JP7478213B1 - Grid sensor network system and signal source location estimation method - Google Patents
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Abstract
【課題】所望の信号源の位置推定に係る処理負荷を低減しつつ位置推定精度を向上させることが可能な格子センサーネットワークシステム、及び信号源位置推定方法を提供する。【解決手段】格子センサーネットワークシステム1は、信号源110から到来する信号の到来方向を推定する複数のセンサー装置10(10-11~10-88)が、監視エリア8内に所定数の格子マスが形成されるように格子状に配置され、各センサー装置10による信号源110からの信号の到来方向推定結果に基づき所望の信号源110が所在する格子マスの位置を推定する格子マス推定部51と、監視エリア8内における所望の信号源110の位置を、該信号源110が所在する格子マス近辺の所定数のセンサー装置10による到来方向推定結果に基づいて推定する信号源位置推定部52と、を備えて構成される。【選択図】図3[Problem] To provide a lattice sensor network system and a signal source position estimation method capable of improving position estimation accuracy while reducing the processing load related to position estimation of a desired signal source. [Solution] The lattice sensor network system 1 is configured with a plurality of sensor devices 10 (10-11 to 10-88) that estimate the arrival direction of a signal coming from a signal source 110, arranged in a lattice shape so as to form a predetermined number of lattice squares within a monitoring area 8, a lattice mass estimation unit 51 that estimates the position of the lattice mass in which the desired signal source 110 is located based on the arrival direction estimation results of the signal from the signal source 110 by each sensor device 10, and a signal source position estimation unit 52 that estimates the position of the desired signal source 110 within the monitoring area 8 based on the arrival direction estimation results by a predetermined number of sensor devices 10 in the vicinity of the lattice mass in which the signal source 110 is located. [Selected Figure] Figure 3
Description
特許法第30条第2項適用 [ポスター講演]格子センサネットワークにおける信号源位置推定研究会-格子センサネットワークにおける信号源位置推定研究会 開催プログラム-2022-10-MIKA
特許法第30条第2項適用 [ポスター講演]格子センサネットワークにおける信号源位置推定研究会-格子センサネットワークにおける信号源位置推定研究会 開催プログラム-2022-10-MIKA
本発明は、格子状に配置された複数の電波状況モニタリング装置のうち、所望の信号源の近辺の電波状況モニタリング装置での信号の到来方向推定結果に基づいて当該信号源の位置を推定し、その位置における電波状況を監視する格子センサーネットワークシステム、及び信号源位置推定方法に関する。 The present invention relates to a lattice sensor network system and a signal source position estimation method that estimates the position of a desired signal source based on the signal arrival direction estimation results of a signal monitoring device in the vicinity of the signal source among multiple radio wave condition monitoring devices arranged in a lattice pattern, and monitors the radio wave conditions at that position.
次世代通信規格5Gの実用化が始まっており、5Gの多岐に渡るニーズに応えるため、自治体や地域の企業などの様々な主体が柔軟に構築、利用可能なローカル5Gの検討が進められている。 As the next-generation communications standard 5G begins to be put into practical use, consideration is being given to local 5G, which can be flexibly built and used by various entities such as local governments and local companies, in order to meet the wide-ranging needs of 5G.
この中で、さらなるモバイルトラヒックの急増に対応するため、高効率な周波数利用技術である帯域内全二重通信(InBand Full-Duplex:以下、IBFDという)の適用が検討されている。 In order to cope with the further rapid increase in mobile traffic, the application of InBand Full-Duplex (IBFD), a highly efficient frequency utilization technology, is being considered.
IBFDは、既存の複信方式に対して理想的には周波数利用効率を2倍にすることができるが、新たに多くの干渉が発生する課題があり、様々な干渉量を取得し、その結果からIBFDの適用可否を判定する制御技術が必要となる。その実現のためには、時空間における例えば5G無線端末或いは他の種々規格の端末の無線状況を把握し、複数の端末から空間に発射される電波の干渉状況を高速、高精度に測定する干渉モニタリング技術が必要であり、その一環として任意の地点における電磁波の到来方向を推定するシステムが必要となる。 IBFD can ideally double the frequency utilization efficiency compared to existing duplex methods, but there is an issue of a lot of new interference occurring, so a control technology is needed to obtain various interference amounts and determine whether IBFD can be applied based on the results. To achieve this, interference monitoring technology is needed to grasp the wireless conditions in time and space of, for example, 5G wireless terminals or terminals of various other standards, and to measure the interference conditions of radio waves emitted into space from multiple terminals at high speed and with high accuracy, and as part of this, a system is needed to estimate the direction of arrival of electromagnetic waves at any point.
到来方向推定を行う従来のシステムとしては、例えば、直交する3つの偏波信号をそれぞれ受信する複数のアンテナの同位置での受信信号に基づいて電磁波の到来方向を推定するもの(例えば、特許文献1等)などが知られている。
Conventional systems that estimate the direction of arrival include, for example, systems that estimate the direction of arrival of electromagnetic waves based on signals received at the same position by multiple antennas that each receive three orthogonal polarized signals (e.g.,
特許文献1に記載された電波到来方向推定システムでは、例えば、3つのアンテナを、順次、同一の測定位置まで移動させて、各受信信号を、順次、取得した段階で電界強度を求め、さらにその電界強度に基づき、例えば、ビームフォーミング(Beamforming)法、MUSIC(Multiple Signal Classification)法等の探査方法を適用して電波の到来方向を推定している。
In the radio wave arrival direction estimation system described in
この従来の電波到来方向推定システムは、同一の位置で受信した全ての偏波成分を用いて当該位置での電磁波の到来方向を精度よく推定するものであって、監視エリアの各所で信号の到来方向を検出し、その検出結果に基づいて監視エリア内の電波状況をモニタリングする技術については何等開示がない。 This conventional radio wave arrival direction estimation system uses all polarized components received at the same location to accurately estimate the arrival direction of electromagnetic waves at that location, but does not disclose any technology for detecting the arrival direction of signals at various locations in a monitored area and monitoring the radio wave conditions within the monitored area based on the detection results.
一方近年では、次代の無線局、無線通信システム、無線通信技術の開発促進のために、監視対象のエリア内の各所で複数の信号源(無線局)から放射される信号の到来方向を検出(推定)するとともに、その推定結果を利用して、各信号源の電波状況を把握可能なモニタリング技術への要請が高まっている。 On the other hand, in recent years, in order to promote the development of next-generation wireless stations, wireless communication systems, and wireless communication technologies, there has been an increasing demand for monitoring technology that can detect (estimate) the direction of arrival of signals emitted from multiple signal sources (wireless stations) at various locations within a monitored area, and use the estimation results to grasp the radio wave conditions of each signal source.
こうしたモニタリング技術の実現例として、受信信号からそこに混在している信号を分離して当該信号の到来方向を推定する機能を有する複数の電波状況モニタリング装置(以下、センサー装置という)を監視エリア内に格子状に配置し、格子平面上を移動する信号源に追従してセンサー装置を移動させることなく、その信号源の電波状況を監視できる格子センサーネットワークシステムが提案されている。 As an example of such monitoring technology, a lattice sensor network system has been proposed in which multiple radio wave condition monitoring devices (hereafter referred to as sensor devices), which have the function of separating signals mixed in with received signals and estimating the direction of arrival of those signals, are arranged in a lattice pattern within a monitoring area, and the radio wave conditions of a signal source can be monitored without moving the sensor devices to follow the signal source moving on the lattice plane.
格子センサーネットワークシステムでは、監視エリア内に配置された各センサー装置でのそれぞれの信号源からの到来信号の到来方向推定結果に基づいて監視エリア内における所望の信号源の位置を推定し、その位置における電波状況を監視することを可能としている。従来の格子センサーネットワークシステムでは、所望の信号源とセンサー装置との距離を区別することなく全てのセンサー装置の到来方向推定結果を用いて信号源の詳細位置推定を行っており、全てのセンサー装置を使用した場合には処理負荷が増大する。また、所望の信号源とセンター装置との距離が遠いと到来方向推定誤差の影響を大きく受けるため、所望の信号源の位置推定精度が低下するという問題点があった。 In a lattice sensor network system, the position of a desired signal source within a monitoring area is estimated based on the direction of arrival estimation results of the incoming signal from each signal source at each sensor device placed within the monitoring area, making it possible to monitor the radio wave conditions at that location. In conventional lattice sensor network systems, the detailed position of the signal source is estimated using the direction of arrival estimation results of all sensor devices without distinguishing the distance between the desired signal source and the sensor devices, and the processing load increases when all sensor devices are used. In addition, when the distance between the desired signal source and the center device is long, the system is significantly affected by direction of arrival estimation errors, resulting in a problem of reduced accuracy in estimating the position of the desired signal source.
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、所望の信号源の位置推定に係る処理負荷を低減しつつ位置推定精度を向上させることが可能な格子センサーネットワークシステム、及び信号源位置推定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems in the past, and aims to provide a lattice sensor network system and a signal source location estimation method that can improve location estimation accuracy while reducing the processing load related to estimating the location of a desired signal source.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係る格子センサーネットワークシステムは、信号の到来方向を推定する複数のセンサー装置(10)を監視エリア(8)内に格子状に配置し、それぞれの前記センサー装置の前記信号の到来方向推定結果に基づき前記監視エリア内の所望の信号源(110)の位置を推定し、その位置における電波状況を監視する格子センサーネットワークシステムであって、それぞれの前記センサー装置による前記到来方向推定結果に基づき、前記格子状の配置によって前記監視エリア内に4つの前記センサー装置ごとに一区画ずつ形成される格子マス(81)のうち、前記所望の信号源が所在する前記格子マス(81a)を推定する格子マス推定手段(51)と、前記所望の信号源が所在する前記格子マスの近辺の予め設定した所定数の前記センサー装置による前記到来方向推定結果に基づき、前記監視エリア内における前記所望の信号源の位置を推定する信号源位置推定手段(52)と、を有することを特徴とする。
In order to solve the above problem, the lattice sensor network system according to
この構成により、本発明の請求項1に係る格子センサーネットワークシステムは、所望の信号源の位置を推定する処理を、所望の信号源が所在する格子マスの近辺の予め設定した所定数のセンサー装置による到来方向推定結果に基づいて実施することができ、信号源からの距離を区別することなく全てのセンサー装置による到来方向推定結果に基づいて所望の信号源の詳細位置推定を行う場合に比べて、位置推定に係るデータ量及び処理負荷を低減することができるとともに、到来方向推定誤差の影響を低く抑えて所望の信号源の位置推定精度を向上させることができる。また、格子マスの推定にも到来方向推定結果を使用することで、既存情報のみによる位置推定精度の向上を実現可能となる。
With this configuration, the lattice sensor network system according to
また、本発明の請求項2に係る格子センサーネットワークシステムにおいて、前記格子マス推定手段は、それぞれの前記センサー装置による前記到来方向推定結果に対し、前記センサー装置が配置される行単位に当該行の前記センサー装置により推定された前記信号の到来方向をサーチする縦方向サーチプロセスと、前記センサー装置が配置される列単位に当該列の前記センサー装置により推定された前記信号の到来方向をサーチする横方向サーチプロセスと、を実施し、前記縦方向サーチプロセスでは、最下段の行から一行ずつ上の行に遷移させながら前記到来方向が上か、または下かを当該行の前記センサー装置の前記到来方向推定結果間での多数決判定により決定し、前記到来方向が上から下に変化した行とその直前の行との間の一行の格子マスを縦方向格子マス候補として特定し、前記横方向サーチプロセスでは、左端の列から一列ずつ右の列に遷移させながら前記到来方向が右か左かを当該列の前記センサー装置の前記到来方向推定結果間での多数決判定により決定し、前記到来方向が右から左に変化した列とその直前の列との間の一列の格子マスを横方向格子マス候補として特定し、前記縦方向格子マス候補と前記横方向格子マス候補とに基づき前記所望の信号源が所在する前記格子マスを推定する構成であってもよい。
In addition, in the lattice sensor network system according to
この構成により、本発明の請求項2に係る格子センサーネットワークシステムは、簡単なアルゴリズムで縦方向サーチプロセス、及び横方向サーチプロセスを実施して所望の信号源が所在する格子マスを容易に推定することが可能となる。
With this configuration, the lattice sensor network system according to
また、本発明の請求項3に係る格子センサーネットワークシステムにおいて、前記格子マス推定手段は、前記縦方向サーチプロセスにおいて、前記信号の到来方向が水平であるとの判定がなされた場合、1つ上の行へ遷移して当該行についての前記縦方向サーチプロセスを実行し、前記横方向サーチプロセスにおいて、前記信号の到来方向が垂直であるとの判定がなされた場合、1つ右の列へ遷移して当該列についての前記横方向サーチプロセスを実行する構成であってもよい。
In addition, in the lattice sensor network system according to
この構成により、本発明の請求項3に係る格子センサーネットワークシステムは、縦方向サーチプロセス中に信号の到来方向が水平であるとの判定がなされた場合、または、横方向サーチプロセス中に信号の到来方向が垂直であるとの判定がなされた場合、1つ先の行または列へ遷移して縦方向サーチプロセスまたは横方向サーチプロセスを滞りなく継続することができ、所望の信号源の位置推定処理へと円滑に進むことができる。
With this configuration, the lattice sensor network system according to
また、本発明の請求項4に係る格子センサーネットワークシステムにおいて、前記信号源位置推定手段は、前記所望の信号源が所在する格子マスの近辺の領域(82)内の4個あるいは16個のうちのいずれかの個数の前記センサー装置による前記到来方向推定結果に基づき前記所望の信号源の位置を推定する構成であってもよい。 In addition, in the lattice sensor network system according to claim 4 of the present invention, the signal source position estimation means may be configured to estimate the position of the desired signal source based on the arrival direction estimation results from either 4 or 16 sensor devices within an area (82) near the lattice mass in which the desired signal source is located.
