JP7278511B2 - Waveform estimation device, ionospheric delay amount estimation system, waveform estimation method, and waveform estimation program - Google Patents

Waveform estimation device, ionospheric delay amount estimation system, waveform estimation method, and waveform estimation program Download PDF

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Description

本開示は、時空間的に広がりのある連続体の状態を推定、特に、連続体の状態が平常時とは異なった状態の時の連続体の波構造を推定する波形推定装置、電離層遅延量推定システム、波形推定方法、及び波形推定プログラムに関する。 The present disclosure is a waveform estimation device for estimating the state of a continuum with a spatio-temporal spread, in particular, estimating the wave structure of the continuum when the state of the continuum is different from the normal state, an ionospheric delay amount An estimation system, a waveform estimation method, and a waveform estimation program.

時空間的に広がりのある連続体の状態を推定する装置として、測位衛星から測位信号である電波(電磁波)が電離層を通過する際の電子密度の推定を行う衛星測位システムに用いられる電離層遅延量推定装置、及び、電波(電磁波)を海表面における扇型のレーダ覆域に照射し、海表面からの反射電波により海表面の状態の推定を行う海洋レーダ装置における海表面推定装置が知られている。 Ionospheric delay amount used in a satellite positioning system that estimates the electron density when radio waves (electromagnetic waves), which are positioning signals from positioning satellites, pass through the ionosphere as a device for estimating the state of a continuum with a spatiotemporal spread. An estimating device and a sea surface estimating device in a marine radar device that irradiates a fan-shaped radar coverage area on the sea surface with radio waves (electromagnetic waves) and estimates the state of the sea surface from the radio waves reflected from the sea surface are known. there is

例えば、衛星測位システムに関する技術が特許文献1に示されている。特許文献1には送信航法衛星により送信された無線周波数信号の送信軸と地球を取り巻く表面の交点の空間座標、およびこれら交点において決定された垂直全電子数を計算し、衛星の見通し線上の電離層遅延を計算する方法が示されている。
さらに、特許文献1には、電離層が極めて不均一である場合、つまり、強い外乱がある場合に、弱い外乱の場合における対象ノードより多くの対象ノード、つまりモニタ局を増加させて衛星の見通し線上の電離層遅延を計算する方法が示されている。
For example, Patent Literature 1 discloses technology related to a satellite positioning system. In Patent Document 1, the spatial coordinates of the intersection points of the transmission axis of the radio frequency signal transmitted by the transmission navigation satellite and the surface surrounding the earth, and the vertical total electron number determined at these intersection points, are calculated, and the ionosphere on the line-of-sight of the satellite is calculated. A method for calculating the delay is shown.
Furthermore, in Patent Document 1, when the ionosphere is extremely non-uniform, that is, when there is a strong disturbance, more target nodes, that is, monitor stations are increased than the target nodes in the case of weak disturbance, and the line-of-sight of the satellite A method for calculating the ionospheric delay of .

特開2013-186127号公報JP 2013-186127 A

特許文献1に示される従来の技術では、連続体である電離層の状態が平常時とは異なった状態の時に、観測値を得るモニタ局を増加させているため、モニタ局を増加させることができない場合、電離層の状態が平常時とは異なった状態の時に電離層遅延の推定精度が低下するという問題があった。 In the conventional technology disclosed in Patent Document 1, when the state of the ionosphere, which is a continuum, is different from normal, the number of monitor stations that obtain observation values is increased, so the number of monitor stations cannot be increased. In this case, there is a problem that the estimation accuracy of the ionospheric delay decreases when the ionospheric state is different from the normal state.

本開示は、時空間的に広がりのある連続体に対する観測点を観測する受信点を増やすことなく、連続体の状態が平常時とは異なった状態の時でも、連続体の波構造の推定精度を向上できる波形推定装置を得ることを目的とする。 The present disclosure provides accuracy in estimating the wave structure of a continuum even when the state of the continuum is different from the normal state without increasing the number of receiving points observing the observation points for the continuum with a spatio-temporal spread. It is an object of the present invention to obtain a waveform estimation device capable of improving the

本開示に係る波形推定装置は、平常時とは異なった状態が発生した時に平面波構造になる性質を有する時空間的に広がりのある連続体に対する複数の観測点における連続体の観測値それぞれを、複数の観測点それぞれへの電波の進行方向に平行な1次直線上に射影する1次元空間座標への座標変換処理を行う断面上射影部と、断面上射影部により座標変換処理された1次元空間座標での連続体の観測値を離散フーリエ変換を行い、連続体の空間分布平面波関数を求める空間DFT部と、空間DFT部により求められた連続体の空間分布平面波関数から窓関数を用いてノイズ除去された連続体の空間分布平面波関数を求めるフィルタ部と、フィルタ部により求められたノイズ除去された連続体の空間分布平面波関数を逆離散フーリエ変換を行い、連続体の空間分布関数を求める空間IDFT部とを有する波形推定部を備える。 The waveform estimation device according to the present disclosure obtains each of the observed values of the continuum at a plurality of observation points for a spatiotemporally wide continuum that has the property of becoming a plane wave structure when a state different from the normal state occurs, A cross-sectional projection unit that performs coordinate conversion processing to a one-dimensional spatial coordinate that is projected onto a first-order straight line parallel to the propagation direction of radio waves to each of a plurality of observation points, and a one-dimensional coordinate conversion processed by the cross-sectional projection unit A spatial DFT unit that performs a discrete Fourier transform on the observed values of the continuum at the spatial coordinates to obtain the spatial distribution plane wave function of the continuum, and a window function from the spatial distribution plane wave function of the continuum obtained by the spatial DFT unit A filter section that obtains the spatial distribution plane wave function of the continuum with noise removed, and the inverse discrete Fourier transform of the spatial distribution plane wave function of the continuum obtained by the filter section, with the noise removed, to obtain the spatial distribution function of the continuum. a waveform estimator having a spatial IDFT unit;

本開示によれば、連続体の状態が平常時とは異なった状態の時、観測点を観測する受信点を増やすことなく、時空間的に広がりのある連続体の波構造の推定精度を向上できる。 According to the present disclosure, when the state of the continuum is different from the normal state, the accuracy of estimating the wave structure of the continuum that spreads spatio-temporally is improved without increasing the number of receiving points that observe the observation points. can.

実施の形態1に係る電離層遅延量推定システムを示すブロック図である。1 is a block diagram showing an ionospheric delay amount estimation system according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係る波形推定装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a waveform estimation device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係る波形推定装置の断面上射影部による座標変換処理を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining coordinate conversion processing by a cross-sectional projection unit of the waveform estimation device according to Embodiment 1; 実施の形態1における波形推定装置の電離層遅延量分布推定処理を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing ionospheric delay amount distribution estimation processing of the waveform estimation device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における波形推定装置により推定された電離層の全電子数を示す図である。4 is a diagram showing the total number of electrons in the ionosphere estimated by the waveform estimation device in Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係る波形推定装置を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a waveform estimation device according to Embodiment 2; FIG. 実施の形態2に係る波形推定装置の空間DFT部により離散フーリエ変換が行われる電離層の全電子数の空間分布を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the spatial distribution of the total number of electrons in the ionosphere on which the discrete Fourier transform is performed by the spatial DFT section of the waveform estimation device according to Embodiment 2; 実施の形態2に係る波形推定装置の時間DFT部により得られた2次元の空間分布平面波関数を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a two-dimensional spatial distribution plane wave function obtained by the time DFT section of the waveform estimation device according to Embodiment 2; 実施の形態2に係る波形推定装置の時間DFT部による結果に対するフィルタ処理のイメージを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an image of filtering processing for a result by the time DFT unit of the waveform estimation device according to Embodiment 2; 実施の形態3に係る波形推定装置を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a waveform estimation device according to Embodiment 3; 実施の形態4に係る波形推定装置を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a waveform estimation device according to Embodiment 4; 実施の形態5に係る海表面流速推定システムを示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a sea surface current velocity estimation system according to Embodiment 5; 実施の形態5に係る波形推定装置の断面上射影部による座標変換処理を説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining coordinate conversion processing by a cross-sectional projection unit of the waveform estimation device according to Embodiment 5;

実施の形態1.
実施の形態1に係る電離層遅延量推定システムは、GNSS(Global Navigation Satellite System、全地球衛星測位システム)、地球観測衛星、宇宙監視レーダなどの電波の伝搬時間より測距を行う観測装置などの衛星測位システムに用いられるシステムである。
実施の形態1に係る電離層遅延量推定システムにおける電離層遅延量推定装置は、特に、時空間的に広がりのある連続体である電離層の伝搬遅延の原因となる電離層電子数の空間分布が不均一である場合に,電離層電子数の空間分布が波構造となる性質を利用することにより,モニタ局である観測点単位より広がる電離層の波構造を推定し、空間分布推定精度の劣化を抑えることを可能とした装置である。
なお、電離層を通過する電波の伝搬遅延量は,伝搬経路上の電離層の全電子数(Total Electron Content;TEC)に比例して増加する。以下、伝搬経路上の電離層の全電子数をTECと略称する。
Embodiment 1.
The ionospheric delay amount estimation system according to Embodiment 1 is a satellite such as an observation device that measures a distance from the propagation time of radio waves such as a GNSS (Global Navigation Satellite System), an earth observation satellite, and a space surveillance radar. It is a system used for a positioning system.
The ionospheric delay estimating apparatus in the ionospheric delay estimating system according to the first embodiment is particularly useful when the spatial distribution of the number of ionospheric electrons that causes propagation delay in the ionosphere, which is a continuum with a spatiotemporal spread, is uneven. In some cases, by utilizing the property that the spatial distribution of the ionospheric electron number has a wave structure, it is possible to estimate the wave structure of the ionosphere that spreads out from the observation point unit, which is the monitor station, and suppress the deterioration of the spatial distribution estimation accuracy. It is a device that
The amount of propagation delay of radio waves passing through the ionosphere increases in proportion to the total electron content (TEC) of the ionosphere on the propagation path. Hereinafter, the total number of electrons in the ionosphere on the propagation path is abbreviated as TEC.

実施の形態1に係る電離層遅延量推定システムを図1から図5を用いて説明する。
電離層遅延量推定システムは、図1に示すように、測位衛星100と、それぞれが異なった観測点を通過した測位衛星100からの電波を受信するN点(Nは2以上の自然数)のモニタ局200(1)、モニタ局200(2)、・・・、モニタ局200(N)と、波形推定装置300とを備える。
An ionospheric delay amount estimation system according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.
As shown in FIG. 1, the ionospheric delay amount estimation system includes a positioning satellite 100 and N (N is a natural number of 2 or more) monitor stations each receiving radio waves from the positioning satellite 100 that have passed through different observation points. 200(1), monitor station 200(2), . . . monitor station 200(N), and waveform estimation device 300.

複数のモニタ局200(1)~200(N)は、実施の形態1に係る電離層遅延量推定システムの対象地域に存在するモニタ局である。
なお、モニタ局200(1)からモニタ局200(N)は同じ構成のモニタ局であるので、説明の煩雑さを避けるため、以下()書きの添え字を省略し、モニタ局200として説明する。
A plurality of monitor stations 200(1) to 200(N) are monitor stations present in the target area of the ionospheric delay amount estimation system according to the first embodiment.
Since the monitor station 200(1) to the monitor station 200(N) are monitor stations having the same configuration, in order to avoid complication of the explanation, the suffixes in parentheses will be omitted below and the monitor station 200 will be explained. .

測位衛星100は、測位に用いられる測位信号(電波)を周期的に送信するGPS衛星などの人工衛星である。測位信号は複数の周波数、この実施の形態1では、1.6GHz帯の周波数と1.2GHz帯の周波数の2つの異なる周波数を持つ測位信号である。 The positioning satellite 100 is an artificial satellite such as a GPS satellite that periodically transmits positioning signals (radio waves) used for positioning. The positioning signal has a plurality of frequencies, and in this first embodiment, the positioning signal has two different frequencies, a frequency in the 1.6 GHz band and a frequency in the 1.2 GHz band.

モニタ局200は対象地域に配置された座標が既知の、測位衛星100からの測位信号を受信する受信点となる。モニタ局200は日本国内においては国土地理院が設置している電子基準点である。モニタ局200はGNSS受信機を備える。
GNSS受信機は測位衛星100からの2つの異なる周波数の測位信号を受信し、受信した2つの測位信号から、2つの測位信号それぞれに対する、例えば、疑似距離などの観測データを生成する。モニタ局200の座標を示す位置情報及びモニタ局200により生成された観測データは、ネットワークを介して波形推定装置300に送信される。
The monitor station 200 serves as a reception point for receiving a positioning signal from the positioning satellite 100, which is located in the target area and whose coordinates are known. The monitor station 200 is an electronic control point installed by the Geospatial Information Authority of Japan. The monitor station 200 comprises a GNSS receiver.
The GNSS receiver receives positioning signals of two different frequencies from the positioning satellites 100, and generates observation data, such as pseudoranges, for each of the two positioning signals from the two positioning signals received. The position information indicating the coordinates of the monitor station 200 and the observation data generated by the monitor station 200 are transmitted to the waveform estimation device 300 via the network.

