JP2008151533A - Positioning system and radio communication device - Google Patents

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Masao Otani
雅男 大谷
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Samsung R&D Institute Japan Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positioning system capable of calculating a position of a mobile station if there is at least one base station to be installed without requiring a synchronization system between a mobile station and a base station, or between base stations. <P>SOLUTION: A mobile station 100 which is an object to be positioned by one base station 200 comprises: a standard spreading unit 104 where a signal of the Ultra Wideband (UWB) type generated using a timing signal as a trigger is spread by a standard spreading code (PN0) and set as a standard spreading signal; first and second reception parts 110 and 118 for receiving reflected signals from the base station; a first correlator 114 for detecting a reflected signal from a signal received by the first reception part by correlation with a predetermined spreading code (PN1); a second correlator 118 for detecting a reflected signal from a signal received by the second reception part by correlation with the predetermined spreading code (PN1); and a time difference measuring part 126 for measuring time differences between the timing signal and the reflected signals detected by the first and second correlators. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は側位システムおよび無線通信装置にかかり、特に、屋内等のGPS(Global Positioning System)の利用が困難な場所における位置情報が必要とされるあらゆるシステムに適用可能である。このようなシステムとしては、例えば、掃除、警備、配達などの用途に使われる自走式ロボットがある。本明細書においては、側位の対象となる装置等を「移動局」と称し(ただし一般には、移動体とも称される)、移動局の側位を行うための基準位置となる装置等を「基地局」と称する(ただし一般には、個局あるいは固局とも称される。)。   The present invention relates to a side system and a wireless communication device, and is particularly applicable to any system that requires position information in a place where it is difficult to use a GPS (Global Positioning System) such as indoors. As such a system, for example, there is a self-propelled robot used for cleaning, security, delivery and the like. In this specification, a device or the like that is a target of a side position is referred to as a “mobile station” (however, generally referred to as a mobile body), and a device or the like that serves as a reference position for performing a side position of the mobile station. It is referred to as “base station” (however, it is also generally referred to as an individual station or a fixed station).

従来、無線通信手段を用いて移動局の位置測定を行う場合は、各基地局からの到達時間差を利用した三辺測量法で位置測定を行っていた。無線LANや超音波を利用した測位を行った場合、数十cmの測位精度が限界とされている。そこで、精度を向上させるために特開2005−274364号公報(特許文献1)では、移動局に走行計を搭載し相互比較することで精度を向上させている。   Conventionally, when the position of a mobile station is measured using a wireless communication means, the position is measured by a triangulation method using the arrival time difference from each base station. When positioning using a wireless LAN or ultrasonic waves is performed, positioning accuracy of several tens of centimeters is the limit. Therefore, in order to improve the accuracy, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-274364 (Patent Document 1) improves the accuracy by mounting a travel meter on a mobile station and comparing it with each other.

また、特開2006−220642号公報(特許文献2)では、超音波を利用して側位を行っている。この側位システムは、超音波受信装置である超音波アレイセンサの各受波素子で超音波を受波した時間の時間差と各受波素子の配置位置と向き検出手段により検出された移動体の向きとに基づいて、超音波受信装置に対して音源の存在する方位を求めるものである。   In Japanese Patent Laid-Open No. 2006-220642 (Patent Document 2), the lateral position is performed using ultrasonic waves. This lateral system is a method of detecting the time difference of the time when ultrasonic waves are received by each receiving element of the ultrasonic array sensor, which is an ultrasonic receiving device, the position of each receiving element, and the position of the moving object detected by the direction detecting means. Based on the direction, the direction in which the sound source exists is obtained with respect to the ultrasonic receiving apparatus.

特開2005−274364号公報JP 2005-274364 A 特開2006−220642号公報JP 2006-220642 A

ところで、従来の三辺測量による位置検出を行う場合は、図9、図10に示したように、既位置の基地局が複数局(A、B、Cの3局以上)必要となる。図9に示した側位システムでは、移動局Pが発射した電波を、あらかじめ位置の分かっている3つ以上の基地局A、B、Cが受信する。そして、それぞれの基地局A、B、Cが受信した時間差をサーバが計算し、これにより移動局Pの位置を特定するものである。また、図10に示した側位システムでは、基地局A、B、C側が電波を発射し、移動局Pが電波を受け、移動局Pが自身の位置を把握するための計算を行うものである。   By the way, when performing position detection by conventional triangulation, as shown in FIGS. 9 and 10, a plurality of existing base stations (three or more stations of A, B, and C) are required. In the side system shown in FIG. 9, the radio waves emitted by the mobile station P are received by three or more base stations A, B, and C whose positions are known in advance. Then, the server calculates the time difference received by each of the base stations A, B, and C, thereby identifying the position of the mobile station P. In the side system shown in FIG. 10, the base stations A, B, and C emit radio waves, the mobile station P receives radio waves, and the mobile station P performs calculations for grasping its own position. is there.

このような側位システムを家電(掃除ロボット等)に使用したときに、基地局の設置に対する負荷が大きくなる。これは、移動局Pおよび基地局A、B、Cのどちらで位置検出を行う場合でも、複数の基地局は同期を取らなければならないためである。従ってこのような側位システムでは、正確な位置検出を行う場合に技術的に困難となる。また、部屋ごとに基地局を複数局設置し、基地局ごとに電源供給を確保しなければならないため、費用や外観の点においてデメリットとなる。   When such a side system is used for household appliances (cleaning robots, etc.), the load on the installation of the base station increases. This is because a plurality of base stations must be synchronized regardless of whether the mobile station P and the base stations A, B, and C perform position detection. Therefore, in such a side system, it is technically difficult to perform accurate position detection. In addition, since a plurality of base stations must be installed in each room and power supply must be ensured for each base station, there are disadvantages in terms of cost and appearance.

また、超音波を利用した側位システムは、近距離における精度は高いが、遠距離における精度が非常に劣化する。また、基地局から信号を発信するため、正確な測定を行うためには、移動局と基地局との時間同期が必要となる。   In addition, the side system using ultrasonic waves has high accuracy at a short distance, but the accuracy at a long distance is very deteriorated. In addition, since a signal is transmitted from the base station, time synchronization between the mobile station and the base station is required to perform accurate measurement.

また、家電使用を考えた場合は屋内で利用することが前提と考えられる。そのため、測位方法として最も有効的なGPS(Global Positioning System)を用いると、逆に誤差を発生させるため実用的でない。   Moreover, when considering the use of home appliances, it is assumed that it is used indoors. Therefore, if the most effective GPS (Global Positioning System) is used as a positioning method, an error is generated on the contrary, which is not practical.

本発明は、従来の側位システムが有する上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、移動局と基地局および基地局同士の同期システムが不必要であり、設置する基地局数が最低1個あれば移動局の位置を算出することの可能な、新規かつ改良された側位システムおよび無線通信装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of conventional side systems, and an object of the present invention is that a mobile station, a base station, and a base station-to-base station synchronization system are unnecessary, and an installed base To provide a new and improved side system and wireless communication apparatus capable of calculating the position of a mobile station if the number of stations is at least one.

上記課題を解決するため、本発明の第1の観点によれば、側位の対象となる移動局と、前記移動局の側位を行うための基地局とを含む側位システムが提供される。本発明の側位システムは以下の構成を採用する(請求項1)。   In order to solve the above-described problem, according to a first aspect of the present invention, there is provided a side system including a mobile station to be a side target and a base station for performing the side of the mobile station. . The lateral system of the present invention employs the following configuration (claim 1).

