JP2005077175A - 方位検知方法およびシステム、送信機および受信機、並びに、位置検出方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】周囲環境によらず，市街地や建物内でも方位検知を可能とする。
【解決手段】第１の場所Ａから所定の拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して得られた複数種類の拡散無線信号ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ３，ＰＮ４をそれぞれ異なる方位に送信する第１のステップと、第１の場所から離れた第２の場所Ｘで拡散無線信号を受信する第２のステップと、受信された拡散無線信号を逆拡散処理する第３のステップと、逆拡散処理の結果に基づき第１の場所Ａと第２の場所Ｘとの方位関係を検知する第４のステップとを備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、方向検知および位置検出を行う方法およびシステムに関し、特に、スペクトラム拡散技術を用いて方向検知および位置検出を行う方法およびシステムに関するものである。

従来の方位検知装置の一つに超短波全方向式無線標識施設（VHF Omni-directional radio Range：ＶＯＲ)がある。ＶＯＲとは、１０８ＭＨｚから１１８ＭＨｚの電波を利用し、全方位からＶＯＲ局からみた移動局の方位を決めることが可能な航法援助施設である（例えば、非特許文献１参照）。ＶＯＲ局からは、全方位に同じ位相の３０Ｈｚ基準位相信号を振幅変調で送信し、方位によって位相が変化する３０Ｈｚ可変位相信号を周波数変調で送信する。移動局では、受信された両信号の位相差により、ＶＯＲ局からみた自分の方位を決める。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
国土交通省の航空関係ホームページ <URL:http://www.mlit.go.jp/koku/koku.html>

しかしながら、従来技術であるＶＯＲでは、周囲の建築物や樹木・地形の影響により信号対雑音の電力比（Ｓ／Ｎ）が低くなると、受信信号に基づく方位検知が不可能になる。このように、従来の方位検知装置には、周囲環境に影響を受けやすく、市街地や建物内では方位検知できないという問題があった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、周囲環境によらず方位検知を可能とし、方位検知および位置検出の屋内利用等の利便拡大に寄与することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明に係る方位検知方法は、第１の場所から所定の拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して得られた複数種類の拡散無線信号をそれぞれ異なる方位に送信する第１のステップと、第１の場所から離れた第２の場所で拡散無線信号を受信する第２のステップと、受信された拡散無線信号を逆拡散処理する第３のステップと、逆拡散処理の結果に基づき第１の場所と第２の場所との方位関係を検知する第４のステップとを備えたことを特徴とする。
ここで、第１のステップでは、複数の拡散符号を用いて拡散処理し、第３のステップでは、前記複数の拡散符号を用いて逆拡散処理し、第４のステップでは、逆拡散処理に用いられた拡散符号に基づき方位関係を検知するようにしてもよい。
また、第１のステップでは、同じ拡散符号を用いて拡散処理して得られた互いに極性が異なる２つの拡散無線信号を同時に異なる方位に送信し、第４のステップでは、逆拡散処理により得られたデータの極性に基づき方位関係を検知するようにしてもよい。

また、本発明に係る方位検知システムは、所定の拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して得られた複数種類の拡散無線信号をそれぞれ異なる方位に送信する送信機と、受信された拡散無線信号を逆拡散処理する受信機と、逆拡散処理の結果に基づき送信機と受信機との方位関係を検知する方位検知器とを備えたことを特徴とする。
ここで、送信機は、複数の拡散符号を用いて拡散処理し、受信機は、前記複数の拡散符号を用いて逆拡散処理し、方位検知器は、逆拡散処理に用いられた拡散符号に基づき方位関係を検知するようにしてもよい。
また、送信機は、同じ拡散符号を用いて拡散処理して得られた互いに極性が異なる２つの拡散無線信号を同時に異なる方位に送信し、方位検知器は、逆拡散処理により得られたデータの極性に基づき方位関係を検知するようにしてもよい。

また、本発明に係る送信機は、所定周波数のキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、拡散符号を生成する送信側拡散符号発生部と、拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理し複数種類の拡散無線信号を生成する拡散処理部と、複数種類の拡散無線信号をそれぞれ異なる方位に送信する送信アンテナと、この送信アンテナの送信方位を変更する送信方位変更部と、複数種類の拡散無線信号と送信アンテナの送信方位との関係を示すデータを記憶する記憶部と、この記憶部に記憶されているデータに基づき送信方位変更部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
ここで、キャリア信号生成部は、複数の拡散符号を生成し、拡散処理部は、複数の拡散符号を用いて複数種類の拡散無線信号を生成し、制御部は、送信側拡散符号発生部および送信方位変更部を制御するようにしてもよい。
また、拡散処理部は、同じ拡散符号を用いて互いに極性が異なる２つの拡散無線信号を生成するようにしてもよい。

また、本発明に係る受信機は、拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して生成された拡散無線信号を受信する受信アンテナと、複数の拡散符号を生成する受信側拡散符号発生部と、前記複数の拡散符号を用いて、受信された拡散無線信号を逆拡散処理する逆拡散処理部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る位置検出方法は、上述した方位検知方法を用いて、複数の位置が既知の場所からの、位置が未知の場所の方位を検知することにより、位置が未知の場所の位置を検出することを特徴とする。
ここで、第１の場所が、位置が既知の場所であり、第２の場所が、位置が未知の場所であってもよい。または、第１の場所が、位置が未知の場所であり、第２の場所が、位置が既知の場所であってよい。

