(57)【要約】【課題】本発明は、単一の送信アンテナおよび単一の受信アンテナで物体の位置を測定することができる位置測定装置および位置測定方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる、物体の位置を測定する位置測定装置１は、送信信号を空間に放射する単一の送信アンテナＡ１と、物体によって散乱され複数の伝播経路で伝播した、送信信号に起因する散乱波を受信信号として受信する単一の受信アンテナＡ２と、受信アンテナＡ２で受信した受信信号の波形に基づいて時間逆転法によって物体の位置を演算する演算処理部１３とを備え、複数の伝播経路には、電波を散乱可能であって形状および位置が既知である電波散乱体を経由した伝播経路が少なくとも１つ含まれる。【選択図】図３
2009204572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の位置を測定する位置測定装置において、
送信信号を空間に放射する単一の送信アンテナと、
前記物体によって散乱される前記送信信号に起因する散乱波であって複数の伝播経路で伝播した散乱波を受信信号として受信する単一の受信アンテナと、
前記受信アンテナで受信した受信信号の波形に基づいて時間逆転法によって前記物体の位置を演算する位置演算部とを備え、
前記複数の伝播経路には、電波を散乱可能であって形状および位置が既知である電波散乱体を経由した伝播経路が少なくとも１つ含まれること
を特徴とする位置測定装置。
【請求項２】
前記位置演算部は、前記電波散乱体による散乱が幾何光学散乱であるとした時間逆転法によって前記物体の位置を演算すること
を特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項３】
前記位置演算部は、前記電波散乱体による散乱電界の解を利用した時間逆転法によって前記物体の位置を演算すること
を特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項４】
前記電波散乱体は、複数であること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項５】
前記送信信号は、ＵＷＢパルスであること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項６】
物体の位置を測定する位置測定方法において、
単一の送信アンテナから送信信号を空間に放射する送信工程と、
前記物体によって散乱される前記送信信号に起因する散乱波であって複数の伝播経路で伝播した散乱波を受信信号として単一の受信アンテナで受信する受信工程と、
前記受信工程で受信した受信信号の波形に基づいて時間逆転法によって前記物体の位置を演算する位置演算工程とを備え、
前記複数の伝播経路には、電波を散乱可能であって形状および位置が既知である電波散乱体を経由した伝播経路が少なくとも１つ含まれること
を特徴とする位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波によって物体の位置を測定する位置測定装置に関し、特に、単一の送信アンテナおよび単一の受信アンテナを用いて前記物体と異なる物体（散乱体）による多重散乱を利用することで前記物体の位置を測定する位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電波を物体に向けて放射し、その反射波を測定することによって前記物体の位置を測定する技術は、レーダとして知られている。このレーダ分野において、近年、物体の多重散乱を利用することが提案されており、例えば、非特許文献１に開示がある。この非特許文献１に開示の技術では、複数個の送信アンテナおよび受信アンテナが用いられ、目標の物体（ターゲット）からの多重散乱波に基づいていわゆるＭＵＳＩＣ法によって物体の位置が求められている。
【０００３】
一方、無線通信分野において、例えば、非特許文献２に開示されているように、時間逆転法を用いた通信技術があり、通信の性能改善が図られている。これは、送信アンテナから多重散乱経路を介して伝播した信号をアレイアンテナで受信し、それを時間逆転した信号を前記アレイアンテナから送信すると、元の送信アンテナの位置に送信信号が再現されることを利用したものである。
【非特許文献１】A.J.Devaney ,”Time reversal imaging of obscured target from multistatic data”,IEEE Trans.on Ant.&Prop.vol.53,no.5,pp.1600-1610 May 2005.
【非特許文献２】B.E.Henty,D.D.Stancil,”Multipath-enabled super-resolution for rf and microwave communication using phase-conjugate arrays”,Physical Review Letters,vol.93,no.24,Art.No.243904,Dec.2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の非特許文献１および非特許文献２では、複数の送信アンテナや複数の受信アンテナが用いられている。このような複数の送信アンテナや複数の受信アンテナを用いて物体の位置を所望の精度で測定するためには、複数の送信アンテナ間の位置（距離）や複数の受信アンテナ間の位置（距離）を正確にそれぞれ固定しなければならない。また、複数の送信アンテナ間の距離や複数の受信アンテナ間の距離を、使用電波の波長や所望の距離分解能によって適宜に設定する必要があり、複数の送信アンテナや複数の受信アンテナが大型化してしまう場合がある。また、送信アンテナの個数に応じた送信回路や受信アンテナの個数に応じた受信回路が必要であり、位置測定装置の小型化やコストダウンの妨げにもなる。
【０００５】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、単一の送信アンテナおよび単一の受信アンテナで物体の位置を測定することができる位置測定装置および位置測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明にかかる一態様では、物体の位置を測定する位置測定装置において、送信信号を空間に放射する単一の送信アンテナと、前記物体によって散乱される前記送信信号に起因する散乱波であって複数の伝播経路で伝播した散乱波を受信信号として受信する単一の受信アンテナと、前記受信アンテナで受信した受信信号の波形に基づいて時間逆転法によって前記物体の位置を演算する位置演算部とを備え、前記複数の伝播経路には、電波を散乱可能であって形状および位置が既知である電波散乱体を経由した伝播経路が少なくとも１つ含まれることを特徴とする。そして、本発明にかかる他の一態様では、物体の位置を測定する位置測定方法において、単一の送信アンテナから送信信号を空間に放射する送信工程と、前記物体によって散乱される前記送信信号に起因する散乱波であって複数の伝播経路で伝播した散乱波を受信信号として単一の受信アンテナで受信する受信工程と、前記受信工程で受信した受信信号の波形に基づいて時間逆転法によって前記物体の位置を演算する位置演算工程とを備え、前記複数の伝播経路には、電波を散乱可能であって形状および位置が既知である電波散乱体を経由した伝播経路が少なくとも１つ含まれることを特徴とする。
