位置特定システム
【課題】 光源からの光信号を利用することにより、屋内外を問わず物体の位置を特定することが可能な位置特定システムを提供する。
【解決手段】 予め定めた固定位置に設置されて固有の識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を含む光信号を投光する光源ユニット１〜３と、光信号を受光して受光出力を発生する受光部１１、受光出力から識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を抽出して光源ユニット１〜３を識別し、識別した光源ユニット１〜３と自身（物体１０）との間の位置関係として距離を計算する位置関係計測部２０、及び、地図データベース３１に記憶された光源ユニット１〜３の位置情報と位置関係計測部２０の情報から自身（物体１０）の位置を特定する位置特定部３０を有する物体１０とを備える。
【解決手段】 予め定めた固定位置に設置されて固有の識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を含む光信号を投光する光源ユニット１〜３と、光信号を受光して受光出力を発生する受光部１１、受光出力から識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を抽出して光源ユニット１〜３を識別し、識別した光源ユニット１〜３と自身（物体１０）との間の位置関係として距離を計算する位置関係計測部２０、及び、地図データベース３１に記憶された光源ユニット１〜３の位置情報と位置関係計測部２０の情報から自身（物体１０）の位置を特定する位置特定部３０を有する物体１０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光信号を利用して物体の位置を特定する位置特定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、基地局と端末装置との間で無線通信する通信システムにおいては、基地局と端末装置間の電波の伝搬経路が例えば人の移動等により変動することで、マルチパスフェージングの影響を受けて受信強度が変化する。そのため、通信が不安定となり再送信が必要となる等、通信スループットの低下を招く。
【０００３】
マルチパス環境下において、どの場所でも端末の通信スループットを低下させないようにするためには、アダプティブアレイアンテナ技術を応用してアダプティブビームフォーミングやアダプティブヌルステアリングを行い、効率的な電波の送受信を行うようにすればよい。しかし、このようなアダプティブアレイアンテナ技術を応用して効率的な電波の送受信指向性を得ようにも、端末装置の位置が正確に分からなければ、アレイアンテナのビームの向きや等化器の等化特性を最適化できない。
【０００４】
上述した端末装置等のような物体の位置を特定する方法としては、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した測位システムがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２９８７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＧＰＳを利用した測位システムは、屋内では衛星からの電波を受信することが難しく、屋内に存在する物体の位置特定には使用できないという問題がある。
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、屋内外を問わず物体の位置を特定することが可能な位置特定システム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】
【０００６】
このため、請求項1に記載した本発明の位置特定システムは、少なくとも固有の識別情報を含む光信号を投光する光源と、前記光信号を受光して受光出力を発生する受光部を備えた物体と、前記受光出力から抽出した識別情報に基づいて前記光源を識別し、該識別した光源と前記物体との間の位置関係を前記受光出力に基づいて取得し、該取得した位置関係情報と前記光源の位置を示す光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置を特定する物体位置特定部と、を備える構成とした。
【０００７】
かかる構成では、光源から固有の識別情報を含む光信号を投光し、物体は受光部で光源からの光信号を受光する。物体位置特定部は、物体の受光部の受光出力に基づいて、受光した光信号の発光光源を識別し、識別した光源と物体との間の位置関係を受光出力に基づいて取得し、取得した位置関係情報と前記光源の位置を示す光源位置情報とに基づいて、物体の存在位置を特定する。
【０００８】
請求項２の発明では、前記物体位置特定部は、前記光源と前記物体との間の相対位置関係を取得し、該相対位置関係情報と、予め定めた座標系の座標位置で表される前記光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置として前記座標系における座標位置を特定する構成とした。また、請求項３のように、前記物体位置特定部は、前記光源と前記物体との間の相対位置関係を取得し、該相対位置関係情報と、予め定めた座標系の座標位置で表される前記光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置として前記光源を原点としたときの位置を特定する構成としてもよい。
【０００９】
請求項４の発明では、前記受光部が受光素子を備える構成であるとき、前記位置関係情報として、少なくとも３つ以上の前記光源と前記物体との間の距離情報を取得する構成とした。
請求項５の発明では、前記受光部が、前記光信号を光学系を介して２次元受光デバイスで受光する構成であるとき、前記位置関係情報として、少なくとも１つの前記光源と前記物体との間の仰角及び方位角情報を取得する構成とした。
【００１０】
請求項６のように、前記光源から、前記識別情報に加えて自身の前記光源位置情報も含む光信号を投光し、前記物体位置特定部は、前記受光出力から前記光源位置情報を取得する構成とするとよい。また、請求項７のように、前記物体位置特定部は、各光源の位置情報を予め記憶させた地図データベースから前記光源位置情報を取得する構成としてもよい。
【００１１】
請求項８のように、前記物体に、前記物体位置特定部を組込むと共に無線通信手段を設け、該無線通信手段を介して、外部に設けた前記地図データベースから前記光源位置情報を取得する構成とするとよい。
かかる構成では、物体に物体位置特定部を組込むことで、物体自身が位置を特定することができるようになると共に、物体毎に地図データベースを設けなくてよい。
【００１２】
請求項９のように、基地局と端末装置との間で無線通信する通信システムにおける前記端末装置を前記物体として前記端末装置の位置特定に適用する構成とするとよい。
かかる構成では、端末装置の位置を特定することができるようになるので、アダプティブアレイアンテナ技術を利用して、端末装置と基地局間の通信の効率化を図ることができるようになる。
【００１３】
前記物体位置特定部は、具体的には請求項１０のように、前記識別情報を抽出して光源を識別すると共に、識別した光源と前記物体との間の位置関係を前記受光出力に基づいて取得する光源・物体間位置関係取得手段と、該光源・物体間位置関係取得手段で取得した位置関係情報と地図データベースに記憶された前記光源の固定位置情報とに基づいて前記地図上における前記物体の存在位置を特定する位置特定手段とを備える構成とするとよい。
【００１４】
請求項１１のように、前記端末装置に、前記光源・物体間位置関係取得手段を設け、前記基地局に前記位置特定手段を設け、該光源・物体間位置関係取得手段で取得した位置関係情報を無線通信手段を介して基地局に送信する構成とするとよい。
【００１５】
請求項１２のように、前記基地局は、前記位置特定手段で特定した端末装置の位置情報と地図データベースに記憶された周囲環境情報とに基づいて、端末装置と基地局間の無線電波の伝搬路を推定し、該推定した無線電波伝搬路情報に基づいてアレイアンテナの指向性又は等化器の等化特性を最適制御する構成を有するようにするとよい。
【００１６】
請求項１３のように、前記光源を、可視光の前記光信号を投光する可視光光源とするとよい。
