通信システム、車載機、車両及び送信機
【課題】自車の走行位置を精度良く特定することができ、自車の進行方向前方の所定位置までの距離を精度良く求めつつ所定位置まで到達することができる通信システム、車載機、送信機及び車両を提供する。
【解決手段】車載機２０で領域Ｒにおける自車の位置を高精度に取得し、停止線Ｐまでの距離を高精度に算出する。また、車載機２０は、送信機３０、４０、５０から送信された信号の到達時間差、送信機３０、４０、５０までの距離に基づいて、送信機３０、４０、５０が送信する信号の周期の同期ずれを算出する。その後、自車が走行を続け、任意の走行地点で、送信機３０、４０、５０から送信された信号の到達時間差、算出した同期ずれ及び送信機３０、４０、５０の位置情報に基づいて、自車位置を特定する。
【解決手段】車載機２０で領域Ｒにおける自車の位置を高精度に取得し、停止線Ｐまでの距離を高精度に算出する。また、車載機２０は、送信機３０、４０、５０から送信された信号の到達時間差、送信機３０、４０、５０までの距離に基づいて、送信機３０、４０、５０が送信する信号の周期の同期ずれを算出する。その後、自車が走行を続け、任意の走行地点で、送信機３０、４０、５０から送信された信号の到達時間差、算出した同期ずれ及び送信機３０、４０、５０の位置情報に基づいて、自車位置を特定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路を走行する車両の位置を高精度に特定することができる通信システム、該通信システムを構成する車載機及び送信機並びに該車載機を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交差点内及びその付近での車両同士、あるいは車両と歩行者との交通事故を防止するために、交差点に設置された信号機の灯色の表示情報を交差点に向かって走行してくる車両に対して送信し、車両に搭載された車載機で表示情報を受信し、受信した表示情報に基づいて交差点の手前で安全に停止することができるか否か、あるいは、交差点を安全に通過することができるか否かを判定し、判定結果に応じて運転者に音声で注意を促すシステムがある。また、車載機で受信した信号機の表示情報に基づいて、交差点を安全に通過することができるか否かを判定し、判定結果に応じて車両のブレーキ制御を行う信号機連動式車両速度制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２８０６８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
交差点手前で安全に車両を停止させる場合、交差点付近に設けられた停止線の手前で確実に車両を停止させる必要があり、車両から停止線までの距離を正確に把握しておく必要がある。しかしながら、特許文献１の装置にあっては、車両を減速させる制御が自動的に行われても車両から停止線までの距離が正確に判らないため、車両を停止線の手前で確実に停止させることは困難であり、オーバーランといった不具合を生じる恐れがある。このため、従来の技術では、車両を停止線の手前で確実に停止させて交差点における交通事故を未然に防止するには不十分な面があった。
【０００４】
一方、カーナビゲーションのジャイロセンサ、加速度センサ、ＧＰＳ（Global Positioning System）などを用いて自車の走行位置を検出し、地図データに基づいて交差点の位置を特定することによって、現在の走行位置から自車前方にある交差点手前の停止線の位置までの距離を算出することができる。しかし、ジャイロセンサは、時間の経過とともに検出誤差が蓄積するとともに、車両の振動により誤差が生ずる。また、加速度センサは、温度特性により誤差が生じ、検出精度が十分ではない。さらに、ＧＰＳ等による位置検出では、都市部においては建物又は車両などの影響により、十分な数のＧＰＳ等の電波を受信できないことが多く、誤差が大きくなるため、正確な運転支援を行うことが困難であった。
【０００５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、自車の走行位置を精度良く特定することができ、自車の進行方向前方の所定位置までの距離を精度良く求めつつ所定位置まで到達することができる通信システム、該通信システムを構成する車載機及び送信機並びに該車載機を備える車両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】
【０００６】
第１発明に係る通信システムは、同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機と、該送信機が送信した信号を受信する車載機とを備える通信システムであって、前記車載機は、前記送信機の位置情報を記憶する手段と、道路上の第１の地点への到達時に、前記送信機が送信した各信号の第１の到達時間差を取得する第１の時間差取得手段と、前記第１の地点通過後の第２の地点への到達時に、前記送信機が送信した各信号の第２の到達時間差を取得する第２の時間差取得手段と、前記送信機の位置情報、前記第１の地点に関する情報、前記第１の到達時間差及び第２の到達時間差に基づいて、前記第２の地点の自車位置を特定する特定手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
第２発明に係る通信システムは、第１発明において、前記第１の地点の情報は、前記第１の地点の位置情報、該第１の地点から各送信機までの距離情報、該各送信機から前記第１の地点までの各信号の到達所要時間の情報及び前記各送信機が送信する各信号がそれぞれ同期している場合における前記各信号の前記第１の地点までの到達時間差のうち少なくとも１つであることを特徴とする。
【０００８】
第３発明に係る通信システムは、同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機と、該送信機が送信した信号を受信する車載機とを備える通信システムであって、前記車載機は、前記送信機の位置情報を記憶する手段と、前記送信機が送信した各信号の到達時間差を取得する時間差取得手段と、道路上の所定の領域で前記送信機が送信する信号の周期の同期ずれを算出する同期ずれ算出手段と、自車の走行地点で取得した到達時間差、前記同期ずれ算出手段で算出した同期ずれ及び前記送信機の位置情報に基づいて、自車位置を特定する特定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第４発明に係る通信システムは、第３発明において、前記車載機は、前記領域で自車位置を取得する位置取得手段と、該位置取得手段で取得した自車位置から各送信機までの距離を算出する第１算出手段とを備え、前記同期ずれ算出手段は、前記自車位置で取得した到達時間差及び前記自車位置から各送信機までの距離に基づいて、前記送信機が送信する信号の同期ずれを算出するように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
第５発明に係る通信システムは、第４発明において、前記領域内で前記車載機へ前記領域の位置に関する情報を送信する位置情報送信機を備え、前記位置取得手段は、前記位置情報送信機が送信した前記領域の位置に関する情報に基づいて自車位置を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００１１】
第６発明に係る通信システムは、第５発明において、前記位置情報送信機は、光ビーコンであることを特徴とする。
【００１２】
第７発明に係る通信システムは、第４発明乃至第６発明のいずれかにおいて、前記車載機は、前記領域の位置情報を記憶する手段と、自車が前記領域内に存在するか否かを判定する判定手段とを備え、前記位置取得手段は、前記判定手段で自車が前記領域内に存在すると判定した場合、前記領域及び送信機の位置情報並びに前記時間差取得手段で取得した到達時間差に基づいて自車位置を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００１３】
第８発明に係る通信システムは、第７発明において、前記車載機に対して所定の情報を送信する光ビーコンを備え、前記車載機は、前記情報を受信する受信手段を備え、前記判定手段は、前記光ビーコンから所定の情報を受信した場合、自車が前記領域内に存在すると判定するように構成してあることを特徴とする。
【００１４】
第９発明に係る通信システムは、第４発明乃至第８発明のいずれかにおいて、前記位置取得手段は、前記領域内の所定の第１地点に対する位置を取得するように構成してあり、 前記第１地点と前記領域よりも車両の進行方向下流側にある所定の第２地点との間の道路形状に関する道路形状情報を取得する道路形状情報取得手段と、該道路形状情報取得手段で取得した道路形状情報及び前記位置取得手段で取得した位置に基づいて、自車位置から前記第２地点までの距離を算出する第２算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
第１０発明に係る通信システムは、第９発明において、前記道路形状情報は、前記第１地点と第２地点との間の道路を１又は複数の区間に分割した各区間についての距離、勾配及び曲率のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００１６】
第１１発明に係る通信システムは、第９発明又は第１０発明において、前記送信機及び光ビーコンのうち少なくとも１つは、前記道路形状情報を車載機へ送信する送信手段を備え、前記道路形状情報取得手段は、前記道路形状情報を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００１７】
第１２発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１１発明のいずれかにおいて、前記車載機は、搭載位置の高さ情報を記憶する手段を備え、前記特定手段は、前記高さ情報に基づいて自車位置を特定するように構成してあることを特徴とする。
【００１８】
第１３発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１２発明のいずれかにおいて、前記送信機は、信号を変調する変調手段を備え、該変調手段で変調した信号を送信するように構成してあり、前記車載機は、受信した信号を復調する復調手段を備え、前記時間差取得手段は、前記復調手段で復調した信号に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００１９】
第１４発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１２発明のいずれかにおいて、前記送信機は、信号を直交周波数多重方式の搬送波に割り当てる割当手段を備え、該割当手段で信号が割り当てられた搬送波を送信するように構成してあり、前記車載機は、前記搬送波を受信する搬送波受信手段を備え、前記時間差取得手段は、受信した搬送波に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００２０】
第１５発明に係る通信システムは、第１３発明又は第１４発明において、前記送信機は、立ち上がりを有する信号を所定の間隔で送信するように構成してあり、前記時間差取得手段は、受信した各信号の立ち上がり時点に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００２１】
第１６発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１２発明のいずれかにおいて、前記送信機は、交番波形の信号を送信するように構成してあり、前記時間差取得手段は、受信した各信号の位相差に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００２２】
第１７発明に係る通信システムは、第１６発明において、前記送信機は、信号を変調する変調手段を備え、該変調手段で変調した信号を送信するように構成してあり、前記車載機は、受信した信号を復調する復調手段を備え、前記時間差取得手段は、前記復調手段で復調した各信号の位相差に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００２３】
第１８発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１２発明のいずれかにおいて、前記送信機は、所定の周期の基準周期信号を生成する生成手段と、該生成手段で生成した基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
第１９発明に係る通信システムは、第１８発明において、一の送信機は、信号を他の送信機へ無線又は有線で送信するように構成してあり、前記他の送信機は、受信した信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段を備え、前記決定手段は、前記調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定するように構成してあることを特徴とする。
【００２５】
第２０発明に係る通信システムは、第１８発明において、所定周期の周期調整信号を送信する周期調整用送信機を備え、前記送信機は、前記周期調整用送信機が送信した周期調整信号を受信する受信手段と、受信した周期調整信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段を備え、前記決定手段は、前記調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定するように構成してあることを特徴とする。
【００２６】
第２１発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１２発明のいずれかにおいて、前記送信機は、ＧＮＳＳ衛星が送信した信号を受信する受信手段と、受信した信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。
【００２７】
第２２発明に係る通信システムは、第１発明乃至第２１発明のいずれかにおいて、前記特定手段により所定の時間間隔で特定した自車位置に基づいて、自車の走行方位及び走行速度の少なくとも１つを算出する走行値算出手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
第２３発明に係る車載機は、少なくとも３つの送信地点から送信された同一周期の信号を受信する車載機であって、前記送信地点の位置情報を記憶する手段と、道路上の第１の地点への到達時に、送信された各信号の第１の到達時間差を取得する第１の時間差取得手段と、前記第１の地点通過後の第２の地点への到達時に、送信された各信号の第２の到達時間差を取得する第２の時間差取得手段と、前記送信地点の位置情報、前記第１の地点に関する情報、前記第１の到達時間差及び第２の到達時間差に基づいて、前記第２の地点の自車位置を特定する特定手段とを備えることを特徴とする。
【００２９】
第２４発明に係る車載機は、第２３発明において、前記第１の地点の情報は、前記第１の地点の位置情報、該第１の地点から各送信地点までの距離情報、該各送信地点から前記第１の地点までの各信号の到達所要時間の情報及び前記各信号がそれぞれ同期している場合における前記各信号の前記第１の地点までの到達時間差のうち少なくとも１つであることを特徴とする。
【００３０】
第２５発明に係る車載機は、少なくとも３つの送信地点から送信された同一周期の信号を受信する車載機であって、前記送信地点の位置情報を記憶する手段と、送信された各信号の到達時間差を取得する時間差取得手段と、送信された信号の周期の同期ずれを道路上の所定の領域で算出する同期ずれ算出手段と、自車の走行地点で取得した到達時間差、前記同期ずれ算出手段で算出した同期ずれ及び前記送信地点の位置情報に基づいて、自車位置を特定する特定手段とを備えることを特徴とする。
【００３１】
第２６発明に係る車両は、第２３発明乃至第２５発明のいずれかに係る車載機を備えることを特徴とする。
【００３２】
第２７発明に係る送信機は、互いに同一周期の信号を送信する送信機であって、所定の周期の基準周期信号を生成する生成手段と、他の送信機が送信した信号を受信する受信手段と、該受信手段で受信した信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段と、該調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。
【００３３】
第１発明及び第２３発明にあっては、道路を走行する車両に搭載された車載機は、道路上の第１の地点（例えば、地点Ａ）への到達時に、同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機が送信する各信号の第１の到達時間差を取得する。道路上の第１の地点は、例えば、光ビーコン、電波ビーコン、磁気ネール、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：狭域通信）などの路側装置と車両との間の通信地点（交信地点）とすることができる。自車がさらに走行し、第１の地点通過後の第２の地点（例えば、地点Ｂ）への到達時に、車載機は、各送信機が送信した各信号の第２の到達時間差を取得する。車載機は、各送信機の位置情報、第１の地点に関する情報（例えば、第１の地点の位置情報）、第１の到達時間差及び第２の到達時間差に基づいて、第２の地点、すなわち自車位置を特定する。
【００３４】
従来、複数の送信機からの電波の位相差又は到達時間差を検出して位置を測位するロラン方式又はオメガ方式などの双曲線航法が知られているが、道路上を走行する車両の位置を、例えば、１ｍ以下の精度で検出するためには、送信する電波を非常に高い精度で同期させる必要があった。これに対して、本発明によれば、すべての送信機が送信する信号がお互いに同期していなくても、車両の位置を精度良く特定することができ、特に、道路上を走行する車両の位置を逐一高精度に追跡することができる。
【００３５】
第２発明及び第２４発明にあっては、第１の地点の情報は、第１の地点の位置情報、第１の地点から各送信機までの距離情報、該各送信機から第１の地点までの各信号の到達所要時間の情報及び各送信機が送信する各信号がそれぞれ同期している場合における各信号の第１の地点までの到達時間差のうち少なくとも１つである。これにより、第１の地点と各送信機との位置関係とを特定するための自由度を向上させることができる。
【００３６】
第３発明、第２５発明及び第２６発明にあっては、道路を走行する車両に搭載された車載機は、道路上の所定の領域で、同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機が送信する信号の周期の同期ずれを算出する。道路上の所定の領域は、例えば、光ビーコン、電波ビーコン、磁気ネール、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：狭域通信）などの路側装置と車両との間の通信領域とすることができる。各送信機が送信する信号の周期の同期ずれは、例えば、自車の位置、各信号の到達時間差、自車の位置から各送信機までの距離に基づいて算出することができる。自車がさらに走行した時点で、車載機は、所定の領域において算出した同期ずれ、自車の走行地点で取得した各信号の到達時間差及び各送信機の位置情報に基づいて、自車位置を特定する。
【００３７】
従来、複数の送信機からの電波の位相差又は到達時間差を検出して位置を測位するロラン方式又はオメガ方式などの双曲線航法が知られているが、道路上を走行する車両の位置を、例えば、１ｍ以下の精度で検出するためには、送信する電波を非常に高い精度で同期させる必要があった。これに対して、本発明によれば、すべての送信機が送信する信号がお互いに同期していなくても、車両の位置を精度良く特定することができ、特に、道路上を走行する車両の位置を逐一高精度に追跡することができる。
【００３８】
第４発明にあっては、車載機は、道路上の所定の領域で自車位置を取得する。例えば、所定領域内の自車位置は、光ビーコン、電波ビーコン、磁気ネール、ＤＳＲＣ等との通信時点に取得することができる。車載機は、取得した自車位置から各送信機までの距離を算出し、算出した距離及び自車位置で取得した到達時間差に基づいて、送信機が送信する信号周期の同期ずれを算出する。例えば、所定の領域内で取得した自車位置から第１送信機までの距離をＬａ１、自車位置から第２送信機までの距離をＬａ２、第１送信機と第２送信機との同期ずれをΔｔ１２、第１送信機及び第２送信機からの信号の到達時間差をｔａ１２、電波の伝播速度をαとすると、ｔａ１２−Δｔ１２＝（Ｌａ１−Ｌａ２）／αという式が成り立つ。他の送信機間についても、同様な式が成り立ち、これらの式に基づいて、同期ずれを算出することができる。これにより、すべての送信機が送信する信号がお互いに同期していなくても、高精度に車両の位置を特定することが可能になる。
【００３９】
第５発明にあっては、位置情報送信機は、道路上の所定の領域内で、その領域の位置に関する情報を車載機へ送信する。車載機は、領域の位置に関する情報を受信し、受信した情報に基づいて自車位置を特定する。例えば、位置情報送信機と車載機との間の通信領域を位置に関する誤差が十分小さくなるように制限することができる場合、道路上の所定の領域を十分狭い範囲にすることができ、車載機は、位置情報送信機が送信した領域の位置に関する情報を受信した時点で、自車位置を特定することができる。
【００４０】
第６発明にあっては、位置情報送信機は、光ビーコンである。これにより、光ビーコンとの通信（交信）のみによって車載機の位置を特定することができる。
【００４１】
