(57)【要約】【課題】測位目標が放射する電波を複数の移動体で受信しこれらの間で生成される到来時間差、到来周波数差を用いて目標の位置を特定する測位精度のよい測位システムを得る。【解決手段】位置が未知な電波放射源１が放射する電波を受信して観測する受信手段を搭載した少なくとも２つの移動プラットフォーム３ａ，３ｂと、各移動プラットフォームからの観測情報の受信信号、移動ベクトル情報及び位置情報から受信信号の到来時間差及び到来周波数差を求め電波放射源の位置を標定する信号処理手段３５と、各移動プラットフォームからの観測情報の移動ベクトル情報に基づき各移動プラットフォームにおける次の観測における最適移動方向及び最適移動速度を計算し各移動プラットフォームへそれぞれの計算結果を送り、各移動プラットフォームへ同期した移動観測を行わせる最適移動ベクトル計算手段３６と、を備える。【選択図】図５
2009250865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置が未知である電波放射源が放射する電波を受信して観測する受信手段、自らの位置を測定する自測位手段、他の無線通信手段と無線通信を行う無線通信手段、移動のための移動手段、信号処理手段、及び最適移動ベクトル計算手段、を含む１つの第１の移動プラットフォームと、
前記電波放射源が放射する電波を受信して観測する受信手段、自らの位置を測定する自測位手段、他の無線通信手段と無線通信を行う無線通信手段、及び移動のための移動手段
を含む少なくとも１つの第２の移動プラットフォームと、
を備え、
前記各第２の移動プラットフォームでは、前記無線通信手段が、前記受信手段が受信した受信信号に前記移動手段の移動プラットフォームの移動方向と移動速度を示す移動ベクトル情報及び自測位手段で測定した移動プラットフォームの位置情報を付加して観測情報として前記第１の移動プラットフォームに送信し、
前記第１の移動プラットフォームでは、前記信号処理手段が、前記各第２の移動プラットフォームから送られてきた前記観測情報、第１の移動プラットフォームの前記受信手段が受信した受信信号、前記移動手段の移動プラットフォームの移動方向と移動速度を示す移動ベクトル情報及び前記自測位手段の位置情報から、受信信号の到来時間差及び到来周波数差を求め前記電波放射源の位置を標定し、
前記最適移動ベクトル計算手段が、前記第１の移動プラットフォーム及び各第２の移動プラットフォームでの前記移動ベクトル情報に基づいて、第１及び各第２の移動プラットフォームの次の観測における最適移動方向及び最適移動速度を計算し、前記無線通信手段が前記各第２の移動プラットフォームへそれぞれの計算結果を送り、各第２の移動プラットフォームが同期した移動観測を行う、
ことを特徴とする測位システム。
【請求項２】
位置が未知である電波放射源が放射する電波を受信して観測する受信手段、自らの位置を測定する自測位手段、他の無線通信手段と無線通信を行う無線通信手段、及び移動のための移動手段を含む少なくとも２つの移動プラットフォームと、
信号処理手段、最適移動ベクトル計算手段、及び他の無線通信手段と無線通信を行う無線通信手段を含む信号処理用移動プラットフォーム又は固定監視局と、
を備え、
前記各移動プラットフォームでは、前記無線通信手段が、前記受信手段が受信した受信信号に前記移動手段の移動プラットフォームの移動方向と移動速度を示す移動ベクトル情報及び自測位手段で測定した移動プラットフォームの位置情報を付加して観測情報として前記信号処理用移動プラットフォーム又は固定監視局に送信し、
前記信号処理用移動プラットフォーム又は固定監視局では、前記無線通信手段が各移動プラットフォームでの前記観測情報を受け、前記信号処理手段が各移動プラットフォームからの前記観測情報の受信信号、移動ベクトル情報及び位置情報から受信信号の到来時間差及び到来周波数差を求め前記電波放射源の位置を標定し、前記最適移動ベクトル計算手段が、各移動プラットフォームから送られてきた前記観測情報の移動ベクトル情報に基づいて、前記各移動プラットフォームにおける次の観測における最適移動方向及び最適移動速度を計算し、前記無線通信手段が各移動プラットフォームへそれぞれの計算結果を送り、各移動プラットフォームへ同期した移動観測を行わせる、
ことを特徴とする測位システム。
【請求項３】
最適移動ベクトル計算手段が、電波放射源位置付近で等到来時間差線と等到来周波数差線が直交状態に近くなるように前記最適移動方向及び最適移動速度を計算することを特徴とする請求項１又は２に記載の測位システム。
【請求項４】
各移動プラットフォームの移動観測可能な範囲に制約がある状況において、最適移動ベクトル計算手段が、各移動プラットフォームそれぞれの最適移動方向および最適移動速度を計算することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の測位システム。
【請求項５】
位置が未知である電波放射源が放射する電波を受信して観測する受信手段、自らの位置を測定する自測位手段と、他の無線通信手段と無線通信を行う無線通信手段、移動のための移動手段、信号処理手段、及び最適移動ベクトル計算手段と、を含む１つの第１の移動プラットフォームと、
