位置標定に用いられる携帯端末及び位置標定システム
【課題】直接波以外の位置標定信号により位置標定が行われるのを防ぎ、位置標定の精度を確保する。
【解決手段】位置標定信号を受信して自身の現在位置を標定する携帯端末３００において、位置標定信号の受信信号強度履歴１２００を記録し、加速度センサ３１８等の検知値から求めた移動履歴を記録し、受信した位置標定信号の受信信号強度から第１自由空間損失を求め、受信信号強度履歴１２００から位置標定信号の受信信号強度が最大となった位置である起点位置を求め、起点位置と移動距離／方向履歴とに基づいて、起点位置から現在位置までの距離を求め、求めた距離から位置標定信号の第２自由空間損失を求め、第１自由空間損失と第２自由空間損失とを比較することにより受信した位置標定信号が直接波であるか否かを判定し、直接波でないと判定した場合に受信した位置標定信号による位置標定を行わないようにする。
【解決手段】位置標定信号を受信して自身の現在位置を標定する携帯端末３００において、位置標定信号の受信信号強度履歴１２００を記録し、加速度センサ３１８等の検知値から求めた移動履歴を記録し、受信した位置標定信号の受信信号強度から第１自由空間損失を求め、受信信号強度履歴１２００から位置標定信号の受信信号強度が最大となった位置である起点位置を求め、起点位置と移動距離／方向履歴とに基づいて、起点位置から現在位置までの距離を求め、求めた距離から位置標定信号の第２自由空間損失を求め、第１自由空間損失と第２自由空間損失とを比較することにより受信した位置標定信号が直接波であるか否かを判定し、直接波でないと判定した場合に受信した位置標定信号による位置標定を行わないようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置標定に用いられる携帯端末及び位置標定システムに関し、とくに標定精度を確保する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば非特許文献１には、自律移動支援システム（歩行者ＩＴＳ）等に適用される技術として、基地局に設置した複数のアンテナから歩行者が携帯する携帯端末に無線信号を送信し、各アンテナから送信されてくる無線信号の位相差によって携帯端末とアンテナとの相対位置を求め、求めた相対位置（方向、距離）と基地局の絶対位置とから歩行者の現在位置を取得するようにした位置標定システムが開示されている。
【非特許文献１】武内 保憲，河野 公則，河野 実則、” 2.4GHz帯を用いた場所検知システムの開発”、平成17年度 電気・情報関連学会中国支部第56回連合大会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記位置標定システムでは、基地局のアンテナから携帯端末に到達する直接波によって上記相対位置を標定することを前提としているため、マルチパスなどによって基地局から携帯端末に到達する直接波以外の無線信号により位置標定が行われてしまうと、標定精度が著しく低下することがある。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、標定精度を確保することが可能な位置標定システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための主たる発明は、位置標定に用いられる携帯端末であって、自身の現在位置を標定するための無線信号である位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、前記位置標定信号に基づいて自身の現在位置を標定する位置標定部と、前記位置標定信号の受信信号強度を取得する回路と、加速度センサと、地磁気センサと、前記位置標定信号の前記受信信号強度の履歴を前記位置標定信号の受信時刻に対応づけて記録した受信信号強度履歴を生成する受信信号強度履歴記録部と、前記加速度センサ及び前記地磁気センサの検知値に基づいて、所定の時間間隔ごとの移動履歴を前記検知値の取得時刻に対応づけて記録した移動距離／方向履歴を生成する移動距離／方向履歴記録部と、受信した前記位置標定信号の前記受信信号強度から、受信した前記位置標定信号の自由空間損失である第１自由空間損失を求める第１自由空間損失算出部と、前記受信信号強度履歴から、受信した前記位置標定信号の受信信号強度が最大となった現在時刻から直近の時刻である起点時刻を特定する起点設定部と、前記起点時刻と前記移動距離／方向履歴とに基づいて、前記起点時刻における自身の位置から自身の現在位置までの距離を求める移動距離算出部と、前記移動距離に基づいて、前記位置標定信号の自由空間損失である第２自由空間損失を求める第２自由空間損失算出部と、前記第１自由空間損失と前記第２自由空間損失とを比較して、受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かを判定する自由空間損失比較部と、を有し、前記位置標定部は、前記自由空間損失比較部が、前記位置標定信号が直接波でないと判定した場合に、受信した前記位置標定信号による位置標定を行わないようにすることとする。
【０００６】
本発明では携帯端末に到達する位置標定信号が直接波である場合に最も自由空間損失が少なくなくなることを利用して位置標定信号が直接波であるか否かを判定するようにしている。すなわち、本発明の携帯端末にあっては、自身の現在位置の標定に際し、受信した位置標定信号の受信信号強度から求めた自由空間損失である第１自由空間損失と、加速度センサ及び地磁気センサから求めた移動距離から求まる位置標定信号の自由空間損失である第２自由空間損失とを比較することにより、受信した位置標定信号が直接波かどうかを判定し、直接波でない場合には受信した位置標定信号による位置標定を行わないようにする。このため、マルチパスなどによって基地局から携帯端末に到達する直接波以外の無線信号によって位置標定が行われてしまうのを防ぐことができ、位置標定システムの標定精度を確保することができる。
【０００７】
なお、自由空間損失比較部は、例えば第１自由空間損失と第２自由空間損失との差が所定の値以上である場合に、受信した位置標定信号が直接波でないと判定する。従って上記所定の値を適切な値とすることでより高い精度で受信した位置標定信号が直接波であるか否かを判定することが可能になる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、位置標定システムの標定精度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態につき詳細に説明する。図１に本発明の一実施形態として説明する自律移動支援システム１の概略的な構成を示している。自律移動支援システム１は、歩行者等の支援対象者（移動者）に対する道案内や目的地までの誘導、支援対象者への地域情報の提供、支援対象者の現在位置や移動方向等の地理的情報の第三者による監視、支援対象者の安全確保等の各種サービスを提供する。
【００１０】
自律移動支援システム１は、データセンタ２などに設置されるサーバ装置１００、自律移動支援システム１が展開される地域各所（電柱３等）に設置される複数の基地局２００、及び支援対象者３によって携帯される携帯端末３００を含んで構成される。基地局２００は、専用線やインターネットなどの有線又は無線による通信網５０を介してサーバ装置１００に通信可能に接続している。通信網５０を介して行われる通信のプロトコルは、例えばＴＣＰ／ＩＰであり、サーバ装置１００及び基地局２００には、通信網５０を介して通信を行うためのネットワークアドレス（例えばＩＰアドレス）が付与されている。
【００１１】
図２Ａはサーバ装置１００のハードウエア構成である。サーバ装置１００は、ＣＰＵ１１１、メモリ１１２、ハードディスク１１３、キーボードやマウス等の入力装置１１４、液晶ディスプレイ等の表示装置１１５、通信網５０に接続して基地局２００と通信するための通信インタフェース１１６を有している。ＣＰＵ１１１は、メモリ１１２に記憶されているプログラムを実行することによりサーバ装置１００の各種の機能を実現する。入力装置１１４は、ユーザの操作入力を受け付ける。表示装置１１５には支援対象者３の現在位置や移動方向などの情報が地図画面に重ねてリアルタイムに表示される。通信インタフェース１１６は、サーバ装置１００や他の基地局２００との間で通信網５０介して各種情報の送受信を行う。
【００１２】
図２Ｂにサーバ装置１００の機能を示している。サーバ装置１００は、基地局２００から携帯端末３００の現在位置等の情報を収集する。またサーバ装置１００は、支援対象者３への道案内情報の提供や目的地までの誘導、現在位置周辺についての地理情報の提供、支援対象者を監視している第三者に提供される支援対象者の現在位置や移動方向、支援対象者の安全確保に関する情報等を適宜基地局２００に提供する。
【００１３】
図２Ｂにおいて、情報提供収集部１２１は、基地局２００への情報提供（ダウンロード）や基地局２００からの情報収集（アップロード）を行う。設定情報記憶部１２３は、後述する位置標定機能等の基地局２００が機能を提供する際に利用する情報（以下、設定情報と称する）。なお、設定情報には基地局２００の緯度・経度・設置高さ等がある。
