JP5605712B2 - 到来方向推定装置、到来方向推定方法、及び到来方向推定プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、到来方向推定方法、到来方向推定装置、及び到来方向推定プログラムに関する。
ＦＤＴＤ法（Finite-Difference Time-Domain method；有限差分時間領域法）などの電磁界解析は、受信位置における電磁波の到来方向の情報を保持していないため、電磁界解析を行った後に、電磁波の到来方向の特定を行うことができない。
これに対して、複数の受信位置を予め設定し、それぞれの受信位置における電磁波の到来時間差を用いる３点測量を用いて、電磁波の到来方向の推定を行うことが提案されている（非特許文献１）。
これに対して、複数の受信位置を予め設定し、それぞれの受信位置における電磁波の到来時間差を用いる３点測量を用いて、電磁波の到来方向の推定を行うことが提案されている（非特許文献１）。
石渡祐、鹿子嶋憲一、尾保手茂樹、鈴木功一、「プラズマチャンバー内における放電箇所推定法の提案」、信学技報、ＡＰ−２００３−２７９、ｐｐ．８１−８６、２００４年２月
上述の技術では、ＦＤＴＤ法などの電磁界解析による電磁波の到来方向の推定を行う場合、複数の受信位置を設定し、各受信位置における電界成分の到来時間の差を用いて、到来方向の推定を行っている。
しかしながら、電磁界解析の対象となる空間において、電界と磁界とで伝搬特性が異なる場合、上述の技術を用いた到来方向の推定では推定の精度が十分でないことがあるという問題がある。
しかしながら、電磁界解析の対象となる空間において、電界と磁界とで伝搬特性が異なる場合、上述の技術を用いた到来方向の推定では推定の精度が十分でないことがあるという問題がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされた発明であって、その目的は、受信位置における電磁波の到来方向の推定精度を向上させる到来方向推定方法、到来方向推定装置、及び到来方向推定プログラムを提供することにある。
上記問題を解決するために、本発明は、予め定められた解析空間において、所定の送信位置から電磁波が送信された際に、予め定められた受信位置、及び前記受信位置から予め定められた距離を隔てて設けられた複数の受信点における電界及び磁界の時間応答をシミュレーションする伝搬路応答算出部と、前記伝搬路応答算出部が算出したシミュレーション結果に含まれる電界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する電界到来方向算出部と、前記伝搬路応答算出部が算出したシミュレーション結果に含まれる磁界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する磁界到来方向算出部と、前記電界到来方向算出部が算出した方向と、前記磁界到来方向算出部が算出した方向とを比較し、一致する場合、当該方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とし、一致しない場合、比較結果に基づいて、いずれか一方の方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とする到来方向選択部とを備えることを特徴とする到来方向推定装置である。
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記電界到来方向算出部は、電磁波が到来する方向を推定する際に要求される分解能に応じて予め定められた方向を示す複数の候補値ごとに、当該候補値が示す方向から電磁波が到来した場合の前記受信位置及び前記複数の受信点における電界の時間応答である理想アレー電界時間応答と、前記シミュレーション結果に含まれる電界強度の時間応答との誤差である電界評価値を算出し、算出した電界評価値のうち最小の電界評価値に対応する候補値が示す方向を、電磁波が到来した方向として算出し、前記磁界到来方向算出部は、前記複数の候補値ごとに、当該候補値が示す方向から電磁波が到来した場合の前記受信位置及び前記複数の受信点における磁界の時間応答である理想アレー磁界時間応答と、前記シミュレーション結果に含まれる磁界強度の時間応答との誤差である磁界評価値を算出し、算出した磁界評価値のうち最小の磁界評価値に対応する候補値が示す方向を、電磁波が到来した方向として算出することを特徴とする。
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記到来方向選択部は、前記電界到来方向算出部が算出した方向と、前記磁界到来方向算出部が算出した方向とが一致しない場合、前記電界到来方向算出部が算出した方向に対応する電界評価値と、前記磁界到来方向算出部が算出した方向に対応する磁界評価値とを比較し、小さい値に対応する方向を電磁波が到来した方向と判定することを特徴とする。
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記理想アレー電界時間応答及び前記理想アレー磁界時間応答を算出する際における電磁波の波源と前記受信位置との間の距離が予め複数定められており、前記電界到来方向算出部は、更に、前記複数の候補値と、前記複数の距離との組合せすべてに対して前記電界評価値を算出し、算出した電界評価値のうち最小の電界評価値に対応する候補値を、電磁波が到来した方向として算出し、前記磁界到来方向算出部は、更に、前記複数の候補値と、前記複数の距離との組合せすべてに対して前記磁界評価値を算出し、算出した磁界評価値のうち最小の磁界評価値に対応する候補値を、電磁波が到来した方向として算出することを特徴とする。
また、本発明は、予め定められた解析空間において、所定の送信位置から電磁波が送信された際に、予め定められた受信位置、及び前記受信位置から予め定められた距離を隔てて設けられた複数の受信点における電界及び磁界の時間応答をシミュレーションする伝搬路応答算出ステップと、前記伝搬路応答算出ステップにおいて算出したシミュレーション結果に含まれる電界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する電界到来方向算出ステップと、前記伝搬路応答算出ステップにおいて算出したシミュレーション結果に含まれる磁界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する磁界到来方向算出ステップと、前記電界到来方向算出ステップにおいて算出した方向と、前記磁界到来方向算出ステップにおいて算出した方向とを比較し、一致する場合、当該方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とし、一致しない場合、比較結果に基づいて、いずれか一方の方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とする到来方向選択ステップとを有することを特徴とする到来方向推定方法である。
また、本発明は、予め定められた解析空間において、所定の送信位置から電磁波が送信された際に、予め定められた受信位置、及び前記受信位置から予め定められた距離を隔てて設けられた複数の受信点における電界及び磁界の時間応答をシミュレーションする伝搬路応答算出ステップと、前記伝搬路応答算出ステップにおいて算出したシミュレーション結果に含まれる電界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する電界到来方向算出ステップと、前記伝搬路応答算出ステップにおいて算出したシミュレーション結果に含まれる磁界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する磁界到来方向算出ステップと、前記電界到来方向算出ステップにおいて算出した方向と、前記磁界到来方向算出ステップにおいて算出した方向とを比較し、一致する場合、当該方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とし、一致しない場合、比較結果に基づいて、いずれか一方の方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とする到来方向選択ステップとをコンピュータに実行させるための到来方向推定プログラムである。
この発明によれば、シミュレーション結果に含まれる電界強度の時間応答を用いて電磁波の到来方向を算出するとともに、磁界強度の時間応答を用いて電磁波の到来方向を算出する。算出した２つの到来方向が一致する場合、当該到来方向を受信位置において電磁が到来した方向とする。算出した２つの到来方向が一致しない場合、算出した２つの到来方向のうち、比較結果を用いて確からしい到来方向を選択することにより、受信位置における電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における到来方向推定方法、到来方向推定装置、及び到来方向推定プログラムを説明する。
