JP4832123B2 - フィルタ、位置同定装置、データ処理方法、位置同定方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、フィルタ、位置同定装置、データ処理方法、位置同定方法及びプログラムに関するものである。

送信機の位置を同定する位置同定システムとして、送信機からの電波を、受信方向を変更しつつ受信し、その電波強度と受信方向との関係に基づいて送信機の方向・位置を推定するものがある（例えば、特許文献１参照）。

かかる位置同定システムは、複数の受信機を設置して送信機の位置を特定するものである。設置されたこれらの各受信機は、それぞれ送信機からの電波を、受信方向を変更しつつ受信する。位置同定システムは、その各受信方向における電波強度から最大電波強度を有する方向データを取得し、各受信機が取得した最大電波強度を有する方向データと各受信機の位置データとの関係に基づいて送信機の位置を特定する。

この位置同定システムでは、雑音を取り除いた位置データを取得するため、メジアンフィルタを用いたものがある。

メジアンフィルタは、複数のシフトレジスタとソータとを備え、各シフトレジスタの出力値をソータが並べ替えて、各シフトレジスタの出力値のうちで中央値を有する中央値データを出力するものである。

通常、雑音成分は入力値の中央値から離れた値となる。このため、メジアンフィルタは、この中央値データを出力することにより、方向データから信号成分のみを取り出すことになる。

位置同定システムは、このメジアンフィルタが出力した中央値と各受信機の位置データとに基づいて送信機の位置を同定する。
特開平７−２３９３７８号公報（第１０頁、図７）

しかし、従来の位置同定システムでは、メジアンフィルタが、通信状態に関わらず、同じようなフィルタ処理を行うため、例えば、フェージング、バーストノイズのような外乱の影響により測定データがばらついた場合、メジアンフィルタは、正確な中央値データを取得することができない。

また、従来の位置同定システムでは、通信状態が低下している場合、送信機の位置を精度良く同定することができない。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、複数のデータから、外乱の影響を受けずに中央値データを取得することを可能とするフィルタ、データ処理方法及びプログラムを提供することを目的とする。

また、本発明は、送信機の位置を正確に同定することが可能な位置同定装置、位置同定方法及びプログラムを提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るフィルタは、
供給されたデータを順次移送する移送部と、
前記移送部が順次移送した一連の複数のデータから、互いに異なるデータ列をそれぞれ選択し、それぞれ選択したデータ列の複数のデータを並べ替えて中央値を有する中央値データを取得する複数のソータと、
前記各ソータが選択したデータ列のそれぞれの分散値を取得する分散値取得部と、
前記分散値取得部が取得した各分散値を比較して、分散値が最小となるデータ列を選択したソータを選択し、選択したソータが取得した前記中央値を出力させる出力選択部と、を備えたことを特徴とする。

前記各ソータは、それぞれ最後に供給された一連の複数データから、互いにデータ数が異なる複数のデータを選択するようにしてもよい。

本発明の第２の観点に係るフィルタは、
供給されたデータを順次移送する移送部と、
前記移送部が順次移送した一連の複数のデータからデータ列を選択し、選択したデータ列の複数のデータを並べ替えて中央値を有する中央値データを取得するソータと、
前記ソータが選択したデータ列の分散値を取得する分散値取得部と、
予め設定された閾値を記憶する記憶部と、
前記分散値取得部が取得した各分散値と予め設定された前記閾値とを比較して、両者の関係が一定条件を満たすときに前記ソータが取得した中央値を出力させる出力選択部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第３の観点に係る位置同定装置は、
送信機から送信された電波を受信して、基地局に対する前記送信機の位置を特定する位置同定装置において、
前記複数の基地局にそれぞれ設けられ、受信方向を変更しつつ前記送信機からの電波を受信し、受信した電波の強度を示す測定データを順次出力する受信部と、
前記各基地局の前記受信部から順次出力された測定データを取得し、取得した測定データに基づいて前記送信機の位置を特定する位置特定部と、を備え、
前記位置特定部は、
前記各基地局の受信部から順次出力された測定データを受信して、受信した測定データに基づいて、各基地局に対する前記送信機の方向と推定される方向推定データを取得する複数の方向推定データ取得部と、
前記複数の方向推定データ取得部から、取得した方向推定データが順次供給されて、順次供給された方向推定データを並べ替えて前記送信機の方向を示す方向データと雑音によるデータとを分離し、並べ替えた方向推定データのうちの前記中央値を、各基地局に対する前記送信機の方向を示す方向データとして出力する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複数のフィルタと、
前記各フィルタがそれぞれ出力した複数の方向データと前記各基地局間の距離のデータとに基づいて前記電波の送信位置を特定し、特定した送信位置を前記送信機の位置と同定する位置同定部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第４の観点に係るデータ処理方法は、
供給されたデータを順次移送するステップと、
順次移送した一連の複数のデータから、互いに異なるデータ列をそれぞれ選択し、それぞれ選択したデータ列の複数のデータを並べ替えて中央値を有する中央値データを取得するステップと、
選択した各データ列の分散値を取得するステップと、
取得した各分散値を比較して、分散値が最小となるデータ列、または予め設定された閾値と分散値とを比較して両者の関係が一定条件を満たすデータ列を選択し、選択したデータ列の前記中央値を出力するステップと、
を備えたことを特徴とする。