前記電波放射源が放射する電波を受信して観測する受信手段、自らの位置を測定する自測位手段と、他の無線通信手段と無線通信を行う無線通信手段、及び移動のための移動手段を含む少なくとも１つの第２の移動プラットフォームと、
を備えた測位システムにおいて、
前記各第２の移動プラットフォームで、前記無線通信手段が、前記受信手段が受信した受信信号に前記移動手段の移動プラットフォームの移動方向と移動速度を示す移動ベクトル情報及び自測位手段で測定した移動プラットフォームの位置情報を付加して観測情報として前記第１の移動プラットフォームに送信する工程と、
前記第１の移動プラットフォームで、
前記信号処理手段が、前記各第２の移動プラットフォームから送られてきた前記観測情報と、第１の移動プラットフォームでの前記受信手段が受信した受信信号、前記移動手段の移動プラットフォームの移動方向と移動速度を示す移動ベクトル情報及び前記自測位手段の位置情報から、受信信号の到来時間差及び到来周波数差を求め前記電波放射源の位置を標定する工程と、
前記最適移動ベクトル計算手段が、前記第１の移動プラットフォーム及び各第２の移動プラットフォームでの前記移動ベクトル情報に基づいて、第１及び各第２の移動プラットフォームの次の観測における最適移動方向及び最適移動速度を計算し、前記無線通信手段が前記各第２の移動プラットフォームへそれぞれの計算結果を送る工程と、
を備え、各第２の移動プラットフォームへ同期した移動観測を行わせることを特徴とする測位方法。
【請求項６】
位置が未知である電波放射源が放射する電波を受信して観測する受信手段、自らの位置を測定する自測位手段と、他の無線通信手段と無線通信を行う無線通信手段、及び移動のための移動手段を含む少なくとも２つの移動プラットフォームと、
信号処理手段、最適移動ベクトル計算手段、及び他の無線通信手段と無線通信を行う無線通信手段を含む信号処理用移動プラットフォーム又は固定監視局と、
を備えた測位システムにおいて、
前記各移動プラットフォームにおいて、前記無線通信手段が、前記受信手段が受信した受信信号に前記移動手段の移動プラットフォームの移動方向と移動速度を示す移動ベクトル情報及び自測位手段で測定した移動プラットフォームの位置情報を付加して観測情報として前記信号処理用移動プラットフォーム又は固定監視局に送信する工程と、
前記信号処理用移動プラットフォーム又は固定監視局において、
前記無線通信手段が各移動プラットフォームでの前記観測情報を受け、前記信号処理手段が各移動プラットフォームからの前記観測情報の受信信号、移動ベクトル情報及び位置情報から受信信号の到来時間差及び到来周波数差を求め前記電波放射源の位置を標定する工程と、
前記最適移動ベクトル計算手段が、各移動プラットフォームから送られてきた前記観測情報の移動ベクトル情報に基づいて、前記各移動プラットフォームにおける次の観測における最適移動方向及び最適移動速度を計算し、前記無線通信手段が各移動プラットフォームへそれぞれの計算結果を送る工程と、
を備え、各移動プラットフォームへ同期した移動観測を行わせることを特徴とする測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、未知である電波放射源の位置を、自らは電波を放射することなくパッシブに測位標定するレーダ装置及び電波監視装置などからなる測位システム及び測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測位目標が放射する電波を複数の受信機で受信して目標の位置等を特定する装置として、位置が未知である目標に取り付けられた信号源から送出された電波を、位置が既知である複数のアンテナで受信し、その受信信号を基に目標の位置、速度の運動諸元を推定するもので、２つのアンテナの組み合わせ毎に得られる受信信号の周波数差により、目標と当該アンテナとのラジアル速度差を計測するラジアル速度差計測手段と、ラジアル速度差計測手段により計測されたラジアル速度差に基づき、目標の位置、速度の運動諸元を推定する速度差による運動諸元推定手段を備えたものがある(特許文献１参照)。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２０１０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の測位システムでは、測位精度の向上が求められている。
【０００５】
この発明は、測位目標が放射する電波を複数の飛行機や衛星からなる移動プラットフォームで受信し、これらの間で生成される到来時間差、到来周波数差を用いて目標の位置等を特定する測位システムにおいて、測位精度向上を目指した測位システム及び測位方法を提供することを目的とする。
【０００６】
