広域位置特定システム
【課題】広域のサービスエリア内を移動する携帯端末の位置を高精度で特定できる、広域位置特定システムを安価に実現する。
【解決手段】広域のサービスエリア内に、単一の基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、広域位置特定システムを、バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための基準局１０１ａ、１０１ｂと、前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局１０２ａ〜１０２ｇと、基準局１０１ａ、１０１ｂと中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信されあるいは中継される無線信号を、広域のサービスエリア１００内を移動しながら受信して、自局の位置を特定するための携帯端末１０３とから構成する。
【解決手段】広域のサービスエリア内に、単一の基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、広域位置特定システムを、バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための基準局１０１ａ、１０１ｂと、前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局１０２ａ〜１０２ｇと、基準局１０１ａ、１０１ｂと中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信されあるいは中継される無線信号を、広域のサービスエリア１００内を移動しながら受信して、自局の位置を特定するための携帯端末１０３とから構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、広域のサービスエリア内に、基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置することで、広域のサービスエリア内を移動する携帯端末の位置を高精度で特定できる、広域位置特定システムを安価に実現するためのものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発信手段から発信される無線信号を、中継手段を用いて中継し、受信手段で受信することによって、発信手段の位置を特定する装置が提案されている。（例えば、特許文献１〜６参照）
【特許文献１】特開Ｈ０６−００３４２８号公報
【特許文献２】特開Ｈ１１−１４８８００号公報
【特許文献３】特開Ｈ１１−２１１８１８号公報
【特許文献４】特開Ｈ０８−２３３９３７号公報
【特許文献５】特開Ｈ１０−２６８０２８号公報
【特許文献６】特開２００８−３０４１９２号公報
【０００３】
図７は、特許文献１に記載されている従来の「位置評定方式」である。図７において、一つの移動局からの第１の測定用信号を親局
と複数の中継局で受信すると共に各中継局は重複しない固有の遅延時間後に第２の測定用信号を同一周波数で送信し、親局が移動局からの第１の測定信号と中継局からの第２の測定用信号とを受信してその到達時間差または位相差を測定することにより第１の測定用信号を親局が受信した時刻と各中継局が受信した時刻との相対時間差を算出して双曲線航法により移動局の位置を算出するように構成するとされている。
しかしながら、各中継局において、重複しない固有の遅延時間後に第２の測定用信号を同一周波数で送信すると記述されているが、具体的な構成および方法が記述されておらず、実現性に疑問点がある。
【０００４】
また、特許文献２では、地雷源を囲むようにして中央局ｃと中継局ａ、ｂとが配置される。地雷装置１から送信された位置標定用信号Ｓは夫々地雷装置１からの距離に応じたタイミングに中央局ｃ及び中継局ａ、ｂによって受信される。中央局ｃは自局における受信タイミング情報ｔｃと、中継局ａ、ｂから通知された各受信タイミング情報ｔａ、ｔｂとに基づき双曲線航法により地雷装置１の位置を標定するとされている。
しかしながら、中継局ａ、ｂで検出した遅延時間データｔａ、ｔｂ（あるいは位相データ）を無線ルートで中央局ｃに通知するとしているが、遅延時間を高精度で検出するための具体的な構成が記述されておらず、別の無線ルートを必要とすることから、実現性の問題点がある。
【０００５】
また、特許文献３では、位置Ｂの送信機１は基準信号で変調された送信信号を送信し、これを受信した位置Ａの中継機２は周波数を変換した中継信号を送信する。位置Ｃの距離測定機３は、周波数が異なる送信機１の送信信号と、中継機２の中継信号とをともに受信し、元の基準信号を復調して位相差を検出し、これにより距離ｘ、距離ｙを算出するとされている。
しかしながら、中継機２が周波数を変換した周波数分割同時送受信方式であり、送信機１とは別に中継機２を設置する必要があり、中継機２が時分割方式の場合には適用できず、あるいは中継機２が設置されていない場所では距離測定ができない問題点がある。
【０００６】
また、特許文献４では、ゴルフコースの各ホール毎のグリーン８上に配設されたカップ３に立設されているピン７に装着された設置側機器１へ向けて、持運側機器２から所定のパルス符号列の電波４を送信し、前記設置側機器１から折返し持運側機器２方向に向けて送信される別のパルス符号列の電波４を受信して、前記送信電波４と受信電波５との時間差を基に設置側機器１とプレイヤーまたはキャディーとの間の距離を測定し持運側機器２の表示器６に表示するとされている。
しかしながら、距離を測定するのに、パルス符号列を用いて時間差を測定しているため、距離の測定に誤差を生じ高精度で測定できない問題点がある。
【０００７】
また、特許文献５では、人工衛星１７の概算距離値に基づいてＰＮコード発生部１１で最適なコード系列を選択して、該コード系列の送信ＰＮコードを発生し、この送信ＰＮコードの信号を人工衛星に送信して、その折返した信号を受信し、その受信ＰＮコードを上記概算距離値に基づいた最適なコード系列から選択し、選択した受信ＰＮコードと送信ＰＮコードとにより、人工衛星１７の距離を測定するように構成したものであるとされている。
しかしながら、人工衛星でＰＮコードを時分割で折り返す場合に、短時間でかつ高精度で同期を確立し、前記ＰＮコードが消滅した後も、長時間に渡り同期を保持するのが難しく、回路が複雑となり、実現性と高価となる問題点がある。
【０００８】
また、特許文献６では、第１の送受信機１０００から第２の送受信機２０００へ、周波数ｆ1／ＭＮの矩形波ＤTで周波数ｆ1の搬送波をＱＰＳＫ変調し、送信する。第２の送受信機２０００は、コスタスループにより搬送波を再生し、矩形波Ｄ２を復調する。この後周波数ｆ２（≠ｆ1）の搬送波を生成して、復調した矩形波で周波数ｆ２の搬送波をＱＰＳＫ変調し、第２の送受信機２０００から第１の送受信機１０００へ逆送信する。
【０００９】
第１の送受信機１０００はここから周波数ｆ1／ＭＮの矩形波ＤRを復調する。矩形波ＤRをＭ逓倍し、矩形波ＤTを生成する１／Ｍ分周器１５の入力である１／Ｎ分周器１４との位相差を検出する。
位相差は、第１の送受信機１０００から第２の送受信機２０００までの距離の２倍を電波が通過した時間差であるとされている。
しかしながら、第１の送受信機１０００と第２の送受信機２０００は、異なる周波数で送受信する必要があり、時分割で通信する場合には適用できず、実現性と高価となる問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は、広域のサービスエリア内に、単一の基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置することで、広域のサービスエリア内を移動する携帯端末の位置を高精度で特定できる、広域位置特定システムを安価に実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係わる広域位置特定システムでは、基準局もしくは携帯端末から、少なくとも起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、広域のサービスエリア内に、単一の基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向に、間隔を置いてメッシュ状に配置し、前記中継局が、基準局もしくは携帯端末から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、再生した起点信号と同期発振手段との間で瞬時に高精度で同期を確立させ、かつ前記起点信号が消滅した後も同期を保持させてクロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記生成した距離測定信号を含む無線信号を前記携帯端末もしくは基準局に向けて、時分割でかつ割付けられたタイムスロットで中継しあるいは再発信する。
【００１２】
前記携帯端末では、前記基準局と複数の中継局から受信した起点信号と距離測定信号とを再生し、再生した起点信号と同期発振手段との間で瞬時に高精度で同期を確立させ、前記起点信号が消滅した後も同期を高精度で保持させて、位相測定のためのクロック信号を生成し、前記生成したクロック信号を基準として、前記再生した距離測定信号の位相を高精度でしかもリアルタイムで測定し、前記位相の測定結果から、双曲線航法によって、自局の位置を高精度で特定する。
【００１３】
一方、前記基準局では、前記携帯端末と複数の中継局から受信した起点信号と距離測定信号とを再生し、再生した起点信号と同期発振手段との間で瞬時に高精度で同期を確立させ、前記起点信号が消滅した後も同期を高精度で保持させて位相測定のためのクロック信号を生成し、前記生成したクロック信号を基準として、前記再生した距離測定信号の位相を高精度でしかもリアルタイムで測定し、前記位相の測定結果から、双曲線航法によって、前記携帯端末の位置を高精度で特定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の広域位置特定システムでは、広域のサービスエリア内に、単一の基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置することで、広域のサービスエリア内を移動する携帯端末の位置を高精度で特定できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明に係わる広域位置特定システムは、図１、図３、図４、および請求項１に本発明の第１の実施の形態を示すように、バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための基準局１０１ａ、１０１ｂと、前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局１０２ａ〜１０２ｇと、前記基準局１０１ａ、１０１ｂと中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信されあるいは中継される無線信号を、広域のサービスエリア１００内を移動しながら受信して、自局の位置を特定するための携帯端末１０３とから構成され、
【００１６】
前記広域のサービスエリア１００内に、基準局と複数の中継局とを１組として、複数組を、縦方向と横方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
前記基準局１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、
前記制御手段１１が起点信号を生成し、前記発信手段が、少なくとも前記起点信号を含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して発信し、
【００１７】
前記中継局１０２ａ〜１０２ｇが、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナ切替手段１４と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、
前記受信手段１３が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して受信し、前記制御手段１１が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、
【００１８】
前記アンテナ切替手段１４が、時分割で、前記アンテナあるいは送受波器１５を切替え、前記発信手段１２が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ各中継局に割当てられたタイムスロットで、バースト信号として、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して発信し、
前記携帯端末１０３が、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、前記受信手段が、前記基準局と複数の中継局から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して受信し、
【００１９】
前記制御手段１１が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、かつ前記中継局１０２ａ〜１０２ｇから受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として、前記距離測定信号の位相を測定し、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、自局の位置を特定する。
【００２０】
また、図２、図３、図４、および請求項２に本発明の第２の実施の形態を示すように、広域のサービスエリア１００内を移動しながら、バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための携帯端末１０３と、前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局１０２ａ〜１０２ｇと、前記携帯端末１０３と中継局１０２ａ〜１０２ｇとから発信されあるいは中継される無線信号を受信して、前記携帯端末１０３の位置を特定するための基準局１０１ａ、１０１ｂとから構成され、
【００２１】
前記広域のサービスエリア１００内に、基準局と複数の中継局とを１組として、複数組を、縦方向と横方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
前記携帯端末１０３が、少なくとも、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、前記制御手段１１が起点信号を生成し、前記発信手段１２が、少なくとも前記起点信号を含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して発信し、
【００２２】