この構成により、本発明の請求項4に係る格子センサーネットワークシステムは、詳細位置推定に全てのセンサー装置の到来方向推定結果を用いる必要はなく、所望の信号源が所在する格子マスの近辺の領域内の4個あるいは16個のうちのいずれかの個数のセンサー装置による到来方向推定結果に基づき所望の信号源の位置を少ない処理負荷で精度よく推定することが可能となる。 With this configuration, the lattice sensor network system according to claim 4 of the present invention does not need to use the direction of arrival estimation results of all sensor devices for detailed position estimation, and can accurately estimate the position of the desired signal source with a small processing load based on the direction of arrival estimation results of either 4 or 16 sensor devices in the area near the lattice square in which the desired signal source is located.
上記課題を解決するために、本発明の請求項5に係る信号源位置推定方法は、信号の到来方向を推定する複数のセンサー装置(10)を監視エリア(8)内に格子状に配置し、それぞれの前記センサー装置の前記信号の到来方向推定結果に基づき前記監視エリア内の所望の信号源(110)の位置を推定し、その位置における電波状況を監視する格子センサーネットワークシステムの信号源位置推定方法であって、それぞれの前記センサー装置による前記到来方向推定結果に基づき、前記格子状の配置によって前記監視エリア内に4つの前記センサー装置ごとに一区画ずつ形成される格子マス(81)のうち、前記所望の信号源が所在する前記格子マス(81a)を推定する格子マス推定ステップ(S53)と、前記所望の信号源が所在する前記格子マスの近辺の予め設定した所定数の前記センサー装置による前記到来方向推定結果に基づき、前記監視エリア内における前記所望の信号源の位置を推定する信号源位置推定ステップ(S7)と、を含むことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the signal source location estimation method according to
この構成により、本発明の請求項5に係る信号源位置推定方法は、請求項1~4のいずれかに記載の構成を有する格子センサーネットワークシステムに適用することにより、所望の信号源の位置を推定する処理を、所望の信号源が所在する格子マスの近辺の予め設定した所定数のセンサー装置による到来方向推定結果に基づいて実施することができる。これにより、全てのセンサー装置による到来方向推定結果を基にして信号源の詳細位置推定を行う場合に比べて、位置推定に係るデータ量及び処理負荷を低減することができるとともに、到来方向推定誤差の影響を低く抑えて所望の信号源の位置推定精度を向上させることができる。また、格子マスの推定にも到来方向推定結果を使用することで、既存情報のみによる位置推定精度の向上を実現可能となる。
With this configuration, the signal source location estimation method according to
本発明は、所望の信号源の位置推定に係る処理負荷を低減しつつ位置推定精度を向上させることが可能な格子センサーネットワークシステム、及び信号源位置推定方法を提供することができる。 The present invention provides a lattice sensor network system and a signal source location estimation method that can improve location estimation accuracy while reducing the processing load associated with estimating the location of a desired signal source.
以下、本発明に係る格子センサーネットワークシステム、及び信号源位置推定方法の実施形態について図面を用いて説明する。 Below, an embodiment of the lattice sensor network system and signal source location estimation method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(概要)
本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1は、図1、及び図11に示すように、予め設定した監視エリア8内に複数のセンサー装置10-11、10-12、10-13、...、10-18、10-21、10-22、10-23、...、10-28、10-31、10-32、10-33、...、10-38、......、10-81、10-82、10-83、...、10-88を格子状に配置して構成される。センサー装置10-11、10-12、10-13、...、10-18、10-21、10-22、10-23、...、10-28、10-31、10-32、10-33、...、10-38、......、10-81、10-82、10-83、...、10-88は、以下の説明においてはまとめてセンサー装置10と称することもある。
(overview)
As shown in Figures 1 and 11, the lattice
図1、図11の例においては、8行8列(8×8)の64個のセンサー装置10を配置した構成例を挙げているが、本発明はこれに限らず、例えば、n×n(n=5、6、7、...)個、或いはn×m(m≠n)個のセンサー装置10を格子状に配置した構成を構築し得るものである。
In the examples of Figures 1 and 11, a configuration example is given in which 64
上述した各センサー装置10は、その配置場所において周辺の無線環境から到来する到来信号、例えば、図11に示すように、監視エリア8内に存在する複数の信号源110-1、110-2、110-3(これらをまとめて信号源110と称することもある。)から送出される混在した無線信号を複数のアンテナ素子で受信し、各アンテナ素子の受信信号を信号処理することにより、各信号源110から送出される信号(到来信号)を分離し、該分離された到来信号を解析してその到来信号の到来方向を信号源110ごとに推定するようになっている。
Each of the
信号源110ごとに分離された到来信号の到来方向を推定する処理について、各センサー装置10は、MUSIC法とビームフォーミング法の2つの解析方法を用いて角度スペクトラムをそれぞれ生成したうえで、これら2つの角度スペクトラムから信号源110ごとに1つ(単一)の到来方向推定結果を導き出す処理、すなわち、上記2つの解析方法に基づいて推定される角度(到来方向)を単一化する単一化処理を実行するようになっている。
In the process of estimating the direction of arrival of the incoming signal separated for each
上記単一化処理に関しては、例えば、MUSIC法の特徴の一つである「ピークの角度分解能が高い」点と、ビームフォーミング法の特徴の一つである「ピークには受信信号レベルが反映されている」点に着目し、「ビームフォーミング法による角度スペクトラムの最大レベル(ピーク角度)に最も近いMUSIC法による角度スペクトラムのピーク角度」を単一化処理条件と定め、該単一化処理条件に基づいて、MUSIC法とビームフォーミング法に基づく到来方向推定結果を単一化する処理を実施する。 Regarding the above unification process, for example, focusing on one of the characteristics of the MUSIC method, "high angular resolution of the peak," and one of the characteristics of the beamforming method, "the peak reflects the received signal level," the unification process condition is defined as "the peak angle of the angular spectrum obtained by the MUSIC method that is closest to the maximum level (peak angle) of the angular spectrum obtained by the beamforming method," and the process of unifying the direction of arrival estimation results based on the MUSIC method and the beamforming method is carried out based on the unification process condition.
