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JP7595435B2 - Positioning device - Google Patents
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JP7595435B2 - Positioning device - Google Patents

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  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Description

本開示は、移動体に搭載されて衛星通信をする通信装置である電波源の位置を決める位置標定装置に関する。 This disclosure relates to a positioning device that is mounted on a mobile body and determines the position of a radio wave source that is a communication device that performs satellite communication.

衛星通信をする通信装置(電波源)の位置を決める(位置標定)ために、位置標定する対象の通信装置が異なる2個の衛星でそれぞれ中継されて地上局で受信される2個の受信信号についての到達時間差(TDOA)と到達周波数差(FDOA)を使用する方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。 To determine the position (location) of a communication device (radio wave source) that communicates via satellite, a method is known that uses the time difference of arrival (TDOA) and frequency difference of arrival (FDOA) of two received signals that are relayed by two different satellites from the communication device to be located and received at a ground station (see, for example, non-patent document 1).

通信に使用される衛星は、静止衛星、準天頂軌道衛星、低軌道衛星などの種類がある。2個の衛星がどちらも静止衛星の場合には、2個の衛星でそれぞれ中継されて受信される2個の受信信号の周波数差の中で、電波源の移動により発生するドップラ効果による周波数偏移が、衛星の移動による周波数偏移よりも大きくなる場合がある。そのような場合には、従来の位置標定装置では、検出された周波数差が得られるような電波源の位置を表す等FDOA線を決めることができず位置標定できない場合がある、等FDOA線が求められる場合でも、等FDOA線の誤差が大きく、標定位置の精度が大きく劣化する場合がある。 Satellites used for communications include geostationary satellites, quasi-zenith orbit satellites, and low-earth orbit satellites. When two satellites are both geostationary, the frequency shift due to the Doppler effect caused by the movement of the radio wave source, among the frequency difference between the two received signals relayed by the two satellites, may be greater than the frequency shift due to the movement of the satellites. In such cases, conventional positioning devices may not be able to determine iso-FDOA lines that represent the position of the radio wave source that will give the detected frequency difference, and may not be able to locate the position. Even if iso-FDOA lines can be determined, there may be a large error in the iso-FDOA lines, resulting in a significant deterioration in the accuracy of the location position.

従来の位置標定装置は、位置標定できない場合には、電波源の位置を表示しない。位置標定できた場合は、精度が劣化している場合もそのまま表示する。 Conventional positioning devices do not display the location of the radio wave source if they are unable to locate the location. If they are able to locate the location, they will display it as is even if the accuracy has deteriorated.

D. P. Haworth, et.al,“Interference Localization For Eutelsat Satellites -The First European Transmitter Location System,” International Journal of Satellite Communications, Vol.15, pp.155-183, 1997D. P. Haworth, et. al, “Interference Localization For Eutelsat Satellites -The First European Transmitter Location System,” International Journal of Satellite Communications, Vol. 15, pp. 155-183, 1997

従来の位置標定装置は、中継する衛星が2個とも静止衛星である場合に、電波源の位置に関する情報を適切に提示し難いという課題がある。 Conventional positioning devices have a problem in that it is difficult to properly present information regarding the position of a radio wave source when both relay satellites are geostationary satellites.

本開示に係る位置標定装置は、複素数で表される第1の信号および第2の信号、第1の信号と第2の信号とのそれぞれ時間差および周波数差が入力されて、第1の信号に対して時間差を持たせた第2の信号の複素共役をとり、かつ周波数差で回転する絶対値が1である複素数を乗算して得られる信号と第1の信号とを乗算した値を決められた時間だけ積分して、第1の信号と第2の信号との間の2次元相関値を計算する相関関数計算部と、時間差と周波数差を変化させて2次元相関値を計算し、2次元相関値が最大のピークをとる時間差であるピーク時間差および2次元相関値が最大のピークをとる周波数差であるピーク周波数差を検出するピーク検出部と、位置が未知である電波源が放射する電波が第1の衛星で中継されて第1の観測局で受信された第1の受信信号を第1の信号とし、電波源が放射する電波が第1の衛星とは異なる第2の衛星で中継されて第2の観測局で受信された第2の受信信号を第2の信号として計算された2次元相関値のピーク時間差から、第1の衛星および第2の衛星の位置を使用して、電波源から第1の衛星までの電波の到達時間と、電波源から第2の衛星までの電波の到達時間の差である到達時間差を計算する到達時間差計算部と、第1の受信信号を第1の信号とし、第2の受信信号を第2の信号として計算された2次元相関値のピーク周波数差から、第1の衛星および第2の衛星の位置および速度ベクトルを使用して、電波源から第1の衛星までで発生する周波数偏移と、電波源から第2の衛星までで発生する周波数偏移との差である到達周波数差を計算する到達周波数差計算部と、第1の衛星および第2の衛星の位置を使用して、到達時間差が得られる電波源の位置を表す線である等到達時間差線を計算する等到達時間差線計算部と、第1の衛星および第2の衛星が静止衛星かどうかを判別する静止衛星判別部と、静止衛星判別部において、第1の衛星および第2の衛星の両方が静止衛星であると判別されると、到達周波数差から電波源の移動を表す速度ベクトルである電波源速度を推定する電波源速度推定部と、静止衛星判別部において、第1の衛星および第2の衛星の両方が静止衛星であると判別されると、電波源速度と、等到達時間差線と、第1の衛星および第2の衛星の位置および速度ベクトルとを使用して、電波源の位置に関する電波源位置推定情報を生成する第2の測位部とを備えたものである。 The position location device according to the present disclosure includes a correlation function calculation unit that receives a first signal and a second signal expressed by complex numbers, and a time difference and a frequency difference between the first signal and the second signal, takes a complex conjugate of the second signal having a time difference with respect to the first signal, multiplies the first signal by a complex number having an absolute value of 1 that rotates by the frequency difference, and integrates the multiplied value by the first signal for a determined time to calculate a two-dimensional correlation value between the first signal and the second signal, and a correlation function calculation unit that calculates the two-dimensional correlation value by changing the time difference and the frequency difference, and calculates a peak time difference and a frequency difference that are the time difference at which the two-dimensional correlation value reaches its maximum peak. a peak detection unit that detects a peak frequency difference, which is the frequency difference at which the two-dimensional correlation value has a maximum peak, and an arrival time, which is the difference between the arrival time of the radio wave from the radio wave source to the first satellite and the arrival time of the radio wave from the radio wave source to the second satellite, from a peak time difference of the two-dimensional correlation value calculated using a first reception signal, in which a radio wave radiated from a radio wave source whose position is unknown is relayed by a first satellite and received at a first observation station, as a first signal, and a second reception signal, in which a radio wave radiated from the radio wave source is relayed by a second satellite different from the first satellite and received at a second observation station, as a second signal, using the positions of the first and second satellites. an arrival frequency difference calculation unit that calculates an arrival time difference, using the positions and velocity vectors of the first and second satellites to calculate an arrival frequency difference, which is a difference between a frequency shift occurring from the radio wave source to the first satellite and a frequency shift occurring from the radio wave source to the second satellite, from a peak frequency difference of a two-dimensional correlation value calculated with the first reception signal as the first signal and the second reception signal as the second signal; an equal arrival time difference line calculation unit that calculates an equal arrival time difference line, which is a line representing the position of the radio wave source from which the arrival time difference is obtained, using the positions of the first and second satellites; a geostationary satellite discrimination unit which discriminates whether the first satellite and the second satellite are geostationary satellites ; a radio wave source speed estimation unit which estimates a radio wave source speed, which is a speed vector representing the movement of the radio wave source, from the arrival frequency difference when the geostationary satellite discrimination unit discriminates that both the first satellite and the second satellite are geostationary satellites; and a second positioning unit which generates radio wave source position estimation information relating to the position of the radio wave source using the radio wave source speed, the equal arrival time difference line, and the positions and speed vectors of the first satellite and the second satellite when the geostationary satellite discrimination unit discriminates that both the first satellite and the second satellite are geostationary satellites.

本開示によれば、中継する衛星が2個とも静止衛星である場合に、電波源の位置に関する情報を従来よりも適切に提示できる。 According to the present disclosure, when both relay satellites are geostationary satellites, information regarding the location of the radio wave source can be presented more appropriately than in the past.

従来の位置標定装置で位置が未知の電波源の位置を標定する処理を説明する概念図である。1 is a conceptual diagram illustrating a process of locating the position of a radio wave source whose position is unknown using a conventional position locating device. 実施の形態1に係る位置標定装置で、位置が未知の電波源の位置を標定する処理を説明する概念図である。3 is a conceptual diagram illustrating a process of locating the position of a radio wave source whose position is unknown, in the position locating device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る位置標定装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a position locating device according to a first embodiment; 本開示に係る位置標定装置で使用するXYZ座標系を説明する模式図である。2 is a schematic diagram illustrating an XYZ coordinate system used in a position locating device according to the present disclosure. FIG. 実施の形態1に係る位置標定装置の動作を説明するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating an operation of the position locating device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る位置標定装置が出力する電波源位置推定情報の例を説明する図である。3A to 3C are diagrams illustrating an example of radio wave source position estimation information output by the position locating device according to the first embodiment. 実施の形態2に係る位置標定装置で、位置が未知の電波源の位置を標定する処理を説明する概念図である。11 is a conceptual diagram illustrating a process of locating the position of a radio wave source whose position is unknown, in the position locating device according to the second embodiment. FIG. 実施の形態2に係る位置標定装置の構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a position locating device according to a second embodiment. 実施の形態2に係る位置標定装置の動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an operation of the position locating device according to the second embodiment. 実施の形態3に係る位置標定装置の構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a position locating device according to a third embodiment. 実施の形態3に係る位置標定装置の動作を説明するフローチャートである。13 is a flowchart illustrating an operation of the position locating device according to the third embodiment. 実施の形態3に係る位置標定装置が出力する電波源位置推定情報の1例を説明する図である。13 is a diagram for explaining an example of radio wave source position estimation information output by a position locating device according to embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る位置標定装置が出力する電波源位置推定情報の別の1例を説明する図である。13 is a diagram for explaining another example of the radio wave source position estimation information output by the position locating device according to the third embodiment. FIG. 実施の形態3に係る位置標定装置において電波源位置推定情報を示す2個の例での存在確度を示すグラフである。13 is a graph showing the presence probability in two examples of radio wave source position estimation information in a position locating device according to embodiment 3. 実施の形態4に係る位置標定装置の構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a position locating device according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る位置標定装置が使用する可能方向範囲、想定速度範囲および許容方向範囲の関係を例により説明する図である。13 is a diagram for explaining, by way of example, the relationship between the possible direction range, the assumed speed range, and the allowable direction range used by the position locating device according to the fourth embodiment. FIG. 実施の形態4に係る位置標定装置の動作を説明するフローチャートである。13 is a flowchart illustrating an operation of the position locating device according to the fourth embodiment.

実施の形態1.
図1は、従来の位置標定装置で位置が未知の電波源の位置を標定する処理を説明する概念図である。図1は、非特許文献1に開示されている方法に基づいている。図1の例では、位置が未知である電波源70から電波が送信されている。電波源70が放射するメインローブの電波81が衛星(#1)71に向けて送信される。同時に、電波源70はサイドローブの電波82を放射する。衛星(#1)71は電波81を中継して電波83を送信する。衛星(#1)71からの電波83は、監視局のアンテナ(#1)72で受信される。アンテナ(#1)72は、電波83を受信して受信信号91を生成する。電波源70が放射するサイドローブの電波82は、衛星(#2)73により中継され、監視局のアンテナ(#2)74で電波84として受信される。アンテナ(#2)74は、電波84を受信して受信信号92を生成する。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a process of locating the position of a radio wave source whose position is unknown by a conventional position locating device. FIG. 1 is based on a method disclosed in Non-Patent Document 1. In the example of FIG. 1, radio waves are transmitted from a radio wave source 70 whose position is unknown. A main lobe radio wave 81 emitted by the radio wave source 70 is transmitted toward a satellite (#1) 71. At the same time, the radio wave source 70 radiates a side lobe radio wave 82. The satellite (#1) 71 relays the radio wave 81 and transmits a radio wave 83. The radio wave 83 from the satellite (#1) 71 is received by an antenna (#1) 72 of a monitoring station. The antenna (#1) 72 receives the radio wave 83 and generates a reception signal 91. The side lobe radio wave 82 emitted by the radio wave source 70 is relayed by a satellite (#2) 73 and is received as a radio wave 84 by an antenna (#2) 74 of a monitoring station. The antenna (#2) 74 receives the radio wave 84 and generates a reception signal 92.

アンテナ(#1)72とアンテナ(#2)74は、別の監視局に設置されてもよい。アンテナ(#1)72が設置される監視局が第1の監視局であり、アンテナ(#2)74が設置される監視局が第2の監視局である。受信信号91が、第1の衛星である衛星(#1)71で中継されて第1の観測局で受信された第1の受信信号である。受信信号92が、第2の衛星である衛星(#2)73で中継されて第2の観測局で受信された第2の受信信号である。アンテナ(#1)72とアンテナ(#2)74が同じ監視局に設置される場合には、その監視局が第1の監視局であり、かつ第2の監視局である。 Antenna (#1) 72 and antenna (#2) 74 may be installed in different monitoring stations. The monitoring station where antenna (#1) 72 is installed is the first monitoring station, and the monitoring station where antenna (#2) 74 is installed is the second monitoring station. Received signal 91 is the first received signal relayed by satellite (#1) 71, which is the first satellite, and received at the first observation station. Received signal 92 is the second received signal relayed by satellite (#2) 73, which is the second satellite, and received at the second observation station. When antenna (#1) 72 and antenna (#2) 74 are installed in the same monitoring station, that monitoring station is both the first monitoring station and the second monitoring station.

受信信号91,92が、位置標定装置50Xに入力される。位置標定装置50Xは、従来の方式で位置標定する位置標定装置である。位置標定装置50Xは、衛星(#1)71と衛星(#2)73からそれぞれ中継されて受信された受信信号91,92の相関を取ることで、到達時間差(TDOA:Time Difference Of Arrival)と到達周波数差(FDOA:Frequency Difference Of Arrival)を推定する。推定したTDOAが一定である面と地球の表面との交線である等TDOA線61と、推定したFDOAが一定である面と地球の表面との交線である等FDOA線62の交点を、位置標定装置50Xは電波源70の位置と推定する。推定された電波源70の位置すなわち等TDOA線61と等FDOA線62の交点を、標定位置63と呼ぶ。 The received signals 91 and 92 are input to the positioning device 50X. The positioning device 50X is a positioning device that performs positioning using a conventional method. The positioning device 50X estimates the time difference of arrival (TDOA) and frequency difference of arrival (FDOA) by correlating the received signals 91 and 92 relayed and received from satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73, respectively. The positioning device 50X estimates the intersection of an iso-TDOA line 61, which is the intersection line between a plane with a constant estimated TDOA and the Earth's surface, and an iso-FDOA line 62, which is the intersection line between a plane with a constant estimated FDOA and the Earth's surface, as the position of the radio wave source 70. The estimated position of the radio wave source 70, i.e., the intersection line between the iso-TDOA line 61 and the iso-FDOA line 62, is called the location position 63.

位置が未知の電波源70から放射された電波81がアンテナ(#1)72で電波83として受信されるまでの経路と、電波82がアンテナ(#2)74で電波84として受信されるまでの経路とにおいて、衛星(#1)71以降の経路と衛星(#2)73以降の経路は分かっている。受信信号の相関を取ることで得られる時間差と周波数差から、衛星(#1)71以降および衛星(#2)73以降の経路で発生する時間差および周波数差を減算して、到達時間差(TDOA)と到達周波数差(FDOA)を計算する。TDOAは、電波81が衛星(#1)71に電波が到達する時間と、電波82が衛星(#2)73に到達する時間の差である。FDOAは、電波81が衛星(#1)71に受信されるまでに発生する周波数偏移と、電波82が衛星(#2)73に受信されるまでに発生する周波数偏移との差である。 In the path of radio waves 81 emitted from an unknown radio wave source 70 until they are received as radio waves 83 by antenna (#1) 72, and the path of radio waves 82 until they are received as radio waves 84 by antenna (#2) 74, the path after satellite (#1) 71 and the path after satellite (#2) 73 are known. The time difference and frequency difference obtained by correlating the received signals are subtracted from the time difference and frequency difference that occur on the path after satellite (#1) 71 and after satellite (#2) 73 to calculate the time difference of arrival (TDOA) and frequency difference of arrival (FDOA). TDOA is the difference between the time when radio waves 81 arrive at satellite (#1) 71 and the time when radio waves 82 arrive at satellite (#2) 73. FDOA is the difference between the frequency shift that occurs before radio waves 81 are received by satellite (#1) 71 and the frequency shift that occurs before radio waves 82 are received by satellite (#2) 73.

まず、TDOAおよびFDOAから電波源70の位置を標定する従来の方法を説明する。 First, we will explain the conventional method for locating the position of a radio source 70 from TDOA and FDOA.

以下の変数を定義する。
r:電波源70の位置。地球の中心を原点とする3次元座標系で表す。
:衛星(#1)71の位置。
:衛星(#2)73の位置。
m1:アンテナ(#1)72の位置。
m2:アンテナ(#2)74の位置。
c:光速。
:衛星(#1)71の速度ベクトル。
:衛星(#2)73の速度ベクトル。
f:電波源70からの電波の搬送波の周波数。
:衛星(#1)71でのアップリンク周波数とダウンリンク周波数の差。
:衛星(#2)73でのアップリンク周波数とダウンリンク周波数の差。
Δt:衛星(#1)71、衛星(#2)73で中継される電波の時間差。
Δf:衛星(#1)71、衛星(#2)73で中継される電波の周波数差。
Δtm:衛星(#1)71または衛星(#2)73からの経路で発生する時間差。
Δfm:衛星(#1)71または衛星(#2)73からの経路で発生する周波数差。
Δtr:衛星(#1)71または衛星(#2)73までに発生するTDOA。
Δfr:衛星(#1)71または衛星(#2)73までに発生するFDOA。
:電波源70から衛星(#1)71へ向かう単位ベクトル。
:電波源70から衛星(#2)73へ向かう単位ベクトル。
1m:アンテナ(#1)72から衛星(#1)71へ向かう単位ベクトル。
2m:アンテナ(#2)74から衛星(#2)73へ向かう単位ベクトル。
(t):アンテナ(#1)72で受信される信号91。
(t):アンテナ(#2)74で受信される信号92。
R:地球の半径。地球は真球と仮定する。
Define the following variables:
r: Position of the radio wave source 70. Expressed in a three-dimensional coordinate system with the center of the earth as the origin.
r 1 : Position of satellite (#1) 71.
r2 : Position of satellite (#2) 73.
r m1 : Position of antenna (#1) 72.
r m2 : Position of antenna (#2) 74.
c: speed of light.
v 1 : Velocity vector of satellite (#1) 71.
v 2 : Velocity vector of satellite (#2) 73.
f: frequency of the carrier wave of the radio wave from the radio wave source 70.
f 1 : The difference between the uplink frequency and the downlink frequency in the satellite (#1) 71 .
f 2 : The difference between the uplink frequency and the downlink frequency in satellite (#2) 73.
Δt: time difference between radio waves relayed by satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73.
Δf: frequency difference between the radio waves relayed by satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73.
Δtm: time difference occurring on the path from satellite (#1) 71 or satellite (#2) 73.
Δfm: frequency difference occurring on the path from satellite (#1) 71 or satellite (#2) 73.
Δt r : TDOA occurring up to satellite (#1) 71 or satellite (#2) 73.
Δfr: FDOA occurring up to satellite (#1) 71 or satellite (#2) 73.
u 1 : A unit vector from the radio wave source 70 to the satellite (# 1) 71 .
u 2 : A unit vector from the radio wave source 70 to the satellite (# 2) 73 .
u 1m : A unit vector directed from the antenna (# 1) 72 to the satellite (# 1) 71 .
u 2m : A unit vector from antenna (# 2) 74 to satellite (# 2) 73 .
s 1 (t): signal 91 received by antenna (# 1 ) 72 .
s 2 (t): signal 92 received at antenna (#2) 74 .
R: The radius of the Earth. The Earth is assumed to be a perfect sphere.

