擬似衛星測位システム
【課題】移動端末の位置を高精度で測位できる擬似衛星測位システムを安価に実現する。
【解決手段】基準局２０１の周辺に間隔をおいて複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを配置し、基準局と各中継局との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して接続し、各中継局から各々異なる測位信号を含む無線信号を送信することによって、移動端末２０３の位置を高精度で測位する擬似衛星測位システムを安価に実現できる。
【解決手段】基準局２０１の周辺に間隔をおいて複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを配置し、基準局と各中継局との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して接続し、各中継局から各々異なる測位信号を含む無線信号を送信することによって、移動端末２０３の位置を高精度で測位する擬似衛星測位システムを安価に実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基準局の周辺に間隔をおいて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を各々異なる複数の複数の伝送ケーブルを介して接続し、各中継局から測位信号を含む無線信号を送信することによって、移動端末の位置を高精度で測位できる擬似衛星測位システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の発信手段を用いて測位を行なうシステムが提案されている。（例えば、特許文献１〜３参照）
【特許文献１】特開２００５−０８３８８８号
【特許文献２】特開２００６−０２３２６１号
【特許文献３】特開２００７−０１０６３９号
【０００３】
図９は、特許文献１に記載されている従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」の実施例である。
図９において、１は、ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）測位を利用して利用者の測位を行うＲＴＫ測位システムである。
このＲＴＫ測位システム１は、４基のスードライト２と、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信手段５と、利用者処理ユニット６と、データリンク７とにより構成されている。
ここで、スードライト２は、衛星の代わりの信号源として使用され、利用者の３次元測位を行う場合は、少なくとも４基必要であり、２次元測位を行う場合は、少なくとも３基が必要であるとされている。
【０００４】
上記のように、従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」では３次元の測位を行なうために少なくとも４基のスードライト（擬似衛星局）が必要であり、更に、利用者処理ユニット６の他に、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信機５と、データリンク７が必要であることから、システムが複雑であり、取り扱いが煩雑であり、高価となる問題点があった。
【０００５】
一方、特許文献２に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、発信手段1の指向性アンテナの方向３１に対向して受信手段２の指向性アンテナ２１ａと２１ｂを向け、発信手段１が高周波信号を発信中に指向性アンテナ２１ａと２１ｂを切替えた時に受信した高周波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせの変化をリアルタイムで検知し、当該発信手段1が位置する方向を検知し、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知するとされているが、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知する手段あるいは方法が明確にされておらず、受信手段２の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていない問題点がある。
【０００６】
また、特許文献３に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、固定される側の発信手段に複数のアンテナを接続し、当該アンテナから個別のシステム同期信号と同期しあるいは直交する複数の測定用信号を周期的に発信し、移動体が携帯する受信手段において当該システム同期信号を受信して相対距離と方向を検知し、相対距離が短いものの平均値から方向を検知することで高い精度で方向を検知するとされているが、相対距離と方向を高精度で検知するための当該システム同期信号あるいは個別の同期信号の役割が記述されたおらず、単一の同期信号を用いるとされているため十分な測位精度が得られないこと、また、受信手段の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていないことなどの問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、基準局の周辺に間隔をおいて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を各々異なる複数の複数の伝送ケーブルを介して接続し、各中継局から測位信号を含む無線信号を送信することによって、移動端末の位置を高精度で測位できる擬似衛星測位システムを安価に実現するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる擬似衛星測位システムは、基準局の周辺に間隔をおいて複数の中継局を配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブルを介して接続し、各中継局から各々異なる測位信号を含む無線信号を送信することによって、移動端末の位置を高精度で測位するためのものであり、前記基準局において測位信号を高周波信号を生成し、前記伝送ケーブルを介して前記各中継局に向けて伝送し、
【０００９】
前記複数の中継局において、前記高周波信号を直接あるいは増幅器を用いて増幅し、各々の中継局のアンテナから無線信号として移動端末に向けて送信するとともに、前記移動端末では、前記複数の中継局から受信した無線信号から各々異なる複数の測位信号を再生し、前記再生した複数の測位信号と複数の同期発振手段とを高精度で瞬時に同期を確立させ、前記複数の測位信号が休止しもしくは停止した後も同期を高精度で保持させもしくは維持させて、
【００１０】
前記複数の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートの複数の同期信号を生成し、前記生成した複数の同期信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することによって、前記複数の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を拡大して高精度で測定し、あるいは前記複数の測位信号の間の伝搬時間差、伝搬位相差、もしくはこれらの両方を拡大して高精度で測定し、前記測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の擬似衛星測位システムでは、前記生成した複数の同期信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することによって、前記複数の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を拡大して高精度で測定し、あるいは前記複数の測位信号の間の伝搬時間差、伝搬位相差、もしくはこれらの両方を拡大して高精度で測定し、前記測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明に係わる擬似衛星測位システム１００は、図１、図４、図５、図６、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、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システム１００において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記基準局が、少なくとも、送信制御手段１１と、複数組の信号生成手段１２ａ〜１２ｄと送信手段１３ａ〜１３ｄとを有し、
【００１３】
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して特定の拡散符号を割当てられた測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を生成し、前記伝送ケーブルを介して中継局に向けて伝送し、前記中継局が、前記伝送された高周波信号を、直接もしくは増幅器を用いて増幅し、アンテナから無線信号として移動端末に向けて送信し、
【００１４】
前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、受信手段３４と、信号分配手段３３と、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段４１とを有し、前記アンテナが、前記複数の中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、前記受信手段が、前記受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号分配手段が、前記中間周波信号を複数組の中間周波信号に分配し、前記信号再生処理手段が、前記分配された中間周波信号から前記特定の拡散符号を割当てられた測位信号を再生し、
【００１５】
前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記複数組の信号再生処理手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００１６】
また、図２、図７、図８、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、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システム１００において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記基準局が、少なくとも、送信制御手段１１と、信号生成手段１２と、送信手段１３と、高周波信号切替手段１４とを有し、
【００１７】
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロット毎に少なくとも複数組の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に生成し、前記高周波信号切替手段が、前記生成された高周波信号を前記タイムスロットに合わせて複数組の高周波信号に切替えて、各組ごとに前記伝送ケーブルを介して中継局に向けて伝送し、
【００１８】
前各中継局が、前記伝送された高周波信号を直接もしくは増幅器を用いて増幅し、アンテナを介して無線信号として移動端末に向けて送信し、前記移動端末が、少なくとも、アンテナ３５と、受信手段３４と、信号再生処理手段と、位置測位手段４１とを有し、前記アンテナが、前記複数の中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、前記受信手段が、前記受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、
【００１９】
前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号から前記タイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記各組ごとに検出されたタイミングで高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、
【００２０】
かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記位相測定手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００２１】
また、請求項３に本発明の第３の実施の形態を示すように、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システム１００において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段１１と、信号生成手段１２と、送信手段１３とを有し、
【００２２】
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して少なくとも特定の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を連続的にあるいはバースト信号として間欠的に生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて送信し、
【００２３】
前記各中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、前記基準局が、少なくとも、複数組の受信手段、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、前記受信手段が、前記各伝送ケーブルを介して伝送された高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号から特定の測位信号を再生し、
【００２４】
前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期発振手段が、前記測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、あるいは前記各組の信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、
【００２５】
前記測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記複数組の信号再生処理手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００２６】
