位置検知装置および位置検知プログラム
【目的】この発明は、基地局から複数のアンテナあるいは複数組のアンテナを周期的に切替えながら発信される報知情報と測定信号を含む高周波信号を携帯端末により受信し当該携帯端末の３次元の位置あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向を高精度で検知するための位置検知装置および位置検知プログラムに関するものである。
【構成】基地局１０の複数あるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄから伝送経路６８ａ〜６８ｄを経由して伝送される高周波信号を携帯端末２０により受信し、当該受信した高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の相対位相を算出することにより、当該携帯端末２０の３次元の位置６９を高精度で検知する。
【構成】基地局１０の複数あるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄから伝送経路６８ａ〜６８ｄを経由して伝送される高周波信号を携帯端末２０により受信し、当該受信した高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の相対位相を算出することにより、当該携帯端末２０の３次元の位置６９を高精度で検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えながら超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信しあるいは受信する固定側の発信手段および／あるいは受信手段と、携帯端末側の受信手段および／あるいは発信手段から構成され、当該携帯端末側の受信手段および／あるいは発信手段の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを当該携帯端末側のアンテナあるいは送受波器の高さの情報を入力することなく検知するための位置検知装置および位置検知プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、特許文献１に記載されている従来の無線マーカの実施例である。 図６において、１は発信手段あるいは中継手段、２は受信手段、１１ａ〜１１ｄは指向性アンテナ、４１は指向性アンテナ１１ａから１１ｂを見た方向、４２は発信手段のアンテナの真下からの角度、４３は発信手段のアンテナの高さ、４４は受信手段のアンテナの高さ、４５は発信手段のアンテナの真下からの距離である。
発信手段あるいは中継手段１の指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄは、発信する高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の4分の１波長の間隔で水平面あるいは一定の傾斜角を持たせて設置され、周期的に切替えられながら高周波信号を発信しているものとする。
【０００３】
当該受信手段２が当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下から角度４２の方向に存在するとすると、Δd(X)=(H-h)×Tan{ΔΦ(X)}、Δd(Y)=(H-h)×Tan{ΔΦ(Y)}となる。ここで、Δd(X)、Δd(Y)は当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下からの距離４５、Ｈは当該発信手段１のアンテナ１１ａ〜１１ｄの高さ４３、ｈは当該受信手段２のアンテナの高さ４４、ΔΦ(X)、ΔΦ(Y)は当該指向性アンテナの真下からの角度４２である。
当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下の位置を（X1、Y1）とすると、当該受信手段２のアンテナの位置（Xx、Yy）は、Xx=X1+Δd(X) Yy=Y1+Δd(Y)から位置を検知できる。
【０００４】
しかしながら、従来の位置検知の方法では、当該受信手段２の高さをデフオルト値としてあらかじめ記憶しておくかその都度入力する必要があり、当該受信手段２の２次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせしか検知できなかったことから、当該受信手段２を携帯する歩行者等の姿勢によっては当該位置検知の精度が劣化しあるいは不安定となる問題点があった。
また、特許文献２に記載されている従来の「位置検知プログラム」では、基地局１、２、３には１基のアンテナしか塔載されておらずしかもこれらの位置が十分に離れていることが条件となっており、屋外あるいは屋内に関わらずマルチパスあるいはハイトパターンなどの影響で複数の基地局からの信号を同時に受信できない時には位置の検知が困難となるなどの問題点があった。
【特許文献１】特願２００５−３６３１７１号
【特許文献２】特願２００２−３３３４２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、携帯端末側のアンテナあるいは送受波器の主として高さに関する情報を入力することなく、当該携帯端末の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高い精度で検知するための位置検知装置および位置検知プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる位置検知装置および位置検知プログラムは、固定される側の発信手段あるいは受信手段に複数のアンテナあるいは送受波器が任意の組合わせの間隔を１波長以内として配置され当該アンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが不均一な配列あるいは間隔であり、あるいは固定される側の発信手段あるいは受信手段に複数組のアンテナあるいは送受波器が任意の組合わせの間隔を１波長以上として配置され、当該複数あるいは複数組のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えながら超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信しあるいは受信することで、携帯端末側のアンテナの高さ情報を入力することなく３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で検知するためのものである。
【発明の効果】
【０００７】
従来の位置検知装置あるいは位置検知プログラムでは、固定される側の発信手段あるいは受信手段に接続する複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせの配列あるいは間隔が均一であるため、携帯端末側の受信手段あるいは発信手段のアンテナあるいは送受波器の少なくとも高さをデフオルト値として予め入力しておく必要があり、２次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせしか検知できない問題点がある。
本発明の位置検知装置および位置検知プログラムでは当該携帯端末側の受信手段あるいは発信手段のアンテナあるいは送受波器の高さをデフオルト値として入力することなく当該携帯端末の高さを含めた３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明に係わる位置検知装置および位置検知プログラムは、図１に示すように基地局１０の３次元の位置６９から携帯端末２０の３次元の位置７０を検知するために準備される。
基地局１０には、図２あるいは図４に示すように、複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄあるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄが接続され、図２の場合には複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの任意の組合わせの間隔が１波長以内であり図３に示すように任意の組合わせ間の配列あるいは間隔が不均一となっており、図４の場合には複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄの任意の組合わせの間隔が１波長以上であり、これらの複数あるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄが周期的に切替えられて高周波信号を発信しあるいは受信している。
一方、携帯端末２０には１基のアンテナが接続されている。
【０００９】
前記の図１、図２、図３あるいは図４に示す複数あるいは複数組のアンテナの構成と配列から、図５に示すように複数あるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄの３次元の位置６９ａ〜６９ｄ（Ｘ１ａ、Ｙ１ａ、Ｚ１ａ）〜（Ｘ１d、Ｙ１d、Ｚ１d）から携帯端末２０の３次元の位置７０（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）へ、伝送経路６８ａ〜６８ｄを経由して高周波信号が伝送され、当該高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド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位相を主とするこれらの組合わせを検出することにより、当該携帯端末２０のアンテナの高さ情報を入力することなく３次元の位置７０あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で算出する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の一実施例を示す概念図である。図１において、１０は基地局、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは複数あるいは複数組のアンテナ、２０は携帯端末、６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄは当該アンテナ１１ａ〜１１ｄと携帯端末２０の間の高周波信号の伝送路、６９は基地局１０の３次元の位置、７０は携帯端末２０の３次元の位置である。
