JPH06222124A - 電波発信位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】中心に無指向性給電アンテナ５を備え、その周
囲に複数の無給電アンテナ１〜４を配置してなるアンテ
ナユニットを用い、各無給電アンテナに設けたスイッチ
ング素子Ｄ１〜Ｄ４を選択的にオン／オフ制御すること
によって、アンテナユニットの受信信号強度パターンを
切り替え、各パターンにおける受信信号強度から電波到
来方向を検出し、方位線の交わる点を電波発信位置とし
て測定する。 【効果】異なった受信信号強度パターン毎に求めた受信
信号強度データを予め求めた受信信号強度パターンデー
タからのパターンマッチングにより、受信信号方向を判
定するようにしたため、回路の特性により生じる位相ず
れに起因する測定誤差がなく、電波発信位置を高い分解
能で高精度に測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電波の発信位置を測
定する電波発信位置測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ある領域内に存在する電波発
信源の位置を測定する装置として、電波発信源から発信
される電波を受信する受信装置をエリア内の所定箇所に
設置しておき、その受信装置の受信信号レベルが大きく
なったことによって、その受信装置の近傍に電波発信源
が接近したことを検知する装置（特開昭５２−９４２４
３号公報、特開昭５２−９４２４６号公報等）がある。
また、たとえば船舶や自動車などの移動体の位置を測位
するシステムとしてロランやＧＰＳシステムが存在す
る。

【０００３】

【発明が解決使用とする課題】前者のようなシステムで
は、受信信号レベルのみを検出するだけであるため、多
数の受信装置を配置しても、あるエリア内での電波発信
源の正確な位置を求めることはできない。また、後者の
システムのように、移動体が固定局または人工衛星から
送信される電波の位相または時間差によって自局位置を
測位するものでは、広範囲に亘って測位を行うことがで
きるものの、ユーザ側が直接管理できない送信局（固定
局または人工衛星）やその制御施設が測位システムに必
然的に含まれることになるため、受信局以外の各部（送
信局やその制御施設）の故障に対処することはできな
い。また、特にＧＰＳシステムでは、その運用がＧＰＳ
の開発・管理組織に委ねられているため、たとえば安全
保障上の理由などからその測位精度が故意に劣化させら
れたり、実質的に使用不可能になる虞もある。

【０００４】この発明の目的は、電波発信源を有するた
とえば移動体の位置を、予め定めたエリア内で高精度に
測位することのできる電波発信位置測定装置を提供する
ことにある。この発明は、たとえばゴルフ場のコースに
おいて、各キャディやプレイヤーの位置をマスタ室で把
握するようなシステムに適するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明では、移動体で
ある自局（受信機）が固定局や人工衛星から送信された
電波を受信するのではなく、移動体に設けられている電
波発信源の電波を固定局側が受信することによって測位
を行う。そのために、複数の既知点に測位用受信局を配
置し、各測位用受信局が電波発信源の方向（方位）を測
定するようにし、各測位用受信局が求めた方位線のマッ
ピングによって電波発信源の位置を測定する。

【０００６】上記測位用受信局は従来の電波方向探知器
と同様の機能を果たすことになるが、たとえば特公昭５
４−１５３９９号公報または特公昭５４−１５４００号
公報に示されるような従来の電波方向探知装置では、ア
ンテナの指向方向を電子的に一定周期で回転させること
によって、被測定電波をＡＭ変調し、その被変調波の位
相とアンテナの指向方向を電子的に回転させるために使
用した基準信号の位相との差を比較することによって電
波の到来方向を検出するものであるため、アンテナの指
向方向を順次電子的に回転させるための回路系や位相検
出または位相比較を行う回路系に生じる位相のずれがそ
のまま測定誤差となって表れる。この発明では従来とは
全く異なる構成によって電波方向探知を行い、これによ
って電波発信源の位置を測定するものである。

【０００７】この発明の請求項１に係る電波発信位置測
定装置は、無指向性給電アンテナを中心に配置し、それ
ぞれ途中にスイッチング素子を装荷して、そのスイッチ
ング素子のオンオフ状態によって、リアクタンスの変化
する複数の無給電アンテナを前記無指向性給電アンテナ
を中心とする円周上に等間隔に配置して成るアンテナユ
ニットと、前記各無給電アンテナのスイッチング素子の
オンオフ状態の制御を行うスイッチ制御手段と、前記無
指向性給電アンテナの出力である受信信号を増幅すると
ともに、その受信信号の強度をディジタルデータに変換
して、受信信号強度データを測定する受信信号強度測定
手段と、前記スイッチ制御手段を制御して前記アンテナ
ユニットの受信信号強度パターンを複数種に変化させる
とともに、各受信信号強度パターンの状態で前記受信信
号強度検出手段の求めた受信信号強度データを方向測定
用データ群として求める方向測定用データ群作成手段と
を少なくとも有する、複数の電波到来方向測定用装置を
一定区域内の既知点に配置し、前記各アンテナユニット
のスイッチング素子のオンオフ状態の組み合わせにより
定まる各受信信号強度パターンを、受信信号の方向に対
する受信信号強度のデータ群として予め記憶する受信信
号強度パターンデータ記憶手段と、前記各電波到来方向
測定用装置の求めた前記方向測定用データ群を、前記受
信信号強度パターン記憶手段の記憶するデータ群を基に
パターンマッチングを行い、最も近似するデータ群の受
信信号の方向をそれぞれ求める受信信号方向検出手段
と、前記各電波到来方向測定用装置の設置位置の情報
と、その各電波到来方向測定用装置を用いて求めた前記
受信信号の方向とから定まる交点を電波発信位置として
求める電波発信位置算出手段、とを設けて成る。

