測位装置
【課題】移動する電波源に対しても高精度の測位を可能にする測位装置を提供する。
【解決手段】２機以上の衛星３，４を経由して複数の受信局５，６で受信される未知の電波源１，２からの信号間のＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて前記電波源の位置を推定する測位装置であって、測位装置の信号・情報処理装置７が、ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測するとともに、電波源が等速直線運動するものと仮定し、電波源の初期位置と速度を未知変数とする、前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する方程式を前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡの複数回の計測結果に従って解き、前記電波源の初期位置と速度を算出する。
【解決手段】２機以上の衛星３，４を経由して複数の受信局５，６で受信される未知の電波源１，２からの信号間のＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて前記電波源の位置を推定する測位装置であって、測位装置の信号・情報処理装置７が、ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測するとともに、電波源が等速直線運動するものと仮定し、電波源の初期位置と速度を未知変数とする、前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する方程式を前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡの複数回の計測結果に従って解き、前記電波源の初期位置と速度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の衛星を経由して受信局で受信される、未知の電波源からの電波間の到来時間差(ＴＤＯＡ：Time Difference of Arrival)と到来周波数差(ＦＤＯＡ：Frequency Difference of Arrival)を用いて電波源の位置を推定する測位装置、特に移動する電波源に対しても高精度の測位を可能にする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、衛星を用いて地上の電波源の位置を測位する装置として、例えば下記特許文献１に記載されたような装置があった。この装置は、衛星を用いた電波源測位の高精度化に関するものであるが、測位原理そのものは、図６に示すように、測位対象である地上電波源５１からの信号を、送信アンテナの主ローブからの信号を受信する衛星５２と、送信アンテナのサイドローブからの信号を受信する衛星５３を通して地上受信局５４と５５で受信し、信号処理装置５６内でこれらの信号間の到来時間差(ＴＤＯＡ：Time Difference of Arrival)と到来周波数差(ＦＤＯＡ：Frequency Difference of Arrival)を求め、地表における等ＴＤＯＡ曲線５７と等ＦＤＯＡ曲線５８の交点から電波源５１の位置を特定するというものである。
【０００３】
ＴＤＯＡは、２機の衛星５２，５３を介する経路差によるものであるから、目標(地上)電波源５１と２機の衛星５２，５３と受信局５４、５５の位置関係により決まる。また、ＦＤＯＡは、目標電波源５１が静止しているものとすれば、衛星５２，５３の運動のドップラーシフトのみによるものであるから、目標電波源と２機の衛星５２，５３と受信局５４，５５の位置関係と、２機の衛星５２，５３の運動方向と速度に依存する。従って、２機の衛星５２，５３の位置と速度の三次元要素が既知であるとして、目標電波源５１の位置を特定することができる。
【０００４】
【特許文献１】特許第３５５６９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の測位方式は、目標電波源が静止していることを前提としてＦＤＯＡを計測するため、電波源が船舶に設置されている場合などで未知の速度で移動する場合には、ＦＤＯＡに地上局の移動によるドップラーシフトが加わり、これが誤差要因となって測位精度が大幅に劣化してしまうという問題があった。
【０００６】
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、移動する電波源に対しても高精度の測位を可能にする測位装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、２機以上の衛星を経由して複数の受信局で受信される未知の電波源からの信号間のＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて前記電波源の位置を推定する測位装置であって、測位装置の信号・情報処理装置が、ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測するとともに、電波源が等速直線運動するものと仮定し、電波源の初期位置と速度を未知変数とする、前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する方程式を前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡの複数回の計測結果に従って解き、前記電波源の初期位置と速度を算出することを特徴とする測位装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明では、移動する電波源に対しても高精度の測位を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態による測位装置の全体構成を示す図である。図１において、１は測位対象である移動電波源、２は一定時間後の前記移動電波源、３は電波源(１，２)からの主電波を中継する第１の衛星、４は電波源からのサイドローブ電波を中継する第２の衛星、５と６はそれぞれ衛星３，４からの電波を受信する地上受信局、７は受信局の信号から電波源位置を計算する信号・情報処理装置である。
【００１０】
図２は信号・情報処理装置７の内部構成を示す図を示す。１１は低雑音増幅手段、１２は周波数変換手段、１３はＡ／Ｄ変換手段、１４はローカル信号発生手段、１５はＡ／Ｄ変換のためのクロック・トリガ信号発生手段、１６はＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計算手段、１７は記憶手段、１８は衛星軌道計算手段、１９は測位計算手段である。
【００１１】
次に動作について説明する。図１に示すように、測位目標である移動電波源(１，２)は、第１の衛星３に向けて電波を送信する。また、この電波は、アンテナ指向特性により意図しない方向(サイドローブ)にも弱い電力で送信され、第２の衛星４によっても受信される。第１の衛星３と第２の衛星４によってそれぞれ受信された信号は、周波数変換されて再送信され、それぞれ地上受信局５と地上受信局６によって受信される。これらの受信信号は信号・情報処理装置７によって処理されて電波源位置の測位結果が出力部に出力または表示部に表示(共に図示省略)される。
【００１２】
次に信号・情報処理装置７の内部処理について説明する。通信衛星等の衛星３と４から得られる受信信号は、それぞれ別々の低雑音増幅手段１１により増幅され、別々の周波数変換手段１２によりＩＦ信号(中間周波：Intermediate Frequency)かベースバンド信号に変換された後、別々のＡ／Ｄ変換手段１３によりディジタル信号に変換される。
