放射妨害波源の探知方法

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【発明の名称】	放射妨害波源の探知方法
【発明者】	【氏名】石田康弘【氏名】徳田正満
【要約】	【課題】CISPR測定系を用いて任意方向を向いた放射妨害波源の波源位置、電流振幅、波源の向きを精度良く推定すること。【解決手段】本発明では、放射妨害波源の周辺の水平電界及び垂直電界を測定する一方、仮想波源位置での仮想波源電流を設定し、同仮想波源電流から仮想電界を算出するステップをステップ１とし、同仮想電界と前記水平電界及び垂直電界との偏差を最小とする仮想波源位置及び仮想波源電流に対する補正量をそれぞれ求めるステップをステップ２とし、仮想波源位置に対する補正量が収束するまでステップ１及びステップ２を繰り返し行うことによって、放射妨害波源を探知することとした。

【特許請求の範囲】
【請求項１】放射妨害波源の周辺の水平電界及び垂直電界を測定する一方、仮想波源位置での仮想波源電流を設定し、同仮想波源電流から仮想電界を算出するステップをステップ１とし、同仮想電界と前記水平電界及び垂直電界との偏差を最小とする仮想波源位置及び仮想波源電流に対する補正量をそれぞれ求めるステップをステップ２とし、仮想波源位置に対する補正量が収束するまでステップ１及びステップ２を繰り返し行うことによって、放射妨害波源を探知することを特徴とする放射妨害波源探知方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放射妨害波源の探知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の放射妨害波源の探知方法としては、近磁界プローブを使用して近傍界の測定を行う方法があるが、遠方界における妨害波測定値との相関が不明であり、また、測定者自身が電磁界を乱す等の問題があった。
【０００３】一方、遠方界の電磁界測定値から波源探知を行う方法としては、合成開口法（C.Wu,K.Y.Kiu,and M.Jin.:Modeling and Correlation algorithm for spaceborne SAR signals,IEEE Trans.Aerosp.and Electron.Sys.,VOL.AES-18 No.5(1982))、ＭＵＳＩＣ法（R.O.Schmidt:Multiple emitter location and signal parameter estimation,IEEE Trans.Antennaspropagat.,VOL.AP-34 No.3(1986)）、最大エントロピー法（W.J.Gabriel:Spectral analysis and adaptive array superresolution techniques,Proc.IEEE,VOL.68 No.6(1980)）等がある。しかし、いずれの方法も、電磁界の振幅だけでなく、位相を測定する必要があり、ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）の妨害波測定系をそのまま利用することができないものであり、また、通常の電子機器の放射妨害波は位相が変動しているため、位相の正確な測定そのものが困難であった。
【０００４】上記の問題を解決する新たな方法として、電磁界の散乱問題に用いられる離散的特異点法（西村、高松、繁沢：最適化手法を用いた離散的特異点法による完全導体柱の散乱電磁界の数値解析、電子情報通信学会論文誌、VOL.J67 B-II No.5(1984)）の応用により、ＣＩＳＰＲの妨害波測定系をそのまま利用し、測定電界の振幅情報のみから波源探知を行う方法が提案されている（村川、高橋、大橋、徳田：通信装置に対する放射妨害波漏洩個所探知方法の検討、電子情報通信学会論文誌、VOL.J79 B-II No.9(1996)）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】かかる従来の波源探知方法にあっては、波源の電流成分が垂直方向を向く場合に対して基本的な有効性が確認され（Y.Ishida,K.Murakawa,K.Yamashita,and M.Tokuda:New Finding Method of Radiated Emission Sources Utilizing CISPR Emission Measurement System,Proc.EMC'98 ROMA,K-6(1998)）、さらに探知精度の向上が図られ（Y.Ishida,K.Murakawa,K.Yamashita,and M.Tokuda:Rasing Accuracy in Finding Method of Radiated Emission Sources Utilizing CISPR Emission Measurement System,Proc.EMC'99 TOKYO,18P3(1999)）、また、波源の電流成分が水平方向を向く場合にも適用できることが示されている（山下、石田、徳田：ＣＩＳＰＲ妨害波測定系を用いた放射妨害波源推定法に対する実験的検証、信学技法ＥＭＣJ98-92(1999)）が、水平及び垂直の両電流成分を持つ場合等の任意方向を向く波源に対しては、探知精度（位置偏差、電流値偏差）が悪くなり、波原電流成分の角度推定ができないといった問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、放射妨害波源の周辺の水平電界及び垂直電界を測定する一方、仮想波源位置での仮想波源電流を設定し、同仮想波源電流から仮想電界を算出するステップをステップ１とし、同仮想電界と前記水平電界及び垂直電界との偏差を最小とする仮想波源位置及び仮想波源電流に対する補正量をそれぞれ求めるステップをステップ２とし、仮想波源位置に対する補正量が収束するまでステップ１及びステップ２を繰り返し行うことによって、放射妨害波源を探知することとした。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明に係る放射妨害波源の探知方法は、放射妨害波源の周辺の水平電界及び垂直電界を測定する一方、仮想波源位置での仮想波源電流を設定し、同仮想波源電流から仮想電界を算出するステップをステップ１とし、同仮想電界と前記水平電界及び垂直電界との偏差を最小とする仮想波源位置及び仮想波源電流に対する補正量をそれぞれ求めるステップをステップ２とし、仮想波源位置に対する補正量が収束するまでステップ１及びステップ２を繰り返し行うことによって、放射妨害波源を探知するものである。
【０００８】そのため、CISPR測定系を用いて任意方向を向いた放射妨害波源の波源位置、電流振幅、波源の向きを精度良く推定することができるものである。
【０００９】
【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１０】座標系及び電流モデルを図１に示す。放射妨害波源として電流値Ji(Jxi,Jyi,Jzi)、位置座標Qi(xi,yi,zi)の微小ダイポール波源を設定する。ここで、Jiは（１）式で表され、添え字iはi番目の波源（Ｎ：電流総数）であることを意味する。一方、Pm(xm,ym,zm)(m=1,2,・・・Mp)は測定点の座標で、図１に示す測定半径一定の円筒上の点であり、Mpは総測定点数である。ここで、rmiはQi-Pm間の距離であり、（２）式で表される。尚、添え字(-i)は、床面の反射波による寄与を意味する。
【数１】