また、本発明に係る位置検出システムは、所定の拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して得られた複数種類の拡散無線信号をそれぞれ異なる方位に送信する複数の送信機と、受信された拡散無線信号を逆拡散処理する受信機と、逆拡散処理の結果に基づき送信機を基準にした受信機の方位を検知することにより、送信機を基準にした受信機の位置を検出する位置検出器とを備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る位置検出システムは、所定の拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して得られた複数種類の拡散無線信号をそれぞれ異なる方位に送信する送信機と、受信された拡散無線信号を逆拡散処理する複数の受信機と、逆拡散処理の結果に基づき受信機を基準にした送信機の方位を検知することにより、受信機を基準にした送信機の位置を検出する位置検出器とを備えたことを特徴とする。

これらの位置検出システムにおいて、送信機は、複数の拡散符号を用いて拡散処理し、受信機は、複数の拡散符号を用いて逆拡散処理し、位置検出器は、逆拡散処理に用いられた拡散符号に基づき方位を検知するようにしてもよい。
また、送信機は、同じ拡散符号を用いて拡散処理して得られた互いに極性が異なる２つの拡散無線信号を同時に異なる方位に送信し、位置検出器は、逆拡散処理により得られたデータの極性に基づき方位を検知するようにしてもよい。

本発明では、所定の拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して得られた複数種類の拡散無線信号を第１の場所にある送信機からそれぞれ異なる方位に送信し、第２の場所にある受信機で受信された拡散無線信号を逆拡散処理し、その結果に基づき第１の場所と第２の場所との方位関係を検知する。このように、スペクトラム拡散技術を用いて送信信号を広帯域化することにより、Ｓ／Ｎが低い環境下でも受信信号に基づく方位検知が可能になる。よって、周囲環境によらない方位検知が可能になり、屋内における方位検知を実現できる。

また、同じ拡散符号を用いて拡散処理して得られた互いに極性が異なる２つの拡散無線信号を同時に異なる方位に送信し、受信された拡散無線信号の逆拡散処理により得られたデータの極性を方位関係の検知に用いることにより、方位検知に必要な拡散符号の数および所要時間を低減できる。

また、本発明では、上述した方法による方位検知の結果を用いて、位置が未知の場所の位置を検出する。これにより、周囲環境によらない位置検出が可能になり、屋内における位置検出を実現できる。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る方位検知システムは、所定の拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して得られた複数種類の直接拡散無線信号をそれぞれ異なる方位に送信する送信機と、受信された直接拡散無線信号を逆拡散処理し、その結果に基づき送信機からみた方位を検知する受信機とから構成されている。ここで、直接拡散無線信号とは、キャリア信号をより高い周波数帯域へ周波数変換することなく、そのまま拡散処理して得られた信号をいう。

まず、図１〜図３を参照し、送信機の構成について説明する。
図１に示すように、送信機１は、キャリア信号生成部１１と、拡散処理部１２と、電力増幅器（以下、ＰＡという）１３ａ，１３ｂと、バンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦという）１４ａ，１４ｂと、アンテナ１５ａ，１５ｂと、記憶部１９と、制御部２０とを有している。

ここで、キャリア信号生成部１１は、所定の無線周波数のキャリア信号を生成する発振器で構成されている。
拡散処理部１２は、キャリア信号生成部１１から入力されるキャリア信号に対し、同じ拡散符号を用いて拡散処理を行って、互いに極性が異なる２つの直接拡散無線信号を生成し、それぞれＰＡ１３ａ，１３ｂへ出力する回路部であり、例えば拡散符号発生回路１２ａおよびスイッチ１２ｂから構成される。

拡散符号発生回路１２ａは、疑似ランダム信号からなる拡散符号ＰＮを複数生成可能であり、制御部２０から入力される拡散符号指定信号によって指定された拡散符号ＰＮをスイッチ１２ｂへ出力する。拡散符号ＰＮは、「１」と「−１」とからなる符号列である。
スイッチ１２ｂは、拡散符号発生回路１２ａから入力される拡散符号ＰＮに基づき、キャリア信号生成部１１から入力されるキャリア信号をＰＡ１３ａまたはＰＡ１３ｂに切り替えて出力する。例えば、拡散符号ＰＮの値が「１」のときにはＰＡ１３ａへ出力し、「−１」のときにはＰＡ１３ｂへ出力する。この結果、ＰＡ１３ａへはデータ１を表す信号が出力され、ＰＡ１３ｂへはデータ−１を表す信号が出力され、それぞれの信号は図２（Ａ），（Ｂ）に示すように極性が互いに異なる。この処理により、キャリア信号に不連続な部分ができ、周波数スペクトルが拡散し広帯域化される。よって、ＰＡ１３ａ，１３ｂへ出力される信号を、直接拡散無線信号と呼ぶ。

ＰＡ１３ａ，１３ｂは、拡散処理部１２から入力される直接拡散無線信号を増幅し、それぞれＢＰＦ１４ａ，１４ｂを介してアンテナ１５ａ，１５ｂへ出力する増幅器である。
ＢＰＦ１４ａ，１４ｂは、直接拡散無線信号の周波数帯域を通過させるフィルタである。