各センサー装置10で導出された信号源110ごとに単一化された到来方向推定結果(単一化到来方向推定結果)等は制御部30(図1、図3参照)に送られる。制御部30は、監視エリア8内の全てのセンサー装置10から送られてくる、それぞれの配置位置における各信号源110からの到来信号の単一化到来方向推定結果等を受信する。さらに制御部30は、受信した、各センサー装置10のそれぞれの配置位置における信号源110ごとの単一化到来方向推定結果等をまとめてデータベース(図3に符号35で示す)に格納し、その格納された信号源110ごとの単一化到来方向推定結果等に基づいて、監視エリア8内の所望の信号源110の電波状況の監視に係る信号処理を実施する。
The unified direction of arrival estimation results (unified direction of arrival estimation results) for each
所望の信号源110の位置における電波状況を監視するには、その信号源110の位置を推定する必要があり、信号源110の位置を推定するには、信号源110からの直接波の到来方向を推定する必要がある。一般的に直接波は最大受信レベルを有するので、上述した単一化到来方向推定結果が、当該信号(直接波)の到来方向推定結果として各センサー装置10から収集されてデータベース35に格納される。制御部30は、各センサー装置10から収集した単一化到来方向推定結果等に基づき、例えば、図11に示す、監視エリア8内における所望の信号源110-1の位置を推定する処理を実施する。さらに制御部30は、当該信号源110-1の位置(場所)における他の信号源110-2、110-3が送出した信号の状況をモニタリング(監視)するための信号処理等も実施するようになっている。
To monitor the radio wave conditions at the location of the desired
このように、複数のセンサー装置10を格子状に配置した本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1によれば、各センサー装置10が格子平面(監視エリア8)上を移動する所望の信号源110-1(図11参照。以下、ターゲット信号源TGということもある。)の移動に追従して移動することなく、ターゲット信号源TGの場所における電波状況、すなわち、他の信号源110-2(以下、NTG1)、110-3(以下、NTG2)が送出した信号の状況をモニタリング(監視)することができる。
In this way, according to the lattice
また、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1では、格子状に配置された各センサー装置10は、信号源110ごとに分離された到来信号を対象にMUSIC法とビームフォーミング法を用いてそれぞれ生成した2つの角度スペクトラムから信号源110ごとに単一の到来方向推定結果を導出し、制御部30に渡すようになっている。これにより、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1では、「MUSIC法の角度スペクトラムには受信レベル情報が反映されず、ビームフォーミング法の角度スペクトラムは角度分解能が低い」点を補い、ビームフォーミング法単独の場合の解析結果に基づく到来方向推定結果に比べて角度分解能を向上させることを可能としている。
In addition, in the lattice
さらに、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1において、制御部30は、監視エリア8内に配置される全てのセンサー装置10で上述した単一化処理によって高精度に導き出された到来方向推定結果のうち、所望の信号源110の近辺の予め設定した所定数のセンサー装置10での到来方向推定結果のみを使って所望の信号源110の所在位置を推定するようになっている。所望の信号源110に近いセンサー装置10を特定するために、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1の制御部30では、それぞれのセンサー装置10による到来方向推定結果に基づき所望の信号源110が所在する格子マス81a(図11参照)を推定する格子マス推定機能としての格子マス推定部51を備えている。
Furthermore, in the lattice
格子マスについて説明する。本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1でのセンサー装置10の配置形態、例えば、図11に示す配置形態によれば、格子状に配置されたそれぞれ4つのセンサー装置10ごとに該4つのセンサー装置10によって囲まれた一区画のマス目が形成される。本実施形態では、図11において、それぞれ4つのセンサー装置10によって囲まれる1つのマス目を格子マス81と称するものとする。図11に示すように、正方形の監視エリア8内に64個のセンサー装置10を等間隔で格子状に配置する配置形態によれば、縦横7個ずつ、合計49個の正方形の格子マス81が形成される。格子マス81のうち、所望の信号源110-1(ターゲット信号源TG)が所在する格子マス81には符号81aを付している。また、所望の信号源110-1(ターゲット信号源TG)が所在する格子マス81aの近辺の領域82には、例えば、16個のセンサー装置10が含まれている。
The lattice mass will be described. According to the arrangement of the
本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1では、ターゲット信号源TGが所在する格子マス81aの近辺の領域82内の所定数のセンサー装置10での到来方向推定結果を用いることで、全てのセンサー装置10の到来方向推定結果を利用する場合に比べて、ターゲット信号源TGの位置推定に係るデータ処理量を低減することが可能となる。また、全てのセンサー装置10の到来方向推定結果を利用する場合に比べて、到来方向推定誤差の影響を低く抑えて所望の信号源の位置推定精度を向上させることができる。さらには、格子マス82aの推定にも到来方向推定結果を使用することで、既存情報のみによる位置推定精度の向上を実現可能となる。
In the lattice
また、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1は、図3に示すデータ制御部50の構成要素として信号源位置推定部52をさらに有している。信号源位置推定部52は、格子マス推定部51により推定された格子マス81a内に所在している所望の信号源110-1の監視エリア8内での位置を、当該格子マス81aの近辺の領域82内の所定数のセンサー装置10による到来方向推定結果に基づき推定する信号源位置推定機能を実現する。図11には、格子マス81aの近辺の領域82に配置されている16個のセンサー装置10による到来方向推定結果に基づいて所望の信号源110-1の位置を推定した後の監視エリア8内の電波監視状態を示している。信号源位置推定部52は、本発明の信号源位置推定手段を構成している。
The lattice
上述したように、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1は、所望の信号源110の位置を推定するために、全てのセンサー装置10の到来方向推定結果を用いて信号源110が所在する格子マス81aを推定する第1の処理機能と、格子マス81aの近辺のセンサー装置10の到来方向推定結果を用いて所望の信号源110の位置を推定する第2の処理機能とを有している。第1の処理機能によって大雑把な位置推定(格子マス推定)処理を行い、その後、第2の処理機能によって詳細な位置推定処理を行うことで、所望の信号源110から距離の近いセンサー装置10の到来方向推定結果のみを用いて(距離の遠いセンサー装置10の到来方向推定結果を用いず)精度の高い位置推定を実現可能となる。
As described above, the lattice
本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1は、例えばローカル5G環境での使用が可能なものであり、捕捉する到来信号の周波数帯としては、例えば、4.6GHz~4.8GHz及び28.2GHz~29.1GHz等の帯域が想定されている。格子センサーネットワークシステム1は、ローカル5G環境での使用に限定されるものではなく、例えば、WiFiなどの他の無線システムでの使用にも適用できるものである。
The lattice
次に、本発明の一実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1の構成について図1~図3を参照して説明する。
Next, the configuration of a lattice
図1に示すように、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1は、格子状に配置される例えば64個のセンサー装置10と、これらセンサー装置10とネットワーク9を介して通信可能に接続される制御部30と、を有して構成されている。この格子センサーネットワークシステム1において、それぞれのセンサー装置10は、例えば、図2に示すような機能構成を有し、これら各センサー装置10が、例えば、図3に示すような機能構成を有する制御部30により制御されるようになっている。
As shown in FIG. 1, the lattice
まず、センサー装置10の構成について説明する。センサー装置10は、図2に示すように、アンテナ装置11、周波数変換部12、AD変換部13、信号分離部14、信号解析部15、到来方向推定部17、外部インターフェース(I/F)部18を具備して構成される。
First, the configuration of the
アンテナ装置11は、監視エリア8(図1参照)を構成する所定の空間内の各所で、複数の信号源110(図11参照)から送出される混在した無線信号を受信するものである。アンテナ装置11の具体的な構成としては、例えば、特許文献1に記載されているような直交する3偏波をそれぞれ受信可能な3つのアンテナを複数のアンテナ素子として回転体にて回転させる構成、或いは、複数のアンテナ素子で構成するアレーアンテナなどがある。
The antenna device 11 receives mixed radio signals sent from multiple signal sources 110 (see FIG. 11) at various locations within a predetermined space that constitutes the monitoring area 8 (see FIG. 1). Specific configurations of the antenna device 11 include, for example, a configuration in which three antennas capable of receiving three orthogonal polarized waves are rotated on a rotating body as multiple antenna elements as described in
なお、アンテナ装置11は、上述した構成に限られるものではない。上述した周波数帯の到来信号の到来方向を推定しその結果を後段回路に渡すことができるものであれば、アンテナの種別、数、配列、駆動方式等について種々の方式が適用可能である。 The antenna device 11 is not limited to the configuration described above. As long as it is capable of estimating the direction of arrival of an incoming signal in the above-mentioned frequency band and passing the result to a downstream circuit, various methods can be applied in terms of the type, number, arrangement, driving method, etc. of the antenna.
周波数変換部12は、アンテナ装置11により受信された受信信号(無線信号)を入力し、該受信信号を中間周波数帯の信号(IF信号)に変換する処理を行う。
The
AD変換部13は、周波数変換部12で周波数変換された受信信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換して信号分離部14に出力する。AD変換部13は、上述したアンテナ装置11、周波数変換部12とともに受信部20aを構成している。
The
信号分離部14は、AD変換部13から入力するデジタル信号、すなわち、上述した監視エリア8の所定の空間内の各測定地点での混在した無線信号を、複数の信号源110のいずれかから送出された信号に分離する信号分離処理を行う。
The
信号解析部15は、信号分離部14で分離された信号(各信号源110からの当該測定地点への到来信号)を入力し、当該到来信号の到来方向を推定するために必要な信号解析処理を行う。具体的に、信号解析部15は、信号分離部14から入力する複数の信号源110からの到来信号を個別に処理する複数の解析処理部15a、15b、...、15nを有している。各解析処理部15a、15b、...、15nは、信号源110ごとに到来方向推定のための解析処理を行うものであり、それぞれが同様の構成、すなわち、MUSIC解析処理部16a、及びビームフォーミング解析処理部16bを有して構成されている。
The
ここでMUSIC解析処理部16aは、信号分離部14で分離されたそれぞれの信号(入力信号)のMUSIC角度スペクトラム(図8参照)を生成する処理回路であり、ビームフォーミング解析処理部16bは、上述したそれぞれの信号(入力信号)のビームフォーミング角度スペクトラム(図9参照)を生成する処理回路である。
Here, the MUSIC
到来方向推定部17は、本発明の到来方向推定手段に相当し、解析処理部15a、15b、...、15nにそれぞれ対応して設けられる単一化処理部17a、17b、...、17nを有して構成されている。単一化処理部17a、17b、...、17nは、それぞれ、解析処理部15a、15b、...、15nのMUSIC解析処理部16aによって求められたMUSIC角度スペクトラムと、同じく解析処理部15a、15b、...、15nのビームフォーミング解析処理部16bによって求められたビームフォーミング角度スペクトラムとに基づいて個々の信号源110ごとにその到来方向推定結果を一つにまとめて単一化到来方向推定結果として出力する単一化処理を実施するものである。
The direction of
具体的に、例えば、単一化処理部17aは、信号分離部14で分離された一つ目の信号源110に対応する入力信号から解析処理部15aのMUSIC解析処理部16aにより求められたMUSIC角度スペクトラムのピークのうち、解析処理部15aのビームフォーミング解析処理部16bにより求められたビームフォーミング角度スペクトラムにおける最大レベルに最も近いピークを単一化到来方向推定結果として出力する。同様に、単一化処理部17b、...、17nは、信号分離部14で分離されたそれぞれの信号源110に対応する入力信号から解析処理部15b、...、15nのMUSIC解析処理部16aによりそれぞれ求められたMUSIC角度スペクトラムのピークのうち、解析処理部15b、...、15nのビームフォーミング解析処理部16bによりそれぞれ求められたビームフォーミング角度スペクトラムにおける最大レベルに最も近いピークをそれぞれ単一化到来方向推定結果として出力するようになっている。
Specifically, for example, the