【００１１】波源Jiによる水平電界を図２に示すようにモデル化する。測定点Pmにおける水平電界振幅Emhiは、放射界のみで近似すると（３）式のように表される。
【数２】

【００１２】ここで、kは波数（２π／波長）であり、Jhmiは波源電流の直線Qi-Pmに垂直な成分、Dhmiは測定アンテナの指向性である。直線Qi-PmとＸ軸との角度をφqmiとすると、Jhmiは（４）式で表される。
【数３】

【００１３】一方、波源の垂直成分Jziによる垂直電界Emviaを図３に示すようにモデル化する。Ｚ軸と直線Qi-Pmとの角度をθqmiとすると、波源電流の直線Qi-Pmに垂直な成分Jwmiaは（５）式で表される。
【数４】

【００１４】従来の波源探知法では、垂直電界が波源の垂直成分にのみ依存する場合を扱っていたが、本発明では、波源の水平成分による影響を考慮し、図４に示すように、波源の水平成分Jpmiによる垂直電界Emvibを検討する。すなわち、Jpmiは上述したJhmiに垂直な波源電流であり、図４において、Jpmiの直線Qi-Pmに垂直な成分をJwmibとすると、Jwmibは（６）式で表される。
【数５】

【００１５】JwmiaとJwmibの和をJvmiと定義すると、任意方向を向いた波源による垂直電界Emviは（７）式で示される。ここで、Dvmiは測定アンテナの指向性である。
【数６】

