機器位置検出システム
【課題】高い精度の時計を無線送信局と、無線受信局との両方に備えることなく、無線送信局の位置情報を正確に検出する。
【解決手段】
温度測定器１４は、応答フレームデータを無線基地局１１〜１３に送信する第１の送受信手段を備え、無線基地局１１〜１３は、参照フレームデータの送信要求がない場合は、自局以外の他の無線受信局１１〜１３から送信された参照フレームデータを受信した後に、温度測定器１４から送信された応答フレームデータを受信する第２の送受信手段と、第２の送受信手段により参照フレームデータを受信完了した時点から応答フレームデータを受信開始した時点までの時間を応答時間として測定する時間測定手段とを備え、
位置検出装置２０は、算出した遅延時間と応答時間とに基づいて、差分距離を算出する距離算出手段と、算出された差分距離に基づいて、温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出する位置算出手段とを備える。
【解決手段】
温度測定器１４は、応答フレームデータを無線基地局１１〜１３に送信する第１の送受信手段を備え、無線基地局１１〜１３は、参照フレームデータの送信要求がない場合は、自局以外の他の無線受信局１１〜１３から送信された参照フレームデータを受信した後に、温度測定器１４から送信された応答フレームデータを受信する第２の送受信手段と、第２の送受信手段により参照フレームデータを受信完了した時点から応答フレームデータを受信開始した時点までの時間を応答時間として測定する時間測定手段とを備え、
位置検出装置２０は、算出した遅延時間と応答時間とに基づいて、差分距離を算出する距離算出手段と、算出された差分距離に基づいて、温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出する位置算出手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信局と、位置関係が既知である複数の無線受信局と、無線送信局と無線受信局との間において無線によりフレームデータを送受信した際の送受信結果に基づいて、無線送信局の位置を検出する位置検出装置とを備える機器位置検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、室内に設置された空調機器を制御する空調システムにおいて、無線による温度データの送信が可能な温度測定器と、温度測定器から送信された温度測定値を受信する無線基地局と、無線基地局により受信された温度測定値に基づいて、室内の空調機器を制御する制御装置とからなるものがある。
【０００３】
このような従来の空調システムにおいて、室内空間を快適な温度となるように制御するためには、制御装置は、温度測定器から送信された温度測定値と温度測定器の位置情報とに基づいて、適切に温度制御を行う必要がある。そこで、空調システムの提供者又は利用者は、無線基地局と温度測定器との間の距離を正確に測定し、測定した距離に基づいて温度測定器の位置を算出し、算出した位置情報を制御装置に設定しなければならなかった。
【０００４】
そのため、例えば、提供者又は利用者が、温度測定器を移設したり、追加したりした場合、その都度、提供者又は利用者は、無線基地局と温度測定器との間の距離を制御装置に設定しなければならず、非常に面倒であった。
【０００５】
そこで、温度測定器にＧＰＳ（Global Positioning System）センサを搭載し、温度測定器の位置情報を無線基地局に送信する位置検出システムを空調システムに適用することが考えられる。しかしながら、このようなＧＰＳを利用した空調システムは、室内に設置されるため、温度測定器からの電波が弱くなり、正確に位置を検出することができなかった。また、温度測定器にＧＰＳセンサを搭載するので、空調システム全体の製造コストが高くなるという課題があった。
【０００６】
そこで、特許文献１には、複数の基地局と端末によって構成され、かつ複数のチャネルを有し、各端末が基地局と非同期でパケット通信を行い、端末と基地局を同期させることなく基地局と端末間の信号伝搬時間を測定し、測定した伝搬時間を元に端末の位置を特定する無線局の位置推定システムが提案されている。
【０００７】
図７は、特許文献１に記載の無線局の位置推定システムにおいて、データパケットの送信側である基地局とデータパケットの受信側である端末との間でのＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づいたデータパケットの送受関係を示した図である。
【０００８】
図７に示すように、基地局から送信されたデータパケットが端末に到達するのに必要な伝搬遅延の時間をＴ１とし、端末から送信されたＡＣＫが基地局まで到達するのに必要な伝搬遅延の時間をＴ２とし、端末がデータパケットの受信を終了してからＡＣＫを送信するまでに必要な時間をＴ３としている。ここで、Ｔ３は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格においては、受信側のＡＣＫ応答までの時間としてＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）と定義されている。また、データパケットの送信に必要とされる時間をＴ４としており、このＴ４は、データパケット長と伝送レートとに依存される。Ｔ５は、送信側の基地局でデータパケット送信開始からＡＣＫ受信開始までの時間であり、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，及びＴ４を加算した時間となる。
【０００９】
ここで、Ｔ４はデータパケット長と伝送レートによって決まる時間であり、送信側の基地局で算出できる時間である。Ｔ３で示されるＳＩＦＳは、ＩＥＥＥ８０２．１１規格では物理層に用いる規格で決まる値とされており、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格ではＳＩＦＳ時間として１６μｓ（マイクロ秒）という値が規定されている。同様にＩＥＥＥ８０２．１１Ｂ規格ではＳＩＦＳ時間として１０μｓ（マイクロ秒）という値が規定されている。よって、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に従って通信する無線ＬＡＮシステムにおいては、用いられる物理層の規格の違いによりＳＩＦＳの値が変わるものの、同一の物理層の規格に従って通信する無線局においてはＳＩＦＳの値は固定値となる。そこで、Ｔ５を構成する時間要素のうちＴ３，Ｔ４を、送信側の基地局において推定し、時間（Ｔ１＋Ｔ２）を導出する。
【００１０】
そして、無線ＬＡＮを用いる場合、基地局から端末への伝搬遅延Ｔ１と、端末から基地局への伝搬遅延Ｔ２とは同一であることを前提に、基地局は、データパケット送信開始からＡＣＫ受信開始までの時間Ｔ５を測定し、基地局と端末との間の伝搬遅延（Ｔ１＝Ｔ２）を求めることで、基地局と端末との間の伝搬時間を推定し、伝搬距離を推定する。
【特許文献１】特開２００４−３５００８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の無線局の位置推定システムでは、基地局がＴ５を測定し、また、端末がＴ３となるように正確に送信することで、このＴ３と測定したＴ５に基づいて、基地局と端末との間の伝搬遅延（Ｔ１＝Ｔ２）を求める。そのため、高い精度で伝搬遅延（Ｔ１＝Ｔ２）を算出することが困難であった。
【００１２】
即ち、高い精度で伝搬遅延（Ｔ１＝Ｔ２）を算出するためには、基地局と端末の両方に高い精度で時間を測定する時計を備える必要があった。一般的に流通している比較的低価格である測定精度１０ｐｐｍ程度の水晶振動子を用いた時計を用いて、例えば、Ｔ５を測定するとすると、Ｔ５が数百μｓ（マイクロ秒）であれば、測定誤差が数ｍになる場合がある。このような精度では、特許文献１に記載の無線局の位置推定システムを、例えば、誤差が大きく、空調システムに適用した場合、適切に温度制御できない場合があった。
【００１３】
また、基地局や端末を、測定精度の高い時計を備えた構成とすると、製造費用がふくらみ、装置全体として高コストとなるという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高い精度の時計を、データの送信側である無線送信局と、データの受信側である無線受信局との両方に備えることなく、無線送信局の位置情報を正確に検出することができる機器位置検出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明に係る機器位置検出システムの第１の特徴は、無線送信局が、複数の無線受信局のいずれか１つから送信された参照フレームデータを受信し、該受信した参照フレームデータに対する応答として応答フレームデータを複数の無線受信局に送信する第１の送受信手段を有し、複数の無線受信局が、位置検出装置から参照フレームデータの送信要求があった場合は、参照フレームデータを無線送信局及び自局以外の他の無線受信局へ送信し、送信要求がない場合は、自局以外の他の無線受信局から送信された参照フレームデータを受信した後に、参照フレームデータに対する応答として無線送信局から送信された応答フレームデータを受信する第２の送受信手段と、第２の送受信手段により参照フレームデータを受信完了した時点から応答フレームデータを受信開始した時点までの時間を応答時間として測定する時間測定手段とを有し、位置検出装置が、複数の無線受信局のいずれか１つが、無線送信局及び自局以外の他の無線受信局へ参照フレームデータを送信完了した時点から、該参照フレームデータを他の無線受信局が受信完了した時点までの時間を遅延時間として算出し、この算出した遅延時間と、時間測定手段により測定された応答時間とに基づいて、無線送信局から参照フレームデータを受信した複数の無線受信局のうちのいづれか１つまでの距離と、該無線受信局以外であって、参照フレームデータを受信した複数の無線基地局のうちのいづれか１つから無線送信局までの距離との差を差分距離として算出する距離算出手段と、距離算出手段により算出された差分距離に基づいて、無線送信局の位置を示す位置情報を算出する位置算出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る機器位置検出システムによれば、高い精度の時計を無線送信局と、無線受信局との両方に備えることなく、無線送信局の位置を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１では、室内に設置された空調機器を制御する空調システムに適用され、室内の温度を測定する温度測定器と、所定の位置を基準点とした平面上のそれぞれの位置関係が既知である３つの無線基地局との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果に基づいて、温度測定器の位置を検出する機器位置検出システムを例に挙げて説明する。ここで、フレームデータとは、データを送受信する際に分割される１つの単位であり、このフレームデータには、応答を要求する参照フレームデータと、参照フレームデータに対する応答を示す応答フレームデータがある。
【００１９】
図１は、本発明の実施例１である機器位置検出システムが適用された空調システムの構成を示した構成図である。
【００２０】
図１に示すように、空調システム２は、本発明の実施例１である機器位置検出システム１と、制御装置３と、空調機器４とを備えている。機器位置検出システム１は、制御装置３と接続されており、制御装置３には、空調機器４が接続されている。
【００２１】
制御装置３は、機器位置検出システム１から供給された後述する温度測定器１４の位置情報と、温度測定器１４により測定された温度データに基づいて、空調機器４を制御する。
【００２２】
空調機器４は、制御装置３からの制御信号に従って、冷暖房の風量等を調整する。
【００２３】
本発明の実施例１である機器位置検出システム１は、無線受信局である無線基地局１１〜１３と、無線送信局である温度測定器１４と、位置検出装置２０とを備えており、無線基地局１１〜１３と、位置検出装置２０とはネットワーク３０を介して接続されている。
【００２４】
温度測定器１４は、温度センサと、第１の送受信手段とを備える。
【００２５】
温度測定器１４の温度センサは、周辺温度を測定し、測定した温度データを第１の送受信手段に供給する。
