位置測定装置および位置測定方法
【課題】 受信信号の帯域幅に影響されることなく、かつ回路規模の削減が可能で、さらに異なる発射源からの電波に対しても、それぞれの発射源位置を分離して測定することが可能な位置測定装置の提供。
【解決手段】 位置測定装置は、移動しながら電波発射源からの電波を受信する２つの移動体受信部１ａ，１ｂと、２つの移動体受信部１ａ，１ｂで受信される信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から電波発射源の位置を測定する発射源位置測定部１０とを含む。
【解決手段】 位置測定装置は、移動しながら電波発射源からの電波を受信する２つの移動体受信部１ａ，１ｂと、２つの移動体受信部１ａ，１ｂで受信される信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から電波発射源の位置を測定する発射源位置測定部１０とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置測定装置および位置測定方法に関し、特に電波監視等の目的で、位置が不明な電波発射源の位置を測定する位置測定装置および位置測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連する位置測定装置では、複数の移動体受信部で受信した受信信号間の周波数差及び到達時間差を同時に測定することにより発射源位置を測定していた。または、複数の異なる位置で電波の到来方位を測定しその方位測定結果を示す方位線の交点から発射源位置を求めていた。
【０００３】
その具体例の一例として、一定周波数の電波を送信する地表面上に設置された発信源と、電波を１回の周回で３ヶ所以上の観測位置から受信する周回衛星と、周回衛星で受信された受信波からドップラ周波数を抽出し発信源の位置を標定する処理装置を備え、衛星の速度と観測相対速度から形成される等ドップラ面と地表面との交線である等ドップラ線同士の交点から発信源の位置を標定する位置標定装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、他の一例として、移動体より発射された電波を、少なくとも３つの観測点において受信し、受信信号間の周波数差を算出する電波監視装置が開示されている（特許文献２参照）。
【０００５】
また、他の一例として、複数のアンテナの中の２つのアンテナからなる組み合わせにおける２つのアンテナの受信信号を入力として、受信信号のドップラ周波数差を求める複数のドップラ周波数差計測手段と、上記組み合わせにおける２つのアンテナの受信信号を入力として、受信信号の到来時刻差を求める複数の信号到来時刻差計測手段と、上記ドップラ周波数差と上記到来時刻差とを入力して、上記信号線の位置および運動を推定する位置・運動推定手段とを備えるパッシブ位置標定装置が開示されている（特許文献３参照）。
【０００６】
また、他の一例として、地表面上の発信源から発信される一定周波数の電波を衛星局によって複数の観測位置で受信し、衛星局によって受信された受信波のドップラ周波数に基づき発信源の位置を検出する位置検出装置が開示されている（特許文献４参照）。
【０００７】
また、他の一例として、生体に対して超音波を送信し、生体からの反射波を受信して受信信号を出力し、送信信号と受信信号との周波数差を得、かつ送信周波数と対象組織からの受信周波数との差である周波数差信号の時間変化の様子を観測し、組織（生体）の深さ（位置）を求める超音波診断装置が開示されている（特許文献５参照）。
【０００８】
また、他の一例として、２つの受信アンテナで、２つの衛星経由のダウンリンクを受信し、２系統での受信信号を同時にＡＤサンプリングしてデジタルデータを取得し、相関処理部にて、到達時間差、ドップラ周波数差を算出するための相関処理を行うアップリンク干渉源位置特定装置が開示されている（特許文献６参照）。
【０００９】
さらに、この装置では衛星位置算出処理部にて、電波を受信している２衛星の測定した時刻における位置を算出する。そして、発射源位置推定処理部にて、相関処理部で得た到達時間、ドップラシフト周波数差の情報と、衛星位置算出処理部で得た測定時刻における衛星位置、速度の情報を用いて、地上局の位置を推定する。
【００１０】
また、他の一例として、一定周波数の電波を送信する地表面上に設置された発信源と、上記電波を１回の周回で３ヶ所以上の観測位置から受信する周回衛星と、上記周回衛星で受信された受信波からドップラ周波数を抽出し、発信源の位置を標定する処理装置とからなり、衛星の速度と観測相対速度から形成される等ドップラ面と地表面との関係から幾何学的手法を用いて発信源の位置を概算する処理手段と、地球の自転による位置ずれを補正する処理手段とを備えた位置標定装置が開示されている（特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１１６８１９号公報
【特許文献２】特開２００２−０６２３４６号公報
【特許文献３】特開２００２−２６７７３２号公報
【特許文献４】特開２００３−１６７０４１号公報
【特許文献５】特開２００６−０１４９１６号公報
【特許文献６】特開２００６−３４９４７０号公報
【特許文献７】特開平０９−３２９６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、上記関連発明（特許文献１〜７）では、到達時間差を測定するに十分な受信信号の帯域幅が必要であり、帯域幅が狭いと誤差が大きくなり、無変調の搬送波だけの場合はまったく測定できないため、狭帯域の通信信号等は正確に測定できないという欠点があった。
【００１３】
また、電波の到来方位を測定する上記関連発明では、電波の到来方位を測定するためには複数のアンテナ及び受信機が必要であり、誤差を小さくするためには多数のアンテナを配置しアンテナ配列の寸法を大きくする必要があり、回路規模及び寸法が大きくなるという欠点があった。
【００１４】
さらに、同一周波数に複数の電波が混信している場合、混信する電波の数より多くの複数のアンテナで受信した信号から、ＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification) 等のアルゴリズムによって混信波の方位を分離測定することが出来るが、受信アンテナより混信波の数の方が多い場合、混信波を分離して方位測定できないため、位置を求めることが出来ないという欠点があった。よって、多くの混信波が存在する場合、混信波の数より多くのアンテナが必要となり、回路規模が大きく処理が複雑になるという欠点があった。
【００１５】
そこで本発明の目的は、受信信号の帯域幅に影響されることなく、かつ回路規模の削減が可能で、さらに異なる発射源からの電波に対しても、それぞれの発射源位置を分離して測定することが可能な位置測定装置および位置測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するために、本発明による位置測定装置は、移動しながら電波発射源からの電波を受信する２つの移動体受信部と、前記２つの移動体受信部で受信される信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定部とを含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による位置測定方法は、２つの移動体受信部で受信される電波発射源からの信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定ステップを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明によるプログラムは、電波発射源の位置を測定する位置測定装置のコンピュータに、２つの移動体受信部で受信される電波発射源からの信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定ステップを実行させるためのものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、受信信号の帯域幅に影響されることなく、かつ回路規模の削減が可能で、さらに異なる発射源からの電波に対しても、それぞれの発射源位置を分離して測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】発明に係る位置測定装置の一例の動作原理を示す模式図である。
【図２】本発明に係る位置測定方法の一例の動作原理を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る位置測定装置の第１実施形態の構成図である。
【図４】２つの移動体受信部１ａ，１ｂと電波発射源８の位置関係の一例を示す図である。
【図５】移動体受信部の一例の構成図である。
【図６】周波数差検出部の一例の構成図である。
【図７】周波数差照合部の一例の構成図である。