本発明の各本実施形態において行われる受信位置における電磁波が到来する方向を推定する概要について説明する。
図１は、本発明の各実施形態における電磁波の到来方向を推定する概要を示す図である。図１（ａ）に示すように、各実施形態において、受信位置（受信点１）を中心とする同心円状に受信点２〜受信点５を設けて仮想的に受信アレーを形成する。受信点２と受信点４とを結ぶ線分と、受信点３と受信点５とを結ぶ線分とが受信点１で交差するように受信点２〜受信点５が定められている。また、受信点２〜５は、受信点１から予め定められた距離を隔てた位置に配置されている。
図１は、本発明の各実施形態における電磁波の到来方向を推定する概要を示す図である。図１（ａ）に示すように、各実施形態において、受信位置（受信点１）を中心とする同心円状に受信点２〜受信点５を設けて仮想的に受信アレーを形成する。受信点２と受信点４とを結ぶ線分と、受信点３と受信点５とを結ぶ線分とが受信点１で交差するように受信点２〜受信点５が定められている。また、受信点２〜５は、受信点１から予め定められた距離を隔てた位置に配置されている。
図１（ｂ）に示すように、予め定められた空間において、上述の受信位置と、電磁波を送信する送信位置とを定め、送信位置から所定の電磁波を送信した場合における受信点１〜受信点５それぞれの電界の強さ（電界強度）、及び磁界の強さ（磁界強度）をシミュレートする。このとき、到来方向推定装置は、各受信点１〜５における電界及び磁界の変化に基づいて、受信位置（受信点１）ににおいて電磁波が到来する方向（以下、到来方向という。）を判定する。
以下に説明する第１実施形態では送信位置からインパルス波を送信した場合における到来方向の判定について説明し、第２実施形態では送信位置からガウシアンパルス波を送信した場合における到来方向の判定について説明する。
以下に説明する第１実施形態では送信位置からインパルス波を送信した場合における到来方向の判定について説明し、第２実施形態では送信位置からガウシアンパルス波を送信した場合における到来方向の判定について説明する。
（第１実施形態）
図２は、第１実施形態における到来方向推定装置１００の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、到来方向推定装置１００は、パラメータ記憶部１０１と、伝搬路応答記憶部１０２と、到来方向記憶部１０４と、パラメータ設定部１０５と、配列初期化部１０６と、伝搬路応答算出部１１０と、到来方向判定部１２０とを具備している。
図２は、第１実施形態における到来方向推定装置１００の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、到来方向推定装置１００は、パラメータ記憶部１０１と、伝搬路応答記憶部１０２と、到来方向記憶部１０４と、パラメータ設定部１０５と、配列初期化部１０６と、伝搬路応答算出部１１０と、到来方向判定部１２０とを具備している。
パラメータ記憶部１０１は、電磁波の伝搬をシミュレートする際の各種のパラメータを記憶する。伝搬路応答記憶部１０２は、送信位置から送信された電磁波が、各受信点１〜５に到達する時刻と、当該時刻における電界及び磁界の強さとを対応付けて記憶する。到来方向記憶部１０４は、到来方向判定部１２０が判定した電磁波の到来方向を時刻に対応付けて記憶する。
パラメータ設定部１０５は、シミュレーションにおいて送信位置から送信された電磁波が伝搬する空間、すなわちシミュレーション対象となる空間である解析空間のサイズや、図１（ｂ）に示すように解析空間内に設けられた閉空間の境界を構成する壁の位置、及び電磁波の反射率、また、解析空間内に配置されている物体の位置、サイズ、電磁波の反射率を示す予め定められたパラメータをパラメータ記憶部１０１に記憶させる。また、パラメータ設定部１０５は、受信位置（受信点１）を含む各受信点の解析空間における座標、及び送信位置の解析空間における座標、送信位置から送信されるインパルス波を定義する情報、シミュレーションを行う際の離散時間間隔、シミュレーションを行う期間を示す予め定められたパラメータをパラメータ記憶部１０１に記憶させる。
更に、パラメータ設定部１０５は、シミュレーションにおいて要求される到来方向に対する分解能に応じて、到来方向の候補値を設定する。この候補値は、予め定められた値であり、例えば、解析空間が２次元の平面である場合に、要求される分解能が１°であれば、０°から３６０°まで１°刻みの３６０個の角度が、候補値としてパラメータ記憶部１０１に記憶される。
更に、パラメータ設定部１０５は、シミュレーションにおいて要求される到来方向に対する分解能に応じて、到来方向の候補値を設定する。この候補値は、予め定められた値であり、例えば、解析空間が２次元の平面である場合に、要求される分解能が１°であれば、０°から３６０°まで１°刻みの３６０個の角度が、候補値としてパラメータ記憶部１０１に記憶される。
配列初期化部１０６は、伝搬路応答記憶部１０２と、到来方向記憶部１０４とそれぞれの記憶領域に、予め定められた値を記憶させることにより、各記憶領域を初期化する。ここで、予め定められた値は、例えば、零や無効値を示す値である。
伝搬路応答算出部１１０は、パラメータ記憶部１０１に記憶されている各パラメータを用いて、送信位置からインパルス波が送信された場合における電磁波の伝搬のシミュレーションを行う。伝搬路応答算出部１１０は、シミュレーションにおいて、各受信点１〜５それぞれの電界及び磁界の強さを離散時間間隔ごとに算出し、算出した電界及び磁界の強さを時系列で受信点１〜５ごとに伝搬路応答記憶部１０２に記憶させる。すなわち、伝搬路応答算出部１１０は、シミュレーション対象となる解析空間における電磁波の伝搬をシミュレートし、受信点１〜５それぞれにおける電界及び磁界の時間応答を伝搬路応答記憶部１０２に記憶させる。
伝搬路応答算出部１１０は、パラメータ記憶部１０１に記憶されている各パラメータを用いて、送信位置からインパルス波が送信された場合における電磁波の伝搬のシミュレーションを行う。伝搬路応答算出部１１０は、シミュレーションにおいて、各受信点１〜５それぞれの電界及び磁界の強さを離散時間間隔ごとに算出し、算出した電界及び磁界の強さを時系列で受信点１〜５ごとに伝搬路応答記憶部１０２に記憶させる。すなわち、伝搬路応答算出部１１０は、シミュレーション対象となる解析空間における電磁波の伝搬をシミュレートし、受信点１〜５それぞれにおける電界及び磁界の時間応答を伝搬路応答記憶部１０２に記憶させる。
到来方向判定部１２０は、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されている受信点１〜５それぞれにおける電界及び磁界の強さに基づいて、受信点１（受信位置）に到達した電磁波がいずれの方向から到達したかを判定し、判定結果と電磁波が到達した時刻とを対応付けて到来方向記憶部１０４に記憶させる。到来方向判定部１２０は、遅延時間設定部１２１と、電界成分算出部１２２と、電界評価値算出部１２３と、磁界成分算出部１２４と、磁界評価値算出部１２５と、方向選択部１２６と、終了判定部１２７とを備えている。
遅延時間設定部１２１は、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されている各受信点１〜５に到達したインパルス波の電界の強さ（電界強度）に基づいて、各受信点１〜５におけるインパルス波を選択する。遅延時間設定部１２１は、選択したインパルス波が受信点１〜５に到達した時刻からアレー電界時間応答を算出する。
具体的には、遅延時間設定部１２１は、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されているシミュレーション結果において、まだ到来方向の算出に用いられていないインパルス波のうち、最も電界の強いインパルス波が各受信点１〜５に到達した時刻を検出する。遅延時間設定部１２１は、検出した時刻のうち、受信点１の時刻を基準として、受信点１の時刻に対する時間差（遅延時間）を受信点２〜５ごとに算出し、受信点２〜５それぞれの算出した遅延時間の組合せをアレー電界時間応答として算出する。
具体的には、遅延時間設定部１２１は、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されているシミュレーション結果において、まだ到来方向の算出に用いられていないインパルス波のうち、最も電界の強いインパルス波が各受信点１〜５に到達した時刻を検出する。遅延時間設定部１２１は、検出した時刻のうち、受信点１の時刻を基準として、受信点１の時刻に対する時間差（遅延時間）を受信点２〜５ごとに算出し、受信点２〜５それぞれの算出した遅延時間の組合せをアレー電界時間応答として算出する。
