专利名称：到达角度计算装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测到达的电波的相位而用于电波到达角度的计算的到达角度计算
装置
背景技术：
在以往的到达方向估计装置中，使用互相关系数的计算、逆矩阵运算等运算量大的运算，需要几百符号量的运算。因此，希望得到可以通过简便的运算来估计到达方向的到达方向估计装置。在专利文献I中提出了缩小了运算规模的到达方向估计装置。在专利文献I所记载的到达方向估计装置中，对由两个天线接收到的接收信号，由复共轭电路和乘法电路来计算到达方向的系数，通过在到达方向检测电路中进行反正切运算和反余弦运算，而估计了接收波的到达方向。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平10-177064号公报

发明内容
发明要解决的课题但是，在专利文献I中，采用了比较I隙缝间的到达方向矢量的功率与阈值、并在比阈值大的情况下更新到达方向的构成，因此，有可能不能够准确地检测接收波中的期望波来更新到达方向。例如，在接收波的背景值高的情况下，与期望波的信号电平无关地，接收波的功率往往比阈值大。在这种情况下，在背景值下到达方向也被计算、更新，因此不能够正确估计到达方向。本发明是鉴于这样的点而进行的，其目的在于提供一种可以抑制接收波的背景值的影响、并能够以高精度计算到达角度的到达角度计算装置。用于解决课题的手段本发明的到达角度计算装置的特征在于，具备:多个天线，接收从某个位置发送的电波；多个接收信号处理部，与所述各天线对应地设置；以及到达角度计算部，从由所述多个接收信号处理部输出的输出信号取入在接收信号处理部间成为相同信息单位的信号分量从而计算所述电波的到达角度，所述各接收信号处理部具备:接收部，将由对应的所述天线接收到的电波变换为具有该电波的相位信息的接收信号并输出；相关处理部，将从所述接收部输出的接收信号进行相关处理；峰值检测部，检测进行了所述相关处理的接收信号的峰值；以及定时控制部，以从所述相关处理部的输出信号切出在所述接收信号处理部间成为相同信息单位的信号分量的方式，与由所述峰值检测部检测到的峰值的定时相配合，从而控制从所述相关处理部输出的输出信号的取入定时，在与所述信息单位相当的期间中的峰值期间的电力与除了该峰值期间以外的期间的电力之比大于阈值的情况下，所述定时控制部将来自所述相关处理部的信号向所述到达角度计算部输出。根据该构成，将峰值期间的电力和其以外的期间的电力之比与阈值相比较，在比大于阈值的情况下计算到达角度，因此即使在接收波的期望波以外的信号电平高的情况下，也可以准确地检测期望波的峰值，并计算到达角度。即，没有根据期望波以外的部分计算到达角度，因此可以提高到达角度的计算精度。在本发明的到达角度计算装置中，也可以为，将Σ PjPE P2之比Σ P1/ Σ P2与阈值进行比较，在所述比Σ P1/ Σ匕大于所述阈值的情况下，所述定时控制部将来自所述相关处理部的信号向所述到达角度计算部输出，其中上述Σ P1是与所述信息单位相当的期间中的峰值期间的电力之和，上述Σ P2是与所述信息单位相当的期间中除了所述峰值期间以外的期间中的电力之和。在本发明的到达角度计算装置中，也可以为，所述到达角度计算部具备:复共轭部，取来自一方的接收信号处理部的定时控制部的信号的复共轭，该一方的接收信号处理部与一方的天线对应；复数乘法部，将所述复共轭部的输出和来自另一方的接收信号处理部的定时控制部的信号相乘，该另一方的接收信号处理部与另一方的天线对应；反正切部，使用所述复数乘法部的输出来进行反正切运算，计算所述天线间的所述接收电波的相位差；平均化部，对所述反正切部的输出进行平均化；以及到达角度变换部，使用所述平均化部的输出来进行反三角函数运算，从而变换为到达角度。根据该构成，可以不使用互相关系数的计算、逆矩阵运算等而计算到达角度，因此可以缩小到达角度计算装置的规模。在本发明的到达角度计算装置中，也可以为，在计算出的所述相位差分布在1-Q平面上的+180°及/或一 180°附近的情况下，所述到达角度计算部在使各相位差旋转规定角度后进行平均化，从该平均值减去所述规定角度后进行反三角函数运算，从而变换为到达角度。