基地局、移動局、測距システム、および測位システム
【課題】測位における符号長の大きさを、受信時刻の検出において必要とされる精度が得られ、かつ、受信時刻の検出に要する時間を短縮するように決定することができる基地局、移動局、測距システム、および測位システムを提供する
【解決手段】移動局から送信され、受信部２６により受信された電波をサンプリング部２７によりサンプリングすることによって得られる符号に含まれる拡散符号と予め記憶された該拡散符号のレプリカ符号との相関値が相関値演算部２８により算出され、同期時刻検出部３０により前記相関値に基づいて受信した電波に含まれる拡散符号の同期時刻が検出され、符号長決定部３２により、同期時刻検出部３０における同期時刻検出の際に算出される相関値のピーク値と同期時刻検出部３０に予め設定された要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【解決手段】移動局から送信され、受信部２６により受信された電波をサンプリング部２７によりサンプリングすることによって得られる符号に含まれる拡散符号と予め記憶された該拡散符号のレプリカ符号との相関値が相関値演算部２８により算出され、同期時刻検出部３０により前記相関値に基づいて受信した電波に含まれる拡散符号の同期時刻が検出され、符号長決定部３２により、同期時刻検出部３０における同期時刻検出の際に算出される相関値のピーク値と同期時刻検出部３０に予め設定された要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の符号長の大きさの拡散符号を含む電波を送信する移動局、拡散符号を含む電波を受信し、その受信時刻を検出し、また、要求された受信時刻の検出精度を満たすために必要となる拡散符号の符号長の大きさを決定する基地局、前記基地局によって検出される受信時刻に基づいて前記移動局および基地局の距離を算出する測距システム、および前記測距システムによって算出される複数の前記基地局および前記移動局との距離と前記複数の基地局の位置についての情報に基づいて移動局の位置を算出する測位システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動局が送信する電波を複数の基地局で受信し、これらの複数の基地局のそれぞれにおける電波の受信時刻に基づいて、前記移動局と前記複数の基地局のそれぞれとの距離を算出し、算出された距離に基づいて移動局の位置の検出を行なう測位システムが提案されている。
【０００３】
かかる測位システムにおいては、前記移動局と前記複数の基地局のそれぞれとの距離は、電波の伝搬時間に基づいて算出される。また、この電波の伝搬時間は移動局による電波の送信時刻と前記複数の基地局のそれぞれにおける電波の受信時刻に基づいて算出されることから、測位精度を高精度に行なうためには、前記複数の基地局のそれぞれにおける電波の受信時刻の検出をより高精度に行なう必要がある。特許文献１には、無線端末間でスペクトラム拡散された信号の位相を精密に検出することにより電波の伝搬時間を検出する方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５１０５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで無線通信においては、信号波形の立ち上がり時刻などに生ずる時間ゆらぎ、すなわちジッタ（ｊｉｔｔｅｒ）が含まれる。ジッタが大きいと受信器における受信時刻検出における誤差が大きく、すなわち受信時刻検出の精度が悪くなる。受信時刻検出における誤差あるいは精度は測位誤差に影響するため、ジッタが受信時刻検出結果に与える影響を低減することが望ましい。
【０００６】
ジッタが受信時刻検出誤差に及ぼす影響を緩和する手段として、受信時刻検出に使用する拡散符号長の大きさを大きくすることが考えられる。ジッタが受信時刻検出における誤差に与える影響を相対的に低減することができるためである。しかし符号長の大きさを大きくすることにより測位に要する時間は長くなるため符号長はシステム性能上必要最低限であることが望ましい。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、測位における符号長の大きさを、受信時刻の検出において必要とされる精度が得られ、かつ、受信時刻の検出に要する時間を短縮するように決定することができる基地局、移動局、測距システム、および測位システムを提供することにある。
【０００８】
本発明者は、以上の課題を解決するために種々検討を重ねた結果、無線通信において発生するジッタの大きさと、受信時刻検出時において用いられる同期時刻検出の際に算出される受信した電波に含まれる符号とそのレプリカ符号との相関値の大きさとには相関があるという点を見いだした。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するための請求項１にかかる発明は、（ａ）拡散符号を含む電波を送信する移動局と無線通信する基地局であって、（ｂ）該移動局から送信された拡散符号を含む電波を受信する受信部と、（ｃ）受信した電波を２値化するサンプリング部と、（ｄ）該サンプリング部によりサンプリングされた符号に含まれる拡散符号と予め記憶された該拡散符号のレプリカ符号との相関値を算出する相関値算出部と、（ｅ）該相関値算出部によって算出される相関値に基づいて前記受信した電波に含まれる拡散符号と前記レプリカ符号との同期時刻を検出する同期時刻検出部と、（ｆ）該同期時刻検出部における同期時刻検出の際に算出される前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される予め設定された要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを決定する符号長決定部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２にかかる発明は、（ａ）前記符号長決定部は、前記要求精度の値と前記移動局から送信される拡散符号の符号長の大きさとに基づいて、前記要求精度を満たす前記相関値の範囲を算出する相関値範囲算出部と、（ｂ）前記相関値と前記相関値範囲算出部によって算出された範囲との関係を評価する相関値評価部と、を有し、（ｃ）該相関値評価部により、前記相関値が前記範囲を下回ると評価される場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを増加させ、前記相関値が前記範囲を上回ると評価される場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを減少させるように決定することを特徴とする基地局である。
【００１１】
また、請求項３にかかる発明は、前記符号長決定部は、（ａ）前記同期時刻検出部による同期時刻検出の精度、前記相関値、および前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさとの関係を算出する関係算出部を有し、（ｂ）該関係算出部により算出された関係、前記要求精度、および前記相関値に基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを決定することを特徴とする基地局である。
【００１２】
また、請求項４にかかる発明は、（ａ）基地局によって受信される拡散符号を含む電波を送信する移動局であって、（ｂ）前記基地局の符号長決定部において決定された符号長の大きさに基づいて送信する拡散符号の符号長の大きさを設定する符号長設定部と、（ｃ）該符号長設定部によって設定された符号長の大きさの拡散符号を生成する拡散符号生成部と、（ｄ）該拡散符号生成部によって生成された拡散符号を含む電波を送信する送信部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５にかかる発明は、（ａ）移動局から送信された拡散符号を含む電波を基地局が受信することにより、その受信結果に基づいて該移動局と該基地局との距離を算出する測距システムであって、（ｂ）前記基地局は請求項１乃至３のいずれか１に記載の基地局であり、（ｃ）前記移動局は請求項４に記載の移動局であり、（ｄ）前記同期時刻検出部によって検出される同期時刻と、該移動局によって送信された電波の送信時刻とに基づいて前記移動局および基地局間の距離を算出する測距部を有することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６にかかる発明は、（ａ）移動局から送信される拡散符号を含む電波を３つ以上の基地局が受信することにより、その受信結果に基づいて該移動局の位置を算出する測位システムであって、（ｂ）前記基地局は請求項１乃至３にいずれか１に記載の基地局であり、（ｃ）前記移動局は請求項４に記載の移動局であり、（ｄ）前記同期時刻検出部によって検出される前記３つ以上の各基地局における同期時刻と、該３つ以上の基地局のそれぞれの位置についての情報に基づいて前記移動局の位置を算出する測位部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１にかかる基地局によれば、前記移動局から送信され、受信部により受信された電波をサンプリング部によりサンプリングすることによって得られる符号に含まれる拡散符号と予め記憶された該拡散符号のレプリカ符号との相関値が前記相関値演算部により算出され、前記同期時刻検出部により、前記相関値算出部によって算出された相関値に基づいて前記受信した電波に含まれる拡散符号と前記レプリカ符号との同期時刻が検出され、前記符号長決定部により、前記同期時刻検出部における同期時刻検出の際に算出される前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される予め設定された要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【００１６】
請求項２にかかる基地局によれば、前記相関値範囲算出部により、前記要求精度の値と前記移動局から送信される拡散符号の符号長の大きさとに基づいて、前記要求精度を満たす前記相関値の範囲が算出され、前記相関値評価部により、前記相関値と前記相関値範囲算出部によって算出された範囲との関係を評価され、さらに符号長決定部により、前記相関値が前記範囲を下回ると前記相関値評価部により評価された場合には、前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを増加させ、前記相関値が前記範囲を上回ると評価された場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを減少させるように決定するので、前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【００１７】
請求項３にかかる基地局によれば、前記符号長決定部の有する関係算出部により、前記同期時刻検出部による同期時刻検出の精度、前記相関値、および前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさとの関係が算出され、また、前記符号長決定部によって、前記関係算出部により算出された関係、前記要求精度、および前記相関値に基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定されるので、前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【００１８】
また、請求項４にかかる移動局によれば、前記符号長設定部により、前記基地局の符号長決定部において決定された符号長の大きさに基づいて送信する拡散符号の符号長の大きさが設定され、前記拡散符号生成部により、前記符号長設定部によって設定された符号長の大きさの拡散符号が生成され、前記送信部により、前記拡散符号生成部によって生成された拡散符号を含む電波が送信されるので、基地局の同期時刻検出部に要求される要求精度に必要な符号長の大きさの拡散符号が移動局から送信される。
【００１９】
また、請求項５にかかる測距システムによれば、該測距システムを構成する基地局は請求項１乃至３のいずれか１に記載の基地局であり、該測距システムを構成する移動局は請求項４に記載の移動局であり、また、前記測距部により、前記同期時刻検出部によって検出される同期時刻と、前記移動局によって送信される電波の送信時刻とに基づいて前記移動局および基地局間の距離が算出されるので、前記同期時刻は、前記相関値の大きさと前記同期時刻検出部に要求される要求精度の値とに基づいてその符号長の大きさが決定される拡散符号の同期検出によって得られ、その同期時刻を用いて前記測距部によって算出される移動局と基地局との距離は、正確に算出される。
【００２０】
また、請求項６にかかる測距システムによれば、前記３つ以上の基地局のそれぞれにおいて前記同期時刻検出部により検出される前記同期時刻と前記３つ以上の基地局のそれぞれの位置についての情報に基づいて、前記測位部により前記移動局の位置が算出されるので、前記移動局による電波の送信時刻と基地局の同期時刻とに基づいて正確に算出される移動局と基地局との距離に基づいて、移動局の位置が正確に算出される。
【００２１】
好適には、測距システムは、前記移動局および前記基地局がそれぞれ有する時計の時刻を同期する時計同期部を有するので、前記移動局による電波の送信時刻と基地局の受信時刻とに基づいて算出される移動局と基地局との距離は、正確に算出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の測位システム８の構成の一例を示した図である。図１に示すように、測位システム８は、移動可能な移動局１０、既知の位置に固定され、前記移動局１０と無線による通信を行なう機能を有する第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄの４つの基地局１２（以下、第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄを区別しない場合、基地局１２という。）、および例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂コンピュータを含んで構成されるサーバ１４を含んで構成される。なお、移動局１０の数は１個以上であればとくに限定されない。また、基地局１２はそれぞれ、通信ケーブル１８によってサーバ１４と接続され、例えば基地局１２およびサーバ１４によりＬＡＮが構築され、相互に通信可能とされている。
【００２４】
図２は、本発明の測距システム６の構成の一例を示した図である。図２に示すように、測距システム６は前記移動局１０から送信された電波を前記基地局１２が受信し、その受信結果を前記サーバ１４が処理することにより、前記移動局１０と前記基地局１２との距離ｌを算出する。前述の図１に示す測位システム８において、サーバ１４が各基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離を算出し、その距離に基づいて移動局１０の位置を算出する場合においては、前記測位システム８は各基地局１２と、移動局１０とサーバ１４を含む複数の測距システム６を含んで構成されているともいえる。すなわち、図１において、測位システム８は、第１基地局１２Ａと移動局１０との間の距離を算出する測距システム６Ａ、第２基地局１２Ｂと移動局１０との間の距離を算出する測距システム６Ｂ、第３基地局１２Ｃと移動局１０との間の距離を算出する測距システム６Ｃ、第４基地局１２Ｄと移動局１０との間の距離を算出する測距システム６Ｄ、を含んで構成されているともいえる。なお、図２においては、測距の対象は移動可能な移動局１０とされ、また、基地局１２は固定されているが、単に２つの無線局の間の距離を算出する場合においては、両者はともに移動可能であってもよい。
【００２５】
図３は、基地局１２の有する機能の一例の概要を説明するブロック図である。基地局１２は、アンテナ２２、送受信切換回路２４、受信部２６、サンプリング部２７、相関値算出部２８、同期時刻検出部３０、符号長決定部３２、相関値範囲算出部３４、相関値評価部３６、送信部３８、時計同期部４０、時計４２、有線通信インタフェース４４などを含んで構成される。また、この基地局１２は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、前記相関値算出部２８、同期時刻検出部３０、符号長決定部３２、時計同期部４０などにおける処理を実行するようになっている。
【００２６】
受信部２６および送信部３８は、いわゆる無線通信機能を実現するものであって、アンテナ２２を用いて電波の送受信を行なう。例えば送信部３８は、後述する移動局１０の作動を制御する指令や、後述する符号長決定部３２において決定された移動局１０から送信される符号の符号長の大きさに関する情報を含む電波を送信する。また、受信部２６は、移動局１０によって送信される電波を受信し、その内容を必要に応じて時計同期部４０、あるいは相関値算出部２８などに渡し処理を実行させる。すなわち、送信部３８は、所定の周波数の搬送波を発生する発振器、電波により送信する信号に基づいて前記搬送波を変調し、またデジタル変調などを行なう変調器、前記変調された搬送波を所定の出力に増幅する送信アンプなどを有し、また、受信部２６は、アンテナ２２によって受信された受信波を増幅する受信アンプ、受信波から所定の周波数成分のみを取り出すフィルタ、デジタル復調や検波器などによる復調を行なう復調器などによって実現される受信機能を含む。このとき、送信部３８および受信部２６が行なう無線通信は例えばいわゆるデジタル通信が好適に用いられるので、送信部３８および受信部２６はそのデジタル通信に必要となる変調あるいは復調のための機構を含む。サンプリング部２７は、このデジタル復調のための機構の１つであり、前記受信部２６において受信された電波の波形を解析し、例えば受信された電波の受信電圧の値が所定の閾値を超えた状態を１、閾値を超えていない状態を０のように２値化する。すなわち、このサンプリング部２７により、受信波に含まれる信号は１と０とのいずれかに２値化されたデジタル信号として出力される。なお、このサンプリング部２７による２値化は、１と０との２値化にかぎられず、例えば１と−１との２値化であってもよい。
【００２７】
また、アンテナ２２は、前述の送信部３８および受信部２６が電波を送受信する際に用いられるものであって、送受信する電波の周波数に適したものが用いられる。また、移動局１０の位置、すなわち基地局１２から見た移動局１０の方向に関わらず基地局１２からの距離が同じ位置に移動局１０が存在する場合には同じ強さで電波を受信できるように、アンテナ２２は少なくとも電波の伝搬方向に関して無指向性であるアンテナが好適に用いられる。
【００２８】
