JP2005241301A

JP2005241301A - 位置検出システム

Info

Publication number: JP2005241301A
Application number: JP2004048570A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Tanaka; 英一田中; Akio Nakame; 昭男中目; Takayuki Hosoda; 隆之細田
Original assignee: Finetune Kk; NTT Advanced Technology Corp
Current assignee: Finetune Kk; NTT Advanced Technology Corp
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】工場や建設現場などで、作業者が携帯、あるいは搬送車などに装着された多数の無線タグの位置を高い精度で、高速に検出できる位置検出システムを提供する。
【解決手段】トランスポンダが、基地局から送信される識別情報と測距用信号を光通信で受信する手段と、受信識別情報とトランスポンダ固有の識別情報が一致したときにこれらの情報を基地局に電波で送信する手段とを有し、３つ以上の基地局が、それぞれトランスポンダからの送信識別情報と測距用信号を受信する手段と、受信情報に基づいて、トランスポンダとの距離を測定する手段と、トランスポンダの識別情報と距離情報とを管理端末に送信する手段とを有し、管理端末が、基地局から受信したトランスポンダの識別情報と距離情報とに基づいて、トランスポンダとの距離が近い少なくとも３つの基地局を検出し、検出した基地局の位置情報に基づいて、トランスポンダの位置を三角測量により特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工場内などで、作業者が携帯する、あるいは搬送車などに装着した無線タグなどの位置を特定するシステムに関し、高い精度で確実かつ高速に、人や物の位置を検出することができる位置検出システムに関する。

例えば、工場や建設現場において、荷物運搬用の搬送車の位置を監視するために、それぞれの搬送車には電波による送信機能を有した無線タグが装着してある。工場の架上には、複数の無線受信機が例えば２０ｍ間隔で格子状に既知の位置に設置される。無線タグは定期的に識別情報を送信し、無線受信機が電波を受信する。無線受信機は、無線タグからの識別情報と自局の識別情報をいっしょにして、イーサネット（登録商標）などの回線を介して管理端末に送信する。従って、管理端末は、例えば直径２０ｍのゾーン単位で、無線タグが装着された搬送車の位置を判別することができる。
また、予め既知の位置に設置された３つ以上の無線受信機が、無線タグから受信された電波の電界強度から位置を特定することができる。しかし、無線タグの電界強度から位置を特定する方法では、反射波の影響で電界強度が変動して高い精度で位置の特定することができないという問題があった。この問題を解決するために、環境係数を導入して電界強度を補正する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２３６１６６号公報

一方、従来の位置検出システムでは、１台の無線受信機が受信できる範囲、例えば直径２０ｍのゾーンに、無線タグを装着した搬送車が有るか無いかは検出できても、直径２０ｍのゾーンのどの位置にいるのか正確に判別できない。
また、隣接したゾーン境界にいる無線タグを装着した搬送車は、隣接したゾーンにある複数の無線受信機が検出してしまうことがある。

また、無線タグを装着した搬送車が多数同一ゾーンに存在すると、複数の無線タグが同時刻に識別情報を送信して通信衝突を起こす可能性が高くなり、無線受信機の検出率が低下する、もしくは、あるゾーンに存在しているのに、全く検出できない無線タグを装着した搬送車が存在することになる。

本発明は、工場や建設現場などで、作業者が携帯、あるいは搬送車などに装着された多数の無線タグの位置を高い精度で、確実で、高速に検出することができる位置検出方法を提供するものであり、位置検出精度とシステム全体のスループットの改善を目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、既知の位置に設置された３つ以上の基地局と、該これらの基地局とケーブルで接続された回線制御局に接続された管理端末と、トランスポンダを装着した少なくとも一つの移動体を備え、該トランスポンダを装着した移動体の位置を管理するための位置検出システムであって、前記トランスポンダが、前記基地局から送信される識別情報と測距用信号を光信号で受信する手段と、該受信信号に含まれる識別情報とトランスポンダ固有の識別情報が一致したときに該識別情報と該測距用信号を前記基地局に電波で送信する送信手段とを有し、前記３つ以上の基地局が、それぞれ前記トランスポンダから送信された識別情報と測距用信号を受信する手段と、該受信した識別情報と測距用信号とに基づいて、トランスポンダとの距離を測定する距離測定手段と、該トランスポンダの識別情報と距離情報とを前記管理端末に送信する手段とを有し、前記管理端末が、前記基地局から受信したトランスポンダの識別情報と距離情報とに基づいて、前記トランスポンダとの距離が近い少なくとも３つの基地局を検出し、該検出した３つ以上の基地局の位置情報に基づいて、前記トランスポンダの位置を三角測量により特定することを特徴とする位置検出システムを提案している。