本発明の第５の観点に係る位置同定方法は、
送信機から送信された電波を受信した複数の基地局から順次出力された測定データをそれぞれ取得するステップと、
前記それぞれ取得した測定データに基づいて、各基地局に対する前記送信機の方向と推定される方向推定データを取得するステップと、
取得した各基地局毎の方向推定データが順次供給されて、各基地局毎に、順次供給された方向推定データを並べ替えて前記送信機の方向を示す方向データと雑音によるデータとを分離し、並べ替えた方向推定データのうちの中央値を、各基地局に対する前記送信機の方向を示す方向データとして出力するステップと、
それぞれ出力された複数の方向データと前記各基地局間の距離のデータとに基づいて前記電波の送信位置を特定し、特定した送信位置を前記送信機の位置と同定するステップと、
を備え、前記中央値を前記方向データとして出力するステップは、
取得した方向推定データが順次供給されて、供給された方向推定データを順次移送するステップと、
前記順次移送した一連の複数のデータから、互いに異なるデータ列をそれぞれ選択し、それぞれ、選択したデータ列の複数の方向推定データを並べ替えることにより、前記送信機の方向を示す方向データと雑音によるデータとを分離し、並べ替えた複数の方向推定データのうちの中央値を有する中央値データを前記方向データとして取得するステップと、
選択した各データ列の分散値を取得するステップと、
取得した各分散値を比較して、分散値が最小となるデータ列、または予め設定された閾値と分散値とを比較して両者の関係が一定条件を満たすデータ列を選択し、選択したデータ列の前記中央値を、前記方向データとして出力するステップと、からなることを特徴とする。

本発明の第６の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
供給されたデータを順次移送する手順、
順次移送した一連の複数のデータから、互いに異なるデータ列をそれぞれ選択し、それぞれ選択したデータ列の複数のデータを並べ替えて中央値を有する中央値データを取得する手順、
選択した各データ列の分散値を取得する手順、
取得した各分散値を比較して、分散値が最小となるデータ列、または予め設定された閾値と分散値とを比較して両者の関係が一定条件を満たすデータ列を選択し、選択したデータ列の前記中央値を出力する手順、
を実行させるためのものである。

本発明の第７の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
送信機から送信された電波を受信した複数の基地局から順次出力された測定データをそれぞれ取得する手順、
前記それぞれ取得した測定データに基づいて、各基地局に対する前記送信機の方向と推定される方向推定データを取得する手順、
取得した各基地局毎の方向推定データが順次供給されて、各基地局毎に、順次供給された方向推定データを並べ替えて前記送信機の方向を示す方向データと雑音によるデータとを分離し、並べ替えた方向推定データのうちの中央値を、各基地局に対する前記送信機の方向を示す方向データとして出力する手順、
それぞれ出力された複数の方向データと前記各基地局間の距離のデータとに基づいて前記電波の送信位置を特定し、特定した送信位置を前記送信機の位置と同定する手順、を備え、
前記中央値を前記方向データとして出力する手順は、
取得した方向推定データが順次供給されて、供給された方向推定データを順次移送する手順、
前記順次移送した一連の複数のデータから、互いに異なるデータ列をそれぞれ選択し、それぞれ、選択したデータ列の複数の方向推定データを並べ替えることにより、前記送信機の方向を示す方向データと雑音によるデータとを分離し、並べ替えた複数の方向推定データのうちの中央値を有する中央値データを前記方向データとして取得する手順、
選択した各データ列の分散値を取得する手順、
取得した各分散値を比較して、分散値が最小となるデータ列、または予め設定された閾値と分散値とを比較して両者の関係が一定条件を満たすデータ列を選択し、選択したデータ列の前記中央値を、前記方向データとして出力する手順、からなり、各手順を実行させるためのものである。

本発明によれば、複数のデータから、外乱の影響を受けずに中央値データを取得することができる。また、送信機の位置を正確に同定することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る位置同定装置を、図面を参照して説明する。尚、本実施形態では、位置同定装置を位置同定システムとして説明する。
本実施形態に係る位置同定システムの構成を図１に示す。
本実施形態に係る位置同定システム１は、送信機４００の位置を同定するものであり、受信基地１００，２００と、方向・位置算出部３００と、制御クロック発生部５００と、からなる。制御クロック発生部５００は、全体の制御クロックを発生させるものである。

受信基地１００，２００は、送信機４００からの電波を受信するものである。受信基地１００は、角度θ1’を制御して、送信機４００からの電波を受信方向を変更しつつ受信するものであり、アンテナ素子１０１〜１０４と、位相シフタ（ＰＳ）１１１〜１１４と、加算器１１５と、受信機１１６と、制御部１１７と、からなる。

アンテナ素子１０１〜１０４は、アレーアンテナ（array antenna）を構成するものであり、等間隔に配列される。また、アンテナ素子１０１〜１０４は、それぞれの電波受信点が直線上に並ぶように配列される。

位相シフタ１１１〜１１４は、それぞれ、制御部１１７から位相シフト量が供給されて各アンテナ素子１０１〜１０４が受信する電波信号の位相を、供給された位相シフト量だけシフトするものである。このアンテナ素子１０１〜１０４と位相シフタ１１１〜１１４とによってフェーズドアレーアンテナが構成される。

ここで、受信基地１００を例として、フェーズドアレーアンテナの原理を説明する。図２に示すように、各アンテナ素子１０１〜１０４の間隔をｄとし、直線Ａ−Ａ'を、アンテナ素子１０１〜１０４の電波受信点を結ぶ直線とする。直線Ｂ−Ｂ'は、等位相面を示す。また、Ｘは、直線Ａ−Ａ'に垂直な各アンテナ素子１０１〜１０４のメインローブの方向を示し、Ｘsは、直線Ｂ−Ｂ'に垂直な電波受信方向を示す。