【図８】第１実施形態の動作を示す模式図である。
【図９】移動体受信部で受信した４つの信号間の周波数差の時間変化の一例を示す図である。
【図１０】第１実施形態における位置測定方法を示すフローチャートである。
【図１１】第１実施形態における位置測定方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係る位置測定装置の第２実施形態の構成図である。
【図１３】本発明に係る位置測定装置の第３実施形態の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、実施の形態の説明に入る前に、本発明の動作原理について説明する。図１は本発明に係る位置測定装置の一例の動作原理を示す模式図、図２は本発明に係る位置測定方法の一例の動作原理を示すフローチャートである。本発明に係る位置測定装置および方法の一例は、移動体受信部１ａおよび１ｂと、発射源位置測定部１０とを含んで構成される（図１参照）。
【００２２】
移動体受信部１ａおよび１ｂは、それぞれ移動しながら図示しない電波発射源からの電波を受信する。発射源位置測定部１０は、２つの移動体受信部１ａおよび１ｂで受信される信号を取得してその周波数差を算出し（図２のステップＳ１参照）、その周波数差の時間的変化から電波発射源の位置を測定する（図２のステップＳ２参照）。
【００２３】
このように、本発明は、２つの移動体受信部１ａおよび１ｂで受信される信号の周波数差の時間的変化を発射源位置測定部１０にて観察し、その時間的変化を基に電波発射源の位置を測定する構成である。
【００２４】
したがって、本発明によれば、受信信号の帯域幅に影響されることなく、かつ回路規模の削減が可能で、さらに異なる発射源からの電波に対しても、それぞれの発射源位置を分離して測定することが可能となる。
【００２５】
次に、本発明の特徴を述べる。図３において、２つの移動体受信部１ａ，１ｂは、移動しながら電波を受信すると共に、ＧＰＳ(Global Positioning System) 等により自己位置情報を得ている。移動体受信部１ａ，１ｂで受信した受信信号および自己位置情報を基地局通信部２へ送り、２つの受信信号間の周波数差、移動体受信部１ａ，１ｂの位置および速度情報を測定結果として得る。
【００２６】
２つの受信信号間の周波数差はドップラ周波数の差であり、移動体受信部１ａ，１ｂの位置、速度、発射源位置および電波の周波数により決定される。よって、２つの移動体受信部１ａ，１ｂが移動しながら受信した２つの受信信号間の周波数差を連続して検出すると、発射源位置によって異なる時間変化となって表れる。
【００２７】
電波の周波数は受信した周波数から既知であるので、発射源位置を特定の位置に仮定すると、時刻によって変化する移動体受信部１ａ，１ｂの位置および速度の情報から、２つの受信信号間の周波数差がどのように時間変化するかが分かる。
【００２８】
よって、２つの受信信号間の周波数差の信号を抽出し、発射源位置を仮定して得られた周波数差の時間変化と照合することにより、仮定した発射源位置から電波が発射されていたのかを判定することが出来る。
【００２９】
従って、地図上の全ての位置について発射源位置を仮定し、２つの受信信号間の周波数差の時間変化と照合することにより、電波の発射源位置を示す地図情報を得ることが出来る。また、発射源位置が異なる場合、２つの受信信号間の周波数差の時間変化も異なるため、同一周波数に複数の電波が混信する場合も、それぞれの発射源位置を分離して求めることが出来る。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。まず、第１実施形態について説明する。図３は本発明に係る位置測定装置の第１実施形態の構成図である。なお、図１と同様の構成部分には同一番号を付している。
【００３１】
図３を参照すると、本発明に係る位置測定装置１００は、移動体受信部１ａおよび１ｂと、基地局通信部２と、周波数差検出部３と、位置情報処理部４と、周波数差演算部５と、周波数差照合部６と、地図情報作成部７とを含んで構成される。なお、基地局通信部２と、周波数差検出部３と、位置情報処理部４と、周波数差演算部５と、周波数差照合部６と、地図情報作成部７とを含んで発射源位置測定部１０が構成される。
【００３２】
本位置測定装置１００は、２つの移動体受信部１ａおよび１ｂが、特定の経路を特定の速度で移動しながら電波を受信すると共に、ＧＰＳ等により自己位置情報を得ている。移動体受信部１ａおよび１ｂで受信した２つの受信信号および自己位置情報は基地局通信部２へ送信される。そして、基地局通信部２からその２つの受信信号および自己位置情報が周波数差検出部３および位置情報処理部４へ出力される。
【００３３】
周波数差検出部３では２つの受信信号から受信信号間の周波数差が検出される。位置情報処理部４では２つの移動体受信部１ａおよび１ｂの位置情報の時間変化から信号受信時の移動体受信部の位置情報および速度情報が算出される。周波数差検出部３で検出された２つの受信信号間の周波数差は、移動体受信部１ａ，１ｂで受信した信号のドップラ周波数の差であり、移動体受信部１ａ，１ｂの位置、速度、発射源位置および電波の周波数により決定される。
【００３４】
位置情報処理部４で算出された位置情報および速度情報は周波数差演算部５へ出力される。周波数差演算部５は、発射源位置を特定の位置に仮定し、時刻によって変化する移動体受信部１ａ，１ｂの位置および速度の情報から、２つの受信信号間の周波数差の時間変化を算出する。
【００３５】
周波数差検出部３で検出された２つの受信信号間の周波数差は周波数差照合部６へ出力される。周波数差照合部６は、周波数差演算部５で発射源位置を特定の位置に仮定して算出された２つの受信信号間の周波数差の時間変化を、周波数差検出部３で検出された２つの受信信号間の周波数差と照合し、照合結果を出力する。
【００３６】
この照合結果は、照合した２つの周波数差の時間変化が合致した場合に、そのとき周波数差演算部５で仮定した発射源位置に実際に発射源が存在することを表す。周波数差演算部５は、地図上のすべての位置について発射源位置を仮定し、周波数差の時間変化を算出する。
【００３７】
周波数差照合部６は、周波数差演算部５で算出した、地図上のすべての位置に発射源位置を仮定した時のすべての周波数差の時間変化を、周波数差検出部３で検出した受信信号間の周波数差と照合し、照合結果を出力する。地図情報作成部７は、地図上のすべての位置について発射源位置を仮定したときの周波数差の時間変化と２つの受信信号間の周波数差との照合結果から、照合結果が合致している場合に実際に電波の発射源が存在することを表す、電波の発射源位置を示す地図情報を作成する。
【００３８】
図４は２つの移動体受信部１ａ，１ｂと電波発射源８の位置関係の一例を示す図である。同図に示すように、２つの移動体受信部１ａ，１ｂは、それぞれ位置（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）を速度( Ｖｘ１，Ｖｙ１) 、（Ｖｘ２，Ｖｙ２）で移動しており、位置（Ｘ０，Ｙ０）にある電波発射源８からの電波を受信しているものとする。このとき、電波発射源８と移動体受信部１ａとの距離をＲ１、電波発射源８と移動体受信部１ｂとの距離をＲ２とすると、Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ次の式で表される。
【００３９】
【数１】
【００４０】
【数２】
【００４１】
距離Ｒ１、Ｒ２の時間変化は、式（１）、（２）を微分することにより、次式で得られる。
【００４２】
【数３】
【００４３】
【数４】
【００４４】
式（３）、（４）を、受信した電波の波長λで割り符号を反転させたものがドップラ周波数であるので、２つの移動体受信部１ａ，１ｂのドップラ周波数Δｆ１、Δｆ２は次式となる。
【００４５】
【数５】
【００４６】
【数６】
【００４７】
よって、２つの移動体受信部１ａ，１ｂ間の周波数差Δｆは、次式で得られる。
【００４８】
【数７】
【００４９】
【数８】
【００５０】
周波数差検出部３で検出した、２つの受信信号間の周波数差は、式（７ａ）および（７ｂ）のΔｆを表しており、時刻ｔによって変化する値となる。波長λは受信周波数によって決まり、移動体受信部１ａ，１ｂの位置（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）および速度（Ｖｘ１，Ｖｙ１）、（Ｖｘ２，Ｖｙ２）は、位置情報処理部４からの位置情報及び速度情報から得られるため、発射源位置（Ｘ０，Ｙ０）だけが未知の値である。周波数差演算部５は、未知である発射源位置（Ｘ０，Ｙ０）を仮定し、位置情報処理部４からの位置情報及び速度情報から、式（７ａ）および（７ｂ）で表される周波数差の時間変化を算出する。
【００５１】
図５は移動体受信部の一例の構成図である。同図を参照すると、移動体受信部１ａおよび１ｂは、受信アンテナ１１と、受信部１２と、位置取得部１３と、移動体通信部１４とを含んで構成される。
