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JP2008219571A - Multipath suppression device and multipath suppression method - Google Patents

Multipath suppression device and multipath suppression method Download PDF

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JP2008219571A
JP2008219571A JP2007055476A JP2007055476A JP2008219571A JP 2008219571 A JP2008219571 A JP 2008219571A JP 2007055476 A JP2007055476 A JP 2007055476A JP 2007055476 A JP2007055476 A JP 2007055476A JP 2008219571 A JP2008219571 A JP 2008219571A
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JP
Japan
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signal
model
multipath
wave
receiver
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Pending
Application number
JP2007055476A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Iwamoto
貴司 岩本
Takafumi Nagano
隆文 永野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To alleviate difficulty of ranging based on transmission time of radio wave under environment that mutlipaths superimpose. <P>SOLUTION: The multipaths are suppressed by assuming a plurality of models superimposed by the multipaths, evaluating reliability of the models, selecting a model with high reliability, obtaining the transmission time of direct wave based on the selected model and obtaining the distance between a signal source and a receiver. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は送信源から送信された信号(電波)を用いて、送信源と受信機との距離や位置などを計測する技術に関するものである。   The present invention relates to a technique for measuring the distance or position between a transmission source and a receiver using a signal (radio wave) transmitted from the transmission source.

GPS(Global Positioning System:地球測位システム)やレーダシステムでは、マルチパスの影響が測距・測位における大きな誤差要因の一つとなっている。これまで、マルチパス誤差を低減するために、MMT(Multipath Mitigation Technology)(特許文献1)やNarrow Correlator(非特許文献1の120ページ)が開発されてきた。
MMTは、直接波1波とマルチパス1波の信号モデルにおいて、最尤推定法により信号モデルのパラメータ推定を行うことにより、従来困難であった遅延距離の短いマルチパスの影響を低減できることで知られている。
また、非特許文献2には情報量規準についての記載があり、非特許文献3にはモデル選択についての記載がある。
In GPS (Global Positioning System) and radar systems, the effect of multipath is one of the major error factors in ranging and positioning. Until now, in order to reduce multipath errors, MMT (Multipath Mitigation Technology) (Patent Document 1) and Narrow Correlator (Non-Patent Document 1, page 120) have been developed.
MMT is known to be able to reduce the influence of multipath with a short delay distance, which has been difficult in the past, by estimating the parameters of the signal model using the maximum likelihood estimation method in the signal model of one direct wave and one multipath signal. It has been.
Non-Patent Document 2 describes information criterion, and Non-Patent Document 3 describes model selection.

米国特許番号 6370207U.S. Patent No. 6,370,207 Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration Mohinder S. Grewal, Lawrence R. Weill, Angus P. Andrews John Wiley & Sons, Inc., 2001Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration Mohinder S. Grewal, Lawrence R. Weill, Angus P. Andrews John Wiley & Sons, Inc., 2001 小西、北川:「情報量規準」、朝倉書店 (2004年)Konishi, Kitagawa: “Information Criteria”, Asakura Shoten (2004) 下平、伊藤、久保川、竹内:「モデル選択」、岩波書店(2004年)Shimohira, Ito, Kubogawa, Takeuchi: "Model selection", Iwanami Shoten (2004)

従来のマルチパス抑制装置は、予め直接波とマルチパス1波との計2波から構成されるモデルを仮定しているため、マルチパスが存在しない場合や、マルチパスが2波以上重畳する場合には、誤差が大きくなるという問題があった。本発明は、マルチパスがもたらす測距の困難の抑制を目的とするものである。   Since the conventional multipath suppression device presupposes a model composed of a total of two waves of a direct wave and one multipath wave, when there is no multipath or when two or more multipaths are superimposed Has a problem that the error becomes large. An object of the present invention is to suppress the difficulty of ranging caused by multipath.

本発明のマルチパス抑制装置は、送信源から送信された信号を受信機で取得する信号取得手段と、信号にマルチパスが重畳する複数のモデルを仮定して、複数のモデルの中で信頼度の高いモデルに基づいて直接波の伝達時間を分析し、伝達時間を用いて送信源と受信機との間の距離を算出する信号分析手段と、信号分析手段で得られた結果を出力する出力手段とを備えたことを特徴とするものである。   The multipath suppression apparatus of the present invention assumes signal acquisition means for acquiring a signal transmitted from a transmission source at a receiver, and a plurality of models in which a multipath is superimposed on the signal, and the reliability among the plurality of models. Analyzing the propagation time of the direct wave based on a high-level model and calculating the distance between the transmission source and the receiver using the propagation time, and the output that outputs the result obtained by the signal analysis means Means.

