測位システム、測位装置、測位方法、およびプログラム
【課題】本発明の課題は、空間上に設置する複数の受信装置の時刻を高精度に同期させたり、信号源と受信装置に単一の信号伝達経路以外のための特別な装置を設けたり、空間上に位置が既知の基準信号源を設置したりする必要なく、信号源から信号を１回放射して信号源の位置を算出できる信号源測位システムおよびその技術を提供することにある。
【解決手段】本発明は、複数のセンサを有し、前記複数のセンサが受信した信号の到着時刻を、自身の時刻源を用いて計測する計測手段と、前記計測した到着時刻を複数の計測手段から収集し、信号伝達速度、各計測手段のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出手段とを有する。
【解決手段】本発明は、複数のセンサを有し、前記複数のセンサが受信した信号の到着時刻を、自身の時刻源を用いて計測する計測手段と、前記計測した到着時刻を複数の計測手段から収集し、信号伝達速度、各計測手段のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号源の位置を算出する測位システム、測位装置、測位方法および測位プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
信号源の位置を算出するシステムとして、信号源から同時に放射された音波、超音波、もしくは、電波を、複数の受信装置で受信して、その信号伝達時間から信号源の位置を算出するシステムが提案されている。例えば、特許文献１、非特許文献１および非特許文献２には、信号源から放射された信号を時刻同期された複数の受信装置で受信するまでの信号伝達時間から算出した距離に基づいて、信号源の位置を算出する技術が記載されている。
【０００３】
特許文献１は、信号源と受信装置の間に信号伝達速度の異なる２つの信号伝達経路を設けている。そして、これら２つの信号伝達経路のうち、より速い信号伝達経路を用いてもう一方の経路上の信号発信タイミングを知らせる構成である。これにより、複数の受信装置の時刻を同期させる必要なく、信号源から発信した信号を複数の受信装置で受信するまでの信号伝達時間を計測し、信号源の位置を算出している。
【０００４】
特許文献２は、電波信号源から放射された信号を、単一の基準発振器に接続された複数の受信アンテナで受信した際の任意の２つの組合せ毎の信号位相差を計測している。そして、信号位相差計測に含まれるアンテナ経路毎の位相差計測誤差を、既知の位置に設置した基準信号源を用いて補正した上で、信号源の位置を算出している。
【０００５】
特許文献３は、信号源を移動させながら実施した複数回の位相差計測結果に基づいて、基準信号源無しでアンテナ経路毎の位相差計測誤差を補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平06-222130号公報
【特許文献２】特許第003602403号公報
【特許文献３】特開2007-248217号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】James Scott、 Boris Dragovic、 Audio Location: Accurate Low-Cost Location Sensing、 Pervasive2005
【非特許文献２】Xuehai Bian、 Gregory Abowd、 James Rehg、 Using Sound Source Localization in a Home Environment、 Pervasive2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記技術を用いても、信号源測位システムを低コストかつ広範囲に適用するのが難しいことである。
【０００９】
その理由は、信号源の位置を算出するために必要な信号伝達時間の計測のために、空間上に設置する複数の受信装置の時刻を高精度に同期させる必要がある。そのために、複数の受信装置間を専用のケーブルで接続するなど、特殊な設備が必要になるためである。また、複数の受信装置の時刻を高精度に同期させずに信号源の位置を算出するためには、信号源と受信装置に特別な装置を設ける、空間上に位置が既知の基準信号源を設置する、もしくは、信号源を移動させながら複数回の計測を行う必要があるためである。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題に鑑みて発明されたものであって、その目的は、空間上に設置する複数の受信装置の時刻を高精度に同期させたり、信号源と受信装置に単一の信号伝達経路以外のための特別な装置を設けたり、空間内に位置が既知の基準信号源を設置したりする必要なく、信号源から１回信号を放射して信号源の位置を算出できる信号源測位システムおよびその技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明は、測位システムであって、複数のセンサを有し、前記複数のセンサが受信した信号の到着時刻を、自身の時刻源を用いて計測する計測手段と、前記計測した到着時刻を複数の計測手段から収集し、信号伝達速度、各計測手段のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するための本発明は、測位装置であって、複数のセンサを有する計測装置が自身の時刻源を用いて計測した、前記複数のセンサにおける信号の到着時刻を、複数の計測装置から収集し、信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出手段を有することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するための本発明は、測位方法であって、複数のセンサを有する計測装置が自装置の時刻源を用いて、前記複数のセンサが受信した信号の到着時刻を計測する計測ステップと、前記計測した到着時刻を複数の計測装置から収集する収集ステップと、信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出ステップとを有することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するための本発明は、プログラムであって、情報処理装置のプログラムであって、前記プログラムは、前記情報処理装置に、複数のセンサを有する計測装置が自身の時刻源を用いて計測した、前記複数のセンサにおける信号の到着時刻を、複数の計測装置から収集する収集処理と、信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出処理と実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、信号源測位システムを低コストかつ広範囲に適用できることにある。
【００１６】
その理由は、空間上に設置する複数の受信装置に内蔵された時刻同士を同期させる必要ないため、同期させるための構成部を必要としないためである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、第１の実施の形態の概要を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、センサ設置位置記憶部に記録されている情報の一例である。
【図４】図４は、第１の実施の形態の動作を示す流れ図である。
