位置標定システム、及び位置標定方法
【課題】定在波の存在により生じる位置標定信号の受信信号強度の低下を防ぎ、位置標定を確実に行えるようにする。
【解決手段】位置標定を行う基地局２００に、位置標定信号を受信するための複数のアンテナ２１５１を、夫々の指向方向を同一の方向に向けて隣接して平面配置し、アンテナ２１５１の夫々によって受信された位置標定信号の位相差に基づき、被標定装置３００の位置標定を行う位置標定部２６３、複数のアンテナ２１５１を指向方向に沿って同時に移動させるアンテナ位置制御機構２１７、及び、位置標定信号の受信信号強度を取得するＲＳＳＩ回路２１６、を設ける。基地局２００が、位置標定に先立ち、位置標定信号の受信信号強度を取得しつつ、複数のアンテナ２１５１を指向方向に沿って移動させることにより、受信信号強度が最大となる位置を特定し、その位置に複数のアンテナ２１５１を位置決めする。
【解決手段】位置標定を行う基地局２００に、位置標定信号を受信するための複数のアンテナ２１５１を、夫々の指向方向を同一の方向に向けて隣接して平面配置し、アンテナ２１５１の夫々によって受信された位置標定信号の位相差に基づき、被標定装置３００の位置標定を行う位置標定部２６３、複数のアンテナ２１５１を指向方向に沿って同時に移動させるアンテナ位置制御機構２１７、及び、位置標定信号の受信信号強度を取得するＲＳＳＩ回路２１６、を設ける。基地局２００が、位置標定に先立ち、位置標定信号の受信信号強度を取得しつつ、複数のアンテナ２１５１を指向方向に沿って移動させることにより、受信信号強度が最大となる位置を特定し、その位置に複数のアンテナ２１５１を位置決めする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置標定システム、及び位置標定方法に関し、とくに定在波の存在によって生じる位置標定信号の受信信号強度の低下を防ぎ、位置標定を確実に行えるようにするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、自律移動システムの研究／開発が盛んに行われている。自律移動システムに関し、例えば非特許文献１には、その要素技術として、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。
【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】
そこで例えば特許文献１には、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において、位置標定信号の受信信号強度履歴を記録し、加速度センサ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ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５６５５９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記位置標定システムにおいては、位置標定信号を送受信するためのアンテナ構成として、４つのアンテナ素子を同一平面上に配置するようにしているが、このような平面配置とした場合、同一平面内ではダイバシティ効果が期待できるが、電波伝搬方向、即ちアンテナ配置面に対して垂直な方向についてはダイバシティ効果は期待できない。
【０００８】
このため、例えば、図１２に示すように、アンテナ素子又は携帯端末から送信された位置標定信号の直接波と、この直接波が反射係数の大きな反射面で反射して生じた反射波とが合成されて定在波が生じ、アンテナ素子又は携帯端末が定在波の節の部分（振幅が殆どゼロとなる部分）に位置していると、位置標定信号の受信信号強度が極端に弱くなり、位置標定機能に支障が生じる場合がある。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、定在波の存在により生じる位置標定信号の受信信号強度の低下を防ぎ、位置標定を確実に行うことが可能な、位置標定システム、及び位置標定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】
【００１０】
上記目的を達成するための主たる発明は、位置標定システムであって、被標定装置から送られてくる位置標定のための無線信号を受信する、夫々の指向方向を同一の方向に向けて隣接して平面配置された複数のアンテナと、前記アンテナの夫々によって受信された前記無線信号の位相差に基づき、前記被標定装置の位置標定を行う回路を含む位置標定部と、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って同時に移動させるアンテナ位置制御機構と、前記無線信号の受信信号強度を取得する回路と、前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めする、アンテナ位置制御部とを備えることとする。
【００１１】
本発明によれば、定在波の存在により複数のアンテナが被標定装置に対して受信信号強度の弱い位置に存在している場合でも、被標定装置の位置標定に先立ち、無線信号の受信信号強度が最大となる位置に複数のアンテナが自動的に位置決めされる。そのため、定在波の存在によって生じる位置標定信号の受信信号強度の低下を防ぎ、位置標定を確実に行うことができる。
【００１２】
本発明のうちの他の発明の一つは、位置標定システムであって、前記アンテナ位置制御部は、前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って前記無線信号の半波長以上の距離を移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めすることとする。
【００１３】
このように複数のアンテナを指向方向に沿って無線信号の半波長以上を移動させることで、複数のアンテナの移動範囲内に必ず定在波の腹の部分（振幅が最大の部分）が含まれることになり、複数のアンテナを定在波の腹の部分に確実に位置決めすることができる。これによれば、位置標定を確実に行うことができる。
【００１４】
また本発明のうちの他の発明の一つは、位置標定システムであって、前記無線信号は、その直接波とその反射波とが合成されることにより定在波を生じ、前記定在波により前記指向方向に沿って前記受信信号強度の強い場所と弱い場所とが生じることとする。
【００１５】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、定在波の存在により生じる位置標定信号の受信信号強度の低下を防ぎ、位置標定を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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の機能を説明する図である。
【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の機能を説明する図である。
【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の機能を説明する図である。
【図５】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６】本発明の一実施形態として説明する、歩道等の現場における基地局２００と携帯端末３００の設置例を示す図である。
【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８】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９Ａ】基地局２００を上方（＋Ｚ方向）から眺めた透過側面図である。