【００１４】
図３Ａに基地局２００のハードウエア構成を示している。基地局２００は、ＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信インタフェース２１３、及びアンテナ群２１５等を有している。ＣＰＵ２１１は、メモリ２１２に記憶されているプログラムを実行し、基地局２００が備える各種の機能を実現する。通信インタフェース２１３は、サーバ装置１００との間で通信網５０を介した通信を行う。無線通信インタフェース２１４は、後述する位置標定のための無線信号を送信する。アンテナ群２１５には複数の円偏波指向性アンテナ２１５１が含まれる（図８を参照）。またアンテナ群２１５には切替スイッチ２１５２が付帯する。切替スイッチ２１５２はいずれかのアンテナ２１５１を選択して無線通信インタフェース２１４に接続する。なお、ＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信インタフェース２１３、及びアンテナ群２１５は、バス２２０を介して互いに通信可能に接続されている。
【００１５】
図３Ｂに基地局２００の概略的な機能を示している。通信部２６１は、通信インタフェース２１３によってサーバ装置１００との間で各種情報の送受信を行う。位置標定信号送信部２６３は、携帯端末３００の現在位置を標定するのに用いられる無線信号（以下、位置標定信号と称する）を送信する。設定情報記憶部２６４は、前述した設定情報を記憶する。
【００１６】
図４Ａに携帯端末３００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、携帯端末３００は、ＣＰＵ３１１、メモリ３１２、無線通信インタフェース３１３、アンテナ３１４、タッチパネルや操作ボタン等の入力装置３１５、液晶ディスプレイ等の表示装置３１６、タイマ回路３１７、加速度センサ３１８、地磁気の方向を検知する地磁気センサ３１９、ＲＳＳＩ回路２１６（RSSI : Radio Signal Strength Indicator）を有している。
【００１７】
ＣＰＵ３１１は、メモリ３１２に記憶されているプログラムを実行することにより携帯端末３００の各種の機能を実現する。タイマ回路３１７は、ＣＰＵ３１１等からの要求に応じて現在時刻を生成／出力する。加速度センサ３１８は、当該携帯端末３００に作用する加速度を検知し、検知した加速度の大きさを示す信号を出力する。地磁気センサ３１９は、地磁気の方向を検知し、検知した方向を示す信号を出力する。ＲＳＳＩ回路３２０は、無線通信インタフェース３１３によって受信される位置標定信号等の電波の受信信号強度を示す信号を生成／出力する。
【００１８】
図４Ｂに携帯端末３００の機能を示している。同図において、位置標定信号受信部３３１は、無線通信インタフェース３１３により基地局２００から送信される位置標定信号を受信する。情報送受信部３３２は、通信網５０を介してサーバ装置１００と通信し、支援対象者３に提示するための情報の受信（ダウンロード）や、サーバ装置１００において用いられる各種情報の送信（アップロード）を行う。情報表示部３３３は、支援対象者３に提示する情報を表示装置３１６に出力する。位置標定部３３４は、位置標定信号受信部３３１によって受信された位置標定信号に基づき携帯端末３００の現在位置の標定を行う。位置標定により標定された携帯端末３００の現在位置は、無線通信により携帯端末３００から基地局２００に送信され、基地局２００から通信網５０を介してサーバ装置１００に送信される。位置標定に関する処理の詳細は後述する。直接波判定部３３５は、位置標定信号受信部３３１が受信した位置標定信号が直接波であるのか、マルチパス等によって携帯端末３００に到達した反射波であるのかを判定する。
【００１９】
図５に上記直接波判定部３３５の機能の詳細を示している。同図において、受信信号強度履歴記録部３３５１は、ＲＳＳＩ回路３２０から位置標定信号の受信信号強度をリアルタイムに取得し、取得した受信信号強度をタイマ回路３１７から取得される現在時刻（各受信信号強度の取得時刻）に対応づけてメモリ３１２に記録する。以下、この際にメモリ３１２に記録される情報のことを受信信号強度履歴と称する。
【００２０】
移動距離／方向履歴記録部３３５２は、加速度センサ３１８の検知値を所定の間隔で取得し、取得した検知値を２回積分することにより携帯端末３００の移動距離を求める。また地磁気センサ３１９の検知値を所定の間隔で取得し、取得した検知値に基づいて携帯端末３００の移動方向を求める。そして移動距離／方向履歴記録部３３５２は、求めた所定間隔ごとの移動距離及び移動方向を、タイマ回路３１７から取得される現在時刻（各加速度及び移動方向の取得時刻）に対応づけてメモリに記憶する。以下、この際にメモリ３１２に記録される情報のことを移動距離／方向履歴と称する。
【００２１】
第１自由空間損失算出部３３５３は、受信信号強度履歴における受信信号強度から、位置標定信号の自由空間損失（以下、第１自由空間損失と称する。）を求める。第１自由空間損失は、基地局２００のアンテナ２１５１から送信される位置標定信号の信号強度Ｓ０と、携帯端末３００が受信する位置標定信号の強度（受信信号強度）をＳ１とした場合、Ｓ１とＳ０の比（Ｓ１／Ｓ０）から求める。なお、信号強度Ｓ０は、携帯端末３００のメモリ３１２に予め記憶されている。
【００２２】
起点設定部３３５４は、受信信号強度が最大となった、現在時刻から直近の時刻を受信信号強度履歴から特定し、その時刻を後述する移動距離算出部３３５５が参照する起点時刻として設定する。
【００２３】
移動距離算出部３３５５は、起点設定部３３５４により設定された上記起点時刻と移動距離／方向履歴とに基づいて、上記起点時刻における携帯端末３００の位置（以下、起点と称する。）から携帯端末３００の現在位置までの距離（移動距離）を求める。
【００２４】
第２自由空間損失算出部３３５６は、移動距離算出部３３５５が求めた上記移動距離に基づいて、受信した位置標定信号の自由空間損失（以下、第２自由空間損失と称する。）を求める。なお、起点からの絶対的な移動距離をｄ、位置標定信号の波長をλとした場合の第２自由空間損失は２０log（４πｄ／λ）して求められる。
【００２５】
自由空間損失比較部３３５７は、第１自由空間損失と第２自由空間損失とを比較して、受信した位置標定信号が直接波又は反射波のいずれであるのかを判定する。
【００２６】
＜位置標定システム＞
自律移動支援システム１における携帯端末３００の位置標定の仕組みは、基地局２００と当該基地局２００の周辺に存在する携帯端末３００とを含んで構成される位置標定システム１０によって実現される。以下、この位置標定システム１０について詳細に説明する。
【００２７】
基地局２００の無線通信インタフェース２１４は、アンテナ群２１５を構成している複数のアンテナ２１５１を周期的に切り換えながら、スペクトル拡散された無線信号を送信する。一方、携帯端末３００の位置標定信号受信部３３１は、アンテナ３１４によって基地局２００の各アンテナ２１５１から送信される信号を受信する。なお、隣接基地局間の電波干渉を防ぐため、各基地局２００は基地局２００間で同期信号を共有することにより、隣接する基地局２００から同時期に位置標定信号が送信されないように制御を行っている。
【００２８】
図６に基地局２００から送信される位置標定信号のデータフォーマットを示している。同図に示すように、位置標定信号は、上述した同期信号６１１、場所コード６１２（ＵＣＯＤＥ）、アンテナ情報６１３、及び測定信号６１４を含んで構成されている。なお、同期信号６１１は、３２ｂｉｔのプリアンブル信号と１６ｂｉｔの同期信号の合計４８ｂｉｔのデータで構成される。
【００２９】
場所コード６１２（ＵＣＯＤＥ）は、基地局２００の設置場所を特定する情報である。場所コード６１２は統一基準に従って位置毎に割り当てられる１２８ｂｉｔのコードからなる。アンテナ情報６１３は、アンテナ２１５１の高さやアンテナ２１５１の識別子、アンテナ２１５１の指向方向を示す１６ｂｉｔのデータ等で構成される。測定信号６１４は、携帯端末３００の存在する方向と携帯端末３００までの相対距離を検出するための信号を含み、基点となる４つのアンテナ２１５１を順次切り替えながら送信される２０４８チップの拡散符号を含む。
【００３０】
図７に歩道等の現場における基地局２００と携帯端末３００の位置関係を示している。同図において、携帯端末３００は地上高１（ｍ）の位置に存在し、基地局２００は地上高Ｈ（ｍ）の位置に設置されている。また基地局２００の直下から携帯端末３００までの距離はＬ（ｍ）である。
【００３１】
図８にアンテナ群２１５を構成している各アンテナ２１５１と携帯端末３００との位置関係を示している。基地局２００のアンテナ群２１５を構成している各アンテナ２１５１は、現場では指向方向を斜め下方向に向けて設置される。同図に示すように、アンテナ群２１５は、３ｃｍ間隔（この間隔は位置標定信号として２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合における１／４波長に相当）で略正方形状に隣接させて配置された４つの円偏波指向性アンテナを有する。
