JP7749882B2 - Speed estimation device, target classification device, speed estimation method, and target classification method - Google Patents
Speed estimation device, target classification device, speed estimation method, and target classification methodInfo
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Description
本開示は、速さ推定装置、目標類別装置、速さ推定方法および目標類別方法に関する。 The present disclosure relates to a speed estimation device, a target classification device, a speed estimation method, and a target classification method.
電波源から放射され、衛星で中継されてアンテナで受信された電波に基づく受信信号を用いて、未知の電波源を検出する技術がある。例えば、非特許文献1には、受信信号間の相関処理を行った後、受信された電波間の到来時間差(Time Difference Of Arrival;以下、TDOAと略して記載する。)と、受信された電波間のドップラ周波数差を示す到来周波数差(Frequency Difference Of Arrival;以下、FDOAと略して記載する。)を示す情報を用いて、電波源の位置標定を行う技術が記載されている。There is a technology for detecting unknown radio wave sources using received signals based on radio waves emitted from the radio wave source, relayed by a satellite, and received by an antenna. For example, Non-Patent Document 1 describes a technology for locating the position of a radio wave source by performing correlation processing between received signals and then using information indicating the time difference of arrival (TDOA) between the received radio waves and the frequency difference of arrival (FDOA), which indicates the Doppler frequency difference between the received radio waves.
非特許文献1に記載される従来の技術は、未知の電波源(以下、目標と呼ぶ。)の位置を推定できるが、目標の運動情報を推定できないという課題があった。このため、従来の技術では、目標の位置情報に加え、目標の運動情報を得て、これらを目標の類別に用いることができなかった。 The conventional technology described in Non-Patent Document 1 can estimate the position of an unknown radio wave source (hereinafter referred to as a target), but has the problem of not being able to estimate the target's movement information. For this reason, the conventional technology was unable to obtain target movement information in addition to target position information and use this information to classify targets.
本開示は上記課題を解決するものであり、目標の類別に用いるための目標の速さ情報を推定できる、速さ推定装置を得ることを目的とする。 The present disclosure aims to solve the above problem and provide a speed estimation device that can estimate target speed information for use in target classification.
本開示に係る速さ推定装置は、電波源である目標から発信され複数の衛星を介して到来した電波を受信し、受信信号間の相関処理により求められた受信信号間の到来時間差および到来周波数差に基づいて推定された目標の推定位置である標定点を逐次取得する速さ推定装置であって、緯度経度に座標変換された標定点の度数分布を算出する度数分布算出部と、度数分布から度数が最大である領域に含まれる標定点を抽出する標定点抽出部と、度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を衛星の組ごとに算出する誤差楕円算出部と、受信信号の信号対雑音比に基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出する理論値算出部と、誤差楕円の軸長の理論値と、度数分布から抽出された標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、目標の移動に伴う受信信号間のFDOAの分散値を算出する分散値算出部と、分散値に基づいて目標の速度成分を算出する目標速度成分算出部と、を備える。 The speed estimation device disclosed herein receives radio waves transmitted from a target, which is a radio wave source, and arrives via multiple satellites. It sequentially acquires control points, which are estimated positions of the target, based on the arrival time difference and arrival frequency difference between the received signals determined by correlation processing between the received signals. It includes: a frequency distribution calculation unit that calculates the frequency distribution of the control points converted to latitude and longitude; a control point extraction unit that extracts control points included in the area with the highest frequency from the frequency distribution; an error ellipse calculation unit that calculates, for each pair of satellites, an error ellipse, which is an area where the control point extracted from the frequency distribution may exist; a theoretical value calculation unit that calculates the theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the control point exists, based on the signal-to-noise ratio of the received signal; a variance value calculation unit that calculates the variance value of the FDOA between received signals accompanying the movement of the target, based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the control point extracted from the frequency distribution exists; and a target velocity component calculation unit that calculates the velocity component of the target based on the variance value.
本開示によれば、座標変換された電波源の標定点の度数分布から度数が最大である領域に含まれる標定点を抽出し、度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長と、受信信号の信号対雑音比に基づいて算出された誤差楕円の軸長の理論値との差分に基づいて、目標の移動に伴う受信信号間のFDOAの分散値を算出し、この分散値に基づいて目標の速度成分を算出する。これにより、本開示に係る速さ推定装置は、目標の類別に用いるための目標の速さ情報を推定できる。 According to the present disclosure, a control point included in the region with the highest frequency is extracted from the frequency distribution of the control points of the coordinate-transformed radio wave source, and the variance value of the FDOA between received signals associated with the movement of the target is calculated based on the difference between the axis length of the error ellipse in which the control point extracted from the frequency distribution exists and the theoretical value of the axis length of the error ellipse calculated based on the signal-to-noise ratio of the received signal. The target's velocity component is then calculated based on this variance value. This allows the speed estimation device disclosed herein to estimate target speed information for use in target classification.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る目標類別装置1の構成例を示すブロック図である。図1において、目標類別装置1は、衛星#1、衛星#2および衛星#3からの電波を受信する、地上局アンテナ#1A、地上局アンテナ#2Aおよび地上局アンテナ#3Aとそれぞれ接続されている。また、図1では、目標類別装置1に加え、電波源である類別対象の目標Aも記載されている。目標Aは、位置が未知である電波源である。
Embodiment 1.
Fig. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a target classification device 1 according to embodiment 1. In Fig. 1, the target classification device 1 is connected to ground station antennas #1A, #2A, and #3A, which receive radio waves from satellites #1, #2, and #3, respectively. In addition to the target classification device 1, Fig. 1 also shows target A, which is the radio wave source and is the classification target. Target A is a radio wave source whose position is unknown.
地上局アンテナは、衛星の数に対応する数が設けられる。図1では、衛星として3機の衛星♯1、♯2および♯3が設けられ、地上局アンテナとして3機の地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aが設けられている。
衛星#1、#2および#3は、それぞれ目標Aからの電波を受信し、受信した電波の信号を地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aに送信する。地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aは、衛星#1、#2および#3をそれぞれ経由して到来した電波を受信する。
The number of earth station antennas provided corresponds to the number of satellites. In Fig. 1, three satellites #1, #2, and #3 are provided as satellites, and three earth station antennas #1A, #2A, and #3A are provided as earth station antennas.
Satellites #1, #2, and #3 each receive radio waves from target A and transmit the received radio wave signals to ground station antennas #1A, #2A, and #3A, which in turn receive the radio waves that have arrived via satellites #1, #2, and #3, respectively.
目標類別装置1は、速さ推定装置2および目標類別部3を備える。速さ推定装置2は、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9および受信SNR推定部10-1、10-2および10-3を備える。これら構成要素が測位処理部を構成する。なお、信号受信部4-1、4-2および4-3は、地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aが備えてもよい。 The target classification device 1 comprises a speed estimation device 2 and a target classification unit 3. The speed estimation device 2 comprises signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, control point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, control point storage unit 7, storage time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, and reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3. These components make up the positioning processing unit. Note that the signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3 may also be provided in ground station antennas #1A, #2A, and #3A.
目標Aから発信され、衛星#1、#2および#3を介して到来してきた電波は、地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aによって受信される。測位処理部は、地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aによる受信信号間の相関処理を行い、相関処理の結果に基づいて受信信号間のTDOA(到来時間差)およびFDOA(到来周波数差)を求めて、TDOAおよびFDOAに基づいて目標Aの推定位置である標定点を推定することにより目標Aの標定点を逐次取得する。 Radio waves transmitted from target A and arriving via satellites #1, #2, and #3 are received by ground station antennas #1A, #2A, and #3A. The positioning processing unit performs correlation processing between the signals received by ground station antennas #1A, #2A, and #3A, calculates the TDOA (time difference of arrival) and FDOA (frequency difference of arrival) between the received signals based on the results of the correlation processing, and sequentially acquires the ground point of target A by estimating the estimated position of target A based on the TDOA and FDOA.
測位処理部について詳細に説明する。
信号受信部は、衛星の数に対応する数が設けられている。図1では、信号受信部として3機の信号受信部4-1、4-2および4-3が設けられた場合を示している。
信号受信部4-1、4-2および4-3は、地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3AからのRF(高周波)出力に対して、増幅処理、帯域通過処理(フィルタ処理)および周波数変換処理等の各種信号処理を実行することにより、アナログ信号を生成する。
The positioning processing unit will now be described in detail.
The number of signal receiving units provided corresponds to the number of satellites. Figure 1 shows a case where three signal receiving units 4-1, 4-2 and 4-3 are provided as signal receiving units.
The signal receiving units 4-1, 4-2 and 4-3 generate analog signals by performing various signal processing such as amplification, band pass processing (filter processing) and frequency conversion processing on the RF (radio frequency) output from the ground station antennas #1A, #2A and #3A.
これらのアナログ信号は、同相成分および直交成分を有する複素信号である。そして、信号受信部4-1、4-2および4-3は、アナログ信号を、ディジタル形式の複素信号である受信信号に変換することで、複素信号ベクトルx(t)を取得する。図1の場合、地上局アンテナは3機あるので、信号受信部4-1、4-2および4-3によって、複素信号ベクトルx1(t)、x2(t)およびx3(t)の計3つの受信信号が得られる。これら3つの受信信号は、それぞれ、相関処理部5-1、5-2および5-3に出力され、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3に出力される。 These analog signals are complex signals having in-phase and quadrature components. The signal receivers 4-1, 4-2, and 4-3 then convert the analog signals into received signals, which are digital complex signals, to obtain a complex signal vector x(t). In the case of FIG. 1 , there are three earth station antennas, so the signal receivers 4-1, 4-2, and 4-3 obtain a total of three received signals: complex signal vectors x 1 (t), x 2 (t), and x 3 (t). These three received signals are output to correlation processors 5-1, 5-2, and 5-3, respectively, and then to received SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3.
相関処理部5-1、5-2および5-3は、信号受信部4-1、4-2および4-3によってそれぞれ取得された受信信号間の相関処理により、TDOAおよびFDOAの情報を算出する。例えば、相関処理部5-1、5-2および5-3は、上記複素信号ベクトル間の相関処理として、非特許文献1に記載の手法に従ってCAF(Cross Anbiguity Function)のピーク値を抽出することで、TDOAおよびFDOAの情報を算出する。 The correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3 calculate TDOA and FDOA information by performing correlation processing between the received signals acquired by the signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3, respectively. For example, the correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3 calculate TDOA and FDOA information by extracting peak values of the CAF (Cross Ambiguity Function) according to the method described in Non-Patent Document 1 as the correlation processing between the above complex signal vectors.
目標Aがレーダ波源である場合、CAFのピーク値は、複数存在し、結果的に、複数のTDOAおよびFDOAの情報が算出される。相関処理部5-1、5-2および5-3によって算出されたTDOAおよびFDOAの情報を示す信号は、標定点算出部6-1、6-2および6-3に出力される。以下、目標Aがレーダ波源である場合を想定して説明を行う。 When target A is a radar wave source, there will be multiple peak values of the CAF, and as a result, multiple TDOA and FDOA information will be calculated. Signals indicating the TDOA and FDOA information calculated by correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3 are output to control point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3. The following explanation assumes that target A is a radar wave source.
衛星#1、#2および#3のそれぞれの組について算出されたTDOAを、それぞれ、τ12(i)、τ23(j)およびτ13(k)とし、FDOAを、それぞれ、f12(i)、f23(j)およびf13(k)とする。ここで、i、jおよびkは、それぞれ正の整数を表している。
衛星#1、#2および#3のそれぞれの間の受信信号よって算出されたCAFのピークの数は、それぞれN12、N23およびN13とすると、i、jおよびkは、それぞれ1≦i≦N12、1≦j≦N23および1≦k≦N13の範囲を満たしている。
TDOAτ12(i)およびFDOAf12(i)は標定点算出部6-1に出力され、TDOAτ23(j)およびFDOAf23(j)は標定点算出部6-2に出力され、TDOAτ13(k)およびFDOAf13(k)は標定点算出部6-3に出力される。
The calculated TDOA for each set of satellites #1, #2, and #3 are denoted as τ 12(i) , τ 23(j) , and τ 13(k) , respectively, and the FDOA are denoted as f 12(i) , f 23(j) , and f 13(k) , respectively, where i, j, and k are positive integers.
The numbers of CAF peaks calculated from the received signals between satellites #1, #2, and #3 are N12 , N23 , and N13 , respectively, where i, j, and k satisfy the ranges 1≦i≦ N12 , 1≦j≦ N23 , and 1≦k≦ N13 , respectively.
TDOAτ 12(i) and FDOAf 12(i) are output to a control point calculation unit 6-1, TDOAτ 23(j) and FDOAf 23(j) are output to a control point calculation unit 6-2, and TDOAτ 13(k) and FDOAf 13(k) are output to a control point calculation unit 6-3.
標定点算出部6-1、6-2および6-3は、TDOAおよびFDOAの情報を用い、下記式(1)~(7)の連立方程式を解くことにより、TDOAおよびFDOAにそれぞれ基づく標定点を算出する。下記式(1)~(7)において、光速をcとし、衛星#1、#2および#3のそれぞれの位置ベクトルをps1、ps2、ps3とし、衛星#1、#2および#3のそれぞれの速度ベクトルをvs1、vs2、vs3とし、地球を球体としたときの地球半径をREとする。また、受信信号の中心周波数をf0とする。
具体的には、標定点算出部6-1が、下記式(1)、(2)および(7)にしたがい、標定点p12(i)を算出する。標定点算出部6-2が、下記式(3)、(4)および(7)に従い、標定点p23(j)を算出する。標定点算出部6-3が、下記式(5)、(6)および(7)に従い、標定点p13(k)を算出する。
このあと、標定点算出部6-1によって算出された標定点p12(i)を示す信号は、標定点蓄積部7に出力される。標定点算出部6-2によって算出された標定点p23(j)を示す信号は、標定点蓄積部7に出力される。標定点算出部6-3によって算出された標定点p13(k)を示す信号は、標定点蓄積部7に出力される。
The control point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3 use the TDOA and FDOA information to solve the simultaneous equations of the following formulas (1) to (7) to calculate control points based on the TDOA and FDOA, respectively. In the following formulas (1) to (7), the speed of light is c, the position vectors of satellites #1, #2, and #3 are p s1 , p s2 , and p s3 , the velocity vectors of satellites #1, #2, and #3 are v s1 , v s2 , and v s3 , respectively, and the radius of the Earth when the Earth is a sphere is R E. Also, the center frequency of the received signal is f 0 .
Specifically, the orientation point calculation unit 6-1 calculates the orientation point p 12(i) according to the following formulas (1), (2), and (7). The orientation point calculation unit 6-2 calculates the orientation point p 23(j) according to the following formulas (3), (4), and (7). The orientation point calculation unit 6-3 calculates the orientation point p 13(k) according to the following formulas (5), (6), and (7).
