JP4543283B2 - 無線機同定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として無線信号を受信して得られた受信信号をＦＭ検波処理して取得されるＦＭ検波信号における主として立ち上がり時に見られる周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして用い、既知の無線機の特徴ベクトルとの類似度からその無線信号を送信した未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定方法及び装置に関する。

従来、一般に違法な無線通信を行っている無線機を同定する場合には、電波管理者が違法な電波を出力している無線機が使用されている現場へ行き、その場で違法な電波を出力しているか否かを調べる必要があるため、違法な無線通信を行っている無線機を同定する作業には多大な労力を必要としている。

そこで、このような違法使用されている無線機を同定するための用途に好適であるように、無線機からの電波を効率良く監視するための無線機同定評価装置が提案されている（特許文献１参照）。

この特許文献１に係る無線機同定評価装置は、デジタルスペクトラムアナライザを用いて受信された無線信号の周波数スペクトラムを求め、この周波数スペクトラムのデータからコンピュータ等の演算手段により中心周波数の変化を特徴ベクトルとして求め、この特徴ベクトルと既知の無線機の特徴ベクトルとの類似度を求めることにより未知の無線機の機種又は個体を同定（同定評価）するようになっている。

特開平０９−２１１０３９号公報（要約）

上述した特許文献１に係る無線機同定評価装置の場合、無線機の中心周波数の変化情報を求める方法として、先ず受信された無線信号の周波数スペクトラムを求め、次にその周波数スペクトラムのデータの中から閾値レベルを超える点を探し出し、その重心を計算することで中心周波数を求め、この処理を所定の時間間隔で繰り返すことで中心周波数の変化情報を求めている。そこで、実際に使用されている無線信号に対して無線機の同定を行うことを考えると、短周期で発生する無線信号の立ち上がりに追従して中心周波数の変化情報を求める必要があり、短時間のリアルタイム処理でこれを行うことが重要である。

しかしながら、特許文献１に係る無線機同定評価装置の場合、中心周波数の変化情報を求めるために複数段階の処理を要することから、リアルタイムで無線機の同定を行うためには、これら処理をそれぞれ高速に行うことが要求されるため、このための処理装置としては高い処理能力を有する複雑な構成のものが必要とされ、一般に大型化、高価格化を招いてしまうという欠点がある。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、周波数スペクトラムを求めずに直接中心周波数情報を得ることで、小規模の処理構成で、且つリアルタイム性に優れた無線機同定方法及び装置を提供することにある。

本発明によれば、無線信号を受信して得られた受信信号における周波数の揺らぎに基づいて無線信号を送信した未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定方法において、受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル複素包絡信号を得るＡ／Ｄ変換段階と、デジタル複素包絡信号をＦＭ検波処理して得られるＦＭ検波信号における周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出するＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階と、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階で抽出された特徴ベクトルと既知の無線機における既知特徴ベクトルとを比較して類似度を得ると共に、類似度に基づいて未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定処理を行う無線機同定処理段階とを有する無線機同定方法が得られる。

この無線機同定方法において、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階では、受信信号における立ち上がり時の周波数の揺らぎに対応するＦＭ検波信号における立ち上がり時に見られる周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出することは好ましい。更に、これらの無線機同定方法において、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階で抽出された特徴ベクトルを新規の既知特徴ベクトルとして格納する特徴ベクトル格納段階を有することは好ましい。

一方、本発明によれば、無線信号を受信して得られた受信信号における周波数の揺らぎに基づいて無線信号を送信した未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定装置において、受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル複素包絡信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、デジタル複素包絡信号をＦＭ検波処理して得られるＦＭ検波信号における周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出するＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路と、既知の無線機における既知特徴ベクトルをデータベース化して格納した特徴ベクトルデータベースと、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路で抽出された特徴ベクトルと特徴ベクトルデータベースに格納された既知特徴ベクトルとを比較して類似度を得ると共に、類似度に基づいて未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定処理を行う無線機同定処理回路とを備えた無線機同定装置が得られる。

又、本発明によれば、上記無線機同定装置において、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路は、受信信号における立ち上がり時の周波数の揺らぎに対応するＦＭ検波信号における立ち上がり時に見られる周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出する無線機同定装置が得られる。

