JP2008089315A - 測位システム、探知装置、測位装置、測位システムの測位方法、探知装置の探知方法、測位装置の測位方法、探知装置の探知プログラムおよび測位装置の測位プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】目標物を測位するために探知装置と測位装置との間で必要な通信帯域を少なくする。
【解決手段】基準信号送信装置１２０が目標１０に向けて送信波３０を発信し、各探知装置１００は送信波３０が目標１０で反射した反射波３２を受信する。各探知装置１００は受信した反射波３２に基づいて基準信号送信装置１２０が送信波３０を送信してから探知装置１００が反射波３２を受信するまでの時間を算出し、算出した時間のみを特徴情報として測位装置１４０に送信する。測位装置１４０は各探知装置１００から受信した各特徴情報に基づいて基準信号送信装置１２０から目標１０を経由した各探知装置１００までの距離を算出し、算出した距離と基準信号送信装置１２０の座標と各探知装置１００の座標とに基づいて目標１０の位置を測位する。
【選択図】図１

Description

本発明は、目標物の位置を測位する測位システム、探知装置、測位装置、測位システムの測位方法、探知装置の探知方法、測位装置の測位方法、探知装置の探知プログラムおよび測位装置の測位プログラムに関するものである。

センサ情報から冗長な部分を削除するなどして情報量を削減し、限られた帯域でセンサ情報を伝送する方式は、種々のセンサ装置について提案されている。
特許文献１はスペクトルの差分をとることにより、帯域を節約するレーダシステムに関するものである。
特許文献２は船舶の局座標系の探知データの情報削減に特化したレーダ装置および類似装置に関するものである。
特許文献３はＡ／Ｄ変換時に特徴的な信号が無い部分は抑圧するレーダ信号の圧縮方式に関するものである。
また、目標に向けて発射した信号を他の装置へ送信し、これを複数装置間で共有する方法を提案するものとして特許文献４がある。
特開２００３−２４０８４５号公報 特開２００５−１２１４２６号公報 特開平０３−２９５４８５号公報 特開平０５−２９７１２５号公報 吉田孝、「改訂 レーダ技術」社団法人 電子情報通信学会、平成１１年５月２５日発行

特許文献１〜３では一個のセンサのデータで目標位置の測位を行う。単一センサの場合は、センサデータにおいて削除可能な部分の推測が付きやすく、特徴的な部分の抽出が容易である。一方、複数センサを扱う場合の場合は、それぞれのセンサデータにおいて特徴的で重要な部分の推測が困難である。ゆえに、複数センサの場合の特徴データ抽出と単一センサの場合の特徴データ抽出とは異なる技術が必要となるが、複数センサの場合の特徴データ抽出については特許文献１〜３では述べられていなかった。
また、特許文献４では、探知信号とは別個に、他のセンサに対して送信信号の情報を送付し、これを複数装置間で共有することによって帯域の削減を図っている。そして、特許文献４では、送信信号の情報を利用して、複数センサでそれぞれ測位を行っている。但し、複数のセンサで特徴情報を抽出し、さらにそれを融合して、測位を行う方法については述べられていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。例えば、本発明は、複数センサのデータを参照して（狭義には、データの時間差から距離を算出して）目標位置を推定する際に、無線ネットワークを介してデータ伝送を行う場合、狭帯域、遅延、パケットロス、不安定等のネットワークの制限により、所望の品質のセンサデータが伝送できず、効果的なデータ参照ができなくなるという課題を解決することを目的とする。

本発明の測位システムは、基準信号を生成する基準信号作成部と、前記基準信号作成部が生成した基準信号をアンテナから発信する基準信号送信部とを備える基準信号送信装置と、前記基準信号送信装置が発信した基準信号の目標物での反射信号を探知信号としてアンテナから受信する探知信号受信部と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いて、前記探知信号受信部が受信した探知信号から目標物までの距離を示す特徴情報の複数の候補を抽出し、抽出した特徴情報の複数の候補から特徴情報を選択する特徴情報抽出部と、前記特徴情報抽出部が選択した特徴情報を送信する特徴情報送信部とを備える２つ以上の探知装置と、２つ以上の前記探知装置から特徴情報を受信する特徴情報受信部と、前記特徴情報受信部が受信した２つ以上の特徴情報に基づいて目標物の位置を測位する測位部とを備える測位装置とを有することを特徴とする。

本発明によれば、２つ以上の探知装置が目標物で反射した探知信号が示す特徴情報の複数の候補から測位装置に送信する特徴情報を選択し、測位装置が２つ以上の探知装置からの特徴情報に基づいて目標物の位置を測位する。これにより、例えば、目標物を測位するために探知装置と測位装置との間で必要な通信帯域を少なくすることができる。

実施の形態１．
本実施の形態は、例えば、目標（物）に向けて電波を発射し、目標で反射した電波（探知信号）を複数の探知装置で受信し、これら複数の探知信号を参照することにより、一つの探知信号の参照に比べて精度良く目標の位置を推定するための測位システムに関するものである。
また例えば、本実施の形態は、複数の探知装置で受信した探知信号を測位装置に収集する際に、帯域などのネットワークの制限により送付可能な探知信号が制限される場合でも、精度良く目標位置を推定するための測位システムに関するものである。

