(57)【要約】【課題】  本発明は、時刻誤差の影響を受けにくい最適な検索空間を容易に設定できる信号同定方法を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の信号同定方法は、複数の不特定信号発信源から断続的に発信されている信号を２つの地点Ｘと地点Ｙで観測し、前記地点Ｘの観測記録中の対象信号を前記地点Ｙの観測記録中の前記対象信号と同一の可能性のある候補信号と同定する方法において、前記地点Ｘにおいて前記対象信号が検出された同一の時刻を中心として前記地点Ｙの前記候補信号を検索する範囲を検索空間とし、前記検索空間は前記地点Ｘと前記地点Ｙとの距離と信号伝達速度の商の２倍に設定したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の不特定信号発信源から断続的に発信されている信号を２つの地点Ｘと地点Ｙで観測し、前記地点Ｘの観測記録中の対象信号を前記地点Ｙの観測記録中の前記対象信号と同一の可能性のある候補信号とを同定する方法において、
前記地点Ｘにおいて前記対象信号が検出された同一の時刻を中心として前記地点Ｙの前記候補信号を検索する範囲を検索空間とし、
前記検索空間を前記地点Ｘと前記地点Ｙとの距離と信号伝達速度の商の２倍に設定したことを特徴とする信号同定方法。
【請求項２】
前記対象信号の発信源が前記地点Ｘと前記地点Ｙのどちらに近いかを判定する手段を有し、
どちらに近いかを判定できた場合において、前記対象信号が前記地点Ｘに近いときは前記対象信号の前記検索空間を前記地点Ｘでの受信時刻よりも後に限定して前記地点Ｘと前記地点Ｙとの距離と信号伝達速度の商の範囲で前記検索空間を設定し、
前記対象信号が前記地点Ｙに近いときは前記対象信号の前記検索空間を前記地点Ｘでの受信時刻よりも前に限定して前記地点Ｘと前記地点Ｙとの距離と信号伝達速度の商の範囲で前記検索空間を設定し、
どちらに近いかを判定できなかった場合において、前記対象信号と前記検索空間上で見つかった前記候補信号のひとつを同一と仮定して前記対象信号の発信源が前記地点Ｘと前記地点Ｙのどちらに近いか再判定を行い、
前記対象信号と前記候補信号が同一であることが矛盾する場合は前記候補信号のひとつを前記対象信号の同一信号候補から除外することを特徴とする請求項１に記載の信号同定方法。
【請求項３】
前記検索空間に前記地点Ｘ及び前記地点Ｙでの時間同期精度の最大ずれ幅を加えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の信号同定方法。
【請求項４】
複数の不特定信号発信源から断続的に発信されている信号を２つの地点Ｘと地点Ｙで観測し、前記地点Ｘの観測記録中の対象信号Ａを前記地点Ｙの観測記録中の前記対象信号Ａと同一の可能性のある候補信号とを同定する方法において、
前記地点Ｘにおいて前記対象信号Ａが検出された同一の時刻を中心として前記地点Ｙの前記候補信号を検索する範囲を検索空間とし、
検索の結果により複数の前記候補信号が検出された場合に検出された前記候補信号のひとつを新たな対象信号Ｂとし、
前記対象信号Ｂの観測された地点において、前記対象信号Ｂが検出された同一の時刻を中心としてもう一方の地点の前記対象信号Ｂに対する前記候補信号を検索する範囲を新たな検索空間として設定して再検索を行い、
前記対象信号Ａと同一の可能性のある候補信号がひとつだけになるか、それぞれの観測地点での観測記録における候補信号数の辻褄が合うまで前記再検索を繰り返すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の信号同定方法。
【請求項５】
複数の地点で空電観測をすることによって発雷の位置標定を行なう方法において、請求項１乃至４に記載の信号同定方法を用いて観測地点間の観測信号の同定を行うことを特徴とする発雷位置標定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の観測地点で信号の記録を行なっている場合に、それぞれの観測地点での記録信号のどれが同一の信号の観測であるかを照合する方法に係り、特にその照合を用いて信号の発信源位置標定する信号同定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【非特許文献１】岩波講座  情報科学２１「パターン認識と図形処理」（長尾真編）第２章第４節「音声の認識」pp.71-89