更に、本発明によれば、上記何れかの無線機同定装置において、特徴ベクトルデータベースは、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路で抽出された特徴ベクトルを新規の既知特徴ベクトルとして格納する無線機同定装置が得られる。

加えて、本発明によれば、上記何れか一つの無線機同定装置において、ＦＭ検波回路は、ＦＭ検波処理を行うための回路構成として、差動型のもの，ＦＩＲフィルタ型のもの，双線形変換型のものの何れか一つを持つ無線機同定装置が得られる。この無線機同定装置において、ＦＭ検波回路は、ＦＭ検波処理を行うための差動型の回路構成として、デジタル複素包絡信号から検波処理により瞬時位相を算出した瞬時位相信号を出力する瞬時位相検波処理部と、瞬時位相信号を所定の時間だけ遅延した遅延瞬時位相信号を出力する遅延器と、瞬時位相信号と遅延瞬時位相信号とを比較したものを瞬時位相の時間微分を示すＦＭ検波信号として出力する比較器とを備えたことは好ましい。

他方、本発明によれば、上記何れか一つの無線機同定装置において、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路は、ＦＭ検波回路から出力されるＦＭ検波信号を濾波して中高域周波数成分に存在する雑音を除去した信号を出力するポストフィルタを備えた無線機同定装置が得られる。

本発明の無線機同定方法の場合、無線信号を受信して得られた受信信号をＡ／Ｄ変換段階においてＡ／Ｄ変換してデジタル複素包絡信号を得るようにした上、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階においてデジタル複素包絡信号をＦＭ検波処理して得られるＦＭ検波信号における立ち上がり時に見られる周波数の揺らぎ（受信信号における立ち上がり時の周波数の揺らぎに対応する）を無線機の特徴ベクトルとして抽出した後、無線機同定処理段階においてＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階で抽出された特徴ベクトルと特徴ベクトル格納段階で格納された既知の無線機における既知特徴ベクトルとを比較して類似度を得ると共に、その類似度に基づいて未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定処理を行うようにしているため、小規模の処理構成で無線機を簡易にしてリアルタイムで適確に同定し得るようになる。特に、本発明の無線機同定方法によれば、一次元の特徴ベクトルをＦＭ検波により直接求めることにより特許文献１のような二段階の処理を不要にしているため、特徴ベクトルを求めるための処理に必要な演算量が少なく、電波を受信してから特徴ベクトルを抽出するまでの時間が短いためにリアルタイム性に優れたものとなり、しかも各部の処理機能を汎用的な小型マイコン機能で構築できる上、Ａ／Ｄ変換機能も小型で安価なものを付加するだけで済んで演算手段やメモリを必要最小限に減少させることができるため、結果として係る同定方法を採用した同定装置においても、安価なハードウェア構成で精度良く無線機の同定が可能となり、小型で携帯性に優れた装置を提供できるようになる。

本発明の最良の形態に係る無線機同定方法は、技術的概要として、無線信号を受信して得られた受信信号における周波数の揺らぎに基づいてその無線信号を送信した未知の無線機の機種又は個体を同定する際、受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル複素包絡信号を得るＡ／Ｄ変換段階と、デジタル複素包絡信号をＦＭ検波処理して得られるＦＭ検波信号における周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出するＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階と、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階で抽出された特徴ベクトルと既知の無線機における既知特徴ベクトルとを比較して類似度を得ると共に、その類似度に基づいて未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定処理を行う無線機同定処理段階とを有するものである。

但し、この無線機同定方法において、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階では、受信信号における立ち上がり時の周波数の揺らぎに対応するＦＭ検波信号における立ち上がり時に見られる周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出することが好ましい。又、これらの無線機同定方法において、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階で抽出された特徴ベクトルを新規の既知特徴ベクトルとして格納する特徴ベクトル格納段階を有することが好ましい。

