(57)【要約】【課題】電子機器から漏洩する電波の波源位置を推定する技術であるＳＰＭ法は、複数波源に位相差がある場合や、計測ノイズが大きい環境では推定精度が著しく劣化することが知られている。【解決手段】ＳＰＭ法を用いて電波の波源位置１１を推定する場合に、観測面３０の電界の時空間データの共分散行列を固有値分解することにより得られる信号部分空間の最大固有値に伴う固有ベクトルを、参照データとして用いる。こうすることで、波源位相と計測ノイズの影響を除去することができ、計算量が時間サンプリング数に依存しない波源空間分布を推定することができる。【選択図】      図１
2004226259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波源を推定するＳａｍｐｌｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ法において、計測された電界分布の時空間情報を共分散行列化し、この共分散行列を固有値分解して得られる信号部分空間の最大固有値に伴う固有ベクトルを参照データとすることで、高周波の電波源を電気ダイポールの集合体として表現することを特徴とする電波源位置の推定方法。
【請求項２】
波源を推定するＷｅｉｇｈｔｅｄ  Ｓｕｂｓｐａｃｅ  Ｆｉｔｔｉｎｇ法において、Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ法により得られる複数波源の各空間分布の中に、設定条件として波源が一つだけ存在すると設定して、高周波の電波源の給電位置を推定することを特徴とする電波源位置の推定方法。
【請求項３】
電子機器から一定の距離に置かれた観測面に配置された電界計測用アレーアンテナと、前記アレーアンテナに接続された受信装置と、前記受信装置と前記アレーアンテナとを制御し計測された電界分布データを格納するための制御装置と、請求項１または請求項２に記載の電波源位置の推定方法により波源位置を推定して表示する演算表示手段とを備えた電波源位置の推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器から漏洩する電波の波源位置を推定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、１〜３ＧＨｚ帯の電波を利用した機器・システムが着実な普及を見せている上、パーソナルコンピュータのクロック周波数の高速化も急速に進み、数ＧＨｚで動作する電子機器が急増している。これに伴ってＧＨｚ帯での電子機器間の電波の干渉問題も深刻化しており、電子機器から漏洩する電波の発生状況を素早く、かつ、全体的に把握することができる技術が強く求められている。
電子機器から漏洩する電波の位置を推定する技術として、波源から数波長程度離れた面において測定した電界分布の相対的な位相情報をフーリエ変換処理する手法などが報告されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
電子情報通信学会論文誌（Ｂ−ＩＩ），ｖｏｌ．  Ｊ８０−Ｂ−  ＩＩ，ｎｏ．３，ｐｐ．  ２８４−２９１，  １９９７
「装置からの電磁波放射を対象とした電波ホログラムによる波源の可視化」
北吉  均、澤谷  邦男著
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
位相情報を用いる前記従来手法で得られる空間分解能は、最良でも１／２波長程度であることが知られている。しかし、電子機器から漏洩する電波の波源位置を詳細に特定するなど、波長よりも小さい分解能が要求される場合には、従来手法では十分とは言えない。また、漏洩電波源を視覚化する際、波源の分布状態が認識しづらいなどの問題も抱えている。
一方、生体磁気計測の分野である脳磁図作成技術では、観測面磁界の振幅情報を用いて脳磁図の作成が行われており、周波数が極めて低い電流を扱うにもかかわらず高い分解能が得られている。この脳磁図作成技術の一つであり観測面の瞬時データを用いるＳａｍｐｌｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ法（“Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ法による生体内電流分布推定”電学論（Ｃ）  ，  ｖｏｌ．  １１３，  ｎｏ．１，  １９９３．  早乙女，  斎藤）、及び、観測面の時空間データを用いるＷｅｉｇｈｔｅｄ  Ｓｕｂｓｐａｃｅ  Ｆｉｔｔｉｎｇ法（“信号部分空間法による時空間生体磁気データからの信号源推定”信学論（Ｄ−ＩＩ），  ｖｏｌ．  Ｊ７８−Ｄ−ＩＩ，  ｎｏ．３，  Ｍａｒ．  １９９５．  工藤，  前村，  斎藤）を高周波の電界計測に応用すれば前記の従来手法の問題点を克服できると考えられる。
