JP7076589B2 - Positioning value classification device - Google Patents
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Description
この発明は、測位値を分類する測位値分類装置に関する。 The present invention relates to a positioning value classification device for classifying positioning values.
測位値分類装置では、GPS (Global Positioning System)、TDOA (Time Difference Of Arrival)/FDOA (Frequency Difference Of Arrival)、三角測量、レーダ方式等により測位を行い、その測位値を分類する。ここでは、代表的なTDOA/FDOA方式における測位分類装置について述べる。 The positioning value classification device performs positioning by GPS (Global Positioning System), TDOA (Time Difference Of Arrival) / FDOA (Frequency Difference Of Arrival), triangulation, radar method, etc., and classifies the positioning values. Here, a positioning classification device in a typical TDOA / FDOA method will be described.
TDOA/FDOA方式では、電波源からの信号が複数の衛星を経由する際に、各衛星の位置の差によって生じる時間差(TDOA)と、各衛星の移動ベクトルの差によって生じるドップラ周波数差(FDOA)の交点(TDOA/FDOA曲線)から、電波源を測位する。ただし、その中には、複数の電波源からの測位値が含まれる。そのため、得られた測位値を電波源毎に自動で分類(クラスタリング)することが望まれる。 In the TDOA / FDOA method, when a signal from a radio source passes through multiple satellites, the time difference (TDOA) caused by the difference in the position of each satellite and the Doppler frequency difference (FDOA) caused by the difference in the movement vector of each satellite. The radio wave source is positioned from the intersection of (TDOA / FDOA curve). However, it includes positioning values from a plurality of radio wave sources. Therefore, it is desired to automatically classify (cluster) the obtained positioning values for each radio wave source.
TDOA/FDOA測位では、測位に用いる衛星数は運用上少ないほうが望ましい。そのため、2衛星を用いた測位が一般的だが、衛星位置/速度ベクトルと電波源位置で決まるDOP (Dilution of Precision:誤差増倍率)が大きいため、長期間にわたって測位を行い、得られた測位値を平均することで測位誤差を低減している。しかし、クラスタリングを行う際には、この長期間の観測による測位値の誤差(DOP)の変化が課題となる。 In TDOA / FDOA positioning, it is desirable that the number of satellites used for positioning is small in terms of operation. Therefore, positioning using two satellites is common, but since the DOP (Dilution of Precision) determined by the satellite position / velocity vector and the radio source position is large, positioning is performed over a long period of time, and the obtained positioning value is obtained. The positioning error is reduced by averaging. However, when performing clustering, the change in the error (DOP) of the positioning value due to this long-term observation becomes an issue.
従来のGPS測位値のクラスタリング処理に関して、例えば非特許文献1では、GPSの測位値を、最短距離法により3次元空間上でクラスタリングする方法が述べられている。しかし、この方法では、各測位点の誤差分布は考慮されておらず、どの測位点も一律に同じ重みでクラスタリング処理される。この方法をTDOA/FDOA測位に適用した場合、TDOA/FDOA測位では測位値毎にDOP(誤差増倍率)が大きく異なるため、同じ電波源が複数の電波源として分類されるという問題がある。ここでは、TDOA/FDOA方式における測位分類装置について述べたが、GPS、TDOA/FDOA、三角測量、レーダ方式等による測位値に対しても同様に、同じ電波源が複数の電波源として分類される問題がある。
Regarding the conventional clustering process of GPS positioning values, for example, Non-Patent
なお、参考までに、測位値に対して重み付けを行う方法として、例えば、特許文献1では、GPS測位値の位置精度(測位衛星数とDOPで判別)を求め、その精度に基づき重み付けを行い、高精度な測位値を算出する方法が記載されている。しかし、クラスタリング処理を行う際に、測定値に重み付けを導入する方法については記載されていない。
For reference, as a method of weighting the positioning value, for example, in
長期間にわたって測位を行う場合、その間でDOPが変化するため、測位点毎に誤差分布が異なる。しかし、従来の測位分類装置では、各測位点の誤差分布を考慮せず、どの測位点も、一律に同じ重みでクラスタリング処理を行っていた。その結果、これらの測位点に従来の測位分類装置を適用すると、誤差の大きい測位値を別の電波源として分類することにより、分類成功率が低下する。 When positioning is performed over a long period of time, the error distribution differs for each positioning point because the DOP changes during that period. However, in the conventional positioning classification device, the error distribution of each positioning point is not taken into consideration, and all the positioning points are uniformly clustered with the same weight. As a result, when the conventional positioning classification device is applied to these positioning points, the classification success rate is lowered by classifying the positioning value having a large error as another radio wave source.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、測位点が誤差分布を持つ環境において、従来技術よりも高い分類精度で同じ電波源からの測位値を1つのクラスタに分類できる測位分類装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in an environment where the positioning points have an error distribution, the positioning values from the same radio source are classified into one cluster with higher classification accuracy than the prior art. The purpose is to obtain a positioning classification device that can be used.