また、遅延時間設定部１２１は、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されている各受信点１〜５に到達したインパルス波の磁界の強さ（磁界強度）に基づいて、各受信点１〜５におけるインパルス波を選択する。遅延時間設定部１２１は、選択したインパルス波が受信点１〜５に到達した時刻からアレー磁界時間応答を算出する。
遅延時間設定部１２１は、アレー電界時間応答の算出と同様に、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されているシミュレーション結果において、まだ到来方向の算出に用いられていないインパルス波のうち、最も磁界の強いインパルスル波が各受信点１〜５に到達した時刻を検出する。遅延時間設定部１２１は、検出した時刻のうち、受信点１の時刻が基準として、受信点１の時刻に対する時間差（遅延時間）を受信点２〜５ごとに算出し、受信点２〜５それぞれの算出した遅延時間の組合せをアレー磁界時間応答として算出する。
遅延時間設定部１２１は、アレー電界時間応答の算出と同様に、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されているシミュレーション結果において、まだ到来方向の算出に用いられていないインパルス波のうち、最も磁界の強いインパルスル波が各受信点１〜５に到達した時刻を検出する。遅延時間設定部１２１は、検出した時刻のうち、受信点１の時刻が基準として、受信点１の時刻に対する時間差（遅延時間）を受信点２〜５ごとに算出し、受信点２〜５それぞれの算出した遅延時間の組合せをアレー磁界時間応答として算出する。
電界成分算出部１２２は、パラメータ記憶部１０１に記憶されている候補値ごとに、候補値アレー電界時間応答を算出する。この候補値アレー電界時間応答は、候補値が示す到来方向から電磁波が到来した場合におけるアレー電界時間応答である。
電界評価値算出部１２３は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー電界時間応答を用いて、電界成分算出部１２２が算出した候補値に対応する候補値アレー電界時間応答それぞれに対する電界評価値を算出する。具体的には、電界評価値算出部１２３は、候補値アレー電界時間応答ごとに、アレー電界時間応答との二乗誤差を算出し、算出した二乗誤差を電界評価値とする。ここで、二乗誤差は、受信点２〜５それぞれの遅延時間の差の二乗和である。例えば、候補値アレー電界時間応答の受信点ｉ（ｉ＝２，３，４，５）の遅延時間から、アレー電界時間応答の受信点ｉの遅延時間を減算し、減算結果を二乗した値の総和を電界評価値とする。また、電界評価値算出部１２３は、算出した電界評価値に基づいて、候補値から電界到来角度θＥを選択する。
電界評価値算出部１２３は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー電界時間応答を用いて、電界成分算出部１２２が算出した候補値に対応する候補値アレー電界時間応答それぞれに対する電界評価値を算出する。具体的には、電界評価値算出部１２３は、候補値アレー電界時間応答ごとに、アレー電界時間応答との二乗誤差を算出し、算出した二乗誤差を電界評価値とする。ここで、二乗誤差は、受信点２〜５それぞれの遅延時間の差の二乗和である。例えば、候補値アレー電界時間応答の受信点ｉ（ｉ＝２，３，４，５）の遅延時間から、アレー電界時間応答の受信点ｉの遅延時間を減算し、減算結果を二乗した値の総和を電界評価値とする。また、電界評価値算出部１２３は、算出した電界評価値に基づいて、候補値から電界到来角度θＥを選択する。
磁界成分算出部１２４は、パラメータ記憶部１０１に記憶されている候補値ごとに、候補値アレー磁界時間応答を算出する。この候補値アレー磁界時間応答は、候補値が示す到来方向から電磁波が到来した場合のアレー磁界時間応答である。
磁界評価値算出部１２５は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー磁界時間応答を用いて、磁界成分算出部１２４が算出した候補値に対するアレー磁界時間応答それぞれに対する磁界評価値を算出する。具体的には、磁界評価値算出部１２５は、電界評価値算出部１２３と同様に、候補値アレー磁界時間応答ごとに、測定アレー磁界時間応答との二乗誤差を算出し、算出した二乗誤差を磁界評価値とする。また、磁界評価値算出部１２５は、算出した磁界評価値に基づいて、候補値から磁界到来角度θＨを選択する。
磁界評価値算出部１２５は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー磁界時間応答を用いて、磁界成分算出部１２４が算出した候補値に対するアレー磁界時間応答それぞれに対する磁界評価値を算出する。具体的には、磁界評価値算出部１２５は、電界評価値算出部１２３と同様に、候補値アレー磁界時間応答ごとに、測定アレー磁界時間応答との二乗誤差を算出し、算出した二乗誤差を磁界評価値とする。また、磁界評価値算出部１２５は、算出した磁界評価値に基づいて、候補値から磁界到来角度θＨを選択する。
方向選択部１２６は、電界評価値算出部１２３が算出した各電界評価値と、磁界評価値算出部１２５が算出した各磁界評価値とに基づいて、候補値のうちいずれか１つを選択し、選択した候補値を到来方向として到来方向記憶部１０４に記憶させる。
終了判定部１２７は、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されているシミュレーション結果において受信点１〜５に到達したインパルス波であって、予め定められた電界閾値及び予め定められた磁界閾値より強いインパルス波のすべてに対して到来方向を算出したか否かを判定して、判定結果に基づいて到来方向を算出する処理を終了させる。この電界閾値及び磁界閾値は、電磁波の到来方向の推定に対して要求される、受信位置における受信電力（受信強度）に基づいて定められる値である。
終了判定部１２７は、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されているシミュレーション結果において受信点１〜５に到達したインパルス波であって、予め定められた電界閾値及び予め定められた磁界閾値より強いインパルス波のすべてに対して到来方向を算出したか否かを判定して、判定結果に基づいて到来方向を算出する処理を終了させる。この電界閾値及び磁界閾値は、電磁波の到来方向の推定に対して要求される、受信位置における受信電力（受信強度）に基づいて定められる値である。
図３は、本実施形態の到来方向推定装置１００における電磁波が到来方向を推定する処理を示すフローチャートである。
到来方向推定装置１００において、到来方向の推定が開始されると、パラメータ設定部１０５が各種パラメータをパラメータ記憶部１０１に記憶させる（ステップＳ１１１）。
配列初期化部１０６は、伝搬路応答記憶部１０２と、到来方向記憶部１０４とそれぞれの記憶領域を初期化する（ステップＳ１１２）。
到来方向推定装置１００において、到来方向の推定が開始されると、パラメータ設定部１０５が各種パラメータをパラメータ記憶部１０１に記憶させる（ステップＳ１１１）。
配列初期化部１０６は、伝搬路応答記憶部１０２と、到来方向記憶部１０４とそれぞれの記憶領域を初期化する（ステップＳ１１２）。
伝搬路応答算出部１１０は、各記憶部の記憶領域の初期化が完了すると、パラメータ記憶部１０１に記憶されているパラメータに基づいて、送信位置からインパルス波が送信された時刻を基準（例えば、時刻０）として、シミュレーション対象に定められている解析空間内における電界成分及び磁界成分を算出して、各受信点１〜５における電界及び磁界の時間応答を伝搬路応答記憶部１０２に記憶させる（ステップＳ１１３）。
また、伝搬路応答算出部１１０は、吸収境界条件（例えば、Ｍｕｒの吸収境界条件や、ＢｅｒｅｎｇｅｒのＰＭＬ吸収境界条件）を用いて、解析空間の境界に達した電磁波が反射しないようにする演算を行う（ステップＳ１１４）。
また、伝搬路応答算出部１１０は、吸収境界条件（例えば、Ｍｕｒの吸収境界条件や、ＢｅｒｅｎｇｅｒのＰＭＬ吸収境界条件）を用いて、解析空間の境界に達した電磁波が反射しないようにする演算を行う（ステップＳ１１４）。
伝搬路応答算出部１１０は、シミュレーションにおける所定の期間に亘って、各受信点１〜５における電界及び磁界の強さが終了閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１５）。
各受信点１〜５における電界及び磁界の強さが終了閾値以下である場合（ステップＳ１１５：Ｙｅｓ）、伝搬路応答算出部１１０は、各受信点１〜５に新たなインパルス波が到来しないとみなして、電磁波の伝搬のシミュレーションを終了する。
一方、各受信点１〜５における電界及び磁界の強さが終了閾値を超えている場合（ステップＳ１１５：Ｎｏ）、伝搬路応答算出部１１０は処理をステップＳ１１３に戻してシミュレーションを続行する。
