JP2007013500A

JP2007013500A - 無線端末位置推定システム、無線端末位置推定システムの位置推定方法及びデータ処理装置

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Publication number: JP2007013500A
Application number: JP2005190736A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nogami; 敦史野上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】より精度の高い無線端末の位置推定を行うことのできる無線端末位置推定システム及び無線端末位置推定システムの位置推定方法を提供する。
【解決手段】設置位置座標が判明している３つ以上の無線基地局１０１〜１０３に設けられた角度測定部１２１及び時間測定部１２２により、無線端末１１０から発信した電波の到来角度及び電波の到達時間を測定すると共に、データ処理装置１３０は、無線基地局１０１〜１０３ごとの電波到達時間を比較して電波到達順序を決定した後、電波到達順序に基づき電波到来角度に重み付けを行い、この重み付けした電波到来角度を使用して無線端末１１０の推定位置を求めるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線端末の位置を推定する無線端末位置推定システムに関し、特に電波到来角度を使用して無線端末の位置を推定するものに関する。

従来、電波を発する無線端末の位置を推定する無線端末位置推定システムがあり、このような無線端末位置推定システムにおいて利用される位置推定方法の一つとして、ＡＯＡ（ＡｎｇｌｅＯｆＡｒｒｉｖａｌ）がある。ここで、このＡＯＡは、無線端末から発信した電波について、２つの基地局で電波到来角度を測定し、測定した電波到来角度が交差する点を端末位置とする方式である。

また、ＡＯＡ以外の複数基地局を使用する位置推定方法としては、ＴＯＡ（ＴｉｍｅＯｆＡｒｒｉｖａｌ）、ＴＤＯＡ（ＴｉｍｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅＯｆＡｒｒｉｖａｌ）、ＲＳＳＩ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ）がある。

ここで、ＴＯＡは無線端末から基地局に電波が到達する時間を距離に換算して位置を推定する方法であり、ＴＤＯＡは基地局に電波が到達する時間差を測定して位置を推定する方法である。また、ＲＳＳＩは基地局に到達する電波強度から位置を推定する方法である。

ところで、このような従来の無線端末位置推定システムにおいては、精度の高い位置推定が可能となるよう、これらの複数の位置推定方法を組み合わせたものがある（例えば、特許文献１参照。）。なお、このような複数の位置推定方法を組み合わせた場合、無線端末位置推定システムは、各位置推定方法により得られた座標を相加平均するか、各座標を比較して確からしい座標を選択し、最終的な推定位置結果とするようにしている。

さらに、従来の無線端末位置推定システムにおいては、より精度の高い位置推定が可能となるよう、複数の方法の結果を平均することに加え、各方法で得られた情報の品質を考慮して重み付けを行った後に平均（加重平均）を行うようにしたものがある（例えば、特許文献２参照。）。

ここで、このような無線端末位置推定システムにおいては、情報の品質は多くの基地局から得られたものの方が高いとして、位置推定結果を算出するのに使用した基地局が多い方法により得られた情報ほど大きな重みを付けるようにしている。

例えば、ＴＯＡにより１つの基地局を中心とした円を求めると共にＡＯＡにより基地局からの角度を求めて推定位置を求めるＡＯＡ＋ＴＯＡの結果と、３つの基地局により位置を推定するＴＤＯＡの結果が得られた場合、ＴＤＯＡの結果の方が多くの基地局を使用して求めた結果であるため、ＴＤＯＡの結果に重みを付けて平均することにより、最終的な推定位置を算出する。

特開２００２−３６９２４２号公報特開２０００−２４４９６８号公報

ところで、このような従来の無線端末位置推定システム及び無線端末位置推定システムの位置推定方法において、例えばＡＯＡにより、３つ以上の基地局で電波到来角度を求めた場合、理想的には、この３つ以上の電波到来角度に基づく直線は一つの交点で交わるはずであるが、指向性アンテナの誤差により実際には直線は一つの交点で交わらない。