また、本発明のマルチパス抑制方法は、送信源から送信された信号を受信機で取得する信号取得工程と、信号にマルチパスが重畳する複数のモデルを仮定して、複数のモデルの中で信頼度の高いモデルに基づいて直接波の伝達時間を分析し、伝達時間を用いて送信源と受信機との間の距離を算出する信号分析工程と、信号分析工程で得られた結果を出力する出力工程とを備えたことを特徴とするものである。   In addition, the multipath suppression method of the present invention assumes a signal acquisition step of acquiring a signal transmitted from a transmission source by a receiver, and a plurality of models in which a multipath is superimposed on the signal. Analyzes the propagation time of the direct wave based on a reliable model, calculates the distance between the transmission source and the receiver using the propagation time, and outputs the results obtained in the signal analysis process And an output process.

本発明のマルチパス抑制装置は、送信源から送信された信号を受信機で取得する信号取得手段と、信号にマルチパスが重畳する複数のモデルを仮定して、複数のモデルの中で信頼度の高いモデルに基づいて直接波の伝達時間を分析し、伝達時間を用いて送信源と受信機との間の距離を算出する信号分析手段と、信号分析手段で得られた結果を出力する出力手段とを備えたので、波数が未定のマルチパスが重畳した受信信号に対して、マルチパスを抑制することができる。   The multipath suppression apparatus of the present invention assumes signal acquisition means for acquiring a signal transmitted from a transmission source at a receiver, and a plurality of models in which a multipath is superimposed on the signal, and the reliability among the plurality of models. Analyzing the propagation time of the direct wave based on a high-level model and calculating the distance between the transmission source and the receiver using the propagation time, and the output that outputs the result obtained by the signal analysis means The multipath can be suppressed with respect to the received signal on which the multipath having an undetermined wave number is superimposed.

また、本発明のマルチパス抑制方法は、送信源から送信された信号を受信機で取得する信号取得工程と、信号にマルチパスが重畳する複数のモデルを仮定して、複数のモデルの中で信頼度の高いモデルに基づいて直接波の伝達時間を分析し、伝達時間を用いて送信源と受信機との間の距離を算出する信号分析工程と、信号分析工程で得られた結果を出力する出力工程とを備えたので、波数が未定のマルチパスが重畳した受信信号に対して、マルチパスを抑制することができる。   In addition, the multipath suppression method of the present invention assumes a signal acquisition step of acquiring a signal transmitted from a transmission source by a receiver, and a plurality of models in which a multipath is superimposed on the signal. Analyzes the propagation time of the direct wave based on a reliable model, calculates the distance between the transmission source and the receiver using the propagation time, and outputs the results obtained in the signal analysis process The output process is provided, so that the multipath can be suppressed with respect to the reception signal on which the multipath having an undetermined wave number is superimposed.

実施の形態1.
電波は、障害物がないとき直進し、その伝搬速度は光速と呼ばれる一定速度である。地点Aで発せられた電波が直進して別の地点Bまで至るまでの伝達時間を計測して光速を乗ずると、2点AB間の距離が計測される。多くの系が、電波の伝達時間を計測して、測距に利用している。例えば、GPSは、信号がGPS衛星から端末に届くまでの伝達時間を計測することで、衛星と端末との間の距離を同定する。また、レーダは、送信電波が目標によって反射され、戻るまでの遅延時間を計測し、レーダと目標との間の距離を同定する。
Embodiment 1 FIG.
Radio waves go straight when there are no obstacles, and their propagation speed is a constant speed called the speed of light. If the transmission time from the radio wave emitted at the point A going straight to another point B is measured and multiplied by the speed of light, the distance between the two points AB is measured. Many systems measure the transmission time of radio waves and use it for distance measurement. For example, the GPS identifies the distance between the satellite and the terminal by measuring the transmission time until the signal reaches the terminal from the GPS satellite. The radar also measures the delay time until the transmitted radio wave is reflected by the target and returns, and identifies the distance between the radar and the target.

例えば、地点Aから直進した電波が別地点Cで反射され、その反射波が直進して地点Bに達する場合には、この経路を通る電波の伝達時間は、2点AC間の距離と2点CB間の距離との和を光速で除したものに等しくなる。電波が複数の経路を通って伝達する現象は、マルチパスと呼ばれる。マルチパスが起きている場合、地点Aで発せられた電波が、異なる伝達時間で地点Bに達するため、一意的に伝達時間を定めることが困難になる。そのため、2点AB間の距離を一意的に定めることも困難になる。このマルチパスによる困難は、GPS測位、レーダ目標識別など多くの応用でしばしば深刻な問題となっている。   For example, when a radio wave traveling straight from point A is reflected at another point C and the reflected wave travels straight and reaches point B, the transmission time of the radio wave passing through this route is equal to the distance between two points AC and two points. It is equal to the sum of the distance between CBs divided by the speed of light. The phenomenon in which radio waves are transmitted through a plurality of paths is called multipath. When multipath is occurring, radio waves emitted from the point A reach the point B with different transmission times, so that it is difficult to uniquely determine the transmission time. Therefore, it is difficult to uniquely determine the distance between the two points AB. This difficulty due to multipath is often a serious problem in many applications such as GPS positioning and radar target identification.

