(57)【要約】【課題】受信状況が劣化している受信アンテナが存在している状況下でも、高精度に電波送信源の位置を測位することができるようにする。【解決手段】ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎにより算出された各周波数の信号強度の統計平均及び標準偏差を求め、ある受信アンテナ２により受信された電波の振幅値に係る高周波の信号強度が統計平均より大きく、かつ、標準偏差から所定以上乖離していれば、受信アンテナ２の受信状況が劣化していると判断する統計処理部６を設け、Ｎ個の到来時刻の中から、統計処理部６により受信状況の劣化が検出された受信アンテナ２が受信している電波の到来時刻を除外する。【選択図】図１
2013003084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波送信源から送信された電波を受信する複数の受信アンテナと、上記受信アンテナにより受信された電波の振幅値を検出するとともに、上記電波の到来時刻を取得する複数の振幅値検出手段と、上記複数の振幅値検出手段により検出された振幅値から上記複数の受信アンテナの受信状況を推定し、受信状況が劣化している受信アンテナを検出する受信劣化アンテナ検出手段と、上記複数の振幅値検出手段により取得された電波の到来時刻の中から、上記受信劣化アンテナ検出手段により受信状況の劣化が検出された受信アンテナが受信している電波の到来時刻を除外する到来時刻選別手段と、上記到来時刻選別手段により除外されずに残っている電波の到来時刻を用いて、上記電波送信源の位置を測位する測位手段とを備えた測位装置。
【請求項２】
電波送信源から送信された電波を受信する複数の受信アンテナと、上記受信アンテナにより受信された電波の振幅値を検出するとともに、上記電波の到来時刻を取得する複数の振幅値検出手段と、上記複数の振幅値検出手段により検出された振幅値から上記複数の受信アンテナの受信状況を推定し、受信状況が劣化している受信アンテナを検出する受信劣化アンテナ検出手段と、上記受信劣化アンテナ検出手段により受信状況の劣化が検出された受信アンテナが受信している電波の到来時刻に付与する荷重を、受信状況の劣化が検出されていない受信アンテナが受信している電波の到来時刻に付与する荷重より小さな値に設定し、上記複数の振幅値検出手段により取得された電波の到来時刻に対して設定した荷重を付与する荷重制御手段と、上記荷重制御手段により荷重が付与された複数の電波の到来時刻を用いて、上記電波送信源の位置を測位する測位手段とを備えた測位装置。
【請求項３】
荷重制御手段は、受信状況が良好な受信アンテナによる受信電波の到来時刻ほど、大きな値の荷重を設定し、受信状況の劣化が大きい受信アンテナによる受信電波の到来時刻ほど、小さな値の荷重を設定することを特徴とする請求項２記載の測位装置。
【請求項４】
受信劣化アンテナ検出手段は、複数の振幅値検出手段により検出された振幅値を観測時刻方向に短時間フーリエ変換することで、受信状況の劣化度を表す指標となる周波数領域の高周波成分を抽出することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の測位装置。
【請求項５】
受信劣化アンテナ検出手段は、複数の振幅値検出手段により検出された振幅値を観測時刻方向に短時間フーリエ変換して周波数領域における各周波数の信号強度を求めるとともに、複数の受信アンテナの総数を母数として上記信号強度の統計平均及び標準偏差を求め、ある受信アンテナにより受信された電波の振幅値に係る高周波の信号強度が上記統計平均より大きく、かつ、上記標準偏差から所定以上乖離していれば、上記受信アンテナの受信状況が劣化していると判断することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の測位装置。
【請求項６】
複数の受信アンテナが電波送信源から送信された電波を受信すると、複数の振幅値検出手段が上記受信アンテナにより受信された電波の振幅値を検出するとともに、上記電波の到来時刻を取得する振幅値検出処理ステップと、受信劣化アンテナ検出手段が上記振幅値検出処理ステップで検出された振幅値から上記複数の受信アンテナの受信状況を推定し、受信状況が劣化している受信アンテナを検出する受信劣化アンテナ検出処理ステップと、到来時刻選別手段が上記振幅値検出処理ステップで取得された電波の到来時刻の中から、上記受信劣化アンテナ検出処理ステップで受信状況の劣化が検出された受信アンテナが受信している電波の到来時刻を除外する到来時刻選別処理ステップと、測位手段が上記到来時刻選別処理ステップで除外されずに残っている電波の到来時刻を用いて、上記電波送信源の位置を測位する測位処理ステップとを備えた測位方法。
【請求項７】
