JP2020159705A - Position estimation device and position estimation method - Google Patents

Position estimation device and position estimation method Download PDF

Info

Publication number
JP2020159705A
JP2020159705A JP2019056068A JP2019056068A JP2020159705A JP 2020159705 A JP2020159705 A JP 2020159705A JP 2019056068 A JP2019056068 A JP 2019056068A JP 2019056068 A JP2019056068 A JP 2019056068A JP 2020159705 A JP2020159705 A JP 2020159705A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wave
estimated
received power
received
reception
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019056068A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7315349B2 (en
Inventor
清水 聡
Satoshi Shimizu
聡 清水
進 阿野
Susumu Ano
進 阿野
拓哉 栗原
Takuya Kurihara
拓哉 栗原
一人 矢野
Kazuto Yano
一人 矢野
鈴木 義規
Yoshinori Suzuki
義規 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Original Assignee
ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ATR Advanced Telecommunications Research Institute International filed Critical ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority to JP2019056068A priority Critical patent/JP7315349B2/en
Publication of JP2020159705A publication Critical patent/JP2020159705A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7315349B2 publication Critical patent/JP7315349B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

To provide a position estimation device capable of estimating a position or a transmission power of an unknown wave source.SOLUTION: A position estimation device 1 comprises: a received power acquisition unit 11 which receives a wave from an unknown wave source to acquire a received power; a receiving position acquisition unit 12 which acquires a receiving position where the wave corresponding to the received power is received; an estimation unit 13 which estimates an estimate position and an estimate transmission power by using a plurality of pairs of received powers and receiving positions, estimate positions of the unknown wave source, estimate transmission powers of the wave from the unknown wave source, and propagation loss of the wave to optimize an objective function associated with a difference between an estimate received power and a received power of each receiving position.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、未知の波源の位置と送信電力を、受信電力を用いて推定する位置推定装置等に関する。 The present invention relates to a position estimation device and the like that estimate the position of an unknown wave source and transmission power using received power.

無線通信を行うICT機器(Information and Communication Technology機器:情報通信装置)の普及により、空間には様々な電波が飛び交っている。それらの機器の中には、免許や適切な認定を受けることなく送信を行っているものがある。その電波は他の機器に干渉を与え、通信障害が発生することもある。 With the widespread use of ICT equipment (Information and Communication Technology equipment) that performs wireless communication, various radio waves are flying around in the space. Some of these devices transmit without a license or proper certification. The radio waves may interfere with other devices and cause communication problems.

このような状況を把握して対策を行うためには、電波を発する信号源の位置を特定する必要がある。その方法として主に次のような方法が知られている。
・信号源から発せられた電波のRSSI(Received Signal Strength Indication:受信信号強度)を複数の地点で測定し、その結果から三角測量の方法によって信号源の位置を推定する方法
・信号源から送信された信号を複数の地点で同時に受信し、その送達時間の差から信号源の位置を推定する方法(TDoA:Time Difference of Arrival)
・信号源から送信された信号を複数の地点で同時に受信し、その位相差から信号の到来方向を推定する方法(DoA:Direction of Arrival)
In order to grasp such a situation and take countermeasures, it is necessary to specify the position of the signal source that emits radio waves. The following methods are mainly known as the method.
-A method of measuring the RSSI (Received Signal Strength Indication) of radio waves emitted from a signal source at multiple points and estimating the position of the signal source from the results by a triangulation method-Transmitted from the signal source A method of simultaneously receiving a signal at multiple points and estimating the position of the signal source from the difference in delivery time (TDoA: Time Difference of Arrival).
-A method of simultaneously receiving signals transmitted from a signal source at multiple points and estimating the direction of arrival of the signals from the phase difference (DoA: Direction of Arrival).

TDoAやDoAによって信号源の位置を推定する場合は、複数の地点で同時に測定を行う必要がある。なお、電波は3×108(m/s)の極めて速い速度で伝搬する。したがって、複数地点で同時に伝搬時間差や位相差を測定するには、極めて高い時間分解能で受信する機構が必要になる。その際、離れた複数地点で「同時」を実現するのも難しいことになる。同時を実現しやすい近くの場合は、伝搬時間差や位相差が小さくなり、推定精度が低下するという問題がある。 When estimating the position of a signal source by TDoA or DoA, it is necessary to measure at a plurality of points at the same time. The radio wave propagates at an extremely high speed of 3 × 108 (m / s). Therefore, in order to measure the propagation time difference and the phase difference at a plurality of points at the same time, a mechanism for receiving with extremely high time resolution is required. At that time, it will be difficult to realize "simultaneous" at multiple remote points. In the near case where simultaneous realization is easy to be realized, there is a problem that the propagation time difference and the phase difference become small and the estimation accuracy is lowered.

RSSIを用いる方法でも複数地点での測定は必要ではあるが、それらの場所で信号を同時に受信する必要はないため、一つの受信機を移動させてRSSIを記録することによって位置推定を行うこともできる。また、RSSIを用いる方法は、受信信号の強度のみを測定すればよく、平易な回路で実現できるという利点もある。 The method using RSSI also requires measurement at multiple points, but since it is not necessary to receive signals at those points at the same time, it is also possible to estimate the position by moving one receiver and recording RSSI. it can. Further, the method using RSSI has an advantage that only the strength of the received signal needs to be measured and can be realized by a simple circuit.

しかしながら、電波は、信号源から受信機に直接伝わる以外にも、周囲の建物や路面などで反射して伝搬するものもある。受信機には、これらのマルチパスが合成されて入力される。また、反射物や遮蔽物の移動や、ちょっとした受信機の位置ずれによって、受信される合成電波の位相関係は変わることになる。それにしたがって、RSSIも大きく変動する。そのような変動するRSSIを用いて三角測量の方法で位置推定を行うと、大きな位置ずれが発生するという課題がある。 However, in addition to being transmitted directly from the signal source to the receiver, radio waves may be reflected and propagated by surrounding buildings or road surfaces. These multipaths are combined and input to the receiver. In addition, the phase relationship of the received synthetic radio waves changes due to the movement of reflectors and shields and the slight misalignment of the receiver. The RSSI fluctuates accordingly. When the position is estimated by the method of triangulation using such a fluctuating RSSI, there is a problem that a large displacement occurs.

また、電波を用いた位置推定については、例えば、特許文献1〜3や非特許文献1に記載された方法も知られている。 Further, for position estimation using radio waves, for example, the methods described in Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1 are also known.

特許第6030976号公報Japanese Patent No. 6030976 特許第5537284号公報Japanese Patent No. 5537284 特開2016−170032号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-170032

吾妻悠太、梅澤猛、大澤範高、「複数地点で観測した電波強度による位置指紋の相対位置を利用した屋内位置推定」、信学技報、vol. 115、no. 436、MoNA2015-37、pp. 1-6、2016年1月Yuta Azuma, Takeshi Umezawa, Noritaka Osawa, "Indoor position estimation using relative position of position fingerprints based on radio field intensity observed at multiple points", Shingaku Giho, vol. 115, no. 436, MoNA2015-37, pp . 1-6, January 2016

特許文献1の発明では、複数の基地局で端末からのRSSIを測定して位置を推定している。しかしながら、基地局の位置が未知であるという前提のために、それを決めるために基地局の位置も基地局間相互の受信電力から推定する、という処理を行う。この過程で基地局の位置がずれてしまっては、端末位置を正確に把握できない。また、複数の基地局が必要な方法でもある。 In the invention of Patent Document 1, the position is estimated by measuring RSSI from the terminal at a plurality of base stations. However, on the premise that the position of the base station is unknown, the position of the base station is also estimated from the mutual received power between the base stations in order to determine it. If the position of the base station shifts in this process, the terminal position cannot be accurately grasped. It is also a method that requires multiple base stations.

特許文献2の発明では、信号強度とアクセスポイントまでの距離や角度などを記録したテーブルを参照しながら端末位置を推定している。この場合には、端末位置と受信電力を対応させるテーブルを事前に準備しておく必要がある。したがって、未知の場所の未知の機器から発せられる信号源の位置を特定するのには不適切な方法である。 In the invention of Patent Document 2, the terminal position is estimated with reference to a table in which the signal strength and the distance and angle to the access point are recorded. In this case, it is necessary to prepare a table corresponding to the terminal position and the received power in advance. Therefore, it is an inappropriate method for locating a signal source emitted from an unknown device in an unknown location.

特許文献3の発明では、従来の信号源の位置の特定方法であるTDoAやDoAによる算出方法の欠点であるマルチパスなどによる精度の劣化を、複数回の算出や伝搬損失に応じた重み付けの適用などにより対策するものになっている。しかし基本的な信号源の位置推定方法としてはTDoAやDoAである。TDoAやDoAは先に記載したように、離れた複数地点で同時に高精度な測定を実施する必要がある。これを実現するのは難易度が極めて高いという問題がある。 In the invention of Patent Document 3, the deterioration of accuracy due to multipath, which is a drawback of the conventional calculation method by TDoA or DoA, which is a method of specifying the position of the signal source, is calculated a plurality of times and weighting is applied according to the propagation loss. It is designed to take measures such as. However, TDoA and DoA are the basic methods for estimating the position of the signal source. As described above, TDoA and DoA need to perform high-precision measurement at a plurality of distant points at the same time. There is a problem that it is extremely difficult to achieve this.

非特許文献1では、RSSIを使う方法としては三角測量法と位置指紋法をあげ、前者はマルチパスなどの影響で誤差が大きいとし、特許文献2のように位置とRSSIの対応(これを位置指紋と呼んでいる)と実際のRSSIの比較からの位置推定が優れているとしている。しかしながら、位置指紋法では特許文献2と同様に、事前に測定したテーブル(=位置指紋)を用意しておく必要があり、限定的な場所でしか使用できないという課題がある。 In Non-Patent Document 1, the triangulation method and the position fingerprint method are mentioned as the methods using RSSI, and the former is assumed to have a large error due to the influence of multipath and the like, and the correspondence between the position and RSSI as in Patent Document 2 (this is the position) It is said that the position estimation from the comparison between (called a fingerprint) and the actual RSSI is excellent. However, in the position fingerprint method, as in Patent Document 2, it is necessary to prepare a table (= position fingerprint) measured in advance, and there is a problem that it can be used only in a limited place.

一般的に言えば、TDoAやDoAを用いることなく、また、位置指紋などの事前の準備も必要せずに、マルチパスの影響がある場合であっても、未知の波源の位置を推定できるようにしたいという課題があった。 Generally speaking, the position of an unknown wave source can be estimated even under the influence of multipath without using TDoA or DoA and without the need for prior preparation such as position fingerprint. There was a problem that I wanted to do.

本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、TDoAやDoAを用いることなく、また、位置指紋などの事前の準備も必要とせずに、マルチパスの影響がある場合であっても、未知の波源の位置を推定することができる位置推定装置等を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and there is a case where there is an influence of multipath without using TDoA or DoA and without requiring prior preparation such as position fingerprint. However, it is an object of the present invention to provide a position estimation device or the like capable of estimating the position of an unknown wave source.

上記目的を達成するため、本発明による位置推定装置は、未知の波源からの波の受信電力を取得する受信電力取得部と、受信電力に応じた波が受信された際の受信位置を取得する受信位置取得部と、受信電力と受信位置との複数の組、未知の波源の推定位置、未知の波源からの波の推定送信電力、波の伝搬損失を用いて、受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた目的関数を最適化することによって推定位置と推定送信電力とを推定する推定部と、を備えたものである。
このような構成により、TDoAやDoAを用いることなく、また、位置指紋などの事前の準備も必要とせずに、未知の波源の位置、及び送信電力を推定することができるようになる。そのように、TDoA等を用いないため、簡易な構成により波源の位置の推定が可能になる。さらに、目的関数の最適化によって推定を行うため、十分な個数の受信電力と受信位置との組を用いることによって、マルチパスの影響も低減しながら、波源の位置などの推定を行うことができるようになる。
In order to achieve the above object, the position estimation device according to the present invention acquires a received power acquisition unit that acquires the received power of a wave from an unknown wave source and a reception position when a wave corresponding to the received power is received. Estimated reception power for each reception position using the reception position acquisition unit, multiple sets of reception power and reception position, estimated position of unknown wave source, estimated transmission power of wave from unknown wave source, and wave propagation loss. It is provided with an estimation unit that estimates the estimated position and the estimated transmission power by optimizing the objective function according to the difference between the power and the received power.
With such a configuration, it becomes possible to estimate the position of an unknown wave source and the transmission power without using TDoA or DoA and without requiring prior preparation such as a position fingerprint. As such, since TDoA or the like is not used, the position of the wave source can be estimated with a simple configuration. Furthermore, since the estimation is performed by optimizing the objective function, it is possible to estimate the position of the wave source while reducing the influence of multipath by using a sufficient number of sets of received power and receiving position. Will be.

また、本発明による位置推定装置では、受信電力取得部は、未知の波源からの波を受信して、受信電力を取得し、受信位置取得部は、受信電力取得部が受信電力に応じた波を受信した時点の位置推定装置の位置である受信位置を取得してもよい。
このような構成により、位置推定装置によって波源からの波の受信をも行うため、例えば、位置推定装置を移動させて受信位置等を記録することによって、位置推定を行うこともできる。その場合には、複数の受信装置を用いることなく、波源の位置の推定を行うことができるようになる。
Further, in the position estimation device according to the present invention, the received power acquisition unit receives a wave from an unknown wave source and acquires the received power, and the receiving position acquisition unit receives the wave according to the received power. The receiving position, which is the position of the position estimation device at the time of receiving the
With such a configuration, the position estimation device also receives waves from the wave source. Therefore, for example, the position estimation can be performed by moving the position estimation device and recording the reception position or the like. In that case, the position of the wave source can be estimated without using a plurality of receiving devices.

