(57)【要約】【課題】単純な連続波の組み合わせにより等価的に広帯域な変調信号と同じ分解能を達成する。【解決手段】周波数制御部１３で指定されたＮ個の周波数を有する連続波を生成する連続波生成部１２と、送信時間を制御するタイミング制御部１１と、アンテナ１０から送信されたＮ個の連続波を受信する校正用アンテナ２０と、受信されたＮ個の連続波の総和を演算する積算部２１と、連続波の総和と参照信号との相関演算を行う相関処理部２２と、相互相関値を用いて、アンテナ１０から到来した連続波の到来時間を推定する到来時間推定部２３と、到来時間の推定値を用いてアンテナ１０の位置を推定する位置推定部２４とを備えている。【選択図】図１
2013181876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被位置検出対象のアンテナと、
使用周波数帯域内の互いに異なるＮ個の周波数を指定する周波数制御部と、
前記Ｎ個の周波数をそれぞれ搬送波周波数として有するＮ個の連続波を生成する連続波生成部と、
前記Ｎ個の連続波を前記アンテナから個別に送信する時間を制御するタイミング制御部と、
前記アンテナから送信された前記Ｎ個の連続波を受信する校正用アンテナと、
前記校正用アンテナで受信された前記Ｎ個の連続波の総和を演算する積算部と、
前記積算部で演算された前記連続波の総和と参照信号との相関演算を行う相関処理部と、
前記相関処理部から出力される相互相関値を用いて、前記アンテナから前記校正用アンテナに到来した前記連続波の到来時間を推定する到来時間推定部と、
前記到来時間推定部で求めた到来時間の推定値を用いて前記アンテナの位置を推定する位置推定部と
を備えたことを特徴とするアンテナ位置検出装置。
【請求項２】
前記校正用アンテナは３箇所以上に配置され、
前記積算部は、各校正用アンテナで受信された前記Ｎ個の連続波の総和を各校正用アンテナ毎にそれぞれ演算し、
前記相関処理部は、前記積算部で演算された各校正用アンテナ毎の前記連続波の総和と前記参照信号との相関演算を各校正用アンテナ毎に行い、
前記到来時間推定値は、前記相関処理部から出力される各校正用アンテナ毎の相互相関値を用いて前記アンテナから前記校正用アンテナに到来した信号の到来時間を各校正用アンテナ毎に推定し、
前記位置推定値は、各校正用アンテナ毎に推定された前記到来時間の推定値を用いて、前記アンテナの位置を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ位置検出装置。
【請求項３】
前記周波数制御部において、前記Ｎ個の周波数を使用周波数帯域内に均一に配置するように指定することを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ位置検出装置。
【請求項４】
前記アンテナが２つ以上設置され、各アンテナに割り当てる前記Ｎ個の連続波の初期位相列が異なる組合せとなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアンテナ位置検出装置。
【請求項５】
前記Ｎ個の前記初期位相列が前記アンテナ間で直交することを特徴とする請求項４に記載のアンテナ位置検出装置。
【請求項６】
前記アンテナが２つ以上設置され、各アンテナに割り当てる前記Ｎ個の連続波の周波数がすべて異なることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアンテナ位置検出装置。
【請求項７】
使用周波数帯域内の異なるＮ個の周波数を指定する周波数制御ステップと、
前記Ｎ個の周波数を搬送波周波数としてそれぞれ有するＮ個の連続波を生成する連続波生成ステップと、
前記Ｎ個の連続波を、被位置検出対象となるアンテナから個別に送信する時間を制御するタイミング制御ステップと、
前記アンテナから前記Ｎ個の連続波を個別に送信する連続波送信ステップと、
前記アンテナから送信された前記Ｎ個の連続波を受信する連続波受信ステップと、
前記Ｎ個の連続波の総和を演算する積算ステップと、
前記積算ステップで得られた前記連続波の総和と参照信号との相関演算を行う相関処理ステップと、
前記相関処理ステップで得られた相互相関値を用いて前記アンテナから前記校正用アンテナに到来した前記連続波の到来時間を推定する到来時間推定ステップと、
前記到来時間推定ステップで求めた到来時間を用いて前記アンテナの位置を推定する位置推定ステップと
を備えることを特徴とするアンテナ位置検出方法。
【請求項８】
前記校正用アンテナは３箇所以上に配置され、
前記積算ステップは、各校正用アンテナで受信された前記Ｎ個の連続波のい総和を各校正用アンテナ毎にそれぞれ演算し、