【図５】図５は、第２の実施の形態の概要を示す図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態の動作を示す流れ図である。
【図８】図８は、第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、第４の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の測位システムは、信号源から発信された信号を受信する複数のセンサを有する受信装置が自装置のセンサに信号が到来した時刻を計測し、互いに時刻が同期していない複数の受信装置から信号到来時刻を測位装置が収集し、既知である信号速度とセンサの位置と収集した信号到来時刻から信号源の位置を測位装置が算出する。このような構成を採用し、互いに時刻の同期されていない複数の受信装置から得られる測定量から信号源の位置を算出することができる。
【００１９】
本発明の詳細について説明する。
【００２０】
本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態の測位システムは、信号源１と複数の受信装置３と、測位装置４とを有する。
【００２２】
信号源１は、物理的な空間上に設置されており、あらかじめ決められた特定の信号を音波に重畳して放射する。特定の信号としては、例えば、単一のパルスや、複数の信号源１毎に特有となるようなビット列を用いることができる。尚、本説明では、音波に重畳して放射する場合を用いて説明するが、空間を伝播する波であり、伝達速度が既知であれば、超音波、電波等であってもよい。
【００２３】
センサ２１、２２は、受信した音波の振幅をデジタル情報に変換し、受信装置で処理可能な時系列デジタル信号として、信号検出部３１へ出力する。なお、本構成でセンサ２１、２２は受信装置毎に２つずつ用意されているが、必ずしも２つである必要はなく、３つ以上であってもよい。
【００２４】
受信装置３は、信号検出部３１と、信号到来時刻計測部３２と、時刻源３３とを有する。尚、複数の受信装置３のそれぞれに内蔵される時刻源３３同士は同期されている必要は無い。
【００２５】
信号検出部３１は、センサ２１もしくは２２から入力された時系列デジタル信号からあらかじめ決められた特定の信号を検出する。
【００２６】
時刻源３３は時計であり、この時計は各受信装置３内でそれぞれ有効な時計として利用できる。
【００２７】
信号到来時刻計測部３２は、信号検出部３１で信号が検出された場合に、時刻源３３を参照して信号が検出された時刻を計測する。
【００２８】
測位装置４は、信号到来時刻収集部４１と、センサ設置位置記憶部４２と、信号源位置算出部４３とを有する。
【００２９】
信号到来時刻収集部４１は、複数の受信装置３のうち、信号を受信することのできたＮ台の受信装置３（受信装置３−１、３−２、・・・、３−Ｎ：Ｎは自然数）で得られた信号到来時刻を収集し、信号源位置算出部４３へ出力する。ここで、受信装置３−ｉ（ｉは自然数であり、受信装置の配列番号を示す）について、内蔵する時刻源３３−ｉを用いてセンサ２１−ｉ、２２−ｉで計測された信号到来時刻を、それぞれ、ｔ１−ｉ、ｔ２−ｉとする。このとき、信号到来時刻収集部４１は、Ｎ台の受信装置３から、ｔ１−１、ｔ２−１、ｔ１−２、ｔ２−２、・・・、ｔ１−Ｎ、ｔ２−Ｎの、合計２×Ｎ個の信号到来時刻を収集する。
【００３０】
センサ設置位置記憶部４２には、あらかじめ測量機器などを用いて計測したセンサ２１、２２の設置位置を記録しておく。図３にセンサ設置位置記憶部４２に記録される内容の一例を示す。図３に示す如く、センサ設置位置記憶部４２には、あらかじめ計測した各センサの設置位置を、各センサを識別するための識別子に対応付けて記録する。また、図３には信号源１の位置を３次元座標で算出するためにセンサ設置位置も３次元で表す例を示したが、信号源１の位置を２次元座標で算出する場合にはセンサ設置位置も２次元で、信号源１の位置を１次元座標で算出する場合にはセンサ設置位置も１次元で表せばよい。
【００３１】
信号源位置算出部４３は、信号到来時刻収集部４１から得られた各センサで計測された信号到来時刻と、センサ設置位置記憶部４２に記録された各センサの設置位置とから、信号源１の位置（ｘ、ｙ、ｚ）を算出し信号源位置出力装置５に出力する。ここで、信号が信号源１から放射された瞬間の受信装置３−ｉに内蔵した時刻源３３−ｉが示す時刻をｔ０−ｉ(ｉ＝１、２、・・・、Ｎ)、センサ設置位置記憶部４２にあらかじめ記録されたセンサ２１−ｉの設置位置を（ｘ１−ｉ、ｙ１−ｉ、ｚ１−ｉ）、センサ２２−ｉの設置位置を（ｘ２−ｉ、ｙ２−ｉ、ｚ２−ｉ）、信号源から放射されセンサに受信される信号の伝達速度をｃとし、信号源と各センサ間の距離に着目すると、受信装置３−ｉ毎に以下の２式が成り立つ。尚、本説明では、信号の伝達速度ｃは、音速である。
【００３２】
以下、最小二乗法を用いて、未知数ｘ、ｙ、ｚおよびｔｉ（ｉ=１，２，．．．，Ｎ）を求める方法を説明する。
【００３３】
まず、各受信装置ｉのセンサ１およびセンサ２で信号を受信した仮定時刻ｔi,1およびｔi,2は、ｘ,ｙ,ｚ,ｔiの近似値をそれぞれｘ０,ｙ０,ｚ０,ｔi０と仮定すると、式(１)とから以下のように求められる．
【００３４】
すると、観測方程式は以下の通りとなる。
【００３５】
この式をΔｘ,Δｙ,Δｚ,Δｔｉについて展開し、これらが十分小さいとして２次項以上を省略すると以下が得られる。
【００３６】
ただし、Ｓi,1およびＳi,2は以下で与える。
【００３７】
式(４)をＮ台の受信装置について考えると、以下の全観測方程式が得られる。
【００３８】
式（６）の観測方程式から、最小二乗法を用いてｘを以下の通り算出する。
【００３９】
尚、ｐは適当な重み行列であり、あらかじめ想定されるモデルに従って各観測量の分散を与えることにより決定する。
【００４０】
算出されたｘを用いて仮定座標および仮定時刻を更新しながら繰り返し計算することで、ｘ,ｙ,ｚおよびｔｉ（ｉ＝１,２,…,Ｎ）の推定値を得ることができる。すなわち、信号を受信することのできた受信装置３の台数Ｎが３以上である場合には、信号源１の位置（ｘ、ｙ、ｚ）、および、信号が信号源１を放射した瞬間に受信装置３−ｉに内蔵した時刻源３３−ｉが示す時刻ｔ０−ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）を算出することができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、信号源１が信号を音波に重畳して放射し、センサ２１、２２および受信装置３が、音波に重畳された信号を受信および検出する場合について説明したが、信号源１が信号を超音波もしくは電波に重畳して放射し、センサ２１、２２および受信装置３が、超音波もしくは電波に重畳された信号を受信及び検出する構成としてもよい。
【００４２】
次に、図２および図４を参照して本実施の形態の動作について詳細に説明する。
【００４３】
信号源１は、所定のタイミングで信号を放射する（図４のステップＡ１）。信号源１から放射された信号はセンサ２１、２２で受信され、受信装置３に内蔵された時刻源３３を用いて信号到来時刻計測部３２により信号到来時刻が計測される（図４のステップＡ２）。複数の受信装置３で計測された各センサ２１、２２での信号到来時刻は測位装置４へ出力される（図４のステップＡ３）。測位装置４は、複数の受信装置３から信号到来時刻収集部４１を用いて信号到来時刻を収集し、センサ設置位置記憶部４２に記録されたセンサ設置位置を用いて、信号源１の位置を算出する（図４のステップＡ４）。測位装置４で算出された信号源１の位置は、信号源位置出力装置５に出力される（図４のステップＡ５）。
