特許 7136599 到来方向測定装置及び到来方向測定プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-05

(45)【発行日】2022-09-13

(54)【発明の名称】到来方向測定装置及び到来方向測定プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/46 20060101AFI20220906BHJP

【ＦＩ】

G01S3/46

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018116410

(22)【出願日】2018-06-19

(65)【公開番号】P2019219262

(43)【公開日】2019-12-26

【審査請求日】2021-06-11

(73)【特許権者】

【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】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】越後貫 智也

【審査官】藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－０６２５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２０１４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６２６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２０２９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２６７７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８０６７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ３／００－ ３／７４

Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信源からの各アンテナでの受信波の信号強度を推定する信号強度推定部と、
前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、信号強度が所定強度以上である受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用する受信波採用部と、
信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出するスペクトル算出部と、
前記信号部分空間法の到来方向スペクトルのうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向を、前記送信源からの受信波の到来方向として採用する到来方向測定部と、を備え、
前記信号強度推定部は、前記送信源からの各アンテナでの受信波について、ＩＱ（Ｉｎ－ｐｈａｓｅ ａｎｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ－ｐｈａｓｅ）強度分散を測定し、
前記受信波採用部は、前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、ＩＱ強度分散が所定分散以下である受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用する
ことを特徴とする到来方向測定装置。

【請求項2】

送信源からの各アンテナでの受信波の信号強度を推定する信号強度推定部と、
前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、信号強度が所定強度以上である受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用する受信波採用部と、
信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出するスペクトル算出部と、
前記信号部分空間法の到来方向スペクトルのうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向を、前記送信源からの受信波の到来方向として採用する到来方向測定部と、を備え、
前記信号強度推定部は、前記送信源からの各アンテナでの受信波について、各アンテナを搭載する移動体による死角の影響がないかどうかを判定し、
前記受信波採用部は、前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、前記移動体による死角の影響がない受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用する
ことを特徴とする到来方向測定装置。

【請求項3】

前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、信号強度が前記所定強度以上である受信波に基づいて、前記送信源からの受信波の到来方向を前記信号部分空間法の到来方向スペクトルの高精度算出前に低精度測定する到来方向粗測定部、をさらに備え、
前記スペクトル算出部は、前記送信源からの受信波の到来方向の低精度測定値の周辺のみにおける、前記信号部分空間法の到来方向スペクトルを高精度算出する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の到来方向測定装置。

【請求項4】

前記送信源の位置の前回測定値、前記送信源からの受信波の到来方向の前回測定値、前記送信源の位置の予測値、前記到来方向測定装置の位置及び前記到来方向測定装置の運動の少なくともいずれかに基づいて、前記送信源からの受信波の到来方向を前記信号部分空間法の到来方向スペクトルの算出前に予測する到来方向予測部、をさらに備え、
前記スペクトル算出部は、前記送信源からの受信波の到来方向の予測値の周辺のみにおける、前記信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の到来方向測定装置。

【請求項5】

前記スペクトル算出部は、測定精度のより高い受信波の到来方向において、前記信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出する受信波の到来方向の角度間隔をより小さくし、測定精度のより低い受信波の到来方向において、前記信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出する受信波の到来方向の角度間隔をより大きくする
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の到来方向測定装置。

【請求項6】

送信源からの各アンテナでの受信波の信号強度を推定する信号強度推定ステップと、
前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、信号強度が所定強度以上である受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用する受信波採用ステップと、
信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出するスペクトル算出ステップと、
前記信号部分空間法の到来方向スペクトルのうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向を、前記送信源からの受信波の到来方向として採用する到来方向測定ステップと、
をコンピュータに実行させ、
前記信号強度推定ステップは、前記送信源からの各アンテナでの受信波について、ＩＱ（Ｉｎ－ｐｈａｓｅ ａｎｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ－ｐｈａｓｅ）強度分散を測定し、
前記受信波採用ステップは、前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、ＩＱ強度分散が所定分散以下である受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用する
ことを特徴とする到来方向測定プログラム。

