(57)【要約】  物体の場所を求める方法は、複数の観測場所からの物体の方位を表すデータを使用する。この方法は、（ａ）方位毎に、手順を使用して点の座標を導出することであって、この座標は、所定の場所とその方位線上の最も近い点との間の符号付き距離を表す第１の値ｐと、その方位線の角度を表す第２の値θとを含み、上記手順に従って、反対方向の同一直線上の方位が、互いに符号が反対である第１の値と、互いにπだけ異なる第２の値とを有する、導出すること、及び、（ｂ）上記点を曲線フィッティングすることを規定するパラメータを導出することであって、当該パラメータは物体の場所を表す、導出することを含む。方位測定に関連付けられる信号対雑音比を表す値と、互いに対して相対的な観測場所を表す値及び物体に対して相対的な観測場所を表す値とを使用して、物体の場所の計算に対するそれらの影響を重み付けする目的で方位をグループ化することができる。
2009531697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の既知の観測場所からの物体の方位線のセットを表すデータを使用して前記物体の場所を求める方法であって、
前記方位線毎に、マッピング手順を使用して該方位線を表す点の座標を導出することであって、該座標は、基準場所から前記方位線上の最も近い点までの距離を表す第１の座標と、基準方向に対する前記方位線の角度を表す第２の座標とを含み、前記マッピング手順によって前記方位線の方向を示す、導出すること、及び
前記点に実質的にフィッティングする余弦曲線を規定するパラメータを導出することであって、該パラメータは前記物体の場所を表す、導出すること、
を含む、方法。
【請求項２】
前記物体の場所を表す前記パラメータは、
前記点毎に、第１の直交関数及び第２の直交関数をそれぞれ使用して、それぞれの前記座標を変換することによって第１の成分及び第２の成分を導出すること、
前記第１の成分を結合することによって第１の量Ｉを導出するとともに、前記第２の成分を結合することによって第２の量Ｑを導出すること、並びに
【数１】
2009531697.tif 000030
によって表される前記直線の交点を求めること、
によって導出され、
ｘ，ｙは、デカルト座標であり、
Ｃ，Ｓ，Ｐは、以下の量の平均にそれぞれ比例し、
【数２】
2009531697.tif 000031
θは、前記第２の座標である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法は、前記式によって表される前記直線の間の角度を求めるステップを含み、該角度は前記方位線の観察配置を示す、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基準方向はデカルト軸の１つと平行である、請求項２又は請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記マッピング手順は、前記第１の座標が、前記基準場所と前記方位線上の前記最も近い点との間の符号付き距離であるようになっている、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記マッピング手順は、反対方向の同一直線上の方位が、互いにπだけ異なる第２の座標を有するようになっている、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
方位のそれぞれのグループを表すデータから計算される前記物体の場所をそれぞれ表す座標の複数のセットを導出するステップと、
前記セットを重み付けの方法で結合するステップであって、前記物体の場所を表す座標の結果のセットを導出する、結合するステップと
を含む、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記方位の測定に関連付けられる特性を表す方位誤差値に従ってそれぞれのグループに前記方位を割り当てるステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記方位誤差値は、前記方位の前記測定の信号対雑音特性を表す、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記方位線の間の関係に従って前記それぞれのグループに前記方位を割り当てるステップを含む、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記式によって表される前記直線の間の前記角度を、前記方位線の間の前記関係を表すために使用するステップ含む、請求項３に従属する場合の請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
方位線のグループの間の関係によって決定される観察配置パラメータを測定し、該測定された幾何パラメータに従って前記観測場所のサブセットを選択し、且つ、該サブセットの前記観測場所のそれぞれからの前記物体の方位を表すデータから前記物体の場所を表す座標のセットを導出するステップを含む、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記式によって表される前記直線の間の前記角度を求めることによって幾何パラメータを測定するステップを含む、請求項３に直接又は間接的に従属する場合の請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記サブセットを選択するステップは、前記方位の測定に関連付けられる特性を表す方位誤差値も考慮する、請求項１２又は請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記方位誤差値は、前記方位の前記測定の信号対雑音特性を表す、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
