JP2017531779A - Ｔｄｏａ、ｆｄｏａ、及びａｇｌからの直接ジオロケーション - Google Patents

Abstract

地表に置かれた静止エミッタの位置を推定するための直接ジオロケーション手法が提供される。この手法は、複数の期間中に収集されるデータであって、静止エミッタから送信されるレーダパルスの到来時間差（ＴＤＯＡ）及び到来周波数差（ＦＤＯＡ）の測定結果と、航空機の地表からの高度の測定結果とを含んだデータを使用する。この手法は、上記期間の各々について、それぞれの期間に関するＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及び高度の測定結果に基づいてエミッタの位置を推定することを含む。静止エミッタの推定位置は、エミッタのあり得る緯度及び経度を含む。この手法は更に、複数の期間に関する推定位置の平均を取って、エミッタの平均推定位置を形成することを含む。この手法の簡便な一例は、平均推定位置に基づいてエミッタの位置を計算する。

Description

電波エミッタの位置は、一定の距離だけ離隔された２つのレーダパルス受信器によって受信されたレーダパルスの到来周波数差（frequency difference of arrival；ＦＤＯＡ）を測定することによって決定されることができる。ＦＤＯＡは、２つのレーダパルス受信器間での受信レーダパルス周波数における差である。電波エミッタの位置はまた、２つのレーダパルス受信器によって受信されたレーダパルスの到来時間差（time difference of arrival；ＴＤＯＡ）を測定することによっても決定されることができる。ＴＤＯＡ法は、２つのレーダパルス受信器間でのレーダパルス到来時間における差を用いて位置を計算する。レーダパルス受信器は、例えば航空機などの移動するプラットフォーム上とすることができる。

一例によれば、地表に置かれた静止エミッタの位置を推定する方法が提供される。複数の期間中に収集されるデータであって、地表に置かれた静止エミッタから送信されて航空機の少なくとも２つのアンテナによって受信されるレーダパルスの到来時間差（ＴＤＯＡ）及び到来周波数差（ＦＤＯＡ）の測定結果と、上記航空機の地表からの高度の測定結果とを含んだデータ、が提供される推定エンジンにおいて、当該方法は、上記複数の期間の各々について、それぞれの期間に関するＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及び高度の測定結果に基づいて、静止エミッタの位置を推定することを含む。その結果が、それぞれの期間に関する静止エミッタの推定位置である。静止エミッタの推定位置は、静止エミッタの候補緯度及び候補経度を含む。当該方法は更に、上記複数の期間に関する推定位置の平均を取って、静止エミッタの平均推定位置を形成することを含む。平均推定位置は、静止エミッタの候補緯度の平均及び候補経度の平均を含む。当該方法は更に、静止エミッタの平均推定位置を提供することを含む。

他の一例によれば、地表に置かれた静止エミッタの位置を推定するシステムが提供される。当該システムは、コンピュータ実行可能命令を有するメモリと、地表に置かれた静止エミッタから送信されて航空機の少なくとも２つのアンテナによって受信されるレーダパルスの到来時間差（ＴＤＯＡ）及び到来周波数差（ＦＤＯＡ）の測定結果を受信する少なくとも１つのインタフェースとを含む。該少なくとも１つのインタフェースは更に、上記航空機の地表からの高度の測定結果を受信する。当該システムは更に、上記メモリ及び上記少なくとも１つのインタフェースに結合された推定エンジンを含む。該推定エンジンによって実行されるときに、上記コンピュータ実行可能命令が、該推定エンジンに、複数の期間の各々について、それぞれの期間に関するＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及び高度の測定結果に基づいて、静止エミッタの位置を推定させる。その結果が、それぞれの期間に関する静止エミッタの推定位置である。静止エミッタの推定位置は、静止エミッタの候補緯度及び候補経度を含む。推定エンジンは更に、上記複数の期間に関する推定位置の平均を取らされて、静止エミッタの平均推定位置を形成させられる。平均推定位置は、静止エミッタの候補緯度の平均及び候補経度の平均を含む。推定エンジンは更に、静止エミッタの平均推定位置を提供させられる。

更なる他の一例によれば、地表に置かれた静止エミッタの位置を推定するためのコンピュータ読み取り可能命令を格納した有形のコンピュータ読み取り可能記憶媒体が提供される。地表に置かれた静止エミッタから送信されて航空機の少なくとも２つのアンテナによって受信されるレーダパルスの到来時間差（ＴＤＯＡ）及び到来周波数差（ＦＤＯＡ）の測定結果と、上記航空機の地表からの高度の測定結果とを含んだ、複数の期間中に収集されるデータが与えられ、上記コンピュータ読み取り可能命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されるときに、該１つ以上のプロセッサに、上記複数の期間の各々について、それぞれの期間に関するＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及び高度の測定結果に基づいて、静止エミッタの位置を推定させる。その結果が、それぞれの期間に関する静止エミッタの推定位置である。静止エミッタの推定位置は、静止エミッタの候補緯度及び候補経度を含む。上記１つ以上のプロセッサは更に、上記複数の期間に関する推定位置の平均を取らされて、静止エミッタの平均推定位置を形成させられる。平均推定位置は、静止エミッタの候補緯度の平均及び候補経度の平均を含む。上記１つ以上のプロセッサは更に、静止エミッタの平均推定位置を提供させられる。