【請求項7】

送信源からの各アンテナでの受信波の信号強度を推定する信号強度推定ステップと、
前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、信号強度が所定強度以上である受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用する受信波採用ステップと、
信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出するスペクトル算出ステップと、
前記信号部分空間法の到来方向スペクトルのうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向を、前記送信源からの受信波の到来方向として採用する到来方向測定ステップと、
をコンピュータに実行させ、
前記信号強度推定ステップは、前記送信源からの各アンテナでの受信波について、各アンテナを搭載する移動体による死角の影響がないかどうかを判定し、
前記受信波採用ステップは、前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、前記移動体による死角の影響がない受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用する
ことを特徴とする到来方向測定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ソノブイ等の送信源からの受信波の到来方向を測定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ソノブイ等の送信源からの受信波の到来方向を測定する技術が、特許文献１、２に開示されている。ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法等の信号部分空間法の到来方向スペクトルのうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向を、ソノブイからの受信波の到来方向として採用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５７３０４７３号明細書

【文献】特許第５７３０５０６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術の到来方向測定時のＭＵＳＩＣスペクトルを図１に示す。ここで、受信レベルが高いときには、最大ピークを与える受信波の到来方向を、ソノブイからの受信波の到来方向として採用すれば、ソノブイからの受信波の到来方向を高精度で測定することができる。一方で、受信レベルが低いときには、最大ピークを与える受信波の到来方向を、ソノブイからの受信波の到来方向として採用しても、ソノブイからの受信波の到来方向を高精度で測定することができない。さらに、受信レベルが低いときには、類似強度ピークを与える受信波の到来方向が複数（図１では、最大ピーク及び第２ピーク）存在することがあるため、最大ピークを与える誤った受信波の到来方向を、ソノブイからの受信波の到来方向として誤って採用することがあり、第２ピークを与える正しい受信波の到来方向を、ソノブイからの受信波の到来方向として誤って不採用とすることがある。

【0005】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、ソノブイ等の送信源からの受信波の到来方向を測定するにあたり、一部のアンテナでの受信レベルが低いときでも、送信源からの受信波の到来方向を高精度で測定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するために、送信源からの各アンテナでの受信波の信号強度を推定したうえで、送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、信号強度が所定強度以上である受信波を、送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用することとした。

【0007】

具体的には、本開示は、送信源からの各アンテナでの受信波の信号強度を推定する信号強度推定部と、前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、信号強度が所定強度以上である受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用する受信波採用部と、信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出するスペクトル算出部と、前記信号部分空間法の到来方向スペクトルのうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向を、前記送信源からの受信波の到来方向として採用する到来方向測定部と、を備えることを特徴とする到来方向測定装置である。

【0008】

また、本開示は、送信源からの各アンテナでの受信波の信号強度を推定する信号強度推定ステップと、前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、信号強度が所定強度以上である受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用する受信波採用ステップと、信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出するスペクトル算出ステップと、前記信号部分空間法の到来方向スペクトルのうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向を、前記送信源からの受信波の到来方向として採用する到来方向測定ステップと、をコンピュータに実行させるための到来方向測定プログラムである。

【0009】

これらの構成によれば、一部のアンテナでの受信レベルが低いときでも、他のアンテナでの受信レベルが高いときには、他のアンテナでの高い受信レベルのみを抽出したうえで、最大ピークを与える受信波の到来方向を、送信源からの受信波の到来方向として採用すれば、送信源からの受信波の到来方向を高精度で測定することができる。

【0010】

また、本開示は、前記信号強度推定部は、前記送信源からの各アンテナでの受信波について、ＩＱ（Ｉｎ－ｐｈａｓｅ ａｎｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ－ｐｈａｓｅ）強度分散を測定し、前記受信波採用部は、前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、ＩＱ強度分散が所定分散以下である受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用することを特徴とする到来方向測定装置である。

【0011】

この構成によれば、各アンテナでの受信レベルを測定する検出回路等を要さなくても、各アンテナでの受信波についてのＩＱ強度分散を測定することにより、各アンテナでの受信レベルを疑似的に測定することができる。なお、各アンテナでの受信波についてのＩＱ強度分散の測定は、受信波のＩＱ強度が位相約２πｒａｄに渡って測定されれば足りる。