また、請求項４に本発明の第４の実施の形態を示すように、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システム１００において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段とを有し、
【００２７】
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロットで少なくとも複数組の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて送信し、
【００２８】
前記各中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、前記基準局が、少なくとも、高周波信号切替手段と、受信手段と、信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、前記高周波信号切替手段が、前記複数の中継局から各伝送ケーブルを介して伝送された複数の高周波信号を前記割当てられたタイムスロットで切替えて共通の高周波信号とし、
【００２９】
前記受信手段が、前記切替えられた共通の高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号からタイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記複数組の測位信号から、各組毎に、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、
前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、
【００３０】
かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記信号再生処理手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００３１】
また、図４、図５、図７、および請求項５に示すように、前記信号再生処理手段が、少なくとも、信号再生手段３２と、同期検出手段４４と、同期発振手段４３と、位相測定手段４２とを有し、前記信号再生手段３２が、前記中間周波信号から測位信号を再生し、前記同期検出手段４４が、前記再生された測位信号から、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４３が、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、
【００３２】
かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、あるいは前記信号再生手段３２と同期検出手段４４と同期発振手段４３とが遅延ロックループを構成し、前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記位相測定手段４２が、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定する。
【００３３】
また、請求項６に示すように、前記測位信号が、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、前記基準局から送信される高周波信号に少なくとも報知信号が含まれ、前記報知信号に、少なくとも、基準局の位置に関する情報、各中継局の位置に関する情報、あるいはこれあの両方が含まれている。
【００３４】
また、請求項８に示すように、前記基準局もしくは移動端末が前記移動端末の位置を測位する際に、前記同期発振手段が生成する同期信号の周波数を、前記位相測定手段に要求される測位レンジに合わせて設定し、あるいは前記同期発振手段が異なる周波数の複数の同期信号を生成し、前記複数の同期信号の中から、前記位相測定手段に要求される測位レンジに合わせて最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現する。
【００３５】
また、請求項９に示すように、前記位相測定手段の測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させ、あるいは切替えて設定することによって、最適の測位レンジを用いて前記移動体の位置を高精度で測位する。
また、請求項１０に示すように、前記信号生成手段、信号再生手段、もしくは信号再生処理手段において、前記測位信号が、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。
【００３６】
また、請求項１１に示すように、前記信号再生処理手段もしくは同期発振手段が、基準発振器の発振周波数を位相同期発振器によって高い周波数に変換して駆動される、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、前記同期検出手段が、少なくとも１２８ＭＨｚ以上の周波数のサンプリング信号を用いて、前記再生された測位信号の立上り点、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をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段と前記測位信号とが短時間で同期を確立し、かつ前記測位信号が停止しあるいは消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持できる。
【００３７】
また、請求項１２に示すように、前記信号再生処理手段もしくは位相測定手段が、前記再生した測位信号あるいは生成した同期信号の周波数の、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。
【００３８】
また、請求項１３に示すように、前記無線信号の周波数が、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である。
【００３９】
（実施の形態１）
図１、図４、図５、図６は本発明の第１の実施の形態による擬似衛星測位システムの構成図である。図１はシステム構成図であり、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記各中継局から無線信号が伝搬経路１０２ａ〜１０２ｄを経由して前記移動端末２０３に伝送され、移動端末２０３において前記無線信号を受信することで自己の位置を高精度で測位する。
【００４０】
図４、図５は基準局２０１および移動端末２０３の構成図であり、前記基準局が、少なくとも、送信制御手段１１と、複数組の信号生成手段１２ａ〜１２ｄと送信手段１３ａ〜１３ｄとを有し、前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して特定の拡散符号を割当てられた測位信号を生成し、
【００４１】
前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を生成し、前記伝送ケーブルを介して各中継局に向けて伝送し、前記各中継局が、前記伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して伝送された高周波信号を、直接もしくは増幅器を用いて増幅し、各アンテナ（記載せず）から無線信号として移動端末に向けて送信し、前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、受信手段３４と、信号分配手段３３と、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段４１とを有し、前記アンテナが、前記各中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、前記受信手段が、前記受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号分配手段が、前記中間周波信号を複数の中間周波信号に分配し、
【００４２】
前記信号再生処理手段が、前記分配された中間周波信号から特定の拡散符号を割当てられた測位信号を再生し、前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記生成された同期信号から前記同期信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記複数組の信号生成処理手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００４３】
なお、前記信号再生処理手段は、少なくとも信号再生手段３２ａ〜３２ｄと同期検出手段４４ａ〜４４ｄと同期発振手段４３ａ〜４３ｄと位相測定手段４２ａ〜４２ｄとを有し、前記信号再生手段が、前記中間周波信号から測位信号を再生し、前記同期検出手段が、前記再生された測位信号から、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、前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、
【００４４】
あるいは前記信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、前記再生された測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記位相測定手段が、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することができる。
【００４５】
図６はタイミングチャートであり、６１ａは基準局２０１の信号生成手段１２ａで生成された測位信号、６１ｂは伝送ケーブル１０１ａを経由して中継局Ａから送信される無線信号に含まれる第１の測位信号、６１ｃは伝搬路１０２ａを伝搬した後移動端末２０３で受信した無線信号に含まれる第１の測位信号、６１ｄは測位信号６１ｃと同期を確立した同期発振手段４３ａで生成される第１の同期信号、６２ａは基準局２０１の信号生成手段１２ｂで生成された第２の測位信号、
【００４６】
６２ｂは伝送ケーブル１０１ｂを経由して中継局Ｂから送信される無線信号に含まれる第２の測位信号、６２ｃは伝搬路１０２ｂを伝搬した後移動端末２０３で受信した無線信号に含まれる第２の測位信号、６２ｄは測位信号６２ｃと同期を確立した同期発振手段４３ｂで生成される第２の同期信号であり、１０３は第１の同期信号６１ｄと第２の同期信号６２ｄとの間の位相差、６３ａ〜６３ｃは第１の測位信号と第１の同期信号の時間軸、６４ａ〜６４ｃは第２の測位信号と第２の同期信号の時間軸である。
【００４７】
前記同期信号６１ｄ、６２ｄは測位信号６１ｃ、６２ｃの周波数もしくはチップレートの整数倍に設定できるので、前記同期信号の周波数もしくはチップレートを高くとると、前記位相差１０３は大きくなるので、測位レンジを短くしたのと等価となり、前記位相差１０３は拡大されるので、更に測位精度が高くなることが分かる。
【００４８】
例えば、同期信号の周波数が１ＭＨｚの場合、３００ｍ毎に３６０°位相が変化するのに対して、同期信号の周波数が１０ＭＨｚの場合、３０ｍ毎に３６０°位相が変化するので、位相差の測定精度が±１°の場合、前者では測位精度が±８３ｃｍであるのに対して、後者では±８ｃｍとなって１桁改善できることが分かる。特に、同期信号６１ｄ、６２ｄは、測位信号６１ｃ、６２ｃが停止した後も、同期が比較的に長時間高安定に保持されるので、同期信号６１ｄと６２ｄとの間の位相差が比較的に長い時間をかけて測定可能となる。
【００４９】
前記基準局２０１から送信される第１の測位信号６１ａをＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記第１の測位信号６１ａが長さＬ１（ｍ）の伝送ケーブル１０１ａを伝送し、前記中継局２０２ａに到達すると、前記第１の測位信号６１ａの位相は、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬ１（ｆ１／Ｃ）｝に変化する。続いて、距離Ｌ２（ｍ）の無線伝搬路１０２ａを伝搬して移動端末２０３に到達すると、前記第１の測位信号６１ｃの位相は、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（Ｌ１＋Ｌ２）（２πｆ１）／Ｃ）｝に変化し、従って、同期信号６１ｄの位相は、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（Ｌ１＋Ｌ２）（２πｆ１）／Ｃ）｝となる。ここで、Ｃは光の速度とする。
【００５０】
同様に、第２の測位信号６２ｃ〜第４の測位信号６４ｃについても、同期発振手段によって第２の同期信号６２ｄ〜第４の同期信号６４ｄを生成できると、双曲線航法あるいは三角法により、前記移動端末２０３の位置を高精度で測位することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
図２、図７、図８は本発明の第２の実施の形態による擬似衛星測位システムの構成図である。図２はシステム構成図であり、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記各中継局から無線信号が伝搬経路１０２ａ〜１０２ｄを経由して前記移動端末２０３に伝送され、移動端末２０３において前記無線信号を受信することで自己の位置を高精度で測位することができる。
【００５２】
図７は基準局および移動端末の構成図であり、前記基準局２０１が、少なくとも、送信制御手段１１と、信号生成手段１２と、送信手段１３と、高周波信号切替手段１４とを有し、前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロット毎に複数組の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に送信し、
【００５３】
前記高周波信号切替手段が、前記生成された高周波信号を前記タイムスロットに合わせて切替えて、前記伝送ケーブルを介して各中継局に向けて伝送し、前記中継局が、前記伝送ケーブルを介して伝送された高周波信号を直接もしくは増幅器を用いて増幅し、前記高周波信号をアンテナから無線信号として移動端末に向けて送信し、前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、受信手段３４と、信号再生処理手段と、位置測位手段４１とを有し、
【００５４】