３次元の位置６９に設置された基地局１０の発信手段および／あるいは受信手段には周期的に切替えられている複数あるいあ複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄが接続されており、発信手段が搭載されている場合には報知情報および位置を測定するための測定信号を含む高周波信号を間欠的に発信している。
一方、３次元の位置に居る携帯端末２０には発信手段および／あるいは受信手段が搭載され少なくとも１基のアンテナが搭載されており、当該携帯端末１０に発信手段が搭載されている場合には識別信号および位置を測定するための測定信号を含む高周波信号を間欠的に発信している。
【００１１】
当該基地局１０から発信される報知情報には少なくとも識別信号およびアンテナの位置および／あるいはアンテナの設置状況に関する情報が含まれており、当該基地局１０の発信手段から発信される高周波信号を当該携帯端末２０の受信手段により受信して当該携帯端末２０の３次元の位置７０あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で検知し、あるいは当該携帯端末２０の発信手段から発信される高周波信号を当該基地局１０の受信手段により受信して当該携帯端末２０のアンテナ高さの情報を入力することなく３次元の位置７０あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で検知する。
ここで、当該基地局１０の複数あるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄと携帯端末２０のアンテナとを結ぶ伝送路６８ａ〜６８ｄを通じて当該高周波信号が送受信されるが、周辺に反射物があるとマルチパスあるいはハイトパターンなどにより当該高周波信号が打ち消されて消滅してしまうことがあるが、全ての伝送路において同時にマルチパスあるいはハイトパターンの影響を受けることはないので、いずれかの伝送路で当該高周波信号が正常に伝送されるので、高精度の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせの検知が可能となる。
【実施例２】
【００１２】
図２は、本発明の基地局の実施例を示す構成図であり、１０は基地局、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは複数のアンテナ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは伝送線路、３２はアンテナスイッチ、３３は発信手段、３４は基準発振器、３５は制御部である。
基地局１０の複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄは伝送線路３１ａ〜３１ｄを介してアンテナスイッチ３２に接続されており、制御部３５によって基準発振器３７に同期して周期的に切換えられている。発信手段３３からは報知情報を含む高周波信号がバースト状に発信され、アンテナスイッチ３２により周期的に切換えられ、伝送線路３１ａ〜３１ｄを経由して当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄから空間に放射されている。
当該伝送線路３１ａ〜３１ｄは線路長が不均一に構成されるため、アンテナ１１ａ〜１１ｄから放射される高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相は不均一となっている。
【００１３】
例えば、伝送線路３１ａが他に比べて長い場合、アンテナ１１ａから放射される高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相が遅れとなり、等価的に当該アンテナ１１ａは他のアンテナ１１ｂ〜１１ｄに比べて奥まった間隔で設置されるのと等価になり、同様に、伝送線路３１ｂ〜３１ｄの長さを調節することによってアンテナ１１ｂ〜１１ｄの相対的な間隔が調節される。
前記のように配列すれば、アンテナ１１ａ〜１１ｄが同一面で下方向に向いて設置され携帯端末が当該アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下に位置する場合でも、携帯端末と各アンテナ１１ａ〜１１ｄの間で高周波信号の伝送距離が同一でなく不均一となるので当該携帯端末の３次元の位置あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向が検知できることになる。
【００１４】
ここで、アンテナ１１ａ〜１１ｄの相対的な奥行き方向の間隔を調節するために伝送線路３１ａ〜３１ｄを挿入する例を示したが、固定あるいは可変の移相器あるいは遅延手段を用い、あるいはアンテナ１１ａ〜１１ｄの放射位相特性を不均一とする等の等価な方法を用いることができる。
また、アンテナ１１ａ〜１１ｄを切換える周期に合わせて、当該アンテナ１１ａ〜１１ｄから放射される高周波信号の搬送波周波数あるいは副搬送波周波数を変化させ、あるいは変調信号を変化させ、あるいは拡散符号を変化させるなどにより相対的な奥行き方向の間隔を調節するのと等価な効果が得られる。
【実施例３】
【００１５】
図３は本発明のアンテナの実施例を示す断面図であり、８１は複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄを組み立てたアンテナ部、８２はアンテナ１１ａとアンテナ１１ｄの上下方向の間隔、８３はアンテナ１１ｃと１１ｄの左右方向の間隔、８４はアンテナ１１ｂとアンテナ１１ｃの上下方向の間隔、８５はアンテナ１１ａと１１ｂの左右方向の間隔、８６はアンテナ１１ｃとアンテナ１１ｄの前後方向の間隔、８７はアンテナ１１ａと１１ｂの前後方向の間隔、８８はアンテナ１１ｂと１１ｄの前後方向の間隔である。
【００１６】
アンテナ部８１の各間隔８２〜８８の一部あるいは全部を不均一としおよび／あるいは当該アンテナ部８１を水平面に対して下向き方向あるいは上向き方向あるいは横向き方向に対して傾斜角を持たせあるいはこれらを組合わせて設置される。
前記のように配列すれば、アンテナ部８１が下方向に向いて設置され携帯端末が当該アンテナ部８１の真下に位置する場合でも、携帯端末と当該アンテナ部８１の各アンテナ１１ａ〜１１ｄの間で高周波信号の伝送距離が同一でなく不均一となるので当該携帯端末の３次元の位置あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向が検知できることになる。
【００１７】
ここで、各アンテナ１１ａ〜１１ｄの配列および間隔は一例を示したものであり、任意の組合わせで配列することができる。
また、当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの一部あるいは全部の接続端子に高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相を進めあるいは遅らせるための固定あるいは可変の移相手段を接続し、等価的に当該アンテナ１１ａ〜１１ｄの一部あるいは全部の伝送線路長を不均一にすることで同様な効果が得られる。
また、当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの一部あるいは全部から放射される高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相あるいは遅延時間あるいはこれらの両方が等価的に不均一になることでも同様な効果が得られる。
【実施例４】
【００１８】
図４は、本発明の基地局の他の実施例を示す構成図であり、１０は基地局、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは複数組のアンテナ、１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４は各組内の複数のアンテナ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは伝送線路、３２はアンテナスイッチ、３３は発信手段、３４は基準発振器、３５は制御部である。
基地局１０の複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄは、内部にアンテナスイッチを内蔵し各組内の複数のアンテナ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４を周期的に切換えており、伝送線路３１ａ〜３１ｄを介してアンテナスイッチ３２に接続されており、制御部３５によって基準発振器３７に同期して周期的に切換えられている。発信手段３３からは報知情報を含む高周波信号がバースト状に発信され、アンテナスイッチ３２により周期的に切換えられ、伝送線路３１ａ〜３１ｄを経由して当該複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄに内蔵された複数のアンテナ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４から空間に放射されている。
【００１９】
当該複数組のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ内の複数のアンテナ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４の各組内での任意の組合わせの間隔が当該高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以内であり、さらに当該複数組のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの任意の組合わせの間隔が当該高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以上になるように設けられ、
