JP3718342B2

JP3718342B2 - Wide area radio wave monitoring method and apparatus

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Publication number: JP3718342B2
Application number: JP12876998A
Authority: JP
Inventors: 均北吉
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: JPH11326482A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一定の地域内で電波監視を行う方法及び装置に関し、特に、不法無線局などの電波発射源の位置を特定し、電波利用環境を監視する広域電波監視方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ある地域内にある不法無線局などの電波発射源の位置を特定する際には、複数の地点にセンサ局（監視局）を配置して、各センサ局において八木・宇田アンテナやゴニオメータなどを用いてその電波発射源からの電波の到来方向を観測し、それぞれのセンサ局での到来方向を地図上にプロットしてその交点の位置からその電波発射源の位置を推定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の方法は、監視対象の電波発射源からの電波がセンサ局まで単一の経路で直進して伝搬することを仮定している。しかしながら、電波発射源からの電波は、実際には、地形やビルなどの地物によって回折や反射し、そのため直進しないで伝搬することがある。また、電波発射源からの電波は、地形や地物の影響で複数の伝搬経路（マルチパス）を通って、センサ局に到来することがある。従来の方法によって監視対象の電波発射源の位置を推定した場合、電波が曲がって伝搬することや複数の経路で伝搬することにより、電波発射源の位置の推定精度が悪くなるという問題点を生じる。
【０００４】
電波監視の目的は、単に不法無線局を見つけるだけでなく、干渉や混信の有無やその要因を調べてよりよい電波利用環境を提供することにある。干渉や混信の要因を調べるためには、電波発射源からの伝搬経路や電界強度分布を知ることが有効である。しかしながら、上述した従来の方法は、監視対象の電波発射源の位置の特定のみを目的としたものであって、電波発射源が正規に運用している無線局であるか不法無線局であるかを問わず、その電波発射源からの電波がセンサ局に対してどのように伝搬するかを求めたり、その電波発射源からの電波の電界強度分布を求めたりすることができないという問題点も有する。
【０００５】
本発明の目的は、地形や地物の影響を考慮し、監視対象の電波発射源の位置を精度良く推定できる広域電波監視方法及び装置を提供することにある。さらに本発明は、電波発射源での送信アンテナの指向性を推定でき、また、電波発射源からの電波の勢力分布を分かりやすく示すことができる広域電波監視方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の広域電波監視方法は、一定の地域内において電波発射源からの電波を監視する広域電波監視方法であって、１以上のセンサ局を配置し、地域内の複数の地点の各々について、当該地点に電波発射源があるとしたときのセンサ局での電波の到来方向を、地図情報を利用する計算機シミュレーションによって算出し、センサ局において、伝搬経路ごとに分離して電波発射源からの電波の到来方向を観測し、観測した電波の到来方向と計算機シミュレーションの結果とを比較し、計算機シミュレーションの結果の中から、観測した電波の到来方向と最も類似性が高い到来方向を示すものを探索して対応する地点を候補位置として判別し、候補位置の周辺に電波発射源があるとして電波発射源の位置を調整しながら計算機シミュレーションを実行して電波発射源の位置を決定する。
【０００７】
本発明の広域電波監視装置は、一定の地域内において電波発射源からの電波を監視する広域電波監視装置であって、地図情報に基づいて電波伝搬の計算機シミュレーションを実行するシミュレーション装置と、電波発射源からの電波の到来方向を観測する１以上のセンサ局と、計算機シミュレーションによるセンサ局での到来方向が観測によるセンサ局での到来方向に対して最大の類似性を有するように、電波発射源の位置を変化させながらシミュレーション装置に計算機シミュレーションを実行させ、電波発射源の位置を決定し、シミュレーション装置での計算機シミュレーションによって電波の伝搬経路をトレースする方向探知トレース図作成手段と、を有する。
【０００８】
本発明によれば、地図情報を利用して計算機シミュレーションを行うことにより、地形や地物の影響を考慮して電波の曲がって伝搬することを含めて到来経路の推定を行うことができる。また、各センサ局において伝搬経路ごとに電波到来方向と強さを分離して観測することにより、電波発射源のアンテナ指向性や送信電力、地形上の反射・回折点を推定できる。さらに、電波強度分布を計算再合成することで、電波勢力地図を作成することができる。伝搬経路ごとの成分を分離して観測するためには、各センサ局において電波ホログラム観測を行うとともに、電波ホログラム観測によって得られた電波再生像から到来方向や強度を求めるようにすることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明に基づく広域電波監視の概念を説明する図、図２は本発明の実施の一形態の広域電波監視装置の構成を示すブロック図、図３は図２の広域電波監視装置を用いた広域電波監視の実行手順を示すフローチャートである。
【００１０】
まず、本発明に基づく広域電波監視の概要について、図１を用いて説明する。
【００１１】
ここでは、電波発射源１０は周波数ｆ１の電波を発射するものとする。監視区域内での電波監視を行うために、センサ局（監視局）Ａ〜Ｃが配置しており、これらセンサ局Ａ〜Ｃは、回線１２を介してセンタ局１１に接続している。電波発射源１０からの電波はセンサ局Ａ〜Ｃに伝搬するが、山岳やその他の地物の影響により、電波発射源からセンサ局へ直接伝搬する成分（直接波）の他、回折して伝搬する成分（回折波）や反射して伝搬する成分（反射波）が存在する。本発明では、各センサ局Ａ〜Ｃにおいて、伝搬経路ごとの成分を分離してその到来方向や強度を求めるために、電波ホログラム観測を行い、電波像を再生することとする。なお、伝搬経路ごとの成分を分離して観測できるのであれば、電波ホログラム観測によらずに従来の方向探知技術を用いてもよい。
【００１２】
電波も波動の一種であるから、光のホログラムの場合と同様にホログラム観測を行うことができ、ホログラムを再生することによって電波再生像が得られ、この電波再生像から波源分布や強度などを調べることができる。
【００１３】
センタ局１１は、予め地形データや地物データに基づく計算機シミュレーションによって各センサ局で得られるであろう再生電波像をいくつか用意し、実際に各センサ局で得られた電波再生像とシミュレーションによる電波再生像とを比較することにより、電波発射源１０の位置を決定し、また、方向探知トレース図１３及び電波勢力地図１４を作成、出力する。
【００１４】
図２は、このような広域電波監視を行うための広域電波監視装置の構成を示している。各センサ局Ａ〜Ｃには、電波ホログラム観測を行って電波再生像を出力する電波ホログラム観測再生装置２１が設けられている。電波ホログラム観測再生装置２１は、例えば、固定アンテナと走査観測面内を走査する走査アンテナとを備え、所定の観測周波数において固定アンテナでの受信信号と走査アンテナでの受信信号を相関させることによって走査観測面の各点での相関値（２次元複素インタフェログラム）を求め、この２次元複素インタフェログラムを再生することによって、電波再生像を得る。この電波ホログラム観測再生装置２１としては、また、本発明者による特開平８−２０１４５９号公報や特開平９−１３４１１３号公報に開示されているもの、さらには、特願平９−２２６６０１号（「円周走査型ホログラム観測方法及び装置」）に記載されているものを使用することができる。