【図９Ｂ】基地局２００を水平方向（＋Ｘ方向）から眺めた透過平面図である。
【図９Ｃ】基地局２００を水平方向（＋Ｙ方向）から眺めた透過側面図である。
【図９Ｄ】基地局２００を下方（−Ｚ方向）から眺めた透過側面図である。
【図１０】位置標定処理Ｓ１０００を説明するフローチャートである。
【図１１】基準位置８１から移動完了位置８２までのアンテナ群２１５を移動させた例（実線で示した軌跡）を示す図である。
【図１２】直接波と反射波によって生じる定在波を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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（被標定装置）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。
【００２０】
図２Ａにサーバ装置１００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、サーバ装置１００は、ＣＰＵ１１１、メモリ１１２、外部記憶装置１１３、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Ｉ／Ｆ１１６（I/F:Interface）を有している。
【００２１】
このうち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。外部記憶装置１１３は、不揮発性かつ大容量の記憶装置であり、例えば、ハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Solid State Drive）、光磁気記録装置等である。入力装置１１４は、ユーザの操作入力を受け付けるユーザインタフェースであり、キーボードやマウス等である。表示装置１１５は、液晶ディスプレイ等の表示装置１１５であり、例えば、支援対象者３の現在位置や移動方向などの情報を地図画面に重ねてリアルタイムに表示する。通信Ｉ／Ｆ１１６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。
【００２２】
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。
【００２３】
図２Ｂにおいて、情報提供収集部１２１は、通信網５０を介した基地局２００への情報提供（ダウンロード）、及び通信網５０を介した基地局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、基地局２００が後述する位置標定機能等の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）を記憶する。設定情報の一例として、携帯端末３００の絶対位置を特定するために必要な情報である、基地局２００の緯度、経度、設置高さがある。
【００２４】
図３Ａに基地局２００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、基地局２００は、ＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信Ｉ／Ｆ２１３、無線通信Ｉ／Ｆ２１４、アンテナ群２１５、切替スイッチ２１５２、ＲＳＳＩ回路２１６（RSSI : Radio Signal Strength Indicator）、及びアンテナ位置制御機構２１７を有している。
【００２５】
このうち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Ｉ／Ｆ２１３は、サーバ装置１００との間で通信網５０を介した通信を行う。
【００２６】
無線通信Ｉ／Ｆ２１４は、後述する位置標定に際し、携帯端末３００との間で位置標定に用いる無線信号の送受信を行うインタフェースであり、例えば、携帯端末３００から送られてくる、後述の位置標定信号を受信する。
【００２７】
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。アンテナ群２１５の具体的な構成については後述する。また切替スイッチ２１５２は、アンテナ群２１５を構成しているいずれかのアンテナ２１５１を選択し、選択したアンテナ２１５１によって受信された無線信号を無線通信Ｉ／Ｆ２１４に供給する。
【００２８】
ＲＳＳＩ回路２１６は、無線通信Ｉ／Ｆ２１４によって受信される、携帯端末３００から送られてくる、後述の位置標定信号の受信信号強度（受信電界強度）を示す信号を生成／出力する。
【００２９】
アンテナ位置制御機構２１７は、アンテナ群２１５と携帯端末３００との間の距離（電波伝搬距離）を制御するための機構である。アンテナ位置制御機構２１７は、アンテナ群２１５が取り付けられる可動部を有し、ＣＰＵ２１１からの指示に応じて機械制御（例えば、ステッピングモータを用いた制御）もしくは油空圧制御によって可動部を移動させることにより、アンテナ群２１５と携帯端末３００との間の距離（伝搬路長）を変化させる。
【００３０】
図３Ｂに基地局２００の機能を示している。同図に示すように、基地局２００は、通信部２６１、位置標定信号受信部２６２、位置標定部２６３、設定情報記憶部２６４、及びアンテナ位置制御部２６５の各機能を備える。尚、同図に示す機能は、基地局２００が備えるハードウエアによって、もしくは、ＣＰＵ２１１がメモリ２１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。
【００３１】
このうち通信部２６１は、通信Ｉ／Ｆ２１３を制御してサーバ装置１００との間で各種情報の送受信を行う。
【００３２】
位置標定信号受信部２６２は、携帯端末３００から送られてくる、後述の位置標定信号を受信する。
【００３３】
位置標定部２６３は、位置標定信号受信部２６２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。また位置標定部２６３は、標定した携帯端末３００の現在位置を、通信網５０を介してサーバ装置１００に随時送信する。
【００３４】
設定情報記憶部２６４は、前述した設定情報を記憶する。
【００３５】
アンテナ位置制御部２６５は、ＲＳＳＩ回路２１６から出力される位置標定信号の受信信号強度に応じてアンテナ位置制御機構２１７を制御し、アンテナ群２１５と携帯端末３００との間の距離（伝搬路長）を制御する。より具体的には、アンテナ位置制御部２６５は、位置標定信号の受信信号強度を随時取得しつつ、アンテナ群２１５を構成している複数のアンテナ２１５１を指向方向に沿って移動させることにより、受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置にアンテナ群２１５を位置決めする。
【００３６】
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Ｉ／Ｆ３１３、アンテナ３１４、入力装置３１５、及び表示装置３１６を有している。尚、携帯端末３００は、例えば、携帯電話機等の既存のハードウエアを利用して構成することができる。
【００３７】
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。入力装置３１５は、ユーザの操作入力を受け付けるインタフェースであり、例えば、タッチパネルや操作ボタンなどである。表示装置３１６は、文字情報、図形情報、映像情報等を表示するインタフェースであり、例えば、液晶ディスプレイなどである。
【００３８】
図４Ｂに携帯端末３００の機能を示している。同図に示すように、携帯端末３００は、位置標定信号送信部３３１、情報送受信部３３２、及び情報表示部３３３の各機能を有する。尚、同図に示す機能は、携帯端末３００が備えるハードウエアによって、もしくは、ＣＰＵ３１１がメモリ３１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。