当該伝送線路３１ａ〜３１ｄの線路長は当該複数組のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの設置位置で決まり、複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄから放射される高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相も複数組のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの設置位置で決まる。
【００２０】
前記のように配列すれば、複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄが同一面で下方向に向いて設置され携帯端末が当該複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄのいずれかの真下に位置する場合でも、当該携帯端末のアンテナの高さをデフオルト値としあるいはその都度入力することなく携帯端末の３次元の位置あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向が検知できることになる。
ここで、複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄを切換える周期に合わせて、当該複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄから放射される高周波信号の搬送波周波数あるいは副搬送波周波数を変化させ、あるいは変調信号を変化させ、あるいは拡散符号を変化させるなどにより基地局１０と携帯端末との距離を検知することができる。
【００２１】
また、複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄの内の少なくとも一組が複数のアンテナあるいは送受波器であり当該複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以内の間隔で設けられ、残りの複数組が単一のアンテナあるいは送受波器であり当該複数組の単一のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以上の間隔で設けられる場合でも同様な効果が得られる。
【実施例５】
【００２２】
図５は本発明の位置検知プログラムの基本となる伝送路の概念図であり、６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄは高周波信号の伝送路、６９は携帯端末２０の３次元の位置、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄは複数あるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄの３次元の位置、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄは複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄを中心とする球面である。
アンテナ１１ａから発信され伝送路６８ａを経由して球面７１ａに到達した時の高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相は当該高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の波長をλとすると（２πＬａ/λ）であり、同様に、伝送路６８ｂを経由して球面７１ｂに到達した時には（２πＬb/λ）、伝送路６８ｃを経由して球面７１ｃに到達した時には（２πＬc/λ）、伝送経路６８ｄを経由して球面７１に到達した時には（２πＬd/λ）となる。各アンテナ１１ａ〜１１ｄから発信された高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相は同期して切替えられているので発信された時点では同一の位相であることから、伝送路６８ａ〜６８ｄを経由した時の相対位相を検出できる。
【００２３】
当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの任意の組合わせの間隔を高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の波長の１波長以上として不均一な配置とし、当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの位置７０ａ〜７０ｄの座標を（Ｘ１ａ、Ｙ１ａ、Ｚ１ａ）、（Ｘ１b、Ｙ１b、Ｚ１b）、（Ｘ１c、Ｙ１c、Ｚ１c）、（Ｘ１d、Ｙ１d、Ｚ１d）とし携帯端末の座標を（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）とすると、伝送路６８ａ〜６８ｄを経由して球面７１ａ〜７１ｄに到達した時の高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相が（２πＬａ/λ）、（２πＬb/λ）、（２πＬc/λ）、（２πＬd/λ）となる関係から、連立方程式を作成し誤差が小さくなるよう線形最小二乗法の手法を用いてプログラムを構成することで、携帯端末の３次元の位置座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を求めることができる。
【００２４】
このとき、例えばσを標準偏差とすると、各々の位相測定にσθａ、σθｂ、σθｃ、σθｄの誤差を生じるので、測定値の誤差はそれぞれ（２πＬａ/λ）＋σθａ、（２πＬｂ/λ）＋σθｂ、（２πＬｃ/λ）＋σθｃ、（２πＬｄ/λ）＋σθｄとなる。位置検知演算の前に位相差の測定を複数回行った平均値を用いることで、位置検知演算処理の負荷を押さえながらも、σθａ、σθｂ、σθｃ、σθｄの誤差を軽減することができる。
また、複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄから発信される高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相は均一でなくても良く、各組毎のアンテナ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４位相差が規定値以内であれば良く、各組内のアンテナ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４間に規定値からの誤差がある場合には補正値を設けて検出した相対位相から補正値を加算あるいは減算して算出する必要がある。
【００２５】
また、当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの任意の組合わせの配置あるいは間隔が、機械的な配置あるいは間隔と電気的な配置あるいは間隔が異なる場合にも補正係数を設けて補正する必要がある。
また、当該相対位相を算出する際に線形最小二乗法あるいは誤差の発生の少ない手法により平均値を求めることにより算出することも可能である。
また、最小二乗法により位置の検知を行った結果を時系列に記憶して位置の軌跡を求め、最小二乗法により過去の軌跡からの分散を求め、その中心となる軌跡から現在の位置を推定あるいは確定させることができる。
また、前記の携帯端末２０の３次元の位置７０以外にも３次元の距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で検知することができる。
【００２６】
以上の説明では、複数回の測定値を最小二乗法で平均値を求める場合について述べたが、平均値を求める時点に近いものほど重み付けを行ういわゆる加重平均あるいは移動平均により行うことも可能である。
また、Ｎ回の平均値をとることで、位相差あるいは時間差の測定精度を、９５％の確かさで、±σ/（√N）以内に予測することが可能となる。
【００２７】
また、当該発信手段から超音波トランスデューサあるいは超音波送波器を用いて超音波信号を発信し、当該受信手段において超音波トランスデューサあるいは超音波受波器を用いて超音波信号を受信し、あるいは当該発信手段において発光ダイオードあるいはレーザーダイオードを用いて光信号を発信し当該受信手段においてホトダイオードを用いて光信号を受信することでも同様な効果が得られる。なお、本出願では、超音波トランスデューサあるいは超音波送受波器と発光ダイオードあるいはレーザーダイオードあるいはホトダイオードを総称して送受波器と呼称するものとする。また、送受波器の送波器あるいは受波器のみを用いる場合でも送受波器として記載している。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、上記のように構成されているため、周期的に切替えられる複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせに対して、基地局と携帯端末間の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の伝送路長を不均一とすることで、携帯端末の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせが高精度で検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例を示す概念図である。
【図２】本発明の基地局の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明のアンテナの実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の基地局の他の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の位置検知プログラムの基本となる伝送路の概念図である。
