JP5326982B2 - Position measuring method and position measuring apparatus - Google Patents
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Description
本発明は位置測定方法及び位置測定装置に係り、特に電波の発射源位置を測定する位置測定方法及び位置測定装置に関する。 The present invention relates to a position measuring method and a position measuring apparatus, and more particularly to a position measuring method and a position measuring apparatus for measuring the position of a radio wave emission source.
電波監視などの目的で、位置が不明な電波の発射源位置を、受信した電波から測定する位置測定装置が用いられる。 For the purpose of radio wave monitoring or the like, a position measuring device that measures the position of a radio wave emission source whose position is unknown from received radio waves is used.
このような位置測定装置として、特許文献1に記載の位置測定装置では、複数の移動体受信部で受信した受信信号間の「周波数差」及び「到達時間差」を同時に測定することにより、発射源位置を求めている。
As such a position measuring device, the position measuring device described in
また、特許文献2には、複数の異なる位置で電波の到来方位を測定し、その方位測定結果を示す方位線の交点から発射源位置を測定する位置測定装置が開示されている。
特許文献1記載の位置測定装置では、到達時間差を測定するためには受信信号の帯域幅が必要である。周波数帯域幅f、遅延時間Δtとすると、受信信号の位相変化量Δφは2πfΔtで表される。従って、周波数帯域幅fが小さいとき(狭帯域)と大きいとき(広帯域)とでは、同じ遅延時間Δtに対して位相変化量は広帯域の方が狭帯域に比べて大きくなる。そのため、少しの誤差でも狭帯域の場合は広帯域に比べて影響を大きく受けることとなる。
In the position measuring device described in
このため、特許文献1記載の位置測定装置では、受信信号が狭帯域の通信信号等の場合は正確に到達時間差を測定できないため位置測定が正確にできず、特に無変調の搬送波では位置が測定できないという欠点がある。
For this reason, in the position measuring device described in
一方、電波の到来方位の測定結果に基づき位置測定する特許文献2記載の位置測定装置では、電波の到来方位を測定するためには複数のアンテナ及び受信機が必要であり、更に、誤差を小さくするためには多数のアンテナを配置する必要が生じ、回路規模及び寸法が大きくなるという欠点がある。
On the other hand, the position measuring apparatus described in
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、到達時間差や電波到来方位の測定を必要とすることなく、しかも回路規模及び寸法を増大させない構成により電波発射源の位置を測定可能な位置測定方法及び位置測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and a position measuring method capable of measuring the position of a radio wave emission source without a need to measure the arrival time difference or the radio wave arrival azimuth and without increasing the circuit scale and dimensions. And it aims at providing a position measuring device.
上記の目的を達成するため、本発明の位置測定方法は、一定間隔の距離を保って同じ速度で同一方向へ移動している2台の移動体がそれぞれ遠方に位置する電波発射源からの電波を受信して、その受信信号を送信すると共に、自己の現在位置の位置情報をそれぞれ取得してその位置情報を送信する送信ステップと、2台の移動体が送信した受信信号及び位置情報に基づいて、2台の移動体がそれぞれ受信した2つの受信信号の周波数差の最大値を検出すると共に、2つの位置情報の時間変化から信号受信時の2台の移動体の位置及び速度情報を算出する検出及び算出ステップと、位置及び速度情報に基づいて、周波数差の最大値が2台の移動体の間の距離の中心位置がどの位置にあったときに得られたかにより、電波発射源の2台の移動体の移動方向であるx軸方向の位置を算出する第1の位置算出ステップと、電波発射源のx軸方向と直交するy軸方向の位置を、2台の移動体の間の距離をd、速度をv、受信信号の搬送波の波長をλ、周波数差の最大値をΔfmaxとしたとき、次式
また、上記の目的を達成するため、本発明の位置測定装置は、それぞれ電波を受信してその受信信号を送信する機能と、自己の現在位置の位置情報を取得して送信する機能とを備えており、互いに一定間隔の距離を保って同じ速度で同一方向へ移動する第1及び第2の移動体と、第1及び第2の移動体からそれぞれ送信された受信信号及び位置情報とを受信する通信手段と、通信手段からの第1及び第2の移動体が受信した受信信号及び取得した位置情報に基づいて、第1及び第2の移動体がそれぞれ受信した2つの受信信号の周波数差の最大値を検出すると共に、2つの位置情報の時間変化から信号受信時の第1及び第2の移動体の位置及び速度情報を算出する検出及び算出手段と、位置及び速度情報に基づいて、周波数差の最大値が第1及び第2の移動体の間の距離の中心位置がどの位置にあったときに得られたかにより、2台の移動体の移動方向であるx軸方向の、2台の移動体の遠方の電波発射源の位置を算出する第1の位置算出手段と、電波発射源のx軸方向と直交するy軸方向の位置を、第1及び第2の移動体の間の距離をd、速度をv、受信信号の搬送波の波長をλ、周波数差の最大値をΔfmaxとしたとき、次式
本発明によれば、受信信号が狭帯域信号であっても、また無変調の搬送波だけであっても、電波発射源の位置の測定が、簡単な演算により高速にできると共に、回路規模及び寸法を小さく実現できる。 According to the present invention, even if the received signal is a narrowband signal or only an unmodulated carrier wave, the position of the radio wave emission source can be measured at high speed by simple calculation, and the circuit scale and dimensions can be obtained. Can be realized small.
