セルラー式移動無線測位システム
【課題】移動端末の１次元〜３次元の何れかの次元の位置を高精度で測位する装置を安価に実現する。
【解決手段】移動端末１０３から起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、セル毎もしくはセクタ毎に配置された複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂからは、再生した起点信号と高精度に同期を確立した距離測定信号と、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を、複数の指向性アンテナ２１ａａ〜２１ｂｄを周期的に切替えながら時分割で発信し、前記移動端末１０３において、前記距離測定信号の位相を測定して複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂからの距離を算出し、前記複数のアンテナ２１ａａ〜２１ｂｄに対応した方向測定信号の位相差を測定して複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが位置する方向を算出することによって、前記移動端末１０３の１次元〜３次元の何れかの次元の位置を高精度で測位する。
【解決手段】移動端末１０３から起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、セル毎もしくはセクタ毎に配置された複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂからは、再生した起点信号と高精度に同期を確立した距離測定信号と、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を、複数の指向性アンテナ２１ａａ〜２１ｂｄを周期的に切替えながら時分割で発信し、前記移動端末１０３において、前記距離測定信号の位相を測定して複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂからの距離を算出し、前記複数のアンテナ２１ａａ〜２１ｂｄに対応した方向測定信号の位相差を測定して複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが位置する方向を算出することによって、前記移動端末１０３の１次元〜３次元の何れかの次元の位置を高精度で測位する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の無線マーカと移動端末との間の、同一周波数による時分割通信によって、移動端末の１次元〜３次元の何れかの次元の位置を高精度で測位することを可能とするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の発信手段を用いて測位を行なうシステムが提案されている。（例えば、特許文献１〜３参照）
【特許文献１】特開２００５−０８３８８８号
【特許文献２】特開２００６−０２３２６１号
【特許文献３】特開２００８−１３９２９２号公報
【０００３】
図８は、特許文献１に記載されている従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」の実施例である。
図８において、１は、ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）測位を利用して利用者の測位を行うＲＴＫ測位システムである。
このＲＴＫ測位システム１は、４基のスードライト２と、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信手段５と、利用者処理ユニット６と、データリンク７とにより構成されている。ここで、スードライト２は、衛星の代わりの信号源として使用され、利用者の３次元測位を行う場合は、少なくとも４基必要であり、２次元測位を行う場合は、少なくとも３基が必要であるとされている。
【０００４】
上記のように、従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」では３次元の測位を行なうために少なくとも４基のスードライト（擬似衛星局）が必要であり、更に、利用者処理ユニット６の他に、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信機５と、データリンク７が必要であることから、システムが複雑であり、取り扱いが煩雑であり、高価となる問題点があった。
【０００５】
一方、特許文献２に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、発信手段1の指向性アンテナの方向３１に対向して受信手段２の指向性アンテナ２１ａと２１ｂを向け、発信手段１が高周波信号を発信中に指向性アンテナ２１ａと２１ｂを切替えた時に受信した高周波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせの変化をリアルタイムで検知し、当該発信手段1が位置する方向を検知し、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知するとされているが、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知する手段あるいは方法が明確にされておらず、受信手段２の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていない問題点がある。
【０００６】
また、特許文献３に記載されている従来の「移動無線局の位置を決定する測位システム、プログラムおよび位置決定方式」では、移動無線端末の位置を決定するためのより簡単でより小さな構成を実現する。移動無線局（２６０〜２８２）の位置を決定する装置（４７０、３７０、１１０、１２０）は、第１の基準無線局（２００〜２４２）の位置、第２の基準無線局（２００〜２４２）の位置、第３の基準無線局（２００〜２４２）の位置、その移動無線局とその第１の基準無線局の間の第１の相対的角度方向、その移動無線局とその第２の基準無線局の間の第２の相対的角度方向、およびその移動無線局とその第３の基準無線局の間の第３の相対的角度方向から、その移動無線局の位置を決定する手段を具えているが、前記複数の基準無線局からの相対的角度方向のみを測定して測位するものであり、高精度の測位が難しい問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、セル毎もしくはセクタ毎に配置された複数の無線マーカと、移動体に設置されあるいは移動体によって携帯される移動端末との間の、同一周波数による時分割通信によって、移動端末の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度で測位するためのセルラー式移動無線測位システムを安価に実現するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わるセルラー式移動無線測位システムは、複数の指向性アンテナを搭載して周期的に切替えながら、少なくとも、同期信号と、識別信号と、距離を測定するための距離測定信号と、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で発信する複数の無線マーカと、前記無線信号を受信して１次元〜３次元の何れかの次元の測位を行なうための移動端末とから構成され、前記距離測定信号が、前記移動端末から複数の無線マーカに向けて発信される測位要求信号に含まれる起点信号と、高精度で同期しあるいは直交する搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組み合わせであり、
【０００９】
あるいは、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、距離を測定するための距離測定信号と、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で発信する移動端末と、複数の指向性アンテナを搭載して周期的に切替えながら、前記無線信号を受信して１次元〜３次元の内の何れかの次元の測位を行なうための複数の無線マーカとから構成され、前記距離測定信号が、前記複数の無線マーカから移動端末に向けて発信される測位要求信号に含まれる起点信号と、高精度で同期しあるいは直交する搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組み合わせであり、
【００１０】
前記距離測定信号と起点信号とが、瞬時にしかも高精度で同期を確立し、前記起点信号が消滅した後も、比較的に長時間同期を維持できる同期発振手段と、高精度でしかもリアルタイムで位相の測定が可能な位相測定手段とを用い、前記複数の無線マーカの内の少なくとも１つの基地局と移動端末との距離と、お互いが位置する方向を高精度で算出することによって、１次元〜３次元の内の何れかの次元の測位を可能とするよう構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のセルラー式移動無線測位システムでは、セル毎もしくはセクタ毎に配置された複数の無線マーカと、移動体に設置されあるいは移動体によって携帯される移動端末との間の、同一周波数による時分割通信によって、移動端末の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度でしかもリアルタイムで測位するためのシステムを安価に実現できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明に係わるセルラー式移動無線測位システムは、図１、図２、および請求項１に本発明の第１の実施の形態を示すように、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末１０３と、位置の基準となる複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂとから構成され、
【００１３】
前記移動端末１０３が、少なくとも、アンテナ切替手段３２と、起点信号生成手段３７と、発信手段３４と、受信手段３３と、測定信号再生手段３５と、位相測定手段３６と、位置算出手段３８とを有し、
、
前記アンテナ切替手段３２が、アンテナ又は送受波器を発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、前記起点信号生成手段３７が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、前記発信手段３４が、前記測位要求信号を含む無線信号を前記複数の無線マーカに向けてバースト信号として発信し、
【００１４】
前記受信手段３３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される無線信号を受信し、前記測定信号再生手段３５が、前記受信手段によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、前記位相測定手段３６が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、前記位置算出手段３８が、前記位相の測定結果から自局の位置を測位し、
【００１５】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、アンテナ切替手段１９と、受信手段１８と、起点信号再生手段１６と、同期発振手段１３と、測定信号生成手段１５と、発信手段１７とを有し、
前記アンテナ切替手段１９が、複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替え、かつ発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、前記受信手段１８が、前記移動端末１０３から発信される測位要求信号を含む無線信号を受信し、前記起点信号再生手段１６が、前記受信手段によって受信される無線信号から測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
【００１６】
前記同期発振手段１３が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、前記測定信号生成手段１５が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、前記発信手段１７が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替えながら、前記移動端末に向けて時分割で発信し、
【００１７】
前記移動端末１０３から発信される起点信号と、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、前記移動端末１０３において、前記距離測定信号の位相を測定して前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの内の少なくとも１つの無線マーカからの距離を算出し、前記少なくとも１つの無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄに対応した方向測定信号の位相差を測定して前記少なくとも１つの無線マーカが位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末１０３の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度で測位する。
【００１８】
また、図１、図３、および請求項２に本発明の第２の形態を示すように、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末１０３と、セル毎もしくはセクタ毎に配置され位置の基準となる複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂとから構成され、
【００１９】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、アンテナ切替手段１９と、受信手段１８と、起点信号生成手段３７と、発信手段１７と、測定信号再生手段３５と、位相測定手段３６と、位置算出手段３７とを有し、
前記アンテナ切替手段１９が、複数の指向性アンテナ又は複数の指向性送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替え、かつ発信手段１７又は受信手段１８の何れかに時分割で切替え、前記受信手段１８が、前記移動端末１０３から発信される測位起動要求信号を受信し、前記起点信号生成手段３７が、前記測位起動要求信号に対応して、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、
【００２０】
前記発信手段１７が、前記起点信号を含む無線信号を、前記移動端末１０３に向けて、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、バースト信号として発信し、前記受信手段１８が、前記測位要求信号に応答して前記移動端末１０３から発信される無線信号を、各セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替えながら、時分割で受信し、前記測定信号再生手段３５が、前記受信手段１８によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、前記位相測定手段３６が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、前記位置算出手段３８が、前記位相の測定結果から移動端末１０３の位置を測位し、
【００２１】
前記移動端末１０３が、少なくとも、アンテナ切替手段３２と、受信手段３３と、起点信号再生手段１６と、同期発振手段１３と、測定信号生成手段１５と、発信手段３４とを有し、
前記アンテナ切替手段３２が、アンテナ又は送受波器３１を発信手段３４又は受信手段３３の何れかに時分割で切替え、前記発信手段３４が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを生成し、前記測位起動要求信号を含む無線信号を間欠発信し、前記受信手段３３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、発信される無線信号を受信し、前記起点信号再生手段１５が、前記受信手段３３によって受信される無線信号から、前記測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
【００２２】
前記同期発振手段１３が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、前記測定信号生成手段１５が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、前記発信手段３４が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて時分割で発信し、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される起点信号と、前記移動端末１０３から発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、
【００２３】
前記移動端末１０３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、前記移動端末１０３から発信された測位起動要求信号に対応し、前記移動端末に向けて、測位要求信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、前記移動端末１０３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される測位要求信号に対応して、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて、少なくとも前記測位信号と方向測定信号とを含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、
【００２４】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの内の少なくとも１つの無線マーカにおいて、前記測位信号の位相を測定して移動端末１０３からの距離を算出し、前記少なくとも１つの無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄに対応した方向測定信号の位相差を測定して移動端末１０３が位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末１０３の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度で測位する。
【００２５】
また、請求項３に示すように、前記起点信号再生手段１６もしくは測定信号再生手段３５において、前記再生する起点信号もしくは測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、群遅延歪みの少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いる遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００２６】
また、請求項４に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３が、基準発振器１１もしくは位相同期発振器によって駆動されるセットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信機１８によって受信され信号再生手段１６によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段１４によって少なくとも１６ＭＨｚ以上の周波数のクロック信号を用いて検出し、前記同期検出手段が検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段が起点信号と短時間で同期を確立し、同期を保持できる。
【００２７】
また、請求項５に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３と、前記復調されもしくは再生された起点信号との間の同期確立誤差を低減し、高精度でかつ短時間に同期を確立させるために、前記移動端末１０３、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂ、あるいはこれらの両方に同期確立誤差関数を付与し、前記同期確立誤差関数が前記同期確立誤差を限りなくゼロに近づける。