GPS衛星やレーダ送信機が送信する信号情報を受信機が予め知ることは可能である。例えば、GPS衛星は、長さ1023チップのゴールド・コードとして知られるものに属しているC/Aコードによって拡散されているが、この内容は予め公表されている。このコードm(t)を用いて、時刻tにおける送信信号s(t)は、下記の式(1)で表現される。

Figure 2008219571
It is possible for the receiver to know in advance the signal information transmitted by the GPS satellite or radar transmitter. For example, GPS satellites are spread by a C / A code belonging to what is known as a 1023 chip long gold code, the contents of which have been published in advance. Using this code m (t), the transmission signal s (t) at time t is expressed by the following equation (1).
Figure 2008219571

ここで、Aは送信信号の複素振幅、iは虚数単位、ωは角振動数をそれぞれ表す。GPS信号を例に選んで説明しているが、式(1)で表現される、コードm(t)を用いて拡散された信号を利用する系に対して適用可能である。   Here, A represents the complex amplitude of the transmission signal, i represents the imaginary unit, and ω represents the angular frequency. The description is given by taking the GPS signal as an example, but the present invention can be applied to a system that uses a signal spread by using the code m (t) expressed by Expression (1).

送信された信号を受信した受信機は、搬送波成分を取り除いたベースバンド信号を得る。時刻tにおける受信信号r(t)は、式(2)でモデル化される。

Figure 2008219571
ここで、モデルとは、物理的な対象である信号に対応する、数学的な表現を指す。a、bを実数として、a+ibは受信信号の複素振幅、τは信号源から受信機までの信号伝達時間、n(t)は時刻tにおける雑音をそれぞれ表す。 The receiver that has received the transmitted signal obtains a baseband signal from which the carrier wave component has been removed. The received signal r (t) at time t is modeled by equation (2).
Figure 2008219571
Here, the model refers to a mathematical expression corresponding to a signal that is a physical object. With a and b as real numbers, a + ib represents the complex amplitude of the received signal, τ represents the signal transmission time from the signal source to the receiver, and n (t) represents the noise at time t.

受信機が直接波とマルチパス波とをあわせてP波重畳した信号を受信した場合、受信信号は、式(3)によるP波モデルで表される。

Figure 2008219571
ここで、ap+ibpとτpとは、第p番目の信号の複素振幅と伝達時間とをそれぞれ表す。(3)式が表すP波モデルは、これらP波のベースバンド信号に雑音が重畳した信号を表している。もしも、観測標本から、直接波の伝達時間の値が得られると、その値を利用して送信機と受信機との間の距離を得ることが可能になる。 When the receiver receives a signal in which a direct wave and a multipath wave are combined and superimposed on a P wave, the received signal is represented by a P wave model according to Equation (3).
Figure 2008219571
Here, a p + ib p and τ p represent the complex amplitude and transmission time of the p-th signal, respectively. The P wave model represented by the expression (3) represents a signal in which noise is superimposed on the baseband signal of these P waves. If the value of the propagation time of the direct wave is obtained from the observation sample, it is possible to obtain the distance between the transmitter and the receiver using the value.

いま、十分に短い時間周期を持つ時刻tn(n=1,2,3,...,N)に於いて受信機のベースバンド信号の標本{r(tn)}nを採取したとする。ここでNは、標本数である。このとき、パラメータ値θP={{ap}p,{bp}p,{τp}p}を固定したときのP波モデルに基づく、確率密度関数の採取標本{r(tn)}nに対する値をfP({r(tn)}nP)と表す。この値をθPの関数と見なして、尤度関数と呼び、その自然対数を対数尤度関数と呼ぶ。その尤度関数値が最大になるパラメータ値θP,MLをパラメータの推定値に選ぶ方法が最尤法である。

Figure 2008219571
Now, it is assumed that the sample {r (t n )} n of the baseband signal of the receiver is sampled at time t n (n = 1, 2, 3,..., N) having a sufficiently short time period. To do. Here, N is the number of samples. At this time, the sampling sample {r (t n ) of the probability density function based on the P-wave model when the parameter values θ P = {{a p } p , {b p } p , {τ p } p } are fixed } The value for n is expressed as f P ({r (t n )} n | θ P ). This value is regarded as a function of θ P and is called a likelihood function, and its natural logarithm is called a log likelihood function. The method of selecting the parameter value θ P, ML that maximizes the likelihood function value as the estimated value of the parameter is the maximum likelihood method.
Figure 2008219571