【０００３】
一般に、位置不特定の発信源の位置標定では複数地点での信号観測が必要となる。具体的な適用例としては、空電観測による発雷位置標定や、地震波観測による震源地特定などがある。
【０００４】
同一の信号を探索する場合、適当な探索空間を設定した後、その信号の観測地点に依存しない特徴量、例えば波形や持続時間、減衰しない信号強度などが一致するかを見て、類似信号を探索していた。信号の伝わる速度が速い場合はそれに加えて受信時刻を見ることもある。その場合は、ＧＰＳなどの規模の大きい装置を用いて観測地点間で時刻同期を行なっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、短時間に複数の信号を受信する場合、同じ特徴を持つ信号を複数受信する場合もあり、探索空間が必要以上に大きすぎると誤判定の可能性が高まり、また、必要以上に小さすぎると同一信号の発見できない可能性が高まる。したがって、探索空間の最適な大きさをうまく決めなければならなかった。
【０００６】
一方、受信時刻で判定する場合、信号の受信間隔が十分に疎でない限り、伝達速度が光のように極めて速いことと、観測地点間の時刻同期精度が極めて高いことが要求されるので、通用可能分野の範囲が狭く、さらにそのような時刻同期を実現する為には非常にコストが高くなるのが問題である。また、たとえそのように極めて速い信号だとしても、発信源と観測地点の距離に依存して受信時刻に多少の誤差が必ず生じるので、本質的な解決法とは言えない。いずれにせよ、受信時刻を限定するのは難しく、多少の幅のある探索空間を設定しなければいけならなかった。
【０００７】
本発明は従来技術の上記問題点に鑑みてなされたものであり、時刻誤差の影響を受けにくい最適な検索空間を容易に設定できる信号同定方法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】
【０００８】
本発明の信号同定方法は、複数の不特定信号発信源から断続的に発信されている信号を２つの地点Ｘと地点Ｙで観測し、前記地点Ｘの観測記録中の対象信号を前記地点Ｙの観測記録中の前記対象信号と同一の可能性のある候補信号とを同定する方法において、前記地点Ｘにおいて前記対象信号が検出された同一の時刻を中心として前記地点Ｙの前記候補信号を検索する範囲を検索空間とし、前記検索空間を前記地点Ｘと前記地点Ｙとの距離と信号伝達速度の商の２倍に設定したことを特徴とする。（請求項１）
【０００９】
また、本発明の信号同定方法は、前記対象信号の発信源が前記地点Ｘと前記地点Ｙのどちらに近いかを判定する手段を有し、どちらに近いかを判定できた場合において、前記対象信号が前記地点Ｘに近いときは前記対象信号の前記検索空間を前記地点Ｘでの受信時刻よりも後に限定して前記地点Ｘと前記地点Ｙとの距離と信号伝達速度の商の範囲で前記検索空間を設定し、前記対象信号が前記地点Ｙに近いときは前記対象信号の前記検索空間を前記地点Ｘでの受信時刻よりも前に限定して前記地点Ｘと前記地点Ｙとの距離と信号伝達速度の商の範囲で前記検索空間を設定し、どちらに近いかを判定できなかった場合において、前記対象信号と前記検索空間上で見つかった前記候補信号のひとつを同一と仮定して前記対象信号の発信源が前記地点Ｘと前記地点Ｙのどちらに近いか再判定を行い、前記対象信号と前記候補信号が同一であることが矛盾する場合は前記候補信号のひとつを前記対象信号の同一信号候補から除外することを特徴とする。（請求項２）
【００１０】
さらに、本発明の信号同定方法は、前記検索空間に前記地点Ｘ及び前記地点Ｙでの時間同期精度の最大ずれ幅を加えたことを特徴とする。（請求項３）
【００１１】