【００４４】
ここで、信号源１は、信号を放射するタイミングを適切に決定する。例えば、信号を放射する時間間隔を待ち時間１で一定として、待ち時間１を、ステップＡ１からステップＡ５までの処理に必要な時間より十分長く設定することにより、信号源１の位置を定期的に算出し続けることが可能である。
【００４５】
また、測位装置４は、複数の受信装置３より入力される信号到来時刻を適切なグループに分類し、グループ毎に収集された信号到来時刻から信号源１の位置を算出する。例えば、最初に信号到来時刻が入力されてから、待ち時間２の分、入力を待ち受け、この期間に入力された信号到来時刻を１つのグループと見なして、信号源１の位置を算出することができる。このとき、待ち時間２を、想定される信号源１と受信装置３の間の距離のばらつきに従って決めることができる。例えば、想定される信号源１と受信装置３の間の距離のばらつきが０ｍから３００ｍであり、信号伝達速度が約毎秒３００ｍである場合、信号到来時刻の差は最大で１秒間であることから、待ち時間２を１秒程度に設定できる。
【００４６】
次に、第１の実施の形態の効果について説明する。
本実施の形態によると、空間上に設置する複数の受信装置に内蔵された時刻同士を同期させる必要ないため、同期させるための構成部を必要としない。また、信号源とセンサとの間に信号伝達速度の異なる複数の信号伝達経路を用意したり、位置が既知の基準信号源を準備したりする必要がなく、１回の信号放射で信号源の位置を算出することができる。このため、信号源位置算出システムの導入・運用コストを低減し、広範囲へのシステム導入が可能となる。
【００４７】
次に、第２の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４８】
図５および図６を参照すると、第２の実施の形態は、図１および図２に示された第１の実施の形態に比べて、受信装置３の代わりに、受信装置３における信号検出部３１および信号到来時刻計測部３２と、時刻源３４と、時刻源同期部３５とを備えた受信装置６を備え、測位装置４の代わりに、測位装置４における信号到来時刻収集部４１およびセンサ設置位置記憶部と、信号源位置算出部４４と、時刻源相対誤差算出部４５とを備えた測位装置７を備える点で異なる。尚、上記実施の形態と同様の構成については、詳細な説明は省略する。
【００４９】
時刻源３４は、複数存在する各受信装置６内でそれぞれ有効な時計として利用でき、時刻源同期部３５によって時刻を同期することができる。
【００５０】
時刻源同期部３５は、時刻源相対誤差算出部４５から入力される時刻源相対誤差に基づいて、時刻源３４を同期する。たとえば、時刻源相対誤差として−５。０秒という値が入力された場合、時刻源同期部３５は、時刻源３４を５。０秒進めることにより、他の受信装置６に内蔵された時刻源３４と同期する。
【００５１】
信号源位置算出部４４は、信号到来時刻収集部４１から得られた各センサで計測された信号到来時刻と、センサ設置位置記憶部４２に記録された各センサの設置位置とから、信号源１の位置を算出し信号源位置出力装置５へ出力すると共に、信号源１の位置と共に算出される、信号が信号源１を放射した瞬間に受信装置６−ｉに内蔵した時刻源３４−ｉが示す時刻ｔ０−ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）を時刻源相対誤差算出部４５へ出力する。
【００５２】
時刻源相対誤差算出部４５は、信号源位置算出部４４から得られた、信号が信号源１を放射した瞬間に時刻源３４−ｉが示す時刻ｔ０−ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）から、時刻源３４−ｉの時刻源相対誤差ｔＥ−ｉを算出し、受信装置６−ｉに内蔵された時刻源同期部３５−ｉへ出力する。時刻源相対誤差ｔＥ−ｉは、ある受信装置６−ｋに内蔵された時刻源３４−ｋを基準として、どれだけ時刻がずれているかを示す値であり、ｔＥ−ｉ＝（ｔ０−ｉ）―（ｔ０−ｋ）で算出できる。算出された時刻源相対誤差ｔＥ−ｉに基づいて時刻源３４−ｉの時計を補正することにより、複数の受信装置６に内蔵された時刻源３４を互いに同期することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、信号源１が信号を音波に重畳して放射し、センサ２１、２２および受信装置６が、音波に重畳された信号を受信および検出する場合について説明したが、信号源１が信号を超音波もしくは電波に重畳して放射し、センサ２１、２２および受信装置６が、超音波もしくは電波に重畳された信号を受信及び検出する構成としてもよい。
【００５４】
次に、図６および図７を参照して第２の実施の形態の動作について詳細に説明する。
【００５５】
第２の実施の形態における信号源１、信号検出部３１、信号到来時刻計測部３２、信号到来時刻４１、センサ設置位置記憶部４２および信号源位置出力装置５の動作は、上記第１の実施の形態における信号源１、信号検出部３１、信号到来時刻計測部３２、信号到来時刻４１、センサ設置位置記憶部４２および信号源位置出力装置５の動作と同一のため、説明は省略する。
【００５６】
測位装置４は、複数の受信装置６より入力される信号到来時刻から信号源１の位置を算出し信号源位置出力装置５に出力する（図７のステップＡ５）と共に、信号源１の位置と共に算出される、信号が信号源１を放射した瞬間に受信装置６に内蔵した時刻源３４が示す時刻から時刻源相対誤差を算出し（図７のステップＡ６）受信装置６へ出力する（図７のステップＡ７）。
【００５７】
受信装置６は、測位装置から入力される時刻源相対誤差に基づいて、時刻源３４を同期する。
【００５８】
次に、第２の実施の形態の効果について説明する。
【００５９】
本実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加えて、複数の受信装置に内蔵された時刻源同士を互いに同期させることができる。
【００６０】
次に、第３の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００６１】
図８を参照すると、第３の実施の形態は、上記第１の実施の形態と同様に、音波により信号を発信する信号源１と、空間上に設置され信号源１から発信された信号を受信するセンサ２１、２２と、センサ２１、２２に信号が到来した時刻を計測する受信装置３と、複数の受信装置３で得られた信号到来時刻から信号源の位置を算出する測位装置４と、測位結果を出力する信号源位置出力装置５とを備える。
【００６２】
測位用プログラム８は、測位装置４に読み込まれ測位装置４の動作を制御する。測位装置４は、測位用プログラム８の制御により、上記第１の実施の形態における測位装置４による処理と同一の処理を実行する。
【００６３】
本実施の形態によると、第１の実施の形態と同様に、信号源位置算出システムの導入・運用コストを低減し、広範囲へのシステム導入が可能となる。これは、空間上に設置する複数の受信装置に内蔵された時刻同士を同期させる必要ないため、同期させるための構成部を必要としないからである。また、信号源とセンサとの間に信号伝達速度の異なる複数の信号伝達経路を用意したり、位置が既知の基準信号源を準備したりする必要がなく、１回の信号放射で信号源の位置を算出することができるからである。
【００６４】
次に、第４の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００６５】