一部の例において、上の態様の何れも、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。

方法の他の例において、上記推定することは、ＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及び高度の測定結果の各々を、３次元空間内の表面として表現することを含む。この方法は更に、上記表面同士の交差点を特定し、且つ該特定に基づき、静止エミッタの推定位置として、特定された各交差点を返すことを含む。

方法の一部の例において、上記表面の各々が連立方程式として記述され、且つ表面の交差点を特定することは、ラゲール法を用いて連立方程式を解くことを含む。

方法の他の例において、上記推定することは、推定位置の各々に関する２つの解を計算することを含む。上記平均を取ることは、各々が推定位置に関して計算された解の移動平均である第１の平均推定位置及び第２の平均推定位置を管理することを含む。これらの例は更に、第１又は第２の平均推定位置のそれぞれに対する各解の近接さに基づいて、解の各々を第１又は第２の平均推定位置の何れかと関連付けることを含む。上記提供することは、航空機から静止エミッタまでの計算されたレンジに対して値的に近い航空機までのレンジを持つ方の第１又は第２の平均推定位置を選択することを含む。

方法の一部の例において、上記解を計算することは、地表上の位置と矛盾しない解を妥当な解として特定することを含み、且つ上記関連付けることは、妥当な解を第１及び第２の平均推定位置に含めることを含む。

方法の他の例において、上記関連付けることは、各解について、それぞれの解が近接性において第１又は第２の平均推定位置の何れに近いのかを決定することを含む。これらの例は更に、該決定に基づいて、それぞれの位置を第１又は第２の平均推定位置の何れかの移動平均に含めることを含む。

方法の他の例は更に、静止エミッタの受信電力に対する静止エミッタの実効放射電力の比から、上記計算されたレンジを決定することを含む。

方法の一部の例において、上記平均を取ることは、
上記複数の期間中に収集されるデータ中のノイズの近似に基づいて、推定位置の各々に重みを割り当て、且つ割り当てられた重みに従って推定位置の平均を取って、静止エミッタの加重平均推定位置を得ることを含む。

方法の他の例において、上記提供することは、静止エミッタの平均推定位置をユーザに提供することを含む。

方法の一部の例は更に、提供される静止エミッタの平均推定位置に基づいて、地表上の静止エミッタの位置を計算することを含む。

これら及び他の機構や特徴、並びに構造の関連要素及びパーツの組み合わせの動作方法及び機能や製造の経済性が、そのすべてが本明細書の一部を形成する添付の図面を参照して以下の説明及び添付の請求項を検討することによって、いっそう明らかになるであろう。図面において、似通った参照符号は、様々な図中の対応する部分を指し示す。しかしながら、明確に理解されるべきことには、図面は、例示及び説明のみを目的としたものであり、請求項の限定を定めるものとして意図したものではない。本明細書及び請求項において使用されるとき、単数形の“ａ”、“ａｎ”、及び“ｔｈｅ”は、文脈が別のことを明確に述べていない限り、指示対象が複数であることを含むものである。

以上及びその他の目的、特徴、及び利点が、添付の図面に例示されるような例についての、以下のいっそう具体的な説明から明らかになる。図面においては、異なる図を通して同じ部分は似通った参照符号で参照する。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、そうである代わりに、これらの例の原理を示すことに強調が置かれている。
移動プラットフォームの推定エンジンが直接ジオロケーション手法に従って物体を遠隔追跡する環境の模式図である。 遠隔エミッタのジオロケーションを推定するために使用される到来時間差（ＴＤＯＡ）コーン及び到来周波数差（ＦＤＯＡ）コーンのグラフ図である。 直接ジオロケーション手法の例を実装する推定エンジンの一例の機能ブロック図であり、ＴＤＯＡ及びＦＤＯＡの測定は、これらの測定に関する値とともにノイズを含み得る。 直接ジオロケーション手法の一例に従って決定された静止エミッタの推定位置及び平均推定位置を示すチャートである。 直接ジオロケーション手法の例を実装する推定エンジンの他の一例の機能ブロック図である。

続く説明において、似通ったコンポーネントは、それらが異なる例で示されるかにかかわらず、同じ参照符号を与えられている。本開示の（１つ以上の）例を明瞭且つ簡潔なやり方で例示するため、図面は必ずしも縮尺通りでないことがあり、また、特定の機構が幾分模式的な形態で示されることがある。１つの例に関して記述及び／又は図示される機構が、１つ以上のその他の例で同じやり方又は同様のやり方で使用されてもよく、且つ／或いは、その他の例の機構と組み合わせて又はそれに代えて使用されてもよい。

図１Ａは、移動プラットフォーム１１０（例えば、飛行機）が推定エンジン１３５を用いて固定物体１４０（例えば、遠隔エミッタ）を遠隔追跡する環境１００の模式図である。特に、移動プラットフォーム１１０は、遠隔エミッタ１４０に対する移動プラットフォーム１１０の動きに由来して測定される差分ドップラー速度に基づく遠隔エミッタ１４０のパッシブ・ジオロケーションに合わせて構成される。

遠隔エミッタ１４０は、例えば、指向性アンテナ１４１などの指向性デバイスによって、主に好適方向に電磁放射線１５０を放つように構成され得る。遠隔エミッタ１４０は、パルス波形を形成するように電磁放射線１５０をパルス変調することができる。移動プラットフォーム１１０は、例えば、移動プラットフォーム１１０を含む空間ボリュームを遠隔エミッタが走査する間に、周期的に電磁放射線１５０によって照らされ得る。移動プラットフォームが電磁エネルギーによって照らされるこのような過程は、時折、ドウェル（dwell）として参照される。