【００１５】
ここでは、３つのセンサ局（監視局）Ａ〜Ｃが設けられているが、センサ局の数は３に限定されるものではない。センサ局の数は１局でも２局でもよく、あるいは４局以上としてもよい。
【００１６】
センタ局１１には、電波伝搬や電波再生像を計算機シミュレーションするためのシミュレーション装置２３と、シミュレーション装置２３によって予めシミュレーションを行った結果を格納しておくデータベース２６と、比較手段であって、各センサ局Ａ〜Ｃで観測された電波再生像とシミュレーションによる電波再生像とを比較する比較部２７と、方向探知トレース図作成手段であって、電波発射源の位置を決定するとともに方向探知トレース図を作成、出力する方向探知トレース図作成部２８と、電波勢力地図作成手段であって、電波勢力地図を作成、出力する電波勢力地図作成部２９とが設けられている。シミュレーション装置２３は、地図、地形や地物に関する情報（地図情報）を格納した地図情報格納部２４と、地図情報を参照し、地図上のある点に電波発射源があるとして電波伝搬のシミュレーションを行う電波伝搬シミュレータ２５とを備えている。近年の地理情報システム（ＧＩＳ）の進歩により、電波伝搬シミュレータ２５で必要とする地図情報は、容易に得られるようになってきている。電波伝搬シミュレータ２５は、例えば、レイトレース法（IEEE Network Magazine, pp.27-30, November, 1991）やモーメント法（R. F. Harrington, "Field Computation by Moment Methods," IEEE Press, 1993）などを用い、地図上の１点に任意の指向性を有する送信局（電波発生源）が存在したときに生じる電界強度分布を計算機シミュレーションし、センサ局位置での電波の到来方向やその強度を求め電波再生像を計算機シミュレーションする。
【００１７】
データベース２６に予め格納されるシミュレーション結果は、監視区域内を例えば３００ｍ間隔のメッシュで区切り、メッシュの格子点上に無指向性アンテナを有する送信局が配置している場合に各センサ局Ａ〜Ｃで観測されるであろう電波再生像を各格子点ごとにシミュレーション装置２３で求めた結果である。
【００１８】
比較部２７は、データベース２６に蓄積されているシミュレーションによる電波再生像と各センサ局Ａ〜Ｃでの電波ホログラム観測によって得られた電波再生像を比較することによって、データベース２６中の電波再生像の中から、観測による電波再生像に最も類似性の高いものを探索し、探索された（シミュレーションによる）電波再生像に対応するメッシュ交点の位置を求める。類似性の比較では、通常のパターンマッチングの手法を用いることができ、例えば、電波再生像における電波の最大レベルが０ｄＢであるとすれば、電波レベルが−４０ｄＢ以上の部分のパターンを比較し、図形としての相関係数を求めるといった手法を用いる。もっとも、この時点では、電波発射源のアンテナ指向性が分からないので、電波の到来方向に主に着目して類似性の高いものを探索するようにする。
【００１９】
方向探知トレース図作成部２８は、比較部２７での処理で探索されたメッシュ交点周辺に送信局（電波発射源）があると仮定し、さらに細かな位置の調整を行った場合の電波伝搬の計算機シミュレーションをシミュレーション装置２３に実行させ、観測結果による電波再生像とこの位置の微調整を行ったときのシミュレーションによる電波再生像とを比較し、より類似性の高い電波発射源位置を決定する。そして、決定した電波発射源位置から各センサ局Ａ〜Ｃまでの電波伝搬路のトレースを行って方向探知トレース図を作成、出力し、さらに、トレース結果をもとに、電波発射源でのアンテナ指向性を推定する。方向探知トレース図及びアンテナ指向性の推定については、後述する。
【００２０】
電波勢力地図作成部２９は、方向探知トレース図作成部２８で求めた電波発射源位置及び電波発射源のアンテナ指向性の推定結果をもとに、シミュレーション装置２３に電波伝搬の計算機シミュレーションを実行させ、地図上でのその電波発射源からの電波の電界強度分布を計算し、その電波発射源の電波勢力地図として表示、印刷する。電波勢力地図の表示手法としては、電界強度に応じて色調を変える方法や、等高線を用いる方法、これらを併用する方法などがある。
【００２１】
以上、説明した本実施形態の広域電波監視装置での処理をまとめると、図３に示すフローチャートのようになる。ここでは、地図上のメッシュ交点に電波発射源があることを仮定した計算機シミュレーション結果が予めデータベース２６に蓄積されているものとする。
【００２２】
まず、各センサ局Ａ〜Ｃで電波ホログラム観測を行って、電波再生像を取得し（ステップ１０１）、比較部２７において、データベース２６中のシミュレーションによる電波再生像の中から、実際の観測による電波再生像に最も類似性の高いものを探索し、その電波再生像に対応するメッシュ交点の位置を電波発射源の候補位置とする（ステップ１０２）。次に、方向探知トレース図作成部２８に制御が移り、候補位置のメッシュ点の周辺で電波発射源の細かく調整しながら計算機シミュレーションを行い、電波発射源の位置を最終的に決定する（ステップ１０３）。決定した電波発射源の位置に基づいて電波伝搬路のトレースを行って方向探知トレース図を作成し（ステップ１０４）、電波発射源の送信アンテナの指向性の推定を行う（ステップ１０５）。最後に、電波勢力地図作成部２９に制御が移り、地図上での電界強度分布を求めて電波勢力地図を作成、出力する（ステップ１０６）。
【００２３】
以上説明した処理は、単一の電波発射源に対してのみではなく、複数の電波発射源に対して適用できるので、ここで述べた広域電波監視方法によれば、複数の電波発射源（送信局）のそれぞれについてのカバーエリアや、干渉状況を地図上で監視することができる。
【００２４】
次に、方向探知トレース図の詳細について説明する。図４は方向探知トレース図の一例を示している。
【００２５】
この方向探知トレース図１３では、点Ｑに電波発射源（仮定した送信局）があり、この電波発射源からの電波の伝搬経路が矢印で示されている。図中、三角形の印と等高線は山岳を示し、ハッチングは地物を示している。この方向探知トレース図１３からは、電波発射源からの電波が、センサ局Ａへは直接波（Ｐ₁）及び山岳による反射波（Ｐ₂）として伝搬し、センサ局Ｂには直接波（Ｐ₅）及び地物による反射波（Ｐ₆）として伝搬し、センサ局Ｃには、山岳による回折波（Ｐ₃）及び地物による反射波（Ｐ₄）として伝搬することが分かる。ここでは、２次元的な方向探知トレース図を説明したが、３次元的（立体的）に電波伝搬経路のトレースを行って表示、出力を行わせるようにしてもよい。
【００２６】
次に、電波発射源での送信アンテナの指向性の推定について、図５を用いて説明する。
【００２７】
各センサ局Ａ〜Ｃで観測される電波再生像から、伝搬経路ごとの電波の到来方向とその強度を抽出する。図５(a)〜(c)は、それぞれセンサ局Ａ〜Ｃでの観測による電波の振幅を示している。太線の矢印の向きがその伝搬経路の電波の到来方向を示し、その矢印の長さが電波の振幅を示している。図示した例では、伝搬経路ごとの振幅が、ａ₁,ａ₂,ｂ₁,ｂ₂,ｃ₁,ｃ₂となっている。一方、シミュレータ装置２３によって、すでに求めた電波発射源の位置に無指向性の送信アンテナがあってそこから電波が発射されているものとして、電波伝搬シミュレーションを行い、伝搬経路ごとに、各センサ局Ａ〜Ｃでの電波の振幅を求める。図５(d)〜(f)は、それぞれセンサ局Ａ〜Ｃでのシミュレーションによる電波の振幅を示しており、伝搬経路ごとの振幅は、ａ₁',ａ₂',ｂ₁',ｂ₂',ｃ₁',ｃ₂'となっている。そして、伝搬経路Ｐ₁,Ｐ₂,Ｐ₃,Ｐ₄,Ｐ₅,Ｐ₆ごとに観測による振幅をシミュレーションによる振幅で除算することによって、電波発射源の位置での各伝搬経路の方向への、送信アンテナの指向性を求めることができる。図５(g)において黒丸は各伝搬経路の方向への指向性を示している。そして、想定されるアンテナの種類などを考慮して補間計算を行えば、任意の方向に対する指向特性を算出することができる。図５(g)の破線はこのようにして算出した指向特性を示している。
