JP2007248362A - 端末測位システム及び位置測定方法 - Google Patents

端末測位システム及び位置測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】初期導入、メンテナンス、システムの拡張が容易な位置測定システムを提供する。
【解決手段】少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局（但し、Ｎ＝１〜３）と測位サーバとを備え、無線通信をする端末のＮ次元座標における位置を求める端末測位システムにおいて、前記少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局間の距離を計算し、前記各基地局の相対座標を求め、前記求められた相対座標を評価し、前記端末の位置を求める端末測位処理への切り替えを判断し、前記端末と前記基地局との間で送受信される無線信号の伝搬時間、及び前記求められた基地局間の相対座標を用いて、前記端末の位置を求める。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、無線通信端末の位置を測定する端末測位システムに関し、特に、位置測定のために用いられる基地局の位置を確定する技術に関する。
移動端末の位置を測定するシステムとして、端末から送信される信号を複数の基地局で受信した時間差を計算し、受信時間差に光速を乗算することによって、ノードからの各基地局までの信号の伝搬距離を算出し、ノードの位置を検出するシステムが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
例えば、特許文献１には、複数の基地局を備えた端末測位システムが開示されている。この端末測位システムは、位置計算サーバ、アクセスポイント（基地局）、基準局及びノード（端末）を備える。各基地局と位置計算サーバは、有線のネットワークによって接続される。
ノードは、無線送信機能を備えており、基準局は、ノードから送信された無線信号の受信機能及び基準信号の送信機能を有する。各アクセスポイントは基準信号の受信機能及び受信信号の間隔の計測機能を備える。
各アクセスポイントは、基準局から送信された基準信号を受信し、アクセスポイント間で時間を同期する。各アクセスポイントは、ノードから送信された無線信号を受信し、基準信号の受信からの到達時間差を測定する。位置計算サーバは、上記測定された到達時間差からノードの位置を計算する（例えば、特許文献１参照）。
また、各基地局間の同期のため、基準局を用いる測位システムが提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。
さらに、兵力が展開する地域に少なくとも３つ以上のＵＷＢノードを置き、これらＵＷＢノードで無線網を形成して相互間の相対的位置関係を把握する。前記ＵＷＢノードの少なくとも２以上の基準ＵＷＢノードにＧＰＳ受信機を装備して、当該基準ＵＷＢノードの地球上の位置を基準とする基準点網を形成する。無線網を形成するＵＷＢノードは味方が備えて移動するＵＷＢノードを把握して当該移動ノード点の基準点網における位置を把握する。あるいは無線網を形成するＵＷＢノードは信号を発信し、その反射波を受信して基準点網における敵位置を把握する。さらに、敵、味方の経度、緯度とともに高度情報が同時に把握し、時間変化から算出される速度データも合わせて用いることにより指揮管制システムを構成することもできるシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
さらに、無線機が通信相手である無線機にパケットを送信したとき、無線機側はパケット検出時から単位時間の整数倍の時間経過後に必ずパケットを送信する。無線機は自身がパケットを送信してから無線機のパケットを検出するまでの時間をカウンタで計測し、無線機のパケット検出から送信までの時間と無線機自身の処理時間を計測時間から差し引いた時間を、通信相手である無線機との伝搬距離に換算して測距を実現する測距・測位システムも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００５−１４０６１７号公報 特開２００５−１４８０２５号公報 特開２００４−２５８００９号公報 荻野敦、他５名，「無線ＬＡＮ統合アクセスシステム（１） 位置検出システムの検討」，２００３年総合大会講演論文集，電子情報通信学会，Ｂ−５−２０３，ｐ．６６２ 水垣健一、他９名，「３ｎＷ／ｂｐｓ超低消費電力ＵＷＢ無線システム（６）：３０ｃｍ高精度測位システムの検討」，２００５年ソサイエティ大会講演論文集，電子情報通信学会，Ａ−５−１５，ｐ．１３９
前述した複数の基地局を用いた端末の測位システムを構築するとき、基地局を設置し、端末の測位を可能とするまでの手順が複雑である問題があった。
具体的には、前述した従来の端末測位システムでは、端末の位置を計算するため、各基地局の座標はあらかじめ既知である必要がある。しかし、従来の端末測位システムでは、基地局の座標は人手によって測定され、システムの初期導入時やメンテナンス時における手間、時間及びコストが大きく、システム導入の障壁となる問題となっていた。
また、各基地局は、有線ネットワークで接続され、測位サーバと各基地局との間の配線を敷設する必要がある。このため、システムの導入時やメンテンナンス時のコストが増大する。また、基地局の配置の自由度も減少する問題がある。
また、新しい基地局を追加し、端末測位の可能エリアを拡大するときにも、同様に、手間、時間及びコストが増大する問題がある。
本発明の目的は、初期導入やメンテナンス、システムの拡張が容易なシステムを提供することである。
本発明の代表的な一形態によると、少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局（但し、Ｎ＝１〜３）と測位サーバとを備え、無線通信をする端末のＮ次元座標における位置を求める端末測位システムにおいて、前記少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局間の距離を計算し、前記各基地局の相対座標を求め、前記求められた相対座標を評価し、前記端末の位置を求める端末測位処理への切り替えを判断し、前記端末と前記基地局との間で送受信される無線信号の伝搬時間、及び前記求められた基地局間の相対座標を用いて、前記端末の位置を求める。
本発明の一形態によると、設置位置を人手によって計測する必要がなく、無線通信によって基地局の相対的座標を求めることができるので、端末測位システムの導入を簡単化することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
本発明の受信装置の第１の実施形態を図１Ａ〜図１０を用いて説明する。
図１Ａは、第１の実施形態の端末測位システムの構成図である。
第１の実施形態の端末測位システムは、測位サーバ（ＳＶＲ）１０１、表示装置（ＤＩＳＰ）１０２、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１０３、１０４、１０５及び１０６、及び端末（ＮＯＤＥ）１０７を備える。
測位サーバ１０１は、本実施形態の端末測位システムに接続された端末１０７の位置を計算するコンピュータで、ＣＰＵ、記憶装置及び通信インターフェースを備える。入出力装置１０２は、測位サーバ１０１に接続されたユーザインターフェースで、例えば、キーボード、マウス及びディスプレイ装置を含む。
基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１０３、１０４、１０５及び１０６は、無線信号の送受信タイミングを測定する無線通信装置１１５を備える。少なくとも一つの基地局（本実施形態では、ＡＰ１）１０３は、測位サーバ１０１と有線回線によって接続される。
端末１０７は、無線送受信装置を備え、基地局１０３等と通信する。