【００３９】
携帯端末３００が備える機能のうち、位置標定信号受信部３３１は、無線通信Ｉ／Ｆ３１３を制御して後述の位置標定信号を送信する。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。
＜位置標定システム＞
【００４０】
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。
【００４１】
携帯端末３００の位置標定信号送信部３３１は、アンテナ３１４から基地局２００のアンテナ群２１５に向けて位置標定の為の無線信号（以下、位置標定信号と称する。）を送信する。基地局２００の無線通信Ｉ／Ｆ２１４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、携帯端末３００から送られてくる位置標定信号を受信する。
【００４２】
図５に携帯端末３００から基地局２００に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、端末ＩＤ５１１及び測定信号５１２を含んで構成されている。このうち端末ＩＤ５１１には、携帯端末３００ごとに付与される識別子が設定される。測定信号５１２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情報が含まれる。
【００４３】
図６に歩道等の現場における基地局２００と携帯端末３００の設置例を示している。同図において、携帯端末３００は地上高１（ｍ）に高さに存在し、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。
【００４４】
図７に基地局２００のアンテナ群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、夫々の指向方向を同一の方向（斜め下方向）に向けて隣接して設置される。同図に示すように、アンテナ群２１５は、３ｃｍ間隔（この間隔は、携帯端末３００から送信される位置標定信号が２．４ＧＨｚ帯の電波である場合における１／４波長（λ／４）に相当する。）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している。
【００４５】
同図に示すように、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とすれば、
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ））
となる。ここで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。
【００４６】
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。携帯端末３００から送信される位置標定信号が、例えば、２．４ＧＨｚ帯の電波である場合には、λ≒１２（ｃｍ）であるので、
α＝ａｒｃＳｉｎ（２Δθ／π）
となる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
図８に図６に例示したような現場における、基地局２００と携帯端末３００の位置関係を例示している。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））
【００５０】
ここで原点の位置を（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。
【００５１】
尚、以上に説明した位置標定の基本原理や仕組みについては、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。
【００５２】
図９Ａ乃至図９Ｄに基地局２００の具体的な構成を示している。このうち図９Ａは、所定位置に設置されている基地局２００を上方（＋Ｚ方向）から眺めた透過側面図であり、図９Ｂは、基地局２００を水平方向（＋Ｘ方向）から眺めた透過平面図である。また図９Ｃは、基地局２００を水平方向（＋Ｙ方向）から眺めた透過側面図であり、図９Ｄは、基地局２００を下方（−Ｚ方向）から眺めた透過側面図である。尚、これらの図では構成の一部を省略して描いている場合がある。
【００５３】
図９Ｃに示すように、基地局２００の各構成要素は、アルミなどの導体の素材からなる筐体４１１に収容されている。筐体４１１は、図示しない構造物(例えば電柱）に適宜な固定部材４１２（固定板、やり出し部材、ネジ、ボルト等）を介して固定されている。
【００５４】
図９Ａ乃至図９Ｄに示すように、筐体４１１内には、アンテナ群２１５、アンテナ位置制御機構２１７、本体ユニット４１３、電源部４１４などが設けられている。
【００５５】
このうち本体ユニット４１３には、前述したＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信Ｉ／Ｆ２１３、無線通信Ｉ／Ｆ２１４、切替スイッチ２１５２、ＲＳＳＩ回路２１６などが収容されている。また電源部４１４には、基地局２００のハードウエアを動作させるために必要な電力を供給する、ＡＣ／ＤＣコンバータや電池などの電源が収容されている。尚、本体ユニット４１３や電源部４１４は必ずしもアンテナ群２１５と同じ位置に設ける必要はなく、遠隔した位置に設置してもよい。
【００５６】
アンテナ群２１５を構成している各アンテナ２１５１は、例えば、図７に示す位置関係で夫々の指向方向を同一の方向に向けて隣接配置されており、これらはアンテナ位置制御機構２１７の構成要素である図示しない台座に固定されている。アンテナ位置制御機構２１７は、ステッピングモータ等の制御機構により上記台座を移動させることにより、アンテナ群２１５を構成している複数のアンテナ２１５１を指向方向に沿って同時に移動させる。
【００５７】
次に、基地局２００において行われる、携帯端末３００の現在位置を標定する処理（以下、位置標定処理Ｓ１０００と称する。）について説明する。
【００５８】
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。位置標定処理Ｓ１０００は、例えば、基地局２００が携帯端末３００から送信される位置標定信号を受信した場合（受信信号強度が所定の閾値以上である位置標定信号を受信した場合）、基地局２００がサーバ装置１００から携帯端末３００の位置の報告要求を受信した場合、などを契機として開始される。以下、同図とともに説明する。
【００５９】
まず基地局２００は、アンテナ位置制御機構２１７を制御し、予め設定された基準位置にアンテナ群２１５の位置を移動させる（Ｓ１０１１）。ここでこの基準位置は、例えば、アンテナ位置制御機構２１７によって制御可能なアンテナ群２１５の可変域の一端や、後述する、予め設定されたアンテナ群２１５の移動範囲の中点などに設定される。
【００６０】
次に基地局２００は、基準位置を始点として、アンテナ位置制御機構２１７によるアンテナ群２１５の移動制御（スキャン）を開始する（Ｓ１０１２）。基地局２００は、アンテナ群２１５を移動させている間、携帯端末３００から送られてくる位置標定信号の受信信号強度を随時（例えば、周期的、リアルタイム等）取得する（Ｓ１０１３）。そして基地局２００は、取得した受信信号強度を、その取得時におけるアンテナ群２１５の位置を示す情報（例えば、基準位置からの相対位置で示される。）と対応づけてメモリ２１２に記憶する（Ｓ１０１４）。
【００６１】
基地局２００は、受信信号強度と対応づけて記憶する、移動中のアンテナ群２１５の上記位置を、例えば、アンテナ位置制御機構２１７の制御量（例えば、ステッピングモータの制御量）に基づき取得する。尚、例えば、位置検知センサ、加速度センサ、ポテンショメータなどの他の位置測定手段を利用してアンテナ群２１５の位置を取得するようにしてもよい。
