(57)【要約】【課題】合成信号にＳＮ比が非常に小さい信号が含まれている場合でも、送信機ごとに信号を分離するとともに、分離された信号の到来方向を推定することが可能な信号探索装置、及びその信号探索装置を備えた被災者探索装置を提供する。【解決手段】アレイアンテナのアンテナ素子ごとにαシンボル周期／サンプリング周期（αは１以上の整数）個の出力ポートを備えるＳ／Ｐ変換器を備え、所定期間内に全てのＳ／Ｐ変換器から出力された信号サンプルから信号サンプル行列を生成し、信号サンプル行列とＣＭＡ法とに基づいて各Ｓ／Ｐ変換器のそれぞれの出力ポートに対応する重み係数を推定し、推定された重み係数に基づいて、複数の送信機の１つから送信された信号を再生して再生信号に対応する信号レプリカ行列を生成するとともに、再生された信号の到来方向を推定し、信号サンプル行列から信号レプリカ行列を引いて信号サンプル行列を更新する。【選択図】      図３
2014050045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信機から送信された信号の合成信号を受信するアンテナ素子を、複数備えて構成されたアレイアンテナと、
各アンテナ素子の出力を所定のサンプリング周期でサンプリングして信号サンプルを取得するアナログデジタル変換手段と、
前記アナログデジタル変換手段から出力された信号サンプルを記憶する記憶手段と、
各アンテナ素子に設けられるとともに、前記送信機から送信された信号のシンボル周期を前記サンプリング周期で除算して得られた商の１以上の整数倍の出力ポートを備えて、前記記憶手段からシリアル出力された各アンテナ素子の前記信号サンプルをパラレル出力に変換するシリアルパラレル変換手段と、
全てのシリアルパラレル変換手段の前記出力ポートから１度に出力された前記信号サンプルを信号サンプルベクトルとし、所定期間内に出力された前記信号サンプルベクトルから信号サンプル行列を生成する信号サンプル行列生成手段と、
前記信号サンプル行列とＣＭＡ法とに基づいて、各シリアルパラレル変換手段のそれぞれの出力ポートに対応する重み係数を要素とする重み係数ベクトルを推定する重み係数推定手段と、
前記重み係数推定手段により推定された重み係数ベクトルと前記信号サンプル行列とから、前記複数の送信機の１つから送信された信号を再生するとともに、再生された信号に対応する信号サンプルを表す信号レプリカ行列を生成する信号レプリカ行列生成手段と、
前記シリアルパラレル変換手段の前記出力ポートから所定数の出力ポートを選定する出力ポート選定手段と、
前記出力ポート選定手段により選定された前記所定数の出力ポートのそれぞれに対応する前記重み係数を、前記重み係数推定手段により推定された前記重み係数ベクトルからそれぞれ抽出して、前記所定数の重み係数抽出ベクトルを生成する重み係数抽出手段と、
前記重み係数抽出手段により生成された前記所定数の重み係数抽出ベクトルのそれぞれと、前記アンテナ素子間の距離及び信号の到来方向から定まるステアリングベクトルとのそれぞれの相関値を算出し、算出された前記所定数の相関値を平均して平均相関値を算出する相関値算出手段と、
算出された前記平均相関値が最大となる前記到来方向を、前記信号レプリカ行列生成手段により再生された信号の到来方向と推定する到来方向推定手段と、
前記信号サンプル行列から前記信号レプリカ行列生成手段により生成された信号レプリカ行列を引いて、前記信号サンプル行列を更新する信号サンプル行列更新手段と、を備え、
前記重み係数推定手段と、前記信号レプリカ行列生成手段と、前記出力ポート選定手段と、前記重み係数抽出手段と、前記相関値算出手段と、前記到来方向推定手段と、前記信号サンプル行列更新手段と、による処理を繰り返し実行し、順次前記複数の送信機の１つから送信された信号を再生するとともに、再生された信号の到来方向を推定することを特徴とする信号探索装置。
【請求項２】
前記シリアルパラレル変換手段は、前記シンボル周期を前記サンプリング周期で除算して得られた商の２以上の整数倍の出力ポートを備える請求項１に記載の信号探索装置。
【請求項３】
前記出力ポート選定手段は、前記重み係数ベクトルのうち同じ出力ポートに対応する重み係数の絶対値を全ての前記アンテナ素子にわたって足し合わせた総和を算出し、算出された総和のうち大きいものから前記所定数選び、選んだ前記所定数の総和に対応する前記出力ポートを選定する請求項１又は２に記載の信号探索装置。
【請求項４】
複数の送信機から送信された信号の合成信号を受信するアンテナ素子を、複数備えて構成されたアレイアンテナと、
各アンテナ素子の出力を所定のサンプリング周期でサンプリングして信号サンプルを取得するアナログデジタル変換手段と、
前記アナログデジタル変換手段から出力された信号サンプルを記憶する記憶手段と、
各アンテナ素子に設けられるとともに、前記送信機から送信された信号のシンボル周期を前記サンプリング周期で除算して得られた商の１以上の整数倍の出力ポートを備えて、前記記憶手段からシリアル出力された各アンテナ素子の前記信号サンプルをパラレル出力に変換するシリアルパラレル変換手段と、
全てのシリアルパラレル変換手段の前記出力ポートから１度に出力された前記信号サンプルを信号サンプルベクトルとし、所定期間内に出力された前記信号サンプルベクトルから信号サンプル行列を生成する信号サンプル行列生成手段と、
前記信号サンプル行列とＣＭＡ法とに基づいて、各アンテナ素子のそれぞれの出力ポートに対応する重み係数を要素とする重み係数ベクトルを推定する重み係数推定手段と、
前記重み係数推定手段により推定された重み係数ベクトルと前記信号サンプル行列とから、前記複数の送信機の１つから送信された信号を再生するとともに、再生された信号に対応する信号サンプルを表す信号レプリカ行列を生成する信号レプリカ行列生成手段と、
前記出力ポートの１つに対応する前記重み係数を、前記重み係数推定手段により推定された前記重み係数ベクトルから抽出して、重み係数抽出ベクトルを生成する重み係数抽出手段と、
前記重み係数抽出手段により生成された重み係数抽出ベクトルと、前記アンテナ素子間の距離及び信号の到来方向から定まるステアリングベクトルとの相関値を算出する相関値算出手段と、
算出された前記相関値が最大となる前記到来方向を、前記信号レプリカ行列生成手段により再生された信号の到来方向と推定する到来方向推定手段と、
前記信号サンプル行列から前記信号レプリカ行列生成手段により生成された信号レプリカ行列を引いて、前記信号サンプル行列を更新する信号サンプル行列更新手段と、を備え、
前記重み係数推定手段と、前記信号レプリカ行列生成手段と、前記重み係数抽出手段と、前記相関値算出手段と、前記到来方向推定手段と、前記信号サンプル行列更新手段と、による処理を繰り返し実行し、順次前記複数の送信機の１つから送信された信号を再生するとともに、再生された信号の到来方向を推定することを特徴とする信号探索装置。
【請求項５】