【０００７】
このような構成の位置測定装置および位置測定方法では、単一の送信アンテナによって送信信号が空間に放射され、単一の受信アンテナによって受信信号が受信される。そして、この受信信号には、目標の物体の他に、その形状および位置が既知である電波散乱体を経由した伝播経路の散乱波が含まれている。このため、この受信信号の波形に基づいて時間逆転法によって物体の位置が演算可能となる。したがって、このような構成の位置測定装置および位置測定方法は、単一の送信アンテナおよび単一の受信アンテナで物体の位置を測定することが可能となる。
【０００８】
以下、より具体的に本発明の基本的な考え方について説明する。図１および図２は、本発明の基本的な考え方を説明するための図である。図１（Ａ）は、位置測定システムの構成を示し、図１（Ｂ）は、送信電波の波形を示し、そして、図１（Ｃ）は、受信電波の波形ｆ（ｔ）を示す。図２（Ａ）は、時間逆転した受信電波の波形ｆ（−ｔ）を示し、図２（Ｂ）は、時間逆転した受信電波を所定のアンテナから第１経路で逆伝播させた波形を示し、図２（Ｃ）は、時間逆転した受信電波を所定のアンテナから第２経路で逆伝播させた波形を示し、図２（Ｄ）は、時間逆転した受信電波を所定のアンテナから第３経路で逆伝播させた波形を示し、そして、図２（Ｅ）は、図２（Ｂ）ないし図２（Ｄ）を重ね合わせた波形を示す。図１（Ｂ）および図１（Ｃ）ならびに図２（Ａ）ないし図２（Ｅ）の横軸は、時間であり、それらの縦軸は、振幅（強度）である。
【０００９】
位置測定システムＳは、図１（Ａ）に示すように、位置測定装置１と、電波散乱体Ｋとを備え、物体Ｔの位置を測定するものである。電波散乱体Ｋは、電波を散乱する部材から構成されて成り、その形状および位置が既知である。
【００１０】
このような構成の位置測定システムＳにおいて、位置測定装置１は、単一の送信アンテナから送信信号を空間に放射し、物体Ｔや電波散乱体Ｋによって散乱された散乱波を受信信号として単一の受信アンテナで受信する。単一の送信アンテナおよび単一の受信アンテナは、それぞれ別体のアンテナによって構成されてもよく、また兼用されて１個のアンテナによって構成されてもよい。「単一の送信アンテナ」および「単一の受信アンテナ」には、それぞれ別体のアンテナによって構成される場合だけでなく、このような兼用されて１個のアンテナによって構成される場合も含まれる。例えば、送信信号Ｗｓとして図１（Ｂ）に示すように単一のパルスＷｓが時刻ｔ０で放射されると、図１（Ａ）に示す例では物体Ｔおよび電波散乱体Ｋによる散乱波の伝播経路が第１ないし第３経路Ｐ１〜Ｐ３の３個であるため、受信信号Ｗｒとして第１ないし第３パルスＷｒ１〜Ｗｒ３が受信される。なお、図１（Ｂ）に示すパルスＷｓは、説明を簡単化するために用いた便宜上の波形形状であり、実際の位置測定装置１に用いられる送信信号Ｗｓについては後述する。
【００１１】
第１経路Ｐ１は、位置測定装置１から物体Ｔへ、そして、物体Ｔから位置測定装置１に戻る伝播経路である。第２経路Ｐ２は、位置測定装置１から物体Ｔへ、物体Ｔから電波散乱体Ｋへ、そして、電波散乱体Ｋから位置測定装置１に戻る伝播経路である。第２経路Ｐ２には、上述の逆経路も含まれ、第２経路Ｐ２は、縮退している。第３経路Ｐ３は、位置測定装置１から電波散乱体Ｋへ、電波散乱体Ｋから物体Ｔへ、物体Ｔから電波散乱体Ｋへ、そして、電波散乱体Ｋから位置測定装置１へ戻る伝播経路である。
【００１２】
位置測定装置１と物体Ｔとの間の距離がｄ１とされ、位置測定装置１と電波散乱体Ｋとの間の距離がｄ２とされ、物体Ｔと電波散乱体Ｋとの間の距離がｄ３とされる場合では、第１経路Ｐ１を伝播することによって受信される受信信号Ｗｒの第１パルスＷｒ１は、時刻ｔ０から２ｄ１／ｃ時間経過した時刻で受信され、第２経路Ｐ２を伝播することによって受信される受信信号Ｗｒの第２パルスＷｒ２は、時刻ｔ０から（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）／ｃ時間経過した時刻で受信され、そして、第３経路Ｐ３を伝播することによって受信される受信信号Ｗｒの第３パルスＷｒ３は、時刻ｔ０から２（ｄ２＋ｄ３）／ｃ時間経過した時刻で受信される。ここで、ｃは、電波の伝播速度であり、電波の伝播媒質によって決定され、電波の伝播媒質が真空である場合では、光速である。
【００１３】
ここで、電波散乱体Ｋの形状および位置が既知であるので、距離ｄ２は、既知である。距離ｄ１および距離ｄ３は、未知であり、物体Ｔの位置を求めるためには、位置測定装置１は、これら距離ｄ１および距離ｄ３を求めればよい。
【００１４】
これら距離ｄ１および距離ｄ３を求めるために時間逆転法を適用すると、受信信号Ｗｒの波形ｆ（ｔ）を時間逆転させた受信信号ＲＷｒの波形ｆ（−ｔ）を或る１個のアンテナ（同一のアンテナ）から逆伝播させると、複数の伝播経路をそれぞれ逆伝播した、時間逆転された各受信信号ＲＷｒの各波形を重ね合わせた関数ｇ（ｔ、ｒ）は、物体Ｔの位置が真の位置Ｒｔｒｕｅ（Ｒｔｒｕｅは位置ベクトル）である場合にのみ、時刻ｔ＝−ｔ０で同位相（コヒーレント）になり、前記ｇ（ｔ、ｒ）が強め合う。
【００１５】
より具体的に説明すると、まず、受信信号Ｗｒの波形ｆ（ｔ）が時間逆転され、時間逆転された受信信号ＲＷｒの波形ｆ（−ｔ）が生成される。例えば、図１（Ｃ）に示すように、受信時刻の順に第１パルスＷｒ１、第２パルスＷｒ２および第３パルスＷｒ３から成る受信信号Ｗｒの場合では、図２（Ａ）に示すように、時間逆転すると、第３パルスＷｒ３を時間逆転した第３パルスＲＷｒ３、第２パルスＷｒ２を時間逆転した第２パルスＲＷｒ２および第１パルスＷｒ１を時間逆転した第１パルスＲＷｒ１の順に並ぶ。なお、図１および図２では、第１ないし第３パルスＷｒ１〜Ｗｒ３がピークに対して左右対称であるので、図２に示す時間逆転した第１ないし第３パルスＲＷｒ１〜Ｗｒ３は、第１ないし第３パルスＷｒ１〜Ｗｒ３とそれぞれ同じ形状になっている。
【００１６】
次に、この時間逆転された受信信号ＲＷｒを或る１個のアンテナから逆伝播させる。例えば、図１（Ａ）に示す例では、図２（Ａ）に示す時間逆転された受信信号ＲＷｒは、第１経路Ｐ１で逆伝播させると図２（Ｂ）に示すように２ｄ１／ｃだけ時間シフトし、第２経路Ｐ２で逆伝播させると図２（Ｃ）に示すように（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）／ｃだけ時間シフトし、そして、第３経路Ｐ３で逆伝播させると図２（Ｄ）に示すように２（ｄ２＋ｄ３）／ｃだけ時間シフトする。
