位置推定システムおよび位置推定方法
【課題】屋内や地下街等の閉空間において、簡易で経済的な位置検出を実現させる。
【解決手段】無変調の電波を発信する移動端末１と、移動端末１から送信される電波を同時に受信する複数の固定受信装置２〜４と、複数の固定受信装置２〜４のうちの任意の一対の固定受信装置間に配置され、当該一対の固定受信装置において、移動端末１の移動と共に生じる電波の相対位相差を比較測定する位相比較器５，６と、位相比較器５，６に接続され、位相比較器５，６によって比較された電波の相対位相差に基づいて当該電波の到来方向を推定し、その結果から前記移動端末の位置を算出する位置算出器７とを備える。
【解決手段】無変調の電波を発信する移動端末１と、移動端末１から送信される電波を同時に受信する複数の固定受信装置２〜４と、複数の固定受信装置２〜４のうちの任意の一対の固定受信装置間に配置され、当該一対の固定受信装置において、移動端末１の移動と共に生じる電波の相対位相差を比較測定する位相比較器５，６と、位相比較器５，６に接続され、位相比較器５，６によって比較された電波の相対位相差に基づいて当該電波の到来方向を推定し、その結果から前記移動端末の位置を算出する位置算出器７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話等の移動端末を用いて到来波方向を推定し、その位置を推定する位置推定システムおよび位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波を用いた位置推定で最も普及しているのはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）であり、ＧＰＳは、２４個の衛星で世界中をカバーしている。ただし、屋外利用に限られ、また、ＧＰＳ端末所有者の位置を他が知ることは、通信手段を持たない限り、不可能である。
このため、無線ＬＡＮを用いて、電波の伝搬遅延から距離を求め、３角測量の原理で位置を検出する技術がある。この技術は、屋内でも利用可能であるが、特殊なシステム構成を採っており、コストが高い。
【０００３】
また、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を用い、近接して電波を受信し、その位置を知る方法が検討されている。この方法によれば、離散しているポイントにおける測位だけなら有効であるが、線や面状の測位では膨大なＲＦＩＤが必要となることが分かっている。
また、特許文献１には、２つの異なる位置からなる２つの対に関して個別に、２つの異なる位置に送信側から到来する波動信号の位相の差を計測することにより、構成が大幅に複雑化することなく、確度高く安定にかつ安価にその送信端の位置を推定できる位置推定装置が記載され、特許文献２には、方向推定装置は指向性のある送信波を放射し、受信した送信波の信号レベルを比較することにより、障害物がある場所でも利用可能な方向推定システム並びに方向推定装置及び方向推定端末が記載されている。
【特許文献１】特開２００４−３３３２５２号公報
【特許文献２】特開２００５−３１８３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された装置では、携帯電話のような受信アンテナが一本しか配置できないような小型の端末においては、受信機の形状が小さいため、物理的に複数のアンテナを配置することは困難であり、従って、電波の到来方向およびその位置を推定することはできなかった。
また、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏ）法のように，信号の周波数成分を計算するために、信号または信号の相関行列からＳｃｈｍｉｄｔの固有空間解析法を使って、擬似スペクトルを計算するような、処理が困難なアルゴリズムを適用する必要があり、簡単にその位置を推定することは困難であった。
【０００５】
また、特許文献２に記載された装置では、受信機障害物等がある場所でも利用可能なだけで、さらに密閉された屋内や地下街等の閉空間においては、コストが高くなるか、別個の通信手段を必要とするなど、ＧＰＳ端末所有者の位置を他が知ることは困難であった。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであって、携帯電話機など、受信アンテナが一本しか配置できないような小型の端末にも適用可能で、屋内や地下街等の閉空間において、簡易で経済的な位置検出を実現させることのできる到来波方向に基づく位置推定システムおよび位置推定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１記載の位置推定システムは、
電波を送信する送信アンテナを有する移動端末と、
前記移動端末から送信される電波を同時に受信する複数の固定受信装置と、
前記複数の固定受信装置のうちの任意の一対の固定受信装置間に配置され、前記移動端末の移動と共に生じる電波の相対位相差を比較測定する複数の位相比較器と、
前記位相比較器に接続され、前記位相比較器によって比較された電波の相対位相差に基づいて当該電波の到来方向を推定し、その結果から前記移動端末の位置を算出する位置算出器と、
を備えたことを特徴としている。
【０００７】
この構成によれば、屋内の位置検出において、固定受信装置に複数のアンテナが必要ないため、低コストでインフラを形成することができるという効果が得られる。
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記移動端末の移動後の位置を、前記複数の固定受信装置間の位相差の移動前後における相対位相差の変化に基づいて推定することを特徴としている。
この構成によれば、前記移動端末の移動後の位置を、前記複数の固定受信装置間の位相差の移動前後における相対位相差を簡単な変換式で距離に変換してその位置を推定できるという効果が得られる。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記複数の固定受信装置は４台であり、前記移動端末が移動した前後における固定受信装置間の相対位相差に基づいて描かれる３つの等位相差曲線の交点が一致する条件から前記移動端末の絶対位置を求めることを特徴としている。
この構成によれば、移動端末の初期位置が分からない場合でも、移動端末の絶対位置を求めることができるという効果が得られる。
【０００９】
また、請求項４記載の発明は、請求項３に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記移動端末から各固定受信装置までの波数を未知数とし、推定した移動端末の位置と該未知数とから連立方程式をたて、移動する毎に求めた波数から３つの交点を抽出し、それらの差が最小になる条件を満たす波数を見出すことにより前記移動端末の絶対位置を推定することを特徴としている。
この構成によれば、移動端末の位置を簡単な連立方程式により絶対位置として求めることができるという効果が得られる。
【００１０】
また、請求項５記載の発明は、請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記固定受信装置間の位相差と前記移動端末の位置との関係を示すテーブルと、前記位相比較器により測定した位相差と前記テーブルに示された位相差とを照合する照合手段とを備え、それらが最も一致している位置を移動端末の位置として推定することを特徴としている。