【００５２】
受信アンテナ１１で受信した電波を受信部１２で中間周波信号の受信信号に変換し、移動体通信部１４へ出力する。位置取得部１３はＧＰＳ等を使用し、移動体受信部１ａおよび１ｂの位置を取得し移動体通信部１４へ出力する。移動体通信部１４は、無線回線等により図３の基地局通信部２と通信を行い、受信信号および位置情報を送信する。
【００５３】
図６は周波数差検出部の一例の構成図である。同図を参照すると、周波数差検出部３は、ＩＱ検波部３１ａおよび３１ｂと、共役演算部３２と、乗算部３３とを含んで構成される。
【００５４】
周波数差検出部３は、基地局通信部２からの２つの受信信号をＩＱ検波部３１ａ，３１ｂでそれぞれＩＱ検波を行い複素受信信号に変換し、ＩＱ検波部３１ｂから出力された複素受信信号を共役演算部３２で複素共役受信信号に変換し、乗算部３３で２つの信号間の乗算を行うことにより、受信信号間の位相差を示す信号が出力される。
【００５５】
ＩＱ検波部３１ａへの入力を、Ａ１・ｃｏｓ（ω１ｔ＋φ１）、ＩＱ検波部３１ｂへの入力を、Ａ２・ｃｏｓ（ω２ｔ＋φ２）とすると、ＩＱ検波部３１ａは、Ａ１・ｅj((ω1-ω0)t+φ1) を出力し、ＩＱ検波部３１ｂは、Ａ２・ｅj((ω2-ω0)t+φ2) を出力する。共役演算部３２にＩＱ検波部３１ｂの出力を入力すると複素共役な信号Ａ２・ｅ-j((ω2-ω0)t+φ2)が出力される。ＩＱ検波部３１ａの出力と共役演算部３２の出力を乗算部３３へ入力すると、Ａ１・Ａ２・ｅj((ω1-ω2)t+(φ1-φ2)) が出力され、２つの受信信号間の周波数差（ω１−ω２）の信号が得られる。
【００５６】
図７は周波数差照合部の一例の構成図である。同図を参照すると、周波数差照合部６は、波形生成部６１と、乗算部６２と、低域通過フィルタ６３とを含んで構成される。
【００５７】
波形生成部６１は、周波数差演算部５から出力された発射源位置を仮定することにより式７ａおよび７ｂで得られた周波数差Δｆ用い、次の照合波形を生成する。
【００５８】
【数９】
【００５９】
乗算部６２は、周波数差検出部３から出力された２つの受信信号間の周波数差の信号と、波形生成部６１からの照合波形との乗算結果を出力する。低域通過フィルタ６３は、乗算部６２からの乗算結果から高周波数成分を除去し、直流成分を抽出し照合結果として出力する。
【００６０】
このとき、周波数差演算部５で仮定した発射源位置が実際の発射源位置と一致している場合、２つの受信信号間の周波数差による位相変化（ω１−ω２）・ｔと照合波形の位相変化の正負を反転したもの２π・∫Δｆｄｔが同じになるため、周波数差と照合波形の乗算結果は直流成分となり、低域通過フィルタ６３を通過する。よって、低域通過フィルタ６３の出力である照合結果は、周波数差演算部５で仮定した発射源位置が実際の発射源位置と一致している場合に極大の値となる。
【００６１】
また、仮定した発射源位置が実際の発射源位置と一致していない場合、２つの受信信号間の周波数差による位相変化（ω１−ω２）・ｔと照合波形の位相変化の正負を反転したもの、２π・∫Δｆｄｔが同じにならないため、周波数差と照合波形の乗算結果は交流成分となり、低域通過フィルタ６３で抑圧される。そのため、異なる位置に複数の発射源が存在し、同一周波数に混信している場合でも、複数の発射源位置を分離して照合結果として出力することが出来る。
【００６２】
次に、第１実施形態の動作について説明する。図８は第１実施形態の動作を示す模式図である。同図は移動体受信部１ａおよび１ｂが移動しながら複数の電波発射源８ａ〜８ｄからの電波を受信している状況を示している。同図では、２台の移動体受信部１ａ、１ｂがそれぞれ速度（Ｖｘ１，Ｖｙ１）、（Ｖｘ２，Ｖｙ２）で移動しており、４つの発射源８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄからの電波を受信しているものとする。このとき、４つの発射源８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに対応した２台の移動体受信部で受信した信号間の周波数差の時間変化の一例を図９に示す。
【００６３】
図９は移動体受信部で受信した４つの信号間の周波数差の時間変化の一例を示す図である。同図において、縦軸はドップラ周波数差（Ｈｚ）、横軸は時刻（ｓｅｃ）を表す。同図に示すように、２台の移動体受信部１ａおよび１ｂで受信した信号間の周波数差は、異なる発射源位置から送信された信号の場合、異なる時間変動となるため、複数の発射源が混信する場合でも、それぞれの位置を分離して検出することが出来る。
【００６４】
第１実施形態における位置測定方法について説明する。図１０および図１１は第１実施形態における位置測定方法を示すフローチャートである。図１０を参照すると、周波数差演算部５は、周波数差の関係式（式７ａおよび７ｂ）に、移動体受信部１ａ、１ｂが現実に受信した（すなわち、既知の）波長、時刻、移動体受信部１ａ、１ｂの位置、速度および電波発射源の仮定の位置を代入する（ステップＳ１１）。
【００６５】
次に、周波数差検出部３で検出した２つの受信信号間の周波数差と、周波数差演算部５で演算された周波数差とが周波数差照合部６で照合される。そして、周波数差照合部６はその照合結果に基づき電波発射源の位置を測定する（ステップＳ１２）。
【００６６】
図１１を参照すると、周波数差照合部６は周波数差検出部３で検出した２つの受信信号間の周波数差と、周波数差演算部５で演算された周波数差とを照合し（ステップＳ２１）、両周波数差が一致した場合（ステップＳ２２にて“Ｙ”の場合）、仮定した電波発射源の位置を真の位置と判定する（ステップＳ２３）。
【００６７】
一方、ステップＳ２２にて両周波数差が一致しない場合（ステップＳ２２にて“Ｎ”の場合）、仮定した電波発射源の位置は真の位置ではないと判定する（ステップＳ２４）。
【００６８】
以上説明したように、本発明の第１実施形態では、受信信号間の周波数差及び到達時間差を用いる方式のように電波の到達時間差を使用しない。このため、到達時間差を測定するために必要な受信信号の帯域幅に影響されず、狭帯域信号に対しても精度を劣化させることなく電波発射源の位置を測定することが可能である。
【００６９】
また、本発明の第１実施形態では、到来方位を測定する関連技術と比較し、到来方位測定のために必要な複数のアンテナおよび受信機を必要とせず、単一のアンテナおよび受信機で実現可能なため、回路規模を大幅に削減することが可能である。
【００７０】
さらに、同一周波数に複数波が混信する場合も、発射源位置が異なると、２つの移動体受信部での受信信号間の周波数差の時間変動もまた異なるので、アンテナおよび受信機の数を増やすことなく、それぞれの発射源位置を分離して測定することが可能となる。
【００７１】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は周波数差検出部３の他の例に関するものである。図１２は第２実施形態の構成図である。図３の周波数差検出部３は、図６の実施例ではＩＱ検波を行い複素信号に変換する方法について述べたが、図１２の周波数差検出部２１は、受信信号を特定の周波数信号に変換することにより複素信号に変換せず実信号のまま演算する。
【００７２】
図１２を参照すると、周波数差検出部２１は乗算部３４ａ，３４ｂと、信号発生器３５と、フィルタａ３６と、フィルタｂ３７と、乗算部３５ｃと、フィルタｃ３８と、ＩＱ検波部３９とを含んで構成される。
【００７３】
乗算部３４ａ，３４ｂは、外部からの入力信号と信号発生部３５からのローカル信号との乗算を行い、入力信号とローカル信号との周波数の和の信号と周波数の差の信号とを出力する。フィルタａ３６、フィルタｂ３７は、周波数の和の信号と周波数の差の信号のどちらか一方を抽出して出力する。
【００７４】
乗算部３５ｃは、フィルタａ３６とフィルタｂ３７から抽出された信号間の乗算を行い、抽出された信号間の周波数の和の成分と周波数の差の成分を出力する。フィルタｃ３８は、乗算部３５Ｃの出力から周波数の差の成分だけを抽出することにより、外部からの入力信号間の周波数の差の成分を検出することが出来る。
【００７５】
乗算部３４ａ、３４ｂに外部から入力される信号をそれぞれ、Ａ１ｃｏｓ（ω１ｔ＋φ１）、Ａ２ｃｏｓ（ω２ｔ＋φ２）とし、信号発生部３５から乗算部３４ａ、３４ｂに入力されるローカル信号をそれぞれ、ｃｏｓ（ωL・ｔ）、ｃｏｓ（（ωL+ωo ）ｔ）とすると、乗算部３４ａ、３４ｂからはそれぞれ次の信号が出力される。
【００７６】
【数１０】
【００７７】
【数１１】
【００７８】
フィルタａ３６、フィルタｂ３７は、乗算部３４ａ，３４ｂの出力から、ここでは例として次の周波数差の成分だけを抽出するものとする。
【００７９】
【数１２】
【００８０】
【数１３】
【００８１】
乗算部３５ｃは、フィルタａ３６出力とフィルタｂ３７出力との乗算を行い、次の信号を出力する。
【００８２】
【数１４】
【００８３】
フィルタｃ３８は、乗算部３５ｃ出力から、次の周波数差の成分だけを抽出する。
