JP2002277530A - 無線端末位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】無線によって端末と特定の信号発生源あるいは
受信装置間の距離を測定し、その測距結果から端末の位
置を計算する装置において、端末が移動中であるときに
も正確な位置計算結果を得る。 【解決手段】端末位置の移動履歴を仮定する端末位置仮
定手段と、移動履歴の尤度を求める尤度計算手段と、最
尤の移動履歴の終点を位置計算結果とする位置決定手段
を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線によって端末
と特定の信号発生源あるいは受信装置間の距離を測定
し、その測距結果から端末の位置を計算する装置に関す
る。

【０００３】

【従来の技術】特開平７−１８１２４２は、各基地局が
ＧＰＳに同期しているＣＤＭＡセルラシステムにおい
て、各基地局から届くパイロット信号の受信タイミング
を観測することで端末と基地局間の擬似距離を測定し、
端末位置を計算する方法を開示している。

【０００４】従来は、複数回の測定で得られる複数回分
の遅延プロファイルの解析結果から、（１）端末と基地
局間の測距を複数回行い、（２）ただ１点の端末位置を
仮定し、（３）全基地局の測距結果と仮定した端末位置
によって決定する擬似距離の比較から仮定した点の尤度
を計算し、（４）尤度が最大となる端末位置を見つける
まで（２）〜（４）を繰り返す、というアルゴリズムで
端末位置を計算している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、複数
回の測定で得られた複数の端末−基地局間の擬似距離の
測定結果に対して、１点の端末位置を仮定して位置計算
を実施しているため、フィルタリングの効果により端末
が静止している時の位置計算の精度は向上していた。

【０００６】しかし、例えば図２に示すように端末が直
線運動しているとすると、上記従来例に示す装置で位置
計算を行った場合、フィルタリングの効果からステップ
１で仮定される端末の移動履歴が実際の移動履歴に対し
て時間的に遅れる。他の例として、図３に示すように曲
がり角を通過した場合には、仮定された端末の移動履歴
が実際の移動履歴に対して時間的に遅れるだけでなく、
ショートカットするように計算され、誤差が大きくな
る。

【０００７】このように、端末が移動中であるとき、位
置計算結果の正確さが損なわれることが課題であった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、空間的に離
れた複数のアンテナから送信される信号を端末で受信す
る受信機、あるいは端末から送信される信号を空間的に
離れた複数のアンテナで受信する受信機と、受信した信
号の遅延プロファイル解析から上記端末とアンテナ間の
測距を行う手段を具備し、上記端末の位置を最尤推定法
により計算する端末位置推定手段からなる無線端末位置
測定装置において、上記端末位置推定手段は、端末の過
去の移動履歴を特定の数式上に配置された点で仮定する
端末位置仮定手段と、上記端末位置仮定手段で仮定した
複数の端末位置と既知である上記アンテナの位置との擬
似距離を計算する擬似距離計算手段と、複数回の測定に
より得られる擬似距離測定結果から上記擬似距離計算手
段で求めた擬似距離を引き算して、各回の測定毎の測距
誤差を算出する測距誤差算出手段と、上記擬似距離計算
手段で仮定した複数の点の尤度を計算して複数測定回数
分の尤度から全体の尤度を計算する尤度計算手段と、上
記擬似距離計算手段、上記測距誤差算出手段、上記尤度
計算手段を繰り返して、尤度が最大になる上記移動履歴
を検索する最尤履歴検索手段と、上記最尤履歴検索手段
で最尤と見なされた移動履歴の終点を計算位置の解とし
て決定する位置決定手段からなることを特徴とする無線
位置計算装置により解決される。

【０００９】上記解決手段によれば、端末位置を複数仮
定してから移動履歴の終点を計算位置の解として決定し
て位置計算結果とすることで、移動時における位置計算
結果が、フィルタリングの効果から実際の位置計算地点
に対して遅れて出力されたり、移動履歴がショートカッ
トされたりする問題が解決され、位置計算結果の正確さ
を高めることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下ではよく似た用語を繰り返し
使用しているため、まず用語の定義を先に述べておく。

【００１１】擬似距離とは、ある端末と基地局間の距離
から、その端末と基準になる基地局間の距離を引いたも
のである。擬似測定距離とは、無線による距離測定結果
から、基準になる基地局との無線による距離測定結果を
引き算したものを示す。測距誤差とは、擬似測定距離か
ら擬似距離を差し引いたものである。

【００１２】以下では、本発明において実現される移動
履歴のベクトル化の手法、本発明の計算原理を説明した
後に、本発明の一実施例を説明する。

【００１３】まず、移動履歴をベクトル化して過去複数
回の測定点を仮定する手法について説明する。

【００１４】図１は本発明の基本原理を示す模式図であ
る。簡単のために過去３回の測距結果を使った例で説明
している。測定結果に対して仮定する点は等速直線運動
をするものと仮定する。各点と各基地局間の距離を計算
し、測距結果に突き合わせ、誤差を評価して尤度を求め
る計算を行う。尤度の計算方法については、後に詳細に
述べる。