本開示技術に係る測位分類装置は、複数の衛星を用いてTDOA及びFDOAから算出され、ベクトル形式で表され、メモリに格納された、複数の電波源についての複数の測位値を、出力するTDOA/FDOA測位値出力部と、測位値のそれぞれについて誤差共分散行列を算出する誤差共分散行列算出部と、測位値のそれぞれに誤差共分散行列の逆行列を重みとして重み付けを行う重み付け処理部と、重み付け処理部の処理結果を用いて、測位値を1又は複数のクラスタに分類するクラスタリング処理部と、を備え、誤差共分散行列は、測位値と、測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナの位置と、受信アンテナで受信した信号間の相互相関関数のピークから求まるTDOAの誤差及びFDOAの誤差と、を用いて算出されたもの、又は、測位値と、受信アンテナの位置と、あらかじめ設定されたTDOA及びFDOAとの誤差と、を用いて算出されたものである。 The positioning classification device according to the present disclosure technology is a TDOA calculated from TDOA and FDOA using a plurality of satellites, expressed in a vector format, and output a plurality of positioning values for a plurality of radio wave sources stored in a memory. / FDOA positioning value output unit , error covariance matrix calculation unit that calculates the error covariance matrix for each positioning value, and weighting processing unit that weights each positioning value with the inverse matrix of the error covariance matrix as a weight. , A clustering processing unit that classifies the positioning value into one or a plurality of clusters using the processing result of the weighting processing unit, and the error covariance matrix receives the positioning value and the signal used for measuring the positioning value. Calculated using the position of the receiving antenna and the TDOA error and FDOA error obtained from the peak of the mutual correlation function between the signals received by the receiving antenna, or the positioning value and the position of the receiving antenna. , And the error with the preset TDOA and FDOA.
この発明によれば、測位点が誤差分布を持つ環境において、同じ電波源からの測位値を従来技術よりも高い分類精度で1つのクラスタに分類することができる。 According to the present invention, in an environment where positioning points have an error distribution, positioning values from the same radio wave source can be classified into one cluster with higher classification accuracy than in the prior art.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態について説明する。実施の形態1では、測位値分類装置の一例として、測位値分類装置100がTDOA/FDOA測位値を分類する場合について記載する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the first embodiment, as an example of the positioning value classification device, a case where the positioning
実施の形態1におけるTDOA/FDOA測位値を分類する測位値分類装置100の構成を説明する。図1に実施の形態1に係る測位値分類装置100のハードウェア構成を示す。図において、測位値分類装置100はプロセッサ1、メモリ2、表示器3を備える。なお、以降の各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図2にプロセッサ1内部の処理を示す。図2に示すように、プロセッサ1では、測位値毎に誤差共分散行列を算出し、測位値の誤差に応じて測位値に重み付けを行い、クラスタリング処理を行う。なお、プロセッサ1は、メモリ2に記憶されたプログラムを実行することで、上記機能を実現する。
The configuration of the positioning
図3は測位値分類装置100の機能構成図であり、測位値分類装置100はTDOA/FDOA測位値出力部11、誤差共分散行列算出部12、重み付け処理部13、クラスタリング処理部14を備えている。図4に測位値分類装置100の動作を示すフローチャートを示す。
FIG. 3 is a functional configuration diagram of the positioning
以下では、図4を用いて、実施の形態1に係る測位値分類装置100の動作を説明する。
Hereinafter, the operation of the positioning
TDOA/FDOA測位値出力部11は、メモリ2に格納されているTDOA/FDOA測位値を出力する(S41)。TDOA/FDOA測位は、電波源からの信号が複数の衛星を経由する際に、各衛星の位置の差によって生じる時間差(TDOA)と、各衛星の移動ベクトルの差によって生じるドップラ周波数差(FDOA)の交点(TDOA/FDOA曲線)から、電波源を測位する方式である。 The TDOA / FDOA positioning value output unit 11 outputs the TDOA / FDOA positioning value stored in the memory 2 (S41). TDOA / FDOA positioning is the time difference (TDOA) caused by the difference in the position of each satellite and the Doppler frequency difference (FDOA) caused by the difference in the movement vector of each satellite when the signal from the radio wave source passes through multiple satellites. It is a method of positioning the radio wave source from the intersection (TDOA / FDOA curve) of.