前記移動局(100)は、タイミング信号をトリガにして生成された超広帯域(UWB)方式による信号を基準拡散符号(PN0)で拡散して基準拡散信号とする基準拡散器(104)と、前記基準拡散信号を前記基地局に送信する送信部(108)と、前記基地局から反射信号を受信する(一定距離離れた)第1、第2の受信部(110、118)と、前記第1の受信部で受信した信号から所定の拡散符号(PN1)との相関により前記反射信号を検出する第1の相関器(114)と、前記第2の受信部で受信した信号から所定の拡散符号(PN1)との相関により前記反射信号を検出する第2の相関器(118)と、前記第1、第2の相関器により検出された反射信号と前記タイミング信号との時間差を測定する時間差測定部(126)と、を備える。   The mobile station (100) includes a reference spreader (104) that spreads a signal based on an ultra-wideband (UWB) method generated by using a timing signal as a trigger with a reference spreading code (PN0) to form a reference spread signal; A transmitter (108) for transmitting a reference spread signal to the base station, first and second receivers (110, 118) for receiving a reflected signal from the base station (a certain distance apart), and the first A first correlator (114) for detecting the reflected signal based on a correlation with a predetermined spread code (PN1) from a signal received by the receiver, and a predetermined spread code from the signal received by the second receiver A second correlator (118) for detecting the reflected signal by correlation with (PN1), and a time difference measurement for measuring a time difference between the reflected signal detected by the first and second correlators and the timing signal. Part (126) , Comprising a.

前記基地局(200)は、前記移動局からの信号を受信する受信部(202)と、前記受信部で受信した信号から基準拡散符号(PN0)との相関により前記基準拡散信号を検出する基準相関器(206)と、前記基準拡散信号をトリガにして生成された信号を所定の拡散符号(PN1)で拡散して反射信号とする拡散器(214)と、前記反射信号を前記移動局に送信する送信部(202)と、を備える。   The base station (200) includes a receiving unit (202) that receives a signal from the mobile station, and a reference that detects the reference spread signal based on a correlation between a reference spread code (PN0) from the signal received by the receiving unit. A correlator (206); a spreader (214) that spreads a signal generated by using the reference spread signal as a trigger by a predetermined spread code (PN1) to be a reflected signal; and sends the reflected signal to the mobile station A transmission unit (202) for transmission.

かかる側位システムによれば、UWBを利用した移動局と基地局および基地局同士の同期システムが不必要であり、移動局の位置を正確に算出することが可能である。基地局をレスポンダとして利用することで、移動局の絶対位置を移動局自身で算出することが可能となる。また、設置する基地局数が最低1個あれば移動局の位置を算出することが可能である。そのため、基地局を設置する際の面倒な配線や基地局同士の同期が不要となり、価格の低下や技術的容易さを向上させることが可能となる。また、短パルスを使用して通信を行うUWB方式では、精度を1〜2cmとすることが可能となる。   According to such a side system, the mobile station using the UWB, the base station, and the synchronization system between the base stations are unnecessary, and the position of the mobile station can be accurately calculated. By using the base station as a responder, the absolute position of the mobile station can be calculated by the mobile station itself. If the number of base stations to be installed is at least one, the position of the mobile station can be calculated. Therefore, troublesome wiring at the time of installing the base station and synchronization between the base stations are unnecessary, and it is possible to improve the price reduction and technical ease. In addition, in the UWB system in which communication is performed using short pulses, the accuracy can be set to 1 to 2 cm.

なお上記において、構成要素に付随して括弧書きで記した参照符号は、説明の便宜のために、後述の実施形態および図面における対応する構成要素を一例として記したに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。以下も同様である。   In the above description, the reference numerals in parentheses attached to the constituent elements are merely examples of corresponding constituent elements in the following embodiments and drawings for the convenience of explanation, and the present invention is not limited thereto. It is not limited to. The same applies to the following.

上記本発明の側位システムでは様々な応用が可能であるが、いくつかの応用例を挙げれば以下の通りである。   The lateral system of the present invention can be applied in various ways, and some application examples are as follows.

前記移動局は、さらに、自身の移動方向を認識するための移動方向認識部を備えた構成とすることも可能である(請求項2)。移動局の移動方向を検知することにより、移動局の位置の候補点を限定できる。また、基地局の位置を壁際等とすることによって、移動局の位置が室内であることを前提にさらに移動局の候補点を絞り込むことができ、移動局の位置を一意に決定することができる。   The mobile station may further include a moving direction recognizing unit for recognizing its moving direction (Claim 2). By detecting the moving direction of the mobile station, candidate points for the position of the mobile station can be limited. In addition, by setting the base station position at the wall or the like, the mobile station candidate points can be further narrowed down on the assumption that the mobile station position is indoors, and the mobile station position can be uniquely determined. .

前記移動局は、さらに、各方向の対象物までの距離を測定するための対象物距離測定部(130a,130b,130c,130d)を備えた構成とすることも可能である(請求項3)。移動局の各方向の対象物までの距離を測定することにより、移動局の位置の候補点を限定できる。また、上記の移動方向の検知と組み合わせることにより、移動局の位置を一意に決定することができる。   The mobile station may further include an object distance measuring unit (130a, 130b, 130c, 130d) for measuring a distance to the object in each direction (Claim 3). . By measuring the distance to the object in each direction of the mobile station, the candidate points for the position of the mobile station can be limited. Further, the position of the mobile station can be uniquely determined by combining with the detection of the moving direction.

また、前記基地局(200)は、前記移動局からの信号を受信する4つの受信部(202)と、前記各受信部に対応し、前記各受信部で受信した信号から基準拡散符号(PN0)との相関により前記基準拡散信号を検出する4つの基準相関器(206)と、前記各基準相関器に対応し、前記基準拡散信号をトリガにして生成された信号を所定の拡散符号(PN1〜PN4)で拡散して反射信号とする4つの拡散器(214)と、前記各拡散器に対応し、前記反射信号を前記移動局に送信する4つの送信部(202)と、を備え、前記4つの受信部および前記4つの送信部は、4象限に区切った放射パターンを持ち、前記4つの拡散器は、互いに異なる拡散符号を用いるように構成することも可能である(請求項4)。かかる構成によれば、移動局の移動方向を検知したり、移動局の各方向の対象物までの距離を測定したりすることなく、UWBだけによる位置測定により、移動局の位置を一意に決定することができる。   The base station (200) includes four receiving units (202) for receiving signals from the mobile station, and a reference spreading code (PN0) corresponding to each receiving unit and received from the signals received by the receiving units. ) And four reference correlators (206) for detecting the reference spread signals based on the correlation with the reference spread signals, and signals generated by using the reference spread signals as triggers corresponding to the respective reference correlators. ~ PN4) four diffusers (214) to be reflected signals, and four transmitters (202) corresponding to each diffuser and transmitting the reflected signals to the mobile station, The four receivers and the four transmitters may have a radiation pattern divided into four quadrants, and the four spreaders may be configured to use different spreading codes. . According to such a configuration, the position of the mobile station is uniquely determined by position measurement using only UWB without detecting the movement direction of the mobile station or measuring the distance to the object in each direction of the mobile station. can do.