【００１３】
これらの周波数変換手段１２に供給されるローカル信号と、Ａ／Ｄ変換手段１３に供給されるクロック信号やトリガ信号は、共通のローカル信号発生手段１４や共通のクロック・トリガ信号発生手段１５によって供給する。但し、２機の地上受信局５と６が離れている場合には、原子時計やＧＰＳ標準信号発生器などを用いた同期手段や、ディジタル処理によるものを含む補正手段を用いて、個別にローカル信号やクロック・トリガ信号が供給されてもよい。
【００１４】
ディジタル信号に変換された２機の衛星３，５からの受信信号は、ＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計算手段１６に入力され、両信号間のＴＤＯＡ(到来時間差)とＦＤＯＡ(到来周波数差)が計算される。受信信号の取得とＴＤＯＡ、ＦＤＯＡの計算は一定時間毎、または不定期的に複数回行い、観測ごとのＴＤＯＡとＦＤＯＡを記憶手段１７に格納する。
【００１５】
ＴＤＯＡとＦＤＯＡの計算は、例えば次に示す相関演算を用いて行うことができる。
【００１６】
【数１】
【００１７】
上記式(１)において、Ｓ１(ｔ)は第１の衛星３からの受信信号であり、Ｓ２(ｔ)は第２の衛星４からの受信信号である。τとｆを変えながら上記式(１)を計算し、上記式(１)の絶対値が最も大きくなるτとｆが求めるべきＴＤＯＡとＦＤＯＡである。
【００１８】
一方、衛星軌道計算手段１８は、ＴＤＯＡとＦＤＯＡ受信信号データ取得時における２機の衛星３，４の位置と速度を計算する。これは、衛星事業者等から得た衛星の軌道情報から計算することができる。衛星の軌道情報は図２のＡに示すように衛星軌道計算手段１８に直接入力されるようにしてもよく、また予め所定のメモリ(図示省略)に格納しておいてもよい。また、上述の特許文献１に示されている方法を用いることもできる。
【００１９】
測位計算手段１９は、衛星軌道計算手段１８から得た２機の衛星３，４の位置と速度の情報と、記憶手段１７に格納されている複数回計測したＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて、目標電波源(１，２)の位置と速度を計算する。
【００２０】
位置と速度の計算は、複数回のＴＤＯＡとＦＤＯＡを計測している間は電波源(１，２)が等速直線運動をしているものと仮定し、最初のＴＤＯＡとＦＤＯＡを計測した時点の初期位置と速度を未知変数として、次の連立方程式を解く。
【００２１】
【数２】
【００２２】
上記連立方程式(２)において、「・」はベクトルの内積を表し、二重の| |はベクトルの長さ、すなわち二乗のノルムを表す。また、各変数の意味は以下のとおりである。
τ(ｋ)：ｋ回目の計測時の観測ＴＤＯＡ
ｆ(ｋ)：ｋ回目の計測時の観測ＦＤＯＡ
τＤ(ｋ)：ｋ回目の計測時のダウンリンクＴＤＯＡ
ｆＤ(ｋ)：ｋ回目の計測時のダウンリンクＦＤＯＡ
(→)Ｐ(ｋ)：ｋ回目の計測時の目標電波源の位置ベクトル
(→)ｖ：目標電波源の速度ベクトル(ｋによらず不変)
(→)ＰＳ１(ｋ)：ｋ回目の計測時の第１の衛星の位置ベクトル
(→)ｖＳ１(ｋ)：ｋ回目の計測時の第１の衛星の速度ベクトル
(→)ＰＳ２(ｋ)：ｋ回目の計測時の第２の衛星の位置ベクトル
(→)ｖＳ２(ｋ)：ｋ回目の計測時の第２の衛星の速度ベクトル
ｃ：光速
λ：アップリンク時の波長
Ｋ：総計測回数
【００２３】
上記の変数のうち、観測ＴＤＯＡと観測ＦＤＯＡはＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計算手段１６から得るため既知変数である。
また、ダウンリンクＴＤＯＡとダウンリンクＦＤＯＡは、衛星軌道計算手段１８から得る衛星３，４の位置、速度と、既知である地上受信局５，６の位置から計算する。従ってこれも既知変数である。なお、地上受信局５，６の位置は測位計算手段１９に予め設定されているか、又はメモリ(図示省略)に格納させておくか、又は例えば図２にＢで示すように外部から入力する。
また、目標電波源の位置ベクトルは、２回目以降の計測時は次式で計算できる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
上記式(３)において、ｔ(ｋ)はｋ回目の計測時の時刻である。
上記式(３)を連立方程式(２)に代入すれば、目標電波源(１，２)の位置ベクトルは初回計測時のＰ(1)のみを未知変数とすることができる。しかも、移動電波源(１，２)として船舶や車輌を仮定する場合、電波源(１，２)は地表(地球表面)に存在するから、高さ方向(Ｚ方向)を０(座標原点は地上にあるとする)とすることができ、水平面内の成分であるｘ(1)とｙ(1)のみが未知変数となる。
【００２６】
また、目標電波源(１，２)の速度ベクトルは、等速直線運動を仮定しているため、計測回によらず一定値であり、しかも移動電波源(１，２)として船舶や車輌を仮定するならば高さ方向(Ｚ方向)は０なので、水平面内の成分であるＶｘとＶｙのみが未知変数となる。
【００２７】
衛星３，４の位置と速度は衛星軌道計算手段１８から得るため既知であり、計測時刻や光速、アップリンク時の波長も既知である。従って、未知変数は目標電波源の初回計測時の位置ベクトルの水平成分［ｘ(1)，ｙ(1)］と、速度ベクトルの水平成分［Ｖｘ，Ｖｙ］の４個となる。
【００２８】
一方、上記連立方程式(２)の数は、２回計測すれば４個の式からなる連立方程式となるので、未知変数の数との関係から方程式が解けるようになり、目標電波源の初回計測時の位置ベクトルと速度ベクトルを求めることができる。また、３回以上計測した場合、未知変数の数より多数の方程式が得られるので、最小二乗原理を用いて、より正確に目標電波源の位置ベクトルと速度ベクトルを求めることができる。
【００２９】
以上のように、この実施の形態は、電波源が等速直線運動すると仮定するとともに、複数回計測したＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて測位計算するため、電波源が移動する場合においても電波源の位置と速度を推定することができるという従来方式には無い最大の特長がある。
【００３０】
また、ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測するだけなので、衛星受信設備等は従来と同等でよく、信号・情報処理装置のみの変更で可能という特長もある。特に、測位計算をソフトウェアで実現している場合にはソフトウェアの変更のみで実現できる。
【００３１】
実施の形態２．
以上の実施の形態１では、移動電波源が等速直線運動しているものと仮定して電波源の位置と速度を推定するものであるが、この実施の形態は、移動電波源が、地球の表面に沿った等速直線運動、すなわち地球を中心とする円運動をしているものと仮定するものである。
【００３２】
複数回計測したＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する上記連立方程式(２)を精度よく解くためには、なるべく各方程式が独立している方がよい。衛星が静止衛星の場合、衛星の位置と速度が２４時間周期で変化するため、独立した方程式を得るためには数時間以上にわたってＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測を繰り返す必要がある。この間に船舶(電波源)は数十ｋｍ以上進むため、地表の球面性を無視できなくなることがある。そこでこの実施の形態では、移動電波源が地球の表面に沿った等速直線運動するものと仮定する。