前記シリアルパラレル変換手段は、前記シンボル周期を前記サンプリング周期で除算して得られた商の２以上の整数倍の出力ポートを備える請求項４に記載の信号探索装置。
【請求項６】
前記所定期間内の所定時刻をｋ、前記信号サンプル行列のうち所定時刻ｋの信号サンプルベクトルをｘ[ｋ]、前記重み係数推定手段により推定された重み係数ベクトルをｗ、前記重み係数ベクトルｗの複素共役転置をｗＨ、前記信号レプリカ行列生成手段により生成された前記信号レプリカ行列のうち所定時刻ｋの要素である信号レプリカベクトルをr[ｋ]とすると、前記信号レプリカ行列生成手段は、
r[ｋ]＝ｗＨｘ[ｋ]ｗ／（ｗＨｗ）
の演算により、前記所定期間内の前記信号レプリカベクトルr[ｋ]を算出し、前記信号レプリカベクトルr[ｋ]から前記信号レプリカ行列を生成する請求項１〜５のいずれかに記載の信号探索装置。
【請求項７】
請求項２又は５に記載の信号探索装置を備え、
前記送信機が周期的信号にシンボルが乗積された信号を送信する被災者探索装置。
【請求項８】
前記送信機が携帯電話である請求項７に記載の被災者探索装置。
【請求項９】
モニタを備え、前記モニタに前記送信機の方向を表示させる請求項７又は８に記載の被災者探索装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＡで制御されるアダプティブアレイアンテナを備えた信号探索装置、及びその信号探索装置を備えた被災者探索装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のアンテナ素子から構成されたアレイアンテナで無線信号を受信し、各アンテナ素子で受信された受信信号に対する重み付けを行った後合成することによって、ある方向から到来する受信信号を強め合うように合成し、他の方向から到来する受信信号を抑圧するように合成するアダプティブアレイ手法が知られている。
【０００３】
このアダプティブアレイ手法を用いて、複数の送信機から同一周波数チャネル上で送信された複数の信号を分離して受信することが行われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８８３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、瓦礫や雪に埋もれた送信機から送信された信号は、深刻なフェージングの影響を受けて、非常に微弱で雑音に埋もれた状態でアンテナに受信される。上述したようなアダプティブアレイ手法を用いても、このような微弱でＳＮ比が非常に低い信号を受信信号の中から検出して分離することは困難である。
【０００６】
本発明は、上記実情を鑑み、複数の送信機から送信された信号の合成信号に微弱でＳＮ比が非常に低い信号が含まれている場合でも、送信機ごとに信号を分離するとともに、分離された信号の到来方向を推定することが可能な信号探索装置、及びその信号探索装置を備えた被災者探索装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、第１の手段は、信号探索装置であって、複数の送信機から送信された信号の合成信号を受信するアンテナ素子を、複数備えて構成されたアレイアンテナと、各アンテナ素子の出力を所定のサンプリング周期でサンプリングして信号サンプルを取得するアナログデジタル変換手段と、前記アナログデジタル変換手段から出力された信号サンプルを記憶する記憶手段と、各アンテナ素子に設けられるとともに、前記送信機から送信された信号のシンボル周期を前記サンプリング周期で除算して得られた商の１以上の整数倍の出力ポートを備えて、前記記憶手段からシリアル出力された各アンテナ素子の前記信号サンプルをパラレル出力に変換するシリアルパラレル変換手段と、全てのシリアルパラレル変換手段の前記出力ポートから１度に出力された前記信号サンプルを信号サンプルベクトルとし、所定期間内に出力された前記信号サンプルベクトルから信号サンプル行列を生成する信号サンプル行列生成手段と、前記信号サンプル行列とＣＭＡ法とに基づいて、各シリアルパラレル変換手段のそれぞれの出力ポートに対応する重み係数を要素とする重み係数ベクトルを推定する重み係数推定手段と、前記重み係数推定手段により推定された重み係数ベクトルと前記信号サンプル行列とから、前記複数の送信機の１つから送信された信号を再生するとともに、再生された信号に対応する信号サンプルを表す信号レプリカ行列を生成する信号レプリカ行列生成手段と、前記シリアルパラレル変換手段の前記出力ポートから所定数の出力ポートを選定する出力ポート選定手段と、前記出力ポート選定手段により選定された前記所定数の出力ポートのそれぞれに対応する前記重み係数を、前記重み係数推定手段により推定された前記重み係数ベクトルからそれぞれ抽出して、前記所定数の重み係数抽出ベクトルを生成する重み係数抽出手段と、前記重み係数抽出手段により生成された前記所定数の重み係数抽出ベクトルのそれぞれと、前記アンテナ素子間の距離及び信号の到来方向から定まるステアリングベクトルとのそれぞれの相関値を算出し、算出された前記所定数の相関値を平均して平均相関値を算出する相関値算出手段と、算出された前記平均相関値が最大となる前記到来方向を、前記信号レプリカ行列生成手段により再生された信号の到来方向と推定する到来方向推定手段と、前記信号サンプル行列から前記信号レプリカ行列生成手段により生成された信号レプリカ行列を引いて、前記信号サンプル行列を更新する信号サンプル行列更新手段と、を備え、前記重み係数推定手段と、前記信号レプリカ行列生成手段と、前記出力ポート選定手段と、前記重み係数抽出手段と、前記相関値算出手段と、前記到来方向推定手段と、前記信号サンプル行列更新手段と、による処理を繰り返し実行し、順次前記複数の送信機の１つから送信された信号を再生するとともに、再生された信号の到来方向を推定する。
【０００８】
第１の手段によれば、複数の送信機から送信された合成信号がアレイアンテナで受信される。そして、アナログデジタル変換手段により各アンテナ素子の出力はサンプリングされて信号サンプルが取得され、取得された信号サンプルは記憶手段に記憶される。さらに、各アンテナ素子の信号サンプルは、各アンテナ素子に設けられたシリアルパラレル変換手段によりパラレル出力に変換される。
【０００９】
ここで、送信機から送信された信号のシンボル周期をＴｓｂ、アナログデジタル変換手段のサンプリング周期をＴｓｐとすると、シリアルパラレル変換手段の出力ポート数ＭはＭ＝αＴｓｂ／Ｔｓｐ（αは１以上の整数）とされる。よって、各シリアルパラレル変換手段から、シンボルのα周期分の送信信号に相当する受信信号サンプルが出力される。
【００１０】