例えば、図１１に示すように３つの無線基地局１０１，１０２，１０３の指向性アンテナ１００で不図示の無線端末からの電波を受信した場合、各無線基地局１０１，１０２，１０３での電波到来角度に基づき、端末方向へ仮想の直線を引くと、理想的には１つの交点に定まるはずであるが、指向性アンテナ１００の誤差のため、通常は３つの交点が求まる。ここで、このように３つの交点が求まった場合、この３つの無線端末位置候補座標から最終的な無線端末の位置を単純に求めるには３つの座標の平均を求めれば良い。

ところが、図１２に示すように指向性アンテナ１００はある角度の指向性の幅を持ち、このように指向性の幅がある場合には、指向性アンテナ１００から距離が離れるほど、ビームの範囲が広範囲になる。ビームの範囲は、例えば図１２に示すように、指向性アンテナ１００に近い場合の幅ａよりも遠い場合の幅ｂの方が広い。また、指向性アンテナ１００から遠距離で得た情報は、マルチパスなどの影響を受けやすく、情報の精度は劣化しやすい。

このように、指向性アンテナ１００の精度は、無線端末との距離が遠いほど劣化するため、図１１の場合、無線端末の存在する位置によっては、各電波到来角度の信頼性が大きく異なる。このため、複数の無線基地局１０１，１０２，１０３で得られた電波到来角度を全て同じ信頼度で計算に使用すると、信頼度の低い電波到来角度による誤差を含んだ状態で結果が導かれる。

したがって、無線端末位置推定システムに設けられたデータ処理装置により、複数の方法によって求められた推定位置を平均して推定位置を算出する場合、このように信頼度の低い電波到来角度による誤差を含んだＡＯＡにより得られた推定位置を使用すると、推定位置に含まれる誤差の影響が取り除かれていないことから、精度の高い位置の推定を行うことができない。

そこで、本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、より精度の高い無線端末の位置推定を行うことのできる無線端末位置推定システム及び無線端末位置推定システムの位置推定方法を提供することを目的とするものである。また、より精度の高い無線端末の位置推定を行うことのできるデータ処理装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、電波を発信する無線端末の推定位置を求める無線端末位置推定システムにおいて、前記無線端末から発信した電波の到来角度を測定する角度測定部及び前記電波の到達時間を測定する時間測定部をそれぞれ備えると共に、設置位置座標が判明している３つ以上の無線基地局と、前記３つ以上の無線基地局で測定した電波到来角度と電波到達時間を処理して前記無線端末の推定位置を求めるデータ処理装置と、を備え、前記データ処理装置は、前記無線基地局ごとの電波到達時間を比較して電波到達順序を決定する電波到達順序決定手段と、前記電波到達順序に基づき電波到来角度に重み付けをする重み付け手段と、前記重み付けした電波到来角度を使用して前記無線端末の推定位置を求める位置推定手段とを備えることを特徴とするものである。

また本発明は、電波を発信する無線端末の推定位置を求める無線端末位置推定システムの位置推定方法において、前記無線端末から発信した電波の到来角度を測定する角度測定部と電波の到達時間を測定する時間測定部を備える３つ以上の予め設置位置座標が判明している無線基地局と、前記３つ以上の無線基地局で測定した電波到来角度と到達時間を処理して端末の推定位置を求めるデータ処理装置と、を備え、前記データ処理装置は、前記無線基地局ごとの電波到達時間を比較して電波到達順序を決定するステップと、前記電波到達順序に基づき電波到来角度に重み付けをするステップと、前記重み付けした電波到来角度を使用して前記無線端末の推定位置を求めるステップにより前記無線端末の位置を推定することを特徴とするものである。