次に、本発明の実施形態について図面と共に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明になる位置測定装置の一実施形態のブロック図を示す。同図に示すように、本実施形態の位置測定装置10は、2台の移動体1a及び1bと、基地局通信部2と、周波数差検出部3と、位置情報処理部4と、最大周波数差検出部5と、発射源位置演算部6とより構成される。
FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of a position measuring apparatus according to the present invention. As shown in the figure, the
2台の移動体1a及び1bは、互いに一定間隔で、同一方向に、同一速度で移動しながら、それぞれ電波を独立して受信すると共に、例えば全地球測位システム(GPS:Global Positioning System)を構成する人工衛星からのGPS信号を受信して自己の現在位置の位置情報を取得する機能を有する。また、2台の移動体1a及び1bは、電波を受信すると、その受信した受信信号を送信する機能と、取得した自己の現在位置の位置情報を送信する機能も有する。
The two
基地局通信部2は、移動体1aから送信された移動体1aの第1の受信信号及び第1の位置情報と、移動体1bから送信された移動体1bの第2の受信信号及び第2の位置情報とを受信して信号処理して出力する。
The base
周波数差検出部3は、基地局通信部2から出力される上記の第1及び第2の受信信号を入力として受け、それらの受信信号間の周波数差を公知の方法で検出して周波数差検出信号を出力する。位置情報処理部4は、基地局通信部2から出力される上記の第1及び第2の位置情報を入力として受け、それらの位置情報の時間変化から信号受信時の移動体1a及び1bの位置及び速度情報を算出する。
The frequency
最大周波数差検出部5は、周波数差検出部3から出力された周波数差検出信号を入力として受け、その周波数差検出信号が示す周波数差を一定時間間隔で取得し、例えば前回取得した周波数差よりも今回取得した周波数差の方が大きいときには、今回取得した周波数差に更新し、今回取得した周波数差のほうが小さいときには前回取得した周波数差を保持するなどの方法により、周波数差の最大値を検出する。
The maximum frequency difference detection unit 5 receives the frequency difference detection signal output from the frequency
発射源位置演算部6は、最大周波数差検出部5で検出された周波数差の最大値と、位置情報処理部4から出力される位置及び速度情報とに基づいて、上記周波数差の最大値が2台の移動体1a及び1bの間の距離の中心位置がどの位置にあったときに得られたかを算出し、その算出結果により、2台の移動体1a及び1bがそれぞれ受信した同じ電波の発射源の位置を推定(測定)する。これは、上記周波数差が最大となるのは、2台の移動体1a及び1bの間の距離の中心位置と電波発射源とを結ぶ線が、2台の移動体1a及び1bを結ぶ線と垂直に交わるときであることに基づく。
Based on the maximum frequency difference detected by the maximum frequency difference detection unit 5 and the position and speed information output from the position information processing unit 4, the launch source position calculation unit 6 determines the maximum value of the frequency difference. It is calculated at which position the center position of the distance between the two
次に、本実施形態の動作について、図1と図2から図7と共に説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2 to 7.