【００２８】
以上説明した送信アンテナの指向性の推定において、シミュレーションにおいて無指向性アンテナを仮定するのではなく、例えばダイポール特性などの指向性を仮定し、観測された振幅とシミュレーションによる振幅の比から、仮定した指向性からのずれとして、送信アンテナの指向性を推定するようにしてもよい。また、図５では、電波の到来方向や指向性を平面（２次元）内で取り扱っているが、３次元で電波の到来方向を扱うことにより、３次元での指向性を推定することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、センサ局において伝搬経路ごとに電波到来方向を分離して観測するとともに、地形や地物を考慮した電波伝搬の計算機シミュレーション結果と組み合わせることにより、電波の直進性の仮定が妥当でなかったり、回折・反射が存在するような場合であっても、電波発射源の位置を正確に決定することができるという効果がある。また、計算機シミュレーションを用いることによって電波発射源からセンサ局までの電波の伝搬経路をトレースすることができ、電波発射源の送信アンテナ指向性を推定することができ、これらから、電波発射源からの電波の電界強度分布を推定することができて、電波の利用環境を適切に監視することができるようになるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく広域電波監視の概念を説明する図である。
【図２】本発明の実施の一形態の広域電波監視装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の広域電波監視装置を用いた広域電波監視の実行手順を示すフローチャートである。
【図４】方向探知トレース図の一例を示す図である。
【図５】電波発射源の送信アンテナの指向性の推定を説明する図であって、(a)〜(c)はそれぞれセンサ局Ａ〜Ｃでの観測による伝搬経路ごとの電波の振幅の例を示す図、(d)〜(f)はそれぞれ無指向性アンテナを仮定してシミュレーションを行ったときのセンサ局Ａ〜Ｃでの伝搬経路ごとの電波の振幅の例を示す図、(g)は(a)〜(f)の結果に基づいて推定した送信アンテナの指向性を示す図である。
【符号の説明】
１０電波発射源
１１センタ局
１２回線
１３方向探知トレース図
１４電波勢力地図
２１電波ホログラム観測再生装置
２３シミュレーション装置
２４地図情報格納部
２５電波伝搬シミュレータ
２６データベース
２７比較部
２８方向探知トレース作成部
２９電波勢力地図作成部
１０１〜１０６ステップ
Ａ〜Ｃセンサ局[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for performing radio wave monitoring in a certain area, and more particularly, to a wide-area radio wave monitoring method and apparatus for identifying a position of a radio wave emission source such as an illegal radio station and monitoring a radio wave use environment.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when locating radio emission sources such as illegal radio stations in a certain area, sensor stations (monitoring stations) are arranged at multiple points, and each sensor station has a Yagi / Uda antenna, goniometer, etc. The direction of arrival of radio waves from the radio wave emission source was observed, and the direction of arrival at each sensor station was plotted on a map, and the position of the radio wave emission source was estimated from the position of the intersection.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional method described above assumes that the radio wave from the radio wave emission source to be monitored propagates straight through the single path to the sensor station. However, radio waves from a radio wave emission source are actually diffracted and reflected by features such as topography and buildings, and therefore may propagate without going straight. In addition, radio waves from a radio wave emission source may arrive at the sensor station through a plurality of propagation paths (multipaths) due to the influence of topography and features. When the position of the radio wave emission source to be monitored is estimated by the conventional method, there is a problem that the radio wave is bent and propagated through a plurality of paths, thereby deteriorating the estimation accuracy of the position of the radio wave emission source. .
[0004]