一部の実施形態において、遠隔エミッタ１４０は、ソーナーシステムによって使用されるようなソニックとし得る。他の実施形態において、遠隔エミッタ１４０は、送信器を含むセミアクティブなレーダ又はライダーシステムによって使用されるようなリフレクタとし得る。例えば、ライダーシステムのレーザは、レーザエネルギーを遠隔エミッタ１４０の方に向けることができる。そして、そのエネルギーを遠隔エミッタ１４０が標的の方に反射する。もっと他の実施形態において、遠隔エミッタ１４０は、異なるプラットフォーム上のレーダ又はライダー送信器によって照らされて受動センサ１２０ａ−ｂによって検出されるリフレクタとし得る。遠隔エミッタ１４０は、ＲＦ（無線周波数）信号を送信するアンテナであるか、それを含むとし得る。なお、遠隔エミッタ１４０は、一部の例において、移動物体（例えば、航空機又はその他の移動遠隔エミッタ）とすることができる。

移動プラットフォーム１１０は、遠隔エミッタ１４０からのエミッション１５０（例えば、電磁放射線）を、センサ１２０ａ−ｂ（例えば、第１のアンテナ及び第２のアンテナ）を介して受信（例えば、測定）する。一例として、遠隔エミッタ１４０の追跡は、遠隔エミッタ１４０を位置特定してその動きを追跡するために、兵器照準システムで利用されることができる。他の一例として、遠隔エミッタ１４０（例えば、救助ビーコン、監視レーダ、携帯電話、又は追跡レーダ）の追跡は、遠隔エミッタ１４０の位置を正確に指し示すインジケーションを必要とする捜索及び救助任務を支援するために利用され得る。他の一例において、遠隔エミッタ１４０の追跡は、遠隔エミッタ１４０を位置特定して破壊することを支援するために利用され得る。移動プラットフォーム１１０は飛行機として図示されているが、移動プラットフォーム１１０は、あらゆる種類の移動手段（例えば、地上系、空上系、宇宙系、又は海上系）とし得る。例えば、移動プラットフォームは、航空機、船舶、ミサイル、又は宇宙船とし得る。

センサ１２０ａ−ｂは、電磁放射線１５０の少なくとも一部を捕捉するように構成される。一例において、第１及び第２のセンサ１２０ａ−ｂが、基線（ベースライン）１０５として参照する直線距離だけ離隔される。移動プラットフォーム１１０は、センサ１２０ａ−ｂによって電磁エネルギーを受信しながら、空間的な操作を実行するように構成される。この実施形態において、操作は、軸１１５周りの回転を含んでいる。軸１１５周りの移動プラットフォーム１１０の回転は、遠隔エミッタ１４０と第１のセンサ１２０ａとの間の距離を変化させる。例えば、移動プラットフォーム１１０が（図示のように）時計回り方向に軸１１５の周りを回転する場合、第１のアンテナ（第１のセンサ）１２０ａは遠隔エミッタ１４０から離れるように向きを変え、第２のアンテナ（第２のセンサ）１２０ｂは遠隔エミッタ１４０の方に向きを変える。少なくとも一部の実施形態において、このような回転操作は、プラットフォームが遠隔エミッタ１４０に対して（例えば、図中で右から左へ）並進的にも移動しながら起こり得る。代わりに、あるいは加えて、プラットフォームそれ自体はそれぞれのピッチ、ロール、及びヨーで位置付けられることができ、これらのうちの１つ以上も操作中に変化し得る。

これらの実施形態において、センサ１０２ａ−ｂは、放射線を受信するが放射線を送信しない受動センサとし得る。受動センシングは、単純であるという利点を有し、低い電力のみを要する秘密動作を可能にするとともに、既存のレーダ警報受信機装備又はその他の同様の監視装備へのファームウェア及びソフトウェア変更のみで実装されることができる。これまた留意すべきことには、２つのセンサ１２０ａ−ｂが描かれているが、３つ以上のセンサが使用されてもよい。

上述のように、センサ１２０ａ−ｂは、遠隔エミッタ１４０からのエミッション１５０（例えば、電磁放射線）を受ける。電磁放射線１５０を受信したことに応答して、移動プラットフォーム１１０は、受信エミッション１５０を処理して、遠隔エミッタ１４０のジオロケーションを決定する。一例において、移動プラットフォーム１１０は、センサペアによって受けられた信号の到来周波数差（ＦＤＯＡ）を決定することによって、遠隔エミッタ１４０のジオロケーションを決定する。移動プラットフォーム１１０は、センサ１２０ａ−ｂのペアによって受けられた信号間の差分ドップラー位相速度を測定することによって、ＦＤＯＡを決定する。他の一例において、移動プラットフォーム１１０は、センサ１２０ａ−ｂによって受けられた信号間の到来時間差（ＴＤＯＡ）を決定することによって、遠隔エミッタ１４０のジオロケーションを決定する。更なる他の一例において、移動プラットフォーム１１０は、ＦＤＯＡ及びＴＤＯＡの双方を同じ波形の２つの指標として決定する。例えば、センサ１２０ａ−ｂによって受けられた信号の同じサンプルから、ＦＤＯＡ及びＴＤＯＡの双方が決定される。