前記中継局１０２ａ〜１０２ｇが、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナ切替手段１４と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、前記受信手段１３が、前記携帯端末１０３から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して受信し、前記制御手段１１が、前記携帯端末１０３から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、
【００２３】
前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記アンテナ切替手段１４が、時分割で、前記アンテナあるいは送受波器１５を切替え、前記発信手段１２が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ当該中継局に割当てられたタイムスロットで、バースト信号として、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して発信し、
【００２４】
前記基準局１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、
前記受信手段１３が、前記携帯端末１０３と複数の中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して受信し、前記制御手段１１が、前記携帯端末１０３から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、
【００２５】
かつ前記中継局１０２ａ〜１０２ｇから受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として、距離測定信号の位相を測定し、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、前記携帯端末１０３の位置を特定する。
【００２６】
また、請求項３に示すように、前記携帯端末１０３が、複数の基準局から発信される無線信号を受信している場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、位置特定に最適な基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を選定して位置特定を行なった結果を荷重平均する。
【００２７】
また、請求項４に示すように、前記携帯端末から発信された無線信号が複数の基準局によって受信される場合に、前記複数の基準局の間をアドホックネットワークで接続し、前記複数の基準局が受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比のデータを相互に交換し、前記複数組の基準局の内から、位置特定に最適な基準局を選定し、もしくは複数の基準局を選定してタイムスロットを割当て、前記選定された基準局が、配下の複数の中継局に対し、前記携帯端末を指定して中継動作を指令することを特徴とする請求項第２項に記載の広域位置特定システム。
【００２８】
また、請求項５に示すように、前記制御手段が、起点信号再生手段、同期検出手段、同期発振手段、距離測定信号生成手段、距離測定信号再生手段、位相測定手段、位置特定手段、もしくはこれらの組み合わせである。
【００２９】
また、請求項６に示すように、前記起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
また、請求項７に示すように、前記携帯端末１０３、基準局１０１、もしくはこれらの両方において、無線信号を間欠発信する間隔を、内部に設けた自励発振器を用いて、ランダムに制御し、多数の携帯端末あるいは基準局からの無線信号を非同期で発信し、あるいは前記携帯端末の移動速度に応じて前記間隔を制御することで、無線信号を効率的に活用する。
【００３０】
また、請求項８に示すように、前記信号再生手段４４、５０において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００３１】
また、請求項９に示すように、前記同期発振手段４６が基準発振器４１によって駆動されるセットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信手段１３によって受信され、起点信号再生手段５０によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段４９によって少なくとも１６ＭＨｚ以上の周波数のクロック信号を用いて検出し、前記検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持できる。
【００３２】
また、請求項１０に示すように、前記位相測定手段が、測定する信号周波数の４倍以上のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、を用い、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、を用い、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行う。
また、請求項１１に示すように、前記基準局１０１をノードとして、前記基準局と複数の中継局との間でネットワークを構成し、前記ネットワークを、周辺の基準局もしくは外部と、有線回線もしくは無線回線を介して接続し、少なくとも、前記携帯端末の位置を特定するために必要な情報の交換を行なう。
【００３３】
また、請求項１２に示すように、前記基準局が、その周辺の３〜８局の中継局を１組として指定し、複数組を隣接させる場合には、一部の中継局を複数組にまたがって重複して指定し、指定した中継局に対して４ないし８のタイムスロットの内のいずれかを割付け、前記指定した中継局の識別番号と割付けたタイムスロットを報知情報として記憶する。
また、請求項１３に示すように、前記基準局１０１、中継手段１０２、携帯端末１０３、もしくはこれらの組み合わせが、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置特定処理の結果をフイルタリングし、補正し、あるいは補完する。
【００３４】
また、請求項１４に示すように、前記携帯端末１０３、基準局１０１、中継手段１０２、もしくはこれらの組み合わせが、複数のアンテナ又は複数の送受波器１５を設けて周期的に切替えながら、無線信号を発信しあるいは受信し、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して、位置特定の結果を平均し、あるいは荷重平均し、あるいは移動平均することで、位置特定精度を高めることができる。
また、請求項１５に示すように、前記基準局、中継手段、もしくはこれらの両方が、高さの異なる位置にアンテナ又は複数の送受波器を設置され、前記制御手段が３次元の位置を特定する。
また、請求項１６に示すように、前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令によって定められた周波数、もしくはこれらの組み合わせを割当てることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１、図３、図４は本発明の第１の実施の形態による広域位置特定システムの構成図である。図１、図３、図４において、１０１ａ、１０１ｂは基準局、１０２ａ〜１０２ｇは中継手段、１０３は携帯端末、１ａ〜１ｉは基準局から中継局に向けて発信される無線信号の伝搬経路、２ａ〜２ｄは携帯端末１０３に向けて発信される無線信号の伝搬経路、１１は制御手段、１２は発信手段、１３は受信手段、１４はアンテナ切替手段、１５はアンテナ、４１は基準発振器、４２は位置特定手段、４３は位相測定手段、４４は距離測定信号再生手段、４５は起点信号生成手段、４６は同期発振器、４７は距離測定信号生成手段、４８は位相同期発振器、４９は同期検出手段、５０は起点信号再生手段、５１、５２は接続端子である。
【００３６】
バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための基準局１０１ａ、１０１ｂと、前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局１０２ａ〜１０２ｇと、前記基準局１０１ａ、１０１ｂと中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信されあるいは中継される無線信号を、広域のサービスエリア１００内を移動しながら受信して、自局の位置を特定するための携帯端末１０３とから構成され、
【００３７】
前記広域のサービスエリア内に、基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設置し、縦方向と横方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
前記基準局１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、
前記起点信号生成手段４５が起点信号を生成し、前記発信手段１２が、少なくとも前記起点信号と、システム同期信号、識別番号、報知情報、もしくはこれらの組み合わせとを含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、アンテナ１５を介し、伝搬経路１ａ〜１ｉを経由して発信し、
【００３８】
前記中継局１０２ａ〜１０２ｇが、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、発信手段１２と、、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、前記受信手段１３が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから発信された無線信号を、アンテナ１５を介し、伝搬経路１ａ〜１ｉを経由して受信し、
【００３９】
前記起点信号再生手段５０が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記同期検出手段４９が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が、前記タイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記距離信号生成手段４７が、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記発信手段が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ各中継局に割当てられたタイムスロットで、バースト信号として、アンテナ１５を介し、伝搬経路２ａ〜２ｄを経由して発信し、
【００４０】
前記携帯端末１０３が、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、
【００４１】
前記受信手段１３が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂと中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信された無線信号を、アンテナ１５を介し、伝搬経路２ａ〜２ｄを経由して受信し、前記起点信号再生手段５０が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、かつ前記距離信号再生手段４４が、前記中継局１０２ａ〜１０２ｇから受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、
【００４２】
前記同期検出手段４９が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記位相測定手段４３が、前記クロック信号を基準として、前記距離測定信号の位相を測定し、前記位置特定手段４２が、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、自局の位置を特定する。
【００４３】
なお、前記携帯端末１０３が、複数の基準局１０１ａ、１０１ｂから発信される無線信号を受信している場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、位置特定に最適な基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を選定して位置特定を行なった結果を荷重平均することで、位置特定精度を改善できる。
【００４４】
また、前記起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
また、前記携帯端末１０３もしくは基準局１０１において、無線信号を間欠発信する間隔を、内部に設けた自励発振器を用いて制御することによって、複数の携帯端末あるいは複数の基準局から無線信号を非同期で発信し、あるいは前記携帯端末の移動速度に応じて間欠発信の間隔を制御することで、無線信号を効率的に活用できる。
【００４５】
また、前記起点信号再生手段４０もしくは距離測定信号再生手段３４において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生することで、位置特定精度を向上させることができる。
【００４６】
また、前記同期発振手段３６が基準発振器３１によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信手段１３ｃによって受信され、起点信号再生手段４０によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段３９によって少なくとも１６ＭＨｚ以上のサンプリング周波数を用いて検出し、前記検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持することができる。
【００４７】
また、前記携帯端末１０３、中継局１０２、基準局１０１、もしくはこれらの組合せが、無線信号の伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置特定の結果をフイルタリングし、補正し、あるいは補完する。
【００４８】
また、前記基準局１０１と基準局１０１、基準局１０１と中継局１０２、中継局１０２と中継局１０２、もしくはこれらの複数組の組み合わせが、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って、背中合わせに、もしくは直列に、設置されることで、更に広いエリアをカバーすることができる。
また、前記長方形のサービスエリアの長い辺２２ａ、２２ｂが、道路脇の歩道であり、横断歩道であり、屋内の通路あるいは廊下であり、もしくは歩行者の移動エリアであるものとする。
【００４９】