The purpose of radio wave monitoring is not only to find illegal radio stations, but also to investigate the presence or absence of interference and interference, and to provide a better radio wave environment. In order to investigate the cause of interference and interference, it is effective to know the propagation path and electric field intensity distribution from the radio wave emission source. However, the above-described conventional method is intended only for specifying the position of the radio wave emission source to be monitored, and whether the radio wave emission source is a legitimately operating radio station or an illegal radio station. Regardless of whether the radio wave from the radio wave emission source propagates to the sensor station or the electric field intensity distribution of the radio wave from the radio wave emission source cannot be obtained. .
[0005]
An object of the present invention is to provide a wide-area radio wave monitoring method and apparatus that can accurately estimate the position of a radio wave emission source to be monitored in consideration of the influence of topography and features. It is another object of the present invention to provide a wide-area radio wave monitoring method and apparatus that can estimate the directivity of a transmission antenna at a radio wave emission source and that can easily show the distribution of power of the radio wave from the radio wave emission source.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The wide area radio wave monitoring method of the present invention is a wide area radio wave monitoring method for monitoring radio waves from a radio wave emission source in a certain area, wherein one or more sensor stations are arranged, and each of a plurality of points in the area, The direction of arrival of the radio wave at the sensor station when there is a radio wave emission source at the point is calculated by computer simulation using map information. In the sensor station, the radio wave from the radio wave emission source is separated for each propagation path. The direction of arrival of the radio wave is observed, the direction of arrival of the observed radio wave is compared with the result of the computer simulation, and the result of the computer simulation is searched for the one with the highest similarity to the direction of arrival of the observed radio wave The corresponding point is determined as a candidate position, and computer simulation is performed while adjusting the position of the radio wave emission source assuming that there is a radio wave emission source around the candidate position. Line to determine the position of the radio wave source is.
[0007]
A wide-area radio wave monitoring apparatus according to the present invention is a wide-area radio wave monitoring apparatus that monitors radio waves from a radio wave emission source in a certain area, a simulation apparatus that executes a computer simulation of radio wave propagation based on map information, and a radio wave emission One or more sensor stations that observe the direction of arrival of radio waves from the source, and the radio wave emission source so that the direction of arrival at the sensor station by computer simulation has the maximum similarity to the direction of arrival at the sensor station by observation A direction detection trace diagram creating means for causing the simulation apparatus to execute a computer simulation while changing the position of the radio wave, determining the position of the radio wave emission source, and tracing the propagation path of the radio wave by the computer simulation in the simulation apparatus.