【００３３】
実施の形態１とこの実施の形態２の違いは、測位計算法のみである。従って、測位装置の構成は実施の形態１のものと基本的に同じであり、測位計算法のみについて説明する。
【００３４】
以下、この実施の形態の動作について説明する。測位計算において、この実施の形態では、移動電波源(１，２)が地球を中心とする円運動を仮定するものである。この場合、測位計算に用いる座標系は地球中心の固定座標系を用いるのが都合よい。この座標系における地表(地球表面)に沿って等速運動する電波源(１，２)の速度ベクトルＶ(ｋ)は、次式に示すように、位置ベクトルＰ(ｋ)と速度ベクトルＶ(ｋ)に垂直な角速度ベクトルωを用いて表すことができる。
【００３５】
【数４】
【００３６】
但し、上式において「×」はベクトルの外積を表す。
【００３７】
図３に電波源の位置ベクトルと速度ベクトル、および角速度ベクトルの関係を示す。図３において、２１は地球中心、２２は角速度ベクトル、２３はｋ回目の計測時の電波源の位置ベクトル、２４はｋ回目の計測時の電波源の速度ベクトルである。
【００３８】
電波源が地表上を等速直線運動する場合、角速度ベクトル２２は、ｋによらず一定となる。従って各要素は次のようにｋによらない値で次式のように表されるものとする。
【００３９】
【数５】
【００４０】
また、次に示すように、２回目以降の計測時の電波源の位置ベクトルＰ(ｋ)(ｋ＝２,３，・・・，Ｋ)は、初回の計測時の位置ベクトルＰ(１)と角速度ベクトルωを用いて次式のように表すことができる。
【００４１】
【数６】
【００４２】
一方、測位計算に必要な条件は次式となる。
【００４３】
【数７】
【００４４】
但し、上記連立方程式(７)においてＲは地球の平均半径である。
【００４５】
上記連立方程式(７)の３番目の式は、電波源が地表上にあることを保証するための式である。また、４番目の式は、角速度ベクトルが電波源の位置ベクトルと垂直であることを保証するための式である。
【００４６】
電波源の位置ベクトルＰ(ｋ)に上記式(６)、速度ベクトルＶ(ｋ)に上記式(４)と式(６)を代入することによって、連立方程式(７)は、初回の計測時の位置ベクトルＰ(１)と角速度ベクトルωを用いて表すことができる。
【００４７】
従って、未知変数は電波源の初回計測時の位置ベクトルＰ(１)＝［ｘ(１)，ｙ(２)，ｚ(３)］と、ｋによらず一定である角速度ベクトルω＝［ｕ，ｖ，ｗ］の計６個となる。
【００４８】
一方、連立方程式(７)の方程式の数は、総計測回数をＫとして２Ｋ＋２個となる。従って、２回計測すれば６個の式からなる連立方程式となるので、未知変数の数との関係から方程式が解けるようになり、目標電波源の初回計測時の位置ベクトルと速度ベクトルを求めることができる。また、３回以上計測した場合、未知変数の数より多数の方程式が得られるので、最小二乗原理を用いて、より正確に目標電波源の位置ベクトルと速度ベクトルを求めることができる。
【００４９】
この実施の形態は、電波源が地表に沿って等速運動すると仮定するとともに、複数回計測したＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて測位計算するため、電波源が移動する場合においても電波源の位置と速度を推定することができるという特長がある。また、電波源が地表に沿って等速運動すると仮定するため、単なる等速直線運動と仮定する場合に比べ、計測時間が長時間になり電波源が大幅に移動する場合にも適用できるという利点がある。
【００５０】
なお、この実施の形態では地球を球体であるとして測位計算を行ったが、楕円体として計算することもできる。その場合、より精密に電波源位置と速度を求めることができるという利点がある。
【００５１】
実施の形態３．
以上の実施の形態１では、２機の衛星を用いて移動電波源の位置と速度を推定するものであるが、この実施の形態は、３機以上の衛星を用い、計測毎にＴＤＯＡとＦＤＯＡを計算する衛星の組み合わせを変えるというものである。
【００５２】
図４はこの実施の形態による測位装置の全体構成を示す図である。図４において、３１は測位対象である移動電波源、３２は一定時間後の前記移動電波源、３３は電波源からの主電波を中継する第１の衛星、３４は電波源からのサイドローブ電波を中継する第２の衛星、３５は電波源からのサイドローブ電波を中継する第３の衛星、３６は第１の衛星３３からの電波を受信する地上受信局、３７は第２の衛星３４と第３の衛星３５からの電波を計測ごとに切り替えて受信する地上受信局、３８は受信局の信号から電波源位置を計算する信号・情報処理装置である。なお、信号・情報処理装置３８の構成は基本的には図２に示したものと同様である。
【００５３】
次に動作について説明する。複数回計測したＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する連立方程式(２)または(７)を精度よく解くためには、各方程式がなるべく独立している方がよい。しかし、衛星が静止衛星の場合、衛星の位置と速度が２４時間周期で変化するため、独立した方程式を得るためにはＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測間隔は数時間程度にする必要がある。数時間にわたり計測する間に、目標電波源(３１，３２)である船舶等が加減速を行ったり、方向の転換をしたりすると、実施の形態１で仮定した等速直線運動や、実施の形態２で仮定した地表に沿った等速運動とみなせなくなるという問題がある。
【００５４】
そこでこの実施の形態は、計測毎に、地上受信局(例えば３７)のアンテナの向きを変えるなどして、サイドローブ電波を受信する衛星を別の衛星に切り替える。すなわち衛星３４，３５の間で切り替える。例えば図４に示すように、ある回の計測には第１の衛星３３と第２の衛星３４との組み合わせでＴＤＯＡとＦＤＯＡを計測し、次の計測には第１の衛星３３と第３の衛星３５との組み合わせでＴＤＯＡとＦＤＯＡを計測する。
【００５５】
測位計算は、実施の形態１の式(２)や実施の形態２の式(７)において、ＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測に用いた当該衛星の位置と速度を代入するだけで、実施の形態１や実施の形態２と同様に行うことができる。
【００５６】
このように衛星を切り替えることによって衛星の位置と速度が変わるため、受信局のアンテナの向きを変える程度の短時間の間隔でＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測を行っても独立性の高い方程式が得られる。そのため、短時間のうちに計測を行うことができ、電波源を搭載した船舶等が加減速や方向の転換を行い、等速直線運動とみなせる時間が短い場合にも電波源の位置と速度を推定しやすくなるという利点がある。
【００５７】
また、この実施の形態では地上受信局は２機だけを用いて衛星を切り替えたが、３機の受信局を用いることができる場合、２組のＴＤＯＡとＦＤＯＡを同時に計測してもよい。その場合、１回の計測で目標電波源の位置と速度を推定できるという利点がある。また、図２の低雑音増幅手段１１、周波数変換手段１２、Ａ／Ｄ変換手段１３はそれぞれ例えば、地上受信局数分設けられる。
【００５８】
実施の形態４．
実施の形態１、２では、1回の測位計算に用いる複数回のＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測中に目標電波源が等速直線運動していることを仮定しているため、目標電波源が加減速を行ったり、方向を転換したりすると測位精度が劣化する可能性がある。この実施の形態は、それに対処する方策である。