各受信点１〜５における電界及び磁界の強さが終了閾値以下である場合（ステップＳ１１５：Ｙｅｓ）、伝搬路応答算出部１１０は、各受信点１〜５に新たなインパルス波が到来しないとみなして、電磁波の伝搬のシミュレーションを終了する。
一方、各受信点１〜５における電界及び磁界の強さが終了閾値を超えている場合（ステップＳ１１５：Ｎｏ）、伝搬路応答算出部１１０は処理をステップＳ１１３に戻してシミュレーションを続行する。
遅延時間設定部１２１は、伝搬路応答算出部１１０による電磁波の伝搬のシミュレーションが終了すると、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されている、電磁波の伝搬のシミュレーション結果に基づいて、アレー電界時間応答と、アレー磁界時間応答とを算出する（ステップＳ１２１）。
電界成分算出部１２２は、各候補値に対する候補値アレー電界時間応答を算出する（ステップＳ１２２）。
電界評価値算出部１２３は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー電界時間応答を用いて、候補値アレー電界時間応答それぞれに対する電界評価値（二乗誤差）を算出する。電界評価値算出部１２３は、算出した電界評価値のうち、最も小さい電界評価値に対応する候補値を電界到来角度θＥとして選択する（ステップＳ１２３)。
電界成分算出部１２２は、各候補値に対する候補値アレー電界時間応答を算出する（ステップＳ１２２）。
電界評価値算出部１２３は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー電界時間応答を用いて、候補値アレー電界時間応答それぞれに対する電界評価値（二乗誤差）を算出する。電界評価値算出部１２３は、算出した電界評価値のうち、最も小さい電界評価値に対応する候補値を電界到来角度θＥとして選択する（ステップＳ１２３)。
図４は、本実施形態において電界評価値算出部１２３が選択する電界到来方向θＥの概要を示す図である。同図は、ステップＳ１２１において算出されたアレー電界時間応答に基づいて、インパルス波の仮想的な波源を求める処理を示している。一般に電磁波の伝搬速度は、自由空間において一定であり、光速（ｃ＝３．０×１０８[ｍ／ｓ]）とされている。そこで、インパルス波が受信点１に到達する時間と、インパルス波が受信点２〜５に到達する時間差（遅延時間）に基づいて、インパルス波の波源の位置を特定することで、受信位置（受信点１）においてインパルス波（電磁波）が到来する方向を特定できる。このとき、同図に示すように、波源は、理想的には、各受信点１〜５を中心とする円の交点となる。
図３に戻って、フローチャートの説明を続ける。
磁界成分算出部１２４は、各候補値に対する候補値アレー磁界時間応答を算出する（ステップＳ１２４）。
磁界評価値算出部１２５は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー磁界時間応答を用いて、候補値アレー磁界時間応答それぞれに対する磁界評価値（二乗誤差）を算出する。磁界評価値算出部１２５は、算出した磁界評価値のうち、最も小さい磁界評価値に対応する候補値を磁界到来角度θＨとして選択する（ステップＳ１２５）。
磁界成分算出部１２４は、各候補値に対する候補値アレー磁界時間応答を算出する（ステップＳ１２４）。
磁界評価値算出部１２５は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー磁界時間応答を用いて、候補値アレー磁界時間応答それぞれに対する磁界評価値（二乗誤差）を算出する。磁界評価値算出部１２５は、算出した磁界評価値のうち、最も小さい磁界評価値に対応する候補値を磁界到来角度θＨとして選択する（ステップＳ１２５）。
図５は、本実施形態において磁界評価値算出部１２５が選択する磁界到来方向θＨの概要を示す図である。同図は、ステップＳ１２１において算出されたアレー磁界時間応答に基づいて、インパルス波の仮想的な波源を求める処理を示している。図４において説明した波源を特定する処理と同様に、アレー磁界時間応答から波源を特定することで、受信位置（受信点１）においてインパルス波が到来する方向を特定できる。
図３に戻って、フローチャートの説明を続ける。
方向選択部１２６は、電界評価値算出部１２３が選択した電界到来角度θＥと、磁界評価値算出部１２５が選択した磁界到来角度θＨとが一致しているか否かを判定し、電界到来角度θＥと磁界到来角度θＨとが一致する場合、電界到来角度θＥ又は磁界到来角度θＨを、受信位置において電磁波が到来した方向を示す到来方向として到来方向記憶部１０４に記憶させる。
一方、電界到来角度θＥと、磁界到来角度θＨとが一致しない場合、方向選択部１２６は、電界到来角度θＥに対応する電界評価値と、磁界到来角度θＨに対応する磁界評価値とを比較し、小さい値に対応する到来角度（電界到来角度θＥあるいは磁界到来角度θＨのいずれか一方）を到来方向として到来方向記憶部１０４に記憶させる（ステップＳ１２６）。
方向選択部１２６は、電界評価値算出部１２３が選択した電界到来角度θＥと、磁界評価値算出部１２５が選択した磁界到来角度θＨとが一致しているか否かを判定し、電界到来角度θＥと磁界到来角度θＨとが一致する場合、電界到来角度θＥ又は磁界到来角度θＨを、受信位置において電磁波が到来した方向を示す到来方向として到来方向記憶部１０４に記憶させる。
一方、電界到来角度θＥと、磁界到来角度θＨとが一致しない場合、方向選択部１２６は、電界到来角度θＥに対応する電界評価値と、磁界到来角度θＨに対応する磁界評価値とを比較し、小さい値に対応する到来角度（電界到来角度θＥあるいは磁界到来角度θＨのいずれか一方）を到来方向として到来方向記憶部１０４に記憶させる（ステップＳ１２６）。
終了判定部１２７は、ステップＳ１２１において遅延時間設定部１２１がアレー電界時間応答及びアレー磁界時間応答を算出する際に用いた受信点１〜５のインパルス波に対して、到来方向の算出に用いたことを示す情報を伝搬路応答記憶部１０２に記憶させる波形処理を行う（ステップＳ１２７）。
終了判定部１２７は、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されているシミュレーション結果において、到来方向の算出に用いられていないインパルス波であって電界閾値及び磁界閾値より強いインパルス波があるか否かの判定をする（ステップＳ１２８）。終了判定部１２７は、到来方向の算出に用いられていないインパルス波であって電界閾値及び磁界閾値より強いインパルス波がある場合（ステップＳ１２８：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１２１に戻して、ステップＳ１２１からステップＳ１２８までの処理を再び行い、到来方向の推定を繰り返して行う。
一方、終了判定部１２７は、到来方向の算出に用いられていないインパルス波であって電界閾値及び磁界閾値より強いインパルス波がない場合（ステップＳ１２８：Ｎｏ）、到来方向を推定する処理を終了させる。
終了判定部１２７は、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されているシミュレーション結果において、到来方向の算出に用いられていないインパルス波であって電界閾値及び磁界閾値より強いインパルス波があるか否かの判定をする（ステップＳ１２８）。終了判定部１２７は、到来方向の算出に用いられていないインパルス波であって電界閾値及び磁界閾値より強いインパルス波がある場合（ステップＳ１２８：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１２１に戻して、ステップＳ１２１からステップＳ１２８までの処理を再び行い、到来方向の推定を繰り返して行う。
一方、終了判定部１２７は、到来方向の算出に用いられていないインパルス波であって電界閾値及び磁界閾値より強いインパルス波がない場合（ステップＳ１２８：Ｎｏ）、到来方向を推定する処理を終了させる。
以上のようにして、到来方向推定装置１００は、パラメータ設定部１０５が設定した解析空間において、インパルス波が受信位置において検出された際に、当該インパルス波が到来した方向を推定し、推定した到来方向を到来方向記憶部１０４に記憶させることができる。
（第２実施形態）
第２実施形態では、送信位置から送信する電磁波をガウシアンパルス波としている点が第１実施形態と異なる。
図６は、第２実施形態における到来方向推定装置２００の構成を示し概略ブロック図である。なお、第１実施形態の到来方向推定装置１００（図２）と同じ部分には、同じ符号を付してその説明を省略する。同図に示すように、到来方向推定装置２００は、パラメータ記憶部１０１と、伝搬路応答記憶部１０２と、時間応答記憶部２０３と、到来方向記憶部１０４と、パラメータ設定部２０５と、配列初期化部１０６と、伝搬路応答算出部１１０と、到来方向判定部２２０と、受信アレー応答校正部２３０とを具備している。