送受信切換回路２４は、前記受信部２６と送信部３８との何れを作動状態とするかを切り換える。すなわち、基地局１２が無線の受信状態にあるか送信状態にあるかを切り換える。好適には例えば、通常は基地局１２を受信状態としておき、例えば後述する符号長決定部３２において符号長の大きさが決定される場合など、移動局１０へ無線により送信する必要がある時においてのみ、基地局１２が送信状態とされてもよい。
【００２９】
相関値算出部２８は、移動局１０から送信される電波に含まれる拡散符号と、その拡散符号のレプリカ符号との相関値を算出する。具体的には、予め移動局１０が送信する拡散符号と同一のレプリカ符号を相関値算出部２８が有しておき、そのレプリカ符号と、受信された移動局１０からの電波から取り出された拡散符号（受信符号）とをマッチドフィルタ（図１２参照）に入力することにより、両者の相関値を得ることができる。このマッチドフィルタは遅延素子を含んで構成されており、少なくとも一方の入力、図１２においては受信符号を任意のビット数（遅延量）だけ遅延させて相関値を算出することができる。そして、前記受信符号を、たとえば図１２の遅延素子等を用いて所定の遅延量づつ遅延させ、再度相関値を算出する。この遅延を前記拡散符号の１符号長に相当するまで繰り返す。ここで、図１２のマッチドフィルタによって算出される２つの符号ａ，ｂの相関値Ｒは、次のように定義される。
【数１】
ここで、Ｎは２つの符号ａ，ｂの符号長の大きさであり、ａｋ、ｂｋ＋ιは符号ａ、ｂのそれぞれｋ番目のビット、ｋ＋ι番目のビットの内容である。また、ιは前記遅延素子などによる遅延量である。前記数１の右辺第２項においては、２つの符号ａ、ｂの各ビットごとの排他的論理和を算出し、算出された排他的論理和の合計に２を乗ずるものである。すなわち、前記２つの符号ａ、ｂの各ビットの内容が一致するほど、前記数２の右辺第２項の値は小さくなり、前記ａ、ｂの各ビットの内容が完全に一致するとその値は０となる。これに伴って、相関値Ｒの値は前記２つの符号ａ、ｂの各ビットの内容が一致するほど大きくなり、前記ａ、ｂの各ビットの内容が完全に一致するとその値はａ、ｂの符号長の大きさの値Ｎで最大となる。ところで、このように算出される相関値Ｒは符号長の大きさＮに依存する値である。一方、本発明においては、符号長の大きさの異なる符号の相関値のピーク値を比較するため、符号長の大きさで規格化した値であるＲＮＯＲＭ（ι）を用いている。具体的には、本発明で用いる規格化された相関値（以下単に「相関値」という。）ＲＮＯＲＭ（ι）は、
ＲＮＯＲＭ（ι）＝Ｒ（ι）／Ｎ
で表される。
【００３０】
同期時刻検出部３０は、前記相関値算出部２８によって算出される相関値に基づいて前記受信符号とレプリカ符号とが同期した時刻である同期時刻を検出する。具体的には、同期時刻検出部３０は、前記相関値算出部２８によって算出される相関値がピークを生じた際の時刻を同期時刻として検出する。これは、同期時には相関値に鋭いピークを生ずるという拡散符号の特性を用いたものである。
【００３１】
ところで、一般に無線通信においては、通信伝送の中で現れる時間ゆらぎ（ジッタ；ｊｉｔｔｅｒ）が生ずる。このジッタは、信号波形の立ち上がり時刻やパケットの到着間隔に現れるものであり、前記基地局１２の受信部２６によって受信される移動局１０からの電波に含まれる信号である受信符号にもジッタが含まれる。受信符号がジッタを含む場合には、前記相関値算出部２８による相関値の算出において誤差を生ずる。そのため、前記同期時刻検出部３０による同期時刻の検出においても誤差を生じ、さらに、後述する測距部７４によって算出される移動局１０と基地局１２との距離、あるいは測位部７６によって算出される移動局１０の位置についても誤差を生ずることとなる。
【００３２】
一方、ジッタの大きさと前記相関値算出部２８によって算出される相関値のピーク時における大きさ（相関値のピーク値）とは相関がある。すなわち、ジッタが大きいほど、相関値のピーク値は小さくなる。なお、ジッタの大きさとは、例えば、所定回数の信号波形の立ち上がりに対して発生したジッタの大きさの標準偏差が好適に用いられる。
【００３３】
図７および図８は、符号長の大きさＮをＮ＝６３とした拡散符号を移動局１０から送信した場合における、発生するジッタの標準偏差の大きさと、相関値算出部２８によって算出される相関値のピーク値および同期時刻検出部３０によって検出される同期時刻検出の誤差の大きさの標準偏差との関係のシミュレーション結果を示した表および図である。なお、同期時刻検出の誤差の大きさは、その標準偏差の大きさで表されている。図７の表および図８のグラフに示すように、ジッタの標準偏差の大きさが大きくなるほど相関値のピークの大きさは小さくなり、また、ジッタの標準偏差の大きさが大きくなるほど同期時刻検出の誤差の標準偏差は大きくなる。
【００３４】
ジッタによって生ずる誤差を低減するためには、相関値の算出を行なうための拡散符号の符号長の大きさを大きくすることが考えられる。拡散符号の符号長の大きさを大きくすると、信号の立ち上がりおよび立ち下がりの回数が増加する。これは見かけ上の測定回数が増えたことと同じといえる。したがって、同期時刻検出部３０による同期時刻の検出における誤差（同期時刻検出誤差）を低減することができる。図９および図１０は、ジッタの標準偏差を１２．５（ｎｓ）であるとした場合において、移動局１０から送信される符号長の大きさをそれぞれ３１、６３、１２７、２５５とした場合の、同期時刻検出部３０による同期時刻検出の誤差の大きさの標準偏差（ｎｓ）との関係についてのシミュレーションを行なった結果を示す表および図である。図９の表および図１０の図に示すように、相関値の算出に用いられる拡散符号の符号長の大きさが大きくなるほど、同期時刻検出部３０による同期時刻検出の誤差の大きさは小さくなることがわかる。
【００３５】
図６は、ジッタ、相関値算出部２８により算出される相関値のピーク値、拡散符号の符号長の大きさ、同期時刻検出部３０による同期時刻検出における誤差、測位部７６による測位の誤差の関係を表した図である。この図において、四角で表されたブロックは観測することのできない量、細線の楕円で表されたブロックは観測可能な量、太線の楕円で表されたブロックは制御可能な量を表している。図６に示すように、ジッタが大きくなるほど、同期時刻検出における誤差が大きくなり（正の相関）、同期時刻検出における誤差が大きくなるほど測位誤差が大きくなる（正の相関）。しかしながら、ジッタの大きさを測定することはできず、同期時刻検出における誤差や測位誤差の大きさを測定することはできない。また、ジッタの大きさが大きくなるほど、相関値のピーク値は小さくなり（負の相関）、拡散符号の符号長の大きさが大きくなるほど、同期時刻検出における誤差は小さくなる（負の相関）。
【００３６】
従って、測定可能な量である相関値のピーク値に基づいて符号長の大きさを大きくすることにより、測位誤差を所望の値よりも小さいものとすることが可能である。しかしながら、符号長の大きさを大きくすることは、前記相関値算出部２８による相関値の算出に要する時間が長くなるため、結果として測距部７４による測距、あるいは測位部７６による移動局１０の測位に要する時間が長くなる。そのため、符号長の大きさは、例えば同期時刻検出の誤差を予め設定される許容範囲におさめることのできる最小の大きさであることが望ましい。
【００３７】
そこで、符号長決定部３２は、同期時刻検出の誤差が予め設定される許容範囲内となる最小の符号長の大きさとなるように、移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさを決定する。具体的には例えば、符号長決定部３２は相関値範囲算出部３４、および相関値評価部３６を含んで構成される。相関値範囲算出部３４はまず、移動局１０が送信しうる拡散符号の符号長の大きさのそれぞれについて、所定の相関値の間隔ごとに同期時刻検出の誤差の標準偏差の値をシミュレーションにより算出する。図１１は、想定されるジッタの標準偏差の大きさを例えば１２．５（ｎｓ）とした場合に、拡散符号の符号長の大きさと相関値の大きさとの組み合わせに対応して得られる同期時刻検出の誤差の標準偏差の値を表した表である。この図１１の表によれば、例えば、符号長の大きさ６３の拡散符号が移動局１０から基地局１２へ送信される場合であって、その拡散符号を受信した基地局１２の相関値算出部２８において算出される相関値のピーク値が０．９８０であった場合には、その基地局１２の同期時刻検出部３０において検出される同期時刻の検出誤差の標準偏差は８．９（ｎｓ）である。なお、前記所定の相関値の間隔は、前記相関値算出部２８における分解能に基づいて決定される。例えば、相関値算出部２８の分解能が０．００５である場合には、図１１の表の相関値の間隔はその分解能と同一の０．００５とされる。
【００３８】
続いて、相関値範囲算出部３４は、操作者による入力などにより予め設定される同期時刻検出に許容される誤差の値に基づいて、符号長の大きさごとに、その許容される誤差を満たす最小の相関値の範囲を算出する。具体的には例えば、システムに要求される同期時刻検出の誤差が８（ｎｓ）以内とされる場合には、相関値範囲算出部３４は、図１１の表において太線で囲まれたセルがその誤差を満たすものと判断し、太線で囲まれたセルのうち、各符号長の大きさごとに、最も下に位置するセルに対応する相関値の範囲を、その誤差を満たすのに適した相関値の範囲であると算出する。すなわち、図１１の例でいえば、前述のように同期時刻検出の誤差が８（ｎｓ）以内とされる場合においては、符号長の大きさが３１の場合には、０．９９０以上、符号長の大きさが６３の場合０．９８５以上０．９９０未満、符号長の大きさが１２７の場合０．９８０以上０．９８５未満、符号長の大きさが２５５の場合０．９７０以上０．９７５未満がそれぞれ適当な相関値の範囲であると判断する。
【００３９】
相関値評価部３６は、前記相関値算出部２８において算出された相関値のピークと、前記相関値範囲算出部３４において算出された相関値の範囲とを比較し、算出された相関値のピークが前記相関値の範囲内にあるか、前記相関値の範囲の上限を超えているか、前記相関値の範囲の下限を下回っているかを判断する。具体的には例えば、要求される同期時刻の検出精度が８．０（ｎｓ）であり、移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが６３の場合には、前記相関値範囲算出部３４によって算出される相関値の範囲の上限ｔｈｕｐは０．９９０、下限ｔｈｌｏｗは０．９８５であるので、前記相関値算出部２８において算出される相関値のピークが上限ｔｈｕｐを上回っているか、上限ｔｈｕｐ未満かつ下限ｔｈｌｏｗ以上であるか、あるいは下限ｔｈｌｏｗを下回っているかを評価する。
【００４０】
そして、符号長決定部３２は、前記相関値評価部３６による相関値の評価に基づいて、次回に相関値算出部２８において相関値を算出するための拡散符号の符号長の大きさを決定する。具体的には、前記前記相関値評価部３６において、算出された相関値のピークが下限ｔｈｌｏｗを下回っていると評価された場合には、符号長の大きさを大きくなるように、また、相関値のピークが上限ｔｈｕｐを上回っていると評価された場合には、符号長の大きさを小さくなるように変更する。一方、相関値のピークが上限ｔｈｕｐ未満かつ下限ｔｈｌｏｗ以下であると評価された場合には、その符号長の大きさを維持する。より具体的には、要求される同期時刻の検出精度が８．０（ｎｓ）であり、移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが６３の場合には、前記相関値範囲算出部によって算出される相関値の範囲の上限ｔｈｕｐは０．９９０、下限ｔｈｌｏｗは０．９８５であるので、前記相関値算出部２８において算出される相関値のピークが上限ｔｈｕｐ＝０．９９０を上回っている場合には、符号長の大きさが３１に決定され、下限ｔｈｌｏｗ＝０．９８５を下回っている場合には符号長の大きさを１２７に決定する。なお、本実施例においては、符号長の大きさとは拡散符号のビット数を意味するものであり、拡散符号を構成する原始多項式の次数がｎの拡散符号の符号長の大きさは２ｎ−１である。また、符号長の大きさの変更は、例えば拡散符号を構成する原始多項式の次数を１つ減少あるいは増加させることによって行なわれる。
【００４１】
時計４２は、時刻を計測するものであって、例えば同期時刻検出部３０が同期時刻を検出する際などに参照される。また、時計同期部４０は時計４２の時刻と後述する移動局１０の時計６８の時刻とを同期させる。具体的には例えば、移動局１０が既知の位置に存在する場合において、移動局１０から送信された電波に含まれる送信時刻情報と、移動局１０から基地局１２までの距離に基づいて算出される電波の伝搬時間と、基地局１２において移動局１０から送信された電波の受信時間とに基づいて、基地局１２の時計４２の時刻と後述する移動局１０の時計６８の時刻との時刻ずれを算出し、かかる時刻ずれが零となるようにいずれかの時計の時刻を補正することにより、基地局１２の時計４２の時刻と後述する移動局１０の時計６８の時刻とを同期させる。
【００４２】
有線通信インタフェース４４は、通信ケーブル１８を介して基地局１２とサーバ１４との情報通信を行なう。具体的には、基地局１２の同期時刻検出部３０によって検出される電波の受信時刻としての同期時刻や、移動局１０から送信される電波に含まれる送信時刻についての情報が基地局１２からサーバ１４に送信されるほか、サーバ１４からは、基地局１２は移動局１０の作動に関する指令などが送信される。
【００４３】
図４は移動局１０の有する機能の概要を説明するブロック図である。移動局１０は、アンテナ５２、受信部５６、送信部６４、伝文解析部５８、符号長設定部６０、拡散符号生成部６２、時計同期部６６、時計６８などを有して構成される。また、この移動局１０は例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、前記伝文解析部５８、符号長設定部６０、拡散符号生成部６２、時計同期部６６などにおける処理を実行するようになっている。
【００４４】
受信部５６および送信部６４は、いわゆる無線通信機能を実現するものであって、アンテナ５２を用いて電波の送受信を行なう。例えば送信部６４は、前記基地局１２に対し相関値を算出するための拡散符号を含む電波を送信する。また、受信部５６は、基地局１２の符号長決定部３２によって決定された拡散符号の符号長の大きさに関する情報や、電波の送信開始などの移動局１０の作動に関する指令を含む電波を受信し、その内容を必要に応じて時計同期部６６、あるいは伝文解析部５８などに渡し処理を実行させる。すなわち、送信部６４は、所定の周波数の搬送波を発生する発振器、電波により送信する信号に基づいて前記搬送波を変調し、またデジタル変調などを行なう変調器、前記変調された搬送波を所定の出力に増幅する送信アンプなどを有し、また、受信部５６は、アンテナ５２によって受信された受信波を増幅する受信アンプ、受信波から所定の周波数成分のみを取り出すフィルタ、デジタル復調や検波器などによる復調を行なう復調器などによって実現される受信機能を含む。このとき、送信部６４および受信部５６が行なう無線通信は例えばいわゆるデジタル通信が好適に用いられるので、送信部６４および受信部５６はそのデジタル通信に必要となる変調あるいは復調のための機構を含む。
【００４５】
また、アンテナ５２は、前述の送信部６４および受信部５６が電波を送受信する際に用いられるものであって、送受信する電波の周波数に適したものが用いられる。また、移動局１０からの距離が同じ場合にアンテナ２２からの距離が同じ基地局１２において移動局１０からの方向に関わらず同じ強さで電波を受信できるように、アンテナ２２は少なくとも電波の伝搬方向に関して無指向性であるアンテナが好適に用いられる。
【００４６】
送受信切換回路５４は、前記無線部５６と送信部６４との何れを作動状態とするかを切り換える。すなわち、移動局１０が無線の受信状態にあるか送信状態にあるかを切り換える。好適には例えば、通常は移動局１０を受信状態としておき、例えば送信部６４により基地局１２に対して拡散符号が送信される場合など、無線により送信する必要がある時においてのみ、移動局１０が送信状態とされてもよい。
【００４７】
伝文解析部５８は、受信部５６において受信され、復号された基地局１２からの電波の内容を解析し、移動局１０の制御作動に関する指令を取り出す。
【００４８】
符号長設定部６０は、移動局１０が電波によって送信する拡散符号の符号長の大きさが設定される。この拡散符号の符号長の大きさは、前記基地局１２の符号長決定部３２によって決定され、その情報が基地局１２から移動局１０へ無線によって伝達されたものとされる。
【００４９】
拡散符号生成部６２は、移動局１０が電波によって送信する拡散符号を生成する。このとき、生成される拡散符号の符号長の大きさは、前記符号長設定部６０によって設定されたものが用いられる。具体的には例えば、拡散符号生成部６２は、図示しないメモリなどの記憶手段に予め複数の符号長の大きさに対応する拡散符号を複数記憶しておき、前記符号長設定部６０により設定される符号長の大きさに対応する複数の拡散符号から選択された１つの拡散符号が用いられる。このとき、予め記憶される複数の拡散符号と同一の拡散符号が基地局１２においても予め記憶されており、レプリカ符号として用いられる。
【００５０】
時計６８は、時刻を計測するものであって、例えば送信部６４が電波を送信する際に参照され、送信時刻に関する情報は拡散符号とともに基地局１２に送信される。また、時計同期部６６は前記基地局１２の時計同期部４０と協調して動作するものであって、前記基地局１２の時計４２の時刻と移動局１０の時計６８の時刻とを同期させる。具体的には例えば、移動局１０が既知の位置に存在する場合において、移動局１０から送信された電波に含まれる送信時刻情報と、移動局１０から基地局１２までの距離に基づいて算出される電波の伝搬時間と、基地局１２において移動局１０から送信された電波の受信時間とに基づいて、基地局１２の時計４２の時刻と移動局１０の時計６８の時刻との時刻ずれを算出し、かかる時刻ずれが零となるようにいずれかの時計の時刻を補正することにより、基地局１２の時計４２の時刻と後述する移動局１０の時計６８の時刻とを同期させる。
【００５１】
図５は、サーバ１４の有する機能の概要を説明するブロック図である。サーバ１４は有線通信インタフェース７２、測距部７４、測位部７６などを有している。また、サーバ１４は、前述のようにＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂コンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、図５に示す測距部７４、測位部７６などにおける処理を実行するようになっている。
【００５２】