請求項２に係る発明は、既知の位置に設置された３つ以上の基地局と、該これらの基地局とケーブルで接続された回線制御局に接続された管理端末と、トランスポンダを装着した少なくとも一つの移動体を備え、該トランスポンダを装着した移動体の位置を管理するための位置検出システムであって、前記トランスポンダが、前記基地局から送信される識別情報と測距用信号を光信号で受信する手段と、該受信信号に含まれる識別情報とトランスポンダ固有の識別情報が一致したときに該識別情報と該測距用信号を前記基地局に電波で送信する送信手段とを有し、前記３つ以上の基地局が、前記管理端末から前記トランスポンダの識別情報と測距用信号とを受信する手段と、該受信した識別情報と測距用信号とに基づいて、トランスポンダとの距離を測定する距離計測手段と、該トランスポンダの識別情報と距離情報とを前記管理端末に送信する手段とを有し、前記管理端末が、前記トランスポンダに対して、識別情報と測距用信号との送信を要求する信号と、トランスポンダの識別情報と測距用信号とを前記基地局に電波で送信する手段と、前記基地局からトランスポンダの識別情報と距離情報とを受信する手段と、該受信した識別情報と距離情報とに基づいて、前記トランスポンダとの距離が近い少なくとも３つの基地局を検出し、該検出した３つ以上の基地局の位置情報に基づいて、前記トランスポンダの位置を三角測量により特定することを特徴とする位置検出システムを提案している。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された位置検出システムについて、前記距離計測手段が、測距用信号に含まれる位相情報に基づいて距離を測定することを特徴とする位置検出システムを提案している。

本発明によれば、工場や建設現場などで、作業者が携帯、あるいは搬送車などに装着された多数のトランスポンダの位置を商い精度で確実に高速に検出できるという効果がある。
また、システム全体の高いスループットが可能となるという効果がある。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の位置検出システムの基本構成を示すブロック図である。
この図１に示す位置検出システムは、３つ以上の基地局１０と、これらの基地局１０とケーブルで接続された回線制御局１１と、この回線制御局１１と接続された管理端末１２と、少なくとも一つのトランスポンダ１３を装着した例えば搬送車１４を備える。

図２は、図１の位置検出システムの基地局の配置とトランスポンダを装着した例えば搬送車の位置関係を示す平面図である。それぞれの基地局１０は、位置が既知である三角形の頂点に配置されている。

図３は、基地局１０の構成を示すブロック図である。
赤外線など発光部は、識別情報メモリ１１５、分詞器１１４、変調器１１６、ドライバ１１７、発光ダイオード１１８、電波受信部と共通で用いられる制御ユニット１００及び電波受信部と共通で用いられる基準発振器１０５を備えている。

制御ユニット１００は、管理端末１２から検出対象であるトランスポンダの識別情報を受信すると、当該識別情報は識別情報メモリ１１５に記憶された後、変調器１１６で変調し、発光ダイオード１１８を駆動するためのドライバ１１７で発光ダイオード１１８をオン／オフして当該識別情報を赤外線など光信号で送信する。続いて、変調器１１６のもう一方の入力から測距に必要な単一周波数の信号を送信する。

実施例では、基準発信器１０５の出力周波数は１２．８ＭＨｚとし、分周器１１４で４分周した３．２ＭＨｚの単一周波数の信号を変調器１１６で変調し、発光ダイオード１１８を駆動するためのドライバ１１７で発光ダイオード１１８をオン／オフして赤外線などの光信号で送信する。発光ダイオード１１８、ドライバ１１７及び変調器１１６は、広いエリアを照射可能とするために複数備えてもよい。例えば、複数の発光ダイオードを格子状に一定間隔で配置させる。

基地局１０の電波受信部は、アンテナ１０１、受信ＩＦ回路１０２、位相検波器１０３、バンドパスフィルタ１０４、位相比較器１０６、ループフィルタ１０７、電圧制御発振器１０８、分周器１０９、ミキサー１１０、バンドパスフィルタ１１１、分周器１１２、位相比較器１１３、赤外線など発光部と共通に用いられる制御ユニット１００及び赤外線など発光部と共通に用いられる基準発振器１０５を備えている。