このような端末測位システムでは、端末１０７の位置を測定するために、基地局１０３〜１０６の位置を確定する必要がある。このため、本発明の実施形態では、端末１０７の位置を測定する前に、基地局１０３〜１０６間の距離を測定し、各基地局の相対的位置を求める。
本発明の実施形態では、基地局間で送受信される測距信号の往復時間（ｔij）を測定し、この往復時間に光速を乗ずることによって、基地局間の距離の２倍（ｄij）を求める。そして、相対座標の基準とする基地局の位置（この例では、ＡＰ１の位置ｐ1）を座標原点として、他の基地局の相対座標（ｐ2〜ｐ4）を求める。
端末１０７の位置をＮ次元で求める場合、位置が既知であるＮ＋１個の基地局が必要となる。例えば、３次元空間で端末１０７の位置を求める場合、４個の位置が既知の基地局が必要である。また、定まった直線上（１次元空間）で端末１０７の位置を求める場合、２個の位置が既知の基地局が必要である。
図１Ｂは、第１の実施形態の無線通信装置１１５の構成図である。
無線通信装置１１５は、Ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒａｄｉｏを使用するＵＷＢ−ＩＲ通信装置である。
ＵＷＢ−ＩＲ通信装置１１５は、アンテナ（ＡＮＴ）１０８、スイッチ（ＳＷ）１０９、ＵＷＢ受信機（ＵＷＢ＿ＲＸ）１１０、ＵＷＢ送信機（ＵＷＢ＿ＴＸ）１１４、ＭＡＣ制御部（ＭＡＣ）１１１、データリンク制御部（ＤＬＣ）１１２、及びカウンタ（ＣＯＵＮＴＥＲ）１１３を備える。
アンテナ１０８は、基地局から送信された無線信号を捕捉し、基地局に対して無線信号を放射する。スイッチ１０９は、アンテナ１０８によって送受信される無線信号を、送信信号と受信信号とを分離する。なお、スイッチ１０９に代えて、デュープレクサや、サーキュレータを用いて送信信号と受信信号とを分離してもよい。
ＵＷＢ受信機１１０は、基地局から送信された無線信号を受信（増幅、周波数変換及び復調）して、ベースバンド信号を生成する。ＵＷＢ送信機１１４は、ベースバンド信号から基地局に対して送信する高周波信号を生成（変調、周波数変換及び増幅）する。
ＭＡＣ制御部１１１は、パケットの送受信タイミングを制御するソフトウェア又はハードウェアによって実現され、ＭＡＣ層におけるプロトコルを制御する。データリンク制御部１１２は、パケットの送受信タイミングを制御するソフトウェア又はハードウェアによって実現され、データリンク層におけるプロトコルを制御する。
カウンタ１１３は、無線信号の送受信タイミングを測定する。具体的には、ＵＷＢ送信機１１４によるＵＷＢ信号の送信から、ＵＷＢ受信機１１０によるＵＷＢ信号の受信までの時間差を測定する。この測定された時間差が信号の往復伝搬時間となる。また、ＵＷＢ受信機１１０による１番目の信号の受信時刻と、２番目の信号の受信時刻との時間差を測定する。この測定された時間差が信号の到達時間差となる。
図２は、第１の実施形態のＵＷＢ−ＩＲ通信で用いられる信号波形の説明図である。
ＵＷＢ−ＩＲ通信は、幅の細いパルス信号を用いる。このため、カウンタ１１３は受信時刻差を正確に計測することができる。
図２において、無線信号（ｂ）を復調すると、幅の細いパルス信号（ａ）が得られる。例えば、このパルス幅は３ナノ秒以下（望ましくは、２ナノ秒程度）の短い時間にするとよい。
図３は、第１の実施形態のＵＷＢ無線通信装置１１５の物理層部分の詳細な構成図であり、図１ＡにおけるＭＡＣ制御部１１１より左側を示す。
図３に示すＵＷＢ無線通信装置１１５は、アンテナ（ＡＮＴ）１０８、スイッチ（ＳＷ）１０９、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３０１、乗算器（ＭＩＸ）３０２、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３０３、可変増幅器（ＶＧＡ）３０４、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）３０５、マッチトフィルタ（ＭＦ）３０６、復調部（Ｄｅｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ）３０７、誤り訂正復号器（ＦＥＣ）３０８、ＣＲＣ復号部（ＣＲＣ）３０９、同期捕捉部部（Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）３１０、同期追跡部（Ｔｒａｃｋｉｎｇ）３１１、タイミング制御部（Ｔｉｍｉｎｇ）３１２、分周器（１／Ｎ）３１３、ローカル発振器（ＬＯ）３１４、位相器（φ）３１５、フレーム生成器（Ｆｒａｍｅ）３１６、拡散符号生成器（Ｓｐｒｅａｄ ｃｏｄｅ）３１７、乗算器（ＭＩＸ）３１８、パルス生成器（Ｐｕｌｓｅ）３１９、電力増幅器（ＰＡ）３２０及びカウンタ（Ｃｏｕｎｔｅｒ）１１３を備える。
低雑音増幅器３０１は、スイッチ１０９によって分離された受信信号を増幅する。乗算器３０２は、ローカル発振器３１４によって生成されたローカル信号と受信信号とを混合して、受信信号の周波数を変換する。低域通過フィルタ３０３は、乗算器３０２によって周波数変換された信号から所望の中間周波数の信号を選択する。可変増幅器３０４は、低域通過フィルタ３０３によって選択された信号を、所望のレベルに増幅する。
アナログディジタル変換器３０５は、可変増幅器３０４によって増幅されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。マッチトフィルタ３０６は、アナログディジタル変換器３０５によって変換されたディジタル信号を、拡散符号を用いて逆拡散する。復調部３０７は、マッチトフィルタ３０６によって逆拡散された信号を復調する。誤り訂正復号器３０８及びＣＲＣ復号部３０９は、受信した信号に付されていた誤り訂正符号を用い、伝送経路中に生じた誤りを訂正する。
同期捕捉部３１０は、受信信号に含まれるパルス信号を抽出し、パルス信号のタイミングを抽出する。同期追跡部３１１は、受信したパルス信号のタイミングを保持し、タイミング制御部３１２によって生成されるクロック信号とのズレを追跡し、タイミング制御部３１２にタイミングのズレの修正を指示する。タイミング制御部３１２は、アナログディジタル変換器３０５に供給されるクロック信号のタイミングを修正する指示を分周器３１３に送る。
分周器３１３は、ローカル発振器３１４によって生成されたローカル信号を分周し、アナログディジタル変換器３１３に供給するタイミング信号を生成する。ローカル発振器３１４は、受信信号の周波数変換に用いるローカル信号を生成する。また、ローカル発振器３１４によって生成されたローカル信号は分周器３１３によって分周され、アナログディジタル変換器３０５に供給され、アナログディジタル変換器３０５の動作の基準となるクロック信号となる。
フレーム生成器３１６は、ＭＡＣ制御部１１１から送られた送信信号からフレームを生成する。拡散符号生成器３１７は、フレーム生成器３１６によって生成されたフレームを拡散するために用いられる拡散符号を生成する。
乗算器３１８は、フレーム生成器３１６によって生成されたフレームと、拡散符号生成器３１７によって生成された拡散信号を混合し、送信信号を生成する。
パルス生成器３１９は、乗算器３１８によって拡散された送信信号に基づいてパルス信号を生成する。電力増幅器３２０は、生成されたパルス信号を所望のレベルに増幅する。
次に、ＵＷＢ−ＩＲ通信装置１１５における信号の流れについて説明する。
アンテナ１０８で受信された信号はスイッチ１０９を介して、低雑音増幅器３０１で所望のレベルに増幅される。低雑音増幅器３０１から出力された信号は、乗算器３０２、低域通過フィルタ３０３及びローカル発振器３１４によって周波数変換され、可変増幅器３０４によって再び増幅され、アナログディジタル変換器３０５に入力される。アナログディジタル変換器３０５では、周波数変換された受信信号はサンプリング及び量子化がされ、マッチトフィルタ３０６によって送信時と同じ拡散符号を用いて逆拡散される。
同期捕捉部部３１０では、受信パルス信号と内部クロックとの同期が確立され、同期追跡部３１１で確立された同期が保持される。タイミング制御部３１２は、アナログディジタル変換器３０５における量子化タイミングを調整する。
