JP6032462B2 - 発信源推定方法およびそれを利用した発信源推定装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施例に係るDSMシステム100の構成を示す。DSMシステム100は、フュージョンセンタ10、センサ12と総称される第1センサ12a、第2センサ12b、第3センサ12c、未知送信源14と総称される第1未知送信源14a、第2未知送信源14bを含む。ここでは、3つのセンサ12が示されているが、センサ12の数はこれに限定されない。第1未知送信源14aあるいは第2未知送信源14bから送信された信号は、複数のセンサ12のそれぞれにおいて受信される。未知送信源14が設置されている位置、信号の送信電力は未知である。各センサ12は、受信信号をフュージョンセンタ10に出力する。フュージョンセンタ10は、各センサ12からの受信電力をもとに、未知送信源14が設置されている位置、信号の送信電力を推定する。推定の具体的な処理は後述する。
ここでは広帯域信号を想定し、伝搬路は伝搬遅延プロファイルが指数分布にしたがうマルチパスである統計モデルを用いる。また、各パスはレイリー分布にしたがい無相関である。なお、簡単のため未知送信源14はひとつであるとし、最初のプロセスである伝搬路学習プロセスは学習済みであると仮定する。
i番目の(i=1,・・・,M)センサ12が任意の位置から受ける受信信号は、広帯域信号および伝搬環境が時々刻々と変化する場合、未知送信源14の位置ψ0における動的伝搬チャネルと未知送信源14の送信信号を用いて以下のように表される。
i番目のセンサ12の第kアンテナ(k=1,・・・,Ni)が任意の位置から受ける受信信号のレプリカは、広帯域信号、線形アレーアンテナおよび伝搬環境が時々刻々と動的に変化することを想定した場合、未知発信源の位置ψ0における動的伝搬路応答と未知発信源の送信信号を用いて以下のように表される。
i番目のセンサ12に関して同一センサ間における第kアンテナと第lアンテナの相互相関は以下のように表される。
i番目のセンサ12の第kアンテナとj番目のセンサ12の第lアンテナとの相互相関は以下のように表される。
式(9)および式(22)を用いることで未知発信源の位置推定を行うことができるが、DSMのスペクトラムマップ作成のためには未知発信源の送信電力も知る必要がある。そこで、未知発信源の位置推定後に学習した伝搬路情報およびRSSIを用いることで、以下の最尤推定法から未知発信源の送信電力Ptxを推定する。
提案手法の未知発信源の位置、送信電力およびフィルタ推定精度を数値解析によって評価する。ここで、図4は、DSMシステム100に対する数値解析の諸元を示し、図5は、DSMシステム100に対する数値解析におけるセンサ12、未知送信源14の配置を示す。位置推定および送信電力推定では図4の諸元に加え未知発信源の送信電力を変化させ、各送信電力において推定を繰り返し行うことで評価を行った。フィルタ推定では図4の諸元に加え未知発信源の送信電力を−10dBmとし、三角フィルタと矩形フィルタを用いて推定した。なおいずれの場合においても伝搬路は学習済みであるとしている。
図10は、フュージョンセンタ10の構成を示す。フュージョンセンタ10は、取得部20、第1導出部22、第2導出部24、第3導出部26、選択部28、出力部30、電力推定部32を含む。まず、(i)単一アンテナの場合について説明する。取得部20は、未知位置に配置された未知送信源14から送信された送信信号が、互いに異なった既知位置に配置された複数のセンサ12のそれぞれにおいて受信されており、複数のセンサ12のそれぞれから受信信号を取得する。受信信号は、式(1)のように示される。
Claims (4)
- 未知位置に配置された発信源から送信された送信信号が、互いに異なった既知位置に配置された複数のセンサのそれぞれにおいて受信されており、前記複数のセンサのそれぞれから受信信号を取得する取得部と、
前記取得部において取得した受信信号に対してセンサ間における相互相関を導出するとともに、相互相関の絶対値の平均として予期される期待値を導出する第1導出部と、
前記第1導出部において導出した期待値から減算すべきレプリカであって、かつ未知位置の候補位置と、発信源の送信電力が1の電力スペクトルである規格化フィルタの候補と、伝搬学習プロセスで取得した伝送路特性とからレプリカを導出する第2導出部と、
前記第2導出部において導出したレプリカと前記第1導出部において導出した期待値との誤差を減算によって導出する第3導出部と、
前記第2導出部における候補位置を変更しながら、前記第2導出部と前記第3導出部とに対して処理を繰り返し実行させることによって導出された複数の誤差から、最小の誤差を選択する選択部と、
前記選択部において選択した誤差に対応した候補位置を、発信源が設置された位置として出力する出力部とを備え、
前記第2導出部は、規格化フィルタの候補から作成したレプリカ送信信号の自己相関と、候補位置および2つのセンサ間の伝送路特性の相互相関とを畳み込んでから、絶対値を計算した後に、平均として予期される期待値としてレプリカを導出することを特徴とする発信源推定装置。 - 前記取得部は、センサに複数のアンテナが備えられている場合、アンテナごとの受信信号を取得し、
前記第1導出部は、異なったセンサに備えられたアンテナ間において、相互相関の絶対値の平均として予期される期待値を導出するとともに、同一のセンサに備えられたアンテナ間における受信信号の相互相関の期待値も導出し、
前記第2導出部は、異なったセンサに備えられたアンテナ間において、相互相関の絶対値の平均として予期される期待値を使用してレプリカを導出するとともに、同一のセンサに備えられたアンテナ間において、規格化フィルタの候補から作成したレプリカ送信信号の自己相関と、候補位置および2つのセンサ間の伝送路特性の相互相関とを畳み込んでから、絶対値を計算した後に、平均として予期される期待値としてレプリカを導出し、
前記第3導出部は、異なったセンサに備えられたアンテナ間に対する期待値とレプリカから誤差を導出するとともに、同一のセンサに備えられたアンテナ間における期待値とレプリカからも誤差を導出することを特徴とする請求項1に記載の発信源推定装置。 - 前記選択部において選択した誤差に対応した候補位置を推定した後に当該候補位置における発信源の送信電力を推定する電力推定部をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の発信源推定装置。
- 未知位置に配置された発信源から送信された送信信号が、互いに異なった既知位置に配置された複数のセンサのそれぞれにおいて受信されており、前記複数のセンサのそれぞれから受信信号を取得するステップと、
取得した受信信号に対してセンサ間における相互相関を導出するとともに、相互相関の絶対値の平均として予期される期待値を導出するステップと、
導出した期待値から減算すべきレプリカであって、かつ未知位置の候補位置と、発信源の送信電力が1の電力スペクトルである規格化フィルタの候補と、伝搬学習プロセスで取得した伝送路特性とからレプリカを導出するステップと、
導出したレプリカと導出した期待値との誤差を減算によって導出するステップと、
候補位置を変更しながら、前記レプリカを導出するステップと前記誤差を導出するステップとに対して処理を繰り返し実行させることによって導出された複数の誤差から、最小の誤差を選択するステップと、
選択した誤差に対応した候補位置を、発信源が設置された位置として出力するステップとを備え、
前記レプリカを導出するステップは、規格化フィルタの候補から作成したレプリカ送信信号の自己相関と、候補位置および2つのセンサ間の伝送路特性の相互相関とを畳み込んでから、絶対値を計算した後に、平均として予期される期待値としてレプリカを導出することを特徴とする発信源推定方法。
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