複数の既知の観測場所からの物体の方位線のセットを表すデータを使用して前記物体の場所を求める装置であって、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法に従って動作するように構成されている、装置。
【請求項１７】
前記方位線を表すデータを生成する分散されたセンサのネットワークを含む、請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象となる或る監視領域にわたって分散された複数のセンサによって供給される方位線(bearing lines)から、物体の未知の場所を求める方法及び装置に関し、特に、限定ではないが、分散センサの動的に再構成可能なネットワークに適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
或る指定された監視エリアで対象となる非協力的な物体の検出、位置特定、及び追跡を行う必要がある多くの状況が存在する。このような作業は、その物体によって反射又は放射された信号の協調的処理によって役立つ情報を抽出することができる、適切な能動センサ又は受動センサによって行うことができる。
【０００３】
レーダ又は能動ソナー等の能動センサを使用する用途では、後方散乱リターンを得るために、対象となる監視領域が、問い合わせを行うエネルギー波形によって照射されるが、このような用途とは対照的に、受動センサは、物体が発生した信号のみを捕捉する。
たとえば、人々、車両又は軌道車、高速モーターボート、振動機械類の移動はすべて、使用可能な音響信号を生成することができる。この音響信号は、物体の検出、位置特定、及び追跡に活用することができる。
【０００４】
物体の検出及び位置特定が役立つ１つの分野は、分散された光センサ及び／又は音響センサのネットワークを有するセキュリティ監視の分野である。車両等の対象となる物体が、検出されて位置特定されると、その推定された物体位置は、記録画像の品質を高めるために、照準及びズーム用にセキュリティカメラが利用することができる。
このようなシステムは、たとえば、電力網、発電所、ガスパイプライン及び石油パイプライン、並びに給水システムを含む重要なインフラストラクチャの改善された連続監視を提供するために、産業環境におけるモニタリングの目的で設置される場合がある。
【０００５】
別の用途は、センサ間通信リンクを提供する低電力無線送受信機及び音響センサを使用する浮遊ブイのネットワークによって、対象となる高速モーターボート及びそれ以外の水上艦艇を検出して位置特定することができる沿岸警備又は沿岸監視の用途である。
【０００６】
本発明を利用することができる１つの重要な用途は、改良されたセキュリティ監視能力を提供するのに使用される無人地上センサ（ＵＧＳ）の無線ネットワークによる、方位のみの物体の位置特定の用途である。
このネットワークは、対象となる或る監視領域にわたって離散配置された複数の受動センサ、及び、データ融合センターを備える。
このネットワークのノードを形成するセンサは、同じタイプ（例えば、すべてが可視光タイプ、すべてが赤外線タイプ、すべてが音響タイプ、及びすべてが地震検知タイプ等）とすることもできるし、このネットワークは、異種センサを使用することもできる。
これらのセンサとデータ融合センターとの間で情報を交換する無線周波数（ＲＦ）リンクが設けられているものと仮定する。
センサネットワークの主要な作業は、対象となる物体の存在を検出して、その場所を求めることである。
【０００７】
図１は、規則的な配列又は不規則的な配列で配置された複数のセンサＳ１、Ｓ２、…、Ｓｋ、…、ＳＭと、データ融合センターＤＦＣとを備えるセンサネットワークの一例である。
各センサは、物体の存在を検出すると共に、その物体によって放射された信号の方位角（又は到来方向ＤＯＡ）を求めることができる。
データ融合センターＤＦＣは、すべてのセンサに「問い合わせる」こともできるし、賢明な方法で選択された、方位情報を供給するセンサグループのみに「問い合わせる」こともできる。次に、方位情報は、ＤＦＣで適切に処理されて、物体の場所Ｐ0の「スナップショット」座標（ｘ0，ｙ0）が求められる。また、ＤＦＣは、拡張カルマンフィルタ、粒子フィルタ、又は他の同様のデバイス等の追跡能力を有するサブシステムを組み込むこともできる。
【０００８】
方位のみの物体の位置特定のアルゴリズムの既知の部類(class)は、観測された各方位角φk*を
【０００９】
【数１】
2009531697.tif 000003
【００１０】
としてモデル化することに基づいている。ここで、φkは、
【００１１】
【数２】
2009531697.tif 000004
【００１２】
によって与えられる真の方位角である。ここで、（ｘ0，ｙ0）は物体の場所の仮定座標であり、（ｘSk，ｙSk）はｋ番目のセンサＳｋの既知の座標であり、ηkはゼロ平均及び分散σk2を有する観測誤差である。
【００１３】
推定された物体の場所（ｘ0*，ｙ0*）は、以下の数式
【００１４】
【数３】
2009531697.tif 000005
【００１５】
がその最小値を達成するこのような数の対（ｘ0，ｙ0）である。
【００１６】
この部類の他の既知のアルゴリズムは、上記コスト関数を幾分変更したバージョンを最小にしようと試みることができるが、それらすべてのアルゴリズムは、或る程度、以下の欠点の影響を受ける：