有線通信インタフェース７２は、サーバ１４と基地局１２との通信ケーブル１８を通した情報通信を行なうためのインタフェースである。この有線通信インタフェース７２は、例えばサーバ１４から基地局１２に対し、基地局１２の制御作動に関する指令を行なったり、あるいは移動局１０の制御作動に関する指令を基地局１２を介して行なわせたりする。また、有線通信インタフェース７２は、基地局１２から送信される情報、例えば基地局１２における電波の受信時刻に関する情報や、移動局１０からの電波に含まれる移動局１０における電波の送信時刻に関する情報などが受信される。なお、サーバ１４の有線通信インタフェース７２が移動局１０の制御作動に関する指令を基地局１２を介して行なわせるのは、サーバ１４は無線通信に関する機能、すなわち受信部や送信部を有していない一方、移動局１０は有線通信に関する機能、すなわち有線通信インタフェースを有しておらず、サーバ１４と移動局１０とが直接通信を行なうことができないためであり、このため、サーバ１４と移動局１０とはいずれかの基地局１２を介して通信を行なうことができる。
【００５３】
測距部７４は、移動局１０における電波の送信時刻と各基地局１２におけるその電波の受信時刻とに基づいて、移動局１０および基地局１２の距離を算出する。具体的には、前記電波の受信時刻と電波の送信時刻との差によって算出される電波の伝搬時間に、電波の速度ｃ（＝２．９９７×１０８（ｍ／ｓ））を乗ずることによって移動局１０および基地局１２の距離が算出される。具体的には例えば、移動局１０における電波の送信時刻がｔｔ、第１基地局１２Ａにおける電波の受信時刻、すなわち第１基地局１２Ａの同期時刻検出部３０において検出された同期時刻がＴｒ１である場合、測距部７４は第１基地局１２Ａと移動局との距離ｒ１をｒ１＝ｃ×（Ｔｒ１−ｔｔ）のように算出する。このとき、移動局１０における電波の送信時刻に関する情報は、例えば、移動局１０の送信部６４が電波を送信する際に、送信する電波に時計６８を参照することにより得られる時刻情報を付加して送信し、これを受信した基地局１２の受信部２６が受信し、通信ケーブル１８を介してサーバ１４に伝達することにより得られる。また、基地局１２における電波の受信時刻は、同期時刻検出部３０によって検出される、移動局１０から送信される拡散符号の同期時刻が受信時刻として用いられる。なお、前述のように、基地局１２の時計同期部４０および移動局１０の時計同期部６６により、基地局１２の時計４２の時刻と移動局１０の時計６８の時刻とは同期されているので、基地局１２の時計４２の時刻に基づいて算出される受信時刻と、移動局１０の時計６８の時刻に基づいて算出される送信時刻により、移動局１０から基地局１２までの電波の伝搬時間を正確に算出することができる。
【００５４】
測位部７６は、予め既知である各基地局１２の位置に関する情報と、測距部７４において算出された各基地局１２と移動局１０との距離に関する情報とに基づいて、移動局１０の位置を算出する。具体的には例えば、すなわち、第１基地局１２Ａの位置を表す座標が（ｘ１，ｙ１）、第２基地局１２Ｂの座標が（ｘ２，ｙ２）、第３基地局１２Ｃの座標が（ｘ３，ｙ３）であり、前記測距部７４によって第１基地局１２Ａと移動局１０との距離がｒ１（ｍ）、第２基地局１２Ｂと移動局１０との距離がｒ２（ｍ）、第３基地局１２Ｃと移動局１０との距離がｒ３（ｍ）である場合において、移動局１０の位置を表す座標を（ｘ，ｙ）とすると、これらの関係は次式（１）で表される。
（ｘ１−ｘ）２＋（ｙ１−ｙ）２＝ｒ１２
（ｘ２−ｘ）２＋（ｙ２−ｙ）２＝ｒ２２
（ｘ３−ｘ）２＋（ｙ３−ｙ）２＝ｒ３２ …（１）
測位部７６はこの式（１）を満たす（ｘ，ｙ）を算出し、移動局１０の位置とする。図１３は、前述の式（１）で現れる第１基地局１２Ａ、第２基地局１２Ｂ、第３基地局１２Ｃ、および移動局１０の位置関係の一例を図示したものである。図１３に示すように、測距部７４により第１基地局１２Ａと移動局１０との距離がｒ１、第２基地局１２Ｂと移動局１０との距離がｒ２、第３基地局１２Ｃと移動局１０との距離がｒ３であると算出されると、測位部７６は第１基地局１２Ａを中心とする半径ｒ１の円と、第２基地局１２Ｂを中心とする半径ｒ２の円と、第３基地局１２Ｃを中心とする半径ｒ３の円の交点が移動局１０の位置であるとして算出する。なお、測位部７６においては、少なくとも３つの基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離が得られていれば移動局１０の位置の算出が可能であるため、式（１）および図１３においては、第４基地局１２Ｄに関する記載が省略されているが、第４基地局１２Ｄの位置、および第４基地局１２Ｄと移動局１０との距離を考慮して移動局１０の位置を算出することも可能である。
【００５５】
図１４は、本発明の測位システム８の制御作動の概要の一例を説明するフローチャートである。まずＳＡ１においては、例えば図示しない入力装置を用いて、操作者により要求される測位精度が設定される。この測位精度は、例えば、同期時刻検出部３０における同期時刻の検出における誤差の標準偏差の大きさ（ｎｓ）で設定される。
【００５６】
本発明の測距システム６に対応するＳＡ２においては、測位システム８を構成する基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離が算出される測距ルーチンが実行される。
【００５７】
図１５は、この測距ルーチンにおける制御作動の一例を説明するフローチャートであって、測距システム６に対応するものである。まず、基地局１２の時計同期部４０および移動局１０の時計同期部６６などに対応するＳＢ１においては、時計合わせルーチンが実行され、両者の時計とが同期させられる。図１６はこの時計合わせルーチンにおける制御作動の一例を説明するフローチャートである。まず、ＳＣ１においては、移動局１０が所定の既知の位置へ移動させられる。たとえば、図１において第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄの何れからも等距離である点Ｐなどに移動させられる。この点Ｐの位置は予め既知であり、点Ｐと各基地局１２との移動局１０との距離も既知とされている。なお、各基地局１２の時計４２の時刻は、例えば通信ケーブル１８を介してサーバから送信される時刻情報などに基づいて設定されるなどにより、予め同期されている。
【００５８】
移動局１０の送信部６４に対応するＳＣ２においては、後述するＳＣ３において受信時刻としての同期時刻を検出するための拡散符号、および電波の送信時刻に関する情報を含む電波が移動局１０から送信される。そして、基地局１２の受信部２６、相関値算出部２８、同期時刻検出部３０などに対応するＳＣ３においては、ＳＣ２において移動局１０から送信された電波が、少なくとも１つの基地局において受信され、その受信時刻が算出される。
【００５９】
基地局１２の時計同期部４０に対応するＳＣ４においては、ＳＣ３において移動局１０からの電波を受信した基地局１２において、移動局１０の時計６８の時刻と基地局１２の時計４２の時刻とのずれ量が算出される。このずれ量が、移動局１０の時計６８の時刻を補正する補正量である。このずれ量ｔｄｉｆｆの算出は、ＳＣ１において移動局１０が位置する既知の点ＰとＳＣ３において移動局１０からの電波を受信した基地局１２との距離を電波の速度ｃで除することにより得られる電波の伝搬時間の理論値ｔｔｈと、ＳＣ３において算出される移動局１０からの電波の受信時刻とＳＣ２における移動局１０からの電波の送信時刻との差によって算出される実際の電波の伝搬時間ｔｒｅに基づいて、ｔｄｉｆｆ＝ｔｒｅ−ｔｔｈのように算出される。すなわち、電波の伝搬時間の理論値ｔｔｈが実際の電波の伝搬時間ｔｒｅよりも大きい場合には、その差分ｔｄｉｆｆ（＝ｔｒｅ−ｔｔｈ）だけ移動局１０の時計６８を進めるように算出される。
【００６０】
基地局１２の送信部３８などに対応するＳＣ５においては、ＳＣ４において算出された移動局１０の時計６８のずれ量ｔｄｉｆｆについての情報が、例えばＳＣ４の実行された基地局１２から移動局１０へ無線により送信される。
【００６１】
移動局１０の受信部５６、時計同期部６６などに対応するＳＣ６においては、ＳＣ５において基地局１２から無線により送信された移動局１０の時計６８のずれ量ｔｄｉｆｆについての情報に基づいて、移動局１０の時計６８の時刻が補正される。この補正により、移動局１０の時計６８の時刻と基地局１２の時計４２の時刻とは同期される。
【００６２】
図１５のフローチャートに戻って、移動局１０の送信部６４などに対応するＳＢ２においては、移動局１０から各基地局１２に対し測位のための電波の送信が行なわれる送信ルーチンが実行される。
【００６３】
図１７は、この送信ルーチンにおける制御作動の一例を説明するフローチャートであって、移動局１０の拡散符号生成部６２に対応するステップ（以下「ステップ」を省略する。）ＳＤ１においては、設定された拡散符号の符号長の大きさに対応する拡散符号が生成される。この拡散符号の生成は、例えば、予め記憶された複数の符号長の大きさに対応する拡散符号の中から、前記設定された拡散符号の符号長の大きさに対応する拡散符号が選択されることによって行なわれる。また、前記設定された拡散符号の符号長の大きさとは、図１５のフローチャートが繰り返し実行される場合においては前回の実行時における後述するＳＢ７において決定されるものが採用される。一方、図１５のフローチャートが初めて実行される場合には、例えば符号長の大きさの大きさが６３などのように予め定められた初期値が用いられる。
【００６４】
移動局１０の送信部６４などに対応するＳＤ２においては、ＳＤ１において決定された拡散符号を含む電波が基地局１２に対して送信される。
【００６５】
図１５に戻って、基地局１２の受信部２６などに対応するＳＢ３においては、ＳＢ２において移動局１０から送信された拡散符号を含む電波が受信される。そして、基地局１２の相関値算出部２８および同期時刻検出部３０に対応するＳＢ４においては、ＳＢ３で受信された電波に含まれる拡散符号と、そのレプリカ符号との相関値が、前記受信された電波に含まれる拡散符号を所定単位時間ずつずらしながら算出され、算出された相関値がピークを生じた際のずらした時間に基づいて、同期時刻が算出される。さらに、ピークとなった相関値の値が図示しない記憶手段などに記憶される。また、ＳＢ５においては、ＳＢ４において検出された移動局１０からの電波の受信時刻としての同期時刻と、前記ＳＢ２において移動局１０からの電波に含まれるその電波の送信時刻に関する情報とに基づいて、移動局１０から基地局１２への電波の伝搬時間が算出され、サーバ１４に送信される。
【００６６】
サーバ１４の測距部７４などに対応するＳＢ６においては、前記ＳＢ５において算出されサーバ１４に送信された移動局１０から基地局１２への電波の伝搬時間に基づいて、移動局１０と基地局１２との距離が算出される。具体的には、前記伝搬時間に電波の速度ｃを乗ずることにより移動局１０と基地局１２との距離が算出される。なお、測位のために、少なくとも３つ以上の基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離を算出される。
【００６７】
基地局１２の符号長決定部３２などに対応するＳＢ７においては、ＳＢ４において検出された相関値のピーク値などに基づいて、次回に測位を行なう際に移動局１０から送信される電波に含まれる拡散符号の符号長の大きさが決定される符号長大きさ決定ルーチンが実行される。
【００６８】
図１８はこの符号長の大きさ決定ルーチンにおける制御作動の一例を説明するフローチャートである。まず、相関値範囲算出部３４に対応するステップ（以下「ステップ」を省略する。）ＳＥ１においては、移動局１０から送信される電波に含まれる拡散符号の符号長の大きさの現在の値と、要求される同期時刻検出の精度とに基づいて、相関値のピーク値が満たす範囲である相関値範囲の上限ｔｈｕｐおよび下限ｔｈｌｏｗが決定される。
【００６９】
続く相関値評価３６に対応するＳＥ２においては、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値と、ＳＥ１で算出された相関値範囲の上限ｔｈｕｐとが比較され、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値が相関値範囲の上限ｔｈｕｐを上回っているかが判断される。そして、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値が相関値範囲の上限ｔｈｕｐを上回っている場合には本ステップの判断が肯定され、ＳＥ３が実行される。
【００７０】
符号長決定部３２に対応するＳＥ３においては、移動局１０の測位のために次回に移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが小さくなるように決定される。これは、本ステップが実行される場合、すなわち、ＳＥ２の判断が肯定される場合は、移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが要求される同期時刻検出の誤差を満たす程度に十分大きい一方、必要以上に長いため、計算時間が長くなっているためである。具体的には例えば、符号長の大きさの変更は、例えば拡散符号を構成する原始多項式の次数を１つ減少させることによって行なわれる。
【００７１】
相関値評価部３６に対応するＳＥ４においては、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値と、ＳＥ１で算出された相関値範囲の下限ｔｈｌｏｗとが比較され、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値が相関値範囲の下限ｔｈｌｏｗを下回っているかが判断される。そして、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値が相関値範囲の下限ｔｈｌｏｗを下回っている場合には本ステップの判断が肯定され、ＳＥ５が実行される。
【００７２】
符号長決定部３２に対応するＳＥ５においては、移動局１０の測位のために次回に移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが大きくなるように決定される。これは、本ステップが実行される場合、すなわち、ＳＥ４の判断が肯定される場合は、移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが要求される同期時刻検出の誤差を満たさない程度に小さいためである。具体的には例えば、符号長の大きさの変更は、例えば拡散符号を構成する原始多項式の次数を１つ増加させることによって行なわれる。
【００７３】
一方、ＳＥ２およびＳＥ４の判断が何れも否定される場合、すなわち、ＳＢ４において検出された相関値のピーク値がＳＥ１において算出された相関値範囲ないである場合には、符号長の大きさは変更されることなく本フローチャートは終了する。
【００７４】
図１５に戻って、基地局１２の送信部３８、移動局１０の受信部５６、伝文解析部５８および符号長設定部６０などに対応するＳＢ８においては、ＳＢ７において決定された次に送信する拡散符号の符号長の大きさの値が基地局１２から移動局１０に送信され、移動局１０において設定される。すなわち、図１５のフローチャートが反復して実行される場合に、次にＳＢ２が実行され移動局１０から拡散符号を含む電波が送信される場合に、その拡散符号の符号長の大きさが設定される。
【００７５】
前述の実施例の基地局１２によれば、前記移動局１０から送信され、受信部２６（ＳＢ３）により受信された電波に含まれる拡散符号と予め記憶された該拡散符号のレプリカ符号との相関値が前記相関値演算部２８（ＳＢ４）により算出され、前記同期時刻検出部３０（ＳＢ４）により、前記相関値算出部によって算出された相関値に基づいて前記受信した電波に含まれる拡散符号と前記レプリカ符号の同期時刻が検出され、前記符号長決定部３２（ＳＢ７）により、前記同期時刻検出部３０における同期時刻検出の際に算出される前記相関値のピーク値の大きさと、前記同期時刻検出部３０に要求される予め設定された要求精度の値とに基づいて前記移動局１０が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【００７６】
また、前述の実施例の基地局１２によれば、前記相関値範囲算出部３４（ＳＥ１）により、前記要求精度の値と前記移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさとに基づいて、前記要求精度を満たす前記相関値の範囲が算出され、前記相関値評価部３６（ＳＥ２、ＳＥ４）により、前記相関値と前記相関値範囲算出部３４によって算出された範囲との関係を評価され、さらに符号長決定部３２（ＳＥ３、ＳＥ５）により、前記相関値が前記範囲を下回ると前記相関値評価部により評価された場合には、前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを増加させ、前記相関値が前記範囲を上回ると評価された場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを減少させるように決定するので、前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【００７７】
また、前述の実施例の移動局１０によれば、前記符号長設定部６０（ＳＢ８）により、前記基地局１２の符号長決定部３２（ＳＢ７）において決定された符号長の大きさに基づいて送信する拡散符号の符号長の大きさが設定され、前記拡散符号生成部６２（ＳＤ１）により、前記符号長設定部６０によって設定された符号長の大きさの拡散符号が生成され、前記送信部６４により、前記拡散符号生成部６２によって生成された拡散符号を含む電波が送信されるので、基地局１２の同期時刻検出部３０に要求される要求精度に必要な符号長の大きさの拡散符号が移動局１０から送信される。
【００７８】
また、前述の実施例の測距システム６によれば、前記測距部７４により、前記基地局１２の同期時刻検出部３０（ＳＢ４）によって検出される同期時刻と、前記移動局１０によって送信される電波の送信時刻とに基づいて前記移動局１０および基地局１２間の距離が算出されるので、前記同期時刻は、前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部３０に要求される要求精度の値とに基づいてその符号長の大きさが決定される拡散符号の同期検出によって得られ、その同期時刻を用いて前記測距部７４によって算出される移動局１０と基地局１２との距離は、正確に算出される。
【００７９】
また、前述の実施例の測位システム８によれば、前記３つ以上の基地局１２のそれぞれにおいて前記同期時刻検出部３０（ＳＢ４）により検出される同期時刻と、前記３つ以上の基地局１２のそれぞれの位置についての情報に基づいて、前記測位部７６（ＳＡ３）により前記移動局１０の位置が算出されるので、前記移動局１０による電波の送信時刻と基地局１２の受信時刻としての同期時刻とに基づいて正確に算出される移動局１０と基地局１２との距離に基づいて、移動局１０の位置が正確に算出される。
