JP6681617B2 - 波源位置推定装置、コンピュータに実行させるためのプログラム、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Description

この発明は、波源位置推定装置、コンピュータに実行させるためのプログラム、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。

周波数の２次利用は、１次利用者への影響が無い範囲で利用が可能である。そこで、周波数の利用効率を高めるために、周波数の２次利用の検討が進められている。

周波数の２次利用の可否を判定するために、周波数の１次利用の有無を検出する必要がある。そして、周波数の１次利用の有無を検出するためには、波源位置を推定する必要がある。

従来、波源位置を推定する方法として、非特許文献１に記載の方法が知られている。非特許文献１に記載の方法では、ＴＤｏＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）を用いて波源位置を推定する。

より具体的には、長距離センサーと呼ばれる高精度なセンサーを用いて波源からの電波を受信し、複数のセンサーへの電波の到来時間差から波源を推定する。

即ち、電波が波源から２つのセンサーＳ_Ａ，Ｓ_Ｂへ到来するときの到来時間差｜ｔ_ａ−ｔ_ｂ｜を算出する。そして、到来時間差｜ｔ_ａ−ｔ_ｂ｜を用いて、電波が波源からセンサーＳ_Ａ，Ｓ_Ｂへ到来するときの伝搬距離差｜Ｌ_ａ−Ｌ_ｂ｜を算出する。

同様にして、電波が波源からセンサーＳ_Ｂ，Ｓ_Ｃへ到来するときの伝搬距離差｜Ｌ_ｂ−Ｌ_ｃ｜と、電波が波源からセンサーＳ_Ｃ，Ｓ_Ａへ到来するときの伝搬距離差｜Ｌ_ｃ−Ｌ_ａ｜とを算出する。

そうすると、３つの双曲線｜Ｌ_ａ−Ｌ_ｂ｜，｜Ｌ_ｂ−Ｌ_ｃ｜，｜Ｌ_ｃ−Ｌ_ａ｜を描画し、３つの双曲線の交点を波源位置として推定する。

堀端 研志、菅野 一生、古川 玲、長谷川 晃朗、武内 良男，"異種センサーによる局所的ホワイトスペース推定に関する要素技術の一検討，"２０１４年 電子情報通信学会総合大会，通信講演論文集１，Ｂ−１７−２８，ｐ６０７．

しかし、非特許文献１に記載の推定方法では、センサー間の同期を取る必要であり、高機能なシステムが必要となる問題がある。また、波源位置推定のために計算量が大きくなるという問題がある。

モニターするエリアおよび周波数範囲が広くなると、上記の問題は、より顕著になる。

そこで、この発明の実施の形態によれば、計算量を抑制して簡単に波源位置を推定可能な波源位置推定装置を提供する。

また、この発明の実施の形態によれば、計算量を抑制して波源位置の簡単な推定をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供する。

更に、この発明の実施の形態によれば、計算量を抑制して波源位置の簡単な推定をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。

この発明の実施の形態によれば、波源位置推定装置は、受信手段と、算出手段と、推定手段とを備える。受信手段は、移動端末または静止端末からなる端末装置の位置情報と端末装置における受信電力とを含む端末情報を複数の端末装置から受信する。算出手段は、複数の端末装置の複数の端末情報に含まれる複数の位置情報に基づいて複数の端末装置の位置の分布における分散を算出する。推定手段は、算出された分散が第１のしきい値以上であるとき、複数の位置情報と複数の端末情報に含まれる複数の受信電力とに基づいて受信電力によって重み付けされた複数の端末装置の重心を波源位置として推定し、算出された分散が第１のしきい値よりも小さいとき、複数の端末装置のうちの２つの端末装置の位置情報によって示される２つの位置を外分する外分点または２つの位置を内分する内分点を求める処理を複数の端末装置のうちの全ての２つの端末装置について実行し、得られた外分点または内分点を平均して得られた位置を波源位置として推定する。

この発明の実施の形態によれば、波源位置推定装置は、受信電力によって重み付けされた複数の端末装置の重心、２つの端末装置の２つの位置を内分した内分点の平均値または２つの位置を外分した外分点の平均値を波源位置として推定する。その結果、波源位置推定装置は、四則演算を用いて波源位置を推定できる。

従って、計算量を抑制して簡単に波源位置を推定できる。

また、波源位置推定装置は、内分点の平均値または外分点の平均値を波源位置として推定するので、端末装置の位置が偏った場合でも、波源位置を精度良く推定できる。

また、この発明の実施の形態によれば、コンピュータに実行させるためのプログラムは、波源位置の推定をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、受信手段が、移動端末または静止端末からなる端末装置の位置情報と端末装置における受信電力とを含む端末情報を複数の端末装置から受信する第１のステップと、算出手段が、複数の端末装置の複数の端末情報に含まれる複数の位置情報に基づいて複数の端末装置の位置の分布における分散を算出する第２のステップと、推定手段が、算出された分散が第１のしきい値以上であるとき、複数の位置情報と複数の端末情報に含まれる複数の受信電力とに基づいて受信電力によって重み付けされた複数の端末装置の重心を波源位置として推定し、算出された分散が第１のしきい値よりも小さいとき、複数の端末装置のうちの２つの端末装置の位置情報によって示される２つの位置を外分する外分点または２つの位置を内分する内分点を求める処理を複数の端末装置のうちの全ての２つの端末装置について実行し、得られた外分点または内分点を平均して得られた位置を波源位置として推定する第３のステップとをコンピュータに実行させる。

プログラムを実行させることにより、受信電力によって重み付けされた複数の端末装置の重心、２つの端末装置の２つの位置を内分した内分点の平均値または２つの位置を外分した外分点の平均値が波源位置として推定される。その結果、四則演算を用いて波源位置を推定できる。

