JP2005024439A

JP2005024439A - 波源可視化装置

Info

Publication number: JP2005024439A
Application number: JP2003191647A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Tanabe; 康彦田邉; Kisho Odate; 紀章大舘; Hiroki Shiyouki; 裕樹庄木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: JP3756495B2

Abstract

【課題】到来する電波の波源位置を観測者に認識しやすいように可視化する。
【解決手段】アンテナ素子に到来する電波の波源を波源推定部１３０で推定すると共に、撮影部１２０で波源推定位置を撮影する。さらに到来する電波の周波数を推定する。これにより波源の位置を実空間に対応づけてディスプレー１５０上に表示できる。また、波源の属性情報毎に表示の形式を異ならしめる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、不法電波の検出や不要電波の発信局探索などの目的で電波の波源を推定し可視化する波源可視化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電波の波源位置を可視化する手法として、電波ホログラムを観測する電波可視化装置がある（例えば、特許文献１）。しかし、この手法では推定された波源位置が座標で表示されるだけなので、実空間に対応づけるのが困難である。
【０００３】
一方、撮影した画像と撮影した画像には表示されない情報とを重ねて表示する技術が存在する（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１１１６３５号公報
【特許文献２】
特開２０００−３０６０８４公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の波源可視化装置においては、推定された波源位置が座標で表示されるだけであり、観測者が実空間に対応させなければならないという問題があった。
【０００６】
一方、上述した撮影した画像と撮影した画像には表示されない情報とを重ねて表示する手法は、すでに撮影された画像に既知の情報を図示する機能しか具備せず、未知の情報を観測する機能は具備していないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、任意の位置で波源位置を推定して、波源から放射される電波の情報を実空間に対応づけて明示できるようにし、到来する電波の波源位置を観測者に認識しやすいように可視化できる波源可視化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の波源可視化装置は、アンテナ素子、前記アンテナ素子の信号が入力される受信部、前記受信部で受信した信号を用いて前記アンテナ素子に到来する信号の属性を推定する属性推定部、前記アンテナ素子に到来する信号の波源位置を推定する波源推定部、波源を推定している場所を撮影する撮影部、前記属性推定部で推定した信号の属性と前記波源推定部で推定した波源の位置とを前記撮影部で撮影された画像上に可視表示する波源表示部とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
また、前記属性推定部で推定する信号の属性は波源から放射される電波の周波数であり、前記波源表示部は推定された電波の周波数によって表示形式を異ならしめることも特徴としている。
【００１０】
前記波源可視化装置はさらに、同一波源から放射された電波が複数到来する際に先行波と遅延波を識別する識別手段を備え、前記波源表示部は先行波と遅延波の相違によって表示形式を異ならしめることを特徴としている。
【００１１】
さらに、前記波源推定部は、波源位置の推定を繰り返し実行することを特徴としている。
【００１２】
また、前記波源表示部は、前記波源推定部によって新たに波源位置の推定が行われた際、過去に推定され該波源表示部で表示された画像を一定の継続して表示することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の波源可視化装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【００１４】
波源可視化装置は、複数のアンテナ素子１００、１０１、１０２、１０３、アンテナ素子と同数の受信部１１０、１１１、１１２、１１３、受信部で受信した信号の周波数スペクトルを解析するスペクトル解析部１１４、到来する波源の位置を推定している場所を撮影する撮影部１２０、到来する波源の位置を推定する波源推定部１３０、撮影した画像に推定した波源を重ねる処理を行う画像処理部１４０、画像処理した結果を表示するディスプレー部１５０から構成される。
【００１５】
図２は波源可視化装置の外観を模式的に表したものである。波源可視化装置は、その表面側にディスプレー部、裏面側に撮影部であるカメラと複数（２４個）のアンテナ素子が配置されている。図１に示した受信部、スペクトル解析部、波源推定部、画像処理部は装置に内蔵されている。本発明の波源可視化装置は、裏面側に配置されたアンテナ素子で推定対象の電波を受信すると同時に、同じく裏面側に配置されたカメラで波源推定位置を撮影することにより、実際に波源位置を推定している空間上の波源を、リアルタイムで表面側に備えられたディスプレー上に表示することができる。
【００１６】
図１に戻り、アンテナ素子１００、１０１、１０２、１０３は、所望の周波数帯域において到来する電波を受信するように設計してある。アンテナ素子は指向性アンテナを用いてもよいし、無指向性アンテナを用いてもよい。
【００１７】
