JP2008241684A - 位置推定方法、位置推定システム及び無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】位置推定を行う範囲、アンカー端末数の増加に伴い、通信量が増加する問題を軽減し、特定のアンカー端末から得られる情報の信頼性が低い場合であっても、高精度な位置推定を可能とする位置推定方法、位置推定システム及び無線端末が望まれていた。
【解決手段】無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、アンカー端末２０の位置とに基づき、ターゲット端末１０の第１の推定位置を求め、第１の推定位置に基づき、推定距離（Ｄｉ）を求め、位置推定に必要な情報に基づき、期待値（Ｒｉ）を求め、推定距離（Ｄｉ）と期待値（Ｒｉ）との比較結果に応じて、１又は複数のアンカー端末２０を不使用端末として選択し、選択した不使用端末以外の無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、選択した不使用端末以外の複数のアンカー端末２０の位置とに基づき、ターゲット端末１０の第２の推定位置を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、受信した無線信号を基に無線端末の位置を推定する位置推定方法、位置推定システム及び無線端末に関し、特に、位置推定の精度向上に関するものである。

従来の位置推定システムは、例えば、「…前記基地局は、前記無線通信端末から送信される無線信号を各々受信し、受信した信号の受信信号強度を測定して、前記情報サーバに送信し、前記情報サーバは、前記基地局から前記受信信号強度を受信し、前記受信信号強度を用いて、各受信信号強度に対応する前記無線通信端末の存在し得る範囲を求め、各範囲の重なりから前記無線通信端末の存在位置を検出する…」ようなものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、例えば、「位置が既知の装置（１１２−１１８、１３４−１３８、２２４−２２８）と位置が未知の装置（１２０−１３０，２２２）の間で送信する信号と、一組の位置が未知の装置（１２０−１３０，２２２）間と送信される信号とを測定し、複数の第一部分式と予測測定信号が実測定信号と等しい時極値を持つ複数の信号測定予測部分式とを有するグラフ関数に測定信号を入力し、グラフ関数を最適化することにより、複数の装置（１１２−１３０）の位置探索のためのシステム。」が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、例えば、ターゲット端末が信号を送信し、アンカー端末はターゲット端末から信号を受信すると、受信信号強度を位置推定サーバへ送信する。位置推定サーバは各アンカー端末から送られる受信信号強度を用いて、各ターゲット端末の最も確からしい位置を推定するものが提案されている（例えば、非特許文献１〜５参照）。

特開２００４−１１２４８２号公報（請求項１） 特表２００５−５０７０７０号公報（要約） 柳原健太郎、他７名、「センサネットワークにおける受信信号電力を用いた最尤位置測定法」、技術報告、電子情報通信学会、IN2004-327、pp.409-414 柳原健太郎、他６名、「IEEE802.15.4を用いた室内位置推定実験」、技術報告、電子情報通信学会、SN2005-7 pp.27-32 柳原健太郎、他６名、「センサネットワークにおける位置推定データトラフィックの削減手法」、2005年ソサイエティ大会講演論文集、電子情報通信学会、A-21-20 柳原健太郎、他６名、「IEEE802.15.4を用いた室内位置推定実験〜歩行者と受信感度のばらつきが及ぼす影響〜」、2005年ソサイエティ大会講演論文集、電子情報通信学会、A-21-22 柳原健太郎、他４名、「確率伝播に基づいた繰り返し位置推定法に関する研究」、技術報告、電子情報通信学会、SN2006-39 pp.7-14

しかしながら、従来の位置推定システムでは、位置推定の精度はアンカー端末の設置間隔に依存し、推定精度を上げるためにはアンカー端末を高密度に設置する必要がある。
アンカー端末を多数設置するとシステムのコスト増大を招く。さらに設置環境によっては物理的に大量の端末設置が不可能な状況も想定される。また、アンカー端末が増加すると位置推定のための通信量が増加する。

また、特定の方向に存在するアンカー端末から得られた情報の信頼性が、他のアンカー端末から得られた情報と比較して低い場合がある。例えば動き回る人間の位置を推定する場合には、端末を頭の上に置いた場合以外は持った人間の体が障害物となる。また例えば、位置推定の対象となる空間に、パーティーション、棚、壁などがターゲット端末とアンカー端末の間に存在した場合にも、これらが障害物となる。
このように特定のアンカー端末から得られる情報の信頼性が低い可能性があり、このような情報を用いた推定位置の精度は低下する。

したがって、位置推定を行う範囲、アンカー端末数の増加に伴い、通信量が増加する問題を軽減し、特定のアンカー端末から得られる情報の信頼性が低い場合であっても、高精度な位置推定を可能とする位置推定方法、位置推定システム及び無線端末が望まれていた。

