(57)【要約】【課題】  繰り返して測位する場合には、計算時間が長くなる。【解決手段】２次元相関値を計算する相関値計算部１、時間差τと周波数ｆを変化させて、２次元相関値が最大のピークをとる時間差および周波数を検出するピーク検出部３と、時間差と周波数を変化させる範囲である探索範囲を決める探索範囲決定部２、２次元相関値が最大のピークをとる時間差および周波数を保存する探索解記憶部４、ピーク検出部３で検出された２次元相関値が最大のピークをとる時間差および周波数と、第１の衛星７１の位置および速度と、第２の衛星７２の位置および速度とを使用して、電波源７０の位置を決める測位部５を有する。探索範囲決定部４は、直近の測位時の時間差および周波数と直近の測位からの経過時間とに基づき探索範囲４２を決定する。【選択図】  図４
2018004601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置が未知の電波源が放射する電波が第１の衛星で中継されて第１の観測局で受信された第１の受信信号、前記電波源が放射する電波が前記第１の衛星とは異なる第２の衛星で中継されて第２の観測局で受信された第２の受信信号を前記第１の受信信号に対して決められた時間差を持たせ複素共役を取った値および決められた周波数で回転する絶対値が１である複素数を乗算して得られる値を決められた時間だけ積分して得られる２次元相関値を計算する相関値計算部と、
前記時間差と前記周波数を変化させて、前記２次元相関値が最大のピークをとる前記時間差および前記周波数を検出するピーク検出部と、
前記時間差と前記周波数を変化させる範囲である探索範囲を決める探索範囲決定部と、
前記２次元相関値が最大のピークをとる前記時間差および前記周波数を保存する探索解記憶部と、
前記ピーク検出部で検出された前記２次元相関値が最大のピークをとる前記時間差および前記周波数と、前記第１の衛星の位置および速度と、前記第２の衛星の位置および速度とを使用して、前記電波源の位置を決める測位部とを備え、
前記探索範囲決定部は、直近の測位時の前記時間差および前記周波数と直近の測位からの経過時間とに基づき前記探索範囲を決定する、電波源の位置推定装置。
【請求項２】
前記探索範囲決定部は、前記経過時間が決められた閾値より以上である場合に前記探索範囲を第１の探索範囲とし、前記経過時間が前記閾値未満である場合に、前記探索範囲を直近の測位時の前記時間差と前記周波数を含む前記第１の探索範囲よりも小さい第２の探索範囲とする請求項１に記載の電波源の位置推定装置。
【請求項３】
前記第２の探索範囲の大きさが前記経過時間に対して単調非減少である、請求項２に記載の電波源の位置推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波を発信している地上の送信局などの電波源の位置を、衛星で中継された信号を受信して推定する電波源の位置推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置が未知である電波源から発信された電波が２機の衛星に到達する時間の差である到達時間差（ＴＤＯＡ：Time Difference of Arrival）の情報と、２機の衛星に到達する電波の周波数差（ＦＤＯＡ：Frequency Difference of Arrival）の情報とを用いて、その電波源の位置を推定する技術がある（非特許文献１）。
【０００３】
