JP7362309B2 - 到来方向測定装置、到来方向測定プログラム及び位置標定システム - Google Patents

Description

本開示は、送信源の位置を標定する技術に関する。

送信源の位置を標定する技術が、特許文献１、２等に開示されている。特許文献１、２では、送信源からの受信波の到来方向の実測値と、カルマンフィルタ等による送信源からの受信波の到来方向の予測値と、が一致するように、送信源の位置を標定する。

特許第５７３０４７３号明細書 特許第５７３０５０６号明細書

従来技術の位置標定結果を図１に示す。三角印で示した航空機は、送信源の位置標定システムを搭載し、ひし形印で示した送信源を投下し、送信源の投下直後に直進し、しばらくの後に１８０°旋回し、１８０°旋回後に直進する。ひし形印で示した送信源は、送信源の投下位置にほぼ固定されている。航空機から延びる直線は、送信源からの受信波の到来方向の測定結果を示す。刻々と移動する丸印は、送信源の標定位置を示す。

ここで、送信源の標定位置は、送信源の投下直後に、航空機の直進に伴って、連続的に直進している。なお、送信源からの受信波の到来方向の測定結果は、送信源の投下直後に、送信源の真位置と航空機の位置とを結ぶ方向とほぼ一致する方向を示している。

そして、送信源の標定位置は、送信源の投下直後から、１８０°旋回時にかけて、不連続的に飛んでいる。なお、送信源からの受信波の到来方向の測定結果は、１８０°旋回時に、送信源の真位置と航空機の位置とを結ぶ方向と一致しない方向を示している。

さらに、送信源の標定位置は、いったん送信源の真位置からずれてしまうと、その後に送信源の真位置に近づくものの、収束後に送信源の真位置に一致することが困難になる。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、送信源の位置を標定するにあたり、送信源の標定位置が送信源の真位置からずれることを低減することを目的とする。

従来技術の位置標定結果において、送信源からの受信波の到来方向の測定結果は、１８０°旋回時に、送信源の真位置と航空機の位置とを結ぶ方向と一致しない方向を示している。その原因として、航空機の主翼又は胴体等によるマルチパスが、送信源と航空機に搭載のアンテナとの間に存在する。そして、一のアンテナの受信波と他のアンテナの受信波との相関が低くなり、受信波の到来方向のスペクトルの最大強度が低くなる。

そこで、前記課題を解決するために、航空機等の移動体の構造物によるマルチパスが、送信源と航空機等の移動体に搭載のアンテナとの間に存在するときに、受信波の到来方向のスペクトルの最大強度を与える受信波の到来方向の情報を、送信源の位置標定処理へ出力しないこととした。より具体的には、受信波の到来方向のスペクトルの最大強度が、所定強度閾値以下であるときに、受信波の到来方向のスペクトルの最大強度を与える受信波の到来方向の情報を、送信源の位置標定処理へ出力しないこととした。

具体的には、本開示は、移動体が搭載するアンテナが受信した送信源からの受信波を取得し、信号部分空間法を用いて、前記受信波の到来方向のスペクトルを算出するスペクトル算出部と、前記スペクトルの最大強度を抽出し、前記最大強度が所定強度閾値以下であるときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力せず、前記最大強度が前記所定強度閾値より大きいときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力する到来方向出力部と、を備えることを特徴とする到来方向測定装置である。

また、本開示は、移動体が搭載するアンテナが受信した送信源からの受信波を取得し、信号部分空間法を用いて、前記受信波の到来方向のスペクトルを算出するスペクトル算出ステップと、前記スペクトルの最大強度を抽出し、前記最大強度が所定強度閾値以下であるときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力せず、前記最大強度が前記所定強度閾値より大きいときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力する到来方向出力ステップと、を順にコンピュータに実行させるための到来方向測定プログラムである。

これらの構成によれば、送信源の位置標定を開始した後に続行するにあたり、送信源の標定位置が送信源の真位置からずれることを低減することができる。

また、本開示は、前記到来方向出力部は、前記送信源の位置標定処理へ情報を出力する前記到来方向の測定精度が所定測定精度となるように、前記所定強度閾値を設定していることを特徴とする到来方向測定装置である。

この構成によれば、受信波の到来方向のスペクトルの最大強度に対する所定強度閾値を低くし過ぎないことにより、受信波の到来方向の測定精度を高くすることができ、ひいては、送信源の標定位置の標定精度を高くすることができる。

また、本開示は、前記到来方向出力部は、前記送信源の位置標定処理へ情報を出力しない前記到来方向の間引き量が所定間引き量となるように、前記所定強度閾値を設定していることを特徴とする到来方向測定装置である。

この構成によれば、受信波の到来方向のスペクトルの最大強度に対する所定強度閾値を高くし過ぎないことにより、受信波の到来方向の間引き量を少なくすることができ、ひいては、送信源の標定位置の標定精度を高くすることができる。