従って、計算量を抑制して簡単に波源位置を推定できる。

更に、この発明の実施の形態によれば、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

計算量を抑制して簡単に波源位置を推定できる。

この発明の実施の形態における無線通信システムを示す図である。 図１に示す波源位置推定装置の概略図である。 受信電力と波源からの距離との関係を示す図である。 重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を波源位置とする推定法における計算結果を示す図である。 重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を波源位置とする推定法の問題点を説明するための図である。 重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を波源位置とする推定法の問題点を説明するための別の図である。 波源位置が端末装置２の分布領域に対して一方側に偏っている場合における波源位置の推定方法を説明するための図である。 外分点および内分点のいずれを利用するかの判別方法を説明するための図である。 図１に示す波源位置推定装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示す波源位置推定装置の別の動作を説明するためのフローチャートである。 図１の示す波源位置推定装置の他の構成を示す概略図である。 時間よる受信電力の変動を示す概念図である。 誤差の種別と、要求する信頼率との関係を示す図である。 標本の大きさｎと誤差範囲ｅとの関係を示す図である。 受信電力が正しいデータであるか否かを判定する場合の標本を示す図である。 図１１に示す波源位置推定装置の動作を説明するためのフローチャートである。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態における無線通信システムを示す図である。

図１を参照して、無線通信システム１０は、波源位置推定装置１と、複数の端末装置２とを備える。

波源位置推定装置１および複数の端末装置２は、無線通信空間に配置される。複数の端末装置２および波源Ｓは、観測エリアＲＥＧ内に配置される。観測エリアＲＥＧは、波源Ｓを中心とした円形形状を有する。

複数の端末装置２の各々は、移動端末または静止端末からなる。そして、複数の端末装置２の各々は、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）によって自己の位置を検出する。

また、複数の端末装置２の各々は、波源Ｓから電波を受信し、電波を受信したときの受信電力Ｐ_ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）を検出する。

更に、複数の端末装置２の各々は、受信電力Ｐ_ｉを検出したときの時刻を検出する。

そして、複数の端末装置２の各々は、自己の位置を示す位置情報（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）と、受信電力Ｐ_ｉと、受信電力Ｐ_ｉを検出したときの時刻を示す時間情報とを含む端末情報を生成し、その生成した端末情報を無線通信によって波源位置推定装置１へ送信する。

波源位置推定装置１は、複数の端末装置２から複数の端末情報を受信し、その受信した複数の端末情報に基づいて、後述する方法によって、波源Ｓの位置である波源位置を推定する。

図２は、図１に示す波源位置推定装置１の概略図である。図２を参照して、波源位置推定装置１は、アンテナ１１と、受信手段１２と、記憶手段１３と、算出手段１４と、推定手段１５とを備える。

受信手段１２は、アンテナ１１を介して複数の端末装置２から複数の端末情報を受信し、その受信した複数の端末情報を記憶手段１３に記憶する。

記憶手段１３は、受信手段１２から受けた複数の端末情報を記憶する。

算出手段１４は、複数の端末情報を記憶手段１３から読み出し、その読み出した複数の端末情報に含まれる複数の位置情報に基づいて複数の端末装置２の位置の分布における分散Ｖａｒを算出する。そして、算出手段１４は、その算出した分散Ｖａｒを推定手段１５へ出力する。

推定手段１５は、分散Ｖａｒを算出手段１４から受け、複数の端末情報を記憶手段１３から読み出す。そして、推定手段１５は、分散Ｖａｒをしきい値Ｖａｒ＿ｔｈと比較し、その比較結果に応じて、複数の端末情報に含まれる複数の位置情報（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）および複数の受信電力Ｐ_ｉに基づいて波源位置を推定する。

波源位置の推定方法について説明する。

推定手段１５は、次式によって、複数の端末装置２の重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を算出する。

式（１）において、ｗ_ｉは、ｉ番目の端末装置２のウェイトを表し、ｉ番目の端末装置２における受信電力Ｐ_ｉからなる。

そして、推定手段１５は、式（１）によって算出した重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を波源位置として推定する。即ち、推定手段１５は、受信電力Ｐ_ｉによって重み付けされた複数の端末装置２の重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を波源位置として推定する。

図３は、受信電力と波源からの距離との関係を示す図である。図３において、縦軸は、受信電力を表し、横軸は、波源Ｓからの距離を表す。

図３を参照して、受信電力Ｐ_ｉは、波源Ｓからの距離に反比例して減衰する。その結果、受信電力Ｐ_ｉは、波源Ｓに近づくほど大きくなるので、波源Ｓの近傍の方が受信電力Ｐ_ｉによる重み付けの効果が大きい。従って、重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を波源位置とする推定法によって推定された推定値は、波源近傍に近づく。

図４は、重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を波源位置とする推定法における計算結果を示す図である。

波源Ｓは、ｘ−ｙ座標において（３００，３００）の位置に配置された。端末装置２の台数は、５０台である。図４の白丸は、端末装置２を表す。観測エリアの半径は、１０００ｍである。

式（１）を用いて計算した重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）の位置は、（２９５，３０６）であった。

従って、式（１）を用いて計算した重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を波源位置とすることにより、推定値は、波源Ｓの近傍に位置することが分かった。

図５は、重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を波源位置とする推定法の問題点を説明するための図である。

図５において、丸は、重心位置を表し、四角は、波源位置を表す。

図５の（ａ）を参照して、端末装置２の分布が一様である場合、重心位置は、波源位置の近傍に精度良く位置する。

一方、端末装置２の分布に偏りがある場合、重心位置は、波源位置と大きく異なる。式（１）を用いて算出された重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）は、端末装置２が分布している領域のほど中央部に位置するので、複数の端末装置２の分布領域が波源位置に対して一方側に偏っている場合、重心位置は、波源位置の近傍に位置しない。

