JP2012047700A - 波源推定装置および波源推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電波発射源の位置推定の精度を向上させる波源推定装置および波源推定方法を提供する。
【解決手段】 マトリクス状に配列した複数のアンテナ素子を備えたアンテナ部と、前記アンテナ素子の受信出力を順次切り替えて導出する受信部と、前記受信部の出力から電波の到来方向を演算し、前記到来方向に対応する推定ポイントを２次元画像化して出力する信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、任意の推定ポイントから所定の距離の範囲内に位置する推定ポイントをグループ化し、例外的な推定ポイントを排除して、各グループに含まれる推定ポイントの位置情報から電波の到来方向を演算するように構成されている波源推定装置。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、波源推定装置および波源推定方法に関する。

携帯通信機器等の電波発射源から発射される電波を受信して、電波発射源の位置を特定するための技術が提案されている。

例えば、従来、アレーアンテナにより電波を受信し、到来方向推定処理を適用して複数の電波発射源を推定して、推定した複数の電波発射源の位置情報を平均化することにより波源の位置を推定していた。

特開２００６−２８４３５６号公報 特開２００７−２１２２２８号公報

複数の電波発射源の中にある例外的なデータが含まれている場合、この例外的なデータを電波発射源推定のための算出データから除くことができず、すべての推定データ（例外データを含んだデータ）から電波発射源を推定していた。そのため、電波発射源の推定誤差が生じることがあった。

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、電波発射源の位置推定の精度を向上させる波源推定装置および波源推定方法を提供することを目的とする。

実施形態によれば、波源推定装置は、マトリクス状に配列した複数のアンテナ素子を備えたアンテナ部と、前記アンテナ素子の受信出力を順次切り替えて導出する受信部と、前記受信部の出力から電波の到来方向を演算し、前記到来方向に対応する推定ポイントを２次元画像化して出力する信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、任意の推定ポイントから所定の距離の範囲内に位置する推定ポイントをグループ化し、例外的な推定ポイントを排除して、各グループに含まれる推定ポイントの位置情報から電波の到来方向を演算するように構成されている。

一実施形態に係る波源推定装置の一構成例を概略的に示す図である。 推定ポイントをグループ化する処理の一例を説明するフローチャートである。 推定ポイントをグループ化する処理の一例を複数の推定ポイントの例を用いて説明する図である。 推定ポイントをグループ化する処理およびグループ化後の電波発射源の位置を推定する処理の一例を説明するフローチャートである。 グループ化された推定ポイントから電波発射源の位置を推定する処理の一例を複数の推定ポイントの例を用いて説明する図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に、一実施形態に係る波源推定装置の一構成例を概略的に示す図である。本実施形態に係る波源推定装置は、アンテナ部１０と、受信部２０と、ローカル信号発生装置３０と、信号処理部４０と、表示部ＤＹＰと、を備えている。

アンテナ部１０はアレーアンテナおよびリファレンスアンテナを備える。アレーアンテナおよびリファレンスアンテナは、同一周波数帯を測定可能な受信アンテナである。アレーアンテナは、Ｎ個のアンテナ素子を平面上に格子状に配置したもので、アンテナ素子の形状・種類、アンテナ素子の総数、アンテナ素子を配置するための間隔などは、測定対象、測定目的などにより任意である。アレー面の反対側から入射する電波の感度を抑えるため、アンテナ素子を配置する平面を反射板とすることも可能である。

なお、アンテナ素子のいずれか一つをリファレンスアンテナとして利用することも可能である。この場合は、リファレンスアンテナを別に取り付ける機械的な構造が不要となる。

受信部２０は、アンテナ部１０のアレーアンテナに対し、ローカル信号発生装置３０からの信号に同期して、順次受信するアンテナ素子を予め決められた順序、間隔で切り替え、選択されたアンテナ素子の受信信号を導出する。

このように、選択されたアレーアンテナのうちの一つの受信信号は、リファレンスアンテナの受信信号と共に後述する信号処理部４０に送られ、後段の到来方向推定処理でリファレンスアンテナと選択されているアレーアンテナの受信波間の位相差を検出することができる。