２機の衛星によりそれぞれ中継された２つの信号を、ＴＤＯＡ（変数τで表現）およびＦＤＯＡ（変数ｆで表現）を想定して乗算して時間積分を取る。時間積分した値を２次元相関値と呼ぶ。２次元相関値は、想定した（τ、ｆ）が実際のものと一致する場合に急峻なピークをとる。τおよびｆを変化させて、２次元相関値がピークとなる（τ、ｆ）を求める。２次元相関値がピークとなる（τ、ｆ）が求められると、衛星軌道情報から得られる２機の衛星の位置および速度を利用して、２機の衛星と電波源との位置関係に関する２つの関係式が決まる。電波源が地球の表面上にあるという制約条件も加えることで、τおよびｆから電波源の位置を推定することができる。
【０００４】
電波源の位置検出精度を向上させるため、位置が分っているリファレンス局を利用する方法がある。リファレンス局から２衛星を経由した信号の２次元相関値がピークとなる（τ、ｆ）を求め、リファレンス局の位置を基にして、ターゲット局の位置を推定する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】D. P. Haworth, et.al，“Interference Localization For Eutelsat Satellites -The First European Transmitter Location System,” International Journal of Satellite Communications， Vol.15， pp.155-183， 1997
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
過去の推定結果などからの類推や事前情報などから、ターゲット局の位置がある程度は想定できており、受信信号の時間あるいは周波数のオフセットずれ（定常的な偏差）がほとんど無い場合には、２次元相関値のピーク位置（τ、ｆ）は、ターゲット局の推定位置と衛星の軌道情報から想定可能である。想定できる場合には、２次元相関値の相関演算は（τ、ｆ）を探索する範囲を狭くでき、演算量も小さくできる。
【０００７】
しかし、実際には、通信衛星の軌道（位置、速度）には実際の位置と予測軌道との間で誤差がある。この誤差を推定することは困難である。通信機器や通信衛星の発振器の周波数ずれもある。例えば、通信衛星では受信するアップリンク信号の周波数と送信するダウンリンク信号の周波数は、固定周波数分だけ変更する。通信衛星の発振器に周波数ずれがあると、この固定周波数の大きさがずれてＦＤＯＡにもオフセットずれが出る。また、通信衛星の機器による周波数誤差（例えば１ｋHz程度）も加わることもある。したがって、探索する（τ、ｆ）の範囲を広くして探索する必要がある。
【０００８】
例えば、ＴＤＯＡの精度は、数ｋｍ〜数１００ｋｍの精度を得るために、概ね数１０μ秒〜数１０００μ秒の精度が必要である。また、ＦＤＯＡの精度は、数ｋｍ〜数１００ｋｍの精度を得るために、概ね数ｍＨｚ〜数１００ｍＨｚの精度が必要である。探索では、時間ずれは数ｍ秒〜数１０ｍ秒、周波数ずれは、数〜数１０００Hzのずれを見込んで、ＴＤＯＡおよびＦＤＯＡの探索の範囲を広く決める。そのため、繰り返して測位する場合には、広い範囲を繰り返し探索することになり、計算時間が長くなるという課題がある。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電波源の位置を推定することを繰り返す際に、その演算量を従来よりも減少させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る位置推定装置は、位置が未知の電波源が放射する電波が第１の衛星で中継されて第１の観測局で受信された第１の受信信号、電波源が放射する電波が第１の衛星とは異なる第２の衛星で中継されて第２の観測局で受信された第２の受信信号を第１の受信信号に対して決められた時間差を持たせ複素共役を取った値および決められた周波数で回転する絶対値が１である複素数を乗算して得られる値を決められた時間だけ積分して得られる２次元相関値を計算する相関値計算部を有する。