【図６】従来の実施例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 無線マーカ
２ 受信手段
３ 携帯可能な端末の位置
１０ 基地局
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ アンテナ
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 伝送線路
３２ アンテナスイッチ
３３ 発信手段
３４ 基準発振器
３５ 制御部
６１ アンテナ１１ａ→アンテナ１１ｂの方向
６２ 無線マーカのアンテナの垂直面からの角度
６３ 無線マーカのアンテナの高さ
６４ 受信手段のアンテナの高さ
６５ 無線マーカのアンテナの真下からの距離
６６ 無線マーカのアンテナの垂直面を延長した距離
６７ 無線マーカのアンテナの垂直面の角度
６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄ アンテナ１１ａ〜１１ｄから携帯端末への伝送経路
６９ 基地局の３次元の位置
６９ａ、６９ｂ、６９ｃ、６９ｄ 基地局のアンテナの３次元の位置
７０ 携帯端末の３次元の位置
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ 伝送経路を経由して到達した時の球面
８１ 複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄを組み立てたアンテナ部
８２ アンテナ１１ａとアンテナ１１ｄの上下方向の間隔
８３ アンテナ１１ｃと１１ｄの左右方向の間隔
８４ アンテナ１１ｂとアンテナ１１ｃの上下方向の間隔
８５ アンテナ１１ａと１１ｂの左右方向の間隔
８６ アンテナ１１ｃとアンテナ１１ｄの前後方向の間隔
８７ アンテナ１１ａと１１ｂの前後方向の間隔
８７ アンテナ１１ｂと１１ｄの前後方向の間隔
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えながら超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信しあるいは受信する固定側の発信手段および／あるいは受信手段と、携帯端末側の受信手段および／あるいは発信手段から構成され、当該携帯端末側の受信手段および／あるいは発信手段の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを当該携帯端末側のアンテナあるいは送受波器の高さの情報を入力することなく検知するための位置検知装置および位置検知プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、特許文献１に記載されている従来の無線マーカの実施例である。 図６において、１は発信手段あるいは中継手段、２は受信手段、１１ａ〜１１ｄは指向性アンテナ、４１は指向性アンテナ１１ａから１１ｂを見た方向、４２は発信手段のアンテナの真下からの角度、４３は発信手段のアンテナの高さ、４４は受信手段のアンテナの高さ、４５は発信手段のアンテナの真下からの距離である。
発信手段あるいは中継手段１の指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄは、発信する高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の4分の１波長の間隔で水平面あるいは一定の傾斜角を持たせて設置され、周期的に切替えられながら高周波信号を発信しているものとする。
【０００３】
当該受信手段２が当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下から角度４２の方向に存在するとすると、Δd(X)=(H-h)×Tan{ΔΦ(X)}、Δd(Y)=(H-h)×Tan{ΔΦ(Y)}となる。ここで、Δd(X)、Δd(Y)は当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下からの距離４５、Ｈは当該発信手段１のアンテナ１１ａ〜１１ｄの高さ４３、ｈは当該受信手段２のアンテナの高さ４４、ΔΦ(X)、ΔΦ(Y)は当該指向性アンテナの真下からの角度４２である。
当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下の位置を（X1、Y1）とすると、当該受信手段２のアンテナの位置（Xx、Yy）は、Xx=X1+Δd(X) Yy=Y1+Δd(Y)から位置を検知できる。
【０００４】
しかしながら、従来の位置検知の方法では、当該受信手段２の高さをデフオルト値としてあらかじめ記憶しておくかその都度入力する必要があり、当該受信手段２の２次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせしか検知できなかったことから、当該受信手段２を携帯する歩行者等の姿勢によっては当該位置検知の精度が劣化しあるいは不安定となる問題点があった。
また、特許文献２に記載されている従来の「位置検知プログラム」では、基地局１、２、３には１基のアンテナしか塔載されておらずしかもこれらの位置が十分に離れていることが条件となっており、屋外あるいは屋内に関わらずマルチパスあるいはハイトパターンなどの影響で複数の基地局からの信号を同時に受信できない時には位置の検知が困難となるなどの問題点があった。
【特許文献１】特願２００５−３６３１７１号
【特許文献２】特願２００２−３３３４２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、携帯端末側のアンテナあるいは送受波器の主として高さに関する情報を入力することなく、当該携帯端末の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高い精度で検知するための位置検知装置および位置検知プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる位置検知装置および位置検知プログラムは、固定される側の発信手段あるいは受信手段に複数のアンテナあるいは送受波器が任意の組合わせの間隔を１波長以内として配置され当該アンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが不均一な配列あるいは間隔であり、あるいは固定される側の発信手段あるいは受信手段に複数組のアンテナあるいは送受波器が任意の組合わせの間隔を１波長以上として配置され、当該複数あるいは複数組のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えながら超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信しあるいは受信することで、携帯端末側のアンテナの高さ情報を入力することなく３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で検知するためのものである。
【発明の効果】
【０００７】
従来の位置検知装置あるいは位置検知プログラムでは、固定される側の発信手段あるいは受信手段に接続する複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせの配列あるいは間隔が均一であるため、携帯端末側の受信手段あるいは発信手段のアンテナあるいは送受波器の少なくとも高さをデフオルト値として予め入力しておく必要があり、２次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせしか検知できない問題点がある。
本発明の位置検知装置および位置検知プログラムでは当該携帯端末側の受信手段あるいは発信手段のアンテナあるいは送受波器の高さをデフオルト値として入力することなく当該携帯端末の高さを含めた３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明に係わる位置検知装置および位置検知プログラムは、図１に示すように基地局１０の３次元の位置６９から携帯端末２０の３次元の位置７０を検知するために準備される。
基地局１０には、図２あるいは図４に示すように、複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄあるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄが接続され、図２の場合には複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの任意の組合わせの間隔が１波長以内であり図３に示すように任意の組合わせ間の配列あるいは間隔が不均一となっており、図４の場合には複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄの任意の組合わせの間隔が１波長以上であり、これらの複数あるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄが周期的に切替えられて高周波信号を発信しあるいは受信している。
一方、携帯端末２０には１基のアンテナが接続されている。
【０００９】