より詳細には、後述するように、電波放射源の位置と受信機(移動プラットフォームに搭載)の配置位置により決定される幾何学的誤差増倍率を改善するための、最適な移動プラットフォームの移動方向の設定処理を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、位置が未知である電波放射源が放射する電波を受信して観測する受信手段、自らの位置を測定する自測位手段、他の無線通信手段と無線通信を行う無線通信手段、移動のための移動手段、信号処理手段、及び最適移動ベクトル計算手段、を含む１つの第１の移動プラットフォームと、前記電波放射源が放射する電波を受信して観測する受信手段、自らの位置を測定する自測位手段、他の無線通信手段と無線通信を行う無線通信手段、及び移動のための移動手段を含む少なくとも１つの第２の移動プラットフォームと、を備え、前記各第２の移動プラットフォームでは、前記無線通信手段が、前記受信手段が受信した受信信号に前記移動手段の移動プラットフォームの移動方向と移動速度を示す移動ベクトル情報及び自測位手段で測定した移動プラットフォームの位置情報を付加して観測情報として前記第１の移動プラットフォームに送信し、前記第１の移動プラットフォームでは、前記信号処理手段が、前記各第２の移動プラットフォームから送られてきた前記観測情報、第１の移動プラットフォームの前記受信手段が受信した受信信号、前記移動手段の移動プラットフォームの移動方向と移動速度を示す移動ベクトル情報及び前記自測位手段の位置情報から、受信信号の到来時間差及び到来周波数差を求め前記電波放射源の位置を標定し、前記最適移動ベクトル計算手段が、前記第１の移動プラットフォーム及び各第２の移動プラットフォームでの前記移動ベクトル情報に基づいて、第１及び各第２の移動プラットフォームの次の観測における最適移動方向及び最適移動速度を計算し、前記無線通信手段が前記各第２の移動プラットフォームへそれぞれの計算結果を送り、各第２の移動プラットフォームが同期した移動観測を行う、ことを特徴とする測位システムにある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明では、電波放射源の位置と受信機すなわち受信機を搭載した移動プラットフォームの配置位置により決定される幾何学的誤差増倍率を改善するための、最適な受信機の移動方向を求めることで、測位精度向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明による測位システム及び測位方法の実施の形態を説明する前に、この発明の技術背景について説明する。
【００１０】
ＧＰＳ(Global Positioning System)の出現以来、全地球的な自己位置標定のアプリケーションが目覚しく発展した。ＧＰＳの概念は、位置が既知である電波放射源としてのＧＰＳ衛星が放出する軌道情報の送出時刻と、測位対象であるＧＰＳ受信機が情報を受信した時刻から到来時刻(ＴＯＡ：Time of Arrival)を求めることにより、三角測量の原理を用いた数学的演算によりＧＰＳ受信機の位置を算出するものであるが、この際、到来時刻を正確に求めるためにＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機間で時刻を厳密に管理する必要性があり、この点がＧＰＳ受信機の構成を複雑にする要因の一つとなっている。
【００１１】
一方、ＧＰＳの概念と対をなすものとして、電波放射源の位置が未知であり測位対象とするアプリケーションでは、位置が既知の受信機を複数用い、それぞれの受信機により得られた受信信号の到来時刻を観測情報として得ることができれば、同様に三角測量の原理で数学的演算により電波放射源の位置を特定できる。しかしレーダや電波監視装置などのアプリケーションでは、電波放射源が電波を放射した時刻などの情報は未知であるのが一般的であるため、絶対的な到来時刻を情報として得ることは困難である。
【００１２】
これに対し、電波放射源が放出する同じ電波を例えば２台の受信機で観測したとすると、それぞれの受信機には電波放射源と受信機の幾何学的配置関係のみに起因した伝搬経路長差が発生するため、双方の受信機で得られた受信信号の時間相関(それぞれの受信信号を観測時間方向にスライディングしながら相関を得る)操作を行うことで、上記の電波経路長差を表す到来時間差(ＴＤＯＡ：Time Difference of Arrival)を検出することが可能である。受信機Ａ、受信機Ｂの２台で同時に観測された信号によるＴＤＯＡは次の式(１)で求められる。ただしここでは説明を簡略化するために、電波放射源とすべての受信機間は見通し伝搬の範囲内にあると仮定する。
【００１３】
【数１】
2009250865.tif 000003
【００１４】
式(１)において、(ｘ，ｙ，ｚ)は電波放射源の３次元座標、(ｘＡ，ｙＡ，ｚＡ)、(ｘＢ，ｙＢ，ｚＢ)はそれぞれ受信機Ａ、Ｂの３次元座標、ｃは光速を表している。ＴＤＯＡＡＢを観測し、(ｘＡ，ｙＡ，ｚＡ)、(ｘＢ，ｙＢ，ｚＢ)はＧＰＳにより得られた既知データとすると、式(１)から(ｘ，ｙ，ｚ)を逆算することが可能となる。
【００１５】
このように２台の受信機により１通りのＴＤＯＡが観測値として得られるため、電波放射源の三次元位置(Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標)が未知数である場合には、３台の受信機Ａ、Ｂ、Ｃを用い、受信機Ａ−受信機ＢによるＴＤＯＡ１、受信機Ａ−受信機ＣによるＴＤＯＡ２、さらに受信機Ｂ−受信機ＣによるＴＤＯＡ３のように各受信機の組み合わせにより未知数と同じか上回る情報量が得られることを条件に、三次元位置を特定可能である。これを式(２)に示す。