フレーム生成器３１６は、送信データからパケットデータを生成し、誤り訂正符号及びＣＲＣ符号を付加し、送信すべき情報ビットを作成する。拡散符号生成器３１７によって生成された拡散符号と作成された情報ビットとは、乗算器３１８によって乗算され、拡散信号が生成される。拡散された信号は、パルス生成器３１９によってパルス信号に整形され、電力増幅器３２０で所望のレベルに増幅され、スイッチ１０１を介し、アンテナ１０８から送信される。
カウンタ１１３は、信号の送信開始から受信信号中の所定のタイミングまでの時間差を計測する。また、受信信号中の所定のタイミングから、次に到来する受信信号中の所定のタイミングまでの時間差を計測する。この所定のタイミングは、例えば、受信信号中に特定のパターンが現れた時や、パケットの受信が終了した時、などである。
本発明の無線通信の方式は、いかなる通信方式を用いてもよい。しかし、前述したＵＷＢ通信を用いると、高精度な時間測定が可能となり、結果的に高精度な測位が期待できる。これは、前述したように、ＵＷＢ−ＩＲ通信では、幅の細いパルス信号を用いているためである。
図４は、第１の実施形態の端末測位システム全体の動作を説明するフローチャートである。
測位サーバ１０１は、管理者の操作によって入出力装置１０２から基地局間の距離の自動測定の開始命令を受けると（Ｓ１０１）、測位サーバ１０１、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１０３〜１０６は、測距スタンバイモードに移行する（Ｓ１０２）。測距スタンバイモードへの移行の詳細な手順は図５を用いて後述する。
測距スタンバイモードに移行した後、各基地局間の信号の往復時間に光速を乗算することによって、各基地局間の距離（ｄ12、ｄ13、ｄ14、ｄ23、ｄ24、ｄ34）を測定する（Ｓ１０３）。ここで、ｄijは二つの基地局（ＡＰiとＡＰj）との間の距離である。なお、詳細な測距手順は図６及び図７を用いて後述する。
各基地局間の距離の測定が終了した後、測位サーバ１０１は、受信した測距結果に基づいて、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１０３〜１０６の相対的な座標Ｐ１〜Ｐ４を計算する（Ｓ１０４）。すなわち、例えば、図１Ａに示すように、基地局（ＡＰ１）１０３の座標Ｐ1を原点（０，０）とし、基地局（ＡＰ２）１０４をｘ軸上の点Ｐ2＝（ｄ12，０）とし、その他の基地局の座標を計算する。
他の基地局の座標の計算には余弦定理を用いることができる。すなわち、３辺の距離が既知で、かつ、三角形の２点（Ｐ1及びＰ2）が定まっている場合、余弦定理を用いることによって、他の１点（Ｐ3又はＰ4）の座標を計算することができる。
但し、鏡像の関係、すなわち、残る１点のｙ座標の正負を、求めることはできない。
また、評価関数を用いて最小２乗法により座標を求めることが可能である。評価関数の例として、
Figure 2007248362
が考えられる。この評価関数は、基地局の座標の誤差を与えるものであり、この評価関数の値が最小になると、基地局の座標が最も高精度に求まっているといえる。
Figure 2007248362
を求めることによって相対座標を求めることができる。ここで、ａijは、重み付け係数であり、ｋは基地局の数である。
また、既知の情報がある場合、既知の情報を用いた評価関数によって、相対座標の精度を上げることができる。例えば、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）０１０３〜１０６は長方形の頂点である、ということがわかっていれば、基地局間を結ぶ直線の成す角度が垂直であることを利用し、
Figure 2007248362
とすることができる。
以上説明したように求められた基地局の相対位置計算結果は、入出力装置１０２に表示される。
その後、測位サーバ１０１は、相対位置の計算結果が妥当か否かを判断する（Ｓ１０５）。そして、計算結果が妥当でないと判断した場合、相対位置を再計算する。例えば、前述した評価関数の値と所定の閾値とを比較して、再計算が必要か否かを判断する。この再計算の要否の判断が適切かは、図８に示す計算結果の表示画面によって確認することができる。
すなわち、評価関数の値が所定の閾値を超える場合に、再計算によって基地局の座標の精度をより高める必要があると判断する。一方、評価関数の値が所定の閾値以下の場合には、計算結果は妥当なので、求められた基地局の座標の精度は充分であると判断して、基地局間測距モードを終了して、端末測位モードに移行する。
基地局の相対位置の誤差は、その後測定される端末の位置の誤差に伝搬するので、基地局の相対位置の誤差を一定程度に収めておく必要がある。そこで、要求される端末の測位誤差によって、基地局の相対位置の誤差を定めることが必要になる。
以上説明した判断は、管理者の意思によってもすることができる。このとき、入出力装置１０２に、図８に示すような計算結果を表示する。管理者は、表示された相対位置の計算結果を見て、計算結果が妥当か否かを判断する。管理者が、計算結果が妥当だと判断すると、決定ボタン９１０を操作することによって、端末測位モードに移行することができる。
一方、計算結果が妥当でないと判断した場合、再計算ボタン９０９を操作することによって、相対位置を再計算することができる。例えば、画面に表示された評価関数の値に基づいて、再計算が必要か否かを判断することができる。
また、再計算するときには、計算条件ボタン９０８を操作することによって、評価関数を変更する等の設定を変更することができる。
また、各基地局間の距離を用いて相対的な座標を計算した場合、鏡像の関係の不確かさが存在するため、管理者は、鏡像ボタン９０６を操作することによって、鏡像の関係を選択をする。
一方、計算結果が妥当と判断された場合、測位サーバ１０１は、相対的位置関係が計算された基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）のうち、少なくとも一つを基準局として選択する。基準局はどのような判断基準で選んでもよいが、一つの方法として以下の方法がある。
また、基準局の選択方法の例としては、他の基地局との距離の差が最も少ない局を選ぶことができる。すなわち、ｍａｘ（ｘ，ｙ，ｚ）、ｍｉｎ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ、ｘ，ｙ，ｚの最大値、最小値と定義すると、
ＡＰ１： ｍａｘ（ｄ１２，ｄ１３，ｄ１４）−ｍｉｎ（ｄ１２，ｄ１３，ｄ１４）
ＡＰ２： ｍａｘ（ｄ１２，ｄ２３，ｄ２４）−ｍｉｎ（ｄ１２，ｄ２３，ｄ２４）
ＡＰ３： ｍａｘ（ｄ１３，ｄ２３，ｄ３４）−ｍｉｎ（ｄ１３，ｄ２３，ｄ３４）
ＡＰ４： ｍａｘ（ｄ１４，ｄ２４，ｄ３４）−ｍｉｎ（ｄ１４，ｄ２４，ｄ３４）
で計算される値が最も小さい基地局を選択する（Ｓ１０６）。前述のように基準局を選択すると、基準局が各基地局のより中心に配置されることによって、端末の測位精度の向上が期待できる。
なお、基準局は、これ以外のどのような方法で選択してもよい。また、管理者が、計算された相対的位置関係から、基準局とする基地局を選択してもよい。
前述した基準局が選択された後、測位サーバ１０１及び基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１０３〜１０６を、端末測位スタンバイモードに設定する（Ｓ１０７）。但し、基準局として割り当てられた基地局（ＡＰ４）１０４は基準局としてのスタンバイモードになる。端末測位モードへの切り替えの詳細な手順は図９を用いて後述する。
その後、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１０３〜０１０６は、測位信号と基準信号の到達時間差を測定する。測位サーバ１０１は、到達時間差の測定結果に基づいて、端末の位置を測定する（Ｓ１０８）。その後、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１０３〜０１０６は再び、端末測位スタンバイモードに設定され、測位信号を待ち受ける。