【0012】

また、本開示は、前記信号強度推定部は、前記送信源からの各アンテナでの受信波について、各アンテナを搭載する移動体による死角の影響がないかどうかを判定し、前記受信波採用部は、前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、前記移動体による死角の影響がない受信波を、前記送信源からの受信波の到来方向の測定用に採用することを特徴とする到来方向測定装置である。

【0013】

この構成によれば、各アンテナでの受信レベルを測定する検出回路等を要さなくても、各アンテナでの受信波についての移動体の死角の影響を判定することにより、各アンテナでの受信レベルを疑似的に測定することができる。なお、各アンテナでの受信波についての移動体の死角の影響の判定は、各アンテナの位置、移動体の姿勢及び受信波の到来方向が既知であれば足りる。

【0014】

また、本開示は、前記送信源からの各アンテナでの受信波のうちの、信号強度が前記所定強度以上である受信波に基づいて、前記送信源からの受信波の到来方向を前記信号部分空間法の到来方向スペクトルの高精度算出前に低精度測定する到来方向粗測定部、をさらに備え、前記スペクトル算出部は、前記送信源からの受信波の到来方向の低精度測定値の周辺のみにおける、前記信号部分空間法の到来方向スペクトルを高精度算出することを特徴とする到来方向測定装置である。

【0015】

この構成によれば、信号部分空間法の到来方向スペクトルを広範囲で低精度算出してから限定範囲で高精度算出するため、信号部分空間法の到来方向スペクトルの算出負担を軽減することができる。なお、この構成は、到来方向測定装置の周囲の全方位角方向における信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出するため、送信源からの受信波の到来方向をまだ高精度で予測することができていない初期処理時に特に適用することができる。

【0016】

また、本開示は、前記送信源の位置の前回測定値、前記送信源からの受信波の到来方向の前回測定値、前記送信源の位置の予測値、前記到来方向測定装置の位置及び前記到来方向測定装置の運動の少なくともいずれかに基づいて、前記送信源からの受信波の到来方向を前記信号部分空間法の到来方向スペクトルの算出前に予測する到来方向予測部、をさらに備え、前記スペクトル算出部は、前記送信源からの受信波の到来方向の予測値の周辺のみにおける、前記信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出することを特徴とする到来方向測定装置である。

【0017】

この構成によれば、信号部分空間法の到来方向スペクトルの算出間隔を小さくするときでも、信号部分空間法の到来方向スペクトルの算出負担を軽減することができる。なお、この構成は、送信源からの受信波の到来方向の予測値の周辺のみにおける信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出するため、送信源からの受信波の到来方向をすでに高精度で予測することができている定常処理時に特に適用することができる。

【0018】

また、本開示は、前記スペクトル算出部は、測定精度のより高い受信波の到来方向において、前記信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出する受信波の到来方向の角度間隔をより小さくし、測定精度のより低い受信波の到来方向において、前記信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出する受信波の到来方向の角度間隔をより大きくすることを特徴とする到来方向測定装置である。

【0019】

この構成によれば、測定精度の高い受信波の到来方向において、信号部分空間法の到来方向スペクトルの算出精度を向上することができ、測定精度の低い受信波の到来方向において、信号部分空間法の到来方向スペクトルの算出負担を軽減することができる。

【発明の効果】

【0020】

このように、本開示は、ソノブイ等の送信源からの受信波の到来方向を測定するにあたり、一部のアンテナでの受信レベルが低いときでも、送信源からの受信波の到来方向を高精度で測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】従来技術の到来方向測定時のＭＵＳＩＣスペクトルを示す図である。