【００１６】
【数２】
2009250865.tif 000004
【００１７】
ただし上記の条件は受信機がすべて固定の場合であり、受信機が移動観測可能な場合にはさらに電波放射源と受信機の幾何学的配置関係と、受信機の移動方向及び移動速度からなる移動ベクトルのみに起因するドップラ周波数シフトが発生し、２台の受信機間には到来周波数差(ＦＤＯＡ：Frequency Difference of Arrival)が発生する。受信機Ａ、受信機Ｂの２台で同時に観測された信号によるＦＤＯＡは次の式(３)で求められる。
【００１８】
【数３】
2009250865.tif 000005
【００１９】
式(３)においてｖＡ、ｖＢはそれぞれ受信機Ａ、Ｂの移動速度(スカラー)、θＡ、θＢはそれぞれ受信機Ａ、Ｂから目標を見た角度と移動方向(速度ベクトル)とがなす角度、λは放射信号の波長を表す。
ＴＤＯＡと同様にＡ、Ｂ、Ｃの３台の受信機がある場合、それぞれの組み合わせにより式(４)に示す各ＦＤＯＡを得ることができる。
【００２０】
【数４】
2009250865.tif 000006
【００２１】
このように受信機が移動観測可能な場合には、２台の受信機で互いに独立な情報としてＴＤＯＡ、ＦＤＯＡを得ることができるため、未知数と同じか上回る情報量を得るために受信機の台数が増えるという欠点を軽減することが可能である。
【００２２】
図６は式(２)、式(４)によるＴＤＯＡ、ＦＤＯＡを用いて電波放射源の位置を標定する場合の一般的な測位システムの構成図である。図６において、１は測位対象である電波放射源、２ａ，２ｂは放射電波、３ａ，３ｂは飛行機や衛星からなる移動プラットフォーム、４ａ，４ｂは受信信号、である。また各移動プラットフォーム３ａ，３ｂにおいて、３１ａ，３１ｂは観測用受信アンテナ、３２ａ，３２ｂは受信機、３３ａ，３３ｂは無線通信装置、３４ａ，３４ｂはリンク用アンテナ、移動プラットフォーム３ａの３５は信号処理装置、３７ａ，３７ｂは移動プラットフォーム移動手段である。なお図６は簡略化のために、電波放射源や受信機などすべてを２次元平面上で考えたものであり、標定する座標も(ｘ，ｙ)の２次元座標であるため、２台の受信機３２ａ，３２ｂにより標定可能としている。また図６では、信号処理装置３５は移動プラットフォーム３ａ側のみに搭載されている。
【００２３】
電波放射源１から放射された放射電波２ａ，２ｂを、各移動プラットフォーム３ａ，３ｂで観測する。移動プラットフォーム３ａ，３ｂ上の観測用受信アンテナ３１ａ，３１ｂで放射電波２ａ，２ｂを受信し、受信機３２ａ，３２ｂで目標信号を抽出し、抽出した受信信号４ａ，４ｂを信号処理装置３５へ送る。この際、移動プラットフォーム３ａ側では受信信号４ａをそのまま送り、移動プラットフォーム３ｂ側の受信信号４ｂは、無線通信装置３３ｂ→リンク用アンテナ３４ｂ→リンク用アンテナ３４ａ→無線通信装置３３ａを経由し、移動プラットフォーム３ａ内の信号処理装置３５へ送られる。つまり複数の移動プラットフォーム３ａ，３ｂで観測された受信信号４ａ，４ｂを１台の信号処理装置３５へ集約することを意味する。信号処理装置３５では各移動プラットフォーム３ａ，３ｂの受信機３２ａ，３２ｂで抽出された受信信号４ａ，４ｂを元に、式(２)、式(４)に基づくＴＤＯＡ、ＦＤＯＡを求めることで、電波放射源１の座標(ｘ，ｙ)を標定する。
【００２４】
ただし、図６に示す標定装置(測位システム)では、それぞれの移動プラットフォーム３ａ，３ｂにおける受信信号４ａ，４ｂの情報伝送は行っているが、移動ベクトルを決定する移動手段３７ａ，３７ｂは互いに同期や情報伝送など行わず、それぞれ個別の移動ベクトルにより移動を行っている。
【００２５】
ここでＴＤＯＡのみによる測位システム、及びＴＤＯＡとＦＤＯＡを併用した測位システムの両方に備わる問題点が存在する。前述のようにＴＤＯＡ及びＦＤＯＡは、電波放射源と受信機の幾何学的配置関係及び受信機の移動方向と移動速度のみにより決定される物理量であるため、その観測精度も幾何学的配置関係のみにより表すことができる。この代表的なものが幾何学的精度劣化係数(ＧＤＯＰ：Geometrical Dilution of Precision)と呼ばれる指標であり、ＧＰＳにおいても自己位置標定精度の確からしさを評価する重要な指標として用いられる。一般にＧＤＯＰが小さいほど精度劣化が少なく高精度に位置標定できることを表す。
【００２６】
さらにＧＤＯＰは一般に電波放射源(標定対象：目標)を均一に取り囲むように受信機(移動プラットフォーム)が配置された場合に小さな値をとる。これを直感的に表したのが図７である。これに対し、図８のように電波放射源(標定対象：目標)に対し受信機が特定方向に固まって配置された場合には一般的にＧＤＯＰが大きくなり、精度劣化が激しくなる。
【００２７】
例えば電波放射源の位置に関しての事前情報が全くない状況においては、図７のように電波放射源の周囲を取り囲むような受信機配置を取り得ることは少なく、多くの場合図８のようにＧＤＯＰの悪い状態で観測を行うことが多い。さらに例えば有事等の際の仲間側と相手側の配置関係は図８のように仲間側(一方の側)に受信機が集中する状態が一般的であり、図７のような比較的自由な受信機配置を行うことができない。このような状況では精度劣化が激しく、相手側内に存在する電波放射源の標定精度はあまり高くない。