また、本発明の信号同定方法は、複数の不特定信号発信源から断続的に発信されている信号を２つの地点Ｘと地点Ｙで観測し、前記地点Ｘの観測記録中の対象信号Ａを前記地点Ｙの観測記録中の前記対象信号Ａと同一の可能性のある候補信号とを同定する方法において、前記地点Ｘにおいて前記対象信号Ａが検出された同一の時刻を中心として前記地点Ｙの前記候補信号を検索する範囲を検索空間とし、検索の結果により複数の前記候補信号が検出された場合に検出された前記候補信号のひとつを新たな対象信号Ｂとし、前記対象信号Ｂの観測された地点において、前記対象信号Ｂが検出された同一の時刻を中心としてもう一方の地点の前記対象信号Ｂに対する前記候補信号を検索する範囲を新たな検索空間として設定して再検索を行い、前記対象信号Ａと同一の可能性のある候補信号がひとつだけになるか、それぞれの観測地点での観測記録における候補信号数の辻褄が合うまで前記再検索を繰り返すことを特徴とする。（請求項４）
【００１２】
本発明の発雷位置評定方法は、複数の地点で空電観測をすることによって発雷の位置標定を行なう方法において、上記の信号同定方法を用いて観測地点間の観測信号の同定を行うことを特徴とする。（請求項５）
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、各観測地点で生じうる最大の受信時刻のずれ幅を信号伝達速度と観測地点間の距離から算出し、探索空間を受信時刻からずれ幅分だけ前後の時間に限定することで誤判定のリスクを滅らしている。なお、「Ｘ、Ｙ間の距離」と「信号の伝達速度」の商、すなわちＸからＹへの信号の伝達時間が最大のずれ幅になることは、簡単な幾何学的証明で示すことが可能である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、信号の発信源の観測地点との相対的位置関係を判定する手段を設けており、信号がどちらの観測地点に先に到達するかが分かるので、受信時刻を中心として請求項１で設定した探索空間を予め二分の一に設定するか、或いは、受信時刻と矛盾する信号を候補から外す手段を設けることでさらに誤判定のリスクを減らしている。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、上述の請求項１及び請求項２の発明で設定した検索空間の範囲に時刻同期精度のずれ幅分を加えて広げることで、同期ずれによる誤判定や探索漏れも防ぎ、併せて要求する時刻同期精度をある程度下げることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、探索空間中に複数の候補信号が見つかり同一の信号を特定できない場合、同一の信号を特定する為に各候補信号においてそれぞれ再帰的に同様の探索を逆向きに行い、それぞれの観測地点での観測記録における候補信号数の辻褄が合うか、または、芋づる式に候補信号が確定するまで繰り返すことで、多くの場合に、最初の信号と同一の可能牲のある信号候補を一つに絞り込むことができる。
【００１７】
なお、発信源がどちらの観測地点に近いかを判断する方法の例としては、観測時に信号の来た方角を見て、もう一方の観測地点と逆方向から来ていれば自分に近いと判断したり、距離に応じて信号強度が減衰するような場合、それぞれの観測地点でその信号強度を見ることで判断したりできる。また、前者の方法の場合でも、もう一方の観測地点側から信号が来ていたときは、そのもう一方の観測地点で信号の方角を確認し、それが最初の観測地点と逆方向からの受信であれば最初の観測地点から遠いことが分かる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、発雷位置標定の前処理として上述の方法による電磁波の同定を行うことで、高価な時刻同期装置無しに正確な発雷位置標定を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の信号同定方法の一例を示すフロー図である。
まず基本検索空間設定で検索空間の基本時間幅を決定する。ここで検索空間とは同定対象となる対象信号が異なる地点において同一の候補信号を検索する為の時間範囲であり、本発明において基本時間幅は、観測地点間の距離と信号の伝達速度の商の２倍に、観測地点間の最大時刻同期誤差を加えたものである。
【００２０】
次に対象信号（ここでは最初に対象信号Ａ）を決め、続いて対象信号の特徴により検索空間を決定する。例えば、信号発信源と各観測地点との位置関係により検索空間を対象信号の受信時間よりも前又は後に限定する。そのような特徴が無ければ、基本時間幅がそのまま探索空間の時間幅となる。限定が行われない探索空間の中心は対象信号の受信時刻である。
