JP6663098B2 - Wave source position selection device, wave source position calculation device, wave source position selection method, wave source position calculation method, and program - Google Patents
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- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Description
本発明は、波源の位置を選択する波源位置選択装置等に関する。 The present invention relates to a wave source position selecting device for selecting a position of a wave source.
近年、周波数資源の逼迫やモバイルトラヒックの爆発的な増加等に対応するための周波数利用効率の向上手段の1つとして、空間的・時間的に使用されていない周波数帯域(ホワイトスペース)の有効利用が挙げられる。そのように、空いている周波数帯域を効率的に利用するためには、周波数ごとの空間的・時間的空き状況を適切に把握することが必要になる。 In recent years, as one of the means for improving the frequency use efficiency to cope with a shortage of frequency resources and an explosive increase in mobile traffic, effective use of a frequency band (white space) that is not used spatially and temporally. Is mentioned. Thus, in order to efficiently use the vacant frequency band, it is necessary to appropriately grasp the spatial / temporal vacancy status for each frequency.
そのようなホワイトスペースの検出方法として、例えば、事前登録のある送信波源の位置から、自由空間伝搬損による電波の到達範囲を特定し、その範囲外をホワイトスペースとする方法がある。
なお、未使用の周波数スペクトルを検出するデバイスとして、例えば、特許文献1に記載されているものが知られている。
As a method of detecting such a white space, for example, there is a method of specifying an arrival range of a radio wave due to free space propagation loss from a position of a transmission wave source registered in advance, and setting a white space outside the range.
As a device for detecting an unused frequency spectrum, for example, a device described in
なお、事前登録のある送信波源の位置を用いたホワイトスペースの検出方法では、事前登録のされていない送信波源については、ホワイトスペースを検出できないという問題があった。したがって、事前登録されていない波源であっても、その位置を特定したいという要望があった。
また、ホワイトスペースの検出以外においても、違法電波の送信源を特定するなどの目的から、送信波源の位置を特定したいという要望もあった。
In the method of detecting a white space using the position of a pre-registered transmission wave source, there is a problem that a white space cannot be detected for a transmission wave source that has not been pre-registered. Therefore, there has been a demand to specify the position of a wave source that has not been registered in advance.
In addition to the purpose other than the detection of the white space, there has been a demand to specify the position of the transmission wave source for the purpose of specifying the transmission source of the illegal radio wave.
そのような波源の位置を特定する方法として、TDoA(Time Difference of Arrival)による算出方法が知られている。そのTDoAを用いた波源の位置の算出においては、3個以上の受信装置で受信されたデータの相互相関を用いて、波源から送信された同じ電波が各受信装置にそれぞれ到達した到来時間差(TDoA)を算出することによって行われる。また、波源の位置を特定する方法として、DoA(Direction of Arrival)による算出方法も知られている。そのDoAを用いた波源の位置の算出においては、2個以上の受信装置で受信された電波の方向を用いて、波源の位置を特定することが行われる。なお、TDoA、DoAによる波源の位置の算出方法の詳細については、例えば、次の文献を参照されたい。
文献(TDoA):K. Ho,Y. Chan,「Solution and performance analysis of geolocation by tdoa」,IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol. 29,no. 4,p. 1311-1322,1993年10月
文献(DoA):S. U. Pillai,「Array Signal Processing」,Springer-Verlag,1989年
As a method of specifying the position of such a wave source, a calculation method using TDoA (Time Difference of Arrival) is known. In the calculation of the position of the wave source using the TDoA, the arrival time difference (TDoA) at which the same radio wave transmitted from the wave source arrives at each receiving device is used by using the cross-correlation of the data received by three or more receiving devices. ) Is calculated. As a method of specifying the position of the wave source, a calculation method using DoA (Direction of Arrival) is also known. In the calculation of the position of the wave source using the DoA, the position of the wave source is specified using the directions of the radio waves received by two or more receiving devices. For details of the method of calculating the position of the wave source using TDoA and DoA, refer to the following document, for example.
Literature (TDoA): K. Ho, Y. Chan, "Solution and performance analysis of geolocation by tdoa", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 29, no. 4, p. 1311-1322, October 1993. Reference (DoA): SU Pillai, "Array Signal Processing", Springer-Verlag, 1989
そのような波源の位置の算出においては、受信された信号の相互相関や、電波の方向が用いられるため、マルチパスの影響を受けることがある。例えば、反射波(遅延波)の受信信号について相互相関を算出した場合や、反射波の方向を波源の方向であると判断した場合には、波源の位置の算出精度が低下することになる。また、波源の位置の算出精度が低下した場合には、波源からの電波が到達する範囲の推定精度や、ホワイトスペースの推定精度も低下することになる。 In the calculation of the position of such a wave source, since the cross-correlation of the received signal and the direction of the radio wave are used, the calculation may be affected by multipath. For example, when the cross-correlation is calculated for the received signal of the reflected wave (delayed wave) or when the direction of the reflected wave is determined to be the direction of the wave source, the calculation accuracy of the position of the wave source is reduced. In addition, when the accuracy of calculating the position of the wave source decreases, the accuracy of estimation of the range in which radio waves from the wave source reach and the accuracy of white space estimation also decrease.
本発明は、上記課題に応じてなされたものであり、マルチパスなどの伝搬環境の特性に時間的な変動が存在する場合であっても、波源の位置をより正確に取得することができる波源位置選択装置等を提供することを目的とする。 The present invention has been made in response to the above problems, and has a wave source capable of acquiring a position of a wave source more accurately even when there are temporal variations in characteristics of a propagation environment such as multipath. An object of the present invention is to provide a position selection device and the like.
上記目的を達成するため、本発明による波源位置選択装置は、複数の受信装置が受信した波源からの電波を用いて波源の位置である波源位置を算出する処理を複数回行うことにより、複数の波源位置を取得する位置算出部と、波源からの電波の複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける受付部と、複数の受信位置と、位置算出部によって算出された波源位置とを用いて、受信位置ごとに、波源からの距離及び方位角を算出することを、複数の波源位置について行う距離算出部と、受信位置の受信信号強度と、受信位置に関する波源からの距離及び方位角とを含む複数の観測情報を用いて、波源からの特定の方位角に関する、波源からの電波の減衰特性関数を、特定の方位角から離れた方位角を含む観測情報ほど小さな影響となる回帰分析によって、波源からの複数の方位角について推定することを、複数の波源位置について行う推定部と、推定部による推定に関する情報を用いて、複数の波源位置から一の波源位置を選択する波源位置選択部と、を備えたものである。
減衰特性関数の推定がより適切に行われている場合には、算出された波源の位置も正確であると考えられるため、このような構成により、より正確な波源の位置を選択することができる。その結果、例えば、その波源の位置を用いることによって、より精度の高いホワイトスペースの推定等が可能となる。
In order to achieve the above object, a wave source position selecting device according to the present invention performs a process of calculating a wave source position, which is a position of a wave source, using radio waves from a wave source received by a plurality of receiving devices a plurality of times. A position calculating unit that obtains a wave source position, a receiving unit that receives received signal strengths at a plurality of receiving positions of radio waves from the wave source, a plurality of receiving positions, and a wave source position calculated by the position calculating unit. For each position, a distance calculation unit that calculates the distance and the azimuth from the wave source for a plurality of wave source positions, a plurality of signals including a reception signal strength at the reception position, and a distance and an azimuth from the wave source regarding the reception position. Regression that the attenuation characteristic function of the radio wave from the wave source for a specific azimuth from the source is smaller for observations that include an azimuth away from the specific azimuth. Estimating unit for estimating a plurality of azimuths from a wave source by analyzing a plurality of wave source positions, and a source position for selecting one wave source position from the plurality of wave source positions by using information on the estimation by the estimating unit. And a selection unit.
When the attenuation characteristic function is more appropriately estimated, the calculated position of the wave source is also considered to be accurate. Therefore, with such a configuration, a more accurate position of the wave source can be selected. . As a result, for example, by using the position of the wave source, more accurate white space estimation and the like can be performed.
また、本発明による波源位置選択装置では、波源位置選択部は、推定部によって推定された減衰特性関数の距離減衰係数があらかじめ決められた範囲に含まれるかどうかを複数の方位角ごとに判断することを複数の波源位置ごとに行い、距離減衰係数が範囲に含まれる方位角が最も多い波源位置を選択してもよい。
距離減衰係数が適切な範囲に含まれている場合には、減衰特性関数の推定が適切に行われていると考えることができるため、このような構成により、波源の適切な位置を選択することができるようになる。
Further, in the wave source position selection device according to the present invention, the wave source position selection unit determines whether or not the distance attenuation coefficient of the attenuation characteristic function estimated by the estimation unit is included in a predetermined range for each of a plurality of azimuth angles. This may be performed for each of the plurality of wave source positions, and the wave source position having the largest azimuth angle whose range attenuation coefficient is included in the range may be selected.
If the distance attenuation coefficient falls within an appropriate range, it can be considered that the attenuation characteristic function has been estimated appropriately, so that with such a configuration, an appropriate position of the wave source should be selected. Will be able to
また、本発明による波源位置選択装置では、推定部は、特定の方位角から離れるほど小さくなる重みの関数である重み関数、及び、受付部によって受け付けられた受信信号強度と、推定対象の減衰特性関数によって算出される受信信号強度との差を含む目的関数が最小となるように減衰特性関数を推定し、波源位置選択部は、推定部によって推定された減衰特性関数に対応する目的関数の最小値を複数の方位角ごとに加算した値である合計値を複数の波源位置ごとに取得し、合計値が最小である波源位置を選択してもよい。
目的関数の最小値が小さい場合には、減衰特性関数の推定が適切に行われていると考えることができるため、このような構成により、波源の適切な位置を選択することができるようになる。
Further, in the wave source position selecting device according to the present invention, the estimating unit includes a weighting function that is a function of a weight that becomes smaller as the distance from the specific azimuth angle increases, a received signal intensity received by the receiving unit, and an attenuation characteristic of the estimation target. The attenuation characteristic function is estimated such that the objective function including the difference from the received signal strength calculated by the function is minimized, and the wave source position selection unit determines the minimum of the objective function corresponding to the attenuation characteristic function estimated by the estimation unit. A total value, which is a value obtained by adding the values for each of a plurality of azimuth angles, may be acquired for each of a plurality of wave source positions, and the wave source position having the smallest total value may be selected.
When the minimum value of the objective function is small, it can be considered that the estimation of the attenuation characteristic function is appropriately performed, and thus, with such a configuration, an appropriate position of the wave source can be selected. .
また、本発明による波源位置選択装置では、波源位置選択部によって選択された波源位置に対応する減衰特性関数を用いて、波源からの電波が到達する範囲を推定する範囲推定部と、範囲推定部が推定した範囲に関する出力を行う出力部と、をさらに備えてもよい。
このような構成により、例えば、電波の到達範囲等を推定することができる。
Further, in the wave source position selecting device according to the present invention, a range estimating unit for estimating a range in which radio waves from the wave source reach using the attenuation characteristic function corresponding to the wave source position selected by the wave source position selecting unit, and a range estimating unit. And an output unit that outputs the range regarding the estimated range.
With such a configuration, for example, it is possible to estimate the reach of radio waves and the like.
また、本発明による波源位置算出装置は、3個以上の受信装置が受信した波源からの電波の受信信号を、3個以上の受信装置から受信する受信部と、受信装置の複数のペアについて、受信信号の相互相関を用いて、波源からの電波の到来時間差をそれぞれ算出する処理を異なる受信信号について行うことにより、ペアごとに複数の到来時間差を取得する到来時間差算出部と、ペアごとに、複数の到来時間差から代表値である到来時間差を取得する到来時間差取得部と、受信装置の位置と、到来時間差取得部によって取得された、複数のペアごとの到来時間差とを用いて、波源の位置である波源位置を算出する波源位置算出部と、を備えたものである。
マルチパス等の変動に応じて波源位置が変動し、その結果として複数の到来時間差も変動する場合には、その到来時間差の代表値が本来の波源位置に応じた到来時間差に近い値であると考えることができるため、このような構成により、その到来時間差の代表値を用いて波源位置を算出することによって、より精度の高い波源位置の算出を実現することができる。
Further, the wave source position calculating device according to the present invention is a receiving unit that receives a radio wave reception signal from a wave source received by three or more receiving devices from three or more receiving devices, and a plurality of pairs of receiving devices, By using the cross-correlation of the received signal, by performing a process of calculating the arrival time difference of the radio wave from the wave source for each different received signal, an arrival time difference calculation unit that obtains a plurality of arrival time differences for each pair, for each pair, The arrival time difference acquisition unit that acquires the arrival time difference that is a representative value from the plurality of arrival time differences, the position of the receiving device, and the arrival time difference acquired for each of the plurality of pairs acquired by the arrival time difference acquisition unit. And a wave source position calculator for calculating the wave source position.
If the wave source position fluctuates according to the fluctuation of the multipath and the like, and as a result, a plurality of arrival time differences also fluctuate, the representative value of the arrival time difference is a value close to the arrival time difference corresponding to the original wave source position. Since it can be considered, with such a configuration, a more accurate calculation of a wave source position can be realized by calculating a wave source position using the representative value of the arrival time difference.
また、本発明による波源位置算出装置では、代表値は中央値であってもよい。
マルチパス等の影響によって到来時間差が揺らいだ場合には、その中間値が本来の到来時間差に近い値であると考えられるため、このような構成によって、より精度の高い波源位置の算出を実現することができる。
Further, in the wave source position calculating device according to the present invention, the representative value may be a median value.
When the arrival time difference fluctuates due to the influence of multipath or the like, the intermediate value is considered to be a value close to the original arrival time difference, and thus such a configuration realizes more accurate calculation of the wave source position. be able to.
また、本発明による波源位置算出装置では、前記波源からの電波の複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける受付部と、波源位置算出部によって算出された波源位置と、受付部で受け付けられた複数の受信位置における受信信号強度とを用いて、波源からの電波の減衰特性関数を推定する推定部と、推定部によって推定された減衰特性関数を用いて、波源からの電波が到達する範囲を推定する範囲推定部と、範囲推定部が推定した範囲に関する出力を行う出力部と、をさらに備えてもよい。
このような構成により、例えば、電波の到達範囲等を推定することができる。
Further, in the wave source position calculating device according to the present invention, a receiving unit that receives received signal strengths at a plurality of receiving positions of radio waves from the wave source; a wave source position calculated by the wave source position calculating unit; Estimation unit that estimates the attenuation characteristic function of the radio wave from the wave source using the received signal strength at the reception position of, and estimates the range that the radio wave from the wave source can reach using the attenuation characteristic function estimated by the estimation unit A range estimating unit that performs the output, and an output unit that outputs the range estimated by the range estimating unit.
With such a configuration, for example, it is possible to estimate the reach of radio waves and the like.
本発明による波源位置選択装置等によれば、マルチパス等が存在する場合であっても、波源の位置をより正確に取得することができるようになる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the wave source position selection apparatus etc. by this invention, even when multipath etc. exist, it becomes possible to acquire the position of a wave source more accurately.
以下、本発明による波源位置選択装置、波源位置算出装置について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素及びステップは同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。 Hereinafter, a wave source position selection device and a wave source position calculation device according to the present invention will be described using embodiments. Note that, in the following embodiments, components and steps denoted by the same reference numerals are the same or equivalent, and repeated description may be omitted.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1による波源位置選択装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態による波源位置選択装置は、波源位置の取得を繰り返して行い、それらに応じて方位角ごとの減衰特性を推定し、その推定結果等を用いて、適切な波源位置を選択するものである。
(Embodiment 1)
The wave source position selecting device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The wave source position selecting apparatus according to the present embodiment repeatedly obtains a wave source position, estimates attenuation characteristics for each azimuth angle in accordance with the obtained wave source position, and selects an appropriate wave source position using the estimation result and the like. It is.