図示のように、移動プラットフォーム１１０は、数ある中でもとりわけ、移動プラットフォーム１１０の地面からの高度すなわち“ＡＧＬ”を決定する慣性航法システム１３０を含んでいる。移動プラットフォーム１１０によって決定されたＦＤＯＡ／ＴＤＯＡ情報と移動プラットフォームのＡＧＬに相当する情報とを用いて、更に詳細に後述するように、推定エンジン１３５が遠隔エミッタ１４０のジオロケーションを推定する。図１Ｂは、遠隔エミッタ１４０のジオロケーションを決定又は推定するために使用されることが可能な、決定されたレーダ信号のＴＤＯＡから導出される到来時間差（ＴＤＯＡ）コーン１５６ａと、決定されたレーダ信号１５０のＦＤＯＡから導出される到来周波数差（ＦＤＯＡ）コーン１５６ｂとのグラフ図である。

単一のＴＤＯＡ測定が、エミッタ１４０をＴＤＯＡコーン１５６ａ上に置く。ＴＤＯＡコーン１５６ａの軸は、アンテナ１２０ａ−ｂを接続する基線１０５に沿っている。特に、ＴＤＯＡ測定は、ＴＤＯＡコーン１５６ａが地球の表面１６５と交わる弧１７１上の何処かにエミッタ１４０が位置することを指し示す。プラットフォーム１１０が軸１１６の周りを飛んで動くとき、ＴＤＯＡコーン１５６ａ及び対応する地球上の弧１７１が僅かにシフトする。そして、一部のジオロケーション手法によれば、一連のＴＤＯＡ測定への最良フィッティングによってエミッタ１４０の位置を決定することができる。

ＦＤＯＡ測定から導出されたＦＤＯＡコーン１５６ｂを用いることによってエミッタ１４０の位置を決定するために、同様の方法が用いられ得る。プラットフォーム１１０が軸１１６の周りを飛んで動くとき、一連のＦＤＯＡ測定を用いて、近似的なＦＤＯＡコーンを導出することができる。エミッタ１４０のあり得るジオロケーションは、この近似的なＦＤＯＡコーンに沿っており、このＦＤＯＡコーンの軸１６０ｂはＴＤＯＡコーン１５６ａに対して垂直である。ＴＤＯＡ及びＦＤＯＡは、２つの独立した量を測定する。これは、一部のジオロケーション手法においてエミッタ位置への最良フィッティングの収束を大いに速める。

ＴＤＯＡ及びＦＤＯＡ測定を用いる伝統的なジオロケーション手法は、良好な初期（イニシャル）推定を生成することができないために、信頼できないものである。例えば、ＴＤＯＡ及びＦＤＯＡ測定のけるノイズが、良好な初期推定の計算を妨害してしまう。反復的な最小誤差手法は、良くないシード値を補正することができるが、基本となる誤差表面が大まかであるとき（しばしばそうである）に発散してしまう。故に、初期シードを用いることなくＴＤＯＡ及びＦＤＯＡ測定から直接的に遠隔エミッタの位置を推定することへのニーズが存在する。また、ＴＤＯＡ及びＦＤＯＡ測定におけるノイズにかかわらずに推定位置を提供することに更なるニーズが存在する。

従って、以上のニーズ及びその他に同様に対処する直接ジオロケーション手法がここに提供される。ここに記載される直接ジオロケーション手法及びその例は、シードなしで直接的に、エミッタの候補緯度及び経度を生成する。ＴＤＯＡ及びＦＤＯＡ測定の各対（ペア）が位置を決定する。この手法において、適度に小さいデータセットにわたる平均は、ＴＤＯＡ及びＦＤＯＡ測定におけるノイズに起因する大きい変動にかかわらずに、迅速に収束する。直接ジオロケーション手法においては、３次元のシード値の代わりに、エミッタの高度（標高）が推定される。エミッタの高度は、エミッタの緯度及び経度よりも遥かに良く知られている。

図２は推定エンジン１３５の一例を示しており、図３を参照してその動作を説明する。推定エンジン１３５は、図示のように通信可能に結合された推定モジュール２０５及び平均化モジュール２１０を含んでいる。航空機が飛行経路に沿って飛行するとき、地球の表面（図３に原点０，０として示す）に置かれた静止エミッタが、航空機を発見しようとして電磁エネルギーを放射する。ドウェルと呼ばれる期間中、電磁エネルギーによって航空機が照らされる。各ドウェル中に、電磁エネルギーのＴＤＯＡ及びＦＤＯＡが測定される。

ＴＤＯＡ及びＦＤＯＡ測定並びにドウェル中の航空機の地面からの高度（ＡＧＬ）は、ドウェルに対応する複数の期間で収集される。“データ収集物”２１５として参照する、ＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及びＡＧＬ測定結果を含んだ、これら複数の期間で収集されたデータは、推定エンジン１３５に提供される。各データ収集物２１５に対し、推定モジュール２０５が、ＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及びＡＧＬ測定結果に基づいて、静止エミッタの位置を推定する。

ＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及びＡＧＬ測定結果は各々、エミッタが位置し得る３次元空間内の表面を規定する。図１Ｂを参照するに、測定されたＴＤＯＡによって規定されるＴＤＯＡコーン１５６ａの表面上の各点が、測定されたＴＤＯＡを持つエミッタのあり得る位置である。ＦＤＯＡ測定結果によって規定されるＦＤＯＡコーン１５６ｂ、及びＡＧＬ測定結果によって規定される地球の表面（すなわち、地面）１６５は、同様に、エミッタのあり得る位置を表す。