ここで、記号arg maxθg(θ)は、関数g(θ)を最大にする変数θの値を表す。マルチパス波以外の系統的な誤差を抑えた受信機に残る誤差要因は、熱雑音である。熱雑音とは、熱エネルギーによって生成された電磁波であり、その分布関数は、平均0標準偏差σのガウス分布で記述される。この熱雑音の確率密度分布関数から、(3)式のP波モデルにおける観測信号の確率密度分布関数は、式(5)で表される。

Figure 2008219571
しかし、このP波モデルの分布関数に、最尤法を適用すると、波数Pが発散するという困難が発生する。 Here, the symbol arg max θ g (θ) represents the value of the variable θ that maximizes the function g (θ). An error factor remaining in the receiver that suppresses systematic errors other than multipath waves is thermal noise. Thermal noise is an electromagnetic wave generated by thermal energy, and its distribution function is described by a Gaussian distribution with an average 0 standard deviation σ. From the thermal noise probability density distribution function, the probability distribution function of the observed signal in the P-wave model of equation (3) is expressed by equation (5).
Figure 2008219571
However, when the maximum likelihood method is applied to the distribution function of the P wave model, the difficulty that the wave number P diverges occurs.

P波モデルのパラメータのうち、第p番目の複素振幅を0(a+ib=0)に選ぶと、(P−1)波モデルに一致するから、P波モデルは、(P−1)波モデルを含む。従って、(P−1)波モデルの中で尤度を最大にするモデルは、P波モデルに含まれる。その結果、(P−1)波モデルの中で最大となる尤度値はP波モデルの尤度値に含まれる。従って、尤度を最大にするパラメータ値はより多くの波数を持つモデルの中に含まれことになり、最尤推定で選ばれるモデルの波数Pが発散するという困難が生じる。従って、予めマルチパス波の個数が決定できない環境では、単純な最尤法で直接波の伝達時間を推定することは不可能である。   If the pth complex amplitude is selected as 0 (a + ib = 0) among the parameters of the P wave model, it matches the (P-1) wave model. Including. Therefore, the model that maximizes the likelihood among the (P-1) wave models is included in the P wave model. As a result, the maximum likelihood value in the (P-1) wave model is included in the likelihood value of the P wave model. Therefore, the parameter value that maximizes the likelihood is included in a model having a larger number of waves, and the wave number P of the model selected in the maximum likelihood estimation diverges. Therefore, in an environment where the number of multipath waves cannot be determined in advance, it is impossible to estimate the propagation time of a direct wave by a simple maximum likelihood method.

図1は、本発明のマルチパス抑制装置のブロック図である。モデル波数が発散する困難を克服するため、本発明では、図1に示す手段を利用する。信号取得手段1は、物理的な信号をアンテナ11で受信し、周波数変換手段12により周波数変換し、標本化手段13により標本化する。信号取得手段1では送信源から送信された信号を受信機で取得することになる。信号処理手段2は、信号取得手段1で得た標本をベースバンド信号変換手段21によってベースバンド信号に変換し、保存手段22に保存する。これらは、公知の技術を用いて構成して良い。信号分析手段3は、信号処理手段2で保存されたベースバンド信号に対して、波数を順次増加させたモデルのパラメータ空間において尤度関数最適化手段31により、尤度関数の最適化を実施する。この尤度関数最適化手段31は、ニュートン法など公知の技術で構成して良い。モデル評価選択手段32は、モデルの信頼度に基づいてモデルを比較し、選択する。ここで、信頼度とは、標本がそのモデルから採取された蓋然性を定量化したものである。出力手段4は、選択されたモデルに基づいて得た、直接波の伝達時間を含むパラメータ値を出力する。信号分析手段3では、信号にマルチパスが重畳する複数のモデルを仮定して、複数のモデルの中で信頼度の高いモデルに基づいて直接波の伝達時間を分析し、伝達時間を用いて送信源と受信機との間の距離を算出することになる。   FIG. 1 is a block diagram of a multipath suppression apparatus according to the present invention. In order to overcome the difficulty that the model wave number diverges, the present invention utilizes the means shown in FIG. The signal acquisition unit 1 receives a physical signal by the antenna 11, converts the frequency by the frequency conversion unit 12, and samples it by the sampling unit 13. In the signal acquisition means 1, the signal transmitted from the transmission source is acquired by the receiver. The signal processing unit 2 converts the sample obtained by the signal acquisition unit 1 into a baseband signal by the baseband signal conversion unit 21 and stores it in the storage unit 22. You may comprise these using a well-known technique. The signal analysis unit 3 optimizes the likelihood function with respect to the baseband signal stored by the signal processing unit 2 by the likelihood function optimization unit 31 in the parameter space of the model in which the wave number is sequentially increased. . This likelihood function optimizing means 31 may be configured by a known technique such as Newton's method. The model evaluation selection means 32 compares and selects models based on the reliability of the models. Here, the reliability is a quantification of the probability that a sample is collected from the model. The output means 4 outputs a parameter value including a direct wave transmission time obtained based on the selected model. The signal analysis means 3 assumes a plurality of models in which a multipath is superimposed on the signal, analyzes the propagation time of the direct wave based on a model having high reliability among the plurality of models, and transmits using the propagation time. The distance between the source and the receiver will be calculated.