根据该构成，在相位差分布在到达角度的计算精度处于降低的倾向的相位差区域的情况下，使相位差仅旋转规定角度而进行到达角度计算的运算，因此到达角度的计算精度才没有降低。结果，可以充分提高到达角度的计算精度。在本发明的到达角度计算装置中，也可以为，在所述1-Q平面上，在大于+90°或小于一 90°的相位差的数量比小于+ 90°且大于一 90°的相位差的数量多的情况下，判断为分布在所述1-Q平面上的+ 180°及/或一 180°附近。在本发明的到达角度计算装置中，也可以为，使所述规定角度为+90°、一90°、+ 180°或一 180°的任一个角度。在本发明的到达角度计算装置中，也可以为，在所述复数乘法部的输出的I分量为负、且所述复数乘法部的输出的I分量的绝对值与Q分量的绝对值相比充分大的情况下，通过在反转了所述Q分量的符号后进行调换了I分量与Q分量的关系的反正切运算，来计算校正后的相位差，对所述校正后的相位差进行平均化，从该平均值减去90°后进行反三角函数运算，从而变换为到达角度。根据该构成，在相位差分布在到达角度的计算精度处于降低的倾向的相位差区域的情况下，使相位差旋转规定角度的量而进行到达角度计算的运算，因此到达角度的计算精度才没有降低。结果，可以充分提高到达角度的计算精度。在本发明的到达角度计算装置中，也可以为，在所述复数乘法部的输出的I分量为负、且所述复数乘法部的输出的I分量的绝对值与Q分量的绝对值相比充分大的情况下，通过在反转了所述I分量的符号后进行调换了I分量与Q分量的关系的反正切运算，来计算校正后的相位差，对所述校正后的相位差进行平均化，对该平均值加上90°后进行反三角函数运算，从而变换为到达角度。根据该构成，在相位差分布在到达角度的计算精度处于降低的倾向的相位差区域的情况下，使相位差旋转规定角度的量而进行到达角度计算的运算，因此到达角度的计算精度才没有降低。结果，可以充分提高到达角度的计算精度。在本发明的到达角度计算装置中，也可以为，在所述复数乘法部的输出的I分量为负、且所述复数乘法部的输出的I分量的绝对值与Q分量的绝对值相比充分大的情况下，通过在反转了所述I分量的符号和Q分量的符号后进行反正切运算来计算校正后的相位差，对所述校正后的相位差进行平均化，从该平均值减去180°后进行反三角函数运算，从而变换为到达角度。根据该构成，在相位差分布在到达角度的计算精度处于降低的倾向的相位差区域的情况下，使相位差旋转规定角度的量而进行到达角度计算的运算，因此到达角度的计算精度才没有降低。结果，可以充分提高到达角度的计算精度。发明效果根据本发明的到达角度计算装置，求出峰值期间的电力与峰值期间以外的剩余的期间中的电力的比，对该求出的比和阈值进行比较，在比大于阈值的情况下计算到达角度，因此即使在接收波的期望波以外的信号电平高的情况下，也可以准确地检测期望波的峰值，并计算到达角度。即，没有根据期望波以外的部分计算到达角度，因此可以提高到达角度的计算精度。


图1是表示实施方式涉及的到达角度计算装置的构成例的框图。图2是表示实施方式涉及的到达角度计算装置的具体的构成(DSSS)的框图。图3是表示加法器的输出波形的例的图。图4 (a)是表示反正切部的输出波形的例的图，(b)是表示电力计算部的输出波形的例的图。图5是表示到达天线的电波的几何学关系的示意图。图6是表示包括到达角度计算装置的位置检测系统的例的示意图。图7是到达角度计算装置中的到达角度计算的流程图。图8是向峰值检测部输入的信号的示意图。图9是表示作为调制方式而使用DSSS的情况下向峰值检测部输入的信号的例的示意图。图10是表示向使用AD变换器而取入了接收信号的情况下的峰值检测部输入的信号的例的示意图。图11是表示到达角度计算部的其它例的框图。图12是表示相位差的计算范围的示意图。图13是表示计算的相位差数据的例的示意图。图14是表示相位差成为+180°或一 180°附近的情况下的到达角度计算的概略的示意图。图15是相位差成为+ 180°或一 180°附近的情况下的到达角度计算的流程图。图16是表示到达角度计算部的其它例的框图。
