JP2004170114A - 位置検知プログラム - Google Patents

Abstract

【目的】この発明は、複数の無線局あるいはアンテナから発信される位置情報あるいはＰＲＮコードの位相差を測定して位置検知を行うためのプログラムに関するものである。
【構成】各アンテナの位置２ａ、２ｂ、２ｃと携帯可能な端末３との距離は、各々のアンテナからの信号到達時間に光速を乗算してＣ・Ｔ１、Ｃ・Ｔ２、Ｃ・Ｔ３から求められるが、各アンテナの位置２ａ、２ｂ、２ｃで信号が発信される時刻が正確に把握できないため、アンテナ１、２、３から発信される位置情報あるいはＰＲＮコードを携帯可能な端末３で受信した時の位相差あるいは時間差より携帯可能な端末３の位置を検知する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、マイクロセルあるいはピコセルを構成するデジタル方式の移動無線システムにおいて、携帯可能な端末が基準となる発信手段から発信される位置情報あるいはＰＲＮコードを受信して位置の検知を行う場合に、位置検知精度の向上させるためのプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、例えば、特許出願第２００２−２１４７９９号による位置検知装置である。
図３において、５１〜５３はエリア＃１から＃３、６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６３ａ、６４ａは時間スロット、７１はガードビット、７２はヘッダー、１は基準となる制御手段、２ａ〜２ｃは無線局、４ａ〜４ｃは接続ケーブルである。
サービスエリアをカバーするために複数の無線局１、２、３を用いて位置情報あるいはＰＲＮコードを含んだ信号を同時に発信すると、定在波などの影響で受信電界が変動すると弱い信号は他の強い信号に抑圧されて受信できなくなる。
このような問題を解決するため、無線局１、２、３からは発信される無線信号を時分割に制御する。例えば、無線局１は６１ａ、６２ａのタイミングで発信し、無線局２では６２ａ、６３ａのスロットを割当てることにより、同期信号以外では時間的な重畳を避けることができる。
図（Ｂ）では３スロットについて記載されているが、スロットの数は任意でよい。各時間スロットでは、同じＰＲＮコードかあるいは異なるＰＲＮコードを切り替えて発信することもできる。また、ＰＲＮコードを拡散符合とする場合にはデータを重畳させて伝送することも可能である。
無線局２ａ、２ｂ、２ｃと携帯可能な端末３との間の同期を確立しあるいは維持するために、同期信号が設けられており、同期信号の期間で同期をとり、他の時間スロット時は同期を固定して位相を測定している。
しかし、従来の位置検知装置では、ハードウエアの構成については記述されているが、位相差あるいは時間差の検出と位置の検知を行うためのプログラムについては十分に記述されていない問題があった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる位置検知プログラムは、複数の無線局あるいは複数のアンテナから発信される位置情報あるいはＰＲＮコードの内から任意の組み合わせで位相差あるいは時間差を検出し、携帯可能な端末の位置を検知するための具体的なプログラムの方式に関連するものである。
【０００４】
【作用】
この発明において、
請求項の第１項では、基準となる位置情報あるいはＰＲＮコードを発信するための制御手段あるいは当該制御手段に接続され基準となる無線局と、複数の個所に設置された無線局あるいはアンテナを時分割で切り替えて当該位置情報あるいはＰＲＮコードを含んだ無線信号を空間に放射し、携帯可能な端末において複数の無線局あるいは複数のアンテナ手段から発信される無線信号の内から任意の組み合わせ間の位相差あるいは時間差を測定することによって双曲線航法あるいは三角法により当該携帯可能な端末の位置の検知を行うための方法である。
請求項の第２項では、当該携帯可能な端末に複数のアンテナを設け、当該複数のアンテナ毎に測定した位相差あるいは時間差から位置の計算を行い、当該複数のアンテナ間の間隔と比較して位相差あるいは時間差を補正しあるいは位置の補正を行う。