【００５９】
図５はこの実施の形態の概要を説明するための図である。４１は目標電波源の移動軌跡、４２は(ｍ−４)回目(ｍは目標電波源が移動方向を変える瞬間のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測回)のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測時における目標電波源の位置、４３は(ｍ−３)回目のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測時における目標電波源の位置、４４は(ｍ−２)回目のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測時における目標電波源の位置、４５は(ｍ−１)回目のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測時における目標電波源の位置、４６はｍ回目のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測時における目標電波源の位置、４７は(ｍ−４)、(ｍ−３)、(ｍ−２)回目に計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットを用いて計算した測位結果、４８は(ｍ−３)、(ｍ−２)、(ｍ−１)回目に計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットを用いて計算した測位結果、４９は(ｍ−２)、(ｍ−１)、ｍ回目に計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットを用いて計算した測位結果、５０は４８の測位結果と４９の測位結果の差である。
【００６０】
次に動作について説明する。この実施の形態では、実施の形態１や実施の形態２に示した測位計算を、ＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測結果を重複させながら時系列的に行う。例えば図４に示すように、測位計算を、(ｍ−４)と(ｍ−３)と(ｍ−２)回目に計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて行った後に、次回の計算は(ｍ−３)と(ｍ−２)と(ｍ−１)回目に計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡ用いて行う。
【００６１】
重複するＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットを用いて測位計算した結果同士は、目標電波源が等速直線運動していれば、図５の４７と４８のように測位計算結果が一致する。
【００６２】
一方、測位計算したＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットの中に、目標電波源が移動方向を変更したり、加減速した瞬間が含まれると、図５の４９の測位計算結果のように、それまで等速直線運動していた場合の測位計算結果４８と一致しない。
【００６３】
このように、重複するＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットを用いて計算した測位結果を比較し、ある一定以上の差がある場合にはその間に目標電波源が移動方向を変更したり加減速した可能性があると判断し、正しくないと思われる測位結果を棄却する。
【００６４】
このようにこの実施の形態によると、目標電波源の移動が等速直線運動から外れた瞬間を検出できるため、目標電波源の移動が等速直線運動から外れる瞬間があっても、等速直線運動部分のみを選択して正しい測位結果を出力できるという利点がある。
【００６５】
なお、上記説明では測位装置について説明してきたが、この発明は、これらの測位装置で行われる測位方法も含み得ることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明の一実施の形態による測位装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の信号・情報処理装置の内部構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係わる電波源の位置ベクトル、速度ベクトル、角速度ベクトルの関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３による測位装置の全体構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態４による測位装置の概要を説明するための図である。
【図６】従来のこの種の測位方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６７】
１，２，３１，３２ 移動電波源、３，４，３３，３４，３５ 衛星、５，６，３６，３７ 地上受信局、７，３８ 信号・情報処理装置、１１ 低雑音増幅手段、１２ 周波数変換手段、１３ Ａ／Ｄ変換手段、１４ ローカル信号発生手段、１５ クロック・トリガ信号発生手段、１６ ＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計算手段、１７ 記憶手段、１８ 衛星軌道計算手段、１９ 測位計算手段、２２ 角速度ベクトル、２３ 電波源の位置ベクトル、２４ 電波源の速度ベクトル。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の衛星を経由して受信局で受信される、未知の電波源からの電波間の到来時間差(ＴＤＯＡ：Time Difference of Arrival)と到来周波数差(ＦＤＯＡ：Frequency Difference of Arrival)を用いて電波源の位置を推定する測位装置、特に移動する電波源に対しても高精度の測位を可能にする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、衛星を用いて地上の電波源の位置を測位する装置として、例えば下記特許文献１に記載されたような装置があった。この装置は、衛星を用いた電波源測位の高精度化に関するものであるが、測位原理そのものは、図６に示すように、測位対象である地上電波源５１からの信号を、送信アンテナの主ローブからの信号を受信する衛星５２と、送信アンテナのサイドローブからの信号を受信する衛星５３を通して地上受信局５４と５５で受信し、信号処理装置５６内でこれらの信号間の到来時間差(ＴＤＯＡ：Time Difference of Arrival)と到来周波数差(ＦＤＯＡ：Frequency Difference of Arrival)を求め、地表における等ＴＤＯＡ曲線５７と等ＦＤＯＡ曲線５８の交点から電波源５１の位置を特定するというものである。
【０００３】
ＴＤＯＡは、２機の衛星５２，５３を介する経路差によるものであるから、目標(地上)電波源５１と２機の衛星５２，５３と受信局５４、５５の位置関係により決まる。また、ＦＤＯＡは、目標電波源５１が静止しているものとすれば、衛星５２，５３の運動のドップラーシフトのみによるものであるから、目標電波源と２機の衛星５２，５３と受信局５４，５５の位置関係と、２機の衛星５２，５３の運動方向と速度に依存する。従って、２機の衛星５２，５３の位置と速度の三次元要素が既知であるとして、目標電波源５１の位置を特定することができる。