【図2】本開示のソノブイ位置標定システムの構成を示すブロック図である。

【図3】本開示の到来方向測定の初期処理を示すフローチャートである。

【図4】本開示の到来方向測定の定常処理を示すフローチャートである。

【図5】本開示の信号強度推定の処理内容を示す図である。

【図6】本開示の信号強度推定の処理内容を示す図である。

【図7】本開示の到来方向測定の初期処理時のＭＵＳＩＣスペクトルを示す図である。

【図8】本開示の到来方向測定の定常処理時のＭＵＳＩＣスペクトルを示す図である。

【図9】本開示の到来方向予測の処理内容を示す図である。

【図10】本開示のＭＵＳＩＣスペクトルの算出間隔を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

本開示のソノブイ位置標定システムの構成を図２に示す。ソノブイ位置標定システムＳは、航空機に搭載され、ソノブイ電波受信装置１、到来方向測定装置２及びソノブイ位置標定装置３から構成される。ソノブイ電波受信装置１は、Ｎ本のアンテナ１１－１、１１－２、・・・、１１－Ｎ、Ｎ個のＲＦ受信部１２－１、１２－２、・・・、１２－Ｎ及びＮ個のＩＱ検波部１３－１、１３－２、・・・、１３－Ｎから構成される。到来方向測定装置２は、スペクトル算出部２１、到来方向測定部２２、信号強度推定部２３、受信波採用部２４、到来方向粗測定部２５及び到来方向予測部２６から構成される。到来方向測定装置２は、到来方向測定プログラムをコンピュータにインストールすることにより、実現することができる。ソノブイ位置標定装置３は、ソノブイ位置標定プログラムをコンピュータにインストールすることにより、実現することができる。

【0024】

各アンテナ１１－１、１１－２、・・・、１１－Ｎは、ソノブイからの電波を受信する。各ＲＦ受信部１２－１、１２－２、・・・、１２－Ｎは、各ＲＦ信号を出力する。各ＩＱ検波部１３－１、１３－２、・・・、１３－Ｎは、各ＩＱ信号を出力する。

【0025】

スペクトル算出部２１は、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法等の信号部分空間法の到来方向スペクトルを算出する。到来方向測定部２２は、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルのうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向を、ソノブイからの受信波の到来方向として採用する。信号強度推定部２３、受信波採用部２４、到来方向粗測定部２５及び到来方向予測部２６については、図３から図９までを用いて後述する。

【0026】

ソノブイ位置標定装置３は、カルマンフィルタ等を用いて、ソノブイからの受信波の到来方向の測定値、航空機の位置及び姿勢、並びに、ソノブイの標定位置の前回値に基づいて、ソノブイの標定位置の今回値及び収束指標を算出する。

【0027】

本開示の到来方向測定の初期処理を図３に示す。本開示の到来方向測定の定常処理を図４に示す。なお、図３に示した到来方向測定の処理は、本実施形態では、到来方向測定の初期時に適用されているが、変形例として、到来方向測定の定常時に適用されてもよい。また、図４に示した到来方向測定の処理は、本実施形態では、到来方向測定の定常時に適用されているが、変形例として、到来方向測定の初期時に適用されてもよい。

【0028】

まず、本開示の到来方向測定の初期処理及び定常処理のうちの受信波採用について説明する。本開示の信号強度推定の処理内容を図５及び図６に示す。信号強度推定部２３は、ソノブイからの各アンテナでの受信波の信号強度を推定する。そして、受信波採用部２４は、ソノブイからの各アンテナでの受信波のうちの、信号強度が所定強度以上である受信波を、ソノブイからの受信波の到来方向の測定用に採用する。

【0029】

ここで、各アンテナでの受信波についてのＩＱ強度分散の測定は、受信波のＩＱ強度が位相約２πｒａｄに渡って測定されれば足りる。そして、各アンテナでの受信波についての航空機の死角の影響の判定は、各アンテナの位置、航空機の姿勢及び受信波の到来方向（図９で詳述）が既知であれば足りる。

【0030】

そこで、信号強度推定部２３は、ソノブイからの各アンテナでの受信波について、ＩＱ強度分散を測定する（ステップＳ１、Ｓ２１）。図５において、受信レベルが低いときには、規格化ＩＱ強度の標準偏差が大きく、規格化ＩＱプロットが分散するが、受信レベルが高いときには、規格化ＩＱ強度の標準偏差が小さく、規格化ＩＱプロットが円を描く。