かかる構成では、可視光光源はあらゆる場所に存在するので、使用場所が制約されない特定位置システムを提供できるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明の位置特定システムによれば、光源からの光信号を用いて物体の位置を特定する構成としたので、屋内外を問わず照明装置等の光源があればよく、使用場所に制約のない物体位置特定システムを提供できる。
また、基地局と端末装置間で無線通信する通信システムに適用して、端末装置の位置を特定する構成とすれば、基地局側で端末装置の位置を知ることが可能となり、レイトレース法により電波の伝搬経路を計算する場合に短時間でリアルタイムで計算でき、通信システムの効率化及び高速化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る位置特定システムの第１実施形態を示す概要図である。
図１において、本実施形態の位置特定システムは、例えば複数の光源ユニット１〜３と、位置特定対象である物体１０とを備える。
【００１９】
前記複数の光源ユニット１〜３は、それぞれ予め設定された互いに異なる各固定位置に設置されて固有の識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を含む光信号を投光するものであり、各光源ユニット１〜３は、光源Ｌ１〜Ｌ３と、光源Ｌ１〜Ｌ３の駆動を制御する駆動制御部１Ａ〜３Ａと、前記識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３が格納されたメモリ１Ｂ〜３Ｂとを、それぞれ備えて構成される。その動作は、光源ユニット１を例に説明すると、駆動制御部１Ａが、メモリ１Ｂから識別情報ＩＤ１を読込み、その識別情報ＩＤ１に応じて光源Ｌ１を点滅制御する。これにより、光源Ｌ１から前記識別情報ＩＤ１を含んだ光信号が送信される。同様にして光源ユニット２，３から、それぞれ識別情報ＩＤ２、ＩＤ３を含んだ光信号が送信される。ここで、各駆動制御部１Ａ〜３Ａは、スペクトル拡散通信方式を適用して前記識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を互いに異なるそれぞれの巡回符号系列（例えばＰＮ符号系列）で拡散処理した光信号が送信されるよう光源Ｌ１〜Ｌ３を点滅制御する。尚、光源Ｌ１〜Ｌ３としては、例えばＬＥＤ等の可視光光源、赤外線発光源、レーザ光源等が考えられるが、室内外を問わずあらゆる場所に設置できる可視光光源が望ましい。
【００２０】
前記物体１０は、各光源ユニット１〜３からの光信号を受光し、その受光出力と地図データに基づいて自身の位置を特定するものであり、受光部１１と、光源・物体位置関係取得手段である位置関係計測部２０と、位置特定手段である位置特定部３０と、制御部１２とを備えて構成される。ここで、位置関係計測部２０と位置特定部３０で物体位置特定手段を構成する。
受光部１１は、各光源ユニット１〜３の光信号を受光し、受光した光信号に応じた受光出力を発生する受光素子を備えて構成される。
【００２１】
位置関係計測部２０は、受光部１１の受光出力に基づいて識別情報を抽出して光源ユニット１〜３を識別すると共に、識別した光源と物体１０との間の位置関係を受光出力に基づいて取得するもので、受光部１１の受光出力を受信する入力部２１と、各光源ユニット１〜３の巡回符号系列にそれぞれ対応する巡回符号系列を記憶保持する符号保持部２２と、入力部２１から送信される入力信号を符号保持部２２に保持された各巡回符号系列を用いて相関処理する相関処理部２３と、相関処理部２３の相関出力に基づいて識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を抽出して受光した光信号の発光元である光源ユニット１〜３を識別する光源判定部２４と、相関処理部２３の相関出力に基づいて発光時刻と受光時刻の時間差から物体１０と各光源ユニット１〜３間の距離情報（位置関係情報）を計算する距離計算部２５とを備えて構成される。
【００２２】
前記位置特定部３０は、位置関係計測部２０で得られた距離情報（位置関係情報）と各光源ユニット１〜３の固定位置情報とに基づいて地図上における物体１０の存在位置を特定するもので、光源ユニット１〜３の固定位置の地図データ（例えば地図上の座標位置）が格納された地図データベース３１と、地図データベース３１に格納された各光源ユニット１〜３の固定位置情報と、位置関係計測部２０の光源判定部２４と距離計算部２５からそれぞれ送信される光源ユニット１〜３の識別情報及び距離情報とに基づいて、地図上における物体１０自身の存在位置を計算する位置計算部３２とを備えて構成される。
前記制御部１２は、前記位置関係計測部２０及び位置特定部３０の動作を制御する。
【００２３】
次に、本実施形態の位置特定システムの動作について説明する。
例えば、各光源ユニット１〜３が図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように室内４の天井の予め設定した互いに異なる各固定位置に取付けられているとする。この固定位置Ａ〜Ｃの位置情報は地図データベース３１に予め格納されている。そして、物体１０が、同図に示すように、光源ユニット１から距離ｒ１、光源ユニット２から距離ｒ２、光源ユニット３から距離ｒ３の位置に存在するとする。尚、図２（Ａ）は室内を上方から見た場合の図を示し、（Ｂ）は横方向から見た場合の図を示す。
【００２４】
光源ユニット１〜３は、基準時計により互いに同期される時計ユニットを備えており、互いに同期して駆動制御部１Ａ〜３Ａにより光源Ｌ１〜Ｌ３を点滅駆動する。これにより、光源ユニット１からは巡回符号系列ＰＮ１で拡散処理された自身の識別情報ＩＤ１を含む光信号が、光源ユニット２からは巡回符号系列ＰＮ２で拡散処理された自身の識別情報ＩＤ２を含む光信号が、光源ユニット３からは巡回符号系列ＰＮ３で拡散処理された自身の識別情報ＩＤ３を含む光信号が、互いに同期して送信され、所定間隔で送信が繰り返し行われる。尚、前記巡回符号系列ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ３は互いに相関性のない巡回符号系列である。
【００２５】
物体１０の受光部１１が光信号を受光すると、その受光出力が位置関係計測部２０の入力部２１に入力し、周知のスペクトル拡散通信システムと同様にして相関処理部２３で符号保持部２２に保持された巡回符号系列ＰＮ１〜ＰＮ３を用いて相関処理される。この相関処理により、光源ユニット１の光信号が受信されていれば巡回符号系列ＰＮ１で相関処理したときに高レベルの相関出力が発生する。同様にして、光源ユニット２の光信号が受信されていれば巡回符号系列ＰＮ２で相関処理したときに高レベルの相関出力が発生し、光源ユニット３の光信号が受信されていれば巡回符号系列ＰＮ３で相関処理したときに高レベルの相関出力が発生する。光源判定部２４では、相関処理部２３の相関出力に基づいてどの巡回符号系列の光信号が受光されたかを判定して受光した光源ユニット１〜３を判別する。また、距離計測部２５では、ＧＰＳシステムと同様の原理により、前記基準時計と同期された物体１０内に備えられる図示しない時計ユニットの時刻情報から、光源ユニットからその光信号が発信された時刻とその受光出力の入力時刻、言い換えれば、受光部１１でその光信号が受光された時刻との差から各光源ユニットと物体１０との距離を計算し、各距離情報ｒ１〜ｒ３を得る。そして、位置関係計測部２０から、受光した各光源ユニット１〜３の識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３と対応する距離情報ｒ１〜ｒ３を位置特定部３０に送る。
【００２６】
位置特定部３０では、前記識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３と距離情報ｒ１〜ｒ３と、地図データベース３１の光源ユニット１〜３の各座標データから物体１０の存在位置を計算する。これは、ＧＰＳシステムと同様の原理で、３個所の光源ユニット１〜３からの距離ｒ１〜ｒ３をもとに各光源ユニット１〜３を中心とする半径ｒ１〜ｒ３の３つの球の交点を求めることにより、その交点を物体１０の座標位置として求める。尚、物体１０の受光部１１が４つ以上の光信号を常時受光できるよう光源ユニットを配置すれば、物体１０の位置特定精度をより高めることができる。
【００２７】
かかる構成の位置特定システムによれば、光信号を用いて物体１０の位置を特定することができる。従って、屋内外を問わず照明装置があれば、どのような場所でも物体１０の位置を特定することができる。また、照明装置が無い場所でも照明装置を取付ければよい。