[0008]
According to the present invention, by performing a computer simulation using map information, it is possible to estimate an arrival path including propagation of radio waves in consideration of the influence of topography and features. In addition, by observing the direction and intensity of radio waves separately for each propagation path at each sensor station, it is possible to estimate the antenna directivity, transmission power, and reflection / diffraction points on the terrain. Furthermore, a radio wave power map can be created by calculating and synthesizing the radio wave intensity distribution. In order to separate and observe the components for each propagation path, it is preferable to perform radio wave hologram observation at each sensor station and obtain the arrival direction and intensity from the radio wave reproduction image obtained by radio wave hologram observation.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining the concept of wide area radio wave monitoring based on the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a wide area radio wave monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows the wide area radio wave monitoring apparatus of FIG. It is a flowchart which shows the execution procedure of the used wide area radio wave monitoring.
[0010]
First, an outline of wide area radio wave monitoring based on the present invention will be described with reference to FIG.
[0011]
Here, it is assumed that the radio wave emission source 10 emits a radio wave having a frequency f1. In order to perform radio wave monitoring in the monitoring area, sensor stations (monitoring stations) A to C are arranged, and these sensor stations A to C are connected to the center station 11 via the line 12. The radio wave from the radio wave emission source 10 propagates to the sensor stations A to C, but is diffracted and propagated in addition to the component (direct wave) that directly propagates from the radio wave emission source to the sensor station due to the influence of mountains and other features. Components (diffracted waves) that propagate and components that propagate by reflection (reflected waves) exist. In the present invention, in each of the sensor stations A to C, radio wave hologram observation is performed and a radio wave image is reproduced in order to separate components for each propagation path and obtain the arrival direction and intensity. In addition, as long as the components for each propagation path can be observed separately, a conventional direction finding technique may be used without using the radio hologram observation.
[0012]
Since radio waves are also a type of wave, hologram observation can be performed in the same way as in the case of optical holograms, and a radio wave reproduction image can be obtained by reproducing the hologram, and the wave source distribution and intensity are examined from this radio wave reproduction image. be able to.
[0013]
The center station 11 prepares in advance several reproduced radio wave images that will be obtained at each sensor station by computer simulation based on topographical data and feature data, and is based on the radio wave reproduced images and simulations actually obtained at each sensor station. By comparing the radio wave reproduction image with the radio wave reproduction image, the position of the radio wave emission source 10 is determined, and the direction detection trace diagram 13 and the radio wave force map 14 are created and output.
[0014]
FIG. 2 shows a configuration of a wide area radio wave monitoring apparatus for performing such wide area radio wave monitoring. Each of the sensor stations A to C is provided with a radio hologram observation / reproduction device 21 that performs radio hologram observation and outputs a radio reproduction image. The radio hologram observation / reproduction device 21 includes, for example, a fixed antenna and a scanning antenna that scans the scanning observation plane, and scans by correlating a reception signal at the fixed antenna and a reception signal at the scanning antenna at a predetermined observation frequency. By obtaining a correlation value (two-dimensional complex interferogram) at each point on the observation surface and reproducing the two-dimensional complex interferogram, a radio wave reproduction image is obtained. As the radio hologram observation / reproduction device 21, those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-201459 and 9-134113 by the inventor, and Japanese Patent Application No. 9-226601 (“ What is described in “circumferential scanning hologram observation method and apparatus”) can be used.
[0015]
Here, three sensor stations (monitoring stations) A to C are provided, but the number of sensor stations is not limited to three. The number of sensor stations may be one, two, or four or more.
[0016]
The center station 11 includes a simulation device 23 for computer simulation of radio wave propagation and radio wave reproduction images, a database 26 for storing a result of simulation performed in advance by the simulation device 23, and a comparison unit including each sensor. Comparing unit 27 for comparing the radio wave reproduction image observed at stations A to C with the radio wave reproduction image obtained by simulation, and a direction detection trace diagram creating means for determining the position of the radio wave emission source and the direction detection trace diagram A direction detection trace map creating unit 28 for creating and outputting, and a radio wave power map creating unit, and a radio wave power map creating unit 29 for creating and outputting a radio wave power map are provided. The simulation device 23 refers to the map information storage unit 24 that stores information (map information) on the map, topography, and features, and the map information, and simulates radio wave propagation assuming that there is a radio wave emission source at a certain point on the map. And a radio wave propagation simulator 25 for performing. With recent advances in geographic information systems (GIS), map information required by the radio wave propagation simulator 25 can be easily obtained. The radio wave propagation simulator 25 uses, for example, a ray tracing method (IEEE Network Magazine, pp.27-30, November, 1991) or a moment method (RF Harrington, “Field Computation by Moment Methods,” IEEE Press, 1993). Electric field strength distribution generated when there is a transmitting station (radio wave source) with arbitrary directivity at one point on the map by computer simulation to determine the arrival direction and intensity of the radio wave at the sensor station position. Computer simulation.