【０００８】また、請求項２に係る電波発信位置測定装
置は、請求項１における受信信号方向検出手段が、方向
測定用データ群の平均値と標準偏差を求め、前記受信信
号強度パターン記憶手段の記憶する各方向毎のデータ群
の平均値と標準偏差を基にパターンマッチングを行うこ
とを特徴とする。

【０００９】請求項３に係る電波発信位置測定装置は、
請求項１における電波発信位置算出手段が、前記複数の
電波到来方向測定用装置のうち、各々二つの電波到来方
向測定用装置を用いて求めた前記交点の位置に、その交
わる鋭角側の角度が大きい程高い重みを付けて、複数の
交点の位置を幾何学荷重平均して、電波発信位置として
求めることを特徴とする。

【００１０】さらに、請求項４に係る電波発信位置測定
装置は、請求項１において、複数の電波到来方向測定用
装置の各々に電波発信手段を設け、複数の電波到来方向
測定用装置のうち、一つの電波到来方向測定用装置の前
記電波発信手段を制御して、当該電波到来方向測定用装
置を電波発信源とし、その他の電波到来方向測定用装置
の各々について、前記受信信号方向検出手段の求めた方
向の、実際の方向からの偏差を求める偏差抽出手段と、
前記受信信号方向検出手段の求めた方向を前記偏差分だ
け補正する方向補正手段を設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】この発明の請求項１に係る電波発信位置測定装
置において、各電波到来方向測定用装置は少なくともア
ンテナユニット、スイッチ制御手段、受信信号強度測定
手段および方向測定用データ群作成手段をそれぞれ備え
る。

【００１２】前記アンテナユニットは、その中心に無指
向性給電アンテナが中心に配置され、それぞれ途中にス
イッチング素子が装荷されて、そのスイッチング素子の
オン／オフ状態によりリアクタンスが変化する複数の無
給電アンテナが前記無指向性給電アンテナを中心とする
円周上に等間隔に配置されて成る。

【００１３】ここで、アンテナユニットの構成例を図３
に示す。図３においてこの発明に係るアンテナユニット
は、無指向性給電アンテナ５が中心に配置され、複数の
無給電アンテナ１，２，３，４が無指向性給電アンテナ
位置を中心とする円周上に等間隔に配置されている。同
図に示す例では、無給電アンテナ１，２，３，４がそれ
ぞれ（１ａ，１ｂ），（２ａ，２ｂ），（３ａ，３
ｂ），（４ａ，４ｂ）から成り、無給電アンテナ支持部
６，７，８，９内にスイッチング素子が設けられ、その
スイッチング素子のオン／オフ状態によって、無給電ア
ンテナ１，２，３，４のリアクタンスが変化する。

【００１４】スイッチ制御手段は前記各無給電アンテナ
のスイッチング素子のオン／オフ状態を制御するが、こ
の各無給電アンテナのスイッチング素子のオン／オフ状
態によって、無給電アンテナが反射器、導波器または等
価的に存在しない状態として作用し、アンテナユニット
の指向特性が変化する。図６は図３に示したアンテナユ
ニットの上面図の主要部のみを示す図であり、たとえば
無給電アンテナ１，２，３，４をそれぞれ北，東，南，
西方向に配置するものとし、無給電アンテナ２，３，４
をそれぞれ反射器とし、無給電アンテナ１を等価的に存
在しない状態とすれば、図７においてたとえばＡ１で示
すような受信信号強度パターンの指向特性が得られる。
もし全ての無給電アンテナが反射器の状態または等価的
に存在しない状態となれば、Ｒで示すような無指向性特
性となり、また、たとえば無給電アンテナ３，４をそれ
ぞれ反射器とし、無給電アンテナ１，２をそれぞれ等価
的に存在しない状態とすれば、図７においてたとえばＢ
１で示すような受信信号強度パターンの指向特性が得ら
れる。

【００１５】前記受信信号強度測定手段は、前記無指向
性給電アンテナの出力である受信信号を増幅するととも
に、その受信信号の強度をディジタルデータに変換し
て、受信信号強度を求める。方向測定用データ群作成手
段は、前記スイッチ制御手段を制御して、アンテナユニ
ットの受信信号強度パターンを複数種に変化させるとと
もに、各受信信号強度パターンの状態で受信信号強度検
出手段の求めた受信信号強度データを方向測定用データ
群として求める。

【００１６】さて、受信信号強度パターンデータ記憶手
段は、前記各無給電アンテナのスイッチング素子のオン
／オフ状態の組み合わせにより定まる受信信号強度パタ
ーンを、受信信号の方向に対する受信信号強度のデータ
群として予め記憶する。受信信号方向検出手段は、各電
波到来方向測定用装置の求めた方向測定用データ群を、
前記受信信号強度パターン記憶手段の記憶するデータ群
を基にパターンマッチングを行い、最も近似するデータ
群の受信信号の方向をそれぞれ求める。そして、電波発
信位置算出手段は、各電波到来方向測定用装置の設置位
置の情報と、その各電波到来方向測定用装置を用いて求
めた「受信信号の方向」、から定まる交点を電波発信位
置として求める。たとえば図２（Ａ）において３６ａ，
３６ｂ，３６ｃが電波到来方向測定用装置であり、各装
置が受信信号の方位を、基準となる方位（たとえば北）
からθａ，θｂ，θｃとして求めれば、その各方位線の
交わる点３５を電波発信位置として求める。