本発明のように、設置位置座標が判明している３つ以上の無線基地局により電波の到来角度及び電波の到達時間を測定すると共に、測定された電波到達時間を比較して決定した電波到達順序に基づき電波到来角度に重み付けを行い、この重み付けした電波到来角度を使用して無線端末の推定位置を求めることによって、より精度の高い無線端末の位置推定を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る無線端末位置推定システムのブロック図であり、図１に示すように本無線端末位置推定システムは、電波を発信する無線端末１１０からの電波到来角度を測定する角度測定部１２１及び電波到達時間を測定する時間測定部１２２を、それぞれ備えた設置位置が既知である３つ以上、本実施の形態においては３つの無線基地局１０１，１０２，１０３と、３つの無線基地局１０１，１０２，１０３からの電波到来角度及び電波到達時間データに基づいて無線端末１１０の推定位置を算出するデータ処理装置１３０とを備えている。

ここで、角度測定部１２１は指向性を有するアレイアンテナ等のアンテナ１２３を備えており、本実施の形態においては、４本の指向性を有するアンテナ１２３を備えている。なお、既述したように指向性を有するアンテナ１２３は、直線状の指向性を有することは現実的に困難であり、ある程度の指向性幅を持っているので、角度測定部１２１で測定される電波到来角度は誤差情報を含む。

また、時間測定部１２２は無線端末１１０から発信された電波が無線基地局１０１，１０２，１０３のアンテナ１２３に到達した時間を測定するためのものであり、到達時間情報としては無線基地局１０１，１０２，１０３が有する不図示の時計の時刻が測定される。なお、この時間測定部１２２の構成としては、例えばスペクトラム拡散信号に対してはＰＮ符号の自己相関値による到達時間判断などを使用することができる。

また、到達時間の測定も時間分解能の限界やマルチパスの影響による誤差を含み、例えば、１０ｎｓの時間測定の誤差は、距離に換算すると約３ｍの誤差を生むが、本実施の形態では、無線端末が、ある無線基地局１０１，１０２，１０３の近傍に偏在する場合に、複数の到達時間の順列を決定するのに十分な時間分解能を有するものとする。また、各無線基地局１０１，１０２，１０３は十分な時間同期がとれているものとする。

次に、このような構成の無線端末位置推定システムの位置推定方法について図２に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、無線端末１１０から電波が発信されると、３つの各無線基地局１０１，１０２，１０３の角度測定部１２１と時間測定部１２２で、電波の到来角度と到達時間を測定する（Ｓ１２）。次に、測定した電波到来角度及び到達時間データはデータ処理装置１３０へと送信され（Ｓ１３）、データ処理装置１３０においては、各無線基地局１０１，１０２，１０３の到達時間データを比較し、最も電波到達時刻が早い無線基地局を決定する（Ｓ１４）。

次に、このように電波到達順序決定手段を構成するステップであるＳ１４により電波到達順序を決定した後、最も早い到達時間を測定した無線基地局の電波到来角度に重み付けを行う（Ｓ１５）。さらに、このように重み付け手段を構成するステップであるＳ１５により電波到達順序に基づき電波到来角度に重み付けした後、各無線基地局１０１，１０２，１０３の電波到来角度により作成した仮想線の交点について、交点に関係する電波到来角度に設定された重みを付けて座標の加重平均を行う（Ｓ１６）。

そして、このように重み付けした電波到来角度を使用して無線端末の推定位置を求める位置推定手段を構成するステップであるＳ１６により、無線端末１１０の推定位置が決定される。

図３は、無線端末１１０からの電波を３つの無線基地局１０１，１０２，１０３で受信した状態を示しており、それぞれの無線基地局１０１，１０２，１０３の角度測定部で電波到来角度αｎ（ｎは無線基地局の番号）を測定し、時間測定部で電波到達時間ｔｎを測定する。なお、図３に示すように、無線基地局１０１で測定した電波到来角度をα１、到達時間をｔ１、無線基地局１０２で測定した電波到来角度をα２、到達時間をｔ２、無線基地局１０３で測定した電波到来角度をα３、到達時間をｔ３とする。

