JP2011145128A - Measurement apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measurement apparatus for providing a user with information on an error generated in measurement information when the to-be-measured measurement information is estimated. <P>SOLUTION: An estimation means 13 estimates the to-be-measured measurement information such as an arrival orientation of a radio signal, a distance to a transmission source or a position of the transmission source based on the radio signal received by an observation means 12, thereby making a display means 14 display the to-be-measured measurement information. A maximum error evaluation means 11 obtains error information indicating an error included in the physical quantity estimated by the estimation means 13, thereby making the display means 14 display the error information. The maximum error evaluation means 11 obtains the maximum value of the estimation error generated in the estimation quantity due to a model error as an error of the actual observation quantity from an estimation model used for the estimation of the physical quantity by the estimation means 13, thereby making the display means 14 display the maximum value. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、測定すべき測定情報を測定する測定装置に関し、より詳細には、電波信号を用いて、電波信号の発信源の方位、発信源までの距離および発信源の位置のうち、少なくとも1つを測定する測定装置に関する。   The present invention relates to a measurement apparatus that measures measurement information to be measured, and more specifically, using a radio signal, at least one of the direction of the source of the radio signal, the distance to the source, and the position of the source. The present invention relates to a measuring device for measuring one.

電波信号を用いて、電波信号の発信源の方位、発信源までの距離および発信源の位置のうち、少なくとも1つを測定する測定装置としては、非特許文献1に記載の測角装置、測距装置および測位装置が知られている。   As a measuring device for measuring at least one of the azimuth of the transmission source of the radio signal, the distance to the transmission source, and the position of the transmission source using the radio signal, the angle measuring device described in Non-Patent Document 1, the measurement Distance devices and positioning devices are known.

測角装置は、近接して配置された複数のアンテナを用いて電波信号を受信し、その受信信号から電波信号の到来方位を推定する。測距装置は、送信機から送信された電波信号または電波反射器で反射された反射波信号を受信し、その受信信号から送信機または電波反射器までの距離を測定する。測位装置としては、複数の測位手段を用いて電波発信機の位置を測定するもの、複数のアンテナを用いて、アンテナ間における電波信号の到来時刻の差を利用して電波発信機の位置を測定するもの、測距装置と測角装置とを組合せて電波発信機の位置を測定するもの、ならびに複数の測角装置を組合せて電波発信機の位置を測定するものが知られている。   The angle measuring device receives a radio signal using a plurality of antennas arranged close to each other, and estimates the arrival direction of the radio signal from the received signal. The distance measuring device receives a radio wave signal transmitted from a transmitter or a reflected wave signal reflected by a radio wave reflector, and measures a distance from the received signal to the transmitter or the radio wave reflector. As a positioning device, the position of the radio wave transmitter is measured using a plurality of positioning means, and the position of the radio wave transmitter is measured using the difference in arrival time of the radio signal between the antennas using a plurality of antennas. What measures the position of a radio wave transmitter by combining a ranging device and a angle measuring device, and what measures the position of a radio wave transmitter by combining a plurality of angle measuring devices are known.

このような電波信号を用いて方位、距離および位置などを測定する測定装置では、観測量である受信信号に熱雑音が重畳し、測定結果に誤差をもたらす。そこで、電波信号を用いた測定装置では、熱雑音がガウス分布に従うことを利用し、複数回の観測を行い、それらの観測結果を総合することで、熱雑音による誤差を低減して、方位などの測定対象を推定する推定手段を設けている。   In a measuring apparatus that measures the azimuth, distance, position, and the like using such a radio signal, thermal noise is superimposed on a received signal that is an observation amount, resulting in an error in the measurement result. Therefore, a measurement device that uses radio signals makes use of the fact that thermal noise follows a Gaussian distribution, performs multiple observations, and integrates the observation results to reduce errors due to thermal noise, such as orientation. Estimating means for estimating the measurement object is provided.

たとえば特許文献1には、電波信号を用いた測角装置が開示されているが、この測角装置も、ガウス分布に従う雑音が観測信号に重畳していることを前提とし、そのような観測信号から電波信号の到来方位を推定する推定手段を有している。   For example, Patent Document 1 discloses an angle measuring device using a radio wave signal. This angle measuring device is also based on the assumption that noise according to a Gaussian distribution is superimposed on an observation signal. And estimating means for estimating the arrival direction of the radio signal.

特開2004−361377号公報JP 2004-361377 A

齋藤忠夫、立川敬二著、「新版 移動通信ハンドブック」、第1版、株式会社オーム社、2000年11月25日、p.507−509Tadao Saito and Keiji Tachikawa, “New Edition Mobile Communication Handbook”, 1st Edition, Ohm Co., Ltd., November 25, 2000, p. 507-509

前述の特許文献1などに開示される推定手段を構成するためには、まず、観測量の統計的性質が、ある関数によって表現されることを仮定する。この関数は、推定したい量、つまり電波信号の発信源の方位、発信源までの距離、および発信源の位置などのうちの少なくともいずれか1つと、熱雑音との統計的性質を表現する確率変数から、観測量の統計的性質を表現する確率変数への関数である。この関数は、観測環境および観測装置をモデル化する関数であるので、以下の説明では「モデル関数」という。   In order to configure the estimation means disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 and the like, first, it is assumed that the statistical property of the observation amount is expressed by a certain function. This function is a random variable that expresses the statistical properties of thermal noise and at least one of the quantity to be estimated, that is, the direction of the source of the radio signal, the distance to the source, and the position of the source. To a random variable that represents the statistical properties of the observed quantity. Since this function is a function for modeling the observation environment and the observation apparatus, it is referred to as a “model function” in the following description.

実際に観測された観測量の標本が、厳密にモデル関数で表されるような統計的性質を有しているならば、適切な観測手段を用いて十分に多数の標本を観測し、それらを総合して推定することによって、熱雑音による推定誤差を無視できるほどに小さくすることができることが知られている。電波信号を用いた測定装置は、この事実に基づいて、方位、距離および位置などの推定を行う。   If the sample of the actually observed observables has a statistical property that is exactly expressed by the model function, observe a sufficiently large number of samples using appropriate observation means, It is known that the estimation error due to thermal noise can be reduced to a negligible level by performing the overall estimation. Based on this fact, the measuring device using the radio signal estimates the azimuth, distance, position, and the like.

前記事実が成り立つためには、実際の観測環境および観測装置が厳密に、そのモデル関数に従うモデルである推定モデルと一致していなければならない。しかし空間を伝播する電波信号は、物体によって反射または回折を起こすので、アンテナは、発信源からの直接波のみを計測できるわけではない。また、高周波を扱う発信装置および受信装置を、厳密に、誤差を生じさせることなく製作することも困難である。つまり、実際の観測環境および観測装置は、推定モデルからの誤差を有し、その観測量には、モデル関数からの誤差であるモデル誤差が含まれる。   In order for the above fact to hold, the actual observation environment and the observation apparatus must exactly match the estimation model which is a model according to the model function. However, since the radio wave signal propagating in the space is reflected or diffracted by the object, the antenna cannot measure only the direct wave from the transmission source. It is also difficult to manufacture a transmitting device and a receiving device that handle high frequencies strictly without causing an error. That is, the actual observation environment and the observation apparatus have an error from the estimation model, and the observation amount includes a model error that is an error from the model function.

従来の電波信号を用いた測定装置では、モデル誤差が無視し得るほど小さいことを暗黙の前提としている。この従来の電波信号を用いた測定装置では、モデル誤差がどの程度小さければ問題が無く、どの程度大きければ問題となるのかという情報は提供されない。また、予想されるモデル誤差がどの程度の推定誤差を生むのかに関する情報も提供されない。   In a conventional measuring apparatus using a radio signal, it is implicitly assumed that the model error is negligibly small. In this conventional measuring apparatus using radio signals, there is no problem as to how small the model error is, and how large the problem is. Also, no information is provided on how much estimation error an expected model error produces.

測定装置の使用者にとって、実際の観測環境および観測装置がどの程度のモデル誤差を有するのかは未知である。前述のように従来の電波信号を用いた測定装置では、モデル誤差およびそれによって生じる推定誤差に関する情報は提供されないので、測定装置の使用者が、推定された量がどの程度の誤差を有するのかについて知り得ないという問題がある。   It is unknown to the user of the measuring apparatus how much model error the actual observation environment and the observation apparatus have. As described above, the measurement apparatus using the conventional radio wave signal does not provide information on the model error and the estimation error caused by the model error. Therefore, the error of the estimated amount by the user of the measurement apparatus. There is a problem of not knowing.

本発明の目的は、測定すべき測定情報を推定するときに、測定情報に生じる誤差に関する情報を使用者に提供可能な測定装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a measuring apparatus capable of providing a user with information regarding errors occurring in measurement information when estimating measurement information to be measured.

本発明の測定装置は、測定すべき測定情報に関係する関係情報を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された前記関係情報に基づいて、前記測定情報を推定する推定手段と、前記推定手段によって推定された前記測定情報に含まれる誤差を表す誤差情報を求める誤差評価手段と、前記推定手段によって推定された前記測定情報、および前記誤差評価手段によって求められた前記誤差情報を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。   The measurement apparatus of the present invention includes an acquisition unit that acquires relationship information related to measurement information to be measured, an estimation unit that estimates the measurement information based on the relationship information acquired by the acquisition unit, and the estimation Error evaluation means for obtaining error information representing an error included in the measurement information estimated by the means, display for displaying the measurement information estimated by the estimation means, and the error information obtained by the error evaluation means Means.

本発明の測定装置によれば、測定すべき測定情報に関係する関係情報が取得手段によって取得され、取得された関係情報に基づいて、測定情報が推定手段によって推定される。また推定された測定情報に含まれる誤差を表す誤差情報が誤差評価手段によって求められる。推定手段によって推定された測定情報、および誤差評価手段によって求められた誤差情報が、表示手段によって表示される。これによって、測定情報を推定手段で推定するときに、測定情報に生じる誤差に関する誤差情報を使用者に提供することができる。   According to the measurement apparatus of the present invention, the relationship information related to the measurement information to be measured is acquired by the acquisition unit, and the measurement information is estimated by the estimation unit based on the acquired relationship information. Further, error information representing an error included in the estimated measurement information is obtained by the error evaluation means. The measurement information estimated by the estimation unit and the error information obtained by the error evaluation unit are displayed by the display unit. Thereby, when the measurement information is estimated by the estimation means, error information regarding an error occurring in the measurement information can be provided to the user.

本発明の第1の実施の形態である測定装置1の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the measuring apparatus 1 which is the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態である測距装置21を含む測距システム20の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the ranging system 20 containing the ranging apparatus 21 which is the 4th Embodiment of this invention. 観測手段12の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing a configuration of observation means 12. FIG. 本発明の第6の実施の形態である測位装置41を含む測位システム40の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the positioning system 40 containing the positioning apparatus 41 which is the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施の形態である測位装置51を含む測位システム50の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the positioning system 50 containing the positioning apparatus 51 which is the 9th Embodiment of this invention. 本発明の第12の実施の形態である測角装置61の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the angle measuring device 61 which is the 12th Embodiment of this invention. 本発明の第14の実施の形態である測位装置71を含む測位システム70の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the positioning system 70 containing the positioning apparatus 71 which is the 14th Embodiment of this invention. 本発明の第16の実施の形態であるに測位装置81を含む測位システム80の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the positioning system 80 containing the positioning apparatus 81 which is a 16th Embodiment of this invention.

<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態である測定装置1の構成を示すブロック図である。測定装置1は、測定すべき測定情報を測定する。測定情報は、たとえば距離などの物理量である。本実施の形態において測定装置1は、電波信号を用いて、その電波信号の発信源に関する物理量を測定情報として測定する。本実施の形態では、測定装置1は、電波信号の発信源の方位、発信源までの距離および発信源の位置のうちの少なくともいずれか1つを測定する。以下では、電波信号の発信源の方位を、電波信号の到来方位という場合がある。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a measuring apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The measuring device 1 measures measurement information to be measured. The measurement information is a physical quantity such as a distance. In the present embodiment, measurement apparatus 1 uses a radio signal to measure a physical quantity related to the source of the radio signal as measurement information. In the present embodiment, measuring device 1 measures at least one of the direction of a radio wave signal transmission source, the distance to the transmission source, and the position of the transmission source. Hereinafter, the direction of the radio signal transmission source may be referred to as the radio signal arrival direction.

測定装置1は、最大誤差評価手段11、観測手段12、推定手段13、表示手段14およびセンサ19を備えて構成される。最大誤差評価手段11は、誤差評価手段に相当する。観測手段12は、取得手段に相当する。測定装置1は、たとえば測角装置、測距装置または測位装置として使用される。本実施の形態の測定装置1を適用した測角装置、測距装置および測位装置については、それぞれ後述の実施の形態で説明する。   The measuring apparatus 1 includes a maximum error evaluation unit 11, an observation unit 12, an estimation unit 13, a display unit 14, and a sensor 19. The maximum error evaluation unit 11 corresponds to an error evaluation unit. The observation unit 12 corresponds to an acquisition unit. The measuring device 1 is used as, for example, an angle measuring device, a distance measuring device or a positioning device. The angle measuring device, the distance measuring device, and the positioning device to which the measuring device 1 of the present embodiment is applied will be described in the embodiments described later.

観測手段12は、測定情報に関係する関係情報を取得する。本実施の形態では、観測手段12は、電波信号を受信する受信手段によって実現され、電波信号を観測する。観測手段12は、受信した電波信号から関係情報を取得する。本実施の形態では、測定情報として、電波信号の発信源の方位、発信源までの距離および発信源の位置のうち、少なくともいずれか1つが測定されるので、関係情報としては、たとえば電波信号の発信源からの到達時間、複数の発信源から到来した電波信号間の位相差などが取得される。観測手段12によって観測された電波信号は、推定手段13で処理される。   The observation unit 12 acquires relation information related to the measurement information. In the present embodiment, the observation unit 12 is realized by a reception unit that receives a radio signal, and observes the radio signal. The observation means 12 acquires related information from the received radio wave signal. In this embodiment, as the measurement information, at least one of the azimuth of the transmission source of the radio signal, the distance to the transmission source, and the position of the transmission source is measured. The arrival time from the transmission source, the phase difference between radio signals arriving from a plurality of transmission sources, and the like are acquired. The radio signal observed by the observation unit 12 is processed by the estimation unit 13.

推定手段13は、観測手段12によって取得された関係情報に基づいて、測定情報を推定する。より詳細には、推定手段13は、関係情報をモデル化して表すモデル関数を用いて、測定情報を推定する。モデル関数に従うモデルを「推定モデル」という。本実施の形態では、推定手段13は、観測手段12によって観測された電波信号を処理することによって、電波信号の発信源に関する物理量を測定情報として推定する。具体的には、推定手段13は、電波信号の発信源の方位、発信源までの距離および発信源の位置のうち、少なくともいずれか1つを測定情報として推定する。以下、推定手段13によって推定された測定情報を「推定量」という場合がある。   The estimation unit 13 estimates measurement information based on the relationship information acquired by the observation unit 12. More specifically, the estimation unit 13 estimates the measurement information using a model function that models and expresses the relationship information. A model that follows the model function is called an “estimated model”. In the present embodiment, the estimating means 13 processes the radio wave signal observed by the observing means 12 to estimate a physical quantity related to the radio signal source as measurement information. Specifically, the estimation means 13 estimates at least one of the azimuth of the radio signal transmission source, the distance to the transmission source, and the position of the transmission source as measurement information. Hereinafter, the measurement information estimated by the estimation means 13 may be referred to as “estimated amount”.

推定手段13によって推定された測定情報、すなわち方位、距離および位置などの推定量は、表示手段14によって表示される。表示手段14は、推定手段13によって推定された推定量を表示することによって、測定装置1の使用者に提供する。   Measurement information estimated by the estimating means 13, that is, estimated quantities such as azimuth, distance and position are displayed by the display means 14. The display unit 14 provides the user of the measuring apparatus 1 by displaying the estimation amount estimated by the estimation unit 13.

最大誤差評価手段11は、推定手段13によって推定された測定情報である推定量に含まれる誤差を表す誤差情報を求め、表示手段14に出力する。本実施の形態では、最大誤差評価手段11は、モデル誤差によって推定量に生じ得る推定誤差の最大値(以下「最大推定誤差」という場合がある)を求める。ここで、モデル誤差とは、観測手段12によって取得された関係情報である観測量に含まれるモデル関数からの誤差である。また推定誤差とは、モデル誤差によって推定量に生じた誤差である。   The maximum error evaluation unit 11 obtains error information representing an error included in the estimated amount that is the measurement information estimated by the estimation unit 13 and outputs the error information to the display unit 14. In the present embodiment, the maximum error evaluation means 11 obtains the maximum value of the estimation error that may occur in the estimation amount due to the model error (hereinafter sometimes referred to as “maximum estimation error”). Here, the model error is an error from the model function included in the observation amount, which is the relationship information acquired by the observation unit 12. The estimation error is an error generated in the estimated amount due to the model error.

具体的には、最大誤差評価手段11は、推定手段13によって推定された方位、距離および位置などの推定量を用い、また必要に応じてセンサ19から与えられる情報を用いて、前記誤差情報として、前記推定量に生じる最大の推定誤差である最大推定誤差を定量し、表示手段14に出力する。センサ19からの情報が必要な場合および必要でない場合の具体例については、後述する。表示手段14は、推定手段13によって推定された推定量に加え、最大誤差評価手段11によって定量された誤差情報、本実施の形態では最大推定誤差を総合して表示することによって、測定装置1の使用者に提供する。   Specifically, the maximum error evaluation unit 11 uses the estimation amount such as the azimuth, the distance, and the position estimated by the estimation unit 13, and uses information provided from the sensor 19 as necessary, as the error information. The maximum estimation error which is the maximum estimation error occurring in the estimation amount is quantified and output to the display means 14. Specific examples of cases where information from the sensor 19 is necessary and not required will be described later. The display unit 14 displays the error information quantified by the maximum error evaluation unit 11 in addition to the estimated amount estimated by the estimation unit 13, in this embodiment, the total estimated error in the present embodiment. Provide to users.

最大誤差評価手段11は、比例係数計算手段15、推定モデル記憶手段16、最大誤差計算手段17およびモデル誤差量推定手段18を備える。推定モデル記憶手段16は、観測手段12によって観測される電波信号などの観測量をモデル化する関数であるモデル関数を、推定モデルとして記憶する。比例係数計算手段15は、推定モデル記憶手段16に記憶された推定モデルと、推定手段13によって推定された推定量とから、モデル誤差と、モデル誤差によって推定量に生じる誤差である推定誤差との比例係数、すなわちモデル誤差から推定誤差への比例係数を計算する。   The maximum error evaluation unit 11 includes a proportional coefficient calculation unit 15, an estimated model storage unit 16, a maximum error calculation unit 17, and a model error amount estimation unit 18. The estimation model storage unit 16 stores a model function that is a function for modeling an observation amount such as a radio signal observed by the observation unit 12 as an estimation model. The proportional coefficient calculation means 15 is configured to calculate a model error and an estimation error, which is an error generated in the estimation amount due to the model error, from the estimation model stored in the estimation model storage means 16 and the estimation amount estimated by the estimation means 13. The proportionality coefficient, that is, the proportionality coefficient from the model error to the estimation error is calculated.

モデル誤差量推定手段18は、モデル誤差の量(以下「モデル誤差量」という)を推定する。モデル誤差量推定手段18は、必要に応じてセンサ19から与えられる情報を用いて、モデル誤差量を推定する。最大誤差計算手段17は、モデル誤差量推定手段18が推定したモデル誤差量と、比例係数計算手段15で計算した比例係数とから、最大の推定誤差、すなわち推定量の最大誤差を定量する。以下では、定量された最大誤差の量を「最大誤差量」という場合がある。   The model error amount estimation means 18 estimates the amount of model error (hereinafter referred to as “model error amount”). The model error amount estimation means 18 estimates the model error amount using information given from the sensor 19 as necessary. The maximum error calculation unit 17 quantifies the maximum estimation error, that is, the maximum error of the estimation amount, from the model error amount estimated by the model error amount estimation unit 18 and the proportionality coefficient calculated by the proportionality coefficient calculation unit 15. Hereinafter, the quantified amount of maximum error may be referred to as “maximum error amount”.

以下では、最大誤差評価手段11に含まれる各構成要素について、詳細に解説する。   Below, each component contained in the maximum error evaluation means 11 is demonstrated in detail.

まず、最大誤差評価手段11を構成するに先立ち、モデル誤差をベクトルηでパラメトライズ、すなわち媒介変数表示し、考慮するモデル誤差の集合Eγを以下の式(1)で表す。以下では、モデル誤差を「モデル誤差η」という場合がある。   First, prior to configuring the maximum error evaluation means 11, the model error is parametrized with a vector η, that is, a parametric variable is displayed, and a set Eγ of model errors to be considered is expressed by the following equation (1). Hereinafter, the model error may be referred to as “model error η”.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(1)において、符号γは、モデル誤差ηの大きさを定める閾値を示す。式(1)に示すベクトルηのpノルムは、以下の式(2)で定義される。   In equation (1), symbol γ represents a threshold value that determines the magnitude of the model error η. The p-norm of the vector η shown in equation (1) is defined by the following equation (2).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(1)および式(2)において、符号pは、1もしくは2の整数、または無限大(∞)を示す。式(2)において、ηiは、ベクトルηの第i要素を表し、|ηi|は、ηiの絶対値を意味する。また、ηが0のとき、モデル誤差が無いとする。 In Formula (1) and Formula (2), the symbol p represents an integer of 1 or 2, or infinity (∞). In Equation (2), η i represents the i-th element of the vector η, and | η i | means the absolute value of η i . When η is 0, it is assumed that there is no model error.

