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JP2005195347A - Direction search sensor, and radio wave emission source position estimation system - Google Patents

Direction search sensor, and radio wave emission source position estimation system Download PDF

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JP2005195347A
JP2005195347A JP2003435121A JP2003435121A JP2005195347A JP 2005195347 A JP2005195347 A JP 2005195347A JP 2003435121 A JP2003435121 A JP 2003435121A JP 2003435121 A JP2003435121 A JP 2003435121A JP 2005195347 A JP2005195347 A JP 2005195347A
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signal
frequency
radio wave
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pseudo
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Application number
JP2003435121A
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Japanese (ja)
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Shuichi Kawano
修一 川野
Yasuhiro Ando
康浩 安藤
Shuichi Suga
秀一 須賀
Yukihiro Kamimura
幸弘 上村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a direction search sensor, and a radio wave emission source position estimation system capable of shortening a time until receiving a signal by a radio wave to estimate quickly a radio wave emission source position. <P>SOLUTION: Each of the plurality of respective direction search sensors 20<SB>1</SB>-20<SB>3</SB>for estimating a radio wave arrival direction is provided with a reference antenna 31 for receiving a pseudo-GPS-signal spectrally diffused by a PN code, the first reception part 30 including a frequency conversion part 32 for frequency-converting the received pseudo-GPS-signal, a matched filter 34 for correlating a frequency converted signal with the set PN code, and a signal detection control part for detecting an output from the matched filter to confirm a signal detection condition, and for resetting frequency control and the received PN code when not detecting the signal, an array antenna 41 for receiving the pseudo-GPS-signal, the second reception part 40 having the constitution same to the first reception part, and a direction search processing part 50 for estimating the radio wave arrival direction, based on the signals from the radio wave arrival direction and the second reception part. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、方探センサ及び電波発射源位置推定システムに関し、特に、擬似GPS信号の到来方向及び発射源位置を推定する技術に関する。   The present invention relates to a direction finding sensor and a radio wave emission source position estimation system, and more particularly to a technique for estimating the arrival direction and emission source position of a pseudo GPS signal.

従来、全地球測位システム(以下、「GPS:Global Positioning System」というが知られている。このシステムでは、ユーザが所持するユーザGPS受信機は、高度約2万kmの6つの円軌道に4つずつ配されたGPS衛星からの電波(以下、「GPS信号」という)を受信し、自己位置、即ち緯度、経度、高度などを高い精度で割り出すことができる。   Conventionally, a global positioning system (hereinafter referred to as “GPS: Global Positioning System”) is known. In this system, a user has four GPS orbits in six circular orbits at an altitude of about 20,000 km. It can receive radio waves (hereinafter referred to as “GPS signals”) from GPS satellites arranged one by one, and can determine its own position, that is, latitude, longitude, altitude, etc. with high accuracy.

ユーザGPS受信機は、通常4基以上のGPS衛星から発射されるGPS信号を受信し、この受信したGPS信号に基づいて自己位置計算を行う。これをGPS測位と呼ぶ。このGPS測位は、全てのGPS衛星が上空に存在するため、その幾何学的配置から高さ方向の測位精度が水平方向と比較して劣化するという欠点を有する。   The user GPS receiver normally receives GPS signals emitted from four or more GPS satellites, and performs self-position calculation based on the received GPS signals. This is called GPS positioning. This GPS positioning has a drawback that the positioning accuracy in the height direction is deteriorated as compared with the horizontal direction because all the GPS satellites are present in the sky.

この欠点を補うために、近年は、地上擬似GPS送信機や地上リピータ送信機を地上に設置し、擬似GPSを形成するといったシュードライト(Pseudolite)の研究がなされている。地上擬似GPS送信機は、GPS衛星と略同じ擬似GPS信号を送信する。地上リピータ送信機はGPS信号を一旦受信し、その受信したGPS信号中の衛星番号だけを変更して擬似GPS信号として再送信する。この擬似GPSによれば、ユーザGPS受信機にとって測位精度が改善されるという利点がある。   In order to make up for this drawback, recently, Pseudolite has been studied in which a pseudo-GPS transmitter or a terrestrial repeater transmitter is installed on the ground to form a pseudo-GPS. The ground pseudo GPS transmitter transmits a pseudo GPS signal substantially the same as a GPS satellite. The terrestrial repeater transmitter once receives the GPS signal, changes only the satellite number in the received GPS signal, and retransmits it as a pseudo GPS signal. This pseudo-GPS has the advantage that the positioning accuracy is improved for the user GPS receiver.

なお、GPS信号を受信する技術として、搭載するメモリの容量を削減して小型化及び低コスト化を図りつつ演算時間も削減することができるマッチドフィルタによる相関検出方法及びこれが適用されたGPS受信機が知られている(例えば、特許文献1参照)。GPS受信機における同期捕捉部に適用されるディジタルマッチドフィルタは、IF信号に対してFFT処理を施すFFT処理部と、このFFT処理部によって得られた周波数領域信号のうち負の周波数成分を除去する負の周波数除去フィルタと、この負の周波数除去フィルタによって得られた周波数領域信号をバッファリングするメモリと、GPS衛星からのRF信号における拡散符号と同じ拡散符号を発生する拡散符号発生器と、この拡散符号発生器によって発生された拡散符号に対してFFT処理を施すFFT処理部と、少なくともこのFFT処理部によって得られた周波数領域信号をバッファリングするメモリとを備えて構成されている。   In addition, as a technology for receiving GPS signals, a correlation detection method using a matched filter that can reduce the amount of memory mounted to reduce the size and cost while reducing the calculation time, and a GPS receiver to which the correlation detection method is applied Is known (see, for example, Patent Document 1). A digital matched filter applied to a synchronization acquisition unit in a GPS receiver removes a negative frequency component from an FFT processing unit that performs FFT processing on an IF signal and a frequency domain signal obtained by the FFT processing unit. A negative frequency elimination filter, a memory for buffering the frequency domain signal obtained by the negative frequency elimination filter, a spreading code generator for generating the same spreading code as the spreading code in the RF signal from the GPS satellite, and An FFT processing unit that performs FFT processing on the spread code generated by the spread code generator and a memory that buffers at least the frequency domain signal obtained by the FFT processing unit are configured.