図５は、第１の実施形態の測距スタンバイモード移行処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
まず、測位サーバ１０１は有線によって接続された基地局（ＡＰ１）１０３に測距待機移行指示を送信する（Ｓ１１１）。基地局（ＡＰ１）１０３は測位サーバ１０１から送信された測距待機移行指示を受信すると、基地局（ＡＰ２）１０４、基地局（ＡＰ３）１０５及び基地局（ＡＰ４）１０６に無線通信によって、測距待機指示信号を送信する（Ｓ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１６）。
基地局（ＡＰ２）１０４、基地局（ＡＰ３）１０５、基地局（ＡＰ４）１０６は、基地局（ＡＰ１）１０３から送信された測距待機指示信号を受信すると、次に送信されてくる測距信号を待ち受ける測距待機状態に移行する。この時、基地局（ＡＰ２）１０４、基地局（ＡＰ３）１０５、基地局（ＡＰ４）１０６は、ＡＣＫ信号を送信する（Ｓ１１３、Ｓ１１５、Ｓ１１７）。
なお、図５では、基地局（ＡＰ１）１０３は、一つの基地局に測距待機指示信号を送信し、ＡＣＫ信号を受信した後、他の基地局に測距待機指示信号を送信しているが、ＡＣＫ信号の到着を待たずに、他の基地局に測距待機指示信号を送信してもよい。
基地局（ＡＰ１）１０３は、測距待機指示信号を送信した全ての基地局からＡＣＫ信号を受信すると、測位サーバ１０１に、測距モード待機状態への移行処理の終了を通知し（Ｓ１１８）、測距待機状態に移行する。
なお、本実施形態では、ＡＣＫ信号を用いる例を説明したが、測距モード待機状態に移行する処理では、ＡＣＫ信号は必ずしも必要ではない。
図６は、第１の実施形態の基地局（ＡＰ１）１０３と基地局（ＡＰ２）１０４との間の測距手順を示すシーケンス図である。
まず、測位サーバ１０１は、ＡＰ１−ＡＰ２間の測距指示を、基地局（ＡＰ１）１０３に送信する（Ｓ１２１）。基地局（ＡＰ１）１０３は、測位サーバ１０１からＡＰ１−ＡＰ２間の測距指示を受信すると、基地局（ＡＰ２）１０４に測距信号を送信する（Ｓ１２２）。また、基地局（ＡＰ１）１０３は、測距信号の送信タイミングでカウンタ１１３の動作を開始し、往復伝搬時間の測定を始める。
基地局（ＡＰ２）１０４は、基地局（ＡＰ１）１０３から送信された測距信号を受信すると、予め定められた時間の経過後（Ｓ１２３）、ＡＣＫ信号を送信する（Ｓ１２４）。この予め定められた時間は、測位サーバが知っている時間であれば、基地局毎に同じ時間でも異なる時間でもよい。
基地局（ＡＰ１）１０３は、基地局（ＡＰ２）１０４から送信されたＡＣＫ信号を受信すると、測距信号の送信によって動作を始めたカウンタ１１３の動作を停止し、測距信号の送信時刻と、ＡＣＫ信号の受信時刻との時間差を測定する（Ｓ１２５）。基地局（ＡＰ１）１０３は、時間差の測定結果を、測位サーバ１０１に送信する（Ｓ１２６）。
例えば、時間差の測定時間がＴ１、基地局（ＡＰ２）１０４における予め定められた時間をＴ２とすると、距離ｄ１２は
ｄ１２＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｃ
で求めることができる。但し、Ｃは光速である。
図７は、第１の実施形態の基地局（ＡＰ２）１０４と基地局（ＡＰ３）１０５との間の測距手順を示すシーケンス図である。
まず、測位サーバ１０１は、ＡＰ２−ＡＰ３間の測距指示を基地局（ＡＰ１）１０３に送信する（Ｓ１３１）。基地局（ＡＰ１）１０３は、測位サーバ１０１からＡＰ２−ＡＰ３間の測距指示を受信すると、基地局（ＡＰ２）１０４に、測距指示信号（ＡＰ２−ＡＰ３）を送信する（Ｓ１３２）。
基地局（ＡＰ２）１０４は、基地局（ＡＰ１）１０３から測距指示信号（ＡＰ２−ＡＰ３）を受信すると、基地局（ＡＰ３）１０５に測距信号を送信する（Ｓ１３３）。基地局（ＡＰ３）１０５は、基地局（ＡＰ２）から送信された測距信号を受信すると、予め定められた時間の経過後（Ｓ１３４）、ＡＣＫ信号を送信する（Ｓ１３５）。
基地局（ＡＰ２）１０４は、測距信号の送信時刻と、ＡＣＫ信号の受信時刻との差を測定する（Ｓ１３６）。基地局（ＡＰ２）１０４は、時間差の測定結果を、基地局（ＡＰ１）１０３に送信する。基地局（ＡＰ１）１０３は、基地局（ＡＰ２）１０４から時刻差の測定結果を受信すると、受信した測定結果を測位サーバ１０１に送信する。
他の基地局間の距離も図６及び図７に示された手順と同様の手順によって求められる。
図８は、第１の実施形態の相対座標計算結果の表示例を示す。
基地局の相対位置の計算結果が表示される表示ウィンドウ９０１は、画像による結果表示９０２、数値による結果表示９０３、基準局選択ボタン９０４、地図読込ボタン９０５、鏡像ボタン９０６、回転ボタン９０７、計算条件変更ボタン９０８、再計算ボタン９０９及び決定ボタン９１０を含む。
結果表示９０２には、計算された各基地局の相対位置が画像によって、適切な座標軸上に表示される。結果表示９０３には、計算された各基地局の相対位置がｘｙ座標を用いた数値によって表示される。基準局選択ボタン９０４は、基準局とする基地局を選択するときに使用される。
地図読込ボタン９０５は、相対位置が計算された基地局が含まれる領域の地図が、計算された各基地局の相対座標に重畳させて表示するときに操作される。
鏡像ボタン９０６は、計算された各基地局の相対座標を、横軸（ＡＰ１及びＡＰ２が位置する軸）を軸として反転するときに操作される。なお、反転軸を自由に設定できるようにしてもよい。回転ボタン９０７は、表示された地図又は表示された相対位置を回転するときに操作される。
計算条件変更ボタン９０８は、評価関数等の計算条件を変えるときに操作される。再計算ボタン９０９は、計算された各基地局の相対位置を再度計算するときに操作される。決定ボタン９１０は、端末測位モードに移行するときに操作される。
図９は、第１の実施形態の端末測位モードへの切替手順を示すシーケンス図である。
この端末測位モードへの切り替えは、基地局間の相対座標が評価され（図４のＳ１０５）、基準局の選択の後（図４のＳ１０６）、端末測位モードに切り替えるものである。
まず、測位サーバ１０１は、端末測位待機指示及び基準局割当指示を基地局（ＡＰ１）１０３に送信する（Ｓ１４１）。基地局（ＡＰ１）１０３は、測位サーバ１０１から端末測位待機指示及び基準局割当指示を受信すると、基準局となる基地局を特定する。そして、基準局とならない基地局（ＡＰ２）１０４及び基地局（ＡＰ３）１０５に、端末測位待機指示信号を送信する（Ｓ１４２、Ｓ１４４）。基準局とならない基地局（ＡＰ２）１０４及び基地局（ＡＰ３）１０５は、端末から送信される測位信号を待ち受ける測位基地局モード待機状態に移行し（Ｓ１５０）、基地局（ＡＰ１）にＡＣＫ信号を返信する（Ｓ１４３、Ｓ１４５）。
さらに、基地局（ＡＰ１）１０３は、基準局として動作する基地局（ＡＰ４）１０５に、端末測位待機指示信号及び基準局割当信号を送信する（Ｓ１４６）。基準局として動作する基地局（ＡＰ４）１０６は、基準局として端末から送信される測位信号を待ち受ける測位基準局モード待機状態に移行し（Ｓ１４７）、基地局（ＡＰ１）にＡＣＫ信号を返信する（Ｓ１４８）。
なお、図９では、基地局（ＡＰ１）１０３は、一つの基地局に端末測位待機指示信号を送信し、ＡＣＫ信号を受信すると、他の基地局に端末測位待機指示信号を送信しているが、ＡＣＫ信号の到着を待たずに、他の基地局に端末測位待機指示信号を送信してもよい。
基地局（ＡＰ１）１０３は、測距待機指示信号を送信した全ての基地局からＡＣＫ信号を受信すると、基地局（ＡＰ１）１０３は、測位サーバ１０１に、端末測位モード待機状態への移行処理の終了を通知し（Ｓ１４９）、測位基地局モード待機状態に移行する（Ｓ１５０）。
なお、本実施形態では、ＡＣＫ信号を用いる例を説明したが、端末測位モード待機状態に移行するためには、ＡＣＫ信号は必ずしも必要ではない。