第７発明にあっては、道路を走行する車両に搭載された車載機で自車が道路上の所定の領域に存在するか否かを判定する。車載機は、例えば、光ビーコン、電波ビーコン、磁気ネール、ＤＳＲＣなどと通信することで、自車が所定の領域に存在すると判定した場合、２つの送信機が送信した信号を受信し、受信した各信号の到達時間差を取得する。なお、この場合、送信される各信号は互いに同期していることが好ましい。車載機は、取得した到達時間差に基づいて、自車と一方の送信機との間の距離と、自車と他方の送信機との間の距離との距離差を求める。この場合、自車は、２つの送信機の位置を焦点とし、距離差が一定となる双曲線上に存在する。車載機は、予め記憶した送信機の位置情報に基づいて双曲線の位置を特定し、さらに所定の領域の位置情報に基づいて、所定の領域にある双曲線上の位置を自車の位置として取得する。これにより、自車の走行位置を精度良く取得することができる。なお、位置情報は、例えば、地図データベース等から取得して記憶してもよく、あるいは、路側の装置から受信して記憶するようにしてもよい。
【００４２】
第８発明にあっては、車載機は、光ビーコンから所定の情報を受信した場合、自車が所定の領域内に存在すると判定する。例えば、光ビーコンの投受光器から送信されるダウンリンク情報を車載機で受信した場合、車載機は、自車の車両ＩＤを含むアップリンク情報を投受光器に対して送信する。光ビーコンは、車載機からアップリンク情報を受信した場合、受信した前記アップリンク情報に含まれる車両ＩＤを格納した車線通知情報を含む所定のダウンリンク情報を車載機へ送信し、車載機は、所定のダウンリンク情報を受信した時点で、自車が所定の領域内（前記光ビーコンの通信領域内）に存在すると判定することができる。また、前記所定のダウンリンク情報に含まれる車線通知情報は、自車の車両ＩＤに車線番号が対応付けられた形式で構成されているため、車載機は、対応付けられた前記車線番号を自車の走行車線として認識することができる。すなわち、光ビーコンを用いることにより、所定の領域を道路上のほぼ１車線分の狭い範囲に限定することができ、自車の位置を一層高精度で特定することができる。
【００４３】
第９発明にあっては、所定の領域内の所定の第１地点の位置情報を記憶しておき、車載機は、自車の位置を第１地点に対する位置（例えば、第１地点からの距離Ｌ２）として特定する。第１地点としては、例えば、所定の領域の車両進行方向最も上流側の地点（上流端）とすることができる。車載機は、第１地点と前記領域よりも車両の進行方向下流側にある所定の第２地点（例えば、交差点手前の停止線）との間の道路形状に関する道路形状情報（例えば、距離Ｌ１）を取得する。車載機は、取得した道路形状情報（例えば、距離Ｌ１）及び特定した位置（第１地点からの距離Ｌ２）に基づいて、第２地点までの距離Ｌ３（Ｌ３＝Ｌ１−Ｌ２）を算出する。所定の第２地点までの距離Ｌ３が算出された後、自車が第２地点に向かって走行する場合、自車の走行に応じて逐一自車位置を特定することができるため、常に第２地点までの距離を正確に把握しつつ第２地点に近づくことができる。すなわち、自車の進行方向前方の所定位置までの距離を精度良く求めつつ所定位置に到達することができる。
【００４４】
第１０発明にあっては、道路形状情報は、第１地点と第２地点との間の道路を１又は複数の区間に分割した各区間についての距離、勾配及び曲率のうち少なくとも１つを含む。これにより、第１地点と第２地点との間の道路形状に拘わらず、第１地点と第２地点との間の距離を取得することができる。
【００４５】
第１１発明にあっては、各送信機及び光ビーコンのうち少なくとも１つは、道路形状情報を車載機へ送信する。これにより、車載機で予め道路形状情報を記憶しておく必要がなく、所要の交差点手前を走行する都度、例えば、自車から前方の停止線までの距離を算出するのに必要な道路形状情報を取得することができる。
【００４６】
第１２発明にあっては、車載機は、車両に搭載する際の搭載位置の高さ情報を記憶してあり、記憶した高さ情報に基づいて自車位置を特定する。自車の走行地点で算出した各送信機までの距離及び各送信機の位置情報に基づいて、自車位置を特定する場合、車載機の高さを考慮することで、自車から各送信機までの距離を精度良く算出することができ、自車位置をより精度良く特定することができる。
【００４７】
第１３発明にあっては、各送信機は、変調した信号を車載機へ送信し、車載機は、受信した信号を復調し、復調後の信号に基づいて、各信号の到達時間差を取得する。例えば、周波数が１０ｋＨｚ程度の信号を数百ＭＨｚ程度の搬送波で変調することができる。所要の周波数帯の搬送波を用いることにより、電波の所要の周波数帯を用いて信号を送受信することができる。
【００４８】
第１４発明にあっては、各送信機は、信号を直交周波数多重方式の搬送波に割り当て、信号を割り当てた搬送波を送信する。例えば、送信する信号に逆フーリエ変換して周波数の異なる少なくとも１つのサブキャリア（搬送波）に変換し、変換した信号をＤＡ変換して送信機から車載機に対して送信する。車載機は、送信された搬送波をＡＤ変換し、変換後の信号同士をパターンマッチングすることで各信号の到達時間差を取得する。直交周波数多重方式を用いることにより、他の帯域における通信との干渉を少なくしつつ周波数帯の利用効率を向上させることができる。
【００４９】
第１５発明にあっては、各送信機は、立ち上がりを有する信号を所定の間隔Ｔ１で送信する。所定の間隔Ｔ１は、例えば、送信機から送信された信号が車載機で受信されるまでに要する最大時間Ｔ２と、マルチパスによる遅延波が直接波に影響を与える時間Ｔ３との合計値より長くする。車載機は、各送信機が送信した各信号の立ち上がり時点の時間差に基づいて、到達時間差を取得する。これにより、信号の立ち上がり部分がマルチパスによる影響を受けることがなく、精度良く到達時間差を取得することができる。
【００５０】
第１６発明にあっては、各送信機は、交番波形（例えば、正弦波形）の信号を送信し、車載機は、受信した信号の位相差に基づいて、各信号の到達時間差を取得する。例えば、各送信機から正弦波状の信号を送信し、車載機で受信した各信号の位相差を位相検出器で検出することができ、簡便な構成で到達時間差を取得することができる。
【００５１】
第１７発明にあっては、各送信機は、正弦波状の信号（例えば、周波数が１０ｋＨｚ）で搬送波（例えば、周波数が数百ＭＨｚ）を変調（例えば、周波数変調）し、変調後の信号を送信する。車載機は、受信した搬送波を復調して元の信号を取り出し、各信号の位相差に基づいて、到達時間差を取得する。各信号の位相差を位相検出器で検出することができ、簡便な構成で到達時間差を取得することができる。
【００５２】
第１８発明にあっては、各送信機は、所定の周期の基準周期信号（例えば、水晶発振器による基準クロック信号）を生成し、生成した基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する。各送信機が送信する信号を基準周期信号に基づいて決定するため、送信機は、お互いに同一周期の信号を送信することができる。
【００５３】
第１９発明及び第２７発明にあっては、一の送信機は、信号を他の送信機へ無線又は有線で送信する。他の送信機は、受信した信号に基づいて、基準周期信号の周期（周波数）を調整し、周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する。これにより、基準周期信号の周期が、何らかの理由（例えば、経年変化）で初期の値から変化した場合であっても、一方の送信機が送信する信号の周期に応じて、他方の送信機の基準周期信号の周期を調整し、他方の送信機は、一方の信号の周期と同一周期の信号を送信することができる。これにより、各送信機で送信する信号の周期を同一にすることができる。
【００５４】
第２０発明にあっては、周期調整用送信機は、所定周期（周波数）の周期調整信号を各送信機へ送信する。各送信機は、周期調整信号を受信し、受信した周期調整信号に基づいて、基準周期信号の周期（周波数）を調整する。各送信機は、調整した基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する。これにより、各送信機で送信する信号の周期を同一にすることができる。
【００５５】
第２１発明にあっては、各送信機は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星が送信した信号（例えば、約１０ＭＨｚの基準発振周波数の信号）を受信し、受信した信号に基づいて、信号の周期を決定する。これにより、各送信機で送信する信号の周期を同一にすることができる。
【００５６】
第２２発明にあっては、所定の時間間隔で自車位置を特定し、経過時間及び特定した自車位置に基づいて、自車の走行方位、走行速度を算出する。これにより、自車の走行ベクトル及び速度を正確に求めることができ、自車の走行追跡も高精度に実現することができる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明にあっては、自車の走行位置を精度良く特定することができ、自車の進行方向前方の所定位置までの距離を精度良く求めつつ所定位置まで到達することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
実施の形態１
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る通信システムの概要を示す模式図である。本発明に係る通信システムは、特に、路車間通信システムとして実現することができ、光ビーコン１０、車両に搭載された車載機２０、道路付近の所定の位置に設置され、同一周期の信号を送信する送信機３０、４０、５０などを備えている。
【００５９】
光ビーコン１０は、投受光器を備えた通信部１１を通じて、道路上の所定の領域Ｒにおいて、車載機２０と通信可能に設置してある。また、領域Ｒの車両進行方向下流側には、停止線Ｐを設けている。
【００６０】
本発明に係る通信システムは、車載機２０で自車が光ビーコン１０との通信可能な領域Ｒに存在すると判定した場合、送信機３０、４０から送信された信号の到達時間差に基づいて、自車の送信機３０、４０との位置関係、すなわち、領域Ｒにおける自車の位置（例えば、地点Ａとする）を高精度に取得し、停止線Ｐまでの位置（距離）を高精度に算出する。また、車載機２０は、自車位置を取得した時点で、送信機３０、４０、５０から送信された信号の到達時間差、送信機３０、４０、５０までの距離に基づいて、送信機３０、４０、５０が送信する信号の周期の同期ずれを算出する。その後、自車が走行を続け、任意の走行地点（例えば、地点Ｂとする）において、送信機３０、４０、５０から送信された信号の到達時間差、地点Ａで算出した同期ずれ及び送信機３０、４０、５０の位置情報に基づいて、自車位置（地点Ｂの位置）を特定する。さらに自車が走行した場合、車載機２０は、同様にして自車の位置を繰り返し特定するものである。なお、図１において、道路は１車線のみ示しているが、道路の車線数は１車線に限定されるものではなく、各車線に対して光ビーコン１０の投受光器を配置することにより、複数の車線を有する道路であっても、本発明を適用することができる。以下詳細に説明する。
【００６１】
図２は本発明に係る通信システムの構成を示すブロック図である。光ビーコン１０は、投受光器を備え、車載機２０との通信機能を有する通信部１１、光ビーコン１０の動作を制御する制御部１２、中央装置７０との通信機能を備える端末通信部１３、車載機２０との通信可能な道路上の領域Ｒに関する位置情報及び送信機３０、４０、５０に関する位置情報を記憶する記憶部１４などを備えている。光ビーコン１０の記憶部１４に記憶する各種情報は、中央装置７０から受信することができる。なお、記憶部１４に記憶する各種情報は、光ビーコン１０を設置する際に、記憶部１４に予め記憶することもできる。
【００６２】
送信機３０は、通信部３１、制御部３２などを備えている。通信部３１は、例えば、ＶＨＦ／ＵＨＦ帯の周波数帯域の電波を車載機２０に対して送信する。通信部３１は、基準クロック信号を生成する水晶発振器、搬送波生成回路、変調回路等（不図示）を備え、基準クロック信号に基づいて所定の信号（例えば、周波数が１０ｋＨｚ程度の矩形波信号）を生成する。通信部３１は、制御部３２の制御のもと、生成した信号に基づいて搬送波（例えば、周波数が１００ＭＨｚ程度、２００ＭＨｚ程度、あるいは７００ＭＨｚ程度など）を周波数変調し、アンテナ（不図示）を通じて変調後の搬送波を送信する。なお、送信機３０が使用する周波数帯域は、一例であって、ＶＨＦ／ＵＨＦ帯に限定されるものではなく、他の周波数帯域でもよい。例えば、自動車専用として割り当てられている５．８ＧＨｚ帯を使用してもよく、また、携帯電話、ＰＨＳ等で使用する周波数帯域を使用することも可能である。
【００６３】
また、送信機４０は、通信部４１、制御部４２などを備え、送信機３０が送信する信号（例えば、周波数が１０ｋＨｚ程度の矩形波信号）と同一周期（周波数）の信号を車載機２０に対して送信する。送信機４０の構成は、送信機３０の構成と同一である。なお、送信機３０、４０が送信する信号は、必ずしも同期（矩形波信号の立ち上がり時点が一致した状態）する必要はないが、自車位置を精度良く取得するためには、同期させておくことが好ましい。
【００６４】
また、送信機５０は、通信部５１、制御部５２などを備え、送信機３０、４０が送信する信号（例えば、周波数が１０ｋＨｚ程度の矩形波信号）と同一周期（周波数）の信号を車載機２０に対して送信する。送信機５０の構成は、送信機３０、４０の構成と同一である。なお、送信機５０が送信する信号は、送信機３０、４０が送信する信号と同期させる必要はない。
【００６５】
車載機２０は、赤外線を利用して光ビーコン１０との通信機能を有する第１通信部２１、送信機３０、４０、５０との通信機能を有する第２通信部２２、車載機２０の動作を制御する制御部２３、記憶部２４、表示部２５、操作部２６などを備えている。なお、車載機２０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機能、地図データベース（いずれも不図示）などを備えることもできる。
【００６６】
第１通信部２１は、光ビーコン１０から送信されるダウンリンク情報を受信するとともに、光ビーコン１０に対してアップリンク情報を送信する。
【００６７】
図３は光ビーコン１０と車載機２０との間の双方向通信を説明する説明図である。道路上の領域Ｒは、車載機２０が光ビーコン１０と通信可能な領域を示している。図３に示すように、領域Ｒは、自車Ｃの進行方向上流側の領域Ｒ１と下流側の領域Ｒ２とに分けられている。領域Ｒ１は、光ビーコン１０から車載機２０に対してダウンリンク情報を送信することができるとともに、車載機２０から光ビーコン１０に対してアップリンク情報を送信することができる領域である。一方、領域Ｒ２は、光ビーコン１０から車載機２０に対してダウンリンク情報を送信することができる領域である。
【００６８】
光ビーコン１０は、例えば、車線通知情報を含むダウンリンク情報を道路上の領域Ｒに対して所定のダウンリンク周期で繰り返し送信する。車載機２０を搭載した自車Ｃが領域Ｒ内に進入した場合、第１通信部２１は、ダウンリンク情報を受信し、受信したダウンリンク情報を制御部２３へ出力する。
【００６９】
制御部２３は、第１通信部２１を通じて、ダウンリンク情報を受信することで自車Ｃが領域Ｒ内に存在していることを判定することができる。すなわち、制御部２３は、第１通信部２１でダウンリンク情報を受信した時点ｔａ１において自車Ｃが領域Ｒ内に存在すると判定することができる。
【００７０】
車載機２０は、ダウンリンク情報を受信すると、第１通信部２１を通じて光ビーコン１０に対して、車両ＩＤを含むアップリンク情報を所定のアップリンク周期で繰り返し送信する。
【００７１】
光ビーコン１０がアップリンク情報を受信すると、光ビーコン１０は、ダウンリンクの切替を行い、車線通知情報、領域Ｒに関する位置情報（例えば、領域Ｒの車両進行方向の最上流地点Ｒ０の位置情報、領域Ｒと送信機３０、４０、５０との位置関係など）、地点Ｒ０から停止線Ｐまでの距離Ｌ１を含む道路形状情報、送信機３０、４０、５０に関する位置情報などのダウンリンク切替後のダウンリンク情報を車載機２０に対して送信する。なお、位置情報は、緯度及び経度で表される絶対位置でもよく、あるいは、所定の基準地点からの相対位置でもよい。
【００７２】
第１通信部２１は、ダウンリンク切替後のダウンリンク情報を受信し、受信したダウンリンク情報を制御部２３へ出力する。
【００７３】
制御部２３は、第１通信部２１を通じて、ダウンリンク切替後のダウンリンク情報を受信することで自車Ｃが領域Ｒ内に存在していることを判定することもできる。すなわち、制御部２３は、第１通信部２１でダウンリンク切替後のダウンリンク情報を受信した時点ｔａ２において自車Ｃが領域Ｒ内に存在すると判定することができる。また、ダウンリンク切替後のダウンリンク情報に含まれる車線通知情報は、自車の車両ＩＤに車線番号が対応付けられた形式で構成されているため、制御部２３は、対応付けられた前記車線番号を自車の走行車線として認識することができる。すなわち、光ビーコンを用いることにより、所定の領域を道路上のほぼ１車線分の狭い範囲に限定することができ、自車の位置を一層高精度で特定することができる。なお、自車Ｃが領域Ｒ内に存在していると判定する時点は、時点ｔａ１又は時点ｔａ２のいずれでもよい。また、光ビーコン１０と車載機２０との間の通信領域を、自車位置に関する誤差が十分小さくなるように制限することができる場合、道路上の所定の領域Ｒを十分狭い範囲にすることができ、車載機２０は、光ビーコン１０が送信した領域Ｒの位置に関する情報を受信した時点で、自車位置を領域Ｒの位置として特定することができる。これにより、光ビーコンとの通信（交信）のみによって車載機２０の位置を特定することができる。
【００７４】
第２通信部２２は、送信機３０、４０、５０が送信した信号を受信する。より具体的には、第２通信部２２は、復調回路を備え、送信機３０、４０、５０が送信した電波を受信し、受信した電波を復調して元の信号を抽出する。第２通信部２２は、抽出した各信号に基づいて、各信号の到達時間差を算出し、算出した到達時間差を制御部２３へ出力する。
【００７５】
図４は信号の到達時間差の算出例を示す説明図である。図４は、送信機３０、４０が送信する信号波形、及び送信機３０、４０からの信号を車載機２０で受信した信号波形を示す。図４に示すように、送信機３０、４０それぞれは、同一周期の信号をお互いに同期して送信するとする。
【００７６】
車載機２０から送信機３０までの距離が、車載機２０から送信機４０までの距離より短いとすると、車載機２０には、送信機３０からの信号が先に到達し、送信機４０からの信号がΔＴ１だけ遅れて到達する。第２通信部２２は、受信した各信号に基づいて、到達時間差ΔＴ１を算出し、算出した到達時間差ΔＴ１を制御部２３へ出力する。また、所定の時間内に、複数回にわたって前記到達時間差を算出した上で、これらの平均値又は中央値等を取得する方法を用いることもできる。このような方法によれば、ノイズ等による影響を低減し、安定した到達時間差を得ることができる。なお、各信号の到達時間差の算出は、信号波形の立ち上がり部分のみならず、立ち下り部分で算出することもできる。
【００７７】
制御部２３は、第１通信部２１を通じて、ダウンリンク切替後のダウンリンク情報を受信した場合、受信したダウンリンク情報に含まれる情報（例えば、車線通知情報、領域Ｒの車両進行方向の最上流地点Ｒ０の位置情報、地点Ｒ０から停止線Ｐまでの距離Ｌ１、送信機３０、４０に関する位置情報など）を記憶部２４に記憶する。
【００７８】
制御部２３は、自車が領域Ｒに存在すると判定した場合（例えば、上述の時点ｔａ２）、第２通信部２２を通じて取得した到達時間差ΔＴ１に基づいて、自車の位置を取得する。以下、自車の位置を取得する方法について説明する。
【００７９】
図５は信号の到達時間差に基づいて自車位置を取得する例を示す説明図である。図５に示すように、送信機３０、４０を通る直線をｘ軸とし、送信機３０、４０の中点を通りｘ軸に垂直な直線をｙ軸とする。ｘｙ座標において、送信機３０のｘ座標を（ａ2 ＋ｂ2 ）の２分の１乗とし、送信機４０のｘ座標を（ａ2 ＋ｂ2 ）の２分の１乗に−１を積算した値とする。また、車載機２０、送信機３０、４０の高さ（より具体的には、それぞれのアンテナの高さ）が一致しているとする（例えば、路面からの高さとして、５０ｃｍ、１ｍ、１．５ｍなど）。この場合、送信機３０までの距離と送信機４０までの距離との距離差が一定である位置は、式（１）で表すことができる。これは、送信機３０、４０の位置を焦点とする双曲線である。
【００８０】
【数１】
【００８１】
すなわち、図５に示すように、例えば、到達時間差がΔＴ１である場合、ΔＴ１に基づいて、自車の位置から送信機３０までの距離と、自車の位置から送信機４０までの距離との距離差を算出することができ、図中ΔＴ１で示す双曲線が道路上の領域Ｒと重なる位置を自車の位置として取得することができる。なお、双曲線を特定する場合、車載機２０の路面からの高さは、例えば、５０ｃｍ、１ｍ、１．５ｍなど予め決定することができる。あるいは、記憶部２４に車載機２０の設置高さ情報を記憶しておき、記憶した高さを用いて双曲線を特定することができる。
【００８２】
次に具体的な数値例を用いて説明する。送信機３０、４０が２０ｍ離隔して設置されているとする。車載機２０で送信機３０からの信号が、送信機４０からの信号よりも２０ナノ秒早く到達したとすると、到達時間差は２０ナノ秒となる。信号の伝播速度を光速とすると、車載機２０から送信機３０までの距離は、車載機２０から送信機４０までの距離よりも６ｍ短くなる。
【００８３】
自車の位置を（ｘ、ｙ）とすると、自車の位置は、式（２）で表される曲線上にある。式（２）を演算すると式（３）を導くことができ、自車は、式（３）で表される双曲線が道路上の領域Ｒと重なる位置に存在することが判る。
【００８４】
表示部２５は、ヘッドアップディスプレイ、カーナビゲーションシステム又は監視モニタなどの液晶表示パネルであり、運転者に対して、各種交通情報を表示することができる。例えば、交差点又は停止線までの距離、交差点を安全に走行できない場合の警告等を表示する。
【００８５】
操作部２６は、各種操作パネルを備え、運転者と車載装置２０とのユーザインタフェースとして機能する。例えば、操作部２６は、運転者の操作により車載装置２０の動作の開始又は停止の操作を受け付ける。
【００８６】
次に道路上の領域Ｒにおいて自車位置を取得する場合の車載機２０の動作について説明する。図６は自車位置を取得する場合の車載機２０の処理内容を示す説明図である。自車Ｃが道路を停止線に向かって走行し、光ビーコン１０との通信が可能な領域Ｒに進入した場合、車載機２０は、送信機３０、４０の位置情報、領域Ｒの上流端の位置情報、領域Ｒと送信機３０、４０との位置関係、領域Ｒの上流端（第１地点）から停止線（第２地点）までの距離Ｌ１を含む道路形状情報などを含むダウンリンク情報を光ビーコン１０から取得して一旦記憶する。車載機２０は、ダウンリンク情報を取得した時点ｔａ２に自車Ｃが領域Ｒに存在すると判定する。