この直線Ａ−Ａ'と直線Ｂ−Ｂ'との角度をθ1'として、直線Ｂ−Ｂ'に等位相面を形成する場合、アンテナ素子１０１からｎ個目のアンテナ素子にて受信された電波信号に対する位相シフト量φqは、以下の式（１）で表される。
φq＝（ｎ−１）×ｄ×sinθ1' ・・・（１）
ここで、ｎは、２以上の整数であり、ｄは、一例として、λ／４又はλ／２に設定される。尚、λは、受信する電波の波長を示す。

各位相シフタ１１１〜１１４にこの位相シフト量φqが供給されることにより、アンテナ素子１０１〜１０４は、方向Ｘに対し、電波受信方向Ｘs（角度θ1'）が可変のフェーズドアレーアンテナとして機能する。
このフェーズドアレーアンテナは、予め定められた角度θ１´（例えば１０°）刻みで受信する電波信号の位相シフト量を変更し、予め定められた全ての電波受信方向（例えば９０°）を走査する。

このフェーズドアレーアンテナは、図２に示す直線Ａ−Ａ’に対して直線Ｂ−Ｂ’が成す角度θ１’を右回りに０から９０°、左回りに０から９０°の範囲で変化させることができる。

加算器１１５は、各アンテナ素子１０１〜１０４が受信した電波信号を加算するものである。
受信機１１６は、加算器１１５が加算した電波信号に対し、受信処理を行って、信号を復調し、このときの電波強度の測定データを取得するものである。受信機１１６は、取得した測定データを、位相シフト量が変更される一定時刻毎に、順次、制御部１１７に出力する。

制御部１１７は、受信基地１００を制御するものである。具体的に、制御部１１７は、位相シフタ１１１〜１１４の各位相シフト量φqを設定し、制御クロック発生部５００による制御クロックに基づいてタイミングで、設定した位相シフト量φqを各位相シフタ１１１〜１１４に供給する。

また、制御部１１７は、受信機１１６から測定データを取得して方向・位置算出部３００に送信する。

受信基地２００は、角度θ2'を制御して受信方向を変更しつつ送信機４００からの電波を受信するものであり、アンテナ素子２０１〜２０４と、位相シフタ２１１〜２１４と、加算器２１５と、受信機２１６と、制御部２１７と、からなる。受信基地２００の各部は、それぞれ、受信基地１００の対応する各部と同様に構成されたものである。

方向・位置算出部３００は、受信基地１００，２００から、順次、出力された測定データに基づいて、送信機４００の位置を算出するものである。

方向・位置算出部３００は、図３に示すように、方向推定部３０１、３０２と、フィルタ処理部３０３、３０４と、位置算出部３０５と、制御部３０６と、からなる。制御部３０６は、受信基地１００の制御部１１７、受信基地２００の制御部２１７と連携し、互いに同期をとるように制御を行う。

方向推定部３０１、３０２は、それぞれ、受信基地１００、２００から供給された測定データに基づいて送信機４００の電波到来方向を推定するものである。

方向推定部３０１、３０２は、それぞれ、制御部１１７又は制御部２１７から測定データを取得する。これら測定データは、位相シフト量を変更しつつ、アンテナにて、予め定めた総ての電波受信方向を走査し、電波受信方向毎に得られた電波強度に対応した値のものである。
そして方向推定部３０１、３０２は、制御部１１７又は制御部２１７からの測定データに基づいて、総ての電波受信方向にわたる１回の走査で、電波強度が最大になったときのアンテナの電波受信方向に対応した測定データ（方向推定データ）を、制御部３０６により決定されるタイミングでフィルタ処理部３０３、３０４にそれぞれ出力する。

フィルタ処理部３０３、３０４は、それぞれ、方向推定部３０１、３０２から供給された方向推定データに対し、フィルタ処理を行って、送信機４００の方向を示す方向データを取得するものである。

フィルタ処理部３０３は、図４に示すように、メジアンフィルタ３１１と、分散演算部３１２〜３１４と、比較判定部３１５と、からなる。尚、フィルタ処理部３０４もフィルタ処理部３０３と同様に構成されている。

メジアンフィルタ３１１は、総ての電波受信方向にわたる１回の走査が終わる毎に方向推定部３０１から順次供給された方向推定データを並べ替えることにより、送信機４００の方向を示す方向データと雑音のような外乱の影響によるデータとを分離し、並べ替えた方向推定データの中央値データを取得するものである。メジアンフィルタ３１１は、シフト部３２１と、ソータ３２２、３２３、３２４と、からなる。

シフト部３２１は、方向推定部３０１から供給された方向推定データを、順次シフトするものであり、シフトレジスタ３２１−１〜３２１−８からなる。シフトレジスタ３２１−１の入力端は、方向推定部３０１の出力端に接続され、シフトレジスタ３２１−１〜３２１−８は直列接続されている。

そして、シフトレジスタ３２１−１〜３２１−８は、方向推定部３０１から順次供給された方向推定データを、供給される毎に順次、移送する。シフト部３２１は、方向推定部３０１から供給された方向推定データとして、データＤ１を移送される度にソータ３２２〜３２４へ出力し、各シフトレジスタ３２１−１〜３２１−８は、それぞれ、データＤ２〜Ｄ９をソータに出力する。なお、シフト部３２１は、シフトレジスタ３２１−８に到達したデータを、データＤ９を出力した後に、次の方向推定データが供給されたタイミングで廃棄する。

ソータ３２２〜３２４は、シフト部３２１が順次移送した一連の複数のデータとして、データＤ１〜Ｄ９から、互いに異なるデータ列をそれぞれ選択し、それぞれ、選択したデータ列の複数のデータを並べ替えて、中央値を有する中央値データを取得するものである。

方向推定部３０１又は３０２から供給された方向推定データに、送信機４００の方向を示す方向データが含まれていれば、各中央値データがこの方向データとなり、その周辺のデータは、雑音によるデータになる。ソータ３２２〜３２４は、このようにして、方向データと雑音によるデータとを分離する。