図１０は、第１の実施形態の端末の位置測定の手順を示すシーケンス図である。
まず、端末１０７が、近隣の基地局に対し測位信号を送信する（Ｓ１５１）。基準局として動作する基地局（ＡＰ４）１０６は、端末１０７から送信された測位信号を受信すると、予め定められた時間の後、近隣の基地局に対し基準信号を送信する（Ｓ１５２）。
一方、基準局として動作しない基地局（ＡＰ１）１０３、基地局（ＡＰ２）１０４及び基地局（ＡＰ３）１０５は、端末１０７から送信された測位信号を受信すると、カウンタ１１３の動作を開始し、到達時間差の測定を始める。そして、基地局（ＡＰ１）１０３、基地局（ＡＰ２）１０４及び基地局（ＡＰ３）１０５は、基準局（ＡＰ４）１０６から送信された基準信号を受信すると、測位信号の受信によって動作を始めたカウンタ１１３の動作を停止し、測位信号と基準信号の到達時間差を測定する（Ｓ１５３、Ｓ１５４、Ｓ１５５）。
基地局（ＡＰ２）１０４及び基地局（ＡＰ３）１０５は、到達時間差の測定結果を基地局（ＡＰ１）１０３に無線通信にて通知する（Ｓ１５６、Ｓ１５８）。基地局（ＡＰ１）１０３は、基地局（ＡＰ２）１０４及び基地局（ＡＰ３）１０５から測定結果を受信すると、測定結果の送信元の基地局にＡＣＫ信号を返信する（Ｓ１５７、Ｓ１５９）。
その後、基地局（ＡＰ１）１０３は、測位サーバ１０１に、他の基地局から受信した全ての測定結果及び、自局で測定した到達時間差の測定結果を通知する（Ｓ１６０）。測位サーバ１０１は、各基地局（ＡＰ１〜ＡＰ３）１０３〜１０５における到達時間差の測定結果と、各基地局（ＡＰ１〜ＡＰ３）１０３〜１０５の相対座標の計算結果とに基づいて、端末の位置を計算する（Ｓ１６１）。
その後、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ３）１０３〜１０５は、再び、測位基地局モード待機状態に設定される。また、基準局として動作する基地局（ＡＰ４）１０６は、再び、測位基準局モード待機状態に設定される。
ここで、到達時間差を用いた測位の方法について説明する。
端末の位置は、端末からの信号と基準局からの信号との到達時間差に基づいて求められる。すなわち、各基地局が、端末からの信号の受信時刻と基準局からの信号の受信時刻との差（Ｔ１−Ｔ２）を求める。この信号の受信時刻の差は、受信局と端末との距離（Ｌ１）と、受信局と基準局との距離（Ｌ２）との差（Ｌ１−Ｌ２）を信号の伝搬速度（光速）で除したものとなる。
すなわち、受信局は、受信局と端末の距離及び受信局と基準局の距離の差が一定（Ｌ１−Ｌ２）となる双曲線上に存在する。この双曲線は、端末の位置と基準局の位置を焦点とする曲線となる。
また、他の二つの基地局でも、端末からの信号と基準局からの信号とを受信し、両信号の到達時間差を求め、双曲線を算出する。これによって、端末が存在する位置は、この３本の双曲線の焦点であることが分かる。
このように、複数の基地局が受信した信号の到達時間差に基づいて端末の位置を測定すると、端末からの信号の伝搬遅延時間に光速を乗じて求められた距離によって端末の位置を測定する方法と比べて、測定された伝搬遅延時間（Ｔ１、Ｔ２）に共通する時間の誤差が含まれていても、これを消去できる特徴がある。
なお、これまで、端末からの測位信号と基準局からの基準信号との到達時間差を計測することによって、端末の位置を測定する方式について説明してきたが、本発明の目的とするところは、複数の基地局を用いて端末の測位を行うシステムにおける、基地局の位置を求めることにある。よって、到達時間差を用いる測位方法ではなくても、本発明を適用できることは自明である。
前述したように、第１の実施形態では、基地局間の距離の測定には信号の伝搬時間を用い、端末の位置の測定には信号の伝搬時間差を用いる。このようにしたのは、信号の伝搬時間差を用いた位置測定は、前述したように共通の誤差を除去することができる優れた方法であるが、位置が既知の基地局が必要である。よって、測位システムの構築時には基地局の位置は未知であることから、信号の伝搬時間差を用いた位置測定方法を用いることができない。しかし、測位システムの構築時には、迅速に測定をする必要がないので、繰り返し測定をすることによって、基地局間の距離の精度を向上させることができる。よって、本実施形態のような、基地局間の距離の測定には信号の伝搬時間を用い、端末の位置の測定には信号の伝搬時間差を用いるものが最適である。
第１の実施形態によると、端末測位システムを構築する際に、複数の基地局を配置するのみで、設置された基地局の位置を正確に測定することなく、無線通信によって基地局の相対的座標を求めることができる。よって、基地局設置時の人手の作業を省き、端末測位システムの初期導入を簡単化することができる。
また、各基地局間は無線通信によって信号を送受信するので、有線による通信線の敷設を省略することができ、基地局の配置の自由度をあげることができる。
以上説明したように第１の実施形態によると、端末測位システムの構築時に、複数の基地局を配置するのみで、人手によって基地局の設置位置を計測する必要がなく、無線通信によって基地局の相対的座標を求めることができるので、端末測位システムの導入を簡単化することができる。
また、各基地局間は無線によって通信するので、配線の敷設する必要がなく、基地局の配置の自由度を向上させることができる。
また、新しく基地局を追加する際も、無線通信によって基地局の相対的座標を求めることができ、人手の作業を省き、端末測位システムの拡大を簡単化することができる。
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態の端末測位システムの構成図である。
第１の実施形態では、測位サーバ１０１が基地局（ＡＰ１）１０３と有線によって接続されていたが、以下に説明する第２の実施形態では、各基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１４０３〜１４０６が測位サーバ１４０１と無線によって接続される。すなわち、第１の実施形態で説明した測位サーバ１０１と基地局（ＡＰ１）１０３との有線通信に代わって、第２の実施形態では、各基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１４０３〜１４０６が、直接、測位サーバ１４０１と無線通信をする。
この基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１４０３〜１４０６と、測位サーバ１４０１との間の上位の無線通信方式を無線ＬＡＮとし、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１４０３〜１４０６間の下位の無線通信方式をＵＷＢとして、両システムを異なるものとしたが、同じ方式を用いてもよい。
第２の実施形態の端末測位システムは、測位サーバ（ＳＶＲ）１４０１、表示装置（ＤＩＳＰ）１４０２、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１４０３、１４０４、１４０５、１４０６、及び端末（ＮＯＤＥ）１４０７を備える。
第２の実施形態の測位サーバ１４０１は、第１の実施形態の測位サーバ１０１と同一の構成を備える。さらに、第２の実施形態の測位サーバ１４０１は、各基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１４０３〜１４０６と無線によって通信する無線送受信部を備える。
また、第２の実施形態の各基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１４０３〜１４０６は、第１の実施形態の基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１０３〜１０６と同一の構成を備える。また、第２の実施形態の基地局１４０３〜１４０６は、測位サーバ１４０１と無線によって通信する無線送受信部を備える。