【００１７】
そして、第１ないし第３経路Ｐ１〜Ｐ３をそれぞれ逆伝播した時間逆転された各受信信号ＲＷｒの各波形を重ね合わせた関数ｇ（ｔ、ｒ）＝ｆ（−ｔ＋（２ｄ１／ｃ））＋ｆ（−ｔ＋（（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）／ｃ））＋ｆ（−ｔ＋（２（ｄ２＋ｄ３）／ｃ））は、物体Ｔの位置が真の位置Ｒｔｒｕｅである場合にのみ、図２（Ｅ）に示すように、時刻ｔ＝−ｔ０で同位相になり、その振幅が最大となる。したがって、位置ベクトルｒを様々な値に振って前記関数ｇ（ｔ、ｒ）を求め、前記関数ｇ（ｔ、ｒ）が最大となる位置ベクトルｒを求めればよい。この位置ベクトルｒが物体Ｔの位置Ｒｔｒｕｅであり、物体Ｔの位置を表す。前記関数ｇ（ｔ、ｒ）を位置探索関数ｇ（ｔ、ｒ）と呼称することとする。
【００１８】
このように位置測定装置１は、単一の送信アンテナおよび単一の受信アンテナで物体Ｔの位置を測定することができる。
【００１９】
また、上述の位置測定装置において、前記位置演算部は、前記電波散乱体による散乱が幾何光学散乱であるとした時間逆転法によって前記物体の位置を演算することを特徴とする。この構成によれば、電波散乱体による散乱が幾何光学散乱であるとされるので、物体の位置を演算する演算処理がより単純化される。このため、前記演算処理を実行する装置の低コスト化や演算処理時間の短縮化が可能となる。
【００２０】
また、上述の位置測定装置において、前記位置演算部は、前記電波散乱体による散乱電界の解を利用した時間逆転法によって前記物体の位置を演算することを特徴とする。この構成によれば、電波散乱体による散乱電界の解が利用されるので、物体の位置をより高精度に演算することが可能となる。散乱電界の解は、近似解であってもよいが、特に、電波散乱体が導体球である場合では、厳密解が得られており、物体の位置をさらにより高精度に演算することが可能となる。
【００２１】
また、これら上述の位置測定装置において、前記電波散乱体は、複数であることを特徴とする。この構成によれば、電波散乱体が複数であるので、複数の伝播経路にはより多くの多重散乱経路が含まれることとなり、物体の位置をより高精度に演算することが可能となる。
【００２２】
また、これら上述の位置測定装置において、前記送信信号は、ＵＷＢパルスであることを特徴とする。この構成によれば、送信信号がＵＷＢパルスであるので、距離分解能の高い位置測定装置の提供が可能となる。例えば、誤差１０数ｃｍで位置測定の可能な位置測定装置の提供が可能となる。そして、より高精度に位置を測定するために、前記ＵＷＢパルスは、１周期のパルスから成るモノサイクルパルスであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にかかる位置測定装置および位置測定方法は、単一の送信アンテナおよび単一の受信アンテナで物体の位置を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２５】
（第１実施形態）
図３は、実施形態における位置測定装置の構成を示すブロック図である。図３において、位置測定装置１は、送信アンテナＡ１と、受信アンテナＡ２と、信号生成部１１と、信号受信部１２と、演算処理部１３と、インタフェース部１４と、入力部１５と、出力部１６と、記憶部１７と、バス１８とを備えて構成される。
【００２６】
送信アンテナＡ１は、信号生成部１１で生成された電気信号のパルスを電波の送信パルスに変換し、この送信パルスを送信信号として空間に放射する無指向性のアンテナである。受信アンテナＡ２は、目標の物体Ｔによって散乱される送信信号に起因する散乱波であって複数の伝播経路で伝播した散乱波を受信して電気信号の受信波に変換し、この受信波を受信信号として信号受信部１２に出力するアンテナである。
【００２７】
そして、送信アンテナＡ１は、単一のアンテナで構成され、受信アンテナＡ２も単一のアンテナで構成される。なお、図３に示す例では、送信アンテナＡ１および受信アンテナＡ２は、それぞれ別体のアンテナによって構成されているが、また兼用されて１個のアンテナによって構成されてもよい。
【００２８】
送信パルスは、電磁波のエネルギーが所定の時間範囲に集中している電波である。送信パルスにおける中心周波数ｆｔｒに対する占有帯域幅Ｂ０の比である比帯域Ｂ０／ｆｔｒが大きくなるに従って測定精度が向上する。ここで、パワースペクトルの最大値に対し−１０ｄＢとなる周波数のうちで大きい方および小さい方をそれぞれｆＨおよびｆＬとすると、中心周波数ｆｔｒは、（ｆＨ＋ｆＬ）／２であり、占有帯域幅Ｂ０は、（ｆＨ−ｆＬ）である。このような送信パルスは、例えば、米国ＦＣＣ（Federal Communications Commission）に定義されているＵＷＢ（Ultra Wide Band）のパルスがある。米国ＦＣＣの定義は、例えば、「Ｓｕｂｐａｒｔ  Ｆ−Ｕｌｔｒａ−Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  §１５．５０３  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ」［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１７年６月３日検索、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ａ２５７．ｇ．ａｋａｍａｉｔｅｃｈ．ｎｅｔ／７／２５７／２４２２／１２ｆｅｂ２００４１５００／ｅｄｏｃｋｅｔ．ａｃｃｅｓｓ．ｇｐｏ．ｇｏｖ／ｃｆｒ＿２００４／ｏｃｔｑｔｒ／ｐｄｆ／４７ｃｆｒ１５．５０３．ｐｄｆ＞に開示されている。また、送信パルスは、より測定精度を向上させる観点から、例えば後述の図６に示す１周期のパルスから成るモノサイクルパルスである。
【００２９】
送信信号に起因する散乱波には、送信アンテナＡ１から放射した送信信号が物体Ｔで反射して受信アンテナＡ２で受信される散乱波だけでなく、送信アンテナＡ１から放射した送信信号が物体Ｔを除く１または複数の他の物体で反射してから物体Ｔで反射して受信アンテナＡ２で受信される散乱波や、送信アンテナＡ１から放射した送信信号が物体Ｔで反射し、さらに物体Ｔを除く１または複数の他の物体で反射して受信アンテナＡ２で受信される散乱波や、送信アンテナＡ１から放射した送信信号が物体Ｔを除く１または複数の他の物体（第１物体）で反射してから物体Ｔで反射し、さらに物体Ｔを除く１または複数の他の物体（第２物体）で反射して受信アンテナＡ２で受信される散乱波も含まれる。前記第１物体と第２物体とは、同一であっても異なってもよい。
【００３０】
複数の伝播経路には、電波散乱体Ｋを経由した伝播経路が少なくとも１つ含まれる。電波散乱体Ｋは、電波を散乱する部材から構成されて成り、その形状および位置が既知である。電波散乱体Ｋは、電波を散乱すれば、どのような部材であってもよいが、より強い強度の散乱電波を生成することから、例えば金属等の導体であることが好ましい。また、電波散乱体Ｋの形状は、演算処理部１３における後述の位置走査部１３２の演算処理が容易となることから、例えば球等の単純な形状であることが好ましい。