ソータ３２２は、シフト部３２１から出力されたデータＤ１〜Ｄ９から、データＤ１〜Ｄ５を選択し、このデータＤ１〜Ｄ５を昇順又は降順に並べ替えて、データＳ１〜Ｓ５を出力するものである。

ソータ３２３は、シフト部３２１から出力されたデータＤ１〜Ｄ９から、データＤ１〜Ｄ７を選択し、このデータＤ１〜Ｄ７を昇順又は降順に並べ替えて、データＳ１〜Ｓ７を出力するものである。

ソータ３２４は、シフト部３２１から出力されたデータＤ１〜Ｄ９を選択し、選択したデータＤ１〜Ｄ９を昇順又は降順に並べ替えて、データＳ１〜Ｓ９を出力するものである。

分散演算部３１２〜３１４は、ソータ３２２〜３２４が選択したデータ列のそれぞれの分散（variance）値ｖを取得するものである。分散演算部３１２〜３１４は、それぞれ、以下の式（２）に従って分散値ｖを演算する。

・・・（２）

この分散値ｖは、データのばらつきを表す指標であって、方向推定データのばらつきが小さいと、通信状況が良好であることを示し、方向推定データのばらつきが大きいと、通信状況が低下していることを示す。

また、フェージング、バーストノイズ等の影響がある場合、通信状況は、時々刻々と変化する。この変化の中で、最も通信状況な良好なタイミングを捉えることができれば、送信機４００の方向・位置を正確に特定できることになる。

分散演算部３１２は、シフト部３２１から出力されたデータＤ１〜Ｄ５の分散値ｖ５を演算するものであり、演算した結果の分散値ｖ５を比較判定部３１５に出力する。

分散演算部３１３は、シフト部３２１から出力されたデータＤ１〜Ｄ７の分散値ｖ７を演算するものであり、演算した結果の分散値ｖ７を比較判定部３１５に出力する。

分散演算部３１４は、シフト部３２１から出力されたデータＤ１〜Ｄ９の分散値ｖ９を演算するものであり、演算した結果の分散値ｖ９を比較判定部３１５に出力する。

比較判定部３１５は、分散演算部３１２〜３１４が演算することによって取得した各分散値ｖ５〜ｖ９を比較して、最小となる分散値を判別するものである。

比較判定部３１５は、分散値ｖ５が最小と判別した場合、ソータ３２２を選択し、ソータ３２２が取得した中央値データとして、データＳ３を位置算出部３０５に出力する。

比較判定部３１５は、分散値ｖ７が最小と判別した場合、ソータ３２３を選択し、ソータ３２３が取得した中央値データとして、データＳ４を位置算出部３０５に出力する。

比較判定部３１５は、分散値ｖ９が最小と判別した場合、ソータ３２４を選択し、ソータ３２４が取得した中央値データとして、データＳ５を位置算出部３０５に出力する。

位置算出部３０５は、フィルタ処理部３０３、３０４がそれぞれ出力した複数の方向データと各受信基地１００、２００間の距離のデータとに基づいて電波の２次元の送信位置を特定し、特定した送信位置を送信機４００の２次元位置と同定するものである。

位置算出部３０５は、フィルタ処理部３０３，３０４が出力したデータと位相シフト量との関係に基づいて、受信基地１００の電波受信面に対する送信機４００の角度θ１と、受信基地２００の電波受信面に対する送信機４００の角度θ２と、を取得する。

そして、位置算出部３０５は、角度θ１、θ２及び受信基地１００と受信基地２００との距離のデータに基づいて、余弦定理により、送信機４００の位置を算出して、送信機４００の位置を同定する。

次に本実施形態に係る位置同定システム１の動作を説明する。
受信基地１００の制御部１１７は、位相シフタ１１１〜１１４の各位相シフト量φqを設定し、設定した位相シフト量φqを各位相シフタ１１１〜１１４に供給する。

各位相シフタ１１１〜１１４は、制御部１１７から供給された位相シフト量だけ、各アンテナ素子１０１〜１０４が受信する電波信号の位相をシフトする。これにより、受信基地１００が図２に示す直線Ｂ−Ｂ'等位相面として、受信方向（Ｘs方向）を変更しつつ送信機４００からの電波を受信する。

アンテナ素子１０１〜１０４は、図１に示すように、送信機４００からの電波を受信し、加算器１１５は、アンテナ素子１０１〜１０４が受信した電波の信号を加算する。

受信機１１６は、加算器１１５が加算した電波信号に対し、受信処理を行って、信号を復調し、各受信方向における電波強度を示す測定データを取得して測定データを制御部１１７に出力する。

制御部１１７は、位相をシフトして電波を受信する毎に、順次、受信機１１６が取得した測定データを方向・位置算出部３００に出力する。

また、受信基地２００の制御部２１７も、位相シフタ２１１〜２１４の各位相シフト量φqを設定し、設定した位相シフト量φqを各位相シフタ２１１〜２１４に供給する。

そして、制御部２１７は、位相をシフトして電波を受信する毎に、順次、受信機２１６が取得した測定データを方向・位置算出部３００に出力する。

方向・位置算出部３００の方向推定部３０１、３０２は、それぞれ、受信機１１６、２１６から出力された測定データに基づいて、送信機４００の方向を推定する。

方向推定部３０１、３０２は、総ての電波受信方向にわたる１回の走査が終わる毎に、推定した結果の方向推定データを、それぞれ、フィルタ処理部３０３、３０４に順次供給する。

フィルタ処理部３０３のメジアンフィルタ３１１のシフト部３２１では、シフトレジスタ３２１−１〜３２１−８が、方向推定部３０１より供給された方向推定データを、入力される毎に順次、移送する。