【００３２】
図８に示すように、アンテナ群２１５の高さ位置における水平方向とアンテナ群２１５に対する携帯端末３００の方向とのなす角をαとすると、
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ））
となる。なお、ΔＬ（ｃｍ）は、アンテナ群２１５を構成しているアンテナ２１５１のうちの特定の２基と携帯端末３００との間の伝搬路長差である。
【００３３】
ここでアンテナ群２１５を構成している特定の２基のアンテナ２１５１から送信される位置標定信号の位相差をΔθとすれば、上記ΔＬは、
ΔＬ（ｃｍ）＝Δθ／２π／λ（ｃｍ）
となる。位置標定信号として、例えば２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合、λ≒１２（ｃｍ）であるので、
α＝ａｒｃＳｉｎ（２Δθ／π）
となる。また測定可能範囲（−π／２＜Δθ＜π／２）ではα＝Δθ（ラジアン）であるので、上式から基地局２００が存在する方向を特定することができる。
【００３４】
次に上記結果を利用して携帯端末３００の位置を標定する方法について説明する。
図９に現場における基地局２００と携帯端末３００の位置関係を示している。同図に示すように、基地局２００のアンテナ群２１５の地上高をＨ（ｍ）、携帯端末３００の地上高をｈ（ｍ）、基地局２００の直下の地表面の位置を原点として直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を設定した場合における、基地局２００から携帯端末３００の方向とＸ軸とがなす角をΔΦ（ｘ）、基地局２００から携帯端末３００の方向とＹ軸とがなす角をΔΦ（ｙ）とすると、原点に対する携帯端末３００の位置は次式から求められる。
Δｄ（ｘ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ））
Δｄ（ｙ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ））
原点の位置を（Ｘ１，Ｙ１）とすれば、携帯端末３００の現在位置（Ｘｘ，Ｙｙ）は、
Ｘｘ＝Ｘ１＋Δｄ（ｘ）
Ｙｙ＝Ｙ１＋Δｄ（ｙ）
として求められる。なお、以上に説明した位置標定の原理については、例えば特開２００４−１８４０７８号公報、特開２００５−３５１８７７号公報、特開２００５−３５１８７８号公報、及び特開２００６−２３２６１号公報等に詳述されている。
【００３５】
＜位置標定処理＞
次に携帯端末３００の位置標定部３３４によって行われる、携帯端末３００の現在位置標定処理について説明する。なお、現在位置の標定処理は、サーバ装置１００に携帯端末３００の位置を報告するタイミング、携帯端末３００のユーザが入力装置３１５に対して行った操作等に応じて適宜実行される。
【００３６】
図１０は位置標定処理（Ｓ１０００）を説明するフローチャートである。同図に示すように、位置標定処理（Ｓ１０００）では、まず位置標定部３３４が、ＲＳＳＩ回路３２０から位置標定信号受信部３３１によって受信される位置標定信号の受信信号強度を取得する（Ｓ１０１１）。次に位置標定部３３４は、受信した位置標定信号が直接波であるか反射波であるかを判定する処理（以下、直接波判定処理と称する。）を実行する（Ｓ１０１２）。なお、直接波判定処理（Ｓ１０１２）の詳細については後述する。
【００３７】
続くＳ１０１３では、直接波判定処理（Ｓ１０１２）の結果に応じて処理を分岐させており、位置標定信号が直接波である場合には（Ｓ１０１３：直接波）、Ｓ１０１４の処理に進み、反射波である場合には（Ｓ１０１３：反射波）、Ｓ１０１５の処理に進む。
【００３８】
Ｓ１０１４では、位置標定部３３４は、前述した方法により位置標定信号により現在位置の標定を行う。一方、Ｓ１０１５では、位置標定部３３４は、移動距離／方向履歴記録部３３５２によりメモリ３１２に記録されている移動距離／方向履歴に基づいて、後述する直接波判定部３３５の移動距離算出部３３５５によって行われる、加速度センサ３１８及び地磁気センサ３１９により検知された値に基づく処理により位置標定を行う。Ｓ１０１４又はＳ１０１５の処理が終了した後、位置標定処理（Ｓ１０００）は終了する。
【００３９】
以上のように、位置標定部３３４は、受信した位置標定信号が直接波であった場合は位置標定信号により現在位置の標定を行い、反射波であった場合は加速度センサ３１８及び地磁気センサ３１９により検知された値に基づいて位置標定を行う。このため、マルチパスなどによって基地局２００から携帯端末３００に到達する直接波以外の無線信号によって位置標定が行われてしまうのを防ぐことができ、位置標定システム１０の標定精度を確保することができる。
【００４０】
次に前述した位置標定処理（Ｓ１０００）における直接波判定処理（Ｓ１０１２）の詳細について図１１に示すフローチャートとともに説明する。同図に示すように、直接波判定処理（Ｓ１０１２）では、まず第１自由空間損失算出部３３５３が、受信中の受信信号強度に対応する第１自由空間損失を求める（Ｓ１１２１）。次に起点設定部３３５４が、受信信号強度履歴から、受信信号強度が最大となった直近の時刻を特定し、その時刻を後述する移動距離算出部３３５５が参照する起点時刻として設定する（Ｓ１１２２）。
【００４１】
図１２に受信信号強度履歴１２００の一例を示す。同図に示す受信信号履歴では、受信信号強度が最大（６１ｄＢｍ）となった直近の時刻、すなわち起点時刻はｔ１である。
【００４２】
次に移動距離算出部３３５５が、起点設定部３３５４により設定された上記起点時刻と移動距離／方向履歴とに基づいて、起点から現在位置までの当該携帯端末３００の絶対的な移動距離を求める（Ｓ１１２３）。この場合に移動距離算出部３３５５によって行われる処理を具体的に説明する。
【００４３】
図１３Ａは、携帯端末３００が、起点から終点（現在位置）までに移動した際の移動経路の一例である。また図１３Ｂに、携帯端末３００が図１３Ａのように移動した場合に移動距離／方向履歴記録部３３５２によりメモリ３１２に記録される、移動距離／方向履歴１３００、及び、移動距離／方向履歴１３００から求めた携帯端末３００の起点からの絶対的な移動距離及び移動方向（北に対する角度で示す。）を示している。なお、携帯端末３００の起点からの絶対的な移動距離は、各時刻間を結ぶベクトルの合成ベクトルの長さとして求められる。
【００４４】
再び図１１に戻って、Ｓ１１２４では、第２自由空間損失算出部３３５６が、移動距離算出部３３５５によって求められた起点からの絶対的な移動距離に基づいて第２自由空間損失を求める。Ｓ１１２５では、自由空間損失比較部３３５７が、第１自由空間損失と第２自由空間損失を比較し、受信中の位置標定信号が直接波か反射波かを判定する。ここでこの判定は、次のようにして行われる。すなわち、第１自由空間損失が第２自由空間損失よりも所定の値（例えば３ｄＢ）以上小さい場合、すなわち、受信中の位置標定信号の受信信号強度から求められる第１自由空間損失が絶対的な移動距離から計算される第２自由空間損失よりも所定の値以上小さい場合には受信中の位置標定信号は反射波であると判定し、そうでなければ直接波であると判定する。なお、上記所定の値は、直接波と反射波を確実に識別できる大きさの値に設定される。
【００４５】
自由空間損失比較部３３５７による判定の具体例を示す。図１４は基地局２００の設置現場付近の様子を示す図であり、基地局２００から携帯端末３００に対して直接波、及びマルチパスによる反射波が到達する様子を示している。基地局２００は地上から５ｍの高さに設置されており、携帯端末３００は地上から１ｍの高さに位置している。基地局２００直下と携帯端末３００との間の地表面における距離は１２ｍである。
【００４６】
同図において、反射波は、基地局２００直下と携帯端末３００を結ぶ線上の基地局２００直下から１０ｍの位置で反射して携帯端末３００に到達している。基地局２００のアンテナ２１５１から反射波の反射地点までの直線距離は１３．４１７ｍである。また基地局２００のアンテナ２１５１から携帯端末３００までの直線距離は１２．６４９ｍである。
【００４７】
基地局２００から送信される位置標定信号の周波数が２．４ＧＨｚ（波長λ＝０．１２５ｍ）であるとした場合に計算により直接波の自由空間損失を求めてみると、
直接波の自由空間損失＝２０ｌｏｇ１０（（４π×１２．６４９）／０．１２５）
＝６２．０８７（ｄＢｍ）
となる。
【００４８】
一方、反射波の自由空間損失は、
反射波の自由空間損失＝２０ｌｏｇ１０（（４π×１３．４１７）／０．１２５）
＝６２．５９９（ｄＢｍ）
となる。ここで地表面での反射による信号強度損失が３ｄＢｍであるとすれば、反射波の総合的な損失は、
６２．５９９（ｄＢｍ）＋３（ｄＢｍ）＝６５．５９９（ｄＢｍ）
となる。従って、図１４に示す例では、直接波の自由空間損失と反射波の自由空間損失の差が
