JP2862124B2 - 送信器の位置決定方法及び装置 - Google Patents

送信器の位置決定方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーダ、より詳細に言
えば、送信器の位置を決めるために距離を置いた2つま
たはそれ以上の受信位置で測定された到着信号の時間差
(Time Difference Of Arrival-TDOA)または到着
信号の周波数差(Frequency Difference Of Arrival-F
DOA)を用いた改良技術に関する。
【0002】
【従来の技術】距離を置いた2つの受信位置、またはそ
れ以上の受信位置で測定されたラジオ周波数の電波、ま
たはマイクロ波のTDOA及びFDOAが送信位置を確
定するのに用いることができることは従来から知られて
いる。TDOAは、送信位置及び各受信位置の間の電波
の伝播路の長さの差異、即ち距離の差と、電波を伝播す
る媒体の性質と、送信位置及び受信位置間の対応する伝
播時間の差異とにより生じる。若し送信位置か、または
何れかの受信位置が運動しているならば、信号の周波数
シフト、またはドツプラ効果が、この運動によつて発生
する。FDOAは、伝播媒体の性質と、送信器及び受信
器の位置及び運動速度とによつて生じる。
【0003】遅延時間差は下記の数式1で得られる。
【数1】遅延時間差τ=(R1−R2)/c
【0004】周波数差は下記の数式2により得られる。
この数式に含まれる記号R1及びR2の上に「・」印を付
した記号は以降、R1ドツト、R2ドツトと呼ばれる。
【数2】
【0005】上記の数式1及び2において、Riは送信
器からi番目の受信器までの距離であり、Riドツトは
送信器及び受信器間の距離の変化の時間的な割合、つま
り、送信器と受信器との間の相対的な速度変化であり、
cは伝播速度であり、fは送信器の周波数である。
【0006】τの測定値は地球表面の上で輪郭線を定義
する、即ち輪郭線を形成する。若し第3の受信器の位置
があれば、2つの独立したτ値の輪郭線を定義すること
ができる。このような2つの輪郭線の交点が送信器の位
置を決定する。また、νの測定値も地球表面上で輪郭線
を定義する。少なくとも2つの受信位置が運動している
3つの受信位置を用いて、独立した2つのνの測定値を
得ることができる。このような2つの輪郭線の交点は、
送信器が静止している場合に送信位置を決定する。送信
器が運動している場合、若し送信器の位置が既知ならば
送信器の速度を見積るために2つのνの測定値を用いる
ことができる。この場合、受信位置の運動は必要としな
い。送信器が静止しており、少なくとも2つの受信位置
が運動している時、1つのτの値と1つのνの値を決め
ることができ、そして、送信器の位置を決めるための受
信位置は2つの位置で充分である。
【0007】図1に従来の技術が示されている。送信信
号は、受信位置10の受信器9によつて受信され、そし
て受信位置12の受信器11によつて受信される。2つ
の受信位置のいずれか1方の受信位置、または両方の受
信位置は送信器13に対して相対的に運動している。
【0008】受信位置10において受信された信号は、
A/D(アナログからデイジタル変換)処理16によつ
て「実部分のサンプル信号(real sampled signal)」
に変換される。サンプル速度は、受信信号を正確に表示
し、かつ偽信号を阻止するために必要とする最小限の速
度である。次に、実部分のサンプル信号は、「”ヒルベ
ルト変換”処理」18または、これと同等の変換処理を
用いて実部分のサンプル速度(real rate)の半分でサ
ンプルされた複合(complex)ベースバンド信号に変換
される。
【0009】実部分の信号の一般式は下記の数式3で表
わされる。
【0010】
【数3】
【0011】ヒルベルト変換処理18は、複合スペクト
ルの一方のベースバンドを効果的に移動し、他方のスペ
クトルを除去する。ヒルベルト変換の細部についてはオ
ツペンハイム(A.V.Oppenheim)等による1975年に
刊行された「デイジタル信号の処理(Digital Signal P
rocessing)」と題する刊行物の第7章を参照された
い。
【0012】次に、複合信号は有限インパルス応答(fi
nite impulse response-FIR)フイルタ20に通され
る。FIRフイルタのバンド幅は、ノイズを最大限に除
去するよう送信信号のバンド幅に一致し、しかも、FI
Rフイルタを通る送信信号を最小限の変化で通過させる
よう入念に調節される。FIRフイルタの出力信号は下
記の数式で定義される。
【0013】
【数4】
【0014】上式において、2N+1はフイルタのタツ
プの数であり、anはフイルタ効率である。FIRフイ
ルタの細部はオツペンハイム等による上述の刊行物の第
4章を参照されたい。
【0015】フイルタ処理の結果出力は、データ・リン
ク28を経て受信位置12に転送される。選択されたサ
ンプル速度は信号の正確な表示と出来る限り正確に一致
されている。データ・リンクの転送時間を最小にするこ
とは、送信器の位置を決めることのできるサンプル速度
に対して重要な関係を持つているので、できるだけ高い
サンプル速度を用いることが大切である。データ・リン
クは、受信位置10にあるラジオ周波数の電波送信器
(図示せず)と、空中波と、受信位置12にある他のラ
ジオ周波数の電波受信器(図示せず)とを含む。
【0016】従来の技術において、サンプル信号の実部
分(real part)及び虚数部分(imaginary part)が受
信位置12に転送される。複合サンプル信号毎に転送さ
れるビツト数はデータの動的な範囲(dynamic range)
に依存する。代表的な例を挙げると、1サンプル毎に最
小16ビツト、つまり8ビツトの実部分及び8ビツトの
虚数部分が用いられる。
【0017】受信位置12に位置するA/D変換処理3
2のサンプル速度が受信位置10のA/D変換処理16
のサンプル速度よりも2倍だけ大きいことを除いて、受
信位置10は、A/D変換処理と、ヒルベルト変換処理