複数の受信アンテナが電波送信源から送信された電波を受信すると、複数の振幅値検出手段が上記受信アンテナにより受信された電波の振幅値を検出するとともに、上記電波の到来時刻を取得する振幅値検出処理ステップと、受信劣化アンテナ検出手段が上記振幅値検出処理ステップで検出された振幅値から上記複数の受信アンテナの受信状況を推定し、受信状況が劣化している受信アンテナを検出する受信劣化アンテナ検出処理ステップと、荷重制御手段が上記受信劣化アンテナ検出処理ステップで受信状況の劣化が検出された受信アンテナが受信している電波の到来時刻に付与する荷重を、受信状況の劣化が検出されていない受信アンテナが受信している電波の到来時刻に付与する荷重より小さな値に設定し、上記振幅値検出処理ステップで取得された電波の到来時刻に対して設定した荷重を付与する荷重制御処理ステップと、測位手段が上記荷重制御処理ステップで荷重が付与された複数の電波の到来時刻を用いて、上記電波送信源の位置を測位する測位処理ステップとを備えた測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波送信源から送信された電波を受信して、その電波送信源の位置を測位する測位装置及び測位方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測位装置は、複数の異なる箇所に設置されている受信アンテナが電波送信源から送信された電波を受信して、その電波の到来時刻を記録し、その電波送信源から複数の受信アンテナに到来するまでの時間差に基づいて電波送信源の位置を測位する。
電波送信源の位置を測位する技術は、例えば、携帯電話の発信電波から当該携帯電話を所持しているユーザの位置を取得するシステムや、空港などにおいて、特定のトランスポンダ（送信機）を搭載している多数の航空機の瞬時位置を把握して、航空機同士の異常接近や衝突を防止するシステムなどに適用されている。
【０００３】
電波送信源から送信された電波は、直接波として、直接受信アンテナに受信される場合と、建物や地形に反射された後、マルチパス波（遅延波）として、受信アンテナに受信される場合がある。
このとき、建物などの構造物によって電波の遮蔽（電波送信源と受信アンテナ間に障害物がある状況）が生じている場合、その受信アンテナにより受信される電波の到来時刻が大きな誤差を含んでおり、大きな誤差を含んでいる到来時刻を用いて、電波送信源の位置を測位すると、測位誤差が増大することになる。
したがって、マルチパス波や遮蔽の影響を検出して、誤差が少ない測位処理を実現する必要がある。
【０００４】
図５は例えば特許文献１に開示されている測位装置を示す構成図である。
電波送信源１０１から送信された電波は、異なる箇所に設置されているＮ台の受信アンテナ１０２−１〜１０２−Ｎにより受信される。
Ｎ台の受信機１０３−１〜１０３−Ｎは、受信アンテナ１０２−１〜１０２−Ｎにより受信された電波から特定周波数信号を復調して、その特定周波数信号をＡ／Ｄ変換器１０４−１〜１０４−Ｎに出力する。
【０００５】
Ａ／Ｄ変換器１０４−１〜１０４−Ｎは、受信機１０３−１〜１０３−Ｎから特定周波数信号を受けると、その特定周波数信号をアナログ信号からディジタル信号に変換して、その特定周波数信号の振幅値を包絡線検波部１０７−１〜１０７−Ｎに出力するとともに、受信機１０３−１〜１０３−Ｎから特定周波数信号を受けた時刻（電波の到来時刻）を測位処理部１０５に出力する。
【０００６】
測位処理部１０５は、Ａ／Ｄ変換器１０４−１〜１０４−ＮからＮ個の到来時刻を受けると、Ｎ個の到来時刻の中から、任意の２個の到来時刻を選択して、２個の到来時刻の時刻差（到来時刻差）を算出する。
例えば、素子番号ｍの受信アンテナ１０２により受信された電波と、素子番号ｎの受信アンテナ１０２により受信された電波との到来時刻差は、下記の式（１）で表される。
2013003084.tif 000003
式（１）において、ｔmは素子番号ｍの受信アンテナ１０２により受信された電波の到来時刻、ｔnは素子番号ｎの受信アンテナ１０２により受信された電波の到来時刻、ｃは光速、（Ｘm，Ｙm，Ｚm）は素子番号ｍの受信アンテナの位置（座標）、（Ｘn，Ｙn，Ｚn）は素子番号ｎの受信アンテナの位置（座標）、（ｘ，ｙ，ｚ）は測位対象である電波送信源１０１の位置（座標）を表す未知変数である。
【０００７】
電波送信源１０１の位置を３次元測位する場合、測位演算処理に用いる到来時刻差として、最低４個の到来時刻差を必要する。
そのため、測位処理部１０５は、下記の式（２）に示す独立方程式から未知変数である（ｘ，ｙ，ｚ）を導出する。
なお、式（２）は素子番号１の受信アンテナの到来時刻を基準（リファレンス）として他の受信アンテナとの到来時刻差で表現したものであり、独立方程式数が４以上であれば、受信アンテナの組み合わせは任意である。
2013003084.tif 000004
【０００８】
式（２）において、（ｘ0，ｙ0，ｚ0）は電波送信源１０１の初期予測位置であり、媒介変数Δｆmn（ｘ，ｙ，ｚ）は下記の式（３）で表されるものである。
2013003084.tif 000005
【０００９】
４個以上の到来時刻差が得られる場合、測位演算処理において、未知数に対して方程式数の方が多い状態となるが、最終的に最小二乗法により全ての方程式に代入したときの誤差が最小になるように測位処理部１０５で測位演算される。
この測位演算結果は、電波の到来時刻と対応付けられて、測位結果記憶部１０６に保存される。
【００１０】
包絡線検波部１０７−１〜１０７−Ｎは、Ａ／Ｄ変換器１０４−１〜１０４−Ｎから各到来時刻に対する振幅値を受けると、各到来時刻に対する振幅値の包絡線検波処理を実施する（短時間での振幅値の変動の山と山をつなぐことで、包絡線を検出する）。
例えて言えば、交流電流（ＡＣ）を整流器を用いて、直流電流（ＤＣ）に変換するのと同様の処理を行う（例えば、特許文献１を参照）。
【００１１】
ここで、図６は包絡線検波部１０７−１〜１０７−Ｎの処理内容を示す説明図である。
図６において、（Ａ）は実際にフィールドで約１５分間の３つの受信アンテナ１０２の振幅値を掲載したものである。
このケースにおいては、測位対象である電波送信源１０１が移動しているため、電波送信源１０１と受信アンテナ１０２の間の距離が変化することで、観測時間の最初から終わりにかけて、長周期の正弦波状の振幅変化が起きている。