【０００５】
しかし、Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ法（以下、ＳＰＭ法と言う）及びＷｅｉｇｈｔｅｄＳｕｂｓｐａｃｅ  Ｆｉｔｔｉｎｇ法（以下、ＷＳＦ法と言う）を電子機器から漏洩する電波の波源位置推定技術に応用する場合には、以下の問題が生ずる。
（ａ）ＳＰＭ法は、本来直流の波源に適用される手法である。瞬時に計測された観測面電界情報のみを取り扱う手法であるため、複数波源に位相差がある場合や計測ノイズが大きい環境では推定精度が著しく劣化する。
（ｂ）ＷＳＦ法は、波源の数が多い場合や推定領域が広範囲の場合に計算量が膨大になるという欠点や、複数波源の位相相関が強い場合には信号部分空間の次元が常に１となるため波源の個数が推定できないという問題を併せ持つ。
【０００６】
本発明は、こうした課題を解決するものであり、波源位相や計測ノイズの影響を受けずに、短時間で電波の波源位置を推定することができる電波源位置の推定方法を提供し、また、その方法を実施する電波源位置の推定装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電波源位置の推定方法では、波源を推定するＳＰＭ法において、計測された電界分布の時空間情報を共分散行列化し、この共分散行列を固有値分解して得られる信号部分空間の最大固有値に伴う固有ベクトルを参照データとすることで、高周波の電波源を電気ダイポールの集合体として表現する。
【０００８】
また、本発明の電波源位置の推定方法では、波源を推定するＷＳＦ法において、前記ＳＰＭ法で得られる複数波源の各空間分布の中に、設定条件として波源が一つだけ存在すると設定して、高周波の電波源の給電位置を推定する。
【０００９】
また、本発明の電波源位置の推定装置には、電子機器から一定の距離に置かれた観測面に配置した電界計測用アレーアンテナと、前記アレーアンテナに接続された受信装置と、前記受信装置と前記アレーアンテナとを制御し計測された電界分布データを格納するための制御装置と、前記電波源位置のいずれかの推定方法により波源位置を推定して表示する演算表示手段とを設けている。
【００１０】
こうした構成により、本発明は、波源位相差と計測ノイズとの影響を除去することができ、計算量が時間サンプリング数に依存しない、短時間で高精度な波源の位置推定が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における電波源位置の推定方法について、図１を参照しながら説明する。
図１は、電界計測の波源モデルを示しており、電子機器の大きさを想定した推定領域１０内に波源１１があり、その波源１１が観測面３０に作る観測面上の電界分布（振幅分布または位相分布の少なくとも一方の情報）を求めるものである。座標系は３次元の直角座標系を用いており、観測面３０は、ｘ−ｙ平面に設定している。観測面３０の格子点上には受信ダイポールアンテナ３１をｘ軸に平行にＪ個（ｊ＝１，２，‥，Ｊ）設置する。また、推定領域１０内には波源１１として電気ダイポールがＩ個（ｉ＝１，２，‥，Ｉ）存在すると仮定する。ただし、受信ダイポールアンテナ３１の数Ｊと波源１１の数Ｉとの関係はＪ＞Ｉとする。このとき、Ｊ個の受信ダイポールアンテナ３１が検出する電界ｅｊ（ｊ＝１，２，‥，Ｊ）はＩ個の波源１１との関係で（数１）のように求まる。
【数１】
2004226259.tif 000003
但し、ｒｉｊ（ｉ＝１，２，‥，Ｉ；ｊ＝１，２，‥，Ｊ）は波源１１と受信ダイポールアンテナ３１との距離、θｉｊは波源１１の方向とｒｉｊとのなす角、φｉｊは波源１１の方向と受信ダイポールアンテナ３１の方向とのなす角、Ｓｉ（ｉ＝１，２，‥，Ｉ）は微小区間にある電気ダイポールの電流強度とする。また、μ０は真空中の透磁率、ε０は真空中の誘電率とする。
【００１２】
次に、波源の電流強度の時間変化を考慮したモデルを取り扱う。任意のサンプリング時間ｔ１，  ｔ２，  …  ，  ｔＫ  （サンプリング回数Ｋ）において、Ｊ個の受信ダイポールアンテナ３１で計測される電界の変化は次の（数２）の行列で表すことができる。但し、受信ダイポールアンテナ３１の数Ｊとサンプリング回数Ｋとの関係はＫ＞Ｊとする。