と、FIRフイルタ処理とを遂行するが、他方、受信位
置12は、受信器11が受信する信号に対して、同様
に、A/D変換処理32と、ヒルベルト変換処理34
と、FIRフイルタ処理36とを遂行する。高いサンプ
ル速度は、位置決めの精度がより大きくなり、そして、
結果のデータが何処にも転送されないから、コストは殆
どかからない。
【0018】次に、処理40は、受信位置12におい
て、FIRフイルタ処理20及び36の出力を用いて複
合した相互相関(complex cross-correlation)(また
は相互アンビギユイテイ(corss-ambiguity))面xを
発生する。
【0019】
【数5】
【0020】上式において、nは複合サンプル・インデ
ツクスであり、kはτインデツクス(即ち、相互アンビ
ギユイテイ関数が計算される遅延時間範囲)であり、l
(エル)はνインデツクスであり(即ち、相互アンビギ
ユイテイ関数が計算される周波数範囲)s1は受信位置
10において集められた信号データであり、s2は受信
位置12において集められた信号データであり、Iは2
つの受信位置における最終サンプル速度の比率(2:
1)であり、Δはフーリエ変換の角度増分であり、バー
は共役(conjugation)を表わす。
【0021】次に、アンビギユイテイ面のピークのτ値
及びν値は下記のように見出される。第1に、複合相互
アンビギユイテイ面は、大きさに関し2乗され(magnit
udesquared)、そして最も高いサンプル点の座標値(k
pk、lpk)が見出される。最高点を中心とする2次元多
項式は2乗された面に当て嵌められる。この最高点、即
ちピークはk軸及びl(エル)軸に沿った多項式の一次
導関数が0である位置に生じる。ピークの位置にあるτ
値及びν値は、夫々下記の式で計算される。
【0022】
【数6】
【数7】
【0023】上記の2つの式において、δk及びδl
(δエル)は、最高点からのずれ、即ちピークから外れ
た大きさであり、Fsは複合サンプル周波数である。φ
は(τpk、νpk)におけるアンビギユイテイ面の位相を
決定することによつて見出される。次に、処理装置42
は、距離の差(ΔR)と、相対速度の差(ΔRドツト)
を決定するために、τpeak値、νpeak値及びφ値を用い
る。処理44は、送信器の位置としてこれら2つの輪郭
線の交点を決定する。若し他の位置の対からの輪郭線が
利用可能ならば、これらの輪郭線は、同じように、処理
44において、受信位置12で計算されたこれらの値と
組み合わされる。
【0024】ΔR輪郭線及びΔRドツト輪郭線の交点を
見出すためには幾つかの方法がある。簡単な方法は、各
ステツプにおけるΔRドツトを計算するステツプにおい
て、ΔRの輪郭線に沿つて移動することである。交点の
最初の予測値は、計算されたΔRドツトと、測定された
ΔRドツトとの差異が小さくなつた時に得られる。次
に、送信器の位置を更新するために、測定されたΔR'
及びΔR'ドツトと、計算されたΔR'及びΔR'ドツト
との間の差異を計算に用いることにより、送信器の位置
に対するΔR及びΔRドツトの感度が計算される。更新
値は最初の予測値に加えられ、そしてこの処理は、更新
値が最小になるまで繰り返えされる。
【0025】また、従来の技術において、実部分の符号
及び虚数部分の符号か、あるいは、実部分のサンプル・
データの符号だけを、受信位置10から受信位置12に
転送することも知られている。この「1ビツト・クリツ
ピング」技術は、受信位置12へ転送されねばならない
データの量を最小限にとどめ、従つて送信器を位置付け
るのに必要な時間を最小限にするけれども、各サンプル
の全体としての近似値は、相互相関の結果に可成りのエ
ラーを生じる。その結果、送信器の位置決定に際して著
しいエラーを生じることになる。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】従つて、本発明の目的
は、TDOA、またはFDOAを用いて、送信器の位置
を決めるための装置及び方法を提供することにあり、こ
れにより、測定の精度を高め、しかも、一方の受信器か
ら他方の受信器に転送しなければならないデータの量を
最小限にとどめる装置及び方法が与えられる。
【0027】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも1
つの受信位置と1つの静止した送信器との間に相対的な
運動がある場合に、少なくとも2つの受信位置を用いて
1つの送信器の位置を決める方法か、または、相対的な
運動がない少なくとも3つの受信位置を用いて1つの送
信器の位置を決める方法を含んでいる。前者の場合、信
号は第1及び第2の受信器によつて受信され、次に、受
信信号は、第1及び第2の信号を発生するためにアナロ
グ信号からデイジタル信号への変換器によつて処理され
る。次に、第1の受信位置にある圧縮処理は、第1のデ
イジタル信号か、または第1のデイジタル信号から取り
出された他のデイジタル信号を圧縮する。この圧縮処理
の結果は、相互相関装置(cross-correlation unit)に
転送される。相互相関装置は、第2の受信位置中にあ
り、かつ第2のデイジタル信号、または第2のデイジタ
ル信号から取り出された他のデイジタル信号に接続され
ている。相互相関装置は、圧縮された信号データと、第
2のデイジタル信号か、または第2のデイジタル信号か
ら取り出された他のデイジタル信号に基いて相互相関値
を発生し、分析する。第1の受信器とは離れた位置にお
いて、相互相関の結果のための訂正係数が決定され、そ
して、訂正係数を相互相関の結果に適用する訂正装置に
転送される。送信器の位置は、訂正装置からの出力を生
じる到着時間の差と周波数の差とに基いて決定される。
【0028】3つの受信位置を持ち、これらが相対的な
運動をしない場合における処理は下記の通りである。第
1、第2及び第3の受信器の各出力は、第1、第2及び
第3のデイジタル信号を発生するために、アナログ信号
からデイジタル信号に変換される。第1の受信位置にあ