図2(A)は、本発明になる位置測定装置を構成する2台の移動体と電波発射源との関係を示す概略図である。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付してある。図2(A)に示すように、例えば航空機である2台の移動体1a及び1bは、或る高度を保って互いに一定間隔dで、同一方向に、同一速度vで移動しながら、xy座標(X0,Y0)の位置にある電波発射源7からの電波をそれぞれ独立して受信しているものとする。
FIG. 2 (A) is a schematic diagram showing the relationship between the two mobile bodies constituting the position measuring apparatus according to the present invention and the radio wave emission source. In the figure, the same components as those in FIG. As shown in FIG. 2 (A), for example, two
また、移動体1a及び1bは、それぞれ電波発射源7からの電波の受信信号と、GPSを構成する人工衛星から受信したGPS信号に基づいて得た自己の現在位置の位置情報とをそれぞれ地上にある基地局通信部2(図2には図示せず)へ送信している。
In addition, each of the
ここで、図2に示すように、移動体1aと電波発射源7との距離をR1、移動体1bと電波発射源7との距離をR2とすると、距離R1、R2は次式で表される。
Here, as shown in FIG. 2, when the distance between the moving body 1a and the radio
また、距離R1、R2の時間変化量は、(1)式及び(2)式を時間微分することにより、次式で得られる。 Moreover, the time variation of the distances R1 and R2 can be obtained by the following equation by differentiating the equations (1) and (2) with respect to time.
上記の(3)式、(4)式を、移動体1a、1bが受信した電波の搬送波の波長λで除算したものがドップラー周波数fd1、fd2となり、それらは次式により得られる。
The above equations (3) and (4) divided by the wavelength λ of the carrier wave of the radio wave received by the
よって、2台の移動体1a、1b間のドップラー周波数差Δfは、次の(7)式で得られる。
Therefore, the Doppler frequency difference Δf between the two
図1に示した周波数差検出部3が検出する2つの受信信号間の周波数差は、(7)式のΔfを表している。ここで、(7)式中、波長λは受信周波数によって決まり、移動体1a、1b間の間隔dは既知であり、速度v、位置情報vtは、位置情報処理部4からの速度情報及び位置情報から得られるため、電波発射源7の位置座標X0、Y0だけが未知の値である。
The frequency difference between the two received signals detected by the frequency
図1の最大周波数差検出部5は、周波数差検出部3で検出した周波数差Δfの最大値Δfmaxを検出する。また、図1の発射源位置演算部6は、位置情報処理部4より、周波数差の最大値Δfmaxが得られた時の移動体1a、1bの位置情報を取得し、それに基づき移動体1a及び1b間の距離の中心位置、すなわち、電波発射源7のX軸方向の位置X0を演算する。
The maximum frequency difference detection unit 5 in FIG. 1 detects the maximum value Δfmax of the frequency difference Δf detected by the frequency
また、(7)式で表される周波数差Δfが最大値Δfmaxとなるのは、(7)式においてX0=vtとなる点である。よって、Δfmaxは、(7)式にX0=vtを代入することにより次式で表される。 Further, the frequency difference Δf represented by the equation (7) becomes the maximum value Δfmax at a point where X0 = vt in the equation (7). Therefore, Δfmax is expressed by the following equation by substituting X0 = vt into equation (7).
このように、本実施形態によれば、同一方向へ、一定間隔(距離)で同じ速度で移動している2台の移動体1a及び1bでそれぞれ受信した2つの受信信号の周波数差の最大値と、移動体1a及び1bの速度及び位置情報とに基づいて、電波発射源7の位置の測定が可能であり、電波発射源の位置の測定には複数の受信信号の「到達時間差」や「電波到来方位」を必要としない。
Thus, according to the present embodiment, the maximum value of the frequency difference between the two received signals respectively received by the two
そのため、本実施形態によれば、受信信号が狭帯域信号であっても、また無変調の搬送波だけであっても、電波発射源の位置の測定が可能である。また、本実施形態によれば、多数のアンテナが不要であるので、基地局通信部2から発射源位置演算部6までの回路規模及び寸法を小さく実現できる。また、演算も非常に簡単であり、高速な処理が可能である。
Therefore, according to the present embodiment, the position of the radio wave emission source can be measured even if the received signal is a narrowband signal or only an unmodulated carrier wave. Moreover, according to this embodiment, since many antennas are unnecessary, the circuit scale and dimension from the base
なお、上記の実施形態では、移動体1a及び1bは同一の高度を維持して移動しているが、高度は一定傾斜で変化する場合には、Y方向の時間変化量も考慮しなければならず、同一高度での移動に比べて若干複雑な式になるが、本発明を適用可能である。
In the above embodiment, the moving
また、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、本発明で用いる移動体は航空機に限らず、自動車や人工衛星等でもよい。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the moving body used in the present invention is not limited to an aircraft, and may be an automobile, an artificial satellite, or the like.