【００１７】以上に述べたように、アンテナユニットの
指向方向を順次周期的に回転させつつ受信信号の走査周
波数成分の位相を検出するのではなく、異なった受信信
号強度パターン毎に求めた受信信号強度データを、予め
求めた受信信号強度パターンデータからのパターンマッ
チングによって受信信号方向を判定するようにしたた
め、回路の特性により生じる位相ずれに起因する測定誤
差がなく、各受信信号強度パターンの受信信号方向と受
信信号強度との対応関係を予め正確に求めておけば、高
い分解能で方位線のマッピングを行うことができ、その
結果電波発信位置を高精度に測定できるようになる。

【００１８】この発明の請求項２に係る電波発信位置測
定装置では、前記パターンマッチングを行う際、受信信
号方向検出手段は、方向測定用データ群について平均値
と標準偏差を求め、これを受信信号強度パターン記憶手
段の記憶する各方向毎のデータ群についての平均値と標
準偏差に比較することによって行う。すなわち、複数個
のデータからなるデータ群のパターンを比較する際、両
者の平均値と標準偏差がほぼ等しくなるようにいずれか
一方のデータ群に変動操作を与え、二つのデータ群の差
の総和が最小となるデータ群を「最も近似するデータ
群」として求める。このことによって受信信号強度パタ
ーンデータとして予め定めた方向分解能とほぼ等しい分
解能で受信信号の方向を検出することができ、電波発信
位置を高精度に求めることができる。

【００１９】請求項３に係る電波発信位置測定装置で
は、複数の電波到来方向測定用装置のうち、各々二つの
電波到来方向測定用装置を用いて求めた交点の位置に、
その交わる鋭角側の角度が大きいほど高い重みをつけ
て、複数の交点の位置を幾何学荷重平均して電波発信位
置を求める。たとえば図２（Ｂ）において、電波到来方
向測定用装置３６ａにより求めた方位線と電波到来方向
測定用装置３６ｂにより求めた方位線とのなす鋭角側の
交差角θａｂ、電波到来方向測定用装置３６ａにより求
めた方位線と電波到来方向測定用装置３６ｃにより求め
た方位線との鋭角側の交差角をθａｃ、電波到来方向測
定用装置３６ｂにより求めた方位線と電波到来方向測定
用装置３６ｃにより求めた方位線との鋭角側の交差角を
θｂｃとすれば、交点Ｐａｂ，Ｐａｃ，Ｐｂｃはそれぞ
れθａｂ，θａｃ，θｂｃによって重みずけされ、幾何
学的荷重平均によりＰ点が電波発信位置として求められ
る。

【００２０】請求項４に係る電波発信位置測定装置で
は、各電波到来方向測定用装置に電波発信手段が設けら
れ、偏差抽出手段は、一つの電波到来方向測定用装置の
電波発信手段を制御して、その電波到来方向測定用装置
を電波発信源とし、その他の電波到来方向測定用装置の
各々について、受信信号方向検出手段の求めた方向の実
際の方向からの偏差を求める。そして、方向補正手段
は、前記受信信号方向検出手段の求めた方向を前記偏差
分だけ補正する。このことによってたとえば電波到来方
向測定用装置に設けたアンテナユニットの方向が台風等
によって変位したとしても、その偏差分が自動補正され
ることになり、常に正確な位置測定を行うことができる
ようになる。

【００２１】

【実施例】この発明の実施例である電波到来方向測定用
装置に用いるアンテナユニットの構造を図３を基に説明
する。図３において１４はポール、１０，１１，１２，
１３はそれぞれの先端に無給電アンテナを取りつけるた
めの無給電アンテナ支持バーである。ポール１４の先端
部には無指向性給電アンテナ５を立てていて、無給電ア
ンテナ支持バー１０，１１，１２，１３を地導体線とし
て用い、地線付アンテナの構成としている。無給電アン
テナ支持バー１０，１１，１２，１３の先端部には無給
電アンテナ支持部６，７，８，９を設け、無給電アンテ
ナ支持バー１０，１１，１２，１３から絶縁状態で無給
電アンテナ（１ａ，１ｂ），（２ａ，２ｂ），（３ａ，
３ｂ），（４ａ，４ｂ）を取りつけている。無給電アン
テナ支持部６，７，８，９の内部においては、図におけ
る上下方向に延びる無給電アンテナをそれぞれダイオー
ドを介して接続している。無指向性給電アンテナ１の素
子長は受信すべき電波のλ／４（１／４波長）の長さと
し、無給電アンテナ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３
ｂ，４ａ，４ｂの各素子長および無給電アンテナ支持バ
ー１０，１１，１２，１３の各長さもλ／４とし、上記
ダイオードが導通状態のとき無給電アンテナの等価素子
長がλ／２となって、正のリアクタンスをもち、反射器
として作用するように構成している。

【００２２】図４は図３に示した無給電アンテナ支持部
６における接続構造を示す図である。図４においてＤ１
は無給電アンテナ１ａ−１ｂ間を接続するスイッチング
素子としてのダイオードである。このダイオードＤ１の
接続部に抵抗Ｒ１１，Ｒ１２およびコンデンサＣ１を接
続するとともにシールド線から制御信号を与えている。
他の無給電アンテナ支持部７，８，９も同一構成であ
り、４芯シールド線を用いて、一本のシールド線で４つ
のダイオードに制御信号を導いている。

【００２３】図５は図３に示したアンテナユニットに対
する測位用受信機の接続構造を示すブロック図である。
図５においてダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は上述
した各無給電アンテナの途中に接続したダイオードであ
る（同図においては抵抗およびコンデンサの接続を省略
している）。アンテナ切替ドライバ２０はダイオードＤ
１〜Ｄ４に対する通電制御によってオンオフの切替を個
別に行う。無指向性給電アンテナ５に誘起される信号は
アッテネータ２２を通して受信回路２３へ導かれる。

