JP2007212162A - 疑似ｇｐｓ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋内や地下などで移動端末によるＧＰＳ測位を可能にする疑似ＧＰＳ装置において、設計および施工の手間を削減できるとともに、拡張や変更が容易な装置を実現する。
【解決手段】単にＧＰＳ衛星からの信号を再送信するのではなく、アンテナ２２の位置で移動端末２０が受信すべき擬似的なＧＰＳ信号を単体のＧＰＳシミュレータ２１で発生し、複数のアンテナ２２から放射することで、移動端末２０に高精度な測位を行わせることが可能な疑似ＧＰＳ装置において、ＧＰＳシミュレータ２１は、所定時間分のデジタルデータを発生し、ＬＡＮケーブル２６，２４を介して各信号変換器２３を順次アドレス指定して送信する。したがって、同軸ケーブル２７による接続を、アンテナ２２と、その近くに設けられる信号変換器２３との間だけとし、設計および施工の手間を削減でき、かつ材料費も削減することができ、低コストであるとともに、変更が容易な装置を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、屋内や地下などのＧＰＳ衛星からの信号が届きにくく測位が困難な環境において、ＧＰＳシミュレータで発生した擬似的なＧＰＳ信号を前記環境内に放射することで、ＧＰＳ測位機能を備えた移動端末による測位を可能にする疑似ＧＰＳ装置に関する。

ＧＰＳ信号は、使用される電波の性質から、前記屋内や地下などでは、信号強度が著しく低下する。このため、前記移動端末がこのような環境に持ち込まれると、測位が困難になる。そこで、図３に示すように、屋上など見晴らしのよい場所に設置したＧＰＳアンテナ１でＧＰＳ信号を受信し、高周波アンプ２で増幅した後、これを同軸ケーブル３によって屋内や地下へ引込み、設置されたアンテナ４から再放射することで、前記屋内や地下での測位を可能とすることが考えられる。しかしながらこのような構成では、測位の結果としては、屋上に設置されたＧＰＳアンテナ１の位置が得られることになり、移動端末が存在する真の位置とは異なるという問題がある。

そこで、移動端末の実際の位置を、広範囲に測位可能とする従来技術が、特許文献１で提案されている。その従来技術によれば、建物の屋上に、疑似衛星となるＧＰＳ信号の送信装置に、衛星軌道情報などの疑似衛星の位置情報を携帯電話網などの広い到達範囲で送信する装置を設けることで、移動端末は、実際のＧＰＳ衛星および前記疑似衛星からの信号を受信して測位を行うとともに、前記位置情報は広い範囲で受信可能であるので、短時間での受信期間でも測位が可能になり、高速移動に適した測位システムが提案されている。

ところが、その従来技術では、多数の疑似衛星をビルの屋上に分散して設置しなければならず、しかも疑似衛星の位置情報を送信する装置を別途設置しなければならず、膨大なコストが必要であるとともに、移動端末も位置情報を受信可能な特殊なものを使用しなければならないことが容易に想到され、実現可能性は乏しいと思われる。

これに対して、特許文献２では、図４で示すように、シールドされた環境内に複数の疑似衛星となるＧＰＳ信号の送信装置１１を設け、コンピュータ処理装置から成るＧＰＳシミュレータ１２によって作成したその環境内で受信されるであろうＧＰＳ信号を各送信装置１１へ配信することで、屋外と同様の環境で移動端末が使用可能となっている。
特開２００４−１３２７５０号公報 特許第３４２１７９０号公報

図３で示すようなＧＰＳ信号の再送信では、商業施設などにおいて、移動端末は、或る程度現在位置を絞ることができる。また、規模が小さければ、疑似のＧＰＳ信号を発生する装置などが不要で、比較的低コストに抑えることができる。しかしながら、大規模な施設になると、各アンテナ４までの同軸ケーブル３の引回しが必要であり、途中、分配器５が介在するなど、高周波信号の伝送線路の設計が煩雑であり、設置する場所に応じて機器設計するために、高周波信号に関する高度な専門知識が必要となるとともに、アンテナ４の増設や、対象面積の拡張など、伝送線路の変更も煩雑であるという問題がある。