【００８７】
自車Ｃが領域Ｒに存在すると判定した場合、車載機２０は、送信機３０、４０から送信された各信号の到達時間差ΔＴ１、車載機２０の路面からの高さ、送信機３０、４０の位置情報、領域Ｒと送信機３０、４０との位置関係などに基づいて、自車Ｃが存在する双曲線ΔＴ１を特定するとともに、双曲線ΔＴ１と領域Ｒとが重なる位置を自車Ｃの位置（例えば、地点Ａとする）として取得する。なお、図中の双曲線ΔＴ１の位置は、一例であって、これに限定されるものではない。
【００８８】
領域Ｒと重なる双曲線の線分の距離が長い場合であっても、領域Ｒの位置情報（例えば、領域Ｒの各４隅の位置情報、道路進行方向と送信機３０、４０がなす直線との角度など）に基づいて、例えば、双曲線のうち、領域Ｒに重なる線分の中点を自車Ｃの位置とすることができる。また、道路の進行方向と送信機３０、４０がなす直線との角度を調整して送信機３０、４０を配置し、双曲線と道路進行方向とのなす角度ができるだけ直交するようにすれば、自車Ｃの位置をさらに精度良く取得することができる。
【００８９】
車載機２０は、取得した自車Ｃの位置（地点Ａ）、領域Ｒの上流端の位置などに基づいて、領域Ｒの上流端から自車Ｃまでの距離Ｌ２を算出する。また、車載機２０は、算出した距離Ｌ２及び記憶した距離Ｌ１に基づいて、自車Ｃの停止線までの距離Ｌ３（Ｌ３＝Ｌ１−Ｌ２）を算出する。これにより、自車Ｃの位置、及び自車Ｃの進行方向前方の所定位置（例えば、停止線）までの距離を精度良く求めることができる。
【００９０】
次に、道路上の所定の領域Ｒで自車位置を取得した後、取得した自車位置を起点に自車が進行方向前方の所定位置（停止線）に向かって走行を続ける場合、自車の走行位置を特定する方法について説明する。
【００９１】
図７は自車の走行位置を特定する例を示す説明図であり、図８及び図９は自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。図７に示すように、車載機２０は、道路上の所定の領域Ｒで自車位置（地点Ａとする）を取得した後、自車が進行方向前方の所定位置（停止線Ｐ）に向かって走行を続け、走行地点Ｂで自車の位置を特定するものとする。また、送信機３０の設置位置の座標を（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、送信機４０の設置位置の座標を（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、送信機５０の設置位置の座標を（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）とする。以下、図８及び図９に従って説明する。
【００９２】
当初、制御部２３は、自車が道路上の所定の領域Ｒ内に存在するか否かを判定し（Ｓ１１）、領域Ｒ内に存在しない場合（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ１１の処理を続け、自車が領域Ｒ内に存在するまで待機する。領域Ｒ内に自車が存在すると判定した場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、制御部２３は、自車位置を取得する（Ｓ１２）。取得した自車位置を地点Ａとする。なお、自車が領域Ｒ内に存在するか否かの判定方法、自車位置の取得方法は、図６で説明したとおりである。
【００９３】
制御部２３は、自車位置を取得した地点Ａから各送信機３０、４０、５０までの距離を算出する（Ｓ１３）。なお、図７に示すように、地点Ａにおける車載機２０の座標を（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）とし、自車位置から送信機３０、４０、５０までの距離をそれぞれＬａ１、Ｌａ２、Ｌａ３とする。
【００９４】
制御部２３は、地点Ａにおいて、各送信機３０、４０、５０が送信した信号の到達時間差を取得する（Ｓ１４）。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の到達時間差をｔａ１２、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号の到達時間差をｔａ２３、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号の到達時間差をｔａ３１とする。
【００９５】
制御部２３は、各送信機３０、４０、５０が送信する信号の同期ずれを算出する（Ｓ１５）。送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ１２、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ２３、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ３１とすると、同期ずれは、式（４）を演算することにより算出することができる。ここで、αは電波の伝播速度である。
【００９６】
【数２】
【００９７】
制御部２３は、タイマをセットする（Ｓ１６）。これにより、制御部２３は、所定の時間間隔で自車位置を特定する処理を繰り返す。その後、自車が走行を続け、地点Ｂに到達したとする。制御部２３は、地点Ｂにおいて、各送信機３０、４０、５０が送信した信号の到達時間差を取得する（Ｓ１７）。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ１２、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ２３、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ３１とする。
【００９８】
制御部２３は、地点Ｂにおいて、地点Ａで算出した同期ずれΔｔ１２、Δｔ２３、Δｔ３１、地点Ｂで算出した到達時間差をｔｂ１２、ｔｂ２３、ｔｂ３１、及び車載機２０の高さに基づいて、自車位置を特定する（Ｓ１８）。
【００９９】
自車位置の特定は、式（５）のうちのいずれか２つの式、及び式（６）に基づいて行うことができる。ここで、Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３は、それぞれ自車の位置である地点Ｂから送信機３０、４０、５０までの距離であり、Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂは、それぞれ地点Ｂにおける車載機２０の座標である。なお、この場合、車載機２０の高さであるＺｂは既知である。
【０１００】
制御部２３は、地点Ａ、Ｂの座標、経過時間等に基づいて、自車の走行方位、速度を算出し（Ｓ１９）、地点Ａで算出した所定位置（停止線Ｐ）までの距離Ｌ３に基づいて、地点Ｂから所定位置までの距離を算出する（Ｓ２０）。これにより、車両の走行ベクトルを正確に求めることができ、走行ベクトルから速度も正確に求めることができる。また、地点Ａにおいて、自車が走行する車線番号が判れば、予め車線幅を記憶しておくことで、地点Ｂにおいて走行している車線番号を特定することも可能となる。
【０１０１】
制御部２３は、処理終了の指示の有無を判定し（Ｓ２１）、処理終了の指示がない場合（Ｓ２１でＮＯ）、タイマが所定時間経過したか否かを判定し（Ｓ２２）、所定時間経過した場合には（Ｓ２２でＹＥＳ）、ステップＳ１６以降の処理を続ける。タイマが所定時間経過していない場合（Ｓ２２でＮＯ）、ステップＳ２２の処理を続け、所定時間経過するまで待機する。一方、処理終了の指示がある場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、制御部２３は、処理を終了する。
【０１０２】
これにより、すべての送信機３０、４０、５０が送信する信号がお互いに同期していなくても、車両の位置を精度良く特定することができ、特に、道路上を走行する車両の位置を逐一高精度に追跡することができる。
【０１０３】
上述の実施例では、各送信機３０、４０、５０が送信する信号の同期ずれを算出する構成であったが、同期ずれを算出することなく、車両の位置を精度良く特定することもできる。この場合には、式（４）及び式（５）から、同期ずれΔｔ１２、Δｔ２３、Δｔ３１を消去して得られた式に基づいて車両の位置を特定する。以下に、同期ずれを算出せずに車両の位置を特定する方法について説明する。
【０１０４】
図１０及び図１１は自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。この場合も、図７に示すように、車載機２０は、道路上の所定の領域Ｒで自車位置（地点Ａとする）を取得した後、自車が進行方向前方の所定位置（停止線Ｐ）に向かって走行を続け、走行地点Ｂで自車の位置を特定するものとする。また、送信機３０の設置位置の座標を（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、送信機４０の設置位置の座標を（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、送信機５０の設置位置の座標を（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）とする。以下、図１０及び図１１に従って説明する。
【０１０５】
制御部２３は、自車が道路上の所定の領域Ｒ内に存在するか否かを判定し（Ｓ３１）、領域Ｒ内に存在しない場合（Ｓ３１でＮＯ）、ステップＳ３１の処理を続け、自車が領域Ｒ内に存在するまで待機する。領域Ｒ内に自車が存在すると判定した場合（Ｓ３１でＹＥＳ）、制御部２３は、自車位置である地点Ａ（第１の地点）の位置の情報を取得し（Ｓ３２）、各送信機３０、４０、５０の位置情報（例えば、設置位置の座標）を取得する（Ｓ３３）。
【０１０６】
地点Ａの位置の情報としては、例えば、車載機２０の座標（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）、地点Ａから送信機３０、４０、５０までの距離Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、各送信機３０、４０、５０から地点Ａまでの各信号の到達所要時間Ｌａ１／α、Ｌａ２／α、Ｌａ３／α、各送信機３０、４０、５０が送信する各信号がそれぞれ同期している場合の各信号の地点Ａまでの到達時間差（Ｌａ１-Ｌａ２）／α、（Ｌａ２-Ｌａ３）／α、（Ｌａ３-Ｌａ１）／αなどのいずれか１つとすることができる。ここで、αは電波の伝播速度である。また、地点Ａの位置の情報は、光ビーコン１０から取得することができる。
【０１０７】
制御部２３は、地点Ａにおいて、各送信機３０、４０、５０が送信した信号の第１の到達時間差を取得する（Ｓ３４）。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の第１の到達時間差をｔａ１２、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号の第１の到達時間差をｔａ２３、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号の第１の到達時間差をｔａ３１とする。
【０１０８】
制御部２３は、タイマをセットする（Ｓ３５）。これにより、制御部２３は、所定の時間間隔で自車位置を特定する処理を繰り返す。その後、自車が走行を続け、地点Ｂ（第２の地点）に到達したとする。制御部２３は、地点Ｂにおいて、各送信機３０、４０、５０が送信した信号の第２の到達時間差を取得する（Ｓ３６）。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の第２の到達時間差をｔｂ１２、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号の第２の到達時間差をｔｂ２３、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号の第２の到達時間差をｔｂ３１とする。
【０１０９】
制御部２３は、地点Ｂにおいて、地点Ａの位置の情報（例えば、地点Ａから送信機３０、４０、５０までの距離Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３）、各送信機３０、４０、５０の設置位置の座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）、第１の到達時間差ｔａ１２、ｔａ２３、ｔａ３１、第２の到達時間差ｔｂ１２、ｔｂ２３、ｔｂ３１、及び車載機２０の高さに基づいて、自車位置を特定する（Ｓ３７）。
【０１１０】
自車位置の特定は、式（４）及び式（５）から同期ずれΔｔ１２、Δｔ２３、Δｔ３１を消去して得られた式、及び式（６）に基づいて行うことができる。ここで、Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３は、それぞれ自車の位置である地点Ｂから送信機３０、４０、５０までの距離であり、Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂは、それぞれ地点Ｂにおける車載機２０の座標である。なお、この場合、車載機２０の高さであるＺｂは既知である。
【０１１１】
制御部２３は、地点Ａ、Ｂの座標、経過時間等に基づいて、自車の走行方位、速度を算出し（Ｓ３８）、地点Ａで算出した所定位置（停止線Ｐ）までの距離Ｌ３に基づいて、地点Ｂから所定位置までの距離を算出する（Ｓ３９）。これにより、車両の走行ベクトルを正確に求めることができ、走行ベクトルから速度も正確に求めることができる。また、地点Ａにおいて、自車が走行する車線番号が判れば、予め車線幅を記憶しておくことで、地点Ｂにおいて走行している車線番号を特定することも可能となる。
【０１１２】
制御部２３は、処理終了の指示の有無を判定し（Ｓ４０）、処理終了の指示がない場合（Ｓ４０でＮＯ）、タイマが所定時間経過したか否かを判定し（Ｓ４１）、所定時間経過した場合には（Ｓ４１でＹＥＳ）、ステップＳ３５以降の処理を続ける。タイマが所定時間経過していない場合（Ｓ４１でＮＯ）、ステップＳ４１の処理を続け、所定時間経過するまで待機する。一方、処理終了の指示がある場合（Ｓ４０でＹＥＳ）、制御部２３は、処理を終了する。
【０１１３】
図１２は各送信機３０、４０、５０が送信する信号の同期ずれの例を示す説明図である。図１２に示すように、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号は、Δｔ１２だけの同期ずれを生じ、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号は、Δｔ２３だけの同期ずれを生じ、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号は、Δｔ３１だけの同期ずれを生じている。なお、所定の領域Ｒで自車位置を精度良く取得するためには、送信機３０、４０が送信する信号は、お互いに同期していることが好ましいが、磁気ネール等の他の方式を併用するか、あるいは、光ビーコン１０による通信可能領域である領域Ｒさらに狭くすることにより、領域Ｒで自車位置を許容限度内で取得できる場合には、送信機３０、４０が送信する信号の同期は、必ずしも必要ではない。
【０１１４】
図１３は各送信機３０、４０、５０が送信する信号の到達時間差の例を示す説明図である。図１３（ａ）に示すように、地点Ａにおいて、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号は、ｔａ１２だけ到達時間差を生じ、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号は、ｔａ２３だけ到達時間差を生じ、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号は、ｔａ３１だけ到達時間差を生じている。また、図１３（ｂ）に示すように、地点Ｂにおいて、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号は、ｔｂ１２だけ到達時間差を生じ、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号は、ｔｂ２３だけ到達時間差を生じ、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号は、ｔｂ３１だけ到達時間差を生じている。なお、図１３で示すように、到達時間差は、自車の走行位置に応じて異なる。
【０１１５】
図１４は送信機３０、４０が送信する信号の送信間隔の例を示す説明図である。図１４に示すように、送信機３０、４０は、矩形状の送信波形を所定の間隔Ｔ１で送信する。送信機３０、４０が送信した信号は、車載機２０に直接到達する直接波と、周囲に存在する建物等により反射した後に直接波よりも遅延して到達する遅延波とが合成（重畳）した合成波となる。従って、車載機２０で受信する信号の受信波形は、送信波形にマルチパスにより遅延した信号が重畳したような波形となり、マルチパスによる遅延波が直接波に影響を与える時間は、例えば、Ｔ３となる。また、車載機２０と送信機３０、４０との距離に応じて、車載機２０が信号を受信する時点は、送信機３０、４０が信号を送信した時点から、例えば、最大時間Ｔ２だけ遅れる。
【０１１６】
この場合、送信機３０、４０で送信する信号の送信間隔Ｔ１を、Ｔ１＞Ｔ２＋Ｔ３に設定することにより、車載機２０で受信した各信号の立ち上がり部分がマルチパスによる影響を受けることがなく、精度良く到達時間差を求めることができる。なお、送信機３０、５０が送信する信号の送信間隔、送信機４０、５０が送信する信号の送信間隔についても同様である。
【０１１７】
送信機３０、４０、５０が送信する信号は、互いに同一周期の信号を送信すべく、例えば、基準クロック信号に同期して信号を生成する。しかし、基準クロック信号を生成する水晶発振器の発振周波数は、経年変化等により誤差を生じ、各送信機３０、４０、５０が送信する信号の周期（周波数）がずれる場合がある。以下、各送信機３０、４０、５０の信号の周期を同一にする方法について説明する。
【０１１８】
図１５は送信機４０、５０が送信する信号の周期を同一にする方法の例を示す説明図である。図１５（ａ）は、信号の周期がずれた場合を示し、送信機４０が送信する信号の周期はＴ４であり、送信機５０が送信する信号の周期は、Ｔ４と異なるＴ４’となっている。この場合、各送信機３０、４０、５０には、位相同期回路（ＰＬＬ：Phase-locked loop）を設けておき、例えば、送信機４０は、信号を送信機５０へ無線又は有線で送信する。送信機５０は、受信した信号に基づいて、基準クロック信号の周期（周波数）を調整し、周期が調整された基準クロック信号に基づいて、信号の周期を決定する。これにより、図１５（ｂ）に示すように、送信機５０が送信する信号の周期をＴ４’からＴ４に修正し、送信機３０の信号の周期と同一にすることができる。なお、送信機３０と送信機４０、あるいは、送信機３０と送信機５０との間の信号の周期も同様に調整することができる。
【０１１９】
図１６は送信機４０、５０が送信する信号の同一同期の例を示す説明図である。送信機４０、５０が送信する信号の周期が同一周期であるとは、各送信機４０、５０が信号を送出する間隔が、各送信機４０、５０間で異ならないことを意味する。すなわち、図１６（ａ）に示すように、全ての送信機４０、５０が同一間隔（Ｔ４）で信号を送信し続ける場合のみならず、図１６（ｂ）に示すように、各送信機４０、５０の信号の送信間隔が時間とともに変動する場合も含まれる。
【０１２０】
すなわち、図１６（ｂ）に示すように、各送信機４０、５０が、同じように送信間隔を変動させ、各送信機４０、５０の信号の送信開始タイミングのズレ（Ｔ５）が一定に保たれていればよい。なお、送信機４０の送信間隔に連動して送信機５０の送信間隔を変動させるには、送信機４０を親機と見なして、送信機５０を含む子機は、送信機４０からの信号を受け取った後、即座に（もしくは所定時間経過後に）信号を送信するようにすると良い。そうすることで、親機の信号送信間隔に連動して子機の信号送信間隔も変動させることができる。
【０１２１】
なお、各送信機が送信する信号の周期を同一にする方法は、図１５の例に限定されるものではなく、他の方法を用いてもよい。例えば、送信機３０、４０、５０とは別に、周期調整用送信機を設置する。周期調整用送信機は、所定周期の周期調整信号を送信機３０、４０、５０へ送信する。送信機３０、４０、５０は、周期調整信号を受信し、周期調整信号の周期（周波数）に基づいて、基準クロック信号の周期（周波数）を調整し、周期が調整された基準クロック信号に基づいて、信号の周期を決定することができる。
【０１２２】
また、周期調整用送信機に代えて、ＧＰＳ等を含むＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星が送信する信号を受信し、受信した信号から基準発振周波数（例えば、約１０ＭＨｚ）の信号を抽出し、抽出した基準発振周波数の信号に基づいて、基準クロック信号の周期（周波数）を調整し、周期が調整された基準クロック信号に基づいて、信号の周期を決定することができる。
【０１２３】
送信機３０、４０、５０が送信する信号の波形は、矩形波形に限定されるものではなく、正弦波形であってもよい。図１７は正弦波形の信号を用いた場合の到達時間差の算出例を示す説明図である。図１７は送信機３０、５０が送信する信号波形、及び送信機３０、５０からの信号を車載機２０で受信した信号波形を示す。図１７に示すように、送信機３０、５０それぞれは、同一周期の信号を送信する。
【０１２４】
この場合、第２通信部２２は、位相検出器（不図示）を備え、送信機３０、５０が送信した信号を受信し、受信した各信号を位相検出器へ出力する。位相検出器は、各信号の位相差を検出し、これにより、簡便な構成で各信号の到達時間差ΔＴを算出することができる。
【０１２５】
