JP2007251931A - 航行支援装置、及びキャリアセンス方式 - Google Patents

Abstract

【課題】正確にキャリアセンスを行うことができる方式を提供するとともに、キャリアセンスに要する時間の短縮化を図り、クラスＡによる送信とクラスＢによる送信との衝突を防止する。
【解決手段】船舶自動識別システム（ＡＩＳ）に使用される航行支援装置であって、他局と同期したタイムスロットの過去の使用状況に関する情報を記憶するメモリと、前記メモリに記憶された情報と受信したベースバンド信号のＩＱ平面上における挙動の監視結果とを用いて、前記同期タイミング信号で画定される所定のタイムスロット内に情報信号が存在するか否かを判定する信号有無判定部を備え、前記信号有無判定部の判定に基づいて、自局の情報信号を他局に送信する。なお、受信したベースバンド信号のＩＱ平面上の挙動監視は、パターン認識を行うことにより実現でき、例えば、部分空間法やサポートベクタマシン、或いはニューラルネットワーク等の手法を用いることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、キャリアセンス方式に関し、例えば、船舶自動識別システム（Automatic Identification System：ＡＩＳ）のクラスＢ方式で使用する通信技術に関する。

従来、船舶航行業務（ＶＴＳ）の合理化、並びに船舶の衝突予防向上などの目的から、船舶自動識別システム（Automatic Identification System：ＡＩＳ）（以下ＡＩＳ と言う。）がシステム化され、２００２年からＳＯＬＡＳ条約船への搭載が義務化がされている。

ＡＩＳ は、各船舶にＡＩＳ 装置を搭載装備し、自船の船名、位置、運動状態、大きさ（長さ、幅）、種類、積載物、喫水、目的地などの情報を放送すると同時に、周辺船舶が同様に放送する当該情報を受信することにより、自船周辺の船舶情報を入手できるシステムである。このＡＩＳ を用いることによって船舶の存在確認と併せて、レーダでは困難であった船名、船の大きさ（長さ、幅）、種類、積載物、喫水、目的地などの情報も確認することが可能となる。

ＡＩＳは、その通信に位相変調された信号が用いられており、ＶＨＦ帯の２つの周波数チャンネルが割り当てられている。また、ＡＩＳは、通信相互のぶつかり合い（衝突）は避けるために通信方式が予め決められている。通信方式としては、ＳＯＬＡＳ条約船に搭載されているクラスＡ方式と、非ＳＯＬＡＳ条約船への搭載が予定されているクラスＢ方式が存在する。

クラスＡ方式はＳＯＴＤＭＡ（Self Organized Time Division Multiple Access）方式が採用されている。この方式では１分間を１フレームとして１フレームを２２５０個のタイムスロットに分割する。1スロットの長さは２６．７msとなり、各船舶はこのスロットに情報を載せて送信を行う。

特に、クラスＡ方式では、自船情報とスロットの予約情報を同時に送信することを特徴としている（特許文献１）。例えば、船舶Ａ、船舶Ｂ、船舶Ｃが通信する場合を想定すると、船舶Ａが、自船の情報と次に送信するスロットの予約情報を1パッケージにして送信する。船舶Ｂは、船舶Ａの予約したスロットを避けながら、自船の情報と次に送信するスロットの予約情報を送信する。船舶Ｃは、船舶Ａと船舶Ｂの予約したスロットを避けながら、自船の情報と次に送信するスロットの予約情報を送信する。これらを次々に繰り返していき、スロットが衝突しないように、それぞれの船舶が自船の情報とスロットの予約情報を送信しながら互いに通信する。

このようなＳＯＴＤＭＡ通信を行うためには、全ての局がタイムスロットの時刻を正確に合わせなければならない。このため、ＡＩＳではＧＰＳ（Global Positioning System）等の衛星航法測位システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）受信機を内蔵し、その受信信号から正確な1秒パルス（ＰＰＳ：Pulse Per Second）を取り出し、全ての局がこの１秒パルスに同期するようになっている（特許文献１）。

一方で、非ＳＯＬＡＳ条約船への搭載が予定されているクラスＢ方式には、ＧＮＳＳ受信機を搭載しない船舶でも使用できる安価型のＡＩＳとして、ＣＳＴＤＭＡ（Carrier-Sense Time Division Multiple Access）方式を用いたものがある（以下、「クラスＢ方式（ＣＳ）」と称する）。

クラスＢ方式（ＣＳ）では、クラスＡ局の送信スケジュールを妨害することがないように、クラスＡ局（通常ＳＯＬＡＳ条約船に搭載されている無線局）による送信をキャリアセンスにより監視し、その送信電波（クラスＡ局から送信された情報信号）が存在しないことを確認した後、自らの送信を行う。

具体的には、クラスＢ方式（ＣＳ）では次の（１）から（５）の処理が行われる。
（１）他局を非同期に受信することで（ＧＰＳ同期している）クラスＡ局を見つける。
（２）見つけたクラスＡ局のビットタイミングから、その局が有しているタイムベースを逆算する。
（３）逆算したタイムベースを使って、キャリアセンスを行う将来の１０個のタイムスロット（以下、候補スロットと言う。）を選択する。
（４）自局が送信したい（ランダムに選択された）候補スロットの先頭から約２ｍｓをキャリアセンスする。
（５）キャリアセンスした結果、他船から送信された情報信号がないと判断した時には、その直後に自局の送信を行う。
（６）キャリアセンスした結果、他船から送信された情報信号が存在すると判断した時には、そのスロットでの送信は放棄し、次の候補スロットまで待ってそこで再試行する。
特表平０７−５０１８７９号