图17是表示实施方式涉及的到达角度计算装置的具体的构成(OFDM)的框图。图18 Ca)是表示OFDM中的符号的构成的示意图，(b)是表示OFDM符号串的相关处理的情况的示意图。图19 (a) (b)是表示来自电力计算部的输出波形的例的图，(c)是表示来自加法部的输出波形的例的图，(d)是表示来自反正切部的各部分的输出波形的例的图。图20是表示使用了到达角度计算装置的胶囊内窥镜系统的构成例的示意图。
具体实施例方式图1是表示本发明的一实施方式涉及的到达角度计算装置的构成例的框图。本实施方式涉及的到达角度计算装置I具备:基准信号发生部10，能够以规定的振荡频率振荡基准信号；接收用天线lla、llb，隔开规定间隔地配置；接收部12a、12b，使用从基准信号发生部10输出的基准信号而将由接收用天线I la、I Ib接受的电波变换为接收信号并输出；以及运算部13，根据从接收部12a、12b输出的接收信号来进行用于到达角度计算的各种运算处理。另外，到达角度计算装置1，根据由电波的传播延迟引起的相位滞后来计算到达角度，因此需要在隔开规定间隔的二个点(或二个以上的点)接收具有相同的信息的电波。因此，需要具备与接收电波对应的两个(或其以上)的天线及接收系统。另外，只要可以在隔开规定间隔的二个以上的位置接收相同的到达电波(相同的信息单位)，到达角度计算装置I并不限定于具备二个以上的接收系统的构成。接收部12a、12b构成为包括低噪声放大器、混频器、带通滤波器等，并构成为能够接收规定频率的电波。运算部13构成为包括:相关处理部21a、21b，进行接收信号的相关处理；峰值检测部22a、22b，检测进行了相关处理的接收信号的峰值；定时控制部23a、23b，配合由峰值检测部22a、22b检测到的峰值的定时而输出来自相关处理部21a、21b的信号；以及到达角度计算部24，根据来自定时控制部23a、23b的信号，来进行到达角度的计算。另夕卜，运算部13的构成、功能可以由硬件实现，也可以由软件实现。相关处理部21a、21b将来自接收部12a、12b的接收信号和与该接收信号相关高的信号相乘并输出。在相关处理部21a、21b中被乘的信号与接收信号的相关高，因此从相关处理部21a、21b输出的信号在相关区间成为峰值。峰值检测部22a、22b计算来自相关处理部21a、21b的输出信号的电力，并检测输出信号的电力峰值。定时控制部23a、23b配合在峰值检测部22a、22b中检测到的峰值定时，而将来自相关处理部21a、21b的输出信号向到达角度计算部24输出。具体地，基于根据所检测的峰值期间的电力而计算的信息，来决定是否将来自相关处理部21a、21b的输出信号向到达角度计算部24输出。图2表示作为调制方式而使用直接频谱扩展(DSSS)的情况下的到达角度计算装置的具体的构成例的框图。另外，在图2中仅表示了与图1中的运算部13相当的构成。在图2中，相关处理部21a具备:发生扩散码的扩散码发生器31 ;将接收信号和扩散码相乘的乘法器32a及32b ；以及将乘法器32a及32b的输出合计I位(bit)期间量并向峰值检测部22a及定时控制部23a输出的加法器33a及33b。峰值检测部22a具备:计算从加法器33a及33b输出的信号的电力的电力计算部34a ;以及检测其电力峰值并向定时控制部23a输出的峰值电力检测部35a。定时控制部23a具备缓存部36a，基于来自峰值电力检测部35a的信号来控制来自加法器33a及33b的信号可否向到达角度计算部24输出。同样，相关处理部21b具备扩散码发生器31、乘法器32c及32d、加法器33c及33d，峰值检测部22b具备电力计算部34b、峰值电力检测部35b，定时控制部23b具备缓存部36b。到达角度计算部24具备:取缓存部36a的输出的复共轭的复共轭部41 ;将复共轭部41的输出和缓存部36b的输出复数相乘的复数乘法部42 ;使用复数乘法部42的输出来进行反正切运算的反正切部43 ;根据复数乘法部42的输出信号来计算每个码片(chip)区间的电力的电力计算部44 ;根据来自电力计算部44的信息将反正切部43的输出平均化的平均化部45 ;以及使用平均化部45的输出来变换为到达角度的到达角度变换部46。