地面上のエミッタからＲＦ信号が発するとき、ＴＤＯＡコーン１５６ａ及びＦＤＯＡコーン１５６ｂは、各々がエミッタの見通し線（ラインオブサイト）を表す２つの直線１７０ａ及び１７０ｂで交差すると期待される。一般に、２つの直線１７０ａ及び１７０ｂは、地面１６５と、各々がエミッタのあり得る（候補）位置を表す２つの解の点（解ポイント）１７５ａ及び１７５ｂで交差する。エミッタは、解ポイント１７５ａ又は解ポイント１７５ｂの何れかによって表される位置にあると期待される。しかしながら、一部のケースにおいては、２つの直線１７０ａ及び１７０ｂが地面１６５と交差しない。これらのケースでは、解ポイントが存在しない。交差点及びエミッタの見掛けの位置を見出すのに便利な技術について詳細に後述する。

以下の式１、２、及び３が、ＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及びＡＧＬ測定結果を表す３つの表面を記述する。ここで使用されるとき、ベクトルは、記号上の矢印（→）、すなわち、

によって表記され、単位ベクトルは、記号上のカレット（＾）、すなわち、

によって表記される。２つのベクトル間のスカラー積は、

によって表記され、ベクトル積は、

によって表記される。

ここで、ベクトルｂは、１つのアンテナから別の１つのアンテナまでの基線ベクトルであり、ガンマは、基線に対する垂線と見通し線との間の角度である。

ここで、

は、レバーアーム（てこ腕）ｒでエミッタの周りを飛行する航空機の角速度であり、ベクトルωは、航空機のそれ自身の中心周りの角速度である。

ここで、見通し線距離ｒは、仰角εの関数として表現されている。

簡便な例において、式１、２、及び３の間の以上の関係が、それらを以下に式４として提示する単一の式へと結合することによって表現される。

式４は、ＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及びＡＧＬの測定量に密接に関係する適切な座標基底セットを用いることで、１つの未知数を持つ式へと誘導される。その結果が式５である。

ここで、φは、図１ＢのＴＤＯＡコーン１５６ａ周りの角度１８０であって未知数である。そして、式５が、ｓｉｎφの多項式へと変換される。その結果が式６であり、これは、ｓでの次数６の多項式の根に関する等式である。

ここで、

である。

直接ジオロケーション手法の簡便な一例は、６個の根を見出すためにラゲール（Laguerre）法を使用する。一般に、このような解が２つ存在するが、上記３つの表面が交差するのかどうか及びどのように交差するのかに応じて、１つであるか存在しないかであることがある。

以上の技術は、データ収集物２１５に関連する期間中の静止エミッタの推定位置２２０をもたらす。推定位置２２０は、静止エミッタのあり得る（候補）緯度及びあり得る（候補）経度を含む。図３は、各々を“＋”として表した３０個のデータ収集物の推定位置（結果）を示している（図３はまた、後述する誤った推定結果をも示している）。

図３は、各データ収集物から計算された推定位置における相当な広がりを示している。これは、ＴＤＯＡ及びＦＤＯＡの双方の測定並びにアンテナ動作の動力学における測定ノイズのためである。ノイズの影響を軽減するため、平均化モジュール２１０が、推定位置の平均を取る。得られた平均推定位置２２５が、図３に誤差楕円として示されている。それから推定位置を計算するデータ収集物の個数が増加するにつれて、平均推定位置２２５は静止エミッタの真の位置に収束する（３０データ収集物での誤差楕円が２０データ収集物での誤差楕円よりも小さいとして図４に示されている）。そして、推定エンジン１３５が平均推定位置を提供する。

直接ジオロケーション手法の１つの利点は、初期推定すなわち“シード”を用いることなく静止エミッタの位置が推定されることである。一方、従来のジオロケーション技術はシードを必要とする。それらの技術は、“良い”シードなしでは、あるいは全くシードなしでは、収束しなかったり、収束するのが非常に遅かったり、あるいは間違った答えに収束したりすることがある。

推定エンジン１３５の簡便な一例において、推定エンジン１３５は、提供された平均推定位置２２５に基づいて静止エミッタの位置を更に計算する。他の一例において、静止エミッタの位置を計算するため、平均推定位置２２５が、例えば従来のジオロケーション技術で使用されるものなどの別プロセスへのシードとして提供される。更なる他の一例において、推定エンジン１３５は、例えば視覚的及び／又は聴覚的なインジケータ又は警告として、平均推定位置２２５をユーザに提供する。

図４は、推定エンジン１３５の簡便な一例を示している。その動作の概説として、推定エンジン１３５は、各ドウェル（dwell）について１つ又は２つの受け入れ可能な推定位置（解）を計算する。推定位置を計算するとき、推定エンジン１３５は、二重仮説トラッカを用いて、推定位置を、２つの平均推定位置のうち、それが近接する方の平均推定位置と関連付ける。推定エンジン１３５は、残った方の推定位置を他方の平均推定位置と関連付ける。幾つかのドウェルの後、推定エンジン１３５は、静止エミッタの受信電力（received power；ＲＰ）に対する静止エミッタの実効放射電力（effective radiated power；ＥＲＰ）の比から計算されたレンジ（距離）に対して、航空機までのそのレンジが近い方の平均推定位置を選択する。