誤差共分散行列算出部12は、測位点毎に、誤差共分散行列Pを算出する(S42)。ここで、誤差共分散行列は、最小二乗法の解であり、TDOA/FDOA測位方式では、以下のように算出する。
(1)
ここで、
(2)
(3)
(4)
(5)
である。cは光速、λは波長、pintは電波源の位置ベクトル、ps1, ps2はそれぞれ衛星1,2の位置ベクトル、vs1, vs2はそれぞれ衛星1,2の速度ベクトル、σvτ はTDOAの誤差、σvf はFDOAの誤差である。また、lat.N, lon.E はそれぞれ、電波源の緯度、経度である。誤差共分散行列の算出方法は2つある。1つ目は、測位値と、その測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナ位置と、電波源からの信号が複数の衛星を経由し、複数の受信アンテナで受信した信号間の相互相関関数のピークから求まる該信号を受信する際の時間差/周波数差の誤差と用いて誤差共分散行列を計算する方法である。2つ目は、測位値と、その測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナ位置と、あらかじめ設定された該信号を受信する際の時間差/周波数差の誤差を用いて誤差共分散行列を計算する方法である。S42で誤差共分散行列を算出した後、クラスタ数を測位値サンプル数(S43)とし、次の重み付け処理部13の処理に移る。The error covariance matrix calculation unit 12 calculates the error covariance matrix P for each positioning point (S42). Here, the error covariance matrix is a solution of the least squares method, and is calculated as follows in the TDOA / FDOA positioning method.
(1)
here,
(2)
(3)
(4)
(5)
Is. c is the speed of light, λ is the wavelength, p int is the position vector of the radio source, p s1 and p s2 are the position vectors of
重み付け処理部13では、クラスタ内のサンプル毎に誤差共分散行列P を用いて重みを計算し(S45)、サンプル毎に重みを乗算する(S46)。
The
クラスタリング処理部14では、全てのクラスタ間の距離行列を算出し(S47)、最も距離の近いクラスタの組み合わせを一つのクラスタとする(S48)。距離の最小値が閾値を超えた(S49)、もしくはクラスタ数が1になる(S44)まで、クラスタリング処理を行う。本実施の形態では、測位値の誤差に応じて、クラスタリング統合を繰り返すごとに、測位値の重みを再計算し、測位値に重み付けされた測位値を用いてクラスタリング処理を行う。ここで、クラスタ間の距離行列の算出方法には複数あり、代表的なWard法、重心法、最短距離法の3つの方式を記述する。
In the
Ward法では、クラスタ間距離を以下のように算出する。クラスタ内のサンプルの重心と、そのクラスタ内のサンプルとの距離の二乗和に基づいてクラスタ同士を統合する手法である。重み付けされた測位値を用いる場合、Ward法でのクラスタ間の距離は、以下のように算出する。クラスタC1の重心と各サンプルの距離二乗和E(C1)、クラスタC2の重心と各サンプルの距離二乗和E(C2)、クラスタC1とC2を統合したときの重心と各サンプルの距離二乗和E(C1∪C2)を算出し、Ward法の距離D(C1,C2)を算出する。
(6)
同様に、他の全クラスタ間の距離を算出し、距離行列を算出する。ここで、あるクラスタCに対するE(C)の計算方法は以下の通りである。
(7)
ここで、xiはクラスタCに含まれる各サンプルの座標であり、x∧(xの上に∧)は次式で求められる重心の座標である。
(8)
ここで、Piは測位点毎の誤差共分散行列であり、Pi
-1xiは重み付けした測位値である。また、Iはクラスタ内のサンプル数であり、クラスタを統合する毎に変化する。In Ward's method, the distance between clusters is calculated as follows. This is a method of integrating clusters based on the sum of squares of the distances between the center of gravity of the samples in the cluster and the samples in the cluster. When using weighted positioning values, the distance between clusters in Ward's method is calculated as follows. The sum of the distance squares E (C1) between the center of gravity of the cluster C1 and each sample, the sum of the distance squares E (C2) between the center of gravity of the cluster C2 and each sample, and the sum of the distance squares E of the center of gravity and each sample when the clusters C1 and C2 are integrated. Calculate (C1∪C2) and calculate the distance D (C1, C2) of Ward's method.
(6)
Similarly, calculate the distance between all other clusters and calculate the distance matrix. Here, the calculation method of E (C) for a certain cluster C is as follows.
(7)
Here, x i is the coordinates of each sample contained in cluster C, and x ∧ ( ∧ on x) is the coordinates of the center of gravity obtained by the following equation.
(8)
Here, P i is an error covariance matrix for each positioning point, and P i -1 x i is a weighted positioning value. Also, I is the number of samples in the cluster, which changes each time the cluster is integrated.