【００８４】
【数１５】
【００８５】
ＩＱ検波部３９は、フィルタｃ３８出力をＩＱ検波し、次の複素信号を出力する。
【００８６】
【数１６】
【００８７】
よって、外部からの入力信号間の周波数の差( ω１−ω２) の成分を検出し出力することが出来る。
【００８８】
ここでは、最後にＩＱ検波することによって複素信号に変換したが、ＩＱ検波せずに式（１４）の角周波数ωo を中心周波数とする実数信号を出力し、図３の周波数差演算部５及び周波数差照合部６も、図１２の実施例と同様に複素信号ではなく特定の周波数を中心周波数とする実数信号として演算することによって、複素信号に変換することなく実現することも出来る。
【００８９】
以上説明したように、本発明の第２実施形態によれば、周波数差検出部２１は受信信号を特定の周波数信号に変換して周波数差を検出する構成であるため、複素信号に変換しないで実信号のまま演算を行うことが可能となる。
【００９０】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は位置測定装置における位置測定方法のプログラムに関するものである。図１３は本発明に係る位置測定装置の第３実施形態の構成図である。なお、図１と同様の構成部分には同一番号を付し、その説明を省略する。
【００９１】
同図を参照すると、第３実施形態では図１の構成に制御部１５と、プログラム格納部１６とが追加されている。制御部１５は発射源位置測定部１０の各部、すなわち基地局通信部２と、周波数差検出部３と、位置情報処理部４と、周波数差演算部５と、周波数差照合部６と、地図情報作成部７とを制御する（図３参照）。
【００９２】
また、プログラム格納部１６には図２、図１０および図１１にフローチャートで示す位置測定方法のプログラムが格納されている。
【００９３】
制御部１５（“コンピュータ”に相当する）は、プログラム格納部１６から上記位置測定方法のプログラムを読み出し、そのプログラムに従って発射源位置測定部１０の上記各部を制御する。その制御の内容については既に述べたので、ここでの説明は省略する。
【００９４】
以上説明したように、本発明の第３実施形態によれば、受信信号の帯域幅に影響されることなく、かつ回路規模の削減が可能で、さらに異なる発射源からの電波に対しても、それぞれの発射源位置を分離して測定することが可能な位置測定装置における位置測定方法のプログラムが得られる。
【００９５】
（付記１）２つの受信信号間の周波数差の時間変化を算出する周波数差演算部は地図上の全ての位置について電波発射源の位置を仮定し、周波数差の時間変化を算出することを特徴とする位置測定装置。
【００９６】
（付記２）２つの移動体受信部は自己位置情報を取得する機能を有し、発射源位置測定ステップは、周波数差が、受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および電波発射源の位置に基づき算出される関係式を有し、その関係式に既知の前記受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および前記電波発射源の仮定の位置を代入し、その結果得られる前記周波数差の時間的変化に基づき前記電波発射源の位置を測定することを特徴とするプログラム。
【００９７】
（付記３）前記発射源位置測定ステップは、受信した電波の周波数差の時間的変化と、前記電波発射源の仮定の位置を前記周波数差の関係式に代入して得られる周波数差の時間的変化とを照合し、双方の周波数差の時間的変化が一致した場合、前記電波発射源の仮定の位置を前記電波発射源の真の位置と判定することを特徴とする、付記２に記載のプログラム。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明を電波監視等の目的で、位置が不明な電波発射源について、受信した電波から発射源位置を測定するために用いることが可能である。また、移動体受信部は、車両、航空機または人工衛星等に搭載することにより実現が可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１ａ，１ｂ 移動体受信部
２ 基地局通信部
３，２１ 周波数差検出部
４ 位置情報処理部
５ 周波数差演算部
６ 周波数差照合部
７ 地図情報作成部
８ 電波発射源
８ａ〜８ｄ 電波発射源
１０ 発射源位置測定部
１１ 受信アンテナ
１２ 受信部
１３ 位置取得部
１４ 移動体通信部
３１ａ，３１ｂ ＩＱ検波部
３２ 共役演算部
３３ 乗算部
３４ａ，３４ｂ 乗算部
３５ 信号発生器
３５ｃ 乗算部
３６ フィルタａ
３７ フィルタｂ
３８ フィルタｃ
３９ ＩＱ検波部
６１ 波形生成部
６２ 乗算部
６３ 低域通過フィルタ
１００ 位置測定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置測定装置および位置測定方法に関し、特に電波監視等の目的で、位置が不明な電波発射源の位置を測定する位置測定装置および位置測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連する位置測定装置では、複数の移動体受信部で受信した受信信号間の周波数差及び到達時間差を同時に測定することにより発射源位置を測定していた。または、複数の異なる位置で電波の到来方位を測定しその方位測定結果を示す方位線の交点から発射源位置を求めていた。
【０００３】
その具体例の一例として、一定周波数の電波を送信する地表面上に設置された発信源と、電波を１回の周回で３ヶ所以上の観測位置から受信する周回衛星と、周回衛星で受信された受信波からドップラ周波数を抽出し発信源の位置を標定する処理装置を備え、衛星の速度と観測相対速度から形成される等ドップラ面と地表面との交線である等ドップラ線同士の交点から発信源の位置を標定する位置標定装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、他の一例として、移動体より発射された電波を、少なくとも３つの観測点において受信し、受信信号間の周波数差を算出する電波監視装置が開示されている（特許文献２参照）。
【０００５】
また、他の一例として、複数のアンテナの中の２つのアンテナからなる組み合わせにおける２つのアンテナの受信信号を入力として、受信信号のドップラ周波数差を求める複数のドップラ周波数差計測手段と、上記組み合わせにおける２つのアンテナの受信信号を入力として、受信信号の到来時刻差を求める複数の信号到来時刻差計測手段と、上記ドップラ周波数差と上記到来時刻差とを入力して、上記信号線の位置および運動を推定する位置・運動推定手段とを備えるパッシブ位置標定装置が開示されている（特許文献３参照）。
【０００６】
また、他の一例として、地表面上の発信源から発信される一定周波数の電波を衛星局によって複数の観測位置で受信し、衛星局によって受信された受信波のドップラ周波数に基づき発信源の位置を検出する位置検出装置が開示されている（特許文献４参照）。
【０００７】
また、他の一例として、生体に対して超音波を送信し、生体からの反射波を受信して受信信号を出力し、送信信号と受信信号との周波数差を得、かつ送信周波数と対象組織からの受信周波数との差である周波数差信号の時間変化の様子を観測し、組織（生体）の深さ（位置）を求める超音波診断装置が開示されている（特許文献５参照）。
【０００８】
また、他の一例として、２つの受信アンテナで、２つの衛星経由のダウンリンクを受信し、２系統での受信信号を同時にＡＤサンプリングしてデジタルデータを取得し、相関処理部にて、到達時間差、ドップラ周波数差を算出するための相関処理を行うアップリンク干渉源位置特定装置が開示されている（特許文献６参照）。
【０００９】
さらに、この装置では衛星位置算出処理部にて、電波を受信している２衛星の測定した時刻における位置を算出する。そして、発射源位置推定処理部にて、相関処理部で得た到達時間、ドップラシフト周波数差の情報と、衛星位置算出処理部で得た測定時刻における衛星位置、速度の情報を用いて、地上局の位置を推定する。
【００１０】
また、他の一例として、一定周波数の電波を送信する地表面上に設置された発信源と、上記電波を１回の周回で３ヶ所以上の観測位置から受信する周回衛星と、上記周回衛星で受信された受信波からドップラ周波数を抽出し、発信源の位置を標定する処理装置とからなり、衛星の速度と観測相対速度から形成される等ドップラ面と地表面との関係から幾何学的手法を用いて発信源の位置を概算する処理手段と、地球の自転による位置ずれを補正する処理手段とを備えた位置標定装置が開示されている（特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１１６８１９号公報
【特許文献２】特開２００２−０６２３４６号公報
【特許文献３】特開２００２−２６７７３２号公報
【特許文献４】特開２００３−１６７０４１号公報
【特許文献５】特開２００６−０１４９１６号公報
【特許文献６】特開２００６−３４９４７０号公報