る圧縮処理は、第1のデイジタル信号か、または第1の
デイジタル信号から取り出された他のデイジタル信号を
圧縮する。圧縮された信号データは、第2の受信器の位
置にあるたたみ込み装置(convolution unit)に転送さ
れて、第2のデイジタル信号か、または第2のデイジタ
ル信号から取り出された他の信号に繰り込まれる。ま
た、第1の受信位置で圧縮された信号は第3の受信位置
にあるたたみ込み(convolution)装置にも転送されて、
第3のデイジタル信号か、または第3のデイジタル信号
から取り出された他の信号に繰り込まれる。次に、両方
のたたみ込み装置のための訂正係数が第1の受信位置に
おいて決定され、そして、第2及び第3の受信位置の両
方にある訂正装置に転送される。次に、各訂正装置は、
対応する到着信号の時間差を発生するために、関連する
たたみ込み装置の出力に訂正係数を与える。次に、到着
信号の2つの時間差に基いて、送信位置が決定される。
【0029】位相が存在する象限によつて各デイジタル
信号(フイルタを経たデイジタル信号、またはフイルタ
を経ないデイジタル信号)を表示することを含むデータ
圧縮方法には、幾つかの方法がある。これは、1つの信
号毎に2ビツトだけしか必要としない。この例におい
て、圧縮信号の位相情報における大きさ及び近似値の情
報の不足を訂正するために、訂正係数は、訂正を要する
相互相関装置の出力に対する修正を決定する。他の受信
位置において使用される訂正係数は、圧縮処理を行つた
受信位置において決定される。
【0030】
【実施例】図2は送信器13の位置を決めるための本発
明に従つたシステム100を示すブロツク図である。シ
ステム100は、受信器9及び11と、A/D処理(ア
ナログ信号からデイジタル信号への変換処理)16及び
32と、ヒルベルト変換処理18及び34と、FIRフ
イルタ処理20及び36とを夫々の受信位置10及び1
2に含んでおり、図1の従来の装置のデータ・リンク2
8と、τ及びν変換処理42と、送信器の位置決め処理
44とを含んでいる。従来の技術とは異なつて、システ
ム100の中には3つの新しい処理、つまり圧縮処理1
02、訂正計算処理104及び訂正適用処理106が付
加されている。また、異なつた複合相互相関値が処理1
10によつて発生され、そして分析される。
【0031】システム100の総括的な方策は下記の通
りである。圧縮処理102の目的は、FIRフイルタ2
0のろ波処理後に生じたデータのビツト数、つまり、受
信位置12に転送されねばならないデータ量を表わすた
めに用いられるビツト数を減少することにある。既に述
べたように、受信位置10から受信位置12への転送時
間は制限因子であり、そして、データ圧縮はこの時間を
著しく短縮することができる。
【0032】本発明に従つて、圧縮処理102の2つの
実施例を以下に説明する。1つの実施例は実部分のデー
タ・ワード及び虚数部分のデータ・ワードを表示するの
に用いられるビツト数を減少する。他の実施例におい
て、実部分の表示及び虚数部分の表示は、信号の大きさ
及び位相と、減少される大きさ及び位相を表示するため
に使用されるビツトの数とに変換することができる。結
果的には、実部分及び虚数部分を用いた複合データ・ワ
ードを表示するために必要な最小限のビツト数は2ビツ
トであり、一方のビツトは実部分表示のために用いら
れ、他方のビツトは虚数部分表示のために用いられる。
同様に、大きさ及び位相の表示に対しては、複合面にお
いて第1象限が0度乃至89度であり、第2象限が90
度乃至179度であり、第3象限が180度乃至269
度であり、第4象限が270度から359度であるよう
に、位相の象限を表わすために2ビツトが用いられる。
大きさの情報は、データ・ブロツクの寸法が用いられた
場合にだけ保持される。
【0033】データ・ワードの精度を僅かなビツト数に
まで減らすあらゆる圧縮方法の圧縮処理は、情報を犠牲
にし、結果として、測定されたτ値、ν値及びφ値にエ
ラーを導入するので、エラー訂正が必要である。訂正値
は、圧縮された信号と、データ受信位置10にあるFI
Rフイルタを実際に通過したサンプル信号とを相関する
ことにより決定される。従つて、受信位置12へ転送さ
れるデータは、受信位置10において受信されたサンプ
ル信号のすべてではなく、圧縮されたデータと、τ、ν
及びφ値の訂正係数とである。
【0034】次に、受信位置12のFIRフイルタから
のサンプル信号と、受信位置10からの圧縮データ信号
とに基づく新しい複合相互相関値が、処理110によつ
て発生され分析される。その分析結果は、受信位置10
及び12の間で生じた遅延時間差、周波数差及び位相差
を表わすτ値、ν値及びφ値である。然しながら、圧縮
ステツプによつて導入されたデータ中のエラーのため
に、相互相関関数によつて決定されたτ値、ν値及びφ
値は訂正を必要とする。受信位置10にあるFIRフイ
ルタ20の出力を用いて決定されたτ値、ν値及びφ値
の訂正係数は、受信位置12にあるFIRフイルタ36
の出力を用いた相互相関関数により決定されたτ値、ν
値及びφ値のために必要とされる訂正係数と同じである
ことには注意を払う必要がある。これは、圧縮により導
入されるエラーは、受信器の位置とは実質的に無関係で
あるからである。従つて、訂正適用処理106は、受信
位置10から受け取つたτ、ν及びφ値のための訂正係
数を、受信位置12における処理110によつて生じた
τ、ν及びφ値に適用する。次に、処理42は、送信器
及び各受信位置の間の距離の差と、送信器及び各受信位
置の間の相対速度の差とを決定するために、訂正係数を
適用した結果のτ値、ν値及びφ値を使用する。次に、
処理44は、これら2つの差に対応する2つの輪郭線の
交点を決定し、この交点が送信器の位置である。本発明
を使用することにより、送信器の位置決めの精度を低下
させることなく、データ転送時間を著しく節約すること
ができる。
【0035】圧縮処理102と、訂正計算処理104
と、複合相互相関値を発生し、分析する処理110と、
訂正適用処理106との細部を以下に説明する。位相信
