移動無線測位装置
【課題】移動端末の位置を高精度で測位できる移動無線測位装置を安価に実現する。
【解決手段】基準局２０１の周辺に間隔をおいて複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを配置し、前記基準局２０１と複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄとの間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して接続し、前記基準局２０１と移動端末２０３との間で前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを介して双方向通信を行うことによって、前記移動端末２０３の位置を測位する。
【解決手段】基準局２０１の周辺に間隔をおいて複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを配置し、前記基準局２０１と複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄとの間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して接続し、前記基準局２０１と移動端末２０３との間で前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを介して双方向通信を行うことによって、前記移動端末２０３の位置を測位する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基準局の周辺に間隔をおいて複数の中継局を配置し、前記基準局と複数の中継局との間を各々異なる複数の伝送ケーブルを介して接続し、前記基準局と移動端末との間で前記複数の中継局を介して双方向通信を行うことによって、前記移動端末の位置を高精度で測位できる移動無線測位装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の発信手段を用いて測位を行なうシステムが提案されている。（例えば、特許文献１〜３参照）
【特許文献１】特開２００５−０８３８８８号
【特許文献２】特開２００６−０２３２６１号
【特許文献３】特開２００７−０１０６３９号
【０００３】
図６は、特許文献１に記載されている従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」の実施例である。
図６において、１は、ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）測位を利用して利用者の測位を行うＲＴＫ測位システムである。
このＲＴＫ測位システム１は、４基のスードライト２と、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信手段５と、利用者処理ユニット６と、データリンク７とにより構成されている。
ここで、スードライト２は、衛星の代わりの信号源として使用され、利用者の３次元測位を行う場合は、少なくとも４基必要であり、２次元測位を行う場合は、少なくとも３基が必要であるとされている。
【０００４】
上記のように、従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」では３次元の測位を行なうために少なくとも４基のスードライト（擬似衛星局）が必要であり、更に、利用者処理ユニット６の他に、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信機５と、データリンク７が必要であることから、システムが複雑であり、取り扱いが煩雑であり、高価となる問題点があった。
【０００５】
一方、特許文献２に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、発信手段1の指向性アンテナの方向３１に対向して受信手段２の指向性アンテナ２１ａと２１ｂを向け、発信手段１が高周波信号を発信中に指向性アンテナ２１ａと２１ｂを切替えた時に受信した高周波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせの変化をリアルタイムで検知し、当該発信手段1が位置する方向を検知し、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知するとされているが、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知する手段あるいは方法が明確にされておらず、受信手段２の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていない問題点がある。
【０００６】
また、特許文献３に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、固定される側の発信手段に複数のアンテナを接続し、当該アンテナから個別のシステム同期信号と同期しあるいは直交する複数の測定用信号を周期的に発信し、移動体が携帯する受信手段において当該システム同期信号を受信して相対距離と方向を検知し、相対距離が短いものの平均値から方向を検知することで高い精度で方向を検知するとされているが、相対距離と方向を高精度で検知するための当該システム同期信号あるいは個別の同期信号の役割が記述されたおらず、単一の同期信号を用いるとされているため十分な測位精度が得られないこと、また、受信手段の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていないことなどの問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、基準局の周辺に間隔をおいて複数の中継局を配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブルを介して接続し、前記複数の中継局を介して基準局と移動端末との間で双方向通信を行うことによって、前記移動端末の位置を高精度で測位できる移動無線測位装置を安価に実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる移動無線測位装置は、基準局の周辺に間隔をおいて複数の中継局を配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブルを介して接続し、各中継局を介して移動端末との間で双方向通信を行い、移動端末もしくは基準局の何れかで各中継局を経由した距離を高精度で測定し、三角法もしくは双曲線航法によって移動端末の位置を高精度で測位するためのものであり、例えば、基準局において移動端末の位置を測位する場合、基準局において、移動端末の位置を測位するために、少なくとも起点信号を含む測位要求信号を生成し、前記測位要求信号を含む高周波信号を前記複数の中継局に向け、各々の伝送ケーブルを経由してバースト信号として間欠的に伝送し、
【０００９】
前記複数の中継局において、前記高周波信号を直接あるいは増幅器を用いて増幅し、各々の中継局からアンテナを介して無線信号として移動端末に向けて送信し、前記移動端末で、前記複数の中継局から受信した無線信号から前記複数の中継局に対応して少なくとも起点信号を再生し、前記再生した起点信号と同期発振手段とを高精度で瞬時に同期を確立して保持し、前記同期発振手段の出力信号と同期しあるいは直交したた距離測定信号を生成し、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を前記複数の中継局に向けて送信し、
【００１０】
前記複数の中継局において前記無線信号を各アンテナによって受信して高周波信号とし、前記各伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、前記基準局において、前記高周波信号を各中継局に対応して選択し、各選択して高周波信号から少なくとも距離測定信号を再生し、前記再生した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記生成した起点信号を基準として高精度で測定し、前記測定結果から、前記移動端末の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位を行うものとする。同様に、移動端末において自局の位置を測位する場合には逆の手順で行うものとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の移動無線測位装置では、前記生成した起点信号を基準として、再生した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することによって、前記移動端末の位置を三角法もしくは双曲線航法によって、安価に高精度で測位を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明に係わる移動無線測位装置１００は、図１、図３、図４、および請求項１に本発明の第１の実施の形態を示すように、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための移動無線測位装置において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記基準局２０１が、少なくとも、制御手段１１と、送信手段１２と、受信手段１３と、高周波信号切替手段１４とを有し、
【００１３】
前記制御手段１１が少なくとも間欠送信のタイミング信号を生成し、前記タイミング信号に同期して少なくとも起点信号を含む測位要求信号を生成し、前記送信手段１２が前記生成された測位要求信号を含む高周波信号を送信し、前記高周波信号切替手段１４が、前記生成された高周波信号を、各伝送ケーブルを介して、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに向けて順次に切替えて伝送し、前記複数の中継局が、前記無測位要求信号を含む高周波信号を、各アンテナ（記載せず）を介して無線信号として前記移動端末２０３に向けて送信し、
【００１４】
前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、高周波信号切替手段３４と、受信手段３３と、送信手段３２と、制御手段３１とを有し、前記高周波信号切替手段３４が、アンテナ３５を前記受信手段３３に接続して待受け、前記受信手段が、前記アンテナ３５で受信した高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、前記制御手段３１が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から少なくとも測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生された起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された起点信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは遅延ロックループを構成して前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号に同期をしあるいは直交する距離測定信号を生成し、
【００１５】
前記送信手段３２が前記生成された距離測定信号を含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミングで生成し、前記高周波信号切替手段３４が、前記送信手段を時分割のタイミングでアンテナに接続し、前記距離測定信号を含む高周波信号を無線信号としてアンテナ３５を介して前記複数の中継手段に向けて送信し、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄが、前記無線信号を各アンテナで受信して距離測定信号を含む高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記各伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、
【００１６】
前記基準局２０１において、前記高周波信号切替手段１４が前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄの内から各伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して伝送される高周波信号を周期的に切替えながら選択し、前記受信手段１３が前記選択された高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、前記制御手段１１が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から前記複数の中継局に対応して少なくとも距離測定信号を再生し、前記複数の中継局に対応して距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記生成した起点信号を基準として測定し、前記複数の中継局に対応した複数組の測定結果から、前記移動端末２０３の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位を行う。
【００１７】
また、図１、図３、図４、および請求項２に本発明の第２の実施の形態を示すように、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための移動無線測位装置において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、制御手段３１と、送信手段３２と、受信手段３３と、高周波信号切替手段３４とを有し、
【００１８】
前記制御手段３１が、少なくとも間欠送信のタイミング信号を生成し、前記タイミング信号に同期して少なくとも起点信号を含む測位要求信号を生成し、前記送信手段３２が、前記生成された測位要求信号を含む高周波信号を生成し、アンテナ３５を介して無線信号として前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに向けてバースト信号として間欠的に送信し、
【００１９】
前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄが、前記無線信号を各アンテナ（記載せず）で受信して測位要求信号を含む高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記各伝送ケーブルを介して基準局２０１に向けて伝送し、前記基準局が、少なくとも、高周波信号切替手段１４と、受信手段１３と、送信手段１２と、制御手段１１とを有し、前記高周波信号切替手段１４が前記複数の中継局の内から各伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して伝送される高周波信号を周期的に切替えながら選択し、前記受信手段１３が前記選択された高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、
【００２０】
前記制御手段１１が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から少なくとも測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生された起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された起点信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは遅延ロックループを構成して前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号に同期をしあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記送信手段１２が前記生成された距離測定信号を含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミングで生成し、前記高周波信号切替手段１４が、前記距離測定信号を含む高周波信号を周期的に切替えながら、各伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに向けて順次に伝送し、
