JP2000039473A - 発信器の位置検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体中の移動体に取り付けた発信器の位置を
探索する方法に関し、発信器の出力が変動する場合であ
っても、高精度で発信器の位置を特定することの可能な
手段の実現を目的とする。 【解決手段】 液体中を移動する移動体に電波を発信す
る発信器を取り付けて、該発信器が発信した電波を複数
の地点で受信して、それらの受信結果に基づいて発信器
の位置を判定する位置検出方法であって、複数の受信地
点でそれぞれ、空気中の受信電力測定器の出力電圧と液
体中の受信電力測定器の出力電圧とを比較し、その比較
結果によって、発信器が当該受信地点のゾーンエリア内
に存在するか否かを判定するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水などの液体中に
ある移動体の位置を検出する方法、およびそのための装
置に関するもので、移動体に発信器を取り付けて、その
電波の受信結果により、移動体（発信器）の位置を検出
する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、移動体に取り付けた発信器から
出力される電波の受信電力を測定して移動体の位置を検
出する従来の位置検出方法を説明する図である。この方
法は、発信器と受信アンテナ間の距離が大きくなるに従
って伝搬損失が大きくなり受信電力が低下する特性を利
用して、受信電力が一定の受信電力より大きい場合に発
信器がアンテナから一定距離以内に存在することを検出
する。

【０００３】同図において、数字符号５１は発信器、５
２は発信器５１の送信波、５３はアンテナ、５４は空気
と液体との境界面で反射した発信器５１の送信波、５５
は受信電力測定器、５６は比較回路、５７は電圧発生
器、５８は監視装置、５９は空気と液体との境界面、６
０は支柱を表している。

【０００４】移動体に取り付けられた発信器１から送信
された電波は、液体と空気の境界面５９を通過して空気
中を伝搬しアンテナ５３により受信され、受信電力測定
器５５がこれを受信電力モニタ電圧（通常は直流電圧）
に変換して出力する。比較回路５６は、該受信電力モニ
タ電圧と電圧発生器５７の出力とを比較する。

【０００５】そして、受信電力モニタ電圧が電圧発生器
５７の直流出力電圧（一定値）より大であれば、発信器
がアンテナから一定距離以内に存在すると判定して、論
理値信号として出力する。監視装置５８は、予め各受信
アンテナの位置を記憶しており、複数の受信電力測定器
の比較回路出力を入力して発信器がどの位置に存在する
かを識別する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したような、従来
の電波の受信強度によって、移動体の位置を検出する方
法では、一般に、発信器と受信機間の距離と受信電力と
の関係が、距離の変化に対して受信電力が比較的緩やか
に変化するものであるため、測定精度が悪く、また、受
信出力を一定電圧と比較する方式であるので、発信器の
送信電力を高い精度で一定値に保たなければならないと
いう課題があった。

【０００７】図７は、従来の移動体の位置を検出する方
法について説明する図であって、縦軸は、受信電力（受
信電力モニタ電圧）の大きさ、横軸は、発信器と受信ア
ンテナとの距離（送受信間の距離）を表しており、数字
符号６１は受信電力モニタ電圧、６２は電圧発生器５７
の出力電圧、６３は発信器の出力変動があった場合の受
信電力モニタ電圧の変動幅を表している。

【０００８】同図に示すように、通常は、発信器と受信
アンテナとの距離（送受信間の距離）が大になるほど、
受信電力（受信電力モニタ電圧の大きさ）が低下するの
で、受信電力の値から発信器（移動体）までの距離を推
定することができるが、発信器の出力変動があると、受
信電力（受信電力モニタ電圧の大きさ）も変動するので
正確な判定をすることができなくなる。

【０００９】例えば、実際には、移動体がＰ点（当該受
信地点のゾーン内）に存在するにもかかわらず、発信器
の送信電力が変動して、受信電力モニタ電圧が低下する
と、移動体がＰ２点にいるように観測されたり、一方、
実際には移動体がＰ点に存在するにもかかわらず、発信
器の送信電力の変動のため、受信電力モニタ電圧が上昇
して移動体がＰ１点にいるように観測されたりすること
が生ずる。

【００１０】このことは、実際には、移動体が一定距離
内（ゾーン内）にいるにもかかわらず、一定距離外（ゾ
ーン外）にいると判定されたり、移動体がゾーン内にい
ないにもかかわらず、ゾーン内にいないと判定されたり
する間違いを発生する。そしてこれは、前述のように、
発信器と受信機間の距離と受信電力の減衰量との関係が
比較的滑らかであることと相俟って検出精度をより低下
させる。