図2はマルチパス抑制装置のブロック図である。例えば、送信源となるGPS衛星から送信されるGPS信号を受信機のアンテナ11で受信する。受信した信号は、RF(Radio Frequency)モジュール52で中間周波数信号に周波数変換され、A/D変換機53において所定周期でデジタル信号としてサンプリングされる。サンプリングされた信号は、ベースバンド信号変換手段21によってベースバンド信号(上記の{r(tn)}nに当たる)に変換される。ベースバンド信号は保存手段22であるRAM57に保存される。信号処理分析手段3は、プログラムとしてROM56に保存され、CPU55で実行される。 FIG. 2 is a block diagram of the multipath suppression apparatus. For example, a GPS signal transmitted from a GPS satellite serving as a transmission source is received by the antenna 11 of the receiver. The received signal is frequency-converted to an intermediate frequency signal by an RF (Radio Frequency) module 52 and sampled as a digital signal at a predetermined period by an A / D converter 53. The sampled signal is converted into a baseband signal (corresponding to {r (t n )} n above) by the baseband signal conversion means 21. The baseband signal is stored in the RAM 57 that is the storage unit 22. The signal processing analysis means 3 is stored as a program in the ROM 56 and executed by the CPU 55.

図3は、本発明のマルチパス抑制方式のフローチャートの図である。具体的なモデル選択のステップは、図3に示す以下のとおりである。波数パラメータをP=1と初期化する(ST10)。P波モデルパラメータに採取標本による最尤法を適用し、尤度関数の最適化をしてその結果を保存する(ST11)。(P+1)波モデルパラメータに採取標本で最尤法を適用し、結果を保存する(ST12)。P波モデルの信頼度と(P+1)波モデルの信頼度とをそれぞれ評価する(ST13)。もし、P波モデルの信頼度が、(P+1)波モデルの信頼度以上の場合には、P波モデルを選択する(ST13)。それ以外の場合には、波数パラメータPの値を1増加させる(ST14)。新たなPの値に対して、P+1波モデルパラメータに採取標本で最尤法を適用し、結果を保存する(ST12)。以下、終了まで繰り返す。信頼度の定義から、波数パラメータPの有限の値で停止すことになる。最後に、選択されたモデルのパラメータ最尤値、およびそれらを使って測距あるいは測位結果を出力して終了する(ST15)。   FIG. 3 is a flowchart of the multipath suppression method of the present invention. The specific model selection steps are as shown in FIG. The wave number parameter is initialized to P = 1 (ST10). The maximum likelihood method using the collected sample is applied to the P wave model parameter, the likelihood function is optimized, and the result is stored (ST11). The maximum likelihood method is applied to the (P + 1) wave model parameter with the collected sample, and the result is stored (ST12). The reliability of the P wave model and the reliability of the (P + 1) wave model are each evaluated (ST13). If the reliability of the P wave model is equal to or higher than the reliability of the (P + 1) wave model, the P wave model is selected (ST13). In other cases, the value of the wave number parameter P is increased by 1 (ST14). For the new P value, the maximum likelihood method is applied to the P + 1 wave model parameter with the sampled sample, and the result is stored (ST12). Repeat until the end. From the definition of reliability, it stops at a finite value of the wave number parameter P. Finally, the parameter maximum likelihood values of the selected model and the distance measurement or positioning result using them are output and the process ends (ST15).