波形推定装置300は、複数のモニタ局200の集まる地域毎に複数のモニタ局200から受信した測位信号の観測データを集積し、集積した観測データによりTECの空間的な分布を推定し、電離層の遅延量の空間分布を求める。つまり、集積した観測データから観測データ間に位置する電離層の遅延量を推定し、電離層の遅延量の空間分布を求める。
波形推定装置300は、電離層電子数演算部1と、電離層擾乱発生判定部2と、電離層曲面モデル推定部3と、電離層平面波モデル推定部4と、電離層遅延量演算部5と、電離層遅延量出力部6とを備える電離層遅延量推定装置である。
The waveform estimation device 300 accumulates observation data of positioning signals received from a plurality of monitor stations 200 for each area where a plurality of monitor stations 200 gather, estimates the spatial distribution of TECs based on the accumulated observation data, and estimates the ionospheric distribution. Obtain the spatial distribution of the amount of delay. That is, the ionospheric delay amount located between observation data is estimated from the accumulated observation data, and the spatial distribution of the ionospheric delay amount is obtained.
The waveform estimation device 300 includes an ionospheric electron number calculator 1, an ionospheric disturbance occurrence determination unit 2, an ionospheric curved surface model estimator 3, an ionospheric plane wave model estimator 4, an ionospheric delay amount calculator 5, and an ionospheric delay amount output. 6 and an ionospheric delay estimation device.

電離層電子数演算部1は、複数のモニタ局200から受信した測位信号の観測データを集積し、各モニタ局200からの観測データにより各モニタ局200と測位衛星100との間の電離層遅延量を演算し、演算した電離層遅延量からTECを求める。
具体的には、電離層を通過する電波の周波数によって遅延量が異なる、つまり、電離層遅延量が周波数依存性をもつことを利用して、モニタ局200毎に、受信した測位信号の2つ以上の周波数の観測データの差分により、各モニタ局200と測位衛星100との間の電離層遅延量を演算し、演算した電離層遅延量に係数を乗算することにより、各モニタ局200と測位衛星100との間のTECを算出する。
The ionospheric electron number calculation unit 1 accumulates observation data of positioning signals received from a plurality of monitor stations 200, and calculates the ionospheric delay amount between each monitor station 200 and the positioning satellite 100 based on the observation data from each monitor station 200. TEC is obtained from the calculated ionospheric delay amount.
Specifically, the amount of delay differs depending on the frequency of radio waves passing through the ionosphere, that is, the amount of ionospheric delay has frequency dependence. By calculating the ionospheric delay amount between each monitor station 200 and the positioning satellite 100 from the difference in frequency observation data, and multiplying the calculated ionospheric delay amount by a coefficient, the difference between each monitor station 200 and the positioning satellite 100 is calculated. Calculate the TEC between

TECは、測位衛星100からモニタ局200への電波の進行方向、つまり、モニタ局200から測位衛星100への見通し線上の測位衛星100とモニタ局200との間の視線方向全電子数(STEC)もしくは、電離層を単一の膜と推定し、モニタ局200と測位衛星100を結んだ直線と、単一の膜と推定した電離層膜との交点上に全電子が集約しているとする垂直方向全電子数(VTEC)を用いる。
TECはモニタ局200毎に算出され、算出されたTECがモニタ局200によって観測された電離層の観測点における電離層の観測値となる。算出されたTECを以下、TEC観測値と称す。
TEC is the direction of propagation of radio waves from the positioning satellite 100 to the monitor station 200, that is, the line-of-sight total electron count (STEC) between the positioning satellite 100 and the monitor station 200 on the line of sight from the monitor station 200 to the positioning satellite 100. Alternatively, the ionosphere is assumed to be a single film, and all electrons are concentrated on the intersection of the straight line connecting the monitoring station 200 and the positioning satellite 100 and the ionospheric film assumed to be the single film in the vertical direction. Total electron count (VTEC) is used.
The TEC is calculated for each monitor station 200 , and the calculated TEC is the ionospheric observed value at the ionospheric observation point observed by the monitor station 200 . The calculated TEC is hereinafter referred to as the TEC observed value.

すなわち、電離層電子数演算部1は、測位衛星100からの測位信号を受信した複数のモニタ局200(1)~200(N)それぞれから出力された複数の周波数の観測データを集積し、複数のモニタ局200(1)~200(N)の各モニタ局200からの観測データにより、観測値である各モニタ局200と測位衛星100との間の電離層全電子数を演算する。 That is, the ionospheric electron number calculation unit 1 integrates observation data of a plurality of frequencies output from each of the plurality of monitor stations 200(1) to 200(N) that have received positioning signals from the positioning satellite 100, Based on observation data from each monitor station 200 of monitor stations 200(1) to 200(N), the number of total electrons in the ionosphere between each monitor station 200 and the positioning satellite 100, which is an observed value, is calculated.

電離層擾乱発生判定部2は、電離層電子数演算部1により各モニタ局200に対応して演算されたTEC、つまり、TEC観測値に基づいて対象地域における電離層に電離層擾乱が発生しているかを判定する。
電離層擾乱発生判定部2による電離層擾乱発生判定は、TEC観測値の分散の大小による判定、つまり、TEC観測値の分散が設定した判定条件である分散閾値より大きい場合は対象地域における電離層に電離層擾乱が発生していると判定する。もしくは、TEC観測値の位置観測誤差の分散の大小による判定、つまり、TEC観測値の位置観測誤差の分散が閾値設定した判定条件である分散閾値より大きい場合は対象地域に電離層擾乱が発生していると判定する。
The ionospheric disturbance occurrence determining unit 2 determines whether an ionospheric disturbance is occurring in the ionosphere in the target area based on the TEC calculated corresponding to each monitor station 200 by the ionospheric electron number calculating unit 1, that is, based on the TEC observation value. do.
The ionospheric disturbance occurrence determination by the ionospheric disturbance occurrence determination unit 2 is based on the magnitude of the variance of the TEC observation value. is determined to have occurred. Alternatively, a judgment is made based on the size of the variance of the position observation error of the TEC observation value, that is, if the variance of the position observation error of the TEC observation value is greater than the variance threshold, which is the judgment condition set by the threshold value, an ionospheric disturbance has occurred in the target area. determine that there is

すなわち、電離層擾乱発生判定部2は、対象地域に存在する複数のモニタ局200に対する電離層電子数演算部1により演算された電離層全電子数と設定した判定条件とにより電離層擾乱の発生の有無を判定する。 That is, the ionospheric disturbance occurrence determination unit 2 determines whether or not an ionospheric disturbance has occurred based on the total number of electrons in the ionosphere calculated by the ionospheric electron number calculation unit 1 for the plurality of monitor stations 200 existing in the target area and the set determination condition. do.

電離層曲面モデル推定部3は、電離層擾乱発生判定部2が電離層擾乱の発生を無と判定すると、各モニタ局200の位置情報(座標)と電離層電子数演算部1により各モニタ局200に対応して演算されたTECに基づいてTEC観測値の空間分布を曲面モデルで推定し、曲面モデルにより回帰分析を行い、曲面モデルによるTEC観測値の空間分布関数を求める。電離層曲面モデル推定部3は、TEC観測値の空間分布を関数と近似して出力する。
TEC観測値の多面体モデルには、例えば、多項式曲面、二次曲面、球面調和関数を用いることができる。電離層曲面モデル推定部3によるTEC観測値の曲面モデル空間分布関数の求め方は一般に知られている方法で行われる。
When the ionospheric disturbance occurrence determining unit 2 determines that no ionospheric disturbance has occurred, the ionospheric curved surface model estimating unit 3 uses the position information (coordinates) of each monitor station 200 and the ionospheric electron number calculating unit 1 to correspond to each monitor station 200. A spatial distribution of TEC observation values is estimated using a curved surface model based on the TEC calculated by the above method, regression analysis is performed using the curved surface model, and a spatial distribution function of the TEC observation values using the curved surface model is obtained. The ionospheric curved surface model estimator 3 approximates the spatial distribution of the TEC observation values with a function and outputs it.
Polyhedral models of TEC observations can use, for example, polynomial surfaces, quadratic surfaces, and spherical harmonics. The ionospheric curved surface model estimator 3 obtains the curved surface model space distribution function of the TEC observation value by a generally known method.

このようにして、電離層擾乱発生判定部2により電離層に電離層擾乱が発生していないと判定されると、電離層曲面モデル推定部3により、対象地域に配置された複数のモニタ局200に対応した観測値であるTECに基づいてTEC観測値の空間分布が曲面モデルを用いて推定され、TEC観測値の曲面モデル空間分布関数が求められる。 In this way, when the ionospheric disturbance occurrence determining unit 2 determines that no ionospheric disturbance has occurred in the ionosphere, the ionospheric curved surface model estimating unit 3 performs observation corresponding to a plurality of monitor stations 200 arranged in the target area. A spatial distribution of TEC observations is estimated using a surface model based on TEC, which is a value, to obtain a surface model spatial distribution function of TEC observations.

電離層平面波モデル推定部4は、電離層擾乱発生判定部2が電離層擾乱の発生を有と判定すると、各モニタ局200の位置情報(又は緯度経度情報:座標)と電離層電子数演算部1により各モニタ局200に対応して演算されたTECとに基づいてTEC観測値の空間分布を平面波モデルで推定し、平面波モデルによる分析を行い、平面波モデルによるTEC観測値の空間分布関数を求める。
電離層平面波モデル推定部4は、TEC観測値の空間分布を平面波の関数として出力する波形推定部である。
When the ionospheric disturbance occurrence determination unit 2 determines that an ionospheric disturbance has occurred, the ionospheric plane wave model estimation unit 4 uses the position information (or latitude and longitude information: coordinates) of each monitor station 200 and the ionospheric electron number calculation unit 1 to determine each monitor Based on the TEC calculated for the station 200, the spatial distribution of the TEC observation values is estimated by the plane wave model, analysis is performed by the plane wave model, and the spatial distribution function of the TEC observation values by the plane wave model is obtained.
The ionospheric plane wave model estimator 4 is a waveform estimator that outputs the spatial distribution of TEC observation values as a function of the plane wave.

このようにして、電離層擾乱発生判定部2により電離層に電離層擾乱が発生していると判定されると、電離層平面波モデル推定部4により、対象地域に配置された複数のモニタ局200に対応した観測値であるTECに基づいてTEC観測値の空間分布が平面波モデルを用いて推定され、平面波モデルによるTEC観測値の空間分布関数が求められる。 In this way, when the ionospheric disturbance occurrence determining unit 2 determines that an ionospheric disturbance is occurring in the ionosphere, the ionospheric plane wave model estimating unit 4 performs observation corresponding to a plurality of monitor stations 200 arranged in the target area. A spatial distribution of TEC observations is estimated using a plane wave model based on TEC, which is a value, and a spatial distribution function of TEC observations by the plane wave model is obtained.

電離層に発生する電離層擾乱は平面波構造となる伝搬性電離層擾乱(Traveling Ionospheric Disturbances;TID)であるので、TECの空間分布が伝搬性の平面波構造になる性質を有している。
実施の形態1における波形推定装置300は、TEC観測値の空間分布が伝搬性の平面波構造になる性質を利用し、電離層擾乱発生判定部2が電離層擾乱の発生を有と判定すると、電離層平面波モデル推定部4によりTEC観測値の空間分布関数を求める。
Ionospheric disturbances that occur in the ionosphere are traveling ionospheric disturbances (TID) that have a plane wave structure, so the spatial distribution of TECs has the property of having a propagating plane wave structure.
The waveform estimating apparatus 300 according to Embodiment 1 utilizes the property that the spatial distribution of TEC observation values has a propagative plane wave structure, and when the ionospheric disturbance occurrence determining unit 2 determines that an ionospheric disturbance has occurred, the ionospheric plane wave model The estimation unit 4 obtains the spatial distribution function of the TEC observation values.

電離層平面波モデル推定部4は、図2に示すように、断面上射影部41と空間DFT部42とフィルタ部43と空間IDFT部44を備える。
断面上射影部41は、各モニタ局200の位置情報(座標)と電離層電子数演算部1により各モニタ局200に対応して演算されたTECを用い、各モニタ局200に対応して演算されたTECを、TEC観測値の空間分布が伝搬性の平面波構造になる性質を利用し、TIDの進行方向に平行な1次直線上に射影する1次元空間座標への座標変換処理を行う。
The ionospheric plane wave model estimator 4 includes a cross-sectional projection unit 41, a spatial DFT unit 42, a filter unit 43, and a spatial IDFT unit 44, as shown in FIG.
The cross-sectional projection unit 41 uses the position information (coordinates) of each monitor station 200 and the TEC calculated corresponding to each monitor station 200 by the ionospheric electron number calculation unit 1, and calculates corresponding to each monitor station 200. Utilizing the property that the spatial distribution of TEC observation values has a propagating plane wave structure, the TEC is converted into one-dimensional spatial coordinates projected onto a first-order straight line parallel to the traveling direction of the TID.

断面上射影部41が行う座標変換処理について図3を用いて説明する。図3において、x軸及びy軸は平面のx-y座標系を示し、x′軸及びy′軸は、x軸及びy軸からなる平面の座標系をx軸がTIDの進行方向と平行な方向に回転させたx′-y′座標系を示す。
x-y座標系は空間座標を平面投射した平面座標系である。x′-y′座標系は、x-y座標系に対してTIDの進行方向の角度φ回転された座標系である。
また、例示として、6つのモニタ局200(1)~200(6)をx-y座標系に●として示す。モニタ局200(1)~200(6)の位置座標は観測点の位置座標に対応するので、観測点の位置座標としてモニタ局200(1)~200(6)の位置座標を用いている。
The coordinate conversion processing performed by the cross-sectional projection unit 41 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the x-axis and y-axis indicate a planar xy coordinate system, and the x'-axis and y'-axis indicate a planar coordinate system consisting of the x-axis and the y-axis. The x'-y' coordinate system is shown rotated in the
The xy coordinate system is a planar coordinate system obtained by projecting the spatial coordinates onto a plane. The x'-y' coordinate system is a coordinate system rotated by an angle φ of the direction of travel of the TID with respect to the xy coordinate system.
Also, by way of illustration, the six monitor stations 200(1)-200(6) are shown as ● in the xy coordinate system. Since the position coordinates of the monitor stations 200(1) to 200(6) correspond to the position coordinates of the observation points, the position coordinates of the monitor stations 200(1) to 200(6) are used as the position coordinates of the observation points.