前記アンテナが、前記各中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、前記受信手段が、受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号から前記タイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記再生した複数組の測位信号から、各組ごとに、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、
【００５５】
前記各組ごとに検出されたタイミングで前記複数組の測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記複数組の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記信号再生処理手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行うことができる。
【００５６】
なお、前記信号再生処理手段は、少なくとも信号再生手段３２と同期検出手段４４と同期発振手段４３と位相測定手段４２とを有し、前記信号再生手段が、前記中間周波信号から複数組の測位信号を再生し、前記同期検出手段が、前記再生された複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで前記再生された複数組の測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、
【００５７】
あるいは前記信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、前記再生された複数組の測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記位相測定手段が、前記生成された複数組の同期信号から前記複数組の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することができる。
【００５８】
図８はタイミングチャートであり、６１ａは基準局２０１の信号生成手段１２ａで生成され第１のタイムスロットに割当てられた測位信号、６１ｂは伝送ケーブル１０１ａを経由して中継局Ａから送信される無線信号に含まれる第２のタイムスロットに割当てられた測位信号、６１ｃは伝搬路１０２ａを伝搬した後移動端末２０３で受信した無線信号に含まれる第１のタイムスロットに割当てられた測位信号、６１ｄは測位信号６１ｃと同期を確立した同期発振手段４３ａで生成される同期信号、
【００５９】
６２ａは基準局２０１の信号生成手段１２ｂで生成された第２のタイムスロットに割当てられた測位信号、６２ｂは伝送ケーブル１０１ｂを経由して中継局Ｂから送信される無線信号に含まれる測位信号、６２ｃは伝搬路１０２ｂを伝搬した後移動端末２０３で受信した無線信号に含まれる測位信号、６２ｄは測位信号６２ｃと同期を確立した同期発振手段４３ｂで生成される同期信号であり、１０３は同期信号６１ｄと６２ｄとの間の位相差、１０４はタイムスロットの間隔である。
【００６０】
前記同期信号６１ｄ、６２ｄは測位信号６１ｃ、６２ｃの周波数もしくはチップレートの整数倍に設定できるので、前記同期信号の周波数もしくはチップレートを高くとると、前記位相差１０３は大きくなるので、測位レンジを短くしたのと等価となり、前記位相差１０３は拡大されるので、更に測位精度が高くなることが分かる。例えば、同期信号の周波数が１ＭＨｚの場合、３００ｍ毎に３６０°位相が変化するのに対して、同期信号の周波数が１０ＭＨｚの場合、３０ｍ毎に３６０°位相が変化するので、位相差の測定精度が±１°の場合、前者では測位精度が±８３ｃｍであるのに対して、後者では±８ｃｍとなって１桁改善できることが分かる。
【００６１】
特に、同期信号６１ｄは、第１のタイムスロットに割当てられた測位信号６１ｃが停止した後も第４のタイムスロットが終わるまで、比較的に長時間、同期を安定に保持できるので、第４の同期信号６４ｄとの位相差まで高精度で測定可能となる。
なお、図中に示すシステム同期信号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移動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。
【００６２】
また、ＭＡＣレイヤは、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とセットになって生成される。
また、前記ＭＡＣレイヤの継続時間を０．５ｍｓ〜１ｍｓ程度とし、前記測位信号の継続時間を各々１ｍｓ程度とすると、４タイムスロットの合計で６ｍｓ〜８ｍｓ程度の継続時間となる。前記継続時間の間、基準局の基準発振器の周波数安定度と移動端末の基準発振器の周波数安定度に差がある場合でも、第１の測位信号〜第４の測位信号の間の相対的な位相関係は均一に保たれることになり、高精度の測位が可能となる効果がある。
【００６３】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態による擬似衛星測位システムは、図４における移動端末を送信側とし、基準局を受信側として置換えられた形となり、信号の流れは全て逆方向となる。従って、前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段とを有し、前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して少なくとも特定の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を連続的にあるいはバースト信号として間欠的に生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて送信し、
【００６４】
前記各中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、前記基準局が、少なくとも、複数組の受信手段と、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、前記各組の受信手段が、前記各伝送ケーブルを介して伝送された高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記各組の信号再生処理手段が、前記中間周波信号から特定の測位信号を再生し、
【００６５】
前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記位相測定手段が、前記整数倍の周波数もしくはチップレートの同期信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記複数組の信号再生処理手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００６６】
なお、前記信号再生処理手段は、少なくとも信号再生手段３２と同期検出手段４４と同期発振手段４３と位相測定手段４２とを有し、前記信号再生手段が、前記中間周波信号から測位信号を再生し、前記同期検出手段が、前記再生された測位信号から、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、前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、
【００６７】
あるいは前記信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、前記再生された測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記位相測定手段が、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することができる。
【００６８】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態による擬似衛星測位システムは、図７における移動端末を送信側とし、基準局を受信側として置換えられた形となり、信号の流れは全て逆方向となる。従って、前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段とを有し、前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロットで少なくとも複数組の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて送信する。
【００６９】
前記各中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、前記基準局が、少なくとも、高周波信号切替手段と、受信手段と、信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、前記高周波信号切替手段が、前記複数の中継局から各伝送ケーブルを介して伝送された複数の高周波信号を前記割当てられたタイムスロットで切替えて少なくとも周波数が共通な高周波信号とし、
【００７０】
前記受信手段が、前記切替えられた単一の高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号からタイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記再生された複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記検出されたタイミングで前記再生された複数組の測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、
【００７１】
かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記複数組の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記信号生成手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００７２】
なお、前記信号再生処理手段は、少なくとも信号再生手段３２と同期検出手段４４と同期発振手段４３と位相測定手段４２とを有し、前記信号再生手段が、前記中間周波信号から複数組の測位信号を再生し、前記同期検出手段が、前記再生された複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで前記再生された複数組の測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、
【００７３】
あるいは前記信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、前記再生された複数組の測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記位相測定手段が、前記生成された複数組の同期信号から前記複数組の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することができる。
【００７４】
図３は、本発明の擬似衛星測位システムによる位置の測位原理の説明図である。図３において、３００は地面、２０２ａ、２０２ｂは中継局、２１１ａは前記中継局２０２ａと２０２ｂとの中間点の真下の位置、２１１ｂは前記中継局２０２ｂの真下の位置、２１１ｃは前記中間点の真下の位置２１１ａから５ｍの位置、２１２ａは各中継局の間隔、２１２ｂは各中継局の高さ、２１２ｃ、２１２ｄは中間点の真下２１１ａから、地点２１１ｂ、地点２１１ｃまでの距離である。各中継局２０２ａ、２０２ｂが擬似衛星局であり、測位信号が連続送信されており、地面３００からの高さが５ｍであり、間隔２１２ａは６０ｃｍであるとする。
【００７５】
移動端末２０３が地点２１１ａにある場合には各中継局２０２ａ、２０２ｂから受信する無線信号に含まれる測位信号の位相は同相であるが、地点２１１ｂ、２１１ｃにある場合には中継局２０２ａから受信する無線信号に含まれる測位信号の方が、中継局２０２ｂから受信する無線信号に含まれる測位信号より遅れていることになる。
【００７６】
前記移動端末２０３の同期発振手段が生成する同期信号の周波数を３０ＭＨｚとすると、前記測位レンジは１０ｍとなるので、（１）中継局２０２ａから地点２１１ｂまでの距離は５．０３５９ｍであり、中継局２０２ｂから地点２１１ｂまでの距離より０．０３５９ｍ長いことになり、前記０．０３５９ｍの距離差に対応する位相差ΔΦは、ΔΦ＝３６０°×（０．０３５９ｍ／１０ｍ）≒１．２９°となり、（２）中継局２０２ａから地点２１１ｃまでの距離は約７．２８６ｍ、中継局２０２ｂから地点２１１ｃまでの距離は約６．８６２ｍから、両者の距離差は０．４２４ｍとなり、前記０．４２４ｍの距離差に対応する位相差ΔΦは、ΔΦ＝３６０°×（０．４２４ｍ／１０ｍ）＝１５．２４°となる。
【００７７】
ここで、前記位相測定手段の位相測定精度は、実施の形態１によれば、ＧＰＳと同様に連続送信されるので、１０ミリ秒間の平均値をとった場合で、±１°程度が実現できることから、１秒間の移動平均値では±０．１°程度が実現できることになり、位置の測位精度ΔＬは、測位レンジが１０ｍであることから、ΔＬ＝±０．１×（１０ｍ／３６０°）≒±０．３ｃｍとなる。更に、４個の中継局を利用して双曲線航法により測位をすると、測位誤差は更に２分の１程度に削減でき、測位誤差として±０．１５ｃｍ程度が実現できることになる。
【００７８】
一方、実施の形態２によれば、４つのタイムスロットを設けて８ｍｓのバースト信号を０．５ｓ周期で間欠発信するので、前記位相測定手段の位相測定精度は、５回の移動平均をとる場合で、±１°程度となるので、位置の測位精度ΔＬは、測位レンジが１０ｍであることから、ΔＬ＝±１×（１０ｍ／３６０°）≒±３ｃｍとなる。
【００７９】
以上の説明では、単一の周波数の同期信号を用いる場合について説明したが、位相変化ΔΦを、０＜ΔΦ＜２πに制限する必要があることから、同期信号信号として、周波数が異なる複数の同期信号を用いると、複数の測位レンジで位置を測位できることになり、測位したい位置に最適の測位レンジを合わせることで、精密な位置の検知が可能となるメリットが得られる。
また、前記中継局から送信する測位信号は、周波数分割多重方式、あるいはＯＦＤＭ方式で同時送信することができる。
【００８０】
また、前記中継局と移動端末のいずれか一方あるいは両方に、複数のアンテナを接続し、周期的に切替えながら測位信号を発信しあるいは受信して前記複数のアンテナに対応する位相差を測定し、位相差の少ないものを選択することで、無線信号の伝搬路で生じるマルチパスによって生じる測位誤差を軽減し、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位置検知システムを実現できる。
【００８１】