そして、所定期間内に全てのシリアルパラレル変換手段の出力ポートから出力された信号サンプルベクトルから、信号サンプル行列が生成される。さらに、各アンテナ素子のそれぞれの出力ポートに対応する重み係数を要素とする重み係数ベクトルが、信号サンプル行列とＣＭＡ法とに基づいて推定される。推定された重み係数ベクトルと信号サンプ行列とから、上記複数の送信機の１つから送信された信号が再生される。そして、再生された信号に対応する信号サンプルを表す信号レプリカ行列が生成される。
【００１１】
ＣＭＡ法により推定された重み係数ベクトルは、複数の送信機の１つから送信され各アンテナ素子で受信された信号を適切に合成してビーム形成を行う重み係数ベクトルである。よって、再生された信号は、複数の送信機の１つから送信された信号のみを表す信号になる。
【００１２】
ところで、本発明者は、シンボルのα周期分に相当する信号サンプルを出力するシリアルパラレル変換手段を設置したことにより、算出された重み係数ベクトルが整合フィルタの重み係数ベクトルになるという知見を得た。すなわち、本発明者は、シリアルパラレル変換手段が、ＳＮ比を最大化して出力する整合フィルタと同様の役割をするという知見を得た。その理由は、以下のように考えられる。
【００１３】
ＣＭＡ法は、出力信号の絶対値が一定になることを制御規範として重み係数を推定する。ところが、雑音があると出力信号の絶対値は一定とならない。このため、ＣＭＡ法ではできるだけ出力信号のＳＮ比を高くするような重み係数を探索することになる。本発明では、α周期分の送信信号に相当する信号サンプルを出力するシリアルパラレル変換手段を設置したことにより、α周期分の出力信号のＳＮ比をできるだけ高くするような重み係数が推定される。ここで、α周期分の出力信号のＳＮ比を最大にする重み係数は、整合フィルタの重み係数となる。したがって、ＣＭＡ法により出力信号の絶対値が一定になることを基準として、α周期分の送信信号に対応する各出力ポートに対する重み係数の探索を進めると、整合フィルタの重み係数が推定されると考えられる。よって、再生された信号は、複数の送信機の１つから送信された信号のみを表す信号であるとともに、ＳＮ比を最大化した信号である。それゆえ、微弱でＳＮ比が非常に低い信号でも検出して信号を再生し分離することができる。
【００１４】
また、推定された重み係数ベクトルから、所定数の出力ポートのそれぞれに対応する重み係数が抽出されて、所定数の重み係数抽出ベクトルが生成される。そして生成された所定数の重み係数抽出ベクトルとのそれぞれと、ステアリングベクトルとの相関値が算出され、算出された所定数の相関値が平均されて平均相関値が算出される。
【００１５】
信号の到来方向角度をθとすると、ステアリングベクトルはθの関数となる。推定された重み係数ベクトルに対応する信号の到来方向は、ステアリングベクトルのθを変化させ、重み係数抽出ベクトルに最も似たステアリングベクトルが得られるθをみつけることで推定できる。すなわち、重み係数抽出ベクトルとステアリングベクトルとの相関値が最大となるθを、再生された信号の到来方向と推定できる。よって、算出された平均相関値が最大となるθを算出し、算出したθを重み係数ベクトルに対応する再生された信号の到来方向と推定することができる。
【００１６】
さらに、信号サンプル行列から、再生された信号に対応する信号レプリカ行列が引かれ、信号サンプル行列が更新される。そして、更新された信号サンプル行列を用いて、重み係数ベクトルを推定する処理から信号サンプル行列を更新する処理までが繰り返し実行される。それにより、複数の送信機の１つから送信された信号が順次再生されるとともに、再生された信号の到来方向が推定される。
【００１７】
したがって、第１の手段によれば、複数の送信機から送信された信号の合成信号に微弱でＳＮ比が非常に低い信号が含まれている場合でも、送信機ごとに受信信号を分離（再生）するとともに、分離された信号の到来方向を推定することができる。それゆえ、請第１の手段は、地震や雪崩等の災害時に、瓦礫や雪の中に埋もれた複数の人が所持する災害救助信号送信機等からの信号を受信して、それぞれの人の位置を推定する救助用の信号探索装置として利用することができる。
【００１８】
なお、出力ポート選定手段により１つの出力ポートが選定されてもよく、その場合には相関値算出手段により算出される相関値の平均値は、その１つの出力ポートについての重み係数抽出ベクトルとステアリングベクトルとの相関値となる。
【００１９】
さらに、第２の手段では、前記シリアルパラレル変換手段は、前記シンボル周期を前記サンプリング周期で除算して得られた商の２以上の整数倍の出力ポートを備える。
【００２０】
周期的信号にシンボルが乗積された信号と整合フィルタとの同期が取られていると、整合フィルタの重み係数はシンボルを復元する。例えば、拡散系列にシンボルが乗積されたスペクトル拡散信号と整合フィルタとの同期が取られていれば、整合フィルタの重み係数は逆拡散を行う。αを２以上の整数とすると、シリアルパラレル変換手段は、シンボルの２周期分以上の送信信号に相当する信号サンプルを出力する。よって、シリアルパラレル変換手段は、送信信号のシンボルに対してどの時点からサンプリングを開始したとしても、少なくともシンボルの１周期分の送信信号に相当する信号サンプルを連続した出力ポートから出力する。そのため、推定された重み係数ベクトルは、事前の同期が確立されていなくても、１周期分の送信信号に一致した区間の出力ポートに対してシンボルを復元する。すなわち、シンボルを復元するとともに、複数の送信機の１つから送信された信号のみを表す信号を適切に合成してビーム形成を行う重み係数ベクトルが得られる。
【００２１】
よって、ＳＮ比が小さく同期捕捉が困難な、周期的信号にシンボルが乗積された信号が受信信号に含まれている場合でも、事前の同期確立がないままでシンボルが復元される。したがって、受信信号にＳＮ比が小さいスペクトル拡散信号が含まれていても、送信機ごとに分離するとともに、分離された信号の到来方向を推定することができる。それゆえ、第２の手段は、地震や雪崩などの災害時に、瓦礫や雪に埋もれた人が所持する携帯電話の信号を受信して、瓦礫や雪に埋もれた人の位置を推定する救助用の信号探索装置として利用することができる。
【００２２】
さらに、第３の手段では、前記出力ポート選定手段は、前記重み係数ベクトルのうち同じ出力ポートに対応する重み係数の絶対値を全ての前記アンテナ素子にわたって足し合わせた総和を算出し、算出された総和のうち大きいものから前記所定数選び、選んだ前記所定数の総和に対応する前記出力ポートを選定する。
【００２３】
各出力ポートに対応する重み係数の絶対値は、各出力ポートから出力された再生信号の電力に比例する。よって、重み係数の絶対値の総和が大きい出力ポートからは、総和が小さい出力ポートからよりもＳＮ比の高い再生信号が出力される。したがって、重み係数の絶対値の総和が大きいものから所定数選び、選んだ所定数の総和に対応する出力ポートを選定すると、精度よく到来方向を推定することができる。なお、所定数として１を採用してもよく、その場合は重み係数の絶対値の総和が最も大きい出力ポートのみを選定することとなる。