また、他の関連する技術として、同時に複数の電波を受信し電波の到来方位を測定する電波到来方位測定装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。この電波到来方位測定装置は、空中線からの受信信号を、増幅器と、ミキサ及び単一の局部発振器と、フィルタと、A/D変換器とを介してFFT処理器に供給し、周波数チャンネルの位相値を計算させる。FFT処理器の出力位相値はメモリを介して信号処理器に供給されて到来方位が演算される。この電波到来方位測定装置によれば、高速なA/D変換器と、FFT処理器とを組み合わせることにより、広帯域(数MHz程度)に存在する通信波の位相値を同時に得ることが可能となり、この位相値から位相比較の演算を行う信号処理器を用いることにより、複数の電波の到来方位を短時間に得ることができる。
特開2003−258682号公報 特開平10−221422号公報
As another related technique, there is known a radio wave arrival direction measuring apparatus that simultaneously receives a plurality of radio waves and measures the arrival direction of the radio waves (see, for example, Patent Document 2). This radio wave arrival direction measuring apparatus supplies a received signal from an antenna to an FFT processor via an amplifier, a mixer and a single local oscillator, a filter, and an A / D converter, and the phase of the frequency channel. Let the value be calculated. The output phase value of the FFT processor is supplied to the signal processor via the memory, and the arrival direction is calculated. According to this radio wave arrival direction measuring apparatus, it becomes possible to simultaneously obtain the phase value of a communication wave existing in a wide band (about several MHz) by combining a high-speed A / D converter and an FFT processor. By using a signal processor that performs a phase comparison operation from this phase value, the arrival directions of a plurality of radio waves can be obtained in a short time.
JP 2003-258682 A JP-A-10-212422

しかしながら、上述した擬似GPSは、地上擬似GPS送信機や地上リピータ送信機が正常なときは上述した利点があるが、故障などの異常が発生した場合は干渉源となる。その結果、GPS衛星のみによる測位より精度が劣化したり、GPS衛星からの受信が途切れるなどの問題を誘発する場合がある。   However, the above-described pseudo GPS has the advantages described above when the ground pseudo GPS transmitter and the ground repeater transmitter are normal, but becomes an interference source when an abnormality such as a failure occurs. As a result, there are cases where the accuracy is deteriorated compared to the positioning using only the GPS satellite, or problems such as reception interruption from the GPS satellite are interrupted.

この場合、干渉源の場所が特定されていれば早急に運用管理者に通知することで問題の影響を最小限に止めることができるが、もしその場所が明確になっておらず、運用管理者も知りえなかった場合、干渉源の位置を早急に特定する必要がある。しかしながら、擬似GPS信号の受信には、GPS信号の受信と同様に、多くの時間を要するので、迅速な対応ができないという問題がある。   In this case, if the location of the interference source is identified, the impact of the problem can be minimized by notifying the operations manager immediately, but if the location is not clear, the operations manager If it is not known, it is necessary to quickly identify the position of the interference source. However, the reception of the pseudo GPS signal requires a lot of time as in the case of the reception of the GPS signal.

本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、電波による信号を受信するまでの時間を短縮できる方探センサ及び該方探センサを複数用いて電波発射源位置を迅速に推定できる電波発射源位置推定システムを提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is capable of quickly estimating a radio wave emission source position using a plurality of direction finding sensors and a plurality of the direction finding sensors capable of shortening the time until reception of a signal by radio waves. An object of the present invention is to provide a radio wave emission source position estimation system.

本発明に係る方探センサは、上記課題を解決するために、PNコードでスペクトラム拡散された擬似GPS信号を受信する基準アンテナと、前記基準アンテナで受信された前記擬似GPS信号を周波数変換する第1周波数変換部と、前記第1周波数変換部で周波数変換された信号と設定されたPNコードとの相関をとる第1マッチドフィルタと、前記第1マッチドフィルタの出力を検波して信号検出状態を確認し、信号を検出できない場合に周波数制御及び受信PNコードの再設定を行なう第1信号検波制御部とを含む第1受信部と、前記擬似GPS信号を受信するアレーアンテナと、前記アレーアンテナで受信された前記擬似GPS信号を周波数変換する第2周波数変換部と、前記第2周波数変換部で周波数変換された信号と設定されたPNコードとの相関をとる第2マッチドフィルタと、前記第2マッチドフィルタの出力を検波して信号検出状態を確認し、信号を検出できない場合に周波数制御及び受信PNコードの再設定を行なう第2信号検波制御部とを含む第2受信部と、前記第1受信部及び前記第2受信部からの信号に基づき電波到来方向を推定する方探処理部とを備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a direction finding sensor according to the present invention includes a reference antenna that receives a pseudo-GPS signal that is spectrum-spread with a PN code, and a frequency converter that performs frequency conversion on the pseudo-GPS signal received by the reference antenna. 1 frequency conversion unit, a first matched filter that correlates a frequency-converted signal with the first frequency conversion unit and a set PN code, and detects a signal detection state by detecting an output of the first matched filter A first reception unit including a first signal detection control unit configured to perform frequency control and resetting of the reception PN code when the signal cannot be detected, an array antenna that receives the pseudo GPS signal, and the array antenna A second frequency conversion unit that converts the frequency of the received pseudo GPS signal, a signal that is frequency-converted by the second frequency conversion unit, and a set P A second matched filter that correlates with the code, and a second signal that detects the signal detection state by detecting the output of the second matched filter, and performs frequency control and resetting of the received PN code if the signal cannot be detected. A second receiving unit including a detection control unit, and a direction search processing unit that estimates a radio wave arrival direction based on signals from the first receiving unit and the second receiving unit.