【００２１】
前記複数の中継局が、前記各伝送ケーブルを介して伝送された前記高周波信号を、アンテナを介して無線信号として前記移動端末に向けて送信し、前記移動端末２０３において、前記受信手段３３が、前記複数の中継局から送信される無線信号をアンテナ３５で受信して高周波信号とし、直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、前記制御手段３１が、前記中間周波信号から前記複数の中継局に対応して少なくとも距離測定信号を再生し、前記複数の中継局に対応して距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記生成した起点信号を基準として測定し、前記複数の中継局に対応した複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位を行う。
【００２２】
また、図４、および請求項３に示すように、前記制御手段１１、３１が、少なくとも、信号再生手段４４、５０と、同期検出手段４９と、同期発振手段４６とを有し、前記信号再生手段が前記高周波信号もしくは中間周波信号から起点信号もしくは距離測定信号を再生し、前記同期検出手段が、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の、立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成する。
【００２３】
また、請求項４に示すように、前記距離測定信号が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
また、請求項５に示すように、前記基準局２０１から送信される高周波信号に少なくとも報知信号が含まれ、前記報知信号に、少なくとも、基準局の位置に関する情報、各中継局の位置に関する情報、各伝送ケーブルの長さに関する情報、あるいはこれらの組み合わせが含まれている。
【００２４】
また、請求項６に示すように、前記基準局２０１もしくは移動端末２０３が前記移動端末２０３の位置を測位する際に、前記制御手段１１、３１が、前記再生された距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された距離測定信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された距離測定信号に同期をしあるいは直交する同期信号を生成し、前記生成する同期信号の周波数を、前記制御手段に要求される測位レンジに合わせて設定し、あるいは前記制御手段が周波数の異なる複数の同期信号を生成し、前記複数の同期信号の中から、前記制御手段に要求される測位レンジに合わせて、最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現する。
【００２５】
また、請求項７に示すように、前記制御手段１１、３１が、測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させ、あるいは切替えて設定することによって、最適の測位レンジを用いて前記移動端末２０３の位置を高精度で測位する。
また、請求項８に示すように、前記制御手段１１、３１の信号生成手段４５、４７もしくは信号再生手段４４、５０において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のサンプリング信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００２６】
また、請求項９に示すように、前記制御手段１１、３１が、少なくとも、基準発振器４１と、位相同期発振器４８と、同期検出手段４９と、同期発振手段４６とを含み、前記同期発振手段４６が、前記基準発振器４１の発振周波数を位相同期発振器４８によって高い周波数に変換して駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記同期検出手段４９が、少なくとも１２８ＭＨｚ以上の周波数のサンプリング信号を用いて、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで前記同期発振手段４６をセットしあるいはリセットすることによって、前記同期発振手段４６が、前記起点信号もしくは距離測定信号と短時間で瞬時に同期を確立し、かつ前記起点信号もしくは距離測定信号が停止しあるいは消滅した後も、比較的に長時間同期を保持できる。
【００２７】
また、請求項１０に示すように、前記制御手段１１、３１の位相測定手段４３が、前記再生した起点信号もしくは距離測定信号あるいは生成した同期信号の周波数の、４の整数倍のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、あるいはこれらの繰り返しであり、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、あるいはこれらの繰り返しであり、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行う。
【００２８】
また、請求項１１に示すように、前記受信手段１３、３３が、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号もしくは高周波信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、あるいは前記制御手段１１、３１で距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定した結果を分析し、あるいはこれらの両方の分析を行い、前記測位の結果を補正し、補完し、フイルタリングし、あるいはこれらの組み合わせを行う。
【００２９】
また、請求項１２に示すように、前記携帯端末２０３、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄ、もしくはこれらの両方が、複数のアンテナを設けて周期的に切替え、前記複数のアンテナに対応して測定した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定した結果の内、比較的に小さく測定しあるいは算出したものを選択し、平均し、荷重平均し、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記測位結果を補正し、補完し、フイルタリングし、あるいはこれらの組み合わせを行う。
また、請求項１３に示すように、前記無線信号の周波数が、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令によって定められた周波数、もしくはこれらの組み合わせである。
【００３０】
（実施の形態１）
図１、図３、および図４は、本発明の第１の実施の形態による移動無線測位装置の構成図である。図１、図３、図４において、２０１は基準局、２０２ａ〜２０２ｄは複数の中継局、２１ａ〜２１ｄは接続端子、１０１ａ〜１０１ｄは伝送ケーブル、２０３は携帯端末、１０２ａ〜１０２ｄは無線信号の伝搬経路、１１、３１は制御手段、１２、３２は送信手段、１３、３３は受信手段、１４、３４は高周波信号切替手段、３５は移動端末２０３のアンテナ、４１は基準発振器、４２は位置測位手段、４３は位相測定手段、４４は距離測定信号再生手段、４５は起点信号生成手段、４６は同期発振器、４７は距離測定信号生成手段、４８は位相同期発振器、４９は同期検出手段、５０は起点信号再生手段、５１、５２は接続端子である。
【００３１】
無線信号を用いた移動無線測位装置において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して接続し、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを介して前記基準局２０１と双方向通信を行う移動端末２０３とから構成され、前記基準局２０１が、少なくとも、制御手段１１と、送信手段１２と、受信手段１３と、高周波信号切替手段１４と、接続端子２１ａ〜２１ｄとを有し、前記制御手段１１の起点信号生成手段４５が起点信号を含む測位要求信号を生成し、前記送信手段３２が、前記起点信号を含む測位要求信号とは別に生成したシステム同期信号と識別信号とを更に含む高周波信号を、バースト信号としてかつ間欠的に送信し、前記高周波信号切替手段１４が、前記接続端子２１ａ〜２１ｄと伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄとを介し前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに向けて順次切替えて伝送し、
【００３２】
前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄが、前記基準局２０１から伝送される高周波信号を直接あるいは増幅器によって増幅し、アンテナ（記載せず）を介して無線信号として送信し、前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、高周波信号切替手段３４と、受信手段３３と、送信手段３２と、制御手段３１とを有し、更に、前記制御手段３１が起点信号再生手段５０と同期検出手段４９と同期発振手段４６と距離測定信号生成手段４７とを有し、アンテナ３５が受信した高周波信号を前記高周波信号切替手段３４が前記受信手段３３に接続し、前記受信手段３３が直接あるいは中間周波信号に変換して増幅し、前記起点信号再生手段４５が前記高周波信号に含まれる起点信号を再生し、
【００３３】
前記同期検出手段４９が前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が前記検出されたタイミングで起点信号と瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは前記起点信号再生手段４５と、同期検出手段４９と、同期発振手段４６とが遅延ロックループを構成し、前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、前記距離測定信号生成手段４７が前記同期発振手段４６あるいは遅延ロックループの出力信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記送信手段３２が前記生成された距離測定信号とは別に生成した少なくともシステム同期信号と識別信号とを含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミグで生成し、前記高周波信号切替手段３４が前記生成された高周波信号をアンテナ３５に接続して、無線信号として前記複数の中継局に向けて送信し、前記複数の中継手段が前記無線信号を各アンテナ（記載せず）で受信し、高周波信号として前記伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して前記基準局２０１に向けて伝送し、
【００３４】
前記基準局２０１が、前記高周波信号を、高周波信号切替手段１４によって、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応して受信手段１３に順次切替えて接続し、前記受信手段１３によって直接あるいは中間周波信号に変換して増幅し、前記制御手段１１の距離測定信号再生手段４４によって距離測定信号を再生し、前記同期発振器４６の出力信号を基準とし、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応して、前記再生した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記位相測定手段４３によって測定し、前記測定された複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応した複数組の測定結果から、前記位置測位手段４２よって、移動端末２０３の位置を、三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位することができる。
【００３５】
なお、前記制御手段１１もしくは３１において、前記距離測定信号再生手段４４が、前記中間周波信号から前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応して、距離測定信号を再生し、前記同期検出手段４６が、前記再生された距離測定信号の、立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が、前記検出されたタイミングで、前記再生された距離測定信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された距離測定信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、
【００３６】
あるいは前記距離測定信号再生手段５０と、同期検出手段４９と、同期発振手段４６とが遅延ロックループを構成し、前記再生された距離測定信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された距離測定信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記制御手段１１もしくは３１の位相測定手段４３において、前記起点信号生成手段４５によって生成された起点信号を基準として、前記距離測定信号と同期した同期信号の位相を測定することによって、前記距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を整数倍に拡大して測定することが可能となり、前記基準局２０１と複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄとの間の距離が比較的に短い場合でも高精度の測位が実現できる。
【００３７】
また、前記制御手段１１もしくは３１の位相同期発振器４８は、基準発振器４１から出力されるクロック信号に同期して周波数を逓倍し、同期発振手段４６、同期検出手段４９、信号再生手段４４、５０、もしくはこれらの組み合わせに逓倍されたクロック信号を供給し、同期検出手段４９の同期検出精度と、同期発振手段４６の同期確立精度とを向上させるために用いられる。
また、前記起点信号もしくは距離測定信号が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
また、前記基準局２０１から送信される高周波信号に少なくとも報知信号が含まれ、前記報知信号に、少なくとも、基準局の位置に関する情報、各中継局の位置に関する情報、各伝送ケーブルの長さに関する情報、あるいはこれらの組み合わせが含まれている。
【００３８】
また、前記基準局２０１もしくは移動端末２０３が前記移動端末２０３の位置を測位する際に、前記同期発振手段４６が生成する同期信号の周波数を、前記制御手段１１もしくは３１の位相測定手段４３に要求される測位レンジに合わせて設定し、あるいは前記同期発振手段４６が異なる周波数の複数の同期信号を生成し、前記複数の同期信号の中から、前記位相測定手段４３に要求される測位レンジに合わせて最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現できる。
また、前記位相測定手段４３の測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させ、あるいは切替えて設定することによって、最適の測位レンジを用いて前記移動体２０３の位置を高精度で測位することができる。
【００３９】