【０００４】
【特許文献１】特許第３５５６９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の測位方式は、目標電波源が静止していることを前提としてＦＤＯＡを計測するため、電波源が船舶に設置されている場合などで未知の速度で移動する場合には、ＦＤＯＡに地上局の移動によるドップラーシフトが加わり、これが誤差要因となって測位精度が大幅に劣化してしまうという問題があった。
【０００６】
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、移動する電波源に対しても高精度の測位を可能にする測位装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、２機以上の衛星を経由して複数の受信局で受信される未知の電波源からの信号間のＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて前記電波源の位置を推定する測位装置であって、測位装置の信号・情報処理装置が、ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測するとともに、電波源が等速直線運動するものと仮定し、電波源の初期位置と速度を未知変数とする、前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する方程式を前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡの複数回の計測結果に従って解き、前記電波源の初期位置と速度を算出することを特徴とする測位装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明では、移動する電波源に対しても高精度の測位を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態による測位装置の全体構成を示す図である。図１において、１は測位対象である移動電波源、２は一定時間後の前記移動電波源、３は電波源(１，２)からの主電波を中継する第１の衛星、４は電波源からのサイドローブ電波を中継する第２の衛星、５と６はそれぞれ衛星３，４からの電波を受信する地上受信局、７は受信局の信号から電波源位置を計算する信号・情報処理装置である。
【００１０】
図２は信号・情報処理装置７の内部構成を示す図を示す。１１は低雑音増幅手段、１２は周波数変換手段、１３はＡ／Ｄ変換手段、１４はローカル信号発生手段、１５はＡ／Ｄ変換のためのクロック・トリガ信号発生手段、１６はＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計算手段、１７は記憶手段、１８は衛星軌道計算手段、１９は測位計算手段である。
【００１１】
次に動作について説明する。図１に示すように、測位目標である移動電波源(１，２)は、第１の衛星３に向けて電波を送信する。また、この電波は、アンテナ指向特性により意図しない方向(サイドローブ)にも弱い電力で送信され、第２の衛星４によっても受信される。第１の衛星３と第２の衛星４によってそれぞれ受信された信号は、周波数変換されて再送信され、それぞれ地上受信局５と地上受信局６によって受信される。これらの受信信号は信号・情報処理装置７によって処理されて電波源位置の測位結果が出力部に出力または表示部に表示(共に図示省略)される。
【００１２】
次に信号・情報処理装置７の内部処理について説明する。通信衛星等の衛星３と４から得られる受信信号は、それぞれ別々の低雑音増幅手段１１により増幅され、別々の周波数変換手段１２によりＩＦ信号(中間周波：Intermediate Frequency)かベースバンド信号に変換された後、別々のＡ／Ｄ変換手段１３によりディジタル信号に変換される。
【００１３】
これらの周波数変換手段１２に供給されるローカル信号と、Ａ／Ｄ変換手段１３に供給されるクロック信号やトリガ信号は、共通のローカル信号発生手段１４や共通のクロック・トリガ信号発生手段１５によって供給する。但し、２機の地上受信局５と６が離れている場合には、原子時計やＧＰＳ標準信号発生器などを用いた同期手段や、ディジタル処理によるものを含む補正手段を用いて、個別にローカル信号やクロック・トリガ信号が供給されてもよい。
【００１４】
ディジタル信号に変換された２機の衛星３，５からの受信信号は、ＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計算手段１６に入力され、両信号間のＴＤＯＡ(到来時間差)とＦＤＯＡ(到来周波数差)が計算される。受信信号の取得とＴＤＯＡ、ＦＤＯＡの計算は一定時間毎、または不定期的に複数回行い、観測ごとのＴＤＯＡとＦＤＯＡを記憶手段１７に格納する。
【００１５】
ＴＤＯＡとＦＤＯＡの計算は、例えば次に示す相関演算を用いて行うことができる。
【００１６】
【数１】
【００１７】
上記式(１)において、Ｓ１(ｔ)は第１の衛星３からの受信信号であり、Ｓ２(ｔ)は第２の衛星４からの受信信号である。τとｆを変えながら上記式(１)を計算し、上記式(１)の絶対値が最も大きくなるτとｆが求めるべきＴＤＯＡとＦＤＯＡである。
【００１８】
一方、衛星軌道計算手段１８は、ＴＤＯＡとＦＤＯＡ受信信号データ取得時における２機の衛星３，４の位置と速度を計算する。これは、衛星事業者等から得た衛星の軌道情報から計算することができる。衛星の軌道情報は図２のＡに示すように衛星軌道計算手段１８に直接入力されるようにしてもよく、また予め所定のメモリ(図示省略)に格納しておいてもよい。また、上述の特許文献１に示されている方法を用いることもできる。
【００１９】
測位計算手段１９は、衛星軌道計算手段１８から得た２機の衛星３，４の位置と速度の情報と、記憶手段１７に格納されている複数回計測したＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて、目標電波源(１，２)の位置と速度を計算する。
【００２０】
位置と速度の計算は、複数回のＴＤＯＡとＦＤＯＡを計測している間は電波源(１，２)が等速直線運動をしているものと仮定し、最初のＴＤＯＡとＦＤＯＡを計測した時点の初期位置と速度を未知変数として、次の連立方程式を解く。
【００２１】
【数２】
【００２２】
上記連立方程式(２)において、「・」はベクトルの内積を表し、二重の| |はベクトルの長さ、すなわち二乗のノルムを表す。また、各変数の意味は以下のとおりである。
τ(ｋ)：ｋ回目の計測時の観測ＴＤＯＡ
ｆ(ｋ)：ｋ回目の計測時の観測ＦＤＯＡ
τＤ(ｋ)：ｋ回目の計測時のダウンリンクＴＤＯＡ
ｆＤ(ｋ)：ｋ回目の計測時のダウンリンクＦＤＯＡ
(→)Ｐ(ｋ)：ｋ回目の計測時の目標電波源の位置ベクトル
(→)ｖ：目標電波源の速度ベクトル(ｋによらず不変)
(→)ＰＳ１(ｋ)：ｋ回目の計測時の第１の衛星の位置ベクトル
(→)ｖＳ１(ｋ)：ｋ回目の計測時の第１の衛星の速度ベクトル
(→)ＰＳ２(ｋ)：ｋ回目の計測時の第２の衛星の位置ベクトル
(→)ｖＳ２(ｋ)：ｋ回目の計測時の第２の衛星の速度ベクトル
ｃ：光速
λ：アップリンク時の波長
Ｋ：総計測回数
【００２３】
上記の変数のうち、観測ＴＤＯＡと観測ＦＤＯＡはＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計算手段１６から得るため既知変数である。