前記の図１、図２、図３あるいは図４に示す複数あるいは複数組のアンテナの構成と配列から、図５に示すように複数あるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄの３次元の位置６９ａ〜６９ｄ（Ｘ１ａ、Ｙ１ａ、Ｚ１ａ）〜（Ｘ１d、Ｙ１d、Ｚ１d）から携帯端末２０の３次元の位置７０（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）へ、伝送経路６８ａ〜６８ｄを経由して高周波信号が伝送され、当該高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド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位相を主とするこれらの組合わせを検出することにより、当該携帯端末２０のアンテナの高さ情報を入力することなく３次元の位置７０あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で算出する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の一実施例を示す概念図である。図１において、１０は基地局、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは複数あるいは複数組のアンテナ、２０は携帯端末、６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄは当該アンテナ１１ａ〜１１ｄと携帯端末２０の間の高周波信号の伝送路、６９は基地局１０の３次元の位置、７０は携帯端末２０の３次元の位置である。
３次元の位置６９に設置された基地局１０の発信手段および／あるいは受信手段には周期的に切替えられている複数あるいあ複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄが接続されており、発信手段が搭載されている場合には報知情報および位置を測定するための測定信号を含む高周波信号を間欠的に発信している。
一方、３次元の位置に居る携帯端末２０には発信手段および／あるいは受信手段が搭載され少なくとも１基のアンテナが搭載されており、当該携帯端末１０に発信手段が搭載されている場合には識別信号および位置を測定するための測定信号を含む高周波信号を間欠的に発信している。
【００１１】
当該基地局１０から発信される報知情報には少なくとも識別信号およびアンテナの位置および／あるいはアンテナの設置状況に関する情報が含まれており、当該基地局１０の発信手段から発信される高周波信号を当該携帯端末２０の受信手段により受信して当該携帯端末２０の３次元の位置７０あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で検知し、あるいは当該携帯端末２０の発信手段から発信される高周波信号を当該基地局１０の受信手段により受信して当該携帯端末２０のアンテナ高さの情報を入力することなく３次元の位置７０あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で検知する。
ここで、当該基地局１０の複数あるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄと携帯端末２０のアンテナとを結ぶ伝送路６８ａ〜６８ｄを通じて当該高周波信号が送受信されるが、周辺に反射物があるとマルチパスあるいはハイトパターンなどにより当該高周波信号が打ち消されて消滅してしまうことがあるが、全ての伝送路において同時にマルチパスあるいはハイトパターンの影響を受けることはないので、いずれかの伝送路で当該高周波信号が正常に伝送されるので、高精度の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせの検知が可能となる。
【実施例２】
【００１２】
図２は、本発明の基地局の実施例を示す構成図であり、１０は基地局、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは複数のアンテナ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは伝送線路、３２はアンテナスイッチ、３３は発信手段、３４は基準発振器、３５は制御部である。
基地局１０の複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄは伝送線路３１ａ〜３１ｄを介してアンテナスイッチ３２に接続されており、制御部３５によって基準発振器３７に同期して周期的に切換えられている。発信手段３３からは報知情報を含む高周波信号がバースト状に発信され、アンテナスイッチ３２により周期的に切換えられ、伝送線路３１ａ〜３１ｄを経由して当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄから空間に放射されている。
当該伝送線路３１ａ〜３１ｄは線路長が不均一に構成されるため、アンテナ１１ａ〜１１ｄから放射される高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相は不均一となっている。
【００１３】
例えば、伝送線路３１ａが他に比べて長い場合、アンテナ１１ａから放射される高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相が遅れとなり、等価的に当該アンテナ１１ａは他のアンテナ１１ｂ〜１１ｄに比べて奥まった間隔で設置されるのと等価になり、同様に、伝送線路３１ｂ〜３１ｄの長さを調節することによってアンテナ１１ｂ〜１１ｄの相対的な間隔が調節される。
前記のように配列すれば、アンテナ１１ａ〜１１ｄが同一面で下方向に向いて設置され携帯端末が当該アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下に位置する場合でも、携帯端末と各アンテナ１１ａ〜１１ｄの間で高周波信号の伝送距離が同一でなく不均一となるので当該携帯端末の３次元の位置あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向が検知できることになる。
【００１４】
ここで、アンテナ１１ａ〜１１ｄの相対的な奥行き方向の間隔を調節するために伝送線路３１ａ〜３１ｄを挿入する例を示したが、固定あるいは可変の移相器あるいは遅延手段を用い、あるいはアンテナ１１ａ〜１１ｄの放射位相特性を不均一とする等の等価な方法を用いることができる。
また、アンテナ１１ａ〜１１ｄを切換える周期に合わせて、当該アンテナ１１ａ〜１１ｄから放射される高周波信号の搬送波周波数あるいは副搬送波周波数を変化させ、あるいは変調信号を変化させ、あるいは拡散符号を変化させるなどにより相対的な奥行き方向の間隔を調節するのと等価な効果が得られる。
【実施例３】
【００１５】
図３は本発明のアンテナの実施例を示す断面図であり、８１は複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄを組み立てたアンテナ部、８２はアンテナ１１ａとアンテナ１１ｄの上下方向の間隔、８３はアンテナ１１ｃと１１ｄの左右方向の間隔、８４はアンテナ１１ｂとアンテナ１１ｃの上下方向の間隔、８５はアンテナ１１ａと１１ｂの左右方向の間隔、８６はアンテナ１１ｃとアンテナ１１ｄの前後方向の間隔、８７はアンテナ１１ａと１１ｂの前後方向の間隔、８８はアンテナ１１ｂと１１ｄの前後方向の間隔である。
【００１６】
アンテナ部８１の各間隔８２〜８８の一部あるいは全部を不均一としおよび／あるいは当該アンテナ部８１を水平面に対して下向き方向あるいは上向き方向あるいは横向き方向に対して傾斜角を持たせあるいはこれらを組合わせて設置される。
前記のように配列すれば、アンテナ部８１が下方向に向いて設置され携帯端末が当該アンテナ部８１の真下に位置する場合でも、携帯端末と当該アンテナ部８１の各アンテナ１１ａ〜１１ｄの間で高周波信号の伝送距離が同一でなく不均一となるので当該携帯端末の３次元の位置あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向が検知できることになる。
【００１７】
ここで、各アンテナ１１ａ〜１１ｄの配列および間隔は一例を示したものであり、任意の組合わせで配列することができる。
また、当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの一部あるいは全部の接続端子に高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相を進めあるいは遅らせるための固定あるいは可変の移相手段を接続し、等価的に当該アンテナ１１ａ〜１１ｄの一部あるいは全部の伝送線路長を不均一にすることで同様な効果が得られる。
また、当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの一部あるいは全部から放射される高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相あるいは遅延時間あるいはこれらの両方が等価的に不均一になることでも同様な効果が得られる。
【実施例４】
【００１８】
図４は、本発明の基地局の他の実施例を示す構成図であり、１０は基地局、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは複数組のアンテナ、１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４は各組内の複数のアンテナ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは伝送線路、３２はアンテナスイッチ、３３は発信手段、３４は基準発振器、３５は制御部である。
基地局１０の複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄは、内部にアンテナスイッチを内蔵し各組内の複数のアンテナ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４を周期的に切換えており、伝送線路３１ａ〜３１ｄを介してアンテナスイッチ３２に接続されており、制御部３５によって基準発振器３７に同期して周期的に切換えられている。発信手段３３からは報知情報を含む高周波信号がバースト状に発信され、アンテナスイッチ３２により周期的に切換えられ、伝送線路３１ａ〜３１ｄを経由して当該複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄに内蔵された複数のアンテナ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４から空間に放射されている。