号だけを圧縮する処理と、対応する訂正計算処理と、相
互相関処理とを先ず説明する。圧縮処理102は2つの
ステツプを含んでいる。θの上部に「∧」印を付した下
記の数式、
【数8】 は以降θハツトと記載する。先ず、FIRフイルタ処理
20からの各複合サンプル信号出力の位相θ(−π≦θ
≦π)が測定される。
【0036】次に、位相θは下記の数式9に従つてθハ
ツトに量子化される。
【数9】
【0037】また、若しθハツトが、
【数10】 ならば、θは下記の数式11に従つてθハツトに量子化
される。
【数11】
【0038】上述の数式において、
【数12】 は各θを表示するために用いられるビツトの数である。
従つて、どのセクタに位相が存在するかを表示した量子
化されたこの位相は、データ・リンク28を経て受信位
置12に転送される。
【0039】既に述べたように、上述したような信号デ
ータを圧縮する処理102はτ、ν及びφにエラーを生
じる。然しながら、τ値、ν値及びφ値の各々に対する
エラー訂正は訂正計算処理104によつて計算される。
【0040】訂正計算処理104における第1のステツ
プは、圧縮処理から生じた量子化された位相データと、
FIRフイルタ20からの圧縮されていないサンプル信
号とを用いて相互相関面を発生することである。この面
は下記の式に従つて発生される。
【0041】
【数13】
【0042】上式に記載されている
【数14】 は、圧縮信号の量子化された位相の表示であり、s1
ーはFIRフイルタ20の出力の共役を表示し、nは複
合サンプル信号インデツクスであり、kはτインデツク
ス(−2≦k≦2)であり、l(エル)はνインデツク
ス(−2≦l≦2)である。共役する処理は虚数部分の
符号を切り換える処理である。次に、複合関数の面は大
きさに関して2乗され、そして、大きさの2乗された面
のピークは、上で説明した方法により見出される。τ
correction及びνcorrectionは、夫々、τ及びνのピー
ク位置である。φcorrectionは、(k=0、l(エル)
=0)における複合関数面の位相である。
【0043】訂正値は、データ・リンク28を介して量
子化された位相データと共に転送される。本発明は各F
IRを経たサンプル信号の大きさも、位相の近似値も送
られないから、データ・リンク28を経て転送されねば
ならないデータ信号ビツトの数を著しく減少することに
は注意を向けられたい。従来の技術においては、複合信
号サンプルは16個のビツト(即ち、実部分用の8個の
ビツトと虚数部分用の8個のビツト)を必要とする。然
しながら、本発明によると、θの添字を持つMが2の場
合、転送されねばならない信号ビツトの数は8:1に減
少される、つまり、位相の象限を表示するためのビツト
しか必要としない。その結果、受信位置12にデータを
転送するために必要とされる時間は短縮され、また、よ
り小さいデータ転送量のデータ・リンクをデータ転送に
用いることができる。
【0044】圧縮された信号及び訂正値が受信位置12
に転送された後、処理110は、受信位置10からの量
子化された位相情報と、受信位置12からのFIRのサ
ンプル信号の共役とに基づいた新しい複合相互相関面χ
12(k、l)を生じる。(訂正係数は処理110によつ
て使用されない。)
【0045】
【数15】
【0046】図2の相互相関関数の処理110は、相互
相関関数の処理40(図1)におけるs1が圧縮信号の
量子化された位相情報によつて置き換えられているとい
う点で、相互相関関数の処理40とは異なつていること
には注意を向ける必要がある。また、圧縮信号からの量
子化された位相情報中のエラー及び全体の近似値のため
に、処理110の相互相関関数の処理によつて生じたτ
値、ν値及びφ値のエラーは著しく増加されることにも
注意を払う必要がある。その結果、訂正が必要である。
訂正値計算処理106は、τ値、ν値及びφ値の正しい
値を発生するために、修正されたアンビギユイテイ関数
によつて決定された夫々の値を、受信位置10から受信
したτ値、ν値及びφ値に対する訂正値として与える。
次に、処理42及び44は上述したように遂行される。
【0047】或る大きさ及び幾つかの位相情報を含む上
述の圧縮方法を用いるために、処理102、104及び
110は下記のように変更される。位相θは上述したよ
うに量子化される。大きさは下記の数式に従つて量子化
される。
【0048】
【数16】
【0049】上式において、max[a]は、
【数17】 である。ここで、Ma+「θを添字されたM」は、各信
号サンプルを表示するために用いられたビツト数であ
る。各複合サンプル信号は、その量子化された大きさ及
び位相によつて置き換えられており、受信位置12へ転
送するためにデータ・リンク28に与えられる。
【0050】大きさ及び位相を圧縮するために、訂正計
算処理104において発生される相互相関面は下記の数
式に従つて計算される。
【0051】
【数18】
【0052】τcorrection、νcorrection及びφ
correctionは上述したように計算され、データ・リンク
28を介して転送される。この場合、振幅の大きさ、m
ax[a]は訂正値と共に転送されなければならない。
【0053】最後に、χ12は下記の数式に従つて計算さ
れる。
【0054】
【数19】
【0055】信号が実部分のコンポーネント及び虚数部
分のコンポーネントを表示される場合の上述した方法を
用いるために、処理102、104及び110は下記の
式のように変更される。
【数20】s(n)=R(n)+jQ(n)
【0056】次に、実部分は下記の式により量子化され
る。
【数21】
【0057】上式において、max[R]は
【数22】 である。
【0058】同様に、虚数部分は以下の式により量子化
される。
【0059】
【数23】
【0060】上式において、max[Q]は、
【数24】 である。
【0061】実部分/虚数部分の圧縮に対して、訂正を
計算するために使用される数式は、
【数25】
【0062】になり、そしてχ12は下記の数式26によ
り与えられる。
【数26】