【００２８】
また、図６および請求項６に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期検出手段１４に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記位相同期発振器２３のクロック信号出力の位相をシフトさせるための複数組の移相手段５１と、前記複数組の移相手段によって各々異なった位相にシフトされた複数組のクロック信号を選択して外部に出力するためのタイミング制御手段５３とを設け、前記移相手段の移相量の合計を、前記クロック信号の一周期の間隔よりも大きく設定することによって、距離の算出精度を向上させる。
【００２９】
また、図７および請求項７に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記同期発振手段が複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎを有し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器が、前記再生された起点信号と各々異なった複数のタイミングで切替手段９１によって切替えられて同期を確立し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器から出力される出力信号を異なった複数のタイミングで選択手段９３によって選択し、前記選択された出力信号に同期しもしくは直交した単一もしくは複数の距離測定信号を生成して前記移動端末１０３あるいは複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて発信し、前記移動端末あるいは複数の無線マーカの位置算出手段３７において、前記複数のタイミングに対応して算出した距離の平均値を求めることによって、距離の算出精度を向上させる。
【００３０】
また、請求項８に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３から発信され、あるいは前記複数の無線マーカあるいは移動端末によって受信される起点信号に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替ながら、前記起点信号を発信しあるいは受信し、距離の算出精度を向上させる。
【００３１】
また、請求項９に示すように、また、前記移動端末１０３あるいは無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの位相測定手段３６が積和演算器を有し、前記積和演算器のＳｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとし、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０、もしくは１、−１、−１、１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとして積和演算する。なお、積和演算を行う際の１との乗算は前記デジタル信号と同じ値であり、−１との乗算は前記デジタル信号の補数を求めることであり、０との剰算は０であり、前記積和演算器を単純化でき、しかも高速で、リアルタイムの演算が可能となる。
【００３２】
また、請求項１０に示すように、前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄが指向性を有し、前記指向性の方向を下方向もしくは斜め下方向もしくは水平方向に向けて、前記方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で配置する。
また、請求項１１に示すように、前記セルを更に複数のセクタに分け、前記セクタ毎に無線マーカを設置する。
【００３３】
また、請求項１２に示すように、前記移動端末１０３の受信手段３３、無線マーカ１０１の受信手段１８、あるいはこれらの両方が、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位相測定手段３６で距離測定信号の位相あるいは方向測定信号の位相差を測定した結果から、距離測定精度あるいは方向測定精度を分析し、あるいはこれらの分析の両方を行い、前記距離測定処理、方向測定処理、あるいはこれらの両方の結果を補正しあるいは補完する。
【００３４】
また、請求項１３に示すように、前記移動端末の受信手段、無線マーカの受信手段、あるいはこれらの両方が、複数のアンテナ又は複数の送受波器を設けて周期的に切替え、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して距離を測定しあるいは算出した結果の内、距離を比較的に短く算出したものを選択し、平均し、荷重平均を行い、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記距離測定結果あるいは距離算出結果を補正しあるいは補完する。
また、請求項１４に示すように、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカをノードとして周辺の無線マーカとの間でアドホックネットワークを構成し、前記ノードを経由して外部の有線回線もしくは無線回線と接続し、少なくとも、前記移動端末の位置を測位するために必要な情報の交換を行なう。
また、請求項１５に示すように、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、双曲線航法によって、前記移動端末の位置を測位する。
【００３５】
また、請求項１６に示すように、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、かつ前記無線信号に含まれる前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方が位置する方向を測定したデータを受信して、前記移動端末の位置を測位する。
また、請求項１７に示すように、前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、あるいはその近傍の周波数を割当て、前記複数の無線マーカから発信される無線信号の占有率を２０％以下とすることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１、図２は本発明の第１の形態によるセルラー式移動無線測位システムの構成図である。図１、図２に示す超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末１０３と、セル毎もしくはセクタ毎に配置され位置の基準となる複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂとから構成され、
【００３７】
前記移動端末１０３が、少なくとも、アンテナ切替手段３２と、起点信号生成手段３７と、発信手段３４と、受信手段３３と、測定信号再生手段３５と、位相測定手段３６と、位置算出手段３８とを有し、
、
前記アンテナ切替手段３２が、アンテナ又は送受波器を発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、前記起点信号生成手段３７が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、前記発信手段３４が、前記測位要求信号を含む無線信号を前記複数の無線マーカに向けてバースト信号として発信し、
【００３８】
前記受信手段３３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される無線信号を受信し、前記測定信号再生手段３５が、前記受信手段によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、前記位相測定手段３６が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、前記位置算出手段３８が、前記位相の測定結果から自局の位置を測位し、
【００３９】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、アンテナ切替手段１９と、受信手段１８と、起点信号再生手段１６と、同期発振手段１３と、測定信号生成手段１５と、発信手段１７とを有し、
前記アンテナ切替手段１９が、複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替え、かつ発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、前記受信手段１８が、前記移動端末１０３から発信される測位要求信号を含む無線信号を受信し、前記起点信号再生手段１６が、前記受信手段によって受信される無線信号から測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
【００４０】
前記同期発振手段１３が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、前記測定信号生成手段１５が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、前記発信手段１７が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、指向性の方向が下方向もしくは斜め下方向に向けて前記方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で配置されれた、複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替えながら、前記移動端末に向けて時分割で発信し、
【００４１】
前記移動端末１０３から発信される起点信号と、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、前記移動端末１０３において、前記距離測定信号の位相を測定して前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの内の少なくとも１つの無線マーカからの距離を算出し、前記少なくとも１つの無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄに対応した方向測定信号の位相差を測定して前記少なくとも１つの無線マーカが位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末１０３の１次元〜３次元の何れかの次元の位置を高精度で測位する。
なお、前記１次元の位置とは、前記無線マーカと移動端末との距離、もしくは前記移動端末が位置する方向を意味する。
【００４２】
また、前記起点信号再生手段１６もしくは測定信号再生手段３５において、前記再生する起点信号もしくは測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、群遅延歪みの少ない帯域通過フイルタ（例えば、ガウシャンフイルタ）を通し、あるいは無線信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いる遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００４３】
また、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３が、基準発振器１１もしくは位相同期発振器によって駆動されるセットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信機１８によって受信され信号再生手段１６によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段１４によって少なくとも１６ＭＨｚ以上の周波数のクロック信号を用いて検出し、前記同期検出手段が検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段が起点信号と短時間で同期を確立し、同期を保持できる。
また、基準発振器１１、３９には特に高安定のものが必要であり、例えば、±０．５ｐｐｍ以内のものが用いられる。
【００４４】
また、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３と、前記復調されもしくは再生された起点信号との間の同期確立誤差を低減し、高精度でかつ短時間に同期を確立させるために、前記移動端末１０３、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂ、あるいはこれらの両方に同期確立誤差関数を付与し、前記同期確立誤差関数が前記同期確立誤差を限りなくゼロに近づける。
【００４５】
また、図６に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期検出手段１４に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記位相同期発振器２３のクロック信号出力の位相をシフトさせるための複数組の移相手段５１と、前記複数組の移相手段によって各々異なった位相にシフトされた複数組のクロック信号を選択して外部に出力するためのタイミング制御手段５３とを設け、前記移相手段の移相量の合計を、前記クロック信号の一周期の間隔よりも大きく設定することによって、距離の算出精度を向上させる。
【００４６】
また、図７に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記同期発振手段が複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎを有し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器が、前記再生された起点信号と各々異なった複数のタイミングで切替手段９１によって切替えられて同期を確立し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器から出力される出力信号を異なった複数のタイミングで選択手段９３によって選択し、前記選択された出力信号に同期しもしくは直交した単一もしくは複数の距離測定信号を生成して前記移動端末１０３あるいは複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて発信し、前記移動端末あるいは複数の無線マーカの位置算出手段３７において、前記複数のタイミングに対応して算出した距離の平均値を求めることによって、距離の算出精度を向上させる。
【００４７】
また、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３から発信され、あるいは前記複数の無線マーカあるいは移動端末によって受信される起点信号に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替ながら、前記起点信号を発信しあるいは受信し、距離の算出精度を向上させる。
【００４８】
また、前記移動端末１０３あるいは無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの位相測定手段３６が積和演算器を有し、前記測位信号および方向測定信号を、例えば８ビット以上のアナログデジタル変換器によってデジタル信号に変換した後に、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとし、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０、もしくは１、−１、−１、１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとして積和演算する。なお、積和演算を行う際の１との乗算は前記デジタル信号と同じ値であり、−１との乗算は前記デジタル信号の補数を求めることであり、０との剰算は０であり、前記積和演算器を単純化でき、しかも高速で、リアルタイムの演算が可能となる。
【００４９】
また、位置演算の主要な部分である位相測定を前記積和演算器を用いて処理できるので、前記位置算出手段３８に要求される処理内容はそれほど大きくなく、通常のマイクロプロセッサを用いて構成することができるメリットが得られる。
また、前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄが指向性を有し、前記指向性の方向を下方向もしくは斜め下方向もしくは水平方向に向けて、前記方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で配置する。
また、前記セルを更に複数のセクタに分け、前記セクタ毎に無線マーカを設置する。
【００５０】
また、前記移動端末１０３の受信手段３３、複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの受信手段１８、あるいはこれらの両方が、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位相測定手段３６で距離測定信号の位相あるいは方向測定信号の位相差を測定した結果から、距離測定精度あるいは方向測定精度を分析し、あるいはこれらの分析の両方を行い、前記距離測定処理、方向測定処理、あるいはこれらの両方の結果を補正しあるいは補完する。
【００５１】
また、前記移動端末の受信手段、無線マーカの受信手段、あるいはこれらの両方が、複数のアンテナ又は複数の送受波器を設けて周期的に切替え、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して距離を測定しあるいは算出した結果の内、距離を比較的に短く算出したものを選択し、平均し、荷重平均を行い、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記距離測定結果あるいは距離算出結果を補正しあるいは補完する。
また、前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、あるいはその近傍の周波数を割当て、前記複数の無線マーカから発信される無線信号の占有率を２０％以下とすることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続する。
【００５２】
前記無線マーカが単一の場合に、距離の算出結果を距離（Ｌｍ）、方向の算出結果を方向（α（Ｘ）、α（Ｙ））とすると、前記距離（Ｌｍ）と、方向（α（Ｘ）、α（Ｙ））との測定結果から、次のように、移動端末の２次元もしくは３次元の位置を求めることができる。
（１）無線マーカの複数のアンテナ２１ａ〜２１ｄが下方を向いている場合
Ｘｘ＝Ｘ０−Ｌ*Sin(α(Ｘ)) −−−−(１)
Ｙｙ＝Ｙ０−Ｌ*Sin(α(Ｙ)) −−−−(２)
Ｚｚ＝Ｚ０−Ｌ*√(１−Sin^２(α(Ｘ))−Sin^２(α(Ｙ))−−−−(３)
【００５３】
（２）無線マーカの複数のアンテナ２１ａ〜２１ｄがβ（Ｙ）傾いている場合
Ｘｘ＝Ｘ０−Ｌ*Sin(α(Ｘ)) −−−−(４)
Ｙｙ＝Ｙ０−Ｌ*Sin｛(α(Ｙ))＋(β(Ｙ))｝ −−−−(５)
Ｚｚ＝Ｚ０−Ｌ*√(１−Sin^２(α(Ｘ))−Sin^２(γ(Ｙ))−−−−(６)
ただし、γ(Ｙ)＝α(Ｙ)＋β(Ｙ) ＜ ９０°とする。
【００５４】
ここで、前記距離測定信号が１ＭＨｚの場合、距離の測定レンジが１５０ｍとなり、前記距離測定信号の位相が最大３６０°となるので、位相差を検出することによって相対距離が高精度で測定できる。
また、前記位相差の測定精度が±０．５°程度が実現できるので、相対距離の測定誤差として±１５０ｍ×（０．５／３６０°）＝±２１ｃｍ程度が実現できる。
なお、無線マーカが複数の場合には、移動端末１０３から発信される測位要求信号を含む無線信号を、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが受信すると、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替えながら、前記移動端末１０３に向けて時分割で発信することで、前記移動端末１０３の位置を高精度で測位する。
【００５５】
また、無線マーカに２基のアンテナを設けて周期的に切替えることによって、１次元もしくは２次元の位置を測位することも可能である。
また、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、擬似衛星局（スードライト）であり、前記擬似衛星局から発信される無線信号が、時間率２０％以下の短いバースト信号である場合、遠近問題が生じず、したがって、発信可能な電力を１ｍＷ程度まで高めることが可能である。