【００２４】次に、図５に示したダイオードＤ１〜Ｄ４
のオン／オフ状態と各受信信号強度パターンとの対応を
図８および図９〜図１４に示す。ダイオードＤ１〜Ｄ４
を全てオフ状態とすれば図９に示すような無指向性の受
信信号強度パターンが得られ、単一のダイオードをオン
すれば図１０に示すような受信信号強度パターンが得ら
れる。対向する２つの無給電アンテナに装荷したダイオ
ードをオンすれば、図１１に示すような受信信号強度パ
ターンが得られ、また、隣接する２つの無給電アンテナ
に装荷したダイオードをオンすれば図１２に示すような
受信信号強度パターンが得られる。さらに、３つの無給
電アンテナに装荷したダイオードをオンすれば、図１３
に示すような受信信号強度パターンが得られる。さら
に、全てのダイオードをオン状態とすれば、図１４に示
すようにほぼ無指向性の受信信号強度パターンが得られ
る。尚、図１５は全ての受信信号強度パターンを重ね合
わせた状態を示す。

【００２５】上記４つのダイオードのオン／オフ状態の
組み合わせによって得られる１６種の受信信号強度パタ
ーンは一定であり、受信信号の方向に対する受信信号強
度は図１６に示すようなテーブルデータとして予め作成
しておくことができる。そして、４つのダイオードのオ
ンオフ状態の切替を行いつつ１６種の受信信号強度を測
定し、この１６個のデータを図１６に示したテーブルデ
ータからパターンマッチングし、最も近似するパターン
を抽出する。その角度が求めるべき電波到来方向の角度
である。

【００２６】次に、電波発信位置測定装置全体の構成を
ブロック図として図１に示す。図１において端末局３５
はその位置を測定すべき電波発信源である。この端末局
３５は実施例においては特定小電力無線局であり、たと
えばゴルフ場においてプレーヤやキャディが携帯し、ア
ンテナ５２を介してマスタ局３８との間でデータ通信お
よび音声通話を行う。各測位用受信局はこの発明の請求
項１における「電波到来方向測定用装置」に相当し、測
位用受信機３６ａ，３６ｂと測位用端末局３７ａ，３７
ｂから構成している。各測位用受信局の測位用受信機は
端末局３５から送信された電波をアンテナユニット５０
ａ，５０ｂによって受信する。測位用端末局３７ａ，３
７ｂも特定小電力無線局であり、アンテナ５１ａ，５１
ｂを介してマスタ局３８との間で測位用データの通信を
行う。マスタ局３８も特定小電力無線局の集合体であ
り、ホスト装置３９は端末局３５との間で通信／通話を
行うとともに、測位用端末局３７ａ，３７ｂから受け取
った測位用データに基づき端末局３５の位置を算出す
る。

【００２７】ここで、特定小電力無線局間での通信シー
ケンスの例を図１９に示す。図１９において左半面は発
呼局、右半面は被呼局の動作を示し、「制御チャンネ
ル」は制御チャンネルを用いた動作、「通信チャンネ
ル」は通信チャンネルでの動作を示す。まず、発呼局お
よび被呼局はともに制御チャンネルで待受を行っている
が、発呼局側は、複数の通信チャンネルからキャリアの
ない、すなわちどの端末局も使用していない通信チャン
ネルを、使用可能チャンネルとして検出する。その後、
制御チャンネルのキャリアセンスを行い、その時に制御
チャンネルが使用されていないなら、信号および制御信
号を制御チャンネルで送信する。ここで「信号」はいわ
ゆるコールサインに相当する呼び出し名称を含む信号、
「制御信号」は宛て先局を指定する宛て先局アドレス、
自局を示す送信局アドレスおよび使用する通信チャンネ
ルを指定するデータを含む信号である。この信号および
応答信号の送信時間Ｔ１は０．５秒以内である。前記信
号および制御信号は制御チャンネルで待ち受けている被
呼局が受信し、受信した制御信号に含まれている宛て先
局アドレスの内容を識別して、自局が宛て先局に相当す
る場合には、制御チャンネルのキャリアセンスを行い、
キャリアがなければ、制御チャンネルで信号および応答
信号を送信する。発呼局は制御チャンネルで被呼局から
の応答信号を受信し、その後、先に指定した使用通信チ
ャンネルを用いて被呼局との間でデータ通信または音声
通話を行う。その後、送信休止を行い、再び制御チャン
ネルで待ち受けを行う。図１に示した端末局３５とマス
タ局３８との間では図１９に示すシーケンスでデータ通
信または音声通話を行われるが、測位用受信機３６は端
末局３５から送信される制御チャンネルの信号を受信
し、端末局３５からマスタ局３８に対し何らかのアクセ
スがある毎に、またはマスタ局３８から端末局３５に対
して発信要求があって、その端末局３５がそれに応答し
て発信を行う毎に、前述した１６種のデータを求め、そ
の時の時刻データとアッテネートデータとともに測位用
データとして記憶する。また、測位用端末局３７ａ，３
７ｂとマスタ局３８との間でも図１９に示すシーケンス
でデータ通信を行い、ホスト装置３９は各測位用受信局
から測位用データを収集する。

