Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7610243B2 - Position estimation device and position estimation method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7610243B2 - Position estimation device and position estimation method - Google Patents

Position estimation device and position estimation method Download PDF

Info

Publication number
JP7610243B2
JP7610243B2 JP2020172370A JP2020172370A JP7610243B2 JP 7610243 B2 JP7610243 B2 JP 7610243B2 JP 2020172370 A JP2020172370 A JP 2020172370A JP 2020172370 A JP2020172370 A JP 2020172370A JP 7610243 B2 JP7610243 B2 JP 7610243B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arrival
estimated
objective function
wave
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020172370A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022063946A (en
Inventor
聡 清水
拓哉 栗原
一人 矢野
義規 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Original Assignee
ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ATR Advanced Telecommunications Research Institute International filed Critical ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority to JP2020172370A priority Critical patent/JP7610243B2/en
Publication of JP2022063946A publication Critical patent/JP2022063946A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7610243B2 publication Critical patent/JP7610243B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Description

本発明は、未知の波源の位置を、電波の到来方向を用いて推定する位置推定装置等に関する。 The present invention relates to a position estimation device that estimates the position of an unknown wave source using the direction of arrival of radio waves.

無線通信を行うICT機器(Information and Communication Technology機器:情報通信装置)の普及により、空間には様々な電波が飛び交っている。それらの機器の中には、免許や適切な認定を受けることなく送信を行っているものがある。その電波は他の機器に干渉を与え、通信障害が発生することもある。 With the widespread use of ICT (Information and Communication Technology) devices that perform wireless communications, various radio waves are flying around in the air. Some of these devices transmit without a license or proper certification. These radio waves can interfere with other devices, causing communication problems.

このような状況を把握して対策を行うためには、電波を発する信号源の位置を特定する必要がある。その方法として主に次のような方法が知られている。
・信号源から発せられた電波のRSSI(Received Signal Strength Indication:受信信号強度)を複数の地点で測定し、その結果から三角測量の方法によって信号源の位置を推定する方法
・信号源から送信された信号を複数の地点で同時に受信し、その送達時間の差から信号源の位置を推定する方法(TDoA:Time Difference of Arrival)
・信号源から送信された信号を複数の地点で同時に受信し、その位相差から信号の到来方向を推定する方法(DoA:Direction of Arrival)
In order to understand such situations and take measures, it is necessary to identify the location of the signal source emitting radio waves. The following methods are mainly known as the methods for doing so:
- A method of measuring the RSSI (Received Signal Strength Indication) of radio waves emitted from a signal source at multiple points and estimating the location of the signal source from the results using a triangulation method. - A method of receiving a signal transmitted from a signal source simultaneously at multiple points and estimating the location of the signal source from the difference in the delivery time (TDoA: Time Difference of Arrival).
A method in which a signal transmitted from a signal source is received simultaneously at multiple points and the direction of arrival of the signal is estimated from the phase difference (DoA: Direction of Arrival)

TDoAやDoAによって信号源の位置を推定する場合は、複数の地点で同時に測定を行う必要がある。なお、電波は3×108(m/s)の極めて速い速度で伝搬する。したがって、複数地点で同時に伝搬時間差や位相差を測定するには、極めて高い時間分解能で受信する機構が必要になる。その際、離れた複数地点で「同時」を実現するのも難しいことになる。同時を実現しやすい近くの場合は、伝搬時間差や位相差が小さくなり、推定精度が低下するという問題がある。 When estimating the position of a signal source using TDoA or DoA, it is necessary to perform measurements at multiple locations simultaneously. Radio waves propagate at an extremely fast speed of 3 x 10 8 (m/s). Therefore, in order to measure the propagation time difference or phase difference at multiple locations simultaneously, a receiving mechanism with extremely high time resolution is required. In such cases, it is difficult to achieve "simultaneity" at multiple distant locations. In the case of nearby locations where it is easy to achieve simultaneous measurement, the propagation time difference and phase difference become small, resulting in a problem of reduced estimation accuracy.

RSSIを用いる方法でも複数地点での測定は必要ではあるが、それらの場所で信号を同時に受信する必要はないため、一つの受信機を移動させてRSSIを記録することによって位置推定を行うこともできる。また、RSSIを用いる方法は、受信信号の強度のみを測定すればよく、平易な回路で実現できるという利点もある。 Although the method using RSSI still requires measurements at multiple locations, it is not necessary to receive signals at those locations simultaneously, so location estimation can be performed by moving a single receiver and recording the RSSI. Another advantage of the method using RSSI is that it is only necessary to measure the strength of the received signal, and it can be implemented with simple circuitry.

また、電波を用いた位置推定については、例えば、特許文献1に記載された方法も知られている。 In addition, a method for estimating position using radio waves is known, for example, as described in Patent Document 1.

特許第6030976号公報Patent No. 6030976

特許文献1の発明では、複数の基地局で端末からのRSSIを測定して位置を推定している。しかしながら、基地局の位置が未知であるという前提のために、それを決めるために基地局の位置も基地局間相互の受信電力から推定する、という処理を行う。この過程で基地局の位置がずれてしまっては、端末位置を正確に把握できない。また、複数の基地局が必要な方法でもある。 In the invention of Patent Document 1, multiple base stations measure the RSSI from the terminal to estimate the location. However, since the base station's location is assumed to be unknown, a process is performed in which the base station's location is also estimated from the mutual received power between base stations in order to determine it. If the base station's location shifts during this process, the terminal's location cannot be accurately determined. This method also requires multiple base stations.

また、RSSIを用いて信号源の位置を推定する方法は上記のように優れた点はあるが、波源の位置から受信位置までの電波の伝搬損失について近似を行った場合には、その近似に応じて推定誤差が生じるという問題があった。さらに、信号源の出力が測定途中に変化した場合には、その変化に応じて推定誤差が生じるという問題もあった。 Although the method of estimating the position of a signal source using RSSI has advantages as described above, there is a problem in that if an approximation is made to the propagation loss of radio waves from the position of the wave source to the receiving position, an estimation error occurs according to the approximation. Furthermore, if the output of the signal source changes during the measurement, there is also a problem in that an estimation error occurs according to the change.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、TDoAやDoAを用いることなく、また、より高い精度で未知の波源の位置を推定することができる位置推定装置、及び位置推定方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide a position estimation device and a position estimation method that can estimate the position of an unknown wave source with higher accuracy without using TDoA or DoA.

上記目的を達成するため、本発明の一態様による位置推定装置は、未知の波源からの電波の到来方向を取得する到来方向取得部と、到来方向の取得される電波が受信された際の受信位置を取得する受信位置取得部と、到来方向と受信位置との複数の組、未知の波源の推定位置を用いて、受信位置ごとの推定到来方向と到来方向との差に応じた目的関数を最適化することによって推定位置を推定する推定部と、を備えたものである。
このような構成により、TDoAやDoAを用いることなく、電波の到来方向を用いて、未知の波源の位置を推定することができるようになる。このように、TDoA等を用いないため、簡易な構成により波源の位置の推定が可能になる。また、電波の伝搬損失について近似を行う必要がないため、より精度の高い位置推定が可能となる。また、信号源の出力が測定途中に変化しても、より適切な位置推定を行うことができる。さらに、目的関数の最適化によって推定を行うため、十分な個数の到来方向と受信位置との組を用いることによって、マルチパスの影響も低減しながら、波源の位置を推定することができるようになる。
In order to achieve the above object, a position estimation device according to one embodiment of the present invention includes an arrival direction acquisition unit that acquires the arrival direction of radio waves from an unknown wave source, a reception position acquisition unit that acquires the reception position when the radio waves whose arrival direction is acquired are received, and an estimation unit that estimates an estimated position by optimizing an objective function according to the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction for each reception position using multiple pairs of arrival directions and reception positions and the estimated position of the unknown wave source.
With this configuration, it is possible to estimate the position of an unknown wave source using the direction of arrival of radio waves without using TDoA or DoA. In this way, since TDoA and the like are not used, it is possible to estimate the position of the wave source with a simple configuration. In addition, since there is no need to approximate the propagation loss of radio waves, it is possible to estimate the position with higher accuracy. In addition, even if the output of the signal source changes during the measurement, it is possible to perform more appropriate position estimation. Furthermore, since estimation is performed by optimizing the objective function, it is possible to estimate the position of the wave source while reducing the influence of multipath by using a sufficient number of pairs of the direction of arrival and the receiving position.

また、本発明の一態様による位置推定装置では、未知の波源は1以上存在し、推定部は、最適化された目的関数の値である最適値を推定波源数で除算した波源当たりの最適値が最適化されるように、推定波源数をも推定してもよい。
このような構成により、波源の個数の推定も行うことができるようになる。
In addition, in a position estimation device according to one aspect of the present invention, there are one or more unknown wave sources, and the estimation unit may also estimate the number of estimated wave sources so that an optimal value per wave source, which is the value of the optimized objective function, is divided by the number of estimated wave sources, is optimized.
With this configuration, it is also possible to estimate the number of wave sources.

また、本発明の一態様による位置推定装置では、推定部は、推定到来方向と到来方向との差に、推定到来方向の算出で用いる推定位置と受信位置との間の空間に関する空間情報に応じた重みを付けた目的関数を最適化してもよい。
このような構成により、より精度の高い推定を実現することができるようになる。
In addition, in a position estimation device according to one aspect of the present invention, the estimation unit may optimize an objective function in which a weight is applied to the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction according to spatial information regarding the space between the estimated position and the receiving position used in calculating the estimated arrival direction.
With this configuration, it is possible to achieve more accurate estimation.

また、本発明の一態様による位置推定装置では、到来方向取得部は、到来方向を取得する電波の受信電力をも取得し、推定部は、推定到来方向と到来方向との差に、到来方向の取得される電波の受信電力に応じた重みを付けた目的関数を最適化してもよい。
このような構成により、より精度の高い推定を実現することができるようになる。
In addition, in a position estimation device according to one aspect of the present invention, the arrival direction acquisition unit may also acquire the received power of the radio waves from which the arrival direction is acquired, and the estimation unit may optimize an objective function in which a weight is applied to the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction according to the received power of the radio waves from which the arrival direction is acquired.
With this configuration, it is possible to achieve more accurate estimation.