６５．５９９（ｄＢｍ）−６２．０８７（ｄＢｍ）＝３．５１２（ｄＢｍ）
となる。つまり前述した所定の値を３（ｄＢｍ）程度に設定すれば直接波と反射波を区別することができることになる。
【００４９】
ところで、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００５０】
例えば、携帯端末３００の位置標定は、上記実施形態で説明したように基地局２００から送信される位置標定信号を携帯端末３００側で受信することにより携帯端末３００側で行うようにしてもよいが、携帯端末３００側にアンテナ群を設けて携帯端末３００側から基地局２００に向けて位置標定信号を送信し、この位置標定信号を基地局２００側で受信して基地局２００側で位置標定を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態として説明する自律移動支援システム１の概略的な構成を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態として説明するサーバ装置１００のハードウエア構成を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態として説明するサーバ装置１００の機能を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態として説明する基地局２００のハードウエア構成を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態として説明する基地局２００の機能を示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態として説明する携帯端末３００のハードウエア構成を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態として説明する携帯端末３００の機能を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態として説明する携帯端末３００の直接波判定部３３５の機能の詳細を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態として説明する位置標定信号のデータフォーマットを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態として説明する基地局２００と携帯端末３００との位置関係を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態として説明するアンテナ群２１５を構成しているアンテナ２１５１と携帯端末３００との位置関係を説明する図である。
【図９】本発明の一実施形態として説明する現場における基地局２００と携帯端末３００の位置関係を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による位置標定処理（Ｓ１０００）を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態による直接波判定処理（Ｓ１０１２）を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態として説明する受信信号強度履歴１２００の一例である。
【図１３Ａ】本発明の一実施形態として説明する携帯端末３００が、起点から終点（現在位置）までに移動した際の移動経路の一例を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の一実施形態として説明する移動距離／方向履歴１３００の一例を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態として説明する基地局２００の設置現場付近の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 位置標定システム
２００ 基地局
２１３ 通信インタフェース
２１４ 無線通信インタフェース
２６３ 位置標定信号送信部
３００ 携帯端末
３１３ 無線通信インタフェース
３１８ 加速度センサ
３１９ 地磁気センサ
３２０ ＲＳＳＩ回路
３３１ 位置標定信号受信部
３３４ 位置標定部
３３５ 直接波判定部
１２００ 受信信号強度履歴
１３００ 移動距離／方向履歴
３３５１ 受信信号強度履歴記録部
３３５２ 移動距離/方向履歴記録部
３３５３ 第１自由空間損失算出部
３３５４ 起点設定部
３３５５ 移動距離算出部
３３５６ 第２自由空間損失算出部
３３５７ 自由空間損失比較部
Ｓ１０００ 位置標定処理
Ｓ１０１２ 直接波判定処理
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置標定に用いられる携帯端末及び位置標定システムに関し、とくに標定精度を確保する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば非特許文献１には、自律移動支援システム（歩行者ＩＴＳ）等に適用される技術として、基地局に設置した複数のアンテナから歩行者が携帯する携帯端末に無線信号を送信し、各アンテナから送信されてくる無線信号の位相差によって携帯端末とアンテナとの相対位置を求め、求めた相対位置（方向、距離）と基地局の絶対位置とから歩行者の現在位置を取得するようにした位置標定システムが開示されている。
【非特許文献１】武内 保憲，河野 公則，河野 実則、” 2.4GHz帯を用いた場所検知システムの開発”、平成17年度 電気・情報関連学会中国支部第56回連合大会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記位置標定システムでは、基地局のアンテナから携帯端末に到達する直接波によって上記相対位置を標定することを前提としているため、マルチパスなどによって基地局から携帯端末に到達する直接波以外の無線信号により位置標定が行われてしまうと、標定精度が著しく低下することがある。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、標定精度を確保することが可能な位置標定システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための主たる発明は、位置標定に用いられる携帯端末であって、自身の現在位置を標定するための無線信号である位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、前記位置標定信号に基づいて自身の現在位置を標定する位置標定部と、前記位置標定信号の受信信号強度を取得する回路と、加速度センサと、地磁気センサと、前記位置標定信号の前記受信信号強度の履歴を前記位置標定信号の受信時刻に対応づけて記録した受信信号強度履歴を生成する受信信号強度履歴記録部と、前記加速度センサ及び前記地磁気センサの検知値に基づいて、所定の時間間隔ごとの移動履歴を前記検知値の取得時刻に対応づけて記録した移動距離／方向履歴を生成する移動距離／方向履歴記録部と、受信した前記位置標定信号の前記受信信号強度から、受信した前記位置標定信号の自由空間損失である第１自由空間損失を求める第１自由空間損失算出部と、前記受信信号強度履歴から、受信した前記位置標定信号の受信信号強度が最大となった現在時刻から直近の時刻である起点時刻を特定する起点設定部と、前記起点時刻と前記移動距離／方向履歴とに基づいて、前記起点時刻における自身の位置から自身の現在位置までの距離を求める移動距離算出部と、前記移動距離に基づいて、前記位置標定信号の自由空間損失である第２自由空間損失を求める第２自由空間損失算出部と、前記第１自由空間損失と前記第２自由空間損失とを比較して、受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かを判定する自由空間損失比較部と、を有し、前記位置標定部は、前記自由空間損失比較部が、前記位置標定信号が直接波でないと判定した場合に、受信した前記位置標定信号による位置標定を行わないようにすることとする。
【０００６】
本発明では携帯端末に到達する位置標定信号が直接波である場合に最も自由空間損失が少なくなくなることを利用して位置標定信号が直接波であるか否かを判定するようにしている。すなわち、本発明の携帯端末にあっては、自身の現在位置の標定に際し、受信した位置標定信号の受信信号強度から求めた自由空間損失である第１自由空間損失と、加速度センサ及び地磁気センサから求めた移動距離から求まる位置標定信号の自由空間損失である第２自由空間損失とを比較することにより、受信した位置標定信号が直接波かどうかを判定し、直接波でない場合には受信した位置標定信号による位置標定を行わないようにする。このため、マルチパスなどによって基地局から携帯端末に到達する直接波以外の無線信号によって位置標定が行われてしまうのを防ぐことができ、位置標定システムの標定精度を確保することができる。
【０００７】
