CN107533124B - 位置检测系统以及位置检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及位置检测系统以及位置检测方法，移动局(2)发送第一无线信号(S1)，基准局(3)发送第二无线信号(S2)。各固定局(4)～(6)提取出第一无线信号(S1)所包含的载波与各固定局(4)～(6)的基准时钟(Cf1)～(Cf3)的相位差(Δφmf1)～(Δφmf3)。各固定局(4)～(6)提取出第二无线信号(S2)所包含的载波与各固定局(4)～(6)的基准时钟(Cf1)～(Cf3)的相位差(Δφsf1)～(Δφsf3)。服务器(7)使用移动局(2)与各固定局(4)～(6)之间的相位差信息、和基准局(3)与各固定局(4)～(6)之间的相位差信息消除各固定局(4)～(6)的相位偏移(φf1)～(φf3)，得到各固定局(4)～(6)与移动局(2)之间的距离信息，计算移动局(2)的位置。

Description

位置检测系统以及位置检测方法
技术领域
本发明涉及检测移动局的位置的位置检测系统以及位置检测方法。
背景技术
一般来说，公知有具有多个固定局(基站)和移动局，由多个固定局接收移动局发送的脉冲信号，并根据接收时刻的差来计算固定局与移动局的位置关系的位置检测系统。
另外，公知有由基准局、中继局、以及移动终端构成的位置确定装置(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2011－117879号公报
然而，使用了脉冲信号的位置检测系统为了测定脉冲信号的接收时刻，在提高测定分辨率时需要缩短脉冲宽度，使各固定局的时刻高精度地同步。然而，存在若缩短脉冲宽度则占用带宽变宽，并且为了使各固定局高精度地同步而需要复杂的处理这样的问题。
另外，专利文献1所记载的位置确定装置构成为，检测从基准局以及中继局发送的距离测定信号的相位和方向测定信号的相位，来确定出沿着长方形的服务区域内的长边移动的移动终端的位置。然而，该位置确定装置存在为了测定方向，而需要控制基准局和中继局的天线的指向性，处理变得复杂这样的问题。另外，能够确定移动终端的位置的范围仅限长方形的形状，所以也存在能够使用的场所或条件有限这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述的现有技术的问题而完成的，本发明的目的在于，提供非同步且系统能够简化的位置检测系统以及位置检测方法。
(1).为了解决上述的课题，本发明的特征在于，是由移动局、基准局、以及至少3个以上的固定局构成的位置检测系统，其中，上述移动局具有移动局用基准时钟电路、无线信号发送电路、以及发送天线，上述基准局具有基准局用基准时钟电路、无线信号发送电路、以及发送天线，上述固定局具有固定局用基准时钟电路、无线信号接收电路、以及接收天线，3个以上的上述固定局的上述固定局用基准时钟电路分别非同步地独立地工作，并生成相互相同的频率的基准时钟，上述移动局间歇地发送基于上述移动局用基准时钟电路的基准时钟的第一无线信号，上述基准局配置于预先决定的位置且间歇地发送基于上述基准局用基准时钟电路的基准时钟的第二无线信号，上述各固定局接收上述第一无线信号并分别提取出该第一无线信号所包含的载波与上述各固定局的上述各基准时钟的相位差，接收上述第二无线信号并分别提取出该第二无线信号所包含的载波与上述各固定局的上述各基准时钟的相位差，使用上述移动局与上述各固定局之间的相位差信息、和上述基准局与上述各固定局之间的相位差信息，消除上述各固定局的上述基准时钟的相位偏移，得到上述各固定局与上述移动局之间的距离信息，计算上述移动局的位置。
根据本发明，构成为使用移动局与各固定局之间的相位差信息、和基准局与各固定局之间的相位差信息，来计算移动局的位置。该情况下，因为使用到达各固定局的无线信号的相移(差)，所以能够实现比无线信号的波长短的距离分辨率。由此，即使在提高距离分辨率来进行移动局的位置检测时，也能够使用窄带的无线信号，所以与使用脉冲信号的情况相比，能够缩小无线信号的占用带宽。
另外，使用上述移动局与上述各固定局之间的相位差信息、和上述基准局与上述各固定局之间的相位差信息，来消除上述移动局、上述基准局、以及上述各固定局的上述各基准时钟的相位偏移。由此，不需要在各固定局、移动局、基准局之间获取同步，所以能够简化系统构造。
(2).在本发明的位置检测系统中，构成为上述移动局发送用于上述基准局发送上述第二无线信号的触发无线信号，上述基准局具有无线信号接收电路和接收天线，上述基准局在接收到上述移动局发送的上述触发无线信号时发送上述第二无线信号。
根据本发明，构成为移动局发送触发无线信号，基准局接收到移动局发送的触发无线信号时发送第二无线信号。由此，能够缩短各固定局接收来自移动局的第一无线信号的时刻与各固定局接收来自基准局的第二无线信号的时刻的间隔。其结果，能够将各固定局的频率偏差所引起的相位旋转抑制得较小，所以能够提高相位修正的精度，实现位置检测的高精度化。
(3).在本发明的位置检测系统中，构成为上述移动局的上述移动局用基准时钟电路和上述基准局的上述基准局用基准时钟电路的至少任意一方生成与上述各固定局的上述各固定局用基准时钟电路相同的频率的基准时钟。
根据本发明，构成为移动局用基准时钟电路和基准局用基准时钟电路的至少任意一方生成与各固定局用基准时钟电路相同的频率的基准时钟。该情况下，第一或者第二无线信号的载波频率和各固定局的基准时钟的频率相同，所以在相位检测定时偏移的情况下，第一或者第二无线信号的载波与各固定局的基准时钟之间的相位差也几乎没有变化。因此，测定偏差减少，所以位置检测的高精度化能够实现。
即，能够通过在载波频率和各固定局的基准时钟的频率相同的情况下，计算第一或者第二无线信号的载波相位与各固定局的基准时钟相位的差分，来抵消相位检测定时的偏差。其结果，能够构成为使第一或者第二无线信号的载波相位与各固定局的基准时钟相位的相位差不取决于测定的时刻，所以能够抑制测定的偏差，高精度地计算移动局的位置。
(4).在本发明的位置检测系统中，构成为上述移动局以规定的时间间隔发送上述触发无线信号和上述第一无线信号。
根据本发明，构成为移动局以规定的时间间隔发送触发无线信号和第一无线信号。该情况下，移动局能够不从接收到触发无线信号的基准局接收第二无线信号就发送第一无线信号。由此，能够缩短各固定局接收来自移动局的第一无线信号的时刻与各固定局接收来自基准局的第二无线信号的时刻的间隔。其结果，能够将各固定局的频率偏差所引起的相位旋转抑制得较小，所以能够提高相位修正的精度，实现位置检测的高精度化。
(5).在本发明的位置检测系统中，构成为3个以上的上述固定局中至少一个固定局兼具上述基准局的功能，并发送上述第二无线信号。
根据本发明，构成为至少一个固定局兼具基准局的功能，并发送第二无线信号。该情况下，能够使用从固定局发送的第二无线信号消除各固定局的相位偏移，所以不需要分别独立地设置基准局。其结果，能够简易地构建系统，所以能够抑制成本。
(6).在本发明的位置检测系统中，构成为上述移动局的上述移动局用基准时钟电路具有生成2个以上的频率的基准时钟的功能，上述移动局发送两种以上的载波频率的上述第一无线信号。
根据本发明，构成为移动局用基准时钟电路具有生成2个以上的频率的基准时钟的功能，且移动局发送两种以上的载波频率的第一无线信号。该情况下，使用一个载波频率检测到的相位差和使用其他的载波频率检测到的相位差因为各自的反复周期不同，所以能够使用2个相位差的差求出2个相位差是几周。由此，相位差的周期性变长，与相位相关的不确定性消除而能够求出绝对相位，能够高精度地计算移动局的位置。
(7).在本发明的位置检测系统中，构成为上述基准局发送与上述移动局相同的两种以上的载波频率的上述第二无线信号。
根据本发明，构成为基准局发送与移动局相同的两种以上的载波频率的第二无线信号。由此，通过使用2个载波频率的载波相位差，从而相位差的周期性变长，能够唯一地求出移动局与各固定局的距离差。另外，通过使用移动局的两种以上的载波频率的第一无线信号和基准局的两种以上的载波频率的第二无线信号，进行相位修正，能够提高相位修正的精度，能够高精度地计算移动局的位置。
(8).本发明是使用了由移动局、基准局、至少3个以上的固定局构成的位置检测系统的位置检测方法，其中，上述移动局具有移动局用基准时钟电路、无线信号发送电路、以及发送天线，上述基准局具有基准局用基准时钟电路、无线信号发送电路、以及发送天线，上述固定局具有固定局用基准时钟电路、无线信号接收电路、以及接收天线，3个以上的上述固定局的上述固定局用基准时钟电路分别非同步地独立地工作，并生成相互相同的频率的基准时钟，上述移动局间歇地发送基于上述移动局用基准时钟电路的基准时钟的第一无线信号，上述基准局配置于预先决定的位置，间歇地发送基于上述基准局用基准时钟电路的基准时钟的第二无线信号，上述各固定局接收上述第一无线信号并分别提取出该第一无线信号所包含的载波与上述各固定局的上述各基准时钟的相位差，接收上述第二无线信号并分别提取出该第二无线信号所包含的载波与上述各固定局的上述各基准时钟的相位差，使用上述移动局与上述各固定局之间的相位差信息、和上述基准局与上述各固定局之间的相位差信息，消除上述各固定局的上述基准时钟的相位偏移，得到上述各固定局与上述移动局之间的距离信息，计算上述移动局的位置。