【００２６】
温度測定器１４の第１の送受信手段は、無線基地局１１〜１３のいずれか１つから送信された参照フレームデータを受信し、受信した参照フレームデータに対する応答として応答フレームデータを無線基地局１１〜１３に送信する。また、参照フレームデータが、測定温度の送信を要求するデータである場合には、温度センサにより測定された温度データを、応答フレームデータに含めて無線基地局１１〜１３へ送信する。
【００２７】
無線基地局１１〜１３は、その機能上、第２の送受信手段と、時間測定手段とを備える。
【００２８】
無線基地局１１〜１３の第２の送受信手段は、位置検出装置２０から参照フレームデータの送信要求があった場合は、参照フレームデータを温度測定器１４及び自局以外の他の無線受信局１１〜１３へ送信する。また、第２の送受信手段は、位置検出装置２０から参照フレームデータの送信要求がない場合は、自局以外の他の無線受信局１１〜１３から送信された参照フレームデータを受信した後に、参照フレームデータに対する応答として温度測定器１４から送信された応答フレームデータを受信する。さらに、第２の送受信手段は、温度測定器１４から受信した応答フレームデータに、温度センサにより測定された温度データが含まれている場合には、温度データを制御装置３へ供給する。
【００２９】
無線基地局１１〜１３の時間測定手段は、自局以外の他の無線受信局１１〜１３から送信された参照フレームデータを第２の送受信手段により受信完了した時点から、この参照フレームデータに対する応答として温度測定器１４から送信された応答フレームデータを第２の送受信手段により受信開始した時点までの時間を応答時間として測定する。
【００３０】
位置検出装置２０は、その機能上、距離算出手段と、位置算出手段とを備える。
【００３１】
位置検出装置２０の距離算出手段は、無線基地局１１〜１３が参照フレームデータを受信する際の遅延時間を算出する。ここで、遅延時間とは、無線受信局１１〜１３のうちいずれか１つが、温度測定器１４及び自局以外の他の無線受信局１１〜１３へ参照フレームデータを送信完了した時点から、この参照フレームデータを他の無線受信局１１〜１３が受信完了した時点までの時間をいう。そして、距離算出手段は、この算出した遅延時間と、時間測定手段により測定された応答時間とに基づいて、温度測定器１４から参照フレームデータを受信した無線基地局１１〜１３のうちのいづれか１つまでの距離と、この無線受信局以外であって、参照フレームデータを受信した無線基地局１１〜１３のうちのいづれか１つから温度測定器１４までの距離との差を差分距離として算出する。
【００３２】
位置検出装置２０の位置算出手段は、距離算出手段により算出された差分距離に基づいて、温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出する。ここで、位置情報とは、無線基地局１１〜１３を含む平面上における所定の位置を基準点とした座標情報をいう。
【００３３】
図２は、本発明の実施例１である機器位置検出システム１の無線基地局１１〜１３の構成を示した構成図である。
【００３４】
無線基地局１１〜１３は、同じ構成を有するので、以下無線基地局１２について説明し、無線基地局１１，１３についての説明は省略する。
【００３５】
図２に示すように、無線基地局１２は、ＢＰＦ（BAND PASS FILTER）１０１と、切替器１０２と、アンプ１０３と、ＢＰＦ１０４と、受信回路１０５と、検波部１０６と、レベル判定部１０７、立下がり検出部１０８と、タイマ１０９と、立上がり検出部１１０と、ラッチ１１１と、ＣＰＵ１１２と、送信回路１１３と、ＢＰＦ１１４と、パワーアンプ１１５と、ネットワークＩ／Ｆ１１６とを備える。
【００３６】
ＢＰＦ１０１，１０４，１１４は、特定の周波数帯域の電波のみを通過させ、それ以外の不要電波をカットする。
【００３７】
切替器１０２は、ＢＰＦ１０１より電波が供給されると、供給された電波をアンプ１０３へ供給し、パワーアンプ１１５より電波が供給されると、供給された電波をＢＰＦ１０１へ供給する。
【００３８】
アンプ１０３は、切替器１０２より供給された電波を増幅する。
【００３９】
受信回路１０５は、ＢＰＦ１０４より供給された電波をＣＰＵ１１２へ供給する。
【００４０】
検波部１０６は、ＢＰＦ１０４により不要電波がカットされた電波から所定の間隔で電波強度を測定し、測定した電波強度をレベル判定部１０７へ供給する。
【００４１】
レベル判定部１０７は、供給された電波強度が所定の値以上であると判定した場合には、その判定結果を立下がり検出部１０８と、立上がり検出部１１０とに供給する。
【００４２】
立ち下がり検出部１０８は、レベル判定部１０７より供給された判定結果に基づいて、電波に含まれるフレームデータの末尾を検出しその時点からタイマ１０９をリセットした後、タイマ１０９を起動させる。
【００４３】
タイマ１０９は、起動すると、カウント値をラッチ１１１に供給する。
【００４４】
立ち上がり検出部１１０は、フレームデータの先頭を検出すると、ラッチ１１１に検出信号を供給する。
【００４５】
ラッチ１１１は、タイマ１０９から供給されたカウント値を保持し、その後、立ち上がり検出部１１０から検出信号が供給されると、その時点のカウント値をＣＰＵ１１２へ供給する。
【００４６】
これにより、立ち下がり検出部１０８によりフレームデータの末尾が検出されてから、立ち上がり検出部１０９によりフレームデータの先頭が検出されるまでの時間がカウント値としてＣＰＵ１１２へ供給される。
【００４７】
ＣＰＵ１１２は、中枢的な制御を行い、参照フレームデータの送受信や、応答フレームデータの受信を制御する。また、応答時間の算出等の各種演算処理を行う。
【００４８】
送信手段１１３は、ＣＰＵ１１２により生成されたフレームデータをＢＰＦ１１４へ供給する。
【００４９】
パワーアンプ１１５は、ＢＰＦ１１４により供給された不要な周波数がカットされた信号を増幅し、切替器１０２、ＢＰＦを介してフレームデータを送信する。
【００５０】
ネットワークＩ／Ｆ１１６は、ネットワークカード等の通信装置であり、このネットワークＩ／Ｆ１１６を介して無線基地局１２をネットワーク３０に接続することで、無線基地局１２は、時間測定手段により測定した応答時間を位置検出装置２０に送信し、また、温度測定器１４により測定された温度データを、制御装置３へ送信することができる。
【００５１】
このように、無線基地局１２は、ＢＰＦ（BAND PASS FILTER）１０１と、切替器１０２と、アンプ１０３と、ＢＰＦ１０４と、受信回路１０５と、検波部１０６と、レベル判定部１０７、立下がり検出部１０８と、タイマ１０９と、立上がり検出部１１０と、ラッチ１１１と、ＣＰＵ１１２と、送信回路１１３と、ＢＰＦ１１４と、パワーアンプ１１５とを備えることにより、上述した第２の送受信手段を実現する。また、ＣＰＵ１１２内に、その機能上、上述した時間測定手段を備える。
【００５２】
図３は、本発明の実施例１である機器位置検出システム１の位置検出装置２０の構成を示した構成図である。
【００５３】
図３に示すように、位置検出装置２０内のＣＰＵ２０１、及びメインメモリ２０３は、バス２０５を介して相互に接続されており、このバス２０５にはまた、Ｉ／Ｏバス２０７も接続されている。
【００５４】
Ｉ／Ｏバス２０７には、入出力コントローラを介して、記憶部２１５、入力部２１７、表示部２１９、ネットワークＩ／Ｆ２２１，２２３が接続されている。
【００５５】
記憶部２１５は、磁気ディスクドライブ等であって、オペレーティングシステムなどのプログラムの他に、位置検出プログラムが記憶されている。
【００５６】
入力部２１７は、操作者が各種の操作を入力するキーボード、マウスなどの入力デバイスにより構成されており、例えば操作者の押しボタン操作によりネットワーク３０を介して温度測定器１４の位置情報を制御装置３へ反映させるための要求コマンドを生成し、この要求コマンドを入出力コントローラ２１１、Ｉ／Ｏバス２０７及びメモリバス２０５を介してＣＰＵ２０１に送信する。
【００５７】
表示部２１９は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイや液晶ディスプレイなどであり、ＣＰＵ２０１からメモリバス２０５、Ｉ／Ｏバス２０７、入出力コントローラ２１１を介して、受信した出力信号に基づいて、温度測定器１４の位置情報等を表示する装置である。
【００５８】
ネットワークＩ／Ｆ２２１は、ネットワークカード等の通信装置であり、このネットワークＩ／Ｆ１２１を介して位置検出装置２０をネットワーク３０に接続することで、温度測定器１４と無線基地局１１〜１３との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果を受信し、これに基づいて、温度測定器１４の位置を算出することができる。
【００５９】
ネットワークＩ／Ｆ２２３は、ネットワークカード等の通信装置であり、このネットワークＩ／Ｆ１２１を介して位置検出装置２０を制御装置３に接続することで、位置検出装置２０は、算出した温度測定器１４の位置情報を制御装置３にアップデートすることができる。
【００６０】
また、ＣＰＵ２０１は、メインメモリ２０３にロードされた位置検出プログラム等のプログラムに従って各種の処理を実行する。そして、ＣＰＵ２０１は、位置検出プログラムを実行することによって、その機能上、距離算出手段２０１ａと、位置算出手段２０１ｂと実装する。
【００６１】
距離算出手段２０１ａは、無線基地局１１〜１３が参照フレームデータを受信する際の遅延時間を算出し、この算出した遅延時間と、無線基地局１１〜１３により測定された応答時間とに基づいて、温度測定器１４から参照フレームデータを受信した無線基地局１１〜１３のうちのいづれか１つまでの距離と、この無線基地局以外であって、参照フレームデータを受信した無線基地局１１〜１３のうちのいづれか１つから温度測定器１４までの距離との差を差分距離として算出する。
【００６２】
位置算出手段２０１ｂは、距離算出手段２０１ａにより算出された差分距離に基づいて、温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出する。
【００６３】
＜作用＞
次に、本発明の実施例１である機器位置検出システム１の作用について説明する。
【００６４】
図４は、本発明の実施例１である機器位置検出システム１において、無線基地局１１が参照フレームデータを送信した場合の無線基地局１１〜１３と温度測定器１４との間でのフレームデータの送受関係を示したタイムチャートである。
【００６５】
まず、無線基地局１１は、ｔ１時点において、位置検出装置２０からネットワーク３０を介して、参照フレームデータの送信要求を受信すると、参照フレームデータＲを送信する。そして、無線基地局１１は、参照フレームデータＲを送信し終えると、参照フレームデータＲの末尾の時点、即ちｔ５の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００６６】
次に、ｔ２時点において、温度測定器１４は、無線基地局１１により送信された参照フレームデータＲを受信すると、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ６時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出し、その後、応答フレームデータＭを送信する。
【００６７】
また、ｔ３時点において、無線基地局１２は、無線基地局１１により送信された参照フレームデータＲを受信し、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ７時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出する。その後、ｔ１２時点において、無線基地局１２は、温度測定器１４から送信された応答フレームデータＭを受信し、受信した応答フレームデータＭの先頭を検出する。このとき、無線基地局１２は、ｔ７時点からｔ１２時点までの時間である応答時間ＴＢを測定し、測定した応答時間ＴＢをネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。さらに、無線基地局１２は、参照フレームデータＲを受信し終えた時点、即ち参照フレームデータＲの末尾の時点であるｔ７の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００６８】
