JP2009198435A - 未知送信局の測位装置及び測位方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2機の人工衛星を介し、未知送信局2と既知リファレンス局1から送信される同一電波信号を受信する電波信号受信部11と、受信電波信号の相関演算を行うことにより、未知送信局2及び既知リファレンス局1からの受信電波信号の到来時間差及びドップラー周波数差を計算するTDOA/FDOA計算部12と、到来時間差、ドップラー周波数差、地球の形状に基づき、未知送信局2の位置を測位する未知送信局測位計算部13と、電波信号受信部11〜未知送信局測位計算部13の一連の測位の処理を繰り返すか否かの決定を行う処理繰返決定部14と、測位の処理を繰り返す場合は、測位結果に距離が最も近いリファレンス局を選択する最短距離リファレンス局選択部16とを設け、選択されたリファレンス局について、上記一連の測位の処理が行われる。
【選択図】図2
Description
『pref、λref:既知リファレンス局1の3次元位置ベクトル、送信信号波長
ptgt、λtgt:未知送信局2の3次元位置ベクトル、送信信号波長
psati、νsati:#i衛星3、4の3次元位置、速度ベクトル
pbi:#i受信局5、6の3次元位置ベクトル』
いま、τtgtを未知送信局2から2機の衛星3、4を経由して受信される電波信号のTDOA、ftgtを未知送信局2から2機の衛星3、4を経由して受信される電波信号のFDOA、同様に、τrefを既知リファレンス局1から2機の衛星3、4を経由して受信される電波信号のTDOA、frefを既知リファレンス局1から2機の衛星3、4を経由して受信される電波信号のFDOAとし、これらの差Δτ及びΔfを数式で表すと、次式となる。
上記の性質を利用すれば、まずどこかのリファレンス局を用いて一旦測位しておき、次に、全国に存在する多数の正規(既知)放送局等の送信局の中から、測位結果に最も近いリファレンス局を選択して再度測位すれば、再測位時にはリファレンス局と未知送信局の距離がより近いため、測位精度が向上するはずである。実施の形態1は、この考えに基づくものである。
上記の実施の形態1では、リファレンス局データベース15から測位結果に最も近い1局のリファレンス局を選ぶとしたが、リファレンス局を複数選択して測位する方式も考えられる。例えば、上記の実施の形態1と同様、まず、ある初期の既知リファレンス局1を用いて測位を行い、次に、その測位結果から距離がある程度近い複数のリファレンス局を選択すればよい。実施の形態2は、この考えに基づくものである。
上記の実施の形態1では、リファレンス局データベース15から測位結果に最も近いリファレンス局を選ぶとしたが、移動可能な既知リファレンス局1、例えば可搬型VSATを粗測位結果付近へ移動させ、再度測位を行う方法も考えられる。実施の形態3は、この考えに基づくものである。なお、移動可能なリファレンス局として、送信局を搭載した飛行機、車両、船舶等も考えられる。
式(1.5)及び式(1.6)の導出において、種々のバイアス誤差量は完全にキャンセルされると説明したが、これは、どの周波数帯においてもバイアス量が一定であるという仮定の下に成り立っている。しかしながら、実際には、周波数毎に衛星内の回路構成が異なる可能性もあるため、この仮定が成立しない可能性がある。この場合、バイアス誤差は完全にはキャンセルされない。この問題を解決するため、未知送信局2の周波数帯に最も近い周波数を持つ既知リファレンス局1を使用すれば、バイアス性誤差がより正確にキャンセルされる。実施の形態4は、この考えに基づくものである。
これまでに説明した実施の形態の組み合わせも考えられる。例えば、上記の実施の形態3の移動可能なリファレンス局の数を、1局ではなく複数局にしても良い。すなわち、処理繰返決定部14により測位の処理を繰り返すと決定された場合には、リファレンス局移動指令部17は、移動可能な既知リファレンス局及び他の移動可能なリファレンス局に対して移動指令を送信して、未知送信局測位計算部13の測位結果の付近まで移動させる。そして、移動指令が送信された複数のリファレンス局について、電波信号受信部11、TDOA/FDOA計算部12、及び未知送信局測位計算部13の一連の測位の処理を最小二乗法により行う。
Claims (14)
- 未知送信局の電波信号発生を検知すると、それぞれ異なる軌道上にあり、かつそれぞれ異なる速度で運動している2機の人工衛星を介して得られる、前記未知送信局から送信される同一電波信号を受信するとともに、前記2機の人工衛星を介して得られる、既知リファレンス局から送信される同一電波信号を受信する電波信号受信部と、