図１は、実施の形態１における測位システム９００の使用形態の一例を示す図である。
図１において、１００は探知装置、１２０は基準信号送信装置、１４０は測位装置、１０は航空機や船舶など測位対象とする目標（物）、１４は通信ネットワークである。
この測位システム９００では、基準信号送信装置１２０が移動する目標１０に対して基準信号を変調した送信波３０を送信し、送信波３０が目標１０において反射した反射波３２を複数の探知装置１００が受信する。各探知装置１００は反射波３２を復調した探知信号が示す探知情報３４から特定の特徴情報を抽出し、抽出した特徴情報を通信ネットワーク１４を介して測位装置１４０に送信する。測位装置１４０は複数の探知装置１００から収集した特徴情報に基づいて目標１０の位置を推定する。
特徴情報とは測位計算を行うために必要十分な情報であり、例えば、基準信号送信装置１２０が送信波３０を送信してから探知装置１００が目標１０で反射した反射波３２を受信するまでの時間である。測位計算については後述する。

図１において、通信ネットワーク１４内では、探知情報３４（特徴情報）はネットワークの状況に応じて適当な経路で伝送されるため、点線で示されている。つまり、探知情報３４（特徴情報）は任意の無線中継局を経由して探知装置１００から測位装置１４０に伝送される。
図１において、基準信号空中線２６は基準信号送信装置１２０が目標１０に対して送信波３０を送信するための通信アンテナであり、探知信号空中線２０は探知装置１００が目標１０からの反射波３２を受信するための通信アンテナである。また、情報共有空中線２４は各探知装置１００が通信ネットワーク１４を介して探知情報３４（特徴情報）を測位装置１４０に送信するための通信アンテナであり、情報共有空中線２５は測位装置１４０が通信ネットワーク１４を介して探知情報３４（特徴情報）を各探知装置１００から受信するための通信アンテナである。
また、基準信号情報空中線２２は基準信号送信装置１２０が探知装置１００に向けて基準信号に関する基準信号情報を送信するための通信アンテナであり、基準信号情報空中線２３は探知装置１００が基準信号送信装置１２０から基準信号情報を受信するための通信アンテナである。探知装置１００は基準信号情報に基づいて探知情報から特徴情報を抽出する。
図１では、描画が煩雑になるのを避けるため、基準信号を省略している。

ここで、基準信号送信装置１２０、探知装置１００および測位装置１４０は、航空機あるいは船舶などの移動体に搭載して移動することを想定しているが、地上に固定するなど移動しなくても構わない。

図２は、実施の形態１における測位システム９００の使用形態の別例を示す図である。
図１では、基準信号送信装置１２０、探知装置１００および測位装置１４０はそれぞれ別個に設けているが、一個の装置に各装置を併設してもよいし、一個の装置を兼用して各装置の機能を実現してもよい。例えば、図２は、探知装置１００と測位装置１４０とを併設した航空機間相互で、探知情報３４（特徴情報）を交換して目標１０の位置を推定する構成を示している。

図３は、実施の形態１における探知装置１００、基準信号送信装置１２０および測位装置１４０のハードウェア資源の一例を示す図である。
図３において、探知装置１００、基準信号送信装置１２０および測位装置１４０は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３、ＲＡＭ９１４、通信ボード９１５、アンテナ９１６、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、磁気ディスク装置９２０の記憶媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらは、データを記憶する記憶機器、記憶装置の一例であり、データの入力元、出力先となる入出力機器、入出力装置の一例である。
通信ボード９１５は、入出力機器あるいは入出力装置の一例である。

通信ボード９１５は、有線または無線で、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット、ＩＳＤＮ等のＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）、電話回線などの通信網に接続されている。
磁気ディスク装置９２０には、ＯＳ９２１（オペレーティングシステム）、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１、ＯＳ９２１により実行される。

上記プログラム群９２３には、実施の形態において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。
ファイル群９２４には、実施の形態において、「〜部」の機能を実行した際の「〜の判定結果」、「〜の計算結果」、「〜の処理結果」などの結果データ、「〜部」の機能を実行するプログラム間で受け渡しするデータ、その他の情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。例えば、測位結果、探知情報、特徴情報、基準信号情報などがファイル群９２４に記憶される。「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示などのＣＰＵの動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示のＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
また、実施の形態において説明するフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、ＲＡＭ９１４のメモリ、磁気ディスク装置９２０の磁気ディスク、その他の記録媒体に記録される。また、データや信号値は、バス９１２や信号線やケーブルその他の伝送媒体によりオンライン伝送される。

また、実施の形態において「〜部」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」、「〜手段」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスクやその他の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。すなわち、測位装置１４０の測位プログラムや探知装置１００の探知プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。

次に、基準信号送信装置１２０、探知装置１００および測位装置１４０の構成について図４、図５および図６に基づいて以下に説明する。

図４は、実施の形態１における基準信号送信装置１２０の構成を示すブロック図である。
図４において、基準信号送信装置１２０は、基準信号を生成する基準信号作成部１２４と、基準信号作成部１２４が生成した基準信号を変調して基準信号を示す送信波３０を基準信号空中線２６（アンテナ）から発信する基準信号送信部１２２とを備える。
また、基準信号送信装置１２０は、基準信号作成部１２４が生成した基準信号に関する基準信号情報を生成する基準信号情報抽出部１２８と、基準信号情報抽出部１２８が生成した基準信号情報を変調して基準信号情報を示す電波を基準信号情報空中線２２（アンテナ）から発信する基準信号情報送信部１２６とを備える。