上記課題を解決するため、本発明の第2の観点によれば、1つの基地局により側位の対象となる無線通信装置であって、タイミング信号をトリガにして生成された超広帯域(UWB)方式による信号を基準拡散符号(PN0)で拡散して基準拡散信号とする基準拡散器(104)と、前記基準拡散信号を前記基地局に送信する送信部(108)と、前記基地局から反射信号を受信する(一定距離離れた)第1、第2の受信部(110、118)と、前記第1の受信部で受信した信号から所定の拡散符号(PN1)との相関により前記反射信号を検出する第1の相関器(114)と、前記第2の受信部で受信した信号から所定の拡散符号(PN1)との相関により前記反射信号を検出する第2の相関器(118)と、前記第1、第2の相関器により検出された反射信号と前記タイミング信号との時間差を測定する時間差測定部(126)と、を備えたことを特徴とする、無線通信装置が提供される(請求項5)。   In order to solve the above-described problem, according to a second aspect of the present invention, a radio communication apparatus that is a target of one side by a single base station, and an ultra wideband (UWB) generated using a timing signal as a trigger A reference spreader (104) which spreads a signal according to the system with a reference spread code (PN0) to obtain a reference spread signal, a transmission unit (108) for transmitting the reference spread signal to the base station, and a reflection from the base station The first and second receiving units (110, 118) that receive a signal (a certain distance away) and the reflected signal based on a correlation with a predetermined spreading code (PN1) from the signal received by the first receiving unit A first correlator (114) for detecting the reflected signal, and a second correlator (118) for detecting the reflected signal by correlation with a predetermined spreading code (PN1) from the signal received by the second receiver. , In the first and second correlators Ri time difference measuring unit for measuring a time difference between the detected reflected signal and the timing signal (126), characterized by comprising a radio communication apparatus is provided (claim 5).

かかる無線通信装置によれば、UWBを利用した移動局と基地局および基地局同士の同期システムが不必要であり、移動局の位置を正確に算出することが可能である。基地局をレスポンダとして利用することで、移動局の絶対位置を移動局自身で算出することが可能となる。また、設置する基地局数が最低1個あれば移動局の位置を算出することが可能である。そのため、基地局を設置する際の面倒な配線や基地局同士の同期が不要となり、価格の低下や技術的容易さを向上させることが可能となる。   According to such a wireless communication apparatus, a mobile station using UWB, a base station, and a synchronization system between base stations are unnecessary, and the position of the mobile station can be accurately calculated. By using the base station as a responder, the absolute position of the mobile station can be calculated by the mobile station itself. If the number of base stations to be installed is at least one, the position of the mobile station can be calculated. Therefore, troublesome wiring at the time of installing the base station and synchronization between the base stations are unnecessary, and it is possible to improve the price reduction and technical ease.

上記本発明の無線通信装置では様々な応用が可能であるが、いくつかの応用例を挙げれば以下の通りである。   The wireless communication apparatus of the present invention can be applied in various ways, and some application examples are as follows.

さらに、自身の移動方向を認識するための移動方向認識部を備える構成とすることも可能である(請求項6)。移動局の移動方向を検知することにより、移動局の位置の候補点を限定できる。また、基地局の位置を壁際等とすることによって、移動局の位置が室内であることを前提にさらに移動局の候補点を絞り込むことができ、移動局の位置を一意に決定することができる。   Furthermore, it is also possible to have a configuration including a movement direction recognition unit for recognizing its own movement direction (claim 6). By detecting the moving direction of the mobile station, candidate points for the position of the mobile station can be limited. In addition, by setting the base station position at the wall or the like, the mobile station candidate points can be further narrowed down on the assumption that the mobile station position is indoors, and the mobile station position can be uniquely determined. .

さらに、各方向の対象物までの距離を測定するための対象物距離測定部(130a,130b,130c,130d)を備える構成とすることも可能である(請求項7)。移動局の各方向の対象物までの距離を測定することにより、移動局の位置の候補点を限定できる。また、上記の移動方向の検知と組み合わせることにより、移動局の位置を一意に決定することができる。   Furthermore, it is also possible to have a configuration including an object distance measuring unit (130a, 130b, 130c, 130d) for measuring the distance to the object in each direction (Claim 7). By measuring the distance to the object in each direction of the mobile station, the candidate points for the position of the mobile station can be limited. Further, the position of the mobile station can be uniquely determined by combining with the detection of the moving direction.

以上のように、本発明によれば、移動局と基地局および基地局同士の同期システムが不必要であり、設置する基地局数が最低1個あれば移動局の位置を算出することが可能である。その他の本発明の優れた効果については、以下の発明を実施するための最良の形態の説明においても説明する。   As described above, according to the present invention, the mobile station, the base station, and the synchronization system between the base stations are unnecessary, and the position of the mobile station can be calculated if at least one base station is installed. It is. Other excellent effects of the present invention will be described in the following description of the best mode for carrying out the invention.

以下に添付図面を参照しながら、本発明にかかる側位システムおよび無線通信装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of a side system and a wireless communication apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described.

まず本実施形態の基本的な概念について説明する。
以下の実施形態では、移動局にUWB無線送信機1個とUWB無線受信機2個を一定距離離して搭載する。また、基地局として最低1個の送受信機を用いて、移動局の位置を移動局自身により測定する、レスポンダタイプの位置測定方法である。測定手順は移動局の送信機から送信したパルスを基地局が受信し、拡散符号を変更して基地局が移動局の2個の受信機に対してパルスを返信する。このとき、移動局の2個の受信機は微少な時間差で基地局からの返信パルスを受信する。そしてこの時間差により側位を行う。
First, the basic concept of this embodiment will be described.
In the following embodiments, one UWB radio transmitter and two UWB radio receivers are mounted on a mobile station at a predetermined distance. Further, it is a responder type position measuring method in which the mobile station itself measures the position of the mobile station using at least one transceiver as a base station. In the measurement procedure, the base station receives a pulse transmitted from the transmitter of the mobile station, changes the spreading code, and the base station returns a pulse to the two receivers of the mobile station. At this time, the two receivers of the mobile station receive the reply pulse from the base station with a slight time difference. The lateral position is determined by this time difference.

同期については、移動局が出した電波を基地局が送り返すレピータ方式により、時計は移動局内で完結するため不要となる。送り返す際の遅延に関しても、UWBの持つシンプルな構成により補正が簡単になる利点がある。   The synchronization is unnecessary because the clock is completed within the mobile station by a repeater system in which the base station sends back the radio wave emitted by the mobile station. Regarding the delay in sending back, there is an advantage that correction is easy by the simple configuration of UWB.

以下、本実施形態の構成および動作について詳細に説明する。本実施形態の屋内設置例を図1に、移動局および基地局のブロック図を図2に示す。   Hereinafter, the configuration and operation of the present embodiment will be described in detail. An indoor installation example of this embodiment is shown in FIG. 1, and a block diagram of a mobile station and a base station is shown in FIG.

(1−1)移動局および基地局の屋内設置例(図1)
図1は、移動局100と1つの基地局200が屋内に設置された状態を示す説明図である。本実施形態では、移動局に図1のようにUWB無線送信機1個(参照符号Pで表す)とUWB無線受信機2個(参照符号A、Bで表す)を一定距離離して搭載する。また、基地局として最低1個の送受信機を用いて、移動局の位置を移動局自身により測定する。本実施形態は、このようなレスポンダタイプの位置測定方法である。測定手順は移動局の送信機から送信したパルスを基地局が受信し、拡散符号を変更して基地局が移動局の2個の受信機に対してパルスを返信する。このとき、移動局の2個の受信機は微少な時間差で基地局からの返信パルスを受信する。
(1-1) Example of indoor installation of mobile station and base station (Fig. 1)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state where the mobile station 100 and one base station 200 are installed indoors. In this embodiment, as shown in FIG. 1, one UWB wireless transmitter (represented by reference symbol P) and two UWB wireless receivers (represented by reference symbols A and B) are mounted on a mobile station at a fixed distance. Further, the position of the mobile station is measured by the mobile station itself using at least one transceiver as a base station. The present embodiment is such a responder type position measuring method. In the measurement procedure, the base station receives a pulse transmitted from the transmitter of the mobile station, changes the spreading code, and the base station returns the pulse to the two receivers of the mobile station. At this time, the two receivers of the mobile station receive the reply pulse from the base station with a slight time difference.