根据本发明，构成为使用移动局与各固定局之间的相位差信息、和基准局与各固定局之间的相位差信息，计算移动局的位置。该情况下，使用到达各固定局的无线信号的相移(差)，所以能够实现比无线信号的波长短的距离分辨率。由此，即使在提高距离分辨率进行移动局的位置检测时，也能够使用窄带的无线信号，所以与使用脉冲信号的情况相比，能够缩窄无线信号的占用带宽。
另外，使用上述移动局与上述各固定局之间的相位差信息、和上述基准局与上述各固定局之间的相位差信息，消除上述移动局、上述基准局、以及上述各固定局的上述各基准时钟的相位偏移。由此，无需在各固定局、移动局、基准局之间获取同步，所以能够简化系统构造。
(9).在本发明的位置检测方法中，构成为上述移动局发送用于上述基准局发送上述第二无线信号的触发无线信号，上述基准局具有无线信号接收电路和接收天线，上述基准局在接收到上述移动局发送的上述触发无线信号时发送上述第二无线信号。
由此，能够缩短各固定局接收来自移动局的第一无线信号的时刻与各固定局接收来自基准局的第二无线信号的时刻的间隔。其结果，能够将各固定局的频率偏差所引起的相位旋转抑制得较小，所以能够提高相位修正的精度，实现位置检测的高精度化。
(10).在本发明的位置检测方法中，构成为上述移动局的上述移动局用基准时钟电路和上述基准局的上述基准局用基准时钟电路的至少任意一方生成与上述各固定局的上述各固定局用基准时钟电路相同的频率的基准时钟。
该情况下，因为第一或者第二无线信号的载波频率和各固定局的基准时钟的频率相同，所以在相位检测定时偏移的情况下，第一或者第二无线信号的载波与各固定局的基准时钟之间的相位差也几乎没有变化。因此，测定偏差减少，所以能够实现位置检测的高精度化。
(11).在本发明的位置检测方法中，构成为上述移动局以规定的时间间隔发送上述触发无线信号和上述第一无线信号。
该情况下，移动局能够不从接收到触发无线信号的基准局接收第二无线信号，就发送第一无线信号。由此，能够缩短各固定局接收来自移动局的第一无线信号的时刻与各固定局接收来自基准局的第二无线信号的时刻的间隔。其结果，能够将各固定局的频率偏差所引起的相位旋转抑制得较小，所以能够提高相位修正的精度，实现位置检测的高精度化。
(12).在本发明的位置检测方法中，构成为3个以上的上述固定局中至少一个固定局兼具上述基准局的功能，并发送上述第二无线信号。
该情况下，能够使用从固定局发送的第二无线信号来消除各固定局的相位偏移，所以不需要另外设置基准局。其结果，能够简易地构建系统，所以能够抑制成本。
(13).在本发明的位置检测方法中，构成为上述移动局的上述移动局用基准时钟电路具有生成2个以上的频率的基准时钟的功能，上述移动局发送两种以上的载波频率的上述第一无线信号。
该情况下，使用一个载波频率检测到的相位差和使用其他的载波频率检测到的相位差因为各自的反复周期不同，所以能够使用2个相位差的差，来求出2个相位差是几周。由此，相位差的周期性变长，与相位相关的不确定性消除而能够求出绝对相位，能够高精度地计算移动局的位置。
(14).在本发明的位置检测方法中，构成为上述基准局发送与上述移动局相同的两种以上的载波频率的上述第二无线信号。
由此，通过使用2个载波频率的载波相位差，从而相位差的周期性变长，能够唯一地求出移动局与各固定局的距离差。另外，通过使用移动局的两种以上的载波频率的第一无线信号和基准局的两种以上的载波频率的第二无线信号进行相位修正，能够提高相位修正的精度，能够高精度地计算移动局的位置。
附图说明
图1是表示第一至第四、第六、第七实施方式的位置检测系统的整体构成的框图。
图2是表示图1中的移动局的整体构成的框图。
图3是表示图1中的各固定局的整体构成的框图。
图4是表示固定局的接收电路的构成的电路图。
图5是表示图1中的基准局的整体构成的框图。
图6是表示第一实施方式的位置检测系统的无线信号的收发的定时的说明图。
图7是表示基于第一无线信号的载波相位差与距离差的关系的说明图。
图8是表示基于第一固定局与第二固定局之间的距离差的双曲线、和基于第一固定局与第三固定局之间的距离差的双曲线的说明图。
图9是表示第一实施方式的位置检测系统的整体处理的流程图。
图10是表示第二、第三实施方式的基准局的整体构成的框图。
图11是表示第二，第三实施方式的位置检测系统的无线信号的收发的定时的说明图。
图12是表示第二、第三实施方式的位置检测系统的整体处理的流程图。
图13是表示第四实施方式的位置检测系统的无线信号的收发的定时的说明图。
图14是表示第四实施方式的位置检测系统的整体处理的流程图。
图15是表示第五实施方式的位置检测系统的整体构成的框图。
图16是表示第五实施方式的第一固定局的整体构成的框图。
图17是表示第五实施方式的位置检测系统的无线信号的收发的定时的说明图。
图18是表示第六实施方式的位置检测系统的无线信号的收发的定时的说明图。
图19是表示第六实施方式的基于第一无线信号的载波相位差、载波相位差的差以及距离差的关系的说明图。
图20是表示第六实施方式的位置检测系统的整体处理的流程图。
图21是表示第七实施方式的位置检测系统的无线信号的收发的定时的说明图。
图22是表示第七实施方式的位置检测系统的整体处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的位置检测系统详细地进行说明。
图1至图9示出第一实施方式的位置检测系统1。位置检测系统1包括移动局2、基准局3、第一固定局4、第二固定局5、第三固定局6、以及服务器7等而构成。该情况下，例如，移动局2与第一固定局4分离距离r1，移动局2与第二固定局5分离距离r2，移动局2与第三固定局6分离距离r3。
移动局2是例如作为检测对象物的可移动的无线终端。如图2所示，移动局2包括移动局用基准时钟电路2A、控制电路2B、无线信号发送电路2C、以及发送天线2D等而构成。该移动局2朝向各固定局4～6发送第一无线信号S1。
移动局用基准时钟电路2A例如包括振荡器而构成，对发送天线2D生成成为第一无线信号S1的基准的角频率ωm(载波频率)的基准时钟(CLK)Cm。控制电路2B例如由微型计算机等构成，控制移动局2间歇地发送第一无线信号S1的定时等。
无线信号发送电路2C例如具备调制电路、放大器等，无线信号发送电路2C的输入侧与控制电路2B连接，无线信号发送电路2C的输出侧与发送天线2D连接。该无线信号发送电路2C基于基准时钟Cm生成第一无线信号S1。发送天线2D由可发射第一无线信号S1的各种天线构成，朝向各固定局4～6发送第一无线信号S1。
这里，若设为角频率ωm、时刻t、相位偏移φm，则移动局2发送的第一无线信号S1所包含的载波相位Pm由以下的公式1表示。该情况下，相位偏移是指移动局2、基准局3、各固定局4～6非同步地独立地工作所引起的相移。
[公式1]
Pm＝ωmt+φm
基准局3配置于预先决定的位置，如图5所示，包括基准局用基准时钟电路3A、控制电路3B、无线信号发送电路3C、以及发送天线3D等而构成。该基准局3朝向各固定局4～6发送第二无线信号S2。
基准局用基准时钟电路3A例如包括振荡器而构成，对发送天线3D生成成为第二无线信号S2的基准的角频率ωs(载波频率)的基准时钟Cs。控制电路3B例如由微型计算机等构成，控制基准局3间歇地发送第二无线信号S2的定时等。
无线信号发送电路3C例如具备调制电路、放大器等，无线信号发送电路3C的输入侧与控制电路3B连接，无线信号发送电路3C的输出侧与发送天线3D连接。该无线信号发送电路3C基于基准时钟Cs生成第二无线信号S2。发送天线3D由可发射第二无线信号S2的各种天线构成，朝向各固定局4～6发送第二无线信号S2。
这里，若设为角频率ωs、时刻t、相位偏移φs，则基准局3发送的第二无线信号S2所包含的载波相位Ps由以下的公式2表示。
[公式2]
Ps＝ωst+φs
第一固定局4配置于预先决定的场所，如图3所示，包括固定局用基准时钟电路4A、控制电路4B、无线信号接收电路4C、以及接收天线4D等而构成。该第一固定局4接收从移动局2发送的第一无线信号S1、和从基准局3发送的第二无线信号S2。
固定局用基准时钟电路4A例如包括振荡器而构成，生成第一固定局4工作的角频率ωf1的基准时钟Cf1。控制电路4B例如由微型计算机等构成，控制检测基准时钟Cf1与第一无线信号S1的相位差Δφmf1、和基准时钟Cf1与第二无线信号S2的相位差Δφsf1的动作。