前記相関処理ステップは、前記積算ステップで演算された各校正用アンテナ毎の前記総和と前記参照信号との相関演算を各校正用アンテナ毎に行い、
前記到来時間推定ステップは、前記相関処理ステップで得られた各校正用アンテナ毎の相互相関値を用いて前記アンテナから前記校正用アンテナに到来した前記連続波の到来時間を各校正用アンテナ毎に推定し、
前記位置推定ステップは、各校正用アンテナ毎に推定された前記到来時間の推定値を用いて、前記アンテナの位置を推定する
ことを特徴とする請求項７に記載のアンテナ位置検出方法。
【請求項９】
前記周波数制御ステップにおいて、前記Ｎ個の周波数を使用周波数帯域内に均一に配置するように指定することを特徴とする請求項７または８に記載のアンテナ位置検出方法。
【請求項１０】
前記アンテナが２つ以上設置され、各アンテナに割り当てる前記Ｎ個の連続波の初期位相列が異なる組合せとなることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載のアンテナ位置検出方法。
【請求項１１】
前記Ｎ個の前記初期位相列が前記アンテナ間で直交することを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ位置検出方法。
【請求項１２】
前記アンテナが２つ以上設置され、各アンテナに割り当てる前記Ｎ個の連続波の周波数がすべて異なることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載のアンテナ位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アンテナ位置検出装置およびアンテナ位置検出方法に関し、特に、複数個の素子アンテナからなるアレーアンテナシステムにおける各素子アンテナのアンテナ位置検出装置およびアンテナ位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アレーアンテナにおいて、所望の放射特性を得るためには、各素子アンテナの振幅位相特性を把握し、所定の値に補正する校正技術が用いられる。このとき、素子アンテナ間の距離、すなわち、素子間隔が波長に比べて非常に大きい場合は、位相差ではなく光路長差（距離差）に伴う時間差を補正する必要がある。したがって、素子アンテナの位置あるいは位置の変化を検出、測定することが重要となる。素子アンテナの位置測定は、地球上のある地点の測位を行うことに等しいが、代表的な測位技術としては、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）が有名である（例えば、非特許文献１参照）。ＧＰＳでは、直接拡散方式により測定点との時間差を４つ以上の衛星からの信号で観測することにより、３次元的な位置と時間を知ることができ、いわゆる三角測量の原理に基づいている。その他には、例えば非特許文献２にあるように、マルチキャリア信号による到来信号の遅延時間測定がある。いずれも、利用する変調信号の特性を利用して、他の信号からの影響を低減しながら、所望信号の到来時間（遅延時間）の測定を実現している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】土屋淳、辻宏道著，「新・ＧＰＳ測量の基礎」、第１版、社団法人  日本測量協会、２００２年１０月，ｐ．３５−３９，７５−８１
【非特許文献２】神林友和、丹野元博、笹瀬巌、「データシンボルによる雑音低減を行ったマルチキャリア変調を利用する移動局端末測位」、電子情報通信学会論文誌  Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ８８−Ｂ，Ｎｏ．８，ｐ．１４６８−１４７７，２００５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１，２に記載のいずれの技術においても、高い時間分解能を得るためには広い周波数帯域幅を有する変調信号を用いる必要があり、高速なデータ系列を生成する必要がある。また、マルチキャリア信号の場合においては、時間波形の振幅包絡線が大きく変動するため、増幅器などの線形性に大きな制約となり、測定系が複雑になり、高い精度の結果を得ることは困難であった。