TIDは2次元の伝搬性平面波であり、その進行方向がパラメータとして与えられるとする。また、TEC観測値の値をTIDの振幅方向にとり、空間座標は平面投射した平面座標系を用いる。
振幅をA、波数ベクトルをk=(kcosφ、ksinφ)であるTIDの、位置r=(x、y)における変位Ψ(k、v)は次式(1)で表される。
It is assumed that the TID is a two-dimensional propagating plane wave, and its traveling direction is given as a parameter. Also, the TEC observation value is taken in the amplitude direction of the TID, and the spatial coordinate is a planar coordinate system projected onto a plane.
The displacement Ψ(k, v) at the position r=(x, y) of the TID whose amplitude is A and whose wave vector is k=(k cos φ, ksin φ) is expressed by the following equation (1).

Figure 0007278511000001
Figure 0007278511000001

変位Ψ(k、v)は座標変換操作によりTIDを1次元の正弦波に表すことを示している。
従って、断面上射影部41は、各モニタ局200の座標をTIDの進行方向と平行、つまり、平面波の等位相面に垂直な1次直線上に射影することにより、TEC観測値を1次元の波としての表現に変換する。具体的には、進行方向パラメータとモニタ局200の位置座標を元に、1次元空間座標を演算する。
Displacement Ψ(k, v) indicates that the TID is expressed as a one-dimensional sine wave by the coordinate transformation operation.
Therefore, the cross-sectional projection unit 41 projects the coordinates of each monitor station 200 onto a first-order straight line parallel to the traveling direction of the TID, that is, perpendicular to the equiphase surface of the plane wave, thereby converting the TEC observation value into a one-dimensional Convert to representation as a wave. Specifically, one-dimensional space coordinates are calculated based on the traveling direction parameter and the position coordinates of the monitor station 200 .

要するに、断面上射影部41は、各モニタ局200に対応して演算されたTECをTIDの進行方向に平行な1次直線上に射影したTEC観測値の1次元空間分布が得られる。
断面上射影部41により座標変換された、6つのモニタ局200(1)~200(6)に対応する射影点を白抜き×200(1)~200(6)として示す。
In short, the cross-sectional projection unit 41 obtains a one-dimensional spatial distribution of TEC observation values obtained by projecting the TEC calculated for each monitor station 200 onto a first-order straight line parallel to the traveling direction of the TID.
Projection points corresponding to the six monitor stations 200(1) to 200(6) coordinate-transformed by the cross-sectional projection unit 41 are shown as white x200(1) to 200(6).

図3から理解されるように、x-y座標系ではモニタ局200(2)とモニタ局200(3)はx値が同じであるが、断面上射影部41により座標変換処理された後のモニタ局200(2)とモニタ局200(3)はx′軸における値が異なる。
結果として、x′-y′座標系において、対象地域に存在するモニタ局200のサンプリング数が実質増加したことになり、サンプリング密度が増加する。
サンプリング密度が増加することにより、電離層のTECの空間分布が不均一であっても、TEC観測値の空間分布を推定する精度が向上する。
As can be understood from FIG. 3, in the xy coordinate system, the monitor station 200(2) and the monitor station 200(3) have the same x value, but after coordinate conversion processing by the cross-sectional projection unit 41, Monitor station 200(2) and monitor station 200(3) have different values on the x' axis.
As a result, in the x'-y' coordinate system, the sampling number of monitor stations 200 existing in the target area is substantially increased, and the sampling density is increased.
The increased sampling density improves the accuracy of estimating the spatial distribution of TEC observations, even if the spatial distribution of TECs in the ionosphere is non-uniform.

空間DFT部42は、断面上射影部41により座標変換処理された1次元空間座標でのTEC観測値を不等間隔離散フーリエ変換(DFT)を行い、TEC観測値の空間分布平面波関数を求める。
すなわち、空間DFT部42は、断面上射影部41により座標変換処理された1次元空間座標でのTEC観測値を不等間隔離散フーリエ変換により空間軸から空間周波数軸へ変換し、TEC観測値の空間分布平面波関数を求める。
The spatial DFT unit 42 performs a nonuniform discrete Fourier transform (DFT) on the TEC observation values at the one-dimensional spatial coordinates that have undergone the coordinate conversion processing by the cross-sectional projection unit 41, and obtains the spatial distribution plane wave function of the TEC observation values.
That is, the spatial DFT unit 42 transforms the TEC observation values in one-dimensional spatial coordinates that have undergone coordinate conversion processing by the cross-sectional projection unit 41 from the spatial axis to the spatial frequency axis by the nonuniform discrete Fourier transform, and converts the TEC observation values Find the spatial distribution plane wave function.

言い換えれば、空間DFT部42は、断面上射影部41において射影された空間軸上におけるTEC観測値を、複数の波長からなる正弦波の集合としての空間周波数軸でのTEC観測値の空間分布平面波関数に変換する。
空間DFT部42は、断面上射影部41により座標変換処理された1次元空間座標でのTEC観測値と電離層電子数演算部1により各モニタ局200に対応して演算されたTECから空間周波数を算出し、TEC観測値の空間分布平面波関数を求める。
In other words, the spatial DFT unit 42 converts the TEC observation values on the spatial axis projected by the cross-sectional projection unit 41 into a spatial distribution plane wave of the TEC observation values on the spatial frequency axis as a set of sine waves consisting of a plurality of wavelengths. Convert to function.
The spatial DFT unit 42 calculates the spatial frequency from the TEC observation value in the one-dimensional space coordinate coordinate-transformed by the cross-sectional projection unit 41 and the TEC calculated corresponding to each monitor station 200 by the ionospheric electron number calculation unit 1. to obtain the spatial distribution plane wave function of the TEC observations.

フィルタ部43は、空間DFT部42により求められた空間周波数軸でのTEC観測値の空間分布平面波関数から窓関数を用いてTIDの成分を抽出し、ノイズ除去されたTEC観測値の空間分布平面波関数を求める。
すなわち、空間DFT部42により求められたTEC観測値には、平面波モデル誤差、あるいは大気状態又はマルチパス等による観測誤差のノイズが含まれ、これらノイズは高周波(短波長)の成分を持つ。
フィルタ部43は、これら高周波成分のノイズを窓関数を用いて空間DFT部42により求められた空間周波数軸でのTEC観測値の空間分布平面波関数から除去する。
The filter unit 43 uses a window function to extract the TID component from the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value on the spatial frequency axis obtained by the spatial DFT unit 42, and extracts the noise-removed spatial distribution plane wave of the TEC observation value. Find a function.
That is, the TEC observation values obtained by the spatial DFT unit 42 contain noise of observation errors due to plane wave model errors, atmospheric conditions, multipaths, etc. These noises have high frequency (short wavelength) components.
The filter unit 43 removes the noise of these high-frequency components from the spatial distribution plane wave function of the TEC observation values on the spatial frequency axis obtained by the spatial DFT unit 42 using a window function.

フィルタ部43に用いられる窓関数は、振幅が一番大きくなるピークのみを取り出してもよいし、振幅が閾値以上となる波長成分を取り出してもよいし、空間周波数が閾値以下となる成分を取り出すローパスフィルタのように動作させてもよい。 The window function used in the filter unit 43 may extract only the peak with the largest amplitude, may extract wavelength components whose amplitude is greater than or equal to a threshold value, or may extract components whose spatial frequency is less than or equal to a threshold value. It may be operated like a low-pass filter.

空間IDFT部44は、フィルタ部43によりノイズ除去されたTEC観測値の空間分布平面波関数を逆離散フーリエ変換を行い、TEC観測値の空間分布関数を求める。
すなわち、空間IDFT部44は、フィルタ部43によりノイズ除去されたTEC観測値の空間分布平面波関数を、空間周波数軸から空間軸へ戻す1次元座標軸上の表現に変換し、1次元座標軸上のフィルタ部43によりノイズ除去されたTEC観測値を、断面上射影部41により射影される前の電離層電子数演算部1により各モニタ局200に対応して演算されたTECの空間分布関数を求める。
The spatial IDFT unit 44 performs an inverse discrete Fourier transform on the spatial distribution plane wave function of the TEC observation values from which noise has been removed by the filter unit 43, and obtains the spatial distribution function of the TEC observation values.
That is, the spatial IDFT unit 44 converts the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value from which noise has been removed by the filter unit 43 into a representation on the one-dimensional coordinate axis from the spatial frequency axis back to the spatial axis, and the filter on the one-dimensional coordinate axis. The spatial distribution function of the TEC calculated for each monitor station 200 by the ionospheric electron number calculator 1 before being projected by the cross-sectional projection unit 41 on the TEC observation value noise-removed by the unit 43 is obtained.

電離層遅延量演算部5は、電離層曲面モデル推定部3により求められたTEC観測値の空間分布関数もしくは電離層平面波モデル推定部4により求められたTEC観測値の空間分布関数に係数を乗算して電離層遅延量の空間分布関数を求める。 The ionospheric delay amount calculator 5 multiplies the spatial distribution function of the TEC observation value obtained by the ionospheric curved surface model estimating unit 3 or the spatial distribution function of the TEC observation value obtained by the ionospheric plane wave model estimating unit 4 by a coefficient to calculate the ionospheric Obtain the spatial distribution function of the amount of delay.

電離層遅延量出力部6は、電離層遅延量演算部5により求められた電離層遅延量の空間分布関数を出力する。
電離層遅延量出力部6から出力される電離層遅延量の空間分布関数は、空間分布関数又はグリッド点への内挿などの配送形式を用い、インターネット回線又は衛星回線などの配信方法によりユーザへ配信される。
The ionospheric delay amount output unit 6 outputs the spatial distribution function of the ionospheric delay amount obtained by the ionospheric delay amount calculation unit 5 .
The spatial distribution function of the ionospheric delay amount output from the ionospheric delay amount output unit 6 is distributed to the user by a distribution method such as an Internet line or a satellite line using a distribution format such as a spatial distribution function or interpolation to grid points. be.

次に、実施の形態1に係る波形推定装置300の動作を図4に基づいて説明する。
ステップST1において、電離層電子数演算部1が、測位衛星100からの測位信号を受信した複数のモニタ局200それぞれから出力された複数の周波数の観測データを集積し、複数のモニタ局200の各モニタ局200からの観測データにより、観測値である各モニタ局200と測位衛星100との間のTECを演算し、ステップST2に進む。
Next, the operation of waveform estimation apparatus 300 according to Embodiment 1 will be described based on FIG.
In step ST1, the ionospheric electron number calculation unit 1 accumulates observation data of a plurality of frequencies output from each of the plurality of monitor stations 200 that have received positioning signals from the positioning satellites 100, and Based on the observation data from the station 200, the TEC between each monitor station 200 and the positioning satellite 100, which is an observation value, is calculated, and the process proceeds to step ST2.

ステップST2では、電離層擾乱発生判定部2が、電離層電子数演算部1により各モニタ局200に対応して演算されたTECを解析、つまり、演算されたTECが設定した判定条件と比較され、電離層擾乱の発生の有無を判定する。
電離層擾乱の発生が無と判定されるとステップST3に進み、電離層擾乱の発生が有と判定されるとステップST4に進む。
In step ST2, the ionospheric disturbance occurrence determining unit 2 analyzes the TEC calculated corresponding to each monitor station 200 by the ionospheric electron number calculating unit 1, that is, compares the calculated TEC with the set decision condition, Determine the presence or absence of disturbance.
If it is determined that no ionospheric disturbance has occurred, the process proceeds to step ST3, and if it is determined that the ionospheric disturbance has occurred, the process proceeds to step ST4.

ステップST3では、電離層曲面モデル推定部3が、電離層電子数演算部1により各モニタ局200に対応して演算されたTECに基づいて電離層全電子数の空間分布を曲面モデルで推定し、演算されたTECを曲面モデルにより回帰分析し、曲面モデルによる電離層全電子数の空間分布関数を求め、ステップST5に進む。 In step ST3, the ionospheric curved surface model estimating unit 3 estimates the spatial distribution of the total number of ionospheric electrons using a curved surface model based on the TEC calculated for each monitor station 200 by the ionospheric electron number calculating unit 1. Regression analysis is performed on the obtained TEC using a curved surface model to obtain a spatial distribution function of the total electron number in the ionosphere based on the curved surface model, and the process proceeds to step ST5.

一方、ステップST4では、電離層平面波モデル推定部4が、演算されたTECに基づいてTEC観測値の空間分布を平面波モデルで推定し、平面波モデルによるTEC観測値の空間分布関数を求める
ステップST4はステップST41からステップST44によって実現される。
On the other hand, in step ST4, the ionospheric plane wave model estimating unit 4 estimates the spatial distribution of the TEC observation values by the plane wave model based on the calculated TEC, and obtains the spatial distribution function of the TEC observation values by the plane wave model. It is implemented by steps ST41 to ST44.