アンテナ１５ａ，１５ｂは、送信方位が互いに異なる送信アンテナを構成する。例えば、図３に示すように、反射板１７によって仕切られた基台１６上のそれぞれの側に配置されたアンテナ１５ａ，１５ｂが用いられる。このような構成にすることにより、データ１またはデータ−１を表す互いに極性が異なる２つの直接拡散無線信号が、それぞれアンテナ１５ａ，１５ｂから１８０度異なる方位に同時に送信される。また、アンテナ１５ａ，１５ｂが配置される基台１６は、駆動部１８により回転自在に構成されている。基台１６を回転させることにより、アンテナ１５ａ，１５ｂの送信方位を変更できるので、基台１６の駆動部１８は送信方位変更部として作用する。駆動部１８による基台１６の回転角度は、制御部２０から入力される回転制御信号によって制御される。送信アンテナの構成例は上述したものに限られるものではなく、例えば、複数の放射素子に給電される信号の位相や電力を制御することにより、互いに反対の方向に送信を行うように構成されたアダプティブアレイアンテナを用いてもよい。

記憶部１９は、アンテナ１５ａ，１５ｂから送信される直接拡散無線信号の種類と、アンテナ１５ａ，１５ｂの送信方位との関係を示すテーブルを記憶している。直接拡散無線信号は、拡散処理に用いられた拡散符号ＰＮの種類と、信号の極性（データ１またはデータ−１）とにより分類される。図１に示す構成では、アンテナ１５ａ，１５ｂのそれぞれに給電される信号の極性が、ハードウェア的に予め決まっているので、拡散符号生成回路１２ａにより生成される拡散符号ＰＮの種類と、アンテナ１５ａ，１５ｂの送信方位との関係を示すテーブルを用意しておけばよい。このようなテーブルの一例を表１に示す。

制御部２０は、記憶部１９に記憶されているテーブルに基づき、拡散符号生成部１２ａへ拡散符号指定信号を出力するとともに、基台１６の駆動部１８へ回転制御信号を出力する。例えば、拡散符号を「ＰＮ１」から「ＰＮ２」へ切り替え、アンテナ１５ａ，１５ｂの送信方位を「南」「北」から「西」「東」へ切り替えるときには、拡散符号生成部１２ａへ拡散符号「ＰＮ２」を指定する信号を出力するとともに、駆動部１８へ基台１６を時計回りに９０度回転させる回転制御信号を出力する。上記テーブルに基づいた制御を行うことにより、拡散符号「ＰＮ１」を用いて生成されたデータ１またはデータ−１の直接拡散無線信号は、それぞれ「南」または「北」に送信され、拡散符号「ＰＮ２」を用いて生成されたデータ１またはデータ−１の直接拡散無線信号は、それぞれ「西」または「東」に送信され、拡散符号「ＰＮ３」を用いて生成されたデータ１またはデータ−１の直接拡散無線信号は、それぞれ「南東」または「北西」に送信され、拡散符号「ＰＮ４」を用いて生成されたデータ１またはデータ−１の直接拡散無線信号は、それぞれ「南西」または「北東」に送信される。よって、所定の拡散符号を用いて生成された複数種類の直接拡散無線信号を、それぞれ異なる方位に送信できる。

次に、図４を参照し、受信機の構成について説明する。
図４に示すように、受信機２は、アンテナ２１と、ＢＰＦ２２と、ローノイズアンプ（以下、ＬＮＡという）２３と、発振器２４と、周波数変換部２５と、逆拡散処理部２６と、方位検知部２７とを有している。
ここで、アンテナ２１は、送信機１のアンテナ１５ａ，１５ｂと異なり、方向による特性変化がない通常のアンテナを用いることができる。
ＢＰＦ２２は、アンテナ２１で受信された受信信号のうち、直接拡散無線信号の周波数帯域を通過させるフィルタである。
ＬＮＡ２３は、ＢＰＦ２２を通過した受信信号、すなわち直接拡散無線信号を低雑音で増幅する増幅器である。

発振器２４は、所定周波数の局部発振信号を生成する回路部である。
周波数変換部２５は、ＬＮＡ２３から入力される直接拡散無線信号と発振器２４から入力される局部発振信号とを乗算し、直接拡散無線信号をキャリア信号周波数より低い周波数帯域へ周波数変換し、逆拡散処理部２６へ出力するミキサで構成されている。
逆拡散処理部２６は、送信機１で拡散処理に用いられると同じ拡散符号ＰＮを順次用いて、周波数変換部２５から入力される直接拡散無線信号を逆拡散処理し、その処理結果およびその処理で用いられた拡散符号ＰＮの種類を示す情報を方位検知部２７へ出力する回路部である。
方位検知部２７は、逆拡散処理の処理結果およびその処理で用いられた拡散符号ＰＮの種類を示す情報に基づき、送信機１と受信機２との方位関係を検知する回路部である。

以下、逆拡散処理部２６および方位検知部２７について更に説明する。
まず、図５を参照し、逆拡散処理部２６の構成について説明する。
図５には、逆拡散処理部２６の一構成例として、非同期式逆拡散復調器が示されている。この非同期式逆拡散復調器は、サンプルホールド制御回路３１と、フリップフロップ回路３２ａ〜３２ｆと、Ｎ個のサンプルホールド回路３３ａ〜３３ｇと、拡散符号発生回路３４と、Ｎ個の乗算器３５ａ〜３５ｇと、加算器３６と、ピーク検出器３７とから構成されている。なお、図５ではＮ＝７とし、サンプルホールド回路３１ａ〜３１ｇおよび乗算器３５ａ〜３５ｇがそれぞれ７個の場合を示したが、Ｎは２以上の整数であればよい。