次に、図３に示した取得情報を使用して一つの無線基地局の電波到来角度に重みを付けて、無線端末の位置を求める場合の計算方法を図４を用いて説明する。まず、無線基地局１０１，１０２，１０３のそれぞれで測定した電波到来角度α１〜α３に基づいて直線を引き、３つの交点Ｐ_１２、Ｐ_１３、Ｐ_２３を求める。

次に、到達時間ｔ１〜ｔ３を比較し、例えばｔ１＜ｔ２＜ｔ３であったとすると、比較の結果、無線端末位置が無線基地局１０１に最も近いと推定されるので、電波到来角度α１〜α３の中で最も信頼度が高いものはα１ということになる。ここで、指向性のアンテナ１２３の情報は、無線端末との距離が近い方が精度が高く、誤差が少ないため、次に、最も信頼度が高いα１に所定の重み付けを行う。そして、α１が関係する交点はＰ_１２とＰ_１３であるので、Ｐ_１２の座標（ｘ_１２，ｙ_１２）とＰ_１３の座標（ｘ_１３，ｙ_１３）に、信頼度が高いとした角度α１に設定された重みを付加して加重平均を取ると、端末の推定位置座標Ｐｗ（ｘ，ｙ）は以下のようになる。

ここで、ｗ_ｎは重み係数であり、ｗ_１は信頼度が高いとした角度α１に設定された重みで、α１に関係する交点に設定されている。また、ｗ_２はα１以外の電波到来角度から導き出される直線同士の交点に設定する重みであり、これらｗ_１及びｗ_２の間にはｗ_１＞ｗ_２、且つ２ｗ_１＋ｗ_２＝１の関係がある。

なお、本実施の形態においては、ｗ_１＞ｗ_２であることにより、α１が関係する交点に重みを付けて平均をとることになる。そして、このような加重平均を行うことにより、推定位置は、以下のようなＰ_１２、Ｐ_１３、Ｐ_２３の座標を相加平均して推定位置を求める式３及び式４で求めた座標（ｘ，ｙ）に比べて、α１が作る直線に近い方向へ移動し、この電波到来角度α１が与える情報に近い場所が最終的な推定位置となる。

なお、図４において、座標Ｐａは、上記の式３及び式４に示す相加平均を使用して求めた座標であり、座標Ｐｗはα１に重みを付けて加重平均を行って求めた座標を示している。そして、この図４に示すように、座標Ｐａに比べて座標Ｐｗはα１により作成される直線に近い位置にシフトしている。

ところで、このような重み係数ｗ_１を設定する方法は、予め特定の値を与えておいてもよいが、到達時間に基づいて（即ち、無線端末と無線基地局の距離に応じて）決定する方法であれば、より状況に即した位置推定を行うことが可能になる。

ここで、このように重み係数ｗ_１を到達時間に基づいて設定（決定）する方法としては、到達時間と重み係数の対応表を予め用意しておく方法と、到達時間と重み係数の関係式により算出する方法がある。

次に、対応表を用いて重み係数ｗ_１を設定する方法について図５を用いて説明する。

この方法では、全ての無線基地局１０１，１０２，１０３で測定した電波到達時間（時刻）の平均値から、どれだけ早い時間に無線端末からの電波が到達しているかに基づいて重み係数を設定する。

この場合、平均の時刻よりも電波到達時間が早いほど、無線基地局１０１，１０２，１０３の近傍に無線端末が存在することを意味しているので、平均値からのずれが大きいほど高い重み付け係数ｗ_１を設定するようにする。例えば、図４に示す場合においては、無線基地局１０１が一番早い時間に無線端末からの電波が到達するので、重み係数は他の２つの無線基地局１０２，１０３に比べて大きくなる。

なお、この対応表に記載される時間−重み係数の関係は、位置計測を行う環境や基地局間距離などにより大きく変化するため、実際の環境に合った値を設定する必要がある。また、本実施の形態では、一つの電波到来角度にのみ重みを付けているので、電波を受信した無線基地局の数に応じて、重み係数をｍｗ_１＋ｎｗ_２＝１となるように調整する必要がある。