さらに、時間差と周波数を変化させて、２次元相関値が最大のピークをとる時間差および周波数を検出するピーク検出部と、時間差と周波数を変化させる範囲である探索範囲を決める探索範囲決定部を有する。さらに、２次元相関値が最大のピークをとる時間差および周波数を保存する探索解記憶部と、ピーク検出部で検出された２次元相関値が最大のピークをとる時間差および周波数と、第１の衛星の位置および速度と、第２の衛星の位置および速度とを使用して、電波源の位置を決める測位部とを有する。探索範囲決定部は、直近の測位時の時間差および周波数と直近の測位からの経過時間とに基づき探索範囲を決定する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、電波源の位置を推定することを繰り返す際に、その演算量を従来よりも減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】位置が未知の電波源の位置を推定する処理を説明する概念図である。
【図２】リファレンス局を利用する場合の位置が未知の電波源（ターゲット局）の位置を推定する処理を説明する概念図である。
【図３】リファレンス局を利用した時間および周波数のオフセットずれを補正する処理を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る位置推定装置の構成を説明する模式図である。
【図５】実施の形態１に係る位置推定装置での１回目の探索範囲を説明する図である。
【図６】実施の形態１に係る位置推定装置での２回目以降の探索範囲を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、位置が未知の電波源の位置を推定する処理を説明する概念図である。図１は、非特許文献１に開示されている方法に基づいている。図１の例では、位置が未知である電波源７０から電波が送信されている。電波源７０が放射するメインローブの電波８１が衛星(＃１)７１に向けて送信される。同時に、電波源７０はサイドローブの電波８２を放射する。衛星(＃１)７１は電波８１を中継して電波８３を送信する。衛星(＃１)７１からの電波８３は、監視局のアンテナ（＃１）７２で受信される。アンテナ（＃１）７２は、電波８３から受信信号９１を生成する。電波源７０が放射するサイドローブの電波８２は、衛星(＃２)７３により中継され、監視局のアンテナ（＃２）７４で電波８４として受信される。アンテナ（＃２）７３は、電波８４から受信信号９２を生成する。
【００１４】
アンテナ（＃１）７２とアンテナ（＃２）７４は、別の監視局に設置されてもよい。アンテナ（＃１）７２が設置される監視局が第１の監視局であり、アンテナ（＃２）７４が設置される監視局が第２の監視局である。受信信号９１が、第１の衛星である衛星(＃１)７１で中継されて第１の観測局で受信された第１の受信信号である。受信信号９２が、第２の衛星である衛星(＃２)７３で中継されて第２の観測局で受信された第２の受信信号である。アンテナ（＃１）７２とアンテナ（＃２）７４が同じ監視局に設置される場合には、その監視局が第１の監視局でありかつ第２の監視局である。
【００１５】
受信信号９１，９２が、電波源の位置推定装置５０に入力される。位置推定装置５０は、衛星(＃１)７１と衛星(＃２)７３と受信された際のＴＤＯＡとＦＤＯＡを推定する。推定したＴＤＯＡが一定である面と地表面との交線である等ＴＤＯＡ線６１と、推定したＦＤＯＡが一定である面と地表面との交線である等ＦＤＯＡ線６２の交点を、位置推定装置５０は電波源７０の位置と推定する。
【００１６】