第２実施形態では、送信位置から送信する電磁波をガウシアンパルス波としている点が第１実施形態と異なる。
図６は、第２実施形態における到来方向推定装置２００の構成を示し概略ブロック図である。なお、第１実施形態の到来方向推定装置１００（図２）と同じ部分には、同じ符号を付してその説明を省略する。同図に示すように、到来方向推定装置２００は、パラメータ記憶部１０１と、伝搬路応答記憶部１０２と、時間応答記憶部２０３と、到来方向記憶部１０４と、パラメータ設定部２０５と、配列初期化部１０６と、伝搬路応答算出部１１０と、到来方向判定部２２０と、受信アレー応答校正部２３０とを具備している。
時間応答記憶部２０３は、各候補値に理想アレー電界時間応答が対応付けられた電界時間応答テーブルと、各候補値に理想アレー磁界時間応答が対応付けられた磁界時間応答テーブルとを記憶している。
パラメータ設定部２０５は、第１実施形態のパラメータ設定部１０５と同様に、シミュレーションに用いる各種パラメータをパラメータ記憶部１０１に記憶させる。なお、パラメータ設定部２０５は、送信位置から送信されるガウシアンパルス波を定義する情報をパラメータ記憶部１０１に記憶させる点が、パラメータ設定部１０５と異なる。
パラメータ設定部２０５は、第１実施形態のパラメータ設定部１０５と同様に、シミュレーションに用いる各種パラメータをパラメータ記憶部１０１に記憶させる。なお、パラメータ設定部２０５は、送信位置から送信されるガウシアンパルス波を定義する情報をパラメータ記憶部１０１に記憶させる点が、パラメータ設定部１０５と異なる。
図７は、本実施形態における理想アレー電界時間応答及び理想アレー磁界時間応答を算出する解析空間を示した概略図である。同図に示すように、受信アレー応答校正部２３０は、電磁波を吸収する吸収境界面で囲まれた解析空間において、遮蔽物及び反射物などが伝搬路にない理想状態で、受信位置を中心とした所定の半径の円周上に送信位置を設けて、候補値θごとに、各受信点１〜５における電界及び磁界の強さをシミュレートする。
図８は、本実施形態における電界時間応答テーブルの概略を示す図である。同図に示すように電界時間応答テーブルには、候補値θそれぞれにアレー電界時間応答が対応付けられて記憶されている。アレー電界時間応答は、受信点１におけるガウシアンパルス波の電界がピークとなる時刻を基準として、各受信点２〜５においてガウシアンパルス波が到達した時刻の時間差（遅延時間）を含んでいる。なお、同図において、各アレー電界時間応答は、グラフで示されているが、当該グラフを示す数値列として対応付けられていてもよい。
また、磁界時間応答テーブルは、電界時間応答テーブルと同様に構成されている。
また、磁界時間応答テーブルは、電界時間応答テーブルと同様に構成されている。
図６に戻って、到来方向推定装置２００の構成を説明する。
到来方向判定部２２０は、第１実施形態の到来方向判定部１２０と同様に、伝搬路応答算出部１１０が伝搬路応答記憶部１０２に記憶させた受信点１〜５それぞれの電界及び磁界の強さに基づいて、受信点１（受信位置）においていずれの方向から電磁波が到達したかを判定し、電磁波が到達した時刻と、判定結果とを対応付けて到来方向記憶部１０４に記憶させる。
また、到来方向判定部２２０は、遅延時間設定部１２１と、電界評価値算出部２２３と、磁界評価値算出部２２５と、方向選択部１２６と、終了判定部１２７とを備えている。
到来方向判定部２２０は、第１実施形態の到来方向判定部１２０と同様に、伝搬路応答算出部１１０が伝搬路応答記憶部１０２に記憶させた受信点１〜５それぞれの電界及び磁界の強さに基づいて、受信点１（受信位置）においていずれの方向から電磁波が到達したかを判定し、電磁波が到達した時刻と、判定結果とを対応付けて到来方向記憶部１０４に記憶させる。
また、到来方向判定部２２０は、遅延時間設定部１２１と、電界評価値算出部２２３と、磁界評価値算出部２２５と、方向選択部１２６と、終了判定部１２７とを備えている。
電界評価値算出部２２３は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー電界時間応答を用いて、時間応答記憶部２０３に記憶されている理想アレー電界時間応答それぞれに対応する電界評価値を算出する。具体的には、電界評価値算出部２２３は、理想アレー電界時間応答ごとに、アレー電界時間応答との二乗誤差を算出し、算出した二乗誤差を電界評価値とする。また、電界評価値算出部２２３は、算出した二乗誤差に基づいて、候補値から電界到来角度θＥを選択する。
図９は、本実施形態における理想アレー電界時間応答とアレー電界時間応答との二乗誤差を算出する一例を示す図である。同図に示すように、電界評価値算出部２２３は、受信点１におけるガウシアンパルス波の電界のピークを基準時刻とし、基準時刻における受信点２〜５の電界の強さを算出する。電界評価値算出部２２３は、アレー電界時間応答と、理想アレー電界時間応答とそれぞれの受信点２〜５における電界の強さの差（ΔＥ２，ΔＥ３，ΔＥ４，ΔＥ５）の二乗和（（ΔＥ２）２＋（ΔＥ３）２＋（ΔＥ４）２＋（ΔＥ５）２）を算出し、算出した二乗和を二乗誤差とする。
なお、電界評価値算出部２２３は、パラメータ記憶部１０１に記憶されているガウシアンパルス波を定義する情報と、受信点２〜５において受信したガウシアンパルス波の電界のピーク値とから受信点２〜５において受信したガウシアンパルス波のレプリカを生成し、生成したレプリカから基準時刻における電界の強さを算出するようにしてもよい。
図９は、本実施形態における理想アレー電界時間応答とアレー電界時間応答との二乗誤差を算出する一例を示す図である。同図に示すように、電界評価値算出部２２３は、受信点１におけるガウシアンパルス波の電界のピークを基準時刻とし、基準時刻における受信点２〜５の電界の強さを算出する。電界評価値算出部２２３は、アレー電界時間応答と、理想アレー電界時間応答とそれぞれの受信点２〜５における電界の強さの差（ΔＥ２，ΔＥ３，ΔＥ４，ΔＥ５）の二乗和（（ΔＥ２）２＋（ΔＥ３）２＋（ΔＥ４）２＋（ΔＥ５）２）を算出し、算出した二乗和を二乗誤差とする。
なお、電界評価値算出部２２３は、パラメータ記憶部１０１に記憶されているガウシアンパルス波を定義する情報と、受信点２〜５において受信したガウシアンパルス波の電界のピーク値とから受信点２〜５において受信したガウシアンパルス波のレプリカを生成し、生成したレプリカから基準時刻における電界の強さを算出するようにしてもよい。
図６に戻って、到来方向推定装置２００の構成を説明する。
磁界評価値算出部２２５は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー磁界時間応答を用いて、時間応答記憶部２０３に記憶されている理想アレー磁界時間応答それぞれに対応する磁界評価値を算出する。磁界評価値算出部２２５は、理想アレー磁界時間応答ごとに、アレー磁界時間応答との二乗誤差を算出し、算出した二乗誤差を磁界評価値とする。このとき、磁界評価値算出部２２５が二乗誤差を算出する方法は、図９に示した電界評価値算出部２２３が二乗誤差を算出する方法と同じである。また、磁界評価値算出部２２５は、算出した磁界評価値に基づいて、候補値から磁界到来角度θＨを選択する。
磁界評価値算出部２２５は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー磁界時間応答を用いて、時間応答記憶部２０３に記憶されている理想アレー磁界時間応答それぞれに対応する磁界評価値を算出する。磁界評価値算出部２２５は、理想アレー磁界時間応答ごとに、アレー磁界時間応答との二乗誤差を算出し、算出した二乗誤差を磁界評価値とする。このとき、磁界評価値算出部２２５が二乗誤差を算出する方法は、図９に示した電界評価値算出部２２３が二乗誤差を算出する方法と同じである。また、磁界評価値算出部２２５は、算出した磁界評価値に基づいて、候補値から磁界到来角度θＨを選択する。
受信アレー応答校正部２３０は、送信位置と受信位置との伝搬路との間に物体のない理想状態において、到来方向の候補値ごとに、当該候補値が示す方向で、受信位置から所定の距離を隔てた波源からガウシアンパルス波が送信された場合における受信点１〜５のアレー電界時間応答を算出する。また受信アレー応答校正部２３０は、算出した受信点１〜５のアレー電界時間応答を理想アレー電界時間応答として候補値と対応付けて、時間応答記憶部２０３の電界時間応答テーブルに記憶させる。このとき、受信アレー応答校正部２３０は、受信点１〜５に到来するガウシアンパルス波が平面波とみなせる程度に、波源が離れている場合のアレー電界時間応答を算出し、算出したアレー電界時間応答を理想アレー電界時間応答とするようにしてもよい。
また、受信アレー応答校正部２３０は、上記の理想状態において、到来方向の候補値ごとに、当該候補値が示す方向からガウシアンパルス波が送信された場合における受信点１〜５のアレー磁界時間応答を算出する。また、受信アレー応答校正部２３０は、算出した受信点１〜５のアレー磁界時間応答を理想アレー磁界時間応答として候補値と対応付けて、時間応答記憶部２０３の磁界時間応答テーブルに記憶させる。