【００６２】
アンテナ群２１５を移動させている間、基地局２００は、アンテナ群２１５が基準位置を始点として移動を開始してから、予め設定されているアンテナ群２１５の移動範囲（以下、スキャン範囲と称する。）の全てについて移動が完了したか否かを随時判断する（Ｓ１０１５）。
【００６３】
ここでスキャン範囲は、好ましくは位置標定信号の半波長（λ／２）以上の長さに設定する。スキャン範囲をそのような長さに設定することで、基準位置が定在波のどのよう位置に存在していても、定在波の腹の部分が必ずスキャン範囲に含まれることとなり、後述するアンテナ群２１５の位置設定処理Ｓ１０１６において、アンテナ群２１５の位置を定在波の腹の位置に設定することが可能となる。尚、定在波の波長は直接波の波長と同じである。
【００６４】
スキャン範囲の全てについて移動を完了していなければ（Ｓ１０１５：ＮＯ）、Ｓ１０１３に戻り処理を継続する。一方、スキャン範囲の全てについて移動を完了した場合には（Ｓ１０１５：ＹＥＳ）、Ｓ１０１６に進む。図１１にアンテナ群２１５を基準位置８１から移動完了位置８２まで移動させた例（実線で示した軌跡）を示す。
【００６５】
Ｓ１０１６では、基地局２００は、メモリ２１２に記憶している、アンテナ群２１５の位置を示す情報と位置標定信号の受信信号強度との対応に基づき、スキャン範囲内において、携帯端末３００から送られてくる位置標定信号の受信信号強度が最大の位置を特定する。
【００６６】
次に基地局２００は、Ｓ１０１６にて特定した、位置標定信号の受信信号強度が最大となる位置（定在波の腹の位置）に、アンテナ群２１５を移動させ（Ｓ１０１７）、位置標定信号に基づく携帯端末３００の現在位置の標定を行う（Ｓ１０１８）。そして基地局２００は、標定の結果（携帯端末３００の現在位置を示す情報）を、通信網５０を介してサーバ装置１００に送信する（Ｓ１０１９）。
【００６７】
以上に説明したように、本実施形態の仕組みによれば、定在波の存在によりアンテナ群２１５が携帯端末３００に対して位置標定信号の受信信号強度の弱い位置に存在している場合でも、携帯端末３００の位置標定に先立ち、位置標定信号の受信信号強度が最大となる位置にアンテナ群２１５が自動的に位置決めされる。このため、位置標定を確実に行うことができる。
【００６８】
またアンテナ群２１５を指向方向に沿って位置標定信号の半波長以上を移動させるようにする（スキャン範囲を位置標定信号の半波長以上に設定する。）ことで、アンテナ群２１５の移動範囲内に必ず定在波の腹（振幅が最大の部分）が含まれることとなり、アンテナ群２１５を定在波の腹の部分に確実に位置決めすることができる。
【００６９】
また例えば、位置標定信号が２．４ＧＨｚ帯の電波である場合、その半波長は６ｃｍ程度であるので、アンテナ位置制御機構２１７として小型のものを採用することができ、本実施形態の仕組みを導入しても、システム構成を肥大化させることはない。
【００７０】
尚、位置標定は、携帯端末３００と各アンテナ２１５１との相対的な位置の差に基づく位置標定信号の位相差の違いを利用して行われるので、複数のアンテナ２１５１をアンテナ群２１５として一体的に移動させている限り、アンテナ群２１５を移動させることによる誤差は基本的に生じない。
【００７１】
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。
【００７２】
例えば、以上に説明した仕組みは、自律移動支援システム１に適用する場合に限られず、携帯端末３００や基地局２００の周囲に位置標定信号の反射率が高い物体が存在する環境（鉄筋コンクリート製の建造物の側や内部、床面に高反射率の素材が用いられている場所等）で位置標定システムを利用する様々な場合に適用することができる。例えば物流業務等において、キャスターやパレット等に搭載される、（携帯端末３００の位置標定信号送信部３３１に相当する機能を搭載した）積荷の現在位置の標定を屋内で行うような場合には、位置標定信号が、床面や壁面、積荷等で反射し定在波を生じやすいが、本発明を適用することで積荷の現在位置を安定して確実に標定することができる。
【００７３】
受信信号強度が最大となる位置を求める方法は、必ずしも前述した方法に限られない。またアンテナ群２１５は必ずしも受信信号強度が最大となる位置に位置決めしなくてもよく、少なくとも受信信号強度が現在よりも強くなる位置にアンテナ群２１５を移動させる構成であってもよい。また位置標定を迅速に行う必要がある場合には、位置標定が可能な閾値以上の受信信号強度が得られる位置を見つけると直ちにその位置に位置決めして位置標定を開始するようにしてもよい。
【００７４】
アンテナ群２１５は必ずしも連続的に移動させなくてもよい。例えば所定の範囲をランダムに移動させ、その結果、現在よりも受信信号強度が強くなる位置が見つかれば直ちにその位置に位置決めして位置標定を開始するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 位置標定システム
２００ 基地局
２１６ ＲＳＳＩ回路
２１７ アンテナ位置制御機構
２６２ 位置標定信号受信部
２６３ 位置標定部
２６５ アンテナ位置制御部
３００ 携帯端末
３３１ 位置標定信号送信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置標定システム、及び位置標定方法に関し、とくに定在波の存在によって生じる位置標定信号の受信信号強度の低下を防ぎ、位置標定を確実に行えるようにするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、自律移動システムの研究／開発が盛んに行われている。自律移動システムに関し、例えば非特許文献１には、その要素技術として、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。
【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】
そこで例えば特許文献１には、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において、位置標定信号の受信信号強度履歴を記録し、加速度センサ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ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５６５５９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記位置標定システムにおいては、位置標定信号を送受信するためのアンテナ構成として、４つのアンテナ素子を同一平面上に配置するようにしているが、このような平面配置とした場合、同一平面内ではダイバシティ効果が期待できるが、電波伝搬方向、即ちアンテナ配置面に対して垂直な方向についてはダイバシティ効果は期待できない。
【０００８】
このため、例えば、図１２に示すように、アンテナ素子又は携帯端末から送信された位置標定信号の直接波と、この直接波が反射係数の大きな反射面で反射して生じた反射波とが合成されて定在波が生じ、アンテナ素子又は携帯端末が定在波の節の部分（振幅が殆どゼロとなる部分）に位置していると、位置標定信号の受信信号強度が極端に弱くなり、位置標定機能に支障が生じる場合がある。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、定在波の存在により生じる位置標定信号の受信信号強度の低下を防ぎ、位置標定を確実に行うことが可能な、位置標定システム、及び位置標定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】
【００１０】