【0031】

そして、信号強度推定部２３は、ソノブイからの各アンテナでの受信波について、航空機による死角の影響がないかどうかを判定する（ステップＳ２、Ｓ２２）。図６において、ソノブイＢと空中線Ａ１とを結ぶ直線上では、航空機Ｐによる死角の影響が大きいため、空中線Ａ１での受信レベルは低くなるが、ソノブイＢと空中線Ａ２とを結ぶ直線上では、航空機Ｐによる死角の影響が小さいため、空中線Ａ２での受信レベルは高くなる。

【0032】

受信波採用部２４は、ソノブイからの各アンテナでの受信波のうちの、ＩＱ強度分散が所定分散以下である受信波であり（ステップＳ３、Ｓ２３でＹＥＳ、図５の右欄）、かつ、航空機による死角の影響がない受信波を（ステップＳ４、Ｓ２４でＮＯ、図６の右欄）、ソノブイからの受信波の到来方向の測定用に採用する（ステップＳ５、Ｓ２５）。

【0033】

受信波採用部２４は、ソノブイからの各アンテナでの受信波のうちの、ＩＱ強度分散が所定分散より大きい受信波であり（ステップＳ３、Ｓ２３でＮＯ、図５の左欄）、又は、航空機による死角の影響がある受信波を（ステップＳ４、Ｓ２４でＹＥＳ、図６の左欄）、ソノブイからの受信波の到来方向の測定用に採用しない（ステップＳ６、Ｓ２６）。

【0034】

このように、一部のアンテナでの受信レベルが低いときでも、他のアンテナでの受信レベルが高いときには、他のアンテナでの高い受信レベルのみを抽出したうえで、最大ピークを与える受信波の到来方向を、ソノブイからの受信波の到来方向として採用すれば、ソノブイからの受信波の到来方向を高精度で測定することができる。

【0035】

そして、各アンテナでの受信レベルを測定する検出回路等を要さなくても、各アンテナでの受信波についてのＩＱ強度分散を測定することにより、各アンテナでの受信レベルを疑似的に測定することができる。さらに、各アンテナでの受信レベルを測定する検出回路等を要さなくても、各アンテナでの受信波についての航空機の死角の影響を判定することにより、各アンテナでの受信レベルを疑似的に測定することができる。

【0036】

次に、本開示の到来方向測定の初期処理のうちの到来方向測定について説明する。本開示の到来方向測定の初期処理時のＭＵＳＩＣスペクトルを図７に示す。到来方向粗測定部２５は、ソノブイからの各アンテナでの受信波のうちの、信号強度が所定強度以上である受信波に基づいて、ソノブイからの受信波の到来方向をＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの高精度算出前に低精度測定する（ステップＳ７）。図７の上段において、ステップＳ１～Ｓ６に示した受信波採用処理により受信レベルが高くなっており、高強度ピークを与える受信波の到来方向が１方向のみ存在している。

【0037】

スペクトル算出部２１は、ソノブイからの受信波の到来方向の低精度測定値の周辺のみにおける、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルを高精度算出する（ステップＳ８）。図７の下段において、ステップＳ１～Ｓ６に示した受信波採用処理により受信レベルが高くなっており、高強度ピークを与える受信波の到来方向が１方向のみ存在している。

【0038】

到来方向測定部２２は、ソノブイからの受信波の到来方向の低精度測定値の周辺のみにおける、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルのうちの、最大ピーク値を検出する（ステップＳ９）。

【0039】

そして、到来方向測定部２２は、最大ピーク値が所定値以上であるときに（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ソノブイからの受信波の到来方向の低精度測定値の周辺における、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルのうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向を、ソノブイからの受信波の到来方向として採用する（ステップＳ１１）。図７の下段において、ステップＳ１～Ｓ６に示した受信波採用処理により受信レベルが高くなっており、受信波の到来方向の低精度測定値の周辺のうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向が、ソノブイからの受信波の到来方向として正しく採用されている。