ここで、サンプルホールド制御回路３１は、入力される第１のクロックｆ１を１／Ｎ分周してサンプルホールド制御信号を生成し、フリップフロップ回路３２ａおよびサンプルホールド回路３１ａへ出力する回路部である。なお、第１のクロックｆ１は、送信機１でキャリア信号の拡散処理に使用されるのと同じ周波数のクロックである。
フリップフロップ回路３２ａ〜３２ｆは、サンプルホールド制御回路３１から入力されるサンプルホールド制御信号を、クロックｆ１に同期して図５の右方向にシフトさせながら、サンプルホールド回路３１ｂ〜３１ｇのそれぞれへ出力するシフトレジスタを構成する回路部である。

サンプルホールド回路３３ａ〜３３ｇは、周波数変換部２５から入力される直接拡散無線信号を、サンプルホールド制御信号に応じてサンプル保持し、保持している直接拡散無線信号を乗算器３５ａ〜３５ｇのそれぞれへ出力する回路部である。
拡散符号発生回路３４は、第２のクロックｆ２に同期して拡散符号ＰＮを生成し、拡散符号ＰＮの連続するＮ個の符号を、クロックｆ２に同期して図５の右方向にシフトさせながら、Ｎ個の乗算器３５ａ〜３５ｇのそれぞれへ出力する回路部である。なお、第２のクロックｆ２は、送信機１で拡散符号の生成に使用されるのと同じ周波数のクロックである。拡散符号発生回路３４はまた、送信機１の拡散符号発生回路１２ａで生成されるのと同じ複数の拡散符号ＰＮを生成可能であり、これら複数の拡散符号ＰＮを順次生成し、乗算器３５ａ〜３５ｇへ出力するとともに、乗算器３５ａ〜３５ｇへ出力している拡散符号ＰＮの種類を示す情報を方位検知部２７へ出力する。

乗算器３５ａ〜３５ｇは、サンプルホールド回路３１ａ〜３１ｇから入力される直接拡散無線信号と、拡散符号発生回路３４から入力される拡散符号ＰＮとを、対応する信号ごとに乗算し、加算器３６へ出力する回路部である。
加算器３６は、乗算器３５ａ〜３５ｇの各出力信号を加算し、ピーク検出器３７へ出力する回路部である。
ピーク検出器３７は、加算器３６の出力信号のピーク値を検出し、方位検知部２７へ出力する回路部である。

このような構成をした非同期式逆拡散復調器による拡散符号ＰＮ１〜ＰＮ４を用いた逆拡散処理について説明する。
サンプルホールド制御回路３１により生成されるサンプルホールド制御信号は、クロックｆ１を１／Ｎ分周した信号である。よって、フリップフロップ回路３２ａ〜３２ｆから構成されるシフトレジスタを用い、サンプルホールド制御信号をクロックｆ１に同期してＮ個のサンプルホールド回路３３ａ〜３３ｇのそれぞれへ順次出力することにより、直接拡散無線信号はクロックｆ１に同期してサンプルホールド回路３３ａ〜３３ｇに順次サンプル保持される。
その結果、乗算器３５ａ〜３５ｇのそれぞれには、直接拡散無線信号が周波数変換部２５から出力された順に入力される。

また、サンプルホールド回路３３ａ〜３３ｇのそれぞれは、Ｎクロックごとに１クロック分だけ直接拡散無線信号をサンプル保持するので、乗算器３５ａ〜３５ｇのそれぞれに入力される直接拡散無線信号は、Ｎクロックごとに新しい信号に更新される。
一方、拡散符号発生回路３４からは、まず拡散符号ＰＮ１の連続するＮ個の符号が、クロックｆ２に同期してシフトしながら、乗算器３５ａ〜３５ｇのそれぞれに入力される。この際、乗算器３５ａ〜３５ｇへ出力することにより逆拡散処理に用いられる拡散符号ＰＮ１の種類を示す情報が方位検知部２７へ出力される。

乗算器３５ａ〜３５ｇでは、サンプルホールド回路３３ａ〜３３ｇから入力された直接拡散無線信号と、拡散符号発生回路３４から入力された拡散符号ＰＮ１とが、対応する信号ごとに乗算され、それぞれの乗算結果が加算器３６により加算され、ピーク検出器３７へ出力される。このような演算が、クロックｆ１のＮクロックごとに入力される直接拡散無線信号と、クロックｆ２の１クロックごとに入力される拡散符号ＰＮ１とに対し、繰り返し行われる。

直接拡散無線信号が拡散符号ＰＮ１を用いて生成された信号である場合には、少なくとも拡散符号長の時間間隔に１回は、直接拡散無線信号と拡散符号ＰＮ１とが同位相または逆位相になり、加算器３６の加算結果に相関ピークが現れる。この相関ピークがピーク検出器７に検出され、そのピーク値が方位検知部２７へ出力される。このとき、直接拡散無線信号が、上述したデータ１を表す信号である場合には、直接拡散無線信号と拡散符号ＰＮ１とが同位相になり、ピーク値は略１になる。また、上述したデータ−１を表す信号である場合には、直接拡散無線信号と拡散符号ＰＮ１とが逆位相になり、ピーク値は略−１になる。
これに対し、直接拡散無線信号が拡散符号ＰＮ１を用いて生成された信号ではない場合には、加算器３６の加算結果に相関ピークは現れない。
以上により、拡散符号ＰＮ１を用いた逆拡散処理が終了する。

続いて、拡散符号ＰＮ１を用いた逆拡散処理と同様にして、拡散符号ＰＮ２，ＰＮ３，ＰＮ４を用いた逆拡散処理を順次行い、それぞれ逆拡散処理に用いられる拡散符号ＰＮ２，ＰＮ３，ＰＮ４の種類を示す情報と、相関ピークが検出されたときにはそのピーク値が方位検知部２７へ順次出力される。
このような非同期式逆拡散復調器を逆拡散処理部２６として用いることにより、方位検知に必要な時間および消費電力を大幅に削減できる。

