JP5027213B2 - 電子支援計測システムにおける方法、当該方法の使用および装置 - Google Patents

Description

本発明は電子支援計測の使用に関するものである。これは、例えば船や飛行機の存在を検出するために、レーダ装置などの無線放射源を観測するために使用されるシステムである。

電子支援計測／方向探知（ＥＳＭ／ＤＦ：Electronic Support Measures/Direction Finder）センサは、放射源からの信号を受信し、放射源の記述を作成し、放射源の方位を決定する。この種の受信機の実施例は、図１に示される。

図示されるシステムは、各々が個別の受信チャネル１３ａ〜ｃを有する多数のアンテナ１２ａ〜ｃを含んでいる。処理装置１４では、アンテナにより受信された複数の信号間の関係が放射源１１の方向を見つけるために使用される。放射源を識別するために放射源１１からの信号の“署名（signature）”を用いてもよい。

放射源を識別するために、受信された信号は、以下のステップを含むかなり複雑な処理の対象となる。

・パルス処理するステップ
キャリア周波数（ＲＦ）
パルスＷｉｄｔｈ（ＰＷ）
パルスＰｏｗｅｒ（Ｐ）
到達時刻（ＴＯＡ）
到来（ＤＯＡ）の方向
を（少なくとも）決定する。

・デインターリーブするステップ
算出されたパルス・パラメータの１以上を用いる（放射源によるパルスのソート）。
デインターリーブ処理の結果は、見かけの放射源につき１つの多数のパルス列である。

・放射源処理するステップ
デインターリーブ処理により得られた
改善されたパルス・パラメータおよび統計量：ＲＦ、Ｐ、ＤＯＡ
ＴＯＡによるＰＲＩ（平均、スタガパターン、ジッタパターン）
ＰおよびＴＯＡによる放射源アンテナパラメータ（ドウェル時間，走査時間，回転または振動）
の情報を用いた主に改善されたパルス演算処理である、改善された放射源記述パラメータを決定する。

ＥＳＭ／ＤＦシステムにおける信号の処理は、本願の出願人が所有する国際特許出願ＰＣＴ／ＮＯ２００４／０００４１２にさらに詳細に記載されている。
米国特許第４９９６６４７号では、コンパレータを含み信号をデインターリーブするシステムについて述べており、信号（ＴＯＡ，ＲＦ，ＰＷ）を定義するランダム変数は、変数の各々の平均値および分散に従って設定された上方及び下方の閾値と比較される。

上述のセンサのタイプは周知である。２個以上のセンサが同一の放射源を観測する場合、当該放射源の位置を決定することは可能である。ただし、１つの放射源だけの場合、伝統的に方位の決定だけは可能であった。

現在の放射源位置の決定のソリューションは、２個以上のセンサを含み、交差方位手法またはその類似手法を行なうために通信を要する。移動センサを含むいくつかの動作シナリオにおいて、１個のセンサのみが放射源を観測し、あるいは、無線通信の制約による他のセンサとの通信能力を制限する。そのため、従来の方法においては、放射源に対する方位だけが決定可能である。

範囲（すなわち放射源までの距離）が方位に加えて決定され得る場合、放射源の位置が知られることになる。周知の方法は、受信電力：

から範囲を推定するために、放射源についての知識を使用する。ここで、Ｓは受信信号強度であり、Ａ_ｒはアンテナアパーチャである、Ｒは範囲である。推定には、放射源の出力電力およびアンテナ利得（Ｐ_ｔＧ_ｔ）についての良好な知識が必要となり、放射源データベースに前もって格納しておく必要があり、さらに、ＥＳＭ受信機における良好なキャリブレーションが必要となる。更には３ｄＢの軽微な分散が結果として３０％の範囲推定誤差になるため、この方法の正確さは通常制限されている。このように、正確さは低く、この方法は問題となっている放射源についての非常に良好な知識を必要とする。

加えて、周知の課題である反射の効果がある。図２に示されるように、沿岸シナリオにおけるＥＳＭ／ＤＦセンサは、しばしば回りを取り囲む急峻な崖からの反射を受信する。放射源２１は信号を放射し、当該信号は幾つかの散乱点２６，２７，２８，２９において急峻な崖のある海岸線２５に沿って散乱される。この効果により、１つの真の放射源が存在するだけの場合であっても多数の見かけの放射源を生じる。反射信号に起因する余分の放射源を、以下の説明において偽の放射源と呼ぶ。
国際公開ＷＯ２００４／０５７３６５には、１つの受信機のみを使用して送信機の位置を決定するシステムについて記載されている。受信機は、送信機から直接到来する信号と既知の位置の多数の反射体を経由して到来した信号の双方を受信する。送信機の位置を決定するために、異なる信号のトラベル時間が比較される。当該システムは屋内での利用を意図している。