这里，若设为角频率ωf1、时刻t、相位偏移φf1，则第一固定局4的基准时钟Cf1的相位Pf1由以下的公式3表示。
[公式3]
Pf1＝ωf1r+φf1
无线信号接收电路4C与接收天线4D和控制电路4B连接，例如具备混合器4C1、4C2、移相器4C3、相位检测电路(未图示)等。该无线信号接收电路4C提取出由接收天线4D接收到的第一无线信号S1所包含的载波相位Pm与基准时钟Cf1的相位Pf1的相位差Δφmf1、和由接收天线4D接收到的第二无线信号S2所包含的载波相位Ps与基准时钟Cf1的相位Pf1的相位差Δφsf1。
若具体地进行说明，则无线信号接收电路4C在混合器4C1中混合(转换)基准时钟Cf1和作为接收信号的第一无线信号S1(第二无线信号S2)生成I信号。另外，无线信号接收电路4C对从固定局用基准时钟电路4A输出的基准时钟Cf1在移相器4C3中将相位前进(推迟)90°，在混合器4C2中混合(转换)该前进了90°的基准时钟Cf1和作为接收信号的第一无线信号S1(第二无线信号S2)来生成Q信号。这些I信号和Q信号被输出至相位检测电路。相位检测电路计算第一无线信号S1的载波相位Pm与基准时钟Cf1的相位Pf1的相位差Δφmf1、和第二无线信号S2的载波相位Ps与基准时钟Cf1的相位Pf1的相位差Δφsf1。
第二固定局5配置于预先决定的场所，与第一固定局4同样地，包括固定局用基准时钟电路5A、控制电路5B、无线信号接收电路5C、以及接收天线5D等而构成。
固定局用基准时钟电路5A例如包括振荡器而构成，生成第二固定局5工作的角频率ωf2的基准时钟Cf2。控制电路5B例如由微型计算机等构成，控制检测基准时钟Cf2与第一无线信号S1的相位差Δφmf2、和基准时钟Cf2与第二无线信号S2的相位差Δφsf2的动作。此外，该情况下，第二固定局5和第一固定局4非同步地独立地工作，角频率ωf2和角频率ωf1设定为相互相同的角频率(ωf2＝ωf1)。
这里，若设为角频率ωf2、时刻t、相位偏移φf2，则第二固定局5的基准时钟Cf2的相位Pf2由以下的公式4表示。
[公式4]
Pf2＝ωf2t+φf2
无线信号接收电路5C连接于接收天线5D与控制电路5B之间，与第一固定局4的无线信号接收电路4C同样地构成。该无线信号接收电路5C计算由接收天线5D接收到的第一无线信号S1的载波相位Pm与基准时钟Cf2的相位Pf2的相位差Δφmf2、和由接收天线5D接收到的第二无线信号S2的载波相位Ps与基准时钟Cf2的相位Pf2的相位差Δφsf2。
第三固定局6配置于预先决定的场所，与第一固定局4同样地，包括固定局用基准时钟电路6A、控制电路6B、无线信号接收电路6C、以及接收天线6D等而构成。
固定局用基准时钟电路6A例如包括振荡器而构成，生成第三固定局6工作的角频率ωf3的基准时钟Cf3。控制电路6B例如由微型计算机等构成，控制检测基准时钟Cf3与第一无线信号S1的相位差Δφmf3、和基准时钟Cf2与第二无线信号S2的相位差Δφsf3的动作。此外，该情况下，第三固定局6和第一固定局4非同步地独立地工作，角频率ωf3和角频率ωf1设定为相互相同的角频率(ωf3＝ωf1)。
这里，若设为角频率ωf3、时刻t、相位偏移φf3，则第三固定局6的基准时钟Cf3的相位Pf3由以下的公式5表示。
[公式5]
Pf3＝ωf3t+φf3
无线信号接收电路6C连接于接收天线6D与控制电路6B之间，与第一固定局4的无线信号接收电路4C同样地构成。该无线信号接收电路6C计算由接收天线6D接收到的第一无线信号S1的载波相位Pm与基准时钟Cf3的相位Pf3的相位差Δφmf3、和由接收天线6D接收到的第二无线信号S2的载波相位Ps与基准时钟Cf3的相位Pf3的相位差Δφsf3。
服务器7与各固定局4～6连接，使用移动局2与各固定局4～6之间的相位差信息亦即相位差Δφmf1、Δφmf2、Δφmf3、和基准局3与各固定局4～6之间的相位差信息亦即相位差Δφsf1、Δφsf2、Δφsf3，计算移动局2的位置。此外，该情况下，服务器7与各固定局4～6的连接既可以是使用物理电缆的有线连接，也可以是无线连接。
接下来，使用图6至图9对本实施方式的位置检测系统1的位置检测方法进行说明。
首先，在步骤1中，作为第一无线信号发送步骤，移动局2朝向各固定局4～6发送第一无线信号S1。这里，移动局2在时刻t0a发送的第一无线信号S1的载波相位Pm由以下的公式6表示。
[公式6]
Pm＝ωmt0a+φm
在步骤2中，作为基准时钟相位差计算步骤，各固定局4～6求出接收到的第一无线信号S1的载波相位Pm与基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3的相位差Δφmf1～Δφmf3。即，若将第一固定局4接收第一无线信号S1的时刻设为t1a，则基准时钟Cf1的相位Pf1由以下的公式7表示，第一无线信号S1的载波相位Pm与基准时钟Cf1的相位Pf1的相位差Δφmf1由以下的公式8表示。
[公式7]
Pf1＝ωf1t1a+φf1
[公式8]
Δφmf1＝Pm-Pf1＝ωmt0a-ωf1t1a+φm-φf1
同样地，若将第二固定局5接收第一无线信号S1的时刻设为t2a，则基准时钟Cf2的相位Pf2由以下的公式9表示，第一无线信号S1的载波相位Pm与基准时钟Cf2的相位Pf2的相位差Δφmf2由以下的公式10表示。
[公式9]
Pf2＝ωf2t2a+φf2
[公式10]
Δφmf2＝Pm-Pf2＝ωmt0a-ωf2t2a+φm-φf2
同样地，若将第三固定局6接收第一无线信号S1的时刻设为t3a，则基准时钟Cf3的相位Pf3由以下的公式11表示，第一无线信号S1的载波相位Pm与基准时钟Cf3的相位Pf3的相位差Δφmf3由以下的公式12表示。
[公式11]
Pf3＝ωf3t3a+φf3
[公式12]
Δφmf3＝Pm-Pf3＝ωmt0a-ωf3t3a+φm-φf3
接下来，在步骤3中，作为第二无线信号发送步骤，基准局3朝向各固定局4～6发送第二无线信号S2。这里，基准局在时刻t0b发送的第二无线信号S2的载波相位Ps由以下的公式13表示。
[公式13]
Ps＝ωst0b+φs
在步骤4中，作为基准时钟相位差计算步骤，各固定局4～6求出接收到的第二无线信号S2的载波相位Ps与基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3的相位差Δφsf1～Δφsf3。即，若将第一固定局4接收第二无线信号S2的时刻设为t1b，则基准时钟Cf1的相位Pf1由以下的公式14表示，第二无线信号S2的载波相位Ps与基准时钟Cf1的相位Pf1的相位差Δφsf1由以下的公式15表示。
[公式14]
Pf1＝ωf1t1b+φf1
[公式15]
Δφsf1＝Ps-Pf1＝ωst0b-ωf1t1b+φs-φf1
同样地，若将第二固定局5接收第二无线信号S2的时刻设为t2b，则基准时钟Cf2的相位Pf2由以下的公式16表示，第二无线信号S2的载波相位Ps与基准时钟Cf2的相位Pf2的相位差Δφsf2由以下的公式17表示。
[公式16]
Pf2＝ωf2t2b+φf2
[公式17]
Δφsf3＝Ps-Pf3＝ωst0b-ωf3t3b+φs-φf2
同样地，若将第三固定局6接收第二无线信号S2的时刻设为t3b，则基准时钟Cf3的相位Pf3由以下的公式18表示，第二无线信号S2的载波相位Ps与基准时钟Cf3的相位Pf3的相位差Δφsf3由以下的公式19表示。
[公式18]
Pf3＝ωf3t3b+φf3
[公式19]
Δφsf3＝Ps-Pf3＝ωst0b-ωf3t3b+φs-φf3
接下来，在步骤5中，作为相位偏移消除步骤，服务器7使用在第一、第二固定局4、5中得到的相位差Δφmf1、Δφsf1、Δφmf2、Δφsf2，消除移动局2、基准局3、以及第一、第二固定局4、5中的基准时钟Cm、Cs、Cf1、Cf2的相位偏移φm、φs、φf1、φf2。即，如以下的公式20所示那样，通过从在第一固定局4中得到的相位差信息减去在第二固定局5中得到的相位差信息，来计算消除了移动局2、基准局3、以及第一、第二固定局4、5的相位偏移φm、φs、φf1、φf2后的相位差Δφ21。
[公式20]
Δφ21＝(Δφsf2-Δφmf2)-(Δφsf1-Δφmf1)
＝ωf2(t2a-t2b)-ωf1(t1a-t1b)
在步骤6中，作为载波相位差计算步骤，服务器7使用消除相位偏移φm、φs、φf1、φf2后的信息亦即相位差Δφ21，来计算第一固定局4与第二固定局5之间的载波相位差Δ21。即，通过使用由以下的公式21所示的频率偏差Δω表示公式20中的ωf1、ωf2，来如公式22所示那样计算载波相位差Δ21。
[公式21]
ωfn＝ω+Δωfn
(其中，n＝1、2、3)
[公式22]
Δ21＝ω(t2a-t1a)