また、本発明に係る電波発射源位置推定システムは、電波到来方向を推定する複数の方探センサと、前記複数の方探センサから得られる電波到来方向を表す情報に基づきPNコードでスペクトラム拡散された擬似GPS信号の発射源位置を推定する位置処理部とを備え、前記複数の方探センサの各々は、前記擬似GPS信号を受信する基準アンテナと、
前記基準アンテナで受信された前記擬似GPS信号を周波数変換する第1周波数変換部と、前記第1周波数変換部で周波数変換された信号と設定されたPNコードとの相関をとる第1マッチドフィルタと、前記第1マッチドフィルタの出力を検波して信号検出状態を確認し、信号を検出できない場合に周波数制御及び受信PNコードの再設定を行なう第1信号検波制御部とを含む第1受信部と、前記擬似GPS信号を受信するアレーアンテナと、
前記アレーアンテナで受信された前記擬似GPS信号を周波数変換する第2周波数変換部と、前記第2周波数変換部で周波数変換された信号と設定されたPNコードとの相関をとる第2マッチドフィルタと、前記第2マッチドフィルタの出力を検波して信号検出状態を確認し、信号を検出できない場合に周波数制御及び受信PNコードの再設定を行なう第2信号検波制御部とを含む第2受信部と、前記第1受信部及び前記第2受信部からの信号に基づき電波到来方向を推定する方探処理部と、を備えたことを特徴とする。
In addition, the radio wave emission source position estimation system according to the present invention is spread spectrum with a PN code based on a plurality of direction finding sensors for estimating a radio wave arrival direction, and information indicating the direction of radio wave arrival obtained from the plurality of direction finding sensors. A position processing unit that estimates the emission source position of the pseudo GPS signal, and each of the plurality of direction finding sensors includes a reference antenna that receives the pseudo GPS signal;
A first frequency converter that converts the frequency of the pseudo GPS signal received by the reference antenna; a first matched filter that correlates a signal that is frequency-converted by the first frequency converter and a set PN code; A first reception unit including a first signal detection control unit that detects a signal detection state by detecting an output of the first matched filter and performs frequency control and resetting of a reception PN code when the signal cannot be detected; An array antenna for receiving the pseudo-GPS signal;
A second frequency converter that converts the frequency of the pseudo GPS signal received by the array antenna; a second matched filter that correlates a signal that is frequency-converted by the second frequency converter and a set PN code; A second reception unit including a second signal detection control unit that detects the output of the second matched filter to confirm a signal detection state and performs frequency control and resetting of the reception PN code when the signal cannot be detected; And a direction finding processing unit for estimating a radio wave arrival direction based on signals from the first receiving unit and the second receiving unit.

本発明に係る方探センサによれば、第1受信部及び第2受信部にマッチドフィルタを設けて、周波数変換された信号と設定されたPNコードとの相関をとり、受信波の信号を得るように構成したので、擬似GPS信号を受信するまでの時間を短縮することができる。また、本発明に係る電波発射源位置推定システムによれば、複数の方探センサを用いることにより電波発射源位置を迅速に推定できる。その結果、干渉源の位置を早急に運用管理者に通知することができる。   According to the direction finding sensor according to the present invention, a matched filter is provided in the first receiving unit and the second receiving unit, and a correlation between the frequency-converted signal and the set PN code is obtained to obtain a received wave signal. Since it comprised so, the time until it receives a pseudo GPS signal can be shortened. Further, according to the radio wave emission source position estimation system according to the present invention, the radio wave emission source position can be quickly estimated by using a plurality of direction finding sensors. As a result, the operation manager can be notified immediately of the position of the interference source.

以下、本発明の実施例に係る方探センサ及び電波発射源位置推定システムを、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a direction finding sensor and a radio wave emission source position estimation system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、本発明に係る電波発射源位置推定システムの概念を、図1に示す概念図を参照しながら説明する。図1は本発明に係る電波発射源位置推定システム10が、4個のGPS衛星111〜114とユーザGPS受信機12とから構成される通常のGPSに地上擬似GPS送信機13及び地上リピータ送信機14が追加されて構成された擬似GPSに適用される状態を示している。 First, the concept of the radio wave emission source position estimation system according to the present invention will be described with reference to the conceptual diagram shown in FIG. FIG. 1 shows a radio wave emission source position estimation system 10 according to the present invention, in which a terrestrial pseudo GPS transmitter 13 and a terrestrial repeater are added to a normal GPS composed of four GPS satellites 11 1 to 11 4 and a user GPS receiver 12. The figure shows a state applied to a pseudo GPS configured by adding a transmitter 14.

GPS衛星111〜114はGPS信号を送信する。このGPS衛星111〜114から送信されたGPS信号は、地上に存在する地上擬似GPS送信機13及び地上リピータ送信機14によって受信される。 The GPS satellites 11 1 to 11 4 transmit GPS signals. The GPS signals transmitted from the GPS satellites 11 1 to 11 4 are received by the ground pseudo GPS transmitter 13 and the ground repeater transmitter 14 existing on the ground.

地上擬似GPS送信機13は、GPS衛星と略同じ擬似GPS信号を送信する。この地上擬似GPS送信機13から送信された擬似GPS信号は、ユーザGPS受信機12によって受信される。   The ground pseudo GPS transmitter 13 transmits a pseudo GPS signal substantially the same as that of a GPS satellite. The pseudo GPS signal transmitted from the ground pseudo GPS transmitter 13 is received by the user GPS receiver 12.

地上リピータ送信機14は、GPS衛星111〜114から送信されたGPS信号を一旦受信し、その受信したGPS信号中の衛星番号だけを変更して擬似GPS信号として再送信する。この地上リピータ送信機14から送信された擬似GPS信号は、ユーザGPS受信機12によって受信される。 The terrestrial repeater transmitter 14 temporarily receives GPS signals transmitted from the GPS satellites 11 1 to 11 4 , changes only the satellite numbers in the received GPS signals, and retransmits them as pseudo GPS signals. The pseudo GPS signal transmitted from the ground repeater transmitter 14 is received by the user GPS receiver 12.

ユーザGPS受信機12は、GPS衛星111〜114からのGPS信号及び地上擬似GPS送信機13や地上リピータ送信機14からの擬似GPS信号を受信して自己位置計算を行う。これにより、高い精度で測位を行うことができるようになっている。 The user GPS receiver 12 receives the GPS signals from the GPS satellites 11 1 to 11 4 and the pseudo GPS signals from the ground pseudo GPS transmitter 13 and the ground repeater transmitter 14 and performs self-position calculation. As a result, positioning can be performed with high accuracy.

電波発射源位置推定システム10は、上述した擬似GPSに対して追加されて使用される。この電波発射源位置推定システム10は、擬似GPS信号の到来方向を推定するための3つの方探センサ201〜203及び電波発射源位置を推定するための位置処理部21から構成されている。 The radio wave emission source position estimation system 10 is used in addition to the above-described pseudo GPS. The radio wave emission source position estimation system 10 includes three direction finding sensors 20 1 to 20 3 for estimating the arrival direction of the pseudo GPS signal and a position processing unit 21 for estimating the radio wave emission source position. .