位置標定では、アンテナ(#1)72で受信される信号s(t)と、アンテナ(#2)74で受信される信号の共役s *(t)の間の、式(1)で計算される相関関数(Cross ambiguity function :CAF)を計算する。信号s(t)が相関関数を計算する上での第1の信号であり、信号s(t)が第2の信号である。第1の受信信号を第1の信号とし、第2の受信信号を第2の信号として、相関関数CAFを計算する。 In position location, a correlation function (Cross Ambiguity Function: CAF) is calculated using equation (1) between signal s1 (t) received by antenna (#1) 72 and the conjugate s2 * (t) of the signal received by antenna (#2) 74. Signal s1 (t) is the first signal in calculating the correlation function, and signal s2 (t) is the second signal. The correlation function CAF is calculated using the first received signal as the first signal and the second received signal as the second signal.

Figure 0007595435000001
ここで、Tは信号長である。τは、信号s(t)と信号s(t)の間に設定する時間差である。νは、信号s(t)と信号s(t)の間に設定する周波数差である。s(t)が第一の信号である。信号s(t)が第2の信号である。式(1)で計算されるCAF(τ,ν)は、時間差τおよび周波数νが入力されて、s(t)に対して時間差τを持たせ複素共役をとったs *(t+τ)に、周波数νで回転する絶対値が1である複素数e-j2πνtを乗算して得られる信号とs(t)とを乗算して得られる値を決められた時間Tだけ積分した、s(t)とs(t)との間の2次元相関値である。
Figure 0007595435000001
Here, T is the signal length. τ is the time difference set between signal s 1 (t) and signal s 2 (t). ν is the frequency difference set between signal s 1 (t) and signal s 2 (t). s 1 (t) is the first signal. Signal s 2 (t) is the second signal. CAF(τ,ν) calculated by formula (1) is a two-dimensional correlation value between s 1 (t) and s 2 (t) obtained by inputting a time difference τ and a frequency ν, multiplying s 2 * (t+τ) obtained by giving a time difference τ to s 1 (t) and taking a complex conjugate, by a complex number e −j2πνt having an absolute value of 1 that rotates at a frequency ν, and multiplying the signal obtained by this multiplication by s 1 (t), and integrating the value obtained by this multiplication by s 1 (t) for a determined time T.

式(1)で計算する相関関数CAFがピーク値を取るτが、時間差Δtである。また、ピークを取るνが、周波数差Δfである。Δtは、信号s(t)と信号s(t)の経路の長さの差により発生するので、下に示す式で表せる。 The time difference Δt is the time when the correlation function CAF calculated by formula (1) reaches a peak value. The frequency difference Δf is the time when the correlation function CAF reaches a peak value. Δt is generated by the difference in the path length between the signals s 1 (t) and s 2 (t), and can be expressed by the formula shown below.

Figure 0007595435000002
Figure 0007595435000002

周波数差Δfは、衛星(#1)71でアンテナ(#1)72で発生するドップラ周波数偏移と、衛星(#2)73およびアンテナ(#2)74で発生するドップラ周波数偏移の差なので、以下の式で計算する。従来は、電波源70の速度を考慮しないで、周波数差を計算している。 The frequency difference Δf is the difference between the Doppler frequency shift generated at antenna (#1) 72 on satellite (#1) 71 and the Doppler frequency shift generated at satellite (#2) 73 and antenna (#2) 74, so it is calculated using the following formula. Conventionally, the frequency difference is calculated without taking into account the speed of radio wave source 70.

Figure 0007595435000003
Figure 0007595435000003

式(3)で使用する各単位ベクトルは、下に示す式で計算する。 The unit vectors used in equation (3) are calculated using the formula below.

Figure 0007595435000004
Figure 0007595435000004

Δtの中で、電波81が衛星(#1)71に到達した後の経路と、電波82が衛星(#2)73に到達した後の経路との差による成分であるΔtmを、下に示す式(8)により計算する。式(9)に示すように、ΔtからΔtmを減算して、Δtrを計算する。Δtrに関する電波源70の位置rに対する条件式は、式(10)である。位置標定装置50Xは、Δtrに対して、式(10)を満足する位置rを計算する。 Of Δt, Δtm, which is the component due to the difference between the path taken by radio wave 81 after it reaches satellite (#1) 71 and the path taken by radio wave 82 after it reaches satellite (#2) 73, is calculated using formula (8) shown below. As shown in formula (9), Δtm is subtracted from Δt to calculate Δtr. The condition formula for the position r of the radio wave source 70 regarding Δtr is formula (10). The position locating device 50X calculates the position r that satisfies formula (10) for Δtr.

Figure 0007595435000005
Figure 0007595435000005

Δfの中で、電波源70の位置rおよび速度ベクトルvのどちらにもよらないで発生する周波数差であるΔfmを、下に示す式(11)により計算する。式(12)に示すように、Δf
からΔfmを減算して、Δfrを計算する。Δfrに関する電波源の位置rに対する条件式は、式(13)である。位置標定装置50Xは、Δfrに対して、式(13)を満足する位置rを計算する。
The frequency difference Δfm that occurs regardless of the position r and velocity vector v of the radio wave source 70 is calculated by the following formula (11). As shown in formula (12), Δf
The conditional expression for Δfr with respect to the position r of the radio wave source is given by expression (13). The position locating device 50X calculates the position r that satisfies expression (13) for Δfr.

Figure 0007595435000006
Figure 0007595435000006

電波源70は地球の表面に存在するとして、電波源70の位置rに関して以下の条件が成立するものとする。 Assuming that radio wave source 70 exists on the surface of the Earth, the following conditions are satisfied with respect to position r of radio wave source 70.

Figure 0007595435000007
Figure 0007595435000007

従来の位置標定装置50Xは、式(10)および式(14)を満足する位置rを表す等TDOA線61を求める。また、式(13)および式(14)を満足する位置rを表す等FDOA線62を求める。等TDOA線61と等FDOA線62の交点を、電波源70の標定位置63とする。 The conventional position locating device 50X finds an iso-TDOA line 61 that represents a position r that satisfies equations (10) and (14). It also finds an iso-FDOA line 62 that represents a position r that satisfies equations (13) and (14). The intersection of the iso-TDOA line 61 and the iso-FDOA line 62 is taken as the location position 63 of the radio wave source 70.

電波源70が移動していない場合、あるいは衛星(#1)71および衛星(#2)73の両方または一方が静止衛星でない場合は、従来の位置標定装置50Xでも電波源70の位置を適切な精度で標定できる。電波源70が移動していない場合は、式(13)で周波数差を正しく計算できる。衛星(#1)71および衛星(#2)73の両方または一方が静止衛星でない場合は、衛星の速度に対して電波源70の速度が小さいので、電波源70の速度を考慮しない式(13)でも周波数差が得られる電波源70の位置rを適切な精度で計算できる。 If the radio wave source 70 is not moving, or if both or either of the satellites (#1) 71 and (#2) 73 are not geostationary satellites, the position of the radio wave source 70 can be located with appropriate accuracy even with the conventional positioning device 50X. If the radio wave source 70 is not moving, the frequency difference can be calculated correctly using equation (13). If both or either of the satellites (#1) 71 and (#2) 73 are not geostationary satellites, the speed of the radio wave source 70 is small compared to the speed of the satellites, so the position r of the radio wave source 70 from which the frequency difference is obtained can be calculated with appropriate accuracy even using equation (13) that does not take the speed of the radio wave source 70 into account.

静止衛星でない衛星の移動速度は電波源70の移動速度よりも50倍以上大きいと考えられる。これは、静止衛星でない衛星は、数時間以下の周期で地球を周回しており、地球の表面に対して毎秒1km程度以上の速度で移動するからである。電波源70は、速度の上限は秒速30m程度と考えられる。船舶の場合は時速30ノット(時速55.6km、秒速15.4m)が速度の上限と言われている。自動車の場合は、例えば時速100km(秒速27.8m)程度が速度の上限と考えられる。 The speed at which a satellite that is not a geostationary satellite moves is thought to be more than 50 times faster than the speed at which radio wave source 70 moves. This is because a satellite that is not a geostationary satellite orbits the Earth in a period of a few hours or less, and moves at a speed of about 1 km per second or more relative to the Earth's surface. The upper limit of speed for radio wave source 70 is thought to be about 30 m per second. In the case of a ship, the upper limit of speed is said to be 30 knots per hour (55.6 km per hour, 15.4 m per second). In the case of an automobile, for example, the upper limit of speed is thought to be about 100 km per hour (27.8 m per second).

静止衛星の地球の表面に対する移動速度は秒速1m程度である。電波源70がある程度速く移動する場合には、電波源70の移動速度が静止衛星の移動速度よりも大きくなる。その結果、衛星(#1)71および衛星(#2)73の両方が静止衛星である場合には、周波数差は主に電波源70が移動することにより発生する。そのため、衛星(#1)71および衛星(#2)73の両方が静止衛星であり、かつ電波源70が移動している場合には、電波源70が移動することにより発生する周波数差を考慮しない式(13)を充足する電波源70の位置が求められない場合がある。式(13)を充足する電波源70の位置が求められても、実際の電波源70の位置から大きく離れた位置である場合がある。 The speed at which a geostationary satellite moves relative to the Earth's surface is about 1 m per second. When the radio wave source 70 moves relatively fast, the speed at which the radio wave source 70 moves becomes greater than the speed at which the geostationary satellite moves. As a result, when both satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 are geostationary satellites, the frequency difference occurs mainly due to the movement of the radio wave source 70. Therefore, when both satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 are geostationary satellites and the radio wave source 70 is moving, it may not be possible to obtain the position of the radio wave source 70 that satisfies equation (13), which does not take into account the frequency difference that occurs due to the movement of the radio wave source 70. Even if the position of the radio wave source 70 that satisfies equation (13) is obtained, it may be a position that is far away from the actual position of the radio wave source 70.

本開示に係る位置標定装置は、電波源70が移動する速度ベクトルを推定して、衛星(#1)71および衛星(#2)73の両方が静止衛星であり、かつ電波源70が移動している場合に、従来よりも適切な位置標定に関する情報をユーザに提示するものである。図2は、実施の形態1に係る位置標定装置で、位置が未知の電波源の位置を標定する処理を説明する概念図である。従来との最も大きな違いは、移動する電波源70の速度ベクトルvを推定することである。 The positioning device according to the present disclosure estimates the velocity vector along which the radio wave source 70 moves, and when both satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 are geostationary satellites and the radio wave source 70 is moving, presents the user with more appropriate positioning information than in the past. Figure 2 is a conceptual diagram illustrating the process of locating the position of a radio wave source whose position is unknown, using the positioning device according to the first embodiment. The biggest difference from the past is that the velocity vector v of the moving radio wave source 70 is estimated.

本開示に係る位置標定装置50では、周波数差Δfに電波源70の速度ベクトルvに起因して発生する周波数差も考慮する。位置標定装置50の処理を説明するために、以下の変数を定義する。
v:電波源70の速度ベクトル。電波源速度とも呼ぶ。
еFDOA(v,r):電波源70の速度ベクトルvにより発生する周波数差。電波源周波数差と呼ぶ。
Δfc(r):衛星(#1)71および衛星(#2)73で発生する周波数差。
:uとuの差を表すベクトル。u=u‐u
In the position locating device 50 according to the present disclosure, the frequency difference Δf also takes into account a frequency difference occurring due to the velocity vector v of the radio wave source 70. In order to explain the processing of the position locating device 50, the following variables are defined.
v: the velocity vector of the radio source 70. Also called the radio source velocity.
FDOA (v,r): The frequency difference caused by the velocity vector v of the radio source 70. This is called the radio source frequency difference.
Δfc(r): the frequency difference occurring between satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73.
u d : A vector representing the difference between u 1 and u 2. u d = u 1 - u 2 .

位置標定装置50では、周波数差ΔfおよびΔfrに関して、下に示す式を使用する。周波数差Δfは、式(15)示す成分を有する。式(15)によるΔf対しては、式(12)で計算されるΔfrに対する電波源70の位置rおよび速度ベクトルvの関係式は、式(16)になる。式(16)における第3項が、電波源70が移動することを考慮することで発生する周波数差である。 The position locator 50 uses the equations shown below for the frequency differences Δf and Δfr. The frequency difference Δf has the components shown in equation (15). For Δf according to equation (15), the relational equation between the position r and velocity vector v of the radio wave source 70 and Δfr calculated using equation (12) is given by equation (16). The third term in equation (16) is the frequency difference that occurs when the movement of the radio wave source 70 is taken into consideration.

Figure 0007595435000008
Figure 0007595435000008

電波源70の速度ベクトルvが推定できると、電波源周波数差であるеFDOA(v,r)、を下に示す式(17)で計算する。u(r),u(r)は、vを推定する際に使用した電波源70の位置rでのベクトルを使用する。さらに、式(18)に示すように、ΔfrからеFDOA(v,r)を減算してΔfc(r)を計算する。Δfc(r)は、FDOAであるΔfrから電波源周波数差еFDOA(v,r)を減算した周波数差である。Δfc(r)は、衛星が移動することで発生する周波数差の推定値である。Δfc(r)を推定FDOAと呼ぶ。Δfc(r)に対して、式(19)で計算される電波源70の位置rを結ぶ線を、推定等FDOA線64と呼ぶ。 Once the velocity vector v of the radio wave source 70 can be estimated, the radio wave source frequency difference еFDOA (v,r) is calculated using the following formula (17). u1 (r) and u2 (r) use the vectors at the position r of the radio wave source 70 used when estimating v. Furthermore, as shown in formula (18), Δfc(r) is calculated by subtracting еFDOA (v,r) from Δfr. Δfc(r) is the frequency difference obtained by subtracting the radio wave source frequency difference еFDOA (v,r) from the FDOA Δfr. Δfc(r) is an estimated value of the frequency difference that occurs due to the movement of the satellite. Δfc(r) is called the estimated FDOA. The line that connects the position r of the radio wave source 70 calculated using formula (19) with respect to Δfc(r) is called the estimated iso-FDOA line 64.

Figure 0007595435000009
Figure 0007595435000009

図3を参照して、実施の形態1に係る位置標定装置の構成を説明する。位置標定装置50は、周波数変換部1A,1B、AD変換部2A,2B、直交検波部3A,3B、相関関数計算部4、ピーク検出部5、衛星データ取得部6、TDOA計算部7、FDOA計算部8、等TDOA線計算部9、静止衛星判別部10、第1の測位部11、電波源速度推定部12、第2の測位部13、記憶部14を有する。第1の測位部11は、等FDOA線計算部15を有する。第2の測位部13は、FDOA修正部16、推定等FDOA線計算部17を有する。 The configuration of the positioning device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 3. The positioning device 50 includes frequency conversion units 1A and 1B, AD conversion units 2A and 2B, quadrature detection units 3A and 3B, correlation function calculation unit 4, peak detection unit 5, satellite data acquisition unit 6, TDOA calculation unit 7, FDOA calculation unit 8, iso-TDOA line calculation unit 9, stationary satellite discrimination unit 10, first positioning unit 11, radio wave source speed estimation unit 12, second positioning unit 13, and memory unit 14. The first positioning unit 11 includes an iso-FDOA line calculation unit 15. The second positioning unit 13 includes an FDOA correction unit 16 and an estimated iso-FDOA line calculation unit 17.

位置標定装置50には、受信信号91,92が入力される。周波数変換部1Aは、受信信号91を中間周波数に変換する。AD変換部2Aは、周波数変換部1Aが出力する信号を決められた時間の刻み幅で決められたビット数のデジタル値に変換する。直交検波部3Aは、AD変換部2Aでデジタル化された信号を直交検波して、複素ベースバンド信号s(t)を出力する。周波数変換部1B、AD変換部2Bおよび直交検波部3Bは、同様な処理を受信信号92に対して実施する。直交検波部3Bは、複素ベースバンド信号s(t)を出力する。複素ベースバンド信号は、複素数で表される信号である。 Received signals 91 and 92 are input to the position locating device 50. The frequency conversion unit 1A converts the received signal 91 to an intermediate frequency. The AD conversion unit 2A converts the signal output by the frequency conversion unit 1A into a digital value with a determined number of bits at a determined time interval. The quadrature detection unit 3A performs quadrature detection on the signal digitized by the AD conversion unit 2A and outputs a complex baseband signal s 1 (t). The frequency conversion unit 1B, the AD conversion unit 2B, and the quadrature detection unit 3B perform similar processing on the received signal 92. The quadrature detection unit 3B outputs a complex baseband signal s 2 (t). The complex baseband signal is a signal expressed by a complex number.

相関関数計算部4は、決められた期間Tのs(t)およびs(t)に対して、式(1)により相関関数CAFを計算する。ピーク検出部5は、τとνを変化させて相関関数CAFを計算し、相関関数CAFが最大のピークを取るτおよびνであるΔtおよびΔfを検出する。Δtは、相関関数CAFが最大のピークをとるピーク時間差である。Δfは、相関関数CAFが最大のピークをとるピーク周波数差である。信号91,92から、中継する衛星(#1)71および衛星(#2)73を決める。衛星データ取得部6は、中継する衛星(#1)71および衛星(#2)73の位置および速度ベクトルなどを含む衛星データを外部から取得する。 The correlation function calculation unit 4 calculates the correlation function CAF by formula (1) for s 1 (t) and s 2 (t) in a determined period T. The peak detection unit 5 calculates the correlation function CAF by changing τ and ν, and detects Δt and Δf, which are τ and ν at which the correlation function CAF has the maximum peak. Δt is the peak time difference at which the correlation function CAF has the maximum peak. Δf is the peak frequency difference at which the correlation function CAF has the maximum peak. From the signals 91 and 92, the relay satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 are determined. The satellite data acquisition unit 6 acquires satellite data including the positions and velocity vectors of the relay satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 from the outside.