例えば、物体１０を移動可能なロボットと仮定すれば、照明装置の光信号により自分の位置を把握して移動したり作業したりすることも可能となる。
【００２８】
本実施形態のように、地図データベースを物体に設ける構成の場合、例えば光源ユニットが故障して交換する必要が生じ、光源ユニットの識別情報が変更されるような場合、各物体毎に地図データベースの内容を修正しなければならない。地図データベースを外部に設け、物体に通信機能を設けて外部の地図データベースから所望の光源ユニットの位置情報を取込むようにすれば、上述のような地図データベースの内容修正が必要な場合でも、外部の地図データベースの内容だけを修正すればよく、各物体毎に地図データベースの内容を修正しなくて済むので、地図データベースの修正作業が容易にできる。
【００２９】
また、光信号の発生源を、本実施形態のような光源ユニットではなく、駆動制御部及びメモリからなるユニット装置に別体の光源を電気的に接続する構成としてもよく、この場合には、光源が故障したときに光源だけを交換すればよく、メンテナンスコスト等を軽減できると共に、メモリ内の識別情報を変更する必要もなくなる。
【００３０】
上記実施形態では、受光部１１を受光素子で構成したが、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等のような２次元受光デバイスで光信号を受光する構成でもよい。
以下に、かかる構成の場合における物体の位置特定動作を図３に基づいて説明する。
この場合、図３に示すように、受光部１１は、２次元受光デバイス１１Ａと、光源ユニット１からの光信号を２次元デバイス１１Ａ上に集光させるための光学レンズ１１Ｂを含む光学系とを設けて構成される。
【００３１】
光源ユニット１からの光信号は、光学レンズ１１Ｂを含む光学系により２次元受光デバイス１１Ａ上に集光される。この場合、２次元受光デバイス１１Ａの座標原点に対する集光点のずれ位置から、光学レンズ１１Ｂの焦点距離と座標原点と集光点間の距離等を用いて、物体１０から見た光源ユニット１の相対位置関係として仰角φと、方位角θを計算することができる。従って、係る構成の場合は、位置関係計測部２０は、物体１０と光源ユニット１との位置関係情報として距離情報に代えて前記仰角φと方位角θを計算する。また、光源ユニット１の識別情報ＩＤは、２次元受光デバイス１１Ａの受光出力に基づいて前述と同様の相関処理により識別情報ＩＤ１を抽出して受光した光信号を識別でき、受光した光源ユニット１を判定する。そして、前記仰角φ及び方位角θの位置関係情報と識別情報とを位置特定部３０に送れば、地図データベース３１の光源ユニット１の座標位置データから、物体１０の位置を特定することができる。
【００３２】
かかる２次元受光デバイス１１Ａを用いた構成によれば、少なくとも１つの光源ユニットの光信号を受光すれば、物体１０の位置を特定することができるようになる。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態は、本発明の位置特定システムを、基地局と端末装置との間で無線通信する通信システムにおける端末装置の位置特定に適用した例である。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
図４に、通信システムの概略構成図を示す。
図４において、本実施形態の通信システムは、通信システムの端末、例えば無線ＬＡＮ端末等に相当する端末装置４０と、通信システムの親局、例えば無線ＬＡＮのアクセスポイント等に相当する基地局５０とからなる。
【００３４】
第１実施形態の物体に相当する端末装置４０は、受光部４１と、位置関係計測部４２と、無線部４３と、アンテナ４４と、通信部４５と、制御部４６とを備えて構成される。
前記受光部４１は、光源ユニット１〜３の各識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を含む光信号を受光するもので、受光素子により光信号を受光する構成でもよく、２次元受光デバイスで光信号を受光する構成でもよい。
【００３５】
前記位置関係計測部４２は、端末装置４０と光源ユニット１〜３の位置関係を計測するもので、受光部４１を受光素子で構成した場合は、少なくとも３つの光源ユニットの光信号に基づいて各光源ユニットまでの距離ｒ１〜ｒ３を計測する図１に示す構成とし、受光部４１を例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元受光デバイスで構成した場合は、図３で説明したような、少なくとも１つの光源ユニットの光信号に基づいて端末装置４０から見たその光源ユニットの仰角φと方位買角θを計測する構成とする。
無線部４３は、アンテナ４４を介して基地局５０との間で無線通信を行うためのものである。
通信部４５は、例えばパソコン等の上位装置との間で情報通信するためのものである。
制御部４６は、位置関係計測部４２、無線部４３及び通信部４５等、端末装置４０の各部の制御を行う。
【００３６】
基地局５０は、位置特定部５１と、経路計算部５２と、遅延・減衰量計算部５３と、等化器制御部５４と、等化器５５と、アレイアンテナ制御部５６と、アレイアンテナ５７と、通信部５８と、制御部５９とを備えて構成される。
前記位置特定部５１は、第１実施形態と同様の構成であり、端末装置４０から送信された情報と地図データベース３１の光源ユニット位置情報に基づいて端末装置４０の位置を特定するものである。
【００３７】
前記経路計算部５２は、位置特定部５１で特定された端末装置４０の位置情報と、位置特定部５１の地図データベースに記憶されている周囲環境情報（例えば、壁、天井、床、什器等の配置データ）及び自身の位置情報から、従来周知のレイトレース法を用いて端末装置４０と基地局５０間の電波の伝搬経路を推定する。
【００３８】
遅延・減衰量計算部５３は、経路計算部５２で推定された電波伝搬経路情報に基づいて、経路上における各種障害物による電波の損失や経路長に基づく遅延時間を計算する。
前記等化器制御部５４は、遅延・減衰量計算部５３の計算結果に基づいて等化器５５の受信信号に対する等化特性を最適に制御する。
【００３９】
前記アレイアンテナ制御部５６は、経路計算部５２で推定された伝播経路情報に基づいてアレイアンテナ５７の最適なビーム方向、ヌル方向を計算し、端末装置４０の位置に応じてアレイアンテナ５７の指向性を制御する。
前記通信部５８は、例えば有線（ＬＡＮ）回線を介して外部と通信するためのものである。
前記制御部５９は、位置特定部５１、経路計算部５２、遅延・減衰量計算部５３、等化器制御部５４、アレイアンテナ制御部５６等、基地局５０内の各部を制御する。
【００４０】
次に、本実施形態の通信システムの動作を図５及び図６のフローチャートを参照して説明する。
図５は端末装置４０の動作フローチャートである。
ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）では、受光部４１から受光出力が発生したか否かを判定する。受光部４１で光信号が受光され受光出力が発生すれば、判定がＹＥＳとなり、ステップ２に進む。
ステップ２では、位置関係計測部４２において、前述した第１実施形態と同様にして、受光した光信号に含まれる識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３に基づいてその発生元である光源ユニットを識別する。
【００４１】
また、ステップ３で、識別した光源ユニットまでの距離（又は、仰角φと方位角θ）を計測する。ここで、距離を計測する場合は、少なくとも３つ以上の光源ユニットまでの距離情報を取得する必要があり、仰角φと方位角θを計測する場合は、少なくとも１つの光源ユニットに対する仰角φと方位角θの情報を計測すればよい。
ステップ４では、ステップ２，３で得たＩＤ情報とＩＤ情報に対応する距離（又は、仰角φと方位角θ）情報を、符号間干渉を起こさない程度の遅い通信速度で基地局５０に対して送信する。
【００４２】
図６は基地局５０の動作フローチャートである。
ステップ１１では、ＩＤ情報、距離（又は、仰角φと方位角θ）情報を受信したか否かを判定し、受信すると判定がＹＥＳになり、ステップ１２に進む。
ステップ１２では、位置特定部５１において、受信情報と地図データベース内の光源ユニットの位置情報から、情報の送信元である端末装置４０の地図上の位置を特定する。