【0063】実部分/虚数部分の圧縮に対して、max
[R]及びmax[Q]はデータ・リンク28を介して
転送されなければならない。
【0064】実信号データの他の実施例 図3は、受信器、または送信器が運動していない場合に
おける送信器13の位置を決定するための本発明に従つ
たシステム200を示すブロツク図である。3つの受信
位置110、112及び114は2つのτ値を与えるよ
う要求される。システム200は、図1に示した従来の
装置の受信器9及び11と、A/Dコンバータ16及び
32と、データ・リンク28とを含んでいる。図3にお
いては、図1のベース・バンドのFIRフイルタが、ベ
ース・バンドのFIRフイルタ220及び236によつ
て置き換えられている。圧縮処理202、訂正計算処理
204、訂正適用処理206、測定値変換処理242及
び位置付け処理244は変更されている。第3の受信位
置114は、受信器211、A/D変換器232、バン
ドパス・フイルタ246、たたみ込み(convolution)
処理320、訂正適用処理216及び測定値変換処理2
52を含んでいる。受信位置112の相互相関関数処理
40(図1)は、2つの実信号を用いたたたみ込み処理
210によつて置き換えられている。
【0065】システム200の総括的な方策は下記の通
りである。圧縮処理202の目的は、受信信号を、バン
ドパスFIRフイルタ処理220により処理した後の結
果の実データを表示するのに使用されるビツト数を減少
し、結果として受信位置112及び114へ転送されな
ければならないデータの量を減少させることである。既
に説明したように、一方の受信位置から他方の受信位置
への転送時間は制限因子であつて、データ圧縮がこの転
送時間を顕著に減らすことができる。
【0066】圧縮処理202の良好な実施例は、実デー
タ・ワードを表示するのに用いられるビツト数を減少す
る。他の実施例において、使用することのできる最小限
のビツト数は1である。圧縮処理202は下記の式によ
り遂行することができる。
【0067】
【数27】
【0068】上式において、max[s1]は
【数28】 であり、そして、s1は、受信位置110において集め
られ、バンドパスFIRフイルタを通つた信号データで
ある。
【0069】少数のビツトに対してのみ圧縮処理を行な
う場合には、圧縮処理は情報を犠牲にし、従つて測定さ
れたτ値にエラーを導入するから、エラー訂正処理が必
要である。処理204は、受信位置110において実際
にFIRフイルタを通過したサンプル信号に圧縮信号デ
ータをたたみ込むことによつて訂正値を決定する。これ
は、下記の数式に従つて遂行される。
【0070】
【数29】
【0071】従つて、受信位置112及び114に転送
されたデータは、受信位置110において受信されたす
べてのサンプル信号ではなく、圧縮されたデータと、τ
値の訂正係数とである。
【0072】圧縮された信号データはデータ・リンク2
8を介して受信位置112及び114に転送される。受
信位置112において、FIRフイルタ236の出力信
号と、受信位置110からの圧縮データとは、たたみ込
み処理210において、下記の数式に従つて繰り込まれ
る。
【0073】
【数30】
【0074】上式において、s2は受信位置112にお
いて集められ、バンドパスFIRフイルタでろ波された
信号データである。繰り込まれた結果は、受信位置11
0及び112の間の時間遅延差を表わすτ値である。然
しながら、圧縮ステツプによつて導入されたデータ中の
エラーのために、たたみ込み機能によつて決定されたτ
の値は訂正を必要とする。従つて、訂正適用処理206
は受信位置110から受信したτ値に対する訂正係数
を、受信位置112のたたみ込み処理210によつて発
生されたτ値に適用する。従つて、処理242は送信器
及び各受信位置の間の距離の差を決定するためにτ値の
結果値を使用する。
【0075】受信位置114において、バンドパスFI
Rフイルタ246の出力及び受信位置110からの圧縮
データは、下記の式に従つて繰り込まれる。
【0076】
【数31】
【0077】上式において、s3は受信位置114にお
いて集められ、バンドパスFIRフイルタでろ波された
信号データである。その結果は、受信位置110及び1
14の間の遅延時間の差を表わすτ値である。然しなが
ら、圧縮ステツプによつて導入されたエラーを含むデー
タのために、たたみ込み機能によつて決定されたτ値に
対して訂正係数が適用される。次に、送信器と各受信位
置との間の距離の差を決定するために、処理装置252
は、訂正係数を適用した結果のτ値を使用する。ΔRは
データ・リンク28を経て受信位置112に送られる。
次に、受信位置112にある送信位置の決定処理244
はこれら2つの差に対応する3つの輪郭線の交点を決定
し、この交点が送信器の位置である。
【0078】適用例 本発明の適用例は多数ある。例えば、送信器はラジオ周
波数の電波か、またはマイクロ波であつてよく、夫々の
受信器はラジオ周波数のアンテナ及び増幅器か、または
マイクロ波のアンテナ及び増幅器を含んでいる。戦時中
においては、送信器は敵側で操作され、味方側におい
て、この送信器を位置付けた後に武器で攻撃することが
できる。他の適用例として、送信器は、超音波、または
可聴波を生じる潜水艦、または船舶のスクリユーであ
り、この場合、各受信器は超音波、または可聴波を電気
信号に変換する変換器を含む。後者の適用例において、
受信器は、他の潜水艦、または船舶、あるいは、ヘリコ
プタによつて曳航されるブイに装着することができる。
従つて、戦時においては武器によつて敵の潜水艦を攻撃
することができる。
【0079】然しながら、本発明は、原油層、または鉱
物の埋蔵層を位置付けるための地震学のような産業目的
の他の適用例にも利用することができる。このような適
用例における送信器は、2つの位置以上の場所において
人工的に作られた振動波により原油層、または鉱物の埋
蔵層からの音波の反響を検知する装置を含んでいる。反
響音波を電気的信号に変換する幾つかの受信装置を用い