ステップST41において、各モニタ局200の位置情報(座標)、つまり観測点に対応した位置情報と、断面上射影部41が電離層電子数演算部1により各モニタ局200に対応して演算されたTECとを用い、各モニタ局200に対応して演算されたTECを、TIDの進行方向に平行な1次直線上に射影する1次元空間座標への座標変換処理を行い、ステップST42に進む。 In step ST41, the positional information (coordinates) of each monitor station 200, that is, the positional information corresponding to the observation point, and the TEC calculated by the ionospheric electron number calculation unit 1 corresponding to each monitor station 200 by the cross-sectional projection unit 41 , the TEC calculated for each monitor station 200 is converted into one-dimensional spatial coordinates by projecting them onto a linear straight line parallel to the traveling direction of the TID, and the process proceeds to step ST42.

ステップST42では、空間DFT部42が1次元空間座標でのTEC観測値を不等間隔離散フーリエ変換により空間軸から空間周波数軸へ変換し、TEC観測値の空間分布平面波関数を求め、ステップST43に進む。 In step ST42, the spatial DFT unit 42 transforms the TEC observation values in the one-dimensional spatial coordinates from the spatial axis to the spatial frequency axis by nonuniform discrete Fourier transform, obtains the spatial distribution plane wave function of the TEC observation values, and proceeds to step ST43. move on.

ステップST43では、フィルタ部43が、空間DFT部42により求められたTEC観測値の空間分布平面波関数から窓関数を用いて伝搬性電離層擾乱の成分を抽出し、ノイズの除去を行い、ノイズ除去されたTEC観測値の空間分布平面波関数を求め、ステップST44に進む。 In step ST43, the filter unit 43 uses a window function to extract propagating ionospheric disturbance components from the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value obtained by the spatial DFT unit 42, removes noise, and removes the noise. Then, the spatial distribution plane wave function of the TEC observed value is obtained, and the process proceeds to step ST44.

ステップST44では、空間IDFT部44が、フィルタ部43によりノイズ除去されたTEC観測値の空間分布平面波関数を逆離散フーリエ変換により空間軸上の表現に変換し、TEC観測値の空間分布関数を求め、ステップST5に進む。 In step ST44, the spatial IDFT unit 44 converts the spatial distribution plane wave function of the TEC observation values, the noise of which has been removed by the filter unit 43, into an expression on the spatial axis by an inverse discrete Fourier transform, and obtains the spatial distribution function of the TEC observation values. , go to step ST5.

ステップST5において、電離層遅延量演算部5が、ステップST3により電離層曲面モデル推定部3により求められたTEC観測値の空間分布関数もしくはステップST4により電離層平面波モデル推定部4により求められたTEC観測値の空間分布関数に係数を乗算して電離層遅延量の空間分布関数に変換し、ステップST6に進む。 In step ST5, the ionospheric delay amount calculator 5 calculates the spatial distribution function of the TEC observation value obtained by the ionospheric surface model estimating unit 3 in step ST3 or the TEC observation value obtained by the ionospheric plane wave model estimating unit 4 in step ST4. The spatial distribution function is multiplied by a coefficient to convert to the spatial distribution function of the ionospheric delay amount, and the process proceeds to step ST6.

ステップST6において、電離層遅延量出力部6が、電離層遅延量演算部5により求められた電離層遅延量の空間分布関数を出力する。
この時、電離層遅延量の空間分布関数は所定の形式に変換されてユーザへ配信される。
In step ST6, the ionospheric delay amount output section 6 outputs the spatial distribution function of the ionospheric delay amount obtained by the ionospheric delay amount calculating section 5. FIG.
At this time, the spatial distribution function of the ionospheric delay amount is converted into a predetermined format and delivered to the user.

このように、実施の形態1に係る波形推定装置300では、電離層擾乱発生判定部2により電離層擾乱の発生の有無を判定し、電離層擾乱の発生が無と判定されると電離層曲面モデル推定部3によりTEC観測値の空間分布関数を求め、電離層擾乱の発生が有と判定されると電離層平面波モデル推定部4によりTEC観測値の空間分布関数を求め、電離層擾乱の発生が無と判定された場合は電離層曲面モデル推定部3により求められたTEC観測値の空間分布関数を用い、電離層擾乱の発生が有と判定された場合は電離層平面波モデル推定部4により求められたTEC観測値の空間分布関数を用いて電離層遅延量演算部5により電離層遅延量の空間分布関数を求めている。 As described above, in the waveform estimation apparatus 300 according to the first embodiment, the ionospheric disturbance occurrence determining unit 2 determines whether or not an ionospheric disturbance has occurred. If the spatial distribution function of the TEC observation value is obtained by determining that the ionospheric disturbance has occurred, the ionospheric plane wave model estimating unit 4 obtains the spatial distribution function of the TEC observation value, and if it is determined that the ionospheric disturbance does not occur is the spatial distribution function of the TEC observation values obtained by the ionospheric curved surface model estimating unit 3, and when it is determined that the ionospheric disturbance has occurred, the spatial distribution function of the TEC observation values obtained by the ionospheric plane wave model estimating unit 4 is used to obtain the spatial distribution function of the ionospheric delay amount by the ionospheric delay amount calculator 5 .

実施の形態1に係る波形推定装置300を構成する電離層遅延量推定装置における電離層電子数演算部1と電離層擾乱発生判定部2と電離層曲面モデル推定部3と電離層平面波モデル推定部4と電離層遅延量演算部5と電離層遅延量出力部6は、ハード構成でもよく、またソフト構成でもよい。 The ionospheric electron number calculator 1, the ionospheric disturbance occurrence determination unit 2, the ionospheric curved surface model estimator 3, the ionospheric plane wave model estimator 4, and the ionospheric delay amount in the ionospheric delay amount estimator constituting the waveform estimator 300 according to Embodiment 1 The calculation unit 5 and the ionospheric delay amount output unit 6 may be configured in hardware or in software.

電離層遅延量推定装置をソフト構成とする場合は、電離層電子数演算部1と電離層擾乱発生判定部2と電離層曲面モデル推定部3と電離層平面波モデル推定部4と電離層遅延量演算部5と電離層遅延量出力部6が一般的なコンピュータで構成され、CPU(Central Processing Unit)、半導体メモリ(RAM:Random Access Memory)、不揮発性記録装置(ROM:Read only memory)から構成され、ROMに格納された波形推定プログラムをRAMにロードし、CPUがRAMにロードされた波形推定プログラムに基づき各種処理を実行する。電離層遅延量推定装置は汎用的なOSで駆動される。 When the ionospheric delay amount estimating device is configured as software, the ionospheric electron number calculation unit 1, the ionospheric disturbance occurrence determination unit 2, the ionospheric surface model estimating unit 3, the ionospheric plane wave model estimating unit 4, the ionospheric delay amount calculating unit 5, and the ionospheric delay. The quantity output unit 6 is composed of a general computer, and is composed of a CPU (Central Processing Unit), a semiconductor memory (RAM: Random Access Memory), and a nonvolatile recording device (ROM: Read only memory), and is stored in the ROM A waveform estimation program is loaded into the RAM, and the CPU executes various processes based on the waveform estimation program loaded into the RAM. The ionospheric delay estimation device is driven by a general-purpose OS.

波形推定プログラムを格納する記録媒体はROMに限られるものではなく、ハードディスクなどでもよい。
また、記録媒体に格納される波形推定プログラムは、次のようなものである。
The recording medium for storing the waveform estimation program is not limited to the ROM, and may be a hard disk or the like.
Also, the waveform estimation program stored in the recording medium is as follows.

すなわち、波形推定プログラムは、測位衛星からの測位信号を受信した複数のモニタ局それぞれから出力された複数の周波数の観測データにより複数のモニタ局のそれぞれと測位衛星との間のTECを演算する手順と、演算されたTECに基づいて設定した判定条件により電離層擾乱の発生の有無を判定する手順と、電離層擾乱の発生が無と判定されると、演算されたTECに基づいてTEC観測値の空間分布を曲面モデルで推定し、曲面モデルによるTEC観測値の空間分布関数を求める手順と、電離層擾乱の発生が有と判定されると、演算されたTECに基づいてTEC観測値の空間分布を平面波モデルで推定し、平面波モデルによるTEC観測値の空間分布関数を求める手順と、曲面モデルによるTEC観測値の空間分布関数もしくは平面波モデルによるTEC観測値の空間分布関数に係数を乗算して電離層遅延量の空間分布関数を求める手順と、電離層遅延量の空間分布関数を出力する手順とを備える。 That is, the waveform estimation program is a procedure for calculating the TEC between each of the plurality of monitor stations and the positioning satellite based on the observation data of the plurality of frequencies output from each of the plurality of monitor stations that received the positioning signals from the positioning satellites. a procedure for judging whether or not an ionospheric disturbance has occurred according to judgment conditions set based on the calculated TEC; A procedure for estimating the distribution with a curved surface model and obtaining a spatial distribution function of the TEC observation values by the curved surface model, and when it is determined that an ionospheric disturbance has occurred, the spatial distribution of the TEC observation values is converted to a plane wave based on the calculated TEC. A procedure for estimating with a model and obtaining the spatial distribution function of the TEC observation value by the plane wave model, and the ionospheric delay amount by multiplying the spatial distribution function of the TEC observation value by the curved surface model or the spatial distribution function of the TEC observation value by the plane wave model by the coefficient and a procedure for outputting the spatial distribution function of the ionospheric delay amount.

実施の形態1に係る波形推定装置300において、電離層に電離層擾乱が発生した場合のTEC観測値の空間分布を図5に示す。図5において、横軸が位置、縦軸がTECを示し、●がTEC観測値を、実線が波形推定装置300により推定されたTEC観測値の空間分布を、点線がTEC観測値の空間分布の真値を示す。
図5から理解されるように、実施の形態1に係る波形推定装置300により推定されたTEC観測値の空間分布は、真値に近い値である。
従って、各モニタ局200間の電離層遅延量の空間分布の推定精度が低下するのを抑制できる。
FIG. 5 shows the spatial distribution of TEC observation values when an ionospheric disturbance occurs in the ionosphere in the waveform estimation device 300 according to the first embodiment. 5, the horizontal axis indicates the position, the vertical axis indicates the TEC, ● indicates the TEC observed value, the solid line indicates the spatial distribution of the TEC observed value estimated by the waveform estimation device 300, and the dotted line indicates the spatial distribution of the TEC observed value. Indicates true value.
As can be understood from FIG. 5, the spatial distribution of TEC observation values estimated by waveform estimation apparatus 300 according to Embodiment 1 is a value close to the true value.
Therefore, it is possible to prevent the estimation accuracy of the spatial distribution of the ionospheric delay amount between the monitor stations 200 from deteriorating.

以上のように、実施の形態1に係る波形推定装置300は、電離層擾乱の発生の有無を判定する電離層擾乱発生判定部2を備え、電離層擾乱の発生が無と判定した場合は、電離層曲面モデル推定部3によりTEC観測値の空間分布関数を求め、電離層擾乱の発生が有と判定した場合に、TEC観測値の空間分布関数を求める電離層平面波モデル推定部4を備えるものとしたので、モニタ局200の数を増やすことなく、各モニタ局200間の電離層遅延量の空間分布の推定精度が低下するのを抑制できる。 As described above, the waveform estimation apparatus 300 according to Embodiment 1 includes the ionospheric disturbance occurrence determination unit 2 that determines whether or not an ionospheric disturbance has occurred. The estimating unit 3 obtains the spatial distribution function of the TEC observation value, and when it is determined that an ionospheric disturbance has occurred, the ionospheric plane wave model estimating unit 4 obtains the spatial distribution function of the TEC observation value. Without increasing the number of monitor stations 200, it is possible to suppress deterioration in the accuracy of estimating the spatial distribution of the ionospheric delay amount between the monitor stations 200. FIG.

また、実施の形態1に係る波形推定装置300は、電離層擾乱の発生が無と判定した場合は、電離層に平面波構造となる伝搬性電離層擾乱が発生していないため、電離層曲面モデル推定部3によりTEC観測値の空間分布関数を求め、平常時における各モニタ局200間の電離層遅延量の空間分布の推定を損なうことがない。 Further, when the waveform estimation apparatus 300 according to Embodiment 1 determines that no ionospheric disturbance has occurred, the ionospheric surface model estimating unit 3 performs The spatial distribution function of the TEC observation value is obtained, and the estimation of the spatial distribution of the ionospheric delay amount between the monitor stations 200 in normal times is not spoiled.

さらに、電離層平面波モデル推定部4は、断面上射影部41と空間DFT部42とフィルタ部43と空間IDFT部44を備えるものとしたので、断面上射影部41が各モニタ局200に対応して演算されたTECをTIDの進行方向に平行な1次直線上に射影する1次元空間座標への座標変換処理を行い、座標変換処理されたTEC観測値を用いて空間DFT部42とフィルタ部43と空間IDFT部44によりTEC観測値の空間分布関数を求めているので、電離層に電離層擾乱が発生している時、TEC観測値の空間分布関数を求めるためのモニタ局200からのTEC観測値を実質的に増やすことができ、対象領域におけるモニタ局200の密度が実質的に増加するため、モニタ局200の間隔よりも短い波長のTIDを検出できる。 Furthermore, since the ionospheric plane wave model estimating unit 4 is provided with a cross-sectional projection unit 41, a spatial DFT unit 42, a filter unit 43, and a spatial IDFT unit 44, the cross-sectional projection unit 41 corresponds to each monitor station 200. The calculated TEC is converted to one-dimensional spatial coordinates by projecting it onto a first-order straight line parallel to the traveling direction of the TID. and the spatial IDFT unit 44 obtains the spatial distribution function of the TEC observation values. Therefore, when an ionospheric disturbance occurs in the ionosphere, the TEC observation values from the monitor station 200 for obtaining the spatial distribution function of the TEC observation values are obtained by TIDs with wavelengths shorter than the spacing of the monitor stations 200 can be detected because the density of the monitor stations 200 in the area of interest can be substantially increased.