信号処理部４０は、到来した電波を増幅するとともに、ＡＤ変換可能な中間周波数に変換する。さらに、信号処理部４０は、リファレンスアンテナ及びアレーアンテナで選択されたアンテナ素子からの受信信号を同時にサンプリングしてＡＤ変換し、デジタル化する。デジタル化されたデータは、到来方向推定処理を受けて表示部ＤＹＰに供給され、到来方向推定結果が二次元画像化され、表示される。

到来方向推定処理には様々な方式があるが、ここでは電波ホログラフィ法による処理について説明する。この電波ホログラフィ法による到来方向推定処理では、アレーアンテナのアンテナ素子数をＮ個としたとき、リファレンスアンテナのＮ個のデジタルデータとアレーアンテナのＮ個のデジタルデータが得られる。アレーアンテナの素子番号をｉ＝１，…，Ｎとした場合、素子番号ｉについてリファレンスアンテナのデジタルデータとアレーアンテナのデジタルデータが得られる。１素子あたりのデジタルデータをＭサンプルとする。

到来方向推定の開始指示により、アレーアンテナの各アンテナ素子のデジタルデータをｉ＝１からｉ＝ＮまでＭサンプルずつ、リファレンスアンテナのデジタルデータと共に取得する。取得されたデジタルデータをＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理することで、到来方向を推定したい周波数範囲について複素相関値を算出し、得られた複素相関値から相関マトリクスを作成する。この相関マトリクスは、アレーアンテナの物理的な配置と同じ配列に、複素相関値を配置し、数学上の行列とするものである。

ここで得られた相関マトリクスの周囲をゼロ埋めして拡張相関マトリクスを作成する。この拡張相関マトリクスは、例えば２５６×２５６の行列などのように拡張する。

拡張相関マトリクスについて、二次元ＦＦＴを行い、これによって到来方向推定結果を算出する。到来方向推定結果としては、到来方向別の推定電波強度が得られる。推定電波強度の強い方向に電波発射源があると推定される。

到来方向推定処理の結果、推定電波強度の強い方向に対応する位置情報に基づいて、複数の推定ポイントが表示部ＤＹＰに表示される。本実施形態に係る波源推定装置では、任意の推定ポイントから近くに位置する推定ポイントをグループ化し、例外的なデータを排除する。さらに、例外的なデータを除いたデータ群の位置情報を平均化することにより、電波発射源の位置の精度を向上させている。以下、複数の推定ポイントをグループ化する方法について説明する。

図２に、推定ポイントをグループ化する処理の一例を説明するフローチャートを示す。図３に、推定ポイントをグループ化する処理の一例を複数の推定ポイントの例を用いて説明する図を示す。

まず、信号処理部４０は、任意の推定ポイントを決める（ステップＳＴＡ１）。図３の２次元画像Ａ１に示す場合では、推定ポイントＰ１を選択している。続いて、信号処理部４０は、任意の推定ポイントから所定の距離の範囲に含まれる推定ポイントを、推定ポイントＰ１を含むグループにグループ化する（ステップＳＴＡ２）。図３の２次元画像Ａ２に示す場合では、推定ポイントＰ１から所定の距離の範囲に含まれる推定ポイントＰ２をグループＧＲ１に推定ポイントＰ１とグループ化する。

続いて、信号処理部４０は、推定ポイントＰ１と同じグループＧＲ１となった推定ポイントから所定の距離の範囲に含まれる、グループ化されていない推定ポイントをさらにグループ化する。信号処理部４０は、グループ化された推定ポイントから所定の距離の範囲にある推定ポイントがなくなるまでこの処理を繰り返す（ステップＳＴＡ３）。図３の２次元画像Ａ３に示す場合では、推定ポイントＰ２から所定の距離の範囲に含まれる推定ポイントＰ３が、推定ポイントＰ１および推定ポイントＰ２とグループＧＲ１にグループ化される。

推定ポイントから所定の範囲に、グループ化されていない推定ポイントがなくなると、信号処理部４０は、グループ化されていない推定ポイントの中から任意の推定ポイントを決める（ステップＳＴＡ４）。図３の２次元画像Ａ４に示す場合では、グループ化されていない推定ポイントの中から推定ポイントＰ４が選択されている。