また、前記信号生成手段４５、４７、もしくは信号再生手段４４、５０において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器、あるいは前記位相同期発振器４８から供給される高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００４０】
また、前記同期発振手段４６が、基準発振器４１の発振周波数を位相同期発振器４８によって高い周波数に変換して駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタ、あるいは数値制御発振器によって構成され、前記同期検出手段４９が、少なくとも１２８ＭＨｚ以上の周波数のサンプリング信号を用いて、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングでセットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段４６が前記起点信号もしくは距離測定信号と瞬時に同期を確立し、かつ前記起点信号もしくは距離測定信号が停止しあるいは消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持できる。
【００４１】
また、前記位相測定手段４３が、前記再生した距離測定信号あるいは生成した同期信号の周波数の、４の整数倍のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、あるいはこれらの繰り返しであり、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、あるいはこれらの繰り返しであり、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行うことで、安価な回路でしかも高速であり、リアルタイムの積和演算が可能となる。
【００４２】
また、前記携帯端末２０３、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄ、基準局２０１、もしくはこれらの組合せの受信手段が、無線信号の伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置特定の結果をフイルタリングし、補正し、あるいは補完する。
また、前記携帯端末、中継局、もしくはこれらの両方に複数のアンテナを設けて周期的に切替え、前記複数のアンテナに対応して測定した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定した結果の内、比較的に小さく測定しあるいは算出したものを選択し、平均し、荷重平均し、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記測位結果を補正し、補完し、フイルタリングし、あるいはこれらの組み合わせを行うことで測位精度を改善することができる。
【００４３】
また、前記移動端末が、複数の基準局に接続された複数組の中継局から発信される無線信号を受信する場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、特定の基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を用いた位置特定の結果を荷重平均することで、位置特定精度を改善することができる。
また、前記携帯端末２０３もしくは基準局２０１において、無線信号を間欠発信する間隔を、内部に設けた自励発振器を用いて制御することによって、複数の携帯端末あるいは複数の基準局から無線信号を非同期で発信し、あるいは前記携帯端末の移動速度に応じて間欠発信の間隔を制御することで、無線信号を効率的に活用できる。
また、複数組の前記基準局２０１と複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄとが、アドホックネットワークを構成し、前記位置特定に必要な情報を交換することができる。また、ノードを設けて外部の通信回線にリンクすることも可能となる。
【００４４】
図５は本発明の第１の実施の形態によるタイミングチャートであり、６１は基準局２０１の起点信号生成手段４５で生成された起点信号、６１ａは伝送ケーブル１０１ａを経由して中継局２０２ａから無線信号として送信され移動端末２０３において再生される起点信号、６２ａは移動端末２０３において起点信号６１ａと同期を確立し同期を保持した距離測定信号、６３ａは移動端末２０３から送信される距離測定信号、６４ａは移動端末２０３から中継局２０２ａを介し伝送ケーブル１０１ａを経由して基準局２０１において再生される距離測定信号、６５ａは基準局２０１において前記距離測定信号と同期した同期信号、
【００４５】
６１ｂは伝送ケーブル１０１ｂを経由して中継局２０２ｂから無線信号として送信され移動端末２０３において再生される起点信号、６２ｂは移動端末２０３において起点信号６１ｂと同期を確立し同期を保持した距離測定信号、６３ｂは移動端末２０３から送信される距離測定信号、６４ｂは移動端末２０３から中継局２０２ｂを介し伝送ケーブル１０１ｂを経由して基準局２０１において再生される距離測定信号、６５ｂは基準局２０１において前記距離測定信号と同期した同期信号、６７は時分割同時送受信の間隔、６７ａは第１のタイムスロット、６７ｂは第２のタイムスロット、６８ａは中継局２０２ａを経由した距離測定信号の伝搬時間もしくは伝搬位相、６８ｂは中継局２０２ｂを経由した距離測定信号の伝搬時間もしくは伝搬位相である。
【００４６】
なお、前記同期信号６１ｄ、６２ｄは起点信号もしくは距離測定信号６１ｃ、６２ｃの周波数もしくはチップレートの整数倍に設定できるので、前記同期信号の周波数もしくはチップレートを高くとると、前記位相差１０３は大きくなるので、測位レンジを短くしたのと等価となり、前記位相差１０３は拡大されるので、更に測位精度が高くなることが分かる。例えば、同期信号の周波数が１ＭＨｚの場合、基準局２０１と移動端末との間の距離が１５０ｍの時３６０°位相が変化するのに対して、同期信号の周波数が８ＭＨｚの場合、１８．８ｍ毎に３６０°位相が変化するので、位相差の測定精度が±０．５°の場合、前者では測位精度が±２１ｃｍであるのに対して、後者では±２．６ｃｍとなるので誤差が１０分の１に改善できることが分かる。特に、同期信号６１ｄ、６２ｄは、起点信号もしくは距離測定信号６１ｃ、６２ｃが停止した後も、同期が比較的に長時間高安定に保持されるので、同期信号６１ｄと６２ｄとの間の位相差が比較的に長い時間をかけて測定可能となる。
【００４７】
また、前記基準局２０１から送信される起点信号６１をＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記第起点信号６１が伝送ケーブル１０１ａを伝送し、前記中継局２０２ａを経由して移動端末２０３に到達し、移動端末２０３において前記起点信号と同期した距離測定信号を生成し、移動端末２０３から無線伝搬路１０２ａを伝搬し、中継局２０２ａを経由し伝送ケーブル１０１ａを伝送して基準局２０３までの距離をＬａ（ｍ）とすると、基準局２０１における距離測定信号６４ａの位相は、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（Ｌａ）（２πｆ１）／Ｃ）｝に変化し、従って、同期信号６１ｄの位相φａは、φａ＝ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（Ｌａ）（２πｆ１）／Ｃ）｝となり、距離をＬａ（ｍ）が算出できる。ここで、Ｃは光の速度とする。同様に、中継局２０２ｂ〜２０２ｄを経由する距離Ｌｂ（ｍ）〜Ｌｄ（ｍ）が算出できるので、三角法もしくは双曲線航法により、前記移動端末２０３の位置を高精度で測位することができる。
【００４８】
また、図中に示すシステム同期信号は複数ビットのユニークワードであり、±１００ナノ秒程度の精度で前記基準局２０１と移動端末２０３との間の制御タイミングを合わせることができるが、この程度の精度で前記位相差を検出すると、距離の測定誤差が数十ｍと大きくなる問題点がある。そこで、起点信号を新たに設けて基準局２０１から複数の中継局を経由して送信し、移動端末２０３において前記起点信号と同期を確立した距離測定信号を生成して折返し、基準局２０１において前記起点信号を基準として距離測定信号の伝搬時間もしくは伝搬位相を測定することで、高精度の位置の測位を実現する。
【００４９】
また、ＭＡＣレイヤは、少なくとも、符号長、識別番号、相手先番号、報知信号、誤り訂正符号、もしくはこれらの組合せから構成され、前記システム同期信号とセットになって生成され、前記ＭＡＣレイヤの継続時間を０．５ｍｓ〜１ｍｓ程度とし、前記起点信号もしくは距離測定信号の継続時間を各々１ｍｓ程度とすると、４タイムスロットの合計で４．５ｍｓ〜５ｍｓ程度の継続時間となる。前記継続時間の間、基準局の基準発振器の周波数安定度と移動端末の基準発振器の周波数安定度に差がある場合でも、第１の起点信号もしくは距離測定信号〜第４の起点信号もしくは距離測定信号の間の相対的な位相関係は均一に保たれることになり、高精度の測位が可能となる効果がある。
また、前記システム同期信号とＭＡＣレイヤとを前記第２のタイムスロット〜第４のタイムスロットの起点信号もしくは距離測定信号の先頭に付加することもできる。
【００５０】
（実施の形態２）
図１、図３、図４は本発明の第２の実施の形態による移動無線測位装置の構成図である。図１、図３、図４において、２０１は基準局、２０２ａ〜２０２ｄは複数の中継局、２１ａ〜２１ｄは接続端子、１０１ａ〜１０１ｄは伝送ケーブル、２０３は携帯端末、１００、１０２ａ〜１０２ｄは無線信号の伝搬経路、１１、３１は制御手段、１２、３２は送信手段、１３、３３は受信手段、１４、３４は高周波信号切替手段、３５は移動端末２０３のアンテナ、４１は基準発振器、４２は距離算出手段、４３は位相測定手段、４４は距離測定信号再生手段、４５は起点信号生成手段、４６は同期発振器、４７は距離測定信号生成手段、４８は位相同期発振器、４９は同期検出手段、５０は起点信号再生手段、５１、５２は接続端子である。
【００５１】
無線信号を用いた移動無線測位装置において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して接続し、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを介して前記基準局２０１と双方向通信を行う移動端末２０３とから構成され、前記移動端末２０３が、少なくとも、制御手段３１と、送信手段３２と、受信手段３３と、高周波信号切替手段３４と、アンテナ３５とを有し、前記制御手段３１の起点信号生成手段４５が起点信号を含む測位要求信号を生成し、前記送信手段３２が、前記起点信号を含む測位要求信号とは別に生成したシステム同期信号と識別信号とを更に含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記高周波信号切替手段３４とアンテナ３５とを介し前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに向けて送信し、
【００５２】
前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄが、前記移動端末２０３から送信された無線信号を受信して直接あるいは低雑音増幅器によって増幅し、前記伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して高周波信号として伝送し、前記基準局２０１が、少なくとも、高周波信号切替手段１４と、受信手段１３と、送信手段１２と、制御手段１１とを有し、更に、前記制御手段１１が起点信号再生手段５０と同期検出手段４９と同期発振手段４６と距離測定信号生成手段４７とを有し、前記高周波信号切替手段１４が前記伝送された高周波信号を前記複数の中継局に対応して順次かつ周期的に切替えて前記受信手段１３に接続し、前記受信手段１３が直接あるいは中間周波信号に変換して増幅し、前記起点信号再生手段４５が前記高周波信号に含まれる起点信号を再生し、
【００５３】
前記同期検出手段４９が前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が前記検出されたタイミングで起点信号と瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは前記起点信号再生手段４５と、同期検出手段４９と、同期発振手段４６とが遅延ロックループを構成し、前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、前記距離測定信号生成手段４７が前記同期発振手段４６あるいは遅延ロックループの出力信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記送信手段１２が前記生成された距離測定信号とは別に生成した少なくともシステム同期信号と識別信号とを含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミングで生成し、前記高周波信号切替手段１４が前記生成された高周波信号を順次かつ周期的に切替えて前記伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して前記複数の中継局に向けて伝送し、前記複数の中継手段が各アンテナ（記載せず）を介して無線信号として前記移動端末２０３に向けて送信し、
【００５４】
前記移動端末２０３が、前記無線信号をアンテナ３５を介して受信し、高周波信号切替手段３４によって受信手段３３に接続し、受信手段３３によって直接あるいは中間周波信号に変換して増幅し、制御手段３１の距離測定信号再生手段４４によって距離測定信号を再生し、前記再生した距離測定信号の位相を前記同期発振器４６の出力信号を基準とし前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応して位相測定手段４３によって伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段４２よって測定された複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応した複数組の測定結果から、自局の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位することができる。
【００５５】
図２は、本発明の第１の形態および第２の形態によるによる移動無線測位装置の測位原理の説明図である。図２において、３００は地面あるいは移動端末２０３のアンテナの高さ、２０２ａ、２０２ｂは中継局、２１１ａは前記中継局２０２ａと２０２ｂとの中間点の真下の位置、２１１ｂは前記中継局２０２ｂの真下の位置、２１１ｃは前記中間点の真下の位置２１１ａから距離２１２ｃ（例えば５．５ｍ）の位置、２１２ａは各中継局の間隔（例えば１ｍ）、２１２ｂは各中継局の高さ（例えば５ｍ）とする。移動端末２０３が地点２１１ａにある場合には各中継局２０２ａ、２０２ｂが受信する無線信号に含まれる距離測定信号の位相は同相であるが、地点２１１ｂ、２１１ｃにある場合には中継局２０２ａから受信する無線信号に含まれる距離測定信号の方が、中継局２０２ｂから受信する無線信号に含まれる距離測定信号より遅れていることになる。
【００５６】
前記移動端末２０３の同期発振手段が生成する同期信号の周波数を８ＭＨｚとすると測位レンジを１８．８ｍとなるので、４局の中継局から各４回の測位結果の移動平均値をとった場合の位相測定精度として±０．５°程度が実現できることから、測位誤差ΔＬは、ΔＬ＝±０．５°×（１８．８ｍ／３６０°）≒±２．６ｃｍ程度となる。一方、（１）中継局２０２ａから地点２１１ｂまでの距離は５．１ｍであり、中継局２０２ｂから地点２１１ｂまでの距離５ｍであるので、両者の距離差は０．１ｍとなり、位相差ΔΦは、ΔΦ＝３６０°×（０．１ｍ／１０ｍ）≒３．６°となり、（２）中継局２０２ａから地点２１１ｃまでの距離は約７．８１ｍ、中継局２０２ｂから地点２１１ｃまでの距離は約７．０７ｍであるから、両者の距離差は０．７４ｍとなり、位相差ΔΦは、ΔΦ＝３６０°×（０．７４ｍ／１０ｍ）＝２６．６４°となり、何れも±２．６ｃｍ程度の誤差で測位が可能となる。
【００５７】