図５は、実施の形態１における探知装置１００の構成を示すブロック図である。
図５において、探知装置１００は以下に説明する探知信号受信部１０４、特徴情報抽出部１０６、特徴情報送信部１０８、探知装置制御部１０２、追加情報送信部１１４、基準信号情報受信部１１０および探知装置情報記憶部１１２を備える。また、探知装置１００は電波を受発信するためのアンテナとして探知信号空中線２０、基準信号情報空中線２３および情報共有空中線２４を備える。
探知信号受信部１０４は、基準信号送信装置１２０が発信した送信波３０が目標１０で反射した反射波３２を探知信号空中線２０から受信し、受信した反射波３２を復調して探知信号を取得する。
特徴情報抽出部１０６は、探知信号受信部１０４が取得した探知信号から目標１０までの距離を示す特徴情報の複数の候補を抽出し、抽出した特徴情報の複数の候補から特徴情報を選択する。例えば、特徴情報抽出部１０６は、探知信号受信部１０４による探知信号受信の開始時刻の複数の候補を探知信号から抽出し、抽出した受信開始時刻の複数の候補から１つの受信開始時刻を選択し、選択した１つの受信開始時刻の候補に基づいて基準信号送信装置１２０による基準信号（送信波３０）の送信から探知信号受信部１０４による探知信号（反射波３２）の受信までの時間を算出し、算出した時間を特徴情報とする。
特徴情報送信部１０８は、特徴情報抽出部１０６が選択した特徴情報を示す電波を情報共有空中線２４から測位装置１４０へ発信する。
基準信号情報受信部１１０は、基準信号送信装置１２０が発信した基準信号情報を示す電波を基準信号情報空中線２３から受信し、受信した電波を復調して基準信号情報を取得する。
探知装置情報記憶部１１２は探知信号受信部１０４が受信した探知信号が示す探知情報や特徴情報抽出部１０６が抽出した特徴情報（の候補）や基準信号情報受信部１１０が取得した基準信号情報などを記憶機器に記憶する。
探知装置制御部１０２は、測位装置１４０から追加情報送信依頼を受信した際に、追加情報送信部１１４に対して別の特徴情報の選択と、選択した別の特徴情報の測位装置１４０への送信とを命令する。
追加情報送信部１１４は、探知装置制御部１０２からの命令を受けて、特徴情報抽出部１０６が抽出した未送信の特徴情報の候補から新たに特徴情報を選択し、新たに選択した特徴情報を情報共有空中線２４から測位装置１４０へ発信する。

図６は、実施の形態１における測位装置１４０の構成を示すブロック図である。
図６において、測位装置１４０は以下に説明する特徴情報受信部１４４、測位部１５２、測位装置制御部１４２、追加情報受信部１５０および測位装置情報記憶部１５４を備える。また、測位装置１４０は電波を受発信するためのアンテナとして情報共有空中線２５を備える。
特徴情報受信部１４４は２つ以上の探知装置１００から特徴情報を示す電波を情報共有空中線２５を介して受信し、受信した電波を復調して特徴情報を取得する。
測位部１５２は特徴情報受信部１４４が取得した２つ以上の特徴情報に基づいて目標１０の位置を測位し、測位結果を出力する。
測位装置制御部１４２は測位部１５２が特徴情報に基づいて測位できなかった場合に別の特徴情報を要求する追加情報送信依頼を示す電波を探知装置１００に情報共有空中線２５を介して送信する。
追加情報受信部１５０は、測位装置制御部１４２が追加情報送信依頼を送信した場合に、探知装置１００から別の特徴情報を示す電波を情報共有空中線２５を介して受信し、受信した電波を復調して別の特徴情報を取得する。
測位装置情報記憶部１５４は特徴情報受信部１４４が受信した特徴情報や追加情報受信部１５０が受信した特徴情報や測位部１５２が測位した測位結果などを記憶機器に記憶する。

次に、実施の形態１の測位システム９００の処理の手順を図７、図８および図９に基づいて以下に説明する。
図７は、実施の形態１における測位システム９００の処理の流れを示すフローチャートである。
図８は、実施の形態１における基準信号と探知信号とを対比して示す図である。
図９は、実施の形態１における測位方法の概念図である。
基準信号送信装置１２０、探知装置１００および測位装置１４０は以下の処理をＣＰＵやアンテナなどのハードウェアを用いて実行する。

＜Ｓ２０１：基準信号送信ステップ＞
まず、基準信号送信装置１２０は目標１０に対して基準信号を送信する。
このとき、基準信号送信装置１２０において、基準信号作成部１２４は、例えば、図８（ａ）に示す矩形波Ｘ０のような、所定の基準信号を生成する。図８（ａ）の縦軸は基準信号を示す矩形波Ｘ０の振幅を表し、図８（ａ）の横軸は基準信号の送信時間ｔを表す（Ｓ２０１ａ：基準信号作成処理）。
そして、基準信号送信部１２２は基準信号作成部１２４が生成した基準信号を変調し、基準信号を変調した送信波３０を基準信号空中線２６から目標１０に向けて発信する（Ｓ２０１ｂ：基準信号送信処理）。

＜Ｓ２０２：基準信号情報送信ステップ＞
また、基準信号送信装置１２０は基準信号に関する基準信号情報を各探知装置１００に向けて送信する。
このとき、基準信号送信装置１２０において、基準信号情報抽出部１２８は基準信号作成部１２４が生成した基準信号に基づいて、例えば、図８（ａ）に示す基準信号の矩形波Ｘ０の振幅Ａ０、振幅Ａ０の継続時間Ｔ０＿Ｐ、振幅Ａ０の開始時刻Ｔ０のような、基準信号に関する基準信号情報を生成する。なお、基準信号情報は基準信号の性質を表す他のパラメータでもよい。例えば、基準信号情報は振幅Ａ０の終了時刻ＴＥでもよい（Ｓ２０２ａ）。
そして、基準信号情報送信部１２６は基準信号情報抽出部１２８が生成した基準信号情報を変調し、基準信号情報を変調した電波を基準信号情報空中線２２から各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）に発信する（Ｓ２０２ｂ）。