この構成によれば、テーブルを用いるので、計算処理が早く、かつ、高精度に位置を推定することができるという効果が得られる。
【００１１】
また、請求項６記載の発明は、請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記移動端末は、前記送信アンテナから無変調の電波を送信することを特徴としている。
この構成によれば、簡単なシステムで移動端末の位置を推定することができるという効果が得られる。
また、請求項７記載の発明は、請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記移動端末は、前記送信アンテナから携帯電話の変調波の電波を送信することを特徴としている。
この構成によれば、携帯電話等の電波を用いて簡易にその位置を推定することができるという効果が得られる。
【００１２】
また、請求項８記載の位置推定システムは、
電波を発振して分割することにより振り分ける発振分割装置と、
前記発振分割装置により振り分けられた電波を空間に放射する複数の固定送信装置と、
前記固定送信装置により送信された電波を受信した後分離し、それぞれの相対位相差または位相差を検出して、その変化量から自らの位置を推定する移動端末と、
を備えたことを特徴としている。
この構成によれば、移動端末自らがその位置を推定することができるという効果が得られる。
【００１３】
また、請求項９記載の位置推定方法は、
移動端末から電波を送信する送信ステップと、
前記移動端末から送信される電波を複数の固定受信装置を用いて同時に受信する受信ステップと、
前記複数の固定受信装置のうちの任意の一対の固定受信装置間に配置された複数の位相比較器を用いて、前記移動端末の移動と共に生じる電波の相対位相差を比較測定する比較ステップと、
前記位相比較器に接続された位置算出器を用いて、前記位相比較器によって比較された電波の相対位相差に基づいて当該電波の到来方向を推定し、その結果から前記移動端末の位置を算出する算出ステップと、
を含むことを特徴としている。
この構成によれば、屋内の位置検出において、固定受信装置に複数のアンテナが必要ないため、低コストでインフラを形成することができるという効果が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の位置推定システムおよび位置推定方法にあっては、無変調波の相対位相変化、位相差を測定することによって、位置を特定するもので、非常に簡易な装置で位置推定を行うことができる。
また、屋内の位置検出は、対象となる全てのエリアに測定装置を配備せねばならないため、膨大なインフラが必要となることが大きな問題であるが、本発明を適用することにより、低コストでインフラを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の位置推定システムの好適な実施形態について、詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の位置推定システムの基本的な構成例を示す概略図である。
この位置推定システム１０は、移動端末１と、複数の固定受信装置２〜４と、位相比較器５，６と、位置算出器７とを備える。
移動端末１は、携帯電話機、車載機、モバイル等、一般の移動機のいずれにも適用できる。
固定受信装置２〜４は、移動端末１から送信される電波を、同時に同一内容の受信を行う無線通信装置である。
【００１６】
位相比較器５，６は、各固定受信装置２〜４が受信した電波の位相差を測定し比較する。ここでは、位相比較器５が、固定受信装置２と固定受信装置３との間の位相を比較し、位相比較器６が、固定受信装置３と固定受信装置４との間の位相を比較する。
位置算出器７は、位相比較器５，６と接続され、位相比較器５，６によって比較された相対位相差に基づいて移動端末１の位置を算出する装置である。
【００１７】
図１において、移動端末１から送信された電波は、固定受信装置２〜４で受信され、位相比較器５，６において各固定受信装置が受信した電波の位相差を測定する。つまり、移動端末１の移動前に固定受信装置２で受信した電波の位相をφ２（ｔ１）、固定受信装置３で受信した電波の位相をφ３（ｔ１）とすると、このときの位相比較器５が検出する位相差は、φ２（ｔ１）−φ３（ｔ１）である。また、移動端末１の移動後に固定受信装置２で受信した電波の位相をφ２（ｔ２）、固定受信装置３で受信した電波の位相をφ３（ｔ２）とすると、このときの位相比較器５が検出する位相差は、φ２（ｔ２）−φ３（ｔ２）である。
【００１８】
ここで、移動端末１の移動前後での位相差の変化を相対位相変化Δφと定義すると、
Δφ＝｛φ２（ｔ１）−φ３（ｔ１）｝−｛φ２（ｔ２）−φ３（ｔ２）｝
と表すことができる。この相対位相変化Δφを２π（ｒａｄｉａｎ）で割って波長λをかけると、距離変化Δｄは、
Δｄ＝Δφ×λ／２π
となる。例えば、固定受信装置２と固定受信装置３とで位相を測定している場合、この距離変化Δｄは、移動端末１が固定受信装置２から遠ざかった距離と、固定受信装置３に近づいた距離との差に相当する。
【００１９】
次に、本構成を用いて移動端末の位置を推定する方法を以下に述べる。
移動端末１の初期位置が既知である場合において、移動端末１から固定受信装置２〜４の距離変化Δｄを求め、移動端末１の位置を測定する方法について、図２を参照して、以下に述べる。
図２は、双曲線の交点から位置を推定する方法を示す図である。
移動端末１の移動前の位置（初期位置）において、移動端末１から固定受信装置２までの距離と、移動端末１から固定受信装置３までの距離との差ｘに、移動端末１の移動後の測定によって得られた距離変化Δｄを加えると、移動後の移動端末１から固定受信装置２までの距離と、移動端末１から固定受信装置３までの距離の差（ｘ＋Δｄ）が求まる。この距離の差（ｘ＋Δｄ）より、移動端末１が存在する位置を含む双曲線１０１が既定される。同様の操作を固定受信装置４と固定受信装置２より双曲線１０２、および固定受信装置４と固定受信装置３より双曲線１０３を既定することにより、図２に示すように、３つの双曲線が新たに既定される。
【００２０】
これらの双曲線の交点Ｐが、推定した移動後の移動端末１の位置である。なお、２つの双曲線でも交点は求まるが、図２に示すように交点が複数存在する場合がある。すなわち、双曲線１０１と双曲線１０２との交点は、Ｐ，Ｑの２点となる。従って、位置を正しく求めるためには、３つの双曲線が必要となることが分かる。
以上説明したように、移動端末１の初期位置が既知の場合は、３台の固定受信装置２〜４を用いて、上記操作を繰り返すことにより移動端末１の軌跡を求めることができる。
【００２１】
［第２実施形態］
次に、図３を参照して、移動端末の絶対位置を求める方法について述べる。
第１実施形態の方法は、初期位置が必要であったが、本方法を適用すれば、初期位置の情報は不要である。
図３は、本発明の第２実施形態に係る位置推定システムの基本原理を示す概略図である。
本実施形態では、移動端末１の絶対位置を求めるために、４台の固定受信装置が必要となる。すなわち、３台の固定受信装置２〜４に対して距離差を計算している場合において、仮に全ての固定受信装置の距離差が全く同一になってしまう移動端末の位置が存在してしまう場合には、移動端末の位置を推定することができないため、４台の固定受信装置が必要となる。
【００２２】