図６は、重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を波源位置とする推定法の問題点を説明するための別の図である。

図６においては、ｘ軸方向において、端末装置２の位置、波源位置および重心位置を示すとともに、ｘ軸方向における受信電力の変化を示す。

図６の（ａ）は、波源位置が２つの端末装置間に存在する場合を示し、図６の（ｂ）は、波源位置が２つの端末装置２の一方側に存在する場合を示す。

図６の（ａ）および（ｂ）において、受信電力は、波源位置からの距離に反比例して減衰する。

波源位置が２つの端末装置間に存在する場合、重心位置は、波源位置の近傍に存在する。

一方、波源位置が２つの端末装置２の一方側に存在する場合、重心位置は、２つの端末装置間に存在し、波源位置から大きくずれる。

このように、１次元においても、波源位置が端末装置の一方側に偏っている場合、重心位置は、波源位置から大きくずれる。

図７は、波源位置が端末装置２の分布領域に対して一方側に偏っている場合における波源位置の推定方法を説明するための図である。

端末装置２−１と端末装置２−２との位置が近接している場合、端末装置２−１の位置（ｘ_１，ｙ_１）と端末装置２−２の位置（ｘ_２，ｙ_２）とをｗ_１：ｗ_２に外分する点（ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅ）を波源位置と推定する。

この場合、ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅは、次式によって表される。

受信電力の距離による分布を参照すれば、波源は、図７の紙面上、端末装置２−１，２−２よりも右側に偏っているので、端末装置２−２の受信電力は、端末装置２−１の受信電力よりも大きい。

従って、端末装置２−１，２−２の受信電力のうち、大きい受信電力を有する端末装置２−２側に端末装置２−１の位置（ｘ_１，ｙ_１）と端末装置２−２の位置（ｘ_２，ｙ_２）とをｗ_１：ｗ_２に外分して外分点（ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅ）を求める。

ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅが負値になると、単純な総和で計算されないため、複数の端末装置から任意の２つの端末装置を抽出し、その抽出した２つの端末装置の２つの位置を外分して外分点を求める処理を全ての２つの端末装置について実行し、その求めた複数の外分点の平均値を波源位置として推定する。

端末装置２の総数をＮとすると、外分点の平均値ｘ_{Ｅ＿ａｖｅ}，ｙ_{Ｅ＿ａｖｅ}は、次式によって決定される。

なお、式（３）において、ｗ_ｉは、ｉ番目の端末装置２の受信電力Ｐ_ｉからなり、ｗ_ｊは、ｊ番目の端末装置２の受信電力Ｐ_ｊからなる。

図８は、外分点および内分点のいずれを利用するかの判別方法を説明するための図である。

図８を参照して、観測エリアＲＥＧの直径をＤとし、２つの端末装置２間の距離をｄとした場合、ｄが観測エリアの半径（＝Ｄ／２）以上であるとき、波源Ｓは、２つの端末装置２の間に存在する。上述したように、観測エリアＲＥＧは、波源Ｓを中心とした円形形状を有するからである。

一方、ｄが半径（＝Ｄ／２）よりも小さいとき、波源Ｓは、２つの端末装置２の一方側に偏った位置に存在する。

従って、２つの端末装置２間の距離ｄが観測エリアＲＥＧの半径（＝Ｄ／２）以上であるとき、２つの端末装置の位置を内分した内分点を波源位置と推定し、２つの端末装置２間の距離ｄが観測エリアＲＥＧの半径（＝Ｄ／２）よりも小さいとき、２つの端末装置の位置を外分した外分点を波源位置と推定する。

即ち、次式によって波源位置を推定する。

式（４）のｘ_Ｅｓｔ，ｙ_Ｅｓｔが波源位置の推定値を示す。また、式（４）に示すｘ_ｔｈは、観測エリアＲＥＧのｘ軸方向の半径であり、ｙ_ｔｈは、観測エリアＲＥＧのｙ軸方向の半径である。

図９は、図１に示す波源位置推定装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

図９を参照して、波源位置推定装置１の動作が開始されると、算出手段１４は、複数の端末装置２の分布の分散Ｖａｒを算出し（ステップＳ１）、その算出した分散Ｖａｒを推定手段１５へ出力する。

そして、推定手段１５は、分散Ｖａｒを算出手段１４から受け、その受けた分散Ｖａｒがしきい値Ｖａｒ＿ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２において、分散Ｖａｒがしきい値Ｖａｒ＿ｔｈ以上であると判定されたとき、推定手段１５は、記憶手段１３から読み出した全ての位置情報（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）および全ての受信電力Ｐ_ｉに基づいて、式（１）を用いて、受信電力Ｐ_ｉによって重み付けられた複数の端末装置２の重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を算出し（ステップＳ３）、その算出した重心（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ）を波源位置と推定する（ステップＳ４）。

一方、ステップＳ２において、分散Ｖａｒがしきい値Ｖａｒ＿ｔｈ以上でないと判定されたとき、推定手段１５は、記憶手段１３から読み出した全ての位置情報（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）のうち、任意の２点を抽出して２点間の距離を算出する（ステップＳ５）。

そして、推定手段１５は、２点間の距離がしきい値（＝観測エリアの半径）以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。

ステップＳ６において、２点間の距離がしきい値（＝観測エリアの半径）以上でないと判定されたとき、推定手段１５は、２点の外分点を算出する（ステップＳ７）。

一方、ステップＳ６において、２点間の距離がしきい値（＝観測エリアの半径）以上であると判定されたとき、推定手段１５は、２点の内分点を算出する（ステップＳ８）。

そして、ステップＳ７またはステップＳ８の後、推定手段１５は、全ての測定点の評価を終了したか否かを判定する（ステップＳ９）。

ステップＳ９において、全ての測定点の評価を終了していないと判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ５へ戻り、ステップＳ９において、全ての測定点の評価を終了したと判定されるまで、上述したステップＳ５〜ステップＳ９が繰り返し実行される。