[0017]
The simulation results stored in advance in the database 26 indicate that each of the sensor stations A to C is obtained when the monitoring area is divided by a mesh of, for example, 300 m and a transmitting station having an omnidirectional antenna is arranged on a mesh point of the mesh. This is a result of obtaining the radio wave reproduction image that will be observed by the simulation device 23 for each lattice point.
[0018]
The comparison unit 27 compares the radio wave reproduction image obtained by the simulation stored in the database 26 with the radio wave reproduction image obtained by the radio hologram observation at each of the sensor stations A to C, thereby obtaining the radio wave reproduction image in the database 26. Among them, the one having the highest similarity to the radio wave reproduction image obtained by observation is searched, and the position of the mesh intersection corresponding to the searched radio wave reproduction image (by simulation) is obtained. In the similarity comparison, a normal pattern matching method can be used. For example, if the maximum level of the radio wave in the radio wave reproduction image is 0 dB, the pattern of the portion where the radio wave level is −40 dB or more is compared. A method of obtaining a correlation coefficient as a figure is used. However, since the antenna directivity of the radio wave emission source is not known at this point, the search is made with a high similarity by focusing mainly on the arrival direction of the radio wave.
[0019]
The direction detection trace diagram creation unit 28 assumes that there is a transmitting station (radio wave emission source) around the mesh intersection searched by the processing in the comparison unit 27, and further adjusts the position of the radio wave when the position is adjusted. The computer simulation is executed by the simulation device 23, and the radio wave reproduction image based on the observation result is compared with the radio wave reproduction image based on the simulation when this position is finely adjusted to determine a radio wave emission source position with higher similarity. Then, the radio wave propagation path from the determined radio wave emission source position to each of the sensor stations A to C is traced to generate and output a direction detection trace map, and further, the antenna at the radio wave emission source is based on the trace result. Estimate directivity. The direction detection trace diagram and the antenna directivity estimation will be described later.
[0020]
The radio wave influence map creation unit 29 causes the simulation device 23 to perform a radio wave propagation computer simulation based on the radio wave emission source position and the estimation result of the antenna directivity of the radio wave emission source obtained by the direction detection trace diagram creation unit 28. The electric field intensity distribution of the radio wave from the radio wave emission source on the map is calculated, and the radio wave power map of the radio wave emission source is displayed and printed. As a display method of the radio wave influence map, there are a method of changing the color tone according to the electric field strength, a method of using contour lines, a method of using these in combination.
[0021]
The processing in the wide area radio wave monitoring apparatus of the present embodiment described above is summarized as shown in the flowchart of FIG. Here, it is assumed that a computer simulation result assuming that there is a radio wave emission source at a mesh intersection on the map is stored in the database 26 in advance.
[0022]
First, radio hologram observation is performed at each of the sensor stations A to C to acquire a radio wave reproduction image (step 101), and the comparison unit 27 uses the radio wave image obtained by actual observation from the radio wave reproduction image by simulation in the database 26. An object having the highest similarity to the reproduced image is searched, and the position of the mesh intersection corresponding to the radio wave reproduced image is set as a candidate position of the radio wave emission source (step 102). Next, control is transferred to the direction detection trace diagram creating unit 28, and a computer simulation is performed while finely adjusting the radio wave emission source around the mesh point at the candidate position to finally determine the position of the radio wave emission source (step 103). ). Based on the determined position of the radio wave emission source, the radio wave propagation path is traced to create a direction detection trace diagram (step 104), and the directivity of the transmission antenna of the radio wave emission source is estimated (step 105). Finally, control is transferred to the radio wave power map creating unit 29, and a radio wave power map is created and output by obtaining the electric field strength distribution on the map (step 106).
[0023]
Since the processing described above can be applied not only to a single radio wave emission source but also to a plurality of radio wave emission sources, according to the wide area radio wave monitoring method described here, a plurality of radio wave emission sources (transmissions) The coverage area and interference status of each station can be monitored on a map.
[0024]
Next, details of the direction detection trace diagram will be described. FIG. 4 shows an example of a direction finding trace diagram.
[0025]
In this direction detection trace FIG. 13, there is a radio wave emission source (assumed transmission station) at point Q, and the propagation path of the radio wave from this radio wave emission source is indicated by an arrow. In the figure, triangle marks and contour lines indicate mountains, and hatching indicates features. From this direction detection trace FIG. 13, the radio wave from the radio wave emission source propagates to the sensor station A as a direct wave (P ₁ ) and a reflected wave (P ₂ ) by the mountain, and to the sensor station B a direct wave (P ₅ ) and the reflected wave (P ₆ ) by the feature, and the sensor station C propagates as a diffracted wave (P ₃ ) by the mountain and a reflected wave (P ₄ ) by the feature. Although the two-dimensional direction detection trace diagram has been described here, the radio wave propagation path may be traced three-dimensionally (three-dimensionally) to be displayed and output.
[0026]
Next, estimation of directivity of the transmitting antenna at the radio wave emission source will be described with reference to FIG.