位置が未知の電波源７０から放射された電波８１がアンテナ(＃１)７２で電波８３として受信されるまでの経路と、電波８２がアンテナ(＃２)７４で電波８４として受信されるまでの経路で、衛星(＃１)７１以降の経路と衛星(＃２)７２以降の経路は分かっている。電波源７０の位置を決めるために、衛星(＃１)７１および衛星(＃２)７３に電波が到達する時間差(ＴＤＯＡ)と、受信した電波８１，８２の周波数差(ＦＤＯＡ)を求める。なお、周波数差は、衛星(＃１)７１および衛星(＃２)７３が異なる速度ベクトルで移動するため、ドップラ効果による受信周波数の変化が、衛星(＃１)７１と衛星(＃２)７３とで異なることにより発生する。
【００１７】
まず、到達時間差(ＴＤＯＡ)および周波数差(ＦＤＯＡ)から電波源７０の位置を推定する方法を説明する。
【００１８】
以下の変数を定義する。
ｐｏ：電波源７０の位置。地球の中心を原点とする３次元座標系による。
ｐｓ１：衛星(＃１)７１の位置。
ｐｓ２：衛星(＃２)７３の位置。
ｃ：光速。
τ１：電波源７０から電波８１が放射されて衛星(＃１)７１に到達するまでの時間。
τ２：電波源７０から電波８２が放射されて衛星(＃２)７３に到達するまでの時間。
ｖｓ１：衛星(＃１)７１の速度ベクトル。
ｖｓ２：衛星(＃２)７３の速度ベクトル。
ｆｄ１：衛星(＃１)７１の速度により発生するドップラ周波数偏移量。
ｆｄ２：衛星(＃２)７３の速度により発生するドップラ周波数偏移量。
ｆｃ：電波源７０からの電波の搬送波の周波数。
λ：電波源７０からの電波の搬送波の波長。λ＝ｃ/ｆｃ
【００１９】
電波源７０からの電波が衛星(＃１)７１または衛星(＃２)７３に到達するまでの時間は、以下で計算できる。
【００２０】
【数１】
2018004601.tif 000003
【００２１】
衛星(＃１)７１および衛星(＃２)７３が電波源７０からの電波を受信する際に、衛星が動いていることにより発生するドップラ周波数偏移量は、以下で計算できる。
【００２２】
【数２】
2018004601.tif 000004
【００２３】
衛星(＃１)７１および衛星(＃２)７３での到達時間差ＴＤＯＡは、以下の式（５）で計算できる。ドップラ周波数偏移量の差である周波数差ＦＤＯＡは、以下の式（６）で計算できる。
【００２４】
【数３】
2018004601.tif 000005
【００２５】
位置が未知の電波源７０は地表面に存在すると仮定するので、以下が成立する。
【００２６】
【数４】
2018004601.tif 000006
ここで、Ｒｅは地球の中心からの地表面までの距離である。Ｒｅは一定値としてもよい。より厳密に計算するには、地図データを参照して、電波源７０の位置に応じてＲｅを決めてもよい。
【００２７】
ＴＤＯＡとＦＤＯＡが与えられれば、式（５）〜（７）により、電波源７０の位置ｐｏを決めることができる。というのは、衛星(＃１)７１および衛星(＃２)７３の位置と速度は、衛星の軌道情報として入手可能であり、未知の変数はｐｏの座標の（ｘ、ｙ、ｚ）の３個であり、方程式の数も３個だからである。
【００２８】
アンテナ(＃１)７２で観測する衛星(＃１)７１からの電波８３による受信信号９１と、アンテナ(＃２)７４で観測する衛星(＃２)７３からの電波８４による受信信号９２とから、ＴＤＯＡおよびＦＤＯＡを推測する方法について説明する。
【００２９】
以下の変数を定義する。
ｓ(t)：電波源７０から放射される信号。
ａ(t)：電波源７０から放射される信号において、搬送波に乗算される変調信号。複素数で表現する。
ｓ１(t)：衛星(＃１)７１で受信される電波源７０からの電波８３の受信信号９１。
ｓ２(t)：衛星(＃２)７３で受信される電波源７０からの電波８４の受信信号９２。
ｓ１ｄ(t)：アンテナ(＃１)７２で受信される衛星(＃１)７１で中継された電波源７０からの信号。