シフト部３２１は、方向推定部３０１から出力された方向推定データをデータＤ１として出力し、シフトレジスタ３２１−１〜３２１−８は、データを順次シフトして、それぞれ、データＤ２〜Ｄ９を出力する。

シフト部３２１から出力されたデータＤ１〜Ｄ９が図５（ａ）に示すような値である場合、ソータ３２２、３２３、３２４は、それぞれ、データＤ１〜Ｄ５、Ｄ１〜Ｄ７、Ｄ１〜Ｄ９を、図５（ｂ）〜（ｄ）に示すように、データＳ１〜Ｓ５、Ｓ１〜Ｓ７、Ｓ１〜Ｓ９に並べ替える。

図５（ｂ）に示すデータＳ１〜Ｓ５は、図５（ｅ）に示すように分布する。分散演算部３１２は、データＤ１〜Ｄ５の分散値ｖ５を式（２）に従って演算して、ｖ５＝３．４４を取得する。

図５（ｃ）に示すデータＳ１〜Ｓ７は、図５（ｆ）に示すように分布する。分散演算部３１３は、データＤ１〜Ｄ７の分散値ｖ７を式（２）に従って演算して、ｖ７＝２．５３を取得する。

図５（ｄ）に示すデータＳ１〜Ｓ９は、図５（ｇ）に示すように分布する。分散演算部３１４は、データＤ１〜Ｄ９の分散値ｖ９を式（２）に従って演算して、ｖ９＝２．００を取得する。

各分散演算部３１２〜３１４は、それぞれ、取得した分散値ｖ５，ｖ７，ｖ９を比較判定部３１５に出力する。

比較判定部３１５は、分散値ｖ５，ｖ７，ｖ９を比較して、分散値ｖ９が最小であることを判別する。また、分散値ｖ９はデータＤ１〜Ｄ９に基づいて演算されたものであることから、比較判定部３１５は、ソータ３２４を選択する。

フィルタ処理部３０３は、このソータ３２４が取得したデータＳ５＝θx°を、受信基地１００の電波受信面に対する送信機４００の角度θ１’として、位置算出部３０５に出力する。

フィルタ処理部３０４も、フィルタ処理部３０３と同様の処理を行い、中央値データを、受信基地２００の電波受信面に対する送信機４００の角度θ２’として位置算出部３０５に出力する。

位置算出部３０５は、フィルタ処理部３０３、３０４からそれぞれ出力された角度θ１’、θ２’から求めた角度θ１、θ２及び受信基地１００と受信基地２００との距離のデータに基づいて、余弦定理による演算を行い、送信機４００の位置を算出する。なお、θ１＝π／２−θ１’、θ２＝π／２−θ２’とする。

次に、シフト部３２１から出力されたデータＤ１〜Ｄ９が図６（ａ）に示すような値である場合、ソータ３２２、３２３、３２４は、それぞれ、データＤ１〜Ｄ５、Ｄ１〜Ｄ７、Ｄ１〜Ｄ９を、図６（ｂ）〜（ｄ）に示すように、データＳ１〜Ｓ５、Ｓ１〜Ｓ７、Ｓ１〜Ｓ９に並べ替える。

図６（ｂ）に示すデータＳ１〜Ｓ５は、図６（ｅ）に示すように分布し、分散演算部３１２は、データＤ１〜Ｄ５の分散値ｖ５を式（２）に従って演算して、ｖ５＝４．５６を取得する。

図６（ｃ）に示すデータＳ１〜Ｓ７は、図６（ｆ）に示すように分布し、分散演算部３１３は、データＤ１〜Ｄ７の分散値ｖ７を式（２）に従って演算して、ｖ７＝３．３５を取得する。

図６（ｄ）に示すデータＳ１〜Ｓ９は、図６（ｇ）に示すように分布し、分散演算部３１４は、データＤ１〜Ｄ９の分散値ｖ９を式（２）に従って演算して、ｖ９＝４．７７を取得する。

各分散演算部３１２〜３１４は、それぞれ、取得した分散値ｖ５，ｖ７，ｖ９を比較判定部３１５に出力する。

比較判定部３１５は、分散値ｖ５，ｖ７，ｖ９を比較して、分散値ｖ７が最小であることを判別する。また、分散値ｖ７はデータＤ１〜Ｄ７に基づいて演算されたものであることから、比較判定部３１５は、ソータ３２３を選択する。

フィルタ処理部３０３は、このソータ３２３が取得したデータＳ４＝θx°を、受信基地１００の電波受信面に対する送信機４００の角度θ１’として、位置算出部３０５に出力する。

フィルタ処理部３０４も、フィルタ処理部３０３と同様の処理を行い、中央値データを、受信基地２００の電波受信面に対する送信機４００の角度θ２’として、位置算出部３０５に出力する。

位置算出部３０５は、フィルタ処理部３０３、３０４からそれぞれ出力された角度θ１’、θ２’から求めた角度θ１、θ２及び受信基地１００と受信基地２００との距離のデータに基づいて、余弦定理による演算を行い、送信機４００の位置を算出する。

次に、シフト部３２１から出力されたデータＤ１〜Ｄ９が図７（ａ）に示すような値である場合、ソータ３２２、３２３、３２４は、それぞれ、データＤ１〜Ｄ５、Ｄ１〜Ｄ７、Ｄ１〜Ｄ９を、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、データＳ１〜Ｓ５、Ｓ１〜Ｓ７、Ｓ１〜Ｓ９に並べ替える。

図７（ｂ）に示すデータＳ１〜Ｓ５は、図７（ｅ）に示すように分布し、分散演算部３１２は、データＤ１〜Ｄ５の分散値ｖ５を式（２）に従って演算して、ｖ５＝０．１６を取得する。