【００３１】
信号生成部１１は、インタフェース部１４を介した演算処理部１３の制御に従って送信すべき送信パルスに応じた電気信号のパルスを生成し、送信アンテナＡ１に出力する。信号受信部１２は、受信アンテナＡ２から入力された受信波をＡ／Ｄ変換し、インタフェース部１４を介して受信信号として記憶部１７に記憶する。なお、信号受信部１２は、受信アンテナＡ２から入力された受信波を必要に応じて、増幅してもよい。また、送信アンテナＡ１が放射した電波を受信アンテナＡ２が直接受信する直接波は、散乱波を測定する上で不要な干渉波となるので、信号受信部１２は、Ａ／Ｄ変換前に、あるいは、Ａ／Ｄ変換後に、この直接波を除去する処理を行ってもよい。この直接波の除去処理は、目標の物体Ｔが存在しない場合における受信信号ｄ（ｔ）の波形を予め記憶しておき、ｆ（ｔ）−ｄ（ｔ＋τａ）を計算することによって直接波を除去する。ここで、ｆ（ｔ）は、散乱波の測定中における受信信号であり、τａは、ｆ（ｔ）と信号ｄ（ｔ＋τａ）との相関が最大と成る場合である。なお、受信アンテナＡ２に対し、目標の物体Ｔが送信アンテナＡ１に較べて遠方にあるために、直接波の受信時刻帯と散乱波の受信時刻帯とが時間的に分離することができる場合には、直接波の受信時刻帯は、受信信号を測定しない、あるいは、無視することによっても直接波を除去することができる。
【００３２】
インタフェース部１４は、信号生成部１１、信号受信部１２、演算処理部１３および記憶部１７の間で相互に信号を交換するためのインタフェース回路である。入力部１５は、本発明の手法により目標の物体Ｔの位置を測定する位置測定プログラムを起動するコマンドや送信パルスの送受信を指示するコマンド等の各種コマンド、および、目標の物体Ｔの位置を測定する上で必要な例えば電波散乱体Ｋの位置および形状や位置測定装置１と電波散乱体Ｋとの距離ｄ２等の各種データを位置測定装置１に入力する機器であり、例えば、キーボードやマウス等である。出力部１６は、入力部１５から入力されたコマンドやデータ、および、本位置測定装置１によって測定された物体の位置を出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００３３】
記憶部１７は、機能的に、信号受信部１２からの受信信号における波形を記憶する受信波形記憶部１７１と、受信波形記憶部１７１に記憶された受信信号を時間逆転させた受信信号の波形を記憶する時間逆転波形記憶部１７２と、位置探索関数ｇ（ｔ、ｒ）の走査結果を記憶する走査結果記憶部１７３とを備え、位置測定プログラム等の各種プログラム、および、各種プログラムの実行に必要なデータやその実行中に生じるデータ等の各種データを記憶する。記憶部１７は、例えば、演算処理部１３の所謂ワーキングメモリとなるＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性の記憶素子、ＲＯＭ（Read Only Memory）や書換え可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性の記憶素子、および、各種プログラムや各種データを格納しておくハードディスク等を備えて構成される。
【００３４】
演算処理部１３は、例えば、マイクロプロセッサおよびその周辺回路等を備えて構成され、受信アンテナＡ２で受信した受信信号の波形ｆ（ｔ）に基づいて時間逆転法によって物体Ｔの位置を演算するものである。本実施形態では、演算処理部１３は、電波散乱体Ｋによる散乱が幾何光学散乱であるとした時間逆転法によって物体Ｔの位置を演算する。演算処理部１３は、例えば、機能的に、受信信号の波形ｆ（ｔ）を時間逆転させることによって時間逆転させた受信信号の波形ｆ（−ｔ）を生成する時間逆転波形生成部１３１と、電波散乱体Ｋによる散乱が幾何光学散乱であるとして、時間逆転させた受信信号の波形ｆ（−ｔ）に基づいて物体Ｔの位置を探索する位置走査部１３２と、位置走査部１３２の探索結果を出力部１６に出力する出力処理部１３３とを備え、制御プログラムに従い信号生成部１１、信号受信部１２、インタフェース部１４、入力部１５、出力部１６および記憶部１７を当該機能に応じてそれぞれ制御する。
【００３５】
これら演算処理部１３、インタフェース部１４、入力部１５、出力部１６および記憶部１７は、信号を相互に交換することができるようにバス１８でそれぞれ接続される。
【００３６】
このような演算処理部１３、インタフェース部１４、入力部１５、出力部１６、記憶部１７およびバス１８は、例えば、コンピュータ、より具体的にはノート型やディスクトップ型等のパーソナルコンピュータ等によって構成可能である。そして、信号生成部１１、送信アンテナＡ１、受信アンテナＡ２および信号受信部１２もレーダに用いられる公知の構成によって構成可能である。
【００３７】
なお、必要に応じて位置測定装置１は、破線で示すように、外部記憶部１９をさらに備えてもよい。外部記憶部１９は、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc Recordable）、ＤＶＤ−Ｒ（Digital Versatile DiscRecordable）およびブルーレイディスク（Blu-ray Disc）等の記録媒体との間でデータを読み込みおよび／または書き込みを行う装置であり、例えば、フレキシブルディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＣＤ−Ｒドライブ、ＤＶＤ−Ｒドライブおよびブルーレイディスクドライブ等である。
【００３８】
ここで、位置測定プログラム等が格納されていない場合には、位置測定プログラム等を記録した記録媒体から外部記憶部１９を介して記憶部１７にインストールされるように構成してもよい。あるいは、取得した受信信号や推定した物体の形状を表すデータ等のデータが外部記憶部１９を介して記録媒体に記録されるように構成してもよい。
【００３９】
次に、本実施形態の動作について説明する。図４は、第１実施形態における位置測定装置の動作を示すフローチャートである。例えば、入力部１５から位置測定プログラムの起動コマンドを受け付けると、位置測定装置１は、位置測定プログラムを実行する。位置測定プログラムが実行されると、演算処理部１３に機能的に時間逆転波形生成部１３１、位置走査部１３２および出力処理部１３３が構成され、記憶部１７に機能的に受信波形記憶部１７１、時間逆転波形記憶部１７２および走査結果記憶部１７３が構成される。そして、入力部１５から物体Ｔの位置の測定を開始する開始コマンドを受け付けると、位置測定装置１は、物体Ｔの位置の測定を開始する。
【００４０】
より具体的には、図４において、まず、位置測定装置１は、演算処理部１３の制御によって、信号生成部１１で送信パルスに応じた電気信号のパルスを生成し、送信アンテナＡ１でこの電気信号のパルスを電波の送信パルスに変換し、この送信パルスを送信信号として空間に放射する（Ｓ１１）。