続いて、信号処理部４０は、新たに選択した任意の推定ポイントから所定の距離の範囲に含まれる推定ポイントをグループ化する（ステップＳＴＡ５）。図３の２次元画像Ａ５に示す場合では、推定ポイントＰ４から所定の距離の範囲に含まれる、グループ化されていない推定ポイントＰ５が推定ポイントＰ４を含むグループＧＲ２にグループ化される。

続いて、信号処理部４０は、推定ポイントＰ４と同じグループＧＲ２となった推定ポイントから所定の距離の範囲に含まれる、グループ化されていない推定ポイントをさらにグループ化する。信号処理部４０は、グループ化された推定ポイントから所定の距離の範囲にある推定ポイントがなくなるまでこの処理を繰り返す（ステップＳＴＡ６）。図３の２次元画像Ａ６に示す場合では、推定ポイントＰ５から所定の距離の範囲に含まれる推定ポイントＰ６が、推定ポイントＰ４および推定ポイントＰ５と同じグループＧＲ２にグループ化される。

信号処理部４０は、上記のように推定ポイントをグループ化し、グループ化する推定ポイントが無くなったら処理を終了する。このように推定ポイントのグループ化を行なうと、図３の２次元画像Ａ７に示すように、例外的な推定ポイントＰＡがグループ化されずに残り、電波発射源の位置候補から排除することができる。

信号処理部４０は、グループ化されなかった推定ポイント（例外的な推定ポイント）のデータを除いたデータ群の位置情報を平均化する。信号処理部４０は、平均化された位置を推定した電波発射源の位置として表示部ＤＹＰに表示させる。

本実施形態に係る波源推定装置および波源推定方法によれば、電波発射源の位置推定の精度を向上させる波源推定装置および波源推定方法を提供することができる。

なお、上記第１実施形態では、信号処理部４０が、グループ化されなかった推定ポイントのデータを除いたデータ群の位置情報を平均化して、電波発射源の位置を推定しているが、例えば、データ群の位置情報の重心を演算して、電波発射源の位置を推定してもよい。

次に、第２実施形態に係る波源推定装置および波源推定方法について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態に係る波源推定装置および波源推定方法と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る波源推定装置は、複数の推定ポイントをグループ化して例外的な推定ポイントを排除した後に、電波発射源の位置を推定する処理が上述の第１実施形態に係る波源推定装置および波源推定方法と異なっている。

図４に、推定ポイントをグループ化する処理およびグループ化後の電波発射源の位置を推定する処理の一例を説明するフローチャートを示す。図５に、グループ化された推定ポイントから電波発射源の位置を推定する処理の一例を複数の推定ポイントの例を用いて説明する図を示す。

信号処理部４０は、上述の第１実施形態に係る波源推定装置における、複数の推定ポイントのグループ化処理と同様に、グループ化する推定ポイントが無くなるまでグループ化処理を行う（ステップＳＴＢ１〜ＳＴＢ７）。

複数の推定ポイントをグループ化した後、信号処理部４０は、グループＧＲがある部分を複数のメッシュＡＲ１に分割してメッシュ化し、各メッシュＡＲ１内の推定ポイントをカウントする（ステップＳＴＢ８）。

続いて、信号処理部４０は、推定ポイントＰが最も多く含まれていたメッシュＡＲ１を更に細かいメッシュＡＲ２に分割し、各メッシュＡＲ２内の推定ポイントをカウントする（ステップＳＴＢ９）。なお、メッシュＡＲ２の水平方向の幅Ｗ１および垂直方向の幅Ｗ２は、アンテナ部１０の精度により検出することができる最小の大きさとする。

信号処理部４０は、推定ポイントＰをカウントした結果から、複数のメッシュＡＲ２について電波発射源の位置を推定する。例えば信号処理部４０は、推定ポイントＰの最も多いメッシュＡＲ２を電波発射源の位置と推定する。

また、信号処理部４０は、各メッシュＡＲ２内の推定ポイント数に応じて、電波発射源の位置である確立を演算して、確立の数値を表示部ＤＹＰに表示してもよく、確立に応じてメッシュＡＲ２を対応する諧調や色で表示するようにしてもよい。

上記のように、本実施形態では、任意の推定ポイントから近くに位置する推定ポイントをグループ化し、例外的なデータを排除する。さらに、例外的なデータを除いたデータ群の位置情報を密度分析し、最も推定位置の密度が高い位置を推定位置とする。これにより、推定位置の可能性が高い位置が推定されるため、電波発射源の位置の精度がより向上する。