また、単一の無線マーカを利用しても、１次元〜３次元の何れかの次元の測位が可能なことから、従来の擬似衛星局４局を利用して双曲線航法により１次元〜３次元の何れかの次元の測位を行なう場合に比較して、マルチパスによる影響を軽減することができる。
【００５６】
また、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂを離散的に配置する場合、少なくとも１局の発信手段が見通せれば１次元〜３次元の何れかの次元の測位が可能となることから、経済的なシステム設計が可能となる。
また、前記セルを更に複数のセクタに分け、前記セクタ毎に無線マーカを設置することで、高精度の測位システムを実現できる。
また、前記移動端末にも方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で複数の指向性アンテナを接続し、周期的に切替ながら距離の算出、方向の算出、あるいはこれらの両方を行なうことで、マルチパスによる影響を軽減することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図１、図３は本発明の第２の形態によるセルラー式移動無線測位システムの構成図である。図１、図３に示す超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末１０３と、位置の基準となる複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂとから構成され、
【００５８】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、アンテナ切替手段１９と、受信手段１８と、起点信号生成手段３７と、発信手段１７と、測定信号再生手段３５と、位相測定手段３６と、位置算出手段３７とを有し、
前記アンテナ切替手段１９が、複数の指向性アンテナ又は複数の指向性送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替え、かつ発信手段１７又は受信手段１８の何れかに時分割で切替え、前記受信手段１８が、前記移動端末１０３から発信される測位起動要求信号を受信し、前記起点信号生成手段３７が、前記測位起動要求信号に対応して、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、
【００５９】
前記発信手段１７が、前記起点信号を含む無線信号を、前記移動端末１０３に向けて、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、バースト信号として発信し、前記受信手段１８が、前記測位要求信号に応答して前記移動端末１０３から発信される無線信号を、各セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、指向性の方向が下方向もしくは斜め下方向に向けて前記方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で配置された、複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替えながら、時分割で受信し、前記測定信号再生手段３５が、前記受信手段１８によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、前記位相測定手段３６が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、前記位置算出手段３８が、前記位相の測定結果から移動端末１０３の位置を測位し、
【００６０】
前記移動端末１０３が、少なくとも、アンテナ切替手段３２と、受信手段３３と、起点信号再生手段１６と、同期発振手段１３と、測定信号生成手段１５と、発信手段３４とを有し、
前記アンテナ切替手段３２が、アンテナ又は送受波器３１を発信手段３４又は受信手段３３の何れかに時分割で切替え、前記発信手段３４が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを生成し、前記測位起動要求信号を含む無線信号を間欠発信し、前記受信手段３３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、発信される無線信号を受信し、前記起点信号再生手段１５が、前記受信手段３３によって受信される無線信号から、前記測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
【００６１】
前記同期発振手段１３が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、前記測定信号生成手段１５が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、前記発信手段３４が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて時分割で発信し、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される起点信号と、前記移動端末１０３から発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、
【００６２】
前記移動端末１０３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、前記移動端末１０３から発信された測位起動要求信号に対応し、前記移動端末に向けて、測位要求信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、前記移動端末１０３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される測位要求信号に対応して、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて、少なくとも前記測位信号と方向測定信号とを含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、
【００６３】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの内の少なくとも１つの無線マーカにおいて、前記測位信号の位相を測定して移動端末１０３からの距離を算出し、前記少なくとも１つの無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄに対応した方向測定信号の位相差を測定して移動端末１０３が位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末１０３の１次元〜３次元の何れかの次元の位置を高精度で測位する。
なお、前記のように移動端末１０３が歩行者によって携帯される場合、移動端末１０３から前記測位起動要求信号を含む無線信号を、０．５〜５秒の間隔で間欠的に発信することによって、移動端末１０３の電流消費を低く抑えることができる。
また、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカをノードとして周辺の無線マーカとの間でアドホックネットワークを構成し、前記ノードを経由して外部の有線回線もしくは無線回線と接続し、少なくとも、前記移動端末の位置を測位するために必要な情報の交換を行なう。
【００６４】
また、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、双曲線航法によって、前記移動端末の位置を測位することができる。
また、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、かつ前記無線信号に含まれる前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方が位置する方向を測定したデータを受信して、前記移動端末の位置を測位することができる。
【００６５】
図４は、本発明の無線信号の構成例を示す図である。図４において、６１ａ〜６１ｇはシステム同期信号、６２ａ〜６２ｇはＭＡＣレイヤ、６３ａは前記移動端末１０３から間欠発信される起点信号含む測位要求信号、６３ｂは前記無線マーカ１０１ａで受信される測位要求信号、６３ｃは前記無線マーカ１０１ａに割当てられたタイムスロットから発信される距離測定信号と方向測定信号、６３ｄは移動端末１０３で受信される距離測定信号と方向測定信号、６３ｅは前記無線マーカ１０１ｂで受信される測位要求信号、６３ｆは前記無線マーカ１０１ｂに割当てられたタイムスロットから発信される距離測定信号と方向測定信号、６３ｇは移動端末１０３で受信される距離測定信号と方向測定信号、６４は前記移動端末の時間軸、６５は前記無線マーカ１０１ａの時間軸、６６は前記無線マーカ１０１ｂの時間軸である。なお、太線で囲った信号は、送信される信号を示し、その他の信号は受信される信号を示す。
【００６６】
前記システム同期信号６１ａ〜６２ｇは複数ビットのユニークワードであり、±１００ナノ秒程度の精度で前記移動端末１０３と複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂとの間の制御タイミングを合わせることができるが、この程度の精度で時間差を測って距離を求めると、距離の測定誤差が数十ｍと大きくなる問題点がある。
前記ＭＡＣレイヤ６２ａ〜６２ｇは、少なくとも、識別番号、相手先番号、報知信号、もしくはこれらの組合せから構成され、前記システム同期信号６１ａ〜６１ｇとセットになって生成される。
【００６７】
前記測位要求信号に含まれる起点信号は、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂと、移動端末１０３との間で精密な同期を確立するための信号であり、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの何れかの組合せによる信号が用いられる。
一方、前記距離測定信号と方向測定信号は、正確な距離と方向の測定を行うための信号であり、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの何れかの組合せによる信号が用いられる。
【００６８】
また、前記無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信されるＭＡＣレイヤ６２ｃ、６２ｆの継続時間を各々０．５ｍｓ程度とし、前記無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される距離測定信号と方向測定信号６３ｃ、６３ｆの継続時間を各々０．５ｍｓ程度とし、システム同期信号の継続時間を無視すると、前記無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される無線信号の継続時間は合計で１ｍｓ程度となるので、前記無線マーカが８台設置され、８タイムスロットが各々の無線マーカに割当てられると、前記８台の無線マーカの継続時間は合計で８ｍｓとなる。
【００６９】
また、前記無線マーカ１０１ａ、１０１ｂと移動端末１０３に搭載される基準発振器の周波数偏差を±０．５ｐｐｍとすると、８ｍｓの継続時間の間の周波数の変化は、起点信号の周波数を１ＭＨｚとすると、±０．５×（８／１０００）Ｈｚとなるので、同期発振器の同期保持誤差は、±３６０°×（４／１０００）＝±１．４４°となり、距離の測定誤差は、±１５０ｍ×（１．４４°／３６０°）＝±６０ｃｍとなる。
【００７０】
図５は、本発明のタイミングチャートである。図５において、７１ａは移動端末１０３から発信される起点信号、７１ｂは無線マーカ１０１ａによって再生される起点信号、７１ｃは無線マーカ１０１ｂによって再生される起点信号、７２ａは前記無線マーカ１０１ａに向けて起点信号が伝搬する伝搬経路、７２ｂは前記無線マーカ１０１ｂに向けて起点信号が伝搬する伝搬経路、７３ａは前記無線マーカ１０１ａよって再生された起点信号と同期して生成される距離測定信号、７３ｂは前記無線マーカ１０１ｂよって再生された起点信号と同期して生成される距離測定信号、７４ａは無線マーカ１０１ａから距離測定信号が伝搬する伝搬経路、７４ｂは無線マーカ１０１ｂから距離測定信号が伝搬する伝搬経路、
【００７１】
７５ａは再生された無線マーカ１０１ａからの距離測定信号、７５ｂは再生された無線マーカ１０１ｂからの距離測定信号、７６ａは第１のタイムスロットまでの時間、７６ｂは第２のタイムスロットまでの時間、７７ａは前記起点信号と無線マーカ１０１ｂから発信される距離測定信号との位相差、７７ｂは前記起点信号と無線マーカ１０１ａから発信される距離測定信号との位相差、８１ａは移動端末１の発信手段の時間軸、８３ａ、８３ｂは前移動端末１０３の受信手段の時間軸、８１ｂは前記無線マーカ１０１ａの受信手段の時間軸、８２ａは前記無線マーカ１０１ａの発信手段の時間軸、８１ｃは前記無線マーカ１０１ａの受信手段の時間軸、８２ｂは前記無線マーカ１０１ｂの発信手段の時間軸である。
【００７２】
前記移動端末１０３から発信される前記起点信号７１ａをＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記起点信号７１ａが、距離Ｌａ（ｍ）の伝搬経路７２ａを伝搬し、前記無線マーカ１０１ａによって受信され、起点信号７１ｂとして再生されると、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋２πＬａ（ｆ１／Ｃ）｝に位相が変化する。
前記再生された起点信号７１ｂと、同期確立誤差がゼロで同期した距離測定信号７３ａを生成すると、生成された測位信号７３ａは、同じくＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋２πＬａ（ｆ１／Ｃ）｝で表される。
【００７３】
前記時分割の間隔７６ａ後に、前記生成された測位信号７３ａが、前記無線マーカ１０１ａから発信され、再び、距離Ｌａ（ｍ）の伝搬経路７４ａを伝搬し、前記移動端末１０３で再生される距離測定信号７５ａは、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋４πＬａ（ｆ１／Ｃ）｝で表わされる。ここで、Ｃは光の速度とする。
そこで、前記移動端末１０３で生成された起点信号７１ａと同期しあるいは直交し、周波数が前記起点信号の整数倍のクロック信号を用い、前記再生された距離測定信号７５ａの位相を測定すると、前記移動端末１０３で生成された起点信号７１ａと前記移動端末１０３で再生された距離測定信号７５ａとの位相差７７ａが測定され、ΔΦ＝｛４πＬａ（ｆ１／Ｃ）｝となることから、Ｌａ＝｛ＣΔΦ／４πｆ１｝から、距離Ｌａ（ｍ）が算出できる。
【００７４】
図６は、本発明の同期確立誤差関数生成手段の構成図である。図６において、１１は基準発振器、１２は位相同期発振器、２７は誤差関数生成手段、５１は移相手段、５２ａ〜５２ｎは移相手段５１の切替タップ、５３は切替制御手段、５４、５５、５６は接続端子である。
前段の基準発振器１１の出力信号を位相同期発振器１２によって高い周波数に変換し、接続端子５４を介して移相手段５１に入力する。移相手段５１は、複数段のシフトレジスタ、あるいは複数段の遅延素子、あるいは複数段の遅延回路などによって構成され、各段の信号出力は切替タップ５２ａ〜５２ｎによって引き出され、切替制御手段５３によって順次切替えられ、高い周波数のクロック信号として接続端子５６から外部（同期検出手段、同期発振手段など）に出力される。
【００７５】
前記移相手段５１の各段の移相量は極力小さいことが望ましく、かつ移相量の合計は、前記クロック信号の１周期以上であることが必要である。例えば、前記クロック信号の周波数が２５６ＭＨｚであるとすると、移相手段５１の各段の移相量は４ナノ秒以下（例えば、０．４ナノ秒など）であり、かつ移相量の合計は４ナノ秒以上（例えば、６．４ナノ秒など）とする必要がある。
【００７６】
上記の移相手段５１が無い場合には、同期発振手段１３の同期確立精度は±２ナノ秒であり、起点信号の周波数を１ＭＨｚとすると、距離の測定精度は、測位レンジの１５０ｍに対して、±３０ｃｍが限界となるが、上記の移相手段５１を設け、各段に割付けられた移相量を０．４ナノ秒とし、算出した距離の平均値を求めると、測位精度を±１５ｃｍに改善することができる。
【００７７】
なお、前記移相手段５１は前記同期発振手段１３に対して同期確立誤差関数を付与することになり、複数段のタップ５２ａ〜５２ｎの各段ごとに生じる同期確立誤差の合計を同期確立誤差関数として表現すれば、同期確立誤差関数は多項式によって表現でき、しかも前記多項式は０もしくは一定値に収斂することになる。
【００７８】
図７は、本発明の同期確立誤差関数生成手段の他の構成図である。図７において、９１、９３は切替スイッチ、９２ａ〜９２ｎは複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器、９４〜９６は接続端子である。
接続端子９４に供給される前記起点信号の立上り点、立下り点、もしくはゼロ交差点のタイミングから検出されたセットあるいはリセット信号は、切替スイッチ９１によって順次切替えられ、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎを順次セットしあるいはリセットする。
【００７９】
一方、接続端子９６には位相同期発振器１２（記載せず）からクロック信号が供給され、前記セットあるいはリセット信号によるセットあるいはリセットのタイミングに同期して、前記複数組のカウンタ９２ａ〜９２ｎによって、通常、低い周波数へカウントダウンされる。
前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎによって生成された出力信号は、切替スイッチ９３により順次切替えられ、接続端子９５を経由して、前記距離測定信号生成手段１５に供給される。
【００８０】
ここで、前記位相同期発振器１２から前記同期検出手段１４に供給されるクロック信号の周波数もしくは位相と、前記再生した起点信号の周波数もしくは位相とは非相関とし、かつ／又は両者間の周波数もしくは位相の関係を前記起点信号を受信している時間内にランダムに変化させることができれば、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎの同期確立誤差の間の相関係数を低く抑えられるので、前記距離測定信号の位相を測定して距離を算出した結果から平均値を求めることで、距離測定精度を改善できるメリットが得られる。
【００８１】
言い換えれば、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎの各々に対応して、前記同期検出手段１４によって検出されるセットあるいはリセット信号の検出タイミングを変化させ、前記位相同期発振器２３から供給されるクロック信号の複数ビットの時間間隔内で、各々異なったタイミングでセットしあるいはリセットすることが出来きれば、全体として、同期確立誤差の平均値が０もしくは一定値に収斂することになり、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎを設けることによって、前記同期検出手段１４へ供給するクロック信号の周波数を比較的に低く抑えても、高精度の測位が可能となる。
【００８２】
なお、切替スイッチ９１と９３の切替タイミングは同一でなく、少なくとも、前記時分割の間隔で受発信を行うタイミングに合わせる必要がある。
また、前記複数組のカウンタを用いると、１組当たり８段程度以下のカウンタで済むことから、８組のカウンタを設けても、６４段程度のカウンタで済むことから経済的な規模となる。
また、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎの各組ごとに生じる同期確立誤差の合計を同期確立誤差関数として表現すれば、同期確立誤差関数は多項式によって表現でき、しかも前記多項式は０もしくは一定値に収斂することになる。
【００８３】
一方、従来のように、アナログ式あるいはデジタル式の遅延手段を設けて折り返す場合には、例えば、時分割で受発信する場合の間隔が２ミリ秒であり、継続時間が１ミリ秒の場合、前記起点信号の周波数が１ＭＨｚ程度であるとしても、特に、デジタル式の遅延手段の場合には、クロック信号の周波数を１００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ以上に設定する必要があるので、大規模な遅延素子が必要となる。
ただし、前記の遅延手段の入力端子と出力端子の間に切替スイッチを設け、前記起点信号を読み込む場合には前記切替スイッチを切り離し、読み込み完了後にはリング状に接続し、読み出す場合には切り離すことで、少なくとも時分割で受発信する部分の間隔２ミリ秒分に必要な遅延時間を節約することができるメリットがある。
【００８４】