て、原油層、または鉱物の埋蔵層の位置が確定され、次
に掘削工事が進められる。
【0080】
【発明の効果】本発明は、発振器の位置を決定する装
置、または方法において、一方の受信器から他方の受信
器に送られなければならないデータ量を最小限にとどめ
ると同時に、送信エラーも最小限にとどめることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】相互に離隔した1つ、またはそれ以上の受信器
が送信器に対して運動している2つの受信器から、TD
OA(到着信号の時間差)及びFDOA(到着信号の周
波数差)を使用して送信器の位置を決める従来の装置を
示すブロツク図である。
【図2】相互に離隔した1つ、またはそれ以上の受信器
が送信器に対して運動している2つの受信器から、TD
OA及びFDOAを使用して送信器の位置を決める本発
明の装置を示すブロツク図である。
【図3】相互に離隔し、静止している3つの受信器の位
置から、TDOA及びFDOAを使用して送信器の位置
を決める本発明の装置を示すブロツク図である。
【符号の説明】
9、11、211 受信器 10 第1の受信位置 12、112 第2の受信位置 114 第3の受信位置 13 送信器 16、32、232 アナログ信号からデイジタル信号
への変換処理(A/D処理) 18、34 ヒルベルト変換処理 20、36、236、246 FIRフイルタ処理 28 データ・リンク 40、110 相互相関処理 42、242、252 訂正適用処理 44、244 送信器の位置決め処理 46 武器 100 第1の実施例のシステム 102、202 圧縮処理 104、204 訂正計算処理 106、206、216 訂正適用処理 200 第2の実施例のシステム 320、210 たたみ込み処理
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 5/00 - 5/14

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも1つの受信位置と1つの静止し
    た送信器との間に相対的な運動がある場合に、少なくと
    も2つの受信位置を用いて1つの送信器の位置を決める
    処理方法において、 上記送信器によつて転送された信号を第1の受信器の位
    置において受信するステツプと、 第1のデイジタル信号を発生するために、上記第1の受
    信器によつて受信された信号をアナログ信号からデイジ
    タル信号に変換するステツプと、 上記第1のデイジタル信号、または該第1のデイジタル
    信号から取り出された他の信号を圧縮するステツプと、 上記送信器によつて転送された信号を第2の受信器の位
    置で受信するステツプと、 第2のデイジタル信号を発生するために、上記第2の受
    信器によつて受信した信号をアナログ信号からデイジタ
    ル信号に変換するステツプと、 上記第2の受信器に所在し、そして第2のデイジタル信
    号かまたは上記第2のデイジタル信号から取り出された
    他のデイジタル信号を受け取る相互相関装置に、上記圧
    縮された信号を転送するステツプと、 上記相互相関装置を用いて、上記圧縮された信号と、上
    記第2のデイジタル信号か、または上記第2のデイジタ
    ル信号から取り出された他のデイジタル信号との相互相
    関値を発生するステツプと、 上記発生された相互相関値に対する訂正係数を上記第1
    の受信器において決定し、そして、上記訂正係数を訂正
    装置に転送して上記発生された相互相関値を訂正係数に
    より訂正するステツプと上記訂正係数により訂正された
    相互相関値に基いて上記送信器の位置を決定するステツ
    プと、 を含む送信器の位置決定方法。
  2. 【請求項2】上記圧縮ステツプは上記第1のデイジタル
    信号か、または上記第1のデイジタル信号から取り出さ
    れた他のデイジタル信号の位相情報を圧縮するステップ
    であり、圧縮ステツプの前の位相情報のビツト数よりも
    少ないビツト数を含む圧縮位相情報によつて、上記第1
    のデイジタル信号か、または上記第1のデイジタル信号
    から取り出された他のデイジタル信号を表示するステツ
    プを含む請求項1に記載の送信器の位置決定方法。
  3. 【請求項3】少なくとも1つの受信位置と1つの静止し
    た送信器との間に相対的な運動がある場合に、少なくと
    も2つの受信位置を用いて1つの送信器の位置を決める
    処理方法において、 上記送信器によつて転送された信号を第1の受信器の位
    置において受信するステツプと、 第1のデイジタル信号を発生するために、上記第1の受
    信器によつて受信された信号をアナログ信号からデイジ
    タル信号に変換するステツプと、 上記第1のデイジタル信号か、または上記第1のデイジ
    タル信号から取り出された上記他のデイジタル信号を有
    限インパルス応答フイルタによりろ波処理するステツプ
    と、 上記ろ波された第1のデイジタル信号、または該第1の
    デイジタル信号から取り出されたろ波された他のデイジ
    タル信号を圧縮するステツプと、 上記送信器によつて転送された信号を第2の受信器の位
    置で受信するステツプと、 第2のデイジタル信号を発生するために、上記第2の受
    信器によつて受信した信号をアナログ信号からデイジタ
    ル信号に変換するステツプと、 上記第2のデイジタル信号か、または上記第2のデイジ
    タル信号から取り出された上記他のデイジタル信号を有
    限インパルス応答フイルタによりろ波処理するステツプ
    と上記第2の受信器に所在し、そしてろ波された第2の
    デイジタル信号かまたは上記第2のデイジタル信号から
    取り出された他のろ波されたデイジタル信号を受け取る
    相互相関装置に、上記圧縮された信号を転送するステツ
    プと、 上記相互相関装置を用いて、上記圧縮された信号と、上