以上の説明では、単一の周波数の距離測定信号あるいはこれに同期した同期信号を用いる場合について説明したが、位相変化ΔΦを、０＜ΔΦ＜２πに制限する必要がある。距離測定信号の周波数については、法規上の制約から、周波数の上限が抑えられており、自由に周波数を選択できないことから、同期信号信号として、周波数が異なる複数の同期信号を用いることで、複数の測位レンジで位置を測位できることになり、測位したい位置に最適の測位レンジを合わせることで、精密な位置の検知が可能となるメリットが得られる。
また、前記制御手段によって生成する周波数が異なる複数の起点信号もしくは距離測定信号を、周波数分割多重方式、あるいはＯＦＤＭ方式で同時送信することができる。
【００５８】
また、前記無線信号として、超音波信号、高周波信号、もしくは光信号を用いることができる。なお、超音波信号もしくは光信号の場合には、アンテナの代わりに、送受波器を用いる。
また、無線信号として、時分割同時送受話（ＴＤＤ）方式の代わりに、周波数分割同時送受話（ＦＤＤ）方式を用いても同様な効果が得られる。
また、前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令に定められた周波数、基準局および各中継局で異なる拡散符号、もしくはこれらの組み合わせによる周波数を割当てることが出来れば、ＧＰＳをシームレス化できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、金属反射物が散在する工場内もしくは倉庫内などで、高精度の位置測位装置が安価に実現できるほか、移動端末としてＲＦタグに置き換えて物流管理にも応用できる。
なお、本発明の移動無線測位技術は基盤技術であり、上記以外に多分野での利用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施の形態による移動無線測位装置の構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態による移動無線測位装置の測位原理の説明図
【図３】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態による基準局および移動端末の構成図
【図４】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態による制御手段の構成図
【図５】本発明の第１の実施の形態によるタイミングチャート
【図６】従来の実施例を示す構成図
【符号の説明】
【００６１】
１ ＲＴＫ測位システム
２ 複数のスードライト
３ 固定基準局受信手段
４ 移動基準局受信手段
５ ローバー受信手段
６ 利用者処理ユニット
７ データリンク
１０１ａ〜１０１ｄ 基準局と中継局の間の伝送ケーブル
１０２ａ〜１０２ｄ 中継局と移動端末との間の無線信号の伝搬経路
２０１ 基準局
２０２ａ〜２０２ｄ 複数の中継局
２０３ 移動端末
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基準局の周辺に間隔をおいて複数の中継局を配置し、前記基準局と複数の中継局との間を各々異なる複数の伝送ケーブルを介して接続し、前記基準局と移動端末との間で前記複数の中継局を介して双方向通信を行うことによって、前記移動端末の位置を高精度で測位できる移動無線測位装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の発信手段を用いて測位を行なうシステムが提案されている。（例えば、特許文献１〜３参照）
【特許文献１】特開２００５−０８３８８８号
【特許文献２】特開２００６−０２３２６１号
【特許文献３】特開２００７−０１０６３９号
【０００３】
図６は、特許文献１に記載されている従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」の実施例である。
図６において、１は、ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）測位を利用して利用者の測位を行うＲＴＫ測位システムである。
このＲＴＫ測位システム１は、４基のスードライト２と、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信手段５と、利用者処理ユニット６と、データリンク７とにより構成されている。
ここで、スードライト２は、衛星の代わりの信号源として使用され、利用者の３次元測位を行う場合は、少なくとも４基必要であり、２次元測位を行う場合は、少なくとも３基が必要であるとされている。
【０００４】
上記のように、従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」では３次元の測位を行なうために少なくとも４基のスードライト（擬似衛星局）が必要であり、更に、利用者処理ユニット６の他に、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信機５と、データリンク７が必要であることから、システムが複雑であり、取り扱いが煩雑であり、高価となる問題点があった。
【０００５】
一方、特許文献２に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、発信手段1の指向性アンテナの方向３１に対向して受信手段２の指向性アンテナ２１ａと２１ｂを向け、発信手段１が高周波信号を発信中に指向性アンテナ２１ａと２１ｂを切替えた時に受信した高周波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせの変化をリアルタイムで検知し、当該発信手段1が位置する方向を検知し、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知するとされているが、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知する手段あるいは方法が明確にされておらず、受信手段２の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていない問題点がある。
【０００６】
また、特許文献３に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、固定される側の発信手段に複数のアンテナを接続し、当該アンテナから個別のシステム同期信号と同期しあるいは直交する複数の測定用信号を周期的に発信し、移動体が携帯する受信手段において当該システム同期信号を受信して相対距離と方向を検知し、相対距離が短いものの平均値から方向を検知することで高い精度で方向を検知するとされているが、相対距離と方向を高精度で検知するための当該システム同期信号あるいは個別の同期信号の役割が記述されたおらず、単一の同期信号を用いるとされているため十分な測位精度が得られないこと、また、受信手段の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていないことなどの問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、基準局の周辺に間隔をおいて複数の中継局を配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブルを介して接続し、前記複数の中継局を介して基準局と移動端末との間で双方向通信を行うことによって、前記移動端末の位置を高精度で測位できる移動無線測位装置を安価に実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる移動無線測位装置は、基準局の周辺に間隔をおいて複数の中継局を配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブルを介して接続し、各中継局を介して移動端末との間で双方向通信を行い、移動端末もしくは基準局の何れかで各中継局を経由した距離を高精度で測定し、三角法もしくは双曲線航法によって移動端末の位置を高精度で測位するためのものであり、例えば、基準局において移動端末の位置を測位する場合、基準局において、移動端末の位置を測位するために、少なくとも起点信号を含む測位要求信号を生成し、前記測位要求信号を含む高周波信号を前記複数の中継局に向け、各々の伝送ケーブルを経由してバースト信号として間欠的に伝送し、
【０００９】
前記複数の中継局において、前記高周波信号を直接あるいは増幅器を用いて増幅し、各々の中継局からアンテナを介して無線信号として移動端末に向けて送信し、前記移動端末で、前記複数の中継局から受信した無線信号から前記複数の中継局に対応して少なくとも起点信号を再生し、前記再生した起点信号と同期発振手段とを高精度で瞬時に同期を確立して保持し、前記同期発振手段の出力信号と同期しあるいは直交したた距離測定信号を生成し、少なくとも前記生成した距離測定信号を含む無線信号を前記複数の中継局に向けて送信し、
【００１０】
前記複数の中継局において前記無線信号を各アンテナによって受信して高周波信号とし、前記各伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、前記基準局において、前記高周波信号を各中継局に対応して選択し、各選択して高周波信号から少なくとも距離測定信号を再生し、前記再生した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記生成した起点信号を基準として高精度で測定し、前記測定結果から、前記移動端末の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位を行うものとする。同様に、移動端末において自局の位置を測位する場合には逆の手順で行うものとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の移動無線測位装置では、前記生成した起点信号を基準として、再生した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定することによって、前記移動端末の位置を三角法もしくは双曲線航法によって、安価に高精度で測位を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明に係わる移動無線測位装置１００は、図１、図３、図４、および請求項１に本発明の第１の実施の形態を示すように、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための移動無線測位装置において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記基準局２０１が、少なくとも、制御手段１１と、送信手段１２と、受信手段１３と、高周波信号切替手段１４とを有し、
【００１３】
前記制御手段１１が少なくとも間欠送信のタイミング信号を生成し、前記タイミング信号に同期して少なくとも起点信号を含む測位要求信号を生成し、前記送信手段１２が前記生成された測位要求信号を含む高周波信号を送信し、前記高周波信号切替手段１４が、前記生成された高周波信号を、各伝送ケーブルを介して、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに向けて順次に切替えて伝送し、前記複数の中継局が、前記無測位要求信号を含む高周波信号を、各アンテナ（記載せず）を介して無線信号として前記移動端末２０３に向けて送信し、
【００１４】
前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、高周波信号切替手段３４と、受信手段３３と、送信手段３２と、制御手段３１とを有し、前記高周波信号切替手段３４が、アンテナ３５を前記受信手段３３に接続して待受け、前記受信手段が、前記アンテナ３５で受信した高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、前記制御手段３１が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から少なくとも測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生された起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された起点信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは遅延ロックループを構成して前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号に同期をしあるいは直交する距離測定信号を生成し、
【００１５】
前記送信手段３２が前記生成された距離測定信号を含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミングで生成し、前記高周波信号切替手段３４が、前記送信手段を時分割のタイミングでアンテナに接続し、前記距離測定信号を含む高周波信号を無線信号としてアンテナ３５を介して前記複数の中継手段に向けて送信し、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄが、前記無線信号を各アンテナで受信して距離測定信号を含む高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記各伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、
【００１６】
前記基準局２０１において、前記高周波信号切替手段１４が前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄの内から各伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して伝送される高周波信号を周期的に切替えながら選択し、前記受信手段１３が前記選択された高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、前記制御手段１１が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から前記複数の中継局に対応して少なくとも距離測定信号を再生し、前記複数の中継局に対応して距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記生成した起点信号を基準として測定し、前記複数の中継局に対応した複数組の測定結果から、前記移動端末２０３の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位を行う。
【００１７】
また、図１、図３、図４、および請求項２に本発明の第２の実施の形態を示すように、無線信号を用いて移動端末２０３の位置を高精度で測位するための移動無線測位装置において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄで接続し、前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、制御手段３１と、送信手段３２と、受信手段３３と、高周波信号切替手段３４とを有し、
【００１８】
前記制御手段３１が、少なくとも間欠送信のタイミング信号を生成し、前記タイミング信号に同期して少なくとも起点信号を含む測位要求信号を生成し、前記送信手段３２が、前記生成された測位要求信号を含む高周波信号を生成し、アンテナ３５を介して無線信号として前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに向けてバースト信号として間欠的に送信し、
【００１９】
前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄが、前記無線信号を各アンテナ（記載せず）で受信して測位要求信号を含む高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記各伝送ケーブルを介して基準局２０１に向けて伝送し、前記基準局が、少なくとも、高周波信号切替手段１４と、受信手段１３と、送信手段１２と、制御手段１１とを有し、前記高周波信号切替手段１４が前記複数の中継局の内から各伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して伝送される高周波信号を周期的に切替えながら選択し、前記受信手段１３が前記選択された高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、