なお、自由空間損失比較部は、例えば第１自由空間損失と第２自由空間損失との差が所定の値以上である場合に、受信した位置標定信号が直接波でないと判定する。従って上記所定の値を適切な値とすることでより高い精度で受信した位置標定信号が直接波であるか否かを判定することが可能になる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、位置標定システムの標定精度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態につき詳細に説明する。図１に本発明の一実施形態として説明する自律移動支援システム１の概略的な構成を示している。自律移動支援システム１は、歩行者等の支援対象者（移動者）に対する道案内や目的地までの誘導、支援対象者への地域情報の提供、支援対象者の現在位置や移動方向等の地理的情報の第三者による監視、支援対象者の安全確保等の各種サービスを提供する。
【００１０】
自律移動支援システム１は、データセンタ２などに設置されるサーバ装置１００、自律移動支援システム１が展開される地域各所（電柱３等）に設置される複数の基地局２００、及び支援対象者３によって携帯される携帯端末３００を含んで構成される。基地局２００は、専用線やインターネットなどの有線又は無線による通信網５０を介してサーバ装置１００に通信可能に接続している。通信網５０を介して行われる通信のプロトコルは、例えばＴＣＰ／ＩＰであり、サーバ装置１００及び基地局２００には、通信網５０を介して通信を行うためのネットワークアドレス（例えばＩＰアドレス）が付与されている。
【００１１】
図２Ａはサーバ装置１００のハードウエア構成である。サーバ装置１００は、ＣＰＵ１１１、メモリ１１２、ハードディスク１１３、キーボードやマウス等の入力装置１１４、液晶ディスプレイ等の表示装置１１５、通信網５０に接続して基地局２００と通信するための通信インタフェース１１６を有している。ＣＰＵ１１１は、メモリ１１２に記憶されているプログラムを実行することによりサーバ装置１００の各種の機能を実現する。入力装置１１４は、ユーザの操作入力を受け付ける。表示装置１１５には支援対象者３の現在位置や移動方向などの情報が地図画面に重ねてリアルタイムに表示される。通信インタフェース１１６は、サーバ装置１００や他の基地局２００との間で通信網５０介して各種情報の送受信を行う。
【００１２】
図２Ｂにサーバ装置１００の機能を示している。サーバ装置１００は、基地局２００から携帯端末３００の現在位置等の情報を収集する。またサーバ装置１００は、支援対象者３への道案内情報の提供や目的地までの誘導、現在位置周辺についての地理情報の提供、支援対象者を監視している第三者に提供される支援対象者の現在位置や移動方向、支援対象者の安全確保に関する情報等を適宜基地局２００に提供する。
【００１３】
図２Ｂにおいて、情報提供収集部１２１は、基地局２００への情報提供（ダウンロード）や基地局２００からの情報収集（アップロード）を行う。設定情報記憶部１２３は、後述する位置標定機能等の基地局２００が機能を提供する際に利用する情報（以下、設定情報と称する）。なお、設定情報には基地局２００の緯度・経度・設置高さ等がある。
【００１４】
図３Ａに基地局２００のハードウエア構成を示している。基地局２００は、ＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信インタフェース２１３、及びアンテナ群２１５等を有している。ＣＰＵ２１１は、メモリ２１２に記憶されているプログラムを実行し、基地局２００が備える各種の機能を実現する。通信インタフェース２１３は、サーバ装置１００との間で通信網５０を介した通信を行う。無線通信インタフェース２１４は、後述する位置標定のための無線信号を送信する。アンテナ群２１５には複数の円偏波指向性アンテナ２１５１が含まれる（図８を参照）。またアンテナ群２１５には切替スイッチ２１５２が付帯する。切替スイッチ２１５２はいずれかのアンテナ２１５１を選択して無線通信インタフェース２１４に接続する。なお、ＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信インタフェース２１３、及びアンテナ群２１５は、バス２２０を介して互いに通信可能に接続されている。
【００１５】
図３Ｂに基地局２００の概略的な機能を示している。通信部２６１は、通信インタフェース２１３によってサーバ装置１００との間で各種情報の送受信を行う。位置標定信号送信部２６３は、携帯端末３００の現在位置を標定するのに用いられる無線信号（以下、位置標定信号と称する）を送信する。設定情報記憶部２６４は、前述した設定情報を記憶する。
【００１６】
図４Ａに携帯端末３００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、携帯端末３００は、ＣＰＵ３１１、メモリ３１２、無線通信インタフェース３１３、アンテナ３１４、タッチパネルや操作ボタン等の入力装置３１５、液晶ディスプレイ等の表示装置３１６、タイマ回路３１７、加速度センサ３１８、地磁気の方向を検知する地磁気センサ３１９、ＲＳＳＩ回路２１６（RSSI : Radio Signal Strength Indicator）を有している。
【００１７】
ＣＰＵ３１１は、メモリ３１２に記憶されているプログラムを実行することにより携帯端末３００の各種の機能を実現する。タイマ回路３１７は、ＣＰＵ３１１等からの要求に応じて現在時刻を生成／出力する。加速度センサ３１８は、当該携帯端末３００に作用する加速度を検知し、検知した加速度の大きさを示す信号を出力する。地磁気センサ３１９は、地磁気の方向を検知し、検知した方向を示す信号を出力する。ＲＳＳＩ回路３２０は、無線通信インタフェース３１３によって受信される位置標定信号等の電波の受信信号強度を示す信号を生成／出力する。
【００１８】
図４Ｂに携帯端末３００の機能を示している。同図において、位置標定信号受信部３３１は、無線通信インタフェース３１３により基地局２００から送信される位置標定信号を受信する。情報送受信部３３２は、通信網５０を介してサーバ装置１００と通信し、支援対象者３に提示するための情報の受信（ダウンロード）や、サーバ装置１００において用いられる各種情報の送信（アップロード）を行う。情報表示部３３３は、支援対象者３に提示する情報を表示装置３１６に出力する。位置標定部３３４は、位置標定信号受信部３３１によって受信された位置標定信号に基づき携帯端末３００の現在位置の標定を行う。位置標定により標定された携帯端末３００の現在位置は、無線通信により携帯端末３００から基地局２００に送信され、基地局２００から通信網５０を介してサーバ装置１００に送信される。位置標定に関する処理の詳細は後述する。直接波判定部３３５は、位置標定信号受信部３３１が受信した位置標定信号が直接波であるのか、マルチパス等によって携帯端末３００に到達した反射波であるのかを判定する。
【００１９】
図５に上記直接波判定部３３５の機能の詳細を示している。同図において、受信信号強度履歴記録部３３５１は、ＲＳＳＩ回路３２０から位置標定信号の受信信号強度をリアルタイムに取得し、取得した受信信号強度をタイマ回路３１７から取得される現在時刻（各受信信号強度の取得時刻）に対応づけてメモリ３１２に記録する。以下、この際にメモリ３１２に記録される情報のことを受信信号強度履歴と称する。
【００２０】
移動距離／方向履歴記録部３３５２は、加速度センサ３１８の検知値を所定の間隔で取得し、取得した検知値を２回積分することにより携帯端末３００の移動距離を求める。また地磁気センサ３１９の検知値を所定の間隔で取得し、取得した検知値に基づいて携帯端末３００の移動方向を求める。そして移動距離／方向履歴記録部３３５２は、求めた所定間隔ごとの移動距離及び移動方向を、タイマ回路３１７から取得される現在時刻（各加速度及び移動方向の取得時刻）に対応づけてメモリに記憶する。以下、この際にメモリ３１２に記録される情報のことを移動距離／方向履歴と称する。
【００２１】
第１自由空間損失算出部３３５３は、受信信号強度履歴における受信信号強度から、位置標定信号の自由空間損失（以下、第１自由空間損失と称する。）を求める。第１自由空間損失は、基地局２００のアンテナ２１５１から送信される位置標定信号の信号強度Ｓ０と、携帯端末３００が受信する位置標定信号の強度（受信信号強度）をＳ１とした場合、Ｓ１とＳ０の比（Ｓ１／Ｓ０）から求める。なお、信号強度Ｓ０は、携帯端末３００のメモリ３１２に予め記憶されている。
【００２２】
起点設定部３３５４は、受信信号強度が最大となった、現在時刻から直近の時刻を受信信号強度履歴から特定し、その時刻を後述する移動距離算出部３３５５が参照する起点時刻として設定する。
【００２３】
移動距離算出部３３５５は、起点設定部３３５４により設定された上記起点時刻と移動距離／方向履歴とに基づいて、上記起点時刻における携帯端末３００の位置（以下、起点と称する。）から携帯端末３００の現在位置までの距離（移動距離）を求める。
【００２４】