図1は、本実施の形態による波源位置選択装置10を含む情報通信システムの構成を示す図である。図1において、本実施の形態による情報通信システムは、複数の第1の受信装置1と、複数の第2の受信装置2と、波源位置選択装置10とを備える。複数の第1の受信装置1、及び複数の第2の受信装置2と、波源位置選択装置10とは、有線または無線の通信回線100を介して接続されている。通信回線100は、例えば、インターネットやイントラネット、公衆電話回線網等であってもよい。なお、図1で示される第1及び第2の受信装置1,2の個数は一例であり、情報通信システムは、図1で示される以外の個数の第1及び第2の受信装置1,2を有していてもよい。後述するように、第1の受信装置1は、波源3の位置を特定するために用いられ、第2の受信装置2は、波源3からの減衰特性を取得するために用いられる。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an information communication system including a wave source
第1の受信装置1は、波源3からの電波を受信する。第1の受信装置1は、通常、その電波の受信に応じて、波源3からの受信信号を取得するが、そうでなくてもよい。その受信信号は、例えば、ベースバンド信号のIQデータや複素振幅値等であってもよい。受信信号を取得しない場合には、第1の受信装置1は、波源3からの電波の受信方向(すなわち、波源3の方向)を取得してもよい。なお、第1の受信装置1は、波源3からの電波を見通しで受信できることが好適であるが、そうでなくてもよい。後述するように、第1の受信装置1から波源位置選択装置10に第1の受信装置1の位置も送信される場合には、第1の受信装置1は、その位置を取得する処理を行ってもよい。第1の受信装置1が移動可能な場合には、第1の受信装置1の位置が波源位置選択装置10に送信されることが好適である。なお、第1の受信装置1の個数は問わないが、例えば、後述するように、TDoAによる位置検出が行われる場合には3個以上であることが好適であり、DoAによる位置検出が行われる場合には2個以上であることが好適である。また、DoAによる位置検出が行われる場合には、第1の受信装置1は、電波の受信の指向性を変更できるものであることが好適である。指向性の変更は、例えば、指向性アンテナを回転させることなどのように物理的になされてもよく、またはフェーズドアレイアンテナにおいて指向性を変更することなどのように電子的になされてもよい。なお、図1では、第1の受信装置1の受信アンテナがパラボラアンテナである場合について示しているが、そうでなくてもよいことは言うまでもない。
The
第2の受信装置2は、波源3からの電波を受信する。第2の受信装置2は、通常、その受信に応じて、波源3からの電波の受信電力を取得する。また、第2の受信装置2は、その受信電力から、受信信号強度を算出してもよい。ここで、受信信号強度とは、受信アンテナを通過する直前における電波の強度(空間電力値)である。したがって、その受信信号強度には、受信アンテナのゲインの影響が含まれておらず、次式のように示される。次式において、受信電力は、受信装置1が受信アンテナを介して受信した信号の電力である。
受信信号強度=受信電力−受信アンテナゲイン
その受信信号強度は、波源位置選択装置10に送信されてもよい。なお、受信信号強度は、波源位置選択装置10において算出されてもよい。その場合には、受信電力と、受信アンテナゲインとが第2の受信装置2から波源位置選択装置10に送信されてもよい。本実施の形態では、第2の受信装置2から波源位置選択装置10に、受信信号強度が送信される場合について主に説明する。また、第2の受信装置2は、波源3からの電波を必ずしも見通しで受信できなくてもよい。すなわち、第2の受信装置2は、波源3からの電波を見通し外で受信してもよい。第2の受信装置2から波源位置選択装置10に第2の受信装置2の位置も送信される場合には、第2の受信装置2は、その位置を取得する処理を行ってもよい。第2の受信装置2が移動可能な場合には、第2の受信装置2の位置が波源位置選択装置10に送信されることが好適である。また、第2の受信装置2は、波源3から受信した電波の周波数も、波源位置選択装置10に送信してもよい。
The
Received signal strength = received power−received antenna gain The received signal strength may be transmitted to the wave source
なお、第2の受信装置2の数は、第1の受信装置1の数よりも多くてもよいが、そうでなくてもよい。その受信装置の個数は、例えば、単位面積あたりの個数であってもよい。第1の受信装置1は、例えば、波源3からの電波を見通しで受信可能なものであり、本実施の形態による情報通信システムのために設けられたものであってもよい。そのような場合には、通常、多数の第1の受信装置1を配置することは困難である。一方、第2の受信装置2は、波源3からの電波を見通し外で受信してもよく、例えば、携帯電話等の受信装置であってもよい。そのように、第2の受信装置2は、通常、第1の受信装置1よりも簡易なものである。したがって、第2の受信装置2の数が、第1の受信装置1の数より多くなっても、本実施の形態による情報通信システムの大幅なコスト増には繋がらない。
In addition, the number of the
第1の受信装置1や第2の受信装置2における位置の取得は、例えば、GPS(Global Positioning System)を用いて行われてもよく、ジャイロなどの自律航法装置を用いて行われてもよく、携帯電話や無線LAN等の最寄りの基地局を利用して行われてもよく、または、その他の方法で行われてもよい。
The acquisition of the position in the
波源3は、電波を送信するものであればどのようなものであってもよく、例えば、携帯電話等の無線基地局であってもよく、タクシー等の無線システムの基地局であってもよく、その他の電波を送信するものであってもよい。また、本実施の形態では、説明を簡単にするため、1個の波源3が存在する場合についてのみ説明するが、2以上の波源3が存在してもよい。その場合には、その波源3ごとに、波源位置の算出が行われてもよい。 The wave source 3 may be any one that transmits radio waves, and may be, for example, a wireless base station such as a mobile phone or a base station of a wireless system such as a taxi. , Or other radio waves. Further, in the present embodiment, for simplification of description, only the case where one wave source 3 exists will be described, but two or more wave sources 3 may exist. In that case, the calculation of the wave source position may be performed for each wave source 3.
図2は、本実施の形態による波源位置選択装置10の構成を示すブロック図である。本実施の形態による波源位置選択装置10は、受信部11と、位置算出部12と、受付部13と、距離算出部14と、推定部15と、波源位置選択部16と、範囲推定部17と、出力部18とを備える。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the wave source
受信部11は、第1の受信装置1から第1の観測情報を受信する。その第1の観測情報は、波源3の位置の算出に用いられるものである。1個の第1の観測情報は、1個の第1の受信装置1で受信された電波に関する情報である。受信部11は、複数の第1の観測情報を複数の第1の受信装置1からそれぞれ受信してもよく、または、複数の第1の観測情報を、いずれかの第1の受信装置1から受信してもよい。
The receiving unit 11 receives the first observation information from the
また、波源位置選択装置10においてTDoAによる位置検出が行われる場合には、第1の観測情報には、第1の受信装置1が波源3から受信した受信信号が含まれていてもよい。その受信信号は、後述するように、波源3の位置の算出のために用いられるものであり、例えば、ベースバンド信号のIQデータや複素振幅値等であってもよい。また、その場合には、受信部11は、3個以上の第1の観測情報を受信するものとする。また、その3個以上の第1の観測情報に含まれる受信信号は、後述するように、電波の到来時間差の算出に用いられるため、同期していることが好適である。すなわち、同時期の電波に応じた複数のベースバンド信号が、3個以上の第1の受信装置1から波源位置選択装置10に送信されることが好適である。そのため、例えば、各第1の受信装置1は、GPSの時刻を用いてタイミングを同期させたり、複数の第1の受信装置1を接続する光ファイバー等を用いてタイミングを同期させたりしてもよい。
When the position detection by TDoA is performed in the wave source
また、波源位置選択装置10においてDoAによる位置検出が行われる場合には、第1の観測情報には、第1の受信装置1が波源3からの電波を用いて取得した波源3の方向が含まれていてもよい。また、その場合には、受信部11は、2個以上の第1の観測情報を受信するものとする。その方向は、例えば、第1の受信装置1からの波源3の方向を示すものであってもよい。その方向は、例えば、第1の受信装置1を中心とする方位角(例えば、北を0度とし、東を90度とする方位角等)によって示されてもよい。また、その波源3の方向は、例えば、第1の受信装置1において、電波の受信に関する指向性を変更することによって取得されてもよい。具体的には、電波の強度の最も強い方向が波源3の方向であると判断されてもよい。
When the position detection by DoA is performed in the wave source
また、第1の観測情報には、第1の受信装置1の位置を取得可能な情報が含まれていてもよい。その位置を取得可能な情報は、例えば、位置そのものであってもよく、または、その第1の受信装置1の識別子である第1の識別子であってもよい。位置を取得可能な情報が第1の識別子である場合には、波源位置選択装置10の図示しない記録媒体において、第1の識別子と、その第1の識別子で識別される第1の受信装置1の位置とが対応付けられていてもよい。そして、その第1の識別子に対応する位置が、波源位置選択装置10において取得されてもよい。
Further, the first observation information may include information from which the position of the
また、受信部11は、複数の第1の観測情報を、複数回、受信してもよい。すなわち、波源3から送信された電波の異なる期間ごとの複数の第1の観測情報が、受信部11によって受信されてもよい。その受信された複数の第1の観測情報ごとに、波源位置の算出が行われることになる。なお、その異なる期間は、例えば、連続した期間であってもよく、不連続な期間(すなわち、期間と期間との間に0より大きい時間間隔があることになる)であってもよい。また、その異なる期間の一部は、重複していてもよく、または、そうでなくてもよい。また、受信部11は、例えば、その複数回分の複数の第1の観測情報を一括して受信してもよい。また、TDoAによる位置検出が行われる場合には、受信部11は、例えば、連続した長い受信信号を含む複数の第1の観測情報を受信してもよい。そして、波源位置選択装置10において、その長い受信信号が適宜、分割されることにより、異なる期間ごとの複数の第1の観測情報が取得されてもよい。
The receiving unit 11 may receive a plurality of pieces of first observation information a plurality of times. That is, the plurality of first observation information items for different periods of the radio wave transmitted from the wave source 3 may be received by the receiving unit 11. The calculation of the wave source position is performed for each of the plurality of received first observation information. The different periods may be, for example, continuous periods or discontinuous periods (that is, there is a time interval greater than 0 between the periods). Also, some of the different periods may or may not overlap. Further, the receiving unit 11 may collectively receive, for example, a plurality of pieces of first observation information for the plurality of times. When the position is detected by TDoA, the receiving unit 11 may receive a plurality of first observation information including, for example, a continuous long reception signal. Then, in the wave source
なお、受信部11は、第1の観測情報を、第1の受信装置1から直接受信してもよく、または、他のサーバ等を経由して受信してもよい。後者の場合には、例えば、複数の第1の受信装置1からの第1の観測情報が基地局等において集められ、その基地局等から、集められた第1の観測情報が波源位置選択装置10に送信されてもよい。受信部11は、受信を行うための有線または無線の受信デバイス(例えば、モデムやネットワークカードなど)を含んでもよく、あるいは含まなくてもよい。また、受信部11は、ハードウェアによって実現されてもよく、あるいは受信デバイスを駆動するドライバ等のソフトウェアによって実現されてもよい。
Note that the receiving unit 11 may receive the first observation information directly from the
位置算出部12は、複数の第1の受信装置1が受信した波源3からの電波を用いて波源3の位置である波源位置を算出する。また、位置算出部12は、その波源位置を算出する処理を複数回行うことにより、複数の波源位置を取得する。その複数の波源位置の取得は、例えば、受信部11によって受信された、異なる期間ごとの複数の第1の観測情報について行われてもよい。すなわち、位置算出部12は、ある期間に対応する複数の第1の観測情報を用いて、ある波源位置を算出し、別の期間に対応する複数の第1の観測情報を用いて、別の波源位置を算出することを繰り返してもよい。本実施の形態では、位置算出部12が波源位置を算出する方法として、TDoAによる算出方法と、DoAによる算出方法とについて説明するが、位置算出部12は、それ以外の方法によって波源3の位置を算出してもよい。なお、その位置は、例えば、緯度と経度であってもよく、または、ある位置を基点とした座標値であってもよい。他の位置についても同様である。
The
[TDoAによる算出方法]
この場合には、受信部11は、3個以上の第1の受信装置1からそれぞれ、第1の受信装置1が波源3から受信した受信信号を含む第1の観測情報を受信しているものとする。その複数の第1の観測情報に含まれる受信信号は、同期しているものとする。そして、位置算出部12は、その複数の第1の受信装置1に対応する受信信号と、複数の第1の受信装置1の各位置とを用いて、波源3の位置を算出する。その第1の受信装置1の位置は、例えば、第1の受信装置1から送信された位置を取得可能な情報を用いて取得された位置である。具体的には、位置算出部12は、まず、第1の受信装置1のペアについて、受信信号の相互相関を用いて、波源3からの電波の到来時間差を算出する。また、位置算出部12は、その到来時間差の算出を、第1の受信装置1の複数のペアについて行うものとする。また、位置算出部12は、その複数のペアに関する到来時間差の算出を、異なる受信信号について行う。その結果、複数の受信信号ごとに、複数のペアの到来時間差が取得されることになる(複数のペアごとに複数の到来時間差が取得されることになる、と考えることもできる)。なお、その到来時間差は、波源3からある第1の受信装置1までの電波の伝搬時間と、波源3から別の第1の受信装置1までの電波の伝搬時間との差である。具体的には、位置算出部12は、次のように到来時間差を算出してもよい。
[Calculation method by TDoA]
In this case, the receiving unit 11 receives the first observation information including the reception signal received from the wave source 3 by the
まず、位置算出部12は、同期した3個以上の受信信号を用いて、i番目の第1の受信装置1と、j番目の第1の受信装置1とのペアに関する相互相関Cij (q)(τ)を算出する。なお、i,jは、それぞれ1からNaまでの整数であり、i≠jである。また、Naは、第1の受信装置1の個数を示す3以上の整数である。また、qは、1からQまでの整数であり、同期した3個以上の受信信号の集合を識別するインデックスである。そのqは、波源位置の算出や、算出された波源位置を識別するインデックスであると考えることもできる。Qは、2以上の整数である。すなわち、本実施の形態では、Q個の異なる期間に応じた受信信号を用いて、Q個の波源位置が算出されることになる。その相互相関は、次式のように、i番目の第1の受信装置1の受信信号ri (q)(n)と、j番目の第1の受信装置1のτだけずれた時間の受信信号rj (q)(n−τ)との組み合わせについて算出されることになる。なお、ri (q)(n)は、i番目の第1の受信装置1で取得されたq番目の受信信号におけるn番目のサンプルの値(IQデータや複素振幅値)である。また、サンプルとは、アナログの受信信号がデジタル化された際のサンプルである。
ここで、τは、−L1≦τ≦L1となる整数である。L1は、あらかじめ決められた正の整数である。また、E[ri (q)(n)rj (q)*(n−τ)]は、次式の通りである。
なお、上式において、Nbは、相関を算出するサンプル数である。位置算出部12は、上述の相互相関Cij (q)(τ)を用いて、次式のように、到来時間差|τij (max)(q)|を算出する。すなわち、相互相関がピークとなる時間方向のずれτを、到来時間差としている。なお、厳密には、|τij (max)(q)|にサンプリング周期δを掛けたδ|τij (max)(q)|が、時間を単位とする到来時間差となる。
なお、位置算出部12は、波源3の位置の算出に用いられる3個以上の第1の受信装置1のすべてのペアについて、到来時間差の算出を行ってもよく、そのペアのうち、少なくとも2個のペアについて、好ましくは3個以上のペアについて、到来時間差の算出を行ってもよい。また、位置算出部12は、例えば、同期した3個以上の受信信号の集合をQ個用いて、第1の受信装置1の複数のペアに対応する到来時間差の集合をQ個算出するものとする。すなわち、q=1〜Qのそれぞれについて、δ|τij (max)(q)|が算出されることになる。
The
位置算出部12は、第1の受信装置1の位置と、上述のようにして取得した、複数のペアごとの到来時間差の集合とを用いて、波源3の位置である波源位置を算出することを、その到来時間差の集合ごとに繰り返す。位置算出部12は、例えば、Q個の到来時間差の集合を用いて、Q個の波源位置を算出してもよい。なお、その第1の受信装置1の位置は、到来時間差の算出された受信装置1の複数のペアを構成する第1の受信装置1の位置である。その第1の受信装置1の位置は、例えば、緯度・経度であってもよく、ある位置を基準点とした座標値であってもよい。具体的には、位置算出部12は、次のようにして波源3の位置を算出してもよい。
The
まず、位置算出部12は、q番目の試行(q番目の到来時間差の集合)について、到来時間差を用いて、波源3からi番目の第1の受信装置1までの距離と、波源3からj番目の第1の受信装置1までの距離との差である到来距離差Δdij (q)を算出する。その到来距離差Δdij (q)は、次式のようになる。なお、次式において、χは光速である。また、位置算出部12は、q=1〜Qの各qについて、到来距離差Δdij (q)を算出する処理を行う。
第1の受信装置1の複数のペアに関する到来距離差を用いて波源3の位置を特定することはすでに公知であるが、位置算出部12は、例えば、次のようにして波源位置Sq eを算出してもよい。
ここで、Sq eは、q番目の試行に対する推定波源位置座標(波源位置)であり、それが位置算出部12の算出対象となるものである。mは、ijの組み合わせ、すなわち、第1の受信装置1のペアを構成する第1の受信装置1のインデックスであり、Mは、第1の受信装置1のペアの総数である。また、Sqは、q番目の波源位置であり、|em(Sq)|2は、次式の通りである。
位置算出部12は、波源位置Sq eを、例えば、非線形最小二乗法によって算出してもよく、または、他の方法によって算出してもよい。なお、その算出は、例えば、ニュートン(Newton)法や、レーベンバーグ・マーカート(Levenberg-Marquardt)法を用いて行われてもよい。また、位置算出部12は、q=1〜Qのそれぞれについて、波源位置Sq eを算出する処理を行うものとする。なお、q番目の到来時間差の集合に2個の到来時間差のみが含まれる場合に波源位置を算出する方法について簡単に説明する。その場合には、その到来時間差を到来距離差に変換する。2点からの到来距離差が一定である点の集合は双曲線となる。また、通常、そのような双曲線は2個存在するが、τij (max)(q)の正負に応じて、一方の双曲線を特定することができる。したがって、その特定された双曲線の交点である波源位置を算出することができる。
[DoAによる算出方法]
この場合には、受信部11は、2個以上の第1の受信装置1からそれぞれ、第1の受信装置1で取得された波源3の方向を含む第1の観測情報を受信しているものとする。その複数の第1の観測情報は、同時期に2以上の第1の受信装置1において受信された電波に関するものであることが好適である。そして、位置算出部12は、その複数の第1の受信装置1で取得された波源3の方向と、複数の第1の受信装置1の各位置とを用いて、波源3の位置を算出する。位置算出部12は、第1の受信装置1の位置をTDoAによる算出方法の場合と同様にして取得することができる。なお、ある第1の受信装置1の位置と、そこからの波源3の方向とが分かっている場合には、波源3は、その位置を通り、その方向に延びる直線上に存在することになる。したがって、位置算出部12は、2個の第1の受信装置1の位置と、各第1の受信装置1からの波源3の方向とを知ることによって、2個の直線を特定することができ、その直線の交点である波源3の位置を算出することができる。なお、この場合には、2個の第1の受信装置1と波源3とが同一直線上に存在しないことが好適である。また、この場合にも、3個以上の直線を特定し、波源位置と、その3個以上の直線との距離やその距離の二乗に関する和が最小となるように、波源位置を算出してもよい。また、位置算出部12は、そのDoAによる波源位置の算出を、異なる受信信号について行う。その結果、複数の受信信号ごとに、波源位置が算出されることになる。