１．「観察」配置（‘viewing’geometry）が好ましいものであるか否かを示すものがなく、たとえば、方位線がほとんど同一直線上にあることから、問題が悪い状態にあるか否かを示すものがない。
２．大域的最小値に達したという保証がなく、したがって、決定された場所は、真の場所と大幅に異なっている場合がある。
３．実施態様が、リアルタイムの実施態様に一般にはるかに適している再帰的な処理よりも、むしろ反復的なバッチ処理に基づいている。
【００１７】
したがって、特に（限定ではないが）、計算能力及び通信能力が限られている分散受動センサの動的に再構成可能なネットワークに関する従来技術の技法によって提供される様式よりも、効率的な様式による物体の位置特定の方法及び装置を提供することが望ましい。
【００１８】
発明の概要
本発明の態様は、添付の特許請求の範囲に提示されている。
【００１９】
本発明のいくつかの態様は、マッピング手順の結果として理論的には余弦曲線（この用語は、本明細書では正弦曲線と同義として使用される）上に位置する点に方位線のセットをマッピングすることを伴う技法を使用する。特定される物体の位置は、余弦曲線の位相及び振幅を決定する。
したがって、物体の場所は、点に実質的にフィッティングする余弦曲線の位相及び振幅を見つけることによって求めることができる。これは、たとえば、既知の曲線フィッティングアルゴリズムを使用する効率的な方法で達成することができる。
余弦曲線のパラメータは、好ましくはさまざまな平均を使用する特定の方法で、点の座標を結合することによって求められることが好ましい。
後述する特に好ましい実施の形態は、信号処理における直交復調と類似した技法を使用して、マッピングされた方位線の直交成分を抽出し、次いで、それらの成分を結合して物体の場所のデカルト座標を導出する。
【００２０】
好ましい実施の形態の動作の原理を以下に説明する。
【００２１】
確率幾何学では、有向直線ｂ（たとえば、センサから発する方位線）は、２つのパラメータｄ及びβによって特徴付けることができることが知られている。ここで、ｄは、基準場所又は基準点（たとえば、原点Ｏ）からのｂの垂直（符号付き）距離である。また、βは、ｘ軸、北方向、又は他の方向等の基準有向直線と、直線ｂとの間で反時計方向に測定された角度である。
「直線に沿って見る」ときに、基準点がその直線の左に位置する場合には、パラメータｄは正であり、基準点が直線の右に位置する場合には、ｄは負である。
図２は、逆平行である２つの直線（ｂ１及びｂ２）を含む方位線の例を示している。
【００２２】
ｘｙ平面内の各有向直線ｂは、対応するパラメータ対（ｄ，β）によって一意に決定される。換言すれば、ｘｙ平面内のすべての有向直線｛ｂｋ｝と、
【００２３】
【数４】
2009531697.tif 000006
【００２４】
とによって定義される無限円柱上の点｛（ｄk，βk）｝との間に１対１の対応が存在する。
【００２５】
したがって、単位半径を有する無限円柱は、すべての有向平面直線（directed planar line）を含む（ｄ，β）空間を決定する。
【００２６】
確率幾何学から知られているように、（ｄ，β）パラメータ化が平面上の直線を表すのに使用されるとき、それら直線の確率的な特性は、その平面内での剛体運動(rigid motions)（平行移動及び回転）群の下では不変である。したがって、物体の位置特定及び追跡の目的では、このようなパラメータ化は、他の用途で使用される傾き・切片パラメータ化等の他のパラメータ化よりも優れている。
【００２７】
本発明の好ましく且つ独立した態様は、以下の原理に従って動作する。ただし、本発明の特定の実施の形態は、説明するような実際のステップを実行しない場合があり、その代わり、同等の技法を使用して動作する場合があることに留意すべきである。
【００２８】
物体の位置特定の目的では、以下のように、方位線の（ｄ，β）空間を等価な（ｐ，θ）空間に変換することが便利である。図３に示すように、（ｘ0，ｙ0）を位置特定される静止点Ｐ0の座標とし、ｂｋを任意のセンサＳkからＰ0を通る任意の方位線とする。構成によって、
【００２９】
【数５】
2009531697.tif 000007
【００３０】
である。
ここで、θは、垂線ｐkがｘ軸と成す角である。
また、ｒ0及びα0は、点Ｐ0の極座標
【００３１】
【数６】
2009531697.tif 000008
【００３２】
である。
【００３３】
角θの値が、（０，２π）の範囲全体にわたって変化することが可能であるとき、式（１）は、点Ｐ0を通るすべての方位線を表すことになる。
例示の目的で、図４は、Ｐ0を通る方位線の例を示している。直線ｂ１，ｂ２，ｂ４は無向であるが、直線ｂ３+及びｂ３-は反対方向を有する。
【００３４】
式（１）は、代替的に、単位半径を有する無限円柱：
【００３５】
【数７】
2009531697.tif 000009
【００３６】
の表面上の点Ｐ0の一意の表現とみなすこともできる。
【００３７】
式（１）のそれらの２つの解釈から、図５ａに示すように、ｘｙ平面内の各点Ｐ（ｘ，ｙ）は、単位半径の円柱を或る平面によって切断することによって得られるそれぞれの楕円によって表されるという結果になる。詳細には、指定された点Ｐ0の極座標ｒ0及びα0は、ｒ0＝ｔａｎψとしての仰角ψ及びアジマス角（方位角）α0から求めることができる。点Ｐ0を通るすべての方位線は、楕円上の点によって表される。たとえば、図４に示す有向方位線ｂ３+及びｂ３-は、対応する点ｂ３+及びｂ３-として見える。
【００３８】