Thereafter, a signal indicating the orientation point p 12(i) calculated by the orientation point calculation unit 6-1 is output to the orientation point accumulation unit 7. A signal indicating the orientation point p 23(j) calculated by the orientation point calculation unit 6-2 is output to the orientation point accumulation unit 7. A signal indicating the orientation point p 13(k) calculated by the orientation point calculation unit 6-3 is output to the orientation point accumulation unit 7.
なお、目標Aの標定点の情報は、相関処理部5-1、5-2および5-3から出力されたTDOAおよびFDOAの組に対応して算出されるので、標定点算出部6-1、6-2および6-3は、それぞれ、N12、N23、N13個の標定点を算出する。
なお、上記連立方程式を解く際には、ニュートン法または再急降下法といった反復演算の中で解を求める手法と、参考文献に記載されるように、多項式の根として求める手法があり、いずれを用いてもよい。
(参考文献)K C. Ho and Y. T. Chan, “Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements” in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 33、 no. 3, pp. 770-783, July 1997.
Since the information on the orientation point of target A is calculated corresponding to the set of TDOA and FDOA output from the correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, the orientation point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3 calculate N 12 , N 23 , and N 13 orientation points, respectively.
When solving the above simultaneous equations, either a method of finding a solution through iterative calculations such as Newton's method or steepest descent method, or a method of finding the roots of a polynomial, as described in the reference literature, may be used.
(Reference) K.C. Ho and Y. T. Chan, “Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements” in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 33, no. 3, pp. 770-783, July 1997.
標定点蓄積部7には、標定点算出部6-1、6-2および6-3によってそれぞれ算出された標定点が一つの組にまとめて蓄積される。例えば、一つにまとめた標定点の組は、pall=[p12(i),p23(j),p13(k)]として標定点蓄積部7に蓄積される。 The orientation points calculated by the orientation point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3 are collected into a single set and stored in the orientation point storage unit 7. For example, the grouped set of orientation points is stored in the orientation point storage unit 7 as p all = [p 12(i) , p 23(j) , p 13(k) ].
標定点蓄積部7における標定点の蓄積は、蓄積時間判定部8によって制御される。蓄積時間判定部8は、標定点蓄積部7が標定点の情報を取得し始めた時間を0とした場合に、その時点からの経過時間tを計測し、経過時間tが事前に設定された蓄積時間Tに達したかどうかを判定する。蓄積時間判定部8は、t<Tであり、蓄積の経過時間tが蓄積時間Tに達していない場合、標定点蓄積部7にpallの蓄積を継続させ、新たにpall-Tを作成し、それを標定点蓄積部7に保持する。t≧Tとなり、蓄積の経過時間tが蓄積時間Tに達した場合、蓄積時間判定部8は、標定点蓄積部7に保持したpall-Tを示す情報を、座標変換部9に出力する。 The accumulation of the control points in the control point accumulation unit 7 is controlled by an accumulation time determination unit 8. When the time when the control point accumulation unit 7 starts to acquire information about the control points is set to 0, the accumulation time determination unit 8 measures the elapsed time t from that point and determines whether the elapsed time t has reached a preset accumulation time T. If t<T and the elapsed accumulation time t has not reached the accumulation time T, the accumulation time determination unit 8 causes the control point accumulation unit 7 to continue accumulating p all , creates a new p all-T , and stores it in the control point accumulation unit 7. If t≧T and the elapsed accumulation time t has reached the accumulation time T, the accumulation time determination unit 8 outputs information indicating p all-T stored in the control point accumulation unit 7 to the coordinate conversion unit 9.
座標変換部9は、標定点蓄積部7から出力されたpall-Tに格納されている、各標定点の3次元のベクトル情報を、緯度φおよび経度θの情報に座標変換する。座標変換部9によって座標変換された標定点の情報は、pall-T-latlonとして度数分布算出部11に出力される。 The coordinate conversion unit 9 converts the three-dimensional vector information of each control point stored in p all-T output from the control point accumulation unit 7 into information of latitude φ and longitude θ. The information of the control point converted by the coordinate conversion unit 9 is output to the frequency distribution calculation unit 11 as p all-T-latlon .
受信SNR推定部10-1、10-2および10-3は、信号受信部4-1、4-2および4-3によって受信された複素信号ベクトルをフーリエ変換し、周波数スペクトルのピーク値とノイズフロアとの差分等に基づいて、受信信号のSNRを推定する。受信SNR推定部10-1、10-2および10-3によってそれぞれ推定されたSNRは、誤差楕円軸長理論値算出部14に出力される。 The reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3 perform a Fourier transform on the complex signal vectors received by the signal reception units 4-1, 4-2, and 4-3, and estimate the SNR of the received signal based on the difference between the peak value of the frequency spectrum and the noise floor, etc. The SNRs estimated by the reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3, respectively, are output to the error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14.
速さ推定装置2は、上記測位処理部の他に、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15、および目標速度成分算出部16を備える。これらの構成要素が、目標Aの速さを推定するための情報を生成する。In addition to the positioning processing unit, the speed estimation device 2 also includes a frequency distribution calculation unit 11, a control point extraction unit 12, an error ellipse calculation unit 13, an error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14, an FDOA movement variance value calculation unit 15, and a target speed component calculation unit 16. These components generate information for estimating the speed of target A.
度数分布算出部11は、座標変換部9により得られた緯度および経度の情報に基づいて標定点の度数分布を算出する。標定点の度数分布は、標定点の密集具合を評価するための分布である。図2は、目標Aの標定点の度数分布の例を示す図である。度数分布算出部11は、座標変換部9から出力されたpall-T-latlonに関して、図2に示す度数分布を作成する。例えば、度数分布算出部11は、緯度φの方向をM個のグリッドに分割し、経度θの方向をN個のグリッドに分割した表データを生成し、表データにおける各グリッドの領域B(以下、セルと呼ぶ。)に存在する標定点の個数を対応付けた度数分布データを算出する。度数分布算出部11によって算出された度数分布データは、標定点抽出部12に出力される。 The frequency distribution calculation unit 11 calculates the frequency distribution of the control points based on the latitude and longitude information obtained by the coordinate conversion unit 9. The frequency distribution of the control points is a distribution for evaluating the density of the control points. FIG. 2 is a diagram showing an example of the frequency distribution of the control points of target A. The frequency distribution calculation unit 11 creates the frequency distribution shown in FIG. 2 for p all-T-latlon output from the coordinate conversion unit 9. For example, the frequency distribution calculation unit 11 generates table data in which the direction of latitude φ is divided into M grids and the direction of longitude θ is divided into N grids, and calculates frequency distribution data in which the number of control points present in area B (hereinafter referred to as cells) of each grid in the table data is associated with the number of control points present in area B. The frequency distribution data calculated by the frequency distribution calculation unit 11 is output to the control point extraction unit 12.
標定点抽出部12は、度数分布算出部11によって算出された度数分布から度数が最大である領域に含まれる標定点を抽出する。図3は、度数分布から標定点を抽出する処理の概要を示す図であり、度数分布データを示している。図3において、度数分布の(Δθ4,Δφ6)のセルCは、標定点が最も多く存在する、すなわち標定点の度数が最大のセルである。標定点抽出部12は、図3に示すように、度数分布において度数が最大値であるセルCに存在する標定点を抽出する。セルCから抽出された標定点の組は、各衛星#1、#2および#3の組について算出された3つの標定点に分けることができる。
標定点抽出部12は、衛星♯1、♯2および♯3の組に対応する標定点pext-12、pext-23およびpext-13をセルCから抽出して誤差楕円算出部13に出力する。さらに、標定点抽出部12は、これらの平均値であるp12バー、p23バーおよびp13バーを算出して誤差楕円算出部13に出力する。
The control point extraction unit 12 extracts control points included in the area with the maximum frequency from the frequency distribution calculated by the frequency distribution calculation unit 11. Fig. 3 is a diagram showing an overview of the process of extracting control points from the frequency distribution, showing frequency distribution data. In Fig. 3, cell C of (Δθ 4 , Δφ 6 ) in the frequency distribution is the cell where the most control points exist, i.e., the frequency of control points is the largest. As shown in Fig. 3, the control point extraction unit 12 extracts control points existing in cell C with the maximum frequency in the frequency distribution. The set of control points extracted from cell C can be divided into three control points calculated for each set of satellites #1, #2, and #3.
The control point extraction unit 12 extracts control points p ext-12 , p ext-23 and p ext-13 corresponding to the set of satellites #1, #2 and #3 from cell C and outputs them to the error ellipse calculation unit 13. Furthermore, the control point extraction unit 12 calculates these average values, p 12 bar, p 23 bar and p 13 bar, and outputs them to the error ellipse calculation unit 13.
ここで、標定点抽出部12が、度数が最大である領域に含まれる標定点を抽出する理由について説明する。図4は、標定点蓄積部7に蓄積される標定点の情報を示す図である。
単一時間でみた場合、レーダ波源等で取得した信号に基づいて算出した標定点が、真の電波源である目標A由来か、アンビギュイティかを判別することは困難である。
しかしながら、例えば図4に示すように、複数時間の標定点の蓄積結果をみた場合に、アンビギュイティは衛星#1、#2および#3の運動に合わせて変動する一方で、真の目標Aは、実際にその場所に存在するため、衛星#1、#2および#3の運動に依らず同じ場所に標定点が出現する。
また、仮に目標Aが移動している場合であっても、周回する衛星#1、#2および#3の速度と比べて十分小さいため、結果的に複数時間でみた場合、標定点が、目標A由来のものか、アンビギュイティかで位置の変動に関する挙動が異なり、目標A由来である場合には、相対的に不動点に近い特性を示す。なお、図4において、符号Dは、目標A由来の標定点を示し、符号Eは、アンビギュイティの標定点を示している。速さ推定装置2は、この特性を用いることで、方位情報を用いることなく目標A由来の標定点を抽出することが可能となる。
Here, the reason why the orientation point extraction unit 12 extracts the orientation point included in the area with the maximum frequency will be explained. FIG. 4 is a diagram showing information on the orientation points stored in the orientation point storage unit 7.
When viewed at a single time, it is difficult to determine whether a location point calculated based on a signal acquired by a radar wave source or the like is derived from target A, which is the true radio wave source, or is an ambiguity.
However, for example, as shown in FIG. 4, when the accumulated results of control points over multiple time periods are viewed, the ambiguity fluctuates in accordance with the movements of satellites #1, #2, and #3, while the true target A actually exists at that location, and therefore the control point appears in the same location regardless of the movements of satellites #1, #2, and #3.
Furthermore, even if target A is moving, the speed is sufficiently small compared to the speed of orbiting satellites #1, #2, and #3, so that as a result, when viewed over multiple time periods, the behavior of the position fluctuation differs depending on whether the control point is derived from target A or an ambiguity, and if it is derived from target A, it exhibits characteristics that are relatively close to a fixed point. In Fig. 4, symbol D indicates a control point derived from target A, and symbol E indicates an ambiguity control point. By using this characteristic, the speed estimation device 2 can extract the control point derived from target A without using azimuth information.
誤差楕円算出部13は、度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を、衛星#1、#2および#3の組ごとに算出する。例えば、誤差楕円算出部13は、度数分布から抽出された標定点pext-12、pext-23およびpext-13について、各標定点が存在することが可能性な領域を示す誤差楕円をそれぞれの場合について算出する。具体的には、誤差楕円算出部13は、下記式(8)、(9)および(10)に従って、各標定点から誤差共分散行列R12、R23およびR13を算出する。ただし、下記式(8)、(9)および(10)において、pext-12、pext-23およびpext-13のそれぞれの重心を、pext-12バー、pext-23バーおよびpext-13バーとする。
The error ellipse calculation unit 13 calculates an error ellipse, which is an area where the orientation points extracted from the frequency distribution may exist, for each set of satellites #1, #2, and #3. For example, the error ellipse calculation unit 13 calculates an error ellipse indicating an area where each orientation point may exist for each of orientation points p ext-12 , p ext-23 , and p ext-13 extracted from the frequency distribution. Specifically, the error ellipse calculation unit 13 calculates error covariance matrices R 12 , R 23 , and R 13 from each orientation point according to the following equations (8), (9), and (10). However, in the following equations (8), (9), and (10), the centers of gravity of p ext-12 , p ext-23 , and p ext-13 , respectively, are set to p ext-12bar , p ext-23bar , and p ext-13bar .
図5は、γ2の値と目標Aの標定点が誤差楕円内に存在する確率(以下、標定点の存在確率と呼ぶ)との関係を示す図である。上記式(8)、(9)および(10)において、γ2は、自由度が2であるχ2二乗分布よって決定され、図5に示すように、その値に応じて、各標定点の存在確率が変化する。 5 is a diagram showing the relationship between the value of γ2 and the probability that the orientation point of target A exists within the error ellipse (hereinafter referred to as the existence probability of the orientation point). In the above equations (8), (9), and (10), γ2 is determined by a chi -squared distribution with two degrees of freedom, and as shown in FIG. 5, the existence probability of each orientation point changes depending on its value.
次に、誤差楕円算出部13は、誤差共分散行列R12、R23およびR13の成分に基づいて、下記式(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)および(19)に従って、誤差楕円の軸長σφ12、σθ12、σφ23、σθ23、σφ13およびσθ13と原点からの傾きφ12、φ23およびφ13とを算出する。誤差楕円算出部13によって算出された誤差楕円の軸長のパラメータは、FDOA移動分散値算出部15に出力される。図6は、標定点が存在する誤差楕円を示す図である。図6において、符号E1、E2およびE3は標定点が存在する誤差楕円であり、誤差楕円算出部13は、標定点抽出部12によって度数分布から抽出された標定点の情報を用いて、誤差楕円E1、E2およびE3を算出する。
Next, the error ellipse calculation unit 13 calculates the axis lengths σφ12 , σθ12, σφ23, σθ23 , σφ13, and σθ13 of the error ellipse and the slopes φ12 , φ23, and φ13 from the origin according to the following equations (11), (12), ( 13 ), (14), (15), (16), ( 17 ), ( 18 ), and (19) based on the components of the error covariance matrices R12 , R23 , and R13 . The axis length parameters of the error ellipse calculated by the error ellipse calculation unit 13 are output to the FDOA shift variance calculation unit 15. Fig. 6 is a diagram showing an error ellipse in which an orientation point exists. In Figure 6, symbols E1, E2, and E3 are error ellipses in which orientation points exist, and the error ellipse calculation unit 13 calculates the error ellipses E1, E2, and E3 using information on the orientation points extracted from the frequency distribution by the orientation point extraction unit 12.
