測位システムおよび測位基地局群
【課題】構造が簡単で設置コストを抑えることが可能な測位システム等を提供する。
【解決手段】測位システムにおいて、開始信号Ｗ１を無線発信する第１の基地局１３；開始信号と要求信号とを受信して受信時刻を測定する受信測定部と、要求信号に応えて開始信号と要求信号の受信時刻を表した受信時刻信号を発信する受信時刻発信部と、所定の応答信号を発信し発信時刻を測定する応答部と、応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号を発信する発信時刻発信部とを備えた第２の基地局１２；および開始信号を受信して要求信号を発信し、開始信号の受信時刻と要求信号の発信時刻とを測定する要求発信部と、受信時刻信号および発信時刻信号を受信する時刻受信部と、応答信号の受信時刻を測定する応答測定部と、要求発信部と応答測定部で測定された時刻と時刻受信部で受信した信号が表した各時刻とに基づいて位置を計算する位置計算部とを備えた測位端末１１；を備える。
【解決手段】測位システムにおいて、開始信号Ｗ１を無線発信する第１の基地局１３；開始信号と要求信号とを受信して受信時刻を測定する受信測定部と、要求信号に応えて開始信号と要求信号の受信時刻を表した受信時刻信号を発信する受信時刻発信部と、所定の応答信号を発信し発信時刻を測定する応答部と、応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号を発信する発信時刻発信部とを備えた第２の基地局１２；および開始信号を受信して要求信号を発信し、開始信号の受信時刻と要求信号の発信時刻とを測定する要求発信部と、受信時刻信号および発信時刻信号を受信する時刻受信部と、応答信号の受信時刻を測定する応答測定部と、要求発信部と応答測定部で測定された時刻と時刻受信部で受信した信号が表した各時刻とに基づいて位置を計算する位置計算部とを備えた測位端末１１；を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、測位システムおよび測位基地局群に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動端末と基地局との間で無線信号のやり取りを行い、無線信号すなわち電波の伝搬時間から移動端末の位置を測定する測位システムが知られている。このような測位システムは、例えば、工場等の敷地内で移動する移動端末としての自走型ロボットが、敷地内に配置された基地局を利用して自己の位置を把握するシステムに応用されている。移動端末は基地局とやり取りする信号の伝搬時間から基地局との間の距離を取得し、複数の基地局の位置とこれらの基地局まで距離とから移動端末自身の位置を算出する。信号の伝搬時間は信号の発信時刻と受信時刻との差として得られるが、信号の発信側および受信側となる基地局および移動端末では、システムの複雑化を避けるため時刻を測定する時計が同期していないのが一般的であり、複数の基地局同士でも時計も同期が取られていない場合が一般的である。この場合には、時刻のオフセットを補償することが求められる。
【０００３】
図１は、従来技術の測位システムを示す図である。
【０００４】
図１に示す測位システム７は、基地局Ａ（７２）、基地局Ｂ（７３）、および基地局Ｃ（７４）からなる基地局群と、移動端末Ｍ（７１）とを有している。移動端末Ｍ（７１）は、開始信号Ｗ１を無線発信するとともに開始信号Ｗ１の発信時刻を移動端末Ｍ（７１）の時計によって測定する。基地局Ａ（７２）は、開始信号Ｗ１を受信すると応答信号Ｗ２を発信し、開始信号Ｗ１の受信時刻と応答信号Ｗ２の発信時刻を基地局Ａ（７２）が有する時計（タイマ）によって測定する。また、基地局Ａ（７２）は測定した開始信号Ｗ１の受信時刻と応答信号Ｗ２の発信時刻の情報も移動端末Ｍ（７１）に送信する。移動端末Ｍ（７１）は、応答信号Ｗ２の受信時刻を移動端末Ｍ（７１）が有する時計によって測定する。図１に示すシステムでは、信号の往復によって、複数の時計による時刻のオフセットをキャンセルして伝搬時間を算出する。例えば、まず、移動端末Ｍ（７１）の時計で測定された応答信号Ｗ２の受信時刻と開始信号Ｗ１の発信時刻との差、すなわち開始信号Ｗ１の発信から応答信号Ｗ２の受信までにかかる時間を求める。この時間から、基地局Ａ（７２）の時計で測定された応答信号Ｗ２の発信時刻と開始信号Ｗ１の受信時刻との差、すなわち基地局Ａ（７２）における受信から発信までにかかる処理遅延時間を差し引くと、開始信号Ｗ１の伝搬時間と応答信号Ｗ２の伝搬時間との和が得られる。開始信号Ｗ１の伝搬時間と応答信号Ｗ２の伝搬時間は等しいので上記の和の１／２が移動端末Ｍ（７１）と基地局Ａ（７２）との間の電波の伝搬時間として得られ、伝搬時間から距離Ｌａｍが得られる。移動端末Ｍ（７１）は、基地局Ｂ（７３）とも開始信号Ｗ３および応答信号Ｗ４のやり取りを行い、基地局Ｂ（７３）との距離Ｌｂｍを取得する。２つの基地局７２，７３からの距離がそれぞれＬａｍ，Ｌｂｍとなる位置として、移動端末Ｍ（７１）の位置が算出される。
【０００５】
また、測位システムには、移動端末が発信のみを行うものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図２は、移動端末が発信のみを行う従来技術の測位システムを示す図である。
【０００７】
図２に示すシステム８は、移動端末Ｍ（８１）、基地局Ａ（８２）、基地局Ｂ（８３）、基地局Ｃ（８４）、および基準局Ｐ（８５）を備えている。移動端末Ｍ（８１）が開始信号Ｗ１を発信すると、開始信号Ｗ１は３つの基地局８２，８３，８４および基準局Ｐ（８５）で受信され、基地局８２，８３，８４においては、各受信時刻（例えば図２のＴｍａｒ）が各々に記録される。基準局Ｐ（８５）は開始信号Ｗ１を受信すると測位信号Ｗ２を発信し、各基地局８２，８３，８４は測位信号Ｗ２の各受信時刻（例えば図２のＴｐａｒ）を測定する。各基地局８２，８３，８４での開始信号Ｗ１の受信時刻と測位信号Ｗ２の受信時刻との差から、移動端末Ｍ（８１）の位置が得られる。各基地局８２，８３，８４での開始信号Ｗ１の受信時刻情報と測位信号Ｗ２の受信時刻情報とは図示しないサーバに送信され、このサーバで位置計算が行われる。
【０００８】
また、衛星を利用した測位システムも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
図３は、衛星を利用した従来技術の測位システムを示す図である。
【００１０】
図３に示すシステム９は、移動無線局である移動端末９１、基地局としての測距衛星９２、通信衛星９３および基準局としての地上局９４を備えている。
【００１１】
まず、測距衛星９２が第１の開始信号Ｗ１を発信する。移動端末９１は第１の開始信号Ｗ１を受信すると第１の応答信号Ｗ２を発信し、通信衛星９３は第１の応答信号Ｗ２を受信すると第１の測定信号Ｗ３を地上局９４に向けて発信する。一方、地上局は、測距衛星９２が第１の開始信号Ｗ１を発信するのと同期して、第２の開始信号Ｕ１を発信する。通信衛星９３は第２の開始信号Ｕ１を受信すると第２の応答信号Ｕ２を発信し、第２の応答信号Ｕ２は移動端末９１で受信される。移動端末９１は、第１の開始信号Ｗ１の受信時刻、および第２の応答信号Ｕ２の受信時刻、ならびに地上局９４で測定した第２の開始信号Ｕ１の発信時刻と第１の測定信号Ｗ３の受信時刻との差から移動端末９１自身の位置を算出する。
【特許文献１】特開２００６−１７０８９１号公報
【特許文献２】特開平６−１０２３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図１に示す測位システム７では全ての基地局が信号の送信および受信双方の機能を有し複雑となっている。図１に示す測位システム７で移動端末Ｍ（７１）の位置を精度よく確定するためには、第３の基地局Ｃ（７４）とも信号のやり取りを行うことが好ましく、さらに多くの基地局と信号のやり取りを行うことが好ましい。また、基地局は、移動端末Ｍ（７１）の移動可能範囲に応じて多数配置する場合もある。しかし、図１に示す測位システム７では、基地局を多数設置するとシステム全体としての設置コストの上昇が著しい。特に、受信時刻測定を高精度にするため、信号としてＵＷＢに代表されるインパルス波を用いた場合、信号の受信側には送信側に比べて複雑な回路構成が必要となり、基地局の複雑さが増大する。図２に示す測位システム８では、移動端末Ｍ（８１）で位置の情報が算出されないため、算出された位置情報を移動端末Ｍ（８１）に送信する手段が必要となる。また、各基地局と接続され計算を行うサーバコンピュータおよびネットワークが必要となるため全体構成が複雑となる。また、図３に示す測位システム９では、測距衛星９２と地上局９４の時計を高精度に同期させる手段が必要となり、全体構成が複雑となる。
【００１３】
本件開示は、上記事情に鑑み、構造が簡単で設置コストの低減が可能な測位システムおよび測位基地局群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】
【００１４】
本件開示の測位システムの基本形態は、
測位開始を合図する開始信号を無線発信する第１の基地局；
上記開始信号と測位用の情報を求める要求信号とを無線受信してこの開始信号およびこの要求信号それぞれの受信時刻を測定する受信測定部と、
上記要求信号に応えて上記開始信号の受信時刻と上記要求信号の受信時刻とを表した受信時刻信号を無線発信する受信時刻発信部と、
上記要求信号に応えて所定の応答信号を無線発信しこの応答信号の発信時刻を測定する応答部と、
上記応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号を無線発信する発信時刻発信部とを備えた第２の基地局；および
上記開始信号を無線受信して上記要求信号を無線発信し、この開始信号の受信時刻とこの要求信号の発信時刻とを測定する要求発信部と、
上記受信時刻信号および上記発信時刻信号を無線受信する時刻受信部と、
上記応答信号を無線受信してこの応答信号の受信時刻を測定する応答測定部と、
上記要求発信部で測定された各時刻と上記応答測定部で測定された時刻と上記時刻受信部で受信した信号が表した各時刻とに基づいて、上記第１の基地局および上記第２の基地局に対する相対位置を計算する位置計算部とを備えた測位端末；
を備えている。
【００１５】
本件開示の測位基地局群の基本形態は、
測位の開始を合図する開始信号を無線発信する第１の基地局；および、
上記開始信号と測位用の情報を求める要求信号とを無線受信してこの開始信号およびこの要求信号それぞれの受信時刻を測定する受信測定部と、
上記要求信号に応えて上記開始信号の受信時刻と上記要求信号の受信時刻とを表した受信時刻信号を無線発信する受信時刻発信部と、
上記要求信号に応えて所定の応答信号を発信しこの応答信号の発信時刻を測定する応答部と、
上記応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号を無線発信する発信時刻発信部とを備えた第２の基地局；
を備えている。
【００１６】
これら測位システムおよび測位基地局群の基本形態によれば、各測位基地局および移動端末の間で時計を同期させる必要が無く、また、複数配置される可能性が高い第１の基地局には信号発信機能があればよく構造が簡単となるのでシステム全体の製造コストが抑えられる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の本件開示の測位システムおよび測位基地局群の上記基本形態によれば構造が簡単で設置コストが抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ここで、上記基本形態に対し、上記応答部が、上記応答信号の発信中に、この応答信号の発信時刻として無線発信の開始時刻を測定するものであり、
上記発信時刻発信部が、上記応答部による上記応答信号の発信中に、この応答信号中に上記発信時刻信号を組み込むという応用形態は好適である。
【００１９】
この好適な応用形態によれば、発信時刻発信部からの信号の発信が１度で済むので、全体の通信時間が短縮する。
【００２０】
以下、本件開示の測位システムおよび測位基地局群の具体的な実施形態について説明する。
【００２１】
図４は、測位システムの具体的な第１実施形態を示す図である。
【００２２】
図４に示す測位システム１は、移動端末と複数の基地局とを備え、基地局相互間での無線通信と基地局端末間での無線通信とを行って複数の基地局に対する移動端末の位置を測定する。より詳細には、図４に示す測位システム１は、移動端末Ｍ（１１）と基地局群１０とを備えている。移動端末Ｍ（１１）は、具体的には工場等の敷地内で移動可能な自走型ロボットである。
【００２３】
基地局群１０は、基地局Ａ（１３）と基準局Ｐ（１２）とを備えており、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）の相互間での無線通信と、移動端末Ｍ（１１）に対する無線通信とを行って移動端末Ｍ（１１）に測位用の情報を提供する。基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）は、工場等の敷地内で移動端末Ｍ（１１）と通信可能な位置に固定配置されており、共通の座標における位置が予め分かっている。この位置は、地球上の緯度経度といった絶対的な位置として表わされてもよく、また敷地内の基準となる位置に対する相対的な位置として表されてもよい。測位システム１における基地局Ａ（１３）は、移動端末Ｍ（１１）の移動範囲の広さや、敷地内における電波障害物の有無に合わせて複数設置することも可能であるが、測位原理を判りやすく説明するため、まず基地局Ａ（１３）が１つの例を説明する。
【００２４】
ここで、移動端末Ｍ（１１）は上述した基本形態における測位端末の一例に相当し、基地局Ａ（１３）は上述した基本形態における第１の基地局の一例に相当し、基準局Ｐ（１２）は上述した基本形態における第２の基地局の一例に相当する。
【００２５】
図５は、図４に示す測位システムの各装置間での信号の受送信タイミングを表すタイミングチャートである。
【００２６】
図４に示す測位システム１における、移動端末Ｍ（１１）の測位の概要を図５も参照して説明する。
【００２７】
移動端末Ｍ（１１）の位置は、最終的には、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）のそれぞれの配置位置、ならびに、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）のそれぞれから移動端末Ｍ（１１）までの距離Ｌａｍ，Ｌｐｍから求められる。上記の距離Ｌａｍ，Ｌｐｍは無線信号すなわち電波の伝搬時間から求められる。