【００４１】
空間に放射された送信パルスは、時間経過に従って空間を伝播し、目標の物体Ｔや電波散乱体Ｋで散乱される。散乱波は、様々な伝播経路を辿って受信アンテナＡ２に到達する。
【００４２】
位置測定装置１は、演算処理部１３の制御によって、受信アンテナＡ２でこの散乱波を受信して電気信号の受信波に変換し、信号受信部１２でこの受信波をＡ／Ｄ変換し、インタフェース部１４を介して受信信号として記憶部１７の受信波形記憶部１７１に記憶する（Ｓ１２）。例えば、予め設定された所定のサンプリング周期で受信信号がサンプリングされ、サンプリングされた順で受信波形記憶部１７１として割り当てられた記憶領域へアドレス順に記憶される。例えば、サンプリング時刻ＳＴＳでサンプリングされた受信信号の強度（レベル）ＲＰＳがアドレスａｄｄＳに記憶される。
【００４３】
例えば、送信パルスを送信してから予め設定された所定の時間が経過すると、位置測定装置１は、受信信号（散乱波）の波形ｆ（ｔ）に基づいて時間逆転法によって物体Ｔの位置を演算する。前記所定の時間は、例えば、散乱波を受信するために充分な時間であり、例えば送信パルスの送信パワー、受信アンテナＡ２の受信感度および物体Ｔを探索する位置測定装置１のレンジ等に応じて適宜に設定される。また例えば、入力部１５から物体Ｔの位置の出力を指示する出力コマンドを受け付けると、位置測定装置１は、受信信号（散乱波）の波形ｆ（ｔ）に基づいて時間逆転法によって物体Ｔの位置を演算する。
【００４４】
より具体的には、まず、演算処理部１３の時間逆転波形生成部１３１は、受信波形記憶部１７１に記憶されている受信信号の波形ｆ（ｔ）を時間逆転させ、時間逆転させた受信信号の波形ｆ（−ｔ）を生成し、生成した時間逆転した受信信号の波形ｆ（−ｔ）を時間逆転波形記憶部１７２に記憶する（Ｓ１３）。時間逆転した受信信号は、例えば、上述のように受信信号が受信波形記憶部１７１に記憶されている場合には、受信波形記憶部１７１の記憶領域へ最後に記憶したアドレスから最初に記憶したアドレスまで順に受信信号を読み出すことによって生成される。例えば、受信信号の各強度（レベル）ＲＰＳ（Ｓ＝１〜Ｑ）がアドレスａｄｄ１からアドレスａｄｄＱまで順に記憶されている場合には、アドレスａｄｄＱからアドレスａｄｄ１まで順に、受信信号の各強度（レベル）ＲＰＳ（Ｓ＝１〜Ｑ）を読み出すことによって（記憶順とは逆順に読み出されることによって）、時間逆転した受信信号の波形ｆ（−ｔ）が生成される。
【００４５】
次に、演算処理部１３の位置走査部１３２は、電波散乱体Ｋによる散乱が幾何光学散乱であるとして、時間逆転させた受信信号の波形ｆ（−ｔ）に基づいて物体Ｔの位置を探索する。
【００４６】
より具体的には、位置走査部１３２は、まず、時間逆転させた受信信号の波形ｆ（−ｔ）に基づいて位置探索関数ｇ（ｔ、ｒ）を生成する（Ｓ１４）。位置探索関数ｇ（ｔ、ｒ）は、散乱波の複数の伝播経路Ｌのうちにおける物体Ｔの位置の演算に使用される複数の伝播経路Ｍのそれぞれについて、時間逆転させた受信信号の波形ｆ（−ｔ）を伝播経路の伝播時間αＮ（Ｎ＝１〜Ｍ）だけシフトし、これらシフトした各波形ｆ（−ｔ＋αＮ）の和を取ったものである。ここで、物体Ｔの位置の演算に使用される複数の伝播経路Ｍには、電波散乱体Ｋを経由した伝播経路が少なくとも１つ含まれる。ｔは、時刻であり、送信パルスを送信アンテナＡ１から空間に放射された時刻ｔ０（＝０）とされ、ｒは、位置ベクトルである。図１に示す場合では、上述したように、位置探索関数ｇ（ｔ、ｒ）＝ｆ（−ｔ＋（２ｄ１／ｃ））＋ｆ（−ｔ＋（（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）／ｃ））＋ｆ（−ｔ＋（２（ｄ２＋ｄ３）／ｃ））となる。
【００４７】
次に、位置走査部１３２は、位置ベクトルのｒを予め設定された所定の範囲で様々な値に振って位置探索関数ｇ（ｔ０、ｒ）（ｔ＝ｔ０＝０）を算出し、この算出結果の値を記憶部１７の探索結果記憶部１７３に記憶する（Ｓ１５）。前記所定の範囲は、例えば、物体Ｔを探索する位置測定装置１のレンジ等に応じて適宜に設定される。
【００４８】
次に、位置走査部１３２は、前記所定の範囲内における全ての位置ベクトルｒについて位置探索関数ｇ（ｔ０、ｒ）を算出したか否かを判断する（Ｓ１６）。この判断の結果、全ての位置ベクトルｒについて位置探索関数ｇ（ｔ０、ｒ）を算出した場合（Ｙｅｓ）には、処理Ｓ１７が実行され、一方、全ての位置ベクトルｒについて位置探索関数ｇ（ｔ０、ｒ）を算出していない場合（Ｎｏ）には、処理が処理Ｓ１４に戻される。
【００４９】
処理Ｓ１７では、演算処理部１３の出力処理部１３３は、物体Ｔの位置を出力すべく、走査結果記憶部１７３に記憶されている位置探索関数ｇ（ｔ、ｒ）の各値をそれぞれ各位置ベクトルｒに対応付けて出力部１６に出力する。そして、物体Ｔの位置の測定処理が終了される。
【００５０】
本実施形態にかかる位置測定装置１では、このように動作するので、単一の送信アンテナＡ１および単一の受信アンテナＡ２で物体Ｔの位置を測定することができる。また、この位置測定装置１では、電波散乱体Ｋによる散乱が幾何光学散乱であるとした時間逆転法によって物体Ｔの位置が演算される。このため、物体Ｔの位置を演算する演算処理がより単純化される。したがって、この演算処理を実行する演算処理部１３の低コスト化や演算処理時間の短縮化が可能となる。
【００５１】
本実施形態にかかる位置測定装置１による物体Ｔの位置測定をシミュレーションした一結果について、以下に、説明する。
【００５２】
図５は、シミュレーションにおける電波散乱体および目標の物体を示す図である。図６は、シミュレーションにおける送信パルスの波形を示す図である。図５の横軸は、時間（Ｔｉｍｅ）／波長（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、その縦軸は、振幅である。図７は、シミュレーションにおける受信信号の波形を示す図である。図７の横軸は、ナノ秒（ｎｓ）単位で表す時間（Ｔｉｍｅ）であり、その縦軸は、振幅である。後述の図１０および図１４も同様である。図８は、ｘｙ平面における位置探索関数の各値を示す図である。図８の横軸は、ｘ軸であり、その縦軸は、ｙ軸である。位置探索関数の大きさは、階調によって表されており、白から黒くなるに従って位置探索関数の大きさが大きくなる。図１１には、目標の物体Ｔの真の位置が●で表示されている。また、図８には、目標の物体Ｔの真の位置が●で表示されている。後述の図１１、図１５、図１７および図１８も同様である。
【００５３】
本シミュレーションでは、図５に示すように、電波散乱体Ｋは、半径２０ｃｍの導体球であり、その中心が座標原点（０、０、０）に設定される。目標の物体Ｔは、半径１ｃｍの微小な導体球であり、その中心が座標（４０、４０、０）となるように配置される。なお、位置測定装置１にとって、目標の物体Ｔにおけるこれら諸元は、未知である。また、単一の送信アンテナＡ１および単一の受信アンテナＡ２は、兼用されており、送受信に同一のアンテナ（送受信アンテナＡ）が用いられる（モノスタティックレーダ）。この送受信アンテナＡは、座標（０、４５、０）に配置される。電波の電波媒質は、真空の自由空間である。