クラスＢ方式（ＣＳ）ではキャリアセンスに供する時間幅が約２ｍｓと短く、この間にクラスＡ局の送信の有無を判断しなくてはならない。しかしながら、この約２ｍｓという期間で信号の有無を正確に判断するための感度を保つことは、スロット全体（２６．７ｍｓ）を受信して信号の有無を判断する場合に比べて非常に困難である。なお、フィルタを狭帯域に設計することによって感度を上げることはできるが、このようにフィルタを狭帯域に設計すると群遅延が発生するため処理できるビット数がさらに減ってしまうというジレンマがある。

また、キャリアセンスの具体的手法として通常は電波強度を計測する方式が考えられるが、ノイズレベルが平均的に高い場合や突発的なノイズが存在する場合には、送信ありと誤判断してしまう可能性があり、約２ｍｓという短い期間でクラスＡ局の送信の有無を常に正確に判断することができないという問題がある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、正確にキャリアセンスを行うことができる方式を提供するとともに、キャリアセンスに要する時間の短縮化を図り、クラスＡによる送信とクラスＢ（ＣＳ）による送信との衝突を防止することができる航行支援装置、及びキャリアセンス方式を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明にかかる航行支援装置は、他局との通信タイミングを律する同期タイミング信号を生成する基準タイミング発生部と、前記同期タイミング信号で画定されるタイムスロットの過去の使用状況に関する情報を記憶するメモリと、受信部で受信した信号から得られる信号強度の測定値と前記メモリに記憶された情報に基づいて決定される閾値とを比較することにより、前記同期タイミング信号で画定されるスロット内に情報信号が存在するか否かを判定する信号有無判定部と、スロットの先頭から一定の時間内に、前記信号有無判定部によって情報信号が無いと判定されたスロットで、自局に関する情報を送信する送信部とを備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる航行支援装置は、他局から送信される信号を受信する受信部と、
他局との通信タイミングを律する同期タイミング信号を生成する基準タイミング発生部と、
前記同期タイミング信号で画定されるタイムスロットの過去の使用状況に関する情報を記憶するメモリと、前記受信部から出力される受信信号を検波して得られるベースバンド信号が情報信号であるか否かのパターン認識を行い、当該パターン認識の結果と、前記メモリに記憶された情報とを用いて、前記同期タイミング信号で画定されるスロット内に情報信号が存在するか否かを判定する信号有無判定部と、スロットの先頭から一定の時間内に、前記信号有無判定部によって情報信号が無いと判定されたスロットで自局に関する情報を送信する送信部とを備えることを特徴とする。この信号有無判定部によるパターン認識の手法としては、部分空間法、サポートベクタマシン、或いはニューラルネットワークなどを用いたものが考えられる。

また、本発明にかかる航行支援装置は、前記メモリに記憶された情報に基づいて、自局に関する情報を送信する候補となる、候補スロットを選択する候補スロット選択部を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる航行支援装置は、前記送信部によって自局に関する情報を送信しない場合に、前記信号有無判定部がスロット全体に亘って情報信号が存在するか否かを検証し、得られた情報を過去のタイムスロットの使用状況に関する情報として前記メモリに記憶することを特徴とする。

また、本発明にかかる航行支援装置は、衛星からの測位用信号を受信する測位用信号受信部と、前記測位用信号に基づいて測位演算を行い、正確な時刻信号を得る測位演算部とを備え、前記基準タイミング発生部は、前記測位演算部から得られる時刻信号に基づいて、同期タイミング信号を生成することを特徴とする。

また、本発明にかかるキャリアセンス方式は、信号を受信する信号受信部と、前記受信部から出力される受信信号を検波して得られるベースバンド信号が情報信号であるか否かのパターン認識を行い、当該パターン認識の結果に基づいて受信信号が情報信号であるか否かの判定を行う信号有無判定部とを備えることを特徴とする。この信号有無判定部によるパターン認識の手法としては、部分空間法、サポートベクタマシン、或いはニューラルネットワークなどを用いたものが考えられる。

本発明によれば、同期タイミング信号で画定されるタイムスロットの過去の使用状況に関する情報を記憶するメモリを設け、受信部で受信した信号から得られる信号強度と過去のタイムスロットの使用状況に基づいて決定された閾値とを比較することにより、タイムスロットに情報信号が存在するか否かを判定するようにしたため、キャリアセンスによるクラスＡ局の送信監視をより正確に行うことができ、クラスＡ局の送信と衝突するリスクを避けて適切なタイミングで自局の送信を行うことが可能になる。

また、本発明によれば、過去のタイムスロットの使用状況に基づいて、自局に関する情報を送信する候補スロットを選択するようにしたことにより、クラスＡ局の送信を避けて適切なタイミングで自局の送信を行うことが可能になる。

