JP5150334B2

JP5150334B2 - 電波発射源可視化装置

Info

Publication number: JP5150334B2
Application number: JP2008086927A
Authority: JP
Inventors: 幸弘上村; 裕和下牧
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2009236883A

Description

この発明は、電波の到来方向を二次元画像として出力可能な電波発射源可視化装置及びその方法に関する。特にこの発明は、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）などに応用されるＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication）の電波を可視化するのに好適に利用できる。

特許文献１に開示されるような電波発射源可視化装置を用いれば、電波の到来方向を可視化して電波発射源を容易に特定することが可能になる。この種の装置は、連続的に発射される電波やバースト的に短時間のみ発射される電波など様々な電波に対応可能で、電波の到来方向を算出しカメラ画像に合成表示することが可能である。その利点から、特にＥＴＣにおける応用が期待されている。

ＥＴＣは、ＡＲＩＢ（Association of Radio Industries and Businesses）において策定されたＤＳＲＣと称する通信方式を用いる。その主なものはＡＲＩＢＳＴＤ−Ｔ７５およびこれを拡張したＡＲＩＢＴＲ−Ｔ１７であり、路側装置と車載器の間の無線区間インタフェースがこれらの規格に規定されている。
特開２００７−２１２２２８号公報

ＤＳＲＣにおいて、一つの路側装置の覆域に複数の車両が進入すると、個々の車載器は同じ周波数を用いた時分割通信により路側装置と個別に通信する。よって車両を特定するために車両からの電波の発射位置を特定しようとしても、複数車両からの電波が時分割で捕捉されるにとどまり、複数の車両の位置を正確に特定することが難しい。つまり位置を特定した電波源の周波数が同じであるので、周波数により車両を区別することができない。

この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、複数の車両からの電波の到来方向を個別に可視化可能な電波発射源可視化装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、複数の電波源から当該電波源ごとに割り当てられたスロットで放射される到来波を受信するアンテナ部と、このアンテナ部からの受信信号から前記到来波の到来方向を前記スロットごとに推定する推定処理部と、前記複数の電波源を含む画像を撮像する撮像部と、前記複数の電波源と各スロットとを個別に対応付けて、前記推定されたスロットごとの到来方向を前記撮像部における視野内の電波源位置に対応付けて画像合成する合成部と、この合成部により生成された合成画像を表示する表示部とを具備することを特徴とする電波発射源可視化装置が提供される。

このような手段を講じることにより、到来波が特にＤＳＲＣのアップリンク信号であれば、スロット（ＡＣＴＳ、あるいはＡＣＴＳに含まれるＡＣＴＣ，ＶＳＴ）を各電波源（車載器）に対応付けてそれぞれの電波源を識別することが可能になる。すなわち車両ごとの電波の到来方向を路側装置において推定することが可能になる。

この発明によれば、複数の車両からの電波の到来方向を個別に可視化可能な電波発射源可視化装置を提供することができる。

図１は、この発明に係る電波発射源可視化装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。この装置はＥＴＣにおける路側装置に搭載されるもので、電波源すなわち車両に搭載される車載装置からアップリンクで到来する電波の到来方向を推定する。図１の装置は、アンテナ部１０、周波数変換部２０、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換部３０、到来方向推定処理部４０、画像合成処理部５０、表示部６０、およびカメラ部７０を備える。

アンテナ部１０は、リファレンスアンテナＡ０およびアレイアンテナＡ１を備える。リファレンスアンテナＡ０およびアレイアンテナＡ１はＤＳＲＣ通信における共通の周波数帯の到来波を捕捉可能な受信アンテナである。アレイアンテナＡ１はＮ個のアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１ｎを平面上に規則的に配置したもので、アンテナ素子の形状・種類、アンテナ素子の総数、アンテナ素子を配置するための間隔などは、測定対象、測定目的などにより任意である。アレイ面の反対側から入射する電波の感度を抑えるため、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１ｎを配置する平面を反射板とすることも可能である。

なおアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１ｎのいずれか一つをリファレンスアンテナＡ０として利用することも可能である。この場合は、リファレンスアンテナＡ０を別に取り付ける機構的な構造が不要になる利点がある。リファレンスアンテナＡ０及びアレイアンテナＡ１で受信された電波は周波数変換部２０により、サンプリング可能な中間周波数帯域にまで周波数変換される。

周波数変換部２０は、到来した電波を増幅するとともに、後段のＡ／Ｄ変換部３０においてＡ／Ｄ変換可能な中間周波数に変換する。Ａ／Ｄ変換部３０は、リファレンスアンテナＡ０及びアレイアンテナＡ１からの各素子信号を同時にサンプリングしてＡ／Ｄ変換し、デジタル化する。このＡ／Ｄ変換部３０でデジタル化されたデータは、到来方向推定処理部４０に与えられる。

到来方向推定処理部４０は素子信号に基づくディジタルデータを二次元高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理して、到来波の到来方向をＤＳＲＣ通信におけるスロットごとに検出する。そして、各スロットが電波圏内の車載装置ごとに固有に割り当てられていることを利用して、スロットと車両とを対応付けることで、車両ごとの電波の到来方向を識別する。

検出された車両ごとの電波到来方向は画像合成処理部５０に与えられる。画像合成処理部５０はカメラ部７０で撮影された画像ビデオに含まれる車両ごとに、電波の到来方向を対応付けて画像合成する。これにより得られた２次元の合成画像は表示部６０に表示される。