【００２８】図２０は図１に示した端末局３５とマスタ
局３８との間、または測位用端末局３７ａ，３７ｂとマ
スタ局３８との間で行われる通信信号フォーマットの例
を示す。図２０においてビット同期信号Ｓ１、フレーム
同期信号Ｓ２および呼出信号Ｓ３は特定小電力無線局無
線電話用無線設備の標準規格として定められている呼び
出し名称の送信を行うための信号である。続く、宛先局
アドレスＳ４は宛先局のコール番号（端末局の番号）、
送信局アドレスＳ５は自局のコール番号（端末局の番
号）である。また、制御データＳ６は制御コードやコマ
ンドコード等からなる。情報Ｓ７は制御データとともに
送るべきデータであり、たとえば使用許可チャンネル番
号等である。Ｓ８はエラーチエックに用いるフレーム本
体部分のＣＲＣ値である。さらにＳ９は測位用受信機の
ための信号であり、例えば０．２秒連続する無変調キャ
リア信号からなり、測位用受信機はこの部分の信号を基
にアッテネートデータおよび受信信号強度（１６種）を
求める。

【００２９】次に、図１に示した測位用受信機３６ａ，
３６ｂの構成をブロック図として図１７に示す。図１７
においてＣＰＵ２８はＰＩＯ２１を介してアンテナ切替
ドライバ２０へダイオードＤ１〜Ｄ４のオンオフパター
ンデータを出力する。これによって、アンテナ切替ドラ
イバ２０はアンテナユニット５０に設けたダイオードＤ
１〜Ｄ４を通電制御する。アッテネータ２２はアンテナ
ユニット５０の無指向性給電アンテナに誘起される信号
が大きい場合に、受信回路２３内において信号を飽和さ
せないようにするために、受信回路２３の入力信号を設
定ゲインだけ減衰させる。受信回路２３はアッテネータ
２２を介して入力した受信信号強度に対応するアナログ
信号Ｓ１を出力し、また検波信号ＡＦをモデム２５へ出
力する。

【００３０】ＡＤコンバータ２４は受信信号強度に相当
する電圧信号をディジタルデータに変換する。一方、モ
デム２５は受信回路２３が受信した信号を復調し、図２
０に示したデータ列を再生する。ＣＰＵ２８はＳＩＯ２
６を介してそのデータを読み取る。またＣＰＵ２８はＰ
ＩＯ２７を介してアッテネータ２２に対し減衰すべき減
衰量データを与え、受信回路２３に対し受信周波数デー
タを与える。またＲＳ−２３２Ｃコネクタを介して入力
される制御信号（たとえば図１７に示す測位用受信機の
電源オンオフ制御信号）を入力する。ＲＯＭ２９はＣＰ
Ｕ２８の実行すべきプログラムを予め書き込んでいる。
ＲＡＭ３０はそのプログラムの実行に際して各種ワーキ
ングエリアとして用いる。ＣＰＵ２８はＳＩＯ３２およ
びレベル変換回路３３を介しＲＳ−２３２Ｃコネクタに
接続される後述する測位用端末局との間でコマンドの入
出力を行う。ＣＴＣ３１はＳＩＯ３２に対しＲＳ−２３
２Ｃのデータ伝送速度を決定する基準クロック信号等を
与える。

【００３１】次に、図１に示した測位用端末局３７ａ，
３７ｂ等の構成をブロック図として図１８に示す。図１
８においてＣＰＵ４０はＲＯＭ４３に予め書き込まれた
プログラムを実行する。ＲＡＭ４４はそのプログラムの
実行に際してワーキングエリアとして用いる。ＣＰＵ４
０はＳＩＯ４１を介してＲＳ−２３２Ｃコネクタに接続
される図１７に示した測位用受信機との間でコマンド等
の入出力を行う。ＲＴＣ４２は時計回路であり、端末局
からの電波を受信した時刻を記憶する為などに用いる。
送受信回路４８はアンテナ５１を介して図１に示したマ
スタ局３８との間でデータの送受信を行う。ＣＰＵ４０
はＰＩＯ４５を介して送受信回路４８に対しチャンネル
データを設定し、また送受信回路４８からキャリアの有
無を表す信号を読み取る。また、ＣＰＵ４０はＳＩＯ４
６、モデム４９および送受信回路４８を介してマスタ局
３８へ各種データを送信し、また送受信回路４８、モデ
ム４９、ＳＩＯ４７を介してマスタ局３８から各種デー
タ（コマンド）を受信する。

【００３２】さて、次に測位用端末局内のＲＡＭ４４に
格納される測位用データの例を図２１に示す。図２１に
おいて「送信局アドレス」は測位すべき端末局の端末番
号に相当するデータ、「時刻」はその信号を受信した時
刻、「アッテネートデータ」はその信号を受信する際に
アッテネータ２２に対し設定したデータである。また、
第１〜第１６の「受信信号強度データ」はダイオードＤ
１〜Ｄ４のオンオフ状態の組み合わせを変化させて求め
た１６種のデータである。この一組のデータは端末局か
らの信号を受信する毎に順次格納する。その際、すでに
保存されていたデータの中に同じ送信局アドレスのもの
があれば、上書きし、なければ新規に書き込む。この例
では最大６４の端末局についてのデータを格納する。

【００３３】図２２は図１に示したホスト装置３９側に
構成される測位用データの例であり、ここで「測位用端
末番号」は測位用端末局の端末番号である。「送信局ア
ドレス」、「時刻」、「アッテネートデータ」、「受信
信号強度データ」のそれぞれは図２１に示したものと同
一であり、各測位用端末局から得たデータである。ま
た、「方位データ」と「信頼度データ」は後述するよう
に、アッテネートデータと受信信号強度データを基に、
図１６に示したテーブルデータからパターンマッチング
することによって求められるデータである。