【０００５】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、単純な連続波の組み合わせにより等価的に広帯域な変調信号と同じ分解能を達成できるアンテナ位置検出装置およびアンテナ位置検出方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、被位置検出対象のアンテナと、使用周波数帯域内の互いに異なるＮ個の周波数を指定する周波数制御部と、前記Ｎ個の周波数をそれぞれ搬送波周波数として有するＮ個の連続波を生成する連続波生成部と、前記Ｎ個の連続波を前記アンテナから個別に送信する時間を制御するタイミング制御部と、前記アンテナから送信された前記Ｎ個の連続波を受信する校正用アンテナと、前記校正用アンテナで受信された前記Ｎ個の連続波の総和を演算する積算部と、前記積算部で演算された前記連続波の総和と参照信号との相関演算を行う相関処理部と、前記相関処理部から出力される相互相関値を用いて、前記アンテナから前記校正用アンテナに到来した前記連続波の到来時間を推定する到来時間推定部と、前記到来時間推定部で求めた到来時間の推定値を用いて前記アンテナの位置を推定する位置推定部とを備えたことを特徴とするアンテナ位置検出装置である。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、被位置検出対象のアンテナと、使用周波数帯域内の互いに異なるＮ個の周波数を指定する周波数制御部と、前記Ｎ個の周波数をそれぞれ搬送波周波数として有するＮ個の連続波を生成する連続波生成部と、前記Ｎ個の連続波を前記アンテナから個別に送信する時間を制御するタイミング制御部と、前記アンテナから送信された前記Ｎ個の連続波を受信する校正用アンテナと、前記校正用アンテナで受信された前記Ｎ個の連続波の総和を演算する積算部と、前記積算部で演算された前記連続波の総和と参照信号との相関演算を行う相関処理部と、前記相関処理部から出力される相互相関値を用いて、前記アンテナから前記校正用アンテナに到来した前記連続波の到来時間を推定する到来時間推定部と、前記到来時間推定部で求めた到来時間の推定値を用いて前記アンテナの位置を推定する位置推定部とを備えたことを特徴とするアンテナ位置検出装置であるので、単純な連続波の組み合わせにより等価的に広帯域な変調信号と同じ分解能を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る位置検出装置における、（ａ）連続波生成部で生成される連続波の一例、および、（ｂ）連続波の積算により得られる受信信号スペクトルを示した説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る位置検出装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る位置検出装置における、（ａ）アンテナに割り当てられる連続波の一例、および、（ｂ）連続波の積算により得られる受信信号スペクトルを示した説明図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る位置検出装置における、（ａ）アンテナに割り当てられる連続波の一例、および、（ｂ）連続波の積算により得られる受信信号スペクトルを示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナ位置検出装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る位置検出装置の構成を示す図である。なお、以降の各図中の同一符号は、同一又は相当部分を示す。また、アンテナ１０に接続される通信処理などの無線通信システムとしての機能部分については図示を省略しており、各図においては、この発明に必要な部分のみを記載している。
【００１０】
図１に示すように、本実施の形態１に係るアンテナ位置検出装置においては、アンテナ１０、タイミング制御部１１、連続波生成部１２、および、周波数制御部１３が設けられ、それらは送信系を構成している。なお、アンテナ１０は、本実施の形態１に係るアンテナ位置検出装置における位置検出対象（位置測定対象）である。また、周波数制御部１３は、使用周波数帯域内の異なるＮ個の周波数を順次指定する。連続波生成部１２は、当該指定されたＮ個の周波数をそれぞれ有するＮ個の連続波（ＣＷ波：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）を生成する。タイミング制御部１１は、アンテナ１０から前記Ｎ個の連続波を個別に送信するための時間を制御する。アンテナ１０は当該制御に基づき前記Ｎ個の連続波を順次送信する。
【００１１】