[Calculation method using DoA]
In this case, the receiving unit 11 receives the first observation information including the direction of the wave source 3 acquired by the
ここで、位置算出部12は、TDoAまたはDoAにより、Q個の波源位置Sq eを算出したとする。なお、前述のように、qは、1からQまでの整数であり、Qは、2以上の整数である。また、その算出されたQ個の波源位置Sq eは、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。
Here, the
受付部13は、波源3からの電波の複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける。この受信信号強度の受け付けは、例えば、複数の第2の受信装置2から送信された複数の受信位置における受信信号強度の受信によって行われてもよく、または、入力デバイス(例えば、キーボードやマウス、タッチパネルなど)からの入力によって行われてもよく、所定の記録媒体(例えば、光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなど)からの読み出しによって行われてもよい。本実施の形態では、受付部13が複数の第2の受信装置2からそれぞれ複数の受信信号強度を受信する場合について主に説明する。また、受付部13は、第2の受信装置2の位置、すなわち受信位置を取得可能な情報をも受け付けてもよい。その受信位置を取得可能な情報は、例えば、受信位置そのものであってもよく、または、第2の受信装置2の識別子である第2の識別子であってもよい。受付部13は、受信位置を取得可能な情報を、複数の第2の受信装置2からそれぞれ受信してもよい。位置を取得可能な情報が第2の識別子である場合には、波源位置選択装置10の図示しない記録媒体において、第2の識別子と、その第2の識別子で識別される第2の受信装置2の位置とが対応付けられていてもよい。そして、その第2の識別子に対応する位置が、波源位置選択装置10において取得されてもよい。また、受付部13は、受信位置で受信された電波の周波数をも受け付けてもよい。i番目の受信位置における受信信号強度を、Piとする。また、その受信位置の座標を、(Xi,Yi)とする。また、i番目の受信位置で受信された電波の周波数(MHz)をfiとする。なお、iは、1からNまでの整数であり、Nは、受信位置の全個数を示す2以上の整数であるとする。受付部13が、複数の受信位置における受信信号強度を受け付けることにより、1からNまでの各iについて、受信信号強度Piと、受信位置(Xi,Yi)とを知ることができるようになるものとする。なお、さらに周波数fiも知ることができるようになってもよい。ここで、fiは、K個の周波数のいずれかである。ここで、KはN以下の正の整数である。K=2である場合には、例えば、f1=f2=…、f3=f4=…となってもよい。
The receiving
なお、受付部13は、受け付けを行うためのデバイス(例えば、モデムやネットワークカードなど)を含んでもよく、または含まなくてもよい。また、受付部13は、ハードウェアによって実現されてもよく、または所定のデバイスを駆動するドライバ等のソフトウェアによって実現されてもよい。
Note that the accepting
距離算出部14は、複数の受信位置と、位置算出部12によって算出された波源位置とを用いて、受信位置ごとに、波源3からの距離及び方位角を算出する。また、距離算出部14は、その受信位置ごとの距離及び方位角の算出を、複数の波源位置について行う。具体的には、距離算出部14は、N個の受信位置(Xi,Yi)と、Q個の波源位置Sq eとを用いて、各波源位置から受信位置までの距離と、波源位置を中心とする受信位置の方向の方位角とを算出する。波源位置から受信位置までの距離は、通常、波源位置と受信位置との直線距離である。また、波源位置から受信位置までの方位角は、例えば、波源位置を中心として、北を0度とし、東を90度とするものであってもよく、その他の方向を基準とするものであってもよい。なお、i番目の受信位置に関するq番目の波源位置からの距離及び方位角と、そのi番目の受信位置で受信された電波の受信信号強度とを含む情報を、q番目の波源位置に対応するi番目の第2の観測情報と呼ぶことにする。すなわち、
q番目の波源位置に対応するi番目の第2の観測情報=(xi (q),θi (q),Pi)
であってもよい。ここで、q番目の波源位置Sq eと受信位置(Xi,Yi)との距離(km)をxi (q)とし、q番目の波源位置Sq eを中心とする受信位置(Xi,Yi)の方向の方位角(deg)をθi (q)としている。また、Piは、xi (q)、θi (q)の受信位置で受信された電波の受信信号強度(dBm)である。上式から分かるように、i番目の第2の観測情報は、波源位置ごとにQ個存在することになる。また、iは、1からNまでの整数であるため、第2の観測情報は、Q×N個存在することになる。また、第2の観測情報には、周波数も含まれていてもよい。その場合には、
q番目の波源位置に対応するi番目の第2の観測情報=(xi (q),θi (q),Pi,fi)
となる。
The
i-th second observation information corresponding to the q-th source position = (x i (q) , θ i (q) , P i )
It may be. Here, q th source locations S q e and the receiving position of (X i, Y i) the distance between the (km) and x i (q), receives a position around the q-th source locations S q e ( The azimuth (deg) in the direction of X i , Y i ) is defined as θ i (q) . P i is the received signal strength (dBm) of the radio wave received at the receiving position of x i (q) and θ i (q) . As can be seen from the above equation, there are Q i-th pieces of second observation information for each wave source position. In addition, since i is an integer from 1 to N, there are Q × N pieces of second observation information. Further, the second observation information may include a frequency. In that case,
i-th second observation information corresponding to the q-th source position = (x i (q) , θ i (q) , P i , f i )
Becomes
推定部15は、受信位置の受信信号強度と、その受信位置に関する波源3からの距離及び方位角とを含む複数の第2の観測情報を用いて、波源3からの特定の方位角に関する減衰特性関数を、特定の方位角から離れた方位角を含む観測情報ほど小さな影響となる回帰分析によって推定する。また、推定部15は、その特定の方位角の方向の減衰特性関数の推定を、波源3からの複数の方位角について行う。そのような減衰特性関数の推定方法については、例えば、次の文献を参照されたい。
文献:堀端研志、菅野一生、長谷川晃朗、前山利幸、武内良男、「重み付け最小二乗法による方位角変数を用いた伝搬損失推定手法」、電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集、p.403、2014年9月
The estimating
References: Kenshi Horibata, Kazuo Sugano, Akihiro Hasegawa, Toshiyuki Maeyama, Yoshio Takeuchi, "A Method for Estimating Propagation Loss Using Azimuth Variables Using Weighted Least Squares", Proc. Of IEICE Society Conference, p. 403, September 2014
また、推定部15は、その複数の特定の方位角ごとの減衰特性関数の推定を、複数の波源位置について行う。その結果、複数の波源位置について、複数の方位角ごとの減衰特性関数が推定されることになる。なお、減衰特性関数は、波源3からの電波の減衰特性に関する関数であり、波源3からの距離に依存する関数である。その減衰特性関数は、例えば、電波の伝搬損失(パスロス)等を示すものであってもよく、または、受信信号強度等を示すものであってもよい。なお、後述するように、パスロスと受信信号強度とを加算したものが、通常、一定値である送信電力となるため、両者は互いに関係する値となっている。なお、その複数の方位角は、例えば、あらかじめ決められた角度間隔(例えば、5度や10度など)ごとの全方位角(360度)であってもよく、または、その角度間隔ごとのある方位角の範囲(例えば、90度から270度までなど)であってもよい。なお、その角度間隔は均等でなくてもよい。本実施の形態では、推定部15が、あらかじめ決められた角度間隔ごとの全方位角について減衰係数の推定を行う場合について主に説明する。そのあらかじめ決められた角度間隔ごとの全方位角にわたる特定方位角θは、例えば、θ=0°,ε,2×ε,3×ε,…,B×εであってもよい。なお、εは、特定方位角の間隔(deg)であり、Bは、ε×(B+1)≧360°となる最小の整数である。なお、εは、360度の約数であってもよく、またはそうでなくてもよい。その回帰分析による減衰特性関数の推定は、例えば、最小二乗法を用いて行われてもよく、または、最小絶対値法を用いて行われてもよい。すなわち、推定部15は、減衰特性関数を、特定の方位角の方向から離れるほど小さくなる重みを用いた重み付き最小二乗法や最小絶対値法により算出してもよい。その場合には、観測情報にフィッティングする減衰特性関数が重みを考慮して特定されることになる。したがって、推定部15は、特定の方位角に関する減衰特性関数を、特定の方位角から離れるほど減少する重みの関数であり、その減少に関する1以上のパラメータを含む関数である重み関数を用いて推定することになる。重み関数に含まれるパラメータの個数は、1個であってもよく、または、2個以上であってもよい。その重み関数は、例えば、観測情報に含まれる方位角と、特定の方位角との差の絶対値が小さいほど大きな値となり、その差の絶対値が大きいほど小さな値となる関数であってもよい。その関数の具体例については後述する。なお、例えば、その重みの最大値は1であり、最小値は0であってもよく、または、その他の値であってもよい。また、推定部15は、異なる周波数を有する観測情報を用いて回帰分析を行ってもよい。その場合には、減衰特性関数は、電波の周波数にも依存する関数となる。また、推定部15が行う回帰分析は、最小二乗法や最小絶対値法等の線形回帰分析であってもよく、または、非線形回帰分析であってもよい。後者の場合には、例えば、反復最小二乗推定法などによって、反復計算で近似解を改良していくことによって減衰特性関数を推定してもよい。
Further, the estimating
ここで、受信信号強度と、送信電力との関係は、
受信信号強度=送信電力−パスロス
となる。推定部15が推定する減衰特性関数は、前述のように、上式における「パスロス」を示すものであってもよく、「送信電力−パスロス」(=受信信号強度)を示すものであってもよい。両者共に、少なくとも電波の減衰特性に関連していると考えることができるからである。本実施の形態では、減衰特性関数が「送信電力−パスロス」を示すものである場合、すなわち、波源3からの距離に応じた受信信号強度を示す関数である場合について主に説明する。なお、上式における「送信電力」は、厳密には、送信アンテナの利得の影響を含む空中線電力である。ここで、その送信電力は、通常、変化しないと考えている。次に、減衰特性関数の推定について、周波数を用いない場合と、用いる場合とに分けて説明する。
Here, the relationship between the received signal strength and the transmission power is
Received signal strength = transmission power−path loss. As described above, the attenuation characteristic function estimated by the estimating
[周波数を用いない減衰特性関数の推定]
この場合には、q番目の波源位置に対応する複数の第2の観測情報は、次のようになる。
q番目の波源位置に対応する第2の観測情報の集合={(x1 (q),θ1 (q),P1),(x2 (q),θ2 (q),P2),…,(xN (q),θN (q),PN)}
[Estimation of attenuation characteristic function without using frequency]
In this case, the plurality of pieces of second observation information corresponding to the q-th wave source position are as follows.
A set of second observation information corresponding to the q-th source position = {(x 1 (q) , θ 1 (q) , P 1 ), (x 2 (q) , θ 2 (q) , P 2 ) , ..., (x N (q ), θ N (q), P N)}
次に、特定の方向に対応する方位角である特定方位角をθとする。そして、q番目の波源位置を採用した場合の特定方位角θの減衰特性関数Pθ (q)(dBm)を次式のように定義する。なお、xθ (q)は、q番目の波源位置を中心とする特定方位角θの方向に関するq番目の波源位置からの距離(km)である。また、その減衰特性関数は、受信信号強度を示すものであるとする。
Pθ (q)=gθ (q)(xθ (q),θ)
ここで、q番目の波源位置に対応するi番目の第2の観測情報(xi (q),θi (q),Pi)の受信信号強度Piに対して、Pθ (q)との残差をδi (q)とする。
δi (q)=Pi−gθ (q)(xi (q),θ)
Next, a specific azimuth that is an azimuth corresponding to a specific direction is defined as θ. Then, the attenuation characteristic function P θ (q) (dBm) of the specific azimuth angle θ when the q-th wave source position is adopted is defined as the following equation. Note that x θ (q) is a distance (km) from the q-th source position in the direction of the specific azimuth angle θ centered on the q-th source position. It is assumed that the attenuation characteristic function indicates the received signal strength.
P θ (q) = g θ (q) (x θ (q) , θ)
Here, for the received signal strength P i of the i-th second observation information (x i (q) , θ i (q) , P i ) corresponding to the q-th source position, P θ (q) Δ i (q) .
δ i (q) = P i −g θ (q) (x i (q) , θ)
そして、推定部15は、q番目の波源位置に対応するすべての第2の観測情報について、次のq番目の波源位置に対応する目的関数Eθ (q)を最適化する最適解であるgθ (q)を算出する。なお、その最適化は、目的関数を最小化することである。目的関数を最小化するgθ (q)の算出は、例えば、最急降下法等を用いて行ってもよく、その他の方法を用いて行ってもよい。なお、F(θi (q))は、θi (q)が特定方位角θから離れるほど小さくなり、θi (q)が特定方位角θに近づくほど大きくなる重みである。また、Nは、前述のように、q番目の波源位置に対応する第2の観測情報の全個数である。
次に、gθ (q)(xθ (q),θ)について説明する。gθ (q)(xθ (q),θ)は、例えば、次式で示されるものであってもよい。なお、a(q)(θ)、c(q)(θ)は、減衰係数である。a(q)(θ)は、距離減衰係数と呼ばれることもあり、c(q)(θ)は、定数項と呼ばれることもある。減衰係数a(q)(θ),c(q)(θ)は共にθによって決まるθの関数である。
Pθ (q)=gθ (q)(xθ (q),θ)=a(q)(θ)×logxθ (q)+c(q)(θ)
Next, g θ (q) (x θ (q) , θ) will be described. g θ (q) (x θ (q) , θ) may be, for example, represented by the following equation. Note that a (q) (θ) and c (q) (θ) are attenuation coefficients. a (q) (θ) may be called a distance attenuation coefficient, and c (q) (θ) may be called a constant term. The damping coefficients a (q) (θ) and c (q) (θ) are both functions of θ determined by θ.
P θ (q) = g θ (q) (x θ (q), θ) = a (q) (θ) × logx θ (q) + c (q) (θ)
この場合には、上述の目的関数を最適化する最適解の算出は、減衰係数a(q)(θ),c(q)(θ)の算出となる。なお、減衰係数c(q)(θ)に送信電力を含めると、Pθ (q)は、受信信号強度を示すものとなり、減衰係数c(q)(θ)に送信電力を含めないと、Pθ (q)は、パスロスを示すものとなる。また、Pθ (q)が上式で示される場合には、δi (q),Eθ (q)は、次式で示されるようになる。
δi (q)=Pi−a(q)(θ)×logxi (q)−c(q)(θ)
δ i (q) = P i −a (q) (θ) × logx i (q) −c (q) (θ)
なお、そのようなEθ (q)を最小化する減衰係数a(q)(θ),c(q)(θ)を算出することによって、関数gθ (q)の減衰係数a(q)(θ),c(q)(θ)を、重み付きの最小二乗法によって推定することになる。したがって、推定部15は、特定方位角θから離れるほど小さくなる重みF(θi (q))を含む目的関数を最適化する最適解を算出することによって、重み付き最小二乗法や、重み付き最小絶対値法などの回帰分析を用いたa(q)(θ),c(q)(θ)の算出を行ってもよい。それらの減衰係数を算出することによって、減衰特性関数Pθ (q)が算出されたことになる。すなわち、推定部15は、特定の方位角θから離れるほど小さくなる重みの関数である重み関数F(θi (q))、及び、受付部13によって受け付けられた受信信号強度Piと、推定対象の減衰特性関数によって算出される受信信号強度「a(q)(θ)×logxi (q)+c(q)(θ)」との差δi (q)を含む目的関数Eθ (q)が最小となるように減衰特性関数を推定することになる。
Incidentally, the attenuation coefficient to minimize such E theta and (q) a (q) ( θ), c (q) (θ) by calculating the damping coefficient of the function g θ (q) a (q ) (θ), c (q) (θ) is estimated by the weighted least squares method. Therefore, the estimating
次に、その重み関数F(θi (q))について説明する。その重み関数は、前述のように、特定方位角θから離れるほど小さくなるものであれば、どのようなものであってもよいが、例えば、次式のF1(θi (q))やF2(θi (q))を用いてもよい。なお、その重み関数は、前述のように、減少に関する1以上のパラメータを含む関数である。減少に関するパラメータとは、減少の程度を規定するパラメータである。例えば、特定方位角θの方向から離れた場合に、急激に減少するのか、緩やかに減少するのかなどがパラメータによって決められることになる。F1(θi (q))において、α,βは、θi (q)が特定方位角θから離れた際に、F1(θi (q))がどれぐらい小さくなるかを特徴付けるパラメータである。そのパラメータα,βは、0<α<1、β>0の範囲の値である。また、パラメータβの値が大きくなるほど、特定方位角θからより離れた方位角の観測情報も用いられるようになるため、例えば、β≦180(度)などの上限を設けてもよい。また、F2(θi (q))は、バタワースフィルタの通過特性に基づいた重みであり、パラメータηは遮断角であり、パラメータγは遮断率に関係する係数であり、パラメータMは次数である。そのパラメータη,γ,Mは、η>0、γ>0、M>0の範囲の値である。また、η≦180(度)としてもよく、M≧1としてもよい。また、|θ−θi (q)|は、例えば、0≦|θ−θi (q)|≦180(度)となるようにしてもよい。
なお、F1(θi (q))のパラメータα,βの値、F2(θi (q))のパラメータη,γ,Mの値を調整することによって、減衰特性関数の推定に影響を与える方位角の範囲が変化することになり、結果として、減衰特性関数の推定結果が異なることになる。したがって、減衰特性関数を適切に推定できるように、パラメータの値を設定することが求められる。なお、F2(θi (q))の方が遮断率等をより細かく設定できるため、より自由度の高い重みの設定が可能となる。 Adjusting the values of the parameters α and β of F 1 (θ i (q) ) and the values of the parameters η, γ and M of F 2 (θ i (q) ) affect the estimation of the attenuation characteristic function. Is changed, and as a result, the estimation result of the attenuation characteristic function differs. Therefore, it is required to set parameter values so that the attenuation characteristic function can be appropriately estimated. It should be noted that since F 2 (θ i (q) ) can set the cutoff rate and the like more finely, it is possible to set a weight with a higher degree of freedom.