また、ダウンリンクＴＤＯＡとダウンリンクＦＤＯＡは、衛星軌道計算手段１８から得る衛星３，４の位置、速度と、既知である地上受信局５，６の位置から計算する。従ってこれも既知変数である。なお、地上受信局５，６の位置は測位計算手段１９に予め設定されているか、又はメモリ(図示省略)に格納させておくか、又は例えば図２にＢで示すように外部から入力する。
また、目標電波源の位置ベクトルは、２回目以降の計測時は次式で計算できる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
上記式(３)において、ｔ(ｋ)はｋ回目の計測時の時刻である。
上記式(３)を連立方程式(２)に代入すれば、目標電波源(１，２)の位置ベクトルは初回計測時のＰ(1)のみを未知変数とすることができる。しかも、移動電波源(１，２)として船舶や車輌を仮定する場合、電波源(１，２)は地表(地球表面)に存在するから、高さ方向(Ｚ方向)を０(座標原点は地上にあるとする)とすることができ、水平面内の成分であるｘ(1)とｙ(1)のみが未知変数となる。
【００２６】
また、目標電波源(１，２)の速度ベクトルは、等速直線運動を仮定しているため、計測回によらず一定値であり、しかも移動電波源(１，２)として船舶や車輌を仮定するならば高さ方向(Ｚ方向)は０なので、水平面内の成分であるＶｘとＶｙのみが未知変数となる。
【００２７】
衛星３，４の位置と速度は衛星軌道計算手段１８から得るため既知であり、計測時刻や光速、アップリンク時の波長も既知である。従って、未知変数は目標電波源の初回計測時の位置ベクトルの水平成分［ｘ(1)，ｙ(1)］と、速度ベクトルの水平成分［Ｖｘ，Ｖｙ］の４個となる。
【００２８】
一方、上記連立方程式(２)の数は、２回計測すれば４個の式からなる連立方程式となるので、未知変数の数との関係から方程式が解けるようになり、目標電波源の初回計測時の位置ベクトルと速度ベクトルを求めることができる。また、３回以上計測した場合、未知変数の数より多数の方程式が得られるので、最小二乗原理を用いて、より正確に目標電波源の位置ベクトルと速度ベクトルを求めることができる。
【００２９】
以上のように、この実施の形態は、電波源が等速直線運動すると仮定するとともに、複数回計測したＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて測位計算するため、電波源が移動する場合においても電波源の位置と速度を推定することができるという従来方式には無い最大の特長がある。
【００３０】
また、ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測するだけなので、衛星受信設備等は従来と同等でよく、信号・情報処理装置のみの変更で可能という特長もある。特に、測位計算をソフトウェアで実現している場合にはソフトウェアの変更のみで実現できる。
【００３１】
実施の形態２．
以上の実施の形態１では、移動電波源が等速直線運動しているものと仮定して電波源の位置と速度を推定するものであるが、この実施の形態は、移動電波源が、地球の表面に沿った等速直線運動、すなわち地球を中心とする円運動をしているものと仮定するものである。
【００３２】
複数回計測したＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する上記連立方程式(２)を精度よく解くためには、なるべく各方程式が独立している方がよい。衛星が静止衛星の場合、衛星の位置と速度が２４時間周期で変化するため、独立した方程式を得るためには数時間以上にわたってＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測を繰り返す必要がある。この間に船舶(電波源)は数十ｋｍ以上進むため、地表の球面性を無視できなくなることがある。そこでこの実施の形態では、移動電波源が地球の表面に沿った等速直線運動するものと仮定する。
【００３３】
実施の形態１とこの実施の形態２の違いは、測位計算法のみである。従って、測位装置の構成は実施の形態１のものと基本的に同じであり、測位計算法のみについて説明する。
【００３４】
以下、この実施の形態の動作について説明する。測位計算において、この実施の形態では、移動電波源(１，２)が地球を中心とする円運動を仮定するものである。この場合、測位計算に用いる座標系は地球中心の固定座標系を用いるのが都合よい。この座標系における地表(地球表面)に沿って等速運動する電波源(１，２)の速度ベクトルＶ(ｋ)は、次式に示すように、位置ベクトルＰ(ｋ)と速度ベクトルＶ(ｋ)に垂直な角速度ベクトルωを用いて表すことができる。
【００３５】
【数４】
【００３６】
但し、上式において「×」はベクトルの外積を表す。
【００３７】
図３に電波源の位置ベクトルと速度ベクトル、および角速度ベクトルの関係を示す。図３において、２１は地球中心、２２は角速度ベクトル、２３はｋ回目の計測時の電波源の位置ベクトル、２４はｋ回目の計測時の電波源の速度ベクトルである。
【００３８】
電波源が地表上を等速直線運動する場合、角速度ベクトル２２は、ｋによらず一定となる。従って各要素は次のようにｋによらない値で次式のように表されるものとする。
【００３９】
【数５】
【００４０】
また、次に示すように、２回目以降の計測時の電波源の位置ベクトルＰ(ｋ)(ｋ＝２,３，・・・，Ｋ)は、初回の計測時の位置ベクトルＰ(１)と角速度ベクトルωを用いて次式のように表すことができる。
【００４１】
【数６】
【００４２】
一方、測位計算に必要な条件は次式となる。
【００４３】
【数７】
【００４４】
但し、上記連立方程式(７)においてＲは地球の平均半径である。
【００４５】
上記連立方程式(７)の３番目の式は、電波源が地表上にあることを保証するための式である。また、４番目の式は、角速度ベクトルが電波源の位置ベクトルと垂直であることを保証するための式である。
【００４６】
電波源の位置ベクトルＰ(ｋ)に上記式(６)、速度ベクトルＶ(ｋ)に上記式(４)と式(６)を代入することによって、連立方程式(７)は、初回の計測時の位置ベクトルＰ(１)と角速度ベクトルωを用いて表すことができる。
【００４７】
従って、未知変数は電波源の初回計測時の位置ベクトルＰ(１)＝［ｘ(１)，ｙ(２)，ｚ(３)］と、ｋによらず一定である角速度ベクトルω＝［ｕ，ｖ，ｗ］の計６個となる。
【００４８】
一方、連立方程式(７)の方程式の数は、総計測回数をＫとして２Ｋ＋２個となる。従って、２回計測すれば６個の式からなる連立方程式となるので、未知変数の数との関係から方程式が解けるようになり、目標電波源の初回計測時の位置ベクトルと速度ベクトルを求めることができる。また、３回以上計測した場合、未知変数の数より多数の方程式が得られるので、最小二乗原理を用いて、より正確に目標電波源の位置ベクトルと速度ベクトルを求めることができる。
【００４９】
この実施の形態は、電波源が地表に沿って等速運動すると仮定するとともに、複数回計測したＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて測位計算するため、電波源が移動する場合においても電波源の位置と速度を推定することができるという特長がある。また、電波源が地表に沿って等速運動すると仮定するため、単なる等速直線運動と仮定する場合に比べ、計測時間が長時間になり電波源が大幅に移動する場合にも適用できるという利点がある。
【００５０】
なお、この実施の形態では地球を球体であるとして測位計算を行ったが、楕円体として計算することもできる。その場合、より精密に電波源位置と速度を求めることができるという利点がある。