また、図１に示すように、実施の形態１に係るアンテナ位置検出装置においては、Ｋ個の校正用アンテナ２０（２０−１、２０−２、…、２０−３）と、Ｋ個の積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）と、Ｋ個の相関処理部２２（２２−１、２２−２、…、２２−３）と、Ｋ個の到来時間推定部２３（２３−１、２３−２、…、２３−３）と、１個の位置推定部２４が設けられ、それらは受信系を構成している。なお、図１に示すように、１つの校正用アンテナ２０−１に、１つの積算部２１−１が接続され、さらに、それに、１つの相関処理部２２−１が接続され、さらに、それに、１つの到来時間推定部２３−１が接続されている。このように、校正用アンテナ２０、積算部２１、相関処理部２２、および、到来時間推定部２３は、各１つずつが直列に接続されて、のべＫ個の組を構成している。Ｋ個の組の最後段に設けられた到来時間推定部２３は、それぞれ、位置推定部２４に接続されている。
【００１２】
各校正用アンテナ２０（２０−１、２０−２、…、２０−３）は、それぞれ、既知の位置に互いに離間して配置され、アンテナ１０から送信されたＮ個の連続波をそれぞれ別個に受信する。各積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）は、それに接続された各校正用アンテナ２０（２０−１、２０−２、…、２０−３）で受信した前記Ｎ個の連続波を、それぞれ蓄積し、その総和を演算する。各相関処理部２２（２２−１、２２−２、…、２２−３）は、それに接続された各積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）の出力信号を用いて、参照信号との相関演算を行う。当該参照信号については後述する。各到来時間推定部２３（２３−１、２３−２、…、２３−３）は、それに接続された各相関処理部２２（２２−１、２２−２、…、２２−３）の出力信号を用いて、アンテナ１０から校正用アンテナ２０に到来した信号の到来時間を推定する。位置推定部２４は、各到来時間推定部２３（２３−１、２３−２、…、２３−３）で求めた到来時間を受信し、それらの到来時間に基づいて、アンテナ１０の位置を推定する。
【００１３】
また、図１に示すように、実施の形態１に係るアンテナ位置検出装置においては、送信系と受信系との間に、同期用制御信号発生部１５が設けられている。同期用制御信号発生部１５は、送信系と受信系との同期をとるための同期用制御信号を、送信系のタイミング制御部１１と受信系の各積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）とに出力する。なお、図１では、積算部２１−１から積算部２１−２へ矢印が引かれ、同じく、積算部２１−２から積算部２１−３へ矢印が引かれているが、これは図示を簡単にするためで、実際には、同期用制御信号発生部１５からの同期用制御信号が、各積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）のそれぞれに直接かつ同時に入力される（図４においても同様である）。
【００１４】
まず、送信系の動作について説明する。この発明の本実施の形態１に係るアンテナ位置検出装置の送信系においては、まず、予め定められた手順で、周波数制御部１３が、使用周波数範囲（使用周波数帯域）および搬送波数に基づいて、アンテナ１０から送信する連続波の周波数値を設定し、当該周波数値を連続波生成部１２に出力する。連続波生成部１２では、前記周波数値に基づき、当該周波数値を搬送波周波数とする連続波を発生させる。当該連続波は、連続波生成部１２から出力され、タイミング制御部１１に入力される。タイミング制御部１１は、同期用制御信号発生部１５からの同期用制御信号に合わせて、連続波生成部１２で生成された連続波をアンテナ１０から放射する時間（送信時間）を制御する。これにより、アンテナ１０は、当該タイミング制御部１１で制御されたタイミングで、前記連続波を空中に放射する。この一連の送信手順を決められた回数（Ｎ回）繰り返す。
【００１５】
例えば、図２（ａ）は、連続波生成部１２で生成されるＮ個の連続波（連続波１、連続波２、…、連続波Ｎ）の様子を示した図である。当該Ｎ個の連続波を生成するために、まず、周波数制御部１３で、使用周波数帯域内の異なるＮ個の周波数値を順次指定する。図２（ａ）の例では、周波数制御部１３が、Ｎ個の周波数値を使用周波数帯域内に均一に配置し、かつ、当該周波数値の割り当てが昇順（一定幅ずつ周波数値が増加）となるように指定した場合の例である。連続波生成部１２では、それらの指定されたＮ個の周波数値を搬送周波数とする連続波を順次生成していく。当該Ｎ個の周波数値は、周波数スイープ（周波数ホッピング）され、所定の幅ずつ徐々に高い値になっている。従って、連続波生成部１２は、まず、周波数制御部１３から最初に入力された周波数値の周波数を有する連続波１（５０−１）を生成する。次は、周波数制御部１３から、前記最初に入力された周波数値よりも高い周波数値が入力されるので、それに基づき、連続波１（５０−１）よりも高い周波数を有する連続波２（５０−２）を生成する。これを、周波数制御部１３の制御により所定の幅だけ周波数値を上げながらＮ回繰り返し、最終的に、連続波Ｎ（５０−３）まで、送信信号の生成が繰り返される。このように、本実施の形態においては、連続波を周波数スイープ（周波数ホッピング）して送信する。