採用されたパラメータ化によれば、図４に示す直線ｂ１、ｂ２、ｂ４のようなｘｙ平面内の各無向方位線には、楕円上に位置する点の対が対応する。ｂ１+及びｂ１-，ｂ２+及びｂ２-，ｂ４+及びｂ４-等のこれらの点の対は、互いの鏡映である。図５ａから分かるように、直線方向が変化すると、点は円柱の反対の壁にジャンプするが、ｐパラメータの値はその符号を変更する。
【００３９】
円柱の表面が展開されると、図５ｂに示すように、楕円は１周期の余弦波として見える。余弦波の周期は２πに等しいが、振幅ｒ0及び開始位相α0は、点Ｐ0のそれぞれの極座標ｒ0及びα0に等しい。
Ｐ0を通る方位線の反対方向を表す２つの点は、余弦波上で互いに対してπだけ（周期的に）シフトされる。これらの点のｐ座標は等しい大きさを有するが、それらの点のそれぞれは、方位線の対応する方向の符号を維持する。観測誤差がないとき、対の各点は、他方のものと同じ情報を携持する。
【００４０】
（ｘ，ｙ）平面内の未知の物体の場所（ｘ0，ｙ0）をそれぞれのセンサ｛Ｓｋ｝によって供給された複数の方位線｛ｂｋ｝から求める問題は、（ｐ，θ）空間において、既知の周期（ただし、振幅及び位相は未知である）を有する余弦波を複数の点にフィッティングすることに要約される。
ここで、このような各点はそれぞれの方位線を表す。より具体的には、未知の振幅ｒ0及び未知の位相α0は、フィッティングされる余弦波を規定し、位置特定される点のそれぞれの極座標に等しい。
【００４１】
実際には、各方位線ｂｋは或る測定誤差によって破損されるので、円柱の表面上の対応する点の座標（ｐk，θk）は乱される。その結果、正弦波を複数の所与の点にフィッティングする作業は、決して些細な(trivial)ものではない。
原理的には、任意の適したロバストな数値アルゴリズムをこの目的に利用することができる。しかしながら、後述する本発明の好ましい実施の形態では、複数の方位線を表すパラメータは、以下の利点を提供する技法を使用して処理される。
すなわち、
この方法は、問題に対する閉じた形の解(closed-form solution)に基づいている；したがって、反復的な計算ステップは必要とされない；
この方法は、物体の位置特定を行うために入力データを再帰的な方法で利用でき、追跡を容易にすることができる；
この方法は、「観察配置の良さ」を示す尺度を提供する；したがって、この方法は、最も効率的な方法で物体の位置特定を行うことができるセンサグループを選択するのに利用することができる；
この方法は、雑音及び他の干渉によって破損された入力データを処理するのに十分ロバストなものとすることができる；
ほとんどの用途について、この方法は、標準的なデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又は適した低複雑度のＦＰＧＡであっても、リアルタイムで実施することができる。
【００４２】
これらの好ましい技法の実施においては、センサＳｋによって提供された方位角βkが、既知のセンサ座標（ｘSk，ｙSk）と共に使用されて、（ｐ，θ）空間において対応する方位線ｂｋを表す点のパラメータ（ｐk，θk）が求められる。
θk及びｐkの値は、
【００４３】
【数８】
2009531697.tif 000010
【００４４】
から得られる。
【００４５】
θkは、方位の方向に応じて、範囲（０，２π）内の任意の値とすることができ、ｐkは、基準場所に対して方位線上で最も近い点の位置と方位の方向との双方に応じて、負又は正のいずれかとすることができることに留意すべきである。
【００４６】
パラメータｐkは、正規化された成分を有する（この成分も、正の値及び負の値を有することができる）。
この正規化された成分は、直交する三角関数、ここではｓｉｎθk及びｃｏｓθkを使用して、対応する角θkにおける各パラメータｐkを解法することによって導出することができる。
従って、これらの成分の平均Ｑ及びＩは、以下のように求められる。
【００４７】
【数９】
2009531697.tif 000011
【００４８】
また、図３から以下のことが分かる。
【００４９】
【数１０】
2009531697.tif 000012
【００５０】
従って、以下の通りである。
【００５１】
【数１１】
2009531697.tif 000013
【００５２】
従って、以下の通りである。
【００５３】
【数１２】
2009531697.tif 000014
【００５４】
従って、平均Ｑ及びＩは、
【００５５】
【数１３】
2009531697.tif 000015
【００５６】
として表すことができる。
【００５７】
Ｓ、Ｃ、及びＰが、以下のように定義される補助平均であると仮定する。
【００５８】
【数１４】
2009531697.tif 000016
【００５９】
この場合、Ｑ及びＩは、
【００６０】
【数１５】
2009531697.tif 000017
【００６１】
として表すことができる。
【００６２】
その結果、Ｍ個のすべての方位線｛ｂｋ｝＝｛（ｐk，θk）；ｋ＝１，２，…，Ｍ｝が交差する点Ｐ0のデカルト座標ｘ0及びｙ0は、以下の２つの一次式
【００６３】
【数１６】
2009531697.tif 000018
【００６４】
から求めることができる。
【００６５】
式（６）及び（７）によって与えられる２つの直線は、２つのメタ方位線（metabearing line）Ｑ直線及びＩ直線とみなすことができる。それらの交点は、Ｍ個のすべての方位線が交差する点Ｐ0のデカルト座標
【００６６】
【数１７】
2009531697.tif 000019
【００６７】
を与える。
【００６８】
値ｘ0，ｙ0は、点Ｐ0の極座標ｒ0，α0を一意に規定する。従って、値ｘ0，ｙ0は、上記から分かるように、方位線を表す点にフィッティングされる余弦波を規定するパラメータである。
【００６９】