外部I/F部18は、単一化処理部17a、17b、...、17nによって導き出されたそれぞれの信号源110の単一化到来方向推定結果を、ネットワーク9を介して、順次、制御部30に伝送するためのインターフェース機能部である。ここで制御部30に伝送するそれぞれの信号源110の単一化到来方向推定結果には、例えば、各測定地点(センサー装置10の配置位置)の位置情報(図10参照)等が付加されている。センサー装置10において、信号分離部14、信号解析部15、到来方向推定部17、外部I/F部18は、到来方向解析部20bを構成している。
The external I/
次に、制御部30の構成について説明する。制御部30は、例えば、PC(パーソナル・コンピュータ)等のコンピュータ装置によって構成される。このコンピュータ装置は、例えば、図3に示すように、CPU(Central Processing Unit)31と、ROM(Read Only Memory)32と、RAM(Random Access Memory)33と、外部I/F部34と、データベース35と、図示しないハードディスク装置等の不揮発性の記憶媒体と、各種入出力ポートとを有する。
Next, the configuration of the
CPU31は、格子センサーネットワークシステム1における所望の信号源110の位置推定処理に係る統括的な制御を行うようになっている。ROM32は、CPU31を立ち上げるためのOS(Operating System)やその他のプログラム及び制御用のパラメータ等を記憶するようになっている。RAM33は、CPU31が動作に用いるOSやアプリケーションの実行コードやデータ等を記憶するようになっている。
The
外部I/F部34は、所定の信号が入力される入力インターフェース機能と所定の信号を出力する出力インターフェース機能を有している。外部I/F部34は、ネットワーク9を介して上述した複数のセンサー装置10に対して通信可能に接続されている。ネットワーク9は、センサー装置10と有線により接続される(図1~図3参照)ものに限らず、無線により接続されるものであってもよい。
The external I/
コンピュータ装置の入出力ポートには、入力部36及び表示部37が接続されている。
An
入力部36は、コマンドなど各種情報を入力するための機能部であり、キーボード、マウス等の入力装置により構成されている。本実施形態において、入力部36は、位置推定対象の信号源110、すなわち、ターゲット信号源TGの設定(機種、周波数範囲等)、位置推定処理の開始、或いは終了のコマンドの入力を行う機能等を備えていてもよい。
The
表示部37は、格子センサーネットワークシステム1の運用に係る各種の情報(コマンド等)の入力画面や測定結果など、各種情報を表示するための機能部である。表示部37は、上記入力画面等の表示中の画面から種々の情報を入力可能なタッチパネル等で構成されていてもよい。
The
上述したコンピュータ装置は、CPU31がRAM33を作業領域としてROM32に格納されたプログラムを実行することにより制御部30として機能する。制御部30は、図3に示すように、装置制御部40、データ制御部50を有している。装置制御部40、及びデータ制御部50も、CPU31がRAM33の作業領域でROM32に格納された所定のプログラムを実行することにより実現されるものである。
The computer device described above functions as the
装置制御部40は、予め設定した監視条件に基づく信号源位置推定処理に係る装置全体の制御を行うとともに、各センサー装置10の遠隔制御を行うものである。これを実現すべく、装置制御部40は、監視条件設定機能、通信制御機能、アンテナ制御機能を有している。
The
監視条件設定機能は、ユーザ操作に基づいて監視エリア8を対象とする信号源位置推定処理に係る監視条件(各種の設定項目)の設定を行う機能部である。上記設定項目としては、例えば、センサー装置10により到来方向を推定する信号の周波数範囲(到来方向推定対象周波数帯)、到来方向が推定された信号を送出している信号源110のうちのターゲット信号源TGとする信号源110、ターゲット信号源TGの詳細位置推定に使用する格子マス81aの近辺のセンサー装置10の個数などが挙げられる。監視条件設定機能は、例えば、5Gの運用を考慮し、到来方向推定対象周波数帯として、3.7GHz帯、4.7GHz帯、28GHz帯のいずれかを設定する構成であってもよい。
The monitoring condition setting function is a functional unit that sets monitoring conditions (various setting items) related to the signal source position estimation process targeting the
通信制御機能は、制御部30と各センサー装置10との間の通信制御を行う機能部である。通信制御機能は、例えば、センサー装置10に信号到来方向推定動作の開始指示を送出し、センサー装置10での受信動作を開始させる。
The communication control function is a functional unit that controls communication between the
また、通信制御機能は、受信動作を開始したセンサー装置10により、アンテナ装置11で受信された混在した無線信号から分離した信号ごとの到来方向の推定が実施されると、その到来方向の推定結果をセンサー装置10から受信する通信制御を行う。到来方向推定結果の受信が終了すると、通信制御機能は、例えば、センサー装置10に信号到来方向推定動作の終了指示を送出し、受信動作を停止させる。この他、通信制御機能は、必要に応じて、センサー装置10の各部(受信部20a、到来方向解析部20b等)を制御するための制御データを送受信する制御を実行する。
The communication control function also controls communication to receive the estimated results of the direction of arrival from the
アンテナ制御機能は、通信制御機能での通信制御により、センサー装置10のアンテナ装置11におけるアンテナ方向などの機械的な制御を行う。
The antenna control function performs mechanical control such as the antenna direction of the antenna device 11 of the
データ制御部50は、データ管理機能、格子マス推定機能、信号源位置推定機能、表示制御機能を有している。データ管理機能は、各センサー装置10から送られてくる単一化到来方向推定結果を受信してデータベース35に格納する処理、格納した単一化到来方向推定結果をデータベース35から読み出して信号源位置推定機能に渡す処理を実行する。
The data control
ここでデータ管理機能は、各センサー装置10から送られてくる単一化到来方向推定結果等を、例えば、図10に示すように、前述した位置情報(各センサー装置10の配置位置)が付加された状態で到来方向推定結果データ56としてまとめ、データベース35への格納、或いは読み出し処理を実施する制御機能を有していてもよい。
The data management function here may have a control function for consolidating the unified arrival direction estimation results, etc. sent from each
図10に示す到来方向推定結果データ56は、上述した64個のセンサー装置10にそれぞれ対応して、配置位置、到来信号源数、信号の到来方向、到来信号情報等の情報を格納した構成を有している。図10に示す到来方向推定結果データ56においては、到来信号源数は、各センサー装置10の配置位置ごとに異なっている。また、同じ信号でも、配置場所が違えば、到来方向が異なっている。信号の到来方向は、例えば、図11において、センサー装置10-11を例に挙げて到来方向を示す円形の図を付記しているように(他のセンサー装置10についても同じ)、0°(度)から360度の範囲を推定する際の推定結果を示している。到来信号情報としては、受信レベル等の種々の情報が格納されている。
The arrival direction
図10に示す到来方向推定結果データ56の例によれば、例えば、センサー装置10-11、10-12では到来信号源であるそれぞれの信号源A、B、Cから到来する3つの信号が受信され、センサー装置10-53、10-54、10-63、10-64では到来信号源であるそれぞれの信号源F、G、Hから到来する3つの信号が受信され、センサー装置10-88では到来信号源であるそれぞれの信号源J、Kから到来する2つの信号が受信され、それぞれの信号の到来方向が推定されている。
According to the example of arrival direction
また、データ管理機能は、各センサー装置10による到来方向推定処理の開始に先立ってユーザが複数の信号源110のうちからターゲット信号源TG、或いは他信号源NTGを任意に設定できるように、各信号源110を識別する情報を管理する機能を有している。各信号源110を識別する情報を管理する手法としては、例えば、各信号源110の機種や周波数帯等の属性情報を記憶した属性情報管理テーブルをROM32に予め格納しておき、データ管理機能が、ユーザによって入力される属性情報に合致する信号源110を特定し、当該信号源110をターゲット信号源TGとして設定する機能構成を有していてもよい。
The data management function also has a function of managing information identifying each
格子マス推定機能は、データ管理機能から取得した到来方向推定結果データ56に基づき、監視エリア8内におけるユーザが設定した所望の信号源110(ターゲット信号源TG)が所在している格子マス81aを推定する、すなわち、上述した大雑把な位置推定処理を行う機能部であり、図3のデータ制御部50における格子マス推定部51に相当する。格子マス推定部51は、本発明の格子マス推定手段を構成している。
The lattice mass estimation function estimates the
格子マス推定部51は、後で図6、図7を参照して詳述するように、それぞれのセンサー装置10による到来方向推定結果に対し、センサー装置10が配置される行単位に当該行のセンサー装置10による到来方向推定結果をサーチする縦方向サーチプロセス(図6のステップS51の「縦方向の推定」参照)と、センサー装置10が配置される列単位に当該列のセンサー装置10による到来方向推定結果をサーチする横方向サーチプロセス(図6のステップS52の「横方向の推定」参照)と、を実施する。
As will be described in detail later with reference to Figures 6 and 7, the lattice
縦方向サーチプロセスでは、最下段の行から一行ずつ上に遷移させながら所望の信号源110からの信号の到来方向が上か、または下かを当該行上のセンサー装置10の到来方向推定結果間での多数決判定により決定し、到来方向が上から下に変化した行とその直前の行との間の一行の格子マスを縦方向格子マス候補として特定し(図7のステップS61~S63参照)、横方向サーチプロセスでは、左端の列から一列ずつ右の列に遷移させながら到来方向が右か左かを当該列のセンサー装置10の到来方向推定結果間での多数決判定により決定し、到来方向が右から左に変化した列とその直前の列との間の一列の格子マスを横方向格子マス候補として特定した(図7のステップS64~S66参照)うえで、縦方向格子マス候補の行と横方向格子マス候補の列とに基づき所望の信号源110が所在する、例えば、図11に示す格子マス82a(図6のステップS53、図7のステップS67、図11参照)を推定するようになっている。
In the vertical search process, the arrival direction of the signal from the desired
ここで格子マス推定部51は、縦方向サーチプロセスにおいて、信号の到来方向が水平であるとの判定がなされた場合には、さらに1つ先の行へ遷移して当該行についての縦方向サーチプロセスを実行し、横方向サーチプロセスにおいて、信号の到来方向が垂直であるとの判定がなされた場合には、さらに1つ先の列へ遷移して当該列についての横方向サーチプロセスを実行するような構成であってもよい。
The lattice
信号源位置推定機能は、上述したデータ管理機能から取得した到来方向推定結果データ56のうちの、上述した格子マス推定部51によって推定された格子マス81aの近辺の領域82内の所定数のセンサー装置10に対応する到来方向推定結果に基づき、監視エリア8内における所望の信号源110の所在位置を推定する、すなわち、上述した詳細位置推定処理を行う機能部であり、図3の制御部30のデータ制御部50における信号源位置推定部52に相当する。
The signal source position estimation function is a functional unit that estimates the location of the desired
具体的に、信号源位置推定部52は、センサー装置10が例えば図11に示すように8行8列に64個配置され、そのうちの4つずつのセンサー装置10で囲まれる49個の格子マス81が形成され得る構成である場合には、格子マス推定部51によって推定された、所望の信号源110(ターゲット信号源TG)が所在する格子マス81aの近辺の例えば4個、16個、36個のうちの予め設定したいずれかの個数のセンサー装置10による到来方向推定結果、当該各センサー装置10の位置情報等に基づいて監視エリア8内における当該ターゲット信号源TGの位置を推定するようになっている。
Specifically, in a configuration in which 64
表示制御機能は、表示部37に対して各種情報を表示する表示制御を実施する機能部である。表示制御の一例として、表示制御機能は、信号源位置推定部52によって推定したターゲット信号源TGの位置をユーザに対して明示すべく、例えば、監視エリア8を模した監視マップ上のターゲット信号源TGの位置に対応する個所にターゲット信号源TGであることを示すマークを表示する等の表示制御機能を備えた構成であってもよい。
The display control function is a functional unit that performs display control to display various information on the
次に、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1の信号源位置推定処理動作について図4に示すフローチャートを参照して説明する。ここでは、8行8列で64個のセンサー装置10を配置するシステム構成(図11参照)を例に挙げて説明する。
Next, the signal source position estimation process operation of the lattice
本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1では、信号源位置推定処理の開始に先立って、当該信号源位置推定処理に必要な設定項目を設定する開始前設定処理を行う(ステップS1)。開始前設定処理は、例えば、表示部37に設定画面を表示し、その設定画面に表示される各設定項目の設定欄に対する入力部36からの設定値の入力を受け付けることにより行うことができる。ここで制御部30では、装置制御部40の監視条件設定機能が、ユーザによるターゲット信号源TG、到来方向推定対象周波数帯、領域82(図11参照)に含まれるセンサー装置数等の設定項目の入力(設定操作)を受け付けてその入力された各項目を設定する処理を行う。
In the lattice
次いで、制御部30では、ユーザによる、例えば、入力部36での信号源位置推定処理の開始操作を受け付ける(ステップS2)。この開始操作は、例えば、上述した設定画面に表示されている「開始」ボタンを押下することにより行うことができる。