第１の態様によると、本発明は、電子計測システム／方向探知装置により観測される複数の見かけの放射源の中に存在しうる偽の放射源を識別するための方法および装置を提供する。

偽の放射源からの信号を除去するためにこの情報を用いてもよく、これにより、偽の放射源が表示されることによる不必要な混乱を回避することが出来る。

第２の態様によると、本発明は、１つのＥＳＭ／ＤＦ装置だけを使用して放射源の位置を決定するための方法および装置を提供する。

本発明の範囲は、添付の請求の範囲において定められる。

特に、本発明は、電子計測システム／方向探知装置により観測される複数の見かけの放射源の中に存在し得る偽の放射源を識別するための方法および装置に関するものである。前記装置は、前記見かけの放射源の中の真の放射源および少なくとも１つの偽の放射源を識別するのに適しており、前記偽の放射源は前記真の放射源からの散乱信号に対応する。さらに、前記真の放射源への第１の方位を決定し、前記少なくとも１つの偽の放射源への第２の方位を決定し、地形モデルを使用して前記第２の方位に沿って前記偽の放射源を生成している信号の散乱点の位置を決定する。それから、真の放射源から散乱点への信号の第３の方位が決定される。散乱点の位置と前記第１および第３の方位が、前記真の放射源の位置を決定するために使用される。

本発明は、以下の段落に詳細に添付の図面を参照して説明される。

図１に関連して前述したように、ＥＳＭ／ＤＦシステムからの信号が処理される場合、多数ののパルス列が表れ、真の放射源の各々に対するものに加え多数の偽の放射源のものが存在する。真の放射源の各々は、放射源により走査される有意な反射体当たり１つの偽の放射源を生じる。

本発明は、偽の放射源の各々が識別される初期ステップを含む。この情報は、真の放射源の位置を見つけるためおよび／またはスクリーン画面における偽の放射源による混乱を除去するために用いられる。

＜真の対“偽の”放射源の決定＞
見かけの放射源の各々に対して、ＥＳＭ受信機は、少なくとも以下の情報（全てのパラメータに対して、平均および分散が算出される）を含む放射源記述語を生成する。
・ＤＯＡ
・ＲＦ
・ＰＷ
・Ｐ
・スタガパターン、ジッタパターンを含むＰＲＩ
・放射源アンテナ走査時間（回転時間または振動周期）
・放射源アンテナ・ドウェル時間（アンテナビームがあるビーム幅を”塗る（paint）”時間）
・放射源アンテナ走査位相（アンテナが北を向く時間）
ＮＢ：回転方向が未知であるため曖昧である

パラメータｘの平均値

は、

として与えられる。
ｘの分散は、

である。ｉはパルス番号である。

見かけの放射源の各々からのパラメータを、リスト内の他の見かけの放射源のパラメータと比較することによって、同一の真の放射源に起因する全ての見かけの放射源が同じグループになるように、見かけの放射源がグループ化されるかもしれない。比較は、ＤＯＡ及び走査位相を除く全てのパラメータが考慮されるべきであり、各パラメータの分散に適応すべきである。

広がりのある散乱体から反射される場合、受信パルスは調整され得る。そうして、パルス測定値は、パルス列にわたって測定された分散を増加させ得る。以下の特徴は、真の放射源と比較した場合、”偽の”放射源から反射されたパルス列に対してあてはまる。
・ＤＯＡ：異なる平均、増加した分散
・ＲＦ：増加した分散
・ＰＷ：増加した分散および通常増加した平均
・Ｐ：通常低下した平均、増加した分散
・ＰＲＩおよびＰＲＩパターン：等しい
・放射源アンテナ走査時間：等しい平均
・放射源アンテナ・ドウェル時間：通常増加した平均、増加した分散
・放射源アンテナ走査位相：異なる

真の放射源（すなわち正しいＤＯＡを有する見かけの放射源）は、最高の品質（放射源パラメータにおいての最低の分散）を有する見かけの放射源である。

これは、また、見かけの放射源をグループ化するために使用する基準である。

上述した手順は、真および偽の放射源を識別する場合に実行される個々のステップを示すフローチャートとして図５に示される。当該方法は、スタート点５００からエンド点５０７まで直線的な手順として示される。しかしながら、シナリオにおける放射源の性質が決定されると、手順は再びステップ５００から開始される。

開始されると、信号が受信されるステップ５０１へと手順は続く。信号は、パルス処理、デインターリーブ、放射源処理を含む従来の方法でステップ５０２において処理される。関連した対象のコヒーレントなグループを形成する放射源が、ステップ５０４において選択される。放射源は、分散に従ってステップ５０５でソートされる。この情報はステップ５０６において真および偽の放射源を識別するために用いられる。