【００５４】
そして、本シミュレーションでは、この送受信アンテナＡは、図６に示すように、中心周波数３ＧＨｚで波長１０ｃｍのモノサイクルパルスである送信パルスＷｓを送信すると、図７に示す波形の受信信号Ｗｒが受信される。送信パルスＷｓに起因する散乱波の伝播経路には、上述したように、第１ないし第３経路Ｐ１〜Ｐ３の３個の経路があることから、受信信号Ｗｒには、包絡線で見ると、これら第１ないし第３経路Ｐ１〜Ｐ３にそれぞれ対応する第１ないし第３パルスＷｒ１〜Ｗｒ３が含まれている。なお、この受信信号は、電波伝播の時間領域における数値計算手法として一般的に知られているＦＤＴＤ法によって求められた。ＦＤＴＤ法は、マクスウェル方程式を離散化して磁界と電界とを交互に求めることによって、電磁界の時間変化を算出する手法である。
【００５５】
この図７に示す受信信号の波形ｆ（ｔ）に基づいて、電波散乱体Ｋによる散乱が幾何光学散乱であるとした時間逆転法によって物体Ｔの位置を演算した結果を図８に示す。図８は、各位置ベクトルｒにおいて、それぞれ求められたｘｙ平面における各位置探索関数ｇ（０、ｒ）の値を示している。
【００５６】
図８から分かるように、目標の物体Ｔの真の位置に位置探索関数ｇ（０、ｒ）のピークが現れており、上述の構成および動作の位置測定装置１によって目標の物体Ｔの位置を測定することができることが理解される。
【００５７】
次に、別の実施形態について説明する。
【００５８】
（第２実施形態）
第１実施形態では、１個の電波散乱体Ｋを用いることによって目標の物体Ｔの位置が測定されたが、第２実施形態では、複数の電波散乱体Ｋを用いることによって目標の物体Ｔの位置が測定される。これによって散乱波の伝播経路の個数が１個の電波散乱体Ｋの場合に較べて多くなり、目標の物体Ｔの位置をより高精度に演算することが可能となる。
【００５９】
したがって、第２実施形態では、位置探索関数ｇ（ｔ、ｒ）が第１実施形態の場合と異なるだけであり、第２実施形態にかかる位置測定装置１の構成および動作は、第１実施形態にかかる位置測定装置１の構成および動作と同様であるので、その説明を省略する。
【００６０】
本実施形態にかかる位置測定装置１による物体Ｔの位置測定をシミュレーションした一結果について、以下に、説明する。
【００６１】
図９は、シミュレーションにおける複数の電波散乱体および目標の物体を示す図である。図１０は、シミュレーションにおける受信信号の波形を示す図である。図１１は、ｘｙ平面における位置探索関数の各値を示す図である。
【００６２】
本シミュレーションでは、図９に示すように、電波散乱体Ｋは、第１ないし第４電波散乱体Ｋ１〜Ｋ４によって構成されている。第１ないし第４電波散乱体Ｋ１〜Ｋ４は、半径５ｃｍの導体球である。第１電波散乱体Ｋ１の中心が座標（３０、３０、１０）に設定され、第２電波散乱体Ｋ２の中心が座標（−１０、−１０、３０）となるように配置され、第３電波散乱体Ｋ３の中心が座標（５０、０、−２０）となるように配置され、そして、第４電波散乱体Ｋ４の中心が座標（−１０、１０、−１０）となるように配置される。目標の物体Ｔは、半径０．５ｃｍの微小な導体球であり、その中心が座標（０、−１０、０）となるように配置される。なお、位置測定装置１にとって、目標の物体Ｔにおけるこれら諸元は、未知である。また、第１実施形態のシミュレーションと同様に、モノスタティックレーダが採用されており、送受信アンテナＡは、座標原点（０、０、０）に配置される。電波の電波媒質は、真空の自由空間である。
【００６３】
なお、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００６４】
そして、本シミュレーションでも、送受信アンテナＡは、図６に示す中心周波数３ＧＨｚで波長１０ｃｍのモノサイクルパルスである送信パルスＷｓを送信すると、図１０に示す波形の受信信号Ｗｒが受信される。
【００６５】
複数の伝播経路には、例えば複数の電波散乱体Ｋを経由する経路等の様々な経路が含まれているが、そのうちにおいて、第１ないし第４電波散乱体Ｋ１〜Ｋ４のそれぞれについて第１ないし第３経路Ｐ１〜Ｐ３（１個の電波散乱体Ｋを経由する経路）が採用され、合計１２個の伝播経路が目標の物体Ｔの位置の測定に用いられる。
【００６６】
この図１０に示す受信信号の波形ｆ（ｔ）に基づいて、電波散乱体Ｋによる散乱が幾何光学散乱であるとした時間逆転法によって物体Ｔの位置を演算した結果を図１１に示す。図１１は、各位置ベクトルｒにおいて、それぞれ求められたｘｙ平面における各位置探索関数ｇ（０、ｒ）の値を示している。
【００６７】
図１１から分かるように、目標の物体Ｔの真の位置付近に位置探索関数ｇ（０、ｒ）の最大のピークが現れており、上述の構成および動作の位置測定装置１によって目標の物体Ｔの位置を測定することができることが理解される。
【００６８】
また、第１実施形態では、図８から分かるように、目標の物体Ｔの真の位置以外にも位置探索関数ｇ（０、ｒ）のピークが虚像として現れており、目標の物体Ｔの位置を誤推定する場合があるが、第２実施形態では、図１１から分かるように、目標の物体Ｔの真の位置付近に位置探索関数ｇ（０、ｒ）の最大のピークが現れており、位置の誤推定が軽減され、より高精度に目標の物体Ｔの位置を測定することができる。
【００６９】
次に、別の実施形態について説明する。
【００７０】
（第３実施形態）
第１および第２実施形態では、電波散乱体Ｋによる散乱が幾何光学散乱であるとした時間逆転法によって物体Ｔの位置を演算したが、第３実施形態では、電波散乱体Ｋによる散乱電界の解を利用した時間逆転法によって物体Ｔの位置を演算するものである。したがって、第３実施形態にかかる位置測定装置１の構成および動作は、演算処理部１３の位置走査部１３２が第１および第２実施形態にかかる位置測定装置１と異なる点を除き、第１および第２実施形態にかかる位置測定装置１の構成および動作と同様であるので、その説明を省略する。
【００７１】
第３実施形態の位置測定装置１における演算処理部１３は、電波散乱体Ｋによる散乱電界の解を利用した時間逆転法によって物体Ｔの位置を演算するものであり、その位置走査部１３２は、電波散乱体Ｋによる散乱電界の解を利用して、時間逆転させた受信信号の波形ｆ（−ｔ）に基づいて物体Ｔの位置を探索するものである。散乱電界の解は、近似解であってもよいが、特に、電波散乱体Ｋが導体球である場合では、厳密解が得られており、物体Ｔの位置をさらにより高精度に演算することが可能となる。
【００７２】
次に、本実施形態の動作について説明する。図１２は、第３実施形態における位置測定装置の動作を示すフローチャートである。例えば、第１および第２実施形態と同様に、入力部１５から位置測定プログラムの起動コマンドを受け付け、そして、入力部１５から物体Ｔの位置の測定を開始する開始コマンドを受け付けると、位置測定装置１は、物体Ｔの位置の測定を開始する。