前述した測位サーバ１４０１及び基地局１４０３〜１４０６が備える無線送受信部は、第１の実施形態で説明した、測距及び／又は測位に用いる無線通信方式と同一の無線通信方式を用いてもよいし、他の無線通信方式を用いてもよい。例えば、他の無線通信方式として、無線ＬＡＮが考えられる。
また、第２の実施形態の表示装置１４０２、端末１４０７は、各々、第１の実施形態の測位サーバ１０１、表示装置１０２、端末１０７と同一の構成を備える。
次に、本発明の第２の実施形態における基地局間の動作手順を説明する。
前述した第１の実施形態では、測位サーバ１４０１からの全ての信号は、基地局（ＡＰ１）１４０３を経由していたが、第２の実施形態では、測位サーバ１４０１からの信号は、直接、全ての基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１４０３〜１４０６に送信される。この点を除いて、前述した第１の実施形態の処理（図５、図７、図９及び図１０参照）とおなじである。
以上説明したように、第２の実施形態によると、いずれの基地局にも有線による接続が不要になり、各基地局への配線を不要にすることができる。このため、基地局の設置導入を簡単化し、基地局の設置の自由度を増すことができる。
（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１２は、本発明に係る第３の実施形態の端末測位システムの構成図である。
第３の実施形態の端末測位システムは、測位サーバ（ＳＶＲ）１５０１、表示装置（ＤＩＳＰ）１５０２、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ６）１５０３、１５０４、１５０５、１５０６、１５０７、１５０８、及び端末（ＮＯＤＥ）１５０９を備える。第３の実施形態では、基地局（ＡＰ２）１５０４、基地局（ＡＰ３）１５０５、基地局（ＡＰ５）１５０７、基地局（ＡＰ６）１５０８によって、第１の実施形態と同様の端末測位システムを構築する。すなわち、基地局の通信範囲を超えて基地局を設置するので、端末の位置測定が可能な領域が第１の実施形態より拡大する。
第３の実施形態の基地局（ＡＰ１〜ＡＰ６）１５０３〜１５０８は、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）と同一の構成を備える。さらに、基地局（ＡＰ２）１５０４及び基地局（ＡＰ３）１５０５は、基地局（ＡＰ１）１５０１と無線によって通信する無線送受信部を備える。また、基地局（ＡＰ２）１５０４及び基地局（ＡＰ３）１５０５は、基地局（ＡＰ５）１５０７及び基地局（ＡＰ６）１５０８と無線によって通信する無線送受信機能を備える。これによって、基地局（ＡＰ２）１５０４及び基地局（ＡＰ３）１５０５は、基地局（ＡＰ５）１５０７及び基地局（ＡＰ６）１５０８から送信された信号を、基地局（ＡＰ１）１５０３に中継することができる。
この基地局（ＡＰ１）１５０１と、基地局（ＡＰ２）１５０４及び基地局（ＡＰ３）１５０５との間の上位の無線通信方式をＵＷＢとし、基地局（ＡＰ２〜ＡＰ６）１５０４〜１５０８間の下位の無線通信方式をＵＷＢとし、両システムを同じにしたが、異なる無線通信方式を用いてもよい。例えば、上位の無線通信方式を無線ＬＡＮとし、下位の無線通信方式をＵＷＢとすることもできる。
第３の実施形態の測位サーバ１５０１、表示装置１５０２、端末１５０９は、各々、第１の実施形態の測位サーバ１０１、表示装置１０２、端末０１０７と同一の構成を備える。
基地局（ＡＰ２）１５０４、基地局（ＡＰ３）１５０５、基地局（ＡＰ５）１５０７、基地局（ＡＰ６）１５０８によって構築される端末測位システムの動作は、第１の実施形態（図４）の、測位サーバ１０１を測位サーバ１５０１に、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ４）１０３〜１０６を、基地局（ＡＰ１〜ＡＰ６）１５０３〜１５０８に、端末１０７を端末１５０９に置き換えたもので説明できる。具体的には以下の通りである。
図１３は、第３の実施形態の基地局（ＡＰ５）１５０７と基地局（ＡＰ６）１５０８との間の測距手順を示すシーケンス図である。
まず、測位サーバ１５０１は、ＡＰ５−ＡＰ６間の測距指示信号を基地局（ＡＰ１）１５０３に送信する（Ｓ１７１）。測位サーバ１５０１は各基地局への信号の転送経路を示すルーティング情報を保持しており、上記測距指示信号と共にルーティング情報が送信される。
基地局（ＡＰ１）１５０３は、測位サーバ１５０１からＡＰ５−ＡＰ６間の測距指示を受信すると、測位サーバ１５０１から送信されたルーティング情報を参照し、基地局（ＡＰ５）１５０７への経路となる基地局（ＡＰ２）１５０４を特定し、特定された基地局（ＡＰ２）１５０４に測距指示信号（ＡＰ５−ＡＰ６）を送信する（Ｓ１７２）。基地局（ＡＰ２）１５０４は、基地局（ＡＰ１）１５０３から送信された測距指示信号を受信すると、基地局（ＡＰ５）１５０７に測距指示信号（ＡＰ５−ＡＰ６）を送信する（Ｓ１７３）。
基地局（ＡＰ５）１５０７は、基地局（ＡＰ２）１５０４によって転送された測距指示信号を受信すると、基地局（ＡＰ６）１５０８に測距信号を送信する（Ｓ１７４）。また、基地局（ＡＰ５）１５０７は、測距信号の送信タイミングでカウンタ１１３の動作を開始し、往復伝搬時間の測定を始める。
基地局（ＡＰ６）１５０８は、基地局（ＡＰ５）１５０７から送信された測距信号を受信すると、予め定められた時間の経過後（Ｓ１７５）、ＡＣＫ信号を送信する（Ｓ１７６）。
基地局（ＡＰ５）１５０７は、基地局（ＡＰ６）１５０８から送信されたＡＣＫ信号を受信すると、測距信号の送信によって動作を始めたカウンタ１１３の動作を停止し、測距信号の送信時刻と、ＡＣＫ信号の受信時刻との差を測定する（Ｓ１７７）。受信した測定結果は、測距指示信号と逆のルートで、基地局（ＡＰ２）１５０４及び基地局（ＡＰ１）１５０３を経由して、測位サーバ １５０１に送信される。
図１４は、第３の実施形態の端末測位モードへの切替手順を示すシーケンス図である。
図１４に示す例においては、基地局（ＡＰ４）１５０６と基地局（ＡＰ６）１５０８とが基準局として選択される。
まず、測位サーバ１５０１は、端末測位待機指示及び基地局割当指示を基地局（ＡＰ１）１５０３に送信する（Ｓ１８１）。基地局（ＡＰ１）１５０３は、測位サーバ１０１から端末測位待機指示及び基準局割当指示を受信すると、端末測位待機指示と共に送信されるルーティング情報を参照し、宛先の基地局（ＡＰ５）１５０７及び基地局（ＡＰ６）１５０８への経路となる基地局（ＡＰ２）１５０４を特定する。そして、特定された基地局（ＡＰ２）１５０４に端末測位待機指示信号及び基準局割当指示を送信する（Ｓ１８２）。
基地局（ＡＰ２）１５０４は、基地局（ＡＰ１）１５０３から送信された端末測位待機指示信号を受信すると、端末測位待機指示信号に含まれる基準局割当情報を抽出し、基準局となる基地局を特定する。基地局（ＡＰ２）１５０４は、基準局とならない基地局（ＡＰ５）１５０７に端末測位待機指示信号を送信し（Ｓ１８３）、基準局となる基地局（ＡＰ６）１５０８に端末測位待機指示信号及び基準局割当信号を送信する（Ｓ１８５）。
基地局（ＡＰ５）１５０７及び基地局（ＡＰ６）１５０８は、基地局（ＡＰ２）１５０４から端末測位待機指示信号を受信すると、ＡＣＫ信号を返信し（Ｓ１８４、Ｓ１８６）、端末測位待機状態に移行する（Ｓ１９３、Ｓ１９４）。
また、基地局（ＡＰ１）１５０３は、基準局とならない基地局（ＡＰ３）１５０５に端末測位待機指示信号を送信し（Ｓ１８６）、基準局となる基地局（ＡＰ４）１５０６に端末測位待機指示信号及び基準局割当信号を送信する（Ｓ１８８）。基地局（ＡＰ３）１５０５及び基地局（ＡＰ４）１５０６は、基地局（ＡＰ１）１５０３から端末測位待機指示信号を受信すると、ＡＣＫ信号を返信し（Ｓ１８７、Ｓ１８９）、端末測位待機状態に移行する（Ｓ１９３、Ｓ１９４）。
基地局（ＡＰ４）１５０６と、基地局（ＡＰ６）１５０７とは、端末測位待機指示信号と共に基準局割当信号も受信するので、基準局として端末から送信される測位信号を待ち受ける測位基準局モード待機状態に移行する（Ｓ１９３）。
