(57)【要約】【課題】到達時間差や電波到来方位の測定を必要とすることなく、しかも回路規模及び寸法を増大させない構成により電波発射源の位置を測定する。【解決手段】移動体１ａ及び１ｂは、それぞれ電波を受信してその受信信号を送信する機能と、現在位置の位置情報を取得して送信する機能とを備えており、互いに一定間隔の距離を保って同じ速度で同一方向へ移動する。基地局通信部２は、移動体からそれぞれ送信された受信信号及び位置情報とを受信する。位置情報処理部４は、基地局通信部２から出力される２つの位置情報の時間変化から信号受信時の移動体１ａ及び１ｂの位置及び速度情報を算出する。発射源位置演算部６は、周波数差の最大値が移動体１ａ及び１ｂの間の距離の中心位置がどの位置にあったときに得られたかを算出し、その算出結果により、移動体１ａ及び１ｂがそれぞれ受信した同じ電波の発射源の位置を推定する。【選択図】図１
2011085391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定間隔の距離を保って同じ速度で同一方向へ移動している２台の移動体がそれぞれ電波発射源からの電波を受信して、その受信信号を送信すると共に、自己の現在位置の位置情報をそれぞれ取得してその位置情報を送信する送信ステップと、
前記２台の移動体が送信した前記受信信号及び前記位置情報に基づいて、前記２台の移動体がそれぞれ受信した２つの前記受信信号の周波数差の最大値を検出すると共に、２つの前記位置情報の時間変化から信号受信時の前記２台の移動体の位置及び速度情報を算出する検出及び算出ステップと、
前記周波数差の最大値と前記位置及び速度情報とに基づいて、前記電波発射源の位置を演算する演算ステップと
を含むことを特徴とする位置測定方法。
【請求項２】
一定間隔の距離を保って同じ速度で同一方向へ移動している２台の移動体がそれぞれ電波発射源からの電波を受信して、その受信信号を送信すると共に、自己の現在位置の位置情報をそれぞれ取得してその位置情報を送信する送信ステップと、
前記２台の移動体が送信した前記受信信号及び前記位置情報を受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信した前記２台の移動体がそれぞれ送信した２つの前記受信信号の周波数差を検出する周波数差検出ステップと、
前記周波数差検出ステップで検出された周波数差の最大値を検出する最大値検出ステップと、
前記受信ステップで受信した前記２台の移動体がそれぞれ送信した２つの前記位置情報の時間変化から信号受信時の前記２台の移動体の位置及び速度情報を算出する位置及び速度情報算出ステップと、
前記最大値検出ステップで検出した前記周波数差の最大値と、前記位置及び速度情報算出ステップで算出した前記位置及び速度情報とに基づいて、前記電波発射源の位置を演算する演算ステップと
を含むことを特徴とする位置測定方法。
【請求項３】
前記演算ステップは、
前記位置及び速度情報に基づいて、前記周波数差の最大値が前記２台の移動体の間の距離の中心位置がどの位置にあったときに得られたかにより、前記電波発射源のｘ軸方向の位置を算出する第１のステップと、
前記第１のステップで得られた前記ｘ軸方向の位置の算出結果を前記周波数差の最大値の数式に代入して得られた数式に基づいて、前記電波発射源のｙ軸方向の位置を算出する第２のステップと
を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の位置測定方法。
【請求項４】
前記２台の移動体の間の距離をｄ、前記速度をｖ、前記周波数差の最大値が得られたときの前記位置情報をｖｔ、前記受信信号の搬送波の波長をλ、前記周波数差の最大値をΔｆmaxとしたとき、
前記第１のステップは、前記位置情報ｖｔを前記電波発射源のｘ軸方向の位置として算出し、前記第２のステップは、次式
【数１】
2011085391.tif 000009
により前記電波発射源のｙ軸方向の位置を算出することを特徴とする請求項３記載の位置測定方法。
【請求項５】
それぞれ電波を受信してその受信信号を送信する機能と、自己の現在位置の位置情報を取得して送信する機能とを備えており、互いに一定間隔の距離を保って同じ速度で同一方向へ移動する第１及び第２の移動体と、
前記第１及び第２の移動体からそれぞれ送信された前記受信信号及び前記位置情報とを受信する通信手段と、