【００７３】
より具体的には、図１２において、まず、位置測定装置１は、処理Ｓ１１と同様に、演算処理部１３の制御によって、信号生成部１１で送信パルスに応じた電気信号のパルスを生成し、送信アンテナＡ１でこの電気信号のパルスを電波の送信パルスに変換し、この送信パルスを送信信号として空間に放射する（Ｓ２１）。
【００７４】
空間に放射された送信パルスは、時間経過に従って空間を伝播し、目標の物体Ｔや１または複数の電波散乱体Ｋで散乱される。散乱波は、様々な伝播経路を辿って受信アンテナＡ２に到達する。
【００７５】
位置測定装置１は、処理Ｓ１２と同様に、演算処理部１３の制御によって、受信アンテナＡ２でこの散乱波を受信して電気信号の受信波に変換し、信号受信部１２でこの受信波をＡ／Ｄ変換し、インタフェース部１４を介して受信信号として記憶部１７の受信波形記憶部１７１に記憶する（Ｓ２２）。
【００７６】
そして、例えば、第１および第２実施形態と同様に、所定の時間の経過や出力コマンドの受付によって、位置測定装置１は、受信信号（散乱波）の波形ｆ（ｔ）に基づいて時間逆転法によって物体Ｔの位置を演算する。
【００７７】
より具体的には、まず、演算処理部１３の時間逆転波形生成部１３１は、処理Ｓ１３と同様に、受信波形記憶部１７１に記憶されている受信信号の波形ｆ（ｔ）を時間逆転させ、時間逆転させた受信信号の波形ｆ（−ｔ）を生成し、生成した時間逆転した受信信号の波形ｆ（−ｔ）を時間逆転波形記憶部１７２に記憶する（Ｓ２３）。
【００７８】
次に、演算処理部１３の位置走査部１３２は、電波散乱体Ｋによる散乱電界の解を利用して、時間逆転させた受信信号の波形ｆ（−ｔ）に基づいて物体Ｔの位置を探索する。
【００７９】
この演算は、時間領域ｔで実行されてもよいが、本実施形態では、計算の簡単化や演算時間の短縮化等のために、この演算は、以下のように、周波数領域ωで実行される。
【００８０】
より具体的には、位置走査部１３２は、まず、時間逆転させた受信信号の波形ｆ（−ｔ）をフーリエ変換し、周波数領域ωにおける時間逆転させた受信信号の波形Ｆ（ω）を生成する（Ｓ２４）。
【００８１】
次に、位置走査部１３２は、散乱波の複数の伝播経路Ｌのうちにおける物体Ｔの位置の演算に使用される複数の伝播経路Ｍのそれぞれについて、電波散乱体Ｋによる散乱電界の解を利用することによって伝達関数Ｈ（ω、ｒ）を生成する（Ｓ２５）。ここで、物体Ｔの位置の演算に使用される複数の伝播経路Ｍには、電波散乱体Ｋを経由した伝播経路が少なくとも１つ含まれる。
【００８２】
次に、位置走査部１３２は、周波数領域ωにおける時間逆転させた受信信号の波形Ｆ（ω）と、散乱波の複数の伝播経路Ｌのうちにおける物体Ｔの位置の演算に使用される複数の伝播経路Ｍのそれぞれの伝達関数Ｈ（ω、ｒ）とを掛け合わせることによって、周波数領域ωにおける位置探索関数Ｇ（ω、ｒ）＝Ｆ（ω）・Ｈ（ω、ｒ）を生成する（Ｓ２６）。
【００８３】
次に、周波数領域ωから時間領域ｔに戻すべく、位置走査部１３２は、周波数領域ωにおける位置探索関数Ｇ（ω、ｒ）を逆フーリエ変換し、時間領域ｔにおける位置探索関数ｇ（ｔ、ｒ）を生成する（Ｓ２７）。ｔは、時刻であり、送信パルスを送信アンテナＡ１から空間に放射された時刻ｔ０（＝０）とされ、ｒは、位置ベクトルである。
【００８４】
次に、位置走査部１３２は、処理Ｓ１５と同様に、位置ベクトルのｒを予め設定された所定の範囲で様々な値に振って位置探索関数Ｇ（ｔ０、ｒ）（ｔ＝ｔ０＝０）を算出し、この算出結果の値を記憶部１７の探索結果記憶部１７３に記憶する（Ｓ２８）。
【００８５】
次に、位置走査部１３２は、処理Ｓ１６と同様に、前記所定の範囲内における全ての位置ベクトルｒについて位置探索関数ｇ（ｔ０、ｒ）を算出したか否かを判断する（Ｓ２９）。この判断の結果、全ての位置ベクトルｒについて位置探索関数ｇ（ｔ０、ｒ）を算出した場合（Ｙｅｓ）には、処理Ｓ３０が実行され、一方、全ての位置ベクトルｒについて位置探索関数ｇ（ｔ０、ｒ）を算出していない場合（Ｎｏ）には、処理が処理Ｓ２５に戻される。
【００８６】
処理Ｓ３０では、処理Ｓ１７と同様に、演算処理部１３の出力処理部１３３は、物体Ｔの位置を出力すべく、走査結果記憶部１７３に記憶されている位置探索関数ｇ（ｔ、ｒ）の各値をそれぞれ各位置ベクトルｒに対応付けて出力部１６に出力する。そして、物体Ｔの位置の測定処理が終了される。
【００８７】
本実施形態にかかる位置測定装置１では、このようなに動作するので、単一の送信アンテナＡ１および単一の受信アンテナＡ２で物体Ｔの位置を測定することができる。また、この位置測定装置１では、電波散乱体Ｋによる散乱電界の解が利用される。このため、物体Ｔの位置をより高精度に演算することが可能となる。また、電波散乱体Ｋが導体球とされる場合では、その厳密解が得られていることから、物体Ｔの位置をさらにより高精度に演算することが可能となる。
【００８８】
本実施形態にかかる位置測定装置１による物体Ｔの位置測定をシミュレーションした一結果について、以下に、説明する。
【００８９】
図１３は、シミュレーションにおける複数の電波散乱体および目標の物体を示す図である。図１４は、第１座標に目標の物体がある場合におけるシミュレーションの受信信号の波形を示す図である。図１５は、ｘｙ平面における位置探索関数の各値を示す図である。図１５（Ａ）は、第１座標Ｃ１に目標の物体Ｔがある場合の結果を示し、図１５（Ｂ）は、第２座標Ｃ２に目標の物体Ｔがある場合の結果を示し、図１５（Ｃ）は、第３座標Ｃ３に目標の物体Ｔがある場合の結果を示し、図１５（Ｄ）は、第４座標Ｃ４に目標の物体Ｔがある場合の結果を示し、そして、図１５（Ｅ）は、第５座標Ｃ５に目標の物体Ｔがある場合の結果を示す。
【００９０】
本シミュレーションでは、図１３に示すように、電波散乱体Ｋは、第１ないし第３電波散乱体Ｋ１〜Ｋ３によって構成されている。第１ないし第３電波散乱体Ｋ１〜Ｋ３は、半径３ｃｍの導体球である。第１電波散乱体Ｋ１の中心が座標原点（−７、２、０）に設定され、第２電波散乱体Ｋ２の中心が座標（２、−７、０）となるように配置され、そして、第３電波散乱体Ｋ３の中心が座標（８、−４、０）となるように配置される。目標の物体Ｔは、半径０．５ｃｍの微小な導体球である。第１の場合では、目標の物体Ｔは、その中心が座標Ｃ１（−３５、６０、０）となるように配置される。第２の場合では、目標の物体Ｔは、その中心が座標Ｃ２（−１５、５０、０）となるように配置される。第３の場合では、目標の物体Ｔは、その中心が座標Ｃ３（２、６９、０）となるように配置される。第４の場合では、目標の物体Ｔは、その中心が座標Ｃ４（３５、６０、０）となるように配置される。そして、第５の場合では、目標の物体Ｔは、その中心が座標Ｃ５（４０、３３、０）となるように配置される。なお、位置測定装置１にとって、目標の物体Ｔにおけるこれら諸元は、未知である。また、第１実施形態のシミュレーションと同様に、モノスタティックレーダが採用されており、送受信アンテナＡは、座標原点（０、０、０）に配置される。電波の電波媒質は、真空の自由空間である。
