JP2003510614A - 送信機の位置決め方法及びシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の目的は送信機の位置決めを行う方法及びシステムである。この場合、位置がわかっている受信機を用いて、位置がわかっている１台以上の送信機のタイミング信号の受信遅延が、位置決めを行う対象送信機のタイミング信号に関して測定され、次いで、これらの測定値を数値として利用することにより、位置がわからない送信機の場所が決定される。本方法では、受信機と送信機とは相互に実質的に独立し、タイミング信号間の未知の送信遅延の解が数値として求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明の目的は送信機の位置決めを行う方法及びシステムであり、位置決めを
行う対象送信機が送信するタイミング信号と関連し、位置がわかっている１台以
上の送信機によって送信されたタイミング信号の受信遅延を、位置がわかってい
る受信機を用いて測定し、これらの測定を数値として利用することにより、位置
がわからない送信機の場所を決定する方法及びシステムである。

【０００２】 送信機の位置情報は多くの様々な目的に利用することができる。１つの利用領
域としてブルートゥース（商標）方式の無線セットに関係する領域がある。これ
らのブルートゥース（商標）方式の無線セットは、一般に他の製品の中に組み込
まれた好適な短距離用無線セットであり、この無線セットによって異なるデバイ
スの相互通信が可能となる。好適には、インテリジェント・デバイスがその環境
を知覚し、その環境と相互に作用して、自分の位置と自分の動作環境とを他のデ
バイスとの関連で認知している場合、ブルートゥース（商標）方式の送信機の利
用可能な位置情報による様々な応用が可能となる。他のデバイスとのデータ送信
接続の確立に関する決定を行う場合、並びに、デバイス間の距離の決定を行う際
の位置情報の利用も可能である。別の利用領域として、移動局の位置決めがあり
、この位置決めによって、例えば、緊急呼出しを行っている人の位置の決定が可
能になるだけでなく、移動局のユーザーに対して自分の位置に関する情報を提供
することもできる。また、様々な制御アプリケーションやアクセス制御アプリケ
ーションにおける送信機の位置情報の利用も可能となる。

【０００３】 送信機の位置決めを行う多くの様々な方法が知られているが、これらの方法は
、一般に、信号の伝搬遅延の測定、時間差あるいは方位もしくはこれらのバリエ
ーションに基づく方法である。受信機の位置決めについても、送信機の位置決め
に適用される原理と同じ原理の適用が一般に可能であるが、送信機の位置決めを
行う場合には位置がわかっているいくつかの受信機を利用し、受信機の位置決め
を行う場合には位置がわかっているいくつかの送信機を利用するという１つの違
いが一般に存在する。

【０００４】 伝搬遅延に基づく方法では、信号の伝搬時間はいくつかの送受信機の組合せを
用いて送信機から受信機へ測定され、それによって位置決めを行う対象デバイス
の位置の決定が可能となる。単純化して述べれば、その方法は以下の種類の方法
となる。送信機によって、いわゆるＰＲＮ（疑似乱数ノイズ・コード）などの所
定の既知データ列が送信される。受信機によって同じ符号列が生成され、そのタ
イミングを同期させ、それによって受信され生成された符号が同じ位相をとるこ
とになる。ここで、送信機の符号列のタイミングが既知であり、送信機と受信機
のクロックを相互に同期させる場合、生成された符号列を同期させるために遅延
の長さから信号が進む距離の計算を行うことができる。この方法では、位置がわ
かっている２台以上の送信機であって、相互に同期するクロックを備えた２台以
上の送信機の利用も可能である。この場合、受信機のクロックは、送信機のクロ
ックと同期させる必要はないが、受信機から送信機までの距離の差を様々な符号
列の同期用遅延差から計算することが可能であり、その際、送信機の位置が既知
であれば、受信機の位置座標も得られる。この位置決め方法は、例えば周知のＧ
ＰＳ（全地球測位システム）などで利用されている。米国特許第３７８９４０９
には伝搬遅延に基づく測位システムが提示されている。伝搬遅延に基づく方法に
関する１つの問題点として、受信機の位置決めの際に、異なる送信機の符号列の
送信を既知の位相で可能にするために、複数の送信機同士を相互に極度に正確に
同期させる必要がある点が挙げられる。これに対応して、送信機の位置決めを行
う際に、受信機同士を相互に正確に同期させたり、あるいは、送信機との関連で
正確に同期させたりして、異なる受信機の基準シーケンスを同じ位相で生成でき
るように同期用遅延の決定を行うようにすることも必要となる。送信機と受信機
の絶対タイミングの精度の誤差も位置決めの誤差を引き起こす原因となる。典型
的には、極度に正確な内蔵の原子時計を利用することによりシステム・クロック
の同期状態が保持される。