Next, the
ステップS2において信号源位置推定処理の開始操作が受け付けられると、制御部30では、装置制御部40が、各センサー装置10に対して信号到来方向推定動作の開始指示を送出する(ステップS3)。
When an operation to start the signal source position estimation process is accepted in step S2, the
各センサー装置10は、制御部30から信号到来方向推定動作の開始指示を受信すると、それぞれの配置箇所で受信されている信号の到来方向を推定する処理を実施する(ステップS4)。ステップS4における各センサー装置10での信号到来方向推定処理は、制御部30の装置制御部40による遠隔制御により実施される。この遠隔制御により、各センサー装置10では、それぞれの配置地点で受信される信号、すなわち、当該配置地点の周辺に存在している信号源110から到来する信号の到来方向を信号源110ごとに推定する処理を実行する。
When each
ステップS4での到来方向推定処理について、図5を参照して詳しく説明する。図5に示すように、到来方向推定処理において、制御部30では、アンテナ制御機能によってそれぞれのセンサー装置10の受信部20aにおけるアンテナ装置11を遠隔制御し、監視条件設定機能により予め設定した周波数帯の無線信号を当該それぞれのセンサー装置10の配置地点における到来信号としてアンテナ装置11で受信させる(ステップS40)。
The direction-of-arrival estimation process in step S4 will be described in detail with reference to FIG. 5. As shown in FIG. 5, in the direction-of-arrival estimation process, the
次いで、各センサー装置10の受信部20aでは、アンテナ装置11により受信された当該配置地点への到来信号(受信信号)を周波数変換部12により周波数変換し、さらに該周波数変換後の無線信号をAD変換部13でアナログ信号からデジタル信号に変換して到来方向解析部20bの信号分離部14に入力する。信号分離部14は、入力する無線信号から当該配置地点でその周囲から到来する複数の信号源成分(各信号源110からそれぞれ送出される信号)をそれぞれ分離する信号分離処理を実施し(ステップS41)、該分離した信号源成分を信号解析部15へ入力する。
Next, in the receiving
信号解析部15において、信号分離部14で分離された各信号源成分は、当該信号源110ごとに、それぞれ、解析処理部15a、15b、...、15nへ入力される。ここで解析処理部15a、15b、...、15nは、信号分離部14から入力するそれぞれの信号源成分を取り込み、当該信号成分ごとに当該信号の到来方向を推定するための解析処理を実施する(ステップS42)。
In the
ステップS42での到来方向を推定するための解析処理について、センサー装置10では、MUSIC法による解析処理(ステップS43)と、ビームフォーミング法による解析処理(ステップS44)を実施する。
For the analysis process to estimate the direction of arrival in step S42, the
具体的に、上記ステップS43において、解析処理部15a、15b、...、15nは、MUSIC解析処理部16aが上記入力信号のMUSIC角度スペクトラム(図8参照)を生成する。
Specifically, in step S43, the
他方、上記ステップS44において、解析処理部15a、15b、...、15nは、ビームフォーミング解析処理部16bが上記入力信号のビームフォーミング角度スペクトラム(図9参照)を生成する。MUSIC解析処理部16a、ビームフォーミング解析処理部16bは、それぞれが生成した信号源110ごとのMUSIC角度スペクトラム、ビームフォーミング角度スペクトラムを、到来方向推定部17の単一化処理部17a、17b、...、17nへそれぞれ入力する。
On the other hand, in step S44, the beamforming
引き続き、単一化処理部17a、17b、...、17nは、MUSIC法による解析結果とビームフォーミング法による解析結果とから一つの到来方向推定結果(角度)を導出する単一化処理を実施する(ステップS45)。この単一化処理については、上述した単一化処理条件、すなわち、「ビームフォーミング法による角度スペクトラムの最大レベル(ピーク角度)に最も近いMUSIC法による角度スペクトラムのピーク角度」が事前に設定されている。ステップS45において、単一化処理部17a、17b、...、17nは、解析処理部15a、15b、...、15nからそれぞれ入力する信号源110ごとのMUSIC角度スペクトラムと、ビームフォーミング角度スペクトラムから、上記単一化処理条件を満足する単一化到来方向推定結果を導出するようになっている。
The
ステップS45での単一化処理について、図8、及び図9を参照してさらに詳しく説明する。図8は、MUSIC法により解析された到来信号のMUSIC角度スペクトラムの一例を示し、図9は、ビームフォーミング法により解析された到来信号のビームフォーミング角度スペクトラムの一例を示している。 The unification process in step S45 will be described in more detail with reference to Figures 8 and 9. Figure 8 shows an example of the MUSIC angle spectrum of an incoming signal analyzed by the MUSIC method, and Figure 9 shows an example of the beamforming angle spectrum of an incoming signal analyzed by the beamforming method.
図8、図9に示すように、MUSIC角度スペクトラム、ビームフォーミング角度スペクトラムのいずれも、横軸を角度、縦軸を信号レベルとし、到来信号の到来方向(角度)をその信号レベルに関連付けて表わすものになっている。MUSIC角度スペクトラム、ビームフォーミング角度スペクトラムからは、縦軸における信号レベルのピークを読み取り、上記ピークに対応する横軸上の角度を、当該角度スペクトラムを有する到来信号の到来方向(角度)として推定することができる。 As shown in Figures 8 and 9, both the MUSIC angle spectrum and the beamforming angle spectrum have the angle on the horizontal axis and the signal level on the vertical axis, and show the direction of arrival (angle) of the incoming signal in relation to the signal level. From the MUSIC angle spectrum and the beamforming angle spectrum, the peak of the signal level on the vertical axis can be read, and the angle on the horizontal axis corresponding to said peak can be estimated as the direction of arrival (angle) of the incoming signal having that angle spectrum.
MUSIC角度スペクトラム(図8参照)とビームフォーミング角度スペクトラム(図9参照)を比較すると、前者は後者に比べてピークの角度分解能が高いという特徴があり、後者は受信レベルが反映されるが前者は反映されないという特徴を持つ。この点を勘案し、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1では、信号解析部15での信号解析結果に基づいて信号到来方向を単一化する単一化処理方法として、ビームフォーミング角度スペクトラム上に現れる最大レベルに最も近いMUSIC角度スペクトラム上のピークを求め、そのピークに対応する角度を到来方向として推定する推定処理方法を適用している。
Comparing the MUSIC angle spectrum (see Figure 8) and the beamforming angle spectrum (see Figure 9), the former has the characteristic of having a higher angular resolution of the peak compared to the latter, and the latter has the characteristic of reflecting the reception level while the former does not. Taking this into consideration, the lattice
到来方向推定部17での信号到来方向の単一化処理の具体例を挙げると、図8及び図9に示される信号源#0、#1のうち、例えば、信号源#0について、単一化処理部17a、17b、...、17nは、図9におけるビームフォーミング角度スペクトラムから最大レベルに対応する角度(-10°)を読み取り、次いで図8のMUSIC角度スペクトラムにおける上述した角度(-10°)に最も近いピーク(=-9°)を信号源#0からの信号の到来方向として推定する処理を実施するようになっている。
As a specific example of the signal arrival direction unification process in the arrival
同様にして、信号源#1について、単一化処理部17a、17b、...、17nは、図9におけるビームフォーミング角度スペクトラムから最大レベルに対応する角度(5°)を読み取り、次いで図8のMUSIC角度スペクトラムにおける上述した角度(5°)に最も近いピーク(=5°)を信号源#1からの信号の到来方向と推定する処理を実施する。
Similarly, for
このように、各センサー装置10の到来方向推定部17では、信号源#0、または#1について、それぞれ、ビームフォーミング角度スペクトラムとMUSIC角度スペクトラムとの2つの到来方向推定結果から単一到来方向推定結果を導出する単一化処理機能を有している。この単一化処理は、単一化処理部17a、17b、...、17nにより、そこに入力されてくる信号源110ごとに実施される。これにより、各センサー装置10では、図5のステップS45において、例えば、上述した信号源#0、#1についての単一化到来方向推定結果を得ることが可能となる。
In this way, the direction of
到来方向推定部17は、上記ステップS45において単一化処理部17a、17b、...、17nにより導出された信号源110ごとの単一化到来方向推定結果を、外部I/F部18を介して制御部30へと送出する(ステップS46)。
The direction of
ここで再び図4に戻って、所望の信号源110の位置推定処理動作について説明する。制御部30では、ステップS3で各センサー装置10に対して信号到来方向推定処理の開始を指示した後、当該指示に応じて信号到来方向推定処理を行う各センサー装置10の単一化処理部17a、17b、...、17nから送られてくる単一化到来方向推定結果を外部I/F部34を介して受信し、到来方向推定結果データ56(図10参照)としてまとめたうえでデータベース35に格納する(ステップS5)。
Now, returning to FIG. 4, the operation of the position estimation process for the desired
続いて制御部30では、例えば、データ制御部50内に設けられる格子マス推定部51が、ステップS1で設定されているターゲット信号源TGが所在する格子マス81aを推定する処理を実行する(ステップS6)。
Next, in the
ステップS6での格子マス推定処理について、図6、及び図7を参照してさらに詳しく説明する。図6は、図4のステップS6における制御部30での格子マス推定処理動作を示すフローチャートである。図7は、図6の格子マス推定処理動作における状態遷移を示している。
The lattice mass estimation process in step S6 will be described in more detail with reference to Figs. 6 and 7. Fig. 6 is a flowchart showing the lattice mass estimation process operation in the
ステップS6での格子マス推定処理において、データ制御部50の格子マス推定部51は、ステップS5でデータベース35に格納した到来方向推定結果データ56を検索対象とし、ステップS1でターゲット信号源TGとして設定されている所望の信号源110について、その信号源110が送出する信号の到来方向の推定結果をサーチする縦方向サーチプロセス(縦方向の推定)を監視エリア8内に配置されたセンサー装置10の行単位に実行する(ステップS51)。
In the lattice mass estimation process in step S6, the lattice
縦方向サーチプロセスにおいて、格子マス推定部51は、監視エリア8における最下段の行から一行ずつ上の行に遷移させながら到来方向が上かまたは下かを当該行上の8個のセンサー装置10間での多数決判定により決定し、多数決判定が上から下に変化した行とその直前の行との間の1行7連の格子マス81を縦方向格子マス候補として特定する。
In the vertical search process, the lattice
上記縦方向サーチプロセスが終わると、次いで格子マス推定部51は、所望の信号源110について、その信号源110が送出する信号の到来方向の到来方向推定結果をサーチする横方向サーチプロセス(横方向の推定)を監視エリア8内に配置されたセンサー装置10の列単位に実行する(ステップS52)。横方向サーチプロセスにおいて、格子マス推定部51は、監視エリア8における左端から1列ずつ右の列に遷移させながら到来方向が右か左かを当該列上の8個のセンサー装置10間での多数決判定により決定し、多数決判定が右から左に変化した列とその直前の列との間の1列7連の格子マス81を横方向格子マス候補として特定する。
After the vertical search process is completed, the lattice
上記横方向サーチプロセスが終了すると、さらに格子マス推定部51は、上記ステップS51で特定された縦方向格子マス候補の行と、上記ステップS52で特定された横方向格子マス候補の列とに基づいて、これらの行と列が交わる格子マス81を所望の信号源110が所在する格子マス81aとして推定する処理を実施する(ステップS53)。
When the horizontal search process is completed, the lattice
上記ステップ51~S53の処理を経て、所望の信号源110が所在する格子マス81aとして推定する処理が終了すると、図4のステップS7以降の処理へ進む。
After steps S51 to S53, when the process of estimating the
上記ステップS51、S52、及びS53の処理について、図7、図11を参照してさらに詳しく説明する。 The processing of steps S51, S52, and S53 will be explained in more detail with reference to Figures 7 and 11.