[0027]
From the radio wave reproduction images observed at the sensor stations A to C, the arrival direction and the intensity of the radio wave for each propagation path are extracted. FIGS. 5A to 5C show the amplitudes of radio waves observed by the sensor stations A to C, respectively. The direction of the thick arrow indicates the arrival direction of the radio wave in the propagation path, and the length of the arrow indicates the amplitude of the radio wave. In the illustrated example, the amplitude for each propagation path is a ₁ , a ₂ , b ₁ , b ₂ , c ₁ , c ₂ . On the other hand, the simulator device 23 performs a radio wave propagation simulation on the assumption that there is an omnidirectional transmitting antenna at the position of the already determined radio wave emission source and the radio wave is emitted therefrom, and each sensor station The amplitude of the radio wave at A to C is obtained. FIGS. 5D to 5F show the amplitudes of radio waves obtained by simulations at the sensor stations A to C, respectively. The amplitude for each propagation path is a ₁ ′, a ₂ ′, b ₁ ′, b _2. ', c ₁ ', c ₂ '. Then, for each of the propagation paths P ₁ , P ₂ , P ₃ , P ₄ , P ₅ , and P ₆ , the observed amplitude is divided by the simulation amplitude, so that the direction of each propagation path at the position of the radio wave emission source is increased. The directivity of the transmission antenna can be obtained. In FIG. 5 (g), black circles indicate directivity in the direction of each propagation path. Then, if the interpolation calculation is performed in consideration of the assumed antenna type and the like, the directivity characteristic in an arbitrary direction can be calculated. The broken line in FIG. 5 (g) indicates the directivity calculated in this way.
[0028]
In the estimation of the directivity of the transmitting antenna described above, the omnidirectional antenna is not assumed in the simulation. For example, the directivity such as the dipole characteristic is assumed, and the assumption is based on the ratio of the observed amplitude and the amplitude by the simulation. As the deviation from the directivity, the directivity of the transmission antenna may be estimated. In FIG. 5, the arrival direction and directivity of radio waves are handled in a plane (two dimensions), but it is possible to estimate the directivity in three dimensions by treating the arrival direction of radio waves in three dimensions. It is.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, the present invention separates and observes the direction of arrival of radio waves for each propagation path in a sensor station, and combines with the results of computer simulation of radio wave propagation taking into account topography and features, thereby improving the straightness of radio waves. There is an effect that the position of the radio wave emission source can be accurately determined even when the assumption is not valid or there is diffraction / reflection. Also, by using computer simulation, it is possible to trace the propagation path of the radio wave from the radio wave emission source to the sensor station, and to estimate the transmission antenna directivity of the radio wave emission source, from these, from the radio wave emission source There is an effect that the electric field strength distribution of the radio wave can be estimated, and the usage environment of the radio wave can be appropriately monitored.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining the concept of wide-area radio wave monitoring based on the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a wide area radio wave monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing an execution procedure of wide area radio wave monitoring using the wide area radio wave monitoring apparatus of FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a direction detection trace diagram;
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating estimation of directivity of a transmission antenna of a radio wave emission source, and FIGS. 5A to 5C are examples of radio wave amplitudes for respective propagation paths observed by sensor stations A to C, respectively. (D)-(f) is a figure which shows the example of the amplitude of the electromagnetic wave for every propagation path in sensor station A-C at the time of simulating assuming an omnidirectional antenna, respectively (g) FIG. 5 is a diagram illustrating the directivity of a transmission antenna estimated based on the results of (a) to (f).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Radio wave emission source 11 Center station 12 Line | wire 13 Direction detection trace figure 14 Radio wave power map 21 Radio wave hologram observation and reproduction apparatus 23 Simulation apparatus 24 Map information storage part 25 Radio wave propagation simulator 26 Database 27 Comparison part 28 Direction detection trace preparation part 29 Radio wave force Map creation units 101 to 106 Steps A to C Sensor station

Claims

一定の地域内において電波発射源からの電波を監視する広域電波監視方法であって、
１以上のセンサ局を配置し、
前記地域内の複数の地点の各々について、当該地点に電波発射源があるとしたときの前記センサ局での電波の到来方向を、地図情報を利用する計算機シミュレーションによって算出し、
前記センサ局において、伝搬経路ごとに分離して前記電波発射源からの電波の到来方向を観測し、
観測した電波の到来方向と前記計算機シミュレーションの結果とを比較し、前記計算機シミュレーションの結果の中から、観測した電波の到来方向と最も類似性が高い到来方向を示すものを探索して対応する地点を候補位置として判別し、
前記候補位置の周辺に前記電波発射源があるとして前記電波発射源の位置を調整しながら計算機シミュレーションを実行して前記電波発射源の位置を決定する、広域電波監視方法。A wide area radio wave monitoring method for monitoring radio waves from a radio wave emission source in a certain area,
One or more sensor stations,
For each of a plurality of points in the region, the arrival direction of the radio wave at the sensor station when there is a radio wave emission source at the point is calculated by a computer simulation using map information,
In the sensor station, the direction of arrival of radio waves from the radio wave emission source is observed separately for each propagation path,
Compare the direction of arrival of the observed radio wave with the result of the computer simulation, and search for the one that shows the arrival direction having the highest similarity to the direction of arrival of the observed radio wave from the result of the computer simulation. As a candidate position,
A wide-area radio wave monitoring method for determining the position of the radio wave emission source by executing a computer simulation while adjusting the position of the radio wave emission source assuming that the radio wave emission source is located around the candidate position.

決定した位置に電波発射源を配置して電波伝搬の計算機シミュレーションを実行し伝搬経路のトレースを行う、請求項１に記載の広域電波監視方法。The wide-area radio wave monitoring method according to claim 1, wherein a radio wave emission source is arranged at the determined position, a radio wave propagation computer simulation is executed, and a propagation path is traced.