【００１６】
こうして周波数スイープ（周波数ホッピング）して送信したＮ個の連続波を受信系の積算部２１でＮ個分蓄積して積算すると、すなわち、これらＮ個の連続波の総和をとると、図２（ｂ）のような周波数成分をもつマルチキャリア信号が等価的に得られる。図２（ｂ）では、Ｎ個の各連続波の受信信号スペクトルがほぼ同じとなっている。ここで、周波数間隔や周波数帯域幅などの周波数配置は必要な時間分解能などにより決定する。たとえば、各搬送波の周波数間隔が直交関係を満足するように制御すると、その波形はＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号とみなすことができる。なお、図２（ａ）では、周波数割り当てが昇順の例を示したが、これに限定するものではなく、周波数の割り当て順は任意に設定してよい。
【００１７】
次に、受信系の動作について説明する。この発明の実施の形態１に係るアンテナ位置検出装置の受信系においては、まず、上述の送信系においてアンテナ１０から放射されるＮ個の各連続波を、Ｋ個の校正用アンテナ２０（２０−１、２０−２、…、２０−３）でそれぞれ受信する。これらのＫ個の校正用アンテナ２０（２０−１、２０−２、…、２０−３）で受信した受信信号は、それぞれ、それに対応するＫ個の積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）に順次入力される。
【００１８】
Ｋ個の積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）では、それぞれ、入力された受信信号をＮ個分蓄積し、それらを積算した信号を生成する。この積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）の動作は、同期用制御信号発生部１５からの同期用制御信号に合わせることにより、送信系のタイミング制御部１１と同期して行われる。従って、積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）により得られた出力信号の周波数成分としては、図２（ｂ）のようなマルチキャリア信号が得られることになる。このようなマルチキャリア信号を送信系で直接生成すると、複雑な時間波形となり、振幅は大きく変動する。いわゆるピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ：Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）が問題となり、増幅器など送信系の線形性に注意が必要となる。一方、この発明においては定包絡線かつ単一周波数の連続波を時分割で送信して、受信系側でそれらの総和あるいは平均をとることにより、等価的に所定の周波数帯域幅を有するマルチキャリア信号と等価な距離分解能を得ることができる。
【００１９】
Ｋ個の相関処理部２２（２２−１、２２−２、…、２２−３）は、送信系で設定した周波数配置となるマルチキャリア信号を参照信号として、当該参照信号とそれに対応するＫ個の積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）の出力信号との相関演算により相互相関値を求める。この相互相関出力のピーク値を検出することで、直接波や反射波などの各到来波成分が距離分解能に応じて分離される。つまり、アンテナ１０と校正用アンテナ２０との間の伝搬路における遅延プロファイルが、Ｋ個の校正用アンテナ２０毎に得られることになる。
【００２０】
つぎに、Ｋ個の到来時間推定部２３（２３−１、２３−２、…、２３−３）は、それに接続された各相関処理部２２（２２−１、２２−２、…、２２−３）から出力された相互相関値（遅延プロファイル）をもとに、直接波の到来時間を推定する。最も簡単な方法としては、遅延プロファイルにおいて最も電力の大きな点の時間を直接波の到来タイミングとして検出することである。これらのＫ個の到来時間推定部２３（２３−１、２３−２、…、２３−３）で推定された各直接波の到来時間は、すべて、位置推定部２４に入力される。なお、直接波の到来時間の推定方法は、ここで記載した方法に限定されるものではなく、既存の任意の方法を用いてよいことは言うまでもない。