【００８０】
続いて、本発明の別の実施例について説明する。以下の説明において、実施例相互に共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【実施例２】
【００８１】
図１９は、本実施例における基地局１２の有する機能の概要を説明するブロック図であって、前述の実施例１における図３に相当する図である。図１９において、アンテナ２２、送受信切換回路２４、受信部２６、相関値算出部２８、同期時刻検出部３０、時計同期部４０、時計４２、有線通信インタフェース４４、送信部３８は、前述の実施例１のものと同様の機能を有するものであるので、説明を省略する。すなわち、図１９と図３を比べると、符号長決定部３２の機能が異なっている。
【００８２】
符号長決定部３２は、関係算出部４６を有する。関係算出部４６は、前述の実施例における相関値範囲算出部３４と同様に、移動局１０が送信しうる拡散符号の符号長の大きさのそれぞれについて、所定の相関値の間隔ごとに同期時刻検出の誤差の標準偏差の値をシミュレーションにより算出し、前記図１１に示すような表を作成して、図示しない記憶手段などに記憶させる。あるいは、図１１に示すような表に代えて、図２０に示すマップを作成してもよい。図２０は、同期時刻検出部３０において検出される相関値のピーク値に対して、要求される検出精度の値を満たす符号長の大きさの値を表す関係図（マップ）である。図２０における４つの直線Ｌ１乃至Ｌ４は、移動局１０と基地局１２との間の通信におけるジッタの大きさの標準偏差の値が所定値、例えば１２．５（ｎｓ）などの場合において、符号長の大きさがそれぞれ３１、６３、１２７、２５５である場合に、相関値のピーク値に対応する同期時刻検出誤差の値を表すものであって、シミュレーションによって得られるものである。そして、図２０に示される相関値のピーク値と同期時刻検出誤差との関係を表す座標は前記直線Ｌ１乃至Ｌ４によってＡｉ乃至Ａｖの５つの領域に分割されている。前述の直線Ｌ１乃至Ｌ４は、符号長の大きさごとに相関値のピーク値に対して最も小さい同期時刻検出誤差を表す直線であるので、これらの領域Ａｉ乃至Ａｉｖは、符号長の大きさがそれぞれ３１、６３、１２７、２５５る場合にそれぞれ相関値のピーク値に対して満たすことのできる同期時刻検出誤差を表す領域と、符号長の大きさが２５５以下では相関値のピーク値に対して満たすことができない同期時刻検出誤差を表す領域を示している。なお、関係算出部４６が算出する関係は、同期時刻検出部３０において検出される相関値のピーク値と、同期時刻検出部３０に要求される検出精度との関係に対応する符号長の大きさの値を示すものであればよく、例えば数式などであってもよい。
【００８３】
符号長決定部３２は、前記関係算出部４６によって算出された関係に、前記同期時刻検出部３０において検出される相関値のピーク値と同期時刻検出部３０に要求される検出精度とを適用することによって得られる符号長の大きさの値を、移動局１０が次回の送信において送信する拡散符号の符号長の大きさとして決定する。
【００８４】
具体的には、符号長決定部３２は、関係算出部４６が前記相関値のピーク値と、前記検出精度と前記符号長の大きさとの関係を図１１の表のように算出する場合には、前記同期時刻検出部３０において検出された相関値のピーク値に対応する検出精度の値のうち、要求される検出精度を超えることなく最も大きい値のセルを選択し、その選択されたセルに対応する符号長の大きさの値を、移動局１０が次回の送信において送信する拡散符号の符号長の大きさとして決定する。より具体的には、前記同期時刻検出部３０において検出された相関値のピーク値が０．９８４であり、要求される検出精度が８．０（ｎｓ）である場合においては、まず、表の相関値が０．９８０以上かつ０．９８５未満に対応する横方向に並んだセルに記載された検出精度の値が参照される。そして、これらの検出精度の値のうち、予め設定される検出精度の値である８．０を上回ることがなく、かつ最も大きい値である７．１が記載されたセルＣｓに対応する符号長の大きさの値６３を、移動局１０が次回の送信において送信する拡散符号の符号長の大きさとして決定する。
【００８５】
あるいは、関係算出部４６が図２０に示すようなマップを算出する場合には、符号長決定部３２は、同期時刻検出部３０において検出された相関値のピーク値と要求される検出精度との関係を表す点が、マップ中の何れの領域に存在するかを判断し、その点が存在する領域に対応する符号長の大きさの大きさを移動局１０が次回の送信において送信する拡散符号の符号長の大きさとして決定する。より具体的には、前記同期時刻検出部３０において検出された相関値のピーク値が０．９８４であり、要求される検出精度が８．０（ｎｓ）である場合は、これに対応する点Ｑの属する領域がＡｉｉであると判断される。そしてこの領域Ａｉｉに対応する符号長の大きさである６３を移動局１０が次回の送信において送信する拡散符号の符号長の大きさとして決定する。
【００８６】
なお、測位システム８におけるその他の構成、すなわち、移動局１０やサーバ１４については、図４および図５に示した前述の実施例における構成と同様のものが用いられる。
【００８７】
図２１は、本実施例における基地局１２の符号長決定部３２の制御作動の一例を説明するフローチャートであって、前述の実施例１における図１８に対応するものである。すなわち、図２１のフローチャートは、例えば図１５の測距システム６に対応するフローチャートにおけるＳＢ７において実行されるルーチンである。なお、測位システム８全体に関する制御作動は、前述の実施例１において説明した図１４乃至図１７に示したフローチャートと同様のものが用いられるので、説明を省略する。
【００８８】
図２１において、関係算出部４６に対応するＳＦ１においては、予め行なわれたシミュレーションの結果などに基づいて、移動局１０が送信しうる拡散符号の符号長の大きさのそれぞれについて、所定の相関値の間隔ごとに同期時刻検出の誤差の標準偏差の値がシミュレーションにより算出され、前記図１１に示すような表、あるいは、図２０に示すマップなどにより、これらの関係が算出される。
【００８９】
そして、符号長決定部３２に対応するＳＦ２においては、同期時刻検出部３０において検出された相関値のピーク値と、要求される同期時刻検出の検出誤差の値とが前記ＳＦ１において算出された関係に適用され、検出された相関値のピーク値において、前記要求される同期時刻検出の検出誤差を満たすために必要な最小の符号長の大きさの値が決定される。
【００９０】
前述の実施例２の基地局１２によれば、前記符号長決定部３２の有する関係算出部４６（ＳＦ１）により、前記同期時刻検出部３０による同期時刻検出の精度、前記相関値、および前記移動局が送信する拡散符号の符号長との関係が算出され、また、前記符号長決定部３２（ＳＦ２）によって、前記関係算出部４６により算出された関係、前記要求精度、および前記相関値に基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定されるので、前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。また、前述の実施例２の基地局１２を有する測距システム６あるいは測位システム８によれば、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【００９１】
なお、関係算出部４６による表あるいはマップなどの作成は、測位の実行注に限られない。すなわち、前述の実施例においては、図２１においては、図１５のＳＢ７によって本フローチャートが実行される場合においてＳＦ１およびＳＦ２が実行されるものとしたが、これに限られず、例えば、ＳＦ１については予め測位開始前に実行しておき、図１５のＳＢ７によって本フローチャートが実行される場合にはＳＦ２が実行されるようにしてもよい。
【００９２】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００９３】
例えば、前述の実施例においては、移動局１０および基地局１２はそれぞれ時計同期部６６および時計同期部４０を有し、移動局１０の時計６８の時刻および基地局１２の時計４２の時刻を同期させた。しかしながら、この時計同期部６６および時計同期部４０は必ずしも必要ではなく、これらがない場合であっても一定の効果を得ることができる。
【００９４】
また、前述の実施例においては、３つの基地局１２において検出された移動局１０からの電波の受信時刻に基づいて前記（１）式に基づいて移動局１０の位置の算出を行なった（ＴＯＡ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）方式）が、この様な態様に限られない。例えば、４つの基地局１２において検出された移動局１０からの電波の受信時刻の時間差に基づいて移動局１０の位置の算出を行なう（ＴＤＯＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）方式）こともできる。この様にすれば、少なくとも各基地局１２の時計が同期されていれば基地局１２の時計４２の時刻と移動局１０の時計６８の時刻との間に時刻のずれが存在する場合であっても、その時刻のずれが測位に影響を及ぼすことがない。具体的には例えば、前記式（１）の各式において、移動局１０の時計６８の時刻と各基地局１２の時計４２の時刻とのずれをｓ（ｓｅｃ）、すなわち、移動局１０の時計６８の時刻が各基地局１２の時計４２の時刻よりもｓだけ進んでいるとすると、前記式（１）は、次式（１’）のようになる。
（ｘ１−ｘ）２＋（ｙ１−ｙ）２＝｛ｃ×（Ｔｒ１−ｔｔ＋ｓ）｝２
（ｘ２−ｘ）２＋（ｙ２−ｙ）２＝｛ｃ×（Ｔｒ２−ｔｔ＋ｓ）｝２
（ｘ３−ｘ）２＋（ｙ３−ｙ）２＝｛ｃ×（Ｔｒ３−ｔｔ＋ｓ）｝２
（ｘ４−ｘ）２＋（ｙ４−ｙ）２＝｛ｃ×（Ｔｒ４−ｔｔ＋ｓ）｝２ …（１’）
ここで、ｔｔ（ｓｅｃ）は移動局１０における電波の送信時刻、Ｔｒ１乃至Ｔｒ４（ｓｅｃ）はそれぞれ、第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄにおける電波の受信時刻である。このとき、式（１’）の各式の両辺の平方根をとって、第１式と第２式、第１式と第３式、第１式と第４式の両辺の差をそれぞれとることにより、移動局１０における電波の送信時刻ｔｔ、および移動局１０の時計６８の時刻と各基地局１２の時計４２の時刻とのずれをｓを含まない式を得ることができ、これらを解くことにより移動局１０の位置を算出することができる。
【００９５】
また、前述の実施例においては、移動局１０および基地局１２はそれぞれ時計同期部６６および時計同期部４０を有し、移動局１０の時計６８の時刻および基地局１２の時計４２の時刻を同期させることにより、移動局１０の時計６８の時刻および基地局１２の時計４２の時刻の時刻ずれをないものとしたが、この様な態様にかぎられない。例えば、前述の実施例における時計同期部６６および時計同期部４０の作動を説明する図１６のフローチャートにおいて、ＳＣ１からＳＣ４までを実行することによって、移動局１０の時計６８の時刻および基地局１２の時計４２の時刻の時刻ずれを算出した後、移動局１０の時計６８の時刻の補正を行なわず、測距部７４において移動局１０の時計６８に基づいて計測された時刻、すなわち移動局１０からの電波の送信時刻を前記算出された時刻ずれに基づいて補正を行なうようにしてもよい。
【００９６】
なお、前述の実施例においては、移動局１０が２次元平面を移動する場合の測位の例について示したが、これに限られず、移動局１０が３次元空間を移動する場合も同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の測位システムの構成および機能の一例を説明するブロック図である。
【図２】本発明の測距システムの構成および機能の一例を説明するブロック図である。
【図３】本発明の基地局の構成および機能の一例を説明するブロック図である。
【図４】移動局の構成および機能の一例を説明するブロック図である。
【図５】サーバの構成および機能の一例を説明するブロック図である。
【図６】ジッタ、相関値のピーク値、同期時刻検出の誤差、測位誤差、および符号長の大きさの関係を説明する図である。
【図７】所定の符号長の大きさの拡散符号を移動局から送信した場合のジッタの標準偏差の大きさ、相関値のピーク値、および同期時刻検出の誤差の関係を説明する表である。
【図８】所定の符号長の大きさの拡散符号を移動局から送信した場合のジッタの標準偏差の大きさ、相関値のピーク値、および同期時刻検出の誤差の関係を説明する図である。
【図９】所定の大きさのジッタの標準偏差とした場合に、移動局から送信される符号長の大きさと同期時刻検出の誤差の大きさの標準偏差との関係を説明する表である。
【図１０】所定の大きさのジッタの標準偏差とした場合に、移動局から送信される符号長の大きさと同期時刻検出の誤差の大きさの標準偏差との関係を説明する図である。
【図１１】所定の大きさのジッタの標準偏差とした場合に、拡散符号の符号長の大きさと相関値の大きさとの組み合わせに対応して得られる同期時刻検出の誤差の標準偏差の値を表した表である。
【図１２】相関値算出部に好適に用いられるマッチドフィルタを説明する図である。
【図１３】測位部による移動局の位置の算出を説明する図である。
【図１４】本発明の測位システムにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートである。
【図１５】図１４のフローチャートのサブルーチンである測距ルーチンにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートである。
【図１６】図１５のフローチャートのサブルーチンである時計合わせルーチンにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートである。
【図１７】図１５のフローチャートのサブルーチンである送信ルーチンにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートである。
【図１８】図１５のフローチャートのサブルーチンである符号長の大きさ決定ルーチンにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートである。
【図１９】本発明の別の実施例における基地局の構成および機能の一例を説明するブロック図であって、図３に対応する図である。
【図２０】所定の大きさのジッタの標準偏差とした場合に、相関値の大きさと同期時刻検出の誤差の標準偏差との組み合わせに対応して得られる拡散符号の符号長の大きさの値を表した図である。
【図２１】本発明の別の実施例における図１５のフローチャートのサブルーチンである符号長の大きさ決定ルーチンにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートであって、図１８に対応する図である。
【符号の説明】
【００９８】
６：測距システム
８：測位システム
１０：移動局
１２：基地局
２６：（基地局の）受信部
２８：相関値算出部
３０：同期時刻検出部
３２：符号長決定部
３４：相関値範囲算出部
３６：相関値評価部
４０、６６：時計同期部
４６：関係算出部
６０：符号長設定部
６２：拡散符号生成部
６４：送信部
７４：測距部
７６：測位部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の符号長の大きさの拡散符号を含む電波を送信する移動局、拡散符号を含む電波を受信し、その受信時刻を検出し、また、要求された受信時刻の検出精度を満たすために必要となる拡散符号の符号長の大きさを決定する基地局、前記基地局によって検出される受信時刻に基づいて前記移動局および基地局の距離を算出する測距システム、および前記測距システムによって算出される複数の前記基地局および前記移動局との距離と前記複数の基地局の位置についての情報に基づいて移動局の位置を算出する測位システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動局が送信する電波を複数の基地局で受信し、これらの複数の基地局のそれぞれにおける電波の受信時刻に基づいて、前記移動局と前記複数の基地局のそれぞれとの距離を算出し、算出された距離に基づいて移動局の位置の検出を行なう測位システムが提案されている。
【０００３】
かかる測位システムにおいては、前記移動局と前記複数の基地局のそれぞれとの距離は、電波の伝搬時間に基づいて算出される。また、この電波の伝搬時間は移動局による電波の送信時刻と前記複数の基地局のそれぞれにおける電波の受信時刻に基づいて算出されることから、測位精度を高精度に行なうためには、前記複数の基地局のそれぞれにおける電波の受信時刻の検出をより高精度に行なう必要がある。特許文献１には、無線端末間でスペクトラム拡散された信号の位相を精密に検出することにより電波の伝搬時間を検出する方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５１０５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで無線通信においては、信号波形の立ち上がり時刻などに生ずる時間ゆらぎ、すなわちジッタ（ｊｉｔｔｅｒ）が含まれる。ジッタが大きいと受信器における受信時刻検出における誤差が大きく、すなわち受信時刻検出の精度が悪くなる。受信時刻検出における誤差あるいは精度は測位誤差に影響するため、ジッタが受信時刻検出結果に与える影響を低減することが望ましい。
【０００６】
ジッタが受信時刻検出誤差に及ぼす影響を緩和する手段として、受信時刻検出に使用する拡散符号長の大きさを大きくすることが考えられる。ジッタが受信時刻検出における誤差に与える影響を相対的に低減することができるためである。しかし符号長の大きさを大きくすることにより測位に要する時間は長くなるため符号長はシステム性能上必要最低限であることが望ましい。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、測位における符号長の大きさを、受信時刻の検出において必要とされる精度が得られ、かつ、受信時刻の検出に要する時間を短縮するように決定することができる基地局、移動局、測距システム、および測位システムを提供することにある。
【０００８】