上記目的を達成するための主たる発明は、位置標定システムであって、被標定装置から送られてくる位置標定のための無線信号を受信する、夫々の指向方向を同一の方向に向けて隣接して平面配置された複数のアンテナと、前記アンテナの夫々によって受信された前記無線信号の位相差に基づき、前記被標定装置の位置標定を行う回路を含む位置標定部と、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って同時に移動させるアンテナ位置制御機構と、前記無線信号の受信信号強度を取得する回路と、前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めする、アンテナ位置制御部とを備えることとする。
【００１１】
本発明によれば、定在波の存在により複数のアンテナが被標定装置に対して受信信号強度の弱い位置に存在している場合でも、被標定装置の位置標定に先立ち、無線信号の受信信号強度が最大となる位置に複数のアンテナが自動的に位置決めされる。そのため、定在波の存在によって生じる位置標定信号の受信信号強度の低下を防ぎ、位置標定を確実に行うことができる。
【００１２】
本発明のうちの他の発明の一つは、位置標定システムであって、前記アンテナ位置制御部は、前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って前記無線信号の半波長以上の距離を移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めすることとする。
【００１３】
このように複数のアンテナを指向方向に沿って無線信号の半波長以上を移動させることで、複数のアンテナの移動範囲内に必ず定在波の腹の部分（振幅が最大の部分）が含まれることになり、複数のアンテナを定在波の腹の部分に確実に位置決めすることができる。これによれば、位置標定を確実に行うことができる。
【００１４】
また本発明のうちの他の発明の一つは、位置標定システムであって、前記無線信号は、その直接波とその反射波とが合成されることにより定在波を生じ、前記定在波により前記指向方向に沿って前記受信信号強度の強い場所と弱い場所とが生じることとする。
【００１５】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、定在波の存在により生じる位置標定信号の受信信号強度の低下を防ぎ、位置標定を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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の機能を説明する図である。
【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の機能を説明する図である。
【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の機能を説明する図である。
【図５】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６】本発明の一実施形態として説明する、歩道等の現場における基地局２００と携帯端末３００の設置例を示す図である。
【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８】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９Ａ】基地局２００を上方（＋Ｚ方向）から眺めた透過側面図である。
【図９Ｂ】基地局２００を水平方向（＋Ｘ方向）から眺めた透過平面図である。
【図９Ｃ】基地局２００を水平方向（＋Ｙ方向）から眺めた透過側面図である。
【図９Ｄ】基地局２００を下方（−Ｚ方向）から眺めた透過側面図である。
【図１０】位置標定処理Ｓ１０００を説明するフローチャートである。
【図１１】基準位置８１から移動完了位置８２までのアンテナ群２１５を移動させた例（実線で示した軌跡）を示す図である。
【図１２】直接波と反射波によって生じる定在波を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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（被標定装置）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。
【００２０】
図２Ａにサーバ装置１００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、サーバ装置１００は、ＣＰＵ１１１、メモリ１１２、外部記憶装置１１３、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Ｉ／Ｆ１１６（I/F:Interface）を有している。
【００２１】
このうち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。外部記憶装置１１３は、不揮発性かつ大容量の記憶装置であり、例えば、ハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Solid State Drive）、光磁気記録装置等である。入力装置１１４は、ユーザの操作入力を受け付けるユーザインタフェースであり、キーボードやマウス等である。表示装置１１５は、液晶ディスプレイ等の表示装置１１５であり、例えば、支援対象者３の現在位置や移動方向などの情報を地図画面に重ねてリアルタイムに表示する。通信Ｉ／Ｆ１１６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。
【００２２】
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。
【００２３】
図２Ｂにおいて、情報提供収集部１２１は、通信網５０を介した基地局２００への情報提供（ダウンロード）、及び通信網５０を介した基地局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、基地局２００が後述する位置標定機能等の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）を記憶する。設定情報の一例として、携帯端末３００の絶対位置を特定するために必要な情報である、基地局２００の緯度、経度、設置高さがある。
【００２４】
図３Ａに基地局２００のハードウエア構成を示している。同図に示すように、基地局２００は、ＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信Ｉ／Ｆ２１３、無線通信Ｉ／Ｆ２１４、アンテナ群２１５、切替スイッチ２１５２、ＲＳＳＩ回路２１６（RSSI : Radio Signal Strength Indicator）、及びアンテナ位置制御機構２１７を有している。
【００２５】
このうち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Ｉ／Ｆ２１３は、サーバ装置１００との間で通信網５０を介した通信を行う。
【００２６】
無線通信Ｉ／Ｆ２１４は、後述する位置標定に際し、携帯端末３００との間で位置標定に用いる無線信号の送受信を行うインタフェースであり、例えば、携帯端末３００から送られてくる、後述の位置標定信号を受信する。
【００２７】
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。アンテナ群２１５の具体的な構成については後述する。また切替スイッチ２１５２は、アンテナ群２１５を構成しているいずれかのアンテナ２１５１を選択し、選択したアンテナ２１５１によって受信された無線信号を無線通信Ｉ／Ｆ２１４に供給する。