また、特定方位角θの減衰特性関数Pθ (q)は、その特定方位角θに近い方位角を有する観測情報に含まれる受信信号強度によりフィッティングするようになっている。一方、減衰特性関数Pθ (q)は、その特定方位角θから離れた方位角を有する観測情報に含まれる受信信号強度の影響も受けるため、例えば、特定方位角θに近い方位角の観測情報が少数しか存在しなかったとしても、不適切な減衰特性関数が推定されることを回避することができうる。 Further, the attenuation characteristic function P θ (q) of the specific azimuth θ is fitted with the received signal strength included in the observation information having the azimuth close to the specific azimuth θ. On the other hand, the attenuation characteristic function P θ (q) is also affected by the received signal strength included in the observation information having an azimuth angle away from the specific azimuth angle θ. Even if there is only a small amount of information, it can be avoided that an inappropriate attenuation characteristic function is estimated.
なお、上述のように、gθ (q)(xθ (q),θ)=a(q)(θ)×logxθ (q)+c(q)(θ)とした場合には、線形回帰モデルとなり、解析的な最小二乗法や最小絶対値法を用いて最適解を算出することができるが、非線形回帰モデルとなる場合には、例えば、反復計算で近似解を改良していくことによって、減衰特性関数を推定してもよい。 As described above, when the g θ (q) (x θ (q), θ) = a (q) (θ) × logx θ (q) + c (q) (θ) is linear regression It becomes a model, and the optimal solution can be calculated using the analytical least squares method or the minimum absolute value method.However, in the case of a non-linear regression model, for example, by improving the approximate solution by iterative calculation, , A damping characteristic function may be estimated.
[周波数を用いる減衰特性関数の推定]
この場合には、q番目の波源位置に対応する複数の第2の観測情報は、次のようになる。
q番目の波源位置に対応する第2の観測情報の集合={(x1 (q),θ1 (q),P1,f1),(x2 (q),θ2 (q),P2,f2),…,(xN (q),θN (q),PN,fN)}
[Estimation of attenuation characteristic function using frequency]
In this case, the plurality of pieces of second observation information corresponding to the q-th wave source position are as follows.
A set of second observation information corresponding to the q-th source position = {(x 1 (q) , θ 1 (q) , P 1 , f 1 ), (x 2 (q) , θ 2 (q) , P 2 , f 2 ),..., (X N (q) , θ N (q) , P N , f N )}
周波数を用いない場合と同様に特定方位角θを設定すると、q番目の波源位置を採用した場合の特定方位角θの減衰特性関数Pθ (q)(dBm)は、次式のようになる。なお、fは、波源3からの電波の周波数(MHz)である。
Pθ (q)=gθ (q)(xθ (q),f,θ)
When the specific azimuth angle θ is set in the same manner as when no frequency is used, the attenuation characteristic function P θ (q) (dBm) of the specific azimuth angle θ when the q-th wave source position is adopted is as follows. . Note that f is the frequency (MHz) of the radio wave from the wave source 3.
P θ (q) = g θ (q) (x θ (q) , f, θ)
したがって、q番目の波源位置に対応するi番目の第2の観測情報(xi (q),θi (q),Pi,fi)の受信信号強度Piに対するPθ (q)との残差δi (q)は次式のようになる。
δi (q)=Pi−gθ (q)(xi (q),fi,θ)
Therefore, P θ (q) for the received signal strength P i of the i-th second observation information (x i (q) , θ i (q) , P i , f i ) corresponding to the q-th source position is residual [delta] i of (q) is as follows.
δ i (q) = P i −g θ (q) (x i (q) , f i , θ)
なお、推定部15が、q番目の波源位置に対応するすべての第2の観測情報について、q番目の波源位置に対応する目的関数Eθ (q)を最適化する最適解であるgθ (q)を算出することは、周波数を用いない場合と同様である。また、周波数を用いる場合には、gθ (q)(xθ (q),f,θ)は、例えば、次式で示されるものとなる。
Pθ (q)=gθ (q)(xθ (q),f,θ)=a(q)(θ)×logxθ (q)+b×logf+c(q)(θ)
Note that the
P θ (q) = g θ (q) (x θ (q), f, θ) = a (q) (θ) × logx θ (q) + b × logf + c (q) (θ)
ここで、減衰係数bは周波数係数であり、例えば、波源3から受信装置1までの電波の伝搬モデルを自由空間モデルとする場合には、b=20としてもよく、波源3から受信装置1までの電波の伝搬モデルを奥村−秦モデル(市街地モデル)とする場合には、b=26.16−1.1×hm+1.56としてもよい。ただし、このモデルを適用できるのは、次の条件が満たされる場合に限定される。
30<hb<200
1<hm<10
150<f<2200
1<xi (q)<20
Here, the attenuation coefficient b is a frequency coefficient. For example, when a propagation model of a radio wave from the wave source 3 to the receiving
30 <h b <200
1 <h m <10
150 <f <2200
1 <x i (q) <20
なお、hbは、送信アンテナ高(m)であり、hmは、受信アンテナ高(m)であり、fは、電波の周波数(MHz)であり、xi (q)は、波源3から受信装置1までの距離(km)である。この場合には、受信アンテナ高hmを取得する必要がある。その受信アンテナ高hmは、例えば、観測情報に含まれていてもよく、または、波源位置選択装置10において、受信装置識別子と、その受信装置識別子で識別される受信装置1のアンテナの高さとが対応付けられて図示しない記録媒体で記憶されていてもよい。なお、受信アンテナ高と、送信アンテナ高とは、逆であってもよい。すなわち、hbが、受信アンテナ高(m)であり、hmが、送信アンテナ高(m)であってもよい。また、通常、送信アンテナ高は不明であるため、送信アンテナ高に関する条件は満たされていると仮定して奥村−秦モデルを適用してもよい。
Note that h b is the height of the transmitting antenna (m), hm is the height of the receiving antenna (m), f is the frequency of the radio wave (MHz), and x i (q) is This is the distance (km) to the receiving
したがって、この場合にも、目的関数を最適化する最適解の算出は、減衰係数a(q)(θ),c(q)(θ)の算出となる。また、Pθ (q)が上式で示される場合には、δi (q),Eθ (q)は、次式で示されるようになる。
δi (q)=Pi−a(q)(θ)×logxi (q)−b×logfi−c(q)(θ)
δ i (q) = P i −a (q) (θ) × logx i (q) −b × logf i −c (q) (θ)
なお、重みF(θi (q))は、周波数を用いない場合と同様であり、例えば、F1(θi (q))やF2(θi (q))を用いてもよい。このようにして、周波数を用いる場合にも、目的関数Eθ (q)を最適化する減衰係数a(q)(θ),c(q)(θ)を算出することによって、減衰特性関数を推定することができる。なお、周波数も用いる場合には、異なる周波数の電波をも用いて関数のフィッティングを行うことができるため、サンプル数が増えることになる。したがって、例えば、受信装置1の数が少なくても、より精度の高い減衰特性関数の推定が可能になる。
The weight F (θ i (q) ) is the same as the case where no frequency is used, and for example, F 1 (θ i (q) ) or F 2 (θ i (q) ) may be used. In this way, even when the frequency is used, the attenuation characteristic function is calculated by calculating the attenuation coefficients a (q) (θ) and c (q) (θ) that optimize the objective function E θ (q). Can be estimated. In the case where frequencies are also used, the function fitting can be performed using radio waves of different frequencies, so that the number of samples increases. Therefore, for example, even if the number of receiving
また、上記説明では、周波数係数bがモデルから与えられるとしたが、そうでなくてもよい。周波数係数bがモデルから与えられるのでない場合には、減衰特性関数Pθ (q)、残差δi (q)を、次式のようにしてもよい。
Pθ (q)=gθ (q)(xθ (q),f,θ)=a(q)(θ)×logxθ (q)+b(q)(θ)×logf+c(q)(θ)
δi (q)=Pi−a(q)(θ)×logxi (q)−b(q)(θ)×logfi−c(q)(θ)
そして、目的関数Eθ (q)を最小化する最適解である減衰係数a(q)(θ),b(q)(θ),c(q)(θ)を算出するようにしてもよい。すなわち、周波数係数である減衰係数b(q)(θ)をも算出するようにしてもよい。このように、減衰特性関数の減衰係数を推定するとは、すべての減衰係数a(q)(θ),b(q)(θ),c(q)(θ)を推定することであってもよく、または、一部の減衰係数a(q)(θ),c(q)(θ)を推定することであってもよい。なお、以下の説明では、周波数を用いない減衰特性関数の推定を行う場合について主に説明する。
Further, in the above description, the frequency coefficient b is given from the model, but this need not be the case. When the frequency coefficient b is not given from the model, the attenuation characteristic function P θ (q) and the residual δ i (q) may be represented by the following equations.
P θ (q) = g θ (q) (x θ (q), f, θ) = a (q) (θ) × logx θ (q) + b (q) (θ) × logf + c (q) (θ )
δ i (q) = P i −a (q) (θ) × log x i (q) −b (q) (θ) × log f i −c (q) (θ)
Then, the attenuation coefficients a (q) (θ), b (q) (θ), and c (q) (θ), which are the optimal solutions for minimizing the objective function E θ (q) , may be calculated. . That is, the attenuation coefficient b (q) (θ), which is a frequency coefficient, may also be calculated. Thus, estimating the attenuation coefficient of the attenuation characteristic function means estimating all the attenuation coefficients a (q) (θ), b (q) (θ), and c (q) (θ). Alternatively, it may be to estimate some of the attenuation coefficients a (q) (θ) and c (q) (θ). In the following description, a case will be mainly described in which the attenuation characteristic function is estimated without using the frequency.
また、上記説明では、減衰特性関数が、受信信号強度である場合について説明したが、波源3の送信電力を知ることができる場合には、その送信電力を用いて、パスロスを示す減衰特性関数を推定してもよいことは言うまでもない。その場合には、パスロスである減衰特性関数は、「送信電力−Pθ (q)」となる。周波数を用いる推定方法では、同じ波源3が異なる周波数の電波を同じ送信電力で送信している場合や、近接した位置に存在する異なる複数の波源3が、それぞれ異なる周波数の電波を同じ送信電力で同じアンテナゲインの送信アンテナを介して送信している場合には、上述のようにして、受信信号強度を示す減衰特性関数を算出することができる。一方、そうでない場合には、推定部15は、送信電力を用いて、パスロスを示す減衰特性関数を推定することになる。そのように、減衰特性関数の推定に送信電力が必要な場合に、その送信電力は、例えば、受信電力や受信信号強度から推定されてもよく、波源3や他の装置等から事前登録されている値が取得されてもよい。なお、送信電力を推定する場合には、推定部15は、複数の第2の受信装置2のすべての受信電力またはあらかじめ決められた閾値以上の受信電力を用いて、送信電力を推定してもよい。そして、推定部15は、その推定した送信電力と、第2の受信装置2の受信信号強度とを用いて、パスロスを示す減衰特性関数を推定してもよい。なお、送信電力を推定する際には、波源3と第2の受信装置2との間の伝搬経路に応じたモデル(例えば、自由空間モデルや、大地反射の2波モデル、奥村−秦モデル等)の係数a,b,cを用いたパスロスの関数G(x,f)=a×log(x)+b×log(f)+cを用いてもよい。ここで、xは、波源3から第2の受信装置2までの距離であり、fは周波数である。また、モデルの選択は、例えば、第2の受信装置2が取得した遅延プロファイル等を用いて行ってもよい。例えば、遅延プロファイルによって見通しであることが示される場合には、自由空間モデルや大地反射の2波モデルを選択し、遅延プロファイルによって見通しでないことが示される場合には、奥村−秦モデルを選択してもよい。また、そのようにして算出された複数の送信電力のうち、最大値を、波源3の送信電力としてもよく、または、平均+3×(標準偏差)を、波源3の送信電力としてもよい。なお、標準偏差は、算出された送信電力の標準偏差である。前者は、理想的な見通しである伝搬経路を介して受信された受信電力から算出された送信電力が最大値となると考えられることから、最大の送信電力が実際の送信電力であると見なすものである。後者は、統計的なばらつきを考慮すれば、平均+3×(標準偏差)が最大値に近い値となるため、その値を実際の送信電力と見なすものである。なお、第1の受信装置1においても受信電力が取得されている場合には、その第1の受信装置1において取得された受信電力を用いて、送信電力の推定が行われてもよい。
In the above description, the case where the attenuation characteristic function is the received signal strength has been described. However, if the transmission power of the wave source 3 can be known, the attenuation characteristic function indicating the path loss is calculated using the transmission power. Needless to say, it can be estimated. In that case, the attenuation characteristic function is a path loss, a "transmission power -P theta (q)". In the estimation method using the frequency, the same wave source 3 transmits radio waves of different frequencies with the same transmission power, or a plurality of different wave sources 3 located in close positions transmit radio waves of different frequencies with the same transmission power. When transmission is performed via transmission antennas having the same antenna gain, the attenuation characteristic function indicating the received signal strength can be calculated as described above. On the other hand, if not, the
なお、推定部15は、q=1〜Qの各波源位置Sq eについて、上述のようにして、複数の特定方位角θごとの減衰特性関数を推定する。その推定された減衰特性関数、すなわち、減衰係数a(q)(θ),c(q)(θ)等は、図示しない記録媒体で波源位置ごとに記憶されてもよい。また、後述する波源位置の選択において、特定方位角θごとの目的関数の最小値をも用いる場合には、複数の波源位置について、複数の特定方位角θごとの目的関数Eθ (q)の最小値が図示しない記録媒体で記憶されてもよい。
The
波源位置選択部16は、推定部15による推定に関する情報を用いて、複数の波源位置から一の波源位置を選択する。なお、推定に関する情報は、例えば、推定された距離減衰係数であってもよく、推定時に最小化された目的関数の値(最小値)であってもよく、その他の情報であってもよい。波源位置選択部16は、例えば、推定された距離減衰係数を用いて波源位置の選択を行ってもよく、または、目的関数の最小値を用いて波源位置の選択を行ってもよい。次に、波源位置の選択について、推定された距離減衰係数を用いる場合と、目的関数の最小値を用いる場合とに分けて説明する。
The source position selection unit 16 selects one source position from a plurality of source positions by using information about the estimation by the
[距離減衰係数を用いた波源位置の選択]
波源位置選択部16は、推定部15によって推定された、q番目の波源位置に対応する減衰特性関数Pθ (q)の距離減衰係数a(q)(θ)があらかじめ決められた範囲に含まれるかどうかを複数の方位角ごとに判断する。その範囲は、少なくとも上限を含むものである。また、その範囲は、下限を含んでいてもよく、または、そうでなくてもよい。例えば、その範囲は、
a(q)(θ)≦AUB
であってもよく、または、
ALB≦a(q)(θ)≦AUB
であってもよい。本実施の形態では、その範囲が上限のみを含む場合について主に説明する。その範囲は、距離減衰係数の適切な値の範囲であることが好適である。なお、その上限AUBは、特に限定されるものではないが、例えば、「−20」であってもよい。自由空間では、電波の電力は、波源からの距離の二乗に反比例するため、距離減衰係数は、−20となる。自由空間以外では、それよりも減衰が大きいと考えられるため、a(q)(θ)は、通常、−20以下になると考えられるため、上述のように上限AUBを設定してもよい。また、下限ALBは、特に限定されるものではないが、例えば、−60や、−70であってもよい。通常、距離減衰係数がその下限ALBよりも小さい値になることは考えにくいからである。また、波源位置選択部16は、その判断を、複数の波源位置Sq eごとに行う。なお、波源位置選択部16は、例えば、波源位置ごとに、a(q)(θ)があらかじめ決められた範囲に含まれる特定方位角θの数である範囲内方位角数N(q)をカウントしてもよい。そして、波源位置選択部16は、距離減衰係数a(q)(θ)がその範囲に含まれる方位角が最も多い波源位置を選択する。なお、範囲内方位角数N(q)が最大であるqをqbとすると、波源位置Sqb eが選択されることになる。正確な波源位置を用いて算出された距離減衰係数は、適切な範囲内に含まれると考えられる。したがって、範囲内方位角数N(q)の大きい波源位置を選択することによって、より適切な波源位置を選択することができると考えられる。
[Selection of wave source position using distance attenuation coefficient]
The wave source position selector 16 includes the distance attenuation coefficient a (q) (θ) of the attenuation characteristic function P θ (q) corresponding to the q-th wave source position, which is estimated by the
a (q) (θ) ≦ A UB
Or
A LB ≤ a (q) (θ) ≤ A UB
It may be. In the present embodiment, a case where the range includes only the upper limit will be mainly described. The range is preferably a range of an appropriate value of the distance attenuation coefficient. The upper limit AUB is not particularly limited, but may be, for example, "-20". In free space, the power of the radio wave is inversely proportional to the square of the distance from the wave source, so that the distance attenuation coefficient is -20. Since attenuation is considered to be greater outside of free space, a (q) (θ) is usually considered to be -20 or less, so the upper limit A UB may be set as described above. The lower limit A LB is not particularly limited, but may be, for example, −60 or −70. Usually, it is difficult to imagine that the distance attenuation coefficient becomes a value smaller than the lower limit ALB . Moreover, the wave source position selecting unit 16, the determination is performed for each of a plurality of source locations S q e. Note that the wave source position selecting unit 16 calculates, for each wave source position, a range azimuth number N (q) in which a (q) (θ) is the number of specific azimuth angles θ included in a predetermined range, for example. You may count. Then, the wave source position selection unit 16 selects a wave source position having the largest azimuth angle in which the distance attenuation coefficient a (q) (θ) is included in the range. Incidentally, when the range azimuth number N (q) is the q is a maximum and qb, so that the wave source position S qb e is selected. It is considered that the distance attenuation coefficient calculated using the accurate wave source position is included in an appropriate range. Therefore, it is considered that a more appropriate wave source position can be selected by selecting a wave source position having a large in-range azimuth number N (q) .