第２自由空間損失算出部３３５６は、移動距離算出部３３５５が求めた上記移動距離に基づいて、受信した位置標定信号の自由空間損失（以下、第２自由空間損失と称する。）を求める。なお、起点からの絶対的な移動距離をｄ、位置標定信号の波長をλとした場合の第２自由空間損失は２０log（４πｄ／λ）して求められる。
【００２５】
自由空間損失比較部３３５７は、第１自由空間損失と第２自由空間損失とを比較して、受信した位置標定信号が直接波又は反射波のいずれであるのかを判定する。
【００２６】
＜位置標定システム＞
自律移動支援システム１における携帯端末３００の位置標定の仕組みは、基地局２００と当該基地局２００の周辺に存在する携帯端末３００とを含んで構成される位置標定システム１０によって実現される。以下、この位置標定システム１０について詳細に説明する。
【００２７】
基地局２００の無線通信インタフェース２１４は、アンテナ群２１５を構成している複数のアンテナ２１５１を周期的に切り換えながら、スペクトル拡散された無線信号を送信する。一方、携帯端末３００の位置標定信号受信部３３１は、アンテナ３１４によって基地局２００の各アンテナ２１５１から送信される信号を受信する。なお、隣接基地局間の電波干渉を防ぐため、各基地局２００は基地局２００間で同期信号を共有することにより、隣接する基地局２００から同時期に位置標定信号が送信されないように制御を行っている。
【００２８】
図６に基地局２００から送信される位置標定信号のデータフォーマットを示している。同図に示すように、位置標定信号は、上述した同期信号６１１、場所コード６１２（ＵＣＯＤＥ）、アンテナ情報６１３、及び測定信号６１４を含んで構成されている。なお、同期信号６１１は、３２ｂｉｔのプリアンブル信号と１６ｂｉｔの同期信号の合計４８ｂｉｔのデータで構成される。
【００２９】
場所コード６１２（ＵＣＯＤＥ）は、基地局２００の設置場所を特定する情報である。場所コード６１２は統一基準に従って位置毎に割り当てられる１２８ｂｉｔのコードからなる。アンテナ情報６１３は、アンテナ２１５１の高さやアンテナ２１５１の識別子、アンテナ２１５１の指向方向を示す１６ｂｉｔのデータ等で構成される。測定信号６１４は、携帯端末３００の存在する方向と携帯端末３００までの相対距離を検出するための信号を含み、基点となる４つのアンテナ２１５１を順次切り替えながら送信される２０４８チップの拡散符号を含む。
【００３０】
図７に歩道等の現場における基地局２００と携帯端末３００の位置関係を示している。同図において、携帯端末３００は地上高１（ｍ）の位置に存在し、基地局２００は地上高Ｈ（ｍ）の位置に設置されている。また基地局２００の直下から携帯端末３００までの距離はＬ（ｍ）である。
【００３１】
図８にアンテナ群２１５を構成している各アンテナ２１５１と携帯端末３００との位置関係を示している。基地局２００のアンテナ群２１５を構成している各アンテナ２１５１は、現場では指向方向を斜め下方向に向けて設置される。同図に示すように、アンテナ群２１５は、３ｃｍ間隔（この間隔は位置標定信号として２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合における１／４波長に相当）で略正方形状に隣接させて配置された４つの円偏波指向性アンテナを有する。
【００３２】
図８に示すように、アンテナ群２１５の高さ位置における水平方向とアンテナ群２１５に対する携帯端末３００の方向とのなす角をαとすると、
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ））
となる。なお、ΔＬ（ｃｍ）は、アンテナ群２１５を構成しているアンテナ２１５１のうちの特定の２基と携帯端末３００との間の伝搬路長差である。
【００３３】
ここでアンテナ群２１５を構成している特定の２基のアンテナ２１５１から送信される位置標定信号の位相差をΔθとすれば、上記ΔＬは、
ΔＬ（ｃｍ）＝Δθ／２π／λ（ｃｍ）
となる。位置標定信号として、例えば２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合、λ≒１２（ｃｍ）であるので、
α＝ａｒｃＳｉｎ（２Δθ／π）
となる。また測定可能範囲（−π／２＜Δθ＜π／２）ではα＝Δθ（ラジアン）であるので、上式から基地局２００が存在する方向を特定することができる。
【００３４】
次に上記結果を利用して携帯端末３００の位置を標定する方法について説明する。
図９に現場における基地局２００と携帯端末３００の位置関係を示している。同図に示すように、基地局２００のアンテナ群２１５の地上高をＨ（ｍ）、携帯端末３００の地上高をｈ（ｍ）、基地局２００の直下の地表面の位置を原点として直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を設定した場合における、基地局２００から携帯端末３００の方向とＸ軸とがなす角をΔΦ（ｘ）、基地局２００から携帯端末３００の方向とＹ軸とがなす角をΔΦ（ｙ）とすると、原点に対する携帯端末３００の位置は次式から求められる。
Δｄ（ｘ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ））
Δｄ（ｙ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ））
原点の位置を（Ｘ１，Ｙ１）とすれば、携帯端末３００の現在位置（Ｘｘ，Ｙｙ）は、
Ｘｘ＝Ｘ１＋Δｄ（ｘ）
Ｙｙ＝Ｙ１＋Δｄ（ｙ）
として求められる。なお、以上に説明した位置標定の原理については、例えば特開２００４−１８４０７８号公報、特開２００５−３５１８７７号公報、特開２００５−３５１８７８号公報、及び特開２００６−２３２６１号公報等に詳述されている。
【００３５】
＜位置標定処理＞
次に携帯端末３００の位置標定部３３４によって行われる、携帯端末３００の現在位置標定処理について説明する。なお、現在位置の標定処理は、サーバ装置１００に携帯端末３００の位置を報告するタイミング、携帯端末３００のユーザが入力装置３１５に対して行った操作等に応じて適宜実行される。
【００３６】
図１０は位置標定処理（Ｓ１０００）を説明するフローチャートである。同図に示すように、位置標定処理（Ｓ１０００）では、まず位置標定部３３４が、ＲＳＳＩ回路３２０から位置標定信号受信部３３１によって受信される位置標定信号の受信信号強度を取得する（Ｓ１０１１）。次に位置標定部３３４は、受信した位置標定信号が直接波であるか反射波であるかを判定する処理（以下、直接波判定処理と称する。）を実行する（Ｓ１０１２）。なお、直接波判定処理（Ｓ１０１２）の詳細については後述する。
【００３７】
続くＳ１０１３では、直接波判定処理（Ｓ１０１２）の結果に応じて処理を分岐させており、位置標定信号が直接波である場合には（Ｓ１０１３：直接波）、Ｓ１０１４の処理に進み、反射波である場合には（Ｓ１０１３：反射波）、Ｓ１０１５の処理に進む。
【００３８】
Ｓ１０１４では、位置標定部３３４は、前述した方法により位置標定信号により現在位置の標定を行う。一方、Ｓ１０１５では、位置標定部３３４は、移動距離／方向履歴記録部３３５２によりメモリ３１２に記録されている移動距離／方向履歴に基づいて、後述する直接波判定部３３５の移動距離算出部３３５５によって行われる、加速度センサ３１８及び地磁気センサ３１９により検知された値に基づく処理により位置標定を行う。Ｓ１０１４又はＳ１０１５の処理が終了した後、位置標定処理（Ｓ１０００）は終了する。
【００３９】
以上のように、位置標定部３３４は、受信した位置標定信号が直接波であった場合は位置標定信号により現在位置の標定を行い、反射波であった場合は加速度センサ３１８及び地磁気センサ３１９により検知された値に基づいて位置標定を行う。このため、マルチパスなどによって基地局２００から携帯端末３００に到達する直接波以外の無線信号によって位置標定が行われてしまうのを防ぐことができ、位置標定システム１０の標定精度を確保することができる。
【００４０】
次に前述した位置標定処理（Ｓ１０００）における直接波判定処理（Ｓ１０１２）の詳細について図１１に示すフローチャートとともに説明する。同図に示すように、直接波判定処理（Ｓ１０１２）では、まず第１自由空間損失算出部３３５３が、受信中の受信信号強度に対応する第１自由空間損失を求める（Ｓ１１２１）。次に起点設定部３３５４が、受信信号強度履歴から、受信信号強度が最大となった直近の時刻を特定し、その時刻を後述する移動距離算出部３３５５が参照する起点時刻として設定する（Ｓ１１２２）。
【００４１】
図１２に受信信号強度履歴１２００の一例を示す。同図に示す受信信号履歴では、受信信号強度が最大（６１ｄＢｍ）となった直近の時刻、すなわち起点時刻はｔ１である。
【００４２】
次に移動距離算出部３３５５が、起点設定部３３５４により設定された上記起点時刻と移動距離／方向履歴とに基づいて、起点から現在位置までの当該携帯端末３００の絶対的な移動距離を求める（Ｓ１１２３）。この場合に移動距離算出部３３５５によって行われる処理を具体的に説明する。
【００４３】