図７（ｃ）に示すデータＳ１〜Ｓ７は、図７（ｆ）に示すように分布し、分散演算部３１３は、データＤ１〜Ｄ７の分散値ｖ７を式（２）に従って演算して、ｖ７＝１．４３を取得する。

図７（ｄ）に示すデータＳ１〜Ｓ９は、図７（ｇ）に示すように分布し、分散演算部３１４は、データＤ１〜Ｄ９の分散値ｖ９を式（２）に従って演算して、ｖ９＝２．００を取得する。

各分散演算部３１２〜３１４は、それぞれ、取得した分散値ｖ５，ｖ７，ｖ９を比較判定部３１５に出力する。

比較判定部３１５は、分散値ｖ５，ｖ７，ｖ９を比較して、分散値ｖ５が最小であることを判別する。また、分散値ｖ５はデータＤ１〜Ｄ５に基づいて演算されたものであることから、比較判定部３１５は、ソータ３２２を選択する。

フィルタ処理部３０３は、このソータ３２２が取得したデータＳ３＝θx°を、受信基地１００の電波受信面に対する送信機４００の角度θ１’として、位置算出部３０５に出力する。

フィルタ処理部３０４も、フィルタ処理部３０３と同様の処理を行い、中央値データを、受信基地２００の電波受信面に対する送信機４００の角度θ２’として、位置算出部３０５に出力する。

位置算出部３０５は、フィルタ処理部３０３、３０４からそれぞれ出力された角度θ１’、θ２’から求めた角度θ１、θ２及び受信基地１００と受信基地２００との距離のデータに基づいて、余弦定理による演算を行い、送信機４００の位置を算出する。方向・位置算出部３００は、このようにして送信機４００の位置を同定する。

以上説明したように、本実施形態によれば、フィルタ処理部３０３、３０４のそれぞれの分散演算部３１２〜３１４は、それぞれ、データＤ１〜Ｄ５、Ｄ１〜Ｄ７、Ｄ１〜Ｄ９の分散を演算し、比較判定部３１５は、分散値ｖ５、ｖ７、ｖ９のうち、最も小さい分散値を判別して、ソータ３２２〜３２４のうち、分散値が最も小さいデータを選択したソータを選択するようにした。

従って、フィルタ処理部３０３、３０４は、外乱の影響を受けずにソータ３２２〜３２４の中央値データを取得することができる。また、位置同定システム１は、通信状況にかかわらず、もっともばらつきの少ないデータに基づいて方向データと雑音とを分離することができ、送信機４００の位置を常に正確に同定することができる。

また、フィルタ処理部３０３、３０４のそれぞれのソータ３２２〜３２４は、それぞれ、最後に供給されたデータＤ１〜Ｄ５、Ｄ１〜Ｄ７、Ｄ１〜Ｄ９を並べ替えるようにした。このため、フィルタ処理部３０３、３０４は、最新の方向推定データに基づいて、方向データを出力することができる。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。

例えば、シフト部３２１のシフトレジスタの数は、１０以上であってもよい。また、ソータ３２２〜３２４が並べ替えるデータの数と分散演算部３１２〜３１４が分散値を取得するためのデータ数とは、同数であれば、５、７、９に限られるものではない。さらに、分散演算部３１２〜３１４とソータ３２２〜３２４との数も、それぞれ、４つ以上であってもよい。

また、ソータ３２２〜３２４が選択するデータは、それぞれ、最後のデータＤ１〜Ｄ５，Ｄ１〜Ｄ７、Ｄ１〜Ｄ９に限られるものではない。例えば、図８に示すように、ソータ３２２〜３２４は、ぞれぞれ、データＤ１〜〜Ｄ５、Ｄ３〜Ｄ７、Ｄ５〜Ｄ９を選択するようにしてもよい。

この場合、分散演算部３１２〜３１４は、それぞれ、データＤ１〜Ｄ５、Ｄ３〜Ｄ７、Ｄ５〜Ｄ９の分散値ｖ５１、ｖ５２、ｖ５３を演算により取得する。比較判定部３１５は、この分散値ｖ５１、ｖ５２、ｖ５３の比較結果に基づいてソータ３２２〜３２４のいずれかを選択する。

また、比較判定部３１５は、分散演算部３１２〜３１４のいずれか１つが取得した分散値と予め設定された閾値とを比較し、分散値がこの閾値未満となるデータ数のデータに基づいて、対応するソータのデータを選択出力するようにしてもよい。

例えば、図９に示すように、フィルタ処理部３０３、３０４は、それぞれ、記憶部３３１を備える。記憶部３３１は、分散演算部３１４が取得する分散値ｖ９に対して予め設定された閾値Ｖthを記憶する。比較判定部３１５は、分散演算部３１４が取得した分散値ｖ９と閾値Ｖthとを比較して、分散値ｖ９が閾値Ｖth未満の場合は、対応するソータ３２４のデータＳ５を出力させる。一方、分散値ｖ９が閾値Ｖth以上の場合、比較判定部３１５は、ソータ３２４のデータＳ５の出力を停止させる。

記憶部３３１に記憶する閾値Ｖthが１種類の場合、閾値を境界として上下に分散値が僅かにばらつくだけで、データが断続的に出力されて安定しないこともある。そのような場合には上限と下限の２つの閾値を設けて、フィルタ処理にヒステリシスを持たせることも可能である。

そのうえで、電波受信方向を走査して方向推定データを得る過程において、フィルタ処理部３０３、３０４は、分散値が上限の閾値以下である間は所定のソータの中央値のデータを出力し、分散値が上限の閾値を超えるとデータの出力を中止する。