また、図１に例示するように、基準局が、その周辺の３〜８局の中継局を１組として指定し、複数組を隣接させる場合には、一部の中継局を複数組にまたがって重複して指定し、指定した中継局に対して４ないし８のタイムスロットの内のいずれかを割付け、前記指定した中継局の識別番号と割付けたタイムスロットを報知情報の一部として記憶する。
また、図１の配置では、隣接する複数の基準局の間では、非同期でありランダムであり、しかも合計が８ｍｓのバースト信号で起点信号を発信しているので、お互いに妨害を与える確率が少なく、広域をカバーするよう配置することが出来る。
【００５０】
また、前記位相測定手段が、測定する信号周波数の４倍以上のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、を用い、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、を用い、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行うことで、高精度でかつリアルタイムに位相を測定することができる。
【００５１】
また、基準局１局を中心として周辺に中継局４局を配置し、各中継局にビーム幅９０度の指向性アンテナを接続し、指向性の方句を斜め下方に向け、４角形のエリアを囲むように配置することで、マルチパスの影響を軽減し、位置特定精度を向上させることができる。
また、本システムに、ＧＰＳと同一の周波数を割り当てた場合でも、合計８ｍｓのバースト信号であるため、１２組の基準局と複数の中継局を同一場所に設置し、１ｍｗ程度の送信出力としても、ＧＰＳ受信機に与える妨害の程度は、過去の実験データから見て、軽微であると考えられる。
【００５２】
また、前記基準局、中継手段、もしくはこれらの両方が、高さの異なる位置にアンテナ又は送受波器を設置することで、前記制御手段が３次元の位置を特定することができる。
【００５３】
（実施の形態２）
図２、図３、図４は本発明の第２の実施の形態による広域位置特定システムの構成図である。図２、図３、図４において、１０１ａ、１０１ｂは基準局、１０２ａ〜１０２ｇは中継手段、１０３は携帯端末、１ａ〜１ｉは基準局から中継局に向けて発信される無線信号の伝搬経路、２ａ〜２ｄは携帯端末１０３に向けて発信される無線信号の伝搬経路、１１は制御手段、１２は発信手段、１３は受信手段、１４はアンテナ切替手段、１５はアンテナ、４１は基準発振器、４２は位置特定手段、４３は位相測定手段、４４は距離測定信号再生手段、４５は起点信号生成手段、４６は同期発振器、４７は距離測定信号生成手段、４８は位相同期発振器、４９は同期検出手段、５０は起点信号再生手段、５１、５２は接続端子である。
【００５４】
広域のサービスエリア１００内を移動しながら、バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための携帯端末１０３と、前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局１０２ａ〜１０２ｇと、前記携帯端末１０３と中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信されあるいは中継される無線信号を受信して、前記携帯端末１０３の位置を特定するための基準局１０１ａ、１０１ｂとから構成され、前記広域のサービスエリア１００内に、基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設置し、縦方向と横方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
【００５５】
前記携帯端末１０３が、少なくとも、制御手段１１と発信手段１２と、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、前記信号生成手段５０が起点信号を生成し、前記発信手段１２が、少なくとも前記起点信号と、システム同期信号、識別番号、もしくはこれらの組み合わせとを含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、アンテナ１５を介し、伝搬経路２ａ〜２ｄを経由して発信し、
【００５６】
前記中継局が、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、前記受信手段１３が、前記携帯端末１０３から発信された無線信号を、アンテナ１５を介し、伝搬経路２ａ〜２ｄを経由して受信し、
【００５７】
前記起点信号再生手段５０が、前記携帯端末１０３から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記同期検出手段４９が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、
【００５８】
前記距離測定信号生成手段４４が、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記発信手段１２が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ当該中継局に割当てられたタイムスロットで、時分割でかつバースト信号として、アンテナ１５を介し、伝搬経路１ａ〜１ｉを経由して発信し、
【００５９】
前記基準局が、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、前記受信手段１３が、前記携帯端末１０３と中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信された無線信号を、アンテナ１５を介し、伝搬経路１ａ〜１ｉを経由して受信し、
【００６０】
前記起点信号再生手段５０が、前記携帯端末１０３から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記距離信号再生手段４４が、前記中継局１０２ａ〜１０２ｇから受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、前記同期検出手段４９が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、
【００６１】
前記位相測定手段４３が、前記クロック信号を基準として、距離測定信号の位相を測定し、前記位置特定手段４２が、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、携帯端末１０３の位置を特定する。
【００６２】
なお、前記携帯端末から発信された無線信号が複数の基準局によって受信される場合に、前記複数の基準局の間をアドホックネットワークで接続し、前記複数の基準局が受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比のデータを相互に交換し、前記複数組の基準局の内から、位置特定に最適な基準局を選定し、もしくは複数の基準局を選定してタイムスロットを割当て、前記選定された基準局が、配下の複数の中継局に対し、前記携帯端末を指定して中継動作を指令することで、複数の基準局が同時に携帯端末からの位置特定要求に応答するのを回避することができる。
【００６３】
図５は、本発明の広域位置特定システムで用いられる無線信号の構成図であり、６１ａ〜６１ｃはシステム同期信号、６２ａ〜６２ｃはＭＡＣレイヤ、６３ａ〜６３ｃは起点信号もしくは距離測定信号、６４は基準局から発信される無線信号の時間軸、６５は第１のタイムスロットを割当てられた中継局から発信される無線信号の時間軸、６６は第２のタイムスロットを割当てられた中継局から発信される無線信号の時間軸である。
【００６４】
前記システム同期信号６１ａ〜６１ｃは複数ビットのユニークワードであり、±１００ナノ秒程度の精度で前記基準局と中継局、あるいは中継局と携帯端末との間の制御タイミングを合わせることができるが、この程度の精度で前記位相差を検出すると、距離の測定誤差が数十ｍと大きくなる問題点がある。
前記ＭＡＣレイヤ６２ａ〜６２ｃは、少なくとも、符号長、識別番号、相手先番号、報知信号、誤り訂正符号、もしくはこれらの組合せから構成され、前記システム同期信号６１ａ〜６１ｃとセットになって生成される。
【００６５】
最初、基準局から、システム同期信号６１ａと、ＭＡＣレイヤ６２ａと起点信号６３ａとが発信され、引き続き時分割の間隔後に、第１のタイムスロットを割当てられた中継局からシステム同期信号６１ｂと、ＭＡＣレイヤ６２ｂと第１の距離起点信号６３ｂとが発信され、引き続きタイムスロット後に、第２のタイムスロットを割当てられた中継局からシステム同期信号６１ｃと、ＭＡＣレイヤ６２ｃと第１の距離起点信号６３ｃとが発信される。
【００６６】
ここで、前記ＭＡＣレイヤ６２ａ〜６２ｃの継続時間を各々０．５ｍｓ程度とし、前記起点信号もしくは距離測定信号６３ａ〜６３ｃの継続時間を各々０．５ｍｓ程度とすると、８タイムスロットを設けても、合計で８ｍｓ程度の継続時間となるので、基準発振器の周波数安定度を±０．５ｐｐｍ程度にすると、同期度差は±４ｎｓとなるので、高精度で同期を保持できる。
【００６７】
図６は、本発明の広域位置特定システムのタイミングチャートであり、７１ａは基準局で生成される起点信号、７１ｂは第１のタイムスロットに割付られた中継局で受信される起点信号、７１ｃは第２のタイムスロットに割付られた中継局で受信される起点信号、７２ａは基準局から第１のタイムスロットに割付られた中継局に向けた伝搬経路、７２ｂは基準局から第２のタイムスロットに割付られた中継局に向けた伝搬経路、７２ｃは前記基準局から携帯端末に向けた伝搬経路、
【００６８】
７３ａは時分割同時送受信の間隔７７ａを経過後第１のタイムスロットに割付られた中継局から発信される距離測定信号、７３ｂは時分割同時送受信の間隔７７ａと第１のタイムスロット間隔７７ｂを経過後第２のタイムスロットに割付られた中継局から発信される距離測定信号、７４ａは中継局１０２ａから発信される距離測定信号が位置特定手段１０３に向けて無線回線を伝搬する経路、７４ｂは中継局から発信される距離測定信号が携帯端末に向けて無線回線を伝搬する経路、７５ａ、７５ｂは携帯端末で受信された距離測定信号、
【００６９】
７６ａ、７６ｂは前記携帯端末で再生された起点信号の位相と距離測定信号との位相差、８１ａは基準局から発信される起点信号の時間軸、８１ｂは第１のタイムスロットに割付られた中継局１０２ａで再生される起点信号の時間軸、８１ｃは第２のタイムスロットに割付られた中継局で再生される起点信号の時間軸、８２ａは第１のタイムスロットに割付られた中継局から発信される距離測定信号の時間軸、８２ｂは第２のタイムスロットに割付られた中継局から発信される距離測定信号の時間軸、８３ａは携帯端末で再生される起点信号の時間軸、８３ｂ、８３ｃは中継局から受信し再生した距離測定信号の時間軸である。
【００７０】
前記基準局から発信される起点信号７１ａをＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記起点信号７１ａが、距離Ｌ１（ｍ）の伝搬経路７２ａを伝搬し、前記中継局によって受信され、起点信号７１ｂとして再生されると、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬ１（ｆ１／Ｃ）｝に位相が変化する。
前記再生された起点信号７１ｂと、同期確立誤差がゼロで同期した距離測定信号７３ａを生成すると、生成された距離測定信号７３ａは、同じくＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬ１（ｆ１／Ｃ）｝で表される。
【００７１】
前記時分割の間隔７７ａ後に、前記生成された距離測定信号７３ａが、前記中継局から発信され、距離Ｌ２（ｍ）の伝搬経路７４ａを伝搬し、前記携帯端末で再生される距離測定信号７５ａは、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（Ｌ１＋Ｌ２）（２πｆ１）／Ｃ）｝で表わされる。ここで、Ｃは光の速度とする。
【００７２】
一方、前記基準局から発信され、距離Ｌ３（ｍ）の無線回線の伝搬経路７２ｃを伝搬し、前記携帯端末で受信された起点信号７１ｄは、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬ３ｆ１）／Ｃ）｝で表わされるので、前記起点信号と同期したクロック信号を用いて、前記再生された位置特定信号７５ａの位相を測定すると、位相差７６ａが測定され、ΔΦ＝｛４π（Ｌ１＋ｌ２−Ｌ３）（ｆ１／Ｃ）｝となることから、（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）＝ＣΔΦ／４πｆ１から、距離（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）（ｍ）が算出できる。
ここで、前記のＬ２（ｍ）は固定値であり、前記携帯端末の内部情報として予めダウンロードされ記憶されているものとする。
【００７３】
以上の説明では、前記中継局から発信される距離測定信号として、単一の周波数の距離測定信号を再発信する場合について説明したが、単一の周波数の距離測定信号を用いる場合、ΔΦの変化を０＜ΔΦ＜２πに制限する必要があることから、再生された起点信号７１ｂに同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の距離測定信号を用いると、複数のレンジで位置を特定することが可能となり、特定したい位置にレンジを合わせることで、精密な位置の特定が可能となるメリットが得られる。
【００７４】
また、前記中継局から発信する距離測定信号は、周波数分割多重方式で同時発信することができる。
また、前記中継局と位置特定手段のいずれか一方あるいは両方に、複数のアンテナあるいは送受波器を接続し、周期的に切替えながら方向測定信号を発受信して前記複数のアンテナあるいは送受波器に対応する位相差を測定することで、相互間の方向を測定することが可能となり、双曲線航法による位置の特定結果を補正しあるいは補完することによって、信頼性の高い高精度の広域位置特定システムを実現できる。
【００７５】
また、前記無線信号として、超音波信号、高周波信号、もしくは光信号を用いることができる。なお、超音波信号もしくは光信号の場合には、アンテナの代わりに、送受波器を用いる。
また、超広帯域通信方式（ウルトラワイドバンド）を用いることで、高い周波数の変調信号あるいは高いチップレートの拡散符号を採用できるので、同期しあるいは直交する複数の変調信号あるいは拡散符号を割り当てることが可能となり、複数の測定レンジを設定できることから、３０ｍ以内の近距離での位置特定精度を向上させることができる。
【００７６】
また、前記基準局１０１をノードとして、前記基準局と複数の中継局との間でネットワークを構成し、前記ネットワークを、周辺の基準局もしくは外部と、有線回線もしくは無線回線を介して接続し、少なくとも、前記携帯端末の位置を特定するために必要な情報の交換を行なうことができる。
また、前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令に定められた周波数、もしくはこれらの組み合わせによる周波数を割当てることが出来れば、ＧＰＳへの妨害が少なくしかも屋内でも、前記位置特定手段の位置を高精度で特定することが可能となることから、ＧＰＳのシームレス化が実現できる。