【００２１】
次に対象信号と同じ不変特徴をもつ候補信号を検索し、対象信号とそれぞれの候補信号を同一と仮定して比較した結果、受信時刻に矛盾が生じた候補信号を除外する。
【００２２】
検索の結果、対象信号Ａと同じ不変特徴をもつ候補信号Ｂが見つかると、その候補信号Ｂを対象信号Ｂとした検索空間で検索を行う。この検索の結果で対象信号Ｂと候補信号Ｃで１対１の確定ペアができた場合、候補信号Ｃが対象信号Ａであればその候補信号Ｂと対象信号Ａをペア確定し処理終了となる。
【００２３】
もし、候補信号Ｃが対象信号Ａとのペアでなければ確定ペアを削除し、さらに「確定ペア」があるかどうか確かめる。
【００２４】
ここで「確定ペア」は、検索の結果、対象信号と同じ不変特徴をもつ候補信号が一つしか確認できなかった対象信号と候補信号の組を言う。
【００２５】
確定ペアが無くなったところで、未検索信号、すなわち検索により発見されたが自分からの検索を行なっていない信号が残っているかを確認し、残っていれば順に対象信号として再検索を行なう。残っていなければ、同定不可となり、処理終了となる。
【００２６】
以下、発雷位置標定のための空電観測における電磁波の同定を例に説明する。
【００２７】
図２〜６は、時系列に沿ったＸ、Ｙの観測記録上で空電による信号Ａと同一の発雷による空電を同定する過程例を示す図であり、電状の記号が信号Ａと同じ特徴を持つ信号を表し、三角形の底辺が頂点の信号からの探索空間を表す。また、Ｘ側の信号を頂点とする三角形の範囲がＸからＹへの探索で、Ｙ側の信号を頂点とする三角形の範囲がＹからＸへの探索である。三角形の底辺の長さが探索空間の時間幅を表す。この基本時間幅は「Ｘ、Ｙ間の距離」と「信号の伝達速度」の商の２倍とする。ここではＸ、Ｙ間の距離が３００ｋｍ、信号の速度を光速（３０万ｋｍ／秒）とすると、基本時間幅は０．００１×２＝０．００２秒となる。また、時刻同期誤差は±０．０００５秒とし、探索空間の時間幅は０．００２＋（０．００５×２）＝０．００３秒とした。
【実施例１】
【００２８】
図２は本発明の実施例１である。
信号Ａを対象信号とし、探索空間は基本探索空間のままとする。検索の結果、信号Ｂのみが候補となったので、確定ペアとなり、信号Ｂが信号Ａと同一と判断される。
【実施例２】
【００２９】
図３は本発明の実施例２である。
本例では観測地点での空電の受信方角がＸ方向かＹ方向か１８０度単位で認識できる手段を設けている。信号Ａの受信方角を地点Ｘで見たところ、地点Ｙとは反対の方角だったので、明らかに発雷地点は地点Ｙよりも地点Ｘに近いと判断できた。
【００３０】
したがって、探索空間は信号Ａの観測された地点Ｘでの受信時刻より後に限定することができる。ただし、受信時刻より時刻同期誤差分の０．０００５秒前までは許容する。
【００３１】
その結果、２つの候補信号Ｂ、Ｃが見つかったが、信号Ｃは地点Ｘと反対の方角からの受信だったので、明らかに発雷地点が地点Ｘより地点Ｙに近い空電であり、受信時刻の矛盾により候補から外すことができる。これにより、信号Ｂが信号Ａと同一と判断される。
【実施例３】
【００３２】
図４は本発明の実施例３である。
本例では探索空間は基本探索空間のままとし、伝達距離に従って減衰する強度を観測地点で観測している。
【００３３】
検索の結果、３つの候補信号Ｂ、Ｃ、Ｄが見つかった。
ここで、信号Ａと信号Ｂが同一と仮定すると、信号強度はＡの方が強かったため、発雷地点は地点Ｘ寄りと判断され、信号Ａと信号Ｃが同一と仮定すると、発雷地点は地点Ｙ寄りと判断され、信号Ａと信号Ｄが同一と仮定すると、発雷地点は地点Ｘ寄りと判断された。
【００３４】
ところが、信号Ｂと信号Ｄは地点Ｘおける信号Ａの受信時刻より時刻同期誤差分である０．０００５秒を許容しても、それぞれ信号Ａの受信時刻より信号Ｂは前、信号Ｄは後に受信されている。したがって、矛盾の起きない信号Ｃが残り、これにより、信号Ｃが信号Ａと同一と判断される。
【実施例４】
【００３５】
図５は本発明の実施例４である。
本例では探索空間は基本探索空間のままとした。
【００３６】
検索の結果、２つの候補信号Ｂ、Ｃが見つかったが、どちらの候補信号が信号Ａと同一なのか決め手がない。そこで、各候補信号Ｂ、Ｃから地点Ｘに向かって逆方向に検索を行ったところ、信号Ｂからは新たな候補信号は見つからず、信号Ｃからは新たな信号Ｄが見つかった。したがって、信号Ｂと信号Ａが確定ペアとなり、信号Ｂが信号Ａと同一と判断される。