【００４３】
ステップ１３では、経路計算部５２において、ステップ１２で得られ端末装置４０の位置情報と自身（基地局５０）の位置情報から電波の伝搬経路をレイトレース法を用いて計算する。
ステップ１４では、遅延・減衰量計算部５３において、ステップ１３で推定された伝搬経路について地図データベースに予め格納されている周囲環境情報に基づいてその遅延量、減衰量を計算する。
【００４４】
ステップ１５では、等化器制御部５４において、ステップ１４の計算結果に基づいて等化器５５の等化特性が端末装置４０に対して最適となるよう設定値を計算し、計算結果に基づいて等化器５５の等化特性を変更する。
ステップ１６では、アレイアンテナ制御部５６において、ステップ１３で推定された伝搬経路情報に基づいて、不要波方向にヌル、希望波方向にビームを向けるようアレイアンテナ５７の指向特性を設定変更する。
ステップ１７では、別の端末装置から情報を受信したか否かを判定し、受信していなければ判定がＮＯとなり、フローを終了する。
【００４５】
かかる構成の位置特定システムを適用した通信システムによれば、基地局５０側で端末装置４０の位置を知ることができる。このため、レイトレース法を用いて基地局−端末装置間の電波の伝搬経路を計算する場合に、経路の組合せが限定できリアルタイムで伝搬経路を推定できる。従って、基地局−端末装置間の電波の伝搬環境が人の移動等の影響によって変化しても、基地局−端末装置間の通信を効率的且つ高速化できるようになる。
【００４６】
また、本実施形態のように、地図データベースを各端末装置４０ではなく基地局５０側に持たせることにより、光源ユニット１〜３が故障して交換の必要が生じた場合の交換に伴う地図データベースのＩＤ情報の修正作業が、基地局５０だけで済む。従って、端末装置４０が多数あるような通信システムでは、地図データベースの内容修正作業が容易である。
【００４７】
尚、本発明の位置特定システムは、上述した各実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、光源からの光信号を受光した物体から、受光した全ての光源識別情報と、光信号或いは地図データベースから取得した各光源に対応する光源位置情報とを、位置特定部を備える光源に対して送信して物体の位置を特定する構成としてもよい。この場合、物体側から光源側に情報を送信する手段は、光や電波等情報を送信できる通信手段であればどのような通信方式を用いてもよい。このような構成を採用すれば、例えば、トンネル内の照明を利用して、ＧＰＳシステムでは難しいトンネル内の車両等の情報をトンネル外部で収集することも可能になる。
【００４８】
また、光源は、必ずしも固定設置されていなくともよい。この場合、例えば、各光源から自身の現在位置情報を物体に対して送信する構成でもよく、各光源側から自身の現在位置情報を地図データベースの管理部に通知して地図データベースを逐次更新するような構成としてもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態では、光源と物体との間の距離や仰角、方位角等の相対位置関係情報と、予め定めた座標系（例えば地図データ）の座標位置で表した光源位置情報とを用いて、物体の存在位置として前記座標系における絶対的座標位置を特定する構成としたが、例えば、物体の存在位置として、各光源から見た場合の位置、即ち、各光源を原点位置としたときの各光源に対する相対的な位置で特定するようにしてもよく、物体の位置特定形態は種々の形態が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る位置特定システムの第１実施形態の概略構成図
【図２】物体−光源間の距離計測の説明図
【図３】物体から見た光源の仰角と方位角計測の説明図
【図４】本発明を適用した通信システムの概略構成図
【図５】端末装置の動作フローチャート
【図６】基地局の動作フローチャート
【符号の説明】
【００５１】
１〜３ 光源ユニット
１０ 物体
１１ 受光部
２０、４２ 位置関係計測部
２４ 光源判定部
２５ 距離計算部
３０、５１ 位置特定部
３１ 地図データベース
３２ 位置計算部
４０ 端末装置
４３ 無線部
５０ 基地局
５２ 経路計算部
５３ 遅延・減衰量計算部
５４ 等化器制御部
５６ アレイアンテナ制御部
５７ アレイアンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光信号を利用して物体の位置を特定する位置特定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、基地局と端末装置との間で無線通信する通信システムにおいては、基地局と端末装置間の電波の伝搬経路が例えば人の移動等により変動することで、マルチパスフェージングの影響を受けて受信強度が変化する。そのため、通信が不安定となり再送信が必要となる等、通信スループットの低下を招く。
【０００３】
マルチパス環境下において、どの場所でも端末の通信スループットを低下させないようにするためには、アダプティブアレイアンテナ技術を応用してアダプティブビームフォーミングやアダプティブヌルステアリングを行い、効率的な電波の送受信を行うようにすればよい。しかし、このようなアダプティブアレイアンテナ技術を応用して効率的な電波の送受信指向性を得ようにも、端末装置の位置が正確に分からなければ、アレイアンテナのビームの向きや等化器の等化特性を最適化できない。
【０００４】
上述した端末装置等のような物体の位置を特定する方法としては、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した測位システムがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２９８７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＧＰＳを利用した測位システムは、屋内では衛星からの電波を受信することが難しく、屋内に存在する物体の位置特定には使用できないという問題がある。
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、屋内外を問わず物体の位置を特定することが可能な位置特定システム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】
【０００６】
このため、請求項1に記載した本発明の位置特定システムは、少なくとも固有の識別情報を含む光信号を投光する光源と、前記光信号を受光して受光出力を発生する受光部を備えた物体と、前記受光出力から抽出した識別情報に基づいて前記光源を識別し、該識別した光源と前記物体との間の位置関係を前記受光出力に基づいて取得し、該取得した位置関係情報と前記光源の位置を示す光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置を特定する物体位置特定部と、を備える構成とした。
【０００７】
かかる構成では、光源から固有の識別情報を含む光信号を投光し、物体は受光部で光源からの光信号を受光する。物体位置特定部は、物体の受光部の受光出力に基づいて、受光した光信号の発光光源を識別し、識別した光源と物体との間の位置関係を受光出力に基づいて取得し、取得した位置関係情報と前記光源の位置を示す光源位置情報とに基づいて、物体の存在位置を特定する。
【０００８】
請求項２の発明では、前記物体位置特定部は、前記光源と前記物体との間の相対位置関係を取得し、該相対位置関係情報と、予め定めた座標系の座標位置で表される前記光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置として前記座標系における座標位置を特定する構成とした。また、請求項３のように、前記物体位置特定部は、前記光源と前記物体との間の相対位置関係を取得し、該相対位置関係情報と、予め定めた座標系の座標位置で表される前記光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置として前記光源を原点としたときの位置を特定する構成としてもよい。
【０００９】
請求項４の発明では、前記受光部が受光素子を備える構成であるとき、前記位置関係情報として、少なくとも３つ以上の前記光源と前記物体との間の距離情報を取得する構成とした。