TDOA計算部7は、位置r,r,rm1,rm2を使用して、式(9)によりΔtからΔtrを計算する。Δtrが、到達時間差(TDOA)である。FDOA計算部8は、位置r,r,rm1,rm2と速度ベクトルv,vとを使用して、式(12)によりΔfからΔfrを計算する。Δfrが、到達周波数差(FDOA)である。なお、式(12)には位置r,r,rm1,rm2が含まれていないが、単位ベクトルu1mは、式(6)により位置r,rm1から計算され、単位ベクトルu2mは、式(7)により位置r,rm2から計算される。Δfrは、間接的に位置r,r,rm1,rm2を使用して計算される。 The TDOA calculation unit 7 uses the positions r1 , r2 , rm1 , and rm2 to calculate Δt from Δt using equation (9). Δtr is the time difference of arrival (TDOA). The FDOA calculation unit 8 uses the positions r1 , r2 , rm1 , and rm2 and the velocity vectors v1 and v2 to calculate Δfr from Δf using equation (12). Δfr is the frequency difference of arrival (FDOA). Note that although the positions r1 , r2 , rm1 , and rm2 are not included in equation (12), the unit vector u1m is calculated from the positions r1 and rm1 using equation (6), and the unit vector u2m is calculated from the positions r2 and rm2 using equation (7). Δfr is calculated indirectly using positions r 1 , r 2 , r m1 , and r m2 .

等TDOA線計算部9は、位置r,rを使用して、式(10)および式(14)を満足する位置rを表す等TDOA線61を計算する。等FDOA線計算部15は、位置r,rと速度ベクトルv,vとを使用して、式(13)および式(14)を満足する位置rを表す等FDOA線62を計算する。静止衛星判別部10は、衛星(#1)71が静止衛星かどうかを判別し、衛星(#2)73が静止衛星かどうかを判別する。第1の測位部11は、衛星(#1)71および衛星(#2)73の少なくとも一方が静止衛星でない場合に、等TDOA線61と等FDOA線62の交点を電波源70の標定位置63(位置r)として決定する。 The iso-TDOA line calculation unit 9 uses the positions r1 and r2 to calculate an iso-TDOA line 61 that represents the position r that satisfies the formula (10) and the formula (14). The iso-FDOA line calculation unit 15 uses the positions r1 and r2 and the velocity vectors v1 and v2 to calculate an iso-FDOA line 62 that represents the position r that satisfies the formula (13) and the formula (14). The geostationary satellite determination unit 10 determines whether the satellite (#1) 71 is a geostationary satellite, and whether the satellite (#2) 73 is a geostationary satellite. If at least one of the satellite (#1) 71 and the satellite (#2) 73 is not a geostationary satellite, the first positioning unit 11 determines the intersection of the iso-TDOA line 61 and the iso-FDOA line 62 as the location position 63 (position r) of the radio wave source 70.

等TDOA線61は、到達時間差(TDOA)が得られる電波源70の位置rを表す線である等到達時間差線である。等TDOA線計算部9は、等到達時間差線を計算する等到達時間差線計算部である。等FDOA線62は、到達周波数差(FDOA)が得られる電波源70の位置rを表す線である等到達周波数差線である。等FDOA線計算部15は、到達周波数差を計算する等到達周波数差線計算部である。 The iso-TDOA lines 61 are iso-time difference lines that represent the position r of the radio wave source 70 where the time difference of arrival (TDOA) is obtained. The iso-TDOA line calculation unit 9 is an iso-time difference line calculation unit that calculates the iso-time difference of arrival lines. The iso-FDOA lines 62 are iso-frequency difference lines that represent the position r of the radio wave source 70 where the frequency difference of arrival (FDOA) is obtained. The iso-FDOA line calculation unit 15 is an iso-frequency difference line calculation unit that calculates the frequency difference of arrival.

電波源速度推定部12は、衛星(#1)71および衛星(#2)73の両方が静止衛星である場合に、電波源70の速度ベクトルvを推定する。第2の測位部13は、等TDOA線61と速度ベクトルvを使用して算出した推定等FDOA線64を、電波源位置推定情報65として生成する。 When both satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 are geostationary satellites, the radio wave source velocity estimation unit 12 estimates the velocity vector v of the radio wave source 70. The second positioning unit 13 generates an estimated iso-FDOA line 64 calculated using the iso-TDOA line 61 and the velocity vector v as radio wave source position estimation information 65.

第2の測位部13は、FDOA修正部16、推定等FDOA線計算部17を有する。FDOA修正部16は、推定された速度ベクトルvからFDOA(=Δfr)を修正してΔfc(r)を推定する。推定されたΔfc(r)の中から決められた個数のΔfc(r)をほぼ等間隔になるように抽出する。抽出したΔfc(r)に対して、推定等FDOA線計算部17は、式(14)および式(19)を満足する電波源70の位置rである推定等FODA線64を計算する。 The second positioning unit 13 has an FDOA correction unit 16 and an estimated isoFDOA line calculation unit 17. The FDOA correction unit 16 corrects the FDOA (= Δfr) from the estimated velocity vector v to estimate Δfc(r). A determined number of Δfc(r) are extracted from the estimated Δfc(r) so that they are approximately equally spaced. For the extracted Δfc(r), the estimated isoFDOA line calculation unit 17 calculates an estimated isoFDOA line 64, which is the position r of the radio wave source 70 that satisfies equations (14) and (19).

Δfc(r)は、衛星(#1)71が移動することで発生する周波数偏移と、衛星(#2)73が移動することで発生する周波数偏移との差である衛星周波数差である。衛星周波数差は、Δfrから電波源周波数差еFDOA(v,r)を減算した周波数差でもある。FDOA修正部16は、衛星周波数差を計算する衛星周波数差計算部である。推定等FDOA線64は、Δfc(r)が得られる電波源70の位置rである推定等周波数差線である。推定等FDOA線計算部17は、推定等周波数差線を計算する推定等周波数差線計算部である。 Δfc(r) is a satellite frequency difference, which is the difference between the frequency shift caused by the movement of satellite (#1) 71 and the frequency shift caused by the movement of satellite (#2) 73. The satellite frequency difference is also a frequency difference obtained by subtracting the radio wave source frequency difference еFDOA (v,r) from Δfr. The FDOA correction unit 16 is a satellite frequency difference calculation unit that calculates the satellite frequency difference. The estimated iso-FDOA line 64 is an estimated iso-FDOA line that is the position r of the radio wave source 70 from which Δfc(r) is obtained. The estimated iso-FDOA line calculation unit 17 is an estimated iso-FDOA line calculation unit that calculates an estimated iso-FDOA line.

記憶部14は、位置r,r,rm1,rm2、速度ベクトルv,v、周波数f,f,fなどの処理に必要なデータを記憶する。記憶部14は、u,u,u1m,u2m,Δtm,Δfmなどの処理の途中で使用するデータも記憶する。記憶部14は、想定位置範囲31、想定速度範囲32も記憶する。想定位置範囲31は、電波源70の位置rが存在すると想定する範囲である。想定速度範囲32は、電波源70の速度ベクトルvが存在すると想定する範囲である。電波源速度推定部12は、想定位置範囲31、想定速度範囲32を使用して電波源70の速度ベクトルvを推定する。電波源速度推定部12は、想定位置範囲31に含まれる等TDOA線61上の位置で、想定速度範囲32に存在するvを推定する。 The storage unit 14 stores data necessary for processing such as positions r1 , r2 , rm1 , rm2 , velocity vectors v1 , v2 , and frequencies f, f1 , f2 . The storage unit 14 also stores data used during processing such as u1 , u2 , u1m , u2m , Δtm, and Δfm. The storage unit 14 also stores an assumed location range 31 and an assumed speed range 32. The assumed location range 31 is a range in which the position r of the radio wave source 70 is assumed to exist. The assumed speed range 32 is a range in which the speed vector v of the radio wave source 70 is assumed to exist. The radio wave source speed estimation unit 12 estimates the speed vector v of the radio wave source 70 using the assumed location range 31 and the assumed speed range 32. The radio wave source speed estimation unit 12 estimates v existing in the assumed speed range 32 at a position on the iso-TDOA line 61 included in the assumed location range 31.

電波源速度推定部12が電波源70の速度ベクトルvを推定する方法を説明する。以下の変数を定義する。
TDOAk:想定位置範囲31に含まれる等TDOA線61の上に分散して配置した位置。nを配置した位置の数として、kは、k=1,2,…,nである。均等に配置することが望ましい。
k(rTDOAk, v):速度ベクトルvを計算する際に使用する誤差関数。
ε:誤差関数Qk(rTDOAk, v)に対する閾値。
max:想定速度範囲32で規定する|v|の上限値。
min:想定速度範囲32で規定する|v|の下限値。
(v, v, v):速度ベクトルvを直交座標系で表現したベクトル。
Δv:速度ベクトルvを探索する際の、直交座標系の各成分を変化させる刻み幅。
A method for the radio wave source velocity estimation unit 12 to estimate the velocity vector v of the radio wave source 70 will be described. The following variables are defined.
r TDOAk : Positions distributed on the iso-TDOA line 61 included in the assumed position range 31. The number of positions where n is arranged is k=1, 2, ..., n. It is desirable to arrange them evenly.
Q k (r TDOAk , v): the error function used in calculating the velocity vector v.
ε: A threshold value for the error function Q k (r TDOAk , v).
v max : the upper limit of |v| defined in the assumed speed range 32.
v min : The lower limit value of |v| defined in the assumed speed range 32.
(v x , v y , v z ): A vector expressing the velocity vector v in the Cartesian coordinate system.
Δv: The step size for changing each component of the Cartesian coordinate system when searching for the velocity vector v.

想定位置範囲31は、例えば、緯度が東経130度~140度、経度が25度~45度などのように設定する。想定位置範囲31は、緯度と経度が同時に変化するような境界線を有するものでもよい。想定速度範囲32は、例えば、スカラー値である|v|に対して、上限値vmaxと下限値vminとにより設定する。上限値vmaxは、例えば秒速15mに設定する。下限値vminは、例えば秒速0mに設定する。想定速度範囲32は、速度ベクトルvの方向も制限するものでもよい。 The assumed location range 31 is set, for example, such that the latitude is 130 degrees to 140 degrees east and the longitude is 25 degrees to 45 degrees east. The assumed location range 31 may have a boundary where the latitude and longitude change simultaneously. The assumed speed range 32 is set, for example, by an upper limit v max and a lower limit v min for a scalar value |v|. The upper limit v max is set, for example, to 15 meters per second. The lower limit v min is set, for example, to 0 meters per second. The assumed speed range 32 may also restrict the direction of the speed vector v.

地球中心を原点とし地球の自転とともに回転する直交座標系であるXYZ座標系を使用する。図4を参照して、XYZ座標系を説明する。図4は、本開示に係る位置標定装置で使用するXYZ座標系を説明する模式図である。ここで、Rcは静止軌道の半径(Rc≒35786km)である。XYZ座標系では、地球60が自転する軸にZ軸を設定する。北向きが、Z軸の正の向きである。赤道77を通る平面をXY平面とする。衛星(#1)71および衛星(#2)73がYZ平面に対して対称に配置されるように、Y軸を設定する。衛星(#1)71および衛星(#2)73が存在する側がY軸の正の向きとする。つまり、衛星(#1)71および衛星(#2)73の中間の経度がゼロ度になり、衛星(#1)71および衛星(#2)73の中間を通る経線78が、YZ平面上に存在する。 The XYZ coordinate system is used, which is an orthogonal coordinate system that rotates with the earth's rotation with the center of the earth as the origin. The XYZ coordinate system will be described with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the XYZ coordinate system used in the positioning device according to the present disclosure. Here, Rc is the radius of the geostationary orbit (Rc ≒ 35,786 km). In the XYZ coordinate system, the Z axis is set on the axis on which the earth 60 rotates. The north direction is the positive direction of the Z axis. The plane passing through the equator 77 is the XY plane. The Y axis is set so that satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 are arranged symmetrically with respect to the YZ plane. The side on which satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 exist is the positive direction of the Y axis. In other words, the longitude midway between satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 is zero degrees, and the meridian 78 passing midway between satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 exists on the YZ plane.

Y軸およびZ軸に直交するように、X軸を設定する。Y軸の正の向きに対して、東側に90度の方向がX軸の正の向きである。なお、静止衛星である衛星(#1)71および衛星(#2)73が、静止軌道76上に存在する場合で計算する。静止衛星が静止軌道から微小にずれた位置に存在する場合があるが、静止軌道からのずれは、XYZ座標系を回転して補正することで対応できる。 The X-axis is set so that it is perpendicular to the Y-axis and Z-axis. The positive direction of the X-axis is 90 degrees east of the positive direction of the Y-axis. Note that this calculation assumes that satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73, which are geostationary satellites, are located on geostationary orbit 76. There are cases where geostationary satellites are located in positions that are slightly offset from the geostationary orbit, but the deviation from the geostationary orbit can be accommodated by rotating the XYZ coordinate system to correct for this.

TDOAkは、想定位置範囲31に含まれる等TDOA線61の上に、例えば緯度が0.5度刻みで設定する。rTDOAkは、緯度の小数点以下が0または0.5の値を取るように設定してもよいし、0または0.5以外の値を取るように設定してもよい。想定位置範囲31の広さに応じて、適切な間隔で適切な個数のrTDOAkを設定する。rTDOAkは、想定位置範囲31に含まれる等TDOA線61の上に設定した想定位置である。 The r TDOAk is set, for example, at intervals of 0.5 degrees of latitude on the iso-TDOA lines 61 included in the assumed location range 31. The r TDOAk may be set so that the decimal point of the latitude is 0 or 0.5, or may be set so that it is a value other than 0 or 0.5. An appropriate number of r TDOAk are set at appropriate intervals according to the size of the assumed location range 31. The r TDOAk is an assumed position set on the iso-TDOA lines 61 included in the assumed location range 31.

各rTDOAkで電波源70の速度ベクトルvを求める際に使用する誤差関数Qk(rTDOAk, v)は、下に示す式で定義する。 The error function Q k (r TDOAk , v) used when determining the velocity vector v of the radio wave source 70 at each r TDOAk is defined by the following equation.

Figure 0007595435000010
Figure 0007595435000010

電波源速度推定部12は、速度ベクトルvをQk(rTDOAk, v)が十分小さくなるように、すなわち下記の式を満足するように決める。εは、速度ベクトルvが必要な精度で求められるように決める。 The radio wave source velocity estimation unit 12 determines the velocity vector v so that Q k (r TDOAk , v) is sufficiently small, that is, so that the following formula is satisfied: ε is determined so that the velocity vector v can be obtained with the required accuracy.

Figure 0007595435000011
Figure 0007595435000011

式(20)で計算する誤差関数Qk(rTDOAk, v)が式(21)を満足するように速度ベクトルvを決定することは、vにより発生する周波数差であるеFDOA(v,rTDOAk)が、下に示す式(22)を満足するようにvを決めることを意味する。еFDOA(v,r)は、衛星(#1)71までで発生する電波源70が移動する速度ベクトルvによる周波数偏移と、衛星(#2)73までで発生する速度ベクトルvによる周波数偏移との差である電波源周波数差である。電波源速度推定部12は、速度ベクトルvを想定位置rTDOAkに応じて推定する。電波源速度推定部12は、еFDOA(v,rTDOAk)がΔfrからΔfc(rTDOAk)を減算した周波数差になるように、速度ベクトルvを推定する。 Determining the velocity vector v so that the error function Qk ( rTDOAk ,v) calculated by equation (20) satisfies equation (21) means determining v so that еFDOA (v, rTDOAk ), which is the frequency difference caused by v, satisfies equation (22) shown below. еFDOA (v,r) is the radio wave source frequency difference, which is the difference between the frequency shift caused by the velocity vector v of the radio wave source 70 moving up to satellite (#1) 71 and the frequency shift caused by the velocity vector v up to satellite (#2) 73. The radio wave source velocity estimation unit 12 estimates the velocity vector v according to the assumed position rTDOAk . The radio wave source velocity estimation unit 12 estimates the velocity vector v so that еFDOA (v, rTDOAk ) becomes the frequency difference obtained by subtracting Δfc( rTDOAk ) from Δfr.

Figure 0007595435000012
Figure 0007595435000012

装置のH/W的な制約などのために、十分な計算時間、メモリ等が確保できない場合も考えられる。式(23)および式(24)に示すように、Qk(rTDOAk, v)をTDOA線に沿って平均を取った値が、十分小さくなるようなVを計算してもよい。 There may be cases where sufficient calculation time, memory, etc. cannot be secured due to hardware constraints of the device. As shown in equations (23) and (24), V may be calculated so that the average value of Qk ( rTDOAk , v) along the TDOA line is sufficiently small.

Figure 0007595435000013
Figure 0007595435000013

式(23)および式(24)を使用することで算出される速度ベクトルの数が削減され、それに伴い算出するFDOA線、標定点の数を減少し、演算負荷及び装置のメモリ等の負荷を低減することが可能となる。 By using equations (23) and (24), the number of calculated velocity vectors is reduced, which in turn reduces the number of calculated FDOA lines and control points, making it possible to reduce the computational load and the load on the device's memory, etc.

電波源速度推定部12は、速度ベクトルvの大きさ|v|を以下の式で計算する。 The radio wave source velocity estimation unit 12 calculates the magnitude |v| of the velocity vector v using the following formula:

Figure 0007595435000014
Figure 0007595435000014

想定速度範囲32は、下に示す式(26)のように、速度ベクトルvの大きさ|v|を制限する。 The expected velocity range 32 limits the magnitude |v| of the velocity vector v, as shown in equation (26) below.

Figure 0007595435000015
Figure 0007595435000015

電波源速度推定部12は、v,v,vのそれぞれを、Δvずつ変化させて、式(21)および式(26)を満足するvをすべて計算する。Δvの大きさは、必要な精度でvが計算でき、かつ計算時間が過度に長くならないように決める。 The radio wave source velocity estimation unit 12 changes each of vx , vy , and vz by Δv to calculate all v that satisfy equations (21) and (26). The magnitude of Δv is determined so that v can be calculated with the required accuracy and the calculation time is not excessively long.