また、本発明による位置推定装置では、未知の波源は1以上存在し、推定部は、最適化された目的関数の値である最適値を推定波源数で除算した波源当たりの最適値が最適化されるように、推定波源数をも推定してもよい。
このような構成により、波源の個数の推定も行うことができるようになる。
Further, in the position estimation device according to the present invention, there are one or more unknown wave sources, and the estimation unit optimizes the optimum value per wave source obtained by dividing the optimum value, which is the value of the optimized objective function, by the estimated number of wave sources. As such, the estimated number of wave sources may also be estimated.
With such a configuration, it becomes possible to estimate the number of wave sources.

また、本発明による位置推定装置では、推定部は、推定位置と受信位置との間の空間に関する空間情報に応じた伝搬損失を用いて、目的関数の最適化を行ってもよい。
このような構成により、より精度の高い推定を実現することができるようになる。
Further, in the position estimation device according to the present invention, the estimation unit may optimize the objective function by using the propagation loss according to the spatial information regarding the space between the estimated position and the receiving position.
With such a configuration, it becomes possible to realize a more accurate estimation.

また、本発明による位置推定装置では、推定部は、推定受信電力と受信電力との差に、推定受信電力の算出で用いる推定位置と受信位置との間の空間に関する空間情報に応じた重みを付けた目的関数を最適化してもよい。
このような構成により、より精度の高い推定を実現することができるようになる。
Further, in the position estimation device according to the present invention, the estimation unit weights the difference between the estimated reception power and the received power according to the spatial information regarding the space between the estimated position and the reception position used in the calculation of the estimated reception power. The attached objective function may be optimized.
With such a configuration, it becomes possible to realize a more accurate estimation.

また、本発明による位置推定装置では、未知の波源からの波は、指向性を有する機器で受信され、受信電力に応じた波が受信された際の指向性を有する機器の方向を取得する方向取得部をさらに備え、推定部は、推定位置の方向と指向性を有する機器の方向との角度に応じた伝搬損失を用いてもよい。
このような構成により、例えば、アンテナやマイクロフォンなどの指向性も考慮した推定を行うことができ、より精度の高い推定を実現することができるようになる。
Further, in the position estimation device according to the present invention, the wave from an unknown wave source is received by the device having directivity, and the direction of acquiring the direction of the device having directivity when the wave corresponding to the received power is received. An acquisition unit may be further provided, and the estimation unit may use the propagation loss according to the angle between the direction of the estimated position and the direction of the device having directivity.
With such a configuration, for example, estimation can be performed in consideration of the directivity of an antenna, a microphone, or the like, and more accurate estimation can be realized.

また、本発明による位置推定装置では、推定部は、逐次的な演算処理によって目的関数の最適化を行ってもよい。
このような構成により、例えば、ニュートン法などの逐次的な演算によって、目的関数の最適化を行うことができるようになる。
Further, in the position estimation device according to the present invention, the estimation unit may optimize the objective function by sequential arithmetic processing.
With such a configuration, the objective function can be optimized by a sequential operation such as Newton's method.

また、本発明による位置推定装置では、推定部は、複数の初期値を用いた逐次的な演算処理によって目的関数の最適化を行ってもよい。
このような構成により、最適解が局所最適値に対応したものとなることを回避することができ、より精度の高い推定を実現することができるようになる。
Further, in the position estimation device according to the present invention, the estimation unit may optimize the objective function by sequential arithmetic processing using a plurality of initial values.
With such a configuration, it is possible to prevent the optimum solution from corresponding to the local optimum value, and it becomes possible to realize a more accurate estimation.

また、本発明による位置推定装置では、推定部は、逐次的な演算処理において、目的関数が局所最適値に収束している場合には、ステップサイズをより大きい値に変更し、目的関数が大域最適値に収束している場合には、ステップサイズをより小さい値に変更してもよい。
このような構成により、最適解が局所最適値に対応したものとなることを回避することができ、より精度の高い推定を実現することができるようになる。
Further, in the position estimation device according to the present invention, in the sequential arithmetic processing, when the objective function converges to the local optimum value, the estimation unit changes the step size to a larger value, and the objective function is global. The step size may be changed to a smaller value if it has converged to the optimum value.
With such a configuration, it is possible to prevent the optimum solution from corresponding to the local optimum value, and it becomes possible to realize a more accurate estimation.

また、本発明による位置推定装置では、未知の波源は、電波の送信源であり、電波は、アンテナによって受信されてもよい。
このような構成により、電波の送信源の位置を推定することができ、例えば、違法な電波の送信源を特定することができるようになる。
Further, in the position estimation device according to the present invention, the unknown wave source is the transmission source of radio waves, and the radio waves may be received by the antenna.
With such a configuration, the position of the radio wave transmission source can be estimated, and for example, an illegal radio wave transmission source can be identified.

また、本発明による位置推定装置では、未知の波源は、音波の発信源であり、音波は、マイクロフォンまたはハイドロフォンによって受信されてもよい。
このような構成により、音波の発信源の位置を推定することができ、例えば、異音の発生位置や所望の音源の位置などを特定することができるようになる。
Further, in the position estimation device according to the present invention, the unknown wave source is a source of sound waves, and the sound waves may be received by a microphone or a hydrophone.
With such a configuration, the position of the sound wave source can be estimated, and for example, the position where abnormal noise is generated, the position of a desired sound source, and the like can be specified.

また、本発明による位置推定方法は、未知の波源からの波の受信電力を取得するステップと、受信電力に応じた波が受信された際の受信位置を取得するステップと、受信電力と受信位置との複数の組、未知の波源の推定位置、未知の波源からの波の推定送信電力、波の伝搬損失を用いて受信位置ごとの推定受信電力を算出し、受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた目的関数を最適化することによって推定位置と推定送信電力とを推定するステップと、を備えたものである。 Further, the position estimation method according to the present invention includes a step of acquiring the received power of a wave from an unknown wave source, a step of acquiring a receiving position when a wave corresponding to the received power is received, and a received power and a receiving position. The estimated received power for each receiving position is calculated using multiple sets of and, the estimated position of the unknown wave source, the estimated transmission power of the wave from the unknown wave source, and the propagation loss of the wave. It includes a step of estimating the estimated position and the estimated transmission power by optimizing the objective function according to the difference from the received power.

本発明による位置推定装置等によれば、TDoAやDoAを用いることなく、また、位置指紋などの事前の準備も必要とせずに、未知の波源の位置、及び送信電力を推定することができるようになる。 According to the position estimation device and the like according to the present invention, the position of an unknown wave source and the transmission power can be estimated without using TDoA or DoA and without requiring prior preparation such as a position fingerprint. become.

本発明の実施の形態による位置推定装置の構成を示すブロック図A block diagram showing a configuration of a position estimation device according to an embodiment of the present invention. 同実施の形態による位置推定装置の動作を示すフローチャートA flowchart showing the operation of the position estimation device according to the same embodiment. 同実施の形態による位置推定装置の構成の他の一例を示すブロック図A block diagram showing another example of the configuration of the position estimation device according to the same embodiment. 同実施の形態による位置推定装置の構成の他の一例を示すブロック図A block diagram showing another example of the configuration of the position estimation device according to the same embodiment. 同実施の形態における指向性を有するアンテナを用いた位置推定について説明するための図The figure for demonstrating the position estimation using the directional antenna in the same embodiment. 同実施の形態による位置推定装置の動作の他の一例を示すフローチャートA flowchart showing another example of the operation of the position estimation device according to the same embodiment. 同実施の形態における波源数の最適化について説明するための図The figure for demonstrating the optimization of the number of wave sources in the same embodiment.

以下、本発明による位置推定装置について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素及びステップは同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態による位置推定装置は、未知の波源の位置と送信出力を、受信電力を用いた最適化によって推定するものである。 Hereinafter, the position estimation device according to the present invention will be described with reference to embodiments. In the following embodiments, the components and steps having the same reference numerals are the same or correspond to each other, and the description thereof may be omitted again. The position estimation device according to the present embodiment estimates the position of an unknown wave source and the transmission output by optimization using received power.

図1は、本実施の形態による位置推定装置1の構成を示すブロック図である。本実施の形態による位置推定装置1は、受信電力取得部11と、受信位置取得部12と、推定部13とを備える。後述するように、位置推定装置1は、波の受信を行うものであってもよく、または、そうでなくてもよい。前者の場合には、位置推定装置1は、位置を変更可能なもの(例えば、持ち運び可能な装置や、自動車等の移動体に搭載可能な装置等)であることが好適である。一方、電波の受信を行わない場合には、位置推定装置1は、例えば、1個または2個以上のクライアント装置から受信電力等を受け取るサーバ装置であってもよい。本実施の形態では、位置推定装置1が、位置を変更可能なものである場合について主に説明する。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a position estimation device 1 according to the present embodiment. The position estimation device 1 according to the present embodiment includes a reception power acquisition unit 11, a reception position acquisition unit 12, and an estimation unit 13. As will be described later, the position estimation device 1 may or may not receive waves. In the former case, it is preferable that the position estimation device 1 is a device whose position can be changed (for example, a portable device, a device that can be mounted on a moving body such as an automobile, or the like). On the other hand, when the radio wave is not received, the position estimation device 1 may be, for example, a server device that receives received power or the like from one or two or more client devices. In the present embodiment, the case where the position estimation device 1 can change the position will be mainly described.

受信電力取得部11は、未知の波源5からの波の受信電力を取得する。未知の波源5からの波は、例えば、電波であってもよく、または、音波であってもよい。前者の場合には、未知の波源5は、電波の送信源となり、後者の場合には、未知の波源は、音波の発信源となる。本実施の形態では、その波が電波である場合について主に説明し、音波である場合については後述する。また、本実施の形態では、まず、未知の波源5の個数が1個である場合について主に説明し、未知の波源5の個数が1個以外であり得る場合については後述する。 The received power acquisition unit 11 acquires the received power of the wave from the unknown wave source 5. The wave from the unknown source 5 may be, for example, a radio wave or a sound wave. In the former case, the unknown wave source 5 becomes a radio wave transmission source, and in the latter case, the unknown wave source becomes a sound wave transmission source. In the present embodiment, the case where the wave is a radio wave will be mainly described, and the case where the wave is a sound wave will be described later. Further, in the present embodiment, first, the case where the number of unknown wave sources 5 is one will be mainly described, and the case where the number of unknown wave sources 5 may be other than one will be described later.

受信電力取得部11は、未知の波源5からの波を受信して、受信電力を取得するものであってもよく、他の装置で受信された波の受信電力を、他の装置から受け取るものであってもよい。本実施の形態では、上記のように、前者の場合について主に説明する。すなわち、本実施の形態では、受信電力取得部11が、アンテナ11aで電波を受信して、その電波の受信電力を取得するものとする。受信電力は、例えば、受信信号強度(RSSI)であってもよい。受信電力取得部11は、例えば、電波の受信信号強度を取得するスペクトラムアナライザであってもよく、電波を受信する他の構成であってもよい。受信電力取得部11がスペクトラムアナライザである場合には、受信電力取得部11は、受信した電波の波長も取得してもよい。また、スペクトラムアナライザである受信電力取得部11は、例えば、所望の周波数の電波の受信電力を取得してもよい。 The received power acquisition unit 11 may receive a wave from an unknown wave source 5 and acquire the received power, and may receive the received power of the wave received by the other device from the other device. It may be. In the present embodiment, as described above, the former case will be mainly described. That is, in the present embodiment, the received power acquisition unit 11 receives the radio wave by the antenna 11a and acquires the received power of the radio wave. The received power may be, for example, the received signal strength (RSSI). The received power acquisition unit 11 may be, for example, a spectrum analyzer that acquires the reception signal strength of the radio wave, or may have another configuration for receiving the radio wave. When the received power acquisition unit 11 is a spectrum analyzer, the received power acquisition unit 11 may also acquire the wavelength of the received radio wave. Further, the reception power acquisition unit 11 which is a spectrum analyzer may acquire the reception power of radio waves of a desired frequency, for example.

受信位置取得部12は、受信電力に応じた波が受信された際の受信位置を取得する。すなわち、未知の波源5からの波がアンテナ等によって受信された際のアンテナ等の位置が取得されることになる。受信位置取得部12は、受信電力取得部11が受信電力に応じた波を受信した時点の位置推定装置1の位置である受信位置を取得するものであってもよく、他の装置で波が受信された時点のその装置の位置である受信位置を、他の装置から受け取るものであってもよい。本実施の形態では、前者の場合について主に説明する。 The reception position acquisition unit 12 acquires the reception position when a wave corresponding to the received power is received. That is, the position of the antenna or the like when the wave from the unknown wave source 5 is received by the antenna or the like is acquired. The reception position acquisition unit 12 may acquire the reception position which is the position of the position estimation device 1 at the time when the reception power acquisition unit 11 receives the wave corresponding to the received power, and the wave is generated by another device. The reception position, which is the position of the device at the time of reception, may be received from another device. In the present embodiment, the former case will be mainly described.