次に、重心法によるクラスタ間距離の算出方法について説明する。全てのクラスタの組み合わせの中で、クラスタの重心間の距離が最も小さい距離となるクラスタ同士を統合する手法である。重み付けされた測位値を用いる場合、重心法でのクラスタ間の距離は、以下のように算出する。重み付けされた測位値の重心値は、
(9)
ここで、Piは、測位点毎の誤差共分散行列であり、Pi
-1xiは重み付けした測位値である。また、Iはクラスタ内のサンプル数であり、クラスタを統合する毎に変化する。重心値から、クラスタの重心間距離D(C1, C2)を算出して距離行列を算出する。
(10)
ここで、xC1
∧(xC1の上に∧)はクラスタC1の重心値、xC2
∧(xC2の上に∧)はクラスタC2の重心値である。Next, a method of calculating the distance between clusters by the center of gravity method will be described. This is a method of integrating clusters that have the shortest distance between the centers of gravity of the clusters among all the combinations of clusters. When the weighted positioning value is used, the distance between the clusters by the center of gravity method is calculated as follows. The center of gravity of the weighted positioning value is
(9)
Here, Pi is an error covariance matrix for each positioning point, and Pi -1 x i is a weighted positioning value. Further, I is the number of samples in the cluster, and changes each time the cluster is integrated. From the center of gravity value, the distance D (C1, C2) between the centers of gravity of the cluster is calculated to calculate the distance matrix.
(10)
Here, x C1 ∧ ( ∧ on x C1 ) is the centroid value of cluster C1, and x C2 ∧ ( ∧ on x C2 ) is the centroid value of cluster C2.
次に、最短距離法によるクラスタ間距離の算出方法について説明する。最短距離法は、2つのクラスタ内のサンプル同士で最も小さいサンプル間距離をクラスタ間距離とする手法である。重み付けされた測位値を用いる場合、最短距離法でのクラスタ間の距離は、以下のように算出する。
(11)
ここで、Pi
-1xiはクラスタC1の重み付けを行った測位値のサンプル、Pj
-1xj はクラスタC2の重み付けを行った測位値のサンプルである。Next, a method of calculating the inter-cluster distance by the shortest distance method will be described. The shortest distance method is a method in which the smallest distance between samples in two clusters is used as the distance between clusters. When the weighted positioning value is used, the distance between clusters by the shortest distance method is calculated as follows.
(11)
Here, P i -1 x i is a sample of the weighted positioning value of the cluster C1, and P j -1 x j is a sample of the weighted positioning value of the cluster C2.
本実施の形態における測位値分類装置100の効果を確認するため、シミュレーション例を示す。シミュレーションでは、2つの電波源をTDOA/FDOA測位し、Ward法を用いてクラスタリングを行う。測位値は、測位点毎に誤差分布が異なる。重み付けされた測位値を用いる場合と、重み付けしない測位値を用いる場合とで分類精度を比較する。
In order to confirm the effect of the positioning
図5に2つの電波源の測位値、図6に重み付けしない測位値を用いた場合のクラスタリング処理結果、図7に重み付けされた測位値を用いた場合のクラスタリング処理結果を示す。本結果より、重み付けされた測位値を用いたクラスタリング処理を行うことで、電波源の分類数が5から2になっていることが分かる。また、電波源の分類成功率(電波源#1)が0.9から1に上昇しており、分類精度が向上することが分かる。これは、測位値に重み付けされた測位値を用いてクラスタリング処理することで、DOPによる誤差が比較的大きい測位値でも、同じ電波源として分類されているためである。ここでは、Ward法を用いる場合を示したが、重心法、最短距離法を用いる場合にも、測位値分類装置100を用いることによって分類精度を向上することができる。
FIG. 5 shows the positioning values of the two radio wave sources, FIG. 6 shows the clustering processing result when the unweighted positioning value is used, and FIG. 7 shows the clustering processing result when the weighted positioning value is used. From this result, it can be seen that the number of classifications of radio sources is changed from 5 to 2 by performing the clustering process using the weighted positioning values. In addition, the success rate of classification of radio sources (radio source # 1) has increased from 0.9 to 1, indicating that the classification accuracy is improved. This is because by performing clustering processing using the positioning values weighted to the positioning values, even the positioning values having a relatively large error due to the DOP are classified as the same radio wave source. Here, the case where the Ward method is used is shown, but even when the center of gravity method and the shortest distance method are used, the classification accuracy can be improved by using the positioning