前記電波信号受信部により受信された電波信号の相関演算を行うことにより、前記未知送信局及び既知リファレンス局からの受信電波信号の到来時間差及びドップラー周波数差を計算するTDOA/FDOA計算部と、
前記TDOA/FDOA計算部により計算された到来時間差及びドップラー周波数差、並びに地球の形状に基づいて、前記未知送信局の3次元位置を測位する未知送信局測位計算部と、
前記電波信号受信部、前記TDOA/FDOA計算部、及び前記未知送信局測位計算部の一連の測位の処理を繰り返すか否かの決定を行う処理繰返決定部と、
前記処理繰返決定部により測位の処理を繰り返すと決定された場合には、前記未知送信局測位計算部の測位結果に距離が最も近いリファレンス局を選択する最短距離リファレンス局選択部とを備え、
前記最短距離リファレンス局選択部により選択されたリファレンス局について、前記電波信号受信部、前記TDOA/FDOA計算部、及び前記未知送信局測位計算部の一連の測位の処理が行われる
ことを特徴とする未知送信局の測位装置。 - 選択可能なリファレンス局毎に3次元位置と周波数情報がリストアップされたリファレンス局データベースをさらに備え、
前記最短距離リファレンス局選択部は、前記未知送信局測位計算部の測位結果に距離が最も近いリファレンス局を前記リファレンス局データベースから選択する
ことを特徴とする請求項1記載の未知送信局の測位装置。 - 前記最短距離リファレンス局選択部により選択されたリファレンス局について、前記電波信号受信部、前記TDOA/FDOA計算部、及び前記未知送信局測位計算部の一連の測位の処理が複数回行われる
ことを特徴とする請求項1又は2記載の未知送信局の測位装置。 - 未知送信局の電波信号発生を検知すると、それぞれ異なる軌道上にあり、かつそれぞれ異なる速度で運動している2機の人工衛星を介して得られる、前記未知送信局から送信される同一電波信号を受信するとともに、前記2機の人工衛星を介して得られる、既知リファレンス局から送信される同一電波信号を受信する電波信号受信部と、
前記電波信号受信部により受信された電波信号の相関演算を行うことにより、前記未知送信局及び既知リファレンス局からの受信電波信号の到来時間差及びドップラー周波数差を計算するTDOA/FDOA計算部と、
前記TDOA/FDOA計算部により計算された到来時間差及びドップラー周波数差、並びに地球の形状に基づいて、前記未知送信局の3次元位置を測位する未知送信局測位計算部と、
前記電波信号受信部、前記TDOA/FDOA計算部、及び前記未知送信局測位計算部の一連の測位の処理を繰り返すか否かの決定を行う処理繰返決定部と、
前記処理繰返決定部により測位の処理を繰り返すと決定された場合には、前記未知送信局測位計算部の測位結果から所定の距離内に存在する複数のリファレンス局を選択する短距離リファレンス局選択部とを備え、
前記短距離リファレンス局選択部により選択された複数のリファレンス局について、前記電波信号受信部、前記TDOA/FDOA計算部、及び前記未知送信局測位計算部の一連の測位の処理が最小二乗法により行われる
ことを特徴とする未知送信局の測位装置。 - 選択可能なリファレンス局毎に3次元位置と周波数情報がリストアップされたリファレンス局データベースをさらに備え、
前記短距離リファレンス局選択部は、前記未知送信局測位計算部の測位結果から所定の距離内に存在する複数のリファレンス局を前記リファレンス局データベースから選択する
ことを特徴とする請求項4記載の未知送信局の測位装置。 - 前記短距離リファレンス局選択部により選択された複数のリファレンス局について、前記電波信号受信部、前記TDOA/FDOA計算部、及び前記未知送信局測位計算部の一連の測位の処理が、複数のリファレンス局を前記未知送信局測位計算部の測位結果と各リファレンス局の距離に応じて重み付けして、最小二乗法により行われる
ことを特徴とする請求項4又は5記載の未知送信局の測位装置。 - 未知送信局の電波信号発生を検知すると、それぞれ異なる軌道上にあり、かつそれぞれ異なる速度で運動している2機の人工衛星を介して得られる、前記未知送信局から送信される同一電波信号を受信するとともに、前記2機の人工衛星を介して得られる、移動可能な既知リファレンス局から送信される同一電波信号を受信する電波信号受信部と、