本発明者は、以上の課題を解決するために種々検討を重ねた結果、無線通信において発生するジッタの大きさと、受信時刻検出時において用いられる同期時刻検出の際に算出される受信した電波に含まれる符号とそのレプリカ符号との相関値の大きさとには相関があるという点を見いだした。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するための請求項１にかかる発明は、（ａ）拡散符号を含む電波を送信する移動局と無線通信する基地局であって、（ｂ）該移動局から送信された拡散符号を含む電波を受信する受信部と、（ｃ）受信した電波を２値化するサンプリング部と、（ｄ）該サンプリング部によりサンプリングされた符号に含まれる拡散符号と予め記憶された該拡散符号のレプリカ符号との相関値を算出する相関値算出部と、（ｅ）該相関値算出部によって算出される相関値に基づいて前記受信した電波に含まれる拡散符号と前記レプリカ符号との同期時刻を検出する同期時刻検出部と、（ｆ）該同期時刻検出部における同期時刻検出の際に算出される前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される予め設定された要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを決定する符号長決定部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２にかかる発明は、（ａ）前記符号長決定部は、前記要求精度の値と前記移動局から送信される拡散符号の符号長の大きさとに基づいて、前記要求精度を満たす前記相関値の範囲を算出する相関値範囲算出部と、（ｂ）前記相関値と前記相関値範囲算出部によって算出された範囲との関係を評価する相関値評価部と、を有し、（ｃ）該相関値評価部により、前記相関値が前記範囲を下回ると評価される場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを増加させ、前記相関値が前記範囲を上回ると評価される場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを減少させるように決定することを特徴とする基地局である。
【００１１】
また、請求項３にかかる発明は、前記符号長決定部は、（ａ）前記同期時刻検出部による同期時刻検出の精度、前記相関値、および前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさとの関係を算出する関係算出部を有し、（ｂ）該関係算出部により算出された関係、前記要求精度、および前記相関値に基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを決定することを特徴とする基地局である。
【００１２】
また、請求項４にかかる発明は、（ａ）基地局によって受信される拡散符号を含む電波を送信する移動局であって、（ｂ）前記基地局の符号長決定部において決定された符号長の大きさに基づいて送信する拡散符号の符号長の大きさを設定する符号長設定部と、（ｃ）該符号長設定部によって設定された符号長の大きさの拡散符号を生成する拡散符号生成部と、（ｄ）該拡散符号生成部によって生成された拡散符号を含む電波を送信する送信部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５にかかる発明は、（ａ）移動局から送信された拡散符号を含む電波を基地局が受信することにより、その受信結果に基づいて該移動局と該基地局との距離を算出する測距システムであって、（ｂ）前記基地局は請求項１乃至３のいずれか１に記載の基地局であり、（ｃ）前記移動局は請求項４に記載の移動局であり、（ｄ）前記同期時刻検出部によって検出される同期時刻と、該移動局によって送信された電波の送信時刻とに基づいて前記移動局および基地局間の距離を算出する測距部を有することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６にかかる発明は、（ａ）移動局から送信される拡散符号を含む電波を３つ以上の基地局が受信することにより、その受信結果に基づいて該移動局の位置を算出する測位システムであって、（ｂ）前記基地局は請求項１乃至３にいずれか１に記載の基地局であり、（ｃ）前記移動局は請求項４に記載の移動局であり、（ｄ）前記同期時刻検出部によって検出される前記３つ以上の各基地局における同期時刻と、該３つ以上の基地局のそれぞれの位置についての情報に基づいて前記移動局の位置を算出する測位部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１にかかる基地局によれば、前記移動局から送信され、受信部により受信された電波をサンプリング部によりサンプリングすることによって得られる符号に含まれる拡散符号と予め記憶された該拡散符号のレプリカ符号との相関値が前記相関値演算部により算出され、前記同期時刻検出部により、前記相関値算出部によって算出された相関値に基づいて前記受信した電波に含まれる拡散符号と前記レプリカ符号との同期時刻が検出され、前記符号長決定部により、前記同期時刻検出部における同期時刻検出の際に算出される前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される予め設定された要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【００１６】
請求項２にかかる基地局によれば、前記相関値範囲算出部により、前記要求精度の値と前記移動局から送信される拡散符号の符号長の大きさとに基づいて、前記要求精度を満たす前記相関値の範囲が算出され、前記相関値評価部により、前記相関値と前記相関値範囲算出部によって算出された範囲との関係を評価され、さらに符号長決定部により、前記相関値が前記範囲を下回ると前記相関値評価部により評価された場合には、前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを増加させ、前記相関値が前記範囲を上回ると評価された場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを減少させるように決定するので、前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【００１７】
請求項３にかかる基地局によれば、前記符号長決定部の有する関係算出部により、前記同期時刻検出部による同期時刻検出の精度、前記相関値、および前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさとの関係が算出され、また、前記符号長決定部によって、前記関係算出部により算出された関係、前記要求精度、および前記相関値に基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定されるので、前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【００１８】
また、請求項４にかかる移動局によれば、前記符号長設定部により、前記基地局の符号長決定部において決定された符号長の大きさに基づいて送信する拡散符号の符号長の大きさが設定され、前記拡散符号生成部により、前記符号長設定部によって設定された符号長の大きさの拡散符号が生成され、前記送信部により、前記拡散符号生成部によって生成された拡散符号を含む電波が送信されるので、基地局の同期時刻検出部に要求される要求精度に必要な符号長の大きさの拡散符号が移動局から送信される。
【００１９】
また、請求項５にかかる測距システムによれば、該測距システムを構成する基地局は請求項１乃至３のいずれか１に記載の基地局であり、該測距システムを構成する移動局は請求項４に記載の移動局であり、また、前記測距部により、前記同期時刻検出部によって検出される同期時刻と、前記移動局によって送信される電波の送信時刻とに基づいて前記移動局および基地局間の距離が算出されるので、前記同期時刻は、前記相関値の大きさと前記同期時刻検出部に要求される要求精度の値とに基づいてその符号長の大きさが決定される拡散符号の同期検出によって得られ、その同期時刻を用いて前記測距部によって算出される移動局と基地局との距離は、正確に算出される。
【００２０】
また、請求項６にかかる測距システムによれば、前記３つ以上の基地局のそれぞれにおいて前記同期時刻検出部により検出される前記同期時刻と前記３つ以上の基地局のそれぞれの位置についての情報に基づいて、前記測位部により前記移動局の位置が算出されるので、前記移動局による電波の送信時刻と基地局の同期時刻とに基づいて正確に算出される移動局と基地局との距離に基づいて、移動局の位置が正確に算出される。
【００２１】
好適には、測距システムは、前記移動局および前記基地局がそれぞれ有する時計の時刻を同期する時計同期部を有するので、前記移動局による電波の送信時刻と基地局の受信時刻とに基づいて算出される移動局と基地局との距離は、正確に算出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の測位システム８の構成の一例を示した図である。図１に示すように、測位システム８は、移動可能な移動局１０、既知の位置に固定され、前記移動局１０と無線による通信を行なう機能を有する第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄの４つの基地局１２（以下、第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄを区別しない場合、基地局１２という。）、および例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂コンピュータを含んで構成されるサーバ１４を含んで構成される。なお、移動局１０の数は１個以上であればとくに限定されない。また、基地局１２はそれぞれ、通信ケーブル１８によってサーバ１４と接続され、例えば基地局１２およびサーバ１４によりＬＡＮが構築され、相互に通信可能とされている。
【００２４】
図２は、本発明の測距システム６の構成の一例を示した図である。図２に示すように、測距システム６は前記移動局１０から送信された電波を前記基地局１２が受信し、その受信結果を前記サーバ１４が処理することにより、前記移動局１０と前記基地局１２との距離ｌを算出する。前述の図１に示す測位システム８において、サーバ１４が各基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離を算出し、その距離に基づいて移動局１０の位置を算出する場合においては、前記測位システム８は各基地局１２と、移動局１０とサーバ１４を含む複数の測距システム６を含んで構成されているともいえる。すなわち、図１において、測位システム８は、第１基地局１２Ａと移動局１０との間の距離を算出する測距システム６Ａ、第２基地局１２Ｂと移動局１０との間の距離を算出する測距システム６Ｂ、第３基地局１２Ｃと移動局１０との間の距離を算出する測距システム６Ｃ、第４基地局１２Ｄと移動局１０との間の距離を算出する測距システム６Ｄ、を含んで構成されているともいえる。なお、図２においては、測距の対象は移動可能な移動局１０とされ、また、基地局１２は固定されているが、単に２つの無線局の間の距離を算出する場合においては、両者はともに移動可能であってもよい。
【００２５】
図３は、基地局１２の有する機能の一例の概要を説明するブロック図である。基地局１２は、アンテナ２２、送受信切換回路２４、受信部２６、サンプリング部２７、相関値算出部２８、同期時刻検出部３０、符号長決定部３２、相関値範囲算出部３４、相関値評価部３６、送信部３８、時計同期部４０、時計４２、有線通信インタフェース４４などを含んで構成される。また、この基地局１２は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、前記相関値算出部２８、同期時刻検出部３０、符号長決定部３２、時計同期部４０などにおける処理を実行するようになっている。
【００２６】
受信部２６および送信部３８は、いわゆる無線通信機能を実現するものであって、アンテナ２２を用いて電波の送受信を行なう。例えば送信部３８は、後述する移動局１０の作動を制御する指令や、後述する符号長決定部３２において決定された移動局１０から送信される符号の符号長の大きさに関する情報を含む電波を送信する。また、受信部２６は、移動局１０によって送信される電波を受信し、その内容を必要に応じて時計同期部４０、あるいは相関値算出部２８などに渡し処理を実行させる。すなわち、送信部３８は、所定の周波数の搬送波を発生する発振器、電波により送信する信号に基づいて前記搬送波を変調し、またデジタル変調などを行なう変調器、前記変調された搬送波を所定の出力に増幅する送信アンプなどを有し、また、受信部２６は、アンテナ２２によって受信された受信波を増幅する受信アンプ、受信波から所定の周波数成分のみを取り出すフィルタ、デジタル復調や検波器などによる復調を行なう復調器などによって実現される受信機能を含む。このとき、送信部３８および受信部２６が行なう無線通信は例えばいわゆるデジタル通信が好適に用いられるので、送信部３８および受信部２６はそのデジタル通信に必要となる変調あるいは復調のための機構を含む。サンプリング部２７は、このデジタル復調のための機構の１つであり、前記受信部２６において受信された電波の波形を解析し、例えば受信された電波の受信電圧の値が所定の閾値を超えた状態を１、閾値を超えていない状態を０のように２値化する。すなわち、このサンプリング部２７により、受信波に含まれる信号は１と０とのいずれかに２値化されたデジタル信号として出力される。なお、このサンプリング部２７による２値化は、１と０との２値化にかぎられず、例えば１と−１との２値化であってもよい。
【００２７】
また、アンテナ２２は、前述の送信部３８および受信部２６が電波を送受信する際に用いられるものであって、送受信する電波の周波数に適したものが用いられる。また、移動局１０の位置、すなわち基地局１２から見た移動局１０の方向に関わらず基地局１２からの距離が同じ位置に移動局１０が存在する場合には同じ強さで電波を受信できるように、アンテナ２２は少なくとも電波の伝搬方向に関して無指向性であるアンテナが好適に用いられる。
【００２８】
送受信切換回路２４は、前記受信部２６と送信部３８との何れを作動状態とするかを切り換える。すなわち、基地局１２が無線の受信状態にあるか送信状態にあるかを切り換える。好適には例えば、通常は基地局１２を受信状態としておき、例えば後述する符号長決定部３２において符号長の大きさが決定される場合など、移動局１０へ無線により送信する必要がある時においてのみ、基地局１２が送信状態とされてもよい。
【００２９】
相関値算出部２８は、移動局１０から送信される電波に含まれる拡散符号と、その拡散符号のレプリカ符号との相関値を算出する。具体的には、予め移動局１０が送信する拡散符号と同一のレプリカ符号を相関値算出部２８が有しておき、そのレプリカ符号と、受信された移動局１０からの電波から取り出された拡散符号（受信符号）とをマッチドフィルタ（図１２参照）に入力することにより、両者の相関値を得ることができる。このマッチドフィルタは遅延素子を含んで構成されており、少なくとも一方の入力、図１２においては受信符号を任意のビット数（遅延量）だけ遅延させて相関値を算出することができる。そして、前記受信符号を、たとえば図１２の遅延素子等を用いて所定の遅延量づつ遅延させ、再度相関値を算出する。この遅延を前記拡散符号の１符号長に相当するまで繰り返す。ここで、図１２のマッチドフィルタによって算出される２つの符号ａ，ｂの相関値Ｒは、次のように定義される。
【数１】
ここで、Ｎは２つの符号ａ，ｂの符号長の大きさであり、ａｋ、ｂｋ＋ιは符号ａ、ｂのそれぞれｋ番目のビット、ｋ＋ι番目のビットの内容である。また、ιは前記遅延素子などによる遅延量である。前記数１の右辺第２項においては、２つの符号ａ、ｂの各ビットごとの排他的論理和を算出し、算出された排他的論理和の合計に２を乗ずるものである。すなわち、前記２つの符号ａ、ｂの各ビットの内容が一致するほど、前記数２の右辺第２項の値は小さくなり、前記ａ、ｂの各ビットの内容が完全に一致するとその値は０となる。これに伴って、相関値Ｒの値は前記２つの符号ａ、ｂの各ビットの内容が一致するほど大きくなり、前記ａ、ｂの各ビットの内容が完全に一致するとその値はａ、ｂの符号長の大きさの値Ｎで最大となる。ところで、このように算出される相関値Ｒは符号長の大きさＮに依存する値である。一方、本発明においては、符号長の大きさの異なる符号の相関値のピーク値を比較するため、符号長の大きさで規格化した値であるＲＮＯＲＭ（ι）を用いている。具体的には、本発明で用いる規格化された相関値（以下単に「相関値」という。）ＲＮＯＲＭ（ι）は、
ＲＮＯＲＭ（ι）＝Ｒ（ι）／Ｎ
で表される。
【００３０】
同期時刻検出部３０は、前記相関値算出部２８によって算出される相関値に基づいて前記受信符号とレプリカ符号とが同期した時刻である同期時刻を検出する。具体的には、同期時刻検出部３０は、前記相関値算出部２８によって算出される相関値がピークを生じた際の時刻を同期時刻として検出する。これは、同期時には相関値に鋭いピークを生ずるという拡散符号の特性を用いたものである。
【００３１】
ところで、一般に無線通信においては、通信伝送の中で現れる時間ゆらぎ（ジッタ；ｊｉｔｔｅｒ）が生ずる。このジッタは、信号波形の立ち上がり時刻やパケットの到着間隔に現れるものであり、前記基地局１２の受信部２６によって受信される移動局１０からの電波に含まれる信号である受信符号にもジッタが含まれる。受信符号がジッタを含む場合には、前記相関値算出部２８による相関値の算出において誤差を生ずる。そのため、前記同期時刻検出部３０による同期時刻の検出においても誤差を生じ、さらに、後述する測距部７４によって算出される移動局１０と基地局１２との距離、あるいは測位部７６によって算出される移動局１０の位置についても誤差を生ずることとなる。
【００３２】
一方、ジッタの大きさと前記相関値算出部２８によって算出される相関値のピーク時における大きさ（相関値のピーク値）とは相関がある。すなわち、ジッタが大きいほど、相関値のピーク値は小さくなる。なお、ジッタの大きさとは、例えば、所定回数の信号波形の立ち上がりに対して発生したジッタの大きさの標準偏差が好適に用いられる。
【００３３】
図７および図８は、符号長の大きさＮをＮ＝６３とした拡散符号を移動局１０から送信した場合における、発生するジッタの標準偏差の大きさと、相関値算出部２８によって算出される相関値のピーク値および同期時刻検出部３０によって検出される同期時刻検出の誤差の大きさの標準偏差との関係のシミュレーション結果を示した表および図である。なお、同期時刻検出の誤差の大きさは、その標準偏差の大きさで表されている。図７の表および図８のグラフに示すように、ジッタの標準偏差の大きさが大きくなるほど相関値のピークの大きさは小さくなり、また、ジッタの標準偏差の大きさが大きくなるほど同期時刻検出の誤差の標準偏差は大きくなる。
【００３４】