【００２８】
ＲＳＳＩ回路２１６は、無線通信Ｉ／Ｆ２１４によって受信される、携帯端末３００から送られてくる、後述の位置標定信号の受信信号強度（受信電界強度）を示す信号を生成／出力する。
【００２９】
アンテナ位置制御機構２１７は、アンテナ群２１５と携帯端末３００との間の距離（電波伝搬距離）を制御するための機構である。アンテナ位置制御機構２１７は、アンテナ群２１５が取り付けられる可動部を有し、ＣＰＵ２１１からの指示に応じて機械制御（例えば、ステッピングモータを用いた制御）もしくは油空圧制御によって可動部を移動させることにより、アンテナ群２１５と携帯端末３００との間の距離（伝搬路長）を変化させる。
【００３０】
図３Ｂに基地局２００の機能を示している。同図に示すように、基地局２００は、通信部２６１、位置標定信号受信部２６２、位置標定部２６３、設定情報記憶部２６４、及びアンテナ位置制御部２６５の各機能を備える。尚、同図に示す機能は、基地局２００が備えるハードウエアによって、もしくは、ＣＰＵ２１１がメモリ２１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。
【００３１】
このうち通信部２６１は、通信Ｉ／Ｆ２１３を制御してサーバ装置１００との間で各種情報の送受信を行う。
【００３２】
位置標定信号受信部２６２は、携帯端末３００から送られてくる、後述の位置標定信号を受信する。
【００３３】
位置標定部２６３は、位置標定信号受信部２６２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。また位置標定部２６３は、標定した携帯端末３００の現在位置を、通信網５０を介してサーバ装置１００に随時送信する。
【００３４】
設定情報記憶部２６４は、前述した設定情報を記憶する。
【００３５】
アンテナ位置制御部２６５は、ＲＳＳＩ回路２１６から出力される位置標定信号の受信信号強度に応じてアンテナ位置制御機構２１７を制御し、アンテナ群２１５と携帯端末３００との間の距離（伝搬路長）を制御する。より具体的には、アンテナ位置制御部２６５は、位置標定信号の受信信号強度を随時取得しつつ、アンテナ群２１５を構成している複数のアンテナ２１５１を指向方向に沿って移動させることにより、受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置にアンテナ群２１５を位置決めする。
【００３６】
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Ｉ／Ｆ３１３、アンテナ３１４、入力装置３１５、及び表示装置３１６を有している。尚、携帯端末３００は、例えば、携帯電話機等の既存のハードウエアを利用して構成することができる。
【００３７】
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。入力装置３１５は、ユーザの操作入力を受け付けるインタフェースであり、例えば、タッチパネルや操作ボタンなどである。表示装置３１６は、文字情報、図形情報、映像情報等を表示するインタフェースであり、例えば、液晶ディスプレイなどである。
【００３８】
図４Ｂに携帯端末３００の機能を示している。同図に示すように、携帯端末３００は、位置標定信号送信部３３１、情報送受信部３３２、及び情報表示部３３３の各機能を有する。尚、同図に示す機能は、携帯端末３００が備えるハードウエアによって、もしくは、ＣＰＵ３１１がメモリ３１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。
【００３９】
携帯端末３００が備える機能のうち、位置標定信号受信部３３１は、無線通信Ｉ／Ｆ３１３を制御して後述の位置標定信号を送信する。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。
＜位置標定システム＞
【００４０】
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。
【００４１】
携帯端末３００の位置標定信号送信部３３１は、アンテナ３１４から基地局２００のアンテナ群２１５に向けて位置標定の為の無線信号（以下、位置標定信号と称する。）を送信する。基地局２００の無線通信Ｉ／Ｆ２１４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、携帯端末３００から送られてくる位置標定信号を受信する。
【００４２】
図５に携帯端末３００から基地局２００に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、端末ＩＤ５１１及び測定信号５１２を含んで構成されている。このうち端末ＩＤ５１１には、携帯端末３００ごとに付与される識別子が設定される。測定信号５１２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情報が含まれる。
【００４３】
図６に歩道等の現場における基地局２００と携帯端末３００の設置例を示している。同図において、携帯端末３００は地上高１（ｍ）に高さに存在し、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。
【００４４】
図７に基地局２００のアンテナ群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、夫々の指向方向を同一の方向（斜め下方向）に向けて隣接して設置される。同図に示すように、アンテナ群２１５は、３ｃｍ間隔（この間隔は、携帯端末３００から送信される位置標定信号が２．４ＧＨｚ帯の電波である場合における１／４波長（λ／４）に相当する。）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している。
【００４５】
同図に示すように、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とすれば、
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ））
となる。ここで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。
【００４６】
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。携帯端末３００から送信される位置標定信号が、例えば、２．４ＧＨｚ帯の電波である場合には、λ≒１２（ｃｍ）であるので、
α＝ａｒｃＳｉｎ（２Δθ／π）
となる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
図８に図６に例示したような現場における、基地局２００と携帯端末３００の位置関係を例示している。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））
【００５０】
ここで原点の位置を（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。
【００５１】
尚、以上に説明した位置標定の基本原理や仕組みについては、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。
【００５２】
図９Ａ乃至図９Ｄに基地局２００の具体的な構成を示している。このうち図９Ａは、所定位置に設置されている基地局２００を上方（＋Ｚ方向）から眺めた透過側面図であり、図９Ｂは、基地局２００を水平方向（＋Ｘ方向）から眺めた透過平面図である。また図９Ｃは、基地局２００を水平方向（＋Ｙ方向）から眺めた透過側面図であり、図９Ｄは、基地局２００を下方（−Ｚ方向）から眺めた透過側面図である。尚、これらの図では構成の一部を省略して描いている場合がある。