受信位置取得部12が位置を取得する方法は問わない。受信位置取得部12は、例えば、GPS(Global Positioning System)を用いて位置を取得してもよく、さらに準天頂衛星システムをも用いて位置を取得してもよく、位置推定装置1が車両等に搭載されている場合には、例えば、ジャイロなどの自律航法装置を用いて位置を取得してもよく、位置を示す位置情報に対応したコード等(例えば、QRコード(登録商標)等)の画像が、その位置情報の示す位置に配置されている場合には、例えば、そのコード等の画像を撮影して、位置情報を読み出すことによって位置を取得してもよく、その他の方法によって位置を取得してもよい。本実施の形態では、受信位置取得部12が、GPS衛星からの電波を、アンテナ12aを介して受信し、その受信した電波を用いて位置を取得する場合について主に説明する。受信位置取得部12によって取得される位置は、例えば、緯度と経度を示す座標であってもよく、その他の座標であってもよい。 The method by which the receiving position acquisition unit 12 acquires the position does not matter. The reception position acquisition unit 12 may acquire the position using, for example, GPS (Global Positioning System), or may acquire the position using a quasi-zenith satellite system, and the position estimation device 1 may acquire a vehicle or the like. When mounted on the system, for example, the position may be acquired using an autonomous navigation device such as a gyro, and a code corresponding to the position information indicating the position (for example, a QR code (registered trademark)) may be obtained. When the image is arranged at the position indicated by the position information, for example, the position may be acquired by taking an image such as the code and reading the position information, or the position may be obtained by another method. You may get it. In the present embodiment, a case where the reception position acquisition unit 12 receives radio waves from GPS satellites via the antenna 12a and acquires the position using the received radio waves will be mainly described. The position acquired by the reception position acquisition unit 12 may be, for example, coordinates indicating latitude and longitude, or may be other coordinates.

受信電力取得部11によって取得された受信電力と、その受信電力に応じた波に関して、受信位置取得部12によって取得された受信位置とは、紐付けられて管理されることが好適である。本実施の形態では、紐付けられた受信電力と受信位置とを、受信電力と受信位置との組と呼ぶことにする。受信電力取得部11によって受信電力が取得され、その受信電力に応じた受信位置が受信位置取得部12によって取得されることによって、受信電力と受信位置との組が複数取得されることになる。例えば、位置推定装置1が移動可能なものである場合には、複数の位置において未知の波源5からの波が受信されることによって、受信電力と受信位置との複数の組が取得されてもよい。 With respect to the received power acquired by the received power acquisition unit 11 and the wave corresponding to the received power, it is preferable that the reception position acquired by the reception position acquisition unit 12 is linked and managed. In the present embodiment, the associated received power and the receiving position are referred to as a pair of the received power and the receiving position. The reception power is acquired by the reception power acquisition unit 11, and the reception position corresponding to the reception power is acquired by the reception position acquisition unit 12, so that a plurality of pairs of the reception power and the reception position are acquired. For example, when the position estimation device 1 is movable, even if a plurality of sets of received power and reception position are acquired by receiving waves from an unknown wave source 5 at a plurality of positions. Good.

推定部13は、受信電力と受信位置との複数の組、未知の波源5の推定位置、未知の波源5からの波の推定送信電力、波の伝搬損失を用いて、受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた目的関数を最適化することによって推定位置と推定送信電力とを推定する。すなわち、測定結果である受信電力と受信位置との複数の組と、未知の波源の位置及び送信電力のそれぞれの推定値と、一般的な波の伝搬損失とを用いて、受信位置ごとの受信電力の推定値と受信電力の実測定値との誤差に応じた目的関数が最適化されるように(その誤差が小さくなるように)、目的関数を最適化する最適解(未知の波源の位置及び送信電力の推定値)を求めることになる。なお、推定部13は、受信位置と推定位置とを用いて、未知の波源5の推定位置から受信位置までの距離を算出でき、その距離と、推定送信電力と、伝搬損失とを用いて、受信位置での推定受信電力を推定することができる。 The estimation unit 13 uses a plurality of sets of the received power and the receiving position, the estimated position of the unknown wave source 5, the estimated transmission power of the wave from the unknown wave source 5, and the estimated reception for each reception position using the wave propagation loss. The estimated position and the estimated transmission power are estimated by optimizing the objective function according to the difference between the power and the received power. That is, reception for each reception position is performed using a plurality of sets of the reception power and the reception position, which are the measurement results, the estimated values of the position of the unknown wave source and the transmission power, and the propagation loss of a general wave. Optimal solution (position of unknown wave source and unknown wave source) that optimizes the objective function so that the objective function is optimized according to the error between the estimated power value and the actual measured value of the received power (so that the error becomes small). Estimated value of transmission power) will be obtained. The estimation unit 13 can calculate the distance from the estimated position of the unknown wave source 5 to the reception position by using the reception position and the estimated position, and uses the distance, the estimated transmission power, and the propagation loss. The estimated received power at the receiving position can be estimated.

目的関数は、受信位置ごとの受信電力の推定値と受信電力の実測定値との誤差が大きくなるほど、値が大きくなる関数であってもよく、または、その誤差が大きくなるほど、値が小さくなる関数であってもよい。前者の場合には、最適化は目的関数を最小化することになり、後者の場合には、最適化は目的関数を最大化することになる。本実施の形態では、前者の場合について主に説明する。また、受信位置ごとの受信電力の推定値と受信電力の実測定値との誤差が大きくなるほど、値が小さくなる関数としては、種々の関数を用いることができる。 The objective function may be a function in which the value increases as the error between the estimated value of the received power and the actual measured value of the received power for each reception position increases, or a function in which the value decreases as the error increases. It may be. In the former case, the optimization will minimize the objective function, and in the latter case, the optimization will maximize the objective function. In the present embodiment, the former case will be mainly described. Further, various functions can be used as the function in which the value becomes smaller as the error between the estimated value of the received power for each reception position and the actual measured value of the received power becomes larger.

電波の伝搬損失としては、例えば、推定位置から受信位置までの伝搬経路に応じたモデル(例えば、自由空間モデルや、マルチパスの影響を考慮したモデル等)に応じた伝搬損失を用いてもよい。本実施の形態では、説明の簡単のため、自由空間モデルの伝搬損失を用いる場合について主に説明し、マルチパスの影響を考慮したモデルについて簡単に言及する。伝搬損失は、送信電力や距離を引数とする関数であると考えてもよい。 As the radio wave propagation loss, for example, a propagation loss according to a model according to the propagation path from the estimated position to the reception position (for example, a free space model, a model considering the influence of multipath, etc.) may be used. .. In the present embodiment, for the sake of simplicity, the case where the propagation loss of the free space model is used will be mainly described, and the model considering the influence of multipath will be briefly mentioned. Propagation loss may be considered as a function that takes transmission power and distance as arguments.

推定部13は、推定位置と受信位置との間の空間に関する空間情報に応じた伝搬損失を用いて、目的関数の最適化を行ってもよい。その空間情報は、推定位置から受信位置までの伝搬経路の種類を示すものであってもよい。したがって、空間情報は、例えば、見通しや、市街地、山地などであってもよい。推定部13は、例えば、地図情報を用いて、受信位置及びその時点での推定位置を特定し、両位置の間に市街地や山がある場合には、両位置の間の空間情報が市街地や山地であると判断し、両位置の間に市街地や山などの障害物が何もない場合には、両位置の間の空間情報が見通しであると判断してもよい。そして、空間情報が見通しである場合には、例えば、自由空間モデルに対応した伝搬損失が用いられ、空間情報が市街地や山地などの障害物があることを示す場合には、例えば、マルチパスの影響を考慮したモデルに対応した伝搬損失が用いられてもよい。なお、空間情報は、例えば、推定部13が、位置推定装置1において保持されている地図情報にアクセスして取得してもよく、地図情報を保持しているサーバ等にアクセスすることによって取得してもよい。 The estimation unit 13 may optimize the objective function by using the propagation loss according to the spatial information regarding the space between the estimation position and the reception position. The spatial information may indicate the type of propagation path from the estimated position to the receiving position. Therefore, the spatial information may be, for example, a prospect, an urban area, a mountainous area, or the like. For example, the estimation unit 13 uses map information to specify the reception position and the estimated position at that time, and when there is an urban area or a mountain between the two positions, the spatial information between the two positions is the urban area or If it is determined to be a mountainous area and there are no obstacles such as urban areas or mountains between the two positions, it may be determined that the spatial information between the two positions is a line of sight. Then, when the spatial information is a line-of-sight, for example, the propagation loss corresponding to the free space model is used, and when the spatial information indicates that there is an obstacle such as an urban area or a mountainous area, for example, a multipath Propagation loss corresponding to the model considering the influence may be used. The spatial information may be acquired, for example, by the estimation unit 13 accessing the map information held in the position estimation device 1 or accessing a server or the like that holds the map information. You may.

以下、目的関数を最適化することによって、推定位置及び推定送信電力を求める処理について具体的に説明する。なお、ここでは、波源5の個数が1個である場合について説明し、波源5の個数が1個以上の不定である場合については後述する。 Hereinafter, the process of obtaining the estimated position and the estimated transmission power by optimizing the objective function will be specifically described. Here, the case where the number of wave sources 5 is one will be described, and the case where the number of wave sources 5 is one or more is indefinite will be described later.

まず、未知の波源5の推定位置を(xe,ye,ze)とし、未知の波源5からの波の推定送信電力をpeとする。また、i番目の位置で取得された受信位置と受信電力とをそれぞれ(xi,yi,zi)、riとする。したがって、受信電力取得部11及び受信位置取得部12によって取得される受信電力と受信位置とのi番目の組は、例えば、(xi,yi,zi,ri)となる。なお、i=1,2,…,Nである。Nは、推定対象の未知数を超える整数であることが好適である。例えば、波源5が1個である場合には未知数は4となるため、Nは5以上であることが好適である。Nが未知数と同じである場合には、推定位置及び推定送信電力を求めることはできるが、実質的に三角測量と同程度の精度で推定を行うことになり、マルチパスの影響を低減することが困難になるからである。また、Nが大きいほど、マルチパスの影響をよりよく低減することができるため、波源5が1個である場合には、Nは、10以上や20以上などのように、5よりも十分大きい値であることがより好適である。 First, let the estimated position of the unknown wave source 5 be (x e , y e , z e ), and let the estimated transmission power of the wave from the unknown wave source 5 be p e . Further, the reception position and the reception power acquired at the i-th position are (x i , y i , z i ) and r i , respectively. Therefore, i-th set of the received power and the reception position acquired by the reception power acquisition unit 11 and the reception position acquisition unit 12 is, for example, a (x i, y i, z i, r i). In addition, i = 1, 2, ..., N. It is preferable that N is an integer exceeding the unknown number to be estimated. For example, when there is one wave source 5, the unknown number is 4, so it is preferable that N is 5 or more. If N is the same as the unknown, the estimated position and estimated transmission power can be obtained, but the estimation will be performed with substantially the same accuracy as triangulation, and the effect of multipath will be reduced. Is difficult. Further, the larger N is, the better the influence of multipath can be reduced. Therefore, when there is one wave source 5, N is sufficiently larger than 5 such as 10 or more or 20 or more. It is more preferable that it is a value.

未知の波源5からの波について、推定送信電力pe、伝搬損失、推定位置(xe,ye,ze)、受信位置(xi,yi,zi)を用いて算出した、受信位置(xi,yi,zi)における推定受信電力ri eは次式のようになる。なお、Grは、アンテナ11aのゲインであり、既知の値である。ここでは、アンテナ11aに指向性がなく、アンテナゲインGrが一定値である場合について説明し、アンテナに指向性がある場合、すなわち、アンテナゲインGrが角度を引数として有する場合については後述する。

Figure 2020159705
Reception calculated using the estimated transmission power pe , propagation loss, estimated position (x e , y e , z e ), and reception position (x i , y i , z i ) for the wave from the unknown wave source 5. The estimated received power r i e at the position (x i , y i , z i ) is as follows. G r is the gain of the antenna 11a and is a known value. Here, the case where the antenna 11a has no directivity and the antenna gain Gr is a constant value will be described, and the case where the antenna has directivity, that is, the case where the antenna gain Gr has an angle as an argument will be described later. ..
Figure 2020159705

上式において、diは、未知の波源5の推定位置(xe,ye,ze)から受信位置(xi,yi,zi)までの距離であり、次式のとおりである。

Figure 2020159705
In the above equation, d i is the distance of the estimated position of the unknown wave source 5 (x e, y e, z e) from to the receiving position (x i, y i, z i), are as follows ..
Figure 2020159705

また、λは、受信された波の波長であり、例えば、受信電力取得部11がスペクトラムアナライザである場合には、受信電力取得部11によって取得されてもよい。また、受信された波がフーリエ変換され、周波数帯域におけるピークの波長λが取得されてもよい。なお、波源5は意図しないものであるため、無指向性であるとしている。そのため、アンテナゲインに相当する値は、実効放射電力として推定送信電力peに包含されることになる。 Further, λ is the wavelength of the received wave, and for example, when the received power acquisition unit 11 is a spectrum analyzer, it may be acquired by the received power acquisition unit 11. Further, the received wave may be Fourier transformed to obtain the wavelength λ of the peak in the frequency band. Since the wave source 5 is unintended, it is said to be omnidirectional. Therefore, a value corresponding to the antenna gain will be included in the estimated transmit power p e as effective radiated power.