図１３Ａは、携帯端末３００が、起点から終点（現在位置）までに移動した際の移動経路の一例である。また図１３Ｂに、携帯端末３００が図１３Ａのように移動した場合に移動距離／方向履歴記録部３３５２によりメモリ３１２に記録される、移動距離／方向履歴１３００、及び、移動距離／方向履歴１３００から求めた携帯端末３００の起点からの絶対的な移動距離及び移動方向（北に対する角度で示す。）を示している。なお、携帯端末３００の起点からの絶対的な移動距離は、各時刻間を結ぶベクトルの合成ベクトルの長さとして求められる。
【００４４】
再び図１１に戻って、Ｓ１１２４では、第２自由空間損失算出部３３５６が、移動距離算出部３３５５によって求められた起点からの絶対的な移動距離に基づいて第２自由空間損失を求める。Ｓ１１２５では、自由空間損失比較部３３５７が、第１自由空間損失と第２自由空間損失を比較し、受信中の位置標定信号が直接波か反射波かを判定する。ここでこの判定は、次のようにして行われる。すなわち、第１自由空間損失が第２自由空間損失よりも所定の値（例えば３ｄＢ）以上小さい場合、すなわち、受信中の位置標定信号の受信信号強度から求められる第１自由空間損失が絶対的な移動距離から計算される第２自由空間損失よりも所定の値以上小さい場合には受信中の位置標定信号は反射波であると判定し、そうでなければ直接波であると判定する。なお、上記所定の値は、直接波と反射波を確実に識別できる大きさの値に設定される。
【００４５】
自由空間損失比較部３３５７による判定の具体例を示す。図１４は基地局２００の設置現場付近の様子を示す図であり、基地局２００から携帯端末３００に対して直接波、及びマルチパスによる反射波が到達する様子を示している。基地局２００は地上から５ｍの高さに設置されており、携帯端末３００は地上から１ｍの高さに位置している。基地局２００直下と携帯端末３００との間の地表面における距離は１２ｍである。
【００４６】
同図において、反射波は、基地局２００直下と携帯端末３００を結ぶ線上の基地局２００直下から１０ｍの位置で反射して携帯端末３００に到達している。基地局２００のアンテナ２１５１から反射波の反射地点までの直線距離は１３．４１７ｍである。また基地局２００のアンテナ２１５１から携帯端末３００までの直線距離は１２．６４９ｍである。
【００４７】
基地局２００から送信される位置標定信号の周波数が２．４ＧＨｚ（波長λ＝０．１２５ｍ）であるとした場合に計算により直接波の自由空間損失を求めてみると、
直接波の自由空間損失＝２０ｌｏｇ１０（（４π×１２．６４９）／０．１２５）
＝６２．０８７（ｄＢｍ）
となる。
【００４８】
一方、反射波の自由空間損失は、
反射波の自由空間損失＝２０ｌｏｇ１０（（４π×１３．４１７）／０．１２５）
＝６２．５９９（ｄＢｍ）
となる。ここで地表面での反射による信号強度損失が３ｄＢｍであるとすれば、反射波の総合的な損失は、
６２．５９９（ｄＢｍ）＋３（ｄＢｍ）＝６５．５９９（ｄＢｍ）
となる。従って、図１４に示す例では、直接波の自由空間損失と反射波の自由空間損失の差が
６５．５９９（ｄＢｍ）−６２．０８７（ｄＢｍ）＝３．５１２（ｄＢｍ）
となる。つまり前述した所定の値を３（ｄＢｍ）程度に設定すれば直接波と反射波を区別することができることになる。
【００４９】
ところで、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００５０】
例えば、携帯端末３００の位置標定は、上記実施形態で説明したように基地局２００から送信される位置標定信号を携帯端末３００側で受信することにより携帯端末３００側で行うようにしてもよいが、携帯端末３００側にアンテナ群を設けて携帯端末３００側から基地局２００に向けて位置標定信号を送信し、この位置標定信号を基地局２００側で受信して基地局２００側で位置標定を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態として説明する自律移動支援システム１の概略的な構成を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態として説明するサーバ装置１００のハードウエア構成を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態として説明するサーバ装置１００の機能を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態として説明する基地局２００のハードウエア構成を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態として説明する基地局２００の機能を示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態として説明する携帯端末３００のハードウエア構成を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態として説明する携帯端末３００の機能を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態として説明する携帯端末３００の直接波判定部３３５の機能の詳細を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態として説明する位置標定信号のデータフォーマットを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態として説明する基地局２００と携帯端末３００との位置関係を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態として説明するアンテナ群２１５を構成しているアンテナ２１５１と携帯端末３００との位置関係を説明する図である。
【図９】本発明の一実施形態として説明する現場における基地局２００と携帯端末３００の位置関係を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による位置標定処理（Ｓ１０００）を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態による直接波判定処理（Ｓ１０１２）を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態として説明する受信信号強度履歴１２００の一例である。
【図１３Ａ】本発明の一実施形態として説明する携帯端末３００が、起点から終点（現在位置）までに移動した際の移動経路の一例を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の一実施形態として説明する移動距離／方向履歴１３００の一例を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態として説明する基地局２００の設置現場付近の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 位置標定システム
２００ 基地局
２１３ 通信インタフェース
２１４ 無線通信インタフェース
２６３ 位置標定信号送信部
３００ 携帯端末
３１３ 無線通信インタフェース
３１８ 加速度センサ
３１９ 地磁気センサ
３２０ ＲＳＳＩ回路
３３１ 位置標定信号受信部
３３４ 位置標定部
３３５ 直接波判定部
１２００ 受信信号強度履歴
１３００ 移動距離／方向履歴
３３５１ 受信信号強度履歴記録部
３３５２ 移動距離/方向履歴記録部
３３５３ 第１自由空間損失算出部
３３５４ 起点設定部
３３５５ 移動距離算出部
３３５６ 第２自由空間損失算出部
３３５７ 自由空間損失比較部
Ｓ１０００ 位置標定処理
Ｓ１０１２ 直接波判定処理
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の現在位置を標定するための無線信号である位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、
前記位置標定信号に基づいて自身の現在位置を標定する位置標定部と、
前記位置標定信号の受信信号強度を取得する回路と、
加速度センサと、
地磁気センサと、
前記位置標定信号の前記受信信号強度の履歴を前記位置標定信号の受信時刻に対応づけて記録した受信信号強度履歴を生成する受信信号強度履歴記録部と、
前記加速度センサ及び前記地磁気センサの検知値に基づいて、所定の時間間隔ごとの移動履歴を前記検知値の取得時刻に対応づけて記録した移動距離／方向履歴を生成する移動距離／方向履歴記録部と、
受信した前記位置標定信号の前記受信信号強度から、受信した前記位置標定信号の自由空間損失である第１自由空間損失を求める第１自由空間損失算出部と、
前記受信信号強度履歴から、受信した前記位置標定信号の受信信号強度が最大となった現在時刻から直近の時刻である起点時刻を特定する起点設定部と、
前記起点時刻と前記移動距離／方向履歴とに基づいて、前記起点時刻における自身の位置から自身の現在位置までの距離を求める移動距離算出部と、