ここで、基準信号送信装置１２０が目標１０に対して発信した基準信号を示す送信波３０は目標１０で反射して各方位に伝搬する。以下、送信波３０が目標１０で反射したものを反射波３２とし、反射波３２が示す信号を探知信号とする。

＜Ｓ２１４：探知信号受信ステップ＞
次に、各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）は目標１０で反射した基準信号を探知信号として受信する。
このとき、各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）において、探知信号受信部１０４は基準信号を表す送信波３０が目標１０で反射した反射波３２を探知信号空中線２０で受信し、受信した反射波３２を復調して反射波３２が示す探知信号を取得する。探知信号受信部１０４は反射波３２を特定の時間間隔ｄｔでサンプリングしてディジタル信号である探知信号に変換する。図８（ｂ）は探知装置１００の１つである装置１が受信した探知信号１の波形Ｘ１を示し、縦軸は探知信号１の振幅を表し、横軸は探知信号１の受信時間ｔを表す（Ｓ２１４ａ：探知信号受信処理）。
そして、探知装置情報記憶部１１２は探知信号受信部１０４が取得した探知信号を記憶機器に記憶する（Ｓ２１４ｂ）。

＜Ｓ２１１：基準信号情報受信ステップ＞
また、各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）は基準信号送信装置１２０から送信された基準信号情報も受信する。
このとき、各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）において、基準信号情報受信部１１０は基準信号送信装置１２０が発信した基準信号情報を変調した電波を基準信号情報空中線２３で受信し、受信した電波を復調して基準信号情報を取得する（Ｓ２１１ａ）。
そして、探知装置情報記憶部１１２は基準信号情報受信部１１０が取得した基準信号情報を記憶機器に記憶する（Ｓ２１１ｂ）。

＜Ｓ２１５：特徴情報抽出ステップ＞
次に、各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）は基準信号情報に基づいて探知信号から特徴情報を抽出する。
このとき、各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）において、特徴情報抽出部１０６は、基準信号情報受信部１１０が取得した基準信号情報に基づいて、探知信号受信部１０４が取得した探知信号が示す探知情報から特徴情報を抽出する。
例えば、探知信号受信部１０４が図８（ｂ）に示すように波形Ｘ１がピークａ，ピークｂ，ピークｃの３箇所の振幅のピークを示す探知信号１を受信した場合、まず、特徴情報抽出部１０６はピークａの時刻Ｔ１＿ａ、ピークｂの時刻Ｔ１＿ｂおよびピークｃの時刻Ｔ１＿ｃを抽出する。各ピークの時刻は基準信号の振幅Ａ０の開始時刻Ｔ０に対応する時刻の候補となる。そして、特徴情報抽出部１０６は、基準信号の振幅Ａ０の開始時刻Ｔ０から各ピークの時刻までの時間Ｔ１＿１、Ｔ１＿２およびＴ１＿３を、電波が基準信号送信装置１２０から目標１０を経由して探知装置１００に到達するまでの時間の候補として算出する。
つまり、特徴情報抽出部１０６は、特徴情報の抽出処理の一例として、探知信号の波形がピークを示す時刻を基準信号の最大振幅の開始時刻に対応する時刻として抽出し、基準信号の最大振幅の開始時刻から探知信号の波形が振幅のピークを示す時刻までの時間を特徴情報として算出する。特徴情報抽出部１０６は基準信号情報から基準信号の最大振幅の開始時刻を取得する。基準信号の最大振幅の開始時刻から探知信号の波形がピークを示す時刻までの時間は、基準信号送信装置１２０が送信波３０を送信してから探知装置１００が反射波３２を受信するまでの時間であり、電波が基準信号送信装置１２０から目標１０を経由して探知装置１００に到達するまでの時間を示す。この時間に光速を乗ずることで基準信号送信装置１２０から目標１０を経由した探知装置１００までの距離を算出することができ、算出した距離に基づいて目標１０の位置を測位することができる。測位方法については後述する（Ｓ２１５ａ：特徴情報送信処理の一部）。
次に、特徴情報抽出部１０６は抽出した特徴情報から測位装置１４０に送信する特徴情報を選択する。例えば、特徴情報抽出部１０６は、図８（ｂ）が示す探知信号１について、振幅値が最大であるピークｂに対して算出した時間Ｔ１＿２を特徴情報として選択する。また例えば、特徴情報抽出部１０６は、図８（ｂ）が示す探知信号１について、最も時刻が早いピークａに対して算出した時間Ｔ１＿１を特徴情報として選択する。また、特徴情報抽出部１０６は複数の特徴情報を選択してもよい（Ｓ２１５ｂ：特徴情報送信処理の一部）。
また、探知装置情報記憶部１１２は特徴情報抽出部１０６が抽出した特徴情報を記憶機器に記憶する（Ｓ２１５ｃ）。