【数２】
2004226259.tif 000004
【００１３】
さらに、（数２）の観測面電界時空間情報Ｅにおける共分散行列ＥＥＴを固有値分解することにより以下の近似式（数３）（数４）を得る。
【数３】
2004226259.tif 000005
【数４】
2004226259.tif 000006
但し、δ２は波源に無相関の計測ノイズの分散、Ｉｕは単位行列、ΛＳはδ２より大きい固有値（λ１＞λ２＞．．＞λＩ）の対角行列、ＵＳはΛＳに対応する固有ベクトル集合が張るＩ次元空間（信号部分空間）、ＵＮは残りの固有ベクトル集合が張るＪ−Ｉ次元空間（雑音部分空間）である。
【００１４】
本発明のＳＰＭ法（拡張ＳＰＭ法と言う）では、波源位相や計測ノイズの影響を受けないようにするため、信号部分空間ＵＳの最大固有値に伴う固有ベクトルを参照データとする。  信号部分空間ＵＳにおいて、最大固有値λ１に伴う固有ベクトルを（数５）に示す。
【数５】
2004226259.tif 000007
【００１５】
次に、推定領域１０内の細分化された各電気ダイポールが観測面３０に与える電界分布を次の（数６）のように表現する。
【数６】
2004226259.tif 000008
但し、推定領域１０内の分割数はＭ個（ｍ＝１，２，…，Ｍ）とする。
【００１６】
本発明の拡張ＳＰＭ法では、（数６）の各電気ダイポールが観測面３０に与える電界分布行列の中で、参照データである（数５）の固有ベクトルと最も相関が強い列ベクトルを次の（数７）の評価関数により求める。
【数７】
2004226259.tif 000009
【００１７】
これにより、解の空間分布を構成する推定サンプルの１個目の位置を得る。次に、２個目以降の推定サンプルの位置は、前回に最大となったＧの列ベクトルｇＡを次の（数８）の評価関数に代入して求める。
【数８】
2004226259.tif 000010
但し、前回までに評価関数の最大値を取った推定サンプルの位置は除いて計算を行うものとする。以後、ＳＰＭ法の評価関数ＰＳＰＭ＋が大きくなる限り、（数８）と同様の計算を繰り返して推定サンプルを増やし、ＰＳＰＭ＋が最大となった時点で計算を終了する。
こうした方法で、波源位相と計測ノイズとの影響を除いて波源の分布状態を推定することが可能となる。
【００１８】
図２は、この方法を実施して電子機器から漏洩する電波の波源位置を特定する装置のブロック図を示している。この装置は、基準アンテナ１に接続した受信装置２と、走査アンテナ４を取り付けた４軸ステージ装置３と、走査アンテナ４で受信した計測信号が入力する受信装置５と、走査アンテナ４で受信された計測信号と基準アンテナ１で受信された参照信号とを用いて観測面の電界分布データを求める干渉・検波装置６と、４軸ステージ装置３を制御して走査アンテナ４の位置を調整し、観測面の電界分布データを演算表示手段８に送る制御装置７と、観測面の電界分布データから波源位置を推定して表示する演算表示手段８とを備えている。
【００１９】
この装置の動作について説明する。
観測対象である漏洩電波（電子機器からの不要輻射など）は、４軸ステージ装置３に取り付けられた走査アンテナ４により観測面の電界分布として計測され、受信装置５により中間周波数に変換される。また、計測中の時間経過による位相変動をキャンセルするために、完全にフェーズロックされた受信装置２を用いて基準アンテナ１からの参照信号を中間周波数に変換する。２台の受信装置からの信号は、干渉・検波装置６に入力され、装置内の乗算器により掛け算することで、目的とする全ての周波数成分が単一周波数信号に変換される。
一方、受信装置２からの位相同期信号は、受信装置５を介して干渉・検波装置６に入力され、参照単一周波数信号に変換される。この２つの単一周波数信号を比較することにより、基準アンテナ１からの参照信号との相対的な値として、走査アンテナ４から測定信号の振幅情報・位相情報が計算され、観測面の電界分布データが得られる。
この観測面の電界分布データは、すべての装置を制御する制御装置７を介して演算表示手段８に入力され、演算表示手段８は、この電界分布データをもとに漏洩電波源の分布状態を推定し、その位置情報を表示する。
【００２０】
次に、観測面の電界分布データをもとに拡張ＳＰＭ法を用いて電波源を推定したシミュレーションの結果について示す。