【００２８】
測位システム１における測位は、基地局Ａ（１３）が測位開始を合図する開始信号Ｗ１を無線発信することで開始する。以降、「無線発信」を単に「発信」とも称する。基地局Ａ（１３）による開始信号Ｗ１の発信時刻をＴａｔとする。開始信号Ｗ１は移動端末Ｍ（１１）および基準局Ｐ（１２）のそれぞれで各受信時刻Ｔａｍｒ，Ｔａｐｒに無線受信される。以降、「無線受信」を単に「受信」とも称する。なお、基地局Ａ（１３）、および基準局Ｐ（１２）のそれぞれが有する時計（タイマ）は互いに同期しておらず、それぞれの時計による測定で得られる時刻にはオフセットが含まれている。
【００２９】
移動端末Ｍ（１１）は開始信号Ｗ１を受信すると要求信号Ｗ２を発信する。基準局Ｐ（１２）は、要求信号Ｗ２を受信すると応答信号Ｗ３を発信し、応答信号Ｗ３は移動端末Ｍ（１１）によって受信される。移動端末Ｍ（１１）は、要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔ、および応答信号Ｗ３の受信時刻Ｔｍａｍｒを測定し、基準局Ｐ（１２）は、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｔを測定する。また、基準局Ｐ（１２）は、発信する応答信号Ｗ３に、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、およびこの応答信号Ｗ３の発信が開始された発信時刻Ｔｍａｍｔの情報を含める。これによって、移動端末Ｍ（１１）には、基準局Ｐ（１２）における、測定された開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、および応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔの情報が集められる。また移動端末Ｍ（１１）には、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）それぞれの配置位置情報が記憶されており、配置位置、集められた情報の時刻、移動端末Ｍ（１１）で測定された開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｍｒ、および、要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔ、および、応答信号Ｗ３の受信時刻Ｔｍａｍｒから移動端末Ｍ（１１）の位置を計算する。
【００３０】
続いて、移動端末Ｍ（１１）、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）それぞれの内部構成を説明する。
【００３１】
図６は、図４に示す基地局の構成を示すブロック図である。
【００３２】
基地局Ａ（１３）は、制御部としてのＭＰＵ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）１３１と、記憶部１３２と、ＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調部１３３、ＰＮ系列発生部１３４と、インパルス生成部１３５と、バンドパスフィルタＢＰＦ１３６と、パワーアンプ（ＰＡ）１３７とアンテナ１３８とを備えている。
【００３３】
ＭＰＵ１３１はプログラムを実行することによって基地局Ａ（１３）の各部を制御する。記憶部１３２は、例えばフラッシュメモリといった半導体メモリで構成されており、ＭＰＵ１３１によって実行されるプログラム、および基地局を識別するＩＤといった各種データが記憶されている。なお、ＩＤは測位システム内に複数の基地局が設けられた場合に基地局同士を識別するのにも用いられる。ＰＮ系列発生部１３４は、擬似雑音（ＰＮ）系列のタイミングパルスを出力し、ＰＰＭ変調部１３３はタイミングパルスの供給を受け、ＭＰＵ１３１から出力される発信データに応じてパルスの位置を変えるＰＰＭ変調を行う。インパルス生成部１３５はステップリカバリダイオードを有し、ＰＰＭ変調部１３３で変調された信号に応じた、幅が非常に細いインパルス波形を生成する。インパルス波形からなる信号は広帯域の成分を有している。ＢＰＦ１３６は、例えば３．４ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚといった所望の帯域を通過させるものであり、インパルス生成部１３５で生成された信号から、不要な３．４ＧＨｚ未満の成分と４．８ＧＨｚより高い成分を除去する。ＰＡ１３７はＢＰＦ１３６を通過した信号の増幅を行う。ＰＡ１３７で増幅された信号はアンテナ１３８から放射される。ＭＰＵ１３１は例えば０．１秒または１秒といった一定の間隔で、ＩＤが含まれた発信データをＰＰＭ変調部１３３に供給する。発信データは、ＰＰＭ変調部１３３、インパルス生成部１３５、ＢＰＦ１３６、およびＰＡ１３７を経てアンテナ１３８から出力される。このようにして基地局Ａ（１３）から測位開始を合図する開始信号Ｗ１が定期的に無線発信され、開始信号Ｗ１が発信されるたびに測位が実行される。
【００３４】
基地局Ａ（１３）は信号の発信機能を備えておればよく、受信機能が不要であるため簡単な構成となっている。また、インパルス波形の信号発信に必要な電力は、例えば連続した正弦波状の搬送波に比べて小さいので、基地局Ａ（１３）は、例えばボタン電池といった小型の電池で駆動することも可能である。
【００３５】
図７は、図４に示す基準局の構成を示すブロック図である。
【００３６】
基準局Ｐ（１２）は、制御部としてのＭＰＵ１２１と、記憶部１２２と、信号発信部１２３と、信号受信部１２４と、タイマ１２５と、発信時刻保持部１２６と、受信時刻保持部１２７とを備えている。
【００３７】
ＭＰＵ１２１はプログラムを実行することによって基準局Ｐ（１２）の各部を制御する。記憶部１２２には、ＭＰＵ１３１によって読み出され実行されるプログラムや基準局を識別するＩＤといった各種データが記憶されている。
【００３８】
信号受信部１２４は、開始信号Ｗ１（図４参照）および要求信号Ｗ２（図４参照）を受信する。信号受信部１２４は、ＰＰＭデータ復調部１２４１と、相関器１２４２と、パルス検出部１２４３と、低雑音アンプ（ＬＮＡ）１２４４と、ＢＰＦ１２４５と、アンテナ１２４６とを備えている。ＢＰＦ１２４５はアンテナ１２４６で受信された無線信号すなわち電波から不要な周波数成分を除去して所望の帯域成分を選択する。ＬＮＡ１２４４はＢＰＦ１２４５から出力された信号を増幅する。パルス検出部１２４３は、公知のダイオードを用いた包絡線検波回路およびコンパレータを有しており入力されたインパルス波形に応じた矩形波を出力する。相関器１２４２は公知のデジタルマッチドフィルタを有しており、パルス検出部１２４３で変換された信号波形とＰＮ系列発生部１２３２から出力されたＰＮ系列のタイミングパルスとを比較して同期をとり、ＰＰＭ変調された状態の受信信号を出力する。ＰＰＭデータ復調部１２４１はＰＰＭ変調された状態の受信信号を復調して受信信号のデータを出力する。アンテナ１２４６から受信される各種信号は、復号の同期をとるためのプリアンブル部と、プリアンブル部に続いた、データが含まれるデータ部とを有している。相関器１２４２で受信信号のうちプリアンブルが検出されると、ＰＰＭデータ復調部１２４１は、ＰＮ系列発生部１２３２から出力さらたタイミングパルスと受信信号との同期が確立されたとして復調を行い受信データを生成する。
【００３９】
信号発信部１２３は、ＰＰＭ変調部１２３１と、ＰＮ系列発生部１２３２と、インパルス生成部１２３３と、ＢＰＦ１２３４と、ＰＡ１２３５とアンテナ１２３６とを備えている。信号発信部１２３は、上述した基地局Ａ（１３）のＰＰＭ変調部１３３、ＰＮ系列発生部１３４、インパルス生成部１３５、ＢＰＦ１３６、ＰＡ１３７、およびアンテナ１３８と略同様の構成であり、個々のブロックの説明は省略する。信号発信部１２３は、ＭＰＵ１２１の制御に応じて、信号受信部１２４が受信した要求信号Ｗ２（図４参照）に応えて応答信号Ｗ３を無線発信する。信号の発信時、ＭＰＵ１２１は記憶部１２２からＩＤを読出して発信データに含め、信号発信部１２３に供給する。信号発信部１２３はＩＤが含まれた応答信号Ｗ３を発信する。また、信号発信部１２３は、ＭＰＵ１２１から、信号受信部１２４で受信された開始信号Ｗ１の受信時刻および要求信号Ｗ２の受信時刻の情報を、発信データとして受け、信号受信部１２４が受信した開始信号Ｗ１の受信時刻と要求信号Ｗ２の受信時刻とを表した受信時刻信号、および応答信号Ｗ３の発信時刻を表した発信時刻信号も発信する。本実施形態の基準局Ｐ（１２）では、受信時刻信号および発信時刻信号が応答信号Ｗ３に組み込まれて発信される。組み込みの詳細は後述する。
【００４０】
タイマ１２５は一定の周波数でカウントアップするフリーランのカウンタで構成されており、出力値は基準局Ｐ（１２）における現在時刻を表している。受信時刻保持部１２７は、相関器１２４２がプリアンブルを検出し、その後に続くデータ部の最初のパルスを検出したタイミングでタイマ１２５の値を保持することによって開始信号Ｗ１（図４参照）および要求信号Ｗ２の受信時刻を測定する。また、発信時刻保持部１２６は、ＰＰＭデータ変調部１２３１が発信信号のうちプリアンブルに続くデータ部の最初のパルスを変調するタイミングでタイマ１２５の値を保持することによって応答信号Ｗ３（図４参照）の発信時刻が測定される。受信時刻保持部１２７および発信時刻保持部１２６で保持された情報はＭＰＵ１２１に読み出され、記憶部１２２に記憶される。
【００４１】
基準局Ｐ（１２）は、受信時刻信号および発信時刻信号を応答信号Ｗ３に組み込んで発信する。より詳細に説明すると、まず、ＭＰＵ１２１が、応答信号Ｗ３となる発信データを信号発信部１２３に供給開始する。発信データとして、まずＩＤが供給され、続いて受信時刻情報が供給される。信号発信部１２３が、発信データの供給開始を受けて応答信号Ｗ３の発信を開始すると、発信時刻保持部１２６が応答信号Ｗ３の発信時刻を保持する。ＭＰＵ１２１は、発信データ供給が完了する前に、発信時刻保持部１２６から発信時刻を読み出し、供給中の発信データに発信時刻を連結して供給する。このようにして、受信時刻信号および発信時刻信号が応答信号Ｗ３に組み込まれる。
【００４２】
図８は、図４に示す移動端末の構成を示すブロック図である。
【００４３】
移動端末Ｍ（１１）は、ＭＰＵ１１１と、記憶部１１２と、信号発信部１１３と、信号受信部１１４と、タイマ１１５と、発信時刻保持部１１６と、受信時刻保持部１１７と、移動装置１１９を備えている。信号発信部１１３は、ＰＰＭ変調部１１３１と、ＰＮ系列発生部１１３２と、インパルス生成部１１３３と、ＢＰＦ１１３４と、ＰＡ１１３５とアンテナ１１３６とを備えている。また、信号受信部１１４は、ＰＰＭデータ復調部１１４１と、相関器１１４２と、パルス検出部１１２３と、ＬＮＡ１１４４と、ＢＰＦ１１４５と、アンテナ１１４６とを備えている。移動端末Ｍ（１１）は、移動装置１１９を備える点が上述した基地局Ａ（１３）と異なり、他のハードウェア構成は基準局Ｐ（１２）と共通である。また、移動端末Ｍ（１１）は、ＭＰＵ１１１の制御動作、記憶部１１２が記憶する情報、および各部が処理する情報が基準局Ｐ（１２）と異なる。したがって、共通な部分の詳細な説明は省略し、異なる点について説明する。
【００４４】
移動装置１１９は、自走式ロボットとしての移動端末Ｍ（１１）を移動させるための装置であり、ＭＰＵ１１１によって制御される図示しない駆動回路、車輪およびモータを有している。
【００４５】
信号受信部１１４は開始信号Ｗ１および応答信号Ｗ３を受信する。受信時刻保持部１１７は、開始信号Ｗ１の受信時刻および応答信号Ｗ３の受信時刻を測定する。信号発信部１１３は、ＭＰＵ１１１から発信データの供給を受けて要求信号Ｗ２（図４参照）を発信する。発信時刻保持部１１６は、要求信号Ｗ２の発信時刻を測定する。ＭＰＵ１１１は、発信時刻保持部１１６で測定された要求信号Ｗ２の発信時刻、受信時刻保持部１１７で測定された、開始信号Ｗ１の受信時刻および応答信号Ｗ３の受信時刻、ならびに信号受信部１１４で受信された応答信号Ｗ３に含まれた各時刻とに基づいて、移動端末Ｍ（１１）の位置を計算する。ＭＰＵ１１１は、位置の計算に、基準局Ｐ（１２）の位置および基地局Ａ（１３）の位置の情報を用いる。記憶部１１２は、基準局Ｐ（１２）の位置および基地局Ａ（１３）の配置位置の情報を記憶している。位置はＸＹ座標で表されている。基準局Ｐ（１２）および基地局Ａ（１３）は互いに識別可能なＩＤが割り当てられている。記憶部１１２は、基準局Ｐ（１２）および基地局Ａ（１３）の位置の情報を、これら基準局Ｐ（１２）または基地局Ａ（１３）に割り当てられたＩＤに対応付けて記憶している。なお、本実施形態では、基準局Ｐ（１２）および基地局Ａ（１３）がそれぞれ１つの場合を説明しているが、基準局および基地局の一方または双方が複数ある場合、記憶部には、全ての基準局および基地局の位置情報が、基準局および基地局を個々に識別するＩＤに対応付けて記憶される。
【００４６】
続いて、基地局Ａ（１３）、基準局Ｐ（１２）および移動端末Ｍ（１１）のそれぞれの動作を説明する。
【００４７】
図６に示す基地局Ａ（１３）では、ＭＰＵ１３１が一定の間隔で、基地局ＩＤが含まれた開始信号としての発信データをＰＰＭ変調部１３３に出力する。発信データはＰＰＭ変調部１３３、インパルス生成部１３５、ＢＰＦ１３６、およびＰＡ１３７を経てインパルス波形となってアンテナ１３８から出力される。このようにして、基地局Ａ（１３）から開始信号が定期的に発信され、測位が実行される。
【００４８】
図９は、図７に示す基準局での処理を示すフローチャートであり、図１０は、移動端末での処理を示すフローチャートである。
【００４９】
図９および図１０に示すフローチャートは、基地局Ａ（１３）から定期的に発信される開始信号のうち、図５に示す、１回分の開始信号に対応する基準局Ｐ（１２）および移動端末Ｍ（１１）の処理を示している。
【００５０】
基準局Ｐ（１２）における処理は、移動端末Ｍ（１１）から発信された開始信号Ｗ１を受信することで開始する。
【００５１】
基準局Ｐ（１２）では、まず、信号受信部１２４が開始信号Ｗ１を受信し、受信時刻保持部１２７が開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒを測定する（ステップＳ１）。このステップで、ＭＰＵ１２１が、受信時刻保持部１２７に保持された、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒを読出し、記憶部１２２に記憶させる。