    記ろ波された第2のデイジタル信号か、または上記第2
    のデイジタル信号から取り出されたろ波された他のデイ
    ジタル信号との相互相関値を発生するステツプと、 上記発生された相互相関値に対する訂正係数を上記第1
    の受信器において決定し、そして、上記訂正係数を訂正
    装置に転送して上記発生された相互相関値を訂正係数に
    より訂正するステツプと上記訂正係数により訂正された
    相互相関値に基いて上記送信器の位置を決定するステツ
    プと、 を含む送信器の位置決定方法。
  4. 【請求項4】上記第1のデイジタル信号を第1の複合ベ
    ースバンド信号に変換するステツプと、 上記第1の複合ベースバンド信号か、または上記第1の
    複合ベースバンド信号から取り出されたデイジタル信号
    を圧縮するステツプと、 上記第2のデイジタル信号を第2の複合ベースバンド信
    号に変換するステツプと、 上記第2の複合ベースバンド信号か、または上記第2の
    複合ベースバンド信号から取り出されたデイジタル信号
    を相互相関装置に転送するステップと、 上記相互相関装置を用いて、上記圧縮された信号と、上
    記第2の複合ベースバンド信号か、または上記第2の複
    合ベースバンド信号から取り出された他のデイジタル信
    号との相互相関値を発生するステツプと、 を含む請求項1に記載の送信器の位置決定方法。
  5. 【請求項5】上記第1のデイジタル信号を第1の複合ベ
    ースバンド信号に変換するステツプと、 上記第1の複合ベースバンド信号を有限インパルス応答
    フイルタによりろ波するステップと、 上記ろ波された第1の複合ベースバンド信号を圧縮する
    ステツプと、 上記第2のデイジタル信号を第2の複合ベースバンド信
    号に変換するステツプと、 上記第2の複合ベースバンド信号を有限インパルス応答
    フイルタによりろ波するステップと、 上記相互相関装置を用いて、上記圧縮された信号と、上
    記ろ波された第2の複合ベースバンド信号との相互相関
    値を発生するステツプと、 を含む請求項1に記載の送信器の位置決定方法。
  6. 【請求項6】上記相互相関値の発生ステツプは上記第1
    の受信器において受信した信号と、上記第2の受信器に
    おいて受信した信号との間で生じた遅延時間差と、周波
    数差と、位相差とを生じる請求項1に記載の送信器の位
    置決定方法。
  7. 【請求項7】上記位置を決定するステツプは、上記送信
    器及び上記受信器の各々の間の距離の差と、上記受信器
    間の移動速度の差によって上記位置を決定するステップ
    を含む請求項1に記載の送信器の位置決定方法。
  8. 【請求項8】上記送信器はラジオ周波数の電波か、また
    はマイクロ波を送信し、そして、上記受信器はアンテナ
    及び増幅器を持ち、ラジオ周波数の電波か、またはマイ
    クロ波を受信することを含む請求項1に記載の送信器の
    位置決定方法。
  9. 【請求項9】上記訂正装置は上記第2の受信器に所在す
    ることを含む請求項1に記載の送信器の位置決定方法。
  10. 【請求項10】上記第1および第2の受信器は相対運動
    をしていることを含む請求項1に記載の送信器の位置決
    定方法。
  11. 【請求項11】上記送信器は可聴音波、音波、または超
    音波を転送し、上記受信器の各々は上記可聴音波、音
    波、または超音波を対応する電気信号に変換することを
    含む請求項1に記載の送信器の位置決定方法。
  12. 【請求項12】上記位相情報は各デイジタル・サンプル
    信号の位相が存在する複合面における象限だけを表示す
    ることを含む請求項2に記載の送信器の位置決定方法。
  13. 【請求項13】武器制御システムへ上記位置の情報を供
    給し、上記武器制御システムによつて上記位置情報を処
    理するステツプを含む請求項1に記載の送信器の位置決
    定方法。
  14. 【請求項14】相対的運動がない少なくとも3つの受信
    位置により送信器の位置を決める方法において、 上記送信器によつて送信された信号を、第1の受信器の
    位置において受信するステツプと、 第1のデイジタル信号を発生するために、上記第1の受
    信器によつて受信された信号をアナログ信号からデイジ
    タル信号に変換するステツプと、 第1のデイジタル信号、または該第1のデイジタル信号
    から取り出された他の信号を圧縮するステツプと、 上記送信器によつて送信された信号を第2の受信器の位
    置において受信するステツプと、 第2のデイジタル信号を発生するために、上記第2の受
    信器によつて受信された信号をアナログ信号からデイジ
    タル信号に変換するステツプと、 上記送信器によつて送信された信号を第3の受信器の位
    置において受信するステツプと、 第3のデイジタル信号を発生するために、上記第3の受
    信器によつて受信された信号をアナログ信号からデイジ
    タル信号に変換するステツプと、 上記圧縮された信号を上記第2の受信器の位置にあるた
    たみ込み装置に転送し、上記圧縮された信号を、上記第
    2のデイジタル信号か、または上記第2のデイジタル信
    号から取り出された他のデイジタル信号にたたみ込むス
    テツプと、 上記圧縮された信号を上記第3の受信器の位置にあるた
    たみ込み装置に転送し、上記圧縮された信号を、上記第
    3のデイジタル信号か、または上記第3のデイジタル信
    号から取り出された他のデイジタル信号にたたみ込むス
    テツプと、 上記第2および第3の受信器の位置にあるたたみ込み装
    置の出力に対する訂正係数を上記第1の受信器の位置で
    決定し、上記訂正係数を上記第2の受信器の位置にある
    訂正装置に転送して上記第2の受信器の位置にあるたた
    み込み装置の出力を上記訂正係数により訂正し、そし
    て、上記訂正係数を上記第3の受信器の位置にある訂正