請求項５の発明では、前記受光部が、前記光信号を光学系を介して２次元受光デバイスで受光する構成であるとき、前記位置関係情報として、少なくとも１つの前記光源と前記物体との間の仰角及び方位角情報を取得する構成とした。
【００１０】
請求項６のように、前記光源から、前記識別情報に加えて自身の前記光源位置情報も含む光信号を投光し、前記物体位置特定部は、前記受光出力から前記光源位置情報を取得する構成とするとよい。また、請求項７のように、前記物体位置特定部は、各光源の位置情報を予め記憶させた地図データベースから前記光源位置情報を取得する構成としてもよい。
【００１１】
請求項８のように、前記物体に、前記物体位置特定部を組込むと共に無線通信手段を設け、該無線通信手段を介して、外部に設けた前記地図データベースから前記光源位置情報を取得する構成とするとよい。
かかる構成では、物体に物体位置特定部を組込むことで、物体自身が位置を特定することができるようになると共に、物体毎に地図データベースを設けなくてよい。
【００１２】
請求項９のように、基地局と端末装置との間で無線通信する通信システムにおける前記端末装置を前記物体として前記端末装置の位置特定に適用する構成とするとよい。
かかる構成では、端末装置の位置を特定することができるようになるので、アダプティブアレイアンテナ技術を利用して、端末装置と基地局間の通信の効率化を図ることができるようになる。
【００１３】
前記物体位置特定部は、具体的には請求項１０のように、前記識別情報を抽出して光源を識別すると共に、識別した光源と前記物体との間の位置関係を前記受光出力に基づいて取得する光源・物体間位置関係取得手段と、該光源・物体間位置関係取得手段で取得した位置関係情報と地図データベースに記憶された前記光源の固定位置情報とに基づいて前記地図上における前記物体の存在位置を特定する位置特定手段とを備える構成とするとよい。
【００１４】
請求項１１のように、前記端末装置に、前記光源・物体間位置関係取得手段を設け、前記基地局に前記位置特定手段を設け、該光源・物体間位置関係取得手段で取得した位置関係情報を無線通信手段を介して基地局に送信する構成とするとよい。
【００１５】
請求項１２のように、前記基地局は、前記位置特定手段で特定した端末装置の位置情報と地図データベースに記憶された周囲環境情報とに基づいて、端末装置と基地局間の無線電波の伝搬路を推定し、該推定した無線電波伝搬路情報に基づいてアレイアンテナの指向性又は等化器の等化特性を最適制御する構成を有するようにするとよい。
【００１６】
請求項１３のように、前記光源を、可視光の前記光信号を投光する可視光光源とするとよい。
かかる構成では、可視光光源はあらゆる場所に存在するので、使用場所が制約されない特定位置システムを提供できるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明の位置特定システムによれば、光源からの光信号を用いて物体の位置を特定する構成としたので、屋内外を問わず照明装置等の光源があればよく、使用場所に制約のない物体位置特定システムを提供できる。
また、基地局と端末装置間で無線通信する通信システムに適用して、端末装置の位置を特定する構成とすれば、基地局側で端末装置の位置を知ることが可能となり、レイトレース法により電波の伝搬経路を計算する場合に短時間でリアルタイムで計算でき、通信システムの効率化及び高速化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る位置特定システムの第１実施形態を示す概要図である。
図１において、本実施形態の位置特定システムは、例えば複数の光源ユニット１〜３と、位置特定対象である物体１０とを備える。
【００１９】
前記複数の光源ユニット１〜３は、それぞれ予め設定された互いに異なる各固定位置に設置されて固有の識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を含む光信号を投光するものであり、各光源ユニット１〜３は、光源Ｌ１〜Ｌ３と、光源Ｌ１〜Ｌ３の駆動を制御する駆動制御部１Ａ〜３Ａと、前記識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３が格納されたメモリ１Ｂ〜３Ｂとを、それぞれ備えて構成される。その動作は、光源ユニット１を例に説明すると、駆動制御部１Ａが、メモリ１Ｂから識別情報ＩＤ１を読込み、その識別情報ＩＤ１に応じて光源Ｌ１を点滅制御する。これにより、光源Ｌ１から前記識別情報ＩＤ１を含んだ光信号が送信される。同様にして光源ユニット２，３から、それぞれ識別情報ＩＤ２、ＩＤ３を含んだ光信号が送信される。ここで、各駆動制御部１Ａ〜３Ａは、スペクトル拡散通信方式を適用して前記識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を互いに異なるそれぞれの巡回符号系列（例えばＰＮ符号系列）で拡散処理した光信号が送信されるよう光源Ｌ１〜Ｌ３を点滅制御する。尚、光源Ｌ１〜Ｌ３としては、例えばＬＥＤ等の可視光光源、赤外線発光源、レーザ光源等が考えられるが、室内外を問わずあらゆる場所に設置できる可視光光源が望ましい。
【００２０】
前記物体１０は、各光源ユニット１〜３からの光信号を受光し、その受光出力と地図データに基づいて自身の位置を特定するものであり、受光部１１と、光源・物体位置関係取得手段である位置関係計測部２０と、位置特定手段である位置特定部３０と、制御部１２とを備えて構成される。ここで、位置関係計測部２０と位置特定部３０で物体位置特定手段を構成する。
受光部１１は、各光源ユニット１〜３の光信号を受光し、受光した光信号に応じた受光出力を発生する受光素子を備えて構成される。
【００２１】
位置関係計測部２０は、受光部１１の受光出力に基づいて識別情報を抽出して光源ユニット１〜３を識別すると共に、識別した光源と物体１０との間の位置関係を受光出力に基づいて取得するもので、受光部１１の受光出力を受信する入力部２１と、各光源ユニット１〜３の巡回符号系列にそれぞれ対応する巡回符号系列を記憶保持する符号保持部２２と、入力部２１から送信される入力信号を符号保持部２２に保持された各巡回符号系列を用いて相関処理する相関処理部２３と、相関処理部２３の相関出力に基づいて識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を抽出して受光した光信号の発光元である光源ユニット１〜３を識別する光源判定部２４と、相関処理部２３の相関出力に基づいて発光時刻と受光時刻の時間差から物体１０と各光源ユニット１〜３間の距離情報（位置関係情報）を計算する距離計算部２５とを備えて構成される。
【００２２】
前記位置特定部３０は、位置関係計測部２０で得られた距離情報（位置関係情報）と各光源ユニット１〜３の固定位置情報とに基づいて地図上における物体１０の存在位置を特定するもので、光源ユニット１〜３の固定位置の地図データ（例えば地図上の座標位置）が格納された地図データベース３１と、地図データベース３１に格納された各光源ユニット１〜３の固定位置情報と、位置関係計測部２０の光源判定部２４と距離計算部２５からそれぞれ送信される光源ユニット１〜３の識別情報及び距離情報とに基づいて、地図上における物体１０自身の存在位置を計算する位置計算部３２とを備えて構成される。
前記制御部１２は、前記位置関係計測部２０及び位置特定部３０の動作を制御する。
【００２３】
次に、本実施形態の位置特定システムの動作について説明する。
例えば、各光源ユニット１〜３が図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように室内４の天井の予め設定した互いに異なる各固定位置に取付けられているとする。この固定位置Ａ〜Ｃの位置情報は地図データベース３１に予め格納されている。そして、物体１０が、同図に示すように、光源ユニット１から距離ｒ１、光源ユニット２から距離ｒ２、光源ユニット３から距離ｒ３の位置に存在するとする。尚、図２（Ａ）は室内を上方から見た場合の図を示し、（Ｂ）は横方向から見た場合の図を示す。
【００２４】
光源ユニット１〜３は、基準時計により互いに同期される時計ユニットを備えており、互いに同期して駆動制御部１Ａ〜３Ａにより光源Ｌ１〜Ｌ３を点滅駆動する。これにより、光源ユニット１からは巡回符号系列ＰＮ１で拡散処理された自身の識別情報ＩＤ１を含む光信号が、光源ユニット２からは巡回符号系列ＰＮ２で拡散処理された自身の識別情報ＩＤ２を含む光信号が、光源ユニット３からは巡回符号系列ＰＮ３で拡散処理された自身の識別情報ＩＤ３を含む光信号が、互いに同期して送信され、所定間隔で送信が繰り返し行われる。尚、前記巡回符号系列ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ３は互いに相関性のない巡回符号系列である。