なお、上述の正弦波形の信号を送信する場合、信号を変調して送信することもできる。例えば、送信機３０、４０、５０は、正弦波状の信号（例えば、周波数が１０ｋＨｚ）で搬送波（例えば、周波数が数百ＭＨｚ）を変調（例えば、周波数変調）し、変調後の信号を送信する。車載機２０は、受信した搬送波を復調して元の信号を取り出し、各信号の位相差に基づいて、到達時間差を取得することができる。
【０１２６】
実施の形態２
上述の実施の形態１では、測位用として送信機を３台用いる構成であったが、送信機の数は、３台に限定されるものではなく、４台以上用いる構成であってもよい。
【０１２７】
図１８は実施の形態２の自車の走行位置を特定する例を示す説明図である。図１８に示すように、実施の形態２では、光ビーコン１０、車両に搭載された車載機２０、道路付近の所定の位置に設置され、同一周期の信号を送信する送信機３０、４０、５０、６０などを備えている。実施の形態１との相違点は、送信機６０を設けていることである。なお、送信機６０の構成は、送信機３０、４０、５０と同様であるので説明は省略する。以下、図１８に従って、自車位置の特定方法を説明する。
【０１２８】
図１８に示すように、車載機２０は、道路上の所定の領域Ｒで自車位置（地点Ａとする）を取得した後、自車が進行方向前方の所定位置（停止線Ｐ）に向かって走行を続け、走行地点Ｂで自車の位置を特定するものとする。また、送信機３０の設置位置の座標を（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、送信機４０の設置位置の座標を（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、送信機５０の設置位置の座標を（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）、送信機６０設置位置の座標を（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）とする。
【０１２９】
車載機２０（制御部２３）は、自車が道路上の所定の領域Ｒ内に存在するか否かを判定し、領域Ｒ内に自車が存在すると判定した場合、自車位置を取得する。取得した自車位置を地点Ａとする。なお、自車が領域Ｒ内に存在するか否かの判定方法、自車位置の取得方法は、図６で説明したとおりである。
【０１３０】
車載機２０は、自車位置を取得した地点Ａから各送信機３０、４０、５０、６０までの距離を算出する。なお、図１８に示すように、地点Ａにおける車載機２０の座標を（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）とし、自車位置から送信機３０、４０、５０、６０までの距離をそれぞれＬａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４とする。
【０１３１】
車載機２０は、地点Ａにおいて、各送信機３０、４０、５０、６０が送信した信号の到達時間差を取得する。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の到達時間差をｔａ１２、送信機３０及び送信機５０が送信した各信号の到達時間差をｔａ１３、送信機３０及び送信機６０が送信した各信号の到達時間差をｔａ１４とする。
【０１３２】
車載機２０は、各送信機３０、４０、５０、６０が送信する信号の同期ずれを算出する。送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ１２、送信機３０及び送信機５０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ１３、送信機３０及び送信機６０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ１４とすると、同期ずれは、式（７）を演算することにより算出することができる。ここで、αは電波の伝播速度である。
【０１３３】
【数３】
【０１３４】
車載機２０は、その後、自車が走行を続け、地点Ｂに到達したとする。車載機２０は、地点Ｂにおいて、各送信機３０、４０、５０、６０が送信した信号の到達時間差を取得する。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ１２、送信機３０及び送信機５０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ１３、送信機３０及び送信機６０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ１４とする。
【０１３５】
車載機２０は、地点Ｂにおいて、地点Ａで算出した同期ずれΔｔ１２、Δｔ１３、Δｔ１４、地点Ｂで算出した到達時間差をｔｂ１２、ｔｂ１３、ｔｂ１４に基づいて、自車位置を特定する。自車位置の特定は、式（８）、及び式（９）に基づいて行うことができる。ここで、Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３、Ｌｂ４は、それぞれ自車の位置である地点Ｂから送信機３０、４０、５０、６０までの距離であり、Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂは、それぞれ地点Ｂにおける車載機２０の座標である。
【０１３６】
車載機２０は、地点Ａ、Ｂの座標、経過時間等に基づいて、自車の走行方位、速度を算出し、地点Ａで算出した所定位置（停止線Ｐ）までの距離Ｌ３に基づいて、地点Ｂから所定位置までの距離を算出する。これにより、車両の走行ベクトルを正確に求めることができ、走行ベクトルから速度も正確に求めることができる。また、地点Ａにおいて、自車が走行する車線番号が判れば、予め車線幅を記憶しておくことで、地点Ｂにおいて走行している車線番号を特定することも可能となる。
【０１３７】
これにより、すべての送信機３０、４０、５０、６０が送信する信号がお互いに同期していなくても、車両の位置を精度良く特定することができ、特に、道路上を走行する車両の位置を逐一高精度に追跡することができる。
【０１３８】
以上説明したように、本発明にあっては、一旦車両位置を取得した後は、その位置を起点として、車両が走行を続けた場合に、車両の位置を精度良く特定することができ、特に、道路上を走行する車両の位置を逐一高精度に追跡することができる。また、すべての送信機が送信する信号がお互いに同期していなくても、高精度に車両の位置を特定することが可能になる。また、自車の進行方向前方の所定位置までの距離を精度良く求めつつ所定位置に到達することができる。
【０１３９】
また、本発明にあっては、所要の周波数帯の搬送波を用いることにより、電波の所要の周波数帯を用いて信号を送受信することができる。また、信号の立ち上がり部分がマルチパスによる影響を受けることがなく、精度良く到達時間差を取得することができる。また、簡便な構成で信号の到達時間差を取得することができる。また、各送信機は、互いに同一周期の信号を送信することができる。
【０１４０】
上述の実施の形態では、送信機３０〜６０が信号を変調して送信し、車載機２０では復調して元の信号を抽出し、各信号の到達時間差を算出する構成であったが、これに限定されるものではなく、送信機３０〜６０で、信号を直交周波数多重方式の周波数が異なる搬送波に割り当て、信号が割り当てられた搬送波を送信する。例えば、送信する信号に逆フーリエ変換して周波数の異なる少なくとも１つのサブキャリア（搬送波）に変換し、変換した信号をＤＡ変換して送信機３０〜６０から車載機２０に対して送信する。車載機２０は、送信された搬送波をＡＤ変換し、変換後の信号同士をパターンマッチングすることで各信号の到達時間差を取得する。これにより、他の帯域における通信との干渉を少なくしつつ周波数帯の利用効率を向上させることができる。
【０１４１】
上述の実施の形態では、光ビーコン１０から位置情報等を車載機２０へ送信する構成であったが、これに限定されるものではなく、送信機３０〜６０のいずれかが車載機２０へ位置情報等を送信する構成とすることもできる。また、車載機２０でＧＰＳ、地図データ等を備えておき、予め所要の位置情報を記憶しておく構成とすることもできる。この場合、光ビーコン１０又は送信機３０〜６０から位置情報等を送信する必要はない。また、この場合には、制御部２３が、第１通信部２１でダウンリンク情報を受信した時点ｔａ１において自車Ｃが領域Ｒ内に存在すると判定することができる。
【０１４２】
上述の実施の形態に示したように、道路形状情報については、領域Ｒの上流端（第１地点）から停止線Ｐ（第２地点）までの距離Ｌ１とする方法以外に、以下のような形式としても良い。例えば、領域Ｒの上流端から停止線Ｐまでの間に複数のノード（道路区間）を設定し、領域Ｒの上流端から該上流端に直近のノードまでの距離、各ノード間の距離、及び停止線Ｐに直近のノードから停止線までの距離それぞれを格納した形式とすることもできる。また、複数のノード間の距離は常に一定（例えば、２０ｍ）となるように設定した上で、ノード間の勾配又は曲率を格納する形式とすることもできる。すなわち、道路形状情報は、領域Ｒの上流端（第１地点）から停止線Ｐ（第２地点）までの距離を取得しうる形式であれば、どのような形式であっても良い。
【０１４３】
上述の発明により、走行中の自車の位置を精度良く特定することができるため、本発明を用いることにより、例えば、車載機で前方の信号機の表示情報を受信し、受信した表示情報に基づいて交差点の手前で安全に停止することができるか否か、あるいは、交差点を安全に通過することができるか否かを高精度に判定し、判定結果に応じて運転者に音声で注意を促すことができる。また、車載機で受信した信号機の表示情報に基づいて、交差点を安全に通過することができるか否かを高精度に判定し、判定結果に応じて車両のブレーキ制御を行うこともでき、交通事故を未然に防止して交通の安全性を高めることができる。
【０１４４】
開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明に係る通信システムの概要を示す模式図である。
【図２】本発明に係る通信システムの構成を示すブロック図である。
【図３】光ビーコンと車載機との間の双方向通信を説明する説明図である。
【図４】信号の到達時間差の算出例を示す説明図である。
【図５】信号の到達時間差に基づいて自車位置を取得する例を示す説明図である。
【図６】自車位置を取得する場合の車載機の処理内容を示す説明図である。
【図７】自車の走行位置を特定する例を示す説明図である。
【図８】自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。
【図９】自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】各送信機が送信する信号の同期ずれの例を示す説明図である。
【図１３】各送信機が送信する信号の到達時間差の例を示す説明図である。
【図１４】送信機が送信する信号の送信間隔の例を示す説明図である。
【図１５】送信機が送信する信号の周期を同一にする方法の例を示す説明図である。
【図１６】送信機が送信する信号の同一同期の例を示す説明図である。
【図１７】正弦波形の信号を用いた場合の到達時間差の算出例を示す説明図である。
【図１８】実施の形態２の自車の走行位置を特定する例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１０ 光ビーコン
１１ 通信部
１２ 制御部
１３ 端末通信部
１４ 記憶部
２０ 車載機
２１ 第１通信部
２２ 第２通信部
２３ 制御部
２４ 記憶部
２５ 表示部
２６ 操作部
３０、４０、５０、６０ 送信機
３１、４１、５１ 通信部
３２、４２、５２ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路を走行する車両の位置を高精度に特定することができる通信システム、該通信システムを構成する車載機及び送信機並びに該車載機を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交差点内及びその付近での車両同士、あるいは車両と歩行者との交通事故を防止するために、交差点に設置された信号機の灯色の表示情報を交差点に向かって走行してくる車両に対して送信し、車両に搭載された車載機で表示情報を受信し、受信した表示情報に基づいて交差点の手前で安全に停止することができるか否か、あるいは、交差点を安全に通過することができるか否かを判定し、判定結果に応じて運転者に音声で注意を促すシステムがある。また、車載機で受信した信号機の表示情報に基づいて、交差点を安全に通過することができるか否かを判定し、判定結果に応じて車両のブレーキ制御を行う信号機連動式車両速度制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２８０６８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
交差点手前で安全に車両を停止させる場合、交差点付近に設けられた停止線の手前で確実に車両を停止させる必要があり、車両から停止線までの距離を正確に把握しておく必要がある。しかしながら、特許文献１の装置にあっては、車両を減速させる制御が自動的に行われても車両から停止線までの距離が正確に判らないため、車両を停止線の手前で確実に停止させることは困難であり、オーバーランといった不具合を生じる恐れがある。このため、従来の技術では、車両を停止線の手前で確実に停止させて交差点における交通事故を未然に防止するには不十分な面があった。
【０００４】
一方、カーナビゲーションのジャイロセンサ、加速度センサ、ＧＰＳ（Global Positioning System）などを用いて自車の走行位置を検出し、地図データに基づいて交差点の位置を特定することによって、現在の走行位置から自車前方にある交差点手前の停止線の位置までの距離を算出することができる。しかし、ジャイロセンサは、時間の経過とともに検出誤差が蓄積するとともに、車両の振動により誤差が生ずる。また、加速度センサは、温度特性により誤差が生じ、検出精度が十分ではない。さらに、ＧＰＳ等による位置検出では、都市部においては建物又は車両などの影響により、十分な数のＧＰＳ等の電波を受信できないことが多く、誤差が大きくなるため、正確な運転支援を行うことが困難であった。
【０００５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、自車の走行位置を精度良く特定することができ、自車の進行方向前方の所定位置までの距離を精度良く求めつつ所定位置まで到達することができる通信システム、該通信システムを構成する車載機及び送信機並びに該車載機を備える車両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】
【０００６】
第１発明に係る通信システムは、同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機と、該送信機が送信した信号を受信する車載機とを備える通信システムであって、前記車載機は、前記送信機の位置情報を記憶する手段と、道路上の第１の地点への到達時に、前記送信機が送信した各信号の第１の到達時間差を取得する第１の時間差取得手段と、前記第１の地点通過後の第２の地点への到達時に、前記送信機が送信した各信号の第２の到達時間差を取得する第２の時間差取得手段と、前記送信機の位置情報、前記第１の地点に関する情報、前記第１の到達時間差及び第２の到達時間差に基づいて、前記第２の地点の自車位置を特定する特定手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
第２発明に係る通信システムは、第１発明において、前記第１の地点の情報は、前記第１の地点の位置情報、該第１の地点から各送信機までの距離情報、該各送信機から前記第１の地点までの各信号の到達所要時間の情報及び前記各送信機が送信する各信号がそれぞれ同期している場合における前記各信号の前記第１の地点までの到達時間差のうち少なくとも１つであることを特徴とする。
【０００８】
第３発明に係る通信システムは、同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機と、該送信機が送信した信号を受信する車載機とを備える通信システムであって、前記車載機は、前記送信機の位置情報を記憶する手段と、前記送信機が送信した各信号の到達時間差を取得する時間差取得手段と、道路上の所定の領域で前記送信機が送信する信号の周期の同期ずれを算出する同期ずれ算出手段と、自車の走行地点で取得した到達時間差、前記同期ずれ算出手段で算出した同期ずれ及び前記送信機の位置情報に基づいて、自車位置を特定する特定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第４発明に係る通信システムは、第３発明において、前記車載機は、前記領域で自車位置を取得する位置取得手段と、該位置取得手段で取得した自車位置から各送信機までの距離を算出する第１算出手段とを備え、前記同期ずれ算出手段は、前記自車位置で取得した到達時間差及び前記自車位置から各送信機までの距離に基づいて、前記送信機が送信する信号の同期ずれを算出するように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
第５発明に係る通信システムは、第４発明において、前記領域内で前記車載機へ前記領域の位置に関する情報を送信する位置情報送信機を備え、前記位置取得手段は、前記位置情報送信機が送信した前記領域の位置に関する情報に基づいて自車位置を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００１１】
第６発明に係る通信システムは、第５発明において、前記位置情報送信機は、光ビーコンであることを特徴とする。
【００１２】
第７発明に係る通信システムは、第４発明乃至第６発明のいずれかにおいて、前記車載機は、前記領域の位置情報を記憶する手段と、自車が前記領域内に存在するか否かを判定する判定手段とを備え、前記位置取得手段は、前記判定手段で自車が前記領域内に存在すると判定した場合、前記領域及び送信機の位置情報並びに前記時間差取得手段で取得した到達時間差に基づいて自車位置を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００１３】
第８発明に係る通信システムは、第７発明において、前記車載機に対して所定の情報を送信する光ビーコンを備え、前記車載機は、前記情報を受信する受信手段を備え、前記判定手段は、前記光ビーコンから所定の情報を受信した場合、自車が前記領域内に存在すると判定するように構成してあることを特徴とする。
【００１４】
第９発明に係る通信システムは、第４発明乃至第８発明のいずれかにおいて、前記位置取得手段は、前記領域内の所定の第１地点に対する位置を取得するように構成してあり、 前記第１地点と前記領域よりも車両の進行方向下流側にある所定の第２地点との間の道路形状に関する道路形状情報を取得する道路形状情報取得手段と、該道路形状情報取得手段で取得した道路形状情報及び前記位置取得手段で取得した位置に基づいて、自車位置から前記第２地点までの距離を算出する第２算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
第１０発明に係る通信システムは、第９発明において、前記道路形状情報は、前記第１地点と第２地点との間の道路を１又は複数の区間に分割した各区間についての距離、勾配及び曲率のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００１６】
第１１発明に係る通信システムは、第９発明又は第１０発明において、前記送信機及び光ビーコンのうち少なくとも１つは、前記道路形状情報を車載機へ送信する送信手段を備え、前記道路形状情報取得手段は、前記道路形状情報を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００１７】
第１２発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１１発明のいずれかにおいて、前記車載機は、搭載位置の高さ情報を記憶する手段を備え、前記特定手段は、前記高さ情報に基づいて自車位置を特定するように構成してあることを特徴とする。
【００１８】
第１３発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１２発明のいずれかにおいて、前記送信機は、信号を変調する変調手段を備え、該変調手段で変調した信号を送信するように構成してあり、前記車載機は、受信した信号を復調する復調手段を備え、前記時間差取得手段は、前記復調手段で復調した信号に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００１９】
第１４発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１２発明のいずれかにおいて、前記送信機は、信号を直交周波数多重方式の搬送波に割り当てる割当手段を備え、該割当手段で信号が割り当てられた搬送波を送信するように構成してあり、前記車載機は、前記搬送波を受信する搬送波受信手段を備え、前記時間差取得手段は、受信した搬送波に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００２０】
第１５発明に係る通信システムは、第１３発明又は第１４発明において、前記送信機は、立ち上がりを有する信号を所定の間隔で送信するように構成してあり、前記時間差取得手段は、受信した各信号の立ち上がり時点に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００２１】
第１６発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１２発明のいずれかにおいて、前記送信機は、交番波形の信号を送信するように構成してあり、前記時間差取得手段は、受信した各信号の位相差に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００２２】
第１７発明に係る通信システムは、第１６発明において、前記送信機は、信号を変調する変調手段を備え、該変調手段で変調した信号を送信するように構成してあり、前記車載機は、受信した信号を復調する復調手段を備え、前記時間差取得手段は、前記復調手段で復調した各信号の位相差に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする。