前記通信手段からの前記第１及び第２の移動体が受信した前記受信信号及び取得した前記位置情報に基づいて、前記第１及び第２の移動体がそれぞれ受信した２つの前記受信信号の周波数差の最大値を検出すると共に、２つの前記位置情報の時間変化から信号受信時の前記第１及び第２の移動体の位置及び速度情報を算出する検出及び算出手段と、
前記周波数差の最大値と前記位置及び速度情報とに基づいて、前記電波発射源の位置を演算する演算手段と
を有することを特徴とする位置測定装置。
【請求項６】
それぞれ電波を受信してその受信信号を送信する機能と、自己の現在位置の位置情報を取得して送信する機能とを備えており、互いに一定間隔の距離を保って同じ速度で同一方向へ移動する第１及び第２の移動体と、
前記第１及び第２の移動体からそれぞれ送信された前記受信信号及び前記位置情報とを受信する通信手段と、
前記通信手段により受信された前記第１及び第２の移動体からの２つの前記受信信号の周波数差を検出する周波数差検出手段と、
前記周波数差検出手段で検出された周波数差の最大値を検出する最大周波数差検出手段と、
前記通信手段により受信された前記第１及び第２の移動体からの２つの前記位置情報の時間変化から信号受信時の前記第１及び第２の移動体の位置及び速度情報を算出する位置及び速度情報算出手段と、
前記最大周波数差検出手段で検出した前記周波数差の最大値と、前記位置及び速度情報算出手段で算出した前記位置及び速度情報とに基づいて、前記電波発射源の位置を演算する演算手段と
を有することを特徴とする位置測定装置。
【請求項７】
前記演算手段は、
前記位置及び速度情報に基づいて、前記周波数差の最大値が前記第１及び第２の移動体の間の距離の中心位置がどの位置にあったときに得られたかにより、前記電波発射源のｘ軸方向の位置を算出する第１の位置算出手段と、
前記第１の位置算出手段で得られた前記ｘ軸方向の位置の算出結果を前記周波数差の最大値の数式に代入して得られた数式に基づいて、前記電波発射源のｙ軸方向の位置を算出する第２の位置算出手段と
を有することを特徴とする請求項５又は６記載の位置測定装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の移動体の間の距離をｄ、前記速度をｖ、前記周波数差の最大値が得られたときの前記位置情報をｖｔ、前記受信信号の搬送波の波長をλ、前記周波数差の最大値をΔｆmaxとしたとき、
前記第１の位置算出手段は、前記位置情報ｖｔを前記電波発射源のｘ軸方向の位置として算出し、前記第２の位置算出手段は、次式
【数２】
2011085391.tif 000010
により前記電波発射源のｙ軸方向の位置を算出することを特徴とする請求項７記載の位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置測定方法及び位置測定装置に係り、特に電波の発射源位置を測定する位置測定方法及び位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波監視などの目的で、位置が不明な電波の発射源位置を、受信した電波から測定する位置測定装置が用いられる。
【０００３】
このような位置測定装置として、特許文献１に記載の位置測定装置では、複数の移動体受信部で受信した受信信号間の「周波数差」及び「到達時間差」を同時に測定することにより、発射源位置を求めている。
【０００４】
また、特許文献２には、複数の異なる位置で電波の到来方位を測定し、その方位測定結果を示す方位線の交点から発射源位置を測定する位置測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４９４７０号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の位置測定装置では、到達時間差を測定するためには受信信号の帯域幅が必要である。周波数帯域幅ｆ、遅延時間Δｔとすると、受信信号の位相変化量Δφは２πｆΔｔで表される。従って、周波数帯域幅ｆが小さいとき（狭帯域）と大きいとき（広帯域）とでは、同じ遅延時間Δｔに対して位相変化量は広帯域の方が狭帯域に比べて大きくなる。そのため、少しの誤差でも狭帯域の場合は広帯域に比べて影響を大きく受けることとなる。
【０００７】