一方、大規模な施設では、フロアの違いを区別可能にするなど、精度の向上が望まれ、図４で示すように、１台のＧＰＳシミュレータ１２によって作成した疑似のＧＰＳ信号を各送信装置（変調器＋アンテナ）１１へ配信するようにしても、この従来技術では、前記ＧＰＳシミュレータ１２から送信装置１１へ前記同軸ケーブル１３を用いており、同様の問題が生じる。

本発明の目的は、移動端末に高精度な測位を行わせることができるとともに、低コストで、変更が容易な疑似ＧＰＳ装置を提供することである。

本発明の疑似ＧＰＳ装置は、擬似的なＧＰＳ信号を環境内に放射することで、ＧＰＳ測位機能を備えた移動端末による測位を可能にする疑似ＧＰＳ装置において、ＧＰＳシミュレータに、デジタル通信ネットワークを介して接続される複数の信号変換部およびアンテナを備えて構成され、前記ＧＰＳシミュレータは、各アンテナから放射される前記擬似的なＧＰＳ信号が、本来、そのアンテナが設置されている各場所において、ＧＰＳ衛星から受信されるべき予め定める時間分のＧＰＳ信号に対応したデジタルデータを発生し、前記デジタル通信ネットワークを介して、各信号変換部を順次アドレス指定して送信し、前記信号変換部は、受信したデジタルデータから、アナログ高周波の前記擬似的なＧＰＳ信号を逐次復元・電力増幅し、同軸ケーブルを介して、該信号変換部に近接配置される前記アンテナから放射させることを特徴とする。

上記の構成によれば、屋内や地下などのＧＰＳ衛星からの信号が届きにくい環境において、単にＧＰＳ衛星からの信号を再送信するのではなく、本来、アンテナが設置されている各場所において、ＧＰＳ衛星から受信されるべき擬似的なＧＰＳ信号をＧＰＳシミュレータで発生して、複数の前記アンテナから前記環境内に放射することで、前記移動端末に高精度な測位を行わせることが可能な疑似ＧＰＳ装置において、前記擬似的なＧＰＳ信号を単体のＧＰＳシミュレータにおいて予め定める時間分のデジタルデータで発生し、前記ＧＰＳシミュレータと信号変換部とをデジタル通信ネットワークを介して接続し、ＧＰＳシミュレータが各信号変換部を順次アドレス指定してそのデジタルデータを送信する。そして、前記信号変換部は、それぞれのアンテナに対応して設けられ、受信したデジタルデータから、アナログ高周波の前記擬似的なＧＰＳ信号を順次復元・電力増幅するとともに、作成された信号がＧＰＳの高周波信号であり、このため該信号変換部とアンテナとの間は同軸ケーブルを介して接続され、該信号変換部はアンテナに近接配置される。

したがって、単体のＧＰＳシミュレータを使用して疑似ＧＰＳ信号を作成するにあたって、そのＧＰＳシミュレータと各アンテナの設置位置との間は、ＬＡＮなどのデジタル通信ネットワークで接続することができる。これによって、同軸ケーブルによる接続を、アンテナと、その近くに設けられる信号変換器との間だけとし、設計および施工の手間を削減でき、かつ材料費も削減することができ、低コストであるとともに、変更が容易な装置を実現することができる。

また、本発明の疑似ＧＰＳ装置では、前記各信号変換部はデータ記憶部を有し、前記ＧＰＳシミュレータは、前記デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、前記予め定める時間を拡大することを特徴とする。

上記の構成によれば、各アンテナの設置場所における前記疑似ＧＰＳ信号の計算を行うにあたって、前記各信号変換部にデータ記憶部を設け、前記デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、現在のみならず、将来の分まで計算し、前記デジタル通信ネットワークを介して予め各信号変換部に送信しておくので、前記デジタル通信ネットワークのトラヒックを平準化し、リソースを有効に活用することが可能となる。また、ネットワーク遅延による位置誤差の発生を防止することもできる。