ここで、ｍは重みを付けた電波到来角度が関係する交点の数で、ｎはその他の交点の数である。図５の例では、到達時間に基づいて決定される重み係数をｍｗ_１として示している。また、対応表は電波を受信した無線基地局の数に応じて、適当なものを使用するように用意しても良い。

次に、関係式を使用して重み係数を算出する方法について説明をする。

式５は重み係数ｗ_１を到達時間ｔで表した例である。

なお、式５において、

は全ての無線基地局で測定した到達時間（時刻）の平均値を表しており、ａ、ｂ、ｃは定数である。ここで、定数ａ、ｂ、ｃには環境や基地局の設置状況などに応じた値を導入するのが好ましい。さらに指向性アンテナの特性を考慮して、到達時間から予測されるアンテナからの無線端末の距離と到達角度の信頼性をより細かく反映する数式を用意するようにすると、さらに良い重み係数が設定できる。

図６は、最も早い到達時間ｔ_ｎと重み係数ｗ_１の関係の概念を示す図であり、図６に示すように到達時間ｔ_ｎが早いほど重み係数ｗ_１は大きく設定され、ｔ_ｎが遅くなるにつれて重み係数は小さくなる。

このように、設置位置座標が判明している３つ以上の無線基地局１０１，１０２，１０３により電波の到来角度及び到達時間を測定すると共に、測定された電波到達時間を比較して決定した電波到達順序に基づき電波到来角度に重み付けを行い、この重み付けした電波到来角度を使用して無線端末の推定位置を求めることによって、より精度の高い無線端末の位置推定を行うことができる。

ところで、これまでの説明では、一つの電波到来角度にのみ重みを付けて加重平均を行う例を示したが、本発明は、これに限らず、複数の電波到来角度に重み付けを行うようにしても良い。

次に、このような複数の電波到来角度に重み付けを行うようにした本発明の第２の実施の形態について説明する。

図７は本実施の形態に係る無線端末位置推定システムの位置推定方法を示すフローチャートである。なお、本実施の形態においても、無線端末からの電波を受信した無線基地局を３つとして説明を行う。

まず、無線端末から電波が発信されると、３つの各無線基地局１０１，１０２，１０３の角度測定部１２１と時間測定部１２２で、電波の到来角度と到達時間を測定する（Ｓ２２）。次に、測定した電波到来角度及び到達時間データはデータ処理装置１３０へと送信され（Ｓ２３）、データ処理装置１３０においては、各無線基地局１０１，１０２，１０３の到達時間を比較し、無線端末から各無線基地局１０１，１０２，１０３へ電波が到達した順序を決定する（Ｓ２４）。

次に、決定した順序に従って、各無線基地局１０１，１０２，１０３で測定した電波到来角度に重み付けを行い（Ｓ２５）、この後、各無線基地局１０１，１０２，１０３の電波到来角度により作成した仮想線の交点について、交点に関係する電波到来角度に設定された重みを付けて座標の加重平均を行う（Ｓ２６）。これにより、無線端末の推定位置が決定される。

図８は、無線端末からの電波を３つの無線基地局１０１，１０２，１０３で受信した場合において得られる推定座標Ｐｗを示すものである。なお、この推定座標Ｐｗは、無線基地局１０１，１０２，１０３のそれぞれで測定した電波到来角度α１〜α３に基づいて直線を引いて３つの交点Ｐ_１２，Ｐ_１３，Ｐ_２３を求めた後、各無線基地局１０１，１０２，１０３の電波到達時間に基づいて、重み付けを行い３つの交点座標Ｐ_１３（ｘ_１３，ｙ_１３），Ｐ_１２（ｘ_１２，ｙ_１２），Ｐ_２３（ｘ_２３，ｙ_２３）を加重平均して求めた。