【００２０】
前記制御手段１１が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から少なくとも測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生された起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された起点信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは遅延ロックループを構成して前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号に同期をしあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記送信手段１２が前記生成された距離測定信号を含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミングで生成し、前記高周波信号切替手段１４が、前記距離測定信号を含む高周波信号を周期的に切替えながら、各伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに向けて順次に伝送し、
【００２１】
前記複数の中継局が、前記各伝送ケーブルを介して伝送された前記高周波信号を、アンテナを介して無線信号として前記移動端末に向けて送信し、前記移動端末２０３において、前記受信手段３３が、前記複数の中継局から送信される無線信号をアンテナ３５で受信して高周波信号とし、直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、前記制御手段３１が、前記中間周波信号から前記複数の中継局に対応して少なくとも距離測定信号を再生し、前記複数の中継局に対応して距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記生成した起点信号を基準として測定し、前記複数の中継局に対応した複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位を行う。
【００２２】
また、図４、および請求項３に示すように、前記制御手段１１、３１が、少なくとも、信号再生手段４４、５０と、同期検出手段４９と、同期発振手段４６とを有し、前記信号再生手段が前記高周波信号もしくは中間周波信号から起点信号もしくは距離測定信号を再生し、前記同期検出手段が、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の、立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成する。
【００２３】
また、請求項４に示すように、前記距離測定信号が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
また、請求項５に示すように、前記基準局２０１から送信される高周波信号に少なくとも報知信号が含まれ、前記報知信号に、少なくとも、基準局の位置に関する情報、各中継局の位置に関する情報、各伝送ケーブルの長さに関する情報、あるいはこれらの組み合わせが含まれている。
【００２４】
また、請求項６に示すように、前記基準局２０１もしくは移動端末２０３が前記移動端末２０３の位置を測位する際に、前記制御手段１１、３１が、前記再生された距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された距離測定信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された距離測定信号に同期をしあるいは直交する同期信号を生成し、前記生成する同期信号の周波数を、前記制御手段に要求される測位レンジに合わせて設定し、あるいは前記制御手段が周波数の異なる複数の同期信号を生成し、前記複数の同期信号の中から、前記制御手段に要求される測位レンジに合わせて、最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現する。
【００２５】
また、請求項７に示すように、前記制御手段１１、３１が、測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させ、あるいは切替えて設定することによって、最適の測位レンジを用いて前記移動端末２０３の位置を高精度で測位する。
また、請求項８に示すように、前記制御手段１１、３１の信号生成手段４５、４７もしくは信号再生手段４４、５０において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のサンプリング信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００２６】
また、請求項９に示すように、前記制御手段１１、３１が、少なくとも、基準発振器４１と、位相同期発振器４８と、同期検出手段４９と、同期発振手段４６とを含み、前記同期発振手段４６が、前記基準発振器４１の発振周波数を位相同期発振器４８によって高い周波数に変換して駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記同期検出手段４９が、少なくとも１２８ＭＨｚ以上の周波数のサンプリング信号を用いて、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで前記同期発振手段４６をセットしあるいはリセットすることによって、前記同期発振手段４６が、前記起点信号もしくは距離測定信号と短時間で瞬時に同期を確立し、かつ前記起点信号もしくは距離測定信号が停止しあるいは消滅した後も、比較的に長時間同期を保持できる。
【００２７】
また、請求項１０に示すように、前記制御手段１１、３１の位相測定手段４３が、前記再生した起点信号もしくは距離測定信号あるいは生成した同期信号の周波数の、４の整数倍のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、あるいはこれらの繰り返しであり、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、あるいはこれらの繰り返しであり、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行う。
【００２８】
また、請求項１１に示すように、前記受信手段１３、３３が、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号もしくは高周波信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、あるいは前記制御手段１１、３１で距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定した結果を分析し、あるいはこれらの両方の分析を行い、前記測位の結果を補正し、補完し、フイルタリングし、あるいはこれらの組み合わせを行う。
【００２９】
また、請求項１２に示すように、前記携帯端末２０３、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄ、もしくはこれらの両方が、複数のアンテナを設けて周期的に切替え、前記複数のアンテナに対応して測定した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定した結果の内、比較的に小さく測定しあるいは算出したものを選択し、平均し、荷重平均し、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記測位結果を補正し、補完し、フイルタリングし、あるいはこれらの組み合わせを行う。
また、請求項１３に示すように、前記無線信号の周波数が、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令によって定められた周波数、もしくはこれらの組み合わせである。
【００３０】
（実施の形態１）
図１、図３、および図４は、本発明の第１の実施の形態による移動無線測位装置の構成図である。図１、図３、図４において、２０１は基準局、２０２ａ〜２０２ｄは複数の中継局、２１ａ〜２１ｄは接続端子、１０１ａ〜１０１ｄは伝送ケーブル、２０３は携帯端末、１０２ａ〜１０２ｄは無線信号の伝搬経路、１１、３１は制御手段、１２、３２は送信手段、１３、３３は受信手段、１４、３４は高周波信号切替手段、３５は移動端末２０３のアンテナ、４１は基準発振器、４２は位置測位手段、４３は位相測定手段、４４は距離測定信号再生手段、４５は起点信号生成手段、４６は同期発振器、４７は距離測定信号生成手段、４８は位相同期発振器、４９は同期検出手段、５０は起点信号再生手段、５１、５２は接続端子である。
【００３１】
無線信号を用いた移動無線測位装置において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して接続し、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを介して前記基準局２０１と双方向通信を行う移動端末２０３とから構成され、前記基準局２０１が、少なくとも、制御手段１１と、送信手段１２と、受信手段１３と、高周波信号切替手段１４と、接続端子２１ａ〜２１ｄとを有し、前記制御手段１１の起点信号生成手段４５が起点信号を含む測位要求信号を生成し、前記送信手段３２が、前記起点信号を含む測位要求信号とは別に生成したシステム同期信号と識別信号とを更に含む高周波信号を、バースト信号としてかつ間欠的に送信し、前記高周波信号切替手段１４が、前記接続端子２１ａ〜２１ｄと伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄとを介し前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに向けて順次切替えて伝送し、
【００３２】
前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄが、前記基準局２０１から伝送される高周波信号を直接あるいは増幅器によって増幅し、アンテナ（記載せず）を介して無線信号として送信し、前記移動端末２０３が、少なくとも、アンテナ３５と、高周波信号切替手段３４と、受信手段３３と、送信手段３２と、制御手段３１とを有し、更に、前記制御手段３１が起点信号再生手段５０と同期検出手段４９と同期発振手段４６と距離測定信号生成手段４７とを有し、アンテナ３５が受信した高周波信号を前記高周波信号切替手段３４が前記受信手段３３に接続し、前記受信手段３３が直接あるいは中間周波信号に変換して増幅し、前記起点信号再生手段４５が前記高周波信号に含まれる起点信号を再生し、
【００３３】
前記同期検出手段４９が前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が前記検出されたタイミングで起点信号と瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは前記起点信号再生手段４５と、同期検出手段４９と、同期発振手段４６とが遅延ロックループを構成し、前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、前記距離測定信号生成手段４７が前記同期発振手段４６あるいは遅延ロックループの出力信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記送信手段３２が前記生成された距離測定信号とは別に生成した少なくともシステム同期信号と識別信号とを含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミグで生成し、前記高周波信号切替手段３４が前記生成された高周波信号をアンテナ３５に接続して、無線信号として前記複数の中継局に向けて送信し、前記複数の中継手段が前記無線信号を各アンテナ（記載せず）で受信し、高周波信号として前記伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して前記基準局２０１に向けて伝送し、
【００３４】
前記基準局２０１が、前記高周波信号を、高周波信号切替手段１４によって、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応して受信手段１３に順次切替えて接続し、前記受信手段１３によって直接あるいは中間周波信号に変換して増幅し、前記制御手段１１の距離測定信号再生手段４４によって距離測定信号を再生し、前記同期発振器４６の出力信号を基準とし、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応して、前記再生した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記位相測定手段４３によって測定し、前記測定された複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応した複数組の測定結果から、前記位置測位手段４２よって、移動端末２０３の位置を、三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位することができる。
【００３５】
なお、前記制御手段１１もしくは３１において、前記距離測定信号再生手段４４が、前記中間周波信号から前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応して、距離測定信号を再生し、前記同期検出手段４６が、前記再生された距離測定信号の、立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が、前記検出されたタイミングで、前記再生された距離測定信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された距離測定信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、
【００３６】
あるいは前記距離測定信号再生手段５０と、同期検出手段４９と、同期発振手段４６とが遅延ロックループを構成し、前記再生された距離測定信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された距離測定信号の周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで同期信号を生成し、前記制御手段１１もしくは３１の位相測定手段４３において、前記起点信号生成手段４５によって生成された起点信号を基準として、前記距離測定信号と同期した同期信号の位相を測定することによって、前記距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を整数倍に拡大して測定することが可能となり、前記基準局２０１と複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄとの間の距離が比較的に短い場合でも高精度の測位が実現できる。
【００３７】
また、前記制御手段１１もしくは３１の位相同期発振器４８は、基準発振器４１から出力されるクロック信号に同期して周波数を逓倍し、同期発振手段４６、同期検出手段４９、信号再生手段４４、５０、もしくはこれらの組み合わせに逓倍されたクロック信号を供給し、同期検出手段４９の同期検出精度と、同期発振手段４６の同期確立精度とを向上させるために用いられる。
また、前記起点信号もしくは距離測定信号が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