【００２３】
第１８発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１２発明のいずれかにおいて、前記送信機は、所定の周期の基準周期信号を生成する生成手段と、該生成手段で生成した基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
第１９発明に係る通信システムは、第１８発明において、一の送信機は、信号を他の送信機へ無線又は有線で送信するように構成してあり、前記他の送信機は、受信した信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段を備え、前記決定手段は、前記調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定するように構成してあることを特徴とする。
【００２５】
第２０発明に係る通信システムは、第１８発明において、所定周期の周期調整信号を送信する周期調整用送信機を備え、前記送信機は、前記周期調整用送信機が送信した周期調整信号を受信する受信手段と、受信した周期調整信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段を備え、前記決定手段は、前記調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定するように構成してあることを特徴とする。
【００２６】
第２１発明に係る通信システムは、第１発明乃至第１２発明のいずれかにおいて、前記送信機は、ＧＮＳＳ衛星が送信した信号を受信する受信手段と、受信した信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。
【００２７】
第２２発明に係る通信システムは、第１発明乃至第２１発明のいずれかにおいて、前記特定手段により所定の時間間隔で特定した自車位置に基づいて、自車の走行方位及び走行速度の少なくとも１つを算出する走行値算出手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
第２３発明に係る車載機は、少なくとも３つの送信地点から送信された同一周期の信号を受信する車載機であって、前記送信地点の位置情報を記憶する手段と、道路上の第１の地点への到達時に、送信された各信号の第１の到達時間差を取得する第１の時間差取得手段と、前記第１の地点通過後の第２の地点への到達時に、送信された各信号の第２の到達時間差を取得する第２の時間差取得手段と、前記送信地点の位置情報、前記第１の地点に関する情報、前記第１の到達時間差及び第２の到達時間差に基づいて、前記第２の地点の自車位置を特定する特定手段とを備えることを特徴とする。
【００２９】
第２４発明に係る車載機は、第２３発明において、前記第１の地点の情報は、前記第１の地点の位置情報、該第１の地点から各送信地点までの距離情報、該各送信地点から前記第１の地点までの各信号の到達所要時間の情報及び前記各信号がそれぞれ同期している場合における前記各信号の前記第１の地点までの到達時間差のうち少なくとも１つであることを特徴とする。
【００３０】
第２５発明に係る車載機は、少なくとも３つの送信地点から送信された同一周期の信号を受信する車載機であって、前記送信地点の位置情報を記憶する手段と、送信された各信号の到達時間差を取得する時間差取得手段と、送信された信号の周期の同期ずれを道路上の所定の領域で算出する同期ずれ算出手段と、自車の走行地点で取得した到達時間差、前記同期ずれ算出手段で算出した同期ずれ及び前記送信地点の位置情報に基づいて、自車位置を特定する特定手段とを備えることを特徴とする。
【００３１】
第２６発明に係る車両は、第２３発明乃至第２５発明のいずれかに係る車載機を備えることを特徴とする。
【００３２】
第２７発明に係る送信機は、互いに同一周期の信号を送信する送信機であって、所定の周期の基準周期信号を生成する生成手段と、他の送信機が送信した信号を受信する受信手段と、該受信手段で受信した信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段と、該調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。
【００３３】
第１発明及び第２３発明にあっては、道路を走行する車両に搭載された車載機は、道路上の第１の地点（例えば、地点Ａ）への到達時に、同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機が送信する各信号の第１の到達時間差を取得する。道路上の第１の地点は、例えば、光ビーコン、電波ビーコン、磁気ネール、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：狭域通信）などの路側装置と車両との間の通信地点（交信地点）とすることができる。自車がさらに走行し、第１の地点通過後の第２の地点（例えば、地点Ｂ）への到達時に、車載機は、各送信機が送信した各信号の第２の到達時間差を取得する。車載機は、各送信機の位置情報、第１の地点に関する情報（例えば、第１の地点の位置情報）、第１の到達時間差及び第２の到達時間差に基づいて、第２の地点、すなわち自車位置を特定する。
【００３４】
従来、複数の送信機からの電波の位相差又は到達時間差を検出して位置を測位するロラン方式又はオメガ方式などの双曲線航法が知られているが、道路上を走行する車両の位置を、例えば、１ｍ以下の精度で検出するためには、送信する電波を非常に高い精度で同期させる必要があった。これに対して、本発明によれば、すべての送信機が送信する信号がお互いに同期していなくても、車両の位置を精度良く特定することができ、特に、道路上を走行する車両の位置を逐一高精度に追跡することができる。
【００３５】
第２発明及び第２４発明にあっては、第１の地点の情報は、第１の地点の位置情報、第１の地点から各送信機までの距離情報、該各送信機から第１の地点までの各信号の到達所要時間の情報及び各送信機が送信する各信号がそれぞれ同期している場合における各信号の第１の地点までの到達時間差のうち少なくとも１つである。これにより、第１の地点と各送信機との位置関係とを特定するための自由度を向上させることができる。
【００３６】
第３発明、第２５発明及び第２６発明にあっては、道路を走行する車両に搭載された車載機は、道路上の所定の領域で、同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機が送信する信号の周期の同期ずれを算出する。道路上の所定の領域は、例えば、光ビーコン、電波ビーコン、磁気ネール、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：狭域通信）などの路側装置と車両との間の通信領域とすることができる。各送信機が送信する信号の周期の同期ずれは、例えば、自車の位置、各信号の到達時間差、自車の位置から各送信機までの距離に基づいて算出することができる。自車がさらに走行した時点で、車載機は、所定の領域において算出した同期ずれ、自車の走行地点で取得した各信号の到達時間差及び各送信機の位置情報に基づいて、自車位置を特定する。
【００３７】
従来、複数の送信機からの電波の位相差又は到達時間差を検出して位置を測位するロラン方式又はオメガ方式などの双曲線航法が知られているが、道路上を走行する車両の位置を、例えば、１ｍ以下の精度で検出するためには、送信する電波を非常に高い精度で同期させる必要があった。これに対して、本発明によれば、すべての送信機が送信する信号がお互いに同期していなくても、車両の位置を精度良く特定することができ、特に、道路上を走行する車両の位置を逐一高精度に追跡することができる。
【００３８】
第４発明にあっては、車載機は、道路上の所定の領域で自車位置を取得する。例えば、所定領域内の自車位置は、光ビーコン、電波ビーコン、磁気ネール、ＤＳＲＣ等との通信時点に取得することができる。車載機は、取得した自車位置から各送信機までの距離を算出し、算出した距離及び自車位置で取得した到達時間差に基づいて、送信機が送信する信号周期の同期ずれを算出する。例えば、所定の領域内で取得した自車位置から第１送信機までの距離をＬａ１、自車位置から第２送信機までの距離をＬａ２、第１送信機と第２送信機との同期ずれをΔｔ１２、第１送信機及び第２送信機からの信号の到達時間差をｔａ１２、電波の伝播速度をαとすると、ｔａ１２−Δｔ１２＝（Ｌａ１−Ｌａ２）／αという式が成り立つ。他の送信機間についても、同様な式が成り立ち、これらの式に基づいて、同期ずれを算出することができる。これにより、すべての送信機が送信する信号がお互いに同期していなくても、高精度に車両の位置を特定することが可能になる。
【００３９】
第５発明にあっては、位置情報送信機は、道路上の所定の領域内で、その領域の位置に関する情報を車載機へ送信する。車載機は、領域の位置に関する情報を受信し、受信した情報に基づいて自車位置を特定する。例えば、位置情報送信機と車載機との間の通信領域を位置に関する誤差が十分小さくなるように制限することができる場合、道路上の所定の領域を十分狭い範囲にすることができ、車載機は、位置情報送信機が送信した領域の位置に関する情報を受信した時点で、自車位置を特定することができる。
【００４０】
第６発明にあっては、位置情報送信機は、光ビーコンである。これにより、光ビーコンとの通信（交信）のみによって車載機の位置を特定することができる。
【００４１】
第７発明にあっては、道路を走行する車両に搭載された車載機で自車が道路上の所定の領域に存在するか否かを判定する。車載機は、例えば、光ビーコン、電波ビーコン、磁気ネール、ＤＳＲＣなどと通信することで、自車が所定の領域に存在すると判定した場合、２つの送信機が送信した信号を受信し、受信した各信号の到達時間差を取得する。なお、この場合、送信される各信号は互いに同期していることが好ましい。車載機は、取得した到達時間差に基づいて、自車と一方の送信機との間の距離と、自車と他方の送信機との間の距離との距離差を求める。この場合、自車は、２つの送信機の位置を焦点とし、距離差が一定となる双曲線上に存在する。車載機は、予め記憶した送信機の位置情報に基づいて双曲線の位置を特定し、さらに所定の領域の位置情報に基づいて、所定の領域にある双曲線上の位置を自車の位置として取得する。これにより、自車の走行位置を精度良く取得することができる。なお、位置情報は、例えば、地図データベース等から取得して記憶してもよく、あるいは、路側の装置から受信して記憶するようにしてもよい。
【００４２】
第８発明にあっては、車載機は、光ビーコンから所定の情報を受信した場合、自車が所定の領域内に存在すると判定する。例えば、光ビーコンの投受光器から送信されるダウンリンク情報を車載機で受信した場合、車載機は、自車の車両ＩＤを含むアップリンク情報を投受光器に対して送信する。光ビーコンは、車載機からアップリンク情報を受信した場合、受信した前記アップリンク情報に含まれる車両ＩＤを格納した車線通知情報を含む所定のダウンリンク情報を車載機へ送信し、車載機は、所定のダウンリンク情報を受信した時点で、自車が所定の領域内（前記光ビーコンの通信領域内）に存在すると判定することができる。また、前記所定のダウンリンク情報に含まれる車線通知情報は、自車の車両ＩＤに車線番号が対応付けられた形式で構成されているため、車載機は、対応付けられた前記車線番号を自車の走行車線として認識することができる。すなわち、光ビーコンを用いることにより、所定の領域を道路上のほぼ１車線分の狭い範囲に限定することができ、自車の位置を一層高精度で特定することができる。
【００４３】
第９発明にあっては、所定の領域内の所定の第１地点の位置情報を記憶しておき、車載機は、自車の位置を第１地点に対する位置（例えば、第１地点からの距離Ｌ２）として特定する。第１地点としては、例えば、所定の領域の車両進行方向最も上流側の地点（上流端）とすることができる。車載機は、第１地点と前記領域よりも車両の進行方向下流側にある所定の第２地点（例えば、交差点手前の停止線）との間の道路形状に関する道路形状情報（例えば、距離Ｌ１）を取得する。車載機は、取得した道路形状情報（例えば、距離Ｌ１）及び特定した位置（第１地点からの距離Ｌ２）に基づいて、第２地点までの距離Ｌ３（Ｌ３＝Ｌ１−Ｌ２）を算出する。所定の第２地点までの距離Ｌ３が算出された後、自車が第２地点に向かって走行する場合、自車の走行に応じて逐一自車位置を特定することができるため、常に第２地点までの距離を正確に把握しつつ第２地点に近づくことができる。すなわち、自車の進行方向前方の所定位置までの距離を精度良く求めつつ所定位置に到達することができる。
【００４４】
第１０発明にあっては、道路形状情報は、第１地点と第２地点との間の道路を１又は複数の区間に分割した各区間についての距離、勾配及び曲率のうち少なくとも１つを含む。これにより、第１地点と第２地点との間の道路形状に拘わらず、第１地点と第２地点との間の距離を取得することができる。
【００４５】
第１１発明にあっては、各送信機及び光ビーコンのうち少なくとも１つは、道路形状情報を車載機へ送信する。これにより、車載機で予め道路形状情報を記憶しておく必要がなく、所要の交差点手前を走行する都度、例えば、自車から前方の停止線までの距離を算出するのに必要な道路形状情報を取得することができる。
【００４６】
第１２発明にあっては、車載機は、車両に搭載する際の搭載位置の高さ情報を記憶してあり、記憶した高さ情報に基づいて自車位置を特定する。自車の走行地点で算出した各送信機までの距離及び各送信機の位置情報に基づいて、自車位置を特定する場合、車載機の高さを考慮することで、自車から各送信機までの距離を精度良く算出することができ、自車位置をより精度良く特定することができる。
【００４７】
第１３発明にあっては、各送信機は、変調した信号を車載機へ送信し、車載機は、受信した信号を復調し、復調後の信号に基づいて、各信号の到達時間差を取得する。例えば、周波数が１０ｋＨｚ程度の信号を数百ＭＨｚ程度の搬送波で変調することができる。所要の周波数帯の搬送波を用いることにより、電波の所要の周波数帯を用いて信号を送受信することができる。
【００４８】
第１４発明にあっては、各送信機は、信号を直交周波数多重方式の搬送波に割り当て、信号を割り当てた搬送波を送信する。例えば、送信する信号に逆フーリエ変換して周波数の異なる少なくとも１つのサブキャリア（搬送波）に変換し、変換した信号をＤＡ変換して送信機から車載機に対して送信する。車載機は、送信された搬送波をＡＤ変換し、変換後の信号同士をパターンマッチングすることで各信号の到達時間差を取得する。直交周波数多重方式を用いることにより、他の帯域における通信との干渉を少なくしつつ周波数帯の利用効率を向上させることができる。
【００４９】
第１５発明にあっては、各送信機は、立ち上がりを有する信号を所定の間隔Ｔ１で送信する。所定の間隔Ｔ１は、例えば、送信機から送信された信号が車載機で受信されるまでに要する最大時間Ｔ２と、マルチパスによる遅延波が直接波に影響を与える時間Ｔ３との合計値より長くする。車載機は、各送信機が送信した各信号の立ち上がり時点の時間差に基づいて、到達時間差を取得する。これにより、信号の立ち上がり部分がマルチパスによる影響を受けることがなく、精度良く到達時間差を取得することができる。
【００５０】
第１６発明にあっては、各送信機は、交番波形（例えば、正弦波形）の信号を送信し、車載機は、受信した信号の位相差に基づいて、各信号の到達時間差を取得する。例えば、各送信機から正弦波状の信号を送信し、車載機で受信した各信号の位相差を位相検出器で検出することができ、簡便な構成で到達時間差を取得することができる。
【００５１】
第１７発明にあっては、各送信機は、正弦波状の信号（例えば、周波数が１０ｋＨｚ）で搬送波（例えば、周波数が数百ＭＨｚ）を変調（例えば、周波数変調）し、変調後の信号を送信する。車載機は、受信した搬送波を復調して元の信号を取り出し、各信号の位相差に基づいて、到達時間差を取得する。各信号の位相差を位相検出器で検出することができ、簡便な構成で到達時間差を取得することができる。
【００５２】
第１８発明にあっては、各送信機は、所定の周期の基準周期信号（例えば、水晶発振器による基準クロック信号）を生成し、生成した基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する。各送信機が送信する信号を基準周期信号に基づいて決定するため、送信機は、お互いに同一周期の信号を送信することができる。
【００５３】
第１９発明及び第２７発明にあっては、一の送信機は、信号を他の送信機へ無線又は有線で送信する。他の送信機は、受信した信号に基づいて、基準周期信号の周期（周波数）を調整し、周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する。これにより、基準周期信号の周期が、何らかの理由（例えば、経年変化）で初期の値から変化した場合であっても、一方の送信機が送信する信号の周期に応じて、他方の送信機の基準周期信号の周期を調整し、他方の送信機は、一方の信号の周期と同一周期の信号を送信することができる。これにより、各送信機で送信する信号の周期を同一にすることができる。
【００５４】
第２０発明にあっては、周期調整用送信機は、所定周期（周波数）の周期調整信号を各送信機へ送信する。各送信機は、周期調整信号を受信し、受信した周期調整信号に基づいて、基準周期信号の周期（周波数）を調整する。各送信機は、調整した基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する。これにより、各送信機で送信する信号の周期を同一にすることができる。
【００５５】
第２１発明にあっては、各送信機は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星が送信した信号（例えば、約１０ＭＨｚの基準発振周波数の信号）を受信し、受信した信号に基づいて、信号の周期を決定する。これにより、各送信機で送信する信号の周期を同一にすることができる。
【００５６】
第２２発明にあっては、所定の時間間隔で自車位置を特定し、経過時間及び特定した自車位置に基づいて、自車の走行方位、走行速度を算出する。これにより、自車の走行ベクトル及び速度を正確に求めることができ、自車の走行追跡も高精度に実現することができる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明にあっては、自車の走行位置を精度良く特定することができ、自車の進行方向前方の所定位置までの距離を精度良く求めつつ所定位置まで到達することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
実施の形態１
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る通信システムの概要を示す模式図である。本発明に係る通信システムは、特に、路車間通信システムとして実現することができ、光ビーコン１０、車両に搭載された車載機２０、道路付近の所定の位置に設置され、同一周期の信号を送信する送信機３０、４０、５０などを備えている。
【００５９】
光ビーコン１０は、投受光器を備えた通信部１１を通じて、道路上の所定の領域Ｒにおいて、車載機２０と通信可能に設置してある。また、領域Ｒの車両進行方向下流側には、停止線Ｐを設けている。
【００６０】
本発明に係る通信システムは、車載機２０で自車が光ビーコン１０との通信可能な領域Ｒに存在すると判定した場合、送信機３０、４０から送信された信号の到達時間差に基づいて、自車の送信機３０、４０との位置関係、すなわち、領域Ｒにおける自車の位置（例えば、地点Ａとする）を高精度に取得し、停止線Ｐまでの位置（距離）を高精度に算出する。また、車載機２０は、自車位置を取得した時点で、送信機３０、４０、５０から送信された信号の到達時間差、送信機３０、４０、５０までの距離に基づいて、送信機３０、４０、５０が送信する信号の周期の同期ずれを算出する。その後、自車が走行を続け、任意の走行地点（例えば、地点Ｂとする）において、送信機３０、４０、５０から送信された信号の到達時間差、地点Ａで算出した同期ずれ及び送信機３０、４０、５０の位置情報に基づいて、自車位置（地点Ｂの位置）を特定する。さらに自車が走行した場合、車載機２０は、同様にして自車の位置を繰り返し特定するものである。なお、図１において、道路は１車線のみ示しているが、道路の車線数は１車線に限定されるものではなく、各車線に対して光ビーコン１０の投受光器を配置することにより、複数の車線を有する道路であっても、本発明を適用することができる。以下詳細に説明する。
【００６１】
図２は本発明に係る通信システムの構成を示すブロック図である。光ビーコン１０は、投受光器を備え、車載機２０との通信機能を有する通信部１１、光ビーコン１０の動作を制御する制御部１２、中央装置７０との通信機能を備える端末通信部１３、車載機２０との通信可能な道路上の領域Ｒに関する位置情報及び送信機３０、４０、５０に関する位置情報を記憶する記憶部１４などを備えている。光ビーコン１０の記憶部１４に記憶する各種情報は、中央装置７０から受信することができる。なお、記憶部１４に記憶する各種情報は、光ビーコン１０を設置する際に、記憶部１４に予め記憶することもできる。
【００６２】
送信機３０は、通信部３１、制御部３２などを備えている。通信部３１は、例えば、ＶＨＦ／ＵＨＦ帯の周波数帯域の電波を車載機２０に対して送信する。通信部３１は、基準クロック信号を生成する水晶発振器、搬送波生成回路、変調回路等（不図示）を備え、基準クロック信号に基づいて所定の信号（例えば、周波数が１０ｋＨｚ程度の矩形波信号）を生成する。通信部３１は、制御部３２の制御のもと、生成した信号に基づいて搬送波（例えば、周波数が１００ＭＨｚ程度、２００ＭＨｚ程度、あるいは７００ＭＨｚ程度など）を周波数変調し、アンテナ（不図示）を通じて変調後の搬送波を送信する。なお、送信機３０が使用する周波数帯域は、一例であって、ＶＨＦ／ＵＨＦ帯に限定されるものではなく、他の周波数帯域でもよい。例えば、自動車専用として割り当てられている５．８ＧＨｚ帯を使用してもよく、また、携帯電話、ＰＨＳ等で使用する周波数帯域を使用することも可能である。