推定手段13によって推定される推定量は、測定装置1が何に適用されるかによって異なる。推定量は、たとえば測定装置1が測角装置として用いられる場合には方位であり、測距装置として用いられる場合には距離であり、測位装置として用いられる場合には位置である。測定装置1の適用先によっては、これらの推定量を推定するときに、雑音の分散および電波信号の強度などを同時に推定する場合がある。また複数の発信源の方位、距離および位置などを推定するときに、そのうちの一部の推定量に関する推定誤差のみを定量したい場合もある。   The estimated amount estimated by the estimating means 13 differs depending on what the measuring apparatus 1 is applied to. The estimated amount is, for example, an orientation when the measuring device 1 is used as an angle measuring device, a distance when used as a distance measuring device, and a position when used as a positioning device. Depending on the application destination of the measuring apparatus 1, when estimating these estimation quantities, the variance of noise and the intensity of radio signals may be estimated simultaneously. In addition, when estimating the azimuth, distance, and position of a plurality of transmission sources, there are cases where it is desired to quantify only the estimation error relating to some of the estimated amounts.

そこで方位、距離および位置、またはその一部など、推定誤差を定量したい推定量をベクトルξでパラメトライズし、推定誤差を定量しない推定量をベクトルζでパラメトライズする。様々な推定量をどのようにパラメトライズするかは、測定量および測定方法に依存するので、本実施の形態では説明せず、後述の実施の形態で具体的なパラメトライズを例示する。   Therefore, the estimated amount for which the estimation error is to be quantified, such as the azimuth, distance and position, or a part thereof, is parameterized by the vector ξ, and the estimated amount for which the estimation error is not quantified is parameterized by the vector ζ. Since how to estimate various estimation amounts depends on the measurement amount and the measurement method, it will not be described in the present embodiment, and specific parameterization will be exemplified in the following embodiments.

また観測手段12によって観測される観測量の統計的性質を、確率変数Yによって表す。観測手段12による実際の観測値、すなわち確率変数Yの標本からベクトルξおよびベクトルζが推定できることから、確率変数Yが従う分布は、ベクトルξおよびベクトルζに依存して変化するはずである。またモデル誤差ηによって推定値に誤差が生じることから、確率変数Yが従う分布は、モデル誤差ηにも依存しているはずである。そこで、モデル誤差ηが無いときに確率変数Yが従う分布の確率密度関数をf(y,ξ,ζ)と表現し、モデル誤差ηがあるときに確率変数Yが従う分布の確率密度関数をf〜(y,ξ,ζ,η)と表現する。ただし、f〜(y,ξ,ζ,0)=f(y,ξ,ζ)とする。「f〜」は、記号「f」の上に記号「〜」を付した記号を表す。   The statistical property of the observation amount observed by the observation means 12 is represented by a random variable Y. Since the vector ξ and the vector ζ can be estimated from the actual observation values by the observation means 12, that is, the sample of the random variable Y, the distribution followed by the random variable Y should change depending on the vector ξ and the vector ζ. Further, since an error occurs in the estimated value due to the model error η, the distribution followed by the random variable Y should also depend on the model error η. Therefore, the probability density function of the distribution that the random variable Y follows when there is no model error η is expressed as f (y, ξ, ζ), and the probability density function of the distribution that the random variable Y follows when there is a model error η. It is expressed as f˜ (y, ξ, ζ, η). However, it is assumed that f˜ (y, ξ, ζ, 0) = f (y, ξ, ζ). “F˜” represents a symbol in which the symbol “˜” is added to the symbol “f”.

推定モデル記憶手段16は、推定モデルであるモデル関数として、確率密度関数f〜を記憶する。推定モデル記憶手段16は、半導体メモリなどを用いて、確率密度関数f〜の関数形を所定の値として記憶している。記憶する具体的な方法は任意であり、最低限、y,ξ,ζ,ηを与えたときに、その確率密度関数f〜が計算できればよい。たとえば、推定モデル記憶手段16は、y,ξ,ζ,ηから確率密度関数f〜を計算する計算機プログラムの形で、確率密度関数f〜を記憶する。   The estimated model storage means 16 stores a probability density function f˜ as a model function that is an estimated model. The estimated model storage means 16 stores the function form of the probability density function f˜ as a predetermined value using a semiconductor memory or the like. The specific method of storing is arbitrary, and it is sufficient that the probability density function f˜ can be calculated when y, ξ, ζ, and η are given at the minimum. For example, the estimated model storage means 16 stores the probability density function f˜ in the form of a computer program that calculates the probability density function f˜ from y, ξ, ζ, η.

比例係数計算手段15は、推定モデル記憶手段16に記憶した確率密度関数f〜と、推定手段13によって推定したベクトルξ,ζの推定値ξest,ζestとから、以下の式(3)で定義される行列要素Ξi(y)を、ベクトルξの全ての要素ξiに関して横に並べた行列Ξ(y)を構成する。 The proportionality coefficient calculation means 15 is expressed by the following equation (3) from the probability density function f˜ stored in the estimation model storage means 16 and the estimated values ξ est and ζ est of the vectors ξ and ζ estimated by the estimation means 13. A matrix Ξ (y) in which matrix elements 行列i (y) to be defined are arranged side by side with respect to all the elements ξ i of the vector ξ is formed.

Figure 2011145128
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同様に、比例係数計算手段15は、ベクトルζの全ての要素ζiに関して、以下の式(4)で定義される行列要素φi(y)を横に並べた行列Φ(y)を構成する。また比例係数計算手段15は、ベクトルηの全ての要素ηiに関して、以下の式(5)で定義される行列要素ψi(y)を横に並べた行列Ψ(y)を構成する。 Similarly, the proportional coefficient calculation means 15 constitutes a matrix Φ (y) in which matrix elements φ i (y) defined by the following expression (4) are arranged horizontally with respect to all elements ζ i of the vector ζ. . Further, the proportionality coefficient calculation means 15 constitutes a matrix Ψ (y) in which matrix elements ψ i (y) defined by the following equation (5) are arranged horizontally with respect to all elements η i of the vector η.

Figure 2011145128
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Figure 2011145128
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その上で、比例係数計算手段15は、以下の式(6)および式(7)で定義される行列を計算する。式(6)および式(7)において、Eは期待値作用素である。比例係数計算手段15は、期待値を、確率変数Yがモデル誤差の無い理想的な分布に従うものとして計算する。   In addition, the proportionality coefficient calculation means 15 calculates a matrix defined by the following equations (6) and (7). In the equations (6) and (7), E is an expected value operator. The proportionality coefficient calculation means 15 calculates the expected value assuming that the random variable Y follows an ideal distribution with no model error.

Figure 2011145128
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Figure 2011145128
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最後に、比例係数計算手段15は、以下の式(8)で定義される行列Λを計算する。この行列Λが、比例係数計算手段15の出力となる。   Finally, the proportional coefficient calculation means 15 calculates a matrix Λ defined by the following equation (8). This matrix Λ becomes the output of the proportional coefficient calculation means 15.

Figure 2011145128
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前述のように推定モデル記憶手段16において確率密度関数f〜が計算機プログラムの形で記憶されている場合、比例係数計算手段15において、期待値の計算は、マルコフ連鎖モンテカルロ法を用いて行われ、マルコフ連鎖モンテカルロ法の各ステップにおける微分の計算は、数値微分を用いて行われる。数値微分については、S.Diop,J.W.Grizzle,F.Chaplais“On Numerical Differentiation Algorithms for Nonlinear Estimation”Proc. Of IEEE Conf. Decision and Control,2000.(以下「参考文献1」という)に記載の公知の方法を用いることができる。またマルコフ連鎖モンテカルロ法については、伊庭幸人、外5名、「統計科学のフロンティア(第12巻)計算統計II〜マルコフ連鎖モンテカルロ法とその周辺」、第1版、株式会社岩波書店、2005年10月28日、p.8−13(以下「参考文献2」という)に記載の公知の方法を用いることができる。   As described above, when the probability density function f˜ is stored in the form of a computer program in the estimation model storage unit 16, the expected value is calculated in the proportional coefficient calculation unit 15 using the Markov chain Monte Carlo method. Calculation of differentiation at each step of the Markov chain Monte Carlo method is performed using numerical differentiation. For numerical differentiation, a known method described in S. Diop, JWGrizzle, F. Chaplais “On Numerical Differentiation Algorithms for Nonlinear Estimation” Proc. Of IEEE Conf. Decision and Control, 2000. (hereinafter referred to as “Reference 1”). The method can be used. For Markov chain Monte Carlo method, Yukito Iba and five others, "Frontier of Statistical Science (Volume 12) Computational Statistics II-Markov Chain Monte Carlo method and its surroundings", 1st edition, Iwanami Shoten Co., Ltd., 2005 10 May 28, p. A known method described in 8-13 (hereinafter referred to as “Reference 2”) can be used.

ここで、ベクトルξのモデル誤差ηが生む推定誤差をdξとおくと、推定誤差dξは以下の式(9)の関係を満たす。   Here, assuming that an estimation error caused by a model error η of the vector ξ is dξ, the estimation error dξ satisfies the relationship of the following equation (9).

Figure 2011145128
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式(9)においてOは、ランダウの漸近表記であり、推定誤差dξの各要素とΛηの各要素との相違が、モデル誤差ηの2ノルムの2乗の定数倍以下であることを示す。したがって、モデル誤差ηが十分に小さければ、推定誤差dξはΛηで近似することができる。つまり行例Λは、モデル誤差ηから推定誤差dξへの比例係数である。   In Expression (9), O is Landau's asymptotic notation, and indicates that the difference between each element of the estimation error dξ and each element of Λη is equal to or less than a constant multiple of the square of the 2 norm of the model error η. Therefore, if the model error η is sufficiently small, the estimation error dξ can be approximated by Λη. That is, the example Λ is a proportional coefficient from the model error η to the estimated error dξ.

以上のように比例係数計算手段17は、推定モデル記憶手段16に記憶された確率密度関数f〜と、推定手段13によって推定された推定値ξest,ζestとを用いて、モデル誤差ηから推定誤差dξへの比例係数である行列Λ(以下「比例係数Λ」という場合がある)を計算する。 As described above, the proportional coefficient calculation unit 17 uses the probability density function f˜ stored in the estimation model storage unit 16 and the estimated values ξ est and ζ est estimated by the estimation unit 13 from the model error η. A matrix Λ that is a proportional coefficient to the estimation error dξ (hereinafter may be referred to as “proportional coefficient Λ”) is calculated.

前述のように推定誤差dξは式(9)の関係を満たすので、モデル誤差ηがモデル誤差集合Eγに含まれている場合に、モデル誤差ηによって生じる推定誤差dξの最大値(以下「最大推定誤差」という場合がある)は、以下の式(10)および式(11)で近似的に評価することができる。具体的には、モデル誤差集合Eγを表す式(1)における符号pが1または2(p=1またはp=2)のときには、最大推定誤差は、以下の式(10)で近似的に評価することができる。式(1)における符号pが∞(p=∞)のときには、最大推定誤差は、以下の式(11)で近似的に評価することができる。式(10)および式(11)において、符号qは、1もしくは2の整数、または∞を示す。式(11)において、符号nは、行列Λの列数を示す。 As described above, since the estimation error dξ satisfies the relationship of the equation (9), when the model error η is included in the model error set E γ , the maximum value of the estimation error dξ caused by the model error η (hereinafter “maximum”). The estimation error ”may be approximately evaluated by the following equations (10) and (11). Specifically, when the code p in the equation (1) representing the model error set E γ is 1 or 2 (p = 1 or p = 2), the maximum estimation error is approximately expressed by the following equation (10). Can be evaluated. When the sign p in equation (1) is ∞ (p = ∞), the maximum estimation error can be approximately evaluated by the following equation (11). In Formula (10) and Formula (11), the symbol q represents an integer of 1 or 2, or ∞. In Expression (11), the symbol n indicates the number of columns of the matrix Λ.

Figure 2011145128
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Figure 2011145128
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式(10)および式(11)の右辺は、pとqとに応じて、表1に示すように計算することができる。表1では、式(10)または式(11)の右辺で表される最大推定誤差の近似的な評価を、pとqとの組合せ毎に示す。   The right sides of Equation (10) and Equation (11) can be calculated as shown in Table 1 according to p and q. In Table 1, approximate evaluation of the maximum estimation error represented by the right side of Expression (10) or Expression (11) is shown for each combination of p and q.

Figure 2011145128
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表1において、符号mは、行列Λの行数を示す。また、表1に示される行列Λの1ノルム、2ノルムおよび無限大ノルムは、それぞれ以下の式(12)、式(13)および式(14)で表される。   In Table 1, the symbol m indicates the number of rows of the matrix Λ. Further, the 1 norm, 2 norm and infinity norm of the matrix Λ shown in Table 1 are represented by the following equations (12), (13), and (14), respectively.

Figure 2011145128
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Figure 2011145128
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Figure 2011145128
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式(13)において、σmax(Λ)は、行列Λの最大特異値を意味する。最大特異値は、たとえばW.H.Press,S.A.Teukolsky,W.T.Vetterling,B.P.Flannery著、丹慶勝市、奥村晴彦、佐藤俊郎、小林誠訳、「Numerical Recipes in C[日本語版]C言語による数値計算のレシピ」、初版、株式会社技術評論社、2001年11月1日、p.73−85,p.386−p.391(以下「参考文献3」という)に記載の公知の手段で計算することができる。 In Equation (13), σ max (Λ) means the maximum singular value of the matrix Λ. Maximum singular values, for example, by WHPress, SATeukolsky, WTVetterling, BPFlannery, Tankeikatsu City, Haruhiko Okumura, Toshiro Sato, Makoto Kobayashi, “Numerical Recipes in C [Japanese version] Recipe for numerical computation in C language”, first edition, Technical Review Co., Ltd., November 1, 2001, p. 73-85, p. 386-p. 391 (hereinafter referred to as “Reference 3”).

表1に示される評価のうち、p=q=1およびp=q=2の2つの項目以外の評価は、保守的な評価である。   Among the evaluations shown in Table 1, evaluations other than the two items of p = q = 1 and p = q = 2 are conservative evaluations.

モデル誤差量推定手段18は、前述の式(1)に示すモデル誤差ηの大きさを定める閾値γを推定することによって、前述のモデル誤差量を推定する。最も簡単な閾値γの推定は、所定の定数を出力することである。換言すれば、モデル誤差量推定手段18は、最も簡単には、閾値γとして所定の定数を出力することによって、閾値γを推定する。この場合、測定装置1はセンサ19を必要としない。   The model error amount estimating means 18 estimates the above-described model error amount by estimating a threshold value γ that determines the magnitude of the model error η shown in the above-described equation (1). The simplest estimation of the threshold value γ is to output a predetermined constant. In other words, the model error amount estimation means 18 estimates the threshold value γ by outputting a predetermined constant as the threshold value γ, most simply. In this case, the measuring device 1 does not require the sensor 19.

モデル誤差量推定手段18は、観測手段12によって観測される電波信号(以下「観測信号」という場合がある)から閾値γを推定してもよいし、センサ19を用いて閾値γを推定してもよい。観測信号から閾値γを推定する場合は、観測手段12が、センサ19と同等の機能、すなわち電波環境を計測してモデル誤差量推定手段18に与える機能を果たすので、センサ19を設ける必要はない。したがって測定装置1は、センサ19を備えなくてもよい。   The model error amount estimation means 18 may estimate the threshold value γ from the radio wave signal observed by the observation means 12 (hereinafter sometimes referred to as “observation signal”), or estimate the threshold value γ using the sensor 19. Also good. When the threshold value γ is estimated from the observation signal, the observation means 12 performs the same function as the sensor 19, that is, the function that measures the radio wave environment and gives it to the model error amount estimation means 18, so there is no need to provide the sensor 19. . Therefore, the measuring apparatus 1 may not include the sensor 19.

最大誤差計算手段17は、比例係数計算手段15で求めた比例係数である行列Λと、モデル誤差量推定手段18で推定した閾値γとを用いて、表1に記載の評価値の1つまたは複数を計算し、最大推定誤差として出力する。   The maximum error calculation means 17 uses one of the evaluation values described in Table 1 or the matrix Λ that is the proportionality coefficient obtained by the proportionality coefficient calculation means 15 and the threshold value γ estimated by the model error amount estimation means 18 or Calculate multiple and output as maximum estimation error.

以上のようにして、最大誤差評価手段11によって、モデル誤差集合Eγに含まれるモデル誤差ηに対する最大推定誤差を定量することができる。これによって、測定装置1は、測定情報を推定手段13によって推定するときに、測定情報である推定量に生じた誤差に関する誤差情報を測定装置1の使用者に提供することができる。具体的には、測定装置1は、モデル誤差ηによって、推定値にどのくらいの推定誤差が生じているかという情報を、測定装置1の使用者に提供することができる。したがって、本実施の形態の測定装置1によれば、実際の観測環境および観測装置がもつモデル誤差ηが未知の場合、たとえば多数の微弱な干渉波信号が存在する環境下で測定する場合、および観測手段12に製造誤差がある場合でも、モデル誤差ηが生む最大の推定誤差を定量し、その情報を測定装置1の使用者に提供することができる。 As described above, the maximum estimation error with respect to the model error η included in the model error set E γ can be quantified by the maximum error evaluation unit 11. As a result, the measuring apparatus 1 can provide the user of the measuring apparatus 1 with error information regarding an error that has occurred in the estimated amount that is the measurement information, when the estimation means 13 estimates the measurement information. Specifically, the measuring apparatus 1 can provide the user of the measuring apparatus 1 with information on how much estimation error has occurred in the estimated value due to the model error η. Therefore, according to the measurement apparatus 1 of the present embodiment, when the actual observation environment and the model error η possessed by the observation apparatus are unknown, for example, when measurement is performed in an environment where there are many weak interference wave signals, and Even when the observation means 12 has a manufacturing error, the maximum estimation error caused by the model error η can be quantified and the information can be provided to the user of the measuring apparatus 1.

また本実施の形態の測定装置1は、観測手段12によって電波信号を受信し、受信した電波信号に基づいて、推定手段13によって測定情報を推定する。本実施の形態の測定装置1によれば、このように電波信号を用いて測定情報を推定する場合に、測定情報に生じる誤差に関する情報を測定装置1の使用者に提供することができる。   Moreover, the measuring apparatus 1 of this Embodiment receives a radio signal by the observation means 12, and estimates measurement information by the estimation means 13 based on the received radio signal. According to the measurement apparatus 1 of the present embodiment, when the measurement information is estimated using the radio wave signal as described above, information regarding an error occurring in the measurement information can be provided to the user of the measurement apparatus 1.

<第2の実施の形態>
次に本発明の第2の実施の形態の測定装置について説明する。本実施の形態の測定装置は、最大誤差評価手段11における処理が異なること以外は、前述の第1の実施の形態の測定装置1と同様であるので、異なる部分について説明し、図示および同様の説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. The measuring apparatus of the present embodiment is the same as the measuring apparatus 1 of the first embodiment described above except that the processing in the maximum error evaluation means 11 is different. Description is omitted.

本実施の形態では、最大誤差評価手段11において、比例係数Λを推定値ξest,ζestを含んだ形で解析的に解いておく。本実施の形態において、推定モデル記憶手段16は、半導体メモリなどで構成され、推定値ξest,ζestから比例係数Λを計算するプログラムを記憶している。推定モデルである確率密度関数f〜は、比例係数Λを計算するプログラムに組込まれることになる。したがって推定モデル記憶手段16が、比例係数Λを計算するプログラムを記憶することは、確率密度関数f〜を記憶することに相当する。 In the present embodiment, the maximum error evaluation means 11 analytically solves the proportionality coefficient Λ including the estimated values ξ est and ζ est . In the present embodiment, the estimated model storage means 16 is composed of a semiconductor memory or the like, and stores a program for calculating the proportional coefficient Λ from the estimated values ξ est and ζ est . The probability density function f˜, which is an estimation model, is incorporated in a program for calculating the proportionality coefficient Λ. Therefore, storing the program for calculating the proportionality coefficient Λ by the estimation model storage unit 16 corresponds to storing the probability density function f˜.

比例係数計算手段15は、計算機などのプログラム実行装置によって実現され、推定モデル記憶手段16に記憶されたプログラムを用いて比例係数Λを計算する。モデル誤差量推定手段18および最大誤差計算手段17は、第1の実施の形態と同様に構成される。   The proportional coefficient calculation means 15 is realized by a program execution device such as a computer, and calculates the proportional coefficient Λ using a program stored in the estimation model storage means 16. The model error amount estimating means 18 and the maximum error calculating means 17 are configured in the same manner as in the first embodiment.

以上のように本実施の形態では、最大誤差評価手段11は、推定モデル記憶手段16に、推定値ξest,ζestから比例係数Λを計算するプログラムを記憶している。そして、最大誤差評価手段11は、比例係数計算手段15によって、推定モデル記憶手段16に記憶されたプログラムを用いて比例係数Λを計算する。これによって、第1の実施の形態の最大誤差評価手段11の比例係数計算手段15におけるマルコフ連鎖モンテカルロ法および数値微分を用いた計算を省略することができる。したがって、第1の実施の形態に比べて、測定装置全体が必要とする計算量を削減することができる。 As described above, in the present embodiment, the maximum error evaluation unit 11 stores the program for calculating the proportional coefficient Λ from the estimated values ξ est and ζ est in the estimation model storage unit 16. Then, the maximum error evaluation means 11 calculates the proportionality coefficient Λ by the proportionality coefficient calculation means 15 using the program stored in the estimation model storage means 16. Thereby, the calculation using the Markov chain Monte Carlo method and the numerical differentiation in the proportionality coefficient calculation means 15 of the maximum error evaluation means 11 of the first embodiment can be omitted. Therefore, it is possible to reduce the amount of calculation required for the entire measuring apparatus as compared with the first embodiment.