移動局100は、本発明の無線通信装置の一例であり、本システムにおける側位の対象となる装置等である。本実施形態の移動局100は自身の位置を精度良く知っている必要があるものである。このような移動局100の具体例としては、例えば、掃除、警備、配達などの用途に使われる自走式ロボットである。地上の位置を決定する手段として現在最も一般的な方法であるGPS(Global
Positioning System)では屋内での高精度の側位が困難であることから、以下に説明する基地局200を用いて側位を行う。
The mobile station 100 is an example of the wireless communication device of the present invention, and is a device or the like that is a lateral target in the present system. The mobile station 100 of this embodiment needs to know its own position with high accuracy. A specific example of such a mobile station 100 is a self-propelled robot used for applications such as cleaning, security, and delivery. GPS (Global) is the most common method for determining the position on the ground.
In the Positioning System), it is difficult to perform a high-accuracy indoor position indoors. Therefore, the position is performed using the base station 200 described below.

基地局200は、移動局100の側位を行うための装置等である。基地局200は、図1に示したように、屋内の日常において障害とならない部屋の天井などに設置される。また例えば、基地局200を照明の近傍に設置することにより、照明と同じ電源から電力の供給を受けることが可能である。   The base station 200 is a device or the like for performing the position of the mobile station 100. As shown in FIG. 1, the base station 200 is installed on the ceiling of a room that does not become an obstacle in daily life indoors. Further, for example, by installing the base station 200 in the vicinity of the lighting, it is possible to receive power from the same power source as the lighting.

(1−2)移動局および基地局の構成例(図2)
移動局100および基地局200の構成例について、図2を参照しながら説明する。
(1-2) Configuration example of mobile station and base station (FIG. 2)
Configuration examples of the mobile station 100 and the base station 200 will be described with reference to FIG.

(移動局100)
移動局100は、図2に示したように、送信機能(図1の参照符号Pに相当)としてのパルスジェネレータ102、拡散器(PN0)104、増幅器106およびアンテナ108と、受信機能(図1の参照符号A、Bに相当)としての2つのアンテナ110、118および2つの増幅器112、120と、2つの相関器(PN1)114、122と、2つのアナログデジタル変換器116、124と、時間差測定部126を備えて構成されている。
(Mobile station 100)
As shown in FIG. 2, the mobile station 100 includes a pulse generator 102, a spreader (PN0) 104, an amplifier 106, an antenna 108 as a transmission function (corresponding to the reference symbol P in FIG. 1), and a reception function (FIG. 1). Of two antennas 110, 118 and two amplifiers 112, 120, two correlators (PN1) 114, 122, two analog-digital converters 116, 124, and a time difference A measurement unit 126 is provided.

パルスジェネレータ102は、時間測定部126からのタイミングシグナル(Timing Signal)をトリガに、超広帯域(UWB)方式によるパルスを発生する。拡散器104はこのパルスを符号PN0に拡散する。この拡散器104により拡散された信号は、本実施形態の側位において基準となる信号であるため、以下、基準拡散信号と称する。増幅器106は基準拡散信号を増幅する。アンテナ108は、増幅後の基準拡散信号を基地局200に送信する。   The pulse generator 102 generates a pulse by an ultra-wide band (UWB) system using a timing signal from the time measurement unit 126 as a trigger. The spreader 104 spreads this pulse to the code PN0. Since the signal spread by the spreader 104 is a reference signal in the side of the present embodiment, it is hereinafter referred to as a reference spread signal. The amplifier 106 amplifies the reference spread signal. The antenna 108 transmits the amplified reference spread signal to the base station 200.

一方、受信機能としての2つのアンテナ110、118は、基地局200から送り返された信号(反射信号)を受信する。この反射信号は基地局200で生成される信号であり、その詳細についてはさらに後述する。増幅器112、120は反射信号を増幅する。相関器114、122は、受信信号から第1の拡散符号PN1との相関により、基地局200から送信される反射信号を検出する。アナログデジタル変換器116、124は反射信号をデジタル変換する。   On the other hand, the two antennas 110 and 118 serving as reception functions receive signals (reflected signals) sent back from the base station 200. This reflected signal is a signal generated by the base station 200, and details thereof will be described later. The amplifiers 112 and 120 amplify the reflected signal. Correlators 114 and 122 detect the reflected signal transmitted from base station 200 based on the correlation with the first spreading code PN1 from the received signal. The analog / digital converters 116 and 124 digitally convert the reflected signals.

時間差測定部126は、2つのアンテナ110、118から受信した反射信号の時間差を測定し、タイミングシグナルを基準とした時間を計測することで、2つのアンテナ110、118の基地局200からの距離を測定する。本実施形態では、この測定された距離を用いて、移動局100の側位を行う。この点については、図3を参照しながらさらに後述する。   The time difference measuring unit 126 measures the time difference between the reflected signals received from the two antennas 110 and 118, and measures the time based on the timing signal, thereby determining the distance from the base station 200 of the two antennas 110 and 118. taking measurement. In the present embodiment, the mobile station 100 is positioned using this measured distance. This point will be further described later with reference to FIG.

(基地局200)
基地局200は、図2に示したように、受信機能としてのアンテナ202および増幅器204と、相関器(PN0)206と、増幅器208と、アナログデジタル変換器210と、パルスジェネレータ212と、拡散符号PN1に対応する拡散器(PN1)214と、送信機能としての増幅器216およびアンテナ202と、を備えて構成されている。図2に示した一例では、アンテナ202で送信機能および受信機能を兼用しているが、送信用のアンテナと受信用のアンテナを別個に設けてもよい。
(Base station 200)
As shown in FIG. 2, the base station 200 includes an antenna 202 and an amplifier 204 as a reception function, a correlator (PN0) 206, an amplifier 208, an analog / digital converter 210, a pulse generator 212, a spreading code, and the like. It comprises a spreader (PN1) 214 corresponding to PN1, an amplifier 216 as a transmission function, and an antenna 202. In the example illustrated in FIG. 2, the antenna 202 has both a transmission function and a reception function, but a transmission antenna and a reception antenna may be provided separately.

アンテナ202は、移動局100から送信された信号を受信する。増幅器204は受信信号を増幅する。相関器206はこの増幅された受信信号から相関値(PN0)との相関により、移動局100から送信された基準拡散信号を検出する。増幅器208は基準拡散信号を増幅する。アナログデジタル変換器210は、増幅後の基準拡散信号をデジタル信号に変換する。パルスジェネレータ212は、このデジタル信号をトリガとしてパルスを発生する。   The antenna 202 receives a signal transmitted from the mobile station 100. The amplifier 204 amplifies the received signal. The correlator 206 detects the reference spread signal transmitted from the mobile station 100 based on the correlation with the correlation value (PN0) from the amplified received signal. The amplifier 208 amplifies the reference spread signal. The analog-digital converter 210 converts the amplified reference spread signal into a digital signal. The pulse generator 212 generates a pulse using this digital signal as a trigger.

次段の拡散器214は、パルスジェネレータ212が生成したパルスを符号PN1に拡散して拡散信号とする。この拡散器214により拡散された信号は、本実施形態の側位において移動局100に反射されて側位に用いられる信号であるため、本明細書において反射信号と称する。増幅器216は、この反射信号を増幅する。アンテナ218は、増幅後の電波を移動局100に送り返す。   The spreader 214 at the next stage spreads the pulse generated by the pulse generator 212 to the code PN1 to form a spread signal. Since the signal diffused by the diffuser 214 is a signal that is reflected by the mobile station 100 at the side position in this embodiment and used at the side position, it is referred to as a reflected signal in this specification. The amplifier 216 amplifies the reflected signal. The antenna 218 sends the amplified radio wave back to the mobile station 100.