このように、実施の形態1に係る測位値分類装置100は、複数の測位値を出力する出力部であるTDOA/FDOA測位値出力部11と、前記測位値ごとに該測位値の誤差分散に応じた重み付けを行う重み付け処理部13と、前記重み付けされた測位値を用いて、前記複数の測位値を1又は複数のクラスタに分類するクラスタリング処理部14と、を備えることを特徴とする。この構成によって、測位値ごとの誤差分布を考慮して測位値を1又は複数のクラスタに分類することができ、測位点が誤差分布を持つ環境において、従来技術よりも高い分類精度で同じ電波源からの測位値を1つのクラスタに分類することができる。
As described above, the positioning
また、実施の形態1に係る測位値分類装置100において、前記測位値はベクトル形式で表され、測位値分類装置100は前記測位値ごとに誤差共分散行列を算出する算出部である誤差共分散行列算出部12を備え、重み付け処理部13は、前記誤差共分散行列に基づき前記測位値に重み付けを行うことを特徴とする。この構成によって、測位値をベクトル形式で表記することができ、多次元の測位に対応しつつ、従来技術よりも高い分類精度で同じ電波源からの測位値を1つのクラスタに分類することができる。
Further, in the positioning
また、実施の形態1に係る測位値分類装置100において、クラスタリング処理部14は、前記出力部から出力される複数の測位値の個々をクラスタとし、距離の近い2つのクラスタを1つのクラスタに統合する処理を繰り返すことにより、前記測位値を1又は複数のクラスタに分類することを特徴とする。この構成によって、測位値ごとの誤差分布を考慮しつつ、距離の近い測位値を1つのクラスタとして効率的に分類することができる。
Further, in the positioning
また、実施の形態1に係る測位値分類装置100において、前記距離は、Ward法又は重心法又は最短距離法に基づく距離であることを特徴とする。この構成によって、クラスタ間の距離を的確に測定することができ、距離の近い測位値を1つのクラスタとして効率的に分類することができる。
Further, in the positioning
また、実施の形態1に係る測位値分類装置100において、前記距離は、クラスタに含まれる測位値の重心と該クラスタに含まれる個々の測位値との距離の二乗和を用いて算出されることを特徴とする。この構成によって、2つのクラスタを統合した場合と統合しない場合の距離を算出することができ、2つのクラスタを統合するか否かの判断を適切に行うことが可能となる。
Further, in the positioning
また、実施の形態1に係る測位値分類装置100において、前記距離は、前記2つのクラスタの中の一方のクラスタに含まれる測位値の重心と他方のクラスタに含まれる測位値の重心との距離であることを特徴とする。この構成によって、2つのクラスタの重心の間の距離を算出することができ、2つのクラスタを統合するか否かの判断を適切に行うことが可能となる。
Further, in the positioning
また、実施の形態1に係る測位値分類装置100において、前記距離は、前記2つのクラスタの中の一方のクラスタに含まれる測位値と他方のクラスタに含まれる測位値との距離であることを特徴とする。この構成によって、2つのクラスタに含まれる測位値の中で最も距離の短い値をクラスタ間の距離として算出することができ、2つのクラスタを統合するか否かの判断を適切に行うことが可能となる。
Further, in the positioning
また、実施の形態1に係る測位値分類装置100において、クラスタリング処理部14は、2つのクラスタの間の距離があらかじめ設定された条件に合致する場合に、2つのクラスタを1つのクラスタに統合することを特徴とする。この構成によって、あらかじめ設定された条件に合致する場合に2つのクラスタを統合することができ、2つのクラスタを統合するか否かの判断を適切に行うことが可能となる。
Further, in the positioning
また、実施の形態1に係る測位値分類装置100において、前記算出部は、前記測位値と、該測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナの位置と、該受信アンテナの間での該信号の相互相関関数から求められる該信号の時間差又は周波数差の誤差と、を用いて前記誤差共分散行列を算出することを特徴とする。この構成によって、前記誤差共分散行列を的確に算出することができ、算出された誤差共分散行列に基づき前記測位値に重み付けを行うことによって、適切にクラスタリング処理を行うことが可能となる。
Further, in the positioning
また、実施の形態1に係る測位値分類装置100において、前記算出部は、前記測位値と、該測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナの位置と、あらかじめ設定された該信号の時間差又は周波数差の誤差と、を用いて前記誤差共分散行列を算出することを特徴とする。この構成によれば、信号の時間差又は周波数差の誤差はあらかじめ自装置内で設定されているため、信号に対して個々に時間差又は周波数差の誤差を算出する必要はなく、少ない処理量で前記誤差共分散行列を算出することができる。
Further, in the positioning
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1とは異なる測位値分類装置100の適用例として、測位値分類装置100がGPS測位値を分類する場合について記載する。
In the second embodiment, as an application example of the positioning
実施の形態2における測位値分類装置100の構成を説明する。図8に実施の形態2の測位値分類装置100の機能構成図を示す。実施の形態2に係る測位値分類装置100は、GPS測位値出力部15、誤差共分散行列算出部16、重み付け処理部13、クラスタリング処理部14を備えている。
The configuration of the positioning
実施の形態2に係る測位値分類装置100のハードウェア構成図、プロセッサ内部の処理、フローチャートは実態の形態1と同様に図1、図2、図4で示される。ただし、図4のフローチャートの左側に記載の機能構成図は、図8の構成に変更される。
The hardware configuration diagram, the processing inside the processor, and the flowchart of the positioning
図8において、GPS測位値出力部15は、メモリ2に格納されているGPS測位値を出力する。誤差共分散行列算出部16は、測位点毎に誤差共分散行列を算出する。誤差共分散行列
、以下のように算出される。
(12)
ここで、
(13)
(14)
(15)
(i=1, …, 4) (16)
である。αi,βi,γiは観測地点から衛星方向への視線の方向余弦(の推定値)である。また、ρiは衛星と電波源間の距離、(Xi,Yi, Zi)は衛星の座標、(x,y,z)は測位値の座標である。なお、式(12)の誤差共分散行列Pの算出方法は、以下の非特許文献2を参照されたい。
, Is calculated as follows.
