(57)【要約】【課題】電子機器から離れた一点で電磁界の多成分を測定し、信号処理を行うことにより短時間に高精度で放射妨害波の波源方位を推定すること。【解決手段】電子機器ＥＤから離れた一点に設けられて、電波を受信するアンテナ１１０と、アンテナ１１０によって受信された電磁界多成分の測定を行って得られた測定値に対してＭＵＳＩＣ法による信号処理を行うことにより妨害波の波源方位を推定する波源方位推定装置１２０とを備え、波源方位推定装置１２０は、アンテナ１１０により受信した電磁界多成分の測定を行う測定部１２１と、測定部１２１による測定値に対してＭＵＳＩＣ法による信号処理を行う波源方位推定部１２２とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器から離れた一点に設けられて、電波を受信するアンテナと、
妨害波の波源方位を推定する波源方位推定装置と
を備え、
前記波源方位推定装置は、
前記アンテナによって受信された電磁界多成分の測定を行う測定部と、
前記測定部による測定値に対してＭＵＳＩＣ法による信号処理を行うことにより、妨害波の波源方位を推定する波源方位推定部と
を有する波源方位推定システム。
【請求項２】
前記波源方位推定部は、測定値に基づいてスペクトルマトリクスを作成して周波数とエネルギーとの関係を求め、スペクトルマトリクスから固有値と固有ベクトルとを計算し、計算した固有値と固有ベクトルとを用いて放射妨害波の波源数を導出し、最小固有値に対応する固有ベクトルを用いて評価関数を計算し、評価関数のピークを波源数の数だけとって、そのときの方位を求めることにより、放射妨害波の波源方位を推定する
請求項１に記載の波源方位推定システム。
【請求項３】
前記波源方位推定部は、自遊空間を伝搬する平面電磁波のエネルギー密度に基づいて、前記放射妨害波の波源数を算出する
請求項１又は２に記載の波源方位推定システム。
【請求項４】
前記波源方位推定部は、前記放射妨害波の波源を波動分布関数として評価する
請求項１又は２に記載の波源方位推定システム。
【請求項５】
電子機器から離れた一点に設けられたアンテナによって受信された電磁界多成分の測定を行う測定段階と、
得られた測定値に対してＭＵＳＩＣ法による信号処理を行って、前記電子機器からの放射妨害波の波源方位を推定する信号処理段階と
を備える波源方位推定方法。
【請求項６】
コンピュータを、
電子機器から離れた一点に設けられたアンテナによって受信された電磁界多成分の測定を行う測定部、
前記測定部による測定値に対してＭＵＳＩＣ法による信号処理を行うことにより、妨害波の波源方位を推定する波源方位推定部
として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波源方位推定システム、波源方位推定方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は、機密情報漏洩の防止やテレビ、ラジオ等の外来電磁波の遮蔽を目的として、電磁波シールドを施す部屋が増加し、更に大規模化している。
【０００３】
このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
例えば、特許文献１には、電磁波シールドの外側から電磁波を照射し、電磁波シールドの内側で電磁波シールドからの漏洩波を受信して電磁波シールドの漏洩波源位置を特定する電磁波シールドにおける漏洩波源位置の特定方法が記載されている。より具体的に説明すると、この電磁波シールドにおける漏洩波源位置の特定方法は、電磁波シールドからの漏洩波を複数の素子を持つアレーアンテナで受信し、各素子で受信された漏洩波の位相差を利用して到来方向推定法により漏洩波の到来方向を推定し、この到来方向から漏洩波源位置を特定する。このようにして、この電磁波シールドにおける漏洩波源位置の特定方法によっては、一度の測定で複数の漏洩箇所を特定することができる。
【０００５】
また、近年は、１〜３ＧＨｚ帯の電波を利用した機器、システムが着実な普及を見せている上、パーソナルコンピュータのクロック周波数の高速化も急速に進み、数ＧＨｚで動作する電子機器が急増している。
【０００６】
このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
例えば、特許文献２には、電子機器から漏洩する電波の波源位置を推定する電波源位置の推定方法が記載されている。より具体的に説明すると、この電波源位置推定装置は、波源を推定するＳＰＭ法において、計測された電界分布の時空間情報を共分散行列化し、この共分散行列を固有値分解して得られる信号部分空間の最大固有値に伴う固有ベクトルを参照データとして用いる。そして、この電波源位置推定装置は、高周波の電波源を電気ダイポールの集合体として表現する。このようにして、この電波源位置推定装置によっては、波源位相と計測ノイズの影響を除去することができ、計算量が時間サンプリング数に依存しない波源空間分布を推定することができる。
【０００８】
また、測定誤差を解消した技術がある。
【０００９】
このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１０】
例えば、特許文献３には、周波数スペクトラム生成手段と、電波識別手段と、到来波推定手段とを備えた電波到来方向推定装置が記載されている。より具体的に説明すると、周波数スペクトラム生成手段は、複数のアンテナで受信された到来波の受信信号の周波数スペクトラムを生成する。電波識別手段は、信号レベルを比較することによって、周波数スペクトラムに含まれる到来波を識別する。到来波推定手段は、電波識別手段によって到来波が検出された周波数帯域において、到来波の到来数を推定すると共に、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法を用いて到来波の到来方向を推定する。具体的には、到来波推定手段は、到来波の数を指定してＭＵＳＩＣスペクトラムを生成し、ＭＵＳＩＣスペクトラム中のノイズレベルが所定レベル未満となった場合に、指定した到来波の数を到来数と推定する。このようにして、この電波到来方向推定装置によっては、到来波の発信源の位置を高速、且つ、高精度に推定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２０５４０４号公報
【特許文献２】特開２００４−２２６２５９号公報
【特許文献３】特許第４７８４９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の技術によっては、放射妨害波の波源方位を、短時間に高精度で推定することができない。
【００１３】
本発明の目的は、上述した課題を解決する波源方位推定システム、波源方位推定方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、電子機器から離れた一点に設けられて、電波を受信するアンテナと、妨害波の波源方位を推定する波源方位推定装置とを備え、波源方位推定装置は、アンテナによって受信された電磁界多成分の測定を行う測定部と、測定部による測定値に対してＭＵＳＩＣ法による信号処理を行うことにより、妨害波の波源方位を推定する波源方位推定部とを有する。
【００１５】
本発明の第２の形態によると、電子機器から離れた一点に設けられたアンテナによって受信された電磁界多成分の測定を行う測定段階と、得られた測定値に対してＭＵＳＩＣ法による信号処理を行って、電子機器からの放射妨害波の波源方位を推定する信号処理段階とを備える。
【００１６】
本発明の第３の形態によると、コンピュータを、電子機器から離れた一点に設けられたアンテナによって受信された電磁界多成分の測定を行う測定部、測定部による測定値に対してＭＵＳＩＣ法による信号処理を行うことにより、妨害波の波源方位を推定する波源方位推定部として機能させる。
【００１７】
なおまた、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【発明の効果】
【００１８】
以上の説明から明らかなように、この発明によっては、放射妨害波の波源方位を、短時間に高精度で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る波源方位推定システム１００のブロック構成の一例を示す図である。