以上の説明では無線信号として電波を用いる場合について述べたが、無線信号として超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を含むことができる。なお、超音波信号あるいは光信号の場合には、アンテナの代わりに送受波器を用い、また、光信号の場合には比較的に周波数が高い副搬送波信号あるいは高いチップレートの拡散符号を用いるものとする。
また、ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）方式を採用することで、比較的に高い周波数の変調信号を用いることが可能となり、直径３０ｍ以下のピコセルを構成して、近距離で高精度の１次元〜３次元の内のいずれかの次元の位置測位が可能となる。
【００８５】
また、前記移動端末の受信手段、無線マーカの受信手段、あるいはこれらの両方が、複数のアンテナ又は複数の送受波器を設けて周期的に切替え、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して距離を測定しあるいは算出した結果の内、距離を比較的に短く算出したものを選択し、平均し、荷重平均を行い、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記距離測定結果あるいは距離算出結果を補正しあるいは補完することができる。
また、前記無線マーカが擬似衛星局であり擬似ＧＰＳ信号を発信する場合、従来のＧＰＳと同様なＢＰＳＫ変調の他に任意の変調方式が用いられ、あるいはＣ／ＡコードあるいはＰコード以外にも任意のコード化が可能である。
【００８６】
また、前記ＭＡＣレイヤには、少なくとも前記発信手段の識別符号あるいは識別番号が含まれ、あるいは局情報が含まれ、あるいはテキスト情報が含まれ、あるいは時間率１％を越えない範囲で符号長を選択することができる。
また、前記無線マーカが単一のアンテナを有し、前記移動端末が複数のアンテナを搭載して周期的に切替えながら受信しあるいは発信することでも同様な効果が得られる。
また、前記セルを更に複数のセクタに分け、前記セクタ毎に無線マーカを設置することで、高精度の測位システムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は上記のように構成されているため、前記無線マーカを擬似衛星局として、屋内、屋外、あるいはこれらの両方に設置することで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスにつなぐ高精度なセルラー式移動無線測位システムが経済的な方法で実現できる。
また、前記複数の無線マーカによってピコセルを構成して物流管理に応用すると、倉庫内の物品管理がどの場所のどの棚の何段目に収納しているが正確に記録できることになり、物流管理の効率化に役立だてることができる。
【００８８】
また、前記無線マーカが、屋外あるいは屋内を問わず離散的に配置され、前記移動端末が歩行者によって携帯されると、歩行者の自律移動支援システム、あるいは歩行者ナビゲーションシステム、あるいは火災時もしくは災害時の避難・誘導システム、あるいは児童の見守りシステムなどに活用することができる他、ロボットの自律移動にも応用できる。
また、前記無線マーカを保護者が携帯し、前記移動端末を児童が携帯することによって、迷子の探索システムに応用ができる。他に忘れ物探索システム、徘徊老人探索、その他にも応用できる。
また、本発明のセルラー式移動無線測位技術は基盤技術であり、他の多くの分野での活用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明のセルラー式移動無線測位システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１によるセルラー式移動無線測位システムの構成図
【図３】本発明の実施の形態２によるセルラー式移動無線測位システムの構成図
【図４】本発明の無線信号の構成を示す図
【図５】本発明のタイミングチャート
【図６】本発明の同期確立誤差関数生成手段の構成図
【図７】本発明の同期確立誤差関数生成手段の他の構成図
【図８】従来の実施例を示す構成図
【符号の説明】
【００９０】
１ ＲＴＫ測位システム
２ 発信手段または擬似衛星局
３ 固定基準局受信手段
４ 移動基準局受信手段
５ ローバー受信手段
６ 利用者処理ユニットまたは受信手段
７ データリンク
１０１ａ、１０１ｂ セル毎もしくはセクタ毎に配置された複数の無線マーカ
２１ａ〜２１ｄ アンテナ
１０３ 移動端末
１０４ａ、１０４ｂ 複数の無線マーカと移動端末との間の距離
１０５ａ、１０５ｂ 複数の無線マーカから見た移動端末の方向
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の無線マーカと移動端末との間の、同一周波数による時分割通信によって、移動端末の１次元〜３次元の何れかの次元の位置を高精度で測位することを可能とするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の発信手段を用いて測位を行なうシステムが提案されている。（例えば、特許文献１〜３参照）
【特許文献１】特開２００５−０８３８８８号
【特許文献２】特開２００６−０２３２６１号
【特許文献３】特開２００８−１３９２９２号公報
【０００３】
図８は、特許文献１に記載されている従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」の実施例である。
図８において、１は、ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）測位を利用して利用者の測位を行うＲＴＫ測位システムである。
このＲＴＫ測位システム１は、４基のスードライト２と、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信手段５と、利用者処理ユニット６と、データリンク７とにより構成されている。ここで、スードライト２は、衛星の代わりの信号源として使用され、利用者の３次元測位を行う場合は、少なくとも４基必要であり、２次元測位を行う場合は、少なくとも３基が必要であるとされている。
【０００４】
上記のように、従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」では３次元の測位を行なうために少なくとも４基のスードライト（擬似衛星局）が必要であり、更に、利用者処理ユニット６の他に、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信機５と、データリンク７が必要であることから、システムが複雑であり、取り扱いが煩雑であり、高価となる問題点があった。
【０００５】
一方、特許文献２に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、発信手段1の指向性アンテナの方向３１に対向して受信手段２の指向性アンテナ２１ａと２１ｂを向け、発信手段１が高周波信号を発信中に指向性アンテナ２１ａと２１ｂを切替えた時に受信した高周波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせの変化をリアルタイムで検知し、当該発信手段1が位置する方向を検知し、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知するとされているが、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知する手段あるいは方法が明確にされておらず、受信手段２の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていない問題点がある。
【０００６】
また、特許文献３に記載されている従来の「移動無線局の位置を決定する測位システム、プログラムおよび位置決定方式」では、移動無線端末の位置を決定するためのより簡単でより小さな構成を実現する。移動無線局（２６０〜２８２）の位置を決定する装置（４７０、３７０、１１０、１２０）は、第１の基準無線局（２００〜２４２）の位置、第２の基準無線局（２００〜２４２）の位置、第３の基準無線局（２００〜２４２）の位置、その移動無線局とその第１の基準無線局の間の第１の相対的角度方向、その移動無線局とその第２の基準無線局の間の第２の相対的角度方向、およびその移動無線局とその第３の基準無線局の間の第３の相対的角度方向から、その移動無線局の位置を決定する手段を具えているが、前記複数の基準無線局からの相対的角度方向のみを測定して測位するものであり、高精度の測位が難しい問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、セル毎もしくはセクタ毎に配置された複数の無線マーカと、移動体に設置されあるいは移動体によって携帯される移動端末との間の、同一周波数による時分割通信によって、移動端末の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度で測位するためのセルラー式移動無線測位システムを安価に実現するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わるセルラー式移動無線測位システムは、複数の指向性アンテナを搭載して周期的に切替えながら、少なくとも、同期信号と、識別信号と、距離を測定するための距離測定信号と、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で発信する複数の無線マーカと、前記無線信号を受信して１次元〜３次元の何れかの次元の測位を行なうための移動端末とから構成され、前記距離測定信号が、前記移動端末から複数の無線マーカに向けて発信される測位要求信号に含まれる起点信号と、高精度で同期しあるいは直交する搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組み合わせであり、
【０００９】
あるいは、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、距離を測定するための距離測定信号と、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で発信する移動端末と、複数の指向性アンテナを搭載して周期的に切替えながら、前記無線信号を受信して１次元〜３次元の内の何れかの次元の測位を行なうための複数の無線マーカとから構成され、前記距離測定信号が、前記複数の無線マーカから移動端末に向けて発信される測位要求信号に含まれる起点信号と、高精度で同期しあるいは直交する搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組み合わせであり、
【００１０】
前記距離測定信号と起点信号とが、瞬時にしかも高精度で同期を確立し、前記起点信号が消滅した後も、比較的に長時間同期を維持できる同期発振手段と、高精度でしかもリアルタイムで位相の測定が可能な位相測定手段とを用い、前記複数の無線マーカの内の少なくとも１つの基地局と移動端末との距離と、お互いが位置する方向を高精度で算出することによって、１次元〜３次元の内の何れかの次元の測位を可能とするよう構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のセルラー式移動無線測位システムでは、セル毎もしくはセクタ毎に配置された複数の無線マーカと、移動体に設置されあるいは移動体によって携帯される移動端末との間の、同一周波数による時分割通信によって、移動端末の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度でしかもリアルタイムで測位するためのシステムを安価に実現できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明に係わるセルラー式移動無線測位システムは、図１、図２、および請求項１に本発明の第１の実施の形態を示すように、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末１０３と、位置の基準となる複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂとから構成され、
【００１３】
前記移動端末１０３が、少なくとも、アンテナ切替手段３２と、起点信号生成手段３７と、発信手段３４と、受信手段３３と、測定信号再生手段３５と、位相測定手段３６と、位置算出手段３８とを有し、
、
前記アンテナ切替手段３２が、アンテナ又は送受波器を発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、前記起点信号生成手段３７が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、前記発信手段３４が、前記測位要求信号を含む無線信号を前記複数の無線マーカに向けてバースト信号として発信し、
【００１４】
前記受信手段３３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される無線信号を受信し、前記測定信号再生手段３５が、前記受信手段によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、前記位相測定手段３６が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、前記位置算出手段３８が、前記位相の測定結果から自局の位置を測位し、
【００１５】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、アンテナ切替手段１９と、受信手段１８と、起点信号再生手段１６と、同期発振手段１３と、測定信号生成手段１５と、発信手段１７とを有し、
前記アンテナ切替手段１９が、複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替え、かつ発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、前記受信手段１８が、前記移動端末１０３から発信される測位要求信号を含む無線信号を受信し、前記起点信号再生手段１６が、前記受信手段によって受信される無線信号から測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
【００１６】
前記同期発振手段１３が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、前記測定信号生成手段１５が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、前記発信手段１７が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替えながら、前記移動端末に向けて時分割で発信し、
【００１７】
前記移動端末１０３から発信される起点信号と、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、前記移動端末１０３において、前記距離測定信号の位相を測定して前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの内の少なくとも１つの無線マーカからの距離を算出し、前記少なくとも１つの無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄに対応した方向測定信号の位相差を測定して前記少なくとも１つの無線マーカが位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末１０３の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度で測位する。
【００１８】
また、図１、図３、および請求項２に本発明の第２の形態を示すように、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末１０３と、セル毎もしくはセクタ毎に配置され位置の基準となる複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂとから構成され、
【００１９】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、アンテナ切替手段１９と、受信手段１８と、起点信号生成手段３７と、発信手段１７と、測定信号再生手段３５と、位相測定手段３６と、位置算出手段３７とを有し、
前記アンテナ切替手段１９が、複数の指向性アンテナ又は複数の指向性送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替え、かつ発信手段１７又は受信手段１８の何れかに時分割で切替え、前記受信手段１８が、前記移動端末１０３から発信される測位起動要求信号を受信し、前記起点信号生成手段３７が、前記測位起動要求信号に対応して、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、
【００２０】
前記発信手段１７が、前記起点信号を含む無線信号を、前記移動端末１０３に向けて、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、バースト信号として発信し、前記受信手段１８が、前記測位要求信号に応答して前記移動端末１０３から発信される無線信号を、各セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替えながら、時分割で受信し、前記測定信号再生手段３５が、前記受信手段１８によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、前記位相測定手段３６が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、前記位置算出手段３８が、前記位相の測定結果から移動端末１０３の位置を測位し、
【００２１】
前記移動端末１０３が、少なくとも、アンテナ切替手段３２と、受信手段３３と、起点信号再生手段１６と、同期発振手段１３と、測定信号生成手段１５と、発信手段３４とを有し、
前記アンテナ切替手段３２が、アンテナ又は送受波器３１を発信手段３４又は受信手段３３の何れかに時分割で切替え、前記発信手段３４が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを生成し、前記測位起動要求信号を含む無線信号を間欠発信し、前記受信手段３３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、発信される無線信号を受信し、前記起点信号再生手段１５が、前記受信手段３３によって受信される無線信号から、前記測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
【００２２】
前記同期発振手段１３が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、前記測定信号生成手段１５が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、前記発信手段３４が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて時分割で発信し、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される起点信号と、前記移動端末１０３から発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、
【００２３】
前記移動端末１０３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、前記移動端末１０３から発信された測位起動要求信号に対応し、前記移動端末に向けて、測位要求信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、前記移動端末１０３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される測位要求信号に対応して、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて、少なくとも前記測位信号と方向測定信号とを含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、
【００２４】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの内の少なくとも１つの無線マーカにおいて、前記測位信号の位相を測定して移動端末１０３からの距離を算出し、前記少なくとも１つの無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄに対応した方向測定信号の位相差を測定して移動端末１０３が位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末１０３の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度で測位する。