アンテナ１０１により受信された受信信号は、受信ＩＦ回路１０２に出力され、この受信ＩＦ回路１０２で中間周波数に低域変換する。この低域変換された信号は、位相検波器１０３に出力され、この位相検波器１０３で検波出力される。この検波出力は、所定の帯域幅を有するバンドパスフィルタ１０４へ出力する。このバンドパスフィルタを通過した信号は制御ユニット１００へ出力され、制御ユニット１００で識別信号を取り出す。バンドパスフィルタ１０４のもうひとつの出力はミキサー１１０へ出力される。

ミキサーのもうひとつの入力は、分周器１０９の出力である。分周器１０９の入力は、位相比較器１０６とループフィルタ１０７と電圧制御発振器１０８でＰＬＬ（Phase Locked Loop:位相同期回路）でループを構成する。基準発振器１０５と、ループ内の電圧制御発振器１０８からの出力との位相差が一定になるように、ループ内電圧制御発振器１０８にフィードバック制御をかけて発振をさせる発振回路である。この発振回路の出力周波数は１２．７８７５ＭＨｚであり、基準発振器１０５に位相同期している。この信号が分周器１０９へ出力され、分周器１０９で４分周して３．１９６８７５ＭＨｚを出力する。

次いで分周器１０９の出力は、ミキサー１１０のひとつの入力へ出力される。ミキサー１１０は、バンドパスフィルタ１０４の出力と分周器１１０の出力を乗算する。ミキサー１１０の乗算結果はバンドパスフィルタ１１１へ出力する。このバンドパスフィルタ１１１を通過した信号は、位相比較器１１３へ出力される。位相比較器１１３で、このバンドパスフィルタ１１１の出力信号を、基準発振器１０５の出力を分周器１１２で４０９６分周した３．１２５ＫＨｚのクロックのカウンタで位相差を計数する。

図４は、トランスポンダ１３の構成を示すブロック図である。トランスポンダ１３の赤外線など受信部は、フォトダイオード２０１、プリアンプ２０２、コンパレータ２０３、フィルタ２０４、固有識別情報メモリ２０５、受信識別情報のメモリ２０６、受信測距信号のメモリ２０７、比較器２０８及び電波送信部と共通に用いられる制御ユニット２００を備えている。

トランスポンダ１３の電波送信部は、アンテナ２１１、高周波回路２１０及び変調器２０９を備えている。基地局１０からの赤外線などの光信号は、フォトダイオード２０１で受信され、プリアンプ２０２でフォトダイオード２０１の光電流を電圧変換し、コンパレータ２０３はヒステリシス機能が付加してあり、入力光の微小変動によるチャタリングを防止し、フィルタ２０４はディジタル積分回路で構成され、外来光を除去している。

復調された識別情報は、受信識別情報のメモリ２０６に、測距信号は受信した測距信号のメモリ２０７に記憶される。比較器２０８は、受信識別情報メモリ２０６と予め記憶されている固有識別情報メモリ２０５を比較して、一致した場合は、電波送信部から当該識別情報と測距信号の送信を行う。当該識別情報と測距信号は、変調回路２０９で変調され、高周波回路２１０で高周波信号に変換され、アンテナ２１１で送信される。

図５は、基地局の赤外線などの発光部の斜視図である。複数の発光ダイオードが配置された基板３０１と笠３０２を基板３０１の周囲に設けたことを特徴としている。架上などに取り付けられた赤外線などの発光部からの光線は、照射エリア３０３を照射する。

図６は、図５の基板３０１に設けられた発光ダイオード３０４の配置の一例で、複数の発光ダイオードを格子状に一定間隔で配置させたものである。赤外線など光であるため、照射エリアは、図５の角度θを変更することで容易に制御できる。また、金属が近くにあっても、基地局の送信が電波の場合と異なって、反射によって遠くまで届くことがなく、誤認識等の問題をきたすことなく、運用可能である。