要するに、平面波モデル推定部4は、連続体である電離層の状態が平常時とは異なった状態である電離層擾乱が発生した時、電離層擾乱が発生した電離層が平面波構造になる性質を利用して連続体の空間分布を推定しているので、連続体の波構造の推定精度が向上される。 In short, when an ionospheric disturbance occurs in which the state of the ionosphere, which is a continuum, is different from the normal state, the plane wave model estimating unit 4 utilizes the property that the ionosphere in which the ionospheric disturbance occurs has a plane wave structure to generate a continuum. Since the spatial distribution of the body is estimated, the accuracy of estimating the wave structure of the continuum is improved.

またさらに、平面波モデル推定部4は、観測値を実質的に増やして観測値の空間分布関数を求めているため、対象領域における観測点を増加させる必要がないため、観測点を新たに増やすことができない対象領域においても、平常時とは異なった状態が発生した時における連続体の空間分布の推定精度が低下することを抑制できる。 Furthermore, since the plane wave model estimating unit 4 obtains the spatial distribution function of the observed values by substantially increasing the observed values, there is no need to increase the number of observation points in the target region. Even in a target region in which it is impossible to estimate the spatial distribution of the continuum when a state different from the normal state occurs, it is possible to suppress a decrease in accuracy in estimating the spatial distribution of the continuum.

実施の形態2.
実施の形態2に係る電離層遅延量推定システムにおける波形推定装置300Aを図6から図9を用いて説明する。
実施の形態2に係る波形推定装置300Aは実施の形態1に係る波形推定装置300Aに対して電離層平面波モデル推定部4にデータ保持部45と時間DFT部46と時間IDFT部47をさらに追加した電離層平面波モデル推定部4Aにしたものである。
その他の構成要件については同じもしくは同様である。
図6中、図1及び図2に示した符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 2.
A waveform estimation device 300A in the ionospheric delay amount estimation system according to Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. 6 to 9. FIG.
Waveform estimating apparatus 300A according to Embodiment 2 further adds data holding unit 45, time DFT unit 46, and time IDFT unit 47 to ionospheric plane wave model estimating unit 4 in waveform estimating apparatus 300A according to Embodiment 1. This is the plane wave model estimating section 4A.
Other configuration requirements are the same or similar.
In FIG. 6, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2 indicate the same or corresponding parts.

データ保持部45が、空間DFT部42により求められたTEC観測値の空間分布平面波関数を保持する。
すなわち、データ保持部45は、図7に示すように、空間DFT部42により求められた空間周波数軸にて表現されたTEC観測値の空間分布平面波関数を複数時刻分保持する。
図7において、x軸が空間周波数を、y軸がTEC観測値を、z軸が時間を示し、曲線F1~Ftが各時刻における空間DFT部42により求められたTEC観測値の空間分布平面波関数を示している。
A data holding unit 45 holds the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value obtained by the spatial DFT unit 42 .
That is, as shown in FIG. 7, the data holding unit 45 holds the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value expressed on the spatial frequency axis determined by the spatial DFT unit 42 for multiple times.
In FIG. 7, the x-axis represents the spatial frequency, the y-axis represents the TEC observation value, the z-axis represents time, and the curves F1 to Ft are the spatial distribution plane wave functions of the TEC observation values obtained by the spatial DFT unit 42 at each time. is shown.

時間DFT部46が、空間DFT部42により求められたTEC観測値の空間分布平面波関数と、データ保持部45に保持された複数の空間DFT部42により求められたTEC観測値の空間分布平面波関数それぞれに対して時間軸方向に不等間隔離散フーリエ変換を行い、2次元のTEC観測値の空間分布平面波関数を求めるとともに、TIDの移動速度を求める。 The temporal DFT unit 46 calculates the spatial distribution plane wave function of the TEC observation values obtained by the spatial DFT unit 42 and the spatial distribution plane wave function of the TEC observation values obtained by the plurality of spatial DFT units 42 held in the data holding unit 45. A nonuniform discrete Fourier transform is performed on each of them in the direction of the time axis to obtain the spatial distribution plane wave function of the two-dimensional TEC observation value and the moving speed of the TID.

空間DFT部42により求められた複数時間分のTEC観測値の空間分布平面波関数に対して、時間DFT部46により時間DFT処理を行って求められた2次元のTEC観測値の空間分布平面波関数を図8に示す。
図8において、x軸及びy軸による平面のx-y座標系が空間周波数(Space Frequency)と時間周波数(Time Frequency)の2次元軸を示し、Z軸がTECを示す。
要するに、時間DFT部46が、空間DFT部42により求められたTEC観測値の空間分布平面波関数に時間の軸が追加された2次元のTEC観測値の空間分布平面波関数を求める。
The spatial distribution plane wave function of the two-dimensional TEC observation value obtained by performing the temporal DFT processing by the temporal DFT unit 46 on the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value for multiple hours obtained by the spatial DFT unit 42 It is shown in FIG.
In FIG. 8, the xy coordinate system of the plane by the x-axis and the y-axis indicates two-dimensional axes of space frequency and time frequency, and the Z-axis indicates TEC.
In short, the temporal DFT unit 46 obtains a two-dimensional spatial distribution plane wave function of TEC observation values obtained by the spatial DFT unit 42 by adding a time axis to the spatial distribution plane wave function of TEC observation values.

また、TIDの移動速度は平面波の移動速度として取り扱え、時間DFT部46は、TIDの移動速度を時間周波数/空間周波数により求める。
すなわち、TIDの移動速度の決定は、時間周波数の決定として捉えることができ、TIDの移動速度の決定の具体的な方法として次の3つの方法がある。
最大ピークの時間周波数を一律に採用し、その空間周波数軸に沿って取り出す方法。
空間周波数ごとに、最大ピークの時間周波数に決定する方法。
空間周波数ごとに,複数ピークの重みづけで時間周波数を決定する方法。
Also, the moving speed of the TID can be treated as the moving speed of the plane wave, and the time DFT unit 46 obtains the moving speed of the TID from the temporal frequency/spatial frequency.
That is, the determination of the moving speed of the TID can be regarded as determination of the time frequency, and there are three specific methods for determining the moving speed of the TID as follows.
A method of uniformly adopting the maximum peak temporal frequency and extracting it along the spatial frequency axis.
How to determine the temporal frequency of the maximum peak for each spatial frequency.
A method of determining the temporal frequency by weighting multiple peaks for each spatial frequency.

時間DFT部46により、上記した3つの方法のいずれかの方法によって求められたTIDの移動速度は、電離層遅延量演算部5により求められた電離層遅延量の空間分布関数とともに電離層遅延量出力部6から出力される。 The moving speed of the TID obtained by the time DFT unit 46 by any one of the three methods described above is combined with the spatial distribution function of the ionospheric delay amount obtained by the ionospheric delay amount calculating unit 5 and the ionospheric delay amount output unit 6 output from

一方、時間DFT部46により求められた2次元のTEC観測値の空間分布平面波関数は、フィルタ部43により、2次元の窓関数を用いてTIDの成分が抽出され、ノイズ除去されたTEC観測値の空間分布平面波関数とされる。
すなわち、フィルタ部43は、2次元のTEC観測値の空間分布平面波関数に対して2次元の窓関数を用いてフィルタ処理を行い、高周波成分のノイズを時間DFT部46により求められた2次元のTEC観測値の空間分布平面波関数から除去する。
On the other hand, the spatial distribution plane wave function of the two-dimensional TEC observation value obtained by the time DFT unit 46 is the TID component extracted by the filter unit 43 using a two-dimensional window function, and the noise is removed from the TEC observation value is the spatial distribution plane wave function of .
That is, the filter unit 43 performs filtering on the spatial distribution plane wave function of the two-dimensional TEC observation value using a two-dimensional window function, and removes the high-frequency component noise from the two-dimensional Remove from the spatial distribution plane wave function of the TEC observations.

フィルタ部43によるフィルタ処理は、図9の概要図に示すように、2次元のTEC観測値の空間分布平面波関数に対して2次元の窓関数を用いてフィルタリングし、フィルタリングされたTEC観測値の空間分布平面波関数の内、振幅が一番大きくなるピークのみを取り出している。
図9において、横軸が空間周波数を、縦軸が時間周波数を示し、矩形にて囲まれた斜線部分が2次元の窓関数を示し、●が振幅が一番大きくなるTEC観測値の空間分布平面波関数を示す。
As shown in the schematic diagram of FIG. 9, the filter processing by the filter unit 43 is performed by filtering the spatial distribution plane wave function of the two-dimensional TEC observation value using a two-dimensional window function, and filtering the filtered TEC observation value. Only the peak with the largest amplitude is extracted from the spatial distribution plane wave function.
In FIG. 9, the horizontal axis indicates the spatial frequency, the vertical axis indicates the temporal frequency, the hatched portion surrounded by the rectangle indicates the two-dimensional window function, and ● indicates the spatial distribution of the TEC observation value with the largest amplitude. shows the plane wave function.

なお、フィルタ部43に用いられる2次元の窓関数は、振幅が閾値以上となる波長成分を取り出してもよいし、空間周波数が閾値以下となる成分を取り出すローパスフィルタのように動作させてもよい。 The two-dimensional window function used in the filter unit 43 may extract wavelength components whose amplitude is equal to or greater than a threshold, or may operate like a low-pass filter to extract components whose spatial frequency is equal to or less than a threshold. .

時間IDFT部47は、フィルタ部43によりノイズ除去された2次元のTEC観測値の空間分布平面波関数を時間周波数軸に沿って逆離散フーリエ変換を行う。
空間IDFT部44は、時間IDFT部47により求められたTEC観測値の空間分布平面波関数を逆離散フーリエ変換、つまり、空間周波数軸から空間軸へ戻す1次元座標軸上の表現に変換し、現在時刻、つまり、最新時刻における空間DFT部42により求められたTEC観測値の空間分布平面波関数である1次元の空間分布平面波関数を求める。
The temporal IDFT unit 47 performs an inverse discrete Fourier transform along the time-frequency axis on the spatial distribution plane wave function of the two-dimensional TEC observation value from which the noise has been removed by the filter unit 43 .
The spatial IDFT unit 44 converts the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value obtained by the temporal IDFT unit 47 into an inverse discrete Fourier transform, that is, a representation on a one-dimensional coordinate axis returning from the spatial frequency axis to the spatial axis, and the current time That is, a one-dimensional spatial distribution plane wave function, which is the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value obtained by the spatial DFT unit 42 at the latest time, is obtained.

電離層遅延量演算部5は、電離層曲面モデル推定部3により求められたTEC観測値の空間分布関数もしくは電離層平面波モデル推定部4により求められたTEC観測値の空間分布関数に係数を乗算して電離層遅延量の空間分布関数を求める。
電離層遅延量演算部5により求められた電離層遅延量の空間分布関数は、上記で説明したように、時間DFT部46により求められたTIDの移動速度とともに電離層遅延量出力部6から出力される。
The ionospheric delay amount calculator 5 multiplies the spatial distribution function of the TEC observation value obtained by the ionospheric curved surface model estimating unit 3 or the spatial distribution function of the TEC observation value obtained by the ionospheric plane wave model estimating unit 4 by a coefficient to calculate the ionospheric Obtain the spatial distribution function of the amount of delay.
The spatial distribution function of the ionospheric delay calculated by the ionospheric delay calculating unit 5 is output from the ionospheric delay output unit 6 together with the moving speed of the TID calculated by the time DFT unit 46, as described above.

実施の形態2に係る波形推定装置300Aにおいても、実施の形態1に係る波形推定装置300と同様の効果を奏する他、電離層に電離層擾乱の発生が有と判定された場合に、TEC観測値の空間分布関数にTIDの移動速度の情報を付加でき、ユーザへの電離層遅延量の空間分布関数の提供する時間間隔を長くした場合でも、各モニタ局200間の電離層遅延量の空間分布の推定精度が低下するのを抑制できる。 Waveform estimation apparatus 300A according to Embodiment 2 also has the same effect as waveform estimation apparatus 300 according to Embodiment 1. In addition, when it is determined that an ionospheric disturbance has occurred in the ionosphere, the TEC observation value Information on the moving speed of the TID can be added to the spatial distribution function, and even if the time interval provided by the spatial distribution function of the ionospheric delay amount to the user is lengthened, the estimation accuracy of the spatial distribution of the ionospheric delay amount between the monitor stations 200 is improved. can be suppressed.