[目的関数の最小値を用いた波源位置の選択]
波源位置選択部16は、推定部15によって推定された、q番目の波源位置の減衰特性関数Pθ (q)に対応する目的関数Eθ (q)の最小値を複数の方位角ごとに加算した値である合計値Esum (q)を、複数の波源位置ごとに取得する。なお、その合計値Esum (q)は、目的関数Eθ (q)の最小値を特定方位角θごとに加算したものであってもよい。そして、波源位置選択部16は、その合計値Esum (q)が最小である波源位置を選択してもよい。なお、目的関数Eθ (q)の最小値とは、推定部15が推定した最適解(減衰係数)の代入された目的関数の値である。目的関数の最小値が小さいほど、より誤差の小さいフィッティングが行われていると考えることができるため、合計値Esum (q)が最小である場合に、最も誤差の小さいフィッティング、すなわち、適切なフィッティングが行われており、その場合に対応する波源位置は、より正確な波源の位置であると考えることができる。なお、合計値Esum (q)が最小であるqをqbとすると、波源位置Sqb eが選択されることになる。
[Selection of wave source position using minimum value of objective function]
The wave source position selector 16 adds the minimum value of the objective function E θ (q) corresponding to the attenuation characteristic function P θ (q) of the q-th wave source position estimated by the
なお、推定部15は、波源位置ごとに減衰特性関数を推定しているため、波源位置を選択することは、結果として、その選択された波源位置に対応する減衰特性関数を選択したことになる。したがって、波源位置選択部16は、結果として、適切な波源位置に対応する減衰特性関数を選択したことになると考えてもよい。
Since the estimating
範囲推定部17は、波源位置選択部16によって選択された波源位置に対応する減衰特性関数を用いて、波源3からの電波が到達する範囲を推定する。例えば、波源位置Sqb eが選択された場合には、範囲推定部17は、推定部15によって推定された減衰特性関数Pθ (qb)を用いて、波源3からの電波が到達する範囲を推定してもよい。その減衰特性関数Pθ (qb)は、複数の特定方位角ごとの減衰特性関数である。その範囲は、例えば、波源3からの電波を利用できる範囲であってもよく、波源3からの電波の影響がある範囲であってもよい。波源3が携帯電話の基地局である場合には、例えば、前者の範囲は、携帯電話による通話を行うことができる範囲であり、後者の範囲は、携帯電話の通話はできないこともあるが、同一周波数の電波を、他の用途に利用することはできない範囲であってもよい。なお、この範囲以外の領域がホワイトスペースであると考えることができる場合には、範囲推定部17は、実質的にホワイトスペースを推定していると考えることもできる。そのホワイトスペースは、波源3からの電波の到達しない地域的な領域である。範囲推定部17は、推定部15が推定した減衰特性関数を用いて、その減衰特性関数の推定された特定の方位角ごとに、受信信号電力があらかじめ決められた閾値となる波源3からの距離を算出し、その距離に応じた地点である電波の到達端を結ぶ領域を、電波の到達する範囲としてもよい。具体的には、特定方位角θに関する減衰特性関数が推定された場合には、受信信号強度が閾値PTHとなる距離dの位置を、電波の到達端としてもよい。そのようにして、特定方位角θと、電波の到達端までの距離dとの複数の組を取得することができる。なお、減衰特性関数が受信信号電力を示すものでない場合には、範囲推定部17は、波源3の送信電力をも用いて、その範囲の推定を行ってもよい。
The range estimating unit 17 estimates a range in which radio waves from the wave source 3 reach using the attenuation characteristic function corresponding to the wave source position selected by the wave source position selecting unit 16. For example, the range if the source locations S qb e is selected, the range estimation unit 17, by using the estimated by the
図5A,図5Bは、電波の到達範囲の一例を示す図である。電波の到達範囲の境界は、図5Aのように、電波の到達端のそれぞれを通過してもよく、または、図5Bのように、そうでなくてもよい。後者の場合には、例えば、範囲推定部17は、横軸を方位角とし、縦軸を電波の到達距離とする座標系において、取得された特定方位角θと距離dとの組(θ,d)をプロットする。そして、そのプロットされた点と、曲線との距離が最も近くなるように特定した曲線に対応するものが、電波の到達範囲の境界線であってもよい。なお、電波の到達距離とは、波源3から電波の到達端までの距離である。また、波源3が複数の周波数の電波を送信する場合には、範囲推定部17は、その周波数ごとに電波の到達範囲の推定を行ってもよい。また、範囲推定部17は、ホワイトスペースを特定する処理を別途、行ってもよい。波源3が1個である場合には、上述したように、電波の到達範囲を特定することによって、結果としてホワイトスペースを特定したことになりうるが、複数の波源3が存在する場合には、いずれの波源3からの電波も到達しない範囲がホワイトスペースとなる。したがって、範囲推定部17は、いずれの電波の到達範囲にも含まれない領域であるホワイトスペースの特定を行ってもよい。なお、結果として、電波の到達範囲やホワイトスペースと、それ以外とを区別できるようになるのであれば、電波の到達範囲やホワイトスペースを特定する方法は問わない。範囲推定部17は、例えば、電波の到達範囲等の領域の輪郭を示す情報を取得してもよい。 FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams illustrating an example of the reach of radio waves. The boundary of the reach of the radio wave may pass through each of the arrival ends of the radio wave as shown in FIG. 5A, or may not be as shown in FIG. 5B. In the latter case, for example, the range estimation unit 17 sets the acquired specific azimuth angle θ and the distance d in a coordinate system in which the horizontal axis is the azimuth and the vertical axis is the radio wave arrival distance (θ, d) is plotted. Then, the one corresponding to the curve specified so that the distance between the plotted point and the curve is the shortest may be the boundary of the reach of the radio wave. Note that the radio wave arrival distance is a distance from the wave source 3 to the radio wave arrival end. When the wave source 3 transmits radio waves of a plurality of frequencies, the range estimating unit 17 may estimate the reach of radio waves for each of the frequencies. Further, the range estimating unit 17 may separately perform a process of specifying a white space. When the number of the wave sources 3 is one, the white space can be specified as a result by specifying the reach of the radio wave as described above. A range in which radio waves from any of the wave sources 3 do not reach is a white space. Therefore, the range estimating unit 17 may specify a white space that is an area that is not included in any radio wave reach. As a result, there is no limitation on the method of specifying the range or white space of the radio wave as long as the range or the white space of the radio wave can be distinguished from the rest. The range estimating unit 17 may acquire, for example, information indicating an outline of a region such as a radio wave arrival range.
出力部18は、範囲推定部17が推定した範囲に関する出力を行う。その出力は、例えば、電波の到達範囲やホワイトスペースを示す情報を出力することであってもよく、または、ある位置が電波の到達範囲もしくはホワイトスペースに含まれるかどうかの判断結果を出力することであってもよい。判断結果を出力する場合には、例えば、出力部18が範囲推定部17による推定結果を用いた判断を行ってもよく、または、その他の構成要素がその判断を行ってもよい。なお、その判断対象となる位置は、例えば、受付部13によって受け付けられてもよい。
The output unit 18 outputs the range estimated by the range estimating unit 17. The output may be, for example, outputting information indicating a radio wave coverage or white space, or outputting a determination result as to whether a certain position is included in the radio coverage or white space. It may be. When outputting the determination result, for example, the output unit 18 may make a determination using the estimation result by the range estimating unit 17, or another component may make the determination. The position to be determined may be received by the receiving
ここで、この出力は、例えば、表示デバイス(例えば、CRTや液晶ディスプレイなど)への表示でもよく、所定の機器への通信回線を介した送信でもよく、プリンタによる印刷でもよく、記録媒体への蓄積でもよく、他の構成要素への引き渡しでもよい。なお、出力部18は、出力を行うデバイス(例えば、表示デバイスや送信デバイスなど)を含んでもよく、または含まなくてもよい。また、出力部18は、ハードウェアによって実現されてもよく、または、それらのデバイスを駆動するドライバ等のソフトウェアによって実現されてもよい。 Here, the output may be, for example, a display on a display device (for example, a CRT or a liquid crystal display), transmission via a communication line to a predetermined device, printing by a printer, or printing on a recording medium. It may be stored or delivered to other components. Note that the output unit 18 may or may not include a device that performs output (for example, a display device or a transmission device). Further, the output unit 18 may be realized by hardware, or may be realized by software such as a driver for driving those devices.
次に、波源位置選択装置10の動作について図3のフローチャートを用いて説明する。
(ステップS101)受信部11は、複数の第1の受信装置1から、第1の観測情報をそれぞれ受信する。なお、その第1の観測情報の送信は、例えば、波源位置選択装置10から各第1の受信装置1に、第1の観測情報を送信する旨の送信要求が送信されることによってなされてもよい。その受信された複数の第1の観測情報は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。
Next, the operation of the wave source
(Step S101) The receiving unit 11 receives the first observation information from the plurality of
(ステップS102)位置算出部12は、ステップS101で受信された複数の第1の観測情報を用いて、波源位置を取得する。その波源位置は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。
(Step S102) The
(ステップS103)位置算出部12は、Q回以上、ステップS102における波源位置の取得を行ったかどうか判断する。そして、Q回以上、波源位置の取得を行った場合には、ステップS104に進み、そうでない場合には、ステップS101に戻る。
(Step S103) The
(ステップS104)受付部13は、複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける。また、受付部13は、その受信信号強度と共に、受信位置や周波数を受け付けてもよい。また、受付部13は、その受信信号強度等を、第2の受信装置2から受信してもよい。その受け付けられた複数の受信信号強度等は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。
(Step S104) The receiving
(ステップS105)距離算出部14は、ステップS104で受け付けられた各受信信号強度に対応する受信位置ごとに、波源3からの距離及び方位角を算出する。また、距離算出部14は、その算出を、複数の波源位置ごとに行う。その波源位置ごとに算出された、各受信位置に対応する距離及び方位角は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。
(Step S105) The
(ステップS106)推定部15は、受信位置の受信信号強度と、その受信位置に関する波源3からの距離及び方位角とを含む複数の第2の観測情報を用いて、複数の特定方位角ごとに減衰特性関数を取得する。その取得された減衰特性関数は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。また、推定部15は、その複数の特定方位角ごとの減衰特性関数の取得を、各波源位置について行う。なお、この処理の詳細については、図4Aのフローチャートを用いて後述する。
(Step S106) The estimating
(ステップS107)波源位置選択部16は、ステップS106における減衰特性関数の推定に関する情報を用いて、複数の波源位置から、1個の波源位置を選択する。なお、この処理の詳細については、図4B、図4Cのフローチャートを用いて後述する。 (Step S107) The wave source position selecting unit 16 selects one wave source position from a plurality of wave source positions using the information on the estimation of the attenuation characteristic function in step S106. The details of this process will be described later with reference to the flowcharts in FIGS. 4B and 4C.
(ステップS108)範囲推定部17は、波源位置選択部16によって選択された波源位置に対応する、複数の方位角ごとの減衰特性関数を用いて、電波の到達範囲を推定する。その推定結果である電波の到達範囲は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。 (Step S108) The range estimating unit 17 estimates the reach of the radio wave using the attenuation characteristic function for each of a plurality of azimuth angles corresponding to the wave source position selected by the wave source position selecting unit 16. The range of the radio wave as the estimation result may be stored in a recording medium (not shown).
(ステップS109)出力部18は、範囲推定部17による範囲の推定結果に関する出力を行う。そして、電波の到達範囲の推定に関する一連の処理は終了となる。 (Step S109) The output unit 18 outputs the result of the range estimation by the range estimation unit 17. Then, a series of processes regarding the estimation of the arrival range of the radio wave ends.
なお、図3のフローチャートのステップS108おいて、ホワイトスペースの検出を行ってもよい。また、図3のフローチャートの処理を繰り返して実行することにより、時間方向についても、電波の到達範囲やホワイトスペースを検出できるようになる。その場合には、波源位置を選択する処理を含めて繰り返してもよく、または、波源位置の選択の処理は繰り返さず、減衰特性関数の推定、及び電波の到達範囲の推定や出力のみを繰り返してもよい。 Note that the white space may be detected in step S108 of the flowchart in FIG. In addition, by repeatedly executing the processing of the flowchart in FIG. 3, it is possible to detect the reach of radio waves and the white space in the time direction. In that case, the process including the process of selecting the wave source position may be repeated, or the process of selecting the wave source position is not repeated, and only the estimation of the attenuation characteristic function, and the estimation and output of the radio wave arrival range are repeated. Is also good.
図4Aは、図3のフローチャートにおける減衰特性関数の推定の処理(ステップS106)の詳細を示すフローチャートである。
(ステップS201)推定部15は、カウンタqを1に設定する。
FIG. 4A is a flowchart showing details of the process of estimating the attenuation characteristic function (step S106) in the flowchart of FIG.
(Step S201) The
(ステップS202)推定部15は、特定の方向を示す方位角である特定方位角θを0度に設定する。
(Step S202) The estimating
(ステップS203)推定部15は、複数の第2の観測情報を用いて、特定方位角θに関する減衰特性関数を推定する。この推定は、周波数を用いたものであってもよく、または、そうでなくてもよい。
(Step S203) The
(ステップS204)推定部15は、特定方位角θをεだけインクリメントする。なお、εは、360度の約数であってもよく、またはそうでなくてもよい。
(Step S204) The estimating
(ステップS205)推定部15は、特定方位角θが360度以上であるかどうか判断する。そして、360度以上である場合には、ステップS206に進み、そうでない場合には、ステップS203に戻る。
(Step S205) The
(ステップS206)推定部15は、カウンタqが、あらかじめ設定されているQ以上であるかどうか判断する。そして、カウンタqがQ以上である場合には、図3のフローチャートに戻り、そうでない場合には、ステップS207に進む。
(Step S206) The
(ステップS207)推定部15は、カウンタqを1だけインクリメントする。そして、ステップS202に戻る。
(Step S207) The
図4Bは、図3のフローチャートにおける波源位置の選択の処理(ステップS107)の詳細を示すフローチャートである。なお、図4Bのフローチャートでは、距離減衰係数を用いて選択を行う場合について説明する。
(ステップS301)波源位置選択部16は、カウンタqを1に設定する。
FIG. 4B is a flowchart showing details of the process of selecting a wave source position (step S107) in the flowchart of FIG. In the flowchart of FIG. 4B, a case will be described in which selection is performed using a distance attenuation coefficient.
(Step S301) The wave source position selector 16 sets the counter q to 1.
(ステップS302)波源位置選択部16は、a(q)(θ)≦AUBとなる範囲内方位角数N(q)をカウントする。波源位置選択部16は、例えば、N(q)を初期値の0に設定し、その後、特定方位角θ=0°,ε,2×ε,3×ε,…,B×εのそれぞれについて、a(q)(θ)≦AUBが満たされる場合にN(q)を1だけカウントアップしてもよい。 (Step S302) The wave source position selecting unit 16 counts the number of azimuth angles N (q) within the range where a (q) (θ) ≦ A UB . The wave source position selection unit 16 sets, for example, N (q) to an initial value of 0, and thereafter, for each of the specific azimuth angles θ = 0 °, ε, 2 × ε, 3 × ε,. , A (q) (θ) ≦ A UB , N (q) may be counted up by one.
(ステップS303)波源位置選択部16は、カウンタqが、あらかじめ設定されているQ以上であるかどうか判断する。そして、カウンタqがQ以上である場合には、ステップS304に進み、そうでない場合には、ステップS305に進む。 (Step S303) The wave source position selection unit 16 determines whether or not the counter q is equal to or larger than a preset Q. If the counter q is equal to or larger than Q, the process proceeds to step S304; otherwise, the process proceeds to step S305.
(ステップS304)波源位置選択部16は、範囲内方位角数N(q)が最大であるqに対応する波源位置を選択する。なお、そのようなqが複数存在する場合には、波源位置選択部16は、例えば、そのような複数のqから、ランダムに1個のqを選択してもよく、または、その複数のqに対応する目的関数Eθ (q)の最小値の合計値Esum (q)が最小であるqに対応する波源位置を選択してもよい。そして、図3のフローチャートに戻る。 (Step S304) The wave source position selecting unit 16 selects a wave source position corresponding to q having the maximum in-range azimuth number N (q) . When there are a plurality of such qs, the wave source position selection unit 16 may, for example, randomly select one q from such a plurality of qs, or the minimum value of the sum E sum (q) may be selected wave source position corresponding to q is the minimum of the objective function E theta corresponding (q) to. Then, the process returns to the flowchart of FIG.
(ステップS305)波源位置選択部16は、カウンタqを1だけインクリメントする。そして、ステップS302に戻る。 (Step S305) The wave source position selector 16 increments the counter q by one. Then, the process returns to step S302.