また、上式では、自由空間での電波の伝搬損失の式を用いた推定受信電力を示しているが、波源5の位置から受信位置までの空間情報に応じて、それ以外の伝搬損失の式が用いられてもよいことは上記のとおりである。例えば、波源5の推定位置から受信位置までの空間情報が山地や市街地などのように障害物の存在を示す場合には、マルチパスの影響を考慮した伝搬損失を用いて、次式のように推定受信電力ri eを算出してもよい。また、次式のdi 2に代えて、di 3/2などのdi mを用いてもよい。ただし、mは、1から2までの実数である。

Figure 2020159705
Further, in the above equation, the estimated received power using the equation of the propagation loss of the radio wave in the free space is shown, but the equation of the other propagation loss depends on the spatial information from the position of the wave source 5 to the receiving position. May be used as described above. For example, when the spatial information from the estimated position of the wave source 5 to the reception position indicates the existence of an obstacle such as a mountainous area or an urban area, the propagation loss considering the influence of multipath is used and the following equation is used. The estimated received power r i e may be calculated. Further, instead of the d i 2 of the formula: may be used d i m such d i 3/2. However, m is a real number from 1 to 2.
Figure 2020159705

上記のように、N箇所で受信電力と受信位置とが取得された場合には、受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた目的関数(評価関数)fは、例えば、次のようになる。

Figure 2020159705
As described above, when the received power and the receiving position are acquired at N points, the objective function (evaluation function) f according to the difference between the estimated received power and the received power for each receiving position is, for example, as follows. become that way.
Figure 2020159705

なお、ここでは、目的関数が、受信電力と受信位置との差の二乗和である場合について示しているが、目的関数は、例えば、推定受信電力と受信電力と差の絶対値の受信位置ごとの和であってもよく、推定受信電力と受信電力と差の四乗や六乗の受信位置ごとの和であってもよいことは言うまでもない。また、その和(総和)において、上記目的関数fの式のように、推定受信電力と受信電力との差に重み付けがなされていてもよい。 Here, the case where the objective function is the sum of squares of the difference between the received power and the receiving position is shown, but the objective function is, for example, for each receiving position of the absolute value of the difference between the estimated received power and the received power. Needless to say, it may be the sum of the estimated received power and the difference between the received power and each receiving position of the fourth or sixth power. Further, in the sum (sum), the difference between the estimated received power and the received power may be weighted as in the equation of the objective function f.

推定受信電力と受信電力との差に、重みを付けるとは、推定受信電力と受信電力との差に応じた値、例えば、差の二乗や、差の絶対値、差の四乗、差の六乗などに、重みを掛けることであってもよい。重みwiは、i番目の受信位置における測定結果に関する重みであり、通常、正の実数である。例えば、i番目の受信位置に応じた推定受信電力ri eと受信電力riとの差に、その推定受信電力ri eの算出で用いる推定位置(xe,ye,ze)と受信位置(xi,yi,zi)との間の空間に関する空間情報に応じた重みwiが付けられてもよい。具体的には、見通しであることを示す空間情報に対応する重みwiは大きい値、例えば「1」に設定され、市街地や山地などのように障害物の存在を示す空間情報に対応する重みwiは、見通しの空間情報に対応する重みよりも小さい値、例えば「0.3」や「0.5」などに設定されてもよい。また、障害物の程度に応じて、重みが変更されてもよい。その場合には、空間情報によって示される障害物が多いほど、より小さい重みが用いられてもよい。例えば、小数の高層建築物が存在することを示す空間情報に応じた重みは、「0.5」などのようにより大きい値に設定され、多数の高層建築物が存在することを示す空間情報に応じた重みは、「0.2」などのようにより小さい値に設定されてもよい。そのように、重みwiは、例えば、空間情報によってマルチパスの多いことが示される場合には、より小さい値に設定され、マルチパスの少ないことが示される場合には、より大きい値に設定されてもよい。また、重みwiは、例えば、受信信号の大きさや確度などに応じて変更されてもよい。その場合には、例えば、理想的な受信に近いほど、より大きい重みが用いられてもよい。なお、重みwiは、定数であってもよい。すなわち、目的関数は、受信位置ごとの重みを用いないものであってもよい。その場合には、上記wiは、例えば、1であってもよく、1/Nであってもよい。 Weighting the difference between the estimated received power and the received power means that the value corresponding to the difference between the estimated received power and the received power, for example, the square of the difference, the absolute value of the difference, the fourth power of the difference, and the difference. It may be to multiply the sixth power or the like by a weight. The weight w i is a weight related to the measurement result at the i-th reception position, and is usually a positive real number. For example, the difference between the estimated received power r i e and the received power r i according to the i-th receiving position is the estimated position (x e , y e , z e ) used in the calculation of the estimated received power r i e. A weight w i may be added according to the spatial information regarding the space between the reception position (x i , y i , z i ). Specifically, the weight w i corresponding to the spatial information indicating the line-of-sight is set to a large value, for example, "1", and the weight corresponding to the spatial information indicating the existence of obstacles such as urban areas and mountains. w i may be set to a value smaller than the weight corresponding to the spatial information of the line of sight, for example, "0.3" or "0.5". In addition, the weight may be changed according to the degree of the obstacle. In that case, the more obstacles indicated by the spatial information, the smaller weights may be used. For example, the weight according to the spatial information indicating the existence of a small number of high-rise buildings is set to a larger value such as "0.5", and the spatial information indicating the existence of a large number of high-rise buildings is used. The corresponding weight may be set to a smaller value, such as "0.2". As such, the weight w i is set to a smaller value, for example, if spatial information indicates more multipaths, and to a larger value if less multipaths are indicated. May be done. Further, the weight w i may be changed according to, for example, the magnitude and accuracy of the received signal. In that case, for example, the closer to the ideal reception, the larger the weight may be used. The weight w i may be a constant. That is, the objective function may not use the weight for each reception position. In that case, the w i can be, for example, it may be one, or may be 1 / N.

上記の目的関数fを最小にするxe,ye,ze,peが、推定対象である波源5の位置と送信電力となる。その目的関数fが最小になる解、すなわち最適解は、極小点に対応するため、目的関数fの各変数での偏微分が0になる。したがって、推定位置及び推定送信電力を求めることは、次式が成り立つ(xe,ye,ze,pe)を求めることになる。

Figure 2020159705
The x e , y e , z e , and p e that minimize the above objective function f are the position of the wave source 5 to be estimated and the transmission power. Since the solution that minimizes the objective function f, that is, the optimum solution corresponds to the minimum point, the partial differential of each variable of the objective function f becomes 0. Therefore, to obtain the estimated position and the estimated transmission power, the following equation holds (x e , y e , z e , p e ).
Figure 2020159705

そのような(xe,ye,ze,pe)を算出する方法、すなわち目的関数の最適化の方法としては、様々なアルゴリズムが考えられ、その一例として、ニュートン法や最急降下法などを挙げることができるが、それに限定されるものではなく、例えば、カルマンフィルタ等のパラメータ推定方法を用いて最適化を行ってもよい。例えば、最急降下法を用いた逐次的な演算を行う場合には、初期値として、(x0 e,y0 e,z0 e,p0 e)を設定し、正の実数である適切なステップサイズαkを設定して、次式の逐次演算を繰り返すことによって、目的関数fを最適化することができる。なお、k=0,1,2,…である。また、逐次演算に必要な∇f(xe,ye,ze,pe)は、事前に算出しておき、逐次演算にその算出結果を用いるようにしてもよい。また、ステップサイズαkを、最初には大きな値とし、収束状況に応じて小さな値とすることによって、演算回数を低減するようにしてもよい。

Figure 2020159705
Various algorithms can be considered as a method for calculating such (x e , y e , z e , p e ), that is, a method for optimizing the objective function, and examples thereof include the Newton method and the steepest descent method. However, the optimization is not limited to this, and optimization may be performed using, for example, a parameter estimation method such as a Kalman filter. For example, when performing sequential operations using the steepest descent method, set (x 0 e , y 0 e , z 0 e , p 0 e ) as the initial value, and an appropriate positive real number is set. The objective function f can be optimized by setting the step size α k and repeating the sequential operation of the following equation. It should be noted that k = 0, 1, 2, ... Further, ∇f (x e , y e , z e , p e ) required for the sequential operation may be calculated in advance and the calculation result may be used for the sequential operation. Further, the number of operations may be reduced by setting the step size α k to a large value at first and a small value according to the convergence state.
Figure 2020159705

このように、推定部13は、逐次的な演算処理によって目的関数fの最適化を行ってもよい。その場合には、所定の終了条件が満たされたときに、最適化の処理が終了されてもよい。その終了条件は、例えば、収束条件が満たされたことであってもよく、kがあらかじめ決められた最大逐次演算回数を超えたことであってもよく、その他の条件であってもよい。推定部13は、例えば、kが1だけインクリメントされた際の目的関数fの値の変化の絶対値|f(xk+1 e,yk+1 e,zk+1 e,pk+1 e)−f(xk e,yk e,zk e,pk e)|が、あらかじめ決められた閾値よりも小さくなった場合に、収束条件が満たされたと判断してもよい。その閾値は、正の実数であり、通常、小さい値に設定される。また、推定部13は、例えば、目的関数fの値が、あらかじめ決められた値よりも小さい値となった場合に、収束条件が満たされたと判断してもよい。そのあらかじめ決められた値は、正の実数であり、通常、小さい値に設定される。 In this way, the estimation unit 13 may optimize the objective function f by sequential arithmetic processing. In that case, the optimization process may be terminated when a predetermined termination condition is satisfied. The end condition may be, for example, that the convergence condition is satisfied, k may exceed a predetermined maximum number of sequential operations, or may be another condition. The estimation unit 13 determines, for example, the absolute value of the change in the value of the objective function f when k is incremented by 1 | f (x k + 1 e , y k + 1 e , z k + 1 e , p k + When 1 e ) −f (x k e , y k e , z k e , p k e ) | becomes smaller than a predetermined threshold, it may be determined that the convergence condition is satisfied. The threshold is a positive real number and is usually set to a small value. Further, the estimation unit 13 may determine that the convergence condition is satisfied when, for example, the value of the objective function f is smaller than a predetermined value. The predetermined value is a positive real number and is usually set to a small value.

なお、推定部13は、目的関数fの最適化が局所最適となることを避けるため、例えば、複数の初期値を用いた逐次的な演算処理によって目的関数fの最適化を行ってもよい。例えば、推定部13は、複数の初期値を設定し、各初期値を用いた最適化を行うことによって、初期値ごとに、最適解と、その最適解を目的関数に代入した値である最適値とを取得することができる。その後、推定部13は、複数の最適値のうち、最も適切である最適値に対応する最適解を、最終的な推定位置及び推定送信電力としてもよい。最適解とは、目的関数を最適化することによって求められた解(ここでは、推定位置及び推定送信電力)のことである。また、最適値が最も適切であるとは、最適化が最小化である場合には、最適値が最も小さいことであり、最適化が最大化である場合には、最適値が最も大きいことである。なお、初期値は、厳密には、推定位置及び推定送信電力のそれぞれの初期値である。推定位置の初期値は、例えば、N個の受信位置を含む領域(例えば、N個の受信位置を含む最も小さい領域であってもよい)において、ランダムに特定されてもよい。また、推定送信電力の初期値は、例えば、あらかじめ決められた複数の値や、あらかじめ決められた値の範囲からランダムに選択されてもよい。 The estimation unit 13 may optimize the objective function f by, for example, sequential arithmetic processing using a plurality of initial values in order to prevent the optimization of the objective function f from becoming a local optimization. For example, the estimation unit 13 sets a plurality of initial values and performs optimization using each initial value, so that the optimum solution and the optimum solution are substituted into the objective function for each initial value. You can get the value and. After that, the estimation unit 13 may use the optimum solution corresponding to the most appropriate optimum value among the plurality of optimum values as the final estimated position and the estimated transmission power. The optimum solution is a solution (here, an estimated position and an estimated transmission power) obtained by optimizing the objective function. Also, the most appropriate optimum value means that the optimum value is the smallest when the optimization is the minimum, and the optimum value is the largest when the optimization is the maximum. is there. Strictly speaking, the initial values are the initial values of the estimated position and the estimated transmission power. The initial value of the estimated position may be randomly specified, for example, in a region including N reception positions (for example, it may be the smallest region including N reception positions). Further, the initial value of the estimated transmission power may be randomly selected from, for example, a plurality of predetermined values or a range of predetermined values.