【００１６】実際の電子機器においては、その内部を流れる個々のディジタル信号の高調波成分がランダムに位相変動しており、それに起因する放射妨害波の高調波成分も大きな位相変動を持ち、また、複数波の電界相加性は電力加算に近い特性を示すことが報告されている（高橋、大橋、村川、徳田：大規模通信装置における放射妨害波相加性の実験的理論的検討、電子情報通信学会論文誌、VOL.J79 B-II No.10(1996)）。
【００１７】そこで、本発明においても同様に、複数波の相加性を電力加算として、電界計算に（８－１）式を用いている。ここで、Emは水平電界Emh及び垂直電界Emvの総称とする。
【数７】

【００１８】尚、複数波の相加性は、電力加算によるほかに電圧加算によっても求めることができる。複数波の相加性が電圧加算である場合、すなわち、波源間の位相差が固定されている場合には、電界計算に（８－２）式を用いる。ここで、［Emi］Ｒ及び［Emi］Iは、それぞれEmiの実数成分、虚数成分を意味する。
【数８】

【００１９】本発明に係る探知アルゴリズムを図５に示す。本発明では、放射妨害波源の周辺の水平電界及び垂直電界を測定する一方、仮想波源位置での仮想波源電流を設定し、同仮想波源電流から仮想電界を算出するステップをステップ１とし、同仮想電界と前記水平電界及び垂直電界との偏差を最小とする仮想波源位置及び仮想波源電流に対する補正量をそれぞれ求めるステップをステップ２とし、仮想波源位置に対する補正量が収束するまでステップ１及びステップ２を繰り返し行うことによって放射妨害波源を探知している。
【００２０】すなわち、最初に放射妨害波源の周辺の水平電界及び垂直電界を測定しておき、全測定点の電界測定値を入力する。ここで、従来は水平電界或いは垂直電界のいずれかを入力し、波源の水平成分、垂直成分を別々に探知計算するものであったが、本アルゴリズムでは、水平及び垂直の両電界測定値を同一の計算において用いている。
【００２１】次ぎに、N=1として、適当な波源初期値（Y.Ishida,K.Murakawa,K.Yamashita,and M.Tokuda:Rasing Accuracy in Finding Method of Radiated Emission Sources Utilizing CISPR Emission Measurement System,Proc.EMC'99 TOKYO,18P3(1999)）を仮想波源位置での仮想波源電流として設定する。
【００２２】次ぎに、仮想波源位置での仮想波源電流から仮想電界を算出し（ステップ１）、（９）式で定義する測定電界（EmM）との偏差（Norm）が最小となるように、（10）式から導かれる連立方程式を解いて未知数β（波源位置、電流値、角度）の補正量Δβを求める（ステップ２）。尚、αは波源位置座標の総称である。
【数９】

【００２３】ここで、水平電界を用いたNormに関して、（10）式を表すと、【数１０】

【００２４】以上からなる連立方程式（未知数５Ｍ個）を解いて得られた解を、ΔJx1h(n)、ΔJy1h(n)、Δx1h(n)、Δy1h(n)、Δz1h(n)、ΔJx2h(n)、ΔJy2h(n)、Δx2h(n)、Δy2h(n)、Δz2h(n)、・・・、ΔJxMh(n)、ΔJyMh(n)、ΔxMh(n)、ΔyMh(n)、ΔzMh(n)、とする。
【００２５】また、垂直電界を用いたNormに関して、（10）式を表すと、【数１１】

【００２６】以上からなる連立方程式（未知数６Ｍ個）を解いて得られた解を、ΔJx1v(n)、ΔJy1v(n)、ΔJz1v(n)、Δx1v(n)、Δy1v(n)、Δz1v(n)、ΔJx2v(n)、ΔJy2v(n)、ΔJz2v(n)、Δx2v(n)、Δy2v(n)、Δz2v(n)、・・・、ΔJxMv(n)、ΔJyMv(n)、ΔJzMv(n)、ΔxMv(n)、ΔyMv(n)、ΔzMv(n)、とする。
【００２７】以上のようにして計算された水平電界に対する補正量（ΔJx1h(n)、ΔJy1h(n)、Δx1h(n)、Δy1h(n)、Δz1h(n)・・・）と垂直電界に対する補正量（ΔJx1v(n)、ΔJy1v(n)、ΔJz1v(n)、Δx1v(n)、Δy1v(n)、Δz1v(n)・・・）を(n)回目の推定値に加えることで、(n+1)回目の推定値が導かれる。
【００２８】すなわち、【数１２】