    装置に転送して上記第3の受信器の位置にあるたたみ込
    み装置の出力を上記訂正係数により訂正するステツプと
    上記訂正係数により訂正された上記第2の受信器の位置
    にあるたたみ込み装置の出力を上記第3の受信器に転送
    するステップと、 上記訂正係数により訂正された上記第2の受信器の位置
    にあるたたみ込み装置の出力および上記第3の受信器の
    位置にあるたたみ込み装置の出力に基いて上記送信器の
    位置を決定するステツプと、 を含む送信器の位置決定方法。
  15. 【請求項15】上記第3の受信器の位置にある上記訂正
    装置の出力に基いて、上記第1及び第3の受信器の位置
    において受信した信号の間の到着時間の差を決定するス
    テツプと、 上記第2の受信器の位置にある上記訂正装置の出力に基
    いて、上記第1及び第2の受信器の位置において受信し
    た信号の間の到着時間の差を決定するステツプとを含む
    請求項14に記載の送信器の位置決定方法。
  16. 【請求項16】2つの到着時間の測定値に基いて送信器
    の位置を決定するステツプを含む請求項15に記載の送
    信器の位置決定方法。
  17. 【請求項17】上記第1のデイジタル信号をフイルタ処
    理するステツプと、 上記第2のデイジタル信号をフイルタ処理するステツプ
    とを含む請求項14に記載の送信器の位置決定方法。
  18. 【請求項18】武器制御システムに対する情報に上記位
    置情報を供給し、上記武器制御システムによつて上記位
    置情報を処理するステツプを含む請求項16に記載の送
    信器の位置決定方法。
  19. 【請求項19】少なくとも1つの受信位置と1つの静止
    した送信器との間に相対的な運動がある場合に、少なく
    とも2つの受信位置を用いて1つの送信器の位置を決め
    る装置において、 上記送信器によつて転送された信号を受信する第1の受
    信器と、 第1のデイジタル信号を発生するために、上記第1の受
    信器によつて受信された信号をアナログ信号からデイジ
    タル信号に変換する第1の変換器と、 上記第1のデイジタル信号、または該第1のデイジタル
    信号から取り出された他の信号を圧縮する手段と、 上記送信器によつて転送された信号を受信する第2の受
    信器と、 第2のデイジタル信号を発生するために、上記第2の受
    信器によつて受信した信号をアナログ信号からデイジタ
    ル信号に変換する第2の変換器と、 上記圧縮された信号を上記第2の受信器に転送する手段
    と、 上記第2の受信器に所在し、上記圧縮された信号と、上
    記第2のデイジタル信号か、または上記第2のデイジタ
    ル信号から取り出された他のデイジタル信号との相互相
    関値を発生する相互相関装置と、 上記発生された相互相関値に対する訂正係数を上記第1
    の受信器において決定する訂正係数決定装置と、 上記訂正係数を訂正装置に転送して上記発生された相互
    相関値に対する訂正係数により上記相互相関値を訂正す
    る手段と上記訂正係数により訂正された相互相関値に基
    いて上記送信器の位置を決定する手段と、 を含む送信器の位置決定装置。
  20. 【請求項20】相対的運動がない少なくとも3つの受信
    位置により送信器の位置を決める装置において、 上記送信器によつて送信された信号を受信する第1の受
    信器と、 第1のデイジタル信号を発生するために、上記第1の受
    信器によつて受信された信号をアナログ信号からデイジ
    タル信号に変換する第1の変換器と、 第1のデイジタル信号、または該第1のデイジタル信号
    から取り出された他の信号を圧縮する手段と、 上記送信器によつて送信された信号を受信する第2の受
    信器と、 第2のデイジタル信号を発生するために、上記第2の受
    信器によつて受信された信号をアナログ信号からデイジ
    タル信号に変換する第2の変換器と、 上記送信器によつて送信された信号を受信する第3の受
    信器と、 第3のデイジタル信号を発生するために、上記第3の受
    信器によつて受信された信号をアナログ信号からデイジ
    タル信号に変換する第3の変換器と、 上記圧縮された信号を上記第2の受信器の位置に転送す
    る手段と、 上記圧縮された信号を、上記第2のデイジタル信号か、
    または上記第2のデイジタル信号から取り出された他の
    デイジタル信号にたたみ込む上記第2の受信器の位置に
    あるたたみ込み装置と、 上記圧縮された信号を上記第3の受信器に転送する手段
    と、 上記圧縮された信号を、上記第3のデイジタル信号か、
    または上記第3のデイジタル信号から取り出された他の
    デイジタル信号にたたみ込む上記第3の受信器の位置に
    あるたたみ込み装置と、 上記第2および第3の受信器の位置にあるたたみ込み装
    置の出力に対する訂正係数を上記第1の受信器の位置で
    決定する訂正係数決定装置と、 上記訂正係数を上記第2の受信器の位置にある訂正装置
    に転送して上記第2の受信器の位置にあるたたみ込み装
    置の出力を上記訂正係数により訂正する手段と、 上記
    訂正係数を上記第3の受信器の位置にある訂正装置に転
    送して上記第3の受信器の位置にあるたたみ込み装置の
    出力を上記訂正係数により訂正する手段と、 上記訂正係数により訂正された上記第2の受信器の位置
    にあるたたみ込み装置の出力を上記第3の受信器に転送
    する手段と、 上記訂正係数により訂正された上記第2の受信器の位置
    にあるたたみ込み装置の出力および上記第3の受信器の
    位置にあるたたみ込み装置の出力に基いて上記送信器の
    位置を決定する手段と、 を含む送信器の位置決定装置。
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