なお、特徴情報抽出部１０６は、基準信号と探知信号との相関をとる、探知信号に対してノイズ除去操作を行うなどの複雑な処理により、上記と異なる種類の特徴情報を抽出してもよい。例えば、特徴情報抽出部１０６は目標１０の方向や基準信号に対する探知信号のドップラー周波数などを特徴情報として抽出してもよい。例えば、探知装置１００は探知信号空中線２０を指向性のあるアンテナで構成し、特徴情報抽出部１０６は探知信号空中線２０が一番強い振幅、電力を持った探知信号を受信した方向を目標１０の方向として推定する。また例えば、基準信号送信装置１２０が特定の周波数を持った送信波３０を矩形型に切り取って送信し、特徴情報抽出部１０６は目標１０の位置と探知装置１００の位置との相対的な変化に伴って生ずる基準信号の周波数と探知信号の周波数との差分をドップラー周波数として算出する。ドップラー周波数に基づいて目標１０と探知装置１００との相対速度が推定できる（非特許文献１参照）。

＜Ｓ２１６：特徴情報送信ステップ＞
次に、各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）はステップＳ２１５で抽出した特徴情報を、通信ネットワーク１４を介して、測位装置１４０に送信する。
このとき、各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）において、特徴情報送信部１０８はステップＳ２１５で特徴情報抽出部１０６が抽出した特徴情報を変調し、特徴情報を変調した電波を情報共有空中線２４から測位装置１４０に発信する（Ｓ２１６ａ）。

＜Ｓ２２２：特徴情報受信ステップ＞
次に、測位装置１４０は各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）から送信された特徴情報（情報１〜情報ｎ）を受信する。
このとき、測位装置１４０において、特徴情報受信部１４４は各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）が発信した特徴情報を変調した電波を情報共有空中線２５で受信し、受信した電波を復調して特徴情報（情報１〜情報ｎ）を取得する。情報１〜情報ｎは装置１〜装置ｎが送信した特徴情報に対応する。つまり、装置１が送信した特徴情報が情報１であり、装置２が送信した特徴情報が情報２である（Ｓ２２２ａ）。
そして、測位装置情報記憶部１５４は特徴情報受信部１４４が取得した特徴情報（情報１〜情報ｎ）を記憶機器に記憶する（Ｓ２２２ｂ）。

＜Ｓ２２３：測位ステップ＞
次に、測位装置１４０は特徴情報（情報１〜情報ｎ）を用いて目標１０の位置を推定する。
このとき、測位装置１４０において、測位部１５２は特徴情報受信部１４４が受信した特徴情報（情報１〜情報ｎ）に基づいて目標１０の位置を測位計算する。測位部１５２が実行する測位計算方法には従来の方法を用いることができる。例えば、測位装置１４０は各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）の位置と基準信号送信装置１２０の位置とが既知であり、各探知装置１００の位置と基準信号送信装置１２０の位置と各特徴情報とに基づいて目標１０の位置を測位する。例えば、各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）および基準信号送信装置１２０が移動体である場合、各探知装置１００および基準信号送信装置１２０はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やジャイロなどを用いて自己位置を算出し、基準信号送信装置１２０は算出した自己位置を基準信号情報と併せて各探知装置１００に送信し、各探知装置１００は算出した自己位置と基準信号送信装置１２０の位置とを特徴情報と併せて測位装置１４０に通知する。また例えば、各探知装置１００（装置１〜装置ｎ）および基準信号送信装置１２０が移動しない固定物である場合、測位装置１４０は予め計測された各探知装置１００および基準信号送信装置１２０の位置を記憶機器に記憶しておく（Ｓ２２３ａ：測位処理）。

例えば、図８（ｂ）に示すような基準信号が基準信号送信装置１２０から送信されてから目標１０で反射して探知信号として各探知装置１００に受信されるまでの時間Ｔｉ＿１（ｉ：１〜ｎ）を特徴情報とする場合、測位部１５２は、時間間隔Ｔｉ＿１に電波が伝搬する速度である光速を乗ずることで、基準信号送信装置１２０から目標１０までの距離とｉ番目の探知装置１００から目標１０までの距離との合計距離を算出できる。各探知装置１００の位置および基準信号送信装置１２０の位置は既知であるので、二次元の座標の場合は３個以上、三次元の座標の場合は４個以上の探知情報があれば、目標１０の位置を特定することが可能となる。

図９は、実施の形態１における測位方法の概念図である。
図９において、測位部１５２は時間間隔Ｔ１＿１に光速を乗じて距離Ｌ０＋Ｌ１を算出することができる。ここで、Ｌ０は基準信号送信装置１２０から目標１０までの距離を示し、Ｌ１は装置１（探知装置１００）から目標１０までの距離を示す。そして、測位部１５２は、基準信号送信装置１２０の座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と装置１（探知装置１００）の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とが既知であるため、基準信号送信装置１２０の座標と装置１の座標とを定点として２定点からの距離の和をＬ０＋Ｌ１とする楕円面１の方程式を算出することができる。目標１０はこの楕円面１上に位置することになるので、測位部１５２は、基準信号送信装置１２０と装置２（探知装置１００）とを２定点とする楕円面方程式と基準信号送信装置１２０と装置３（探知装置１００）とを２定点とする楕円面方程式とを同様に算出し、算出した３つの楕円面方程式を連立方程式として、３つの楕円面の交点に位置する目標１０の３次元の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。３つの楕円面が１つの点で交わらない場合、測位部１５２は各２つの楕円面の交点に基づいて目標１０の座標を算出する。例えば、測位部１５２は任意の２つの楕円面の交点を目標１０の座標とする。また例えば、測位部１５２は楕円面１と楕円面２との交点、楕円面１と楕円面３との交点、楕円面２と楕円面３との交点との３つの交点の中点を目標１０の座標とする。
測位部１５２は、１個の特徴情報では非常に広い範囲の位置推定しかできなくても、ｎ個の特徴情報に基づいてｎ個の位置推定結果の論理積をとることにより、精度の高い位置推定を行うことが可能となる。このことは、他の種類の特徴情報の場合でも同様である。