【００２４】
第４の手段は、信号探索装置であって、複数の送信機から送信された信号の合成信号を受信するアンテナ素子を、複数備えて構成されたアレイアンテナと、各アンテナ素子の出力を所定のサンプリング周期でサンプリングして信号サンプルを取得するアナログデジタル変換手段と、前記アナログデジタル変換手段から出力された信号サンプルを記憶する記憶手段と、各アンテナ素子に設けられるとともに、前記送信機から送信された信号のシンボル周期を前記サンプリング周期で除算して得られた商の１以上の整数倍の出力ポートを備えて、前記記憶手段からシリアル出力された各アンテナ素子の前記信号サンプルをパラレル出力に変換するシリアルパラレル変換手段と、全てのシリアルパラレル変換手段の前記出力ポートから１度に出力された前記信号サンプルを信号サンプルベクトルとし、所定期間内に出力された前記信号サンプルベクトルから信号サンプル行列を生成する信号サンプル行列生成手段と、前記信号サンプル行列とＣＭＡ法とに基づいて、各アンテナ素子のそれぞれの出力ポートに対応する重み係数を要素とする重み係数ベクトルを推定する重み係数推定手段と、前記重み係数推定手段により推定された重み係数ベクトルと前記信号サンプル行列とから、前記複数の送信機の１つから送信された信号を再生するとともに、再生された信号に対応する信号サンプルを表す信号レプリカ行列を生成する信号レプリカ行列生成手段と、前記出力ポートの１つに対応する前記重み係数を、前記重み係数推定手段により推定された前記重み係数ベクトルから抽出して、重み係数抽出ベクトルを生成する重み係数抽出手段と、前記重み係数抽出手段により生成された重み係数抽出ベクトルと、前記アンテナ素子間の距離及び信号の到来方向から定まるステアリングベクトルとの相関値を算出する相関値算出手段と、算出された前記相関値が最大となる前記到来方向を、前記信号レプリカ行列生成手段により再生された信号の到来方向と推定する到来方向推定手段と、前記信号サンプル行列から前記信号レプリカ行列生成手段により生成された信号レプリカ行列を引いて、前記信号サンプル行列を更新する信号サンプル行列更新手段と、を備え、前記重み係数推定手段と、前記信号レプリカ行列生成手段と、前記重み係数抽出手段と、前記相関値算出手段と、前記到来方向推定手段と、前記信号サンプル行列更新手段と、による処理を繰り返し実行し、順次前記複数の送信機の１つから送信された信号を再生するとともに、再生された信号の到来方向を推定する。
【００２５】
第４の手段によれば、第１の手段で所定数を１にした場合と同様の作用効果を奏する。
【００２６】
さらに、第５の手段では、前記シリアルパラレル変換手段は、前記シンボル周期を前記サンプリング周期で除算して得られた商の２以上の整数倍の出力ポートを備え、第２の手段で所定数を１にした場合と同様の作用効果を奏する。
【００２７】
第６の手段は、第１〜５のいずれかの手段に記載の信号探索装置であって、前記所定期間内の所定時刻をｋ、前記信号サンプル行列のうち所定時刻ｋの信号サンプルベクトルをｘ[ｋ]、前記重み係数推定手段により推定された重み係数ベクトルをｗ、前記重み係数ベクトルｗの複素共役転置をｗＨ、前記信号レプリカ行列生成手段により生成された前記信号波形レプリカ行列のうち所定時刻ｋの要素である信号レプリカベクトルをr[ｋ]とすると、前記信号レプリカ行列生成手段は、r[ｋ]＝ｗＨｘ[ｋ]ｗ／（ｗＨｗ）の演算により、前記所定期間内の前記信号レプリカベクトルr[ｋ]を算出し、前記信号レプリカベクトルr[ｋ]から前記信号レプリカ行列を生成する。よって、重み係数ベクトルと信号サンプル行列とから、簡易な方法で信号レプリカ行列を算出して、複数の送信機の１つから送信された信号を分離することができる。
【００２８】
第７の手段は、被災者探索装置であって、第２の手段又は第５の手段に記載の信号探索装置を備え、前記送信機が周期的信号にシンボルが乗積された信号を送信する。
【００２９】
上記構成によれば、事前の同期確立がないままで周期的信号にシンボルが乗積された信号のシンボルを復元するとともに、上記信号を送信する送信機の方向を特定できる。よって、例えば、スキー場のような災害が発生する確率が高い場所では、周期的信号にシンボルが乗積された救助信号を発生する救助信号発生器（送信機）を身につけるようにすれば、災害時に救助信号発生器を所持して埋もれた被災者を速やかに救助することができる。
【００３０】
さらに第８の手段は、前記送信機が携帯電話である。
【００３１】
地震や雪崩等の災害時に瓦礫や雪に埋もれた場合でも、携帯電話を所持している被災者は多いと思われる。一般に、携帯電話ではスペクトル拡散信号が用いられている。上記構成によれば、事前の同期確立がないままでスペクトル拡散信号を逆拡散させることができるため、複数の携帯電話からの送信信号を携帯電話ごとに分離（再生）し、それぞれの携帯電話の方向を特定すれば、携帯電話を所持して埋もれている被災者を救助することができる。
【００３２】
第９の手段は、第７又は８の手段に記載の被災者探索装置であって、モニタを備え、前記モニタに前記送信機の方向を表示させる。被災者探索装置において、送信機の方向をモニタに表示させることにより、送信機の方向を容易に視認できる。それゆえ、送信機を所持する被災者を速やかに救助することにつなげることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係る信号探索装置及び被災者探索装置の外観を示す図。
【図２】本実施形態に係る信号探索装置の概略構成を示す模式図。
【図３】本実施形態に係る信号探索装置の動作の流れを示すブロック図。
【図４】シリアルパラレル変換器を示す図。
【図５】重み係数推定手段の構成を示す図。
【図６】アンテナ素子の配置と信号の到来方向を示す図。
【図７】帯域通過フィルタの出力波形を示す模式図。
【図８】重み係数と送信信号波形との比較を示す図。
【図９】補正した重み係数と送信信号波形との比較を示す図。
【図１０】シリアルパラレル変換器の出力ポートと重み係数の絶対値の対応例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、被災者探索装置を具現化した各実施形態について図面を参照しつつ説明する。各実施形態に係る被災者探索装置は、既知のシンボル周期からなる定包絡線の送信信号を受信することを想定している。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００３５】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る被災者探索装置１０（信号探索装置）を示す。この被災者探索装置１０は、信号受信部３０と信号処理部５０とから構成される。信号受信部３０は、複数の送信機から送信された信号をＮ個のアンテナ素子２１で受信した後、受信信号をデジタル信号に変換する。信号処理部５０は、信号受信部３０から出力されたデジタル信号を処理して、送信機ごとに信号を分離するとともに分離した信号の到来方向を推定する。