FDOA修正部16は、速度ベクトルvを推定する際に使用したrTDOAkでのu1(rTDOAk),u(rTDOAk)と推定された速度ベクトルvとから式(17)によりеFDOA(v,r)を計算する。さらに、式(18)によりΔfc(r)を計算する。Δfc(r)が修正されたFDOAである。静止衛星は地球の中心から約35786kmの距離を有する静止軌道にある。電波源70の位置rが数100km程度変化しても、u1(r),u(r)の変化は小さい。rが変化した際のu1(r)とu(r)との差ベクトルu(r)‐u(r)の変化は、u1(r),u(r)の変化よりも小さい。そのため、位置ベクトルrが正確に求まっていない場合でも、еFDOA(v,r)を推定できる。 The FDOA correction unit 16 calculates еFDOA (v,r) using equation (17) from u1 ( rTDOAk ) and u2 ( rTDOAk ) at rTDOAk used to estimate the velocity vector v and the estimated velocity vector v. Furthermore, it calculates Δfc(r) using equation (18). Δfc(r) is the corrected FDOA. The geostationary satellite is in a geostationary orbit at a distance of about 35,786 km from the center of the earth. Even if the position r of the radio wave source 70 changes by about several hundred km, the changes in u1 (r) and u2 (r) are small. The change in the difference vector u2 (r) -u1 (r) between u1 (r) and u2 (r) when r changes is smaller than the changes in u1 (r) and u2 (r). Therefore, еFDOA (v,r) can be estimated even if the position vector r is not accurately determined.

推定されたΔfc(r)の中から、想定位置範囲内31の大きさに応じた個数のΔfc(r)を抽出する。Δfc(r)の個数は、想定位置範囲内31で適切な間隔で等FDOA線64が配置されるように決める。Δfc(r)は、位置rが等間隔に近くなるように抽出する。抽出した各Δfc(r)に対して、推定等FDOA線計算部17は、式(14)および式(19)を満足する電波源70の位置rである推定等FODA線64を計算する。第2の測位部13は、想定位置範囲内31内の等TDOA線61および推定等FDOA線64を電波源位置推定情報として出力する。 From the estimated Δfc(r), a number of Δfc(r) according to the size of the assumed location range 31 is extracted. The number of Δfc(r) is determined so that iso-FDOA lines 64 are arranged at appropriate intervals within the assumed location range 31. Δfc(r) are extracted so that the positions r are close to equal intervals. For each extracted Δfc(r), the estimated iso-FDOA line calculation unit 17 calculates an estimated iso-FDOA line 64 which is the position r of the radio wave source 70 that satisfies equations (14) and (19). The second positioning unit 13 outputs the iso-TDOA lines 61 and the estimated iso-FDOA lines 64 within the assumed location range 31 as radio wave source position estimation information.

動作を説明する。図5は、実施の形態1に係る位置標定装置の動作を説明するフローチャートである。ステップS01で、アンテナ(#1)72が衛星(#1)71で中継された電波83を受信して第1の受信信号s(t)を生成する。同時に、アンテナ(#2)74が衛星(#2)73で中継された電波84を受信して第2の受信信号s(t)を生成する。ステップS02で、ピーク検出部5が、s(t)とs(t)の相関関数が最大のピークになるピーク時間差Δtおよびピーク周波数差Δfを検出する。ステップS03で、TDOA計算部7がTDOAであるΔtrを計算する。FDOA計算部8がFDOAであるΔfrを計算する。ステップS04で、等TDOA線計算部9がΔtrに対して等TDOA線61を計算する。 The operation will be described. Fig. 5 is a flow chart for explaining the operation of the position locating device according to the first embodiment. In step S01, the antenna (#1) 72 receives radio waves 83 relayed by the satellite (#1) 71 to generate a first reception signal s1 (t). At the same time, the antenna (#2) 74 receives radio waves 84 relayed by the satellite (#2) 73 to generate a second reception signal s2 (t). In step S02, the peak detection unit 5 detects the peak time difference Δt and peak frequency difference Δf at which the correlation function between s1 (t) and s2 (t) has a maximum peak. In step S03, the TDOA calculation unit 7 calculates Δtr, which is the TDOA. The FDOA calculation unit 8 calculates Δfr, which is the FDOA. In step S04, the iso-TDOA line calculation unit 9 calculates iso-TDOA lines 61 for Δtr.

ステップS05で、静止衛星判別部10が衛星(#1)71および衛星(#2)73が静止衛星かどうか判別する。ステップS06で、衛星(#1)71および衛星(#2)73の両方が静止衛星かどうかチェックする。S06で、衛星(#1)71および衛星(#2)73の少なくと一方が静止衛星でない(S06でNO)場合は、ステップS07で、等FDOA線計算部15がΔfrに対して等FDOA線62を計算する。ステップS08で、第1の測位部11が、等TDOA線61と等FDOA線62の交点を電波源70の標定位置63(位置r)として決定する。 In step S05, the geostationary satellite determination unit 10 determines whether satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 are geostationary satellites. In step S06, it is checked whether both satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 are geostationary satellites. In step S06, if at least one of satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 is not a geostationary satellite (NO in step S06), in step S07, the iso-FDOA line calculation unit 15 calculates iso-FDOA lines 62 for Δfr. In step S08, the first positioning unit 11 determines the intersection of iso-TDOA lines 61 and iso-FDOA lines 62 as the location position 63 (position r) of the radio wave source 70.

S06で、衛星(#1)71および衛星(#2)73の両方が静止衛星である(S06でYES)場合は、ステップS09で、電波源速度推定部12が電波源70の速度ベクトルvを推定する。ステップS10で、FDOA修正部16が速度ベクトルvを考慮してΔfrを修正して、Δfc(r)を計算する。ステップS11で、推定等FDOA線計算部17がΔfc(r)に対して推定等FDOA線64を計算する。ステップS12で、第2の測位部13は、等TDOA線61および想定位置範囲内31に含まれる推定等FDOA線64を電波源位置推定情報として出力する。 If, in S06, both satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73 are geostationary satellites (YES in S06), in step S09, the radio wave source velocity estimation unit 12 estimates the velocity vector v of the radio wave source 70. In step S10, the FDOA correction unit 16 corrects Δfr taking into account the velocity vector v and calculates Δfc(r). In step S11, the estimated iso-FDOA line calculation unit 17 calculates the estimated iso-FDOA line 64 for Δfc(r). In step S12, the second positioning unit 13 outputs the iso-TDOA line 61 and the estimated iso-FDOA line 64 included within the assumed position range 31 as radio wave source position estimation information.

図6に、位置標定装置50が位置標定した結果の例を示す。
位置標定する条件は、以下である。
衛星(#1)71の位置:経度が2度の静止軌道。
衛星(#2)73の位置:経度が-2度の静止軌道。
衛星(#1)71の速度ベクトルv
=(vx,vy,vz)=(0.5,-0.3,-0.9)[m/秒]。
衛星(#2)73の速度ベクトルv
=(vx,vy,vz)=(-0.3,-0.2,0.9)[m/秒]。
Δtr=-0.2[ミリ秒]。
Δfr=24[Hz]。
想定位置範囲31:緯度20~35度、経度-14~-1度。
vmax:15[m/秒]
FIG. 6 shows an example of the result of position location performed by the position location device 50. In FIG.
The conditions for positioning are as follows:
Position of satellite (#1) 71: Geostationary orbit with longitude of 2 degrees.
Position of Satellite (#2) 73: Geostationary orbit at longitude -2 degrees.
Velocity vector v 1 of satellite (#1) 71:
v 1 = (v x , v y , v z ) = (0.5, -0.3, -0.9) [m/sec].
Velocity vector v2 of satellite (#2) 73:
v 2 =(v x , v y , v z )=(−0.3, −0.2, 0.9) [m/sec].
Δt r = -0.2 [milliseconds].
Δfr = 24 [Hz].
Expected location range 31: latitude 20 to 35 degrees, longitude -14 to -1 degree.
vmax: 15 [m/sec]

想定位置範囲31内での推定等FDOA線64と、等TDOA線61を電波源位置推定情報65として表示する。推定等FDOA線64には、衛星(#1)71および衛星(#2)73の移動により発生するFDOAであるΔfc(r)の値が分かるように表示する。推定等FDOA線64は、図を見やすくするために4本だけ表示している。実際には、適切な間隔で適切な個数の推定等FDOA線64を表示する。等TDOA線61を、想定位置範囲31内でだけ表示してもよい。想定位置範囲31は、枠線ではなく、透過するハッチングで表示してもよい。想定位置範囲31内でだけ推定等FDOA線64を表示する場合は、想定位置範囲31を表示しなくてもよい。想定位置範囲31の内部および外部で推定等FDOA線64を表示し、想定位置範囲31も表示してもよい。 The estimated iso-FDOA lines 64 and iso-TDOA lines 61 within the assumed location range 31 are displayed as radio source position estimation information 65. The estimated iso-FDOA lines 64 are displayed so that the value of Δf c (r), which is the FDOA generated by the movement of satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73, can be seen. Only four estimated iso-FDOA lines 64 are displayed to make the diagram easier to see. In reality, an appropriate number of estimated iso-FDOA lines 64 are displayed at appropriate intervals. The iso-TDOA lines 61 may be displayed only within the assumed location range 31. The assumed location range 31 may be displayed with transparent hatching instead of a frame line. When the estimated iso-FDOA lines 64 are displayed only within the assumed location range 31, the assumed location range 31 does not need to be displayed. The estimated iso-FDOA lines 64 may be displayed inside and outside the assumed location range 31, and the assumed location range 31 may also be displayed.

中継する衛星が2個とも静止衛星であり、位置標定できない場合でも、位置標定装置50は、電波源70の速度ベクトルvを推定して、速度ベクトルvに基づく電波源位置推定情報65を提示できる。中継する衛星が2個とも静止衛星である場合に、電波源70の位置に関する情報を従来よりも適切に提示できる。 Even if both relaying satellites are geostationary satellites and position location is not possible, the positioning device 50 can estimate the velocity vector v of the radio wave source 70 and present radio wave source position estimation information 65 based on the velocity vector v. When both relaying satellites are geostationary satellites, information regarding the position of the radio wave source 70 can be presented more appropriately than in the past.

実際の測位では、監視局の受信機材や通信衛星の発振器の周波数ずれや、通信衛星の軌道(位置、速度)にオフセットずれ(定常的な偏差)が発生することは避けられない。そのため、受信信号s(t),s(t)には時間あるいは周波数のオフセットずれが生じる。時間あるいは周波数のオフセットずれが発生していると、位置標定の精度が悪くなる。 In actual positioning, it is unavoidable that there is a frequency shift in the receiver device of the monitoring station or the oscillator of the communication satellite, and that there is an offset (steady deviation) in the orbit (position, velocity) of the communication satellite. Therefore, there is a time or frequency offset in the received signals s1 (t) and s2 (t). If there is a time or frequency offset, the accuracy of positioning deteriorates.

位置標定装置は、等FDOA線計算部15を備えず、第1の測位部11が、位置r,rと速度ベクトルv,vとを使用して、等TODA線61上で式(13)を満足する位置を求めて、標定位置63としてもよい。式(13)を満足する位置は、FDOAを満足する位置である。等FDOA線計算部15を有するかどうかによらず、第1の測位部11が、等TODA線61上でFDOAを満足する位置を求めて標定位置63とする。
以上のことは、他の実施の形態でもあてはまる。
The position locating device may not include the iso-FDOA line calculation unit 15, and the first positioning unit 11 may use the positions r1 , r2 and the velocity vectors v1 , v2 to determine a position on the iso-TODA line 61 that satisfies equation (13), and set it as the located position 63. A position that satisfies equation (13) is a position that satisfies FDOA. Regardless of whether the position locating device includes the iso-FDOA line calculation unit 15, the first positioning unit 11 determines a position on the iso-TODA line 61 that satisfies FDOA, and sets it as the located position 63.
The above also applies to other embodiments.

実施の形態2.
実施の形態2に係る位置標定装置50Aは、位置が既知な参照局であるリファレンス局が放射する電波が2個の衛星でそれぞれ中継されて受信される第3の受信信号および第4の受信信号も使用して、電波源の位置を標定するように実施の形態1を変更した場合である。実施の形態2に係る位置標定装置では、第1の受信信号および第2の受信信号で検出するピーク時間差Δtおよびピーク周波数差Δfから、第3の受信信号および第4の受信信号検出するΔtrefおよびΔfrefを減算することで、第1の受信信号および第2の受信信号に存在する時間あるいは周波数のオフセットずれを除去する。
Embodiment 2.
A position locating device 50A according to the second embodiment is a modification of the first embodiment in which the position of a radio wave source is located using a third reception signal and a fourth reception signal that are received by relaying radio waves emitted from a reference station, which is a reference station whose position is known, by two satellites. The position locating device according to the second embodiment removes the time or frequency offset deviation present in the first reception signal and the second reception signal by subtracting Δt ref and Δf ref detected in the third reception signal and the fourth reception signal from the peak time difference Δt and the peak frequency difference Δf detected in the first reception signal and the second reception signal.

図7は、実施の形態2に係る位置標定装置で、位置が未知の電波源の位置を標定する処理を説明する概念図である。図7では、位置が既知であるリファレンス局75からも電波が放射される。リファレンス局75が放射するメインローブの電波85が衛星(#1)71に向けて送信される。同時に、リファレンス局75はサイドローブの電波86を放射する。衛星(#1)71は電波85を中継して電波87を送信する。衛星(#1)71からの電波87は、監視局のアンテナ(#1)72で受信される。アンテナ(#1)72は、電波87を受信して受信信号93を生成する。受信信号93が第3の受信信号である。リファレンス局75が放射するサイドローブの電波86は、衛星(#2)73により中継され、監視局のアンテナ(#2)74で電波88として受信される。アンテナ(#2)74は、電波88を受信して受信信号94を生成する。受信信号94が第4の受信信号である。 Figure 7 is a conceptual diagram for explaining the process of locating the position of a radio wave source whose position is unknown, using a position locating device according to the second embodiment. In Figure 7, radio waves are also emitted from a reference station 75, whose position is known. A main lobe radio wave 85 emitted by the reference station 75 is transmitted toward a satellite (#1) 71. At the same time, the reference station 75 radiates a side lobe radio wave 86. The satellite (#1) 71 relays the radio wave 85 and transmits radio wave 87. The radio wave 87 from the satellite (#1) 71 is received by an antenna (#1) 72 of the monitoring station. The antenna (#1) 72 receives the radio wave 87 and generates a reception signal 93. The reception signal 93 is a third reception signal. The side lobe radio wave 86 emitted by the reference station 75 is relayed by a satellite (#2) 73 and is received as radio wave 88 by an antenna (#2) 74 of the monitoring station. The antenna (#2) 74 receives the radio wave 88 and generates a reception signal 94. Received signal 94 is the fourth received signal.

リファレンス局75を使用する場合について、TDOAおよび周波数差(FDOA)から電波源70の位置を標定する方法を説明する。 When using a reference station 75, we will explain how to determine the position of the radio source 70 from the TDOA and frequency difference (FDOA).

以下の変数を定義する。
:リファレンス局75の位置。
Δtref:リファレンス局75が放射する電波が衛星(#1)71、衛星(#2)73で中継されることで発生する時間差。
Δfref:リファレンス局75が放射する電波が衛星(#1)71、衛星(#2)73で中継されることで発生する周波数差。
Δttar-ref:ΔtとΔtrefの差。
Δftar-ref:ΔfとΔfrefの差。
Δts:リファレンス局75が放射する電波で、衛星(#1)71および衛星(#2)73までに発生する時間差。
Δfs:リファレンス局75が放射する電波で、衛星(#1)71および衛星(#2)73までに発生する周波数差。
1c:リファレンス局75から衛星(#1)71へ向かう単位ベクトル。
2c:リファレンス局75から衛星(#2)73へ向かう単位ベクトル。
(t):アンテナ(#1)72で受信される信号93。
(t):アンテナ(#2)74で受信される信号94。
Define the following variables:
r c : the position of the reference station 75 .
Δt ref : the time difference that occurs when the radio waves emitted by the reference station 75 are relayed by the satellite (# 1 ) 71 and the satellite (# 2 ) 73 .
Δf ref : A frequency difference that occurs when the radio wave emitted by the reference station 75 is relayed by the satellite (# 1 ) 71 and the satellite (# 2 ) 73 .
Δt tar-ref : The difference between Δt and Δt ref .
Δf tar-ref : The difference between Δf and Δf ref .
Δts: the time difference that occurs between the radio waves emitted by the reference station 75 and the satellite (#1) 71 and the satellite (#2) 73.
Δfs: the frequency difference that occurs between the satellite (#1) 71 and the satellite (#2) 73 in the radio waves emitted by the reference station 75.
u 1c : A unit vector from the reference station 75 to the satellite (# 1) 71 .
u 2c : A unit vector from the reference station 75 to the satellite (# 2) 73 .
s 3 (t): signal 93 received by antenna (# 1 ) 72 .
s 4 (t): signal 94 received by antenna (#2) 74.

リファレンス局75から放射されてアンテナ(#1)72で受信される信号s(t)と、アンテナ(#2)74で受信される信号の共役s *(t)の間でも、式(1)と同様に計算される相関関数CAFを計算する。第3の受信信号s(t)を第1の信号とし、第4の受信信号s(t)を第2の信号として、相関関数CAFを計算する。 A correlation function CAF calculated in the same manner as in equation (1) is also calculated between a signal s3 (t) radiated from a reference station 75 and received by antenna (#1) 72, and a conjugate s4 * (t) of a signal received by antenna (#2) 74. The correlation function CAF is calculated by taking the third received signal s3 (t) as the first signal and the fourth received signal s4 (t) as the second signal.

リファレンス局75から放射される電波の受信信号に関して、式(1)で計算する相関関数がピーク値を取るτが、時間差Δtrefである。また、ピークを取るνが、周波数差Δfrefである。Δtrefは、信号s(t)と信号s(t)の経路の長さの差により発生するので、下に示す式で表せる。また、リファレンス局75から衛星までで発生する時間差Δtsは、下に示す式で表せる。 Regarding the received signal of the radio wave emitted from the reference station 75, τ at which the correlation function calculated by equation (1) reaches a peak value is the time difference Δt ref . Also, ν at which the correlation function reaches a peak is the frequency difference Δf ref . Δt ref occurs due to the difference in the path length between the signal s 3 (t) and the signal s 4 (t), and can be expressed by the equation shown below. Also, the time difference Δts that occurs from the reference station 75 to the satellite can be expressed by the equation shown below.

Figure 0007595435000016
Figure 0007595435000016

Δtsは、リファレンス局75から衛星(#1)71までの電波の到達時間と、リファレンス局75から衛星(#3)73までの電波の到達時間との差である参照局時間差である。 Δts is the reference station time difference, which is the difference between the arrival time of radio waves from the reference station 75 to the satellite (#1) 71 and the arrival time of radio waves from the reference station 75 to the satellite (#3) 73.

周波数差Δfrefおよびリファレンス局75から衛星までで発生する周波数差Δfsは、以下の式で計算する。 The frequency difference Δf ref and the frequency difference Δf occurring from the reference station 75 to the satellite are calculated by the following formulas.

Figure 0007595435000017
Figure 0007595435000017

Δfsは、リファレンス局75から衛星(#1)71までで発生する周波数偏移と、リファレンス局75から衛星(#2)73までで発生する周波数偏移との差である参照局周波数差である。 Δfs is the reference station frequency difference, which is the difference between the frequency shift that occurs from the reference station 75 to satellite (#1) 71 and the frequency shift that occurs from the reference station 75 to satellite (#2) 73.