＜Ｓ２２４：測位成否判定ステップ＞
次に、測位部１５２は目標１０に対する有効な位置推定ができたか判定する。
例えば、測位部１５２は、論理積がとれない場合、連立方程式の解が無い場合は測位不成功と判定する。つまり、測位部１５２は、３つの楕円面が１点で交わらない場合、各２つの楕円面の交点である３つの交点が所定の距離以上離れている場合または各２つの楕円面の交点である３つの交点が形成する面の面積が所定の面積以上である場合、目標１０に対する有効な位置推定ができなかった（測位不成功）と判定する。
また例えば、測位部１５２は、４つ以上の特徴情報を組み合わせて複数の測位結果を算出し、それぞれの測位結果が所定の値以上異なる場合、測位不成功と判定する。
また例えば、測位部１５２は、測位した目標１０の位置が想定エリアから大きく外れた場合、測位不成功と判定する。想定エリアとは、例えば、過去数回の目標１０の測位位置の推移に基づいて算出したエリアであり、追尾フィルタと呼ばれる機能により算出されるエリアである。
測位部１５２は、上記以外の場合、目標１０に対する有効な位置推定ができた（測位成功）と判定する（Ｓ２２４ａ）。

＜Ｓ２２５：測位結果出力ステップ＞
測位成功の場合、測位部１５２は測位結果を出力する。
測位部１５２は、目標１０に対する有効な位置推定ができたと判定した場合、目標１０の座標をディスプレイ装置、プリンタ装置などの出力機器に出力する（Ｓ２２５ａ）。
また、測位装置情報記憶部１５４は測位部１５２が算出した目標１０の座標を記憶機器に記憶する（Ｓ２２５ｂ）。

＜Ｓ２１３：追加情報送信ステップ＞
測位不成功の場合、測位装置制御部１４２は探知装置１００に追加情報の送信を依頼する。
このとき、測位装置制御部１４２は、ｎ個の探知装置１００のうち追加情報が欲しい装置にのみに対して、追加情報の送信を依頼する追加情報送信依頼を示す電波を情報共有空中線２５から発信する。追加情報が欲しい装置とは、例えば、各探知装置１００の特徴情報に基づく楕円面のうち他の楕円面に対して楕円面の位置が所定の距離以上離れている楕円面に対応する探知装置１００である（Ｓ２１３ａ：測位装置制御処理）。
次に、探知装置制御部１０２は追加情報送信依頼を示す電波を情報共有空中線２４から受信して復調し、受信電波の内容が追加情報送信依頼であることを識別して追加情報送信部１１４に新たな特徴情報の送信を命令する（Ｓ２１３ｂ）。
そして、追加情報送信部１１４は探知装置情報記憶部１１２が記憶機器に記憶した特徴情報から送信済みの特徴情報とは別の特徴情報を新たに選択し、選択した新たな特徴情報を変調し、新たな特徴情報を変調した電波を情報共有空中線２４から測位装置１４０に発信する。ここで、追加情報送信部１１４が新たに選択する特徴情報は１つの特徴情報でも、複数の特徴情報でも、送信済みの特徴情報以外の全ての特徴情報でも、送信済みの特徴情報を含む全ての特徴情報でもよい。但し、通信帯域は制限があるため、送信する特徴情報のデータ量は少ないほうが好ましい。例えば、送信済みの特徴情報を含む全ての特徴情報を送信する場合、追加情報送信部１１４は、記憶機器に記憶されている探知情報が示す図８（ｂ）のような探知信号のサンプリング間隔ｄｔを大きくして特徴情報の数を減らすとよい（Ｓ２１３ｃ：追加情報送信処理）。

＜Ｓ２２１：追加情報受信ステップ＞
次に、測位装置１４０は探知装置１００から送信された追加情報を受信する。
このとき、測位装置１４０において、追加情報受信部１５０は探知装置１００が発信した新たな特徴情報を変調した電波を情報共有空中線２５から受信し、受信した電波を変調して新たな特徴情報を取得する（Ｓ２２１ａ）。
そして、測位装置情報記憶部１５４は追加情報受信部１５０が取得した新たな特徴情報を記憶機器に記憶する（Ｓ２２１ｂ）。

＜Ｓ２２３：測位ステップ＞
次に、測位装置１４０の測位部１５２は、追加情報受信部１５０が取得した新たな特徴情報に基づいて、前記測位ステップ（Ｓ２２３）の説明と同様に、目標１０の位置を測位する。

＜Ｓ２２４、Ｓ２２５、Ｓ２１３＞
そして、前記説明と同様に、測位装置１４０の測位部１５２は測位が成功したか判定し（Ｓ２２４）、測位成功の場合、測位部１５２は測位結果を出力して測位処理を終了し（Ｓ２２５）、測位不成功の場合、測位装置制御部１４２は探知装置１００に追加情報を要求する（Ｓ２１３）。

つまり、探知装置１００（装置ｉ）で特徴情報として抽出した時間Ｔｉ＿１（図８（ｂ）参照）が誤っていれば測位装置１４０は有効な位置推定はできないため、測位装置１４０は新たに特徴情報を要求し、探知装置１００（装置ｉ）は時間Ｔｉ＿１以外の時間（例えば、時間Ｔｉ＿２）を測位装置１４０に送信する。そして、測位装置１４０は新たに送信された時間（例えば、時間Ｔｉ＿２）に基づいて目標１０の位置を推定する。