誤差楕円軸長理論値算出部14は、受信信号のSNRに基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出する、理論値算出部である。誤差楕円の軸長は、当該楕円の広がりを表すパラメータである。さらに、誤差楕円軸長理論値算出部14は、例えば上記参考文献に記載されるように、下記式(20)および(21)に従い、受信信号のSNRの情報を用いて、TDOAの分散値の理論値σ2
τとFDOAの分散値の理論値σ2
fとを算出する。下記式(20)および(21)において、Bは信号の帯域幅であり、Tは信号の観測時間である。
The theoretical error ellipse axis length calculation unit 14 is a theoretical value calculation unit that calculates the theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the orientation point exists, based on the SNR of the received signal. The axis length of the error ellipse is a parameter that represents the spread of the ellipse. Furthermore, as described in the above-mentioned reference document, for example, the theoretical error ellipse axis length calculation unit 14 calculates the theoretical value σ 2 τ of the TDOA variance value and the theoretical value σ 2 f of the FDOA variance value using information on the SNR of the received signal according to the following equations (20) and (21). In the following equations (20) and (21), B is the signal bandwidth, and T is the signal observation time.
誤差楕円軸長理論値算出部14によって算出されたTDOAの分散値の理論値σ2
τとFDOAの分散値の理論値σ2
fは、FDOA移動分散値算出部15に出力される。
なお、観測値が複数ある場合、誤差楕円軸長理論値算出部14は、それらの算術平均値を、FDOA移動分散値算出部15に出力する。
The theoretical TDOA variance value σ 2 τ and the theoretical FDOA variance value σ 2 f calculated by the error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14 are output to the FDOA moving variance value calculation unit 15 .
When there are a plurality of observed values, the error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14 outputs the arithmetic mean value of these values to the FDOA moving variance value calculation unit 15 .
FDOA移動分散値算出部15は、誤差楕円の軸長の理論値と、度数分布から抽出された標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、目標Aの移動に伴う受信信号間のFDOAの分散値を算出する、分散値算出部である。
まず、FDOA移動分散値算出部15は、誤差楕円算出部13によって算出された誤差楕円の軸長のパラメータと、誤差楕円軸長理論値算出部14によって算出されたTDOAの分散値の理論値σ2
τおよびFDOAの分散値の理論値σ2
fとを用いて、目標Aの移動に伴い生じる、FDOAの分散値を見積もる。ここで、TDOAの分散値の理論値σ2
τおよびFDOAの分散値の理論値σ2
fと、緯度φおよび経度θの空間における分散σ2
φおよびσ2
θとの関係は、下記式(22)で表される。なお、PSNは、緯度φおよび経度θの空間における誤差共分散行列である。
The FDOA moving variance calculation unit 15 is a variance calculation unit that calculates the variance of the FDOA between received signals accompanying the movement of target A based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the orientation point extracted from the frequency distribution exists.
First, the FDOA moving variance calculation unit 15 estimates the FDOA variance value that occurs with the movement of target A, using the error ellipse axis length parameters calculated by the error ellipse calculation unit 13 and the theoretical TDOA variance value σ 2 τ and the theoretical FDOA variance value σ 2 f calculated by the error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14. Here, the relationship between the theoretical TDOA variance value σ 2 τ and the theoretical FDOA variance value σ 2 f and the variances σ 2 φ and σ 2 θ in the space of latitude φ and longitude θ is expressed by the following equation (22). Note that P SN is the error covariance matrix in the space of latitude φ and longitude θ.
上記式(22)において、Dは、D=NEで表される2×2の行列であり、NおよびEは、それぞれ下記式(23)および(24)で表される。ただし、Δpは位置ベクトルpにおける勾配を表す。
In the above equation (22), D is a 2×2 matrix expressed as D=NE, and N and E are expressed by the following equations (23) and (24), respectively, where Δ p represents the gradient at the position vector p.
上記式(23)および(24)において、pの各成分は、緯度φおよび経度θの情報を用いて、下記式(25)で表される。
In the above equations (23) and (24), each component of p is expressed by the following equation (25) using information on the latitude φ and longitude θ.
D-1=Dinvとし、行列Dinvの(a,b)成分をDinv(a,b)とすると、上記式(22)におけるPSNの各成分PSN(1,1)、PSN(1,2)およびPSN(2,2)は、下記式(26)、(27)および(28)で表すことができる。
Assuming that D −1 = D inv and the (a, b) component of the matrix D inv is D inv (a, b), the components P SN (1, 1), P SN (1, 2) and P SN (2, 2) of P SN in the above equation (22) can be expressed by the following equations (26), (27) and (28).
目標Aが移動しているとき、FDOAの分散値には、目標Aの移動に伴った分散値σ2
f-moveが加算される。一方、目標Aの移動量が衛星の運動量に対して十分小さい場合は、TDOAの分散値は、目標Aの移動に依存しない。これを考慮すると、目標Aが移動している場合の誤差共分散行列PSN-v(1,1)、PSN-v(1,2)およびPSN-v(2,2)は、下記式(29)、(30)および(31)で表すことができる。
When target A is moving, the variance value σ 2 f-move associated with the movement of target A is added to the variance value of the FDOA. On the other hand, when the amount of movement of target A is sufficiently small compared to the momentum of the satellite, the variance value of the TDOA does not depend on the movement of target A. Taking this into consideration, the error covariance matrices P SN-v (1,1), P SN-v (1,2), and P SN -v (2,2) when target A is moving can be expressed by the following equations (29), (30), and (31).
上記式(26)、(27)、(29)および(31)を用いることで、目標Aの移動に伴ってFDOAに生じる分散値σ2
f-moveは、下記式(32)に従って推定することができる。
By using the above equations (26), (27), (29) and (31), the variance value σ 2 f-move occurring in the FDOA due to the movement of target A can be estimated according to the following equation (32).
上記式(32)の分子の第1項であるPSN+v(1,1)および第2項であるPSN+v(2,2)は、誤差楕円算出部13によって算出された誤差楕円の軸長に基づいて算出される。また、受信信号のSNRの情報に基づいて算出された緯度φおよび経度θの空間における理論誤差σφおよびσθを用いて、上記式(32)の分子の第3項である-PSN(1,1)および第4項である-PSN(2,2)は算出される。受信信号のSNRの情報が複数ある場合、σφおよびσθは、各SNRについて算出された結果の平均値である。 The first term P SN+v (1,1) and the second term P SN+v (2,2) of the numerator of the above equation (32) are calculated based on the axis lengths of the error ellipse calculated by the error ellipse calculation unit 13. Furthermore, the third term -P SN (1,1) and the fourth term -P SN (2,2) of the numerator of the above equation (32) are calculated using the theoretical errors σ φ and σ θ in the space of latitude φ and longitude θ calculated based on information on the SNR of the received signal. When there is information on a plurality of SNRs of the received signal, σ φ and σ θ are average values of the results calculated for each SNR.
FDOA移動分散値算出部15は、衛星#1および衛星#2からの受信信号について、目標Aの移動に伴ってFDOAに生じる分散値σ2
f-move(12)を、下記式(33)に従って算出する。
The FDOA moving variance calculation unit 15 calculates the variance σ 2 f-move(12) occurring in the FDOA due to the movement of target A for the received signals from satellites #1 and #2 according to the following equation (33).
FDOA移動分散値算出部15は、衛星#2および衛星#3からの受信信号について、目標Aの移動に伴ってFDOAに生じる分散値σ2
f-move(23)を、下記式(34)に従って算出する。さらに、FDOA移動分散値算出部15は、衛星#1および衛星#3からの受信信号について、目標Aの移動に伴ってFDOAに生じる分散値σ2
f-move(13)を、下記式(35)に従って算出する。
The FDOA moving dispersion value calculation unit 15 calculates the dispersion value σ 2 f-move(23) occurring in the FDOA due to the movement of target A for the received signals from satellites #2 and #3 according to the following equation (34). Furthermore, the FDOA moving dispersion value calculation unit 15 calculates the dispersion value σ 2 f-move(13 ) occurring in the FDOA due to the movement of target A for the received signals from satellites #1 and #3 according to the following equation (35).
目標速度成分算出部16は、FDOA移動分散値算出部15により算出されたFDOAの分散値に基づいて、目標Aの各方向の速度成分を算出する。
図7は、地表面座標系における速度ベクトルの定義を示す図である。図7において、地表面上の北方向、東方向および天頂方向(鉛直方向)の各速度成分をvN、vEおよびvUとする。地表面座標系における速度vSurf=[vN,vE,vU]と、ECEF座標系における速度vtarget=[vx,vy,vz]との関係は、座標変換を施すための変換行列Bを用いることにより、下記式(36)および(37)で表すことができる。
The target velocity component calculation unit 16 calculates the velocity components of the target A in each direction based on the FDOA variance value calculated by the FDOA moving variance value calculation unit 15 .
Fig. 7 is a diagram showing the definition of a velocity vector in the Earth's surface coordinate system. In Fig. 7, the velocity components in the north, east, and zenith directions (vertical directions) on the Earth's surface are defined as vN , vE , and vU . The relationship between the velocity vSurf = [ vN , vE , vU ] in the Earth's surface coordinate system and the velocity vtarget = [ vx , vy , vz ] in the ECEF coordinate system can be expressed by the following equations (36) and (37) using a transformation matrix B for performing coordinate transformation.
目標Aの移動に伴って生じるFDOAの差分δFDOAは、衛星#1および衛星#2からの受信信号について、下記式(38)のように定式化することができる。
The difference δFDOA in FDOA that occurs as the target A moves can be formulated as shown in the following equation (38) for the received signals from the satellites #1 and #2.
衛星#1および衛星#2からの受信信号について目標Aの移動に伴って生じるFDOAの分散値σ2
FDOA,mvは、下記式(39)で表すことができる。
なお、下記式(39)は、ある特定の時間における目標Aの位置および目標Aに関する速度に関するものである。
The variance value σ 2 FDOA,mv of the FDOA occurring with the movement of target A for the received signals from satellites #1 and #2 can be expressed by the following equation (39).
The following equation (39) relates to the position and velocity of target A at a specific time.
目標Aを複数観測した場合、観測時間における目標Aの平均の位置ベクトルをp12バーとし、目標Aの各方向の速度成分の平均をvNバー、vEバーおよびvUバーとすると、上記式(39)は、下記式(40)で表すことができる。下記式(40)において、衛星#1および衛星#2、衛星#2および衛星#3、衛星#3および衛星#1について、複数時間観測における、目標Aの位置ベクトルの平均値p12バー、p23バーおよびp13バーは、標定点抽出部12から出力されたものである。
When target A is observed multiple times, if the average position vector of target A during the observation time is p 12 bar and the averages of the velocity components of target A in each direction are v N bar, v E bar, and v U bar, then the above equation (39) can be expressed by the following equation (40): In the following equation (40), the average values p 12 bar, p 23 bar, and p 13 bar of the position vector of target A during multiple time observations for satellite #1 and satellite #2, satellite #2 and satellite #3, and satellite #3 and satellite #1 are output from the control point extraction unit 12.
上記式(40)は、下記式(41)および(42)で表すことができる。
The above formula (40) can be expressed by the following formulas (41) and (42).
変換行列Bを、B=[b1,b2,b3]とする。上記式(33)、(34)および(35)を用いてFDOA移動分散値算出部15によって算出された分散値が上記式(40)の左辺σ2
FDOA,mvバーである場合、目標Aの移動に伴ったFDOAの分散値σ2
FDOA,mv(12)バー、σ2
FDOA,mv(23)バーおよびσ2
FDOA,mv(13)バーに関する3つの方程式である、下記式(43)、(44)および(45)が得られる。
Let transformation matrix B be B = [b 1 , b 2 , b 3 ]. When the variance calculated by FDOA moving variance value calculation unit 15 using the above equations (33), (34), and (35) is the left-hand side σ 2 FDOA,mv of the above equation (40), the following three equations (43) , (44), and (45) are obtained, which are related to the FDOA variance values σ 2 FDOA,mv ( 12) , σ 2 FDOA,mv(23) , and σ 2 FDOA,mv (13) associated with the movement of target A.
目標速度成分算出部16は、上記式(43)、(44)および(45)の各々で求められた目標Aの移動に伴ったFDOAの分散値σ2
FDOA,mv(12)バー、σ2
FDOA,mv(23)バーおよびσ2
FDOA,mv(13)バーを用いて、下記式(46)、(47)および(48)に従い、目標Aの速度ベクトルの各方向の成分に関する情報v2
Nバー、v2
Eバーおよびv2
Uバーを算出する。
The target velocity component calculation unit 16 calculates information v 2 N bar, v 2 E bar, and v 2 U bar related to the components of the velocity vector of target A in each direction according to the following equations (46), (47), and (48), using the variance values σ 2 FDOA ,mv(12) bar, σ 2 FDOA,mv ( 23 ) bar, and σ 2 FDOA ,mv( 13 ) bar of the FDOA associated with the movement of target A obtained by the above equations (43), (44), and ( 45 ) , respectively.
上記式(46)、(47)および(48)において、Mは、下記式(49)で表される行列であり、その(a,b)成分を、M(a,b)とする。目標速度成分算出部16は、算出した速度ベクトルの各方向の成分に関する情報v2
Nバー、v2
Eバーおよびv2
Uバーを、目標Aの位置ベクトルの平均値p12バー、p23バーおよびp13バーと合わせて、目標類別部3に出力する。
In the above equations (46), (47), and (48), M is a matrix expressed by the following equation (49), and its (a, b) component is defined as M(a, b). The target velocity component calculation unit 16 outputs information v 2 N bar, v 2 E bar, and v 2 U bar relating to the calculated components of the velocity vector in each direction, together with average values p 12 bar, p 23 bar, and p 13 bar of the position vector of target A, to the target classifier 3.
目標類別部3は、目標Aの速度ベクトルの各方向の成分に関する情報v2 Nバー、v2 Eバーおよびv2 Uバーから目標Aの速さを推定し、目標Aの位置ベクトルの平均値p12バー、p23バーおよびp13バーから目標Aの位置情報を推定する。そして、目標類別部3は、推定した目標Aの速さ情報と目標Aの位置情報とに基づいて、目標Aの類別を行う。 The target classification unit 3 estimates the speed of target A from information v 2 N bar, v 2 E bar, and v 2 U bar about the components of each direction of the velocity vector of target A, and estimates position information of target A from average values p 12 bar, p 23 bar, and p 13 bar of the position vector of target A. Then, the target classification unit 3 classifies target A based on the estimated speed information and position information of target A.
例えば、目標類別部3は、下記式(50)を用いて目標Aの推定位置pestバーを算出する。
For example, the target classifying unit 3 calculates the estimated position p est bar of the target A using the following equation (50).
目標類別部3は、下記式(51)を用いて目標Aの速度の絶対値(速さ)vestバーを算出する。なお、目標類別部3が目標Aの速度vestバーを算出する場合を示したが、速さ推定装置2が、目標Aの速度vestバーを算出してもよい。この場合、目標速度成分算出部16が、速度ベクトルの各方向の成分に関する情報v2
Nバー、v2
Eバーおよびv2
Uバーから目標Aの速さを推定する。
The target classification unit 3 calculates the absolute value (speed) v est of the speed of target A using the following equation (51). Although the case where the target classification unit 3 calculates the speed v est of target A has been described, the speed estimation device 2 may calculate the speed v est of target A. In this case, the target speed component calculation unit 16 estimates the speed of target A from information v 2 N bar, v 2 E bar, and v 2 U bar related to the components of the speed vector in each direction.