【００５１】
実施の形態３．
以上の実施の形態１では、２機の衛星を用いて移動電波源の位置と速度を推定するものであるが、この実施の形態は、３機以上の衛星を用い、計測毎にＴＤＯＡとＦＤＯＡを計算する衛星の組み合わせを変えるというものである。
【００５２】
図４はこの実施の形態による測位装置の全体構成を示す図である。図４において、３１は測位対象である移動電波源、３２は一定時間後の前記移動電波源、３３は電波源からの主電波を中継する第１の衛星、３４は電波源からのサイドローブ電波を中継する第２の衛星、３５は電波源からのサイドローブ電波を中継する第３の衛星、３６は第１の衛星３３からの電波を受信する地上受信局、３７は第２の衛星３４と第３の衛星３５からの電波を計測ごとに切り替えて受信する地上受信局、３８は受信局の信号から電波源位置を計算する信号・情報処理装置である。なお、信号・情報処理装置３８の構成は基本的には図２に示したものと同様である。
【００５３】
次に動作について説明する。複数回計測したＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する連立方程式(２)または(７)を精度よく解くためには、各方程式がなるべく独立している方がよい。しかし、衛星が静止衛星の場合、衛星の位置と速度が２４時間周期で変化するため、独立した方程式を得るためにはＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測間隔は数時間程度にする必要がある。数時間にわたり計測する間に、目標電波源(３１，３２)である船舶等が加減速を行ったり、方向の転換をしたりすると、実施の形態１で仮定した等速直線運動や、実施の形態２で仮定した地表に沿った等速運動とみなせなくなるという問題がある。
【００５４】
そこでこの実施の形態は、計測毎に、地上受信局(例えば３７)のアンテナの向きを変えるなどして、サイドローブ電波を受信する衛星を別の衛星に切り替える。すなわち衛星３４，３５の間で切り替える。例えば図４に示すように、ある回の計測には第１の衛星３３と第２の衛星３４との組み合わせでＴＤＯＡとＦＤＯＡを計測し、次の計測には第１の衛星３３と第３の衛星３５との組み合わせでＴＤＯＡとＦＤＯＡを計測する。
【００５５】
測位計算は、実施の形態１の式(２)や実施の形態２の式(７)において、ＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測に用いた当該衛星の位置と速度を代入するだけで、実施の形態１や実施の形態２と同様に行うことができる。
【００５６】
このように衛星を切り替えることによって衛星の位置と速度が変わるため、受信局のアンテナの向きを変える程度の短時間の間隔でＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測を行っても独立性の高い方程式が得られる。そのため、短時間のうちに計測を行うことができ、電波源を搭載した船舶等が加減速や方向の転換を行い、等速直線運動とみなせる時間が短い場合にも電波源の位置と速度を推定しやすくなるという利点がある。
【００５７】
また、この実施の形態では地上受信局は２機だけを用いて衛星を切り替えたが、３機の受信局を用いることができる場合、２組のＴＤＯＡとＦＤＯＡを同時に計測してもよい。その場合、１回の計測で目標電波源の位置と速度を推定できるという利点がある。また、図２の低雑音増幅手段１１、周波数変換手段１２、Ａ／Ｄ変換手段１３はそれぞれ例えば、地上受信局数分設けられる。
【００５８】
実施の形態４．
実施の形態１、２では、1回の測位計算に用いる複数回のＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測中に目標電波源が等速直線運動していることを仮定しているため、目標電波源が加減速を行ったり、方向を転換したりすると測位精度が劣化する可能性がある。この実施の形態は、それに対処する方策である。
【００５９】
図５はこの実施の形態の概要を説明するための図である。４１は目標電波源の移動軌跡、４２は(ｍ−４)回目(ｍは目標電波源が移動方向を変える瞬間のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測回)のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測時における目標電波源の位置、４３は(ｍ−３)回目のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測時における目標電波源の位置、４４は(ｍ−２)回目のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測時における目標電波源の位置、４５は(ｍ−１)回目のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測時における目標電波源の位置、４６はｍ回目のＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計測時における目標電波源の位置、４７は(ｍ−４)、(ｍ−３)、(ｍ−２)回目に計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットを用いて計算した測位結果、４８は(ｍ−３)、(ｍ−２)、(ｍ−１)回目に計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットを用いて計算した測位結果、４９は(ｍ−２)、(ｍ−１)、ｍ回目に計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットを用いて計算した測位結果、５０は４８の測位結果と４９の測位結果の差である。
【００６０】
次に動作について説明する。この実施の形態では、実施の形態１や実施の形態２に示した測位計算を、ＴＤＯＡとＦＤＯＡの計測結果を重複させながら時系列的に行う。例えば図４に示すように、測位計算を、(ｍ−４)と(ｍ−３)と(ｍ−２)回目に計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて行った後に、次回の計算は(ｍ−３)と(ｍ−２)と(ｍ−１)回目に計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡ用いて行う。
【００６１】
重複するＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットを用いて測位計算した結果同士は、目標電波源が等速直線運動していれば、図５の４７と４８のように測位計算結果が一致する。
【００６２】
一方、測位計算したＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットの中に、目標電波源が移動方向を変更したり、加減速した瞬間が含まれると、図５の４９の測位計算結果のように、それまで等速直線運動していた場合の測位計算結果４８と一致しない。
【００６３】
このように、重複するＴＤＯＡとＦＤＯＡのセットを用いて計算した測位結果を比較し、ある一定以上の差がある場合にはその間に目標電波源が移動方向を変更したり加減速した可能性があると判断し、正しくないと思われる測位結果を棄却する。
【００６４】
このようにこの実施の形態によると、目標電波源の移動が等速直線運動から外れた瞬間を検出できるため、目標電波源の移動が等速直線運動から外れる瞬間があっても、等速直線運動部分のみを選択して正しい測位結果を出力できるという利点がある。