より詳細には、所与のデータ収集物に関して推定位置を計算するため、推定モジュール２０５が２つの解を計算する。例えば、“ドウェル１”（“dwell_1”）とラベル付けられたデータ収集物に関して、推定モジュール２０５が推定位置２２０ａ及び推定位置２２０ｂを計算する。推定モジュール２０５の一例は、計算した各解が地表上の位置と矛盾しないかを決定する。推定モジュール２０５は、地表上の位置と矛盾しない解を妥当な解として特定する。推定エンジン１３５が、平均推定位置を決定する際にこれら妥当な解を検討する。故に、一部の例において、推定エンジン１３５は、ドウェルについて１つの推定位置を計算する。

説明の目的で、推定モジュール２０５が２つの解を計算すると仮定する。一方の解は、他方の解よりも航空機に近い。従って、一方の解を“近い解”と呼び、他方の解を“遠い解”と呼ぶと都合がよい。平均化モジュール２１０が、第１の平均推定位置２２５ａ及び第２の平均推定位置２２５ｂを管理する。各々が、推定位置に関して計算された解の移動平均である。平均化モジュール２１０は、第１又は第２の平均推定位置のそれぞれに対する各解の近接さに基づいて、解（２２０ａ、２２０ｂ）の各々を第１の平均推定位置２２５ａ又は第２の平均推定位置２２５ｂの何れかと関連付ける。

例えば、平均化モジュール２１０は、近い解が第１の平均推定位置２２５ａに近いのか、あるいは第２の平均推定位置２２５ｂに近いのかを決定する。近い解が第１の平均推定位置２２５ａの方に近い場合、平均化モジュールは、近い解を第１の平均推定位置２２５ａに含める。そうする際、第１の平均推定位置２２５ａは、それまでに計算された近い解全ての移動平均である。そして同様に、第２の平均推定位置２２５ｂは、それまでに計算された遠い解全ての移動平均である。移動平均を保持することは計算上都合がよい。他の例において、推定位置が個別に保存されて、その後にまとめて平均化される。

上述のシステム及び方法は、デジタル電子回路、コンピュータハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアにて実装され得る。実装は、コンピュータプログラムプロダクト（すなわち、情報担持媒体にて有形に具現化されたコンピュータプログラム）としてとし得る。実装は、例えば、データ処理装置によって実行される又はデータ処理装置の動作を制御するために実行される機械読み取り可能記憶装置におけるものとし得る。実装は、例えば、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、及び／又は複数のコンピュータとし得る。

一例において、コンピュータプログラムは、コンパイル及び／又はインタープリットされた言語を含め、如何なる形態のプログラミング言語で記述されてもよく、また、コンピュータプログラムは、ここに説明された様々な例の特徴及び機能を実行するようにコンピューティング環境で使用されるのに適した、スタンドアローンプログラムとして、又はサブルーチン、エレメント、及び／又はその他のユニットとして展開され得る。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上又は一箇所の複数のコンピュータ上で実行されるように展開され得る。

方法ステップ及び処理は、１つ以上のプログラマブルプロセッサが入力データ上で処理を行って出力を生成することによって様々な例の機能を実行するようにコンピュータプログラムを実行することによって、プロセスとして実行され得る。方法ステップはまた、専用論理回路によって実行されてもよく、また、装置は専用論理回路として実装され得る。回路は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及び／又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）とし得る。モジュール、サブルーチン、及びソフトウェアエージェントは、その機能を実装するコンピュータプログラム、プロセッサ、専用回路、ソフトウェア、及び／又はハードウェアの部分を指し得る。

推定エンジン１３５は、コンピュータプログラムの実行に適した１つ以上のプロセッサを有することができ、例として、汎用マイクロプロセッサ及び専用マイクロプロセッサの双方、並びにあらゆる種類のデジタルコンピュータの１つ以上のプロセッサを含み得る。一般に、プロセッサは、読み出し専用メモリ若しくはランダムアクセスメモリ又はこれら双方から命令及びデータを受け取る。コンピュータの要素は、命令を実行するプロセッサと、命令及びデータを格納する１つ以上のメモリデバイスとを有し得る。一般に、コンピュータは、（例えば、磁気ディスク、磁気光ディスク、又は光ディスクといった）データを格納する１つ以上の大容量ストレージ装置（例えば、メモリモジュール）を含むことができ、あるいは、それらからデータを受け取且つ／或いはそれらにデータを伝達するように動作的に結合されることができる。メモリは、１つ以上のプロセッサ（例えば、推定エンジン１３５）によって実行されるときに該１つ以上のプロセッサにここに説明された様々な例の特徴及び機能を実行又は実装させる、画像を処理するためのコンピュータ読み取り可能命令を格納した、有形の非一時的コンピュータ読み取り可能記憶媒体とし得る。

コンピュータプログラム命令及びデータを具現化するのに適した情報キャリアは、例として半導体メモリデバイスを含め、全ての形態の不揮発性メモリを含む。情報キャリアは、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリデバイス、磁気ディスク、内部ハードディスク、取り外し可能ディスク、磁気光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び／又はＤＶＤ−ＲＯＭディスクとし得る。プロセッサ及びメモリは、専用論理回路によって補完され且つ／或いは専用論理回路に組み込まれ得る。