上限の分散値が閾値を超えた場合、電波受信方向を走査して方向推定データを得る過程で分散値が小さくなっていき、やがて上限の閾値以下になっても今度は、フィルタ処理部３０３、３０４は、所定のソータの中央値のデータを出力せず、下限の閾値を超えている間はデータの出力を中止したままにする。

そして、フィルタ処理部３０３、３０４は、分散値が下限の閾値以下を示すようになったら、所定のソータの中央値のデータの出力を再開する。このようにすることで受信する電波信号がばらついていることによってデータの出力が不安定になることを緩和することが可能となる。

その場合は、例えば次のようにする。記憶部３３１は、分散演算部３１４が取得する分散値ｖ９に対して予め設定された上限の閾値ＶthHおよび下限の閾値ＶthLとを記憶する。

比較判定部３１５は、まず分散演算部３１４が取得した分散値ｖ９が上限の閾値ＶthHに対して大きいのか小さいのかを判断する。小さい場合には、比較判定部３１５は、ソータ３２４のデータＳ５を出力させる。比較判定部３１５は分散演算部３１４が新しい分散値ｖ９を取得する毎に、分散値ｖ９と上限の閾値ＶthHを比較し、分散値ｖ９が上限の閾値ＶthH未満である限り、ソータ３２４のデータＳ５を出力させる。

一方、最初に分散演算部３１４が取得した分散値ｖ９が上限の閾値ＶthHよりも大きかった場合、または分散値ｖ９が上限の閾値ＶthHを超えた場合は、比較判定部３１５はソータ３２４のデータＳ５の出力を中止する。比較判定部３１５は分散演算部３１４が新しい分散値ｖ９を取得する毎に、分散値ｖ９と下限の閾値ＶthLを比較し、分散値ｖ９が下限の閾値ＶthL以下になるまでは出力の中止を続行する。そして、比較判定部３１５は、分散値ｖ９が下限の閾値ＶthL以下になったら、ソータ３２４のデータＳ５の出力を開始する。

また、本実施形態の位置同定システムを、送信機４００の位置方向を取得する方向取得システムとしてもよく、この場合でも、本実施形態のフィルタ処理部３０３、３０４を適用することができる。方向取得システムの場合、方向・位置算出部３００には、フィルタ処理部３０３のみが備えられる。

上記実施形態では、方向・位置算出部３００をハードウェアとして説明した。しかし、この構成は、ハードウェアに限られるものではなく、コンピュータに内蔵されたソフトウェアによるものであってもよい。

この場合、コンピュータを、装置の全部又は一部として動作させ、あるいは、上述の処理を実行させるためのプログラムを、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical disk）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、これを別のコンピュータにインストールし、上述の手段として動作させ、あるいは、上述の工程を実行させてもよい。

さらに、インターネット上のサーバ装置が有するディスク装置等にプログラムを格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するものとしてもよい。

なお、上記説明では受信基地が２つの場合を例に説明してきたが、これを３つ以上配置することも可能である。
その場合は、例えば３つめの受信基地を配置しようとする場合は、２つの受信基地を結んだ線をＸ軸、それに直交する軸をＹ軸としたとき、３つめをＹ軸上に配置する。このようにすれば送信機の３次元上の位置を特定することが可能になる。受信基地を配置する位置はＸＹ平面上の任意の位置に配置されていればよい。

また、受信基地を３つ以上配置する場合には、方向・位置算出部３００の構成もそれに伴って変更される。

本発明の実施形態に係る位置同定システムの構成を示すブロック図である。 フェーズドアレーアンテナの原理を示す図である。 図１に示す方向・位置算出部の構成を示すブロック図である。 図３に示すフィルタ処理部の構成を示す図である。 図１に示す位置同定システムの具体的な動作（１）を示す図である。 図１に示す位置同定システムの具体的な動作（２）を示す図である。 図１に示す位置同定システムの具体的な動作（３）を示す図である。 図３に示すフィルタ処理部の応用例（１）を示す図である。 図３に示すフィルタ処理部の応用例（２）を示す図である。

符号の説明

１ 位置同定システム
１００，２００ 受信基地
３００ 方向・位置算出部
３０１、３０２ 方向推定部
３０３、３０４ フィルタ処理部
３０５ 位置算出部
３１１ メジアンフィルタ
３１２〜３１４ 分散演算部
３１５ 比較判定部
３２２〜３２４ ソータ
４００ 送信機

Claims (8)