図7は、図6の格子マス推定処理における状態遷移を示している。図7において、ステップS61~S63は、図6のステップS51の縦方向の推定の処理(縦方向サーチプロセス)における状態遷移を示し、ステップS64~S66は、図6のステップS52の横方向の推定の処理(横方向サーチプロセス)における状態遷移を示している。ステップS67は、図6のステップS53の処理に対応している。 Figure 7 shows state transitions in the lattice mass estimation process of Figure 6. In Figure 7, steps S61 to S63 show state transitions in the vertical estimation process (vertical search process) of step S51 in Figure 6, and steps S64 to S66 show state transitions in the horizontal estimation process (horizontal search process) of step S52 in Figure 6. Step S67 corresponds to the process of step S53 in Figure 6.
図11は、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1におけるセンサー装置10の配置形態と、所望の信号源110-1(ターゲット信号源TG)が所在する格子マス81aの近辺のセンサー装置10の到来方向推定結果に基づくターゲット信号源TGの位置推定後の電波監視状態を示す模式図である。図11において、64個のセンサー装置10が8行8列の格子状に配置され、これらセンサー装置10の配置によって、監視エリア8には49個の格子マス81が形成されている。
Figure 11 is a schematic diagram showing the arrangement of the
図11において、センサー装置10の配置については、一番上の行から順に下の行にかけて、ぞれぞれ、1、2、3、4、5、6、7、8行目といい、図11の左端の列から順に右の列にかけて、ぞれぞれ、1、2、3、4、5、6、7、8列目というものとする。図11は、特に、6行目と5行目の間の格子マス行でかつ3列目と4列目の間の格子マス列が交差する位置の格子マス81がターゲット信号源TGの所在する格子マス81aとして認識され、当該格子マス81aの近辺の16個のセンサー装置10の到来方向推定結果に基づいてターゲット信号源TGの位置を推定した結果(図中、網掛けの丸)を示している。
In FIG. 11, the arrangement of the
図7に示すように、図6の格子マス推定処理(ステップS51~S53)は、縦方向サーチ初期のステップ(ステップS61)から開始される。ステップS61において、格子マス推定部51は、到来方向推定結果データ56を対象に、監視エリア8(図11参照)の8行目の8個のセンサー装置10のそれぞれで推定された到来方向が上か、下か、或いは水平かをサーチし、そのサーチ結果に基づいて到来方向が上か、または下か、若しくは水平かのいずれであるかを多数決によって判定する(この例では、上と下の多い方を到来方向がそれぞれ上、下と判定し、上と下が同数のときに到来方向が水平と判定する)。
As shown in FIG. 7, the lattice mass estimation process (steps S51 to S53) in FIG. 6 starts from the initial step of the vertical search (step S61). In step S61, the lattice
上記多数決判定において、到来方向が下であると判定された場合(ステップS61で「下」)、格子マス推定部51は処理を終了する。
If the majority decision determines that the direction of arrival is downward ("Down" in step S61), the lattice
また、上記多数決判定において、到来方向が水平であると判定された場合(ステップS61で「水平」)、格子マス推定部51は、ステップS62へと処理を進める。
If the majority decision determines that the direction of arrival is horizontal ("horizontal" in step S61), the lattice
また、ステップS61の縦方向サーチ初期の処理での上記多数決判定において、到来方向が上であると判定された場合(ステップS61で「上」)も、格子マス推定部51は、ステップS62に処理を進める。ステップS62において、格子マス推定部51は、縦方向サーチ継続の処理を実施する。ここで格子マス推定部51は、到来方向推定結果データ56を対象に、監視エリア8の7行目の8個のセンサー装置10のそれぞれで推定された到来方向が上か、下か、水平かをサーチし、そのサーチ結果に基づいて到来方向が上か、または下か、若しくは水平かのいずれであるかを多数決で判定する(ステップS62)。
Also, if the majority decision in the initial vertical search processing in step S61 determines that the direction of arrival is up ("up" in step S61), the lattice
上記ステップS62での上記多数決判定において到来方向推定結果が上と判定された場合、及び水平と判定された場合(ステップS62で「上・水平」)、格子マス推定部51は、サーチ対象の行をさらに一つ上の行へと進めたうえで当該ステップS62の処理を続行する。
If the result of the direction of arrival estimation is determined to be up or horizontal in the majority decision in step S62 ("up and horizontal" in step S62), the lattice
すなわち、ステップS62において、格子マス推定部51は、到来方向推定結果データ56を対象に、監視エリア8の7行目、6行目、5行目、4行目、3行目、2行目、1行目の順番で各行のそれぞれのセンサー装置10で推定された到来方向を用いた多数決判定を実施する。
That is, in step S62, the grid
その間、格子マス推定部51は、各行の多数決判定において到来方向が上であると判定された場合、及び水平であると判定された場合(ステップS62で「上・水平」)には、サーチ対象の行をさらに一つ上へと進めたうえで当該ステップS62の処理を続行する。
During that time, if the majority decision for each row determines that the direction of arrival is upward, or horizontal ("upward and horizontal" in step S62), the lattice
これに対し、各行の多数決判定において到来方向が下であると判定された場合(ステップS62で「下」)、格子マス推定部51は、サーチ対象の行を一つ上の行へ進めることを止め、このときに到来方向が下であると判定された行とその一つ前の行との間の横並びの7個の格子マス81を縦方向格子マス候補と決定する(ステップS63)。
In contrast, if the majority decision for each row determines that the direction of arrival is downward (step S62: "Down"), the lattice
このように、格子マス推定部51は、上記ステップS61~S63の一連の動作遷移により、格子状配置の8行目から順に1行目までそれぞれ8個のセンサー装置10の到来方向推定結果を用いた多数決判定を行っていき、多数決判定の結果が上から下に転じた行とその一つ前の行との間の1行7連の格子マス81を縦方向格子マス候補として選定する。一例を挙げると、例えば、図11に示すように監視エリア8内の信号源110-1をターゲット信号源TGとして該ターゲット信号源TGが所在する格子マス81aを推定した場合、5行目の多数決判定において、多数決判定の結果が上から下に転じ、6行目と5行目との間の横並びの7つの格子マス81が縦方向格子マス候補として選定される。
In this way, the lattice
上記ステップS63において縦方向格子マス候補を決定した後、格子マス推定部51は、横方向サーチ初期のステップ(ステップS64)へと処理を進める。ステップS64において、格子マス推定部51は、到来方向推定結果データ56を対象に、監視エリア8の一番左の列の8個のセンサー装置10のそれぞれで推定された到来方向が右か、左か、若しくは垂直かのいずれであるかをサーチし、そのサーチ結果に基づいて到来方向が右か、左か、或いは垂直かを多数決によって判定する(この例では、右と左の多い方を到来方向がそれぞれ右、左と判定し、右と左が同数のときに到来方向が垂直と判定する)。
After determining the vertical lattice mass candidates in step S63, the lattice
上記多数決判定において、到来方向が左であると判定された場合(ステップS64で「左」)、格子マス推定部51は処理を終了する。
If the majority decision determines that the direction of arrival is left ("Left" in step S64), the lattice
また、ステップS64の横方向サーチ初期の処理での上記多数決判定において、到来方向が垂直であると判定された場合(ステップS64で「垂直」)、格子マス推定部51は、ステップS65に処理を進める。
Also, if the majority decision in the initial processing of the horizontal search in step S64 determines that the direction of arrival is vertical ("vertical" in step S64), the lattice
また、上記ステップS64での上記多数決判定において、到来方向が右であると判定された場合(ステップS64で「右」)も、格子マス推定部51は、ステップS65に遷移する。ステップS65において、格子マス推定部51は、横方向サーチ継続の処理を実施する。ここで格子マス推定部51は、到来方向推定結果データ56を対象に、監視エリア8の2列目の8個のセンサー装置10のそれぞれで推定された到来方向が右か、左か、垂直かをサーチし、そのサーチ結果に基づいて到来方向が右か、または左か、若しくは垂直かのいずれであるかを多数決で判定する(ステップS65)。
Also, if the majority decision in step S64 determines that the direction of arrival is to the right (step S64: "Right"), the lattice
ステップS65での上記多数決判定において到来方向推定結果が右と判定された場合、及び垂直と判定された場合(ステップS65で「右・垂直」)、格子マス推定部51は、サーチ対象の列をさらに一つ右の列へと進めたうえで当該ステップS65の処理を続行する。
If the result of the direction of arrival estimation is determined to be right in the majority decision in step S65, or if the result is determined to be vertical ("right/vertical" in step S65), the lattice
すなわち、ステップS65において、格子マス推定部51は、到来方向推定結果データ56を対象に、監視エリア8の2列目、3列目、4列目、5列目、6列目、7列目、8列目の順番で各列のそれぞれのセンサー装置10で推定された到来方向を用いた多数決判定を実施する。
That is, in step S65, the grid
その間、格子マス推定部51は、各列の多数決判定において到来方向が右であると判定された場合、及び垂直であると判定された場合(ステップS65で「右・垂直」)には、サーチ対象の列をさらに一つ右へと進めたうえで当該ステップS65の処理を続行する。
During that time, if the majority decision for each column determines that the direction of arrival is right, or vertical (step S65: "right/vertical"), the lattice
これに対し、各列の多数決判定において到来方向が左であると判定された場合(ステップS65で「左」)、格子マス推定部51は、サーチ対象の列を一つ右の列へ進めることを止め、このときに到来方向が左であると判定された列とその一つ前の列との間の縦並びの7個の格子マス81を横方向格子マス候補と決定する(ステップS66)。
In contrast, if the majority decision for each column determines that the direction of arrival is to the left (step S65: "left"), the lattice
このように、格子マス推定部51は、上記ステップS64~S66の一連の動作遷移により、格子状配置の1列目から順に8列目までそれぞれ8個のセンサー装置10の到来方向推定結果を用いた多数決判定を行っていき、多数決判定の結果が右から左に転じた列とその一つ前の列との間の1列7連の格子マス81を横方向格子マス候補として選定する。一例を挙げると、例えば、図11に示すように監視エリア8内の信号源110-1をターゲット信号源TGとして該ターゲット信号源TGが所在する格子マス81aを推定した場合、4列目の多数決判定において、多数決判定の結果が右から左に転じ、3列目と4列目との間の縦並びの7つの格子マス81が横方向格子マス候補として選定される。
In this way, the lattice
上記ステップS66において横方向格子マス候補を決定した後、格子マス推定部51は、所望の信号源110(例えば、図11の信号源110-1)が所在する格子マス81の位置を推定するステップ(ステップS67)へと処理を進める。
After determining the horizontal lattice mass candidates in step S66, the lattice
ここで格子マス推定部51は、上記ステップS63で決定した縦方向格子マス候補、及び上記ステップS66で決定した横方向格子マス候補と、に基づいて、ターゲット信号源TGが所在する格子マス81aの位置を推定する処理を実施する(ステップS67)。図11を例に挙げて説明すると、格子マス推定部51は、監視エリア8における縦方向格子マス候補である下から3個目の格子マス行と、同じく横方向格子マス候補である左から3個目の格子マス列とが交わった位置の格子マス81を特定し、該格子マス81をターゲット信号源TGが所在する格子マス81aとして推定するようになっている。
Here, the lattice
上述したように、図4のステップS6においては、図7に示す一連の状態遷移による図6のステップS51~S53の処理によって所望の信号源110が所在する格子マス81aの推定処理が実施される。格子マス81aの推定処理が完了すると、制御部30は図4のステップS7以降の処理を続行する。
As described above, in step S6 in FIG. 4, the process of estimating the
ここで再び図4に戻って、ステップS7以降の処理動作について説明する。データ制御部50の格子マス推定部51により、上記ステップS6でターゲット信号源TGが所在する格子マス81aを推定(図6、図7参照)した後、引き続き、信号源位置推定部52は、ステップS5でデータベース35に格納した到来方向推定結果データ56、及びステップS6での格子マス81aの推定結果に基づいて、監視エリア8内における所望の信号源110、すなわち、上記ステップS1で予め設定されたターゲット信号源TGの位置を推定する処理を実行する(ステップS7)。
Returning now to FIG. 4, the processing operations from step S7 onwards will be described. After the lattice