なお、座標Ｐａは、３つの交点Ｐ_１２，Ｐ_１３，Ｐ_２３を求めた後、３つの交点座標Ｐ_１３（ｘ_１３，ｙ_１３），Ｐ_１２（ｘ_１２，ｙ_１２），Ｐ_２３（ｘ_２３，ｙ_２３）について相加平均を行って求めた座標を示している。

次に、この座標Ｐｗの求め方について具体的に説明する。まず、各無線基地局の到達時間ｔ１，ｔ２，ｔ３を比較し、例えばｔ１＜ｔ２＜ｔ３であった場合、電波到来角度α１、α２、α３の情報の精度はα１、α２、α３の順になる。次に、α１，α２，α３にそれぞれ重み係数ｗ_１，ｗ_２，ｗ_３（ｗ_１＞ｗ_２＞ｗ_３）を設定し、３つの交点座標Ｐ_１２，Ｐ_１３，Ｐ_２３を下記の式６及び式７により加重平均して座標Ｐｗ（ｘ，ｙ）を求める。

なお、３つ以上の無線基地局の情報を使用した場合での式８は次式で一般化される。

なお、式９において、ｎは交点を作成する直線の数、即ち測定した電波到来角度の数（電波を受信した無線基地局の数）を意味する。

そして、このようにα１、α２、α３の順に重みを付けたため、加重平均により求めた推定座標Ｐｗは、図８に示すように相加平均により求めた場合の座標Ｐａに比べ、α１とα２により作成された点Ｐ_１２方向にシフトしている。

このように、無線端末の位置推定を行う場合、３つ無線基地局１０１，１０２，１０３で電波到来角度を測定するのと同時に電波到達時間を測定し、得られた電波到達時間の順序によって電波到来角度に重みを設定した上で、位置推定を行うことによって、より精度の高い無線端末の位置推定を行うことができる。

なお、本実施の形態でも、既述した第１の実施の形態と同様、重み係数は、予め特定の値を与えておいてもよいが、電波到達時間に基づいて決定する方法であればより状況に即した位置推定を行うことが可能になる。ここで、到達時間に基づいて重み計数を決定する方法としては、既述した予め対応表を用意する方法と、到達時間と重み係数の関係式により求める方法が考えられる。

ところで、これまで述べた第１及び第２の実施の形態では、電波到来角度から位置を推定する方法、すなわちＡＯＡに関する発明であったが、電波到達時間情報も取得しているので、これを元に位置を推定する方法、即ちＴＤＯＡの結果を組み合わせて最終的な推定位置としても良い。

次に、このようなＡＯＡとＴＤＯＡの情報を組み合わせて位置推定を行うようにした本発明の第３の実施の形態について説明する。

図９は本実施の形態に係る無線端末位置推定システムの位置推定方法を示すフローチャートである。なお、本実施の形態においても、無線端末からの電波を受信した無線基地局を３つとして説明を行う。

まず、無線端末から電波が発信されると、各無線基地局の角度測定部と時間測定部で、電波の到来角度と到達時間を測定し（Ｓ３２）、測定した電波到来角度及び到達時間データはデータ処理装置へと送信される（Ｓ３３）。

ここで、このように各無線基地局から電波到来角度及び到達時間データがそれぞれ送信されると、データ処理装置は、既述した第１及び第２の実施の形態と同様、到達時間の情報を使用して、電波到来角度による位置推定を加重平均により行う（Ｓ３４）。さらに、同時に、データ処理装置は、無線基地局での電波到達時間を元に電波到達時間差を使用した位置推定方式、すなわちＴＤＯＡによる位置推定を行う（Ｓ３５）。

そして、最後に、Ｓ３４におけるＡＯＡの結果として求められた推定位置と、Ｓ３５で求められた推定位置とを組み合わせる（Ｓ３６）。これにより、無線端末の推定位置が決定される。