【０００５】 信号の時間差に基づく方法では、信号は複数の送信機を用いて所定時点に送信
され、受信機を用いて信号の受信時間の差が測定される。２台の送信機から同時
に信号が送信される場合、複数の送信機と関連する受信機の距離の差を送信時間
の差から直接計算することが可能となる。これらの送信機の位置がわかっている
場合、送信機と関連して受信機がどの双曲線上に位置するかを上記距離の差から
知ることが可能となる。原理的には、上記方法は、送信機の位置決めに適用する
ことも可能であり、その場合、位置がわかっている２台の受信機であって、相互
に同期するクロックを備えた２台の受信機が利用される。この場合、信号受信の
絶対時点が双方の受信機を用いて測定され、その際、上記送信機と関連する上記
双方の受信機の距離の差が上記双方の測定値の差から得られる。時間差に基づく
上記方法の欠点は、信号の送信遅延を知る必要があるため、受信機の位置決めの
際に送信機同士を相互に同期させる必要があることである。送信機の位置決めの
際には、信号の受信時間の差を計算できるように受信機同士を相互に同期させる
必要がある。フィンランド特許第１０１４４５に時間差に基づく位置決め方法に
ついての記載がある。

【０００６】 方位に基づく方法では、複数の既知のポイントにおいて信号の伝播方向の測定
を行うことにより送信機の位置が決定される。この方法の欠点は、信号の伝播方
向の反射により生じる不正確さ及び変動である。

【０００７】 米国特許第５３２７１４５及び第５００８６７９に、受信遅延の測定に部分的
に基づく位置決め方法についての記載がある。米国特許第５３２７１４５に記載
の方法では、送信機から到来する信号の受信時点の差（受信遅延）並びにこれら
の信号の入射角を１台の受信機で測定することにより２台の送信機の位置が決定
される。上記方法は、１台の送信機の信号が２つの経路に沿って受信機まで進む
という事実に基づくものである。第１の信号は送信機から直接得られ、一方、第
２の信号はリンクとして作動する送受信装置または反射装置の周りを進む。信号
経路のリンクにより生じる遅延が既知であると仮定すると、これらの信号の測定
された受信遅延と、これらの信号の入射角とに基づいて、受信機から２台の送信
機までの距離の決定が可能となる。上記方法の欠点として、送信遅延の変動が考
慮されていないことに起因して、送信機が相互依存状態になるため、信号の送信
時点の正確な決定を行う必要があるということが挙げられる。上記方法では、後
者の信号を送信する時点（したがって、また信号の送信遅延）は、送信機間の距
離だけに依存し、また、標準長のリンク送信機の内部遅延だけに依存すると仮定
されている。この場合、リンク送信機の内部遅延のわずかな変化でさえ位置決め
の精度に直接影響を与えることになる。１つの欠点として、この方法では送信の
方位の測定を必要とすることも挙げられる。

【０００８】 米国特許第５００８６７９に記載の方法では、位置決めを行う対象送信機の位
置決定は、所定のリンクを介して受信機までの異なる経路に沿う信号をとること
により、かつ、異なる経路に沿って進む信号間の受信遅延を測定することにより
行われる。この受信遅延から、信号が進んだ距離の差の計算が可能となり、リン
クと受信機の位置がわかっているため、位置決めを行う対象送信機の位置の計算
が可能となる。上記方法の欠点として、送信遅延の変動が考慮されていないこと
に起因して、送信機が相互依存状態になるため、リンク局からの信号の送信時点
の正確な決定を行う必要があるということが挙げられる。上記方法では、リンク
信号の送信時点（したがって信号の送信遅延）は、送信機とリンク間の距離だけ
に依存し、また、標準長のリンク送信機の内部遅延だけに依存すると仮定されて
いる。したがって、リンク送信機の内部遅延のわずかな変化でさえ位置決めの精
度に直接影響を与えることになる。

【０００９】 本発明の目的は、タイミングあるいは測定性能に関して送信機や受信機が相互
に依存することなく送信機の位置の決定を可能にする方法をつくりだすことであ
る。言い換えれば、本発明の目的は、受信機が、相互に独立した送信機から到来
する信号を受動的かつ独立にモニタする方法をつくりだし、受信機が測定した受
信遅延に基づいて上記信号から未知の送信機の位置を決定できるようにすること
である。

【００１０】 如上の目的並びに後程解説する目的を達成するために、本発明に準拠する方法
の主たる特徴として本方法において、送信機と受信機とが実質的に相互に独立し
ていること；本方法において、前記タイミング信号間の受信遅延を測定するため
に少なくとも２台の受信機を使用すること；すべての受信機を用いて受信遅延の
測定をほぼ同時に実行すること；これらの受信遅延に基づいて、位置決めを行う
対象送信機の１以上の位置座標の計算を行うことが挙げられる。

【００１１】 また、本発明の目的は送信機の位置決めを行うシステムであり、上記システム
の特徴として、送信機と受信機とが相互に実質的に独立していること；上記シス
テムが、前記タイミング信号間の受信遅延を測定するように構成される少なくと
も２台の受信機を有すること；すべての受信機が受信遅延の測定をほぼ同時に行
うこと；これらの受信遅延に基づいて、計算装置が、１以上の位置決めを行う対
象送信機の位置座標の計算を行うことが挙げられる。