ジッタによって生ずる誤差を低減するためには、相関値の算出を行なうための拡散符号の符号長の大きさを大きくすることが考えられる。拡散符号の符号長の大きさを大きくすると、信号の立ち上がりおよび立ち下がりの回数が増加する。これは見かけ上の測定回数が増えたことと同じといえる。したがって、同期時刻検出部３０による同期時刻の検出における誤差（同期時刻検出誤差）を低減することができる。図９および図１０は、ジッタの標準偏差を１２．５（ｎｓ）であるとした場合において、移動局１０から送信される符号長の大きさをそれぞれ３１、６３、１２７、２５５とした場合の、同期時刻検出部３０による同期時刻検出の誤差の大きさの標準偏差（ｎｓ）との関係についてのシミュレーションを行なった結果を示す表および図である。図９の表および図１０の図に示すように、相関値の算出に用いられる拡散符号の符号長の大きさが大きくなるほど、同期時刻検出部３０による同期時刻検出の誤差の大きさは小さくなることがわかる。
【００３５】
図６は、ジッタ、相関値算出部２８により算出される相関値のピーク値、拡散符号の符号長の大きさ、同期時刻検出部３０による同期時刻検出における誤差、測位部７６による測位の誤差の関係を表した図である。この図において、四角で表されたブロックは観測することのできない量、細線の楕円で表されたブロックは観測可能な量、太線の楕円で表されたブロックは制御可能な量を表している。図６に示すように、ジッタが大きくなるほど、同期時刻検出における誤差が大きくなり（正の相関）、同期時刻検出における誤差が大きくなるほど測位誤差が大きくなる（正の相関）。しかしながら、ジッタの大きさを測定することはできず、同期時刻検出における誤差や測位誤差の大きさを測定することはできない。また、ジッタの大きさが大きくなるほど、相関値のピーク値は小さくなり（負の相関）、拡散符号の符号長の大きさが大きくなるほど、同期時刻検出における誤差は小さくなる（負の相関）。
【００３６】
従って、測定可能な量である相関値のピーク値に基づいて符号長の大きさを大きくすることにより、測位誤差を所望の値よりも小さいものとすることが可能である。しかしながら、符号長の大きさを大きくすることは、前記相関値算出部２８による相関値の算出に要する時間が長くなるため、結果として測距部７４による測距、あるいは測位部７６による移動局１０の測位に要する時間が長くなる。そのため、符号長の大きさは、例えば同期時刻検出の誤差を予め設定される許容範囲におさめることのできる最小の大きさであることが望ましい。
【００３７】
そこで、符号長決定部３２は、同期時刻検出の誤差が予め設定される許容範囲内となる最小の符号長の大きさとなるように、移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさを決定する。具体的には例えば、符号長決定部３２は相関値範囲算出部３４、および相関値評価部３６を含んで構成される。相関値範囲算出部３４はまず、移動局１０が送信しうる拡散符号の符号長の大きさのそれぞれについて、所定の相関値の間隔ごとに同期時刻検出の誤差の標準偏差の値をシミュレーションにより算出する。図１１は、想定されるジッタの標準偏差の大きさを例えば１２．５（ｎｓ）とした場合に、拡散符号の符号長の大きさと相関値の大きさとの組み合わせに対応して得られる同期時刻検出の誤差の標準偏差の値を表した表である。この図１１の表によれば、例えば、符号長の大きさ６３の拡散符号が移動局１０から基地局１２へ送信される場合であって、その拡散符号を受信した基地局１２の相関値算出部２８において算出される相関値のピーク値が０．９８０であった場合には、その基地局１２の同期時刻検出部３０において検出される同期時刻の検出誤差の標準偏差は８．９（ｎｓ）である。なお、前記所定の相関値の間隔は、前記相関値算出部２８における分解能に基づいて決定される。例えば、相関値算出部２８の分解能が０．００５である場合には、図１１の表の相関値の間隔はその分解能と同一の０．００５とされる。
【００３８】
続いて、相関値範囲算出部３４は、操作者による入力などにより予め設定される同期時刻検出に許容される誤差の値に基づいて、符号長の大きさごとに、その許容される誤差を満たす最小の相関値の範囲を算出する。具体的には例えば、システムに要求される同期時刻検出の誤差が８（ｎｓ）以内とされる場合には、相関値範囲算出部３４は、図１１の表において太線で囲まれたセルがその誤差を満たすものと判断し、太線で囲まれたセルのうち、各符号長の大きさごとに、最も下に位置するセルに対応する相関値の範囲を、その誤差を満たすのに適した相関値の範囲であると算出する。すなわち、図１１の例でいえば、前述のように同期時刻検出の誤差が８（ｎｓ）以内とされる場合においては、符号長の大きさが３１の場合には、０．９９０以上、符号長の大きさが６３の場合０．９８５以上０．９９０未満、符号長の大きさが１２７の場合０．９８０以上０．９８５未満、符号長の大きさが２５５の場合０．９７０以上０．９７５未満がそれぞれ適当な相関値の範囲であると判断する。
【００３９】
相関値評価部３６は、前記相関値算出部２８において算出された相関値のピークと、前記相関値範囲算出部３４において算出された相関値の範囲とを比較し、算出された相関値のピークが前記相関値の範囲内にあるか、前記相関値の範囲の上限を超えているか、前記相関値の範囲の下限を下回っているかを判断する。具体的には例えば、要求される同期時刻の検出精度が８．０（ｎｓ）であり、移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが６３の場合には、前記相関値範囲算出部３４によって算出される相関値の範囲の上限ｔｈｕｐは０．９９０、下限ｔｈｌｏｗは０．９８５であるので、前記相関値算出部２８において算出される相関値のピークが上限ｔｈｕｐを上回っているか、上限ｔｈｕｐ未満かつ下限ｔｈｌｏｗ以上であるか、あるいは下限ｔｈｌｏｗを下回っているかを評価する。
【００４０】
そして、符号長決定部３２は、前記相関値評価部３６による相関値の評価に基づいて、次回に相関値算出部２８において相関値を算出するための拡散符号の符号長の大きさを決定する。具体的には、前記前記相関値評価部３６において、算出された相関値のピークが下限ｔｈｌｏｗを下回っていると評価された場合には、符号長の大きさを大きくなるように、また、相関値のピークが上限ｔｈｕｐを上回っていると評価された場合には、符号長の大きさを小さくなるように変更する。一方、相関値のピークが上限ｔｈｕｐ未満かつ下限ｔｈｌｏｗ以下であると評価された場合には、その符号長の大きさを維持する。より具体的には、要求される同期時刻の検出精度が８．０（ｎｓ）であり、移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが６３の場合には、前記相関値範囲算出部によって算出される相関値の範囲の上限ｔｈｕｐは０．９９０、下限ｔｈｌｏｗは０．９８５であるので、前記相関値算出部２８において算出される相関値のピークが上限ｔｈｕｐ＝０．９９０を上回っている場合には、符号長の大きさが３１に決定され、下限ｔｈｌｏｗ＝０．９８５を下回っている場合には符号長の大きさを１２７に決定する。なお、本実施例においては、符号長の大きさとは拡散符号のビット数を意味するものであり、拡散符号を構成する原始多項式の次数がｎの拡散符号の符号長の大きさは２ｎ−１である。また、符号長の大きさの変更は、例えば拡散符号を構成する原始多項式の次数を１つ減少あるいは増加させることによって行なわれる。
【００４１】
時計４２は、時刻を計測するものであって、例えば同期時刻検出部３０が同期時刻を検出する際などに参照される。また、時計同期部４０は時計４２の時刻と後述する移動局１０の時計６８の時刻とを同期させる。具体的には例えば、移動局１０が既知の位置に存在する場合において、移動局１０から送信された電波に含まれる送信時刻情報と、移動局１０から基地局１２までの距離に基づいて算出される電波の伝搬時間と、基地局１２において移動局１０から送信された電波の受信時間とに基づいて、基地局１２の時計４２の時刻と後述する移動局１０の時計６８の時刻との時刻ずれを算出し、かかる時刻ずれが零となるようにいずれかの時計の時刻を補正することにより、基地局１２の時計４２の時刻と後述する移動局１０の時計６８の時刻とを同期させる。
【００４２】
有線通信インタフェース４４は、通信ケーブル１８を介して基地局１２とサーバ１４との情報通信を行なう。具体的には、基地局１２の同期時刻検出部３０によって検出される電波の受信時刻としての同期時刻や、移動局１０から送信される電波に含まれる送信時刻についての情報が基地局１２からサーバ１４に送信されるほか、サーバ１４からは、基地局１２は移動局１０の作動に関する指令などが送信される。
【００４３】
図４は移動局１０の有する機能の概要を説明するブロック図である。移動局１０は、アンテナ５２、受信部５６、送信部６４、伝文解析部５８、符号長設定部６０、拡散符号生成部６２、時計同期部６６、時計６８などを有して構成される。また、この移動局１０は例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、前記伝文解析部５８、符号長設定部６０、拡散符号生成部６２、時計同期部６６などにおける処理を実行するようになっている。
【００４４】
受信部５６および送信部６４は、いわゆる無線通信機能を実現するものであって、アンテナ５２を用いて電波の送受信を行なう。例えば送信部６４は、前記基地局１２に対し相関値を算出するための拡散符号を含む電波を送信する。また、受信部５６は、基地局１２の符号長決定部３２によって決定された拡散符号の符号長の大きさに関する情報や、電波の送信開始などの移動局１０の作動に関する指令を含む電波を受信し、その内容を必要に応じて時計同期部６６、あるいは伝文解析部５８などに渡し処理を実行させる。すなわち、送信部６４は、所定の周波数の搬送波を発生する発振器、電波により送信する信号に基づいて前記搬送波を変調し、またデジタル変調などを行なう変調器、前記変調された搬送波を所定の出力に増幅する送信アンプなどを有し、また、受信部５６は、アンテナ５２によって受信された受信波を増幅する受信アンプ、受信波から所定の周波数成分のみを取り出すフィルタ、デジタル復調や検波器などによる復調を行なう復調器などによって実現される受信機能を含む。このとき、送信部６４および受信部５６が行なう無線通信は例えばいわゆるデジタル通信が好適に用いられるので、送信部６４および受信部５６はそのデジタル通信に必要となる変調あるいは復調のための機構を含む。
【００４５】
また、アンテナ５２は、前述の送信部６４および受信部５６が電波を送受信する際に用いられるものであって、送受信する電波の周波数に適したものが用いられる。また、移動局１０からの距離が同じ場合にアンテナ２２からの距離が同じ基地局１２において移動局１０からの方向に関わらず同じ強さで電波を受信できるように、アンテナ２２は少なくとも電波の伝搬方向に関して無指向性であるアンテナが好適に用いられる。
【００４６】
送受信切換回路５４は、前記無線部５６と送信部６４との何れを作動状態とするかを切り換える。すなわち、移動局１０が無線の受信状態にあるか送信状態にあるかを切り換える。好適には例えば、通常は移動局１０を受信状態としておき、例えば送信部６４により基地局１２に対して拡散符号が送信される場合など、無線により送信する必要がある時においてのみ、移動局１０が送信状態とされてもよい。
【００４７】
伝文解析部５８は、受信部５６において受信され、復号された基地局１２からの電波の内容を解析し、移動局１０の制御作動に関する指令を取り出す。
【００４８】
符号長設定部６０は、移動局１０が電波によって送信する拡散符号の符号長の大きさが設定される。この拡散符号の符号長の大きさは、前記基地局１２の符号長決定部３２によって決定され、その情報が基地局１２から移動局１０へ無線によって伝達されたものとされる。
【００４９】
拡散符号生成部６２は、移動局１０が電波によって送信する拡散符号を生成する。このとき、生成される拡散符号の符号長の大きさは、前記符号長設定部６０によって設定されたものが用いられる。具体的には例えば、拡散符号生成部６２は、図示しないメモリなどの記憶手段に予め複数の符号長の大きさに対応する拡散符号を複数記憶しておき、前記符号長設定部６０により設定される符号長の大きさに対応する複数の拡散符号から選択された１つの拡散符号が用いられる。このとき、予め記憶される複数の拡散符号と同一の拡散符号が基地局１２においても予め記憶されており、レプリカ符号として用いられる。
【００５０】
時計６８は、時刻を計測するものであって、例えば送信部６４が電波を送信する際に参照され、送信時刻に関する情報は拡散符号とともに基地局１２に送信される。また、時計同期部６６は前記基地局１２の時計同期部４０と協調して動作するものであって、前記基地局１２の時計４２の時刻と移動局１０の時計６８の時刻とを同期させる。具体的には例えば、移動局１０が既知の位置に存在する場合において、移動局１０から送信された電波に含まれる送信時刻情報と、移動局１０から基地局１２までの距離に基づいて算出される電波の伝搬時間と、基地局１２において移動局１０から送信された電波の受信時間とに基づいて、基地局１２の時計４２の時刻と移動局１０の時計６８の時刻との時刻ずれを算出し、かかる時刻ずれが零となるようにいずれかの時計の時刻を補正することにより、基地局１２の時計４２の時刻と後述する移動局１０の時計６８の時刻とを同期させる。
【００５１】
図５は、サーバ１４の有する機能の概要を説明するブロック図である。サーバ１４は有線通信インタフェース７２、測距部７４、測位部７６などを有している。また、サーバ１４は、前述のようにＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂コンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、図５に示す測距部７４、測位部７６などにおける処理を実行するようになっている。
【００５２】
有線通信インタフェース７２は、サーバ１４と基地局１２との通信ケーブル１８を通した情報通信を行なうためのインタフェースである。この有線通信インタフェース７２は、例えばサーバ１４から基地局１２に対し、基地局１２の制御作動に関する指令を行なったり、あるいは移動局１０の制御作動に関する指令を基地局１２を介して行なわせたりする。また、有線通信インタフェース７２は、基地局１２から送信される情報、例えば基地局１２における電波の受信時刻に関する情報や、移動局１０からの電波に含まれる移動局１０における電波の送信時刻に関する情報などが受信される。なお、サーバ１４の有線通信インタフェース７２が移動局１０の制御作動に関する指令を基地局１２を介して行なわせるのは、サーバ１４は無線通信に関する機能、すなわち受信部や送信部を有していない一方、移動局１０は有線通信に関する機能、すなわち有線通信インタフェースを有しておらず、サーバ１４と移動局１０とが直接通信を行なうことができないためであり、このため、サーバ１４と移動局１０とはいずれかの基地局１２を介して通信を行なうことができる。
【００５３】
測距部７４は、移動局１０における電波の送信時刻と各基地局１２におけるその電波の受信時刻とに基づいて、移動局１０および基地局１２の距離を算出する。具体的には、前記電波の受信時刻と電波の送信時刻との差によって算出される電波の伝搬時間に、電波の速度ｃ（＝２．９９７×１０８（ｍ／ｓ））を乗ずることによって移動局１０および基地局１２の距離が算出される。具体的には例えば、移動局１０における電波の送信時刻がｔｔ、第１基地局１２Ａにおける電波の受信時刻、すなわち第１基地局１２Ａの同期時刻検出部３０において検出された同期時刻がＴｒ１である場合、測距部７４は第１基地局１２Ａと移動局との距離ｒ１をｒ１＝ｃ×（Ｔｒ１−ｔｔ）のように算出する。このとき、移動局１０における電波の送信時刻に関する情報は、例えば、移動局１０の送信部６４が電波を送信する際に、送信する電波に時計６８を参照することにより得られる時刻情報を付加して送信し、これを受信した基地局１２の受信部２６が受信し、通信ケーブル１８を介してサーバ１４に伝達することにより得られる。また、基地局１２における電波の受信時刻は、同期時刻検出部３０によって検出される、移動局１０から送信される拡散符号の同期時刻が受信時刻として用いられる。なお、前述のように、基地局１２の時計同期部４０および移動局１０の時計同期部６６により、基地局１２の時計４２の時刻と移動局１０の時計６８の時刻とは同期されているので、基地局１２の時計４２の時刻に基づいて算出される受信時刻と、移動局１０の時計６８の時刻に基づいて算出される送信時刻により、移動局１０から基地局１２までの電波の伝搬時間を正確に算出することができる。
【００５４】
測位部７６は、予め既知である各基地局１２の位置に関する情報と、測距部７４において算出された各基地局１２と移動局１０との距離に関する情報とに基づいて、移動局１０の位置を算出する。具体的には例えば、すなわち、第１基地局１２Ａの位置を表す座標が（ｘ１，ｙ１）、第２基地局１２Ｂの座標が（ｘ２，ｙ２）、第３基地局１２Ｃの座標が（ｘ３，ｙ３）であり、前記測距部７４によって第１基地局１２Ａと移動局１０との距離がｒ１（ｍ）、第２基地局１２Ｂと移動局１０との距離がｒ２（ｍ）、第３基地局１２Ｃと移動局１０との距離がｒ３（ｍ）である場合において、移動局１０の位置を表す座標を（ｘ，ｙ）とすると、これらの関係は次式（１）で表される。
（ｘ１−ｘ）２＋（ｙ１−ｙ）２＝ｒ１２
（ｘ２−ｘ）２＋（ｙ２−ｙ）２＝ｒ２２
（ｘ３−ｘ）２＋（ｙ３−ｙ）２＝ｒ３２ …（１）
測位部７６はこの式（１）を満たす（ｘ，ｙ）を算出し、移動局１０の位置とする。図１３は、前述の式（１）で現れる第１基地局１２Ａ、第２基地局１２Ｂ、第３基地局１２Ｃ、および移動局１０の位置関係の一例を図示したものである。図１３に示すように、測距部７４により第１基地局１２Ａと移動局１０との距離がｒ１、第２基地局１２Ｂと移動局１０との距離がｒ２、第３基地局１２Ｃと移動局１０との距離がｒ３であると算出されると、測位部７６は第１基地局１２Ａを中心とする半径ｒ１の円と、第２基地局１２Ｂを中心とする半径ｒ２の円と、第３基地局１２Ｃを中心とする半径ｒ３の円の交点が移動局１０の位置であるとして算出する。なお、測位部７６においては、少なくとも３つの基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離が得られていれば移動局１０の位置の算出が可能であるため、式（１）および図１３においては、第４基地局１２Ｄに関する記載が省略されているが、第４基地局１２Ｄの位置、および第４基地局１２Ｄと移動局１０との距離を考慮して移動局１０の位置を算出することも可能である。
【００５５】
図１４は、本発明の測位システム８の制御作動の概要の一例を説明するフローチャートである。まずＳＡ１においては、例えば図示しない入力装置を用いて、操作者により要求される測位精度が設定される。この測位精度は、例えば、同期時刻検出部３０における同期時刻の検出における誤差の標準偏差の大きさ（ｎｓ）で設定される。