本実施形態では、移動局100と基地局200との間での同期を必要とせず、また、基地局200を1つだけ設置することから基地局間での同期という概念は存在しない。このため、本実施形態の基地局200は、図2に示したような簡易な構成とすることが可能であり、また、設置も容易である。   In the present embodiment, synchronization between the mobile station 100 and the base station 200 is not required, and since only one base station 200 is installed, there is no concept of synchronization between base stations. For this reason, the base station 200 of the present embodiment can have a simple configuration as shown in FIG. 2 and can be easily installed.

本実施形態の構成は以上の通りである。次に、本実施形態の動作について説明する。   The configuration of the present embodiment is as described above. Next, the operation of this embodiment will be described.

(1−3)本実施形態の動作
移動局100において、タイミングシグナルをトリガにパルスジェネレータ102からパルスが発生し、次段の拡散器104で符号PN0に拡散され、増幅器106で増幅後、アンテナ108より発射される。
(1-3) Operation of this Embodiment In the mobile station 100, a pulse is generated from the pulse generator 102 triggered by the timing signal, spread to the code PN0 by the spreader 104 at the next stage, amplified by the amplifier 106, and then the antenna 108. More fired.

基地局200では、アンテナ202で信号を受信し増幅器204で増幅後、符号PN0に対応する相関器206により、相関値を出力する。この信号がトリガとなり、基地局200のアンテナ218からは、パルスジェネレータ212で生成され拡散器214で符号PN1に拡散された電波を移動局100に送り返す。   In the base station 200, a signal is received by the antenna 202, amplified by the amplifier 204, and then a correlation value is output by the correlator 206 corresponding to the code PN0. This signal becomes a trigger, and the radio wave generated by the pulse generator 212 and spread to the code PN1 by the spreader 214 is sent back to the mobile station 100 from the antenna 218 of the base station 200.

移動局100に送り返された信号は、2つの相関器114、122で検出される。時間差測定部126において、タイミングシグナルからの時間を計測することで、移動局100と基地局200との間の距離が測定される。この点について、以下説明する。   The signals sent back to the mobile station 100 are detected by the two correlators 114 and 122. The time difference measuring unit 126 measures the time from the timing signal, thereby measuring the distance between the mobile station 100 and the base station 200. This point will be described below.

(1−4)移動局および基地局における受信信号(図3)
図3は、移動局100および基地局200における受信信号を示す説明図である。図3では、説明の便宜上、移動局100が基準拡散信号を送信してから移動局100が反射信号を受信するまでの間のみを示している。
(1-4) Received signal in mobile station and base station (FIG. 3)
FIG. 3 is an explanatory diagram showing received signals in the mobile station 100 and the base station 200. In FIG. 3, for convenience of explanation, only the period from when the mobile station 100 transmits the reference spread signal to when the mobile station 100 receives the reflected signal is shown.

図3に示したように、移動局100が送信するパルス幅をTp、移動局100の2つの各アンテナと基地局200との間の空間伝送時間をTd、基地局200でのレスポンス時間をTlとする。時間差測定部126により算出される時間差をTtとすると、Tt=4×Tp+2×Td+Tlである。よって、移動局100の2つの各アンテナと基地局200との間の距離Xは、X=c(光速)×Td=c×(Tt−4×Tp−Tl)/2で算出される。   As shown in FIG. 3, the pulse width transmitted by the mobile station 100 is Tp, the spatial transmission time between each of the two antennas of the mobile station 100 and the base station 200 is Td, and the response time at the base station 200 is Tl. And If the time difference calculated by the time difference measuring unit 126 is Tt, Tt = 4 × Tp + 2 × Td + Tl. Therefore, the distance X between each of the two antennas of the mobile station 100 and the base station 200 is calculated by X = c (light speed) × Td = c × (Tt−4 × Tp−Tl) / 2.

本実施形態では、移動局100の2つのアンテナが反射信号を受信する時間差を利用して側位を行う。すなわち、移動局100自身が基準拡散信号を送信し、かつ反射信号を受信することから、移動局100と基地局200との間の距離を判断することができる。さらに、移動局100の2つのアンテナが反射信号を受信する時間差を利用することで、移動局100の絶対位置の候補点を絞り込む。   In the present embodiment, the lateral position is determined using the time difference at which the two antennas of the mobile station 100 receive the reflected signal. That is, since the mobile station 100 itself transmits the reference spread signal and receives the reflected signal, the distance between the mobile station 100 and the base station 200 can be determined. Further, the absolute position candidate points of the mobile station 100 are narrowed down by using the time difference at which the two antennas of the mobile station 100 receive the reflected signal.

上述のような計算では、移動局100の位置は一意には決まらず、図4に示したように、位置検出範囲を基地局200を中心とするXY座標で考えた場合、各象限に対称的に算出されて4個の座標に限定される。以下の説明では、図4において紙面右上の象限を第1象限、紙面左上の象限を第2象限、紙面左下の象限を第3象限、紙面右下の象限を第4象限と称する。   In the calculation as described above, the position of the mobile station 100 is not uniquely determined. As shown in FIG. 4, when the position detection range is considered with XY coordinates centered on the base station 200, the position is symmetrical in each quadrant. And is limited to four coordinates. In the following description, the upper right quadrant in FIG. 4 is referred to as the first quadrant, the upper left quadrant is referred to as the second quadrant, the lower left quadrant is referred to as the third quadrant, and the lower right quadrant is referred to as the fourth quadrant.

図5は、移動局100が第2象限に存在する場合の、移動局100の2つのアンテナと基地局200との位置関係を示す説明図である。以下の説明では、図5に示したように、移動局100の2つのアンテナA、Bと基地局200との間の距離をXa、Xbとして区別する。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the two antennas of the mobile station 100 and the base station 200 when the mobile station 100 exists in the second quadrant. In the following description, as shown in FIG. 5, the distances between the two antennas A and B of the mobile station 100 and the base station 200 are distinguished as Xa and Xb.

図4に示したように、移動局100の位置は一意には決まらず、移動局100の4つの候補点が与えられる。ただし、移動局100が室内のみを移動し、室外には存在しないという前提のもとでは、基地局200を壁際等に設置した場合には、4つのうち2つの候補点は室外となる。また、基地局200を室内の隅に設置した場合には、4つのうち3つの候補点は室外となる。そこで、移動局100が室内のみを移動し、室外には存在しないという情報を予め移動局100に入力することにより、移動局100の位置を絞り込んだり一意に決定したりすることができる。このようにして、他の候補点の存在が実用上問題となることはない。なお、移動局100の候補点を絞り込む他の方法については、後述の実施形態でさらに説明する。   As shown in FIG. 4, the position of the mobile station 100 is not uniquely determined, and four candidate points of the mobile station 100 are given. However, under the assumption that the mobile station 100 moves only indoors and does not exist outside the room, when the base station 200 is installed near a wall, two candidate points out of the four are outdoor. Further, when the base station 200 is installed in a corner of the room, three candidate points out of the four are outdoor. Therefore, by inputting in advance to the mobile station 100 information that the mobile station 100 moves only indoors and does not exist outside the room, the position of the mobile station 100 can be narrowed down or uniquely determined. In this way, the existence of other candidate points does not become a practical problem. Note that another method for narrowing down the candidate points of the mobile station 100 will be further described in an embodiment described later.

また、移動局100が受信する信号の中には、基地局200から反射無しで送り返される信号のほか、壁などで反射される反射波も含まれる。しかし、本実施形態ではUWB(超広帯域)方式を利用していることで、かかる反射波は反射無しで送り返される信号に比べてその信号レベルが小さくなる。すなわち、最初に帰ってくる信号レベルが一番大きく、これが反射無しで送り返される信号であると判別することが可能である。この点も、本実施形態でUWBを利用していることの利点の一つである。   Further, the signals received by the mobile station 100 include a reflected wave reflected by a wall or the like in addition to a signal sent back from the base station 200 without reflection. However, since the UWB (ultra-wideband) method is used in the present embodiment, the signal level of the reflected wave is smaller than that of a signal sent back without reflection. That is, it is possible to determine that the signal level that returns first is the highest and this is a signal that is sent back without reflection. This is also one of the advantages of using UWB in this embodiment.