また、前記基準局２０１から送信される高周波信号に少なくとも報知信号が含まれ、前記報知信号に、少なくとも、基準局の位置に関する情報、各中継局の位置に関する情報、各伝送ケーブルの長さに関する情報、あるいはこれらの組み合わせが含まれている。
【００３８】
また、前記基準局２０１もしくは移動端末２０３が前記移動端末２０３の位置を測位する際に、前記同期発振手段４６が生成する同期信号の周波数を、前記制御手段１１もしくは３１の位相測定手段４３に要求される測位レンジに合わせて設定し、あるいは前記同期発振手段４６が異なる周波数の複数の同期信号を生成し、前記複数の同期信号の中から、前記位相測定手段４３に要求される測位レンジに合わせて最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現できる。
また、前記位相測定手段４３の測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させ、あるいは切替えて設定することによって、最適の測位レンジを用いて前記移動体２０３の位置を高精度で測位することができる。
【００３９】
また、前記信号生成手段４５、４７、もしくは信号再生手段４４、５０において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器、あるいは前記位相同期発振器４８から供給される高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００４０】
また、前記同期発振手段４６が、基準発振器４１の発振周波数を位相同期発振器４８によって高い周波数に変換して駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタ、あるいは数値制御発振器によって構成され、前記同期検出手段４９が、少なくとも１２８ＭＨｚ以上の周波数のサンプリング信号を用いて、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングでセットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記同期発振手段４６が前記起点信号もしくは距離測定信号と瞬時に同期を確立し、かつ前記起点信号もしくは距離測定信号が停止しあるいは消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持できる。
【００４１】
また、前記位相測定手段４３が、前記再生した距離測定信号あるいは生成した同期信号の周波数の、４の整数倍のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、あるいはこれらの繰り返しであり、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、あるいはこれらの繰り返しであり、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行うことで、安価な回路でしかも高速であり、リアルタイムの積和演算が可能となる。
【００４２】
また、前記携帯端末２０３、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄ、基準局２０１、もしくはこれらの組合せの受信手段が、無線信号の伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置特定の結果をフイルタリングし、補正し、あるいは補完する。
また、前記携帯端末、中継局、もしくはこれらの両方に複数のアンテナを設けて周期的に切替え、前記複数のアンテナに対応して測定した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定した結果の内、比較的に小さく測定しあるいは算出したものを選択し、平均し、荷重平均し、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記測位結果を補正し、補完し、フイルタリングし、あるいはこれらの組み合わせを行うことで測位精度を改善することができる。
【００４３】
また、前記移動端末が、複数の基準局に接続された複数組の中継局から発信される無線信号を受信する場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、特定の基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を用いた位置特定の結果を荷重平均することで、位置特定精度を改善することができる。
また、前記携帯端末２０３もしくは基準局２０１において、無線信号を間欠発信する間隔を、内部に設けた自励発振器を用いて制御することによって、複数の携帯端末あるいは複数の基準局から無線信号を非同期で発信し、あるいは前記携帯端末の移動速度に応じて間欠発信の間隔を制御することで、無線信号を効率的に活用できる。
また、複数組の前記基準局２０１と複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄとが、アドホックネットワークを構成し、前記位置特定に必要な情報を交換することができる。また、ノードを設けて外部の通信回線にリンクすることも可能となる。
【００４４】
図５は本発明の第１の実施の形態によるタイミングチャートであり、６１は基準局２０１の起点信号生成手段４５で生成された起点信号、６１ａは伝送ケーブル１０１ａを経由して中継局２０２ａから無線信号として送信され移動端末２０３において再生される起点信号、６２ａは移動端末２０３において起点信号６１ａと同期を確立し同期を保持した距離測定信号、６３ａは移動端末２０３から送信される距離測定信号、６４ａは移動端末２０３から中継局２０２ａを介し伝送ケーブル１０１ａを経由して基準局２０１において再生される距離測定信号、６５ａは基準局２０１において前記距離測定信号と同期した同期信号、
【００４５】
６１ｂは伝送ケーブル１０１ｂを経由して中継局２０２ｂから無線信号として送信され移動端末２０３において再生される起点信号、６２ｂは移動端末２０３において起点信号６１ｂと同期を確立し同期を保持した距離測定信号、６３ｂは移動端末２０３から送信される距離測定信号、６４ｂは移動端末２０３から中継局２０２ｂを介し伝送ケーブル１０１ｂを経由して基準局２０１において再生される距離測定信号、６５ｂは基準局２０１において前記距離測定信号と同期した同期信号、６７は時分割同時送受信の間隔、６７ａは第１のタイムスロット、６７ｂは第２のタイムスロット、６８ａは中継局２０２ａを経由した距離測定信号の伝搬時間もしくは伝搬位相、６８ｂは中継局２０２ｂを経由した距離測定信号の伝搬時間もしくは伝搬位相である。
【００４６】
なお、前記同期信号６１ｄ、６２ｄは起点信号もしくは距離測定信号６１ｃ、６２ｃの周波数もしくはチップレートの整数倍に設定できるので、前記同期信号の周波数もしくはチップレートを高くとると、前記位相差１０３は大きくなるので、測位レンジを短くしたのと等価となり、前記位相差１０３は拡大されるので、更に測位精度が高くなることが分かる。例えば、同期信号の周波数が１ＭＨｚの場合、基準局２０１と移動端末との間の距離が１５０ｍの時３６０°位相が変化するのに対して、同期信号の周波数が８ＭＨｚの場合、１８．８ｍ毎に３６０°位相が変化するので、位相差の測定精度が±０．５°の場合、前者では測位精度が±２１ｃｍであるのに対して、後者では±２．６ｃｍとなるので誤差が１０分の１に改善できることが分かる。特に、同期信号６１ｄ、６２ｄは、起点信号もしくは距離測定信号６１ｃ、６２ｃが停止した後も、同期が比較的に長時間高安定に保持されるので、同期信号６１ｄと６２ｄとの間の位相差が比較的に長い時間をかけて測定可能となる。
【００４７】
また、前記基準局２０１から送信される起点信号６１をＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記第起点信号６１が伝送ケーブル１０１ａを伝送し、前記中継局２０２ａを経由して移動端末２０３に到達し、移動端末２０３において前記起点信号と同期した距離測定信号を生成し、移動端末２０３から無線伝搬路１０２ａを伝搬し、中継局２０２ａを経由し伝送ケーブル１０１ａを伝送して基準局２０３までの距離をＬａ（ｍ）とすると、基準局２０１における距離測定信号６４ａの位相は、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（Ｌａ）（２πｆ１）／Ｃ）｝に変化し、従って、同期信号６１ｄの位相φａは、φａ＝ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（Ｌａ）（２πｆ１）／Ｃ）｝となり、距離をＬａ（ｍ）が算出できる。ここで、Ｃは光の速度とする。同様に、中継局２０２ｂ〜２０２ｄを経由する距離Ｌｂ（ｍ）〜Ｌｄ（ｍ）が算出できるので、三角法もしくは双曲線航法により、前記移動端末２０３の位置を高精度で測位することができる。
【００４８】
また、図中に示すシステム同期信号は複数ビットのユニークワードであり、±１００ナノ秒程度の精度で前記基準局２０１と移動端末２０３との間の制御タイミングを合わせることができるが、この程度の精度で前記位相差を検出すると、距離の測定誤差が数十ｍと大きくなる問題点がある。そこで、起点信号を新たに設けて基準局２０１から複数の中継局を経由して送信し、移動端末２０３において前記起点信号と同期を確立した距離測定信号を生成して折返し、基準局２０１において前記起点信号を基準として距離測定信号の伝搬時間もしくは伝搬位相を測定することで、高精度の位置の測位を実現する。
【００４９】
また、ＭＡＣレイヤは、少なくとも、符号長、識別番号、相手先番号、報知信号、誤り訂正符号、もしくはこれらの組合せから構成され、前記システム同期信号とセットになって生成され、前記ＭＡＣレイヤの継続時間を０．５ｍｓ〜１ｍｓ程度とし、前記起点信号もしくは距離測定信号の継続時間を各々１ｍｓ程度とすると、４タイムスロットの合計で４．５ｍｓ〜５ｍｓ程度の継続時間となる。前記継続時間の間、基準局の基準発振器の周波数安定度と移動端末の基準発振器の周波数安定度に差がある場合でも、第１の起点信号もしくは距離測定信号〜第４の起点信号もしくは距離測定信号の間の相対的な位相関係は均一に保たれることになり、高精度の測位が可能となる効果がある。
また、前記システム同期信号とＭＡＣレイヤとを前記第２のタイムスロット〜第４のタイムスロットの起点信号もしくは距離測定信号の先頭に付加することもできる。
【００５０】
（実施の形態２）
図１、図３、図４は本発明の第２の実施の形態による移動無線測位装置の構成図である。図１、図３、図４において、２０１は基準局、２０２ａ〜２０２ｄは複数の中継局、２１ａ〜２１ｄは接続端子、１０１ａ〜１０１ｄは伝送ケーブル、２０３は携帯端末、１００、１０２ａ〜１０２ｄは無線信号の伝搬経路、１１、３１は制御手段、１２、３２は送信手段、１３、３３は受信手段、１４、３４は高周波信号切替手段、３５は移動端末２０３のアンテナ、４１は基準発振器、４２は距離算出手段、４３は位相測定手段、４４は距離測定信号再生手段、４５は起点信号生成手段、４６は同期発振器、４７は距離測定信号生成手段、４８は位相同期発振器、４９は同期検出手段、５０は起点信号再生手段、５１、５２は接続端子である。
【００５１】
無線信号を用いた移動無線測位装置において、少なくとも１つの基準局２０１の周辺に、複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して接続し、前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄを介して前記基準局２０１と双方向通信を行う移動端末２０３とから構成され、前記移動端末２０３が、少なくとも、制御手段３１と、送信手段３２と、受信手段３３と、高周波信号切替手段３４と、アンテナ３５とを有し、前記制御手段３１の起点信号生成手段４５が起点信号を含む測位要求信号を生成し、前記送信手段３２が、前記起点信号を含む測位要求信号とは別に生成したシステム同期信号と識別信号とを更に含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記高周波信号切替手段３４とアンテナ３５とを介し前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに向けて送信し、
【００５２】
前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄが、前記移動端末２０３から送信された無線信号を受信して直接あるいは低雑音増幅器によって増幅し、前記伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して高周波信号として伝送し、前記基準局２０１が、少なくとも、高周波信号切替手段１４と、受信手段１３と、送信手段１２と、制御手段１１とを有し、更に、前記制御手段１１が起点信号再生手段５０と同期検出手段４９と同期発振手段４６と距離測定信号生成手段４７とを有し、前記高周波信号切替手段１４が前記伝送された高周波信号を前記複数の中継局に対応して順次かつ周期的に切替えて前記受信手段１３に接続し、前記受信手段１３が直接あるいは中間周波信号に変換して増幅し、前記起点信号再生手段４５が前記高周波信号に含まれる起点信号を再生し、
【００５３】
前記同期検出手段４９が前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段４６が前記検出されたタイミングで起点信号と瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは前記起点信号再生手段４５と、同期検出手段４９と、同期発振手段４６とが遅延ロックループを構成し、前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、前記距離測定信号生成手段４７が前記同期発振手段４６あるいは遅延ロックループの出力信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記送信手段１２が前記生成された距離測定信号とは別に生成した少なくともシステム同期信号と識別信号とを含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミングで生成し、前記高周波信号切替手段１４が前記生成された高周波信号を順次かつ周期的に切替えて前記伝送ケーブル１０１ａ〜１０１ｄを介して前記複数の中継局に向けて伝送し、前記複数の中継手段が各アンテナ（記載せず）を介して無線信号として前記移動端末２０３に向けて送信し、
【００５４】
前記移動端末２０３が、前記無線信号をアンテナ３５を介して受信し、高周波信号切替手段３４によって受信手段３３に接続し、受信手段３３によって直接あるいは中間周波信号に変換して増幅し、制御手段３１の距離測定信号再生手段４４によって距離測定信号を再生し、前記再生した距離測定信号の位相を前記同期発振器４６の出力信号を基準とし前記複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応して位相測定手段４３によって伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定し、前記位置測位手段４２よって測定された複数の中継局２０２ａ〜２０２ｄに対応した複数組の測定結果から、自局の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位することができる。
【００５５】
図２は、本発明の第１の形態および第２の形態によるによる移動無線測位装置の測位原理の説明図である。図２において、３００は地面あるいは移動端末２０３のアンテナの高さ、２０２ａ、２０２ｂは中継局、２１１ａは前記中継局２０２ａと２０２ｂとの中間点の真下の位置、２１１ｂは前記中継局２０２ｂの真下の位置、２１１ｃは前記中間点の真下の位置２１１ａから距離２１２ｃ（例えば５．５ｍ）の位置、２１２ａは各中継局の間隔（例えば１ｍ）、２１２ｂは各中継局の高さ（例えば５ｍ）とする。移動端末２０３が地点２１１ａにある場合には各中継局２０２ａ、２０２ｂが受信する無線信号に含まれる距離測定信号の位相は同相であるが、地点２１１ｂ、２１１ｃにある場合には中継局２０２ａから受信する無線信号に含まれる距離測定信号の方が、中継局２０２ｂから受信する無線信号に含まれる距離測定信号より遅れていることになる。