通常、建物によるマルチパス波や遮蔽が起きない場合、電波暗室内で計測している場合と等しい自由空間の伝搬環境を想定することができるため、前述の正弦波状の信号が乱れることなく受信される。
【００１２】
ところが丸点線で囲んでいる部分では、マルチパス波が混入しているために、リップルによる振幅値の短時間変動が生じている。
これを包絡線検波部１０７に入力することで得られる信号は、図６（Ｂ）のようなイメージになる。つまり、基本となる正弦波に対して、短時間変動のマルチパス成分が部分的に重畳している形になる。
そのため、包絡線検波部１０７が包絡線検波を行うと、マルチパス波が存在する部分は他の部分と比較して、電位差（幅）が大きく観測される。
【００１３】
そこで、従来の測位装置では、比較判定部１０８−１〜１０８−Ｎが、マルチパス波が存在しない部分の電位差をΔＡ、マルチパス波が存在する部分の電位差をΔＢとして、その電位差ΔＢと予め設定されているマルチパス検出閾値ΔＣとを比較する。
選択部１０９は、比較判定部１０８−１〜１０８−Ｎの比較結果がΔＡ＜ΔＣである場合、ΔＡの観測時点でマルチパスや遮蔽の影響を受けていないと判定し、ΔＣ＜ΔＢである場合、ΔＢの観測時点でマルチパス波や遮蔽による影響を受けていると判定して、測位結果記憶部１０６に保存されている測位演算結果のうち、ΔＢの観測時点での測位演算結果を破棄する。
表示部１１０は、選択部１０９により破棄されずに残っている測位演算結果を表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭６４−３６１３３号公報（第７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来の測位装置は以上のように構成されているので、マルチパス波や遮蔽の影響を受けていることが検出された場合、その観測時点での測位演算結果が破棄される。そのため、電波送信源１０１の位置が測位されない観測時刻が発生してしまうことがあるという課題があった。
このような状況は、前後の観測時刻の測位演算結果に基づいて内挿処理や追尾平滑化処理を実施することで、ある程度の改善を図ることが可能であるが、破棄されるポイント数が多くなると、真値からの誤差が増大して、システムに破綻をきたす可能性がある。
なお、測位装置では、通常、測位対象である電波送信源１０１を取り囲むように、数多くの受信アンテナ１０２が設置されており、マルチパス波や遮蔽の影響を受けるのは、その一部である。したがって、マルチパス波や遮蔽の影響を受けている受信アンテナを排除し、影響を受けていない受信アンテナだけを用いて、測位処理を維持することが可能であれば、多少の電波的障害に対する耐性が向上し、システム全体の残存性を高めることが可能であると考えられる。
【００１６】
また、従来の測位装置では、マルチパス波や遮蔽の影響を受けていることを検出する際に、予めマルチパス検出閾値ΔＣを設定する必要がある。通常、実フィールド環境下では、マルチパス波の発生条件を複雑な電波伝搬シミュレーションの元で推測するべきであるが、包絡線検波部１０７の出力である波形の幅抽出が時間領域での解析となる。そのため、マルチパス検出閾値ΔＣは、その時点での電波送信源１０１や受信アンテナ１０２の配置、さらに周囲環境や温度などの環境条件などによって動的に変化し、一概に一定値に設定することができない。
したがって、想定される使用環境の全てにおいて、包絡線検波後の幅の値を前述の電波伝搬シミュレーションや、多大な労力と人的資源を要する実運用試験のデータを元に推測し、状況に応じてデータベースから読み出すなどの複雑な操作が必要になり、非現実的である。
【００１７】
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、受信状況が劣化している受信アンテナが存在している状況下でも、高精度に電波送信源の位置を測位することができる測位装置及び測位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】
【００１８】
この発明に係る測位装置は、電波送信源から送信された電波を受信する複数の受信アンテナと、受信アンテナにより受信された電波の振幅値を検出するとともに、その電波の到来時刻を取得する複数の振幅値検出手段と、複数の振幅値検出手段により検出された振幅値から複数の受信アンテナの受信状況を推定し、受信状況が劣化している受信アンテナを検出する受信劣化アンテナ検出手段と、複数の振幅値検出手段により取得された電波の到来時刻の中から、受信劣化アンテナ検出手段により受信状況の劣化が検出された受信アンテナが受信している電波の到来時刻を除外する到来時刻選別手段とを設け、測位手段が、到来時刻選別手段により除外されずに残っている電波の到来時刻を用いて、電波送信源の位置を測位するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、電波送信源から送信された電波を受信する複数の受信アンテナと、受信アンテナにより受信された電波の振幅値を検出するとともに、その電波の到来時刻を取得する複数の振幅値検出手段と、複数の振幅値検出手段により検出された振幅値から複数の受信アンテナの受信状況を推定し、受信状況が劣化している受信アンテナを検出する受信劣化アンテナ検出手段と、複数の振幅値検出手段により取得された電波の到来時刻の中から、受信劣化アンテナ検出手段により受信状況の劣化が検出された受信アンテナが受信している電波の到来時刻を除外する到来時刻選別手段とを設け、測位手段が、到来時刻選別手段により除外されずに残っている電波の到来時刻を用いて、電波送信源の位置を測位するように構成したので、受信状況が劣化している受信アンテナが存在している状況下でも、高精度に電波送信源の位置を測位することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１による測位装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による測位装置の処理内容（測位方法）を示すフローチャートである。