【００１５】既に発明が解決しようとする課題で述べて
いる通り、過去に測定した結果を利用して測定精度を向
上させようとする場合、移動時には、現在の場所と過去
の測定場所とが異なるために測定精度が低下するという
課題がある。これは位置を計算する手法が端末の動きを
考慮していないために発生している。本発明では、端末
の動きも仮定することでこの課題を解決する。例えば図
１に示すように端末の動きを等速直線運動と仮定する場
合、始点と終点が未知数となるため、これらのＸ，Ｙ座
標を未知数とすることが必要となる。

【００１６】次に、計算原理について説明する。最初
に、過去の全Ｎ回の測定によって得られた各基地局の擬
似測定距離を計算する。ｎ回目の測定におけるｍ番目の
基地局の測距結果を数１とする。ただし、端末は基地局
と完全に同期することが困難であるため、測定時間が正
確にわからない。

【００１７】

【数１】 このため、基地局―端末間の距離を絶対測定することが
できず、特定の基地局を基準とした相対測定を行う必要
がある。一つの例として、最も信号強度が強い基地局を
ＳＹＮＣ基地局と呼ぶことにし、擬似測定距離をＳＹＮ
Ｃ基地局の測距結果との差分によって与えることが考え
られる。

【００１８】ｎ回目の測定におけるＳＹＮＣ基地局の測
距結果を数２とすると、ｎ回目の測定におけるｍ番目の
基地局の測距結果を数３と表す。

【００１９】

【数２】

【数３】 ｎ回目に測定した位置、すなわち、仮定する移動履歴に
おいてｎ番目の履歴として仮定する位置を数４、ｎ回目
の測定におけるｍ番目の基地局の位置を数５、ｎ回目の
測定におけるＳＹＮＣ基地局の位置を数６とする。

【００２０】

【数４】

【数５】

【数６】 端末−基地局間の擬似距離も、測距結果と同様にＳＹＮ
Ｃ基地局との差分を取って数７と表す。ここで数７の右
辺の変数は、数８および数９である。

【００２１】

【数７】

【数８】

【数９】 以上より、仮定する移動履歴においてｎ番目の履歴とし
て仮定した点に関する各基地局との測距誤差は数１０で
表される。

【００２２】

【数１０】 この時、ｎ回目の測定における端末−ｍ番目の基地局間
の測距誤差が、数１１に示すｎ，ｍに関して互いに独立
の確率分布に従うとすると、全Ｍ局の基地局、全Ｎ回の
測定の確率を全て重ね合わせると数１２のようになる。

【００２３】

【数１１】

【数１２】 上記数１２の値が最大となる移動履歴を探すことが、本
発明における位置計算方式の基本である。移動履歴の最
終点を最尤点とする工程を経て位置計算結果とする。

【００２４】以下では上記の計算原理を具現するための
実施方法を示す。図４は本発明の第１の実施例の装置構
成を示すブロック図である。本装置は、端末−基地局間
の距離を電波により測定する測距手段１と、測距結果、
擬似距離、基地局情報、測距誤差並びに尤度を読み書き
する蓄積手段２と、端末位置を複数仮定する端末位置仮
定手段３と、仮定された複数の端末位置と、蓄積手段２
に格納されている基地局の位置情報を利用して擬似距離
を計算して、その結果を蓄積手段２に書き込む擬似距離
算出手段４と、蓄積手段２から読み出す測距結果から擬
似距離を引く測距誤差算出手段５と、端末位置仮定手段
３において仮定した移動履歴上の全点における全基地局
の測距誤差から、仮定した移動履歴の尤度を計算する尤
度計算手段６と、その尤度が最尤であるかの判定を行っ
て、最尤ならば仮定した移動履歴の終点を位置計算結果
として返し、最尤でなければ端末位置仮定手段３に戻る
制御を行う位置決定手段７から構成される。

【００２５】図５は本発明の第２の実施例の装置構成を
示すブロック図である。本装置は、第１の実施例で示し
た装置に、過去複数回分の位置計算結果を蓄積する測位
結果蓄積手段８と、過去複数回の位置計算結果算出にか
かった時間を記録する時間記録手段９と、過去複数回の
測位結果とそれらの算出にかかった時間から平均速度を
算出する速度算出手段１０が追加されたものである。

【００２６】測位結果蓄積手段８は、過去一定回数分の
測位結果を記録し、新しい位置計算結果が算出されたら
順次古い結果から削除する。時間記録手段９は、前回の
位置計算結果算出から今回の位置計算結果算出までにか
かる時間を計測し、その結果を過去複数回分記録する。
記録の更新方法は測位結果蓄積手段８と同様である。速
度算出手段１０は、過去複数回の測位結果から移動した
距離を算出し、それを過去複数回の位置計算結果算出に
かかった時間で除算することで平均速度を求める。