本発明の疑似ＧＰＳ装置は、以上のように、屋内や地下などのＧＰＳ衛星からの信号が届きにくい環境において、単にＧＰＳ衛星からの信号を再送信するのではなく、本来、アンテナが設置されている各場所において、ＧＰＳ衛星から受信されるべき擬似的なＧＰＳ信号をＧＰＳシミュレータで発生して、複数の前記アンテナから前記環境内に放射することで、前記移動端末に高精度な測位を行わせることが可能な疑似ＧＰＳ装置において、前記擬似的なＧＰＳ信号を単体のＧＰＳシミュレータにおいて予め定める時間分のデジタルデータで発生し、そのＧＰＳシミュレータはデジタル通信ネットワークを介して接続され、各アンテナに近接配置される各信号変換部を順次アドレス指定して前記デジタルデータを送信し、前記信号変換部でアナログ変換された信号がアンテナから放射される。

それゆえ、単体のＧＰＳシミュレータを使用して疑似ＧＰＳ信号を作成するにあたって、そのＧＰＳシミュレータと各アンテナの設置位置との間は、ＬＡＮなどのデジタル通信ネットワークで接続することができる。これによって、同軸ケーブルによる接続を、アンテナと、その近くに設けられる信号変換器との間だけとし、設計および施工の手間を削減でき、かつ材料費も削減することができ、低コストであるとともに、変更が容易な装置を実現することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係る疑似ＧＰＳ装置の全体構成を説明するための図である。この疑似ＧＰＳ装置は、屋内や地下などのＧＰＳ衛星からの信号が届きにくい環境において、単にＧＰＳ衛星からの信号を再送信するのではなく、本来、複数のアンテナ２２が設置されている各場所において、ＧＰＳ衛星から受信されるべき擬似的なＧＰＳ信号を１台のＧＰＳシミュレータ２１で擬似的に発生して、複数の各アンテナ２２から前記環境内に放射することで、ＧＰＳ測位機能を備えた移動端末２０に高精度な測位を行わせることを可能とするものである。

注目すべきは、本実施の形態では、各アンテナ２２には、近接して信号変換器２３がそれぞれ対応して設置され、各信号変換器２３は、前記ＧＰＳシミュレータ２１に、デジタル通信ネットワークを構築するＬＡＮケーブル２４を介して接続されることである。各信号変換器２３へのＬＡＮケーブル２４は、ハブ２５を介して、幹線のＬＡＮケーブル２６に接続される。

一方、実際のＧＰＳ信号を受信できる場所に、エフェメリス取得用ＧＰＳ受信機３０が設置されており、得られた現在使用できるエフェメリスは前記ＧＰＳシミュレータ２１に送信される。エフェメリス取得用ＧＰＳ受信機３０とＧＰＳシミュレータ２１との間は、前記デジタル通信ネットワークを介して通信する構成であってもよく、また直接通信する構成であってもよい（図１の例では、前記デジタル通信ネットワークを介して通信している）。

ＧＰＳシミュレータ２１は、エフェメリス取得用ＧＰＳ受信機３０から受信したエフェメリスを用いて、各アンテナ２２から放射される前記擬似的なＧＰＳ信号が、本来、そのアンテナ２２が設置されている各場所において複数のＧＰＳ衛星から受信されるべきＧＰＳ信号を足し合わせたもので、かつ予め定める時間分となるデジタルデータを発生する。これによって、実際のＧＰＳ信号と疑似ＧＰＳ信号との間に大きな乖離が生じることを回避し、実際のＧＰＳ信号を受信するエリアと疑似ＧＰＳ信号を受信するエリアとを行き来する際に、連続した測位が可能となる。

なお、前記擬似的なＧＰＳ信号は、アンテナ２２の実際の位置に対応した信号に限らず、天井などに取付けられるアンテナ２２の直下で、床面から１ｍ程度の位置の信号とするなど、アンテナ２２の設置位置および移動端末２０の使用状況などを考慮して、適宜定められればよい（以下では、アンテナ２２の設置位置での信号とする）。このような任意の位置での擬似的なＧＰＳ信号は、ＧＰＳシミュレータ２１でのソフトウェア処理などによって作成することができる。移動端末２０は、複数のアンテナ２２からの信号を受信すると、受信レベルの最も高いアンテナからの信号に設定された位置を測位結果とする。