そして、ステップＳ９において、全ての測定点の評価を終了したと判定されると、推定手段１５は、式（４）を用いて内分点および外分点の平均値を算出し（ステップＳ１０）、その算出した平均値を波源位置と推定する（ステップＳ１１）。

そして、ステップＳ４またはステップＳ１１の後、波源位置を推定する動作が終了する。

このように、この発明の実施の形態においては、複数の端末装置の位置情報および受信電力に基づいて、受信電力によって重み付けられた複数の端末装置の重心または２つの端末装置の２つの位置の内分点または外分点の平均値を波源位置として推定するので、四則演算を用いて波源位置を推定できる。従って、計算量を抑制して簡単に波源位置を推定できる。

また、図９に示すフローチャートにおいては、内分点および外分点を使い分けるので、端末装置の位置が偏った場合でも、波源位置を精度良く推定できる。

なお、図９のステップＳ１０においては、内分点または外分点を単純平均して平均値を求めると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、内分点または外分点を求めるために用いた２つの端末装置の２つの受信電力の平均電力によって重み付けして内分点または外分点の平均値を求めてもよい。

即ち、次式（５）によって内分点の平均値を求め、式（６）によって外分点の平均値を求めてもよい。

図１０は、図１に示す波源位置推定装置１の別の動作を説明するためのフローチャートである。

図１０に示すフローチャートは、図９に示すフローチャートのステップＳ５〜ステップＳ８をステップＳ２１〜ステップＳ２８に代えたものであり、その他は、図９に示すフローチャートと同じである。

波源位置推定装置１の動作が開始されると、上述したステップＳ１〜ステップＳ４が順次実行される。

そして、ステップＳ２において、分散Ｖａｒがしきい値Ｖａｒ＿ｔｈよりも小さいと判定されたとき、推定手段１５は、記憶手段１３から読み出した全ての位置情報（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）のうち、任意の２点を抽出し、ｘ軸方向の２点間の距離Ｌｘとｙ軸方向の２点間の距離Ｌｙとを算出する（ステップＳ２１）。

そして、推定手段１５は、ｘ軸方向の距離Ｌｘがしきい値Ｌ＿ｔｈ＿ｘ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。なお、しきい値Ｌ＿ｔｈ＿ｘは、観測エリアＲＥＧのｘ軸方向の半径に設定される。

ステップＳ２２において、距離Ｌｘがしきい値Ｌ＿ｔｈ＿ｘ以上でないと判定されたとき、推定手段１５は、ｙ軸方向の距離Ｌｙがしきい値Ｌ＿ｔｈ＿ｙ以上であるか否かを更に判定する（ステップＳ２３）。なお、しきい値Ｌ＿ｔｈ＿ｙは、観測エリアＲＥＧのｙ軸方向の半径に設定される。

一方、ステップＳ２２において、距離Ｌｘがしきい値Ｌ＿ｔｈ＿ｘ以上であると判定されたとき、推定手段１５は、ｙ軸方向の距離Ｌｙがしきい値Ｌ＿ｔｈ＿ｙ以上であるか否かを更に判定する（ステップＳ２４）。

ステップＳ２３において、距離Ｌｙがしきい値Ｌ＿ｔｈ＿ｙ以上でないと判定されたとき、推定手段１５は、ｘ軸方向およびｙ軸方向の両方において、２点間の外分点を算出する（ステップＳ２５）。

一方、ステップＳ２３において、距離Ｌｙがしきい値Ｌ＿ｔｈ＿ｙ以上であると判定されたとき、推定手段１５は、ｘ軸方向において、２点間の外分点を算出し、ｙ軸方向において、２点間の内分点を算出する（ステップＳ２６）。

また、ステップＳ２４において、距離Ｌｙがしきい値Ｌ＿ｔｈ＿ｙ以上でないと判定されたとき、推定手段１５は、ｘ軸方向において、２点間の内分点を算出し、ｙ軸方向において、２点間の外分点を算出する（ステップＳ２７）。

一方、ステップＳ２４において、距離Ｌｙがしきい値Ｌ＿ｔｈ＿ｙ以上であると判定されたとき、推定手段１５は、ｘ軸方向およびｙ軸方向の両方において、２点間の内分点を算出する（ステップＳ２８）。

そして、ステップＳ２５〜ステップＳ２８のいずれかの後、ステップＳ９へ移行し、ステップＳ９において、全ての測定点の評価を終了したと判定されるまで、上述したステップＳ２１〜Ｓ２８，Ｓ９が繰り返し実行される。

そして、ステップＳ９において、全ての測定点の評価を終了したと判定されると、上述したステップＳ１０，Ｓ１１が順次実行される。この場合、ステップＳ１０において、推定手段１５は、ｘ軸方向およびｙ軸方向についてそれぞれ内分点および外分点の平均値を算出する。

このように、図１０に示すフローチャートによれば、ｘ軸方向およびｙ軸方向について、別々に内分点および外分点のいずれかを用いるので（ステップＳ２２〜ステップＳ２８参照）、ステップＳ１０において算出された平均値は、より波源位置に近いものになる。

従って、より正確に波源位置を推定できる。

また、図１０に示すフローチャートにおいても、内分点および外分点を使い分けるので、端末装置の位置が偏った場合でも、波源位置を精度良く推定できる。

図１１は、図１の示す波源位置推定装置１の他の構成を示す概略図である。この発明の実施の形態においては、波源位置推定装置１は、図１１に示す波源位置推定装置１Ａであってもよい。

図１１を参照して、波源位置推定装置１Ａは、図１に示す波源位置推定装置１に推定手段１６および検出手段１７を追加したものであり、その他は、波源位置推定装置１と同じである。