基地局とトランスポンダ間の距離計測手段は、基地局から、ある周波数の信号を送信し、トランスポンダから送り返された信号を当該基地局及び隣接基地局で受信する。当該基地局及び隣接基地局には自局とトランスポンダ間の距離に応じた時間遅延を伴った信号が受信される。この信号とコヒーレントな関係にある信号を乗算すると位相成分を保存したまま周波数を下げることができる。この信号の位相を時間軸で計測することにより自局とトランスポンダ間の距離を計測する。位置関係の判っている隣接基地局でも同様の計測を行えば三角測量によりトランスポンダの位置が求められる。

図３の実施形態によれば、１２．８ＭＨｚの基準発振器１０５の出力周波数ｆ₀を分周器１１２で４０９６分周した３．１２５ＫＨｚの角周波数をωoとする。また、３．１２５ＫＨｚの１０２４倍の周波数３．２ＭＨｚの信号を測距用信号としてｆ₁で表す。

ω₀に位相同期した３．１２５ＫＨｚの１０２３倍の周波数３．１９６８７５ＭＨｚの信号を位相比較器１０６とループフィルタ１０７と電圧制御発振器１０８と分周器１０９で作った信号を数２で示すように、ｆ２で表し、この位相比較器１０６とループフィルタ１０７と電圧制御発振器１０８の固定位相と位相雑音をとすると、

トランスポンダから戻ってくる信号は、群速度をＣ、基地局とトランスポンダ間の距離をｌとし、距離による位相をθ₀、装置内遅延θ₂とすると、

ｆ₂とｆ₃をミキサー１１０で乗算を行うと、

バンドパスフィルタ１１１を通過した信号ｆ₄は、

ｆ₄を基準信号２π／ω₀周期で動作しているｆ₀クロックのカウンタで位相差を計数し、あらかじめキャリブレーションにより得ている距離θ₀の時にθ₁−θ₂に相当する値を計数値から減することにより、θ₀分の計数値ｃｏｕｎｔが得られる。基地局とトランスポンダ間の距離をｌは、

以上のように、振幅情報によらず位相情報により距離の測定を行うため、基地局の高周波回路の受信アンプに制限増幅器が使用できるので、インパルス性の雑音に耐性がある。また、扱う信号が単−周波数であるので、基地局の受信ＩＦ回路の受信帯域を狭帯域にできるため等価雑音帯域幅を狭くすることができる。また、周波数変換は平均処理と等価であるため受信信号に含まれる位相雑音がガウス雑音とすると、この実施例の場合、周波数変換により、２０ｌｏｇ_１０（１／√１０２４）≒―３０「ｄＢ」程度Ｓ／Ｎが改善される。

図７は、システム全体の流れを示すフローチャートである。この図７を参照して、管理端末、基地局及びトランスポンダの動作を説明する。先ず、ステップＳ１において、管理端末１２が検出対象であるトランスポンダの識別情報を全ての基地局に送信する。

全ての基地局は、ステップＳ１１において、回線制御局１１を介して、管理端末１２から識別情報を受け取る。次いで、全ての基地局は、ステップＳ１２において、受信した識別情報と測距信号を赤外線など光で送信する。

全てのトランスポンダは、ステップＳ２１において、基地局からの識別情報と測距信号を赤外線など光で受信する。次いで、ステップＳ２２において、全てのトランスポンダは、受信した識別情報と各トランスポンダに固有の識別情報と一致しているか否かを検証し、一致していた場合は、ステップＳ２３へ処理を移行する。一方、一致していない場合は、当該制御処理を非許可として、処理をステップＳ２１へ戻す。次いで、ステップＳ２３において、当該トランスポンダは、識別情報と測距信号を電波で送信する。

次いで、ステップ１３において、全ての基地局は、トランスポンダ１３からの識別情報と測距信号を電波で受信する。次いで、ステップ１４において、識別情報を復調する。次いで、ステップＳ１５において、受信した測距信号からトランスポンダとの距離を測定する。位相差がカウンタ値として取り出される。次いで、ステップＳ１６において、カウンタ値より大きいか否かを検証し、大きい場合は、ステップＳ１７へ処理を移行する。一方、小さい場合は、当該制御処理を非許可として、処理をステップＳ１１へ戻す。

次いで、ステップＳ２において、管理端末１２は、基地局１０から基地局番号と識別情報と位相差（カウンタ値）を受信する。次いで、ステップＳ３において、受信した基地局の内、カウンタ値が大きい上位３つの基地局のカウンタ値と基地局位置から、三角測量でトランスポンダの位置を求めることができる。