ここで、測位装置制御部１４２は、追加情報送信依頼を一定回数以上繰り返しても測位部１５２が測位成功しない場合は、測位をあきらめて処理を終了しても構わない。

上記実施の形態１では以下のような特徴を持つ測位システム９００について説明した。

特徴１：目標に向けて基準信号を発射し、一つの目標によって反射された信号を複数のセンサ（探知装置１００）で探知し、複数の探知信号を通信ネットワークを介して測位装置で収集し、これらに基づいて目標位置の推定を行う。

特徴２：通信ネットワークの帯域制限がある場合、複数の探知信号の情報をそのまま送受することは困難なため、各センサにおいて探知信号の特徴情報を抽出し、これを送受する。

特徴３：複数の探知信号を受信した測位装置では、これらに基づき位置推定を行うが、所望の精度の位置推定ができない場合には、情報が不足しているセンサに対し、探知信号に関する詳しい情報または別の情報を追加で送信するように依頼する。これを受けたセンサでは、送信済みの特徴情報より詳しい情報または送信済みの特徴情報とは別の特徴情報を送信する。

特徴４：帯域削減のため、通常は抽出された特徴情報のみを送受するが、この情報が誤った情報の場合には、測位装置からセンサに対してフィードバックをかけて、別の特徴情報をセンサから測位装置に送ってもらう。

特徴５：抽出する特徴情報として、基準信号と探知信号とを比較した時間差を使用する。

上記実施の形態１における測位システム９００では、測位装置１４０において複数の探知装置１００の探知信号に基づいて精度の高い目標位置推定を行うに際して、探知装置１００と測位装置１４０との間で通信ネットワーク１４内の可使用帯域に制限があり多量のデータ送受信が困難な場合を想定した以下のような処理について説明した。
まず、各探知装置１００は、探知信号の情報全てではなく、探知信号から抽出した特徴情報のみ測位装置１４０に送信する。そして、測位装置１４０は各探知装置１００からの特徴情報に基づいて目標位置推定を行う。また、測位装置１４０は、目標位置を推定できない場合にのみ、情報が誤っている探知装置に対して追加情報の送信を依頼する。
これにより、測位システム９００は、探知装置１００と測位装置１４０との間で通信ネットワーク１４内の可使用帯域が小さい場合でも、複数の探知装置１００の情報を元にした精度の高い測位が可能となる。

つまり、上記実施の形態１における測位システムは、複数の探知装置が同一目標からの探知信号を受信し、各探知装置が探知信号から抽出した特徴情報を通信ネットワークを介して測位装置に送信し、測位装置では複数の特徴情報に基づいて目標位置の推定を行う。この測位方法により、通信ネットワークの帯域が小さく、探知信号のような多量のデータの送受信が困難な場合でも、測位システムは精度の高い目標位置推定を行うことが可能となる。

実施の形態１における測位システム９００の使用形態の一例を示す図。 実施の形態１における測位システム９００の使用形態の別例を示す図。 実施の形態１における探知装置１００、基準信号送信装置１２０および測位装置１４０のハードウェア資源の一例を示す図。 実施の形態１における基準信号送信装置１２０の構成を示すブロック図。 実施の形態１における探知装置１００の構成を示すブロック図。 実施の形態１における測位装置１４０の構成を示すブロック図。 実施の形態１における測位システム９００の処理の流れを示すフローチャート。 実施の形態１における基準信号と探知信号とを対比して示す図。 実施の形態１における測位方法の概念図。

符号の説明

１０ 目標、１４ 通信ネットワーク、２２，２３ 基準信号情報空中線、２４，２５ 情報共有空中線、３０ 送信波、３２ 反射波、３４ 探知情報、１００ 探知装置、１０２ 探知装置制御部、１０４ 探知信号受信部、１０６ 特徴情報抽出部、１０８ 特徴情報送信部、１１０ 基準信号情報受信部、１１２ 探知装置情報記憶部、１１４ 追加情報送信部、１２０ 基準信号送信装置、１２２ 基準信号送信部、１２４ 基準信号作成部、１２６ 基準信号情報送信部、１２８ 基準信号情報抽出部、１４０ 測位装置、１４２ 測位装置制御部、１４４ 特徴情報受信部、１５０ 追加情報受信部、１５２ 測位部、１５４ 測位装置情報記憶部、９００ 測位システム、９１１ ＣＰＵ、９１２ バス、９１３ ＲＯＭ、９１４ ＲＡＭ、９１５ 通信ボード、９１６ アンテナ、９２０ 磁気ディスク装置、９２１ ＯＳ、９２３ プログラム群、９２４ ファイル群。

Claims (12)