また、推定部13は、目的関数fの最適化が局所最適となることを避けるため、例えば、逐次的な演算処理において、目的関数fが局所最適値に収束している場合には、ステップサイズαkをより大きい値に変更し、目的関数fが大域最適値に収束している場合には、ステップサイズαkをより小さい値に変更してもよい。なお、目的関数fが局所最適値に収束しているのか、大域最適値に収束しているのかは、例えば、目的関数fの値が、理想的な最適値に近いかどうかによって判断されてもよい。目的関数fの値が、理想的な最適値に近い場合には大域最適値に収束していると判断され、理想的な最適値から遠い場合には局所最適値に収束していると判断されてもよい。より具体的には、最適化が最小化である場合には、例えば、目的関数fの値が第1の閾値よりも大きい値に収束しているときに局所最適値に収束していると判断され、目的関数fの値が第1の閾値より小さい値に収束しているときに大域最適値に収束していると判断されてもよい。最適化が最大化である場合には、例えば、目的関数fの値が第2の閾値よりも小さい値に収束しているときに局所最適値に収束していると判断され、目的関数fの値が第2の閾値より大きい値に収束しているときに大域最適値に収束していると判断されてもよい。なお、第1及び第2の閾値は、同じ値であってもよく、異なっていてもよい。両閾値は、通常、正の実数である。目的関数fが局所最適値に収束している場合に用いられるステップサイズαk、及び目的関数fが大域最適値に収束している場合に用いられるステップサイズαkは、あらかじめ決められていてもよく、または、そうでなくてもよい。後者の場合には、例えば、目的関数fが局所最適値に収束しているときには、kの更新ごとに徐々に大きくなるステップサイズαkが用いられ、目的関数fが大域最適値に収束している場合には、kの更新ごとに徐々に小さくなるステップサイズαkが用いられてもよい。その場合であっても、ステップサイズの上限値や下限値は設定されていてもよい。 Further, in order to prevent the optimization of the objective function f from becoming a local optimum, the estimation unit 13 determines, for example, in a sequential arithmetic process, when the objective function f converges to the local optimum value, the step size. If α k is changed to a larger value and the objective function f converges to the global optimum value, the step size α k may be changed to a smaller value. Whether the objective function f has converged to the local optimum value or the global optimum value may be determined by, for example, whether the value of the objective function f is close to the ideal optimum value. Good. When the value of the objective function f is close to the ideal optimum value, it is judged that it has converged to the global optimum value, and when it is far from the ideal optimum value, it is judged that it has converged to the local optimum value. You may. More specifically, when the optimization is minimized, for example, when the value of the objective function f converges to a value larger than the first threshold value, it is determined that the value has converged to the local optimum value. Then, when the value of the objective function f converges to a value smaller than the first threshold value, it may be determined that the value converges to the global optimum value. When the optimization is maximized, for example, when the value of the objective function f converges to a value smaller than the second threshold value, it is determined that the value has converged to the local optimum value, and the objective function f When the value converges to a value larger than the second threshold value, it may be determined that the value has converged to the global optimum value. The first and second threshold values may be the same value or may be different. Both thresholds are usually positive real numbers. Step size alpha k used when the objective function f is converging to a local optimum, and the step size alpha k used when the objective function f is converging to the global optimum, can be predetermined Well or not. In the latter case, for example, when the objective function f converges to the local optimum value, a step size α k that gradually increases with each update of k is used, and the objective function f converges to the global optimum value. If so, a step size α k that gradually decreases with each update of k may be used. Even in that case, the upper limit value and the lower limit value of the step size may be set.

推定部13によって取得された波源5の推定位置及び推定送信電力は、例えば、図示しない出力部によって出力されてもよい。その出力は、例えば、表示デバイス(例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなど)への表示でもよく、所定の機器への通信回線を介した送信でもよく、プリンタによる印刷でもよく、記録媒体への蓄積でもよい。 The estimated position and estimated transmission power of the wave source 5 acquired by the estimation unit 13 may be output by, for example, an output unit (not shown). The output may be displayed on a display device (for example, a liquid crystal display or an organic EL display), may be transmitted via a communication line to a predetermined device, may be printed by a printer, or may be stored in a recording medium. It may be.

次に、位置推定装置1の動作について図2のフローチャートを用いて説明する。ここでは、逐次的な演算によって目的関数fの最適化が行われる場合について説明する。 Next, the operation of the position estimation device 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, a case where the objective function f is optimized by a sequential operation will be described.

(ステップS101)受信電力取得部11及び受信位置取得部12は、未知の波源5からの波の受信電力と受信位置との複数の組を取得する。その複数の組は、例えば、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。 (Step S101) The reception power acquisition unit 11 and the reception position acquisition unit 12 acquire a plurality of sets of the reception power and the reception position of the wave from the unknown wave source 5. The plurality of sets may be stored, for example, on a recording medium (not shown).

(ステップS102)推定部13は、推定位置及び推定送信電力の初期値を設定する。この初期値の設定は、例えば、あらかじめ決められた値の読み出しであってもよい。 (Step S102) The estimation unit 13 sets the initial values of the estimated position and the estimated transmission power. The setting of this initial value may be, for example, reading out a predetermined value.

(ステップS103)推定部13は、カウンタkを1に設定する。カウンタkの値は、逐次演算回数を示すものである。 (Step S103) The estimation unit 13 sets the counter k to 1. The value of the counter k indicates the number of sequential operations.

(ステップS104)推定部13は、暫定的な推定位置及び推定送信電力を算出する。この暫定推定値の算出は、例えば、上式のように、推定位置及び推定送信電力が最適解に近づくように更新されることによって行われてもよい。 (Step S104) The estimation unit 13 calculates the provisional estimated position and the estimated transmission power. The calculation of this provisional estimated value may be performed by updating the estimated position and the estimated transmission power so as to approach the optimum solution, for example, as in the above equation.

(ステップS105)推定部13は、ステップS104で取得した推定位置及び推定送信電力に応じた目的関数fの値を算出する。 (Step S105) The estimation unit 13 calculates the value of the objective function f according to the estimated position and the estimated transmission power acquired in step S104.

(ステップS106)推定部13は、収束条件が満たされるかどうか判断する。そして、収束条件が満たされる場合には、推定位置及び推定送信電力を推定する一連の処理は終了となり、そうでない場合には、ステップS107に進む。 (Step S106) The estimation unit 13 determines whether or not the convergence condition is satisfied. Then, when the convergence condition is satisfied, a series of processes for estimating the estimated position and the estimated transmission power are completed, and if not, the process proceeds to step S107.

(ステップS107)推定部13は、カウンタkを1だけインクリメントする。 (Step S107) The estimation unit 13 increments the counter k by 1.

(ステップS108)推定部13は、カウンタkが最大逐次演算回数を超えたかどうか判断する。そして、kが最大逐次演算回数を超えた場合には、推定位置及び推定送信電力を推定する一連の処理は終了となり、そうでない場合には、ステップS104に戻る。 (Step S108) The estimation unit 13 determines whether or not the counter k has exceeded the maximum number of sequential operations. Then, when k exceeds the maximum number of sequential operations, the series of processes for estimating the estimated position and the estimated transmission power ends, and if not, the process returns to step S104.

推定位置及び推定送信電力を推定する一連の処理が終了された場合には、ステップS104で最後に算出された推定位置及び推定送信電力が、最終的な推定結果となる。 When a series of processes for estimating the estimated position and the estimated transmission power are completed, the estimated position and the estimated transmission power finally calculated in step S104 become the final estimation result.

なお、図2のフローチャートにおいて、複数の初期値を用いた逐次的な演算が行われてもよい。その場合には、初期値ごとに、ステップS102〜S108の処理が繰り返され、各処理が終了した後に、最適な最適値に対応する最適解を、波源5の推定位置及び推定送信電力としてもよい。また、図2のフローチャートでは、まず、受信電力と受信位置との取得が行われ、その後に目的関数を最適化することによる波源5の位置等の推定が行われる場合について示しているが、そうでなくてもよい。例えば、所定の個数の地点での受信電力や受信位置の取得が終了すると、推定位置及び推定送信電力の推定を行い、その推定の処理を、受信電力や受信位置の取得個数が増えるごとに繰り返すようにしてもよい。そして、十分な精度の推定位置及び推定送信電力を取得できた時点で、受信電力等の取得や、推定位置等の推定の処理を終了するようにしてもよい。また、図2のフローチャートにおける処理の順序は一例であり、同様の結果を得られるのであれば、各ステップの順序を変更してもよい。 In addition, in the flowchart of FIG. 2, sequential calculation using a plurality of initial values may be performed. In that case, the processes of steps S102 to S108 are repeated for each initial value, and after each process is completed, the optimum solution corresponding to the optimum optimum value may be used as the estimated position of the wave source 5 and the estimated transmission power. .. Further, the flowchart of FIG. 2 shows a case where the received power and the receiving position are first acquired, and then the position of the wave source 5 and the like are estimated by optimizing the objective function. It does not have to be. For example, when the acquisition of the received power and the received position at a predetermined number of points is completed, the estimated position and the estimated transmission power are estimated, and the estimation process is repeated every time the number of acquired received powers and the received positions increases. You may do so. Then, when the estimated position and the estimated transmission power with sufficient accuracy can be acquired, the acquisition of the received power and the like and the process of estimating the estimated position and the like may be terminated. Further, the order of processing in the flowchart of FIG. 2 is an example, and the order of each step may be changed as long as the same result can be obtained.

以上のように、本実施の形態による位置推定装置1によれば、TDoAやDoAを用いることなく、また、位置指紋などの事前の準備も必要とせずに、未知の波源5の位置、及び送信電力を推定することができる。そのように、TDoA等を用いないため、簡易な構成により波源5の位置の推定が可能になる。さらに、目的関数の最適化によって推定を行うため、十分な個数の受信電力と受信位置との組を用いることによって、マルチパスなどによる誤差の影響を低減した位置推定等が可能となる。また、位置推定装置1が複数の位置に移動されて、未知の波源5からの電波を受信し、受信電力と受信位置との組を複数取得する場合には、複数の受信装置を用いることなく、波源5の位置を推定することができるようになる。また、信頼できない値があったとしても、重みwiを調整することによって、その影響を低減することも可能となる。その結果、推定精度を向上させることができる。また、推定受信電力を求める式の伝搬損失を、空間情報に応じたものとすることによっても、推定精度を向上させることができる。 As described above, according to the position estimation device 1 according to the present embodiment, the position and transmission of the unknown wave source 5 are performed without using TDoA or DoA and without requiring prior preparation such as a position fingerprint. The power can be estimated. As such, since TDoA or the like is not used, the position of the wave source 5 can be estimated with a simple configuration. Furthermore, since the estimation is performed by optimizing the objective function, it is possible to perform position estimation and the like with reduced effects of errors due to multipath and the like by using a sufficient number of sets of received power and receiving positions. Further, when the position estimation device 1 is moved to a plurality of positions to receive radio waves from an unknown wave source 5 and acquire a plurality of pairs of received power and reception position, it is not necessary to use a plurality of receiving devices. , The position of the wave source 5 can be estimated. Further, even if unreliable value, by adjusting the weights w i, it also becomes possible to reduce the influence. As a result, the estimation accuracy can be improved. Further, the estimation accuracy can be improved by making the propagation loss of the equation for obtaining the estimated received power correspond to the spatial information.

次に、本実施の形態による位置推定装置1の変形例について説明する。 Next, a modification of the position estimation device 1 according to the present embodiment will be described.

[測定トリガに応じた位置の取得]
未知の波源5は、常に波を出力しているとは限らない。そこで、図3で示されるように、受信電力取得部11は、ターゲットとする波源5からの波を受信した場合に、その受信電力を取得すると共に、受信位置取得部12に対して、測定トリガを出力するようにしてもよい。そして、受信位置取得部12は、測定トリガを受け取った時点の位置である受信位置を取得してもよい。このようにして、波源5からの波が間欠的に出力されている場合であっても、受信電力と受信位置との組を適切に取得することができるようになる。なお、受信電力取得部11は、あらかじめ設定されている周波数の波を受信した場合や、過去に受信した波と同じ周波数の波を受信した場合などに、ターゲットとする波源5からの波を受信したと判断してもよい。また、受信電力取得部11は、受信した波の強度があらかじめ決められた閾値以上である場合、例えば、受信した波の受信信号強度(RSSI)が閾値以上である場合に、ターゲットとする波源5からの波を受信したと判断してもよい。
[Acquisition of position according to measurement trigger]
The unknown wave source 5 does not always output a wave. Therefore, as shown in FIG. 3, when the received power acquisition unit 11 receives the wave from the target wave source 5, the received power acquisition unit 11 acquires the received power and triggers the reception position acquisition unit 12 to measure. May be output. Then, the reception position acquisition unit 12 may acquire the reception position which is the position at the time when the measurement trigger is received. In this way, even when the wave from the wave source 5 is output intermittently, the pair of the received power and the receiving position can be appropriately acquired. The received power acquisition unit 11 receives a wave from the target wave source 5 when it receives a wave having a preset frequency or when it receives a wave having the same frequency as a wave received in the past. You may judge that it was done. Further, the received power acquisition unit 11 targets the wave source 5 when the intensity of the received wave is equal to or higher than a predetermined threshold value, for example, when the received signal strength (RSSI) of the received wave is equal to or higher than the threshold value. It may be determined that the wave from is received.

[指向性に応じた推定]
上記実施の形態では、未知の波源5からの波が指向性のないアンテナ11aで受信される場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。無指向性のアンテナ11aを用いた場合には、測定や計算が容易になるが、周囲構造物等からのマルチパスも受信するため、推定位置などに誤差が生じることがある。そのような問題を解決するため、波源5からの波は、指向性を有する機器で受信されてもよい。
[Estimation according to directivity]
In the above embodiment, the case where the wave from the unknown wave source 5 is received by the antenna 11a having no directivity has been mainly described, but it is not necessary. When the omnidirectional antenna 11a is used, measurement and calculation are facilitated, but since multipath from surrounding structures and the like is also received, an error may occur in the estimated position and the like. In order to solve such a problem, the wave from the wave source 5 may be received by a device having directivity.