また、本発明によれば、部分空間法、サポートベクタマシン、或いはニューラルネットワークなどを用いて受信した信号を検波して得られるベースバンド信号が情報信号であるか否かのパターン認識を行うことにより、タイムスロットに情報信号が存在するか否かを判定を行うことが可能になる。これにより、受信信号の信号強度だけに頼らないで変調信号の存在についてのキャリアセンスとその判定が可能となる。

本発明の各実施の形態では、本発明による航行支援装置が、船舶自動識別システム（ＡＩＳ）におけるクラスＢ方式（ＣＳ）のＡＩＳ受信装置であるものとする。以下に、本発明の内容を、図面を参照しながら説明する。なお、各実施の形態では、本発明の特徴部分である他局の信号の有無を判定するキャリアセンスの方式を中心に説明し、船舶自動識別システム（ＡＩＳ）で行われる通常の処理内容については説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による航行支援装置の構成を示すブロック図である。
図１において、本発明の実施の形態１による航行支援装置は、ＡＩＳ信号受信部１と、基準タイミング発生部２と、信号有無判定部３と、メモリ４と、候補スロット選択部５と、送信部６とからなる。

ＡＩＳ信号受信部１は、他船やブイ等の移動局あるいは地上に設置された固定局から特定の周波数帯で送信されるＡＩＳ信号をＡＩＳアンテナで受信し、受信した信号を基準タイミング発生器２、及び信号有無判定部３に出力する。

基準タイミング発生部２は、他局との通信タイミングを律する同期タイミング信号を生成するものである。基準タイミング発生部２は、他局を非同期に受信した信号をＡＩＳ信号受信部１から得ることにより、ＧＰＳに同期しているクラスＡ局を見つけ、見つけたクラスＡ局のビットタイミングからその局が有しているタイムベースを逆算して、クラスＡ局のタイムベースに同期する同期タイミング信号を生成する。そして、この生成された同期タイミング信号を用いることにより、自身のタイムベースを他船等に搭載された航行支援装置のタイムベースと同期させ、他局と時刻同期したタイムスロットを用いて他局との通信を行う。これにより、ＧＰＳを搭載していない船舶等においても他局との通信を行うことが可能になる。

信号有無判定部３は、ＡＩＳ信号受信部１で受信したＡＩＳ信号と、メモリ４に記憶されているタイムスロットの過去の使用状況に関する情報とを用いて、同期タイミング信号で画定されるタイムスロットに情報信号が存在するか否かを判定する。

図２は、本発明の実施の形態１による航行支援装置の信号有無判定部の詳細な構成を示すブロック図である。
図２において、信号有無判定部３は、Ａ／Ｄ変換回路３０１と、ベースバンド復調回路３０２と、信号レベル検出回路３０３と、信号有無判定回路３０４とからなる。

Ａ／Ｄ変換回路３０１は、ＡＩＳ信号受信部１で受信した信号をデジタルデータに変換する。べースバンド復調回路３０２は、Ａ／Ｄ変換回路３０１からの出力を同期検波してベースバンド信号を生成する。信号レベル検出回路３０３は、生成されたベースバンド信号から信号強度を検出する。信号有無判定回路３０４は、検出された信号強度と所定の閾値を比較することにより、タイムスロット内に情報信号が存在するか否かを判定する。このとき、信号有無判定回路３０４はメモリ４に記憶されている過去のタイムスロットの使用状況に応じて信号強度と比較する閾値の値を変更する。

クラスＡにおける送信ルールでは、スロットのタイムアウトという概念があり、スロットのタイムアウトが発生するまで、基本的にはフレーム内の同じスロットを使用し続けることが決められている。その値は４〜８分という時間になっており、１フレームは１分に相当することから、あるスロットでクラスＡ局が送信を行えば通常平均的に見て６回ほどは同じスロットを使い続けて情報信号が送信される。すなわち、クラスＡにおける送信ルールでは、同じスロットを使い続ける確率が高いという特徴がある。

そのため、信号有無判定回路３０４では、メモリ４に記憶された過去の情報信号の有無判定に関する情報に基づいて次フレームでのスロットの空き具合を予測し、信号強度と比較する閾値の値を変更する。

メモリ４は、フレームを構成するタイムスロットの過去の使用状況に関する情報を記憶するメモリであり、信号有無判定部３で行う情報信号の有無判定に関する情報を記憶している。タイムスロットの過去の使用状況に関する情報とは、各タイムスロットに情報信号が存在していたか否かを示す情報の他、情報信号が存在していた可能性を示す数値、或いは受信した信号の信号強度そのものなど、過去のタイムスロットの使用状況を判断するために用いることができる情報であれば何でも良い。そして、この記憶された情報は、次のフレーム以降でのスロットの空き具合を予測する際に参考値として利用される。

図３は、このメモリ４に記憶された情報の一例を示す図である。
図３は過去のタイムスロットにおける信号の有無情報のみを格納した場合を示す例であり、フレーム３は現在使用中のフレーム、フレーム０から２は過去のフレームの使用状況を示している。なお、ここではフレーム０が、記憶されている最も古い情報であり、それ以前の情報については順に削除されていくものとする。また、○は情報信号が存在したタイムスロットを、×は情報信号が存在しなかったタイムスロットを示している。このように、メモリ４には過去の情報信号の有無判定に関する情報が順次記憶されている。