【００２９】ここで得られた新たな推定値をもとに再び補正量を計算し、その繰り返しによって計算の収束を図る。収束判定のためにΔγ(n)を（11）式で定義する。
【数１３】

【００３０】ここで、ｎは繰り返し計算の回数であり、(n)の添え字があるものは繰り返し計算によって得られた推定値であることを意味する。
【００３１】次ぎに、本アルゴリズムの有効性を検証するために、予め設定した既知の波源を対象に電界測定及び波源探知計算を行い、推定結果が設定値と合致するかを評価した。その実験系を図６に示す。
【００３２】模擬波源として、送信用球状ダイポールアンテナ（SDA）２個を電波半無響室（内寸Ｗ6m ｘＬ6.8m ｘＨ5.8m）内のターンテーブル（直径1.5m）上に設置した。SDAは、入力に光信号を用い内部でO/E変換することで、入力ケーブルからの不要放射をなくした模擬波源であり、その放射特性は微小ダイポール波源とよく一致する（村川、桑原、雨宮：光／電気変換器を用いた球状ダイポールアンテナ、電子情報通信学会論文誌、VOL.J74 B-II No.12(1991)）。また、電波の反射吸収を防ぐために、SDAの固定には発泡スチロールを用いた。
【００３３】非同期の２個の信号発生器から出された信号をSDAにて電波に変換し、3m離れたログペリオディックアンテナ（UHALP9107）で受信した。ここで、２信号の位相差がランダムに変動していることを、あらかじめベクトルボルトメータで確認した。受信信号は、スペクトラムアナライザ（R3361C）をもちいて検波及び平均化し、円筒スキャンによるデータファイルをもとに探知計算を行った。尚、測定条件を表１に示す。
【表１】

【００３４】推定結果の評価指標として位置偏差Δｄを（12）式で定義し、また、電流値偏差Δｊを（13）式で定義する。
【数１４】

【００３５】また、波源の電流方向を併せて評価するために、図７に示すように角度θi及びφiを定義し、それぞれ（14）式及び（15）式で示す。
【数１５】

【００３６】推定角度の評価指標として、角度偏差Δθ及びΔφをそれぞれ（16）式及び（17）式に示す。
【数１６】

【００３７】検証実験に用いた設定波源を図８に示す。モデル１は、波源がJyを持つ場合でＹ方向を向いている。モデル２は、波源がJzを持つ場合でＺ方向を向いている。モデル３は、波源がJy及びJzを持つ場合、モデル４は、波源がJx、Jy及びJzを持つ場合である。いずれも波源位置はQ1＝（0.4m、0.4m、1.25m）であり、周波数は700MHzである。各モデルにおいて、水平電界及び垂直電界を測定し、本アルゴリズムを用いて探知計算を行った結果を表２に示す。
【表２】