次に、図４における方位検知部２７について説明する。
方位検知部２７は、拡散符号ＰＮの種類と、直接拡散無線信号の極性（データ１またはデータ−１）と、送信機１の場所からみた方位との関係を示すテーブルを記憶する記憶部２７ａを有している。記憶部２７ａに記憶されているテーブルの一例を表２に示す。なお、この表２は、表１に対応して作成したものである。システム内に送信機１が複数存在する場合には、記憶部２７ａには、すべての送信機１についてのテーブルが記憶されている。

方位検知部２７はまた、逆拡散処理部２６から逆拡散処理の処理結果が入力されたときに、その処理結果から受信された直接拡散無線信号の極性（データ１またはデータ−１）を判定する。上述したように、データ１またはデータ−１の場合には、処理結果（ピーク値）がそれぞれ略１または略−１になる。よって、１より若干小さい値を第１の閾値とするとともに、−１より若干大きい値を第２の閾値とし、処理結果（ピーク値）が第１の閾値よりも大きい場合にはデータ１と判定し、処理結果（ピーク値）が第２の閾値よりも小さい場合にはデータ−１と判定する。

さらに、データ１かデータ−１かの判定結果と、逆拡散処理に用いられた拡散符号ＰＮの種類の情報とに基づき、記憶部２７ａに記憶されているテーブル（表２）を参照し、送信機１の場所からみた受信機２の方位を検知する。
以上の処理を拡散符号ＰＮごとに繰り返し行い、後述するように送信機１の場所からみた受信機２の方位を限定し行くことにより、受信機２の場所の方位を精度よく検知できる。

次に、図６および図７を参照し、上述した送信機１および受信機２からなるシステムを利用した方位検知方法について説明する。以下では、点Ａ（第１の場所）に図１に示した送信機１があり、点Ａから離れた点Ｘ（第２の場所）に図４に示した受信機２がある場合に、点Ａからみた点Ｘの方位を点Ｘで検知する例を説明する。
まず、点Ａにある送信機１から、既定の拡散符号を用いて生成されたデータ１の直接拡散無線信号を既定の方位に送信する。同時に、同期された同じ拡散符号を用いて生成されたデータ−１を１８０度異なる方位に送信する。図６（Ａ）に示す例では、拡散符号ＰＮ１を用いて生成されたデータ１の直接拡散無線信号（「ＰＮ１」と図示）を南の方位に送信し、同じ拡散符号ＰＮ１を用いて生成されたデータ−１の直接拡散無線信号（「−ＰＮ１」と図示）を北の方位に送信している。

具体的には、送信機１を次のよう動作させる。まず、制御部２０により駆動部１８を制御し、アンテナ１５ａ，１５ｂが配置されている基台１６を所定角度回転させ、アンテナ１５ａを南に、アンテナ１５ｂを北に向ける。また、制御部２０の指定により拡散符号発生回路１２ａで拡散符号ＰＮ１を生成し、この拡散符号ＰＮ１を用いてスイッチ１２ｂでキャリア信号を拡散処理し、データ１の直接拡散無線信号およびデータ−１の直接拡散無線信号を同時に生成する。そして、データ１の直接拡散無線信号をアンテナ１５ａに給電することにより、データ１の直接拡散無線信号を送信機１から南の方位に送信し、データ−１の直接拡散無線信号をアンテナ１５ｂに給電することにより、データ−１の直接拡散無線信号を送信機１から北の方位に送信する。

このようにして送信された直接拡散無線信号を、点Ｘにある受信機２で受信し、拡散符号ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ３，ＰＮ４を用いて逆拡散処理を行う。このとき、点Ｘが点Ａの南側にあれば、ＰＮ１を用いた逆拡散処理結果が「１」に、北側にあれば、ＰＮ１を用いた逆拡散処理結果が「−１」になる。図６（Ａ）に示す例では、逆拡散処理結果が「１」になり、記憶部２７ａに記憶されているテーブル（表２）を参照することにより、点Ｘが点Ａの南側の領域にあることが分かる。

続いて、点Ａにある送信機１から、拡散符号および方位を変更し、データ１の直接拡散無線信号を送信する。同時に、変更後の拡散符号を用い、データ−１の直接拡散無線信号を、変更後の方位と１８０度異なる方位に送信する。図６（Ｂ）に示す例では、拡散符号ＰＮ２を用いて生成されたデータ１の直接拡散無線信号（「ＰＮ２」と図示）を西の方位に送信し、同じ拡散符号ＰＮ２を用いて生成されたデータ−１の直接拡散無線信号（「−ＰＮ２」と図示）を東の方位に送信している。
このようにして送信された直接拡散無線信号を、点Ｘにある受信機２で受信し、拡散符号ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ３，ＰＮ４を用いて逆拡散処理を行う。その結果、逆拡散処理結果が「１」になり、記憶部２７ａに記憶されているテーブル（表２）を参照することにより、点Ｘが点Ａの西側の領域にあることが分かる。

さらに、図６（Ｃ），（Ｄ）に示すように、点Ａにある送信機１から、拡散符号および方位を変更してデータ１および−１の直接拡散無線信号を送信し、これを点Ｘにある受信機２で受信し、逆拡散処理することを繰り返す。
以上の処理により、図７に示すように、点Ｘが点Ａの南側の領域、西側の領域、南東側の領域、南西側の領域にあるという結果が得られる。これらの結果から、上記領域が重複する図７において太線で囲んだ領域、すなわち点Ａの南から南西の方位に点Ｘがあることが分かる。