【００２５】
また、請求項３に示すように、前記起点信号再生手段１６もしくは測定信号再生手段３５において、前記再生する起点信号もしくは測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、群遅延歪みの少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いる遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００２６】
また、請求項４に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３が、基準発振器１１もしくは位相同期発振器によって駆動されるセットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信機１８によって受信され信号再生手段１６によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段１４によって少なくとも１６ＭＨｚ以上の周波数のクロック信号を用いて検出し、前記同期検出手段が検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段が起点信号と短時間で同期を確立し、同期を保持できる。
【００２７】
また、請求項５に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３と、前記復調されもしくは再生された起点信号との間の同期確立誤差を低減し、高精度でかつ短時間に同期を確立させるために、前記移動端末１０３、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂ、あるいはこれらの両方に同期確立誤差関数を付与し、前記同期確立誤差関数が前記同期確立誤差を限りなくゼロに近づける。
【００２８】
また、図６および請求項６に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期検出手段１４に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記位相同期発振器２３のクロック信号出力の位相をシフトさせるための複数組の移相手段５１と、前記複数組の移相手段によって各々異なった位相にシフトされた複数組のクロック信号を選択して外部に出力するためのタイミング制御手段５３とを設け、前記移相手段の移相量の合計を、前記クロック信号の一周期の間隔よりも大きく設定することによって、距離の算出精度を向上させる。
【００２９】
また、図７および請求項７に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記同期発振手段が複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎを有し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器が、前記再生された起点信号と各々異なった複数のタイミングで切替手段９１によって切替えられて同期を確立し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器から出力される出力信号を異なった複数のタイミングで選択手段９３によって選択し、前記選択された出力信号に同期しもしくは直交した単一もしくは複数の距離測定信号を生成して前記移動端末１０３あるいは複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて発信し、前記移動端末あるいは複数の無線マーカの位置算出手段３７において、前記複数のタイミングに対応して算出した距離の平均値を求めることによって、距離の算出精度を向上させる。
【００３０】
また、請求項８に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３から発信され、あるいは前記複数の無線マーカあるいは移動端末によって受信される起点信号に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替ながら、前記起点信号を発信しあるいは受信し、距離の算出精度を向上させる。
【００３１】
また、請求項９に示すように、また、前記移動端末１０３あるいは無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの位相測定手段３６が積和演算器を有し、前記積和演算器のＳｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとし、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０、もしくは１、−１、−１、１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとして積和演算する。なお、積和演算を行う際の１との乗算は前記デジタル信号と同じ値であり、−１との乗算は前記デジタル信号の補数を求めることであり、０との剰算は０であり、前記積和演算器を単純化でき、しかも高速で、リアルタイムの演算が可能となる。
【００３２】
また、請求項１０に示すように、前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄが指向性を有し、前記指向性の方向を下方向もしくは斜め下方向もしくは水平方向に向けて、前記方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で配置する。
また、請求項１１に示すように、前記セルを更に複数のセクタに分け、前記セクタ毎に無線マーカを設置する。
【００３３】
また、請求項１２に示すように、前記移動端末１０３の受信手段３３、無線マーカ１０１の受信手段１８、あるいはこれらの両方が、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位相測定手段３６で距離測定信号の位相あるいは方向測定信号の位相差を測定した結果から、距離測定精度あるいは方向測定精度を分析し、あるいはこれらの分析の両方を行い、前記距離測定処理、方向測定処理、あるいはこれらの両方の結果を補正しあるいは補完する。
【００３４】
また、請求項１３に示すように、前記移動端末の受信手段、無線マーカの受信手段、あるいはこれらの両方が、複数のアンテナ又は複数の送受波器を設けて周期的に切替え、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して距離を測定しあるいは算出した結果の内、距離を比較的に短く算出したものを選択し、平均し、荷重平均を行い、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記距離測定結果あるいは距離算出結果を補正しあるいは補完する。
また、請求項１４に示すように、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカをノードとして周辺の無線マーカとの間でアドホックネットワークを構成し、前記ノードを経由して外部の有線回線もしくは無線回線と接続し、少なくとも、前記移動端末の位置を測位するために必要な情報の交換を行なう。
また、請求項１５に示すように、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、双曲線航法によって、前記移動端末の位置を測位する。
【００３５】
また、請求項１６に示すように、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、かつ前記無線信号に含まれる前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方が位置する方向を測定したデータを受信して、前記移動端末の位置を測位する。
また、請求項１７に示すように、前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、あるいはその近傍の周波数を割当て、前記複数の無線マーカから発信される無線信号の占有率を２０％以下とすることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１、図２は本発明の第１の形態によるセルラー式移動無線測位システムの構成図である。図１、図２に示す超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末１０３と、セル毎もしくはセクタ毎に配置され位置の基準となる複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂとから構成され、
【００３７】
前記移動端末１０３が、少なくとも、アンテナ切替手段３２と、起点信号生成手段３７と、発信手段３４と、受信手段３３と、測定信号再生手段３５と、位相測定手段３６と、位置算出手段３８とを有し、
、
前記アンテナ切替手段３２が、アンテナ又は送受波器を発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、前記起点信号生成手段３７が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、前記発信手段３４が、前記測位要求信号を含む無線信号を前記複数の無線マーカに向けてバースト信号として発信し、
【００３８】
前記受信手段３３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される無線信号を受信し、前記測定信号再生手段３５が、前記受信手段によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、前記位相測定手段３６が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、前記位置算出手段３８が、前記位相の測定結果から自局の位置を測位し、
【００３９】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、アンテナ切替手段１９と、受信手段１８と、起点信号再生手段１６と、同期発振手段１３と、測定信号生成手段１５と、発信手段１７とを有し、
前記アンテナ切替手段１９が、複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替え、かつ発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、前記受信手段１８が、前記移動端末１０３から発信される測位要求信号を含む無線信号を受信し、前記起点信号再生手段１６が、前記受信手段によって受信される無線信号から測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
【００４０】
前記同期発振手段１３が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、前記測定信号生成手段１５が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、前記発信手段１７が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、指向性の方向が下方向もしくは斜め下方向に向けて前記方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で配置されれた、複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替えながら、前記移動端末に向けて時分割で発信し、
【００４１】
前記移動端末１０３から発信される起点信号と、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、前記移動端末１０３において、前記距離測定信号の位相を測定して前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの内の少なくとも１つの無線マーカからの距離を算出し、前記少なくとも１つの無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄに対応した方向測定信号の位相差を測定して前記少なくとも１つの無線マーカが位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末１０３の１次元〜３次元の何れかの次元の位置を高精度で測位する。
なお、前記１次元の位置とは、前記無線マーカと移動端末との距離、もしくは前記移動端末が位置する方向を意味する。
【００４２】
また、前記起点信号再生手段１６もしくは測定信号再生手段３５において、前記再生する起点信号もしくは測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、群遅延歪みの少ない帯域通過フイルタ（例えば、ガウシャンフイルタ）を通し、あるいは無線信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いる遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００４３】
また、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３が、基準発振器１１もしくは位相同期発振器によって駆動されるセットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信機１８によって受信され信号再生手段１６によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段１４によって少なくとも１６ＭＨｚ以上の周波数のクロック信号を用いて検出し、前記同期検出手段が検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段が起点信号と短時間で同期を確立し、同期を保持できる。
また、基準発振器１１、３９には特に高安定のものが必要であり、例えば、±０．５ｐｐｍ以内のものが用いられる。
【００４４】
また、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３と、前記復調されもしくは再生された起点信号との間の同期確立誤差を低減し、高精度でかつ短時間に同期を確立させるために、前記移動端末１０３、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂ、あるいはこれらの両方に同期確立誤差関数を付与し、前記同期確立誤差関数が前記同期確立誤差を限りなくゼロに近づける。
【００４５】
また、図６に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期検出手段１４に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記位相同期発振器２３のクロック信号出力の位相をシフトさせるための複数組の移相手段５１と、前記複数組の移相手段によって各々異なった位相にシフトされた複数組のクロック信号を選択して外部に出力するためのタイミング制御手段５３とを設け、前記移相手段の移相量の合計を、前記クロック信号の一周期の間隔よりも大きく設定することによって、距離の算出精度を向上させる。
【００４６】
また、図７に示すように、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３の同期発振手段１３に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記同期発振手段が複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎを有し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器が、前記再生された起点信号と各々異なった複数のタイミングで切替手段９１によって切替えられて同期を確立し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器から出力される出力信号を異なった複数のタイミングで選択手段９３によって選択し、前記選択された出力信号に同期しもしくは直交した単一もしくは複数の距離測定信号を生成して前記移動端末１０３あるいは複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて発信し、前記移動端末あるいは複数の無線マーカの位置算出手段３７において、前記複数のタイミングに対応して算出した距離の平均値を求めることによって、距離の算出精度を向上させる。
【００４７】
また、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂあるいは移動端末１０３から発信され、あるいは前記複数の無線マーカあるいは移動端末によって受信される起点信号に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替ながら、前記起点信号を発信しあるいは受信し、距離の算出精度を向上させる。
【００４８】
また、前記移動端末１０３あるいは無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの位相測定手段３６が積和演算器を有し、前記測位信号および方向測定信号を、例えば８ビット以上のアナログデジタル変換器によってデジタル信号に変換した後に、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとし、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０、もしくは１、−１、−１、１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとして積和演算する。なお、積和演算を行う際の１との乗算は前記デジタル信号と同じ値であり、−１との乗算は前記デジタル信号の補数を求めることであり、０との剰算は０であり、前記積和演算器を単純化でき、しかも高速で、リアルタイムの演算が可能となる。
【００４９】
また、位置演算の主要な部分である位相測定を前記積和演算器を用いて処理できるので、前記位置算出手段３８に要求される処理内容はそれほど大きくなく、通常のマイクロプロセッサを用いて構成することができるメリットが得られる。
また、前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄが指向性を有し、前記指向性の方向を下方向もしくは斜め下方向もしくは水平方向に向けて、前記方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で配置する。
また、前記セルを更に複数のセクタに分け、前記セクタ毎に無線マーカを設置する。
【００５０】
また、前記移動端末１０３の受信手段３３、複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの受信手段１８、あるいはこれらの両方が、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位相測定手段３６で距離測定信号の位相あるいは方向測定信号の位相差を測定した結果から、距離測定精度あるいは方向測定精度を分析し、あるいはこれらの分析の両方を行い、前記距離測定処理、方向測定処理、あるいはこれらの両方の結果を補正しあるいは補完する。
【００５１】
また、前記移動端末の受信手段、無線マーカの受信手段、あるいはこれらの両方が、複数のアンテナ又は複数の送受波器を設けて周期的に切替え、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して距離を測定しあるいは算出した結果の内、距離を比較的に短く算出したものを選択し、平均し、荷重平均を行い、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記距離測定結果あるいは距離算出結果を補正しあるいは補完する。
また、前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、あるいはその近傍の周波数を割当て、前記複数の無線マーカから発信される無線信号の占有率を２０％以下とすることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続する。
【００５２】