請求項の第３項では、基準となる位置情報あるいはＰＲＮコードを発信するための制御手段に接続され基準となる無線局と、当該無線局発信される位置情報あるいはＰＲＮコードを含んだ無線信号を複数のアンテナを接続した携帯可能な端末において受信し当該アンテナの任意の組み合わせ間の位相差あるいは時間差を測定することによって双曲線航法あるいは三角法により当該携帯可能な端末の位置の検知を行うための方法である。
請求項の第４項では、当該軌跡からのずれが小さいデータ程精度が高く、あるいはＧＤＯＰ（幾何学的精度劣化）値の小さいデータ程精度が高いと見なす。
請求項の第５項では、当該２箇所以上の無線局あるいはアンテナの位置と当該携帯可能な端末の位置関係が既知の場合に双曲線航法あるいは三角法により求めた位相差あるいは時間差と、当該無線局あるいはアンテナから発信された位置情報あるいはＰＲＮコードを含んだ無線信号を受信することにより求めた位相差あるいは時間差との間に差異が生じる場合には、各個別の無線局あるいはアンテナに固有の遅延時間を補正値として設ける。
請求項の第６項では、当該複数の無線局あるいはアンテナあるいはこれらの両方が複数個所に設置され、各個別の無線局に接続された複数のアンテナ間では位置情報あるいはＰＲＮコードが同期をとって発信されるが当該複数の無線局間では精密な同期をとらない場合でも当該複数の無線局を活用して三角法により精度の良い位置検知を行う。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１に従って説明する。図１において、２ａ、２ｂ、２ｃはアンテナ１、２、３の位置、４は携帯可能な端末の位置、５１ａ、５１ｂ、５１ｃはアンテナ１の位置２ａを中心とする円周であり、５２ａ、５２ｂ、５２ｃはアンテナ２の位置２ｂを中心とする円周であり、５３ａ、５３ｂ、５３ｃはアンテナ３の位置２ｃを中心とする円周である。
ここで、アンテナ１、２、３の正確な位置２ａ、２ｂ、２ｃは平面あるいは立体の座標軸あるいは地図上の緯度と東経などで表示され無線回線などを通じて当該携帯可能な端末において受信されデータベースとして記憶されているものとする。
アンテナ１の位置２ａと携帯可能な端末１０３との距離は信号到達時間に光速を乗算してＣ・Ｔ１で求められるが、各アンテナ１，２，３の位置２ａ、２ｂ、２ｃで信号が発信される時刻が正確に把握できないため、アンテナ１、２、３から発信される位置情報あるいはＰＲＮコードを携帯可能な端末３で受信した時の各アンテナ１、２、３相互間の位相差あるいは時間差と各アンテナ１、２、３の位置２ａ、２ｂ、２ｃとの関係から求める。
仮に、アンテナの位置２ａ、２ｂ、２ｃから発信される位置情報あるいはＰＲＮコードの位相が各アンテナの位置２ａ、２ｂ、２ｃでは同じとすると、携帯可能な端末１０３で受信される位置情報あるいはＰＲＮコードの位相差あるいは時間差は、、それぞれＴ１＋ｔ０、Ｔ２＋ｔ０、Ｔ３＋ｔ０となり、発信される時刻の不確定さが不確定値ｔ０としてあらわされる。
データベースにより与えられるアンテナの位置座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）と端末の位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）との距離がそれぞれＣ・Ｔ１、Ｃ・Ｔ２、Ｃ・Ｔ３となる関係から、連立方程式を作成しＸ、Ｙ、Ｚ、およびｔ０について誤差が小さくなるよう線形最小二乗法の手法を用いて位置座標を求めれば良い。
このとき、例えばσを標準偏差とすると、各々の時間測定にσＴ１、σＴ２、σＴ３の誤差を生じるので、測定値の誤差はそれぞれσＴ１＋σｔ０、σＴ２＋σｔ０、σＴ３＋σｔ０となる。位置計測演算の前に時間差の測定を複数回行った平均値を用いることで、位置計測演算処理の負荷を押さえながらも、σＴ１、σＴ２、σＴ３およびσｔ０の誤差を軽減することができる。
また、各アンテナ１、２、３で発信される位置情報あるいはＰＲＮコードの位相が２ａ、２ｂ、２ｃで既に均一でなく時間差を生じている時には、基準となる制御手段の位置からアンテナ１、２、３の位置の２ａ、２ｂ、２ｃまでの遅れあるいは進みを補正して、検出した時間差から補正値を加算あるいは減算して算出する必要がある。
逆に、各アンテナ１、２、３の位置２ａ、２ｂ、２ｃと携帯可能な端末３の位置が判明している時に、位相差あるいは時間差の検出値から、基準となる制御手段から各アンテナ１、２、３の位置２ａ、２ｂ、２ｃまでの間で既に生じている時間差を逆算して算出することも可能である。