図１５は、第３の実施形態の端末の位置測定の手順を示すシーケンス図である。
まず、端末１５０９が、近隣の基地局に対し測位信号を送信する（Ｓ２０１）。基準局として動作する基地局（ＡＰ６）１５０８は、端末１５０９から送信された測位信号を受信すると、予め定められた時間の後、近隣の基地局に対し基準信号を送信する（Ｓ２０２）。
一方、基準局として動作しない基地局（ＡＰ２）１５０４、基地局（ＡＰ３）１５０５及び基地局（ＡＰ５）１５０６は、端末１５０９から送信された測位信号を受信すると、カウンタ１１３の動作を開始し、受信時間差の測定を始める。そして、基地局（ＡＰ２）１５０４、基地局（ＡＰ３）１５０５及び基地局（ＡＰ５）１５０６は、基準局（ＡＰ６）１５０８から送信された基準信号を受信すると、測位信号の受信によって動作を始めたカウンタ１１３の動作を停止し、測位信号と基準信号の到達時間差を測定する（Ｓ２０３、Ｓ２０４、Ｓ２０５）。
基地局（ＡＰ３）１５０６は、到達時間差の測定結果を基地局（ＡＰ１）１５０３に無線通信にて通知する（Ｓ２０６）。基地局（ＡＰ１）１５０３は、基地局（ＡＰ３）１５０６から測定結果を受信すると、測定結果の送信元の基地局にＡＣＫ信号を返信する（Ｓ２０７）。
基地局（ＡＰ５）１５０６は、到達時間差の測定結果を基地局（ＡＰ２）１５０４に無線通信にて通知する（Ｓ２０８）。基地局（ＡＰ２）１５０４は、基地局（ＡＰ５）から送信された測定結果を、基地局（ＡＰ１）１５０３に転送する（Ｓ２０９）。このとき、基地局（ＡＰ２）１５０４は、自己の到達時間差の測定結果を、併せて、基地局（ＡＰ１）１５０３に無線通信にて送信する（Ｓ２０９）。
基地局（ＡＰ１）１５０３は、基地局（ＡＰ２）１５０４から測定結果を受信すると、測定結果の送信元の基地局（ＡＰ２）１５０４にＡＣＫ信号を返信する（Ｓ２１０）。基地局（ＡＰ２）１５０４は、基地局（ＡＰ１）１５０３からＡＣＫ信号を受信すると、測定結果の送信元の基地局（ＡＰ５）１５０７にＡＣＫ信号を返信する（Ｓ２１１）。
基地局（ＡＰ１）１５０３は測位サーバ１５０１に、他の基地局から受信した全ての測定結果を通知する（Ｓ２１２）。測位サーバ１５０１は、各基地局（ＡＰ２〜ＡＰ５）１５０４〜１５０７における到達時間差の測定結果と、各基地局（ＡＰ２〜ＡＰ５）１５０４〜１５０７の相対座標の計算結果とに基づいて、端末の位置を計算する（Ｓ２１３）。
その後、基地局（ＡＰ２〜ＡＰ６）１５０３〜１５０８は、再び、測位基地局モード待機状態に設定される。また、基準局として動作する基地局（ＡＰ６）１５０８は、再び、測位基準局モード待機状態に設定される。
前述したように、第３の実施形態によると、端末測位エリアを拡大するために、新しい基地局を追加する際も、複数の基地局を配置するのみで、人手によって基地局の設置位置を正確に測定することなく、無線通信によって基地局の相対的座標を求めることができるので、端末測位システムの拡充を簡単化することができる。また、各基地局は無線によって中継され、測位サーバと通信するので、優先による通信線の敷設を省略することがでる。また、基地局の配置の自由度をあげることができる。
本発明の第１の実施形態の端末測位システムの構成図。 本発明の第１の実施形態の無線通信装置の構成図である。 本発明の第１の実施形態のＵＷＢ−ＩＲ通信で用いられる信号波形の説明図である。 本発明の第１の実施形態のＵＷＢ無線通信装置の詳細な構成図である。 本発明の第１の実施形態の端末測位システム全体の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の測距スタンバイモード移行処理の詳細な手順を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の基地局間の測距手順を示すシーケンス図である。 本発明の第１の実施形態の基地局間の測距手順を示すシーケンス図である。 本発明の第１の実施形態の相対座標検出結果の表示例の説明図である。 本発明の第１の実施形態の端末測位モードへの切替手順を示すシーケンス図である。 本発明の第１の実施形態の端末の測位手順を示すシーケンス図である。 本発明の第２の実施形態の端末測位システムの構成図である。 本発明の第３の実施形態の端末測位システムの構成図である。 本発明の第３の実施形態の基地局間の測距手順を示すシーケンス図である。 本発明の第３の実施形態の端末測位モードへの切替手順を示すシーケンス図である。 本発明の第３の実施形態の端末の測位手順を示すシーケンス図である。
符号の説明
１０１、１４０１、１５０１ 測位サーバ（ＳＲＶ）
１０２、１４０２、１５０２ 表示装置（ＤＩＳＰ）
１０３、１０４、１０５、１０６、１４０３、１４０４、１４０５、１４０６、１５０３、１５０４、１５０５、１５０６、１５０７ 基地局（ＡＰ）
１１５ 無線通信装置
１１０ ＵＷＢ受信器（ＵＷＢ＿ＲＸ）
１１４ ＵＷＢ送信器（ＵＷＢ＿ＴＸ）
１１３ カウンタ（ＣＯＵＮＴＥＲ）

Claims (20)

  1. 少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局（但し、Ｎ＝１〜３）と測位サーバとを備え、無線通信をする端末のＮ次元座標における位置を求める端末測位システムにおいて、
    前記少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局間の距離を計算し、前記各基地局の相対座標を求め、
    前記求められた相対座標を評価し、前記端末の位置を求める端末測位処理への切り替えを判断し、
    前記端末と前記基地局との間で送受信される無線信号の伝搬時間、及び前記求められた基地局間の相対座標を用いて、前記端末の位置を求めることを特徴とする端末測位システム。
  2. 請求項１において、
    前記少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局は、各基地局間での無線信号の伝搬時間を測定して、各基地局間の距離を測定し、
    前記測定された各基地局間の距離に基づいて各基地局の相対座標を求めることを特徴とする端末測位システム。
  3. 請求項２において、
    少なくともＮ個の前記基地局は、前記端末との間の無線信号の第１の伝搬時間を測定し、他の前記基地局との間の無線信号の第２の伝搬時間を測定し、前記第１の伝搬時間と前記第２の伝搬時間との差を用いて前記端末の位置を求めることを特徴とする端末測位システム。
  4. 請求項１において、
    前記少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局は、第１の基地局と第２の基地局を含み、
    前記第１の基地局は、前記測位サーバから測距待機指示を受信すると、前記第２の基地局に測距待機指示を送信し、測距信号の待受状態に移行し、
    前記第２の基地局は、前記第１の基地局から測距待機指示を受信すると、測距信号の待受状態に移行し、測距待機状態である旨の確認信号を送信し、
    前記第１の基地局は、前記測距待機指示信号を送信した全ての前記第２の基地局から前記確認信号を受信すると、測距待機状態が完成した旨を前記測位サーバに送信することを特徴とする端末測位システム。
  5. 請求項１において、
    前記無線信号は、インパルス信号を送るウルトラワイドバンドインパルス無線信号であることを特徴とする端末測位システム。
  6. 請求項５において、
    前記インパルス信号は３ナノ秒以下の幅であることを特徴とする端末測位システム。
  7. 請求項１において、
    前記各基地局の相対座標を引数とし、前記各基地局の相対座標の誤差を出力する評価関数を用い、前記出力される誤差を最小にする座標の組を探索することによって相対座標を求めることを特徴とする端末測位システム。
  8. 請求項７において、
    前記評価関数は、最小二乗法を用いた関数であることを特徴とする端末測位システム。
  9. 請求項７において、