式(29)および式(30)で使用する単位ベクトルu1c(r),u2c(r)は、下に示す式で計算する。 The unit vectors u 1c (r) and u 2c (r) used in the equations (29) and (30) are calculated using the equations shown below.

Figure 0007595435000018
Figure 0007595435000018

実施の形態2では、電波源70から放射される電波が受信されて生成された受信信号s(t)およびs(t)のピーク時間差Δtと、リファレンス局75から放射される電波が受信されて生成された受信信号s(t)およびs(t)のピーク時間差Δtrefとの差であるΔttar-refを計算する。また、受信信号s(t)およびs(t)のピーク周波数差Δfと、受信信号s(t)およびs(t)のピーク周波数差Δtrefとの差であるΔftar-refを計算する。ピーク時間差Δtを電波源ピーク時間差と呼び、ピーク周波数差Δfを電波源ピーク周波数差と呼ぶ。ピーク時間差Δtrefを参照局ピーク時間差と呼び、ピーク周波数差Δfrefを参照局ピーク周波数差と呼ぶ。 In the second embodiment, Δt tar-ref is calculated as the difference between the peak time difference Δt between the received signals s 1 (t) and s 2 (t) generated by receiving the radio waves radiated from the radio wave source 70 and the peak time difference Δt ref between the received signals s 3 (t) and s 4 (t) generated by receiving the radio waves radiated from the reference station 75. Also, Δf tar-ref is calculated as the difference between the peak frequency difference Δf between the received signals s 1 (t) and s 2 (t) and the peak frequency difference Δt ref between the received signals s 3 (t) and s 4 (t). The peak time difference Δt is called the radio wave source peak time difference, and the peak frequency difference Δf is called the radio wave source peak frequency difference. The peak time difference Δt ref is called the reference station peak time difference, and the peak frequency difference Δf ref is called the reference station peak frequency difference.

Δttar-refは、下に示す式(33)に示すような成分を有する。 Δt tar-ref has components as shown in equation (33) below.

Figure 0007595435000019
Figure 0007595435000019

Δftar-refは、下に示す式(34)に示すような成分を有する。 Δf tar-ref has components as shown in equation (34) below.

Figure 0007595435000020
Figure 0007595435000020

位置が既知であるリファレンス局75、衛星(#1)71および衛星(#2)73の位置r,r,rを使用して、Δtsを式(28)により計算する。Δtsは、リファレンス局75から衛星(#1)71および衛星(#2)73までの時間差である。さらに式(35)に示すように、Δttar-refからΔtsを減算したものをΔtrとする。 Using the positions r c , r 1 , and r 2 of the reference station 75, satellite (#1) 71, and satellite (#2) 73, whose positions are known, Δts is calculated according to equation (28). Δts is the time difference from the reference station 75 to the satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73. Furthermore, as shown in equation (35), Δts is subtracted from Δt tar-ref to obtain Δtr.

Figure 0007595435000021
Figure 0007595435000021

位置が既知であるリファレンス局75、衛星(#1)71および衛星(#2)73の位置r,r,rと、衛星(#1)71および衛星(#2)73の速度ベクトルv,vとを使用して、Δfsを式(30)により計算する。Δfsは、リファレンス局75から衛星(#1)71および衛星(#2)73までで発生する周波数差である。さらに式(36)に示すように、Δftar-refからΔfsを減算した周波数差をΔfrとする。 Using the positions r c , r 1 , and r 2 of the reference station 75, satellite (#1) 71, and satellite (#2) 73, whose positions are known, and the velocity vectors v 1 and v 2 of the satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73, Δfs is calculated according to equation (30). Δfs is the frequency difference that occurs from the reference station 75 to the satellite (#1) 71 and satellite (#2) 73. Furthermore, as shown in equation (36), the frequency difference obtained by subtracting Δfs from Δf tar-ref is defined as Δfr.

Figure 0007595435000022
Figure 0007595435000022

式(35)で計算するΔtrと式(36)で計算するΔfrを使用する実施の形態2では、衛星(#1)71からアンテナ(#1)72までの経路と、衛星(#2)73からアンテナ(#2)74までの経路とにおいて時間差または周波数差を発生させる要因およびその他のずれを発生させる要因の影響を排除して、電波源70の位置rを推定できる。 In the second embodiment, which uses Δtr calculated using equation (35) and Δfr calculated using equation (36), the position r of the radio wave source 70 can be estimated by eliminating the effects of factors that cause time or frequency differences between the path from satellite (#1) 71 to antenna (#1) 72 and the path from satellite (#2) 73 to antenna (#2) 74, and other factors that cause deviations.

図8を参照して、実施の形態2に係る位置標定装置の構成を説明する。位置標定装置50Aには、受信信号91,92に加えて受信信号93,94が入力される。そのため、位置標定装置50Aは、周波数変換部1A,1B,1C,1D、AD変換部2A,2B,2C,2D、直交検波部3A,3B,3C,3Dを有する。相関関数計算部4A、ピーク検出部5A、TDOA計算部7A、FDOA計算部8Aおよび記憶部14Aを変更している。 The configuration of the position locating device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 8. In addition to receiving signals 91 and 92, receiving signals 93 and 94 are input to position locating device 50A. For this reason, position locating device 50A has frequency conversion units 1A, 1B, 1C, and 1D, AD conversion units 2A, 2B, 2C, and 2D, and quadrature detection units 3A, 3B, 3C, and 3D. The correlation function calculation unit 4A, peak detection unit 5A, TDOA calculation unit 7A, FDOA calculation unit 8A, and memory unit 14A have been modified.

周波数変換部1Cは、受信信号93を中間周波数に変換する。AD変換部3Cは、周波数変換部1Cが出力する信号をデジタル値に変換する。直交検波部3Cは、AD変換部2Cでデジタル化された信号を直交検波して、複素ベースバンド信号s(t)を出力する。周波数変換部1D、AD変換部2Dおよび直交検波部3Dは、同様な処理を受信信号94に対して実施する。直交検波部3Dは、複素ベースバンド信号s(t)を出力する。 The frequency conversion unit 1C converts the received signal 93 to an intermediate frequency. The AD conversion unit 3C converts the signal output by the frequency conversion unit 1C into a digital value. The quadrature detection unit 3C performs quadrature detection on the signal digitized by the AD conversion unit 2C and outputs a complex baseband signal s3 (t). The frequency conversion unit 1D, the AD conversion unit 2D, and the quadrature detection unit 3D perform similar processing on the received signal 94. The quadrature detection unit 3D outputs a complex baseband signal s4 (t).

相関関数計算部4Aは、決められた期間Tのs(t)およびs(t)に対して、式(1)により相関関数CAFを計算する。ピーク検出部5Aは、相関関数CAFが最大のピークを取るΔtおよびΔfを検出する。Δtは、s(t)およびs(t)の間での相関関数CAFがピークになるピーク時間差である。Δfは、s(t)およびs(t)の間での相関関数CAFがピークになるピーク周波数差である。 The correlation function calculation unit 4A calculates the correlation function CAF by equation (1) for s1 (t) and s2 (t) in a determined period T. The peak detection unit 5A detects Δt and Δf at which the correlation function CAF has the maximum peak. Δt is the peak time difference at which the correlation function CAF between s1 (t) and s2 (t) has a peak. Δf is the peak frequency difference at which the correlation function CAF between s1 (t) and s2 (t) has a peak.

相関関数計算部4Aおよびピーク検出部5Aは、決められた期間Tのs(t)およびs(t)に対しても同様に動作する。相関関数計算部4Aは、決められた期間Tのs(t)およびs(t)に対して、式(1)により相関関数CAFを計算する。ピーク検出部5Aは、相関関数CAFが最大のピークを取るΔtrefおよびΔfrefを検出する。Δtrefは、s(t)およびs(t)の間での相関関数CAFがピークになるピーク時間差である。Δfrefは、s(t)およびs(t)の間での相関関数CAFがピークになるピーク周波数差である。 The correlation function calculation unit 4A and the peak detection unit 5A operate similarly for s3 (t) and s4 (t) of a determined period T. The correlation function calculation unit 4A calculates the correlation function CAF by equation (1) for s3 (t) and s4 (t) of a determined period T. The peak detection unit 5A detects Δtref and Δfref at which the correlation function CAF has the maximum peak. Δtref is the peak time difference between s3 (t) and s4 (t) at which the correlation function CAF has a peak. Δfref is the peak frequency difference between s3 (t) and s4 (t) at which the correlation function CAF has a peak.

TDOA計算部7Aは、式(33)に示すようにΔtからΔtrefを減算してΔttar-refを計算する。位置r,r,rを使用して、式(28)に示すようにΔtsを計算する。さらに式(35)に示すようにΔttar-refからΔtsを減算して、Δtrを計算する。TDOA計算部7Aは、ΔtとΔtrefとΔtsとに基づき、Δtrを計算する。 The TDOA calculation unit 7A calculates Δt tar-ref by subtracting Δt ref from Δt as shown in equation (33). Using positions r 1 , r 2 , and rc , it calculates Δts as shown in equation (28). Furthermore, it calculates Δtr by subtracting Δts from Δt tar-ref as shown in equation (35). The TDOA calculation unit 7A calculates Δtr based on Δt, Δt ref , and Δts.

FDOA計算部8Aは、式(34)に示すようにΔfからΔfrefを減算してΔftar-refを計算する。位置r,r,rおよび速度ベクトルv,vを使用して、式(30)に示すようにΔfsを計算する。さらに式(36)に示すようにΔftar-refからΔfsを減算して、Δfrを計算する。FDOA計算部8Aは、ΔfとΔfrefとΔfsとに基づき、Δfrを計算する。 The FDOA calculation unit 8A calculates Δf tar-ref by subtracting Δf ref from Δf as shown in equation (34). Using the positions r 1 , r 2 , rc and the velocity vectors v 1 , v 2 , it calculates Δfs as shown in equation (30). Furthermore, it calculates Δfr by subtracting Δfs from Δf tar-ref as shown in equation (36). The FDOA calculation unit 8A calculates Δfr based on Δf, Δf ref , and Δfs.

記憶部14Aは、記憶部14と比較して、処理に必要なデータと、処理の途中で使用するデータに関して記憶するデータを変更している。記憶部14Aは、位置rm1,rm2、Δtm,Δfm、ベクトルu1m,u2mなどを記憶しない。記憶部14Aは、位置r、Δtc,Δfc、ベクトルu1c,u2cなどを記憶する。 The storage unit 14A changes the data stored in relation to data necessary for processing and data used during processing, as compared with the storage unit 14. The storage unit 14A does not store positions r m1 , r m2 , Δtm, Δfm, vectors u 1m , u 2m, etc. The storage unit 14A stores positions r c , Δtc, Δfc, vectors u 1c , u 2c, etc.

動作を説明する。図9は、実施の形態2に係る位置標定装置の動作を説明するフローチャートである。図9について、実施の形態1の場合の図5と異なる点を説明する。ステップS01Aで、アンテナ(#1)72が電波83を受信して第1の受信信号s(t)を生成し、電波87を受信して第3の受信信号s(t)を生成する。同時に、アンテナ(#2)74が電波84を受信して第2の受信信号s(t)を生成し、電波88を受信して第4の受信信号s(t)をする。ステップS02Aで、ピーク検出部5が、s(t)およびs(t)に関してピーク時間差Δtおよびピーク周波数差Δfを検出し、s(t)およびs(t)に関してピーク時間差Δtrefおよびピーク周波数差Δfrefを検出する。ステップS03Aで、TDOA計算部7Aが、ΔtとΔtrefからTDOAであるΔtrを計算する。FDOA計算部8Aが、ΔfとΔfrefからFDOAであるΔfrを計算する。 The operation will be described. FIG. 9 is a flow chart for explaining the operation of the position locating device according to the second embodiment. The difference between FIG. 9 and FIG. 5 for the first embodiment will be described. In step S01A, the antenna (#1) 72 receives the radio wave 83 to generate the first reception signal s 1 (t), and receives the radio wave 87 to generate the third reception signal s 3 (t). At the same time, the antenna (#2) 74 receives the radio wave 84 to generate the second reception signal s 2 (t), and receives the radio wave 88 to generate the fourth reception signal s 4 (t). In step S02A, the peak detection unit 5 detects the peak time difference Δt and the peak frequency difference Δf between s 1 (t) and s 2 (t), and detects the peak time difference Δt ref and the peak frequency difference Δf ref between s 3 (t) and s 4 (t). In step S03A, the TDOA calculation unit 7A calculates Δtr, which is the TDOA, from Δt and Δt ref . The FDOA calculation unit 8A calculates Δfr, which is the FDOA, from Δf and Δf ref .

ステップS04以降の動作は、位置標定装置50と同じである。 The operations from step S04 onwards are the same as those of the position locating device 50.

リファレンス局が送信する電波を受信して得られる第3の受信信号および第4の受信信号も使用することで、第1の受信信号および第2の受信信号に存在する時間あるいは周波数のオフセットずれを除去する。リファレンス局を使用することで、リファレンス局を使用しない場合よりも、電波源を位置標定する精度が高くなる。 By also using the third and fourth received signals obtained by receiving radio waves transmitted by the reference station, the time or frequency offset present in the first and second received signals is removed. By using the reference station, the accuracy of locating the radio wave source is increased compared to when the reference station is not used.

実施の形態3.
実施の形態3は、実施の形態1を基に、等TDOA線上の位置を電波源位置推定情報として出力するようにした場合である。図10は、実施の形態3に係る位置標定装置の構成を示すブロック図である。図10について、実施の形態1の場合の図3とは異なる点を説明する。実施の形態2あるいは他の実施の形態を基に、同様な変更をしてもよい。
Embodiment 3.
The third embodiment is based on the first embodiment and is configured to output a position on an iso-TDOA line as radio source position estimation information. Fig. 10 is a block diagram showing the configuration of a position locating device according to the third embodiment. Regarding Fig. 10, the points different from Fig. 3 in the first embodiment will be explained. Similar changes may be made based on the second embodiment or other embodiments.

位置標定装置50Bは、想定情報入力部18を追加している。想定情報入力部18は、ユーザが使用して想定位置範囲31および想定速度範囲32Bを入力する。想定速度範囲32Bは、速度ベクトルvの大きさ|v|の範囲だけでなく、vの方向も制限する範囲である。想定情報入力部18は、想定位置範囲31および想定速度範囲32Bをユーザが入力する入力手段である。 The position locating device 50B further includes an assumed information input unit 18. The assumed information input unit 18 is used by the user to input the assumed position range 31 and the assumed speed range 32B. The assumed speed range 32B is a range that limits not only the range of the magnitude |v| of the speed vector v, but also the direction of v. The assumed information input unit 18 is an input means by which the user inputs the assumed position range 31 and the assumed speed range 32B.

位置標定装置50Bでは、電波源速度推定部12B、第2の測位部13B、記憶部14Bを変更している。第2の測位部13Bは、FDOA修正部16Bを変更している。電波源速度推定部12Bは、想定速度範囲32Bの範囲内で速度ベクトルvを探索する。電波源速度推定部12Bは、起動されるとすぐに想定速度範囲32Bを読み込む。 In the positioning device 50B, the radio wave source velocity estimation unit 12B, the second positioning unit 13B, and the memory unit 14B have been modified. The second positioning unit 13B has a modified FDOA correction unit 16B. The radio wave source velocity estimation unit 12B searches for a velocity vector v within the assumed velocity range 32B. The radio wave source velocity estimation unit 12B reads the assumed velocity range 32B immediately upon startup.

第2の測位部13Bでは、FDOA修正部16Bを変更している。FDOA修正部16Bは、想定位置範囲31に含まれる等TDOA線上に配置した位置である各rTDOAkで、推定FDOAであるΔfc(rTDOAk)を計算する。FDOA修正部16Bは、各rTDOAkに対して、式(37)によりΔfc(rTDOAk)を計算する。 In the second positioning unit 13B, the FDOA correction unit 16B is changed. The FDOA correction unit 16B calculates Δfc(r TDOAk ), which is an estimated FDOA, for each r TDOAk , which is a position arranged on an iso-TDOA line included in the assumed position range 31. The FDOA correction unit 16B calculates Δfc(r TDOAk ) for each r TDOAk by equation ( 37 ).

Figure 0007595435000023
Figure 0007595435000023

第2の測位部13Bは、存在確度計算部19および最尤位置推定部20も有する。存在確度計算部19は、各rTDOAkで計算されたすべての速度ベクトルvを含む錐体を求める。錐体はすべての速度ベクトルvを包含する方向の範囲を規定する。錐体で規定される速度ベクトルvの方向の範囲を許容方向範囲66と呼ぶ。電波源速度推定部12Bは、推定速度範囲32B内の速度ベクトルvを求めているので、許容方向範囲66は推定速度範囲32Bに含まれる。存在確度計算部19は、許容方向範囲66が想定速度範囲32Bに占める割合(存在確度)を計算する。さらに、存在確度が決められた下限値(存在判断下限値33)以上である場合に、その点に電波源70が存在する可能性があると判断する。電波源70が存在する可能性があるrTDOAkを、可能位置67と呼ぶ。すべての可能位置67について存在確度を重み付け係数として求めた重心に至近の等TDOA線61上の位置を最尤位置68と呼ぶ。最尤位置推定部20が、最尤位置68を求める。最尤位置68は、可能位置67よりも電波源70が存在する可能性が高いと考えられる位置である。可能位置67および最尤位置68は、電波源位置推定情報として出力する。 The second positioning unit 13B also has a presence accuracy calculation unit 19 and a maximum likelihood position estimation unit 20. The presence accuracy calculation unit 19 obtains a cone including all the velocity vectors v calculated for each r TDOAk . The cone defines a range of directions including all the velocity vectors v. The range of directions of the velocity vectors v defined by the cone is called an allowable direction range 66. Since the radio wave source velocity estimation unit 12B obtains the velocity vectors v within the estimated velocity range 32B, the allowable direction range 66 is included in the estimated velocity range 32B. The presence accuracy calculation unit 19 calculates the proportion (presence accuracy) of the allowable direction range 66 in the assumed velocity range 32B. Furthermore, if the presence accuracy is equal to or greater than a determined lower limit (presence judgment lower limit 33), it is determined that there is a possibility that a radio wave source 70 exists at that point. The r TDOAk in which there is a possibility that a radio wave source 70 exists is called a possible position 67. The position on the iso-TDOA line 61 closest to the center of gravity obtained for all possible positions 67 using the existence probability as a weighting coefficient is called the most likely position 68. The maximum likelihood position estimation unit 20 obtains the most likely position 68. The most likely position 68 is a position that is considered to be more likely to have a radio wave source 70 present than the possible positions 67. The possible positions 67 and the most likely position 68 are output as radio wave source position estimation information.