本実施例でモデル比較手段32は、ベースバンド信号標本が採取されたとき、想定する各P波モデルMPからその信号標本が生成された確率、即ち事後確率p(MP|{r(tn)}n)の近似値を想定する各P波モデルで比較し、値の大きいモデルを信頼度が高いとして選択する。事後確率pは、採取信号{r(tn)}nが、P波モデルMPから生成された確率であり、P波モデルで採取データが生成される確率pP({r(tn)}n)と、P波モデルが生成する確率P(MP)とから導かれる式(6)で定義される条件付き確率のことをいう。

Figure 2008219571
Model comparison means 32 in the present embodiment, when the baseband signal samples have been taken, the probability that the signal sample is generated from each P-wave model M P assumed, that the posterior probability p (M P | {r ( t n )} The approximate values of n ) are compared in each P-wave model, and a model with a large value is selected as having high reliability. Posterior probability p is collected signal {r (t n)} n is a probability that is generated from the P-wave model M P, probability sampling data is generated by the P-wave model p P ({r (t n ) } n ) and the conditional probability defined by the equation (6) derived from the probability P (M P ) generated by the P-wave model.
Figure 2008219571

ここで、P波モデルが生成する確率P(MP)は一定だと仮定し、さらに、標本数Nが大きいと仮定して、この事後確率を式(7)に示すベイズ型情報量規準

Figure 2008219571
で近似しても良い。近似すると式(8)となる。
Figure 2008219571
Here, assuming that the probability P (M P ) generated by the P-wave model is constant, and further assuming that the number of samples N is large, this posterior probability is expressed by the Bayesian information criterion shown in Equation (7).
Figure 2008219571
May be approximated by When approximated, Equation (8) is obtained.
Figure 2008219571

この近似の妥当性は、非特許文献2の156頁の(6.19)式で記述されている。なお、本実施例では、ベイズ型情報量規準による事後確率値の近似を記載しているが、この近似方法に限定されるものではなく、事後確率値によってモデルの信頼度を評価できるものであればよい。マルチパスを含む信号生成モデルを複数利用し、それらの信頼度を評価し、信頼度の高いモデルを選択することで、波数が未定のマルチパスが重畳した受信信号に対しても、マルチパスを抑制することができる。しかも、最尤値とパラメータ数のみから、事後確率の大小を精度良く近似することが可能になり、モデルの信頼性を精度高く評価することが可能となり、マルチパス抑制の精度を高くすることができる。また、計算量を少なくすることができる。   The validity of this approximation is described by the equation (6.19) on page 156 of Non-Patent Document 2. In this embodiment, approximation of the posterior probability value based on the Bayesian information criterion is described. However, the present invention is not limited to this approximation method, and the reliability of the model can be evaluated by the posterior probability value. That's fine. By using multiple signal generation models including multipaths, evaluating their reliability, and selecting a model with high reliability, multipath can also be applied to received signals on which multipaths with undecided wave numbers are superimposed. Can be suppressed. In addition, the magnitude of the posterior probability can be accurately approximated only from the maximum likelihood value and the number of parameters, the reliability of the model can be evaluated with high accuracy, and the accuracy of multipath suppression can be increased. it can. In addition, the calculation amount can be reduced.

また、本実施の形態のマルチパス抑制装置を組み込み測距装置又は測位装置を構成することで、マルチパス抑制の精度が高い測距装置又は測位装置を得ることができる。   In addition, by incorporating the multipath suppression device of the present embodiment into a distance measuring device or a positioning device, a distance measuring device or a positioning device with high multipath suppression accuracy can be obtained.

図4は、実測データに対する第1到来波と第2到来波の伝達時間の図である。実際に屋外で採取したGPS信号に対して、適用した結果である。ここで、横軸は、計測開始からの経過時間、縦軸は伝達時間である。また、選択された波数モデルにおける第1到来波を点のマーカーで示し、2波以上モデルを選択した場合の第2到来波を十字のマーカーで示している。なお、第1到来波のコード遅延推定量における1次成分は消去し、第1到来波の平均コード遅延量を0としている。図から、およそ50m遅延したマルチパス波を識別できていることが分かるが、これは計測条件から妥当な値となっている。   FIG. 4 is a diagram of transmission times of the first incoming wave and the second incoming wave with respect to actually measured data. This is a result of applying to a GPS signal actually collected outdoors. Here, the horizontal axis represents the elapsed time from the start of measurement, and the vertical axis represents the transmission time. Further, the first incoming wave in the selected wave number model is indicated by a point marker, and the second incoming wave when two or more models are selected is indicated by a cross marker. Note that the primary component in the code delay estimation amount of the first incoming wave is eliminated, and the average code delay amount of the first incoming wave is set to zero. From the figure, it can be seen that a multipath wave delayed by approximately 50 m can be identified, but this is a reasonable value from the measurement conditions.