＜単一のＥＳＭ／ＤＦセンサによる位置決定＞
反射が”偽の”放射源を生じる沿岸シナリオにおいては、真および偽の放射源を識別する情報は、真の放射源の位置を見つけるため代替手法としても有利に使用さる（図３を参照）。
・沿岸シナリオにおいて放射源３１が送信し、上述したようにローカル地形を離れる反射パルスが偽の放射源を生じると仮定する。
・上記に従ってパルス列を分析し、異なるＤＯＡおよび異なるメインローブ位相を有する偽の放射源のリストを保持する。
・偽の放射源の各々（図３のα_ｎ）のＤＯＡから、ＥＳＭセンサから各々の散乱体３６，３７への方位を算出する。
・放射源３１から各々の散乱体３６，３７への方位を

により算出し、ここで、ｔ_ｎは偽の放射源に対する測定アンテナ走査位相であり、ｔ_０は真の放射源のアンテナ走査位相であり、Ｔは放射源アンテナ走査周期である。
・放射源３１の位置が既知の場合、散乱体３６，３７の位置は三角測量により直ちに見つけられるであろう。我々の課題においては反対であり、散乱体および放射源の位置は未知である。

課題を解決するために、ローカル散乱を推定できる地形モデルが使用される。実際には、海岸線ポリゴンでも十分である。

多数の散乱体（多数の偽の放射源）について、放射源の位置は、センサから放射源への方位線に沿って、散乱モデルと実際の散乱との相関が最大となる位置として推定されうる。

一例として、図４に示されるように、急峻な崖を有する直線状の海岸線を考える。
・上記の偽の放射源アルゴリズムは、１つの”真の”放射源４１と２つの偽の放射源とのセット（３つの見かけの放射源）を提供する。
・ＥＳＭ／ＤＦセンサＥＳＭ_１から見かけの放射源の各々への方向が算出される（α_０，α_１，α_２）。
・放射源４１から各々の散乱体４６，４７への方向は既知である（θ_１，θ_２）。有意な”偽の”放射源が存在すると放射源アンテナ位相の曖昧さは直ちに解決され得ることに注意する。
・海岸線が急峻な崖から構成されるので、散乱体４６，４７は海岸線４５に存在すると見なされ得る。こうして、各々の散乱体４６，４７の位置は、α_１とα_２およびセンサの位置から決定され得る。このように、放射源の位置は、θ_１およびθ_２から算出され得る。
・１つの散乱体のみで十分である点に注意する。

放射源の位置を見つけるためのこの手順は、実行される個々のステップを示すフローチャートとして図６に示される。方法は、スタート点６００において開始され、信号がＥＳＭ／ＤＦ装置から受信されるステップ６０１へ進む。観測された放射源は、図５に示される手順に従ってステップ６０２で分類される。放射源に対する方位がステップ６０３で決定され、散乱点の位置がステップ６０４で決定され、真の放射源から偽の放射源への方位がステップ６０５で決定される。最後に、手順がステップ６０７で終了する前に、真の放射源の位置を決定するためにステップ６０６でさまざまな位置および方位が用いられる。

上述した方法はＥＳＭ／ＤＦ装置内の処理装置において実行され、あるいは、パルス処理、デインターリーブ、放射源処理された信号が処理のために遠隔の処理装置（サーバなど）に送信され得る。地形モデルは、ローカルまたは遠隔の処理装置内のデータベースに格納されてもよい。

本発明には２つの利点があり、偽の放射源による混乱の低減（それ自体で大きな改善である）、および、１台のＥＳＭ／ＤＦセンサのみによる放射源の位置推定能力である。

レーダ装置を観測するＥＳＭ／ＤＦ装置という設定（すなわち高い電磁波スペクトルで動作する）の下で本発明を説明したが、本発明は他の設定においても同様に使用できる。そのような代替例としては、移動電話の位置の決定があり、特に、基地局から移動電話の電波信号を観測する場合である。また、本発明は、（空気や水（ソナー）を通して受信される信号について）音響放射源の位置を決定するシステムにも使用され得る。本発明は、また、地震産業、特に偽の反射からの混乱を除去するために、適用され得る。

ＥＳＭ／ＤＦシステムの模式図である。 反射に関する問題を示す図である。 本発明において反射が有利に使用されるかを示す図である。 本発明の詳細を示す図である。 本発明のある態様を示す方法のステップを示すフローチャートである。 本発明の別の態様を示す方法のステップを示すフローチャートである。

Claims (12)