【００３６】
次に、図２を参照して、信号探索装置１０の概略構成を説明する。信号受信部３０は、Ｎ個のアンテナ素子２１から構成されるアレイアンテナと、帯域通過フィルタ３１（ＢＰＦ）、検波器３２及びＡ／Ｄ変換器３３（アナログデジタル変換手段）から構成される。ＢＰＦ３１、検波器３２、Ａ／Ｄ変換器３３は、アンテナ素子２１ごとに設けられている。
【００３７】
各アンテナ素子２１の出力は、ＢＰＦ２１を通って帯域制限された後、検波器３２により複素搬送波が除かれて直交成分のみが取り出される。検波器３２により取り出された直交成分は、実部と虚部とからなる複素信号となる。検波器３２は、例えばスーパーヘテロダイン受信機を採用できる。Ａ／Ｄ変換器３３は、検波器３２の出力の実部と虚部とをそれぞれサンプリング周期Ｔｓｐでサンプリングし、アナログデータからデジタルデータへ変換する。実部と虚部とからなる信号サンプルは、Ａ／Ｄ変換器３３から出力されて信号処理部５０へ送られる。
【００３８】
信号処理部５０は、メモリ５１（記憶手段）と、ＣＰＵ５２と、キーボードやマウス等の入力装置と、モニタとを備えて構成されたコンピュータである。メモリ５１には、ソフトウェアとして、シリアルパラレル変換手段、信号サンプル行列生成手段、重み係数推定手段、信号レプリカ行列生成手段、出力ポート選定手段、重み係数抽出手段、相関値算出手段、到来方向推定手段、及びサンプル行列更新手段を実現するプログラムが記憶されている。Ａ／Ｄ変換器３３から出力された信号サンプルは、各アンテナ素子の出力ごとにメモリ５１の＃１〜＃Ｎの記憶領域に記憶される。そして、ＣＰＵ５２により、送信機ごとに受信信号は分離されるとともに、分離された信号の到来方向が推定される。さらに、分離された信号の到来方向はモニタに表示される。
【００３９】
次に、図３を参照しつつ、ＣＰＵ５２により実行される信号探索処理の概要について説明する。各ブロックでの詳しい処理は後で述べる。ここでは、Ｕ個の送信機から送信された信号の合成信号から、ｑ（q=1,…,Q）番目の送信機から送信された信号を再生及び分離するステージを第ｑステージとする。
【００４０】
まず、メモリ５１の＃１〜＃Ｎの記憶領域から出力された信号サンプルを、アンテナ素子ごとに設けられたＮ個のＳ／Ｐ変換器５３（シリアルパラレル変換手段）により、各アンテナ素子の出力ごとにシリアルデータからパラレルデータへ変換する。図４に示すように、Ｓ／Ｐ変換器５３は、１個の入力ポートと１，２，…，ＭのＭ個の出力ポートを備える。そして、各出力ポートは信号サンプルを保持するタップを備える。まず、入力ポートから信号サンプル１が入力されると、信号サンプル１は出力ポートＭのタップに保持される。次に、入力ポートから信号サンプル２が入力されると、信号サンプル１は出力ポートＭ−１のタップに送られ、信号サンプル２は出力ポートＭのタップに保持される。このように、サンプリング周期Ｔｓｐごとに順次１，２，…，ＭのＭ個の信号サンプルが入力されると、信号サンプル１〜Ｍまで、順に出力ポート１〜Ｍのタップに保持された後、Ｍ個の信号サンプルが同時に出力される。したがって、Ｎ個のＳ／Ｐ変換器５３から１度に出力される信号サンプルは、ＮＭ個になる。信号サンプル１〜Ｍが出力された後、入力ポートから信号サンプルＭ＋１が入力されると、信号サンプル２〜Ｍは、出力ポート１〜Ｍ−１のタップに送られる。すなわち、Ｓ／Ｐ変換器５３のＭ個の出力ポートのタップの内容は、サンプリング周期Ｔｓｐごとに変化する。そして、Ｓ／Ｐ変換器５３は、αの値にかかわらず送信信号のシンボル周期ＴｓｂごとにＭ個のサンプルを同時に出力する。
【００４１】
出力ポート数Ｍは、シンボル周期Ｔｓｂとサンプリング周期Ｔｓｐとから式（１）のように決める。αは１以上の整数である。このように出力ポート数Ｍを決めると、Ｎ個のＳ／Ｐ変換器５３から１度に出力されるＮＭ個の信号サンプルには、シンボルのα周期分の送信信号が含まれる。
【００４２】
【数１】
2014050045.tif 000003
【００４３】
そして、第ｑステージにおいて、時刻ｋに全てのＳ／Ｐ変換器５３の出力ポートから出力された信号サンプルを信号サンプルベクトルｘｑ[ｋ]とし、全てのＳ／Ｐ変換器５３のそれぞれの出力ポートに対応する重み係数を要素とする重み係数ベクトルｗｑとする。なお、信号サンプルベクトルｘｑ[ｋ]及び重み係数ベクトルｗｑは、ＮＭ個の複素数の要素を持つベクトルである。
【００４４】
次に、ブロックＢ１０において、信号サンプル行列生成手段により、第１ステージにおける信号サンプル行列Ｘ１を生成する。詳しくは、所定期間内にＳ／Ｐ変換器５３から出力される回数をＫ回、所定期間内の時刻を表す変数をｋ（k=0,…,Ｋ-1）とし、第１ステージにおいて、所定期間内に出力された信号サンプルベクトルｘ１[ｋ]、すなわちＫ個の信号サンプルベクトルｘ１[ｋ]から信号サンプル行列Ｘ１を生成する。生成された信号サンプル行列Ｘ１はＮＭ×Ｋの行列である。
【００４５】
続いて、ブロックＢ１１において、重み係数推定手段により、信号サンプル行列Ｘ１とＣＭＡ法とに基づいて、第１ステージにおける重み係数ベクトルｗ１を推定する。
【００４６】
続いて、ブロックＢ１２において、信号レプリカ行列生成手段により、重み係数ベクトルｗ１と信号サンプル行列Ｘ１とから、Ｕ台の送信機の１つ（１番目の送信機）から送信された信号を再生するとともに、再生された信号に対応する信号サンプルを表す信号レプリカ行列Ｒ１を生成する。生成された信号レプリカ行列Ｒ１はＮＭ×Ｋの行列である。
【００４７】
また、ブロックＢ１３では、ブロックＢ１２で再生された信号の到来方向θ１を算出する。まず、重み係数抽出手段により、重み係数ベクトルｗ１から所定の出力ポートに対応する重み係数を抽出して重み係数抽出ベクトルを生成する。重み係数抽出ベクトルは、Ｎ個の要素を持つベクトルである。そして、生成された重み係数抽出ベクトルと、ステアリングベクトルａ（θ）とに基づいて、到来方向推定手段により、ブロックＢ１２で再生された信号の到来方向θ１を推定する。以上により、１番目の送信機から送信された信号が再生及び分離されるとともに、分離された信号の到来方向すなわち1番目の送信機がある方向が推定される。
【００４８】
続いて、ブロックＢ２０において、信号サンプル行列更新手段により、第１ステージにおける信号サンプル行列Ｘ１から第１ステージにおける信号レプリカ行列Ｒ１を引いて、信号サンプル行列を更新する。そして更新された信号サンプル行列を第２ステージにおける信号サンプル行列Ｘ２とする。信号サンプル行列Ｘ２には、U-1台の送信機から送信された信号が含まれる。
【００４９】