その指向性を有する機器は、例えば、波が電波である場合には、指向性を有するアンテナであってもよく、波が音波である場合には、指向性を有するマイクロフォンやハイドロフォンであってもよい。指向性を有するアンテナは、例えば、八木アンテナやパラボラアンテナなどのようなアンテナ構造によって、指向性を有するものであってもよく、アレーアンテナのように、複数のアンテナの受信信号に振幅と位相による重みを掛け合わせることによって指向性を持つようにしたアンテナであってもよい。 The device having the directivity may be, for example, an antenna having a directivity when the wave is a radio wave, and a microphone or a hydrophone having the directivity when the wave is a sound wave. May be good. The directional antenna may be directional due to an antenna structure such as a Yagi antenna or a parabolic antenna, and the received signals of a plurality of antennas, such as an array antenna, depend on the amplitude and phase. The antenna may have directivity by multiplying the weights.

図4は、指向性を有するアンテナ11bを介して電波を受信する位置推定装置1の構成を示すブロック図である。図4において、位置推定装置1は、方向取得部14をさらに備えている。 FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a position estimation device 1 that receives radio waves via a directional antenna 11b. In FIG. 4, the position estimation device 1 further includes a direction acquisition unit 14.

方向取得部14は、受信電力に応じた波が受信された際の指向性を有する機器(図4では、アンテナ11b)の方向を取得する。方向取得部14は、例えば、地磁気センサなどのように、アンテナ11bの方向を取得できるものであることが好適である。また、方向取得部14は、指向性を有するアンテナ11bの金属による影響を受けないように、アンテナ11bの方向を取得できることが好適である。方向取得部14によって取得されるアンテナ11bの方向は、例えば、基準方向に対するアンテナ11bの方向であってもよい。基準方向は、例えば、北の方向などであってもよい。方向取得部14は、例えば、アンテナ11bの指向性の方向を示す方位角を取得するものであってもよい。 The direction acquisition unit 14 acquires the direction of the device (antenna 11b in FIG. 4) having directivity when a wave corresponding to the received power is received. It is preferable that the direction acquisition unit 14 can acquire the direction of the antenna 11b, such as a geomagnetic sensor. Further, it is preferable that the direction acquisition unit 14 can acquire the direction of the antenna 11b so as not to be affected by the metal of the antenna 11b having directivity. The direction of the antenna 11b acquired by the direction acquisition unit 14 may be, for example, the direction of the antenna 11b with respect to the reference direction. The reference direction may be, for example, the north direction. The direction acquisition unit 14 may acquire, for example, an azimuth angle indicating the direction of directivity of the antenna 11b.

指向性を有するアンテナ11bを用いて電波を受信する場合には、推定部13は、推定位置の方向と指向性を有する機器の方向との角度に応じた伝搬損失によって算出される推定受信電力を用いてもよい。推定位置の方向と指向性を有する機器の方向との角度に応じた伝搬損失とは、受信位置に対する推定位置の方向と指向性を有する機器の方向との角度のアンテナゲインに応じた伝搬損失であってもよい。すなわち、推定部13は、推定受信電力の算出に、指向性のないアンテナゲインGrではなく、次式のように、指向性のあるアンテナゲインGr(θi)を用いてもよい。

Figure 2020159705
When receiving radio waves using the directional antenna 11b, the estimation unit 13 calculates the estimated reception power calculated by the propagation loss according to the angle between the direction of the estimated position and the direction of the directional device. You may use it. The propagation loss according to the angle between the direction of the estimated position and the direction of the device having directivity is the propagation loss according to the antenna gain of the angle between the direction of the estimated position with respect to the receiving position and the direction of the device having directivity. There may be. That is, the estimation unit 13 may use the directional antenna gain G ri ) as shown in the following equation instead of the non-directional antenna gain G r for calculating the estimated received power.
Figure 2020159705

なお、θiは、i番目の受信位置(xi,yi,zi)における、推定位置の方向と、指向性を有するアンテナ11bの方向とのなす角度である。推定位置の方向とは、受信位置(xi,yi,zi)と推定位置(xe,ye,ze)とを結ぶ直線の方向である。角度θiを求める方法について、図5を用いて説明する。図5において、受信位置(xi,yi,zi)に、指向性を有するアンテナ11bが配置されているものとする。アンテナ11bの基準方向に対する角度φ1は、方向取得部14によって取得される。また、受信位置の座標(xi,yi,zi)と、推定位置との座標(xe,ye,ze)を用いることによって、基準方向と、受信位置と推定位置とを結ぶ直線とのなす角度φ2も取得することができる。そして、両角度φ1、φ2を用いることによって、アンテナ11bの方向と、受信位置と推定位置とを結ぶ直線とのなす角度θi(=φ2−φ1)を算出することができ、その角度θiに応じたアンテナゲインGr(θi)を用いることによって、指向性を有するアンテナ11bの方向に応じた推定受信電力を取得することができるようになる。なお、アンテナゲインGr(θi)の方向依存性(図5で示される、アンテナの指向性パターン)は、あらかじめ取得されているものとする。 Note that θ i is the angle formed by the direction of the estimated position at the i-th receiving position (x i , y i , z i ) and the direction of the directional antenna 11b. The direction of the estimated position is the direction of a straight line connecting the receiving position (x i , y i , z i ) and the estimated position (x e , y e , z e ). A method of obtaining the angle θ i will be described with reference to FIG. 5, the receiving position (x i, y i, z i) in, it is assumed that antenna 11b having directivity are arranged. The angle φ 1 of the antenna 11b with respect to the reference direction is acquired by the direction acquisition unit 14. Further, by using the coordinates of the receiving position (x i , y i , z i ) and the coordinates of the estimated position (x e , y e , z e ), the reference direction and the receiving position and the estimated position are connected. The angle φ 2 with the straight line can also be obtained. Then, by using both angles φ 1 and φ 2 , the angle θ i (= φ 2 − φ 1 ) formed by the direction of the antenna 11b and the straight line connecting the receiving position and the estimated position can be calculated. By using the antenna gain G ri ) corresponding to the angle θ i , it becomes possible to acquire the estimated received power according to the direction of the directional antenna 11b. It is assumed that the direction dependence of the antenna gain G ri ) (the directivity pattern of the antenna shown in FIG. 5) has been acquired in advance.

定数であるアンテナゲインGrに代えて、アンテナ11bの方向に応じたアンテナゲインGr(θi)を用いる以外は、上記と同様に目的関数fの最適化が行われるため、その詳細な説明は省略する。この場合にも、測定トリガに応じて、方向取得部14による方向の取得が行われてもよい。 The objective function f is optimized in the same manner as above except that the antenna gain G ri ) according to the direction of the antenna 11b is used instead of the constant antenna gain G r. Is omitted. In this case as well, the direction acquisition unit 14 may acquire the direction according to the measurement trigger.

このように、指向性を有するアンテナ11bを用いることによって、周辺構造物からのマルチパスの影響を低減することができる。また、指向性アンテナは無指向性アンテナよりゲインが高いため、指向性方向からの信号の受信電力が強くなり、雑音の影響などを低減することができるようになる。その結果、波源5の位置と送信電力との推定精度を向上させることができる。 As described above, by using the antenna 11b having directivity, the influence of multipath from the peripheral structure can be reduced. Further, since the directional antenna has a higher gain than the omnidirectional antenna, the received power of the signal from the directional direction becomes stronger, and the influence of noise can be reduced. As a result, the estimation accuracy between the position of the wave source 5 and the transmission power can be improved.

なお、ここでは、方向取得部14が、指向性を有するアンテナ11bの方向を直接、取得する場合について説明したが、そうでなくてもよい。上記のように、受信電力取得部11や受信位置取得部12が、受信電力や受信位置を他の装置等から受け取る場合には、方向取得部14も、波源5からの波が受信された時点における、指向性を有する機器の方向を、他の装置等から受け取ってもよい。その場合には、他の装置等において、上記のように、地磁気センサ等を用いることによって、指向性を有する機器の方向の取得が行われてもよい。 Although the case where the direction acquisition unit 14 directly acquires the direction of the antenna 11b having directivity has been described here, it may not be the case. As described above, when the received power acquisition unit 11 and the reception position acquisition unit 12 receive the received power and the reception position from another device or the like, the direction acquisition unit 14 also receives the wave from the wave source 5. The direction of the device having directivity in the above may be received from another device or the like. In that case, in another device or the like, the direction of the device having directivity may be acquired by using the geomagnetic sensor or the like as described above.

[波源の個数の推定]
上記実施の形態では、波源5の個数が1個である場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。波源5の個数が複数や不定であってもよい。波源5の個数が不定である場合には、波源5の個数も推定されてもよい。
[Estimation of the number of wave sources]
In the above embodiment, the case where the number of wave sources 5 is one has been mainly described, but it is not necessary. The number of wave sources 5 may be plural or indefinite. If the number of wave sources 5 is indefinite, the number of wave sources 5 may also be estimated.

波源5の個数が不定である場合には、推定部13は、最小波源数から、最大波源数までの各推定波源数について、それぞれ最適化によって各波源5の位置及び送信電力を推定してもよい。そして、推定部13は、最適化された目的関数の値である最適値を推定波源数で除算した波源当たりの最適値が最適化されるように、推定波源数をも推定してもよい。すなわち、波源数の推定のための目的関数を波源当たりの最適値として、その目的関数を最適化するように、波源数が推定されてもよい。なお、例えば、未知の波源5が1以上存在する場合には、最小波源数は1となる。最小波源数は、2以上であってもよい。 If the number of wave sources 5 is indefinite, the estimation unit 13 may estimate the position and transmission power of each wave source 5 by optimizing each estimated number of wave sources from the minimum number of wave sources to the maximum number of wave sources. Good. Then, the estimation unit 13 may also estimate the estimated number of wave sources so that the optimum value per wave source obtained by dividing the optimum value, which is the value of the optimized objective function, by the estimated number of wave sources is optimized. That is, the number of wave sources may be estimated so as to optimize the objective function with the objective function for estimating the number of wave sources as the optimum value per wave source. For example, when there is one or more unknown wave sources 5, the minimum number of wave sources is 1. The minimum number of wave sources may be 2 or more.

なお、波源当たりの最適値が最適化されるように推定波源数を推定するとは、例えば、上記目的関数fの最適化が最小化である場合には、波源当たりの最適値が、最も小さくなる推定波源数を求めることであってもよく、上記目的関数fの最適化が最大化である場合には、波源当たりの最適値が、最も大きくなる推定波源数を求めることであってもよい。例えば、目的関数fの最適化が最小化であり、また、波源当たりの最適値の波源数に対する変化が、図7で示されるようになった場合には、推定部13は、波源当たりの最適値が最小となる波源数「3」が、未知の波源5の個数であると推定してもよい。その場合には、波源数を「3」として行われた最適化によって得られた最適解である推定位置及び推定送信電力が、3個の未知の波源5の推定位置及び推定送信電力となる。なお、図7は、実測値を示すものではなく、説明のために波源当たりの最適値の変化を示した図である。 Estimating the estimated number of wave sources so that the optimum value per wave source is optimized means that, for example, when the optimization of the objective function f is minimized, the optimum value per wave source becomes the smallest. The estimated number of wave sources may be obtained, and when the optimization of the objective function f is maximized, the number of estimated wave sources having the largest optimum value per wave source may be obtained. For example, when the optimization of the objective function f is minimized and the change in the optimum value per wave source with respect to the number of wave sources is shown in FIG. 7, the estimation unit 13 performs the optimization per wave source. It may be estimated that the number of wave sources "3" having the smallest value is the number of unknown wave sources 5. In that case, the estimated position and estimated transmission power, which are the optimum solutions obtained by the optimization performed with the number of wave sources set to "3", become the estimated position and estimated transmission power of the three unknown wave sources 5. Note that FIG. 7 does not show the measured value, but is a diagram showing the change of the optimum value per wave source for the sake of explanation.

この場合には、仮の波源数をM個とすると、未知数は、4×Mだけ存在することになる。したがって、受信電力を取得する受信位置の個数Nは、4×Mを超えていることが好適である。なお、Mは1以上の整数である。また、最大波源数がMmaxであるとすると、受信電力を取得する受信位置の個数Nは、4×Mmaxを超えていることが好適である。例えば、図7で示されるように、最大波源数Mmax=6である場合には、25個以上の位置で受信電力の取得が行われていることが好適である。 In this case, assuming that the number of temporary wave sources is M, there are only 4 × M unknowns. Therefore, it is preferable that the number N of the receiving positions for acquiring the received power exceeds 4 × M. In addition, M is an integer of 1 or more. Further, assuming that the maximum number of wave sources is M max , it is preferable that the number N of reception positions for acquiring received power exceeds 4 × M max . For example, as shown in FIG. 7, when the maximum number of wave sources M max = 6, it is preferable that the received power is acquired at 25 or more positions.