【図２】波源方位推定方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２１】
図１は、一実施形態に係る波源方位推定システム１００のブロック構成の一例を示す。波源方位推定システム１００は、アンテナ１１０及び波源方位推定装置１２０を備える。
【００２２】
アンテナ１１０は、空間の電波を高周波エネルギーへ変換する装置である。例えば、アンテナ１１０は、電子機器ＥＤから離れた一点に設けられている。
【００２３】
波源方位推定装置１２０は、電子機器ＥＤからの放射妨害波の波源方位を推定する装置である。例えば、波源方位推定装置１２０は、アンテナ１１０と電気的に接続されている。
【００２４】
波源方位推定装置１２０は、アンテナ１１０により受信した電磁界多成分の測定を行う測定部１２１と、測定部１２１によって得られた測定値に対してＭＵＳＩＣ法による信号処理を行う波源方位推定部１２２とを備える。
【００２５】
図２は、波源方位推定方法を説明するフローチャートである。図２に示すように、まず、波源方位推定装置１２０は、電子機器ＥＤから放射妨害波が発生していることを検出する（Ｓ１０１）。そして、波源方位推定装置１２０は、電子機器ＥＤから発生している放射妨害波をアンテナ１１０で受信する（Ｓ１０２）。次に、測定部１２１は、測定値Ｅを得る（Ｓ１０３）。そして、波源方位推定部１２２は、測定値Ｅを用いて、ＭＵＳＩＣ法を用いた信号処理を行ってスペクトルマトリクスＳを作成する（Ｓ１０４）。波源方位推定部１２２は、作成したスペクトルマトリクスＳから固有値λと固有ベクトルとを計算する（Ｓ１０５）。そして、波源方位推定部１２２は、算出した固有値λと固有ベクトルとを用いて放射妨害波の波源数Ｄを導出する（Ｓ１０６）。波源方位推定部１２２は、最小固有値λｍｉｎに対応する固有ベクトルを用いて評価関数ＰＭＵ（θ）を計算する（Ｓ１０７）。そして、波源方位推定部１２２は、ＰＭＵ（θ）のピークを波源数のＤ個とり、そのときの方位（θ，φ）を求めることにより放射妨害波の波源方位を推定する。
【００２６】
ここで、測定部１２１は、以下に示す具体的な式を用いて測定を行う。周波数ω、入射角θ、方位角φで伝搬してくる平面波のスペクトルマトリクスの（ｉ，ｊ）成分（ｉ，ｊ＝１，２，…，６）は、波動分布関数を用いて以下の式（１）で表される。
【００２７】
【数１】
2014206440.tif 000003
【００２８】
ここで、ａ、ｉ、ｊは、積分核と呼ばれ、単位立体角あたりのエネルギーを表す。
【００２９】
次に、波源方位推定部１２２は、以下に示す具体的な式を用いて算出処理を行う。固有値の最も小さい解である最小固有値λｍｉｎ、及び、それに対応する固有ベクトルの数は、スペクトルマトリクスＳで表されるＭ個の連立方程式のうち、条件過多な数Ｎを表している。従って、波源数Ｄは、以下の式（２）で求められる。
【００３０】
【数２】
2014206440.tif 000004
【００３１】
最小固有値λｍｉｎに対応する固有ベクトルは、放射妨害波源からのノイズベクトルＥＮに相当し、ノイズサブスペースを構成する。また、アンテナ１１０で受信する放射妨害波のモードベクトルａ（θ）で張られる空間は、シグナルサブスペースと呼ばれる。評価関数ＰＭＵ（θ）は、モードベクトルからノイズサブスペースへの距離の２乗の逆数で定義される。このとき、距離は、モードベクトルａ（θ）とノイズベクトルＥＮの内積で表すことができ、以下の式（３）で表される。ここで、＊は、共役転置を表す。
【００３２】
【数３】
2014206440.tif 000005
【００３３】
自由空間において、電磁波のＴＥ、ＴＭ波は、互いに独立に伝搬できることから、一点の測定点で測定される電磁界の６成分（Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚ、Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚ）は、ＴＥ、ＴＭモード入射波の電界、磁界成分（ＴＥ；Ｂ｜｜、Ｅ⊥：ＴＭ；Ｂ⊥、Ｅ｜｜）により、以下の式（４）で表される。
【００３４】
【数４】