受信部１１０、１１１、１１２、１１３は、周波数変換器やフィルタ、増幅器、ＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）、ＡＦＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌ）、Ａ／Ｄ変換器などから構成される一般的な受信機であり、各アンテナ素子で受信したアナログ信号をディジタル信号に変換する装置である。
【００１８】
スペクトル解析部１１４は、各受信部で受信した信号を周波数軸上の信号に変換し、周波数スペクトルを解析することにより受信信号の周波数帯を推定する。
【００１９】
撮影部１２０は、波源の測定を行っている場所を撮影する。例えばＣＣＤカメラである。
【００２０】
波源推定部１３０は、各受信部で受信した信号を用いて電波が放出されている波源を推定する。波源の位置を直接推定する方式として、電波ホログラムを観測する方式や合成開口レーダなどが挙げられる。また、周知のＭＵＳＩＣアルゴリズムやＥＳＰＲＩＴ法を３次元（水平方向、垂直方向、伝搬遅延時間）の推定に拡張した方式でも推定が可能である。
【００２１】
画像処理部１４０は、波源推定部１３０で推定した波源位置とスペクトル解析部１１４で推定した周波数の情報をカメラで撮影した画像に重ねる処理を行う。
【００２２】
ディスプレー部１５０は、例えば液晶ディスプレーであり、画像処理部１４０で画像処理した結果を表示する。図３に、推定された波源の表示例を示す。
【００２３】
図３に示すように、例えば電波波源が人間の内ポケットに収納された携帯電話２００であるとすると、ディスプレー部２２０の表示画面上には、撮影部１２０で撮影された人間と推定された波源２１０とその電波の周波数が表示される。なお、ディスプレー部は撮影された画像や波源位置を表示できる装置であれば、大きさや解像度はいかなるものでも構わない。
【００２４】
図４に異なる周波数の電波波源を推定した場合の表示例を示す。図４において電波波源３００と３０２は８００ＭＨｚ帯の電波を放射している。電波波源３０１は２ＧＨｚ帯の電波を放射している。ディスプレー部は、８００ＭＨｚ帯で放射された電波を参照符号３１０や３１２のように四角形で表示し、２ＧＨｚ帯の電波を３１１のように三角形で表示している。
【００２５】
上述した実施の形態では受信信号の属性情報として周波数帯を異なる色で表示したが、他の属性情報として、変調方式毎に異なる記号で表示してもよい。変調方式は受信信号のタイミングを推定し、数十シンボル程度信号を観測することによって推定することができる。また、他の属性情報として、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡなどの多重化方式毎に表示の形式を異ならせてもよい。セルラー系のＷ−ＣＤＭＡやＰＤＣ、ＰＨＳでは周波数帯が既知であり、既知のパイロット信号を送信している。波源可視化装置で各システムが送信しているパイロット信号との相関を取り、高い相関を示せば、どのシステムかを同定することが可能である。
【００２６】
図４に示すように、電波波源３００と３０２が同じ変調方式あるいは多重化方式であれば、同じ色（赤）でその波源位置を可視表示し、電波波源３０１が波源３００、３０２と異なる変調方式あるいは多重化方式であれば、異なる色（青）で表示する。このように電波の属性によって異なる記号や色で表示することで観測者に電波の波源の情報をより一層明確に図示することができる。
【００２７】
上述した実施形態では周波数帯として８００ＭＨｚと２ＧＨｚ帯について説明したが、本発明における周波数や変調方式、多重化方式の識別は上記例に制限されるものではない。また、色使いや記号の振り分けは種々設定可能である。
（第２の実施の形態）
この実施形態は、到来する電波が反射や回折、散乱を行って到来してきた電波か、直接到来してきた電波かを識別する機能を備えると共に、直接波とその他の到来波を異なる色または記号で可視表示する機能を備えることを特徴としている。
【００２８】
先行波と遅延波は異なる経路を通って伝搬しているだけで元々は同一の波源から放射されているため、両者は同一の情報を運搬している。従って、先行波と遅延波の関係にある到来波は非常に高い相関を持つ。そこで、各到来波を分離し、それぞれの相関を求め、相関の高い複数の到来波のうち、最も早く到来している電波を先行波と判定し、他の到来波は遅延波と判定するのである。
【００２９】
図５は本実施形態に係る波源可視化装置のブロック構成である。図１と同一部分には同一の参照符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００３０】
アンテナ素子１００、１０１、１０２、１０３で受信した電波は受信部１１０、１１１、１１２、１１３を経由してスペクトル解析部１１４に入力される。
【００３１】
スペクトル解析部１１４は、フィルタをかけることにより判定を行いたい周波数帯域のみの信号を生成すると共に属性情報として受信した信号の周波数を推定する。
【００３２】
波源推定部１３０は当該周波数帯域における波源を推定する。波源推定のやり方は上述した第１の実施形態と同様である。
【００３３】
空間フィルタ１６０は、推定した波源位置を基に抽出したい波源以外の位置から到来する信号を抑圧するようにディジタル信号処理し、所望の波源から到来している信号のみを抽出する。この空間フィルタ１６０は、当該周波数帯域において到来している全ての信号についてこの抽出処理を行う。この抽出処理が完了すれば当該周波数帯域における全ての到来波は互いに分離されたことになる。
【００３４】
相関部１７０は、空間フィルタ１６０で分離された各到来波どうしの相関を取る。前述したように、先行波と遅延波は同一の情報を運搬しており、先行波と遅延波の関係にある到来波は非常に高い相関を持つ。相関部１７０では相互相関係数を式（１）のように設定する。式（１）において、相互相関係数をＲ_１２（ｔ）、相関を求める２つの信号をそれぞれｓ_１（ｔ）、ｓ_２（ｔ）、信号の観測時刻をｔ_１〜ｔ_２の間とする。
【００３５】
【数１】