1. 供給されたデータを順次移送する移送部と、
   前記移送部が順次移送した一連の複数のデータから、互いに異なるデータ列をそれぞれ選択し、それぞれ選択したデータ列の複数のデータを並べ替えて中央値を有する中央値データを取得する複数のソータと、
   前記各ソータが選択したデータ列のそれぞれの分散値を取得する分散値取得部と、
   前記分散値取得部が取得した各分散値を比較して、分散値が最小となるデータ列を選択したソータを選択し、選択したソータが取得した前記中央値を出力させる出力選択部と、
   を備えたことを特徴とするフィルタ。
2. 前記各ソータは、それぞれ最後に供給された一連の複数データから、互いにデータ数が異なる複数のデータを選択する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
3. 供給されたデータを順次移送する移送部と、
   前記移送部が順次移送した一連の複数のデータからデータ列を選択し、選択したデータ列の複数のデータを並べ替えて中央値を有する中央値データを取得するソータと、
   前記ソータが選択したデータ列の分散値を取得する分散値取得部と、
   予め設定された閾値を記憶する記憶部と、
   前記分散値取得部が取得した各分散値と予め設定された前記閾値とを比較して、両者の関係が一定条件を満たすときに前記ソータが取得した中央値を出力させる出力選択部と、
   を備えたことを特徴とするフィルタ。
4. 送信機から送信された電波を受信して、基地局に対する前記送信機の位置を特定する位置同定装置において、
   前記複数の基地局にそれぞれ設けられ、受信方向を変更しつつ前記送信機からの電波を受信し、受信した電波の強度を示す測定データを順次出力する受信部と、
   前記各基地局の前記受信部から順次出力された測定データを取得し、取得した測定データに基づいて前記送信機の位置を特定する位置特定部と、を備え、
   前記位置特定部は、
   前記各基地局の受信部から順次出力された測定データを受信して、受信した測定データに基づいて、各基地局に対する前記送信機の方向と推定される方向推定データを取得する複数の方向推定データ取得部と、
   前記複数の方向推定データ取得部から、取得した方向推定データが順次供給されて、順次供給された方向推定データを並べ替えて前記送信機の方向を示す方向データと雑音によるデータとを分離し、並べ替えた方向推定データのうちの前記中央値を、各基地局に対する前記送信機の方向を示す方向データとして出力する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複数のフィルタと、
   前記各フィルタがそれぞれ出力した複数の方向データと前記各基地局間の距離のデータとに基づいて前記電波の送信位置を特定し、特定した送信位置を前記送信機の位置と同定する位置同定部と、
   を備えたことを特徴とする位置同定装置。
5. 供給されたデータを順次移送するステップと、
   順次移送した一連の複数のデータから、互いに異なるデータ列をそれぞれ選択し、それぞれ選択したデータ列の複数のデータを並べ替えて中央値を有する中央値データを取得するステップと、
   選択した各データ列の分散値を取得するステップと、
   取得した各分散値を比較して、分散値が最小となるデータ列、または予め設定された閾値と分散値とを比較して両者の関係が一定条件を満たすデータ列を選択し、選択したデータ列の前記中央値を出力するステップと、
   を備えたことを特徴とするデータ処理方法。
6. 送信機から送信された電波を受信した複数の基地局から順次出力された測定データをそれぞれ取得するステップと、
   前記それぞれ取得した測定データに基づいて、各基地局に対する前記送信機の方向と推定される方向推定データを取得するステップと、
   取得した各基地局毎の方向推定データが順次供給されて、各基地局毎に、順次供給された方向推定データを並べ替えて前記送信機の方向を示す方向データと雑音によるデータとを分離し、並べ替えた方向推定データのうちの中央値を、各基地局に対する前記送信機の方向を示す方向データとして出力するステップと、
   それぞれ出力された複数の方向データと前記各基地局間の距離のデータとに基づいて前記電波の送信位置を特定し、特定した送信位置を前記送信機の位置と同定するステップと、
   を備え、前記中央値を前記方向データとして出力するステップは、
   取得した方向推定データが順次供給されて、供給された方向推定データを順次移送するステップと、
   前記順次移送した一連の複数のデータから、互いに異なるデータ列をそれぞれ選択し、それぞれ、選択したデータ列の複数の方向推定データを並べ替えることにより、前記送信機の方向を示す方向データと雑音によるデータとを分離し、並べ替えた複数の方向推定データのうちの中央値を有する中央値データを前記方向データとして取得するステップと、
   選択した各データ列の分散値を取得するステップと、
   取得した各分散値を比較して、分散値が最小となるデータ列、または予め設定された閾値と分散値とを比較して両者の関係が一定条件を満たすデータ列を選択し、選択したデータ列の前記中央値を、前記方向データとして出力するステップと、からなる、
   ことを特徴とする位置同定方法。
7. コンピュータに、
   供給されたデータを順次移送する手順、
   順次移送した一連の複数のデータから、互いに異なるデータ列をそれぞれ選択し、それぞれ選択したデータ列の複数のデータを並べ替えて中央値を有する中央値データを取得する手順、
   選択した各データ列の分散値を取得する手順、
   取得した各分散値を比較して、分散値が最小となるデータ列、または予め設定された閾値と分散値とを比較して両者の関係が一定条件を満たすデータ列を選択し、選択したデータ列の前記中央値を出力する手順、
   を実行させるためのプログラム。
8. コンピュータに、
   送信機から送信された電波を受信した複数の基地局から順次出力された測定データをそれぞれ取得する手順、
   前記それぞれ取得した測定データに基づいて、各基地局に対する前記送信機の方向と推定される方向推定データを取得する手順、
   取得した各基地局毎の方向推定データが順次供給されて、各基地局毎に、順次供給された方向推定データを並べ替えて前記送信機の方向を示す方向データと雑音によるデータとを分離し、並べ替えた方向推定データのうちの中央値を、各基地局に対する前記送信機の方向を示す方向データとして出力する手順、
   それぞれ出力された複数の方向データと前記各基地局間の距離のデータとに基づいて前記電波の送信位置を特定し、特定した送信位置を前記送信機の位置と同定する手順、を備え、
   前記中央値を前記方向データとして出力する手順は、
   取得した方向推定データが順次供給されて、供給された方向推定データを順次移送する手順、
   前記順次移送した一連の複数のデータから、互いに異なるデータ列をそれぞれ選択し、それぞれ、選択したデータ列の複数の方向推定データを並べ替えることにより、前記送信機の方向を示す方向データと雑音によるデータとを分離し、並べ替えた複数の方向推定データのうちの中央値を有する中央値データを前記方向データとして取得する手順、
   選択した各データ列の分散値を取得する手順、
   取得した各分散値を比較して、分散値が最小となるデータ列、または予め設定された閾値と分散値とを比較して両者の関係が一定条件を満たすデータ列を選択し、選択したデータ列の前記中央値を、前記方向データとして出力する手順、からなり、
   各手順を実行させるためのプログラム。

Images