2014206440.tif 000006
【００３５】
ここで、ｃは、自由空間における光速である。電磁界の６成分は、一般化された電磁界成分、ｅ１、ｅ２、ｅ３、…、ｅ６に書き改めると、以下の式（５）で表される。
【００３６】
【数５】
2014206440.tif 000007
【００３７】
ここで、電磁界の偏波Ｐ０は、ＴＥモード入射波とＴＭモード入射波の比とすることにより、以下の式（６）で定義する。
【００３８】
【数６】
2014206440.tif 000008
【００３９】
ここで、偏波Ｐ０は、偏波比ｒ、偏波角δにより複素表示される。ｒは、０〜１の間の値をとる。δは、偏波角と呼ばれ、直線偏波、楕円偏波、円偏波などの偏波状態を表す量であり、−９０°から９０°の間の値をとる。電磁界の６成分は、偏波Ｐ０を用いて式（４）を書き改めると、以下の式（７）で表される。
【００４０】
【数７】
2014206440.tif 000009
【００４１】
また、電磁界成分の積ｅｉ・ｅｊとエネルギー密度ρとの比は、以下の式（８）のように定義される。
【００４２】
【数８】
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【００４３】
このとき、＊は、複素共役を表す。ここで、各周波数ω、波数ベクトルｋで自由空間を伝搬する平面電磁波のエネルギー密度ρにおいてポインティングベクトル（時間平均）は、以下の式（９）として表される。
【００４４】
【数９】
2014206440.tif 000011
【００４５】
また、自由空間での群速度ｖｇは、以下の式（１０）で与えられる。
【００４６】
【数１０】
2014206440.tif 000012
【００４７】
ポインティングベクトルは、単位面積を単位時間当たりに通過する電磁波のエネルギーを表し、群速度は、エネルギーがどのくらいの速度で移動するかを表している。従って、ポインティングベクトルは、以下の式（１１）で得られ、群速度は、以下の式（１２）で得られる。
【００４８】
【数１１】
2014206440.tif 000013
【００４９】
【数１２】
2014206440.tif 000014
【００５０】
よって、式（１１）及び式（１２）より、積分核ａｉｊ（ω、θ、φ；Ｐ０）は、以下の式（１３）のように、偏波Ｐ、入射角θ、方位角φの関数で表される。
【００５１】
【数１３】
2014206440.tif 000015
【００５２】
これにより、波源方位推定システム１００は、偏波Ｐ、入射角θ、方位角φを取得する。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態の波源方位推定システム１００によれば、波源方位推定装置１２０は、電子機器ＥＤから離れた一点での電磁界多成分の測定値を信号処理するので、多数点での測定時間を必要とせずに、電子機器ＥＤにおける放射妨害波の波源方位を短時間で推定できる。
【００５４】
また、本実施の形態の波源方位推定システム１００によれば、波源方位推定装置１２０は、測定点が一点のため、多数の測定点を設定することによる測定精度の変動がなく、高精度で電子機器ＥＤにおける放射妨害波の波源方位を推定できる。
【００５５】
そして、本実施の形態の波源方位推定システム１００によれば、波源方位推定装置１２０は、測定部１２１がアンテナ１１０により受信した電磁界多成分の測定を行い、波源方位推定部１２２が測定部１２１による測定値に対してＭＵＳＩＣ法による信号処理を行うので、簡素な回路構成にできる。
【００５６】
そしてまた、本実施の形態の波源方位推定システム１００によれば、波源方位推定部１２２は、測定部１２１の測定値に基づいてスペクトルマトリクスを作成して周波数とエネルギーとの関係を求めて、スペクトルマトリクスから固有値と固有ベクトルとを計算する。また、波源方位推定システム１００によれば、波源方位推定部１２２は、計算した固有値と固有ベクトルとを用いて放射妨害波の波源数を導出し、最小固有値に対応する固有ベクトルを用いて評価関数を計算し、評価関数のピークを波源数の数だけとって、そのときの方位を求める。従って、波源方位推定システム１００によれば、波源方位推定装置１２０は、高精度で電子機器ＥＤにおける放射妨害波の波源方位を推定できる。