【００１９】
当該複数組のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ内の複数のアンテナ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４の各組内での任意の組合わせの間隔が当該高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以内であり、さらに当該複数組のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの任意の組合わせの間隔が当該高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以上になるように設けられ、
当該伝送線路３１ａ〜３１ｄの線路長は当該複数組のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの設置位置で決まり、複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄから放射される高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相も複数組のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの設置位置で決まる。
【００２０】
前記のように配列すれば、複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄが同一面で下方向に向いて設置され携帯端末が当該複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄのいずれかの真下に位置する場合でも、当該携帯端末のアンテナの高さをデフオルト値としあるいはその都度入力することなく携帯端末の３次元の位置あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向が検知できることになる。
ここで、複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄを切換える周期に合わせて、当該複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄから放射される高周波信号の搬送波周波数あるいは副搬送波周波数を変化させ、あるいは変調信号を変化させ、あるいは拡散符号を変化させるなどにより基地局１０と携帯端末との距離を検知することができる。
【００２１】
また、複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄの内の少なくとも一組が複数のアンテナあるいは送受波器であり当該複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以内の間隔で設けられ、残りの複数組が単一のアンテナあるいは送受波器であり当該複数組の単一のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以上の間隔で設けられる場合でも同様な効果が得られる。
【実施例５】
【００２２】
図５は本発明の位置検知プログラムの基本となる伝送路の概念図であり、６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄは高周波信号の伝送路、６９は携帯端末２０の３次元の位置、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄは複数あるいは複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄの３次元の位置、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄは複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄを中心とする球面である。
アンテナ１１ａから発信され伝送路６８ａを経由して球面７１ａに到達した時の高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相は当該高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の波長をλとすると（２πＬａ/λ）であり、同様に、伝送路６８ｂを経由して球面７１ｂに到達した時には（２πＬb/λ）、伝送路６８ｃを経由して球面７１ｃに到達した時には（２πＬc/λ）、伝送経路６８ｄを経由して球面７１に到達した時には（２πＬd/λ）となる。各アンテナ１１ａ〜１１ｄから発信された高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相は同期して切替えられているので発信された時点では同一の位相であることから、伝送路６８ａ〜６８ｄを経由した時の相対位相を検出できる。
【００２３】
当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの任意の組合わせの間隔を高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の波長の１波長以上として不均一な配置とし、当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの位置７０ａ〜７０ｄの座標を（Ｘ１ａ、Ｙ１ａ、Ｚ１ａ）、（Ｘ１b、Ｙ１b、Ｚ１b）、（Ｘ１c、Ｙ１c、Ｚ１c）、（Ｘ１d、Ｙ１d、Ｚ１d）とし携帯端末の座標を（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）とすると、伝送路６８ａ〜６８ｄを経由して球面７１ａ〜７１ｄに到達した時の高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相が（２πＬａ/λ）、（２πＬb/λ）、（２πＬc/λ）、（２πＬd/λ）となる関係から、連立方程式を作成し誤差が小さくなるよう線形最小二乗法の手法を用いてプログラムを構成することで、携帯端末の３次元の位置座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を求めることができる。
【００２４】
このとき、例えばσを標準偏差とすると、各々の位相測定にσθａ、σθｂ、σθｃ、σθｄの誤差を生じるので、測定値の誤差はそれぞれ（２πＬａ/λ）＋σθａ、（２πＬｂ/λ）＋σθｂ、（２πＬｃ/λ）＋σθｃ、（２πＬｄ/λ）＋σθｄとなる。位置検知演算の前に位相差の測定を複数回行った平均値を用いることで、位置検知演算処理の負荷を押さえながらも、σθａ、σθｂ、σθｃ、σθｄの誤差を軽減することができる。
また、複数組のアンテナ１１ａ〜１１ｄから発信される高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相は均一でなくても良く、各組毎のアンテナ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４位相差が規定値以内であれば良く、各組内のアンテナ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４、１１ｄ１〜１１ｄ４間に規定値からの誤差がある場合には補正値を設けて検出した相対位相から補正値を加算あるいは減算して算出する必要がある。
【００２５】
また、当該複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの任意の組合わせの配置あるいは間隔が、機械的な配置あるいは間隔と電気的な配置あるいは間隔が異なる場合にも補正係数を設けて補正する必要がある。
また、当該相対位相を算出する際に線形最小二乗法あるいは誤差の発生の少ない手法により平均値を求めることにより算出することも可能である。
また、最小二乗法により位置の検知を行った結果を時系列に記憶して位置の軌跡を求め、最小二乗法により過去の軌跡からの分散を求め、その中心となる軌跡から現在の位置を推定あるいは確定させることができる。
また、前記の携帯端末２０の３次元の位置７０以外にも３次元の距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを高精度で検知することができる。
【００２６】
以上の説明では、複数回の測定値を最小二乗法で平均値を求める場合について述べたが、平均値を求める時点に近いものほど重み付けを行ういわゆる加重平均あるいは移動平均により行うことも可能である。
また、Ｎ回の平均値をとることで、位相差あるいは時間差の測定精度を、９５％の確かさで、±σ/（√N）以内に予測することが可能となる。
【００２７】
また、当該発信手段から超音波トランスデューサあるいは超音波送波器を用いて超音波信号を発信し、当該受信手段において超音波トランスデューサあるいは超音波受波器を用いて超音波信号を受信し、あるいは当該発信手段において発光ダイオードあるいはレーザーダイオードを用いて光信号を発信し当該受信手段においてホトダイオードを用いて光信号を受信することでも同様な効果が得られる。なお、本出願では、超音波トランスデューサあるいは超音波送受波器と発光ダイオードあるいはレーザーダイオードあるいはホトダイオードを総称して送受波器と呼称するものとする。また、送受波器の送波器あるいは受波器のみを用いる場合でも送受波器として記載している。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、上記のように構成されているため、周期的に切替えられる複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせに対して、基地局と携帯端末間の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の伝送路長を不均一とすることで、携帯端末の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせが高精度で検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例を示す概念図である。