次に、図１０を用いて本実施の形態に係る無線端末位置推定システムによる推定座標Ｐｗの求め方について説明する。

推定座標Ｐｗを求めるには、まず無線基地局１０１，１０２，１０３のそれぞれで測定した電波到来角度α１〜α３に基づいて直線を引き、既述したような３つの交点座標を到来時間に基づく重み付けを行った上で加重平均を行い、ＡＯＡによる推定座標Ｐｗを求める。

また、これと同時に、各無線基地局１０１，１０２，１０３への電波到達時間に基づいて無線基地局間の到達時間差を求め、曲線Ｔ１−２、Ｔ１−３、Ｔ２−３を求める。なお、２つの無線基地局の到達時間差により、双曲線が得られるが、図１０では、その内の位置推定に利用する１つの曲線を示している。

なお、ＴＤＯＡではこれらの曲線の交点を端末位置とするが、到達時間の測定にも誤差が含まれるので、交点が一致することはほぼあり得ない。よって、単純に位置推定を行うには複数の交点座標の相加平均を求めて、座標を決定することになる。また、ＴＤＯＡでの位置推定に最尤推定法などを使用して精度を向上させる方法など様々な方法も提案されているが、このような手法を取り入れても良い。なお、図１０では、以上のような方法で得られたＴＤＯＡによる推定座標をＰｔで示している。

そして、このようにＡＯＡで求めた推定座標Ｐｗと、ＴＤＯＡで求めた推定座標Ｐｔを組み合わせることにより、最終的な無線端末の推定位置を決定する。ここで、この組み合わせ方法の１例として、ＰｗとＰｔの座標を相加平均する方法があり、このような相加平均を行った場合には、ＰｗとＰｔの中間に最終的な座標Ｐｆ（図示せず）が求められる。

また、他の方法として、条件によって重みを付けてＡＯＡとＴＤＯＡの結果を組み合わせる方法がある。ここで、ＡＯＡによる位置推定は、既述したように指向性アンテナの特性を考慮し、無線端末に近い指向性アンテナの情報に重みを置いて求める方式であり、無線端末が無線基地局の近傍に存在する場合には、ＡＯＡによる結果に信頼があると考えられる。

一方、どの無線基地局の近傍にも無線端末が存在しない場合には、ＡＯＡによる位置推定結果よりもＴＤＯＡによる位置推定結果の方が精度が高いと考えられる。よって、無線端末が存在するおおよその位置からＡＯＡとＴＤＯＡの結果への重みを変更させて、加重平均をとると良い。

そして、このための方法としては、例えば到達時間の比較により、無線端末が無線基地局の近傍に存在するかどうかを判定してＡＯＡとＴＤＯＡに重みを付ける方法や、ＡＯＡやＴＤＯＡで求めた座標から重みの付け方を変更する方法などが考えられる。なお、重みを変更する閾値や座標は、指向性アンテナの能力・特性や、電波環境、無線基地局の設置状況に寄って異なるので、適当な条件を設定する必要がある。また、ＡＯＡとＴＤＯＡの結果に付ける重みも、到達時間などの情報に基づいて変化させても良い。

本発明の第１の実施の形態に係る無線端末位置推定システムのブロック図。上記無線端末位置推定システムの位置推定方法を示すフローチャート。上記無線端末位置推定システムが無線端末からの電波を受信した状態を示す図。上記無線端末位置推定システムの位置推定方法を説明する図。上記無線端末位置推定システムの電波到達時間により重み係数を設定するための対応表を示す図。上記無線端末位置推定システムの重み係数と到達時間の関係の示す図。本発明の第２の実施の形態に係る無線端末位置推定システムの位置推定方法を示すフローチャート。上記無線端末位置推定システムの位置推定方法を説明する図。本発明の第３の実施の形態に係る無線端末位置推定システムの位置推定方法を示すフローチャート。上記無線端末位置推定システムの位置推定方法を説明する図。従来の無線端末位置推定システムの位置推定方法を説明する図。指向性アンテナの特性を説明する図。