【特許文献７】特開平０９−３２９６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、上記関連発明（特許文献１〜７）では、到達時間差を測定するに十分な受信信号の帯域幅が必要であり、帯域幅が狭いと誤差が大きくなり、無変調の搬送波だけの場合はまったく測定できないため、狭帯域の通信信号等は正確に測定できないという欠点があった。
【００１３】
また、電波の到来方位を測定する上記関連発明では、電波の到来方位を測定するためには複数のアンテナ及び受信機が必要であり、誤差を小さくするためには多数のアンテナを配置しアンテナ配列の寸法を大きくする必要があり、回路規模及び寸法が大きくなるという欠点があった。
【００１４】
さらに、同一周波数に複数の電波が混信している場合、混信する電波の数より多くの複数のアンテナで受信した信号から、ＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification) 等のアルゴリズムによって混信波の方位を分離測定することが出来るが、受信アンテナより混信波の数の方が多い場合、混信波を分離して方位測定できないため、位置を求めることが出来ないという欠点があった。よって、多くの混信波が存在する場合、混信波の数より多くのアンテナが必要となり、回路規模が大きく処理が複雑になるという欠点があった。
【００１５】
そこで本発明の目的は、受信信号の帯域幅に影響されることなく、かつ回路規模の削減が可能で、さらに異なる発射源からの電波に対しても、それぞれの発射源位置を分離して測定することが可能な位置測定装置および位置測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するために、本発明による位置測定装置は、移動しながら電波発射源からの電波を受信する２つの移動体受信部と、前記２つの移動体受信部で受信される信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定部とを含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による位置測定方法は、２つの移動体受信部で受信される電波発射源からの信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定ステップを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明によるプログラムは、電波発射源の位置を測定する位置測定装置のコンピュータに、２つの移動体受信部で受信される電波発射源からの信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定ステップを実行させるためのものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、受信信号の帯域幅に影響されることなく、かつ回路規模の削減が可能で、さらに異なる発射源からの電波に対しても、それぞれの発射源位置を分離して測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】発明に係る位置測定装置の一例の動作原理を示す模式図である。
【図２】本発明に係る位置測定方法の一例の動作原理を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る位置測定装置の第１実施形態の構成図である。
【図４】２つの移動体受信部１ａ，１ｂと電波発射源８の位置関係の一例を示す図である。
【図５】移動体受信部の一例の構成図である。
【図６】周波数差検出部の一例の構成図である。
【図７】周波数差照合部の一例の構成図である。
【図８】第１実施形態の動作を示す模式図である。
【図９】移動体受信部で受信した４つの信号間の周波数差の時間変化の一例を示す図である。
【図１０】第１実施形態における位置測定方法を示すフローチャートである。
【図１１】第１実施形態における位置測定方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係る位置測定装置の第２実施形態の構成図である。
【図１３】本発明に係る位置測定装置の第３実施形態の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、実施の形態の説明に入る前に、本発明の動作原理について説明する。図１は本発明に係る位置測定装置の一例の動作原理を示す模式図、図２は本発明に係る位置測定方法の一例の動作原理を示すフローチャートである。本発明に係る位置測定装置および方法の一例は、移動体受信部１ａおよび１ｂと、発射源位置測定部１０とを含んで構成される（図１参照）。
【００２２】
移動体受信部１ａおよび１ｂは、それぞれ移動しながら図示しない電波発射源からの電波を受信する。発射源位置測定部１０は、２つの移動体受信部１ａおよび１ｂで受信される信号を取得してその周波数差を算出し（図２のステップＳ１参照）、その周波数差の時間的変化から電波発射源の位置を測定する（図２のステップＳ２参照）。
【００２３】
このように、本発明は、２つの移動体受信部１ａおよび１ｂで受信される信号の周波数差の時間的変化を発射源位置測定部１０にて観察し、その時間的変化を基に電波発射源の位置を測定する構成である。
【００２４】
したがって、本発明によれば、受信信号の帯域幅に影響されることなく、かつ回路規模の削減が可能で、さらに異なる発射源からの電波に対しても、それぞれの発射源位置を分離して測定することが可能となる。
【００２５】
次に、本発明の特徴を述べる。図３において、２つの移動体受信部１ａ，１ｂは、移動しながら電波を受信すると共に、ＧＰＳ(Global Positioning System) 等により自己位置情報を得ている。移動体受信部１ａ，１ｂで受信した受信信号および自己位置情報を基地局通信部２へ送り、２つの受信信号間の周波数差、移動体受信部１ａ，１ｂの位置および速度情報を測定結果として得る。
【００２６】
２つの受信信号間の周波数差はドップラ周波数の差であり、移動体受信部１ａ，１ｂの位置、速度、発射源位置および電波の周波数により決定される。よって、２つの移動体受信部１ａ，１ｂが移動しながら受信した２つの受信信号間の周波数差を連続して検出すると、発射源位置によって異なる時間変化となって表れる。
【００２７】
電波の周波数は受信した周波数から既知であるので、発射源位置を特定の位置に仮定すると、時刻によって変化する移動体受信部１ａ，１ｂの位置および速度の情報から、２つの受信信号間の周波数差がどのように時間変化するかが分かる。
【００２８】
よって、２つの受信信号間の周波数差の信号を抽出し、発射源位置を仮定して得られた周波数差の時間変化と照合することにより、仮定した発射源位置から電波が発射されていたのかを判定することが出来る。
【００２９】
従って、地図上の全ての位置について発射源位置を仮定し、２つの受信信号間の周波数差の時間変化と照合することにより、電波の発射源位置を示す地図情報を得ることが出来る。また、発射源位置が異なる場合、２つの受信信号間の周波数差の時間変化も異なるため、同一周波数に複数の電波が混信する場合も、それぞれの発射源位置を分離して求めることが出来る。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。まず、第１実施形態について説明する。図３は本発明に係る位置測定装置の第１実施形態の構成図である。なお、図１と同様の構成部分には同一番号を付している。
【００３１】
図３を参照すると、本発明に係る位置測定装置１００は、移動体受信部１ａおよび１ｂと、基地局通信部２と、周波数差検出部３と、位置情報処理部４と、周波数差演算部５と、周波数差照合部６と、地図情報作成部７とを含んで構成される。なお、基地局通信部２と、周波数差検出部３と、位置情報処理部４と、周波数差演算部５と、周波数差照合部６と、地図情報作成部７とを含んで発射源位置測定部１０が構成される。
【００３２】
本位置測定装置１００は、２つの移動体受信部１ａおよび１ｂが、特定の経路を特定の速度で移動しながら電波を受信すると共に、ＧＰＳ等により自己位置情報を得ている。移動体受信部１ａおよび１ｂで受信した２つの受信信号および自己位置情報は基地局通信部２へ送信される。そして、基地局通信部２からその２つの受信信号および自己位置情報が周波数差検出部３および位置情報処理部４へ出力される。
【００３３】
周波数差検出部３では２つの受信信号から受信信号間の周波数差が検出される。位置情報処理部４では２つの移動体受信部１ａおよび１ｂの位置情報の時間変化から信号受信時の移動体受信部の位置情報および速度情報が算出される。周波数差検出部３で検出された２つの受信信号間の周波数差は、移動体受信部１ａ，１ｂで受信した信号のドップラ周波数の差であり、移動体受信部１ａ，１ｂの位置、速度、発射源位置および電波の周波数により決定される。