【００２１】
最後に、位置推定部２４においては、各校正用アンテナ２０（２０−１、２０−２、…、２０−３）に対応する到来時間推定部２３（２３−１、２３−２、…、２３−３）で得られた複数の到来時間情報から、アンテナ１０の位置を検出する。少なくとも３つの到来時間情報があれば、いわゆる三角測量の原理により位置の推定が可能となる。従って、上記の説明における受信系のＫ個は３個以上（Ｋ≧３）であることが望ましい。
【００２２】
なお、以上の手順において、アンテナ１０の位置の絶対値（絶対座標）の推定が可能となるが、例えば、アンテナ１０の初期設置時には光学測量等による高精度な位置測定が可能であるため、そのような高精度の位置測定を実施しておき、運用中の位置変動の観測には、より簡易な手法で位置測定することが望ましいため、上述した本実施の形態１の検出方法により、アンテナ１０の位置の変動量を観測して、アンテナ１０の位置の絶対座標を推定することも可能である。
【００２３】
図３に、この発明の本実施の形態１に係るアンテナ位置検出装置の動作フロー（アンテナ位置検出方法）を示す。図３に示すように、本実施の形態１に係るアンテナ位置検出装置は、まず、周波数制御部１３により、利用する周波数範囲や搬送波数に基づいて、アンテナ１０から送信される搬送波の周波数（周波数値）を設定する（ステップＳ１０１）。次に、この値に基づき、連続波生成部１２により、連続波を生成する（ステップＳ１０２）。次に、同期用制御信号発生部１５から発生される同期用制御信号を用いて、タイミング制御部１１により、送信系と受信系の動作を同期させる前記連続波の送信タイミング制御を行い、アンテナ１０から前記連続波を一定時間送信する（ステップＳ１０３）。次に、受信系において、この連続波を、校正用アンテナ２０で順次受信し、積算部２１で一定時間蓄積する（ステップＳ１０４）。その後、ステップＳ１０２に戻り、この手順を複数回（図ではＮ−１回）繰り返し、受信信号を（図ではＮ個分）蓄積し、それらを積算した信号を生成する（ステップＳ１０４）。こうして複数回繰り返した後、相関処理部２２により、積算した信号と送信側で設定したマルチキャリア信号（参照信号）との相関演算を行う（ステップＳ１０５）。次に、到来時間推定部２３により、その相互相関の振幅最大値（ピーク）を検出する（ステップＳ１０６）。次に、位置推定部２４により、検出されたピークの時刻、すなわち、遅延プロファイルから、直接波の遅延時間を推定する（ステップＳ１０７）。この遅延時間の推定は各校正用アンテナ２０毎にそれぞれ実行される。次に、位置推定部２４により、到来時間推定部２３で推定された遅延時間の推定値のうちの３つ以上の遅延時間の推定値を用いて、アンテナ１０の位置を推定する（ステップＳ１０８）。
【００２４】
以上のように、本実施の形態１によれば、アンテナ位置検出装置が、位置検出の対象となるアンテナ１０と、使用周波数帯域内の異なるＮ個の周波数を指定する周波数制御部１３と、前記Ｎ個の搬送波周波数を有する連続波を生成する連続波生成部１２と、アンテナ１０から前記Ｎ個の連続波を個別に送信するための時間を制御するタイミング制御部１１と、アンテナ１０から送信された前記Ｎ個の連続波を受信する校正用アンテナ２０と、前記Ｎ個の連続波を蓄積し、その総和を演算する積算部と、前記積算部の出力信号を用いて予め設定された所定の参照信号との相関演算を行う相関処理部２２と、相関処理部２２の出力信号を用いてアンテナ１０から到来した信号の到来時間を推定する到来時間推定部２３と、到来時間推定部２３で求めた到来時間を用いてアンテナ１０の位置を推定する位置推定部２４とを備えるようにしたので、単純な連続波の組合せにより、等価的に、広帯域な信号を利用した場合と同じ位置推定精度（分解能）を得ることができ、演算規模やコストをおさえた簡易なアンテナ位置検出装置を実現できる。
【００２５】
また、図１においては、校正用アンテナ２０をＫ個設ける例について示したが、この場合に限定されるものではなく、校正用アンテナ２０は１個だけ設けるようにしてもよい。その場合にも、積算部２１、相関処理部２２、到来時間推定部２３の処理は、上記と同じであり、異なる点は、位置推定部２４が１つの到来時間推定部２３からの出力結果に基づいてアンテナ１０の位置推定を行うことである。
【００２６】
また、校正用アンテナ２０は３箇所以上（Ｋ≧３）に配置することが望ましく、その場合には、それぞれの校正用アンテナ２０で受信した連続波により到来時間を推定して、当該３以上の推定結果を位置推定部２４への入力とするので、位置推定部２４では、三角測量の原理による位置の推定が可能であり、精度高く、位置推定を行うことができる。
【００２７】