なお、図1では、測位処理部を備える速さ推定装置2を示したが、測位処理部は、速さ推定装置2とは別に設けられた測位装置が備えてもよい。すなわち、速さ推定装置2は、当該測位装置から標定点の情報が取得可能であり、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標速度成分算出部16を備えていればよい。 Note that while Figure 1 shows a speed estimation device 2 equipped with a positioning processing unit, the positioning processing unit may be equipped in a positioning device provided separately from the speed estimation device 2. In other words, the speed estimation device 2 is capable of acquiring control point information from the positioning device, and is equipped with a frequency distribution calculation unit 11, a control point extraction unit 12, an error ellipse calculation unit 13, an error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14, an FDOA moving variance value calculation unit 15, and a target speed component calculation unit 16.
次に、目標類別装置1による目標類別方法について説明する。
図8は、実施の形態1に係る目標類別方法を示すフローチャートであり、図8に示したパラメータv0、v1、v2およびv3は、v0<v1<v2<v3という大小関係を有した定数である。目標類別部3は、上記式(50)および上記式(51)に従って、目標Aの推定位置pestバーおよび目標Aの速度の絶対値(速さ)vestバーを推定する(ステップST1)。
Next, a target classification method using the target classification device 1 will be described.
8 is a flowchart showing the target classification method according to embodiment 1, where the parameters v0 , v1 , v2 , and v3 shown in Fig. 8 are constants having the magnitude relationship v0 < v1 < v2 < v3 . The target classification unit 3 estimates the estimated position pestbar of target A and the absolute value (speed) vestbar of the velocity of target A according to the above equations (50) and ( 51 ) (step ST1).
続いて、目標類別部3は、目標の速さvestバーと定数v1とを比較することにより、vestバー<v1であるか否かを判定する(ステップST2)。vestバー<v1である場合(ステップST2;YES)、目標類別部3は、目標Aの推定位置pestバーが陸上に存在するか否かを判定する(ステップST3)。目標Aの推定位置pestバーが陸上に存在しない場合(ステップST3;NO)、目標類別部3は、目標Aが艦船であると類別する(ステップST4)。 Next, the target classification unit 3 compares the target speed v est bar with the constant v 1 to determine whether v est bar < v 1 (step ST2). If v est bar < v 1 (step ST2; YES), the target classification unit 3 determines whether the estimated position p est bar of target A is on land (step ST3). If the estimated position p est bar of target A is not on land (step ST3; NO), the target classification unit 3 classifies target A as a ship (step ST4).
目標Aの推定位置pestバーが陸上に存在する場合(ステップST3;YES)、目標類別部3は、目標の速さvestバーと定数v0とを比較することによって、vestバー<v0であるか否かを判定する(ステップST5)。ここで、vestバー<v0である場合(ステップST5;YES)、目標類別部3は、目標Aが固定局もしくは静止状態にある車両であると類別する(ステップST6)。vestバー<v1であり、かつvestバー≧v0である、すなわちv0≦vestバー<v1である場合(ステップST5;NO)、目標類別部3は、目標Aが車両であると類別する(ステップST7)。 If the estimated position p_est of target A is on land (step ST3; YES), the target classification unit 3 compares the target's speed v_est with a constant v_0 to determine whether v_est < v_0 (step ST5). If v_est < v_0 (step ST5; YES), the target classification unit 3 classifies target A as a fixed station or a stationary vehicle (step ST6). If v_est < v_1 and v_est ≧ v_0 , that is, v_0 ≦ v_est < v_1 (step ST5; NO), the target classification unit 3 classifies target A as a vehicle (step ST7).
一方、vestバー≧v1である場合(ステップST2;NO)、目標類別部3は、v1<vestバー<v2であるか否かを判定する(ステップST8)。v1<vestバー<v2である場合(ステップST8;YES)、目標類別部3は、目標Aが無人機もしくは回転翼機であると類別する(ステップST9)。 On the other hand, if v est bar ≧ v1 (step ST2; NO), the target classification unit 3 determines whether v1 < v est bar < v2 (step ST8). If v1 < v est bar < v2 (step ST8; YES), the target classification unit 3 classifies target A as an unmanned aircraft or a rotary-wing aircraft (step ST9).
v1<vestバー<v2でない場合(ステップST8;YES)、目標類別部3は、v2<vestバー<v3であるか否かを判定する(ステップST10)。v2<vestバー<v3である場合(ステップST10;YES)、目標類別部3は、目標Aが民間航空機であると類別する(ステップST11)。v2<vestバー<v3ではない場合(ステップST10;NO)、目標類別部3は、目標Aが軍用の航空機であると類別する(ステップST12)。 If v1 < vest bar < v2 is not true (step ST8; YES), the target classification unit 3 determines whether v2 < vest bar < v3 is true (step ST10). If v2 < vest bar < v3 is true (step ST10; YES), the target classification unit 3 classifies target A as a civil aircraft (step ST11). If v2 < vest bar < v3 is not true (step ST10; NO), the target classification unit 3 classifies target A as a military aircraft (step ST12).
次に、速さ推定装置2による速さ推定方法について説明する。
図9は、実施の形態1に係る速さ推定方法を示すフローチャートであり、速さ推定装置2による一連の動作を示している。
信号受信部4-1、4-2および4-3は、地上局アンテナ#1A、#2Aおよび#3Aによって衛星#1、#2および#3から受信された信号をAD変換処理した後、ディジタル形式の複素ベースバンド信号を取得する(ステップST1A)。
具体的には、まず、信号受信部4-1、4-2および4-3は、地上局アンテナ#1A、#2Aおよび#3のRF(高周波)出力に対して、増幅処理、帯域通過処理(フィルタ処理)および周波数変換処理等の各種信号処理を実行することにより、アナログ信号を生成する。このアナログ信号は同相成分および直交成分を有する複素信号である。そして、信号受信部4-1、4-2および4-3は、このアナログ信号をディジタル形式の複素信号である受信信号に変換することで、複素信号ベクトルを取得する。
信号受信部4-1、4-2および4-3により取得された複素信号ベクトルを示す信号は、相関処理部5-1、5-2および5-3に出力され、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3に出力される。
Next, a speed estimation method performed by the speed estimation device 2 will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing the speed estimation method according to the first embodiment, illustrating a series of operations performed by the speed estimation device 2.
The signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3 perform AD conversion processing on the signals received from satellites #1, #2, and #3 by the earth station antennas #1A, #2A, and #3A, and then acquire complex baseband signals in digital format (step ST1A).
Specifically, the signal receivers 4-1, 4-2, and 4-3 first perform various signal processing, such as amplification, band-pass filtering, and frequency conversion, on the RF (radio frequency) outputs of the ground station antennas #1A, #2A, and #3 to generate analog signals. These analog signals are complex signals having in-phase and quadrature components. The signal receivers 4-1, 4-2, and 4-3 then convert these analog signals into received signals, which are digital complex signals, to obtain complex signal vectors.
Signals indicating the complex signal vectors acquired by the signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3 are output to correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, and then output to reception SNR estimating units 10-1, 10-2, and 10-3.
次に、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3は、信号受信部4-1、4-2および4-3により取得された受信信号のSNRを推定する(ステップST2A)。
例えば、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3は、信号受信部4-1、4-2および4-3によって受信された複素信号ベクトルをフーリエ変換し、周波数スペクトルのピーク値とノイズフロアとの差分等に基づいて、受信信号のSNRを推定する。受信SNR推定部10-1、10-2および10-3によってそれぞれ推定されたSNRは、誤差楕円軸長理論値算出部14に出力される。
Next, the reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3 estimate the SNRs of the reception signals acquired by the signal reception units 4-1, 4-2, and 4-3 (step ST2A).
For example, the reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3 perform a Fourier transform on the complex signal vectors received by the signal reception units 4-1, 4-2, and 4-3, and estimate the SNRs of the received signals based on the difference between the peak value of the frequency spectrum and the noise floor, etc. The SNRs estimated by the reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3, respectively, are output to the error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14.
相関処理部5-1、5-2および5-3が、信号受信部4-1、4-2および4-3によってそれぞれ取得された受信信号間の相関処理によりTDOAおよびFDOAの情報を算出し、標定点算出部6-1、6-2および6-3が、TDOAおよびFDOAの情報を用いて、TDOAおよびFDOAにそれぞれ基づく標定点を算出する(ステップST3A)。例えば、相関処理部5-1、5-2および5-3は、複素信号ベクトル間の相関処理としてCAFのピーク値を抽出することで、TDOAおよびFDOAの情報を算出する。
標定点算出部6-1、6-2および6-3は、TDOAおよびFDOAの情報を用いて、上記式(1)~(7)の連立方程式を解くことにより、TDOAおよびFDOAにそれぞれ基づく標定点を算出する。
The correlation processing units 5-1, 5-2 and 5-3 calculate the information of TDOA and FDOA by correlation processing between the received signals respectively acquired by the signal receiving units 4-1, 4-2 and 4-3, and the orientation point calculation units 6-1, 6-2 and 6-3 calculate the orientation points based on the TDOA and FDOA respectively using the information of TDOA and FDOA (step ST3A). For example, the correlation processing units 5-1, 5-2 and 5-3 calculate the information of TDOA and FDOA by extracting the peak value of CAF as a correlation processing between complex signal vectors.
The orientation point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3 use the information on the TDOA and FDOA to solve the simultaneous equations (1) to (7) above, thereby calculating orientation points based on the TDOA and FDOA, respectively.
蓄積時間判定部8は、標定点算出部6-1、6-2および6-3によってそれぞれ算出された標定点の情報、および、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3によってそれぞれ推定されたSNRを、一定時間(蓄積時間T)、標定点蓄積部7に蓄積する(ステップST4A)。経過時間tが蓄積時間Tに達すると、蓄積時間判定部8は、標定点蓄積部7に保持した標定点の情報とSNRを、座標変換部9に出力する。座標変換部9は、標定点蓄積部7から出力された各標定点の3次元のベクトル情報を緯度経度の情報に座標変換する。座標変換部9によって座標変換された標定点の情報は度数分布算出部11に出力される。 The accumulation time determination unit 8 accumulates the information on the control points calculated by the control point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, respectively, and the SNRs estimated by the reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3, respectively, in the control point accumulation unit 7 for a fixed time (accumulation time T) (step ST4A). When the elapsed time t reaches the accumulation time T, the accumulation time determination unit 8 outputs the information on the control points and the SNRs held in the control point accumulation unit 7 to the coordinate conversion unit 9. The coordinate conversion unit 9 converts the three-dimensional vector information of each control point output from the control point accumulation unit 7 into latitude and longitude information. The control point information converted by the coordinate conversion unit 9 is output to the frequency distribution calculation unit 11.
度数分布算出部11は、座標変換部9によって座標変換された標定点の緯度φおよび経度θの情報に基づいて標定点の度数分布を算出する(ステップST5A)。度数分布算出部11によって算出された度数分布データは、標定点抽出部12に出力される。The frequency distribution calculation unit 11 calculates the frequency distribution of the control point based on the information on the latitude φ and longitude θ of the control point that has been coordinate-converted by the coordinate conversion unit 9 (step ST5A). The frequency distribution data calculated by the frequency distribution calculation unit 11 is output to the control point extraction unit 12.
標定点抽出部12は、度数分布算出部11によって算出された度数分布から度数が最大である領域に存在する標定点を抽出する(ステップST6A)。例えば、標定点抽出部12は、衛星♯1、♯2および♯3の組に対応する標定点を抽出し、これらの平均値とともに誤差楕円算出部13に出力する。The control point extraction unit 12 extracts control points that exist in the area with the highest frequency from the frequency distribution calculated by the frequency distribution calculation unit 11 (step ST6A). For example, the control point extraction unit 12 extracts control points corresponding to the set of satellites #1, #2, and #3, and outputs these together with their average values to the error ellipse calculation unit 13.
誤差楕円算出部13は、標定点抽出部12によって抽出された標定点の分布の重心を求め、衛星#1、#2および#3の組ごとに、これらの標定点が存在する可能性がある領域である3つの誤差楕円を求める(ステップST7A)。誤差楕円算出部13によって算出された誤差楕円を示す信号は、FDOA移動分散値算出部15に出力される。The error ellipse calculation unit 13 calculates the center of gravity of the distribution of the control points extracted by the control point extraction unit 12, and calculates three error ellipses, which are areas where these control points may exist, for each pair of satellites #1, #2, and #3 (step ST7A). A signal indicating the error ellipse calculated by the error ellipse calculation unit 13 is output to the FDOA moving variance value calculation unit 15.
誤差楕円軸長理論値算出部14は、受信信号のSNRに基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出する(ステップST8A)。誤差楕円軸長理論値算出部14によって算出された誤差楕円の軸長の理論値を示す情報は、FDOA移動分散値算出部15に出力される。The error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14 calculates the theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the orientation point exists based on the SNR of the received signal (step ST8A). Information indicating the theoretical value of the axis length of the error ellipse calculated by the error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14 is output to the FDOA moving variance value calculation unit 15.
FDOA移動分散値算出部15は、誤差楕円の軸長の理論値と、度数分布から抽出された標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、目標Aの移動に伴う受信信号間のFDOAの分散値を算出する(ステップST9A)。
目標速度成分算出部16は、FDOA移動分散値算出部15により算出されたFDOAの分散値に基づいて、目標Aの各方向の速度成分を算出する(ステップST10A)。
目標類別部3は、ステップST6Aにおいて求められた標定点の平均値と、ステップST10Aにおいて求められた目標Aの速度成分を用いて算出された目標Aの速さ情報とに基づいて、目標Aを類別する。
The FDOA movement variance calculation unit 15 calculates the variance value of the FDOA between the received signals accompanying the movement of target A based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the orientation point extracted from the frequency distribution exists (step ST9A).
The target velocity component calculation unit 16 calculates the velocity components of the target A in each direction based on the FDOA variance calculated by the FDOA moving variance calculation unit 15 (step ST10A).
The target classification unit 3 classifies the target A based on the average value of the orientation points obtained in step ST6A and the speed information of the target A calculated using the speed component of the target A obtained in step ST10A.
次に、速さ推定装置2の機能を実現するハードウェア構成について説明する。
速さ推定装置2が備える、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標速度成分算出部16の各機能は、処理回路によって実現される。すなわち、速さ推定装置2は、図9に示したステップST1AからステップST10Aまでの処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)であってもよい。
Next, a hardware configuration for realizing the functions of the speed estimation device 2 will be described.
The functions of the signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, orientation point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, orientation point storage unit 7, storage time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, reception SNR estimators 10-1, 10-2, and 10-3, frequency distribution calculation unit 11, orientation point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14, FDOA moving variance calculation unit 15, and target speed component calculation unit 16 provided in the speed estimation device 2 are realized by processing circuits. That is, the speed estimation device 2 includes a processing circuit for executing the processes from step ST1A to step ST10A shown in FIG. 9 . The processing circuit may be dedicated hardware, or may be a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in memory.