【００３４】次に、測位用受信機の処理内容をフローチ
ャートとして図２３および図２４に示す。まず、受信機
のメイン処理としては、図２３に示すようにＲＳ−２３
２Ｃを介して接続されている測位用端末局から時刻デー
タを取り込み、またホスト側から何らかのコマンドがな
かったか否かを測位用端末局からサーチする（ｎ１→ｎ
２）。ホストからデータ要求のコマンドがあれば、図２
１に示した測位用データの記憶エリアから検索を行い、
少なくとも一組のデータがあれば、その測位用データを
測位用端末局へ出力する（ｎ３→ｎ４→ｎ５→ｎ６）。
これにより測位用端末局は測位用データをマスタ局へ送
信することになる。また、一組の測位用データもなけれ
ば、その旨を表す無効データを出力する（ｎ７）。これ
により測位用端末局は測位用データのないことをマスタ
局へ知らせる。一方、ホスト側から電源制御コマンドが
あれば、測位用受信機の電源オン／オフ制御を行う（ｎ
８→ｎ９）。

【００３５】図１７に示したＳＩＯ２６は受信信号のビ
ット同期信号を１バイト分入力した時にＣＰＵ２８に対
し割り込みをかける。ＣＰＵ２８はその割り込み処理と
して図２４に示す処理を行う。まずＳＩＯ２６を介して
１フレーム分の受信を行い、ＣＲＣチェックを行う（ｎ
１０→ｎ１１→ｎ１２）。その結果、正常に１フレーム
分の受信が行われたなら、図２０に示したように、その
フレームの末尾に付加されている無変調キャリア信号Ｓ
９部分が持続している間に、続くステップｎ１３〜ｎ１
５の処理を行う。すなわち、まず受信信号強度に応じて
アッテネータに対し設定すべきアッテネートデータを求
め、その設定を行う（ｎ１３→ｎ１４）。これは図１７
に示した受信回路２３をそのリニアリティの良好な範囲
で常に使用するためである。その後、ダイオードＤ１〜
Ｄ４のオンオフ状態の切替を行って１６パターンの受信
信号強度を測定する（ｎ１５）。その後、アッテネート
データと１６個のデータを送信局アドレスおよび時刻と
ともに図２１に示したように保存する（ｎ１６）。最後
に、次の割り込みに備えて初期化処理を行う（ｎ１
７）。

【００３６】次に、ホスト装置の処理内容をフローチャ
ートとして図２５〜図２８に示す。

【００３７】まずメイン処理では図２５に示すようにマ
スタ局３８が何らかの信号を受信すればその信号解読を
行い、たとえば端末局からのコマンドであれば、そのコ
マンドに応じた各種処理を実行する（ｎ２０→ｎ２１→
ｎ２２）。また各測位用端末局へ測位用データを要求
し、測位演算を行う（ｎ２３→ｎ２４）。

【００３８】図２６は図２５におけるステップｎ２３の
処理手順を詳細に示す図であり、図に示すように、全て
の測位用端末局に対し順次測位用データの要求コマンド
を送信し、その測位用端末局から測位用データを順次受
信する（ｎ３０→ｎ３１→ｎ３２→ｎ３３→ｎ３４・・
・）。

【００３９】図２７は図２５におけるステップｎ２４の
手順を詳細に示すフローチャートである。図２７に示す
ように、まず測位用データ（図２２に示した１行分のア
ッテネートデータと受信信号強度データ）毎に、受信信
号強度データの平均値と標準偏差を算出する（ｎ４
０）。次に、図１６に示したテーブルデータの各角度に
ついて予め求めた、第１データから第１６データの平均
値と標準偏差に対し、前記受信信号強度データの平均値
と標準偏差をあわせこむ（ｎ４１）。すなわち、受信信
号強度データの平均値がテーブルデータの比較すべき角
度ｑの平均値と等しくなるように、受信信号強度データ
の各データに同一バイアスを加え、また標準偏差がほぼ
等しくなるように、受信信号強度データの各データに或
る係数を乗じる。なお、標準偏差を考慮せずに、受信信
号強度データの平均値がテーブルデータ平均値に等しく
なるように各データに係数を乗じるだけでもよい。その
後、１６個のデータについてテーブルデータと受信信号
強度データとの差を求め、その差の絶対値の総和を算出
する（ｎ４２→ｎ４３）。この差の絶対値の総和が小さ
いほど、テーブルデータの角度ｑのパターンと受信信号
強度データのパターンとの一致度が高いことになる。テ
ーブルデータの角度０°〜３５９°についてステップｎ
４１〜ｎ４３の処理を繰り返したのち、差の絶対値の総
和が最小となる角度を第ｐ測位用データの方位データと
し、またその差の絶対値の総和をその信頼度データ（差
の絶対値の総和が小さいほど信頼度は高い。）とする
（ｎ４４）。

【００４０】図２７に示したステップｎ４０〜ｎ４４の
処理をすべての測位用データについて行うことによっ
て、図２２に示した方位データと信頼度データが埋めら
れ、測位用データの全てが揃うことになる。その後、図
２８に示す処理を実行する。まず図２８においては変数
ｒで示される同一の送信局アドレスで且つ略同一時刻デ
ータを備える測位用データ（図２２参照）について、前
記方位データに基づき上記各測位用受信局の位置から方
位線を引く（ｎ４５）。なお、測位用端末番号とそれに
対応する測位用受信局の設置位置との関係は予めテーブ
ルデータ（不図示）として持っている。その後、各方位
線の交わる点（交差点）を抽出し、交差点の数が０であ
れば位置不明として処理する（ｎ４７→ｎ４９）。交差
点の数が０でなければ、図２（Ｂ）に示したように各交
差点の鋭角側の交差角を求める（ｎ４８）。そして、各
交差点の位置を前記交差角により重み付けを行い、幾何
学荷重平均する（ｎ５０→ｎ５１）。上記交差角に依存
する重み係数を導入することによって、幾何学的にうま
く配置された測位用受信局によって求めた情報が位置決
定に強く反映し、そうでない測位用受信局によって求め
た情報は位置決定にあまり強く反映しなくなり、得られ
た位置データの信頼度が向上する。図２８に示したステ
ップｎ４５〜ｎ５１の処理をそれぞれの送信局アドレス
について行うことによって、求めるべきすべての電波発
信源の位置を求める。