また、ｔ４時点において、無線基地局１３は、無線基地局１１により送信された参照フレームデータＲを受信し、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ８時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出する。その後、ｔ１１時点において、無線基地局１３は、温度測定器１４から送信された応答フレームデータＭを受信し、受信した応答フレームデータの先頭を検出する。このとき、無線基地局１２は、ｔ８時点からｔ１１時点までの時間である応答時間ＴＣを測定し、測定した応答時間ＴＣをネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。さらに、無線基地局１３は、参照フレームデータＲを受信し終えた時点、即ち参照フレームデータＲの末尾の時点であるｔ８の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００６９】
そして、位置検出装置２０は、無線基地局１１〜１３より送信された時刻情報に基づいて、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ５時点から、無線基地局１２が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ７時点までの遅延時間ＴＡＢを算出し、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ５時点から、無線基地局１３が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ８時点までの遅延時間ＴＡＣを算出する。
【００７０】
次に、応答時間ＴＢと応答時間ＴＣとを受信した位置検出装置２０は、受信したＴＢと、ＴＣと、算出したＴＡＢと、ＴＡＣとを用いて、無線基地局１２と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間と、無線基地局１３と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間との差である差分時間ＴＢＣＸを算出する。そして、位置検出装置２０は、算出した差分時間ＴＢＣＸに光速を乗じることにより、無線基地局１２と温度測定器１４との距離と、無線基地局１３と温度測定器１４との距離との差である差分距離ＬＢＣＸを算出する。
【００７１】
具体的には、位置検出装置２０は、
ＴＢＣＸ＝ＴＢ−ＴＣ＋ＴＡＢ−ＴＡＣ （数式１）
を用いて、受信したＴＢと及びＴＣと、算出したＴＡＢ及びＴＡＣとを代入することにより差分時間ＴＢＣＸを算出し、この算出した差分時間ＴＢＣＸに光速を乗じることにより、差分距離ＬＢＣＸを算出する。ここで、ＴＡＢは、図４に示すように、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ５時点から、無線基地局１２が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ７時点までの遅延時間を示し、ＴＡＣは、図４に示すように、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ５時点から、無線基地局１３が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ８時点までの遅延時間を示している。
【００７２】
ここで、上記数式１の導出について以下に説明する。
【００７３】
図４に示す温度測定器１４と無線基地局１２における、ｔ５時点からｔ１２時点までの経過時間に着目すると、
ＴＡＸ＋ＴＤ＋ＴＢＸ＝ＴＡＢ＋ＴＢ （数式２）
が導き出せる。ここで、ＴＡＸは、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ５時点から、温度測定器１４が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ６時点までの遅延時間を示し、ＴＢＸは、図４に示すように、温度測定器１４が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ９時点から、無線基地局１２が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ１２時点までの遅延時間を示している。
【００７４】
また、図４に示す温度測定器１４と無線基地局１３における、ｔ５時点からｔ１１時点までの経過時間に着目すると、
ＴＡＸ＋ＴＤ＋ＴＣＸ＝ＴＡＣ＋ＴＣ （数式３）
が導き出せる。ここで、同様に、ＴＡＸは、無線基地局１１が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ５時点から、温度測定器１４が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ６時点までの遅延時間を示し、ＴＣＸは、図４に示すように、温度測定器１４が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ９時点から、無線基地局１３が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ１１時点までの遅延時間を示している。
【００７５】
そして、上記数式２から数式３の両辺を減算し、整理すると、
ＴＢＸ−ＴＣＸ＝ＴＢ−ＴＣ＋ＴＡＢ−ＴＡＣ （数式４）
を導き出せる。
【００７６】
ここで、左辺の（ＴＢＸ−ＴＣＸ）は、無線基地局１２と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間と、無線基地局１３と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間との差であるので、即ち、ＴＢＣＸとなり、数式１を導き出すことができる。
【００７７】
また、上記と同様に、無線基地局１３が参照フレームデータを送信することによって、位置検出装置２０は、無線基地局１１と温度測定器１４との距離と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離の差を算出する。
【００７８】
図５は、本発明の実施例１である機器位置検出システム１において、無線基地局１３がフレームデータを送信した場合の無線基地局１１〜１３と温度測定器１４との間でのフレームデータの送受関係を示したタイムチャートである。
【００７９】
まず、無線基地局１３は、ｔ２１時点において、位置検出装置２０からネットワーク３０を介して、参照フレームデータの送信要求を受信すると、参照フレームデータＲを送信する。そして、無線基地局１３は、参照フレームデータＲを送信し終えると、参照フレームデータＲの末尾の時点、即ちｔ２５の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００８０】
そして、ｔ２２時点において、温度測定器１４は、無線基地局１３により送信された参照フレームデータＲを受信し、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ２６時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出し、その後ｔ２９時点において、応答フレームデータＭを送信する。
【００８１】
また、ｔ２３時点において、無線基地局１２は、無線基地局１３により送信された参照フレームデータＲを受信し、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ２７時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出する。その後、ｔ３１時点において、無線基地局１２は、温度測定器１４から送信された応答フレームデータＭを受信し、受信した応答フレームデータＭの先頭を検出する。このとき、無線基地局１２は、ｔ２７時点からｔ３１時点までの時間である応答時間ＴＢを測定し、測定した応答時間ＴＢをネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。さらに、無線基地局１２は、参照フレームデータＲを受信し終えた時点、即ち参照フレームデータＲの末尾の時点であるｔ２７の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００８２】
また、ｔ２４時点において、無線基地局１１は、無線基地局１３により送信された参照フレームデータＲを受信し、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ２８時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出する。その後、ｔ３２時点において、温度測定器１４から送信された応答フレームデータＭを受信し、受信した応答フレームデータＭの先頭を検出する。このとき、無線基地局１２は、ｔ２８時点からｔ３２時点までの時間である応答時間ＴＡを測定し、測定した応答時間ＴＡをネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。さらに、無線基地局１１は、参照フレームデータＲを受信し終えた時点、即ち参照フレームデータＲの末尾の時点あるｔ２８の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００８３】
そして、位置検出装置２０は、無線基地局１１〜１３より送信された時刻情報に基づいて、無線基地局１３が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ２５時点から、無線基地局１２が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ２７時点までの遅延時間ＴＣＢを算出し、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ２５時点から、無線基地局１１が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ２８時点までの遅延時間ＴＣＡを算出する。
【００８４】
次に、応答時間ＴＢと応答時間ＴＡとを受信した位置検出装置２０は、受信したＴＢと、ＴＡと、算出したＴＣＡと、ＴＣＢとを用いて、無線基地局１１と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間との差である差分時間ＴＡＢＸを算出する。そして、位置検出装置２０は、算出した時間ＴＡＢＸに光速を乗じることにより、無線基地局１１と温度測定器１４との距離と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離との差である差分距離ＬＡＢＸを算出する。
【００８５】
具体的には、位置検出装置２０は、
ＴＡＢＸ＝ＴＢ−ＴＡ＋ＴＣＡ−ＴＣＢ （数式５）
を用いて、受信したＴＢ及びＴＡと、算出したＴＣＡ及びＴＣＢとを代入することによって、差分時間ＴＡＢＸを算出し、この算出した差分時間ＴＡＢＸに光速を乗じることにより、差分距離ＬＡＢＸを算出する。ここで、ＴＣＡは、図５に示すように、無線基地局１３が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ２５時点から、無線基地局１１が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ２８時点までの遅延時間を示し、ＴＣＢは、図５に示すように、無線基地局１３が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ２５時点から、無線基地局１２が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ２７時点までの遅延時間を示している。
【００８６】
ここで、上記数式５の導出について以下に説明する。
【００８７】
図５に示す温度測定器１４と無線基地局１２における、ｔ２５時点からｔ３１時点までの経過時間に着目すると、
ＴＣＸ＋ＴＤ＋ＴＢＸ＝ＴＣＢ＋ＴＢ （数式６）