図10Aは、速さ推定装置2の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図10Bは、速さ推定装置2の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図10Aおよび図10Bにおいて、入力インタフェース100は、速さ推定装置2が地上局アンテナ#1A、#2Aおよび#3Aから取得する信号を中継するインタフェースである。出力インタフェース101は、速さ推定装置2から目標類別部3に出力される目標Aの各方向の速度成分を示す情報を中継するインタフェースである。 Figure 10A is a block diagram showing the hardware configuration that realizes the functions of the speed estimation device 2. Figure 10B is a block diagram showing the hardware configuration that executes software that realizes the functions of the speed estimation device 2. In Figures 10A and 10B, the input interface 100 is an interface that relays signals that the speed estimation device 2 acquires from ground station antennas #1A, #2A, and #3A. The output interface 101 is an interface that relays information indicating the speed components in each direction of target A that is output from the speed estimation device 2 to the target classification unit 3.
処理回路が図10Aに示す専用のハードウェアの処理回路102である場合、処理回路102は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、または、これらを組み合わせたものが該当する。速さ推定装置2が備える、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標速度成分算出部16の各機能を、別々の処理回路で実現してもよく、これらの機能をまとめて一つの処理回路で実現してもよい。 When the processing circuit is the dedicated hardware processing circuit 102 shown in Figure 10A, the processing circuit 102 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof. The functions of the signal receiving units 4-1, 4-2 and 4-3, correlation processing units 5-1, 5-2 and 5-3, orientation point calculation units 6-1, 6-2 and 6-3, orientation point storage unit 7, storage time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, reception SNR estimation units 10-1, 10-2 and 10-3, frequency distribution calculation unit 11, orientation point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14, FDOA moving variance value calculation unit 15 and target speed component calculation unit 16 provided in the speed estimation device 2 may be realized by separate processing circuits, or these functions may be realized together by a single processing circuit.
処理回路が図10Bに示すプロセッサ103である場合、速さ推定装置2が備える、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標速度成分算出部16の各機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ104に記憶される。 When the processing circuit is the processor 103 shown in FIG. 10B, the functions of the signal receivers 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processors 5-1, 5-2, and 5-3, orientation point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, orientation point storage unit 7, storage time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3, frequency distribution calculation unit 11, orientation point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, theoretical error ellipse axis length calculation unit 14, FDOA moving variance calculation unit 15, and target speed component calculation unit 16 provided in the speed estimation device 2 are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. The software or firmware is written as a program and stored in memory 104.
プロセッサ103は、メモリ104に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、速さ推定装置2が備える、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標速度成分算出部16の各機能を実現する。例えば、速さ推定装置2は、プロセッサ103によって実行されるときに、図9に示したステップST1AからステップST10Aの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ104を備える。これらのプログラムは、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標速度成分算出部16が行う処理の手順または方法をコンピュータに実行させるものである。メモリ104は、コンピュータを、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標速度成分算出部16として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。 By reading and executing the programs stored in memory 104, processor 103 realizes the functions of signal receivers 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processors 5-1, 5-2, and 5-3, orientation point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, orientation point storage unit 7, storage time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3, frequency distribution calculation unit 11, orientation point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, theoretical error ellipse axis length calculation unit 14, FDOA moving variance calculation unit 15, and target speed component calculation unit 16, which are provided in speed estimation device 2. For example, speed estimation device 2 includes memory 104 for storing a program that, when executed by processor 103, results in the processing of steps ST1A to ST10A shown in FIG. 9 being performed. These programs cause a computer to execute the processing procedures or methods performed by the signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, orientation point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, orientation point storage unit 7, storage time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3, frequency distribution calculation unit 11, orientation point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14, FDOA moving variance value calculation unit 15, and target velocity component calculation unit 16. The memory 104 may be a computer-readable storage medium that stores a program for causing the computer to function as signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, orientation point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, orientation point accumulation unit 7, accumulation time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3, frequency distribution calculation unit 11, orientation point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14, FDOA moving variance value calculation unit 15, and target velocity component calculation unit 16.
メモリ104は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically-EPROM)(登録商標)などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVDなどが該当する。 Memory 104 may be, for example, non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically-EPROM) (registered trademark), magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD, etc.
速さ推定装置2が備える、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標速度成分算出部16の各機能の一部を専用のハードウェアで実現し、他の一部はソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。 Some of the functions of the signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, control point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, control point storage unit 7, storage time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3, frequency distribution calculation unit 11, control point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14, FDOA moving variance value calculation unit 15, and target speed component calculation unit 16 provided in the speed estimation device 2 may be realized by dedicated hardware, and other functions may be realized by software or firmware.
例えば、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9および受信SNR推定部10-1、10-2および10-3の各機能は専用のハードウェアである処理回路102により実現し、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標速度成分算出部16の各機能は、プロセッサ103がメモリ104に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって実現してもよい。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせにより上記機能を実現することが可能である。 For example, the functions of the signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, orientation point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, orientation point storage unit 7, storage time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, and reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3 may be realized by the processing circuit 102, which is dedicated hardware, and the functions of the frequency distribution calculation unit 11, orientation point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14, FDOA moving variance value calculation unit 15, and target velocity component calculation unit 16 may be realized by the processor 103 reading and executing a program stored in memory 104. In this way, the processing circuit can realize the above functions using hardware, software, firmware, or a combination of these.
なお、図10Bでは、単一のプロセッサ103を用いて構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、互いに連携して動作する複数個のプロセッサを用いて速さ推定装置2が実現されてもよい。 Note that while Figure 10B shows a configuration using a single processor 103, this is not limited to this. For example, the speed estimation device 2 may be realized using multiple processors that operate in conjunction with each other.
以上のように、実施の形態1に係る速さ推定装置2は、標定点の度数分布を算出する度数分布算出部11と、度数分布から度数が最大である領域に含まれる標定点を抽出する標定点抽出部12と、度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を衛星の組ごとに算出する誤差楕円算出部13と、受信信号のSNRに基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出する誤差楕円軸長理論値算出部14と、誤差楕円の軸長の理論値と、度数分布から抽出された標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、目標Aの移動に伴う受信信号間のFDOAの分散値を算出するFDOA移動分散値算出部15と、分散値に基づいて目標の速度成分を算出する目標速度成分算出部16と、を備える。
受信信号のSNRに基づいて推定した標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値と、標定点の度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、目標Aの移動に伴う受信信号間のFDOAの分散値を算出し、この分散値に基づいて目標Aの速度成分を算出する。これにより、速さ推定装置2は、目標Aの類別に用いるための目標Aの速さ情報を推定できる。
As described above, the speed estimation device 2 according to the first embodiment includes a frequency distribution calculation unit 11 that calculates the frequency distribution of the control points, a control point extraction unit 12 that extracts control points included in an area where the frequency is maximum from the frequency distribution, an error ellipse calculation unit 13 that calculates, for each pair of satellites, an error ellipse which is an area in which the control point extracted from the frequency distribution may exist, an error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14 that calculates a theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the control point exists based on the SNR of the received signal, an FDOA moving variance value calculation unit 15 that calculates a variance value of the FDOA between received signals accompanying the movement of target A based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the control point extracted from the frequency distribution exists, and a target velocity component calculation unit 16 that calculates a velocity component of the target based on the variance value.
Based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the orientation point exists, estimated based on the SNR of the received signal, and the axis length of the error ellipse in which the orientation point exists, extracted from the frequency distribution of the orientation point, the variance value of the FDOA between the received signals accompanying the movement of target A is calculated, and the speed component of target A is calculated based on this variance value. In this way, the speed estimation device 2 can estimate speed information of target A to be used for classifying target A.
実施の形態1に係る目標類別装置1は、速さ推定装置2と、目標速度成分算出部16により算出された目標Aの速度成分から推定された目標Aの速さ情報と目標Aの位置情報とに基づいて目標Aの類別を行う目標類別部3を備える。これにより、目標類別装置1は、目標Aの位置情報に加え、目標Aの速さ情報を用いて、目標Aを類別することができる。 The target classification device 1 according to embodiment 1 includes a speed estimation device 2 and a target classification unit 3 that classifies target A based on the speed information of target A estimated from the speed component of target A calculated by the target speed component calculation unit 16 and the position information of target A. This allows the target classification device 1 to classify target A using the speed information of target A in addition to the position information of target A.
実施の形態1に係る速さ推定方法は、度数分布算出部11が、度数分布を算出するステップST5Aと、標定点抽出部12が、度数分布から度数が最大である領域に含まれる標定点を抽出するステップST6Aと、誤差楕円算出部13が、度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を衛星の組ごとに算出するステップST7Aと、誤差楕円軸長理論値算出部14が、受信信号の信号対雑音比に基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出するステップST8Aと、FDOA移動分散値算出部15が、誤差楕円の軸長の理論値と、度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、FDOAの分散値を算出するステップST9Aと、目標速度成分算出部16が、FDOAの分散値に基づいて目標Aの速度成分を算出するステップST10Aと、を備える。速さ推定装置2が、この方法を実行することにより、目標Aの類別に用いるための目標Aの速さ情報を推定できる。The speed estimation method according to the first embodiment includes step ST5A in which the frequency distribution calculation unit 11 calculates the frequency distribution; step ST6A in which the control point extraction unit 12 extracts control points that are included in the region with the highest frequency from the frequency distribution; step ST7A in which the error ellipse calculation unit 13 calculates an error ellipse, which is a region in which the control points extracted from the frequency distribution may exist, for each pair of satellites; step ST8A in which the error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14 calculates the theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the control points exist, based on the signal-to-noise ratio of the received signal; step ST9A in which the FDOA moving variance value calculation unit 15 calculates the variance of the FDOA based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the control points extracted from the frequency distribution exist; and step ST10A in which the target velocity component calculation unit 16 calculates the velocity component of target A based on the variance of the FDOA. By executing this method, the speed estimation device 2 can estimate the speed information of the target A to be used for categorizing the target A.
実施の形態1に係る目標類別方法は、速さ推定装置2が目標Aの速度成分を算出するステップST1と、目標類別部3が、目標Aの速度成分から推定された目標Aの速さ情報と目標Aの位置情報とに基づいて目標Aの類別を行うステップST2からステップST12を備える。目標類別装置1が、この方法を実行することにより、目標Aの位置情報に加え、目標Aの速さ情報を用いて、目標Aを類別することができる。The target classification method according to the first embodiment includes step ST1, in which the speed estimation device 2 calculates the speed components of target A, and steps ST2 to ST12, in which the target classification unit 3 classifies target A based on the speed information of target A estimated from the speed components of target A and the position information of target A. By executing this method, the target classification device 1 can classify target A using the speed information of target A in addition to the position information of target A.
実施の形態2.
図11は、実施の形態2に係る目標類別装置1Aの構成例を示すブロック図である。図11において、目標類別装置1Aは、目標類別装置1と同様に、衛星#1、衛星#2および衛星#3からの電波を受信する、地上局アンテナ#1A、地上局アンテナ#2Aおよび地上局アンテナ#3Aとそれぞれ接続されている。また、図11では、目標類別装置1Aに加え、電波源である類別対象の目標Aも記載されている。
Embodiment 2.
Fig. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of a target classifying device 1A according to embodiment 2. In Fig. 11, the target classifying device 1A is connected to ground station antennas #1A, #2A, and #3A, which receive radio waves from satellites #1, #2, and #3, respectively, in the same way as the target classifying device 1. In addition to the target classifying device 1A, Fig. 11 also shows target A, which is the source of the radio waves and is the target to be classified.
地上局アンテナは、衛星の数に対応する数が設けられる。図11では、衛星として3機の衛星♯1、♯2および♯3が設けられ、地上局アンテナとして3機の地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aが設けられている。
衛星#1、#2および#3は、それぞれ目標Aからの電波を受信し、受信した電波の信号を地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aに送信する。地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aは、衛星#1、#2および#3をそれぞれ経由して到来した電波を受信する。
The number of ground station antennas provided corresponds to the number of satellites. In Fig. 11, three satellites #1, #2, and #3 are provided as satellites, and three ground station antennas #1A, #2A, and #3A are provided as ground station antennas.
Satellites #1, #2, and #3 each receive radio waves from target A and transmit the received radio wave signals to ground station antennas #1A, #2A, and #3A, which in turn receive the radio waves that have arrived via satellites #1, #2, and #3, respectively.
目標類別装置1Aは、速さ推定装置2Aおよび目標類別部3Aを備える。速さ推定装置2Aは、速さ推定装置2と同様に、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9および受信SNR推定部10-1、10-2および10-3から構成される測位処理部を備える。なお、信号受信部4-1、4-2および4-3は、地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aが備えてもよい。
測位処理部の動作は、実施の形態1と同様である。
The target classification device 1A includes a speed estimation device 2A and a target classification unit 3A. Like the speed estimation device 2, the speed estimation device 2A includes a positioning processing unit that is composed of signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, control point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, control point accumulation unit 7, accumulation time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, and reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3. Note that the signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3 may be included in the ground station antennas #1A, #2A, and #3A.
The operation of the positioning processing unit is the same as in the first embodiment.
速さ推定装置2Aは、上記測位処理部の他に、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標速さ算出部17を備える。これらの構成要素が、目標Aの速さを推定するための情報を生成する。速さ推定装置2Aにおける度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、およびFDOA移動分散値算出部15は、速さ推定装置2と同様に機能する。 In addition to the positioning processing unit described above, the speed estimation device 2A also includes a frequency distribution calculation unit 11, a control point extraction unit 12, an error ellipse calculation unit 13, a theoretical error ellipse axis length calculation unit 14, an FDOA moving variance calculation unit 15, and a target speed calculation unit 17. These components generate information for estimating the speed of target A. The frequency distribution calculation unit 11, control point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, theoretical error ellipse axis length calculation unit 14, and FDOA moving variance calculation unit 15 in the speed estimation device 2A function in the same way as in the speed estimation device 2.
実施の形態1に係る速さ推定装置2では、目標速度成分算出部16が、目標Aの各方向の速度成分を求めた後、目標類別部3が目標Aの速さを算出していた。この場合、目標Aの運動情報が3次元的に得られるというメリットがある。しかしながら、衛星と目標Aとの位置関係によっては、上記式(49)で表される行列Mが特異になり、算出された速度ベクトルに誤差が生じて目標類別に用いる速さの情報にも誤差が生じる可能性がある。 In the speed estimation device 2 according to embodiment 1, the target velocity component calculation unit 16 determines the velocity components of target A in each direction, and then the target classification unit 3 calculates the speed of target A. This has the advantage of providing three-dimensional motion information for target A. However, depending on the positional relationship between the satellite and target A, the matrix M expressed by the above equation (49) may become singular, which may result in an error in the calculated velocity vector and therefore in an error in the speed information used for target classification.