【００７７】
また、携帯端末をＲＦタグとして、コンテナあるいは流通貨物に添付し、通学中の児童に携帯させ、あるいは車両に搭載することでと、コンテナヤードでのコンテナの３次元の位置あるいは倉庫内の貨物の３次元の位置が自動的に検知できることになる。
また、携帯端末を児童が携帯し、複数の中継局を交差点の周辺などに設置し、位置特定手段を車両に搭載することで、交差点あるいは横断歩道での児童と車との出会い頭の衝突を防止するための装置に応用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明によれば、上記のように構成されているため、前記中継局の数が４局以上の場合、携帯端末の３次元の位置を高精度で特定することが可能となり、利便性と利用価値が更に高くなる。
また、前記複数の基準局と複数の中継局を離散的に設置し、基準局から発信される無線信号を中継し、携帯端末によって受信することによって、当該携帯端末の３次元の位置を広いエリアに渡って、高精度で特定できる。
【００７９】
また、基準局と複数の中継局との組み合わせが、ＧＰＳ擬似衛星局として離散的に設置され、本発明による携帯端末の機能をＧＰＳ携帯電話機に搭載すると、ＧＰＳを屋外と屋内でシームレスに接続することができることから、年間５億台のＧＰＳ携帯電話機市場に普及することが期待される。
【００８０】
また、携帯端末の代わりにＲＦタグを流通貨物などに添付し、屋内に、複数の中継局を離散的に設置し、前記ＲＦタグからの無線信号を中継して、位置特定手段によって受信することによって、前記ＲＦタグの３次元の位置を高精度で特定できることから、貨物の流通の合理化が可能となる。
【００８１】
また、高速道路を走行する車両の後部に中継局を搭載し、全部に基準局と位置特定手段を搭載することによって、車両間の位置関係が特定できることから、協調運転が可能となる。
なお、本発明の位置特定技術は基盤技術であり、上記以外に多分野での利用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による広域位置特定システムの構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態による広域位置特定システムの構成図
【図３】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態による発受信手段の構成図
【図４】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態による制御手段の構成図
【図５】本発明の広域位置特定システムで用いられる無線信号の構成図
【図６】本発明の広域位置特定システムのタイミングチャート
【図７】従来の実施例を示す構成図
【符号の説明】
【００８３】
１ａ〜１ｉ 基準局と中継局の間の無線信号の伝搬経路
２ａ〜２ｄ 携帯端末と中継局と、携帯端末と基準局との間の無線信号の伝搬経路
１００ 広域のサービスエリア
１０１ａ、１０１ｂ 基準局
１０２ａ〜１０２ｄ 中継局
１０３ 携帯端末
１１ 制御手段
１２ 発信手段
１３ 受信手段
１４ アンテナ切替手段
１５ アンテナあるいは送受波器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、広域のサービスエリア内に、基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置することで、広域のサービスエリア内を移動する携帯端末の位置を高精度で特定できる、広域位置特定システムを安価に実現するためのものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発信手段から発信される無線信号を、中継手段を用いて中継し、受信手段で受信することによって、発信手段の位置を特定する装置が提案されている。（例えば、特許文献１〜６参照）
【特許文献１】特開Ｈ０６−００３４２８号公報
【特許文献２】特開Ｈ１１−１４８８００号公報
【特許文献３】特開Ｈ１１−２１１８１８号公報
【特許文献４】特開Ｈ０８−２３３９３７号公報
【特許文献５】特開Ｈ１０−２６８０２８号公報
【特許文献６】特開２００８−３０４１９２号公報
【０００３】
図７は、特許文献１に記載されている従来の「位置評定方式」である。図７において、一つの移動局からの第１の測定用信号を親局
と複数の中継局で受信すると共に各中継局は重複しない固有の遅延時間後に第２の測定用信号を同一周波数で送信し、親局が移動局からの第１の測定信号と中継局からの第２の測定用信号とを受信してその到達時間差または位相差を測定することにより第１の測定用信号を親局が受信した時刻と各中継局が受信した時刻との相対時間差を算出して双曲線航法により移動局の位置を算出するように構成するとされている。
しかしながら、各中継局において、重複しない固有の遅延時間後に第２の測定用信号を同一周波数で送信すると記述されているが、具体的な構成および方法が記述されておらず、実現性に疑問点がある。
【０００４】
また、特許文献２では、地雷源を囲むようにして中央局ｃと中継局ａ、ｂとが配置される。地雷装置１から送信された位置標定用信号Ｓは夫々地雷装置１からの距離に応じたタイミングに中央局ｃ及び中継局ａ、ｂによって受信される。中央局ｃは自局における受信タイミング情報ｔｃと、中継局ａ、ｂから通知された各受信タイミング情報ｔａ、ｔｂとに基づき双曲線航法により地雷装置１の位置を標定するとされている。
しかしながら、中継局ａ、ｂで検出した遅延時間データｔａ、ｔｂ（あるいは位相データ）を無線ルートで中央局ｃに通知するとしているが、遅延時間を高精度で検出するための具体的な構成が記述されておらず、別の無線ルートを必要とすることから、実現性の問題点がある。
【０００５】
また、特許文献３では、位置Ｂの送信機１は基準信号で変調された送信信号を送信し、これを受信した位置Ａの中継機２は周波数を変換した中継信号を送信する。位置Ｃの距離測定機３は、周波数が異なる送信機１の送信信号と、中継機２の中継信号とをともに受信し、元の基準信号を復調して位相差を検出し、これにより距離ｘ、距離ｙを算出するとされている。
しかしながら、中継機２が周波数を変換した周波数分割同時送受信方式であり、送信機１とは別に中継機２を設置する必要があり、中継機２が時分割方式の場合には適用できず、あるいは中継機２が設置されていない場所では距離測定ができない問題点がある。
【０００６】
また、特許文献４では、ゴルフコースの各ホール毎のグリーン８上に配設されたカップ３に立設されているピン７に装着された設置側機器１へ向けて、持運側機器２から所定のパルス符号列の電波４を送信し、前記設置側機器１から折返し持運側機器２方向に向けて送信される別のパルス符号列の電波４を受信して、前記送信電波４と受信電波５との時間差を基に設置側機器１とプレイヤーまたはキャディーとの間の距離を測定し持運側機器２の表示器６に表示するとされている。
しかしながら、距離を測定するのに、パルス符号列を用いて時間差を測定しているため、距離の測定に誤差を生じ高精度で測定できない問題点がある。
【０００７】
また、特許文献５では、人工衛星１７の概算距離値に基づいてＰＮコード発生部１１で最適なコード系列を選択して、該コード系列の送信ＰＮコードを発生し、この送信ＰＮコードの信号を人工衛星に送信して、その折返した信号を受信し、その受信ＰＮコードを上記概算距離値に基づいた最適なコード系列から選択し、選択した受信ＰＮコードと送信ＰＮコードとにより、人工衛星１７の距離を測定するように構成したものであるとされている。
しかしながら、人工衛星でＰＮコードを時分割で折り返す場合に、短時間でかつ高精度で同期を確立し、前記ＰＮコードが消滅した後も、長時間に渡り同期を保持するのが難しく、回路が複雑となり、実現性と高価となる問題点がある。
【０００８】
また、特許文献６では、第１の送受信機１０００から第２の送受信機２０００へ、周波数ｆ1／ＭＮの矩形波ＤTで周波数ｆ1の搬送波をＱＰＳＫ変調し、送信する。第２の送受信機２０００は、コスタスループにより搬送波を再生し、矩形波Ｄ２を復調する。この後周波数ｆ２（≠ｆ1）の搬送波を生成して、復調した矩形波で周波数ｆ２の搬送波をＱＰＳＫ変調し、第２の送受信機２０００から第１の送受信機１０００へ逆送信する。
【０００９】
第１の送受信機１０００はここから周波数ｆ1／ＭＮの矩形波ＤRを復調する。矩形波ＤRをＭ逓倍し、矩形波ＤTを生成する１／Ｍ分周器１５の入力である１／Ｎ分周器１４との位相差を検出する。
位相差は、第１の送受信機１０００から第２の送受信機２０００までの距離の２倍を電波が通過した時間差であるとされている。
しかしながら、第１の送受信機１０００と第２の送受信機２０００は、異なる周波数で送受信する必要があり、時分割で通信する場合には適用できず、実現性と高価となる問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は、広域のサービスエリア内に、単一の基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置することで、広域のサービスエリア内を移動する携帯端末の位置を高精度で特定できる、広域位置特定システムを安価に実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係わる広域位置特定システムでは、基準局もしくは携帯端末から、少なくとも起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、広域のサービスエリア内に、単一の基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向に、間隔を置いてメッシュ状に配置し、前記中継局が、基準局もしくは携帯端末から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、再生した起点信号と同期発振手段との間で瞬時に高精度で同期を確立させ、かつ前記起点信号が消滅した後も同期を保持させてクロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記生成した距離測定信号を含む無線信号を前記携帯端末もしくは基準局に向けて、時分割でかつ割付けられたタイムスロットで中継しあるいは再発信する。
【００１２】
前記携帯端末では、前記基準局と複数の中継局から受信した起点信号と距離測定信号とを再生し、再生した起点信号と同期発振手段との間で瞬時に高精度で同期を確立させ、前記起点信号が消滅した後も同期を高精度で保持させて、位相測定のためのクロック信号を生成し、前記生成したクロック信号を基準として、前記再生した距離測定信号の位相を高精度でしかもリアルタイムで測定し、前記位相の測定結果から、双曲線航法によって、自局の位置を高精度で特定する。
【００１３】
一方、前記基準局では、前記携帯端末と複数の中継局から受信した起点信号と距離測定信号とを再生し、再生した起点信号と同期発振手段との間で瞬時に高精度で同期を確立させ、前記起点信号が消滅した後も同期を高精度で保持させて位相測定のためのクロック信号を生成し、前記生成したクロック信号を基準として、前記再生した距離測定信号の位相を高精度でしかもリアルタイムで測定し、前記位相の測定結果から、双曲線航法によって、前記携帯端末の位置を高精度で特定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の広域位置特定システムでは、広域のサービスエリア内に、単一の基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置することで、広域のサービスエリア内を移動する携帯端末の位置を高精度で特定できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明に係わる広域位置特定システムは、図１、図３、図４、および請求項１に本発明の第１の実施の形態を示すように、バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための基準局１０１ａ、１０１ｂと、前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局１０２ａ〜１０２ｇと、前記基準局１０１ａ、１０１ｂと中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信されあるいは中継される無線信号を、広域のサービスエリア１００内を移動しながら受信して、自局の位置を特定するための携帯端末１０３とから構成され、
【００１６】
前記広域のサービスエリア１００内に、基準局と複数の中継局とを１組として、複数組を、縦方向と横方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
前記基準局１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、
前記制御手段１１が起点信号を生成し、前記発信手段が、少なくとも前記起点信号を含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して発信し、
【００１７】
前記中継局１０２ａ〜１０２ｇが、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナ切替手段１４と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、
前記受信手段１３が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して受信し、前記制御手段１１が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、
【００１８】
前記アンテナ切替手段１４が、時分割で、前記アンテナあるいは送受波器１５を切替え、前記発信手段１２が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ各中継局に割当てられたタイムスロットで、バースト信号として、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して発信し、
前記携帯端末１０３が、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、前記受信手段が、前記基準局と複数の中継局から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して受信し、
【００１９】
前記制御手段１１が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、かつ前記中継局１０２ａ〜１０２ｇから受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として、前記距離測定信号の位相を測定し、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、自局の位置を特定する。