遅れあるいは進みの時間をσとするとアンテナ位置２ａの場合の測定値はσｔ１＋Ｔ１＋ｔ０とあらわされる。補正時間計測時にはアンテナ位置座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）と端末位置座標（Ｘ，Ｙ、Ｚ）は既知であることから、Ｔ１を求めることもできる。また不確定値ｔ０は各アンテナ１、２、３からの位相差あるいは時間差の測定値から減算することで消し去ることができるので、複数のアンテナからの測定値より連立方程式をたて、最小二乗法を用いて解くことで、各アンテナ１、２、３の遅れあるいは進みの時間を求め、補正値としてこれらを利用する。
なお、当該位相差あるいは時間差の測定に際し、線形最小二乗法あるいは誤差の発生の少ない方法により平均値を求めることにより測定ができる。
また、最小二乗法により位置の検知を行った結果を時系列に記憶して位置の軌跡を求め、最小二乗法により過去の軌跡からの分散を求め、その中心となる軌跡から現在の位置を推定あるいは確定させることができる。
【０００６】
図２は本発明の他の実施例を示す図である。図２において、２ａ、２ｂはアンテナ１、２の位置であり、３は携帯可能な端末の位置、５１はアンテナ１の位置２ａと携帯可能な端末３との間の距離であり、５２はアンテナ２の位置２ｂと携帯可能な端末３との間の距離であり、４１はアンテナ１の位置２ａとアンテナ２の位置２ｂとの間の距離であり、４２は距離４１の中間点であり、４３は当該中間点４１と携帯可能な端末３との間を結ぶ線であり、４４はアンテナ２の位置２ｂから当該距離５１上で携帯可能な端末の位置３からの距離が距離５２と等しくなる位置４５を結ぶ線であり、４６は線４１と線４３との間の角度である。
携帯可能な端末３がアンテナ１と２から十分離れている時には、線４４と線５１は直交し、角度４６をαとすると、ｃｏｓα＝（アンテナ１と２の位置２ａと２ｂの間の距離））／（点４５とアンテナ１の位置２ａまでの距離）から求められる。
なお、本方式は、歩行者を誘導する場合には進行方向をガイダンスする場合が多いので、目標点からのズレ角度を検知する場合などに有効である。
また、位相差あるいは時間差の測定に際し、測定結果の生データから任意の時間間隔で平均値を求め、当該平均値を用いて線形最小二乗法あるいは誤差の発生の少ない方法により位置の計算を行うことができる。
【０００７】
以上の説明では、複数回の測定値を最小二乗法で平均値を求める場合について述べたが、平均値を求める時点に近いものほど重み付けを行ういわゆる加重平均あるいは移動平均により行うことができる。
また、Ｎ回の平均値をとることで、位相差あるいは時間差の測定精度を、９５％の確かさで、±σ／（√Ｎ）以内に予測することが可能となる。
【０００８】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成されているため、複数の無線局あるいはアンテナから発信される位置情報あるいはＰＲＮコード相互間の位相差あるいは時間差を測定し、平均をも求めることで位置検知の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概念図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す概念図である。
【図３】従来の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 基準となる制御局
２ａ、２ｂ、２ｃ 無線局１、２、３の位置
３ 携帯可能な端末の位置
４ａ、４ｂ、４ｃ 接続ケーブル
４１ アンテナ１の位置とアンテナ２の位置を結ぶ線
４２ アンテナ１の位置とアンテナ２の位置の中間点
４３ 中間点４２と携帯可能な端末の位置３を結ぶ線
４４ アンテナ２と携帯可能な端末の位置３を結ぶ線を２辺とする２等辺３角形の底辺
４５ 底辺４４とアンテナ１と携帯可能な端末３の位置とを結ぶ線との交点
４６ 線４１と線４３が交わる角度
５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ アンテナ１の位置を中心とする円
５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ アンテナ１の位置を中心とする円
５３、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ アンテナ１の位置を中心とする円