また、本発明の一態様による位置推定装置では、到来方向取得部は、到来方向を取得する電波の受信電力をも取得し、推定部は、到来方向と受信位置と受信電力との組、未知の波源の推定位置、未知の波源からの電波の推定送信電力、電波の伝搬損失を用いて、受信位置ごとの推定到来方向と到来方向との差、及び受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた目的関数を最適化することによって、推定位置と推定送信電力とを推定してもよい。
このような構成により、到来方向に加えて、受信電力をも用いて波源の位置を推定するため、より精度の高い推定を実現することができるようになる。また、波源の送信電力をも推定することができる。
In addition, in a position estimation device according to one aspect of the present invention, the arrival direction acquisition unit also acquires the received power of the radio waves from which the arrival direction is acquired, and the estimation unit may estimate the estimated position and estimated transmission power by optimizing an objective function according to the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction for each receiving position and the difference between the estimated received power and the received power for each receiving position, using a pair of the arrival direction, receiving position, and received power, the estimated position of the unknown wave source, the estimated transmission power of the radio waves from the unknown wave source, and the propagation loss of the radio waves.
With this configuration, the position of the wave source is estimated using the received power in addition to the direction of arrival, so that it is possible to realize more accurate estimation. Also, the transmission power of the wave source can be estimated.

また、本発明の一態様による位置推定装置では、推定部は、逐次的な演算処理によって目的関数の最適化を行ってもよい。
このような構成により、例えば、ニュートン法などの逐次的な演算によって、目的関数の最適化を行うことができるようになる。
In the position estimation device according to an aspect of the present invention, the estimation unit may optimize the objective function by sequential calculation processing.
With this configuration, it becomes possible to optimize the objective function by sequential calculations such as the Newton method.

また、本発明の一態様による位置推定装置では、推定部は、複数の初期値を用いた逐次的な演算処理によって目的関数の最適化を行ってもよい。
このような構成により、最適解が局所最適値に対応したものとなることを回避することができ、より精度の高い推定を実現することができるようになる。
In the position estimation device according to an aspect of the present invention, the estimation unit may optimize the objective function by sequential calculation processing using a plurality of initial values.
With this configuration, it is possible to prevent the optimum solution from corresponding to a local optimum value, and it is possible to realize more accurate estimation.

また、本発明の一態様による位置推定装置では、推定部は、逐次的な演算処理において、目的関数が局所最適値に収束している場合には、ステップサイズをより大きい値に変更し、目的関数が大域最適値に収束している場合には、ステップサイズをより小さい値に変更してもよい。
このような構成により、最適解が局所最適値に対応したものとなることを回避することができ、より精度の高い推定を実現することができるようになる。
In addition, in a position estimation device according to one aspect of the present invention, the estimation unit may change the step size to a larger value when the objective function converges to a local optimum value in the sequential calculation process, and may change the step size to a smaller value when the objective function converges to a global optimum value.
With this configuration, it is possible to prevent the optimum solution from corresponding to a local optimum value, and it is possible to realize more accurate estimation.

また、本発明の一態様による位置推定方法は、未知の波源からの電波の到来方向を取得するステップと、到来方向の取得される電波が受信された際の受信位置を取得するステップと、到来方向と受信位置との複数の組、未知の波源の推定位置を用いて、受信位置ごとの推定到来方向と到来方向との差に応じた目的関数を最適化することによって推定位置を推定するステップと、を備えたものである。 In addition, a position estimation method according to one aspect of the present invention includes a step of acquiring the direction of arrival of radio waves from an unknown wave source, a step of acquiring a receiving position when the radio waves whose direction of arrival is acquired are received, and a step of estimating an estimated position by optimizing an objective function according to the difference between the estimated direction of arrival and the direction of arrival for each receiving position, using multiple pairs of the direction of arrival and the receiving position and the estimated position of the unknown wave source.

本発明の一態様による位置推定装置等によれば、TDoAやDoAを用いることなく、電波に関する情報である到来方向を用いて、未知の波源の位置を推定することができるようになる。 According to one aspect of the present invention, a location estimation device can estimate the location of an unknown wave source using the direction of arrival, which is information about radio waves, without using TDoA or DoA.

本発明の実施の形態による位置推定装置の構成を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a position estimation device according to an embodiment of the present invention; 同実施の形態による位置推定装置の動作を示すフローチャートA flowchart showing the operation of the position estimation device according to the embodiment.

以下、本発明による位置推定装置、及び位置推定方法について、実施の形態を用いて説明する。本実施の形態による位置推定装置、及び位置推定方法は、未知の波源の位置を、電波の到来方向を用いた最適化によって推定するものである。 The following describes a position estimation device and a position estimation method according to the present invention using an embodiment. The position estimation device and the position estimation method according to the present embodiment estimate the position of an unknown wave source by optimization using the direction of arrival of radio waves.

図1は、本実施の形態による位置推定装置1の構成を示すブロック図である。本実施の形態による位置推定装置1は、到来方向取得部11と、受信位置取得部12と、推定部13とを備える。後述するように、位置推定装置1は、電波を受信するものであってもよく、または、そうでなくてもよい。前者の場合には、位置推定装置1は、位置を変更可能なもの(例えば、持ち運び可能な装置や、自動車等の移動体に搭載可能な装置等)であることが好適である。一方、電波を受信しない場合には、位置推定装置1は、例えば、1個または2個以上のクライアント装置から電波の到来方向等を受け取るサーバ装置であってもよい。本実施の形態では、位置推定装置1が、電波を受信するものであり、位置を変更可能なものである場合について主に説明する。 Fig. 1 is a block diagram showing the configuration of a position estimation device 1 according to this embodiment. The position estimation device 1 according to this embodiment includes an arrival direction acquisition unit 11, a reception position acquisition unit 12, and an estimation unit 13. As described later, the position estimation device 1 may or may not receive radio waves. In the former case, it is preferable that the position estimation device 1 is one whose position can be changed (for example, a portable device or a device that can be mounted on a moving body such as an automobile). On the other hand, if radio waves are not received, the position estimation device 1 may be, for example, a server device that receives the arrival direction of radio waves from one or more client devices. In this embodiment, the case where the position estimation device 1 receives radio waves and is one whose position can be changed will be mainly described.

到来方向取得部11は、未知の波源5からの電波の到来方向を取得する。未知の波源5の個数は、1個以上であってもよい。本実施の形態では、まず、未知の波源5の個数が1個である場合について主に説明し、未知の波源5の個数が1個以外であり得る場合については後述する。到来方向取得部11は、未知の波源5からの電波を受信して、電波の到来方向を取得するものであってもよく、他の装置で受信された電波の到来方向を、他の装置から受け取るものであってもよい。本実施の形態では、上記のように、前者の場合について主に説明する。すなわち、本実施の形態では、到来方向取得部11が、アンテナ11aで電波を受信して、その電波の到来方向を取得するものとする。 The arrival direction acquisition unit 11 acquires the arrival direction of radio waves from the unknown wave source 5. The number of unknown wave sources 5 may be one or more. In this embodiment, first, the case where the number of unknown wave sources 5 is one will be mainly described, and the case where the number of unknown wave sources 5 may be other than one will be described later. The arrival direction acquisition unit 11 may receive radio waves from the unknown wave source 5 and acquire the arrival direction of the radio waves, or may receive from another device the arrival direction of radio waves received by another device. In this embodiment, as described above, the former case will be mainly described. That is, in this embodiment, the arrival direction acquisition unit 11 receives radio waves with the antenna 11a and acquires the arrival direction of the radio waves.

アンテナ11aは、指向性を有するアンテナであることが好適である。指向性を有するアンテナは、例えば、八木アンテナやパラボラアンテナなどのようなアンテナの構造によって、指向性を有するものであってもよく、アレーアンテナのように、複数のアンテナの受信信号に振幅と位相による重みを掛け合わせることによって指向性を持つようにしたアンテナであってもよい。電波の到来方向を適切に推定するため、アンテナ11aの指向性は鋭い方が好適である。 It is preferable that antenna 11a be a directional antenna. The directional antenna may be one that has directionality due to the antenna structure, such as a Yagi antenna or a parabolic antenna, or may be an antenna that has directionality by multiplying the received signals of multiple antennas by weights based on the amplitude and phase, such as an array antenna. In order to properly estimate the direction of arrival of radio waves, it is preferable that antenna 11a has a sharp directivity.

到来方向取得部11は、例えば、八木アンテナなどの指向性を有するアンテナ11aを回転させ、未知の波源5からの電波の受信信号強度(RSSI)が最大となった時点のアンテナ11aのメインローブの方向を電波の到来方向としてもよい。この場合には、到来方向取得部11は、アンテナ11aを回転させるための回転機構を有していてもよい。また、到来方向取得部11は、例えば、アレーアンテナであるアンテナ11aの各アンテナで受信された電波の位相を用いることによって、アンテナ11aに対する電波の到来方向を取得してもよい。なお、到来方向取得部11が取得する電波の到来方向は、基準方向を基準とした電波の到来方向であってもよい。基準方向は、例えば、北の方向や東の方向などのようにワールド座標系におけるあらかじめ決められた方向であってもよい。到来方向取得部11は、例えば、基準方向を特定するための地磁気センサなどを有していてもよい。そして、アンテナ11aに対する相対的な電波の到来方向を取得した場合には、到来方向取得部11は、基準方向とアンテナ11aの方向との関係を用いて、基準方向に対する絶対的な電波の到来方向を取得してもよい。 The arrival direction acquisition unit 11 may rotate the directional antenna 11a such as a Yagi antenna, and may set the direction of the main lobe of the antenna 11a at the time when the received signal strength (RSSI) of the radio wave from the unknown wave source 5 becomes maximum as the arrival direction of the radio wave. In this case, the arrival direction acquisition unit 11 may have a rotation mechanism for rotating the antenna 11a. The arrival direction acquisition unit 11 may also acquire the arrival direction of the radio wave for the antenna 11a by using the phase of the radio wave received by each antenna of the antenna 11a, which is an array antenna, for example. The arrival direction of the radio wave acquired by the arrival direction acquisition unit 11 may be the arrival direction of the radio wave based on a reference direction. The reference direction may be a predetermined direction in the world coordinate system, such as the north direction or the east direction. The arrival direction acquisition unit 11 may have, for example, a geomagnetic sensor for identifying the reference direction. Then, when the direction of arrival of the radio waves relative to the antenna 11a is acquired, the direction of arrival acquisition unit 11 may acquire the absolute direction of arrival of the radio waves relative to the reference direction by using the relationship between the reference direction and the direction of the antenna 11a.

受信位置取得部12は、到来方向の取得される電波が受信された際の受信位置を取得する。すなわち、未知の波源5からの電波がアンテナ等によって受信された際のアンテナ等の位置が取得されることになる。受信位置取得部12は、到来方向取得部11が到来方向を取得するために電波を受信した時点の位置推定装置1の位置である受信位置を取得するものであってもよく、他の装置で電波が受信された時点のその装置の位置である受信位置を、他の装置から受け取るものであってもよい。本実施の形態では、前者の場合について主に説明する。 The receiving position acquisition unit 12 acquires the receiving position when the radio waves from which the direction of arrival is acquired are received. That is, the position of the antenna or the like when the radio waves from the unknown wave source 5 are received by the antenna or the like is acquired. The receiving position acquisition unit 12 may acquire the receiving position, which is the position of the position estimation device 1 at the time when the direction of arrival acquisition unit 11 received the radio waves to acquire the direction of arrival, or may receive from another device the receiving position, which is the position of that device at the time when the radio waves were received by that device. In this embodiment, the former case will be mainly described.