ｓ２ｄ(t)：アンテナ(＃２)７４で受信される衛星(＃２)７３で中継された電波源７０からの信号。
τ１ｄ：衛星(＃１)７１からアンテナ(＃１)７２に電波が到達するのに要する時間。
τ２ｄ：衛星(＃２)７３からアンテナ(＃２)７４に電波が到達するのに要する時間。
ωｃ：電波源７０からの電波の搬送波の角周波数。ωｃ＝２πｆｃ。
ｆ１Ｄ：衛星(＃１)７１で信号が中継される際の搬送波周波数の変更量。
ｆ２Ｄ：衛星(＃２)７３で信号が中継される際の搬送波周波数の変更量。
【００３０】
電波源７０から放射される信号ｓ(t)は、以下のように表現される。実際には、信号には雑音も含まれるが、ここでは、雑音成分を無視して式を表現する。
ｓ(t)＝ａ(t)*exp(jωct)                                    (８)
衛星(＃１)７１で受信される電波源７０からの信号ｓ１(t)は、以下のように表現される。
ｓ１(t)＝ａ(t-τ1)*exp(j(ωc-2πfｄ1)(t-τ1))                  (９)
衛星(＃２)７３で受信される電波源７０からの信号ｓ２(t)は、以下のように表現される。
ｓ２(t)＝ａ(t-τ2)*exp(j(ωc-2πfｄ2)(t-τ2))                  (10)
【００３１】
実際には、衛星(＃１)７１および衛星(＃２)７３から監視局までの下り衛星回線でも遅延とドップラ周波数変位は発生する。それらは、監視局の位置および衛星の軌道が分っているので、受信信号９１、９２から除去できる。式(9)と式(10)では、下り衛星回線の影響を除去した後の信号として表現する。
【００３２】
アンテナ(＃１)７２で受信される衛星(＃１)７１で中継された電波源７０からの信号ｓ１ｄ(t)は、以下のように表現される。
ｓ１ｄ(t)=ｓ１(t-τ1d)*exp(-j2πf1D)(t-τ1d))                   (11)
式(11)に式(９)を代入して、以下となる。
ｓ１ｄ(t)＝ａ(t-τ1-τ1d)*exp(-j(ωc-2π(fｄ1+f1D))(t-τ1-τ1d))  (12)
【００３３】
アンテナ(＃２)７４で受信される衛星(＃２)７３で中継された電波源７０からの信号ｓ２ｄ(t)は、以下のように表現される。
ｓ２ｄ(t)=ｓ２(t-τ2d)*exp(-j2πf2D)(t-τ2d))                   (13)
式(13)に式(10)を代入して、以下となる。
ｓ２ｄ(t)=ａ(t-τ2-τ2d)*exp(-j(ωc-2π(fｄ2+f2D))(t-τ2-τ2d))   (14)
【００３４】
観測できる信号ｓ１ｄ(t)および信号ｓ２ｄ(t)から、ＴＤＯＡおよびＦＤＡを推測するために、以下の式で表現される２次元相関値ccf(τ,ｆ)を使用する。ここで、τはＴＤＯＡに相当するパラメータである。ｆは、ＦＤＯＡに相当するパラメータである。ここで、ｘ＊(t)は、ｘ(t)の複素共役である。なお、式(15)で積分する時間範囲は、例えば数分から数10分の範囲で、状況に応じて適切に決める。２次元相関値ccfを計算する(τ,ｆ)を、探索点と呼ぶ。
ccf(τ,ｆ)＝∫ｓ１(t)*ｓ２*(t-τ)*exp(-j2πft)dt
＝∫ｓ１ｄ(t+τ1d)*ｓ２ｄ*(t+τ2d-τ)*exp(j2π(f1D-f2D -f)t)dt  (15)
式(15)に、式(12)と式(13)を代入して、以下となる。
ccf(τ,f)＝∫ａ(t-τ1)*ａ*(t-τ2+τ)*exp(j2π(-fｄ1 +fｄ2 -f)t)dt   (16)
【００３５】
式(15)において、exp(-j2πft)の項は、決められた周波数ｆで回転する絶対値が１である複素数である。周波数ｆは、ＦＤＯＡに相当する周波数である。
【００３６】