が導き出せる。ここで、ＴＣＸは、無線基地局１３が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ２５時点から、温度測定器１４が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ２６時点までの遅延時間を示し、ＴＢＸは、図４に示すように、温度測定器１４が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ２９時点から、無線基地局１２が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ３１時点までの遅延時間を示している。
【００８８】
また、図５に示す温度測定器１４と無線基地局１１における、ｔ２５時点からｔ３２時点までの経過時間に着目すると、
ＴＣＸ＋ＴＤ＋ＴＡＸ＝ＴＣＡ＋ＴＡ （数式７）
が導き出せる。ここで、同様に、ＴＣＸは、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ２５時点から、温度測定器１４が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ２６時点までの遅延時間を示し、ＴＡＸは、図５に示すように、温度測定器１４が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ２９時点から、無線基地局１１が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ３２時点までの遅延時間を示している。
【００８９】
そして、上記数式７から数式６の両辺を減算し、整理すると、
ＴＡＸ−ＴＢＸ＝ＴＢ−ＴＡ＋ＴＣＡ−ＴＣＢ （数式８）
を導き出せる。
【００９０】
ここで、左辺の（ＴＡＸ−ＴＢＸ）は、無線基地局１１と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間の差であるので、即ち、ＴＡＢＸとなり、数式５を導き出すことができる。
【００９１】
次に、位置検出装置２０の位置算出手段は、距離算出手段により算出された差分距離ＬＢＣＸ及び差分距離ＬＡＢＸに基づいて、温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出する。
【００９２】
例えば、ロランＣシステム等に採用される双曲線航法の原理によれば「２つの点（Ａ，Ｂ）からの距離の差が一定の値となる軌跡は、この２点（Ａ，Ｂ）を焦点とする双曲線になる」ことから、位置検出装置２０の位置算出手段は、この原理を用いて、温度測定器１４の位置を算出する。
【００９３】
図６は、位置検出装置２０の位置算出手段による温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出するための双曲線を描いた図である。
【００９４】
図６に示すように、位置検出装置２０の位置算出手段は、ＬＣＢＸと無線基地局１２，１３の位置情報とに基づいて、無線基地局１２と温度測定器１４との距離と、無線基地局１３と温度測定器１４との距離との差が一定となる双曲線６１を描く。次に、同様に、ＬＡＢＸと無線基地局１１，１２の位置情報とに基づいて、無線基地局１１と温度測定器１４との距離と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離の差が一定となるように双曲線６２を描く。
【００９５】
そして、この描いた双曲線６１と双曲線６１との交点の座標を温度測定器１４の位置情報として生成する。
【００９６】
このように、本発明の実施例１である機器位置検出システム１によれば、無線基地局１１〜１３より測定した時刻情報により算出されたＬＡＢＸやＬＢＣＸ等の差分距離情報、及び無線基地局１１〜１３の位置情報に基づいて、温度測定器１４の位置情報、即ち、無線基地局１１〜１３を含む平面上における所定の位置を基準点とした座標情報を算出することができる。
【００９７】
また、本発明の実施例１である機器位置検出システム１によれば、数式１及び数式５から分かるように、温度測定器１４において測定される時間（ＴＤ）を用いることなく、ＬＡＢＸやＬＢＣＸ等の差分距離情報を算出することができ、これにより、温度測定器１４の位置情報を算出することができる。そのため、温度測定器１４は高精度な時計を備える必要がなく、装置全体として製造コストを低減することができる。
【００９８】
以上のように、本発明の実施例１である機器位置検出システム１によれば、無線送信局である温度測定器１４と、無線受信局である無線基地局１１〜１３との両方に高い精度の時計を備えることなく、温度測定器１４の位置情報を正確に検出することができる。
【００９９】
なお、本発明の実施例１である機器位置検出システム１では、複数の無線基地局１１〜１３間のクロック同期は全く必要としない。
【０１００】
また、本発明の実施例１である機器位置検出システム１では、ロランＣシステム等に採用される双曲線航法の原理を用いて、温度測定器１４の位置情報を算出したが、オメガシステムでの計算原理を用いてもよい。
【実施例２】
【０１０１】
本発明の実施例１では、室内に設置された空調機器を制御する空調システムに適用され、室内の温度を測定する温度測定器１４と、所定の位置を基準点とした平面上のそれぞれの位置関係が既知である３つの無線基地局１１〜１３との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果に基づいて、温度測定器１４の平面上の位置を検出する機器位置検出システム１を例に挙げて説明したが、本発明の機器位置検出システムは温度測定器１４の空間上の位置を検出することも可能である。
【０１０２】
本発明の実施例２では、本発明の実施例１の機器位置検出システム１の構成に、３つの無線基地局１１〜１３と同一平面上にない無線基地局１５をさらに追加して、室内の温度を測定する温度測定器１４と、所定の位置を基準点とした空間上のそれぞれの位置関係が既知である４つの無線基地局１１〜１３，１５との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果に基づいて、温度測定器１４の空間上の位置を検出する機器位置検出システム１について説明する。
【０１０３】
本発明の実施例２の機器位置検出システム１は、本発明の実施例１の機器位置検出システム１と同様に、無線基地局１１から参照フレームデータが送信された場合、無線基地局１２と温度測定器１４との距離と、無線基地局１３と温度測定器１４との距離との差である差分距離ＬＢＣＸを算出する。また、無線基地局１３から参照フレームデータが送信された場合、無線基地局１１と温度測定器１４との距離と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離との差である差分距離ＬＡＢＸを算出する。
【０１０４】
さらに、本発明の実施例２の機器位置検出システム１は、無線基地局１２から参照フレームデータが送信された場合、本発明の実施例１の機器位置検出システム１と同様に、無線基地局１１と温度測定器１４との距離と、無線基地局１５と温度測定器１４との距離との差である差分距離ＬＡＤＸを算出する。
【０１０５】
そして、本発明の実施例２の機器位置検出システム１は、これらの算出された差分距離ＬＢＣＸ、差分距離ＬＡＢＸ、差分距離ＬＡＤＸに基づいて、温度測定器１４の位置、即ち、温度測定器１４の空間座標を示す位置情報を算出する。
【０１０６】
これにより、無線送信局である温度測定器１４と、無線受信局である無線基地局１１〜１３，１５との両方に高い精度の時計を備えることなく、温度測定器１４の空間的な位置情報を正確に検出することできる。
【実施例３】
【０１０７】
本発明の実施例１では、空調システムに適用され、室内の温度を測定する温度測定器と、位置関係が既知である複数の無線基地局との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果に基づいて、無線送信局の位置を検出する機器位置検出システム１を例に挙げて説明したが、機器位置検出システム１は、空調システム以外にも適用可能である。
【０１０８】
例えば、本発明の実施例３では、機器位置検出システム１を、音声を出力するスピーカと、音声出力を制御する音響コントローラとを備える音響システムに適用する。本発明の実施例３である機器位置検出システム１は、無線受信局である位置関係が既知の複数の無線基地局と、無線送信局を備えたスピーカと、音声を測定する音声測定器と、位置検出装置とを備える構成とし、スピーカと、複数の無線基地局との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果に基づいて、スピーカの位置を検出する。そして、音響コントローラが、音声測定器からの測定された音声データと、スピーカの位置情報に基づいて、利用者にとって快適な音響を実現できるように、音声出力を制御する。
【０１０９】
本発明の実施例３である機器位置検出システム１によれば、高い精度の時計を無線送信局と、無線受信局との両方に備えることなく、無線送信局の位置を正確に検出することができるので、利用者は、無線送信局の位置に基づいて、スピーカの配置を決定することができる。これにより、安価な装置構成で、利用者にとって快適な音響を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施例１である機器位置検出システムが適用された空調システムの構成を示した構成図である。
【図２】本発明の実施例１である機器位置検出システム１の無線基地局１１〜１３の構成を示した構成図である。
【図３】本発明の実施例１である機器位置検出システム１の位置検出装置２０の構成を示した構成図である。
【図４】本発明の実施例１である機器位置検出システム１において、無線基地局１１が参照フレームデータを送信した場合の無線基地局１１〜１３と温度測定器１４との間でのフレームデータの送受関係を示したタイムチャートである。
【図５】本発明の実施例１である機器位置検出システム１において、無線基地局１３がフレームデータを送信した場合の無線基地局１１〜１３と温度測定器１４との間でのフレームデータの送受関係を示したタイムチャートである。
【図６】位置検出装置２０の位置算出手段による温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出するための双曲線を描いた図である。
【図７】従来の無線局の位置推定システムにおいて、データパケットの送信側である基地局とデータパケットの受信側である端末との間でのＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づいたデータパケットの送受関係を示した図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１…機器位置検出システム
２…空調システム
３…制御装置
４…空調機器
１１〜１３，１５…無線基地局
１４…温度測定器
２０…位置検出装置
３０…ネットワーク
２０１…ＣＰＵ
２０１ａ…距離算出手段
２０１ｂ…位置算出手段
２０３…メインメモリ
２１５…記憶部
２１７…入力部
２１９…表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信局と、位置関係が既知である複数の無線受信局と、無線送信局と無線受信局との間において無線によりフレームデータを送受信した際の送受信結果に基づいて、無線送信局の位置を検出する位置検出装置とを備える機器位置検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、室内に設置された空調機器を制御する空調システムにおいて、無線による温度データの送信が可能な温度測定器と、温度測定器から送信された温度測定値を受信する無線基地局と、無線基地局により受信された温度測定値に基づいて、室内の空調機器を制御する制御装置とからなるものがある。
【０００３】
このような従来の空調システムにおいて、室内空間を快適な温度となるように制御するためには、制御装置は、温度測定器から送信された温度測定値と温度測定器の位置情報とに基づいて、適切に温度制御を行う必要がある。そこで、空調システムの提供者又は利用者は、無線基地局と温度測定器との間の距離を正確に測定し、測定した距離に基づいて温度測定器の位置を算出し、算出した位置情報を制御装置に設定しなければならなかった。