(第1の実施形態の効果)
以上説明したように、本実施形態によれば、UWBを利用した移動局100と基地局200および基地局同士の同期システムが不必要であり、移動局100の位置を正確に算出することが可能である。基地局200をレスポンダとして利用することで、移動局100の絶対位置を移動局100自身で算出することが可能となる。
(Effects of the first embodiment)
As described above, according to the present embodiment, the mobile station 100 using the UWB, the base station 200, and the synchronization system between the base stations are unnecessary, and the position of the mobile station 100 can be accurately calculated. It is. By using the base station 200 as a responder, the absolute position of the mobile station 100 can be calculated by the mobile station 100 itself.

また、設置する基地局数が最低1個あれば移動局の位置を算出することが可能である。そのため、基地局を設置する際の面倒な配線や基地局同士の同期が不要となり、価格の低下や技術的容易さを向上させることが可能となる。   If the number of base stations to be installed is at least one, the position of the mobile station can be calculated. Therefore, troublesome wiring at the time of installing the base station and synchronization between the base stations are unnecessary, and it is possible to improve the price reduction and technical ease.

(移動局100の候補点を絞り込む方法)
上記第1の実施形態の方法では、基地局200から2個のアンテナへの距離Xa、Xbが算出された結果、図4のように位置検出範囲を基地局200を中心とするXY座標で考えた場合、各象限に対称的に算出されて4個の座標に限定される。そこで、以下の第2、第3の実施形態では、限定された位置からどの象限に位置するかを判別する方法について、いくつかの例を説明する。
(Method for narrowing down candidate points of mobile station 100)
In the method of the first embodiment, as a result of calculating the distances Xa and Xb from the base station 200 to the two antennas, the position detection range is considered in XY coordinates centered on the base station 200 as shown in FIG. In this case, each quadrant is calculated symmetrically and is limited to four coordinates. Therefore, in the following second and third embodiments, several examples will be described for a method of determining which quadrant is located from a limited position.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態について説明する。
本実施形態では、移動局100は、移動局100の移動方向を認識するための移動方向認識部を備えたことを特徴とする。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described.
In this embodiment, the mobile station 100 includes a movement direction recognition unit for recognizing the movement direction of the mobile station 100.

通常、自立自走型の移動局は移動方向の認識や直進性を維持するために方位認識装置を搭載する必要がある。この装置はジャイロやGPSで容易に実現できる。このような装置を本発明の移動方向認識部として用いることにより移動局の移動方向を移動局自身が認識できる。かかる装置では移動方向だけを認識できれば良いため、拡散符号を変更したり、反射波の影響を考慮したりするなどの仕組みを必要としない。このため、高度な測定装置は必要ではなく、ジャイロ以外にも例えば屋内(地下を除く)でのGPSでも可能となる。   In general, a self-propelled mobile station needs to be equipped with an azimuth recognition device in order to maintain movement direction recognition and straightness. This device can be easily realized with a gyro or GPS. By using such a device as the movement direction recognition unit of the present invention, the mobile station itself can recognize the movement direction of the mobile station. Since such an apparatus needs only to recognize the moving direction, it does not require a mechanism such as changing the spreading code or considering the influence of reflected waves. For this reason, an advanced measuring device is not necessary, and it is possible to use, for example, GPS indoors (excluding underground) in addition to the gyro.

このように、移動局に自身の移動方向を認識するための移動方向認識部を備えたことにより、移動局の進行方向が限定される。図4に示した例では、図中矢印で示したように、移動局100の進行方向に対して受信部Aが左側であり受信部Bが右側であることを前提とすると、移動局100が紙面上向き(Y軸の正方向)に進行していれば、移動局100の位置は第2、第3象限のいずれかであると判定できる。また、移動局100が紙面下向き(Y軸の負方向)に進行していれば、移動局100の位置は第1、第4象限のいずれかであると判定できる。このように、移動局100の進行方向が限定されることにより、第1の実施形態においてUWB通信で算出された移動局100の位置を1/2に限定できる。   As described above, since the mobile station is provided with the movement direction recognition unit for recognizing its own movement direction, the traveling direction of the mobile station is limited. In the example shown in FIG. 4, assuming that the receiving unit A is on the left side and the receiving unit B is on the right side with respect to the traveling direction of the mobile station 100 as indicated by the arrows in the figure, the mobile station 100 If the mobile station 100 is traveling upward (in the positive direction of the Y axis), it can be determined that the position of the mobile station 100 is in either the second or third quadrant. Further, if the mobile station 100 is traveling downward on the page (the negative direction of the Y axis), the position of the mobile station 100 can be determined to be in either the first or fourth quadrant. Thus, by limiting the traveling direction of the mobile station 100, the position of the mobile station 100 calculated by the UWB communication in the first embodiment can be limited to ½.

(第2の実施形態の効果)
以上説明したように、本実施形態によれば、ジャイロ等の簡易な手段により移動局100の移動方向を検知することにより、第1の実施形態との比較で移動局100の位置を1/2に限定できる。さらに、基地局200を、図4のX軸を壁際とするような位置に設置することによって、第3、第4象限(または第1、第2象限)の候補点を除外することができ、移動局100の位置を一意に決定することができる。
(Effect of 2nd Embodiment)
As described above, according to the present embodiment, by detecting the moving direction of the mobile station 100 by a simple means such as a gyro, the position of the mobile station 100 is halved compared to the first embodiment. It can be limited to. Furthermore, by installing the base station 200 at a position where the X axis of FIG. 4 is near the wall, candidate points in the third and fourth quadrants (or the first and second quadrants) can be excluded, The position of the mobile station 100 can be uniquely determined.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態について説明する。
本実施形態では、移動局100は、図6に示したように、各方向の対象物(壁など)までの距離を測定するための対象物距離測定機能を備えたことを特徴とする。図6に示した一例では、対象物距離測定部として、4つの方向に測定部130a、130b、130c、130dを備えている。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the mobile station 100 includes an object distance measurement function for measuring a distance to an object (such as a wall) in each direction. In the example illustrated in FIG. 6, measurement units 130 a, 130 b, 130 c, and 130 d are provided in four directions as the object distance measurement unit.

通常、自立自走型の移動局は移動方向の認識や直進性を維持するために複数のセンサを搭載している。また、屋内における家電移動局は屋内に設置された家具や壁を避けながら移動することが要求されるため、ショックセンサや超音波センサ等を使用して、壁や家具を認識し、回避動作等を行っている。その一つに対壁センサとして、超音波距離測定装置を搭載することがある。この距離測定法は近距離において精度を上げられる利点があるが、UWBを用いても同様以上の精度を達成することが可能である。   Usually, a self-propelled mobile station is equipped with a plurality of sensors in order to maintain the recognition of the moving direction and straightness. In addition, because home appliance mobile stations are required to move indoors while avoiding furniture and walls installed indoors, they can use shock sensors, ultrasonic sensors, etc. to recognize walls and furniture, avoid operations, etc. It is carried out. One of them is to install an ultrasonic distance measuring device as a wall-to-wall sensor. This distance measurement method has an advantage that the accuracy can be increased at a short distance, but the same or higher accuracy can be achieved even when UWB is used.