【００３６】
式（１）で、相関をとる２つの信号が同一の信号の場合、相互相関係数Ｒ_１２（ｔ）の振幅の最大値は１となる。なお、信号電力対雑音電力が小さい場合はＲ_１２（ｔ）の振幅の最大値は小さくなり、信号電力対雑音電力が０ｄＢの場合は約０．５となってしまうので、２つの信号が同一信号かを相関の値から判定する場合は、相関の有無を判定する閾値を信号電力対雑音電力比によって適宜変化させる。
【００３７】
相関部１７０で全ての到来波の組み合わせについて相関を計算した後、最も早く到来している電波を先行波と判定し、他の到来波は遅延波と判定することで両者の識別は完了する。なお、式（１）の相関関数を求める時、τが正の値であればｓ_２（ｔ）はｓ_１（ｔ）よりも遅れて到来しており、τが負の値の場合は早く到来していることになる。
【００３８】
画像処理部１４０は、相関部１７０における相関結果と波源推定部１３０において推定された波源位置の情報と周波数の情報、及び撮影部１２０で撮影された波源の測定を行っている場所の画像が入力され、相関部１７０で先行波と識別された到来波の波源と遅延波と識別された到来波の波源を撮影画像に重ねる処理を施す。画像処理部１４０はさらに、先行波と識別された到来波の波源と遅延波と識別された到来波の波源とが異なる色でディスプレー上に表示されるような処理を施す。
【００３９】
図６に先行波と遅延波を異なる記号で可視化した表示例について示す。電波波源４００から放射された電波が直接到来する経路を４４０、天井で反射して到来する経路を４４１とする。これらの電波が波源可視化装置に到来している。
【００４０】
図５の相関部１７０は、参照符号４４０の経路で到来する直接波を先行波と識別し、参照符号４４１の経路で到来する反射波を遅延波と識別している。そして画像処理部１４０は、先行波を赤色で表示し、遅延波を青い色で表示するよう画像処理している。
【００４１】
図７に別の表示例を示す。この図の例では、先行波のみを表示し、遅延波を表示しないようにしている。多くの反射波や散乱波・回折波が存在する環境においては、先行波と遅延波を表示すると、多くの波源が表示されることになり観測者が先行波を認識しにくい場合がある。このような場合は、図７のように先行波のみを表示してもよい。
【００４２】
上述した例では先行波と遅延波を異なる色で表示する方式を例に説明したが、先行波と遅延波の識別は色の分類のみに制限されるものではない。異なる記号を用いて表示してもよいし、色と記号を組み合わせて表示しても構わない。また、上述した例では遅延波が１波の場合を説明したが、認識できる遅延波の数は１波に制限されるものではない。
（第３の実施の形態）
本実施形態は、波源推定部が何度も繰り返して電波の波源位置を推定することを特徴とする。
【００４３】
本実施形態に係る波源可視化装置のブロック構成は図１または図５と同じであるため図示を省略するが、異なる点は、波源推定部１３０が波源推定を複数回実施することである。また、前述した第２の実施形態のように先行波と遅延波を識別する場合は、相関部１７０も波源推定の都度、到来波間の相関を取る。
【００４４】
図８に本実施形態における可視化表示の一例を示す。図８において、可視化された波源推定結果は複数回の推定の結果を表示したものである。参照符号６１０は、電波波源６００から直接到来した電波の波源が可視化されたものである。参照符号６１１は、天井により反射して到来した電波の波源を、天井が波源と識別した結果を可視化したものである。参照符号６１２は、誤って推定された波源を表している。このような誤推定は受信部で発生する熱雑音や周波数特性、各アンテナ素子間に発生する相互結合の影響、または多数の電波が到来することによって生じる。
【００４５】
この誤推定を完全に発生しなくするためには、非常に広帯域において一定の周波数特性を有するアンテナ素子や受信機を用い、雑音指数の非常に低い機器を用いる必要があり実現が難しい。しかし、このような誤って推定される波源位置は複数の観測で毎回同じ位置に現れるわけではなく、実際の波源位置は観測ごとの誤差は生じるものの、通常は近接した位置に推定される。本実施形態では、複数回の推定結果を図示することにより、本当に波源が存在するのか否か観測者が判断することができる。すなわち、複数回数の推定を同時に図示することにより、誤って推定した、実際には存在しない波源を偽の波源と観測者が識別できる。
【００４６】
この実施形態は、複数回の推定結果を可視表示するものであるが、可視化装置自体や波源の位置が移動する場合、推定結果を全て表示すると表示結果が見難くなることがある。したがって、例えば画像処理部内に例えばタイマーを備えることにより、所定回数の推定の間表示を行った後、古い推定結果はその表示を消去する処理を施してもよい。
【００４７】
以上、本発明に係る幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、放射される電波の情報と波源位置を実空間に対応づけて観測者に認識しやすいように可視化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の波源可視化装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】波源可視化装置の外観イメージを示す図。
【図３】第１の実施形態に係る波源可視化表示の例を示す図。
【図４】第１の実施形態に係る波源可視化表示の他の例を示す図。
【図５】第２の実施形態に係る波源可視化装置のブロック図。
【図６】第２の実施形態に係る先行波と遅延波を異なる記号で可視化表示した例を示す図。
【図７】第２の実施形態に係る他の表示例を示す図。
【図８】第３の実施形態に係る波源の可視化表示の一例を示す図。
【符号の説明】
アンテナ素子・・・１００、１０１、１０２、１０３
受信部・・・１１０、１１１、１１２、１１３
スペクトル解析部・・・１１４
撮影部・・・１２０
波源推定部・・・１３０
画像処理部・・・１４０
ディスプレー部・・・１５０
空間フィルタ・・・１６０
相関部・・・１７０