【図３】図６（Ａ）の信号（３台の受信アンテナにより受信された電波）に対してＳＴＦＴ処理を施した結果（あるウインドウでの周波数スペクトラム）を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２による測位装置を示す構成図である。
【図５】特許文献１に開示されている測位装置を示す構成図である。
【図６】包絡線検波部１０７−１〜１０７−Ｎの処理内容を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による測位装置を示す構成図である。
図１において、電波送信源１は測位対象であり、電波を送信しながら移動する信号源である。
Ｎ台の受信アンテナ２−１〜２−Ｎは互いに異なる箇所に設置されており、電波送信源１から送信された電波を受信する。３次元測位の場合、独立な到来時刻差情報を４以上得るためにＮは５以上の整数である。
【００２２】
Ｎ台の受信機３−１〜３−Ｎは受信アンテナ２−１〜２−Ｎにより受信された電波から特定周波数信号を復調して、その特定周波数信号をＡ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎに出力する通信機器である。
Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎは受信機３−１〜３−Ｎから出力された特定周波数信号をアナログ信号からディジタル信号に変換して、その特定周波数信号の振幅値を検出し、その振幅値と受信機３−１〜３−Ｎから特定周波数信号を受けた時刻（電波の到来時刻）を出力する処理を実施する。
なお、受信機３−１〜３−Ｎ及びＡ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから振幅値検出手段が構成されている。
【００２３】
ＳＴＦＴ（Ｓｈｏｒｔ  Ｔｉｍｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部５−１〜５−Ｎは例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから出力された振幅値から受信アンテナ２−１〜２−Ｎの受信状況を推定する処理を実施する。
即ち、ＳＴＦＴ部５−１〜５−ＮはＡ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから出力された振幅値を観測時刻方向にＳＴＦＴ（短時間フーリエ変換）処理することで、周波数領域における各周波数の信号強度（高周波の信号強度は、受信状況の劣化度を表す指標となる）を算出する処理を実施する。
【００２４】
統計処理部６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎの推定結果から、受信状況が劣化している受信アンテナ２を検出する処理を実施する。
即ち、統計処理部６は受信アンテナ２−１〜２−Ｎの総数を母数として、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎにより算出された各周波数の信号強度の統計平均及び標準偏差を求め、ある受信アンテナ２により受信された電波の振幅値に係る高周波の信号強度が上記統計平均より大きく、かつ、上記標準偏差から所定以上乖離していれば、上記受信アンテナ２の受信状況が劣化していると判断する処理を実施する。
なお、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎ及び統計処理部６から受信劣化アンテナ検出手段が構成されている。
【００２５】
受信アンテナ選択部７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから出力された電波の到来時刻の中から、統計処理部６により受信状況の劣化が検出された受信アンテナ２が受信している電波の到来時刻を除外する処理を実施する。なお、受信アンテナ選択部７は到来時刻選別手段を構成している。
【００２６】
測位処理部８は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、受信アンテナ選択部７により除外されずに残っている電波の到来時刻を用いて、電波送信源１の位置を測位する処理を実施する。なお、測位処理部８は測位手段を構成している。
表示部９は例えばディスプレイなどから構成されており、測位処理部８により測位された電波送信源１の位置を表示する処理を実施する。
【００２７】
図１の例では、測位装置の構成要素である受信アンテナ２−１〜２−Ｎ、受信機３−１〜３−Ｎ、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎ、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎ、統計処理部６、受信アンテナ選択部７、測位処理部８及び表示部９のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、測位装置の一部（例えば、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎ、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎ、統計処理部６、受信アンテナ選択部７、測位処理部８、表示部９）又は全部がコンピュータで構成されていてもよい。