扩散码发生器31发生用于将通过DSSS扩展到频率轴上的信号解扩的扩散码。该扩散码与在发送侧码调制(扩展)时使用的扩散码对应。乘法器32a及32b将接收信号乘上上述扩散码而进行解扩。向乘法器32a输入来自接收部12a的接收信号中的同相分量II。此外，向乘法器32b输入来自接收部12a的接收信号中的正交分量Ql。加法器33a及33b在与I位相当的期间(位区间)内相加乘法器32a及32b的每个码片区间的输出并输出。图3 (a)表示来自加法器33a的输出波形的例。图3 (b)是图3 (a)所示的输出波形的部分放大图。此外，图3 (c)表示来自加法器33b的输出波形的例。图3 (d)是图3 (c)所示的输出波形的部分放大图。将加法器33a的输出信号及加法器33b的输出信号向峰值检测部22a的电力计算部34a及定时控制部23a的缓存部36a输入。电力计算部34a根据加法器33a及33b的输出信号来计算每个码片区间的电力。具体地，电力计算部34a将与同相分量相当的加法器33a的输出信号的绝对值和与正交分量相当的加法器33b的输出信号的绝对值相加，作为每个码片区间的电力信息而向峰值电力检测部35a输出。峰值电力检测部35a，当接受每个码片区间的电力信息时，检测接收信号中的电力峰值，作为电力峰值信息而向定时控制部23a的缓存部36a输出。另外，也可以将加法器33a的输出信号的平方值和加法器33b的输出信号的平方值相加而向峰值电力检测部35a输出。从峰值检测部22a (峰值电力检测部35a)输出的电力峰值信息为，判定接收信号的峰值的有无的信息。具体地，电力峰值信息为，表示接收信号的峰值点附近的期间(峰值期间)内的电力之和Σ P1与从成为DSSS中的信息单位的I位期间除去了峰值期间以外的期间中的电力之和Σ P2的比R (= Σ P1/Σ P2)是否大于阈值Rth的信息。在电力峰值信息中，在R大于Rth的情况下，定时控制部23a (缓存部36a)认为在该定时接收信号具有峰值，而将I位量的信号Ial及信号Qal向到达角度计算部24输出。另一方面,在R小于Rth的情况下，定时控制部23a (缓存部36a)认为在该定时接收信号不具有峰值，而停止向到达角度计算部24的输出。另外，此处，峰值检测部22a进行了与电力峰值信息有关的运算处理，但也可以在定时控制部23a中进行与电力峰值信息有关的运算处理。相关处理部21b (扩散码发生器31、乘法器32c及32d、加法器33c及33d)、峰值检测部22b (电力计算部34b、峰值电力检测部35b)、定时控制部23b (缓存部36b)的动作、功能，与上述相关处理部21a (扩散码发生器31、乘法器32a及32b、加法器33a及33b)、峰值检测部22a (电力计算部34a、峰值电力检测部35a)、定时控制部23a (缓存部36a)的动作、功能同样。只是，向相关处理部21b输入的接收信号与向相关处理部21a输入的接收信号，由于在隔开规定间隔的二点接收相同电波，因此相位稍微不同。因此，从定时控制部23b输出的信号与从定时控制部23a输出的信号的相位稍微不同。当将与同相分量相当的信号作为实部、将与正交分量相当的信号作为虚部而由复数来表现定时控制部23a的输出Oal、及定时控制部23b的输出Oa2时，成为下述式(I )、(2)那样。另外，(Pi及Φ2表示各信号的相位。式I
权利要求
1.一种到达角度计算装置，其特征在于， 具备:多个天线，接收从某个位置发送的电波；多个接收信号处理部，与所述各天线对应地设置；以及到达角度计算部，从由所述多个接收信号处理部输出的输出信号取入在接收信号处理部间成为相同信息单位的信号分量从而计算所述电波的到达角度， 所述各接收信号处理部具备:接收部，将由对应的所述天线接收到的电波变换为具有该电波的相位信息的接收信号并输出；相关处理部，将从所述接收部输出的接收信号进行相关处理；峰值检测部，检测进行了所述相关处理的接收信号的峰值；以及定时控制部，以从所述相关处理部的输出信号切出在所述接收信号处理部间成为相同信息单位的信号分量的方式，与由所述峰值检测部检测到的峰值的定时相配合，从而控制从所述相关处理部输出的输出信号的取入定时， 在与所述信息单位相当的期间中的峰值期间的电力与除了该峰值期间以外的期间的电力之比大于阈值的情况下，所述定时控制部将来自所述相关处理部的信号向所述到达角度计算部输出。