ここで、移動端末１の絶対位置を求めるために４台の固定受信装置が必要な理由について以下に詳細に説明する。
同図において、Ｒ（ｔ１）は、時刻ｔ１における移動端末の位置（初期位置）、Ｒ（ｔ２）は、時刻ｔ２における移動端末の位置（移動後の位置）とする。
ここで、「固定受信装置ＡとＲ（ｔ１）との間の距離＝固定受信装置ＢとＲ（ｔ１）との間の距離＝ｘ」と定義すると、時刻変化に伴う固定受信装置と移動端末の距離の差は、以下の通りになる。
・「Ｒ（ｔ１）からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ａに対する距離の変化」と、「Ｒ（ｔ１）からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｂに対する距離の変化」との差は、
【００２３】
【数１】
【００２４】
・「Ｒ（ｔ１）からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｂに対する距離の変化」と、「Ｒ（ｔ１）からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｃに対する距離の変化」との差は、
【００２５】
【数２】
【００２６】
・「Ｒ（ｔ１）」からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｃに対する距離の変化」と、「Ｒ（ｔ１）からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ａに対する距離の変化」との差は、
【００２７】
【数３】
【００２８】
となる。
一方、第２実施形態では、時刻ｔ１における移動端末の位置（初期位置）が未知であるので、Ｓ（ｔ１´）の位置が初期位置である可能性がある。
ここで、図３において、Ｓ（ｔ１´）を、時刻ｔ１における移動端末の位置（初期位置）、Ｓ（ｔ２´）を、時刻ｔ２における移動端末の位置（移動後の位置）とし、Ｓ（ｔ２´）と固定受信装置Ｃとの間の距離をａ´、Ｓ（ｔ１´）と固定受信装置Ｃとの間の距離をｂ´とし、かつ、
固定受信装置ＡとＳ（ｔ１´）との距離＝ｘ−ｙ、
固定受信装置ＢとＳ（ｔ１´）との距離＝ｘ＋ｙ、
固定受信装置ＢとＳ（ｔ２´）との距離＝ｚ、
固定受信装置ＡとＳ（ｔ２´）との距離＝ｚ2と定義する。
【００２９】
このとき、時刻変化に伴う固定受信装置と移動端末の距離の差は、以下の通りとなる。
・「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ａ に対する距離の変化」と、「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動 したときの固定受信装置Ｂに対する距離の変化」との差は、
＝｛ｚ2−（ｘ−ｙ）｝−｛ｚ−（ｘ＋ｙ）｝＝２ｙ−ｚ＋ｚ2…（４）
・「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｂ に対する距離の変化」と、「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動 したときの固定受信装置Ｃに対する距離の変化」との差は、
＝｛ｚ−（ｘ＋ｙ）｝−（ａ´−ｂ´）＝−ｘ−ｙ＋ｚ−ａ´＋ｂ´…（５）
・「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｃ に対する距離の変化」と、「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動 したときの固定受信装置Ａに対する距離の変化」との差は、
＝（ａ´−ｂ´）−｛ｚ2−（ｘ−ｙ）｝＝ｘ−ｙ−ｚ2＋ａ´−ｂ´…（６）
となる。以上の式において、
式（１）＝式（４）、すなわち、
【００３０】
【数４】
【００３１】
式（２）＝式（５）、すなわち、
【００３２】
【数５】
【００３３】
式（３）＝式（６）、すなわち、
【００３４】
【数６】
【００３５】
となってしまう条件が仮に存在してしまう場合には、時刻ｔ１における２個の移動端末の位置（Ｒ（ｔ１）とＳ（ｔ１））のどちらが初期位置であるかを判断することができない。つまり、３台の固定受信装置Ａ，Ｂ，Ｃでは、時刻ｔ１の位置を判断することができないということである。
そこで、固定受信装置がもう１台増えると、そのどちらかの初期位置であるかを判定することができる。
【００３６】
この場合には、まず、移動端末１の初期位置を仮定し、その初期位置から移動後に求まる各固定受信装置間の相対位相変化により、距離の差（ｘ＋Δｄ）を求め、３つの双曲線を描く。仮定した初期位置が正しければ、その交点が一致する。一致しない場合には、３〜６つの交点が現れる。これらの交点のうち、３つの交点を抽出し、それらの距離の差を評価関数としてその差が最小になるように収束させ、この評価関数が最小のときの移動端末の位置が絶対位置となる。このとき、３つより多くの交点が現れた場合には、３つの交点を抽出する方法として、任意に３つの交点を抽出した後、該３点を頂点とする三角形の面積を計算し、その面積が最小となる交点を抽出する方法をとればよい。
以上の理由により、初期位置がない場合、最低４台の固定受信装置が必要である。
【００３７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態は、位置をより高精度に求める方法である。第１実施形態および第２実施形態の方法では、移動端末から各固定受信装置の距離変化Δｄを相対位相変化Δφにより求めていたが、本実施形態では、位相差そのものの値には特に着目していない。ここで、位相差そのものの値に注目すると、移動端末１から固定受信装置２〜４への距離Ｄは、
Ｄ＝（測定された位相差＋２πｎ）×λ／２π（ｎは整数）
である。もし、ｎが求められれば、移動端末から固定受信装置への距離の誤差は、波長以下（位相差の測定誤差×λ／２π）になり、非常に正確な距離を求めることができる。
【００３８】
距離Ｄからｎを逆算するとき、位相差を正確に測定でき、正確な距離Ｄが推定できれば、正しいｎが求まる。もし、位相差の正確な測定が可能だとして、ｎが誤った値ならば、各固定受信装置からの距離Ｄに描いた円（以下、距離円）が１点で交わらない。一方、推定されたｎの前後の値（例えばｎ＋１、ｎ−１等）をｎの代わりに用いて距離を推定し、その結果、各固定受信装置からの距離円が１点で交わるようになれば、その値が正しい。しかしながら、測定には、常に誤差が含まれているから、必ずしもこのような手順で正しいｎが得られるとは限らない。そこで、移動端末の移動と共にこの最適のｎを探す操作を繰り返す。ｎが正しければ、各固定受信装置からの距離円が常にほぼ１点で交わるが、ｎが誤っているときは、１点に収束しない。この比較により最も正しいｎの値を見出すことができる。例えば各固定受信装置からの距離が１点に収束する度合いに閾値（例えば、推定位置までの固定受信装置からの距離推定誤差が常に１／４波長以下など）を設けることでｎを求める。一旦、ｎが求まれば、その後の位置精度は、波長以下（位相差の測定誤差×λ／２π）となる。例えば、２、４５ＧＨｚで位相の測定誤差がπ／４であったとすると、位置誤差は３ｃｍ程度となる。上記方法の中でｎを使用した距離Ｄの推定方法は、初期位置が既知でも有効である。初期位置が既知の場合には、ｎが既に与えられているので、移動に伴う位相の変化に応じて、例えば１周期位相が変化したら、ｎに１を加える（引く）というように追随させていけば、正確な測定が維持できる。