受信位置取得部12が位置を取得する方法は問わない。受信位置取得部12は、例えば、GPS(Global Positioning System)を用いて位置を取得してもよく、さらに準天頂衛星システムをも用いて位置を取得してもよく、位置推定装置1が車両等に搭載されている場合には、例えば、ジャイロなどの自律航法装置を用いて位置を取得してもよく、位置を示す位置情報に対応したコード等(例えば、QRコード(登録商標)等)の画像が、その位置情報の示す位置に配置されている場合には、例えば、そのコード等の画像を撮影して、位置情報を読み出すことによって位置を取得してもよく、その他の方法によって位置を取得してもよい。受信位置取得部12は、例えば、メジャー等を用いて手作業で測定された受信位置を、キーボードやタッチパネルなどの入力手段を介して受け付けてもよい。本実施の形態では、受信位置取得部12が、GPS衛星からの電波を、アンテナ12aを介して受信し、その受信した電波を用いて位置を取得する場合について主に説明する。受信位置取得部12によって取得される位置は、例えば、緯度と経度を示す座標であってもよく、その他の座標であってもよい。 The method by which the receiving position acquisition unit 12 acquires the position does not matter. The receiving position acquisition unit 12 may acquire the position using, for example, the Global Positioning System (GPS), or may also acquire the position using the Quasi-Zenith Satellite System. If the position estimation device 1 is mounted on a vehicle, for example, the receiving position may be acquired using an autonomous navigation device such as a gyro. If an image of a code or the like (e.g., a QR code (registered trademark), etc.) corresponding to the position information indicating the position is placed at the position indicated by the position information, for example, the image of the code or the like may be photographed and the position information may be read to acquire the position, or the position may be acquired by other methods. The receiving position acquisition unit 12 may accept, for example, a receiving position measured manually using a tape measure or the like, via an input means such as a keyboard or a touch panel. In this embodiment, the receiving position acquisition unit 12 mainly describes a case in which the receiving position acquisition unit 12 receives radio waves from a GPS satellite via the antenna 12a and acquires the position using the received radio waves. The position acquired by the receiving position acquisition unit 12 may be, for example, coordinates indicating latitude and longitude, or other coordinates.

到来方向取得部11によって取得された到来方向と、その到来方向の取得される電波に関して、受信位置取得部12によって取得された受信位置とは、紐付けられて管理されることが好適である。本実施の形態では、紐付けられた到来方向と受信位置とを、到来方向と受信位置との組と呼ぶことにする。到来方向取得部11によって到来方向が取得され、その到来方向の取得に応じた受信位置が受信位置取得部12によって取得されることによって、到来方向と受信位置との組が複数取得されることになる。例えば、位置推定装置1が移動可能なものである場合には、複数の位置において未知の波源5からの電波が受信されることによって、到来方向と受信位置との複数の組が取得されてもよい。 It is preferable that the direction of arrival acquired by the direction of arrival acquisition unit 11 and the receiving position acquired by the receiving position acquisition unit 12 for the radio waves acquired in that direction of arrival are linked and managed. In this embodiment, the linked direction of arrival and receiving position are referred to as a pair of direction of arrival and receiving position. The direction of arrival is acquired by the direction of arrival acquisition unit 11, and the receiving position corresponding to the acquired direction of arrival is acquired by the receiving position acquisition unit 12, thereby acquiring multiple pairs of direction of arrival and receiving position. For example, if the position estimation device 1 is mobile, multiple pairs of direction of arrival and receiving position may be acquired by receiving radio waves from an unknown wave source 5 at multiple positions.

推定部13は、到来方向と受信位置との複数の組、未知の波源5の推定位置を用いて、受信位置ごとの推定到来方向と到来方向との差に応じた目的関数を最適化することによって推定位置を推定する。すなわち、測定結果である到来方向と受信位置との複数の組を用いて、受信位置ごとの到来方向の推定値と到来方向の実測値との誤差に応じた目的関数(誤差関数)が最適化されるように(すなわち、その誤差が小さくなるように)、目的関数を最適化する最適解(すなわち、未知の波源5の位置)を求めることになる。なお、推定部13は、受信位置と推定位置とを用いて、受信位置を基準とした未知の波源5の方向、すなわち推定到来方向を推定することができる。 The estimation unit 13 estimates the estimated position by optimizing an objective function according to the difference between the estimated direction of arrival and the direction of arrival for each receiving position, using multiple pairs of the direction of arrival and the receiving position, and the estimated position of the unknown wave source 5. That is, using multiple pairs of the direction of arrival and the receiving position, which are the measurement results, an optimal solution (i.e., the position of the unknown wave source 5) that optimizes the objective function (error function) according to the error between the estimated value of the direction of arrival for each receiving position and the actual measured value of the direction of arrival is found so that the error is optimized (i.e., the error is reduced). The estimation unit 13 can estimate the direction of the unknown wave source 5 based on the receiving position, i.e., the estimated direction of arrival, using the receiving position and the estimated position.

目的関数は、受信位置ごとの到来方向の推定値と到来方向の実測値との誤差が大きくなるほど、値が大きくなる関数であってもよく、または、その誤差が大きくなるほど、値が小さくなる関数であってもよい。前者の場合には、最適化は目的関数を最小化することになり、後者の場合には、最適化は目的関数を最大化することになる。本実施の形態では、前者の場合について主に説明する。また、受信位置ごとの到来方向の推定値と到来方向の実測値との誤差が大きくなるほど、値が小さくなる関数としては、種々の関数を用いることができる。 The objective function may be a function whose value increases as the error between the estimated value of the direction of arrival for each receiving position and the actual measured value of the direction of arrival increases, or may be a function whose value decreases as the error increases. In the former case, optimization involves minimizing the objective function, and in the latter case, optimization involves maximizing the objective function. In this embodiment, the former case will be mainly described. Also, various functions can be used as a function whose value decreases as the error between the estimated value of the direction of arrival for each receiving position and the actual measured value of the direction of arrival increases.

以下、目的関数を最適化することによって、未知の波源5の推定位置を求める処理について具体的に説明する。まず、未知の波源5の推定位置を(xe,ye)とする。また、i番目の位置で取得された受信位置と到来方向とをそれぞれ(xi,yi)、θiとする。したがって、到来方向取得部11及び受信位置取得部12によって取得される到来方向と受信位置とのi番目の組は、例えば、(xi,yi,θi)となる。なお、i=1,2,…,Nである。Nは、推定対象の未知数を超える整数であることが好適である。例えば、波源5が1個である場合には未知数は2となるため、Nは3以上であることが好適である。Nが未知数と同じである場合には、推定位置を求めることはできるが、実質的に三角測量と同程度の精度で推定を行うことになり、マルチパスの影響を低減することが困難になるからである。また、Nが大きいほど、マルチパスの影響をよりよく低減することができるため、波源5が1個である場合には、Nは、10以上や20以上などのように、3よりも十分大きい値であることがより好適である。 Hereinafter, a process of obtaining an estimated position of the unknown wave source 5 by optimizing the objective function will be specifically described. First, the estimated position of the unknown wave source 5 is (x e , y e ). The reception position and the arrival direction acquired at the i-th position are (x i , y i ) and θ i , respectively. Therefore, the i-th pair of the arrival direction and the reception position acquired by the arrival direction acquisition unit 11 and the reception position acquisition unit 12 is, for example, (x i , y i , θ i ). Note that i=1, 2, ..., N. It is preferable that N is an integer that exceeds the unknown number of the estimation target. For example, when there is one wave source 5, the unknown number is 2, so that N is preferably 3 or more. This is because, although an estimated position can be obtained when N is the same as the unknown number, the estimation is performed with substantially the same accuracy as triangulation, making it difficult to reduce the influence of multipath. Furthermore, since the larger N is, the better the effect of multipath can be reduced, when there is one wave source 5, it is more preferable that N be a value sufficiently larger than 3, such as 10 or more, 20 or more.

未知の波源5からの波について、推定位置(xe,ye)、受信位置(xi,yi)を用いて算出した、受信位置(xi,yi)における推定到来方向θi eは次式のようになる。なお、この場合には、推定到来方向θi eは、x軸方向を基準方向とする角度である。

Figure 0007610243000001
For a wave from an unknown wave source 5, the estimated arrival direction θ i e at the receiving position ( xi , yi ) calculated using the estimated position ( xe , ye ) and the receiving position ( xi , yi ) is given by the following equation: In this case, the estimated arrival direction θ i e is an angle with the x-axis direction as the reference direction.
Figure 0007610243000001

上記のように、N箇所で到来方向と受信位置とが取得された場合には、受信位置ごとの推定到来方向と到来方向との差に応じた目的関数(評価関数)fは、例えば、次のようになる。

Figure 0007610243000002
As described above, when the arrival direction and reception position are acquired at N locations, the objective function (evaluation function) f according to the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction for each reception position is, for example, as follows:
Figure 0007610243000002

なお、ここでは、目的関数が、推定到来方向と到来方向との差の二乗和である場合について示しているが、目的関数は、例えば、推定到来方向と到来方向と差の絶対値の受信位置ごとの和であってもよく、推定到来方向と到来方向と差の四乗や六乗の受信位置ごとの和であってもよいことは言うまでもない。また、その和(総和)において、上記目的関数fの式のように、推定到来方向と到来方向との差に重み付けがなされていてもよい。 Note that, although the objective function is shown here as the sum of the squares of the difference between the estimated direction of arrival and the direction of arrival, it goes without saying that the objective function may be, for example, the sum of the absolute value of the difference between the estimated direction of arrival and the direction of arrival for each receiving position, or the sum of the fourth or sixth power of the difference between the estimated direction of arrival and the direction of arrival for each receiving position. Furthermore, in the sum (total sum), the difference between the estimated direction of arrival and the direction of arrival may be weighted, as in the formula for the objective function f above.