1. １つの電子計測システムにより観測される複数の見かけの放射源の中から真の放射源と偽の放射源とを識別するための方法であって、
   複数の受信信号の各々に対して、キャリア周波数、パルス幅、パルス電力、到達時刻、到来方向を含むパラメータを決定し、前記決定されたパラメータの何れかにより前記複数の受信信号をソートし、前記複数の見かけの放射源の各々に対する、到来方向、キャリア周波数、パルス幅、パルス電力、パルス受信間隔、放射源アンテナ走査時間、放射源アンテナドウェル時間、放射源アンテナ走査位相を含む放射源特徴パラメータを決定するステップと、
   前記放射源特徴パラメータの各々の分散を決定するステップと、
   前記複数の見かけの放射源の各々に対する、キャリア周波数、パルス幅、パルス電力、パルス受信間隔、放射源アンテナ走査時間、放射源アンテナドウェル時間の比較に基づいて、前記真の放射源に源を有する見かけの放射源を１つのグループに選択するステップと、
   前記放射源特徴パラメータの分散に従って前記グループ内の見かけの放射源をソートするステップと、
   前記グループ内の見かけの放射源の中で最小の分散を有する見かけの放射源を前記真の放射源として識別し、前記グループ内の他の見かけの放射源を前記偽の放射源として識別するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記複数の受信信号の前記ソートは、到来方向によるソートを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の受信信号の前記ソートは、到着時刻に基づいており、受信角度に従って受信パルスを分割する追加のステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. レーダ装置のスクリーン画面の中の偽の放射源を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 放射源の位置を決定するための方法であって、
   １つの電子計測システムにおいて、複数の見かけの放射源からの複数の信号を受信するステップと、
   請求項１に記載の方法を使用して、前記複数の見かけの放射源の中から真の放射源と該真の放射源からの散乱信号に対応する少なくとも１つの偽の放射源とを識別するステップと、
   前記真の放射源への第１の方位を決定するステップと、
   前記少なくとも１つの偽の放射源への第２の方位を決定するステップと、
   地形モデルを使用して、前記第２の方位に沿って前記偽の放射源を生成する信号に対して散乱点の位置を決定するステップと、
   前記真の放射源から前記散乱点への信号の第３の方位を決定するステップと、
   前記散乱点の位置と前記第１の方位と前記第３の方位とから、前記真の放射源の位置を決定するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
6. 前記第３の方位は、
   

   

   の関係からθ _ｎ として決定され、ｔ_ｎは偽の放射源の測定されたアンテナ走査位相であり、ｔ_０は真の放射源のアンテナ走査位相であり、Ｔは放射源アンテナ走査周期であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記地形モデルは海岸線の地図であり、前記散乱点は前記第２の方位と前記海岸線との交差点として決定されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記地形モデルは海岸線ポリゴンであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. １つの電子計測システムにより観測される複数の見かけの放射源の中から真の放射源と偽の放射源とを識別するための識別装置であって、該電子計測システムは、各々が個別の受信チャネルを有する多数の受信アンテナと処理部とを含み、
   前記処理部は、複数の受信信号の各々に対して、キャリア周波数、パルス幅、パルス電力、到達時刻、到来方向を含むパラメータを決定し、前記決定されたパラメータの何れかにより前記複数の受信信号をソートし、前記複数の見かけの放射源の各々に対する、到来方向、キャリア周波数、パルス幅、パルス電力、パルス受信間隔、放射源アンテナ走査時間、放射源アンテナドウェル時間、放射源アンテナ走査位相を含む放射源特徴パラメータを決定するよう構成され、
   前記識別装置は、
   前記放射源特徴パラメータの各々の分散を決定する手段と、
   前記複数の見かけの放射源の各々に対する、キャリア周波数、パルス幅、パルス電力、パルス受信間隔、放射源アンテナ走査時間、放射源アンテナドウェル時間の比較に基づいて、前記真の放射源に源を有する見かけの放射源を１つのグループに選択する手段と、
   前記放射源特徴パラメータの分散に従って前記グループ内の見かけの放射源をソートする手段と、
   前記グループ内の見かけの放射源の中で最小の分散を有する見かけの放射源を前記真の放射源として識別し、前記グループ内の他の見かけの放射源を前記偽の放射源として識別する手段と、
   を含むことを特徴とする識別装置。
10. 前記識別装置の各手段は前記処理部に実装されることを特徴とする請求項９に記載の識別装置。
11. 放射源の位置を決定するための決定装置であって、
    請求項９に記載の識別装置を含み、該識別装置を使用して、複数の見かけの放射源の中から真の放射源と該真の放射源からの散乱信号に対応する少なくとも１つの偽の放射源とを識別する手段と、
    前記真の放射源への第１の方位を決定する手段と、
    前記少なくとも１つの偽の放射源への第２の方位を決定する手段と、
    地形モデルを使用して、前記第２の方位に沿って前記偽の放射源を生成する信号に対して散乱点の位置を決定する手段と、
    前記真の放射源から前記散乱点への信号の第３の方位を決定する手段と、
    前記散乱点の位置と前記第１の方位と前記第３の方位とから、前記真の放射源の位置を決定する手段と、
    を含むことを特徴とする決定装置。
12. 前記地形モデルを格納しているデータベースを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の決定装置。

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