【００１２】 本発明による方法では、２台の送信機から到来するタイミング信号の受信遅延
を複数の受信機を用いて測定することにより位置決めが行われる。これらの受信
機と１台の送信機との位置がわかっている場合、タイミング信号の送信または受
信の絶対時点を認知することなく、位置決めを行う対象送信機の場所を受信遅延
に基づいて計算することが可能となる。当該絶対時点は本方法にとって重要性を
持つものではないため、本方法では、互いに独立している送信機と受信機の利用
が可能である。したがって、送信機と受信機同士を相互に時間的に同期させる必
要もない。上記受信機は、その他の受信機と関連してタイミング信号の受信時点
を決定する必要がないため時間的同期や共通の固定時間を伴わない独立した装置
とすることができる。上記送信機は、所定の絶対時点を計るために送信の計時を
行ったり、もう一方の送信機と関連して送信の計時を行ったりする必要はない。
したがってこれらの送信機も、時間的同期や共通の固定時間を伴わない独立した
装置とすることができる。信号の伝搬遅延の測定を行う必要もない。したがって
、符号列の位相シフトの代わりに、個々のパルスの受信間の時間測定に基づいて
測定を行うことができる。この場合、測定時にさらに高い時間軸分解能の達成が
可能であり、測定された信号が連続した信号である必要がないという理由によっ
て信号の多重伝搬に起因する問題が生じることはない。測定は受動的に行われ、
その際、位置決めによって、位置決めを行う対象送信機に負荷がかかることはな
い。同様に、位置決めを行う対象送信機の信号から、すべての受信機の測定のベ
ースとなる或るタイミング信号を曖昧性のない方法で決定することが可能である
ということ以外に、本方法では位置決めを行う対象送信機に対していかなる制約
も課されることはない。

【００１３】 以下、添付図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。

【００１４】 図１、２、３を参照すると、位置決め決定は単純化して述べれば以下のように
行われる：

【００１５】 本発明に準拠する１つの方法では、位置決めを行う対象送信機Ｍによって、位
置がわかっている各送信機Ｒと受信機Ａ、Ｂ、Ｃとの幾何学的依存状態が形成さ
れる。複数の受信機を用いて異なる送信機のタイミング信号間の受信遅延を測定
することにより、位置がわかっている送信機及び位置がわかっている受信機と関
連して、位置決めを行う対象送信機の位置が決定される。上記送信機ＭとＲとに
よって送信されるタイミング信号間の受信遅延を１台の受信機Ａを用いて測定す
ることにより、２つの未知の変数、すなわち、当該受信機と関連する送信機の距
離の差（１０ー１１)と、タイミング信号を送信する時点間の未知の遅延２２と
を持つ方程式を形成することができる。同じタイミング信号間の受信遅延がほぼ
同時に測定されたとき、位置がわかっている第２の受信機Ｂを用いて第２の方程
式も得られる。この第２の方程式は、２つの未知の変数、距離差（１２ー１３）
と送信遅延２２とを持つ。２つのの受信機の受信遅延測定が同じタイミング信号
に基づいて行われるため、送信遅延２２は双方の測定の際共通となる。

【００１６】 上記受信機の位置と、位置決めを行う対象送信機以外の送信機の位置とは座標
系１６に関してわかっているため、各受信機と関連する送信機の距離の差は位置
決めを行う対象送信機の位置座標ｘ、ｙ、ｚによって表現することができる。こ
の場合、双方の方程式は４つの共通の未知数（タイミング信号を送信する時点間
の未知の遅延２２、並びに、位置決めを行う対象送信機Ｍの位置座標）を持つ。

【００１７】 したがって、位置がわかっている１台の送信機Ｒと、位置がわかっている２台
の受信機ＡとＢによって、合計４つの未知数（送信遅延２２、並びに位置決めを
行う対象送信機Ｍの座標ｘ、ｙ、ｚ）を持つ２つの方程式が得られる。使用する
座標系１６の決定が可能であるため、位置決めを行う対象送信機の位置座標のう
ち２つの座標がわかれば、２台の受信機と１台の当該所定送信機とからなる構成
を用いて、送信遅延に加えて１つの位置座標の解も求めることができる。

【００１８】 位置がわかっている受信機の数が１だけ増加した場合、前の方程式と同じ未知
数を持つ第３の新しい方程式を新しい受信遅延測定値から形成することが可能で
ある。したがって、１つの変数が既知であると仮定すると、３つの変数の解を求
めることが可能となる。