存在判断下限値33は、例えば10%に設定する。存在判断下限値33は、想定位置範囲31内における存在確度の最大値に対する比率で規定してもよい。存在判断下限値33は、固定値および存在確度の最大値に対する比率の両方で、AND条件またはOR条件で使用するような複数の値でもよい。ユーザが存在判断下限値33を入力する手段を備えてもよい。 The presence determination lower limit value 33 is set to, for example, 10%. The presence determination lower limit value 33 may be defined as a ratio to the maximum presence probability within the assumed position range 31. The presence determination lower limit value 33 may be a fixed value and a ratio to the maximum presence probability, and may be multiple values used in an AND condition or an OR condition. A means for a user to input the presence determination lower limit value 33 may be provided.

推定等FDOA線計算部17は、可能位置67と判定された位置rTDOAkに対して、式(37)で計算される推定FDOAであるΔfc(rTDOAk)が得られる位置rである推定等FODA線64を計算する。 For a position r TDOAk determined as a possible position 67, the estimated iso-FDOA line calculation unit 17 calculates an estimated iso-FDOA line 64 which is the position r at which Δfc(r TDOAk ), which is the estimated FDOA calculated by equation (37), is obtained.

記憶部14Bは、想定位置範囲31、想定速度範囲32Bおよび在判断下限値33を記憶する。記憶部14Bは、処理の途中で使用するデータとして、記憶部14とは異なるデータを記憶する。 Memory unit 14B stores assumed position range 31, assumed speed range 32B, and presence determination lower limit value 33. Memory unit 14B stores data different from memory unit 14 as data to be used during processing.

想定速度範囲32Bでは、速度ベクトルvの方向を指定するために、地平座標系での仰角と方位角を使用する。地平座標系をXYZ座標系に変換する方法を説明する。
以下の変数を定義する。
φ:電波源70の位置rの緯度。
θ:電波源70の位置rの経度。
ξ:電波源70の速度ベクトルvの地平座標系での仰角。
ψ:電波源70の速度ベクトルvの地平座標系での方位角。南向きでψ=0度。東向きでψ=90度。
ξmax:電波源70の速度ベクトルvの地平座標系での仰角の上限値。
ξmin:電波源70の速度ベクトルvの地平座標系での仰角の下限値。
ψmax:電波源70の速度ベクトルvの地平座標系での方位角の上限値。
ψmin:電波源70の速度ベクトルvの地平座標系での方位角の下限値。
[M]:地平座標系からXYZ座標系への変換行列。
In the assumed velocity range 32B, the elevation angle and azimuth angle in the horizontal coordinate system are used to specify the direction of the velocity vector v. A method of transforming the horizontal coordinate system into the XYZ coordinate system will be described.
Define the following variables:
φ: latitude of position r of the radio source 70.
θ: longitude of position r of the radio wave source 70.
ξ: Elevation angle of the velocity vector v of the radio wave source 70 in the horizontal coordinate system.
ψ: Azimuth angle in the horizontal coordinate system of the velocity vector v of the radio wave source 70. ψ = 0 degrees in the south direction. ψ = 90 degrees in the east direction.
ξmax: The upper limit of the elevation angle of the velocity vector v of the radio wave source 70 in the horizontal coordinate system.
ξmin: The lower limit of the elevation angle of the velocity vector v of the radio wave source 70 in the horizontal coordinate system.
ψmax: the upper limit of the azimuth angle of the velocity vector v of the radio wave source 70 in the horizontal coordinate system.
ψmin: the lower limit of the azimuth angle of the velocity vector v of the radio wave source 70 in the horizontal coordinate system.
[M]: Transformation matrix from horizontal coordinate system to XYZ coordinate system.

想定速度範囲32Bでは、下に示す式で速度ベクトルvの範囲を制限する。 In the expected velocity range 32B, the range of the velocity vector v is limited by the formula shown below.

Figure 0007595435000024
|v|に対する上限値vmaxは、例えば秒速15mに設定する。下限値vminは、例えば秒速0mに設定する。仰角ξに対する上限値ξmaxは、例えば12[度]に設定する。下限値ξminは、例えば-12[度]に設定する。これは、自動車が通る道路の勾配が最大で10度程度であることに合わせている。方位角ψは、範囲を指定しない場合は、ψmin=-180[度]、ψmax=180[度]に設定する。北を含む範囲で方位角ψを制限する場合は、例えばψmin<180[度]<ψmaxとなるように、ψminおよびψmaxを設定する。
Figure 0007595435000024
The upper limit v max for |v| is set to, for example, 15 meters per second. The lower limit v min is set to, for example, 0 meters per second. The upper limit ξ max for the elevation angle ξ is set to, for example, 12 degrees. The lower limit ξ min is set to, for example, -12 degrees. This is in accordance with the fact that the gradient of the road on which cars travel is a maximum of about 10 degrees. If no range is specified for the azimuth angle ψ, then ψmin = -180 degrees, ψmax = 180 degrees. If the azimuth angle ψ is limited to a range that includes north, then ψmin and ψmax are set so that, for example, ψmin < 180 degrees < ψmax.

地平座標系で極座標で表す速度ベクトルvは、変換行列[M]により、下に示す式(41)のようにXYZ直交座標系での値に変換できる。 The velocity vector v expressed in polar coordinates in the horizontal coordinate system can be converted to a value in the XYZ Cartesian coordinate system using the transformation matrix [M] as shown in equation (41) below.

Figure 0007595435000025
Figure 0007595435000025

変換行列[M]は、下に示す式(42)で表される。 The transformation matrix [M] is expressed by the following equation (42).

Figure 0007595435000026
Figure 0007595435000026

電波源速度推定部12Bは、起動されるとすぐに想定速度範囲32Bを読み込み、想定速度範囲32Bを式(41)によりXYZ座標系での範囲に変換する。電波源速度推定部12Bは、速度ベクトルvを探索する際には、想定速度範囲32Bの範囲内で探索する。 When the radio wave source velocity estimation unit 12B is started, it immediately reads the assumed velocity range 32B and converts the assumed velocity range 32B into a range in the XYZ coordinate system using equation (41). When searching for the velocity vector v, the radio wave source velocity estimation unit 12B searches within the assumed velocity range 32B.

直交座標系での速度ベクトルVは、変換行列[M-1]により、下に示す式(43)で表されるように地平座標系で極座標で表す速度ベクトルに変換できる。 The velocity vector V in the Cartesian coordinate system can be transformed into a velocity vector expressed in polar coordinates in the horizontal coordinate system by the transformation matrix [M −1 ], as shown in equation (43) below.

Figure 0007595435000027
Figure 0007595435000027

変換行列[M-1]は、下に示す式(44)で表される。 The transformation matrix [M −1 ] is expressed by the following equation (44).

Figure 0007595435000028
Figure 0007595435000028

存在確度計算部19の処理を説明するため、以下の変数を定義する。
G(rTDOAk):位置rTDOAkでの許容方向範囲66の面積。
Gdet:想定速度範囲32Bの面積。
γ(rTDOAk):G(rTDOAk)のGdetに対する割合。存在確度と呼ぶ。
γmin:rTDOAkに電波源70が存在すると判断する存在確度γに対する下限値。存在判断下限値33として、記憶部14Bに記憶される。
cent:可能位置67であるrTDOAkの重み付け重心。
most:最尤位置68を表す。rcentに至近のTODA線61上の位置。
In order to explain the processing of the existence probability calculation unit 19, the following variables are defined.
G(r TDOAk ): the area of the allowable direction range 66 at the position r TDOAk .
Gdet: Area of assumed velocity range 32B.
γ(r TDOAk ): The ratio of G(r TDOAk ) to Gdet. This is called the presence probability.
γmin: a lower limit value for the presence probability γ for determining that the radio wave source 70 exists in r TDOAk . This is stored in the storage unit 14B as the presence determination lower limit value 33.
r cent : the weighted centroid of r TDOAk, which is a possible position 67 .
r most : represents the most likely position 68. The position on the TODA line 61 closest to r cent .

存在確度計算部19は、各rTDOAkに対して、そのrTDOAkで計算されたすべての速度ベクトルvを、式(43)により地平座標系での速度ベクトルに変換する。地平座標系での速度ベクトルvをすべて含む範囲を求める。求めた範囲が、許容方向範囲66である。式(45)に示すように、許容方向範囲66の面積であるG(rTDOAk)を推定速度範囲32Bの面積で除算して、存在確度γ(rTDOAk)を計算する。 The presence accuracy calculation unit 19 converts all the velocity vectors v calculated for each r TDOAk into velocity vectors in the horizontal coordinate system using equation (43). A range that includes all the velocity vectors v in the horizontal coordinate system is obtained. The obtained range is the allowable direction range 66. As shown in equation (45), the area of the allowable direction range 66, G(r TDOAk ), is divided by the area of the estimated speed range 32B to calculate the presence accuracy γ(r TDOAk ).

Figure 0007595435000029
Figure 0007595435000029

ここで、推定速度範囲32Bの面積は、仰角ξおよび方位角ψを直交するように設定したξψ平面において、推定速度範囲32Bが占める範囲の面積である。許容方向範囲66も、ξψ平面における面積である。 Here, the area of the estimated velocity range 32B is the area of the range that the estimated velocity range 32B occupies in the ξψ plane that is set so that the elevation angle ξ and the azimuth angle ψ are orthogonal. The allowable direction range 66 is also an area in the ξψ plane.

可能位置67は、存在確度γ(rTDOAk)がγmin以上(γ(rTDOAk)≧γmin)であるrTDOAkである。最尤位置推定部20が、すべての可能位置67であるrTDOAkを重み付けして重心rcentを求める。 The possible positions 67 are r TDOAk whose presence probability γ(r TDOAk ) is equal to or greater than γmin (γ(r TDOAk )≧γmin). The maximum likelihood position estimator 20 weights all the possible positions 67, r TDOAk, to find the center of gravity r cent .

Figure 0007595435000030
式(46)において、Σは、γ(rTDOAk)≧γminであるrTDOAkすなわち各可能位置67ついて和を取ることを意味する。rcentに至近のTODA線61上の位置を求めて、最尤位置68であるrmostとする。
Figure 0007595435000030
In equation (46), Σ means to take the sum over r TDOAk where γ(r TDOAk )≧γmin, that is, over each possible position 67. The position on the TODA line 61 closest to r cent is found and set as r most , which is the most likely position 68.

存在確度γ(rTDOAk)は、電波源速度推定部12Bが推定する速度ベクトルvの範囲の想定方向範囲32Bに対する割合である可能速度割合である。式(46)の右辺の分母は、すべての可能位置67で推定される速度ベクトルvの存在確度γ(rTDOAk)の和である全体可能速度割合である。各可能位置67の存在確度γ(rTDOAk)を全体可能速度割合で除算した値を重み付け係数として、各rTDOAkを重み付け平均した位置、すなわち重み付け重心rcentを求める。最尤位置68は、重み付け重心rcentに基づき決める。 The presence accuracy γ(r TDOAk ) is a possible speed ratio, which is the ratio of the range of the speed vector v estimated by the radio wave source speed estimation unit 12B to the assumed direction range 32B. The denominator on the right side of equation (46) is the total possible speed ratio, which is the sum of the presence accuracy γ(r TDOAk ) of the speed vector v estimated at all possible positions 67. The presence accuracy γ(r TDOAk ) of each possible position 67 divided by the total possible speed ratio is used as a weighting coefficient to determine a position obtained by weighting and averaging each r TDOAk , i.e., the weighted center of gravity r cent . The most likely position 68 is determined based on the weighted center of gravity r cent .

動作を説明する。図11は、実施の形態3に係る位置標定装置の動作を説明するフローチャートである。図11について、実施の形態1の場合の図5と異なる点を説明する。ステップS09Bで、電波源速度推定部12Bが、速度ベクトルvの方向も制限する想定速度範囲32Bを考慮して電波源70の速度ベクトルvを推定する。S09Bの次にステップS13で、各rTDOAkに対して計算されたすべての速度ベクトルvを含む許容方向範囲66を求める。ステップS14で、許容方向範囲66から各rTDOAkの存在確度γ(rTDOAk)を計算する。ステップS15で、γ(rTDOAk)≧γminであるrTDOAkを、可能位置67とする。ステップS16で、可能位置67の重み付け重心rcentを計算する。ステップS17で、rcentに至近のTODA線61上の位置を求めて、最尤位置68であるrmostとする。ステップS11Bで、推定等FDOA線計算部17が可能位置67に対して推定等FDOA線64を計算する。ステップS12Bで、第2の測位部13Bは、想定位置範囲内31に含まれる等TDOA線61、推定等FDOA線64、可能位置67および最尤位置68を電波源位置推定情報として出力する。電波源位置推定情報として、可能位置67を通る推定等FDOA線64あるいは可能位置67を出力しなくてもよい。 The operation will be described. FIG. 11 is a flow chart for explaining the operation of the position locating device according to the third embodiment. The difference between FIG. 11 and FIG. 5 in the first embodiment will be described. In step S09B, the radio wave source speed estimating unit 12B estimates the speed vector v of the radio wave source 70 in consideration of the assumed speed range 32B that also restricts the direction of the speed vector v. After S09B, in step S13, an allowable direction range 66 including all the speed vectors v calculated for each r TDOAk is obtained. In step S14, the existence probability γ(r TDOAk ) of each r TDOAk is calculated from the allowable direction range 66. In step S15, the r TDOAk for which γ(r TDOAk )≧γmin is set as the possible position 67. In step S16, the weighted center of gravity r cent of the possible position 67 is calculated. In step S17, the position on the TODA line 61 closest to r cent is obtained and set as r most , which is the most likely position 68. In step S11B, the estimated iso-FDOA line calculation unit 17 calculates an estimated iso-FDOA line 64 for the possible position 67. In step S12B, the second positioning unit 13B outputs the iso-TDOA line 61, the estimated iso-FDOA line 64, the possible position 67, and the most likely position 68 contained within the assumed position range 31 as radio wave source position estimation information. The estimated iso-FDOA line 64 passing through the possible position 67 or the possible position 67 does not have to be output as the radio wave source position estimation information.

ステップS18で、想定位置範囲31または想定速度範囲32Bが変更されたかチェックする。想定位置範囲31または想定速度範囲32Bが変更されている(S18でYES)場合は、S09Bへ戻る。想定位置範囲31または想定速度範囲32Bが変更されていない(S18でNO)場合は、処理を終了する。 In step S18, a check is made to see if the assumed position range 31 or assumed speed range 32B has been changed. If the assumed position range 31 or assumed speed range 32B has been changed (YES in S18), the process returns to S09B. If the assumed position range 31 or assumed speed range 32B has not been changed (NO in S18), the process ends.

図12および図13に、位置標定装置50Bが位置標定した結果の例を示す。図12が速度ベクトルvの大きさ|v|とvの仰角ξに制約条件を設定し、vの方位角ψを制約しない場合である。図13が速度ベクトルvの大きさ|v|、仰角ξおよび方位角ψを制約する場合である。 Figures 12 and 13 show examples of the results of positioning performed by the positioning device 50B. Figure 12 shows the case where constraints are set on the magnitude |v| of the velocity vector v and the elevation angle ξ of v, but the azimuth angle ψ of v is not constrained. Figure 13 shows the case where the magnitude |v|, elevation angle ξ, and azimuth angle ψ of the velocity vector v are constrained.

位置標定装置50Bは、電波源位置推定情報65Bとして、可能位置67と最尤位置68も生成する。図では、可能位置67は白丸で表示し、最尤位置68は×印で表示する。 The position locating device 50B also generates possible positions 67 and most likely positions 68 as radio wave source position estimation information 65B. In the figure, the possible positions 67 are displayed as white circles, and the most likely positions 68 are displayed as crosses.

設定した制約条件は、以下である。図12に示す場合をCase1とし、図13に示す場合をCase2とする。
γmin=0.1
(Case1)
|v|≦15[m/秒]
-12[度]≦ξ≦12[度]
-180[度]≦ψ≦180[度]
(Case2)
13[m/秒]≦|v|≦15[m/秒]
-12[度]≦ξ≦12[度]
135[度]≦ψ≦145[度]
The constraint conditions that were set are as follows: The case shown in FIG.
γ min = 0.1
(Case 1)
|v|≦15 [m/sec]
-12[degrees]≦ξ≦12[degrees]
-180[degrees]≦ψ≦180[degrees]
(Case 2)
13[m/sec]≦|v|≦15[m/sec]
-12[degrees]≦ξ≦12[degrees]
135[degrees]≦ψ≦145[degrees]

想定位置範囲31に含まれる等TDOA線61の上の各位置rTDOAkでの存在確度γは、図14に示すようになる。図14では横軸を位置rTDOAkの緯度φとしている。Case1、Case2のどちらでも、想定位置範囲31に含まれる各位置rTDOAkで、存在確度γ>γminである。そのため、想定位置範囲31に含まれる等TDOA線61の上の各位置rTDOAkは可能位置67である。各可能位置67について、その存在確度γをユーザが参照できる。
図を見やすくするため、可能位置67を4個、表示している。可能位置67は、適切な間隔で適切な個数を表示すればよい。
The presence probability γ at each position r TDOAk on the iso-TDOA line 61 included in the assumed location range 31 is as shown in Fig. 14. In Fig. 14, the horizontal axis represents the latitude φ of the position r TDOAk . In both Case 1 and Case 2, the presence probability γ>γmin at each position r TDOAk included in the assumed location range 31. Therefore, each position r TDOAk on the iso-TDOA line 61 included in the assumed location range 31 is a possible position 67. The user can refer to the presence probability γ for each possible position 67.
For ease of viewing, four possible positions 67 are shown. Any suitable number of possible positions 67 may be displayed at suitable intervals.

Case1とCase2では、Case2の方が想定方向範囲32Bを狭く設定している。そのため、位置rTDOAkの中で緯度φが大きいものの存在確度γが大きくなる。その結果、Case2での最尤位置68は、Case1での最尤位置68よりも緯度が大きい位置になる。衛星(#1)71および衛星(#2)73の速度ベクトルv,vが異なる状況で、速度ベクトルvの大きさ|v|と方向の制約をより狭く設定すると、想定位置範囲31に含まれる等TDOA線61の上の各位置rTDOAkで、可能位置67でないものが発生する場合がある。また、設定した想定方向範囲32Bに応じて、最尤位置68が変化する。 Between Case 1 and Case 2, the assumed direction range 32B is set narrower in Case 2. Therefore, the existence probability γ of the position r TDOAk with a large latitude φ is large. As a result, the most likely position 68 in Case 2 is a position with a larger latitude than the most likely position 68 in Case 1. In a situation where the velocity vectors v 1 and v 2 of the satellite (#1) 71 and the satellite (#2) 73 are different, if the constraints on the magnitude |v| and direction of the velocity vector v are set narrower, there may be cases where the positions r TDOAk on the iso-TDOA line 61 included in the assumed position range 31 are not feasible positions 67. In addition, the most likely position 68 changes depending on the set assumed direction range 32B.