また、受信アレー応答校正部２３０は、上記の理想状態において、到来方向の候補値ごとに、当該候補値が示す方向からガウシアンパルス波が送信された場合における受信点１〜５のアレー磁界時間応答を算出する。また、受信アレー応答校正部２３０は、算出した受信点１〜５のアレー磁界時間応答を理想アレー磁界時間応答として候補値と対応付けて、時間応答記憶部２０３の磁界時間応答テーブルに記憶させる。
図１０は、本実施形態の到来方向推定装置２００における電磁波が到来方向を推定する処理を示すフローチャートである。
到来方向推定装置２００において、到来方向の推定が開始されると、受信アレー応答校正部２３０は、電界時間応答テーブルに各候補値に対応するアレー電界時間応答を記憶させるとともに、磁界時間応答テーブルに各候補値に対応するアレー磁界時間応答を記憶させる時間応答校正処理を行う（ステップＳ２０１）。
パラメータ設定部２０５が各種パラメータをパラメータ記憶部１０１に記憶させる（ステップＳ２１１）。
配列初期化部１０６は、伝搬路応答記憶部１０２と、到来方向記憶部１０４とそれぞれの記憶領域を初期化する（ステップＳ２１２）。
到来方向推定装置２００において、到来方向の推定が開始されると、受信アレー応答校正部２３０は、電界時間応答テーブルに各候補値に対応するアレー電界時間応答を記憶させるとともに、磁界時間応答テーブルに各候補値に対応するアレー磁界時間応答を記憶させる時間応答校正処理を行う（ステップＳ２０１）。
パラメータ設定部２０５が各種パラメータをパラメータ記憶部１０１に記憶させる（ステップＳ２１１）。
配列初期化部１０６は、伝搬路応答記憶部１０２と、到来方向記憶部１０４とそれぞれの記憶領域を初期化する（ステップＳ２１２）。
伝搬路応答算出部１１０は、各記憶部の記憶領域の初期化が終了すると、パラメータ記憶部１０１に記憶されているパラメータに基づいて、送信位置からガウシアンパルス波が送信された時刻を基準（例えば、時刻０）として、シミュレーション対象に定められている解析空間内における電界成分及び磁界成分を算出して、各受信点１〜５における電界及び磁界の時間応答を伝搬路応答記憶部１０２に記憶させる（ステップＳ２１３）。
また、伝搬路応答算出部１１０は、吸収境界条件を用いて、解析空間の境界に達した電磁波が反射しないようにする演算を行う（ステップＳ２１４）。
また、伝搬路応答算出部１１０は、吸収境界条件を用いて、解析空間の境界に達した電磁波が反射しないようにする演算を行う（ステップＳ２１４）。
伝搬路応答算出部１１０は、シミュレーションにおける所定の期間に亘って、各受信点１〜５における電界及び磁界の強さが終了閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１５）。
各受信点１〜５における電界及び磁界の強さが終了閾値以下である場合（ステップＳ１１５Ｙｅｓ）、伝搬路応答算出部１１０は、各受信点１〜５に新たなガウシアンパルス波が到来しないとみなして、電磁波の伝搬のシミュレーションを終了する。
一方、各受信点１〜５における電界及び磁界の強さが終了閾値を超えている場合（ステップＳ２１５：Ｎｏ）、伝搬路応答算出部１１０は処理をステップＳ２１３に戻してシミュレーションを続行する。
各受信点１〜５における電界及び磁界の強さが終了閾値以下である場合（ステップＳ１１５Ｙｅｓ）、伝搬路応答算出部１１０は、各受信点１〜５に新たなガウシアンパルス波が到来しないとみなして、電磁波の伝搬のシミュレーションを終了する。
一方、各受信点１〜５における電界及び磁界の強さが終了閾値を超えている場合（ステップＳ２１５：Ｎｏ）、伝搬路応答算出部１１０は処理をステップＳ２１３に戻してシミュレーションを続行する。
遅延時間設定部１２１は、伝搬路応答算出部１１０による電磁波の伝搬のシミュレーションが終了すると、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されている、電磁波の伝搬のシミュレーション結果に基づいて、アレー電界時間応答と、アレー磁界時間応答とを算出する（ステップＳ２２１）。
なお、遅延時間設定部１２１は、ガウシアンパルス波の電界の強さがピークとなる時刻を到達した時間としてアレー電界時間応答を算出する。また、遅延時間設定部１２１は、ガウシアンパルス波の磁界の強さがピークとなる時刻を到達した時間としてアレー磁界時間応答を算出する。
なお、遅延時間設定部１２１は、ガウシアンパルス波の電界の強さがピークとなる時刻を到達した時間としてアレー電界時間応答を算出する。また、遅延時間設定部１２１は、ガウシアンパルス波の磁界の強さがピークとなる時刻を到達した時間としてアレー磁界時間応答を算出する。
電界評価値算出部２２３は、各候補値に対応する理想アレー電界時間応答を時間応答記憶部２０３から読み出す。電界評価値算出部２２３は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー電界時間応答を用いて、読み出した理想アレー電界時間応答それぞれの電界評価値（二乗誤差）を算出する（ステップＳ２２２）。
電界評価値算出部２２３は、算出した電界評価値のうち、最小の電界評価値に対応する候補値を電界到来角度θＥとして選択する（ステップＳ２２３）。
図１１は、本実施形態における電界到来角度θＥを選択する処理を示す概略図である。同図に示すように、電界評価値算出部２２３は、電界時間応答テーブルに記憶され、候補値に対応する各理想アレー電界時間応答と、ステップＳ２２１において算出したアレー電界時間応答とを比較し、二乗誤差が最小となる理想アレー電界時間応答を検出する。電界評価値算出部２２３は、検出した理想アレー電界時間応答に対応する候補値（図１１においてはθ＝４５°）を電界到来角度θＥに選択する。
電界評価値算出部２２３は、算出した電界評価値のうち、最小の電界評価値に対応する候補値を電界到来角度θＥとして選択する（ステップＳ２２３）。
図１１は、本実施形態における電界到来角度θＥを選択する処理を示す概略図である。同図に示すように、電界評価値算出部２２３は、電界時間応答テーブルに記憶され、候補値に対応する各理想アレー電界時間応答と、ステップＳ２２１において算出したアレー電界時間応答とを比較し、二乗誤差が最小となる理想アレー電界時間応答を検出する。電界評価値算出部２２３は、検出した理想アレー電界時間応答に対応する候補値（図１１においてはθ＝４５°）を電界到来角度θＥに選択する。
図１０に戻って、フローチャートの説明を続ける。
磁界評価値算出部２２５は、各候補値に対応する理想アレー磁界時間応答を時間応答記憶部２０３から読み出す。磁界評価値算出部２２５は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー磁界時間応答を用いて、読み出した理想アレー磁界時間応答それぞれの磁界評価値（二乗誤差）を算出する（ステップＳ２２４）。
磁界評価値算出部２２５は、算出した磁界評価値のうち、最小の磁界評価値に対応する候補値を磁界到来角度θＨとして選択する（ステップＳ２２５）。
磁界評価値算出部２２５は、各候補値に対応する理想アレー磁界時間応答を時間応答記憶部２０３から読み出す。磁界評価値算出部２２５は、遅延時間設定部１２１が算出したアレー磁界時間応答を用いて、読み出した理想アレー磁界時間応答それぞれの磁界評価値（二乗誤差）を算出する（ステップＳ２２４）。
磁界評価値算出部２２５は、算出した磁界評価値のうち、最小の磁界評価値に対応する候補値を磁界到来角度θＨとして選択する（ステップＳ２２５）。
方向選択部１２６は、電界評価値算出部２２３が選択した電界到来角度θＥと、磁界評価値算出部２２５が選択した磁界到来角度θＨとを比較し、一致している場合、電界到来角度θＥ又は磁界到来角度θＨを、受信位置において電磁波が到来した方向を示す到来方向として到来方向記憶部１０４に記憶させる。
一方、電界到来角度θＥと、磁界到来角度θＨとが一致しない場合、方向選択部１２６は、電界到来角度θＥに対応する電界評価値と、磁界到来角度θＨに対応する磁界評価値とを比較し、小さい値に対応する到来角度（電界到来角度θＥあるいは磁界到来角度θＨのいずれか一方）を到来方向として到来方向記憶部１０４に記憶させる（ステップＳ２２６）。
一方、電界到来角度θＥと、磁界到来角度θＨとが一致しない場合、方向選択部１２６は、電界到来角度θＥに対応する電界評価値と、磁界到来角度θＨに対応する磁界評価値とを比較し、小さい値に対応する到来角度（電界到来角度θＥあるいは磁界到来角度θＨのいずれか一方）を到来方向として到来方向記憶部１０４に記憶させる（ステップＳ２２６）。