また、本開示は、前記到来方向出力部は、前記送信源の位置標定処理における前記送信源の位置標定精度が所定標定精度となるように、前記所定強度閾値を設定していることを特徴とする到来方向測定装置である。

この構成によれば、受信波の到来方向のスペクトルの最大強度に対する所定強度閾値を低くし過ぎないとともに高くし過ぎないことにより、受信波の到来方向の測定精度を高くすることができ、さらには、受信波の到来方向の間引き量を少なくすることができ、ひいては、送信源の標定位置の標定精度を高くすることができる。

また、本開示は、前記到来方向出力部は、前記送信源と前記アンテナとの間に前記移動体によるマルチパスがあるかどうかを判定し、前記マルチパスがあるときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力せず、前記マルチパスがないときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力することを特徴とする到来方向測定装置である。

この構成によれば、送信源の位置標定を開始した後に続行するにあたり、送信源の標定位置が送信源の真位置からずれることを低減することができる。

従来技術の位置標定結果において、送信源の標定位置は、送信源の投下直後に、航空機の直進に伴って、連続的に直進している。その原因として、送信源からの受信波の到来方向は、送信源の投下直後に、航空機の直進に伴って、ほぼ変化しない。そして、送信源からの受信波の到来方向の測定結果の些細な誤差は、送信源の投下直後の位置標定の開始時に、送信源の真位置からの送信源の標定位置のずれを生じさせる。

そこで、前記課題を解決するために、送信源からの受信波の到来方向が、航空機等の移動体の移動に伴って、大きく変化するときに、送信源の位置標定を開始することとした。より具体的には、送信源からの受信波の到来方向が、航空機等の移動体の移動方向に対して、左右方向範囲内にあるときに、送信源の位置標定を開始することとした。よって、送信源からの受信波の到来方向の測定結果の些細な誤差は、上記開始条件を満たす位置標定の開始時に、送信源の真位置からの送信源の標定位置のずれをほぼ生じさせない。

具体的には、本開示は、以上に記載の到来方向測定装置と、（１）前記到来方向の情報を取得し、前記移動体の移動方向に対する左右方向の周囲の所定方向範囲内に、前記到来方向がないか又は前記到来方向があるかを判定し、（２）前記到来方向の実測値と前記到来方向の予測値とが一致するように、前記送信源の位置を標定するにあたり、前記所定方向範囲内に前記到来方向がないと判定されたときには、前記送信源の位置標定を開始せず、前記所定方向範囲内に前記到来方向があると判定されたときには、前記送信源の位置標定を開始する位置標定装置と、を備えることを特徴とする位置標定システムである。

この構成によれば、送信源の位置標定を開始するにあたり、送信源の標定位置が送信源の真位置からずれることを低減することができる。

このように、本開示は、送信源の位置を標定するにあたり、送信源の標定位置が送信源の真位置からずれることを低減することができる。

従来技術の位置標定結果を示す図である。 第１実施形態の位置標定システムの構成を示す図である。 第１実施形態の位置標定処理の手順を示す図である。 第１実施形態の到来方向出力の内容を示す図である。 第１実施形態の到来方向出力の内容を示す図である。 第１実施形態の強度閾値設定の内容を示す図である。 第１実施形態の位置標定結果を示す図である。 第２実施形態の位置標定システムの構成を示す図である。 第２実施形態の標定開始処理の手順を示す図である。 第２実施形態の標定開始処理の内容を示す図である。 第２実施形態の標定開始処理の内容を示す図である。 第２実施形態の位置標定処理の手順を示す図である。 第２実施形態の標定切替処理の手順を示す図である。 第２実施形態の位置標定結果を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

（第１実施形態）
第１実施形態の位置標定システムの構成を図２に示す。位置標定システムＰは、到来方向測定装置１及び位置標定装置２から構成される。到来方向測定装置１は、スペクトル算出部１１及び到来方向出力部１２から構成される。位置標定装置２は、位置標定部２２から構成される。位置標定システムＰは、図３に示す到来方向測定プログラム及び位置標定プログラムを、コンピュータにインストールすることにより実現される。

スペクトル算出部１１は、移動体が搭載するアンテナが受信した送信源からの受信波を取得し、信号部分空間法を用いて、受信波の到来方向のスペクトルを算出する。ここで、受信波の到来方向のスペクトルとして、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）スペクトル等が挙げられる。そして、スペクトル算出部１１は、ＭＵＳＩＣスペクトルを算出するために、各アンテナ間の受信位相差の情報、各アンテナの搭載位置の情報及び各送信源の送信周波数の情報を取得する。