＝Δφ21+ω(t2b-t1b)+Δωf1(t1a-t1b)-Δωf2(t2a-t2b)
这里，公式22的右边第二项所示的ω(t2b－t1b)根据配置于规定的位置的基准局3与各固定局4、5的关系预先求出。另外，频率偏差Δω足够小，若小到各固定局4、5中的第一无线信号S1的接收时刻与第二无线信号S2的接收时刻之间能够忽略的程度，则能够将公式22的第三项和第四项视为0(零)。由此，服务器7计算载波相位差Δ21。
在接着的步骤7中，作为距离差计算步骤，服务器7使用载波相位差Δ21来求出第一固定局4与移动局2之间的距离和第二固定局5与移动局2之间的距离的距离差Δr12(＝r1－r2)。该情况下，若求出载波相位差Δ21，则求出各固定局4、5中的第一无线信号S1(或者第二无线信号S2)的到来时间差，所以能够例如使用TDOA(Time Differential OfArrival：到达时间差)方式，来求出作为距离信息的距离差Δr12。
此外，载波相位差Δ21每隔2π周期性地表示，所以载波相位差Δ21的绝对值不被直接求出，有2nπ(其中，n是整数)的不确定性，针对载波相位差Δ21的距离差Δr12也无限地存在。例如，如图7所示，若将第一无线信号S1的波长设为λ1，则每次载波相位差Δ21成为2π，就计算波长λ1的整数倍的距离差Δr12。
为了消除该2nπ的不确定性，位置检测系统1在确定出移动局2的位置的状态下校正载波相位差Δ21，使其作为从该位置的变动量跟随。由此，位置检测系统1唯一地求出载波相位差Δ21，如图8所示，能够求出移动局2可能存在的距离差Δr12的双曲线。
接下来，在步骤8中，作为相位偏移消除步骤，服务器7使用在第一、第三固定局4、6中得到的相位差Δφmf1、Δφsf1、Δφmf3、Δφsf3，来消除移动局2、基准局3、以及第一、第三固定局4、6中的基准时钟Cm、Cs、Cf1、Cf2的相位偏移φm、φs、φf1、φf2。即，如以下的公式23所示那样，通过从在第一固定局4中得到的相位差信息减去在第三固定局6中得到的相位差信息，来计算消除了移动局2、基准局3、以及第一、第三固定局4、6的相位偏移φm、φs、φf1、φf3后的相位差Δφ31。
[公式23]
Δφ31＝(Δφsf3-Δφmf3)-(Δφsf1-Δφmf1)
＝ωf3(t3a-t3b)-ωf1(t1a-t1b)
在步骤9中，作为载波相位差计算步骤，服务器7使用消除了相位偏移φm、φs、φf1、φf3后的信息亦即相位差Δφ31，计算第一固定局4与第三固定局6之间的载波相位差Δ31。即，通过使用由公式21所示的频率偏差Δω来表示公式23中的ωf1、ωf3，从而如公式24所示那样计算载波相位差Δ31。
[公式24]
Δ31＝ω(t3a-t1a)
＝Δφ31+ω(t3b-t1b)+Δωfl(t1a-t1b)-Δωf3(t3a-t3b)
这里，公式24的右边第二项所示的ω(t3b-t1b)根据配置于规定的位置的基准局3与各固定局4、6的关系预先求出。另外，频率偏差Δω足够小，若小到各固定局4、6中的第一无线信号S1的接收时刻与第二无线信号S2的接收时刻之间能够忽略的程度，则能够将公式24的第三项和第四项视为0(零)。由此，服务器7计算载波相位差Δ31在接着的步骤10中，作为距离差计算步骤，服务器7使用载波相位差Δ31求出第一、第三固定局4、6与移动局2的距离差Δr13(＝r1-r3)。该情况下，能够例如使用TDOA方式根据载波相位差Δ31求出距离差Δr13。
在步骤11中，作为移动局位置计算步骤，服务器7根据求出的2个距离差Δr12、Δr13计算移动局2的位置。即，如图8所示，服务器7能够根据距离差Δr12的双曲线与距离差Δr13的双曲线的交点求出移动局2的位置。
这样，根据第一实施方式，位置检测系统1构成为使用移动局2与各固定局4～6之间的相位差信息、和基准局3与各固定局4～6之间的相位差信息，计算移动局2的位置。该情况下，因为使用到达各固定局4～6的第一无线信号S1的载波相位差Δ21、Δ31，所以能够实现比第一无线信号S1的波长λ1短的距离分辨率。由此，即使在提高距离分辨率进行移动局2的位置检测时，也能够使用窄带的无线信号，所以与使用脉冲信号的情况相比，能够缩窄无线信号的占用带宽。
另外，使用移动局2与各固定局4～6之间的相位差Δφmf1、Δφmf2、Δφmf3、和基准局3与各固定局4～6之间的相位差Δφsf1、Δφsf2、Δφsf3，消除移动局2、基准局3以及各固定局4～6的相位偏移φm、φs、φf1～φf3。由此，不需要在各固定局4～6、移动局2、基准局3之间获取同步，所以能够简化系统构造。
接下来，图1、图10至图12示出本发明的第二实施方式的位置检测系统。第二实施方式的特征在于，构成为在移动局中发送用于基准局发送第二无线信号的触发无线信号。此外，在第二实施方式中，对于与上述的第一实施方式相同的构成标注相同的附图标记，省略其说明。
第二实施方式的位置检测系统11几乎与第一实施方式的位置检测系统1同样地构成。因此，位置检测系统1包括移动局2、基准局12、第一固定局4、第二固定局5、第三固定局6、以及服务器7等而构成。其中，基准局12为了接收移动局2的触发无线信号St，而具备无线信号接收电路12D和、收发天线12F。该点与第一实施方式不同。
基准局12配置于预先决定的位置，如图10所示，包括基准局用基准时钟电路12A、控制电路12B、无线信号发送电路12C、无线信号接收电路12D、收发切换电路12E、以及收发天线12F等而构成。该基准局12在接收到移动局2发送的触发无线信号St时，朝向各固定局4～6发送第二无线信号S2。
基准局用基准时钟电路12A例如包括振荡器而构成，对于收发天线12F生成作为第二无线信号S2的基准的角频率ωs(载波频率)的基准时钟Cs。控制电路12B例如由微型计算机等构成，基准局12控制接收触发无线信号St，并间歇地发送第二无线信号S2的工作等。
无线信号发送电路12C与控制电路12B和收发切换电路12E连接，例如具备调制电路、放大器等。该无线信号发送电路12C基于基准时钟Cs生成第二无线信号S2。另一方面，无线信号接收电路12D与控制电路12B和收发切换电路12E连接，例如具备放大器、滤波器等。该无线信号接收电路12D放大由收发天线12F接收到的触发无线信号St，并且从触发无线信号St除去噪声并输出到控制电路12B。
收发切换电路12E连接无线信号发送电路12C以及无线信号接收电路12D与收发天线12F之间。该收发切换电路12E通过控制电路12B的指令切换收发，将来自无线信号发送电路12C的第二无线信号S2输出至收发天线12F，将由收发天线12F接收到的触发无线信号St输出至无线信号接收电路12D。收发天线12F由接收触发无线信号St且可发射第二无线信号S2的各种天线构成，将第二无线信号S2朝向各固定局4～6发送。
接下来，使用图11、图12对第二实施方式的位置检测系统11的位置检测方法进行说明。此外，该情况下，代替图9所示的第一实施方式的步骤1执行步骤21，代替步骤3执行步骤22。其他的构成与图9所示的第一实施方式相同，所以省略说明。
在步骤21中，作为无线信号发送步骤，移动局2朝向各固定局4～6发送第一无线信号S1，并且发送用于基准局12发送第二无线信号S2的触发无线信号St(参照图11)。此外，该触发无线信号St也可以发送与第一无线信号S1相同的无线信号。另外，触发无线信号St也可以例如通过各种信号调制作为与第一无线信号S1不同的无线信号发送。
在步骤22中，作为第二无线信号发送步骤，接收到触发无线信号St的基准局12朝向各固定局4～6发送第二无线信号S2。该情况下，在时刻tka接收到触发无线信号St的基准局12在经过规定的时间后发送第二无线信号S2即可。
这样，在第二实施方式中，也能够得到与第一实施方式几乎同样的作用效果。在第二实施方式中，构成为移动局2发送触发无线信号St，基准局12接收到移动局2发送的触发无线信号St时发送第二无线信号S2。由此，和基准局12与移动局2分开地发送第一无线信号S2的情况相比，能够缩短各固定局4～6接收来自移动局2的第一无线信号S1的时刻t1a、t2a、t3a与各固定局4～6接收来自基准局12的第二无线信号S2的时刻t1b、t2b、t3b的间隔(t1b－t1a、t2b－t2a、t3b－t3a)。其结果，能够将各固定局4～6的频率偏差所引起的相位旋转抑制得较小，所以能够提高相位修正的精度，实现位置检测的高精度化。
接下来，对本发明的第三实施方式的位置检测系统进行说明。第三实施方式的特征在于，构成为移动局用基准时钟电路和基准局用基准时钟电路生成与各固定局用基准时钟电路相同的频率(角频率)的基准时钟。此外，在第三实施方式中，对于与上述的第一、第二实施方式相同的构成标注相同的附图标记，省略其说明。另外，第三实施方式的位置检测系统的位置检测方法与上述的第二实施方式的位置检测系统的位置检测方法相同，所以其说明省略。