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、無線信号として、時分割同時送受話（ＴＤＤ）方式の代わりに、周波数分割同時送受話（ＦＤＤ）方式を用いても同様な効果が得られる。
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、基準局および各中継局で異なる拡散符号、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をシームレス化できる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明によれば、安価な設備で、ＧＰＳのシームレス化を広域で実現できるほか、移動端末をＲＦタグに置き換えて物流管理にも応用できる。
なお、本発明の擬似衛星測位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】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による擬似衛星測位システムの構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態による擬似衛星測位システムの構成図
【図３】本発明の擬似衛星測位システムによる位置の測位原理の説明図
【図４】本発明の第１の実施の形態による基準局および移動端末の構成図
【図５】本発明の第１の実施の形態による受信制御手段の構成図
【図６】本発明の第１の実施の形態による測位信号のタイミングチャート
【図７】本発明の第２の実施の形態による基準局および移動端末の構成図
【図８】本発明の第２の実施の形態による測位信号のタイミングチャート
【図９】従来の実施例を示す構成図
【符号の説明】
【００８４】
１ ＲＴＫ測位システム
２ 複数のスードライト
３ 固定基準局受信手段
４ 移動基準局受信手段
５ ローバー受信手段
６ 利用者処理ユニット
７ データリンク
１００ 擬似衛星測位システム
１０１ａ〜１０１ｄ 基準局と中継局の間の伝送ケーブル
１０２ａ〜１０２ｄ 移動端末と中継局との間の無線信号の伝搬経路
２０１ 基準局
２０１ 基準局
２０２ａ〜２０２ｄ 中継局
２０３ 移動端末
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基準局の周辺に間隔をおいて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を各々異なる複数の複数の伝送ケーブルを介して接続し、各中継局から測位信号を含む無線信号を送信することによって、移動端末の位置を高精度で測位できる擬似衛星測位システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の発信手段を用いて測位を行なうシステムが提案されている。（例えば、特許文献１〜３参照）
【特許文献１】特開２００５−０８３８８８号
【特許文献２】特開２００６−０２３２６１号
【特許文献３】特開２００７−０１０６３９号
【０００３】
図９は、特許文献１に記載されている従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」の実施例である。
図９において、１は、ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）測位を利用して利用者の測位を行うＲＴＫ測位システムである。
このＲＴＫ測位システム１は、４基のスードライト２と、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信手段５と、利用者処理ユニット６と、データリンク７とにより構成されている。
ここで、スードライト２は、衛星の代わりの信号源として使用され、利用者の３次元測位を行う場合は、少なくとも４基必要であり、２次元測位を行う場合は、少なくとも３基が必要であるとされている。
【０００４】
上記のように、従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」では３次元の測位を行なうために少なくとも４基のスードライト（擬似衛星局）が必要であり、更に、利用者処理ユニット６の他に、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信機５と、データリンク７が必要であることから、システムが複雑であり、取り扱いが煩雑であり、高価となる問題点があった。
【０００５】
一方、特許文献２に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、発信手段1の指向性アンテナの方向３１に対向して受信手段２の指向性アンテナ２１ａと２１ｂを向け、発信手段１が高周波信号を発信中に指向性アンテナ２１ａと２１ｂを切替えた時に受信した高周波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせの変化をリアルタイムで検知し、当該発信手段1が位置する方向を検知し、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知するとされているが、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知する手段あるいは方法が明確にされておらず、受信手段２の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていない問題点がある。
【０００６】
また、特許文献３に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、固定される側の発信手段に複数のアンテナを接続し、当該アンテナから個別のシステム同期信号と同期しあるいは直交する複数の測定用信号を周期的に発信し、移動体が携帯する受信手段において当該システム同期信号を受信して相対距離と方向を検知し、相対距離が短いものの平均値から方向を検知することで高い精度で方向を検知するとされているが、相対距離と方向を高精度で検知するための当該システム同期信号あるいは個別の同期信号の役割が記述されたおらず、単一の同期信号を用いるとされているため十分な測位精度が得られないこと、また、受信手段の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていないことなどの問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、基準局の周辺に間隔をおいて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を各々異なる複数の複数の伝送ケーブルを介して接続し、各中継局から測位信号を含む無線信号を送信することによって、移動端末の位置を高精度で測位できる擬似衛星測位システムを安価に実現するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる擬似衛星測位システムは、基準局の周辺に間隔をおいて複数の中継局を配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブルを介して接続し、各中継局から各々異なる測位信号を含む無線信号を送信することによって、移動端末の位置を高精度で測位するためのものであり、前記基準局において測位信号を高周波信号を生成し、前記伝送ケーブルを介して前記各中継局に向けて伝送し、
【０００９】
前記複数の中継局において、前記高周波信号を直接あるいは増幅器を用いて増幅し、各々の中継局のアンテナから無線信号として移動端末に向けて送信するとともに、前記移動端末では、前記複数の中継局から受信した無線信号から各々異なる複数の測位信号を再生し、前記再生した複数の測位信号と複数の同期発振手段とを高精度で瞬時に同期を確立させ、前記複数の測位信号が休止しもしくは停止した後も同期を高精度で保持させもしくは維持させて、
【００１０】
前記複数の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートの複数の同期信号を生成し、前記生成した複数の同期信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することによって、前記複数の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を拡大して高精度で測定し、あるいは前記複数の測位信号の間の伝搬時間差、伝搬位相差、もしくはこれらの両方を拡大して高精度で測定し、前記測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の擬似衛星測位システムでは、前記生成した複数の同期信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することによって、前記複数の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を拡大して高精度で測定し、あるいは前記複数の測位信号の間の伝搬時間差、伝搬位相差、もしくはこれらの両方を拡大して高精度で測定し、前記測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明に係わる擬似衛星測位システム１００は、図１、図４、図５、図６、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、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システム１００において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記基準局が、少なくとも、送信制御手段１１と、複数組の信号生成手段１２ａ〜１２ｄと送信手段１３ａ〜１３ｄとを有し、
【００１３】
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して特定の拡散符号を割当てられた測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を生成し、前記伝送ケーブルを介して中継局に向けて伝送し、前記中継局が、前記伝送された高周波信号を、直接もしくは増幅器を用いて増幅し、アンテナから無線信号として移動端末に向けて送信し、
【００１４】
前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、受信手段３４と、信号分配手段３３と、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段４１とを有し、前記アンテナが、前記複数の中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、前記受信手段が、前記受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号分配手段が、前記中間周波信号を複数組の中間周波信号に分配し、前記信号再生処理手段が、前記分配された中間周波信号から前記特定の拡散符号を割当てられた測位信号を再生し、
【００１５】
前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記複数組の信号再生処理手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００１６】
また、図２、図７、図８、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、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システム１００において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記基準局が、少なくとも、送信制御手段１１と、信号生成手段１２と、送信手段１３と、高周波信号切替手段１４とを有し、
【００１７】
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロット毎に少なくとも複数組の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に生成し、前記高周波信号切替手段が、前記生成された高周波信号を前記タイムスロットに合わせて複数組の高周波信号に切替えて、各組ごとに前記伝送ケーブルを介して中継局に向けて伝送し、
【００１８】
前各中継局が、前記伝送された高周波信号を直接もしくは増幅器を用いて増幅し、アンテナを介して無線信号として移動端末に向けて送信し、前記移動端末が、少なくとも、アンテナ３５と、受信手段３４と、信号再生処理手段と、位置測位手段４１とを有し、前記アンテナが、前記複数の中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、前記受信手段が、前記受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、
【００１９】
前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号から前記タイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記各組ごとに検出されたタイミングで高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、
【００２０】
かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記位相測定手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００２１】
また、請求項３に本発明の第３の実施の形態を示すように、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システム１００において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段１１と、信号生成手段１２と、送信手段１３とを有し、
【００２２】
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して少なくとも特定の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を連続的にあるいはバースト信号として間欠的に生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて送信し、
【００２３】
