相同。

[0094] 如上所述，根据实施方式2的校正装置200，阵列模式矢量a(θ)和傅立叶系数预先保存在数据库部203中。另外，根据该阵列模式矢量a(θ)和傅立叶系数，通过校正矩阵计算处理部204计算正交矢量。由此，即使在多个观测数据是高相关的情况下，也可以通过比较少的计算量来计算正交矢量。

[0095] 另外，通过对校正矩阵M进行分割而进行推测，可以得到如下效果：从矩阵FH派生的矩阵F1H以及矩阵F2H具有左伪逆矩阵，或者通过式(22)～式(25)进行逆矩阵运算的矩阵的大小变得小于传感器数。

[0096] 进而，为了推测校正矩阵M而所需的逆矩阵运算仅为上式(22)以及式(23)这2次，而不存在固有值计算运算。其结果，即使在实施方式2的校正装置中，也可以得到与实施方式1的校正装置同样的效果。

[0097] 另外，在实施方式2中，阵列模式矢量a(θ)和傅立叶系数预先保存在数据库部203中。但是，不限于该例子，而还可以针对阵列模式矢量a(θ)以及傅立叶系数中的至少某一方，不预先保存到数据库中，而是依次计算。在该情况下，校正矩阵计算处理部204依次运算上式(5)以及式(6)即可。即，也可以省略数据库部203，而校正矩阵计算处理部204具有作为模式矢量关联处理部的功能。

[0098] 实施方式3.

[0099] 首先，在非专利文献4的现有技术中，为了改善观测数据矢量r的信噪比，根据基于下式(29)的观测数据矢量r的相关矩阵R，计算与信号分量对应的固有矢量。但是，在非专利文献4的现有技术中，虽然观测数据矢量r的信噪比被改善，但也这样计算固有矢量。因此，在非专利文献4的现有技术中，将以传感器数为大小的矩阵的固有值计算运算进行多次，运算负荷变得比较大。

[0100] [表达式9]

[0101] R＝E[rrH]···(29)

[0102] 其中，E []表示总体平均。

[0103] 相对于此，在实施方式3的校正装置300中，通过下式(30)的运算处理计算基于相关矩阵R的矩阵R(-)(另外，R(-)是在记号R之上附加“-”而得到的)。然后，使用与基于相关矩阵R的矩阵R(-)中的任意的1列量(规定的矩阵要素)相当的信息，改善观测数据矢量r的信噪比。

[0104] [表达式10]

[0105]2 2

[0106] 其中，σN是噪声功率。另外，在通过未知参数推测装置推测该噪声功率σN的情2
况下，可以将该推测值转用为噪声功率σN。

[0107] 此处，与矩阵R(-)中的任意的1列量相当的信息这样的定义基于矩阵R(-)的任意的1列具有的信息量和任意的1行具有的信息量等价。即，即使矩阵R(-)中的要素的使用方法不同，也是与任意的1列量相当的信息。另外，在信号对噪声比充分大的情况下，还2
可以忽略噪声功率σN。另外，有时以使与任意的一列量相当的信息的特定要素成为规定的功率的方式，操作信息整体。

[0108] 接下来，图3是示出根据本发明的实施方式3的校正装置的结构的框图。在图3中，实施方式3的校正装置300具有实施方式1的校正装置100的各功能101、103、105。另外，校正装置300代替实施方式1的校正装置100的校正矩阵计算处理部104，而具有校正矩阵计算处理部304。进而，校正装置300具有相关矩阵处理部307。另外，校正装置300代替实施方式1的校正装置100的观测数据矢量存储部102，而具有矢量信息存储部308。

[0109] 相关矩阵处理部307使用由观测数据矢量生成处理部101生成的观测数据矢量r，执行上式(29)的运算处理，计算相关矩阵R。另外，相关矩阵处理部307执行上式(30)的运算处理，计算从相关矩阵R去除了噪声的影响的矩阵R(-)，提取并输出与矩阵R(-)中的任意的一列量相当的信息。即，相关矩阵处理部307提取矩阵R(-)中的规定的矩阵要素。

[0110] 矢量信息存储部308从相关矩阵处理部307接收与矩阵R(-)中的任意的一列量相当的信息。矢量信息存储部308可以针对与矩阵R(-)中的任意的一列量相当的信息，存储多个信息。

[0111] 校正矩阵计算处理部304从矢量信息存储部308取得与基于相关矩阵R的矩阵R(-)中的任意的1列量相当的信息。校正矩阵计算处理部304的其他功能与实施方式1的校正矩阵计算处理部104的功能相同。另外，校正装置300的其他结构与实施方式1的校正装置100相同。

[0112] 以上，根据实施方式3的校正装置，由于不需要如非专利文献4所示的以传感器数为大小的矩阵的固有值计算运算，从而可以通过比较简单的处理，实现关于观测数据矢量r的信号对噪声比的改善。

[0113] 另外，在实施方式3中，以实施方式1的校正装置100为基础而进行了说明。但是，不限于该例子，也可以将实施方式3的校正装置300的各功能302、307、308应用于实施方式2的校正装置200。

[0114] 实施方式4.