<第3の実施の形態>
次に本発明の第3の実施の形態の測定装置について説明する。本実施の形態の測定装置は、最大誤差評価手段11における処理が異なること以外は、前述の第1および第2の実施の形態の測定装置1と同様であるので、異なる部分について説明し、図示および同様の説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. The measurement apparatus of the present embodiment is the same as the measurement apparatus 1 of the first and second embodiments described above except that the processing in the maximum error evaluation means 11 is different. Similar descriptions are omitted.

前述の第2の実施の形態では、前述の表1に示すpおよびqが2(p=q=2)の場合でも、最大誤差評価手段11において、比例係数Λを推定値ξest,ζestを含んだ形で解析的に解いておく。これに対し、本実施の形態では、pおよびqが2(p=q=2)の場合には、最大誤差評価手段11において、以下の式(15)で表される行列を、推定値ξest,ζestを含んだ形で解析的に解いておく。 In the above-described second embodiment, even when p and q shown in Table 1 are 2 (p = q = 2), the maximum error evaluation means 11 calculates the proportionality coefficient Λ using the estimated values ξ est and ζ est. Solve it analytically in a form that includes. On the other hand, in this embodiment, when p and q are 2 (p = q = 2), the maximum error evaluation means 11 uses the estimated value ξ as a matrix represented by the following equation (15). Analytical solution including est and ζ est .

Figure 2011145128
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推定モデル記憶手段16は、半導体メモリなどで構成され、推定値ξest,ζestから式(15)で表される行列を計算するプログラムを記憶している。推定モデルである確率密度関数f〜は、式(15)で表される行列を計算するプログラムに組込まれることになる。したがって推定モデル記憶手段16が、式(15)で表される行列を計算するプログラムを記憶することは、確率密度関数f〜を記憶することに相当する。 The estimation model storage means 16 is composed of a semiconductor memory or the like, and stores a program for calculating a matrix represented by the formula (15) from the estimated values ξ est and ζ est . The probability density function f˜, which is an estimation model, is incorporated into a program that calculates the matrix represented by the equation (15). Therefore, storing the program for calculating the matrix represented by the equation (15) in the estimation model storage unit 16 corresponds to storing the probability density function f˜.

比例係数計算手段15は、計算機などのプログラム実行装置によって実現され、推定モデル記憶手段16に記憶されたプログラムを用いて、式(15)で表される行列を計算する。モデル誤差量推定手段18は、第1の実施の形態と同様に構成される。最大誤差計算手段17は、本実施の形態では、比例係数Λの最大特異値σmax(Λ)が式(15)の最大固有値の自乗根と等しいことを利用して、式(15)から最大特異値σmax(Λ)を計算する。 The proportional coefficient calculation means 15 is realized by a program execution device such as a computer, and calculates a matrix represented by the equation (15) using a program stored in the estimation model storage means 16. The model error amount estimation means 18 is configured in the same manner as in the first embodiment. In the present embodiment, the maximum error calculation means 17 uses the fact that the maximum singular value σ max (Λ) of the proportionality coefficient Λ is equal to the square root of the maximum eigenvalue of the equation (15), and calculates the maximum error from the equation (15). Calculate the singular value σ max (Λ).

比例係数Λは、推定誤差を評価したい推定量の個数分の行数と、モデル誤差のパラメータηの次元分の列数を持つ行列である。モデル誤差のパラメータηの次元は大きいので、比例係数Λは列方向に大きな行列となる。これに対し、式(15)で表される行列は、推定誤差を評価したい推定量の個数に等しい列数および行数を持つ正方行列であるので、比例係数Λに比べて有意に小さな行列である。   The proportionality coefficient Λ is a matrix having the number of rows for the number of estimators for which the estimation error is to be evaluated and the number of columns for the dimension of the model error parameter η. Since the model error parameter η has a large dimension, the proportionality coefficient Λ becomes a large matrix in the column direction. On the other hand, since the matrix represented by Equation (15) is a square matrix having the number of columns and the number of rows equal to the number of estimators for which estimation errors are to be evaluated, it is a matrix that is significantly smaller than the proportionality coefficient Λ. is there.

本実施の形態において、最大誤差評価手段11は、式(15)で表される行列を計算するので、大きな行列Λを直接計算せずに最大推定誤差を求めることができる。これによって、前述の第2の実施の形態の測定装置に比較して、測定装置全体が必要とする計算量をさらに削減することができる。   In the present embodiment, since the maximum error evaluation means 11 calculates the matrix represented by the equation (15), the maximum estimation error can be obtained without directly calculating the large matrix Λ. As a result, the amount of calculation required by the entire measurement apparatus can be further reduced as compared with the measurement apparatus of the second embodiment described above.

<第4の実施の形態>
次に本発明の第4の実施の形態について説明する。図2は、本発明の第4の実施の形態である測距装置21を含む測距システム20の構成を模式的に示す図である。測距システム20は、測距装置21およびトランスポンダ23を備えて構成される。本実施の形態の測距装置21は、前述の第1の実施の形態の測定装置1を適用した測距装置である。したがって測距装置21は、前述の図1に示す最大誤差評価手段11、観測手段12、推定手段13、表示手段14およびセンサ19を備えて構成される。測距装置21は、電波信号を用いて2つの地点間の距離を測定する。本実施の形態では、測距装置21は、モデル誤差として、微弱な干渉波信号27の影響、すなわち干渉波信号27によって生じる誤差を考慮する。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a distance measuring system 20 including a distance measuring device 21 according to the fourth embodiment of the present invention. The distance measuring system 20 includes a distance measuring device 21 and a transponder 23. The distance measuring device 21 according to the present embodiment is a distance measuring device to which the measuring device 1 according to the first embodiment described above is applied. Accordingly, the distance measuring device 21 includes the maximum error evaluation means 11, the observation means 12, the estimation means 13, the display means 14, and the sensor 19 shown in FIG. The distance measuring device 21 measures the distance between two points using a radio wave signal. In the present embodiment, the distance measuring device 21 considers the influence of the weak interference wave signal 27, that is, the error caused by the interference wave signal 27 as the model error.

測距システム20では、1つの測距装置21に対して、複数のトランスポンダ23がそれぞれ異なる位置に設けられてもよい。本実施の形態では、理解を容易にするために、2つのトランスポンダ23を備える測距システム20について説明するが、トランスポンダ23は、3つ以上備えられてもよい。   In the distance measuring system 20, a plurality of transponders 23 may be provided at different positions with respect to one distance measuring device 21. In the present embodiment, the ranging system 20 including two transponders 23 will be described for ease of understanding, but three or more transponders 23 may be provided.

測距装置21は、測距装置用アンテナ22を備える。測距装置用アンテナ22は、前述の図1に示す観測手段12に備えられる。各トランスポンダ23は、トランスポンダ用アンテナ24を備える。測距装置21およびトランスポンダ23は、距離を測定したい2つの地点にそれぞれ設置される。さらに具体的には、測距装置21およびトランスポンダ23は、測距装置用アンテナ22とトランスポンダ用アンテナ24とが、距離を測定したい2つの地点と正確に一致するように設置される。   The distance measuring device 21 includes a distance measuring device antenna 22. The distance measuring device antenna 22 is provided in the observation means 12 shown in FIG. Each transponder 23 includes a transponder antenna 24. The distance measuring device 21 and the transponder 23 are respectively installed at two points where the distance is desired to be measured. More specifically, the distance measuring device 21 and the transponder 23 are installed such that the distance measuring device antenna 22 and the transponder antenna 24 exactly coincide with two points where the distance is desired to be measured.

測距システム20は、以下の手順で動作する。まず測距装置21が、各トランスポンダ23に向けて、測距装置用アンテナ22を介してトリガ信号25を送信する。各トランスポンダ23は、測距装置21から送信されたトリガ信号25をトランスポンダ用アンテナ24で受信する。トランスポンダ23は、測距装置21から送信されたトリガ信号25を受信すると、直ちに、または所定の時間βが経過した後に、測距装置21に向けて、トランスポンダ用アンテナ24を介して応答信号26を送信する。測距装置21は、各トランスポンダ23から送信された応答信号26を、測距装置用アンテナ22を介して受信する。本実施の形態では、測距装置21が応答信号26を受信するときに、微弱な干渉波信号27も同時に受信してしまうものとする。   The distance measuring system 20 operates in the following procedure. First, the distance measuring device 21 transmits a trigger signal 25 to each transponder 23 via the distance measuring device antenna 22. Each transponder 23 receives the trigger signal 25 transmitted from the distance measuring device 21 by the transponder antenna 24. Upon receiving the trigger signal 25 transmitted from the distance measuring device 21, the transponder 23 sends a response signal 26 to the distance measuring device 21 via the transponder antenna 24 immediately or after a predetermined time β has elapsed. Send. The distance measuring device 21 receives the response signal 26 transmitted from each transponder 23 via the distance measuring device antenna 22. In the present embodiment, it is assumed that the weak interference wave signal 27 is received at the same time when the distance measuring device 21 receives the response signal 26.

トランスポンダ23は、電波信号の送受信器と増幅器とを備えた無線装置によって実現されてもよいし、単純な電波反射器によって実現されてもよい。トランスポンダ23が無線装置によって実現される場合、トリガ信号25と応答信号26とは、異なっていてもよいし、同じであってもよい。トランスポンダ23が電波反射器によって実現される場合、トリガ信号25が電波反射器であるトランスポンダ23で反射された信号が応答信号26であり、前記所定の時間βは0である。   The transponder 23 may be realized by a wireless device including a radio signal transmitter / receiver and an amplifier, or may be realized by a simple radio wave reflector. When the transponder 23 is realized by a wireless device, the trigger signal 25 and the response signal 26 may be different or the same. When the transponder 23 is realized by a radio wave reflector, the signal reflected by the transponder 23 whose trigger signal 25 is a radio wave reflector is the response signal 26, and the predetermined time β is zero.

本実施の形態では、トランスポンダ23の個数をNとおき、各トランスポンダ23を添字nで区別する。たとえば複数のトランスポンダ23のうち、n個目のトランスポンダ23を第nトランスポンダ23という。電波信号は光速cで伝播するので、測距装置21がトリガ信号25を送信してから応答信号26を受信するまでの経過時間は、測距装置21と第nトランスポンダ23との間の距離をlnとして、以下の式(16)で表される。 In the present embodiment, the number of transponders 23 is set to N, and each transponder 23 is distinguished by the subscript n. For example, the n-th transponder 23 among the plurality of transponders 23 is referred to as an n-th transponder 23. Since the radio wave signal propagates at the speed of light c, the elapsed time from when the distance measuring device 21 transmits the trigger signal 25 to when the response signal 26 is received is the distance between the distance measuring device 21 and the nth transponder 23. as l n, it is expressed by the following equation (16).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

したがって、干渉波信号が無い理想的な条件下で測距装置21が受信した受信信号、具体的には応答信号26をIQ(In Phase-Quadrant Phase)検波した標本z(k)は、トランスポンダ23が送信する応答信号26をw(t)として、以下の式(17)で表現することができる。式(17)において、符号hはサンプリング周期を示し、x(k)は雑音を示す。   Therefore, the received signal received by the distance measuring device 21 under ideal conditions without an interference wave signal, specifically, the sample z (k) obtained by detecting the response signal 26 by IQ (In Phase-Quadrant Phase) is the transponder 23. Can be expressed by the following equation (17), where w (t) is the response signal 26 transmitted by the. In Expression (17), symbol h indicates a sampling period, and x (k) indicates noise.

Figure 2011145128
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第nトランスポンダ23が無線装置で実現される場合、式(17)におけるαnは、第nトランスポンダ23から測距装置21への応答信号26である電波信号の複素伝播係数を意味する。第nトランスポンダ23が電波反射器で実現される場合、式(17)におけるαnは、第nトランスポンダ23から測距装置21への応答信号26である電波信号の複素伝播係数の自乗に、第nトランスポンダ23の反射係数を掛け合わせたものを意味する。 When the n-th transponder 23 is realized by a wireless device, α n in Equation (17) means a complex propagation coefficient of a radio wave signal that is a response signal 26 from the n-th transponder 23 to the distance measuring device 21. When the n-th transponder 23 is realized by a radio wave reflector, α n in the equation (17) is the square of the complex propagation coefficient of the radio wave signal that is the response signal 26 from the n-th transponder 23 to the distance measuring device 21. It means the product of the reflection coefficient of the n transponder 23 multiplied.

ここでx(k)は複素ガウス分布に従うものとみなせるので、干渉波信号が無い理想的な状況下では、受信信号z(k)の従う分布の確率密度関数fは、以下の式(18)で表現することができる。式(18)におけるu(k)は、以下の式(19)で定義される。式(18)および式(19)において、符号lは、測距装置21とトランスポンダ23との間の距離(以下、単に「距離」という場合がある)を示し、測距装置21と第nトランスポンダ23との間の距離lnを縦に並べたベクトルで表される。またαは、トランスポンダ23から測距装置21への電波信号の伝播係数(以下、単に「伝播係数」という場合がある)を示し、第nトランスポンダ23から測距装置21への電波信号の複素伝播係数αnを縦に並べたベクトルで表される。またσは、雑音の標準偏差を示す。 Here, since x (k) can be regarded as following a complex Gaussian distribution, under an ideal situation where there is no interference wave signal, the probability density function f of the distribution followed by the received signal z (k) is expressed by the following equation (18). Can be expressed as U (k) in the equation (18) is defined by the following equation (19). In the equations (18) and (19), the symbol 1 indicates the distance between the distance measuring device 21 and the transponder 23 (hereinafter sometimes simply referred to as “distance”), and the distance measuring device 21 and the nth transponder. The distance l n between the two is expressed by a vector arranged vertically. Α represents a propagation coefficient of a radio wave signal from the transponder 23 to the distance measuring device 21 (hereinafter sometimes simply referred to as “propagation coefficient”), and the complex propagation of the radio wave signal from the nth transponder 23 to the distance measuring device 21 is indicated. It is represented by a vector in which the coefficients α n are arranged vertically. Also, σ represents the standard deviation of noise.

Figure 2011145128
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Figure 2011145128
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本実施の形態において、観測手段12は、トランスポンダ23からの電波信号である応答信号26を受信し、受信した応答信号26をIQ検波し、複素デジタル標本zとして出力する。推定手段13は、推定値として、標本zを実際の受信信号としたときの確率密度関数fを最大にするような距離l、伝播係数αおよび標準偏差σのうち、少なくとも距離lを求める。距離lを求める方法としては、たとえば前述の参考文献1に記載の公知の方法を用いることができる。伝播係数αおよび標準偏差σの推定値は、距離lの推定値から求めることができる。   In the present embodiment, the observation means 12 receives the response signal 26 that is a radio wave signal from the transponder 23, performs IQ detection on the received response signal 26, and outputs it as a complex digital sample z. The estimation means 13 obtains at least the distance l as an estimated value among the distance l, the propagation coefficient α, and the standard deviation σ that maximize the probability density function f when the sample z is an actual received signal. As a method for obtaining the distance l, for example, a known method described in the above-mentioned Reference 1 can be used. The estimated values of the propagation coefficient α and the standard deviation σ can be obtained from the estimated value of the distance l.

次に、干渉波信号v(k)が存在する場合を考える。干渉波信号v(k)が存在する場合、受信信号z(k)は以下の式(20)で表される。   Next, consider a case where an interference wave signal v (k) exists. When the interference wave signal v (k) exists, the received signal z (k) is represented by the following equation (20).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

本実施の形態の測距装置21では、干渉波信号の最大電力がγ2程度であるという想定のもと、前述の第1の実施の形態で説明した最大誤差評価手段11を用いて、干渉波信号による最大の推定誤差を定量することができる。 In the distance measuring device 21 according to the present embodiment, the maximum error evaluation unit 11 described in the first embodiment is used to perform interference under the assumption that the maximum power of the interference wave signal is approximately γ 2. The maximum estimation error due to the wave signal can be quantified.

受信信号に干渉波信号が重畳する場合の受信信号zが従う分布の確率密度関数f〜は、以下の式(21)で表される。式(21)におけるu(k)は、以下の式(22)で定義される。   The probability density function f˜ of the distribution followed by the received signal z when the interference wave signal is superimposed on the received signal is expressed by the following equation (21). U (k) in the equation (21) is defined by the following equation (22).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
Figure 2011145128

ここでy,ξ,ζ,ηを、以下の式(23)、式(24)、式(25)および式(26)に示すようにおく。   Here, y, ξ, ζ, and η are set as shown in the following equations (23), (24), (25), and (26).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(23)〜式(26)に示すようにy,ξ,ζ,ηをおくと、ξ,ζ,ηに依存するyの確率密度関数f〜は、以下の式(27)で表される。式(27)におけるu(ξ,ζ)は、以下の式(28)で定義される。   If y, ξ, ζ, and η are set as shown in equations (23) to (26), the probability density function f of y depending on ξ, ζ, and η is expressed by the following equation (27). The U (ξ, ζ) in the equation (27) is defined by the following equation (28).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(23)〜式(26)におけるzr,αr,vrは、それぞれz,α,vの実部を表し、zi,αi,viはそれぞれz,α,vの虚部を表す。 In equations (23) to (26), z r , α r , and v r represent the real parts of z, α, and v, respectively, and z i , α i , and v i represent imaginary parts of z, α, and v, respectively. Represents.

式(24)では、式(22)におけるlnの全てをξとしているが、式(22)におけるlnのうちの一部だけをξとし、残りをζに含めてもよい。また干渉波信号の総電力がγ2であることから、モデル誤差のノルムはp=2である。あとは第1の実施の形態と同様に最大誤差評価手段11を構成する。 In equation (24), although with all of the l n in the formula (22) xi], only a portion of the l n in the formula (22) and xi], may be included the rest zeta. From The a total power of the interference wave signal is gamma 2, the norm of the model error is p = 2. After that, the maximum error evaluation means 11 is configured as in the first embodiment.

<第4の実施の形態の第1変形例>
次に、測距装置21の最大誤差評価手段11として、第1の実施の形態における最大誤差評価手段11に代えて、第2の実施の形態における最大誤差評価手段11を適用した測距装置について説明する。第2の実施の形態における最大誤差評価手段11を用いることによる前述の計算量の低減効果をより明確に示すために、標本数Kが十分大きく、応答信号w(t)が近似的に定常な信号の場合を考える。この場合、比例係数Λは以下の手順で計算することができる。
<First Modification of Fourth Embodiment>
Next, as a maximum error evaluation means 11 of the distance measuring apparatus 21, a distance measuring apparatus to which the maximum error evaluation means 11 in the second embodiment is applied instead of the maximum error evaluation means 11 in the first embodiment. explain. In order to more clearly show the effect of reducing the above-described calculation amount by using the maximum error evaluation means 11 in the second embodiment, the number of samples K is sufficiently large and the response signal w (t) is approximately steady. Consider the signal case. In this case, the proportionality coefficient Λ can be calculated by the following procedure.

まず応答信号26を表す関数w(t)の微分をd(t)として、関数w(t)の全ての要素を並べた行列Wおよび微分d(t)の全ての要素を並べた行列Dを、それぞれ以下の式(29)および式(30)に示すようにおく。   First, the derivative of the function w (t) representing the response signal 26 is d (t), and a matrix W in which all elements of the function w (t) are arranged and a matrix D in which all elements of the derivative d (t) are arranged. , Respectively, as shown in the following equations (29) and (30).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
Figure 2011145128

さらに関数w(t)の自己相関関数をRw,w(t)として、自己相関関数Rw,w(t)の全ての要素を並べた行列Sw,wを、以下の式(31)に示すようにおく。 Furthermore, the autocorrelation function of the function w (t) is R w, w (t), and a matrix S w, w in which all elements of the autocorrelation function R w, w (t) are arranged is expressed by the following equation (31). As shown.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

また関数w(t)の微分d(t)と関数w(t)との相互相関関数をRd,w(t)とし、微分d(t)の自己相関関数をRd,d(t)として、相互相関関数Rd,w(t)の全ての要素を並べた行列Sd,wおよび微分d(t)の自己相関関数Rd,d(t)の全ての要素を並べた行列Sd,dを式(31)と同様におく。このとき、αnを対角に並べた行列をAとし、以下の式(32)で表される行列の実部および虚部をそれぞれGr,Giとおく。 The cross-correlation function between the differential d (t) of the function w (t) and the function w (t) is R d, w (t), and the autocorrelation function of the differential d (t) is R d, d (t). A matrix S d, w in which all elements of the cross-correlation function R d, w (t) are arranged and a matrix S in which all elements of the autocorrelation function R d, d (t) of the differential d (t) are arranged d and d are set in the same manner as in equation (31). At this time, let A be a matrix in which α n is arranged diagonally, and let G r and G i be the real and imaginary parts of the matrix represented by the following equation (32), respectively.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

さらに式(33)で表される行列をFとする。   Further, let F be a matrix represented by the equation (33).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

このとき干渉波信号vがもたらす推定誤差は、以下の式(34)で表される。   The estimation error caused by the interference wave signal v at this time is expressed by the following equation (34).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

ただし、vrは干渉波信号v(k)の実部をk=0からk=K−1まで縦に並べた行列であり、viは干渉波信号v(k)の虚部をk=0からk=K−1まで縦に並べた行列である。したがって、比例係数Λは以下の式(35)で表される。 Where v r is a matrix in which the real part of the interference wave signal v (k) is vertically arranged from k = 0 to k = K−1, and v i is the imaginary part of the interference wave signal v (k). It is a matrix arranged vertically from 0 to k = K-1. Therefore, the proportionality coefficient Λ is expressed by the following equation (35).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(35)で表される比例係数Λの計算は、第1の実施の形態の比例係数計算手段15におけるマルコフ連鎖モンテカルロ法と数値微分法とを用いた計算よりも、大幅に計算量が少ない。したがって、測距装置21の最大誤差評価手段11として、第1の実施の形態における最大誤差評価手段11に代えて、第2の実施の形態における最大誤差評価手段11を適用することによって、第1の実施の形態に比べて、測定装置全体が必要とする計算量を削減することができる。   The calculation of the proportionality coefficient Λ represented by the equation (35) is much smaller in calculation amount than the calculation using the Markov chain Monte Carlo method and the numerical differentiation method in the proportionality coefficient calculation means 15 of the first embodiment. . Therefore, the maximum error evaluation unit 11 of the distance measuring device 21 is replaced with the maximum error evaluation unit 11 in the first embodiment, instead of the maximum error evaluation unit 11 in the first embodiment. Compared to the embodiment, the amount of calculation required for the entire measuring apparatus can be reduced.