【００５３】
図９Ｃに示すように、基地局２００の各構成要素は、アルミなどの導体の素材からなる筐体４１１に収容されている。筐体４１１は、図示しない構造物(例えば電柱）に適宜な固定部材４１２（固定板、やり出し部材、ネジ、ボルト等）を介して固定されている。
【００５４】
図９Ａ乃至図９Ｄに示すように、筐体４１１内には、アンテナ群２１５、アンテナ位置制御機構２１７、本体ユニット４１３、電源部４１４などが設けられている。
【００５５】
このうち本体ユニット４１３には、前述したＣＰＵ２１１、メモリ２１２、通信Ｉ／Ｆ２１３、無線通信Ｉ／Ｆ２１４、切替スイッチ２１５２、ＲＳＳＩ回路２１６などが収容されている。また電源部４１４には、基地局２００のハードウエアを動作させるために必要な電力を供給する、ＡＣ／ＤＣコンバータや電池などの電源が収容されている。尚、本体ユニット４１３や電源部４１４は必ずしもアンテナ群２１５と同じ位置に設ける必要はなく、遠隔した位置に設置してもよい。
【００５６】
アンテナ群２１５を構成している各アンテナ２１５１は、例えば、図７に示す位置関係で夫々の指向方向を同一の方向に向けて隣接配置されており、これらはアンテナ位置制御機構２１７の構成要素である図示しない台座に固定されている。アンテナ位置制御機構２１７は、ステッピングモータ等の制御機構により上記台座を移動させることにより、アンテナ群２１５を構成している複数のアンテナ２１５１を指向方向に沿って同時に移動させる。
【００５７】
次に、基地局２００において行われる、携帯端末３００の現在位置を標定する処理（以下、位置標定処理Ｓ１０００と称する。）について説明する。
【００５８】
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。位置標定処理Ｓ１０００は、例えば、基地局２００が携帯端末３００から送信される位置標定信号を受信した場合（受信信号強度が所定の閾値以上である位置標定信号を受信した場合）、基地局２００がサーバ装置１００から携帯端末３００の位置の報告要求を受信した場合、などを契機として開始される。以下、同図とともに説明する。
【００５９】
まず基地局２００は、アンテナ位置制御機構２１７を制御し、予め設定された基準位置にアンテナ群２１５の位置を移動させる（Ｓ１０１１）。ここでこの基準位置は、例えば、アンテナ位置制御機構２１７によって制御可能なアンテナ群２１５の可変域の一端や、後述する、予め設定されたアンテナ群２１５の移動範囲の中点などに設定される。
【００６０】
次に基地局２００は、基準位置を始点として、アンテナ位置制御機構２１７によるアンテナ群２１５の移動制御（スキャン）を開始する（Ｓ１０１２）。基地局２００は、アンテナ群２１５を移動させている間、携帯端末３００から送られてくる位置標定信号の受信信号強度を随時（例えば、周期的、リアルタイム等）取得する（Ｓ１０１３）。そして基地局２００は、取得した受信信号強度を、その取得時におけるアンテナ群２１５の位置を示す情報（例えば、基準位置からの相対位置で示される。）と対応づけてメモリ２１２に記憶する（Ｓ１０１４）。
【００６１】
基地局２００は、受信信号強度と対応づけて記憶する、移動中のアンテナ群２１５の上記位置を、例えば、アンテナ位置制御機構２１７の制御量（例えば、ステッピングモータの制御量）に基づき取得する。尚、例えば、位置検知センサ、加速度センサ、ポテンショメータなどの他の位置測定手段を利用してアンテナ群２１５の位置を取得するようにしてもよい。
【００６２】
アンテナ群２１５を移動させている間、基地局２００は、アンテナ群２１５が基準位置を始点として移動を開始してから、予め設定されているアンテナ群２１５の移動範囲（以下、スキャン範囲と称する。）の全てについて移動が完了したか否かを随時判断する（Ｓ１０１５）。
【００６３】
ここでスキャン範囲は、好ましくは位置標定信号の半波長（λ／２）以上の長さに設定する。スキャン範囲をそのような長さに設定することで、基準位置が定在波のどのよう位置に存在していても、定在波の腹の部分が必ずスキャン範囲に含まれることとなり、後述するアンテナ群２１５の位置設定処理Ｓ１０１６において、アンテナ群２１５の位置を定在波の腹の位置に設定することが可能となる。尚、定在波の波長は直接波の波長と同じである。
【００６４】
スキャン範囲の全てについて移動を完了していなければ（Ｓ１０１５：ＮＯ）、Ｓ１０１３に戻り処理を継続する。一方、スキャン範囲の全てについて移動を完了した場合には（Ｓ１０１５：ＹＥＳ）、Ｓ１０１６に進む。図１１にアンテナ群２１５を基準位置８１から移動完了位置８２まで移動させた例（実線で示した軌跡）を示す。
【００６５】
Ｓ１０１６では、基地局２００は、メモリ２１２に記憶している、アンテナ群２１５の位置を示す情報と位置標定信号の受信信号強度との対応に基づき、スキャン範囲内において、携帯端末３００から送られてくる位置標定信号の受信信号強度が最大の位置を特定する。
【００６６】
次に基地局２００は、Ｓ１０１６にて特定した、位置標定信号の受信信号強度が最大となる位置（定在波の腹の位置）に、アンテナ群２１５を移動させ（Ｓ１０１７）、位置標定信号に基づく携帯端末３００の現在位置の標定を行う（Ｓ１０１８）。そして基地局２００は、標定の結果（携帯端末３００の現在位置を示す情報）を、通信網５０を介してサーバ装置１００に送信する（Ｓ１０１９）。
【００６７】
以上に説明したように、本実施形態の仕組みによれば、定在波の存在によりアンテナ群２１５が携帯端末３００に対して位置標定信号の受信信号強度の弱い位置に存在している場合でも、携帯端末３００の位置標定に先立ち、位置標定信号の受信信号強度が最大となる位置にアンテナ群２１５が自動的に位置決めされる。このため、位置標定を確実に行うことができる。
【００６８】
またアンテナ群２１５を指向方向に沿って位置標定信号の半波長以上を移動させるようにする（スキャン範囲を位置標定信号の半波長以上に設定する。）ことで、アンテナ群２１５の移動範囲内に必ず定在波の腹（振幅が最大の部分）が含まれることとなり、アンテナ群２１５を定在波の腹の部分に確実に位置決めすることができる。
【００６９】
また例えば、位置標定信号が２．４ＧＨｚ帯の電波である場合、その半波長は６ｃｍ程度であるので、アンテナ位置制御機構２１７として小型のものを採用することができ、本実施形態の仕組みを導入しても、システム構成を肥大化させることはない。
【００７０】
尚、位置標定は、携帯端末３００と各アンテナ２１５１との相対的な位置の差に基づく位置標定信号の位相差の違いを利用して行われるので、複数のアンテナ２１５１をアンテナ群２１５として一体的に移動させている限り、アンテナ群２１５を移動させることによる誤差は基本的に生じない。
【００７１】
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。
【００７２】
例えば、以上に説明した仕組みは、自律移動支援システム１に適用する場合に限られず、携帯端末３００や基地局２００の周囲に位置標定信号の反射率が高い物体が存在する環境（鉄筋コンクリート製の建造物の側や内部、床面に高反射率の素材が用いられている場所等）で位置標定システムを利用する様々な場合に適用することができる。例えば物流業務等において、キャスターやパレット等に搭載される、（携帯端末３００の位置標定信号送信部３３１に相当する機能を搭載した）積荷の現在位置の標定を屋内で行うような場合には、位置標定信号が、床面や壁面、積荷等で反射し定在波を生じやすいが、本発明を適用することで積荷の現在位置を安定して確実に標定することができる。
【００７３】