一方、この同定方法を適用した無線機同定装置は、同様に無線信号を受信して得られた受信信号における周波数の揺らぎに基づいてその無線信号を送信した未知の無線機の機種又は個体を同定する機能を持つもので、受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル複素包絡信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、デジタル複素包絡信号をＦＭ検波処理して得られるＦＭ検波信号における周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出するＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路と、既知の無線機における既知特徴ベクトルをデータベース化して格納した特徴ベクトルデータベースと、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路で抽出された特徴ベクトルと特徴ベクトルデータベースに格納された既知特徴ベクトルとを比較して類似度を得ると共に、その類似度に基づいて未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定処理を行う無線機同定処理回路とを備えるものである。

但し、この無線機同定装置においても、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路は、受信信号における立ち上がり時の周波数の揺らぎに対応するＦＭ検波信号における立ち上がり時に見られる周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出することが好ましい。又、これらの無線機同定装置においても、特徴ベクトルデータベースは、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路で抽出された特徴ベクトルを新規の既知特徴ベクトルとして格納することが好ましい。

更に、この無線機同定装置において、特徴ベクトル抽出回路としては、デジタル複素包絡信号を入力してＦＭ検波処理を行うことによりＦＭ検波信号へと変換出力するＦＭ検波回路を含むことが好ましい。このようなＦＭ検波回路は、ＦＭ検波処理を行うための回路構成として、差動型のもの，ＦＩＲフィルタ型のもの，双線形変換型のもの等が適用可能である。

図１は、本発明の実施例１に係る無線機同定装置１の基本構成を示した簡易回路ブロック図である。

この無線機同定装置１は、アンテナ２により受信される無線信号を受信機３により受信処理して出力される中間周波数（ＩＦ）信号の受信信号を入力し、受信信号をＦＭ検波処理して得られるＦＭ検波信号の立ち上がり時に見られる周波数の揺らぎに基づいてその無線信号を送信した未知の無線機の機種又は個体を同定するものである。

具体的に言えば、この無線機同定装置１は、受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル複素包絡信号を出力するＡ／Ｄ変換器４と、デジタル複素包絡信号をＦＭ検波処理して得られるＦＭ検波信号における立ち上がり時に見られる周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出するＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路５と、既知の無線機における既知特徴ベクトルをデータベース化して格納した特徴ベクトルデータベース（ＤＢ）６と、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路５で抽出された特徴ベクトルと特徴ベクトルデータベース６に格納された既知特徴ベクトルとを比較して類似度を得ると共に、その類似度に基づいて未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定処理を行う無線機同定処理回路７とを備えて構成される。但し、ここでの特徴ベクトルデータベース６は、上述したようにＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路５で抽出された新規な特徴ベクトルを既知特徴ベクトルとして更新可能に登録できるものである。

図２は、この無線機同定装置１の基本動作を示したフローチャートである。この無線機同定装置１では、アンテナ２により受信された無線信号を受信機３により中間周波数信号の受信信号に変換したものを入力し、先ずＡ／Ｄ変換器４において受信信号をデジタル複素包絡信号に変換して出力することにより、デジタル複素包絡信号変換の処理（ステップＳ１）が行われる。

次に、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路５において、デジタル複素包絡信号をＦＭ検波処理して得られるＦＭ検波信号における立ち上がり時に見られる周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出することにより、特徴ベクトル抽出の処理（ステップＳ２）が行われた後、引き続いて抽出した特徴ベクトルを新規の既知特徴ベクトルとして登録するか、或いは予め登録されている既知の複数の無線機における何れかの機種又は個体を同定するかを選択することにより、登録か同定かの判定の処理（ステップＳ３）が行われる。この結果、新規登録を行う場合、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路５は、特徴ベクトルデータベース６へその新規の既知特徴ベクトルを転送し、特徴ベクトルデータベース６が新規の既知特徴ベクトルを保存することにより、特徴ベクトル登録の処理（ステップＳ４）が行われる。

これに対し、無線機の同定を行う場合、ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路５は、無線機同定処理回路７へその未知の特徴ベクトルを転送し、無線機同定処理回路７では、特徴ベクトルデータベース６に保存されている既知の無線機における既知特徴ベクトルとＦＭ検波特徴抽出処理部５から転送された未知の特徴ベクトルとの類似度を演算し、その類似度に基づいて未知の無線機の機種又は個体を同定することにより、無線機同定の処理（ステップＳ５）が行われる。即ち、ここで特徴ベクトルデータベース６は、上述したＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路５の機能に応じ、抽出された新規の既知特徴ベクトルを登録保存（格納）すると共に、格納された既知の無線機における既知特徴ベクトルを無線機同定処理回路７へ出力する機能を持つことにより、使用進行状態で既知の無線機についての特徴ベクトルを更新したり、或いは削除する機能を持つものとなる。