終了判定部１２７は、ステップＳ２２１において遅延時間設定部１２１がアレー電界時間応答及びアレー磁界時間応答を算出する際に用いた受信点１〜５のガウシアンパルス波のレプリカ信号を生成し、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されているシミュレーション結果（電界及び磁界の時系列値（波形））から生成したレプリカ信号を減算する波形処理を行う（ステップＳ２２７）。すなわち、終了判定部１２７は、到来方向の算出に用いたガウシアンパルス波を伝搬路応答記憶部１０２から削除する処理を行う。このとき、終了判定部１２７は、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されている波高値と、パラメータ記憶部１０１に記憶されているガウシアンパルス波を定義する情報とを用いて、レプリカ信号を生成する。
終了判定部１２７は、波形処理を行った後に、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されているシミュレーション結果において、電界閾値より大きい電界強度と、磁界閾値より大きい磁界強度とがあるか否かを判定する（ステップＳ２２８）。
終了判定部１２７は、波形処理を行った後に、伝搬路応答記憶部１０２に記憶されているシミュレーション結果において、電界閾値より大きい電界強度と、磁界閾値より大きい磁界強度とがあるか否かを判定する（ステップＳ２２８）。
終了判定部１２７は、電界閾値より大きい電界強度と、磁界閾値より大きい磁界強度とがある場合（ステップＳ２２８：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ２２１に戻して、ステップＳ２２１からステップＳ２２８までの処理を再び行い、到来方向の推定を繰り返して行う。一方、電界閾値より大きい電界強度と、磁界閾値より大きい磁界強度とがない場合（ステップＳ２２８：Ｎｏ）、到来方向を推定する処理を終了させる。
以上のようにして、到来方向推定装置２００は、パラメータ設定部２０５が設定した解析空間において、インパルス波が受信位置において検出された際に、当該インパルス波が到来した方向を推定し、推定した到来方向を到来方向記憶部１０４に記憶させることができる。
上述したように、第１実施形態の到来方向推定装置１００と、第２実施形態の到来方向推定装置２００とは、各受信点１〜５における電界強度に基づいて、受信位置（受信点１）において電磁波（インパルス波又はガウシアンパルス波）が到来した方向を算出するとともに、各受信点１〜５における磁界強度に基づいて、受信位置において電磁波が到来した方向を算出する。そして、２つの到来方向が一致する場合には、当該到来方向を電磁波が到来した方向とする。一方、到来方向が一致しない場合には、それぞれに対応する電界評価値と磁界評価値とを比較し、誤差の少ない到来方向を電磁が到来した方向とする。
このように、電界強度に基づいた到来方向の推定に加えて、磁界強度に基づいた到来方向の推定を行うことにより、電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。
このように、電界強度に基づいた到来方向の推定に加えて、磁界強度に基づいた到来方向の推定を行うことにより、電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。
なお、上記の第１実施形態及び第２実施形態では、受信点１の周囲に４点の受信点２〜受信点５を設けて受信アレーを構成する場合について説明したが、これに限ることなく、受信点１の周囲に２点以上の受信点を設けて受信アレーを構成するようにしてもよい。
また、上記の第１実施形態及び第２実施形態では、平面上（２次元）における電磁波の伝搬を示す図を用いて、到来方向推定装置１００、２００が行う処理を説明したが、空間（３次元）において電磁波が到来する方向を推定するようにしてもよい。
また、上記の第１実施形態及び第２実施形態では、平面上（２次元）における電磁波の伝搬を示す図を用いて、到来方向推定装置１００、２００が行う処理を説明したが、空間（３次元）において電磁波が到来する方向を推定するようにしてもよい。
また、上記の第１実施形態において、到来角度θＥ及び到来角度θＨを求める際に、所定のアルゴリズム（算出方法）、例えば、非特許文献１に記載されている到達時刻推定や、双曲線推定法を用いて、インパルス波が到来した方向を算出するようにしてもよい。その場合、電界評価値算出部１２３は、候補値のうち、算出された角度に最も近い候補値を選択し、選択した候補値の電界評価値を算出するようにしてもよい。また、磁界評価値算出部１２５は、電界評価値算出部１２３と同様に、磁界評価値を算出するようにしてもよい。
また、上記の第１実施形態において、電界成分算出部１２２が算出する各候補値に対応する候補値アレー電界時間応答と、磁界成分算出部１２４が算出する各候補値に対応する候補値アレー磁界時間応答と予め算出し、到来方向推定装置１００に設けられた別の記憶部に記憶させておいてもよい。これにより、候補値アレー電界時間応答と、候補値アレー磁界時間応答との算出に要する時間を短縮することができる。
また、上記の第２実施形態において、受信アレー応答校正部２３０が、候補値ごとに受信点１〜５それぞれのアレー電界時間応答及びアレー磁界時間応答を算出し、算出したアレー電界時間応答及びアレー磁界時間応答を時間応答記憶部２０３の電界時間応答テーブル及び磁界時間応答テーブルに記憶させる構成を説明した。しかし、これに限ることなく、受信点１における電界時間応答及び磁界時間応答を算出して、電界時間応答テーブル及び磁界時間応答テーブルに記憶させるようにしてもよい。この場合、電界評価値算出部２２３及び磁界評価値算出部２２５は、各テーブルから電界時間応答及び磁界時間応答を読み出す際に、受信点１の電界時間応答及び磁界時間応答に基づいて、受信点２〜５における電界時間応答及び磁界時間応答を算出するようにする。
図１２は、受信点２における電界及び磁界時間応答の算出方法を示す概略図である。同図に示すように、受信点１における電界の時間応答と、磁界の時間応答とを各テーブルから読み出し、読み出した受信点１の時間応答に基づいて、受信点２の電界及び磁界の時間応答を算出することができる。図１２では、受信点１と受信点２との間の距離がｄであり、到来角度（候補値）がθである場合、受信点２における電界時間応答は（ｔＥ０−（ｄｓｉｎθ）／ｃ）であり、受信点２における磁界時間応答は（ｔＨ０−（ｄｓｉｎθ）／ｃ）である。このとき、ｔＥ０は受信点１における電界時間応答であり、ｔＨ０は受信点１における磁界時間応答であり、ｃは光速である。
このように、受信点２〜５における時間応答を受信点１における時間応答に基づいて算出することにより、電界時間応答テーブル及び磁界時間応答テーブルに要求される記憶領域を削減することができる。
このように、受信点２〜５における時間応答を受信点１における時間応答に基づいて算出することにより、電界時間応答テーブル及び磁界時間応答テーブルに要求される記憶領域を削減することができる。
また、上記の第２実施形態において、受信アレー応答校正部２３０が、候補値ごとに受信点１〜５それぞれのアレー電界時間応答及びアレー磁界時間応答を算出する構成について説明した。このとき、受信アレー応答校正部２３０は、受信位置から波源までの距離を複数定め、距離ごとに電界時間応答テーブル及び磁界時間応答テーブルを生成するようにしてもよい。
図１３は、受信位置に到来する電磁波が球面波である場合の概略図である。同図に示すように、電磁波を送信する波源が受信位置に近い場合、各受信点１〜５に電磁波が到来するタイミング（時間応答）が平面波のときと異なる。上述のように、受信位置と波源との距離を複数定めて各テーブルを生成し、更に、電界評価値算出部２２３及び磁界評価値算出部２２５が、各テーブルに記憶されている理想アレー電界時間応答及び理想アレー磁界時間応答それぞれに対して電界評価値及び磁界評価値を算出することにより、電磁波の到来方向の推定精度を更に向上させることができる。
図１３は、受信位置に到来する電磁波が球面波である場合の概略図である。同図に示すように、電磁波を送信する波源が受信位置に近い場合、各受信点１〜５に電磁波が到来するタイミング（時間応答）が平面波のときと異なる。上述のように、受信位置と波源との距離を複数定めて各テーブルを生成し、更に、電界評価値算出部２２３及び磁界評価値算出部２２５が、各テーブルに記憶されている理想アレー電界時間応答及び理想アレー磁界時間応答それぞれに対して電界評価値及び磁界評価値を算出することにより、電磁波の到来方向の推定精度を更に向上させることができる。
なお、本発明における到来方向推定装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、電磁波が到来方向を推定する処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
なお、本発明に記載の電界到来方向算出部は、上記の第１実施形態及び第２実施形態における電界評価値算出部に対応する。また、本発明に記載の磁界到来方向算出部は、上記の第１実施形態及び第２実施形態における磁界評価値算出部に対応する。