【００６５】
なお、上記説明では測位装置について説明してきたが、この発明は、これらの測位装置で行われる測位方法も含み得ることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明の一実施の形態による測位装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の信号・情報処理装置の内部構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係わる電波源の位置ベクトル、速度ベクトル、角速度ベクトルの関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３による測位装置の全体構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態４による測位装置の概要を説明するための図である。
【図６】従来のこの種の測位方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６７】
１，２，３１，３２ 移動電波源、３，４，３３，３４，３５ 衛星、５，６，３６，３７ 地上受信局、７，３８ 信号・情報処理装置、１１ 低雑音増幅手段、１２ 周波数変換手段、１３ Ａ／Ｄ変換手段、１４ ローカル信号発生手段、１５ クロック・トリガ信号発生手段、１６ ＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計算手段、１７ 記憶手段、１８ 衛星軌道計算手段、１９ 測位計算手段、２２ 角速度ベクトル、２３ 電波源の位置ベクトル、２４ 電波源の速度ベクトル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２機以上の衛星を経由して複数の受信局で受信される未知の電波源からの信号間のＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて前記電波源の位置を推定する測位装置であって、
測位装置の信号・情報処理装置が、
ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測するとともに、電波源が等速直線運動するものと仮定し、電波源の初期位置と速度を未知変数とする、前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する方程式を前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡの複数回の計測結果に従って解き、前記電波源の初期位置と速度を算出することを特徴とする測位装置。
【請求項２】
２機以上の衛星を経由して複数の受信局で受信される未知の電波源からの信号間のＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて前記電波源の位置を推定する測位装置であって、
測位装置の信号・情報処理装置が、
ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測するとともに、電波源が地球の表面に沿って等速運動するものと仮定し、電波源の初期位置と速度、または初期位置と地球を中心とする角速度を未知変数とする、前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する方程式を前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡの複数回の計測結果に従って解き、前記電波源の初期位置と速度を算出することを特徴とする測位装置。
【請求項３】
ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測する際に、計測毎に異なる組み合わせの衛星からの信号を使用し、ＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する方程式の独立性を高め、電波源の位置と速度を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の測位装置。
【請求項４】
複数回計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡの組み合わせを、一部重複させた異なる組み合わせで測位計算を行い、その測位計算結果を比較して測位計算結果の妥当性を判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の測位装置。
【請求項１】
２機以上の衛星を経由して複数の受信局で受信される未知の電波源からの信号間のＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて前記電波源の位置を推定する測位装置であって、
測位装置の信号・情報処理装置が、
ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測するとともに、電波源が等速直線運動するものと仮定し、電波源の初期位置と速度を未知変数とする、前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する方程式を前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡの複数回の計測結果に従って解き、前記電波源の初期位置と速度を算出することを特徴とする測位装置。
【請求項２】
２機以上の衛星を経由して複数の受信局で受信される未知の電波源からの信号間のＴＤＯＡとＦＤＯＡを用いて前記電波源の位置を推定する測位装置であって、
測位装置の信号・情報処理装置が、
ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測するとともに、電波源が地球の表面に沿って等速運動するものと仮定し、電波源の初期位置と速度、または初期位置と地球を中心とする角速度を未知変数とする、前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する方程式を前記ＴＤＯＡとＦＤＯＡの複数回の計測結果に従って解き、前記電波源の初期位置と速度を算出することを特徴とする測位装置。
【請求項３】
ＴＤＯＡとＦＤＯＡを複数回計測する際に、計測毎に異なる組み合わせの衛星からの信号を使用し、ＴＤＯＡとＦＤＯＡに関する方程式の独立性を高め、電波源の位置と速度を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の測位装置。
【請求項４】
複数回計測のＴＤＯＡとＦＤＯＡの組み合わせを、一部重複させた異なる組み合わせで測位計算を行い、その測位計算結果を比較して測位計算結果の妥当性を判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の測位装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−６０３０３（Ｐ２０１０−６０３０３Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２３２８０（Ｐ２００８−２２３２８０）
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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