位置標定装置50Bでは、中継する衛星が2個とも静止衛星であり、位置標定できない場合でも、電波源70の速度ベクトルvを推定して、速度ベクトルvに基づく電波源位置推定情報65Bを提示できる。中継する衛星が2個とも静止衛星である場合に、電波源70の位置に関する情報を従来よりも適切に提示できる。 In the positioning device 50B, even if both relaying satellites are geostationary satellites and positioning is not possible, the velocity vector v of the radio wave source 70 can be estimated and radio wave source position estimation information 65B based on the velocity vector v can be presented. When both relaying satellites are geostationary satellites, information regarding the position of the radio wave source 70 can be presented more appropriately than in the past.

最尤位置68に対応する推定等FDOA線64を表示してもよい。可能位置67に対応させて推定等FDOA線64を表示しているが、推定等FDOA線64は表示しなくてもよい。 The estimated iso-FDOA line 64 corresponding to the most likely position 68 may be displayed. Although the estimated iso-FDOA line 64 is displayed corresponding to the possible position 67, the estimated iso-FDOA line 64 does not have to be displayed.

各可能位置67の中で存在確度γが最大になる可能位置67を、最尤位置68としてもよい。存在確度γが最大になる可能位置67は、例えば2分探索法により求めればよい。 The possible position 67 with the maximum existence probability γ among all possible positions 67 may be determined as the most likely position 68. The possible position 67 with the maximum existence probability γ may be found, for example, by a binary search method.

存在確度γ(rTDOAk)としては、直交座標系での許容方向範囲66および想定速度範囲32Bの立体角の比として計算してもよい。あるいは、重み付け和を利用して存在確度γ(rTDOAk)を計算してもよい。重み付け和とは、重み付け関数g(ξ, ψ)を使用してG(rTDOAk)を計算することである。重み付け関数g(ξ,ψ)は、ある方向(ξ,ψ)が許容方向範囲66に含まれない場合に0を返し、含まれる場合に0でない値を返す関数である。重み付け関数g(ξ,ψ)は、0でない値を返す場合に、ξまたはψの少なくとも一方の値に応じて返す値を変化させる。そうすることで、ξまたはψの上限または下限に近い範囲での重みg(ξ, ψ)を小さくしてG(rTDOAk)を計算することができる。なお、許容方向範囲66のξψ平面に面積であるG(rTDOAk)を計算することは、方向(ξ,ψ)が許容方向範囲66に含まれない場合に0を返し、許容方向範囲66に含まれる場合に1を返す関数(仮にh(ξ, ψ)とする)を、想定速度範囲32Bに含まれるξおよびψで積分することと等価である。
以上のことは、他の実施の形態でもあてはまる。
The presence probability γ(r TDOAk ) may be calculated as a ratio of the solid angle of the allowable direction range 66 and the assumed speed range 32B in the Cartesian coordinate system. Alternatively, the presence probability γ(r TDOAk ) may be calculated using a weighted sum. The weighted sum is a function that calculates G(r TDOAk ) using a weighting function g(ξ, ψ). The weighting function g(ξ, ψ) is a function that returns 0 when a certain direction (ξ, ψ) is not included in the allowable direction range 66, and returns a non-zero value when the direction is included. When the weighting function g(ξ, ψ) returns a non-zero value, it changes the value returned depending on at least one of the values of ξ or ψ. In this way, it is possible to calculate G(r TDOAk ) by reducing the weight g(ξ, ψ) in the range close to the upper or lower limit of ξ or ψ. In addition, calculating G(r TDOAk ), which is the area on the ξψ plane of the allowable direction range 66, is equivalent to integrating a function (assuming it is h(ξ, ψ)) that returns 0 if the direction (ξ, ψ) is not included in the allowable direction range 66 and returns 1 if the direction (ξ, ψ) is included in the allowable direction range 66, over ξ and ψ that are included in the assumed speed range 32B.
The above also applies to other embodiments.

実施の形態4.
実施の形態4は、実施の形態3を基に、電波源の移動を表す速度ベクトルvの推定方法を変更した場合である。実施の形態4に係る位置標定装置50Cでは、各rTDOAkに対してFDOAであるΔfrと修正FDOAであるΔfc(rTDOAk)の差に等しい、電波源周波数差であるеFDOA(v,rTDOAk)を計算する。
Embodiment 4.
The fourth embodiment is based on the third embodiment, but changes the method of estimating the velocity vector v representing the movement of the radio wave source. A position locating device 50C according to the fourth embodiment calculates a radio wave source frequency difference ε FDOA (v, r TDOAk ), which is equal to the difference between the FDOA Δfr and the corrected FDOA Δfc(r TDOAk ), for each r TDOAk .

図15は、実施の形態4に係る位置標定装置50Cの構成を示すブロック図である。図15について、実施の形態3の場合の図10とは異なる点を説明する。位置標定装置50Cでは、電波源速度推定部12Cおよび存在確度計算部19Cを変更している。 Figure 15 is a block diagram showing the configuration of a position locating device 50C according to embodiment 4. Regarding Figure 15, differences from Figure 10 in the case of embodiment 3 will be described. In the position locating device 50C, the radio wave source speed estimating unit 12C and the presence probability calculating unit 19C have been modified.

電波源速度推定部12Cは、各rTDOAkに対して式(47)で計算されるеFDOA(v,rTDOAk)に対して、式(48)を満足するような電波源70の速度ベクトルvを計算する。なお、Δfc(rTDOAk)は、式(37)で計算する。 The radio wave source velocity estimation unit 12C calculates the velocity vector v of the radio wave source 70 that satisfies equation (48) for eFDOA (v, rTDOAk ) calculated for each rTDOAk by equation (47). Note that Δfc( rTDOAk ) is calculated by equation (37).

Figure 0007595435000031
Figure 0007595435000031

式(48)を満足する速度ベクトルvを計算する方法を説明するために、以下の変数を定義する。
(rTDOAk):u(rTDOAk)とu(rTDOAk)の差ベクトル。
(u, u, u):u(rTDOAk)を直交座標で表したベクトル。
φd:u(rTDOAk)を極座標で表現した際のXY平面となす角度。
θd:u(rTDOAk)を極座標で表現した際のYZ平面となす角度。
ζ:速度ベクトルvとu(rTDOAk)とがなす角度。
ρ:速度ベクトルvのu(rTDOAk)の回りの回転角度。
ζmax:еFDOA(v,rTDOAk)が得られる角度ζの上限値。
ζmax:еFDOA(v,rTDOAk)が得られる角度ζの下限値。
To explain how to compute the velocity vector v that satisfies equation (48), we define the following variables:
u d (r TDOAk ): the difference vector between u 1 (r TDOAk ) and u 2 (r TDOAk ).
(u x , u y , u z ): A vector expressing u d (r TDOAk ) in Cartesian coordinates.
φd: The angle between u d (r TDOAk ) and the XY plane when expressed in polar coordinates.
θd: The angle between u d (r TDOAk ) and the YZ plane when expressed in polar coordinates.
ζ: the angle between the velocity vector v and u d (r TDOAk ).
ρ: the rotation angle of the velocity vector v around u d (r TDOAk ).
ζmax: The upper limit of the angle ζ at which еFDOA (v, rTDOAk ) is obtained.
ζmax: The lower limit of the angle ζ at which еFDOA (v, rTDOAk ) is obtained.

(rTDOAk)は、下に示す式(49)で計算する。u(rTDOAk)およびu(rTDOAk)は、式(4)および式(5)においてr=rTDOAkとして計算する。 u d (r TDOAk ) is calculated by the following equation (49): u 1 (r TDOAk ) and u 2 (r TDOAk ) are calculated by using r=r TDOAk in equations (4) and (5).

Figure 0007595435000032
Figure 0007595435000032

(rTDOAk)を極座標で表現する際の角度φdおよびθdは、以下の式で計算する。 The angles φd and θd when expressing u d (r TDOAk ) in polar coordinates are calculated by the following formulas.

Figure 0007595435000033
Figure 0007595435000033

式(49)を、式(48)に代入して、下に示す式(53)が得られる。式(53)を変形して、式(54)となる。 By substituting equation (49) into equation (48), we obtain equation (53) shown below. Transforming equation (53) gives equation (54).

Figure 0007595435000034
Figure 0007595435000034

式(54)をcosζについて解くと、式(55)となる。 Solving equation (54) for cosζ gives equation (55).

Figure 0007595435000035
Figure 0007595435000035

式(55)を満足する角度ζを、速度ベクトルvの大きさ|v|の制約条件である式(38)を考慮して求める。余弦関数は1以下の値しか取らないので、式(55)を満足する角度ζが存在するためには、|v|の上限値であるvmaxは、下に示す式(56)を満足する必要がある。vmaxが式(56)を満足しない場合は、式(55)を満足する速度ベクトルvは存在しない。 The angle ζ that satisfies equation (55) is found by considering equation (38), which is the constraint on the magnitude |v| of the velocity vector v. Since the cosine function can only take values less than 1, in order for angle ζ that satisfies equation (55) to exist, vmax, which is the upper limit of |v|, must satisfy equation (56) shown below. If vmax does not satisfy equation (56), then there is no velocity vector v that satisfies equation (55).

Figure 0007595435000036
Figure 0007595435000036

vmaxが式(56)を満足する場合には、角度ζの上限値ζmaxは、式(57)で計算する。 When vmax satisfies equation (56), the upper limit ζmax of angle ζ is calculated using equation (57).

Figure 0007595435000037
Figure 0007595435000037

vmaxが式(56)を満足する場合には、角度ζの下限値ζminは、vminの値を場合分けして下に示す式で計算する。 When vmax satisfies equation (56), the lower limit ζmin of the angle ζ is calculated using the equation below, taking into account the case-specific value of vmin.

Figure 0007595435000038
Figure 0007595435000038

電波源速度推定部12Cは、各rTDOAkに対して、式(56)が成立しない場合は、速度ベクトルvは存在しないとする。式(56)が成立する場合は、式(57)で角度ζの上限値ζmaxを計算し、式(58-1)または式(58-2)で角度ζの下限値ζminを計算する。ζmaxおよびζminを使用して、式(49)と式(38)を満足する速度ベクトルvとして、以下の範囲が得られる。 If equation (56) does not hold for each r TDOAk , the radio wave source velocity estimation unit 12C determines that the velocity vector v does not exist. If equation (56) holds, the upper limit value ζmax of the angle ζ is calculated using equation (57), and the lower limit value ζmin of the angle ζ is calculated using equation (58-1) or equation (58-2). Using ζmax and ζmin, the following ranges are obtained for the velocity vector v that satisfies equations (49) and (38).

Figure 0007595435000039
Figure 0007595435000039

速度ベクトルvは、ベクトルud(rTDOAk)となす角度ζがζmax以下かつζmin以上であり、ud(rTDOAk)に平行な成分が(c/f)(еFDOA(v,r)/|ud(rTDOAk)|)であるベクトルである。式(59)~(61)を満足するすべての速度ベクトルvの始点をud(rTDOAk)の始点に一致させると、vの先端は、ud(rTDOAk)に垂直な平面で円またはドーナツ状に存在する。 The velocity vector v is a vector whose angle ζ with vector ud(r TDOAk ) is less than ζmax and greater than ζmin, and whose component parallel to ud(r TDOAk ) is (c/f)(е FDOA (v,r)/|ud(r TDOAk )|). If the starting points of all velocity vectors v that satisfy equations (59) to (61) are made to coincide with the starting point of ud(r TDOAk ), the tip of v will exist in the shape of a circle or donut on a plane perpendicular to ud(r TDOAk ).

速度ベクトルvを、下に示すように変換行列[T]を使用してXYZ座標系での値に変換できる。 The velocity vector v can be converted to a value in the XYZ coordinate system using the transformation matrix [T] as shown below.

Figure 0007595435000040
Figure 0007595435000040

変換行列[T]は、下に示すように表される。 The transformation matrix [T] is expressed as shown below.

Figure 0007595435000041
Figure 0007595435000041

式(57)から式(60)で規定される速度ベクトルvの方向は、式(49)と式(38)を満足する速度ベクトルvの方向である。式(49)と式(38)を満足する速度ベクトルvの方向の範囲を可能方向範囲69と呼ぶ。 The direction of the velocity vector v defined by equations (57) to (60) is the direction of the velocity vector v that satisfies equations (49) and (38). The range of directions of the velocity vector v that satisfy equations (49) and (38) is called the range of possible directions 69.

存在確度計算部19Cは、XYZ座標系で表現された可能方向範囲69を式(43)により地平座標系での方向の範囲に変換する。角度ζおよびρで表現される方向を、直接に地平座標系での方向に変換してもよい。その場合には、下に示す式で変換できる。 The presence probability calculation unit 19C converts the possible direction range 69 expressed in the XYZ coordinate system into a range of directions in the horizontal coordinate system using equation (43). The directions expressed by the angles ζ and ρ may be directly converted into directions in the horizontal coordinate system. In that case, the conversion can be performed using the equation shown below.

Figure 0007595435000042
Figure 0007595435000042

存在確度計算部19Cは、図16に示すように、可能方向範囲69と想定速度範囲32Bとの重複部分を許容方向範囲66として求める。図16は、可能方向範囲69、想定速度範囲32Bおよび許容方向範囲66の関係を例により説明する図である。図16では、方位角ψが正の範囲だけを表示している。方位角ψは、360[度](2π[rad])の範囲で変化する。可能方向範囲69に含まれる方向であり、かつ想定速度範囲32Bにも含まれる方向が、許容方向範囲66である。図16では、想定速度範囲32Bを、|ξ|≦12[度]、75[度]≦ψ≦150[度]に設定している。環状の領域である可能方向範囲69と想定方向範囲32との両方に含まれる方向の範囲が、許容方向範囲66である。図16では、許容方向範囲66にハッチングを付して表示している。 As shown in FIG. 16, the presence probability calculation unit 19C obtains the overlapping portion of the possible direction range 69 and the assumed speed range 32B as the allowable direction range 66. FIG. 16 is a diagram illustrating the relationship between the possible direction range 69, the assumed speed range 32B, and the allowable direction range 66 by way of an example. In FIG. 16, only the positive range of the azimuth angle ψ is displayed. The azimuth angle ψ changes within a range of 360 degrees (2π rad). The allowable direction range 66 is a direction that is included in the possible direction range 69 and also in the assumed speed range 32B. In FIG. 16, the assumed speed range 32B is set to |ξ|≦12 degrees, 75 degrees≦ψ≦150 degrees. The range of directions that is included in both the possible direction range 69, which is a ring-shaped region, and the assumed direction range 32 is the allowable direction range 66. In FIG. 16, the allowable direction range 66 is displayed with hatching.

動作を説明する。図17は、実施の形態4に係る位置標定装置の動作を説明するフローチャートである。図17について、実施の形態3の場合の図11と異なる点を説明する。ステップS09Cで、電波源速度推定部12Cが、速度ベクトルvの大きさ|v|を考慮し、vの方向を考慮しないで電波源70の速度ベクトルvを推定する。推定したすべての速度ベクトルvの方向を含む範囲を、可能方向範囲69とする。ステップS13Cで、可能方向範囲69と想定速度範囲32Bとが重なり合う部分を、存在確度計算部19Cが許容方向範囲66として求める。
その他の点では、位置標定装置50Bと同様に動作する。
The operation of the position locating device according to the fourth embodiment will be described. FIG. 17 is a flow chart for explaining the operation of the position locating device according to the fourth embodiment. The differences between FIG. 17 and FIG. 11 for the third embodiment will be explained. In step S09C, the radio wave source velocity estimation unit 12C estimates the velocity vector v of the radio wave source 70, taking into account the magnitude |v| of the velocity vector v, without taking into account the direction of v. The range including the directions of all the estimated velocity vectors v is set as the possible direction range 69. In step S13C, the existence probability calculation unit 19C determines the overlapping portion of the possible direction range 69 and the assumed velocity range 32B as the allowable direction range 66.
In other respects it operates similarly to position locator 50B.

位置標定装置50Cでは、中継する衛星が2個とも静止衛星であり、位置標定できない場合でも、電波源70の速度ベクトルvを推定して、速度ベクトルvに基づく電波源位置推定情報65Bを提示できる。中継する衛星が2個とも静止衛星である場合に、電波源70の位置に関する情報を従来よりも適切に提示できる。 In the positioning device 50C, even if both relaying satellites are geostationary satellites and positioning is not possible, the velocity vector v of the radio wave source 70 can be estimated and radio wave source position estimation information 65B based on the velocity vector v can be presented. When both relaying satellites are geostationary satellites, information regarding the position of the radio wave source 70 can be presented more appropriately than in the past.

位置標定装置50Cでは、電波源70の速度ベクトルvの可能方向範囲69を解析的に求めている。そのため、位置標定装置50Cは、位置標定装置50Bよりも可能方向範囲69を効率的に求めることができる。 The position locating device 50C analytically determines the possible direction range 69 of the velocity vector v of the radio wave source 70. Therefore, the position locating device 50C can determine the possible direction range 69 more efficiently than the position locating device 50B.

各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や一部の構成要素を省略すること、あるいは一部の構成要素の省略や変形をした各実施の形態の自由な組み合わせが可能である。 It is possible to freely combine the various embodiments, modify the various embodiments, omit some of the components, or freely combine the various embodiments with some of the components omitted or modified.