ＧＰＳシミュレータ２１は、上述のようにして作成したデータを、前記デジタル通信ネットワークを介して、各信号変換器２３を順次アドレス指定して送信する。これを受信した信号変換部２３は、受信したデジタルデータから、アナログ高周波の前記擬似的なＧＰＳ信号を逐次復元・電力増幅し、同軸ケーブル２７を介して、前記アンテナ２２から放射させる。

図２は、前記信号変換器２３の具体的構成を示す図であり、各信号変換器２３は相互に等しく構成されており、設定されるアドレスが異なる程度である。ＧＰＳシミュレータ２１には、各アンテナ２２の設置場所および衛星の軌道から、各アンテナ２２の設置位置において受信されるべき信号を、送信すべき疑似ＧＰＳ信号としてシミュレートし、デジタル信号として発生する。発生した疑似ＧＰＳ信号のデジタルデータは、前述のようにデジタル通信ネットワークを介して各信号変換器２３へ順次アドレス指定して送信される。デジタル通信ネットワークは、インターネットなど外部に開かれたネットワークであってもよく、本実施の形態の疑似ＧＰＳ装置の中で閉じたネットワークであってもよい。

信号変換器２３は、前記ハブ２５で分岐したＬＡＮケーブル２４からのデジタル信号で、自機にアドレス指定された信号を該信号変換器２３に入力するゲートウェイ３１およびバッファ３２と、入力されるデジタル信号を一時蓄積するデータ記憶部３３と、データ記憶部３３から読出した信号をアナログの信号に復調するデジタル／アナログ変換器３４と、デジタル／アナログ変換器３４からの信号を前記疑似ＧＰＳ信号にアップコンバートするアップコンバータ３５と、前記アップコンバータ３５から出力される前記疑似ＧＰＳ信号を必要なレベルまで電力増幅する高周波アンプ３６とを備えて構成される。高周波アンプ３６から出力された前記疑似ＧＰＳ信号は、前記同軸ケーブル２７を介してアンテナ２２に伝送され、放射される。

前記アップコンバータ３５では、デジタル／アナログ変換器３４からの信号は、変調波として、ミキサ３５ｂにおいて、局部発振器３５ａで生成されたＧＰＳ周波数のキャリア信号に重畳され、前記疑似ＧＰＳ信号にアップコンバートされる。前記データ記憶部３３は、ＧＰＳシミュレータ２１から相対的に高いデータレートで間欠的に入力される予め定める時間分のデジタル信号を一時蓄積し、相対的に低い一定のデータレートで、前記デジタル／アナログ変換器３４へ連続して出力してゆく。前記ＧＰＳシミュレータ２１は、前記デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、前記予め定める時間を拡大する。

ここで、前記ＧＰＳ信号のキャリア周波数は１．５ＧＨｚであり、変調波の周波数は１ＭＨｚ程度である。したがって、前記疑似ＧＰＳ信号を再現するためにデータ記憶部３３から読出されるデータレートは、たとえばサンプリング周波数が７ＭＨｚ、量子化ビット数が２ｂｉｔとすると、１４Ｍｂｉｔ程度である。したがって、前記データ記憶部３３で蓄積される時間を考慮しても、前記ＬＡＮケーブル２６，２４としては、Ｇｂｉｔ級のものを使用すれば、或る程度の台数の信号変換器２３に対しては、上述のように間欠的に順次アドレス指定して送信することが可能であり、デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、前記データ記憶部３３での蓄積時間も拡大可能であることが理解される。

このようにして、複数のアンテナ２２の各設置位置で本来受信されるＧＰＳ信号を擬似的に作成して前記アンテナ２２から放射することで、移動端末２０はそのアンテナ２２の位置で本来受信すべきＧＰＳ信号を受信することになり、高精度な測位を行うことができる。また、単体のＧＰＳシミュレータ２１を使用して疑似ＧＰＳ信号を作成するにあたって、そのＧＰＳシミュレータ２１と各アンテナ２２の設置位置との間は、ＬＡＮなどのデジタル通信ネットワークで接続することができ、同軸ケーブル２７による接続を、アンテナ２２と、その近くに設けられる信号変換器２３との間だけとし、設計および施工の手間を削減でき、かつ材料費も削減することができ、低コストであるとともに、変更が容易な装置を実現することができる。