【０００４】
そのため、例えば、提供者又は利用者が、温度測定器を移設したり、追加したりした場合、その都度、提供者又は利用者は、無線基地局と温度測定器との間の距離を制御装置に設定しなければならず、非常に面倒であった。
【０００５】
そこで、温度測定器にＧＰＳ（Global Positioning System）センサを搭載し、温度測定器の位置情報を無線基地局に送信する位置検出システムを空調システムに適用することが考えられる。しかしながら、このようなＧＰＳを利用した空調システムは、室内に設置されるため、温度測定器からの電波が弱くなり、正確に位置を検出することができなかった。また、温度測定器にＧＰＳセンサを搭載するので、空調システム全体の製造コストが高くなるという課題があった。
【０００６】
そこで、特許文献１には、複数の基地局と端末によって構成され、かつ複数のチャネルを有し、各端末が基地局と非同期でパケット通信を行い、端末と基地局を同期させることなく基地局と端末間の信号伝搬時間を測定し、測定した伝搬時間を元に端末の位置を特定する無線局の位置推定システムが提案されている。
【０００７】
図７は、特許文献１に記載の無線局の位置推定システムにおいて、データパケットの送信側である基地局とデータパケットの受信側である端末との間でのＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づいたデータパケットの送受関係を示した図である。
【０００８】
図７に示すように、基地局から送信されたデータパケットが端末に到達するのに必要な伝搬遅延の時間をＴ１とし、端末から送信されたＡＣＫが基地局まで到達するのに必要な伝搬遅延の時間をＴ２とし、端末がデータパケットの受信を終了してからＡＣＫを送信するまでに必要な時間をＴ３としている。ここで、Ｔ３は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格においては、受信側のＡＣＫ応答までの時間としてＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）と定義されている。また、データパケットの送信に必要とされる時間をＴ４としており、このＴ４は、データパケット長と伝送レートとに依存される。Ｔ５は、送信側の基地局でデータパケット送信開始からＡＣＫ受信開始までの時間であり、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，及びＴ４を加算した時間となる。
【０００９】
ここで、Ｔ４はデータパケット長と伝送レートによって決まる時間であり、送信側の基地局で算出できる時間である。Ｔ３で示されるＳＩＦＳは、ＩＥＥＥ８０２．１１規格では物理層に用いる規格で決まる値とされており、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格ではＳＩＦＳ時間として１６μｓ（マイクロ秒）という値が規定されている。同様にＩＥＥＥ８０２．１１Ｂ規格ではＳＩＦＳ時間として１０μｓ（マイクロ秒）という値が規定されている。よって、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に従って通信する無線ＬＡＮシステムにおいては、用いられる物理層の規格の違いによりＳＩＦＳの値が変わるものの、同一の物理層の規格に従って通信する無線局においてはＳＩＦＳの値は固定値となる。そこで、Ｔ５を構成する時間要素のうちＴ３，Ｔ４を、送信側の基地局において推定し、時間（Ｔ１＋Ｔ２）を導出する。
【００１０】
そして、無線ＬＡＮを用いる場合、基地局から端末への伝搬遅延Ｔ１と、端末から基地局への伝搬遅延Ｔ２とは同一であることを前提に、基地局は、データパケット送信開始からＡＣＫ受信開始までの時間Ｔ５を測定し、基地局と端末との間の伝搬遅延（Ｔ１＝Ｔ２）を求めることで、基地局と端末との間の伝搬時間を推定し、伝搬距離を推定する。
【特許文献１】特開２００４−３５００８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の無線局の位置推定システムでは、基地局がＴ５を測定し、また、端末がＴ３となるように正確に送信することで、このＴ３と測定したＴ５に基づいて、基地局と端末との間の伝搬遅延（Ｔ１＝Ｔ２）を求める。そのため、高い精度で伝搬遅延（Ｔ１＝Ｔ２）を算出することが困難であった。
【００１２】
即ち、高い精度で伝搬遅延（Ｔ１＝Ｔ２）を算出するためには、基地局と端末の両方に高い精度で時間を測定する時計を備える必要があった。一般的に流通している比較的低価格である測定精度１０ｐｐｍ程度の水晶振動子を用いた時計を用いて、例えば、Ｔ５を測定するとすると、Ｔ５が数百μｓ（マイクロ秒）であれば、測定誤差が数ｍになる場合がある。このような精度では、特許文献１に記載の無線局の位置推定システムを、例えば、誤差が大きく、空調システムに適用した場合、適切に温度制御できない場合があった。
【００１３】
また、基地局や端末を、測定精度の高い時計を備えた構成とすると、製造費用がふくらみ、装置全体として高コストとなるという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高い精度の時計を、データの送信側である無線送信局と、データの受信側である無線受信局との両方に備えることなく、無線送信局の位置情報を正確に検出することができる機器位置検出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明に係る機器位置検出システムの第１の特徴は、無線送信局が、複数の無線受信局のいずれか１つから送信された参照フレームデータを受信し、該受信した参照フレームデータに対する応答として応答フレームデータを複数の無線受信局に送信する第１の送受信手段を有し、複数の無線受信局が、位置検出装置から参照フレームデータの送信要求があった場合は、参照フレームデータを無線送信局及び自局以外の他の無線受信局へ送信し、送信要求がない場合は、自局以外の他の無線受信局から送信された参照フレームデータを受信した後に、参照フレームデータに対する応答として無線送信局から送信された応答フレームデータを受信する第２の送受信手段と、第２の送受信手段により参照フレームデータを受信完了した時点から応答フレームデータを受信開始した時点までの時間を応答時間として測定する時間測定手段とを有し、位置検出装置が、複数の無線受信局のいずれか１つが、無線送信局及び自局以外の他の無線受信局へ参照フレームデータを送信完了した時点から、該参照フレームデータを他の無線受信局が受信完了した時点までの時間を遅延時間として算出し、この算出した遅延時間と、時間測定手段により測定された応答時間とに基づいて、無線送信局から参照フレームデータを受信した複数の無線受信局のうちのいづれか１つまでの距離と、該無線受信局以外であって、参照フレームデータを受信した複数の無線基地局のうちのいづれか１つから無線送信局までの距離との差を差分距離として算出する距離算出手段と、距離算出手段により算出された差分距離に基づいて、無線送信局の位置を示す位置情報を算出する位置算出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る機器位置検出システムによれば、高い精度の時計を無線送信局と、無線受信局との両方に備えることなく、無線送信局の位置を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１では、室内に設置された空調機器を制御する空調システムに適用され、室内の温度を測定する温度測定器と、所定の位置を基準点とした平面上のそれぞれの位置関係が既知である３つの無線基地局との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果に基づいて、温度測定器の位置を検出する機器位置検出システムを例に挙げて説明する。ここで、フレームデータとは、データを送受信する際に分割される１つの単位であり、このフレームデータには、応答を要求する参照フレームデータと、参照フレームデータに対する応答を示す応答フレームデータがある。
【００１９】
図１は、本発明の実施例１である機器位置検出システムが適用された空調システムの構成を示した構成図である。
【００２０】
図１に示すように、空調システム２は、本発明の実施例１である機器位置検出システム１と、制御装置３と、空調機器４とを備えている。機器位置検出システム１は、制御装置３と接続されており、制御装置３には、空調機器４が接続されている。
【００２１】
制御装置３は、機器位置検出システム１から供給された後述する温度測定器１４の位置情報と、温度測定器１４により測定された温度データに基づいて、空調機器４を制御する。
【００２２】
空調機器４は、制御装置３からの制御信号に従って、冷暖房の風量等を調整する。
【００２３】
本発明の実施例１である機器位置検出システム１は、無線受信局である無線基地局１１〜１３と、無線送信局である温度測定器１４と、位置検出装置２０とを備えており、無線基地局１１〜１３と、位置検出装置２０とはネットワーク３０を介して接続されている。
【００２４】
温度測定器１４は、温度センサと、第１の送受信手段とを備える。
【００２５】
温度測定器１４の温度センサは、周辺温度を測定し、測定した温度データを第１の送受信手段に供給する。
【００２６】
温度測定器１４の第１の送受信手段は、無線基地局１１〜１３のいずれか１つから送信された参照フレームデータを受信し、受信した参照フレームデータに対する応答として応答フレームデータを無線基地局１１〜１３に送信する。また、参照フレームデータが、測定温度の送信を要求するデータである場合には、温度センサにより測定された温度データを、応答フレームデータに含めて無線基地局１１〜１３へ送信する。
【００２７】
無線基地局１１〜１３は、その機能上、第２の送受信手段と、時間測定手段とを備える。
【００２８】
無線基地局１１〜１３の第２の送受信手段は、位置検出装置２０から参照フレームデータの送信要求があった場合は、参照フレームデータを温度測定器１４及び自局以外の他の無線受信局１１〜１３へ送信する。また、第２の送受信手段は、位置検出装置２０から参照フレームデータの送信要求がない場合は、自局以外の他の無線受信局１１〜１３から送信された参照フレームデータを受信した後に、参照フレームデータに対する応答として温度測定器１４から送信された応答フレームデータを受信する。さらに、第２の送受信手段は、温度測定器１４から受信した応答フレームデータに、温度センサにより測定された温度データが含まれている場合には、温度データを制御装置３へ供給する。
【００２９】
無線基地局１１〜１３の時間測定手段は、自局以外の他の無線受信局１１〜１３から送信された参照フレームデータを第２の送受信手段により受信完了した時点から、この参照フレームデータに対する応答として温度測定器１４から送信された応答フレームデータを第２の送受信手段により受信開始した時点までの時間を応答時間として測定する。
【００３０】
位置検出装置２０は、その機能上、距離算出手段と、位置算出手段とを備える。
【００３１】
位置検出装置２０の距離算出手段は、無線基地局１１〜１３が参照フレームデータを受信する際の遅延時間を算出する。ここで、遅延時間とは、無線受信局１１〜１３のうちいずれか１つが、温度測定器１４及び自局以外の他の無線受信局１１〜１３へ参照フレームデータを送信完了した時点から、この参照フレームデータを他の無線受信局１１〜１３が受信完了した時点までの時間をいう。そして、距離算出手段は、この算出した遅延時間と、時間測定手段により測定された応答時間とに基づいて、温度測定器１４から参照フレームデータを受信した無線基地局１１〜１３のうちのいづれか１つまでの距離と、この無線受信局以外であって、参照フレームデータを受信した無線基地局１１〜１３のうちのいづれか１つから温度測定器１４までの距離との差を差分距離として算出する。
【００３２】
位置検出装置２０の位置算出手段は、距離算出手段により算出された差分距離に基づいて、温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出する。ここで、位置情報とは、無線基地局１１〜１３を含む平面上における所定の位置を基準点とした座標情報をいう。
【００３３】
図２は、本発明の実施例１である機器位置検出システム１の無線基地局１１〜１３の構成を示した構成図である。