前記無線マーカが単一の場合に、距離の算出結果を距離（Ｌｍ）、方向の算出結果を方向（α（Ｘ）、α（Ｙ））とすると、前記距離（Ｌｍ）と、方向（α（Ｘ）、α（Ｙ））との測定結果から、次のように、移動端末の２次元もしくは３次元の位置を求めることができる。
（１）無線マーカの複数のアンテナ２１ａ〜２１ｄが下方を向いている場合
Ｘｘ＝Ｘ０−Ｌ*Sin(α(Ｘ)) −−−−(１)
Ｙｙ＝Ｙ０−Ｌ*Sin(α(Ｙ)) −−−−(２)
Ｚｚ＝Ｚ０−Ｌ*√(１−Sin^２(α(Ｘ))−Sin^２(α(Ｙ))−−−−(３)
【００５３】
（２）無線マーカの複数のアンテナ２１ａ〜２１ｄがβ（Ｙ）傾いている場合
Ｘｘ＝Ｘ０−Ｌ*Sin(α(Ｘ)) −−−−(４)
Ｙｙ＝Ｙ０−Ｌ*Sin｛(α(Ｙ))＋(β(Ｙ))｝ −−−−(５)
Ｚｚ＝Ｚ０−Ｌ*√(１−Sin^２(α(Ｘ))−Sin^２(γ(Ｙ))−−−−(６)
ただし、γ(Ｙ)＝α(Ｙ)＋β(Ｙ) ＜ ９０°とする。
【００５４】
ここで、前記距離測定信号が１ＭＨｚの場合、距離の測定レンジが１５０ｍとなり、前記距離測定信号の位相が最大３６０°となるので、位相差を検出することによって相対距離が高精度で測定できる。
また、前記位相差の測定精度が±０．５°程度が実現できるので、相対距離の測定誤差として±１５０ｍ×（０．５／３６０°）＝±２１ｃｍ程度が実現できる。
なお、無線マーカが複数の場合には、移動端末１０３から発信される測位要求信号を含む無線信号を、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが受信すると、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替えながら、前記移動端末１０３に向けて時分割で発信することで、前記移動端末１０３の位置を高精度で測位する。
【００５５】
また、無線マーカに２基のアンテナを設けて周期的に切替えることによって、１次元もしくは２次元の位置を測位することも可能である。
また、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、擬似衛星局（スードライト）であり、前記擬似衛星局から発信される無線信号が、時間率２０％以下の短いバースト信号である場合、遠近問題が生じず、したがって、発信可能な電力を１ｍＷ程度まで高めることが可能である。
また、単一の無線マーカを利用しても、１次元〜３次元の何れかの次元の測位が可能なことから、従来の擬似衛星局４局を利用して双曲線航法により１次元〜３次元の何れかの次元の測位を行なう場合に比較して、マルチパスによる影響を軽減することができる。
【００５６】
また、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂを離散的に配置する場合、少なくとも１局の発信手段が見通せれば１次元〜３次元の何れかの次元の測位が可能となることから、経済的なシステム設計が可能となる。
また、前記セルを更に複数のセクタに分け、前記セクタ毎に無線マーカを設置することで、高精度の測位システムを実現できる。
また、前記移動端末にも方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で複数の指向性アンテナを接続し、周期的に切替ながら距離の算出、方向の算出、あるいはこれらの両方を行なうことで、マルチパスによる影響を軽減することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図１、図３は本発明の第２の形態によるセルラー式移動無線測位システムの構成図である。図１、図３に示す超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末１０３と、位置の基準となる複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂとから構成され、
【００５８】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、アンテナ切替手段１９と、受信手段１８と、起点信号生成手段３７と、発信手段１７と、測定信号再生手段３５と、位相測定手段３６と、位置算出手段３７とを有し、
前記アンテナ切替手段１９が、複数の指向性アンテナ又は複数の指向性送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替え、かつ発信手段１７又は受信手段１８の何れかに時分割で切替え、前記受信手段１８が、前記移動端末１０３から発信される測位起動要求信号を受信し、前記起点信号生成手段３７が、前記測位起動要求信号に対応して、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、
【００５９】
前記発信手段１７が、前記起点信号を含む無線信号を、前記移動端末１０３に向けて、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、バースト信号として発信し、前記受信手段１８が、前記測位要求信号に応答して前記移動端末１０３から発信される無線信号を、各セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、指向性の方向が下方向もしくは斜め下方向に向けて前記方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で配置された、複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄを周期的に切替えながら、時分割で受信し、前記測定信号再生手段３５が、前記受信手段１８によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、前記位相測定手段３６が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、前記位置算出手段３８が、前記位相の測定結果から移動端末１０３の位置を測位し、
【００６０】
前記移動端末１０３が、少なくとも、アンテナ切替手段３２と、受信手段３３と、起点信号再生手段１６と、同期発振手段１３と、測定信号生成手段１５と、発信手段３４とを有し、
前記アンテナ切替手段３２が、アンテナ又は送受波器３１を発信手段３４又は受信手段３３の何れかに時分割で切替え、前記発信手段３４が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを生成し、前記測位起動要求信号を含む無線信号を間欠発信し、前記受信手段３３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、発信される無線信号を受信し、前記起点信号再生手段１５が、前記受信手段３３によって受信される無線信号から、前記測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
【００６１】
前記同期発振手段１３が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、前記測定信号生成手段１５が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、前記発信手段３４が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて時分割で発信し、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される起点信号と、前記移動端末１０３から発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、
【００６２】
前記移動端末１０３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂが、前記移動端末１０３から発信された測位起動要求信号に対応し、前記移動端末に向けて、測位要求信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、前記移動端末１０３が、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される測位要求信号に対応して、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂに向けて、少なくとも前記測位信号と方向測定信号とを含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、
【００６３】
前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂの内の少なくとも１つの無線マーカにおいて、前記測位信号の位相を測定して移動端末１０３からの距離を算出し、前記少なくとも１つの無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器２１ａ〜２１ｄに対応した方向測定信号の位相差を測定して移動端末１０３が位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末１０３の１次元〜３次元の何れかの次元の位置を高精度で測位する。
なお、前記のように移動端末１０３が歩行者によって携帯される場合、移動端末１０３から前記測位起動要求信号を含む無線信号を、０．５〜５秒の間隔で間欠的に発信することによって、移動端末１０３の電流消費を低く抑えることができる。
また、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカをノードとして周辺の無線マーカとの間でアドホックネットワークを構成し、前記ノードを経由して外部の有線回線もしくは無線回線と接続し、少なくとも、前記移動端末の位置を測位するために必要な情報の交換を行なう。
【００６４】
また、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、双曲線航法によって、前記移動端末の位置を測位することができる。
また、前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、かつ前記無線信号に含まれる前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方が位置する方向を測定したデータを受信して、前記移動端末の位置を測位することができる。
【００６５】
図４は、本発明の無線信号の構成例を示す図である。図４において、６１ａ〜６１ｇはシステム同期信号、６２ａ〜６２ｇはＭＡＣレイヤ、６３ａは前記移動端末１０３から間欠発信される起点信号含む測位要求信号、６３ｂは前記無線マーカ１０１ａで受信される測位要求信号、６３ｃは前記無線マーカ１０１ａに割当てられたタイムスロットから発信される距離測定信号と方向測定信号、６３ｄは移動端末１０３で受信される距離測定信号と方向測定信号、６３ｅは前記無線マーカ１０１ｂで受信される測位要求信号、６３ｆは前記無線マーカ１０１ｂに割当てられたタイムスロットから発信される距離測定信号と方向測定信号、６３ｇは移動端末１０３で受信される距離測定信号と方向測定信号、６４は前記移動端末の時間軸、６５は前記無線マーカ１０１ａの時間軸、６６は前記無線マーカ１０１ｂの時間軸である。なお、太線で囲った信号は、送信される信号を示し、その他の信号は受信される信号を示す。
【００６６】
前記システム同期信号６１ａ〜６２ｇは複数ビットのユニークワードであり、±１００ナノ秒程度の精度で前記移動端末１０３と複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂとの間の制御タイミングを合わせることができるが、この程度の精度で時間差を測って距離を求めると、距離の測定誤差が数十ｍと大きくなる問題点がある。
前記ＭＡＣレイヤ６２ａ〜６２ｇは、少なくとも、識別番号、相手先番号、報知信号、もしくはこれらの組合せから構成され、前記システム同期信号６１ａ〜６１ｇとセットになって生成される。
【００６７】
前記測位要求信号に含まれる起点信号は、前記複数の無線マーカ１０１ａ、１０１ｂと、移動端末１０３との間で精密な同期を確立するための信号であり、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの何れかの組合せによる信号が用いられる。
一方、前記距離測定信号と方向測定信号は、正確な距離と方向の測定を行うための信号であり、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの何れかの組合せによる信号が用いられる。
【００６８】
また、前記無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信されるＭＡＣレイヤ６２ｃ、６２ｆの継続時間を各々０．５ｍｓ程度とし、前記無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される距離測定信号と方向測定信号６３ｃ、６３ｆの継続時間を各々０．５ｍｓ程度とし、システム同期信号の継続時間を無視すると、前記無線マーカ１０１ａ、１０１ｂから発信される無線信号の継続時間は合計で１ｍｓ程度となるので、前記無線マーカが８台設置され、８タイムスロットが各々の無線マーカに割当てられると、前記８台の無線マーカの継続時間は合計で８ｍｓとなる。
【００６９】
また、前記無線マーカ１０１ａ、１０１ｂと移動端末１０３に搭載される基準発振器の周波数偏差を±０．５ｐｐｍとすると、８ｍｓの継続時間の間の周波数の変化は、起点信号の周波数を１ＭＨｚとすると、±０．５×（８／１０００）Ｈｚとなるので、同期発振器の同期保持誤差は、±３６０°×（４／１０００）＝±１．４４°となり、距離の測定誤差は、±１５０ｍ×（１．４４°／３６０°）＝±６０ｃｍとなる。
【００７０】
図５は、本発明のタイミングチャートである。図５において、７１ａは移動端末１０３から発信される起点信号、７１ｂは無線マーカ１０１ａによって再生される起点信号、７１ｃは無線マーカ１０１ｂによって再生される起点信号、７２ａは前記無線マーカ１０１ａに向けて起点信号が伝搬する伝搬経路、７２ｂは前記無線マーカ１０１ｂに向けて起点信号が伝搬する伝搬経路、７３ａは前記無線マーカ１０１ａよって再生された起点信号と同期して生成される距離測定信号、７３ｂは前記無線マーカ１０１ｂよって再生された起点信号と同期して生成される距離測定信号、７４ａは無線マーカ１０１ａから距離測定信号が伝搬する伝搬経路、７４ｂは無線マーカ１０１ｂから距離測定信号が伝搬する伝搬経路、
【００７１】
７５ａは再生された無線マーカ１０１ａからの距離測定信号、７５ｂは再生された無線マーカ１０１ｂからの距離測定信号、７６ａは第１のタイムスロットまでの時間、７６ｂは第２のタイムスロットまでの時間、７７ａは前記起点信号と無線マーカ１０１ｂから発信される距離測定信号との位相差、７７ｂは前記起点信号と無線マーカ１０１ａから発信される距離測定信号との位相差、８１ａは移動端末１の発信手段の時間軸、８３ａ、８３ｂは前移動端末１０３の受信手段の時間軸、８１ｂは前記無線マーカ１０１ａの受信手段の時間軸、８２ａは前記無線マーカ１０１ａの発信手段の時間軸、８１ｃは前記無線マーカ１０１ａの受信手段の時間軸、８２ｂは前記無線マーカ１０１ｂの発信手段の時間軸である。
【００７２】
前記移動端末１０３から発信される前記起点信号７１ａをＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記起点信号７１ａが、距離Ｌａ（ｍ）の伝搬経路７２ａを伝搬し、前記無線マーカ１０１ａによって受信され、起点信号７１ｂとして再生されると、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋２πＬａ（ｆ１／Ｃ）｝に位相が変化する。
前記再生された起点信号７１ｂと、同期確立誤差がゼロで同期した距離測定信号７３ａを生成すると、生成された測位信号７３ａは、同じくＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋２πＬａ（ｆ１／Ｃ）｝で表される。
【００７３】
前記時分割の間隔７６ａ後に、前記生成された測位信号７３ａが、前記無線マーカ１０１ａから発信され、再び、距離Ｌａ（ｍ）の伝搬経路７４ａを伝搬し、前記移動端末１０３で再生される距離測定信号７５ａは、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋４πＬａ（ｆ１／Ｃ）｝で表わされる。ここで、Ｃは光の速度とする。
そこで、前記移動端末１０３で生成された起点信号７１ａと同期しあるいは直交し、周波数が前記起点信号の整数倍のクロック信号を用い、前記再生された距離測定信号７５ａの位相を測定すると、前記移動端末１０３で生成された起点信号７１ａと前記移動端末１０３で再生された距離測定信号７５ａとの位相差７７ａが測定され、ΔΦ＝｛４πＬａ（ｆ１／Ｃ）｝となることから、Ｌａ＝｛ＣΔΦ／４πｆ１｝から、距離Ｌａ（ｍ）が算出できる。
【００７４】
図６は、本発明の同期確立誤差関数生成手段の構成図である。図６において、１１は基準発振器、１２は位相同期発振器、２７は誤差関数生成手段、５１は移相手段、５２ａ〜５２ｎは移相手段５１の切替タップ、５３は切替制御手段、５４、５５、５６は接続端子である。
前段の基準発振器１１の出力信号を位相同期発振器１２によって高い周波数に変換し、接続端子５４を介して移相手段５１に入力する。移相手段５１は、複数段のシフトレジスタ、あるいは複数段の遅延素子、あるいは複数段の遅延回路などによって構成され、各段の信号出力は切替タップ５２ａ〜５２ｎによって引き出され、切替制御手段５３によって順次切替えられ、高い周波数のクロック信号として接続端子５６から外部（同期検出手段、同期発振手段など）に出力される。
【００７５】
前記移相手段５１の各段の移相量は極力小さいことが望ましく、かつ移相量の合計は、前記クロック信号の１周期以上であることが必要である。例えば、前記クロック信号の周波数が２５６ＭＨｚであるとすると、移相手段５１の各段の移相量は４ナノ秒以下（例えば、０．４ナノ秒など）であり、かつ移相量の合計は４ナノ秒以上（例えば、６．４ナノ秒など）とする必要がある。
【００７６】
上記の移相手段５１が無い場合には、同期発振手段１３の同期確立精度は±２ナノ秒であり、起点信号の周波数を１ＭＨｚとすると、距離の測定精度は、測位レンジの１５０ｍに対して、±３０ｃｍが限界となるが、上記の移相手段５１を設け、各段に割付けられた移相量を０．４ナノ秒とし、算出した距離の平均値を求めると、測位精度を±１５ｃｍに改善することができる。
【００７７】
なお、前記移相手段５１は前記同期発振手段１３に対して同期確立誤差関数を付与することになり、複数段のタップ５２ａ〜５２ｎの各段ごとに生じる同期確立誤差の合計を同期確立誤差関数として表現すれば、同期確立誤差関数は多項式によって表現でき、しかも前記多項式は０もしくは一定値に収斂することになる。
【００７８】
図７は、本発明の同期確立誤差関数生成手段の他の構成図である。図７において、９１、９３は切替スイッチ、９２ａ〜９２ｎは複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器、９４〜９６は接続端子である。
接続端子９４に供給される前記起点信号の立上り点、立下り点、もしくはゼロ交差点のタイミングから検出されたセットあるいはリセット信号は、切替スイッチ９１によって順次切替えられ、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎを順次セットしあるいはリセットする。
【００７９】
一方、接続端子９６には位相同期発振器１２（記載せず）からクロック信号が供給され、前記セットあるいはリセット信号によるセットあるいはリセットのタイミングに同期して、前記複数組のカウンタ９２ａ〜９２ｎによって、通常、低い周波数へカウントダウンされる。
前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎによって生成された出力信号は、切替スイッチ９３により順次切替えられ、接続端子９５を経由して、前記距離測定信号生成手段１５に供給される。
【００８０】
ここで、前記位相同期発振器１２から前記同期検出手段１４に供給されるクロック信号の周波数もしくは位相と、前記再生した起点信号の周波数もしくは位相とは非相関とし、かつ／又は両者間の周波数もしくは位相の関係を前記起点信号を受信している時間内にランダムに変化させることができれば、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎの同期確立誤差の間の相関係数を低く抑えられるので、前記距離測定信号の位相を測定して距離を算出した結果から平均値を求めることで、距離測定精度を改善できるメリットが得られる。
【００８１】