これに対して、速さ推定装置2Aにおいては、目標速さ算出部17が、FDOA移動分散値算出部15によって算出されたFDOAの分散値に基づいて目標Aの速さを複数通り算出し、複数通りの目標Aの速さの算術平均を目標Aの速さとして算出するものである。これにより、速さ推定装置2Aは、目標Aの速さをよりロバストに算出することが可能である。 In contrast, in the speed estimation device 2A, the target speed calculation unit 17 calculates multiple speeds of target A based on the FDOA variance value calculated by the FDOA moving variance value calculation unit 15, and calculates the arithmetic mean of the multiple speeds of target A as the speed of target A. This enables the speed estimation device 2A to calculate the speed of target A more robustly.
具体的には、目標速さ算出部17が、上記式(43)、(44)および(45)の各々により目標Aの速さ情報を求め、これらの平均値を目標Aの速さとする。目標Aが地表面に沿って移動している場合、目標Aの鉛直方向の速度成分vUは、北方向の速度成分vNおよび東方向の速度成分vEと比較して十分小さいことが考えられる。この場合、上記式(43)、(44)および(45)は、下記式(52)、(53)および(54)のように変形することができる。
Specifically, the target speed calculation unit 17 obtains speed information of target A using each of the above equations (43), (44), and (45), and sets the average value of these to be the speed of target A. When target A is moving along the ground surface, it is considered that the vertical velocity component vU of target A is sufficiently small compared with the northward velocity component vN and the eastward velocity component vE . In this case, the above equations (43), (44), and (45) can be transformed into the following equations (52), (53), and (54).
さらに、目標Aの北方向の速度成分vNおよび東方向の速度成分vEに大きな差がないとして、vN≒vE=vバーとした場合、上記式(52)、(53)および(54)は、下記式(55)、(56)および(57)のように簡便化することができる。
Furthermore, assuming that there is no significant difference between the northward velocity component vN and the eastward velocity component vE of target A, and assuming that vN ≈ vE = vbar, the above equations (52), (53), and (54) can be simplified to the following equations (55), (56), and (57).
上記式(55)、(56)および(57)についてそれぞれ独立に用いることにより、目標Aの速さvestバーは、下記式(58)、(59)および(60)で表される。
目標速さ算出部17は、目標Aの移動に伴った受信信号間のFDOAの分散値σ2
F-move-12、σ2
F-move-23およびσ2
F-move-13を用いることにより、下記式(58)、(59)および(60)に従って、目標Aの速さvestバーを3通り算出する。
By independently using the above equations (55), (56), and (57), the speed v est bar of the target A is expressed by the following equations (58), (59), and (60).
The target speed calculation unit 17 calculates three speeds v est bar of target A according to the following equations (58), (59) and (60) by using the variance values σ 2 F-move-12 , σ 2 F-move-23 and σ 2 F-move-13 of the FDOA between the received signals accompanying the movement of target A.
目標速さ算出部17は、複数通りの目標Aの速さの算術平均を算出する。例えば、目標速さ算出部17は、下記式(61)に従って、上記式(58)、(59)および(60)から求められた目標Aの3通りの速さvestバーの算術平均値を、最終的な目標Aの速さvestバーとして算出する。
The target speed calculation unit 17 calculates the arithmetic mean of the multiple speeds of the target A. For example, the target speed calculation unit 17 calculates the arithmetic mean of the three speeds v est bar of the target A obtained from the above equations (58), (59), and (60) according to the following equation (61), as the final speed v est bar of the target A.
上記式(61)から目標Aの速さを求めることにより、平均化効果によって雑音成分が低可能になることに加えて、上記式(49)に示した逆行列演算が不要になる。
このため、目標Aと衛星との位置関係によっては行列Mが特異になり、逆行列演算が困難になるケースを回避できる。これにより、速さ推定装置2Aは、よりロバストに目標Aの速さを求めることが可能である。
By finding the speed of target A from the above equation (61), the noise component can be reduced due to the averaging effect, and the inverse matrix calculation shown in the above equation (49) becomes unnecessary.
This makes it possible to avoid cases where the matrix M becomes singular depending on the positional relationship between the target A and the satellite, making it difficult to perform the inverse matrix calculation. This allows the speed estimation device 2A to more robustly calculate the speed of the target A.
次に、実施の形態2に係る速さ推定方法について説明する。
図12は、実施の形態2に係る速さ推定方法を示すフローチャートであり、速さ推定装置2Aによる一連の動作を示している。図12のステップST1BからステップST9Bの処理は、図9のステップST1AからステップST9Aの処理と同様である。
Next, a speed estimation method according to the second embodiment will be described.
12 is a flowchart showing a speed estimation method according to embodiment 2, illustrating a series of operations performed by speed estimation device 2 A. The processes from step ST1 B to step ST9 B in FIG. 12 are the same as the processes from step ST1 A to step ST9 A in FIG. 9.
目標速さ算出部17は、FDOA移動分散値算出部15によって算出されたFDOAの分散値に基づいて目標Aの速さを複数通り算出し、複数通りの目標Aの速さの算術平均を目標Aの速さとして算出する(ステップST10B)。
次に、目標類別部3Aは、ステップST6Bにおいて求められた標定点の平均値pestバーと、ステップST10Bにおいて求められた目標Aの速度情報vestバーとに基づいて、目標Aを類別する。例えば、目標類別部3Aが図8に示した目標類別方法を実行することにより、目標Aが類別される。
The target speed calculation unit 17 calculates multiple speeds of target A based on the FDOA variance value calculated by the FDOA moving variance value calculation unit 15, and calculates the arithmetic mean of the multiple speeds of target A as the speed of target A (step ST10B).
Next, the target classification unit 3A classifies the target A based on the average value p est bar of the orientation points calculated in step ST6B and the velocity information v est bar of the target A calculated in step ST10B. For example, the target classification unit 3A classifies the target A by executing the target classification method shown in FIG.
次に、速さ推定装置2Aの機能を実現するハードウェア構成について説明する。
速さ推定装置2Aが備える、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標速さ算出部17の各機能は、処理回路によって実現される。すなわち、速さ推定装置2Aは、図12に示したステップST1BからステップST10Bまでの処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するCPUであってもよい。
Next, a hardware configuration for realizing the functions of the speed estimation device 2A will be described.
The functions of the signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, orientation point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, orientation point storage unit 7, storage time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, reception SNR estimators 10-1, 10-2, and 10-3, frequency distribution calculation unit 11, orientation point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14, FDOA moving variance calculation unit 15, and target speed calculation unit 17 provided in the speed estimation device 2A are realized by processing circuits. That is, the speed estimation device 2A includes a processing circuit for executing the processes from step ST1B to step ST10B shown in FIG. 12. The processing circuit may be dedicated hardware, or may be a CPU that executes a program stored in memory.
なお、図10Bでは、単一のプロセッサ103を用いて構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、互いに連携して動作する複数個のプロセッサを用いて速さ推定装置2Aが実現されてもよい。 Note that while Figure 10B shows a configuration using a single processor 103, this is not limited to this. For example, the speed estimation device 2A may be realized using multiple processors that operate in conjunction with each other.
以上のように、実施の形態2に係る速さ推定装置2Aは、標定点の度数分布を算出する度数分布算出部11と、度数分布から度数が最大である領域に含まれる標定点を抽出する標定点抽出部12と、度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を衛星の組ごとに算出する誤差楕円算出部13と、受信信号のSNRに基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出する誤差楕円軸長理論値算出部14と、誤差楕円の軸長の理論値と、度数分布から抽出された標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、目標Aの移動に伴う受信信号間のFDOAの分散値を算出するFDOA移動分散値算出部15と、分散値に基づいて目標Aの速さを複数通り算出し、複数通りの目標Aの速さの算術平均を目標Aの速さとして算出する目標速さ算出部17と、を備える。受信信号のSNRに基づいて推定した標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値と、標定点の度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、目標Aの移動に伴う受信信号間のFDOAの分散値を算出し、この分散値に基づいて目標Aの速さを算出する。これにより、速さ推定装置2Aは、目標Aの類別に用いるための目標Aの速さ情報を推定できる。また、速さ推定装置2Aは、速さ推定装置2と比較して、よりロバストに目標Aの速さを算出することができる。 As described above, the speed estimation device 2A according to embodiment 2 comprises a frequency distribution calculation unit 11 that calculates the frequency distribution of the control points; a control point extraction unit 12 that extracts control points included in the region with the highest frequency from the frequency distribution; an error ellipse calculation unit 13 that calculates an error ellipse for each pair of satellites, which is the region in which the control points extracted from the frequency distribution may exist; an error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14 that calculates the theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the control points exist based on the SNR of the received signals; an FDOA movement variance calculation unit 15 that calculates the variance value of the FDOA between received signals associated with the movement of target A based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the control points extracted from the frequency distribution exist; and a target speed calculation unit 17 that calculates multiple speeds of target A based on the variance values and calculates the arithmetic average of the multiple speeds of target A as the speed of target A. The speed estimation device 2A calculates a variance value of the FDOA between received signals accompanying the movement of target A based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the orientation point exists, estimated based on the SNR of the received signal, and the axis length of the error ellipse in which the orientation point exists, extracted from the frequency distribution of the orientation point, and calculates the speed of target A based on this variance value. This allows the speed estimation device 2A to estimate speed information of target A to be used for classifying target A. Furthermore, the speed estimation device 2A can calculate the speed of target A more robustly than the speed estimation device 2.
実施の形態2に係る目標類別装置1Aは、速さ推定装置2Aと、目標速さ算出部17により算出された目標Aの速度成分から推定された目標Aの速さ情報と、目標Aの位置情報とに基づいて目標Aの類別を行う目標類別部3Aを備える。これにより、目標類別装置1Aは、目標Aの位置情報に加え、目標Aの速さ情報を用いて、目標Aを類別することができる。また、速さ推定装置2Aがよりロバストに目標Aの速さを算出することができるので、目標類別装置1Aは、結果的に目標Aの類別結果を安定的に出力することが可能である。 The target classification device 1A according to embodiment 2 includes a speed estimation device 2A and a target classification unit 3A that classifies target A based on the speed information of target A estimated from the velocity components of target A calculated by the target speed calculation unit 17, and the position information of target A. This allows the target classification device 1A to classify target A using the speed information of target A in addition to the position information of target A. Furthermore, because the speed estimation device 2A can calculate the speed of target A more robustly, the target classification device 1A is ultimately able to stably output classification results for target A.
実施の形態2に係る速さ推定方法は、度数分布算出部11が、度数分布を算出するステップST5Bと、標定点抽出部12が、度数分布から度数が最大である領域に含まれる標定点を抽出するステップST6Bと、誤差楕円算出部13が、度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を衛星の組ごとに算出するステップST7Bと、誤差楕円軸長理論値算出部14が、受信信号の信号対雑音比に基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出するステップST8Bと、FDOA移動分散値算出部15が、誤差楕円の軸長の理論値と、度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、FDOAの分散値を算出するステップST9Bと、目標速さ算出部17が、FDOAの分散値に基づいて目標Aの速さを複数通り算出し、複数通りの目標Aの速さの算術平均を目標Aの速さとして算出するステップST10Bと、を備える。速さ推定装置2Aが、この方法を実行することで、目標Aの類別に用いるための目標Aの速さ情報を推定できる。また、速さ推定装置2Aは、速さ推定装置2と比較して、よりロバストに目標Aの速さを算出することができる。The speed estimation method according to the second embodiment includes step ST5B in which the frequency distribution calculation unit 11 calculates the frequency distribution, step ST6B in which the control point extraction unit 12 extracts control points included in the area with the highest frequency from the frequency distribution, step ST7B in which the error ellipse calculation unit 13 calculates an error ellipse for each pair of satellites, which is an area where the control points extracted from the frequency distribution may exist, and step ST7B in which the error ellipse theoretical axis length calculation unit 14 calculates an area where the control points may exist based on the signal-to-noise ratio of the received signal. The method includes step ST8B in which the FDOA moving variance calculation unit 15 calculates a theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the orientation point extracted from the frequency distribution exists, step ST9B in which the FDOA moving variance calculation unit 15 calculates a variance value of the FDOA based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the orientation point extracted from the frequency distribution exists, and step ST10B in which the target speed calculation unit 17 calculates a plurality of speeds of the target A based on the variance value of the FDOA and calculates the arithmetic mean of the plurality of velocities of the target A as the speed of the target A. By executing this method, the speed estimation device 2A can estimate speed information of the target A to be used for classifying the target A. Furthermore, the speed estimation device 2A can calculate the speed of the target A more robustly than the speed estimation device 2.
実施の形態2に係る目標類別方法は、速さ推定装置2Aが目標Aの速さ情報を算出するステップST1と、目標類別部3Aが、目標Aの速さ情報と目標Aの位置情報とに基づいて目標Aの類別を行うステップST2からステップST12を備える。目標類別装置1Aが、この方法を実行することで、目標Aの位置情報に加え、目標Aの速さ情報を用いて、目標Aを類別することができる。また、速さ推定装置2Aがよりロバストに目標Aの速さを算出することができるので、目標類別装置1Aは、結果的に、目標Aの類別結果を安定的に出力することが可能である。 The target classification method according to embodiment 2 includes step ST1, in which the speed estimation device 2A calculates speed information for target A, and steps ST2 to ST12, in which the target classification unit 3A classifies target A based on the speed information and position information for target A. By executing this method, the target classification device 1A can classify target A using the speed information for target A in addition to the position information for target A. Furthermore, because the speed estimation device 2A can calculate the speed of target A more robustly, the target classification device 1A can ultimately output the classification results for target A stably.
実施の形態3.
図13は、実施の形態3に係る目標類別装置1Bの構成例を示すブロック図である。図11において、目標類別装置1Bは、目標類別装置1と同様に、衛星#1、衛星#2および衛星#3からの電波を受信する、地上局アンテナ#1A、地上局アンテナ#2Aおよび地上局アンテナ#3Aとそれぞれ接続されている。また、図13では、目標類別装置1Bに加え、電波源である類別対象の目標Aも記載されている。
Embodiment 3.
Fig. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of a target classifying device 1B according to embodiment 3. In Fig. 11, target classifying device 1B is connected to ground station antennas #1A, #2A, and #3A, respectively, which receive radio waves from satellites #1, #2, and #3, similar to target classifying device 1. In addition to target classifying device 1B, Fig. 13 also shows target A, the source of the radio waves, as the target to be classified.
地上局アンテナは、衛星の数に対応する数が設けられる。図13では、衛星として3機の衛星♯1、♯2および♯3が設けられ、地上局アンテナとして3機の地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aが設けられている。
衛星#1、#2および#3は、それぞれ目標Aからの電波を受信し、受信した電波の信号を地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aに送信する。地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aは、衛星#1、#2および#3をそれぞれ経由して到来した電波を受信する。
The number of ground station antennas provided corresponds to the number of satellites. In Fig. 13, three satellites #1, #2, and #3 are provided as satellites, and three ground station antennas #1A, #2A, and #3A are provided as ground station antennas.
Satellites #1, #2, and #3 each receive radio waves from target A and transmit the received radio wave signals to ground station antennas #1A, #2A, and #3A, which in turn receive the radio waves that have arrived via satellites #1, #2, and #3, respectively.