【００２７】図６は本発明を実施するためのアルゴリズ
ムの一例を示す図である。まず、上記計算原理説明の数
３に対応する擬似測定距離を距離測定結果から全測定・
全基地局について算出する（工程１）。次に、上記計算
原理説明の数４に対応する複数の端末位置すなわち移動
履歴を仮定する（工程２）。例えば位置計算装置の端末
位置仮定手段３で仮定する特定の数式が、移動履歴の先
頭と終点を仮定することで決定する線分で、移動履歴中
の残りの点はその線分の内分点で与えられる位置計算方
法では、この工程２において複数の点が直線状に並ぶよ
うな拘束条件を付加して複数の端末位置を仮定する。

【００２８】次に、工程２で仮定された複数の端末位置
と、既知である基地局の位置との擬似距離を全測定・全
基地局について算出する（工程３）。これは上記計算原
理説明の数７に対応する。次に、工程３で得られた擬似
測定距離から工程１で得られた擬似距離を引き、各測定
・各基地局の測距誤差を求める（工程４）。これは上記
計算原理説明の数１０に対応する。

【００２９】次に、工程４で得られた測距誤差が発生す
る確率を、各仮定点・各基地局に関して計算を行い、全
仮定点・全基地局について掛け合わせて、移動履歴の尤
度を計算する（工程５）。工程５で得られた尤度が最も
高い、即ち工程２で仮定した移動履歴が最も確からしい
と判定されれば、工程６に進んで最尤な移動履歴から終
点を位置計算結果として返し、工程５で最尤値が得られ
なければ、工程２に戻って新たに移動履歴を仮定する。

【００３０】上記アルゴリズムおよび手段が、端末や基
地局に接続する位置計算センタによって行われる場合も
本発明の範疇である。上記アルゴリズムおよび手段の実
現手段はＣＰＵやＤＳＰであってもよく、アルゴリズム
自体をワイヤードロジックで実現する場合も本発明の範
疇である。

【００３１】このように、本発明によれば、端末の移動
履歴を仮定して、全体の尤度が最大となるような移動の
履歴を求めることによって、位置計算結果の遅れやショ
ートカットするといった課題を解決することができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、無線信号を使って端末
の位置を最尤推定法によって計算する無線端末位置測定
装置において、移動中に位置測定結果を算出しても結果
の正確さが損なわれない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す説明図。

【図２】従来技術によって生じる課題を示した説明図。

【図３】従来技術によって生じる課題を示した説明図。

【図４】本発明の第１の実施例の端末位置計算装置を示
すブロック図。

【図５】本発明の第２の実施例の端末位置計算装置を示
すブロック図。

【図６】本発明の端末位置の計算方法の一例を示す流れ
図。

【符号の説明】

１…測距手段、２…蓄積手段、３…端末位置仮定手段、
４…擬似距離計算手段、５…測距誤差算出手段、６…尤
度計算手段、７…位置決定手段、８…測位結果蓄積手
段、９…時間記録手段、１０…速度算出手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑原 幹夫 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 石藤 智昭 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5J062 BB01 CC16 5K067 BB02 BB21 EE02 EE10 EE24 FF03 GG01 JJ52 JJ57 KK03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空間的に離れた複数のアンテナから送信さ
   れる信号を端末で受信する受信機、あるいは端末から送
   信される信号を空間的に離れた複数のアンテナで受信す
   る受信機と、受信した信号の遅延プロファイル解析から
   上記端末とアンテナ間の擬似距離測定結果を算出し、上
   記端末の位置を最尤推定法により計算する端末位置推定
   手段からなる無線端末位置測定装置において、上記端末
   位置推定手段は、端末の過去の移動履歴を特定の数式上
   に配置された点で仮定する端末位置仮定手段と、上記端
   末位置仮定手段で仮定した複数の端末位置と既知である
   上記アンテナの位置との擬似距離を計算する擬似距離計
   算手段と、複数回の測定で得られる遅延プロファイルの
   解析によって算出される擬似距離測定結果から、上記擬
   似距離計算手段で求めた擬似距離を引き算して、測定毎
   の測距誤差を算出する測距誤差算出手段と、上記擬似距
   離計算手段で仮定した複数の点の尤度を計算して、各点
   の尤度から全体の尤度を求める尤度計算手段と、尤度が
   最大になる上記移動履歴を検索する最尤履歴検索手段
   と、上記最尤履歴検索手段で最尤と見なされた移動履歴
   の終点を計算位置の解として決定する位置決定手段から
   なることを特徴とする無線位置計算装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の位置計算装置の上記端末位
   置仮定手段で仮定する特定の数式が、移動履歴の先頭と
   終点を仮定することで決定する線分で、移動履歴中の残
   りの点はその線分の内分点で与えられることを特徴とす
   る無線位置計算装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の位置計算装置において、上
   記端末位置仮定手段で仮定した数式から端末の移動速度
   を計算することを特徴とする無線位置計算装置。