なお、方探センサの数は3つに限らず、複数であればよい。また、方探センサ20は、地上に固定的に設置される場合の他に、方探センサ車10’に搭載されて移動可能に構成される場合もある。   The number of direction finding sensors is not limited to three, but may be plural. In addition to the case where the direction finding sensor 20 is fixedly installed on the ground, the direction finding sensor 20 may be mounted on the direction finding sensor vehicle 10 ′ and configured to be movable.

電波発射源位置推定システム10では、擬似GPSを構成する地上擬似GPS送信機13又は地上リピータ送信機14が干渉源になった場合、3つの方探センサ201〜203で擬似GPS信号を受信する。そして、方探センサ201〜203の各々は、干渉源の電波到来方向を推定する。方探センサ201〜203で推定された電波到来方向を表す方向データは、位置処理部21に送られる。 In the radio wave emission source position estimation system 10, when the ground pseudo GPS transmitter 13 or the ground repeater transmitter 14 constituting the pseudo GPS becomes an interference source, the three GPS sensors 20 1 to 20 3 receive the pseudo GPS signals. To do. Then, each of the direction finding sensors 20 1 to 20 3 estimates the radio wave arrival direction of the interference source. Direction data representing the direction of arrival of radio waves estimated by the direction finding sensors 20 1 to 20 3 is sent to the position processing unit 21.

位置処理部21は、方探センサ201〜203から送られてくる3つの方向データに基づき、周知の方法で干渉源(電波発射源)の位置を推定する。これにより、干渉源の場所を早急に運用管理者に通知することができるので、問題の影響を最小限に止めることができる。 Position processing unit 21, based on the square probe sensor 20 1 to 20 3 direction data sent from the 3 to estimate the position of the interference source (radio wave source) in a known manner. As a result, the location of the interference source can be promptly notified to the operation manager, so that the influence of the problem can be minimized.

ところで、方探センサ201〜203で擬似GPS信号の到来方向を推定するためには、まず、擬似GPS信号を受信しなければならない。擬似GPS信号は、GPS信号と同様に、擬似雑音符号(Pseudo-random Noise code:PNコード)によって広帯域にスペクトラム拡散された信号である。このような方探センサ201〜203は、ユーザGPS受信機12と同様の受信機能を組み込んで擬似GPS信号を受信するように構成できる。 Meanwhile, in order to estimate the arrival direction of the pseudo GPS signal in rectangular probe sensor 20 1 to 20 3, it must first receive the pseudo GPS signal. Similar to the GPS signal, the pseudo GPS signal is a signal having a spectrum spread over a wide band by a pseudo-random noise code (PN code). Such person probe sensor 20 1 to 20 3 may be configured to receive a pseudo GPS signal incorporating the same receiving function and user GPS receiver 12.

ユーザGPS受信機12では、一般に、測距のために、まず、PNコード相関を得るためのスライディングサーチが行われる。スライディングサーチとは、自己が保持するPNコードと時系列に入力される受信信号との位相をずらしながら相関をとり、その相関のピークを検出することにより同期がとれる位相を検出する技術である。このスライディングサーチによって、PNコード相関が得られた後に、DLL(Delay Locked Loop)制御等によりPNコードの連続追尾が行われる。そして、ユーザGPS受信機12内で追尾している状態でのPNコード位相が測距情報として使用される。   In general, the user GPS receiver 12 first performs a sliding search for obtaining a PN code correlation for distance measurement. The sliding search is a technique for detecting a phase that can be synchronized by taking a correlation while shifting the phase between a PN code held by itself and a received signal input in time series and detecting a peak of the correlation. After the PN code correlation is obtained by this sliding search, the PN code is continuously tracked by DLL (Delay Locked Loop) control or the like. Then, the PN code phase in the state of tracking in the user GPS receiver 12 is used as distance measurement information.

ユーザGPS受信機12でGPS信号(擬似GPS信号も同じ)を受信するには、スライディングサーチで相関を検出する処理が行われるが、これに多くの時間を要することはよく知られている。特に、受信しようとしているPNコードパターンがどの衛星番号のものであるかという情報がない場合、全ての衛星番号でスライディングサーチを行う必要がある。通常、1つのGPS衛星から信号を受信するには、1〜2分程度を要する。   In order for the user GPS receiver 12 to receive a GPS signal (the same applies to the pseudo-GPS signal), processing for detecting correlation is performed by a sliding search. It is well known that this requires a lot of time. In particular, when there is no information as to which satellite number the PN code pattern to be received belongs to, it is necessary to perform a sliding search with all satellite numbers. Usually, it takes about 1 to 2 minutes to receive a signal from one GPS satellite.

そこで、方探センサ201〜203では、信号を受信するための受信部に一般的なGPS受信機で採用されているスライディングサーチの技術ではなく、短時間で相関をとることのできるマッチドフィルタを採用している。マッチドフィルタは測距できないという欠点があるが、方探センサ201〜203では電波の到来方向のみがわかればよいという観点から受信(PNコード相関)さえできれば良いとの考えである。 Therefore, the square probe sensor 20 1 to 20 3, rather than the sliding search technique to the receiver for receiving the signal is employed in a general GPS receiver, a matched filter capable of correlating a short time Is adopted. Although the matched filter has a disadvantage that distance measurement cannot be performed, the direction finding sensors 20 1 to 20 3 only need to be able to receive (PN code correlation) from the viewpoint that only the direction of arrival of radio waves needs to be known.

図2は方探センサ201〜203の構成を示すブロック図である。なお、方探センサ201〜203の各々の構成は同一であるので、以下では、特に区別が必要な場合を除き、「方探センサ20」として説明する。この図2は、電波ホログラフィとして構成された方探センサ20にマッチドフィルタを適用した例を示している。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the direction finding sensors 20 1 to 20 3 . The configuration of each of the direction finding sensors 20 1 to 20 3 is the same. Therefore, hereinafter, the direction finding sensors 20 1 to 20 3 will be described as “the direction finding sensor 20” unless particularly distinguished. FIG. 2 shows an example in which a matched filter is applied to the direction finding sensor 20 configured as a radio holography.