ステップS7において、信号源位置推定部52は、まず、上述した到来方向推定結果データ56を検索し、ステップS6で推定されたターゲット信号源TGが所在している格子マス81aの近辺の所定数のセンサー装置10を特定する(ステップS7a)。ここで特定すべき「格子マス81aの近辺のセンサー装置10の数」は、例えば、上記ステップS1でユーザにより予め設定できるようになっている。ここで設定し得る「格子マス81aの近辺のセンサー装置10の数」としては、センサー装置10を64個配置したシステム構成(図11参照)にあっては、例えば、4個、16個、36個等の個数が挙げられる。但し、設定し得る「格子マス81aの近辺のセンサー装置10の数」は、これらの個数に限られるものではなく、センサー装置10の個数などに応じて適宜な個数を設定することが可能である。
In step S7, the signal source
引き続き、信号源位置推定部52は、ステップS7aで特定した所定数のセンサー装置10それぞれの到来方向推定結果を到来方向推定結果データ56から読み出し、読み出した所定数のセンサー装置10の到来方向推定結果に基づいてターゲット信号源TGの監視エリア8内での位置を推定する処理を実施する(ステップS7b)。
The signal source
ステップS7でのターゲット信号源TGについての位置推定処理が終了すると、データ制御部50のデータ管理機能は、ターゲット信号源TGの位置推定結果を、例えば、データベース35の所定の格納領域に格納する(ステップS8)。ターゲット信号源TGの位置推定結果を格納した後、当該ターゲット信号源TGの位置推定に係る一連の処理を終了する。
When the position estimation process for the target signal source TG in step S7 is completed, the data management function of the
次に、図4のステップS7での所望の信号源110の位置推定処理について具体例を挙げてさらに詳しく説明する。ここで格子センサーネットワークシステム1は、例えば、図11に示すように64個のセンサー装置10を配置して構成され、図4のステップS1において、例えば、ターゲット信号源TGとして信号源110-1(図11参照)が指定(設定)され、ターゲット信号源TGが所在する格子マス81aの近辺のターゲット信号源TGの数として「16」が予め設定されているものとする。また、図4のステップS5において、制御部30のデータベース35には、例えば、図10に示す構成を有する到来方向推定結果データ56が格納されており、ターゲット信号源TGとして設定された信号源110-1は当該到来方向推定結果データ56中の信号源Fに相当するものとする。
Next, the position estimation process of the desired
この場合、図4のステップS7aにおいて、信号源位置推定部52は、ステップS6における格子マス推定結果から、ターゲット信号源TG(この例では、信号源F)が所在する格子マス81が格子マス81a(図11参照)であることを認識したうえで、該格子マス81aの周囲の、図11に点線で示す領域82内の16個のセンサー装置10-42、10-43、10-44、10-45、10-52、10-53、10-54、10-55、10-62、10-63、10-64、10-65、10-72、10-73、10-74、10-75を格子マス81a(ターゲット信号源TG)の近辺のセンサー装置10として特定する。
In this case, in step S7a of FIG. 4, the signal source
次いで、図4のステップS7bにおいて、信号源位置推定部52は、到来方向推定結果データ56から、ステップS7aで特定した16個(ターゲット信号源TGの近辺)のセンサー装置10それぞれの信号源Fからの到来信号の到来方向推定結果を検索し、これら16個のセンサー装置10それぞれの信号源Fからの到来信号の到来方向推定結果に基づいてターゲット信号源TGの位置を推定する。
Next, in step S7b of FIG. 4, the signal source
その際、信号源位置推定部52は、上記16個のセンサー装置10それぞれの信号源Fからの到来信号の到来方向を逆にたどってターゲット信号源TGの位置を推定する。
At that time, the signal source
簡単のため、ここでは、上記16個のセンサー装置10のうちの格子マス81aを規定する4個のセンサー装置10-53、10-54、10-63、10-64の信号源Fからの到来信号の到来方向推定結果に基づいてターゲット信号源TGの位置を推定する場合を例に挙げて説明する。
For simplicity's sake, here we will use as an example a case in which the position of the target signal source TG is estimated based on the results of estimating the direction of arrival of the incoming signal from the signal source F of the four sensor devices 10-53, 10-54, 10-63, and 10-64 that define the
この場合、信号源位置推定部52は、上記ステップS1で設定されたターゲット信号源TGの属性情報をキーにして到来方向推定結果データ56から信号源Fを検索し、さらに信号源Fが送出している信号を到来信号として受信している全てのセンサー装置10のうちの、上述した格子マス81aの直近の4個のセンサー装置10-53、10-54、10-63、10-64をそれぞれ特定する。さらに信号源位置推定部52は、特定したセンサー装置10-53、10-54、10-63、10-64による信号源Fからの到来信号の到来方向を総合的に勘案して当該到来信号を送信している信号源Fの位置を特定する。
In this case, the signal source
上述した信号源Fの位置特定の処理に際し、信号源位置推定部52は、到来方向推定結果データ56を検索することで、ターゲット信号源TGである信号源Fからの信号の到来方向について、センサー装置10-53では右下の方角(第1の方角:307度の方角)であり、センサー装置10-54では左下の方角(第2の方角:210度の方角)であり、センサー装置10-63では右上の方角(第3の方角:63度の方角)であり、センサー装置10-64では左上の方角(第4の方角:139度の方角)であることを認識する。
When performing the process of identifying the position of the signal source F described above, the signal source
次いで、信号源位置推定部52は、到来方向推定結果データ56からセンサー装置10-53、10-54、10-63、10-64の配置位置(位置情報)を認識する。図10、図11に示すように、これらセンサー装置10-53、10-54、10-63、10-64の監視エリア8内における配置位置は事前に分かっている。これにより、信号源位置推定部52は、センサー装置10-53、10-54、10-63、10-64の配置位置から上述した4つの方角(第1の方角から第4の方角)が指し示す位置を求め、その位置をターゲット信号源TGである信号源Fの位置として検出する。
Then, the signal source
ここでは、説明を簡単にするため、ターゲット信号源TGが所在する格子マス81aの直近のセンサー装置10-53、10-54、10-63、10-64それぞれでの信号源Fからの到来信号の到来方向推定結果を総合的に勘案してターゲット信号源TGの位置を推定する場合について説明したが、格子マス81aの周囲の領域82内の例えば16個のセンサー装置10-42、10-43、10-44、10-45、10-52、10-53、10-54、10-55、10-62、10-63、10-64、10-65、10-72、10-73、10-74、10-75による信号源Fからの到来信号の到来方向推定結果を参照する場合も同様の処理によってターゲット信号源TGの位置を推定することができる。
Here, for simplicity's sake, we have described a case where the position of the target signal source TG is estimated by comprehensively taking into account the results of estimating the direction of arrival of the signal from signal source F at each of the sensor devices 10-53, 10-54, 10-63, and 10-64 closest to the
このように、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1では、図4のステップS7における所望の信号源110(ターゲット信号源TG)の位置推定処理において、それ以前に推定されたターゲット信号源TGが所在する格子マス81aの近辺の予め設定した限られた数のセンサー装置10での到来方向推定結果を参照しつつ、例えば、図11に示すように、格子マス81a内の網掛けの丸によって示される位置をターゲット信号源TG(信号源110-1)の位置として特定することができる。
In this way, in the lattice
図11に示すように、監視エリア8内には、一例として挙げたターゲット信号源TG(信号源110-1)以外にも他の信号源110-2(NTG1)、110-3(NTG2)等が存在し得る。本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1では、上述した到来方向推定結果データ56における他の信号源NTG1、NTG2からの到来信号情報を参照することで、ターゲット信号源TGの場所における他の信号源NTG1、NTG2からの干渉状況を認識することもできるようになっている。なお、他の信号源110-2(NTG1)、110-3(NTG2)もターゲット信号源TGとして設定する(図4のステップS1参照)ことにより、位置推定対象とし得るものである。
As shown in FIG. 11, in addition to the target signal source TG (signal source 110-1) given as an example, other signal sources 110-2 (NTG1), 110-3 (NTG2), etc. may exist within the
以上説明したように、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1は、信号源110から送出される信号の到来方向を推定する到来方向推定部17を有する複数のセンサー装置10を監視エリア8内に格子状に配置し、所望の信号源110(ターゲット信号源TG)の近辺のセンサー装置10の信号の到来方向推定結果に基づいて監視エリア8内の所望の信号源110の位置を推定し、その位置における電波状況を監視するものである。
As described above, the lattice
本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1は、それぞれのセンサー装置10による到来方向推定結果に基づき、格子状の配置によって監視エリア8内に4つのセンサー装置10ごとに一区画ずつ形成される格子マス81のうち、所望の信号源110が所在する格子マス81aを推定する格子マス推定部51と、所望の信号源110が所在する格子マス81aの近辺の予め設定した所定数のセンサー装置10による到来方向推定結果に基づき、監視エリア8内における所望の信号源110の位置を推定する信号源位置推定部52と、を備えて構成される。
The lattice
この構成により、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1は、所望の信号源110の位置を推定する処理を、所望の信号源110が所在する格子マス81aの近辺の予め設定した所定数のセンサー装置10による到来方向推定結果に基づいて実施することができ、信号源からの距離を区別することなく全てのセンサー装置10による到来方向推定結果に基づいて所望の信号源110の詳細位置推定を行う場合に比べて、位置推定に係るデータ量及び処理負荷を低減することができるとともに、到来方向推定誤差の影響を低く抑えて所望の信号源110の位置推定精度を向上させることができる。また、格子マス81aの推定にも到来方向推定結果を使用することで、既存情報のみによる位置推定精度の向上を実現可能となる。
With this configuration, the lattice
また、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1において、格子マス推定部51は、それぞれのセンサー装置10による到来方向推定結果に対し、センサー装置10が配置される行単位に当該行のセンサー装置10により推定された信号の到来方向をサーチする縦方向サーチプロセスと、センサー装置10が配置される列単位に当該列のセンサー装置10により推定された信号の到来方向をサーチする横方向サーチプロセスと、を実施し、縦方向サーチプロセスでは、最下段の行から一行ずつ上の行に遷移させながら到来方向が上か、または下かを当該行のセンサー装置10の到来方向推定結果間での多数決判定により決定し、到来方向が上から下に変化した行とその直前の行との間の一行の格子マスを縦方向格子マス候補として特定し、横方向サーチプロセスでは、左端の列から一列ずつ右の列に遷移させながら到来方向が右か左かを当該列のセンサー装置10の到来方向推定結果間での多数決判定により決定し、到来方向が右から左に変化した列とその直前の列との間の一列の格子マスを横方向格子マス候補として特定し、縦方向格子マス候補と横方向格子マス候補とに基づき所望の信号源110が所在する格子マス81aを推定する構成を有する。
In addition, in the lattice
この構成により、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1は、簡単なアルゴリズムで縦方向サーチプロセス、及び横方向サーチプロセスを実施して所望の信号源が所在する格子マスを容易に推定することが可能となる。
With this configuration, the lattice
また、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1において、格子マス推定部51は、縦方向サーチプロセスにおいて、信号の到来方向が水平であるとの判定がなされた場合、1つ上の行へ遷移して当該行についての縦方向サーチプロセスを実行し、横方向サーチプロセスにおいて、信号の到来方向が垂直であるとの判定がなされた場合、1つ右の列へ遷移して当該列についての横方向サーチプロセスを実行する構成である。
In addition, in the lattice
この構成により、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1は、縦方向サーチプロセス中に信号の到来方向が水平であるとの判定がなされた場合、または、横方向サーチプロセス中に信号の到来方向が垂直であるとの判定がなされた場合、1つ先の行または列へ遷移して縦方向サーチプロセスまたは横方向サーチプロセスを滞りなく継続することができ、所望の信号源110の位置推定処理へと円滑に進むことができる。
With this configuration, the lattice
また、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1において、信号源位置推定部52は、所望の信号源110が所在する格子マス81aの近辺の領域82内の4個あるいは16個のうちのいずれかの個数のセンサー装置10による到来方向推定結果に基づき所望の信号源110の位置を推定する構成を有している。
In addition, in the lattice
この構成により、本実施形態に係る格子センサーネットワークシステム1は、詳細位置推定に全てのセンサー装置10の到来方向推定結果を用いる必要はなく、所望の信号源110が所在する格子マス81aの近辺の領域82内の4個あるいは16個のうちのいずれかの個数のセンサー装置10による到来方向推定結果に基づき所望の信号源110の位置を少ない処理負荷で精度よく推定することが可能となる。
With this configuration, the lattice
また、本実施形態に係る信号源位置推定方法は、信号源110から送出される信号の到来方向を推定する到来方向推定部17を有する複数のセンサー装置10を監視エリア8内に格子状に配置し、所望の信号源110(ターゲット信号源TG)の近辺のセンサー装置10の信号の到来方向推定結果に基づいて監視エリア8内の所望の信号源(TG)の位置を推定し、その位置における電波状況を監視する格子センサーネットワークシステムの信号源位置推定方法であって、それぞれのセンサー装置10による到来方向推定結果に基づき、格子状の配置によって監視エリア8内に4つのセンサー装置10ごとに一区画ずつ形成される格子マス81のうち、所望の信号源(ターゲット信号源TG)が所在する格子マス81aを推定する格子マス推定ステップ(S53)と、所望の信号源110が所在する格子マス81aの近辺の予め設定した所定数のセンサー装置10による到来方向推定結果に基づき、監視エリア8内における所望の信号源110の位置を推定する信号源位置推定ステップ(S7)と、を含む構成である。
