アレ一受信信号の位相差補正およびESPRIT法に基づいた近傍界波源位置推定法

摘要

This paper presents a modified near-field source localization method based on algebraic solution that is aiming to improve the accuracy of estimation. MUSIC (Multiple Signal Classification) and ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) methods are the representative DOA(Direction Of Arrival) estimation algorithms and those methods can be applied to near-field source localization. Unlike those conventional algorithms that assume far-field, special model is required in the near-field localization because spherical waves are arrived to array antennas. The algorithm based on the MUSIC method needs the time-consuming peak search. On the other hand, the algorithm based on the ESPRIT method could reduce the computational complexity due to algebraic solution. However, the above algorithm has a problem that its accuracy becomes worse due to the requirements of approximation of each phase terms for the application of algebraic proceeding. To solve the problem, we propose an algorithm exploiting phase difference compensation. First, the error factors contained in each phase differences are estimated using the parameters of the angles and ranges of the sources. Then the phase differences of the recieved signals are compansated using the error factors before another localization. The estimation accuracy is evaluated throuth computer simulation in comparison with those by conventional algorithms based on MUSIC and ESPRIT.%本稿では，アレ一受信信号の代数的処理に基づいた近傍界波源位置推定について，各受信信号の位相差を補正する処理を加えることにより推定精度を向上し得る手法を提案する.代表的な到来方向推定法であるMUSIC法やESPRIT法を応用することにより，近傍界において波源位置推定が可能となることが知られている.ただし，近傍界では到来波面が球面となることなどから，従来法である遠方界到来方向推定法とは異なったシステムモデルを想定する必要がある.MUSIC法に基づく手法では2次元のスペクトルサーチ処理が必須であり，相当の計算コストを要する.一方，ESPRIT法に基づく手法，すなわち代数的処理により位置推定を行うアルゴリズムは短時間で位置推定が可能であり，この点で前者より優れていると言える.しかしながら，代数的処理を適用するために受信信号の位相差を近似する処理が必要となり，推定精度が劣化するといった問題がある.本稿では，上記の問題点の解決を目的として，位相差の補正処理を加えたアルゴリズムを提案する.従来法の適用により得られる波源位置パラメータを用いて誤差項を推定し，受信信号の位相差に補正を加えた上で再度波源位置推定を行い推定精度の向上を図るものである.提案手法の推定精度は，MUSIC法およびESPRIT法に基づいた従来手法との比較により評価する.