すなわち、本実施形態に係る波源推定装置および波源推定方法によれば、電波発射源の位置推定の精度を向上させる波源推定装置および波源推定方法を提供することができる。

なお、上記第２実施形態では、位置情報の密度分析の手法として、推定ポイントのグループがある部分を２段階のメッシュに分割して、電波発射源の位置を推定しているが、３段階以上のメッシュに分割して電波発射源の位置を推定してもよい。このとき、最後に分割されるメッシュの水平方向の幅および垂直方向の幅が、アンテナ部１０の精度により検出することができる最小の大きさとすることが望ましい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

ＤＹＰ…表示部、Ｐ１〜Ｐ６…推定ポイント、ＡＲ１…メッシュ（第１メッシュ）、ＡＲ２…メッシュ（第２メッシュ）、１０…アンテナ部、２０…受信部、３０…ローカル信号発生装置、４０…信号処理部。

Claims (6)

1. マトリクス状に配列した複数のアンテナ素子を備えたアンテナ部と、
   前記アンテナ素子の受信出力を順次切り替えて導出する受信部と、
   前記受信部の出力から電波の到来方向を演算し、前記到来方向に対応する推定ポイントを２次元画像化して出力する信号処理部と、を備え、
   前記信号処理部は、任意の推定ポイントから所定の距離の範囲内に位置する推定ポイントをグループ化し、例外的な推定ポイントを排除して、各グループに含まれる推定ポイントの位置情報から電波の到来方向を演算するように構成されている波源推定装置。
2. 前記信号処理部は、前記複数の推定ポイントのグループ化の後、グループに含まれる推定ポイントの位置情報を平均化して電波の到来方向を演算するように構成されている請求項１記載の波源推定装置。
3. 前記信号処理部は、前記複数の推定ポイントのグループ化の後、グループに含まれる前記複数の推定ポイントの位置情報を密度分析し、最も前記複数の推定ポイントの密度が高い位置を電波の到来方向とするように構成されている請求項１記載の波源推定装置。
4. 前記信号処理部は、前記グループを複数の第１メッシュに分割し、各第１メッシュに含まれる前記推定ポイントをカウントし、前記推定ポイントが最も多く含まれる第１メッシュをさらに細かい複数の第２メッシュに分割し、各第２メッシュに含まれる前記推定ポイントをカウントし、前記推定ポイントが最も多く含まれる第２メッシュの位置に対応する方向を電波の到来方向とするように構成されている請求項３記載の波源推定装置。
5. 前記第２メッシュの水平方向および垂直方向の幅は、前記アンテナ部により検出することができる最小の大きさである請求項４記載の波源推定装置。
6. マトリクス状に配列した複数のアンテナ素子を備えたアンテナ部と、
   前記アンテナ素子の受信出力を順次切り替えて導出する受信部と、
   前記受信部の出力から電波の到来方向を演算し、前記到来方向に対応する推定ポイントを２次元画像化して出力する信号処理部と、を備えた波源推定装置における波源推定方法であって、
   前記信号処理部は、任意の推定ポイントを選択し、
   前記任意の推定ポイントから所定の距離の範囲に含まれる推定ポイントをグループ化し、
   同じグループとなった推定ポイントから所定の距離の範囲に含まれる、グループ化されていない推定ポイントをさらにグループ化し、
   グループ化された推定ポイントから所定の距離の範囲にある推定ポイントがなくなるまでこの処理を繰り返し、推定ポイントから所定の範囲に、グループ化されていない推定ポイントがなくなった場合に、グループ化されていない推定ポイントの中から任意の推定ポイントを選択し、
   新たに選択した任意の推定ポイントから所定の距離の範囲に含まれる推定ポイントをグループ化し、
   同じグループとなった推定ポイントから所定の距離の範囲に含まれる、グループ化されていない推定ポイントをさらにグループ化し、
   グループ化された推定ポイントから所定の距離の範囲にある推定ポイントがなくなるまでこの処理を繰り返し、
   各グループに含まれる推定ポイントの位置情報から電波の到来方向を演算する波源推定方法。

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