直交関数ｓｉｎθk及びｃｏｓθkは、デカルトｘ軸及びデカルトｙ軸と平行な方向に対応する成分にパラメータｐkを分解する。ｘ軸は、基準方向と位置合わせされている。これは、好ましいが不可欠なものではない。値θkを調整して、基準方向に対して回転される成分にパラメータｐkを分解することができる。
【００７０】
上述したさまざまなパラメータの平均を使用する代わりに、平均に比例する他の量（合計等）を使用することができる。また、パラメータは、たとえばトリミングされた平均、又は重み付け平均、中央値等を取ることによって、他の方法で結合することもできる。
【００７１】
２つの交差するメタ方位線Ｑ直線及びＩ直線は、Ｍ個の方位線の「観察」配置に関する情報をカプセル化(encapsulate)するので、これらの直線の間の角度を求めることが対象となる。これらの直線の間の鋭角ξは、
【００７２】
【数１８】
2009531697.tif 000020
【００７３】
から得ることができる。
【００７４】
一例として、図６は、図４の４つの方位線、及び結果の２つのメタ方位線Ｑ直線とＩ直線との間の角度ξを示している。
【００７５】
方位線の間の関係を表す「観察」配置（すなわち、互いに対して相対的な観測場所の位置及び物体に対して相対的な観察場所の位置）は、角度ξの値が０（一致したメタ方位線又は同一直線上のメタ方位線）からπ／２（垂直なメタ方位線）に変化する場合、一層好ましくなる。本発明の好ましい実施の形態は、この値を計算するように構成されており、その結果、物体の場所の推定の品質を示すものを生成することができ、且つ／又は、その品質を改善するためにセンサ出力を選択的に処理することができる。
【００７６】
Ｑ直線及びＩ直線は、ちょうど２つのメタ方位線（すなわち、圧縮比がＭ／２に等しい）を得るために、データ圧縮手順をＭ個の方位線に適用した結果とみなすこともできる。
【００７７】
上述したマッピング手順は、好ましいが不可欠なものではない。たとえば、θkが０とπとの間で変化するマッピング手順又はｐkが常に正（又は負）であるマッピング手順を使用することが可能であろう。余弦曲線の周期性及び対称性に起因して、余弦曲線の位相及び振幅を依然として求めることができるであろう。
【００７８】
上記方法は、トポロジー相関器（topologic correlator）のさまざまな実施の形態を開発するのに利用することができる。このトポロジー相関器は、複数の受動センサによって供給された方位情報を効率的に処理するためにデータ融合センサに組み込むことができる。本発明に従って構成されるトポロジー相関器のいくつかの例示的な例を以下に提示する。
【００７９】
本発明のいくつかの実施の形態では、異なるセンサが物体の場所の計算に対して異なる影響を有するように、さまざまなセンサによって提供されたデータは重み付けされる（「重み付け」という用語は、選択されたセンサ出力を単に無視する可能性を含むように意図されている）。重み付けは、異なるセンサの信号対雑音比等、さまざまなファクタによって決定され得る。代替的に、メタ方位線の間の計算された角度によって示されるような結果の場所推定の品質を改善するために、重み付けを変更することができる。これらは、本発明の独立した態様とみなされる。これらの独立した態様は、好ましくは、しかし必須ではないが、物体の場所の計算を行うための上述した技法と共に使用される。
【００８０】
次に、添付図面を参照しながら、例として、本発明を実施する構成を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８１】
第１の実施形態
図７は、本発明に従って構成されたトポロジー相関器ＬＯＣＯＲの機能ブロック図である。この相関器は、データ変換器ＤＣＲと、直交ジェネレータＱＧＲと、３つの乗算器ＰＸＳ，ＳＸＣ，ＰＸＣと、２つの二乗器（squarer）ＳＸＳ，ＣＸＣと、５つの平均器（averager）ＡＶＱ，ＡＶＳ，ＡＶＰ，ＡＶＣ，ＡＶＩと、算術／論理ユニットＡＬＵとを備える。後述する他の実施形態でも同様に、本明細書で提示されるような必要な機能の理解が当業者に与えられると、当業者は、すべての個々のユニットをハードウェア及び／又はソフトウェアから容易に構成することができる。
【００８２】
Ｍ個のセンサから得られた方位角｛βk；ｋ＝１，２，…，Ｍ｝は、入力ＢＡに印加される一方、Ｍ個のセンサ｛Ｓｋ｝の既知の座標｛（ｘSk，ｙSk）；ｋ＝１，２，…，Ｍ｝は、変換器ＤＣＲの入力ＸＳ及びＹＳに印加される。
【００８３】
変換器は、式（２）に従って、方位角｛βk｝及びセンサ座標｛（ｘSk，ｙSk）｝を共に処理し、（ｐ，θ）空間においてそれぞれの方位線を表すパラメータ｛（ｐk，θk）｝を生成する。データ変換器ＤＣＲの出力ＴＨに現れるθkの値ＴＨは、直交ジェネレータＱＧＲによって使用されて、そのそれぞれの出力ＳＴ及びＣＴにｓｉｎθk及びｃｏｓθkの値が生成される。
【００８４】
データ変換器ＤＣＲの出力ＰＰで得られたｐkの値ＰＰは、乗算器ＰＸＳにおいて、ｓｉｎθkの値ＳＴと乗算され、その結果の積（ｐkｓｉｎθk）は、平均器ＡＶＱの入力ＰＳに印加される。同様に、ｐkの値ＰＰは、乗算器ＰＸＣにおいて、ｃｏｓθkの値ＣＴと乗算され、その結果の積（ｐkｃｏｓθk）は、平均器ＡＶＩの入力ＰＣに印加される。
【００８５】
直交ジェネレータＱＧＲによって供給されるｓｉｎθkの値ＳＴ及びｃｏｓθkの値ＣＴは、以下のものによっても使用される。すなわち、
乗算器ＳＸＣによって使用されて、平均器ＡＶＰの入力ＳＣを駆動する積（ｓｉｎθkｃｏｓθk）の値ＳＣが生成される；
二乗器ＳＸＳによって使用されて、平均器ＡＶＳの入力ＳＳを駆動するｓｉｎ2θkの値ＳＳが生成される；