候補スロット選択部５は、情報信号を送信する候補となる１０個のタイムスロット（候補スロット）を選択する。ＡＩＳの通信方式の１つであるクラスＢ方式（ＣＳ）では、クラスＢ局同士の通信の衝突低減を目的として、所定の送信時間帯（ＳＩ：selection interval ）に含まれる複数スロットの中から１０個の送信候補スロット（ＣＰ：candidate slot ）を選択し、その内のいずれかのスロットを用いて情報信号を送信する約束となっている。なお、送信時間帯（ＳＩ：selection interval ）とは、予め決められたレポーティングレートによって決定される送信許可区間のことである。

送信部６は、候補スロットの先頭から一定の時間（約２ｍｓ）に行われた情報信号の有無の判定結果に基づいて、情報信号の送信処理を行う。すなわち、信号有無判定部３による、候補スロットの先頭から約２ｍｓのキャリアセンスの結果、その候補スロットに情報信号が存在しないと判定した時には、その直後に自局の送信を行う。一方で、情報信号が存在すると判定した時は当該候補スロットでの送信を放棄し、次の候補スロットまで待ってそこで再試行を行う。

次に、本発明の実施の形態１による航行支援装置の動作について説明する。
（１）同期タイミング信号生成処理
クラスＢ方式（ＣＳ）では、先ず他局と同期するタイムベースを取得するため、ＡＩＳ受信部１により他局を非同期で受信し、ＧＰＳに同期したクラスＡ局を見つける。そして見つけたクラスＡ局のビットタイミングから、その局が有しているタイムベースを逆算して、基準タイミング発生器２によってクラスＡ局のタイムベースに同期した同期タイミング信号が生成される。

この同期タイミング信号は、自らの送信タイミングを律するものであり、航行支援装置の各構成要素の動作タイミングを決定する信号として使用される。なお、この基準タイミング発生器２による同期タイミング信号の生成或いはその校正は電源ＯＮ時に限らず継続的に行われる。

（２）情報信号送信処理
クラスＢ方式（ＣＳ）では、前述のように先ず送信候補となる１０個のタイムスロットを選択することとなっており、候補スロット選択部５によって自局の情報信号の送信候補となる候補スロットが１０個選択される。

信号有無判定部３では、候補スロット選択部５で選択した候補スロットに対して、候補スロットの先頭から約２ｍｓをキャリアセンスし、キャリアセンスした結果、他船から送信された情報信号がないと判断した時には、その直後に送信部６が自局の情報信号の送信を行う。一方で、キャリアセンスした結果、他船から送信された情報信号が存在すると判断した時には、そのスロットでの送信は放棄し、次の候補スロットまで待ってそこで再試行する。

以下に、信号有無判定部３によるキャリアセンス処理について詳細に説明する。
図４は、信号有無判定部３が行うキャリアセンス処理を説明するためのフローチャートである。なお、ここでは信号有無判定部３がメモリ４に過去のタイムスロットにおける情報信号の有無情報を格納する場合について説明する。

先ず、キャリアセンスの対象となるタイムスロットが候補スロットであるか否かを判断する（Ｓ１０１）。判断の結果、キャリアセンスを行う対象が、候補スロットである場合にはステップＳ１０２に行き、候補スロットでない場合にはステップＳ１１１に行く。

キャリアセンスを行う対象が候補スロットの場合、同じタイムスロットにおける過去の使用状況をメモリ４から取得する（Ｓ１０２）。そして、取得した過去のタイムスロットの使用状況に基づいて、今回のタイムスロットの先頭２ｍｓ分の信号強度と比較する第１の閾値を決定する（Ｓ１０３）。この第１の閾値は、過去のタイムスロットの使用状況を勘案して、信号の存在確率が大きいほど小さくなるように設定される。

次に、今回のタイムスロットの先頭２ｍｓ分の信号強度を信号レベル検出回路３０３により検出し（Ｓ１０４）、ステップＳ１０３で決定した第１の閾値と比較する（Ｓ１０５）。比較の結果、検出値が第１の閾値より小さい場合には当該タイムスロットにクラスＡ局から送信される情報信号が無いと判定し（Ｓ１０６）、ステップＳ１０８に行く。一方で、検出値が第１の閾値以上の場合には当該タイムスロットにクラスＡ局から送信される情報信号が存在すると判定し（Ｓ１０７）、ステップＳ１１０に行く。

タイムスロットの先頭２ｍｓ分のキャリアセンスによりクラスＡ局から送信される情報信号が無いと判定した場合には、この判断結果をメモリ４に格納する（ステップＳ１０８）とともに、先頭２ｍｓ分のキャリアセンスの直後に送信部６から自局の情報信号を送信する（ステップＳ１０９）。

一方で、タイムスロットの先頭２ｍｓ分のキャリアセンスにより情報信号が存在すると判定した場合には、信号レベル検出回路３０３によって残りの２４．７ｍｓの信号強度を検出し、スロット全体（２６．７ｍｓ分）の信号強度を取得する（Ｓ１１０）。