推定到来方向と到来方向との差に、重みを付けるとは、推定到来方向と到来方向との差に応じた値、例えば、差の二乗や、差の絶対値、差の四乗、差の六乗などに、重みを掛けることであってもよい。重みwiは、i番目の受信位置における測定結果に関する重みであり、通常、正の実数である。例えば、i番目の受信位置に応じた推定到来方向θi eと到来方向θiとの差に、その推定到来方向θi eの算出で用いる推定位置(xe,ye)と受信位置(xi,yi)との間の空間に関する空間情報に応じた重みwiが付けられてもよい。具体的には、見通しであることを示す空間情報に対応する重みwiは大きい値、例えば「1」に設定され、市街地や山地などのように障害物の存在を示す空間情報に対応する重みwiは、見通しの空間情報に対応する重みよりも小さい値、例えば「0.3」や「0.5」などに設定されてもよい。また、障害物の程度に応じて、重みが変更されてもよい。この場合には、空間情報によって示される障害物が多いほど、より小さい重みが用いられてもよい。例えば、少数の高層建築物が存在することを示す空間情報に応じた重みは、「0.5」などのようにより大きい値に設定され、多数の高層建築物が存在することを示す空間情報に応じた重みは、「0.2」などのようにより小さい値に設定されてもよい。このように、重みwiは、例えば、空間情報によってマルチパスの多いことが示される場合には、より小さい値に設定され、マルチパスの少ないことが示される場合には、より大きい値に設定されてもよい。推定部13は、例えば、地図情報を用いて空間情報を取得してもよい。空間情報を取得する方法については後述する。また、重みwiは、例えば、受信信号の大きさや確度などに応じて変更されてもよい。その場合には、例えば、理想的な受信に近いほど、より大きい重みが用いられてもよい。また、推定部13は、推定到来方向と到来方向との差に、その到来方向の取得される電波の受信電力に応じた重みを付けた目的関数を最適化してもよい。この場合には、受信電力が大きいほど、より大きい重みが用いられてもよい。受信電力が大きいほど、より適切に電波を受信できていると考えられるため、到来方向に関する重みが大きくなることが好適だからである。なお、重みwiは、定数であってもよい。このように、目的関数は、受信位置ごとの重みを用いないものであってもよい。この場合には、上記wiは、例えば、1であってもよく、1/Nであってもよい。 Weighting the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction may mean multiplying a value corresponding to the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction, such as the square of the difference, the absolute value of the difference, the fourth power of the difference, or the sixth power of the difference. The weight w i is a weight related to the measurement result at the i-th receiving position, and is usually a positive real number. For example, the difference between the estimated arrival direction θ i e corresponding to the i-th receiving position and the arrival direction θ i may be weighted by a weight w i corresponding to the space information related to the space between the estimated position (x e , y e ) and the receiving position (x i , y i ) used in calculating the estimated arrival direction θ i e. Specifically, the weight w i corresponding to the space information indicating visibility is set to a large value, such as "1", and the weight w i corresponding to the space information indicating the presence of an obstacle, such as an urban area or a mountainous area, may be set to a value smaller than the weight corresponding to the space information of visibility, such as "0.3" or "0.5". The weight may also be changed depending on the level of the obstacle. In this case, the more obstacles indicated by the spatial information, the smaller the weight may be used. For example, the weight according to the spatial information indicating the presence of a small number of high-rise buildings may be set to a larger value such as "0.5", and the weight according to the spatial information indicating the presence of a large number of high-rise buildings may be set to a smaller value such as "0.2". In this way, the weight w i may be set to a smaller value when the spatial information indicates that there is a large number of multipaths, and may be set to a larger value when the spatial information indicates that there is a small number of multipaths. The estimation unit 13 may acquire the spatial information, for example, by using map information. A method for acquiring the spatial information will be described later. The weight w i may also be changed according to, for example, the magnitude or accuracy of the received signal. In that case, for example, the closer to ideal reception, the larger the weight may be used. The estimation unit 13 may also optimize an objective function in which a weight according to the received power of the radio wave acquired in the arrival direction is applied to the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction. In this case, the larger the received power, the larger the weight may be used. This is because it is considered that the higher the received power is, the more appropriately the radio waves are received, and therefore it is preferable to increase the weighting for the direction of arrival. The weighting w i may be a constant. In this way, the objective function may not use a weighting for each receiving position. In this case, the above w i may be, for example, 1 or 1/N.

上記の目的関数fを最小にするxe,yeが、推定対象である波源5の位置となる。その目的関数fが最小になる解、すなわち最適解は、極小点に対応するため、目的関数fの各変数での偏微分が0になる。したがって、推定位置を求めることは、次式が成り立つ(xe,ye)を求めることになる。

Figure 0007610243000003
The x e , y e that minimize the above objective function f is the position of the wave source 5 to be estimated. The solution that minimizes the objective function f, i.e., the optimal solution, corresponds to a local minimum, and therefore the partial differentials of each variable of the objective function f are 0. Therefore, finding an estimated position is equivalent to finding (x e , y e ) for which the following equation holds:
Figure 0007610243000003

そのような(xe,ye)を算出する方法、すなわち目的関数の最適化の方法としては、様々なアルゴリズムが考えられ、その一例として、ニュートン法や最急降下法などを挙げることができるが、それに限定されるものではなく、例えば、カルマンフィルタ等のパラメータ推定方法を用いて最適化を行ってもよい。例えば、最急降下法を用いた逐次的な演算を行う場合には、初期値として、(x0 e,y0 e)を設定し、正の実数である適切なステップサイズαkを設定して、次式の逐次演算を繰り返すことによって、目的関数fを最適化することができる。なお、k=0,1,2,…である。また、逐次演算に必要な∇f(xe,ye)は、事前に算出しておき、逐次演算にその算出結果を用いるようにしてもよい。また、ステップサイズαkを、最初には大きな値とし、収束状況に応じて小さな値とすることによって、演算回数を低減するようにしてもよい。なお、ステップサイズとして定数を用いてもよい。

Figure 0007610243000004
As a method for calculating such (x e , y e ), that is, a method for optimizing the objective function, various algorithms can be considered, and examples thereof include the Newton method and the steepest descent method, but are not limited thereto. For example, optimization may be performed using a parameter estimation method such as a Kalman filter. For example, when performing sequential calculations using the steepest descent method, the objective function f can be optimized by setting (x 0 e , y 0 e ) as an initial value, setting an appropriate step size α k that is a positive real number, and repeating the sequential calculation of the following formula. Note that k=0, 1, 2, .... In addition, ∇f(x e , y e ) required for the sequential calculation may be calculated in advance, and the calculation result may be used for the sequential calculation. In addition, the step size α k may be set to a large value at first, and then to a small value depending on the convergence situation, thereby reducing the number of calculations. Note that a constant may be used as the step size.
Figure 0007610243000004

ここで、∇f(xe k,ye k)は、上記各式から次式のようになる。

Figure 0007610243000005
Here, ∇f( xek , yek ) is expressed by the following equation from the above equations.
Figure 0007610243000005

このように、推定部13は、逐次的な演算処理によって目的関数fの最適化を行ってもよい。この場合には、所定の終了条件が満たされたときに、最適化の処理が終了されてもよい。その終了条件は、例えば、収束条件が満たされたことであってもよく、kがあらかじめ決められた最大逐次演算回数を超えたことであってもよく、その他の条件であってもよい。推定部13は、例えば、kが1だけインクリメントされた際の目的関数fの値の変化の絶対値|f(xk+1 e,yk+1 e)-f(xk e,yk e)|が、あらかじめ決められた閾値よりも小さくなった場合に、収束条件が満たされたと判断してもよい。その閾値は、正の実数であり、通常、小さい値に設定される。また、推定部13は、例えば、目的関数fの値が、あらかじめ決められた値よりも小さい値となった場合に、収束条件が満たされたと判断してもよい。そのあらかじめ決められた値は、正の実数であり、通常、小さい値に設定される。 In this way, the estimation unit 13 may optimize the objective function f by sequential calculation processing. In this case, the optimization processing may be terminated when a predetermined termination condition is satisfied. The termination condition may be, for example, that a convergence condition is satisfied, that k exceeds a predetermined maximum number of sequential calculations, or other conditions. The estimation unit 13 may determine that the convergence condition is satisfied when, for example, the absolute value |f(x k+1 e , y k+1 e )−f(x k e , y k e )| of the change in the value of the objective function f when k is incremented by 1 becomes smaller than a predetermined threshold value. The threshold value is a positive real number and is usually set to a small value. The estimation unit 13 may also determine that the convergence condition is satisfied when, for example, the value of the objective function f becomes smaller than a predetermined value. The predetermined value is a positive real number and is usually set to a small value.

なお、推定部13は、目的関数fの最適化が局所最適となることを避けるため、例えば、複数の初期値を用いた逐次的な演算処理によって目的関数fの最適化を行ってもよい。例えば、推定部13は、複数の初期値を設定し、各初期値を用いた最適化を行うことによって、初期値ごとに、最適解と、その最適解を目的関数に代入した値である最適値とを取得することができる。その後、推定部13は、複数の最適値のうち、最も適切である最適値に対応する最適解を、最終的な推定位置としてもよい。最適解とは、目的関数を最適化することによって求められた解(ここでは、推定位置)のことである。また、最適値が最も適切であるとは、最適化が最小化である場合には、最適値が最も小さいことであり、最適化が最大化である場合には、最適値が最も大きいことである。なお、初期値は、厳密には、推定位置の初期値である。推定位置の初期値は、例えば、N個の受信位置を含む領域(例えば、N個の受信位置を含む最も小さい領域であってもよい)において、ランダムに特定されてもよい。 Note that, in order to prevent the optimization of the objective function f from becoming a local optimum, the estimation unit 13 may optimize the objective function f by, for example, sequential calculation processing using multiple initial values. For example, the estimation unit 13 may set multiple initial values and perform optimization using each initial value, thereby obtaining an optimal solution for each initial value and an optimal value obtained by substituting the optimal solution into the objective function. Thereafter, the estimation unit 13 may set the optimal solution corresponding to the most appropriate optimal value among the multiple optimal values as the final estimated position. The optimal solution is a solution (here, the estimated position) obtained by optimizing the objective function. In addition, the most appropriate optimal value means that the optimal value is the smallest when the optimization is minimization, and that the optimal value is the largest when the optimization is maximization. Note that, strictly speaking, the initial value is the initial value of the estimated position. The initial value of the estimated position may be randomly specified, for example, in an area including N receiving positions (for example, it may be the smallest area including N receiving positions).