図4Cは、図3のフローチャートにおける波源位置の選択の処理(ステップS107)の詳細を示すフローチャートである。なお、図4Cのフローチャートでは、目的関数の最小値を用いて選択を行う場合について説明する。
(ステップS401)波源位置選択部16は、カウンタqを1に設定する。
FIG. 4C is a flowchart showing details of the process of selecting a wave source position (step S107) in the flowchart of FIG. In the flowchart of FIG. 4C, a case will be described in which selection is performed using the minimum value of the objective function.
(Step S401) The wave source position selector 16 sets the counter q to 1.
(ステップS402)波源位置選択部16は、目的関数Eθ (q)の最小値の合計値Esum (q)を算出する。波源位置選択部16は、例えば、特定方位角θ=0°,ε,2×ε,3×ε,…,B×εのそれぞれについて、目的関数Eθ (q)の最小値を加算することによって合計値Esum (q)を算出してもよい。 (Step S402) The wave source position selection unit 16 calculates the total value E sum (q) of the minimum values of the objective function E θ (q) . The wave source position selector 16 adds, for example, the minimum value of the objective function E θ (q) to each of the specific azimuth angles θ = 0 °, ε, 2 × ε, 3 × ε,. May be used to calculate the total value E sum (q) .
(ステップS403)波源位置選択部16は、カウンタqが、あらかじめ設定されているQ以上であるかどうか判断する。そして、カウンタqがQ以上である場合には、ステップS404に進み、そうでない場合には、ステップS405に進む。 (Step S403) The wave source position selector 16 determines whether or not the counter q is equal to or larger than a preset Q. If the counter q is equal to or larger than Q, the process proceeds to step S404; otherwise, the process proceeds to step S405.
(ステップS404)波源位置選択部16は、合計値Esum (q)が最小であるqに対応する波源位置を選択する。なお、そのようなqが複数存在する場合には、波源位置選択部16は、例えば、そのような複数のqから、ランダムに1個のqを選択してもよく、または、その複数のqに対応する範囲内方位角数N(q)が最大であるqに対応する波源位置を選択してもよい。そして、図3のフローチャートに戻る。 (Step S404) The wave source position selector 16 selects a wave source position corresponding to q having the minimum total value E sum (q) . When there are a plurality of such qs, the wave source position selection unit 16 may, for example, randomly select one q from such a plurality of qs, or May be selected as the wave source position corresponding to q at which the in-range azimuth angle number N (q) corresponding to the maximum is q. Then, the process returns to the flowchart of FIG.
以上のように、本実施の形態による波源位置選択装置10によれば、マルチパスなどの伝搬環境の特性に時間的な変動があった場合でも、より正確な波源位置を選択することができる。また、そのようにして選択された波源位置を用いて電波の到達範囲等を推定することにより、電波の到達範囲やホワイトスペース等をより精度高く推定することができるようになる。
As described above, according to the wave source
なお、本実施の形態では、波源位置選択装置10において電波の到達範囲をも推定する場合について説明したが、そうでなくてもよい。電波の到達範囲を推定しない場合には、波源位置選択装置10は、範囲推定部17を備えていなくてもよい。また、出力部18は、例えば、選択された波源位置や、選択された波源位置に対応する減衰特性関数を出力してもよい。
In the present embodiment, a case has been described in which the wave source
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2による波源位置算出装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態による波源位置算出装置は、TDoAによる波源位置の算出において、到来時間差の算出を繰り返して行い、その算出した複数の到来時間差から適切な値を取得し、その取得した到来時間差を用いて波源位置を算出するものである。
(Embodiment 2)
A wave source position calculating device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The wave source position calculation device according to the present embodiment repeatedly calculates the arrival time difference in the calculation of the wave source position by TDoA, acquires an appropriate value from the plurality of calculated arrival time differences, and uses the acquired arrival time difference. Is used to calculate the wave source position.
なお、本実施の形態による波源位置算出装置20を含む情報通信システムの構成は、図1において、波源位置選択装置10が波源位置算出装置20となった以外、実施の形態1の説明と同様であり、その詳細な説明を省略する。なお、本実施の形態では、波源位置算出装置20が、TDoAによって波源位置を算出するため、第1の受信装置1は、3個以上存在するものとする。また、第1の観測情報には、第1の受信装置1で受信された波源3からの電波に対応する受信信号が含まれているものとする。
The configuration of the information communication system including the wave source position calculation device 20 according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the wave source
図6は、本実施の形態による波源位置算出装置20の構成を示すブロック図である。本実施の形態による波源位置算出装置20は、受信部21と、到来時間差算出部22と、到来時間差取得部23と、波源位置算出部24と、受付部25と、距離算出部26と、推定部27と、範囲推定部17と、出力部18とを備える。なお、範囲推定部17及び出力部18の構成及び動作は、範囲推定部17が、推定部15に代えて推定部27によって推定された減衰特性関数を用いて、波源3からの電波の到達範囲を推定する以外は、実施の形態1と同様であり、その説明を省略する。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the wave source position calculation device 20 according to the present embodiment. The wave source position calculating device 20 according to the present embodiment includes a receiving
受信部21は、3個以上の第1の受信装置1から第1の観測情報を受信する。その第1の観測情報には、第1の受信装置1で受信された波源3からの電波の受信信号が含まれているものとする。その受信信号は、波源3の位置の算出のために用いられるものであり、例えば、ベースバンド信号のIQデータや複素振幅値等であってもよい。また、その3個以上の第1の観測情報に含まれる受信信号は、後述するように、電波の到来時間差の算出に用いられるため、同期していることが好適である。また、第1の観測情報には、第1の受信装置1の位置を取得可能な情報が含まれていてもよい。なお、受信部21は、TDoAによる波源位置の算出のため、複数の第1の観測情報を受信する受信部11と同様のものである。
The receiving
また、受信部21は、複数の第1の観測情報を、複数回、受信してもよい。すなわち、波源3から送信された電波の異なる期間ごとの複数の第1の観測情報が、受信部21によって受信されてもよい。その受信された複数の第1の観測情報ごとに、到来時間差の算出が行われることになる。なお、その異なる期間は、例えば、連続した期間であってもよく、不連続な期間であってもよい。また、その異なる期間の一部は、重複していてもよく、または、そうでなくてもよい。また、受信部21は、例えば、その複数回分の複数の第1の観測情報を一括して受信してもよい。また、受信部21は、例えば、連続した長い受信信号を含む複数の第1の観測情報を受信してもよい。そして、波源位置算出装置20において、その長い受信信号が適宜、分割されることにより、異なる期間ごとの複数の第1の観測情報が取得されてもよい。
Further, the receiving
なお、受信部21は、第1の観測情報を、第1の受信装置1から直接受信してもよく、または、他のサーバ等を経由して受信してもよい。また、受信部21は、受信を行うための有線または無線の受信デバイス(例えば、モデムやネットワークカードなど)を含んでもよく、または含まなくてもよい。また、受信部21は、ハードウェアによって実現されてもよく、または受信デバイスを駆動するドライバ等のソフトウェアによって実現されてもよい。
The receiving
到来時間差算出部22は、第1の受信装置1のペアについて、受信信号の相互相関を用いて、波源3からの電波の到来時間差を算出する。また、到来時間差算出部22は、その到来時間差の算出を、第1の受信装置1の複数のペアについて行うものとする。また、到来時間差算出部22は、その複数のペアに関する到来時間差の算出を、異なる受信信号について行う。その結果、複数のペアごとに複数の到来時間差が取得されることになる。なお、その到来時間差は、波源3からある第1の受信装置1までの電波の伝搬時間と、波源3から別の第1の受信装置1までの電波の伝搬時間との差である。具体的には、到来時間差算出部22は、次のように到来時間差を算出してもよい。
The arrival time difference calculator 22 calculates the arrival time difference of the radio wave from the wave source 3 using the cross-correlation of the received signal for the pair of the
まず、到来時間差算出部22は、同期した3個以上の受信信号を用いて、i番目の第1の受信装置1と、j番目の第1の受信装置1とのペアに関する相互相関Cij (q)(τ)を算出する。その相互相関の算出方法は、実施の形態1の説明と同様であり、その詳細な説明を省略する。到来時間差算出部22は、算出した相互相関Cij (q)(τ)を用いて、到来時間差|τij (max)(q)|を算出する。なお、厳密には、|τij (max)(q)|にサンプリング周期δを掛けたδ|τij (max)(q)|が、時間を単位とする到来時間差となる。その到来時間差の算出方法についても、実施の形態1の説明と同様であり、その詳細な説明を省略する。
First, the arrival time difference calculation unit 22 uses three or more synchronized reception signals to obtain a cross-correlation C ij ( i.e. , a pair of the i-th
なお、到来時間差算出部22は、波源3の位置の算出に用いられる3個以上の第1の受信装置1のすべてのペアについて、到来時間差の算出を行ってもよく、そのペアのうち、少なくとも2個のペアについて、好ましくは3個以上のペアについて、到来時間差の算出を行ってもよい。また、到来時間差算出部22は、同期した3個以上の受信信号の集合をQ個用いて、第1の受信装置1の複数のペアに対応する到来時間差の集合をQ個算出するものとする。その結果、複数のペアごとにQ個の到来時間差が取得されることになる。
In addition, the arrival time difference calculation unit 22 may calculate the arrival time difference for all pairs of three or more
到来時間差取得部23は、第1の受信装置1のペアごとに、複数の到来時間差から代表値である到来時間差を取得する。例えば、i番目の第1の受信装置1と、j番目の第1の受信装置1とのペアについて、Q個の到来時間差が到来時間差算出部22によって算出されているため、到来時間差取得部23は、そのQ個の到来時間差から、代表値である到来時間差を取得する。その代表値は、例えば、中央値であってもよく、または、平均値であってもよい。例えば、1≦q≦Qに対応するδ|τij (max)(q)|の中央値が、到来時間差取得部23によって選択されてもよく、1≦q≦Qに対応するδ|τij (max)(q)|の平均値が、到来時間差取得部23によって算出されてもよい。本実施の形態では、代表値が中央値である場合について主に説明する。到来時間差取得部23は、到来時間差の算出されたijのすべての組について、その到来時間差の代表値を取得する処理を行う。例えば、δ|τij (max)(q)|の中央値に対応するqをqb(ij)とすると、到来時間差取得部23は、i番目の第1の受信装置1と、j番目の第1の受信装置1とのペアについて、到来時間差δ|τij (max)(qb(ij))|を選択することになる。
The arrival time
なお、前述のように、到来時間差に光速χを掛けたものが到来距離差となる。したがって、到来時間差算出部22は、実質的に到来距離差を算出しており、到来時間差取得部23は、実質的に複数の到来距離差から代表値である到来距離差を取得していると考えることもできる。
As described above, the arrival distance difference is obtained by multiplying the arrival time difference by the light speed χ. Therefore, the arrival time difference calculation unit 22 has substantially calculated the arrival distance difference, and the arrival time
波源位置算出部24は、第1の受信装置1の位置と、到来時間差取得部23によって取得された、複数のペアごとの到来時間差とを用いて、波源3の位置である波源位置を算出する。なお、その第1の受信装置1の位置は、到来時間差の算出された受信装置1の複数のペアを構成する第1の受信装置1の位置である。具体的には、波源位置算出部24は、次のようにして波源3の位置を算出してもよい。
The wave source position calculation unit 24 calculates a wave source position, which is the position of the wave source 3, using the position of the
まず、波源位置算出部24は、到来時間差を用いて、波源3からi番目の第1の受信装置1までの距離と、波源3からj番目の第1の受信装置1までの距離との差である到来距離差Δdij (qb(ij))を算出する。その到来距離差Δdij (qb(ij))は、次式のようになる。なお、次式において、χは光速である。
第1の受信装置1の複数のペアに関する到来距離差を用いて波源3の位置を特定することはすでに公知であるが、波源位置算出部24は、例えば、次のようにして波源位置Sqb eを算出してもよい。
ここで、Sqb eは、推定波源位置座標(波源位置)であり、それが波源位置算出部24の算出対象となるものである。mは、ijの組み合わせ、すなわち、第1の受信装置1のペアを構成する第1の受信装置1のインデックスであり、Mは、第1の受信装置1のペアの総数である。また、Sqb eは、波源位置であり、|em(Sqb e)|2は、次式の通りである。
ここで、Δdm (qb(m))は、上述のようにして選択された到来距離差である。また、Δdm(Sqb)は、次式で示されるように、位置座標から算出される到来距離差である。なお、Siは、i番目の第1の受信装置1の位置座標である。
波源位置算出部24は、推定波源位置座標Sqb eを、例えば、非線形最小二乗法によって算出してもよく、または、他の方法によって算出してもよい。なお、その算出は、例えば、ニュートン(Newton)法や、レーベンバーグ・マーカート(Levenberg-Marquardt)法を用いて行われてもよい。なお、代表値が平均値である場合には、上式において、中間値の到来距離差Δdij (qb(ij))に代えて、平均値の到来時間差に光速χを掛けた到来距離差が用いられるものとする。 Wave source position calculation section 24, the estimated wave source coordinates S qb e, for example, may be calculated by non-linear least squares method, or may be calculated by other methods. The calculation may be performed using, for example, the Newton method or the Levenberg-Marquardt method. When the representative value is an average value, the arrival distance difference obtained by multiplying the arrival time difference of the average value by the speed of light 代 え instead of the arrival distance difference Δd ij (qb (ij)) of the intermediate value in the above equation is obtained. Shall be used.
受付部25は、波源3からの電波の複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける。この受付部25は、実施の形態1の受付部13と同様のものであり、その詳細な説明を省略する。
The receiving
距離算出部26は、複数の受信位置と、波源位置算出部24によって算出された波源位置とを用いて、受信位置ごとに、波源3からの距離及び方位角を算出する。具体的には、距離算出部26は、受信位置(Xi,Yi)と、波源位置Sqb eとを用いて、波源位置から受信位置までの距離と、波源位置を中心とする受信位置の方向の方位角とを算出する。波源3から受信位置までの距離は、通常、波源3と受信位置との直線距離である。また、波源3から受信位置までの方位角は、例えば、波源3を中心として、北を0度とし、東を90度とするものであってもよく、その他の方向を基準とするものであってもよい。なお、i番目の受信位置に関する波源3からの距離及び方位角と、そのi番目の受信位置で受信された電波の受信信号強度とを含む情報を、i番目の第2の観測情報と呼ぶことにする。すなわち、
i番目の第2の観測情報=(xi,θi,Pi)
であってもよい。ここで、波源位置Sqb eと受信位置(Xi,Yi)との距離(km)をxiとし、波源位置Sqb eを中心とする受信位置(Xi,Yi)の方向の方位角(deg)をθiとしている。また、Piは、xi、θiの受信位置で受信された電波の受信信号強度(dBm)である。なお、iは、1からNまでの整数であるため、本実施の形態では、第2の観測情報はN個存在することになる。また、第2の観測情報には、周波数も含まれていてもよい。その場合には、
i番目の第2の観測情報=(xi,θi,Pi,fi)
となる。その周波数fiは、実施の形態1と同様のものである。
The distance calculation unit 26 calculates the distance and the azimuth from the wave source 3 for each reception position using the plurality of reception positions and the wave source position calculated by the wave source position calculation unit 24. Specifically, the distance calculation unit 26 receives the position (X i, Y i) and, by using the wave source position S qb e, receiving position around the distance from the wave source position to the receiving position, the source locations Is calculated. The distance from the wave source 3 to the receiving position is usually a linear distance between the wave source 3 and the receiving position. Further, the azimuth from the wave source 3 to the reception position may be, for example, 0 degree in the north and 90 degrees in the east with respect to the wave source 3, and may be based on another direction. You may. The information including the distance and azimuth from the wave source 3 with respect to the i-th reception position and the received signal strength of the radio wave received at the i-th reception position is referred to as the i-th second observation information. To That is,
i-th second observation information = (x i , θ i , P i )
It may be. Here, the wave source position S qb e and the receiving position (X i, Y i) the distance between the (km) and x i, received position (X i, Y i) centered on the source locations S qb e direction The azimuth (deg) is defined as θ i . P i is the reception signal strength (dBm) of the radio wave received at the reception position of x i , θ i . Since i is an integer from 1 to N, there are N pieces of second observation information in the present embodiment. Further, the second observation information may include a frequency. In that case,
i-th second observation information = (x i , θ i , P i , f i )
Becomes The frequency f i is the same as in the first embodiment.
推定部27は、波源位置算出部24によって算出された波源位置と、受付部25で受け付けられた複数の受信位置における受信信号強度とを用いて、波源3からの電波の減衰特性関数を推定する。その推定は、距離算出部26によって算出された、受信位置ごとの、波源3からの距離及び方位角を用いて行われてもよい。本実施の形態では、その場合について主に説明する。また、推定部27による減衰特性関数の推定の処理は、複数の特定方位角ごとの減衰特性関数の推定を、Q個の波源位置に対して行う代わりに、複数の特定方位角ごとの減衰特性関数の推定を、波源位置算出部24によって算出された1個の波源位置に対して行う以外は、実施の形態1の推定部15による減衰特性関数の推定の処理と同様であってもよい。本実施の形態では、その場合について主に説明し、その詳細な説明を省略する。
The estimating
次に、波源位置算出装置20の動作について図7のフローチャートを用いて説明する。
(ステップS501)受信部21は、3個以上の第1の受信装置1から、第1の観測情報をそれぞれ受信する。なお、その第1の観測情報の送信は、例えば、波源位置算出装置20から各第1の受信装置1に、第1の観測情報を送信する旨の送信要求が送信されることによってなされてもよい。その受信された複数の第1の観測情報は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。なお、その第1の観測情報には、複数の第1の受信装置1間において同期した受信信号が含まれている。
Next, the operation of the wave source position calculation device 20 will be described with reference to the flowchart of FIG.