実施の形態3.
実施の形態3に係る電離層遅延量推定システムにおける波形推定装置300Bを図10を用いて説明する。
実施の形態3に係る波形推定装置300Bは実施の形態1に係る波形推定装置300における電離層平面波モデル推定部4が断面上射影部41と空間DFT部42とフィルタ部43と空間IDFT部44から構成される平面波モデル推定部を、複数の並列処理する平面波モデル推定部4B(1)~4B(M)とし、複数の平面波モデル推定部4B(1)~4B(M)により求められたTEC観測値の空間分布関数から設定した選定条件により尤もらしいTEC観測値の空間分布関数を選択する選択部48をさらに追加した電離層平面波モデル推定部4Bとしたものである。
その他の構成要件については同じである。なお、Mは2以上の自然数である。
図10中、図1及び図2に示した符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 3.
A waveform estimation device 300B in the ionospheric delay amount estimation system according to Embodiment 3 will be described with reference to FIG.
Waveform estimation apparatus 300B according to Embodiment 3 is composed of ionospheric plane wave model estimation unit 4 in waveform estimation apparatus 300 according to Embodiment 1, which is composed of cross-sectional projection unit 41, spatial DFT unit 42, filter unit 43, and spatial IDFT unit 44. The plane wave model estimating unit is a plurality of parallel processing plane wave model estimating units 4B (1) to 4B (M), and the TEC observation values obtained by the plurality of plane wave model estimating units 4B (1) to 4B (M) The ionospheric plane wave model estimating section 4B further includes a selecting section 48 for selecting a plausible TEC observation value spatial distribution function according to a selection condition set from the spatial distribution functions of .
Other configuration requirements are the same. Note that M is a natural number of 2 or more.
In FIG. 10, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2 indicate the same or corresponding parts.

平面波モデル推定部4B(1)~4B(M)は、それぞれ断面上射影部41(1)~41(M)と空間DFT部42(1)~42(M)とフィルタ部43(1)~43(M)と空間IDFT部44(1)~44(M)から構成される。平面波モデル推定部4B(1)~4B(M)は、それぞれ波形推定部を構成する。
平面波モデル推定部4B(1)~4B(M)それぞれは異なったパラメータに設定され、それぞれがTEC観測値を異なったパラメータに基づいて平面波モデルによるTEC観測値の空間分布関数を求める。
Plane wave model estimating units 4B(1) to 4B(M) include cross-sectional projection units 41(1) to 41(M), spatial DFT units 42(1) to 42(M), and filter units 43(1) to 43(1). 43(M) and spatial IDFT units 44(1) to 44(M). The plane wave model estimators 4B(1) to 4B(M) each constitute a waveform estimator.
The plane wave model estimating units 4B(1) to 4B(M) are set to different parameters, and obtain the spatial distribution function of the TEC observation values by the plane wave model based on the different parameters.

平面波モデル推定部4B(1)~4B(M)それぞれに設定されるパラメータは、TIDの進行方向、推定に用いるモニタ局200の数、推定に用いるモニタ局200の対象地域の広さ、あるいはフィルタ部43に用いる窓関数の少なくとも1つの条件で設定される、それぞれが異なったパラメータである。 The parameters set in each of the plane wave model estimating units 4B(1) to 4B(M) are the traveling direction of the TID, the number of monitor stations 200 used for estimation, the size of the target area of the monitor stations 200 used for estimation, or the filter They are different parameters set by at least one condition of the window function used in the part 43 .

選択部48が、複数の平面波モデル推定部4B(1)~4B(M)により求められたTEC観測値の空間分布関数から設定した選定条件により尤もらしいTEC観測値の空間分布関数を選択する。
選択部48における設定した選定条件は、平面波モデル推定部4B(1)~4B(M)における空間DFT部42(1)~42(M)により求められたTEC観測値の空間分布平面波関数の振幅の大きさであり、振幅の大きさが最も大きい平面波モデル推定部4Bにより求められたTEC観測値の空間分布関数を尤もらしいTEC観測値の空間分布関数として選択する。
A selection unit 48 selects a plausible spatial distribution function of TEC observation values according to a selection condition set from the spatial distribution functions of TEC observation values obtained by the plurality of plane wave model estimating units 4B(1) to 4B(M).
The selection condition set in the selection unit 48 is the amplitude of the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value obtained by the spatial DFT units 42(1) to 42(M) in the plane wave model estimation units 4B(1) to 4B(M). The spatial distribution function of the TEC observation value obtained by the plane wave model estimator 4B having the largest amplitude is selected as the plausible spatial distribution function of the TEC observation value.

また、選択部48における設定した選定条件は、波形推定に用いていないモニタ局のTEC観測値であり、当該TEC観測値に対して誤差が最も小さくなる平面波モデル推定部4Bにより求められたTEC観測値の空間分布関数を尤もらしいTEC観測値の空間分布関数として選択するようにしてもよい。
なお、選択部48は、1つの選択部に限られるものではなく、複数の選択部であってもよい。
In addition, the selection condition set in the selection unit 48 is the TEC observation value of the monitor station not used for waveform estimation, and the TEC observation obtained by the plane wave model estimation unit 4B that minimizes the error with respect to the TEC observation value. The spatial distribution function of the values may be selected as the spatial distribution function of the plausible TEC observations.
Note that the selection unit 48 is not limited to one selection unit, and may be a plurality of selection units.

実施の形態3に係る波形推定装置300Bにおいて、例えば、TIDの進行方向が不明な場合、平面波モデル推定部4B(1)~4B(M)それぞれに設定されるパラメータをTIDの進行方向とし、断面上射影部41(1)~41(M)それぞれに対し、それぞれ異なった角度によるTIDの進行方向が仮想的にパラメータとして与えられる。断面上射影部41(1)~41(M)それぞれは、異なったTIDの進行方向に平行な1次直線上に射影する1次元空間座標への座標変換処理を行う。 In the waveform estimation device 300B according to Embodiment 3, for example, when the direction of travel of the TID is unknown, the parameter set in each of the plane wave model estimation units 4B(1) to 4B(M) is the direction of travel of the TID, and the cross section The traveling directions of the TID at different angles are virtually given as parameters to each of the upper projection parts 41(1) to 41(M). Each of the cross-sectional projection units 41(1) to 41(M) performs coordinate conversion processing to one-dimensional space coordinates projected onto a primary straight line parallel to the traveling direction of different TIDs.

選択部48は、複数の平面波モデル推定部4B(1)~4B(M)により求められたTEC観測値の空間分布関数から設定した選定条件により尤もらしいTEC観測値の空間分布関数を選択する。
従って、TIDの進行方向が不明な場合でも、尤もらしいTEC観測値の空間分布関数を選択することができる。
The selection unit 48 selects a plausible spatial distribution function of TEC observation values according to selection conditions set from the spatial distribution functions of TEC observation values obtained by the plurality of plane wave model estimation units 4B(1) to 4B(M).
Therefore, even if the direction of travel of the TID is unknown, a plausible spatial distribution function of TEC observations can be selected.

なお、TIDの進行方向が既知である場合には、断面上射影部41(1)~41(M)それぞれに対して既知のTIDの進行方向がパラメータとして与えられ、既知のTIDの進行方向に平行な1次直線上に射影する1次元空間座標への座標変換処理を行う。 When the TID traveling direction is known, the known TID traveling direction is given as a parameter to each of the cross-sectional projection units 41(1) to 41(M). Coordinate transformation processing to one-dimensional spatial coordinates projected onto a parallel primary straight line is performed.

実施の形態3に係る波形推定装置300Bにおいても、実施の形態1に係る波形推定装置300と同様の効果を奏する他、それぞれが異なったパラメータにより並列処理される複数の平面波モデル推定部4B(1)~4B(M)により求められたTEC観測値の空間分布関数から設定した選定条件により尤もらしいTEC観測値の空間分布関数を選択することができ、パラメータが未知である場合においても、平面波モデルによる尤もらしいTEC観測値の空間分布関数が得られる。
例えば、TIDの進行方向が未知である場合においても、平面波モデルによる尤もらしいTEC観測値の空間分布関数が得られる。
Waveform estimation apparatus 300B according to Embodiment 3 also has the same effects as waveform estimation apparatus 300 according to Embodiment 1. In addition, a plurality of plane wave model estimation units 4B (1 ) ~ 4B (M) It is possible to select a plausible spatial distribution function of the TEC observation value by the selection condition set from the spatial distribution function of the TEC observation value obtained by 4B (M), and even when the parameters are unknown, the plane wave model We obtain the spatial distribution function of the plausible TEC observations by
For example, even if the direction of travel of the TID is unknown, a plausible spatial distribution function of the TEC observations by the plane wave model can be obtained.

実施の形態4.
実施の形態4に係る電離層遅延量推定システムにおける波形推定装置300Cを図11を用いて説明する。
実施の形態4に係る波形推定装置300Cは、実施の形態1に係る波形推定装置300における電離層擾乱発生判定部2の代わりに、電離層擾乱発生判定部2Aを設けたものである。
Embodiment 4.
A waveform estimation device 300C in the ionospheric delay amount estimation system according to Embodiment 4 will be described with reference to FIG.
A waveform estimation apparatus 300C according to the fourth embodiment is provided with an ionospheric disturbance occurrence determination section 2A instead of the ionospheric disturbance occurrence determination section 2 in the waveform estimation apparatus 300 according to the first embodiment.

すなわち、実施の形態1に係る波形推定装置300における電離層擾乱発生判定部2は、電離層電子数演算部1により各モニタ局200に対応して演算されたTECに基づいて電離層擾乱が発生しているかを判定し、電離層曲面モデル推定部3又は電離層平面波モデル推定部4がTEC観測値の空間分布関数を求めている。 That is, the ionospheric disturbance occurrence determination unit 2 in the waveform estimation device 300 according to Embodiment 1 determines whether an ionospheric disturbance has occurred based on the TEC calculated for each monitor station 200 by the ionospheric electron number calculation unit 1. is determined, and the ionospheric curved surface model estimating unit 3 or the ionospheric plane wave model estimating unit 4 obtains the spatial distribution function of the TEC observation value.

これに対して、実施の形態4に係る波形推定装置300Cにおける電離層擾乱発生判定部2Aは、電離層平面波モデル推定部4におけるTEC観測値の空間分布平面波関数が平面波モデルに適合するか否かにより電離層擾乱の発生の有無を判定し、電離層擾乱発生判定部2Aによる電離層擾乱の発生の有無に基づいて、電離層遅延量演算部5が、電離層曲面モデル推定部3により求められたTEC観測値の空間分布関数もしくは電離層平面波モデル推定部4により求められたTEC観測値の空間分布関数を選択して電離層遅延量の空間分布関数を求める。
その他の構成要件については同じである。
図11中、図1及び図2に示した符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
On the other hand, the ionospheric disturbance occurrence determination unit 2A in the waveform estimation device 300C according to the fourth embodiment determines whether the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value in the ionospheric plane wave model estimation unit 4 matches the plane wave model. The ionospheric delay amount calculator 5 calculates the spatial distribution of the TEC observation values obtained by the ionospheric curved surface model estimator 3 based on the presence or absence of the ionospheric disturbance generated by the ionospheric disturbance occurrence determiner 2A. The spatial distribution function of the ionospheric delay amount is obtained by selecting the function or the spatial distribution function of the TEC observation value obtained by the ionospheric plane wave model estimator 4 .
Other configuration requirements are the same.
In FIG. 11, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2 indicate the same or corresponding parts.

電離層曲面モデル推定部3及び電離層平面波モデル推定部4はそれぞれ、電離層電子数演算部1により各モニタ局200に対応して演算されたTECを、実施の形態1にて説明したように電離層曲面モデル推定部3が曲面モデルによるTEC観測値の空間分布関数を、電離層平面波モデル推定部4が平面波モデルによるTEC観測値の空間分布関数を求める。 The ionospheric curved surface model estimating unit 3 and the ionospheric plane wave model estimating unit 4 each convert the TEC calculated corresponding to each monitor station 200 by the ionospheric electron number calculating unit 1 into the ionospheric curved surface model as described in the first embodiment. An estimator 3 obtains a spatial distribution function of TEC observation values based on a curved surface model, and an ionospheric plane wave model estimator 4 obtains a spatial distribution function of TEC observation values based on a plane wave model.

電離層擾乱発生判定部2Aが、電離層平面波モデル推定部4におけるTEC観測値の空間分布平面波関数が平面波モデルに適合するか否かにより電離層擾乱の発生の有無を判定する。
電離層擾乱発生判定部2Aによる電離層擾乱の発生の有無の判定は、空間DFT部42により求められたTEC観測値の空間分布平面波関数の振幅の大きさが閾値より大きい場合は対象地域における電離層に電離層擾乱が発生していると判定する。もしくは、波形推定に用いていないモニタ局のTEC観測値に対して空間DFT部42により求められたTEC観測値の空間分布平面波関数の誤差が閾値より大きい場合は対象地域における電離層に電離層擾乱が発生していると判定する。
The ionospheric disturbance occurrence determining unit 2A determines whether or not an ionospheric disturbance has occurred based on whether the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value in the ionospheric plane wave model estimating unit 4 conforms to the plane wave model.
When the magnitude of the amplitude of the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value obtained by the spatial DFT unit 42 is greater than the threshold, the ionospheric disturbance occurrence determination unit 2A determines whether or not the ionospheric disturbance has occurred. It is determined that a disturbance has occurred. Alternatively, when the error of the spatial distribution plane wave function of the TEC observation value obtained by the spatial DFT unit 42 with respect to the TEC observation value of the monitor station not used for waveform estimation is larger than the threshold value, an ionospheric disturbance occurs in the ionosphere in the target area. It is determined that

電離層遅延量演算部5は、電離層擾乱発生判定部2Aが電離層擾乱の発生を無と判定すると、電離層曲面モデル推定部3により求められたTEC観測値の空間分布関数に係数を乗算して電離層遅延量の空間分布関数を求める。
一方、電離層遅延量演算部5は、電離層擾乱発生判定部2Aが電離層擾乱の発生を有と判定すると、電離層平面波モデル推定部4により求められたTEC観測値の空間分布関数に係数を乗算して電離層遅延量の空間分布関数を求める。
When the ionospheric disturbance occurrence determining unit 2A determines that no ionospheric disturbance has occurred, the ionospheric delay amount calculating unit 5 multiplies the spatial distribution function of the TEC observation value obtained by the ionospheric curved surface model estimating unit 3 by a coefficient to obtain an ionospheric delay. Find the spatial distribution function of a quantity.
On the other hand, when the ionospheric disturbance occurrence determining unit 2A determines that an ionospheric disturbance has occurred, the ionospheric delay amount calculating unit 5 multiplies the spatial distribution function of the TEC observation value obtained by the ionospheric plane wave model estimating unit 4 by a coefficient. Obtain the spatial distribution function of the ionospheric delay.