また、推定部13は、目的関数fの最適化が局所最適となることを避けるため、例えば、逐次的な演算処理において、目的関数fが局所最適値に収束している場合には、ステップサイズαkをより大きい値に変更し、目的関数fが大域最適値に収束している場合には、ステップサイズαkをより小さい値に変更してもよい。なお、目的関数fが局所最適値に収束しているのか、大域最適値に収束しているのかは、例えば、目的関数fの値が、理想的な最適値に近いかどうかによって判断されてもよい。目的関数fの値が、理想的な最適値に近い場合には大域最適値に収束していると判断され、理想的な最適値から遠い場合には局所最適値に収束していると判断されてもよい。より具体的には、最適化が最小化である場合には、例えば、目的関数fの値が第1の閾値よりも大きい値に収束しているときに局所最適値に収束していると判断され、目的関数fの値が第1の閾値より小さい値に収束しているときに大域最適値に収束していると判断されてもよい。最適化が最大化である場合には、例えば、目的関数fの値が第2の閾値よりも小さい値に収束しているときに局所最適値に収束していると判断され、目的関数fの値が第2の閾値より大きい値に収束しているときに大域最適値に収束していると判断されてもよい。なお、第1及び第2の閾値は、同じ値であってもよく、異なっていてもよい。両閾値は、通常、正の実数である。目的関数fが局所最適値に収束している場合に用いられるステップサイズαk、及び目的関数fが大域最適値に収束している場合に用いられるステップサイズαkは、あらかじめ決められていてもよく、または、そうでなくてもよい。後者の場合には、例えば、目的関数fが局所最適値に収束しているときには、kの更新ごとに徐々に大きくなるステップサイズαkが用いられ、目的関数fが大域最適値に収束している場合には、kの更新ごとに徐々に小さくなるステップサイズαkが用いられてもよい。その場合であっても、ステップサイズの上限値や下限値は設定されていてもよい。 In addition, in order to prevent the optimization of the objective function f from becoming a local optimum, for example, in sequential calculation processing, the estimation unit 13 may change the step size α k to a larger value when the objective function f converges to a local optimum value, and may change the step size α k to a smaller value when the objective function f converges to a global optimum value. Whether the objective function f converges to a local optimum value or a global optimum value may be determined, for example, based on whether the value of the objective function f is close to an ideal optimum value. When the value of the objective function f is close to the ideal optimum value, it may be determined that the objective function f has converged to a global optimum value, and when the value of the objective function f is far from the ideal optimum value, it may be determined that the objective function f has converged to a local optimum value. More specifically, when the optimization is minimization, for example, when the value of the objective function f converges to a value larger than a first threshold value, it may be determined that the objective function f has converged to a local optimum value, and when the value of the objective function f converges to a value smaller than a first threshold value, it may be determined that the objective function f has converged to a global optimum value. In the case where the optimization is maximization, for example, it may be determined that the objective function f has converged to a local optimum when the value of the objective function f has converged to a value smaller than the second threshold, and that the objective function f has converged to a global optimum when the value of the objective function f has converged to a value larger than the second threshold. The first and second thresholds may be the same value or may be different. Both thresholds are usually positive real numbers. The step size α k used when the objective function f has converged to a local optimum and the step size α k used when the objective function f has converged to a global optimum may or may not be determined in advance. In the latter case, for example, when the objective function f has converged to a local optimum, a step size α k that gradually increases with each update of k may be used, and when the objective function f has converged to a global optimum, a step size α k that gradually decreases with each update of k may be used. Even in this case, an upper limit value and a lower limit value of the step size may be set.

推定部13によって取得された波源5の推定位置は、例えば、図示しない出力部によって出力されてもよい。その出力は、例えば、表示デバイス(例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなど)への表示でもよく、所定の機器への通信回線を介した送信でもよく、プリンタによる印刷でもよく、記録媒体への蓄積でもよい。 The estimated position of the wave source 5 obtained by the estimation unit 13 may be output, for example, by an output unit (not shown). The output may be, for example, displayed on a display device (e.g., a liquid crystal display or an organic EL display), transmitted to a specified device via a communication line, printed by a printer, or stored on a recording medium.

次に、位置推定装置1の動作について図2のフローチャートを用いて説明する。ここでは、逐次的な演算によって目的関数fの最適化が行われる場合について説明する。 Next, the operation of the position estimation device 1 will be described with reference to the flowchart in FIG. 2. Here, we will explain the case where the objective function f is optimized by sequential calculations.

(ステップS101)到来方向取得部11及び受信位置取得部12は、未知の波源5からの電波の到来方向と受信位置との複数の組を取得する。その複数の組は、例えば、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。 (Step S101) The arrival direction acquisition unit 11 and the reception position acquisition unit 12 acquire multiple pairs of arrival directions and reception positions of radio waves from an unknown wave source 5. The multiple pairs may be stored, for example, in a recording medium (not shown).

(ステップS102)推定部13は、推定位置の初期値を設定する。この初期値の設定は、例えば、あらかじめ決められた値の読み出しであってもよい。 (Step S102) The estimation unit 13 sets an initial value for the estimated position. This initial value may be set by, for example, reading out a predetermined value.

(ステップS103)推定部13は、カウンタkを1に設定する。カウンタkの値は、逐次演算回数を示すものである。 (Step S103) The estimation unit 13 sets a counter k to 1. The value of the counter k indicates the number of sequential calculations.

(ステップS104)推定部13は、暫定的な推定位置を算出する。この暫定推定値の算出は、例えば、上式のように、推定位置が最適解に近づくように更新されることによって行われてもよい。 (Step S104) The estimation unit 13 calculates a provisional estimated position. This provisional estimated value may be calculated, for example, by updating the estimated position to approach the optimal solution, as shown in the above formula.

(ステップS105)推定部13は、ステップS104で取得した推定位置に応じた目的関数fの値を算出する。 (Step S105) The estimation unit 13 calculates the value of the objective function f according to the estimated position obtained in step S104.

(ステップS106)推定部13は、収束条件が満たされるかどうか判断する。そして、収束条件が満たされる場合には、推定位置を推定する一連の処理は終了となり、そうでない場合には、ステップS107に進む。 (Step S106) The estimation unit 13 determines whether the convergence condition is satisfied. If the convergence condition is satisfied, the process of estimating the estimated position ends. If not, the process proceeds to step S107.

(ステップS107)推定部13は、カウンタkを1だけインクリメントする。 (Step S107) The estimation unit 13 increments the counter k by 1.

(ステップS108)推定部13は、カウンタkが最大逐次演算回数を超えたかどうか判断する。そして、kが最大逐次演算回数を超えた場合には、推定位置を推定する一連の処理は終了となり、そうでない場合には、ステップS104に戻る。 (Step S108) The estimation unit 13 determines whether the counter k has exceeded the maximum number of sequential calculations. If k has exceeded the maximum number of sequential calculations, the process of estimating the estimated position ends. If not, the process returns to step S104.

推定位置を推定する一連の処理が終了された場合には、ステップS104で最後に算出された推定位置が、最終的な推定結果となる。 When the series of processes for estimating the estimated position has been completed, the last estimated position calculated in step S104 becomes the final estimation result.

なお、図2のフローチャートにおいて、複数の初期値を用いた逐次的な演算が行われてもよい。その場合には、初期値ごとに、ステップS102~S108の処理が繰り返され、各処理が終了した後に、最適な最適値に対応する最適解を、波源5の推定位置としてもよい。また、図2のフローチャートでは、まず、到来方向と受信位置との取得が行われ、その後に目的関数を最適化することによる波源5の位置等の推定が行われる場合について示しているが、そうでなくてもよい。例えば、所定の個数の地点での到来方向や受信位置の取得が終了すると、推定位置の推定を行い、その推定の処理を、到来方向や受信位置の取得個数が増えるごとに繰り返すようにしてもよい。そして、十分な精度の推定位置を取得できた時点で、到来方向等の取得や、推定位置の推定の処理を終了するようにしてもよい。また、図2のフローチャートにおける処理の順序は一例であり、同様の結果を得られるのであれば、各ステップの順序を変更してもよい。 In the flowchart of FIG. 2, sequential calculations using multiple initial values may be performed. In that case, the processes of steps S102 to S108 are repeated for each initial value, and after each process is completed, the optimal solution corresponding to the optimal value may be set as the estimated position of the wave source 5. In addition, the flowchart of FIG. 2 shows a case in which the arrival direction and reception position are first acquired, and then the position of the wave source 5 is estimated by optimizing the objective function, but this is not necessary. For example, when the arrival direction and reception position acquisition at a predetermined number of points is completed, the estimated position may be estimated, and the estimation process may be repeated each time the number of arrival directions and reception positions acquired increases. Then, when an estimated position with sufficient accuracy is acquired, the acquisition of the arrival direction, etc. and the process of estimating the estimated position may be terminated. In addition, the order of the processes in the flowchart of FIG. 2 is one example, and the order of each step may be changed as long as the same result can be obtained.

以上のように、本実施の形態による位置推定装置1によれば、TDoAやDoAを用いることなく、未知の波源5の位置を推定することができる。また、電波の伝搬損失について近似を行う必要がないため、その近似が不適切であった場合と比較して、より精度の高い位置推定が可能となる。また、信号源の出力が測定途中に変化した場合であっても、より適切に波源5の位置推定を行うことができる。そのように、TDoA等を用いないため、簡易な構成により波源5の位置の推定が可能になる。さらに、目的関数の最適化によって推定を行うため、十分な個数の到来方向と受信位置との組を用いることによって、マルチパスなどによる誤差の影響を低減した位置推定等が可能となる。また、位置推定装置1が複数の位置に移動されて、未知の波源5からの電波を受信し、到来方向と受信位置との組を複数取得する場合には、複数の受信装置を用いることなく、波源5の位置を推定することができるようになる。また、信頼できない値があったとしても、重みwiを調整することによって、その影響を低減することも可能となる。その結果、推定精度を向上させることができる。 As described above, according to the position estimation device 1 of this embodiment, the position of the unknown wave source 5 can be estimated without using TDoA or DoA. In addition, since there is no need to approximate the propagation loss of the radio wave, more accurate position estimation is possible compared to the case where the approximation is inappropriate. In addition, even if the output of the signal source changes during the measurement, the position of the wave source 5 can be estimated more appropriately. In this way, since TDoA and the like are not used, the position of the wave source 5 can be estimated with a simple configuration. Furthermore, since the estimation is performed by optimizing the objective function, by using a sufficient number of pairs of the arrival direction and the reception position, it is possible to perform position estimation with reduced influence of errors due to multipath, etc. In addition, when the position estimation device 1 is moved to multiple positions, receives radio waves from the unknown wave source 5, and obtains multiple pairs of the arrival direction and the reception position, it becomes possible to estimate the position of the wave source 5 without using multiple receiving devices. In addition, even if there is an unreliable value, it is possible to reduce the influence by adjusting the weight w i . As a result, the estimation accuracy can be improved.

次に、本実施の形態による位置推定装置1の変形例について説明する。
[複数の波源の位置の推定、及び波源の個数の推定]
上記実施の形態では、波源5の個数が1個である場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。波源5の個数は、複数であってもよく、不定であってもよい。波源5の個数が不定である場合には、波源5の個数も推定されてもよい。
Next, a modification of the position estimation device 1 according to the present embodiment will be described.
[Estimation of the positions of multiple wave sources and estimation of the number of wave sources]
In the above embodiment, the case where the number of wave sources 5 is one has been mainly described, but this is not essential. The number of wave sources 5 may be multiple or may be indefinite. When the number of wave sources 5 is indefinite, the number of wave sources 5 may also be estimated.