また、周波数制御部１３において、前記Ｎ個の周波数を使用周波数帯域内に均一に配置するように指定した場合には、一定の幅で徐々にＮ個の周波数値が変化していくため、受信系での連続波の分析がよりしやすく、予想がたてやすい。
【００２８】
なお、図１では、送信系と受信系のタイミング同期を、送信系および受信系の外部に設けられた同期用制御信号発生部１５により行う構成を示したが、これに制約されるものではない。たとえば、送信系および受信系それぞれに原子時計などの精度の高い時計を内蔵させ、これらにより時刻同期をとることも可能である。また、送信と受信の処理タイミングがずれたとしても、受信信号を解析して、その時間ずれを補正することで対応可能である。
【００２９】
実施の形態２．
図４に、この発明の実施の形態２に係るアンテナ位置検出装置の構成を示す。図４の構成は、位置検出対象（位置測定対象）のアンテナ１０が複数（Ｌ個）存在し、それぞれの位置を同時に検出する構成である。図４においては、Ｌ個のアンテナ１０（１０−１、１０−２、…、１０−３）に対応させて、タイミング制御部１１（１１−１、１１−２、…、１１−３）、および、連続波生成部１２（１２−１、１２−２、…、１２−３）も、それぞれ、Ｌ個ずつ設けられている。但し、周波数制御部１３は図１と同じく１個である。図４の構成における、周波数制御部１３、連続波生成部１２（１２−１、１２−２、…、１２−３）、および、タイミング制御部１１（１１−１、１１−２、…、１１−３）は、それぞれ、図１に示す周波数制御部１３、連続波生成部１２、タイミング制御部１１と同等の機能を有する。実施の形態１においては、単一のアンテナ１０の位置検出を実施する例であったが、本実施の形態２では、複数のアンテナ１０の位置を同時に検出する手順を追加する。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３０】
まず、送信系の説明を行う。本実施の形態２に係るアンテナ位置検出装置においては、実施の形態１と同様に、アンテナ１０（１０−１、１０−２、…、１０−３）、タイミング制御部１１（１１−１、１１−２、…、１１−３）、連続波生成部１２（１２−１、１２−２、…、１２−３）、および、周波数制御部１３が送信系を構成している。タイミング制御部１１（１１−１、１１−２、…、１１−３）および連続波生成部（１２−１、１２−２、…、１２−３）については、実施の形態１と同様に、定められた搬送波周波数を有する連続波の生成を行い、受信系との時刻同期をとりながら、所定の回数（Ｎ回）の送信を繰り返す。このとき、Ｌ個のアンテナ１０（１０−１、１０−２、…、１０−３）の区別をするために、周波数制御部１３は、アンテナ１０（１０−１、１０−２、…、１０−３）間で初期位相が異なる連続波を生成するように、各連続波生成部１２（１２−１、１２−２、…、１２−３）を制御する。
【００３１】
図５（ａ）は、ある時刻に、Ｌ個のアンテナ１０（１０−１、１０−２、…、１０−３）に割り当てられる連続波の一例である。この例では、アンテナ１０間の初期位相を９０度ずつずらした波形を生成している。このようにアンテナ１０毎に設定する連続波の初期位相ｃｌ（ｎ）［ｒａｄ］（ｌ＝１，…，Ｌ、ｎ＝１，…，Ｎ）を異なる値として、送信を繰り返す。とくに、下記の式（１）をできるだけ満足するように設定する。
【００３２】
【数１】
2013181876.tif 000003
【００３３】
すなわち、アンテナ１０間の初期位相列が直交するように設定することで、受信側での分離が可能となる。とくに、各搬送波の周波数間隔が直交関係を満足するＯＦＤＭ信号とすることが有効である。他の動作については実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３４】
次に、受信系の説明を行う。本実施の形態１に係るアンテナ位置検出装置においては、実施の形態１と同様に、Ｋ個の校正用アンテナ２０（２０−１、２０−２、…、２０−３）、Ｋ個の積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）、Ｋ個の相関処理部２２（２２−１、２２−２、…、２２−３）、Ｋ個の到来時間推定部２３（２３−１、２３−２、…、２３−３）、および、１個の位置推定部２４が受信系を構成している。受信系では、送信系のＬ個のアンテナ１０のそれぞれから放射されるＮ個の各連続波を、Ｋ個の校正用アンテナ２０（２０−１、２０−２、…、２０−３）で受信する。これらのＫ個の校正用アンテナ２０（２０−１、２０−２、…、２０−３）で受信した受信信号は、それぞれ、それに対応するＫ個の積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）に順次入力される。Ｋ個の積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）のそれぞれにおいてＮ個の連続波の総和（積算）をとり、等価的にマルチキャリア信号（ＯＦＤＭ信号）を生成する。このときの周波数スペクトルを図５（ｂ）に示す。各アンテナ１０（１０−１、１０−２、…、１０−３）からの送信波形が同一の搬送波周波数において多重されていることになる。