位置検出システムの基本構成を示すブロック図である図１の位置検出システムの基地局の配置とトランスポンダを装着した例えば搬送車の位置関係を示す平面図である。基地局１０の構成を示すブロック図である。トランスポンダ１３の構成を示すブロック図である。基地局の赤外線など発光部の斜視図である。基地局の赤外線など発光部の発光ダイオードの配置図の一例である。システム全体の位置検出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０・・・基地局
１１・・・回線制御局
１２・・・管理端末
１３・・・トランスポンダ
１４・・・搬送車
１０１・・・アンテナ
１０２・・・受信ＩＦ回路
１０３・・・位相検波器
１０４・・・バンドパスフィルタ
１０５・・・基準発振器
１０６・・・位相比較器
１０７・・・ループフィルタ
１０８・・・電圧制御発振器
１０９・・・分周器
１１０・・・ミキサー
１１１・・・バンドパスフィルタ
１１２・・・分周器
１１３・・・位相比較器
１１４・・・分周器
１１５・・・識別情報メモリ
１１６・・・変調器
１１７・・・ドライバ
１１８・・・発光ダイオード
２００・・・制御ユニット
２０１・・・フォトダイオード
２０２・・・プリアンプ
２０３・・・コンパレータ
２０４・・・フィルタ
２０５・・・固有識別情報メモリ
２０６・・・受信識別情報メモリ
２０７・・・受信測距信号メモリ
２０８・・・比較器
２０９・・・変調器
２１０・・・高周波回路
２１１・・・アンテナ
３０１・・・基板
３０２・・・笠
３０３・・・照射エリア
３０４・・・発光ダイオード

Claims

既知の位置に設置された３つ以上の基地局と、該これらの基地局とケーブルで接続された回線制御局に接続された管理端末と、トランスポンダを装着した少なくとも一つの移動体を備え、該トランスポンダを装着した移動体の位置を管理するための位置検出システムであって、
前記トランスポンダが、前記基地局から送信される識別情報と測距用信号を光信号で受信する手段と、
該受信信号に含まれる識別情報とトランスポンダ固有の識別情報が一致したときに該識別情報と該測距用信号を前記基地局に電波で送信する送信手段とを有し、
前記３つ以上の基地局が、それぞれ前記トランスポンダから送信された識別情報と測距用信号を受信する手段と、
該受信した識別情報と測距用信号とに基づいて、トランスポンダとの距離を測定する距離測定手段と、
該トランスポンダの識別情報と距離情報とを前記管理端末に送信する手段とを有し、
前記管理端末が、前記基地局から受信したトランスポンダの識別情報と距離情報とに基づいて、前記トランスポンダとの距離が近い少なくとも３つの基地局を検出し、該検出した３つ以上の基地局の位置情報に基づいて、前記トランスポンダの位置を三角測量により特定することを特徴とする位置検出システム。
既知の位置に設置された３つ以上の基地局と、該これらの基地局とケーブルで接続された回線制御局に接続された管理端末と、トランスポンダを装着した少なくとも一つの移動体を備え、該トランスポンダを装着した移動体の位置を管理するための位置検出システムであって、
前記トランスポンダが、前記基地局から送信される識別情報と測距用信号を光信号で受信する手段と、
該受信信号に含まれる識別情報とトランスポンダ固有の識別情報が一致したときに該識別情報と該測距用信号を前記基地局に電波で送信する送信手段とを有し、
前記３つ以上の基地局が、前記管理端末から前記トランスポンダの識別情報と測距用信号とを受信する手段と、
該受信した識別情報と測距用信号とに基づいて、トランスポンダとの距離を測定する距離計測手段と、
該トランスポンダの識別情報と距離情報とを前記管理端末に送信する手段とを有し、
前記管理端末が、前記トランスポンダに対して、識別情報と測距用信号との送信を要求する信号と、トランスポンダの識別情報と測距用信号とを前記基地局に電波で送信する手段と、
前記基地局からトランスポンダの識別情報と距離情報とを受信する手段と、
該受信した識別情報と距離情報とに基づいて、前記トランスポンダとの距離が近い少なくとも３つの基地局を検出し、該検出した３つ以上の基地局の位置情報に基づいて、前記トランスポンダの位置を三角測量により特定することを特徴とする位置検出システム。
前記距離計測手段が、測距用信号に含まれる位相情報に基づいて距離を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された位置検出システム。