６１ａ、６１ｂ 同期信号
６２ａ、６３ａ、６４ａ エリア１、２、３、に割り当てられたスロット

Claims (6)

1. マイクロセルあるいはピコセルを構成するデジタル移動無線システムにおいて、
   基準となる位置情報あるいはＰＲＮコードを発信するための制御手段あるいは当該制御手段に接続され基準となる無線局と、当該制御手段にケーブルを通じて接続され複数箇所に設置された無線局あるいは当該基準となる無線局にケーブルを通じて接続され複数個所に設置されたアンテナあるいはアンテナ手段から構成され、当該複数の個所に設置された無線局あるいはアンテナあるいはアンテナ手段が時分割で切り替えられて当該位置情報あるいはＰＲＮコードを含んだ無線信号を空間に発信し、
   当該無線信号を受信して位置の検知を行う携帯可能な端末において、当該複数の無線局あるいは複数のアンテナあるいはアンテナ手段の任意の組み合わせから発信される無線信号に含まれる情報あるいはＰＲＮコードの任意の組み合わせによる位相差あるいは時間差を測定して任意の時間間隔で平均値をとり、当該位相差あるいは時間差の平均値を用いて双曲線航法あるいは三角法によって当該携帯可能な端末の位置を検知するために最小二乗法あるいは誤差を最少とする方法により演算を行い、
   当該位置検知結果を時系列に記憶して座標軸上に軌跡をプロットし、最小二乗法あるいは当該軌跡からの分散を求める方法により当該携帯可能な端末の現在位置の推定あるいは確定を行うことを特徴とする位置検知プログラム
2. 当該携帯可能な端末が間隔を隔てて設けられた複数のアンテナを接続し、当該複数のアンテナ毎に測定した位相差あるいは時間差を用いて位置あるいは方向あるいはこれらの両方を計算し、当該計算結果と当該複数のアンテナ間の間隔を比較することにより当該位相差あるいは時間差の測定結果を補正しあるいは当該計算結果を補正することを特徴とする請求項第１項に記載の位置検知プログラム
3. マイクロセルあるいはピコセルを構成するデジタル移動無線システムにおいて、
   基準となる位置情報あるいはＰＲＮコードを発信するための制御手段に接続され基準となる無線局と、当該無線局から発信される位置情報あるいはＰＲＮコードを含んだ無線信号を受信するために複数のアンテナあるいはアンテナ手段を接続してなる携帯可能な端末から構成され、
   当該無線信号を受信して位置の検知を行う携帯可能な端末において、間隔を隔てて設けられた複数のアンテナあるいはアンテナ手段の任意の組み合わせから受信される無線信号にに含まれる位置情報あるいはＰＲＮコードの任意の組み合わせによる位相差あるいは時間差を測定して任意の時間間隔で平均値をとり、当該位相差あるいは時間差の平均値を用いて双曲線航法あるいは三角法によって当該携帯可能な端末の位置を検知するために最小二乗法あるいは誤差を最少とする方法により演算を行い、
   当該位置検知結果を時系列に記憶して座標軸上に軌跡をプロットし、最小二乗法あるいは当該軌跡からの分散を求める方法により当該携帯可能な端末の現在位置の推定あるいは確定を行うことを特徴とする位置検知プログラム
4. 当該軌跡からのずれが小さいデータ程精度が高く、あるいはＧＤＯＰ（幾何学的精度劣化）値の小さいデータ程精度が高いと見なすことを特徴とする請求項第１項から第３項に記載の位置検知プログラム
5. 当該２箇所以上の無線局あるいはアンテナの位置と当該携帯可能な端末の位置関係が既知の場合に双曲線航法あるいは三角法により求めた位相差あるいは時間差と、当該無線局あるいはアンテナから発信された位置情報あるいはＰＲＮコードを含んだ無線信号を受信することにより求めた位相差あるいは時間差との間に差異が生じる場合には、各個別の無線局あるいはアンテナに固有の遅延時間を補正値として記憶し、以後の位置検知の補正係数として利用することを特徴とする請求項第１項から第４項に記載の位置検知プログラム
6. 当該複数の無線局あるいはアンテナあるいはこれらの両方が複数個所に設置され、各個別の無線局に接続された複数のアンテナ間では位置情報あるいはＰＲＮコードが同期をとって発信されるが当該複数の無線局間では精密な同期をとらない場合でも当該複数の無線局を活用して精度の良い位置検知を行うことを特徴とする請求項第１項から第５項に記載の位置検知プログラム

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