推定手段１６は、複数の端末情報を記憶手段１３から読み出し、その読み出した複数の端末情報に含まれる複数の受信電力Ｐ_ｉおよび複数の時間情報に基づいて時間による受信電力Ｐ_ｉの変動を記録する。そして、推定手段１６は、時間による受信電力Ｐ_ｉの変動に基づいて、受信電力Ｐ_ｉが雑音およびフェージング等のいずれの誤差要因によって変動しているかを推定し、その推定した誤差要因を検出手段１７へ出力する。

検出手段１７は、記憶手段１３から複数の受信電力Ｐ_ｉを読み出し、誤差要因を推定手段１６から受ける。そして、検出手段１７は、後述する方法によって、複数の受信電力Ｐ_ｉから、要求する信頼率を満たす受信電力Ｐ_{ｉ＿ＣＦＤ}を検出し、その検出した受信電力Ｐ_{ｉ＿ＣＦＤ}を推定手段１５へ出力する。

なお、波源位置推定装置１Ａにおいては、推定手段１５は、検出手段１７から受けた受信電力Ｐ_{ｉ＿ＣＦＤ}に基づいて、上述した方法によって波源位置を推定する。

図１２は、時間よる受信電力Ｐ_ｉの変動を示す概念図である。図１２を参照して、フェージングの影響を受ける伝搬環境においては、受信電力Ｐ_ｉは、時間によって曲線ｋ１のように変動する。

また、伝搬環境が雑音の影響を受ける伝搬環境である場合、受信電力Ｐ_ｉは、時間によって曲線ｋ１と異なるように変動する。

推定手段１６は、時間による受信電力Ｐ_ｉの変動を、雑音およびフェージング等の誤差要因に対応付けた変動特性を保持している。そして、推定手段１６は、記憶手段１３から読み出した受信電力Ｐ_ｉの時間による変動が、どの変動特性に一致または近似するかを判定し、一致または近似する変動特性に対応する誤差要因を検出することによって、受信電力Ｐ_ｉが時間によって変動する誤差要因を推定する。

雑音およびフェージング等の誤差の分布は、正規分布、ライス分布およびレイリー分布のいずれかになる。正規分布は、誤差要因が雑音である場合の誤差の分布であり、ライス分布およびレイリー分布は、誤差要因がフェージングである場合の誤差の分布である。そして、レイリー分布は、散乱が激しい場合の誤差の分布である。

そこで、この発明の実施の形態においては、電波の伝搬環境を推定し、その推定した伝搬環境に応じて、誤差要因の分布を正規分布、ライス分布およびレイリー分布のいずれかの分布に決定し、その決定した誤差要因の分布に対応する信頼率を満たす受信電力Ｐ_{ｉ＿ＣＦＤ}を検出する。

推定手段１６は、固定端末からの端末情報、または移動速度が最も遅い移動端末からの端末情報に基づいて、受信電力の時間による変動を検出し、その検出した受信電力の時間による変動に基づいて、フェージングのある伝搬環境、または雑音のある伝搬環境等の伝搬環境を推定する。

そして、推定手段１６は、その推定した伝搬環境に応じて、誤差要因の分布を正規分布、ライス分布およびレイリー分布のいずれかの分布に決定し、その決定した誤差要因の分布を検出手段１７へ出力する。

図１３は、誤差の種別と、要求する信頼率との関係を示す図である。図１３を参照して、誤差の種別が正規分布である場合、要求する信頼率は、例えば、０．９５であり、分布点αは、０．９５の信頼率になる正規分布点である。誤差の種別がライス分布である場合、要求する信頼率は、例えば、０．９０であり、分布点βは、０．９０の信頼率になるライス分布点である。誤差の種別がレイリー分布である場合、要求する信頼率は、例えば、０．８０であり、分布点γは、０．８０の信頼率になるレイリー分布点である。

検出手段１７は、図１３に示す誤差の種別と要求する信頼率との対応関係を示す対応表ＴＢＬを保持している。そして、検出手段１７は、誤差要因の分布を推定手段１６から受けると、対応表ＴＢＬを参照して、その受けた誤差要因の分布に対応する信頼率を検出する。

その後、検出手段１７は、複数の端末情報を読み出し、その読み出した複数の端末情報に基づいて、要求する信頼率を満たす受信電力Ｐ_{ｉ＿ＣＦＤ}を検出する。

より具体的には、検出手段１７は、次の方法によって、受信電力Ｐ_{ｉ＿ＣＦＤ}を検出する。検出手段１７は、１つの端末装置２から受信した受信電力のうち、時間が異なる複数の受信電力を抽出する。例えば、検出手段１７は、時間が異なる１０個の受信電力を抽出する。そして、検出手段１７は、時間が異なる１０個の受信電力を用いて、次式によってＺを算出する。

式（７）において、ｎは、標本数の大きさであり、ｅは、許容誤差範囲であり、Ｚは、信頼率αとなる分布点である。Ｐは、母集団のうち、波源位置の推定に用いる受信電力の割合である。例えば、１００個の受信電力のうち、１０個の受信電力を用いて波源位置を推定する場合、Ｐ＝０．１である。Ｎは、母集団である。

図１４は、標本の大きさｎと誤差範囲ｅとの関係を示す図である。図１４においては、平均受信電力が−１００ｄＢｍであり、信頼率αが０．９５である場合における標本の大きさｎと誤差範囲ｅとの関係を示す。

図１４を参照して、標本の大きさｎは、例えば、１０，２０，５０，１００のいずれかからなる。誤差範囲ｅは、標本の大きさｎが１０である場合、例えば、１０％に設定され、標本の大きさｎが２０である場合、例えば、７％に設定され、標本の大きさｎが５０である場合、例えば、５％に設定され、標本の大きさｎが１００である場合、例えば、３％に設定される。このように、誤差範囲ｅは、標本の大きさｎが大きくなるに従って小さくなるように設定される。