【００１９】 位置がわかっている送信機の数が１だけ加えられると、各受信機を用いて２回
の受信遅延測定（第１の送信機及び位置決めを行う対象送信機に関する１回の受
信遅延測定と、第２の送信機及び位置決めを行う対象送信機に関する１回の受信
遅延測定）とを行うことが可能となる。この場合、方程式の数は、受信機数×位
置がわかっている送信機数となる。しかし、この場合、未知数の数もまた１だけ
増加し、一方で第２の送信機と、位置決めを行う対象送信機との間の送信遅延は
未知である。

【００２０】 したがって、本発明に準拠する方法を用いて、位置がわかっている３台の受信
機のいずれかと、１台の既知の送信機とを用いることにより、あるいは、位置が
わかっている２台の受信機と、２台の既知の送信機とを用いることにより、位置
決めを行う対象送信機の２つの未知の位置座標の解を求めることが可能である。
前者の構成からは、未知の送信遅延に加えて２つの位置座標の解を求めることが
できる３つの方程式が得られる。後者の構成からは４つの方程式が得られるが、
今度は２つの未知の送信遅延（既知の送信機と、位置決めを行う対象送信機との
双方に関連する送信遅延）が存在する。したがって、未知の送信遅延に加えて、
この場合にも、２つの位置座標の解を求めることができる。この交換可能性（co
mmutativeness）を一般化して述べれば、送信時点、異なる送信機のタイミング
信号の送信遅延、タイミング信号間の送信遅延の長さ、あるいは、その他の受信
機と関連するタイミング信号の受信時点が既知であるかどうかに関係なく、少な
くとも合計４台の位置がわかっている送信機または受信機を用いることにより、
位置決めを行う対象送信機の位置座標ｘとｙを決定することができるということ
になる。

【００２１】 位置がわかっている送信機と受信機の数を増やすことにより、位置決めを行う
対象送信機のさらに多くの位置座標の解を求めることが可能となる。もしくは、
位置決めを行う対象送信機の位置座標の解を求めるための多くの様々な方程式の
系を形成することにより、位置決めの精度を改善することが可能となる。位置が
わかっている送信機の数をＬで、受信機の数をＶで、並びに、解を求める位置座
標の数をＫで示せば、方程式の系Ｓの異なる組合せの数は次式のように表現する
ことができる。

【００２２】

【数１】

【００２３】 上式は、位置がわかっている送信機の数を実質的に増やすことにより、位置決
めの精度を上げることが可能であることを示す。例えば、位置決めを行う対象送
信機の座標ｘとｙの解を求めたいという要求が存在し、４台の受信機と、位置が
わかっている２台の送信機を有する本発明に準拠する方法をこの要求のために利
用する場合、７０個の方程式の系を用いて座標ｘとｙの解を求めることができる
。この構成によって、位置がわかっている１台の送信機と、３台の受信機とを使
用する対応する構成と比較して、ランダムな測定誤差の影響が軽減される。

【００２４】 以下、１つの例によって本発明による方法を提示する。本方法では、２台以上
の受信機、及び、位置がわかっている１台以上の送信機が用いられる。本例では
、３台の受信機と位置がわかっている１台の送信機とが存在する。本例では、位
置決めを行う対象送信機の位置座標ｘとｙ、並びに、送信機のタイミング信号間
の送信遅延がこれらの受信機の測定結果に基づいて決定される。本例では、位置
座標ｚ及びタイミング信号の送信順序が既知であると仮定されているか、タイミ
ング信号の送信順序がわかっていない場合、受信機は任意の所定時刻に送信機の
タイミング信号の識別を行うことができると仮定されている。本例では、説明を
明瞭にするために、座標ｚは既知であると仮定されているが、同じ原理に従って
、４台の受信機と１つの既知の送信機を用いて、あるいは、タイミング信号の送
信順序が既知であるか、送信機のタイミング信号の識別が可能であれば、３台の
受信機と２台の既知の送信機とを用いることによっても、位置決めを行う対象送
信機の位置座標ｘ、ｙ、ｚの決定を行うことが可能である。位置がわかっている
受信機と、位置がわかっている送信機との台数によって与えられる未知数の数よ
りも未知数の数が少ない場合、上述したように、送信機／受信機の組合せの測定
結果からさらに多くの系を形成して未知数の解を求めることにより、また、得ら
れた結果を組み合わせることにより位置決めの精度を上げることも可能である。

【００２５】 図１によれば、受信機Ａ、Ｂ、Ｃは、座標系１６と関連して既知のポイントに
配置され、本例では、座標系１６の軸ｘ、ｙ、ｚが定められ、送信機と受信機と
は座標系１６によって示される平面ｘ−ｙ上に配置されるようになっている。Ｒ
は位置がわかっている送信機であり、Ｍは位置決めを行う対象送信機である。

【００２６】 本方法を例示するために以下のように記号を定めることにする。

【００２７】 受信機Ａ、Ｂ、Ｃ並びに送信機ＲとＭの位置座標ｘをそれぞれ、Ｘ_A、Ｘ_B、Ｘ _C 、Ｘ_R、Ｘ_Mとし、座標ｙをそれぞれＹ_A、Ｙ_B、Ｙ_C、Ｙ_R、Ｙ_Mとする。これらの
位置座標の値は、使用する座標系１６の原点からの距離として表現される。