【００２０】
また、図２、図３、図４、および請求項２に本発明の第２の実施の形態を示すように、広域のサービスエリア１００内を移動しながら、バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための携帯端末１０３と、前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局１０２ａ〜１０２ｇと、前記携帯端末１０３と中継局１０２ａ〜１０２ｇとから発信されあるいは中継される無線信号を受信して、前記携帯端末１０３の位置を特定するための基準局１０１ａ、１０１ｂとから構成され、
【００２１】
前記広域のサービスエリア１００内に、基準局と複数の中継局とを１組として、複数組を、縦方向と横方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
前記携帯端末１０３が、少なくとも、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、前記制御手段１１が起点信号を生成し、前記発信手段１２が、少なくとも前記起点信号を含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して発信し、
【００２２】
前記中継局１０２ａ〜１０２ｇが、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナ切替手段１４と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、前記受信手段１３が、前記携帯端末１０３から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して受信し、前記制御手段１１が、前記携帯端末１０３から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、
【００２３】
前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記アンテナ切替手段１４が、時分割で、前記アンテナあるいは送受波器１５を切替え、前記発信手段１２が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ当該中継局に割当てられたタイムスロットで、バースト信号として、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して発信し、
【００２４】
前記基準局１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、アンテナあるいは送受波器１５とを有し、
前記受信手段１３が、前記携帯端末１０３と複数の中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器１５を介して受信し、前記制御手段１１が、前記携帯端末１０３から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、
【００２５】
かつ前記中継局１０２ａ〜１０２ｇから受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として、距離測定信号の位相を測定し、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、前記携帯端末１０３の位置を特定する。
【００２６】
また、請求項３に示すように、前記携帯端末１０３が、複数の基準局から発信される無線信号を受信している場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、位置特定に最適な基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を選定して位置特定を行なった結果を荷重平均する。
【００２７】
また、請求項４に示すように、前記携帯端末から発信された無線信号が複数の基準局によって受信される場合に、前記複数の基準局の間をアドホックネットワークで接続し、前記複数の基準局が受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比のデータを相互に交換し、前記複数組の基準局の内から、位置特定に最適な基準局を選定し、もしくは複数の基準局を選定してタイムスロットを割当て、前記選定された基準局が、配下の複数の中継局に対し、前記携帯端末を指定して中継動作を指令することを特徴とする請求項第２項に記載の広域位置特定システム。
【００２８】
また、請求項５に示すように、前記制御手段が、起点信号再生手段、同期検出手段、同期発振手段、距離測定信号生成手段、距離測定信号再生手段、位相測定手段、位置特定手段、もしくはこれらの組み合わせである。
【００２９】
また、請求項６に示すように、前記起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
また、請求項７に示すように、前記携帯端末１０３、基準局１０１、もしくはこれらの両方において、無線信号を間欠発信する間隔を、内部に設けた自励発振器を用いて、ランダムに制御し、多数の携帯端末あるいは基準局からの無線信号を非同期で発信し、あるいは前記携帯端末の移動速度に応じて前記間隔を制御することで、無線信号を効率的に活用する。
【００３０】
また、請求項８に示すように、前記信号再生手段４４、５０において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００３１】
また、請求項９に示すように、前記同期発振手段４６が基準発振器４１によって駆動されるセットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信手段１３によって受信され、起点信号再生手段５０によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段４９によって少なくとも１６ＭＨｚ以上の周波数のクロック信号を用いて検出し、前記検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持できる。
【００３２】
また、請求項１０に示すように、前記位相測定手段が、測定する信号周波数の４倍以上のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、を用い、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、を用い、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行う。
また、請求項１１に示すように、前記基準局１０１をノードとして、前記基準局と複数の中継局との間でネットワークを構成し、前記ネットワークを、周辺の基準局もしくは外部と、有線回線もしくは無線回線を介して接続し、少なくとも、前記携帯端末の位置を特定するために必要な情報の交換を行なう。
【００３３】
また、請求項１２に示すように、前記基準局が、その周辺の３〜８局の中継局を１組として指定し、複数組を隣接させる場合には、一部の中継局を複数組にまたがって重複して指定し、指定した中継局に対して４ないし８のタイムスロットの内のいずれかを割付け、前記指定した中継局の識別番号と割付けたタイムスロットを報知情報として記憶する。
また、請求項１３に示すように、前記基準局１０１、中継手段１０２、携帯端末１０３、もしくはこれらの組み合わせが、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置特定処理の結果をフイルタリングし、補正し、あるいは補完する。
【００３４】
また、請求項１４に示すように、前記携帯端末１０３、基準局１０１、中継手段１０２、もしくはこれらの組み合わせが、複数のアンテナ又は複数の送受波器１５を設けて周期的に切替えながら、無線信号を発信しあるいは受信し、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して、位置特定の結果を平均し、あるいは荷重平均し、あるいは移動平均することで、位置特定精度を高めることができる。
また、請求項１５に示すように、前記基準局、中継手段、もしくはこれらの両方が、高さの異なる位置にアンテナ又は複数の送受波器を設置され、前記制御手段が３次元の位置を特定する。
また、請求項１６に示すように、前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令によって定められた周波数、もしくはこれらの組み合わせを割当てることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１、図３、図４は本発明の第１の実施の形態による広域位置特定システムの構成図である。図１、図３、図４において、１０１ａ、１０１ｂは基準局、１０２ａ〜１０２ｇは中継手段、１０３は携帯端末、１ａ〜１ｉは基準局から中継局に向けて発信される無線信号の伝搬経路、２ａ〜２ｄは携帯端末１０３に向けて発信される無線信号の伝搬経路、１１は制御手段、１２は発信手段、１３は受信手段、１４はアンテナ切替手段、１５はアンテナ、４１は基準発振器、４２は位置特定手段、４３は位相測定手段、４４は距離測定信号再生手段、４５は起点信号生成手段、４６は同期発振器、４７は距離測定信号生成手段、４８は位相同期発振器、４９は同期検出手段、５０は起点信号再生手段、５１、５２は接続端子である。
【００３６】
バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための基準局１０１ａ、１０１ｂと、前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局１０２ａ〜１０２ｇと、前記基準局１０１ａ、１０１ｂと中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信されあるいは中継される無線信号を、広域のサービスエリア１００内を移動しながら受信して、自局の位置を特定するための携帯端末１０３とから構成され、
【００３７】
前記広域のサービスエリア内に、基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設置し、縦方向と横方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
前記基準局１０１ａ、１０１ｂが、少なくとも、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、
前記起点信号生成手段４５が起点信号を生成し、前記発信手段１２が、少なくとも前記起点信号と、システム同期信号、識別番号、報知情報、もしくはこれらの組み合わせとを含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、アンテナ１５を介し、伝搬経路１ａ〜１ｉを経由して発信し、
【００３８】
前記中継局１０２ａ〜１０２ｇが、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、発信手段１２と、、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、前記受信手段１３が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから発信された無線信号を、アンテナ１５を介し、伝搬経路１ａ〜１ｉを経由して受信し、
【００３９】
前記起点信号再生手段５０が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記同期検出手段４９が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が、前記タイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記距離信号生成手段４７が、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記発信手段が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ各中継局に割当てられたタイムスロットで、バースト信号として、アンテナ１５を介し、伝搬経路２ａ〜２ｄを経由して発信し、
【００４０】
前記携帯端末１０３が、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、
【００４１】
前記受信手段１３が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂと中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信された無線信号を、アンテナ１５を介し、伝搬経路２ａ〜２ｄを経由して受信し、前記起点信号再生手段５０が、前記基準局１０１ａ、１０１ｂから受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、かつ前記距離信号再生手段４４が、前記中継局１０２ａ〜１０２ｇから受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、
【００４２】
前記同期検出手段４９が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記位相測定手段４３が、前記クロック信号を基準として、前記距離測定信号の位相を測定し、前記位置特定手段４２が、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、自局の位置を特定する。
【００４３】
なお、前記携帯端末１０３が、複数の基準局１０１ａ、１０１ｂから発信される無線信号を受信している場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、位置特定に最適な基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を選定して位置特定を行なった結果を荷重平均することで、位置特定精度を改善できる。
【００４４】
また、前記起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
また、前記携帯端末１０３もしくは基準局１０１において、無線信号を間欠発信する間隔を、内部に設けた自励発振器を用いて制御することによって、複数の携帯端末あるいは複数の基準局から無線信号を非同期で発信し、あるいは前記携帯端末の移動速度に応じて間欠発信の間隔を制御することで、無線信号を効率的に活用できる。
【００４５】
また、前記起点信号再生手段４０もしくは距離測定信号再生手段３４において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生することで、位置特定精度を向上させることができる。
【００４６】