未知の波源5の個数が2個である場合には、波源5の推定位置を、(x(1)e,y(1)e)、(x(2)e,y(2)e)とすることができる。また、目的関数は、次式のようになる。ここで、この場合には、到来方向取得部11及び受信位置取得部12によって取得される到来方向と受信位置とのi番目の組は、例えば、(xi,yi,θ(1) i,θ(2) i)となる。2個の到来方向θ(1) i,θ(2) iは、例えば、未知の波源5からの電波について、受信信号強度が最も大きい方向と、2番目に大きい方向であってもよい。また、1個目の波源5の推定到来方向θ(1)e iは、1個目の波源5の推定位置(x(1)e,y(1)e)を用いて算出される。2個目の波源5の推定到来方向についても同様である。なお、2個の波源5を区別できる場合(例えば、周波数などの電波の特徴によって2個の波源5を区別できる場合など)には、目的関数は、1個の波源5の目的関数を2つ足したものであってもよい。この場合には、波源5ごとに重みが異なっていてもよい。また、2個の波源5を区別できる場合には、波源5ごとに位置の推定を行ってもよい。

Figure 0007610243000006
When the number of unknown wave sources 5 is two, the estimated positions of the wave sources 5 can be (x (1)e , y (1)e ), (x (2)e , y (2)e ). The objective function is expressed by the following equation. In this case, the i-th pair of the arrival direction and reception position acquired by the arrival direction acquisition unit 11 and the reception position acquisition unit 12 is, for example, (x(1 )e , y (1) e , θ (2) i ). The two arrival directions θ (1) i , θ (2) i may be, for example, the direction with the strongest and second strongest received signal strengths for radio waves from the unknown wave source 5. The estimated arrival direction θ (1) i of the first wave source 5 is calculated using the estimated position (x (1)e , y (1)e ) of the first wave source 5. The same applies to the estimated arrival direction of the second wave source 5. In addition, when two wave sources 5 can be distinguished (for example, when two wave sources 5 can be distinguished by characteristics of radio waves such as frequency), the objective function may be the sum of two objective functions of one wave source 5. In this case, the weight may be different for each wave source 5. Furthermore, when two wave sources 5 can be distinguished, the position may be estimated for each wave source 5.
Figure 0007610243000006

未知の波源5の個数が2個である場合にも、例えば、次式のように最急降下法を用いた逐次演算を行うことができる。

Figure 0007610243000007
Even when the number of unknown wave sources 5 is two, it is possible to perform sequential calculations using the steepest descent method as shown in the following equation, for example.
Figure 0007610243000007

なお、波源5の個数が2個である場合には、∇f(x(1)e k,y(1)e k,x(2)e k,y(2)e k)は次式のようになる。

Figure 0007610243000008
When the number of wave sources 5 is two, ∇f(x (1) ek , y (1) ek , x (2) ek , y (2) ek ) is expressed by the following equation.
Figure 0007610243000008

このようにして、2個の波源5が存在する場合にも、1個の波源5と同様にして、目的関数を最適化することによって波源5の位置をそれぞれ推定することができる。また、未知の波源5の個数が3個以上である場合にも、同様に式を拡張することによって、各波源5の位置をそれぞれ推定することができる。 In this way, even when there are two wave sources 5, the position of each of the wave sources 5 can be estimated by optimizing the objective function in the same way as for a single wave source 5. Also, when there are three or more unknown wave sources 5, the position of each of the wave sources 5 can be estimated by similarly extending the formula.

次に、波源5の個数が不定である場合には、推定部13は、最小波源数から、最大波源数までの各推定波源数について、それぞれ最適化によって各波源5の位置を推定してもよい。そして、推定部13は、最適化された目的関数の値である最適値を推定波源数で除算した波源当たりの最適値が最適化されるように、推定波源数をも推定してもよい。すなわち、波源数の推定のための目的関数を波源当たりの最適値として、その目的関数を最適化するように、波源数が推定されてもよい。なお、例えば、未知の波源5が1以上存在する場合には、最小波源数は1となる。最小波源数は、2以上であってもよい。 Next, when the number of wave sources 5 is indefinite, the estimation unit 13 may estimate the position of each wave source 5 by optimization for each estimated number of wave sources from the minimum number of wave sources to the maximum number of wave sources. The estimation unit 13 may also estimate the estimated number of wave sources so that an optimal value per wave source obtained by dividing the optimal value, which is the value of the optimized objective function, by the estimated number of wave sources is optimized. In other words, the number of wave sources may be estimated so that the objective function for estimating the number of wave sources is set as the optimal value per wave source and the objective function is optimized. Note that, for example, when there is one or more unknown wave sources 5, the minimum number of wave sources is 1. The minimum number of wave sources may be 2 or more.

なお、波源当たりの最適値が最適化されるように推定波源数を推定するとは、例えば、上記目的関数fの最適化が最小化である場合には、波源当たりの最適値が、最も小さくなる推定波源数を求めることであってもよく、上記目的関数fの最適化が最大化である場合には、波源当たりの最適値が、最も大きくなる推定波源数を求めることであってもよい。 Note that estimating the estimated number of wave sources so that the optimal value per wave source is optimized may mean, for example, finding the estimated number of wave sources that results in the smallest optimal value per wave source when the optimization of the objective function f is minimization, or finding the estimated number of wave sources that results in the largest optimal value per wave source when the optimization of the objective function f is maximization.

このように、波源5の個数が分からない場合であっても、波源5の個数をも推定することができるようになる。なお、ここでは、波源5の個数が最大波源数となるまで処理を行う場合について説明したが、そうでなくてもよい。波源当たりの最適値の最適化に収束条件を設け、その収束条件が満たされた場合に処理を終了するようにしてもよい。例えば、波源当たりの最適値が、あらかじめ決めされた閾値よりも適切な側となった場合(例えば、最適化が最小化であれば、閾値よりも小さくなった場合であり、最適化が最大化であれば、閾値よりも大きくなった場合であってもよい)に、収束条件が満たされたと判断されてもよい。 In this way, even if the number of wave sources 5 is unknown, it is possible to estimate the number of wave sources 5. Note that, although a case has been described here in which processing is performed until the number of wave sources 5 reaches the maximum number of wave sources, this is not essential. A convergence condition may be set for optimizing the optimal value per wave source, and processing may be terminated when the convergence condition is satisfied. For example, it may be determined that the convergence condition is satisfied when the optimal value per wave source becomes more appropriate than a predetermined threshold value (for example, when the optimal value becomes smaller than the threshold value if the optimization is minimization, or when the optimal value becomes larger than the threshold value if the optimization is maximization).

[受信電力をも用いた目的関数の最適化]
推定部13は、到来方向と受信位置と受信電力との組、未知の波源5の推定位置、未知の波源5からの電波の推定送信電力、電波の伝搬損失を用いて、受信位置ごとの推定到来方向と到来方向との差、及び受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた目的関数を最適化することによって、推定位置と推定送信電力とを推定してもよい。
[Optimization of objective function using received power]
The estimation unit 13 may estimate the estimated position and the estimated transmission power by optimizing an objective function according to the difference between the estimated direction of arrival and the direction of arrival for each receiving position and the difference between the estimated received power and the received power for each receiving position, using a pair of the direction of arrival, the receiving position, and the received power, the estimated position of the unknown wave source 5, the estimated transmission power of the radio waves from the unknown wave source 5, and the propagation loss of the radio waves.

受信電力は、例えば、受信信号強度(RSSI)であってもよい。この場合には、到来方向取得部11は、到来方向を取得する電波の受信電力をも取得してもよい。到来方向取得部11は、例えば、スペクトラムアナライザによって電波の受信信号強度を取得してもよく、その他の構成によって電波の受信信号強度を取得してもよい。 The received power may be, for example, received signal strength indicator (RSSI). In this case, the arrival direction acquisition unit 11 may also acquire the received power of the radio waves from which the arrival direction is acquired. The arrival direction acquisition unit 11 may acquire the received signal strength of the radio waves, for example, by a spectrum analyzer, or may acquire the received signal strength of the radio waves by other configurations.

電波の伝搬損失としては、例えば、推定位置から受信位置までの伝搬経路に応じたモデル(例えば、自由空間モデルや、マルチパスの影響を考慮したモデル等)に応じた伝搬損失を用いてもよい。ここでは、説明の簡単のため、自由空間モデルの伝搬損失を用いる場合について主に説明する。伝搬損失は、送信電力や距離を引数とする関数であると考えてもよい。 The propagation loss of the radio waves may be, for example, a propagation loss according to a model corresponding to the propagation path from the estimated position to the receiving position (e.g., a free space model or a model that takes into account the effects of multipath). For simplicity of explanation, the following mainly describes the case where the propagation loss of the free space model is used. The propagation loss may be considered to be a function that takes the transmission power and distance as arguments.

推定部13は、推定位置と受信位置との間の空間に関する空間情報に応じた伝搬損失を用いて、目的関数の最適化を行ってもよい。その空間情報は、推定位置から受信位置までの伝搬経路の種類を示すものであってもよい。したがって、空間情報は、例えば、見通しや、市街地、山地などであってもよい。推定部13は、例えば、地図情報を用いて、受信位置及びその時点での推定位置を特定し、両位置の間に市街地や山がある場合には、両位置の間の空間情報が市街地や山地であると判断し、両位置の間に市街地や山などの障害物が何もない場合には、両位置の間の空間情報が見通しであると判断してもよい。そして、空間情報が見通しである場合には、例えば、自由空間モデルに対応した伝搬損失が用いられ、空間情報が市街地や山地などの障害物があることを示す場合には、例えば、マルチパスの影響を考慮したモデルに対応した伝搬損失が用いられてもよい。なお、空間情報は、例えば、推定部13が、位置推定装置1において保持されている地図情報にアクセスして取得してもよく、地図情報を保持しているサーバ等にアクセスすることによって取得してもよい。 The estimation unit 13 may optimize the objective function using a propagation loss according to spatial information regarding the space between the estimated position and the receiving position. The spatial information may indicate the type of propagation path from the estimated position to the receiving position. Therefore, the spatial information may be, for example, line of sight, urban area, mountain area, etc. The estimation unit 13 may, for example, use map information to identify the receiving position and the estimated position at that time, and if there is an urban area or a mountain between the two positions, determine that the spatial information between the two positions is an urban area or a mountain area, and if there is no obstacle such as an urban area or a mountain between the two positions, determine that the spatial information between the two positions is line of sight. If the spatial information is line of sight, for example, a propagation loss corresponding to a free space model may be used, and if the spatial information indicates that there is an obstacle such as an urban area or a mountain area, for example, a propagation loss corresponding to a model that takes into account the effect of multipath may be used. Note that the spatial information may be obtained by the estimation unit 13 accessing map information stored in the position estimation device 1, or by accessing a server or the like that stores the map information.