図９を参照すると、第４の実施の形態は、上記第２の実施の形態と同様に、音波により信号を発信する信号源１と、空間上に設置され信号源１から発信された信号を受信するセンサ２１、２２と、センサ２１、２２に信号が到来した時刻を計測する受信装置６と、複数の受信装置６で得られた信号到来時刻から信号源の位置を算出する測位装置７と、測位結果を出力する信号源位置出力装置５とを備える。
【００６６】
測位用プログラム９は、測位装置７に読み込まれ測位装置７の動作を制御する。測位装置７は、測位用プログラム９の制御により、上記第２の実施の形態における測位装置７による処理と同一の処理を実行する。
【００６７】
本実施の形態では、第３の実施の形態の効果に加えて、複数の受信装置に内蔵された時刻源同士を互いに同期させることができる。
【実施例】
【００６８】
次に、第１の実施例を説明する。かかる実施例は上記第１の実施の形態に対応するものである。
【００６９】
本実施例は、信号源１として人を、センサ２１、２２としてコンデンサ型のモノラルマイクロフォンを、受信装置３として小型Ｌｉｎｕｘボードを、測位装置４としてパーソナルコンピュータを、信号源位置出力装置５としてディスプレイを用いる。小型Ｌｉｎｕｘボードとパーソナルコンピュータの間は有線ＬＡＮによりネットワーク接続されている。また、小型Ｌｉｎｕｘボードは、信号検出部３１として機能するサウンドボードと、信号到来時刻計測部３２および時刻源３３として機能する中央演算装置とを、パーソナルコンピュータは、信号到来時刻収集部４１および信号源位置算出部４３として機能する中央演算装置と、センサ設置位置記憶部４２として機能する記憶装置とを、それぞれ有している。
【００７０】
本実施例では、空間上に設置した複数のマイクロフォンを利用して、人が発する特定の音（例えば、指をはじく音や声など）の発生位置を、マイクロフォンを接続した複数の小型Ｌｉｎｕｘボードの時刻を高精度に同期させる必要なく、計測することができる。
【００７１】
次に、第２の実施例を説明する。かかる実施例は上記第２の実施の形態に対応するものである。
【００７２】
本実施例は、信号源１として人を、センサ２１、２２としてコンデンサ型のモノラルマイクロフォンを、受信装置６として小型Ｌｉｎｕｘボードを、測位装置７としてパーソナルコンピュータを、信号源位置出力装置５としてディスプレイを用いる。小型Ｌｉｎｕｘボードとパーソナルコンピュータの間は有線ＬＡＮによりネットワーク接続されている。また、小型Ｌｉｎｕｘボードは、信号検出部３１として機能するサウンドボードと、信号到来時刻計測部３２、時刻源３４および時刻源同期部３５として機能する中央演算装置とを、パーソナルコンピュータは、信号到来時刻収集部４１、信号源位置算出部４３および時刻源相対誤差算出部４５として機能する中央演算装置と、センサ設置位置記憶部４２として機能する記憶装置とを、それぞれ有している。
【００７３】
本実施例では、空間上に設置した複数のマイクロフォンを利用して、人が発する特定の音（例えば、指をはじく音や声など）の発生位置を、マイクロフォンを接続した複数の小型Ｌｉｎｕｘボードの時刻をあらかじめ高精度に同期させる必要なく計測することができ、さらに、定期的な信号源の位置計測によって、複数の小型Ｌｉｎｕｘボードの時刻を高精度に同期させることができる。
【００７４】
本発明によれば、信号源の位置計測を低コストかつ広範囲で実現することが可能なシステムをコンピュータに実現するためのプログラムといった用途に適用できる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 信号源
２１ センサ
２２ センサ
３ 受信装置
３１ 信号検出部
３２ 信号到来時刻計測部
３３ 時刻源
３４ 時刻源
３５ 時刻源同期部
４ 測位装置
４１ 信号到来時刻収集部
４２ センサ設置位置記憶部
４３ 信号源位置算出部
４４ 信号源位置算出部
４５ 時刻源相対誤差算出部
５ 信号源位置出力装置
６ 受信装置
７ 測位装置
８ 測位用プログラム
９ 測位用プログラム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号源の位置を算出する測位システム、測位装置、測位方法および測位プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
信号源の位置を算出するシステムとして、信号源から同時に放射された音波、超音波、もしくは、電波を、複数の受信装置で受信して、その信号伝達時間から信号源の位置を算出するシステムが提案されている。例えば、特許文献１、非特許文献１および非特許文献２には、信号源から放射された信号を時刻同期された複数の受信装置で受信するまでの信号伝達時間から算出した距離に基づいて、信号源の位置を算出する技術が記載されている。
【０００３】
特許文献１は、信号源と受信装置の間に信号伝達速度の異なる２つの信号伝達経路を設けている。そして、これら２つの信号伝達経路のうち、より速い信号伝達経路を用いてもう一方の経路上の信号発信タイミングを知らせる構成である。これにより、複数の受信装置の時刻を同期させる必要なく、信号源から発信した信号を複数の受信装置で受信するまでの信号伝達時間を計測し、信号源の位置を算出している。
【０００４】
特許文献２は、電波信号源から放射された信号を、単一の基準発振器に接続された複数の受信アンテナで受信した際の任意の２つの組合せ毎の信号位相差を計測している。そして、信号位相差計測に含まれるアンテナ経路毎の位相差計測誤差を、既知の位置に設置した基準信号源を用いて補正した上で、信号源の位置を算出している。
【０００５】
特許文献３は、信号源を移動させながら実施した複数回の位相差計測結果に基づいて、基準信号源無しでアンテナ経路毎の位相差計測誤差を補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平06-222130号公報
【特許文献２】特許第003602403号公報
【特許文献３】特開2007-248217号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】James Scott、 Boris Dragovic、 Audio Location: Accurate Low-Cost Location Sensing、 Pervasive2005
【非特許文献２】Xuehai Bian、 Gregory Abowd、 James Rehg、 Using Sound Source Localization in a Home Environment、 Pervasive2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記技術を用いても、信号源測位システムを低コストかつ広範囲に適用するのが難しいことである。
【０００９】