タイムスロットの先頭２ｍｓ分のキャリアセンスにより得られた判断結果をそのままメモリ４に記憶することも当然可能であるが、スロット全体にわたってのキャリアセンスを行った判断結果の方がより正確な判断結果を得ることができる。そのため、本実施形態では、スロット全体から得られる信号強度を用いて再度、信号の有無を判断するようにし、より正確な情報をメモリ４に記憶させるようにしている。

また、キャリアセンスを行う対象が候補スロットでない場合にも、過去のスロットの使用状況をメモリ４に記憶させておくため、信号レベル検出回路３０３によりタイムスロット全体にわたって信号強度を検出する（Ｓ１１１）。

スロット全体にわたって検出された信号強度は、信号有無判定回路３０４によって第２の閾値と比較される（Ｓ１１２）。ここで第２の閾値は、第１の閾値と同様に過去のタイムスロットの使用状況に基づいて決定される値であってもよいし、予め設定された固定値であってもよい。比較の結果、検出値が第２の閾値より小さい場合には当該タイムスロットにクラスＡ局から送信される情報信号が無いと判定し（Ｓ１１３）、当該判定結果をメモリ４に格納する（Ｓ１１５）。一方で、検出値が第２の閾値以上の場合には当該タイムスロットにクラスＡ局から送信される情報信号が存在すると判定し（Ｓ１１４）、当該判定結果をメモリ４に格納する（Ｓ１１５）。

そして、このようなステップＳ１０８、及びステップＳ１１５の処理を行うことにより、過去のすべてのタイムスロットにおける信号の有無情報がメモリ４に格納されることとなる。

以上のように、本発明の実施の形態１による航行支援装置によれば、過去のタイムスロットの使用状況に関する情報を記憶するメモリを設け、受信部で受信した信号から得られる信号強度と過去のタイムスロットの使用状況に基づいて決定された閾値とを比較することにより、タイムスロットに情報信号が存在するか否かを判定するようにしたため、キャリアセンスによるクラスＡ局の送信監視を短時間に、より正確に行うことができ、クラスＢ局はクラスＡ局の送信を避けて適切なタイミングで自局の送信を行うことが可能になる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２による航行支援装置は、前述した実施の形態１による航行支援装置の処理に加え、候補スロット選択部５が過去のタイムスロットの使用状況に基づいて候補スロットを選択するようにしたものである。

図５は本発明の実施の形態２による航行支援装置の構成を示すブロック図である。
図５において、本発明の実施の形態２による航行支援装置は、ＡＩＳ信号受信部１と、基準タイミング発生部２と、信号有無判定部３と、メモリ４と、候補スロット選択部５１と、送信部６とからなる。なお、前述した実施の形態１による航行支援装置と同様の構成要素については同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。

候補スロット選択部５１は、情報信号を送信する候補となる１０個のタイムスロット（候補スロット）を選択する。この時、候補スロット選択部５１による候補スロットの選択は、メモリ４に記憶された過去のタイムスロットの使用状況に関する情報に基づいて行われる。なお、候補スロットの選択処理手法については種々の方法が考えられるが、ここでは対象スロットの信号有無判定を行う直前に、候補スロットの選択処理を行うものを例にとって説明する。

図６は、候補スロット選択部５１が行う候補スロットの選択処理を説明するためのフローチャートである。
先ず、候補スロット選択部５１は、予め決められたレポーティングレートによって決定される送信許可区間、すなわち送信時間帯（ＳＩ）であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。判断の結果、送信時間帯（ＳＩ）である場合にはステップＳ２０２に行き、送信時間帯（ＳＩ）でない場合には候補スロットの選択処理を終了する。

送信時間帯（ＳＩ）である場合、対象となるタイムスロットと同じタイムスロットの過去の使用状況をメモリ４から取得する（Ｓ２０２）。そして、取得した過去のタイムスロットの使用状況に基づいて、今回のクライテリア値を決定する（Ｓ２０３）。その後、ランダム数ｎを取得し（Ｓ２０４）、ステップＳ２０３で決定したクライテリア値と比較する（Ｓ２０５）。

例えば、送信時間帯（ＳＩ）にあるタイムスロットが１００個ある場合には、１／１０の確率で候補スロットが選択されるように、ランダム数ｎの取りうる範囲とクライテリア値が設定されている。つまり、ランダム数ｎが１から１０００の何れかの値をとる場合、クライテリア値は基本的に９００になるように設定される。そして、本発明では、過去のタイムスロットの使用状況に基づいて、このクライテリア値をタイムスロット毎に増減させることを特徴とする。これにより、クラスＡ局の情報信号が存在しない可能性の高いタイムスロットを優先的に選択することが可能になる。なお、クライテリア値は、過去のタイムスロットの使用状況を勘案して、情報信号の存在確率が大きいほど大きく、情報信号の存在確率が小さいほど小さくなるように設定すればよい。この時、ランダム数ｎがとりうる値の範囲に対して、「ＳＩ内スロット数×クレイテリア値の平均」が１０分の１程度の値になるように設定する。

ステップＳ２０５による比較の結果、ランダム数ｎがクライテリア値より大きい場合には当該タイムスロットを候補スロットとして選択し（Ｓ２０６）、ランダム数ｎがクライテリア値以下の場合には当該タイムスロットを候補スロットとして選択しない（Ｓ２０７）。