【００５２】
この後、信号受信部１２４が移動端末Ｍ（１１）から発信された要求信号Ｗ２を受信し、時刻保持部１２７が要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒを測定する（ステップＳ２）。このステップで、ＭＰＵ１２１は、受信時刻保持部１２７に保持された要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒを読出し、記憶部１２２に記憶させる。
【００５３】
ここで、上記ステップＳ１，Ｓ２の処理を実行するＭＰＵ１２１、信号受信部１２４、および受信時刻保持部１２７が、上述した基本形態における受信測定部の一例に相当する。
【００５４】
次に、ＭＰＵ１２１は、要求信号Ｗ２に応えて信号発信部１２３に応答信号Ｗ３の発信データを供給する。これによって信号発信部１２３は応答信号Ｗ３の発信を開始する（ステップＳ３）。このステップでは、発信時刻保持部１２６が応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを測定する。ＭＰＵ１２１は、発信時刻保持部１２６に保持された応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを読出し、記憶部１２２に一時的に記憶させる。応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔは、より厳密には信号発信の開始時刻である。
【００５５】
ここで、上記ステップＳ３の処理を実行するＭＰＵ１２１、信号発信部１２３、および発信時刻保持部１２６が、上述した基本形態における応答部の一例に相当する。
【００５６】
次に、ＭＰＵ１２１は、信号発信部１２３に供給中の発信データに連結して、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、および応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを供給する。これによって、応答信号Ｗ３の中に、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒと要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒとを表した受信時刻信号、および応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを表した発信時刻信号が組み込まれて信号発信部１２３から発信される（ステップＳ４）。
【００５７】
ここで、上記ステップＳ４の処理を実行するＭＰＵ１２１、信号発信部１２３、および発信時刻保持部１２６が、基本形態における応答部、受信時刻発信部および発信時刻発信部のそれぞれの一例に相当する。
【００５８】
上記ステップＳ４の処理が終了すると、基準局Ｐ（１２）における一回の測位に対応する処理が完了する。基準局Ｐ（１２）は、この後、次の開始信号受信を待ってステップＳ１からの処理を再び実行することとなる。
【００５９】
続いて、図１０を参照して移動端末Ｍ（１１）での処理を説明する。
【００６０】
移動端末Ｍ（１１）における処理も、基地局Ａ（１３）から発信された開始信号Ｗ１を受信することで開始する。
【００６１】
移動端末Ｍ（１１）では、まず、信号受信部１１４が開始信号Ｗ１を受信し、受信時刻保持部１１７が開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｍｒを測定する（ステップＳ１１）。このステップで、ＭＰＵ１１１は、受信時刻保持部１１７に保持された開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｍｒを読出し、記憶部１１２に記憶させる。
【００６２】
この後、ＭＰＵ１１１は信号発信部１１３に要求信号Ｗ２の発信データを供給し、信号発信部１１３は要求信号Ｗ２を発信する（ステップＳ１２）。このステップで、発信時刻保持部１１６が要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔを測定する。ＭＰＵ１１１は、発信時刻保持部１１６に保持された要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔを読出し、記憶部１１２に記憶させる。
【００６３】
ここで、上記ステップＳ１１，Ｓ１２の処理を実行するＭＰＵ１１１、信号受信部１１４、受信時刻保持部１１７、信号発信部１１３、および発信時刻保持部１１６が、基本形態における要求発信部の一例に相当する。
【００６４】
次に、信号受信部１１４は、基準局Ｐ（１２）で発信された応答信号Ｗ３を受信する。受信時刻保持部１１７は応答信号Ｗ３の受信時刻Ｔｍａｍｒを測定し、ＭＰＵ１１１は発信時刻保持部１１６に保持された応答信号Ｗ３の受信時刻Ｔｍａｍｒを読出し、記憶部１１２に記憶させる（ステップＳ１３）。また、応答信号Ｗ３には、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、および応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔの情報が含まれている。ＭＰＵ１１１は、信号受信部１１４で受信および復号されたこれら時刻の情報を信号受信部１１４から受け取り、記憶部１１２に記憶させる。
【００６５】
ここで、上記ステップＳ１３の処理を実行するＭＰＵ１１１、信号受信部１１４、および受信時刻保持部１１７が、基本形態における応答測定部および時刻受信部それぞれの一例に相当する。
【００６６】
次に、ＭＰＵ１１１は、上記ステップＳ１１で受信時刻保持部１１７から得られた開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｍｒ、上記ステップＳ１２で発信時刻保持部１１６から得られた要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔ、上記ステップＳ１３で信号受信部１１４が受信した応答信号Ｗ３に含まれた、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、および、応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔに基づいて、移動端末Ｍ（１１）の基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）に対する相対位置を計算する（ステップＳ１４）。ＭＰＵ１１１は、記憶部１１２に記憶された移動端末Ｍ（１１）の基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）の位置情報も読み出して位置計算に用いる。このステップＳ１４の計算によって、移動端末Ｍ（１１）自身の位置が得られる。
【００６７】
ここで、上記ステップＳ１４で得られた時刻の情報から計算によって相対位置が求められることを説明する。
【００６８】
図４の測位システム１において、まず、開始信号Ｗ１の基地局Ａ（１３）から基準局Ｐ（１２）までの伝搬を考える。
【００６９】
基地局Ａ（１３）が開始信号Ｗ１を発信する時刻であって、基準局Ｐ（１２）におけるタイマ１２５（図７参照）で表された時刻をＴａｔとし、基準局Ｐ（１２）が開始信号Ｗ１を受信する時刻をＴａｐｒとし、基地局Ａ（１３）と基準局Ｐ（１２）の距離をＬａｐ、光速をＶｃとすると、これらは下式（１）の関係を有する。
【００７０】
Ｔａｐｒ ＝ Ｔａｔ ＋ Ｌａｐ／Ｖｃ （１）
次に、開始信号Ｗ１の基地局Ａ（１３）から移動端末Ｍ（１１）までの伝搬を考える。基地局Ａ（１３）と移動端末Ｍ（１１）の距離をＬａｍとすると、移動端末Ｍ（１１）のタイマ１１５（図８参照）と基準局Ｐ（１２）のタイマ１２５（図７）は互いに時刻の同期がとられていないため、タイマ１１５，１２５が表す時刻の値にはオフセット（誤差）が含まれている。このオフセットをＴｍｐｏとすると下式（２）の関係となる。
【００７１】
Ｔａｍｒ ＝ Ｔａｔ ＋ Ｔｍｐｏ ＋ Ｌａｍ／Ｖｃ （２）
次に、要求信号Ｗ２および応答信号Ｗ３の移動端末Ｍ（１１）と基準局Ｐ（１２）との往復の伝搬を考える。移動端末Ｍ（１１）と基準局Ｐ（１２）との距離をＬｐｍとすると、下式（３），（４）が得られる。
【００７２】
Ｔｍａｒ ＋ Ｔｍｐｏ ＝ Ｔｍａｔ ＋ Ｌｐｍ／Ｖｃ （３）
Ｔｍａｍｒ ＝ Ｔｍａｍｔ ＋ Ｔｍｐｏ ＋ Ｌｐｍ／Ｖｃ （４）
式（１）〜（４）で未知数はＬａｍ、Ｌｐｍ、Ｔａｔ、Ｔｍｐｏであるので、これらについて解くと下式（５），（６）となる。
【００７３】
Ｌｐｍ
＝Ｖｃ｛（Ｔｍａｍｒ−Ｔｍａｔ）−（Ｔｍａｍｔ−Ｔｍａｒ）｝／２ （５）
Ｌａｍ ＝ Ｌａｐ＋Ｖｃ［（Ｔａｍｒ-Ｔａｐｒ）
−｛（Ｔｍａｍｒ−Ｔｍａｍｔ）−（Ｔｍａｒ−Ｔｍａｔ）｝／２］ （６）
式（５）（６）から、基地局Ａ（１３）と移動端末Ｍ（１１）との距離Ｌａｍ、および基準局Ｐ（１２）と移動端末Ｍ（１１）との距離Ｌｐｍが求められる。
【００７４】
ここで、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）の位置は既知であり、これらの共通な座標上での位置をそれぞれ（Ｘａ，Ｙａ）および（Ｘｐ，Ｙｐ）とすると、未知である移動端末Ｍ（１１）の座標（ｘ，ｙ）との関係が、下式（７）（８）で表される。
【００７５】
Ｌｐｍ２ ＝ （Ｘｐ − ｘ）２ ＋ （Ｙｐ − ｙ）２ （７）
Ｌａｍ２ ＝ （Ｘａ − ｘ）２ ＋ （Ｙａ − ｙ）２ （８）
上式（５）〜（８）から未知数ｘ，ｙについて解けば移動端末Ｍ（１１）の位置（ｘ，ｙ）が求められる。
【００７６】
図１０に示すステップＳ１４では、移動端末Ｍ（１１）のＭＰＵ１１１が、移動端末Ｍ（１１）で測定された開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｍｒおよび要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔを用い、また、受信した応答信号Ｗ３に含まれた、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、および応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを用い、さらに、記憶部１１２に記憶された基準局Ｐ（１２）の位置および基地局Ａ（１３）の位置を用い、移動端末Ｍ（１１）の位置（ｘ，ｙ）を計算する。
【００７７】
本実施形態の測位システム１によれば、基地局Ａ（１３）は開始信号を発信する機能を有しており信号の受信機能が必要ない。したがって、基地局の構造が簡単であり、基地局が信号受信機能を有する場合に比べて測位システムの設置コストが低減する。信号としてインパルス波を用いる場合、発信側のインパルス波を生成する回路は、インパルス波の検出および相関比較を行う受信側の回路に比べ、回路構成が簡単である。したがって、基地局が移動端末の移動範囲に応じて多数配置される場合には、設定コストの低減がより著しい。また、インパルス波の発信に要する電力は小さいため、基地局は例えばボタン電池等による電池駆動が可能であり、壁等への設置が容易である。
【００７８】
続いて、図４に示した、基地局および基準局がそれぞれ１つの場合の例に対し、基地局が２つ配置された第１実施形態の別の例について説明する。
【００７９】
図１１は、基地局が２つ配置された測位システムの例を示す図である。
【００８０】
図１１に示す測位システム２は、移動端末Ｍ（２１）と基地局群２０とを備えている。測位システム２の基地局群２０は、１つの基準局Ｐ（１２）と２つの基地局Ａ（１３），基地局Ｂ（２４）を備えている。なお、移動端末Ｍ（２１）は、図４に示す移動端末Ｍ（１１）と共通である。
【００８１】
図１２は、図１１に示す測位システム２の各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００８２】
図１１に示す測位システム２では、２つの基地局１３，２４から開始信号Ｗ１，Ｗ４がそれぞれ発信される。図１２に示すように基地局Ａ（１３）が開始信号Ｗ１を発信する時刻Ｔａｔと、基地局Ｂ（２４）が開始信号Ｗ４を発信する時刻Ｔｂｔとは異なる。基地局Ａ（１３）および基地局Ｂ（２４）は、互いに基準局Ｐ（１２）および移動端末Ｍ（２１）との通信が重畳しないよう、交互に開始信号Ｗ１，Ｗ４を発信する。ただし、２つの基地局が、開始信号を交互に発信する代わりに、例えば、開始信号をランダムなタイミングで出力することによって大部分の通信が重畳しないようにする手法も採用可能である。
【００８３】
移動端末Ｍ（２１）は、基地局Ａ（１３）の開始信号Ｗ１に起因する要求信号Ｗ２および応答信号Ｗ３のやり取りで得られた時刻情報、ならびに基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）の位置の情報に基づいて移動端末Ｍ（２１）の測位計算を行う。移動端末Ｍ（２１）はさらに、基地局Ｂ（２４）の開始信号Ｗ４に起因する要求信号Ｗ５および応答信号Ｗ６のやり取りで得られた時刻情報、ならびに基地局Ｂ（２４）および基準局Ｐ（１２）の位置の情報に基づいて移動端末Ｍ（２１）の測位計算を行う。移動端末Ｍ（２１）における上記２つの測位計算は、図１２に示すように、基地局１３，２４や基準局Ｐ（１２）からの情報が途切れたタイミングでまとめて行うが、測位計算は、例えば１つの基地局についての情報が得られるごとに行うことも可能である。
【００８４】
図１１に示す測位システム２は、例えば移動端末Ｍ（２１）の位置によって、移動端末Ｍ（２１）が２つの基地局１３，２４の一方と通信できない状況でも、他方と通信可能であれば測位が可能である。したがって、移動端末の移動範囲内に電波の遮蔽物が配置されていても、基地局１３，２４の設置位置を考慮することによって測位不可能な死角を無くすことができる。また、基地局Ａ（１３）の開始信号Ｗ１に起因して得られた情報と、基地局Ｂ（２４）の開始信号Ｗ１に起因して得られた情報との双方から測位計算をすることによって、測位の精度が向上する。すなわち、基準局Ｐ（１２）、基地局Ａ（１３），基地局Ｂ（２４）の３箇所それぞれからの移動端末Ｍ（２１）までの距離を表す３つの距離情報が得られるので、最小自乗法等の統計処理を施すことによって測位の誤差を低減することができる。また、２箇所からの距離に基づいて測位計算した場合には、計算の解が２個得られるため、正しい解を判定する必要があるが、３箇所目からの距離に基づいて測位計算することで正しい解が容易に判定可能となる。