【0040】

一方で、到来方向測定部２２は、最大ピーク値が所定値より小さいときに（ステップＳ１０でＮＯ）、ソノブイからの受信波の到来方向の低精度測定値が誤りである、又は、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの算出範囲が狭いと判定する（ステップＳ１２）。そして、図３に示した初期処理を再度実行した後に、図４に示した定常処理を後に実行する。

【0041】

ここで、ソノブイからの受信波の到来方向の測定精度が低いときには、所定値以上である最大ピークを抽出することができるように、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの算出範囲を広くすることが望ましい。一方で、ソノブイからの受信波の到来方向の測定精度が高いときには、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの算出範囲を狭くしたとしても、所定値以上である最大ピークを抽出することができると考えられる。

【0042】

このように、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルを広範囲で低精度算出してから限定範囲で高精度算出するため、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの算出負担を軽減することができる。なお、図３及び図７に示した構成は、航空機の周囲の全方位角方向におけるＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルを算出するため、ソノブイからの受信波の到来方向をまだ高精度で予測することができていない初期処理時に特に適用することができる。

【0043】

次に、本開示の到来方向測定の定常処理のうちの到来方向測定について説明する。本開示の到来方向測定の定常処理時のＭＵＳＩＣスペクトルを図８に示す。到来方向予測部２６は、ソノブイの位置の前回測定値、ソノブイからの受信波の到来方向の前回測定値、ソノブイの位置の予測値、並びに、航空機の位置、姿勢及び運動の少なくともいずれかに基づいて、ソノブイからの受信波の到来方向を予測する（ステップＳ２７、図９で詳述）。

【0044】

スペクトル算出部２１は、ソノブイからの受信波の到来方向の予測値の周辺のみにおける、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルを算出する（ステップＳ２８）。図８において、ステップＳ２１～Ｓ２６に示した受信波採用処理により受信レベルが高くなっており、高強度ピークを与える受信波の到来方向が１方向のみ存在している。

【0045】

到来方向測定部２２は、ソノブイからの受信波の到来方向の予測値の周辺のみにおける、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルのうちの、最大ピーク値を検出する（ステップＳ２９）。

【0046】

そして、到来方向測定部２２は、最大ピーク値が所定値以上であるときに（ステップＳ３０でＹＥＳ）、ソノブイからの受信波の到来方向の予測値の周辺における、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルのうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向を、ソノブイからの受信波の到来方向として採用する（ステップＳ３１）。図８において、ステップＳ２１～Ｓ２６に示した受信波採用処理により受信レベルが高くなっており、受信波の到来方向の予測値の周辺のうちの、最大ピークを与える受信波の到来方向が、ソノブイからの受信波の到来方向として正しく採用されている。

【0047】

一方で、到来方向測定部２２は、最大ピーク値が所定値より小さいときに（ステップＳ３０でＮＯ）、ソノブイからの受信波の到来方向の予測値が誤りである、又は、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの算出範囲が狭いと判定する（ステップＳ３２）。そして、図３に示した初期処理を再度実行した後に、図４に示した定常処理を再度実行する。

【0048】

ここで、ソノブイからの受信波の到来方向の予測精度が低いときには、所定値以上である最大ピークを抽出することができるように、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの算出範囲を広くすることが望ましい。一方で、ソノブイからの受信波の到来方向の予測精度が高いときには、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの算出範囲を狭くしたとしても、所定値以上である最大ピークを抽出することができると考えられる。

【0049】

このように、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの算出間隔を小さくするときでも、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの算出負担を軽減することができる。なお、図４及び図８に示した構成は、ソノブイからの受信波の到来方向の予測値の周辺のみにおけるＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルを算出するため、ソノブイからの受信波の到来方向をすでに高精度で予測することができている定常処理時に特に適用することができる。