【実施例５】
【００３７】
図６は本発明の実施例５である。
本例では探索空間は基本探索空間のままとし、観測地点での空電の受信方角がＸ方向かＹ方向か１８０度単位で認識できるものとする。
【００３８】
ここで、信号ＡはＹ方向から観測され、検索の結果、候補信号Ｂ、Ｃ、Ｄが見つかった。それぞれ信号ＢはＹ方向、信号Ｃ、ＤはＸ方向から観測された。この時点では矛盾はない為、どれがＡと同一なのか決め手がない。そこで、各候補信号Ｂ、Ｃ、Ｄから地点Ｘに向かって逆方向に検索を行ったところ、信号Ｂからは新たな信号Ｅが、信号Ｃ、Ｄからは新たな信号Ｆ、Ｇ、Ｈが見つかった。ここで信号ＥはＹ方向からの受信され、信号Ｂと信号Ｅを同一と仮定するとその発雷地点は地点Ｘよりも地点Ｙに近いことになり、信号Ｅは地点Ｘで地点Ｙよりも早く観測されている事と矛盾が生じる。したがって、信号Ｅは候補から外れ、信号Ｂと信号Ａが確定ペアになり、信号Ｂが信号Ａと同一と判断される。
【００３９】
なお、信号Ｃ、Ｄと信号Ｆ、Ｇ、Ｈの組合せはこの時点では不明であるが、当初の目的は達成されているので追求する必要はない。
【実施例６】
【００４０】
図７は本発明の実施例６である。
本例では探索空間は基本探索空間のままとした。
【００４１】
探索の結果、候補信号Ｂ、Ｃ、Ｄが見つかったが、どれが信号Ａと同一なのか決め手がない。そこで、信号Ｂ、Ｃ、Ｄから地点Ｘに向かって逆方向に検索を行ったところ、信号Ｅ、Ｆ、Ｇが新たに見つかったが、ここでも確定ペアができない。
【００４２】
そこで、各信号Ｅ、Ｆ、Ｇから地点Ｙに向かって検索を行ったところ、信号Ｅから新たな信号Ｈが見つかり、他の信号からは何も見つからなかった。
【００４３】
この時点で、信号Ｇからは信号Ｄ以外に候補がないので確定ペアとなり、続いて、信号Ｃと信号Ｆも確定ペアとなる。すると、信号Ａと同一の候補であった信号Ｂ、Ｃ、Ｄのうち信号Ｂ以外が別のぺアとして確定しペア削除されたため、信号Ｂが信号Ａと同一と判断される。
【実施例７】
【００４４】
次に本発明の発雷位置標定方法の実施例７について説明を行う。
【００４５】
空電による各信号の同定までは実施例６と同様で、空電Ａと空電Ｂが同一の発雷からの電磁波であると確認できた。
【００４６】
代表的な位置標定方法には２地点観測による交会法と、３地点観測による時間差法があるが、ここでは各観測地点で信号の方角を確認できるという前提の下、交会法を用いた。
【００４７】
空電Ａと空電Ｂの受信方角がわかっているので、それぞれ地点Ｘと地点Ｙからその方角に直線を延長した時の交点を求めれば、それが発雷地点とわかる。なお、時間差法を用いる場合は地点Ｚを設け、地点Ｘと地点Ｚまたは地点Ｙと地点Ｚにおいて本発明による信号同定を行なった後、各信号の各観測地点間での到達時刻の差から各観測地点と発雷地点の距離を算出する。これにより、発雷地点を特定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上述べたように、本発明により多少の受信時刻のずれや時刻同期誤差があっても正確に信号同定を行なうことが出来るので、各種の位置標定、特に発雷位置標定を、高価な時刻同期装置無しに低コストで正確に実現することができる。また、この発明は発雷位置標定以外にも、地震波観測による震源地標定、神経パルス観測による生体での異常発見や、宇宙線観測による宇宙現象把握などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の信号同定方法の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明の実施例１を示す図である。
【図３】本発明の実施例２を示す図である。
【図４】本発明の実施例３を示す図である。
【図５】本発明の実施例４示す図である。
【図６】本発明の実施例５を示す図である。
【図７】本発明の実施例６を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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