第三实施方式的位置检测系统21与第二实施方式的位置检测系统11几乎同样地构成。因此，位置检测系统21包括移动局2、基准局12、第一固定局4、第二固定局5、第三固定局6、以及服务器7等而构成。
这里，移动局2的移动局用基准时钟电路2A生成与各固定局4～6的固定局用基准时钟电路4A～6A相同的角频率ωm的基准时钟Cm。即，作为第一无线信号S1的载波频率的角频率ωm和各固定局用基准时钟电路4A～6A的角频率ωf1～ωf3满足以下的公式25的关系。
[公式25]
ωm＝ωf1＝ωf2＝ωf3
另外，基准局12的基准局用基准时钟电路12A生成与各固定局4～6的固定局用基准时钟电路4A～6A相同的角频率ωs的基准时钟Cs。即，作为第二无线信号S2的载波频率的角频率ωs和各固定局用基准时钟电路4A～6A的角频率ωf1～ωf3满足以下的公式26的关系。
[公式26]
ωs＝ωf1＝ωf2＝ωf3
这样，在第三实施方式中，也能够得到与第一、第二实施方式几乎同样的作用效果。在第三实施方式中，构成为移动局用基准时钟电路2A和基准局用基准时钟电路12A生成与各固定局用基准时钟电路4A～6A相同的角频率ωm、ωs的基准时钟Cm、Cs。该情况下，作为第一、第二无线信号S1、S2的载波频率的角频率ωm、ωs和各固定局4～6的基准时钟Cf1～Cf3的角频率ωf1～ωf3相同，所以在相位检测定时偏移的情况下，第一、第二无线信号S1、S2的载波相位Pm、Ps与各固定局4～6的基准时钟相位Pf1～Pf3之间的相位差Δφmf1～φmf3、Δφsf1～φsf3几乎没有变化。因此，测定偏差减少，所以能够实现位置检测的高精度化。
即，在第一、第二无线信号S1、S2的角频率ωm、ωs与各固定局4～6的角频率ωf1～ωf3相同的情况下，通过计算载波相位Pm、Ps与各固定局4～6的基准时钟相位Pf1～Pf3的差分，能够抵消相位检测定时的偏移。其结果，能够构成为使第一、第二无线信号S1、S2的载波相位Pm、Ps与各固定局4～6的基准时钟相位Pf1～Pf3之间的相位差Δφmf1～φmf3、Δφsf1～φsf3不取决于测定的时刻，所以能够抑制测定的偏差，高精度地计算移动局2的位置。
接下来，图1、图13、图14示出本发明的第四实施方式的位置检测系统。第四实施方式的特征在于，构成为移动局以规定的时间间隔发送触发无线信号和第一无线信号。此外，在第四实施方式中，对于与上述的第一、第二实施方式相同的构成标注相同的附图标记，省略其说明。
第四实施方式的位置检测系统31与第二实施方式的位置检测系统11几乎同样地构成。因此，位置检测系统21包括移动局2、基准局12、第一固定局4、第二固定局5、第三固定局6、以及服务器7等而构成。
接下来，使用图13、图14对第四实施方式的位置检测系统31的位置检测方法进行说明。此外，该情况下，代替图9所示的第一实施方式的步骤1至步骤4，执行步骤31至步骤35。其他的构成与图9所示的第一实施方式相同，所以省略说明。
在步骤31中，作为触发无线信号发送步骤，移动局2朝向基准局12发送触发无线信号St。该情况下，如图13所示，移动局2在时刻ti发送触发无线信号St。
在步骤32中，作为第二无线信号发送步骤，接收到触发无线信号St的基准局12朝向各固定局4～6发送第二无线信号S2。该情况下，在时刻tk接收到触发无线信号St的基准局12在经过规定的时间后的时刻t0a发送第二无线信号S2即可。
在步骤33中，作为基准时钟相位差计算步骤，各固定局4～6求出接收到的第二无线信号S2的载波相位Ps与基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3的相位差Δφsf1～φsf3。即，与上述的第一实施方式同样地，使用各固定局4～6接收第二无线信号S2的时刻t1a～t3a分别求出基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3，分别求出第二无线信号S2的载波相位Ps与基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3的相位差Δφsf1～Δφsf3。
在步骤34中，作为第一无线信号发送步骤，移动局2朝向各固定局4～6发送第一无线信号S1。该情况下，移动局2以规定的时间间隔Tgap发送触发无线信号St和第一无线信号S1。即，触发无线信号St的发送时刻ti和第一无线信号S1的发送时刻t0b相差时间间隔Tgap(Tgap＝t0b－ti)。
在步骤35中，作为基准时钟相位差计算步骤，各固定局4～6求出接收到的第一无线信号S1的载波相位Pm与基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3的相位差Δφmf1～φmf3。即，与上述的第一实施方式同样地，使用各固定局4～6接收第一无线信号S1的时刻t1b～t3b分别求出基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3，分别求出第一无线信号S1的载波相位Pm与基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3的相位差Δφmf1～Δφmf3。
这样，在第四实施方式中，也能够得到与第一、第二实施方式几乎同样的作用效果。在第四实施方式中，构成为移动局2以规定的时间间隔Tgap发送触发无线信号St和第一无线信号S1。该情况下，移动局2能够不接收来自接收到触发无线信号St的基准局12的第二无线信号S2就发送第一无线信号S1。由此，能够缩短各固定局4～6接收来自移动局2的第一无线信号S1的时刻t1b～t3b与各固定局4～6接收来自基准局12的第二无线信号S2的时刻t1a～t3a的间隔。其结果，能够将各固定局4～6的频率偏差所引起的相位旋转抑制得较小，所以能够提高相位修正的精度，实现位置检测的高精度化。
接下来，图15至图17示出本发明的第五实施方式的位置检测系统。第五实施方式的特征在于，构成为第一固定局兼具基准局的功能。此外，在第五实施方式中，对于与上述的第一实施方式相同的构成标注相同的附图标记，省略其说明。
第五实施方式的位置检测系统41与第一实施方式的位置检测系统1几乎同样地构成。因此，位置检测系统41包括移动局2、第一固定局42、第二固定局5、第三固定局6、以及服务器7等而构成。其中，为了第一固定局42兼具基准局的功能，而具备无线信号发送电路42C和收发天线42F。该点与第一实施方式不同。
第一固定局42配置于预先决定的位置，如图16所示，包括固定局用基准时钟电路42A、控制电路42B、无线信号发送电路42C、无线信号接收电路42D、收发切换电路42E、以及收发天线42F等而构成。该第一固定局42兼具基准局的功能，朝向各固定局5、6发送第二无线信号S2。
固定局用基准时钟电路42A例如包括振荡器而构成，对于收发天线42F生成作为第二无线信号S2的基准的角频率ωf1(载波频率)的基准时钟Cf1。控制电路42B例如由微型计算机等构成，控制第一固定局42间歇地发送第二无线信号S2的工作等。
无线信号发送电路42C与控制电路42B和收发切换电路42E连接，例如具备调制电路、放大器等。该无线信号发送电路42C基于基准时钟Cf1生成第二无线信号S2。另一方面，无线信号接收电路42D与控制电路42B和收发切换电路42E连接，例如具备混合器、移相器(均未图示)等。该无线信号接收电路42D计算由收发天线42F接收到的第一无线信号S1的载波相位Pm与基准时钟Cf1的相位Pf1的相位差Δφmf1。
收发切换电路42E连接无线信号发送电路42C以及无线信号接收电路42D与收发天线42F之间。该收发切换电路42E通过控制电路42B的指令切换收发，将来自无线信号发送电路42C的第二无线信号S2输出到收发天线42F，将由收发天线42F接收到的第一无线信号S1输出到无线信号接收电路42D。收发天线42F由可发射第二无线信号S2的各种天线构成，朝向各固定局5、6发送第二无线信号S2。
接下来，对第五实施方式的位置检测系统41的位置检测方法进行说明。第五实施方式的位置检测系统41与上述的第一实施方式的位置检测系统1同样地，使用图9所示的位置检测方法计算移动局2的位置。
此外，该情况下，作为第一固定局42与第二固定局5之间的相位偏移消除步骤，服务器7求出在第一固定局42中得到的一个相位差信息(基于第一无线信号S1的相位差信息)和在第二固定局5中得到的2个相位差信息(基于第一无线信号S1的相位差信息和基于第二无线信号S2的相位差信息)的差分，来消除移动局2以及第一、第二固定局42、5的相位偏移φm、φf1、φf2。即，第一固定局42兼具基准局的功能，所以通过使用三个相位差信息，来消除移动局2以及第一、第二固定局42、5的相位偏移φm、φf1、φf2。