(Step S501) The receiving
(ステップS502)到来時間差取得部23は、第1の観測情報を送信した第1の受信装置1の複数ペアについて、到来時間差を算出する。その到来時間差は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。
(Step S502) The arrival time
(ステップS503)到来時間差取得部23は、Q回以上、ステップS502における複数のペアに関する到来時間差の算出を行ったかどうか判断する。そして、Q回以上、複数のペアに関する到来時間差の算出を行った場合には、ステップS504に進み、そうでない場合には、ステップS501に戻る。
(Step S503) The arrival time
(ステップS504)到来時間差取得部23は、各ペアについて、複数の到来時間差の代表値を取得する。この代表値の取得は、ペアごとに独立して行われる。
(Step S504) The arrival time
(ステップS505)波源位置算出部24は、各ペアについてステップS504で取得された到来時間差の代表値を用いて、波源位置を算出する。その波源位置は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。 (Step S505) The wave source position calculation unit 24 calculates the wave source position using the representative value of the arrival time difference acquired in step S504 for each pair. The wave source position may be stored in a recording medium (not shown).
(ステップS506)受付部25は、複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける。また、受付部25は、その受信信号強度と共に、受信位置や周波数を受け付けてもよい。また、受付部25は、その受信信号強度等を、第2の受信装置2から受信してもよい。その受け付けられた複数の受信信号強度等は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。
(Step S506) The receiving
(ステップS507)距離算出部26は、ステップS506で受け付けられた各受信信号強度に対応する受信位置ごとに、波源3からの距離及び方位角を算出する。その各受信位置に対応する距離及び方位角は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。 (Step S507) The distance calculation unit 26 calculates the distance and the azimuth from the wave source 3 for each reception position corresponding to each reception signal strength received in step S506. The distance and azimuth corresponding to each reception position may be stored in a recording medium (not shown).
(ステップS508)推定部27は、受信位置の受信信号強度と、その受信位置に関する波源3からの距離及び方位角とを含む複数の第2の観測情報を用いて、複数の特定方位角ごとに減衰特性関数を取得する。その取得された減衰特性関数は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。なお、この処理の詳細については、図8のフローチャートを用いて後述する。
(Step S508) The
(ステップS509)範囲推定部17は、推定部27によって推定された複数の方位角ごとの減衰特性関数を用いて、電波の到達範囲を推定する。その推定結果である電波の到達範囲は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。
(Step S509) The range estimating unit 17 estimates the arrival range of the radio wave using the attenuation characteristic function for each of the plurality of azimuth angles estimated by the estimating
(ステップS510)出力部18は、範囲推定部17による範囲の推定結果に関する出力を行う。そして、電波の到達範囲の推定に関する一連の処理は終了となる。 (Step S510) The output unit 18 outputs the result of the range estimation by the range estimation unit 17. Then, a series of processes regarding the estimation of the arrival range of the radio wave ends.
なお、図7のフローチャートのステップS509おいて、ホワイトスペースの検出を行ってもよい。また、図7のフローチャートの処理を繰り返して実行することにより、時間方向についても、電波の到達範囲やホワイトスペースを検出できるようになる。その場合には、波源位置を算出する処理を含めて繰り返してもよく、または、波源位置の算出の処理は繰り返さず、減衰特性関数の推定、及び電波の到達範囲の推定や出力のみを繰り返してもよい。 In step S509 of the flowchart in FIG. 7, a white space may be detected. In addition, by repeatedly executing the processing of the flowchart in FIG. 7, it is possible to detect the reach of radio waves and the white space in the time direction. In that case, the process of calculating the wave source position may be repeated, or the process of calculating the wave source position may not be repeated, but only the estimation of the attenuation characteristic function, and the estimation and output of the radio wave arrival range may be repeated. Is also good.
図8は、図7のフローチャートにおける減衰特性関数の推定の処理(ステップS508)の詳細を示すフローチャートである。
(ステップS601)推定部27は、特定の方向を示す方位角である特定方位角θを0度に設定する。
FIG. 8 is a flowchart showing details of the process (step S508) of estimating the attenuation characteristic function in the flowchart of FIG.
(Step S601) The estimating
(ステップS602)推定部27は、複数の第2の観測情報を用いて、特定方位角θに関する減衰特性関数を推定する。この推定は、周波数を用いたものであってもよく、または、そうでなくてもよい。
(Step S602) The
(ステップS603)推定部27は、特定方位角θをεだけインクリメントする。なお、εは、360度の約数であってもよく、またはそうでなくてもよい。
(Step S603) The estimating
(ステップS604)推定部27は、特定方位角θが360度以上であるかどうか判断する。そして、360度以上である場合には、図7のフローチャートに戻り、そうでない場合には、ステップS602に戻る。
(Step S604) The
以上のように、本実施の形態による波源位置算出装置20によれば、複数の到来時間差の代表値を用いて、波源位置を算出することになる。したがって、マルチパスなどの伝搬環境の特性に時間的な変動があった場合でも、マルチパスなどの影響の少ない到来時間差を用いて波源位置の算出を行うことができるようになる。その結果、波源位置の算出精度を向上させることができる。また、そのような精度の高い波源位置を用いることによって、電波の到達範囲やホワイトスペース等をより精度高く推定することができるようになる。 As described above, according to the wave source position calculation device 20 according to the present embodiment, the wave source position is calculated using the representative values of the plurality of arrival time differences. Therefore, even when there is a temporal variation in the characteristics of the propagation environment such as multipath, the wave source position can be calculated using the arrival time difference that is less affected by multipath or the like. As a result, the calculation accuracy of the wave source position can be improved. In addition, by using such a highly accurate wave source position, it is possible to more accurately estimate a radio wave reach range, a white space, and the like.
なお、本実施の形態では、波源位置算出装置20において電波の到達範囲をも推定する場合について説明したが、そうでなくてもよい。電波の到達範囲を推定しない場合には、波源位置算出装置20は、範囲推定部17を備えていなくてもよい。また、出力部18は、例えば、推定された減衰特性関数を出力してもよい。 In the present embodiment, a case has been described in which the wave source position calculation device 20 also estimates the reach of radio waves, but this is not essential. When the arrival range of the radio wave is not estimated, the wave source position calculation device 20 may not include the range estimation unit 17. The output unit 18 may output, for example, the estimated attenuation characteristic function.
また、本実施の形態では、波源位置算出装置20において減衰特性関数をも推定する場合について説明したが、そうでなくてもよい。減衰特性関数を推定しない場合には、波源位置算出装置20は、受付部25や距離算出部26、推定部27、範囲推定部17を備えていなくてもよい。また、出力部18は、例えば、算出された波源位置を出力してもよい。
Further, in the present embodiment, a case has been described in which the wave source position calculation device 20 also estimates the attenuation characteristic function, but this is not essential. When the attenuation characteristic function is not estimated, the wave source position calculation device 20 may not include the
また、本実施の形態では、波源3からの特定方位角に関する減衰特性関数を、特定方位角から離れた方位角の第2の観測情報ほど小さな影響となる回帰分析によって推定する場合について説明したが、そうでなくてもよい。そのような推定を行わない場合には、推定部27は、例えば、波源3と、受信位置とを通る直線の方向について、減衰特性関数を算出する処理を、各受信位置について行ってもよい。その場合には、推定部27は、受信位置に対応する受信信号強度を用いて、減衰特性関数に含まれる1個の係数のみを推定することになる。したがって、例えば、推定部27は、距離減衰係数(a)のみを推定し、その他の係数(b,c)については、モデルから与えられる値を用いるようにしてもよい。そのようにする場合には、定数項cに送信電力の影響が含まれることは適切でないため、波源3から送信される電波の送信電力は別途、取得されることが好適である。すなわち、上述の減衰特性関数は、パスロスを示すものとなることが好適である。その送信電力は、例えば、あらかじめ分かっていてもよく、または、受信された電波の受信電力から算出されてもよい。ここで、周波数係数b,定数項cを決定する方法について簡単に説明する。推定部27は、例えば、波源3から各第2の受信装置2までがすべて自由空間モデルであると設定して、自由空間モデルの係数b,cを用いてもよい。一方、推定部27は、受信信号強度の時間変動量や遅延プロファイルを用いて波源3から第2の受信装置2までが見通しであるかどうか判断し、見通しである場合には自由空間モデルまたは大地反射の2波モデルの係数b,cを用い、見通しでない場合には奥村−秦モデルの係数b,cを用いてもよい。その判断で用いられる遅延プロファイルは、第2の受信装置2から波源位置算出装置20に送信されてもよい。なお、自由空間モデルと、大地反射の2波モデルとのどちらを選択するのかについて簡単に説明する。第2の受信装置2の受信アンテナ高が十分高く、周波数が高い場合には、第一フレネルゾーンが大地で遮蔽され始めるブレークポイントまでの距離が大きいため、自由空間モデルを用いても問題ない。そうでない場合には、第一フレネルゾーンが遮蔽される影響を無視できないため、大地反射の2波モデルを用いることが好適である。したがって、例えば、推定部27は、第2の受信装置2の受信アンテナ高が、アンテナ高に関する閾値以上であり、周波数fも、周波数に関する閾値以上である場合に、自由空間モデルを採用し、そうでない場合に、大地反射の2波モデルを採用するようにしてもよい。なお、この係数b,cの決定は、通常、第2の受信装置2ごとに行われる。このようにして、係数b,cを決定し、距離減衰係数aを算出することによって、各第2の受信装置2について、パスロスである減衰特性関数を推定できる。そのように、特定方位角ごとの減衰特性関数の算出を行わない場合には、距離算出部26は、例えば、波源3の位置と、受信位置との間の距離を算出するものであってもよい。なお、本実施の形態では、算出された波源位置と、各受信位置における受信信号強度とを用いて、減衰特性関数を推定する2つの方法について説明したが、推定部27は、それら以外の方法によって減衰特性関数を推定してもよいことは言うまでもない。
Further, in the present embodiment, a case has been described where the attenuation characteristic function relating to a specific azimuth from the wave source 3 is estimated by regression analysis in which the second observation information at an azimuth away from the specific azimuth has a smaller effect. , But not necessarily. When such estimation is not performed, the estimating
また、上記各実施の形態では、波源位置選択装置10や波源位置算出装置20が、通信回線100を介して受信信号強度等を受信する場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、波源位置選択装置10や波源位置算出装置20が、受信信号強度等を記録媒体等を介して受け付ける場合には、第2の受信装置2は、通信回線100に接続されていなくてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the case where the wave source
また、上記各実施の形態において、各処理または各機能は、単一の装置または単一のシステムによって集中処理されることによって実現されてもよく、または、複数の装置または複数のシステムによって分散処理されることによって実現されてもよい。 Further, in each of the above embodiments, each process or each function may be realized by centralized processing by a single device or a single system, or may be realized by distributed processing by a plurality of devices or a plurality of systems. It may be realized by doing.
また、上記各実施の形態において、各構成要素間で行われる情報の受け渡しは、例えば、その情報の受け渡しを行う2個の構成要素が物理的に異なるものである場合には、一方の構成要素による情報の出力と、他方の構成要素による情報の受け付けとによって行われてもよく、または、その情報の受け渡しを行う2個の構成要素が物理的に同じものである場合には、一方の構成要素に対応する処理のフェーズから、他方の構成要素に対応する処理のフェーズに移ることによって行われてもよい。 In each of the above-described embodiments, the information exchange performed between the components may be performed, for example, when two components performing the information exchange are physically different from each other. Output of information and reception of information by the other component, or if the two components that deliver the information are physically the same, one configuration It may be performed by shifting from the processing phase corresponding to the element to the processing phase corresponding to the other component.
また、上記各実施の形態において、各構成要素が実行する処理に関係する情報、例えば、各構成要素が受け付けたり、取得したり、選択したり、生成したり、送信したり、受信したりした情報や、各構成要素が処理で用いる閾値や数式、アドレス等の情報等は、上記説明で明記していなくても、図示しない記録媒体において、一時的に、または長期にわたって保持されていてもよい。また、その図示しない記録媒体への情報の蓄積を、各構成要素、または、図示しない蓄積部が行ってもよい。また、その図示しない記録媒体からの情報の読み出しを、各構成要素、または、図示しない読み出し部が行ってもよい。 Further, in each of the above embodiments, information relating to the processing executed by each component, for example, each component received, obtained, selected, generated, transmitted, received, etc. Information, information such as thresholds, formulas, addresses, and the like used by each component in processing may not be specified in the above description, and may be temporarily or long-term retained in a recording medium (not shown). . The storage of information on the recording medium (not shown) may be performed by each component or a storage unit (not shown). The reading of information from the recording medium (not shown) may be performed by each component or a reading unit (not shown).
また、上記各実施の形態において、各構成要素等で用いられる情報、例えば、各構成要素が処理で用いる閾値やアドレス、各種の設定値等の情報がユーザによって変更されてもよい場合には、上記説明で明記していなくても、ユーザが適宜、それらの情報を変更できるようにしてもよく、または、そうでなくてもよい。それらの情報をユーザが変更可能な場合には、その変更は、例えば、ユーザからの変更指示を受け付ける図示しない受付部と、その変更指示に応じて情報を変更する図示しない変更部とによって実現されてもよい。その図示しない受付部による変更指示の受け付けは、例えば、入力デバイスからの受け付けでもよく、通信回線を介して送信された情報の受信でもよく、所定の記録媒体から読み出された情報の受け付けでもよい。 Further, in each of the above embodiments, when information used by each component or the like, for example, information such as a threshold or an address used by each component in processing or various set values may be changed by a user, Even if it is not specified in the above description, the user may or may not be able to change such information as appropriate. When the information can be changed by the user, the change is realized by, for example, a receiving unit (not shown) that receives a change instruction from the user and a changing unit (not shown) that changes the information according to the change instruction. You may. The reception of the change instruction by the receiving unit (not shown) may be, for example, reception from an input device, reception of information transmitted via a communication line, or reception of information read from a predetermined recording medium. .
また、上記各実施の形態において、波源位置選択装置10や波源位置算出装置20に含まれる2以上の構成要素が通信デバイスや入力デバイス等を有する場合に、2以上の構成要素が物理的に単一のデバイスを有してもよく、または、別々のデバイスを有してもよい。
In each of the above embodiments, when two or more components included in the wave source
また、上記各実施の形態において、各構成要素は専用のハードウェアにより構成されてもよく、または、ソフトウェアにより実現可能な構成要素については、プログラムを実行することによって実現されてもよい。例えば、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをCPU等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。その実行時に、プログラム実行部は、記憶部や記録媒体にアクセスしながらプログラムを実行してもよい。なお、上記実施の形態における波源位置選択装置10を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータを、複数の受信装置が受信した波源からの電波を用いて波源の位置である波源位置を算出する処理を複数回行うことにより、複数の波源位置を取得する位置算出部、波源からの電波の複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける受付部、複数の受信位置と、位置算出部によって算出された波源位置とを用いて、受信位置ごとに、波源からの距離及び方位角を算出することを、複数の波源位置について行う距離算出部、受信位置の受信信号強度と、受信位置に関する波源からの距離及び方位角とを含む複数の観測情報を用いて、波源からの特定の方位角に関する、波源からの電波の減衰特性関数を、特定の方位角から離れた方位角を含む観測情報ほど小さな影響となる回帰分析によって、波源からの複数の方位角について推定することを、複数の波源位置について行う推定部、推定部による推定に関する情報を用いて、複数の波源位置から一の波源位置を選択する波源位置選択部として機能させるためのプログラムである。
Further, in each of the above embodiments, each component may be configured by dedicated hardware, or a component that can be realized by software may be realized by executing a program. For example, each component can be realized by a program execution unit such as a CPU reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory. At the time of execution, the program execution unit may execute the program while accessing the storage unit and the recording medium. In addition, the software which implement | achieves the wave source
また、上記実施の形態における波源位置算出装置20を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータを、3個以上の受信装置が受信した波源からの電波の受信信号を、3個以上の受信装置から受信する受信部、受信装置の複数のペアについて、受信信号の相互相関を用いて、波源からの電波の到来時間差をそれぞれ算出する処理を異なる受信信号について行うことにより、ペアごとに複数の到来時間差を取得する到来時間差算出部、ペアごとに、複数の到来時間差から代表値である到来時間差を取得する到来時間差取得部、受信装置の位置と、到来時間差取得部によって取得された、複数のペアごとの到来時間差とを用いて、波源の位置である波源位置を算出する波源位置算出部として機能させるためのプログラムである。 The software that implements the wave source position calculation device 20 in the above embodiment is a program as described below. In other words, this program causes the computer to transmit a received signal of a radio wave from a wave source received by three or more receiving devices from a plurality of pairs of receiving units and receiving devices from three or more receiving devices. By using the cross-correlation to perform a process of calculating the arrival time difference of the radio wave from the wave source for each of the different received signals, an arrival time difference calculation unit that obtains a plurality of arrival time differences for each pair, a plurality of arrival time differences for each pair From the arrival time difference acquisition unit that acquires the arrival time difference that is a representative value, the position of the receiving device, and the arrival time difference acquired for each of the plurality of pairs acquired by the arrival time difference acquisition unit, the wave source position that is the position of the wave source. This is a program for functioning as a wave source position calculation unit for calculation.
なお、上記プログラムにおいて、上記プログラムが実現する機能には、ハードウェアでしか実現できない機能は含まれない。例えば、情報を受け付ける受付部や情報を受信する受信部、情報を出力する出力部などにおけるモデムやインターフェースカードなどのハードウェアでしか実現できない機能は、上記プログラムが実現する機能には少なくとも含まれない。 Note that, in the above-described program, functions realized by the program do not include functions that can be realized only by hardware. For example, functions that can be realized only with hardware such as a modem or an interface card in a reception unit that receives information, a reception unit that receives information, an output unit that outputs information, and the like are at least not included in the functions realized by the program. .