前記センサ局で到来方向ごとに電波の強度も観測するものとし、
前記伝搬経路のトレースの実行後、前記センサ局での前記各伝搬経路ごとの観測された振幅と、前記センサ局での前記各伝搬経路ごとの計算機シミュレーションでの振幅とを比較し、前記電波発射源のアンテナ指向性を推定する請求項２に記載の広域電波監視方法。The sensor station also observes the strength of the radio wave for each direction of arrival,
After execution of the trace of the propagation path, the observed amplitude for each propagation path at the sensor station is compared with the amplitude in the computer simulation for each propagation path at the sensor station, and the radio wave emission The wide-area radio wave monitoring method according to claim 2 , wherein the antenna directivity of the source is estimated.

推定したアンテナ指向性と前記センサ局での前記各伝搬経路ごとの観測された振幅とを利用して、所定の地域内における前記電波発射源からの電波の電界強度分布を算出する請求項３に記載の広域電波監視方法。Using the amplitude the observed for each propagation path in the estimated antenna directivity and the sensor stations, to claim 3 which calculates the radio field strength distribution from the radio wave source in a predetermined area The wide-area radio wave monitoring method described.

前記センサ局において電波ホログラム観測によって電波の到来方向を決定する請求項１乃至４いずれか１項に記載の広域電波監視方法。The wide-area radio wave monitoring method according to claim 1, wherein an arrival direction of radio waves is determined by radio hologram observation at the sensor station.

一定の地域内において電波発射源からの電波を監視する広域電波監視装置であって、
地図情報に基づいて電波伝搬の計算機シミュレーションを実行するシミュレーション装置と、
前記電波発射源からの電波の到来方向を観測する１以上のセンサ局と、
計算機シミュレーションによる前記センサ局での到来方向が観測による前記センサ局での到来方向に対して最大の類似性を有するように、電波発射源の位置を変化させながら前記シミュレーション装置に計算機シミュレーションを実行させ、電波発射源の位置を決定し、前記シミュレーション装置での計算機シミュレーションによって電波の伝搬経路をトレースする方向探知トレース図作成手段と、を有する広域電波監視装置。A wide-area radio wave monitoring device that monitors radio waves from a radio wave emission source within a certain area,
A simulation device that executes a computer simulation of radio wave propagation based on map information;
One or more sensor stations for observing the direction of arrival of radio waves from the radio wave emission source;
Causing the simulation apparatus to perform computer simulation while changing the position of the radio wave emission source so that the arrival direction at the sensor station by computer simulation has the maximum similarity to the arrival direction at the sensor station by observation. A wide-area radio wave monitoring apparatus comprising: a direction detection trace diagram creating unit that determines a position of a radio wave emission source and traces a radio wave propagation path by computer simulation in the simulation apparatus.

前記地域内の複数の地点の各々について、当該地点に電波発射源があるとしたときの前記センサ局での電波の到来方向を前記シミュレーション装置によって予め計算機シミュレーションさせた結果を保持するデータベースと、
前記データベース中の結果のうち、前記センサ局での観測による到来方向の最も類似性の高いものを検索して対応する地点を候補位置とする比較手段と、をさらに有し、
前記方向探知トレース図作成手段は、前記候補位置の周辺で前記電波発射源の位置を変化させる請求項６に記載の広域電波監視装置。For each of a plurality of points in the area, a database holding the result of computer simulation by the simulation device in advance of the arrival direction of the radio waves at the sensor station when there is a radio wave emission source at the point;
Comparing means for searching for the highest similarity in the direction of arrival by observation at the sensor station among the results in the database and setting the corresponding point as a candidate position,
The wide-area radio wave monitoring apparatus according to claim 6, wherein the direction detection trace diagram creating unit changes the position of the radio wave emission source around the candidate position.

前記センサ局が到来方向ごとに電波の強度も観測するものであり、
前記方向探知トレース図作成手段が、前記センサ局での前記各伝搬経路ごとの観測された振幅と、前記センサ局での前記各伝搬経路ごとの計算機シミュレーションでの振幅とを比較し、前記電波発射源のアンテナ指向性を推定する請求項６または７に記載の広域電波監視装置。The sensor station also observes the intensity of radio waves for each direction of arrival,
The direction detection trace diagram creating means compares the observed amplitude for each propagation path at the sensor station with the amplitude in a computer simulation for each propagation path at the sensor station, and The wide-area radio wave monitoring apparatus according to claim 6 or 7, wherein the antenna directivity of the source is estimated.

推定したアンテナ指向性を利用して、所定の地域内における前記電波発射源からの電波の電界強度分布を算出して電波勢力地図として出力する電波勢力地図作成手段をさらに有する請求項８に記載の広域電波監視装置。9. The radio wave power map creating means for calculating the electric field intensity distribution of the radio wave from the radio wave emission source in a predetermined area by using the estimated antenna directivity and outputting it as a radio wave power map. Wide area radio wave monitoring device.

前記センサ局において電波ホログラム観測によって電波の到来方向を決定する請求項６乃至９いずれか１項に記載の広域電波監視装置。The wide-area radio wave monitoring apparatus according to any one of claims 6 to 9, wherein an arrival direction of radio waves is determined by radio hologram observation at the sensor station.