【００１１】本発明は、上述のような従来の課題を解決
するために成されたものであって、移動体に取り付けた
発信器の送信電力の変動に影響されない位置検出方法を
提供するものであり、これにより、簡易な構成の発信器
を使用して高い精度で位置検出することを可能とし、移
動体に取り付ける発信器の小形化、電源電池の長寿命
化、経済性などを達成することのできる位置検出方式を
実現することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
課題は、前記特許請求の範囲に記載した手段により解決
される。すなわち、請求項１の発明は、液体中を移動す
る移動体に電波を発信する発信器を取り付けて、該発信
器が発信した電波を複数の地点で受信して、それらの受
信結果に基づいて発信器の位置を判定する位置検出方法
であって、複数の受信地点でそれぞれ、空気中の受信電
力測定器の出力電圧と、液体中の受信電力測定器の出力
電圧とを比較し、その比較結果によって、発信器が当該
受信地点のゾーンエリア内に存在するか否かを判定する
ように構成した発信器の位置検出方法である。

【００１３】請求項２の発明は、上記請求項１記載の発
信器の位置検出方法において、空気中の受信電力測定器
の出力電圧と液体中の受信電力測定器の出力電圧とを比
較したとき、液体中の受信電力測定器の出力電圧が、空
気中の受信電力測定器の出力電圧より大きいか、または
等しい場合に、当該発信器がゾーンエリア内に存在する
と判定し、空気中の受信電力測定器の出力電圧が、液体
中の受信電力測定器の出力電圧より大きい場合に、発信
器がゾーンエリア外に存在すると判定するように構成し
たものである。

【００１４】請求項３の発明は、上記請求項１または請
求項２記載の発信器の位置検出方法において、少なくと
も一か所の受信地点で、少なくとも一つの受信電力測定
器の出力をオフセットして出力するようにして、両受信
電力測定器の出力電圧をオフセットした場合にあっては
オフセットされた出力同士、一方の受信電力測定器の出
力をオフセットした場合にあっては、該電圧加算回路の
出力と他方の受信電力測定器の出力とを比較回路によっ
て比較するように構成したものである。

【００１５】請求項４の発明は、上記請求項１〜請求項
３のいずれか１項に記載の発信器の位置検出方法におい
て、少なくとも一つの受信地点の、少なくとも一つの受
信電力測定器の入力を減衰させるように構成したもので
ある。

【００１６】請求項５の発明は、液体中を移動する移動
体に電波を発信する発信器を取り付けて、該発信器が発
信した電波を複数の受信地点で受信して、その受信結果
から発信器の位置を検出するように構成した位置検出装
置であって、複数の受信地点に、液体中から空気中に透
過して空気中を伝搬する電波を受信するアンテナと、該
アンテナの受信電力を測定し受信電力モニタ電圧に変換
する受信電力測定器と、液体中を伝搬する電波を受信す
るアンテナと、該アンテナの受信電力を測定し受信電力
モニタ電圧に変換する受信電力測定器と、上記両受信電
力測定器の各受信電力モニタ電圧を比較する比較回路
と、前記発信器が送信した電波について、前記液体中に
設置したアンテナの受信電力と、前記空気中に設置した
アンテナの受信電力との比較結果によって、当該発信器
が当該地点のゾーンエリア内に存在するか否かを判定す
る手段とを設けた発信器の位置検出装置である。

【００１７】請求項６の発明は、上記請求項５記載の発
信器の位置検出装置において、空気中の受信電力測定器
の出力電圧と液体中の受信電力測定器の出力電圧とを比
較したとき、液体中の受信電力測定器の出力電圧が、空
気中の受信電力測定器の出力電圧より大きいか、または
等しい場合に、当該発信器がゾーンエリア内に存在する
と判定し、空気中の受信電力測定器の出力電圧が、液体
中の受信電力測定器の出力電圧より大きい場合に、発信
器がゾーンエリア外に存在すると判定する手段を有する
ように構成したものである。

【００１８】請求項７の発明は、上記請求項５または請
求項６に記載の発信器の位置検出装置において、少なく
とも一つの受信地点の、少なくとも一つの受信電力測定
器の出力側に電圧加算回路を接続し、両受信電力測定器
の出力側に電圧加算回路を接続した場合にあっては、電
圧加算回路の出力同士、一方の受信電力測定器の出力側
に電圧加算回路を接続した場合にあっては、該電圧加算
回路の出力と他方の受信電力測定器の出力とを比較回路
によって比較するように構成したものである。