本実施の形態では、スペクトラム拡散技術を用いて送信信号を広帯域化することにより、Ｓ／Ｎが低い環境下でも受信信号に基づく方位検知が可能になる。よって、周囲環境によらない方位検知が可能になり、屋内における方位検知も実現できる。
なお、本実施の形態において、壁などによる反射で、通信経路長が互いに異なるデータ１の直接拡散無線信号とデータ−１の直接拡散無線信号とが受信機２でほぼ同時に受信された場合には、両信号の伝送時間差に比べて図５におけるクロックｆ１が十分に遅ければ、電力が大きい方の信号を逆拡散処理する。これにより、反射により減衰した信号の影響を除去し、正しい方位判断が可能となる。なお、両信号の伝送時間差に比べてクロックｆ１が速い場合には、伝搬による信号減衰の差が大きくなり、電力が大きい方の信号のみが逆拡散処理されるので、正しい方位判断ができる。

また、本実施の形態の形態では、送信機１と受信機２との方位関係を検知する方位検知部２７を受信機２に設けた例を示したが、方位検知部を送信機１に設けてもよい。この場合には、逆拡散処理の処理結果およびその処理で用いられた拡散符号ＰＮの種類を示す情報を、受信機２から送信機１へ送信する構成にすればよい。
また、本実施の形態では、送信機１において、互いに極性が異なる２つの直接拡散無線信号が１８０度異なる方位に同時に送信される例を示したが、送信方位は必ずしも１８０度異なる方位でなくてもよい。また、必ずしも２つの直接拡散無線信号を送信する構成としなくてもよい。この場合には、逆拡散処理に用いられた拡散符号ＰＮの種類のみで方位検知を行うことになる。

［第２の実施の形態］
図８を参照し、本発明の第２の実施の形態に係る方位検知方法について説明する。以下では、点Ａ（第１の場所）に送信機があり、点Ａから離れた点Ｘ（第２の場所）に受信機がある場合に、点Ａからみた点Ｘの方位を点Ｘで検知する例を説明する。
第１の実施の形態と同様に、点Ａにある送信機から、方位ごとに異なる拡散符号を用いて生成されたデータ１の直接拡散無線信号を送信し、同じ拡散符号を用いて生成されたデータ−１の直接拡散無線信号を１８０度異なる方位に同時に送信する。第１の実施の形態では、方位ごとに送信のタイミングをずらしていたが、本実施の形態では、同時に全ての方位に直接拡散無線信号を送信する。

この直接拡散無線信号を点Ｘにある受信機で受信し、拡散符号を変えながら逆拡散処理を行う。以上により、拡散符号の種類と逆拡散処理結果の組み合わせから、点Ｘが点Ａに対してどの方位にあるかを検知できる。
本実施の形態では、スペクトラム拡散技術を用いて送信信号を広帯域化することにより、Ｓ／Ｎが低い環境下でも受信信号に基づく方位検知が可能になる。よって、周囲環境によらない方位検知が可能になり、屋内における方位検知も実現できる。
なお、本実施の形態では、同時に４以上の方位に直接拡散無線信号を送信するので、図１における拡散処理部１２からアンテナ１５ａ，１５ｂに至る構成を複数組有する送信機を用いる。また、場合によっては、アンテナ１５ａ，１５ｂが配置された基台１６を回転される駆動部１８は不要となる。

［第３の実施の形態］
図９を参照し、本発明の第３の実施の形態に係る方位検知方法について説明する。以下では、点Ａ（第１の場所）に送信機があり、点Ａから離れた点Ｘ（第２の場所）に受信機がある場合に、点Ａからみた点Ｘの方位を点Ｘで検知する例を説明する。
第１の実施の形態と同様に、点Ａにある送信機から、方位ごとに異なる拡散符号を用いて生成されたデータ１の直接拡散無線信号を送信する。ただし、データ１の直接拡散無線信号が送信される方位以外の他の複数の方位には、同じ拡散符号を用いて生成されたデータ−１の直接拡散無線信号を同時に送信する。

この直接拡散無線信号を点Ｘにある受信機で受信し逆拡散処理することを繰り返し行う。本実施の形態では、逆拡散処理結果が「１」となったときの拡散符号に着目する。拡散符号ごとに直接拡散無線信号の送信方位および点Ａからみた方位が予め決まっているので、逆拡散処理結果が「１」となったときの拡散符号の組み合わせから、点Ｘが点Ａに対してどの方位にあるかを検知できる。
本実施の形態では、スペクトラム拡散技術を用いて送信信号を広帯域化することにより、Ｓ／Ｎが低い環境下でも受信信号に基づく方位検知が可能になる。よって、周囲環境によらない方位検知が可能になり、屋内における方位検知も実現できる。

［第４の実施の形態］
図１０Ａ〜図１０Ｈおよび図１１を参照し、本発明の第４の実施の形態に係る位置検出方法について説明する。以下では、送信機１がある点Ａ〜点Ｃの位置が既知であり、受信機２がある点Ｘの位置が未知である場合に、点Ｘの位置を検出する例を説明する。
まず、図１０Ａ〜図１０Ｄに示すように、第１の実施の形態に示した方法を用い、位置が既知の点Ａにある第１の送信機１から、方位ごとに異なる拡散符号を用いて生成された直接拡散無線信号を送信し、この直接拡散無線信号を位置が未知の点Ｘにある受信機２で受信し、逆拡散処理することにより、位置が既知の点Ａからみた、位置が未知の点Ｘの方位を検知する。