言い換えれば、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎの各々に対応して、前記同期検出手段１４によって検出されるセットあるいはリセット信号の検出タイミングを変化させ、前記位相同期発振器２３から供給されるクロック信号の複数ビットの時間間隔内で、各々異なったタイミングでセットしあるいはリセットすることが出来きれば、全体として、同期確立誤差の平均値が０もしくは一定値に収斂することになり、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎを設けることによって、前記同期検出手段１４へ供給するクロック信号の周波数を比較的に低く抑えても、高精度の測位が可能となる。
【００８２】
なお、切替スイッチ９１と９３の切替タイミングは同一でなく、少なくとも、前記時分割の間隔で受発信を行うタイミングに合わせる必要がある。
また、前記複数組のカウンタを用いると、１組当たり８段程度以下のカウンタで済むことから、８組のカウンタを設けても、６４段程度のカウンタで済むことから経済的な規模となる。
また、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎの各組ごとに生じる同期確立誤差の合計を同期確立誤差関数として表現すれば、同期確立誤差関数は多項式によって表現でき、しかも前記多項式は０もしくは一定値に収斂することになる。
【００８３】
一方、従来のように、アナログ式あるいはデジタル式の遅延手段を設けて折り返す場合には、例えば、時分割で受発信する場合の間隔が２ミリ秒であり、継続時間が１ミリ秒の場合、前記起点信号の周波数が１ＭＨｚ程度であるとしても、特に、デジタル式の遅延手段の場合には、クロック信号の周波数を１００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ以上に設定する必要があるので、大規模な遅延素子が必要となる。
ただし、前記の遅延手段の入力端子と出力端子の間に切替スイッチを設け、前記起点信号を読み込む場合には前記切替スイッチを切り離し、読み込み完了後にはリング状に接続し、読み出す場合には切り離すことで、少なくとも時分割で受発信する部分の間隔２ミリ秒分に必要な遅延時間を節約することができるメリットがある。
【００８４】
以上の説明では無線信号として電波を用いる場合について述べたが、無線信号として超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を含むことができる。なお、超音波信号あるいは光信号の場合には、アンテナの代わりに送受波器を用い、また、光信号の場合には比較的に周波数が高い副搬送波信号あるいは高いチップレートの拡散符号を用いるものとする。
また、ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）方式を採用することで、比較的に高い周波数の変調信号を用いることが可能となり、直径３０ｍ以下のピコセルを構成して、近距離で高精度の１次元〜３次元の内のいずれかの次元の位置測位が可能となる。
【００８５】
また、前記移動端末の受信手段、無線マーカの受信手段、あるいはこれらの両方が、複数のアンテナ又は複数の送受波器を設けて周期的に切替え、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して距離を測定しあるいは算出した結果の内、距離を比較的に短く算出したものを選択し、平均し、荷重平均を行い、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記距離測定結果あるいは距離算出結果を補正しあるいは補完することができる。
また、前記無線マーカが擬似衛星局であり擬似ＧＰＳ信号を発信する場合、従来のＧＰＳと同様なＢＰＳＫ変調の他に任意の変調方式が用いられ、あるいはＣ／ＡコードあるいはＰコード以外にも任意のコード化が可能である。
【００８６】
また、前記ＭＡＣレイヤには、少なくとも前記発信手段の識別符号あるいは識別番号が含まれ、あるいは局情報が含まれ、あるいはテキスト情報が含まれ、あるいは時間率１％を越えない範囲で符号長を選択することができる。
また、前記無線マーカが単一のアンテナを有し、前記移動端末が複数のアンテナを搭載して周期的に切替えながら受信しあるいは発信することでも同様な効果が得られる。
また、前記セルを更に複数のセクタに分け、前記セクタ毎に無線マーカを設置することで、高精度の測位システムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は上記のように構成されているため、前記無線マーカを擬似衛星局として、屋内、屋外、あるいはこれらの両方に設置することで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスにつなぐ高精度なセルラー式移動無線測位システムが経済的な方法で実現できる。
また、前記複数の無線マーカによってピコセルを構成して物流管理に応用すると、倉庫内の物品管理がどの場所のどの棚の何段目に収納しているが正確に記録できることになり、物流管理の効率化に役立だてることができる。
【００８８】
また、前記無線マーカが、屋外あるいは屋内を問わず離散的に配置され、前記移動端末が歩行者によって携帯されると、歩行者の自律移動支援システム、あるいは歩行者ナビゲーションシステム、あるいは火災時もしくは災害時の避難・誘導システム、あるいは児童の見守りシステムなどに活用することができる他、ロボットの自律移動にも応用できる。
また、前記無線マーカを保護者が携帯し、前記移動端末を児童が携帯することによって、迷子の探索システムに応用ができる。他に忘れ物探索システム、徘徊老人探索、その他にも応用できる。
また、本発明のセルラー式移動無線測位技術は基盤技術であり、他の多くの分野での活用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明のセルラー式移動無線測位システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１によるセルラー式移動無線測位システムの構成図
【図３】本発明の実施の形態２によるセルラー式移動無線測位システムの構成図
【図４】本発明の無線信号の構成を示す図
【図５】本発明のタイミングチャート
【図６】本発明の同期確立誤差関数生成手段の構成図
【図７】本発明の同期確立誤差関数生成手段の他の構成図
【図８】従来の実施例を示す構成図
【符号の説明】
【００９０】
１ ＲＴＫ測位システム
２ 発信手段または擬似衛星局
３ 固定基準局受信手段
４ 移動基準局受信手段
５ ローバー受信手段
６ 利用者処理ユニットまたは受信手段
７ データリンク
１０１ａ、１０１ｂ セル毎もしくはセクタ毎に配置された複数の無線マーカ
２１ａ〜２１ｄ アンテナ
１０３ 移動端末
１０４ａ、１０４ｂ 複数の無線マーカと移動端末との間の距離
１０５ａ、１０５ｂ 複数の無線マーカから見た移動端末の方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、
前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末と、セル毎に配置され位置の基準となる複数の無線マーカと
から構成され、
前記移動端末が、少なくとも、
アンテナ切替手段と、起点信号生成手段と、発信手段と、受信手段と、測定信号再生手段と、位相測定手段と、位置算出手段と
を有し、
前記アンテナ切替手段が、アンテナ又は送受波器を発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、
前記起点信号生成手段が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、
前記発信手段が、前記測位要求信号を含む無線信号を前記複数の無線マーカに向けてバースト信号として発信し、
前記受信手段が、前記複数の無線マーカから発信される無線信号を受信し、
前記測定信号再生手段が、前記受信手段によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、
前記位相測定手段が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、
前記位置算出手段が、前記位相の測定結果から自局の位置を測位し、
前記複数の無線マーカが、少なくとも、
アンテナ切替手段と、受信手段と、起点信号再生手段と、同期発振手段と、測定信号生成手段と、発信手段と
を有し、
前記アンテナ切替手段が、複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替え、かつ発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、
前記受信手段が、前記移動端末から発信される測位要求信号を含む無線信号を受信し、
前記起点信号再生手段が、前記受信手段によって受信される無線信号から測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
前記同期発振手段が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、
前記測定信号生成手段が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、
前記発信手段が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替えながら、前記移動端末に向けて時分割で発信し、
前記移動端末から発信される起点信号と、前記複数の無線マーカから発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、
前記移動端末において、前記距離測定信号の位相を測定して少なくとも１つの無線マーカからの距離を算出し、前記少なくとも１つの無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応した方向測定信号の位相差を測定して前記少なくとも１つの無線マーカが位置する方向を算出し、
前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度で測位する
ことを特徴とするセルラー式移動無線測位システム。
【請求項２】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、
前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末と、セル毎に配置され位置の基準となる複数の無線マーカと
から構成され、
前記複数の無線マーカが、少なくとも、
アンテナ切替手段と、受信手段と、起点信号生成手段と、発信手段と、測定信号再生手段と、位相測定手段と、位置算出手段と
を有し、
前記アンテナ切替手段が、複数の指向性アンテナ又は複数の指向性送受波器を周期的に切替え、かつ発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、
前記受信手段が、前記移動端末から発信される測位起動要求信号を受信し、
前記起点信号生成手段が、前記測位起動要求信号に対応して、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、
前記発信手段が、前記起点信号を含む無線信号を、前記移動端末に向けて、セル毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、バースト信号として発信し、
前記受信手段が、前記測位要求信号に応答して前記移動端末から発信される無線信号を、セル毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替えながら、時分割で受信し、
前記測定信号再生手段が、前記受信手段によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、
前記位相測定手段が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、
前記位置算出手段が、前記位相の測定結果から移動端末の位置を測位し、
前記移動端末が、少なくとも、
アンテナ切替手段と、受信手段と、測位起動要求信号生成手段と、起点信号再生手段と、同期発振手段と、測定信号生成手段と、発信手段と
を有し、
前記アンテナ切替手段が、アンテナ又は送受波器を発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、
前記測位起動要求信号生成手段が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを生成し、
前記発信手段が、前記測位起動要求信号を含む無線信号を間欠発信し、
前記受信手段が、前記複数の無線マーカからセル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、発信される無線信号を受信し、
前記起点信号再生手段が、前記受信手段によって受信される無線信号から、測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
前記同期発振手段が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、
前記測定信号生成手段が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、
前記発信手段が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、前記複数の無線マーカに向けて時分割で発信し、
前記複数の無線マーカから発信される起点信号と、前記移動端末から発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、
前記移動端末が、前記複数の無線マーカに向けて、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、
前記複数の無線マーカが、前記移動端末から発信された測位起動要求信号に対応し、前記移動端末に向けて、測位要求信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、
前記移動端末が、前記複数の無線マーカから発信される測位要求信号に対応して、前記複数の無線マーカに向けて、少なくとも前記測位信号と方向測定信号とを含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、
前記複数の無線マーカにおいて、前記測位信号の位相を測定して移動端末からの距離を算出し、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応した方向測定信号の位相差を測定して移動端末が位置する方向を算出し、
前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度で測位する
ことを特徴とするセルラー式移動無線測位システム。
【請求項３】
前記起点信号再生手段もしくは測定信号再生手段において、前記再生する起点信号もしくは測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、群遅延歪みの少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いる遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項４】
前記複数の無線マーカあるいは移動端末の同期発振手段が、基準発振器もしくは位相同期発振器によって駆動されるセットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信機によって受信され信号再生手段によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段によって少なくとも１６ＭＨｚ以上の周波数のクロック信号を用いて検出し、前記同期検出手段が検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段が起点信号と短時間で同期を確立し、同期を保持できることを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項５】
前記複数の無線マーカあるいは移動端末の同期発振手段と、前記復調されもしくは再生された起点信号との間の同期確立誤差を低減し、高精度でかつ短時間に同期を確立させるために、前記移動端末、前記複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方に同期確立誤差関数を付与し、前記同期確立誤差関数が前記同期確立誤差を限りなくゼロに近づける特性を有することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項６】
前記複数の無線マーカあるいは移動端末の同期検出手段に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記位相同期発振器のクロック信号出力の位相をシフトさせるための複数組の移相手段と、前記複数組の移相手段によって各々異なった位相にシフトされた複数組のクロック信号を選択して外部に出力するためのタイミング制御手段とを設け、前記移相手段の移相量の合計を、前記クロック信号の一周期の間隔よりも大きく設定することによって、距離の算出精度を向上させることを特徴とする請求項第５項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項７】
前記複数の無線マーカあるいは移動端末の同期発振手段に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記同期発振手段が複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器を有し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器が、前記再生された起点信号と各々異なった複数のタイミングで切替手段によって切替えられて同期を確立し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器から出力される出力信号を異なった複数のタイミングで選択手段によって選択し、前記選択された出力信号に同期しもしくは直交した単一もしくは複数の距離測定信号を生成して前記移動端末あるいは複数の無線マーカに向けて発信し、前記移動端末あるいは複数の無線マーカの信号処理手段において、前記複数のタイミングに対応して算出した距離の平均値を求めることによって、距離の算出精度を向上させることを特徴とする請求項第５項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項８】
前記複数の無線マーカあるいは移動端末から発信され、あるいは前記複数の無線マーカあるいは移動端末によって受信される起点信号に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替ながら、前記起点信号を発信しあるいは受信し、距離の算出精度を向上させることを特徴とする請求項第５項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項９】
前記移動端末あるいは複数の無線マーカの位相測定手段が積和演算器を有し、前記積和演算器のＳｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとし、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０、もしくは１、−１、−１、１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとして積和演算する。なお、積和演算を行う際の１との乗算は前記デジタル信号と同じ値であり、−１との乗算は前記デジタル信号の補数を求めることであり、０との剰算は０であり、前記積和演算器を単純化でき、しかも高速で、リアルタイムの演算が可能となることを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１０】
前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器が指向性を有し、前記指向性の方向を下方向もしくは斜め下方向もしくは水平方向に向けて、前記方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で配置することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１１】
前記セルを更に複数のセクタに分け、前記セクタ毎に無線マーカを設置することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１２】