前記各中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、前記基準局が、少なくとも、複数組の受信手段、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、前記受信手段が、前記各伝送ケーブルを介して伝送された高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号から特定の測位信号を再生し、
【００２４】
前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期発振手段が、前記測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、あるいは前記各組の信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、
【００２５】
前記測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記複数組の信号再生処理手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００２６】
また、請求項４に本発明の第４の実施の形態を示すように、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システム１００において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段とを有し、
【００２７】
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロットで少なくとも複数組の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて送信し、
【００２８】
前記各中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、前記基準局が、少なくとも、高周波信号切替手段と、受信手段と、信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、前記高周波信号切替手段が、前記複数の中継局から各伝送ケーブルを介して伝送された複数の高周波信号を前記割当てられたタイムスロットで切替えて共通の高周波信号とし、
【００２９】
前記受信手段が、前記切替えられた共通の高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号からタイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記複数組の測位信号から、各組毎に、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、
前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、
【００３０】
かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記信号再生処理手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００３１】
また、図４、図５、図７、および請求項５に示すように、前記信号再生処理手段が、少なくとも、信号再生手段３２と、同期検出手段４４と、同期発振手段４３と、位相測定手段４２とを有し、前記信号再生手段３２が、前記中間周波信号から測位信号を再生し、前記同期検出手段４４が、前記再生された測位信号から、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４３が、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、
【００３２】
かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、あるいは前記信号再生手段３２と同期検出手段４４と同期発振手段４３とが遅延ロックループを構成し、前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記位相測定手段４２が、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定する。
【００３３】
また、請求項６に示すように、前記測位信号が、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、前記基準局から送信される高周波信号に少なくとも報知信号が含まれ、前記報知信号に、少なくとも、基準局の位置に関する情報、各中継局の位置に関する情報、あるいはこれあの両方が含まれている。
【００３４】
また、請求項８に示すように、前記基準局もしくは移動端末が前記移動端末の位置を測位する際に、前記同期発振手段が生成する同期信号の周波数を、前記位相測定手段に要求される測位レンジに合わせて設定し、あるいは前記同期発振手段が異なる周波数の複数の同期信号を生成し、前記複数の同期信号の中から、前記位相測定手段に要求される測位レンジに合わせて最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現する。
【００３５】
また、請求項９に示すように、前記位相測定手段の測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させ、あるいは切替えて設定することによって、最適の測位レンジを用いて前記移動体の位置を高精度で測位する。
また、請求項１０に示すように、前記信号生成手段、信号再生手段、もしくは信号再生処理手段において、前記測位信号が、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。
【００３６】
また、請求項１１に示すように、前記信号再生処理手段もしくは同期発振手段が、基準発振器の発振周波数を位相同期発振器によって高い周波数に変換して駆動される、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、前記同期検出手段が、少なくとも１２８ＭＨｚ以上の周波数のサンプリング信号を用いて、前記再生された測位信号の立上り点、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をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段と前記測位信号とが短時間で同期を確立し、かつ前記測位信号が停止しあるいは消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持できる。
【００３７】
また、請求項１２に示すように、前記信号再生処理手段もしくは位相測定手段が、前記再生した測位信号あるいは生成した同期信号の周波数の、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。
【００３８】
また、請求項１３に示すように、前記無線信号の周波数が、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である。
【００３９】
（実施の形態１）
図１、図４、図５、図６は本発明の第１の実施の形態による擬似衛星測位システムの構成図である。図１はシステム構成図であり、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記各中継局から無線信号が伝搬経路１０２ａ〜１０２ｄを経由して前記移動端末２０３に伝送され、移動端末２０３において前記無線信号を受信することで自己の位置を高精度で測位する。
【００４０】
図４、図５は基準局２０１および移動端末２０３の構成図であり、前記基準局が、少なくとも、送信制御手段１１と、複数組の信号生成手段１２ａ〜１２ｄと送信手段１３ａ〜１３ｄとを有し、前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して特定の拡散符号を割当てられた測位信号を生成し、
【００４１】
前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を生成し、前記伝送ケーブルを介して各中継局に向けて伝送し、前記各中継局が、前記伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して伝送された高周波信号を、直接もしくは増幅器を用いて増幅し、各アンテナ（記載せず）から無線信号として移動端末に向けて送信し、前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、受信手段３４と、信号分配手段３３と、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段４１とを有し、前記アンテナが、前記各中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、前記受信手段が、前記受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号分配手段が、前記中間周波信号を複数の中間周波信号に分配し、
【００４２】
前記信号再生処理手段が、前記分配された中間周波信号から特定の拡散符号を割当てられた測位信号を再生し、前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記生成された同期信号から前記同期信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記複数組の信号生成処理手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００４３】
なお、前記信号再生処理手段は、少なくとも信号再生手段３２ａ〜３２ｄと同期検出手段４４ａ〜４４ｄと同期発振手段４３ａ〜４３ｄと位相測定手段４２ａ〜４２ｄとを有し、前記信号再生手段が、前記中間周波信号から測位信号を再生し、前記同期検出手段が、前記再生された測位信号から、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、前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、
【００４４】
あるいは前記信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、前記再生された測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記位相測定手段が、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することができる。
【００４５】
図６はタイミングチャートであり、６１ａは基準局２０１の信号生成手段１２ａで生成された測位信号、６１ｂは伝送ケーブル１０１ａを経由して中継局Ａから送信される無線信号に含まれる第１の測位信号、６１ｃは伝搬路１０２ａを伝搬した後移動端末２０３で受信した無線信号に含まれる第１の測位信号、６１ｄは測位信号６１ｃと同期を確立した同期発振手段４３ａで生成される第１の同期信号、６２ａは基準局２０１の信号生成手段１２ｂで生成された第２の測位信号、
【００４６】
６２ｂは伝送ケーブル１０１ｂを経由して中継局Ｂから送信される無線信号に含まれる第２の測位信号、６２ｃは伝搬路１０２ｂを伝搬した後移動端末２０３で受信した無線信号に含まれる第２の測位信号、６２ｄは測位信号６２ｃと同期を確立した同期発振手段４３ｂで生成される第２の同期信号であり、１０３は第１の同期信号６１ｄと第２の同期信号６２ｄとの間の位相差、６３ａ〜６３ｃは第１の測位信号と第１の同期信号の時間軸、６４ａ〜６４ｃは第２の測位信号と第２の同期信号の時間軸である。
【００４７】
前記同期信号６１ｄ、６２ｄは測位信号６１ｃ、６２ｃの周波数もしくはチップレートの整数倍に設定できるので、前記同期信号の周波数もしくはチップレートを高くとると、前記位相差１０３は大きくなるので、測位レンジを短くしたのと等価となり、前記位相差１０３は拡大されるので、更に測位精度が高くなることが分かる。
【００４８】
例えば、同期信号の周波数が１ＭＨｚの場合、３００ｍ毎に３６０°位相が変化するのに対して、同期信号の周波数が１０ＭＨｚの場合、３０ｍ毎に３６０°位相が変化するので、位相差の測定精度が±１°の場合、前者では測位精度が±８３ｃｍであるのに対して、後者では±８ｃｍとなって１桁改善できることが分かる。特に、同期信号６１ｄ、６２ｄは、測位信号６１ｃ、６２ｃが停止した後も、同期が比較的に長時間高安定に保持されるので、同期信号６１ｄと６２ｄとの間の位相差が比較的に長い時間をかけて測定可能となる。
【００４９】
前記基準局２０１から送信される第１の測位信号６１ａをＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記第１の測位信号６１ａが長さＬ１（ｍ）の伝送ケーブル１０１ａを伝送し、前記中継局２０２ａに到達すると、前記第１の測位信号６１ａの位相は、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬ１（ｆ１／Ｃ）｝に変化する。続いて、距離Ｌ２（ｍ）の無線伝搬路１０２ａを伝搬して移動端末２０３に到達すると、前記第１の測位信号６１ｃの位相は、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（Ｌ１＋Ｌ２）（２πｆ１）／Ｃ）｝に変化し、従って、同期信号６１ｄの位相は、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（Ｌ１＋Ｌ２）（２πｆ１）／Ｃ）｝となる。ここで、Ｃは光の速度とする。
【００５０】
同様に、第２の測位信号６２ｃ〜第４の測位信号６４ｃについても、同期発振手段によって第２の同期信号６２ｄ〜第４の同期信号６４ｄを生成できると、双曲線航法あるいは三角法により、前記移動端末２０３の位置を高精度で測位することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
図２、図７、図８は本発明の第２の実施の形態による擬似衛星測位システムの構成図である。図２はシステム構成図であり、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記各中継局から無線信号が伝搬経路１０２ａ〜１０２ｄを経由して前記移動端末２０３に伝送され、移動端末２０３において前記無線信号を受信することで自己の位置を高精度で測位することができる。
【００５２】