【００８５】
図１１には、２つの基地局１３，２４を備えたシステムの例を示したが、基地局は２つに限られるものではなく、移動端末の移動範囲や測位精度に応じて多数設置してもよい。基地局は、発信機能のみを有し簡単な構成であるため、特に多数配置された場合のコストが、基地局が受信機能を有する構成に比べより顕著に低減する。
【００８６】
次に、測位システムおよび測位基地局群の具体的な第２実施形態について説明する。以下の第２実施形態の説明にあたっては、これまで説明してきた実施形態における各要素と同一の要素には同一の符号を付けて示し、前述の実施形態との相違点について説明する。
【００８７】
図１３は、測位システムの具体的な第２実施形態を示す図である。
【００８８】
図１３に示す測位システム３は、移動端末３１と基地局群３０とを備えている。測位システム３の基地局群３０は、２つの基準局Ｐ１（３２）、基準局Ｐ２（３５）と１つの基地局Ａ（１３）を備えている。上記第２実施形態で説明したように、基地局を複数設置した場合、測位精度の向上を図ることができるが、基準局と通信できない場合には測位が不可能となる。そこで、移動端末の移動範囲に応じて基準局を複数設置することが好ましい場合がある。図１３に示す測位システム３は、２つの基準局３２，３５を備えている。２つの基準局３２，３５の内部構成については、図７に示す他の実施形態の構成と同様であり、ＭＰＵ１２１の処理が異なるのみであるので、図７を流用して説明する。
【００８９】
図１４は、図１３に示す基準局での処理を示すフローチャートである。
【００９０】
２つの基準局３２，３５は、移動端末３１から発信された要求信号Ｗ２を受信（ステップＳ２）した後、信号発信部１２３（図７参照）に応答信号Ｗ３の発信データを供給する（ステップＳ３）前に、予め定められた遅延時間の待ちを行う（ステップＳ３＿２）。遅延時間は、基準局３２，３５のそれぞれについて異なる時間が設定されている。遅延時間は、基準局３２，３５から無線発信される各応答信号Ｗ３，Ｗ４が時間的に非重畳となるように与えられている。より詳細には、基準局３５の遅延時間は、基準局３２による応答信号Ｗ３の発信時間よりも長く設定されている。一方の基準局３２の遅延時間は略ゼロ、すなわち遅延無しに設定されている。なお、仮に基準局が３つ以上配備される場合には、遅延時間を異なる数種類のいずれかに設定し、隣接する基準局同士、すなわち１つの基地局および移動端末と同時に通信可能な基準局同士は、遅延時間の設定が異なる組合せで配置する。
【００９１】
図１５は、図１３に示す測位システムの各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００９２】
図１５に示すように、２つの基準局３２，３５が要求信号Ｗ２を受信した後、一方の基準局Ｐ１（３５）は直ちに応答信号Ｗ３を発信する。他方の基準局Ｐ２（３２）は、基準局Ｐ１（３５）による応答信号Ｗ３の発信が終了した後に応答信号Ｗ４を発信する。移動端末３１は、２つの基準局３２，３５からの応答信号Ｗ３，Ｗ４を重畳無く受信する。
【００９３】
測位システム３では、基地局３２，３５それぞれのＭＰＵ１２１が、応答信号Ｗ３，Ｗ４が非重畳となるように要求信号Ｗ２の受信から遅延時間を経た後で応答信号Ｗ３，Ｗ４を発信するので、応答信号Ｗ３，Ｗ４が混信しない。時間差を用いる以外に混信を避ける他の手法としては、例えば基地局３２，３５の発信信号周波数帯域を異ならせたり、ＰＮ系列を変えたりすることが考えられる。しかし、複数の周波数帯域または複数のＰＮ系列を使い分けると、移動端末における周波数帯またはＰＮ系列の判別や切替えが複雑になってしまう。本実施形態の測位システム３では、遅延時間を異ならせることによって、簡単な構成で混信を回避することができる。
【００９４】
上述した第１の実施形態では、基準局Ｐ（１２）で、応答信号Ｗ３に受信時刻信号および発信時刻信号が組み込まれて発信される例を説明したが、受信時刻信号および発信時刻信号は、応答信号とは別に発信されてもよい。
【００９５】
次に、受信時刻信号および発信時刻信号が応答信号とは別に発信される測位システムおよび測位基地局群の具体的な第３実施形態について説明する。以下の第３実施形態の説明にあたっては、これまで説明してきた実施形態における各要素と同一の要素には同一の符号を付けて示し、前述の実施形態との相違点について説明する。
【００９６】
図１６は、測位システムの具体的な第３実施形態における基準局での処理を示すフローチャートである。図１７は、第３実施形態の測位システムの各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００９７】
第３実施形態の測位システムの全体構成については、図１３に示す第２実施形態の測位システム３と同一であるので、図１３を流用して説明する。また、基準局３２，３５の内部構成については、図７に示す第１実施形態の構成と同様であり、ＭＰＵ１２１の処理が異なるのみであるので、図７を流用して説明する。
【００９８】
図１４に示すように、第３実施形態における２つの基準局３２，３５では、ＭＰＵ１２１（図７参照）移動端末３１から発信された要求信号Ｗ２を受信（ステップＳ２）した後、信号発信部１２３（図７参照）に応答信号Ｗ３の発信データを供給する（ステップＳ３）前に、予め定められた第１の遅延時間の待ちを行う（ステップＳ４＿２）。第１の遅延時間は、基準局３２，３５のそれぞれについて異なる時間が設定されている。この後、ＭＰＵ１２１は、要求信号Ｗ２に応えて信号発信部１２３に応答信号Ｗ３の発信データを供給する。信号発信部１２３は応答信号Ｗ３の発信を開始する（ステップＳ４＿３）。このステップでは、発信時刻保持部１２６が応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを測定する。
【００９９】
このステップＳ４＿３において、ＭＰＵ１２１は、信号発信部１２３に応答信号Ｗ３として、時刻の情報が組み込まれない信号を発信させる。図１７に示すように、時刻の情報が組み込まれていない応答信号Ｗ３は短時間で発信される。上述した第１の遅延時間は、時間情報が含まれない短い応答信号Ｗ３が時間的に非重畳となるように与えられている。より詳細には、基準局３５の遅延時間は、基準局３２による応答信号Ｗ３の発信時間よりも長く設定されている。一方の基準局３２の遅延時間は略ゼロ、すなわち遅延無しに設定されている。
【０１００】
上記ステップＳ４＿３の処理の後、ＭＰＵ１２１は予め定められた第２の遅延時間の待ちを行う（ステップＳ４＿４）。第２の遅延時間も、基準局３２，３５のそれぞれについて異なる時間が設定されている。この後、ＭＰＵ１２１は、要求信号Ｗ２に応えて上記開始信号の受信時刻と上記要求信号の受信時刻とを表した受信時刻信号の発信データ、および応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号の発信データを信号発信部１２３に供給する。信号発信部１２３は受信時刻信号および発信時刻信号が結合された信号Ｗ５を発信する（ステップＳ４＿５）。以降、この受信時刻信号および発信時刻信号が結合された信号Ｗ５を、データパケットＷ５と称する。上述した第２の遅延時間は、時間情報が含まれた長い受信時刻信号および発信時刻信号が時間的に非重畳となるように与えられている。より詳細には、基準局３５の第２の遅延時間は、基準局３２によるデータパケットＷ５の発信時間よりも長く設定されている。一方の基準局３２の第２の遅延時間は相対的に短い応答信号Ｗ４の発信時間程度に設定されている。
【０１０１】
ここで、上記ステップＳ４＿２，Ｓ４＿３の処理を実行するＭＰＵ１２１、信号発信部１２３、および発信時刻保持部１２６が、基本形態における応答部の一例に相当する。また、データパケットが、基本形態における受信時刻信号および発信時刻信号それぞれの一例に相当する。Ｗ５。また、上記ステップＳ４＿４，Ｓ４＿５の処理を実行するＭＰＵ１２１、信号発信部１２３、および発信時刻保持部１２６が、基本形態における受信時刻発信部および発信時刻発信部それぞれの一例に相当する。
【０１０２】
第３実施形態の測位システムは、図１７に示すように、応答信号Ｗ３，Ｗ４に時間情報が含まれていないので応答信号Ｗ３，Ｗ４が、要求信号Ｗ２の受信後、短時間で発信される。移動端末３１のタイマと基準局３２，３５のタイマとは、同期がとられておらず測定される時刻にオフセットが生じるだけでなく、クロック周波数すなわちカウントアップの進み方にもずれを有している。このため、要求信号の受信後、応答信号Ｗ３，Ｗ４のそれぞれが基準局３２，３５から発信され移動端末３１で受信されるタイミングの差が大きいほど、クロック周波数のずれによる受信時刻の誤差が蓄積し増大する。例えば、クロック周波数の差が１０ｐｐｍの場合、１００μＳの間に１ｎＳの誤差が発生する。これは、測位される距離で３０ｃｍの誤差に相当する。
【０１０３】
第３実施形態の測位システムは、応答信号Ｗ３，Ｗ４に時間情報が含まれていないので応答信号Ｗ３，Ｗ４が、要求信号Ｗ２の受信後、短時間で発信されるので、上述したクロック周波数の差に起因する測位の誤差が低減する。
【０１０４】
なお、具体的な各実施形態の説明では、「課題を解決するための手段」で説明した基本形態における測位端末の一例として自走型ロボットとして構成された移動端末が示されているが、この測位端末は、自走型ロボットに限られず、位置の取得が必要とされる携帯端末装置、電気機器、および車両等であってもよい。
【０１０５】
また、具体的な各実施形態の説明では、「課題を解決するための手段」で説明した基本形態における各信号の一例としてインパルス波による信号の例が示されているが、これらの信号は、インパルス波によるもの以外にも例えば連続した正弦波状の搬送波であってもよい。ただし、インパルス波を用いることで受信時刻の測定精度が向上し、発信側の消費電力が低下する。
【０１０６】
また、具体的な第３実施形態の説明では、基本形態における受信時刻発信部および発信時刻発信部の一例として、として、受信時刻および発信時刻の双方が含まれたデータパケットＷ５をまとめて発信する例を説明したが、受信時刻および発信時刻は互いに別の信号として発信されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】従来技術の測位システムを示す図である。
【図２】移動端末が発信のみを行う従来技術の測位システムを示す図である。
【図３】衛星を利用した従来技術の測位システムを示す図である。
【図４】測位システムの具体的な第１実施形態を示す図である。
【図５】図４に示す測位システムの各装置間での信号の受送信タイミングを表すタイミングチャートである。
【図６】図４に示す基地局の構成を示すブロック図である。
【図７】図４に示す基準局の構成を示すブロック図である。
【図８】図４に示す移動端末の構成を示すブロック図である。
【図９】図７に示す基準局での処理を示すフローチャートである。
【図１０】移動端末での処理を示すフローチャートである。
【図１１】第１実施形態のうち基地局が２つ配置された例を示す図である。
【図１２】図１１に示す測位システムの各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１３】測位システムの具体的な第２実施形態を示す図である。
【図１４】図１３に示す基準局での処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１３に示す測位システムの各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１６】測位システムの具体的な第３実施形態における基準局での処理を示すフローチャートである。
【図１７】第３実施形態の測位システムの各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１０８】
１，２，３ 測位システム
１０，２０，３０ 基地局群
１１，２１，３１ 移動端末（測位端末）
１１１ ＭＰＵ（位置計算部）
１１２，１２２，１３２ 記憶部
１１３ 信号発信部
１１４ 信号受信部
１１５ タイマ
１１６ 発信時刻保持部
１１７ 受信時刻保持部
１１９ 移動装置
１２ 基準局（第２の基地局）
１２１ ＭＰＵ
１２３ 信号発信部
１２４ 信号受信部
１２５ タイマ
１２６ 発信時刻保持部
１２７ 受信時刻保持部
１３，２４，３２，３５ 基地局（第１の基地局）
【技術分野】
【０００１】
本件は、測位システムおよび測位基地局群に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動端末と基地局との間で無線信号のやり取りを行い、無線信号すなわち電波の伝搬時間から移動端末の位置を測定する測位システムが知られている。このような測位システムは、例えば、工場等の敷地内で移動する移動端末としての自走型ロボットが、敷地内に配置された基地局を利用して自己の位置を把握するシステムに応用されている。移動端末は基地局とやり取りする信号の伝搬時間から基地局との間の距離を取得し、複数の基地局の位置とこれらの基地局まで距離とから移動端末自身の位置を算出する。信号の伝搬時間は信号の発信時刻と受信時刻との差として得られるが、信号の発信側および受信側となる基地局および移動端末では、システムの複雑化を避けるため時刻を測定する時計が同期していないのが一般的であり、複数の基地局同士でも時計も同期が取られていない場合が一般的である。この場合には、時刻のオフセットを補償することが求められる。
【０００３】
図１は、従来技術の測位システムを示す図である。
【０００４】
図１に示す測位システム７は、基地局Ａ（７２）、基地局Ｂ（７３）、および基地局Ｃ（７４）からなる基地局群と、移動端末Ｍ（７１）とを有している。移動端末Ｍ（７１）は、開始信号Ｗ１を無線発信するとともに開始信号Ｗ１の発信時刻を移動端末Ｍ（７１）の時計によって測定する。基地局Ａ（７２）は、開始信号Ｗ１を受信すると応答信号Ｗ２を発信し、開始信号Ｗ１の受信時刻と応答信号Ｗ２の発信時刻を基地局Ａ（７２）が有する時計（タイマ）によって測定する。また、基地局Ａ（７２）は測定した開始信号Ｗ１の受信時刻と応答信号Ｗ２の発信時刻の情報も移動端末Ｍ（７１）に送信する。移動端末Ｍ（７１）は、応答信号Ｗ２の受信時刻を移動端末Ｍ（７１）が有する時計によって測定する。図１に示すシステムでは、信号の往復によって、複数の時計による時刻のオフセットをキャンセルして伝搬時間を算出する。例えば、まず、移動端末Ｍ（７１）の時計で測定された応答信号Ｗ２の受信時刻と開始信号Ｗ１の発信時刻との差、すなわち開始信号Ｗ１の発信から応答信号Ｗ２の受信までにかかる時間を求める。この時間から、基地局Ａ（７２）の時計で測定された応答信号Ｗ２の発信時刻と開始信号Ｗ１の受信時刻との差、すなわち基地局Ａ（７２）における受信から発信までにかかる処理遅延時間を差し引くと、開始信号Ｗ１の伝搬時間と応答信号Ｗ２の伝搬時間との和が得られる。開始信号Ｗ１の伝搬時間と応答信号Ｗ２の伝搬時間は等しいので上記の和の１／２が移動端末Ｍ（７１）と基地局Ａ（７２）との間の電波の伝搬時間として得られ、伝搬時間から距離Ｌａｍが得られる。移動端末Ｍ（７１）は、基地局Ｂ（７３）とも開始信号Ｗ３および応答信号Ｗ４のやり取りを行い、基地局Ｂ（７３）との距離Ｌｂｍを取得する。２つの基地局７２，７３からの距離がそれぞれＬａｍ，Ｌｂｍとなる位置として、移動端末Ｍ（７１）の位置が算出される。