前記電波信号受信部により受信された電波信号の相関演算を行うことにより、前記未知送信局及び移動可能な既知リファレンス局からの受信電波信号の到来時間差及びドップラー周波数差を計算するTDOA/FDOA計算部と、
前記TDOA/FDOA計算部により計算された到来時間差及びドップラー周波数差、並びに地球の形状に基づいて、前記未知送信局の3次元位置を測位する未知送信局測位計算部と、
前記電波信号受信部、前記TDOA/FDOA計算部、及び前記未知送信局測位計算部の一連の測位の処理を繰り返すか否かの決定を行う処理繰返決定部と、
前記処理繰返決定部により測位の処理を繰り返すと決定された場合には、前記移動可能な既知リファレンス局に対して移動指令を送信して前記未知送信局測位計算部の測位結果の付近まで移動させるリファレンス局移動指令部とを備え、
前記未知送信局測位計算部の測位結果の付近まで移動させられた前記移動可能な既知リファレンス局について、前記電波信号受信部、前記TDOA/FDOA計算部、及び前記未知送信局測位計算部の一連の測位の処理が行われる
ことを特徴とする未知送信局の測位装置。 - 前記リファレンス局移動指令部は、前記移動可能な既知リファレンス局及び他の移動可能なリファレンス局に対して移動指令を送信して前記未知送信局測位計算部の測位結果の付近まで移動させ、
前記移動指令が送信された複数のリファレンス局について、前記電波信号受信部、前記TDOA/FDOA計算部、及び前記未知送信局測位計算部の一連の測位の処理が最小二乗法により行われる
ことを特徴とする請求項7記載の未知送信局の測位装置。 - 選択可能なリファレンス局毎に送信周波数がリストアップされたリファレンス局データベースと、
未知送信局の送信周波数に最も近い周波数を持つリファレンス局を前記リファレンス局データベースから選択する最近周波数リファレンス局選択部と、
それぞれ異なる軌道上にあり、かつそれぞれ異なる速度で運動している2機の人工衛星を介して得られる、未知送信局から送信される同一電波信号を受信するとともに、前記2機の人工衛星を介して得られる、前記最近周波数リファレンス局選択部により選択されたリファレンス局から送信される同一電波信号を受信する電波信号受信部と、
前記電波信号受信部により受信された電波信号の相関演算を行うことにより、前記未知送信局及び既知リファレンス局からの受信電波信号の到来時間差及びドップラー周波数差を計算するTDOA/FDOA計算部と、
前記TDOA/FDOA計算部により計算された到来時間差及びドップラー周波数差、並びに地球の形状に基づいて、前記未知送信局の3次元位置を測位する未知送信局測位計算部と
を備えたことを特徴とする未知送信局の測位装置。 - 前記最近周波数リファレンス局選択部は、前記未知送信局の送信周波数から所定の周波数範囲内に存在する複数のリファレンス局を前記リファレンス局データベースから選択し、
前記最近周波数リファレンス局選択部により選択された複数のリファレンス局について、前記電波信号受信部、前記TDOA/FDOA計算部、及び前記未知送信局測位計算部の一連の測位の処理が最小二乗法により行われる
ことを特徴とする請求項9記載の未知送信局の測位装置。 - 選択可能なリファレンス局毎に3次元位置と周波数情報がリストアップされたリファレンス局データベースを備えた未知送信局の測位装置において、
未知送信局の電波信号発生を検知すると、それぞれ異なる軌道上にあり、かつそれぞれ異なる速度で運動している2機の人工衛星を介して得られる、前記未知送信局から送信される同一電波信号を受信するとともに、前記2機の人工衛星を介して得られる、既知リファレンス局から送信される同一電波信号を受信する電波信号受信ステップと、
受信された電波信号の相関演算を行うことにより、前記未知送信局及び既知リファレンス局からの受信電波信号の到来時間差及びドップラー周波数差を計算するTDOA/FDOA計算ステップと、
計算された到来時間差及びドップラー周波数差、並びに地球の形状に基づいて、前記未知送信局の3次元位置を測位する未知送信局測位計算ステップと、
前記電波信号受信ステップ、前記TDOA/FDOA計算ステップ、及び前記未知送信局測位計算ステップの一連の測位の処理を繰り返すか否かの決定を行う処理繰返決定ステップと、
測位の処理を繰り返すと決定された場合には、前記未知送信局測位計算ステップの測位結果に距離が最も近いリファレンス局を前記リファレンス局データベースから選択する最短距離リファレンス局選択ステップとを含み、