このため、特許文献１記載の位置測定装置では、受信信号が狭帯域の通信信号等の場合は正確に到達時間差を測定できないため位置測定が正確にできず、特に無変調の搬送波では位置が測定できないという欠点がある。
【０００８】
一方、電波の到来方位の測定結果に基づき位置測定する特許文献２記載の位置測定装置では、電波の到来方位を測定するためには複数のアンテナ及び受信機が必要であり、更に、誤差を小さくするためには多数のアンテナを配置する必要が生じ、回路規模及び寸法が大きくなるという欠点がある。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、到達時間差や電波到来方位の測定を必要とすることなく、しかも回路規模及び寸法を増大させない構成により電波発射源の位置を測定可能な位置測定方法及び位置測定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】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明の位置測定方法は、一定間隔の距離を保って同じ速度で同一方向へ移動している２台の移動体がそれぞれ電波発射源からの電波を受信して、その受信信号を送信すると共に、自己の現在位置の位置情報をそれぞれ取得してその位置情報を送信する送信ステップと、２台の移動体が送信した受信信号及び位置情報に基づいて、２台の移動体がそれぞれ受信した２つの受信信号の周波数差の最大値を検出すると共に、２つの位置情報の時間変化から信号受信時の２台の移動体の位置及び速度情報を算出する検出及び算出ステップと、周波数差の最大値と位置及び速度情報とに基づいて、電波発射源の位置を演算する演算ステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記の目的を達成するため、本発明の位置測定装置は、それぞれ電波を受信してその受信信号を送信する機能と、自己の現在位置の位置情報を取得して送信する機能とを備えており、互いに一定間隔の距離を保って同じ速度で同一方向へ移動する第１及び第２の移動体と、第１及び第２の移動体からそれぞれ送信された受信信号及び位置情報とを受信する通信手段と、通信手段からの第１及び第２の移動体が受信した受信信号及び取得した位置情報に基づいて、第１及び第２の移動体がそれぞれ受信した２つの受信信号の周波数差の最大値を検出すると共に、２つの位置情報の時間変化から信号受信時の第１及び第２の移動体の位置及び速度情報を算出する検出及び算出手段と、周波数差の最大値と位置及び速度情報とに基づいて、電波発射源の位置を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、受信信号が狭帯域信号であっても、また無変調の搬送波だけであっても、電波発射源の位置の測定が、簡単な演算により高速にできると共に、回路規模及び寸法を小さく実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の位置測定装置の一実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の位置測定装置を構成する２台の移動体と電波発射源との関係を示す概略図と、受信周波数差と電波発射源のｙ軸方向の位置との関係と、受信周波数差とｘ軸方向の２台の移動体の間の距離の中心位置との関係とを示す図である。
【図３】２台の移動体と電波発射源との間の距離と時間との関係の一例を示す図である。
【図４】２台の移動体と電波発射源との間の距離の時間変化量の一例を示す図である。
【図５】２台の移動体のドップラー周波数の時間変化の一例を示す図である。
【図６】２台の移動体のドップラー周波数差と時間との間の関係の一例を示す図である。
【図７】周波数差の最大値Δｆmaxと電波発射源のｙ軸方向の位置との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について図面と共に説明する。
【００１５】
図１は、本発明になる位置測定装置の一実施形態のブロック図を示す。同図に示すように、本実施形態の位置測定装置１０は、２台の移動体１ａ及び１ｂと、基地局通信部２と、周波数差検出部３と、位置情報処理部４と、最大周波数差検出部５と、発射源位置演算部６とより構成される。
【００１６】