【０００５】
また、測位システムには、移動端末が発信のみを行うものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図２は、移動端末が発信のみを行う従来技術の測位システムを示す図である。
【０００７】
図２に示すシステム８は、移動端末Ｍ（８１）、基地局Ａ（８２）、基地局Ｂ（８３）、基地局Ｃ（８４）、および基準局Ｐ（８５）を備えている。移動端末Ｍ（８１）が開始信号Ｗ１を発信すると、開始信号Ｗ１は３つの基地局８２，８３，８４および基準局Ｐ（８５）で受信され、基地局８２，８３，８４においては、各受信時刻（例えば図２のＴｍａｒ）が各々に記録される。基準局Ｐ（８５）は開始信号Ｗ１を受信すると測位信号Ｗ２を発信し、各基地局８２，８３，８４は測位信号Ｗ２の各受信時刻（例えば図２のＴｐａｒ）を測定する。各基地局８２，８３，８４での開始信号Ｗ１の受信時刻と測位信号Ｗ２の受信時刻との差から、移動端末Ｍ（８１）の位置が得られる。各基地局８２，８３，８４での開始信号Ｗ１の受信時刻情報と測位信号Ｗ２の受信時刻情報とは図示しないサーバに送信され、このサーバで位置計算が行われる。
【０００８】
また、衛星を利用した測位システムも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
図３は、衛星を利用した従来技術の測位システムを示す図である。
【００１０】
図３に示すシステム９は、移動無線局である移動端末９１、基地局としての測距衛星９２、通信衛星９３および基準局としての地上局９４を備えている。
【００１１】
まず、測距衛星９２が第１の開始信号Ｗ１を発信する。移動端末９１は第１の開始信号Ｗ１を受信すると第１の応答信号Ｗ２を発信し、通信衛星９３は第１の応答信号Ｗ２を受信すると第１の測定信号Ｗ３を地上局９４に向けて発信する。一方、地上局は、測距衛星９２が第１の開始信号Ｗ１を発信するのと同期して、第２の開始信号Ｕ１を発信する。通信衛星９３は第２の開始信号Ｕ１を受信すると第２の応答信号Ｕ２を発信し、第２の応答信号Ｕ２は移動端末９１で受信される。移動端末９１は、第１の開始信号Ｗ１の受信時刻、および第２の応答信号Ｕ２の受信時刻、ならびに地上局９４で測定した第２の開始信号Ｕ１の発信時刻と第１の測定信号Ｗ３の受信時刻との差から移動端末９１自身の位置を算出する。
【特許文献１】特開２００６−１７０８９１号公報
【特許文献２】特開平６−１０２３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図１に示す測位システム７では全ての基地局が信号の送信および受信双方の機能を有し複雑となっている。図１に示す測位システム７で移動端末Ｍ（７１）の位置を精度よく確定するためには、第３の基地局Ｃ（７４）とも信号のやり取りを行うことが好ましく、さらに多くの基地局と信号のやり取りを行うことが好ましい。また、基地局は、移動端末Ｍ（７１）の移動可能範囲に応じて多数配置する場合もある。しかし、図１に示す測位システム７では、基地局を多数設置するとシステム全体としての設置コストの上昇が著しい。特に、受信時刻測定を高精度にするため、信号としてＵＷＢに代表されるインパルス波を用いた場合、信号の受信側には送信側に比べて複雑な回路構成が必要となり、基地局の複雑さが増大する。図２に示す測位システム８では、移動端末Ｍ（８１）で位置の情報が算出されないため、算出された位置情報を移動端末Ｍ（８１）に送信する手段が必要となる。また、各基地局と接続され計算を行うサーバコンピュータおよびネットワークが必要となるため全体構成が複雑となる。また、図３に示す測位システム９では、測距衛星９２と地上局９４の時計を高精度に同期させる手段が必要となり、全体構成が複雑となる。
【００１３】
本件開示は、上記事情に鑑み、構造が簡単で設置コストの低減が可能な測位システムおよび測位基地局群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】
【００１４】
本件開示の測位システムの基本形態は、
測位開始を合図する開始信号を無線発信する第１の基地局；
上記開始信号と測位用の情報を求める要求信号とを無線受信してこの開始信号およびこの要求信号それぞれの受信時刻を測定する受信測定部と、
上記要求信号に応えて上記開始信号の受信時刻と上記要求信号の受信時刻とを表した受信時刻信号を無線発信する受信時刻発信部と、
上記要求信号に応えて所定の応答信号を無線発信しこの応答信号の発信時刻を測定する応答部と、
上記応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号を無線発信する発信時刻発信部とを備えた第２の基地局；および
上記開始信号を無線受信して上記要求信号を無線発信し、この開始信号の受信時刻とこの要求信号の発信時刻とを測定する要求発信部と、
上記受信時刻信号および上記発信時刻信号を無線受信する時刻受信部と、
上記応答信号を無線受信してこの応答信号の受信時刻を測定する応答測定部と、
上記要求発信部で測定された各時刻と上記応答測定部で測定された時刻と上記時刻受信部で受信した信号が表した各時刻とに基づいて、上記第１の基地局および上記第２の基地局に対する相対位置を計算する位置計算部とを備えた測位端末；
を備えている。
【００１５】
本件開示の測位基地局群の基本形態は、
測位の開始を合図する開始信号を無線発信する第１の基地局；および、
上記開始信号と測位用の情報を求める要求信号とを無線受信してこの開始信号およびこの要求信号それぞれの受信時刻を測定する受信測定部と、
上記要求信号に応えて上記開始信号の受信時刻と上記要求信号の受信時刻とを表した受信時刻信号を無線発信する受信時刻発信部と、
上記要求信号に応えて所定の応答信号を発信しこの応答信号の発信時刻を測定する応答部と、
上記応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号を無線発信する発信時刻発信部とを備えた第２の基地局；
を備えている。
【００１６】
これら測位システムおよび測位基地局群の基本形態によれば、各測位基地局および移動端末の間で時計を同期させる必要が無く、また、複数配置される可能性が高い第１の基地局には信号発信機能があればよく構造が簡単となるのでシステム全体の製造コストが抑えられる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の本件開示の測位システムおよび測位基地局群の上記基本形態によれば構造が簡単で設置コストが抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ここで、上記基本形態に対し、上記応答部が、上記応答信号の発信中に、この応答信号の発信時刻として無線発信の開始時刻を測定するものであり、
上記発信時刻発信部が、上記応答部による上記応答信号の発信中に、この応答信号中に上記発信時刻信号を組み込むという応用形態は好適である。
【００１９】
この好適な応用形態によれば、発信時刻発信部からの信号の発信が１度で済むので、全体の通信時間が短縮する。
【００２０】
以下、本件開示の測位システムおよび測位基地局群の具体的な実施形態について説明する。
【００２１】
図４は、測位システムの具体的な第１実施形態を示す図である。
【００２２】
図４に示す測位システム１は、移動端末と複数の基地局とを備え、基地局相互間での無線通信と基地局端末間での無線通信とを行って複数の基地局に対する移動端末の位置を測定する。より詳細には、図４に示す測位システム１は、移動端末Ｍ（１１）と基地局群１０とを備えている。移動端末Ｍ（１１）は、具体的には工場等の敷地内で移動可能な自走型ロボットである。
【００２３】
基地局群１０は、基地局Ａ（１３）と基準局Ｐ（１２）とを備えており、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）の相互間での無線通信と、移動端末Ｍ（１１）に対する無線通信とを行って移動端末Ｍ（１１）に測位用の情報を提供する。基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）は、工場等の敷地内で移動端末Ｍ（１１）と通信可能な位置に固定配置されており、共通の座標における位置が予め分かっている。この位置は、地球上の緯度経度といった絶対的な位置として表わされてもよく、また敷地内の基準となる位置に対する相対的な位置として表されてもよい。測位システム１における基地局Ａ（１３）は、移動端末Ｍ（１１）の移動範囲の広さや、敷地内における電波障害物の有無に合わせて複数設置することも可能であるが、測位原理を判りやすく説明するため、まず基地局Ａ（１３）が１つの例を説明する。
【００２４】
ここで、移動端末Ｍ（１１）は上述した基本形態における測位端末の一例に相当し、基地局Ａ（１３）は上述した基本形態における第１の基地局の一例に相当し、基準局Ｐ（１２）は上述した基本形態における第２の基地局の一例に相当する。
【００２５】
図５は、図４に示す測位システムの各装置間での信号の受送信タイミングを表すタイミングチャートである。
【００２６】
図４に示す測位システム１における、移動端末Ｍ（１１）の測位の概要を図５も参照して説明する。
【００２７】
移動端末Ｍ（１１）の位置は、最終的には、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）のそれぞれの配置位置、ならびに、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）のそれぞれから移動端末Ｍ（１１）までの距離Ｌａｍ，Ｌｐｍから求められる。上記の距離Ｌａｍ，Ｌｐｍは無線信号すなわち電波の伝搬時間から求められる。
【００２８】
測位システム１における測位は、基地局Ａ（１３）が測位開始を合図する開始信号Ｗ１を無線発信することで開始する。以降、「無線発信」を単に「発信」とも称する。基地局Ａ（１３）による開始信号Ｗ１の発信時刻をＴａｔとする。開始信号Ｗ１は移動端末Ｍ（１１）および基準局Ｐ（１２）のそれぞれで各受信時刻Ｔａｍｒ，Ｔａｐｒに無線受信される。以降、「無線受信」を単に「受信」とも称する。なお、基地局Ａ（１３）、および基準局Ｐ（１２）のそれぞれが有する時計（タイマ）は互いに同期しておらず、それぞれの時計による測定で得られる時刻にはオフセットが含まれている。
【００２９】
移動端末Ｍ（１１）は開始信号Ｗ１を受信すると要求信号Ｗ２を発信する。基準局Ｐ（１２）は、要求信号Ｗ２を受信すると応答信号Ｗ３を発信し、応答信号Ｗ３は移動端末Ｍ（１１）によって受信される。移動端末Ｍ（１１）は、要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔ、および応答信号Ｗ３の受信時刻Ｔｍａｍｒを測定し、基準局Ｐ（１２）は、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｔを測定する。また、基準局Ｐ（１２）は、発信する応答信号Ｗ３に、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、およびこの応答信号Ｗ３の発信が開始された発信時刻Ｔｍａｍｔの情報を含める。これによって、移動端末Ｍ（１１）には、基準局Ｐ（１２）における、測定された開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、および応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔの情報が集められる。また移動端末Ｍ（１１）には、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）それぞれの配置位置情報が記憶されており、配置位置、集められた情報の時刻、移動端末Ｍ（１１）で測定された開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｍｒ、および、要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔ、および、応答信号Ｗ３の受信時刻Ｔｍａｍｒから移動端末Ｍ（１１）の位置を計算する。
【００３０】
続いて、移動端末Ｍ（１１）、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）それぞれの内部構成を説明する。
【００３１】
図６は、図４に示す基地局の構成を示すブロック図である。
【００３２】
基地局Ａ（１３）は、制御部としてのＭＰＵ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）１３１と、記憶部１３２と、ＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調部１３３、ＰＮ系列発生部１３４と、インパルス生成部１３５と、バンドパスフィルタＢＰＦ１３６と、パワーアンプ（ＰＡ）１３７とアンテナ１３８とを備えている。
【００３３】