2.如权利要求1所述的到达角度计算装置，其特征在于， 将Σ P1和乙P2之比Σ P1/ Σ P2与阈值进行比较，在所述比Σ P1/ Σ P2大于所述阈值的情况下，所述定时控制部将来自所述相关处理部的信号向所述到达角度计算部输出，其中上述Σ P1是与所述信息单位相当的期间中的峰值期间的电力之和，上述Σ P2是与所述信息单位相当的期间中除了所述峰值期间以外的期间中的电力之和。
3.如权利要求1或2所述的到达角度计算装置，其特征在于， 所述到达角度计算部具备: 复共轭部，取来自一方的接收信号处理部的定时控制部的信号的复共轭，该一方的接收信号处理部与一方的 天线对应； 复数乘法部，将所述复共轭部的输出和来自另一方的接收信号处理部的定时控制部的信号相乘，该另一方的接收信号处理部与另一方的天线对应； 反正切部，使用所述复数乘法部的输出来进行反正切运算，计算所述天线间的所述接收电波的相位差； 平均化部，对所述反正切部的输出进行平均化；以及 到达角度变换部，使用所述平均化部的输出来进行反三角函数运算，从而变换为到达角度。
4.如权利要求3所述的到达角度计算装置，其特征在于， 在计算出的所述相位差分布在1-Q平面上的+180°及/或一 180°附近的情况下，所述到达角度计算部在使各相位差旋转规定角度后进行平均化，从该平均值减去所述规定角度后进行反三角函数运算，从而变换为到达角度。
5.如权利要求4所述的到达角度计算装置，其特征在于， 在所述1-Q平面上，在大于+90°或小于一 90°的相位差的数量比小于+90°且大于一 90°的相位差的数量多的情况下，判断为分布在所述1-Q平面上的+ 180°及/或一180°附近。
6.如权利要求4或5所述的到达角度计算装置，其特征在于， 所述规定角度为+90°、一 90°、+ 180°或一 180°的任一个角度。
7.如权利要求3所述的到达角度计算装置，其特征在于， 在所述复数乘法部的输出的I分量为负、且所述复数乘法部的输出的I分量的绝对值与Q分量的绝对值相比充分大的情况下，通过在反转了所述Q分量的符号后进行调换了 I分量与Q分量的关系的反正切运算，来计算校正后的相位差，对所述校正后的相位差进行平均化，从该平均值减去90°后进行反三角函数运算，从而变换为到达角度。
8.如权利要求3所述的到达角度计算装置，其特征在于， 在所述复数乘法部的输出的I分量为负、且所述复数乘法部的输出的I分量的绝对值与Q分量的绝对值相比充分大的情况下，通过在反转了所述I分量的符号后进行调换了 I分量与Q分量的关系的反正切运算，来计算校正后的相位差，对所述校正后的相位差进行平均化，对该平均值加上90°后进行反三角函数运算，从而变换为到达角度。
9.如权利要求3所述的到达角度计算装置，其特征在于， 在所述复数乘法部的输出的I分量为负、且所述复数乘法部的输出的I分量的绝对值与Q分量的绝对值相比充分大的情况下，通过在反转了所述I分量的符号和Q分量的符号后进行反正切运算来计算校正后的相位差，对所述校正后的相位差进行平均化，从该平均值减去180°后 进行反三角函数运算，从而变换为到达角度。
全文摘要
其目的在于提供一种可以高精度地计算到达角度的到达角度计算装置。本发明的到达角度计算装置(1)的特征在于，具备多个天线、多个接收信号处理部、到达角度计算部，各接收信号处理部具备接收部(12A、12b)、相关处理部(21a、21b)、峰值检测部(22a、22a)、定时控制部(23a、23b)，定时控制部(23a、23b)，如果与信息单位相当的期间中的峰值期间的电力和除了该峰值期间以外的期间的电力之比大于阈值，则将来自相关处理部(21a、21b)的信号向到达角度计算部24输出。
文档编号G01S3/46GK103180751SQ20118005190
公开日2013年6月26日 申请日期2011年8月10日 优先权日2010年11月12日
发明者大泷幸夫, 高井大辅, 种村武, 佐野崇 申请人:阿尔卑斯电气株式会社