２台の移動体１ａ及び１ｂは、互いに一定間隔で、同一方向に、同一速度で移動しながら、それぞれ電波を独立して受信すると共に、例えば全地球測位システム（ＧＰＳ:Global Positioning System）を構成する人工衛星からのＧＰＳ信号を受信して自己の現在位置の位置情報を取得する機能を有する。また、２台の移動体１ａ及び１ｂは、電波を受信すると、その受信した受信信号を送信する機能と、取得した自己の現在位置の位置情報を送信する機能も有する。
【００１７】
基地局通信部２は、移動体１ａから送信された移動体１ａの第１の受信信号及び第１の位置情報と、移動体１ｂから送信された移動体１ｂの第２の受信信号及び第２の位置情報とを受信して信号処理して出力する。
【００１８】
周波数差検出部３は、基地局通信部２から出力される上記の第１及び第２の受信信号を入力として受け、それらの受信信号間の周波数差を公知の方法で検出して周波数差検出信号を出力する。位置情報処理部４は、基地局通信部２から出力される上記の第１及び第２の位置情報を入力として受け、それらの位置情報の時間変化から信号受信時の移動体１ａ及び１ｂの位置及び速度情報を算出する。
【００１９】
最大周波数差検出部５は、周波数差検出部３から出力された周波数差検出信号を入力として受け、その周波数差検出信号が示す周波数差を一定時間間隔で取得し、例えば前回取得した周波数差よりも今回取得した周波数差の方が大きいときには、今回取得した周波数差に更新し、今回取得した周波数差のほうが小さいときには前回取得した周波数差を保持するなどの方法により、周波数差の最大値を検出する。
【００２０】
発射源位置演算部６は、最大周波数差検出部５で検出された周波数差の最大値と、位置情報処理部４から出力される位置及び速度情報とに基づいて、上記周波数差の最大値が２台の移動体１ａ及び１ｂの間の距離の中心位置がどの位置にあったときに得られたかを算出し、その算出結果により、２台の移動体１ａ及び１ｂがそれぞれ受信した同じ電波の発射源の位置を推定（測定）する。これは、上記周波数差が最大となるのは、２台の移動体１ａ及び１ｂの間の距離の中心位置と電波発射源とを結ぶ線が、２台の移動体１ａ及び１ｂを結ぶ線と垂直に交わるときであることに基づく。
【００２１】
次に、本実施形態の動作について、図１と図２から図７と共に説明する。
【００２２】
図２（Ａ）は、本発明になる位置測定装置を構成する２台の移動体と電波発射源との関係を示す概略図である。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。図２（Ａ）に示すように、例えば航空機である２台の移動体１ａ及び１ｂは、或る高度を保って互いに一定間隔ｄで、同一方向に、同一速度ｖで移動しながら、xy座標（X0,Y0）の位置にある電波発射源７からの電波をそれぞれ独立して受信しているものとする。
【００２３】
また、移動体１ａ及び１ｂは、それぞれ電波発射源７からの電波の受信信号と、ＧＰＳを構成する人工衛星から受信したＧＰＳ信号に基づいて得た自己の現在位置の位置情報とをそれぞれ地上にある基地局通信部２（図２には図示せず）へ送信している。
【００２４】
ここで、図２に示すように、移動体１ａと電波発射源７との距離をＲ１、移動体１ｂと電波発射源７との距離をＲ２とすると、距離Ｒ１、Ｒ２は次式で表される。
【００２５】
【数１】
2011085391.tif 000003
図３は、２台の移動体１ａ及び１ｂが、同一方向に、一定間隔ｄで、同じ速度ｖで高速に移動するときの電波発射源７との距離Ｒ１、Ｒ２の変化と時間との関係の一例を示す。図３において、実線が時間に対する距離Ｒ１の変化を示し、点線が距離Ｒ２の変化を示す。
【００２６】
また、距離Ｒ１、Ｒ２の時間変化量は、（１）式及び（２）式を時間微分することにより、次式で得られる。
【００２７】
【数２】
2011085391.tif 000004
図４は、上記の距離Ｒ１、Ｒ２の時間変化量の一例を示す。図４において、実線がｄＲ１／ｄｔの時間変化量を示し、点線がｄＲ２／ｄｔの時間変化量を示す。
【００２８】
上記の（３）式、（４）式を、移動体１ａ、１ｂが受信した電波の搬送波の波長λで除算したものがドップラー周波数ｆｄ１、ｆｄ２となり、それらは次式により得られる。
【００２９】
【数３】
2011085391.tif 000005
図５は、上記のドップラー周波数ｆｄ１、ｆｄ２と時間との関係の一例を示す。図５において、実線が時間に対するドップラー周波数ｆｄ１の変化を示し、点線が時間に対するドップラー周波数ｆｄ２の変化を示す。