【００３９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態は、ユークリッド距離を用いて位置を推定する方法である。最初にデータベースとなるテーブルが必要であるが、テーブルを作成した後は、計算処理が早いという特徴がある。図４にデータベースの例を示す。位置に対応した要素番号として、Ｎ×Ｍ（Ｎ，Ｍは整数）に分割し、分割した要素毎（合計としてＮ×Ｍページ測定範囲）のテーブルを作成する。ここでは、（Ｎ，Ｍ）という位置に対して、要素番号（１，１）、（１，２）、（２，１）を例としてあげている。テーブルの縦軸は、進行方向の方位角度（０〜３６０度をＬ等分：Ｌは整数）を表し、横軸は、それぞれの固定受信装置間で測定される相対位相変化φが記入されている。例えば、このテーブルでは、要素番号（１，１）の場合、進行方向の方位角度０°であれば、固定受信装置２，３間では３００°、固定受信装置２，４間では２００°、固定受信装置３，４間では１００°である。なお、このときの移動端末の移動量は単位長（例えば１ｍなど）としておく。
【００４０】
実測では、まず、移動端末の移動前の位置（要素）に対応したページのテーブルを用意しておく。次に、移動端末の移動後に各固定受信装置間で測定された相対位相変化φを正規化する。例えば、各相対位相変化φの絶対値の総和で、それぞれの相対位相変化φを割る。同様にして、テーブル上の相対位相変化φも正規化する。次に、これらの正規化されたテーブル上の値と実測値の、ユークリッド距離（２つの値の差をとって二乗し、その和の平方根を求める）を算出する。ユークリッド距離が最小となる方向が、移動端末が進んだ方向である。移動距離は、実測の位相量とテーブル上の位相量との比をとり、単位長をかけることにより求まる。
【００４１】
［第５実施形態］
図５は、本発明の第５実施形態の基本的構成を示す図である。
本実施形態では、固定送信装置１２〜１４と、電波を振り分ける発振・分割装置１５とを用い、移動端末１１が自ら位置を測定する。
固定送信装置１２〜１４は、移動端末１１に対して同時に同一内容の送信を行う無線通信装置である。
発振・分割装置１５で振り分けられた電波は、各固定送信装置１２、１３、１４より空間に放射される。移動端末１１は、それらの電波を受信後分離し、それぞれの相対位相差または位相差を検出して、その変化量から位置を推定する。このように、固定送信装置１２〜１４で送信し、移動端末１で受信することで、移動端末１１は自らの位置を知ることができる。
【００４２】
［変形例］
次に、本発明の変形例について説明する。
上述した実施形態においては、無変調波を用いる例について説明したが、変調波を用いる方法では、例えば携帯電話の電波を利用することが可能で、本測位のための特別な装置を要しないことが特徴である。
以上、本発明の好適な実施形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例にさまざまな修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態に係る位置推定システムの基本的な構成例を示す概略図である。
【図２】双曲線の交点から位置を推定する図である。
【図３】第２実施形態に係る位置推定システムにおいて４台の固定受信装置が必要な理由を示す概略図である。
【図４】第４実施形態に係る位置推定システムにおいて移動方向を推定する目的でユークリッド距離を算出するためのテーブルの例を示す図である。
【図５】第５実施形態に係る位置推定システムにおいて固定側を発振とし、移動端末を受信とした構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，１１…移動端末、２，３，４…固定受信装置、５，６…位相比較器、７…位置算出器、１０…位置推定システム、１２，１３，１４…固定送信装置、１５…発振・分割装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話等の移動端末を用いて到来波方向を推定し、その位置を推定する位置推定システムおよび位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波を用いた位置推定で最も普及しているのはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）であり、ＧＰＳは、２４個の衛星で世界中をカバーしている。ただし、屋外利用に限られ、また、ＧＰＳ端末所有者の位置を他が知ることは、通信手段を持たない限り、不可能である。
このため、無線ＬＡＮを用いて、電波の伝搬遅延から距離を求め、３角測量の原理で位置を検出する技術がある。この技術は、屋内でも利用可能であるが、特殊なシステム構成を採っており、コストが高い。
【０００３】
また、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を用い、近接して電波を受信し、その位置を知る方法が検討されている。この方法によれば、離散しているポイントにおける測位だけなら有効であるが、線や面状の測位では膨大なＲＦＩＤが必要となることが分かっている。
また、特許文献１には、２つの異なる位置からなる２つの対に関して個別に、２つの異なる位置に送信側から到来する波動信号の位相の差を計測することにより、構成が大幅に複雑化することなく、確度高く安定にかつ安価にその送信端の位置を推定できる位置推定装置が記載され、特許文献２には、方向推定装置は指向性のある送信波を放射し、受信した送信波の信号レベルを比較することにより、障害物がある場所でも利用可能な方向推定システム並びに方向推定装置及び方向推定端末が記載されている。
【特許文献１】特開２００４−３３３２５２号公報
【特許文献２】特開２００５−３１８３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された装置では、携帯電話のような受信アンテナが一本しか配置できないような小型の端末においては、受信機の形状が小さいため、物理的に複数のアンテナを配置することは困難であり、従って、電波の到来方向およびその位置を推定することはできなかった。
また、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏ）法のように，信号の周波数成分を計算するために、信号または信号の相関行列からＳｃｈｍｉｄｔの固有空間解析法を使って、擬似スペクトルを計算するような、処理が困難なアルゴリズムを適用する必要があり、簡単にその位置を推定することは困難であった。
【０００５】
また、特許文献２に記載された装置では、受信機障害物等がある場所でも利用可能なだけで、さらに密閉された屋内や地下街等の閉空間においては、コストが高くなるか、別個の通信手段を必要とするなど、ＧＰＳ端末所有者の位置を他が知ることは困難であった。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであって、携帯電話機など、受信アンテナが一本しか配置できないような小型の端末にも適用可能で、屋内や地下街等の閉空間において、簡易で経済的な位置検出を実現させることのできる到来波方向に基づく位置推定システムおよび位置推定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１記載の位置推定システムは、