実施の形態2.
モデル比較手段32は、実施の形態1で利用した事後確率に代えて、本実施の形態では、標本から最尤法により得たパラメータ値を持つP波モデルの確率密度関数f({r(tn)}nML)と、標本の分布関数とのリスクRISKPを想定する各P波モデルで比較し、値の小さいモデルを信頼度が高いとして選択する。リスクRISKPは、最尤推定値を用いて、新たな標本値を採取したとき真の分布からずれる危険度を表しており、式(9)で定義される積分値のことをいう。

Figure 2008219571
Embodiment 2.
In this embodiment, the model comparison unit 32 replaces the posterior probability used in the first embodiment, and in this embodiment, the probability density function f ({r (t n )} n | θ ML ) and the risk distribution RISK P of the sample distribution function are compared with each other, and a model having a small value is selected as having high reliability. The risk RISK P represents the degree of risk of deviating from the true distribution when a new sample value is collected using the maximum likelihood estimated value, and refers to an integral value defined by Equation (9).
Figure 2008219571

ここで、表現rk=r(tk)を利用した。また、q(rk)(k=1,2,...,n)は、標本の分布関数を示す。標本数Nが大きいため、これらのリスクを赤池情報量規準(式10)

Figure 2008219571
Here, the expression r k = r (t k ) was used. Further, q (r k ) (k = 1, 2,..., N) represents a sample distribution function. Since the number of samples N is large, these risks are represented by the Akaike information criterion (Equation 10).
Figure 2008219571

で近似しても良い(式11)。

Figure 2008219571
(Equation 11).
Figure 2008219571

この近似の妥当性は、非特許文献3の39〜45頁に記述されている。なお、本実施例では、赤池情報量規準によるリスク値の近似を記載しているが、この近似方法に限定されなるものではなく、信号の標本の分布を近似するリスク値を評価できるものであればよい。採取標本ベースバンド信号標本が採取されたとき、その信号が仮定したモデルから生成された事後確率を評価し、事後確率値の高いものを信頼度が高いとして選択することになる。   The validity of this approximation is described on pages 39 to 45 of Non-Patent Document 3. In this embodiment, the approximation of the risk value based on the Akaike information criterion is described, but the present invention is not limited to this approximation method, and any risk value that approximates the distribution of the signal sample can be evaluated. That's fine. When a sample baseband signal sample is collected, the posterior probability generated from the model assumed by the signal is evaluated, and the one with a high posterior probability value is selected as having high reliability.

マルチパスを含む信号生成モデルを複数利用し、それらの信頼度を評価し、信頼度の高いモデルを選択することで、波数が未定のマルチパスが重畳した受信信号に対しても、マルチパスを抑制することができる。赤池情報量規準を演算し、リスク値を近似することで、簡便な計算から、事後確率の大小を精度良く近似することが可能になり、モデルの信頼性を精度高く評価することが可能になり、マルチパス抑制の精度が高くなる。   By using multiple signal generation models including multipaths, evaluating their reliability, and selecting a model with high reliability, multipath can also be applied to received signals on which multipaths with undecided wave numbers are superimposed. Can be suppressed. By calculating the Akaike information criterion and approximating the risk value, it is possible to accurately approximate the magnitude of the posterior probability from a simple calculation, and it becomes possible to evaluate the reliability of the model with high accuracy. The accuracy of multipath suppression is increased.

また、本実施の形態のマルチパス抑制装置を組み込み測距装置又は測位装置を構成することで、マルチパス抑制の精度が高い測距装置又は測位装置を得ることができる。   In addition, by incorporating the multipath suppression device of the present embodiment into a distance measuring device or a positioning device, a distance measuring device or a positioning device with high multipath suppression accuracy can be obtained.

実施の形態3.
実施の形態1及び2では、マルチパスを抑制して受信機と1個の送信源との距離を測位する方法について説明したが、複数の送信源から送信される信号の伝播遅延時間を用いて受信機の位置を算出することができる。また、測位をする場合には、送信源となる人工衛星は、少なくとも3個必要となる。4個の送信源から送信された信号を受信した場合には、受信機が備える内部時計の時間のオフセットを調整することができ、正確な測位が可能となる。これに対して、3個の送信源から送信された信号を受信した場合には、例えば、受信機側で地表面データを別途保有することで、正確な測位が可能となる。このように、信号取得手段1では少なくとも3個の送信源から信号を取得し、信号分析手段3では送信源と受信機との距離を測距して、その結果を用いて受信機の位置を測位することができる。
Embodiment 3 FIG.
In Embodiments 1 and 2, the method of positioning the distance between a receiver and one transmission source by suppressing multipath has been described. However, the propagation delay times of signals transmitted from a plurality of transmission sources are used. The position of the receiver can be calculated. In the case of positioning, at least three artificial satellites as transmission sources are required. When signals transmitted from four transmission sources are received, the time offset of the internal clock provided in the receiver can be adjusted, and accurate positioning is possible. On the other hand, when signals transmitted from three transmission sources are received, accurate positioning is possible, for example, by separately storing ground surface data on the receiver side. In this way, the signal acquisition unit 1 acquires signals from at least three transmission sources, and the signal analysis unit 3 measures the distance between the transmission source and the receiver, and uses the result to determine the position of the receiver. Positioning can be performed.