測位装置の一部をコンピュータで構成する場合、例えば、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎ、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎ、統計処理部６、受信アンテナ選択部７、測位処理部８及び表示部９の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２はこの発明の実施の形態１による測位装置の処理内容（測位方法）を示すフローチャートである。
【００２８】
次に動作について説明する。
電波送信源１から送信された電波は、異なる箇所に設置されているＮ台の受信アンテナ２−１〜２−Ｎにより受信される（ステップＳＴ１）。
Ｎ台の受信機３−１〜３−Ｎは、受信アンテナ２−１〜２−Ｎにより受信された電波から特定周波数信号を復調して、その特定周波数信号をＡ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎに出力する（ステップＳＴ２）。
【００２９】
Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎは、受信機３−１〜３−Ｎから特定周波数信号を受けると、その特定周波数信号をアナログ信号からディジタル信号に変換して、その特定周波数信号の振幅値を検出するとともに、受信機３−１〜３−Ｎから特定周波数信号を受けた時刻（電波の到来時刻）を特定し（ステップＳＴ３）、その振幅値と到来時刻の組を統計処理部６に出力する。また、電波の到来時刻を受信アンテナ選択部７に出力する。
【００３０】
ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎ及び統計処理部６は、マルチパス波や遮蔽の影響で受信状況が劣化している受信アンテナ２により受信された電波の到来時刻（大きな誤差を含んでいる到来時刻）が、後段の測位処理部８で用いられないようにするために、受信状況が劣化している受信アンテナ２を検出する処理を実施する。
まず、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎは、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから振幅値と到来時刻を受けると、その振幅値を観測時刻方向にＳＴＦＴ処理することで、周波数領域における各周波数の信号強度を算出する（ステップＳＴ４）。
ＳＴＦＴ処理は、ある特定の時間幅をウインドウとして、その間の信号をフーリエ変換（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）し、そのウインドウを時間軸方向にスライドさせていくことで、各ウインドウ内の時刻に対する振幅値の変動を周波数領域に変換して、周波数スペクトラム（各周波数の信号強度）を求める処理である。
【００３１】
ここで、図３は図６（Ａ）の信号（３台の受信アンテナにより受信された電波）に対してＳＴＦＴ処理を施した結果を示す説明図である。図３において、ウインドウ幅はＡ／Ｄ変換後の１００サンプルとし、図３の横軸はウインドウのスライド量（例えば、横軸＝５０は、ウインドウ幅＝１００のウインドウを時刻が進む方向に５０サンプルスライドさせたことを示し、つまり、振幅値データの５０サンプル目から１００サンプル目を見ている）を表している。また、同図において、縦軸は周波数インデックスを表し、数字が大きいほど周波数が高いことを示している。この２次元のマップにおいて、各点の輝度はその周波数成分の強度を表し、輝度が濃いほど強度が強いことを表している。
電波送信源１は、上述したように、フィールドを移動しており、その伝搬経路の変化に伴う長周期の正弦波状の振幅値に対して、マルチパス波や遮蔽の影響を含んでいる部分はリップルや急変などの短時間変動を生じている。
このような振幅値をＳＴＦＴ処理して周波数領域の信号強度に変換すると、長周期の正弦波の基本波は、最も強い強度でＤＣ（＝周波数０）成分付近に表れ、リップルや急変などの短時間変動を含むウインドウは、基本波よりも高い周波数の周波数インデックス部分に強度が集中する（輝度が濃い）。
特に丸点線で囲んでいる部分が最も特徴が現れている部分であり、図６（Ａ）の時間領域で最もマルチパス波の影響を受けて、リップルや急変が表れている部分の受信アンテナ２の振幅値のＳＴＦＴ結果が、周波数領域に変換すると、より高周波成分に強度が集中していることが分かる。
【００３２】
このように、図６（Ａ）の中でも、マルチパス波や遮蔽の影響によって、基本波である長周期の正弦波に重畳しているリップル成分の振幅値を、従来技術の包絡線検波と閾値を用いる方式で判定すると誤検出を招くが、ＳＴＦＴ処理では、ウインドウの中での振幅値の値そのものよりも、その変動周期に注目しているため、観測ノイズや周囲環境による瞬時雑音の影響を受け難く、より正確なマルチパス検出を行うことができる。
ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎにより算出される周波数領域における各周波数の信号強度のうち、高周波の信号強度はマルチパスや遮蔽などによるリップル（短時間変動）の成分を表し、受信状況の劣化度を表す指標となるため、高周波の信号強度を参照すれば、受信状況が劣化している受信アンテナ２を高精度に検出することができるが、この実施の形態１では、受信状況が劣化している受信アンテナ２の検出精度を更に高めるために統計処理部６を設けている。
【００３３】
統計処理部６は、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎが周波数領域における各周波数の信号強度を算出すると、受信アンテナ２−１〜２−Ｎの総数を母数として、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎにより算出された各周波数の信号強度の統計平均及び標準偏差を算出する（ステップＳＴ５）。
仮に、全ての受信アンテナ２がマルチパス波や遮蔽の影響を受けていない場合、ＳＴＦＴ処理結果では、基本波以外に大きな成分を持たないため、基本波以外の信号強度の統計平均及び標準偏差はガウス分布に従うことになる。
しかしながら、或る受信アンテナ２がマルチパス波や遮蔽の影響を受けている場合、当該受信アンテナ２により受信された電波に係るＳＴＦＴ処理結果では、大きな高調波成分を持つため、その高周波の信号強度が統計平均より大きくなり、また、その高周波の信号強度が標準偏差の数倍の大きさになる。
【００３４】
そこで、統計処理部６は、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎにより算出された高周波の信号強度（例えば、図３において、丸波線で囲んでいる第２の山近辺の信号強度）と統計平均及び標準偏差を比較し、高周波の信号強度が統計平均より大きく（ステップＳＴ６）、かつ、高周波の信号強度が標準偏差から所定以上乖離（例えば、高周波の信号強度が標準偏差のＡ倍以上）していれば（ステップＳＴ７）、当該信号強度に係る受信アンテナ２は受信状況が劣化していると判断する（ステップＳＴ８）。なお、Ａ倍は予め設定される規定値である。
統計処理部６では、複数の受信アンテナ２により受信される電波の振幅値の統計平均を用いているため、特許文献１のように、マルチパスを検出する際に予めマルチパス検出閾値ΔＣを設定する必要がなく、閾値設定のための多大なシミュレーションや実験が不要、かつ、パラメータ設定作業の排除が可能になり、また、ロバスト性に富む効果が得られる。
【００３５】
受信アンテナ選択部７は、統計処理部６により受信状況が劣化している受信アンテナ２が検出されなければ（ステップＳＴ９）、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから出力されたＮ個の到来時刻の全てを測位処理部８に出力する（ステップＳＴ１０）。
一方、統計処理部６により受信状況が劣化している受信アンテナ２が検出された場合（ステップＳＴ９）、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから出力された電波の到来時刻の中から、統計処理部６により受信状況の劣化が検出された受信アンテナ２が受信している電波の到来時刻を除外し、除外していない残りの到来時刻を測位処理部８に出力する（ステップＳＴ１１）。
【００３６】
測位処理部８は、受信アンテナ選択部７から複数の到来時刻を受けると、複数の到来時刻を用いて、電波送信源１の位置を測位する（ステップＳＴ１２）。
即ち、測位処理部８は、受信アンテナ選択部７から複数の到来時刻を受けると、複数の到来時刻の中から、任意の２個の到来時刻を選択して、２個の到来時刻の時刻差（到来時刻差）を算出する。
例えば、素子番号ｍの受信アンテナ２により受信された電波と、素子番号ｎの受信アンテナ２により受信された電波との到来時刻差は、下記の式（４）で表される。
2013003084.tif 000006
式（４）において、ｔmは素子番号ｍの受信アンテナ２により受信された電波の到来時刻、ｔnは素子番号ｎの受信アンテナ２により受信された電波の到来時刻、ｃは光速、（Ｘm，Ｙm，Ｚm）は素子番号ｍの受信アンテナの位置（座標）、（Ｘn，Ｙn，Ｚn）は素子番号ｎの受信アンテナの位置（座標）、（ｘ，ｙ，ｚ）は測位対象である電波送信源１の位置（座標）を表す未知変数である。
【００３７】
電波送信源１の位置を３次元測位する場合、測位演算処理に用いる到来時刻差として、最低４個の到来時刻差を必要する。
そのため、測位処理部８は、下記の式（５）に示す独立方程式から未知変数である（ｘ，ｙ，ｚ）を導出する。
なお、式（５）は素子番号１の受信アンテナの到来時刻を基準（リファレンス）として、他の受信アンテナとの到来時刻差で表現したものであり、独立方程式数が４以上であれば、受信アンテナの組み合わせは任意である。
2013003084.tif 000007
【００３８】
式（５）において、（ｘ0，ｙ0，ｚ0）は電波送信源１の初期予測位置であり、媒介変数Δｆmn（ｘ，ｙ，ｚ）は下記の式（６）で表されるものである。
2013003084.tif 000008
【００３９】
４個以上の到来時刻差が得られる場合、測位演算処理において、未知数に対して方程式数の方が多い状態となるが、最終的に最小二乗法により全ての方程式に代入したときの誤差が最小になるように測位処理部８で測位演算される。
表示部９は、測位処理部８により測位された電波送信源１の位置を表示する。