【００３４】
位置情報処理部４で算出された位置情報および速度情報は周波数差演算部５へ出力される。周波数差演算部５は、発射源位置を特定の位置に仮定し、時刻によって変化する移動体受信部１ａ，１ｂの位置および速度の情報から、２つの受信信号間の周波数差の時間変化を算出する。
【００３５】
周波数差検出部３で検出された２つの受信信号間の周波数差は周波数差照合部６へ出力される。周波数差照合部６は、周波数差演算部５で発射源位置を特定の位置に仮定して算出された２つの受信信号間の周波数差の時間変化を、周波数差検出部３で検出された２つの受信信号間の周波数差と照合し、照合結果を出力する。
【００３６】
この照合結果は、照合した２つの周波数差の時間変化が合致した場合に、そのとき周波数差演算部５で仮定した発射源位置に実際に発射源が存在することを表す。周波数差演算部５は、地図上のすべての位置について発射源位置を仮定し、周波数差の時間変化を算出する。
【００３７】
周波数差照合部６は、周波数差演算部５で算出した、地図上のすべての位置に発射源位置を仮定した時のすべての周波数差の時間変化を、周波数差検出部３で検出した受信信号間の周波数差と照合し、照合結果を出力する。地図情報作成部７は、地図上のすべての位置について発射源位置を仮定したときの周波数差の時間変化と２つの受信信号間の周波数差との照合結果から、照合結果が合致している場合に実際に電波の発射源が存在することを表す、電波の発射源位置を示す地図情報を作成する。
【００３８】
図４は２つの移動体受信部１ａ，１ｂと電波発射源８の位置関係の一例を示す図である。同図に示すように、２つの移動体受信部１ａ，１ｂは、それぞれ位置（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）を速度( Ｖｘ１，Ｖｙ１) 、（Ｖｘ２，Ｖｙ２）で移動しており、位置（Ｘ０，Ｙ０）にある電波発射源８からの電波を受信しているものとする。このとき、電波発射源８と移動体受信部１ａとの距離をＲ１、電波発射源８と移動体受信部１ｂとの距離をＲ２とすると、Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ次の式で表される。
【００３９】
【数１】
【００４０】
【数２】
【００４１】
距離Ｒ１、Ｒ２の時間変化は、式（１）、（２）を微分することにより、次式で得られる。
【００４２】
【数３】
【００４３】
【数４】
【００４４】
式（３）、（４）を、受信した電波の波長λで割り符号を反転させたものがドップラ周波数であるので、２つの移動体受信部１ａ，１ｂのドップラ周波数Δｆ１、Δｆ２は次式となる。
【００４５】
【数５】
【００４６】
【数６】
【００４７】
よって、２つの移動体受信部１ａ，１ｂ間の周波数差Δｆは、次式で得られる。
【００４８】
【数７】
【００４９】
【数８】
【００５０】
周波数差検出部３で検出した、２つの受信信号間の周波数差は、式（７ａ）および（７ｂ）のΔｆを表しており、時刻ｔによって変化する値となる。波長λは受信周波数によって決まり、移動体受信部１ａ，１ｂの位置（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）および速度（Ｖｘ１，Ｖｙ１）、（Ｖｘ２，Ｖｙ２）は、位置情報処理部４からの位置情報及び速度情報から得られるため、発射源位置（Ｘ０，Ｙ０）だけが未知の値である。周波数差演算部５は、未知である発射源位置（Ｘ０，Ｙ０）を仮定し、位置情報処理部４からの位置情報及び速度情報から、式（７ａ）および（７ｂ）で表される周波数差の時間変化を算出する。
【００５１】
図５は移動体受信部の一例の構成図である。同図を参照すると、移動体受信部１ａおよび１ｂは、受信アンテナ１１と、受信部１２と、位置取得部１３と、移動体通信部１４とを含んで構成される。
【００５２】
受信アンテナ１１で受信した電波を受信部１２で中間周波信号の受信信号に変換し、移動体通信部１４へ出力する。位置取得部１３はＧＰＳ等を使用し、移動体受信部１ａおよび１ｂの位置を取得し移動体通信部１４へ出力する。移動体通信部１４は、無線回線等により図３の基地局通信部２と通信を行い、受信信号および位置情報を送信する。
【００５３】
図６は周波数差検出部の一例の構成図である。同図を参照すると、周波数差検出部３は、ＩＱ検波部３１ａおよび３１ｂと、共役演算部３２と、乗算部３３とを含んで構成される。
【００５４】
周波数差検出部３は、基地局通信部２からの２つの受信信号をＩＱ検波部３１ａ，３１ｂでそれぞれＩＱ検波を行い複素受信信号に変換し、ＩＱ検波部３１ｂから出力された複素受信信号を共役演算部３２で複素共役受信信号に変換し、乗算部３３で２つの信号間の乗算を行うことにより、受信信号間の位相差を示す信号が出力される。
【００５５】
ＩＱ検波部３１ａへの入力を、Ａ１・ｃｏｓ（ω１ｔ＋φ１）、ＩＱ検波部３１ｂへの入力を、Ａ２・ｃｏｓ（ω２ｔ＋φ２）とすると、ＩＱ検波部３１ａは、Ａ１・ｅj((ω1-ω0)t+φ1) を出力し、ＩＱ検波部３１ｂは、Ａ２・ｅj((ω2-ω0)t+φ2) を出力する。共役演算部３２にＩＱ検波部３１ｂの出力を入力すると複素共役な信号Ａ２・ｅ-j((ω2-ω0)t+φ2)が出力される。ＩＱ検波部３１ａの出力と共役演算部３２の出力を乗算部３３へ入力すると、Ａ１・Ａ２・ｅj((ω1-ω2)t+(φ1-φ2)) が出力され、２つの受信信号間の周波数差（ω１−ω２）の信号が得られる。
【００５６】
図７は周波数差照合部の一例の構成図である。同図を参照すると、周波数差照合部６は、波形生成部６１と、乗算部６２と、低域通過フィルタ６３とを含んで構成される。
【００５７】
波形生成部６１は、周波数差演算部５から出力された発射源位置を仮定することにより式７ａおよび７ｂで得られた周波数差Δｆ用い、次の照合波形を生成する。
【００５８】
【数９】
【００５９】
乗算部６２は、周波数差検出部３から出力された２つの受信信号間の周波数差の信号と、波形生成部６１からの照合波形との乗算結果を出力する。低域通過フィルタ６３は、乗算部６２からの乗算結果から高周波数成分を除去し、直流成分を抽出し照合結果として出力する。
【００６０】
このとき、周波数差演算部５で仮定した発射源位置が実際の発射源位置と一致している場合、２つの受信信号間の周波数差による位相変化（ω１−ω２）・ｔと照合波形の位相変化の正負を反転したもの２π・∫Δｆｄｔが同じになるため、周波数差と照合波形の乗算結果は直流成分となり、低域通過フィルタ６３を通過する。よって、低域通過フィルタ６３の出力である照合結果は、周波数差演算部５で仮定した発射源位置が実際の発射源位置と一致している場合に極大の値となる。
【００６１】
また、仮定した発射源位置が実際の発射源位置と一致していない場合、２つの受信信号間の周波数差による位相変化（ω１−ω２）・ｔと照合波形の位相変化の正負を反転したもの、２π・∫Δｆｄｔが同じにならないため、周波数差と照合波形の乗算結果は交流成分となり、低域通過フィルタ６３で抑圧される。そのため、異なる位置に複数の発射源が存在し、同一周波数に混信している場合でも、複数の発射源位置を分離して照合結果として出力することが出来る。
【００６２】
次に、第１実施形態の動作について説明する。図８は第１実施形態の動作を示す模式図である。同図は移動体受信部１ａおよび１ｂが移動しながら複数の電波発射源８ａ〜８ｄからの電波を受信している状況を示している。同図では、２台の移動体受信部１ａ、１ｂがそれぞれ速度（Ｖｘ１，Ｖｙ１）、（Ｖｘ２，Ｖｙ２）で移動しており、４つの発射源８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄからの電波を受信しているものとする。このとき、４つの発射源８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに対応した２台の移動体受信部で受信した信号間の周波数差の時間変化の一例を図９に示す。
【００６３】
図９は移動体受信部で受信した４つの信号間の周波数差の時間変化の一例を示す図である。同図において、縦軸はドップラ周波数差（Ｈｚ）、横軸は時刻（ｓｅｃ）を表す。同図に示すように、２台の移動体受信部１ａおよび１ｂで受信した信号間の周波数差は、異なる発射源位置から送信された信号の場合、異なる時間変動となるため、複数の発射源が混信する場合でも、それぞれの位置を分離して検出することが出来る。
【００６４】
第１実施形態における位置測定方法について説明する。図１０および図１１は第１実施形態における位置測定方法を示すフローチャートである。図１０を参照すると、周波数差演算部５は、周波数差の関係式（式７ａおよび７ｂ）に、移動体受信部１ａ、１ｂが現実に受信した（すなわち、既知の）波長、時刻、移動体受信部１ａ、１ｂの位置、速度および電波発射源の仮定の位置を代入する（ステップＳ１１）。
【００６５】
次に、周波数差検出部３で検出した２つの受信信号間の周波数差と、周波数差演算部５で演算された周波数差とが周波数差照合部６で照合される。そして、周波数差照合部６はその照合結果に基づき電波発射源の位置を測定する（ステップＳ１２）。