<第4の実施の形態の第2変形例>
次に、測距装置21の最大誤差評価手段11として、第1の実施の形態における最大誤差評価手段11に代えて、第3の実施の形態における最大誤差評価手段11を適用した測距装置について説明する。p=q=2として第3の実施の形態で説明した最大誤差評価手段11を第4の実施の形態に適用する場合、最大誤差評価手段11は、式(15)で表される行列として、以下の式(36)で表される行列F-1を計算すればよい。
<Second Modification of Fourth Embodiment>
Next, as a maximum error evaluation means 11 of the distance measuring apparatus 21, a distance measuring apparatus to which the maximum error evaluation means 11 in the third embodiment is applied instead of the maximum error evaluation means 11 in the first embodiment. explain. When p = q = 2 and the maximum error evaluation means 11 described in the third embodiment is applied to the fourth embodiment, the maximum error evaluation means 11 is expressed as a matrix represented by the equation (15): What is necessary is just to calculate the matrix F −1 represented by the following equation (36).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(36)の形から明らかなように、式(36)を計算する方が、前述の第1変形例で用いられる式(35)を計算するよりも、計算量が少なくなっている。したがって、測距装置21の最大誤差評価手段11として、第3の実施の形態における最大誤差評価手段11を用いることによって、第2の実施の形態における最大誤差評価手段11を用いた第1変形例の測定装置に比較して、測定装置全体が必要とする計算量をさらに削減することができる。   As apparent from the form of the equation (36), the calculation amount of the equation (36) is smaller than the calculation amount of the equation (35) used in the first modified example. Therefore, by using the maximum error evaluation means 11 in the third embodiment as the maximum error evaluation means 11 of the distance measuring device 21, a first modification using the maximum error evaluation means 11 in the second embodiment. Compared with the measuring apparatus, the amount of calculation required by the entire measuring apparatus can be further reduced.

第4の実施の形態において、観測手段12は、トランスポンダ23からの応答信号26を受信する。推定手段13は、観測手段12によって受信された応答信号26から、受信機である測距装置21とトランスポンダ23との距離l、伝播係数αおよび雑音の標準偏差σを推定する。伝播係数αおよび雑音の標準偏差σの推定値は、距離lの推定値から計算できるので、推定手段13は、少なくとも距離lを推定できればよい。   In the fourth embodiment, the observation unit 12 receives the response signal 26 from the transponder 23. The estimation means 13 estimates the distance l, the propagation coefficient α, and the noise standard deviation σ between the distance measuring device 21 that is a receiver and the transponder 23 from the response signal 26 received by the observation means 12. Since the estimated value of the propagation coefficient α and the standard deviation σ of noise can be calculated from the estimated value of the distance l, the estimating unit 13 only needs to be able to estimate at least the distance l.

また距離lの推定値は、確率密度関数fを最大にする距離lとして特徴づけられるが、必ずしも確率密度関数fを最大化することによって距離lを求める必要はない。推定手段13は、確率密度関数fを最大にするような距離l、または十分精度の良いその近似値を求める公知の手段を用いて、距離lの推定値を求めればよい。距離lの推定値を求める公知の手段としては、たとえば前述の参考文献1に記載される手段を用いることができる。   The estimated value of the distance l is characterized as a distance l that maximizes the probability density function f, but it is not always necessary to obtain the distance l by maximizing the probability density function f. The estimation means 13 may obtain an estimated value of the distance l by using a known means for obtaining the distance l that maximizes the probability density function f or an approximate value thereof with sufficient accuracy. As a known means for obtaining the estimated value of the distance l, for example, the means described in the above-mentioned Reference 1 can be used.

最大誤差評価手段11は、少なくとも推定手段13が推定した距離lの推定値から、総電力γ2以下の干渉波信号が推定値に与える最大の誤差である最大推定誤差を定量し、表示手段14に与える。表示手段14は、推定手段13で推定された推定値と、最大誤差評価手段11で定量された最大推定誤差とを、総合して表示することによって、測距装置21の使用者に提供する。 The maximum error evaluation means 11 quantifies the maximum estimation error, which is the maximum error given to the estimated value by the interference wave signal having the total power γ 2 or less, from at least the estimated value of the distance l estimated by the estimating means 13, and the display means 14. To give. The display unit 14 provides the user of the distance measuring device 21 by displaying the estimated value estimated by the estimating unit 13 and the maximum estimated error quantified by the maximum error evaluating unit 11 in a comprehensive manner.

最大誤差評価手段11において、推定モデル記憶手段16は、確率密度関数f〜を計算するプログラムを記憶する。比例係数計算手段15は、推定モデル記憶手段16に記憶された確率密度関数f〜を形成するプログラムを用いて、第1の実施の形態における最大誤差評価手段11と同様にして、比例係数Λを求める。このとき、推定誤差を定量すべき推定量は、測距装置21と全てのトランスポンダ23との間の距離としてもよいし、測距装置21と一部のトランスポンダ23との間の距離としてもよい。   In the maximum error evaluation unit 11, the estimation model storage unit 16 stores a program for calculating the probability density function f˜. The proportional coefficient calculation means 15 calculates the proportional coefficient Λ in the same manner as the maximum error evaluation means 11 in the first embodiment by using a program for forming the probability density function f˜ stored in the estimation model storage means 16. Ask. At this time, the estimation amount for which the estimation error should be quantified may be the distance between the distance measuring device 21 and all the transponders 23, or may be the distance between the distance measuring device 21 and some of the transponders 23. .

モデル誤差量推定手段18は、たとえば所定の値を閾値γとして出力するか、推定手段13によって推定した雑音の標準偏差σを閾値γとして出力するか、またはセンサ19を用いて電波環境を計測して干渉波信号の総電力γ2を推定して閾値γを出力することによって、モデル誤差量を推定する。所定の値を閾値γとして出力する場合は、センサ19は必要ではない。標準偏差σを閾値γとして出力する場合は、観測手段12および推定手段13がセンサ19と同様の機能を果たすので、センサ19は必要ではない。 The model error amount estimation means 18 outputs, for example, a predetermined value as the threshold γ, outputs the noise standard deviation σ estimated by the estimation means 13 as the threshold γ, or measures the radio wave environment using the sensor 19. The model error amount is estimated by estimating the total power γ 2 of the interference wave signal and outputting the threshold value γ. When outputting a predetermined value as the threshold γ, the sensor 19 is not necessary. When the standard deviation σ is output as the threshold value γ, the observation means 12 and the estimation means 13 perform the same function as the sensor 19, so the sensor 19 is not necessary.

最大誤差計算手段17は、モデル誤差量推定手段18によって推定した閾値γと、比例係数計算手段15によって計算した比例係数Λとから、最大推定誤差の定量値として、表1のp=2、q=1、2または∞の各量のうち少なくともいずれか1つを計算して出力する。   The maximum error calculation means 17 uses the threshold value γ estimated by the model error amount estimation means 18 and the proportionality coefficient Λ calculated by the proportionality coefficient calculation means 15 as p = 2, q in Table 1 as a quantitative value of the maximum estimation error. = 1, 2, or at least one of the quantities ∞ is calculated and output.

第1変形例のように、測距装置21の最大誤差評価手段11として第2の実施の形態で説明した最大誤差評価手段11を用いる場合、推定モデル記憶手段16は、式(35)に従って比例係数Λを計算するプログラムを記憶するように構成される。比例係数計算手段15は、推定モデル記憶手段16に記憶されたプログラムを実行する計算機などのプログラム実行装置として構成される。   When the maximum error evaluation unit 11 described in the second embodiment is used as the maximum error evaluation unit 11 of the distance measuring device 21 as in the first modification, the estimation model storage unit 16 is proportional to the equation (35). A program for calculating the coefficient Λ is stored. The proportionality coefficient calculation unit 15 is configured as a program execution device such as a computer that executes a program stored in the estimation model storage unit 16.

第2変形例のように、p=q=2として、測距装置21の最大誤差評価装置11として第3の実施の形態で説明した最大誤差評価手段11を用いる場合、推定モデル記憶手段16は、式(36)に従ってΛΛTを計算するプログラムを記憶するように構成される。比例係数計算手段15は、推定モデル記憶手段16に記憶された前記プログラムを実行して式(36)で表される行列ΛΛTを求める。最大誤差計算手段17は、比例係数計算手段15で求めた前記ΛΛTから最大推定誤差を計算する。 When p = q = 2 and the maximum error evaluation unit 11 described in the third embodiment is used as the maximum error evaluation unit 11 of the distance measuring device 21 as in the second modification, the estimated model storage unit 16 is , Configured to store a program for calculating ΛΛ T according to equation (36). Proportionality coefficient calculation unit 15 executes the program stored in the estimation model storage unit 16 obtains the matrix Ramudaramuda T represented by the formula (36). The maximum error calculation means 17 calculates the maximum estimation error from the ΛΛ T obtained by the proportional coefficient calculation means 15.

本実施の形態の測距装置21によれば、様々な干渉波信号が存在する環境下において、離れた2つの地点間の距離を、電波信号を用いて計測するだけでなく、干渉波信号が距離の推定値に与える最大推定誤差を定量し、その情報を測距装置21の使用者に提供することができる。また第1および第2変形例のように、第2または第3の実施の形態で説明した最大誤差評価手段11を用いることによって、最大推定誤差をより少ない計算量で提供することができる。したがって、前述のように最大推定誤差を定量して使用者に提供することのできる測距装置21を、より簡単な構成で実現することができる。   According to the distance measuring device 21 of the present embodiment, in an environment where various interference wave signals exist, not only the distance between two distant points is measured using a radio wave signal, but the interference wave signal The maximum estimation error given to the estimated value of the distance can be quantified, and the information can be provided to the user of the distance measuring device 21. Further, as in the first and second modifications, the maximum estimation error can be provided with a smaller calculation amount by using the maximum error evaluation unit 11 described in the second or third embodiment. Therefore, as described above, the distance measuring device 21 that can quantify the maximum estimation error and provide it to the user can be realized with a simpler configuration.

<第5の実施の形態>
次に本発明の第5の実施の形態の測距装置について説明する。本実施の形態の測距装置は、前述の図2に示す第4の実施の形態の測距装置21において、モデル誤差として、干渉波信号27によって生じる誤差ではなく、観測手段12の製造誤差を考慮した構成になっている。本実施の形態の測距装置は、考慮するモデル誤差が観測手段12の製造誤差であること以外は、前述の第4の実施の形態の測距装置21と同様であるので、異なる部分について説明し、同様の説明を省略する。
<Fifth embodiment>
Next, a distance measuring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described. The distance measuring device according to the present embodiment uses a manufacturing error of the observation means 12 instead of an error caused by the interference wave signal 27 as a model error in the distance measuring device 21 according to the fourth embodiment shown in FIG. It has a structure that takes into account. The distance measuring apparatus according to the present embodiment is the same as the distance measuring apparatus 21 according to the fourth embodiment described above except that the model error to be considered is a manufacturing error of the observation means 12, and therefore different parts will be described. Similar explanations are omitted.

本実施の形態の測距装置は、第4の実施の形態の測距装置21と同様、図2に示すトランスポンダ23とともに測距システム20を構成する。本実施の形態の測距装置は、第4の実施の形態と同様、前述の第1の実施の形態の測定装置1を適用した測距装置である。したがって本実施の形態の測距装置は、前述の図1に示す最大誤差評価手段11、観測手段12、推定手段13、表示手段14およびセンサ19を備えて構成される。   Similar to the distance measuring device 21 of the fourth embodiment, the distance measuring device of the present embodiment constitutes the distance measuring system 20 together with the transponder 23 shown in FIG. The distance measuring device according to the present embodiment is a distance measuring device to which the measuring device 1 according to the first embodiment is applied, as in the fourth embodiment. Therefore, the distance measuring apparatus of the present embodiment is configured to include the maximum error evaluation means 11, the observation means 12, the estimation means 13, the display means 14, and the sensor 19 shown in FIG.

図3は、観測手段12の構成を示すブロック図である。観測手段12は、具体的には、測距装置用アンテナ22、第1増幅器31、I検波器32、第2増幅器32およびQ検波器34を備えて構成される。観測手段12は、測距装置用アンテナ22を介して、トランスポンダ23から送信された応答信号26を受信する。受信された応答信号26は、第1増幅器31および第2増幅器33に与えられ、各増幅器31,32で増幅される。第1増幅器31で増幅された信号は、I検波器32に与えられ、I検波器32でI検波が行われる。第2増幅器33で増幅された信号は、Q検波器34に与えられ、Q検波器34でQ検波が行われる。I検波器32によってI検波された信号およびQ検波器34によってQ検波された信号は、推定手段13に与えられる。   FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the observation means 12. Specifically, the observation means 12 includes a ranging device antenna 22, a first amplifier 31, an I detector 32, a second amplifier 32, and a Q detector 34. The observation means 12 receives the response signal 26 transmitted from the transponder 23 via the distance measuring device antenna 22. The received response signal 26 is supplied to the first amplifier 31 and the second amplifier 33 and amplified by the amplifiers 31 and 32. The signal amplified by the first amplifier 31 is given to the I detector 32, and I detection is performed by the I detector 32. The signal amplified by the second amplifier 33 is given to the Q detector 34, and Q detection is performed by the Q detector 34. The signal I-detected by the I-detector 32 and the signal Q-detected by the Q-detector 34 are supplied to the estimating means 13.

本実施の形態では、観測手段12の製造誤差によって、推定手段13に与えられる信号の実部および虚部にそれぞれ、乗法的にゲイン誤差が重畳する場合を考える。I検波器32には、第1増幅器31に起因するゲインが与えられ、Q検波器34には、第2増幅器33に起因するゲインが与えられる。この結果、受信信号z(k)は、ゲイン誤差の実部のパラメータをbrとし、虚部のパラメータをbiとして、以下の式(37)で表される。 In the present embodiment, a case is considered in which a gain error is superimposed in a multiplicative manner on the real part and the imaginary part of the signal given to the estimation means 13 due to the manufacturing error of the observation means 12. The I detector 32 is given a gain due to the first amplifier 31, and the Q detector 34 is given a gain due to the second amplifier 33. As a result, the received signal z (k) is expressed by the following equation (37), where b r is the real part parameter of the gain error and b i is the imaginary part parameter.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(37)において、符号jは、虚数単位を表す。αn rは、式(17)に示す複素伝播係数αnの実部を表し、αn iは、式(17)に示す複素伝播係数αnの虚部を表す。ω、k、h、ln、c、βおよびx(k)は、式(17)と同様である。製造時の規格として、式(37)におけるゲイン誤差のパラメータbr,biは、以下の式(38)を満たすものとする。 In Formula (37), the symbol j represents an imaginary unit. α n r represents the real part of the complex propagation coefficient α n shown in Expression (17), and α n i represents the imaginary part of the complex propagation coefficient α n shown in Expression (17). ω, k, h, l n , c, β, and x (k) are the same as in equation (17). As a standard at the time of manufacture, it is assumed that the gain error parameters b r and b i in the equation (37) satisfy the following equation (38).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

このとき、モデル誤差である観測手段12の製造誤差ηを、以下の式(39)に示すようにおき、他は前述の第4の実施の形態と同様に最大誤差評価手段11を構成する。これによって、観測手段12の製造誤差がもたらす最大の推定誤差を定量することができる。   At this time, the manufacturing error η of the observation means 12 which is a model error is set as shown in the following equation (39), and the others constitute the maximum error evaluation means 11 as in the fourth embodiment described above. Thereby, the maximum estimation error caused by the manufacturing error of the observation means 12 can be quantified.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

本実施の形態においても、第2または第3の実施の形態で説明したように、比例係数Λ、またはΛΛTを解析的に求めて最大誤差評価手段11を構成することによって、計算量を削減することができる。 Also in the present embodiment, as described in the second or third embodiment, the calculation amount is reduced by analytically obtaining the proportionality coefficient Λ or ΛΛ T and configuring the maximum error evaluation means 11. can do.

以上のように本実施の形態の測距装置によれば、観測手段12が製造誤差を持っている場合でも、離れた2つの地点間の距離を、電波信号を用いて推定するとともに、観測手段12の製造誤差が推定値に及ぼす最大の誤差である最大推定誤差を定量し、その情報を測距装置の使用者に提供することができる。また最大誤差評価手段11として、第2または第3の実施の形態の最大誤差評価手段11を用いることによって、前述の推定値および最大推定誤差をより少ない計算量で提供することができる。   As described above, according to the distance measuring apparatus of the present embodiment, even when the observation unit 12 has a manufacturing error, the distance between two distant points is estimated using the radio signal, and the observation unit It is possible to quantify the maximum estimated error, which is the maximum error of the 12 manufacturing errors on the estimated value, and provide the information to the user of the distance measuring apparatus. Further, by using the maximum error evaluation unit 11 of the second or third embodiment as the maximum error evaluation unit 11, the estimated value and the maximum estimation error can be provided with a smaller calculation amount.

本実施の形態では、第4の実施の形態で示した干渉波信号に対する最大誤差評価手段11に続き、観測手段12の製造誤差に対する最大誤差評価手段11を示したが、その他のモデル誤差に対しても同様に最大誤差評価手段11を構成することができる。   In the present embodiment, the maximum error evaluation means 11 for the manufacturing error of the observation means 12 is shown following the maximum error evaluation means 11 for the interference wave signal shown in the fourth embodiment, but for other model errors. However, the maximum error evaluation means 11 can be configured similarly.

<第6の実施の形態>
次に本発明の第6の実施の形態について説明する。図4は、本発明の第6の実施の形態である測位装置41を含む測位システム40の構成を模式的に示す図である。測位システム40は、測位装置41およびトランスポンダ43を備えて構成される。本実施の形態の測位装置41は、前述の第1の実施の形態の測定装置1を適用した測位装置である。したがって測位装置41は、前述の図1に示す最大誤差評価手段11、観測手段12、推定手段13、表示手段14およびセンサ19を備えて構成される。測位装置41は、電波信号を用いて、トランスポンダ43の位置を測定する。本実施の形態では、測位装置41は、モデル誤差として、微弱な干渉波信号46の影響、すなわち干渉波信号46によって生じる誤差を考慮する。
<Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of a positioning system 40 including a positioning device 41 according to the sixth embodiment of the present invention. The positioning system 40 includes a positioning device 41 and a transponder 43. The positioning device 41 of the present embodiment is a positioning device to which the measuring device 1 of the first embodiment described above is applied. Therefore, the positioning device 41 includes the maximum error evaluation means 11, the observation means 12, the estimation means 13, the display means 14, and the sensor 19 shown in FIG. The positioning device 41 measures the position of the transponder 43 using a radio wave signal. In the present embodiment, the positioning device 41 considers the influence of the weak interference wave signal 46, that is, the error caused by the interference wave signal 46 as the model error.

トランスポンダ43は、位置を測定したい地点に設置される。測位システム40では、1つの測位装置41に対して、複数のトランスポンダ43がそれぞれ異なる位置に設置されていてもよい。図4では、理解を容易にするために、1つのトランスポンダ43を備える測位システム40を図示しているが、トランスポンダ43は、2つ以上備えられてもよい。   The transponder 43 is installed at a point whose position is to be measured. In the positioning system 40, a plurality of transponders 43 may be installed at different positions with respect to one positioning device 41. In FIG. 4, for ease of understanding, the positioning system 40 including one transponder 43 is illustrated, but two or more transponders 43 may be provided.

測位装置41は、複数の測位装置用アンテナ42を備える。本実施の形態では、測位装置41は、3つの測位装置用アンテナ42を備える。複数の測位装置用アンテナ42は、異なる位置に設けられる。換言すると、測位装置41は、2つ以上の異なる位置に、測位装置用アンテナ42を備える。測位装置用アンテナ42は、前述の図1に示す観測手段12に備えられる。複数の測位装置用アンテナ42は、たとえば時分割でトリガ信号を送信することによって、それぞれ独立にトランスポンダ43と電波信号の送受信ができるように構成される。   The positioning device 41 includes a plurality of positioning device antennas 42. In the present embodiment, the positioning device 41 includes three positioning device antennas 42. The plurality of positioning device antennas 42 are provided at different positions. In other words, the positioning device 41 includes positioning device antennas 42 at two or more different positions. The positioning device antenna 42 is provided in the observation means 12 shown in FIG. The plurality of positioning device antennas 42 are configured to transmit and receive radio signals to and from the transponder 43 independently, for example, by transmitting a trigger signal in a time division manner.

トランスポンダ43は、トランスポンダ用アンテナ44を備える。トランスポンダ43は、前述の第4の実施の形態におけるトランスポンダ23と同様、電波信号の送受信器と増幅器とを備えた無線装置によって実現されてもよいし、単純な電波反射器によって実現されてもよい。   The transponder 43 includes a transponder antenna 44. Similar to the transponder 23 in the fourth embodiment, the transponder 43 may be realized by a radio apparatus including a radio signal transmitter / receiver and an amplifier, or may be realized by a simple radio wave reflector. .

