特開 2024-127494 送信源位置速度標定装置及び送信源位置速度標定プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024127494

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】送信源位置速度標定装置及び送信源位置速度標定プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/04 20060101AFI20240912BHJP

【ＦＩ】

G01S5/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023036682

(22)【出願日】2023-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】溝口 陸

(72)【発明者】

【氏名】越後貫 智也

【テーマコード（参考）】

5J062

【Ｆターム（参考）】

5J062BB03

5J062BB09

5J062CC14

5J062DD23

(57)【要約】

【課題】本開示は、状態方程式及び観測方程式を備える状態空間モデルを適用したうえで、送信源の位置標定処理が長時間も実行されたときでも、送信源の位置の標定値が送信源の実際の移動に追従できるようにすることを目的とする。
【解決手段】本開示は、状態空間モデルを適用するにあたり、送信源Ｂの位置のみならず速度にも関する状態方程式として、送信源Ｂが移動する移動予測モデルを適用する。状態値予測部７は、ある時刻における送信源Ｂの位置及び速度の標定値と、状態空間モデルが備える状態方程式（送信源Ｂが移動する移動予測モデル）と、に基づいて、ある時刻の後の時刻における送信源Ｂの位置及び速度に関する、ある時刻における予測値を算出する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信源の位置及び速度に関する状態方程式と、前記送信源からの受信波の到来方向及び前記送信源の位置に関する観測方程式と、を備える状態空間モデルを適用するために、
ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向に関する、前記ある時刻における実測値と、前記ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向に関する、前記ある時刻の前の時刻における予測値と、を取得する到来方向取得部と、
前記ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向の実測値から、前記ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向の予測値を減算し、前記ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向の予測誤差を算出する予測誤差算出部と、
前記ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向の予測誤差に、前記送信源の位置及び速度に対する補正ゲインを乗算し、前記ある時刻における前記送信源の位置及び速度に関する、前記前の時刻における予測値に対する補正量を算出する補正量算出部と、
前記ある時刻における前記送信源の位置及び速度の予測値に、前記ある時刻における前記送信源の位置及び速度の予測値に対する補正量を加算し、前記ある時刻における前記送信源の位置及び速度に関する、前記ある時刻における標定値を算出する標定値算出部と、
前記ある時刻における前記送信源の位置及び速度の標定値と、前記状態空間モデルが備える前記状態方程式と、に基づいて、前記ある時刻の後の時刻における前記送信源の位置及び速度に関する、前記ある時刻における予測値を算出する状態値予測部と、
前記後の時刻における前記送信源の位置の予測値と、前記状態空間モデルが備える前記観測方程式と、に基づいて、前記後の時刻における前記送信源からの受信波の到来方向に関する、前記ある時刻における予測値を算出する観測値予測部と、
を備えることを特徴とする送信源位置速度標定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の送信源位置速度標定装置が備える各処理部が行う各処理ステップを、この順序で繰り返しコンピュータに実行させるための送信源位置速度標定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、送信源の位置及び速度を標定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

送信源の位置を標定する技術が、特許文献１、２等に開示されている。特許文献１、２では、潮流で移動するブイ等に搭載される送信源の位置を標定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５７３０４７３号公報

【特許文献2】特許第５７３０５０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術の送信源位置標定処理の概要を図１に示す。送信源Ｂは、潮流で移動するブイ等に搭載される。受信機Ａは、空中で飛行する航空機等に搭載される。送信源Ｂの位置に関する状態方程式（送信源Ｂが固定される固定点モデル）と、送信源Ｂからの受信波の到来方向及び送信源Ｂの位置に関する観測方程式と、を備える状態空間モデル（カルマンフィルタ等）を適用することにより、送信源Ｂの位置を標定する。

【0005】

時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂの位置の標定値は、ｘ_ｋ｜ｋである。送信源Ｂが固定される固定点モデルが適用されるため、時刻Ｔ_ｋ＋１における送信源Ｂの位置の予測値は、ｘ_{ｋ＋１｜ｋ}（＝ｘ_ｋ｜ｋ）である。時刻Ｔ_ｋ＋１における送信源Ｂからの受信波の到来方向の予測値は、φ_ｋ＋１である。時刻Ｔ_ｋ＋１における送信源Ｂからの受信波の到来方向の実測値は、θ_ｋ＋１である。時刻Ｔ_ｋ＋１における送信源Ｂの位置の標定値は、ｘ_{ｋ＋１｜ｋ＋１}である。