1. 基準信号を生成する基準信号作成部と、前記基準信号作成部が生成した基準信号をアンテナから発信する基準信号送信部とを備える基準信号送信装置と、
   前記基準信号送信装置が発信した基準信号の目標物での反射信号を探知信号としてアンテナから受信する探知信号受信部と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いて、前記探知信号受信部が受信した探知信号から目標物までの距離を示す特徴情報の複数の候補を抽出し、抽出した特徴情報の複数の候補から特徴情報を選択する特徴情報抽出部と、前記特徴情報抽出部が選択した特徴情報を送信する特徴情報送信部とを備える２つ以上の探知装置と、
   ２つ以上の前記探知装置から特徴情報を受信する特徴情報受信部と、前記特徴情報受信部が受信した２つ以上の特徴情報に基づいて目標物の位置を測位する測位部とを備える測位装置と
   を有することを特徴とする測位システム。
2. 前記探知装置の前記特徴情報抽出部は、
   前記探知信号受信部による探知信号受信の開始時刻の複数の候補を探知信号から抽出し、抽出した受信開始時刻の複数の候補から１つの受信開始時刻を選択し、選択した１つの受信開始時刻の候補に基づいて前記基準信号送信装置による基準信号の発信から前記探知信号受信部による探知信号の受信までの時間を算出し、算出した時間を特徴情報とする
   ことを特徴とする請求項１記載の測位システム。
3. 前記測位装置は、さらに、
   前記測位部が特徴情報に基づいて測位できなかった場合に別の特徴情報を要求する追加情報送信依頼を前記探知装置に送信する測位装置制御部を備え、
   前記探知装置は、さらに、
   前記測位装置から追加情報送信依頼を受信した際に、前記特徴情報抽出部が抽出した特徴情報の複数の候補から前記測位装置に送信済みの特徴情報とは別の特徴情報を選択し、選択した別の特徴情報を前記測位装置に送信する追加情報送信部を備える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項２いずれかに記載の測位システム。
4. 目標物からの信号を探知信号としてアンテナから受信する探知信号受信部と、
   ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いて、前記探知信号受信部が受信した探知信号から目標物までの距離を示す特徴情報の複数の候補を抽出し、抽出した特徴情報の複数の候補から特徴情報を選択する特徴情報抽出部と、
   前記特徴情報抽出部が選択した特徴情報を特徴情報に基づいて目標物の位置を測位する測位装置に送信する特徴情報送信部と
   を備えることを特徴とする探知装置。
5. 前記特徴情報抽出部は、
   前記探知信号受信部による探知信号受信の開始時刻の複数の候補を探知信号から抽出し、抽出した受信開始時刻の複数の候補から１つの受信開始時刻の候補を選択し、選択した１つの受信開始時刻の候補に基づいて探知信号が発信されてから探知信号が前記探知信号受信部により受信されるまでの時間を算出し、算出した時間を特徴情報とする
   ことを特徴とする請求項４記載の探知装置。
6. さらに、
   前記特徴情報送信部が送信した特徴情報に基づいて測位できなかった前記測位装置から別の特徴情報を要求する追加情報送信依頼を受信した際に、前記特徴情報抽出部が抽出した特徴情報の複数の候補から前記測位装置に送信済みの特徴情報とは別の特徴情報を選択し、選択した別の特徴情報を前記測位装置に送信する追加情報送信部を備える
   ことを特徴とする請求項４〜請求項５いずれかに記載の探知装置。
7. 目標物からの信号を解析して目標物までの距離を示す特徴情報を送信する２つ以上の探知装置から特徴情報を受信する特徴情報受信部と、
   前記特徴情報受信部が受信した２つ以上の特徴情報に基づいて目標物の位置を測位する測位部と、
   前記測位部が特徴情報に基づいて測位できなかった場合に別の特徴情報を要求する追加情報送信依頼を前記探知装置に送信する測位装置制御部と
   を備えることを特徴とする測位装置。
8. 基準信号送信装置が、基準信号を生成する基準信号作成処理と、生成した基準信号をアンテナから発信する基準信号送信処理とを行い、
   ２つ以上の探知装置が、前記基準信号送信装置が発信した基準信号の目標物での反射信号を探知信号としてアンテナから受信する探知信号受信処理と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いて、受信した探知信号から目標物までの距離を示す特徴情報の複数の候補を抽出し、抽出した特徴情報の複数の候補から特徴情報を選択する特徴情報抽出処理と、選択した特徴情報を送信する特徴情報送信処理とを行い、
   測位装置が、２つ以上の前記探知装置から特徴情報を受信する特徴情報受信処理と、受信した２つ以上の特徴情報に基づいて目標物の位置を測位する測位処理とを行う
   ことを特徴とする測位システムの測位方法。
9. 探知信号受信部が目標物からの信号を探知信号としてアンテナから受信する探知信号受信処理を行い、
   特徴情報抽出部がＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いて、前記探知信号受信部が受信した探知信号から目標物までの距離を示す特徴情報の複数の候補を抽出し、抽出した特徴情報の複数の候補から特徴情報を選択する特徴情報抽出処理を行い、
   特徴情報送信部が前記特徴情報抽出部が選択した特徴情報を特徴情報に基づいて目標物の位置を測位する測位装置に送信する特徴情報送信処理を行う
   ことを特徴とする探知装置の探知方法。
10. 特徴情報受信部が目標物からの信号を解析して目標物までの距離を示す特徴情報を送信する２つ以上の探知装置から特徴情報を受信する特徴情報受信処理を行い、
    測位部が前記特徴情報受信部が受信した２つ以上の特徴情報に基づいて目標物の位置を測位する測位処理を行い、
    測位装置制御部が前記測位部が特徴情報に基づいて測位できなかった場合に別の特徴情報を要求する追加情報送信依頼を前記探知装置に送信する測位装置制御処理を行う
    ことを特徴とする測位装置の測位方法。
11. 請求項９記載の探知装置の探知方法をコンピュータに実行させることを特徴とする探知装置の探知プログラム。
12. 請求項１０記載の測位装置の測位方法をコンピュータに実行させることを特徴とする測位装置の測位プログラム。

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