【００５６】
前記移動端末２０３の同期発振手段が生成する同期信号の周波数を８ＭＨｚとすると測位レンジを１８．８ｍとなるので、４局の中継局から各４回の測位結果の移動平均値をとった場合の位相測定精度として±０．５°程度が実現できることから、測位誤差ΔＬは、ΔＬ＝±０．５°×（１８．８ｍ／３６０°）≒±２．６ｃｍ程度となる。一方、（１）中継局２０２ａから地点２１１ｂまでの距離は５．１ｍであり、中継局２０２ｂから地点２１１ｂまでの距離５ｍであるので、両者の距離差は０．１ｍとなり、位相差ΔΦは、ΔΦ＝３６０°×（０．１ｍ／１０ｍ）≒３．６°となり、（２）中継局２０２ａから地点２１１ｃまでの距離は約７．８１ｍ、中継局２０２ｂから地点２１１ｃまでの距離は約７．０７ｍであるから、両者の距離差は０．７４ｍとなり、位相差ΔΦは、ΔΦ＝３６０°×（０．７４ｍ／１０ｍ）＝２６．６４°となり、何れも±２．６ｃｍ程度の誤差で測位が可能となる。
【００５７】
以上の説明では、単一の周波数の距離測定信号あるいはこれに同期した同期信号を用いる場合について説明したが、位相変化ΔΦを、０＜ΔΦ＜２πに制限する必要がある。距離測定信号の周波数については、法規上の制約から、周波数の上限が抑えられており、自由に周波数を選択できないことから、同期信号信号として、周波数が異なる複数の同期信号を用いることで、複数の測位レンジで位置を測位できることになり、測位したい位置に最適の測位レンジを合わせることで、精密な位置の検知が可能となるメリットが得られる。
また、前記制御手段によって生成する周波数が異なる複数の起点信号もしくは距離測定信号を、周波数分割多重方式、あるいはＯＦＤＭ方式で同時送信することができる。
【００５８】
また、前記無線信号として、超音波信号、高周波信号、もしくは光信号を用いることができる。なお、超音波信号もしくは光信号の場合には、アンテナの代わりに、送受波器を用いる。
また、無線信号として、時分割同時送受話（ＴＤＤ）方式の代わりに、周波数分割同時送受話（ＦＤＤ）方式を用いても同様な効果が得られる。
また、前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令に定められた周波数、基準局および各中継局で異なる拡散符号、もしくはこれらの組み合わせによる周波数を割当てることが出来れば、ＧＰＳをシームレス化できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、金属反射物が散在する工場内もしくは倉庫内などで、高精度の位置測位装置が安価に実現できるほか、移動端末としてＲＦタグに置き換えて物流管理にも応用できる。
なお、本発明の移動無線測位技術は基盤技術であり、上記以外に多分野での利用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施の形態による移動無線測位装置の構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態による移動無線測位装置の測位原理の説明図
【図３】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態による基準局および移動端末の構成図
【図４】本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態による制御手段の構成図
【図５】本発明の第１の実施の形態によるタイミングチャート
【図６】従来の実施例を示す構成図
【符号の説明】
【００６１】
１ ＲＴＫ測位システム
２ 複数のスードライト
３ 固定基準局受信手段
４ 移動基準局受信手段
５ ローバー受信手段
６ 利用者処理ユニット
７ データリンク
１０１ａ〜１０１ｄ 基準局と中継局の間の伝送ケーブル
１０２ａ〜１０２ｄ 中継局と移動端末との間の無線信号の伝搬経路
２０１ 基準局
２０２ａ〜２０２ｄ 複数の中継局
２０３ 移動端末
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための移動無線測位装置において、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブルで接続し、
前記基準局が少なくとも、制御手段と、送信手段と、受信手段と、高周波信号切替手段とを有し、
前記制御手段が、少なくとも間欠送信のタイミング信号を生成し、前記タイミング信号に同期して少なくとも起点信号を含む測位要求信号を生成し、
前記送信手段が前記生成された測位要求信号を含む高周波信号を送信し、
前記高周波信号切替手段が、前記送信された高周波信号を、各伝送ケーブルを介して、前記複数の中継局に向けて順次に切替えて伝送し、
前記複数の中継局が、前記測位要求信号を含む高周波信号を、各アンテナを介し無線信号として前記移動端末に向けて送信し、
前記移動端末が、少なくとも、アンテナと、高周波信号切替手段と、受信手段と、送信手段と、制御手段とを有し、
前記高周波信号切替手段が前記アンテナを受信手段に接続して待受け、
前記受信手段が前記アンテナで受信した高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、
前記制御手段が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から少なくとも測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生された起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された起点信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは遅延ロックループを構成して前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号に同期をしあるいは直交する距離測定信号を生成し、
前記送信手段が前記生成された距離測定信号を含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミングで生成し、
前記高周波信号切替手段が、前記送信手段を時分割のタイミングでアンテナに接続し、前記距離測定信号を含む高周波信号を無線信号としてアンテナを介して前記複数の中継手段に向けて送信し、
前記複数の中継局が、前記無線信号を各アンテナで受信して距離測定信号を含む高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記各伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、
前記基準局において、
前記高周波信号切替手段が前記複数の中継局の内から各伝送ケーブルを介して伝送される高周波信号を周期的に切替えながら選択し、
前記受信手段が前記選択された高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、
前記制御手段が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から前記複数の中継局に対応して少なくとも距離測定信号を再生し、前記複数の中継局に対応して距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記生成した起点信号を基準として測定し、前記複数の中継局に対応した複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする移動無線測位装置。
【請求項２】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための移動無線測位装置において、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブルで接続し、
前記移動端末が、少なくとも、アンテナと、制御手段と、送信手段と、受信手段と、高周波信号切替手段とを有し、
前記制御手段が、少なくとも間欠送信のタイミング信号を生成し、前記タイミング信号に同期して少なくとも起点信号を含む測位要求信号を生成し、
前記送信手段が、前記生成された測位要求信号を含む高周波信号を生成し、前記アンテナを介して無線信号として前記複数の中継局に向けて間欠的に送信し、
前記複数の中継局が、前記無線信号を各アンテナで受信して測位要求信号を含む高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記各伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、
前記基準局が、少なくとも、高周波信号切替手段と、受信手段と、送信手段と、制御手段とを有し、
前記高周波信号切替手段が、前記複数の中継局の内から各伝送ケーブルを介して伝送される高周波信号を周期的に切替えながら選択し、
前記受信手段が、前記選択された高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、
前記制御手段が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から少なくとも測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生された起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された起点信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは遅延ロックループを構成して前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号に同期をしあるいは直交する距離測定信号を生成し、
前記送信手段が前記生成された距離測定信号を含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミングで生成し、
前記高周波信号切替手段が、前記距離測定信号を含む高周波信号を周期的に切替えながら、各伝送ケーブルを介して、複数の中継局に向けて順次に伝送し、
前記複数の中継局が、前記各伝送ケーブルを介して伝送された高周波信号を、アンテナを介して無線信号として前記移動端末に向けて送信し、
前記移動端末において、
前記受信手段が、前記複数の中継局から送信される無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、
前記制御手段が、前記中間周波信号から前記複数の中継局に対応して少なくとも距離測定信号を再生し、前記複数の中継局に対応して距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記生成した起点信号を基準として測定し、前記複数の中継局に対応した複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする移動無線測位装置。
【請求項３】
前記制御手段が、少なくとも、信号再生手段と、同期検出手段と、同期発振手段とを有し、
前記信号再生手段が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から起点信号もしくは距離測定信号を再生し、
前記同期検出手段が、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の、立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、
前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号と、高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号もしくは距離測定信号の、周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで、同期信号を生成することを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項４】
前記距離測定信号が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであることを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項５】
前記基準局から送信される高周波信号に少なくとも報知信号が含まれ、前記報知信号に、少なくとも、基準局の位置に関する情報、各中継局の位置に関する情報、各伝送ケーブルの長さに関する情報、あるいはこれらの組み合わせが含まれていることを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項６】
前記基準局もしくは移動端末が前記移動端末の位置を測位する際に、前記制御手段が、前記再生された距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された距離測定信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された距離測定信号に同期をしあるいは直交する同期信号を生成し、前記生成する同期信号の周波数を、要求される測位レンジに合わせて設定し、あるいは周波数の異なる複数の同期信号を生成し、前記複数の同期信号の中から、要求される測位レンジに合わせて、最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現することを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項７】
前記制御手段が、測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させあるいはその逆に変化させ、あるいは切替えて設定することによって、最適の測位レンジを用いて前記移動端末の位置を高精度で測位することを特徴とする請求項第６項に記載の移動無線測位装置。
【請求項８】
前記制御手段の信号生成手段もしくは信号再生手段において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のサンプリング信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生することを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項９】
前記制御手段が、少なくとも、基準発振器と、位相同期発振器と、同期検出手段と、同期発振手段とを含み、前記同期発振手段が、前記基準発振器の発振周波数を位相同期発振器によって高い周波数に変換して駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記同期検出手段が、少なくとも１２８ＭＨｚ以上の周波数のサンプリング信号を用いて、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで前記同期発振手段をセットしあるいはリセットすることによって、前記同期発振手段が、前記起点信号もしくは距離測定信号と短時間で瞬時に同期を確立し、かつ前記起点信号もしくは距離測定信号が停止しあるいは消滅した後も、比較的に長時間同期を保持できることを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項１０】
前記制御手段の位相測定手段が、前記再生した起点信号もしくは距離測定信号、あるいは生成した同期信号の周波数の、４の整数倍のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、あるいはこれらの繰り返しであり、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、あるいはこれらの繰り返しであり、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行うことを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項１１】