実施の形態4に係る波形推定装置300Cにおいても、実施の形態1に係る波形推定装置300と同様の効果を奏する。
なお、実施の形態2から実施の形態4に係る波形推定装置300A~300Cにおいても、実施の形態1に係る波形推定装置300と同様に、ソフト構成とする場合は一般的なコンピュータで構成できる。
Waveform estimation apparatus 300C according to Embodiment 4 also has the same effect as waveform estimation apparatus 300 according to Embodiment 1. FIG.
It should be noted that waveform estimation apparatuses 300A to 300C according to Embodiments 2 to 4 can also be configured with a general computer in the case of software configuration, similarly to waveform estimation apparatus 300 according to Embodiment 1. FIG.

実施の形態1から実施の形態4に係る波形推定装置300、300A~300Cは、高精度衛星測位システムに用いられるのに適している。
実施の形態1から実施の形態4に係る電離層遅延量推定システムにさらに、衛星測位端末を設け、波形推定装置300、300A~300Cにより求めた電離層遅延量の空間分布関数を測位端末に配信し、測位端末位置における電離層遅延量を推定し補正することにより、電離層擾乱発生時においても利用可能な高精度衛星測位システムとして利用することができる。
Waveform estimation apparatuses 300, 300A to 300C according to Embodiments 1 to 4 are suitable for use in high-accuracy satellite positioning systems.
A satellite positioning terminal is further provided in the ionospheric delay amount estimation system according to Embodiments 1 to 4, and the spatial distribution function of the ionospheric delay amount obtained by the waveform estimation devices 300 and 300A to 300C is distributed to the positioning terminal, By estimating and correcting the ionospheric delay at the position of the positioning terminal, it can be used as a high-precision satellite positioning system that can be used even when ionospheric disturbances occur.

実施の形態1から実施の形態4に係る波形推定装置300、300A~300Cを高精度衛星測位システムに適用することにより、電離層における電離層擾乱の発生時に測位精度の低下を抑制できる。 By applying the waveform estimation apparatuses 300 and 300A to 300C according to Embodiments 1 to 4 to a high-accuracy satellite positioning system, it is possible to suppress a decrease in positioning accuracy when an ionospheric disturbance occurs in the ionosphere.

実施の形態5.
実施の形態5に係る海表面流速推定システムを図12及び図13を用いて説明する。
実施の形態5に係る海表面流速推定システムは、電波(電磁波)を海表面における扇型のレーダ覆域に照射し、海表面の複数の観測点からの反射電波により海表面の状態、一例として海表面の流速を計測する海洋レーダ装置に適用した例である。
海洋レーダ装置としては、一般的に、アンテナと送受信機と信号処理機を用いて電波によって海表面の流速を計測する
Embodiment 5.
A sea surface current velocity estimation system according to Embodiment 5 will be described with reference to FIGS. 12 and 13. FIG.
The sea surface current velocity estimation system according to Embodiment 5 irradiates a fan-shaped radar coverage area on the sea surface with radio waves (electromagnetic waves), and uses reflected radio waves from a plurality of observation points on the sea surface to determine the state of the sea surface. This is an example of application to a marine radar device that measures the current velocity on the sea surface.
As a marine radar device, generally, an antenna, a transmitter/receiver, and a signal processor are used to measure the current velocity on the sea surface by radio waves.

実施の形態5に係る海表面流速推定システムは、観測点の流速である観測値の空間分布関数を求める波形推定装置を津波が発生したことを出力する津波推定装置として備える。
実施の形態5に係る海表面流速推定システムにおける津波推定装置は、時空間的に広がりのある連続体である海表面が平常時とは異なった状態、つまり、津波が発生した時の、流速と海表面における観測点の水深の積である流量が波構造であり、この波構造が電離層に発生する伝搬性電離層擾乱(TID)と同様に平面波構造である性質を利用したものである。
実施の形態5に係る津波推定装置である波形推定装置300Dは、実施の形態1に係る波形推定装置300における電離層平面波モデル推定部4と同様の構成を備えた津波平面波モデル推定部4Dを備える。
A sea surface current velocity estimation system according to Embodiment 5 includes, as a tsunami estimation device, a waveform estimation device that obtains a spatial distribution function of observed values, which are current velocities at observation points, as a tsunami estimation device that outputs that a tsunami has occurred.
The tsunami estimation device in the sea surface current velocity estimation system according to the fifth embodiment is designed to estimate the current velocity and The discharge, which is the product of the water depth at the observation point on the sea surface, is a wave structure, and this wave structure is a plane wave structure like the propagating ionospheric disturbance (TID) that occurs in the ionosphere.
A waveform estimating device 300D, which is a tsunami estimating device according to the fifth embodiment, includes a tsunami plane wave model estimating unit 4D having the same configuration as the ionospheric plane wave model estimating unit 4 in the waveform estimating device 300 according to the first embodiment.

以下に、波形推定装置4Dを津波推定装置に適用した実施の形態5に係る海表面流速推定システムについて説明する。
実施の形態5に係る海表面流速推定システムは、送受信機部100Dと、海表面のN点(Nは2以上の自然数)の観測点から反射された電波を受信する海洋レーダ装置における受信点200D(1)~200D(N)と、波形推定装置300Dを備える。
複数の受信点200D(1)~200D(N)は海表面の異なった観測点から反射された電波を受信する同じ構成の受信点であるので、説明の煩雑さを避けるため、以下()書きの添え字を省略し、受信点200Dとして説明する。
A sea surface current velocity estimation system according to Embodiment 5 in which the waveform estimation device 4D is applied to a tsunami estimation device will be described below.
The sea surface current velocity estimation system according to Embodiment 5 includes a transmitter/receiver unit 100D and a receiving point 200D in a marine radar apparatus that receives radio waves reflected from N observation points (N is a natural number of 2 or more) on the sea surface. (1) to 200D(N) and a waveform estimation device 300D.
Since the plurality of receiving points 200D(1) to 200D(N) are receiving points of the same configuration for receiving radio waves reflected from different observation points on the sea surface, in order to avoid complication of the explanation, the following ( ) The subscript of is omitted, and the explanation is given as a receiving point 200D.

送受信機部100Dは一般的な海洋レーダ装置に用いられる送受信機の一部である。
送受信機部100Dは、図13に示す、対象領域であるレーダ覆域内の分解能処理であるセル毎の観測点から反射された電波を受信する。
図13において、扇型はレーダ覆域を示し、レーダ覆域内のメッシュは分解能セルを示し、実線四角枠で示した領域が波形推定装置300Dの処理対象の対象領域を示し、●は扇型のレーダ覆域における海表面の観測点を示す。
The transceiver unit 100D is a part of a transceiver used in a general marine radar system.
The transmitter/receiver unit 100D receives the radio waves reflected from the observation point for each cell, which is the resolution processing within the radar coverage area, which is the target area, shown in FIG.
In FIG. 13, the sector indicates the radar coverage, the mesh within the radar coverage indicates the resolution cell, the area indicated by the solid-line square frame indicates the target area to be processed by the waveform estimation device 300D, and the ● indicates the sector. Sea surface observation points in the radar coverage are shown.

複数の受信点200Dは一般的な海洋レーダ装置の送受信機の一部である。
複数の受信点200Dは、送受信機部100Dからの受信した電波における複数の観測点に対応した即位信号(電波)に基づき、それぞれが複数の観測点に対応した視線方向の流速、つまり、流速ベクトルなどの観測データを生成する。
Multiple receiving points 200D are part of a typical marine radar system transceiver.
A plurality of receiving points 200D each correspond to a plurality of observation points based on accession signals (radio waves) corresponding to a plurality of observation points in the radio waves received from the transmitter/receiver unit 100D. Generate observation data such as

波形推定装置300Dは、複数の受信点200Dからの観測データを集積し、集積した観測データにより、平面波モデルによる海表面における流速の空間分布関数を求める。
波形推定装置300Dは、図10に示すように、表面流速演算部1Dと津波平面波モデル推定部4Dと海表面流速出力部6Dとを備える津波推定装置である。
The waveform estimation device 300D accumulates observation data from a plurality of reception points 200D, and obtains a spatial distribution function of current velocity on the sea surface by a plane wave model from the accumulated observation data.
As shown in FIG. 10, the waveform estimation device 300D is a tsunami estimation device that includes a surface current velocity calculation unit 1D, a tsunami plane wave model estimation unit 4D, and a sea surface current velocity output unit 6D.

表面流速演算部1Dは一般的な海洋レーダ装置の信号処理機の一部である。
表面流速演算部1Dは複数の受信点200Dからの観測データにより、複数の観測点における視線方向の流速を演算する。
The surface current velocity calculator 1D is part of a signal processor of a general marine radar device.
The surface flow velocity calculator 1D calculates the flow velocity in the line-of-sight direction at a plurality of observation points based on observation data from a plurality of reception points 200D.

津波平面波モデル推定部4Dは、各受信点200Dから得られた各観測点の位置情報(座標)と表面流速演算部1Dにより各受信点200Dに対応して演算された視線方向の流速とに基づいて流速観測値の空間分布を平面波モデルで推定し、平面波モデルによる分析を行い、平面波モデルによる流速観測値の空間分布関数を求める。
津波平面波モデル推定部4Dは、流速観測値の空間分布を平面波の関数として出力する波形推定部である。
The tsunami plane wave model estimation unit 4D is based on the position information (coordinates) of each observation point obtained from each reception point 200D and the flow velocity in the line-of-sight direction calculated corresponding to each reception point 200D by the surface flow velocity calculation unit 1D. Then, the spatial distribution of the observed velocity is estimated by the plane wave model, the analysis is performed by the plane wave model, and the spatial distribution function of the observed velocity by the plane wave model is obtained.
The tsunami plane wave model estimator 4D is a waveform estimator that outputs the spatial distribution of current velocity observation values as a function of the plane wave.

津波平面波モデル推定部4Dは、断面上射影部41Dと空間DFT部42Dとフィルタ部43Dと空間IDFT部44Dを備える。
断面上射影部41Dは、各受信点200Dから得られた各観測点の位置情報(座標)と表面流速演算部1Dにより各観測点に対応して演算された視線方向の流速を用い、各受信点200Dによる各観測点に対応して演算された視線方向の流速を、津波の海表面における流速の空間分布が伝搬性の平面波構造になる性質を利用し、視線方向に平行な1次直線上に射影する1次元空間座標への座標変換処理を行う。
The tsunami plane wave model estimation unit 4D includes a cross-sectional projection unit 41D, a spatial DFT unit 42D, a filter unit 43D, and a spatial IDFT unit 44D.
The cross-sectional projection unit 41D uses the position information (coordinates) of each observation point obtained from each reception point 200D and the flow velocity in the line-of-sight direction calculated corresponding to each observation point by the surface flow velocity calculation unit 1D, and uses each reception The flow velocity in the line-of-sight direction calculated corresponding to each observation point by the point 200D is calculated on a first-order straight line parallel to the line-of-sight direction using the property that the spatial distribution of the flow velocity on the sea surface of the tsunami has a propagating plane wave structure. Coordinate conversion processing to one-dimensional spatial coordinates projected onto is performed.

断面上射影部41Dが行う座標変換処理について図13を用いて説明する。
図13において、x軸及びy軸は平面のx-y座標系を示し、x′軸及びy′軸は、x軸及びy軸からなる平面の座標系をx軸が視線方向と平行な方向に回転させたx′-y′座標系を示す。
x-y座標系は空間座標を平面投射した平面座標系である。x′-y′座標系は、x-y座標系に対してTIDの進行方向の角度φ′回転された座標系である。
また、例示として、各受信点200Dにより反射電波を受信する各観測点を●として示す。
The coordinate conversion processing performed by the cross-sectional projection unit 41D will be described with reference to FIG.
In FIG. 13, the x-axis and y-axis indicate a planar xy coordinate system, and the x'-axis and y'-axis indicate a planar coordinate system consisting of the x-axis and the y-axis. shows the rotated x'-y' coordinate system.
The xy coordinate system is a planar coordinate system obtained by projecting the spatial coordinates onto a plane. The x'-y' coordinate system is a coordinate system rotated by an angle φ' of the direction of travel of the TID with respect to the xy coordinate system.
Also, as an example, each observation point that receives the reflected radio wave from each reception point 200D is indicated by ●.

断面上射影部41Dは、各受信点200Dによる各観測点に対応して演算された視線方向の流速を、パラメータである視線方向に平行な1次直線上、つまり、x′軸上に、観測点の座標と流速ベクトルを射影する1次元空間座標への座標変換処理を行う。 The cross-sectional projection unit 41D observes the flow velocity in the line-of-sight direction calculated corresponding to each observation point by each receiving point 200D on a linear straight line parallel to the line-of-sight direction, which is a parameter, that is, on the x' axis. Coordinate transformation processing to one-dimensional spatial coordinates for projecting point coordinates and flow velocity vectors is performed.