同様に、図１０Ｅ〜図１０Ｈに示すように、第２の送信機１がある位置が既知の点Ｂからみた、位置が未知の点Ｘの方位を検知する。
さらに、図示しないが、第３の送信機１がある位置が既知の点Ｃからみた、位置が未知の点Ｘの方位を検知する。
点Ａからみた方位によって画定される領域と、点Ｂからみた方位によって画定される領域と、点Ｃからみた方位によって画定される領域とが重複する領域、すなわち図１１に斜線で示す領域に点Ｘが存在する。よって、点Ａ〜点Ｃのそれぞれからみた点Ｘの方位から、点Ｘの位置を検出できる。

なお、位置検出には、二以上の送信機１を用い、二以上の位置が既知の点からみた点Ｘの方位を検知すればよい。また、方位検知に第２または第３の実施の形態に示した方法を用いてもよい。
上述したように、第１〜第３の実施の形態に示した方法によれば、Ｓ／Ｎが低い環境下でも方位検知が可能である。よって、周囲環境によらない位置検出が可能になり、屋内における位置検出を実現できる。

［第５の実施の形態］
図１２Ａ〜図１２Ｄを参照し、本発明の第５の実施の形態に係る位置検出方法について説明する。以下では、受信機２がある点Ａ〜点Ｃの位置が既知であり、送信機１がある点Ｘの位置が未知である場合に、点Ｘの位置を検出する例を説明する。
本実施の形態では、第４の実施の形態と同様に、位置が既知の点Ａ〜点Ｃのそれぞれからみた、位置が未知の点Ｘの方位から、点Ｘの位置を検出する。ただし、第４の実施の形態と異なり、位置が未知の点Ｘにある送信機１から、方位ごとに異なる拡散符号を用いて生成された直接拡散無線信号を送信し、この直接拡散無線信号を位置が既知の点Ａ〜点Ｃにある受信機２で受信し、逆拡散処理することにより、点Ａ〜点Ｃのそれぞれからみた点Ｘの方位を検知する。送信機１は、方位磁石等の方位検知装置を内蔵しており、これを用いて直接拡散無線信号を送信する方位を決定している。そして、得られた方位の情報を複数の受信機２の間でやり取りし、点Ｘの位置を検出する。

なお、位置検出には、二以上の受信機２を用い、二以上の位置が既知の点からみた点Ｘの方位を検知すればよい。また、方位検知に第２または第３の実施の形態に示した方法を用いてもよい。
上述したように、第１〜第３の実施の形態に示した方法によれば、Ｓ／Ｎが低い環境下でも方位検知が可能である。よって、周囲環境によらない位置検出が可能になり、屋内における位置検出を実現できる。

本発明は、屋外における方位検知および位置検出だけでなく、屋内における方位検知および位置検出にも適用できる。屋内における位置検出は、倉庫内での荷物探しや、屋内施設での人探しなどに利用できる。また、美術館やデパートなどで、客が歩く経路の統計データの取得にも利用できる。

第１の実施の形態に係る方位検知システムに含まれる送信機の構成を示すブロック図である。 互いに極性が異なる直接拡散無線信号の一例を示す図である。 送信機のアンテナ部の一構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る方位検知システムに含まれる受信機の構成を示すブロック図である。 受信機の逆拡散処理部の一構成例を示すブロック図である。

第１の実施の形態に係る方位検知システムを利用した方位検知方法の原理を説明するための図である。 第１の実施の形態に係る方位検知システムを利用した方位検知方法の原理を説明するための図である。 第２の実施の形態に係る方位検知方法の原理を説明するための図である。 第３の実施の形態に係る方位検知方法の原理を説明するための図である。

第４の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。

第４の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。

第５の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。 第５の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。 第５の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。 第５の実施の形態に係る位置検出方法の原理を説明するための図である。

符号の説明

１…送信機、２…受信機、１１…キャリア信号生成部、１２…拡散処理部、１２ａ…拡散符号発生回路、１２ｂ…スイッチ、１３ａ，１３ｂ…電力増幅器（ＰＡ）、１４ａ，１４ｂ，２２…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、１５ａ，１５ｂ，２１…アンテナ、１６…基台、１７…反射板、１８…駆動部、１９，２７ａ…記憶部、２０…制御部２０、２３…ローノイズアンプ（ＬＮＡ）、２４…発振器、２５…周波数変換部、２６…逆拡散処理部、２７…方位検知部、３１…サンプルホールド制御回路（Ｓ／Ｈ制御回路）、３２ａ〜３２ｆ…フリップフロップ回路（ＦＦ）、３３ａ〜３３ｇ…サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、３４…拡散符号発生回路、３５ａ〜３５ｇ…乗算器、３６…加算器、３７…ピーク検出器。

Claims (17)