方探センサ20は、第1受信部30、第2受信部40及び方探処理部50から構成されている。   The direction finding sensor 20 includes a first receiving unit 30, a second receiving unit 40, and a direction finding processing unit 50.

第1受信部30には基準アンテナ31が接続されている。方探センサ20は、周波数変換部32、A/D変換器33、マッチドフィルタ34、D/A変換器35、ローパスフィルタ(LPF)36、信号検波制御部37及び局部発振器38から構成されている。   A reference antenna 31 is connected to the first receiving unit 30. The direction finding sensor 20 includes a frequency conversion unit 32, an A / D converter 33, a matched filter 34, a D / A converter 35, a low-pass filter (LPF) 36, a signal detection control unit 37, and a local oscillator 38. .

周波数変換部32は、基準アンテナ31から送られてくる高周波信号を、局部発振器38からの信号に応じて、後段のA/D変換器33でサンプリングできる周波数帯のIF信号に変換する。この周波数変換部32で変換することにより得られたIF信号は、A/D変換器33に送られる。   The frequency converter 32 converts the high-frequency signal transmitted from the reference antenna 31 into an IF signal in a frequency band that can be sampled by the A / D converter 33 in the subsequent stage, in accordance with the signal from the local oscillator 38. The IF signal obtained by the conversion by the frequency converter 32 is sent to the A / D converter 33.

A/D変換器33は、周波数変換部32から送られてくるIF信号をサンプリングし、デジタル信号に変換する。このA/D変換器33で得られたサンプリングデータはマッチドフィルタ34に送られる。   The A / D converter 33 samples the IF signal sent from the frequency converter 32 and converts it into a digital signal. The sampling data obtained by the A / D converter 33 is sent to the matched filter 34.

マッチドフィルタ34は、シフトレジスタ60、レジスタ61、乗算回路62及び加算器(SUM)63から構成されている。   The matched filter 34 includes a shift register 60, a register 61, a multiplier circuit 62, and an adder (SUM) 63.

シフトレジスタ60は、GPS信号のPNコード列数に等しい1023個(もしくは1023×整数個)のレジスタがシフト可能に連結されて構成されている。シフトレジスタ60には、A/D変換器33からのサンプリングデータが入力される。このシフトレジスタ60から並列に出力される1023個(もしくは1023×整数個)のデータは、乗算回路62の一方の入力端子に送られる。   The shift register 60 is configured by slidably connecting 1023 (or 1023 × integer) registers equal to the number of PN code strings of the GPS signal. Sampling data from the A / D converter 33 is input to the shift register 60. The 1023 (or 1023 × integer) data output in parallel from the shift register 60 is sent to one input terminal of the multiplication circuit 62.

レジスタ61は、1023ビット(もしくは1023×整数)のレジスタであり、受信しようとするPNコード列が設定される。PNコード周期は1msと定められている。従って、レジスタ61の内容は、1msのPNコードパターンに設定される。このレジスタ61から並列に出力される1023個(もしくは1023×整数個)のデータは、乗算回路62の他方の入力端子に送られる。   The register 61 is a 1023 bit (or 1023 × integer) register, and is set with a PN code string to be received. The PN code period is defined as 1 ms. Therefore, the contents of the register 61 are set to a 1 ms PN code pattern. The 1023 (or 1023 × integer) data output from the register 61 in parallel is sent to the other input terminal of the multiplication circuit 62.

乗算回路62は、シフトレジスタ60からの1023個(もしくは1023×整数個)のデータとレジスタ61からの1023個(もしくは1023×整数個)のデータとの積をとり出力する。この乗算回路62から出力される1023個(もしくは1023×整数個)のデータは加算器63に送られる。   The multiplication circuit 62 takes the product of 1023 (or 1023 × integer) data from the shift register 60 and 1023 (or 1023 × integer) data from the register 61 and outputs the product. The 1023 (or 1023 × integer) data output from the multiplication circuit 62 is sent to the adder 63.

加算器63は、乗算回路62からの1023個(もしくは1023×整数個)のデータを合計する。従って、シフトレジスタ60からの1023個(もしくは1023×整数個)のデータとレジスタ61からの1023個(もしくは1023×整数個)のデータとが一致する場合は、加算器63は大きな値を出力し、一致しない場合は小さな値を出力する。この加算器63の出力が相関値として使用される。従って、PNコード周期の1ms程度、初回の受信時を考慮した場合であっても最大2ms程度で相関を得ることが可能となる。この加算器63の出力は、D/A変換器35に送られる。   The adder 63 adds up 1023 (or 1023 × integer) data from the multiplication circuit 62. Therefore, if 1023 (or 1023 × integer) data from the shift register 60 and 1023 (or 1023 × integer) data from the register 61 match, the adder 63 outputs a large value. If there is no match, a small value is output. The output of the adder 63 is used as a correlation value. Accordingly, even when the first reception is considered in about 1 ms of the PN code cycle, the correlation can be obtained in about 2 ms at the maximum. The output of the adder 63 is sent to the D / A converter 35.

D/A変換器35は、マッチドフィルタ34から1ms毎に出力される信号をアナログ信号に変換する。これにより、マッチドフィルタ34から出力される1ms毎のデータに応じたエンベロープ(包絡線)を有するアナログ信号が得られる。このアナログ信号は、1ms毎のデータに基づき作成されるため、その周波数は500Hz以下になる。このD/A変換器35から出力されるアナログ信号はローパスフィルタ36に送られる。   The D / A converter 35 converts the signal output from the matched filter 34 every 1 ms into an analog signal. As a result, an analog signal having an envelope (envelope) corresponding to the data every 1 ms output from the matched filter 34 is obtained. Since this analog signal is created based on data every 1 ms, its frequency is 500 Hz or less. The analog signal output from the D / A converter 35 is sent to the low pass filter 36.

ローパスフィルタ36は、500Hzのカットオフ周波数を有し、D/A変換器35からのアナログ信号の高域成分をカットする。これにより、ローパスフィルタ36から受信波と同一の形状を有する信号が得られる。このローパスフィルタ36から出力される信号は、信号検波制御部37及び方探処理部50に送られる。   The low pass filter 36 has a cutoff frequency of 500 Hz, and cuts a high frequency component of the analog signal from the D / A converter 35. As a result, a signal having the same shape as the received wave is obtained from the low-pass filter 36. The signal output from the low-pass filter 36 is sent to the signal detection control unit 37 and the direction finding processing unit 50.