測位システム40は、前述の図2に示す測距システム20と同様の手順で動作する。具体的には、まず測位装置41がトランスポンダ43に向けて、各測位装置用アンテナ42を介してトリガ信号を送信する。トランスポンダ43は、測位装置41から送信されたトリガ信号をトランスポンダ用アンテナ44で受信する。トランスポンダ43は、測位装置41から送信されたトリガ信号を受信すると、直ちに、または所定の時間βが経過した後に、測位装置41に向けて、トランスポンダ用アンテナ44を介して応答信号として電波信号45を送信する。測位装置41は、トランスポンダ43から送信された電波信号45を、各測位装置用アンテナ42を介して受信する。   The positioning system 40 operates in the same procedure as the distance measuring system 20 shown in FIG. Specifically, first, the positioning device 41 transmits a trigger signal to each transponder 43 via each positioning device antenna 42. The transponder 43 receives the trigger signal transmitted from the positioning device 41 by the transponder antenna 44. When the transponder 43 receives the trigger signal transmitted from the positioning device 41, the radio signal 45 is transmitted as a response signal via the transponder antenna 44 to the positioning device 41 immediately or after a predetermined time β has elapsed. Send. The positioning device 41 receives the radio wave signal 45 transmitted from the transponder 43 via each positioning device antenna 42.

トランスポンダ43が無線装置によって実現される場合、トリガ信号と応答信号である電波信号45とは、異なっていてもよいし、同じであってもよい。トランスポンダ43が電波反射器によって実現される場合、トリガ信号が電波反射器であるトランスポンダ43で反射された信号が、応答信号である電波信号45であり、前記所定の時間βは0である。   When the transponder 43 is realized by a wireless device, the trigger signal and the radio signal 45 that is a response signal may be different or the same. When the transponder 43 is realized by a radio wave reflector, a signal reflected by the transponder 43 whose trigger signal is a radio wave reflector is a radio signal 45 which is a response signal, and the predetermined time β is zero.

本実施の形態では、モデル誤差ηとして干渉波信号46が、各測位装置用アンテナ42を介して受信されてしまう場合を考える。また干渉波信号46の総電力は、前述の式(1)に示すモデル誤差ηの大きさを定める閾値γの自乗γ2であるとする。 In the present embodiment, it is assumed that the interference wave signal 46 is received as the model error η via each positioning device antenna 42. Further, it is assumed that the total power of the interference wave signal 46 is the square γ 2 of the threshold value γ that determines the magnitude of the model error η shown in the above equation (1).

ある測位装置用アンテナ42から等距離にある点の集合は、2次元平面上で測位装置用アンテナ42を中心とする円を描く。測位装置41が2つの測位装置用アンテナ42を備える場合、2つの測位装置用アンテナ42からトランスポンダ43までの距離をそれぞれ測定すれば、トランスポンダ43の位置は平面上の2点に限定される。この場合、事前知識として、トランスポンダ43の存在範囲が限定されていれば、2つの測位装置用アンテナ42によってトランスポンダ43の位置を決定することができる。測位装置41が3つの測位装置用アンテナ42を備える場合には、3つの測位装置用アンテナ42が同一直線上でない位置関係にあれば、3つの測位装置用アンテナ42からトランスポンダ43までの距離をそれぞれ測定することによって、平面内でトランスポンダ43の位置を一意に決定することができる。   A set of points equidistant from a certain positioning device antenna 42 draws a circle centered on the positioning device antenna 42 on a two-dimensional plane. When the positioning device 41 includes two positioning device antennas 42, if the distances from the two positioning device antennas 42 to the transponder 43 are measured, the position of the transponder 43 is limited to two points on the plane. In this case, as the prior knowledge, if the existence range of the transponder 43 is limited, the position of the transponder 43 can be determined by the two positioning device antennas 42. When the positioning device 41 includes three positioning device antennas 42, the distances from the three positioning device antennas 42 to the transponder 43 are respectively determined if the three positioning device antennas 42 are not in the same straight line. By measuring, the position of the transponder 43 can be uniquely determined in the plane.

ここで、トランスポンダ43の個数をNとおき、各トランスポンダ43を添字nで区別する。たとえば複数のトランスポンダ43のうち、n個目のトランスポンダ43を第nトランスポンダ43という。測位システム40がトランスポンダ43を1つ備える場合には、このトランスポンダ43を第1トランスポンダ43という。また測位装置用アンテナ42の個数をMとおき、各測位装置用アンテナ42を添字mで区別する。たとえば複数の測位装置用アンテナ42のうち、m個目の測位装置用アンテナ42を第m測位装置用アンテナ42という。また第nトランスポンダ43の位置を2次元ベクトルで表現してrnとおき、第m測位装置用アンテナ42の位置を2次元ベクトルで表現してsmをおく。 Here, the number of transponders 43 is set to N, and each transponder 43 is distinguished by the subscript n. For example, the n-th transponder 43 among the plurality of transponders 43 is referred to as an n-th transponder 43. When the positioning system 40 includes one transponder 43, this transponder 43 is referred to as a first transponder 43. Further, the number of positioning device antennas 42 is denoted by M, and each positioning device antenna 42 is distinguished by a subscript m. For example, among the plurality of positioning device antennas 42, the m-th positioning device antenna 42 is referred to as an m-th positioning device antenna 42. The r n Distant by the position of the n transponder 43 is expressed by two-dimensional vector, placing s m represent the position of the m positioning device antenna 42 in a two-dimensional vector.

第m測位装置用アンテナ42での干渉波信号vの受信信号をvm(k)とおくと、第m測位装置用アンテナ42での受信信号zm(k)は、トランスポンダ43からの電波信号45をw(t)とし、第nトランスポンダ43からの電波信号w(t)をwn(t)とし、第m測位装置用アンテナ42で受信される雑音x(k)をxm(k)として、以下の式(40)で表される。 If the received signal of the interference wave signal v at the m-th positioning device antenna 42 is v m (k), the received signal z m (k) at the m-th positioning device antenna 42 is the radio signal from the transponder 43. 45 is w (t), radio wave signal w (t) from the n-th transponder 43 is w n (t), and noise x (k) received by the m-th positioning device antenna 42 is x m (k). Is expressed by the following formula (40).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(40)におけるαm,nは、トランスポンダ43が無線装置で実現される場合には、第nトランスポンダ43から第m測位装置用アンテナ42への電波信号45の伝播係数であり、トランスポンダ43が電波反射器で実現される場合には、第nトランスポンダ43から第m測位装置用アンテナ42への電波信号45の伝播係数の自乗に、第nトランスポンダ43の反射係数を掛け合わせたものである。式(40)におけるk、h、cおよびβは、式(17)と同様である。 Α m, n in Expression (40) is a propagation coefficient of the radio wave signal 45 from the n-th transponder 43 to the m-th positioning device antenna 42 when the transponder 43 is realized by a wireless device. When realized by a radio wave reflector, the square of the propagation coefficient of the radio wave signal 45 from the n-th transponder 43 to the m-th positioning device antenna 42 is multiplied by the reflection coefficient of the n-th transponder 43. K, h, c, and β in Formula (40) are the same as in Formula (17).

1(k)からzM(k)までを縦に並べた行列をz(k)として、受信信号zの従う確率密度関数は、zmがそれぞれ従う確率密度関数の積で表されるので、r1からrNまでを並べた行列をrとし、σ1からσMまでを並べた行列をσとして、受信信号zが従う分布の確率密度関数f〜は、以下の式(41)で表される。ただし、式(41)におけるum(k)は、以下の式(42)で定義される。 Since a matrix in which z 1 (k) to z M (k) are vertically arranged is z (k), the probability density function that the received signal z follows is represented by the product of the probability density functions that z m follows. , R 1 to r N are arranged as r, and σ 1 to σ M are arranged as σ, and the probability density function f˜ of the distribution followed by the received signal z is expressed by the following equation (41). expressed. However, u m (k) in the equation (41) is defined by the following equation (42).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
Figure 2011145128

ただし、式(41)および式(42)におけるum(k)は、u(k)の第m要素を意味する。モデル誤差が無いときの理想的な確率密度関数fは、式(42)においてv=0としたときの式(41)の確率密度関数f〜に等しい。 However, u m (k) in the equations (41) and (42) means the m-th element of u (k). The ideal probability density function f when there is no model error is equal to the probability density function f˜ of equation (41) when v = 0 in equation (42).

本実施の形態において、測位装置41の観測手段12は、トランスポンダ43からの電波信号45を受信する。推定手段13は、たとえば非特許文献1に記載の公知の手段によって、観測手段12で受信した電波信号45である受信信号からトランスポンダ43の位置を推定する。最大誤差評価手段11は、第1の実施の形態で説明した方法によって、少なくとも推定手段13が推定したトランスポンダ43の位置の推定値から、干渉波信号46がもたらす推定値の最大誤差である最大推定誤差を定量する。表示手段14は、推定手段13で推定された推定値と、最大誤差評価手段11で定量された最大推定誤差とを総合して表示することによって、測位装置41の使用者に提供する。   In the present embodiment, the observation means 12 of the positioning device 41 receives the radio signal 45 from the transponder 43. The estimation means 13 estimates the position of the transponder 43 from the received signal that is the radio wave signal 45 received by the observation means 12, for example, by a known means described in Non-Patent Document 1. The maximum error evaluation means 11 is the maximum estimation which is the maximum error of the estimated value caused by the interference wave signal 46 from at least the estimated position of the transponder 43 estimated by the estimating means 13 by the method described in the first embodiment. Quantify the error. The display means 14 provides the user of the positioning device 41 by displaying the estimated value estimated by the estimating means 13 and the maximum estimated error quantified by the maximum error evaluating means 11 together.

本実施の形態においても、第2または第3の実施の形態で説明したように、比例係数Λ、またはΛΛTを解析的に求めて最大誤差評価手段11を構成することによって、計算量を削減することができる。 Also in the present embodiment, as described in the second or third embodiment, the calculation amount is reduced by analytically obtaining the proportionality coefficient Λ or ΛΛ T and configuring the maximum error evaluation means 11. can do.

以上のように本実施の形態の測位装置41によれば、多数の干渉波信号46が存在する実際の観測環境下で、電波信号45を用いてトランスポンダ43の位置を測定するとともに、干渉波信号46がもたらす最大の測位誤差である最大推定誤差を定量し、その情報を測位装置41の使用者に提供することができる。また最大誤差評価手段11として、第2または第3の実施の形態の最大誤差評価手段11を用いることによって、前述の推定値および最大推定誤差をより少ない計算量で提供することができる。   As described above, according to the positioning device 41 of the present embodiment, the position of the transponder 43 is measured using the radio wave signal 45 in an actual observation environment where a large number of interference wave signals 46 exist, and the interference wave signal The maximum estimation error which is the maximum positioning error caused by 46 can be quantified, and the information can be provided to the user of the positioning device 41. Further, by using the maximum error evaluation unit 11 of the second or third embodiment as the maximum error evaluation unit 11, the estimated value and the maximum estimation error can be provided with a smaller calculation amount.

本実施の形態では干渉波信号をモデル誤差として最大誤差評価手段11を構成したが、製造誤差などの他のモデル誤差に対しても同様の方法で、最大誤差評価手段11を構成してもよい。   In the present embodiment, the maximum error evaluation unit 11 is configured using the interference wave signal as a model error. However, the maximum error evaluation unit 11 may be configured by a similar method for other model errors such as a manufacturing error. .

<第7の実施の形態>
次に本発明の第7の実施の形態の測位装置について説明する。本実施の形態の測位装置は、前述の図4に示す第6の実施の形態の測位装置41を、3次元空間内の位置を測定する測位装置に拡張したものである。本実施の形態の測位装置は、測定する位置が、3次元空間内の位置であること以外は、第6の実施の形態の測位装置41と同様であるので、異なる部分について説明し、図示および同様の説明を省略する。
<Seventh embodiment>
Next, a positioning device according to a seventh embodiment of the present invention will be described. The positioning device of this embodiment is obtained by extending the positioning device 41 of the sixth embodiment shown in FIG. 4 to a positioning device that measures a position in a three-dimensional space. The positioning device of the present embodiment is the same as the positioning device 41 of the sixth embodiment except that the position to be measured is a position in a three-dimensional space. Similar explanations are omitted.

前述の第6の実施の形態の測位装置41は、式(42)において、第nトランスポンダ43の位置を表すベクトルとして、2次元ベクトルrnを用い、第m測位装置用アンテナ42の位置を表すベクトルとして、2次元ベクトルsmを用いている。この式(42)において、第nトランスポンダ43の位置を表す2次元ベクトルrnおよび第m測位装置用アンテナ42の位置を表す2次元ベクトルsmを、それぞれ3次元ベクトルに変更することによって、第6の実施の形態における測位装置41を、容易に3次元空間内の位置を測定する測位装置に拡張することができる。このようにして第6の実施の形態の測位装置41を、3次元空間内の位置を測定する測位装置に拡張したものが、本実施の形態の測位装置である。 Positioning device 41 of the sixth embodiment described above, in formula (42), as a vector representing the position of the n transponder 43, using a two-dimensional vector r n, represents the position of the m positioning device antenna 42 as a vector, and using the two-dimensional vector s m. In this formula (42), by a two-dimensional vector s m which represents the position of the two-dimensional vector r n and the m positioning device antenna 42 representative of the position of the n transponder 43, to change the three-dimensional vector, respectively, the The positioning device 41 in the sixth embodiment can be easily extended to a positioning device that measures a position in a three-dimensional space. In this way, the positioning device according to the present embodiment is obtained by expanding the positioning device 41 according to the sixth embodiment to a positioning device that measures a position in a three-dimensional space.

本実施の形態の測位装置においても、同一直線上でない3つの位置に設置された測位装置用アンテナ42によって、トランスポンダ43の位置を一意に決定することができる。   Also in the positioning device of the present embodiment, the position of the transponder 43 can be uniquely determined by the positioning device antennas 42 installed at three positions that are not on the same straight line.

本実施の形態の測位装置によれば、第6の実施の形態の測位装置41と同様の効果が達成される。具体的には、多数の微弱な干渉波信号46、および電波受信機である観測手段12の製造誤差などのモデル誤差が存在する状況下でも、電波信号45を用いてトランスポンダ43の位置を測定するとともに、モデル誤差がもたらす最大の測位誤差である最大推定誤差を定量し、その情報を測位装置の使用者に提供することができる。   According to the positioning device of the present embodiment, the same effect as the positioning device 41 of the sixth embodiment is achieved. Specifically, the position of the transponder 43 is measured using the radio wave signal 45 even in a situation where there are many weak interference wave signals 46 and model errors such as manufacturing errors of the observation means 12 that is the radio wave receiver. At the same time, the maximum estimation error that is the maximum positioning error caused by the model error can be quantified, and the information can be provided to the user of the positioning device.

<第8の実施の形態>
次に本発明の第8の実施の形態の測位装置について説明する。本実施の形態の測位装置は、トランスポンダ43の位置に代えて、測位装置の位置を測定すること以外は、前述の図4に示す第6の実施の形態の測位装置41、または前述の第7の実施の形態の測位装置と同様であるので、異なる部分について説明し、図示および同様の説明を省略する。以下では、本実施の形態の測位装置についても、「測位装置41」という場合がある。
<Eighth Embodiment>
Next, a positioning device according to an eighth embodiment of the present invention will be described. The positioning device according to the present embodiment is the same as the positioning device 41 according to the sixth embodiment shown in FIG. 4 described above or the seventh device described above except that the position of the positioning device is measured instead of the position of the transponder 43. Since it is the same as the positioning device of the embodiment, different parts will be described, and illustration and similar description will be omitted. Hereinafter, the positioning device of the present embodiment may also be referred to as “positioning device 41”.

前述の第6および第7の実施の形態では、位置を測定したい地点にトランスポンダ43を設置し、トランスポンダ43の位置を測位装置41によって測定する。本実施の形態では、位置座標が判明している複数の地点にトランスポンダ43を設置し、測位装置41の位置を、その測位装置41によって測定する。この場合、測位システム40は、測位装置41と複数のトランスポンダ43とを備えて構成される。   In the above-described sixth and seventh embodiments, the transponder 43 is installed at a point where the position is desired to be measured, and the position of the transponder 43 is measured by the positioning device 41. In the present embodiment, transponders 43 are installed at a plurality of points whose position coordinates are known, and the position of the positioning device 41 is measured by the positioning device 41. In this case, the positioning system 40 includes a positioning device 41 and a plurality of transponders 43.

トランスポンダ43は、無線装置として構成しても電波反射器として構成してもよいが、観測した電波信号45から複数のトランスポンダ43を識別できるように構成する。たとえば、トランスポンダ43を無線装置として構成する場合は、複数の種類のトリガ信号を用意し、特定のトリガ信号に対して特定のトランスポンダ43のみが応答信号として電波信号45を返すようにするか、または1種類のトリガ信号に対して、トランスポンダ43毎に固有の応答信号を電波信号45として返すようにする。トランスポンダ43を電波反射器として構成する場合は、たとえば、測位装置41の測位装置用アンテナ42に指向性をもたせ、1回の計測で、測位装置41から見て特定の方向にあるトランスポンダ43の応答信号のみを電波信号45として受信できるようにする。   The transponder 43 may be configured as a wireless device or a radio wave reflector, but is configured so that a plurality of transponders 43 can be identified from the observed radio signal 45. For example, when the transponder 43 is configured as a wireless device, a plurality of types of trigger signals are prepared, and only a specific transponder 43 returns a radio signal 45 as a response signal with respect to a specific trigger signal, or A response signal unique to each transponder 43 is returned as a radio signal 45 for one type of trigger signal. When the transponder 43 is configured as a radio wave reflector, for example, the positioning device antenna 42 of the positioning device 41 has directivity, and the response of the transponder 43 in a specific direction as viewed from the positioning device 41 in one measurement. Only the signal can be received as the radio wave signal 45.

本実施の形態では、各トランスポンダ43と測位装置41の測位装置用アンテナ42との間の電波信号の伝播時間によって、各トランスポンダ43と測位装置41との間の距離が計測される。測位装置41は、位置座標が判明している少なくとも2つ以上のトランスポンダ43との間の距離を計測することによって、自装置の位置、すなわち測位装置41の位置を特定することができる。   In the present embodiment, the distance between each transponder 43 and the positioning device 41 is measured based on the propagation time of the radio signal between each transponder 43 and the positioning device antenna 42 of the positioning device 41. The positioning device 41 can specify the position of its own device, that is, the position of the positioning device 41 by measuring the distance between at least two transponders 43 whose position coordinates are known.

以上のように本実施の形態の測位装置41によれば、多数の微弱な干渉波信号、および電波受信機である観測手段12の製造誤差などのモデル誤差が存在する状況下でも、電波信号45を用いて測位装置41の位置を測定するとともに、モデル誤差がもたらす最大の測位誤差である最大推定誤差を定量し、その情報を測位装置41の使用者に提供することができる。   As described above, according to the positioning device 41 of the present embodiment, the radio wave signal 45 is present even in the presence of a number of weak interference wave signals and model errors such as manufacturing errors of the observation means 12 that is a radio wave receiver. Is used to measure the position of the positioning device 41, to quantify the maximum estimation error, which is the maximum positioning error caused by the model error, and to provide the information to the user of the positioning device 41.

<第9の実施の形態>
次に本発明の第9の実施の形態の測位装置について説明する。本実施の形態では、電波信号の到来時刻差を利用した測位装置について説明する。図5は、本発明の第9の実施の形態である測位装置51を含む測位システム50の構成を模式的に示す図である。測位システム50は、測位装置51および送信機53を備えて構成される。本実施の形態の測位装置51は、前述の第1の実施の形態の測定装置1を適用した測位装置である。したがって測位装置51は、前述の図1に示す最大誤差評価手段11、観測手段12、推定手段13、表示手段14およびセンサ19を備えて構成される。本実施の形態では、測位装置51は、モデル誤差として、微弱な干渉波信号56の影響を考慮する。
<Ninth embodiment>
Next, a positioning device according to a ninth embodiment of the present invention is described. In this embodiment, a positioning device that uses a difference in arrival times of radio signals will be described. FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a positioning system 50 including a positioning device 51 according to the ninth embodiment of the present invention. The positioning system 50 includes a positioning device 51 and a transmitter 53. The positioning device 51 of the present embodiment is a positioning device to which the measuring device 1 of the first embodiment described above is applied. Therefore, the positioning device 51 includes the maximum error evaluation means 11, the observation means 12, the estimation means 13, the display means 14, and the sensor 19 shown in FIG. In the present embodiment, the positioning device 51 considers the influence of the weak interference wave signal 56 as a model error.

測位装置51は、3つ以上の異なる位置に、測位装置用アンテナ52を備える。換言すれば、測位装置51は、測位装置用アンテナ52を3つ以上備え、これらの測位装置用アンテナ52は、異なる位置に設けられる。測位装置用アンテナ52は、前述の図1に示す観測手段12に備えられる。   The positioning device 51 includes positioning device antennas 52 at three or more different positions. In other words, the positioning device 51 includes three or more positioning device antennas 52, and these positioning device antennas 52 are provided at different positions. The positioning device antenna 52 is provided in the observation means 12 shown in FIG.

送信機53は、送信機用アンテナ54を備える。送信機53は、位置を測定したい地点に設置される。測位システム50では、1つの測位装置51に対して、複数の送信機53がそれぞれ異なる位置に設置されていてもよい。図5では、理解を容易にするために、1つの送信機53を備える測位システム50を図示しているが、送信機53は、2つ以上備えられてもよい。   The transmitter 53 includes a transmitter antenna 54. The transmitter 53 is installed at a point where the position is desired to be measured. In the positioning system 50, a plurality of transmitters 53 may be installed at different positions with respect to one positioning device 51. In FIG. 5, for ease of understanding, the positioning system 50 including one transmitter 53 is illustrated, but two or more transmitters 53 may be provided.