また、前記同期発振手段３６が基準発振器３１によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信手段１３ｃによって受信され、起点信号再生手段４０によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段３９によって少なくとも１６ＭＨｚ以上のサンプリング周波数を用いて検出し、前記検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持することができる。
【００４７】
また、前記携帯端末１０３、中継局１０２、基準局１０１、もしくはこれらの組合せが、無線信号の伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置特定の結果をフイルタリングし、補正し、あるいは補完する。
【００４８】
また、前記基準局１０１と基準局１０１、基準局１０１と中継局１０２、中継局１０２と中継局１０２、もしくはこれらの複数組の組み合わせが、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って、背中合わせに、もしくは直列に、設置されることで、更に広いエリアをカバーすることができる。
また、前記長方形のサービスエリアの長い辺２２ａ、２２ｂが、道路脇の歩道であり、横断歩道であり、屋内の通路あるいは廊下であり、もしくは歩行者の移動エリアであるものとする。
【００４９】
また、図１に例示するように、基準局が、その周辺の３〜８局の中継局を１組として指定し、複数組を隣接させる場合には、一部の中継局を複数組にまたがって重複して指定し、指定した中継局に対して４ないし８のタイムスロットの内のいずれかを割付け、前記指定した中継局の識別番号と割付けたタイムスロットを報知情報の一部として記憶する。
また、図１の配置では、隣接する複数の基準局の間では、非同期でありランダムであり、しかも合計が８ｍｓのバースト信号で起点信号を発信しているので、お互いに妨害を与える確率が少なく、広域をカバーするよう配置することが出来る。
【００５０】
また、前記位相測定手段が、測定する信号周波数の４倍以上のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、を用い、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、を用い、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行うことで、高精度でかつリアルタイムに位相を測定することができる。
【００５１】
また、基準局１局を中心として周辺に中継局４局を配置し、各中継局にビーム幅９０度の指向性アンテナを接続し、指向性の方句を斜め下方に向け、４角形のエリアを囲むように配置することで、マルチパスの影響を軽減し、位置特定精度を向上させることができる。
また、本システムに、ＧＰＳと同一の周波数を割り当てた場合でも、合計８ｍｓのバースト信号であるため、１２組の基準局と複数の中継局を同一場所に設置し、１ｍｗ程度の送信出力としても、ＧＰＳ受信機に与える妨害の程度は、過去の実験データから見て、軽微であると考えられる。
【００５２】
また、前記基準局、中継手段、もしくはこれらの両方が、高さの異なる位置にアンテナ又は送受波器を設置することで、前記制御手段が３次元の位置を特定することができる。
【００５３】
（実施の形態２）
図２、図３、図４は本発明の第２の実施の形態による広域位置特定システムの構成図である。図２、図３、図４において、１０１ａ、１０１ｂは基準局、１０２ａ〜１０２ｇは中継手段、１０３は携帯端末、１ａ〜１ｉは基準局から中継局に向けて発信される無線信号の伝搬経路、２ａ〜２ｄは携帯端末１０３に向けて発信される無線信号の伝搬経路、１１は制御手段、１２は発信手段、１３は受信手段、１４はアンテナ切替手段、１５はアンテナ、４１は基準発振器、４２は位置特定手段、４３は位相測定手段、４４は距離測定信号再生手段、４５は起点信号生成手段、４６は同期発振器、４７は距離測定信号生成手段、４８は位相同期発振器、４９は同期検出手段、５０は起点信号再生手段、５１、５２は接続端子である。
【００５４】
広域のサービスエリア１００内を移動しながら、バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための携帯端末１０３と、前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局１０２ａ〜１０２ｇと、前記携帯端末１０３と中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信されあるいは中継される無線信号を受信して、前記携帯端末１０３の位置を特定するための基準局１０１ａ、１０１ｂとから構成され、前記広域のサービスエリア１００内に、基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設置し、縦方向と横方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
【００５５】
前記携帯端末１０３が、少なくとも、制御手段１１と発信手段１２と、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、前記信号生成手段５０が起点信号を生成し、前記発信手段１２が、少なくとも前記起点信号と、システム同期信号、識別番号、もしくはこれらの組み合わせとを含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、アンテナ１５を介し、伝搬経路２ａ〜２ｄを経由して発信し、
【００５６】
前記中継局が、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、発信手段１２と、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、前記受信手段１３が、前記携帯端末１０３から発信された無線信号を、アンテナ１５を介し、伝搬経路２ａ〜２ｄを経由して受信し、
【００５７】
前記起点信号再生手段５０が、前記携帯端末１０３から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記同期検出手段４９が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、
【００５８】
前記距離測定信号生成手段４４が、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記発信手段１２が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ当該中継局に割当てられたタイムスロットで、時分割でかつバースト信号として、アンテナ１５を介し、伝搬経路１ａ〜１ｉを経由して発信し、
【００５９】
前記基準局が、少なくとも、受信手段１３と、制御手段１１と、アンテナ１５とを有し、前記制御手段１１が、少なくとも、起点信号再生手段５０、同期検出手段４９、同期発振手段４６、距離測定信号生成手段４７、距離測定信号再生手段４４、位相測定手段４３、位置特定手段４２、もしくはこれらの組み合わせであり、前記受信手段１３が、前記携帯端末１０３と中継局１０２ａ〜１０２ｇから発信された無線信号を、アンテナ１５を介し、伝搬経路１ａ〜１ｉを経由して受信し、
【００６０】
前記起点信号再生手段５０が、前記携帯端末１０３から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記距離信号再生手段４４が、前記中継局１０２ａ〜１０２ｇから受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、前記同期検出手段４９が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、
【００６１】
前記位相測定手段４３が、前記クロック信号を基準として、距離測定信号の位相を測定し、前記位置特定手段４２が、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、携帯端末１０３の位置を特定する。
【００６２】
なお、前記携帯端末から発信された無線信号が複数の基準局によって受信される場合に、前記複数の基準局の間をアドホックネットワークで接続し、前記複数の基準局が受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比のデータを相互に交換し、前記複数組の基準局の内から、位置特定に最適な基準局を選定し、もしくは複数の基準局を選定してタイムスロットを割当て、前記選定された基準局が、配下の複数の中継局に対し、前記携帯端末を指定して中継動作を指令することで、複数の基準局が同時に携帯端末からの位置特定要求に応答するのを回避することができる。
【００６３】
図５は、本発明の広域位置特定システムで用いられる無線信号の構成図であり、６１ａ〜６１ｃはシステム同期信号、６２ａ〜６２ｃはＭＡＣレイヤ、６３ａ〜６３ｃは起点信号もしくは距離測定信号、６４は基準局から発信される無線信号の時間軸、６５は第１のタイムスロットを割当てられた中継局から発信される無線信号の時間軸、６６は第２のタイムスロットを割当てられた中継局から発信される無線信号の時間軸である。
【００６４】
前記システム同期信号６１ａ〜６１ｃは複数ビットのユニークワードであり、±１００ナノ秒程度の精度で前記基準局と中継局、あるいは中継局と携帯端末との間の制御タイミングを合わせることができるが、この程度の精度で前記位相差を検出すると、距離の測定誤差が数十ｍと大きくなる問題点がある。
前記ＭＡＣレイヤ６２ａ〜６２ｃは、少なくとも、符号長、識別番号、相手先番号、報知信号、誤り訂正符号、もしくはこれらの組合せから構成され、前記システム同期信号６１ａ〜６１ｃとセットになって生成される。
【００６５】
最初、基準局から、システム同期信号６１ａと、ＭＡＣレイヤ６２ａと起点信号６３ａとが発信され、引き続き時分割の間隔後に、第１のタイムスロットを割当てられた中継局からシステム同期信号６１ｂと、ＭＡＣレイヤ６２ｂと第１の距離起点信号６３ｂとが発信され、引き続きタイムスロット後に、第２のタイムスロットを割当てられた中継局からシステム同期信号６１ｃと、ＭＡＣレイヤ６２ｃと第１の距離起点信号６３ｃとが発信される。
【００６６】
ここで、前記ＭＡＣレイヤ６２ａ〜６２ｃの継続時間を各々０．５ｍｓ程度とし、前記起点信号もしくは距離測定信号６３ａ〜６３ｃの継続時間を各々０．５ｍｓ程度とすると、８タイムスロットを設けても、合計で８ｍｓ程度の継続時間となるので、基準発振器の周波数安定度を±０．５ｐｐｍ程度にすると、同期度差は±４ｎｓとなるので、高精度で同期を保持できる。
【００６７】
図６は、本発明の広域位置特定システムのタイミングチャートであり、７１ａは基準局で生成される起点信号、７１ｂは第１のタイムスロットに割付られた中継局で受信される起点信号、７１ｃは第２のタイムスロットに割付られた中継局で受信される起点信号、７２ａは基準局から第１のタイムスロットに割付られた中継局に向けた伝搬経路、７２ｂは基準局から第２のタイムスロットに割付られた中継局に向けた伝搬経路、７２ｃは前記基準局から携帯端末に向けた伝搬経路、
【００６８】
７３ａは時分割同時送受信の間隔７７ａを経過後第１のタイムスロットに割付られた中継局から発信される距離測定信号、７３ｂは時分割同時送受信の間隔７７ａと第１のタイムスロット間隔７７ｂを経過後第２のタイムスロットに割付られた中継局から発信される距離測定信号、７４ａは中継局１０２ａから発信される距離測定信号が位置特定手段１０３に向けて無線回線を伝搬する経路、７４ｂは中継局から発信される距離測定信号が携帯端末に向けて無線回線を伝搬する経路、７５ａ、７５ｂは携帯端末で受信された距離測定信号、
【００６９】
７６ａ、７６ｂは前記携帯端末で再生された起点信号の位相と距離測定信号との位相差、８１ａは基準局から発信される起点信号の時間軸、８１ｂは第１のタイムスロットに割付られた中継局１０２ａで再生される起点信号の時間軸、８１ｃは第２のタイムスロットに割付られた中継局で再生される起点信号の時間軸、８２ａは第１のタイムスロットに割付られた中継局から発信される距離測定信号の時間軸、８２ｂは第２のタイムスロットに割付られた中継局から発信される距離測定信号の時間軸、８３ａは携帯端末で再生される起点信号の時間軸、８３ｂ、８３ｃは中継局から受信し再生した距離測定信号の時間軸である。
【００７０】
前記基準局から発信される起点信号７１ａをＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記起点信号７１ａが、距離Ｌ１（ｍ）の伝搬経路７２ａを伝搬し、前記中継局によって受信され、起点信号７１ｂとして再生されると、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬ１（ｆ１／Ｃ）｝に位相が変化する。
前記再生された起点信号７１ｂと、同期確立誤差がゼロで同期した距離測定信号７３ａを生成すると、生成された距離測定信号７３ａは、同じくＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬ１（ｆ１／Ｃ）｝で表される。
【００７１】
前記時分割の間隔７７ａ後に、前記生成された距離測定信号７３ａが、前記中継局から発信され、距離Ｌ２（ｍ）の伝搬経路７４ａを伝搬し、前記携帯端末で再生される距離測定信号７５ａは、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（Ｌ１＋Ｌ２）（２πｆ１）／Ｃ）｝で表わされる。ここで、Ｃは光の速度とする。
【００７２】
一方、前記基準局から発信され、距離Ｌ３（ｍ）の無線回線の伝搬経路７２ｃを伝搬し、前記携帯端末で受信された起点信号７１ｄは、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬ３ｆ１）／Ｃ）｝で表わされるので、前記起点信号と同期したクロック信号を用いて、前記再生された位置特定信号７５ａの位相を測定すると、位相差７６ａが測定され、ΔΦ＝｛４π（Ｌ１＋ｌ２−Ｌ３）（ｆ１／Ｃ）｝となることから、（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）＝ＣΔΦ／４πｆ１から、距離（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）（ｍ）が算出できる。
ここで、前記のＬ２（ｍ）は固定値であり、前記携帯端末の内部情報として予めダウンロードされ記憶されているものとする。
【００７３】
以上の説明では、前記中継局から発信される距離測定信号として、単一の周波数の距離測定信号を再発信する場合について説明したが、単一の周波数の距離測定信号を用いる場合、ΔΦの変化を０＜ΔΦ＜２πに制限する必要があることから、再生された起点信号７１ｂに同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の距離測定信号を用いると、複数のレンジで位置を特定することが可能となり、特定したい位置にレンジを合わせることで、精密な位置の特定が可能となるメリットが得られる。