位置標定部２２は、到来方向の実測値と到来方向の予測値とが一致するように、送信源の位置を標定する。ここで、位置標定部２２として、カルマンフィルタ等が挙げられ、カルマンフィルタ等の状態方程式として、固定点モデル（送信源が固定。）又は移動点モデル（送信源が移動。）等が挙げられ、カルマンフィルタ等の観測方程式として、三角測量方程式等が挙げられる。そして、位置標定部２２は、送信源の位置を標定するために、到来方向の情報、移動体の位置姿勢の情報及び前回の標定位置の情報を取得する。

ここで、従来技術の位置標定結果においては、送信源からの受信波の到来方向の測定結果は、１８０°旋回時に、送信源の真位置と航空機の位置とを結ぶ方向と一致しない方向を示している。その原因として、航空機の主翼又は胴体等によるマルチパスが、送信源と航空機に搭載のアンテナとの間に存在する。そして、一のアンテナの受信波と他のアンテナの受信波との相関が低くなり、受信波の到来方向のスペクトルの最大強度が低くなる。

そこで、第１実施形態においては、航空機等の移動体の構造物によるマルチパスが、送信源と航空機等の移動体に搭載のアンテナとの間に存在するときに、受信波の到来方向のスペクトルの最大強度を与える受信波の到来方向の情報を、送信源の位置標定処理へ出力しないこととした。より具体的には、受信波の到来方向のスペクトルの最大強度が、所定強度閾値以下であるときに、受信波の到来方向のスペクトルの最大強度を与える受信波の到来方向の情報を、送信源の位置標定処理へ出力しないこととした。

第１実施形態の位置標定処理の手順を図３に示す。第１実施形態の到来方向出力の内容を図４、５に示す。第１実施形態の強度閾値設定の内容を図６に示す。スペクトル算出部１１は、受信波を取得し（ステップＳ１）、ＭＵＳＩＣスペクトルを算出する（ステップＳ２）。到来方向出力部１２は、最大強度を抽出する（ステップＳ３）。

到来方向出力部１２は、最大強度が所定強度閾値以下であるときには（ステップＳ４、ＹＥＳ）、最大強度を与える到来方向の情報を送信源の位置標定処理へ出力しない（ステップＳ５）。位置標定部２２は、到来方向の情報を取得せず（ステップＳ６）、今回の送信源の標定位置として前回の送信源の標定位置を出力する（ステップＳ７）。

到来方向出力部１２は、最大強度が所定強度閾値より大きいときには（ステップＳ４、ＮＯ）、最大強度を与える到来方向の情報を送信源の位置標定処理へ出力する（ステップＳ８）。位置標定部２２は、到来方向の情報を取得し（ステップＳ９）、前回の送信源の標定位置に代えて今回の送信源の標定位置を出力する（ステップＳ１０）。

ここで、到来方向出力部１２は、送信源とアンテナとの間に移動体によるマルチパスがあるかどうかを判定してもよい。そして、到来方向出力部１２は、マルチパスがあるときには、最大強度を与える到来方向の情報を送信源の位置標定処理へ出力しなくてもよい。一方で、到来方向出力部１２は、マルチパスがないときには、最大強度を与える到来方向の情報を送信源の位置標定処理へ出力してもよい。送信源の位置標定が続行されるときには（ステップＳ１１、ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻る。送信源の位置標定が続行されないときには（ステップＳ１１、ＮＯ）、図３のプログラムを終了する。

図４では、ＭＵＳＩＣスペクトルを示す。所定強度閾値は、図６を用いて説明される。図５では、移動体Ｖとしての航空機と送信源Ｔと間の位置関係を示す。複数のアンテナＡは、移動体Ｖとしての航空機の胴体の下部に搭載される。移動体Ｖとしての航空機の主翼及び胴体によるマルチパスの有無は、レイトレイシング等を用いて判定される。

図５の上段では、移動体Ｖとしての航空機は、主翼を水平面内から傾けており、移動体Ｖとしての航空機の主翼及び胴体によるマルチパスが、送信源Ｔと一のアンテナＡとの間に存在する。図４の上段は、図５の上段に対応する。図４の上段では、一のアンテナＡの受信波と他のアンテナＡの受信波との相関が低くなり、ＭＵＳＩＣスペクトルの最大強度が低くなり、ＭＵＳＩＣスペクトルの最大強度が所定強度閾値以下になる（ステップＳ４、ＹＥＳ）。よって、到来方向の情報の出力条件は、満たされていない（ステップＳ５）。その理由として、到来方向の測定結果の真到来方向からのずれは、送信源Ｔの位置標定の開始後の続行時に、送信源Ｔの真位置からの送信源Ｔの標定位置のずれを生じさせる。