図７は基準局および移動端末の構成図であり、前記基準局２０１が、少なくとも、送信制御手段１１と、信号生成手段１２と、送信手段１３と、高周波信号切替手段１４とを有し、前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロット毎に複数組の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に送信し、
【００５３】
前記高周波信号切替手段が、前記生成された高周波信号を前記タイムスロットに合わせて切替えて、前記伝送ケーブルを介して各中継局に向けて伝送し、前記中継局が、前記伝送ケーブルを介して伝送された高周波信号を直接もしくは増幅器を用いて増幅し、前記高周波信号をアンテナから無線信号として移動端末に向けて送信し、前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、受信手段３４と、信号再生処理手段と、位置測位手段４１とを有し、
【００５４】
前記アンテナが、前記各中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、前記受信手段が、受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号から前記タイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記再生した複数組の測位信号から、各組ごとに、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、
【００５５】
前記各組ごとに検出されたタイミングで前記複数組の測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記複数組の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記信号再生処理手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行うことができる。
【００５６】
なお、前記信号再生処理手段は、少なくとも信号再生手段３２と同期検出手段４４と同期発振手段４３と位相測定手段４２とを有し、前記信号再生手段が、前記中間周波信号から複数組の測位信号を再生し、前記同期検出手段が、前記再生された複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで前記再生された複数組の測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、
【００５７】
あるいは前記信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、前記再生された複数組の測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記位相測定手段が、前記生成された複数組の同期信号から前記複数組の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することができる。
【００５８】
図８はタイミングチャートであり、６１ａは基準局２０１の信号生成手段１２ａで生成され第１のタイムスロットに割当てられた測位信号、６１ｂは伝送ケーブル１０１ａを経由して中継局Ａから送信される無線信号に含まれる第２のタイムスロットに割当てられた測位信号、６１ｃは伝搬路１０２ａを伝搬した後移動端末２０３で受信した無線信号に含まれる第１のタイムスロットに割当てられた測位信号、６１ｄは測位信号６１ｃと同期を確立した同期発振手段４３ａで生成される同期信号、
【００５９】
６２ａは基準局２０１の信号生成手段１２ｂで生成された第２のタイムスロットに割当てられた測位信号、６２ｂは伝送ケーブル１０１ｂを経由して中継局Ｂから送信される無線信号に含まれる測位信号、６２ｃは伝搬路１０２ｂを伝搬した後移動端末２０３で受信した無線信号に含まれる測位信号、６２ｄは測位信号６２ｃと同期を確立した同期発振手段４３ｂで生成される同期信号であり、１０３は同期信号６１ｄと６２ｄとの間の位相差、１０４はタイムスロットの間隔である。
【００６０】
前記同期信号６１ｄ、６２ｄは測位信号６１ｃ、６２ｃの周波数もしくはチップレートの整数倍に設定できるので、前記同期信号の周波数もしくはチップレートを高くとると、前記位相差１０３は大きくなるので、測位レンジを短くしたのと等価となり、前記位相差１０３は拡大されるので、更に測位精度が高くなることが分かる。例えば、同期信号の周波数が１ＭＨｚの場合、３００ｍ毎に３６０°位相が変化するのに対して、同期信号の周波数が１０ＭＨｚの場合、３０ｍ毎に３６０°位相が変化するので、位相差の測定精度が±１°の場合、前者では測位精度が±８３ｃｍであるのに対して、後者では±８ｃｍとなって１桁改善できることが分かる。
【００６１】
特に、同期信号６１ｄは、第１のタイムスロットに割当てられた測位信号６１ｃが停止した後も第４のタイムスロットが終わるまで、比較的に長時間、同期を安定に保持できるので、第４の同期信号６４ｄとの位相差まで高精度で測定可能となる。
なお、図中に示すシステム同期信号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移動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。
【００６２】
また、ＭＡＣレイヤは、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とセットになって生成される。
また、前記ＭＡＣレイヤの継続時間を０．５ｍｓ〜１ｍｓ程度とし、前記測位信号の継続時間を各々１ｍｓ程度とすると、４タイムスロットの合計で６ｍｓ〜８ｍｓ程度の継続時間となる。前記継続時間の間、基準局の基準発振器の周波数安定度と移動端末の基準発振器の周波数安定度に差がある場合でも、第１の測位信号〜第４の測位信号の間の相対的な位相関係は均一に保たれることになり、高精度の測位が可能となる効果がある。
【００６３】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態による擬似衛星測位システムは、図４における移動端末を送信側とし、基準局を受信側として置換えられた形となり、信号の流れは全て逆方向となる。従って、前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段とを有し、前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して少なくとも特定の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を連続的にあるいはバースト信号として間欠的に生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて送信し、
【００６４】
前記各中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、前記基準局が、少なくとも、複数組の受信手段と、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、前記各組の受信手段が、前記各伝送ケーブルを介して伝送された高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記各組の信号再生処理手段が、前記中間周波信号から特定の測位信号を再生し、
【００６５】
前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記位相測定手段が、前記整数倍の周波数もしくはチップレートの同期信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記複数組の信号再生処理手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００６６】
なお、前記信号再生処理手段は、少なくとも信号再生手段３２と同期検出手段４４と同期発振手段４３と位相測定手段４２とを有し、前記信号再生手段が、前記中間周波信号から測位信号を再生し、前記同期検出手段が、前記再生された測位信号から、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、前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、
【００６７】
あるいは前記信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、前記再生された測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記位相測定手段が、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することができる。
【００６８】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態による擬似衛星測位システムは、図７における移動端末を送信側とし、基準局を受信側として置換えられた形となり、信号の流れは全て逆方向となる。従って、前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段とを有し、前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロットで少なくとも複数組の測位信号を生成し、前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて送信する。
【００６９】
前記各中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、前記基準局が、少なくとも、高周波信号切替手段と、受信手段と、信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、前記高周波信号切替手段が、前記複数の中継局から各伝送ケーブルを介して伝送された複数の高周波信号を前記割当てられたタイムスロットで切替えて少なくとも周波数が共通な高周波信号とし、
【００７０】
前記受信手段が、前記切替えられた単一の高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号からタイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記再生された複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記検出されたタイミングで前記再生された複数組の測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、
【００７１】
かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記複数組の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段が、前記信号生成手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う。
【００７２】
なお、前記信号再生処理手段は、少なくとも信号再生手段３２と同期検出手段４４と同期発振手段４３と位相測定手段４２とを有し、前記信号再生手段が、前記中間周波信号から複数組の測位信号を再生し、前記同期検出手段が、前記再生された複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで前記再生された複数組の測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、
【００７３】
あるいは前記信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、前記再生された複数組の測位信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された複数組の測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記位相測定手段が、前記生成された複数組の同期信号から前記複数組の測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することができる。
【００７４】
図３は、本発明の擬似衛星測位システムによる位置の測位原理の説明図である。図３において、３００は地面、２０２ａ、２０２ｂは中継局、２１１ａは前記中継局２０２ａと２０２ｂとの中間点の真下の位置、２１１ｂは前記中継局２０２ｂの真下の位置、２１１ｃは前記中間点の真下の位置２１１ａから５ｍの位置、２１２ａは各中継局の間隔、２１２ｂは各中継局の高さ、２１２ｃ、２１２ｄは中間点の真下２１１ａから、地点２１１ｂ、地点２１１ｃまでの距離である。各中継局２０２ａ、２０２ｂが擬似衛星局であり、測位信号が連続送信されており、地面３００からの高さが５ｍであり、間隔２１２ａは６０ｃｍであるとする。
【００７５】
移動端末２０３が地点２１１ａにある場合には各中継局２０２ａ、２０２ｂから受信する無線信号に含まれる測位信号の位相は同相であるが、地点２１１ｂ、２１１ｃにある場合には中継局２０２ａから受信する無線信号に含まれる測位信号の方が、中継局２０２ｂから受信する無線信号に含まれる測位信号より遅れていることになる。
【００７６】
前記移動端末２０３の同期発振手段が生成する同期信号の周波数を３０ＭＨｚとすると、前記測位レンジは１０ｍとなるので、（１）中継局２０２ａから地点２１１ｂまでの距離は５．０３５９ｍであり、中継局２０２ｂから地点２１１ｂまでの距離より０．０３５９ｍ長いことになり、前記０．０３５９ｍの距離差に対応する位相差ΔΦは、ΔΦ＝３６０°×（０．０３５９ｍ／１０ｍ）≒１．２９°となり、（２）中継局２０２ａから地点２１１ｃまでの距離は約７．２８６ｍ、中継局２０２ｂから地点２１１ｃまでの距離は約６．８６２ｍから、両者の距離差は０．４２４ｍとなり、前記０．４２４ｍの距離差に対応する位相差ΔΦは、ΔΦ＝３６０°×（０．４２４ｍ／１０ｍ）＝１５．２４°となる。
【００７７】
ここで、前記位相測定手段の位相測定精度は、実施の形態１によれば、ＧＰＳと同様に連続送信されるので、１０ミリ秒間の平均値をとった場合で、±１°程度が実現できることから、１秒間の移動平均値では±０．１°程度が実現できることになり、位置の測位精度ΔＬは、測位レンジが１０ｍであることから、ΔＬ＝±０．１×（１０ｍ／３６０°）≒±０．３ｃｍとなる。更に、４個の中継局を利用して双曲線航法により測位をすると、測位誤差は更に２分の１程度に削減でき、測位誤差として±０．１５ｃｍ程度が実現できることになる。
【００７８】