【００６３】
また、送信機４０は、通信部４１、制御部４２などを備え、送信機３０が送信する信号（例えば、周波数が１０ｋＨｚ程度の矩形波信号）と同一周期（周波数）の信号を車載機２０に対して送信する。送信機４０の構成は、送信機３０の構成と同一である。なお、送信機３０、４０が送信する信号は、必ずしも同期（矩形波信号の立ち上がり時点が一致した状態）する必要はないが、自車位置を精度良く取得するためには、同期させておくことが好ましい。
【００６４】
また、送信機５０は、通信部５１、制御部５２などを備え、送信機３０、４０が送信する信号（例えば、周波数が１０ｋＨｚ程度の矩形波信号）と同一周期（周波数）の信号を車載機２０に対して送信する。送信機５０の構成は、送信機３０、４０の構成と同一である。なお、送信機５０が送信する信号は、送信機３０、４０が送信する信号と同期させる必要はない。
【００６５】
車載機２０は、赤外線を利用して光ビーコン１０との通信機能を有する第１通信部２１、送信機３０、４０、５０との通信機能を有する第２通信部２２、車載機２０の動作を制御する制御部２３、記憶部２４、表示部２５、操作部２６などを備えている。なお、車載機２０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機能、地図データベース（いずれも不図示）などを備えることもできる。
【００６６】
第１通信部２１は、光ビーコン１０から送信されるダウンリンク情報を受信するとともに、光ビーコン１０に対してアップリンク情報を送信する。
【００６７】
図３は光ビーコン１０と車載機２０との間の双方向通信を説明する説明図である。道路上の領域Ｒは、車載機２０が光ビーコン１０と通信可能な領域を示している。図３に示すように、領域Ｒは、自車Ｃの進行方向上流側の領域Ｒ１と下流側の領域Ｒ２とに分けられている。領域Ｒ１は、光ビーコン１０から車載機２０に対してダウンリンク情報を送信することができるとともに、車載機２０から光ビーコン１０に対してアップリンク情報を送信することができる領域である。一方、領域Ｒ２は、光ビーコン１０から車載機２０に対してダウンリンク情報を送信することができる領域である。
【００６８】
光ビーコン１０は、例えば、車線通知情報を含むダウンリンク情報を道路上の領域Ｒに対して所定のダウンリンク周期で繰り返し送信する。車載機２０を搭載した自車Ｃが領域Ｒ内に進入した場合、第１通信部２１は、ダウンリンク情報を受信し、受信したダウンリンク情報を制御部２３へ出力する。
【００６９】
制御部２３は、第１通信部２１を通じて、ダウンリンク情報を受信することで自車Ｃが領域Ｒ内に存在していることを判定することができる。すなわち、制御部２３は、第１通信部２１でダウンリンク情報を受信した時点ｔａ１において自車Ｃが領域Ｒ内に存在すると判定することができる。
【００７０】
車載機２０は、ダウンリンク情報を受信すると、第１通信部２１を通じて光ビーコン１０に対して、車両ＩＤを含むアップリンク情報を所定のアップリンク周期で繰り返し送信する。
【００７１】
光ビーコン１０がアップリンク情報を受信すると、光ビーコン１０は、ダウンリンクの切替を行い、車線通知情報、領域Ｒに関する位置情報（例えば、領域Ｒの車両進行方向の最上流地点Ｒ０の位置情報、領域Ｒと送信機３０、４０、５０との位置関係など）、地点Ｒ０から停止線Ｐまでの距離Ｌ１を含む道路形状情報、送信機３０、４０、５０に関する位置情報などのダウンリンク切替後のダウンリンク情報を車載機２０に対して送信する。なお、位置情報は、緯度及び経度で表される絶対位置でもよく、あるいは、所定の基準地点からの相対位置でもよい。
【００７２】
第１通信部２１は、ダウンリンク切替後のダウンリンク情報を受信し、受信したダウンリンク情報を制御部２３へ出力する。
【００７３】
制御部２３は、第１通信部２１を通じて、ダウンリンク切替後のダウンリンク情報を受信することで自車Ｃが領域Ｒ内に存在していることを判定することもできる。すなわち、制御部２３は、第１通信部２１でダウンリンク切替後のダウンリンク情報を受信した時点ｔａ２において自車Ｃが領域Ｒ内に存在すると判定することができる。また、ダウンリンク切替後のダウンリンク情報に含まれる車線通知情報は、自車の車両ＩＤに車線番号が対応付けられた形式で構成されているため、制御部２３は、対応付けられた前記車線番号を自車の走行車線として認識することができる。すなわち、光ビーコンを用いることにより、所定の領域を道路上のほぼ１車線分の狭い範囲に限定することができ、自車の位置を一層高精度で特定することができる。なお、自車Ｃが領域Ｒ内に存在していると判定する時点は、時点ｔａ１又は時点ｔａ２のいずれでもよい。また、光ビーコン１０と車載機２０との間の通信領域を、自車位置に関する誤差が十分小さくなるように制限することができる場合、道路上の所定の領域Ｒを十分狭い範囲にすることができ、車載機２０は、光ビーコン１０が送信した領域Ｒの位置に関する情報を受信した時点で、自車位置を領域Ｒの位置として特定することができる。これにより、光ビーコンとの通信（交信）のみによって車載機２０の位置を特定することができる。
【００７４】
第２通信部２２は、送信機３０、４０、５０が送信した信号を受信する。より具体的には、第２通信部２２は、復調回路を備え、送信機３０、４０、５０が送信した電波を受信し、受信した電波を復調して元の信号を抽出する。第２通信部２２は、抽出した各信号に基づいて、各信号の到達時間差を算出し、算出した到達時間差を制御部２３へ出力する。
【００７５】
図４は信号の到達時間差の算出例を示す説明図である。図４は、送信機３０、４０が送信する信号波形、及び送信機３０、４０からの信号を車載機２０で受信した信号波形を示す。図４に示すように、送信機３０、４０それぞれは、同一周期の信号をお互いに同期して送信するとする。
【００７６】
車載機２０から送信機３０までの距離が、車載機２０から送信機４０までの距離より短いとすると、車載機２０には、送信機３０からの信号が先に到達し、送信機４０からの信号がΔＴ１だけ遅れて到達する。第２通信部２２は、受信した各信号に基づいて、到達時間差ΔＴ１を算出し、算出した到達時間差ΔＴ１を制御部２３へ出力する。また、所定の時間内に、複数回にわたって前記到達時間差を算出した上で、これらの平均値又は中央値等を取得する方法を用いることもできる。このような方法によれば、ノイズ等による影響を低減し、安定した到達時間差を得ることができる。なお、各信号の到達時間差の算出は、信号波形の立ち上がり部分のみならず、立ち下り部分で算出することもできる。
【００７７】
制御部２３は、第１通信部２１を通じて、ダウンリンク切替後のダウンリンク情報を受信した場合、受信したダウンリンク情報に含まれる情報（例えば、車線通知情報、領域Ｒの車両進行方向の最上流地点Ｒ０の位置情報、地点Ｒ０から停止線Ｐまでの距離Ｌ１、送信機３０、４０に関する位置情報など）を記憶部２４に記憶する。
【００７８】
制御部２３は、自車が領域Ｒに存在すると判定した場合（例えば、上述の時点ｔａ２）、第２通信部２２を通じて取得した到達時間差ΔＴ１に基づいて、自車の位置を取得する。以下、自車の位置を取得する方法について説明する。
【００７９】
図５は信号の到達時間差に基づいて自車位置を取得する例を示す説明図である。図５に示すように、送信機３０、４０を通る直線をｘ軸とし、送信機３０、４０の中点を通りｘ軸に垂直な直線をｙ軸とする。ｘｙ座標において、送信機３０のｘ座標を（ａ2 ＋ｂ2 ）の２分の１乗とし、送信機４０のｘ座標を（ａ2 ＋ｂ2 ）の２分の１乗に−１を積算した値とする。また、車載機２０、送信機３０、４０の高さ（より具体的には、それぞれのアンテナの高さ）が一致しているとする（例えば、路面からの高さとして、５０ｃｍ、１ｍ、１．５ｍなど）。この場合、送信機３０までの距離と送信機４０までの距離との距離差が一定である位置は、式（１）で表すことができる。これは、送信機３０、４０の位置を焦点とする双曲線である。
【００８０】
【数１】
【００８１】
すなわち、図５に示すように、例えば、到達時間差がΔＴ１である場合、ΔＴ１に基づいて、自車の位置から送信機３０までの距離と、自車の位置から送信機４０までの距離との距離差を算出することができ、図中ΔＴ１で示す双曲線が道路上の領域Ｒと重なる位置を自車の位置として取得することができる。なお、双曲線を特定する場合、車載機２０の路面からの高さは、例えば、５０ｃｍ、１ｍ、１．５ｍなど予め決定することができる。あるいは、記憶部２４に車載機２０の設置高さ情報を記憶しておき、記憶した高さを用いて双曲線を特定することができる。
【００８２】
次に具体的な数値例を用いて説明する。送信機３０、４０が２０ｍ離隔して設置されているとする。車載機２０で送信機３０からの信号が、送信機４０からの信号よりも２０ナノ秒早く到達したとすると、到達時間差は２０ナノ秒となる。信号の伝播速度を光速とすると、車載機２０から送信機３０までの距離は、車載機２０から送信機４０までの距離よりも６ｍ短くなる。
【００８３】
自車の位置を（ｘ、ｙ）とすると、自車の位置は、式（２）で表される曲線上にある。式（２）を演算すると式（３）を導くことができ、自車は、式（３）で表される双曲線が道路上の領域Ｒと重なる位置に存在することが判る。
【００８４】
表示部２５は、ヘッドアップディスプレイ、カーナビゲーションシステム又は監視モニタなどの液晶表示パネルであり、運転者に対して、各種交通情報を表示することができる。例えば、交差点又は停止線までの距離、交差点を安全に走行できない場合の警告等を表示する。
【００８５】
操作部２６は、各種操作パネルを備え、運転者と車載装置２０とのユーザインタフェースとして機能する。例えば、操作部２６は、運転者の操作により車載装置２０の動作の開始又は停止の操作を受け付ける。
【００８６】
次に道路上の領域Ｒにおいて自車位置を取得する場合の車載機２０の動作について説明する。図６は自車位置を取得する場合の車載機２０の処理内容を示す説明図である。自車Ｃが道路を停止線に向かって走行し、光ビーコン１０との通信が可能な領域Ｒに進入した場合、車載機２０は、送信機３０、４０の位置情報、領域Ｒの上流端の位置情報、領域Ｒと送信機３０、４０との位置関係、領域Ｒの上流端（第１地点）から停止線（第２地点）までの距離Ｌ１を含む道路形状情報などを含むダウンリンク情報を光ビーコン１０から取得して一旦記憶する。車載機２０は、ダウンリンク情報を取得した時点ｔａ２に自車Ｃが領域Ｒに存在すると判定する。
【００８７】
自車Ｃが領域Ｒに存在すると判定した場合、車載機２０は、送信機３０、４０から送信された各信号の到達時間差ΔＴ１、車載機２０の路面からの高さ、送信機３０、４０の位置情報、領域Ｒと送信機３０、４０との位置関係などに基づいて、自車Ｃが存在する双曲線ΔＴ１を特定するとともに、双曲線ΔＴ１と領域Ｒとが重なる位置を自車Ｃの位置（例えば、地点Ａとする）として取得する。なお、図中の双曲線ΔＴ１の位置は、一例であって、これに限定されるものではない。
【００８８】
領域Ｒと重なる双曲線の線分の距離が長い場合であっても、領域Ｒの位置情報（例えば、領域Ｒの各４隅の位置情報、道路進行方向と送信機３０、４０がなす直線との角度など）に基づいて、例えば、双曲線のうち、領域Ｒに重なる線分の中点を自車Ｃの位置とすることができる。また、道路の進行方向と送信機３０、４０がなす直線との角度を調整して送信機３０、４０を配置し、双曲線と道路進行方向とのなす角度ができるだけ直交するようにすれば、自車Ｃの位置をさらに精度良く取得することができる。
【００８９】
車載機２０は、取得した自車Ｃの位置（地点Ａ）、領域Ｒの上流端の位置などに基づいて、領域Ｒの上流端から自車Ｃまでの距離Ｌ２を算出する。また、車載機２０は、算出した距離Ｌ２及び記憶した距離Ｌ１に基づいて、自車Ｃの停止線までの距離Ｌ３（Ｌ３＝Ｌ１−Ｌ２）を算出する。これにより、自車Ｃの位置、及び自車Ｃの進行方向前方の所定位置（例えば、停止線）までの距離を精度良く求めることができる。
【００９０】
次に、道路上の所定の領域Ｒで自車位置を取得した後、取得した自車位置を起点に自車が進行方向前方の所定位置（停止線）に向かって走行を続ける場合、自車の走行位置を特定する方法について説明する。
【００９１】
図７は自車の走行位置を特定する例を示す説明図であり、図８及び図９は自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。図７に示すように、車載機２０は、道路上の所定の領域Ｒで自車位置（地点Ａとする）を取得した後、自車が進行方向前方の所定位置（停止線Ｐ）に向かって走行を続け、走行地点Ｂで自車の位置を特定するものとする。また、送信機３０の設置位置の座標を（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、送信機４０の設置位置の座標を（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、送信機５０の設置位置の座標を（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）とする。以下、図８及び図９に従って説明する。
【００９２】
当初、制御部２３は、自車が道路上の所定の領域Ｒ内に存在するか否かを判定し（Ｓ１１）、領域Ｒ内に存在しない場合（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ１１の処理を続け、自車が領域Ｒ内に存在するまで待機する。領域Ｒ内に自車が存在すると判定した場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、制御部２３は、自車位置を取得する（Ｓ１２）。取得した自車位置を地点Ａとする。なお、自車が領域Ｒ内に存在するか否かの判定方法、自車位置の取得方法は、図６で説明したとおりである。
【００９３】
制御部２３は、自車位置を取得した地点Ａから各送信機３０、４０、５０までの距離を算出する（Ｓ１３）。なお、図７に示すように、地点Ａにおける車載機２０の座標を（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）とし、自車位置から送信機３０、４０、５０までの距離をそれぞれＬａ１、Ｌａ２、Ｌａ３とする。
【００９４】
制御部２３は、地点Ａにおいて、各送信機３０、４０、５０が送信した信号の到達時間差を取得する（Ｓ１４）。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の到達時間差をｔａ１２、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号の到達時間差をｔａ２３、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号の到達時間差をｔａ３１とする。
【００９５】
制御部２３は、各送信機３０、４０、５０が送信する信号の同期ずれを算出する（Ｓ１５）。送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ１２、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ２３、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ３１とすると、同期ずれは、式（４）を演算することにより算出することができる。ここで、αは電波の伝播速度である。
【００９６】
【数２】
【００９７】
制御部２３は、タイマをセットする（Ｓ１６）。これにより、制御部２３は、所定の時間間隔で自車位置を特定する処理を繰り返す。その後、自車が走行を続け、地点Ｂに到達したとする。制御部２３は、地点Ｂにおいて、各送信機３０、４０、５０が送信した信号の到達時間差を取得する（Ｓ１７）。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ１２、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ２３、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ３１とする。
【００９８】
制御部２３は、地点Ｂにおいて、地点Ａで算出した同期ずれΔｔ１２、Δｔ２３、Δｔ３１、地点Ｂで算出した到達時間差をｔｂ１２、ｔｂ２３、ｔｂ３１、及び車載機２０の高さに基づいて、自車位置を特定する（Ｓ１８）。
【００９９】
自車位置の特定は、式（５）のうちのいずれか２つの式、及び式（６）に基づいて行うことができる。ここで、Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３は、それぞれ自車の位置である地点Ｂから送信機３０、４０、５０までの距離であり、Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂは、それぞれ地点Ｂにおける車載機２０の座標である。なお、この場合、車載機２０の高さであるＺｂは既知である。
【０１００】
制御部２３は、地点Ａ、Ｂの座標、経過時間等に基づいて、自車の走行方位、速度を算出し（Ｓ１９）、地点Ａで算出した所定位置（停止線Ｐ）までの距離Ｌ３に基づいて、地点Ｂから所定位置までの距離を算出する（Ｓ２０）。これにより、車両の走行ベクトルを正確に求めることができ、走行ベクトルから速度も正確に求めることができる。また、地点Ａにおいて、自車が走行する車線番号が判れば、予め車線幅を記憶しておくことで、地点Ｂにおいて走行している車線番号を特定することも可能となる。
【０１０１】
制御部２３は、処理終了の指示の有無を判定し（Ｓ２１）、処理終了の指示がない場合（Ｓ２１でＮＯ）、タイマが所定時間経過したか否かを判定し（Ｓ２２）、所定時間経過した場合には（Ｓ２２でＹＥＳ）、ステップＳ１６以降の処理を続ける。タイマが所定時間経過していない場合（Ｓ２２でＮＯ）、ステップＳ２２の処理を続け、所定時間経過するまで待機する。一方、処理終了の指示がある場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、制御部２３は、処理を終了する。
【０１０２】
これにより、すべての送信機３０、４０、５０が送信する信号がお互いに同期していなくても、車両の位置を精度良く特定することができ、特に、道路上を走行する車両の位置を逐一高精度に追跡することができる。
【０１０３】
上述の実施例では、各送信機３０、４０、５０が送信する信号の同期ずれを算出する構成であったが、同期ずれを算出することなく、車両の位置を精度良く特定することもできる。この場合には、式（４）及び式（５）から、同期ずれΔｔ１２、Δｔ２３、Δｔ３１を消去して得られた式に基づいて車両の位置を特定する。以下に、同期ずれを算出せずに車両の位置を特定する方法について説明する。
【０１０４】
図１０及び図１１は自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。この場合も、図７に示すように、車載機２０は、道路上の所定の領域Ｒで自車位置（地点Ａとする）を取得した後、自車が進行方向前方の所定位置（停止線Ｐ）に向かって走行を続け、走行地点Ｂで自車の位置を特定するものとする。また、送信機３０の設置位置の座標を（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、送信機４０の設置位置の座標を（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、送信機５０の設置位置の座標を（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）とする。以下、図１０及び図１１に従って説明する。
【０１０５】
制御部２３は、自車が道路上の所定の領域Ｒ内に存在するか否かを判定し（Ｓ３１）、領域Ｒ内に存在しない場合（Ｓ３１でＮＯ）、ステップＳ３１の処理を続け、自車が領域Ｒ内に存在するまで待機する。領域Ｒ内に自車が存在すると判定した場合（Ｓ３１でＹＥＳ）、制御部２３は、自車位置である地点Ａ（第１の地点）の位置の情報を取得し（Ｓ３２）、各送信機３０、４０、５０の位置情報（例えば、設置位置の座標）を取得する（Ｓ３３）。
【０１０６】
地点Ａの位置の情報としては、例えば、車載機２０の座標（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）、地点Ａから送信機３０、４０、５０までの距離Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、各送信機３０、４０、５０から地点Ａまでの各信号の到達所要時間Ｌａ１／α、Ｌａ２／α、Ｌａ３／α、各送信機３０、４０、５０が送信する各信号がそれぞれ同期している場合の各信号の地点Ａまでの到達時間差（Ｌａ１-Ｌａ２）／α、（Ｌａ２-Ｌａ３）／α、（Ｌａ３-Ｌａ１）／αなどのいずれか１つとすることができる。ここで、αは電波の伝播速度である。また、地点Ａの位置の情報は、光ビーコン１０から取得することができる。
【０１０７】
制御部２３は、地点Ａにおいて、各送信機３０、４０、５０が送信した信号の第１の到達時間差を取得する（Ｓ３４）。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の第１の到達時間差をｔａ１２、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号の第１の到達時間差をｔａ２３、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号の第１の到達時間差をｔａ３１とする。
【０１０８】
制御部２３は、タイマをセットする（Ｓ３５）。これにより、制御部２３は、所定の時間間隔で自車位置を特定する処理を繰り返す。その後、自車が走行を続け、地点Ｂ（第２の地点）に到達したとする。制御部２３は、地点Ｂにおいて、各送信機３０、４０、５０が送信した信号の第２の到達時間差を取得する（Ｓ３６）。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の第２の到達時間差をｔｂ１２、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号の第２の到達時間差をｔｂ２３、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号の第２の到達時間差をｔｂ３１とする。