図３は、この無線機同定装置１が備えるＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路５に用いられるＦＭ検波回路８の細部構成を例示した簡易回路ブロック図である。ここでのＦＭ検波回路８にあってのＦＭ検波処理は、デジタル複素包絡信号における瞬時位相の時間微分を求めることにより行われる。

具体的に言えば、このＦＭ検波回路８は、ＦＭ検波処理を行うための差動型の回路構成として、前段のＡ／Ｄ変換器４で生成出力されたデジタル複素包絡信号Ｉ（ｎ），Ｑ（ｎ）から検波処理により瞬時位相を算出した瞬時位相信号を出力する瞬時位相検波処理回路１０と、瞬時位相信号を所定の時間だけ遅延した遅延瞬時位相信号を出力する遅延器１１と、瞬時位相信号から遅延瞬時位相信号を減算したものを瞬時位相の時間微分を示すＦＭ検波信号として出力する減算器１２とを備えて構成される。

図３を参照して具体的に説明すれば、このＦＭ検波回路８では、先ず前段のＡ／Ｄ変換器４で生成出力されたデジタル複素包絡信号を入力した瞬時位相検波処理回路１０が瞬時位相φ（ｎ）をφ（ｎ）＝ｔａｎ^−１｛Ｑ（ｎ）／Ｉ（ｎ）｝なる関係式に基づいて求め、その結果を示す瞬時位相信号を出力する。

この現在の瞬時位相φ（ｎ）を示す瞬時位相信号は、遅延器１１にも分配されており、遅延器１１では瞬時位相信号を所定の時間だけ遅延した直前の瞬時位相φ（ｎ−１）を示す遅延瞬時位相信号を出力する。そこで、減算器１２では、現在の瞬時位相φ（ｎ）を示す瞬時位相信号からその直前の瞬時位相φ（ｎ−１）を示す遅延瞬時位相信号を減算することにより瞬時位相の変化、即ち、離散信号における瞬時位相の時間微分を求めてＦＭ検波信号として出力する。

尚、図３に示すＦＭ検波回路８は、ＦＭ検波処理を差動型のタイプで行う場合を例示しているが、これに代えてＦＩＲフィルタ型や双線形変換型のものを採用しても良い。因みに、ＦＭ検波回路８やそのＦＭ検波処理自体は一般的に周知なもので、それに関連する公知文献としては、例えば特開昭６１−１３４１１５号公報の「ＦＭ受信機の受信局検出装置」，特開昭６１−２４０７２７号公報の 「受信機」，特開昭６３−１９０４３２号公報の「ＦＭ受信機のミュート回路」，特開平５−１５３５２２号公報の「音声多重放送受信装置」，特開平１１−１６３７６４号公報の「通信機」等が挙げられる。

ところで、上述したＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路５の基本機能について、通常無線機の特徴ベクトルは低域周波数に存在するため、ＦＭ検波回路８においてＦＭ検波処理して出力されるＦＭ検波信号に対して適切なフィルタを通すようにすれば、無線機の特徴ベクトルに影響を与えることなく雑音を有効に減らすことができる。

図４は、上述したＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路５のＦＭ検波回路８にポストフィルタ９が付加された様子を示した簡易回路ブロック図である。即ち、このＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路５では、ＦＭ検波回路８から出力されるＦＭ検波信号を濾波して中高域周波数成分に存在する雑音を除去した信号を出力するためのポストフィルタ９が減算器１２の後段に備えられているため、特徴ベクトルに含まれる無線機の特徴ベクトルを失わずに雑音を減らすことでき、これによって無線機の同定の誤り率を減らし得るようになっている。

本発明の実施例１に係る無線機同定装置の基本構成を示した簡易回路ブロック図である。 図１に示す無線機同定装置の基本動作を示したフローチャートである。 図１に示す無線機同定装置が備えるＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路に用いられるＦＭ検波回路の細部構成を例示した簡易回路ブロック図である。 図３で説明したＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路のＦＭ検波回路にポストフィルタが付加された様子を示した簡易回路ブロック図である。