ユーザとのインタラクションを提供するため、上述の技術は、表示装置を有するコンピューティング装置上で実装され得る。表示装置は、例えば、陰極線管（ＣＲＴ）及び／又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モニタ、及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）モニタとし得る。ユーザとのインタラクションは、例えば、ユーザへの情報の表示、並びに、それによってユーザがコンピューティング装置に入力を提供する（例えば、ユーザインタフェース要素とインタラクトする）ことができるキーボード及びポインティングデバイス（例えば、マウス若しくはトラックボール）とし得る。ユーザとのインタラクションを提供することには、その他の種類の装置も使用され得る。その他の装置は、例えば、何らかの形態の感覚フィードバック（例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバック）にてユーザに提供されるフィードバックとし得る。ユーザからの入力は、例えば、音響、音声、及び／又は触覚の入力を含め、如何なる形態で受け取られてもよい。

上述のシステム及び技術は、バックエンドコンポーネントを含む分散コンピューティングシステムで実装され得る。バックエンドコンポーネントは、例えば、データサーバ、ミドルウェアコンポーネント、及び／又はアプリケーションサーバとし得る。上述の技術は、フロントエンドコンポーネントを含む分散コンピューティングシステムで実装され得る。フロントエンドコンポーネントは、例えば、それを通じてユーザが一実装例とインタラクトすることが可能なグラフィカルユーザインタフェースやウェブブラウザ、及び／又は送信側装置用のその他のグラフィカルユーザインタフェースとし得る。システムのコンポーネントは、何らかの形態のデジタルデータ通信媒体（例えば、通信ネットワーク）によって相互接続され得る。通信ネットワークの例は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、インターネット、有線ネットワーク、及び／又は無線ネットワークを含む。

システムは、クライアント及びサーバに結合され且つ／或いはそれらを含み得る。クライアント及びサーバは、概して互いから遠隔であり、典型的に通信ネットワークを介してインタラクトする。クライアントとサーバとの関係は、それぞれのコンピューティング装置上で走る互いに対してクライアント−サーバ関係を持つコンピュータプログラムによって生まれる。

通信ネットワークは、パケットベースのネットワークを含むことができ、これは例えば、インターネット、キャリアインターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワーク（例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、無線ネットワーク（例えば、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）、８０２．１１ネットワーク、８０２．１６ネットワーク、汎用パケット無線システム（ＧＰＲＳ）ネットワーク、ＨｉｐｅｒＬＡＮ）、及び／又はその他のパケットベースネットワークを含み得る。回路ベースのネットワークは、例えば、構内電話交換機（ＰＢＸ）、無線ネットワーク（例えば、ＲＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）ネットワーク、時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）ネットワーク、グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ（ＧＳＭ（登録商標））ネットワーク）、及び／又はその他の回路ベースネットワークを含み得る。

推定エンジン１３５は、例えば、コンピュータ、ブラウザ装置を備えたコンピュータ、電話、ＩＰ電話、モバイル装置（例えば、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）装置、ラップトップコンピュータ、電子メール装置）、及び／又はその他の通信装置を含み得る。ブラウザ装置は、例えば、ワールドワイドウェブブラウザ（例えば、ワシントン州レッドモンドのマイクロソフト社から入手可能なＩＮＴＥＲＮＥＴ ＥＸＰＬＯＲＥＲ（登録商標））を備えたコンピュータ（例えば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ）を含む。モバイルコンピューティング装置は、例えば、カナダ・オンタリオ州ウォータールーのリサーチ・イン・モーション社によって供給されているＢＬＡＣＫＢＥＲＲＹ（登録商標）を含む。

“有する”、“含む”、及び／又は各々の様々な形態は、オープンエンドであって列挙されるパーツを含むとともに、列挙されない更なるパーツを含むことができる。“及び／又は”は、オープンエンドであって、列挙されるパーツのうちの１つ以上、並びに列挙されるパーツの組み合わせを含む。

上での開示は、多様な有用な例であると現在考えられるものを説明しているが、理解されるべきことには、これらの詳細事項は単にその目的でのものであり、添付の請求項は、開示されている例に限定されず、むしろ、添付の請求項の精神及び範囲内の変更及び均等構成に及ぶものである。

当業者は、本発明が、その精神又は本質的特徴を逸脱することなく、他の具体的形態で具現化され得ることに気付くであろう。故に、以上の実施形態は、あらゆる点で、ここに記載される発明の限定ではなく例示として考えられるべきである。従って、本発明の範囲は、以上の説明によってではなく、添付の請求項によって指し示されるものであり、それ故に、請求項の均等の意味及び範囲に入る全ての変形がその中に包含されることが意図される。

Claims (12)