その理由は、信号源の位置を算出するために必要な信号伝達時間の計測のために、空間上に設置する複数の受信装置の時刻を高精度に同期させる必要がある。そのために、複数の受信装置間を専用のケーブルで接続するなど、特殊な設備が必要になるためである。また、複数の受信装置の時刻を高精度に同期させずに信号源の位置を算出するためには、信号源と受信装置に特別な装置を設ける、空間上に位置が既知の基準信号源を設置する、もしくは、信号源を移動させながら複数回の計測を行う必要があるためである。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題に鑑みて発明されたものであって、その目的は、空間上に設置する複数の受信装置の時刻を高精度に同期させたり、信号源と受信装置に単一の信号伝達経路以外のための特別な装置を設けたり、空間内に位置が既知の基準信号源を設置したりする必要なく、信号源から１回信号を放射して信号源の位置を算出できる信号源測位システムおよびその技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明は、測位システムであって、複数のセンサを有し、前記複数のセンサが受信した信号の到着時刻を、自身の時刻源を用いて計測する計測手段と、前記計測した到着時刻を複数の計測手段から収集し、信号伝達速度、各計測手段のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するための本発明は、測位装置であって、複数のセンサを有する計測装置が自身の時刻源を用いて計測した、前記複数のセンサにおける信号の到着時刻を、複数の計測装置から収集し、信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出手段を有することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するための本発明は、測位方法であって、複数のセンサを有する計測装置が自装置の時刻源を用いて、前記複数のセンサが受信した信号の到着時刻を計測する計測ステップと、前記計測した到着時刻を複数の計測装置から収集する収集ステップと、信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出ステップとを有することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するための本発明は、プログラムであって、情報処理装置のプログラムであって、前記プログラムは、前記情報処理装置に、複数のセンサを有する計測装置が自身の時刻源を用いて計測した、前記複数のセンサにおける信号の到着時刻を、複数の計測装置から収集する収集処理と、信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出処理と実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、信号源測位システムを低コストかつ広範囲に適用できることにある。
【００１６】
その理由は、空間上に設置する複数の受信装置に内蔵された時刻同士を同期させる必要ないため、同期させるための構成部を必要としないためである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、第１の実施の形態の概要を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、センサ設置位置記憶部に記録されている情報の一例である。
【図４】図４は、第１の実施の形態の動作を示す流れ図である。
【図５】図５は、第２の実施の形態の概要を示す図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態の動作を示す流れ図である。
【図８】図８は、第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、第４の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の測位システムは、信号源から発信された信号を受信する複数のセンサを有する受信装置が自装置のセンサに信号が到来した時刻を計測し、互いに時刻が同期していない複数の受信装置から信号到来時刻を測位装置が収集し、既知である信号速度とセンサの位置と収集した信号到来時刻から信号源の位置を測位装置が算出する。このような構成を採用し、互いに時刻の同期されていない複数の受信装置から得られる測定量から信号源の位置を算出することができる。
【００１９】
本発明の詳細について説明する。
【００２０】
本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態の測位システムは、信号源１と複数の受信装置３と、測位装置４とを有する。
【００２２】
信号源１は、物理的な空間上に設置されており、あらかじめ決められた特定の信号を音波に重畳して放射する。特定の信号としては、例えば、単一のパルスや、複数の信号源１毎に特有となるようなビット列を用いることができる。尚、本説明では、音波に重畳して放射する場合を用いて説明するが、空間を伝播する波であり、伝達速度が既知であれば、超音波、電波等であってもよい。
【００２３】
センサ２１、２２は、受信した音波の振幅をデジタル情報に変換し、受信装置で処理可能な時系列デジタル信号として、信号検出部３１へ出力する。なお、本構成でセンサ２１、２２は受信装置毎に２つずつ用意されているが、必ずしも２つである必要はなく、３つ以上であってもよい。
【００２４】
受信装置３は、信号検出部３１と、信号到来時刻計測部３２と、時刻源３３とを有する。尚、複数の受信装置３のそれぞれに内蔵される時刻源３３同士は同期されている必要は無い。
【００２５】
信号検出部３１は、センサ２１もしくは２２から入力された時系列デジタル信号からあらかじめ決められた特定の信号を検出する。
【００２６】
時刻源３３は時計であり、この時計は各受信装置３内でそれぞれ有効な時計として利用できる。
【００２７】
信号到来時刻計測部３２は、信号検出部３１で信号が検出された場合に、時刻源３３を参照して信号が検出された時刻を計測する。
【００２８】
測位装置４は、信号到来時刻収集部４１と、センサ設置位置記憶部４２と、信号源位置算出部４３とを有する。
【００２９】
信号到来時刻収集部４１は、複数の受信装置３のうち、信号を受信することのできたＮ台の受信装置３（受信装置３−１、３−２、・・・、３−Ｎ：Ｎは自然数）で得られた信号到来時刻を収集し、信号源位置算出部４３へ出力する。ここで、受信装置３−ｉ（ｉは自然数であり、受信装置の配列番号を示す）について、内蔵する時刻源３３−ｉを用いてセンサ２１−ｉ、２２−ｉで計測された信号到来時刻を、それぞれ、ｔ１−ｉ、ｔ２−ｉとする。このとき、信号到来時刻収集部４１は、Ｎ台の受信装置３から、ｔ１−１、ｔ２−１、ｔ１−２、ｔ２−２、・・・、ｔ１−Ｎ、ｔ２−Ｎの、合計２×Ｎ個の信号到来時刻を収集する。
【００３０】
センサ設置位置記憶部４２には、あらかじめ測量機器などを用いて計測したセンサ２１、２２の設置位置を記録しておく。図３にセンサ設置位置記憶部４２に記録される内容の一例を示す。図３に示す如く、センサ設置位置記憶部４２には、あらかじめ計測した各センサの設置位置を、各センサを識別するための識別子に対応付けて記録する。また、図３には信号源１の位置を３次元座標で算出するためにセンサ設置位置も３次元で表す例を示したが、信号源１の位置を２次元座標で算出する場合にはセンサ設置位置も２次元で、信号源１の位置を１次元座標で算出する場合にはセンサ設置位置も１次元で表せばよい。
【００３１】
信号源位置算出部４３は、信号到来時刻収集部４１から得られた各センサで計測された信号到来時刻と、センサ設置位置記憶部４２に記録された各センサの設置位置とから、信号源１の位置（ｘ、ｙ、ｚ）を算出し信号源位置出力装置５に出力する。ここで、信号が信号源１から放射された瞬間の受信装置３−ｉに内蔵した時刻源３３−ｉが示す時刻をｔ０−ｉ(ｉ＝１、２、・・・、Ｎ)、センサ設置位置記憶部４２にあらかじめ記録されたセンサ２１−ｉの設置位置を（ｘ１−ｉ、ｙ１−ｉ、ｚ１−ｉ）、センサ２２−ｉの設置位置を（ｘ２−ｉ、ｙ２−ｉ、ｚ２−ｉ）、信号源から放射されセンサに受信される信号の伝達速度をｃとし、信号源と各センサ間の距離に着目すると、受信装置３−ｉ毎に以下の２式が成り立つ。尚、本説明では、信号の伝達速度ｃは、音速である。