図５の下段では、移動体Ｖとしての航空機は、主翼を水平面内に置いており、移動体Ｖとしての航空機の主翼及び胴体によるマルチパスが、送信源Ｔと両アンテナＡとの間に存在しない。図４の下段は、図５の下段に対応する。図４の下段では、一のアンテナＡの受信波と他のアンテナＡの受信波との相関が高くなり、ＭＵＳＩＣスペクトルの最大強度が高くなり、ＭＵＳＩＣスペクトルの最大強度が所定強度閾値より大きくなる（ステップＳ４、ＮＯ）。よって、到来方向の情報の出力条件は、満たされている（ステップＳ８）。その理由として、到来方向の測定結果の真到来方向との一致は、送信源Ｔの位置標定の開始後の続行時に、送信源Ｔの真位置からの送信源Ｔの標定位置のずれをほぼ生じさせない。

図６では、所定強度閾値の設定方法を示す。移動体Ｖとしての航空機は、一定高度の上空を旋回しており、送信源Ｔは、旋回円外の地上又は海上に位置している。移動体Ｖとしての航空機の主翼及び胴体によるマルチパスは、移動体Ｖが送信源Ｔから遠ざかるほど生じやすく、移動体Ｖが送信源Ｔへと近づくほど生じにくいとする。

図６の上段では、所定強度閾値は、低過ぎる値に設定されている。すると、移動体Ｖが送信源Ｔへと近づくときのみならず送信源Ｔから遠ざかるときでも、到来方向の情報が間引かれないため、情報を出力されない到来方向の間引き量が少量となり、送信源Ｔの刻々の移動に対応することができる。しかし、移動体Ｖが送信源Ｔへと近づくときのみならず送信源Ｔから遠ざかるときでも、到来方向の情報が出力されるため、情報を出力される到来方向の測定精度が低精度となる。よって、送信源Ｔの位置標定精度が低精度となる。

図６の下段では、所定強度閾値は、高過ぎる値に設定されている。すると、移動体Ｖが送信源Ｔから遠ざかるときを除いて送信源Ｔへと近づくときのみ、到来方向の情報が出力されるため、情報を出力される到来方向の測定精度が高精度となる。しかし、移動体Ｖが送信源Ｔから遠ざかるときを除いて送信源Ｔへと近づくときのみ、到来方向の情報が間引かれないため、情報を出力されない到来方向の間引き量が多量となり、送信源Ｔの刻々の移動に対応することができない。よって、送信源Ｔの位置標定精度が低精度となる。

図６の中段では、所定強度閾値は、適切な値に設定されている。すると、移動体Ｖが送信源Ｔから遠ざかる／送信源Ｔへと近づく状態の中間の状態でも、到来方向の情報が出力されるため、情報を出力される到来方向の測定精度が中精度となる。そして、移動体Ｖが送信源Ｔから遠ざかる／送信源Ｔへと近づく状態の中間の状態でも、到来方向の情報が間引かれないため、情報を出力されない到来方向の間引き量が中程度となり、送信源Ｔの刻々の移動に対応することができる。よって、送信源Ｔの位置標定精度が高精度となる。

そこで、図６の中段に示したように、到来方向出力部１２は、送信源Ｔの位置標定処理へ情報を出力する到来方向の測定精度が所定測定精度となるように、所定強度閾値を設定することが望ましい。例えば、所定測定精度は、移動体Ｖが送信源Ｔから遠ざかったときの到来方向の測定精度より高い測定精度であるとともに、移動体Ｖが送信源Ｔから遠ざかっても送信源Ｔへと近づいてもいないときの到来方向の測定精度と同程度の測定精度であるとすることができる。このように、ＭＵＳＩＣスペクトルの最大強度に対する所定強度閾値を低くし過ぎないことにより、到来方向の測定精度を高くすることができ、ひいては、送信源Ｔの標定位置の標定精度を高くすることができる。

そして、図６の中段に示したように、到来方向出力部１２は、送信源Ｔの位置標定処理へ情報を出力しない到来方向の間引き量が所定間引き量となるように、所定強度閾値を設定することが望ましい。例えば、所定間引き量は、移動体Ｖが送信源Ｔから遠ざかったときの到来方向の情報を間引く程度の間引き量であるとともに、移動体Ｖが送信源Ｔから遠ざかっても送信源Ｔへと近づいてもいないときの到来方向の情報を間引かない程度の間引き量であるとすることができる。このように、ＭＵＳＩＣスペクトルの最大強度に対する所定強度閾値を高くし過ぎないことにより、到来方向の間引き量を少なくすることができ、ひいては、送信源Ｔの標定位置の標定精度を高くすることができる。

さらに、図６の中段に示したように、到来方向出力部１２は、送信源Ｔの位置標定処理における送信源Ｔの位置標定精度が所定標定精度となるように、所定強度閾値を設定することが望ましい。例えば、所定標定精度は、送信源Ｔの刻々の移動に対応する程度の標定精度であるとすることができる。このように、ＭＵＳＩＣスペクトルの最大強度に対する所定強度閾値を低くし過ぎないとともに高くし過ぎないことにより、到来方向の測定精度を高くすることができ、さらには、到来方向の間引き量を少なくすることができ、ひいては、送信源Ｔの標定位置の標定精度を高くすることができる。