【0006】

時刻Ｔ_ｋ＋２においても、時刻Ｔ_ｋ＋１と同様に、標定処理が実行される。送信源Ｂが固定される固定点モデルが適用されるため、時刻Ｔ_ｋ＋２における送信源Ｂの位置の予測値は、ｘ_{ｋ＋２｜ｋ＋１}（＝ｘ_{ｋ＋１｜ｋ＋１}）である。時刻Ｔ_ｋ＋２における送信源Ｂからの受信波の到来方向の予測値は、φ_ｋ＋２である。時刻Ｔ_ｋ＋２における送信源Ｂからの受信波の到来方向の実測値は、θ_ｋ＋２である。時刻Ｔ_ｋ＋２における送信源Ｂの位置の標定値は、ｘ_{ｋ＋２｜ｋ＋２}である。

【0007】

ここで、送信源Ｂの位置標定処理が長時間も実行されたときに、送信源Ｂの位置に関する状態方程式が信用されるため、送信源Ｂの位置の標定指標が小さくなり、送信源Ｂの位置の補正量も小さくなる。しかし、送信源Ｂの位置に関する状態方程式として、送信源Ｂが固定される固定点モデルが適用されるため、送信源Ｂの位置標定処理が長時間も実行されたときに、送信源Ｂの位置の標定値が送信源Ｂの実際の移動に追従できない。

【0008】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、状態方程式及び観測方程式を備える状態空間モデルを適用したうえで、送信源の位置標定処理が長時間も実行されたときでも、送信源の位置の標定値が送信源の実際の移動に追従できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記課題を解決するために、状態空間モデルを適用するにあたり、送信源の位置のみならず速度にも関する状態方程式として、送信源が移動する移動予測モデルを適用する。

【0010】

具体的には、本開示は、送信源の位置及び速度に関する状態方程式と、前記送信源からの受信波の到来方向及び前記送信源の位置に関する観測方程式と、を備える状態空間モデルを適用するために、
ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向に関する、前記ある時刻における実測値と、前記ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向に関する、前記ある時刻の前の時刻における予測値と、を取得する到来方向取得部と、
前記ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向の実測値から、前記ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向の予測値を減算し、前記ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向の予測誤差を算出する予測誤差算出部と、
前記ある時刻における前記送信源からの受信波の到来方向の予測誤差に、前記送信源の位置及び速度に対する補正ゲインを乗算し、前記ある時刻における前記送信源の位置及び速度に関する、前記前の時刻における予測値に対する補正量を算出する補正量算出部と、
前記ある時刻における前記送信源の位置及び速度の予測値に、前記ある時刻における前記送信源の位置及び速度の予測値に対する補正量を加算し、前記ある時刻における前記送信源の位置及び速度に関する、前記ある時刻における標定値を算出する標定値算出部と、
前記ある時刻における前記送信源の位置及び速度の標定値と、前記状態空間モデルが備える前記状態方程式と、に基づいて、前記ある時刻の後の時刻における前記送信源の位置及び速度に関する、前記ある時刻における予測値を算出する状態値予測部と、
前記後の時刻における前記送信源の位置の予測値と、前記状態空間モデルが備える前記観測方程式と、に基づいて、前記後の時刻における前記送信源からの受信波の到来方向に関する、前記ある時刻における予測値を算出する観測値予測部と、
を備えることを特徴とする送信源位置速度標定装置である。

【0011】

この構成によれば、状態方程式及び観測方程式を備える状態空間モデルを適用したうえで、送信源の位置速度標定処理が長時間も実行されたときでも、送信源の位置及び速度の標定値が送信源の実際の移動に追従できるようにすることができる。

【0012】

また、本開示は、以上に記載の送信源位置速度標定装置が備える各処理部が行う各処理ステップを、この順序で繰り返しコンピュータに実行させるための送信源位置速度標定プログラムである。

【0013】

この構成によれば、以上に記載の効果を有するプログラムを提供することができる。

【発明の効果】

【0014】

このように、本開示は、状態方程式及び観測方程式を備える状態空間モデルを適用したうえで、送信源の位置標定処理が長時間も実行されたときでも、送信源の位置の標定値が送信源の実際の移動に追従できるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】従来技術の送信源位置標定処理の概要を示す図である。

【図2】本開示の送信源位置速度標定処理の概要を示す図である。

【図3】本開示の送信源位置速度標定装置の構成を示す図である。

【図4】本開示の送信源位置速度標定処理の手順を示す図である。

【図5】本開示の送信源位置速度標定処理の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0017】

（本開示の送信源位置速度標定処理の概要）
本開示の送信源位置速度標定処理の概要を図２に示す。送信源Ｂは、潮流で移動するブイ等に搭載される。受信機Ａは、空中で飛行する航空機等に搭載される。送信源Ｂの位置及び速度に関する状態方程式（送信源Ｂが移動する潮流予測モデル）と、送信源Ｂからの受信波の到来方向及び送信源Ｂの位置に関する観測方程式と、を備える状態空間モデル（カルマンフィルタ等）を適用することにより、送信源Ｂの位置及び速度を標定する。