【００２８】
また、ＴＤＯＡとＦＤＯＡを併用した従来の測位システムでは、受信機の移動ベクトルと標定精度に関する一般的な関係を示したものや、標定精度を改善するための移動ベクトルの導出方法を示したものがなく、受信機の移動に関する規範を得ることができなかった。
【００２９】
このように、電波放射源の位置に関しての事前情報が全くない状況や、受信機の配置位置に関して厳しい制約が課されているなど、一般的に良好なＧＤＯＰが得られない状況では、式(２)、式(４)に示す複数受信機間で観測されるＴＤＯＡ及びＦＤＯＡから電波放射源の座標を標定しても、標定誤差が大きく精度が悪いという課題がある。
【００３０】
この発明では、この課題を解決し、電波放射源の位置と受信機の配置位置により決定される幾何学的誤差増倍率を改善するための、最適な受信機の移動方向を求め、受信機を搭載した各移動プラットフォームに指示を行う。
【００３１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る測位システムの構成を示すブロック図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一もしくは相当部分を示す。図１において、１は測位対象である電波放射源、３ａ，３ｂは例えば観測用の飛行機や衛星(飛翔体)である移動プラットフォームである。各移動プラットフォーム３ａ，３ｂにおいて、３１ａ，３１ｂは観測用受信アンテナ、３２ａ，３２ｂは受信機、３３ａ，３３ｂは無線通信装置、３４ａ，３４ｂはリンク用アンテナ、移動プラットフォーム３ａの３５は信号処理装置、３６は最適移動ベクトル計算装置、３７ａ，３７ｂは飛行機や衛星の推進部及び推進制御部からなる移動プラットフォーム移動手段(移動手段)、３８ａ，３８ｂは自らの移動プラットフォームの位置を測定する(自)測位部である。なお、例えば観測用受信アンテナ３１ａと受信機３２ａが受信手段、無線通信装置３３ａとリンク用アンテナ３４ａが無線通信手段を構成する。
【００３２】
２ａ，２ｂは電波放射源１からの放射電波(破線で示す)、５ａ，５ｂは移動プラットフォーム３ａの最適移動ベクトル計算装置３６から移動プラットフォーム３ａの移動手段３７ａへ、また移動プラットフォーム３ａの最適移動ベクトル計算装置３６から無線通信装置３３ａ、リンク用アンテナ３４ａ、移動プラットフォーム３ｂのリンク用アンテナ３４ｂ、無線通信装置３３ｂを経由して移動装置３７ｂへ送られる最適移動ベクトル情報(一転鎖線で示される移動ベクトル指示の経路)、６ａ，６ｂは移動プラットフォーム３ａの観測用受信アンテナ３１ａで受信されて受信機３２ａから信号処理装置３５、最適移動ベクトル計算装置３６へ、また移動プラットフォーム３ｂの観測用受信アンテナ３１ｂで受信されて受信機３２ｂから、無線通信装置３３ｂ、リンク用アンテナ３４ｂ、移動プラットフォーム３ａのリンク用アンテナ３４ａ、無線通信装置３３ａ、信号処理装置３５、最適移動ベクトル計算装置３６へ送られる観測情報(実線で示す経路)である。
【００３３】
図１は図６と同様、説明を簡略化して分かり易くするために、電波放射源１や受信機３２ａ，３２ｂなど、すべてを２次元平面上で考えたものであり、標定する座標も(ｘ，ｙ)の２次元座標であるため、２台の受信機３２ａ，３２ｂ(移動プラットフォーム３ａ，３ｂ)により標定可能としている。また、信号処理装置３５、最適移動ベクトル計算装置３６は移動プラットフォーム３ａ側のみに搭載されている。
【００３４】
図６のものと比べ図１の測位システムでは、最適移動ベクトル計算装置３６、最適移動ベクトル情報５ａ，５ｂが追加され、受信信号４ａ，４ｂが観測情報６ａ，６ｂに置き換わっている。
【００３５】
動作について説明する前に、２台の受信機３２ａ，３２ｂによるＴＤＯＡとＦＤＯＡを併用した測位システムにおいて、上述の式(２)、(４)で導出した値を用いて、電波放射源１と受信機３２ａ，３２ｂの現在位置を拘束し、受信機３２ａ，３２ｂの移動方向を変数として電波放射源１付近の標定誤差を計算した一例を図２、図３に示すことで受信機の移動ベクトルと標定精度の関係について考察する。
【００３６】
図２に示す通り、移動プラットフォーム３ａ，３ｂに搭載されたそれぞれ受信機３２ａ，３２ｂの移動方向が電波放射源１(評定対象)へ向くような場合は標定誤差が大きく(すなわち標定精度が悪い)、対して図３に示すように、受信機３２ａ，３２ｂの移動方向が電波放射源１(評定対象)を移動方向に対して真横に見るように同心円上(例えば電波放射源１付近を中心とする)を同一方向に移動した場合に標定誤差が小さく(すなわち標定精度が良い)なることが解析により求められる。
【００３７】