式(16)は、τ＝τ１-τ２であり、ｆ＝ｆｄ１ -ｆｄ２である場合に、以下のようになる。
ccf(τ1-τ2, fd1 -fd2)＝∫ａ(t-τ1)*ａ*(t-τ1)dt
＝∫|ａ(t-τ1)|2dt                    (17)
式(17)は、τ＝τ１-τ２であり、ｆ＝ｆｄ１ -ｆｄ２である場合に、ccf(τ,ｆ)がピークをとることを意味する。(τ,ｆ)がその他の場合には、ccf(τ,ｆ)はゼロになる。
【００３７】
以上の式では、ｓ１ｄ(t)およびｓ２ｄ(t)をアナログな変数として表現した。実際には、Ａ／Ｄコンバータにより離散化されたデジタル信号に対して処理する。詳細は省略する。
【００３８】
実際の測位では、監視局の受信機材や通信衛星の発振器の周波数ずれや、通信衛星の軌道（位置、速度）にオフセットずれ（定常的な偏差）が発生することは避けられない。そのため、受信信号ｓ1（ｔ），ｓ2（ｔ）には時間あるいは周波数のオフセットずれが生じる。
【００３９】
例えば、衛星＃１での到達時間τ1は誤差Δτ1を含めばτ1＋Δτ1になり、ドップラ周波数偏移量ｆｄ1は誤差Δｆｄ1を含めばｆｄ1＋Δｆｄ1になる。そして、式(16)がピークを取るＴＤＯＡであるτはτ＋Δτ1に、ＦＤＯＡであるｆはｆ＋Δｆｄ1にずれる。その結果、ずれ量（Δτ1，Δｆｄ1）に対応した分の位置のずれが生じる。
【００４０】
このずれ量の把握と補正のために、実際には同時にもう一つの位置が分っている電波源を利用する。この電波源をここではリファレンス局と呼ぶ。そして、未知の方の電波源７０をターゲット局と呼んで区別する。図２は、リファレンス局を利用した時間および周波数のオフセットずれを補正する処理を説明する図である。
【００４１】
リファレンス局である電波源７５が放射するメインローブの電波８５が衛星(＃１)７１に向けて送信される。同時に、電波源７５はサイドローブの電波８６を放射する。衛星(＃１)７１は電波８５を中継して電波８７を送信する。衛星(＃１)７１からの電波８７は、監視局のアンテナ（＃１）７２で受信される。アンテナ（＃１）７２は、電波８７から受信信号９３を生成する。電波源７５が放射するサイドローブの電波８６は、衛星(＃２)７３により中継され、監視局のアンテナ（＃２）７４で電波８８として受信される。アンテナ（＃２）７４は、電波８８から受信信号９４を生成する。
【００４２】
リファレンス局である電波源７５が放射した電波８５，８６から生成された受信信号９３，９４についても２次元相関値ccf(τ,ｆ)を計算する。図３を参照して、リファレンス局を利用した時間および周波数のオフセットずれを補正する処理について説明する。図３(a)に、リファレンス局についての２次元相関値ccfがピークになる探索点の位置の実測値と理論値の関係を示す。２次元相関値ccfがピークになる探索点の位置をピーク位置と呼ぶ。受信信号９３，９４から計算された２次元相関値ccfがピークを持つ探索点３１（ピーク位置の実測値）が（τｒ, ｆｒ）であるとする。リファレンス局の既知の位置から計算できる、オフセットずれが存在しない場合に２次元相関値ccfがピークを持つべき探索点３２（ピーク位置の理論値）が（τｒ０, ｆｒ０）であるとする。オフセットずれを表すΔτｒとΔｆｒは、以下のように計算できる。
Δτｒ＝τｒ−τｒ０                   (18)
Δｆｒ＝ｆｒ−ｆｒ０                   (19)
【００４３】
図３(b)に、ターゲット局についての２次元相関値ccfがピークになる探索点の位置の実測値と理論値の関係を示す。ターゲット局である電波源７０からの受信信号９１，９２についての２次元相関値ccf(τ,ｆ)がピークになる探索点３３（ピーク位置の実測値）が（τｔ, ｆｔ）であるとする。ターゲット局についてのオフセットずれを(Δτｔ, Δｆｔ)により表す。ターゲット局についてのオフセットずれは、以下のように近似できる。