【0018】

時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂの位置の標定値は、ｘ_ｋ｜ｋである。送信源Ｂが移動する潮流予測モデルが適用されるため、時刻Ｔ_ｋ＋１における送信源Ｂの位置の予測値は、ｘ_{ｋ＋１｜ｋ}（≠ｘ_ｋ｜ｋ）である。時刻Ｔ_ｋ＋１における送信源Ｂからの受信波の到来方向の予測値は、φ_ｋ＋１である。時刻Ｔ_ｋ＋１における送信源Ｂからの受信波の到来方向の実測値は、θ_ｋ＋１である。時刻Ｔ_ｋ＋１における送信源Ｂの位置の標定値は、ｘ_{ｋ＋１｜ｋ＋１}である。

【0019】

時刻Ｔ_ｋ＋２においても、時刻Ｔ_ｋ＋１と同様に、標定処理が実行される。送信源Ｂが移動する潮流予測モデルが適用されるため、時刻Ｔ_ｋ＋２における送信源Ｂの位置の予測値は、ｘ_{ｋ＋２｜ｋ＋１}（≠ｘ_{ｋ＋１｜ｋ＋１}）である。時刻Ｔ_ｋ＋２における送信源Ｂからの受信波の到来方向の予測値は、φ_ｋ＋２である。時刻Ｔ_ｋ＋２における送信源Ｂからの受信波の到来方向の実測値は、θ_ｋ＋２である。時刻Ｔ_ｋ＋２における送信源Ｂの位置の標定値は、ｘ_{ｋ＋２｜ｋ＋２}である。

【0020】

ここで、送信源Ｂの位置速度標定処理が長時間も実行されたときに、送信源Ｂの位置のみならず速度にも関する状態方程式が信用されるため、送信源Ｂの位置及び速度の標定指標が小さくなり、送信源Ｂの位置及び速度の補正量も小さくなる。しかし、送信源Ｂの位置のみならず速度にも関する状態方程式として、送信源Ｂが移動する潮流予測モデルが適用されるため、送信源Ｂの位置速度標定処理が長時間も実行されたときでも、送信源Ｂの位置及び速度の標定値が送信源Ｂの実際の移動に追従できるようになる。

【0021】

（本開示の送信源位置速度標定装置の構成）
本開示の送信源位置速度標定装置の構成を図３に示す。本開示の送信源位置速度標定処理の手順を図４に示す。送信源位置速度標定装置Ｌは、到来方向取得部１Ｃ、１Ｓ、２Ｃ、２Ｓ、予測誤差算出部３Ｃ、３Ｓ、補正量算出部４、標定値算出部５、時間遅延部６及び状態値予測部７を備える。送信源位置速度標定装置Ｌは、図４に示した送信源位置速度標定プログラムをコンピュータにインストールし実現することができる。

【0022】

到来方向取得部１Ｃ、１Ｓは、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂからの受信波の到来方向に関する、時刻Ｔ_ｋにおける実測値ｃоｓθ_ｋ、ｓｉｎθ_ｋを取得する（ステップＳ１）。時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂからの受信波の到来方向の実測値ｃоｓθ_ｋ、ｓｉｎθ_ｋは、受信機Ａの複数空中線間の受信位相差と、送信源Ｂの送信周波数と、に基づいて算出される。

【0023】

到来方向取得部２Ｃ、２Ｓは、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂからの受信波の到来方向に関する、時刻Ｔ_ｋ－１における予測値ｃоｓφ_ｋ、ｓｉｎφ_ｋを取得する（ステップＳ１）。時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂからの受信波の到来方向の予測値ｃоｓφ_ｋ、ｓｉｎφ_ｋは、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂの位置の予測値ｘ_{ｋ｜ｋ－１}と、受信機Ａの航法データ（位置及び姿勢）と、状態空間モデルが備える観測方程式と、に基づいて算出される（ステップＳ６）。

【0024】

予測誤差算出部３Ｃは、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂからの受信波の到来方向の実測値ｃоｓθ_ｋから、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂからの受信波の到来方向の予測値ｃоｓφ_ｋを減算し、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂからの受信波の到来方向の予測誤差ｃоｓθ_ｋ－ｃоｓφ_ｋを算出する（ステップＳ２）。予測誤差算出部３Ｓは、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂからの受信波の到来方向の実測値ｓｉｎθ_ｋから、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂからの受信波の到来方向の予測値ｓｉｎφ_ｋを減算し、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂからの受信波の到来方向の予測誤差ｓｉｎθ_ｋ－ｓｉｎφ_ｋを算出する（ステップＳ２）。