一方、実施の形態２によれば、４つのタイムスロットを設けて８ｍｓのバースト信号を０．５ｓ周期で間欠発信するので、前記位相測定手段の位相測定精度は、５回の移動平均をとる場合で、±１°程度となるので、位置の測位精度ΔＬは、測位レンジが１０ｍであることから、ΔＬ＝±１×（１０ｍ／３６０°）≒±３ｃｍとなる。
【００７９】
以上の説明では、単一の周波数の同期信号を用いる場合について説明したが、位相変化ΔΦを、０＜ΔΦ＜２πに制限する必要があることから、同期信号信号として、周波数が異なる複数の同期信号を用いると、複数の測位レンジで位置を測位できることになり、測位したい位置に最適の測位レンジを合わせることで、精密な位置の検知が可能となるメリットが得られる。
また、前記中継局から送信する測位信号は、周波数分割多重方式、あるいはＯＦＤＭ方式で同時送信することができる。
【００８０】
また、前記中継局と移動端末のいずれか一方あるいは両方に、複数のアンテナを接続し、周期的に切替えながら測位信号を発信しあるいは受信して前記複数のアンテナに対応する位相差を測定し、位相差の少ないものを選択することで、無線信号の伝搬路で生じるマルチパスによって生じる測位誤差を軽減し、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位置検知システムを実現できる。
【００８１】
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、無線信号として、時分割同時送受話（ＴＤＤ）方式の代わりに、周波数分割同時送受話（ＦＤＤ）方式を用いても同様な効果が得られる。
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、基準局および各中継局で異なる拡散符号、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をシームレス化できる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明によれば、安価な設備で、ＧＰＳのシームレス化を広域で実現できるほか、移動端末をＲＦタグに置き換えて物流管理にも応用できる。
なお、本発明の擬似衛星測位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】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による擬似衛星測位システムの構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態による擬似衛星測位システムの構成図
【図３】本発明の擬似衛星測位システムによる位置の測位原理の説明図
【図４】本発明の第１の実施の形態による基準局および移動端末の構成図
【図５】本発明の第１の実施の形態による受信制御手段の構成図
【図６】本発明の第１の実施の形態による測位信号のタイミングチャート
【図７】本発明の第２の実施の形態による基準局および移動端末の構成図
【図８】本発明の第２の実施の形態による測位信号のタイミングチャート
【図９】従来の実施例を示す構成図
【符号の説明】
【００８４】
１ ＲＴＫ測位システム
２ 複数のスードライト
３ 固定基準局受信手段
４ 移動基準局受信手段
５ ローバー受信手段
６ 利用者処理ユニット
７ データリンク
１００ 擬似衛星測位システム
１０１ａ〜１０１ｄ 基準局と中継局の間の伝送ケーブル
１０２ａ〜１０２ｄ 移動端末と中継局との間の無線信号の伝搬経路
２０１ 基準局
２０１ 基準局
２０２ａ〜２０２ｄ 中継局
２０３ 移動端末
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブルで接続し、
前記基準局が、少なくとも、送信制御手段と、複数組の信号生成手段と送信手段とを有し、
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、
前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して特定の拡散符号を割当てられた測位信号を生成し、
前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を生成し、前記伝送ケーブルを介して中継局に向けて伝送し、
前記中継局が、前記伝送された高周波信号を、直接もしくは増幅器を用いて増幅し、アンテナから無線信号として移動端末に向けて送信し、
前記移動端末が、少なくとも、アンテナと、受信手段と、信号分配手段と、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、
前記アンテナが、前記複数の中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、
前記受信手段が、前記受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、
前記信号分配手段が、前記中間周波信号を複数組の中間周波信号に分配し、
前記信号再生処理手段が、前記分配された中間周波信号から、前記特定の拡散符号を割当てられた測位信号を再生し、前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、
前記位置測位手段が、前記複数組の信号再生処理手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする擬似衛星測位システム。
【請求項２】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブルで接続し、
前記基準局が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段と、高周波信号切替手段とを有し、
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、
前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロット毎に少なくとも複数組の測位信号を生成し、
前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に生成し、
前記高周波信号切替手段が、前記生成された高周波信号を前記タイムスロットに合わせて複数組の高周波信号に切替えて、各組ごとに前記伝送ケーブルを介して中継局に向けて伝送し、
前記中継局が、前記伝送された高周波信号を直接もしくは増幅器を用いて増幅し、アンテナを介して無線信号として移動端末に向けて送信し、
前記移動端末が、少なくとも、アンテナと、受信手段と、信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、
前記アンテナが、前記複数の中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、
前記受信手段が、前記受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、
前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号から前記タイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記各組ごとに検出されたタイミングで前記測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、
前記位置測位手段が、前記信号再生処理手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする擬似衛星測位システム。
【請求項３】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブルで接続し、
前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段とを有し、
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、
前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して少なくとも特定の測位信号を生成し、
前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて連続的にあるいはバースト信号として間欠的に送信し、
前記中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、
前記基準局が、少なくとも、複数組の受信手段と、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、
前記受信手段が、前記各伝送ケーブルを介して伝送された高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、
前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号から少なくとも特定の測位信号を再生し、前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、
前記位置測位手段が、前記複数組の信号再生処理手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする擬似衛星測位システム。
【請求項４】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブルで接続し、
前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段とを有し、
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、
前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロットで少なくとも複数組の測位信号を生成し、
前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて送信し、
前記中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、
前記基準局が、少なくとも、高周波信号切替手段と、受信手段と、信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、
前記高周波信号切替手段が、前記複数の中継局から各伝送ケーブルを介して伝送された複数の高周波信号を前記割当てられたタイムスロットで切替えて共通の高周波信号とし、
前記受信手段が、前記切替えられた共通の高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、
前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号からタイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記再生された複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、
前記位置測位手段が、前記信号再生処理手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする擬似衛星測位システム。
【請求項５】
前記信号再生処理手段が、少なくとも、信号再生手段と、同期検出手段と、同期発振手段と、位相測定手段とを有し、
前記信号再生手段が、前記中間周波信号から測位信号を再生し、
前記同期検出手段が、前記再生された測位信号から、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、
前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、
あるいは前記信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、
前記位相測定手段が、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することを特徴とする請求項第１項から第４項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項６】
前記測位信号が、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項から第４項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項７】
前記基準局から送信される高周波信号に少なくとも報知信号が含まれ、前記報知信号に、少なくとも、基準局の位置に関する情報、各中継局の位置に関する情報、各伝送ケーブルの長さに関する情報、あるいはこれらの組み合わせが含まれていることを特徴とする請求項第１項もしくは第３項に記載の擬似衛星測位システム。
【請求項８】
前記基準局もしくは移動端末が前記移動端末の位置を測位する際に、前記同期発振手段が生成する同期信号の周波数を、前記位相測定手段に要求される測位レンジに合わせて設定し、あるいは前記同期発振手段が異なる周波数の複数の同期信号を生成し、前記複数の同期信号の中から、前記位相測定手段に要求される測位レンジに合わせて最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現することを特徴とする請求項第１項から第５項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項９】
前記位相測定手段の測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させ、あるいは切替えて設定することによって、最適の測位レンジを用いて前記移動体の位置を高精度で測位することを特徴とする請求項第８項に記載の擬似衛星測位システム。
【請求項１０】
前記信号生成手段、信号再生手段、もしくは信号再生処理手段において、前記測位信号が、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１項から第５項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項１１】