1以上の波源5が存在する場合には、j番目の波源5からの波のi番目の受信位置における推定受信電力は、次式のようになる。なお、jは、1以上の整数であり、M個の波源5がある場合には、j=1,2,…,Mとなる。

Figure 2020159705
When one or more wave sources 5 are present, the estimated received power at the i-th reception position of the wave from the j-th wave source 5 is as follows. Note that j is an integer of 1 or more, and when there are M wave sources 5, j = 1, 2, ..., M.
Figure 2020159705

なお、上式において、di,jは、i番目の受信位置(xi,yi,zi)から、j番目の波源5の推定位置(xj e,yj e,zj e)までの距離であり、次式のとおりである。

Figure 2020159705
In the above equation, di , j is the estimated position (x j e , y j e , z j e ) of the jth wave source 5 from the i-th reception position (x i , y i , z i ). It is the distance to, and is as shown in the following equation.
Figure 2020159705

また、波源5がM個である場合には、推定部13は、次式の目的関数fを用いてもよい。

Figure 2020159705
Further, when the number of wave sources 5 is M, the estimation unit 13 may use the objective function f of the following equation.
Figure 2020159705

上記目的関数fにおいて、i番目の受信位置における推定受信電力は、1個目からM個目までの各波源5からの波に関する各推定受信電力の合計となっている。なお、目的関数の最適化によって推定位置や推定送信電力を推定する処理は、目的関数において、1個の波源5からの波の推定受信電力に代えて、M個の波源5からの波の推定受信電力の合計が用いられる以外は、上記実施の形態と同様であり、その詳細な説明を省略する。この場合には、波源5の個数が1個の場合と比較して、目的関数の最適化によって求める変数の個数が多くなりうることになる。なお、M個の波源5を想定した場合には、M個の推定位置と、推定位置ごとの推定送信電力とが推定されることになる。すなわち、推定位置と推定送信電力とのM個の組が取得されることになる。 In the objective function f, the estimated received power at the i-th receiving position is the sum of the estimated received powers for the waves from the first to Mth wave sources 5. The process of estimating the estimated position and the estimated transmission power by optimizing the objective function is to estimate the waves from M wave sources 5 instead of the estimated received power of the waves from one wave source 5 in the objective function. It is the same as the above-described embodiment except that the total received power is used, and detailed description thereof will be omitted. In this case, the number of variables obtained by optimizing the objective function can be increased as compared with the case where the number of wave sources 5 is one. When M wave sources 5 are assumed, the estimated M positions and the estimated transmission power for each estimated position are estimated. That is, M sets of the estimated position and the estimated transmission power are acquired.

図6は、波源5の個数をも推定する際の位置推定装置1の動作を示すフローチャートである。なお、ステップS101〜S108の処理は、推定受信電力の式や目的関数fの式が上記のように変更される以外は、図2のフローチャートと同様であり、その詳細な説明を省略する。 FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the position estimation device 1 when estimating the number of wave sources 5. The processing of steps S101 to S108 is the same as the flowchart of FIG. 2 except that the equation of the estimated received power and the equation of the objective function f are changed as described above, and detailed description thereof will be omitted.

(ステップS201)推定部13は、カウンタMを最小波源数に設定する。カウンタMの値は、仮の波源数を示すものである。 (Step S201) The estimation unit 13 sets the counter M to the minimum number of wave sources. The value of the counter M indicates the number of tentative wave sources.

(ステップS202)推定部13は、その時点における目的関数の最適値を、その時点のカウンタMで除算した値、すなわち波源当たりの最適値をG(M)に設定する。そのG(M)の値は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。 (Step S202) The estimation unit 13 sets a value obtained by dividing the optimum value of the objective function at that time by the counter M at that time, that is, an optimum value per wave source in G (M). The G (M) value may be stored in a recording medium (not shown).

(ステップS203)推定部13は、カウンタMを1だけインクリメントする。 (Step S203) The estimation unit 13 increments the counter M by 1.

(ステップS204)推定部13は、カウンタMが最大波源数を超えているかどうか判断する。そして、カウンタMが最大波源数を超えている場合には、ステップS205に進み、そうでない場合には、ステップS102に戻る。なお、例えば、最小波源数が1であり、最大波源数が6であり、ステップS204からステップS205に進む場合には、G(1),G(2),…,G(6)の各値が取得されていることになる。 (Step S204) The estimation unit 13 determines whether or not the counter M exceeds the maximum number of wave sources. Then, if the counter M exceeds the maximum number of wave sources, the process proceeds to step S205, and if not, the process returns to step S102. For example, when the minimum number of wave sources is 1, the maximum number of wave sources is 6, and the process proceeds from step S204 to step S205, the values of G (1), G (2), ..., G (6) are obtained. Will have been acquired.

(ステップS205)推定部13は、それまでに算出された波源当たりの最適値G(M)が最適化される推定波源数を特定する。例えば、最適化が最小化であり、G(1),G(2),…,G(6)の各値が取得されている場合には、最小であるG(M)のMの値(この値が最終的な推定波源数となる)が特定されると共に、カウンタMが最終的な推定波源数であるときに特定された推定位置及び推定送信電力の組が、各波源5の推定位置及び推定送信電力となる。このようにして、波源5の個数の推定と、推定された個数の各波源5に関する位置及び送信電力の推定との一連の処理が終了することになる。 (Step S205) The estimation unit 13 specifies the number of estimated wave sources for which the optimum value G (M) per wave source calculated so far is optimized. For example, when the optimization is minimization and each value of G (1), G (2), ..., G (6) is acquired, the minimum value of G (M) M ( (This value becomes the final estimated number of wave sources) is specified, and the set of the estimated position and the estimated transmission power specified when the counter M is the final estimated number of wave sources is the estimated position of each wave source 5. And the estimated transmission power. In this way, a series of processing of estimating the number of wave sources 5 and estimating the position and transmission power of the estimated number of each wave source 5 is completed.

なお、図6のフローチャートでは、Mの値を1ずつインクリメントする場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、Mを飛び飛びの値で変化させ、そのようにして取得されたG(M)の値のうち、最適な1個または2個のMの値を特定し、その特定した1個または2個のMの値の近傍において、G(M)を算出することによって、推定波源数を求めるようにしてもよい。最適な1個または2個のMの値とは、例えば、最適化が最小化である場合には、G(M)の値が最小である1個または2個のMの値であってもよい。例えば、G(M)の最小値と、次に小さい値との差の絶対値が、あらかじめ決められた閾値よりも小さいときには、両方のMの値が特定され、そうでないときには、最小のG(M)のMの値のみが特定されてもよい。このようにすることで、例えば、最小波源数から最大波源数までのMの候補が多い場合に、より少ない処理によって推定波源数を求めることができるようになる。また、図6のフローチャートにおける処理の順序は一例であり、同様の結果を得られるのであれば、各ステップの順序を変更してもよい。 In the flowchart of FIG. 6, the case where the value of M is incremented by 1 has been described, but it may not be the case. For example, M is changed by a discrete value, and among the G (M) values obtained in this way, the optimum one or two M values are specified, and the specified one or two values are specified. The estimated number of wave sources may be obtained by calculating G (M) in the vicinity of the value of M of. The optimum one or two M values may be, for example, one or two M values having the smallest G (M) values when the optimization is minimized. Good. For example, if the absolute value of the difference between the minimum value of G (M) and the next smallest value is smaller than a predetermined threshold, the values of both Ms are specified, otherwise the minimum G ( Only the value of M in M) may be specified. By doing so, for example, when there are many candidates for M from the minimum number of wave sources to the maximum number of wave sources, the estimated number of wave sources can be obtained with less processing. Further, the order of processing in the flowchart of FIG. 6 is an example, and the order of each step may be changed as long as the same result can be obtained.

このように、波源5の個数が分からない場合であっても、波源5の個数をも推定することができるようになる。なお、ここでは、波源5の個数が最大波源数となるまで処理を行う場合について説明したが、そうでなくてもよい。波源当たりの最適値の最適化に収束条件を設け、その収束条件が満たされた場合に処理を終了するようにしてもよい。例えば、波源当たりの最適値が、あらかじめ決めされた閾値よりも適切な側となった場合(例えば、最適化が最小化であれば、閾値よりも小さくなった場合であり、最適化が最大化であれば、閾値よりも大きくなった場合であってもよい)に、収束条件が満たされたと判断されてもよい。 In this way, even when the number of wave sources 5 is unknown, the number of wave sources 5 can be estimated. Although the case where the processing is performed until the number of wave sources 5 reaches the maximum number of wave sources has been described here, it is not necessary. A convergence condition may be set for optimizing the optimum value per wave source, and the process may be terminated when the convergence condition is satisfied. For example, when the optimum value per wave source is on the appropriate side of the predetermined threshold value (for example, if the optimization is minimized, it is smaller than the threshold value, and the optimization is maximized. If it becomes larger than the threshold value), it may be determined that the convergence condition is satisfied.

また、ここでは、波源5の個数が不明である場合について主に説明したが、波源5の個数が既知である場合にも、上記のようにして、各波源5の位置や送信電力を推定することができる。その場合には、あらかじめ分かっているMの値についてのみ、目的関数を最適化する処理を行えばよいことになる。 Further, here, the case where the number of wave sources 5 is unknown has been mainly described, but even when the number of wave sources 5 is known, the position and transmission power of each wave source 5 are estimated as described above. be able to. In that case, it is sufficient to perform the process of optimizing the objective function only for the value of M that is known in advance.

[音波を発信する波源]
上記のように、波源は、電波の送信に代えて音波を発信するものであってもよい。波源からの波が音波であっても、上記電波の場合と同様にして、音波の波源の位置や、音波の送信電力(発信電力)を推定することができる。その場合には、アンテナに代えて、マイクロフォンやハイドロフォンによる音波の受信が行われることになる。なお、伝搬損失等についても、音波に応じた伝搬損失等が用いられてもよい。そして、上記電波の場合と同様にして目的関数が最適化されることによって、音波の発信源の位置や、音波の発信出力を推定できることは明らかであり、その詳細な説明を省略する。
[Wave source that emits sound waves]
As described above, the wave source may be one that emits sound waves instead of transmitting radio waves. Even if the wave from the wave source is a sound wave, the position of the wave source of the sound wave and the transmission power (transmission power) of the sound wave can be estimated in the same manner as in the case of the above radio wave. In that case, sound waves are received by a microphone or a hydrophone instead of the antenna. As for the propagation loss or the like, the propagation loss or the like according to the sound wave may be used. Then, it is clear that the position of the sound wave source and the sound wave transmission output can be estimated by optimizing the objective function in the same manner as in the case of the radio wave, and detailed description thereof will be omitted.

また、上記実施の形態において、各処理または各機能は、単一の装置または単一のシステムによって集中処理されることによって実現されてもよく、または、複数の装置または複数のシステムによって分散処理されることによって実現されてもよい。 Further, in the above embodiment, each process or each function may be realized by centralized processing by a single device or a single system, or distributed processing by a plurality of devices or a plurality of systems. It may be realized by.

また、上記実施の形態において、各構成要素間で行われる情報の受け渡しは、例えば、その情報の受け渡しを行う2個の構成要素が物理的に異なるものである場合には、一方の構成要素による情報の出力と、他方の構成要素による情報の受け付けとによって行われてもよく、または、その情報の受け渡しを行う2個の構成要素が物理的に同じものである場合には、一方の構成要素に対応する処理のフェーズから、他方の構成要素に対応する処理のフェーズに移ることによって行われてもよい。 Further, in the above embodiment, the transfer of information performed between the components is performed by, for example, one component when the two components that transfer the information are physically different. It may be performed by outputting information and accepting information by the other component, or if the two components that pass the information are physically the same, one component. It may be performed by moving from the processing phase corresponding to the above to the processing phase corresponding to the other component.

また、上記実施の形態において、各構成要素が実行する処理に関係する情報、例えば、各構成要素が受け付けたり、取得したり、選択したり、生成したり、送信したり、受信したりした情報や、各構成要素が処理で用いる閾値や数式、アドレス等の情報等は、上記説明で明記していなくても、図示しない記録媒体において、一時的に、または長期にわたって保持されていてもよい。また、その図示しない記録媒体への情報の蓄積を、各構成要素、または、図示しない蓄積部が行ってもよい。また、その図示しない記録媒体からの情報の読み出しを、各構成要素、または、図示しない読み出し部が行ってもよい。 Further, in the above embodiment, information related to the processing executed by each component, for example, information received, acquired, selected, generated, transmitted, or received by each component. In addition, information such as threshold values, mathematical formulas, and addresses used by each component in processing may be temporarily or for a long period of time in a recording medium (not shown) even if it is not specified in the above description. In addition, each component or a storage unit (not shown) may store information on a recording medium (not shown). Further, the information may be read from the recording medium (not shown) by each component or a reading unit (not shown).

また、上記実施の形態において、各構成要素等で用いられる情報、例えば、各構成要素が処理で用いる閾値やアドレス、各種の設定値等の情報がユーザによって変更されてもよい場合には、上記説明で明記していなくても、ユーザが適宜、それらの情報を変更できるようにしてもよく、または、そうでなくてもよい。それらの情報をユーザが変更可能な場合には、その変更は、例えば、ユーザからの変更指示を受け付ける図示しない受付部と、その変更指示に応じて情報を変更する図示しない変更部とによって実現されてもよい。その図示しない受付部による変更指示の受け付けは、例えば、入力デバイスからの受け付けでもよく、通信回線を介して送信された情報の受信でもよく、所定の記録媒体から読み出された情報の受け付けでもよい。 Further, in the above embodiment, when the information used in each component or the like, for example, the information such as the threshold value and the address used in the processing by each component and various setting values may be changed by the user, the above The information may or may not be changed as appropriate by the user, even if not specified in the description. When the information can be changed by the user, the change is realized by, for example, a reception unit (not shown) that receives a change instruction from the user and a change unit (not shown) that changes the information in response to the change instruction. You may. The reception unit (not shown) may accept the change instruction from, for example, an input device, information transmitted via a communication line, or information read from a predetermined recording medium. ..