【００２５】
物体１０の受光部１１が光信号を受光すると、その受光出力が位置関係計測部２０の入力部２１に入力し、周知のスペクトル拡散通信システムと同様にして相関処理部２３で符号保持部２２に保持された巡回符号系列ＰＮ１〜ＰＮ３を用いて相関処理される。この相関処理により、光源ユニット１の光信号が受信されていれば巡回符号系列ＰＮ１で相関処理したときに高レベルの相関出力が発生する。同様にして、光源ユニット２の光信号が受信されていれば巡回符号系列ＰＮ２で相関処理したときに高レベルの相関出力が発生し、光源ユニット３の光信号が受信されていれば巡回符号系列ＰＮ３で相関処理したときに高レベルの相関出力が発生する。光源判定部２４では、相関処理部２３の相関出力に基づいてどの巡回符号系列の光信号が受光されたかを判定して受光した光源ユニット１〜３を判別する。また、距離計測部２５では、ＧＰＳシステムと同様の原理により、前記基準時計と同期された物体１０内に備えられる図示しない時計ユニットの時刻情報から、光源ユニットからその光信号が発信された時刻とその受光出力の入力時刻、言い換えれば、受光部１１でその光信号が受光された時刻との差から各光源ユニットと物体１０との距離を計算し、各距離情報ｒ１〜ｒ３を得る。そして、位置関係計測部２０から、受光した各光源ユニット１〜３の識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３と対応する距離情報ｒ１〜ｒ３を位置特定部３０に送る。
【００２６】
位置特定部３０では、前記識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３と距離情報ｒ１〜ｒ３と、地図データベース３１の光源ユニット１〜３の各座標データから物体１０の存在位置を計算する。これは、ＧＰＳシステムと同様の原理で、３個所の光源ユニット１〜３からの距離ｒ１〜ｒ３をもとに各光源ユニット１〜３を中心とする半径ｒ１〜ｒ３の３つの球の交点を求めることにより、その交点を物体１０の座標位置として求める。尚、物体１０の受光部１１が４つ以上の光信号を常時受光できるよう光源ユニットを配置すれば、物体１０の位置特定精度をより高めることができる。
【００２７】
かかる構成の位置特定システムによれば、光信号を用いて物体１０の位置を特定することができる。従って、屋内外を問わず照明装置があれば、どのような場所でも物体１０の位置を特定することができる。また、照明装置が無い場所でも照明装置を取付ければよい。
例えば、物体１０を移動可能なロボットと仮定すれば、照明装置の光信号により自分の位置を把握して移動したり作業したりすることも可能となる。
【００２８】
本実施形態のように、地図データベースを物体に設ける構成の場合、例えば光源ユニットが故障して交換する必要が生じ、光源ユニットの識別情報が変更されるような場合、各物体毎に地図データベースの内容を修正しなければならない。地図データベースを外部に設け、物体に通信機能を設けて外部の地図データベースから所望の光源ユニットの位置情報を取込むようにすれば、上述のような地図データベースの内容修正が必要な場合でも、外部の地図データベースの内容だけを修正すればよく、各物体毎に地図データベースの内容を修正しなくて済むので、地図データベースの修正作業が容易にできる。
【００２９】
また、光信号の発生源を、本実施形態のような光源ユニットではなく、駆動制御部及びメモリからなるユニット装置に別体の光源を電気的に接続する構成としてもよく、この場合には、光源が故障したときに光源だけを交換すればよく、メンテナンスコスト等を軽減できると共に、メモリ内の識別情報を変更する必要もなくなる。
【００３０】
上記実施形態では、受光部１１を受光素子で構成したが、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等のような２次元受光デバイスで光信号を受光する構成でもよい。
以下に、かかる構成の場合における物体の位置特定動作を図３に基づいて説明する。
この場合、図３に示すように、受光部１１は、２次元受光デバイス１１Ａと、光源ユニット１からの光信号を２次元デバイス１１Ａ上に集光させるための光学レンズ１１Ｂを含む光学系とを設けて構成される。
【００３１】
光源ユニット１からの光信号は、光学レンズ１１Ｂを含む光学系により２次元受光デバイス１１Ａ上に集光される。この場合、２次元受光デバイス１１Ａの座標原点に対する集光点のずれ位置から、光学レンズ１１Ｂの焦点距離と座標原点と集光点間の距離等を用いて、物体１０から見た光源ユニット１の相対位置関係として仰角φと、方位角θを計算することができる。従って、係る構成の場合は、位置関係計測部２０は、物体１０と光源ユニット１との位置関係情報として距離情報に代えて前記仰角φと方位角θを計算する。また、光源ユニット１の識別情報ＩＤは、２次元受光デバイス１１Ａの受光出力に基づいて前述と同様の相関処理により識別情報ＩＤ１を抽出して受光した光信号を識別でき、受光した光源ユニット１を判定する。そして、前記仰角φ及び方位角θの位置関係情報と識別情報とを位置特定部３０に送れば、地図データベース３１の光源ユニット１の座標位置データから、物体１０の位置を特定することができる。
【００３２】
かかる２次元受光デバイス１１Ａを用いた構成によれば、少なくとも１つの光源ユニットの光信号を受光すれば、物体１０の位置を特定することができるようになる。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態は、本発明の位置特定システムを、基地局と端末装置との間で無線通信する通信システムにおける端末装置の位置特定に適用した例である。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
図４に、通信システムの概略構成図を示す。
図４において、本実施形態の通信システムは、通信システムの端末、例えば無線ＬＡＮ端末等に相当する端末装置４０と、通信システムの親局、例えば無線ＬＡＮのアクセスポイント等に相当する基地局５０とからなる。
【００３４】
第１実施形態の物体に相当する端末装置４０は、受光部４１と、位置関係計測部４２と、無線部４３と、アンテナ４４と、通信部４５と、制御部４６とを備えて構成される。
前記受光部４１は、光源ユニット１〜３の各識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３を含む光信号を受光するもので、受光素子により光信号を受光する構成でもよく、２次元受光デバイスで光信号を受光する構成でもよい。
【００３５】
前記位置関係計測部４２は、端末装置４０と光源ユニット１〜３の位置関係を計測するもので、受光部４１を受光素子で構成した場合は、少なくとも３つの光源ユニットの光信号に基づいて各光源ユニットまでの距離ｒ１〜ｒ３を計測する図１に示す構成とし、受光部４１を例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元受光デバイスで構成した場合は、図３で説明したような、少なくとも１つの光源ユニットの光信号に基づいて端末装置４０から見たその光源ユニットの仰角φと方位買角θを計測する構成とする。
無線部４３は、アンテナ４４を介して基地局５０との間で無線通信を行うためのものである。
通信部４５は、例えばパソコン等の上位装置との間で情報通信するためのものである。
制御部４６は、位置関係計測部４２、無線部４３及び通信部４５等、端末装置４０の各部の制御を行う。
【００３６】
基地局５０は、位置特定部５１と、経路計算部５２と、遅延・減衰量計算部５３と、等化器制御部５４と、等化器５５と、アレイアンテナ制御部５６と、アレイアンテナ５７と、通信部５８と、制御部５９とを備えて構成される。
前記位置特定部５１は、第１実施形態と同様の構成であり、端末装置４０から送信された情報と地図データベース３１の光源ユニット位置情報に基づいて端末装置４０の位置を特定するものである。
【００３７】
前記経路計算部５２は、位置特定部５１で特定された端末装置４０の位置情報と、位置特定部５１の地図データベースに記憶されている周囲環境情報（例えば、壁、天井、床、什器等の配置データ）及び自身の位置情報から、従来周知のレイトレース法を用いて端末装置４０と基地局５０間の電波の伝搬経路を推定する。