また、基地局200との通信でUWBを使用しているため、図7に示したように、移動局100の上部に設置されている送信機の放射パターンを半球状にすることで、壁面からの反射波を移動局100の側面に搭載した受信機(図7の例では測定部130b)で受信して、壁面までの距離を測定することが可能となる。この場合、基地局200との間の通信とは異なり、拡散符号による判別を行う必要が無く、電力検出による簡単な構成で受信が可能となる。すなわち、対壁に使用する受信機は拡散符号を使用したものではなく、最初に反射してきたパルスを受信すれば良いため、簡単な検波機能を持つ受信機で良い。   Also, since UWB is used for communication with the base station 200, as shown in FIG. 7, the radiation pattern of the transmitter installed at the top of the mobile station 100 is made hemispherical so that Can be received by a receiver (measurement unit 130b in the example of FIG. 7) mounted on the side surface of the mobile station 100, and the distance to the wall surface can be measured. In this case, unlike communication with the base station 200, it is not necessary to make a determination using a spreading code, and reception is possible with a simple configuration based on power detection. In other words, the receiver used for the opposite wall does not use a spread code, but only needs to receive the first reflected pulse, so that it can be a receiver having a simple detection function.

このように、移動局100の壁面までの距離が限定されることにより、第1の実施形態のUWB通信で算出された位置を1/2に限定できる。すなわち、対象物距離測定部130a、130bからの対象物までの距離が、他の対象物距離測定部130c、130dから対象物までの距離よりも大きければ、移動局100の位置は図4に示した第2、第4象限のいずれかであり、対象物距離測定部130c、130dからの対象物までの距離が、他の対象物距離測定部130a、130bから対象物までの距離よりも大きければ、移動局100の位置は図4に示した第1、第3象限のいずれかであると判定できる。   Thus, by limiting the distance to the wall surface of the mobile station 100, the position calculated in the UWB communication of the first embodiment can be limited to ½. That is, if the distance from the object distance measuring units 130a and 130b to the object is larger than the distance from the other object distance measuring units 130c and 130d to the object, the position of the mobile station 100 is shown in FIG. If the distance from the object distance measuring unit 130c, 130d to the object is larger than the distance from the other object distance measuring unit 130a, 130b to the object, The position of the mobile station 100 can be determined to be one of the first and third quadrants shown in FIG.

(第3の実施形態の効果)
以上説明したように、本実施形態によれば、移動局100の壁際までの距離を検知することにより、第1の実施形態との比較で移動局100の位置を1/2に限定できる。
(Effect of the third embodiment)
As described above, according to the present embodiment, by detecting the distance to the wall of the mobile station 100, the position of the mobile station 100 can be limited to ½ compared with the first embodiment.

さらに、第2の実施形態(移動方向を検知)と組み合わせることにより、移動局100の位置を一意に決定することができる。すなわち、第2の実施形態では、移動局100の位置を、第1、第4象限のいずれか、または第2、第3象限のいずれかに候補点を絞り込むことができる。そして、第3の実施形態では、移動局100の位置を、第2、第4象限のいずれか、または第1、第3象限のいずれかに候補点を絞り込むことができる。このように、無線基地局からの距離、移動局の進行方向、壁からの距離を複合して計算することで、図4のXY座標のどの象限のどの位置に移動局が存在するかを測定することができ、移動局100の位置を一意に決定することができる。   Furthermore, by combining with the second embodiment (detecting the moving direction), the position of the mobile station 100 can be uniquely determined. That is, in the second embodiment, candidate points can be narrowed down to the position of the mobile station 100 in either the first or fourth quadrant, or in the second or third quadrant. In the third embodiment, candidate points can be narrowed down to the position of the mobile station 100 in either the second or fourth quadrant, or the first or third quadrant. In this way, by calculating the combined distance from the radio base station, the traveling direction of the mobile station, and the distance from the wall, it is measured in which quadrant of the XY coordinates in FIG. 4 where the mobile station exists. And the position of the mobile station 100 can be uniquely determined.

(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態について説明する。
本実施形態では、第2、第3の実施形態と異なり、UWBによる位置測定だけで移動局100の位置の候補点を絞り込む方法について説明する。UWBだけによる位置測定を行う場合には、図8に示したように、基地局200に4象限に区切った放射パターンを持つ送受信機200−1、200−2、200−3、200−4を設置して、それぞれの送受信機に異なる拡散符号を持たせることで、移動局のある象限を判別する。そしてその後、移動局に搭載されている2個の受信機で基地局からの返信時間を測定して正確な位置を算出することができる。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, unlike the second and third embodiments, a method for narrowing down candidate points for the position of the mobile station 100 only by position measurement by UWB will be described. When performing position measurement only by UWB, as shown in FIG. 8, transceivers 200-1, 200-2, 200-3, and 200-4 having a radiation pattern divided into four quadrants are provided in the base station 200. The quadrant in which the mobile station is located is determined by installing and giving each transmitter / receiver a different spreading code. After that, an accurate position can be calculated by measuring the response time from the base station with two receivers mounted on the mobile station.

各送受信機200−1、200−2、200−3、200−4の構成は、図1に示したアンテナ202、増幅器204、相関器(PN0)206、増幅器208、アナログデジタル変換器210、パルスジェネレータ212、拡散器214および増幅器216の構成と実質的に同様である。ただし、拡散器214で用いる拡散符号は、各送受信機200−1、200−2、200−3、200−4において互いに異なるもの(例えば、拡散符号PN1、PN2、PN3、PN4)とする。これにより、移動局100は、送受信機200−1、200−2、200−3、200−4のいずれからの反射信号であるかを判定することができる。   The configuration of each of the transceivers 200-1, 200-2, 200-3, 200-4 includes an antenna 202, an amplifier 204, a correlator (PN0) 206, an amplifier 208, an analog / digital converter 210, and a pulse shown in FIG. The configuration of the generator 212, the diffuser 214, and the amplifier 216 is substantially the same. However, the spreading codes used in the spreader 214 are different from each other in each of the transceivers 200-1, 200-2, 200-3, 200-4 (for example, spreading codes PN1, PN2, PN3, PN4). Thereby, the mobile station 100 can determine which one of the transceivers 200-1, 200-2, 200-3, and 200-4 is a reflected signal.

(第4の実施形態の効果)
以上説明したように、本実施形態によれば、移動局100が存在する象限を特定することができ、移動局100の位置を一意に決定することができる。また、本実施形態の構成によれば、基地局200を任意の位置に設置できるため、例えば、基地局200を照明の近傍に設置することによって、照明と同じ電源から電力の供給を受けることが可能である。
(Effect of the fourth embodiment)
As described above, according to the present embodiment, the quadrant in which the mobile station 100 exists can be specified, and the position of the mobile station 100 can be uniquely determined. Further, according to the configuration of the present embodiment, since the base station 200 can be installed at an arbitrary position, for example, by installing the base station 200 in the vicinity of the illumination, power can be supplied from the same power source as the illumination. Is possible.

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる側位システムおよび無線通信装置の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   Although the preferred embodiments of the side system and the wireless communication apparatus according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.

例えば、上記実施形態では、移動局100に2つの受信部A、Bを備えた構成について説明したが、本発明はこれに限定されず、3つ以上の受信部を備える構成であってもよい。受信部の数を増やすことにより、側位の精度をさらに向上させることができる。   For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the mobile station 100 includes the two reception units A and B has been described. However, the present invention is not limited to this, and the configuration may include three or more reception units. . By increasing the number of receiving units, the accuracy of the lateral position can be further improved.

本発明は側位システムおよび無線通信装置に利用可能であり、特に、屋内等のGPSの利用が困難な場所における位置情報が必要とされるあらゆるシステムに適用可能である。このようなシステムとしては、例えば、掃除、警備、配達などの用途に使われる自走式ロボットがある。   The present invention can be used for a side system and a wireless communication device, and in particular, can be applied to any system that requires position information in a place where it is difficult to use GPS such as indoors. As such a system, for example, there is a self-propelled robot used for cleaning, security, delivery and the like.