測位装置用アンテナ52は、送信機53から送信される電波信号55を受信する。本実施の形態では、送信機53から送信される電波信号55を受信するとき、各測位装置用アンテナ52で受信された電波信号55である受信信号に、微弱な干渉波信号56が重畳するとする。電波信号55は光速cで伝播するので、各測位装置用アンテナ52で受信された電波信号55である受信信号は、送信機53と各測位装置用アンテナ52との距離に応じて、遅れをもつ。   The positioning device antenna 52 receives the radio wave signal 55 transmitted from the transmitter 53. In the present embodiment, when the radio wave signal 55 transmitted from the transmitter 53 is received, the weak interference wave signal 56 is superimposed on the reception signal that is the radio wave signal 55 received by each positioning device antenna 52. . Since the radio signal 55 propagates at the speed of light c, the received signal, which is the radio signal 55 received by each positioning device antenna 52, has a delay according to the distance between the transmitter 53 and each positioning device antenna 52. .

今、送信機53が電波信号55を送信した正確な時刻は未知であるから、1つの測位装置用アンテナ52によって受信信号の遅れを測定することはできない。しかし、複数の測位装置用アンテナ52間での受信信号の遅れの差は測定することができる。すなわち、測位装置用アンテナ52と送信機53との距離は測定できないが、送信機53と予め定める1つの測位装置用アンテナ52との距離、および送信機53と予め定める他の測位装置用アンテナ52との距離の差は測定することができる。   Now, since the exact time at which the transmitter 53 transmits the radio signal 55 is unknown, the delay of the received signal cannot be measured by the single positioning device antenna 52. However, the difference in the delay of the received signal among the plurality of positioning device antennas 52 can be measured. That is, the distance between the positioning device antenna 52 and the transmitter 53 cannot be measured, but the distance between the transmitter 53 and one positioning device antenna 52 determined in advance, and the transmitter 53 and another positioning device antenna 52 determined in advance. The difference in distance from can be measured.

本実施の形態では、2つの測位装置用アンテナ52で受信信号の遅れの差を測定することによって、送信機53の位置を1本の双曲線上に限定することができる。したがって、相異なる2つの測位装置用アンテナ52のペアで受信信号の遅れの差を計測することによって、送信機53の位置を一意に推定することができる。   In the present embodiment, the position of the transmitter 53 can be limited to one hyperbola by measuring the difference between the delays of the received signals with the two positioning device antennas 52. Therefore, the position of the transmitter 53 can be uniquely estimated by measuring the difference in the delay of the received signal between two different positioning device antennas 52.

ここで、送信機53の個数をNとおき、各送信機53を添字nで区別する。たとえば複数の送信機53のうち、n個目の送信機53を第n送信機53という。測位システム50が送信機53を1つ備える場合には、この送信機53を第1送信機53という。また測位装置用アンテナ52の個数をMとおき、各測位装置用アンテナ52を添字mで区別する。たとえば3つ以上の測位装置用アンテナ52のうち、m個目の測位装置用アンテナ52を第m測位装置用アンテナ52という。また第n送信機53の位置座標を、2次元ベクトルで表してrnとおく。また、各測位装置用アンテナ52の位置座標を同じく2次元ベクトルで表してsmとおく。 Here, the number of transmitters 53 is set to N, and each transmitter 53 is distinguished by the subscript n. For example, the n-th transmitter 53 among the plurality of transmitters 53 is referred to as an n-th transmitter 53. When the positioning system 50 includes one transmitter 53, this transmitter 53 is referred to as a first transmitter 53. Further, the number of positioning device antennas 52 is denoted by M, and each positioning device antenna 52 is distinguished by a subscript m. For example, of the three or more positioning device antennas 52, the m-th positioning device antenna 52 is referred to as an m-th positioning device antenna 52. The addition position coordinates of the n transmitter 53, put the r n represents a two-dimensional vector. Also, placing a s m represents the position coordinates of each positioning device antenna 52 similarly in a two-dimensional vector.

このとき、第m測位装置用アンテナ52での受信信号zm(k)は、第n送信機53の送信信号55をwn(t)として、以下の式(43)で表される。ただし、式(43)において、hはサンプリング周期であり、vm(k)は第m測位装置用アンテナ52に重畳する干渉波信号であり、αm,nは第n送信機53から第m測位装置用アンテナ52への伝播係数であり、xm(k)は複素ガウス雑音である。 At this time, the received signal z m (k) at the m-th positioning device antenna 52 is expressed by the following equation (43), where the transmission signal 55 of the n-th transmitter 53 is w n (t). In Equation (43), h is a sampling period, v m (k) is an interference wave signal superimposed on the m-th positioning device antenna 52, and α m, n is m-th from the n-th transmitter 53. It is a propagation coefficient to the positioning device antenna 52, and x m (k) is complex Gaussian noise.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

1(k)からzM(k)を縦に並べた行列をz(k)として、受信信号zの従う確率密度関数f〜は、r1からrNを並べた行列をrとし、第m測位装置用アンテナ52での雑音の標準偏差をσmとし、σ1からσMを縦に並べた行列をσとすると、以下の式(44)で表される。ただし、式(44)におけるum(k)は、以下の式(45)で定義される。 A matrix in which z 1 (k) to z M (k) are arranged vertically is z (k), and the probability density function f˜ following the received signal z is r, and the matrix in which r 1 to r N are arranged is r When the standard deviation of noise at the m positioning device antenna 52 is σ m and a matrix in which σ 1 to σ M are arranged vertically is σ, the following equation (44) is obtained. However, u m (k) in the equation (44) is defined by the following equation (45).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(44)および式(45)におけるum(k)とは、u(k)の第m要素を意味する。モデル誤差が無いときの理想的な確率密度関数fは、式(45)においてv=0としたときの式(44)の確率密度関数f〜に等しい。 U m (k) in Expression (44) and Expression (45) means the m-th element of u (k). The ideal probability density function f when there is no model error is equal to the probability density function f˜ of equation (44) when v = 0 in equation (45).

ここで、式(44)に示す確率密度関数f〜を用いて、前述の第1の実施の形態と同様にして、最大誤差評価手段11を構成しようとすると問題が生じる。式(43)から判るとおり、wnとαm,nとには任意性があり、全く同じz(k)を与える複数のαm,nとwnとの組合せがあり得る。また送信機53の送信信号wnは連続信号であるので、離散的にサンプリングされた受信信号z(k)から、送信信号wnを一意に推定することはできない。このことは、まずwn(k)のパラメトライズを無限次元にし、さらに第1の実施の形態の式(6)におけるΩ22が特異行列となり、逆行列が計算できなくなるという問題を生じさせる。 Here, there is a problem if the maximum error evaluation means 11 is configured using the probability density function f˜ shown in Expression (44) in the same manner as in the first embodiment described above. As can be seen from the equation (43), w n and α m, n are arbitrary , and there can be a plurality of combinations of α m, n and w n that give exactly the same z (k). Since transmission signal w n of the transmitter 53 is a continuous signal, discretely sampled received signal z (k), it can not be uniquely estimate the transmitted signal w n. This first causes the problem that the parameter of w n (k) is made infinite, and Ω 22 in equation (6) of the first embodiment becomes a singular matrix, making it impossible to calculate the inverse matrix.

電波信号の到来時刻差を利用した測位装置において、送信機53の位置rnを推定する公知の手段においては、本実施の形態のように受信信号zを実際の観測信号としたときの確率密度関数fを最大化するr,α,σ,wを求めるのではなく、別の手段によってrだけを推定する。したがって、前述の逆行列は、そもそも計算する必要が無い。しかし、本実施の形態において、前述の第1の実施の形態に従い最大誤差評価手段11を構成するときには、前述の逆行列を計算する必要があるので、障害となる。 In the positioning device using the arrival time difference of the radio signal, the probability density of the known means for estimating the position r n of the transmitter 53, when the received signal z as in the present embodiment has an actual observed signal Instead of obtaining r, α, σ, and w that maximize the function f, only r is estimated by another means. Therefore, it is not necessary to calculate the inverse matrix described above. However, in the present embodiment, when the maximum error evaluation means 11 is configured according to the first embodiment described above, it becomes an obstacle because it is necessary to calculate the aforementioned inverse matrix.

そこで、まず式(43)の両辺を離散フーリエ変換する。離散フーリエ変換をすると、以下の式(46)に示すように表される。ただし、zm^はzmの離散フーリエ変換を表し、wn^はwnの離散フーリエ変換を表し、vm^はvmの離散フーリエ変換を表し、xm^はxmの離散フーリエ変換を表す。「zm^」、「wn^」、「vm^」および「xm^」は、記号zm、wn、vmおよびxmの上に記号「∧」をそれぞれ付した記号を表す。 Therefore, first, discrete Fourier transform is performed on both sides of the equation (43). When the discrete Fourier transform is performed, the following expression (46) is obtained. However, z m ^ represents a discrete Fourier transform of z m, w n ^ represents a discrete Fourier transform of w n, v m ^ represents a discrete Fourier transform of v m, discrete Fourier x m ^ is x m Represents a conversion. “Z m ^”, “w n ^”, “v m ^”, and “x m ^” are symbols obtained by adding a symbol “∧” on the symbols z m , w n , v m, and x m , respectively. To express.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(46)によって、w^(k)は離散信号となるので、前述の第1の実施の形態におけるζの一部としてパラメトライズすることが可能となる。   Since ^ (k) becomes a discrete signal according to the equation (46), it is possible to perform parametrization as a part of ζ in the first embodiment described above.

次に、式(44)および式(45)に示す確率密度関数f〜を、以下の式(47)および式(48)に示すように表す。   Next, the probability density functions f˜ shown in the equations (44) and (45) are expressed as shown in the following equations (47) and (48).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
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本実施の形態において、測位装置51の観測手段12は、送信機53から送信された電波信号55を受信する。推定手段13は、たとえば前述の参考文献1に記載の公知の手段によって、観測手段12で受信された電波信号55である受信信号から、少なくとも送信機53の位置を推定する。最大誤差評価手段11は、観測信号z(k)から高速フーリエ変換などを用いてz^(l)を計算し、第1の実施の形態で説明した方法によって、モデル誤差が推定値に与える最大の誤差である最大推定誤差を定量する。高速フーリエ変換は、前述の参考文献3に記載の公知の手法によって行うことができる。最大推定誤差の定量には、第1の実施の形態で説明した方法に代えて、第2または第3の実施の形態で説明した方法を適用してもよい。   In the present embodiment, the observation means 12 of the positioning device 51 receives the radio signal 55 transmitted from the transmitter 53. The estimation means 13 estimates at least the position of the transmitter 53 from the received signal, which is the radio wave signal 55 received by the observation means 12, for example, by a known means described in Reference Document 1 described above. The maximum error evaluation means 11 calculates z ^ (l) from the observation signal z (k) using fast Fourier transform or the like, and the maximum that the model error gives to the estimated value by the method described in the first embodiment. The maximum estimation error that is the error of is quantified. The fast Fourier transform can be performed by a known method described in Reference Document 3 described above. For quantifying the maximum estimation error, the method described in the second or third embodiment may be applied instead of the method described in the first embodiment.

第1〜第3の実施の形態の方法を適用する場合、確率密度関数f〜としては、式(47)および式(48)で表される確率密度関数f〜を用いる。また第1の実施の形態の式(6)におけるΩ22が特異行列になる問題に対し、比例係数Λの計算をするにあたって、式(8)を以下の式(49)に示すように変形する。ただし、Ω+ 22とは、Ω22のMoore-Penrose型の擬似逆行列を意味する。Moore-Penrose型の擬似逆行列は、たとえば前述の参考文献3に記載の公知の手法である特異値分解法で求めることができる。 When the methods of the first to third embodiments are applied, the probability density functions f˜ represented by the equations (47) and (48) are used as the probability density functions f˜. Also with respect to the first embodiment of formula (6) Omega 22 is singular in the problem, when the calculation of the proportional coefficient lambda, deform equation (8) as shown in the following equation (49) . However, the Omega + 22, means a Moore-Penrose type pseudo-inverse of the Omega 22. The Moore-Penrose-type pseudo inverse matrix can be obtained by, for example, the singular value decomposition method which is a known method described in the above-mentioned Reference 3.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

第2または第3の実施の形態の最大誤差評価手段11を本実施の形態に適用する場合、比例係数Λの定義として式(49)を採用すること以外は、第2および第3の実施の形態と同様である。   When the maximum error evaluation means 11 of the second or third embodiment is applied to this embodiment, the second and third embodiments are the same except that the equation (49) is adopted as the definition of the proportional coefficient Λ. It is the same as the form.

本実施の形態の測位装置51によれば、多数の微弱な干渉波信号56が到来する環境下において、電波信号55の到来時刻差に基づいて送信機53の位置を測定するとともに、干渉波信号56がもたらす最大の測位誤差である最大推定誤差を定量し、その情報を測位装置51の使用者に提供することができる。   According to the positioning device 51 of the present embodiment, the position of the transmitter 53 is measured based on the arrival time difference of the radio wave signal 55 in an environment where many weak interference wave signals 56 arrive, and the interference wave signal The maximum estimation error, which is the maximum positioning error caused by 56, is quantified, and the information can be provided to the user of the positioning device 51.

本実施の形態では、干渉波信号をモデル誤差として最大誤差評価手段11を構成したが、製造誤差などの他のモデル誤差に対しても同様の方法で、最大誤差評価手段を構成することができる。   In the present embodiment, the maximum error evaluation unit 11 is configured using the interference wave signal as a model error. However, the maximum error evaluation unit can be configured by a similar method for other model errors such as a manufacturing error. .

<第10の実施の形態>
次に本発明の第10の実施の形態の測位装置について説明する。本実施の形態の測位装置は、前述の図5に示す第9の実施の形態の測位装置51を、3次元空間内の位置を測定する測位装置に拡張したものである。本実施の形態の測位装置は、測定する位置が、3次元空間内の位置であること以外は、第9の実施の形態の測位装置51と同様であるので、異なる部分について説明し、図示および同様の説明を省略する。
<Tenth Embodiment>
Next, a positioning device according to a tenth embodiment of the present invention will be described. The positioning device of the present embodiment is obtained by extending the positioning device 51 of the ninth embodiment shown in FIG. 5 to a positioning device that measures a position in a three-dimensional space. The positioning device of the present embodiment is the same as the positioning device 51 of the ninth embodiment except that the position to be measured is a position in a three-dimensional space. Similar explanations are omitted.

前述の第9の実施の形態の測位装置51は、第n送信機53の位置座標を表す2次元ベクトルrnおよび各測位装置用アンテナ52の位置座標を表す2次元ベクトルsmをそれぞれ3次元ベクトルとすることによって、容易に3次元空間内の位置を測定する測位装置へ拡張することができる。このようにして第9の実施の形態の測位装置51を、3次元空間内の位置を測定する測位装置に拡張したものが、本実施の形態の測位装置である。本実施の形態では、4つの相異なる位置に測位装置用アンテナ52を設置することによって、送信機53の位置を決定することができる。 Positioning device 51 of the ninth embodiment described above, each of the three-dimensional two-dimensional vectors s m representing the position coordinates of the two-dimensional vector r n and the positioning device antenna 52 which represents the position coordinates of the n transmitter 53 By using a vector, it can be easily extended to a positioning device that measures a position in a three-dimensional space. In this way, the positioning device according to the present embodiment is obtained by expanding the positioning device 51 according to the ninth embodiment to a positioning device that measures a position in a three-dimensional space. In the present embodiment, the position of the transmitter 53 can be determined by installing the positioning device antenna 52 at four different positions.

本実施の形態の測位装置によれば、第9の実施の形態の測位装置41と同様の効果が達成される。具体的には、多数の微弱な干渉波信号56、および電波受信機である観測手段12の製造誤差などのモデル誤差が存在する状況下でも、電波信号55を用いて送信機53の位置を測定するとともに、モデル誤差がもたらす最大の測位誤差である最大推定誤差を定量し、その情報を測位装置の使用者に提供することができる。   According to the positioning device of the present embodiment, the same effect as the positioning device 41 of the ninth embodiment is achieved. Specifically, the position of the transmitter 53 is measured using the radio wave signal 55 even in the presence of a number of weak interference wave signals 56 and model errors such as manufacturing errors of the observation means 12 that is the radio wave receiver. In addition, the maximum estimation error, which is the maximum positioning error caused by the model error, can be quantified and the information can be provided to the user of the positioning device.

<第11の実施の形態>
次に本発明の第11の実施の形態の測位装置について説明する。本実施の形態の測位装置は、送信機53の位置に代えて、測位装置の位置を測定すること以外は、前述の図5に示す第9の実施の形態の測位装置51、または前述の第10の実施の形態の測位装置と同様であるので、異なる部分について説明し、図示および同様の説明を省略する。以下では、本実施の形態の測位装置についても、「測位装置51」という場合がある。
<Eleventh embodiment>
Next, a positioning device according to an eleventh embodiment of the present invention is described. The positioning device according to the present embodiment is the same as the positioning device 51 according to the ninth embodiment shown in FIG. 5 described above or the above-described first device except that the position of the positioning device is measured instead of the position of the transmitter 53. Since it is the same as that of the positioning apparatus of 10 embodiment, a different part is demonstrated and illustration and the same description are abbreviate | omitted. Hereinafter, the positioning device of the present embodiment may also be referred to as “positioning device 51”.

前述の第9および第10の実施の形態では、位置を測定したい地点に送信機53を設置し、送信機53の位置を測位装置51によって測定する。本実施の形態では、位置座標の判明している3つ以上の地点に送信機53を設置し、位置を測定したい位置に測位装置51を設置して、測位装置51の位置を測定する。この場合、測位システム50は、位置座標の判明している3つ以上の地点に設置された送信機53と、位置を測定したい地点に設置された測位装置51とを備えて構成される。   In the ninth and tenth embodiments described above, the transmitter 53 is installed at a point where the position is to be measured, and the position of the transmitter 53 is measured by the positioning device 51. In the present embodiment, the transmitter 53 is installed at three or more points whose position coordinates are known, the positioning device 51 is installed at the position where the position is desired to be measured, and the position of the positioning device 51 is measured. In this case, the positioning system 50 includes a transmitter 53 installed at three or more points whose position coordinates are known, and a positioning device 51 installed at a point whose position is to be measured.

本実施の形態では、送信機53は、測位装置51において、各送信機53から送信される電波信号55が、どの送信機53から送信されたものかを区別できるように構成される。この構成を実現するために、送信機53は、たとえば、各送信機53がそれぞれ異なるタイミングで電波信号55を送信するか、異なる周波数で電波信号55を送信するか、または相関の小さい異なる信号を電波信号55として送信するように構成される。   In the present embodiment, the transmitter 53 is configured in the positioning device 51 so that the radio wave signal 55 transmitted from each transmitter 53 can be distinguished from which transmitter 53 is transmitted. In order to realize this configuration, the transmitter 53 transmits, for example, the radio signals 55 at different timings, the radio signals 55 transmitted at different frequencies, or different signals with small correlation. It is configured to transmit as a radio wave signal 55.

本実施の形態において、測位装置51の位置は、測位装置51と1つの送信機53との距離と、測位装置51と他の送信機53との距離との差によって、1本の双曲線上に限定される。したがって、少なくとも3つ以上の送信機53を用いることによって、測位装置51の位置を一意に決定することができる。   In the present embodiment, the position of the positioning device 51 is on one hyperbola due to the difference between the distance between the positioning device 51 and one transmitter 53 and the distance between the positioning device 51 and another transmitter 53. Limited. Therefore, the position of the positioning device 51 can be uniquely determined by using at least three or more transmitters 53.

本実施の形態の測位装置51によれば、多数の微弱な干渉波信号56、および電波受信機である観測手段12の製造誤差などのモデル誤差が存在する状況下でも、電波信号55を用いて測位装置51の位置を測定するとともに、モデル誤差がもたらす最大の測位誤差である最大推定誤差を定量し、その情報を測位装置51の使用者に提供することができる。   According to the positioning device 51 of the present embodiment, the radio wave signal 55 is used even under a situation where there are many weak interference wave signals 56 and model errors such as manufacturing errors of the observation means 12 that is a radio wave receiver. While measuring the position of the positioning device 51, the maximum estimation error that is the maximum positioning error caused by the model error can be quantified, and the information can be provided to the user of the positioning device 51.

<第12の実施の形態>
次に本発明の第12の実施の形態について説明する。図6は、本発明の第12の実施の形態である測角装置61の構成を模式的に示す図である。本実施の形態の測角装置61は、前述の第1の実施の形態の測定装置1を適用した測角装置である。したがって測角装置61は、前述の図1に示す最大誤差評価手段11、観測手段12、推定手段13、表示手段14およびセンサ19を備えて構成される。測角装置61は、不図示の電波源から到来する電波信号63の到来方位を推定する。本実施の形態では、測角装置61は、モデル誤差として、微弱な多数の干渉波信号64の影響、すなわち干渉波信号64によって生じる誤差を考慮する。
<Twelfth embodiment>
Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of the angle measuring device 61 according to the twelfth embodiment of the present invention. The angle measuring device 61 of the present embodiment is a angle measuring device to which the measuring device 1 of the first embodiment described above is applied. Accordingly, the angle measuring device 61 includes the maximum error evaluation unit 11, the observation unit 12, the estimation unit 13, the display unit 14, and the sensor 19 shown in FIG. The angle measuring device 61 estimates the arrival direction of a radio signal 63 coming from a radio source (not shown). In the present embodiment, the angle measuring device 61 considers the influence of many weak interference wave signals 64, that is, an error caused by the interference wave signal 64 as a model error.

測角装置61は、複数、すなわち2つ以上の測角装置用アンテナ62を備える。複数の測角装置用アンテナ62は、近接して設置される。複数の測角装置用アンテナ62は、前述の図1に示す観測手段12に備えられる。   The angle measuring device 61 includes a plurality of, ie, two or more angle measuring device antennas 62. The plurality of angle measuring device antennas 62 are installed close to each other. The plurality of angle measuring device antennas 62 are provided in the observation means 12 shown in FIG.