第１実施形態の位置標定結果を図７に示す。三角印で示した航空機は、送信源の位置標定システムを搭載し、ひし形印で示した送信源を投下し、送信源の投下直後に直進し、しばらくの後に１８０°旋回し、１８０°旋回後に直進する。ひし形印で示した送信源は、送信源の投下位置にほぼ固定されている。航空機から延びる直線は、送信源からの受信波の到来方向の測定結果を示す。刻々と移動する丸印は、送信源の標定位置を示す。

ここで、送信源の標定位置は、送信源の投下直後から、１８０°旋回時にかけて、不連続に飛んでいない。このように、送信源の位置標定を開始した後に続行するにあたり、送信源の標定位置が送信源の真位置からずれることを低減することができる。

しかし、送信源の標定位置は、送信源の投下直後に、航空機の直進に伴って、連続的に直進している。そこで、送信源の位置標定を開始するにあたり、送信源の標定位置が送信源の真位置からずれることを低減するようにしたい（第２実施形態）。

（第２実施形態）
第２実施形態の位置標定システムの構成を図８に示す。位置標定装置２は、第１実施形態と比べて、位置標定部２２に加えて、到来方向判定部２１から構成される。位置標定システムＰは、図９、１２、１３に示す到来方向測定プログラム及び位置標定プログラムを、コンピュータにインストールすることにより実現される。

ここで、従来技術の位置標定結果においては、送信源の標定位置は、送信源の投下直後に、航空機の直進に伴って、連続的に直進している。その原因として、送信源からの受信波の到来方向は、送信源の投下直後に、航空機の直進に伴って、ほぼ変化しない。そして、送信源からの受信波の到来方向の測定結果の些細な誤差は、送信源の投下直後の位置標定の開始時に、送信源の真位置からの送信源の標定位置のずれを生じさせる。

そこで、第２実施形態においては、送信源からの受信波の到来方向が、航空機等の移動体の移動に伴って、大きく変化するときに、送信源の位置標定を開始することとした。より具体的には、送信源からの受信波の到来方向が、航空機等の移動体の移動方向に対して、左右方向範囲内にあるときに、送信源の位置標定を開始することとした。よって、送信源からの受信波の到来方向の測定結果の些細な誤差は、上記開始条件を満たす位置標定の開始時に、送信源の真位置からの送信源の標定位置のずれをほぼ生じさせない。

第２実施形態の標定開始処理の手順及び内容を図９～１１に示す。ステップＳ２１～Ｓ２８は、それぞれ、ステップＳ１～Ｓ６、Ｓ８、Ｓ９と同様である。ステップＳ２６、Ｓ２８が実行された後は、それぞれ、ステップＳ２１、Ｓ２９に移る。

到来方向判定部２１は、到来方向の情報が取得されたうえで、移動体の移動方向に対する左右方向の周囲の所定方向範囲内に、到来方向がないか（ステップＳ２９、ＮＯ）又は到来方向があるか（ステップＳ２９、ＹＥＳ）を判定する。

位置標定部２２は、所定方向範囲内に到来方向がないと判定されたときには（ステップＳ２９、ＮＯ）、送信源の位置標定を開始せず（ステップＳ３０）、ステップＳ２１に戻る。

到来方向判定部２１は、所定方向範囲内に到来方向があると判定したときには（ステップＳ２９、ＹＥＳ）、到来方向の情報に基づいて、移動体が送信源から遠ざかっているか（ステップＳ３１、遠ざかる）、移動体が送信源へと近づいているか（ステップＳ３１、近づく）又は移動体が送信源を旋回しているか（ステップＳ３１、旋回する）を判定する。

位置標定部２２は、所定方向範囲内に到来方向があるものの（ステップＳ２９、ＹＥＳ）、移動体が送信源から遠ざかっていると判定されたときには（ステップＳ３１、遠ざかる）、送信源の位置標定を開始せず（ステップＳ３０）、ステップＳ２１に戻る。

位置標定部２２は、所定方向範囲内に到来方向があるとともに（ステップＳ２９、ＹＥＳ）、移動体が送信源へと近づいていると判定されたときには（ステップＳ３１、近づく）、送信源の位置標定を開始し（ステップＳ３２）、図９のプログラムを終了する。

位置標定部２２は、所定方向範囲内に到来方向があるとともに（ステップＳ２９、ＹＥＳ）、移動体が送信源を旋回していると判定されたときには（ステップＳ３１、旋回する）、送信源の位置標定を開始し（ステップＳ３２）、図９のプログラムを終了する。