【００９１】
そして、本シミュレーションでも、送受信アンテナＡは、図６に示す中心周波数３ＧＨｚで波長１０ｃｍのモノサイクルパルスである送信パルスＷｓを送信すると、例えば、第１の場合では、図１４に示す波形の受信信号Ｗｒが受信される。
【００９２】
複数の伝播経路には、例えば複数の電波散乱体Ｋを経由する経路等の様々な経路が含まれているが、そのうちにおいて、第１ないし第３電波散乱体Ｋ１〜Ｋ３のそれぞれについて第１ないし第３経路Ｐ１〜Ｐ３（１個の電波散乱体Ｋを経由する経路）が採用され、合計９個の伝播経路が目標の物体Ｔの位置の測定に用いられる。
【００９３】
第１ないし第５の各場合について、受信信号の波形ｆ（ｔ）に基づいて、電波散乱体Ｋによる散乱電界の解を利用した時間逆転法によって物体Ｔの位置を演算した結果を図１５に示す。図１５の各図は、各位置ベクトルｒにおいて、それぞれ求められたｘｙ平面における各位置探索関数ｇ（０、ｒ）の値を示している。
【００９４】
図１５の各図から分かるように、目標の物体Ｔの真の位置付近に位置探索関数ｇ（０、ｒ）の略最大のピークが現れており、上述の構成および動作の位置測定装置１によって目標の物体Ｔの位置を測定することができることが理解される。
【００９５】
また、図１５の各図と図８および図１１と比較すると分かるように、虚像は、第１および第２実施形態に較べて減少しており、位置の誤推定が軽減され、より高精度に目標の物体Ｔの位置を測定することができる。
【００９６】
次に、第２および第３実施形態と比較例との比較結果について説明する。図１６は、比較例における複数のアンテナおよび目標の物体を示す図である。図１７は、第１座標Ｃ１に目標の物体Ｔがある場合におけるｘｙ平面の位置探索関数の各値を示す図である。図１７（Ａ）は、第２実施形態の場合を示し、図１７（Ｂ）は、第３実施形態の場合を示し、そして、図１７（Ｃ）は、比較例の場合を示す。図１８は、第２座標Ｃ２に目標の物体Ｔがある場合におけるｘｙ平面の位置探索関数の各値を示す図である。図１８（Ａ）は、第２実施形態の場合を示し、図１８（Ｂ）は、第３実施形態の場合を示し、そして、図１８（Ｃ）は、比較例の場合を示す。
【００９７】
比較例では、図１６に示すように、第２および第３実施形態における複数の電波散乱体Ｋの代わりに、それぞれアンテナが置かれ、４個のアレイアンテナで送受信アンテナが構成される。したがって、目標の物体Ｔに対する位置測定精度は、「第２実施形態の場合＜第３実施形態の場合＜比較例の場合」と予想される。
【００９８】
図１７および図１８から分かるように、目標の物体Ｔに対する位置測定精度は、「第２実施形態の場合＜第３実施形態の場合」であるが、第３実施形態の場合と比較例の場合とを較べると、第３実施形態の場合では虚像が現れているものの、目標の物体Ｔに対する位置測定精度は、「第３実施形態の場合≒比較例の場合」であることが分かる。
【００９９】
以上、説明したように、第１ないし第３実施形態にかかる位置測定装置１では、単一の送信アンテナＡ１および単一の受信アンテナＡ２で物体Ｔの位置を測定することができる。このため、アレイアンテナの場合のように、複数の送信アンテナ間の位置（距離）や複数の受信アンテナ間の位置（距離）を正確にそれぞれ固定する必要がなく、また、送信アンテナおよび受信アンテナの小型化が可能となり、位置測定装置１の小型化やコストダウンも可能となる。特に、小型化が可能であるので、ロボット、車両、船舶および航空機等の移動体に位置測定装置１を容易に取り付けることができる。このため、移動体は、周囲の物体の位置を認識することができ、特に、移動体を自動走行させる場合に、有利である。
【０１００】
なお、演算処理部１３の位置走査部１３２で用いられる計算手法は、第１ないし第３実施形態で用いられた計算手法に限定されるものではなく、例えばＦＤＴＤ法やモーメント法等の他の電磁界計算手法が用いられてもよい。
【０１０１】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の基本的な考え方を説明するための図（その１）である。
【図２】本発明の基本的な考え方を説明するための図（その２）である。
【図３】実施形態における位置測定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態における位置測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】シミュレーションにおける電波散乱体および目標の物体を示す図である。
【図６】シミュレーションにおける送信パルスの波形を示す図である。
【図７】シミュレーションにおける受信信号の波形を示す図である。
【図８】ｘｙ平面における位置探索関数の各値を示す図である。
【図９】シミュレーションにおける複数の電波散乱体および目標の物体を示す図である。
【図１０】シミュレーションにおける受信信号の波形を示す図である。
【図１１】ｘｙ平面における位置探索関数の各値を示す図である。
【図１２】第３実施形態における位置測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】シミュレーションにおける複数の電波散乱体および目標の物体を示す図である。
【図１４】第１座標に目標の物体がある場合におけるシミュレーションの受信信号の波形を示す図である。
【図１５】ｘｙ平面における位置探索関数の各値を示す図である。
【図１６】比較例における複数のアンテナおよび目標の物体を示す図である。
【図１７】第１座標Ｃ１に目標の物体Ｔがある場合におけるｘｙ平面の位置探索関数の各値を示す図である。
【図１８】第２座標Ｃ２に目標の物体Ｔがある場合におけるｘｙ平面の位置探索関数の各値を示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｓ  位置測定システム
Ａ１  送信アンテナ
Ａ２  受信アンテナ
Ｋ  電波散乱体
Ｔ  目標の物体
１  位置測定装置
１１  信号生成部
１２  信号受信部
１３  演算処理部
１６  出力部
１７  記憶部
１３１  時間逆転波形生成部
１３２  位置走査部
１３３  出力処理部
１７１  受信波形記憶部
１７２  時間逆転波形記憶部
１７３  走査結果記憶部
【図１】
2009204572.tif 000003
【図２】
2009204572.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図８】
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【図１１】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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