【０１０９】
制御部２３は、地点Ｂにおいて、地点Ａの位置の情報（例えば、地点Ａから送信機３０、４０、５０までの距離Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３）、各送信機３０、４０、５０の設置位置の座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）、第１の到達時間差ｔａ１２、ｔａ２３、ｔａ３１、第２の到達時間差ｔｂ１２、ｔｂ２３、ｔｂ３１、及び車載機２０の高さに基づいて、自車位置を特定する（Ｓ３７）。
【０１１０】
自車位置の特定は、式（４）及び式（５）から同期ずれΔｔ１２、Δｔ２３、Δｔ３１を消去して得られた式、及び式（６）に基づいて行うことができる。ここで、Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３は、それぞれ自車の位置である地点Ｂから送信機３０、４０、５０までの距離であり、Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂは、それぞれ地点Ｂにおける車載機２０の座標である。なお、この場合、車載機２０の高さであるＺｂは既知である。
【０１１１】
制御部２３は、地点Ａ、Ｂの座標、経過時間等に基づいて、自車の走行方位、速度を算出し（Ｓ３８）、地点Ａで算出した所定位置（停止線Ｐ）までの距離Ｌ３に基づいて、地点Ｂから所定位置までの距離を算出する（Ｓ３９）。これにより、車両の走行ベクトルを正確に求めることができ、走行ベクトルから速度も正確に求めることができる。また、地点Ａにおいて、自車が走行する車線番号が判れば、予め車線幅を記憶しておくことで、地点Ｂにおいて走行している車線番号を特定することも可能となる。
【０１１２】
制御部２３は、処理終了の指示の有無を判定し（Ｓ４０）、処理終了の指示がない場合（Ｓ４０でＮＯ）、タイマが所定時間経過したか否かを判定し（Ｓ４１）、所定時間経過した場合には（Ｓ４１でＹＥＳ）、ステップＳ３５以降の処理を続ける。タイマが所定時間経過していない場合（Ｓ４１でＮＯ）、ステップＳ４１の処理を続け、所定時間経過するまで待機する。一方、処理終了の指示がある場合（Ｓ４０でＹＥＳ）、制御部２３は、処理を終了する。
【０１１３】
図１２は各送信機３０、４０、５０が送信する信号の同期ずれの例を示す説明図である。図１２に示すように、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号は、Δｔ１２だけの同期ずれを生じ、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号は、Δｔ２３だけの同期ずれを生じ、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号は、Δｔ３１だけの同期ずれを生じている。なお、所定の領域Ｒで自車位置を精度良く取得するためには、送信機３０、４０が送信する信号は、お互いに同期していることが好ましいが、磁気ネール等の他の方式を併用するか、あるいは、光ビーコン１０による通信可能領域である領域Ｒさらに狭くすることにより、領域Ｒで自車位置を許容限度内で取得できる場合には、送信機３０、４０が送信する信号の同期は、必ずしも必要ではない。
【０１１４】
図１３は各送信機３０、４０、５０が送信する信号の到達時間差の例を示す説明図である。図１３（ａ）に示すように、地点Ａにおいて、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号は、ｔａ１２だけ到達時間差を生じ、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号は、ｔａ２３だけ到達時間差を生じ、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号は、ｔａ３１だけ到達時間差を生じている。また、図１３（ｂ）に示すように、地点Ｂにおいて、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号は、ｔｂ１２だけ到達時間差を生じ、送信機４０及び送信機５０が送信した各信号は、ｔｂ２３だけ到達時間差を生じ、送信機５０及び送信機３０が送信した各信号は、ｔｂ３１だけ到達時間差を生じている。なお、図１３で示すように、到達時間差は、自車の走行位置に応じて異なる。
【０１１５】
図１４は送信機３０、４０が送信する信号の送信間隔の例を示す説明図である。図１４に示すように、送信機３０、４０は、矩形状の送信波形を所定の間隔Ｔ１で送信する。送信機３０、４０が送信した信号は、車載機２０に直接到達する直接波と、周囲に存在する建物等により反射した後に直接波よりも遅延して到達する遅延波とが合成（重畳）した合成波となる。従って、車載機２０で受信する信号の受信波形は、送信波形にマルチパスにより遅延した信号が重畳したような波形となり、マルチパスによる遅延波が直接波に影響を与える時間は、例えば、Ｔ３となる。また、車載機２０と送信機３０、４０との距離に応じて、車載機２０が信号を受信する時点は、送信機３０、４０が信号を送信した時点から、例えば、最大時間Ｔ２だけ遅れる。
【０１１６】
この場合、送信機３０、４０で送信する信号の送信間隔Ｔ１を、Ｔ１＞Ｔ２＋Ｔ３に設定することにより、車載機２０で受信した各信号の立ち上がり部分がマルチパスによる影響を受けることがなく、精度良く到達時間差を求めることができる。なお、送信機３０、５０が送信する信号の送信間隔、送信機４０、５０が送信する信号の送信間隔についても同様である。
【０１１７】
送信機３０、４０、５０が送信する信号は、互いに同一周期の信号を送信すべく、例えば、基準クロック信号に同期して信号を生成する。しかし、基準クロック信号を生成する水晶発振器の発振周波数は、経年変化等により誤差を生じ、各送信機３０、４０、５０が送信する信号の周期（周波数）がずれる場合がある。以下、各送信機３０、４０、５０の信号の周期を同一にする方法について説明する。
【０１１８】
図１５は送信機４０、５０が送信する信号の周期を同一にする方法の例を示す説明図である。図１５（ａ）は、信号の周期がずれた場合を示し、送信機４０が送信する信号の周期はＴ４であり、送信機５０が送信する信号の周期は、Ｔ４と異なるＴ４’となっている。この場合、各送信機３０、４０、５０には、位相同期回路（ＰＬＬ：Phase-locked loop）を設けておき、例えば、送信機４０は、信号を送信機５０へ無線又は有線で送信する。送信機５０は、受信した信号に基づいて、基準クロック信号の周期（周波数）を調整し、周期が調整された基準クロック信号に基づいて、信号の周期を決定する。これにより、図１５（ｂ）に示すように、送信機５０が送信する信号の周期をＴ４’からＴ４に修正し、送信機３０の信号の周期と同一にすることができる。なお、送信機３０と送信機４０、あるいは、送信機３０と送信機５０との間の信号の周期も同様に調整することができる。
【０１１９】
図１６は送信機４０、５０が送信する信号の同一同期の例を示す説明図である。送信機４０、５０が送信する信号の周期が同一周期であるとは、各送信機４０、５０が信号を送出する間隔が、各送信機４０、５０間で異ならないことを意味する。すなわち、図１６（ａ）に示すように、全ての送信機４０、５０が同一間隔（Ｔ４）で信号を送信し続ける場合のみならず、図１６（ｂ）に示すように、各送信機４０、５０の信号の送信間隔が時間とともに変動する場合も含まれる。
【０１２０】
すなわち、図１６（ｂ）に示すように、各送信機４０、５０が、同じように送信間隔を変動させ、各送信機４０、５０の信号の送信開始タイミングのズレ（Ｔ５）が一定に保たれていればよい。なお、送信機４０の送信間隔に連動して送信機５０の送信間隔を変動させるには、送信機４０を親機と見なして、送信機５０を含む子機は、送信機４０からの信号を受け取った後、即座に（もしくは所定時間経過後に）信号を送信するようにすると良い。そうすることで、親機の信号送信間隔に連動して子機の信号送信間隔も変動させることができる。
【０１２１】
なお、各送信機が送信する信号の周期を同一にする方法は、図１５の例に限定されるものではなく、他の方法を用いてもよい。例えば、送信機３０、４０、５０とは別に、周期調整用送信機を設置する。周期調整用送信機は、所定周期の周期調整信号を送信機３０、４０、５０へ送信する。送信機３０、４０、５０は、周期調整信号を受信し、周期調整信号の周期（周波数）に基づいて、基準クロック信号の周期（周波数）を調整し、周期が調整された基準クロック信号に基づいて、信号の周期を決定することができる。
【０１２２】
また、周期調整用送信機に代えて、ＧＰＳ等を含むＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星が送信する信号を受信し、受信した信号から基準発振周波数（例えば、約１０ＭＨｚ）の信号を抽出し、抽出した基準発振周波数の信号に基づいて、基準クロック信号の周期（周波数）を調整し、周期が調整された基準クロック信号に基づいて、信号の周期を決定することができる。
【０１２３】
送信機３０、４０、５０が送信する信号の波形は、矩形波形に限定されるものではなく、正弦波形であってもよい。図１７は正弦波形の信号を用いた場合の到達時間差の算出例を示す説明図である。図１７は送信機３０、５０が送信する信号波形、及び送信機３０、５０からの信号を車載機２０で受信した信号波形を示す。図１７に示すように、送信機３０、５０それぞれは、同一周期の信号を送信する。
【０１２４】
この場合、第２通信部２２は、位相検出器（不図示）を備え、送信機３０、５０が送信した信号を受信し、受信した各信号を位相検出器へ出力する。位相検出器は、各信号の位相差を検出し、これにより、簡便な構成で各信号の到達時間差ΔＴを算出することができる。
【０１２５】
なお、上述の正弦波形の信号を送信する場合、信号を変調して送信することもできる。例えば、送信機３０、４０、５０は、正弦波状の信号（例えば、周波数が１０ｋＨｚ）で搬送波（例えば、周波数が数百ＭＨｚ）を変調（例えば、周波数変調）し、変調後の信号を送信する。車載機２０は、受信した搬送波を復調して元の信号を取り出し、各信号の位相差に基づいて、到達時間差を取得することができる。
【０１２６】
実施の形態２
上述の実施の形態１では、測位用として送信機を３台用いる構成であったが、送信機の数は、３台に限定されるものではなく、４台以上用いる構成であってもよい。
【０１２７】
図１８は実施の形態２の自車の走行位置を特定する例を示す説明図である。図１８に示すように、実施の形態２では、光ビーコン１０、車両に搭載された車載機２０、道路付近の所定の位置に設置され、同一周期の信号を送信する送信機３０、４０、５０、６０などを備えている。実施の形態１との相違点は、送信機６０を設けていることである。なお、送信機６０の構成は、送信機３０、４０、５０と同様であるので説明は省略する。以下、図１８に従って、自車位置の特定方法を説明する。
【０１２８】
図１８に示すように、車載機２０は、道路上の所定の領域Ｒで自車位置（地点Ａとする）を取得した後、自車が進行方向前方の所定位置（停止線Ｐ）に向かって走行を続け、走行地点Ｂで自車の位置を特定するものとする。また、送信機３０の設置位置の座標を（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、送信機４０の設置位置の座標を（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、送信機５０の設置位置の座標を（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）、送信機６０設置位置の座標を（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）とする。
【０１２９】
車載機２０（制御部２３）は、自車が道路上の所定の領域Ｒ内に存在するか否かを判定し、領域Ｒ内に自車が存在すると判定した場合、自車位置を取得する。取得した自車位置を地点Ａとする。なお、自車が領域Ｒ内に存在するか否かの判定方法、自車位置の取得方法は、図６で説明したとおりである。
【０１３０】
車載機２０は、自車位置を取得した地点Ａから各送信機３０、４０、５０、６０までの距離を算出する。なお、図１８に示すように、地点Ａにおける車載機２０の座標を（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）とし、自車位置から送信機３０、４０、５０、６０までの距離をそれぞれＬａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４とする。
【０１３１】
車載機２０は、地点Ａにおいて、各送信機３０、４０、５０、６０が送信した信号の到達時間差を取得する。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の到達時間差をｔａ１２、送信機３０及び送信機５０が送信した各信号の到達時間差をｔａ１３、送信機３０及び送信機６０が送信した各信号の到達時間差をｔａ１４とする。
【０１３２】
車載機２０は、各送信機３０、４０、５０、６０が送信する信号の同期ずれを算出する。送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ１２、送信機３０及び送信機５０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ１３、送信機３０及び送信機６０が送信した各信号の周期の同期ずれをΔｔ１４とすると、同期ずれは、式（７）を演算することにより算出することができる。ここで、αは電波の伝播速度である。
【０１３３】
【数３】
【０１３４】
車載機２０は、その後、自車が走行を続け、地点Ｂに到達したとする。車載機２０は、地点Ｂにおいて、各送信機３０、４０、５０、６０が送信した信号の到達時間差を取得する。なお、送信機３０及び送信機４０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ１２、送信機３０及び送信機５０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ１３、送信機３０及び送信機６０が送信した各信号の到達時間差をｔｂ１４とする。
【０１３５】
車載機２０は、地点Ｂにおいて、地点Ａで算出した同期ずれΔｔ１２、Δｔ１３、Δｔ１４、地点Ｂで算出した到達時間差をｔｂ１２、ｔｂ１３、ｔｂ１４に基づいて、自車位置を特定する。自車位置の特定は、式（８）、及び式（９）に基づいて行うことができる。ここで、Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３、Ｌｂ４は、それぞれ自車の位置である地点Ｂから送信機３０、４０、５０、６０までの距離であり、Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂは、それぞれ地点Ｂにおける車載機２０の座標である。
【０１３６】
車載機２０は、地点Ａ、Ｂの座標、経過時間等に基づいて、自車の走行方位、速度を算出し、地点Ａで算出した所定位置（停止線Ｐ）までの距離Ｌ３に基づいて、地点Ｂから所定位置までの距離を算出する。これにより、車両の走行ベクトルを正確に求めることができ、走行ベクトルから速度も正確に求めることができる。また、地点Ａにおいて、自車が走行する車線番号が判れば、予め車線幅を記憶しておくことで、地点Ｂにおいて走行している車線番号を特定することも可能となる。
【０１３７】
これにより、すべての送信機３０、４０、５０、６０が送信する信号がお互いに同期していなくても、車両の位置を精度良く特定することができ、特に、道路上を走行する車両の位置を逐一高精度に追跡することができる。
【０１３８】
以上説明したように、本発明にあっては、一旦車両位置を取得した後は、その位置を起点として、車両が走行を続けた場合に、車両の位置を精度良く特定することができ、特に、道路上を走行する車両の位置を逐一高精度に追跡することができる。また、すべての送信機が送信する信号がお互いに同期していなくても、高精度に車両の位置を特定することが可能になる。また、自車の進行方向前方の所定位置までの距離を精度良く求めつつ所定位置に到達することができる。
【０１３９】
また、本発明にあっては、所要の周波数帯の搬送波を用いることにより、電波の所要の周波数帯を用いて信号を送受信することができる。また、信号の立ち上がり部分がマルチパスによる影響を受けることがなく、精度良く到達時間差を取得することができる。また、簡便な構成で信号の到達時間差を取得することができる。また、各送信機は、互いに同一周期の信号を送信することができる。
【０１４０】
上述の実施の形態では、送信機３０〜６０が信号を変調して送信し、車載機２０では復調して元の信号を抽出し、各信号の到達時間差を算出する構成であったが、これに限定されるものではなく、送信機３０〜６０で、信号を直交周波数多重方式の周波数が異なる搬送波に割り当て、信号が割り当てられた搬送波を送信する。例えば、送信する信号に逆フーリエ変換して周波数の異なる少なくとも１つのサブキャリア（搬送波）に変換し、変換した信号をＤＡ変換して送信機３０〜６０から車載機２０に対して送信する。車載機２０は、送信された搬送波をＡＤ変換し、変換後の信号同士をパターンマッチングすることで各信号の到達時間差を取得する。これにより、他の帯域における通信との干渉を少なくしつつ周波数帯の利用効率を向上させることができる。
【０１４１】
上述の実施の形態では、光ビーコン１０から位置情報等を車載機２０へ送信する構成であったが、これに限定されるものではなく、送信機３０〜６０のいずれかが車載機２０へ位置情報等を送信する構成とすることもできる。また、車載機２０でＧＰＳ、地図データ等を備えておき、予め所要の位置情報を記憶しておく構成とすることもできる。この場合、光ビーコン１０又は送信機３０〜６０から位置情報等を送信する必要はない。また、この場合には、制御部２３が、第１通信部２１でダウンリンク情報を受信した時点ｔａ１において自車Ｃが領域Ｒ内に存在すると判定することができる。
【０１４２】
上述の実施の形態に示したように、道路形状情報については、領域Ｒの上流端（第１地点）から停止線Ｐ（第２地点）までの距離Ｌ１とする方法以外に、以下のような形式としても良い。例えば、領域Ｒの上流端から停止線Ｐまでの間に複数のノード（道路区間）を設定し、領域Ｒの上流端から該上流端に直近のノードまでの距離、各ノード間の距離、及び停止線Ｐに直近のノードから停止線までの距離それぞれを格納した形式とすることもできる。また、複数のノード間の距離は常に一定（例えば、２０ｍ）となるように設定した上で、ノード間の勾配又は曲率を格納する形式とすることもできる。すなわち、道路形状情報は、領域Ｒの上流端（第１地点）から停止線Ｐ（第２地点）までの距離を取得しうる形式であれば、どのような形式であっても良い。
【０１４３】
上述の発明により、走行中の自車の位置を精度良く特定することができるため、本発明を用いることにより、例えば、車載機で前方の信号機の表示情報を受信し、受信した表示情報に基づいて交差点の手前で安全に停止することができるか否か、あるいは、交差点を安全に通過することができるか否かを高精度に判定し、判定結果に応じて運転者に音声で注意を促すことができる。また、車載機で受信した信号機の表示情報に基づいて、交差点を安全に通過することができるか否かを高精度に判定し、判定結果に応じて車両のブレーキ制御を行うこともでき、交通事故を未然に防止して交通の安全性を高めることができる。
【０１４４】
開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明に係る通信システムの概要を示す模式図である。
【図２】本発明に係る通信システムの構成を示すブロック図である。
【図３】光ビーコンと車載機との間の双方向通信を説明する説明図である。
【図４】信号の到達時間差の算出例を示す説明図である。
【図５】信号の到達時間差に基づいて自車位置を取得する例を示す説明図である。
【図６】自車位置を取得する場合の車載機の処理内容を示す説明図である。
【図７】自車の走行位置を特定する例を示す説明図である。
【図８】自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。
【図９】自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】自車の走行位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】各送信機が送信する信号の同期ずれの例を示す説明図である。
【図１３】各送信機が送信する信号の到達時間差の例を示す説明図である。
【図１４】送信機が送信する信号の送信間隔の例を示す説明図である。
【図１５】送信機が送信する信号の周期を同一にする方法の例を示す説明図である。
【図１６】送信機が送信する信号の同一同期の例を示す説明図である。
【図１７】正弦波形の信号を用いた場合の到達時間差の算出例を示す説明図である。
【図１８】実施の形態２の自車の走行位置を特定する例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１０ 光ビーコン
１１ 通信部
１２ 制御部
１３ 端末通信部
１４ 記憶部
２０ 車載機
２１ 第１通信部
２２ 第２通信部
２３ 制御部
２４ 記憶部
２５ 表示部
２６ 操作部
３０、４０、５０、６０ 送信機
３１、４１、５１ 通信部
３２、４２、５２ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機と、該送信機が送信した信号を受信する車載機とを備える通信システムであって、
前記車載機は、
前記送信機の位置情報を記憶する手段と、
道路上の第１の地点への到達時に、前記送信機が送信した各信号の第１の到達時間差を取得する第１の時間差取得手段と、
前記第１の地点通過後の第２の地点への到達時に、前記送信機が送信した各信号の第２の到達時間差を取得する第２の時間差取得手段と、
前記送信機の位置情報、前記第１の地点に関する情報、前記第１の到達時間差及び第２の到達時間差に基づいて、前記第２の地点の自車位置を特定する特定手段と