二乗器ＣＸＣによって使用されて、平均器ＡＶＣの入力ＣＣを駆動するｃｏｓ2θkの値ＣＣが生成される。
【００８６】
平均の値Ｑ，Ｉ，Ｓ，Ｃ，Ｐは、それぞれの平均器によって算術／論理ユニットＡＬＵに供給される。
算術／論理ユニットＡＬＵは、
１．式（８）に従って、物体の場所の座標（ｘ0，ｙ0）の値Ｘ０及びＹ０を求め；
２．式（９）に従って、メタ方位交差角度ξの値ＬＸを求める。
値ＬＸは、「観察」配置の「良さ」を示す。
【００８７】
値Ｘ０，Ｙ０，ＬＸは、ＡＬＵによってそのそれぞれの出力に生成される。
【００８８】
第２の実施形態
三角恒等式
【００８９】
【数１９】
2009531697.tif 000021
【００９０】
を利用することによって、本発明の方法に従って構成されたトポロジー相関器ＬＯＣＯＲが大幅に変更される。次に、３つの補助平均Ｓ，Ｃ，Ｐを、
【００９１】
【数２０】
2009531697.tif 000022
【００９２】
から求めることができる。
ここで、
【００９３】
【数２１】
2009531697.tif 000023
【００９４】
である。
【００９５】
この実施態様では、二乗回路は必要とされず、３つの補助平均Ｓ，Ｃ，Ｐは、ｃｏｓ２θkについて１つとｓｉｎ２θkについて１つの２つの平均のみを使用することによって得ることができる。
【００９６】
図８は、本発明のこの実施形態に従って構成された、変更されたトポロジー相関器ＬＯＣＯＲの機能ブロック図である。この相関器は、データ変換器ＤＣＲと、ベクトルジェネレータＶＣＧと、直交ジェネレータＱＧＲと、４つの平均器ＡＶＱ，ＡＶＩ，ＡＶＳ２，ＡＶＣ２と、算術／論理ユニットＡＬＵとを備える。
【００９７】
Ｍ個のセンサから得られた方位角｛βk；ｋ＝１，２，…，Ｍ｝は、入力ＢＡに印加される一方、Ｍ個のセンサ｛Ｓｋ｝の既知の座標｛（ｘSk，ｙSk）；ｋ＝１，２，…，Ｍ｝は、変換器ＤＣＲの入力ＸＳ及びＹＳに印加される。変換器は、式（２）に従って、方位角｛βk｝及びセンサ座標｛（ｘSk，ｙSk）｝を共に処理し、（ｐ，θ）空間においてそれぞれの方位線を表すパラメータ｛（ｐk，θk）｝を生成する。
【００９８】
データ変換器ＤＣＲの出力ＴＨに現れるθkの値ＴＨは、直交ジェネレータＱＧＲによって使用されて、ｓｉｎ２θk及びｃｏｓ２θkの値が、そのそれぞれの出力Ｓ２及びＣ２に生成される。出力Ｓ２及びＣ２に現れる値は、平均器ＡＶＳ２及びＡＶＣ２にそれぞれ印加される。
【００９９】
ベクトルジェネレータＶＣＧは、データ変換器ＤＣＲによってそのそれぞれの出力ＰＰ及びＴＨで供給されたｐkの値ＰＰ及びθkの値ＴＨに応答して、ベクトルジェネレータＶＣＧの２つの出力ＰＳ，ＰＣで積（ｐkｓｉｎθk），（ｐkｃｏｓθk）を直接生成する。
【０１００】
出力ＰＳ及びＰＣに現れる値は、平均器ＡＶＱ及びＡＶＩにそれぞれ印加される。
【０１０１】
平均器Ｑ，Ｉ，ＳＳ，ＣＣの値は、それぞれの平均器によって算術／論理ユニットＡＬＵに供給される。
算術／論理ユニットＡＬＵは、
１．式（８）及び（１０）に従って、物体の場所の座標（ｘ0，ｙ0）の値Ｘ０及びＹ０を求め；
２．式（９）及び（１０）に従って、メタ方位交差角度ξの値ＬＸを求める。
値ＬＸは、「観察」配置の「良さ」を示す。
【０１０２】
値Ｘ０，Ｙ０，ＬＸは、ＡＬＵによってそのそれぞれの出力に生成される。
【０１０３】
第３の実施形態
多くの実際的なケースでは、方位角｛βk；ｋ＝１，２，…，Ｍ｝を推定した精度に関する或る情報が利用可能な場合がある。たとえば、各センサＳｋは、角度を求める精度に影響を与える観測された信号対雑音比（ＳＮＲ）の値ｇkを供給することができる。このような情報は、以下のように、本発明の構成によって利用することができる。
１．信号対雑音比の観測値ｇkが所定のしきい値のセットと比較されて、個数Ｎのクラスが形成される。各クラスは、異なる範囲のＳＮＲ値によって特徴付けられる。たとえば、低ＳＮＲ、中ＳＮＲ，及び高ＳＮＲの方位観測結果を示す３つのクラスを形成することができる。
２．報告された方位角βkと既知のセンサの場所（ｘSk，ｙSk）とから得られたパラメータ（ｐk，θk）を使用して、Ｎ個のグループが形成される。信号対雑音比の関連付けられる値ｇkが同じ範囲のＳＮＲ値に属する場合には、パラメータ（ｐk，θk）は同じグループに属することになる。例えば、３つのグループを形成することができる。各グループは、ＳＮＲの同じ範囲（低、中、又は高）について得られたパラメータを含む。
３．次に、各グループ内のパラメータ（ｐk，θk）は、点Ｐ0の座標（ｘ0，ｙ0）を求めるのに利用される。その結果、グループ数と同じ個数Ｎの座標対（ｘ0，ｙ0）が存在される。例えば、３つのグループ（すなわち、ＳＮＲ値の３つの範囲）の場合、求められる座標は、
（ｘ0，ｙ0）low，（ｘ0，ｙ0）moderate，（ｘ0，ｙ0）highとなる。
４．次に、Ｎ個のグループのそれぞれの中で求められた座標は、以下のように結合される。
【０１０４】
【数２２】
2009531697.tif 000024
【０１０５】
ここで、
【０１０６】
【数２３】
2009531697.tif 000025
【０１０７】
である。ここで、ｘ0(i)，ｙ0(i)は、それぞれの個々のグループｉについて計算された座標ｘ0，ｙ0である。Ｌiは、グループｉに含まれる観測結果の個数である。ｇiは、そのグループの平均ＳＮＲである。
従って、積Ｌiｇiは、同じグループｉに属するセンサによって受信された全平均電力とみなすことができる。ここで、ｉ＝１，２，…，Ｎである。
【０１０８】
以下でより詳細に説明するように、同様の平均化手順を、角度｛ξ｝に適用することができる。
【０１０９】