目標類別装置1Bは、速さ推定装置2Bおよび目標類別部3Bを備える。速さ推定装置2Bは、速さ推定装置2と同様に、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9および受信SNR推定部10-1、10-2および10-3から構成される測位処理部を備える。なお、信号受信部4-1、4-2および4-3は、地上局アンテナ♯1A、♯2Aおよび♯3Aが備えてもよい。
測位処理部の動作は、実施の形態1と同様である。
The target classification device 1B includes a speed estimation device 2B and a target classification unit 3B. Like the speed estimation device 2, the speed estimation device 2B includes a positioning processing unit consisting of signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, control point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, control point accumulation unit 7, accumulation time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, and reception SNR estimation units 10-1, 10-2, and 10-3. Note that the signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3 may be included in the ground station antennas #1A, #2A, and #3A.
The operation of the positioning processing unit is the same as in the first embodiment.
速さ推定装置2Bは、上記測位処理部の他に、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標平面方向速度成分算出部18を備える。これらの構成要素が、目標Aの速さを推定するための情報を生成する。速さ推定装置2Bにおける度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、およびFDOA移動分散値算出部15は、速さ推定装置2と同様に機能する。 In addition to the positioning processing unit described above, the speed estimation device 2B also includes a frequency distribution calculation unit 11, a control point extraction unit 12, an error ellipse calculation unit 13, a theoretical error ellipse axis length calculation unit 14, an FDOA moving variance calculation unit 15, and a target plane direction velocity component calculation unit 18. These components generate information for estimating the speed of target A. The frequency distribution calculation unit 11, control point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, theoretical error ellipse axis length calculation unit 14, and FDOA moving variance calculation unit 15 in the speed estimation device 2B function in the same way as in the speed estimation device 2.
速さ推定装置2Bにおいて、目標平面方向速度成分算出部18が、FDOA移動分散値算出部15によって算出されたFDOAの分散値に基づいて目標Aの平面方向の速度成分を算出するものである。目標Aの平面方向の速度成分は地表平面方向の速度成分であり、例えば、北方向の速度成分vNおよび東方向の速度成分vEである。なお、目標Aの平面方向の速度成分は、南方向の速度成分および西方向の速度成分であってもよい。目標Aの平面方向の速度成分を用いることにより、速さ推定装置2Bは、目標Aの速度ベクトルの情報を保持しつつ、目標Aの速さをよりロバストに算出することが可能である。 In the speed estimation device 2B, a target planar direction velocity component calculation unit 18 calculates the planar direction velocity components of target A based on the FDOA variance value calculated by the FDOA moving variance value calculation unit 15. The planar direction velocity components of target A are velocity components in the direction of the earth's surface plane, for example, a northward velocity component vN and an eastward velocity component vE . Note that the planar direction velocity components of target A may also be southward velocity components and westward velocity components. By using the planar direction velocity components of target A, the speed estimation device 2B can more robustly calculate the speed of target A while retaining information on the velocity vector of target A.
目標平面方向速度成分算出部18は、鉛直方向の速度成分vUが北方向の速度成分vNおよび東方向の速度成分vEと比較して十分小さいという仮定の下で、北方向の速度成分vNおよび東方向の速度成分vEのみを算出する。具体的には、上記式(43)、(44)および(45)を用いることにより、鉛直方向の速度成分vU≒0という条件の下で、北方向の速度成分vNおよび東方向の速度成分vEは、下記式(62)、(63)および(64)に示す3通りの関係を有する。
The target plane direction velocity component calculation unit 18 calculates only the north direction velocity component vN and the east direction velocity component vE under the assumption that the vertical direction velocity component vU is sufficiently smaller than the north direction velocity component vN and the east direction velocity component vE . Specifically, by using the above equations (43), (44), and (45), under the condition that the vertical direction velocity component vU ≈ 0, the north direction velocity component vN and the east direction velocity component vE have three relationships shown in the following equations (62), (63), and (64).
上記式(62)、(63)および(64)を用いることにより、北方向の速度成分vNおよび東方向の速度成分vEは、下記式(65)および(66)に示す算術平均で表すことができる。目標平面方向速度成分算出部18は、下記式(65)および(66)に従って、北方向の速度成分vNおよび東方向の速度成分vEを算出する。
By using the above equations (62), (63), and (64), the northward velocity component vN and the eastward velocity component vE can be expressed as arithmetic means shown in the following equations (65) and (66). The target plane direction velocity component calculation unit 18 calculates the northward velocity component vN and the eastward velocity component vE in accordance with the following equations (65) and (66).
衛星と目標Aとの位置関係により、上記式(55)、(56)および(57)における分母の項が極端に小さくなる、すなわち、ある微小な定数εについて下記式(67)、(68)および(69)に示す条件が成り立つ場合、その項を省いて算出平均処理を施す。
これにより、求めたvN
2およびvE
2のうち特異な値を取るものを除外することができるので、速さ推定装置2Bは、速さ推定装置2よりもロバストに目標Aの速さを求めることができる。さらに、速さ推定装置2Bは、速さ推定装置2Aと比較してより目標Aの移動に関する多くの情報を得ることができる。
Depending on the positional relationship between the satellite and target A, the denominator terms in the above equations (55), (56), and (57) become extremely small. In other words, when the conditions shown in the following equations (67), (68), and (69) hold for a certain minute constant ε, the term is omitted and calculation averaging is performed.
This makes it possible to exclude singular values from the calculated v N 2 and v E 2 , and therefore the speed estimation device 2B can calculate the speed of target A more robustly than the speed estimation device 2. Furthermore, the speed estimation device 2B can obtain more information regarding the movement of target A than the speed estimation device 2A.
次に、実施の形態3に係る速さ推定方法について説明する。
図14は、実施の形態3に係る速さ推定方法を示すフローチャートであり、速さ推定装置2Bによる一連の動作を示している。図14のステップST1CからステップST9Cの処理は、図9のステップST1AからステップST9Aの処理と同様である。
Next, a speed estimation method according to the third embodiment will be described.
14 is a flowchart showing a speed estimation method according to embodiment 3, illustrating a series of operations performed by the speed estimation device 2 B. The processes from step ST1 C to step ST9 C in FIG. 14 are similar to the processes from step ST1 A to step ST9 A in FIG. 9.
目標平面方向速度成分算出部18は、FDOA移動分散値算出部15によって算出されたFDOAの分散値に基づいて、目標Aの平面方向の速度成分を算出する(ステップST10C)。
目標類別部3Bは、ステップST6Cにおいて求められた標定点の平均値pestバーと、ステップST10Cにおいて求められた目標Aの平面方向の速度成分である、北方向の速度成分vNおよび東方向の速度成分vEとに基づいて、目標Aを類別する。例えば、目標類別部3Bが図8に示した目標類別方法を実行することにより、目標Aが類別される。
The target planar direction velocity component calculation unit 18 calculates the planar direction velocity component of the target A based on the FDOA variance value calculated by the FDOA moving variance value calculation unit 15 (step ST10C).
The target classification unit 3B classifies the target A based on the average value p estbar of the control points calculated in step ST6C and the north velocity component vN and the east velocity component vE , which are the planar velocity components of the target A calculated in step ST10C. For example, the target classification unit 3B classifies the target A by executing the target classification method shown in FIG.
次に、速さ推定装置2Bの機能を実現するハードウェア構成について説明する。
速さ推定装置2Bが備える、信号受信部4-1、4-2および4-3、相関処理部5-1、5-2および5-3、標定点算出部6-1、6-2および6-3、標定点蓄積部7、蓄積時間判定部8、座標変換部9、受信SNR推定部10-1、10-2および10-3、度数分布算出部11、標定点抽出部12、誤差楕円算出部13、誤差楕円軸長理論値算出部14、FDOA移動分散値算出部15および目標平面方向速度成分算出部18の各機能は、処理回路によって実現される。すなわち、速さ推定装置2Bは、図14に示したステップST1CからステップST10Cまでの処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するCPUであってもよい。
Next, a hardware configuration for realizing the functions of the speed estimation device 2B will be described.
The functions of the signal receiving units 4-1, 4-2, and 4-3, correlation processing units 5-1, 5-2, and 5-3, orientation point calculation units 6-1, 6-2, and 6-3, orientation point storage unit 7, storage time determination unit 8, coordinate conversion unit 9, reception SNR estimators 10-1, 10-2, and 10-3, frequency distribution calculation unit 11, orientation point extraction unit 12, error ellipse calculation unit 13, error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14, FDOA moving variance calculation unit 15, and target plane direction velocity component calculation unit 18 provided in the speed estimation device 2B are realized by processing circuits. That is, the speed estimation device 2B includes a processing circuit for executing the processes from step ST1C to step ST10C shown in FIG. 14. The processing circuit may be dedicated hardware, or may be a CPU that executes a program stored in memory.
なお、図10Bでは、単一のプロセッサ103を用いて構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、互いに連携して動作する複数個のプロセッサを用いて速さ推定装置2Bが実現されてもよい。 Note that while Figure 10B shows a configuration using a single processor 103, this is not limited to this. For example, the speed estimation device 2B may be realized using multiple processors that operate in conjunction with each other.
以上のように、実施の形態3に係る速さ推定装置2Bは、標定点の度数分布を算出する度数分布算出部11と、度数分布から度数が最大である領域に含まれる標定点を抽出する標定点抽出部12と、度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を衛星の組ごとに算出する誤差楕円算出部13と、受信信号のSNRに基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出する誤差楕円軸長理論値算出部14と、誤差楕円の軸長の理論値と、度数分布から抽出された標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、目標Aの移動に伴う受信信号間のFDOAの分散値を算出するFDOA移動分散値算出部15と、分散値に基づいて目標Aの平面方向の速度成分を算出する目標平面方向速度成分算出部18と、を備える。
受信信号のSNRに基づいて推定した標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値と、標定点の度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて目標Aの移動に伴う受信信号間のFDOAの分散値を算出し、FDOAの分散値に基づいて目標Aの平面方向の速度成分を算出する。これにより、速さ推定装置2Bは、目標Aの類別に用いるための目標Aの速さ情報を推定できる。
また、速さ推定装置2Bは、衛星と目標Aの位置関係に対してロバストに、かつ南北、東西方向の目標Aの速度成分の大きさを算出することができる。すなわち、速さ推定装置2Bは、速さ推定装置2よりもロバストで目標Aの速度を推定でき、速さ推定装置2Aよりも、目標Aの移動に関して多くの情報が得られる。
As described above, the speed estimation device 2B according to the third embodiment includes a frequency distribution calculation unit 11 that calculates the frequency distribution of the control points, a control point extraction unit 12 that extracts control points included in an area where the frequency is maximum from the frequency distribution, an error ellipse calculation unit 13 that calculates, for each pair of satellites, an error ellipse which is an area in which the control point extracted from the frequency distribution may exist, an error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14 that calculates a theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the control point exists based on the SNR of the received signal, an FDOA movement variance value calculation unit 15 that calculates a variance value of the FDOA between received signals accompanying the movement of the target A based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the control point extracted from the frequency distribution exists, and a target planar direction velocity component calculation unit 18 that calculates a velocity component in the planar direction of the target A based on the variance value.
The speed estimation device 2B calculates the FDOA variance value between the received signals accompanying the movement of the target A based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the orientation point exists, estimated based on the SNR of the received signal, and the axis length of the error ellipse in which the orientation point exists, extracted from the frequency distribution of the orientation point, and calculates the velocity component of the target A in the planar direction based on the FDOA variance value. This allows the speed estimation device 2B to estimate the speed information of the target A to be used for classifying the target A.
Furthermore, the speed estimation device 2B can robustly calculate the magnitude of the velocity components of the target A in the north-south and east-west directions with respect to the positional relationship between the satellite and the target A. In other words, the speed estimation device 2B can estimate the velocity of the target A more robustly than the speed estimation device 2, and can obtain more information regarding the movement of the target A than the speed estimation device 2A.
実施の形態3に係る目標類別装置1Bは、速さ推定装置2Bと、目標平面方向速度成分算出部18により算出された目標Aの平面方向の速度成分情報と、目標Aの位置情報とに基づいて目標Aの類別を行う目標類別部3を備える。これにより、目標類別装置1Bは、目標Aの位置情報に加え、目標Aの速さ情報を用いて、目標Aを類別することができる。
また、速さ推定装置2Bがよりロバストに目標Aの速さを算出することができるので、目標類別装置1Bは、結果的に目標Aの類別結果を安定的に出力することが可能である。
The target classification device 1B according to the third embodiment includes a speed estimation device 2B and a target classification unit 3 that classifies target A based on the planar direction velocity component information of target A calculated by a target planar direction velocity component calculation unit 18 and the position information of target A. As a result, the target classification device 1B can classify target A using the speed information of target A in addition to the position information of target A.
Furthermore, since the speed estimation device 2B can calculate the speed of the target A more robustly, the target classification device 1B can consequently output the classification result of the target A stably.
実施の形態3に係る速さ推定方法は、度数分布算出部11が、度数分布を算出するステップST5Cと、標定点抽出部12が、度数分布から度数が最大である領域に含まれる標定点を抽出するステップST6Cと、誤差楕円算出部13が、度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を衛星の組ごとに算出するステップST7Cと、誤差楕円軸長理論値算出部14が、受信信号の信号対雑音比に基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出するステップST8Cと、FDOA移動分散値算出部15が、誤差楕円の軸長の理論値と、度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、FDOAの分散値を算出するステップST9Cと、目標平面方向速度成分算出部18が、FDOAの分散値に基づいて目標Aの平面方向の速度成分を算出するステップST10Cとを備える。
速さ推定装置2Bが、この方法を実行することで、目標Aの類別に用いるための目標Aの速さ情報を推定できる。また、速さ推定装置2Bは、速さ推定装置2よりもロバストで目標Aの速度を推定でき、速さ推定装置2Aよりも、目標Aの移動に関して多くの情報が得られる。
The speed estimation method according to the third embodiment includes step ST5C in which the frequency distribution calculation unit 11 calculates the frequency distribution, step ST6C in which the control point extraction unit 12 extracts, from the frequency distribution, a control point included in an area with the maximum frequency, step ST6C in which the error ellipse calculation unit 13 calculates, for each pair of satellites, an error ellipse which is an area in which the control point extracted from the frequency distribution may exist, step ST7C in which the error ellipse axis length theoretical value calculation unit 14 calculates, based on the signal-to-noise ratio of the received signal, a theoretical value of the axis length of the error ellipse in which the control point exists, step ST8C in which the FDOA moving variance value calculation unit 15 calculates a variance value of the FDOA based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the control point extracted from the frequency distribution exists, and step ST10C in which the target planar direction velocity component calculation unit 18 calculates a velocity component in the planar direction of the target A based on the variance value of the FDOA.
By executing this method, the speed estimation device 2B can estimate speed information of the target A to be used for classifying the target A. Furthermore, the speed estimation device 2B can estimate the speed of the target A more robustly than the speed estimation device 2, and can obtain more information regarding the movement of the target A than the speed estimation device 2A.