【００５６】
本発明の測距システム６に対応するＳＡ２においては、測位システム８を構成する基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離が算出される測距ルーチンが実行される。
【００５７】
図１５は、この測距ルーチンにおける制御作動の一例を説明するフローチャートであって、測距システム６に対応するものである。まず、基地局１２の時計同期部４０および移動局１０の時計同期部６６などに対応するＳＢ１においては、時計合わせルーチンが実行され、両者の時計とが同期させられる。図１６はこの時計合わせルーチンにおける制御作動の一例を説明するフローチャートである。まず、ＳＣ１においては、移動局１０が所定の既知の位置へ移動させられる。たとえば、図１において第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄの何れからも等距離である点Ｐなどに移動させられる。この点Ｐの位置は予め既知であり、点Ｐと各基地局１２との移動局１０との距離も既知とされている。なお、各基地局１２の時計４２の時刻は、例えば通信ケーブル１８を介してサーバから送信される時刻情報などに基づいて設定されるなどにより、予め同期されている。
【００５８】
移動局１０の送信部６４に対応するＳＣ２においては、後述するＳＣ３において受信時刻としての同期時刻を検出するための拡散符号、および電波の送信時刻に関する情報を含む電波が移動局１０から送信される。そして、基地局１２の受信部２６、相関値算出部２８、同期時刻検出部３０などに対応するＳＣ３においては、ＳＣ２において移動局１０から送信された電波が、少なくとも１つの基地局において受信され、その受信時刻が算出される。
【００５９】
基地局１２の時計同期部４０に対応するＳＣ４においては、ＳＣ３において移動局１０からの電波を受信した基地局１２において、移動局１０の時計６８の時刻と基地局１２の時計４２の時刻とのずれ量が算出される。このずれ量が、移動局１０の時計６８の時刻を補正する補正量である。このずれ量ｔｄｉｆｆの算出は、ＳＣ１において移動局１０が位置する既知の点ＰとＳＣ３において移動局１０からの電波を受信した基地局１２との距離を電波の速度ｃで除することにより得られる電波の伝搬時間の理論値ｔｔｈと、ＳＣ３において算出される移動局１０からの電波の受信時刻とＳＣ２における移動局１０からの電波の送信時刻との差によって算出される実際の電波の伝搬時間ｔｒｅに基づいて、ｔｄｉｆｆ＝ｔｒｅ−ｔｔｈのように算出される。すなわち、電波の伝搬時間の理論値ｔｔｈが実際の電波の伝搬時間ｔｒｅよりも大きい場合には、その差分ｔｄｉｆｆ（＝ｔｒｅ−ｔｔｈ）だけ移動局１０の時計６８を進めるように算出される。
【００６０】
基地局１２の送信部３８などに対応するＳＣ５においては、ＳＣ４において算出された移動局１０の時計６８のずれ量ｔｄｉｆｆについての情報が、例えばＳＣ４の実行された基地局１２から移動局１０へ無線により送信される。
【００６１】
移動局１０の受信部５６、時計同期部６６などに対応するＳＣ６においては、ＳＣ５において基地局１２から無線により送信された移動局１０の時計６８のずれ量ｔｄｉｆｆについての情報に基づいて、移動局１０の時計６８の時刻が補正される。この補正により、移動局１０の時計６８の時刻と基地局１２の時計４２の時刻とは同期される。
【００６２】
図１５のフローチャートに戻って、移動局１０の送信部６４などに対応するＳＢ２においては、移動局１０から各基地局１２に対し測位のための電波の送信が行なわれる送信ルーチンが実行される。
【００６３】
図１７は、この送信ルーチンにおける制御作動の一例を説明するフローチャートであって、移動局１０の拡散符号生成部６２に対応するステップ（以下「ステップ」を省略する。）ＳＤ１においては、設定された拡散符号の符号長の大きさに対応する拡散符号が生成される。この拡散符号の生成は、例えば、予め記憶された複数の符号長の大きさに対応する拡散符号の中から、前記設定された拡散符号の符号長の大きさに対応する拡散符号が選択されることによって行なわれる。また、前記設定された拡散符号の符号長の大きさとは、図１５のフローチャートが繰り返し実行される場合においては前回の実行時における後述するＳＢ７において決定されるものが採用される。一方、図１５のフローチャートが初めて実行される場合には、例えば符号長の大きさの大きさが６３などのように予め定められた初期値が用いられる。
【００６４】
移動局１０の送信部６４などに対応するＳＤ２においては、ＳＤ１において決定された拡散符号を含む電波が基地局１２に対して送信される。
【００６５】
図１５に戻って、基地局１２の受信部２６などに対応するＳＢ３においては、ＳＢ２において移動局１０から送信された拡散符号を含む電波が受信される。そして、基地局１２の相関値算出部２８および同期時刻検出部３０に対応するＳＢ４においては、ＳＢ３で受信された電波に含まれる拡散符号と、そのレプリカ符号との相関値が、前記受信された電波に含まれる拡散符号を所定単位時間ずつずらしながら算出され、算出された相関値がピークを生じた際のずらした時間に基づいて、同期時刻が算出される。さらに、ピークとなった相関値の値が図示しない記憶手段などに記憶される。また、ＳＢ５においては、ＳＢ４において検出された移動局１０からの電波の受信時刻としての同期時刻と、前記ＳＢ２において移動局１０からの電波に含まれるその電波の送信時刻に関する情報とに基づいて、移動局１０から基地局１２への電波の伝搬時間が算出され、サーバ１４に送信される。
【００６６】
サーバ１４の測距部７４などに対応するＳＢ６においては、前記ＳＢ５において算出されサーバ１４に送信された移動局１０から基地局１２への電波の伝搬時間に基づいて、移動局１０と基地局１２との距離が算出される。具体的には、前記伝搬時間に電波の速度ｃを乗ずることにより移動局１０と基地局１２との距離が算出される。なお、測位のために、少なくとも３つ以上の基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離を算出される。
【００６７】
基地局１２の符号長決定部３２などに対応するＳＢ７においては、ＳＢ４において検出された相関値のピーク値などに基づいて、次回に測位を行なう際に移動局１０から送信される電波に含まれる拡散符号の符号長の大きさが決定される符号長大きさ決定ルーチンが実行される。
【００６８】
図１８はこの符号長の大きさ決定ルーチンにおける制御作動の一例を説明するフローチャートである。まず、相関値範囲算出部３４に対応するステップ（以下「ステップ」を省略する。）ＳＥ１においては、移動局１０から送信される電波に含まれる拡散符号の符号長の大きさの現在の値と、要求される同期時刻検出の精度とに基づいて、相関値のピーク値が満たす範囲である相関値範囲の上限ｔｈｕｐおよび下限ｔｈｌｏｗが決定される。
【００６９】
続く相関値評価３６に対応するＳＥ２においては、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値と、ＳＥ１で算出された相関値範囲の上限ｔｈｕｐとが比較され、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値が相関値範囲の上限ｔｈｕｐを上回っているかが判断される。そして、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値が相関値範囲の上限ｔｈｕｐを上回っている場合には本ステップの判断が肯定され、ＳＥ３が実行される。
【００７０】
符号長決定部３２に対応するＳＥ３においては、移動局１０の測位のために次回に移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが小さくなるように決定される。これは、本ステップが実行される場合、すなわち、ＳＥ２の判断が肯定される場合は、移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが要求される同期時刻検出の誤差を満たす程度に十分大きい一方、必要以上に長いため、計算時間が長くなっているためである。具体的には例えば、符号長の大きさの変更は、例えば拡散符号を構成する原始多項式の次数を１つ減少させることによって行なわれる。
【００７１】
相関値評価部３６に対応するＳＥ４においては、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値と、ＳＥ１で算出された相関値範囲の下限ｔｈｌｏｗとが比較され、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値が相関値範囲の下限ｔｈｌｏｗを下回っているかが判断される。そして、ＳＢ４で検出された相関値のピーク値が相関値範囲の下限ｔｈｌｏｗを下回っている場合には本ステップの判断が肯定され、ＳＥ５が実行される。
【００７２】
符号長決定部３２に対応するＳＥ５においては、移動局１０の測位のために次回に移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが大きくなるように決定される。これは、本ステップが実行される場合、すなわち、ＳＥ４の判断が肯定される場合は、移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさが要求される同期時刻検出の誤差を満たさない程度に小さいためである。具体的には例えば、符号長の大きさの変更は、例えば拡散符号を構成する原始多項式の次数を１つ増加させることによって行なわれる。
【００７３】
一方、ＳＥ２およびＳＥ４の判断が何れも否定される場合、すなわち、ＳＢ４において検出された相関値のピーク値がＳＥ１において算出された相関値範囲ないである場合には、符号長の大きさは変更されることなく本フローチャートは終了する。
【００７４】
図１５に戻って、基地局１２の送信部３８、移動局１０の受信部５６、伝文解析部５８および符号長設定部６０などに対応するＳＢ８においては、ＳＢ７において決定された次に送信する拡散符号の符号長の大きさの値が基地局１２から移動局１０に送信され、移動局１０において設定される。すなわち、図１５のフローチャートが反復して実行される場合に、次にＳＢ２が実行され移動局１０から拡散符号を含む電波が送信される場合に、その拡散符号の符号長の大きさが設定される。
【００７５】
前述の実施例の基地局１２によれば、前記移動局１０から送信され、受信部２６（ＳＢ３）により受信された電波に含まれる拡散符号と予め記憶された該拡散符号のレプリカ符号との相関値が前記相関値演算部２８（ＳＢ４）により算出され、前記同期時刻検出部３０（ＳＢ４）により、前記相関値算出部によって算出された相関値に基づいて前記受信した電波に含まれる拡散符号と前記レプリカ符号の同期時刻が検出され、前記符号長決定部３２（ＳＢ７）により、前記同期時刻検出部３０における同期時刻検出の際に算出される前記相関値のピーク値の大きさと、前記同期時刻検出部３０に要求される予め設定された要求精度の値とに基づいて前記移動局１０が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【００７６】
また、前述の実施例の基地局１２によれば、前記相関値範囲算出部３４（ＳＥ１）により、前記要求精度の値と前記移動局１０から送信される拡散符号の符号長の大きさとに基づいて、前記要求精度を満たす前記相関値の範囲が算出され、前記相関値評価部３６（ＳＥ２、ＳＥ４）により、前記相関値と前記相関値範囲算出部３４によって算出された範囲との関係を評価され、さらに符号長決定部３２（ＳＥ３、ＳＥ５）により、前記相関値が前記範囲を下回ると前記相関値評価部により評価された場合には、前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを増加させ、前記相関値が前記範囲を上回ると評価された場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを減少させるように決定するので、前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。
【００７７】
また、前述の実施例の移動局１０によれば、前記符号長設定部６０（ＳＢ８）により、前記基地局１２の符号長決定部３２（ＳＢ７）において決定された符号長の大きさに基づいて送信する拡散符号の符号長の大きさが設定され、前記拡散符号生成部６２（ＳＤ１）により、前記符号長設定部６０によって設定された符号長の大きさの拡散符号が生成され、前記送信部６４により、前記拡散符号生成部６２によって生成された拡散符号を含む電波が送信されるので、基地局１２の同期時刻検出部３０に要求される要求精度に必要な符号長の大きさの拡散符号が移動局１０から送信される。
【００７８】
また、前述の実施例の測距システム６によれば、前記測距部７４により、前記基地局１２の同期時刻検出部３０（ＳＢ４）によって検出される同期時刻と、前記移動局１０によって送信される電波の送信時刻とに基づいて前記移動局１０および基地局１２間の距離が算出されるので、前記同期時刻は、前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部３０に要求される要求精度の値とに基づいてその符号長の大きさが決定される拡散符号の同期検出によって得られ、その同期時刻を用いて前記測距部７４によって算出される移動局１０と基地局１２との距離は、正確に算出される。
【００７９】
また、前述の実施例の測位システム８によれば、前記３つ以上の基地局１２のそれぞれにおいて前記同期時刻検出部３０（ＳＢ４）により検出される同期時刻と、前記３つ以上の基地局１２のそれぞれの位置についての情報に基づいて、前記測位部７６（ＳＡ３）により前記移動局１０の位置が算出されるので、前記移動局１０による電波の送信時刻と基地局１２の受信時刻としての同期時刻とに基づいて正確に算出される移動局１０と基地局１２との距離に基づいて、移動局１０の位置が正確に算出される。
【００８０】
続いて、本発明の別の実施例について説明する。以下の説明において、実施例相互に共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【実施例２】
【００８１】
図１９は、本実施例における基地局１２の有する機能の概要を説明するブロック図であって、前述の実施例１における図３に相当する図である。図１９において、アンテナ２２、送受信切換回路２４、受信部２６、相関値算出部２８、同期時刻検出部３０、時計同期部４０、時計４２、有線通信インタフェース４４、送信部３８は、前述の実施例１のものと同様の機能を有するものであるので、説明を省略する。すなわち、図１９と図３を比べると、符号長決定部３２の機能が異なっている。
【００８２】
符号長決定部３２は、関係算出部４６を有する。関係算出部４６は、前述の実施例における相関値範囲算出部３４と同様に、移動局１０が送信しうる拡散符号の符号長の大きさのそれぞれについて、所定の相関値の間隔ごとに同期時刻検出の誤差の標準偏差の値をシミュレーションにより算出し、前記図１１に示すような表を作成して、図示しない記憶手段などに記憶させる。あるいは、図１１に示すような表に代えて、図２０に示すマップを作成してもよい。図２０は、同期時刻検出部３０において検出される相関値のピーク値に対して、要求される検出精度の値を満たす符号長の大きさの値を表す関係図（マップ）である。図２０における４つの直線Ｌ１乃至Ｌ４は、移動局１０と基地局１２との間の通信におけるジッタの大きさの標準偏差の値が所定値、例えば１２．５（ｎｓ）などの場合において、符号長の大きさがそれぞれ３１、６３、１２７、２５５である場合に、相関値のピーク値に対応する同期時刻検出誤差の値を表すものであって、シミュレーションによって得られるものである。そして、図２０に示される相関値のピーク値と同期時刻検出誤差との関係を表す座標は前記直線Ｌ１乃至Ｌ４によってＡｉ乃至Ａｖの５つの領域に分割されている。前述の直線Ｌ１乃至Ｌ４は、符号長の大きさごとに相関値のピーク値に対して最も小さい同期時刻検出誤差を表す直線であるので、これらの領域Ａｉ乃至Ａｉｖは、符号長の大きさがそれぞれ３１、６３、１２７、２５５る場合にそれぞれ相関値のピーク値に対して満たすことのできる同期時刻検出誤差を表す領域と、符号長の大きさが２５５以下では相関値のピーク値に対して満たすことができない同期時刻検出誤差を表す領域を示している。なお、関係算出部４６が算出する関係は、同期時刻検出部３０において検出される相関値のピーク値と、同期時刻検出部３０に要求される検出精度との関係に対応する符号長の大きさの値を示すものであればよく、例えば数式などであってもよい。
【００８３】
符号長決定部３２は、前記関係算出部４６によって算出された関係に、前記同期時刻検出部３０において検出される相関値のピーク値と同期時刻検出部３０に要求される検出精度とを適用することによって得られる符号長の大きさの値を、移動局１０が次回の送信において送信する拡散符号の符号長の大きさとして決定する。
【００８４】
具体的には、符号長決定部３２は、関係算出部４６が前記相関値のピーク値と、前記検出精度と前記符号長の大きさとの関係を図１１の表のように算出する場合には、前記同期時刻検出部３０において検出された相関値のピーク値に対応する検出精度の値のうち、要求される検出精度を超えることなく最も大きい値のセルを選択し、その選択されたセルに対応する符号長の大きさの値を、移動局１０が次回の送信において送信する拡散符号の符号長の大きさとして決定する。より具体的には、前記同期時刻検出部３０において検出された相関値のピーク値が０．９８４であり、要求される検出精度が８．０（ｎｓ）である場合においては、まず、表の相関値が０．９８０以上かつ０．９８５未満に対応する横方向に並んだセルに記載された検出精度の値が参照される。そして、これらの検出精度の値のうち、予め設定される検出精度の値である８．０を上回ることがなく、かつ最も大きい値である７．１が記載されたセルＣｓに対応する符号長の大きさの値６３を、移動局１０が次回の送信において送信する拡散符号の符号長の大きさとして決定する。
【００８５】
あるいは、関係算出部４６が図２０に示すようなマップを算出する場合には、符号長決定部３２は、同期時刻検出部３０において検出された相関値のピーク値と要求される検出精度との関係を表す点が、マップ中の何れの領域に存在するかを判断し、その点が存在する領域に対応する符号長の大きさの大きさを移動局１０が次回の送信において送信する拡散符号の符号長の大きさとして決定する。より具体的には、前記同期時刻検出部３０において検出された相関値のピーク値が０．９８４であり、要求される検出精度が８．０（ｎｓ）である場合は、これに対応する点Ｑの属する領域がＡｉｉであると判断される。そしてこの領域Ａｉｉに対応する符号長の大きさである６３を移動局１０が次回の送信において送信する拡散符号の符号長の大きさとして決定する。