まず、未知の波源5の推定位置を(xe,ye)とし、未知の波源5からの波の推定送信電力をpeとする。また、i番目の位置で取得された受信電力をriとする。したがって、到来方向取得部11及び受信位置取得部12によって取得される到来方向と受信電力と受信位置とのi番目の組は、例えば、(xi,yi,θi,ri)となる。 First, the estimated position of the unknown wave source 5 is (x e , y e ), and the estimated transmission power of the wave from the unknown wave source 5 is p e . In addition, the received power acquired at the i-th position is r i . Therefore, the i-th set of the arrival direction, received power, and receiving position acquired by the arrival direction acquisition unit 11 and the receiving position acquisition unit 12 is, for example, (x i , y i , θ i , r i ).

未知の波源5からの電波について、推定送信電力pe、伝搬損失、推定位置(xe,ye)、受信位置(xi,yi)を用いて算出した、受信位置(xi,yi)における推定受信電力ri eは次式のようになる。なお、Grは、アンテナ11aのゲインであり、既知の値である。

Figure 0007610243000009
For radio waves from an unknown wave source 5, the estimated received power r i e at the receiving position (x i , y i ) calculated using the estimated transmission power p e , propagation loss, estimated position (x e , y e ), and receiving position (x i , y i ) is given by the following equation: G r is the gain of the antenna 11 a and is a known value.
Figure 0007610243000009

上式において、diは、未知の波源5の推定位置(xe,ye)から受信位置(xi,yi)までの距離であり、次式のとおりである。

Figure 0007610243000010
In the above equation, d i is the distance from the estimated position (x e , y e ) of the unknown wave source 5 to the receiving position (x i , y i ), as given by the following equation:
Figure 0007610243000010

また、λは、受信された波の波長であり、例えば、到来方向取得部11がスペクトラムアナライザによって受信電力を取得する場合には、到来方向取得部11によって取得されてもよい。また、受信された波がフーリエ変換され、周波数帯域におけるピークの波長λが取得されてもよい。なお、波源5は意図しないものであるため、無指向性であるとしている。そのため、アンテナゲインに相当する値は、実効放射電力として推定送信電力peに包含されることになる。 Also, λ is the wavelength of the received wave, and may be acquired by the direction of arrival acquisition unit 11, for example, when the direction of arrival acquisition unit 11 acquires the received power by a spectrum analyzer. Also, the received wave may be Fourier transformed to acquire the wavelength λ of the peak in the frequency band. Note that the wave source 5 is unintentional and therefore omnidirectional. Therefore, a value equivalent to the antenna gain is included in the estimated transmission power p e as the effective radiated power.

また、上式では、自由空間での電波の伝搬損失の式を用いた推定受信電力を示しているが、波源5の位置から受信位置までの空間情報に応じて、それ以外の伝搬損失の式が用いられてもよいことは上記のとおりである。例えば、波源5の推定位置から受信位置までの空間情報が山地や市街地などのように障害物の存在を示す場合には、マルチパスの影響を考慮した伝搬損失を用いて、次式のように推定受信電力ri eを算出してもよい。また、次式のdi 2に代えて、di 3/2などのdi mを用いてもよい。ただし、mは、1から2までの実数である。

Figure 0007610243000011
In addition, the above formula shows the estimated received power using the formula for the propagation loss of radio waves in free space, but as described above, other formulas for propagation loss may be used depending on the spatial information from the position of the wave source 5 to the receiving position. For example, when the spatial information from the estimated position of the wave source 5 to the receiving position indicates the presence of obstacles such as mountainous areas or urban areas, the estimated received power r i e may be calculated as in the following formula using a propagation loss that takes into account the effects of multipath. Also, d i m, such as d i 3/2 , may be used instead of d i 2 in the following formula, where m is a real number from 1 to 2.
Figure 0007610243000011

上記のように、N箇所で到来方向と受信電力と受信位置とが取得された場合には、受信位置ごとの推定到来方向と到来方向との差、及び受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた目的関数(評価関数)fは、例えば、次のようになる。なお、βは、0から1までの任意の実数であり、受信位置ごとの推定到来方向と到来方向との差に応じた関数と、受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた関数とに関する重みである。例えば、受信位置ごとの推定到来方向と到来方向との差に応じた関数の方が精度が高い場合には、βとして1に近い値が用いられてもよい。両関数の精度が同程度である場合には、βとして0.5が用いられてもよい。また、ここでは、両関数において用いる重みwiを同じにしているが、両関数において異なる重みを用いてもよいことは言うまでもない。

Figure 0007610243000012
As described above, when the arrival direction, reception power, and reception position are acquired at N points, the objective function (evaluation function) f according to the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction for each reception position and the difference between the estimated reception power and the reception power for each reception position is, for example, as follows. Note that β is an arbitrary real number from 0 to 1, and is a weight for the function according to the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction for each reception position and the function according to the difference between the estimated reception power and the reception power for each reception position. For example, if the function according to the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction for each reception position is more accurate, a value close to 1 may be used as β. If the accuracy of both functions is about the same, 0.5 may be used as β. In addition, here, the weight w i used in both functions is the same, but it goes without saying that different weights may be used in both functions.
Figure 0007610243000012

この場合にも、上記の目的関数fを最小にするxe,ye,peが、推定対象である波源5の位置と送信電力となる。その目的関数fが最小になる解、すなわち最適解は、極小点に対応するため、目的関数fの各変数での偏微分が0になる。したがって、推定位置及び推定送信電力を求めることは、次式が成り立つ(xe,ye,pe)を求めることになる。

Figure 0007610243000013
In this case as well, x e , y e , and p e that minimize the above objective function f become the position and transmission power of the wave source 5 to be estimated. The solution that minimizes the objective function f, i.e., the optimal solution, corresponds to a local minimum point, and therefore the partial differentials of each variable of the objective function f become 0. Therefore, finding the estimated position and estimated transmission power is equivalent to finding (x e , y e , p e ) for which the following equation holds:
Figure 0007610243000013

なお、目的関数を最適化する推定位置及び推定送信電力を推定する方法は、上記説明と同様であり、その詳細な説明を省略する。 The method for estimating the estimated position and estimated transmission power to optimize the objective function is the same as described above, and detailed description thereof will be omitted.

[3次元の位置推定]
上記説明では、2次元平面において未知の波源5の位置を推定する場合について説明したが、3次元空間においても、同様にして未知の波源5の位置を推定することができる。3次元空間において波源5の位置を推定する場合には、電波の到来方向は、電波の方位角θiと仰角φiとを測定することによって取得されてもよい。また、受信位置ごとの推定到来方向と到来方向との差に応じた目的関数は、例えば、受信位置ごとの推定方位角と測定された方位角との差、及び推定仰角と測定された仰角との差に応じた目的関数となってもよい。また、目的関数が、受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた関数を含む場合にも、上記説明における2次元の位置を3次元の位置に容易に拡張できることは明らかである。
[3D Position Estimation]
In the above description, the case where the position of the unknown wave source 5 is estimated on a two-dimensional plane has been described, but the position of the unknown wave source 5 can also be estimated in a three-dimensional space in a similar manner. When estimating the position of the wave source 5 in a three-dimensional space, the arrival direction of the radio wave may be acquired by measuring the azimuth angle θ i and the elevation angle φ i of the radio wave. In addition, the objective function according to the difference between the estimated arrival direction and the arrival direction for each receiving position may be, for example, an objective function according to the difference between the estimated azimuth angle and the measured azimuth angle for each receiving position, and the difference between the estimated elevation angle and the measured elevation angle. In addition, it is clear that the two-dimensional position in the above description can be easily extended to a three-dimensional position even when the objective function includes a function according to the difference between the estimated reception power and the reception power for each receiving position.

また、上記実施の形態において、各処理または各機能は、単一の装置または単一のシステムによって集中処理されることによって実現されてもよく、または、複数の装置または複数のシステムによって分散処理されることによって実現されてもよい。 In addition, in the above embodiments, each process or function may be realized by centralized processing in a single device or a single system, or may be realized by distributed processing in multiple devices or multiple systems.

また、上記実施の形態において、各構成要素間で行われる情報の受け渡しは、例えば、その情報の受け渡しを行う2個の構成要素が物理的に異なるものである場合には、一方の構成要素による情報の出力と、他方の構成要素による情報の受け付けとによって行われてもよく、または、その情報の受け渡しを行う2個の構成要素が物理的に同じものである場合には、一方の構成要素に対応する処理のフェーズから、他方の構成要素に対応する処理のフェーズに移ることによって行われてもよい。 In addition, in the above embodiment, the transfer of information between components may be performed, for example, by one component outputting information and the other component receiving information if the two components transferring the information are physically different, or, if the two components transferring the information are physically the same, by shifting from a processing phase corresponding to one component to a processing phase corresponding to the other component.

また、上記実施の形態において、各構成要素が実行する処理に関係する情報、例えば、各構成要素が受け付けたり、取得したり、選択したり、生成したり、送信したり、受信したりした情報や、各構成要素が処理で用いる閾値や数式、アドレス等の情報等は、上記説明で明記していなくても、図示しない記録媒体において、一時的に、または長期にわたって保持されていてもよい。また、その図示しない記録媒体への情報の蓄積を、各構成要素、または、図示しない蓄積部が行ってもよい。また、その図示しない記録媒体からの情報の読み出しを、各構成要素、または、図示しない読み出し部が行ってもよい。 In addition, in the above embodiment, information related to the processing performed by each component, such as information accepted, acquired, selected, generated, transmitted, or received by each component, and information such as thresholds, formulas, and addresses used by each component in processing, may be temporarily or long-term stored in a recording medium (not shown) even if not specified in the above description. Furthermore, each component or a storage unit (not shown) may store information in the recording medium (not shown). Furthermore, each component or a reading unit (not shown) may read information from the recording medium (not shown).

また、上記実施の形態において、各構成要素等で用いられる情報、例えば、各構成要素が処理で用いる閾値やアドレス、各種の設定値等の情報がユーザによって変更されてもよい場合には、上記説明で明記していなくても、ユーザが適宜、それらの情報を変更できるようにしてもよく、または、そうでなくてもよい。それらの情報をユーザが変更可能な場合には、その変更は、例えば、ユーザからの変更指示を受け付ける図示しない受付部と、その変更指示に応じて情報を変更する図示しない変更部とによって実現されてもよい。その図示しない受付部による変更指示の受け付けは、例えば、入力デバイスからの受け付けでもよく、通信回線を介して送信された情報の受信でもよく、所定の記録媒体から読み出された情報の受け付けでもよい。 In the above embodiment, if the information used by each component, such as the thresholds, addresses, and various setting values used by each component in processing, may be changed by the user, the user may or may not be able to change the information as appropriate, even if not specified in the above description. If the information is changeable by the user, the change may be realized, for example, by a reception unit (not shown) that receives a change instruction from the user, and a change unit (not shown) that changes the information in response to the change instruction. The reception unit (not shown) may receive the change instruction from an input device, may receive information transmitted via a communication line, or may receive information read from a specified recording medium.