同样地，作为第一固定局42与第三固定局6之间的相位偏移消除步骤，服务器7通过求出在第一固定局42中得到的一个相位差信息(基于第一无线信号S1的相位差信息)和在第三固定局6中得到的2个相位差信息(基于第一无线信号S1的相位差信息和基于第二无线信号S2的相位差信息)的差分，来消除移动局2以及第一、第三固定局42、6的相位偏移φm、φf1、φf3。
这样，在第五实施方式中，也能够得到与第一实施方式几乎同样的作用效果。在第五实施方式中，构成为第一固定局42兼具基准局的功能，发送第二无线信号S2。该情况下，能够使用从第一固定局42发送的第二无线信号S2，消除移动局2以及各固定局4～6的相位偏移φm、φf1～φf3，所以不需要另外设置基准局。其结果，能够简易地构建系统，所以能够抑制成本。
接下来，图1、图18至图20示出本发明的第六实施方式的位置检测系统。第六实施方式的特征在于，构成为移动局发送两种以上的载波频率的第一无线信号。此外，在第六实施方式中，对于与上述的第一、第二实施方式相同的构成标注相同的附图标记，省略其说明。
第六实施方式的位置检测系统51与第二实施方式的位置检测系统11几乎同样地构成。因此，位置检测系统51包括移动局2、基准局12、第一固定局4、第二固定局5、第三固定局6、以及服务器7等而构成。
这里，移动局2朝向各固定局4～6发送两种载波频率(角频率)的第一无线信号S1、S1′。该情况下，移动局2的移动局用基准时钟电路2A生成2个频率的基准时钟Cm、Cm′。即，移动局用基准时钟电路2A生成作为第一无线信号S1的基准的角频率ωm的基准时钟Cm、和作为第一无线信号S1′的基准的角频率ωm′的基准时钟Cm′。
接下来，使用图18至图20对第六实施方式的位置检测系统51的位置检测方法进行说明。
首先，在步骤41中，作为第一无线信号发送步骤，移动局2朝向各固定局4～6发送第一无线信号S1，并且发送用于基准局12发送第二无线信号S2的触发无线信号St(参照图18)。
在步骤42中，作为基准时钟相位差计算步骤，各固定局4～6求出接收到的第一无线信号S1的载波相位Pm与基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3的相位差Δφmf1～φmf3(参照公式6至公式12)。
接下来，在步骤43中，作为第二无线信号发送步骤，接收到触发无线信号St的基准局12朝向各固定局4～6发送第二无线信号S2。该情况下，在时刻tka接收到触发无线信号St的基准局12在经过规定的时间后发送第二无线信号S2即可。
在步骤44中，作为基准时钟相位差计算步骤，各固定局4～6求出接收到的第二无线信号S2的载波相位Ps与基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3的相位差Δφsf1～φsf3(参照公式13至公式19)。
接下来，在步骤45中，移动局2朝向各固定局4～6发送载波频率与第一无线信号S1不同的第一无线信号S1′。即，移动局用基准时钟电路2A生成作为第一无线信号S1′的基准的角频率ωm′的基准时钟Cm′，并经由发送天线2D发送第一无线信号S1′。这里，移动局2在时刻t0c发送的第一无线信号S1′的载波相位Pm′由以下的公式27表示。
[公式27]
Pm′＝ωm′t0c+φm
在步骤46中，作为基准时钟相位差计算步骤，各固定局4～6求出接收到的第一无线信号S1′的载波相位Pm′与基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3的相位差Δφmf1′～Δφmf3′。即，若将第一固定局4接收第一无线信号S1′的时刻设为t1c，则基准时钟Cf1的相位Pf1由以下的公式28表示，第一无线信号S1′的载波相位Pm′与基准时钟Cf1的相位Pf1的相位差Δφmf1′由以下的公式29表示。
[公式28]
Pf1＝ωf1t1c+φf1
[公式29]
Δφmf1′＝Pm′-Pf1＝ωm′t0c-ωf1t1c+φm-φf1
同样地，若将第二固定局5接收第一无线信号S1′的时刻设为t2c，则基准时钟Cf2的相位Pf2由以下的公式30表示，第一无线信号S1′的载波相位Pm′与基准时钟Cf2的相位Pf2的相位差Δφmf2′由以下的公式31表示。
[公式30]
Pf2＝ωf2t2c+φf2
[公式31]
Δφmf2′＝Pm′-Pf2＝ωm′t0c-ωf2t2c+φm-φf2
同样地，若将第三固定局6接收第一无线信号S1′的时刻设为t3c，则基准时钟Cf3的相位Pf3由以下的公式32表示，第一无线信号S1′的载波相位Pm′与基准时钟Cf3的相位Pf3的相位差Δφmf3′由以下的公式33表示。
[公式32]
PF3＝ωf3t3c+φf3
[公式33]
Δφmf3′＝Pm′-Pf3＝ωm′t0c-ωf3t3c+φm-φf3
接下来，在步骤47中，作为相位偏移消除步骤，服务器7使用在第一、第二固定局4、5中得到的相位差Δφmf1、Δφsf1、Δφmf1′、Δφmf2、Δφsf2、Δφmf2′，消除移动局2、基准局3、以及第一、第二固定局4、5中的基准时钟Cm、Cs、Cf1、Cf2的相位偏移φm、φs、φf1、φf2。即，使用上述公式20计算相位差Δφ21，使用以下的公式34计算相位差Δφ21′。
[公式34]
Δφ21′＝(Δφmf2′-Δφsf2)-(Δφmf1′-Δφsf1)
＝ωf1(t1c-t1b)-ωf2(t2c-t2b)
在步骤48中，作为载波相位差计算步骤，服务器7使用消除了相位偏移φm、φs、φf1、φf2后的信息亦即相位差Δφ21、Δφ21′，计算第一固定局4与第二固定局5之间的载波相位差Δ21、Δ21′。即，使用上述公式22计算载波相位差Δ21，通过以下的公式35计算使用了第一无线信号S1′的载波相位差Δ21′。
[公式35]
Δ21′＝ω(t1c-t2c)
Δφ21′+ω(t1b-t2b)-Δωf1(t1c-t1b)+Δωf2(t2c-t2b)
在接着的步骤49中，作为距离差计算步骤，服务器7使用载波相位差Δ21、Δ21′求出第一固定局4与移动局2之间的距离和第二固定局5与移动局2之间的距离的距离差Δr12。此外，如图19所示，若将第一无线信号S1的波长设为λ1，则每次载波相位差Δ21成为2π，均计算波长λ1的整数倍的距离差Δr12。另外，若将第一无线信号S1′的波长设为λ2，则每次载波相位差Δ21′成为2π，计算出波长λ2的整数倍的距离差Δr12。
该情况下，载波相位差Δ21和载波相位差Δ21′因为各自的反复周期亦即基准时钟Cm、Cm′的角频率ωm、ωm′不同，所以通过使用相位差的差DP(＝Δ21－Δ21′)，能够求出载波相位差Δ21和载波相位差Δ21′是几周(参照图19)。即，例如角频率ωm是2.44GHz，角频率ωm′是2.45GHz的情况下，各波长λ1、λ2为12.29cm和12.36cm。而且，载波相位差Δ21、Δ21′的差DP每30m反复，若位置检测系统51的可采取的范围在30m以内，则能够唯一地求出载波相位差Δ21、Δ21′。
接下来，在步骤50中，作为相位偏移消除步骤，服务器7使用在第一、第三固定局4、6中得到的相位差Δφmf1、Δφsf1、Δφmf1′、Δφmf3、Δφsf3、Δφmf3′，消除移动局2、基准局3、以及第一、第三固定局4、6中的基准时钟Cm、Cs、Cf1、Cf3的相位偏移φm、φs、φf1、φf3。即，使用上述公式23式计算相位差Δφ31，使用以下的公式36计算相位差Δφ31′。
[公式36]
Δφ31′＝(Δφmf3′-Δφsf3)-(Δφmf1′-Δφsf1)
＝ωf1(t1c-t1b)-ωf3(t3c-t3b)
在步骤51中，作为载波相位差计算步骤，服务器7使用消除了相位偏移φm、φs、φf1、φf3后的信息亦即相位差Δφ31、Δφ31′，计算第一固定局4与第三固定局6之间的载波相位差Δ31、Δ31′。即，使用上述公式24计算载波相位差Δ31，通过以下的公式37计算使用第一无线信号S1′的载波相位差Δ31′。
[公式37]
Δ31′＝ω(t1c-t3c)
＝Δφ31′+ω(t1b-t3b)-Δωf1(t1c-t1b)+Δωf3(t3c-t3b)
在接着的步骤52中，作为距离差计算步骤，服务器7使用载波相位差Δ31、Δ31′，求出第一固定局4与移动局2之间的距离、和第三固定局6与移动局2之间的距离的距离差Δr13。即，与求出距离差Δr12时同样地，通过求出载波相位差Δ31与载波相位差Δ31′的差，能够唯一地求出载波相位差Δ31、Δ31′。
在步骤53中，作为移动局位置计算步骤，服务器7根据求出的2个距离差Δr12、Δr13计算移动局2的位置。即，服务器7能够根据距离差Δr12的双曲线与距离差Δr13的双曲线的交点求出移动局2的位置。