図１０では、移動体Ｖが送信源Ｔを通過する。図１１では、移動体Ｖが送信源Ｔを旋回する。移動体Ｖの移動方向に対する前方方向を０°方向とし、移動体Ｖの移動方向に対する後方方向を１８０°方向とし、移動体Ｖの移動方向に対する右側方向を９０°方向とし、移動体Ｖの移動方向に対する左側方向を２７０°方向とする。移動体Ｖの移動方向に対する右側方向の周囲の所定方向範囲を、９０°方向を中心とし０°方向及び１８０°方向の近傍を除外する範囲とし、移動体Ｖの移動方向に対する左側方向の周囲の所定方向範囲を、２７０°方向を中心とし０°方向及び１８０°方向の近傍を除外する範囲とする。

図１０の上段の左側では、移動体Ｖは、移動体位置Ｒ１に位置し、送信源Ｔへと近づく。そして、到来方向は、０°方向の近傍であり、所定方向範囲内にない（ステップＳ２９、ＮＯ）。よって、送信源Ｔの位置標定の開始条件は、満たされていない（ステップＳ３０）。その理由として、図１０の下段の左側に示したように、到来方向は、移動体Ｖの直進に伴って、ほぼ変化しないため、到来方向の測定結果の些細な誤差は、送信源Ｔの位置標定の開始時に、送信源Ｔの真位置からの送信源Ｔの標定位置のずれを生じさせる。

図１０の上段の中央では、移動体Ｖは、移動体位置Ｒ２に位置し、送信源Ｔへと最も近づく。そして、到来方向は、９０°方向の近傍であり、所定方向範囲内にある（ステップＳ２９、ＹＥＳ）。よって、送信源Ｔの位置標定の開始条件は、満たされている（ステップＳ３２）。その理由として、図１０の下段の中央に示したように、到来方向は、移動体Ｖの直進に伴って、大きく変化するため、到来方向の測定結果の些細な誤差は、送信源Ｔの位置標定の開始時に、送信源Ｔの真位置からの送信源Ｔの標定位置のずれをほぼ生じさせない。

図１０の上段の右側では、移動体Ｖは、移動体位置Ｒ３に位置し、送信源Ｔから遠ざかる。そして、到来方向は、１８０°方向の近傍であり、所定方向範囲内にない（ステップＳ２９、ＮＯ）。よって、送信源Ｔの位置標定の開始条件は、満たされていない（ステップＳ３０）。その理由として、図１０の下段の右側に示したように、到来方向は、移動体Ｖの直進に伴って、ほぼ変化しないため、到来方向の測定結果の些細な誤差は、送信源Ｔの位置標定の開始時に、送信源Ｔの真位置からの送信源Ｔの標定位置のずれを生じさせる。

図１０の上段の左側と比べて、移動体Ｖが送信源Ｔへと近づいたときに、かつ、図１０の上段の中央と比べて、移動体Ｖが送信源Ｔへと近づいていないときに（ステップＳ２９、ＹＥＳ及びステップＳ３１、近づく）、送信源Ｔの位置標定の開始条件が満たされていることが望ましい（ステップＳ３２）。その理由として、到来方向が移動体Ｖの移動に伴って大きく変化する期間を長くすることにより、送信源Ｔの位置標定精度を高くすることができる。

図１０の上段の中央と比べて、移動体Ｖが送信源Ｔから遠ざかったときに、かつ、図１０の上段の右側と比べて、移動体Ｖが送信源Ｔから遠ざかっていないときに（ステップＳ２９、ＹＥＳ及びステップＳ３１、遠ざかる）、送信源Ｔの位置標定の開始条件が満たされていないことが望ましい（ステップＳ３０）。その理由として、到来方向が移動体Ｖの移動に伴って大きく変化する期間を短くしてしまうため、送信源Ｔの位置標定精度を低くしてしまう。

図１１の上段の左側、中央及び右側では、それぞれ、移動体Ｖは、移動体位置Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に位置し、送信源Ｔを旋回する（ステップＳ３１、旋回する）。そして、到来方向は、９０°方向の近傍であり、所定方向範囲内にある（ステップＳ２９、ＹＥＳ）。よって、送信源Ｔの位置標定の開始条件は、満たされている（ステップＳ３２）。その理由として、図１１の下段の左側、中央及び右側に示したように、それぞれ、到来方向は、移動体Ｖの旋回に伴って、９０°方向の近傍のままであるため、到来方向の測定結果の些細な誤差は、送信源Ｔの位置標定の開始時に、送信源Ｔの真位置からの送信源Ｔの標定位置のずれをほぼ生じさせない。そして、到来方向が移動体Ｖの移動に伴って所定方向範囲内のままである期間を長くすることにより、送信源Ｔの位置標定精度を高くすることができる。