【００４１】さて、各測位用端末局はホスト装置からの
各種要求によって、測位用端末局は何らかの応答を行う
が、この応答を行っているときの測位用端末局は電波発
信源である。各測位用受信機はその応答信号を受信し
て、上述したものと同様の一組のデータを記憶する。測
位用端末局はそれが接続されている測位用受信機のアン
テナユニットの近傍に配置しているため、測位用端末局
の位置は測位用受信機のアンテナユニットの位置と等し
いものと見なせる。したがって、ある測位用受信局を用
いて前記電波発信源となっている測位用端末局の方位を
求めれば、両局間の相対的位置関係によって、方位は必
然的に定まる。しかしながら、測位用受信機のアンテナ
ユニットの設置時の方位誤差や設置後の方位変位などよ
って、求められる方位データと現実の方位とには偏差が
生じる。したがって、較正しようとする測位用受信局を
用いて、前記電波発信源となっている測位用端末局の方
位を求め、得られた方位データと現実の方位との差を偏
差データとして求めることができる。

【００４２】図２９は各測位用受信局の偏差データを求
めるための較正モードにおける処理手順を示す。まず複
数の測位用端末局の一つが電波発信源となるように、そ
の測位用端末局へ何らかの送信を要求する（ｎ６０）。
続いて、電波発信源となる測位用端末局以外の測位用端
末局から、それぞれ電波発信源である測位用端末局につ
いての方位データと信頼度データを抽出する（ｎ６
１）。そして、各測位用受信局の配置関係により実際に
得られるべき方位データと測定により求めた方位データ
との差をそれぞれ算出する（ｎ６２）。ステップｎ６０
〜ｎ６２の処理を電波発信源となる測位用端末局を順次
切り替えるごとに行い、その後、前記方位データの差を
前記信頼度データで重み付けして平均化することによっ
て各測位用受信局の偏差データを算出する（ｎ６３）。
このようにして求めた偏差データを、図２７のステップ
ｎ４４で求めた方位データに加算することによって測位
用受信局の方位偏差を較正することができる。

【００４３】なお、位置データの信頼度を更に向上させ
るために、アッテネートデータおよび１６個の受信信号
強度データの平均値から求めた、電波発信源である端末
局と測位用受信局との距離を測位のために加味してもよ
い。すなわち、端末局の送信時の受信信号強度パターン
が無指向性であり、送信電力が一定であることを利用し
て、前記アッテネートデータおよび１６個の受信信号強
度データの平均値から、端末局と測位用受信局との大ま
かな距離を求めることができる。この距離成分を前記マ
ッピングに考慮するわけである。たとえば図３０に示す
ように、電波発信源Ｐは測位用受信局３６ａを中心と
し、受信信号強度によって定まる半径Ｒ１の円周とその
測位用受信機３６ａから引いた方位線との交点に存在す
るとともに、測位用受信局３６ｂを中心とし、受信信号
強度によって定まる半径Ｒ２の円周とその測位用受信機
３６ｂから引いた方位線との交点に存在する。このよう
に複数の測位用受信局によって求めた複数の交点の最も
重なる位置を電波発信源の位置として推定することがで
きる。

【００４４】尚、上述した実施例では、無給電アンテナ
に装荷したスイッチング素子のオン／オフ状態の切替に
よって、無給電アンテナを選択的に反射器として作用さ
せたが、素子長を変えたり、スイッチング素子の状態に
よって選択的に装荷インピーダンスを変化させ、負のリ
アクタンスをもたせるようにして導波器として作用させ
るように構成してもよい。また、実施例では４つの無給
電アンテナを用いたが、たとえば３つの無給電アンテナ
を配置してもよく、たとえば、５つ以上の無給電アンテ
ナを配置してもよい。

【００４５】

【発明の効果】この発明によれば、アンテナユニットの
指向方向を順次周期的に回転させつつ受信信号の走査周
波数成分の位相を検出するのではなく、異なった受信信
号強度パターン毎に求めた受信信号強度データを予め求
めた受信信号強度パターンデータからのパターンマッチ
ングにより、受信信号方向を判定して、電波発信源の位
置を測定するようにしたため、回路の特性により生じる
位相ずれに起因する測定誤差がなく、各受信信号強度パ
ターンの、受信信号方向と受信信号強度との対応関係を
あらかじめ正確に求めておけば、電波発信源の位置を高
い分解能で高精度に測定できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である電波発信位置測定装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】この発明の実施例に係る電波発信位置測定装置
による電波発信位置の決定方法を示す図である。