受信信号強度が最大となる位置を求める方法は、必ずしも前述した方法に限られない。またアンテナ群２１５は必ずしも受信信号強度が最大となる位置に位置決めしなくてもよく、少なくとも受信信号強度が現在よりも強くなる位置にアンテナ群２１５を移動させる構成であってもよい。また位置標定を迅速に行う必要がある場合には、位置標定が可能な閾値以上の受信信号強度が得られる位置を見つけると直ちにその位置に位置決めして位置標定を開始するようにしてもよい。
【００７４】
アンテナ群２１５は必ずしも連続的に移動させなくてもよい。例えば所定の範囲をランダムに移動させ、その結果、現在よりも受信信号強度が強くなる位置が見つかれば直ちにその位置に位置決めして位置標定を開始するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 位置標定システム
２００ 基地局
２１６ ＲＳＳＩ回路
２１７ アンテナ位置制御機構
２６２ 位置標定信号受信部
２６３ 位置標定部
２６５ アンテナ位置制御部
３００ 携帯端末
３３１ 位置標定信号送信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被標定装置から送られてくる位置標定のための無線信号を受信する、夫々の指向方向を同一の方向に向けて隣接して平面配置される複数のアンテナと、
前記アンテナの夫々によって受信された前記無線信号の位相差に基づき、前記被標定装置の位置標定を行う回路を含む位置標定部と、
前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って同時に移動させるアンテナ位置制御機構と、
前記無線信号の受信信号強度を取得する回路と、
前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めする、アンテナ位置制御部と
を備えることを特徴とする位置標定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の位置標定システムであって、
前記アンテナ位置制御部は、前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って前記無線信号の半波長以上の距離を移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めする
ことを特徴とする位置標定システム。
【請求項３】
請求項１に記載の位置標定システムであって、
前記無線信号は、その直接波とその反射波とが合成されることにより定在波を生じ、前記定在波により前記指向方向に沿って前記受信信号強度の強い場所と弱い場所とが生じる
ことを特徴とする位置標定システム。
【請求項４】
被標定装置の位置標定を行う基地局に、
前記位置標定のための無線信号を受信するための複数のアンテナを、夫々の指向方向を同一の方向に向けて隣接して平面配置し、
前記アンテナの夫々によって受信された前記無線信号の位相差に基づき、前記被標定装置の位置標定を行う回路、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って同時に移動させるアンテナ位置制御機構、及び、前記無線信号の受信信号強度を取得する回路を設け、
前記基地局が、前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めする
ことを特徴とする位置標定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の位置標定方法であって、
前記基地局は、前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って前記無線信号の半波長以上の距離を移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めする
ことを特徴とする位置標定方法。
【請求項６】
請求項４に記載の位置標定方法であって、
前記無線信号は、その直接波とその反射波とが合成されることにより定在波を生じ、前記定在波により前記指向方向に沿って前記受信信号強度の強い場所と弱い場所とが生じる
ことを特徴とする位置標定方法。
【請求項１】
被標定装置から送られてくる位置標定のための無線信号を受信する、夫々の指向方向を同一の方向に向けて隣接して平面配置される複数のアンテナと、
前記アンテナの夫々によって受信された前記無線信号の位相差に基づき、前記被標定装置の位置標定を行う回路を含む位置標定部と、
前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って同時に移動させるアンテナ位置制御機構と、
前記無線信号の受信信号強度を取得する回路と、
前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めする、アンテナ位置制御部と
を備えることを特徴とする位置標定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の位置標定システムであって、
前記アンテナ位置制御部は、前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って前記無線信号の半波長以上の距離を移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めする
ことを特徴とする位置標定システム。
【請求項３】
請求項１に記載の位置標定システムであって、
前記無線信号は、その直接波とその反射波とが合成されることにより定在波を生じ、前記定在波により前記指向方向に沿って前記受信信号強度の強い場所と弱い場所とが生じる
ことを特徴とする位置標定システム。
【請求項４】
被標定装置の位置標定を行う基地局に、
前記位置標定のための無線信号を受信するための複数のアンテナを、夫々の指向方向を同一の方向に向けて隣接して平面配置し、
前記アンテナの夫々によって受信された前記無線信号の位相差に基づき、前記被標定装置の位置標定を行う回路、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って同時に移動させるアンテナ位置制御機構、及び、前記無線信号の受信信号強度を取得する回路を設け、
前記基地局が、前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めする
ことを特徴とする位置標定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の位置標定方法であって、
前記基地局は、前記位置標定に先立ち、前記無線信号の受信信号強度を取得しつつ、前記複数のアンテナを前記指向方向に沿って前記無線信号の半波長以上の距離を移動させることにより、前記受信信号強度が最大となる位置を特定し、特定した位置に前記複数のアンテナを位置決めする
ことを特徴とする位置標定方法。
【請求項６】
請求項４に記載の位置標定方法であって、
前記無線信号は、その直接波とその反射波とが合成されることにより定在波を生じ、前記定在波により前記指向方向に沿って前記受信信号強度の強い場所と弱い場所とが生じる
ことを特徴とする位置標定方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−４２３８６（Ｐ２０１２−４２３８６Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５２１２（Ｐ２０１０−１８５２１２）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【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２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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