以上のように、本発明の実施の形態２による航行支援装置によれば、過去のタイムスロットの使用状況に基づいて候補スロットを選択するようにしたことにより、クラスＡ局の情報信号が存在しない確率の高いタイムスロットを候補スロットとして選択することが可能となり、クラスＢ局はクラスＡ局の送信を避けて適切なタイミングで自局の送信を行うことが可能になる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３による航行支援装置は、前述した実施の形態１による航行支援装置の信号強度を用いた情報信号の有無判定にかえて、信号有無判定部３１がベースバンド信号のパターン認識を行うことにより、情報信号の有無判定するようにしたものである。

図７は本発明の実施の形態３による航行支援装置の構成を示すブロック図である。
図７において、本発明の実施の形態３による航行支援装置は、ＡＩＳ信号受信部１と、基準タイミング発生部２と、信号有無判定部３１と、候補スロット選択部５と、送信部６とからなる。なお、前述した実施の形態１による航行支援装置と同様の構成要素については同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。

信号有無判定部３１は、ＡＩＳ信号受信部１で受信した受信信号を検波して得られるベースバンド信号が、情報信号であるか否かのパターン認識を行う。つまり、信号有無判定部３１は、ベースバンド信号のＩＱ平面上における挙動を監視し、当該監視結果に基づいて受信信号が情報信号であるか否かの判定を行う。

図８は、ベースバンド信号のＩＱ平面上での挙動を示す図であり、図８（ａ）は、ＧＭＳＫ変調されたベースバンド信号のＩＱ平面上における挙動を示し、図８（ｂ）は、ノイズのＩＱ平面上における挙動を示している。

図８に示すように、受信した信号が位相変調された信号である場合には、Ｉ成分とＱ成分とをＩＱ平面上にプロットすると一定の規則性を持って変移する一方で、受信した信号がノイズである場合には、規則性がなくランダムな挙動を示す。

そこで、本発明の実施の形態３による信号有無判定部３１では、ベースバンド信号のＩＱ平面上における挙動を、パターン認識を行うことによって監視することにより、タイムスロットに情報信号が存在するか否かを判定する。パターン認識は、例えば、部分空間法やサポートベクタマシン、或いはニューラルネットワーク等の手法を用いて行うことができる。もちろん、これらの手法の組み合わせによりパターン認識を行っても良い。

１）サポートベクタマシン
図９は、本発明の実施の形態３による航行支援装置の信号有無判定部の詳細な構成を示すブロック図である。なお、前述した信号有無判定部３と同様の構成要素については同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。

図９において、信号有無判定部３１は、Ａ／Ｄ変換回路３０１と、ベースバンド復調回路３０２と、特徴ベクトル抽出回路３０５と、サポートベクタマシン３０６とからなる。
特徴ベクトル抽出回路３０５は、ベースバンド復調回路３０２から出力されたベースバンド信号に基づいて特徴ベクトルを抽出する。特徴ベクトルとしては、例えばＦＦＴによる周波数スペクトル成分や、信号強度、位相情報、或いは位相情報の時間微分（信号の速度成分）、２回微分（信号の加速度成分）などを要素とするベクトルが一例となる。

サポートベクタマシン３０６は、特徴ベクトル抽出回路３０５で抽出した特徴ベクトルに基づいて、タイムスロット内に情報信号が存在するか否かを判定する。ここで判定にはカーネル関数による計算を利用し、次式（１）の符号判定によりタイムスロット内に情報信号が存在するか否かを判定する。

なお、式（１）中、ｗ^Ｔは重みベクトルの転置、Φ(ｘ)は高次空間におけるベクトル、ｂはバイアス項、α_ｉは定数、ｙ_ｉはサポートベクトルｘ_ｉの判定結果、Ｋ（ｘ_ｉ，ｘ）はカーネル関数であり、カーネル関数としては、多項式カーネルやガウシアンカーネルが考えられる。カーネル関数を用いることにより、変換後の空間や変数Φ(ｘ)がどのようなものであるのかを知る必要がなくなり、タイムスロット内の信号の有無を計算により求めることができる。

２）部分空間法
この手法は、情報信号の学習結果に基づいて固有空間から部分空間を選び出し、判定対象となる信号を該選出した部分空間に投影して特徴量を抽出することにより、信号と雑音を区別する方法である。

図１０は、本発明の実施の形態３による航行支援装置の信号有無判定部の詳細な構成を示すブロック図である。なお、前述した信号有無判定部３と同様の構成要素については同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
図１０において、信号有無判定部３１は、Ａ／Ｄ変換回路３０１と、ベースバンド復調回路３０２と、信号有無判定回路４０１とからなる。
信号有無判定回路４０１は、部分空間法を用いてベースバンド信号のパターン認識を行い、ＩＱ平面上におけるベースバンド信号の挙動を監視する。