また、上記実施の形態において、位置推定装置1に含まれる2以上の構成要素が通信デバイスや入力デバイス等を有する場合に、2以上の構成要素が物理的に単一のデバイスを有してもよく、または、別々のデバイスを有してもよい。 In addition, in the above embodiment, when two or more components included in the position estimation device 1 have a communication device, an input device, etc., the two or more components may have a single physical device, or may have separate devices.

また、上記各実施の形態において、各構成要素は専用のハードウェアにより構成されてもよく、または、ソフトウェアにより実現可能な構成要素については、プログラムを実行することによって実現されてもよい。例えば、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをCPU等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。その実行時に、プログラム実行部は、記憶部や記録媒体にアクセスしながらプログラムを実行してもよい。また、そのプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体(例えば、光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなど)に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。また、このプログラムは、プログラムプロダクトを構成するプログラムとして用いられてもよい。また、そのプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、または分散処理を行ってもよい。 In each of the above embodiments, each component may be configured with dedicated hardware, or a component that can be realized by software may be realized by executing a program. For example, each component may be realized by a program execution unit such as a CPU reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or semiconductor memory. During execution, the program execution unit may execute the program while accessing the storage unit or recording medium. The program may be executed by being downloaded from a server or the like, or may be executed by reading a program recorded on a predetermined recording medium (e.g., an optical disk, a magnetic disk, a semiconductor memory, etc.). The program may be used as a program that constitutes a program product. The computer that executes the program may be a single computer or multiple computers. In other words, centralized processing or distributed processing may be performed.

以上より、本発明の一態様による位置推定装置等によれば、未知の波源の位置を推定できるという効果が得られ、例えば、違法電波の発信源を特定する装置等として有用である。 As described above, the position estimation device according to one aspect of the present invention has the effect of being able to estimate the position of an unknown wave source, and is useful, for example, as a device for identifying the source of illegal radio waves.

1 位置推定装置
5 波源
11 到来方向取得部
12 受信位置取得部
13 推定部
REFERENCE SIGNS LIST 1 Position estimation device 5 Wave source 11 Arrival direction acquisition unit 12 Reception position acquisition unit 13 Estimation unit

Claims (8)

複数の未知の波源からの電波の到来方向を取得する到来方向取得部と、
前記到来方向の取得される電波が受信された際の受信位置を取得する受信位置取得部と、
到来方向と受信位置との複数の組、前記未知の波源の推定位置を用いて、受信位置ごとの複数の波源に関する推定到来方向と到来方向との差の合計を引数とする目的関数を最適化することによって複数の推定位置を推定する推定部と、を備えた位置推定装置。
an arrival direction acquisition unit that acquires arrival directions of radio waves from a plurality of unknown wave sources;
a reception position acquisition unit that acquires a reception position when the radio wave whose arrival direction is acquired is received;
and an estimation unit that estimates a plurality of estimated positions by optimizing an objective function having as an argument a sum of differences between the estimated directions of arrival and directions of arrival for the plurality of wave sources for each receiving position, using a plurality of pairs of directions of arrival and receiving positions and the estimated positions of the unknown wave sources.
前記推定部は、前記合計に、当該推定到来方向の算出で用いる推定位置と受信位置との間の空間に関する空間情報に応じた重みを付けた目的関数を最適化する、請求項1記載の位置推定装置。 The position estimation device according to claim 1 , wherein the estimation unit optimizes an objective function in which the sum is weighted according to spatial information relating to a space between the estimated position used in calculating the estimated direction of arrival and the receiving position. 前記到来方向取得部は、前記到来方向を取得する電波の受信電力をも取得し、
前記推定部は、前記合計に、当該到来方向の取得される電波の受信電力に応じた重みを付けた目的関数を最適化する、請求項1または請求項2記載の位置推定装置。
The arrival direction acquisition unit also acquires a received power of a radio wave for acquiring the arrival direction,
3. The position estimation device according to claim 1, wherein the estimation unit optimizes an objective function in which the sum is weighted according to a received power of the radio wave acquired in the arrival direction.
前記到来方向取得部は、前記到来方向を取得する電波の受信電力をも取得し、
前記推定部は、到来方向と受信位置と受信電力との組、前記未知の波源の推定位置、前記未知の波源からの電波の推定送信電力、電波の伝搬損失を用いて、受信位置ごとの前記合計、及び受信位置ごとの推定受信電力と受信電力との差に応じた目的関数を最適化することによって、推定位置と推定送信電力とを推定する、請求項1または請求項2記載の位置推定装置。
The arrival direction acquisition unit also acquires a received power of a radio wave for acquiring the arrival direction,
3. The position estimation device according to claim 1, wherein the estimation unit estimates the estimated position and the estimated transmission power by optimizing an objective function according to the sum for each reception position and the difference between the estimated reception power and the received power for each reception position, using a set of the direction of arrival, the reception position, and the received power, the estimated position of the unknown wave source, the estimated transmission power of the radio waves from the unknown wave source, and a propagation loss of the radio waves.
前記推定部は、逐次的な演算処理によって前記目的関数の最適化を行う、請求項1から請求項4のいずれか記載の位置推定装置。 The position estimation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the estimation unit optimizes the objective function by sequential calculation processing. 前記推定部は、複数の初期値を用いた前記逐次的な演算処理によって前記目的関数の最適化を行う、請求項5記載の位置推定装置。 The position estimation device according to claim 5, wherein the estimation unit optimizes the objective function by the sequential calculation process using multiple initial values. 前記推定部は、前記逐次的な演算処理において、目的関数が局所最適値に収束している場合には、ステップサイズをより大きい値に変更し、目的関数が大域最適値に収束している場合には、ステップサイズをより小さい値に変更する、請求項5または請求項6記載の位置推定装置。 The position estimation device according to claim 5 or 6, wherein the estimation unit changes the step size to a larger value when the objective function converges to a local optimum value in the sequential calculation process, and changes the step size to a smaller value when the objective function converges to a global optimum value. 複数の未知の波源からの電波の到来方向を取得するステップと、
前記到来方向の取得される電波が受信された際の受信位置を取得するステップと、
到来方向と受信位置との複数の組、前記未知の波源の推定位置を用いて、受信位置ごとの複数の波源に関する推定到来方向と到来方向との差の合計を引数とする目的関数を最適化することによって複数の推定位置を推定するステップと、を備えた位置推定方法。
obtaining directions of arrival of radio waves from a plurality of unknown sources;
acquiring a reception position when the radio wave whose arrival direction is acquired is received;
and estimating a plurality of estimated positions by optimizing an objective function having an argument of a sum of differences between the estimated directions of arrival and directions of arrival for the plurality of wave sources for each receiving position, using a plurality of pairs of directions of arrival and receiving positions and the estimated positions of the unknown wave sources.
JP2020172370A 2020-10-13 2020-10-13 Position estimation device and position estimation method Active JP7610243B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020172370A JP7610243B2 (en) 2020-10-13 2020-10-13 Position estimation device and position estimation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020172370A JP7610243B2 (en) 2020-10-13 2020-10-13 Position estimation device and position estimation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022063946A JP2022063946A (en) 2022-04-25
JP7610243B2 true JP7610243B2 (en) 2025-01-08

Family

ID=81378725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020172370A Active JP7610243B2 (en) 2020-10-13 2020-10-13 Position estimation device and position estimation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7610243B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090201208A1 (en) 2008-02-12 2009-08-13 Harris Corporation Wireless transmitter location determining system and related methods
JP2012167996A (en) 2011-02-14 2012-09-06 Mitsubishi Electric Corp Positioning device and positioning method
JP2017223645A (en) 2016-06-13 2017-12-21 株式会社東芝 Indoor location estimation using received signal quality weights
JP2020159705A (en) 2019-03-25 2020-10-01 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 Position estimation device and position estimation method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090201208A1 (en) 2008-02-12 2009-08-13 Harris Corporation Wireless transmitter location determining system and related methods
JP2012167996A (en) 2011-02-14 2012-09-06 Mitsubishi Electric Corp Positioning device and positioning method
JP2017223645A (en) 2016-06-13 2017-12-21 株式会社東芝 Indoor location estimation using received signal quality weights
JP2020159705A (en) 2019-03-25 2020-10-01 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 Position estimation device and position estimation method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022063946A (en) 2022-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7315349B2 (en) Position estimation device and position estimation method
US9660740B2 (en) Signal strength distribution establishing method and wireless positioning system
JP5717639B2 (en) Device and method for estimating the orientation of a portable terminal device
US9689962B2 (en) Determining the geographic location of a portable electronic device
KR101674993B1 (en) Indoor positioning method and user terminal
CN108054522B (en) Indoor GNSS antenna array, positioning system, positioning method and device
CN104375135A (en) Radio frequency positioning method, device and system
US9720071B2 (en) Mitigating effects of multipath during position computation
KR20050084008A (en) Ranging and positioning method and apparatus
US10349214B2 (en) Localization using access point
CN103874930A (en) Method for measuring position of user terminal
WO2007075647A2 (en) Method and apparatus for determining the location of a node in a wireless network
Meles et al. Measurement based performance evaluation of drone self-localization using AoA of cellular signals
US9939516B2 (en) Determining location and orientation of directional transceivers
Broumandan et al. Direction of arrival estimation of GNSS signals based on synthetic antenna array
CN113423097B (en) A positioning method, device and electronic equipment based on RFID
JP2018004609A (en) Position measuring method of radio communication terminal and radio device
JP7610243B2 (en) Position estimation device and position estimation method
EP4403948A1 (en) Probabilistic ray-tracing aided positioning
RU137394U1 (en) DEVICE FOR PROCESSING INFORMATION OF NETWORK DISTANCED IN THE SPACE OF PELENGATION POST
CN118189932A (en) A fusion positioning method of reconfigurable smart surface and inertial measurement unit
US12061281B2 (en) Positioning system deployment
EP4214529B1 (en) Position determination of a wireless device
KR101829411B1 (en) Apparatus for wireless positioning and method for the same
KR102519152B1 (en) A method for estimating indoor location of terminal using angle of arrive and received signal strength

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231005

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240626

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240702

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240827

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20241008

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241108

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241119

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241213

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7610243

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150