前記信号再生処理手段もしくは同期発振手段が、基準発振器の発振周波数を位相同期発振器によって高い周波数に変換して駆動される、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、前記同期検出手段が、少なくとも１２８ＭＨｚ以上の周波数のサンプリング信号を用いて、前記再生された測位信号の立上り点、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をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段が前記測位信号と短時間で瞬時に同期を確立し、かつ前記測位信号が停止しあるいは消滅した後も、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１項から第５項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項１２】
前記信号再生処理手段もしくは位相測定手段が、前記再生した測位信号あるいは生成した同期信号の周波数の、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１項から第５項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項１３】
前記無線信号の周波数が、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であることを特徴とする請求項第１項もしくは第３項に記載の擬似衛星測位システム。
【請求項１】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブルで接続し、
前記基準局が、少なくとも、送信制御手段と、複数組の信号生成手段と送信手段とを有し、
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、
前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して特定の拡散符号を割当てられた測位信号を生成し、
前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を生成し、前記伝送ケーブルを介して中継局に向けて伝送し、
前記中継局が、前記伝送された高周波信号を、直接もしくは増幅器を用いて増幅し、アンテナから無線信号として移動端末に向けて送信し、
前記移動端末が、少なくとも、アンテナと、受信手段と、信号分配手段と、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、
前記アンテナが、前記複数の中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、
前記受信手段が、前記受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、
前記信号分配手段が、前記中間周波信号を複数組の中間周波信号に分配し、
前記信号再生処理手段が、前記分配された中間周波信号から、前記特定の拡散符号を割当てられた測位信号を再生し、前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、
前記位置測位手段が、前記複数組の信号再生処理手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする擬似衛星測位システム。
【請求項２】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブルで接続し、
前記基準局が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段と、高周波信号切替手段とを有し、
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、
前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロット毎に少なくとも複数組の測位信号を生成し、
前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に生成し、
前記高周波信号切替手段が、前記生成された高周波信号を前記タイムスロットに合わせて複数組の高周波信号に切替えて、各組ごとに前記伝送ケーブルを介して中継局に向けて伝送し、
前記中継局が、前記伝送された高周波信号を直接もしくは増幅器を用いて増幅し、アンテナを介して無線信号として移動端末に向けて送信し、
前記移動端末が、少なくとも、アンテナと、受信手段と、信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、
前記アンテナが、前記複数の中継局から送信される無線信号を高周波信号として受信し、
前記受信手段が、前記受信した高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、
前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号から前記タイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記各組ごとに検出されたタイミングで前記測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、
前記位置測位手段が、前記信号再生処理手段による複数組の測定結果から、自局の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする擬似衛星測位システム。
【請求項３】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブルで接続し、
前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段とを有し、
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを生成し、
前記信号生成手段が、前記クロック信号とタイミング信号とに同期して少なくとも特定の測位信号を生成し、
前記送信手段が、前記生成された測位信号を含む高周波信号を生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて連続的にあるいはバースト信号として間欠的に送信し、
前記中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、
前記基準局が、少なくとも、複数組の受信手段と、複数組の信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、
前記受信手段が、前記各伝送ケーブルを介して伝送された高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、
前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号から少なくとも特定の測位信号を再生し、前記再生された測位信号から、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、
前記位置測位手段が、前記複数組の信号再生処理手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする擬似衛星測位システム。
【請求項４】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための擬似衛星測位システムにおいて、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継手段との間を伝送ケーブルで接続し、
前記移動端末が、少なくとも、送信制御手段と、信号生成手段と、送信手段とを有し、
前記送信制御手段が、少なくとも基準となるクロック信号とタイミング信号とを複数組生成し、
前記信号生成手段が、前記複数組のクロック信号とタイミング信号とに同期して割当てられたタイムスロットで少なくとも複数組の測位信号を生成し、
前記送信手段が、前記生成された複数組の測位信号を含む高周波信号をバースト信号として間欠的に生成し、アンテナから無線信号として前記複数の中継局に向けて送信し、
前記中継局が、前記無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、
前記基準局が、少なくとも、高周波信号切替手段と、受信手段と、信号再生処理手段と、位置測位手段とを有し、
前記高周波信号切替手段が、前記複数の中継局から各伝送ケーブルを介して伝送された複数の高周波信号を前記割当てられたタイムスロットで切替えて共通の高周波信号とし、
前記受信手段が、前記切替えられた共通の高周波信号を中間周波信号に変換して増幅し、
前記信号再生処理手段が、前記中間周波信号からタイムスロット毎に割当てられた複数組の測位信号を再生し、前記再生された複数組の測位信号から、各組毎に、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、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで複数組の同期信号を生成し、前記生成された複数組の同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、
前記位置測位手段が、前記信号再生処理手段による複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を双曲線航法もしくは三角法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする擬似衛星測位システム。
【請求項５】
前記信号再生処理手段が、少なくとも、信号再生手段と、同期検出手段と、同期発振手段と、位相測定手段とを有し、
前記信号再生手段が、前記中間周波信号から測位信号を再生し、
前記同期検出手段が、前記再生された測位信号から、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、
前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、
あるいは前記信号再生手段と同期検出手段と同期発振手段とが遅延ロックループを構成し、前記再生された測位信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された測位信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、
前記位相測定手段が、前記生成された同期信号から前記測位信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することを特徴とする請求項第１項から第４項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項６】
前記測位信号が、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項から第４項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項７】
前記基準局から送信される高周波信号に少なくとも報知信号が含まれ、前記報知信号に、少なくとも、基準局の位置に関する情報、各中継局の位置に関する情報、各伝送ケーブルの長さに関する情報、あるいはこれらの組み合わせが含まれていることを特徴とする請求項第１項もしくは第３項に記載の擬似衛星測位システム。
【請求項８】
前記基準局もしくは移動端末が前記移動端末の位置を測位する際に、前記同期発振手段が生成する同期信号の周波数を、前記位相測定手段に要求される測位レンジに合わせて設定し、あるいは前記同期発振手段が異なる周波数の複数の同期信号を生成し、前記複数の同期信号の中から、前記位相測定手段に要求される測位レンジに合わせて最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現することを特徴とする請求項第１項から第５項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項９】
前記位相測定手段の測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させ、あるいは切替えて設定することによって、最適の測位レンジを用いて前記移動体の位置を高精度で測位することを特徴とする請求項第８項に記載の擬似衛星測位システム。
【請求項１０】
前記信号生成手段、信号再生手段、もしくは信号再生処理手段において、前記測位信号が、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１項から第５項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項１１】
前記信号再生処理手段もしくは同期発振手段が、基準発振器の発振周波数を位相同期発振器によって高い周波数に変換して駆動される、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、前記同期検出手段が、少なくとも１２８ＭＨｚ以上の周波数のサンプリング信号を用いて、前記再生された測位信号の立上り点、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をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段が前記測位信号と短時間で瞬時に同期を確立し、かつ前記測位信号が停止しあるいは消滅した後も、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１項から第５項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項１２】
前記信号再生処理手段もしくは位相測定手段が、前記再生した測位信号あるいは生成した同期信号の周波数の、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１項から第５項のいずれかに該当する擬似衛星測位システム。
【請求項１３】
前記無線信号の周波数が、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であることを特徴とする請求項第１項もしくは第３項に記載の擬似衛星測位システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１９１０７０（Ｐ２０１１−１９１０７０Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５５０５２（Ｐ２０１０−５５０５２）
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【Ｆターム（参考）】
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