図９は、本発明に従って構成されたトポロジー相関器ＬＯＣＯＲの機能ブロック図である。この相関器は、データ変換器ＤＣＲと、ベクトルジェネレータＶＣＧと、直交ジェネレータＱＧＲと、平均器の４つのブロックＡＶＱ，ＡＶＩ，ＡＶＳ２，ＡＶＣ２と、算術／論理ユニットＡＬＵとを備える。
【０１１０】
信号対雑音比の値｛ｇk；ｋ＝１，２，…，Ｍ｝と共に方位角｛βk；ｋ＝１，２，…，Ｍ｝が、入力ＢＡ，ＳＮＲにそれぞれ印加される一方、Ｍ個のセンサ｛Ｓｋ｝の既知の座標｛（ｘSk，ｙSk）；ｋ＝１，２，…，Ｍ｝は、データ変換器ＤＣＲの入力ＸＳ，ＹＳに印加される。
【０１１１】
データ変換器ＤＣＲは、式（２）に従って、方位角｛βk｝とセンサ座標｛（ｘSk，ｙSk）｝とを共に処理し、（ｐ，θ）空間においてそれぞれの方位線を表すパラメータ｛（ｐk，θk）｝を生成する。
【０１１２】
各パラメータ対（ｐk，θk）について、データ変換器ＤＣＲは、基礎となる方位角βkに関連付けられる信号対雑音比の値ｇkに応じて、グループインデックスＩＤを求める。このグループインデックスＩＤは整数であり、その値は以下のように決定される。すなわち、
ｇi＜ＳＮＲth0である場合には、ＩＤ＝０、観測結果は廃棄される
ＳＮＲth0＜ｇi＜ＳＮＲth1である場合には、ＩＤ＝１、低ＳＮＲ観測結果
ＳＮＲth1＜ｇi＜ＳＮＲth2である場合には、ＩＤ＝２、中ＳＮＲ観測結果
ｇi＞ＳＮＲth2である場合には、ＩＤ＝３、高ＳＮＲ観測結果
ここで、ＳＮＲth0、ＳＮＲth1、及びＳＮＲth2は、或る所定の適切に選ばれたしきい値である。
【０１１３】
データ変換器ＤＣＲの出力ＴＨに現れるθkの値ＴＨは、直交ジェネレータＱＧＲによって使用されて、ｓｉｎ２θk及びｃｏｓ２θkの値が、そのそれぞれの出力Ｓ２，Ｃ２に生成される。出力Ｓ２，Ｃ２に現れる値は、平均器の２つのブロックＡＶＳ２，ＡＶＣ２にそれぞれ印加される。
【０１１４】
ベクトルジェネレータＶＣＧは、データ変換器ＤＣＲによってそのそれぞれの出力ＰＰ及びＴＨで供給されたｐkの値ＰＰ及びθkの値ＴＨに応答して、ベクトルジェネレータＶＣＧの２つの出力ＰＳ，ＰＣで積（ｐkｓｉｎθk），（ｐkｃｏｓθk）を直接生成する。出力ＰＳ，ＰＣに現れる値は、平均器の２つのブロックＡＶＱ，ＡＶＩにそれぞれ印加される。
【０１１５】
平均器の４つのブロックＡＶＱ，ＡＶＩ，ＡＶＳ２，ＡＶＣ２のそれぞれは、３つの同一の平均器を備え、各平均器は、グループインデックスＩＤの特定の（非ゼロの）値に対応する。各グループ内の特定の平均器は、基礎となる方位角βkに関連付けられるインデックスＩＤの値に応じて、それぞれのデータ入力（ＰＳ、ＳＳ、Ｓ２、又はＣ２）に割り当てられる。その結果、平均器の４つのブロックのそれぞれは、３つの出力を有し、各出力は、グループインデックスＩＤの異なる値に対応する。
【０１１６】
同じ（非ゼロの）インデックスＩＤ＝ｉ（ｉ＝１、２、３）を有する平均器によって供給される４つの出力値Ｑ，Ｉ，ＳＳ，ＣＣは、算術／論理ユニットＡＬＵによって利用され、
【０１１７】
【数２４】
2009531697.tif 000026
【０１１８】
から、座標（ｘ0(i)，ｙ0(i)）が求められる。
【０１１９】
最後に、位置特定されている物体の結果の座標（ｘ0，ｙ0）が、以下のように、座標｛（ｘ0(i)，ｙ0(i)）；ｉ＝１，２，３｝を結合することによって求められる。
【０１２０】
【数２５】
2009531697.tif 000027
【０１２１】
ここで、Ｗ＝ｗ1＋ｗ2＋ｗ3であり、ｗ1＝Ｌ１Ｇ１であり、ｗ2＝Ｌ２Ｇ２であり、ｗ3＝Ｌ３Ｇ３である。また、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は、グループ１、グループ２、及びグループ３にそれぞれ含まれる観測結果の個数であり、Ｇ１、Ｇ２、及びＧ３は、対応する各グループに割り当てられた平均信号対雑音比である。
【０１２２】
その結果、各重みｗi＝ＬｉＧｉ（ｉ＝１，２，３）は、同じグループに属するセンサによって受信された全平均電力とみなすことができる。また、すべての重みｗiの合計Ｗは、位置特定に使用されたセンサによって受信された全電力を示す。値Ｗは、算術／論理ユニットＡＬＵの出力ＴＰに現れる。
【０１２３】
同様のやり方で、同じ（非ゼロの）インデックスＩＤ＝ｉ（ｉ＝１，２，３）を有する平均器によって供給される４つの出力値Ｑ，Ｉ，ＳＳ，ＣＣが、算術／論理ユニットＡＬＵによって利用されて、
【０１２４】
【数２６】
2009531697.tif 000028
【０１２５】
から交差角度ξ(i)を求めることができる。
【０１２６】
次に、この角度は、以下のように結合される。
【０１２７】
【数２７】
2009531697.tif 000029
【０１２８】
ここで、Ｗ＝ｗ1＋ｗ2＋ｗ3であり、ｗ1＝Ｌ１Ｇ１であり、ｗ2＝Ｌ２Ｇ２であり、ｗ3＝Ｌ３Ｇ３である。また、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は、グループ１、グループ２、及びグループ３にそれぞれ含まれる観測結果の個数であり、Ｇ１、Ｇ２、及びＧ３は、対応する各グループに割り当てられた平均信号対雑音比である。平均角ξの値ＬＸは、算術／論理ユニットＡＬＵの出力ＬＸに現れる。
【０１２９】
値ＬＸは、センサ及び物体の相対的な位置に基づく物体の場所の推定の品質を示す。望まれるのであれば、品質を改善するために、適切なアルゴリズムを使用して、計算された値ＬＸに従い重み付けを変更することができる。