【００３５】
ここで、上式（１）のように初期位相を設定しているため、各アンテナ１０からの送信波形全体としては直交性を有しており、これらを分離するために、相関処理部２２（２２−１、２２−２、…、２２−３）は、各アンテナ（１０−１、１０−２、…、１０−３）で設定した初期位相および周波数配置となるＬ個のマルチキャリア信号をそれぞれ参照信号として、それらの参照信号と積算部２１（２１−１、２１−２、…、２１−３）の出力信号との相関演算を行う。こうすることで、Ｌ個の各アンテナ１０に対応するＬ個の遅延プロファイルが同時に得られる。この後の処理は、実施の形態１と同じであり、Ｌ個のアンテナ１０毎にアンテナ位置の検出を行えばよい。具体的な処理については、実施の形態１の説明を参照されたい。
【００３６】
以上のように、本実施の形態２によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態２においては、周波数制御部１３が、各アンテナ１０に割り当てるＮ個の連続波の初期位相列が異なる組み合わせとなるようにしたので、複数のアンテナ１０の区別が可能となり、複数のアンテナ１０の位置を同時に検出することが可能となり、同一の環境条件で多くのアンテナの位置検出が実現できる。
【００３７】
さらに、本実施の形態２では、Ｎ個の連続波の初期位相列が各アンテナ１０間で直交するようにしたので、受信側での分離が可能となり、複数のアンテナ１０の位置を同時に検出することが可能となり、同一の環境条件で多くのアンテナの位置検出が実現できる。
【００３８】
実施の形態３．
上記の実施の形態２では、Ｌ個のアンテナ１０の位置を同時に検出するため、連続波の初期位相列に直交性を持つように設定したが、図６に、この発明の実施の形態３に係る連続波の生成手順について示す。
【００３９】
図６（ａ）は、ある時刻に各アンテナ（１０−１、１０−２、…、１０−３）に割り当てられる連続波の一例である。すなわち、本実施の形態３ではアンテナ１０毎に割り当てる搬送波周波数を異なるものにしている。こうすることで、同図（ｂ）に示すように、積算後の受信信号スペクトルは、アンテナ１０（１０−１、１０−２、…、１０−３）間で重複のないものとなり、互いに干渉せずに独立にアンテナ位置検出が可能となる。たとえば、各搬送波の周波数間隔が直交関係を満足している場合（ＯＦＤＭ信号の場合）には、積算後の信号を離散フーリエ変換して周波数領域で各搬送波成分を抽出し、アンテナ１０（１０−１、１０−２、…、１０−３）毎に相関処理を行うことも可能である。
【００４０】
本実施の形態３によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、実施の形態２と同様に、複数のアンテナ１０の位置を同時に検出することが可能となり、同一の環境条件で多くのアンテナの位置検出が実現でき、さらに、本実施の形態３においては、アンテナ１０毎に割り当てる搬送波周波数をすべて互いに異なるものにしたので、積算後の受信信号スペクトルが、アンテナ１０間で重複のないものとなり、互いに干渉せずに独立にアンテナ位置検出が可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１０，１０−１，１０−２，１０−３  アンテナ、１１，１１−１，１１−２，１１−３  タイミング制御部、１２，１２−１，１２−２，１２−３  連続波生成部、１３  周波数制御部、１５  同期用制御信号発生部、２０，２０−１，２０−２，２０−３  校正用アンテナ、２１，２１−１，２１−２，２１−３  積算部、２２，２２−１，２２−２，２２−３  相関処理部、２３，２３−１，２３−２，２３−３  到来時間推定部、２４  位置推定部、５０−１  連続波１、５０−２  連続波２、５０−３  連続波Ｎ。
【図１】
2013181876.tif 000004
【図２】
2013181876.tif 000005
【図３】
2013181876.tif 000006
【図４】
2013181876.tif 000007
【図５】
2013181876.tif 000008
【図６】
2013181876.tif 000009