標本の大きさｎが１０である場合、９５％の確率（信頼率α＝０．９５）で−１１０〜−９０ｄＢｍの範囲に真値がある。また、標本の大きさｎが１００である場合、９５％の確率（信頼率α＝０．９５）で−１０３〜−９７ｄＢｍの範囲に真値がある。

誤差範囲ｅは、標本の大きさｎが大きくなるに従って小さくなるように設定されるため、標本の大きさｎが大きくなれば、誤差範囲ｅが小さくなり、精度が向上する。

また、信頼率αの分布点および許容誤差範囲ｅは、要求精度に応じて設定される。なお、標本の大きさｎが大きくならない場合、信頼率αまたは誤差範囲ｅの制約を軽減する。標本の大きさｎが大きくならない場合、信頼率αを高く設定したり、誤差範囲ｅを狭く設定すると、信頼率αまたは誤差範囲ｅを満たす受信電力が無くなり、波源位置を推定できなくなるからである。

Ｎは、受信電力Ｐ_ｉの総数であり、ｎは、時間が異なる１０個の受信電力（受信電力の総数Ｐ_ｉのうちの一部の受信電力の個数）であり、ｅは、図１４に示すように設定されるので、既知であり、Ｐも、既知であるので、検出手段１７は、式（７）によってＺを算出できる。

そして、検出手段１７は、その算出したＺが信頼率を満たすか否かを判定する。より具体的には、検出手段１７は、Ｚが信頼率を満たすとき、その受信電力を正しいデータと判定し、Ｚが信頼率を満たさないとき、その受信電力を正しくないデータと判定する。

ここで、Ｚが信頼率を満たすか否かは、誤差の分布が正規分布に従う場合、正規分布において偏差が±０．０５である範囲にＺが入るか否かによって判定される。そして、正規分布において偏差が±０．０５である範囲にＺが入るとき、Ｚが信頼率を満たすと判定され、正規分布において偏差が±０．０５である範囲にＺが入らないとき、Ｚが信頼率を満たさないと判定される。

検出手段１７は、受信電力が正しくないデータであると判定したとき、別の受信電力について、上述した方法によって、受信電力が正しいデータであるか否かを判定する。

誤差の分布がライス分布またはレイリー分布である場合も、検出手段１７は、誤差の分布が正規分布である場合と同様にして、受信電力が正しいデータであるか否かを判定する。

また、検出手段１７は、異なる端末装置から受信した複数の受信電力のうち、時間情報が同じである複数の受信電力を抽出し、その抽出した複数の受信電力の各々について、上述した方法によって、受信電力が正しいか否かを判定してもよい。

図１５は、受信電力が正しいデータであるか否かを判定する場合の標本を示す図である。

図１５の（ａ）を参照して、ｎ（ｎは、２≦ｎ＜ｉを満たす整数）個の受信電力Ｐ_１〜Ｐ_ｎは、位置（ｘ_１，ｙ_１）において時間情報が異なる受信電力である。

図１５の（ｂ）を参照して、ｎ個の受信電力Ｐ’_１〜Ｐ’_ｎは、時間情報ｔ_１において位置情報が異なる受信電力である。

ｎ個の受信電力Ｐ_１〜Ｐ_ｎを用いて受信電力が正しいデータであるか否かを判定する場合、検出手段１７は、ｎ個の受信電力Ｐ_１〜Ｐ_ｎの分布が正規分布、ライス分布およびレイリー分布のいずれに該当するかを判定する。そして、検出手段１７は、正規分布に該当すると判定したとき、対応表ＴＢＬを参照して正規分布に対応する０．９５の信頼率を検出する。

その後、検出手段１７は、式（７）を用いてＺを算出し、その算出したＺが信頼率を満たすか否かを上述した方法によって判定する。

ｎ個の受信電力Ｐ_１〜Ｐ_ｎの分布がライス分布またはレイリー分布である場合も、検出手段１７は、同様にして、算出したＺが信頼率を満たすか否かを上述した方法によって判定する。

そして、検出手段１７は、Ｚが信頼率を満たすと判定したとき、即ち、ｎ個の受信電力Ｐ_１〜Ｐ_ｎが正しいデータであると判定したとき、位置（ｘ_１，ｙ_１）における受信電力を波源位置推定用のデータとして検出する。

上述したように、推定手段１５は、異なる位置で検出された複数の受信電力を用いて波源位置を推定するので、同じ位置（ｘ_１，ｙ_１）で検出されたｎ個の受信電力Ｐ_１〜Ｐ_ｎを波源位置推定用の受信電力として用いることができないからである。

ｎ個の受信電力Ｐ’_１〜Ｐ’_ｎを用いて受信電力が正しいデータであるか否かを判定する場合、検出手段１７は、ｎ個の受信電力Ｐ’_１〜Ｐ’_ｎの分布が正規分布、ライス分布およびレイリー分布のいずれに該当するかを判定する。そして、検出手段１７は、正規分布に該当すると判定したとき、対応表ＴＢＬを参照して正規分布に対応する０．９５の信頼率を検出する。

その後、検出手段１７は、式（７）を用いてＺを算出し、その算出したＺが信頼率を満たすか否かを上述した方法によって判定する。

ｎ個の受信電力Ｐ’_１〜Ｐ’_ｎの分布がライス分布またはレイリー分布である場合も、検出手段１７は、同様にして、算出したＺが信頼率を満たすか否かを上述した方法によって判定する。

そして、検出手段１７は、Ｚが信頼率を満たすと判定したとき、即ち、ｎ個の受信電力Ｐ’_１〜Ｐ’_ｎが正しいデータであると判定したとき、ｎ個の受信電力Ｐ’_１〜Ｐ’_ｎを波源位置推定用のデータとして検出する。

