JP2009053023A - 変位計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】計測点に設置された計測用発信機1と、発信機1からの電波を受信する複数固定点に設置した受信アンテナ2と、受信アンテナ2間の受信信号の位相を比較して発信機1の位置の変位を計測する変位計測装置であって、受信信号間の共分散行列を計算する共分散行列計算手段6と、共分散行列を固有値分解する固有値分解演算手段8と、固有値分解によって得られる最大固有値の固有ベクトルの位相角を受信位相とみなし、その受信位相と発信機1の位置と受信アンテナ2の位置とに関する方程式を解くことにより、発信機1の位置を算出する測位計算手段9とを備えている。
【選択図】図1
Description
図1はこの発明の実施の形態1に係る変位計測装置を示す構成図である。図1において、1は計測点に設置する計測用発信機、2は計測用発信機1からの電波を受信する受信アンテナ、3は受信アンテナ2で受信された信号が入力される低雑音増幅器、4は低雑音増幅器3からの出力信号の周波数を変換する周波数変換器、5は周波数が変換されたアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器、6は該ディジタル信号の相関演算を行って受信信号共分散行列101を求める共分散行列計算手段、7は共分散行列計算手段6の一部である相関演算手段、8は受信信号共分散行列101を固有値分解して、最大固有値の固有ベクトル102を求める固有値分解演算手段、9は固有ベクトル102の位相を用いて測位計算を行う測位計算手段である。なお、101は受信信号共分散行列、102は受信信号共分散行列101の最大固有値の固有ベクトルである。
図4にこの発明の実施の形態2に係る変位計測装置の構成を示す。上記の実施の形態1においては、受信信号共分散行列101の最大固有値の固有ベクトル102の位相を用いて方程式(6)を直接計算する例について示したが、本実施の形態2では、この測位計算の代わりに、計測用発信機1の存在が予測される位置周辺の複素応答ベクトルを予め計算するか、あるいは、実測しておき、この複素応答ベクトルが、前記固有ベクトルと平行となる位置を探索する。
図5にこの発明の実施の形態3に係る変位計測装置の構成を示す。上記の実施の形態2では、計測用発信機1の存在が予測される位置周辺の複素応答ベクトルを予め計算するか実測しておき、この複素応答ベクトルが、受信信号共分散行列の最大固有値の固有ベクトルと平行となる位置を探索したが、本実施の形態3では、共分散行列の全ての固有ベクトルは互いに直交する性質を利用し、最大固有値の固有ベクトルを除く全ての固有ベクトルと、予め計算するか実測した前記複素応答ベクトルが直交する位置を探索する。
図6にこの発明の実施の形態4に係る変位計測装置の構成を示す。上記の実施の形態1では、受信信号共分散行列の固有値分解を、計測用発信機の受信信号位相の算出に用いたが、長期間にわたる計測などで必要となる、受信系校正のための発信機の受信位相の算出にも固有値分解を用いることができる。
数ヶ月や数年にもおよぶ長期間での計測では、受信系のケーブル等の経時変化が計測精度に影響を及ぼすため、受信系の移相量を校正する必要がある。この校正を目的として、位置が既知の場所に校正用発信機41を設置し、その電波を受信して受信系の移相量を求める。この受信系移相量を計測用発信機の受信位相から減算することにより、受信系移相量の経時変化の影響を軽減する。
Claims (6)
- 計測点の電波発信機からの電波を複数固定点に設置した受信アンテナで受信し、前記複数の受信アンテナ間の受信信号の位相を比較して前記電波発信機の位置の変位を計測する変位計測装置であって、
受信信号間の共分散行列を計算する共分散行列計算手段と、
前記共分散行列を固有値分解する固有値分解演算手段と、
前記固有値分解によって得られる最大固有値の固有ベクトルの位相角を受信位相とみなし、その受信位相と前記電波発信機の位置と前記受信アンテナの位置とに関する方程式を解くことにより、前記無線発信機の位置を算出する測位計算手段と
を備えたことを特徴とする変位計測装置。 - 前記方程式を解くにあたり、前記無線発信機の存在が予測される範囲内において、前記無線発信機の位置に応じた複素応答ベクトルまたは位相応答ベクトルを予め計算するか実測しておき、前記最大固有値の固有ベクトルと平行になる複素応答ベクトルまたは位相応答ベクトルを探索することにより、前記無線発信機の位置を算出することを特徴とする請求項1に記載の変位計測装置。
- 前記方程式を解くにあたり、前記無線発信機の存在が予測される範囲内において、前記無線発信機の位置に応じた複素応答ベクトルまたは位相応答ベクトルを予め計算するか実測しておき、前記最大固有値の固有ベクトル以外の固有ベクトルと直交する複素応答ベクトルまたは位相応答ベクトルを探索することにより、前記無線発信機の位置を算出することを特徴とする請求項1に記載の変位計測装置。
- 既知の位置に設置した受信系移相量を校正するための校正用発信機と、
前記校正用発信機からの電波を前記受信アンテナで受信した受信信号間の共分散行列を計算する第二の共分散行列算出手段と、
前記第二の共分散行列算出手段によって得られる共分散行列を固有値分解する第二の固有値分解計算手段と、
第二の固有値分解計算手段によって得られる最大固有値の固有ベクトルの位相角を受信位相とみなし、この受信位相を用いて受信系移相量推定値を算出する受信系移相量算出手段と、
前記共分散行列算出手段によって得られる前記無線発信機の受信信号共分散行列の最大固有値の固有ベクトルの位相角から、前記受信系移相量算出手段によって得られる前記受信系移相量推定値を減算した位相を算出する受信系校正手段と
をさらに備え、
前記測位計算手段は、前記受信系校正手段によって得られる前記位相を受信位相とみなして、前記方程式を解くことにより、前記無線発信機の位置を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の変位計測装置。 - 前記方程式を解くにあたり、前記無線発信機の存在が予測される範囲内において、前記無線発信機の位置と前記受信アンテナの位置とから予想される複素応答ベクトルまたは位相応答ベクトルを予め計算しておき、前記最大固有値の固有ベクトルと平行になる複素応答ベクトルまたは位相応答ベクトルを探索することにより前記無線発信機の位置を算出することを特徴とする請求項4に記載の変位計測装置。
- 前記方程式を解くにあたり、前記無線発信機の存在が予測される範囲内において、前記無線発信機の位置と前記受信アンテナの位置とから予想される複素応答ベクトルまたは位相応答ベクトルを予め計算しておき、最大固有ベクトル以外の固有ベクトルと直行する複素応答ベクトルまたは位相応答ベクトルを探索することにより、前記無線発信機の位置を算出することを特徴とする請求項4に記載の変位計測装置。
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