信号検波制御部37は、ローパスフィルタ36からの信号を検波し、検波により有意な信号が得られなかった場合には、局部発振器38に対して発信周波数の変更を指示する周波数制御信号を送る。また、信号検波制御部37は、方探処理部50からの受信制御信号に応じて、マッチドフィルタ34のレジスタ61に、受信するPNコードを設定する。   The signal detection control unit 37 detects the signal from the low-pass filter 36, and sends a frequency control signal for instructing the local oscillator 38 to change the transmission frequency when a significant signal is not obtained by the detection. Further, the signal detection control unit 37 sets the PN code to be received in the register 61 of the matched filter 34 in accordance with the reception control signal from the direction finding processing unit 50.

局部発振器38は、信号検波制御部37からの周波数制御信号に応じて、受信した高周波信号を中間周波数のIF信号に変換するために必要とする発信周波数を有する信号を生成する。この局部発振器38で生成された信号は、周波数変換部32に送られる。   In response to the frequency control signal from the signal detection control unit 37, the local oscillator 38 generates a signal having a transmission frequency necessary for converting the received high-frequency signal into an IF signal having an intermediate frequency. The signal generated by the local oscillator 38 is sent to the frequency converter 32.

ここで、基準アンテナ31から入力される擬似GPS信号の周波数f0に、例えばドプラー効果により、図3に示すようにf0−10kHz〜f0+10kHzの範囲で周波数シフトが発生する場合を考える。この場合、以下の受信波の信号を得るためには、局部発振器38で発生される周波数を、f0−10kHz〜f0+10kHzの範囲で500Hzずつ切り替えて相関がとれるかどうかを確認する必要がある。 Here, the frequency f 0 of the pseudo GPS signal input from the reference antenna 31, for example, by Doppler effect, consider the case where frequency shift occurs in the range of f 0 -10kHz~f 0 + 10kHz as shown in Figure 3. In this case, the order to obtain the signal of the following received wave, the frequency generated by the local oscillator 38, is necessary to determine whether a correlation can be taken by switching one by 500Hz in the range of f 0 -10kHz~f 0 + 10kHz is there.

従って、周波数サーチを行う範囲は20kHzになり、これを500Hzずつ切り替えるとすると、局部発振器38で発生される周波数の切り替え回数は40回になる。ここで、PNコードの相関を検出するための最大時間を2msとすると、1つの設定したPNコードに対する信号を80msで受信することができる。従って、一般のユーザGPS受信機で採用されているスライディングサーチで相関を検出して信号を受信する場合に要する1〜2分に比べて受信時間を大幅に短縮することができる。   Therefore, the frequency search range is 20 kHz, and if this is switched in increments of 500 Hz, the frequency switching frequency generated by the local oscillator 38 is 40 times. Here, if the maximum time for detecting the correlation of the PN code is 2 ms, a signal for one set PN code can be received in 80 ms. Therefore, the reception time can be significantly shortened compared with 1 to 2 minutes required for receiving a signal by detecting a correlation by a sliding search adopted in a general user GPS receiver.

なお、衛星番号が既知でなく、PNコードを設定しなおした場合、100種類のPNコードを再設定しても理論的には8秒で受信できることになる。   If the satellite number is not known and the PN code is reset, it can theoretically be received in 8 seconds even if 100 types of PN codes are reset.

また、第2受信部40にはアレーアンテナ41が接続されている。第2受信部40の構成及び動作は、アレーアンテナ41から受信信号が入力される点を除けば、上述した第1受信部30の構成及び動作と同じである。   An array antenna 41 is connected to the second receiver 40. The configuration and operation of the second receiving unit 40 are the same as the configuration and operation of the first receiving unit 30 described above except that a reception signal is input from the array antenna 41.

方探処理部50は、第1受信部30及び第2受信部40に受信制御信号を送ることによりPNコードの設定を変更する。これにより、衛星番号が既知でない場合に複数種類のPNコードを順次設定することができる。   The direction finding processing unit 50 changes the setting of the PN code by sending a reception control signal to the first receiving unit 30 and the second receiving unit 40. Thereby, when the satellite number is not known, a plurality of types of PN codes can be set sequentially.

また、方探処理部50は、アンテナ切換制御信号をアレーアンテナ41に送って素子の切り換えを指示する。そして、このアンテナ切換信号に応じて第2受信部40から送られてくる各素子で受信した信号と第1受信部30から送られてくる基準アンテナ31で受信した信号との位相情報に基づき電波の到来方向、具体的にはアレーアンテナ41の正面方向に対する方位方向の仰角θ及び方位角ψを求める。これにより、電波が到来する3次元方向を求めることができ、電波ホログラフィとしての機能が実現されている。なお、電波の到来方向を推定するアルゴリズムとしては、インターフェロメトリやMUSIC法、その他の種々の方法を用いることができる。   Further, the direction finding processing unit 50 sends an antenna switching control signal to the array antenna 41 to instruct switching of elements. Based on the phase information between the signal received by each element sent from the second receiving unit 40 and the signal received by the reference antenna 31 sent from the first receiving unit 30 in response to the antenna switching signal Are obtained, specifically, the elevation angle θ and the azimuth angle ψ in the azimuth direction with respect to the front direction of the array antenna 41. Thereby, the three-dimensional direction from which radio waves arrive can be obtained, and the function as radio holography is realized. As an algorithm for estimating the arrival direction of radio waves, interferometry, the MUSIC method, and other various methods can be used.

以上のようにして方探センサ201〜203の各々で推定された電波の到来方向を表す3つの方向データは位置処理部21(図1参照)に送られる。位置処理部21では、上述したように、方探センサ201〜203から送られてくる3つの方向データに基づき、周知の方法で干渉源(電波発射源)の位置を推定する。 Three direction data representing the direction of arrival of radio waves is estimated at each person probe sensors 20 1 to 20 3 in the above manner is sent to the position processing unit 21 (see FIG. 1). The position processing unit 21, as described above, based on the square probe sensor 20 1 to 20 3 direction data sent from the 3 to estimate the position of the interference source (radio wave source) in a known manner.