【００７４】
また、前記中継局から発信する距離測定信号は、周波数分割多重方式で同時発信することができる。
また、前記中継局と位置特定手段のいずれか一方あるいは両方に、複数のアンテナあるいは送受波器を接続し、周期的に切替えながら方向測定信号を発受信して前記複数のアンテナあるいは送受波器に対応する位相差を測定することで、相互間の方向を測定することが可能となり、双曲線航法による位置の特定結果を補正しあるいは補完することによって、信頼性の高い高精度の広域位置特定システムを実現できる。
【００７５】
また、前記無線信号として、超音波信号、高周波信号、もしくは光信号を用いることができる。なお、超音波信号もしくは光信号の場合には、アンテナの代わりに、送受波器を用いる。
また、超広帯域通信方式（ウルトラワイドバンド）を用いることで、高い周波数の変調信号あるいは高いチップレートの拡散符号を採用できるので、同期しあるいは直交する複数の変調信号あるいは拡散符号を割り当てることが可能となり、複数の測定レンジを設定できることから、３０ｍ以内の近距離での位置特定精度を向上させることができる。
【００７６】
また、前記基準局１０１をノードとして、前記基準局と複数の中継局との間でネットワークを構成し、前記ネットワークを、周辺の基準局もしくは外部と、有線回線もしくは無線回線を介して接続し、少なくとも、前記携帯端末の位置を特定するために必要な情報の交換を行なうことができる。
また、前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令に定められた周波数、もしくはこれらの組み合わせによる周波数を割当てることが出来れば、ＧＰＳへの妨害が少なくしかも屋内でも、前記位置特定手段の位置を高精度で特定することが可能となることから、ＧＰＳのシームレス化が実現できる。
【００７７】
また、携帯端末をＲＦタグとして、コンテナあるいは流通貨物に添付し、通学中の児童に携帯させ、あるいは車両に搭載することでと、コンテナヤードでのコンテナの３次元の位置あるいは倉庫内の貨物の３次元の位置が自動的に検知できることになる。
また、携帯端末を児童が携帯し、複数の中継局を交差点の周辺などに設置し、位置特定手段を車両に搭載することで、交差点あるいは横断歩道での児童と車との出会い頭の衝突を防止するための装置に応用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明によれば、上記のように構成されているため、前記中継局の数が４局以上の場合、携帯端末の３次元の位置を高精度で特定することが可能となり、利便性と利用価値が更に高くなる。
また、前記複数の基準局と複数の中継局を離散的に設置し、基準局から発信される無線信号を中継し、携帯端末によって受信することによって、当該携帯端末の３次元の位置を広いエリアに渡って、高精度で特定できる。
【００７９】
また、基準局と複数の中継局との組み合わせが、ＧＰＳ擬似衛星局として離散的に設置され、本発明による携帯端末の機能をＧＰＳ携帯電話機に搭載すると、ＧＰＳを屋外と屋内でシームレスに接続することができることから、年間５億台のＧＰＳ携帯電話機市場に普及することが期待される。
【００８０】
また、携帯端末の代わりにＲＦタグを流通貨物などに添付し、屋内に、複数の中継局を離散的に設置し、前記ＲＦタグからの無線信号を中継して、位置特定手段によって受信することによって、前記ＲＦタグの３次元の位置を高精度で特定できることから、貨物の流通の合理化が可能となる。
【００８１】
また、高速道路を走行する車両の後部に中継局を搭載し、全部に基準局と位置特定手段を搭載することによって、車両間の位置関係が特定できることから、協調運転が可能となる。
なお、本発明の位置特定技術は基盤技術であり、上記以外に多分野での利用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による広域位置特定システムの構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態による広域位置特定システムの構成図
【図３】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態による発受信手段の構成図
【図４】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態による制御手段の構成図
【図５】本発明の広域位置特定システムで用いられる無線信号の構成図
【図６】本発明の広域位置特定システムのタイミングチャート
【図７】従来の実施例を示す構成図
【符号の説明】
【００８３】
１ａ〜１ｉ 基準局と中継局の間の無線信号の伝搬経路
２ａ〜２ｄ 携帯端末と中継局と、携帯端末と基準局との間の無線信号の伝搬経路
１００ 広域のサービスエリア
１０１ａ、１０１ｂ 基準局
１０２ａ〜１０２ｄ 中継局
１０３ 携帯端末
１１ 制御手段
１２ 発信手段
１３ 受信手段
１４ アンテナ切替手段
１５ アンテナあるいは送受波器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いた広域位置特定システムにおいて、
バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための基準局と、
前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局と、
前記基準局と複数の中継局から発信されあるいは中継される無線信号を、広域のサービスエリア内を移動しながら受信して、自局の位置を特定するための携帯端末と
から構成され、
前記広域のサービスエリア内に、基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
前記基準局が、少なくとも、
制御手段と、発信手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記制御手段が、少なくとも起点信号とを生成し、
前記発信手段が、少なくとも前記起点信号を含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記アンテナあるいは送受波器を介して発信し、
前記中継局が、少なくとも、
受信手段と、制御手段と、発信手段と、アンテナ切替手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記受信手段が、前記基準局から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器を介して受信し、
前記制御手段が、前記基準局から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、
前記アンテナ切替手段が、時分割で、前記アンテナあるいは送受波器を切替え、
前記発信手段が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ各中継局に割当てられたタイムスロットで、バースト信号として、前記アンテナあるいは送受波器を介して発信し、
前記携帯端末が、少なくとも、
受信手段と、制御手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記受信手段が、前記基準局と複数の中継局から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器を介して受信し、
前記制御手段が、前記基準局から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、かつ前記複数の中継局から受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として、前記距離測定信号の位相を測定し、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、自局の位置を特定する
ことを特徴とする広域位置特定システム。
【請求項２】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いた広域位置特定システムにおいて、
広域のサービスエリア内を移動しながら、バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための携帯端末と、
前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局と、
前記携帯端末と複数の中継局から発信されあるいは中継される無線信号を受信して、前記携帯端末の位置を特定するための基準局と
から構成され、
前記広域のサービスエリア内に、基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
前記携帯端末が、少なくとも、
制御手段と、発信手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記制御手段が起点信号を生成し、
前記発信手段が、少なくとも前記起点信号を含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記アンテナあるいは送受波器を介して発信し、
前記中継局が、少なくとも、
受信手段と、制御手段と、発信手段と、アンテナ切替手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記受信手段が、前記携帯端末から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器を介して受信し、
前記制御手段が、前記携帯端末から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、前記起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、
前記アンテナ切替手段が、時分割で、前記アンテナあるいは送受波器を切替え、
前記発信手段が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ当該中継局に割当てられたタイムスロットで、バースト信号として、前記アンテナあるいは送受波器を介して発信し、
前記基準局が、少なくとも、
受信手段と、制御手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記受信手段が、前記携帯端末と複数の中継局から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器を介して受信し、
前記制御手段が、前記携帯端末から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、かつ前記複数の中継局から受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として、距離測定信号の位相を測定し、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、前記携帯端末の位置を特定する
ことを特徴とする広域位置特定システム。
【請求項３】
前記携帯端末が、複数の基準局から発信される無線信号を受信している場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、位置特定に最適な基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を選定して位置特定を行なった結果を荷重平均することを特徴とする請求項第１項に記載の広域位置特定システム。
【請求項４】
前記携帯端末から発信された無線信号が複数の基準局によって受信される場合に、前記複数の基準局の間をアドホックネットワークで接続し、前記複数の基準局が受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比のデータを相互に交換し、前記複数組の基準局の内から、位置特定に最適な基準局を選定し、もしくは複数の基準局を選定してタイムスロットを割当て、前記選定された基準局が、配下の複数の中継局に対し、前記携帯端末を指定して中継動作を指令することを特徴とする請求項第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項５】
前記制御手段が、起点信号再生手段、同期検出手段、同期発振手段、距離測定信号生成手段、距離測定信号再生手段、位相測定手段、位置特定手段、もしくはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項６】
前記起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであることを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項７】
前記携帯端末もしくは基準局が、無線信号を間欠発信する間隔を、内部に設けた自励発振器を用いて、ランダムに制御し、複数の携帯端末あるいは基準局から発信される無線信号を非同期で発信し、あるいは前記携帯端末の移動速度に応じて前記間隔を制御することで、無線信号を効率的に活用することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項８】
前記起点信号再生手段、距離測定信号再生手段、もしくはこれらの両方において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生することを特徴とする請求項第５項に記載の広域位置特定システム。
【請求項９】
前記同期発振手段が、基準発振器によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記同期検出手段によって、少なくとも１６ＭＨｚ以上の周波数のクロック信号を用いて検出した、前記起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持できることを特徴とする請求項第５項に記載の広域位置特定システム。
【請求項１０】
前記位相測定手段が、測定する信号周波数の４の整数倍のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、を用い、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、を用い、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行うことを特徴とする請求項第５項に記載の広域位置特定システム。
【請求項１１】
前記基準局をノードとして周辺に複数の中継局を配置し、前記基準局と複数の中継局との間でネットワークを構成し、前記ネットワークを、周辺の基準局もしくは外部と、有線回線もしくは無線回線を介して接続し、少なくとも、前記携帯端末の位置を特定するために必要な情報の交換を行なうことを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項１２】