The signal source position estimation method according to this embodiment is a signal source position estimation method for a lattice sensor network system in which a plurality of
この構成により、本実施形態に係る信号源位置推定方法は、上述のいずれかに記載の構成を有する格子センサーネットワークシステム1に適用することにより、所望の信号源110の位置を推定する処理を、所望の信号源110が所在する格子マス81aの近辺の予め設定した所定数のセンサー装置10による到来方向推定結果に基づいて実施することができる。これにより、全てのセンサー装置10による到来方向推定結果を基にして信号源110の詳細位置推定を行う場合に比べて、位置推定に係るデータ量及び処理負荷を低減することができるとともに、到来方向推定誤差の影響を低く抑えて所望の信号源110の位置推定精度を向上させることができる。また、格子マス81aの推定にも到来方向推定結果を使用することで、既存情報のみによる位置推定精度の向上を実現可能となる。
With this configuration, the signal source location estimation method according to this embodiment can be applied to a lattice
以上のように、本発明は、所望の信号源の位置推定に係る処理負荷を低減しつつ位置推定精度を向上させることが可能であるという効果を奏し、センサー装置を格子状に配置した格子センサーネットワークシステム、及び信号源位置推定方法全般に有用である。 As described above, the present invention has the effect of improving the accuracy of position estimation while reducing the processing load associated with estimating the position of a desired signal source, and is useful for lattice sensor network systems in which sensor devices are arranged in a lattice pattern, and for signal source position estimation methods in general.
1 格子センサーネットワークシステム
8 監視エリア
9 ネットワーク
10、10-11、10-12、10-13、...、10-18、10-21、10-22、10-23、...、10-28、10-31、10-32、10-33、...、10-38、......、10-81、10-82、10-83、...、10-88 電波状況モニタリング装置(センサー装置)
11 アンテナ装置
12 周波数変換部
13 AD変換部
14 信号分離部
15 信号解析部
15a、15b、...、15n 解析処理部
16a MUSIC解析処理部
16b ビームフォーミング解析処理部
17 到来方向推定部(到来方向推定手段)
17a、17b、...、17n 単一化処理部
30 制御部
36 入力部
37 表示部
40 装置制御部
50 データ制御部
51 格子マス推定部(格子マス推定手段)
52 信号源位置推定部(信号源位置推定手段)
81 格子マス(マス目)
81a ターゲット信号源TGが所在する格子マス
82 格子マス81aの近辺の領域
110、110-1、110-2、110-3 信号源
TG 位置推定対象の信号源
NTG1、2 他の信号源
1 Lattice
REFERENCE SIGNS LIST 11
17a, 17b, ..., 17n
52 Signal source position estimation unit (signal source position estimation means)
81 Grid (grid)
81a: Lattice cell in which the target signal source TG is located; 82: Area in the vicinity of the
Claims (5)
それぞれの前記センサー装置による前記到来方向推定結果に基づき、前記格子状の配置によって前記監視エリア内に4つの前記センサー装置ごとに一区画ずつ形成される格子マス(81)のうち、前記所望の信号源が所在する前記格子マス(81a)を推定する格子マス推定手段(51)と、
前記所望の信号源が所在する前記格子マスの近辺の予め設定した所定数の前記センサー装置による前記到来方向推定結果に基づき、前記監視エリア内における前記所望の信号源の位置を推定する信号源位置推定手段(52)と、
を有することを特徴とする格子センサーネットワークシステム。 A lattice sensor network system in which a plurality of sensor devices (10) for estimating a direction of arrival of a signal are arranged in a lattice pattern within a monitoring area (8), a position of a desired signal source (110) within the monitoring area is estimated based on the result of estimating the direction of arrival of the signal from each of the sensor devices, and radio wave conditions at that position are monitored,
a lattice mass estimation means (51) for estimating, based on the arrival direction estimation results by each of the sensor devices, a lattice mass (81 a) in which the desired signal source is located, out of lattice masses (81) formed in the surveillance area by the lattice arrangement, each of which is formed for each of the four sensor devices;
a signal source position estimation means (52) for estimating a position of the desired signal source within the monitoring area based on the arrival direction estimation results by a preset number of the sensor devices in the vicinity of the grid cell in which the desired signal source is located;
A lattice sensor network system comprising:
それぞれの前記センサー装置による前記到来方向推定結果に対し、前記センサー装置が配置される行単位に当該行の前記センサー装置により推定された前記信号の到来方向をサーチする縦方向サーチプロセスと、前記センサー装置が配置される列単位に当該列の前記センサー装置により推定された前記信号の到来方向をサーチする横方向サーチプロセスと、を実施し、
前記縦方向サーチプロセスでは、最下段の行から一行ずつ上の行に遷移させながら前記到来方向が上か、または下かを当該行の前記センサー装置の前記到来方向推定結果間での多数決判定により決定し、前記到来方向が上から下に変化した行とその直前の行との間の一行の格子マスを縦方向格子マス候補として特定し、
前記横方向サーチプロセスでは、左端の列から一列ずつ右の列に遷移させながら前記到来方向が右か左かを当該列の前記センサー装置の前記到来方向推定結果間での多数決判定により決定し、前記到来方向が右から左に変化した列とその直前の列との間の一列の格子マスを横方向格子マス候補として特定し、
前記縦方向格子マス候補と前記横方向格子マス候補とに基づき前記所望の信号源が所在する前記格子マスを推定することを特徴とする請求項1に記載の格子センサーネットワークシステム。 The lattice mass estimation means
For the direction of arrival estimation results by each of the sensor devices, a vertical search process is performed to search for the direction of arrival of the signal estimated by the sensor device of the row in unit of a row in which the sensor device is arranged, and a horizontal search process is performed to search for the direction of arrival of the signal estimated by the sensor device of the column in unit of a column in which the sensor device is arranged,
In the vertical search process, while moving from the bottom row to the upper rows one by one, it is determined whether the arrival direction is up or down by majority decision between the arrival direction estimation results of the sensor devices in the row, and a lattice cell in one row between the row in which the arrival direction has changed from up to down and the row immediately before it is identified as a vertical lattice cell candidate;
In the horizontal search process, while moving from the leftmost column to the right column one column at a time, it is determined whether the arrival direction is right or left by majority decision between the arrival direction estimation results of the sensor devices in the column, and a lattice cell in one column between the column in which the arrival direction has changed from right to left and the column immediately before it is identified as a horizontal lattice cell candidate;
The lattice sensor network system according to claim 1 , wherein the lattice mass in which the desired signal source is located is estimated based on the vertical lattice mass candidates and the horizontal lattice mass candidates.
前記縦方向サーチプロセスにおいて、前記信号の到来方向が水平であるとの判定がなされた場合、1つ上の行へ遷移して当該行についての前記縦方向サーチプロセスを実行し、
前記横方向サーチプロセスにおいて、前記信号の到来方向が垂直であるとの判定がなされた場合、1つ右の列へ遷移して当該列についての前記横方向サーチプロセスを実行することを特徴とする請求項2に記載の格子センサーネットワークシステム。 The lattice mass estimation means
if it is determined in the vertical search process that the arrival direction of the signal is horizontal, transition to the next row up and perform the vertical search process on that row;
3. The grid sensor network system of claim 2, wherein if the horizontal search process determines that the arrival direction of the signal is vertical, the grid sensor network system transitions to the next right column and executes the horizontal search process for that column.
それぞれの前記センサー装置による前記到来方向推定結果に基づき、前記格子状の配置によって前記監視エリア内に4つの前記センサー装置ごとに一区画ずつ形成される格子マス(81)のうち、前記所望の信号源が所在する前記格子マス(81a)を推定する格子マス推定ステップ(S53)と、
前記所望の信号源が所在する前記格子マスの近辺の予め設定した所定数の前記センサー装置による前記到来方向推定結果に基づき、前記監視エリア内における前記所望の信号源の位置を推定する信号源位置推定ステップ(S7)と、
を含むことを特徴とする信号源位置推定方法。 A signal source position estimation method for a lattice sensor network system, in which a plurality of sensor devices (10) for estimating a direction of arrival of a signal are arranged in a lattice pattern within a monitoring area (8), a position of a desired signal source (110) within the monitoring area is estimated based on the signal arrival direction estimation results of each of the sensor devices, and radio wave conditions at that position are monitored,
a lattice mass estimation step (S53) of estimating a lattice mass (81 a) in which the desired signal source is located among lattice masses (81) formed in the surveillance area by the lattice arrangement, each of which is formed for each of the four sensor devices, based on the arrival direction estimation results by each of the sensor devices;
a signal source position estimation step (S7) of estimating the position of the desired signal source within the monitoring area based on the arrival direction estimation results by a preset number of the sensor devices in the vicinity of the lattice mass in which the desired signal source is located;
13. A signal source location estimation method comprising:
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