1. 地表に置かれた静止エミッタの位置を推定する方法であって、
   複数の期間中に収集されるデータであって、地表に置かれた静止エミッタから送信されて航空機の少なくとも２つのアンテナによって受信されるレーダパルスの到来時間差（ＴＤＯＡ）及び到来周波数差（ＦＤＯＡ）の測定結果と、前記航空機の地表からの高度の測定結果とを含んだデータ、が提供される推定エンジンにおいて、
   前記複数の期間の各々について、それぞれの期間に関する前記ＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及び高度の測定結果に基づいて、前記静止エミッタの位置を推定するステップであり、その結果が、それぞれの期間に関する前記静止エミッタの推定位置であり、前記静止エミッタの前記推定位置は、前記静止エミッタの候補緯度及び候補経度を含む、ステップと、
   前記複数の期間に関する前記推定位置の平均を取って、前記静止エミッタの平均推定位置を形成するステップであり、前記平均推定位置は、前記静止エミッタの前記候補緯度の平均及び前記候補経度の平均を含む、ステップと、
   前記静止エミッタの前記平均推定位置を提供するステップと、
   を有する方法。
2. 前記推定することは、
   前記ＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及び高度の測定結果の各々を、３次元空間内の表面として表現し、
   前記表面同士の交差点を特定し、且つ
   該特定に基づき、前記静止エミッタの前記推定位置として、特定された各交差点を返す
   ことを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記表面の各々が連立方程式として記述され、且つ
   前記特定することは、ラゲール法を用いて前記連立方程式を解くことを含む、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記推定することは、前記推定位置の各々に関する２つの解を計算することを含み、
   前記平均を取ることは、各々が前記推定位置に関して計算された前記解の移動平均である第１の平均推定位置及び第２の平均推定位置を管理することと、前記第１又は第２の平均推定位置のそれぞれに対する前記解の各々の近接さに基づいて、前記解の各々を前記第１又は第２の平均推定位置の何れかと関連付けることとを含み、且つ
   前記提供することは、前記航空機から前記静止エミッタまでの計算されたレンジに対して値的に近い前記航空機までのレンジを持つ方の前記第１又は第２の平均推定位置を選択することを含む、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記解を計算することは、地表上の位置と矛盾しない解を妥当な解として特定することを含み、且つ
   前記関連付けることは、前記妥当な解を前記第１及び第２の平均推定位置に含めることを含む、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記関連付けることは、
   各解について、それぞれの解が近接性において前記第１又は第２の平均推定位置の何れに近いのかを決定し、且つ
   該決定に基づいて、前記それぞれの位置を前記第１又は第２の平均推定位置の何れかの前記移動平均に含める
   ことを含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記静止エミッタの受信電力に対する前記静止エミッタの実効放射電力の比から、前記計算されたレンジを決定する、ことを更に有する請求項６に記載の方法。
8. 前記平均を取ることは、
   前記複数の期間中に収集される前記データ中のノイズの近似に基づいて、前記推定位置の各々に重みを割り当て、且つ
   前記割り当てられた重みに従って前記推定位置の平均を取って、前記静止エミッタの加重平均推定位置を得る
   ことを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記提供することは、前記静止エミッタの前記平均推定位置をユーザに提供することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 提供される前記静止エミッタの前記平均推定位置に基づいて、地表上の前記静止エミッタの位置を計算する、ことを更に有する請求項１に記載の方法。
11. 地表に置かれた静止エミッタの位置を推定するシステムであって、
    コンピュータ実行可能命令を有するメモリと、
    地表に置かれた静止エミッタから送信されて航空機の少なくとも２つのアンテナによって受信されるレーダパルスの到来時間差（ＴＤＯＡ）及び到来周波数差（ＦＤＯＡ）の測定結果を受信し、且つ前記航空機の地表からの高度の測定結果を受信する少なくとも１つのインタフェースと、
    前記メモリ及び前記少なくとも１つのインタフェースに結合された推定エンジンであり、当該推定エンジンによって実行されるときに前記コンピュータ実行可能命令が、当該推定エンジンに、
    複数の期間の各々について、それぞれの期間に関する前記ＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及び高度の測定結果に基づいて、前記静止エミッタの位置を推定させ、その結果が、それぞれの期間に関する前記静止エミッタの推定位置であり、前記静止エミッタの前記推定位置は、前記静止エミッタの候補緯度及び候補経度を含み、
    前記複数の期間に関する前記推定位置の平均を取らせて、前記静止エミッタの平均推定位置を形成させ、前記平均推定位置は、前記静止エミッタの前記候補緯度の平均及び前記候補経度の平均を含み、且つ
    前記静止エミッタの前記平均推定位置を提供させる、
    推定エンジンと、
    有するシステム。
12. 地表に置かれた静止エミッタの位置を推定するためのコンピュータ読み取り可能命令を格納した有形の非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体であって、
    地表に置かれた静止エミッタから送信されて航空機の少なくとも２つのアンテナによって受信されるレーダパルスの到来時間差（ＴＤＯＡ）及び到来周波数差（ＦＤＯＡ）の測定結果と、前記航空機の地表からの高度の測定結果とを含んだ、複数の期間中に収集されるデータが与えられ、前記コンピュータ読み取り可能命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されるときに、該１つ以上のプロセッサに、
    前記複数の期間の各々について、それぞれの期間に関する前記ＴＤＯＡ、ＦＤＯＡ、及び高度の測定結果に基づいて、前記静止エミッタの位置を推定させ、その結果が、それぞれの期間に関する前記静止エミッタの推定位置であり、前記静止エミッタの前記推定位置は、前記静止エミッタの候補緯度及び候補経度を含み、
    前記複数の期間に関する前記推定位置の平均を取らせて、前記静止エミッタの平均推定位置を形成させ、前記平均推定位置は、前記静止エミッタの前記候補緯度の平均及び前記候補経度の平均を含み、且つ
    前記静止エミッタの前記平均推定位置を提供させる、
    コンピュータ読み取り可能記憶媒体。

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