1a、1b 移動体
2 基地局通信部
3 周波数差検出部
4 位置情報処理部
5 最大周波数差検出部
6 発射源位置演算部
7 電波発射源
10 位置測定装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記2台の移動体が送信した前記受信信号及び前記位置情報に基づいて、前記2台の移動体がそれぞれ受信した2つの前記受信信号の周波数差の最大値を検出すると共に、2つの前記位置情報の時間変化から信号受信時の前記2台の移動体の位置及び速度情報を算出する検出及び算出ステップと、
前記位置及び速度情報に基づいて、前記周波数差の最大値が前記2台の移動体の間の距離の中心位置がどの位置にあったときに得られたかにより、前記電波発射源の前記2台の移動体の移動方向であるx軸方向の位置を算出する第1の位置算出ステップと、
前記電波発射源の前記x軸方向と直交するy軸方向の位置を、前記2台の移動体の間の距離をd、前記速度をv、前記受信信号の搬送波の波長をλ、前記周波数差の最大値をΔfmaxとしたとき、次式
を含むことを特徴とする位置測定方法。 Two mobile objects moving in the same direction at the same speed at a constant distance receive radio waves from radio wave emission sources located far away, transmit the received signals, and A transmission step of acquiring position information of each position and transmitting the position information;
Based on the received signal and the position information transmitted by the two mobile units, the maximum value of the frequency difference between the two received signals respectively received by the two mobile units is detected, and the two positions are detected. A detection and calculation step for calculating position and speed information of the two moving bodies at the time of signal reception from a time change of information;
Based on the position and speed information, the two values of the radio wave emission source are determined depending on which position the center of the distance between the two moving objects is obtained. A first position calculating step for calculating a position in the x-axis direction that is a moving direction of the moving body;
The position of the radio wave emission source in the y-axis direction orthogonal to the x-axis direction, the distance between the two moving bodies is d, the velocity is v, the wavelength of the carrier wave of the received signal is λ, and the frequency difference When the maximum value of Δfmax is
前記2台の移動体が送信した前記受信信号及び前記位置情報を受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信した前記2台の移動体がそれぞれ送信した2つの前記受信信号の周波数差を検出する周波数差検出ステップと、
前記周波数差検出ステップで検出された周波数差の最大値を検出する最大値検出ステップと、
前記受信ステップで受信した前記2台の移動体がそれぞれ送信した2つの前記位置情報の時間変化から信号受信時の前記2台の移動体の位置及び速度情報を算出する位置及び速度情報算出ステップと、
前記位置及び速度情報に基づいて、前記周波数差の最大値が前記2台の移動体の間の距離の中心位置がどの位置にあったときに得られたかにより、前記電波発射源の前記2台の移動体の移動方向であるx軸方向の位置を算出する第1の位置算出ステップと、
前記電波発射源の前記x軸方向と直交するy軸方向の位置を、前記2台の移動体の間の距離をd、前記速度をv、前記受信信号の搬送波の波長をλ、前記周波数差の最大値をΔfmaxとしたとき、次式
を含むことを特徴とする位置測定方法。 Two mobile objects moving in the same direction at the same speed at a constant distance receive radio waves from radio wave emission sources located far away, transmit the received signals, and A transmission step of acquiring position information of each position and transmitting the position information;
A reception step of receiving the received signal and the position information transmitted by the two mobile units;
A frequency difference detecting step of detecting a frequency difference between the two received signals transmitted by the two mobile units received in the receiving step;
A maximum value detecting step for detecting a maximum value of the frequency difference detected in the frequency difference detecting step;
A position and velocity information calculating step for calculating position and velocity information of the two moving bodies at the time of signal reception from time changes of the two pieces of position information respectively transmitted by the two moving bodies received in the receiving step; ,
Based on the position and speed information, the two values of the radio wave emission source are determined depending on which position the center of the distance between the two moving objects is obtained. A first position calculating step for calculating a position in the x-axis direction that is a moving direction of the moving body;
The position of the radio wave emission source in the y-axis direction orthogonal to the x-axis direction, the distance between the two moving bodies is d, the velocity is v, the wavelength of the carrier wave of the received signal is λ, and the frequency difference When the maximum value of Δfmax is
前記第1及び第2の移動体からそれぞれ送信された前記受信信号及び前記位置情報とを受信する通信手段と、
前記通信手段からの前記第1及び第2の移動体が受信した前記受信信号及び取得した前記位置情報に基づいて、前記第1及び第2の移動体がそれぞれ受信した2つの前記受信信号の周波数差の最大値を検出すると共に、2つの前記位置情報の時間変化から信号受信時の前記第1及び第2の移動体の位置及び速度情報を算出する検出及び算出手段と、