【００３４】
無線基地局１１〜１３は、同じ構成を有するので、以下無線基地局１２について説明し、無線基地局１１，１３についての説明は省略する。
【００３５】
図２に示すように、無線基地局１２は、ＢＰＦ（BAND PASS FILTER）１０１と、切替器１０２と、アンプ１０３と、ＢＰＦ１０４と、受信回路１０５と、検波部１０６と、レベル判定部１０７、立下がり検出部１０８と、タイマ１０９と、立上がり検出部１１０と、ラッチ１１１と、ＣＰＵ１１２と、送信回路１１３と、ＢＰＦ１１４と、パワーアンプ１１５と、ネットワークＩ／Ｆ１１６とを備える。
【００３６】
ＢＰＦ１０１，１０４，１１４は、特定の周波数帯域の電波のみを通過させ、それ以外の不要電波をカットする。
【００３７】
切替器１０２は、ＢＰＦ１０１より電波が供給されると、供給された電波をアンプ１０３へ供給し、パワーアンプ１１５より電波が供給されると、供給された電波をＢＰＦ１０１へ供給する。
【００３８】
アンプ１０３は、切替器１０２より供給された電波を増幅する。
【００３９】
受信回路１０５は、ＢＰＦ１０４より供給された電波をＣＰＵ１１２へ供給する。
【００４０】
検波部１０６は、ＢＰＦ１０４により不要電波がカットされた電波から所定の間隔で電波強度を測定し、測定した電波強度をレベル判定部１０７へ供給する。
【００４１】
レベル判定部１０７は、供給された電波強度が所定の値以上であると判定した場合には、その判定結果を立下がり検出部１０８と、立上がり検出部１１０とに供給する。
【００４２】
立ち下がり検出部１０８は、レベル判定部１０７より供給された判定結果に基づいて、電波に含まれるフレームデータの末尾を検出しその時点からタイマ１０９をリセットした後、タイマ１０９を起動させる。
【００４３】
タイマ１０９は、起動すると、カウント値をラッチ１１１に供給する。
【００４４】
立ち上がり検出部１１０は、フレームデータの先頭を検出すると、ラッチ１１１に検出信号を供給する。
【００４５】
ラッチ１１１は、タイマ１０９から供給されたカウント値を保持し、その後、立ち上がり検出部１１０から検出信号が供給されると、その時点のカウント値をＣＰＵ１１２へ供給する。
【００４６】
これにより、立ち下がり検出部１０８によりフレームデータの末尾が検出されてから、立ち上がり検出部１０９によりフレームデータの先頭が検出されるまでの時間がカウント値としてＣＰＵ１１２へ供給される。
【００４７】
ＣＰＵ１１２は、中枢的な制御を行い、参照フレームデータの送受信や、応答フレームデータの受信を制御する。また、応答時間の算出等の各種演算処理を行う。
【００４８】
送信手段１１３は、ＣＰＵ１１２により生成されたフレームデータをＢＰＦ１１４へ供給する。
【００４９】
パワーアンプ１１５は、ＢＰＦ１１４により供給された不要な周波数がカットされた信号を増幅し、切替器１０２、ＢＰＦを介してフレームデータを送信する。
【００５０】
ネットワークＩ／Ｆ１１６は、ネットワークカード等の通信装置であり、このネットワークＩ／Ｆ１１６を介して無線基地局１２をネットワーク３０に接続することで、無線基地局１２は、時間測定手段により測定した応答時間を位置検出装置２０に送信し、また、温度測定器１４により測定された温度データを、制御装置３へ送信することができる。
【００５１】
このように、無線基地局１２は、ＢＰＦ（BAND PASS FILTER）１０１と、切替器１０２と、アンプ１０３と、ＢＰＦ１０４と、受信回路１０５と、検波部１０６と、レベル判定部１０７、立下がり検出部１０８と、タイマ１０９と、立上がり検出部１１０と、ラッチ１１１と、ＣＰＵ１１２と、送信回路１１３と、ＢＰＦ１１４と、パワーアンプ１１５とを備えることにより、上述した第２の送受信手段を実現する。また、ＣＰＵ１１２内に、その機能上、上述した時間測定手段を備える。
【００５２】
図３は、本発明の実施例１である機器位置検出システム１の位置検出装置２０の構成を示した構成図である。
【００５３】
図３に示すように、位置検出装置２０内のＣＰＵ２０１、及びメインメモリ２０３は、バス２０５を介して相互に接続されており、このバス２０５にはまた、Ｉ／Ｏバス２０７も接続されている。
【００５４】
Ｉ／Ｏバス２０７には、入出力コントローラを介して、記憶部２１５、入力部２１７、表示部２１９、ネットワークＩ／Ｆ２２１，２２３が接続されている。
【００５５】
記憶部２１５は、磁気ディスクドライブ等であって、オペレーティングシステムなどのプログラムの他に、位置検出プログラムが記憶されている。
【００５６】
入力部２１７は、操作者が各種の操作を入力するキーボード、マウスなどの入力デバイスにより構成されており、例えば操作者の押しボタン操作によりネットワーク３０を介して温度測定器１４の位置情報を制御装置３へ反映させるための要求コマンドを生成し、この要求コマンドを入出力コントローラ２１１、Ｉ／Ｏバス２０７及びメモリバス２０５を介してＣＰＵ２０１に送信する。
【００５７】
表示部２１９は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイや液晶ディスプレイなどであり、ＣＰＵ２０１からメモリバス２０５、Ｉ／Ｏバス２０７、入出力コントローラ２１１を介して、受信した出力信号に基づいて、温度測定器１４の位置情報等を表示する装置である。
【００５８】
ネットワークＩ／Ｆ２２１は、ネットワークカード等の通信装置であり、このネットワークＩ／Ｆ１２１を介して位置検出装置２０をネットワーク３０に接続することで、温度測定器１４と無線基地局１１〜１３との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果を受信し、これに基づいて、温度測定器１４の位置を算出することができる。
【００５９】
ネットワークＩ／Ｆ２２３は、ネットワークカード等の通信装置であり、このネットワークＩ／Ｆ１２１を介して位置検出装置２０を制御装置３に接続することで、位置検出装置２０は、算出した温度測定器１４の位置情報を制御装置３にアップデートすることができる。
【００６０】
また、ＣＰＵ２０１は、メインメモリ２０３にロードされた位置検出プログラム等のプログラムに従って各種の処理を実行する。そして、ＣＰＵ２０１は、位置検出プログラムを実行することによって、その機能上、距離算出手段２０１ａと、位置算出手段２０１ｂと実装する。
【００６１】
距離算出手段２０１ａは、無線基地局１１〜１３が参照フレームデータを受信する際の遅延時間を算出し、この算出した遅延時間と、無線基地局１１〜１３により測定された応答時間とに基づいて、温度測定器１４から参照フレームデータを受信した無線基地局１１〜１３のうちのいづれか１つまでの距離と、この無線基地局以外であって、参照フレームデータを受信した無線基地局１１〜１３のうちのいづれか１つから温度測定器１４までの距離との差を差分距離として算出する。
【００６２】
位置算出手段２０１ｂは、距離算出手段２０１ａにより算出された差分距離に基づいて、温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出する。
【００６３】
＜作用＞
次に、本発明の実施例１である機器位置検出システム１の作用について説明する。
【００６４】
図４は、本発明の実施例１である機器位置検出システム１において、無線基地局１１が参照フレームデータを送信した場合の無線基地局１１〜１３と温度測定器１４との間でのフレームデータの送受関係を示したタイムチャートである。
【００６５】
まず、無線基地局１１は、ｔ１時点において、位置検出装置２０からネットワーク３０を介して、参照フレームデータの送信要求を受信すると、参照フレームデータＲを送信する。そして、無線基地局１１は、参照フレームデータＲを送信し終えると、参照フレームデータＲの末尾の時点、即ちｔ５の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００６６】
次に、ｔ２時点において、温度測定器１４は、無線基地局１１により送信された参照フレームデータＲを受信すると、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ６時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出し、その後、応答フレームデータＭを送信する。
【００６７】
また、ｔ３時点において、無線基地局１２は、無線基地局１１により送信された参照フレームデータＲを受信し、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ７時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出する。その後、ｔ１２時点において、無線基地局１２は、温度測定器１４から送信された応答フレームデータＭを受信し、受信した応答フレームデータＭの先頭を検出する。このとき、無線基地局１２は、ｔ７時点からｔ１２時点までの時間である応答時間ＴＢを測定し、測定した応答時間ＴＢをネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。さらに、無線基地局１２は、参照フレームデータＲを受信し終えた時点、即ち参照フレームデータＲの末尾の時点であるｔ７の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００６８】
また、ｔ４時点において、無線基地局１３は、無線基地局１１により送信された参照フレームデータＲを受信し、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ８時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出する。その後、ｔ１１時点において、無線基地局１３は、温度測定器１４から送信された応答フレームデータＭを受信し、受信した応答フレームデータの先頭を検出する。このとき、無線基地局１２は、ｔ８時点からｔ１１時点までの時間である応答時間ＴＣを測定し、測定した応答時間ＴＣをネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。さらに、無線基地局１３は、参照フレームデータＲを受信し終えた時点、即ち参照フレームデータＲの末尾の時点であるｔ８の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００６９】
そして、位置検出装置２０は、無線基地局１１〜１３より送信された時刻情報に基づいて、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ５時点から、無線基地局１２が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ７時点までの遅延時間ＴＡＢを算出し、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ５時点から、無線基地局１３が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ８時点までの遅延時間ＴＡＣを算出する。
【００７０】
次に、応答時間ＴＢと応答時間ＴＣとを受信した位置検出装置２０は、受信したＴＢと、ＴＣと、算出したＴＡＢと、ＴＡＣとを用いて、無線基地局１２と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間と、無線基地局１３と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間との差である差分時間ＴＢＣＸを算出する。そして、位置検出装置２０は、算出した差分時間ＴＢＣＸに光速を乗じることにより、無線基地局１２と温度測定器１４との距離と、無線基地局１３と温度測定器１４との距離との差である差分距離ＬＢＣＸを算出する。
【００７１】
具体的には、位置検出装置２０は、
ＴＢＣＸ＝ＴＢ−ＴＣ＋ＴＡＢ−ＴＡＣ （数式１）