なお、電波発射源位置は、一般に、3つ以上の方探センサで得られる電波到来方向情報から計算できる。しかし、従来の電波監視等で使用されている方探センサで得られる電波到来方向情報は、地上において方位角のみの情報である。そのため、推定する位置情報も地上の2次元位置情報である。   The radio wave emission source position can generally be calculated from radio wave arrival direction information obtained by three or more direction finding sensors. However, the radio wave arrival direction information obtained by the direction finding sensor used in the conventional radio wave monitoring or the like is information on only the azimuth angle on the ground. Therefore, the position information to be estimated is also ground two-dimensional position information.

これに対し、上述した本発明の実施例に係る電波発射源位置推定システムでは、方探センサ30として電波ホログラフィを用いているので、図4(A)に示すように、アレーアンテナ41を天頂方向に向けて設置することで、電波到来方向の情報として仰角θ及び方位角ψの情報を得ることができる。   In contrast, in the radio wave emission source position estimation system according to the embodiment of the present invention described above, radio holography is used as the direction finding sensor 30, so that the array antenna 41 is placed in the zenith direction as shown in FIG. By installing it toward, information on the elevation angle θ and azimuth angle ψ can be obtained as information on the direction of arrival of radio waves.

その結果、複数の方探センサから得られる仰角、方位角情報と併せて計算することにより3次元での電波の発射源位置を推定できる。例えば、方探センサ201のアレーアンテナ411、方探センサ202のアレーアンテナ412及び方探センサ203のアレーアンテナ413を、例えば図4(B)に示すように配置することにより、上空を飛行する飛行機が電波発射源であっても、その位置を推定することができる。 As a result, it is possible to estimate a three-dimensional radio wave emission source position by calculating together with elevation angle and azimuth information obtained from a plurality of direction finding sensors. For example, square probe sensor 20 1 of the array antenna 41 1, rectangular the probe sensor 20 and second array antennas 41 2 and a square probe sensor 20 3 of array antenna 41 3, by arranging, for example, as shown in FIG. 4 (B) Even if an airplane flying in the sky is a radio wave emission source, its position can be estimated.

なお、アレーアンテナ41を天頂方向に向け設置することで、GPS衛星111〜114からのGPS信号も受信することになるため、GPS信号と擬似GPS信号の区別する必要があるが、GPS信号を受信して復調することにより得られるGPSアルマナックデータから実際の全GPS衛星の方向を計算できるため、電波の到来方向を推定することによりGPS信号と擬似GPS信号とを区別することができる。 In addition, since the GPS signals from the GPS satellites 11 1 to 11 4 are also received by installing the array antenna 41 in the zenith direction, it is necessary to distinguish between the GPS signal and the pseudo GPS signal. Since the actual directions of all GPS satellites can be calculated from the GPS almanac data obtained by receiving and demodulating the GPS signal, the GPS signal and the pseudo GPS signal can be distinguished by estimating the arrival direction of the radio wave.

以上説明したように、本発明の実施例に係る電波発射源位置推定システムによれば、第1受信部30にマッチドフィルタ34を設けて相関をとり、これにより受信波の信号を得るように構成したので、擬似GPS信号を受信するまでの時間を短縮することができ、電波発射源位置を迅速に推定できる。その結果、干渉源の位置を早急に運用管理者に通知することができる。   As described above, according to the radio wave emission source position estimation system according to the embodiment of the present invention, the first receiving unit 30 is provided with the matched filter 34 to obtain the correlation, thereby obtaining the received wave signal. As a result, the time until the pseudo GPS signal is received can be shortened, and the radio wave emission source position can be estimated quickly. As a result, the operation manager can be notified immediately of the position of the interference source.

また、方探センサ201〜203は、基準アンテナ31で擬似GPS信号を受信する第1受信部30とアレーアンテナ41で擬似GPS信号を受信する第2受信部40とを設けて電波ホログラフィとして機能するように構成したので、電波発射源(干渉源)の3次元位置を推定することができる。従って、電波発射源が例えば上空にあっても、その位置を推定することができる。 Further, the direction finding sensors 20 1 to 20 3 are provided with a first receiving unit 30 that receives a pseudo GPS signal by the reference antenna 31 and a second receiving unit 40 that receives the pseudo GPS signal by the array antenna 41 to form a radio holography. Since it is configured to function, the three-dimensional position of the radio wave emission source (interference source) can be estimated. Therefore, even if the radio wave emission source is in the sky, for example, the position can be estimated.

なお、上述した実施例では、方探センサ20は電波ホログラフィとして機能するように構成したが、第2受信部40及びアレーアンテナ41を除去して擬似GPS信号の到来方位のみを推定するように構成することもできる。   In the above-described embodiment, the direction finding sensor 20 is configured to function as a radio holography. However, the second receiving unit 40 and the array antenna 41 are removed, and only the arrival direction of the pseudo GPS signal is estimated. You can also

本発明に係る方探センサ及び電波発射源位置推定システムは、擬似GPS信号の電波発射源を監視する電波監視システムに適用可能である。   The direction finding sensor and radio wave emission source position estimation system according to the present invention can be applied to a radio wave monitoring system that monitors the radio wave emission source of a pseudo GPS signal.

本発明に係る電波発射源位置推定システムの概念を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the concept of the radio wave emission source position estimation system which concerns on this invention. 本発明の実施例に係る電波発射源位置推定システムで使用される方探センサの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the direction finding sensor used with the radio wave emission source position estimation system which concerns on the Example of this invention. 図2に示す方探センサにおいて信号を受信するまでに要する時間を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the time required until a signal is received in the direction finding sensor shown in FIG. 本発明の実施例に係る電波発射源位置推定システムを電波ホログラフィとして使用して3次元の電波発射源位置を推定する動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement which estimates the three-dimensional radio wave emission source position using the radio wave emission source position estimation system which concerns on the Example of this invention as radio holography.