測角装置61は、到来した電波信号63の到来方位を推定する。到来する電波信号63の個数をNとおき、各電波信号を添字nで区別する、たとえば、到来する複数の電波信号63のうち、n個目の電波信号63を第n電波信号63という。図6では、理解を容易にするために、電波信号63を1つ示している。この場合、この1つの電波信号63が、第1電波信号63となる。   The angle measuring device 61 estimates the arrival direction of the incoming radio signal 63. The number of incoming radio signals 63 is denoted by N, and each radio signal is distinguished by a subscript n. For example, the nth radio signal 63 among a plurality of incoming radio signals 63 is referred to as an nth radio signal 63. In FIG. 6, one radio wave signal 63 is shown for easy understanding. In this case, this one radio signal 63 becomes the first radio signal 63.

また測角装置用アンテナ62の個数をMとおき、各測角装置用アンテナ62を添字mで区別する。たとえば、複数の測角装置用アンテナ62のうち、m個目の測角装置用アンテナ62を第m測角装置用アンテナ62という。本実施の形態では、複数の測角装置用アンテナ62は、1つの電波信号63の受信強度が各測角装置用アンテナ62で変化せず、ベースバンド信号の波形も同じとみなせるほど近接して設置されているものとする。また本実施の形態では、モデル誤差として、各測角装置用アンテナ62で受信される電波信号63に干渉波信号64が重畳するものとする。   Further, the number of angle measuring device antennas 62 is denoted by M, and each angle measuring device antenna 62 is distinguished by the subscript m. For example, among the plurality of angle measuring device antennas 62, the m-th angle measuring device antenna 62 is referred to as an m-th angle measuring device antenna 62. In the present embodiment, the plurality of angle measuring device antennas 62 are close enough that the reception intensity of one radio wave signal 63 does not change in each angle measuring device antenna 62 and the waveform of the baseband signal can be regarded as the same. It shall be installed. In the present embodiment, it is assumed that the interference wave signal 64 is superimposed on the radio wave signal 63 received by each angle measuring device antenna 62 as a model error.

ここで、測角装置61の基準位置を1つとり、その座標を2次元ベクトルs0とおく。さらに第m測角装置用アンテナ62(m=1,・・・,M)の位置座標を2次元ベクトルsmとおく。ここで、第n電波信号63を位置s0で受信したと仮定した場合の受信信号をwn(k)とおく。第n電波信号63が、xy座標平面上でx軸の正方向を0°として反時計回りに角度θの方向から到来したとすると、第m測角装置用アンテナ62での第n電波信号63の受信信号は、wn(k)に対し、以下の式(50)および式(51)で表される位相差をもつ。ただし、式(50)および式(51)において、λは電波信号63の中心周波数の波長である。 Here, one reference position of the angle measuring device 61 is taken and its coordinates are set as a two-dimensional vector s 0 . Further m-th angle measuring device antenna 62 (m = 1, ···, M) is denoted by 2-dimensional vectors s m position coordinates of. Here, a received signal assuming that the n-th radio signal 63 is received at the position s 0 is set to w n (k). Assuming that the n-th radio signal 63 arrives from the direction of the angle θ counterclockwise with the positive direction of the x-axis as 0 ° on the xy coordinate plane, the n-th radio signal 63 at the m-th angle measuring device antenna 62 is obtained. The received signal has a phase difference expressed by the following equations (50) and (51) with respect to w n (k). However, in Formula (50) and Formula (51), λ is the wavelength of the center frequency of the radio signal 63.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(50)および式(51)から、第m測角装置用アンテナ62での受信信号をzm(k)とし、z1からzMを縦に並べた行列をzとおくと、測角装置61の受信信号z(k)は、以下の式(52)および式(53)で表される。ただし、式(52)および式(53)において、w(k)はwn(k)を縦に並べた行列であり、vはvm(k)を縦に並べた行列であり、vm(k)は第m測角装置用アンテナ62で受信した干渉波信号64であり、x(k)は雑音であり、m次元複素ガウス分布に従うとみなせる。 From Equation (50) and Equation (51), if the received signal at the antenna 62 for the m-th angle measuring device is z m (k) and a matrix in which z 1 to z M are arranged vertically is z, The reception signal z (k) of the device 61 is expressed by the following equations (52) and (53). However, in Formula (52) and Formula (53), w (k) is a matrix in which w n (k) is vertically arranged, v is a matrix in which v m (k) is vertically arranged, and v m (K) is an interference wave signal 64 received by the m-th angle measuring device antenna 62, and x (k) is noise, which can be considered to follow an m-dimensional complex Gaussian distribution.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
Figure 2011145128

式(50)および式(51)から、受信信号zが従う分布の確率密度関数f〜は、以下の式(54)で表される。ただし、式(54)において、θはθnを縦に並べた行列である。 From Expression (50) and Expression (51), the probability density function f˜ of the distribution that the received signal z follows is expressed by the following Expression (54). However, in Expression (54), θ is a matrix in which θ n is arranged vertically.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

モデル誤差が無い場合に受信信号zが従う理想的な確率密度関数fは、式(54)においてv=0としたときの確率密度関数f〜に等しい。   The ideal probability density function f followed by the received signal z when there is no model error is equal to the probability density function f˜ when v = 0 in the equation (54).

本実施の形態において、観測手段12は、不図示の電波源から到来する電波信号63を受信する。推定手段13は、実際の受信信号をzとして、たとえば前述の参考文献1に記載の公知の手段によって、確率密度関数fを最大にするθ,σ,wのうち、少なくともθを求める。σ,wの推定値は、θから求めることができる。最大誤差評価手段11は、確率密度関数f〜に基づいて、第1の実施の形態と同様に構成される。   In the present embodiment, the observation means 12 receives a radio signal 63 coming from a radio source (not shown). The estimation unit 13 obtains at least θ among θ, σ, and w that maximizes the probability density function f, for example, by a known unit described in the above-mentioned Reference Document 1, where z is an actual received signal. Estimated values of σ and w can be obtained from θ. The maximum error evaluation means 11 is configured in the same manner as in the first embodiment based on the probability density function f˜.

本実施の形態においても、第2または第3の実施の形態のように、比例係数Λ、またはΛΛTを解析的に求めて最大誤差評価手段11を構成してよい。これによって、計算量を削減することができる。 Also in the present embodiment, the maximum error evaluation means 11 may be configured by analytically obtaining the proportional coefficient Λ or ΛΛ T as in the second or third embodiment. Thereby, the amount of calculation can be reduced.

本実施の形態の測角装置61によれば、多数の微弱な干渉波信号64が到来する環境下においても、電波信号63の到来方位を測定するとともに、干渉波信号64がもたらす最大の測角誤差である最大推定誤差を定量し、その情報を測角装置61の使用者に提供することができる。また最大誤差評価手段11として、第2または第3の実施の形態の最大誤差評価手段11を用いることによって、推定値である前述の電波信号63の到来方位および最大推定誤差をより少ない計算量で提供することができる。   According to the angle measuring device 61 of the present embodiment, even in an environment where a large number of weak interference wave signals 64 arrive, the arrival angle of the radio wave signal 63 is measured and the maximum angle measurement caused by the interference wave signal 64 is achieved. The maximum estimation error, which is an error, is quantified, and the information can be provided to the user of the angle measuring device 61. Further, by using the maximum error evaluation means 11 of the second or third embodiment as the maximum error evaluation means 11, the arrival direction and the maximum estimation error of the radio wave signal 63, which are estimated values, can be reduced with a smaller calculation amount. Can be provided.

本実施の形態では、干渉波信号をモデル誤差として最大誤差評価手段11を構成したが、製造誤差などの他のモデル誤差に対しても同様にして最大誤差評価手段11を構成することができる。   In the present embodiment, the maximum error evaluation unit 11 is configured using the interference wave signal as a model error. However, the maximum error evaluation unit 11 can be configured similarly for other model errors such as a manufacturing error.

<第13の実施の形態>
次に本発明の第13の実施の形態の測角装置について説明する。本実施の形態の測角装置は、前述の図6に示す第12の実施の形態の測角装置61を、3次元空間内で電波信号63の到来方位を測定する測角装置に拡張したものである。本実施の形態の測角装置は、電波信号63の到来方位を測定する範囲が3次元空間内であること以外は、第12の実施の形態の測角装置61と同様であるので、異なる部分について説明し、図示および同様の説明を省略する。
<Thirteenth embodiment>
Next, an angle measuring apparatus according to a thirteenth embodiment of the present invention will be described. The angle measuring device of the present embodiment is obtained by extending the angle measuring device 61 of the twelfth embodiment shown in FIG. 6 to a angle measuring device that measures the arrival direction of the radio signal 63 in a three-dimensional space. It is. The angle measuring device according to the present embodiment is the same as the angle measuring device 61 according to the twelfth embodiment except that the range in which the arrival direction of the radio signal 63 is measured is in a three-dimensional space. The illustration and the similar description are omitted.

本実施の形態の測角装置は、前述の第12の実施の形態の測角装置61において、測角装置用アンテナ62の位置座標smを3次元ベクトルとし、Πnを以下の式(55)で表すことによって、実現することができる。 Angle measuring device of the present embodiment, the angle measuring device 61 of the twelfth embodiment described above, measuring the position coordinates s m corner device antenna 62 and a three-dimensional vector, the following equation [pi n (55 ) Can be realized.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

本実施の形態の測角装置は、具体的には、x軸方向の正方向を基準にxy平面上で半時計周りに方位角をとり、z軸方向に仰角をとったとき、3次元空間内で電波信号63の到来方位、具体的には方位角θおよび仰角ρを推定する。   Specifically, the angle measuring device of the present embodiment has a three-dimensional space when the azimuth is taken counterclockwise on the xy plane with respect to the positive direction in the x-axis direction and the elevation angle is taken in the z-axis direction. The arrival direction of the radio signal 63, specifically, the azimuth angle θ and the elevation angle ρ are estimated.

本実施の形態の測角装置によれば、多数の微弱な干渉波信号64、および電波受信機である観測手段12の製造誤差などのモデル誤差が存在する状況下でも、電波信号63を用いて電波信号63の到来方位を測定するとともに、モデル誤差がもたらす最大の測角誤差である最大推定誤差を定量し、その情報を測角装置の使用者に提供することができる。   According to the angle measuring device of the present embodiment, the radio wave signal 63 is used even under a situation where there are many weak interference wave signals 64 and model errors such as manufacturing errors of the observation means 12 that is a radio wave receiver. While measuring the arrival direction of the radio wave signal 63, the maximum estimation error, which is the maximum angle measurement error caused by the model error, is quantified, and the information can be provided to the user of the angle measuring device.

<第14の実施の形態>
次に本発明の第14の実施の形態の測位装置について説明する。図7は、本発明の第14の実施の形態である測位装置71を含む測位システム70の構成を模式的に示す図である。測位システム70は、測位装置71およびトランスポンダ73を備えて構成される。本実施の形態の測位装置71は、前述の第1の実施の形態の測定装置1を適用した測位装置である。したがって測位装置71は、前述の図1に示す最大誤差評価手段11、観測手段12、推定手段13、表示手段14およびセンサ19を備えて構成される。測位装置71は、電波信号76の到来角度の推定と、到来時刻の推定とを行うことによって、トランスポンダ73の位置を測定する。
<Fourteenth embodiment>
Next, a positioning apparatus according to a fourteenth embodiment of the present invention is described. FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of a positioning system 70 including a positioning device 71 according to the fourteenth embodiment of the present invention. The positioning system 70 includes a positioning device 71 and a transponder 73. The positioning device 71 of the present embodiment is a positioning device to which the measuring device 1 of the first embodiment described above is applied. Therefore, the positioning device 71 includes the maximum error evaluation means 11, the observation means 12, the estimation means 13, the display means 14, and the sensor 19 shown in FIG. The positioning device 71 measures the position of the transponder 73 by estimating the arrival angle of the radio signal 76 and estimating the arrival time.

トランスポンダ73は、位置を測定したい地点に設置される。測位システム70では、1つの測位装置71に対して、複数のトランスポンダ73がそれぞれ異なる位置に設置されていてもよい。図7では、理解を容易にするために、1つのトランスポンダ73を備える測位システム70を図示しているが、トランスポンダ73は、2つ以上備えられてもよい。   The transponder 73 is installed at a point whose position is to be measured. In the positioning system 70, a plurality of transponders 73 may be installed at different positions with respect to one positioning device 71. In FIG. 7, for ease of understanding, a positioning system 70 including one transponder 73 is illustrated, but two or more transponders 73 may be provided.

測位装置71は、複数の測位装置用アンテナ72を備える。本実施の形態では、測位装置71は、3つの測位装置用アンテナ72を備える。複数の測位装置用アンテナ72は、近接して設置される。測位装置用アンテナ72は、前述の図1に示す観測手段12に備えられる。測位装置71は、複数の測位装置用アンテナ72のうちの少なくとも1つ、または複数の測位装置用アンテナ72以外の別のアンテナから、トリガ信号75をトランスポンダ73に向けて送信する。   The positioning device 71 includes a plurality of positioning device antennas 72. In the present embodiment, the positioning device 71 includes three positioning device antennas 72. The plurality of positioning device antennas 72 are installed close to each other. The positioning device antenna 72 is provided in the observation means 12 shown in FIG. The positioning device 71 transmits a trigger signal 75 to the transponder 73 from at least one of the plurality of positioning device antennas 72 or another antenna other than the plurality of positioning device antennas 72.

トランスポンダ73は、トランスポンダ用アンテナ74を備える。測位システム70は、前述の第4の実施の形態におけるトランスポンダ23と同様、電波信号の送受信器と増幅器とを備えた無線装置によって実現されてもよいし、単純な電波反射器によって実現されてもよい。   The transponder 73 includes a transponder antenna 74. The positioning system 70 may be realized by a wireless device including a radio signal transmitter / receiver and an amplifier, as in the case of the transponder 23 in the above-described fourth embodiment, or may be realized by a simple radio wave reflector. Good.

本実施の形態では、モデル誤差として、個別の測位装置用アンテナ72で干渉波信号77が受信されてしまう場合を考える。トランスポンダ73は、測位装置71から送信されたトリガ信号75を受信すると、直ちに、または所定の時間βが経過した後に、測位装置71に向けて、トランスポンダ用アンテナ74を介して応答信号として電波信号76を送信する。測位装置71は、トランスポンダ73から送信された応答信号76を、複数の測位装置用アンテナ72を介して受信する。   In the present embodiment, a case is considered in which an interference wave signal 77 is received by an individual positioning device antenna 72 as a model error. When the transponder 73 receives the trigger signal 75 transmitted from the positioning device 71, the radio signal 76 is sent as a response signal to the positioning device 71 via the transponder antenna 74 immediately or after a predetermined time β has elapsed. Send. The positioning device 71 receives the response signal 76 transmitted from the transponder 73 via a plurality of positioning device antennas 72.

ここで、測位装置用アンテナ72の個数をMとおき、各測位装置用アンテナ72を添字mで区別する。たとえば複数の測位装置用アンテナ72のうち、m個目の測位装置用アンテナ72を第m測位装置用アンテナ72という。またトランスポンダ73の個数をNとおき、各トランスポンダ73を添字nで区別する。たとえば複数のトランスポンダ73のうち、n個目のトランスポンダ73を第nトランスポンダ73という。測位システム70がトランスポンダ73を1つ備える場合には、このトランスポンダ73を第1トランスポンダ73という。   Here, the number of positioning device antennas 72 is denoted by M, and each positioning device antenna 72 is distinguished by a suffix m. For example, among the plurality of positioning device antennas 72, the m-th positioning device antenna 72 is referred to as an m-th positioning device antenna 72. Further, the number of transponders 73 is set to N, and each transponder 73 is distinguished by the subscript n. For example, the n-th transponder 73 among the plurality of transponders 73 is referred to as an n-th transponder 73. When the positioning system 70 includes one transponder 73, this transponder 73 is referred to as a first transponder 73.

第nトランスポンダ73からの応答信号76をwn(t)とおくと、第m測位装置用アンテナ72での受信信号zm(k)は、以下の式(56)で表される。 When the response signal 76 from the n-th transponder 73 is set to w n (t), the received signal z m (k) at the m-th positioning device antenna 72 is expressed by the following equation (56).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

ただし、式(56)におけるs0は、測位装置71の基準位置の座標であり、smは第m測位装置用アンテナ72の座標であり、rnは第nトランスポンダ73の座標である。また式(56)におけるαnは、トランスポンダ73が無線装置で実現される場合には、第nトランスポンダ73から測位装置71の基準位置への応答信号76の伝播係数であり、トランスポンダ73が電波反射器で構成される場合には、第nトランスポンダ73から測位装置71の基準位置への応答信号76の伝播係数の自乗に、第nトランスポンダ73の反射係数を掛け合わせたものである。また式(56)におけるθnは、第nトランスポンダ73の、測位装置71の基準位置から見た方位であり、φm(θn)は、電波信号である応答信号76の到来方位によってもたらされる各測位装置用アンテナ72での位相差である。 However, s 0 in the formula (56) are the coordinates of the reference position of the positioning apparatus 71, s m is the coordinates of the m positioning device antenna 72, r n are the coordinates of the n transponder 73. In addition, α n in the equation (56) is a propagation coefficient of the response signal 76 from the n-th transponder 73 to the reference position of the positioning device 71 when the transponder 73 is realized by a wireless device. In this case, the square of the propagation coefficient of the response signal 76 from the nth transponder 73 to the reference position of the positioning device 71 is multiplied by the reflection coefficient of the nth transponder 73. In Equation (56), θ n is the direction of the n-th transponder 73 viewed from the reference position of the positioning device 71, and φ mn ) is caused by the arrival direction of the response signal 76 that is a radio signal. This is the phase difference at each positioning device antenna 72.

各測位装置用アンテナ72での位相差φm(θn)は、具体的には以下の式(57)で表される。式(57)におけるθnは、以下の式(58)で表される。式(58)におけるE1は以下の式(59)で表され、E2は以下の式(60)で表される。ただし、Πnは、式(51)と同じである。 The phase difference φ mn ) at each positioning device antenna 72 is specifically expressed by the following equation (57). Θ n in the equation (57) is expressed by the following equation (58). E 1 in the formula (58) is represented by the following formula (59), and E 2 is represented by the following formula (60). However, Π n is the same as in equation (51).

Figure 2011145128
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Figure 2011145128
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Figure 2011145128
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Figure 2011145128
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また式(56)において、vm(k)は、第m測位装置用アンテナ72で受信された受信信号に重畳した干渉波信号77であり、xm(k)はガウス分布に従うものとみなせる雑音である。 In Expression (56), v m (k) is an interference wave signal 77 superimposed on the received signal received by the m-th positioning device antenna 72, and x m (k) is noise that can be regarded as following a Gaussian distribution. It is.

以上のことから、受信信号zが従う分布の確率密度関数f〜は、以下の式(61)および式(62)で表される。ただし、式(61)および式(62)において、rはrnを並べた行列であり、σは雑音の標準偏差である。またz(k)は、z1(k)からzM(k)を縦に並べた行列であり、v(k)は、v1(k)からvM(k)を縦に並べた行列である。 From the above, the probability density function f˜ of the distribution that the received signal z follows is expressed by the following equations (61) and (62). However, in the formula (61) and formula (62), r is a matrix obtained by arranging r n, sigma is the standard deviation of the noise. Z (k) is a matrix in which z 1 (k) to z M (k) are vertically arranged, and v (k) is a matrix in which v 1 (k) to v M (k) are vertically arranged. It is.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

Figure 2011145128
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モデル誤差が無い場合に受信信号zが従う理想的な確率密度関数fは、式(61)においてv=0としたときの確率密度関数f〜に等しい。   The ideal probability density function f followed by the received signal z when there is no model error is equal to the probability density function f˜ when v = 0 in the equation (61).

本実施の形態において、測位装置71の観測手段12は、トランスポンダ73から送信される応答信号76を受信する。推定手段13は、実際の受信信号をzとして、たとえば前述の参考文献1に記載の公知の手段によって、確率密度関数fを最大にするr,σのうち、少なくともrを求める。σの推定値はrから求めることができる。最大誤差評価手段11は、確率密度関数f〜に基づいて、第1の実施の形態と同様に構成される。   In the present embodiment, the observation means 12 of the positioning device 71 receives the response signal 76 transmitted from the transponder 73. The estimation means 13 obtains at least r out of r and σ that maximizes the probability density function f, for example, by a known means described in Reference Document 1 described above, where z is the actual received signal. The estimated value of σ can be obtained from r. The maximum error evaluation means 11 is configured in the same manner as in the first embodiment based on the probability density function f˜.

本実施の形態においても、第1の実施の形態の最大誤差評価手段11に代えて、第2または第3の実施の形態の最大誤差評価手段11を用いてもよい。   Also in the present embodiment, the maximum error evaluation means 11 of the second or third embodiment may be used instead of the maximum error evaluation means 11 of the first embodiment.

本実施の形態の測位装置71によれば、多数の微弱な干渉波信号77が到来する環境下においても、トランスポンダ73の位置を測定するとともに、干渉波信号77がもたらす最大の測位誤差である最大推定誤差を定量し、その情報を測位装置71の使用者に提供することができる。   According to the positioning device 71 of the present embodiment, the position of the transponder 73 is measured and the maximum positioning error that is caused by the interference wave signal 77 is obtained even in an environment where many weak interference wave signals 77 arrive. The estimation error can be quantified and the information can be provided to the user of the positioning device 71.

本実施の形態では、干渉波信号77をモデル誤差として最大誤差評価手段11を構成したが、製造誤差などの他のモデル誤差に対しても同様にして、最大誤差評価手段11を構成することができる。   In the present embodiment, the maximum error evaluation unit 11 is configured using the interference wave signal 77 as a model error. However, the maximum error evaluation unit 11 may be configured in the same manner for other model errors such as a manufacturing error. it can.