50、50A、50B、50C、50X 位置標定装置、

1A,1B,1C,1D 周波数変換部、
2A,2B,2C,3D AD変換部、
3A,3B,3C,3D 直交検波部、
4、4A 相関関数計算部、
5、5A ピーク検出部、
6 衛星データ取得部、
7、7A TDOA計算部、
8、8A FDOA計算部、
9 等TDOA線計算部、
10 静止衛星判別部、
11 第1の測位部、
12、12B、12C 電波源速度推定部、
13、13B、13C 第2の測位部、
14、14A、14B、14C 記憶部、
15 等FDOA線計算部、
16、16B FDOA修正部、
17 推定等FDOA線計算部、
18 想定情報入力部、
19、19C 存在確度計算部、
20 最尤位置推定部、

31 想定位置範囲、
32、32B 想定速度範囲、
33 存在判断下限値、

60 地球、
61 等TDOA線(等到達時間差線)、
62 等FDOA線(等到達周波数差線)、
63 標定位置、
64 推定等FDOA線(推定等周波数差線)、
65、65B 電波源位置推定情報、
66 許容方向範囲、
67 可能位置、
68 最尤位置、
69 可能方向範囲、

70 電波源、
71 衛星(#1)(第1の衛星)、
72 アンテナ(#1)、
73 衛星(#2)(第2の衛星)、
74 アンテナ(#2)、
75 リファレンス局(参照局)、
76 静止軌道、
77 赤道、
78 衛星(#1)71および衛星(#2)73の中間を通る経線、

81 電波、
82 電波、
83 電波、
84 電波、
85 電波、
86 電波、
87 電波、
88 電波、
91 受信信号(第1の受信信号)、
92 受信信号(第2の受信信号)、
93 受信信号(第3の受信信号)、
94 受信信号(第4の受信信号)。
50, 50A, 50B, 50C, 50X position location device,

1A, 1B, 1C, 1D Frequency conversion unit,
2A, 2B, 2C, 3D AD conversion section,
3A, 3B, 3C, 3D quadrature detection section,
4, 4A correlation function calculation unit,
5, 5A Peak detection unit,
6 satellite data acquisition unit,
7, 7A TDOA calculation section,
8, 8A FDOA calculation section,
9 Equal TDOA line calculation section,
10 Geostationary satellite identification unit,
11 first positioning unit,
12, 12B, 12C radio wave source speed estimation section,
13, 13B, 13C second positioning unit,
14, 14A, 14B, 14C storage section,
15 IsoFDOA line calculation section,
16, 16B FDOA Amendment Department,
17 Estimated etc. FDOA line calculation unit,
18 assumption information input unit,
19, 19C existence probability calculation unit,
20 Maximum likelihood position estimation unit,

31 expected location range,
32, 32B Expected speed range,
33 Presence judgment lower limit,

60 Earth,
61 Equal TDOA line (equal arrival time difference line),
62 Equal FDOA lines (equal arrival frequency difference lines),
63 location position,
64 Estimated equal FDOA line (estimated equal frequency difference line),
65, 65B Radio source position estimation information,
66 allowable direction range,
67 possible positions,
68 most likely position,
69 Possible direction range,

70 Radio Sources,
71 Satellite (#1) (first satellite),
72 Antenna (#1),
73 Satellite (#2) (Second Satellite),
74 Antenna (#2),
75 Reference Station (Reference Station),
76 geostationary orbit,
77 Equator,
78 a meridian passing through the middle of the satellite (#1) 71 and the satellite (#2) 73;

81 Radio waves,
82 Radio waves,
83 Radio waves,
84 Radio waves,
85 Radio waves,
86 Radio waves,
87 Radio waves,
88 Radio waves,
91 received signal (first received signal),
92 received signal (second received signal),
93 received signal (third received signal);
94 received signal (fourth received signal).

Claims (13)

複素数で表される第1の信号および第2の信号、前記第1の信号と前記第2の信号とのそれぞれ時間差および周波数差が入力されて、前記第1の信号に対して前記時間差を持たせた前記第2の信号の複素共役をとり、かつ前記周波数差で回転する絶対値が1である複素数を乗算して得られる信号と前記第1の信号とを乗算した値を決められた時間だけ積分して、前記第1の信号と前記第2の信号との間の2次元相関値を計算する相関関数計算部と、
前記時間差と前記周波数差を変化させて前記2次元相関値を計算し、前記2次元相関値が最大のピークをとる前記時間差であるピーク時間差および前記2次元相関値が最大のピークをとる前記周波数差であるピーク周波数差を検出するピーク検出部と、
位置が未知である電波源が放射する電波が第1の衛星で中継されて第1の観測局で受信された第1の受信信号を前記第1の信号とし、前記電波源が放射する電波が前記第1の衛星とは異なる第2の衛星で中継されて第2の観測局で受信された第2の受信信号を前記第2の信号として計算された前記2次元相関値の前記ピーク時間差から、前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置を使用して、前記電波源から前記第1の衛星までの電波の到達時間と、前記電波源から前記第2の衛星までの電波の到達時間の差である到達時間差を計算する到達時間差計算部と、
前記第1の受信信号を前記第1の信号とし、前記第2の受信信号を前記第2の信号として計算された前記2次元相関値の前記ピーク周波数差から、前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置および速度ベクトルを使用して、前記電波源から前記第1の衛星までで発生する周波数偏移と、前記電波源から前記第2の衛星までで発生する周波数偏移との差である到達周波数差を計算する到達周波数差計算部と、
前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置を使用して、前記到達時間差が得られる前記電波源の位置を表す線である等到達時間差線を計算する等到達時間差線計算部と、
前記第1の衛星および前記第2の衛星が静止衛星かどうかを判別する静止衛星判別部と、
前記静止衛星判別部において、前記第1の衛星および前記第2の衛星の両方が静止衛星であると判別されると、前記到達周波数差から前記電波源の移動を表す速度ベクトルである電波源速度を推定する電波源速度推定部と、
前記静止衛星判別部において、前記第1の衛星および前記第2の衛星の両方が静止衛星であると判別されると、前記電波源速度と、前記等到達時間差線と、前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置および速度ベクトルとを使用して、前記電波源の位置に関する電波源位置推定情報を生成する第2の測位部とを備えた位置標定装置。
a correlation function calculation unit which receives a first signal and a second signal expressed by complex numbers, and a time difference and a frequency difference between the first signal and the second signal, calculates a two-dimensional correlation value between the first signal and the second signal by integrating a value obtained by multiplying the first signal by a complex conjugate of the second signal having the time difference with respect to the first signal and multiplying the signal obtained by multiplying the signal by a complex number having an absolute value of 1 rotated by the frequency difference, for a determined time;
a peak detection unit that calculates the two-dimensional correlation value by changing the time difference and the frequency difference, and detects a peak time difference, which is the time difference at which the two-dimensional correlation value has a maximum peak, and a peak frequency difference, which is the frequency difference at which the two-dimensional correlation value has a maximum peak;
an arrival time difference calculation unit that calculates an arrival time difference, which is the difference between the arrival time of the radio wave from the radio wave source to the first satellite and the arrival time of the radio wave from the radio wave source to the second satellite, from the peak time difference of the two-dimensional correlation value calculated using a first reception signal, in which a radio wave radiated from a radio wave source whose position is unknown is relayed by a first satellite and received at a first observation station, as the first signal, and a second reception signal, in which the radio wave radiated from the radio wave source is relayed by a second satellite different from the first satellite and received at a second observation station, as the second signal, using the positions of the first satellite and the second satellite;
an arrival frequency difference calculation unit that calculates an arrival frequency difference, which is a difference between a frequency shift occurring from the radio wave source to the first satellite and a frequency shift occurring from the radio wave source to the second satellite, from the peak frequency difference of the two-dimensional correlation value calculated with the first reception signal as the first signal and the second reception signal as the second signal, using positions and velocity vectors of the first satellite and the second satellite;
an equal arrival time difference line calculation unit that calculates an equal arrival time difference line, which is a line representing the position of the radio wave source from which the arrival time difference is obtained, using the positions of the first satellite and the second satellite;
a geostationary satellite determination unit that determines whether the first satellite and the second satellite are geostationary satellites;
a radio wave source velocity estimation unit that estimates a radio wave source velocity, which is a velocity vector that represents the movement of the radio wave source, from the arrival frequency difference when the geostationary satellite determination unit determines that both the first satellite and the second satellite are geostationary satellites;
a second positioning unit that, when it is determined in the geostationary satellite determination unit that both the first satellite and the second satellite are geostationary satellites, generates radio wave source position estimation information regarding the position of the radio wave source using the radio wave source speed, the equal arrival time difference line, and the positions and velocity vectors of the first satellite and the second satellite.
前記電波源速度推定部は、前記電波源の位置が存在すると想定する範囲である想定位置範囲に含まれる前記等到達時間差線上の位置で、前記電波源速度が存在すると想定する範囲である想定速度範囲に存在する前記電波源速度を求める、請求項1に記載の位置標定装置。 The positioning device according to claim 1, wherein the radio wave source speed estimation unit determines the radio wave source speed that is present in an assumed speed range, which is a range in which the radio wave source speed is assumed to exist, at a position on the equal arrival time difference line that is included in an assumed location range, which is a range in which the position of the radio wave source is assumed to exist. 前記想定位置範囲を記憶する想定位置範囲記憶部と、
前記想定速度範囲を記憶する想定速度範囲記憶部と、
前記想定位置範囲および前記想定速度範囲をユーザが入力する入力手段とをさらに、備えた請求項2に記載の位置標定装置。
an assumed position range storage unit that stores the assumed position range;
an assumed speed range storage unit that stores the assumed speed range;
3. The position locating device according to claim 2, further comprising an input means for a user to input the assumed position range and the assumed velocity range.
前記電波源速度推定部が、前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置および速度ベクトルを使用して、前記等到達時間差線の上に設定された想定位置での、前記第1の衛星が移動することで発生する周波数偏移と前記第2の衛星が移動することで発生する周波数偏移との差である衛星周波数差と、前記第1の衛星までで発生する前記電波源速度による周波数偏移と前記第2の衛星までで発生する前記電波源速度による周波数偏移との差である電波源速度周波数差との和と、前記到達周波数差との差が決められた範囲になるように前記電波源速度を推定し、
前記第2の測位部が、前記電波源速度と、前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置および速度ベクトルを使用して、前記想定位置での前記衛星周波数差を前記到達周波数差から前記電波源速度周波数差を減算した値に決め、前記衛星周波数差が得られる前記電波源の位置である推定等周波数差線を計算する推定等周波数差線計算部を含み、
前記電波源位置推定情報が、前記等到達時間差線および前記推定等周波数差線である、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の位置標定装置。
the radio wave source velocity estimation unit uses the positions and velocity vectors of the first satellite and the second satellite to estimate the radio wave source velocity so that a difference between a sum of a satellite frequency difference, which is the difference between a frequency shift generated due to the movement of the first satellite and a frequency shift generated due to the movement of the second satellite, at an assumed position set on the equal arrival time difference line, and a radio wave source velocity frequency difference, which is the difference between a frequency shift generated due to the radio wave source velocity up to the first satellite and a frequency shift generated due to the radio wave source velocity up to the second satellite, and the arrival frequency difference falls within a determined range;
The second positioning unit includes an estimated iso-frequency difference line calculation unit that uses the radio wave source speed and the positions and speed vectors of the first satellite and the second satellite to determine the satellite frequency difference at the assumed position as a value obtained by subtracting the radio wave source speed frequency difference from the arrival frequency difference, and calculates an estimated iso-frequency difference line that is the position of the radio wave source from which the satellite frequency difference is obtained;
4. The position locating device according to claim 1, wherein the radio wave source position estimation information is the equal arrival time difference line and the estimated equal frequency difference line.
前記電波源が存在すると想定する位置である想定位置に対して、前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置および速度ベクトルを使用して、前記第1の衛星が移動することで発生する周波数偏移と、前記第2の衛星が移動することで発生する周波数偏移との差である衛星周波数差を計算する衛星周波数差計算部をさらに備え、
前記電波源速度推定部が、前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置および速度ベクトルを使用して、前記第1の衛星までで発生する前記電波源速度による周波数偏移と前記第2の衛星までで発生する前記電波源速度による周波数偏移との差である電波源周波数差が、前記想定位置範囲に含まれる前記等到達時間差線の上に設定した前記想定位置に対する前記衛星周波数差を前記到達周波数差から減算した周波数差になるように、前記想定速度範囲に含まれる前記電波源速度を前記想定位置に応じて推定し、
前記第2の測位部が、前記等到達時間差線および推定した前記電波源速度を使用して算出した推定等周波数差線を前記電波源位置推定情報とする、請求項2または請求項3に記載の位置標定装置。
a satellite frequency difference calculation unit that calculates a satellite frequency difference, which is a difference between a frequency shift caused by the movement of the first satellite and a frequency shift caused by the movement of the second satellite, by using positions and velocity vectors of the first satellite and the second satellite with respect to an assumed position where the radio wave source is assumed to exist;
the radio wave source velocity estimation unit estimates the radio wave source velocity included in the assumed velocity range according to the assumed position using positions and velocity vectors of the first satellite and the second satellite so that a radio wave source frequency difference, which is a difference between a frequency shift caused by the radio wave source velocity occurring up to the first satellite and a frequency shift caused by the radio wave source velocity occurring up to the second satellite, is a frequency difference obtained by subtracting the satellite frequency difference for the assumed position set on the equal arrival time difference line included in the assumed position range from the arrival frequency difference;
4. The positioning device according to claim 2, wherein the second positioning unit uses an estimated equal frequency difference line calculated using the equal arrival time difference line and the estimated radio wave source speed as the radio wave source position estimation information.
前記電波源速度推定部が推定する前記電波源速度の範囲の前記想定速度範囲に対する割合である可能速度割合が決められた下限値以上である前記想定位置である可能位置を、前記電波源位置推定情報とする、請求項5に記載の位置標定装置。 The positioning device according to claim 5, wherein the radio wave source position estimation information is a possible position, which is the assumed position where a possible speed ratio, which is the ratio of the range of the radio wave source speed estimated by the radio wave source speed estimation unit to the assumed speed range, is equal to or greater than a determined lower limit. 前記第2の測位部が、前記想定位置範囲に含まれる前記等到達時間差線の上に設定された各前記想定位置で推定される前記電波源速度の前記可能速度割合に基づき、前記可能位置よりも前記電波源が存在する可能性が高いと推定される最尤位置を求める最尤位置推定部を含み、
前記電波源位置推定情報が、前記最尤位置、または前記最尤位置および前記可能位置である、請求項6に記載の位置標定装置。
the second positioning unit includes a maximum likelihood position estimation unit that determines a maximum likelihood position that is estimated to be more likely to include the radio wave source than the possible positions based on the possible speed ratio of the radio wave source speeds estimated at each of the assumed positions set on the equal arrival time difference line included in the assumed position range,
7. The position locating device according to claim 6, wherein the radio wave source position estimation information is the most likely position, or the most likely position and the possible positions.
前記最尤位置推定部が、各前記可能位置で推定される前記電波源速度の前記可能速度割合をすべての各前記可能位置で推定される前記電波源速度の前記可能速度割合の和である全体可能速度割合で除算した値を重み付け係数として、各前記可能位置の重み付け平均した位置に基づき前記最尤位置を求める、請求項7に記載の位置標定装置。 The positioning device according to claim 7, wherein the maximum likelihood position estimation unit determines the maximum likelihood position based on a weighted average position of each of the possible positions, using a weighting coefficient obtained by dividing the possible speed ratio of the radio wave source speed estimated at each of the possible positions by a total possible speed ratio, which is the sum of the possible speed ratios of the radio wave source speeds estimated at all of the possible positions. 前記最尤位置推定部が、前記可能速度割合が最大になる前記可能位置を前記最尤位置として求める、請求項7に記載の位置標定装置。 The positioning device according to claim 7, wherein the maximum likelihood position estimator determines the possible position at which the possible speed ratio is maximized as the maximum likelihood position. 前記第2の測位部が、前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置および速度ベクトルを使用して、前記衛星周波数差が得られる前記電波源の位置である推定等周波数差線を計算する推定等周波数差線計算部を含み、
前記電波源位置推定情報が、前記推定等周波数差線を含む、請求項5から請求項9の何れか1項に記載の位置標定装置。
the second positioning unit includes an estimated iso-frequency difference line calculation unit that calculates an estimated iso-frequency difference line, which is the position of the radio wave source from which the satellite frequency difference is obtained, by using positions and velocity vectors of the first satellite and the second satellite;
The position locating device according to claim 5 , wherein the radio wave source position estimation information includes the estimated iso-frequency difference line.
前記到達時間差計算部が、位置が既知の参照局が放射する電波が前記第1の衛星で中継されて前記第1の観測局で受信された第3の受信信号を前記第1の信号とし、前記参照局が放射する電波が前記第2の衛星で中継されて前記第2の観測局で受信された第4の受信信号を前記第2の信号として計算された前記2次元相関値の前記ピーク時間差である参照局ピーク時間差と、前記第1の受信信号を前記第1の信号とし、前記第2の受信信号を前記第2の信号として計算された前記2次元相関値の前記ピーク時間差である電波源ピーク時間差と、前記参照局から前記第1の衛星までの電波の到達時間と前記参照局から前記第2の衛星までの電波の到達時間との差である参照局時間差とに基づき、前記到達時間差を計算し、
前記到達周波数差計算部が、前記第3の受信信号を前記第1の信号とし、前記第4の受信信号を前記第2の信号として計算された前記2次元相関値の前記ピーク周波数差である参照局ピーク周波数差と、前記第1の受信信号を前記第1の信号とし、前記第2の受信信号を前記第2の信号として計算された前記2次元相関値の前記ピーク周波数差である電波源ピーク周波数差と、前記参照局から前記第1の衛星までで発生する周波数偏移と、前記参照局から前記第2の衛星までで発生する周波数偏移との差である参照局周波数差とに基づき、前記到達周波数差を計算する、請求項1から請求項10の何れか1項に記載の位置標定装置。
the arrival time difference calculation unit calculates the arrival time difference based on a reference station peak time difference which is the peak time difference of the two-dimensional correlation value calculated by setting as the first signal a third reception signal in which a radio wave radiated by a reference station whose position is known is relayed by the first satellite and received by the first observation station, and as the second signal a fourth reception signal in which a radio wave radiated by the reference station is relayed by the second satellite and received by the second observation station, the first reception signal being the first signal, and a radio wave source peak time difference which is the peak time difference of the two-dimensional correlation value calculated by setting as the first reception signal the second reception signal being the second signal, and a reference station time difference which is the difference between the arrival time of the radio wave from the reference station to the first satellite and the arrival time of the radio wave from the reference station to the second satellite,
11. The position locating device according to claim 1, wherein the arrival frequency difference calculation unit calculates the arrival frequency difference based on a reference station peak frequency difference which is the peak frequency difference of the two-dimensional correlation value calculated using the third received signal as the first signal and the fourth received signal as the second signal, a radio wave source peak frequency difference which is the peak frequency difference of the two-dimensional correlation value calculated using the first received signal as the first signal and the second received signal as the second signal, and a reference station frequency difference which is the difference between a frequency shift occurring from the reference station to the first satellite and a frequency shift occurring from the reference station to the second satellite.
前記到達時間差計算部が、前記第1の観測局、前記第2の観測局、前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置を使用して、前記到達時間差を計算し、
前記到達周波数差計算部が、前記第1の観測局および前記第2の観測局の位置、前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置および速度ベクトルを使用して、前記到達周波数差を計算する、請求項1から請求項10の何れか1項に記載の位置標定装置。
the arrival time difference calculation unit calculates the arrival time difference using positions of the first observation station, the second observation station, the first satellite, and the second satellite;
11. The positioning device according to claim 1, wherein the arrival frequency difference calculation unit calculates the arrival frequency difference using positions of the first observation station and the second observation station, and positions and velocity vectors of the first satellite and the second satellite.
前記静止衛星判別部において、前記第1の衛星および前記第2の衛星の少なくとも1つが静止衛星ではないと判別されると、前記第1の衛星および前記第2の衛星の位置および速度ベクトルを使用して、前記等到達時間差線の上で前記到達周波数差が得られる位置を、前記電波源の位置として求める第1の測位部をさらに備える、請求項1から請求項12の何れか1項に記載の位置標定装置。 13. The positioning device according to claim 1, further comprising a first positioning unit that, when the geostationary satellite discrimination unit determines that at least one of the first satellite and the second satellite is not a geostationary satellite, uses positions and velocity vectors of the first satellite and the second satellite to determine, as the position of the radio wave source, a position on the equal arrival time difference line where the arrival frequency difference is obtained.
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