(12)
here,
(13)
(14)
(15)
(i = 1,…, 4) (16)
Is. α i , β i , and γ i are (estimated values) of the direction cosine of the line of sight from the observation point toward the satellite. Further, ρ i is the distance between the satellite and the radio wave source, (X i , Y i, Z i ) is the coordinates of the satellite, and (x, y, z) is the coordinates of the positioning value. For the calculation method of the error covariance matrix P in the equation (12), refer to
実施の形態2では、誤差共分散行列の算出方法は2つある。1つ目は、測位値と、該測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナ位置と、該信号を受信する際の到達時間の誤差と、を用いて誤差共分散行列を計算する方法である。2つ目は、測位値と、該測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナ位置と、あらかじめ設定された信号を受信する際の到達時間の誤差と、を用いて誤差共分散行列を計算する方法である。重み付け処理部13とクラスタリング処理部14は、実施の形態1と同様のため、説明を省略する。
In the second embodiment, there are two methods for calculating the error covariance matrix. The first is a method of calculating an error covariance matrix using a positioning value, a receiving antenna position for receiving a signal used for measuring the positioning value, and an error in the arrival time when receiving the signal. Is. The second is an error covariance matrix using the positioning value, the receiving antenna position for receiving the signal used to measure the positioning value, and the error in the arrival time when receiving the preset signal. It is a method of calculation. Since the
このように、実施の形態2に係る測位値分類装置100では、測位値はGPSによって算出された測位値であり、誤差共分散行列算出部16は、前記測位値と、該測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナの位置と、該信号の到達時間誤差と、を用いて前記誤差共分散行列を算出することを特徴とする。この構成によって、前記誤差共分散行列を的確に算出することができ、算出された誤差共分散行列に基づき前記測位値に重み付けを行うことによって、適切にクラスタリング処理を行うことが可能となる。
As described above, in the positioning
また、実施の形態2に係る測位値分類装置100において、前記到達時間の誤差はあらかじめ自装置内に設定されていることを特徴とする。この構成によれば、前記到達時間の誤差はあらかじめ自装置内で設定されているため、信号に対して個々に前記到達時間の誤差を算出する必要はなく、少ない処理量で前記誤差共分散行列を算出することができる。
Further, in the positioning
実施の形態3.