【００１９】請求項８の発明は、上記請求項５〜請求項
７のいずれか１項に記載の発信器の位置検出装置におい
て、少なくとも一つの受信地点の、少なくとも一つの受
信電力測定器の入力側に減衰器を接続するように構成し
たものである。

【００２０】本発明は、上述のように、減衰係数の異な
る経路を伝搬した複数の電波の受信強度を比較して、移
動体に装着した発信器と受信機間の距離を判定するよう
にしているので、発信器の送信電力強度に依存しない距
離測定が可能となるから高精度の位置検出が可能とな
る。

【００２１】また、発信器の送信出力の変動を抑えて安
定化を図ったり、あるいは大容量の電源電池を用いたり
する必要がなくなるから、発信器を簡潔で小型のものと
成し得る。そのため、より小型の移動体に対しての発信
器の装着が可能となる。また、測定系を経済的に実現す
ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態に関し、
実施例に基づいて説明する。本発明の第１の実施例を図
１に示す。同図において、数字符号１は発信器であり、
液体（例えば水）の中を移動する。２は液体中に置かれ
たアンテナであり、発信器１から送信されて液体中を伝
搬した受信波を受信する。

【００２３】３は空気中に置かれたアンテナであり、発
信器１から送信されて液体と空気の境界１５を通過して
空気中を伝搬した受信波を受信する。４、５は受信電力
測定器であり、アンテナで受信された受信波の強度を測
定し受信強度に比例した受信電力モニタ電圧に変換して
出力する。受信電力測定器４，５は支柱１６に取り付け
られている。

【００２４】６は比較回路であり、入力された受信電力
測定器３の出力の受信電力モニタ電圧１３と受信電力測
定器４の出力の受信電力モニタ電圧１４について、電圧
比較を行い、その結果によってアンテナ２および３で受
信された受信電力のいずれが大きいかを調べて、当該発
信器が自己のゾーン判定エリア内に存在するか否かを判
定する。

【００２５】７は監視装置である。監視装置７は、各地
点に置かれた受信装置から判定結果を受信して、当該発
信器が自己のゾーン判定エリア内に存在するとする受信
装置が存在する地点を移動体（発信器）の所在位置とす
る。複数の地点から、当該発信器が自己のゾーン判定エ
リア内に存在するという報告を受けた場合には、受信電
力測定器３の出力の受信電力モニタ電圧１３と受信電力
測定器４の出力の受信電力モニタ電圧１４の電圧差の大
きい方を選択する。

【００２６】この実施例では、空気中での測定のための
受信アンテナ３と受信電力測定器５、および液体中での
測定のための受信アンテナ２と受信電力測定器４とを、
共通の支柱１６に取り付けた例を示しているが、このよ
うな構成に限られるものではなく、その他の構成を取っ
ても良い。

【００２７】すなわち、これらのアンテナは、ほぼ同地
点に存在して、一方のアンテナが液体中に、他方のアン
テナが空気中に設置されていれば良いので、この条件を
満たすようなもの、例えば、ブイ、船舶、湖沼の岸辺
等、を利用して一方のアンテナをが水中（液体中）に沈
め、他方のアンテナを空気中に設置する方法が考えられ
る。

【００２８】また、図１では、受信電力測定器と比較回
路との間や、比較回路と監視装置との間を有線伝送路で
結んで信号の伝送を行うようにしているが、これらの間
の信号の伝送は有線伝送路に依らねばならないものでは
なく、無線信号を用いる伝送路や、赤外線を用いる方法
など、有線伝送路以外の通信路を用いても目的が達せら
れるものであることはいうまでもない。

【００２９】図２は、本発明の原理を説明する図であ
り、横軸の送受信間隔（発信器と受信アンテナとの距
離）に対して縦軸に液体中および空気中のアンテナの受
信電力の変化を示したものである。数字符号１７は液体
中のアンテナ２の受信電力モニタ電圧、数字符号１８は
空気中のアンテナ３の受信電力モニタ電圧を示してい
る。同図に示すように、液体中のアンテナの受信電力は
誘電体損失のため送受信間隔が大となると急激に減衰す
る。