【0050】

本開示の到来方向予測の処理内容を図９に示す。ステップＳ２、Ｓ２２、Ｓ２７に示した本開示の到来方向予測の具体例を、第１から第３までの方法として示す。

【0051】

第１の方法では、信号強度推定部２３及び到来方向予測部２６は、ソノブイＢの位置の前回測定値及び航空機Ｐの現在位置に基づいて、ソノブイＢからの受信波の到来方向を予測する。つまり、ソノブイＢの真位置が短期間ではほぼ移動しないと考えられるときに、ソノブイＢの位置の前回測定値と航空機Ｐの現在位置とを結ぶことにより、ソノブイＢからの受信波の到来方向の今回値を予測することができる。

【0052】

第２の方法では、信号強度推定部２３及び到来方向予測部２６は、ソノブイＢからの受信波の到来方向の前回測定値及び航空機Ｐの運動に基づいて、ソノブイＢからの受信波の到来方向を予測する。つまり、ソノブイＢの真位置が短期間ではほぼ移動しないと考えられるときに、ソノブイＢからの受信波の到来方向の前回測定値に航空機Ｐの運動を加味することにより、ソノブイＢからの受信波の到来方向の今回値を予測することができる。

【0053】

第３の方法では、信号強度推定部２３及び到来方向予測部２６は、ソノブイＢの位置の予測値及び航空機Ｐの位置に基づいて、ソノブイＢからの受信波の到来方向を予測する。つまり、ソノブイＢの真位置が長期間では移動すると考えられるときに、パーティクルフィルタ等を用いて、ソノブイＢの位置の予測値と航空機Ｐの現在位置とを結ぶことにより、ソノブイＢからの受信波の到来方向の今回値を予測することができる。

【0054】

本開示のＭＵＳＩＣスペクトルの算出間隔を図１０に示す。航空機Ｐは、ソノブイ電波受信装置１のアンテナとして、機首・機尾方向の長い間隔を有する複数の空中線ＡＬと、主翼方向の短い間隔を有する複数の空中線ＡＳと、を胴体の下部に配置している。

【0055】

ここで、図１０の左欄において、ソノブイ電波が主翼方向から到来するときには、機首・機尾方向の長い間隔を有する複数の空中線ＡＬを用いることにより、ソノブイからの受信波の到来方向の測定精度が高くなる。一方で、図１０の右欄において、ソノブイ電波が機首・機尾方向から到来するときには、主翼方向の短い間隔を有する複数の空中線ＡＳを用いることにより、ソノブイからの受信波の到来方向の測定精度が低くなる。

【0056】

そこで、スペクトル算出部２１は、図７及び図８に示したＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルのうちの、測定精度のより高い受信波の到来方向において、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルを算出する受信波の到来方向の角度間隔をより小さくする。一方で、スペクトル算出部２１は、図７及び図８に示したＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルのうちの、測定精度のより低い受信波の到来方向において、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルを算出する受信波の到来方向の角度間隔をより大きくする。

【0057】

このように、測定精度の高い受信波の到来方向において、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの算出精度を向上することができ、測定精度の低い受信波の到来方向において、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向スペクトルの算出負担を軽減することができる。

【0058】

本実施形態では、ソノブイからの受信波の到来方向を測定している。変形例として、ソノブイに限定されない送信源からの受信波の到来方向を測定してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0059】

本開示の到来方向測定装置及び到来方向測定プログラムは、ソノブイ等の送信源からの受信波の到来方向を測定するにあたり、一部のアンテナでの受信レベルが低いときでも、送信源からの受信波の到来方向を高精度で測定することができる。

【符号の説明】

【0060】

Ｓ：ソノブイ位置標定システム
Ｂ：ソノブイ
Ｐ：航空機
Ａ１、Ａ２、ＡＬ、ＡＳ：空中線
１：ソノブイ電波受信装置
２：到来方向測定装置
３：ソノブイ位置標定装置
１１－１、１１－２、１１－Ｎ：アンテナ
１２－１、１２－２、１２－Ｎ：ＲＦ受信部
１３－１、１３－２、１３－Ｎ：ＩＱ検波部
２１：スペクトル算出部
２２：到来方向測定部
２３：信号強度推定部
２４：受信波採用部
２５：到来方向粗測定部
２６：到来方向予測部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】