実施の形態3では、実施の形態1、2とは異なる測位値分類装置100の適用例として、測位値分類装置100が三角測量測位値を分類する場合について記載する。
In the third embodiment, as an application example of the positioning
実施の形態3における測位値分類装置100の構成を説明する。図9に実施の形態3の機能構成図を示す。実施の形態3に係る測位値分類装置100は、三角測量測位値出力部17、誤差共分散行列算出部18、重み付け処理部13、クラスタリング処理部14を備える。
The configuration of the positioning
実施の形態3のハードウェア構成図、プロセッサ内部の処理、フローチャートは実態の形態1と同様であり、図1、図2、図4で示される。ただし、図4のフローチャートの左側に記載の機能構成図は、図9の構成に変更される。
The hardware configuration diagram, the processing inside the processor, and the flowchart of the third embodiment are the same as those of the
図9において、測位値分類装置100における三角測量測位値出力部17は、メモリ2に格納されている三角測量測位値を出力する。
In FIG. 9, the triangulation positioning
誤差共分散行列算出部18は、実施の形態1と同様に、測位点毎に、誤差共分散行列を算出する。誤差共分散行列Pは、以下のように算出する。3次元空間(xyz座標系)での2点で測定したアジマス角度をそれぞれθ1、θ2とし、エレベーション角度をそれぞれφ1、φ2とする。誤差共分散行列Pは、
(17)
で求められる。ここで、
(18)
である。なお、式(17)の誤差共分散行列
算出方法は、以下の非特許文献3を参照されたい。
(17)
Is sought after. here,
(18)
Is. The error covariance matrix in Eq. (17)
For the calculation method, refer to
実施の形態3では、誤差共分散行列の算出方法は2つある。1つ目は、測位値と、該測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナの位置と、該信号の到来方向誤差を用いて誤差共分散行列を計算する方法である。2つ目は、測位値と、該測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナの位置と、あらかじめ設定された該信号の到来方向誤差を用いて誤差共分散行列を計算する方法である。 In the third embodiment, there are two methods for calculating the error covariance matrix. The first is a method of calculating an error covariance matrix using the positioning value, the position of the receiving antenna that receives the signal used for measuring the positioning value, and the arrival direction error of the signal. The second method is to calculate the error covariance matrix using the positioning value, the position of the receiving antenna that receives the signal used for measuring the positioning value, and the preset arrival direction error of the signal. ..
重み付け処理部13とクラスタリング処理部14は、実施の形態1と同様のため、説明を省略する。
Since the
このように、実施の形態3に係る測位値分類装置100では、出力部であるレーダ測位値出力部19から出力される複数の測位値は、三角測量によって算出された測位値であり、算出部である誤差共分散行列算出部20は、測位値と、該測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナの位置と、該信号の到来方向誤差と、を用いて前記誤差共分散行列を算出することを特徴とする。を特徴とする。この構成によって、前記誤差共分散行列を的確に算出することができ、算出された誤差共分散行列に基づき前記測位値に重み付けを行うことによって、適切にクラスタリング処理を行うことが可能となる。
As described above, in the positioning
また、実施の形態3に係る測位値分類装置100において、前記到来方向誤差はあらかじめ自装置内に設定されていることを特徴とする。この構成によれば、前記到来方向誤差はあらかじめ自装置内で設定されているため、信号に対して個々に前記到達時間の誤差を算出する必要はなく、少ない処理量で前記誤差共分散行列を算出することができる。
Further, in the positioning
実施の形態4.
実施の形態4では、実施の形態1~3とは異なる測位値分類装置100の適用例として、測位値分類装置100がレーダ測位値を分類する場合について記載する。Embodiment 4.
In the fourth embodiment, as an application example of the positioning
図10に実施の形態4の機能構成図を示す。実施の形態4による測位値分類装置100は、レーダ測位値出力部19、誤差共分散行列算出部20、重み付け処理部13、クラスタリング処理部14を備える。
FIG. 10 shows a functional configuration diagram of the fourth embodiment. The positioning
実施の形態4のハードウェア構成図、プロセッサ内部の処理、フローチャートは実態の形態1と同様であり、図1、図2、図4で示される。ただし、図4のフローチャートの左側に記載の機能構成図は、図10の構成に変更される。
The hardware configuration diagram, the processing inside the processor, and the flowchart of the fourth embodiment are the same as those of the
図10において、レーダ測位値出力部19は、メモリ2に格納されているレーダ測位値を出力する。誤差共分散行列算出部20は、実施の形態1と同様に、測位点毎に誤差共分散行列を算出する。誤差共分散行列Pは、以下のように算出される。3次元空間(xyz座標系)で測定したアジマス角度をθ、エレベーション角度をΦ、距離をRとする。このとき、誤差共分散行列Pは、
(19)
で求められる。ここで、
(20)
(21)
(22)
(23)
である。実施の形態4では、誤差共分散行列の算出方法は2つある。1つ目は、測位値と受信アンテナ位置と到達時間誤差を用いて誤差共分散行列を計算する方法である。2つ目は、測位値と受信アンテナ位置とあらかじめ設定された到達時間誤差を用いて誤差共分散行列を計算する方法である。In FIG. 10, the radar positioning
(19)
Is sought after. here,
(20)
(21)
(22)
(23)
Is. In the fourth embodiment, there are two methods for calculating the error covariance matrix. The first is a method of calculating an error covariance matrix using the positioning value, the receiving antenna position, and the arrival time error. The second method is to calculate the error covariance matrix using the positioning value, the receiving antenna position, and the preset arrival time error.