【００６６】
図１１を参照すると、周波数差照合部６は周波数差検出部３で検出した２つの受信信号間の周波数差と、周波数差演算部５で演算された周波数差とを照合し（ステップＳ２１）、両周波数差が一致した場合（ステップＳ２２にて“Ｙ”の場合）、仮定した電波発射源の位置を真の位置と判定する（ステップＳ２３）。
【００６７】
一方、ステップＳ２２にて両周波数差が一致しない場合（ステップＳ２２にて“Ｎ”の場合）、仮定した電波発射源の位置は真の位置ではないと判定する（ステップＳ２４）。
【００６８】
以上説明したように、本発明の第１実施形態では、受信信号間の周波数差及び到達時間差を用いる方式のように電波の到達時間差を使用しない。このため、到達時間差を測定するために必要な受信信号の帯域幅に影響されず、狭帯域信号に対しても精度を劣化させることなく電波発射源の位置を測定することが可能である。
【００６９】
また、本発明の第１実施形態では、到来方位を測定する関連技術と比較し、到来方位測定のために必要な複数のアンテナおよび受信機を必要とせず、単一のアンテナおよび受信機で実現可能なため、回路規模を大幅に削減することが可能である。
【００７０】
さらに、同一周波数に複数波が混信する場合も、発射源位置が異なると、２つの移動体受信部での受信信号間の周波数差の時間変動もまた異なるので、アンテナおよび受信機の数を増やすことなく、それぞれの発射源位置を分離して測定することが可能となる。
【００７１】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は周波数差検出部３の他の例に関するものである。図１２は第２実施形態の構成図である。図３の周波数差検出部３は、図６の実施例ではＩＱ検波を行い複素信号に変換する方法について述べたが、図１２の周波数差検出部２１は、受信信号を特定の周波数信号に変換することにより複素信号に変換せず実信号のまま演算する。
【００７２】
図１２を参照すると、周波数差検出部２１は乗算部３４ａ，３４ｂと、信号発生器３５と、フィルタａ３６と、フィルタｂ３７と、乗算部３５ｃと、フィルタｃ３８と、ＩＱ検波部３９とを含んで構成される。
【００７３】
乗算部３４ａ，３４ｂは、外部からの入力信号と信号発生部３５からのローカル信号との乗算を行い、入力信号とローカル信号との周波数の和の信号と周波数の差の信号とを出力する。フィルタａ３６、フィルタｂ３７は、周波数の和の信号と周波数の差の信号のどちらか一方を抽出して出力する。
【００７４】
乗算部３５ｃは、フィルタａ３６とフィルタｂ３７から抽出された信号間の乗算を行い、抽出された信号間の周波数の和の成分と周波数の差の成分を出力する。フィルタｃ３８は、乗算部３５Ｃの出力から周波数の差の成分だけを抽出することにより、外部からの入力信号間の周波数の差の成分を検出することが出来る。
【００７５】
乗算部３４ａ、３４ｂに外部から入力される信号をそれぞれ、Ａ１ｃｏｓ（ω１ｔ＋φ１）、Ａ２ｃｏｓ（ω２ｔ＋φ２）とし、信号発生部３５から乗算部３４ａ、３４ｂに入力されるローカル信号をそれぞれ、ｃｏｓ（ωL・ｔ）、ｃｏｓ（（ωL+ωo ）ｔ）とすると、乗算部３４ａ、３４ｂからはそれぞれ次の信号が出力される。
【００７６】
【数１０】
【００７７】
【数１１】
【００７８】
フィルタａ３６、フィルタｂ３７は、乗算部３４ａ，３４ｂの出力から、ここでは例として次の周波数差の成分だけを抽出するものとする。
【００７９】
【数１２】
【００８０】
【数１３】
【００８１】
乗算部３５ｃは、フィルタａ３６出力とフィルタｂ３７出力との乗算を行い、次の信号を出力する。
【００８２】
【数１４】
【００８３】
フィルタｃ３８は、乗算部３５ｃ出力から、次の周波数差の成分だけを抽出する。
【００８４】
【数１５】
【００８５】
ＩＱ検波部３９は、フィルタｃ３８出力をＩＱ検波し、次の複素信号を出力する。
【００８６】
【数１６】
【００８７】
よって、外部からの入力信号間の周波数の差( ω１−ω２) の成分を検出し出力することが出来る。
【００８８】
ここでは、最後にＩＱ検波することによって複素信号に変換したが、ＩＱ検波せずに式（１４）の角周波数ωo を中心周波数とする実数信号を出力し、図３の周波数差演算部５及び周波数差照合部６も、図１２の実施例と同様に複素信号ではなく特定の周波数を中心周波数とする実数信号として演算することによって、複素信号に変換することなく実現することも出来る。
【００８９】
以上説明したように、本発明の第２実施形態によれば、周波数差検出部２１は受信信号を特定の周波数信号に変換して周波数差を検出する構成であるため、複素信号に変換しないで実信号のまま演算を行うことが可能となる。
【００９０】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は位置測定装置における位置測定方法のプログラムに関するものである。図１３は本発明に係る位置測定装置の第３実施形態の構成図である。なお、図１と同様の構成部分には同一番号を付し、その説明を省略する。
【００９１】
同図を参照すると、第３実施形態では図１の構成に制御部１５と、プログラム格納部１６とが追加されている。制御部１５は発射源位置測定部１０の各部、すなわち基地局通信部２と、周波数差検出部３と、位置情報処理部４と、周波数差演算部５と、周波数差照合部６と、地図情報作成部７とを制御する（図３参照）。
【００９２】
また、プログラム格納部１６には図２、図１０および図１１にフローチャートで示す位置測定方法のプログラムが格納されている。
【００９３】
制御部１５（“コンピュータ”に相当する）は、プログラム格納部１６から上記位置測定方法のプログラムを読み出し、そのプログラムに従って発射源位置測定部１０の上記各部を制御する。その制御の内容については既に述べたので、ここでの説明は省略する。
【００９４】
以上説明したように、本発明の第３実施形態によれば、受信信号の帯域幅に影響されることなく、かつ回路規模の削減が可能で、さらに異なる発射源からの電波に対しても、それぞれの発射源位置を分離して測定することが可能な位置測定装置における位置測定方法のプログラムが得られる。
【００９５】
（付記１）２つの受信信号間の周波数差の時間変化を算出する周波数差演算部は地図上の全ての位置について電波発射源の位置を仮定し、周波数差の時間変化を算出することを特徴とする位置測定装置。
【００９６】
（付記２）２つの移動体受信部は自己位置情報を取得する機能を有し、発射源位置測定ステップは、周波数差が、受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および電波発射源の位置に基づき算出される関係式を有し、その関係式に既知の前記受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および前記電波発射源の仮定の位置を代入し、その結果得られる前記周波数差の時間的変化に基づき前記電波発射源の位置を測定することを特徴とするプログラム。
【００９７】
（付記３）前記発射源位置測定ステップは、受信した電波の周波数差の時間的変化と、前記電波発射源の仮定の位置を前記周波数差の関係式に代入して得られる周波数差の時間的変化とを照合し、双方の周波数差の時間的変化が一致した場合、前記電波発射源の仮定の位置を前記電波発射源の真の位置と判定することを特徴とする、付記２に記載のプログラム。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明を電波監視等の目的で、位置が不明な電波発射源について、受信した電波から発射源位置を測定するために用いることが可能である。また、移動体受信部は、車両、航空機または人工衛星等に搭載することにより実現が可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１ａ，１ｂ 移動体受信部
２ 基地局通信部
３，２１ 周波数差検出部
４ 位置情報処理部
５ 周波数差演算部
６ 周波数差照合部
７ 地図情報作成部
８ 電波発射源
８ａ〜８ｄ 電波発射源
１０ 発射源位置測定部
１１ 受信アンテナ
１２ 受信部
１３ 位置取得部
１４ 移動体通信部
３１ａ，３１ｂ ＩＱ検波部
３２ 共役演算部
３３ 乗算部
３４ａ，３４ｂ 乗算部
３５ 信号発生器
３５ｃ 乗算部
３６ フィルタａ
３７ フィルタｂ
３８ フィルタｃ
３９ ＩＱ検波部
６１ 波形生成部
６２ 乗算部
６３ 低域通過フィルタ
１００ 位置測定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動しながら電波発射源からの電波を受信する２つの移動体受信部と、
前記２つの移動体受信部で受信される信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定部とを含むことを特徴とする位置測定装置。
【請求項２】