【００３８】
遅延・減衰量計算部５３は、経路計算部５２で推定された電波伝搬経路情報に基づいて、経路上における各種障害物による電波の損失や経路長に基づく遅延時間を計算する。
前記等化器制御部５４は、遅延・減衰量計算部５３の計算結果に基づいて等化器５５の受信信号に対する等化特性を最適に制御する。
【００３９】
前記アレイアンテナ制御部５６は、経路計算部５２で推定された伝播経路情報に基づいてアレイアンテナ５７の最適なビーム方向、ヌル方向を計算し、端末装置４０の位置に応じてアレイアンテナ５７の指向性を制御する。
前記通信部５８は、例えば有線（ＬＡＮ）回線を介して外部と通信するためのものである。
前記制御部５９は、位置特定部５１、経路計算部５２、遅延・減衰量計算部５３、等化器制御部５４、アレイアンテナ制御部５６等、基地局５０内の各部を制御する。
【００４０】
次に、本実施形態の通信システムの動作を図５及び図６のフローチャートを参照して説明する。
図５は端末装置４０の動作フローチャートである。
ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）では、受光部４１から受光出力が発生したか否かを判定する。受光部４１で光信号が受光され受光出力が発生すれば、判定がＹＥＳとなり、ステップ２に進む。
ステップ２では、位置関係計測部４２において、前述した第１実施形態と同様にして、受光した光信号に含まれる識別情報ＩＤ１〜ＩＤ３に基づいてその発生元である光源ユニットを識別する。
【００４１】
また、ステップ３で、識別した光源ユニットまでの距離（又は、仰角φと方位角θ）を計測する。ここで、距離を計測する場合は、少なくとも３つ以上の光源ユニットまでの距離情報を取得する必要があり、仰角φと方位角θを計測する場合は、少なくとも１つの光源ユニットに対する仰角φと方位角θの情報を計測すればよい。
ステップ４では、ステップ２，３で得たＩＤ情報とＩＤ情報に対応する距離（又は、仰角φと方位角θ）情報を、符号間干渉を起こさない程度の遅い通信速度で基地局５０に対して送信する。
【００４２】
図６は基地局５０の動作フローチャートである。
ステップ１１では、ＩＤ情報、距離（又は、仰角φと方位角θ）情報を受信したか否かを判定し、受信すると判定がＹＥＳになり、ステップ１２に進む。
ステップ１２では、位置特定部５１において、受信情報と地図データベース内の光源ユニットの位置情報から、情報の送信元である端末装置４０の地図上の位置を特定する。
【００４３】
ステップ１３では、経路計算部５２において、ステップ１２で得られ端末装置４０の位置情報と自身（基地局５０）の位置情報から電波の伝搬経路をレイトレース法を用いて計算する。
ステップ１４では、遅延・減衰量計算部５３において、ステップ１３で推定された伝搬経路について地図データベースに予め格納されている周囲環境情報に基づいてその遅延量、減衰量を計算する。
【００４４】
ステップ１５では、等化器制御部５４において、ステップ１４の計算結果に基づいて等化器５５の等化特性が端末装置４０に対して最適となるよう設定値を計算し、計算結果に基づいて等化器５５の等化特性を変更する。
ステップ１６では、アレイアンテナ制御部５６において、ステップ１３で推定された伝搬経路情報に基づいて、不要波方向にヌル、希望波方向にビームを向けるようアレイアンテナ５７の指向特性を設定変更する。
ステップ１７では、別の端末装置から情報を受信したか否かを判定し、受信していなければ判定がＮＯとなり、フローを終了する。
【００４５】
かかる構成の位置特定システムを適用した通信システムによれば、基地局５０側で端末装置４０の位置を知ることができる。このため、レイトレース法を用いて基地局−端末装置間の電波の伝搬経路を計算する場合に、経路の組合せが限定できリアルタイムで伝搬経路を推定できる。従って、基地局−端末装置間の電波の伝搬環境が人の移動等の影響によって変化しても、基地局−端末装置間の通信を効率的且つ高速化できるようになる。
【００４６】
また、本実施形態のように、地図データベースを各端末装置４０ではなく基地局５０側に持たせることにより、光源ユニット１〜３が故障して交換の必要が生じた場合の交換に伴う地図データベースのＩＤ情報の修正作業が、基地局５０だけで済む。従って、端末装置４０が多数あるような通信システムでは、地図データベースの内容修正作業が容易である。
【００４７】
尚、本発明の位置特定システムは、上述した各実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、光源からの光信号を受光した物体から、受光した全ての光源識別情報と、光信号或いは地図データベースから取得した各光源に対応する光源位置情報とを、位置特定部を備える光源に対して送信して物体の位置を特定する構成としてもよい。この場合、物体側から光源側に情報を送信する手段は、光や電波等情報を送信できる通信手段であればどのような通信方式を用いてもよい。このような構成を採用すれば、例えば、トンネル内の照明を利用して、ＧＰＳシステムでは難しいトンネル内の車両等の情報をトンネル外部で収集することも可能になる。
【００４８】
また、光源は、必ずしも固定設置されていなくともよい。この場合、例えば、各光源から自身の現在位置情報を物体に対して送信する構成でもよく、各光源側から自身の現在位置情報を地図データベースの管理部に通知して地図データベースを逐次更新するような構成としてもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態では、光源と物体との間の距離や仰角、方位角等の相対位置関係情報と、予め定めた座標系（例えば地図データ）の座標位置で表した光源位置情報とを用いて、物体の存在位置として前記座標系における絶対的座標位置を特定する構成としたが、例えば、物体の存在位置として、各光源から見た場合の位置、即ち、各光源を原点位置としたときの各光源に対する相対的な位置で特定するようにしてもよく、物体の位置特定形態は種々の形態が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る位置特定システムの第１実施形態の概略構成図
【図２】物体−光源間の距離計測の説明図
【図３】物体から見た光源の仰角と方位角計測の説明図
【図４】本発明を適用した通信システムの概略構成図
【図５】端末装置の動作フローチャート
【図６】基地局の動作フローチャート
【符号の説明】
【００５１】
１〜３ 光源ユニット
１０ 物体
１１ 受光部
２０、４２ 位置関係計測部
２４ 光源判定部
２５ 距離計算部
３０、５１ 位置特定部
３１ 地図データベース
３２ 位置計算部
４０ 端末装置
４３ 無線部
５０ 基地局
５２ 経路計算部
５３ 遅延・減衰量計算部
５４ 等化器制御部
５６ アレイアンテナ制御部
５７ アレイアンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも固有の識別情報を含む光信号を投光する光源と、
前記光信号を受光して受光出力を発生する受光部を備えた物体と、
前記受光出力から抽出した識別情報に基づいて前記光源を識別し、該識別した光源と前記物体との間の位置関係を前記受光出力に基づいて取得し、該取得した位置関係情報と前記光源の位置を示す光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置を特定する物体位置特定部と、
を備える構成としたことを特徴とする位置特定システム。
【請求項２】
前記物体位置特定部は、前記光源と前記物体との間の相対位置関係を取得し、該相対位置関係情報と、予め定めた座標系の座標位置で表される前記光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置として前記座標系における座標位置を特定する構成である請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項３】
前記物体位置特定部は、前記光源と前記物体との間の相対位置関係を取得し、該相対位置関係情報と、予め定めた座標系の座標位置で表される前記光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置として前記光源を原点としたときの位置を特定する構成である請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項４】