【００４０】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、電波送信源１から送信された電波を受信する受信アンテナ２−１〜２−Ｎと、受信アンテナ２−１〜２−Ｎにより受信された電波から特定周波数信号を復調する受信機３−１〜３−Ｎと、受信機３−１〜３−Ｎにより復調された特定周波数信号をアナログ信号からディジタル信号に変換して、その特定周波数信号の振幅値を検出し、その振幅値と受信機３−１〜３−Ｎから特定周波数信号を受けた時刻（電波の到来時刻）を出力するＡ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎと、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから出力された振幅値から受信アンテナ２−１〜２−Ｎの受信状況を推定するＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎと、受信アンテナ２−１〜２−Ｎの総数を母数として、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎにより算出された各周波数の信号強度の統計平均及び標準偏差を求め、ある受信アンテナ２により受信された電波の振幅値に係る高周波の信号強度が上記統計平均より大きく、かつ、上記標準偏差から所定以上乖離していれば、上記受信アンテナ２の受信状況が劣化していると判断する統計処理部６と、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから出力された電波の到来時刻の中から、統計処理部６により受信状況の劣化が検出された受信アンテナ２が受信している電波の到来時刻を除外する受信アンテナ選択部７とを設け、測位処理部８が、受信アンテナ選択部７により除外されずに残っている電波の到来時刻を用いて、電波送信源１の位置を測位するように構成したので、受信状況が劣化している受信アンテナ２が存在している状況下でも、高精度に電波送信源１の位置を測位することができる効果を奏する。
【００４１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、マルチパス波や遮蔽の影響を受けている受信アンテナ２を検出して、その受信アンテナ２により受信された電波の到来時刻を除外するものを示したが、３次元測位の場合、測位処理に必要な独立方程式の数は最低４個であるため、少なくとも４個の到来時刻差を算出しなければならず（４個の到来時刻差を算出するには、５個の到来時刻を使用する必要がある）、単純に受信状況が悪化している受信アンテナ２により受信された電波の到来時刻を除外するようにすると、独立方程式の数が４個に満たなくなる可能性がある。この場合、３次元測位は成立しない。
そこで、この実施の形態２では、受信状況が悪化している受信アンテナ２により受信された電波の到来時刻を単純に除外せずに、その電波の信頼度に応じた荷重を到来時刻に付与し、荷重を付与している到来時刻を測位処理部８に出力するようにしている。
【００４２】
図４はこの発明の実施の形態２による測位装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
重み付け部１０は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、統計処理部６により受信状況の劣化が検出された受信アンテナ２が受信している電波の到来時刻に付与する荷重を、受信状況の劣化が検出されていない受信アンテナ２が受信している電波の到来時刻に付与する荷重より小さな値に設定し、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから出力されたＮ個の到来時刻に対して設定した荷重を付与する処理を実施する。なお、重み付け部１０は荷重制御手段を構成している。
【００４３】
図４の例では、測位装置の構成要素である受信アンテナ２−１〜２−Ｎ、受信機３−１〜３−Ｎ、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎ、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎ、統計処理部６、重み付け部１０、測位処理部８及び表示部９のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、測位装置の一部（例えば、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎ、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎ、統計処理部６、重み付け部１０、測位処理部８、表示部９）又は全部がコンピュータで構成されていてもよい。
測位装置の一部をコンピュータで構成する場合、例えば、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎ、ＳＴＦＴ部５−１〜５−Ｎ、統計処理部６、重み付け部１０、測位処理部８及び表示部９の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
【００４４】
次に動作について説明する。
受信アンテナ選択部７の代わりに、重み付け部１０を搭載している点で上記実施の形態１と相違している。
【００４５】
まず、重み付け部１０の処理内容の概略を説明する。
重み付け部１０は、統計処理部６により受信状況が劣化している受信アンテナ２が検出されると、受信状況の劣化が検出された受信アンテナ２が受信している電波の到来時刻に付与する荷重を、受信状況の劣化が検出されていない受信アンテナ２が受信している電波の到来時刻に付与する荷重より小さな値に設定する。