ＭＰＵ１３１はプログラムを実行することによって基地局Ａ（１３）の各部を制御する。記憶部１３２は、例えばフラッシュメモリといった半導体メモリで構成されており、ＭＰＵ１３１によって実行されるプログラム、および基地局を識別するＩＤといった各種データが記憶されている。なお、ＩＤは測位システム内に複数の基地局が設けられた場合に基地局同士を識別するのにも用いられる。ＰＮ系列発生部１３４は、擬似雑音（ＰＮ）系列のタイミングパルスを出力し、ＰＰＭ変調部１３３はタイミングパルスの供給を受け、ＭＰＵ１３１から出力される発信データに応じてパルスの位置を変えるＰＰＭ変調を行う。インパルス生成部１３５はステップリカバリダイオードを有し、ＰＰＭ変調部１３３で変調された信号に応じた、幅が非常に細いインパルス波形を生成する。インパルス波形からなる信号は広帯域の成分を有している。ＢＰＦ１３６は、例えば３．４ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚといった所望の帯域を通過させるものであり、インパルス生成部１３５で生成された信号から、不要な３．４ＧＨｚ未満の成分と４．８ＧＨｚより高い成分を除去する。ＰＡ１３７はＢＰＦ１３６を通過した信号の増幅を行う。ＰＡ１３７で増幅された信号はアンテナ１３８から放射される。ＭＰＵ１３１は例えば０．１秒または１秒といった一定の間隔で、ＩＤが含まれた発信データをＰＰＭ変調部１３３に供給する。発信データは、ＰＰＭ変調部１３３、インパルス生成部１３５、ＢＰＦ１３６、およびＰＡ１３７を経てアンテナ１３８から出力される。このようにして基地局Ａ（１３）から測位開始を合図する開始信号Ｗ１が定期的に無線発信され、開始信号Ｗ１が発信されるたびに測位が実行される。
【００３４】
基地局Ａ（１３）は信号の発信機能を備えておればよく、受信機能が不要であるため簡単な構成となっている。また、インパルス波形の信号発信に必要な電力は、例えば連続した正弦波状の搬送波に比べて小さいので、基地局Ａ（１３）は、例えばボタン電池といった小型の電池で駆動することも可能である。
【００３５】
図７は、図４に示す基準局の構成を示すブロック図である。
【００３６】
基準局Ｐ（１２）は、制御部としてのＭＰＵ１２１と、記憶部１２２と、信号発信部１２３と、信号受信部１２４と、タイマ１２５と、発信時刻保持部１２６と、受信時刻保持部１２７とを備えている。
【００３７】
ＭＰＵ１２１はプログラムを実行することによって基準局Ｐ（１２）の各部を制御する。記憶部１２２には、ＭＰＵ１３１によって読み出され実行されるプログラムや基準局を識別するＩＤといった各種データが記憶されている。
【００３８】
信号受信部１２４は、開始信号Ｗ１（図４参照）および要求信号Ｗ２（図４参照）を受信する。信号受信部１２４は、ＰＰＭデータ復調部１２４１と、相関器１２４２と、パルス検出部１２４３と、低雑音アンプ（ＬＮＡ）１２４４と、ＢＰＦ１２４５と、アンテナ１２４６とを備えている。ＢＰＦ１２４５はアンテナ１２４６で受信された無線信号すなわち電波から不要な周波数成分を除去して所望の帯域成分を選択する。ＬＮＡ１２４４はＢＰＦ１２４５から出力された信号を増幅する。パルス検出部１２４３は、公知のダイオードを用いた包絡線検波回路およびコンパレータを有しており入力されたインパルス波形に応じた矩形波を出力する。相関器１２４２は公知のデジタルマッチドフィルタを有しており、パルス検出部１２４３で変換された信号波形とＰＮ系列発生部１２３２から出力されたＰＮ系列のタイミングパルスとを比較して同期をとり、ＰＰＭ変調された状態の受信信号を出力する。ＰＰＭデータ復調部１２４１はＰＰＭ変調された状態の受信信号を復調して受信信号のデータを出力する。アンテナ１２４６から受信される各種信号は、復号の同期をとるためのプリアンブル部と、プリアンブル部に続いた、データが含まれるデータ部とを有している。相関器１２４２で受信信号のうちプリアンブルが検出されると、ＰＰＭデータ復調部１２４１は、ＰＮ系列発生部１２３２から出力さらたタイミングパルスと受信信号との同期が確立されたとして復調を行い受信データを生成する。
【００３９】
信号発信部１２３は、ＰＰＭ変調部１２３１と、ＰＮ系列発生部１２３２と、インパルス生成部１２３３と、ＢＰＦ１２３４と、ＰＡ１２３５とアンテナ１２３６とを備えている。信号発信部１２３は、上述した基地局Ａ（１３）のＰＰＭ変調部１３３、ＰＮ系列発生部１３４、インパルス生成部１３５、ＢＰＦ１３６、ＰＡ１３７、およびアンテナ１３８と略同様の構成であり、個々のブロックの説明は省略する。信号発信部１２３は、ＭＰＵ１２１の制御に応じて、信号受信部１２４が受信した要求信号Ｗ２（図４参照）に応えて応答信号Ｗ３を無線発信する。信号の発信時、ＭＰＵ１２１は記憶部１２２からＩＤを読出して発信データに含め、信号発信部１２３に供給する。信号発信部１２３はＩＤが含まれた応答信号Ｗ３を発信する。また、信号発信部１２３は、ＭＰＵ１２１から、信号受信部１２４で受信された開始信号Ｗ１の受信時刻および要求信号Ｗ２の受信時刻の情報を、発信データとして受け、信号受信部１２４が受信した開始信号Ｗ１の受信時刻と要求信号Ｗ２の受信時刻とを表した受信時刻信号、および応答信号Ｗ３の発信時刻を表した発信時刻信号も発信する。本実施形態の基準局Ｐ（１２）では、受信時刻信号および発信時刻信号が応答信号Ｗ３に組み込まれて発信される。組み込みの詳細は後述する。
【００４０】
タイマ１２５は一定の周波数でカウントアップするフリーランのカウンタで構成されており、出力値は基準局Ｐ（１２）における現在時刻を表している。受信時刻保持部１２７は、相関器１２４２がプリアンブルを検出し、その後に続くデータ部の最初のパルスを検出したタイミングでタイマ１２５の値を保持することによって開始信号Ｗ１（図４参照）および要求信号Ｗ２の受信時刻を測定する。また、発信時刻保持部１２６は、ＰＰＭデータ変調部１２３１が発信信号のうちプリアンブルに続くデータ部の最初のパルスを変調するタイミングでタイマ１２５の値を保持することによって応答信号Ｗ３（図４参照）の発信時刻が測定される。受信時刻保持部１２７および発信時刻保持部１２６で保持された情報はＭＰＵ１２１に読み出され、記憶部１２２に記憶される。
【００４１】
基準局Ｐ（１２）は、受信時刻信号および発信時刻信号を応答信号Ｗ３に組み込んで発信する。より詳細に説明すると、まず、ＭＰＵ１２１が、応答信号Ｗ３となる発信データを信号発信部１２３に供給開始する。発信データとして、まずＩＤが供給され、続いて受信時刻情報が供給される。信号発信部１２３が、発信データの供給開始を受けて応答信号Ｗ３の発信を開始すると、発信時刻保持部１２６が応答信号Ｗ３の発信時刻を保持する。ＭＰＵ１２１は、発信データ供給が完了する前に、発信時刻保持部１２６から発信時刻を読み出し、供給中の発信データに発信時刻を連結して供給する。このようにして、受信時刻信号および発信時刻信号が応答信号Ｗ３に組み込まれる。
【００４２】
図８は、図４に示す移動端末の構成を示すブロック図である。
【００４３】
移動端末Ｍ（１１）は、ＭＰＵ１１１と、記憶部１１２と、信号発信部１１３と、信号受信部１１４と、タイマ１１５と、発信時刻保持部１１６と、受信時刻保持部１１７と、移動装置１１９を備えている。信号発信部１１３は、ＰＰＭ変調部１１３１と、ＰＮ系列発生部１１３２と、インパルス生成部１１３３と、ＢＰＦ１１３４と、ＰＡ１１３５とアンテナ１１３６とを備えている。また、信号受信部１１４は、ＰＰＭデータ復調部１１４１と、相関器１１４２と、パルス検出部１１２３と、ＬＮＡ１１４４と、ＢＰＦ１１４５と、アンテナ１１４６とを備えている。移動端末Ｍ（１１）は、移動装置１１９を備える点が上述した基地局Ａ（１３）と異なり、他のハードウェア構成は基準局Ｐ（１２）と共通である。また、移動端末Ｍ（１１）は、ＭＰＵ１１１の制御動作、記憶部１１２が記憶する情報、および各部が処理する情報が基準局Ｐ（１２）と異なる。したがって、共通な部分の詳細な説明は省略し、異なる点について説明する。
【００４４】
移動装置１１９は、自走式ロボットとしての移動端末Ｍ（１１）を移動させるための装置であり、ＭＰＵ１１１によって制御される図示しない駆動回路、車輪およびモータを有している。
【００４５】
信号受信部１１４は開始信号Ｗ１および応答信号Ｗ３を受信する。受信時刻保持部１１７は、開始信号Ｗ１の受信時刻および応答信号Ｗ３の受信時刻を測定する。信号発信部１１３は、ＭＰＵ１１１から発信データの供給を受けて要求信号Ｗ２（図４参照）を発信する。発信時刻保持部１１６は、要求信号Ｗ２の発信時刻を測定する。ＭＰＵ１１１は、発信時刻保持部１１６で測定された要求信号Ｗ２の発信時刻、受信時刻保持部１１７で測定された、開始信号Ｗ１の受信時刻および応答信号Ｗ３の受信時刻、ならびに信号受信部１１４で受信された応答信号Ｗ３に含まれた各時刻とに基づいて、移動端末Ｍ（１１）の位置を計算する。ＭＰＵ１１１は、位置の計算に、基準局Ｐ（１２）の位置および基地局Ａ（１３）の位置の情報を用いる。記憶部１１２は、基準局Ｐ（１２）の位置および基地局Ａ（１３）の配置位置の情報を記憶している。位置はＸＹ座標で表されている。基準局Ｐ（１２）および基地局Ａ（１３）は互いに識別可能なＩＤが割り当てられている。記憶部１１２は、基準局Ｐ（１２）および基地局Ａ（１３）の位置の情報を、これら基準局Ｐ（１２）または基地局Ａ（１３）に割り当てられたＩＤに対応付けて記憶している。なお、本実施形態では、基準局Ｐ（１２）および基地局Ａ（１３）がそれぞれ１つの場合を説明しているが、基準局および基地局の一方または双方が複数ある場合、記憶部には、全ての基準局および基地局の位置情報が、基準局および基地局を個々に識別するＩＤに対応付けて記憶される。
【００４６】
続いて、基地局Ａ（１３）、基準局Ｐ（１２）および移動端末Ｍ（１１）のそれぞれの動作を説明する。
【００４７】
図６に示す基地局Ａ（１３）では、ＭＰＵ１３１が一定の間隔で、基地局ＩＤが含まれた開始信号としての発信データをＰＰＭ変調部１３３に出力する。発信データはＰＰＭ変調部１３３、インパルス生成部１３５、ＢＰＦ１３６、およびＰＡ１３７を経てインパルス波形となってアンテナ１３８から出力される。このようにして、基地局Ａ（１３）から開始信号が定期的に発信され、測位が実行される。
【００４８】
図９は、図７に示す基準局での処理を示すフローチャートであり、図１０は、移動端末での処理を示すフローチャートである。
【００４９】
図９および図１０に示すフローチャートは、基地局Ａ（１３）から定期的に発信される開始信号のうち、図５に示す、１回分の開始信号に対応する基準局Ｐ（１２）および移動端末Ｍ（１１）の処理を示している。
【００５０】
基準局Ｐ（１２）における処理は、移動端末Ｍ（１１）から発信された開始信号Ｗ１を受信することで開始する。
【００５１】
基準局Ｐ（１２）では、まず、信号受信部１２４が開始信号Ｗ１を受信し、受信時刻保持部１２７が開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒを測定する（ステップＳ１）。このステップで、ＭＰＵ１２１が、受信時刻保持部１２７に保持された、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒを読出し、記憶部１２２に記憶させる。
【００５２】
この後、信号受信部１２４が移動端末Ｍ（１１）から発信された要求信号Ｗ２を受信し、時刻保持部１２７が要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒを測定する（ステップＳ２）。このステップで、ＭＰＵ１２１は、受信時刻保持部１２７に保持された要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒを読出し、記憶部１２２に記憶させる。
【００５３】
ここで、上記ステップＳ１，Ｓ２の処理を実行するＭＰＵ１２１、信号受信部１２４、および受信時刻保持部１２７が、上述した基本形態における受信測定部の一例に相当する。
【００５４】
次に、ＭＰＵ１２１は、要求信号Ｗ２に応えて信号発信部１２３に応答信号Ｗ３の発信データを供給する。これによって信号発信部１２３は応答信号Ｗ３の発信を開始する（ステップＳ３）。このステップでは、発信時刻保持部１２６が応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを測定する。ＭＰＵ１２１は、発信時刻保持部１２６に保持された応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを読出し、記憶部１２２に一時的に記憶させる。応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔは、より厳密には信号発信の開始時刻である。
【００５５】
ここで、上記ステップＳ３の処理を実行するＭＰＵ１２１、信号発信部１２３、および発信時刻保持部１２６が、上述した基本形態における応答部の一例に相当する。
【００５６】
次に、ＭＰＵ１２１は、信号発信部１２３に供給中の発信データに連結して、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、および応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを供給する。これによって、応答信号Ｗ３の中に、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒと要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒとを表した受信時刻信号、および応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを表した発信時刻信号が組み込まれて信号発信部１２３から発信される（ステップＳ４）。
【００５７】
ここで、上記ステップＳ４の処理を実行するＭＰＵ１２１、信号発信部１２３、および発信時刻保持部１２６が、基本形態における応答部、受信時刻発信部および発信時刻発信部のそれぞれの一例に相当する。
【００５８】
上記ステップＳ４の処理が終了すると、基準局Ｐ（１２）における一回の測位に対応する処理が完了する。基準局Ｐ（１２）は、この後、次の開始信号受信を待ってステップＳ１からの処理を再び実行することとなる。
【００５９】
続いて、図１０を参照して移動端末Ｍ（１１）での処理を説明する。
【００６０】
移動端末Ｍ（１１）における処理も、基地局Ａ（１３）から発信された開始信号Ｗ１を受信することで開始する。
【００６１】
移動端末Ｍ（１１）では、まず、信号受信部１１４が開始信号Ｗ１を受信し、受信時刻保持部１１７が開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｍｒを測定する（ステップＳ１１）。このステップで、ＭＰＵ１１１は、受信時刻保持部１１７に保持された開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｍｒを読出し、記憶部１１２に記憶させる。
【００６２】