【図３】この発明の実施例に係るアンテナユニットの構
造を示す斜視図である。

【図４】図３に示した無給電アンテナ支持部６における
接続構造を示す図である。

【図５】図３に示したアンテナユニットに対する測位用
受信機の接続構造を示すブロック図である。

【図６】アンテナユニットの配置方向の例を示す概略平
面図である。

【図７】各種受信信号強度パターンの例を示す図であ
る。

【図８】スイッチング素子（ダイオード）のオン／オフ
状態とそれにより得られる受信信号強度パターンとの関
係を示す図である。

【図９】４つのスイッチング素子のオン／オフ状態によ
り採り得る受信信号強度パターンの例を示す図である。

【図１０】４つのスイッチング素子のオン／オフ状態に
より採り得る受信信号強度パターンの例を示す図であ
る。

【図１１】４つのスイッチング素子のオン／オフ状態に
より採り得る受信信号強度パターンの例を示す図であ
る。

【図１２】４つのスイッチング素子のオン／オフ状態に
より採り得る受信信号強度パターンの例を示す図であ
る。

【図１３】４つのスイッチング素子のオン／オフ状態に
より採り得る受信信号強度パターンの例を示す図であ
る。

【図１４】４つのスイッチング素子のオン／オフ状態に
より採り得る受信信号強度パターンの例を示す図であ
る。

【図１５】４つのスイッチング素子のオン／オフ状態に
より採り得る全ての受信信号強度パターンの例を示す図
である。

【図１６】１６種の受信信号強度パターンについての、
受信信号の方向に対する受信信号強度のテーブルデータ
を示す図である。

【図１７】図１に示す測位用受信機３６ａ，３６ｂの構
成を示すブロック図である。

【図１８】図１に示す測位用端末局３７ａ，３７ｂの構
成を示すブロック図である。

【図１９】特定小電力無線局間での通信シーケンスの例
を示す図である。

【図２０】図１に示す端末局３５とマスタ局３８との
間、または測位用端末局３７ａ，３７ｂとマスタ局３８
との間で行われる通信信号フォーマットの例を示す図で
ある。

【図２１】測位用端末局内のＲＡＭ４４に格納される測
位用データの例を示す図である。

【図２２】図１に示すホスト装置３９側に構成される測
位用データの例を示す図である。

【図２３】測位用受信機の処理内容を示すフローチャー
トである。

【図２４】測位用受信機の処理内容を示すフローチャー
トである。

【図２５】ホスト装置の処理内容を示すフローチャート
である。

【図２６】図２５におけるステップｎ２３の処理内容を
示すフローチャートである。

【図２７】図２５におけるステップｎ２４の処理内容を
示すフローチャートである。

【図２８】図２５におけるステップｎ２４の処理内容を
示すフローチャートである。

【図２９】較正モードにおけるホスト装置の処理内容を
示すフローチャートである。

【図３０】この発明の他の実施例に係る電波発信位置の
決定方法を示す図である。

【符号の説明】

１〜４−無給電アンテナ ５−無指向性給電アンテナ ６〜９−無給電アンテナ支持部 １０〜１３−無給電アンテナ支持バー １４−ポール Ｄ１〜Ｄ４−ダイオード（スイッチング素子）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無指向性給電アンテナを中心に配置し、そ
   れぞれ途中にスイッチング素子を装荷して、そのスイッ
   チング素子のオンオフ状態によって、リアクタンスの変
   化する複数の無給電アンテナを前記無指向性給電アンテ
   ナを中心とする円周上に等間隔に配置して成るアンテナ
   ユニットと、 前記各無給電アンテナのスイッチング素子のオンオフ状
   態の制御を行うスイッチ制御手段と、 前記無指向性給電アンテナの出力である受信信号を増幅
   するとともに、その受信信号の強度をディジタルデータ
   に変換して、受信信号強度データを測定する受信信号強
   度測定手段と、 前記スイッチ制御手段を制御して前記アンテナユニット
   の受信信号強度パターンを複数種に変化させるととも
   に、各受信信号強度パターンの状態で前記受信信号強度
   検出手段の求めた受信信号強度データを方向測定用デー
   タ群として求める方向測定用データ群作成手段とを少な
   くとも有する、複数の電波到来方向測定用装置を一定区
   域内の既知点に配置し、 前記各アンテナユニットのスイッチング素子のオンオフ
   状態の組み合わせにより定まる各受信信号強度パターン
   を、受信信号の方向に対する受信信号強度のデータ群と
   して予め記憶する受信信号強度パターンデータ記憶手段
   と、 前記各電波到来方向測定用装置の求めた前記方向測定用
   データ群を、前記受信信号強度パターン記憶手段の記憶
   するデータ群を基にパターンマッチングを行い、最も近
   似するデータ群の受信信号の方向をそれぞれ求める受信
   信号方向検出手段と、 前記各電波到来方向測定用装置の設置位置の情報と、そ
   の各電波到来方向測定用装置を用いて求めた前記受信信
   号の方向とから定まる交点を電波発信位置として求める
   電波発信位置算出手段、 とを設けて成る電波発信位置測定装置。
2. 【請求項２】前記受信信号方向検出手段は、前記方向測
   定用データ群の平均値と標準偏差を求め、前記受信信号
   強度パターン記憶手段の記憶する各方向毎のデータ群の
   平均値と標準偏差を基に前記パターンマッチングを行う
   請求項１記載の電波発信位置測定装置。
3. 【請求項３】前記電波発信位置算出手段は、前記複数の
   電波到来方向測定用装置のうち、各々二つの電波到来方
   向測定用装置を用いて求めた前記交点の位置に、その交
   わる鋭角側の角度が大きい程高い重みを付けて、複数の
   交点の位置を幾何学荷重平均して、電波発信位置として
   求める請求項１記載の電波発信位置測定装置。
4. 【請求項４】前記複数の電波到来方向測定用装置の各々
   に電波発信手段を設け、複数の電波到来方向測定用装置
   のうち、一つの電波到来方向測定用装置の前記電波発信
   手段を制御して、当該電波到来方向測定用装置を電波発
   信源とし、その他の電波到来方向測定用装置の各々につ
   いて、前記受信信号方向検出手段の求めた方向の、実際
   の方向からの偏差を求める偏差抽出手段と、前記受信信
   号方向検出手段の求めた方向を前記偏差分だけ補正する
   方向補正手段を設けた請求項１記載の電波発信位置測定
   装置。