このように標定誤差が最小になる状態について詳しく解析してみる。受信機が電波放射源１を真横に見て移動する図３の状況では、電波放射源１付近において等到来時間差線(ＩＳＯ−ＴＤＯＡ線：等しい到来時間差となる地点を結ぶ等高線)と等到来周波数差線(ＩＳＯ−ＦＤＯＡ線：等しい到来周波数差となる地点を結ぶ等高線)が直交状態に近くなっている。これに対して図２では、電波放射源１付近でＩＳＯ−ＴＤＯＡ線とＩＳＯ−ＦＤＯＡ線が並行に近い状態になっている。それぞれ独立の観測値であるＴＤＯＡとＦＤＯＡに観測誤差が含まれた場合、この誤差領域に囲まれた部分の面積が図３の方が小さくなるのは容易に理解できる。すなわち、測位対象としている電波放射源１付近において、ＩＳＯ−ＴＤＯＡ線とＩＳＯ−ＦＤＯＡ線が直交状態に近づくほど、高精度に位置標定できることを表している。
【００３８】
上述したように、有事を想定して受信機配置については厳しい制約が課されており、通常の標定ではＧＤＯＰが悪い状況と仮定する。この状況下で標定精度を改善する方法は、図３を用いて説明したように、それぞれの受信機は電波放射源を真横に見た同心円上を同一方向に移動することである。この場合、受信機を搭載する移動プラットフォームの移動方向を全プラットフォームで同期して制御することが必要であるため、各移動プラットフォームは通信ネットワークを構築し、逐一情報をやりとりすることでこれを実現している。
【００３９】
図１に示すこの実施の形態１では、電波放射源１から放射された放射電波を放射電波２ａ，２ｂとしてそれぞれの観測用受信アンテナ３１ａ，３１ｂさらには受信機３２ａ，３２ｂで受信し受信信号を得るが、この時、移動手段からの移動プラットフォーム自らが持つ移動方向と移動速度を表す移動ベクトル情報、(自)測位部からの移動プラットフォームの位置情報をそれぞれ受信信号に付加し観測情報を構成して移動プラットフォーム３ａの信号処理装置３５へ集約する。
【００４０】
信号処理装置３５及び最適移動ベクトル計算装置３６を設けていない例えば移動プラットフォーム３ｂであれば、無線通信装置３３ｂが、移動手段３７ｂからの移動プラットフォーム３ｂの自らが持つ移動方向と移動速度を表す移動ベクトル情報、(自)測位部３８ｂからの移動プラットフォーム３ｂの位置情報を受信信号に付加し観測情報６ｂを構成して移動プラットフォーム３ａへ送る。また信号処理装置３５及び最適移動ベクトル計算装置３６を設けた移動プラットフォーム３ａの場合は、信号処理装置３５及び最適移動ベクトル計算装置３６が、受信機３２ａから受信信号、移動手段３７ａから移動プラットフォーム３ａの移動ベクトル情報、(自)測位部３８ｂから移動プラットフォーム３ａの位置情報を観測情報６ａとして得る。
【００４１】
信号処理装置３５では、観測情報６に含まれる受信信号を元に、式(２)、式(４)に基づくＴＤＯＡ、ＦＤＯＡから電波放射源１の座標位置を標定するが、この際、最適移動ベクトル計算装置３６が同じく観測情報６に含まれる各移動プラットフォーム３ａ，３ｂの移動ベクトル情報を元に、電波放射源１の標定座標位置付近における標定精度が最良となるような、各移動プラットフォーム３ａ，３ｂの最適移動ベクトル情報５ａ，５ｂを計算する。計算された最適移動ベクトル情報５ａ，５ｂは、移動プラットフォーム３ａの移動手段３７ａと、移動プラットフォーム３ｂの移動手段３７ｂへは無線通信装置３３ａ及びリンク用アンテナ３４ａを介して観測情報６とは逆の経路で情報伝送される。この最適移動ベクトル情報５ａ，５ｂを元に、各移動プラットフォーム３ａ，３ｂは移動手段３７ａ，３７ｂにより移動を行い、次の放射電波２ａ，２ｂに対する観測を行う。このような最適移動ベクトル情報５ａ，５ｂの導出と、これを用いた移動観測を繰返し、電波放射源１の位置標定精度を向上させていく。
【００４２】
なお、この実施の形態の測位システムは、上述のように、移動プラットフォーム３ｂと同様な移動プラットフォームを２個以上設け、それぞれの観測情報を信号処理装置３５及び最適移動ベクトル計算装置３６を設けた移動プラットフォーム３ａに集約することで、３次元の測位等においても同様にして電波放射源１の位置標定精度を向上させられる。
【００４３】
以上のように構成することで、電波放射源の位置に関しての事前情報が全くない状況や、受信機の初期配置位置に関して厳しい制約が課されているなど、一般的に良好なＧＤＯＰが得られない状況において、各受信機により観測されるＴＤＯＡ、ＦＤＯＡを用いて電波放射源の位置標定を行う場合でも、標定精度を向上させることが可能になる。
【００４４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る測位システムの構成を示すブロック図は実施の形態１の図１と同様である。次に動作について説明する。実施の形態１のように最適移動ベクトル情報５ａ，５ｂを導出したとしても、受信機の配置エリアや移動エリアは厳しく制約を受ける可能性があるため、必ずしも最適移動ベクトルを選択できるとは限らない。有事想定下では受信機を搭載した移動プラットフォームに許容された移動可能範囲はある程度限られるのが実情である。
【００４５】