この後、ＭＰＵ１１１は信号発信部１１３に要求信号Ｗ２の発信データを供給し、信号発信部１１３は要求信号Ｗ２を発信する（ステップＳ１２）。このステップで、発信時刻保持部１１６が要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔを測定する。ＭＰＵ１１１は、発信時刻保持部１１６に保持された要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔを読出し、記憶部１１２に記憶させる。
【００６３】
ここで、上記ステップＳ１１，Ｓ１２の処理を実行するＭＰＵ１１１、信号受信部１１４、受信時刻保持部１１７、信号発信部１１３、および発信時刻保持部１１６が、基本形態における要求発信部の一例に相当する。
【００６４】
次に、信号受信部１１４は、基準局Ｐ（１２）で発信された応答信号Ｗ３を受信する。受信時刻保持部１１７は応答信号Ｗ３の受信時刻Ｔｍａｍｒを測定し、ＭＰＵ１１１は発信時刻保持部１１６に保持された応答信号Ｗ３の受信時刻Ｔｍａｍｒを読出し、記憶部１１２に記憶させる（ステップＳ１３）。また、応答信号Ｗ３には、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、および応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔの情報が含まれている。ＭＰＵ１１１は、信号受信部１１４で受信および復号されたこれら時刻の情報を信号受信部１１４から受け取り、記憶部１１２に記憶させる。
【００６５】
ここで、上記ステップＳ１３の処理を実行するＭＰＵ１１１、信号受信部１１４、および受信時刻保持部１１７が、基本形態における応答測定部および時刻受信部それぞれの一例に相当する。
【００６６】
次に、ＭＰＵ１１１は、上記ステップＳ１１で受信時刻保持部１１７から得られた開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｍｒ、上記ステップＳ１２で発信時刻保持部１１６から得られた要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔ、上記ステップＳ１３で信号受信部１１４が受信した応答信号Ｗ３に含まれた、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、および、応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔに基づいて、移動端末Ｍ（１１）の基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）に対する相対位置を計算する（ステップＳ１４）。ＭＰＵ１１１は、記憶部１１２に記憶された移動端末Ｍ（１１）の基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）の位置情報も読み出して位置計算に用いる。このステップＳ１４の計算によって、移動端末Ｍ（１１）自身の位置が得られる。
【００６７】
ここで、上記ステップＳ１４で得られた時刻の情報から計算によって相対位置が求められることを説明する。
【００６８】
図４の測位システム１において、まず、開始信号Ｗ１の基地局Ａ（１３）から基準局Ｐ（１２）までの伝搬を考える。
【００６９】
基地局Ａ（１３）が開始信号Ｗ１を発信する時刻であって、基準局Ｐ（１２）におけるタイマ１２５（図７参照）で表された時刻をＴａｔとし、基準局Ｐ（１２）が開始信号Ｗ１を受信する時刻をＴａｐｒとし、基地局Ａ（１３）と基準局Ｐ（１２）の距離をＬａｐ、光速をＶｃとすると、これらは下式（１）の関係を有する。
【００７０】
Ｔａｐｒ ＝ Ｔａｔ ＋ Ｌａｐ／Ｖｃ （１）
次に、開始信号Ｗ１の基地局Ａ（１３）から移動端末Ｍ（１１）までの伝搬を考える。基地局Ａ（１３）と移動端末Ｍ（１１）の距離をＬａｍとすると、移動端末Ｍ（１１）のタイマ１１５（図８参照）と基準局Ｐ（１２）のタイマ１２５（図７）は互いに時刻の同期がとられていないため、タイマ１１５，１２５が表す時刻の値にはオフセット（誤差）が含まれている。このオフセットをＴｍｐｏとすると下式（２）の関係となる。
【００７１】
Ｔａｍｒ ＝ Ｔａｔ ＋ Ｔｍｐｏ ＋ Ｌａｍ／Ｖｃ （２）
次に、要求信号Ｗ２および応答信号Ｗ３の移動端末Ｍ（１１）と基準局Ｐ（１２）との往復の伝搬を考える。移動端末Ｍ（１１）と基準局Ｐ（１２）との距離をＬｐｍとすると、下式（３），（４）が得られる。
【００７２】
Ｔｍａｒ ＋ Ｔｍｐｏ ＝ Ｔｍａｔ ＋ Ｌｐｍ／Ｖｃ （３）
Ｔｍａｍｒ ＝ Ｔｍａｍｔ ＋ Ｔｍｐｏ ＋ Ｌｐｍ／Ｖｃ （４）
式（１）〜（４）で未知数はＬａｍ、Ｌｐｍ、Ｔａｔ、Ｔｍｐｏであるので、これらについて解くと下式（５），（６）となる。
【００７３】
Ｌｐｍ
＝Ｖｃ｛（Ｔｍａｍｒ−Ｔｍａｔ）−（Ｔｍａｍｔ−Ｔｍａｒ）｝／２ （５）
Ｌａｍ ＝ Ｌａｐ＋Ｖｃ［（Ｔａｍｒ-Ｔａｐｒ）
−｛（Ｔｍａｍｒ−Ｔｍａｍｔ）−（Ｔｍａｒ−Ｔｍａｔ）｝／２］ （６）
式（５）（６）から、基地局Ａ（１３）と移動端末Ｍ（１１）との距離Ｌａｍ、および基準局Ｐ（１２）と移動端末Ｍ（１１）との距離Ｌｐｍが求められる。
【００７４】
ここで、基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）の位置は既知であり、これらの共通な座標上での位置をそれぞれ（Ｘａ，Ｙａ）および（Ｘｐ，Ｙｐ）とすると、未知である移動端末Ｍ（１１）の座標（ｘ，ｙ）との関係が、下式（７）（８）で表される。
【００７５】
Ｌｐｍ２ ＝ （Ｘｐ − ｘ）２ ＋ （Ｙｐ − ｙ）２ （７）
Ｌａｍ２ ＝ （Ｘａ − ｘ）２ ＋ （Ｙａ − ｙ）２ （８）
上式（５）〜（８）から未知数ｘ，ｙについて解けば移動端末Ｍ（１１）の位置（ｘ，ｙ）が求められる。
【００７６】
図１０に示すステップＳ１４では、移動端末Ｍ（１１）のＭＰＵ１１１が、移動端末Ｍ（１１）で測定された開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｍｒおよび要求信号Ｗ２の発信時刻Ｔｍａｔを用い、また、受信した応答信号Ｗ３に含まれた、開始信号Ｗ１の受信時刻Ｔａｐｒ、要求信号Ｗ２の受信時刻Ｔｍａｒ、および応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを用い、さらに、記憶部１１２に記憶された基準局Ｐ（１２）の位置および基地局Ａ（１３）の位置を用い、移動端末Ｍ（１１）の位置（ｘ，ｙ）を計算する。
【００７７】
本実施形態の測位システム１によれば、基地局Ａ（１３）は開始信号を発信する機能を有しており信号の受信機能が必要ない。したがって、基地局の構造が簡単であり、基地局が信号受信機能を有する場合に比べて測位システムの設置コストが低減する。信号としてインパルス波を用いる場合、発信側のインパルス波を生成する回路は、インパルス波の検出および相関比較を行う受信側の回路に比べ、回路構成が簡単である。したがって、基地局が移動端末の移動範囲に応じて多数配置される場合には、設定コストの低減がより著しい。また、インパルス波の発信に要する電力は小さいため、基地局は例えばボタン電池等による電池駆動が可能であり、壁等への設置が容易である。
【００７８】
続いて、図４に示した、基地局および基準局がそれぞれ１つの場合の例に対し、基地局が２つ配置された第１実施形態の別の例について説明する。
【００７９】
図１１は、基地局が２つ配置された測位システムの例を示す図である。
【００８０】
図１１に示す測位システム２は、移動端末Ｍ（２１）と基地局群２０とを備えている。測位システム２の基地局群２０は、１つの基準局Ｐ（１２）と２つの基地局Ａ（１３），基地局Ｂ（２４）を備えている。なお、移動端末Ｍ（２１）は、図４に示す移動端末Ｍ（１１）と共通である。
【００８１】
図１２は、図１１に示す測位システム２の各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００８２】
図１１に示す測位システム２では、２つの基地局１３，２４から開始信号Ｗ１，Ｗ４がそれぞれ発信される。図１２に示すように基地局Ａ（１３）が開始信号Ｗ１を発信する時刻Ｔａｔと、基地局Ｂ（２４）が開始信号Ｗ４を発信する時刻Ｔｂｔとは異なる。基地局Ａ（１３）および基地局Ｂ（２４）は、互いに基準局Ｐ（１２）および移動端末Ｍ（２１）との通信が重畳しないよう、交互に開始信号Ｗ１，Ｗ４を発信する。ただし、２つの基地局が、開始信号を交互に発信する代わりに、例えば、開始信号をランダムなタイミングで出力することによって大部分の通信が重畳しないようにする手法も採用可能である。
【００８３】
移動端末Ｍ（２１）は、基地局Ａ（１３）の開始信号Ｗ１に起因する要求信号Ｗ２および応答信号Ｗ３のやり取りで得られた時刻情報、ならびに基地局Ａ（１３）および基準局Ｐ（１２）の位置の情報に基づいて移動端末Ｍ（２１）の測位計算を行う。移動端末Ｍ（２１）はさらに、基地局Ｂ（２４）の開始信号Ｗ４に起因する要求信号Ｗ５および応答信号Ｗ６のやり取りで得られた時刻情報、ならびに基地局Ｂ（２４）および基準局Ｐ（１２）の位置の情報に基づいて移動端末Ｍ（２１）の測位計算を行う。移動端末Ｍ（２１）における上記２つの測位計算は、図１２に示すように、基地局１３，２４や基準局Ｐ（１２）からの情報が途切れたタイミングでまとめて行うが、測位計算は、例えば１つの基地局についての情報が得られるごとに行うことも可能である。
【００８４】
図１１に示す測位システム２は、例えば移動端末Ｍ（２１）の位置によって、移動端末Ｍ（２１）が２つの基地局１３，２４の一方と通信できない状況でも、他方と通信可能であれば測位が可能である。したがって、移動端末の移動範囲内に電波の遮蔽物が配置されていても、基地局１３，２４の設置位置を考慮することによって測位不可能な死角を無くすことができる。また、基地局Ａ（１３）の開始信号Ｗ１に起因して得られた情報と、基地局Ｂ（２４）の開始信号Ｗ１に起因して得られた情報との双方から測位計算をすることによって、測位の精度が向上する。すなわち、基準局Ｐ（１２）、基地局Ａ（１３），基地局Ｂ（２４）の３箇所それぞれからの移動端末Ｍ（２１）までの距離を表す３つの距離情報が得られるので、最小自乗法等の統計処理を施すことによって測位の誤差を低減することができる。また、２箇所からの距離に基づいて測位計算した場合には、計算の解が２個得られるため、正しい解を判定する必要があるが、３箇所目からの距離に基づいて測位計算することで正しい解が容易に判定可能となる。
【００８５】
図１１には、２つの基地局１３，２４を備えたシステムの例を示したが、基地局は２つに限られるものではなく、移動端末の移動範囲や測位精度に応じて多数設置してもよい。基地局は、発信機能のみを有し簡単な構成であるため、特に多数配置された場合のコストが、基地局が受信機能を有する構成に比べより顕著に低減する。
【００８６】
次に、測位システムおよび測位基地局群の具体的な第２実施形態について説明する。以下の第２実施形態の説明にあたっては、これまで説明してきた実施形態における各要素と同一の要素には同一の符号を付けて示し、前述の実施形態との相違点について説明する。
【００８７】
図１３は、測位システムの具体的な第２実施形態を示す図である。
【００８８】
図１３に示す測位システム３は、移動端末３１と基地局群３０とを備えている。測位システム３の基地局群３０は、２つの基準局Ｐ１（３２）、基準局Ｐ２（３５）と１つの基地局Ａ（１３）を備えている。上記第２実施形態で説明したように、基地局を複数設置した場合、測位精度の向上を図ることができるが、基準局と通信できない場合には測位が不可能となる。そこで、移動端末の移動範囲に応じて基準局を複数設置することが好ましい場合がある。図１３に示す測位システム３は、２つの基準局３２，３５を備えている。２つの基準局３２，３５の内部構成については、図７に示す他の実施形態の構成と同様であり、ＭＰＵ１２１の処理が異なるのみであるので、図７を流用して説明する。
【００８９】
図１４は、図１３に示す基準局での処理を示すフローチャートである。
【００９０】
２つの基準局３２，３５は、移動端末３１から発信された要求信号Ｗ２を受信（ステップＳ２）した後、信号発信部１２３（図７参照）に応答信号Ｗ３の発信データを供給する（ステップＳ３）前に、予め定められた遅延時間の待ちを行う（ステップＳ３＿２）。遅延時間は、基準局３２，３５のそれぞれについて異なる時間が設定されている。遅延時間は、基準局３２，３５から無線発信される各応答信号Ｗ３，Ｗ４が時間的に非重畳となるように与えられている。より詳細には、基準局３５の遅延時間は、基準局３２による応答信号Ｗ３の発信時間よりも長く設定されている。一方の基準局３２の遅延時間は略ゼロ、すなわち遅延無しに設定されている。なお、仮に基準局が３つ以上配備される場合には、遅延時間を異なる数種類のいずれかに設定し、隣接する基準局同士、すなわち１つの基地局および移動端末と同時に通信可能な基準局同士は、遅延時間の設定が異なる組合せで配置する。
【００９１】
図１５は、図１３に示す測位システムの各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００９２】
図１５に示すように、２つの基準局３２，３５が要求信号Ｗ２を受信した後、一方の基準局Ｐ１（３５）は直ちに応答信号Ｗ３を発信する。他方の基準局Ｐ２（３２）は、基準局Ｐ１（３５）による応答信号Ｗ３の発信が終了した後に応答信号Ｗ４を発信する。移動端末３１は、２つの基準局３２，３５からの応答信号Ｗ３，Ｗ４を重畳無く受信する。
【００９３】
測位システム３では、基地局３２，３５それぞれのＭＰＵ１２１が、応答信号Ｗ３，Ｗ４が非重畳となるように要求信号Ｗ２の受信から遅延時間を経た後で応答信号Ｗ３，Ｗ４を発信するので、応答信号Ｗ３，Ｗ４が混信しない。時間差を用いる以外に混信を避ける他の手法としては、例えば基地局３２，３５の発信信号周波数帯域を異ならせたり、ＰＮ系列を変えたりすることが考えられる。しかし、複数の周波数帯域または複数のＰＮ系列を使い分けると、移動端末における周波数帯またはＰＮ系列の判別や切替えが複雑になってしまう。本実施形態の測位システム３では、遅延時間を異ならせることによって、簡単な構成で混信を回避することができる。
【００９４】
上述した第１の実施形態では、基準局Ｐ（１２）で、応答信号Ｗ３に受信時刻信号および発信時刻信号が組み込まれて発信される例を説明したが、受信時刻信号および発信時刻信号は、応答信号とは別に発信されてもよい。
【００９５】
次に、受信時刻信号および発信時刻信号が応答信号とは別に発信される測位システムおよび測位基地局群の具体的な第３実施形態について説明する。以下の第３実施形態の説明にあたっては、これまで説明してきた実施形態における各要素と同一の要素には同一の符号を付けて示し、前述の実施形態との相違点について説明する。