重み付け処理部13とクラスタリング処理部14は、実施の形態1と同様のため、説明を省略する。
Since the
このように、実施の形態4に係る測位値分類装置100では、測位値はレーダ方式によって算出された測位値であり、算出部である誤差共分散行列算出部20は、前記測位値と、該測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナの位置と、該信号の到達時間誤差と、を用いて前記誤差共分散行列を算出することを特徴とする。この構成によって、前記誤差共分散行列を的確に算出することができ、算出された誤差共分散行列に基づき前記測位値に重み付けを行うことによって、適切にクラスタリング処理を行うことが可能となる。
As described above, in the positioning
また、実施の形態4に係る測位値分類装置100において、前記到達時間の誤差はあらかじめ自装置内に設定されていることを特徴とする。この構成によれば、前記到達時間の誤差はあらかじめ自装置内で設定されているため、信号に対して個々に前記到達時間の誤差を算出する必要はなく、少ない処理量で前記誤差共分散行列を算出することができる。
Further, in the positioning
1:プロセッサ、2:メモリ、3:表示器、11:TDOA/FDOA測位値出力部、12:誤差共分散行列算出部、13:重み付け処理部、14:クラスタリング処理部、15:GPS測位値出力部、17:三角測量測位値出力部、16、18、20:誤差共分散行列算出部、19:レーダ測位値出力部、100:測位値分類装置 1: Processor, 2: Memory, 3: Display, 11: TDOA / FDOA positioning value output unit, 12: Error covariance matrix calculation unit, 13: Weighting processing unit, 14: Clustering processing unit, 15: GPS positioning value output Unit, 17: Triangulation positioning value output unit, 16, 18, 20: Error covariance matrix calculation unit, 19: Radar positioning value output unit, 100: Positioning value classification device
Claims (7)
前記測位値のそれぞれについて誤差共分散行列を算出する誤差共分散行列算出部と、
前記測位値のそれぞれに前記誤差共分散行列の逆行列を重みとして重み付けを行う重み付け処理部と、
前記重み付け処理部の処理結果を用いて、前記測位値を1又は複数のクラスタに分類するクラスタリング処理部と、を備え、
前記誤差共分散行列は、
前記測位値と、前記測位値の測定に用いられる信号を受信する受信アンテナの位置と、前記受信アンテナで受信した信号間の相互相関関数のピークから求まる前記TDOAの誤差及び前記FDOAの誤差と、を用いて算出されたもの、又は、
前記測位値と、前記受信アンテナの位置と、あらかじめ設定された前記TDOA及び前記FDOAとの誤差と、を用いて算出されたものである、
測位値分類装置。 A TDOA / FDOA positioning value output unit that outputs a plurality of positioning values for a plurality of radio sources calculated from TDOA and FDOA using a plurality of satellites, expressed in a vector format, and stored in a memory .
An error covariance matrix calculation unit that calculates an error covariance matrix for each of the positioning values ,
A weighting processing unit that weights each of the positioning values by using the inverse matrix of the error covariance matrix as a weight .
A clustering processing unit that classifies the positioning value into one or a plurality of clusters by using the processing result of the weighting processing unit is provided .
The error covariance matrix is
The TDOA error and the FDOA error obtained from the positioning value, the position of the receiving antenna that receives the signal used for measuring the positioning value, and the peak of the cross-correlation function between the signals received by the receiving antenna. Calculated using, or
It is calculated by using the positioning value, the position of the receiving antenna, and the preset error between the TDOA and the FDOA.
Positioning value classification device.
請求項1に記載の測位値分類装置。 The clustering processing unit treats each of the plurality of positioning values output from the TDOA / FDOA positioning value output unit as a cluster, and repeats the process of integrating two clusters having a short distance into one cluster to form the positioning value. Is classified into one or more clusters ,
The positioning value classification device according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項2に記載の測位値分類装置。 The positioning value classification device according to claim 2 , wherein the distance is calculated by using the sum of squares of the distances between the center of gravity of the positioning value included in the cluster and the individual positioning values included in the cluster.
ことを特徴とする請求項2に記載の測位値分類装置。 The positioning value according to claim 2 , wherein the distance is a distance between the center of gravity of the positioning value included in one of the two clusters and the center of gravity of the positioning value included in the other cluster. Sorting device.
ことを特徴とする請求項2に記載の測位値分類装置。 The positioning value classification device according to claim 2 , wherein the distance is a distance between a positioning value included in one of the two clusters and a positioning value included in the other cluster.
ことを特徴とする請求項2から6のいずれか1項に記載の測位値分類装置。 One of claims 2 to 6 , wherein the clustering processing unit integrates the two clusters into one cluster when the distance between the two clusters meets a preset condition. The positioning value classification device according to item 1.
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