【００２８】 受信機Ａ、Ｂ、Ｃから送信機Ｒまでの距離１０、１２、１４をそれぞれＬ_R-A
、Ｌ_R-B、Ｌ_R-Cとする。

【００２９】 受信機Ａ、Ｂ、Ｃから送信機Ｍまでの距離１１、１３、１５をそれぞれＬ_M-A
、Ｌ_M-B、Ｌ_M-Cとする。

【００３０】

【数２】

【００３１】 本発明による方法では、送信機ＲとＭの双方は若干のランダムな遅延を伴って
互いに独立にタイミング信号の送信を行う。この送信は図２に例示されている。
本方法では、タイミング信号の送信時点及び送信遅延の送信時点のいずれも既知
である必要もなければ、予め定める必要もない。したがって、送信機同士を相互
に同期させたり、受信機と関連して同期させたりする必要はない。言うまでもな
く、送信機同士は相互の交信を行い、それによって次々に信号の送信を行うなど
のようなある種の依存状態を持っていてもよい。しかし、このタイプのタイミン
グ依存状態は非常に大まかなものなので位置決めにとって重要性を持つものでは
ない。したがって、これらの送信機は実質的に互いに独立したものである。しか
し、送信機は、生じ得る最大の受信機までの距離と信号の伝搬速度との間の関係
から定められるタイミング信号の符号列で行うより頻繁に同じタイミング信号の
送信を行ってはならない。この場合、すべての受信機内で、受信遅延の測定が同
じタイミング信号に基づいて行われることを確かめることができる。

【００３２】 タイミング信号２０と２１はパルス形、階段状、あるいはその類の信号のいず
れであってもよい。時間差の決定時に用いられるタイミング信号は、必ずしも物
理的信号そのものである必要はなく、さらに大きな組の物理的信号の変化から得
られる数学的に導き出される基準点であってもよいことに留意すべきである。こ
のことを示す簡単な例として、１つのパケット送信中すべてのベースバンド信号
の相転移の平均タイミングから計算される基準点を挙げることができよう。数学
的に導き出されるタイミング信号を用いることにより、受信情報全体をより良く
利用することができ、それによって位置決めの精度を上げることが可能となる。
しかし、本質的に重要な点は、受信遅延の測定のベースとなるポイントがすべて
の受信機により曖昧性のない方法で双方のタイミング信号で決定できることであ
る。送信順序がわかっていると仮定して、信号２０は送信機Ｒのタイミング信号
を表し、信号２１は送信機Ｍのタイミング信号を表すものとする。タイミング信
号の送信遅延の長さ２２は未知である。未知の送信遅延２２を記号τで示すこと
にする。

【００３３】 ここで、Ｒはタイミング信号を送信する第１の送信機であることがわかってい
ると仮定する。ただし、Ｍも同様にタイミング信号を送信する第１の送信機とな
ることが可能である。このような場合、タイミング方程式の中の１つの項の符号
は以下に説明するように変化するか、受信遅延の測定値の符号が逆になる。信号
の送信順序がわからず、受信機が、異なる送信機のタイミング信号を識別できな
くても、受信機と送信機の数、したがって利用可能な方程式の数が十分である限
り、残りの変数と共に方程式の系の中でこの送信順序を求めることも可能である
。

【００３４】 各受信機は同じタイミング信号２０と２１を検出する。本発明による方法では
、他の受信機と関連して、あるいは送信時点と関連して、どの時点で所定の受信
機にタイミング信号が到来するかによる違いは生じない。したがって、受信機の
クロックを相互に同期させたり、送信機と同期させたりする必要がなく、そのた
め本方法では共通のシステムを必要としない。各受信機は送信機から到来する信
号をモニタしながら独立に受動的に作動する。したがって、これらの受信機は実
質的に互いに独立している。しかし、本質的に重要な点は、各受信機により行わ
れる受信遅延測定が同じ送信から発信されるタイミング信号に基づくものである
という点、及び、すべての受信機を用いてほぼ同時に測定が行われ、その結果、
タイミング信号の送信後、当該タイミング信号の受信遅延の測定値が各受信機か
ら得られるという点である。言い換えれば、１回の送信時に受信機Ａで遅延が測
定され、２回目の送信時に受信機Ｂで遅延が測定され、３回目の送信時に受信機
Ｃで遅延が測定されるのではなく、１回の送信ですべての受信機Ａ、Ｂ、Ｃを用
いて遅延の測定が行われる。位置がわかっているさらに多くの送信機を使用する
場合、各受信機によってさらに多くの測定が行われ、位置決めを行う対象送信機
のタイミング信号と関連する、位置がわかっている各送信機のタイミング信号の
受信遅延の測定が行われる。図３に、ある受信機によって検出されたタイミング
信号の受信遅延が図示されている。タイミング図３０は、タイミング信号を送信
した第１の送信機のほうが、タイミング信号を送信した第２の送信機よりも受信
機に近い位置にある状況を表す。この場合、第１の送信機のタイミング信号３１
が最初に検出され、次いで、受信遅延３３の後、第２の送信機のタイミング信号
３２が検出される。この場合、受信機によって検出された受信遅延の長さはτで
あるが、この長さには、当該受信機と関連する送信機の距離の差、並びに、信号
の伝搬速度に比例する時間が加算される。本明細書では以後この信号の伝搬速度
を記号ｃで示すことにする。