実施の形態3に係る目標類別方法は、速さ推定装置2Bが目標Aの平面方向の速度成分情報を算出するステップST1と、目標類別部3Bが、目標Aの平面方向の速度成分情報と目標Aの位置情報とに基づいて、目標Aの類別を行うステップST2からステップST12を備える。目標類別装置1Bが、この方法を実行することで、目標Aの位置情報に加え、目標Aの速さ情報を用いて、目標Aを類別することができる。
また、速さ推定装置2Bがよりロバストに目標Aの速さを算出することができるので、目標類別装置1Bは、結果的に目標Aの類別結果を安定的に出力することが可能である。
The target classification method according to the third embodiment includes step ST1 in which the speed estimation device 2B calculates speed component information of the target A in a planar direction, and steps ST2 to ST12 in which the target classification unit 3B classifies the target A based on the speed component information of the target A in the planar direction and position information of the target A. By executing this method, the target classification device 1B can classify the target A using the speed information of the target A in addition to the position information of the target A.
Furthermore, since the speed estimation device 2B can calculate the speed of the target A more robustly, the target classification device 1B can consequently output the classification result of the target A stably.
なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。 In addition, it is possible to combine each embodiment, modify any component of each embodiment, or omit any component of each embodiment.
本開示に係る速さ推定装置は、例えば、衛星コンステレーションを用いた監視システム等に利用可能である。 The speed estimation device disclosed herein can be used, for example, in surveillance systems using satellite constellations.
1,1A,1B 目標類別装置、2,2A,2B 速さ推定装置、3,3A,3B 目標類別部、4-1~4-3 信号受信部、5-1~5-3 相関処理部、6-1~6-3 標定点算出部、7 標定点蓄積部、8 蓄積時間判定部、9 座標変換部、10-1~10-3 受信SNR推定部、11 度数分布算出部、12 標定点抽出部、13 誤差楕円算出部、14 誤差楕円軸長理論値算出部、15 FDOA移動分散値算出部、16 目標速度成分算出部、17 目標速さ算出部、18 目標平面方向速度成分算出部、100 入力インタフェース、101 出力インタフェース、102 処理回路、103 プロセッサ、104 メモリ。1, 1A, 1B Target classification device, 2, 2A, 2B Speed estimation device, 3, 3A, 3B Target classification unit, 4-1 to 4-3 Signal receiving unit, 5-1 to 5-3 Correlation processing unit, 6-1 to 6-3 Control point calculation unit, 7 Control point accumulation unit, 8 Accumulation time determination unit, 9 Coordinate conversion unit, 10-1 to 10-3 Received SNR estimation unit, 11 Frequency distribution calculation unit, 12 Control point extraction unit, 13 Error ellipse calculation unit, 14 Error ellipse axis length theoretical value calculation unit, 15 FDOA moving variance value calculation unit, 16 Target velocity component calculation unit, 17 Target speed calculation unit, 18 Target planar direction velocity component calculation unit, 100 Input interface, 101 Output interface, 102 Processing circuit, 103 Processor, 104 Memory.
Claims (12)
緯度経度に座標変換された標定点の度数分布を算出する度数分布算出部と、
前記度数分布から度数が最大である領域に存在する標定点を抽出する標定点抽出部と、
前記度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を前記衛星の組ごとに算出する誤差楕円算出部と、
前記受信信号の信号対雑音比に基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出する理論値算出部と、
誤差楕円の軸長の理論値と、前記度数分布から抽出された標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、前記目標の移動に伴う前記受信信号間の到来周波数差の分散値を算出する分散値算出部と、
前記分散値に基づいて前記目標の速度成分を算出する目標速度成分算出部と、を備えた速さ推定装置。 A speed estimation device that receives radio waves transmitted from a target that is a radio wave source and arrives via a plurality of satellites, and sequentially acquires a control point that is an estimated position of the target, the control point being estimated based on the arrival time difference and arrival frequency difference between the received signals obtained by correlation processing between the received signals,
a frequency distribution calculation unit that calculates a frequency distribution of the control points that have been converted into latitude and longitude coordinates;
a control point extraction unit that extracts a control point that exists in an area where the frequency is maximum from the frequency distribution;
an error ellipse calculation unit that calculates an error ellipse, which is an area where the orientation point extracted from the frequency distribution may exist, for each pair of satellites;
a theoretical value calculation unit that calculates a theoretical value of the axis length of an error ellipse in which the orientation point exists based on the signal-to-noise ratio of the received signal;
a variance value calculation unit that calculates a variance value of the arrival frequency difference between the received signals accompanying movement of the target based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the orientation point extracted from the frequency distribution exists;
a target velocity component calculation unit that calculates a velocity component of the target based on the variance value.
緯度経度に座標変換された標定点の度数分布を算出する度数分布算出部と、
前記度数分布から度数が最大である領域に存在する標定点を抽出する標定点抽出部と、
前記度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を前記衛星の組ごとに算出する誤差楕円算出部と、
前記受信信号の信号対雑音比に基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出する理論値算出部と、
誤差楕円の軸長の理論値と、前記度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、前記目標の移動に伴う前記受信信号間の到来周波数差の分散値を算出する分散値算出部と、
前記分散値に基づいて前記目標の速さを複数通り算出し、複数通りの前記目標の速さの算術平均を前記目標の速さとして算出する目標速さ算出部と、を備えた速さ推定装置。 A speed estimation device that receives radio waves transmitted from a target that is a radio wave source and arrives via a plurality of satellites, and sequentially acquires a control point that is an estimated position of the target, the control point being estimated based on the arrival time difference and arrival frequency difference between the received signals obtained by correlation processing between the received signals,
a frequency distribution calculation unit that calculates a frequency distribution of the control points that have been converted into latitude and longitude coordinates;
a control point extraction unit that extracts a control point that exists in an area where the frequency is maximum from the frequency distribution;
an error ellipse calculation unit that calculates an error ellipse, which is an area where the orientation point extracted from the frequency distribution may exist, for each pair of satellites;
a theoretical value calculation unit that calculates a theoretical value of the axis length of an error ellipse in which the orientation point exists based on the signal-to-noise ratio of the received signal;
a variance value calculation unit that calculates a variance value of the arrival frequency difference between the received signals accompanying movement of the target based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the orientation point extracted from the frequency distribution exists;
a target speed calculation unit that calculates a plurality of speeds of the target based on the variance value and calculates an arithmetic average of the plurality of speeds of the target as the speed of the target.
緯度経度に座標変換された標定点の度数分布を算出する度数分布算出部と、
前記度数分布から度数が最大である領域に存在する標定点を抽出する標定点抽出部と、
前記度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を前記衛星の組ごとに算出する誤差楕円算出部と、
前記受信信号の信号対雑音比に基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出する理論値算出部と、
誤差楕円の軸長の理論値と、前記度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、前記目標の移動に伴う前記受信信号間の到来周波数差の分散値を算出する分散値算出部と、
前記分散値に基づいて前記目標の平面方向の速度成分を算出する目標平面方向速度成分算出部と、を備えた速さ推定装置。 A speed estimation device that receives radio waves transmitted from a target that is a radio wave source and arrives via a plurality of satellites, and sequentially acquires a control point that is an estimated position of the target, the control point being estimated based on the arrival time difference and arrival frequency difference between the received signals obtained by correlation processing between the received signals,
a frequency distribution calculation unit that calculates a frequency distribution of the control points that have been converted into latitude and longitude coordinates;
a control point extraction unit that extracts a control point that exists in an area where the frequency is maximum from the frequency distribution;
an error ellipse calculation unit that calculates an error ellipse, which is an area where the orientation point extracted from the frequency distribution may exist, for each pair of satellites;
a theoretical value calculation unit that calculates a theoretical value of the axis length of an error ellipse in which the orientation point exists based on the signal-to-noise ratio of the received signal;
a variance value calculation unit that calculates a variance value of the arrival frequency difference between the received signals accompanying movement of the target based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the orientation point extracted from the frequency distribution exists;
a target planar direction velocity component calculation unit that calculates a velocity component in a planar direction of the target based on the variance value.
前記目標速度成分算出部により算出された前記目標の速度成分から推定された当該目標の速さ情報と、当該目標の位置情報とに基づいて、当該目標の類別を行う目標類別部と、を備えた目標類別装置。 The speed estimation device according to claim 1;
a target classification unit that classifies the target based on speed information of the target estimated from the velocity component of the target calculated by the target velocity component calculation unit and position information of the target.
前記目標速さ算出部により算出された前記目標の速さ情報と、当該目標の位置情報とに基づいて、当該目標の類別を行う目標類別部と、を備えた目標類別装置。 The speed estimation device according to claim 2;
a target classification unit that classifies the target based on the speed information of the target calculated by the target speed calculation unit and position information of the target.
前記目標平面方向速度成分算出部により算出された前記目標の平面方向の速度成分情報と、当該目標の位置情報とに基づいて、当該目標の類別を行う目標類別部と、を備えた目標類別装置。 A speed estimation device according to claim 3;
a target classification unit that classifies the target based on the velocity component information in the planar direction of the target calculated by the target planar direction velocity component calculation unit and position information of the target.
前記度数分布算出部が、前記度数分布を算出するステップと、
前記標定点抽出部が、前記度数分布から度数が最大である領域に存在する標定点を抽出するステップと、
前記誤差楕円算出部が、前記度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を前記衛星の組ごとに算出するステップと、
前記理論値算出部が、前記受信信号の信号対雑音比に基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出するステップと、
前記分散値算出部が、誤差楕円の軸長の理論値と、前記度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、前記分散値を算出するステップと、
前記目標速度成分算出部が、前記分散値に基づいて前記目標の速度成分を算出するステップと、を備えた速さ推定方法。 A speed estimation method executed by the speed estimation device according to claim 1, comprising:
a step in which the frequency distribution calculation unit calculates the frequency distribution;
a step in which the orientation point extraction unit extracts orientation points that exist in an area with the maximum frequency from the frequency distribution;
a step in which the error ellipse calculation unit calculates an error ellipse, which is an area where the orientation point extracted from the frequency distribution may exist, for each pair of satellites;
The theoretical value calculation unit calculates a theoretical value of an axis length of an error ellipse in which the orientation point exists based on the signal-to-noise ratio of the received signal;
The variance value calculation unit calculates the variance value based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the orientation point extracted from the frequency distribution exists;
a step in which the target velocity component calculation unit calculates a velocity component of the target based on the variance value.
前記度数分布算出部が、前記度数分布を算出するステップと、
前記標定点抽出部が、前記度数分布から度数が最大である領域に存在する標定点を抽出するステップと、
前記誤差楕円算出部が、前記度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を前記衛星の組ごとに算出するステップと、
前記理論値算出部が、前記受信信号の信号対雑音比に基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出するステップと、
前記分散値算出部が、誤差楕円の軸長の理論値と、前記度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、前記分散値を算出するステップと、
前記目標速さ算出部が、前記分散値に基づいて前記目標の速さを複数通り算出し、複数通りの前記目標の速さの算術平均を前記目標の速さとして算出するステップと、を備えた速さ推定方法。 A speed estimation method executed by the speed estimation device according to claim 2, comprising:
a step in which the frequency distribution calculation unit calculates the frequency distribution;
a step in which the orientation point extraction unit extracts orientation points that exist in an area with the maximum frequency from the frequency distribution;
a step in which the error ellipse calculation unit calculates an error ellipse, which is an area where the orientation point extracted from the frequency distribution may exist, for each pair of satellites;
The theoretical value calculation unit calculates a theoretical value of an axis length of an error ellipse in which the orientation point exists based on the signal-to-noise ratio of the received signal;
The variance value calculation unit calculates the variance value based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the orientation point extracted from the frequency distribution exists;
the target speed calculation unit calculates a plurality of speeds of the target based on the variance value, and calculates an arithmetic average of the plurality of speeds of the target as the speed of the target.
前記度数分布算出部が、前記度数分布を算出するステップと、
前記標定点抽出部が、前記度数分布から度数が最大である領域に存在する標定点を抽出するステップと、
前記誤差楕円算出部が、前記度数分布から抽出された標定点が存在する可能性がある領域である誤差楕円を前記衛星の組ごとに算出するステップと、
前記理論値算出部が、前記受信信号の信号対雑音比に基づいて、標定点が存在する誤差楕円の軸長の理論値を算出するステップと、
前記分散値算出部が、誤差楕円の軸長の理論値と、前記度数分布から抽出した標定点が存在する誤差楕円の軸長との差分に基づいて、前記分散値を算出するステップと、
前記目標平面方向速度成分算出部が、前記分散値に基づいて前記目標の平面方向の速度成分を算出するステップと、を備えた速さ推定方法。 A speed estimation method executed by the speed estimation device according to claim 3, comprising:
a step in which the frequency distribution calculation unit calculates the frequency distribution;
a step in which the orientation point extraction unit extracts orientation points that exist in an area with the maximum frequency from the frequency distribution;
a step in which the error ellipse calculation unit calculates an error ellipse, which is an area where the orientation point extracted from the frequency distribution may exist, for each pair of satellites;
The theoretical value calculation unit calculates a theoretical value of an axis length of an error ellipse in which the orientation point exists based on the signal-to-noise ratio of the received signal;
The variance value calculation unit calculates the variance value based on the difference between the theoretical value of the axis length of the error ellipse and the axis length of the error ellipse in which the orientation point extracted from the frequency distribution exists;
a step in which the target planar direction velocity component calculation unit calculates a planar direction velocity component of the target based on the variance value.
請求項1に記載の速さ推定装置が前記目標の速度成分を算出するステップと、
前記目標類別部が、前記目標の速度成分から推定された当該目標の速さ情報と、当該目標の位置情報とに基づいて、当該目標の類別を行うステップと、を備えた目標類別方法。 A target classification method performed by the target classification device of claim 4, comprising:
a step of calculating a velocity component of the target by the velocity estimation device according to claim 1;
a step in which the target classification unit classifies the target based on speed information of the target estimated from the velocity component of the target and position information of the target.
請求項2に記載の速さ推定装置が前記目標の速さ情報を算出するステップと、
前記目標類別部が、前記目標の速さ情報と、当該目標の位置情報とに基づいて、当該目標の類別を行うステップと、を備えた目標類別方法。 A target classification method performed by the target classification device of claim 5, comprising:
a step of calculating speed information of the target by the speed estimation device according to claim 2;
a step in which the target classification unit classifies the target based on speed information of the target and position information of the target.
請求項3に記載の速さ推定装置が前記目標の平面方向の速度成分情報を算出するステップと、
前記目標類別部が、前記目標の平面方向の速度成分情報と、当該目標の位置情報とに基づいて、当該目標の類別を行うステップと、を備えた目標類別方法。 A target classification method performed by the target classification device of claim 6, comprising:
a step of calculating velocity component information in a planar direction of the target by the velocity estimation device according to claim 3;
a step in which the target classification unit classifies the target based on velocity component information in a planar direction of the target and position information of the target.
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