電波発射源の位置推定方法

【課題】単一の無指向性空中線による受信で少ない観測点で送信電力が未知の電波発射源の位置推定を行う装置。
【解決手段】電波発射源からの電波信号受信部に単一型等の無指向性空中線を単独使用で接続し複数の受信観測点から収集されるデータ系列より２つの観測点を標本として抽出し、その電波強度測定値の比が保たれる点の集合である幾何的軌跡を求める演算処理を複数回行う。その複数軌跡による交点のうち最も尤度の高い交点の緯度経度が電波発射源の推定位置となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波探査の分野で電波受信観測点の数が限られていても電波発射源の位置を高い尤度で推定することを可能にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波探査の分野では従来電波発射源の位置推定には、電波信号受信機に水平面指向性を有する空中線を接続して、その空中線を手動で回転、機械による回転、もしくは電子回路処理による等価的方向回転等を行う装置を用い、各観測点で受信電波強度が強くなる到来方角を探知し、移動して複数の観測点での方角指示から最尤度位置の推定が行われてきた。
【０００３】

無指向性空中線を単独で用いた場合、方角の探知を行うことは出来ないが電波発射源の送信電力が既知の場合については移動して多数の受信観測点から得られる電波強度測定値を伝播損モデルに当てはめて距離を逆算し、各々の観測点の緯度経度測位値と共に多元の連立方程式を立式して最小二乗法等の算法を用いて解を得ることにより発射源の位置推定を行なうことは可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
指向性空中線を用いる方法は方向探知を前提としているため探査対象の周波数によっては電波探査装置全体が構造的に大きくなりがちであり、野外歩行または車両搭載による電波発射源探査活動における軽便性を確保することが困難である。
【０００５】
無指向性空中線の単独使用による軽便性重視の電波探査では、電波発射源の送信電力が未知であると距離の割り出しが困難なため多元連立方程式の立式が出来ず、最小二乗法等の算法による位置推定演算は行えない。一般に電波発射源送信電力は電波探査活動を実施する側には未知であることが多い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電波信号受信機には無指向性空中線を単独使用で接続する。複数の受信観測点から収集される電波強度測定値および緯度経度測位値からなるデータ系列を作成する。その系列より２つの観測点を標本として抽出し、その電波強度測定値の比を、適用する電波伝搬損モデルに則して求め、その比が保たれる点の集合である幾何的軌跡を求める。２つの観測点の抽出をデータ系列中で「場合の数」だけ繰り返すことにより複数の幾何的軌跡の交点が求まる。そのうち最も尤度の高い交点の緯度経度が電波発射源の推定位置となる。この幾何的位置推定演算が成立する必要最小標本数は同一直線上にはない４点であるので観測点の数が限られていても電波発射源の位置を尤度高く推定することが可能である。測定や演算の系統誤差が全くない理論上の理想モデルでは標本数４点から得られる幾何的軌跡交点の位置推定確度は１００％となる。
【０００７】
電波発射源位置の尤度を可視化する手段として標本点から算出した受信電波強度比が保たれる幾何的軌跡を演算して探査する地域を含む背景地図の上に描画する。描画に際しては演算に用いる各観測点緯度経度と電波発射源推定位置緯度経度を使用地図上の該当する緯度経度点に識別のためのマーカを置き、幾何的軌跡の描画は描画に資するデータ系列内すべての観測点データまたは測定時に生じた特異値を一定の方針に基づいて除外した一部の観測点データを用いる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、電波発射源から到来する電波を受信する電波信号受信機に軽便性に富んだ無指向性空中線を接続して、方向探知は行わずにかつ電波発射源の送信電力が未知であっても電波発射源の位置推定が高尤度で行える装置である。また電波強度以外で、点状の地点からエネルギーが放射される現象についてそのエネルギー強度を無指向性で測定する手段とその観測点の位置情報取得手段を講じることにより、本発明の方式はエネルギー発射源位置推定にも適用することが可能である。位置情報の構成が緯度経度のみの場合は２次元空間での適用であるが、「高度」の情報も得られる測量系である場合は、本発明は３次元空間でのエネルギー発射源位置推定に適用することが可能である。実施例では説明を分かり易くするため２次元におけるエネルギー発射源位置推定を例に記述するが本発明の適用範囲が２次元に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】