【００３８】表２に示すように、ここで設定したような任意方向を向いた波源に対しても、位置偏差Δｄが0.06m以下、角度偏差Δθが8.4deg.以下、Δφが4.0deg.以下と極めて高い精度で未知の波源位置と電流方向角度が推定されている。
【００３９】次ぎに、モデル２及びモデル４を例に、高さ2mにおける垂直電界アングルパターンの測定値と計算値の比較を図９に示す。
【００４０】図９(a)に示すように、モデル２は、波源が垂直成分（Jz）のみを持つ場合であり、測定値と計算値がよく一致していることがわかる。
【００４１】また、図９(b)に示すように、モデル４は、波源が垂直成分（Jx）及び水平成分（Jy）両方を持つ場合であり、計算に水平成分を含めないと測定値と計算値が大きく異なるが（図９(b)中、波線で示す。）、水平成分を含めた場合には両者がよく一致している（図９(b)中、実線で示す。）。
【００４２】これらの検討により、波源の水平成分による垂直電界への影響を考慮することで、任意方向を向いた波源に対しても電界が正確に計算されることがわかる。このように、本アルゴリズムにおいて、任意方向を向いた波源に対しての電界計算が改善され、良好な波源探知結果が得られた。
【００４３】次ぎに、本アルゴリズムの一般的な有効性を確認するために、図１０に示すように、２個の波源が存在する場合を設定した。すなわち、モデル５は、Q1＝（0.4m、0.4m、1.25m）に位置する波源■がJy、Q2＝（-0.4m、-0.4m、1.25m）に位置する波源■がJzより構成される場合であり、モデル６は、波源■がJy及びJz、波源■がJx及びJzより構成される場合である。
【００４４】モデル５及びモデル６、更には前述したモデル４において、探知計算を行った際の推定偏差（周波数300MHz～１GHz）を図１１に示す。図１１からわかるように、位置偏差Δｄが0.15m以下、電流値偏差Δｊが2.1dB以下、角度偏差Δθが18deg.以下、Δφが12deg.以下であり、任意方向を向く２波源に対しても広い周波数範囲にわたって波源位置と電流振幅さらに波源の向きの正確な推定が行われている。
【００４５】次ぎに、位置座標を固定した仮波源を多数配置し、それらの電流値のみを未知数とした場合について検証実験を行った。設定波源数は１、設定電流値はＪX1＝０、ＪＹ1＝１、ＪＺ1＝１、設定位置はＱ１＝（0.4ｍ、0.4ｍ、1.25ｍ）、周波数は３００ＭＨｚとする。ここで、均等間隔の仮波源９個を同一ＸＹ平面内に置き、その位置を固定して探知計算を行った結果を表３に示す。電流値の初期値は、いずれもＪX1（０）＝１、ＪＹ1（０）＝１、ＪＺ1（０）＝１である。
【表３】

【００４６】表３に示すように、探知結果として、座標（0.4m、0.4m、1.25m）の位置で電流値ＪＹ1（ｎ）＝１、ＪＺ1（ｎ）＝１が得られており、それ以外の位置では電流推定値が０に近いことから、設定波源が正しく探知されたことがわかる。尚、設定波源や周波数を変えた場合も同様の結果が得られた。また、最初に均等配置した仮波源間隔を縮め、さらにＺ軸方向にも分散させて仮波源数を増すことで、より複雑な波源対象にも適用できると考えられる。
【００４７】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４８】すなわち、本発明では、放射妨害波源の周辺の水平電界及び垂直電界を測定する一方、仮想波源位置での仮想波源電流を設定し、同仮想波源電流から仮想電界を算出するステップをステップ１とし、同仮想電界と前記水平電界及び垂直電界との偏差を最小とする仮想波源位置及び仮想波源電流に対する補正量をそれぞれ求めるステップをステップ２とし、仮想波源位置に対する補正量が収束するまでステップ１及びステップ２を繰り返し行うことによって、放射妨害波源を探知することとしたため、CISPR測定系を用いて任意方向を向いた放射妨害波源の波源位置、電流振幅、波源の向きを精度良く推定することができる。

【出願人】	【識別番号】５９１０６５５４９【氏名又は名称】福岡県【識別番号】５０００１５７４４【氏名又は名称】徳田正満
【出願日】	平成１２年１月５日（２０００．１．５）
【代理人】	【識別番号】１０００８０１６０【弁理士】【氏名又は名称】松尾憲一郎（外１名）
【公開番号】	特開２００１－１９４３９９（Ｐ２００１－１９４３９９Ａ）
【公開日】	平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】	特願２０００－５４０（Ｐ２０００－５４０）