【００５７】
そしてさらに、本実施の形態の波源方位推定システム１００によれば、波源方位推定部１２２は、自遊空間を伝搬する平面電磁波のエネルギー密度に基づいて、放射妨害波の波源数を算出する。従って、波源方位推定システム１００によれば、波源方位推定装置１２０は、高精度で電子機器ＥＤにおける放射妨害波の波源方位を推定できる。
【００５８】
そして、本実施の形態の波源方位推定方法によれば、波源方位推定装置１２０は、電子機器ＥＤから離れた一点での電磁界多成分の測定値を信号処理するので、多数点での測定時間を必要とせずに、電子機器ＥＤにおける放射妨害波の波源方位を短時間で推定できる。
【００５９】
本実施の形態のプログラムによれば、波源方位推定装置１２０は、電子機器ＥＤから離れた一点での電磁界多成分の測定値を信号処理するので、多数点での測定時間を必要とせずに、電子機器ＥＤにおける放射妨害波の波源方位を短時間で推定できる。
【００６０】
他の実施の形態の波源方位推定方法は、分布関数として評価する信号処理手法を用いることにより、波源のエネルギー分布を推定する。
【００６１】
波源方位推定部１２２は、測定値Ｅを用いてスペクトルマトリクスＳを作成し、周波数とエネルギーとの関係を求める。周波数ω、入射角θ、方位角φで伝搬してくる平面波のスペクトルマトリクスの（ｉ、ｊ）成分（ｉ、ｊ＝１、２、…、６）は、波動分布関数を用いることにより、上記式（１）で表される。ここで、ａｉｊは、積分核と呼ばれ、単位立体角あたりのエネルギーを表す。積分核は、固定された任意の周波数で考えられるので、ωを省略して独立な成分に対する式に書き改めると、以下の式（１４）で表される。
【００６２】
【数１４】
2014206440.tif 000016
【００６３】
Ｐｋは、スペクトルマトリクスＳｉｊ（ω）の、ｑｋは、核ａｉｊ（ω、θ、φ）ｓｉｎθの実部及び虚部にそれぞれ対応しており、以下の式（１５）のような関係にある。
【００６４】
【数１５】
2014206440.tif 000017
【００６５】
電界の３成分が測定された場合、積分方程式の個数は、Ｎ＝９となる。一般に、逆問題に対する解は無数に存在するが、その全てが物理的に意味のある解ではない。波動分布関数Ｆ（θ、φ）は、波数空間におけるは導エネルギーの分布を表しているので、滑らかで、至るところ正となる解を求める必要がある。「波動分布関数Ｆ（θ、φ）が未知である。」という状態は、高いエントロピーを持っているといえる。つまり、「波動分布関数Ｆ（θ、φ）を推定する」という作業は、この状態の持つ高いエントロピーを下げる作業であるといえる。従って、エントロピーは、最も効率よく下げられるような分布Ｆ（θ、φ）に推定される。すなわち、推定された分布Ｆ（θ、φ）は、最大となる分布を解として求められる。このようにして得られた解は、予測される最も「ありふれた」分布を表していると解釈できる。波動分布関数Ｆ（θ、φ）のエントロピーＨは、以下の式（１６）で与えられる。
【００６６】
【数１６】
2014206440.tif 000018
【００６７】
式（１４）の条件の下に、エントロピーＨを最大とする解は、以下の式（１７）のようにラグランジュ（Ｌａｇｒａｎｇｅ）の未定乗数μｋを用いて得られる。
【００６８】
【数１７】
2014206440.tif 000019
【００６９】
本実施の形態の波源方位推定方法によれば、波源方位推定装置１２０は、分布関数として評価する信号処理手法を用いて波源のエネルギー分布を推定することにより、電子機器ＥＤにおける放射妨害波の波源方位を短時間で推定できる。
【００７０】
なお、情報端末、アクセスシステム、情報処理方法及びプログラムは、前述した一実施形態に限定するものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１００  波源方位推定システム
１１０  アンテナ
１２０  波源方位推定装置
１２１  測定部
１２２  波源方位推定部
ＥＤ  電子機器
【図１】
2014206440.tif 000020
【図２】
2014206440.tif 000021