前記基準局が、その周辺の３〜８局の中継局を１組として指定し、複数組を隣接させる場合には、一部の中継局を複数組にまたがって重複して指定し、指定した中継局に対して４ないし８のタイムスロットの内のいずれかを割付け、前記指定した中継局の識別番号と割付けたタイムスロットを報知情報の一部として記憶することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項１３】
前記基準局、中継手段、携帯端末、もしくはこれらの組み合わせが、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置特定処理の結果をフイルタリングし、補正し、あるいは補完することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項１４】
前記携帯端末、基準局、中継手段、もしくはこれらの組み合わせが、複数のアンテナ又は複数の送受波器を設けて周期的に切替えながら、無線信号を発信しあるいは受信し、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して、位置を特定した結果を平均し、あるいは荷重平均し、あるいは移動平均することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載する広域位置特定システム。
【請求項１５】
前記基準局、中継手段、もしくはこれらの両方が、高さの異なる位置にアンテナ又は送受波器を設置し、前記制御手段が３次元の位置を特定することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載する広域位置特定システム。
【請求項１６】
前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令によって定められた周波数、もしくはこれらの組み合わせを割当てることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続することを特徴とする請求項第１項に記載する広域位置特定システム。
【請求項１】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いた広域位置特定システムにおいて、
バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための基準局と、
前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局と、
前記基準局と複数の中継局から発信されあるいは中継される無線信号を、広域のサービスエリア内を移動しながら受信して、自局の位置を特定するための携帯端末と
から構成され、
前記広域のサービスエリア内に、基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
前記基準局が、少なくとも、
制御手段と、発信手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記制御手段が、少なくとも起点信号とを生成し、
前記発信手段が、少なくとも前記起点信号を含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記アンテナあるいは送受波器を介して発信し、
前記中継局が、少なくとも、
受信手段と、制御手段と、発信手段と、アンテナ切替手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記受信手段が、前記基準局から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器を介して受信し、
前記制御手段が、前記基準局から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、
前記アンテナ切替手段が、時分割で、前記アンテナあるいは送受波器を切替え、
前記発信手段が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ各中継局に割当てられたタイムスロットで、バースト信号として、前記アンテナあるいは送受波器を介して発信し、
前記携帯端末が、少なくとも、
受信手段と、制御手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記受信手段が、前記基準局と複数の中継局から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器を介して受信し、
前記制御手段が、前記基準局から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、かつ前記複数の中継局から受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として、前記距離測定信号の位相を測定し、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、自局の位置を特定する
ことを特徴とする広域位置特定システム。
【請求項２】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いた広域位置特定システムにおいて、
広域のサービスエリア内を移動しながら、バースト信号としてかつ間欠的に、無線信号を発信するための携帯端末と、
前記無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局と、
前記携帯端末と複数の中継局から発信されあるいは中継される無線信号を受信して、前記携帯端末の位置を特定するための基準局と
から構成され、
前記広域のサービスエリア内に、基準局と複数の中継局とを１組として複数組を設け、縦方向と横方向、もしくは任意の方向に、間隔を置いて、離散的にもしくはメッシュ状に配置し、
前記携帯端末が、少なくとも、
制御手段と、発信手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記制御手段が起点信号を生成し、
前記発信手段が、少なくとも前記起点信号を含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記アンテナあるいは送受波器を介して発信し、
前記中継局が、少なくとも、
受信手段と、制御手段と、発信手段と、アンテナ切替手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記受信手段が、前記携帯端末から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器を介して受信し、
前記制御手段が、前記携帯端末から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、前記起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、
前記アンテナ切替手段が、時分割で、前記アンテナあるいは送受波器を切替え、
前記発信手段が、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を、時分割の間隔で、かつ当該中継局に割当てられたタイムスロットで、バースト信号として、前記アンテナあるいは送受波器を介して発信し、
前記基準局が、少なくとも、
受信手段と、制御手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記受信手段が、前記携帯端末と複数の中継局から発信された無線信号を、前記アンテナあるいは送受波器を介して受信し、
前記制御手段が、前記携帯端末から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、かつ前記複数の中継局から受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として、距離測定信号の位相を測定し、前記距離測定信号の位相の測定結果から、双曲線航法によって、前記携帯端末の位置を特定する
ことを特徴とする広域位置特定システム。
【請求項３】
前記携帯端末が、複数の基準局から発信される無線信号を受信している場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、位置特定に最適な基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を選定して位置特定を行なった結果を荷重平均することを特徴とする請求項第１項に記載の広域位置特定システム。
【請求項４】
前記携帯端末から発信された無線信号が複数の基準局によって受信される場合に、前記複数の基準局の間をアドホックネットワークで接続し、前記複数の基準局が受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比のデータを相互に交換し、前記複数組の基準局の内から、位置特定に最適な基準局を選定し、もしくは複数の基準局を選定してタイムスロットを割当て、前記選定された基準局が、配下の複数の中継局に対し、前記携帯端末を指定して中継動作を指令することを特徴とする請求項第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項５】
前記制御手段が、起点信号再生手段、同期検出手段、同期発振手段、距離測定信号生成手段、距離測定信号再生手段、位相測定手段、位置特定手段、もしくはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項６】
前記起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであることを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項７】
前記携帯端末もしくは基準局が、無線信号を間欠発信する間隔を、内部に設けた自励発振器を用いて、ランダムに制御し、複数の携帯端末あるいは基準局から発信される無線信号を非同期で発信し、あるいは前記携帯端末の移動速度に応じて前記間隔を制御することで、無線信号を効率的に活用することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項８】
前記起点信号再生手段、距離測定信号再生手段、もしくはこれらの両方において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生することを特徴とする請求項第５項に記載の広域位置特定システム。
【請求項９】
前記同期発振手段が、基準発振器によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記同期検出手段によって、少なくとも１６ＭＨｚ以上の周波数のクロック信号を用いて検出した、前記起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持できることを特徴とする請求項第５項に記載の広域位置特定システム。
【請求項１０】
前記位相測定手段が、測定する信号周波数の４の整数倍のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、を用い、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、を用い、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行うことを特徴とする請求項第５項に記載の広域位置特定システム。
【請求項１１】
前記基準局をノードとして周辺に複数の中継局を配置し、前記基準局と複数の中継局との間でネットワークを構成し、前記ネットワークを、周辺の基準局もしくは外部と、有線回線もしくは無線回線を介して接続し、少なくとも、前記携帯端末の位置を特定するために必要な情報の交換を行なうことを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項１２】
前記基準局が、その周辺の３〜８局の中継局を１組として指定し、複数組を隣接させる場合には、一部の中継局を複数組にまたがって重複して指定し、指定した中継局に対して４ないし８のタイムスロットの内のいずれかを割付け、前記指定した中継局の識別番号と割付けたタイムスロットを報知情報の一部として記憶することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項１３】
前記基準局、中継手段、携帯端末、もしくはこれらの組み合わせが、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置特定処理の結果をフイルタリングし、補正し、あるいは補完することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の広域位置特定システム。
【請求項１４】
前記携帯端末、基準局、中継手段、もしくはこれらの組み合わせが、複数のアンテナ又は複数の送受波器を設けて周期的に切替えながら、無線信号を発信しあるいは受信し、前記品質検知手段において、前記複数のアンテナ又は複数の送受波器に対応して、位置を特定した結果を平均し、あるいは荷重平均し、あるいは移動平均することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載する広域位置特定システム。
【請求項１５】
前記基準局、中継手段、もしくはこれらの両方が、高さの異なる位置にアンテナ又は送受波器を設置し、前記制御手段が３次元の位置を特定することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載する広域位置特定システム。
【請求項１６】
前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令によって定められた周波数、もしくはこれらの組み合わせを割当てることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続することを特徴とする請求項第１項に記載する広域位置特定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１１７８８０（Ｐ２０１１−１１７８８０Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７６９０１（Ｐ２００９−２７６９０１）
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【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２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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