【００３５】 タイミング図３４は、タイミング信号を送信した第１の送信機のほうが、タイ
ミング信号を送信した第２の送信機よりも受信機から遠い位置にある状況を表す
。この場合、受信機によって検出される受信遅延の長さ３７は送信遅延τである
が、当該受信機と関連する送信機の距離の差、並びに、信号の伝搬速度に比例す
る時間がこの送信遅延τから減算される。このような場合、タイミング信号を検
出する順序は当該受信機と関連する送信機の距離の差に比例する送信遅延の長さ
にも依存する。複数の送信機と当該受信機間の距離の差（例えばＬ_M-A−Ｌ_R-A）
の長さの距離を信号が進む場合にかかる時間よりも送信遅延τのほうが長くなる
通常のケースでは、最初に検出されるタイミング信号３５は最初に送信された信
号であり、第２に検出されるタイミング信号３６は２番目に送信された信号であ
る。複数の送信機と当該受信機間の差（例えばＬ_M-A−Ｌ_R-A）の長さの距離を信
号が進む場合にかかる時間よりも送信遅延τのほうが短くなる特別のケースでは
、後で送信された信号のほうが最初に検出され、この検出後、前に送信されたタ
イミング信号が検出される。この場合、符号設定規則に従って受信遅延は負にな
る。この受信遅延の解は受信機内で求めることが可能であり、例えば、どの送信
機のタイミング信号が信号３５と３６で問題となっているかが受信機により特定
され、取り決めた実行方法に従って予め受信遅延の符号が決定される。何らかの
理由のために、タイミング信号を識別できなかったり、タイミング信号同士を互
いに識別したくないという要求が存在したりする場合には、送信遅延τを十分に
長くして当該の特別の状況が生じないようなケースにするように取り決めること
も可能である。これは、本方法の範囲内で実行可能であり、例えば、位置がわか
っている送信機Ｒが受信機を内蔵して、位置決めを行う対象送信機のタイミング
信号の検出を行うようにしてもよい。この場合、Ｍがタイミング信号を送信した
後、位置がわかっている送信機Ｒが、Ｒ自身のタイミング信号の送信まで少なく
とも所定の時間待機することも可能である。

【００３６】 受信機の近くにどの送信機が位置しているかにかかわりなく、受信機によって
測定された受信遅延は、受信機Ａ、Ｂ、Ｃによって測定された受信遅延をそれぞ
れＴ_A、Ｔ_B、Ｔ_Cとするという依存状態に従う。送信機Ｒがタイミング信号を送
信する第１の送信機であることが符号設定規則に従って取り決められているこの
ケースでは以下の式が得られる:

【００３７】

【数３】

【００３８】 本例では、双方の送信機の信号が同じ伝搬速度を有すると仮定されているが、
本発明による方法に関する限りこの仮定は重要性を持つものではない。信号が異
なる伝搬速度を持ち得るのとまったく同様に、例えばＭの信号は速度ｃを、Ｒの
信号は速度ｖを持つことが可能であり、その際このケースでは、例えばＴ_Cは次
式で表現される：

【００３９】

【数４】

【００４０】 符号設定規則として送信機Ｍが最初にタイミング信号を送信するように取り決
められている場合、上記方程式はそれぞれ以下のようになる：

【００４１】

【数５】

【００４２】 送信順序Ｒ−Ｍに従う方程式が用いられ、測定された受信遅延の符号が逆にな
る場合の式と上式は事実上同じものである。

【００４３】 １より多くの既知の送信機が存在する場合、上述の原理に従って、その他の対
の送信機及びそれらの受信遅延と関連する方程式が形成される。

【００４４】 本例では、タイミング信号の送信順序はＲ−Ｍであると上記で取り決められ、
その際、解を求める方程式の系は以下のようになる：

【００４５】

【数６】

【００４６】 上式は座標Ｘ_MとＹ_Mを用いて３つの未知の変数で以下のように表現することが
できる：

【００４７】

【数７】

【００４８】 受信遅延Ｔ_A、Ｔ_B、Ｔ_Cは、測定済みの既知の受信遅延であるため、未知の変
数Ｘ_MとＹ_M及びτと関連するこの非線形方程式の系の解を求めることが可能であ
り、それによって位置決めを行う対象送信機の位置が決定される。