空間DFT部42Dは、断面上射影部41Dにより座標変換処理された1次元空間座標での流速ベクトルである流速観測値を不等間隔離散フーリエ変換(DFT)を行い、流速観測値の空間分布平面波関数を求める。
すなわち、空間DFT部42Dは、断面上射影部41Dにより座標変換処理された1次元空間座標での流速観測値を不等間隔離散フーリエ変換により空間軸から空間周波数軸へ変換し、流速観測値の空間分布平面波関数を求める。
The spatial DFT unit 42D performs a non-uniform dispersion Fourier transform (DFT) on the flow velocity observation value, which is the flow velocity vector in the one-dimensional space coordinate coordinate-transformed by the cross-sectional projection unit 41D, to obtain a spatial distribution plane wave of the flow velocity observation value. Find a function.
That is, the spatial DFT unit 42D transforms the flow velocity observation value in one-dimensional spatial coordinates, which has undergone coordinate transformation processing by the cross-sectional projection unit 41D, from the spatial axis to the spatial frequency axis by the nonuniform dispersion Fourier transform, and converts the flow velocity observation value. Find the spatial distribution plane wave function.

フィルタ部43Dは、空間DFT部42Dにより求められた空間周波数軸での流速観測値の空間分布平面波関数から窓関数となるノイズ成分を除去するローパスフィルタを用いてノイズ除去された流速観測値の空間分布平面波関数を求める。 The filter unit 43D uses a low-pass filter that removes the noise component serving as a window function from the spatial distribution plane wave function of the flow velocity observation value on the spatial frequency axis obtained by the spatial DFT unit 42D to remove noise from the flow velocity observation value space. Find the distribution plane wave function.

空間IDFT部44Dは、フィルタ部43Dによりノイズ除去された流速観測値の空間分布平面波関数を逆離散フーリエ変換を行い、流速観測値の空間分布関数を求める。
すなわち、空間IDFT部44Dは、フィルタ部43Dによりノイズ除去された流速観測値の空間分布平面波関数を、1次元座標軸上の表現に変換し、1次元座標軸上のフィルタ部43によりノイズ除去された流速観測値を、断面上射影部41Dにより射影される前の表面流速演算部1Dにより各受信点200Dから得られた各観測点に対応して演算された視線方向の流速、つまり、流速ベクトルの空間分布関数を求める。
The spatial IDFT section 44D performs an inverse discrete Fourier transform on the spatial distribution plane wave function of the flow velocity observation value from which noise has been removed by the filter section 43D, and obtains the spatial distribution function of the flow velocity observation value.
That is, the spatial IDFT unit 44D converts the spatial distribution plane wave function of the flow velocity observation value from which noise has been removed by the filter unit 43D into a representation on the one-dimensional coordinate axis, and the flow velocity from which the noise has been removed by the filter unit 43 on the one-dimensional coordinate axis. Observed values are calculated for each observation point obtained from each receiving point 200D by the surface flow velocity calculation unit 1D before being projected by the cross-sectional projection unit 41D. Find the distribution function.

海表面流速出力部6Dは、津波平面波モデル推定部4Dにより求められた流速の空間分布関数を出力する。
海表面流速出力部6Dから出力された流速の空間分布関数は、モニタなどの表示手段により、流速として表示される。
表示手段により表示された流速をユーザが見ることにより、津波が発生しているか否かを認識できる。
The sea surface current velocity output unit 6D outputs the spatial distribution function of the current velocity obtained by the tsunami plane wave model estimation unit 4D.
The spatial distribution function of the current velocity output from the sea surface current velocity output unit 6D is displayed as the current velocity on display means such as a monitor.
The user can recognize whether or not a tsunami is occurring by viewing the flow velocity displayed by the display means.

実施の形態5に係る波形推定装置300Dである津波推定装置をソフト構成とする場合は、表面流速演算部1Dと津波平面波モデル推定部4Dと海表面流速出力部6Dが、実施の形態1に係る波形推定装置300と同様に、一般的なコンピュータで構成される。 When the tsunami estimation device, which is the waveform estimation device 300D according to the fifth embodiment, has a software configuration, the surface current velocity calculation unit 1D, the tsunami plane wave model estimation unit 4D, and the sea surface current velocity output unit 6D are the same as those according to the first embodiment. Similar to the waveform estimation device 300, it is composed of a general computer.

なお、実施の形態5に係る波形推定装置300Dである津波推定装置は、複数の受信点200Dからの複数の観測点に対応した視線方向の流速を用いて、視線方向の流速の空間分布関数を求めているが、流速を間接的に示す複数の受信点200Dからの複数の観測点に対応した視線方向の流量を用いて、視線方向の流速の空間分布関数を求めても良い。
すなわち、流量は流速とセンサ観測点の水深の積であるので流量を間接的に示している。
Note that the tsunami estimation apparatus, which is the waveform estimation apparatus 300D according to Embodiment 5, uses the flow velocities in the line-of-sight direction corresponding to the plurality of observation points from the plurality of reception points 200D to calculate the spatial distribution function of the flow velocities in the line-of-sight direction. However, the spatial distribution function of the flow velocity in the line-of-sight direction may be obtained using the flow rate in the line-of-sight direction corresponding to the plurality of observation points from the plurality of reception points 200D that indirectly indicate the flow velocity.
That is, since the flow rate is the product of the flow velocity and the water depth at the sensor observation point, it indirectly indicates the flow rate.

このように構成された実施の形態5に係る波形推定装置300Dは、津波が発生した場合、観測点を観測する受信点200Dを増やすことなく、時空間的に広がりのある連続体である津波における流速ベクトルの空間分布関数の推定精度を向上できる。 Waveform estimating apparatus 300D according to Embodiment 5 configured in this manner, when a tsunami occurs, does not increase the number of receiving points 200D that observe observation points, and can The estimation accuracy of the spatial distribution function of the velocity vector can be improved.

なお、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 It should be noted that it is possible to freely combine each embodiment, modify any component of each embodiment, or omit any component from each embodiment.

本開示に係る波形推定装置は、高精度衛星測位システムにおける電離層遅延量推定システム、及び海洋レーダ装置における海表面流速推定システムに用いるのに好適である。 A waveform estimation device according to the present disclosure is suitable for use in an ionospheric delay amount estimation system in a high-precision satellite positioning system and a sea surface current velocity estimation system in an ocean radar device.

100 測位衛星、100D 送受信機部、200(1)~200(N) モニタ局、200D 受信点、300、300A~300D 波形推定装置、1 電離層電子数演算部、1D 表面流速演算部、2、2A 電離層擾乱発生判定部、3 電離層曲面モデル推定部、4、4A~4C 電離層平面波モデル推定部、4D 津波平面波モデル推定部、41、41(1)~41(M)、41D 断面上射影部、42、42(1)~42(M)、42D 空間DFT部、43、43(1)~43(M)、43D フィルタ部、44、44(1)~44(M)、44D 空間IDFT部、45 データ保持部、46 時間DFT部、47 時間IDFT部、4B(1)~4B(M) 平面波モデル推定部、48 選択部、5、5A 電離層遅延量演算部、6 電離層遅延量出力部、6D 海表面流速出力部。 100 positioning satellite, 100D transceiver unit, 200(1) to 200(N) monitor station, 200D receiving point, 300, 300A to 300D waveform estimation device, 1 ionospheric electron number calculation unit, 1D surface current speed calculation unit, 2, 2A Ionospheric disturbance occurrence determination unit, 3 ionospheric curved surface model estimation unit, 4, 4A to 4C ionosphere plane wave model estimation unit, 4D tsunami plane wave model estimation unit, 41, 41(1) to 41(M), 41D section projection unit, 42 , 42(1) to 42(M), 42D spatial DFT section, 43, 43(1) to 43(M), 43D filter section, 44, 44(1) to 44(M), 44D spatial IDFT section, 45 Data holding unit 46 Time DFT unit 47 Time IDFT unit 4B(1) to 4B(M) Plane wave model estimation unit 48 Selection unit 5, 5A Ionosphere delay amount calculation unit 6 Ionosphere delay amount output unit 6D Sea Surface velocity output section.

Claims (5)

平常時とは異なった状態が発生した時に平面波構造になる性質を有する時空間的に広がりのある連続体に対する複数の観測点における前記連続体の観測値それぞれを、前記複数の観測点それぞれへの電波の進行方向に平行な1次直線上に射影する1次元空間座標への座標変換処理を行う断面上射影部と、
前記断面上射影部により座標変換処理された1次元空間座標での前記連続体の観測値を離散フーリエ変換を行い、前記連続体の空間分布平面波関数を求める空間DFT部と、
前記空間DFT部により求められた前記連続体の空間分布平面波関数から窓関数を用いてノイズ除去された前記連続体の空間分布平面波関数を求めるフィルタ部と、
前記フィルタ部により求められたノイズ除去された連続体の空間分布平面波関数を逆離散フーリエ変換を行い、前記連続体の空間分布関数を求める空間IDFT部とを有する波形推定部を備えた波形推定装置。
Each of the observed values of the continuum at a plurality of observation points for a continuum with a spatio-temporal spread that has the property of becoming a plane wave structure when a state different from the normal state occurs is transmitted to each of the plurality of observation points. a cross-sectional projection unit that performs coordinate conversion processing into one-dimensional spatial coordinates that are projected onto a first-order straight line parallel to the traveling direction of radio waves;
a spatial DFT unit for obtaining a spatial distribution plane wave function of the continuum by performing a discrete Fourier transform on the observed values of the continuum at one-dimensional spatial coordinates coordinate-transformed by the cross-sectional projection unit;
a filter unit that obtains a spatial distribution plane wave function of the continuum obtained by removing noise from the spatial distribution plane wave function of the continuum using a window function from the spatial distribution plane wave function of the continuum obtained by the spatial DFT unit;
a waveform estimating unit having a waveform estimating unit having a spatial IDFT unit that performs an inverse discrete Fourier transform on the spatial distribution plane wave function of the continuum obtained by the filter unit and obtains the spatial distribution function of the continuum. .
前記空間DFT部により求められた前記連続体の空間分布平面波関数を保持するデータ保持部と、
前記データ保持部に保持された複数時刻の前記連続体の空間分布平面波関数を時間軸方向にフーリエ変換を行い、前記連続体の2次元の空間分布平面波関数を求める時間DFT部と、
前記フィルタ部により求められたノイズ除去された連続体の2次元の空間分布平面波関数を時間周波数軸に沿って逆離散フーリエ変換を行い、前記連続体の空間分布関数を求める時間IDFT部と、
をさらに備え、
前記フィルタ部に用いられる前記空間DFT部により求められた前記連続体の空間分布平面波関数は、前記時間DFT部により求められた前記連続体の2次元の空間分布平面波関数であり、
前記フィルタ部における窓関数は2次元の窓関数であり、
前記空間IDFT部に用いられる前記フィルタ部により求められたノイズ除去された連続体の空間分布平面波関数は、前記時間IDFT部により求められた前記連続体の空間分布関数である、
請求項1に記載の波形推定装置。
a data holding unit that holds the spatial distribution plane wave function of the continuum obtained by the spatial DFT unit;
a time DFT unit for obtaining a two-dimensional spatial distribution plane wave function for the continuum by performing a Fourier transform in the time axis direction on the spatial distribution plane wave function for the continuum at a plurality of times held in the data holding unit;
a time IDFT unit that performs an inverse discrete Fourier transform along the time-frequency axis on the two-dimensional spatial distribution plane wave function of the continuum obtained by the filtering unit to obtain the spatial distribution function of the continuum;
further comprising
The spatial distribution plane wave function of the continuum obtained by the spatial DFT unit used in the filter unit is a two-dimensional spatial distribution plane wave function of the continuum obtained by the time DFT unit,
The window function in the filter unit is a two-dimensional window function,
The denoised continuum spatial distribution plane wave function obtained by the filter unit used in the spatial IDFT unit is the spatial distribution function of the continuum obtained by the temporal IDFT unit,
The waveform estimation device according to claim 1 .
それぞれが異なったパラメータにより並列処理される前記波形推定部を複数有し、
複数の前記波形推定部により求められた前記連続体の空間分布平面関数から設定した選定条件により尤もらしい前記連続体の空間分布平面関数を選択する選択部、
を備えた請求項1に記載の波形推定装置。
each having a plurality of waveform estimation units that are processed in parallel using different parameters;
a selection unit that selects a plausible spatial distribution plane function of the continuum according to a selection condition set from the spatial distribution plane functions of the continuum obtained by the plurality of waveform estimating units;
The waveform estimation device according to claim 1, comprising :
前記断面上射影部により座標変換処理を行う前記連続体の観測値は海表面の視線方向の流速であり、
前記断面上射影部は、前記視線方向に平行な1次直線上に、前記観測点の座標と前記流速の流速ベクトルを射影する1次元空間座標への座標変換処理を行う、
津波推定装置である請求項1に記載の波形推定装置。
The observed value of the continuum for which the coordinate conversion process is performed by the cross-sectional projection unit is the flow velocity in the line-of-sight direction of the sea surface,
The cross-sectional projection unit performs coordinate conversion processing to one-dimensional space coordinates by projecting the coordinates of the observation point and the flow velocity vector of the flow velocity onto a primary straight line parallel to the direction of the line of sight.
The waveform estimation device according to claim 1, which is a tsunami estimation device.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の波形推定装置と、測位衛星からの測位信号を受信し、複数の周波数の観測データを前記波形推定装置に出力する複数のモニタ局を備えた電離層遅延量推定システム。 A waveform estimating device according to any one of claims 1 to 3 , and a plurality of monitor stations that receive positioning signals from positioning satellites and output observation data of a plurality of frequencies to the waveform estimating device. system for estimating ionospheric delay.
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