例えば、受信状況が良好な受信アンテナ２による受信電波の到来時刻ほど、大きな値の荷重を設定し、受信状況の劣化が大きい受信アンテナ２による受信電波の到来時刻ほど、小さな値の荷重を設定する。
重み付け部１０は、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから出力されたＮ個の到来時刻に対して設定した荷重を付与し、荷重付与後のＮ個の到来時刻を測位処理部８に出力する。
【００４６】
具体的な重み付けの方法としては、例えば、以下の非特許文献１に記載されている「重み付き最小二乗法」を用いることができる。
［非特許文献１］
Wikipedia，“最小二乗法”
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%80%E5%B0%8F%E4%BA%8C%E4%B9%97%E6%B3%95
【００４７】
受信アンテナ２−ｎにおける到来時刻観測誤差の標準偏差σnが既知である場合には、例えば、下記の式（７）に示すように、受信アンテナ２−ｎにより受信された電波の到来時刻ｔnに標準偏差σnで重み付け（観測誤差が大きい受信アンテナ２による受信電波の到来時刻は重要視されず、観測誤差が小さい受信アンテナ２による受信電波の到来時刻は重要視される重み付け）を行うことで、受信アンテナ２の総数Ｎを母集団とする到来時刻の集合の平均値や標準偏差が、誤差の大きな到来時刻に引き込まれないようになる。最小二乗法は全ての到来時刻からの距離の和が最小となる点を求めることに等しい。ここで、ｔnハットは重み付けされた受信アンテナ２−ｎによる到来時刻である。
2013003084.tif 000009
【００４８】
ところが、図４の測位装置の場合、受信アンテナ２−ｎにおける観測誤差の標準偏差σnが未知である。
受信アンテナ２の観測誤差は大別して、到来時刻観測精度、測位対象である電波送信源１と受信アンテナ２の配置から決まる幾何学的誤差増倍率（ＧＤＯＰ：Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  Ｄｉｌｕｔｉｏｎ  Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）に分離することができるが、受信アンテナ２の観測誤差を３次元的に全方向に対してデータベースとして持つことは現実的でない。また、電波送信源１の移動に伴ってマルチパス波などの電波伝搬環境が逐一変化するため、データベースでは対応することができない。
【００４９】
しかし、マルチパス波や遮蔽の影響を受けて受信環境が悪化している（観測誤差が大きい）受信アンテナ２による受信電波に係るＳＴＦＴ処理結果は、上述したように、マルチパス波や遮蔽の影響を受けていない受信アンテナ２による受信電波に係るＳＴＦＴ処理結果よりも高調波成分領域において信号強度が高い（図３を参照）。
したがって、ＳＴＦＴ部５−１〜５−ＮのＳＴＦＴ処理結果を用いれば、各観測時刻における受信アンテナ２の受信状況（観測誤差）に関する情報が得られ、受信アンテナ２−ｎにおける観測誤差の標準偏差σnが得られる。
この標準偏差σnと、受信アンテナ２−ｎによる受信電波の到来時刻ｔnとを式（７）に代入すれば、重み付けされた到来時刻ｔnハットが得られる。
【００５０】
重み付け部１０は、Ａ／Ｄ変換器４−１〜４−Ｎから出力されたＮ個の到来時刻に対して荷重を設定すると、荷重設定後のＮ個の到来時刻ｔハットを測位処理部８に出力する。
測位処理部８は、重み付け部１０から荷重設定後のＮ個の到来時刻ｔハットを受けると、上記実施の形態１と同様に、Ｎ個の到来時刻ｔハットを用いて、電波送信源１の位置を測位する。
【００５１】
以上の構成により、受信アンテナ２の受信環境の良／不良をＳＴＦＴ部５−１〜５−ＮのＳＴＦＴ処理結果から判断し、それに応じて受信アンテナ２により受信された電波の到来時刻に適応的な重み付けを行うことで、単純に受信環境が悪化している受信アンテナ２により受信された電波の到来時刻を除外することに伴って、測位処理に必要な独立方程式の数が得られなくなる状況が発生しなくなり、また、観測精度が悪い到来時刻から導出される誤差の大きい測位結果に引き込まれる危険性を軽減することができる。
【００５２】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  電波送信源、２−１〜２−Ｎ  受信アンテナ、３−１〜３−Ｎ  受信機（振幅値検出手段）、４−１〜４−Ｎ  Ａ／Ｄ変換器（振幅値検出手段）、５−１〜５−Ｎ  ＳＴＦＴ部（受信劣化アンテナ検出手段）、６  統計処理部（受信劣化アンテナ検出手段）、７  受信アンテナ選択部（到来時刻選別手段）、８  測位処理部（測位手段）、９  表示部、１０  重み付け部（荷重制御手段）、１０１  電波送信源、１０２−１〜１０２−Ｎ  受信アンテナ、１０３−１〜１０３−Ｎ  受信機、１０４−１〜１０４−Ｎ  Ａ／Ｄ変換器、１０５  測位処理部、１０６  測位結果記憶部、１０７−１〜１０７−Ｎ  包絡線検波部、１０８−１〜１０８−Ｎ  比較判定部、１０９  選択部、１１０  表示部。
【図１】
2013003084.tif 000010
【図２】
2013003084.tif 000011
【図３】
2013003084.tif 000012
【図４】
2013003084.tif 000013
【図５】
2013003084.tif 000014
【図６】
2013003084.tif 000015