<第15の実施の形態>
次に本発明の第15の実施の形態の測位装置について説明する。本実施の形態の測位装置は、前述の図7に示す第14の実施の形態の測位装置71を、3次元空間内でトランスポンダ73の位置を測定する測位装置に拡張したものである。本実施の形態の測位装置は、3次元空間内で位置を測定すること以外は、第14の実施の形態の測位装置71と同様であるので、異なる部分について説明し、図示および同様の説明を省略する。
<Fifteenth embodiment>
Next, a positioning device according to a fifteenth embodiment of the present invention is described. The positioning device of the present embodiment is obtained by extending the positioning device 71 of the fourteenth embodiment shown in FIG. 7 described above to a positioning device that measures the position of the transponder 73 in a three-dimensional space. The positioning device according to the present embodiment is the same as the positioning device 71 according to the fourteenth embodiment except that the position is measured in a three-dimensional space. Omitted.

本実施の形態の測位装置は、前述の第14の実施の形態の測位装置71において、第m測位装置用アンテナ72の位置座標を表す2次元ベクトルsmおよび第nトランスポンダ73の位置座標を表す2次元ベクトルrnをそれぞれ3次元ベクトルとし、Πnを前述の第13の実施の形態において式(55)で示されるΠnとし、さらに第nトランスポンダ73の方位角をθnとし、仰角をρnとすることによって、容易に実現することができる。 Positioning device of the present embodiment, the positioning device 71 of the fourteenth embodiment described above represents the position coordinates of the two-dimensional vectors s m and the n transponder 73 which represents the position coordinates of the m positioning device antenna 72 the two-dimensional vector r n a 3-dimensional vector, respectively, and [pi n of the formula (55) in the thirteenth embodiment of the [pi n of the foregoing, further azimuth and theta n of the n transponder 73, the elevation angle By setting ρ n , it can be easily realized.

本実施の形態の測位装置によれば、第14の実施の形態の測位装置71と同様の効果が達成される。具体的には、多数の微弱な干渉波信号77が到来する環境下、および観測手段12の製造誤差などが存在する状況下でも、電波信号である応答信号76を用いてトランスポンダ73の位置を測定するとともに、モデル誤差がもたらす最大の測位誤差を最大推定誤差として定量し、その情報を測位装置の使用者に提供することができる。   According to the positioning device of the present embodiment, the same effect as the positioning device 71 of the fourteenth embodiment is achieved. Specifically, the position of the transponder 73 is measured by using the response signal 76 that is a radio wave signal even in an environment where a large number of weak interference wave signals 77 arrive and in a situation where manufacturing errors of the observation means 12 exist. In addition, the maximum positioning error caused by the model error can be quantified as the maximum estimation error, and the information can be provided to the user of the positioning device.

<第16の実施の形態>
次に本発明の第16の実施の形態の測位装置について説明する。図8は、本発明の第16の実施の形態であるに測位装置81を含む測位システム80の構成を模式的に示す図である。測位システム80は、測位装置81および送信機83を備えて構成される。本実施の形態の測位装置81は、前述の第1の実施の形態の測定装置1を適用した測位装置である。したがって測位装置81は、前述の図1に示す最大誤差評価手段11、観測手段12、推定手段13、表示手段14およびセンサ19を備えて構成される。測位装置81は、送信機83の位置を測定する。本実施の形態では、測位装置81は、モデル誤差として、微弱な多数の干渉波信号86の影響を考慮する。
<Sixteenth Embodiment>
Next, a positioning device according to a sixteenth embodiment of the present invention is described. FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a positioning system 80 including a positioning device 81 according to the sixteenth embodiment of the present invention. The positioning system 80 includes a positioning device 81 and a transmitter 83. The positioning device 81 of the present embodiment is a positioning device to which the measuring device 1 of the first embodiment described above is applied. Therefore, the positioning device 81 includes the maximum error evaluation unit 11, the observation unit 12, the estimation unit 13, the display unit 14, and the sensor 19 shown in FIG. The positioning device 81 measures the position of the transmitter 83. In the present embodiment, the positioning device 81 considers the influence of many weak interference wave signals 86 as model errors.

測位システム80では、複数の測位装置81が、十分に離隔した位置に設置される。図8では、理解を容易にするために、2つの測位装置81を備える測位システム80を図示しているが、測位装置81は、3つ以上備えられてもよい。各測位装置81は、複数の測位装置用アンテナ82を備える。各測位装置81において、複数の測位装置用アンテナ82は、近接して設置される。各測位装置81は、少なくとも2つ以上の測位装置用アンテナ82を備える。図8では、各測位装置81が、3つの測位装置用アンテナ82を備える場合を図示している。測位装置用アンテナ82は、前述の図1に示す観測手段12に備えられる。測位装置81は、各測位装置用アンテナ82を介して、送信機83から送信される電波信号85を受信する。   In the positioning system 80, a plurality of positioning devices 81 are installed at sufficiently separated positions. In FIG. 8, for ease of understanding, a positioning system 80 including two positioning devices 81 is illustrated, but three or more positioning devices 81 may be provided. Each positioning device 81 includes a plurality of positioning device antennas 82. In each positioning device 81, a plurality of positioning device antennas 82 are installed close to each other. Each positioning device 81 includes at least two positioning device antennas 82. FIG. 8 illustrates a case where each positioning device 81 includes three positioning device antennas 82. The positioning device antenna 82 is provided in the observation means 12 shown in FIG. The positioning device 81 receives a radio wave signal 85 transmitted from the transmitter 83 via each positioning device antenna 82.

送信機83は、送信機用アンテナ84を備える。送信機83は、位置を測定したい地点に設置される。図8では、理解を容易にするために、1つの送信機83を備える測位システム80を図示しているが、測位システム80は、複数の送信機83を備えて構成され、各送信機83が異なる位置に設置されていてもよい。   The transmitter 83 includes a transmitter antenna 84. The transmitter 83 is installed at a point where the position is desired to be measured. In FIG. 8, for ease of understanding, a positioning system 80 including one transmitter 83 is illustrated. However, the positioning system 80 includes a plurality of transmitters 83, and each transmitter 83 is configured with each transmitter 83. It may be installed at different positions.

本実施の形態では、測位装置81が、各測位装置用アンテナ82を介して、送信機83から送信される電波信号85を受信するときに、モデル誤差として、多数の微弱な干渉波信号86も受信してしまう場合を考える。   In the present embodiment, when the positioning device 81 receives a radio wave signal 85 transmitted from the transmitter 83 via each positioning device antenna 82, a number of weak interference wave signals 86 are also generated as model errors. Consider the case of receiving.

ここで、測位装置81の個数をLとおき、各測位装置81を添字エル(l)で区別する。たとえば複数の測位装置81のうち、l個目の測位装置81を第l測位装置81という。また第l測位装置81に備えられる測位装置用アンテナ82の個数をMlとおき、各測位装置用アンテナ82を添字mで区別する。たとえば複数の測位装置用アンテナ82のうち、m個目の測位装置用アンテナ82を第m測位装置用アンテナ82という。また送信機83の個数をNとおき、各送信機83を添字nで区別する。たとえば複数の送信機83のうち、n個目の送信機83を第n送信機83という。測位システム80が送信機83を1つ備える場合には、この送信機83を第1送信機83という。 Here, the number of positioning devices 81 is set to L, and each positioning device 81 is distinguished by the subscript L (l). For example, the l-th positioning device 81 among the plurality of positioning devices 81 is referred to as an l-th positioning device 81. Further, the number of positioning device antennas 82 provided in the l-th positioning device 81 is set as M l , and each positioning device antenna 82 is distinguished by the suffix m. For example, of the plurality of positioning device antennas 82, the m-th positioning device antenna 82 is referred to as an m-th positioning device antenna 82. Further, the number of transmitters 83 is set as N, and each transmitter 83 is distinguished by a subscript n. For example, the n-th transmitter 83 among the plurality of transmitters 83 is referred to as an n-th transmitter 83. When the positioning system 80 includes one transmitter 83, this transmitter 83 is referred to as a first transmitter 83.

第l測位装置81の基準となる座標を1つ決め、それをblとおく。さらに第l測位装置81の第m測位装置用アンテナ82の位置をrl,mとおくと、第l測位装置81の第m測位装置用アンテナ82での受信信号zl,m(k)は、以下の式(63)で表される。ただし、式(63)において、wl,nは、第l測位装置81の基準位置での受信信号であり、vl,mは干渉波信号であり、xl,mはガウス分布に従うものとみなせる雑音である。 Determining one coordinate to the l positioning device 81, placing it and b l. Further, if the position of the m-th positioning device antenna 82 of the l-th positioning device 81 is set to r l, m , the received signal z l, m (k) at the m-th positioning device antenna 82 of the l-th positioning device 81 is And expressed by the following equation (63). In Equation (63), w l, n is a received signal at the reference position of the l-th positioning device 81, v l, m is an interference wave signal, and x l, m follows a Gaussian distribution. It can be regarded as noise.

Figure 2011145128
Figure 2011145128

また、式(63)におけるφl,m(θl,n)、θl,nおよびΠl,nは、それぞれ以下の式(64)、式(65)および式(66)で表される。 Also, φ l, ml, n ), θ l, n and Π l, n in equation (63) are represented by the following equations (64), (65) and (66), respectively. .

Figure 2011145128
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Figure 2011145128
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Figure 2011145128
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式(63)〜式(66)から、受信信号zが従う分布の確率密度関数f〜は、以下の式(67)で表される。   From Expression (63) to Expression (66), the probability density function f to the distribution that the received signal z follows is expressed by the following Expression (67).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

ただし、式(67)において、rはrnを並べた行列であり、σはσlを並べた行列であり、σlは第l測位装置81での雑音の標準偏差である。また、zはzlを並べた行列であり、zlはzl,mを並べた行列である。wはwlを並べた行列であり、wlはwl,mを並べた行列である。vはvlを並べた行列であり、vlはvl,mを並べた行列である。 However, in the formula (67), r is a matrix obtained by arranging r n, sigma is a matrix obtained by arranging sigma l, the sigma l is the standard deviation of noise at the l positioning device 81. Further, z is a matrix obtained by arranging z l, z l is a matrix obtained by arranging z l, m. w is a matrix obtained by arranging w l, w l is a matrix obtained by arranging w l, m. v is a matrix composed of an array of the v l, v l is the matrix obtained by arranging v l, m.

さらに、式(67)におけるAlは、以下の式(68)で表される。 Furthermore, A l in the formula (67) is represented by the following formula (68).

Figure 2011145128
Figure 2011145128

モデル誤差が無い場合に受信信号zが従う理想的な分布の確率密度関数fは、式(67)においてv=0としたときの確率密度関数f〜に等しい。   The probability density function f of an ideal distribution that the received signal z follows when there is no model error is equal to the probability density function f˜ when v = 0 in the equation (67).

本実施の形態において、測位装置81の観測手段12は、送信機83から送信された電波信号85を受信する。推定手段13は、実際の受信信号をzとして、たとえば前述の参考文献1に記載の公知の手段によって、確率密度関数fを最大にするθ,σ,wのうち、少なくともθを求める。σ,wの推定値は、θの推定値から求めることができる。最大誤差評価手段11は、確率密度関数f〜に基づいて、第1の実施の形態と同様に構成される。   In the present embodiment, the observation means 12 of the positioning device 81 receives the radio wave signal 85 transmitted from the transmitter 83. The estimation unit 13 obtains at least θ among θ, σ, and w that maximizes the probability density function f, for example, by a known unit described in the above-mentioned Reference Document 1, where z is an actual received signal. The estimated values of σ and w can be obtained from the estimated value of θ. The maximum error evaluation means 11 is configured in the same manner as in the first embodiment based on the probability density function f˜.

本実施の形態においても、第2または第3の実施の形態のように、比例係数Λ、またはΛΛTを解析的に求めて最大誤差評価手段11を構成してもよい。これによって、計算量を削減することができる。 Also in the present embodiment, the maximum error evaluation means 11 may be configured by analytically obtaining the proportionality coefficient Λ or ΛΛ T as in the second or third embodiment. Thereby, the amount of calculation can be reduced.

本実施の形態の測位装置81によれば、多数の微弱な干渉波信号86が到来する環境下においても、送信機83の位置を測定するとともに、干渉波信号86がもたらす最大の測位誤差である最大推定誤差を定量し、その情報を測位装置81の使用者に提供することができる。   According to the positioning device 81 of the present embodiment, the position of the transmitter 83 is measured and the maximum positioning error caused by the interference wave signal 86 is obtained even in an environment where many weak interference wave signals 86 arrive. The maximum estimation error can be quantified and the information can be provided to the user of the positioning device 81.

本実施の形態では、干渉波信号86をモデル誤差として最大誤差評価手段11を構成したが、製造誤差などの他のモデル誤差に対しても同様にして最大誤差評価手段11を構成することができる。   In the present embodiment, the maximum error evaluation unit 11 is configured using the interference wave signal 86 as a model error. However, the maximum error evaluation unit 11 can be configured similarly for other model errors such as a manufacturing error. .

<第17の実施の形態>
次に本発明の第17の実施の形態の測位装置について説明する。本実施の形態の測位装置は、前述の図8に示す第16の実施の形態の測位装置81を、3次元空間内で送信機83の位置を測定する測位装置に拡張したものである。本実施の形態の測位装置は、3次元空間内で位置を測定すること以外は、第16の実施の形態の測位装置81と同様であるので、異なる部分について説明し、図示および同様の説明を省略する。
<Seventeenth embodiment>
Next, a positioning device according to a seventeenth embodiment of the present invention is described. The positioning device of the present embodiment is obtained by extending the positioning device 81 of the sixteenth embodiment shown in FIG. 8 described above to a positioning device that measures the position of the transmitter 83 in a three-dimensional space. Since the positioning device of the present embodiment is the same as the positioning device 81 of the sixteenth embodiment except that the position is measured in a three-dimensional space, different parts will be described, and the illustration and the similar description will be given. Omitted.

本実施の形態の測位装置は、第16の実施の形態の測位装置81において、座標を3次元ベクトルで取扱い、角度を方位角と仰角とで取扱うように構成することによって、容易に実現することができる。   The positioning device according to the present embodiment can be easily realized by configuring the positioning device 81 according to the sixteenth embodiment so that the coordinates are handled as a three-dimensional vector and the angles are handled as an azimuth angle and an elevation angle. Can do.

本実施の形態の測位装置によれば、第16の実施の形態の測位装置81と同様の効果が達成される。具体的には、多数の微弱な干渉波信号86および観測手段12の製造誤差などのモデル誤差が存在する状況下においても、送信機83の位置を測定するとともに、モデル誤差がもたらす最大の測位誤差を最大推定誤差として定量し、その情報を測位装置の使用者に提供することができる。   According to the positioning device of the present embodiment, the same effect as the positioning device 81 of the sixteenth embodiment is achieved. More specifically, the position of the transmitter 83 is measured and the maximum positioning error caused by the model error even in a situation where there are many weak interference wave signals 86 and model errors such as manufacturing errors of the observation means 12. Can be quantified as the maximum estimation error, and the information can be provided to the user of the positioning device.

以上の各実施の形態では、誤差情報として、モデル誤差によって推定量に生じる推定誤差の最大値である最大推定誤差が提供される。これに限定されず、測定装置は、モデル誤差量を誤差情報として提供するように構成されてもよく、最大推定誤差とモデル誤差量との両方を誤差情報として提供するように構成されてもよい。最大推定誤差とモデル誤差量との両方を提供するように構成される場合、測定装置は、たとえば図1に示すモデル誤差量推定手段18から表示手段14にモデル誤差量を出力し、表示手段14によって表示すように構成される。モデル誤差量を提供するように構成される場合には、測定装置は、たとえば図1に示す最大誤差評価手段11に代えて、モデル誤差量推定手段18を備えるように構成される。   In each of the above embodiments, the maximum estimation error that is the maximum value of the estimation error that occurs in the estimation amount due to the model error is provided as the error information. The measurement apparatus is not limited to this, and the measurement apparatus may be configured to provide the model error amount as error information, or may be configured to provide both the maximum estimated error and the model error amount as error information. . When configured to provide both the maximum estimated error and the model error amount, the measuring apparatus outputs the model error amount from the model error amount estimating means 18 shown in FIG. Configured to display. When configured to provide a model error amount, the measurement apparatus is configured to include a model error amount estimation unit 18 instead of the maximum error evaluation unit 11 illustrated in FIG. 1, for example.

1 測定装置、11 最大誤差評価手段、12 観測手段、13 推定手段、14 表示手段、15 比例係数計算手段、16 推定モデル記憶手段、17 最大誤差計算手段、18 モデル誤差量推定手段、19 センサ、20 測距システム、21 測距装置、22 測距装置用アンテナ、23,43,73 トランスポンダ、24,44,74 トランスポンダ用アンテナ、25,75 トリガ信号、26,45,55,76,85 応答信号(電波信号)、27,46,56,64,77,86 干渉波信号、32 I検波器、34 Q検波器、40,50,70,80 測位システム、41,51,71,81 測位装置、42,52,72,82 測位装置用アンテナ、51 測位装置、53,83 送信機、54,84 送信機用アンテナ、61 測角装置、62 測角装置用アンテナ、63 電波信号。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement apparatus, 11 Maximum error evaluation means, 12 Observation means, 13 Estimation means, 14 Display means, 15 Proportional coefficient calculation means, 16 Estimation model memory | storage means, 17 Maximum error calculation means, 18 Model error amount estimation means, 19 Sensor, 20 Ranging system, 21 Ranging device, 22 Ranging device antenna, 23, 43, 73 Transponder, 24, 44, 74 Transponder antenna, 25, 75 Trigger signal, 26, 45, 55, 76, 85 Response signal (Radio signal), 27, 46, 56, 64, 77, 86 Interference wave signal, 32 I detector, 34 Q detector, 40, 50, 70, 80 positioning system, 41, 51, 71, 81 positioning device, 42, 52, 72, 82 Antenna for positioning device, 51 Positioning device, 53, 83 Transmitter, 54, 84 Transmitter antenna, 61 Angle measuring device, 62 Antenna for angle measuring device, 63 radio wave signal.

Claims (9)

測定すべき測定情報に関係する関係情報を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された前記関係情報に基づいて、前記測定情報を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定された前記測定情報に含まれる誤差を表す誤差情報を求める誤差評価手段と、
前記推定手段によって推定された前記測定情報、および前記誤差評価手段によって求められた前記誤差情報を表示する表示手段とを備えることを特徴とする測定装置。
An acquisition means for acquiring related information related to measurement information to be measured;
Estimating means for estimating the measurement information based on the relationship information acquired by the acquiring means;
Error evaluation means for obtaining error information representing an error included in the measurement information estimated by the estimation means;
A measurement apparatus comprising: display means for displaying the measurement information estimated by the estimation means and the error information obtained by the error evaluation means.
前記推定手段は、前記関係情報をモデル化して表すモデル関数を用いて、前記測定情報を推定し、
前記誤差評価手段は、前記取得手段によって取得された前記関係情報に含まれる前記モデル関数からの誤差であるモデル誤差から、前記モデル誤差によって前記測定情報に生じる誤差である推定誤差への比例係数を求め、求めた前記比例係数を用いて、前記モデル誤差によって前記測定情報に生じ得る推定誤差の最大値を前記誤差情報として求めることを特徴とする請求項1に記載の測定装置。
The estimation means estimates the measurement information using a model function that represents the relationship information as a model,
The error evaluation unit calculates a proportional coefficient from a model error that is an error from the model function included in the relationship information acquired by the acquisition unit to an estimation error that is an error generated in the measurement information due to the model error. The measuring apparatus according to claim 1, wherein a maximum value of an estimation error that can occur in the measurement information due to the model error is obtained as the error information using the obtained proportional coefficient.
前記誤差評価手段は、前記モデル誤差から前記推定誤差への比例係数を解析的に求めた結果を保持して構成され、前記解析的に求めた結果に、前記推定手段によって推定された前記測定情報を代入することによって、前記比例係数を求めることを特徴とする請求項2に記載の測定装置。   The error evaluation unit is configured to hold a result of analytically obtaining a proportional coefficient from the model error to the estimation error, and the measurement information estimated by the estimation unit to the analytically obtained result The measurement apparatus according to claim 2, wherein the proportionality coefficient is obtained by substituting. 前記取得手段は、電波信号を受信する受信手段であり、受信した電波信号から前記関係情報を取得することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の測定装置。   The measurement apparatus according to claim 1, wherein the acquisition unit is a reception unit that receives a radio signal, and acquires the related information from the received radio signal. 前記取得手段は、電波信号を受信する受信手段であり、受信した電波信号から前記関係情報を取得し、
前記モデル誤差は、前記取得手段によって受信された電波信号に含まれる干渉波信号によって生じる誤差を含むことを特徴とする請求項2または3に記載の測定装置。
The acquisition means is a reception means for receiving a radio signal, acquires the related information from the received radio signal,
The measuring apparatus according to claim 2, wherein the model error includes an error caused by an interference wave signal included in a radio wave signal received by the acquisition unit.
前記取得手段は、電波信号を受信する受信手段であり、受信した電波信号から前記関係情報を取得し、
前記モデル誤差は、前記取得手段を製造するときに生じる製造誤差を含むことを特徴とする請求項2または3に記載の測定装置。
The acquisition means is a reception means for receiving a radio signal, acquires the related information from the received radio signal,
The measurement apparatus according to claim 2, wherein the model error includes a manufacturing error that occurs when the acquisition unit is manufactured.
前記測定情報は、前記電波信号の発信源までの距離を含むことを特徴とする請求項4〜6のいずれか1つに記載の測定装置。   The measurement apparatus according to claim 4, wherein the measurement information includes a distance to a transmission source of the radio signal. 前記測定情報は、前記電波信号の到来方位を含むことを特徴とする請求項4〜6のいずれか1つに記載の測定装置。   The measurement apparatus according to claim 4, wherein the measurement information includes an arrival direction of the radio signal. 前記測定情報は、前記電波信号の発信源の位置を含むことを特徴とする請求項4〜6のいずれか1つに記載の測定装置。   The measurement apparatus according to claim 4, wherein the measurement information includes a position of a transmission source of the radio signal.
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