１００，２００…到来方向推定装置
１０１…パラメータ記憶部
１０２…伝搬路応答記憶部
１０４…到来方向記憶部
１０５…パラメータ設定部
１０６…配列初期化部
１１０…伝搬路応答算出部
１２０，２２０…到来方向判定部
１２１…遅延時間設定部
１２２…電界成分算出部
１２３，２２３…電界評価値算出部
１２４…磁界成分算出部
１２５，２２５…磁界評価値算出部
１２６…方向選択部
１２７…終了判定部
２０３…時間応答記憶部
２０５…パラメータ設定部
２３０…受信アレー応答校正部
１０１…パラメータ記憶部
１０２…伝搬路応答記憶部
１０４…到来方向記憶部
１０５…パラメータ設定部
１０６…配列初期化部
１１０…伝搬路応答算出部
１２０，２２０…到来方向判定部
１２１…遅延時間設定部
１２２…電界成分算出部
１２３，２２３…電界評価値算出部
１２４…磁界成分算出部
１２５，２２５…磁界評価値算出部
１２６…方向選択部
１２７…終了判定部
２０３…時間応答記憶部
２０５…パラメータ設定部
２３０…受信アレー応答校正部
Claims (6)
- 予め定められた解析空間において、所定の送信位置から電磁波が送信された際に、予め定められた受信位置、及び前記受信位置から予め定められた距離を隔てて設けられた複数の受信点における電界及び磁界の時間応答をシミュレーションする伝搬路応答算出部と、
前記伝搬路応答算出部が算出したシミュレーション結果に含まれる電界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する電界到来方向算出部と、
前記伝搬路応答算出部が算出したシミュレーション結果に含まれる磁界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する磁界到来方向算出部と、
前記電界到来方向算出部が算出した方向と、前記磁界到来方向算出部が算出した方向とを比較し、一致する場合、当該方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とし、一致しない場合、比較結果に基づいて、いずれか一方の方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とする到来方向選択部と
を備えることを特徴とする到来方向推定装置。 - 前記電界到来方向算出部は、
電磁波が到来する方向を推定する際に要求される分解能に応じて予め定められた方向を示す複数の候補値ごとに、当該候補値が示す方向から電磁波が到来した場合の前記受信位置及び前記複数の受信点における電界の時間応答である理想アレー電界時間応答と、前記シミュレーション結果に含まれる電界強度の時間応答との誤差である電界評価値を算出し、算出した電界評価値のうち最小の電界評価値に対応する候補値が示す方向を、電磁波が到来した方向として算出し、
前記磁界到来方向算出部は、
前記複数の候補値ごとに、当該候補値が示す方向から電磁波が到来した場合の前記受信位置及び前記複数の受信点における磁界の時間応答である理想アレー磁界時間応答と、前記シミュレーション結果に含まれる磁界強度の時間応答との誤差である磁界評価値を算出し、算出した磁界評価値のうち最小の磁界評価値に対応する候補値が示す方向を、電磁波が到来した方向として算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の到来方向推定装置。 - 前記到来方向選択部は、
前記電界到来方向算出部が算出した方向と、前記磁界到来方向算出部が算出した方向とが一致しない場合、前記電界到来方向算出部が算出した方向に対応する電界評価値と、前記磁界到来方向算出部が算出した方向に対応する磁界評価値とを比較し、小さい値に対応する方向を電磁波が到来した方向と判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の到来方向推定装置。 - 前記理想アレー電界時間応答及び前記理想アレー磁界時間応答を算出する際における電磁波の波源と前記受信位置との間の距離が予め複数定められており、
前記電界到来方向算出部は、更に、
前記複数の候補値と、前記複数の距離との組合せすべてに対して前記電界評価値を算出し、算出した電界評価値のうち最小の電界評価値に対応する候補値を、電磁波が到来した方向として算出し、
前記磁界到来方向算出部は、更に、
前記複数の候補値と、前記複数の距離との組合せすべてに対して前記磁界評価値を算出し、算出した磁界評価値のうち最小の磁界評価値に対応する候補値を、電磁波が到来した方向として算出する
ことを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれかに記載の到来方向推定装置。 - 予め定められた解析空間において、所定の送信位置から電磁波が送信された際に、予め定められた受信位置、及び前記受信位置から予め定められた距離を隔てて設けられた複数の受信点における電界及び磁界の時間応答をシミュレーションする伝搬路応答算出ステップと、
前記伝搬路応答算出ステップにおいて算出したシミュレーション結果に含まれる電界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する電界到来方向算出ステップと、
前記伝搬路応答算出ステップにおいて算出したシミュレーション結果に含まれる磁界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する磁界到来方向算出ステップと、
前記電界到来方向算出ステップにおいて算出した方向と、前記磁界到来方向算出ステップにおいて算出した方向とを比較し、一致する場合、当該方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とし、一致しない場合、比較結果に基づいて、いずれか一方の方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とする到来方向選択ステップと
を有することを特徴とする到来方向推定方法。 - 予め定められた解析空間において、所定の送信位置から電磁波が送信された際に、予め定められた受信位置、及び前記受信位置から予め定められた距離を隔てて設けられた複数の受信点における電界及び磁界の時間応答をシミュレーションする伝搬路応答算出ステップと、
前記伝搬路応答算出ステップにおいて算出したシミュレーション結果に含まれる電界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する電界到来方向算出ステップと、
前記伝搬路応答算出ステップにおいて算出したシミュレーション結果に含まれる磁界強度の時間応答を用いて、前記受信位置に電磁波が到来した方向を算出する磁界到来方向算出ステップと、
前記電界到来方向算出ステップにおいて算出した方向と、前記磁界到来方向算出ステップにおいて算出した方向とを比較し、一致する場合、当該方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とし、一致しない場合、比較結果に基づいて、いずれか一方の方向を前記受信位置における電磁波が到来した方向とする到来方向選択ステップと
をコンピュータに実行させるための到来方向推定プログラム。
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| JP2011116069A JP5605712B2 (ja) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | 到来方向推定装置、到来方向推定方法、及び到来方向推定プログラム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2011116069A JP5605712B2 (ja) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | 到来方向推定装置、到来方向推定方法、及び到来方向推定プログラム |
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|---|---|---|---|---|
| JP6288945B2 (ja) * | 2013-05-22 | 2018-03-07 | 三菱電機株式会社 | ノイズ源位置推定装置及びノイズ源位置推定プログラム |
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|---|---|---|---|---|
| JP3648140B2 (ja) * | 2000-08-21 | 2005-05-18 | 株式会社アドバンテスト | 電波監視方法及び装置 |
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