従って、この状況では、重み付けは、（ｉ）それぞれのセンサのＳＮＲ値と、（ｉｉ）それらセンサの互いに対する相対的な場所及び物体に対する相対的な場所と、の双方の関数となるであろう。重み付けは、代わりに、これらのファクタのうちの１つに基づくことができるか、又は他の任意のファクタ若しくはファクタの結合に基づくこともできる。
【０１３０】
いくつかの場合には、角度の平均化を適用するのではなく、求められた角度値ξ(i)をさらなる処理のために利用することが好ましい場合がある。
【０１３１】
トポロジー相関器ＬＯＣＯＲをデータ融合センターに組み込んだ例
図１０は、本発明に従って構成されたトポロジー相関器ＬＯＣＯＲを組み込んだデータ融合センターＤＦＣの機能ブロック図である。このデータ融合センターは、送受信機ＴＲＸと、トポロジー相関器ＬＯＣＯＲと、制御／算術／論理ユニットＣＡＬとを備える。例示の目的で、上述した第３の実施形態が相関器ＬＯＣＯＲとして使用されるものと仮定する。ただし、適切な変更を伴って、他の実施形態のいずれかを代わりに使用することができる。
【０１３２】
制御／算術／論理ユニットＣＡＬは、選択されたセンサグループ｛Ｓ｝に送受信機ＴＲＸを介して問い合わせを行い、求められた方位角及び登録された信号対雑音比に関する情報をそれらセンサから得る。この情報は、センサ座標と共に、さらなる処理のために、内部リンクＢＡ，ＳＮ，ＹＳ，ＸＳを介してトポロジー相関器ＬＯＣＯＲに渡される。
【０１３３】
相関器ＬＯＣＯＲは、物体の場所、センサによって受信された信号の全電力、及びメタ方位線の交点の角度を求める。この情報は、内部リンクＸ０，Ｙ０，ＴＰ，ＬＸを介してユニットＣＡＬへ送信される。
【０１３４】
方位のみの物体の位置特定では、監視目的用のＤＦＣによるセンサグループの選択は、２つの主要基準、すなわち、
１．そのグループによってインターセプトされる信号が十分に高い電力レベルを有すること；
２．メタ方位線の交点の角度ξを測定することによって求められるような、監視下にある物体の「観察配置」が好ましいこと
に基づくことができる。
【０１３５】
したがって、制御／算術／論理ユニットＣＡＬは、全電力があまりにも低く、且つ／又は、「観察配置」が好ましくないと判断した場合、新しいセンサグループを形成するように試みる。いくつかの「古い」センサは維持することができ、新しいセンサを追加することができる。その後、新しいグループの性能が、全受信電力及び「観察」配置に基づいて評価される。一例として、図１１ａに示す「観察」配置は十分ではないが、図１１ｂから分かるように、センサＳ３をセンサＳ６と取り替えることによって得られた「観察」配置は、より好ましい。
【０１３６】
上記の説明では、センサのＳＮＲ値が方位測定の品質を示すために使用される。従って、それらＳＮＲ値が、方位測定、及び／又はセンサのサブセットの選択の影響を重み付けするのに使用される方位誤差値を形成する。
しかしながら、他のファクタ（たとえば、潜在的量子化誤差（potential quantisation error）を表す値）をＳＮＲ値の代わりに又はＳＮＲ値と共に使用することができる。
【０１３７】
本発明の好ましい実施形態の上記説明は、例示及び説明の目的で提示されたものである。網羅的であることが意図さているわけでもなければ、開示した正確な形に本発明を限定することが意図されているわけでもない。上記説明を考慮すると、多くの変更、修正、及び変形によって、当業者が、検討された特定の使用に適したさまざまな実施形態で本発明を利用することができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】物体Ｐ0を位置特定するのに利用され且つ本発明を適用することができるセンサネットワークの一例の図である。
【図２】方位線をどのように表すことができるかを示す一例を示す図である。
【図３】点Ｐ0を通る方位線の（ｐ，θ）空間における表現を示す図である。
【図４】点Ｐ0を通る方位線の例を示す図である。
【図５】図５ａは、単位半径の円柱を或る平面によって切断することによって得られた楕円によるｘｙ平面内の点Ｐ0の表現を概略的に示す図であり、図５ｂは、円柱の表面を展開することによって楕円から得られた余弦波の１周期を示す図である。
【図６】４つの方位線と、２つのメタ方位線の間の鋭角とを示す図である。
【図７】本発明に従って構成されたトポロジー相関器の機能ブロック図である。
【図８】本発明に従って構成された、変更されたトポロジー相関器の機能ブロック図である。
【図９】本発明に従って構成され且つ異なる信号対雑音比を有するセンサによって求められた方位線を処理することができるトポロジー相関器の機能ブロック図である。
【図１０】本発明に従って構成されたトポロジー相関器を組み込んだデータ融合センターの一例の機能ブロック図である。
【図１１】図１１ａは、十分でない「観察」配置の例を概略的に示す図であり、図１１ｂは、より好ましい「観察」配置の例を概略的に示す図である。
【図１】
2009531697.tif 000032
【図２】
2009531697.tif 000033
【図３】
2009531697.tif 000034
【図４】
2009531697.tif 000035
【図５】
2009531697.tif 000036
【図６】
2009531697.tif 000037
【図７】
2009531697.tif 000038
【図８】
2009531697.tif 000039
【図９】
2009531697.tif 000040
【図１０】
2009531697.tif 000041
【図１１】
2009531697.tif 000042
【国際調査報告】
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2009531697.tif 000044