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記第１の地点の情報は、
前記第１の地点の位置情報、該第１の地点から各送信機までの距離情報、該各送信機から前記第１の地点までの各信号の到達所要時間の情報及び前記各送信機が送信する各信号がそれぞれ同期している場合における前記各信号の前記第１地点までの到達時間差のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機と、該送信機が送信した信号を受信する車載機とを備える通信システムであって、
前記車載機は、
前記送信機の位置情報を記憶する手段と、
前記送信機が送信した各信号の到達時間差を取得する時間差取得手段と、
道路上の所定の領域で前記送信機が送信する信号の周期の同期ずれを算出する同期ずれ算出手段と、
自車の走行地点で取得した到達時間差、前記同期ずれ算出手段で算出した同期ずれ及び前記送信機の位置情報に基づいて、自車位置を特定する特定手段と
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項４】
前記車載機は、
前記領域で自車位置を取得する位置取得手段と、
該位置取得手段で取得した自車位置から各送信機までの距離を算出する第１算出手段と
を備え、
前記同期ずれ算出手段は、
前記自車位置で取得した到達時間差及び前記自車位置から各送信機までの距離に基づいて、前記送信機が送信する信号の同期ずれを算出するように構成してあることを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
【請求項５】
前記領域内で前記車載機へ前記領域の位置に関する情報を送信する位置情報送信機を備え、
前記位置取得手段は、
前記位置情報送信機が送信した前記領域の位置に関する情報に基づいて自車位置を取得するように構成してあることを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
【請求項６】
前記位置情報送信機は、
光ビーコンであることを特徴とする請求項５に記載の通信システム。
【請求項７】
前記車載機は、
前記領域の位置情報を記憶する手段と、
自車が前記領域内に存在するか否かを判定する判定手段と
を備え、
前記位置取得手段は、
前記判定手段で自車が前記領域内に存在すると判定した場合、前記領域及び送信機の位置情報並びに前記時間差取得手段で取得した到達時間差に基づいて自車位置を取得するように構成してあることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の通信システム。
【請求項８】
前記車載機に対して所定の情報を送信する光ビーコンを備え、
前記車載機は、
前記情報を受信する受信手段を備え、
前記判定手段は、
前記光ビーコンから所定の情報を受信した場合、自車が前記領域内に存在すると判定するように構成してあることを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
【請求項９】
前記位置取得手段は、
前記領域内の所定の第１地点に対する位置を取得するように構成してあり、
前記第１地点と前記領域よりも車両の進行方向下流側にある所定の第２地点との間の道路形状に関する道路形状情報を取得する道路形状情報取得手段と、
該道路形状情報取得手段で取得した道路形状情報及び前記位置取得手段で取得した位置に基づいて、自車位置から前記第２地点までの距離を算出する第２算出手段と
を備えることを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１０】
前記道路形状情報は、前記第１地点と第２地点との間の道路を１又は複数の区間に分割した各区間についての距離、勾配及び曲率のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の通信システム。
【請求項１１】
前記送信機及び光ビーコンのうち少なくとも１つは、前記道路形状情報を車載機へ送信する送信手段を備え、
前記道路形状情報取得手段は、
前記道路形状情報を取得するように構成してあることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の通信システム。
【請求項１２】
前記車載機は、
搭載位置の高さ情報を記憶する手段を備え、
前記特定手段は、
前記高さ情報に基づいて自車位置を特定するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１３】
前記送信機は、
信号を変調する変調手段を備え、
該変調手段で変調した信号を送信するように構成してあり、
前記車載機は、
受信した信号を復調する復調手段を備え、
前記時間差取得手段は、
前記復調手段で復調した信号に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１４】
前記送信機は、
信号を直交周波数多重方式の搬送波に割り当てる割当手段を備え、
該割当手段で信号が割り当てられた搬送波を送信するように構成してあり、
前記車載機は、
前記搬送波を受信する搬送波受信手段を備え、
前記時間差取得手段は、
受信した搬送波に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１５】
前記送信機は、
立ち上がりを有する信号を所定の間隔で送信するように構成してあり、
前記時間差取得手段は、
受信した各信号の立ち上がり時点に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の通信システム。
【請求項１６】
前記送信機は、
交番波形の信号を送信するように構成してあり、
前記時間差取得手段は、
受信した各信号の位相差に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１７】
前記送信機は、
信号を変調する変調手段を備え、
該変調手段で変調した信号を送信するように構成してあり、
前記車載機は、
受信した信号を復調する復調手段を備え、
前記時間差取得手段は、
前記復調手段で復調した各信号の位相差に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１６に記載の通信システム。
【請求項１８】
前記送信機は、
所定の周期の基準周期信号を生成する生成手段と、
該生成手段で生成した基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１９】
一の送信機は、
信号を他の送信機へ無線又は有線で送信するように構成してあり、
前記他の送信機は、
受信した信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段を備え、
前記決定手段は、
前記調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定するように構成してあることを特徴とする請求項１８に記載の通信システム。
【請求項２０】
所定周期の周期調整信号を送信する周期調整用送信機を備え、
前記送信機は、
前記周期調整用送信機が送信した周期調整信号を受信する受信手段と、
受信した周期調整信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段を備え、
前記決定手段は、
前記調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定するように構成してあることを特徴とする請求項１８に記載の通信システム。
【請求項２１】
前記送信機は、
ＧＮＳＳ衛星が送信した信号を受信する受信手段と、
受信した信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の通信システム。
【請求項２２】
前記特定手段により所定の時間間隔で特定した自車位置に基づいて、自車の走行方位及び走行速度の少なくとも１つを算出する走行値算出手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項２１のいずれかに記載の通信システム。
【請求項２３】
少なくとも３つの送信地点から送信された同一周期の信号を受信する車載機であって、
前記送信地点の位置情報を記憶する手段と、
道路上の第１の地点への到達時に、送信された各信号の第１の到達時間差を取得する第１の時間差取得手段と、
前記第１の地点通過後の第２の地点への到達時に、送信された各信号の第２の到達時間差を取得する第２の時間差取得手段と、
前記送信地点の位置情報、前記第１の地点に関する情報、前記第１の到達時間差及び第２の到達時間差に基づいて、前記第２の地点の自車位置を特定する特定手段と
を備えることを特徴とする車載機。
【請求項２４】
前記第１の地点の情報は、
前記第１の地点の位置情報、該第１の地点から各送信地点までの距離情報、該各送信地点から前記第１の地点までの各信号の到達所要時間の情報及び前記各信号がそれぞれ同期している場合における前記各信号の前記第１の地点までの到達時間差のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項２３に記載の車載機。
【請求項２５】
少なくとも３つの送信地点から送信された同一周期の信号を受信する車載機であって、
前記送信地点の位置情報を記憶する手段と、
送信された各信号の到達時間差を取得する時間差取得手段と、
送信された信号の周期の同期ずれを道路上の所定の領域で算出する同期ずれ算出手段と、
自車の走行地点で取得した到達時間差、前記同期ずれ算出手段で算出した同期ずれ及び前記送信地点の位置情報に基づいて、自車位置を特定する特定手段と
を備えることを特徴とする車載機。
【請求項２６】
請求項２３乃至請求項２５のいずれかに記載の車載機を備えることを特徴とする車両。
【請求項２７】
互いに同一周期の信号を送信する送信機であって、
所定の周期の基準周期信号を生成する生成手段と、
他の送信機が送信した信号を受信する受信手段と、
該受信手段で受信した信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段と、
該調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段と
を備えることを特徴とする送信機。
【請求項１】
同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機と、該送信機が送信した信号を受信する車載機とを備える通信システムであって、
前記車載機は、
前記送信機の位置情報を記憶する手段と、
道路上の第１の地点への到達時に、前記送信機が送信した各信号の第１の到達時間差を取得する第１の時間差取得手段と、
前記第１の地点通過後の第２の地点への到達時に、前記送信機が送信した各信号の第２の到達時間差を取得する第２の時間差取得手段と、
前記送信機の位置情報、前記第１の地点に関する情報、前記第１の到達時間差及び第２の到達時間差に基づいて、前記第２の地点の自車位置を特定する特定手段と
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記第１の地点の情報は、
前記第１の地点の位置情報、該第１の地点から各送信機までの距離情報、該各送信機から前記第１の地点までの各信号の到達所要時間の情報及び前記各送信機が送信する各信号がそれぞれ同期している場合における前記各信号の前記第１地点までの到達時間差のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
同一周期の信号を送信する少なくとも３つの送信機と、該送信機が送信した信号を受信する車載機とを備える通信システムであって、
前記車載機は、
前記送信機の位置情報を記憶する手段と、
前記送信機が送信した各信号の到達時間差を取得する時間差取得手段と、
道路上の所定の領域で前記送信機が送信する信号の周期の同期ずれを算出する同期ずれ算出手段と、
自車の走行地点で取得した到達時間差、前記同期ずれ算出手段で算出した同期ずれ及び前記送信機の位置情報に基づいて、自車位置を特定する特定手段と
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項４】
前記車載機は、
前記領域で自車位置を取得する位置取得手段と、
該位置取得手段で取得した自車位置から各送信機までの距離を算出する第１算出手段と
を備え、
前記同期ずれ算出手段は、
前記自車位置で取得した到達時間差及び前記自車位置から各送信機までの距離に基づいて、前記送信機が送信する信号の同期ずれを算出するように構成してあることを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
【請求項５】
前記領域内で前記車載機へ前記領域の位置に関する情報を送信する位置情報送信機を備え、
前記位置取得手段は、
前記位置情報送信機が送信した前記領域の位置に関する情報に基づいて自車位置を取得するように構成してあることを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
【請求項６】
前記位置情報送信機は、
光ビーコンであることを特徴とする請求項５に記載の通信システム。
【請求項７】
前記車載機は、
前記領域の位置情報を記憶する手段と、
自車が前記領域内に存在するか否かを判定する判定手段と
を備え、
前記位置取得手段は、
前記判定手段で自車が前記領域内に存在すると判定した場合、前記領域及び送信機の位置情報並びに前記時間差取得手段で取得した到達時間差に基づいて自車位置を取得するように構成してあることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の通信システム。
【請求項８】
前記車載機に対して所定の情報を送信する光ビーコンを備え、
前記車載機は、
前記情報を受信する受信手段を備え、
前記判定手段は、
前記光ビーコンから所定の情報を受信した場合、自車が前記領域内に存在すると判定するように構成してあることを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
【請求項９】
前記位置取得手段は、
前記領域内の所定の第１地点に対する位置を取得するように構成してあり、
前記第１地点と前記領域よりも車両の進行方向下流側にある所定の第２地点との間の道路形状に関する道路形状情報を取得する道路形状情報取得手段と、
該道路形状情報取得手段で取得した道路形状情報及び前記位置取得手段で取得した位置に基づいて、自車位置から前記第２地点までの距離を算出する第２算出手段と
を備えることを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１０】
前記道路形状情報は、前記第１地点と第２地点との間の道路を１又は複数の区間に分割した各区間についての距離、勾配及び曲率のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の通信システム。
【請求項１１】
前記送信機及び光ビーコンのうち少なくとも１つは、前記道路形状情報を車載機へ送信する送信手段を備え、
前記道路形状情報取得手段は、
前記道路形状情報を取得するように構成してあることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の通信システム。
【請求項１２】
前記車載機は、
搭載位置の高さ情報を記憶する手段を備え、
前記特定手段は、
前記高さ情報に基づいて自車位置を特定するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１３】
前記送信機は、
信号を変調する変調手段を備え、
該変調手段で変調した信号を送信するように構成してあり、
前記車載機は、
受信した信号を復調する復調手段を備え、
前記時間差取得手段は、
前記復調手段で復調した信号に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１４】
前記送信機は、
信号を直交周波数多重方式の搬送波に割り当てる割当手段を備え、
該割当手段で信号が割り当てられた搬送波を送信するように構成してあり、
前記車載機は、
前記搬送波を受信する搬送波受信手段を備え、
前記時間差取得手段は、
受信した搬送波に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１５】
前記送信機は、
立ち上がりを有する信号を所定の間隔で送信するように構成してあり、
前記時間差取得手段は、
受信した各信号の立ち上がり時点に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の通信システム。
【請求項１６】
前記送信機は、
交番波形の信号を送信するように構成してあり、
前記時間差取得手段は、
受信した各信号の位相差に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１７】
前記送信機は、
信号を変調する変調手段を備え、
該変調手段で変調した信号を送信するように構成してあり、
前記車載機は、
受信した信号を復調する復調手段を備え、
前記時間差取得手段は、
前記復調手段で復調した各信号の位相差に基づいて、各信号の到達時間差を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１６に記載の通信システム。
【請求項１８】
前記送信機は、
所定の周期の基準周期信号を生成する生成手段と、
該生成手段で生成した基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１９】
一の送信機は、
信号を他の送信機へ無線又は有線で送信するように構成してあり、
前記他の送信機は、
受信した信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段を備え、
前記決定手段は、
前記調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定するように構成してあることを特徴とする請求項１８に記載の通信システム。
【請求項２０】
所定周期の周期調整信号を送信する周期調整用送信機を備え、
前記送信機は、
前記周期調整用送信機が送信した周期調整信号を受信する受信手段と、
受信した周期調整信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段を備え、
前記決定手段は、
前記調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定するように構成してあることを特徴とする請求項１８に記載の通信システム。
【請求項２１】
前記送信機は、
ＧＮＳＳ衛星が送信した信号を受信する受信手段と、
受信した信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の通信システム。
【請求項２２】
前記特定手段により所定の時間間隔で特定した自車位置に基づいて、自車の走行方位及び走行速度の少なくとも１つを算出する走行値算出手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項２１のいずれかに記載の通信システム。
【請求項２３】
少なくとも３つの送信地点から送信された同一周期の信号を受信する車載機であって、
前記送信地点の位置情報を記憶する手段と、
道路上の第１の地点への到達時に、送信された各信号の第１の到達時間差を取得する第１の時間差取得手段と、
前記第１の地点通過後の第２の地点への到達時に、送信された各信号の第２の到達時間差を取得する第２の時間差取得手段と、
前記送信地点の位置情報、前記第１の地点に関する情報、前記第１の到達時間差及び第２の到達時間差に基づいて、前記第２の地点の自車位置を特定する特定手段と
を備えることを特徴とする車載機。
【請求項２４】
前記第１の地点の情報は、
前記第１の地点の位置情報、該第１の地点から各送信地点までの距離情報、該各送信地点から前記第１の地点までの各信号の到達所要時間の情報及び前記各信号がそれぞれ同期している場合における前記各信号の前記第１の地点までの到達時間差のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項２３に記載の車載機。
【請求項２５】
少なくとも３つの送信地点から送信された同一周期の信号を受信する車載機であって、
前記送信地点の位置情報を記憶する手段と、
送信された各信号の到達時間差を取得する時間差取得手段と、
送信された信号の周期の同期ずれを道路上の所定の領域で算出する同期ずれ算出手段と、
自車の走行地点で取得した到達時間差、前記同期ずれ算出手段で算出した同期ずれ及び前記送信地点の位置情報に基づいて、自車位置を特定する特定手段と
を備えることを特徴とする車載機。
【請求項２６】
請求項２３乃至請求項２５のいずれかに記載の車載機を備えることを特徴とする車両。
【請求項２７】
互いに同一周期の信号を送信する送信機であって、
所定の周期の基準周期信号を生成する生成手段と、
他の送信機が送信した信号を受信する受信手段と、
該受信手段で受信した信号に基づいて、前記生成手段で生成する基準周期信号の周期を調整する調整手段と、
該調整手段で周期が調整された基準周期信号に基づいて、信号の周期を決定する決定手段と
を備えることを特徴とする送信機。
【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１８】
【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１８】
【公開番号】特開２００８−２１６２３１（Ｐ２００８−２１６２３１Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０４１３５（Ｐ２００７−１０４１３５）
【出願日】平成１９年４月１１日（２００７．４．１１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１１日（２００７．４．１１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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