移動局および基地局の屋内設置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the indoor installation example of a mobile station and a base station. 第1の実施形態にかかる移動局および基地局の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the mobile station concerning 1st Embodiment, and a base station. 第1の実施形態における移動局の受信信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the received signal of the mobile station in 1st Embodiment. 第2の実施形態にかかる側位システムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the side system concerning 2nd Embodiment. 第2の実施形態にかかる側位システムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the side system concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態にかかる側位システムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the side system concerning 3rd Embodiment. 第3の実施形態にかかる側位システムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the side system concerning 3rd Embodiment. 第4の実施形態にかかる側位システムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the side system concerning 4th Embodiment. 従来の側位システムの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the conventional side system. 従来の側位システムの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the conventional side system.

符号の説明Explanation of symbols

100 移動局
102 パルスジェネレータ
104 拡散器(PN0)
106 増幅器
108 アンテナ
110 アンテナ
112 増幅器
114 相関器(PN1)
116 アナログデジタル変換器
118 アンテナ
120 増幅器
122 相関器(PN1)
124 アナログデジタル変換器
126 時間差測定部
130a、130b、130c、130d 移動方向認識部
200 基地局
202 アンテナ
204 増幅器
206 相関器(PN0)
208 増幅器
210 アナログデジタル変換器
212 パルスジェネレータ
214 拡散器(PN1)
216 増幅器
100 Mobile station 102 Pulse generator 104 Spreader (PN0)
106 amplifier 108 antenna 110 antenna 112 amplifier 114 correlator (PN1)
116 Analog-to-digital converter 118 Antenna 120 Amplifier 122 Correlator (PN1)
124 Analog-to-digital converter 126 Time difference measurement unit 130a, 130b, 130c, 130d Moving direction recognition unit 200 Base station 202 Antenna 204 Amplifier 206 Correlator (PN0)
208 Amplifier 210 Analog to Digital Converter 212 Pulse Generator 214 Spreader (PN1)
216 amplifier

Claims (7)

側位の対象となる移動局と、前記移動局の側位を行うための基地局とを含む側位システムにおいて、
前記移動局は、
タイミング信号をトリガにして生成された超広帯域方式による信号を基準拡散符号で拡散して基準拡散信号とする基準拡散器と、
前記基準拡散信号を前記基地局に送信する送信部と、
前記基地局から反射信号を受信する第1、第2の受信部と、
前記第1の受信部で受信した信号から所定の拡散符号との相関により前記反射信号を検出する第1の相関器と、
前記第2の受信部で受信した信号から所定の拡散符号との相関により前記反射信号を検出する第2の相関器と、
前記第1、第2の相関器により検出された反射信号と前記タイミング信号との時間差を測定する時間差測定部と、
を備え、
前記基地局は、
前記移動局からの信号を受信する受信部と、
前記受信部で受信した信号から基準拡散符号との相関により前記基準拡散信号を検出する基準相関器と、
前記基準拡散信号をトリガにして生成された信号を所定の拡散符号で拡散して反射信号とする拡散器と、
前記反射信号を前記移動局に送信する送信部と、
を備えたことを特徴とする、側位システム。
In a side system including a mobile station to be a side target and a base station for performing the side of the mobile station,
The mobile station
A reference spreader that spreads a signal by an ultra-wideband method generated by using a timing signal as a trigger with a reference spreading code to form a reference spread signal;
A transmitter for transmitting the reference spread signal to the base station;
First and second receiving units for receiving reflected signals from the base station;
A first correlator for detecting the reflected signal by correlation with a predetermined spreading code from the signal received by the first receiver;
A second correlator for detecting the reflected signal by correlation with a predetermined spreading code from the signal received by the second receiver;
A time difference measuring unit for measuring a time difference between the reflected signal detected by the first and second correlators and the timing signal;
With
The base station
A receiver for receiving a signal from the mobile station;
A reference correlator for detecting the reference spread signal by correlation with a reference spread code from the signal received by the receiving unit;
A spreader that diffuses a signal generated using the reference spread signal as a trigger with a predetermined spreading code to form a reflected signal;
A transmitter for transmitting the reflected signal to the mobile station;
A lateral system characterized by comprising:
前記移動局は、さらに、自身の移動方向を認識するための移動方向認識部を備えたことを特徴とする、請求項1に記載の側位システム。   The side system according to claim 1, wherein the mobile station further includes a movement direction recognition unit for recognizing a movement direction of the mobile station. 前記移動局は、さらに、各方向の対象物までの距離を測定するための対象物距離測定部を備えたことを特徴とする、請求項1または2に記載の側位システム。   The side system according to claim 1, wherein the mobile station further includes an object distance measuring unit for measuring a distance to the object in each direction. 前記基地局は、
前記移動局からの信号を受信する4つの受信部と、
前記各受信部に対応し、前記各受信部で受信した信号から基準拡散符号との相関により前記基準拡散信号を検出する4つの基準相関器と、
前記各基準相関器に対応し、前記基準拡散信号をトリガにして生成された信号を所定の拡散符号で拡散して反射信号とする4つの拡散器と、
前記各拡散器に対応し、前記反射信号を前記移動局に送信する4つの送信部と、
を備え、
前記4つの受信部および前記4つの送信部は、4象限に区切った放射パターンを持ち、
前記4つの拡散器は、互いに異なる拡散符号を用いることを特徴とする、請求項1に記載の側位システム。
The base station
Four receivers for receiving signals from the mobile station;
Four reference correlators corresponding to each of the receiving units and detecting the reference spread signal by correlation with a reference spread code from a signal received by each of the receiving units;
Corresponding to each of the reference correlators, four spreaders that diffuse a signal generated by using the reference spread signal as a trigger with a predetermined spreading code to obtain a reflected signal;
Corresponding to each of the spreaders, four transmitters for transmitting the reflected signal to the mobile station;
With
The four receiving units and the four transmitting units have a radiation pattern divided into four quadrants,
The side system according to claim 1, wherein the four spreaders use different spreading codes.
1つの基地局により側位の対象となる無線通信装置であって、
タイミング信号をトリガにして生成された超広帯域方式による信号を基準拡散符号で拡散して基準拡散信号とする基準拡散器と、
前記基準拡散信号を前記基地局に送信する送信部と、
前記基地局から反射信号を受信する第1、第2の受信部と、
前記第1の受信部で受信した信号から所定の拡散符号との相関により前記反射信号を検出する第1の相関器と、
前記第2の受信部で受信した信号から所定の拡散符号との相関により前記反射信号を検出する第2の相関器と、
前記第1、第2の相関器により検出された反射信号と前記タイミング信号との時間差を測定する時間差測定部と、
を備えたことを特徴とする、無線通信装置。
A wireless communication device targeted by a base station,
A reference spreader that spreads a signal by an ultra-wideband method generated by using a timing signal as a trigger with a reference spreading code to form a reference spread signal;
A transmitter for transmitting the reference spread signal to the base station;
First and second receiving units for receiving reflected signals from the base station;
A first correlator for detecting the reflected signal by correlation with a predetermined spreading code from the signal received by the first receiver;
A second correlator for detecting the reflected signal by correlation with a predetermined spreading code from the signal received by the second receiver;
A time difference measuring unit for measuring a time difference between the reflected signal detected by the first and second correlators and the timing signal;
A wireless communication apparatus comprising:
さらに、自身の移動方向を認識するための移動方向認識部を備えたことを特徴とする、請求項1に記載の無線通信装置。   The wireless communication apparatus according to claim 1, further comprising a movement direction recognition unit for recognizing its own movement direction. さらに、各方向の対象物までの距離を測定するための対象物距離測定部を備えたことを特徴とする、請求項5または6に記載の無線通信装置。   The wireless communication apparatus according to claim 5, further comprising an object distance measuring unit for measuring a distance to the object in each direction.
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