ｎ個の受信電力Ｐ’_１〜Ｐ’_ｎは、異なる位置で検出された受信電力であるので、信頼率を満たせば、推定手段１５における波源位置推定用のデータとして使用できるからである。

従って、検出手段１７は、ｎ個の受信電力Ｐ’_１〜Ｐ’_ｎを正しい１組のデータとして検出する。

一方、検出手段１７は、ｎ個の受信電力Ｐ’_１〜Ｐ’_ｎが正しいデータでないと判定したとき、ｎ個の受信電力Ｐ’_１〜Ｐ’_ｎのうちの少なくとも１つが異なる別のｎ個の受信電力を抽出し、その抽出した別のｎ個の受信電力が正しいデータであるか否かを上述した方法によって判定する。

上述した方法によって、要求される信頼率を満たす受信電力を検出することは、電波の伝搬環境に応じて、要求される信頼率を満たす受信電力を検出することに相当する。推定手段１６は、電波の伝搬環境を推定し、その推定した伝搬環境に応じて、誤差要因の分布を決定し、検出手段１７は、その決定した誤差要因の分布に対応する信頼率（要求される信頼率）を満たす受信電力を検出するからである。

図１６は、図１１に示す波源位置推定装置１Ａの動作を説明するためのフローチャートである。

図１６を参照して、波源位置推定装置１Ａの動作が開始されると、推定手段１６は、上述した方法によって、誤差の分布を推定し（ステップＳ３１）、その推定した誤差の分布を検出手段１７へ出力する。

検出手段１７は、誤差の分布を推定手段１６から受け、複数の端末情報を記憶手段１３から読み出す。即ち、検出手段１７は、端末装置から端末情報を取得する（ステップＳ３２）。そして、検出手段１７は、端末情報に基づいて、上述した方法によってＺを算出し、その算出したＺが信頼率を満たすか否かを判定する（ステップＳ３３）。

ステップＳ３３において、Ｚが信頼率を満たさないと判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ３２へ戻り、ステップＳ３３において、Ｚが信頼率を満たすと判定されるまで、ステップＳ３２，Ｓ３３を繰り返し実行する。

そして、ステップＳ３３において、Ｚが信頼率を満たすと判定されると、検出手段１７は、Ｚが信頼率を満たす受信電力を推定手段１５へ出力する。

推定手段１５は、Ｚが信頼率を満たす受信電力を検出手段１７から受け、その受けたＺが信頼率を満たす受信電力に基づいて、図９または図１０に示すフローチャートに従って波源位置を推定する（ステップＳ３４）。これによって、波源位置推定装置１Ａの動作が終了する。

このように、波源位置推定装置１Ａは、端末装置２から受信した受信電力のうち、要求する信頼率を満たす受信電力を用いて波源位置を推定するので、雑音およびフェージング等の誤差要因が存在する環境下でも、波源位置を精度良く推定できる。

なお、波源位置推定装置１，１Ａにおける波源位置の推定は、ソフトウェアによって実行されてもよい。

この場合、波源位置推定装置１，１Ａの各々は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を備える。

ＲＯＭは、図９に示すプローチャートからなるプログラムＰｒｏｇ＿Ａ、図１０に示すフローチャートからなるプログラムＰｒｏｇ＿Ｂ、図９，１５に示すフローチャートからなるプログラムＰｒｏｇ＿Ｃ、および図１０，１５に示すフローチャートからなるプログラムＰｒｏｇ＿Ｄのいずれかを格納する。

そして、ＣＰＵは、プログラムＰｒｏｇ＿Ａ〜Ｐｒｏｇ＿ＤのいずれかをＲＯＭから読み出し、その読み出したプログラム（プログラムＰｒｏｇ＿Ａ〜Ｐｒｏｇ＿Ｄのいずれか）を実行して波源位置を推定する。

この場合、ＲＡＭは、端末装置２から受信した端末情報の記憶に用いられるとともに各種の演算に用いられる。

また、プログラムＰｒｏｇ＿Ａ〜Ｐｒｏｇ＿Ｄのいずれかは、ＣＤ，ＤＶＤ等の記録媒体に記録されて流通してもよい。この場合、ＣＰＵは、装着された記録媒体からプログラム（プログラムＰｒｏｇ＿Ａ〜Ｐｒｏｇ＿Ｄのいずれか）を読み出して実行し、波源位置を推定する。従って、プログラム（プログラムＰｒｏｇ＿Ａ〜Ｐｒｏｇ＿Ｄのいずれか）を記録したＣＤ，ＤＶＤ等の記録媒体は、コンピュータ（ＣＰＵ）が読み取り可能な記録媒体である。

上記においては、波源位置推定装置１，１Ａについて説明した。即ち、端末装置２から受信した受信電力をそのまま用いて波源位置を推定する場合と、端末装置２から受信した受信電力のうち、要求する信頼率を満たす受信電力を用いて波源位置を推定する場合とについて説明した。

従って、この発明の実施の形態による波源位置推定装置は、移動端末または静止端末からなる端末装置の位置情報と端末装置における受信電力とを含む端末情報を複数の端末装置から受信する受信手段と、複数の端末装置の複数の端末情報に含まれる複数の位置情報に基づいて複数の端末装置の位置の分布における分散を算出する算出手段と、算出された分散が第１のしきい値以上であるとき、複数の位置情報と複数の端末情報に含まれる複数の受信電力とに基づいて受信電力によって重み付けされた複数の端末装置の重心を波源位置として推定し、算出された分散が第１のしきい値よりも小さいとき、複数の端末装置のうちの２つの端末装置の位置情報によって示される２つの位置を外分する外分点または２つの位置を内分する内分点を求める処理を複数の端末装置のうちの全ての２つの端末装置について実行し、得られた外分点または内分点を平均して得られた位置を波源位置として推定する推定手段とを備えていればよい。