【0025】

補正量算出部４は、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂからの受信波の到来方向の予測誤差（ｃоｓθ_ｋ－ｃоｓφ_ｋ、ｓｉｎθ_ｋ－ｓｉｎφ_ｋ）に、送信源Ｂの位置及び速度に対する補正ゲインＫ_ｋを乗算し、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂの位置及び速度に関する、時刻Ｔ_ｋ－１における予測値（ｘ_{ｋ｜ｋ－１}、ｖ_{ｋ｜ｋ－１}）に対する補正量（数１）を算出する（ステップＳ３）。

【数1】

【0026】

標定値算出部５は、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂの位置及び速度の予測値（ｘ_{ｋ｜ｋ－１}、ｖ_{ｋ｜ｋ－１}）に、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂの位置及び速度の予測値（ｘ_{ｋ｜ｋ－１}、ｖ_{ｋ｜ｋ－１}）に対する補正量（数１）を加算し、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂの位置及び速度に関する、時刻Ｔ_ｋにおける標定値（ｘ_ｋ｜ｋ、ｖ_ｋ｜ｋ）（数２）を算出する（ステップＳ４）。

【数2】

【0027】

状態値予測部７は、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂの位置及び速度の標定値（ｘ_ｋ｜ｋ、ｖ_ｋ｜ｋ）と、状態空間モデルが備える状態方程式（送信源Ｂが移動する潮流予測モデル）と、に基づいて、時刻Ｔ_ｋ＋１における送信源Ｂの位置及び速度に関する、時刻Ｔ_ｋにおける予測値（ｘ_{ｋ＋１｜ｋ}、ｖ_{ｋ＋１｜ｋ}）（数３）を算出する（ステップＳ５）。ここで、Δｔは、時刻Ｔ_ｋと時刻Ｔ_ｋ＋１との間の時間である。

【数3】

【0028】

観測値予測部（不図示）は、時刻Ｔ_ｋ＋１における送信源Ｂの位置の予測値ｘ_{ｋ＋１｜ｋ}と、受信機Ａの航法データ（位置及び姿勢）と、状態空間モデルが備える観測方程式と、に基づいて、時刻Ｔ_ｋ＋１における送信源Ｂからの受信波の到来方向に関する、時刻Ｔ_ｋにおける予測値（ｃоｓφ_ｋ＋１、ｓｉｎφ_ｋ＋１）を算出する（ステップＳ６）。

【0029】

なお、時間遅延部６は、時刻Ｔ_ｋにおける送信源Ｂの位置及び速度の標定値（ｘ_ｋ｜ｋ、ｖ_ｋ｜ｋ）を、時間Δｔだけ遅延して出力する。また、状態値予測部７は、送信源Ｂの位置及び速度の標定の初期段階における、送信源Ｂの位置及び速度の初期値（ｘ_０｜０、ｖ_０｜０）を入力する。よって、ステップＳ１～Ｓ６の各フィードバックサイクルが繰り返される。

【0030】

（本開示の送信源位置速度標定処理の結果）
本開示の送信源位置速度標定処理の結果を図５に示す。図５の左欄では、従来技術を示し、送信源Ｂの位置に関する状態方程式として、送信源Ｂが固定される固定点モデルが適用されている。図５の右欄では、本開示技術を示し、送信源Ｂの位置及び速度に関する状態方程式として、送信源Ｂが移動する潮流予測モデルが適用されている。

【0031】

すると、図５の左欄では、送信源Ｂの位置標定処理が長時間も実行されたときに、送信源Ｂの位置の標定値が送信源Ｂの実際の移動に追従できないことが分かった。一方で、図５の右欄では、送信源Ｂの位置速度標定処理が長時間も実行されたときでも、送信源Ｂの位置及び速度の標定値が送信源Ｂの実際の移動に追従できることが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本開示の送信源位置速度標定装置及び送信源位置速度標定プログラムは、潮流で移動するブイ等に搭載される送信源の位置を標定する目的で適用することができる。

【符号の説明】

【0033】

Ａ：受信機
Ｂ：送信源
Ｌ：送信源位置速度標定装置
１Ｃ、１Ｓ、２Ｃ、２Ｓ：到来方向取得部
３Ｃ、３Ｓ：予測誤差算出部
４：補正量算出部
５：標定値算出部
６：時間遅延部
７：状態値予測部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】