図２は、ＤＳＲＣ通信におけるフレームフォーマットを示す図である。ＤＳＲＣ通信においては４つのケースが想定され、各ケース１〜４はＡＣＴＳ（アクチベーションスロット）の数（０〜３）に対応する。各フレームは９スロットの固定長で形成され、ＦＣＭＳ（フレームコントロールメッセージスロット）がフレームの先頭になる。ＭＤＳ（メッセージデータスロット）はＦＣＭＳに引き続いて送信され、４スロット〜７スロットの範囲で変化する。ＡＣＴＳはＭＤＳに引き続いて送信され、最大で３スロットとなる。図３に示すように、ＡＣＴＳには１２オクテット長の６つのアクチベーションチャネルウインドウ（ＡＣＴＣ）が設けられる。

ＤＳＲＣの伝送レートは１０２４ｋｂｐｓの半二重通信であり、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）方式で変調される。各スロットは１００オクテット固定長であるので、１スロットあたりの伝送期間は７８１．２５マイクロ秒となる。図２の各スロットのうちＦＣＭＳはダウンリンク（路側装置から車載装置へ）で、ＡＴＣＳはアップリンク（車載装置から路側装置へ）で転送される。ＭＤＳはダウンリンク、アップリンクのいずれにも用いられる。次に上記構成における作用を説明する。

図４は、路側装置の形成する電波圏内に車載装置が１つだけ在圏するケースを示す模式図である。ＡＤ変換したデータを処理し、車載器からの電波をＤＳＲＣ通信のＡＣＴＳスロットで識別する。ＡＣＴＳスロットには最大で６チャネルまでのＡＣＴＣが割当てられ、１つのＡＣＴＣは１２オクテット（約９４μｓｅｃ）で送出される。このことを利用してこの実施形態では、各車両から送信される約９４μｓｅｃのＡＣＴＣを受信し、ＡＣＴＣの位置で各車両を区別することで車両と電波源推定位置とを対応付け、複数の車両に対応できるようにする。図４の状態では、到来方向推定処理部４０は車載装置からアップリンクで到来する１つのＶＳＴ（Vehicle Service Table）を処理する。すなわちこのＶＳＴの位相を検出し、ＦＦＴ処理を経て電波ホログラフィ法により電波到来方向が推定される。その結果をもとに車両と到来方向とが対応付けられて、可視化される。

図５は、路側装置の形成する電波圏内に車載装置が４つ在圏するケースを示す模式図である。この場合、到来方向推定処理部４０はＴＡＧ０〜ＴＡＧ３の各ＶＳＴごとに位相を検出する。ＡＣＴＣ間の時間が約１６μｓｅｃと非常に短く、この期間内に可視化処理を完了することが困難であれば、ＡＣＴＣの位相情報を例えばＦＩＦＯ（First in First Out）のようなバッファメモリに蓄積して可視化処理を逐次行うようにすればよい。

検出された位相データはＶＳＴごとにＦＩＦＯに順次蓄積され、２次元ＦＦＴ処理および画像合成処理が行われる。到来方向の推定にあたってはＦＦＴ処理の結果を象限入れ替えし、ＡＺ（アジマス），ＥＬ（エレベーション）につきピークの角度を算出する。その結果とスロット位置とを対応付けることで、同じ周波数の電波であっても複数の車両からの電波に対応することが可能になる。これらのことから、複数の車両からの電波の到来方向を個別に可視化可能な電波発射源可視化装置を提供することが可能となる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

この発明に係る電波発射源可視化装置の実施の形態を示す機能ブロック図。ＤＳＲＣ通信におけるフレームフォーマットを示す図。図２のＡＣＴＳの詳細を示す図。路側装置の形成する電波圏内に車載装置が１つだけ在圏するケースを示す模式図。路側装置の形成する電波圏内に車載装置が４つ在圏するケースを示す模式図。

符号の説明

１０…アンテナ部、２０…周波数変換部、３０…アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換部、４０…到来方向推定処理部、５０…画像合成処理部、６０…表示部、７０…カメラ部、Ａ０…リファレンスアンテナ、Ａ１…アレイアンテナ、Ａ１１〜Ａ１ｎ…アンテナ素子

Claims

複数の電波源からＡＲＩＢ（Association of Radio Industries and Businesses）ＳＴＤ−Ｔ７５におけるＡＣＴＳ（Activation Slot）スロットで到来するアップリンク信号を受信するアンテナ部と、
このアンテナ部からの受信信号から前記アップリンク信号の到来方向を前記スロットごとに推定する推定処理部と、
前記複数の電波源を含む画像を撮像する撮像部と、
前記複数の電波源と各スロットとを個別に対応付けて、前記推定されたスロットごとの到来方向を前記撮像部における視野内の電波源位置に対応付けて画像合成する合成部と、
この合成部により生成された合成画像を表示する表示部と、
ＦＩＦＯ（First in First Out）型のバッファメモリとを具備し、
前記推定処理部は、
前記ＡＣＴＳスロットに含まれるＡＣＴＣの位相情報を検出し、
前記検出した位相情報を前記バッファメモリに蓄積し、
前記ＡＣＴＣごとに二次元画像化した到来方向を出力する可視化処理を逐次行う、電波発射源可視化装置。
前記アンテナ部は、
前記アップリンク信号を受信する複数のアンテナ素子を配列したアレイアンテナと、
前記アップリンク信号を受信するリファレンスアンテナとを備え、
前記推定処理部は、
前記アレイアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナの出力から前記アップリンク信号の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、前記スロットごとに二次元画像化した到来方向を出力する、請求項１に記載の電波発射源可視化装置。
前記リファレンスアンテナは、前記アレイアンテナの前記複数のアンテナ素子の一部である、請求項２に記載の電波発射源可視化装置。