この状態でも測位対象としている付近において、ＩＳＯ−ＴＤＯＡとＩＳＯ−ＦＤＯＡが直交状態に近づく状態を維持するには、移動可能範囲内で移動ベクトルを変化させることが有効である。この模式図を図４に示す。図４では例として非友好側の監視レーダ２０が配置されており、その捜索範囲に相当するエリアは「進入禁止」エリア(図においてハッチングされた部分)に設定されていると想定する。移動プラットフォーム３ａ，３ｂに許容された活動エリアは図のように限定されており、この状況では標定対象としている電波放射源１へほぼ直線で向かう経路しか得られないと仮定する。また各移動プラットフォーム３ａ，３ｂは「×」印で示した特定地点への到達を目的としており、必要以上の遠回り経路を選定できないと仮定する。この状況(すなわち図４の一点鎖線の矢印で示す長期的に見た移動方向に移動させた状況)で得られたＴＤＯＡ、ＦＤＯＡを用いて電波放射源１の位置標定を行っても、図２で例示したように一般的に標定精度が良くない。
【００４６】
これに対し、図４に示したように各移動プラットフォーム３ａ，３ｂの移動経路を許容された活動エリア内において、ジグザグ(実線の矢印で示す瞬時の移動ベクトルで示す)に経路を選ぶことで実施の形態１に示したように標定精度が改善される。このジグザグ移動(丸数字は観測ポイント番号を示す)は、図３で例示した、(１)標定精度が最良になる最適移動方向は電波放射源を真横に見た同心円上という最適移動と、(２)特定のエリアへの移動という目的移動の中間解と見なすことができる。
【００４７】
なお、図４に示す移動プラットフォーム３ａ，３ｂのジグザグ飛行は、説明上わかりやすくするためにデフォルメ表現をしており、実際運用ではジグザグ飛行区間は全飛行行程の一部分、さらに(２)特定エリアへの移動という目的移動に沿う「長期的に見た移動方向」から逸れて、(１)標定精度が最良になる最適移動のために偏心する角度や時間も、図で示したもののより小規模でも効果が現れる場合もある。
【００４８】
すなわち最適移動ベクトル計算装置３６は、各移動プラットフォーム３ａ，３ｂの特定地点まで到達する移動過程において、移動可能範囲(図４においてハッチングしていない部分)を考慮してそれぞれの最適移動方向及び最適移動速度を計算して求める。移動可能範囲に関する情報や各移動プラットフォームが長期的に目指す特定地点(図４において×印で示す)の位置情報は、他の情報処理装置または測位装置(ともに図示省略)からの先行情報に基づき、最適移動ベクトル計算装置３６または信号処理装置３５が予めメモリ(図示省略)に格納しこれを使用する。または、各移動プラットフォーム３ａ，３ｂの特定地点の位置情報は、各移動プラットフォーム３ａ，３ｂがそれぞれ観測情報に付加して送り、これを使用するようにしてもよい。
【００４９】
また、最適移動ベクトル計算装置３６は、各移動プラットフォーム３ａ，３ｂの特定地点まで到達するまでの所要時間が所定時間を超えない範囲で、それぞれの最適移動方向及び最適移動速度を計算する。特定地点まで到達する制限時間(所定時間)は、最適移動ベクトル計算装置３６又は信号処理装置３５が予めメモリ(図示省略)に格納しこれを使用してもよいし、また各移動プラットフォーム３ａ，３ｂがそれぞれ観測情報に付加して送り、これを使用するようにしてもよい。また、所要時間は例えば、予め定められた標準的ジグザグ運転をした場合の長期的直線方向における速度(複数種でも可)を予めメモリに格納し、移動プラットフォームの現在位置と特定地点の位置の距離から残り時間を概算で求めても良い。
【００５０】
以上のように構成することで、電波放射源の位置に関しての事前情報が全くない状況や、移動プラットフォームの初期配置位置に関して厳しい制約が課されているなど、一般的に良好なＧＤＯＰが得られない状況と、さらに移動プラットフォームが移動観測可能な範囲が限定されているような状況においても、電波放射源に対する位置標定精度を向上させることが可能になる。
【００５１】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係る測位システムの構成を示すブロック図である。この実施の形態では、図１に示す上記実施の形態の測位システムにおける信号処理装置３５及び最適移動ベクトル計算装置３６を信号処理用移動プラットフォーム又は固定監視局からなる(又はこれらに搭載された)統合処理部７へ移設、集約したものである。移動プラットフォーム３ａ，３ｂは、観測用受信アンテナ３１ａ，３１ｂ、受信機３２ａ，３２ｂ、無線通信装置３３ａ，３３ｂ、リンク用アンテナ３４ａ，３４ｂ、移動プラットフォーム移動手段３７ａ，３７ｂを備える。統合処理部７は、リンク用アンテナ３４ｃ，３４ｄ、無線通信装置３３ｃ、信号処理装置３５及び最適移動ベクトル計算装置３６を備える。
【００５２】
電波放射源１から放射電波２ａ，２ｂ(破線で示す)が放射される。観測情報(実線で示す受信信号の経路)６ａ，６ｂは、移動プラットフォーム３ａ，３ｂの観測用受信アンテナ３１ａ，３１ｂで受信されて受信機３２ａ，３２ｂから無線通信装置３３ａ，３３ｂ、リンク用アンテナ３４ａ，３４ｂ、統合処理部７のリンク用アンテナ３４ｃ，３４ｄ、無線通信装置３３ｃ経由で信号処理装置３５、最適移動ベクトル計算装置３６へ伝送される。そして上述のように観測情報６ａ，６ｂは、無線通信装置３３ａ，３３ｂで受信信号に移動手段３７ａ，３７ｂからの移動プラットフォーム３ａ，３ｂの移動ベクトル情報と(自)測位部３８ａ，３８ｂからの移動プラットフォーム３ａ，３ｂの位置情報が付加されて構成される。
【００５３】