Δτｔ≒Δτｒ＝τｒ−τｒ０             (20)
Δｆｔ≒Δｆｒ＝ｆｒ−ｆｒ０             (21)
ここでは示さないが、オフセットずれをターゲット局およびリファレンス局のピーク位置の実測値も考慮してリファレンス局のオフセットずれから推定するようにしてもよい。
【００４４】
ターゲット局のピーク位置の実測値にオフセットずれを考慮した理論値３４(τｔ０, ｆｔ０)は、以下のように計算できる。
τｔ０＝τｔ＋Δτｔ≒τｔ＋Δτr＝τｔ＋τｒ−τｒ０  (22)
ｆｔ０＝ｆｔ＋Δｆｔ≒ｆｔ＋Δｆr＝ｆｔ＋ｆｒ−ｆｒ０  (23)
ターゲット局の位置は、ターゲット局のピーク位置の理論値３４(τｔ０, ｆｔ０)を使用して計算する。そうすることで、オフセットずれも考慮して考慮しない場合よりも精度よくターゲット局の位置を推定できる。
【００４５】
図４は、この発明の実施の形態１に係る位置推定装置の構成を説明する模式図である。電波源の位置推定装置５０は、相関値計算部１、探索範囲決定部２、ピーク検出部３、探索解記憶部４、測位部５を有する。
【００４６】
相関値計算部１は、アンテナ(＃１)７２で受信される衛星(＃１)７１で中継された電波源７０からの信号ｓ１ｄ(t)と、アンテナ(＃２)７４で受信される衛星(＃２)７３で中継された電波源７０からの信号ｓ２ｄ(t)とに対して、時間差τと周波数差ｆを設定して式(15)で表現される２次元相関値ccfを計算する。
【００４７】
探索範囲決定部２は、直近の測位からの経過時間に応じて、パラメータτおよびｆの探索範囲を設定する。例えば、直近の測位から決められた閾値、例えば１０時間以上が経過している場合（１回目と呼ぶ）は、直近の測位時のデータは利用できないとして、以下で規定される長方形の範囲を探索範囲とする。
τ０−Δτ１≦τ≦τ０＋Δτ１      (24)
ｆ０−Δｆ１≦ｆ≦ｆ０＋Δｆ１      (25)
ここで、τ０、Δτ１、ｆ０、Δｆ１は予め決めておく値である。図５は、実施の形態１に係る位置推定装置での１回目の探索範囲を説明する図である。図５に示す探索範囲４１は、電波源７０の存在可能な範囲や測定条件などが変化してもピークが存在するように決められた第１の範囲である。
【００４８】
直近の測位から決められた閾値が経過していない場合を２回目以降の測位と呼ぶ。２回目以降の測位での探索範囲は、１回目の測位での探索範囲である第１の範囲よりも小さい第２の範囲とする。第２の範囲は、直近の測位で２次元相関値ccfがピークになる探索点を(τｎ, ｆｎ)として、係数α（０＜α＜１）により以下のように表現する。
τｎ−α*Δτ１≦τ≦τｎ＋α*Δτ１    (26)
ｆｎ−α*Δｆ１≦ｆ≦ｆｎ＋α*Δｆ１    (27)
【００４９】
なお、以下に示すように、時間差τに関して係数ατ、周波数ｆに関して係数αｆというように別の係数にして、第２の探索範囲を決めるようにしてもよい。
τｎ−ατ*Δτ１≦τ≦τｎ＋ατ*Δτ１    (26A)
ｆｎ−αｆ*Δｆ１≦ｆ≦ｆｎ＋αｆ*Δｆ１    (27A)
オフセットずれについてある程度は予測できる場合などは、＋側の係数をαｐ、−側の係数をαｎとして、以下のようにしてもよい。ここで、０＜αｎ＋αｐ＜２とする。
τｎ−αｎ*Δτ１≦τ≦τｎ＋αｐ*Δτ１    (26B)
ｆｎ−αｎ*Δｆ１≦ｆ≦ｆｎ＋αｐ*Δｆ１    (27B)
また、以下に示すように、第１の探索範囲に関しても、固定値の（τ０,ｆ０）ではなく、直近の探索でピークとなる探索点(τｎ, ｆｎ)を中心に決めるようにしてもよい。
τｎ−Δτ１≦τ≦τｎ＋Δτ１      (24A)