前記受光部が受光素子を備える構成であるとき、前記位置関係情報として、少なくとも３つ以上の前記光源と前記物体との間の距離情報を取得する構成である請求項１〜３のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項５】
前記受光部が、前記光信号を光学系を介して２次元受光デバイスで受光する構成であるとき、前記位置関係情報として、少なくとも１つの前記光源と前記物体との間の仰角及び方位角情報を取得する構成である請求項１〜３のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項６】
前記光源から、前記識別情報に加えて自身の前記光源位置情報も含む光信号を投光し、前記物体位置特定部は、前記受光出力から前記光源位置情報を取得する構成である請求項１〜５のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項７】
前記物体位置特定部は、各光源の位置情報を予め記憶させた地図データベースから前記光源位置情報を取得する構成である請求項１〜５のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項８】
前記物体に、前記物体位置特定部を組込むと共に無線通信手段を設け、該無線通信手段を介して、外部に設けた前記地図データベースから前記光源位置情報を取得する構成である請求項７に記載の位置特定システム。
【請求項９】
基地局と端末装置との間で無線通信する通信システムにおける前記端末装置を前記物体として前記端末装置の位置特定に適用する請求項１〜８のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項１０】
前記物体位置特定部は、前記識別情報を抽出して光源を識別すると共に、識別した光源と前記物体との間の位置関係を前記受光出力に基づいて取得する光源・物体間位置関係取得手段と、該光源・物体間位置関係取得手段で取得した位置関係情報と前記光源位置情報とに基づいて前記物体の存在位置を特定する位置特定手段とを備える構成である請求項１〜９のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項１１】
前記端末装置に、前記光源・物体間位置関係取得手段を設け、前記基地局に前記位置特定手段を設け、該光源・物体間位置関係取得手段で取得した位置関係情報を無線通信手段を介して基地局に送信する構成とした請求項１０に記載の位置特定システム。
【請求項１２】
前記基地局は、前記位置特定手段で特定した端末装置の位置情報と地図データベースに記憶された周囲環境情報とに基づいて、端末装置と基地局間の無線電波の伝搬路を推定し、該推定した無線電波伝搬路情報に基づいてアレイアンテナの指向性又は等化器の等化特性を最適制御する構成を有する請求項１１に記載の位置特定システム。
【請求項１３】
前記光源は、可視光の前記光信号を投光する可視光光源である請求項１〜１３のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項１】
少なくとも固有の識別情報を含む光信号を投光する光源と、
前記光信号を受光して受光出力を発生する受光部を備えた物体と、
前記受光出力から抽出した識別情報に基づいて前記光源を識別し、該識別した光源と前記物体との間の位置関係を前記受光出力に基づいて取得し、該取得した位置関係情報と前記光源の位置を示す光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置を特定する物体位置特定部と、
を備える構成としたことを特徴とする位置特定システム。
【請求項２】
前記物体位置特定部は、前記光源と前記物体との間の相対位置関係を取得し、該相対位置関係情報と、予め定めた座標系の座標位置で表される前記光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置として前記座標系における座標位置を特定する構成である請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項３】
前記物体位置特定部は、前記光源と前記物体との間の相対位置関係を取得し、該相対位置関係情報と、予め定めた座標系の座標位置で表される前記光源位置情報とに基づいて、前記物体の存在位置として前記光源を原点としたときの位置を特定する構成である請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項４】
前記受光部が受光素子を備える構成であるとき、前記位置関係情報として、少なくとも３つ以上の前記光源と前記物体との間の距離情報を取得する構成である請求項１〜３のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項５】
前記受光部が、前記光信号を光学系を介して２次元受光デバイスで受光する構成であるとき、前記位置関係情報として、少なくとも１つの前記光源と前記物体との間の仰角及び方位角情報を取得する構成である請求項１〜３のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項６】
前記光源から、前記識別情報に加えて自身の前記光源位置情報も含む光信号を投光し、前記物体位置特定部は、前記受光出力から前記光源位置情報を取得する構成である請求項１〜５のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項７】
前記物体位置特定部は、各光源の位置情報を予め記憶させた地図データベースから前記光源位置情報を取得する構成である請求項１〜５のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項８】
前記物体に、前記物体位置特定部を組込むと共に無線通信手段を設け、該無線通信手段を介して、外部に設けた前記地図データベースから前記光源位置情報を取得する構成である請求項７に記載の位置特定システム。
【請求項９】
基地局と端末装置との間で無線通信する通信システムにおける前記端末装置を前記物体として前記端末装置の位置特定に適用する請求項１〜８のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項１０】
前記物体位置特定部は、前記識別情報を抽出して光源を識別すると共に、識別した光源と前記物体との間の位置関係を前記受光出力に基づいて取得する光源・物体間位置関係取得手段と、該光源・物体間位置関係取得手段で取得した位置関係情報と前記光源位置情報とに基づいて前記物体の存在位置を特定する位置特定手段とを備える構成である請求項１〜９のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【請求項１１】
前記端末装置に、前記光源・物体間位置関係取得手段を設け、前記基地局に前記位置特定手段を設け、該光源・物体間位置関係取得手段で取得した位置関係情報を無線通信手段を介して基地局に送信する構成とした請求項１０に記載の位置特定システム。
【請求項１２】
前記基地局は、前記位置特定手段で特定した端末装置の位置情報と地図データベースに記憶された周囲環境情報とに基づいて、端末装置と基地局間の無線電波の伝搬路を推定し、該推定した無線電波伝搬路情報に基づいてアレイアンテナの指向性又は等化器の等化特性を最適制御する構成を有する請求項１１に記載の位置特定システム。
【請求項１３】
前記光源は、可視光の前記光信号を投光する可視光光源である請求項１〜１３のいずれか１つに記載の位置特定システム。
【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２００６−２２０４６５（Ｐ２００６−２２０４６５Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２４０３（Ｐ２００５−３２４０３）
【出願日】平成１７年２月９日（２００５．２．９）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月９日（２００５．２．９）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
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