【００３０】
よって、２台の移動体１ａ、１ｂ間のドップラー周波数差Δｆは、次の（７）式で得られる。
【００３１】
【数４】
2011085391.tif 000006
図６は、上記のドップラー周波数差Δｆと時間との関係の一例を示す。また、図２（Ｃ）は、上記のドップラー周波数差Δｆと移動体１ａ及び１ｂ間の距離の中心位置との間の関係の一例を示す。図２（Ｃ）及び図６に示すように、最大の周波数差Δｆmaxが得られた時間における２台の移動体１ａ及び１ｂ間の距離の中心位置が、電波発射源７のＸ軸方向の位置Ｘ０である。
【００３２】
図１に示した周波数差検出部３が検出する２つの受信信号間の周波数差は、（７）式のΔｆを表している。ここで、（７）式中、波長λは受信周波数によって決まり、移動体１ａ、１ｂ間の間隔ｄは既知であり、速度ｖ、位置情報ｖｔは、位置情報処理部４からの速度情報及び位置情報から得られるため、電波発射源７の位置座標Ｘ０、Ｙ０だけが未知の値である。
【００３３】
図１の最大周波数差検出部５は、周波数差検出部３で検出した周波数差Δｆの最大値Δｆmaxを検出する。また、図１の発射源位置演算部６は、位置情報処理部４より、周波数差の最大値Δｆmaxが得られた時の移動体１ａ、１ｂの位置情報を取得し、それに基づき移動体１ａ及び１ｂ間の距離の中心位置、すなわち、電波発射源７のX軸方向の位置Ｘ０を演算する。
【００３４】
また、（７）式で表される周波数差Δｆが最大値Δｆmaxとなるのは、（７）式においてＸ０＝ｖｔとなる点である。よって、Δｆmaxは、（７）式にＸ０＝ｖｔを代入することにより次式で表される。
【００３５】
【数５】
2011085391.tif 000007
よって、電波発射源７のｙ軸方向の位置Ｙ０は、（８）式をＹ０について整理することにより次式で算出される。
【００３６】
【数６】
2011085391.tif 000008
図７は、周波数差の最大値Δｆmaxと電波発射源７のｙ軸方向の位置との関係の一例を示す。また、図２（Ｂ）は、上記の周波数差Δｆと電波発射源７のｙ軸方向との関係の一例を示す。電波発射源７のｙ軸方向の位置に応じて、（９）式に示すように周波数差の最大値Δｆmaxは変化し、また、周波数差Δｆも図２（Ｂ）に示すように変化するが、電波発射源７のｙ軸方向の位置Ｙ０は、（９）式により決定される。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、同一方向へ、一定間隔（距離）で同じ速度で移動している２台の移動体１ａ及び１ｂでそれぞれ受信した２つの受信信号の周波数差の最大値と、移動体１ａ及び１ｂの速度及び位置情報とに基づいて、電波発射源７の位置の測定が可能であり、電波発射源の位置の測定には複数の受信信号の「到達時間差」や「電波到来方位」を必要としない。
【００３８】
そのため、本実施形態によれば、受信信号が狭帯域信号であっても、また無変調の搬送波だけであっても、電波発射源の位置の測定が可能である。また、本実施形態によれば、多数のアンテナが不要であるので、基地局通信部２から発射源位置演算部６までの回路規模及び寸法を小さく実現できる。また、演算も非常に簡単であり、高速な処理が可能である。
【００３９】
なお、上記の実施形態では、移動体１ａ及び１ｂは同一の高度を維持して移動しているが、高度は一定傾斜で変化する場合には、Ｙ方向の時間変化量も考慮しなければならず、同一高度での移動に比べて若干複雑な式になるが、本発明を適用可能である。
【００４０】
また、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、本発明で用いる移動体は航空機に限らず、自動車や人工衛星等でもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ、１ｂ  移動体
２  基地局通信部
３  周波数差検出部
４  位置情報処理部
５  最大周波数差検出部
６  発射源位置演算部
７  電波発射源
１０  位置測定装置
【図１】
2011085391.tif 000011
【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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