続いて、ブロックＢ２１において、ブロックＢ１１と同様にして、第２ステージにおける重み係数ベクトルｗ２を推定する。さらに、ブロックＢ２２において、ブロックＢ１２と同様にして、重み係数ベクトルｗ２に対応する送信機から送信された信号を再生するとともに、再生された信号に対応する信号レプリカ行列Ｒ２を生成する。また、ブロック２３において、ブロックＢ１３と同様にして、再生された信号の到来方向θ２を推定する。以上により、２番目の送信機から送信された信号波形が再生及び分離されるとともに、再生された信号の到来方向が推定される。
【００５０】
続いて、ブロックＢ３０において、第２ステージにおける信号サンプル行列Ｘ２から第２ステージにおける信号レプリカ行列Ｒ２を引いて、第３ステージにおける信号サンプル行列Ｘ３とする。信号サンプル行列Ｘ３には、U-2台の送信機から送信された信号が含まれる。
【００５１】
続いて、ブロックＢ３１において、第３ステージにおける重み係数ベクトルｗ３を推定する。そして、ブロックＢ３２において、３番目の送信機から送信された信号を再生するとともに、信号レプリカ行列Ｒ３を生成し、ブロック３３において、再生された信号の到来方向θ３を推定する。
【００５２】
このようにして、重み係数ベクトルｗｑの推定、信号レプリカ行列Ｒｑの算出、到来方向θｑの推定、信号サンプル行列の更新を、繰り返し実行して、順次Ｕ台の送信機の１つから送信された信号を再生及び分離するとともに、分離された信号の到来方向を推定する。
【００５３】
次に、各ブロックでの処理を詳しく説明する。まず、重み係数ベクトルを推定する処理（ブロックＢ１１，２１，３１）について、図５を参照しつつ説明する。ここでは、例として、アンテナ素子２１を２個（Ｎ＝２）とした場合を説明する。この場合、第ｑステージにおいて、時刻ｋの信号サンプルベクトルｘｑ[ｋ]及び重み係数ベクトルｗｑ[ｋ]は式（２），（３）のように表される。添え字Ｔは転置を示す。
【００５４】
【数２】
2014050045.tif 000004
【００５５】
【数３】
2014050045.tif 000005
【００５６】
なお、第ｑステージにおいて、信号サンプル行列Ｘｑと信号サンプルベクトルｘｑ[k]との関係は式（４）のように表される。
【００５７】
【数４】
2014050045.tif 000006
【００５８】
時刻ｋ＋１における重み係数ベクトルｗｑ[ｋ＋１]は、ＣＭＡ法に基づき、次の式（５），（６）から算出する。σ，μは適宜調整する定数、添え字Ｈは複素共役転置を表す。
【００５９】
【数５】
2014050045.tif 000007
【００６０】
【数６】
2014050045.tif 000008
【００６１】
アンテナ素子が２個の場合の重み係数推定手段は、図５のようにソフトウェア上で構成される。添え字＊は複素共役を示す。まず、時刻ｋにおいて２つのアンテナ素子２１に設けられたＳ／Ｐ変換器５３から出力された２Ｍ個の信号サンプルと、重み係数ベクトルｗｑ[ｋ]の各要素の複素共役との積和を演算し、時刻ｋにおける出力ｙｑ[ｋ]を算出する。すなわち、式（６）の演算を行う。次に、算出したｙｑ[ｋ]と、信号サンプルベクトルｘｑ[k]と、重み係数ベクトルｗｑ[ｋ]とを用いて、式（５）の演算を行い、時刻ｋ＋１における重み係数ベクトルｗｑ[ｋ＋１]を算出する。重み係数ベクトルの初期値ｗｑ[０]は、ｙｑ[ｋ]の要素が０とならない適当な値を任意に設定する。このように式（５），（６）をk=0からK-1までＫ回繰り返して演算し、最終的に得られたｗｑ[Ｋ−１]を第ｑステージにおける重み係数ベクトルｗｑとして採用する。
【００６２】
次に、推定された重み係数ベクトルｗｑに対応する送信機（ｑ番目の送信機）から送信された信号を再生する処理（ブロックＢ１２，２２，３２）について説明する。ｑ番目の送信機から送信され、時刻ｋにおいて各アンテナ素子２１で受信された信号の合成出力ｙｑ[ｋ]は、式（７）のように重み係数ベクトルｗｑの複素共役と信号サンプルベクトルｘｑ[ｋ]との積として表される。この出力ｙｑ[ｋ]は、第ｑ番目の送信機から送信された信号のみを表す信号になる。そして、式（８）により、出力ｙｑ[ｋ]と重み係数ベクトルｗｑとを用いて、時刻ｋにおける再生された信号に対応する信号サンプルを表す信号レプリカベクトルｒｑ[ｋ]を算出する。
【００６３】
【数７】
2014050045.tif 000009
【００６４】
【数８】
2014050045.tif 000010
【００６５】
さらに、k=0からK-1までの信号レプリカベクトルｒｑ[ｋ]から、第ｑステージにおける信号レプリカ行列Ｒｑを式（９）のように生成する。
【００６６】
【数９】
2014050045.tif 000011
【００６７】
ＣＭＡ法により算出された重み係数ベクトルｗｑは、複数の送信機の１つから送信され、各アンテナ素子で受信された信号を適切に合成してビーム形成を行う重み係数ベクトルである。さらに、本発明者は、シンボルのα周期分に相当する信号サンプルを出力するＳ／Ｐ変換器５３を設置したことにより、算出された重み係数ベクトルｗｑが整合フィルタの重み係数ベクトルになるという知見を得た。
【００６８】
よって、再生された信号は、複数の送信機の１つから送信された信号のみを表す信号であるとともに、ＳＮ比を最大化した信号になる。それゆえ、微弱でＳＮ比が非常に低い信号でも検出して信号を再生し分離することができる。
【００６９】
次に、推定された重み係数ベクトルｗｑと後述するステアリングベクトルａ(θ)に基づいて、第ｑステージにおいて、再生された信号の到来方向θｑを推定する処理（ブロックＢ１３，Ｂ２３，Ｂ３３）について説明する。
【００７０】
まず、Ｍ個の出力ポートからＰ個（１≦Ｐ≦Ｍ）の出力ポートを任意に選定する。選定された出力ポートの番号を、Γｑ１,Γｑ２,…,ΓｑＰとする。そして重み係数ベクトルｗｑから、選定されたＰ個の出力ポートに対応する重み係数をそれぞれ抽出して、式（１０）に示すようなＮ個の重み係数を要素とする重み係数抽出ベクトルＶｑΓｍをＰ個生成する。各Ｓ／Ｐ変換器５３に同じタイミングで入力される信号サンプルにかけられる重み係数がそれぞれ抽出されて、Ｐ個の重み係数抽出ベクトルＶｑΓｍになる。
【００７１】
【数１０】
2014050045.tif 000012
【００７２】
ここで、図６のように、信号探索装置１０の正面を０度、時計方向を正とし、アンテナ素子２１同士の距離をｄ、信号の到来方向をθとすると、Ｎ個のアンテナ素子２１から構成されるアレイアンテナのステアリングベクトルａ（θ）は、式（１１）のように表される。ｊは虚数単位、λは波長[m]である。なお、Ｎ個のアンテナ素子２１は一列に配置する必要はない。
【００７３】
【数１１】
2014050045.tif 000013
【００７４】
第ｑステージで再生された信号の到来方向θの推定は、ステアリングベクトルａ（θ）のθを変化させ、第ｑステージの重み係数抽出ベクトルＶｑΓｍに最も似たａ（θ）が得られるθを探し出すことで実現できる。すなわち、ステアリングベクトルａ（θ）と第ｑステージの重み係数抽出ベクトルＶｑΓｍとの相関値が最大となるθを探しだすことで、第ｑステージで再生された信号の到来方向θを推定することができる。ステアリングベクトルａ（θ）と第ｑステージの重み係数抽出ベクトルＶｑΓｍとの相関値Ｃｍ（θ）は、次の式（１２）により算出される。算出された相関値Ｃｍ（θ）はＰ個存在するので、式（１３）のようにＰ個の相関値Ｃｍ（θ）を平均して平均相関値Ｃ（θ）を算出する。