前記最短距離リファレンス局選択ステップにより選択されたリファレンス局について、前記電波信号受信ステップ、前記TDOA/FDOA計算ステップ、及び前記未知送信局測位計算ステップの一連の測位の処理が所定回行われる
ことを特徴とする未知送信局の測位方法。 - 選択可能なリファレンス局毎に3次元位置と周波数情報がリストアップされたリファレンス局データベースを備えた未知送信局の測位装置において、
未知送信局の電波信号発生を検知すると、それぞれ異なる軌道上にあり、かつそれぞれ異なる速度で運動している2機の人工衛星を介して得られる、前記未知送信局から送信される同一電波信号を受信するとともに、前記2機の人工衛星を介して得られる、既知リファレンス局から送信される同一電波信号を受信する電波信号受信ステップと、
受信された電波信号の相関演算を行うことにより、前記未知送信局及び既知リファレンス局からの受信電波信号の到来時間差及びドップラー周波数差を計算するTDOA/FDOA計算ステップと、
計算された到来時間差及びドップラー周波数差、並びに地球の形状に基づいて、前記未知送信局の3次元位置を測位する未知送信局測位計算ステップと、
前記電波信号受信ステップ、前記TDOA/FDOA計算ステップ、及び前記未知送信局測位計算ステップの一連の測位の処理を繰り返すか否かの決定を行う処理繰返決定ステップと、
測位の処理を繰り返すと決定された場合には、前記未知送信局測位計算ステップの測位結果から所定の距離内に存在する複数のリファレンス局を前記リファレンス局データベースから選択する短距離リファレンス局選択ステップとを含み、
前記短距離リファレンス局選択ステップにより選択された複数のリファレンス局について、前記電波信号受信ステップ、前記TDOA/FDOA計算ステップ、及び前記未知送信局測位計算ステップの一連の測位の処理が最小二乗法により行われる
ことを特徴とする未知送信局の測位方法。 - 未知送信局の電波信号発生を検知すると、それぞれ異なる軌道上にあり、かつそれぞれ異なる速度で運動している2機の人工衛星を介して得られる、前記未知送信局から送信される同一電波信号を受信するとともに、前記2機の人工衛星を介して得られる、移動可能な既知リファレンス局から送信される同一電波信号を受信する電波信号受信ステップと、
受信された電波信号の相関演算を行うことにより、前記未知送信局及び移動可能な既知リファレンス局からの受信電波信号の到来時間差及びドップラー周波数差を計算するTDOA/FDOA計算ステップと、
計算された到来時間差及びドップラー周波数差、並びに地球の形状に基づいて、前記未知送信局の3次元位置を測位する未知送信局測位計算ステップと、
前記電波信号受信ステップ、前記TDOA/FDOA計算ステップ、及び前記未知送信局測位計算ステップの一連の測位の処理を繰り返すか否かの決定を行う処理繰返決定ステップと、
測位の処理を繰り返すと決定された場合には、前記移動可能な既知リファレンス局に対して移動指令を送信して前記未知送信局測位計算ステップの測位結果の付近まで移動させるリファレンス局移動指令ステップとを含み、
前記未知送信局測位計算ステップの測位結果の付近まで移動させられた前記移動可能な既知リファレンス局について、前記電波信号受信ステップ、前記TDOA/FDOA計算ステップ、及び前記未知送信局測位計算ステップの一連の測位の処理が行われる
ことを特徴とする未知送信局の測位方法。 - 選択可能なリファレンス局毎に送信周波数がリストアップされたリファレンス局データベースを備えた未知送信局の測位装置において、
未知送信局の送信周波数に最も近い周波数を持つリファレンス局を前記リファレンス局データベースから選択する最近周波数リファレンス局選択ステップと、
それぞれ異なる軌道上にあり、かつそれぞれ異なる速度で運動している2機の人工衛星を介して得られる、未知送信局から送信される同一電波信号を受信するとともに、前記2機の人工衛星を介して得られる、前記最近周波数リファレンス局選択ステップにより選択されたリファレンス局から送信される同一電波信号を受信する電波信号受信ステップと、
受信された電波信号の相関演算を行うことにより、前記未知送信局及び既知リファレンス局からの受信電波信号の到来時間差及びドップラー周波数差を計算するTDOA/FDOA計算ステップと、
計算された到来時間差及びドップラー周波数差、並びに地球の形状に基づいて、前記未知送信局の3次元位置を測位する未知送信局測位計算ステップと
を含むことを特徴とする未知送信局の測位方法。
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