電波を送信する送信アンテナを有する移動端末と、
前記移動端末から送信される電波を同時に受信する複数の固定受信装置と、
前記複数の固定受信装置のうちの任意の一対の固定受信装置間に配置され、前記移動端末の移動と共に生じる電波の相対位相差を比較測定する複数の位相比較器と、
前記位相比較器に接続され、前記位相比較器によって比較された電波の相対位相差に基づいて当該電波の到来方向を推定し、その結果から前記移動端末の位置を算出する位置算出器と、
を備えたことを特徴としている。
【０００７】
この構成によれば、屋内の位置検出において、固定受信装置に複数のアンテナが必要ないため、低コストでインフラを形成することができるという効果が得られる。
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記移動端末の移動後の位置を、前記複数の固定受信装置間の位相差の移動前後における相対位相差の変化に基づいて推定することを特徴としている。
この構成によれば、前記移動端末の移動後の位置を、前記複数の固定受信装置間の位相差の移動前後における相対位相差を簡単な変換式で距離に変換してその位置を推定できるという効果が得られる。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記複数の固定受信装置は４台であり、前記移動端末が移動した前後における固定受信装置間の相対位相差に基づいて描かれる３つの等位相差曲線の交点が一致する条件から前記移動端末の絶対位置を求めることを特徴としている。
この構成によれば、移動端末の初期位置が分からない場合でも、移動端末の絶対位置を求めることができるという効果が得られる。
【０００９】
また、請求項４記載の発明は、請求項３に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記移動端末から各固定受信装置までの波数を未知数とし、推定した移動端末の位置と該未知数とから連立方程式をたて、移動する毎に求めた波数から３つの交点を抽出し、それらの差が最小になる条件を満たす波数を見出すことにより前記移動端末の絶対位置を推定することを特徴としている。
この構成によれば、移動端末の位置を簡単な連立方程式により絶対位置として求めることができるという効果が得られる。
【００１０】
また、請求項５記載の発明は、請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記固定受信装置間の位相差と前記移動端末の位置との関係を示すテーブルと、前記位相比較器により測定した位相差と前記テーブルに示された位相差とを照合する照合手段とを備え、それらが最も一致している位置を移動端末の位置として推定することを特徴としている。
この構成によれば、テーブルを用いるので、計算処理が早く、かつ、高精度に位置を推定することができるという効果が得られる。
【００１１】
また、請求項６記載の発明は、請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記移動端末は、前記送信アンテナから無変調の電波を送信することを特徴としている。
この構成によれば、簡単なシステムで移動端末の位置を推定することができるという効果が得られる。
また、請求項７記載の発明は、請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記移動端末は、前記送信アンテナから携帯電話の変調波の電波を送信することを特徴としている。
この構成によれば、携帯電話等の電波を用いて簡易にその位置を推定することができるという効果が得られる。
【００１２】
また、請求項８記載の位置推定システムは、
電波を発振して分割することにより振り分ける発振分割装置と、
前記発振分割装置により振り分けられた電波を空間に放射する複数の固定送信装置と、
前記固定送信装置により送信された電波を受信した後分離し、それぞれの相対位相差または位相差を検出して、その変化量から自らの位置を推定する移動端末と、
を備えたことを特徴としている。
この構成によれば、移動端末自らがその位置を推定することができるという効果が得られる。
【００１３】
また、請求項９記載の位置推定方法は、
移動端末から電波を送信する送信ステップと、
前記移動端末から送信される電波を複数の固定受信装置を用いて同時に受信する受信ステップと、
前記複数の固定受信装置のうちの任意の一対の固定受信装置間に配置された複数の位相比較器を用いて、前記移動端末の移動と共に生じる電波の相対位相差を比較測定する比較ステップと、
前記位相比較器に接続された位置算出器を用いて、前記位相比較器によって比較された電波の相対位相差に基づいて当該電波の到来方向を推定し、その結果から前記移動端末の位置を算出する算出ステップと、
を含むことを特徴としている。
この構成によれば、屋内の位置検出において、固定受信装置に複数のアンテナが必要ないため、低コストでインフラを形成することができるという効果が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の位置推定システムおよび位置推定方法にあっては、無変調波の相対位相変化、位相差を測定することによって、位置を特定するもので、非常に簡易な装置で位置推定を行うことができる。
また、屋内の位置検出は、対象となる全てのエリアに測定装置を配備せねばならないため、膨大なインフラが必要となることが大きな問題であるが、本発明を適用することにより、低コストでインフラを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の位置推定システムの好適な実施形態について、詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の位置推定システムの基本的な構成例を示す概略図である。
この位置推定システム１０は、移動端末１と、複数の固定受信装置２〜４と、位相比較器５，６と、位置算出器７とを備える。
移動端末１は、携帯電話機、車載機、モバイル等、一般の移動機のいずれにも適用できる。
固定受信装置２〜４は、移動端末１から送信される電波を、同時に同一内容の受信を行う無線通信装置である。
【００１６】
位相比較器５，６は、各固定受信装置２〜４が受信した電波の位相差を測定し比較する。ここでは、位相比較器５が、固定受信装置２と固定受信装置３との間の位相を比較し、位相比較器６が、固定受信装置３と固定受信装置４との間の位相を比較する。
位置算出器７は、位相比較器５，６と接続され、位相比較器５，６によって比較された相対位相差に基づいて移動端末１の位置を算出する装置である。
【００１７】
図１において、移動端末１から送信された電波は、固定受信装置２〜４で受信され、位相比較器５，６において各固定受信装置が受信した電波の位相差を測定する。つまり、移動端末１の移動前に固定受信装置２で受信した電波の位相をφ２（ｔ１）、固定受信装置３で受信した電波の位相をφ３（ｔ１）とすると、このときの位相比較器５が検出する位相差は、φ２（ｔ１）−φ３（ｔ１）である。また、移動端末１の移動後に固定受信装置２で受信した電波の位相をφ２（ｔ２）、固定受信装置３で受信した電波の位相をφ３（ｔ２）とすると、このときの位相比較器５が検出する位相差は、φ２（ｔ２）−φ３（ｔ２）である。
【００１８】
ここで、移動端末１の移動前後での位相差の変化を相対位相変化Δφと定義すると、