図３（ａ）は、図３（ｂ）の表に示した条件による電界計測の波源モデルである。ここでは、２個の波源Ｓ１、Ｓ２が観測距離ｒの位置に平行で存在しており、２波源の間隔は１／２波長と設定した。波源は推定領域内の走査点上にあり、連続した正弦波で位相差は９０°と設定している。対象とする波源の周波数は１．５ＧＨｚとして、距離や寸法に関するパラメータはすべて波長で正規化した形で表現している。また、波源と無相関の計測ノイズを考慮して、観測電界（瞬時値）の最大値と最小値との差に対して−２０ｄＢの大きさのガウスノイズを重畳させて評価を行った。この条件において、拡張ＳＰＭ法を行った結果、図４のように推定領域内に２つの波源の空間分布を正しく抽出することができた。
【００２１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、拡張ＳＰＭ法とＷＳＦ法との組合せ手法について説明する。
（数２）の観測面電界時空間情報Ｅにおいて、波源の個数Ｉと位置とが計測時間中に不変だと仮定すると、次の（数９）（数１０）の関係が得られる。
【数９】
2004226259.tif 000011
【数１０】
2004226259.tif 000012
但し、Ｆは波源と受信点との位置で決まる行列、Ｓは波源の電流強度の時間変化を表す行列である。
【００２２】
ＷＳＦ法の評価関数は、信号部分空間ＵＳを用いた次の（数１１）（数１２）により定義される。
【数１１】
2004226259.tif 000013
【数１２】
2004226259.tif 000014
【００２３】
本発明の第２の実施形態における電波源位置の推定方法では、第１の実施形態で説明した拡張ＳＰＭ法で得られる複数波源の各空間分布の中に、波源が一つだけ存在すると設定した条件のもとで、（数１１）の評価関数により波源位置の推定を行い、評価関数が最大となる組み合わせを求める。この場合、拡張ＳＰＭ法で推定領域の大幅な絞込みが可能となるため、短時間で高精度な波源の位置を推定することができる。
この方法を実施する装置の構成は、第１の実施形態（図２）と同じであり、演算表示手段８が、拡張ＳＰＭ法とＷＳＦ法との組合せ手法を用いて漏洩電波源の位置を推定し、その位置情報を表示する。
【００２４】
次に、第１の実施形態と同様に図３の電界計測の波源モデルでシミュレーションした結果について示す。拡張ＳＰＭ法により得られる推定領域内の波源の空間分布が図４のように、また、推定サンプルのｘ−ｙ−ｚ軸座標ごとの分布状態を示すヒストグラムが図５のように表される。
このヒストグラムにより得られる各波源の空間分布の中に、波源が一つだけ存在すると設定した条件において、ＷＳＦ法の評価関数が最大となる組合せを求めた結果、図６のように１／２波長の間隔に置かれた位相差９０°の波源を平均誤差０．０１波長の精度で推定することができた。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電波源位置の推定方法は、波源位相と計測ノイズの影響を除去することができ、計算量が時間サンプリング数に依存しない、短時間で高精度な波源の位置推定が可能である。
また、本発明の電波源位置の推定装置は、この推定方法を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電界計測の波源モデルを示す図
【図２】本発明の第１の実施形態における電波源位置の推定装置の構成を示すブロック図
【図３】（ａ）本発明の第１の実施形態における電界計測の波源モデルを示す図
（ｂ）シミュレーションの条件を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態における電波の波源位置の推定結果を示す図
【図５】本発明の第１の実施形態における電波の波源位置の位置ベクトル分布を示す図
【図６】本発明の第２の実施形態における電波の波源位置の推定結果を示す図
【符号の説明】
１  基準アンテナ
２  受信装置
３  ４軸ステージ装置
４  走査アンテナ
５  受信装置
６  干渉・検波装置
７  制御装置
８  演算表示手段
１０  電子機器の推定領域
１１  電波源
３０  観測面
３１  受信ダイポールアンテナ
【図１】
2004226259.tif 000015
【図２】
2004226259.tif 000016
【図３】
2004226259.tif 000017
【図４】
2004226259.tif 000018
【図５】
2004226259.tif 000019
【図６】
2004226259.tif 000020