また、前記ＧＰＳシミュレータ２１は、ネットワーク遅延測定部２１ａを備えており、各信号変換器２３との間のネットワーク遅延を定期的に測定する。ＧＰＳシミュレータ２１は、測定の結果得られたネットワーク遅延を加味して、各信号変換器２３への疑似ＧＰＳ信号のデータを発生する。ここで、ＧＰＳシミュレータ２１から各信号変換器２３までのネットワーク遅延は、デジタル通信ネットワークの状態によって異なるが、一般的に数十ミリ秒から数百ミリ秒程度となる。また、ＧＰＳシミュレータ２１から各信号変換器２３までの遅延時間は相互に異なり、それらの差も考慮してデータを発生することで、各アンテナ２２から放射される疑似ＧＰＳ信号の時刻情報を互いに一致させることが可能となる。このように構成することで、移動端末２０が或るアンテナから放射される疑似ＧＰＳ信号を受信するエリアと、他のアンテナから放射される疑似ＧＰＳ信号を受信するエリアとの間を行き来したときに、時刻情報のずれのため測位不能状態に陥ることなく、連続した測位が可能となる。

さらにまた、前記ＧＰＳシミュレータ２１は、相対的に高いデータレートで間欠的に入力されるデジタル信号を一時蓄積し、相対的に低い一定のデータレートで連続して出力してゆくバッファとしての機能を有するデータ記憶部３３を使用し、前記デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、前記予め定める時間を拡大し、現在のみならず、将来の分までデータを計算し、予め各信号変換器２３に送信しておくので、前記デジタル通信ネットワークのトラヒックを平準化し、リソースを有効に活用することが可能となる。また、ネットワーク遅延による位置誤差の発生を防止することもできる。

本発明の実施の一形態に係る疑似ＧＰＳ装置の全体構成を説明するための図である。 図１で示す疑似ＧＰＳ装置における信号変換器の具体的構成を示す図である。 典型的な従来技術の疑似ＧＰＳ装置の全体構成を説明するための図である。 他の従来技術の疑似ＧＰＳ装置の全体構成を説明するための図である。

符号の説明

２０ 移動端末
２１ ＧＰＳシミュレータ
２２ アンテナ
２３ 信号変換器
２４，２６ ＬＡＮケーブル
２５ ハブ
３０ エフェメリス取得用ＧＰＳ受信機
３１ ゲートウェイ
３２ バッファ
３３ データ記憶部
３４ デジタル／アナログ変換器
３５ アップコンバータ
３６ 高周波アンプ

Claims (2)

1. 擬似的なＧＰＳ信号を環境内に放射することで、ＧＰＳ測位機能を備えた移動端末による測位を可能にする疑似ＧＰＳ装置において、
   ＧＰＳシミュレータに、デジタル通信ネットワークを介して接続される複数の信号変換部およびアンテナを備えて構成され、
   前記ＧＰＳシミュレータは、各アンテナから放射される前記擬似的なＧＰＳ信号が、本来、そのアンテナが設置されている各場所において、ＧＰＳ衛星から受信されるべき予め定める時間分のＧＰＳ信号に対応したデジタルデータを発生し、前記デジタル通信ネットワークを介して、各信号変換部を順次アドレス指定して送信し、
   前記信号変換部は、受信したデジタルデータから、アナログ高周波の前記擬似的なＧＰＳ信号を逐次復元・電力増幅し、同軸ケーブルを介して、該信号変換部に近接配置される前記アンテナから放射させることを特徴とする疑似ＧＰＳ装置。
2. 前記各信号変換部はデータ記憶部を有し、
   前記ＧＰＳシミュレータは、前記デジタル通信ネットワークの稼働率が低いときには、前記予め定める時間を拡大することを特徴とする請求項１記載の疑似ＧＰＳ装置。

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