Δφ＝｛φ２（ｔ１）−φ３（ｔ１）｝−｛φ２（ｔ２）−φ３（ｔ２）｝
と表すことができる。この相対位相変化Δφを２π（ｒａｄｉａｎ）で割って波長λをかけると、距離変化Δｄは、
Δｄ＝Δφ×λ／２π
となる。例えば、固定受信装置２と固定受信装置３とで位相を測定している場合、この距離変化Δｄは、移動端末１が固定受信装置２から遠ざかった距離と、固定受信装置３に近づいた距離との差に相当する。
【００１９】
次に、本構成を用いて移動端末の位置を推定する方法を以下に述べる。
移動端末１の初期位置が既知である場合において、移動端末１から固定受信装置２〜４の距離変化Δｄを求め、移動端末１の位置を測定する方法について、図２を参照して、以下に述べる。
図２は、双曲線の交点から位置を推定する方法を示す図である。
移動端末１の移動前の位置（初期位置）において、移動端末１から固定受信装置２までの距離と、移動端末１から固定受信装置３までの距離との差ｘに、移動端末１の移動後の測定によって得られた距離変化Δｄを加えると、移動後の移動端末１から固定受信装置２までの距離と、移動端末１から固定受信装置３までの距離の差（ｘ＋Δｄ）が求まる。この距離の差（ｘ＋Δｄ）より、移動端末１が存在する位置を含む双曲線１０１が既定される。同様の操作を固定受信装置４と固定受信装置２より双曲線１０２、および固定受信装置４と固定受信装置３より双曲線１０３を既定することにより、図２に示すように、３つの双曲線が新たに既定される。
【００２０】
これらの双曲線の交点Ｐが、推定した移動後の移動端末１の位置である。なお、２つの双曲線でも交点は求まるが、図２に示すように交点が複数存在する場合がある。すなわち、双曲線１０１と双曲線１０２との交点は、Ｐ，Ｑの２点となる。従って、位置を正しく求めるためには、３つの双曲線が必要となることが分かる。
以上説明したように、移動端末１の初期位置が既知の場合は、３台の固定受信装置２〜４を用いて、上記操作を繰り返すことにより移動端末１の軌跡を求めることができる。
【００２１】
［第２実施形態］
次に、図３を参照して、移動端末の絶対位置を求める方法について述べる。
第１実施形態の方法は、初期位置が必要であったが、本方法を適用すれば、初期位置の情報は不要である。
図３は、本発明の第２実施形態に係る位置推定システムの基本原理を示す概略図である。
本実施形態では、移動端末１の絶対位置を求めるために、４台の固定受信装置が必要となる。すなわち、３台の固定受信装置２〜４に対して距離差を計算している場合において、仮に全ての固定受信装置の距離差が全く同一になってしまう移動端末の位置が存在してしまう場合には、移動端末の位置を推定することができないため、４台の固定受信装置が必要となる。
【００２２】
ここで、移動端末１の絶対位置を求めるために４台の固定受信装置が必要な理由について以下に詳細に説明する。
同図において、Ｒ（ｔ１）は、時刻ｔ１における移動端末の位置（初期位置）、Ｒ（ｔ２）は、時刻ｔ２における移動端末の位置（移動後の位置）とする。
ここで、「固定受信装置ＡとＲ（ｔ１）との間の距離＝固定受信装置ＢとＲ（ｔ１）との間の距離＝ｘ」と定義すると、時刻変化に伴う固定受信装置と移動端末の距離の差は、以下の通りになる。
・「Ｒ（ｔ１）からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ａに対する距離の変化」と、「Ｒ（ｔ１）からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｂに対する距離の変化」との差は、
【００２３】
【数１】
【００２４】
・「Ｒ（ｔ１）からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｂに対する距離の変化」と、「Ｒ（ｔ１）からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｃに対する距離の変化」との差は、
【００２５】
【数２】
【００２６】
・「Ｒ（ｔ１）」からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｃに対する距離の変化」と、「Ｒ（ｔ１）からＲ（ｔ２）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ａに対する距離の変化」との差は、
【００２７】
【数３】
【００２８】
となる。
一方、第２実施形態では、時刻ｔ１における移動端末の位置（初期位置）が未知であるので、Ｓ（ｔ１´）の位置が初期位置である可能性がある。
ここで、図３において、Ｓ（ｔ１´）を、時刻ｔ１における移動端末の位置（初期位置）、Ｓ（ｔ２´）を、時刻ｔ２における移動端末の位置（移動後の位置）とし、Ｓ（ｔ２´）と固定受信装置Ｃとの間の距離をａ´、Ｓ（ｔ１´）と固定受信装置Ｃとの間の距離をｂ´とし、かつ、
固定受信装置ＡとＳ（ｔ１´）との距離＝ｘ−ｙ、
固定受信装置ＢとＳ（ｔ１´）との距離＝ｘ＋ｙ、
固定受信装置ＢとＳ（ｔ２´）との距離＝ｚ、
固定受信装置ＡとＳ（ｔ２´）との距離＝ｚ2と定義する。
【００２９】
このとき、時刻変化に伴う固定受信装置と移動端末の距離の差は、以下の通りとなる。
・「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ａ に対する距離の変化」と、「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動 したときの固定受信装置Ｂに対する距離の変化」との差は、
＝｛ｚ2−（ｘ−ｙ）｝−｛ｚ−（ｘ＋ｙ）｝＝２ｙ−ｚ＋ｚ2…（４）
・「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｂ に対する距離の変化」と、「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動 したときの固定受信装置Ｃに対する距離の変化」との差は、
＝｛ｚ−（ｘ＋ｙ）｝−（ａ´−ｂ´）＝−ｘ−ｙ＋ｚ−ａ´＋ｂ´…（５）
・「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動したときの固定受信装置Ｃ に対する距離の変化」と、「Ｓ（ｔ１´）からＳ（ｔ２´）へ移動端末が移動 したときの固定受信装置Ａに対する距離の変化」との差は、
＝（ａ´−ｂ´）−｛ｚ2−（ｘ−ｙ）｝＝ｘ−ｙ−ｚ2＋ａ´−ｂ´…（６）
となる。以上の式において、
式（１）＝式（４）、すなわち、
【００３０】
【数４】
【００３１】
式（２）＝式（５）、すなわち、
【００３２】
【数５】
【００３３】
式（３）＝式（６）、すなわち、
【００３４】
【数６】
【００３５】
となってしまう条件が仮に存在してしまう場合には、時刻ｔ１における２個の移動端末の位置（Ｒ（ｔ１）とＳ（ｔ１））のどちらが初期位置であるかを判断することができない。つまり、３台の固定受信装置Ａ，Ｂ，Ｃでは、時刻ｔ１の位置を判断することができないということである。
そこで、固定受信装置がもう１台増えると、そのどちらかの初期位置であるかを判定することができる。
【００３６】