【００３０】一方、空気中を伝搬する電波は、液体との
境界面での透過損失を受けるが、空気中を伝搬するとき
の誘電損失は無く自由空間伝搬損失となるため、液体中
の伝搬損失より小さい。このため、液体中のアンテナの
受信電力は、送受間隔が小のときは、空気中のアンテナ
の受信電力より大であり、送受間隔が大となると液体中
の伝搬損失が大であるために空気中のアンテナの受信電
力より小となる。

【００３１】従って、誘電体中のアンテナの受信電力が
空気中のアンテナの受信電力より小であることを検出す
れば、送受信問距離が一定値以内であることをゾーン判
定として検出できる。図１の比較回路６では、液体中の
アンテナ２の受信電力および空気中のアンテナ３の受信
電力の比較により動作する構成である。

【００３２】そのため、発信器の送信電力が変動した場
合であっても、液体中のアンテナ２の受信電力、および
空気中のアンテナ３の受信電力は、共に発信器の送信電
力の変動分だけ変動するから、結果としてゾーン判定エ
リアの判定には影響を及ぼさない。

【００３３】図３は、本発明の第２の実施例を示す図で
ある。実施例１とは、受信電力測定器４，５の出力側
に、それぞれ電圧加算回路（電圧加算器ともいう）を入
れて比較回路６の入力電圧を調整していることが異な
る。このように、液体（例えば水）中のアンテナ２の受
信電力のモニタ電圧出力１３を電圧加算回路８により電
圧シフトしたり、空気中のアンテナ３の受信電力のモニ
タ電圧出力１４を電圧加算回路９により電圧シフトする
ことにより、ゾーン判定エリアを拡大縮小することがで
きる。

【００３４】図４は、上記第２の実施例の原理を説明す
る図である。同図において、数字記号２０は空気中のア
ンテナ３の受信電力モニタ電圧（受信電力測定器５の出
力）、２１は上記受信電力測定器５の出力に電圧加算回
路９によって、正電圧を印加したときの特性、２２は液
体中のアンテナ２の受信電力モニタ電圧（受信電力測定
器４の出力）、２３は上記受信電力測定器４の出力に電
圧加算回路８によって、負電圧を印加したときの特性を
表している。

【００３５】同図に示すように、比較回路６に入力する
前に、受信電力測定器の出力を電圧加算回路によって、
正、または負にシフトすることによって、ゾーン判定エ
リアを任意に拡大縮小することができる。この特性を利
用すれば、発信器の在圏ゾーンを縮小して、発信器の所
在位置を高い精度で特定することができる。

【００３６】また、非常に広域なエリアで移動体を探す
ような場合に、予め、ゾーン判定エリアを大きめに設定
しておいて、或る受信地点で移動体が認識されたら、徐
々にゾーン判定エリアを縮小して、実際の移動体の位置
を特定するなどの計測方法を採ることもできる。

【００３７】図５は本発明の第３の実施例を示す図であ
る。この実施例は、実施例１とは、受信電力測定器の入
力側にに可変減衰器１０および１１を挿入して比較回路
６の入力電圧を調整していることが異なる。これは、先
に説明した第２の実施例において電圧加算回路によって
受信電力測定器の出力に負電圧を印加した場合と等価で
ある。

【００３８】このような構成を取ることにより、第２の
実施例について図４で説明した場合と同様に、空気中の
アンテナ３の受信電力モニタ電圧（受信電力測定器５の
出力）および、液体中のアンテナ２の受信電力モニタ電
圧（受信電力測定器４の出力）の内の、少なくとも一方
を、（負側に）シフトして、判定エリアを拡大したり縮
小したりすること可能となる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、減衰係
数の異なる、液体中と空気中の２経路を伝搬した電波の
受信強度を比較して発信器と受信機間の距離を判定して
発信器の位置を検出するようにしているので、発信器の
送信電力強度に依存しない高精度の距離測定ができる。

【００４０】そのため、発信器の出力が変動しても、高
い精度で位置検出をすることができるから、発信器の構
成や、電源電池を簡潔なものと成し得る。また、これに
よって、電源電池を含めた発信器の構造を非常に小形化
することが可能となるから、非常に小さな移動体に取り
付ける発信器を実現することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例の動作を説明する図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例の動作を説明する図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図６】従来の位置検出方法を示す図である。