第２実施形態の位置標定処理の手順を図１２に示す。図１２に示した位置標定処理は、図９に示した標定開始処理に続いて行われる。ステップＳ４１～Ｓ４６、Ｓ４８、Ｓ４９は、それぞれ、ステップＳ２１～Ｓ２８と同様である。

ステップＳ４６が実行された後には、ステップＳ４７に移る。位置標定部２２は、送信源の位置標定を開始した後に（ステップＳ３２）、到来方向の情報が取得されていないときでも（ステップＳ４６）、送信源の位置標定を続行する（ステップＳ４７）。つまり、位置標定部２２は、到来方向の情報が取得されていないときでも（ステップＳ４６）、今回の送信源の標定位置として前回の送信源の標定位置を出力する（ステップＳ４７）。

ステップＳ４９が実行された後には、ステップＳ５０に移る。位置標定部２２は、送信源の位置標定を開始した後に（ステップＳ３２）、所定方向範囲内に到来方向がないと判定されたときでも、送信源の位置標定を続行する（ステップＳ５０）。つまり、位置標定部２２は、所定方向範囲内に到来方向があるかどうかによらず、前回の送信源の標定位置に代えて今回の送信源の標定位置を出力する（ステップＳ５０）。

送信源の位置標定が続行されるときには（ステップＳ５１、ＹＥＳ）、ステップＳ４１に戻る。送信源の位置標定が続行されないときには（ステップＳ５１、ＮＯ）、図１２のプログラムを終了する。このように、送信源の位置標定の中断によるカルマンフィルタ等への不定期な入力をなくすことにより、カルマンフィルタ等を適切に動作させることができる。

第２実施形態の標定切替処理の手順を図１３に示す。図１３に示した標定切替処理は、図１２に示した位置標定処理に続いて行われる。位置標定部２２は、先行する送信源の位置標定において、送信源の標定位置が所定程度に収束する前に、後続する送信源の位置標定を開始するにあたり、所定方向範囲内に到来方向があると判定されたことを開始条件とする。

位置標定部２２は、先行する送信源の位置標定において、開始条件が満たされていない状態から開始条件が満たされている状態へと遷移したときに、位置標定を開始する。

位置標定部２２は、先行する送信源の位置標定において、送信源の標定位置が所定程度に収束する前に、後続する送信源の位置標定を開始する。ここで、カルマンフィルタ等の状態方程式（固定点モデル（送信源が固定。）又は移動点モデル（送信源が移動。）等）は、先行する及び後続する送信源の位置標定において、同じでもよく異なってもよい。

位置標定部２２は、後続する送信源の位置標定において、開始条件が満たされていない状態から開始条件が満たされている状態へと遷移したときに、位置標定を開始する。

位置標定部２２は、後続する送信源の位置標定において、送信源の標定位置が所定程度に収束した後に、先行する送信源の位置標定を終了する。ここで、位置標定部２２は、先行する送信源の位置標定において、開始時から終了時までの標定位置を採用する。そして、位置標定部２２は、後続する送信源の位置標定において、開始時から収束時までの標定位置を採用せず、収束時から終了時までの標定位置を採用する。

このように、先行する送信源の位置標定において、送信源の標定位置の収束後に標定位置を真位置に修正することができなくても、後続する送信源の位置標定において、送信源の標定位置の収束前に標定位置を真位置に修正することができる。

第２実施形態の位置標定結果を図１４に示す。三角印で示した航空機は、送信源の位置標定システムを搭載し、ひし形印で示した送信源を投下し、送信源の投下直後に直進し、しばらくの後に１８０°旋回し、１８０°旋回後に直進する。ひし形印で示した送信源は、送信源の投下位置にほぼ固定されている。航空機から延びる直線は、送信源からの受信波の到来方向の測定結果を示す。刻々と移動する丸印は、送信源の標定位置を示す。

ここで、送信源の標定位置は、送信源の投下直後に、航空機の直進に関わらず、送信源の投下位置にほぼ固定されている。このように、送信源の位置標定を開始するにあたり、送信源の標定位置が送信源の真位置からずれることを低減することができる。

そして、送信源の標定位置は、送信源の投下直後から、１８０°旋回時にかけて、不連続に飛んでいない。このように、送信源の位置標定を開始した後に続行するにあたり、送信源の標定位置が送信源の真位置からずれることを低減することができる。

本開示の到来方向測定装置、到来方向測定プログラム及び位置標定システムは、航空機が送信源を投下したとき等に、送信源の位置標定を開始した後に続行するにあたり、送信源の標定位置が送信源の真位置からずれることを低減することができる。

Ｐ：位置標定システム
Ｖ：移動体
Ｔ：送信源
Ａ：アンテナ
Ｄ：左右方向範囲
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３；移動体位置
１：到来方向測定装置
２：位置標定装置
１１：スペクトル算出部
１２：到来方向出力部
２１：到来方向判定部
２２：位置標定部