前記位置及び速度情報に基づいて、前記周波数差の最大値が前記第1及び第2の移動体の間の距離の中心位置がどの位置にあったときに得られたかにより、前記2台の移動体の移動方向であるx軸方向の、前記2台の移動体の遠方の電波発射源の位置を算出する第1の位置算出手段と、
前記電波発射源の前記x軸方向と直交するy軸方向の位置を、前記第1及び第2の移動体の間の距離をd、前記速度をv、前記受信信号の搬送波の波長をλ、前記周波数差の最大値をΔfmaxとしたとき、次式
を有することを特徴とする位置測定装置。 It has a function to receive each radio wave and transmit the received signal, and a function to acquire and transmit position information of its current position, and move in the same direction at the same speed with a fixed distance from each other First and second moving bodies to perform,
Communication means for receiving the received signal and the position information transmitted from the first and second moving bodies, respectively;
Based on the received signals received by the first and second mobile units from the communication means and the acquired location information, the frequencies of the two received signals received by the first and second mobile units, respectively. Detecting and calculating means for detecting the maximum value of the difference and calculating the position and velocity information of the first and second moving bodies at the time of signal reception from the time change of the two pieces of position information;
Based on the position and speed information, the maximum value of the frequency difference is obtained depending on which position the central position of the distance between the first and second moving bodies is obtained. First position calculating means for calculating a position of a radio wave emission source far away from the two moving bodies in the x-axis direction that is a moving direction of the body;
The position of the radio wave emission source in the y-axis direction orthogonal to the x-axis direction, the distance between the first and second moving bodies is d, the velocity is v, the wavelength of the carrier wave of the received signal is λ, When the maximum value of the frequency difference is Δfmax,
前記第1及び第2の移動体からそれぞれ送信された前記受信信号及び前記位置情報とを受信する通信手段と、
前記通信手段により受信された前記第1及び第2の移動体からの2つの前記受信信号の周波数差を検出する周波数差検出手段と、
前記周波数差検出手段で検出された周波数差の最大値を検出する最大周波数差検出手段と、
前記通信手段により受信された前記第1及び第2の移動体からの2つの前記位置情報の時間変化から信号受信時の前記第1及び第2の移動体の位置及び速度情報を算出する位置及び速度情報算出手段と、
前記位置及び速度情報に基づいて、前記周波数差の最大値が前記第1及び第2の移動体の間の距離の中心位置がどの位置にあったときに得られたかにより、前記2台の移動体の移動方向であるx軸方向の、前記2台の移動体の遠方の電波発射源の位置を算出する第1の位置算出手段と、
前記電波発射源の前記x軸方向と直交するy軸方向の位置を、前記第1及び第2の移動体の間の距離をd、前記速度をv、前記受信信号の搬送波の波長をλ、前記周波数差の最大値をΔfmaxとしたとき、次式
を有することを特徴とする位置測定装置。 It has a function to receive each radio wave and transmit the received signal, and a function to acquire and transmit position information of its current position, and move in the same direction at the same speed with a fixed distance from each other First and second moving bodies to perform,
Communication means for receiving the received signal and the position information transmitted from the first and second moving bodies, respectively;
A frequency difference detecting means for detecting a frequency difference between the two received signals from the first and second moving bodies received by the communication means;
Maximum frequency difference detecting means for detecting a maximum value of the frequency difference detected by the frequency difference detecting means;
A position for calculating the position and speed information of the first and second moving bodies at the time of signal reception from the time change of the two pieces of position information from the first and second moving bodies received by the communication means; and Speed information calculating means;
Based on the position and speed information, the maximum value of the frequency difference is obtained depending on which position the central position of the distance between the first and second moving bodies is obtained. First position calculating means for calculating a position of a radio wave emission source far away from the two moving bodies in the x-axis direction that is a moving direction of the body;
The position of the radio wave emission source in the y-axis direction orthogonal to the x-axis direction, the distance between the first and second moving bodies is d, the velocity is v, the wavelength of the carrier wave of the received signal is λ, When the maximum value of the frequency difference is Δfmax,
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