【００３２】
以下、最小二乗法を用いて、未知数ｘ、ｙ、ｚおよびｔｉ（ｉ=１，２，．．．，Ｎ）を求める方法を説明する。
【００３３】
まず、各受信装置ｉのセンサ１およびセンサ２で信号を受信した仮定時刻ｔi,1およびｔi,2は、ｘ,ｙ,ｚ,ｔiの近似値をそれぞれｘ０,ｙ０,ｚ０,ｔi０と仮定すると、式(１)とから以下のように求められる．
【００３４】
すると、観測方程式は以下の通りとなる。
【００３５】
この式をΔｘ,Δｙ,Δｚ,Δｔｉについて展開し、これらが十分小さいとして２次項以上を省略すると以下が得られる。
【００３６】
ただし、Ｓi,1およびＳi,2は以下で与える。
【００３７】
式(４)をＮ台の受信装置について考えると、以下の全観測方程式が得られる。
【００３８】
式（６）の観測方程式から、最小二乗法を用いてｘを以下の通り算出する。
【００３９】
尚、ｐは適当な重み行列であり、あらかじめ想定されるモデルに従って各観測量の分散を与えることにより決定する。
【００４０】
算出されたｘを用いて仮定座標および仮定時刻を更新しながら繰り返し計算することで、ｘ,ｙ,ｚおよびｔｉ（ｉ＝１,２,…,Ｎ）の推定値を得ることができる。すなわち、信号を受信することのできた受信装置３の台数Ｎが３以上である場合には、信号源１の位置（ｘ、ｙ、ｚ）、および、信号が信号源１を放射した瞬間に受信装置３−ｉに内蔵した時刻源３３−ｉが示す時刻ｔ０−ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）を算出することができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、信号源１が信号を音波に重畳して放射し、センサ２１、２２および受信装置３が、音波に重畳された信号を受信および検出する場合について説明したが、信号源１が信号を超音波もしくは電波に重畳して放射し、センサ２１、２２および受信装置３が、超音波もしくは電波に重畳された信号を受信及び検出する構成としてもよい。
【００４２】
次に、図２および図４を参照して本実施の形態の動作について詳細に説明する。
【００４３】
信号源１は、所定のタイミングで信号を放射する（図４のステップＡ１）。信号源１から放射された信号はセンサ２１、２２で受信され、受信装置３に内蔵された時刻源３３を用いて信号到来時刻計測部３２により信号到来時刻が計測される（図４のステップＡ２）。複数の受信装置３で計測された各センサ２１、２２での信号到来時刻は測位装置４へ出力される（図４のステップＡ３）。測位装置４は、複数の受信装置３から信号到来時刻収集部４１を用いて信号到来時刻を収集し、センサ設置位置記憶部４２に記録されたセンサ設置位置を用いて、信号源１の位置を算出する（図４のステップＡ４）。測位装置４で算出された信号源１の位置は、信号源位置出力装置５に出力される（図４のステップＡ５）。
【００４４】
ここで、信号源１は、信号を放射するタイミングを適切に決定する。例えば、信号を放射する時間間隔を待ち時間１で一定として、待ち時間１を、ステップＡ１からステップＡ５までの処理に必要な時間より十分長く設定することにより、信号源１の位置を定期的に算出し続けることが可能である。
【００４５】
また、測位装置４は、複数の受信装置３より入力される信号到来時刻を適切なグループに分類し、グループ毎に収集された信号到来時刻から信号源１の位置を算出する。例えば、最初に信号到来時刻が入力されてから、待ち時間２の分、入力を待ち受け、この期間に入力された信号到来時刻を１つのグループと見なして、信号源１の位置を算出することができる。このとき、待ち時間２を、想定される信号源１と受信装置３の間の距離のばらつきに従って決めることができる。例えば、想定される信号源１と受信装置３の間の距離のばらつきが０ｍから３００ｍであり、信号伝達速度が約毎秒３００ｍである場合、信号到来時刻の差は最大で１秒間であることから、待ち時間２を１秒程度に設定できる。
【００４６】
次に、第１の実施の形態の効果について説明する。
本実施の形態によると、空間上に設置する複数の受信装置に内蔵された時刻同士を同期させる必要ないため、同期させるための構成部を必要としない。また、信号源とセンサとの間に信号伝達速度の異なる複数の信号伝達経路を用意したり、位置が既知の基準信号源を準備したりする必要がなく、１回の信号放射で信号源の位置を算出することができる。このため、信号源位置算出システムの導入・運用コストを低減し、広範囲へのシステム導入が可能となる。
【００４７】
次に、第２の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４８】
図５および図６を参照すると、第２の実施の形態は、図１および図２に示された第１の実施の形態に比べて、受信装置３の代わりに、受信装置３における信号検出部３１および信号到来時刻計測部３２と、時刻源３４と、時刻源同期部３５とを備えた受信装置６を備え、測位装置４の代わりに、測位装置４における信号到来時刻収集部４１およびセンサ設置位置記憶部と、信号源位置算出部４４と、時刻源相対誤差算出部４５とを備えた測位装置７を備える点で異なる。尚、上記実施の形態と同様の構成については、詳細な説明は省略する。
【００４９】
時刻源３４は、複数存在する各受信装置６内でそれぞれ有効な時計として利用でき、時刻源同期部３５によって時刻を同期することができる。
【００５０】
時刻源同期部３５は、時刻源相対誤差算出部４５から入力される時刻源相対誤差に基づいて、時刻源３４を同期する。たとえば、時刻源相対誤差として−５。０秒という値が入力された場合、時刻源同期部３５は、時刻源３４を５。０秒進めることにより、他の受信装置６に内蔵された時刻源３４と同期する。
【００５１】
信号源位置算出部４４は、信号到来時刻収集部４１から得られた各センサで計測された信号到来時刻と、センサ設置位置記憶部４２に記録された各センサの設置位置とから、信号源１の位置を算出し信号源位置出力装置５へ出力すると共に、信号源１の位置と共に算出される、信号が信号源１を放射した瞬間に受信装置６−ｉに内蔵した時刻源３４−ｉが示す時刻ｔ０−ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）を時刻源相対誤差算出部４５へ出力する。
【００５２】
時刻源相対誤差算出部４５は、信号源位置算出部４４から得られた、信号が信号源１を放射した瞬間に時刻源３４−ｉが示す時刻ｔ０−ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）から、時刻源３４−ｉの時刻源相対誤差ｔＥ−ｉを算出し、受信装置６−ｉに内蔵された時刻源同期部３５−ｉへ出力する。時刻源相対誤差ｔＥ−ｉは、ある受信装置６−ｋに内蔵された時刻源３４−ｋを基準として、どれだけ時刻がずれているかを示す値であり、ｔＥ−ｉ＝（ｔ０−ｉ）―（ｔ０−ｋ）で算出できる。算出された時刻源相対誤差ｔＥ−ｉに基づいて時刻源３４−ｉの時計を補正することにより、複数の受信装置６に内蔵された時刻源３４を互いに同期することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、信号源１が信号を音波に重畳して放射し、センサ２１、２２および受信装置６が、音波に重畳された信号を受信および検出する場合について説明したが、信号源１が信号を超音波もしくは電波に重畳して放射し、センサ２１、２２および受信装置６が、超音波もしくは電波に重畳された信号を受信及び検出する構成としてもよい。