前記受信手段が伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において、受信した無線信号もしくは高周波信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、あるいは前記制御手段で、距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定した結果を分析し、あるいはこれらの両方の分析を行い、前記測位の結果を補正し、補完し、あるいはフイルタリングし、あるいはこれらの組み合わせを行うことを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項１２】
前記携帯端末、中継局、もしくはこれらの両方が、複数のアンテナを設けて周期的に切替え、前記複数のアンテナに対応して測定した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定した結果の内、比較的に小さく測定しあるいは算出したものを選択し、平均し、荷重平均し、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記測位結果を補正し、補完し、フイルタリングし、あるいはこれらの組み合わせを行うことを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項１３】
前記無線信号の周波数が、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令によって定められた周波数、もしくはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項１】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための移動無線測位装置において、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブルで接続し、
前記基準局が少なくとも、制御手段と、送信手段と、受信手段と、高周波信号切替手段とを有し、
前記制御手段が、少なくとも間欠送信のタイミング信号を生成し、前記タイミング信号に同期して少なくとも起点信号を含む測位要求信号を生成し、
前記送信手段が前記生成された測位要求信号を含む高周波信号を送信し、
前記高周波信号切替手段が、前記送信された高周波信号を、各伝送ケーブルを介して、前記複数の中継局に向けて順次に切替えて伝送し、
前記複数の中継局が、前記測位要求信号を含む高周波信号を、各アンテナを介し無線信号として前記移動端末に向けて送信し、
前記移動端末が、少なくとも、アンテナと、高周波信号切替手段と、受信手段と、送信手段と、制御手段とを有し、
前記高周波信号切替手段が前記アンテナを受信手段に接続して待受け、
前記受信手段が前記アンテナで受信した高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、
前記制御手段が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から少なくとも測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生された起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された起点信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは遅延ロックループを構成して前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号に同期をしあるいは直交する距離測定信号を生成し、
前記送信手段が前記生成された距離測定信号を含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミングで生成し、
前記高周波信号切替手段が、前記送信手段を時分割のタイミングでアンテナに接続し、前記距離測定信号を含む高周波信号を無線信号としてアンテナを介して前記複数の中継手段に向けて送信し、
前記複数の中継局が、前記無線信号を各アンテナで受信して距離測定信号を含む高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記各伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、
前記基準局において、
前記高周波信号切替手段が前記複数の中継局の内から各伝送ケーブルを介して伝送される高周波信号を周期的に切替えながら選択し、
前記受信手段が前記選択された高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、
前記制御手段が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から前記複数の中継局に対応して少なくとも距離測定信号を再生し、前記複数の中継局に対応して距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記生成した起点信号を基準として測定し、前記複数の中継局に対応した複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする移動無線測位装置。
【請求項２】
無線信号を用いて移動端末の位置を高精度で測位するための移動無線測位装置において、
少なくとも１つの基準局の周辺に、複数の中継局を間隔を置いて配置し、前記基準局と各中継局との間を伝送ケーブルで接続し、
前記移動端末が、少なくとも、アンテナと、制御手段と、送信手段と、受信手段と、高周波信号切替手段とを有し、
前記制御手段が、少なくとも間欠送信のタイミング信号を生成し、前記タイミング信号に同期して少なくとも起点信号を含む測位要求信号を生成し、
前記送信手段が、前記生成された測位要求信号を含む高周波信号を生成し、前記アンテナを介して無線信号として前記複数の中継局に向けて間欠的に送信し、
前記複数の中継局が、前記無線信号を各アンテナで受信して測位要求信号を含む高周波信号とし、直接もしくは低雑音増幅器を用いて増幅し、前記各伝送ケーブルを介して基準局に向けて伝送し、
前記基準局が、少なくとも、高周波信号切替手段と、受信手段と、送信手段と、制御手段とを有し、
前記高周波信号切替手段が、前記複数の中継局の内から各伝送ケーブルを介して伝送される高周波信号を周期的に切替えながら選択し、
前記受信手段が、前記選択された高周波信号を直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、
前記制御手段が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から少なくとも測位要求信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生された起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された起点信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、あるいは遅延ロックループを構成して前記再生された起点信号と高精度で同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号に同期をしあるいは直交する距離測定信号を生成し、
前記送信手段が前記生成された距離測定信号を含む高周波信号を時分割同時送受信のタイミングで生成し、
前記高周波信号切替手段が、前記距離測定信号を含む高周波信号を周期的に切替えながら、各伝送ケーブルを介して、複数の中継局に向けて順次に伝送し、
前記複数の中継局が、前記各伝送ケーブルを介して伝送された高周波信号を、アンテナを介して無線信号として前記移動端末に向けて送信し、
前記移動端末において、
前記受信手段が、前記複数の中継局から送信される無線信号をアンテナで受信して高周波信号とし、直接もしくは中間周波信号に変換して増幅し、
前記制御手段が、前記中間周波信号から前記複数の中継局に対応して少なくとも距離測定信号を再生し、前記複数の中継局に対応して距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を前記生成した起点信号を基準として測定し、前記複数の中継局に対応した複数組の測定結果から、前記移動端末の位置を三角法もしくは双曲線航法によって高精度で測位を行う
ことを特徴とする移動無線測位装置。
【請求項３】
前記制御手段が、少なくとも、信号再生手段と、同期検出手段と、同期発振手段とを有し、
前記信号再生手段が、前記高周波信号もしくは中間周波信号から起点信号もしくは距離測定信号を再生し、
前記同期検出手段が、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の、立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、
前記同期発振手段が、前記検出されたタイミングで、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号と、高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された起点信号もしくは距離測定信号の、周波数もしくはチップレートの整数倍の周波数もしくはチップレートで、同期信号を生成することを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項４】
前記距離測定信号が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであることを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項５】
前記基準局から送信される高周波信号に少なくとも報知信号が含まれ、前記報知信号に、少なくとも、基準局の位置に関する情報、各中継局の位置に関する情報、各伝送ケーブルの長さに関する情報、あるいはこれらの組み合わせが含まれていることを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項６】
前記基準局もしくは移動端末が前記移動端末の位置を測位する際に、前記制御手段が、前記再生された距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出されたタイミングで前記再生された距離測定信号と高精度で瞬時に同期を確立して同期を保持し、かつ前記同期を保持された距離測定信号に同期をしあるいは直交する同期信号を生成し、前記生成する同期信号の周波数を、要求される測位レンジに合わせて設定し、あるいは周波数の異なる複数の同期信号を生成し、前記複数の同期信号の中から、要求される測位レンジに合わせて、最適なものを選択することによって、高い測位精度を実現することを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項７】
前記制御手段が、測位レンジを長い尺度のものから順次短い尺度のものに変化させあるいはその逆に変化させ、あるいは切替えて設定することによって、最適の測位レンジを用いて前記移動端末の位置を高精度で測位することを特徴とする請求項第６項に記載の移動無線測位装置。
【請求項８】
前記制御手段の信号生成手段もしくは信号再生手段において、前記起点信号もしくは距離測定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みおよび遅延誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のサンプリング信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生することを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項９】
前記制御手段が、少なくとも、基準発振器と、位相同期発振器と、同期検出手段と、同期発振手段とを含み、前記同期発振手段が、前記基準発振器の発振周波数を位相同期発振器によって高い周波数に変換して駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記同期検出手段が、少なくとも１２８ＭＨｚ以上の周波数のサンプリング信号を用いて、前記再生された起点信号もしくは距離測定信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記検出したタイミングで前記同期発振手段をセットしあるいはリセットすることによって、前記同期発振手段が、前記起点信号もしくは距離測定信号と短時間で瞬時に同期を確立し、かつ前記起点信号もしくは距離測定信号が停止しあるいは消滅した後も、比較的に長時間同期を保持できることを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項１０】
前記制御手段の位相測定手段が、前記再生した起点信号もしくは距離測定信号、あるいは生成した同期信号の周波数の、４の整数倍のサンプリング周波数で、かつ４ビット以上のアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、あるいはこれらの繰り返しであり、Ｃｏｓのルックアップテーブルとして１、０、−１、０もしくは１、−１、−１、１、あるいはこれらの繰り返しであり、前記変換したデジタル信号とルックアップテーブルとの積和演算を行うことを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項１１】
前記受信手段が伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において、受信した無線信号もしくは高周波信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、あるいは前記制御手段で、距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定した結果を分析し、あるいはこれらの両方の分析を行い、前記測位の結果を補正し、補完し、あるいはフイルタリングし、あるいはこれらの組み合わせを行うことを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項１２】
前記携帯端末、中継局、もしくはこれらの両方が、複数のアンテナを設けて周期的に切替え、前記複数のアンテナに対応して測定した距離測定信号の伝搬時間、伝搬位相、もしくはこれらの両方を測定した結果の内、比較的に小さく測定しあるいは算出したものを選択し、平均し、荷重平均し、あるいはこれらの組み合わせを行うことによって、前記測位結果を補正し、補完し、フイルタリングし、あるいはこれらの組み合わせを行うことを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【請求項１３】
前記無線信号の周波数が、ＧＰＳに割当てられた周波数、その近傍の周波数、法令によって定められた周波数、もしくはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に該当する移動無線測位装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４２１７９（Ｐ２０１１−２４２１７９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２７１５（Ｐ２０１０−１１２７１５）
【出願日】平成２２年５月１５日（２０１０．５．１５）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１５日（２０１０．５．１５）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]