符号の説明

１０１〜１０３無線基地局
１１０無線端末
１２１角度測定部
１２２時間測定部
１２３アンテナ
１３０データ処理装置

Claims

電波を発信する無線端末の推定位置を求める無線端末位置推定システムにおいて、
前記無線端末から発信した電波の到来角度を測定する角度測定部及び前記電波の到達時間を測定する時間測定部をそれぞれ備えると共に、設置位置座標が判明している３つ以上の無線基地局と、
前記３つ以上の無線基地局で測定した電波到来角度と電波到達時間を処理して前記無線端末の推定位置を求めるデータ処理装置と、
を備え、
前記データ処理装置は、前記無線基地局ごとの電波到達時間を比較して電波到達順序を決定する電波到達順序決定手段と、前記電波到達順序に基づき電波到来角度に重み付けをする重み付け手段と、前記重み付けした電波到来角度を使用して前記無線端末の推定位置を求める位置推定手段とを備えることを特徴とする無線端末位置推定システム。
前記データ処理装置の前記重み付け手段は、前記複数の電波到来角度に対し、前記電波到達時間に応じた重み付けを行うことを特徴とする請求項１に記載の無線端末位置推定システム。
前記データ処理装置の前記重み付け手段は、前記電波到達時間が最も早い無線基地局の電波到来角度に重み付けを行うことを特徴とする請求項１に記載の無線端末位置推定システム。
前記重み付け手段による重み付けは、予め用意した電波到達時間と重みの値の対応表により決定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の無線端末位置推定システム。
前記重み付け手段による重み付けは、予め用意した電波到達時間によって重みの値を算出する関係式により決定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の無線端末位置推定システム。
前記データ処理装置の前記位置推定手段は、３つ以上の電波到来角度を元に得られる交点座標に対し、前記電波到来角度に付けた重みに基づいた加重平均を行うことにより得られた座標を前記無線端末の推定位置とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線端末位置推定システム。
前記位置推定手段は、電波の到達時間差を利用した位置推定を行い、前記電波到来角度に重みを付けて求めた位置推定結果と合わせて前記無線端末の位置を推定することを特徴とする請求項６に記載の無線端末位置推定システム。
前記位置推定手段は、前記電波到達時間により前記無線端末が前記３つ以上の無線基地局の何れかの近傍に存在すると判定した場合には前記電波到来角度に重みを付けて求めた位置推定結果に重みを付けて加重平均を行い、前記無線端末が無線基地局の近傍に存在しないと判定した場合には前記到達時間差を利用して求めた位置推定結果に重みを付けて加重平均を行うことを特徴とする請求項７に記載の無線端末位置推定システム。
電波を発信する無線端末の推定位置を求める無線端末位置推定システムの位置推定方法において、
前記無線端末から発信した電波の到来角度を測定する角度測定部と電波の到達時間を測定する時間測定部を備える３つ以上の予め設置位置座標が判明している無線基地局と、
前記３つ以上の無線基地局で測定した電波到来角度と到達時間を処理して端末の推定位置を求めるデータ処理装置と、
を備え、
前記データ処理装置は、前記無線基地局ごとの電波到達時間を比較して電波到達順序を決定するステップと、前記電波到達順序に基づき電波到来角度に重み付けをするステップと、前記重み付けした電波到来角度を使用して前記無線端末の推定位置を求めるステップにより前記無線端末の位置を推定することを特徴とする無線端末位置推定システムの位置推定方法。
３つ以上の無線基地局で測定した電波到来角度と電波到達時間を処理して無線端末の推定位置を求めるデータ処理装置において、
前記無線基地局ごとの電波到達時間を比較して電波到達順序を決定する電波到達順序決定手段と、
前記電波到達順序に基づき電波到来角度に重み付けをする重み付け手段と、
前記重み付けした電波到来角度を使用して前記無線端末の推定位置を求める位置推定手段と、
を備えることを特徴とするデータ処理装置。