这样，在第六实施方式中，也能够得到与第一实施方式几乎同样的作用效果。在第六实施方式中，构成为移动局用基准时钟电路2A具有生成2个频率的基准时钟Cm、Cm′的功能，移动局2发送两种角频率ωm、ωm′的第一无线信号S1、S1′。该情况下，使用一个角频率ωm检测到的载波相位差Δ21(Δ31)和使用其他的角频率ωm′检测到的载波相位差Δ21′(Δ31′)因为各自的反复周期不同，所以能够使用2个载波相位差Δ21、Δ21′(Δ31、Δ31′)的差DP，求出2个载波相位差Δ21、Δ21′(Δ31、Δ31′)是几周。由此，相位差的周期性变长，和相位相关的不确定性消除而能够求出绝对相位，从而能够高精度地计算移动局2的位置。
接下来，图1、图21、图22示出本发明的第七实施方式的位置检测系统。第七实施方式的特征在于，构成为基准局发送两种以上的载波频率的第二无线信号。此外，在第七实施方式中，对于与上述的第一、第二实施方式相同的构成标注相同附图标记，省略其说明。
第七实施方式的位置检测系统61与第二实施方式的位置检测系统11几乎同样地构成。因此，位置检测系统61包括移动局2、基准局12、第一固定局4、第二固定局5、第三固定局6、以及服务器7等而构成。
这里，基准局12朝向各固定局4～6发送两种载波频率(角频率)的第二无线信号S2、S2′。该情况下，基准局12的基准局用基准时钟电路12A生成2个频率的基准时钟Cs、Cs′。即，基准局用基准时钟电路12A生成作为第二无线信号S2的基准的角频率ωs的基准时钟Cs和作为第二无线信号S2′的基准的角频率ωs′的基准时钟Cs′。此外，这里，第二无线信号S2的角频率ωs由与移动局2的第一无线信号S1的角频率ωm相同的角频率构成，第二无线信号S2′的角频率ωs′由与移动局2的第一无线信号S1′的角频率ωm′相同的角频率构成。
接下来，使用图21、图22，对第七实施方式的位置检测系统61的位置检测方法进行说明。此外，该情况下，代替图20所示的第六实施方式的步骤45至步骤53，执行步骤61至步骤71。其他的构成与图20所示的第六实施方式相同，所以省略说明。
在步骤61中，移动局2朝向各固定局4～6发送载波频率与第一无线信号S1不同的第一无线信号S1′，并且发送用于基准局12发送第二无线信号S2′的触发无线信号St′(参照图21)。这里，移动局2在时刻t0c的瞬间发送的第一无线信号S1′的载波相位Pm′由上述公式27表示。
在步骤62中，作为基准时钟相位差计算步骤，各固定局4～6求出接收到的第一无线信号S1′的载波相位Pm′与基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3的相位差Δφmf1′～φmf3′(参照公式27至公式33)。
接下来，在步骤63中，作为第二无线信号发送步骤，接收到触发无线信号St′的基准局12朝向各固定局4～6发送载波频率与第二无线信号S2不同的第二无线信号S2′。即，基准局用基准时钟电路12A生成作为第二无线信号S2′的基准的角频率ωs′的基准时钟Cs′，并经由收发天线12F发送第二无线信号S2′。该情况下，在时刻tkc接收到触发无线信号St′的基准局12经过规定的时间后发送第二无线信号S2′即可。另外，基准局12在时刻t0d发送的第二无线信号S2′的载波相位Ps′由以下的公式38表示。
[公式38]
Ps′＝ωs′t0d+φs
在步骤64中，作为基准时钟相位差计算步骤，各固定局4～6求出接收到的第二无线信号S2′的载波相位Ps′与基准时钟Cf1～Cf3的相位Pf1～Pf3的相位差Δφsf1′～φsf3′。即，若将第一固定局4接收第二无线信号S2′的时刻设为t1d，则基准时钟Cf1的相位Pf1由以下的公式39表示，第二无线信号S2′的载波相位Ps′与基准时钟Cf1的相位Pf1的相位差Δφsf1′由以下的公式40表示。
[公式39]
Pf1＝ωf1t1d+φf1
[公式40]
Δφsf1′＝Ps′-Pf1＝ωs′t0d-ωf1t1d+φs-φf1
同样地，若将第二固定局5接收第二无线信号S2′的时刻设为t2d，则基准时钟Cf2的相位Pf2由以下的公式41表示，第二无线信号S2′的载波相位Ps′与基准时钟Cf2的相位Pf2的相位差Δφsf2′由以下的公式42表示。
[公式41]
Pf2＝ωf2t2d+φf2
[公式42]
Δφsf2′＝Ps′-Pf2＝ωs′t0d-ωf2t2d+φs-φf2
同样地，若将第三固定局6接收第二无线信号S2′的时刻设为t3d，则基准时钟Cf3的相位Pf3由以下的公式43表示，第二无线信号S2′的载波相位Ps′与基准时钟Cf3的相位Pf3的相位差Δφsf3′由以下的公式44表示。
[公式43]
Pf3＝ωf3t3d+φf3
[公式44]
Δφsf3′＝Ps′-Pf3＝ωs′t0d-ωf3t3d+φs-φf3
接下来，在步骤65中，作为相位偏移消除步骤，服务器7使用在第一、第二固定局4、5中得到的相位差Δφmf1、Δφsf1、Δφmf1′、Δφsf1′、Δφmf2、Δφsf2、Δφmf2′、Δφsf2′，消除移动局2、基准局3、以及第一、第二固定局4、5中的基准时钟Cm、Cs、Cf1、Cf2的相位偏移φm、φs、φf1、φf2。即，使用上述公式20计算相位差Δφ21，使用以下的公式45计算相位差Δφ21″。
[公式45]
Δφ21″＝(Δφsf2′-Δφmf2′)-(Δφsf1′-Δφmf1′)
＝ωf2(t2c-t2d)-ωf1(t1c-t1d)
在步骤66中，作为载波相位差计算步骤，服务器7使用消除了相位偏移φm、φs、φf1、φf2后的信息亦即相位差Δφ21、Δφ21″计算第一固定局4与第二固定局5之间的载波相位差Δ21、Δ21″。即，使用上述公式22来计算载波相位差Δ21，通过以下的公式46计算使用了第二无线信号S2′的载波相位差Δ21″。
[公式46]
Δ21″＝ω(t2c-t1c)
＝Δφ21″+ω(t2d-t1d)+Δωf1(t1c-t1d)-Δωf2(t2c-t2d)
在接着的步骤67中，作为距离差计算步骤，服务器7使用载波相位差Δ21、Δ21″，求出第一固定局4与移动局2之间的距离和第二固定局5与移动局2之间的距离的距离差Δr12。该情况下，载波相位差Δ21和载波相位差Δ21″因为各自的反复周期亦即基准时钟Cm、Cm′的角频率ωm、ωm′不同，所以通过使用相位差的差(＝Δ21-Δ21″)，能够唯一地求出载波相位差Δ21、Δ21″。
接下来，在步骤68中，作为相位偏移消除步骤，服务器7使用在第一、第三固定局4、6中得到的相位差Δφmf1、Δφsf1、Δφmf1′、Δφsf1′、Δφmf3、Δφsf3、Δφmf3′、Δφsf3′，消除移动局2、基准局3、以及第一、第三固定局4、6中的基准时钟Cm、Cs、Cf1、Cf3的相位偏移φm、φs、φf1、φf3。即，使用上述公式23计算相位差Δφ31，使用以下的公式47计算相位差Δφ31″。
[公式47]
Δφ31″＝(Δφsf3′-Δφmf3′)-(Δφsf1′-Δφmf1′)
＝ωf3(t3c-t3d)-ωf1(t1c-t1d)
在步骤69中，作为载波相位差计算步骤，服务器7使用消除了相位偏移φm、φs、φf1、φf3后的信息亦即相位差Δφ31、Δφ31″，计算第一固定局4与第三固定局6之间的载波相位差Δ31、Δ31″。即，使用上述公式24计算载波相位差Δ31，通过以下的公式48计算使用了第二无线信号S2′的载波相位差Δ31″。
[公式48]
Δ31″＝ω(t3c-t1c)
＝Δφ31″+ω(t3d-t1d)+Δωf1(t1c-t1d)-Δωt3(t3c-t3d)
在接着的步骤70中，作为距离差计算步骤，服务器7使用载波相位差Δ31、Δ31″求出第一固定局4与移动局2之间的距离和第三固定局6与移动局2之间的距离亦即距离差Δr13。该情况下，载波相位差Δ31和载波相位差Δ31″因为各自的反复周期亦即基准时钟Cm、Cm′的角频率ωm、ωm′不同，所以能够通过使用相位差的差(＝Δ31-Δ31″)，来唯一地求出载波相位差Δ31、Δ31″。
在步骤71中，作为移动局位置计算步骤，服务器7根据求出的2个距离差Δr12、Δr13计算移动局2的位置。即，服务器7能够根据距离差Δr12的双曲线与距离差Δr13的双曲线的交点求出移动局2的位置。
这样，在第七实施方式中，也能够得到与第一实施方式几乎同样的作用效果。在第七实施方式中，构成为基准局12发送与移动局2相同的两种角频率ωs、ωs′的第二无线信号S2、S2′。由此，通过使用2个角频率ωs、ωs′的载波相位差Δ31、Δ31″，从而相位差的周期性变长，能够唯一地求出移动局2与各固定局4～6的距离差Δr12、Δr13。另外，通过使用移动局2的两种角频率ωm、ωm′的第一无线信号S1、S1′和基准局12的两种角频率ωs、ωs′的第二无线信号S2、S2′，进行相位修正，能够提高相位修正的精度，能够高精度地计算移动局2的位置。