【図２】本発明の基地局の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明のアンテナの実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の基地局の他の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の位置検知プログラムの基本となる伝送路の概念図である。
【図６】従来の実施例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 無線マーカ
２ 受信手段
３ 携帯可能な端末の位置
１０ 基地局
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ アンテナ
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 伝送線路
３２ アンテナスイッチ
３３ 発信手段
３４ 基準発振器
３５ 制御部
６１ アンテナ１１ａ→アンテナ１１ｂの方向
６２ 無線マーカのアンテナの垂直面からの角度
６３ 無線マーカのアンテナの高さ
６４ 受信手段のアンテナの高さ
６５ 無線マーカのアンテナの真下からの距離
６６ 無線マーカのアンテナの垂直面を延長した距離
６７ 無線マーカのアンテナの垂直面の角度
６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄ アンテナ１１ａ〜１１ｄから携帯端末への伝送経路
６９ 基地局の３次元の位置
６９ａ、６９ｂ、６９ｃ、６９ｄ 基地局のアンテナの３次元の位置
７０ 携帯端末の３次元の位置
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ 伝送経路を経由して到達した時の球面
８１ 複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄを組み立てたアンテナ部
８２ アンテナ１１ａとアンテナ１１ｄの上下方向の間隔
８３ アンテナ１１ｃと１１ｄの左右方向の間隔
８４ アンテナ１１ｂとアンテナ１１ｃの上下方向の間隔
８５ アンテナ１１ａと１１ｂの左右方向の間隔
８６ アンテナ１１ｃとアンテナ１１ｄの前後方向の間隔
８７ アンテナ１１ａと１１ｂの前後方向の間隔
８７ アンテナ１１ｂと１１ｄの前後方向の間隔
【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を利用した検知システムにおいて、
搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えながら発信するための第一の発信手段および／あるいは周期的に切替えながら受信するための第一の受信手段と当該第一の発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための第二の受信手段および／あるいは当該第一の受信手段に向けて超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信するための第二の発信手段から構成され、
当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以内の間隔で設けられ当該複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせの少なくとも間隔あるいは配置あるいは接続する線路長が不均一であり、
当該第一受信手段あるいは第二の受信手段が入力信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該受信機の出力信号から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位相を主とするこれらの組合せを検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該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位相を主とするこれらと等価な組合せを当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器を切替える周期に合わせて積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段を用いてリアルタイムで検出しあるいはメモリに蓄積した後に後処理を行って検出し当該検出結果から最小二乗法あるいは双曲線航法あるいはこれらと等価な方法によって当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段のアンテナあるいは送受波器に関する高さの情報を入力することなく当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする位置検知装置および位置検知プログラム
【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を利用した検知システムにおいて、
搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えながら発信するための第一の発信手段および／あるいは周期的に切替えながら受信するための第一の受信手段と当該第一の発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための第二の受信手段および／あるいは当該第一の受信手段に向けて超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信するための第二の発信手段から構成され、
当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器がさらに複数組に分けられており同一組内の複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以内の間隔で設けられ異なる複数組の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以上の間隔で設けられ、
当該第一受信手段あるいは第二の受信手段が入力信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該受信機の出力信号から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位相を主とするこれらの組合せを検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該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位相を主とするこれらと等価な組合せを当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器を切替える周期に合わせて積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段を用いてリアルタイムで検出しあるいはメモリに蓄積した後に後処理を行って検出し当該検出結果から最小二乗法あるいは双曲線航法あるいはこれらと等価な方法によって当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段のアンテナあるいは送受波器に関する高さの情報を入力することなく当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする位置検知装置および位置検知プログラム
【請求項３】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を利用した検知システムにおいて、
搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えながら発信するための第一の発信手段および／あるいは周期的に切替えながら受信するための第一の受信手段と当該第一の発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための第二の受信手段および／あるいは当該第一の受信手段に向けて超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信するための第二の発信手段から構成され、
当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器がさらに複数組に分けられており少なくとも一組が複数のアンテナあるいは送受波器で構成され当該複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以内の間隔で設けられ残りの複数組が単一のアンテナあるいは送受波器で構成され当該残りの複数組の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以上の間隔で設けられ、