本発明の実施の形態1におけるマルチパス抑制装置のブロック図である。It is a block diagram of the multipath suppression device in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1におけるマルチパス抑制装置のブロック図である。It is a block diagram of the multipath suppression device in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1におけるマルチパス抑制方法のフローチャートの図である。It is a figure of the flowchart of the multipath suppression method in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における、実測データに対する第1到来波と第2到来波の伝達時間の図である。It is a figure of the transmission time of the 1st arrival wave and the 2nd arrival wave with respect to measurement data in Embodiment 1 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 信号取得手段、2 信号処理手段、3 信号分析手段、4 出力手段、11 アンテナ、12 周波数変換手段、13 標本化手段、21 ベースバンド信号変換手段、22 保存手段、31 尤度関数最適化手段、32 モデル評価選択手段、52 RFモジュール、53 A/D変換機、55 CPU、56 ROM、57 RAM。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Signal acquisition means, 2 Signal processing means, 3 Signal analysis means, 4 Output means, 11 Antenna, 12 Frequency conversion means, 13 Sampling means, 21 Baseband signal conversion means, 22 Storage means, 31 Likelihood function optimization means 32 model evaluation selection means, 52 RF module, 53 A / D converter, 55 CPU, 56 ROM, 57 RAM.

Claims (7)

送信源から送信された信号を受信機で取得する信号取得手段と、
前記信号にマルチパスが重畳する複数のモデルを仮定して、前記複数のモデルの中で信頼度の高いモデルに基づいて直接波の伝達時間を分析し、前記伝達時間を用いて前記送信源と前記受信機との間の距離を算出する信号分析手段と、
前記信号分析手段で得られた結果を出力する出力手段とを備えたことを特徴とするマルチパス抑制装置。
Signal acquisition means for acquiring a signal transmitted from a transmission source by a receiver;
Assuming a plurality of models in which a multipath is superimposed on the signal, the transmission time of the direct wave is analyzed based on a model having high reliability among the plurality of models, and the transmission source is analyzed using the transmission time. Signal analysis means for calculating the distance to the receiver;
A multipath suppression device comprising: output means for outputting a result obtained by the signal analysis means.
信号分析手段は、信号から生成される事後確率を複数のモデルで評価して、前記事後確率値の高いモデルを信頼度が高い前記モデルとして選択することを特徴とする請求項1に記載のマルチパス抑制装置。 The signal analysis means evaluates the posterior probability generated from the signal with a plurality of models, and selects the model with the high posterior probability value as the model with high reliability. Multipath suppression device. 事後確率値は、ベイズ型情報量規準を演算して近似することを特徴とする請求項2に記載のマルチパス抑制装置。 The multipath suppression device according to claim 2, wherein the posterior probability value is approximated by calculating a Bayesian information criterion. 信号分析手段は、信号の標本の分布を近似するリスク値を複数のモデルで評価して、前記リスク値の低いモデルを信頼度が高い前記モデルとして選択することを特徴とする請求項1に記載のマルチパス抑制装置。 The signal analysis means evaluates a risk value approximating a distribution of a sample of a signal with a plurality of models, and selects a model with the low risk value as the model with high reliability. Multipath suppression device. リスク値は、赤池情報量規準を演算して近似することを特徴とする請求項4に記載のマルチパス抑制装置。 The multipath suppression apparatus according to claim 4, wherein the risk value is approximated by calculating an Akaike information criterion. 信号取得手段は、少なくとも3個の送信源から信号を取得し、
信号分析手段は、算出した距離を用いて受信機の位置を測位することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のマルチパス抑制装置。
The signal acquisition means acquires signals from at least three transmission sources,
6. The multipath suppression device according to claim 1, wherein the signal analysis means measures the position of the receiver using the calculated distance. 7.
送信源から送信された信号を受信機で取得する信号取得工程と、
前記信号にマルチパスが重畳する複数のモデルを仮定して、前記複数のモデルの中で信頼度の高いモデルに基づいて直接波の伝達時間を分析し、前記伝達時間を用いて前記送信源と前記受信機との間の距離を算出する信号分析工程と、
前記信号分析工程で得られた結果を出力する出力工程とを備えたことを特徴とするマルチパス抑制方法。
A signal acquisition step of acquiring a signal transmitted from a transmission source by a receiver;
Assuming a plurality of models in which a multipath is superimposed on the signal, the transmission time of the direct wave is analyzed based on a model having high reliability among the plurality of models, and the transmission source is analyzed using the transmission time. A signal analysis step of calculating a distance to the receiver;
An output step of outputting a result obtained in the signal analysis step.
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