符号の説明Explanation of symbols

10 電波発射源位置推定システム
10’ 方探センサ車
111〜114 GPS衛星
12 ユーザGPS受信機
13 地上擬似GPS受信機
14 地上リピータ送信機
20、201〜203 方探センサ
21 位置処理部
30 第1受信部
31 基準アンテナ
32 周波数変換部
33 A/D変換器
34 マッチドフィルタ
35 D/A変換器
36 ローパスフィルタ
37 信号検波制御部
38 局部発振器
40 第2受信部
41、411〜413 アレーアンテナ
50 方探処理部
60 シフトレジスタ
61 レジスタ
62 乗算回路
63 加算器

10 radio wave source position estimation system 10 'towards probe sensor wheel 11 1 to 11 4 GPS satellites 12 user GPS receiver 13 terrestrial pseudo GPS receiver 14 terrestrial repeater transmitters 20, 20 20 1 to 20 3-way probe sensor 21 position processing unit 30 First receiver 31 Reference antenna 32 Frequency converter 33 A / D converter 34 Matched filter 35 D / A converter 36 Low-pass filter 37 Signal detection controller 38 Local oscillator 40 Second receivers 41, 41 1 to 41 3 Array antenna 50 Direction search processing unit 60 Shift register 61 Register 62 Multiplication circuit 63 Adder

Claims (4)

PNコードでスペクトラム拡散された擬似GPS信号を受信する基準アンテナと、
前記基準アンテナで受信された前記擬似GPS信号を周波数変換する第1周波数変換部と、前記第1周波数変換部で周波数変換された信号と設定されたPNコードとの相関をとる第1マッチドフィルタと、前記第1マッチドフィルタの出力を検波して信号検出状態を確認し、信号を検出できない場合に周波数制御及び受信PNコードの再設定を行なう第1信号検波制御部とを含む第1受信部と、
前記擬似GPS信号を受信するアレーアンテナと、
前記アレーアンテナで受信された前記擬似GPS信号を周波数変換する第2周波数変換部と、前記第2周波数変換部で周波数変換された信号と設定されたPNコードとの相関をとる第2マッチドフィルタと、前記第2マッチドフィルタの出力を検波して信号検出状態を確認し、信号を検出できない場合に周波数制御及び受信PNコードの再設定を行なう第2信号検波制御部とを含む第2受信部と、
前記第1受信部及び前記第2受信部からの信号に基づき電波到来方向を推定する方探処理部と、
を備えたことを特徴とする方探センサ。
A reference antenna that receives a pseudo-GPS signal that has been spread spectrum with a PN code;
A first frequency converter that converts the frequency of the pseudo GPS signal received by the reference antenna; a first matched filter that correlates a signal that is frequency-converted by the first frequency converter and a set PN code; A first reception unit including a first signal detection control unit that detects a signal detection state by detecting an output of the first matched filter and performs frequency control and resetting of a reception PN code when the signal cannot be detected; ,
An array antenna for receiving the pseudo-GPS signal;
A second frequency converter that converts the frequency of the pseudo GPS signal received by the array antenna; a second matched filter that correlates a signal that is frequency-converted by the second frequency converter and a set PN code; A second reception unit including a second signal detection control unit that detects the output of the second matched filter to confirm a signal detection state and performs frequency control and resetting of the reception PN code when the signal cannot be detected; ,
A direction finding processing unit that estimates a radio wave arrival direction based on signals from the first receiving unit and the second receiving unit;
A direction finding sensor characterized by comprising:
前記方探センサは、移動可能な移動体に搭載されてなることを特徴とする請求項1記載の方探センサ。   The said direction finding sensor is mounted in the movable body which can move, The direction finding sensor of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 電波到来方向を推定する複数の方探センサと、
前記複数の方探センサから得られる電波到来方向を表す情報に基づきPNコードでスペクトラム拡散された擬似GPS信号の発射源位置を推定する位置処理部とを備え、
前記複数の方探センサの各々は、
前記擬似GPS信号を受信する基準アンテナと、
前記基準アンテナで受信された前記擬似GPS信号を周波数変換する第1周波数変換部と、前記第1周波数変換部で周波数変換された信号と設定されたPNコードとの相関をとる第1マッチドフィルタと、前記第1マッチドフィルタの出力を検波して信号検出状態を確認し、信号を検出できない場合に周波数制御及び受信PNコードの再設定を行なう第1信号検波制御部とを含む第1受信部と、
前記擬似GPS信号を受信するアレーアンテナと、
前記アレーアンテナで受信された前記擬似GPS信号を周波数変換する第2周波数変換部と、前記第2周波数変換部で周波数変換された信号と設定されたPNコードとの相関をとる第2マッチドフィルタと、前記第2マッチドフィルタの出力を検波して信号検出状態を確認し、信号を検出できない場合に周波数制御及び受信PNコードの再設定を行なう第2信号検波制御部とを含む第2受信部と、
前記第1受信部及び前記第2受信部からの信号に基づき電波到来方向を推定する方探処理部と、
を備えたことを特徴とする電波発射源位置推定システム。
Multiple direction finding sensors that estimate the direction of arrival of radio waves,
A position processing unit that estimates the emission source position of a pseudo GPS signal that is spectrum-spread with a PN code based on information representing the radio wave arrival directions obtained from the plurality of direction finding sensors;
Each of the plurality of direction finding sensors is
A reference antenna for receiving the pseudo GPS signal;
A first frequency converter that converts the frequency of the pseudo GPS signal received by the reference antenna; a first matched filter that correlates a signal that is frequency-converted by the first frequency converter and a set PN code; A first reception unit including a first signal detection control unit that detects a signal detection state by detecting an output of the first matched filter and performs frequency control and resetting of a reception PN code when the signal cannot be detected; ,
An array antenna for receiving the pseudo-GPS signal;
A second frequency converter that converts the frequency of the pseudo GPS signal received by the array antenna; a second matched filter that correlates a signal that is frequency-converted by the second frequency converter and a set PN code; A second reception unit including a second signal detection control unit that detects the output of the second matched filter to confirm a signal detection state and performs frequency control and resetting of the reception PN code when the signal cannot be detected; ,
A direction finding processing unit that estimates a radio wave arrival direction based on signals from the first receiving unit and the second receiving unit;
A radio wave emission source position estimation system comprising:
前記複数の方探センサに、電波ホログラフィ機能を使用することを特徴とする請求項3記載の電波発射源位置推定システム。

The radio wave emission source position estimation system according to claim 3, wherein a radio holography function is used for the plurality of direction finding sensors.

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