【００７５】
【数１２】
2014050045.tif 000014
【００７６】
【数１３】
2014050045.tif 000015
【００７７】
算出された平均相関値Ｃ（θ）はθの関数になる。よって、θを−１８０°〜１８０°の範囲で変化させて、平均相関値Ｃ（θ）が最大となるθを算出する。算出されたθに対応するステアリングベクトルａ（θ）が、重み係数抽出ベクトルＶｑΓｍに最も似たステアリングベクトルａ（θ）になる。したがって、算出したθを第ｑステージで再生された信号の到来方向、すなわち、ｑ番目の送信機が存在する方向と推定できる。
【００７８】
なお、出力ポートは１つの出力ポートが選定されてもよい（Ｐ＝１）。その場合には、式（１３）で算出される平均相関値Ｃ（θ）は、式（１２）で算出される相関値Ｃｍ（θ）になる。
【００７９】
次に、次の（１４）式のように、第ｑステージの信号サンプル行列Ｘｑから第ｑステージの信号レプリカ行列Ｒｑを引いて、信号サンプル行列を更新する（ブロックＢ２０，Ｂ３０）
【００８０】
【数１４】
2014050045.tif 000016
【００８１】
そして、更新された信号サンプル行列Ｘｑ＋１を用いて、第ｑ＋１ステージにおける重み係数ベクトルの推定、第ｑ＋１番目の送信機から送信された信号の再生、再生された信号の到来方向の推定、信号サンプル行列の更新を行う。このように繰り返し実行し、順次前記複数の送信機の１つから送信された信号を再生するとともに、再生された信号の到来方向を推定する。
【００８２】
次に、被災者探索装置１０により算出される重み係数について述べる。図７は、一般的な送信機から送信される信号波形の１例を示す。一般的な送信機は、ナイキスト条件を満たした帯域通過フィルタに情報シンボルを入力し、その出力を送信する。図７に示す波形は、それぞれのシンボルを帯域通過フィルタに入力して得られる出力（インパルス応答）が合成された波形である。
【００８３】
図７に示した送信信号の波形を被災者探索装置１０により受信した場合において、アンテナ素子＃１の全出力ポートに対応する重み係数の振幅の変化を表す実部と、送信波形との比較を図８に示す。二つの波を比較すると、山と谷のタイミングが一致している。被災者探索装置１０により算出された重み係数には定数がかかっているため、これを補正した重み係数の実部と、送信波形との比較を図９に示す。図９に示されるように、重み係数の実部は、送信波形と一致する。すなわち、重み係数の実部は、整合フィルタへ入力された信号の波形と定数倍で一致する整合フィルタの重み係数になっている。
【００８４】
以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【００８５】
・複数の送信機から送信された信号の合成信号に微弱でＳＮ比が非常に低い信号が含まれている場合でも、送信機ごとに受信信号を再生して分離するとともに、分離された信号の到来方向を推定することができる。それゆえ、被災者探索装置１０は、地震や雪崩等の災害時に、瓦礫や雪の中に埋もれた複数の人が所持する災害救助信号送信機等からの信号を受信して、それぞれの人の位置を推定する救助用の信号探索装置として利用することができる。
【００８６】
・重み係数ベクトルｗｑと信号サンプル行列Ｘｑとから、簡易な方法で信号レプリカ行列Ｒｑを算出して、複数の送信機の１つから送信された信号を分離することができる。
【００８７】
・シリアルパラレル変換手段、信号サンプル行列生成手段、重み係数推定手段、信号レプリカ行列生成手段、出力ポート選定手段、重み係数抽出手段、相関値算出手段、到来方向推定手段、及びサンプル行列更新手段を、ＣＰＵ５２が実行するプログラムとして構成しているので、ハードウェアを小型化でき持ち運びしやすい。また、上記プログラムをコンピュータにインストールすれば、簡単に信号処理部５０を構成することができる。
【００８８】
・信号処理部５０をノート型ＰＣやタブレット型ＰＣにすれば、被災者探索装置１０を移動させながら使用できるので、災害地の近辺で被災者の探索を行うことができるとともに、広範囲の信号を探索することができる。
【００８９】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る被災者探索装置は、複数の携帯電話（送信機）から、１シンボルに拡散系列の１周期が一致するように重畳されている直接スペクトル拡散信号を受信することを想定している。また、第２実施形態に係る被災者探索装置は、推定した送信機の方向を、モニタにおいて被災者探索装置１０を中心とした円上に表示させる。
【００９０】
第２実施形態では、（１）式のαを２以上の整数に設定する。すなわち、Ｓ／Ｐ変換器５３から、２周期分以上の送信信号に相当する信号サンプルを出力するようにする。
【００９１】
情報シンボル１シンボルに拡散系列の１周期が一致するように重畳されている直接スペクトル拡散信号と、整合フィルタとの同期が取られていると、整合フィルタの重み係数は逆拡散を行う。
【００９２】
αを２以上の整数に設定すると、Ｓ／Ｐ変換器５３は、送信信号のシンボルに対してどの時点からサンプリングを開始したとしても、少なくともシンボルの１周期分の送信信号に相当する信号サンプルを、連続した出力ポートから出力する。また、Ｓ／Ｐ変換器５３は、シンボル周期ＴｓｂごとにＭ個のサンプルを同時に出力する。このため、Ｓ／Ｐ変換器５３は、シンボル１周期分の信号サンプルを所定の連続した出力ポートから出力した後、同じ所定の出力ポートから、次のシンボル１周期分の信号サンプルを出力することとなる。よって、所定期間内（k=0,…,Ｋ-1）において、常にある一定の連続した出力ポートから少なくとも１周期分の送信信号に相当する信号サンプルが出力される。
【００９３】
そのため、推定された重み係数ベクトルは、事前の同期が確立されていなくても、１周期分の送信信号に一致した区間の出力ポートに対して逆拡散を行う。よって、逆拡散を行うとともに、複数の送信機の１つから送信された信号のみを表す信号を適切に合成してビーム形成を行う重み係数ベクトルが得られる。
【００９４】
以上説明した第２実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【００９５】
・ＳＮ比が小さく同期捕捉が困難な直接スペクトル拡散信号が受信した合成信号に含まれている場合でも、事前の同期確立がないままでスペクトル拡散信号は逆拡散される。したがって、受信した合成信号にＳＮ比が小さいスペクトル拡散信号が含まれていても、送信機ごとに分離するとともに、分離された信号の到来方向を推定することができる。