【００４９】 以下に、本発明による方法を適用する１つの例示ケースのパフォーマンスを示
すステップについて記載する。 １．使用する座標系１６を決定する。 ２．座標系１６内での受信機の位置座標Ａ、Ｂ、Ｃ及び既知の送信機Ｒを決定す
る。 ３．受信遅延３３または３７の測定のベースとする使用タイミング信号２０と２
１を決定し、仮定されている受信遅延の符号を決定するための送信順序を取り決
める。 ４．送信機Ｒをセットして、取り決めたタイミング信号を所定の間隔で送信する
。あるいは、Ｒが送受信装置である場合には、Ｍがタイミング信号を送信した後
タイミング信号の送信を行う。 ５．各受信機を用いて送信機の送信を追跡する。受信機が送信機のタイミング信
号ＲまたはＭを検出したとき、時間測定を開始する。 ６．受信機は、もう一方の送信機のタイミング信号を検出したとき時間測定を停
止する。取り決めた符号設定規則によりタイミング信号の受信順序に従って、測
定された受信遅延の符号を決定する。 ７．計算を実行するための測定された受信遅延の値を受信機から計算装置へ転送
する。 ８．測定された受信遅延と、既知の座標と、信号の既知の伝搬速度とによって如
上の方法で単数または複数の方程式の系を形成する。 ９．未知の位置座標と単数または複数の送信遅延について、これらの形成された
方程式の系の解を求める。

【００５０】 本発明による位置決め方法は様々なタイプの送信機の位置決めに適用が可能で
ある。特に、本方法は、ブルートゥース（商標）システムのようなデジタル・デ
ータ送信システムの無線送信機の位置決めを行う際の利用に好適である。ブルー
トゥース（商標）システムでは、無線セットは特別のネットワークをお互い同士
で形成し、その場合、ネットワークのマスタ・ユニットとスレーブ・ユニットと
は共通のデータ送信チャネルでデータ・パケットを次々に送信する。このような
システムでは、当該データ送信チャネルのデータ・トラフィックを各受信機で受
動的にモニタすることにより送信機の位置決めを好適に実現することができる。
この場合、パケットのヘッダ部分と送信シーケンスとから各データ・パケットの
送信機の特定が可能である。パケットのヘッダ部分に含まれる共通して取り決め
たビット（例えば、アドレス・フィールドの後で検出される第１の信号０と１の
変化など）を受信遅延測定用のタイミング信号として利用することも可能である
。ブルートゥース（商標）方式のデバイスのデータ・パケットの送信時点はお互
い同士或る一定の時間的依存状態を持っているとはいえ、送信遅延の変動が非常
に大きいので、時間差の測定に基づく従来方式の位置決め方法ではこの送信遅延
を利用することはできない。しかし、本発明による方法では、タイミング信号の
送信遅延を知る必要はない。したがって、タイミング信号を送信する絶対時点に
かかわらず、パルスのようなタイミング信号から正確に送信機の位置の決定を行
うことが可能となる。

【００５１】 図４は本発明によるブルートゥース（商標）方式の送信機の測位システムの動
作原理を示す図である。この測位システムには、位置がわかっている送信機４１
と４２及び位置がわかっている受信機４５、４６、４７、並びに、計算装置４９
が具備されている。このシステムによって少なくとも２台備えられている受信機
には、タイミング信号を受信し、受信遅延を測定する手段が含まれる。計算装置
４９は、別個のユニットであってもよいし、或る受信機と接続して組み込まれて
いるユニットであってもよい。送信機４１はブルートゥース（商標）方式の位置
決めを行う対象送信機であり、４２は位置がわかっている送信機である。送信機
４２は、それ自身のデータ送信チャネルで規則的な間隔でタイミング信号を送信
する独立したユニットとして作動することができる。あるいは、送信機４２は、
送信機４１と共に、共通のデータ送信チャネルと、ピコネットワークとを形成す
ることができ、その際これらの送信機４１と４２は相互にデータ・パケット４３
と４４を送信する。しかし、測位システムの作動に関しては送信機４１と４２と
は互いに独立している。これは、信号を送信する時点の相対的タイミングがいず
れの場合にも非常に不正確なので、位置決め決定時にこの相対的タイミングの利
用ができないという理由に因るものである。互いに独立の受信機４５、４６、４
７によって、単数または複数のデータ送信チャネルのデータ・トラフィックが受
動的にモニタされ、データ・パケット４３と４４の中に含まれるタイミング信号
で受信遅延測定が行われる。例えば、受信機は、この受信遅延測定を行って、送
信されたデータ・パケットのヘッダ内容をモニタし、送信機４１または４２から
の送信を検出したとき、アドレス・フィールドの後にある最初の０と１の信号変
化などによって、時間測定の開始や停止をを行うことができる。タイミング信号
を受信する絶対時点は測位システムの作動にとって重要性を持つものではないの
で、受信機同士を相互に同期させる必要はない。受信遅延の測定結果４８は受信
機から計算装置へ転送され、位置決めを行う対象送信機４１の位置座標は、これ
らの測定結果に基づいて上記計算装置により決定される。転送を所望する場合、
この計算装置から、無線経路を介して、さらに位置決めを行う対象とするブルー
トゥース（商標）方式の送信機まで位置座標５０の転送を行うことが可能である
。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による方法の測定構成を示す図である。