    前記評価関数によって出力される誤差と、予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記求められた相対座標を評価し、前記端末測位処理への切り替えを判断することを特徴とする端末測位システム。
  10. 請求項１において、
    前記求められた各基地局間の相対座標を表示し、
    前記基地局周辺の地図情報と、前記相対座標とを重畳させて表示し、
    前記地図情報又は前記相対座標を鏡像反転及び回転をして、前記相対座標と前記地図情報との位置関係を変更することによって、前記基地局の絶対位置を求めることを特徴とする端末測位システム。
  11. 請求項１において、
    前記少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局のいずれか一つを基準局として選択し、
    前記選択された基地局は、他の前記基地局を同期させるために基準信号を送信し、
    前記基準局ではない各基地局は、前記端末との間の無線信号の第１の伝搬時間を測定し、前記基準局との間の基準信号の第２の伝搬時間を測定し、前記第１の伝搬時間と前記第２の伝搬時間との差を用いて前記端末の位置を求めることを特徴とする端末測位システム。
  12. 少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局（但し、Ｎ＝１〜３）と測位サーバとを備え、無線通信をする端末のＮ次元座標における位置を求める端末測位システムにおいて、
    前記少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局間の距離を計算し、前記各基地局の相対座標を求める相対座標検出部と、
    前記求められた相対座標を評価し、前記端末の位置を求める端末測位処理への切り替えを判断する切り替え判断部と、
    前記端末と前記基地局との間で送受信される無線信号の伝搬時間、及び前記求められた基地局間の相対座標を用いて、前記端末の位置を求める端末測位部と、を備えることを特徴とする端末測位システム。
  13. 請求項１２において、
    前記少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局は、前記測位サーバと有線によって接続される第１の基地局と、前記第１の基地局と無線によって接続される第２の基地局とを含み、
    前記第２の基地局は、前記第１の基地局によって無線通信が中継されることによって前記測位サーバと通信し、
    前記第２の基地局は、他の前記基地局との間の無線信号の伝搬時間を測定し、前記伝搬時間の測定結果を前記第１の基地局に前記無線通信によって通知し、
    前記第１の基地局は、前記第２の基地局から送信された伝搬時間の測定結果を前記測位サーバに有線通信によって通知することを特徴とする端末測位システム。
  14. 請求項１２において、
    前記基地局は、前記測位サーバと無線によって接続されており、
    前記基地局は、他の前記基地局との間の無線信号の伝搬時間を測定し、前記伝搬時間の測定結果を前記測位サーバに無線通信によって通知することを特徴とする端末測位システム。
  15. 請求項１２において、
    前記基地局は、前記測位サーバと有線によって接続される第１の基地局と、前記第１の基地局と無線によって接続される第２の基地局と、前記第２の基地局と無線によって接続される第３の基地局とを含み、
    前記第２の基地局は、前記第１の基地局によって無線通信が中継されることによって前記測位サーバと通信し、
    前記第３の基地局は、前記第２の基地局及び前記第１の基地局によって無線通信が中継されることによって前記測位サーバと通信し、
    前記第３の基地局は、他の前記基地局との間の無線信号の伝搬時間を測定し、前記伝搬時間の測定結果を前記第２の基地局に前記無線通信によって通知し、
    前記第２の基地局は、前記第３の基地局から送信された伝搬時間の測定結果を前記第１の基地局に前記無線通信によって通知し、
    前記第１の基地局は、前記第２の基地局から送信された伝搬時間の測定結果を前記測位サーバに前記有線通信によって通知することを特徴とする端末測位システム。
  16. 請求項１５において、
    前記第１の基地局は、前記測位サーバから測距指示を受信すると、前記第２の基地局に測距指示を送信し、
    前記第２の基地局は、前記第１の基地局から測距指示を受信すると、前記第３の基地局に測距指示を送信し、
    前記第３の基地局は、
    前記第２の基地局から測距指示を受信すると、前記受信した測距指示に含まれる第４の基地局を特定し、前記特定された第４の基地局に測距信号を送信し、測距信号に対する確認信号の待受状態に移行し、
    前記第４の基地局から前記確認信号を受信すると、前記第４の基地局との間の無線信号の伝搬時間を測定して、
    前記測定された無線信号の伝搬時間を前記第２の基地局及び前記第１の基地局を経由して前記測位サーバに送信することを特徴とする端末測位システム。
  17. 請求項１５において、
    前記第１の基地局は、前記測位サーバから測位待機指示を受信すると、前記第２の基地局に測位待機指示を送信し、
    前記第２の基地局は、前記第１の基地局から測位待機指示を受信すると、前記第３の基地局に測位待機指示を送信し、測位信号の待受状態に移行し、
    前記第３の基地局は、前記第２の基地局から測位待機指示を受信すると、測位信号の待受状態に移行し、測位待機指示の確認信号を送信し、
    前記第２の基地局は、前記第３の基地局から確認信号を受信すると、測位待機状態が完成した旨を前記第２の基地局及び前記第１の基地局を経由して前記測位サーバに送信することを特徴とする端末測位システム。
  18. 請求項１５において、
    前記第２及び第３の基地局の各々は、前記端末との間の無線信号の第１の伝搬時間を測定し、他の前記基地局との間の無線信号の第２の伝搬時間を測定し、前記第１の伝搬時間と前記第２の伝搬時間との差を用いて前記端末の位置を求めることを特徴とする端末測位システム。
  19. 少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局（但し、Ｎ＝１〜３）と測位サーバとを備える端末測位システムにおける位置測定方法であって、
    前記少なくとも（Ｎ＋１）個の基地局間の距離を計算し、前記各基地局の相対座標を求め、
    前記求められた相対座標を評価し、前記端末の位置を求める端末測位処理への切り替えを判断し、
    前記端末と前記基地局との間で送受信される無線信号の伝搬時間を測定し、
    前記測定された伝搬時間及び前記求められた基地局間の相対座標を用いて、前記端末のＮ次元座標における位置を求めることを特徴とする位置測定方法。
  20. 請求項１９において、
    前記測位サーバは、測距待機指示を前記基地局に対して送信し、
    前記基地局は、
    前記測位サーバから送信された測距待機指示を受信すると、測距待機待受状態に移行し、
    各基地局間での無線信号の伝搬時間を測定し、
    前記測位サーバは、
    前記測定された伝搬時間に基づいて、前記各基地局間の距離を計算し、前記各基地局の間の相対座標を計算し、
    前記求められた相対座標を評価し、前記端末の位置を求める端末測位処理への切り替えを判断し、
    前記端末測位処理への切り替え後に、測位待機指示を前記基地局に対して送信し、
    前記基地局は
    前記測位サーバから送信された測位待機指示を受信すると、測位待機待受状態に移行し、
    前記端末との間の無線信号の第１の伝搬時間を測定し、他の前記基地局との間の無線信号の第２の伝搬時間を測定し、前記第１の伝搬時間と前記第２の伝搬時間との差及び前記基地局間の相対座標を用いて、前記端末の位置を計算することを特徴とする位置測定方法。
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