部分空間法を用いた信号有無判定回路４０１による信号有無判定は次のように行われる。
先ず、情報信号と判定されるべき資料を複数学習させて固有空間を選び出し、選出した固有空間の累積寄与率に基づいてその部分空間（部分固有空間）を予め作成する。この学習作業は例えば、製品出荷時に行われ、その学習結果が信号有無判定回路４０１に予めメモリ等に記憶されている。
そして、信号有無判定回路４０１にベースバンド信号の入力を受けると、信号有無判定回路４０１は、入力されたベースバンド信号を、作成した部分空間へ射影して特徴量を抽出する。入力された信号が情報信号であるか否かの判断は、抽出した特徴量と学習データのもつ特徴量とを比較することにより行われ、例えば、互いのユークリッド距離が予め決められた閾値を越えるか否かにより判断する。これにより、信号有無判定回路４０１は、タイムスロットに情報信号が存在するか否かの判定を行うことが可能になる。

３）ニューラルネットワーク
ベースバンド信号の挙動は、ニューラルネットワークを用いてパターン認識を行うことにより観察することも可能である。
具体的な、ニューラルネットワークの手法としては、例えば、パーセプトロン、バックプロパゲーション（BP）学習型、ネオコグニトロンなどの階層型のニューラルネットワークや、アソシアトロン、ホップフィールドネットワーク、ボルツマンマシンなどの相互結合型のニューラルネットワークを用いることができる。

以上のように、本発明の実施の形態３による航行支援装置によれば、サポートベクタマシンや部分空間法、或いはニューラルネットワークなどの種々のパターン認識手法を用いて、ベースバンド信号のＩＱ平面上における挙動を監視することにより、タイムスロットに情報信号が存在するか否かの判定を行うことが可能になる。これにより、受信信号の信号強度だけに頼らない、変調信号の存在についてのキャリアセンスとその判定が可能となる。

なお、本発明の実施の形態３による航行支援装置では、タイムスロットの過去の使用状況に関する情報を記憶するメモリ４を持たない例について説明したが、前記実施の形態１による航行支援装置と同様に信号無判定部３１で得られるタイムスロットの使用状況に関する情報をメモリ４に記憶させ、この情報を信号有無の判定に利用するようにしても良い。

なお、メモリ４に記憶させる情報は、例えば、サポートベクタマシンを用いる場合には、各タイムスロットに情報信号が存在していたか否かを示す情報の他、判定境界からの距離を示すＷ^ＴΦ(ｘ)＋ｂの絶対値（情報信号が存在していた可能性を示す値）、或いは受信した信号の周波数スペクトル成分や、信号強度などの特徴ベクトルＷ^ＴΦ(ｘ)＋ｂの絶対値など、過去のタイムスロットの使用状況を判断するために用いることができる情報であれば何でも良い。また、メモリ４に記憶した情報の利用方法であるが、その１つの手法として、過去のタイムスロットの使用状況を勘案して対象のタイムスロットにおける信号の存在確率を算出し、当該存在確率に基づいて式（１）のバイアス項ｂを増減させる手法が考えられる。そして、このようにタイムスロットの過去の使用状況に関する情報を用いて判断することにより、受信した信号のＩＱ平面上における挙動をより正確に監視することができ、判定結果の正確性を向上させることが可能となる。もちろん、部分空間法やニューラルネットワーク等を用いる場合であっても、上記手法を同様に用いることが可能である。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４による航行支援装置は、信号有無判定部３２が受信信号の信号強度とベースバンド信号のＩＱ平面上における挙動とに基づいて信号の有無を判定するものである。

図１１は本発明の実施の形態４による航行支援装置の構成を示すブロック図である。
図１１において、本発明の実施の形態４による航行支援装置は、ＡＩＳ信号受信部１と、基準タイミング発生部２と、信号有無判定部３２と、メモリ４と、候補スロット選択部５と、送信部６とからなる。なお、前述した実施の形態１による航行支援装置と同様の構成要素については同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。

信号有無判定部３２は、図１２に示すように、前記実施の形態１で説明した信号有無判定部３と前記実施の形態３で図９を用いて説明した信号有無判定部３１（サポートベクタマシン）とを組み合わせたものであり、受信信号の信号強度とベースバンド信号のＩＱ平面上における挙動を総合的に勘案して、タイムスロットに情報信号が存在していたか否かを判定するものである。もちろん、ベースバンド信号のＩＱ平面上における挙動は、サポートベクタマシンの他、部分空間法、或いはニューラルネットワークなどの種々のパターン認識手法を用いて監視することができる。

これにより、タイムスロットに情報信号が存在しているか否かの、より正確な判定が期待でき、クラスＢ局はクラスＡ局の送信を避けて適切なタイミングで自局の送信を行うことが可能になる。

なお、本発明の各実施形態では、基準タイミング発生部２が受信したクラスＡ局の信号から同期タイミング信号を生成するものについて説明したが、もちろん、図１３に示すように、本発明にかかる航行用支援装置がＧＰＳ（Global Positioning System）等の衛星航法測位システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）受信機を搭載し、測位用信号受信部１１で受信した受信信号から測位演算部１２が正確な時刻信号を取得し、基準タイミング発生部１３が、測位演算部１２から得られる時刻信号に基づいて、同期タイミング信号を生成するようにしても良い。