【図７】従来の位置検出方法の動作を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１発信器 ２，３ アンテナ ４，５ 受信電力測定器 ６ 比較回路 ７ 監視装置 ８，９ 電圧加算回路 １０，１１ 可変減衰器 １２ 電圧発生器 １３，１４ 受信電力モニタ電圧 １５ 液体と空気の境界 １６ 支柱 １７，２２ 液体中のアンテナで受信した信号の受信電
力モニタ電圧 １８，２０ 空気中のアンテナで受信した信号の受信電
力モニタ電圧 ２１ 電圧加算回路９の出力電圧 ２３ 電圧加算回路８の出力電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 直昭 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 下川 清志 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体中を移動する移動体に電波を発信す
   る発信器を取り付けて、該発信器が発信した電波を複数
   の地点で受信して、それらの受信結果に基づいて発信器
   の位置を判定する位置検出方法であって、 複数の受信地点でそれぞれ、 空気中の受信電力測定器の出力電圧と液体中の受信電力
   測定器の出力電圧とを比較し、 その比較結果によって、発信器が当該受信地点のゾーン
   エリア内に存在するか否かを判定することを特徴とする
   発信器の位置検出方法。
2. 【請求項２】 空気中の受信電力測定器の出力電圧と液
   体中の受信電力測定器の出力電圧とを比較したとき、 液体中の受信電力測定器の出力電圧が、空気中の受信電
   力測定器の出力電圧より大きいか、または等しい場合
   に、当該発信器がゾーンエリア内に存在すると判定し、 空気中の受信電力測定器の出力電圧が、液体中の受信電
   力測定器の出力電圧より大きい場合に、発信器がゾーン
   エリア外に存在すると判定する請求項１記載の発信器の
   位置検出方法。
3. 【請求項３】 少なくとも一か所の受信地点で、少なく
   とも一つの受信電力測定器の出力をオフセットして出力
   するようにして、 両受信電力測定器の出力電圧をオフセットした場合にあ
   っては、オフセットされた出力同士、一方の受信電力測
   定器の出力をオフセットした場合にあっては、該オフセ
   ットされた出力と他方の受信電力測定器の出力とを比較
   回路によって比較するように構成した請求項１または請
   求項２記載の発信器の位置検出方法。
4. 【請求項４】少なくとも一つの受信地点の、少なくとも
   一つの受信電力測定器の入力を減衰させるようにした請
   求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発信器の位置
   検出方法。
5. 【請求項５】 液体中を移動する移動体に電波を発信す
   る発信器を取り付けて、該発信器が発信した電波を複数
   の受信地点で受信して、その受信結果から発信器の位置
   を検出するように構成した位置検出装置であって、 複数の受信地点に、 液体中から空気中に透過して空気中を伝搬する電波を受
   信するアンテナと、該アンテナの受信電力を測定し受信
   電力モニタ電圧に変換する受信電力測定器と、 液体中を伝搬する電波を受信するアンテナと、該アンテ
   ナの受信電力を測定し受信電力モニタ電圧に変換する受
   信電力測定器と、 上記両受信電力測定器の各受信電力モニタ電圧を比較す
   る比較回路と、 前記発信器が送信した電波について、前記液体中に設置
   したアンテナの受信電力と、前記空気中に設置したアン
   テナの受信電力との比較結果によって、当該発信器が当
   該地点のゾーンエリア内に存在するか否かを判定する手
   段とを設けたことを特徴とする発信器の位置検出装置。
6. 【請求項６】 空気中の受信電力測定器の出力電圧と液
   体中の受信電力測定器の出力電圧とを比較したとき、 液体中の受信電力測定器の出力電圧が、空気中の受信電
   力測定器の出力電圧より大きいか、または等しい場合
   に、当該発信器がゾーンエリア内に存在すると判定し、 空気中の受信電力測定器の出力電圧が、液体中の受信電
   力測定器の出力電圧より大きい場合に、発信器がゾーン
   エリア外に存在すると判定する手段を有する請求項５記
   載の発信器の位置検出装置。
7. 【請求項７】少なくとも一つの受信地点の、少なくとも
   一つの受信電力測定器の出力側に電圧加算回路を接続
   し、 両受信電力測定器の出力側に電圧加算回路を接続した場
   合にあっては、電圧加算回路の出力同士、一方の受信電
   力測定器の出力側に電圧加算回路を接続した場合にあっ
   ては、該電圧加算回路の出力と他方の受信電力測定器の
   出力とを比較回路によって比較するように構成した請求
   項５または請求項６に記載の発信器の位置検出装置。
8. 【請求項８】 少なくとも一つの受信地点の、少なくと
   も一つの受信電力測定器の入力側に減衰器を接続した請
   求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の発信器の位置
   検出装置。