【００５４】
次に、図６および図７を参照して第２の実施の形態の動作について詳細に説明する。
【００５５】
第２の実施の形態における信号源１、信号検出部３１、信号到来時刻計測部３２、信号到来時刻４１、センサ設置位置記憶部４２および信号源位置出力装置５の動作は、上記第１の実施の形態における信号源１、信号検出部３１、信号到来時刻計測部３２、信号到来時刻４１、センサ設置位置記憶部４２および信号源位置出力装置５の動作と同一のため、説明は省略する。
【００５６】
測位装置４は、複数の受信装置６より入力される信号到来時刻から信号源１の位置を算出し信号源位置出力装置５に出力する（図７のステップＡ５）と共に、信号源１の位置と共に算出される、信号が信号源１を放射した瞬間に受信装置６に内蔵した時刻源３４が示す時刻から時刻源相対誤差を算出し（図７のステップＡ６）受信装置６へ出力する（図７のステップＡ７）。
【００５７】
受信装置６は、測位装置から入力される時刻源相対誤差に基づいて、時刻源３４を同期する。
【００５８】
次に、第２の実施の形態の効果について説明する。
【００５９】
本実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加えて、複数の受信装置に内蔵された時刻源同士を互いに同期させることができる。
【００６０】
次に、第３の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００６１】
図８を参照すると、第３の実施の形態は、上記第１の実施の形態と同様に、音波により信号を発信する信号源１と、空間上に設置され信号源１から発信された信号を受信するセンサ２１、２２と、センサ２１、２２に信号が到来した時刻を計測する受信装置３と、複数の受信装置３で得られた信号到来時刻から信号源の位置を算出する測位装置４と、測位結果を出力する信号源位置出力装置５とを備える。
【００６２】
測位用プログラム８は、測位装置４に読み込まれ測位装置４の動作を制御する。測位装置４は、測位用プログラム８の制御により、上記第１の実施の形態における測位装置４による処理と同一の処理を実行する。
【００６３】
本実施の形態によると、第１の実施の形態と同様に、信号源位置算出システムの導入・運用コストを低減し、広範囲へのシステム導入が可能となる。これは、空間上に設置する複数の受信装置に内蔵された時刻同士を同期させる必要ないため、同期させるための構成部を必要としないからである。また、信号源とセンサとの間に信号伝達速度の異なる複数の信号伝達経路を用意したり、位置が既知の基準信号源を準備したりする必要がなく、１回の信号放射で信号源の位置を算出することができるからである。
【００６４】
次に、第４の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００６５】
図９を参照すると、第４の実施の形態は、上記第２の実施の形態と同様に、音波により信号を発信する信号源１と、空間上に設置され信号源１から発信された信号を受信するセンサ２１、２２と、センサ２１、２２に信号が到来した時刻を計測する受信装置６と、複数の受信装置６で得られた信号到来時刻から信号源の位置を算出する測位装置７と、測位結果を出力する信号源位置出力装置５とを備える。
【００６６】
測位用プログラム９は、測位装置７に読み込まれ測位装置７の動作を制御する。測位装置７は、測位用プログラム９の制御により、上記第２の実施の形態における測位装置７による処理と同一の処理を実行する。
【００６７】
本実施の形態では、第３の実施の形態の効果に加えて、複数の受信装置に内蔵された時刻源同士を互いに同期させることができる。
【実施例】
【００６８】
次に、第１の実施例を説明する。かかる実施例は上記第１の実施の形態に対応するものである。
【００６９】
本実施例は、信号源１として人を、センサ２１、２２としてコンデンサ型のモノラルマイクロフォンを、受信装置３として小型Ｌｉｎｕｘボードを、測位装置４としてパーソナルコンピュータを、信号源位置出力装置５としてディスプレイを用いる。小型Ｌｉｎｕｘボードとパーソナルコンピュータの間は有線ＬＡＮによりネットワーク接続されている。また、小型Ｌｉｎｕｘボードは、信号検出部３１として機能するサウンドボードと、信号到来時刻計測部３２および時刻源３３として機能する中央演算装置とを、パーソナルコンピュータは、信号到来時刻収集部４１および信号源位置算出部４３として機能する中央演算装置と、センサ設置位置記憶部４２として機能する記憶装置とを、それぞれ有している。
【００７０】
本実施例では、空間上に設置した複数のマイクロフォンを利用して、人が発する特定の音（例えば、指をはじく音や声など）の発生位置を、マイクロフォンを接続した複数の小型Ｌｉｎｕｘボードの時刻を高精度に同期させる必要なく、計測することができる。
【００７１】
次に、第２の実施例を説明する。かかる実施例は上記第２の実施の形態に対応するものである。
【００７２】
本実施例は、信号源１として人を、センサ２１、２２としてコンデンサ型のモノラルマイクロフォンを、受信装置６として小型Ｌｉｎｕｘボードを、測位装置７としてパーソナルコンピュータを、信号源位置出力装置５としてディスプレイを用いる。小型Ｌｉｎｕｘボードとパーソナルコンピュータの間は有線ＬＡＮによりネットワーク接続されている。また、小型Ｌｉｎｕｘボードは、信号検出部３１として機能するサウンドボードと、信号到来時刻計測部３２、時刻源３４および時刻源同期部３５として機能する中央演算装置とを、パーソナルコンピュータは、信号到来時刻収集部４１、信号源位置算出部４３および時刻源相対誤差算出部４５として機能する中央演算装置と、センサ設置位置記憶部４２として機能する記憶装置とを、それぞれ有している。
【００７３】
本実施例では、空間上に設置した複数のマイクロフォンを利用して、人が発する特定の音（例えば、指をはじく音や声など）の発生位置を、マイクロフォンを接続した複数の小型Ｌｉｎｕｘボードの時刻をあらかじめ高精度に同期させる必要なく計測することができ、さらに、定期的な信号源の位置計測によって、複数の小型Ｌｉｎｕｘボードの時刻を高精度に同期させることができる。
【００７４】
本発明によれば、信号源の位置計測を低コストかつ広範囲で実現することが可能なシステムをコンピュータに実現するためのプログラムといった用途に適用できる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 信号源
２１ センサ
２２ センサ
３ 受信装置
３１ 信号検出部
３２ 信号到来時刻計測部
３３ 時刻源
３４ 時刻源
３５ 時刻源同期部
４ 測位装置
４１ 信号到来時刻収集部
４２ センサ設置位置記憶部
４３ 信号源位置算出部
４４ 信号源位置算出部
４５ 時刻源相対誤差算出部
５ 信号源位置出力装置
６ 受信装置
７ 測位装置
８ 測位用プログラム
９ 測位用プログラム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサを有し、前記複数のセンサが受信した信号の到着時刻を、自身の時刻源を用いて計測する計測手段と、
前記計測した到着時刻を複数の計測手段から収集し、信号伝達速度、各計測手段のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出手段と