また、上記実施の形態において、位置推定装置1に含まれる2以上の構成要素が通信デバイスや入力デバイス等を有する場合に、2以上の構成要素が物理的に単一のデバイスを有してもよく、または、別々のデバイスを有してもよい。 Further, in the above embodiment, when two or more components included in the position estimation device 1 have a communication device, an input device, or the like, even if the two or more components have a physically single device. Well, or may have separate devices.

また、上記各実施の形態において、各構成要素は専用のハードウェアにより構成されてもよく、または、ソフトウェアにより実現可能な構成要素については、プログラムを実行することによって実現されてもよい。例えば、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをCPU等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。その実行時に、プログラム実行部は、記憶部や記録媒体にアクセスしながらプログラムを実行してもよい。また、そのプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体(例えば、光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなど)に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。また、このプログラムは、プログラムプロダクトを構成するプログラムとして用いられてもよい。また、そのプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、または分散処理を行ってもよい。 Further, in each of the above embodiments, each component may be configured by dedicated hardware, or a component that can be realized by software may be realized by executing a program. For example, each component can be realized by a program execution unit such as a CPU reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory. At the time of execution, the program execution unit may execute the program while accessing the storage unit or the recording medium. Further, the program may be executed by being downloaded from a server or the like, or may be executed by reading a program recorded on a predetermined recording medium (for example, an optical disk, a magnetic disk, a semiconductor memory, etc.). Good. Further, this program may be used as a program constituting a program product. Further, the number of computers that execute the program may be singular or plural. That is, centralized processing may be performed, or distributed processing may be performed.

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。 Further, it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made, and these are also included in the scope of the present invention.

以上より、本発明による位置推定装置等によれば、未知の波源の位置や、送信電力を推定できるという効果が得られ、例えば、違法電波の発信源を特定する装置等として有用である。 From the above, the position estimation device or the like according to the present invention has the effect of being able to estimate the position of an unknown wave source and the transmission power, and is useful as, for example, a device for identifying the source of illegal radio waves.

1 位置推定装置
11 受信電力取得部
12 受信位置取得部
13 推定部
14 方向取得部
1 Position estimation device 11 Received power acquisition unit 12 Reception position acquisition unit 13 Estimating unit 14 Direction acquisition unit

Claims (12)

未知の波源からの波の受信電力を取得する受信電力取得部と、
前記受信電力に応じた波が受信された際の受信位置を取得する受信位置取得部と、
受信電力と受信位置との複数の組、前記未知の波源の推定位置、前記未知の波源からの波の推定送信電力、波の伝搬損失を用いて、受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた目的関数を最適化することによって推定位置と推定送信電力とを推定する推定部と、を備えた位置推定装置。
A received power acquisition unit that acquires the received power of a wave from an unknown wave source,
A reception position acquisition unit that acquires a reception position when a wave corresponding to the received power is received, and a reception position acquisition unit.
Using a plurality of sets of received power and receiving position, the estimated position of the unknown wave source, the estimated transmission power of the wave from the unknown wave source, and the wave propagation loss, the estimated received power and the received power for each receiving position A position estimation device including an estimation unit that estimates an estimated position and an estimated transmission power by optimizing an objective function according to the difference between the two.
前記受信電力取得部は、前記未知の波源からの波を受信して、受信電力を取得し、
前記受信位置取得部は、前記受信電力取得部が受信電力に応じた波を受信した時点の前記位置推定装置の位置である受信位置を取得する、請求項1記載の位置推定装置。
The received power acquisition unit receives a wave from the unknown wave source, acquires the received power, and obtains the received power.
The position estimation device according to claim 1, wherein the reception position acquisition unit acquires a reception position which is the position of the position estimation device at the time when the reception power acquisition unit receives a wave corresponding to the received power.
前記未知の波源は1以上存在し、
前記推定部は、最適化された目的関数の値である最適値を推定波源数で除算した波源当たりの最適値が最適化されるように、推定波源数をも推定する、請求項1または請求項2記載の位置推定装置。
There is one or more of the unknown wave sources,
Claim 1 or claim that the estimation unit also estimates the estimated number of wave sources so that the optimum value per wave source obtained by dividing the optimum value, which is the value of the optimized objective function, by the estimated number of wave sources is optimized. Item 2. The position estimation device according to item 2.
前記推定部は、推定位置と受信位置との間の空間に関する空間情報に応じた伝搬損失を用いて、前記目的関数の最適化を行う、請求項1から請求項3のいずれか記載の位置推定装置。 The position estimation according to any one of claims 1 to 3, wherein the estimation unit optimizes the objective function by using the propagation loss according to the spatial information regarding the space between the estimation position and the reception position. apparatus. 前記推定部は、推定受信電力と受信電力との差に、当該推定受信電力の算出で用いる推定位置と受信位置との間の空間に関する空間情報に応じた重みを付けた目的関数を最適化する、請求項1から請求項4のいずれか記載の位置推定装置。 The estimation unit optimizes an objective function in which the difference between the estimated reception power and the reception power is weighted according to the spatial information regarding the space between the estimated position and the reception position used in the calculation of the estimated reception power. , The position estimation device according to any one of claims 1 to 4. 前記未知の波源からの波は、指向性を有する機器で受信され、
受信電力に応じた波が受信された際の前記指向性を有する機器の方向を取得する方向取得部をさらに備え、
前記推定部は、推定位置の方向と前記指向性を有する機器の方向との角度に応じた伝搬損失を用いる、請求項1から請求項5のいずれか記載の位置推定装置。
Waves from the unknown source are received by a directional device and
Further provided with a direction acquisition unit that acquires the direction of the device having the directivity when a wave corresponding to the received power is received.
The position estimation device according to any one of claims 1 to 5, wherein the estimation unit uses a propagation loss according to an angle between the direction of the estimated position and the direction of the device having the directivity.
前記推定部は、逐次的な演算処理によって前記目的関数の最適化を行う、請求項1から請求項6のいずれか記載の位置推定装置。 The position estimation device according to any one of claims 1 to 6, wherein the estimation unit optimizes the objective function by sequential arithmetic processing. 前記推定部は、複数の初期値を用いた前記逐次的な演算処理によって前記目的関数の最適化を行う、請求項7記載の位置推定装置。 The position estimation device according to claim 7, wherein the estimation unit optimizes the objective function by the sequential arithmetic processing using a plurality of initial values. 前記推定部は、前記逐次的な演算処理において、目的関数が局所最適値に収束している場合には、ステップサイズをより大きい値に変更し、目的関数が大域最適値に収束している場合には、ステップサイズをより小さい値に変更する、請求項7または請求項8記載の位置推定装置。 In the sequential arithmetic processing, the estimation unit changes the step size to a larger value when the objective function has converged to the local optimum value, and when the objective function has converged to the global optimum value. 7. The position estimation device according to claim 7 or 8, wherein the step size is changed to a smaller value. 前記未知の波源は、電波の送信源であり、
前記電波は、アンテナによって受信される、請求項1から請求項9のいずれか記載の位置推定装置。
The unknown wave source is a radio wave transmission source.
The position estimation device according to any one of claims 1 to 9, wherein the radio wave is received by an antenna.
前記未知の波源は、音波の発信源であり、
前記音波は、マイクロフォンまたはハイドロフォンによって受信される、請求項1から請求項9のいずれか記載の位置推定装置。
The unknown wave source is a source of sound waves and
The position estimation device according to any one of claims 1 to 9, wherein the sound wave is received by a microphone or a hydrophone.
未知の波源からの波の受信電力を取得するステップと、
前記受信電力に応じた波が受信された際の受信位置を取得するステップと、
受信電力と受信位置との複数の組、前記未知の波源の推定位置、前記未知の波源からの波の推定送信電力、波の伝搬損失を用いて、受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた目的関数を最適化することによって推定位置と推定送信電力とを推定するステップと、を備えた位置推定方法。
Steps to get the received power of a wave from an unknown wave source,
The step of acquiring the reception position when a wave corresponding to the received power is received, and
Using a plurality of sets of received power and receiving position, the estimated position of the unknown wave source, the estimated transmission power of the wave from the unknown wave source, and the wave propagation loss, the estimated received power and the received power for each receiving position A position estimation method comprising a step of estimating an estimated position and an estimated transmission power by optimizing an objective function according to the difference between the two.
JP2019056068A 2019-03-25 2019-03-25 Position estimation device and position estimation method Active JP7315349B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019056068A JP7315349B2 (en) 2019-03-25 2019-03-25 Position estimation device and position estimation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019056068A JP7315349B2 (en) 2019-03-25 2019-03-25 Position estimation device and position estimation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020159705A true JP2020159705A (en) 2020-10-01
JP7315349B2 JP7315349B2 (en) 2023-07-26

Family

ID=72642766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019056068A Active JP7315349B2 (en) 2019-03-25 2019-03-25 Position estimation device and position estimation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7315349B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114845404A (en) * 2022-04-27 2022-08-02 中国人民解放军32021部队 Uplink power control method for narrow-band GEO satellite communication asymmetric channel user

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001313972A (en) * 2000-02-25 2001-11-09 Ntt Docomo Inc Method and system for estimating position of mobile set in mobile communication system
JP2008178006A (en) * 2007-01-22 2008-07-31 Hitachi Ltd Wireless node location estimating method and system, and processing apparatus therefor
JP2009065394A (en) * 2007-09-05 2009-03-26 Meiji Univ Attenuation constant estimation system for sensor network, node position estimation system, estimating method and program thereof
JP2013205398A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Tokyo Institute Of Technology Sending source estimation method and sending source estimation apparatus utilizing the same
JP2017142180A (en) * 2016-02-10 2017-08-17 国立大学法人 名古屋工業大学 Method and system for estimating position
WO2018062435A1 (en) * 2016-09-30 2018-04-05 日本電産株式会社 Positioning system, positioning device, and computer program
JP2019200166A (en) * 2018-05-17 2019-11-21 Necプラットフォームズ株式会社 Electric wave monitoring device, electric wave monitoring system, electric wave monitoring method and program

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001313972A (en) * 2000-02-25 2001-11-09 Ntt Docomo Inc Method and system for estimating position of mobile set in mobile communication system
JP2008178006A (en) * 2007-01-22 2008-07-31 Hitachi Ltd Wireless node location estimating method and system, and processing apparatus therefor
JP2009065394A (en) * 2007-09-05 2009-03-26 Meiji Univ Attenuation constant estimation system for sensor network, node position estimation system, estimating method and program thereof
JP2013205398A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Tokyo Institute Of Technology Sending source estimation method and sending source estimation apparatus utilizing the same
JP2017142180A (en) * 2016-02-10 2017-08-17 国立大学法人 名古屋工業大学 Method and system for estimating position
WO2018062435A1 (en) * 2016-09-30 2018-04-05 日本電産株式会社 Positioning system, positioning device, and computer program
JP2019200166A (en) * 2018-05-17 2019-11-21 Necプラットフォームズ株式会社 Electric wave monitoring device, electric wave monitoring system, electric wave monitoring method and program

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114845404A (en) * 2022-04-27 2022-08-02 中国人民解放军32021部队 Uplink power control method for narrow-band GEO satellite communication asymmetric channel user
CN114845404B (en) * 2022-04-27 2022-10-11 中国人民解放军32021部队 Uplink power control method for narrow-band GEO satellite communication asymmetric channel user

Also Published As

Publication number Publication date
JP7315349B2 (en) 2023-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10571544B2 (en) Direction finding using signal power
US8200244B2 (en) Method and system for mobile station location
US8179251B2 (en) Method and network for determining positions of wireless nodes while minimizing propagation of positioning errors
US7570213B2 (en) Method and apparatus for detecting and locating intrusion in a wireless network
US9689962B2 (en) Determining the geographic location of a portable electronic device
JP5717639B2 (en) Device and method for estimating the orientation of a portable terminal device
CN104375135A (en) Radio frequency positioning method, device and system
CN204166130U (en) Radio frequency locating device and system
US20140256352A1 (en) Method for measuring position of user terminal
WO2007075647A2 (en) Method and apparatus for determining the location of a node in a wireless network
US9660740B2 (en) Signal strength distribution establishing method and wireless positioning system
Broumandan et al. Direction of arrival estimation of GNSS signals based on synthetic antenna array
Meles et al. Measurement based performance evaluation of drone self-localization using AoA of cellular signals
US9939516B2 (en) Determining location and orientation of directional transceivers
JP7315349B2 (en) Position estimation device and position estimation method
US10536920B1 (en) System for location finding
Wielandt et al. 2.4 GHz single anchor node indoor localization system with angle of arrival fingerprinting
KR101829411B1 (en) Apparatus for wireless positioning and method for the same
JP2018004609A (en) Position measuring method of radio communication terminal and radio device
KR101459915B1 (en) Method of Localization
JP2022063946A (en) Position estimation device and method for estimating position
Fokin et al. Model for 5G UDN Positioning System Topology Search Using Dilution of Precision Criterion
Wang et al. Arpap: A novel antenna-radiation-pattern-aware power-based positioning in rf system
CN116087875B (en) Indoor non-line-of-sight scene passive tag three-dimensional positioning method based on environment information
KR102519152B1 (en) A method for estimating indoor location of terminal using angle of arrive and received signal strength

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230307

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230627

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230713

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7315349

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150