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体(例えば、CD−ROMなどの光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなど)に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。また、このプログラムは、プログラムプロダクトを構成するプログラムとして用いられてもよい。 Further, the program may be executed by being downloaded from a server or the like, and the program recorded on a predetermined recording medium (for example, an optical disk such as a CD-ROM, a magnetic disk, a semiconductor memory, or the like) may be read. May be performed by Further, this program may be used as a program constituting a program product.
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、または分散処理を行ってもよい。 The computer that executes this program may be a single computer or a plurality of computers. That is, centralized processing or distributed processing may be performed.
図9は、上記プログラムを実行して、上記各実施の形態による波源位置選択装置10、波源位置算出装置20を実現するコンピュータの外観の一例を示す模式図である。上記各実施の形態は、コンピュータハードウェア及びその上で実行されるコンピュータプログラムによって実現されうる。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of the external appearance of a computer that executes the program and realizes the wave source
図9において、コンピュータシステム900は、CD−ROMドライブ905を含むコンピュータ901と、キーボード902と、マウス903と、モニタ904とを備える。
9, the
図10は、コンピュータシステム900の内部構成を示す図である。図10において、コンピュータ901は、CD−ROMドライブ905に加えて、MPU(Micro Processing Unit)911と、ブートアッププログラム等のプログラムを記憶するためのROM912と、MPU911に接続され、アプリケーションプログラムの命令を一時的に記憶すると共に、一時記憶空間を提供するRAM913と、アプリケーションプログラム、システムプログラム、及びデータを記憶するハードディスク914と、MPU911、ROM912等を相互に接続するバス915とを備える。なお、コンピュータ901は、LANやWAN等への接続を提供する図示しないネットワークカードを含んでいてもよい。
FIG. 10 is a diagram showing the internal configuration of the
コンピュータシステム900に、上記各実施の形態による波源位置選択装置10、波源位置算出装置20の機能を実行させるプログラムは、CD−ROM921に記憶されて、CD−ROMドライブ905に挿入され、ハードディスク914に転送されてもよい。これに代えて、そのプログラムは、図示しないネットワークを介してコンピュータ901に送信され、ハードディスク914に記憶されてもよい。プログラムは実行の際にRAM913にロードされる。なお、プログラムは、CD−ROM921、またはネットワークから直接、ロードされてもよい。また、CD−ROM921に代えて他の記録媒体(例えば、DVD等)を介して、プログラムがコンピュータシステム900に読み込まれてもよい。
A program that causes the
プログラムは、コンピュータ901に、上記各実施の形態による波源位置選択装置10、波源位置算出装置20の機能を実行させるオペレーティングシステム(OS)、またはサードパーティプログラム等を必ずしも含んでいなくてもよい。プログラムは、制御された態様で適切な機能やモジュールを呼び出し、所望の結果が得られるようにする命令の部分のみを含んでいてもよい。コンピュータシステム900がどのように動作するのかについては周知であり、詳細な説明は省略する。
The program may not necessarily include an operating system (OS) that causes the
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention.
以上より、本発明による波源位置選択装置等によれば、マルチパスなどの伝搬環境の特性に時間的な変動が存在する場合であっても、波源の位置をより正確に取得できるという効果が得られ、波源位置を特定する装置等として有用である。 As described above, according to the wave source position selection device and the like of the present invention, the effect that the position of the wave source can be obtained more accurately even when there is a temporal variation in the characteristics of the propagation environment such as multipath is obtained. This is useful as a device or the like for specifying a wave source position.
1 第1の受信装置
2 第2の受信装置
3 波源
10 波源位置選択装置
11、21 受信部
13、25 受付部
12 位置算出部
14、26 距離算出部
15、27 推定部
16 波源位置選択部
17 範囲推定部
18 出力部
20 波源位置算出装置
22 到来時間差算出部
23 到来時間差取得部
24 波源位置算出部
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
前記波源からの電波の複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける受付部と、
前記複数の受信位置と、前記位置算出部によって算出された波源位置とを用いて、前記受信位置ごとに、前記波源からの距離及び方位角を算出することを、前記複数の波源位置について行う距離算出部と、
受信位置の受信信号強度と、当該受信位置に関する前記波源からの距離及び方位角とを含む複数の観測情報を用いて、前記波源からの特定の方位角に関する、前記波源からの電波の減衰特性関数を、前記特定の方位角から離れた方位角を含む観測情報ほど小さな影響となる回帰分析によって、前記波源からの複数の方位角について推定することを、前記複数の波源位置について行う推定部と、
前記推定部による推定に関する情報を用いて、前記複数の波源位置から一の波源位置を選択する波源位置選択部と、を備えた波源位置選択装置。 A position calculating unit that obtains a plurality of wave source positions by performing a process of calculating a wave source position that is the position of the wave source a plurality of times using radio waves from the wave sources received by the plurality of receiving devices,
A receiving unit that receives received signal strengths at a plurality of reception positions of radio waves from the wave source,
Using the plurality of reception positions and the wave source position calculated by the position calculation unit, for each of the reception positions, calculating a distance and an azimuth from the wave source for the plurality of wave source positions. A calculating unit;
Using a plurality of pieces of observation information including the reception signal strength at the reception position and the distance and azimuth from the wave source with respect to the reception position, for a specific azimuth from the wave source, the attenuation characteristic function of radio waves from the wave source An estimation unit that performs estimation for a plurality of azimuths from the wave source, by regression analysis having a smaller influence as the observation information including an azimuth angle away from the specific azimuth angle, for the plurality of wave source positions,
A wave source position selecting device, comprising: a wave source position selecting unit that selects one of the wave source positions from the plurality of wave source positions using information on the estimation by the estimating unit.
前記波源位置選択部は、前記推定部によって推定された減衰特性関数に対応する目的関数の最小値を複数の方位角ごとに加算した値である合計値を前記複数の波源位置ごとに取得し、当該合計値が最小である波源位置を選択する、請求項1記載の波源位置選択装置。 The estimating unit includes a weighting function that is a function of a weight that decreases as the distance from the specific azimuth angle increases, a received signal strength received by the receiving unit, and a received signal strength calculated by an attenuation characteristic function to be estimated. Estimate the damping characteristic function so that the objective function including the difference with
The wave source position selection unit obtains a total value that is a value obtained by adding the minimum value of the objective function corresponding to the attenuation characteristic function estimated by the estimation unit for each of the plurality of azimuths, for each of the plurality of wave source positions, The source position selecting device according to claim 1, wherein the source position having the minimum sum is selected.
前記範囲推定部が推定した範囲に関する出力を行う出力部と、をさらに備えた、請求項1から請求項3のいずれか記載の波源位置選択装置。 Using an attenuation characteristic function corresponding to the wave source position selected by the wave source position selecting unit, a range estimating unit that estimates a range in which radio waves from the wave source reach,
The wave source position selecting device according to any one of claims 1 to 3, further comprising: an output unit configured to output the range estimated by the range estimating unit.
前記受信装置のペアについて、受信信号の相互相関を用いて、前記波源からの電波の到来時間差を算出する処理を異なる期間ごとの受信信号についてそれぞれ行うことにより、前記ペアについて複数の到来時間差を取得することを、前記受信装置の少なくとも2個のペアについて行う到来時間差算出部と、
前記ペアごとに、前記複数の到来時間差から代表値である到来時間差を取得する到来時間差取得部と、
前記受信装置の位置と、前記到来時間差取得部によって取得された、複数のペアごとの到来時間差とを用いて、前記波源の位置である波源位置を算出する波源位置算出部と、
前記波源からの電波の複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける受付部と、
前記波源位置算出部によって算出された波源位置と、前記受付部で受け付けられた複数の受信位置における受信信号強度とを用いて、前記波源からの電波の減衰特性関数を推定する推定部と、
前記推定部によって推定された減衰特性関数を用いて、前記波源からの電波が到達する範囲を推定する範囲推定部と、
前記範囲推定部が推定した範囲に関する出力を行う出力部と、を備えた波源位置算出装置。 A receiving unit that receives a reception signal for each different period of a radio wave from a wave source received by a reception device from three or more reception devices,
By using the cross-correlation of the received signals for the pair of receiving devices, by performing a process of calculating the arrival time difference of the radio wave from the wave source for each of the received signals for different periods, to obtain a plurality of arrival time differences for the pair The arrival time difference calculating unit for performing at least two pairs of the receiving device,
For each pair, an arrival time difference acquisition unit that acquires an arrival time difference that is a representative value from the plurality of arrival time differences,
The position of the receiving device, acquired by the arrival time difference acquisition unit, using the arrival time difference for each of a plurality of pairs, a wave source position calculation unit that calculates a wave source position that is the position of the wave source,
A receiving unit that receives received signal strengths at a plurality of reception positions of radio waves from the wave source,
An estimating unit that estimates the attenuation characteristic function of the radio wave from the wave source using the wave source position calculated by the wave source position calculating unit and the received signal strength at the plurality of receiving positions received by the receiving unit.
Using the attenuation characteristic function estimated by the estimating unit, a range estimating unit that estimates a range in which radio waves from the wave source reach,
An output unit configured to output the range estimated by the range estimating unit;
前記波源からの電波の複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける受付ステップと、
前記複数の受信位置と、前記位置算出ステップにおいて算出された波源位置とを用いて、前記受信位置ごとに、前記波源からの距離及び方位角を算出することを、前記複数の波源位置について行う距離算出ステップと、
受信位置の受信信号強度と、当該受信位置に関する前記波源からの距離及び方位角とを含む複数の観測情報を用いて、前記波源からの特定の方位角に関する、前記波源からの電波の減衰特性関数を、前記特定の方位角から離れた方位角を含む観測情報ほど小さな影響となる回帰分析によって、前記波源からの複数の方位角について推定することを、前記複数の波源位置について行う推定ステップと、
前記推定ステップにおける推定に関する情報を用いて、前記複数の波源位置から一の波源位置を選択する波源位置選択ステップと、を備えた波源位置選択方法。 A position calculation step of obtaining a plurality of wave source positions by performing a process of calculating a wave source position that is the position of the wave source a plurality of times using radio waves from the wave sources received by the plurality of receiving devices,
A receiving step of receiving received signal strengths at a plurality of receiving positions of radio waves from the wave source,
Using the plurality of reception positions and the wave source position calculated in the position calculation step, for each of the reception positions, calculating a distance and an azimuth from the wave source for the plurality of wave source positions. A calculating step;
Using a plurality of pieces of observation information including the reception signal strength at the reception position and the distance and azimuth from the wave source with respect to the reception position, for a specific azimuth from the wave source, the attenuation characteristic function of radio waves from the wave source An estimation step for the plurality of wave source positions, by estimating a plurality of azimuths from the wave source, by regression analysis having a smaller effect as the observation information including the azimuth angle away from the specific azimuth angle,
A source position selecting step of selecting one source position from the plurality of source positions using information about the estimation in the estimating step.
前記受信装置のペアについて、受信信号の相互相関を用いて、前記波源からの電波の到来時間差を算出する処理を異なる期間ごとの受信信号についてそれぞれ行うことにより、前記ペアについて複数の到来時間差を取得することを、前記受信装置の少なくとも2個のペアについて行う到来時間差算出ステップと、
前記ペアごとに、前記複数の到来時間差から代表値である到来時間差を取得する到来時間差取得ステップと、
前記受信装置の位置と、前記到来時間差取得ステップにおいて取得された、複数のペアごとの到来時間差とを用いて、前記波源の位置である波源位置を算出する波源位置算出ステップと、
前記波源からの電波の複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける受付ステップと、
前記波源位置算出ステップにおいて算出された波源位置と、前記受付ステップで受け付けられた複数の受信位置における受信信号強度とを用いて、前記波源からの電波の減衰特性関数を推定する推定ステップと、
前記推定ステップにおいて推定された減衰特性関数を用いて、前記波源からの電波が到達する範囲を推定する範囲推定ステップと、
前記範囲推定ステップにおいて推定された範囲に関する出力を行う出力ステップと、を備えた波源位置算出方法。 A receiving step of receiving, from three or more receiving devices, received signals for different periods of radio waves from a wave source received by the receiving device,
By using the cross-correlation of the received signals for the pair of receiving devices, by performing a process of calculating the arrival time difference of the radio wave from the wave source for each of the received signals for different periods, to obtain a plurality of arrival time differences for the pair Calculating the arrival time difference for at least two pairs of the receiving device;
For each pair, an arrival time difference acquisition step of acquiring an arrival time difference that is a representative value from the plurality of arrival time differences,
The position of the receiving device, acquired in the arrival time difference acquisition step, using the arrival time difference for each of a plurality of pairs, a wave source position calculation step of calculating a wave source position that is the position of the wave source,
A receiving step of receiving received signal strengths at a plurality of receiving positions of radio waves from the wave source,
An estimation step of estimating an attenuation characteristic function of a radio wave from the wave source, using the wave source position calculated in the wave source position calculation step and received signal strengths at a plurality of reception positions received in the reception step,
Using the attenuation characteristic function estimated in the estimation step, a range estimation step of estimating a range in which radio waves from the wave source reach,
An output step of outputting an output relating to the range estimated in the range estimation step .
複数の受信装置が受信した波源からの電波を用いて前記波源の位置である波源位置を算出する処理を複数回行うことにより、複数の波源位置を取得する位置算出部、
前記波源からの電波の複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける受付部、
前記複数の受信位置と、前記位置算出部によって算出された波源位置とを用いて、前記受信位置ごとに、前記波源からの距離及び方位角を算出することを、前記複数の波源位置について行う距離算出部、
受信位置の受信信号強度と、当該受信位置に関する前記波源からの距離及び方位角とを含む複数の観測情報を用いて、前記波源からの特定の方位角に関する、前記波源からの電波の減衰特性関数を、前記特定の方位角から離れた方位角を含む観測情報ほど小さな影響となる回帰分析によって、前記波源からの複数の方位角について推定することを、前記複数の波源位置について行う推定部、
前記推定部による推定に関する情報を用いて、前記複数の波源位置から一の波源位置を選択する波源位置選択部として機能させるためのプログラム。 Computer
A position calculating unit that obtains a plurality of wave source positions by performing a plurality of times of calculating a wave source position that is the position of the wave source using radio waves from the wave sources received by the plurality of receiving devices,
A receiving unit that receives received signal strength at a plurality of reception positions of radio waves from the wave source,
Using the plurality of reception positions and the wave source position calculated by the position calculation unit, for each of the reception positions, calculating a distance and an azimuth from the wave source for the plurality of wave source positions. Calculator,
Using a plurality of pieces of observation information including the reception signal strength at the reception position and the distance and azimuth from the wave source with respect to the reception position, for a specific azimuth from the wave source, the attenuation characteristic function of radio waves from the wave source An estimation unit that performs estimation for the plurality of azimuths from the wave source by regression analysis having a smaller influence as the observation information including the azimuth away from the specific azimuth, and for the plurality of wave source positions,
A program for functioning as a wave source position selection unit that selects one wave source position from the plurality of wave source positions by using information about the estimation by the estimation unit.
受信装置が受信した波源からの電波の異なる期間ごとの受信信号を、3個以上の受信装置からそれぞれ受信する受信部、
前記受信装置のペアについて、受信信号の相互相関を用いて、前記波源からの電波の到来時間差を算出する処理を異なる期間ごとの受信信号についてそれぞれ行うことにより、前記ペアについて複数の到来時間差を取得することを、前記受信装置の少なくとも2個のペアについて行う到来時間差算出部、
前記ペアごとに、前記複数の到来時間差から代表値である到来時間差を取得する到来時間差取得部、
前記受信装置の位置と、前記到来時間差取得部によって取得された、複数のペアごとの到来時間差とを用いて、前記波源の位置である波源位置を算出する波源位置算出部、
前記波源からの電波の複数の受信位置における受信信号強度を受け付ける受付部、
前記波源位置算出部によって算出された波源位置と、前記受付部で受け付けられた複数の受信位置における受信信号強度とを用いて、前記波源からの電波の減衰特性関数を推定する推定部、
前記推定部によって推定された減衰特性関数を用いて、前記波源からの電波が到達する範囲を推定する範囲推定部、
前記範囲推定部が推定した範囲に関する出力を行う出力部として機能させるためのプログラム。 Computer
A receiving unit that receives a reception signal for each different period of a radio wave from a wave source received by the reception device from three or more reception devices,
By using the cross-correlation of the received signals for the pair of receiving devices, by performing a process of calculating the arrival time difference of the radio wave from the wave source for each of the received signals for different periods, to obtain a plurality of arrival time differences for the pair Time difference arriving unit for performing at least two pairs of the receiving device,
For each pair, an arrival time difference acquisition unit that acquires an arrival time difference that is a representative value from the plurality of arrival time differences,
The position of the receiving device, acquired by the arrival time difference acquisition unit, using the arrival time difference for each of a plurality of pairs, a wave source position calculation unit that calculates a wave source position that is the position of the wave source ,
A receiving unit that receives received signal strength at a plurality of reception positions of radio waves from the wave source,
An estimating unit that estimates an attenuation characteristic function of a radio wave from the wave source using the wave source position calculated by the wave source position calculating unit and received signal strengths at a plurality of receiving positions received by the receiving unit.
A range estimating unit that estimates a range in which radio waves from the wave source reach using the attenuation characteristic function estimated by the estimating unit;
A program for functioning as an output unit that outputs the range estimated by the range estimation unit .
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