前記移動距離に基づいて、前記位置標定信号の自由空間損失である第２自由空間損失を求める第２自由空間損失算出部と、
前記第１自由空間損失と前記第２自由空間損失とを比較して、受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かを判定する自由空間損失比較部と、
を有し、
前記位置標定部は、前記自由空間損失比較部が、前記位置標定信号が直接波でないと判定した場合に、受信した前記位置標定信号による位置標定を行わないようにすること
を特徴とする位置標定に用いられる携帯端末。
【請求項２】
請求項１に記載の携帯端末であって、
前記自由空間損失比較部は、前記第１自由空間損失と前記第２自由空間損失との差が所定の値以上である場合に、前記受信した位置標定信号が直接波でないと判定すること
を特徴とする位置標定に用いられる携帯端末。
【請求項３】
請求項１に記載の携帯端末であって、
前記位置標定部は、前記自由空間損失比較部が、前記位置標定信号が直接波でないと判定した場合に、前記加速度センサ及び前記地磁気センサの検知値に基づいて自身の現在位置を標定すること
を特徴とする位置標定に用いられる携帯端末。
【請求項４】
請求項１に記載の携帯端末であって、
前記位置標定部は、隣接配置された複数のアンテナのそれぞれから送信されてくる複数の前記位置標定信号を受信し、受信した前記各位置標定信号の位相差に基づいて自身の現在位置を標定すること
を特徴とする位置標定に用いられる携帯端末。
【請求項５】
位置標定システムであって、
地域各所に設置される複数の基地局と、
移動者によって携帯される携帯端末と、
を含み、
前記基地局は、隣接配置された複数のアンテナのそれぞれから位置標定のための無線信号である位相の異なる複数の位置標定信号を送信し、
前記携帯端末は、
前記位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、
前記位置標定信号に基づいて自身の現在位置を標定する位置標定部と、
前記位置標定信号の受信信号強度を取得する回路と、
加速度センサと、
地磁気センサと、
前記位置標定信号の前記受信信号強度の履歴を前記位置標定信号の受信時刻に対応づけて記録した受信信号強度履歴を生成する受信信号強度履歴記録部と、
前記加速度センサ及び前記地磁気センサの検知値に基づいて、所定の時間間隔ごとの移動履歴を前記検知値の取得時刻に対応づけて記録した移動距離／方向履歴を生成する移動距離／方向履歴記録部と、
受信した前記位置標定信号の前記受信信号強度から、受信した前記位置標定信号の自由空間損失である第１自由空間損失を求める第１自由空間損失算出部と、
前記受信信号強度履歴から、受信した前記位置標定信号の受信信号強度が最大となった現在時刻から直近の時刻である起点時刻を特定する起点設定部と、
前記起点時刻と前記移動距離／方向履歴とに基づいて、前記起点時刻における自身の位置から自身の現在位置までの距離を求める移動距離算出部と、
前記移動距離に基づいて、前記位置標定信号の自由空間損失である第２自由空間損失を求める第２自由空間損失算出部と、
前記第１自由空間損失と前記第２自由空間損失とを比較して、受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かを判定する自由空間損失比較部と、
を有し、
前記位置標定部は、前記自由空間損失比較部が、前記位置標定信号が直接波でないと判定した場合に、受信した前記位置標定信号による位置標定を行わないようにすること
を特徴とする位置標定システム。
【請求項１】
自身の現在位置を標定するための無線信号である位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、
前記位置標定信号に基づいて自身の現在位置を標定する位置標定部と、
前記位置標定信号の受信信号強度を取得する回路と、
加速度センサと、
地磁気センサと、
前記位置標定信号の前記受信信号強度の履歴を前記位置標定信号の受信時刻に対応づけて記録した受信信号強度履歴を生成する受信信号強度履歴記録部と、
前記加速度センサ及び前記地磁気センサの検知値に基づいて、所定の時間間隔ごとの移動履歴を前記検知値の取得時刻に対応づけて記録した移動距離／方向履歴を生成する移動距離／方向履歴記録部と、
受信した前記位置標定信号の前記受信信号強度から、受信した前記位置標定信号の自由空間損失である第１自由空間損失を求める第１自由空間損失算出部と、
前記受信信号強度履歴から、受信した前記位置標定信号の受信信号強度が最大となった現在時刻から直近の時刻である起点時刻を特定する起点設定部と、
前記起点時刻と前記移動距離／方向履歴とに基づいて、前記起点時刻における自身の位置から自身の現在位置までの距離を求める移動距離算出部と、
前記移動距離に基づいて、前記位置標定信号の自由空間損失である第２自由空間損失を求める第２自由空間損失算出部と、
前記第１自由空間損失と前記第２自由空間損失とを比較して、受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かを判定する自由空間損失比較部と、
を有し、
前記位置標定部は、前記自由空間損失比較部が、前記位置標定信号が直接波でないと判定した場合に、受信した前記位置標定信号による位置標定を行わないようにすること
を特徴とする位置標定に用いられる携帯端末。
【請求項２】
請求項１に記載の携帯端末であって、
前記自由空間損失比較部は、前記第１自由空間損失と前記第２自由空間損失との差が所定の値以上である場合に、前記受信した位置標定信号が直接波でないと判定すること
を特徴とする位置標定に用いられる携帯端末。
【請求項３】
請求項１に記載の携帯端末であって、
前記位置標定部は、前記自由空間損失比較部が、前記位置標定信号が直接波でないと判定した場合に、前記加速度センサ及び前記地磁気センサの検知値に基づいて自身の現在位置を標定すること
を特徴とする位置標定に用いられる携帯端末。
【請求項４】
請求項１に記載の携帯端末であって、
前記位置標定部は、隣接配置された複数のアンテナのそれぞれから送信されてくる複数の前記位置標定信号を受信し、受信した前記各位置標定信号の位相差に基づいて自身の現在位置を標定すること
を特徴とする位置標定に用いられる携帯端末。
【請求項５】
位置標定システムであって、
地域各所に設置される複数の基地局と、
移動者によって携帯される携帯端末と、
を含み、
前記基地局は、隣接配置された複数のアンテナのそれぞれから位置標定のための無線信号である位相の異なる複数の位置標定信号を送信し、
前記携帯端末は、
前記位置標定信号を受信する位置標定信号受信部と、
前記位置標定信号に基づいて自身の現在位置を標定する位置標定部と、
前記位置標定信号の受信信号強度を取得する回路と、
加速度センサと、
地磁気センサと、
前記位置標定信号の前記受信信号強度の履歴を前記位置標定信号の受信時刻に対応づけて記録した受信信号強度履歴を生成する受信信号強度履歴記録部と、
前記加速度センサ及び前記地磁気センサの検知値に基づいて、所定の時間間隔ごとの移動履歴を前記検知値の取得時刻に対応づけて記録した移動距離／方向履歴を生成する移動距離／方向履歴記録部と、
受信した前記位置標定信号の前記受信信号強度から、受信した前記位置標定信号の自由空間損失である第１自由空間損失を求める第１自由空間損失算出部と、
前記受信信号強度履歴から、受信した前記位置標定信号の受信信号強度が最大となった現在時刻から直近の時刻である起点時刻を特定する起点設定部と、
前記起点時刻と前記移動距離／方向履歴とに基づいて、前記起点時刻における自身の位置から自身の現在位置までの距離を求める移動距離算出部と、
前記移動距離に基づいて、前記位置標定信号の自由空間損失である第２自由空間損失を求める第２自由空間損失算出部と、
前記第１自由空間損失と前記第２自由空間損失とを比較して、受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かを判定する自由空間損失比較部と、
を有し、
前記位置標定部は、前記自由空間損失比較部が、前記位置標定信号が直接波でないと判定した場合に、受信した前記位置標定信号による位置標定を行わないようにすること
を特徴とする位置標定システム。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−２５６５５９（Ｐ２００８−２５６５５９Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９９７６２（Ｐ２００７−９９７６２）
【出願日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【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２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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