【図２】 タイミング信号間の送信遅延を示す図である。

【図３】 受信機によって測定された、タイミング信号間の受信遅延を示す図である。

【図４】 本発明による１つの測位システム示すブロック図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信機の位置決めを行う方法であって、位置決めを行う対象
   送信機によって送信されるタイミング信号について、位置がわかっている１台以
   上の送信機のタイミング信号の受信遅延を位置がわかっている受信機を用いて測
   定し、これらの測定を数値として利用することにより、位置がわからない上記送
   信機の場所を決定する方法において、上記送信機と受信機とが相互に実質的に独
   立していることと、前記タイミング信号間の受信遅延を測定するために少なくと
   も２台の受信機を使用することと、上記すべての受信機を用いて上記受信遅延の
   測定をほぼ同時に行うことと、位置決めの対象となる上記送信機の１以上の位置
   座標を上記受信遅延に基づいて計算することとを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 上記位置決めを行う対象送信機のタイミング信号と、位置が
   わかっている単数又は複数の送信機のタイミング信号との間の送信遅延を上記受
   信遅延に基づいて決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 上記位置決めを行う対象送信機と、上記位置がわかっている
   送信機との双方から、２台以上の受信機を用いて上記タイミング信号を受信する
   こと、これらのタイミング信号間の受信遅延を各受信機を用いて測定すること、
   上記測定された受信遅延に基づいて、上記位置決めを行う対象送信機の未知の位
   置座標、並びに、上記２台の送信機のタイミング信号間の送信遅延を計算するこ
   とを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 上記タイミング信号として、パルス又は階段状の変化、もし
   くは１組の物理的信号変化から数学的に導き出される基準点が存在することと、
   上記位置決めを行なう対象送信機に関して上記位置の決定を受動的に行うことと
   、送信時点、異なる送信機のタイミング信号の送信遅延、タイミング信号間の送
   信遅延の長さ、あるいは、他の受信機に関するタイミング信号の受信時点が既知
   であるかどうかに関りなく、位置がわかっている少なくとも合計４台の送信機ま
   たは受信機を用いることにより、位置決めを行う対象送信機の位置座標ｘとｙを
   決定することができることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の方法
   。
5. 【請求項５】 位置決めに必要な台数よりも多くの台数の、位置がわかって
   いる送信機と受信機とが用いられ、その際、さらに多くの方程式の系により上記
   未知の位置座標の解を求めることにより上記位置決めの精度を上げることができ
   ることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の方法。
6. 【請求項６】 送信機の位置決めを行うシステムであって、位置がわかって
   いる受信機を用いて、１台以上の位置がわかっている送信機によって送信される
   タイミング信号の受信遅延を、位置決めを行う上記対象送信機に関して測定し、
   次いで、これらの測定を数値として利用することにより、位置がわからない上記
   送信機の場所を決定するシステムにおいて、上記送信機と受信機とが相互に実質
   的に独立していることと、上記システムが、前記タイミング信号間の受信遅延を
   測定するように構成される少なくとも２台の受信機を備えることと、上記すべて
   の受信機がほぼ同時に上記受信遅延を測定することと、上記位置決めを行う対象
   送信機の位置座標の１以上の座標を計算装置が上記受信遅延に基づいて計算する
   こととを特徴とするシステム。
7. 【請求項７】 上記位置決めを行う対象送信機のタイミング信号と、上記位
   置がわかっている単数又は複数の送信機のタイミング信号との間の送信遅延を上
   記計算装置が上記受信遅延に基づいて計算することを特徴とする請求項６に記載
   のシステム。
8. 【請求項８】 各受信機が各送信機によって送信されるタイミング信号を受
   信することと、各受信機が上記タイミング信号間の受信遅延を測定することと、
   各受信機が上記受信遅延の値を上記計算装置へ転送することと、上記計算装置が
   、所定のパラメータと上記測定された受信遅延とに基づいて、位置決めを行う上
   記対象送信機の位置座標を計算することとを特徴とする請求項７に記載のシステ
   ム。
9. 【請求項９】 位置決めを行う上記対象送信機が無線送信機であることを特
   徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 【請求項１０】 位置がわかっている上記送信機と、位置決めを行う上記対
    象送信機とがピコネットワークを形成し、さらに、上記受信機を用いて当該ピコ
    ネットワークのデータ・トラフィックを受動的にモニタすることにより上記位置
    決めが行われることを特徴とする請求項９に記載のシステム。