当該第一受信手段あるいは第二の受信手段が入力信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該受信機の出力信号から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位相を主とするこれらの組合せを検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該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位相を主とするこれらと等価な組合せを当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器を切替える周期に合わせて積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段を用いてリアルタイムで検出しあるいはメモリに蓄積した後に後処理を行って検出し当該検出結果から最小二乗法あるいは双曲線航法あるいはこれらと等価な方法によって当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段のアンテナあるいは送受波器に関する高さの情報を入力することなく当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする位置検知装置および位置検知プログラム
【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を利用した検知システムにおいて、
搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えながら発信するための第一の発信手段および／あるいは周期的に切替えながら受信するための第一の受信手段と当該第一の発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための第二の受信手段および／あるいは当該第一の受信手段に向けて超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信するための第二の発信手段から構成され、
当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以内の間隔で設けられ当該複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせの少なくとも間隔あるいは配置あるいは接続する線路長が不均一であり、
当該第一受信手段あるいは第二の受信手段が入力信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該受信機の出力信号から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位相を主とするこれらの組合せを検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該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位相を主とするこれらと等価な組合せを当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器を切替える周期に合わせて積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段を用いてリアルタイムで検出しあるいはメモリに蓄積した後に後処理を行って検出し当該検出結果から最小二乗法あるいは双曲線航法あるいはこれらと等価な方法によって当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段のアンテナあるいは送受波器に関する高さの情報を入力することなく当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする位置検知装置および位置検知プログラム
【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を利用した検知システムにおいて、
搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えながら発信するための第一の発信手段および／あるいは周期的に切替えながら受信するための第一の受信手段と当該第一の発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための第二の受信手段および／あるいは当該第一の受信手段に向けて超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信するための第二の発信手段から構成され、
当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器がさらに複数組に分けられており同一組内の複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以内の間隔で設けられ異なる複数組の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以上の間隔で設けられ、
当該第一受信手段あるいは第二の受信手段が入力信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該受信機の出力信号から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位相を主とするこれらの組合せを検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該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位相を主とするこれらと等価な組合せを当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器を切替える周期に合わせて積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段を用いてリアルタイムで検出しあるいはメモリに蓄積した後に後処理を行って検出し当該検出結果から最小二乗法あるいは双曲線航法あるいはこれらと等価な方法によって当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段のアンテナあるいは送受波器に関する高さの情報を入力することなく当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする位置検知装置および位置検知プログラム
【請求項３】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を利用した検知システムにおいて、
搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えながら発信するための第一の発信手段および／あるいは周期的に切替えながら受信するための第一の受信手段と当該第一の発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための第二の受信手段および／あるいは当該第一の受信手段に向けて超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信するための第二の発信手段から構成され、
当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器がさらに複数組に分けられており少なくとも一組が複数のアンテナあるいは送受波器で構成され当該複数のアンテナあるいは送受波器の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以内の間隔で設けられ残りの複数組が単一のアンテナあるいは送受波器で構成され当該残りの複数組の任意の組合わせが当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の１波長以上の間隔で設けられ、
当該第一受信手段あるいは第二の受信手段が入力信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該受信機の出力信号から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位相を主とするこれらの組合せを検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該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位相を主とするこれらと等価な組合せを当該第一の発信手段あるいは第一の受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器を切替える周期に合わせて積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段を用いてリアルタイムで検出しあるいはメモリに蓄積した後に後処理を行って検出し当該検出結果から最小二乗法あるいは双曲線航法あるいはこれらと等価な方法によって当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段のアンテナあるいは送受波器に関する高さの情報を入力することなく当該第二の受信手段および／あるいは第二の発信手段の３次元の位置あるいは距離あるいは方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする位置検知装置および位置検知プログラム
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２１２４２４（Ｐ２００７−２１２４２４Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３９６６５（Ｐ２００６−３９６６５）
【出願日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【出願人】（５９４０３２８５０）三菱電機情報ネットワーク株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【出願人】（５９４０３２８５０）三菱電機情報ネットワーク株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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