この場合には、まず、移動端末１の初期位置を仮定し、その初期位置から移動後に求まる各固定受信装置間の相対位相変化により、距離の差（ｘ＋Δｄ）を求め、３つの双曲線を描く。仮定した初期位置が正しければ、その交点が一致する。一致しない場合には、３〜６つの交点が現れる。これらの交点のうち、３つの交点を抽出し、それらの距離の差を評価関数としてその差が最小になるように収束させ、この評価関数が最小のときの移動端末の位置が絶対位置となる。このとき、３つより多くの交点が現れた場合には、３つの交点を抽出する方法として、任意に３つの交点を抽出した後、該３点を頂点とする三角形の面積を計算し、その面積が最小となる交点を抽出する方法をとればよい。
以上の理由により、初期位置がない場合、最低４台の固定受信装置が必要である。
【００３７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態は、位置をより高精度に求める方法である。第１実施形態および第２実施形態の方法では、移動端末から各固定受信装置の距離変化Δｄを相対位相変化Δφにより求めていたが、本実施形態では、位相差そのものの値には特に着目していない。ここで、位相差そのものの値に注目すると、移動端末１から固定受信装置２〜４への距離Ｄは、
Ｄ＝（測定された位相差＋２πｎ）×λ／２π（ｎは整数）
である。もし、ｎが求められれば、移動端末から固定受信装置への距離の誤差は、波長以下（位相差の測定誤差×λ／２π）になり、非常に正確な距離を求めることができる。
【００３８】
距離Ｄからｎを逆算するとき、位相差を正確に測定でき、正確な距離Ｄが推定できれば、正しいｎが求まる。もし、位相差の正確な測定が可能だとして、ｎが誤った値ならば、各固定受信装置からの距離Ｄに描いた円（以下、距離円）が１点で交わらない。一方、推定されたｎの前後の値（例えばｎ＋１、ｎ−１等）をｎの代わりに用いて距離を推定し、その結果、各固定受信装置からの距離円が１点で交わるようになれば、その値が正しい。しかしながら、測定には、常に誤差が含まれているから、必ずしもこのような手順で正しいｎが得られるとは限らない。そこで、移動端末の移動と共にこの最適のｎを探す操作を繰り返す。ｎが正しければ、各固定受信装置からの距離円が常にほぼ１点で交わるが、ｎが誤っているときは、１点に収束しない。この比較により最も正しいｎの値を見出すことができる。例えば各固定受信装置からの距離が１点に収束する度合いに閾値（例えば、推定位置までの固定受信装置からの距離推定誤差が常に１／４波長以下など）を設けることでｎを求める。一旦、ｎが求まれば、その後の位置精度は、波長以下（位相差の測定誤差×λ／２π）となる。例えば、２、４５ＧＨｚで位相の測定誤差がπ／４であったとすると、位置誤差は３ｃｍ程度となる。上記方法の中でｎを使用した距離Ｄの推定方法は、初期位置が既知でも有効である。初期位置が既知の場合には、ｎが既に与えられているので、移動に伴う位相の変化に応じて、例えば１周期位相が変化したら、ｎに１を加える（引く）というように追随させていけば、正確な測定が維持できる。
【００３９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態は、ユークリッド距離を用いて位置を推定する方法である。最初にデータベースとなるテーブルが必要であるが、テーブルを作成した後は、計算処理が早いという特徴がある。図４にデータベースの例を示す。位置に対応した要素番号として、Ｎ×Ｍ（Ｎ，Ｍは整数）に分割し、分割した要素毎（合計としてＮ×Ｍページ測定範囲）のテーブルを作成する。ここでは、（Ｎ，Ｍ）という位置に対して、要素番号（１，１）、（１，２）、（２，１）を例としてあげている。テーブルの縦軸は、進行方向の方位角度（０〜３６０度をＬ等分：Ｌは整数）を表し、横軸は、それぞれの固定受信装置間で測定される相対位相変化φが記入されている。例えば、このテーブルでは、要素番号（１，１）の場合、進行方向の方位角度０°であれば、固定受信装置２，３間では３００°、固定受信装置２，４間では２００°、固定受信装置３，４間では１００°である。なお、このときの移動端末の移動量は単位長（例えば１ｍなど）としておく。
【００４０】
実測では、まず、移動端末の移動前の位置（要素）に対応したページのテーブルを用意しておく。次に、移動端末の移動後に各固定受信装置間で測定された相対位相変化φを正規化する。例えば、各相対位相変化φの絶対値の総和で、それぞれの相対位相変化φを割る。同様にして、テーブル上の相対位相変化φも正規化する。次に、これらの正規化されたテーブル上の値と実測値の、ユークリッド距離（２つの値の差をとって二乗し、その和の平方根を求める）を算出する。ユークリッド距離が最小となる方向が、移動端末が進んだ方向である。移動距離は、実測の位相量とテーブル上の位相量との比をとり、単位長をかけることにより求まる。
【００４１】
［第５実施形態］
図５は、本発明の第５実施形態の基本的構成を示す図である。
本実施形態では、固定送信装置１２〜１４と、電波を振り分ける発振・分割装置１５とを用い、移動端末１１が自ら位置を測定する。
固定送信装置１２〜１４は、移動端末１１に対して同時に同一内容の送信を行う無線通信装置である。
発振・分割装置１５で振り分けられた電波は、各固定送信装置１２、１３、１４より空間に放射される。移動端末１１は、それらの電波を受信後分離し、それぞれの相対位相差または位相差を検出して、その変化量から位置を推定する。このように、固定送信装置１２〜１４で送信し、移動端末１で受信することで、移動端末１１は自らの位置を知ることができる。
【００４２】
［変形例］
次に、本発明の変形例について説明する。
上述した実施形態においては、無変調波を用いる例について説明したが、変調波を用いる方法では、例えば携帯電話の電波を利用することが可能で、本測位のための特別な装置を要しないことが特徴である。
以上、本発明の好適な実施形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例にさまざまな修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態に係る位置推定システムの基本的な構成例を示す概略図である。
【図２】双曲線の交点から位置を推定する図である。
【図３】第２実施形態に係る位置推定システムにおいて４台の固定受信装置が必要な理由を示す概略図である。
【図４】第４実施形態に係る位置推定システムにおいて移動方向を推定する目的でユークリッド距離を算出するためのテーブルの例を示す図である。
【図５】第５実施形態に係る位置推定システムにおいて固定側を発振とし、移動端末を受信とした構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，１１…移動端末、２，３，４…固定受信装置、５，６…位相比較器、７…位置算出器、１０…位置推定システム、１２，１３，１４…固定送信装置、１５…発振・分割装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送信する送信アンテナを有する移動端末と、
前記移動端末から送信される電波を同時に受信する複数の固定受信装置と、
前記複数の固定受信装置のうちの任意の一対の固定受信装置間に配置され、前記移動端末の移動と共に生じる電波の相対位相差を比較測定する複数の位相比較器と、
前記位相比較器に接続され、前記位相比較器によって比較された電波の相対位相差に基づいて当該電波の到来方向を推定し、その結果から前記移動端末の位置を算出する位置算出器と、
を備えたことを特徴とする位置推定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記移動端末の移動後の位置を、前記複数の固定受信装置間の位相差の移動前後における相対位相差の変化に基づいて推定することを特徴とする位置推定システム。
