信号分類とMIMOレーダを用いたマルチターゲット受動測位

隠れた無線を見つける意義

現代の軍事・安全保障作戦では、誰が無線を発信しているか、どこにいるか、何をしているかを、己の位置を明かさずに把握することが重要です。従来のレーダは信号を発して反射を受け取り、自分の位置を露呈する危険があります。受動レーダはこれと逆で、対象が既に発している信号を静かに受信します。本稿は、2機の協調する航空機が協力して複数の電波源を同時に、より確実かつ誤検出を抑えて特定する新しい手法を検討します。信号が弱く混雑している状況でも有効です。

叫ぶ代わりに聞く

空に向けてエネルギーを放つ代わりに、受動システムは船舶や車両、通信端末が既に発している電波を受けます。各航空機はリング状のアンテナを搭載し、音を二つの耳で定位するように、信号がどの方向から来ているかが分かります。二機の角度を比較することで、地上の発信源を三角測量で特定できます。実際の戦場では同時に多くの送信源が存在し、それぞれの方位線—各機から発信源を指す仮想の直線—が交差・重複します。従来法は各機で角度を別々に推定し、その後でA機の線とB機の線をどれが対応するか照合しますが、この照合は破綻しやすく、位置誤りを生みやすい欠点があります。

双方が一つとして考える

著者らは、二機の受信機を単一の大きな仮想センサとして扱うことを提案します。測定値を個別に処理する代わりに、生データを共通の共分散行列という数学的対象に結合します。この結合された視点から、MUSICという既知の方向探索手法を適用します。MUSICは高選択性の指向性マイクのように複数の信号源を同時に識別できます。この構成では、手法は共有された“スペクトル”空間内で、両機から見た同一ターゲットに対応する角の組を直接探索します。組み合わせ照合が探索の一部として組み込まれるため、古い手法で問題となっていた後付けの脆弱な照合段階を大幅に回避できます。

計算量を抑える工夫

二機と多数のターゲットを扱うと、水平・垂直の両角度を両プラットフォーム分スキャンする必要があり、計算負荷は急増します。四次元の全探索は実用的でありません。問題を扱いやすくするために、著者らは段階的な「次元削減」戦略を導入します。まず、地上の遠方ターゲットは仰角が小さいことを利用して垂直角を固定し、水平角のみ粗く走査して大まかな方位を得ます。次に狭い範囲で垂直角を精査し、最後に両方の角を細かな格子で仕上げます。各段階で多次元のエネルギーマップを一次元曲線に射影し、そこに現れるピークを特定することで、雑音下でも方向の検出が容易かつ頑健になります。

仮想空域での検証

性能評価のため、研究者らは二機が雑音環境で複数の地上ターゲットを観測する状況をシミュレートしました。公平を期すため最終的な位置算出器は同じにして、提案する二機共同MUSIC法を従来の方向探索法や最新の受動定位法と比較しています。新手法は特に水平角の推定と複数ターゲットの分離・対応付けで優れています。信号対雑音比が低めでスナップショット数が限られるような条件でも良好な精度を保ち、従来のソース数推定や分離の基準が破綻する場面でも強さを示します。高さ（仰角）の推定は、アンテナがほぼ同一平面上にあるため誤差が大きくなりがちですが、テストされたシナリオでは水平位置誤差は概ね1キロ未満に留まっています。

実際に意味すること

専門外の読者にとっての要点は、二機の受信機がデータを適切に共同処理すれば、それぞれが単独で処理して後で突合するよりも、複数の独立した電波発信源をより確実に位置特定できるということです。提案手法はソース数の推定、信号分離、プラットフォーム間の対応付けを統一的に扱い、計算量を現実的な範囲に抑える数学的な工夫を組み込みます。平たく言えば、この手法は受動レーダに対して「これらの信号は向こう側の特定の車両群から来ている」と、より確信を持って誤認なく言える能力を与えます。これは監視、電子戦、状況認識において、自身の位置を明かさずに重要性を増す能力です。

引用: Wang, H., Liu, X. & Lei, Z. Multi-target passive positioning with signal classification and MIMO radar. Sci Rep 16, 7777 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36881-9

キーワード: 受動レーダ, マルチターゲット位置推定, 到来角, 二機協調センシング, 信号処理