【００９６】
図１６は、測位システムの具体的な第３実施形態における基準局での処理を示すフローチャートである。図１７は、第３実施形態の測位システムの各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００９７】
第３実施形態の測位システムの全体構成については、図１３に示す第２実施形態の測位システム３と同一であるので、図１３を流用して説明する。また、基準局３２，３５の内部構成については、図７に示す第１実施形態の構成と同様であり、ＭＰＵ１２１の処理が異なるのみであるので、図７を流用して説明する。
【００９８】
図１４に示すように、第３実施形態における２つの基準局３２，３５では、ＭＰＵ１２１（図７参照）移動端末３１から発信された要求信号Ｗ２を受信（ステップＳ２）した後、信号発信部１２３（図７参照）に応答信号Ｗ３の発信データを供給する（ステップＳ３）前に、予め定められた第１の遅延時間の待ちを行う（ステップＳ４＿２）。第１の遅延時間は、基準局３２，３５のそれぞれについて異なる時間が設定されている。この後、ＭＰＵ１２１は、要求信号Ｗ２に応えて信号発信部１２３に応答信号Ｗ３の発信データを供給する。信号発信部１２３は応答信号Ｗ３の発信を開始する（ステップＳ４＿３）。このステップでは、発信時刻保持部１２６が応答信号Ｗ３の発信時刻Ｔｍａｍｔを測定する。
【００９９】
このステップＳ４＿３において、ＭＰＵ１２１は、信号発信部１２３に応答信号Ｗ３として、時刻の情報が組み込まれない信号を発信させる。図１７に示すように、時刻の情報が組み込まれていない応答信号Ｗ３は短時間で発信される。上述した第１の遅延時間は、時間情報が含まれない短い応答信号Ｗ３が時間的に非重畳となるように与えられている。より詳細には、基準局３５の遅延時間は、基準局３２による応答信号Ｗ３の発信時間よりも長く設定されている。一方の基準局３２の遅延時間は略ゼロ、すなわち遅延無しに設定されている。
【０１００】
上記ステップＳ４＿３の処理の後、ＭＰＵ１２１は予め定められた第２の遅延時間の待ちを行う（ステップＳ４＿４）。第２の遅延時間も、基準局３２，３５のそれぞれについて異なる時間が設定されている。この後、ＭＰＵ１２１は、要求信号Ｗ２に応えて上記開始信号の受信時刻と上記要求信号の受信時刻とを表した受信時刻信号の発信データ、および応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号の発信データを信号発信部１２３に供給する。信号発信部１２３は受信時刻信号および発信時刻信号が結合された信号Ｗ５を発信する（ステップＳ４＿５）。以降、この受信時刻信号および発信時刻信号が結合された信号Ｗ５を、データパケットＷ５と称する。上述した第２の遅延時間は、時間情報が含まれた長い受信時刻信号および発信時刻信号が時間的に非重畳となるように与えられている。より詳細には、基準局３５の第２の遅延時間は、基準局３２によるデータパケットＷ５の発信時間よりも長く設定されている。一方の基準局３２の第２の遅延時間は相対的に短い応答信号Ｗ４の発信時間程度に設定されている。
【０１０１】
ここで、上記ステップＳ４＿２，Ｓ４＿３の処理を実行するＭＰＵ１２１、信号発信部１２３、および発信時刻保持部１２６が、基本形態における応答部の一例に相当する。また、データパケットが、基本形態における受信時刻信号および発信時刻信号それぞれの一例に相当する。Ｗ５。また、上記ステップＳ４＿４，Ｓ４＿５の処理を実行するＭＰＵ１２１、信号発信部１２３、および発信時刻保持部１２６が、基本形態における受信時刻発信部および発信時刻発信部それぞれの一例に相当する。
【０１０２】
第３実施形態の測位システムは、図１７に示すように、応答信号Ｗ３，Ｗ４に時間情報が含まれていないので応答信号Ｗ３，Ｗ４が、要求信号Ｗ２の受信後、短時間で発信される。移動端末３１のタイマと基準局３２，３５のタイマとは、同期がとられておらず測定される時刻にオフセットが生じるだけでなく、クロック周波数すなわちカウントアップの進み方にもずれを有している。このため、要求信号の受信後、応答信号Ｗ３，Ｗ４のそれぞれが基準局３２，３５から発信され移動端末３１で受信されるタイミングの差が大きいほど、クロック周波数のずれによる受信時刻の誤差が蓄積し増大する。例えば、クロック周波数の差が１０ｐｐｍの場合、１００μＳの間に１ｎＳの誤差が発生する。これは、測位される距離で３０ｃｍの誤差に相当する。
【０１０３】
第３実施形態の測位システムは、応答信号Ｗ３，Ｗ４に時間情報が含まれていないので応答信号Ｗ３，Ｗ４が、要求信号Ｗ２の受信後、短時間で発信されるので、上述したクロック周波数の差に起因する測位の誤差が低減する。
【０１０４】
なお、具体的な各実施形態の説明では、「課題を解決するための手段」で説明した基本形態における測位端末の一例として自走型ロボットとして構成された移動端末が示されているが、この測位端末は、自走型ロボットに限られず、位置の取得が必要とされる携帯端末装置、電気機器、および車両等であってもよい。
【０１０５】
また、具体的な各実施形態の説明では、「課題を解決するための手段」で説明した基本形態における各信号の一例としてインパルス波による信号の例が示されているが、これらの信号は、インパルス波によるもの以外にも例えば連続した正弦波状の搬送波であってもよい。ただし、インパルス波を用いることで受信時刻の測定精度が向上し、発信側の消費電力が低下する。
【０１０６】
また、具体的な第３実施形態の説明では、基本形態における受信時刻発信部および発信時刻発信部の一例として、として、受信時刻および発信時刻の双方が含まれたデータパケットＷ５をまとめて発信する例を説明したが、受信時刻および発信時刻は互いに別の信号として発信されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】従来技術の測位システムを示す図である。
【図２】移動端末が発信のみを行う従来技術の測位システムを示す図である。
【図３】衛星を利用した従来技術の測位システムを示す図である。
【図４】測位システムの具体的な第１実施形態を示す図である。
【図５】図４に示す測位システムの各装置間での信号の受送信タイミングを表すタイミングチャートである。
【図６】図４に示す基地局の構成を示すブロック図である。
【図７】図４に示す基準局の構成を示すブロック図である。
【図８】図４に示す移動端末の構成を示すブロック図である。
【図９】図７に示す基準局での処理を示すフローチャートである。
【図１０】移動端末での処理を示すフローチャートである。
【図１１】第１実施形態のうち基地局が２つ配置された例を示す図である。
【図１２】図１１に示す測位システムの各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１３】測位システムの具体的な第２実施形態を示す図である。
【図１４】図１３に示す基準局での処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１３に示す測位システムの各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１６】測位システムの具体的な第３実施形態における基準局での処理を示すフローチャートである。
【図１７】第３実施形態の測位システムの各装置間でやり取りされる信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１０８】
１，２，３ 測位システム
１０，２０，３０ 基地局群
１１，２１，３１ 移動端末（測位端末）
１１１ ＭＰＵ（位置計算部）
１１２，１２２，１３２ 記憶部
１１３ 信号発信部
１１４ 信号受信部
１１５ タイマ
１１６ 発信時刻保持部
１１７ 受信時刻保持部
１１９ 移動装置
１２ 基準局（第２の基地局）
１２１ ＭＰＵ
１２３ 信号発信部
１２４ 信号受信部
１２５ タイマ
１２６ 発信時刻保持部
１２７ 受信時刻保持部
１３，２４，３２，３５ 基地局（第１の基地局）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位開始を合図する開始信号を無線発信する第１の基地局；
前記開始信号と測位用の情報を求める要求信号とを無線受信して該開始信号および該要求信号それぞれの受信時刻を測定する受信測定部と、
前記要求信号に応えて前記開始信号の受信時刻と前記要求信号の受信時刻とを表した受信時刻信号を無線発信する受信時刻発信部と、
前記要求信号に応えて所定の応答信号を無線発信し該応答信号の発信時刻を測定する応答部と、
前記応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号を無線発信する発信時刻発信部とを備えた第２の基地局；および
前記開始信号を無線受信して前記要求信号を無線発信し、該開始信号の受信時刻と該要求信号の発信時刻とを測定する要求発信部と、
前記受信時刻信号および前記発信時刻信号を無線受信する時刻受信部と、
前記応答信号を無線受信して該応答信号の受信時刻を測定する応答測定部と、
前記要求発信部で測定された各時刻と前記応答測定部で測定された時刻と前記時刻受信部で受信した信号が表した各時刻とに基づいて、前記第１の基地局および前記第２の基地局に対する相対位置を計算する位置計算部とを備えた測位端末；
を備えたことを特徴とする測位システム。
【請求項２】
前記応答部が、前記応答信号の発信中に、該応答信号の発信時刻として無線発信の開始時刻を測定するものであり、
前記発信時刻発信部が、前記応答部による前記応答信号の発信中に、該応答信号中に前記発信時刻信号を組み込むものであることを特徴とする請求項１記載の測位システム。
【請求項３】
前記第２の基地局を複数備え、
複数の第２の基地局それぞれに備えられている各応答部が、各応答部から無線発信される各応答信号が時間的に非重畳となるように予め各応答部に与えられている各遅延時間を前記要求信号の無線受信から経た後で該応答信号を無線発信するものであることを特徴とする請求項１または２記載の測位システム。
【請求項４】
測位の開始を合図する開始信号を無線発信する第１の基地局；および、
前記開始信号と測位用の情報を求める要求信号とを無線受信して該開始信号および該要求信号それぞれの受信時刻を測定する受信測定部と、
前記要求信号に応えて前記開始信号の受信時刻と前記要求信号の受信時刻とを表した受信時刻信号を無線発信する受信時刻発信部と、
前記要求信号に応えて所定の応答信号を発信し該応答信号の発信時刻を測定する応答部と、
前記応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号を無線発信する発信時刻発信部とを備えた第２の基地局；
を備えたことを特徴とする測位基地局群。
【請求項１】
測位開始を合図する開始信号を無線発信する第１の基地局；
前記開始信号と測位用の情報を求める要求信号とを無線受信して該開始信号および該要求信号それぞれの受信時刻を測定する受信測定部と、
前記要求信号に応えて前記開始信号の受信時刻と前記要求信号の受信時刻とを表した受信時刻信号を無線発信する受信時刻発信部と、
前記要求信号に応えて所定の応答信号を無線発信し該応答信号の発信時刻を測定する応答部と、
前記応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号を無線発信する発信時刻発信部とを備えた第２の基地局；および
前記開始信号を無線受信して前記要求信号を無線発信し、該開始信号の受信時刻と該要求信号の発信時刻とを測定する要求発信部と、
前記受信時刻信号および前記発信時刻信号を無線受信する時刻受信部と、
前記応答信号を無線受信して該応答信号の受信時刻を測定する応答測定部と、
前記要求発信部で測定された各時刻と前記応答測定部で測定された時刻と前記時刻受信部で受信した信号が表した各時刻とに基づいて、前記第１の基地局および前記第２の基地局に対する相対位置を計算する位置計算部とを備えた測位端末；
を備えたことを特徴とする測位システム。
【請求項２】
前記応答部が、前記応答信号の発信中に、該応答信号の発信時刻として無線発信の開始時刻を測定するものであり、
前記発信時刻発信部が、前記応答部による前記応答信号の発信中に、該応答信号中に前記発信時刻信号を組み込むものであることを特徴とする請求項１記載の測位システム。
【請求項３】
前記第２の基地局を複数備え、
複数の第２の基地局それぞれに備えられている各応答部が、各応答部から無線発信される各応答信号が時間的に非重畳となるように予め各応答部に与えられている各遅延時間を前記要求信号の無線受信から経た後で該応答信号を無線発信するものであることを特徴とする請求項１または２記載の測位システム。
【請求項４】
測位の開始を合図する開始信号を無線発信する第１の基地局；および、
前記開始信号と測位用の情報を求める要求信号とを無線受信して該開始信号および該要求信号それぞれの受信時刻を測定する受信測定部と、
前記要求信号に応えて前記開始信号の受信時刻と前記要求信号の受信時刻とを表した受信時刻信号を無線発信する受信時刻発信部と、
前記要求信号に応えて所定の応答信号を発信し該応答信号の発信時刻を測定する応答部と、
前記応答信号の発信時刻を表した発信時刻信号を無線発信する発信時刻発信部とを備えた第２の基地局；
を備えたことを特徴とする測位基地局群。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−１９５９７（Ｐ２０１０−１９５９７Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７８１６３（Ｐ２００８−１７８１６３）
【出願日】平成２０年７月８日（２００８．７．８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、ロボット搬送システム（サービスロボット分野）、環境情報の構造化を利用した搬送ロボットシステムの開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月８日（２００８．７．８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、ロボット搬送システム（サービスロボット分野）、環境情報の構造化を利用した搬送ロボットシステムの開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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