【００８６】
なお、測位システム８におけるその他の構成、すなわち、移動局１０やサーバ１４については、図４および図５に示した前述の実施例における構成と同様のものが用いられる。
【００８７】
図２１は、本実施例における基地局１２の符号長決定部３２の制御作動の一例を説明するフローチャートであって、前述の実施例１における図１８に対応するものである。すなわち、図２１のフローチャートは、例えば図１５の測距システム６に対応するフローチャートにおけるＳＢ７において実行されるルーチンである。なお、測位システム８全体に関する制御作動は、前述の実施例１において説明した図１４乃至図１７に示したフローチャートと同様のものが用いられるので、説明を省略する。
【００８８】
図２１において、関係算出部４６に対応するＳＦ１においては、予め行なわれたシミュレーションの結果などに基づいて、移動局１０が送信しうる拡散符号の符号長の大きさのそれぞれについて、所定の相関値の間隔ごとに同期時刻検出の誤差の標準偏差の値がシミュレーションにより算出され、前記図１１に示すような表、あるいは、図２０に示すマップなどにより、これらの関係が算出される。
【００８９】
そして、符号長決定部３２に対応するＳＦ２においては、同期時刻検出部３０において検出された相関値のピーク値と、要求される同期時刻検出の検出誤差の値とが前記ＳＦ１において算出された関係に適用され、検出された相関値のピーク値において、前記要求される同期時刻検出の検出誤差を満たすために必要な最小の符号長の大きさの値が決定される。
【００９０】
前述の実施例２の基地局１２によれば、前記符号長決定部３２の有する関係算出部４６（ＳＦ１）により、前記同期時刻検出部３０による同期時刻検出の精度、前記相関値、および前記移動局が送信する拡散符号の符号長との関係が算出され、また、前記符号長決定部３２（ＳＦ２）によって、前記関係算出部４６により算出された関係、前記要求精度、および前記相関値に基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定されるので、前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさが決定される。また、前述の実施例２の基地局１２を有する測距システム６あるいは測位システム８によれば、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【００９１】
なお、関係算出部４６による表あるいはマップなどの作成は、測位の実行注に限られない。すなわち、前述の実施例においては、図２１においては、図１５のＳＢ７によって本フローチャートが実行される場合においてＳＦ１およびＳＦ２が実行されるものとしたが、これに限られず、例えば、ＳＦ１については予め測位開始前に実行しておき、図１５のＳＢ７によって本フローチャートが実行される場合にはＳＦ２が実行されるようにしてもよい。
【００９２】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００９３】
例えば、前述の実施例においては、移動局１０および基地局１２はそれぞれ時計同期部６６および時計同期部４０を有し、移動局１０の時計６８の時刻および基地局１２の時計４２の時刻を同期させた。しかしながら、この時計同期部６６および時計同期部４０は必ずしも必要ではなく、これらがない場合であっても一定の効果を得ることができる。
【００９４】
また、前述の実施例においては、３つの基地局１２において検出された移動局１０からの電波の受信時刻に基づいて前記（１）式に基づいて移動局１０の位置の算出を行なった（ＴＯＡ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）方式）が、この様な態様に限られない。例えば、４つの基地局１２において検出された移動局１０からの電波の受信時刻の時間差に基づいて移動局１０の位置の算出を行なう（ＴＤＯＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）方式）こともできる。この様にすれば、少なくとも各基地局１２の時計が同期されていれば基地局１２の時計４２の時刻と移動局１０の時計６８の時刻との間に時刻のずれが存在する場合であっても、その時刻のずれが測位に影響を及ぼすことがない。具体的には例えば、前記式（１）の各式において、移動局１０の時計６８の時刻と各基地局１２の時計４２の時刻とのずれをｓ（ｓｅｃ）、すなわち、移動局１０の時計６８の時刻が各基地局１２の時計４２の時刻よりもｓだけ進んでいるとすると、前記式（１）は、次式（１’）のようになる。
（ｘ１−ｘ）２＋（ｙ１−ｙ）２＝｛ｃ×（Ｔｒ１−ｔｔ＋ｓ）｝２
（ｘ２−ｘ）２＋（ｙ２−ｙ）２＝｛ｃ×（Ｔｒ２−ｔｔ＋ｓ）｝２
（ｘ３−ｘ）２＋（ｙ３−ｙ）２＝｛ｃ×（Ｔｒ３−ｔｔ＋ｓ）｝２
（ｘ４−ｘ）２＋（ｙ４−ｙ）２＝｛ｃ×（Ｔｒ４−ｔｔ＋ｓ）｝２ …（１’）
ここで、ｔｔ（ｓｅｃ）は移動局１０における電波の送信時刻、Ｔｒ１乃至Ｔｒ４（ｓｅｃ）はそれぞれ、第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄにおける電波の受信時刻である。このとき、式（１’）の各式の両辺の平方根をとって、第１式と第２式、第１式と第３式、第１式と第４式の両辺の差をそれぞれとることにより、移動局１０における電波の送信時刻ｔｔ、および移動局１０の時計６８の時刻と各基地局１２の時計４２の時刻とのずれをｓを含まない式を得ることができ、これらを解くことにより移動局１０の位置を算出することができる。
【００９５】
また、前述の実施例においては、移動局１０および基地局１２はそれぞれ時計同期部６６および時計同期部４０を有し、移動局１０の時計６８の時刻および基地局１２の時計４２の時刻を同期させることにより、移動局１０の時計６８の時刻および基地局１２の時計４２の時刻の時刻ずれをないものとしたが、この様な態様にかぎられない。例えば、前述の実施例における時計同期部６６および時計同期部４０の作動を説明する図１６のフローチャートにおいて、ＳＣ１からＳＣ４までを実行することによって、移動局１０の時計６８の時刻および基地局１２の時計４２の時刻の時刻ずれを算出した後、移動局１０の時計６８の時刻の補正を行なわず、測距部７４において移動局１０の時計６８に基づいて計測された時刻、すなわち移動局１０からの電波の送信時刻を前記算出された時刻ずれに基づいて補正を行なうようにしてもよい。
【００９６】
なお、前述の実施例においては、移動局１０が２次元平面を移動する場合の測位の例について示したが、これに限られず、移動局１０が３次元空間を移動する場合も同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の測位システムの構成および機能の一例を説明するブロック図である。
【図２】本発明の測距システムの構成および機能の一例を説明するブロック図である。
【図３】本発明の基地局の構成および機能の一例を説明するブロック図である。
【図４】移動局の構成および機能の一例を説明するブロック図である。
【図５】サーバの構成および機能の一例を説明するブロック図である。
【図６】ジッタ、相関値のピーク値、同期時刻検出の誤差、測位誤差、および符号長の大きさの関係を説明する図である。
【図７】所定の符号長の大きさの拡散符号を移動局から送信した場合のジッタの標準偏差の大きさ、相関値のピーク値、および同期時刻検出の誤差の関係を説明する表である。
【図８】所定の符号長の大きさの拡散符号を移動局から送信した場合のジッタの標準偏差の大きさ、相関値のピーク値、および同期時刻検出の誤差の関係を説明する図である。
【図９】所定の大きさのジッタの標準偏差とした場合に、移動局から送信される符号長の大きさと同期時刻検出の誤差の大きさの標準偏差との関係を説明する表である。
【図１０】所定の大きさのジッタの標準偏差とした場合に、移動局から送信される符号長の大きさと同期時刻検出の誤差の大きさの標準偏差との関係を説明する図である。
【図１１】所定の大きさのジッタの標準偏差とした場合に、拡散符号の符号長の大きさと相関値の大きさとの組み合わせに対応して得られる同期時刻検出の誤差の標準偏差の値を表した表である。
【図１２】相関値算出部に好適に用いられるマッチドフィルタを説明する図である。
【図１３】測位部による移動局の位置の算出を説明する図である。
【図１４】本発明の測位システムにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートである。
【図１５】図１４のフローチャートのサブルーチンである測距ルーチンにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートである。
【図１６】図１５のフローチャートのサブルーチンである時計合わせルーチンにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートである。
【図１７】図１５のフローチャートのサブルーチンである送信ルーチンにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートである。
【図１８】図１５のフローチャートのサブルーチンである符号長の大きさ決定ルーチンにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートである。
【図１９】本発明の別の実施例における基地局の構成および機能の一例を説明するブロック図であって、図３に対応する図である。
【図２０】所定の大きさのジッタの標準偏差とした場合に、相関値の大きさと同期時刻検出の誤差の標準偏差との組み合わせに対応して得られる拡散符号の符号長の大きさの値を表した図である。
【図２１】本発明の別の実施例における図１５のフローチャートのサブルーチンである符号長の大きさ決定ルーチンにおける制御作動の一例の概要を説明するフローチャートであって、図１８に対応する図である。
【符号の説明】
【００９８】
６：測距システム
８：測位システム
１０：移動局
１２：基地局
２６：（基地局の）受信部
２８：相関値算出部
３０：同期時刻検出部
３２：符号長決定部
３４：相関値範囲算出部
３６：相関値評価部
４０、６６：時計同期部
４６：関係算出部
６０：符号長設定部
６２：拡散符号生成部
６４：送信部
７４：測距部
７６：測位部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散符号を含む電波を送信する移動局と無線通信する基地局であって、
該移動局から送信された拡散符号を含む電波を受信する受信部と、
受信した電波を２値化するサンプリング部と、
該サンプリング部によりサンプリングされた符号に含まれる拡散符号と予め記憶された該拡散符号のレプリカ符号との相関値を算出する相関値算出部と、
該相関値算出部によって算出される相関値に基づいて前記受信した電波に含まれる拡散符号と前記レプリカ符号との同期時刻を検出する同期時刻検出部と、
該同期時刻検出部における同期時刻検出の際に算出される前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される予め設定された要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを決定する符号長決定部と、を有すること
を特徴とする基地局。
【請求項２】
前記符号長決定部は、
前記要求精度の値と前記移動局から送信される拡散符号の符号長の大きさとに基づいて、前記要求精度を満たす前記相関値の範囲を算出する相関値範囲算出部と、
前記相関値と前記相関値範囲算出部によって算出された範囲との関係を評価する相関値評価部と、を有し、
該相関値評価部により、前記相関値が前記範囲を下回ると評価される場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを増加させ、前記相関値が前記範囲を上回ると評価される場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを減少させるように決定することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記符号長決定部は、
前記同期時刻検出部による同期時刻検出の精度、前記相関値、および前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさとの関係を算出する関係算出部を有し、
該関係算出部により算出された関係、前記要求精度、および前記相関値に基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを決定すること
を特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項４】
基地局によって受信される拡散符号を含む電波を送信する移動局であって、
前記基地局の符号長決定部において決定された符号長の大きさに基づいて送信する拡散符号の符号長の大きさを設定する符号長設定部と、
該符号長設定部によって設定された符号長の大きさの拡散符号を生成する拡散符号生成部と、
該拡散符号生成部によって生成された拡散符号を含む電波を送信する送信部と、を有すること
を特徴とする移動局。
【請求項５】
移動局から送信された拡散符号を含む電波を基地局が受信することにより、その受信結果に基づいて該移動局と該基地局との距離を算出する測距システムであって、
前記基地局は請求項１乃至３のいずれか１に記載の基地局であり、
前記移動局は請求項４に記載の移動局であり、
前記同期時刻検出部によって検出される同期時刻と、該移動局によって送信される電波の送信時刻とに基づいて前記移動局および基地局間の距離を算出する測距部を有すること
を特徴とする測距システム。
【請求項６】
移動局から送信される拡散符号を含む電波を３つ以上の基地局が受信することにより、その受信結果に基づいて該移動局の位置を算出する測位システムであって、
前記基地局は請求項１乃至３にいずれか１に記載の基地局であり、
前記移動局は請求項４に記載の移動局であり、
前記同期時刻検出部によって検出される前記３つ以上の各基地局における同期時刻と、
該３つ以上の基地局のそれぞれの位置についての情報とに基づいて前記移動局の位置を算出する測位部とを有すること
を特徴とする測位システム。
【請求項１】
拡散符号を含む電波を送信する移動局と無線通信する基地局であって、
該移動局から送信された拡散符号を含む電波を受信する受信部と、
受信した電波を２値化するサンプリング部と、
該サンプリング部によりサンプリングされた符号に含まれる拡散符号と予め記憶された該拡散符号のレプリカ符号との相関値を算出する相関値算出部と、
該相関値算出部によって算出される相関値に基づいて前記受信した電波に含まれる拡散符号と前記レプリカ符号との同期時刻を検出する同期時刻検出部と、
該同期時刻検出部における同期時刻検出の際に算出される前記相関値の大きさと、前記同期時刻検出部に要求される予め設定された要求精度の値とに基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを決定する符号長決定部と、を有すること
を特徴とする基地局。
【請求項２】
前記符号長決定部は、
前記要求精度の値と前記移動局から送信される拡散符号の符号長の大きさとに基づいて、前記要求精度を満たす前記相関値の範囲を算出する相関値範囲算出部と、
前記相関値と前記相関値範囲算出部によって算出された範囲との関係を評価する相関値評価部と、を有し、
該相関値評価部により、前記相関値が前記範囲を下回ると評価される場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを増加させ、前記相関値が前記範囲を上回ると評価される場合には前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを減少させるように決定することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記符号長決定部は、
前記同期時刻検出部による同期時刻検出の精度、前記相関値、および前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさとの関係を算出する関係算出部を有し、
該関係算出部により算出された関係、前記要求精度、および前記相関値に基づいて前記移動局が送信する拡散符号の符号長の大きさを決定すること
を特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項４】
基地局によって受信される拡散符号を含む電波を送信する移動局であって、
前記基地局の符号長決定部において決定された符号長の大きさに基づいて送信する拡散符号の符号長の大きさを設定する符号長設定部と、
該符号長設定部によって設定された符号長の大きさの拡散符号を生成する拡散符号生成部と、
該拡散符号生成部によって生成された拡散符号を含む電波を送信する送信部と、を有すること
を特徴とする移動局。
【請求項５】
移動局から送信された拡散符号を含む電波を基地局が受信することにより、その受信結果に基づいて該移動局と該基地局との距離を算出する測距システムであって、
前記基地局は請求項１乃至３のいずれか１に記載の基地局であり、
前記移動局は請求項４に記載の移動局であり、
前記同期時刻検出部によって検出される同期時刻と、該移動局によって送信される電波の送信時刻とに基づいて前記移動局および基地局間の距離を算出する測距部を有すること
を特徴とする測距システム。
【請求項６】
移動局から送信される拡散符号を含む電波を３つ以上の基地局が受信することにより、その受信結果に基づいて該移動局の位置を算出する測位システムであって、
前記基地局は請求項１乃至３にいずれか１に記載の基地局であり、
前記移動局は請求項４に記載の移動局であり、
前記同期時刻検出部によって検出される前記３つ以上の各基地局における同期時刻と、
該３つ以上の基地局のそれぞれの位置についての情報とに基づいて前記移動局の位置を算出する測位部とを有すること
を特徴とする測位システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−１８８７７２（Ｐ２００９−１８８７７２Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７０９５（Ｐ２００８−２７０９５）
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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