前記移動端末の受信手段、無線マーカの受信手段、あるいはこれらの両方が、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位相測定手段で距離測定信号の位相あるいは方向測定信号の位相差を測定した結果から距離測定精度あるいは方向測定精度を分析し、あるいはこれらの分析の両方を行い、前記距離測定処理、方向測定処理、あるいはこれらの両方の結果を補正しあるいは補完することを特徴とする請求項第１項から第１１項までのいずれかに該当するセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１３】
前記移動端末の受信手段、無線マーカの受信手段、あるいはこれらの両方が、複数のアンテナ又は複数の送受波器を設けて周期的に切替え、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して距離を測定しあるいは算出した結果の内、距離を比較的に短く算出したものを選択し、平均し、荷重平均を行い、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記距離測定結果あるいは距離算出結果を補正しあるいは補完することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１４】
前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記複数の無線マーカとの間でアドホックネットワークを構成し、前記ノードを経由して外部の有線回線もしくは無線回線と接続し、少なくとも、前記移動端末の位置を測位するために必要な情報の交換を行なうことを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１５】
前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、双曲線航法によって、前記移動端末の位置を測位することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１６】
前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、かつ前記無線信号に含まれる前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方が位置する方向を測定したデータを受信して、前記移動端末の位置を測位することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１７】
前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、あるいはその近傍の周波数を割当て、前記複数の無線マーカから発信される無線信号の占有率を２０％以下とすることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、
前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末と、セル毎に配置され位置の基準となる複数の無線マーカと
から構成され、
前記移動端末が、少なくとも、
アンテナ切替手段と、起点信号生成手段と、発信手段と、受信手段と、測定信号再生手段と、位相測定手段と、位置算出手段と
を有し、
前記アンテナ切替手段が、アンテナ又は送受波器を発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、
前記起点信号生成手段が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、
前記発信手段が、前記測位要求信号を含む無線信号を前記複数の無線マーカに向けてバースト信号として発信し、
前記受信手段が、前記複数の無線マーカから発信される無線信号を受信し、
前記測定信号再生手段が、前記受信手段によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、
前記位相測定手段が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、
前記位置算出手段が、前記位相の測定結果から自局の位置を測位し、
前記複数の無線マーカが、少なくとも、
アンテナ切替手段と、受信手段と、起点信号再生手段と、同期発振手段と、測定信号生成手段と、発信手段と
を有し、
前記アンテナ切替手段が、複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替え、かつ発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、
前記受信手段が、前記移動端末から発信される測位要求信号を含む無線信号を受信し、
前記起点信号再生手段が、前記受信手段によって受信される無線信号から測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
前記同期発振手段が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、
前記測定信号生成手段が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、
前記発信手段が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替えながら、前記移動端末に向けて時分割で発信し、
前記移動端末から発信される起点信号と、前記複数の無線マーカから発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、
前記移動端末において、前記距離測定信号の位相を測定して少なくとも１つの無線マーカからの距離を算出し、前記少なくとも１つの無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応した方向測定信号の位相差を測定して前記少なくとも１つの無線マーカが位置する方向を算出し、
前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度で測位する
ことを特徴とするセルラー式移動無線測位システム。
【請求項２】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いるセルラー式移動無線測位システムにおいて、
前記無線信号を移動しながら時分割で発信し受信するための移動端末と、セル毎に配置され位置の基準となる複数の無線マーカと
から構成され、
前記複数の無線マーカが、少なくとも、
アンテナ切替手段と、受信手段と、起点信号生成手段と、発信手段と、測定信号再生手段と、位相測定手段と、位置算出手段と
を有し、
前記アンテナ切替手段が、複数の指向性アンテナ又は複数の指向性送受波器を周期的に切替え、かつ発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、
前記受信手段が、前記移動端末から発信される測位起動要求信号を受信し、
前記起点信号生成手段が、前記測位起動要求信号に対応して、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む測位要求信号とを生成し、
前記発信手段が、前記起点信号を含む無線信号を、前記移動端末に向けて、セル毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、バースト信号として発信し、
前記受信手段が、前記測位要求信号に応答して前記移動端末から発信される無線信号を、セル毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替えながら、時分割で受信し、
前記測定信号再生手段が、前記受信手段によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生し、
前記位相測定手段が、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定し、
前記位置算出手段が、前記位相の測定結果から移動端末の位置を測位し、
前記移動端末が、少なくとも、
アンテナ切替手段と、受信手段と、測位起動要求信号生成手段と、起点信号再生手段と、同期発振手段と、測定信号生成手段と、発信手段と
を有し、
前記アンテナ切替手段が、アンテナ又は送受波器を発信手段又は受信手段の何れかに時分割で切替え、
前記測位起動要求信号生成手段が、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを生成し、
前記発信手段が、前記測位起動要求信号を含む無線信号を間欠発信し、
前記受信手段が、前記複数の無線マーカからセル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、発信される無線信号を受信し、
前記起点信号再生手段が、前記受信手段によって受信される無線信号から、測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、
前記同期発振手段が、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立して同期を保持し、
前記測定信号生成手段が、前記同期発振手段の出力と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成し、
前記発信手段が、前記距離測定信号と方向測定信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、前記複数の無線マーカに向けて時分割で発信し、
前記複数の無線マーカから発信される起点信号と、前記移動端末から発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、
前記移動端末が、前記複数の無線マーカに向けて、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、測位起動要求信号とを含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、
前記複数の無線マーカが、前記移動端末から発信された測位起動要求信号に対応し、前記移動端末に向けて、測位要求信号を含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、
前記移動端末が、前記複数の無線マーカから発信される測位要求信号に対応して、前記複数の無線マーカに向けて、少なくとも前記測位信号と方向測定信号とを含む無線信号を、セル毎もしくはセクタ毎に配置された無線マーカに予め割当てられた周波数、タイムスロット、もしくはこれらの両方で、時分割で発信し、
前記複数の無線マーカにおいて、前記測位信号の位相を測定して移動端末からの距離を算出し、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応した方向測定信号の位相差を測定して移動端末が位置する方向を算出し、
前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記移動端末の１次元〜３次元の内の何れかの次元の位置を高精度で測位する
ことを特徴とするセルラー式移動無線測位システム。
【請求項３】
前記起点信号再生手段もしくは測定信号再生手段において、前記再生する起点信号もしくは測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、群遅延歪みの少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いる遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項４】
前記複数の無線マーカあるいは移動端末の同期発振手段が、基準発振器もしくは位相同期発振器によって駆動されるセットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信機によって受信され信号再生手段によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段によって少なくとも１６ＭＨｚ以上の周波数のクロック信号を用いて検出し、前記同期検出手段が検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段が起点信号と短時間で同期を確立し、同期を保持できることを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項５】
前記複数の無線マーカあるいは移動端末の同期発振手段と、前記復調されもしくは再生された起点信号との間の同期確立誤差を低減し、高精度でかつ短時間に同期を確立させるために、前記移動端末、前記複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方に同期確立誤差関数を付与し、前記同期確立誤差関数が前記同期確立誤差を限りなくゼロに近づける特性を有することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項６】
前記複数の無線マーカあるいは移動端末の同期検出手段に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記位相同期発振器のクロック信号出力の位相をシフトさせるための複数組の移相手段と、前記複数組の移相手段によって各々異なった位相にシフトされた複数組のクロック信号を選択して外部に出力するためのタイミング制御手段とを設け、前記移相手段の移相量の合計を、前記クロック信号の一周期の間隔よりも大きく設定することによって、距離の算出精度を向上させることを特徴とする請求項第５項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項７】
前記複数の無線マーカあるいは移動端末の同期発振手段に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記同期発振手段が複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器を有し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器が、前記再生された起点信号と各々異なった複数のタイミングで切替手段によって切替えられて同期を確立し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器から出力される出力信号を異なった複数のタイミングで選択手段によって選択し、前記選択された出力信号に同期しもしくは直交した単一もしくは複数の距離測定信号を生成して前記移動端末あるいは複数の無線マーカに向けて発信し、前記移動端末あるいは複数の無線マーカの信号処理手段において、前記複数のタイミングに対応して算出した距離の平均値を求めることによって、距離の算出精度を向上させることを特徴とする請求項第５項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項８】
前記複数の無線マーカあるいは移動端末から発信され、あるいは前記複数の無線マーカあるいは移動端末によって受信される起点信号に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器を周期的に切替ながら、前記起点信号を発信しあるいは受信し、距離の算出精度を向上させることを特徴とする請求項第５項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項９】
前記移動端末あるいは複数の無線マーカの位相測定手段が積和演算器を有し、前記積和演算器のＳｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとし、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０、もしくは１、−１、−１、１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しとして積和演算する。なお、積和演算を行う際の１との乗算は前記デジタル信号と同じ値であり、−１との乗算は前記デジタル信号の補数を求めることであり、０との剰算は０であり、前記積和演算器を単純化でき、しかも高速で、リアルタイムの演算が可能となることを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１０】
前記無線マーカの複数のアンテナ又は複数の送受波器が指向性を有し、前記指向性の方向を下方向もしくは斜め下方向もしくは水平方向に向けて、前記方向測定信号の０．５波長から２波長の間隔で配置することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１１】
前記セルを更に複数のセクタに分け、前記セクタ毎に無線マーカを設置することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１２】
前記移動端末の受信手段、無線マーカの受信手段、あるいはこれらの両方が、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位相測定手段で距離測定信号の位相あるいは方向測定信号の位相差を測定した結果から距離測定精度あるいは方向測定精度を分析し、あるいはこれらの分析の両方を行い、前記距離測定処理、方向測定処理、あるいはこれらの両方の結果を補正しあるいは補完することを特徴とする請求項第１項から第１１項までのいずれかに該当するセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１３】
前記移動端末の受信手段、無線マーカの受信手段、あるいはこれらの両方が、複数のアンテナ又は複数の送受波器を設けて周期的に切替え、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して距離を測定しあるいは算出した結果の内、距離を比較的に短く算出したものを選択し、平均し、荷重平均を行い、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記距離測定結果あるいは距離算出結果を補正しあるいは補完することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１４】
前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記複数の無線マーカとの間でアドホックネットワークを構成し、前記ノードを経由して外部の有線回線もしくは無線回線と接続し、少なくとも、前記移動端末の位置を測位するために必要な情報の交換を行なうことを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１５】
前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、双曲線航法によって、前記移動端末の位置を測位することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１６】
前記複数の無線マーカの内の特定の無線マーカ、あるいは前記複数の無線マーカとは別の無線マーカをノードとし、前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方から送信される無線信号を受信し、前記無線信号に含まれる起点信号を基準として、前記無線信号に含まれる距離測定信号の位相を測定し、かつ前記無線信号に含まれる前記移動端末、複数の無線マーカ、あるいはこれらの両方が位置する方向を測定したデータを受信して、前記移動端末の位置を測位することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【請求項１７】
前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、あるいはその近傍の周波数を割当て、前記複数の無線マーカから発信される無線信号の占有率を２０％以下とすることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載のセルラー式移動無線測位システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１４９８０８（Ｐ２０１１−１４９８０８Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２１３（Ｐ２０１０−１１２１３）
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]