を用いて、受信したＴＢと及びＴＣと、算出したＴＡＢ及びＴＡＣとを代入することにより差分時間ＴＢＣＸを算出し、この算出した差分時間ＴＢＣＸに光速を乗じることにより、差分距離ＬＢＣＸを算出する。ここで、ＴＡＢは、図４に示すように、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ５時点から、無線基地局１２が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ７時点までの遅延時間を示し、ＴＡＣは、図４に示すように、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ５時点から、無線基地局１３が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ８時点までの遅延時間を示している。
【００７２】
ここで、上記数式１の導出について以下に説明する。
【００７３】
図４に示す温度測定器１４と無線基地局１２における、ｔ５時点からｔ１２時点までの経過時間に着目すると、
ＴＡＸ＋ＴＤ＋ＴＢＸ＝ＴＡＢ＋ＴＢ （数式２）
が導き出せる。ここで、ＴＡＸは、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ５時点から、温度測定器１４が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ６時点までの遅延時間を示し、ＴＢＸは、図４に示すように、温度測定器１４が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ９時点から、無線基地局１２が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ１２時点までの遅延時間を示している。
【００７４】
また、図４に示す温度測定器１４と無線基地局１３における、ｔ５時点からｔ１１時点までの経過時間に着目すると、
ＴＡＸ＋ＴＤ＋ＴＣＸ＝ＴＡＣ＋ＴＣ （数式３）
が導き出せる。ここで、同様に、ＴＡＸは、無線基地局１１が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ５時点から、温度測定器１４が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ６時点までの遅延時間を示し、ＴＣＸは、図４に示すように、温度測定器１４が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ９時点から、無線基地局１３が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ１１時点までの遅延時間を示している。
【００７５】
そして、上記数式２から数式３の両辺を減算し、整理すると、
ＴＢＸ−ＴＣＸ＝ＴＢ−ＴＣ＋ＴＡＢ−ＴＡＣ （数式４）
を導き出せる。
【００７６】
ここで、左辺の（ＴＢＸ−ＴＣＸ）は、無線基地局１２と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間と、無線基地局１３と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間との差であるので、即ち、ＴＢＣＸとなり、数式１を導き出すことができる。
【００７７】
また、上記と同様に、無線基地局１３が参照フレームデータを送信することによって、位置検出装置２０は、無線基地局１１と温度測定器１４との距離と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離の差を算出する。
【００７８】
図５は、本発明の実施例１である機器位置検出システム１において、無線基地局１３がフレームデータを送信した場合の無線基地局１１〜１３と温度測定器１４との間でのフレームデータの送受関係を示したタイムチャートである。
【００７９】
まず、無線基地局１３は、ｔ２１時点において、位置検出装置２０からネットワーク３０を介して、参照フレームデータの送信要求を受信すると、参照フレームデータＲを送信する。そして、無線基地局１３は、参照フレームデータＲを送信し終えると、参照フレームデータＲの末尾の時点、即ちｔ２５の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００８０】
そして、ｔ２２時点において、温度測定器１４は、無線基地局１３により送信された参照フレームデータＲを受信し、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ２６時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出し、その後ｔ２９時点において、応答フレームデータＭを送信する。
【００８１】
また、ｔ２３時点において、無線基地局１２は、無線基地局１３により送信された参照フレームデータＲを受信し、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ２７時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出する。その後、ｔ３１時点において、無線基地局１２は、温度測定器１４から送信された応答フレームデータＭを受信し、受信した応答フレームデータＭの先頭を検出する。このとき、無線基地局１２は、ｔ２７時点からｔ３１時点までの時間である応答時間ＴＢを測定し、測定した応答時間ＴＢをネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。さらに、無線基地局１２は、参照フレームデータＲを受信し終えた時点、即ち参照フレームデータＲの末尾の時点であるｔ２７の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００８２】
また、ｔ２４時点において、無線基地局１１は、無線基地局１３により送信された参照フレームデータＲを受信し、受信した参照フレームデータＲの先頭を検出し、ｔ２８時点において、受信した参照フレームデータＲの末尾を検出する。その後、ｔ３２時点において、温度測定器１４から送信された応答フレームデータＭを受信し、受信した応答フレームデータＭの先頭を検出する。このとき、無線基地局１２は、ｔ２８時点からｔ３２時点までの時間である応答時間ＴＡを測定し、測定した応答時間ＴＡをネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。さらに、無線基地局１１は、参照フレームデータＲを受信し終えた時点、即ち参照フレームデータＲの末尾の時点あるｔ２８の時刻情報をネットワーク３０を介して位置検出装置２０へ送信する。
【００８３】
そして、位置検出装置２０は、無線基地局１１〜１３より送信された時刻情報に基づいて、無線基地局１３が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ２５時点から、無線基地局１２が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ２７時点までの遅延時間ＴＣＢを算出し、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ２５時点から、無線基地局１１が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ２８時点までの遅延時間ＴＣＡを算出する。
【００８４】
次に、応答時間ＴＢと応答時間ＴＡとを受信した位置検出装置２０は、受信したＴＢと、ＴＡと、算出したＴＣＡと、ＴＣＢとを用いて、無線基地局１１と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間との差である差分時間ＴＡＢＸを算出する。そして、位置検出装置２０は、算出した時間ＴＡＢＸに光速を乗じることにより、無線基地局１１と温度測定器１４との距離と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離との差である差分距離ＬＡＢＸを算出する。
【００８５】
具体的には、位置検出装置２０は、
ＴＡＢＸ＝ＴＢ−ＴＡ＋ＴＣＡ−ＴＣＢ （数式５）
を用いて、受信したＴＢ及びＴＡと、算出したＴＣＡ及びＴＣＢとを代入することによって、差分時間ＴＡＢＸを算出し、この算出した差分時間ＴＡＢＸに光速を乗じることにより、差分距離ＬＡＢＸを算出する。ここで、ＴＣＡは、図５に示すように、無線基地局１３が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ２５時点から、無線基地局１１が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ２８時点までの遅延時間を示し、ＴＣＢは、図５に示すように、無線基地局１３が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ２５時点から、無線基地局１２が参照フレームデータＲを受信し終えたｔ２７時点までの遅延時間を示している。
【００８６】
ここで、上記数式５の導出について以下に説明する。
【００８７】
図５に示す温度測定器１４と無線基地局１２における、ｔ２５時点からｔ３１時点までの経過時間に着目すると、
ＴＣＸ＋ＴＤ＋ＴＢＸ＝ＴＣＢ＋ＴＢ （数式６）
が導き出せる。ここで、ＴＣＸは、無線基地局１３が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ２５時点から、温度測定器１４が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ２６時点までの遅延時間を示し、ＴＢＸは、図４に示すように、温度測定器１４が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ２９時点から、無線基地局１２が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ３１時点までの遅延時間を示している。
【００８８】
また、図５に示す温度測定器１４と無線基地局１１における、ｔ２５時点からｔ３２時点までの経過時間に着目すると、
ＴＣＸ＋ＴＤ＋ＴＡＸ＝ＴＣＡ＋ＴＡ （数式７）
が導き出せる。ここで、同様に、ＴＣＸは、無線基地局１１が参照フレームデータＲを送信し終えたｔ２５時点から、温度測定器１４が参照フレームデータＲの末尾を検出したｔ２６時点までの遅延時間を示し、ＴＡＸは、図５に示すように、温度測定器１４が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ２９時点から、無線基地局１１が応答フレームデータＭの先頭を検出したｔ３２時点までの遅延時間を示している。
【００８９】
そして、上記数式７から数式６の両辺を減算し、整理すると、
ＴＡＸ−ＴＢＸ＝ＴＢ−ＴＡ＋ＴＣＡ−ＴＣＢ （数式８）
を導き出せる。
【００９０】
ここで、左辺の（ＴＡＸ−ＴＢＸ）は、無線基地局１１と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離を電波が伝搬するのに必要な伝搬時間の差であるので、即ち、ＴＡＢＸとなり、数式５を導き出すことができる。
【００９１】
次に、位置検出装置２０の位置算出手段は、距離算出手段により算出された差分距離ＬＢＣＸ及び差分距離ＬＡＢＸに基づいて、温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出する。
【００９２】
例えば、ロランＣシステム等に採用される双曲線航法の原理によれば「２つの点（Ａ，Ｂ）からの距離の差が一定の値となる軌跡は、この２点（Ａ，Ｂ）を焦点とする双曲線になる」ことから、位置検出装置２０の位置算出手段は、この原理を用いて、温度測定器１４の位置を算出する。
【００９３】
図６は、位置検出装置２０の位置算出手段による温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出するための双曲線を描いた図である。
【００９４】
図６に示すように、位置検出装置２０の位置算出手段は、ＬＣＢＸと無線基地局１２，１３の位置情報とに基づいて、無線基地局１２と温度測定器１４との距離と、無線基地局１３と温度測定器１４との距離との差が一定となる双曲線６１を描く。次に、同様に、ＬＡＢＸと無線基地局１１，１２の位置情報とに基づいて、無線基地局１１と温度測定器１４との距離と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離の差が一定となるように双曲線６２を描く。
【００９５】
そして、この描いた双曲線６１と双曲線６１との交点の座標を温度測定器１４の位置情報として生成する。