ｆｎ−Δｆ１≦ｆ≦ｆｎ＋Δｆ１      (25A)
【００５０】
図６は、実施の形態１に係る位置推定装置での２回目以降の探索範囲を説明する図である。図６に示す探索範囲４２は、図５に示す探索範囲４１よりも小さい。探索範囲４２は、直近の測位時の時間差τｎと周波数差ｆｎを中心とする範囲である。なお、(τｎ, ｆｎ)が探索範囲に含まれれば中心でなくてもよい。
【００５１】
係数αは、直近の測位からの経過時間ΔＴにより、例えば、以下のように決める。経過時間ΔＴが増加するにつれて単調非減少になるようにαは決める。そうすることで、第２の探索範囲の大きさが経過時間に対して単調非減少になる。
１０時間＞ΔＴ≧６時間    α＝０．８
６時間＞ΔＴ≧２時間      α＝０．５
２時間＞ΔＴ              α＝０．３
このようにαを決めると、ピーク位置が探索範囲外になることなく経過時間が小さいほど計算量を小さくできる。
【００５２】
ピーク検出部３は、パラメータτおよびｆを決められた刻み幅で変化させて２次元相関値ccfが最大のピーク値をとるパラメータτおよびｆを求める。τがＴＤＯＡであり、ｆがＦＤＯＡである。探索の刻み幅は最初は大きく、ピークの範囲が推定されるにしたがい小さくしてもよい。
【００５３】
探索解記憶部４は、ピーク検出部３が求めた２次元相関値ccfが最大のピーク値をとるτおよびｆを記憶する。
【００５４】
測位部５は、ピーク検出部３で求めたパラメータτおよびｆから、リファレンス局での測位結果から推定したオフセットずれも考慮して、式(５)〜(７)により、衛星軌道情報を参照して、第１の衛星の位置および速度と第２の衛星の位置および速度とを使用して、電波源７０の位置を計算する。なお、衛星軌道情報から、測位部５は、衛星(＃１)７１および衛星(＃２)７３の位置および速度ベクトルを取得する。
【００５５】
この発明の電波源の位置推定装置では、直近の測位時の時間差および周波数差と直近の測位からの経過時間とに基づき探索範囲を決定するので、電波源の位置を推定することを繰り返す際に、位置を推定するための演算量を減少させることができる。特に、経過時間が決められた閾値以上である場合の第１の探索範囲よりも、経過時間が閾値未満である場合の第２の探索範囲を小さくし、かつ第２の探索範囲の中心を直近の測位時の時間差τｎと周波数差ｆｎとする範囲とする。そうすることで、電波源の位置を推定することを繰り返す際に、常に探索範囲を同じにする場合よりも計算量を小さくできる。
【符号の説明】
【００５６】
５０  電波源の位置推定装置
１  相関値計算部
２  探索範囲決定部
３  ピーク検出部
４  探索解記憶部
５  測位部
３１  リファレンス局のピーク位置の実測値
３２  リファレンス局のピーク位置の理論値
３３  ターゲット局のピーク位置の実測値
３４  ターゲット局のピーク位置の理論値
４１  １回目の測位での探索範囲
４２  ２回目以降の測位での探索範囲
６１  等ＴＤＯＡ線
６２  等ＦＤＯＡ線
７０  電波源（ターゲット局）
７１  衛星(＃１)
７２  アンテナ（＃１）
７３  衛星(＃２)
７４  アンテナ（＃２）
７５  電波源（リファレンス局）
８１  電波
８２  電波
８３  電波
８４  電波
８５  電波
８６  電波
８７  電波
８８  電波
９１  受信信号
９２  受信信号
９３  受信信号
９４  受信信号
【図１】
2018004601.tif 000007
【図２】
2018004601.tif 000008
【図３】
2018004601.tif 000009
【図４】
2018004601.tif 000010
【図５】
2018004601.tif 000011
【図６】
2018004601.tif 000012