符号の説明

１ 無線機同定装置
２ アンテナ
３ 受信機
４ Ａ／Ｄ変換器
５ ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路
６ 特徴ベクトルデータベース（ＤＢ）
７ 無線機同定処理回路
８ ＦＭ検波回路
９ ポストフィルタ
１０ 瞬時位相検波処理回路
１１ 遅延器
１２ 減算器

Claims (9)

1. 無線信号を受信して得られた受信信号における周波数の揺らぎに基づいて前記無線信号を送信した未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定方法において、前記受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル複素包絡信号を得るＡ／Ｄ変換段階と、前記デジタル複素包絡信号をＦＭ検波処理して得られるＦＭ検波信号における周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出するＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階と、前記ＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階で抽出された特徴ベクトルと既知の無線機における既知特徴ベクトルとを比較して類似度を得ると共に、前記類似度に基づいて前記未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定処理を行う無線機同定処理段階とを有することを特徴とする無線機同定方法。
2. 請求項１記載の無線機同定方法において、前記ＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階では、前記受信信号における立ち上がり時の周波数の揺らぎに対応する前記ＦＭ検波信号における立ち上がり時に見られる周波数の揺らぎを前記無線機の特徴ベクトルとして抽出することを特徴とする無線機同定方法。
3. 請求項１又は２記載の無線機同定方法において、前記ＦＭ検波特徴ベクトル抽出段階で抽出された前記特徴ベクトルを新規の既知特徴ベクトルとして格納する特徴ベクトル格納段階を有することを特徴とする無線機同定方法。
4. 無線信号を受信して得られた受信信号における周波数の揺らぎに基づいて前記無線信号を送信した未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定装置において、前記受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル複素包絡信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、前記デジタル複素包絡信号をＦＭ検波処理して得られるＦＭ検波信号における周波数の揺らぎを無線機の特徴ベクトルとして抽出するＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路と、既知の無線機における既知特徴ベクトルをデータベース化して格納した特徴ベクトルデータベースと、前記ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路で抽出された特徴ベクトルと前記特徴ベクトルデータベースに格納された前記既知特徴ベクトルとを比較して類似度を得ると共に、前記類似度に基づいて前記未知の無線機の機種又は個体を同定する無線機同定処理を行う無線機同定処理回路とを備えたことを特徴とする無線機同定装置。
5. 請求項４記載の無線機同定装置において、前記ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路は、前記受信信号における立ち上がり時の周波数の揺らぎに対応する前記ＦＭ検波信号における立ち上がり時に見られる周波数の揺らぎを前記無線機の特徴ベクトルとして抽出することを特徴とする無線機同定装置。
6. 請求項４又は５記載の無線機同定装置において、前記特徴ベクトルデータベースは、前記ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路で抽出された前記特徴ベクトルを新規の既知特徴ベクトルとして格納することを特徴とする無線機同定装置。
7. 請求項４から６の何れか一つに記載の無線機同定装置において、前記ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路におけるＦＭ検波処理を行うための回路構成として、差動型のもの，ＦＩＲフィルタ型のもの，双線形変換型のものの何れか一つを持つことを特徴とする無線機同定装置。
8. 請求項７記載の無線機同定装置において、前記ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路におけるＦＭ検波処理を行うための前記差動型の回路構成として、前記デジタル複素包絡信号から検波処理により瞬時位相を算出した瞬時位相信号を出力する瞬時位相検波処理部と、前記瞬時位相信号を所定の時間だけ遅延した遅延瞬時位相信号を出力する遅延器と、前記瞬時位相信号と前記遅延瞬時位相信号とを減算したものを前記瞬時位相の時間微分を示す前記ＦＭ検波信号として出力する減算器とを備えたことを特徴とする無線機同定装置。
9. 請求項４から８の何れか一つに記載の無線機同定装置において、前記ＦＭ検波特徴ベクトル抽出回路は、前記ＦＭ検波処理から出力される前記ＦＭ検波信号を濾波して中高域周波数成分に存在する雑音を除去した信号を出力するポストフィルタを備えたことを特徴とする無線機同定装置。
   

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