Claims (7)

1. 移動体が搭載するアンテナが受信した送信源からの受信波を取得し、信号部分空間法を用いて、前記受信波の到来方向のスペクトルを算出するスペクトル算出部と、
   前記スペクトルの最大強度を抽出し、前記最大強度が所定強度閾値以下であるときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力せず、前記送信源の位置標定処理に今回の前記送信源の標定位置として前回の前記送信源の標定位置を出力させ、前記最大強度が前記所定強度閾値より大きいときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力し、前記送信源の位置標定処理に前回の前記送信源の標定位置に代えて今回の前記送信源の標定位置を出力させる到来方向出力部と、を備え、
   前記到来方向出力部は、前記送信源の位置標定処理へ情報を出力しない前記到来方向の間引き量が所定間引き量となるように、前記所定強度閾値を設定している
   ことを特徴とする到来方向測定装置。
2. 前記到来方向出力部は、状態空間モデルの状態方程式及び観測方程式として、前記送信源の運動モデル及び前記送信源の測量方程式をそれぞれ用いた、前記送信源の位置標定処理における前記送信源の位置標定精度が所定標定精度となるように、前記所定強度閾値を設定している
   ことを特徴とする、請求項１に記載の到来方向測定装置。
3. 移動体が搭載するアンテナが受信した送信源からの受信波を取得し、信号部分空間法を用いて、前記受信波の到来方向のスペクトルを算出するスペクトル算出部と、
   前記スペクトルの最大強度を抽出し、前記最大強度が所定強度閾値以下であるときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力せず、前記送信源の位置標定処理に今回の前記送信源の標定位置として前回の前記送信源の標定位置を出力させ、前記最大強度が前記所定強度閾値より大きいときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力し、前記送信源の位置標定処理に前回の前記送信源の標定位置に代えて今回の前記送信源の標定位置を出力させる到来方向出力部と、を備え、
   前記到来方向出力部は、状態空間モデルの状態方程式及び観測方程式として、前記送信源の運動モデル及び前記送信源の測量方程式をそれぞれ用いた、前記送信源の位置標定処理における前記送信源の位置標定精度が所定標定精度となるように、前記所定強度閾値を設定している
   ことを特徴とする到来方向測定装置。
4. 前記到来方向出力部は、前記送信源の位置標定処理へ情報を出力する前記到来方向の測定精度が所定測定精度となるように、前記所定強度閾値を設定している
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の到来方向測定装置。
5. 前記到来方向出力部は、前記送信源と前記アンテナとの間に前記移動体によるマルチパスがあるかどうかを判定し、前記マルチパスがあるときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力せず、前記マルチパスがないときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力する
   ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の到来方向測定装置。
6. 移動体が搭載するアンテナが受信した送信源からの受信波を取得し、信号部分空間法を用いて、前記受信波の到来方向のスペクトルを算出するスペクトル算出ステップと、
   前記スペクトルの最大強度を抽出し、前記最大強度が所定強度閾値以下であるときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力せず、前記送信源の位置標定処理に今回の前記送信源の標定位置として前回の前記送信源の標定位置を出力させ、前記最大強度が前記所定強度閾値より大きいときには、前記最大強度を与える前記到来方向の情報を前記送信源の位置標定処理へ出力し、前記送信源の位置標定処理に前回の前記送信源の標定位置に代えて今回の前記送信源の標定位置を出力させる到来方向出力ステップと、
   を順にコンピュータに実行させ、
   前記到来方向出力ステップは、前記送信源の位置標定処理へ情報を出力しない前記到来方向の間引き量が所定間引き量となるように、前記所定強度閾値を設定している
   ことを特徴とする到来方向測定プログラム。
7. 請求項１から５のいずれかに記載の到来方向測定装置と、
   （１）前記到来方向の情報を取得し、前記移動体の移動方向に対する左右方向の周囲の所定方向範囲内に、前記到来方向がないか又は前記到来方向があるかを判定するとともに、前記移動体の移動に伴って、前記到来方向が変化しないか又は前記到来方向が変化するかを判定し、（２）状態空間モデルの状態方程式及び観測方程式として、前記送信源の運動モデル及び前記送信源の測量方程式をそれぞれ用いて、前記到来方向の実測値と前記到来方向の予測値とが一致するように、前記送信源の位置を標定するにあたり、前記所定方向範囲内に前記到来方向がないと判定されるとともに、前記移動体の移動に伴って前記到来方向が変化しないと判定されたときには、前記送信源の位置標定を開始せず、前記所定方向範囲内に前記到来方向があると判定されるとともに、前記移動体の移動に伴って前記到来方向が変化すると判定されたときには、前記送信源の位置標定を開始する位置標定装置と、
   を備えることを特徴とする位置標定システム。

Images