【００９６】
このように、本発明の実施例１である機器位置検出システム１によれば、無線基地局１１〜１３より測定した時刻情報により算出されたＬＡＢＸやＬＢＣＸ等の差分距離情報、及び無線基地局１１〜１３の位置情報に基づいて、温度測定器１４の位置情報、即ち、無線基地局１１〜１３を含む平面上における所定の位置を基準点とした座標情報を算出することができる。
【００９７】
また、本発明の実施例１である機器位置検出システム１によれば、数式１及び数式５から分かるように、温度測定器１４において測定される時間（ＴＤ）を用いることなく、ＬＡＢＸやＬＢＣＸ等の差分距離情報を算出することができ、これにより、温度測定器１４の位置情報を算出することができる。そのため、温度測定器１４は高精度な時計を備える必要がなく、装置全体として製造コストを低減することができる。
【００９８】
以上のように、本発明の実施例１である機器位置検出システム１によれば、無線送信局である温度測定器１４と、無線受信局である無線基地局１１〜１３との両方に高い精度の時計を備えることなく、温度測定器１４の位置情報を正確に検出することができる。
【００９９】
なお、本発明の実施例１である機器位置検出システム１では、複数の無線基地局１１〜１３間のクロック同期は全く必要としない。
【０１００】
また、本発明の実施例１である機器位置検出システム１では、ロランＣシステム等に採用される双曲線航法の原理を用いて、温度測定器１４の位置情報を算出したが、オメガシステムでの計算原理を用いてもよい。
【実施例２】
【０１０１】
本発明の実施例１では、室内に設置された空調機器を制御する空調システムに適用され、室内の温度を測定する温度測定器１４と、所定の位置を基準点とした平面上のそれぞれの位置関係が既知である３つの無線基地局１１〜１３との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果に基づいて、温度測定器１４の平面上の位置を検出する機器位置検出システム１を例に挙げて説明したが、本発明の機器位置検出システムは温度測定器１４の空間上の位置を検出することも可能である。
【０１０２】
本発明の実施例２では、本発明の実施例１の機器位置検出システム１の構成に、３つの無線基地局１１〜１３と同一平面上にない無線基地局１５をさらに追加して、室内の温度を測定する温度測定器１４と、所定の位置を基準点とした空間上のそれぞれの位置関係が既知である４つの無線基地局１１〜１３，１５との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果に基づいて、温度測定器１４の空間上の位置を検出する機器位置検出システム１について説明する。
【０１０３】
本発明の実施例２の機器位置検出システム１は、本発明の実施例１の機器位置検出システム１と同様に、無線基地局１１から参照フレームデータが送信された場合、無線基地局１２と温度測定器１４との距離と、無線基地局１３と温度測定器１４との距離との差である差分距離ＬＢＣＸを算出する。また、無線基地局１３から参照フレームデータが送信された場合、無線基地局１１と温度測定器１４との距離と、無線基地局１２と温度測定器１４との距離との差である差分距離ＬＡＢＸを算出する。
【０１０４】
さらに、本発明の実施例２の機器位置検出システム１は、無線基地局１２から参照フレームデータが送信された場合、本発明の実施例１の機器位置検出システム１と同様に、無線基地局１１と温度測定器１４との距離と、無線基地局１５と温度測定器１４との距離との差である差分距離ＬＡＤＸを算出する。
【０１０５】
そして、本発明の実施例２の機器位置検出システム１は、これらの算出された差分距離ＬＢＣＸ、差分距離ＬＡＢＸ、差分距離ＬＡＤＸに基づいて、温度測定器１４の位置、即ち、温度測定器１４の空間座標を示す位置情報を算出する。
【０１０６】
これにより、無線送信局である温度測定器１４と、無線受信局である無線基地局１１〜１３，１５との両方に高い精度の時計を備えることなく、温度測定器１４の空間的な位置情報を正確に検出することできる。
【実施例３】
【０１０７】
本発明の実施例１では、空調システムに適用され、室内の温度を測定する温度測定器と、位置関係が既知である複数の無線基地局との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果に基づいて、無線送信局の位置を検出する機器位置検出システム１を例に挙げて説明したが、機器位置検出システム１は、空調システム以外にも適用可能である。
【０１０８】
例えば、本発明の実施例３では、機器位置検出システム１を、音声を出力するスピーカと、音声出力を制御する音響コントローラとを備える音響システムに適用する。本発明の実施例３である機器位置検出システム１は、無線受信局である位置関係が既知の複数の無線基地局と、無線送信局を備えたスピーカと、音声を測定する音声測定器と、位置検出装置とを備える構成とし、スピーカと、複数の無線基地局との間において無線によりフレームデータを送受信した送受信結果に基づいて、スピーカの位置を検出する。そして、音響コントローラが、音声測定器からの測定された音声データと、スピーカの位置情報に基づいて、利用者にとって快適な音響を実現できるように、音声出力を制御する。
【０１０９】
本発明の実施例３である機器位置検出システム１によれば、高い精度の時計を無線送信局と、無線受信局との両方に備えることなく、無線送信局の位置を正確に検出することができるので、利用者は、無線送信局の位置に基づいて、スピーカの配置を決定することができる。これにより、安価な装置構成で、利用者にとって快適な音響を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施例１である機器位置検出システムが適用された空調システムの構成を示した構成図である。
【図２】本発明の実施例１である機器位置検出システム１の無線基地局１１〜１３の構成を示した構成図である。
【図３】本発明の実施例１である機器位置検出システム１の位置検出装置２０の構成を示した構成図である。
【図４】本発明の実施例１である機器位置検出システム１において、無線基地局１１が参照フレームデータを送信した場合の無線基地局１１〜１３と温度測定器１４との間でのフレームデータの送受関係を示したタイムチャートである。
【図５】本発明の実施例１である機器位置検出システム１において、無線基地局１３がフレームデータを送信した場合の無線基地局１１〜１３と温度測定器１４との間でのフレームデータの送受関係を示したタイムチャートである。
【図６】位置検出装置２０の位置算出手段による温度測定器１４の位置を示す位置情報を算出するための双曲線を描いた図である。
【図７】従来の無線局の位置推定システムにおいて、データパケットの送信側である基地局とデータパケットの受信側である端末との間でのＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づいたデータパケットの送受関係を示した図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１…機器位置検出システム
２…空調システム
３…制御装置
４…空調機器
１１〜１３，１５…無線基地局
１４…温度測定器
２０…位置検出装置
３０…ネットワーク
２０１…ＣＰＵ
２０１ａ…距離算出手段
２０１ｂ…位置算出手段
２０３…メインメモリ
２１５…記憶部
２１７…入力部
２１９…表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線送信局と、それぞれの位置関係が既知である少なくとも３つ以上である複数の無線受信局と、前記無線送信局と前記複数の無線受信局との間におけるフレームデータの無線による送受信結果に基づいて、前記無線送信局の位置を検出する位置検出装置とを備える機器位置検出システムであって、
前記無線送信局は、
前記複数の無線受信局のいずれか１つから送信された参照フレームデータを受信し、該受信した参照フレームデータに対する応答として応答フレームデータを前記複数の無線受信局に送信する第１の送受信手段を有し、
前記複数の無線受信局は、
前記位置検出装置から前記参照フレームデータの送信要求があった場合は、前記参照フレームデータを前記無線送信局及び自局以外の他の無線受信局へ送信し、前記送信要求がない場合は、自局以外の他の無線受信局から送信された前記参照フレームデータを受信した後に、前記参照フレームデータに対する応答として前記無線送信局から送信された応答フレームデータを受信する第２の送受信手段と、
前記第２の送受信手段により前記参照フレームデータを受信完了した時点から前記応答フレームデータを受信開始した時点までの時間を応答時間として測定する時間測定手段と、を有し、
前記位置検出装置は、
前記複数の無線受信局のいずれか１つが、前記無線送信局及び自局以外の他の無線受信局へ前記参照フレームデータを送信完了した時点から、該参照フレームデータを他の無線受信局が受信完了した時点までの時間を遅延時間として算出し、この算出した前記遅延時間と、前記時間測定手段により測定された前記応答時間とに基づいて、前記無線送信局から前記参照フレームデータを受信した複数の無線受信局のうちのいづれか１つまでの距離と、該無線受信局以外であって、前記参照フレームデータを受信した複数の無線基地局のうちのいづれか１つから前記無線送信局までの距離との差を差分距離として算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段により算出された差分距離に基づいて、前記無線送信局の位置を示す位置情報を算出する位置算出手段と、を有する
ことを特徴とした機器位置検出システム。
【請求項１】
無線送信局と、それぞれの位置関係が既知である少なくとも３つ以上である複数の無線受信局と、前記無線送信局と前記複数の無線受信局との間におけるフレームデータの無線による送受信結果に基づいて、前記無線送信局の位置を検出する位置検出装置とを備える機器位置検出システムであって、
前記無線送信局は、
前記複数の無線受信局のいずれか１つから送信された参照フレームデータを受信し、該受信した参照フレームデータに対する応答として応答フレームデータを前記複数の無線受信局に送信する第１の送受信手段を有し、
前記複数の無線受信局は、
前記位置検出装置から前記参照フレームデータの送信要求があった場合は、前記参照フレームデータを前記無線送信局及び自局以外の他の無線受信局へ送信し、前記送信要求がない場合は、自局以外の他の無線受信局から送信された前記参照フレームデータを受信した後に、前記参照フレームデータに対する応答として前記無線送信局から送信された応答フレームデータを受信する第２の送受信手段と、
前記第２の送受信手段により前記参照フレームデータを受信完了した時点から前記応答フレームデータを受信開始した時点までの時間を応答時間として測定する時間測定手段と、を有し、
前記位置検出装置は、
前記複数の無線受信局のいずれか１つが、前記無線送信局及び自局以外の他の無線受信局へ前記参照フレームデータを送信完了した時点から、該参照フレームデータを他の無線受信局が受信完了した時点までの時間を遅延時間として算出し、この算出した前記遅延時間と、前記時間測定手段により測定された前記応答時間とに基づいて、前記無線送信局から前記参照フレームデータを受信した複数の無線受信局のうちのいづれか１つまでの距離と、該無線受信局以外であって、前記参照フレームデータを受信した複数の無線基地局のうちのいづれか１つから前記無線送信局までの距離との差を差分距離として算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段により算出された差分距離に基づいて、前記無線送信局の位置を示す位置情報を算出する位置算出手段と、を有する
ことを特徴とした機器位置検出システム。
【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２００９−９７８６３（Ｐ２００９−９７８６３Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６６５０５（Ｐ２００７−２６６５０５）
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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