を有することを特徴とする測位システム。
【請求項２】
前記算出手段は、信号伝達速度、各計測手段のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号が前記信号源から放射された放射時刻を算出することを特徴とする請求項１に記載の測位システム。
【請求項３】
前記算出された放射時刻を用いて、各計測手段の時刻源を同期させる同期手段を有することを特徴とする請求項２に記載の測位システム。
【請求項４】
前記算出手段は、前記信号源の位置の仮定位置と、この仮定位置において信号が放射された時刻の仮定到着時刻を決定し、前記各計測手段のセンサの位置を示す位置情報及びそのセンサの到着時刻から前記仮定位置及び仮定到着時刻の修正量を算出して、前記信号の信号源の位置と前記放射時刻とを算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の測位システム。
【請求項５】
複数のセンサを有する計測装置が自身の時刻源を用いて計測した、前記複数のセンサにおける信号の到着時刻を、複数の計測装置から収集し、信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出手段
を有することを特徴とする測位装置。
【請求項６】
複数のセンサを有する計測装置が自装置の時刻源を用いて、前記複数のセンサが受信した信号の到着時刻を計測する計測ステップと、
前記計測した到着時刻を複数の計測装置から収集する収集ステップと、
信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出ステップと
を有することを特徴とする測位方法。
【請求項７】
前記算出ステップは、信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号が前記信号源から放射された放射時刻を算出することを特徴とする請求項６に記載の測位方法。
【請求項８】
前記算出された放射時刻を用いて、各計測装置の時刻源を同期させる同期ステップを有することを特徴とする請求項７に記載の測位方法。
【請求項９】
前記算出ステップは、前記信号源の位置の仮定位置と、この仮定位置において信号が放射された時刻の仮定到着時刻を決定し、前記各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及びそのセンサの到着時刻から前記仮定位置及び仮定到着時刻の修正量を算出して、前記信号の信号源の位置と前記放射時刻とを算出することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の測位方法。
【請求項１０】
情報処理装置のプログラムであって、前記プログラムは、前記情報処理装置に、
複数のセンサを有する計測装置が自身の時刻源を用いて計測した、前記複数のセンサにおける信号の到着時刻を、複数の計測装置から収集する収集処理と、
信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出処理と
実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１】
複数のセンサを有し、前記複数のセンサが受信した信号の到着時刻を、自身の時刻源を用いて計測する計測手段と、
前記計測した到着時刻を複数の計測手段から収集し、信号伝達速度、各計測手段のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出手段と
を有することを特徴とする測位システム。
【請求項２】
前記算出手段は、信号伝達速度、各計測手段のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号が前記信号源から放射された放射時刻を算出することを特徴とする請求項１に記載の測位システム。
【請求項３】
前記算出された放射時刻を用いて、各計測手段の時刻源を同期させる同期手段を有することを特徴とする請求項２に記載の測位システム。
【請求項４】
前記算出手段は、前記信号源の位置の仮定位置と、この仮定位置において信号が放射された時刻の仮定到着時刻を決定し、前記各計測手段のセンサの位置を示す位置情報及びそのセンサの到着時刻から前記仮定位置及び仮定到着時刻の修正量を算出して、前記信号の信号源の位置と前記放射時刻とを算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の測位システム。
【請求項５】
複数のセンサを有する計測装置が自身の時刻源を用いて計測した、前記複数のセンサにおける信号の到着時刻を、複数の計測装置から収集し、信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出手段
を有することを特徴とする測位装置。
【請求項６】
複数のセンサを有する計測装置が自装置の時刻源を用いて、前記複数のセンサが受信した信号の到着時刻を計測する計測ステップと、
前記計測した到着時刻を複数の計測装置から収集する収集ステップと、
信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出ステップと
を有することを特徴とする測位方法。
【請求項７】
前記算出ステップは、信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号が前記信号源から放射された放射時刻を算出することを特徴とする請求項６に記載の測位方法。
【請求項８】
前記算出された放射時刻を用いて、各計測装置の時刻源を同期させる同期ステップを有することを特徴とする請求項７に記載の測位方法。
【請求項９】
前記算出ステップは、前記信号源の位置の仮定位置と、この仮定位置において信号が放射された時刻の仮定到着時刻を決定し、前記各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及びそのセンサの到着時刻から前記仮定位置及び仮定到着時刻の修正量を算出して、前記信号の信号源の位置と前記放射時刻とを算出することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の測位方法。
【請求項１０】
情報処理装置のプログラムであって、前記プログラムは、前記情報処理装置に、
複数のセンサを有する計測装置が自身の時刻源を用いて計測した、前記複数のセンサにおける信号の到着時刻を、複数の計測装置から収集する収集処理と、
信号伝達速度、各計測装置のセンサの位置を示す位置情報及び前記各センサの到着時刻から、前記信号の信号源の位置を算出する算出処理と
実行させることを特徴とするプログラム。
【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２０１０−２３０４６７（Ｐ２０１０−２３０４６７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７８０２６（Ｐ２００９−７８０２６）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｌｉｎｕｘ
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｌｉｎｕｘ
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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