1. 第１の場所から所定の拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して得られた複数種類の拡散無線信号をそれぞれ異なる方位に送信する第１のステップと、
   前記第１の場所から離れた第２の場所で前記拡散無線信号を受信する第２のステップと、
   受信された前記拡散無線信号を逆拡散処理する第３のステップと、
   逆拡散処理の結果に基づき前記第１の場所と前記第２の場所との方位関係を検知する第４のステップと
   を備えたことを特徴とする方位検知方法。
2. 請求項１に記載された方位検知方法において、
   前記第１のステップでは、複数の拡散符号を用いて拡散処理し、
   前記第３のステップでは、前記複数の拡散符号を用いて逆拡散処理し、
   前記第４のステップでは、逆拡散処理に用いられた拡散符号に基づき前記方位関係を検知する
   ことを特徴とする方位検知方法。
3. 請求項１または２に記載された方位検知方法において、
   前記第１のステップでは、同じ拡散符号を用いて拡散処理して得られた互いに極性が異なる２つの拡散無線信号を同時に異なる方位に送信し、
   前記第４のステップでは、前記逆拡散処理により得られたデータの極性に基づき前記方位関係を検知する
   ことを特徴とする方位検知方法。
4. 所定の拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して得られた複数種類の拡散無線信号をそれぞれ異なる方位に送信する送信機と、
   受信された前記拡散無線信号を逆拡散処理する受信機と、
   逆拡散処理の結果に基づき前記送信機と前記受信機との方位関係を検知する方位検知器と
   を備えたことを特徴とする方位検知システム。
5. 請求項４に記載された方位検知システムにおいて、
   前記送信機は、複数の拡散符号を用いて拡散処理し、
   前記受信機は、前記複数の拡散符号を用いて逆拡散処理し、
   前記方位検知器は、逆拡散処理に用いられた拡散符号に基づき前記方位関係を検知する
   ことを特徴とする方位検知システム。
6. 請求項４または５に記載された方位検知システムにおいて、
   前記送信機は、同じ拡散符号を用いて拡散処理して得られた互いに極性が異なる２つの拡散無線信号を同時に異なる方位に送信し、
   前記方位検知器は、前記逆拡散処理により得られたデータの極性に基づき前記方位関係を検知する
   ことを特徴とする方位検知システム。
7. 所定周波数のキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、
   拡散符号を生成する送信側拡散符号発生部と、
   前記拡散符号を用いて前記キャリア信号を拡散処理し複数種類の拡散無線信号を生成する拡散処理部と、
   複数種類の前記拡散無線信号をそれぞれ異なる方位に送信する送信アンテナと、
   この送信アンテナの送信方位を変更する送信方位変更部と、
   複数種類の前記拡散無線信号と前記送信アンテナの前記送信方位との関係を示すデータを記憶する記憶部と、
   この記憶部に記憶されている前記データに基づき前記送信方位変更部を制御する制御部と
   を備えたことを特徴とする送信機。
8. 請求項７に記載された送信機において、
   前記キャリア信号生成部は、複数の拡散符号を生成し、
   前記拡散処理部は、前記複数の拡散符号を用いて前記複数種類の拡散無線信号を生成し、
   前記制御部は、前記送信側拡散符号発生部および前記送信方位変更部を制御する
   ことを特徴とする送信機。
9. 請求項７または８に記載された送信機において、
   前記拡散処理部は、同じ拡散符号を用いて互いに極性が異なる２つの拡散無線信号を生成することを特徴とする送信機。
10. 拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して生成された拡散無線信号を受信する受信アンテナと、
    複数の拡散符号を生成する受信側拡散符号発生部と、
    前記複数の拡散符号を順次用いて、受信された前記拡散無線信号を逆拡散処理する逆拡散処理部と
    を備えたことを特徴とする受信機。
11. 請求項１〜３のいずれか１項に記載された方位検知方法を用いて、複数の位置が既知の場所からの、位置が未知の場所の方位を検知することにより、前記位置が未知の場所の位置を検出することを特徴とする位置検出方法。
12. 請求項１１に記載された位置検出方法において、
    前記第１の場所が、前記位置が既知の場所であり、前記第２の場所が、前記位置が未知の場所であることを特徴とする位置検出方法。
13. 請求項１１に記載された位置検出方法において、
    前記第１の場所が、前記位置が未知の場所であり、前記第２の場所が、前記位置が既知の場所であることを特徴とする位置検出方法。
14. 所定の拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して得られた複数種類の拡散無線信号をそれぞれ異なる方位に送信する複数の送信機と、
    受信された前記拡散無線信号を逆拡散処理する受信機と、
    逆拡散処理の結果に基づき前記送信機を基準にした前記受信機の方位を検知することにより、前記送信機を基準にした前記受信機の位置を検出する位置検出器と
    を備えたことを特徴とする位置検出システム。
15. 所定の拡散符号を用いてキャリア信号を拡散処理して得られた複数種類の拡散無線信号をそれぞれ異なる方位に送信する送信機と、
    受信された前記拡散無線信号を逆拡散処理する複数の受信機と、
    逆拡散処理の結果に基づき前記受信機を基準にした前記送信機の方位を検知することにより、前記受信機を基準にした前記送信機の位置を検出する位置検出器と
    を備えたことを特徴とする位置検出システム。
16. 請求項１４または１５に記載された位置検出システムにおいて、
    前記送信機は、複数の拡散符号を用いて拡散処理し、
    前記受信機は、前記複数の拡散符号を用いて逆拡散処理し、
    前記位置検出器は、逆拡散処理に用いられた拡散符号に基づき前記方位を検知する
    ことを特徴とする位置検出システム。
17. 請求項１４〜１６のいずれか１項に記載された位置検出システムにおいて、
    前記送信機は、同じ拡散符号を用いて拡散処理して得られた互いに極性が異なる２つの拡散無線信号を同時に異なる方位に送信し、
    前記位置検出器は、前記逆拡散処理により得られたデータの極性に基づき前記方位を検知する
    ことを特徴とする位置検出システム。
    

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