【図１】図１は本発明を実現する電波発射源位置推定装置の構成図である。
【図２】図２は電波発射源と観測点の位置座標の説明図である。
【図３】図３は２つの観測点から描画した幾何的軌跡図である。
【図４】図４は４つの観測点から描画した幾何的軌跡図である。
【図５】図５は伝播誤差分布を加味した２つの観測点からの幾何的軌跡図である。
【図６】図６は伝播誤差分布を加味した４つの観測点からの幾何的軌跡図である。
【図７】図７は複数観測点からの細かい格子点描画を地図に重ね合わせた例である。
【実施例１】
【００１０】
図１に示す本発明を適用した装置の中央演算処理装置（０３）上で実行するプログラムにおいて電波伝播損のモデルとして自由空間伝播損モデルを適用した場合の電波発射源位置の計算過程を以下に示す。図２に示す様に実際の電波発射源の座標を(X,Y)、2つの観測点の座標を(x0,y0)、(x1,y1)とする。2つの観測点で測定された電波強度をp0、p1、電波発射源から１単位距離だけ離れた点での電波強度をＰとしたとき、自由空間伝播損モデルでは電波強度が電波発射源からの距離の二乗に反比例するので以下の式が得られる。

ここで、p0≠p1のとき、p1 / p0 = rとして式を変形すると、

これは円の方程式であり、電波発射源は求められた円周上に存在する。中心座標、半径は以下の通りである。

中心座標：

半径：

測定されたデータ系列から、計算対象の２観測点の抽出を繰り返して複数の円の交点を求めると電波発射源の推定位置座標となる。観測点がN点であれば、上式によってN×(N - 1) / 2の円が求まる。観測点が4点以上あれば、求めた全ての円が交わる点が1つ存在し、そこが電波発射源位置である。なお特例としてp0 = p1 の場合には電波発射源は２つの観測点を結ぶ線の垂直二等分線上に存在する。また全ての観測点が一直線上である場合は交点は２つになる。
【実施例２】
【００１１】
電波発射源位置推定の計算過程、計算結果を図１に示す本装置の画像表示部（０４）に可視化する場合の表示手段を以下に示す。位置推定の対象となる閉領域を格子に分割する。図３に示すように観測点N点から２点を選び十字で示す。その座標、測定電波強度により位置推定の円を求める。図５は観測点４つから６つの円が描画された過程を示している。図４に示すように、求めた円の近傍の格子について円周との距離によって評価値を求めその格子の得点として加算していく。
この演算を全ての２測定点の組み合わせについて行う。（N×(N - 1) / 2回）。図６に示すように累積の評価点にしたがって各格子の色を決めて表示する。たとえば赤色を評価点が高い格子色として定義し場合、赤色で描画されている領域は推定された電波発射源の位置として尤度が高いことが検知できる。
【実施例３】
【００１２】
図７に示す様に実施例２の計算過程と描画を、図１に示す本発明の装置の画像表示部（０４）に電子情報地図に重ね合わせて更新表示を行うことにより野外歩行または車両搭載による電波発射源探査活動における迅速性が確保可能である。
【符号の説明】
【００１３】
０１電波信号受信部
０２電波強度測定部
０３中央演算処理装置
０４画像表示部
０５ GPS衛星電波受信部
０６位置情報測量部
０７外部記憶装置
０８無指向性空中線

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波発射源から到来する電波を受信し、その電波強度測定値と測定を行った位置情報からなるデータ系列より高尤度かつ少ない標本数により電波発射源位置推定を行える装置である。
【請求項２】
請求項１において空中線は無指向性の単一型を使用して電波発射源の位置推定を行う。
【請求項３】
請求項１において電波発射源の送信電力が既知であるか未知であるかには関わらずその位置推定が可能な装置。
【請求項４】
電波強度以外で点状の位置からエネルギーが放射される現象について、遠隔でそのエネルギー強度を観測する無指向性測定手段及びその観測点の位置情報取得手段を有するエネルギー発射源位置推定が可能な装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４において、位置情報として緯度経度に加えて高度の測量値も含む、三次元空間を対象にするエネルギー発射源位置推定が可能な装置。

【図１】