最適移動ベクトル情報(一転鎖線で示される移動ベクトル指示の経路)５ａ，５ｂは、統合処理部７の最適移動ベクトル計算装置３６から無線通信装置３３ｃ、リンク用アンテナ３４ｃ，３４ｄにより移動プラットフォーム３ａ，３ｂのリンク用アンテナ３４ａ，３４ｂ、無線通信装置３３ａ，３３ｂを経由して移動装置３７ａ，３７ｂへそれぞれ伝送される。
【００５４】
図５も図１と同様、説明を簡略化して分かり易くするために、電波放射源１や受信機３２ａ，３２ｂなど、すべてを２次元平面上で考えたものであり、標定する座標も(ｘ，ｙ)の２次元座標であるため、２台の受信機３２ａ，３２ｂ(移動プラットフォーム３ａ，３ｂ)により標定可能としている。
【００５５】
次に動作について説明する。信号処理装置３５及び最適移動ベクトル計算装置３６の動作については実施の形態１、２と同様であるが、これまで移動プラットフォーム３ａでは自己の搭載装置であった信号処理装置３５及び最適移動ベクトル計算装置３６へ送っていた観測情報６ａを無線通信装置３３ａ→リンク用アンテナ３４ａ→リンク用アンテナ３４ｃ→無線通信装置３３ｃの経路で統合処理部７内の信号処理装置３５及び最適移動ベクトル計算装置３６へと伝送する。これにより実施の形態１または２と同等の性能を確保しつつ、移動プラットフォーム３ａの搭載機器を削減し、小型、軽量、低消費電力化を実現することが可能となる。通常、移動プラットフォーム３ａ，３ｂは機動性、長期活動性を確保するために観測機器搭載容量や電源容量が厳しく制約されているため、観測機器が削減されることは運用上大きな効果を持つといえる。この場合、統合処理部７は地上の固定設備、または比較的安全で機動性、長期活動性への制約が緩い移動プラットフォームに具備又は搭載され得る。
【００５６】
なお、この実施の形態の測位システムでも、上述のように、移動プラットフォームを３個以上設け、それぞれの観測情報を信号処理装置３５及び最適移動ベクトル計算装置３６を設けた統合処理部７に集約することで、３次元の測位等においても同様にして電波放射源１の位置標定精度を向上させられる。
【００５７】
以上のように構成することで、電波放射源の位置に関しての事前情報が全くない状況や、受信機の初期配置位置に関して厳しい制約が課されているなど、一般的に良好なＧＤＯＰが得られない状況と、さらに受信機が活動可能な範囲が限定されているような状況においても、電波放射源に対する位置標定精度を向上させることが可能になり、かつ、移動プラットフォームの機動性能、長期活動性能を向上させることが可能になる。
【００５８】
なおこの発明は、上記各実施の形態の可能な組み合わせを含むことは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明の実施の形態１、２に係る測位システムの構成を示すブロック図である。
【図２】電波放射源の位置及び移動プラットフォームの初期位置を拘束した条件で電波放射源の測位精度が比較的悪くなる場合の移動プラットフォームの移動ベクトルを表示した一例を示す図である。
【図３】電波放射源の位置及び移動プラットフォームの初期位置を拘束した条件で電波放射源の測位精度が最良になる場合の移動プラットフォームの移動ベクトルを表示した一例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る測位システムの運用環境と最適移動ベクトル導出の一例を示した図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る測位システムの構成を示すブロック図である。
【図６】ＴＤＯＡ、ＦＤＯＡを用いて電波放射源の位置を標定する場合の一般的な測位システムの構成図である。
【図７】幾何学的精度劣化係数(ＧＤＯＰ)の比較的良い状況下における観測の概念図である。
【図８】幾何学的精度劣化係数(ＧＤＯＰ)の比較的悪い状況下における観測の概念図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  電波放射源、２ａ，２ｂ  放射電波、３ａ，３ｂ  移動プラットフォーム、４ａ，４ｂ  受信信号、５ａ，５ｂ  最適移動ベクトル情報、６ａ，６ｂ  観測情報、７  統合処理部(信号処理用移動プラットフォーム又は固定監視局)、２０  監視レーダ、３１ａ，３１ｂ  観測用受信アンテナ、３２ａ，３２ｂ  受信機、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ  無線通信装置、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ  リンク用アンテナ、３５  信号処理装置、３６  最適移動ベクトル計算装置、３７ａ，３７ｂ  移動プラットフォーム移動手段、３８ａ，３８ｂ，３８ｂ  (自)測位部。
【図１】
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【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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【図８】
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