【００９６】
・被災者探索装置１０は、事前の同期確立がないままでスペクトル拡散信号を逆拡散して分離するので、災害時に被災者の探索に利用できる。一般に、携帯電話では直接スペクトル拡散信号が用いられており、シンボル周期Ｔｓｂは公開されている。よって、被害者探索装置１０は、複数の携帯電話からの送信信号を携帯電話ごとに分離（再生）し、それぞれの携帯電話の方向を特定することができる。そして、地震や雪崩等の災害時に瓦礫や雪に埋もれた場合でも、携帯電話を所持している被災者は多いと思われる。したがって、被災者探索装置１０を使用すれば、災害時に携帯電話を所持して埋もれている被災者を速やかに発見し救助することができる。
【００９７】
・さらに、推定した送信機の方向を、モニタにおいて被災者探索装置１０を中心とした円上に表示させることにより、送信機の方向を容易に視認できるので、送信機を所持する被災者を速やかに救助することにつなげることができる。さらに、被災者探索装置１０を推定した送信機の方向へ移動させながら、モニタに表示される送信機の方向が反転する地点を探索することにより、その地点を送信機の位置と推定することができる。
【００９８】
（第３実施形態）
第３実施形態は、再生された信号の到来方向θを推定する処理（ブロックＢ１３，Ｂ２３，Ｂ３３）の手順が第１実施形態と異なる。第３実施形態では、大きな信号電力が得られる出力ポートに対応する重み係数を抽出した重み係数抽出ベクトルと、ステアリングベクトルａ（θ）との相関値から、再生された信号の到来方向θを推定する。ここで例として、アンテナ素子２１が２個（Ｎ＝２）で、アンテナ＃１，＃２のそれぞれに設置されたＳ／Ｐ変換器５３の各出力ポートに対する重み係数の絶対値が、図１０のようになっているとする。
【００９９】
まず、大きな信号電力が得られる出力ポートを調べる。各出力ポートに対する重み係数の絶対値は、各出力ポートから出力される分離された信号の電力に比例する。すなわち、重み係数の絶対値が大きい出力ポートほど、大きな信号電力が得られる。そこで、次の式（１５）のように、同じ出力ポート同士で、すべてのアンテナ素子２１にわたって、重み係数の絶対値を足しあわせる。そして、得られた重み係数の絶対値の総和γｑｍを、大きいものから順に並び替える。重み係数の絶対値が図１０のようになっている場合、式（１６）のように並び替えられる。そして、式（１７）のように、大きい順に並べ替えた出力ポート番号をΓｑｍ(m=1,…,M)とする。
【０１００】
【数１５】
2014050045.tif 000017
【０１０１】
【数１６】
2014050045.tif 000018
【０１０２】
【数１７】
2014050045.tif 000019
【０１０３】
ここで、重み係数の絶対値の総和γｑｍのうち大きいものからＰ個（１≦Ｐ≦Ｍ）選び、選んだＰ個の総和γｑｍに対応する出力ポートΓｑ１,…,ΓｑＰを選定する。そして重み係数ベクトルｗｑから、選定されたＰ個の出力ポートに対応する重み係数をそれぞれ抽出して、式（１０）に示すようなＮ個の重み係数を要素とする重み係数抽出ベクトルＶｑΓｍをＰ個生成する。ｍが小さい重み係数抽出ベクトルＶｑΓｍほど、絶対値が大きい重み係数を要素としている。なお、Ｐは、例えば、重み係数の絶対値の総和γｑｍのうち所定値より大きい総和γｑｍを選定することで個数を決定すればよい。
【０１０４】
そして、第１実施形態と同様に、式（１２）により、ステアリングベクトルａ（θ）と重み係数抽出ベクトルＶｑΓｍとの相関値Ｃｍ（θ）を算出し、式（１３）のように、算出されたＰ個の相関値Ｃｍ（θ）を平均して平均相関値Ｃ（θ）を算出する。算出された平均相関値Ｃ（θ）が最大となるθを算出し、算出したθを第ｑステージで再生された信号の到来方向、すなわち、ｑ番目の送信機が存在する方向と推定する。これにより、大きな信号電力が得られる出力ポートの重み係数を用いて、信号の到来方向が推定される。
【０１０５】
以上説明した第３実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【０１０６】
・重み係数の絶対値の総和が大きいものから所定数選び、選んだ所定数の総和に対応する出力ポートを選定すると、精度よく到来方向を推定することができる。なお、所定数として１を採用してもよく、その場合は重み係数の絶対値の総和が最も大きい出力ポートのみを選定することとなる。
【０１０７】
（他の実施形態）
・ＢＰＦ３１の後段にＡ／Ｄ変換器３３を設け、取得した信号サンプルをＣＰＵ５２へ送信し、ＣＰＵ５２に検波器３２の処理を実行させてもよい。
【０１０８】
・ＣＰＵ５２として、信号処理で非常に多く用いられる積和演算を高速に処理できるように実装された演算処理装置であるＤＳＰ（digital signal processor）を採用してもよい。信号処理に特化されたＤＳＰを用いれば、高速に信号を分離し、分離した信号の到来方向を推定することができる。
【０１０９】
・ＢＰＦ３１，検波器３２，Ａ／Ｄ変換器３３は、各アンテナ素子２１の出力をそれぞれ処理できればよく、アンテナ素子２１ごとに設けられていなくてもよい。
【０１１０】
・メモリ５１は、コンピュータに内蔵されているメモリに限らず、外付けハードディスクや持ち運び可能なメディア等でもよい。
【０１１１】
・第２実施形態に係る被災者探索装置が複数の送信機から受信する信号は、スペクトル拡散信号でなくとも、１シンボルに周期信号の１周期が一致するように重畳されている信号であればよい。αを２以上の整数とすると、推定された重み係数ベクトルは、事前の同期が確立されていなくても、１周期分の送信信号に一致した区間の出力ポートに対してシンボルを復元する。よって、ＳＮ比が小さく同期捕捉が困難な、周期的信号にシンボルが乗積された信号が受信信号に含まれている場合でも、送信機ごとに分離するとともに、分離された信号の到来方向を推定することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０…被災者探索装置（信号探索装置）、２１…アンテナ素子、３３…Ａ／Ｄ変換器（アナログデジタル変換手段）、５３…Ｓ／Ｐ変換器（シリアルパラレル変換手段）、５１…メモリ（記憶手段）、Ｘｑ…信号サンプル行列、ｗｑ…重み係数ベクトル、Ｒｑ…信号レプリカ行列、θｑ…到来方向。
【図１】
2014050045.tif 000020
【図２】
2014050045.tif 000021
【図３】
2014050045.tif 000022
【図４】
2014050045.tif 000023
【図５】
2014050045.tif 000024
【図６】
2014050045.tif 000025
【図７】
2014050045.tif 000026
【図９】
2014050045.tif 000027
【図１０】
2014050045.tif 000028
【図８】
2014050045.tif 000029