また、この発明の実施の形態によるコンピュータに実行させるためのプログラムは、波源位置の推定をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、受信手段が、移動端末または静止端末からなる端末装置の位置情報と端末装置における受信電力とを含む端末情報を複数の端末装置から受信する第１のステップと、算出手段が、複数の端末装置の複数の端末情報に含まれる複数の位置情報に基づいて複数の端末装置の位置の分布における分散を算出する第２のステップと、推定手段が、算出された分散が第１のしきい値以上であるとき、複数の位置情報と複数の端末情報に含まれる複数の受信電力とに基づいて受信電力によって重み付けされた複数の端末装置の重心を波源位置として推定し、算出された分散が第１のしきい値よりも小さいとき、複数の端末装置のうちの２つの端末装置の位置情報によって示される２つの位置を外分する外分点または２つの位置を内分する内分点を求める処理を複数の端末装置のうちの全ての２つの端末装置について実行し、得られた外分点または内分点を平均して得られた位置を波源位置として推定する第３のステップとをコンピュータに実行させるものであればよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、波源位置推定装置、コンピュータに実行させるためのプログラム、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に適用される。

１，１Ａ 波源位置推定装置、２ 端末装置、１０ 無線通信システム、１１ アンテナ、１２ 受信手段、１３ 記憶手段、１４ 算出手段、１５，１６ 推定手段、１７ 検出手段。

Claims (11)

1. 移動端末または静止端末からなる端末装置の位置情報と前記端末装置が波源から電波を受信したときの受信電力とを含む端末情報を複数の端末装置から受信する受信手段と、
   前記複数の端末装置の複数の端末情報に含まれる複数の位置情報に基づいて前記複数の端末装置の位置の分布における分散を算出する算出手段と、
   前記算出された分散が第１のしきい値以上であるとき、前記複数の位置情報と前記複数の端末情報に含まれる複数の受信電力とに基づいて前記受信電力によって重み付けされた前記複数の端末装置の重心を波源位置として推定し、前記算出された分散が前記第１のしきい値よりも小さいとき、前記複数の端末装置のうちの２つの端末装置の位置情報によって示される２つの位置を外分する外分点または前記２つの位置を内分する内分点を求める処理を前記複数の端末装置のうちの全ての２つの端末装置について実行し、得られた外分点または内分点を平均して得られた位置を前記波源位置として推定する推定手段とを備える波源位置推定装置。
2. 前記推定手段は、前記算出された分散が前記第１のしきい値よりも小さく、かつ、前記２つの位置間の距離が第２のしきい値以上であるとき、前記内分点を平均して得られた位置を前記波源位置として推定し、前記算出された分散が前記第１のしきい値よりも小さく、かつ、前記２つの位置間の距離が第２のしきい値よりも小さいとき、前記外分点を平均して得られた位置を前記波源位置として推定する、請求項１に記載の波源位置推定装置。
3. 前記推定手段は、前記外分点または前記内分点を単純平均して得られた位置を前記波源位置として推定する、請求項２に記載の波源位置推定装置。
4. 前記推定手段は、前記外分点または前記内分点を前記２つの端末装置の２つの受信電力の平均電力によって重み付け平均して得られた位置を前記波源位置として推定する、請求項２に記載の波源位置推定装置。
5. 前記複数の受信電力のうち、電波の伝搬環境に応じて要求される信頼率を満たす受信電力を検出する検出手段を更に備え、
   前記推定手段は、前記検出手段によって検出された受信電力を用いて前記波源位置を推定する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の波源位置推定装置。
6. 波源位置の推定をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   受信手段が、移動端末または静止端末からなる端末装置の位置情報と前記端末装置が波源から電波を受信したときの受信電力とを含む端末情報を複数の端末装置から受信する第１のステップと、
   算出手段が、前記複数の端末装置の複数の端末情報に含まれる複数の位置情報に基づいて前記複数の端末装置の位置の分布における分散を算出する第２のステップと、
   推定手段が、前記算出された分散が第１のしきい値以上であるとき、前記複数の位置情報と前記複数の端末情報に含まれる複数の受信電力とに基づいて前記受信電力によって重み付けされた前記複数の端末装置の重心を波源位置として推定し、前記算出された分散が前記第１のしきい値よりも小さいとき、前記複数の端末装置のうちの２つの端末装置の位置情報によって示される２つの位置を外分する外分点または前記２つの位置を内分する内分点を求める処理を前記複数の端末装置のうちの全ての２つの端末装置について実行し、得られた外分点または内分点を平均して得られた位置を前記波源位置として推定する第３のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。
7. 前記第３のステップにおいて、前記推定手段は、前記算出された分散が前記第１のしきい値よりも小さく、かつ、前記２つの位置間の距離が第２のしきい値以上であるとき、前記内分点を平均して得られた位置を前記波源位置として推定し、前記算出された分散が前記第１のしきい値よりも小さく、かつ、前記２つの位置間の距離が第２のしきい値よりも小さいとき、前記外分点を平均して得られた位置を前記波源位置として推定する、請求項６に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
8. 前記第３のステップにおいて、前記推定手段は、前記外分点または前記内分点を単純平均して得られた位置を前記波源位置として推定する、請求項７に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
9. 前記第３のステップにおいて、前記推定手段は、前記外分点または前記内分点を前記２つの端末装置の２つの受信電力の平均電力によって重み付け平均して得られた位置を前記波源位置として推定する、請求項７に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
10. 検出手段が、前記複数の受信電力のうち、電波の伝搬環境に応じて要求される信頼率を満たす受信電力を検出する第４のステップを更にコンピュータに実行させ、
    前記第３のステップにおいて、前記推定手段は、前記第４のステップにおいて検出された受信電力を用いて前記波源位置を推定する、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
11. 請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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