前記２つの移動体受信部は自己位置情報を取得する機能を有し、
前記発射源位置測定部は、前記周波数差が、受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および前記電波発射源の位置に基づき算出される関係式を有し、その関係式に既知の前記受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および前記電波発射源の仮定の位置を代入し、その結果得られる前記周波数差の時間的変化に基づき前記電波発射源の位置を測定することを特徴とする請求項１記載の位置測定装置。
【請求項３】
前記発射源位置測定部は、受信した電波の周波数差の時間的変化と、前記電波発射源の仮定の位置を前記周波数差の関係式に代入して得られる周波数差の時間的変化とを照合し、双方の周波数差の時間的変化が一致した場合、前記電波発射源の仮定の位置を前記電波発射源の真の位置と判定することを特徴とする請求項１または２記載の位置測定装置。
【請求項４】
前記発射源位置測定部は、前記２つの移動体受信部で受信される信号および自己位置情報を取得する基地局通信部と、
前記２つの受信信号から受信信号間の周波数差を検出する周波数差検出部と、
前記２つの自己位置情報の時間変化から信号受信時の前記移動体受信部の位置情報および速度情報を算出する位置情報処理部と、
前記電波発射源の位置を特定の位置に仮定し、時刻によって変化する前記移動体受信部の位置情報および速度情報から、前記２つの受信信号間の周波数差の時間変化を算出する周波数差演算部と、
前記周波数差演算部で算出された前記２つの受信信号間の周波数差の時間変化を、前記周波数差検出部で検出された２つの受信信号間の周波数差と照合し、照合結果を出力する周波数差照合部と、
前記周波数差照合部での照合結果に基づき前記電波発射源の位置を示す地図情報を作成する地図情報作成部とを含むことを特徴とする請求項２または３記載の位置測定装置。
【請求項５】
前記２つの移動体受信部で受信される電波の周波数の差の検出にＩＱ検波が用いられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の位置測定装置。
【請求項６】
前記２つの移動体受信部で受信される電波の周波数の差の検出に各々の電波の周波数と、所定周波数信号との乗算値が用いられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の位置測定装置。
【請求項７】
２つの移動体受信部で受信される電波発射源からの信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定ステップを含むことを特徴とする位置測定方法。
【請求項８】
前記２つの移動体受信部は自己位置情報を取得する機能を有し、
前記発射源位置測定ステップは、前記周波数差が、受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および前記電波発射源の位置に基づき算出される関係式を有し、その関係式に既知の前記受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および前記電波発射源の仮定の位置を代入し、その結果得られる前記周波数差の時間的変化に基づき前記電波発射源の位置を測定することを特徴とする請求項７記載の位置測定方法。
【請求項９】
前記発射源位置測定ステップは、受信した電波の周波数差の時間的変化と、前記電波発射源の仮定の位置を前記周波数差の関係式に代入して得られる周波数差の時間的変化とを照合し、双方の周波数差の時間的変化が一致した場合、前記電波発射源の仮定の位置を前記電波発射源の真の位置と判定することを特徴とする請求項７または８記載の位置測定方法。
【請求項１０】
電波発射源の位置を測定する位置測定装置のコンピュータに、
２つの移動体受信部で受信される電波発射源からの信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定ステップを実行させるためのプログラム。
【請求項１】
移動しながら電波発射源からの電波を受信する２つの移動体受信部と、
前記２つの移動体受信部で受信される信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定部とを含むことを特徴とする位置測定装置。
【請求項２】
前記２つの移動体受信部は自己位置情報を取得する機能を有し、
前記発射源位置測定部は、前記周波数差が、受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および前記電波発射源の位置に基づき算出される関係式を有し、その関係式に既知の前記受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および前記電波発射源の仮定の位置を代入し、その結果得られる前記周波数差の時間的変化に基づき前記電波発射源の位置を測定することを特徴とする請求項１記載の位置測定装置。
【請求項３】
前記発射源位置測定部は、受信した電波の周波数差の時間的変化と、前記電波発射源の仮定の位置を前記周波数差の関係式に代入して得られる周波数差の時間的変化とを照合し、双方の周波数差の時間的変化が一致した場合、前記電波発射源の仮定の位置を前記電波発射源の真の位置と判定することを特徴とする請求項１または２記載の位置測定装置。
【請求項４】
前記発射源位置測定部は、前記２つの移動体受信部で受信される信号および自己位置情報を取得する基地局通信部と、
前記２つの受信信号から受信信号間の周波数差を検出する周波数差検出部と、
前記２つの自己位置情報の時間変化から信号受信時の前記移動体受信部の位置情報および速度情報を算出する位置情報処理部と、
前記電波発射源の位置を特定の位置に仮定し、時刻によって変化する前記移動体受信部の位置情報および速度情報から、前記２つの受信信号間の周波数差の時間変化を算出する周波数差演算部と、
前記周波数差演算部で算出された前記２つの受信信号間の周波数差の時間変化を、前記周波数差検出部で検出された２つの受信信号間の周波数差と照合し、照合結果を出力する周波数差照合部と、
前記周波数差照合部での照合結果に基づき前記電波発射源の位置を示す地図情報を作成する地図情報作成部とを含むことを特徴とする請求項２または３記載の位置測定装置。
【請求項５】
前記２つの移動体受信部で受信される電波の周波数の差の検出にＩＱ検波が用いられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の位置測定装置。
【請求項６】
前記２つの移動体受信部で受信される電波の周波数の差の検出に各々の電波の周波数と、所定周波数信号との乗算値が用いられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の位置測定装置。
【請求項７】
２つの移動体受信部で受信される電波発射源からの信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定ステップを含むことを特徴とする位置測定方法。
【請求項８】
前記２つの移動体受信部は自己位置情報を取得する機能を有し、
前記発射源位置測定ステップは、前記周波数差が、受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および前記電波発射源の位置に基づき算出される関係式を有し、その関係式に既知の前記受信した電波の波長、時刻、各移動体受信部の位置、その位置から算出される各移動体受信部の速度および前記電波発射源の仮定の位置を代入し、その結果得られる前記周波数差の時間的変化に基づき前記電波発射源の位置を測定することを特徴とする請求項７記載の位置測定方法。
【請求項９】
前記発射源位置測定ステップは、受信した電波の周波数差の時間的変化と、前記電波発射源の仮定の位置を前記周波数差の関係式に代入して得られる周波数差の時間的変化とを照合し、双方の周波数差の時間的変化が一致した場合、前記電波発射源の仮定の位置を前記電波発射源の真の位置と判定することを特徴とする請求項７または８記載の位置測定方法。
【請求項１０】
電波発射源の位置を測定する位置測定装置のコンピュータに、
２つの移動体受信部で受信される電波発射源からの信号を取得してその周波数差を算出し、その周波数差の時間的変化から前記電波発射源の位置を測定する発射源位置測定ステップを実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１５３８７７（Ｐ２０１１−１５３８７７Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４９３０（Ｐ２０１０−１４９３０）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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