【請求項３】
請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記複数の固定受信装置は４台であり、前記移動端末が移動した前後における固定受信装置間の相対位相差に基づいて描かれる３つの等位相差曲線の交点が一致する条件から前記移動端末の絶対位置を求めることを特徴とする位置推定システム。
【請求項４】
請求項３に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記移動端末から各固定受信装置までの波数を未知数とし、推定した移動端末の位置と該未知数とから連立方程式をたて、移動する毎に求めた波数から３つの交点を抽出し、それらの差が最小になる条件を満たす波数を見出すことにより前記移動端末の絶対位置を推定することを特徴とする位置推定システム。
【請求項５】
請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記固定受信装置間の位相差と前記移動端末の位置との関係を示すテーブルと、前記位相比較器により測定した位相差と前記テーブルに示された位相差とを照合する照合手段とを備え、それらが最も一致している位置を移動端末の位置として推定することを特徴とする位置推定システム。
【請求項６】
請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記移動端末は、前記送信アンテナから無変調の電波を送信することを特徴とする位置推定システム。
【請求項７】
請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記移動端末は、前記送信アンテナから携帯電話の変調波の電波を送信することを特徴とする位置推定システム。
【請求項８】
電波を発振して分割することにより振り分ける発振分割装置と、
前記発振分割装置により振り分けられた電波を空間に放射する複数の固定送信装置と、
前記固定送信装置により送信された電波を受信した後分離し、それぞれの相対位相差または位相差を検出して、その変化量から自らの位置を推定する移動端末と、
を備えたことを特徴とする位置推定システム。
【請求項９】
移動端末から電波を送信する送信ステップと、
前記移動端末から送信される電波を複数の固定受信装置を用いて同時に受信する受信ステップと、
前記複数の固定受信装置のうちの任意の一対の固定受信装置間に配置された複数の位相比較器を用いて、前記移動端末の移動と共に生じる電波の相対位相差を比較測定する比較ステップと、
前記位相比較器に接続された位置算出器を用いて、前記位相比較器によって比較された電波の相対位相差に基づいて当該電波の到来方向を推定し、その結果から前記移動端末の位置を算出する算出ステップと、
を含むことを特徴とする位置推定方法。
【請求項１】
電波を送信する送信アンテナを有する移動端末と、
前記移動端末から送信される電波を同時に受信する複数の固定受信装置と、
前記複数の固定受信装置のうちの任意の一対の固定受信装置間に配置され、前記移動端末の移動と共に生じる電波の相対位相差を比較測定する複数の位相比較器と、
前記位相比較器に接続され、前記位相比較器によって比較された電波の相対位相差に基づいて当該電波の到来方向を推定し、その結果から前記移動端末の位置を算出する位置算出器と、
を備えたことを特徴とする位置推定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記移動端末の移動後の位置を、前記複数の固定受信装置間の位相差の移動前後における相対位相差の変化に基づいて推定することを特徴とする位置推定システム。
【請求項３】
請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記複数の固定受信装置は４台であり、前記移動端末が移動した前後における固定受信装置間の相対位相差に基づいて描かれる３つの等位相差曲線の交点が一致する条件から前記移動端末の絶対位置を求めることを特徴とする位置推定システム。
【請求項４】
請求項３に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記移動端末から各固定受信装置までの波数を未知数とし、推定した移動端末の位置と該未知数とから連立方程式をたて、移動する毎に求めた波数から３つの交点を抽出し、それらの差が最小になる条件を満たす波数を見出すことにより前記移動端末の絶対位置を推定することを特徴とする位置推定システム。
【請求項５】
請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記位置算出器は、前記固定受信装置間の位相差と前記移動端末の位置との関係を示すテーブルと、前記位相比較器により測定した位相差と前記テーブルに示された位相差とを照合する照合手段とを備え、それらが最も一致している位置を移動端末の位置として推定することを特徴とする位置推定システム。
【請求項６】
請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記移動端末は、前記送信アンテナから無変調の電波を送信することを特徴とする位置推定システム。
【請求項７】
請求項１に記載の位置推定システムにおいて、前記移動端末は、前記送信アンテナから携帯電話の変調波の電波を送信することを特徴とする位置推定システム。
【請求項８】
電波を発振して分割することにより振り分ける発振分割装置と、
前記発振分割装置により振り分けられた電波を空間に放射する複数の固定送信装置と、
前記固定送信装置により送信された電波を受信した後分離し、それぞれの相対位相差または位相差を検出して、その変化量から自らの位置を推定する移動端末と、
を備えたことを特徴とする位置推定システム。
【請求項９】
移動端末から電波を送信する送信ステップと、
前記移動端末から送信される電波を複数の固定受信装置を用いて同時に受信する受信ステップと、
前記複数の固定受信装置のうちの任意の一対の固定受信装置間に配置された複数の位相比較器を用いて、前記移動端末の移動と共に生じる電波の相対位相差を比較測定する比較ステップと、
前記位相比較器に接続された位置算出器を用いて、前記位相比較器によって比較された電波の相対位相差に基づいて当該電波の到来方向を推定し、その結果から前記移動端末の位置を算出する算出ステップと、
を含むことを特徴とする位置推定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−８７８０（Ｐ２００８−８７８０Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８００６４（Ｐ２００６−１８００６４）
【出願日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人 電気通信大学 (383)
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人 電気通信大学 (383)
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
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