Claims

アンテナ素子と、
前記アンテナ素子の信号が入力される受信部と、
前記受信部で受信した信号を用いて前記アンテナ素子に到来する信号の属性を推定する属性推定部と、
前記アンテナ素子に到来する信号の波源位置を推定する波源推定部と、
波源を推定している場所を撮影する撮影部と、
前記属性推定部で推定した信号の属性と前記波源推定部で推定した波源の位置とを前記撮影部で撮影された画像上に可視表示する波源表示部とを備えたことを波源可視化装置。
前記属性推定部で推定する信号の属性は、波源から放射される電波の周波数であり、前記波源表示部は、推定された電波の周波数によって表示形式を異ならしめることを特徴とする請求項１記載の波源可視化装置。
前記波源可視化装置はさらに、同一波源から放射された電波が複数到来する際に、先行波と遅延波を識別する識別手段を備え、前記波源表示部は、先行波と遅延波の相違によって表示形式を異ならしめることを特徴とする請求項１または請求項２記載の波源可視化装置。
前記波源推定部は、波源位置の推定を繰り返し実行することを特徴とする請求項１及至請求項３のいずれか１項に記載の波源可視化装置。
前記波源表示部は、前記波源推定部によって新たに波源位置の推定が行われた際、過去に推定され該波源表示部で表示された画像を一定の継続して表示することを特徴とする請求項４記載の波源可視化装置。