此外，在上述第一实施方式中，构成为位置检测系统1具备3个固定局4～6。但是，本发明并不局限于此，也可以构成为位置检测系统具备4个以上的固定局。该点在第二至第七的实施方式也相同。
另外，在上述第一实施方式中，构成为在移动局2发送第一无线信号S1后，基准局3发送第二无线信号S2。但是，本发明并不局限于此，也可以构成为在基准局发送第二无线信号后，移动局发送第一无线信号。
另外，在上述第一实施方式中，构成为服务器7根据第一固定局4与第二固定局5之间的距离差Δr12的双曲线、和第一固定局4与第三固定局6之间的距离差Δr13的双曲线的交点求出移动局2的位置。但是，本发明并不局限于此，也可以构成为服务器还求出第二固定局与第三固定局之间的距离差Δr23(＝r2－r3)的双曲线，并根据距离差Δr12、Δr13、Δr23的3个双曲线求出移动局的位置。
另外，在上述第一实施方式中，构成为位置检测系统1具备一个移动局2。但是，本发明并不局限于此，也可以构成为位置检测系统具备2个以上的移动局。该情况下，例如，也可以构成为对移动局发送的第一无线信号添加ID信息，识别个体即可。该点在第二至第七实施方式也同样。
另外，在上述第三实施方式中，构成为移动局用基准时钟电路2A和基准局用基准时钟电路3A生成与各固定局用基准时钟电路4A～6A相同的角频率的基准时钟Cm、Cs。但是，本发明并不局限于此，也可以构成为移动局用基准时钟电路和基准局用基准时钟电路的至少任意一方生成与各固定局用基准时钟电路4A～6A相同的角频率的基准时钟。
另外，在上述第五实施方式中，构成为第一固定局42兼具基准局的功能，朝向各固定局5、6发送第二无线信号S2。但是，本发明并不局限于此，也可以构成为第二固定局或者第三固定局兼具基准局的功能，发送第二无线信号。并且，也可以构成为各固定局中2个以上的固定局兼具基准局的功能，发送第二无线信号。
另外，在上述第六实施方式中，构成为移动局用基准时钟电路2A具有生成2个角频率ωm、ωm′的基准时钟Cm、Cm′的功能、移动局发送两种第一无线信号S1、S1′。但是，本发明并不局限于此，也可以构成为移动局用基准时钟电路生成3个以上的角频率的基准时钟，移动局发送3种以上的第一无线信号。关于该点第七实施方式也相同。
另外，在上述第七实施方式中，构成为使用第一无线信号S1和第二无线信号S2求出载波相位差Δ21、Δ31，使用第一无线信号S1′和第二无线信号S2′求出载波相位差Δ21″、Δ31″。但是，本发明并不局限于此，也可以使用第一无线信号S1和第二无线信号S2′来求出载波相位差。另外，也可以使用第一无线信号S1′和第二无线信号S2求出载波相位差。
另外，在上述第七实施方式中，构成为基准局用基准时钟电路12A具有生成2个角频率ωs、ωs′的基准时钟Cs、Cs′的功能，基准局发送两种第二无线信号S2、S2′。但是，本发明并不局限于此，也可以构成为基准局用基准时钟电路生成3个以上的角频率的基准时钟，基准局发送3种以上的第二无线信号。
附图标记说明
1、11、21、31、41、51、61...位置检测系统；2...移动局；2A...移动局用基准时钟电路；2C、3C、12C、42C...无线信号发送电路；2D、3D、4D、5D、6D...发送天线；3、12...基准局；3A、12A...基准局用基准时钟电路；4、42...第一固定局；4A、5A、6A、42A...固定局用基准时钟电路；4C、5C、6C、12D、42D...无线信号接收电路；5...第二固定局；6...第三固定局；12F、42F...收发天线。

Claims (14)

1.一种位置检测系统，其特征在于，
是由移动局、基准局、以及至少3个以上的固定局构成的位置检测系统，其中，
上述移动局具有移动局用基准时钟电路、无线信号发送电路、以及发送天线，上述移动局用基准时钟电路生成作为第一无线信号的基准的载波频率的基准时钟，
上述基准局具有基准局用基准时钟电路、无线信号发送电路、以及发送天线，上述基准局用基准时钟电路生成作为第二无线信号的基准的载波频率的基准时钟，
上述固定局具有固定局用基准时钟电路、无线信号接收电路、以及接收天线，
3个以上的上述固定局的上述固定局用基准时钟电路分别非同步地独立地工作，并生成相互相同的频率的基准时钟，
上述移动局间歇地发送基于上述移动局用基准时钟电路的载波的基准时钟的上述第一无线信号，
上述基准局配置于预先决定的位置且间歇地发送基于上述基准局用基准时钟电路的载波的基准时钟的上述第二无线信号，
上述各固定局接收上述第一无线信号并分别提取出该第一无线信号所包含的载波相位与上述各固定局的上述各基准时钟的相位的相位差，接收上述第二无线信号并分别提取出该第二无线信号所包含的载波相位与上述各固定局的上述各基准时钟的相位的相位差，
使用上述移动局与上述各固定局之间的相位差信息、和上述基准局与上述各固定局之间的相位差信息，消除上述各固定局的上述基准时钟的相位偏移，得到上述各固定局与上述移动局之间的距离信息，并计算上述移动局的位置。
2.根据权利要求1所述的位置检测系统，其特征在于，
上述移动局发送用于上述基准局发送上述第二无线信号的触发无线信号，
上述基准局具有无线信号接收电路和接收天线，
上述基准局在接收到上述移动局发送的上述触发无线信号时发送上述第二无线信号。
3.根据权利要求1所述的位置检测系统，其特征在于，
上述移动局的上述移动局用基准时钟电路和上述基准局的上述基准局用基准时钟电路的至少任意一方生成与上述各固定局的上述各固定局用基准时钟电路相同的频率的基准时钟。
4.根据权利要求2所述的位置检测系统，其特征在于，
上述移动局以规定的时间间隔发送上述触发无线信号和上述第一无线信号。
5.根据权利要求1所述的位置检测系统，其特征在于，
3个以上的上述固定局中至少一个固定局兼具上述基准局的功能，并发送上述第二无线信号。
6.根据权利要求1所述的位置检测系统，其特征在于，
上述移动局的上述移动局用基准时钟电路具有生成2个以上的频率的基准时钟的功能，
上述移动局发送两种以上的载波频率的上述第一无线信号。
7.根据权利要求6所述的位置检测系统，其特征在于，
上述基准局发送与上述移动局相同的两种以上的载波频率的上述第二无线信号。
8.一种位置检测方法，其特征在于，
是使用了由移动局、基准局、以及至少3个以上的固定局构成的位置检测系统的位置检测方法，其中，
上述移动局具有移动局用基准时钟电路、无线信号发送电路、以及发送天线，上述移动局用基准时钟电路生成作为第一无线信号的基准的载波频率的基准时钟，
上述基准局具有基准局用基准时钟电路、无线信号发送电路、以及发送天线，上述基准局用基准时钟电路生成作为第二无线信号的基准的载波频率的基准时钟，
上述固定局具有固定局用基准时钟电路、无线信号接收电路、以及接收天线，
3个以上的上述固定局的上述固定局用基准时钟电路分别非同步地独立地工作，并生成相互相同的频率的基准时钟，
上述移动局间歇地发送基于上述移动局用基准时钟电路的载波的基准时钟的上述第一无线信号，
上述基准局配置于预先决定的位置，间歇地发送基于上述基准局用基准时钟电路的载波的基准时钟的上述第二无线信号，
上述各固定局接收上述第一无线信号并分别提取出该第一无线信号所包含的载波相位与上述各固定局的上述各基准时钟的相位的相位差，接收上述第二无线信号并分别提取出该第二无线信号所包含的载波相位与上述各固定局的上述各基准时钟的相位的相位差，
使用上述移动局与上述各固定局之间的相位差信息、和上述基准局与上述各固定局之间的相位差信息，消除上述各固定局的上述基准时钟的相位偏移，得到上述各固定局与上述移动局之间的距离信息，并计算上述移动局的位置。
9.根据权利要求8所述的位置检测方法，其特征在于，
上述移动局发送用于上述基准局发送上述第二无线信号的触发无线信号，
上述基准局具有无线信号接收电路和接收天线，
上述基准局在接收到上述移动局发送的上述触发无线信号时发送上述第二无线信号。
10.根据权利要求8所述的位置检测方法，其特征在于，
上述移动局的上述移动局用基准时钟电路和上述基准局的上述基准局用基准时钟电路的至少任意一方生成与上述各固定局的上述各固定局用基准时钟电路相同的频率的基准时钟。
11.根据权利要求9所述的位置检测方法，其特征在于，
上述移动局以规定的时间间隔发送上述触发无线信号和上述第一无线信号。
12.根据权利要求8所述的位置检测方法，其特征在于，
3个以上的上述固定局中至少一个固定局兼具上述基准局的功能，并发送上述第二无线信号。
13.根据权利要求8所述的位置检测方法，其特征在于，
上述移动局的上述移动局用基准时钟电路具有生成2个以上的频率的基准时钟的功能，
上述移动局发送两种以上的载波频率的上述第一无线信号。
14.根据权利要求13所述的位置检测方法，其特征在于，
上述基准局发送与上述移动局相同的两种以上的载波频率的上述第二无线信号。
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