なお、前述した本発明の各実施形態は最良の実施形態の一例であって、本発明の要旨を損なわない範囲で種々の変更が可能であり、本発明は前述した実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施の形態１による航行支援装置の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１による航行支援装置の信号有無判定部の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１による航行支援装置のメモリを説明するための説明図 本発明の実施の形態１による航行支援装置の信号有無判定部によるキャリアセンス処理を説明するためのフローチャート 本発明の実施の形態２による航行支援装置の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態２による航行支援装置の候補スロット選択部の処理内容を説明するためのフローチャート 本発明の実施の形態３による航行支援装置の構成の一例を示すブロック図 ＴＤＭＡ変調信号及びノイズのＩＱ平面上での挙動を示す図 本発明の実施の形態３による航行支援装置の信号有無判定部の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態３による航行支援装置の信号有無判定部の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態４による航行支援装置の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態４による航行支援装置の信号有無判定部の構成の一例を示すブロック図 本発明の航行支援装置の構成の一例を示すブロック図

符号の説明

１ ＡＩＳ信号受信部
２ 基準タイミング発生部２
３、３１、３２ 信号有無判定部
４ メモリ
５、５１ 候補スロット選択部
６ 送信部
３０１ Ａ／Ｄ変換回路
３０２ ベースバンド復調回路
３０３ 信号レベル検出回路
３０４ 信号有無判定回路
３０５ 特徴ベクトル抽出回路
３０６ サポートベクタマシン

Claims (9)

1. 船舶自動識別システムに使用される航行支援装置であって、
   他局から送信される信号を受信する受信部と、
   他局との通信タイミングを律する同期タイミング信号を生成する基準タイミング発生部と、
   前記同期タイミング信号で画定されるタイムスロットの過去の使用状況に関する情報を記憶するメモリと、
   前記受信部で受信した信号と、前記メモリに記憶された情報とを用いて、前記同期タイミング信号で画定されるスロット内に情報信号が存在するか否かを判定する信号有無判定部と、
   前記信号有無判定部によって情報信号が無いと判定されたスロットで、自局に関する情報を送信する送信部とを備えることを特徴とする航行支援装置。
2. 船舶自動識別システムに使用される航行支援装置であって、
   他局から送信される信号を受信する受信部と、
   他局との通信タイミングを律する同期タイミング信号を生成する基準タイミング発生部と、
   前記同期タイミング信号で画定されるタイムスロットの過去の使用状況に関する情報を記憶するメモリと、
   前記受信部で受信した信号から得られる信号強度の測定値と、前記メモリに記憶された情報とを用いて、前記同期タイミング信号で画定されるスロット内に情報信号が存在するか否かを判定する信号有無判定部と、
   スロットの先頭から一定の時間内に、前記信号有無判定部によって情報信号が無いと判定されたスロットで、自局に関する情報を送信する送信部とを備えることを特徴とする航行支援装置。
3. 船舶自動識別システムに使用される航行支援装置であって、
   他局から送信される信号を受信する受信部と、
   他局との通信タイミングを律する同期タイミング信号を生成する基準タイミング発生部と、
   前記同期タイミング信号で画定されるタイムスロットの過去の使用状況に関する情報を記憶するメモリと、
   前記受信部から出力される受信信号を検波して得られるベースバンド信号が情報信号であるか否かのパターン認識を行い、当該パターン認識の結果と、前記メモリに記憶された情報とを用いて、前記同期タイミング信号で画定されるスロット内に情報信号が存在するか否かを判定する信号有無判定部と、
   スロットの先頭から一定の時間内に、前記信号有無判定部によって情報信号が無いと判定されたスロットで自局に関する情報を送信する送信部とを備えることを特徴とする航行支援装置。
4. 請求項３に記載の航行支援装置において、
   前記信号有無判定部は、部分空間法、サポートベクタマシン、又はニューラルネットワークのうちの少なくとも１つ以上の手法を用いてパターン認識を行うことを特徴とする航行支援装置。
5. 請求項１から３の何れかに記載の航行支援装置において、
   前記メモリに記憶された情報に基づいて、自局に関する情報を送信する候補となる、候補スロットを選択する候補スロット選択部を備えることを特徴とする航行支援装置。
6. 請求項２または３に記載の航行支援装置において、
   前記信号有無判定部は、前記送信部によって自局に関する情報を送信しない場合には、スロット全体に亘って情報信号が存在するか否かを検証し、得られた情報を、過去のタイムスロットの使用状況に関する情報として前記メモリに記憶することを特徴とする航行支援装置。
7. 請求項１から３の何れかに記載の航行支援装置において、
   衛星からの測位用信号を受信する測位用信号受信部と、
   前記測位用信号に基づいて測位演算を行い、正確な時刻信号を得る測位演算部とを備え、
   前記基準タイミング発生部は、前記測位演算部から得られる時刻信号に基づいて、同期タイミング信号を生成することを特徴とする航行支援装置。
8. 信号を受信する信号受信部と、
   前記受信部から出力される受信信号を検波して得られるベースバンド信号が情報信号であるか否かのパターン認識を行い、当該パターン認識の結果に基づいて受信信号が情報信号であるか否かの判定を行う信号有無判定部とを備えることを特徴とするキャリアセンス方式。
9. 請求項８に記載のキャリアセンス方式において、
   前記信号有無判定部は、部分空間法、サポートベクタマシン、又はニューラルネットワークのうちの少なくとも１つ以上の手法を用いてパターン認識を行うことを特徴とするキャリアセンス方式。

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