[0115] 首先，在实施方式2中，式(24)的矩阵U1和式(25)的矩阵U2预先保存在数据库部203中。由于这些矩阵U1以及矩阵U2是常数矩阵，所以无需在数据库部403中保存信息，而可以在通过校正矩阵计算处理部404进行的校正矩阵计算处理的过程中计算。特别，在矩阵U1以及矩阵U2的尺寸相等的情况下，矩阵U1以及矩阵U2在数学上是同值，存在下式(31)的特性。

[0116] [表达式11]

[0117]

[0118]

[0119] 即，上式(20)中的U1B2的矩阵运算可以用计算矩阵B2的各列要素的平均值的处理(平均处理)来置换。与其同样地，上式(21)中的U2B1的矩阵运算可以用计算矩阵B1的各列要素的平均值的处理(平均处理)来置换。另外，这样的置换在矩阵U1以及矩阵U2的大小相互不同的情况下也可以进行。

[0120] 接下来，图4是示出根据本发明的实施方式4的校正装置400的框图。在图4中，校正装置400具有实施方式1的校正装置100的各功能101、102、105、和实施方式2的校正装置200的功能206。另外，校正装置400代替实施方式2的校正装置200的数据库部203，而具有数据库部403。数据库部403包括与实施方式2的阵列模式矢量存储部203a相同的阵列模式矢量存储部403a。

[0121] 进而，校正装置400代替实施方式2的校正装置200的校正矩阵计算处理部204，而具有校正矩阵计算处理部(平均化改良校正矩阵计算处理部)404。校正矩阵计算处理部404在通过实施方式2的校正矩阵计算处理部204进行的基于上式(16)～式(21)的运算处理中，将矩阵运算U1B2(规定要素)置换为矩阵B2的各列要素的平均处理而执行运算处理。同时，校正矩阵计算处理部404用B1的各列要素的平均处理来置换矩阵运算U2B1(规定要素)而执行运算处理。

[0122] 即，校正矩阵计算处理部404将关于矩阵M11、矩阵M12、矩阵M21以及矩阵M22的运算处理中的使用了正交矢量的运算处理置换为平均处理而执行(即，针对多个规定矩阵各自的规定要素执行平均处理)。

[0123] 然后，校正矩阵计算处理部404针对该平均处理后的矩阵M11、矩阵M12、矩阵M21以及矩阵M22，根据矩阵M11、矩阵M12、矩阵M21以及矩阵M22的相互的关系反复推测。此后，校正矩阵计算处理部404使用该反复推测出的矩阵M11(^)、矩阵M12(^)、矩阵M21(^)以及矩阵M22(^)来推测校正矩阵M(^)。另外，校正装置400的其他结构与实施方式1的校正装置100以及实施方式2的校正装置200相同。

[0124] 如上所述，根据实施方式4的校正装置，用平均处理来置换实施方式2中的关于正交矢量的矩阵运算。由此，与实施方式2的校正装置200相比，可以减小运算规模，可以进一步降低制造成本。

[0125] 另外，还可以在实施方式4的校正装置400中，应用实施方式3的校正装置300的各功能302、307、308。

[0126] 另外，在实施方式1～4中，对于多个传感器构成阵列天线的例子进行了说明。但是，多个传感器不限于阵列天线，而也可以是例如多个频率观测用的传感器、多个偏振波传感器等。在该情况下，将实施方式1～4中的阵列模式矢量a(θ)作为与多个传感器的特性对应的模式矢量即可。

[0127] 进而，在实施方式1、3、4中，阵列模式矢量a(θ)预先保存在数据库部103、403中。但是，不限于该例子，也可以是针对阵列模式矢量a(θ)，不预先保存在数据库中，而依次计算。即，也可以使校正矩阵计算处理部104、304、404还具有作为模式矢量关联处理部的功能。在该情况下，可以降低构成数据库部103、403的存储装置(ROM等)的使用容量，可以实现装置规模的缩小化。