本発明に係る位置推定方法は、ターゲット端末と、既知の位置に複数配置されるアンカー端末とが無線信号を授受し、前記無線信号と前記アンカー端末の位置とに基づき前記ターゲット端末の位置を推定する位置推定方法であって、前記ターゲット端末と前記複数のアンカー端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、前記アンカー端末の位置とに基づき、前記ターゲット端末の第１の推定位置を求めるステップと、前記第１の推定位置に基づき、前記ターゲット端末と前記各アンカー端末との推定距離（Ｄｉ）を求め、前記位置推定に必要な情報に基づき、前記ターゲット端末と前記各アンカー端末との距離の期待値（Ｒｉ）を求めるステップと、前記推定距離（Ｄｉ）と前記期待値（Ｒｉ）との比較結果に応じて、前記複数のアンカー端末のうち、１又は複数のアンカー端末を不使用端末として選択するステップと、前記選択した不使用端末以外の前記複数のアンカー端末と前記ターゲット端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、前記選択した不使用端末以外の前記複数のアンカー端末の位置とに基づき、前記ターゲット端末の第２の推定位置を求めるステップとを有するものである。

また、本発明に係る位置推定システムは、無線信号を送受信するターゲット端末と、既知の位置に複数配置され、無線信号を送受信するアンカー端末と、前記ターゲット端末の位置を推定する位置推定装置とを備え、前記位置推定装置は、前記ターゲット端末と前記複数のアンカー端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、前記アンカー端末の位置とに基づき、前記ターゲット端末の第１の推定位置を求め、前記第１の推定位置に基づき、前記ターゲット端末と前記各アンカー端末との推定距離（Ｄｉ）を求め、前記位置推定に必要な情報に基づき、前記ターゲット端末と前記各アンカー端末との距離の期待値（Ｒｉ）を求め、前記推定距離（Ｄｉ）と前記期待値（Ｒｉ）との比較結果に応じて、前記複数のアンカー端末のうち、１又は複数のアンカー端末を不使用端末として選択し、前記選択した不使用端末以外の前記複数のアンカー端末と前記ターゲット端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、前記選択した不使用端末以外の前記複数のアンカー端末の位置とに基づき、前記ターゲット端末の第２の推定位置を求めるものである。

また、本発明に係る無線端末は、上記位置推定システムの位置推定装置、ターゲット端末又はアンカー端末からなるものである。

本発明は、複数のアンカー端末のうち、１又は複数のアンカー端末を不使用端末として選択し、選択した不使用端末以外の複数のアンカー端末とターゲット端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、選択した不使用端末以外の複数のアンカー端末の位置とに基づきターゲット端末の推定位置を求めることにより、ターゲット端末の推定位置の精度を向上させることができる。

実施の形態１．
図１は実施の形態１における位置推定システムの構成を示す図である。図１において、位置推定システムは、ターゲット端末１０と、複数のアンカー端末２０により構成される。尚、図１に示す点線は送信相手を特定せず、周辺の全端末に対する送信（ブロードキャスト）を示す。アンカー端末２０は、予め位置が分かっている端末で、位置推定要求信号を送信する。ターゲット端末１０は、位置推定の対象となる端末で、アンカー端末２０が送信した位置推定要求信号から、例えば受信信号強度（受信電力値）などの位置推定に必要な情報を取得し、当該ターゲット端末１０の位置を推定する。

図２は実施の形態１におけるアンカー端末の構成を示す図である。図２において、アンカー端末２０は、アンテナ２０１、送信回路２０２、送信データ生成部２０３により構成されている。アンテナ２０１は、無線信号を送信するためのアンテナである。送信データ生成部２０３は、当該アンカー端末固有の識別符号を含めた位置推定要求信号を生成する。送信回路２０２は、送信データ生成部２０３で生成された位置推定要求信号を無線信号に変換しアンテナ２０１へ出力する。

図３は実施の形態１におけるターゲット端末の構成を示す図である。図３において、ターゲット端末１０は、アンテナ１０１、受信回路１０２、受信データ処理部１０３により構成される受信機１０４と、データ集約部１０５と、位置推定装置である位置推定処理部１０６により構成されている。
アンテナ１０１は、無線信号を受信するためのアンテナである。受信回路１０２は、アンテナ１０１により受信された無線信号が入力され、無線信号を処理しデジタル情報に変換し、受信データとして受信データ処理部１０３に出力する。また、受信回路１０２は、入力された無線信号の受信電力値Ｓ１を測定し、測定した受信電力値Ｓ１の情報を、位置推定に必要な情報として、受信データ処理部１０３に出力する。
受信データ処理部１０３は、受信回路１０２より入力された受信データを処理し、受信データがアンカー端末２０から送られた位置推定要求信号の場合に、位置推定要求信号に含まれる情報、及び受信回路１０２により測定された受信電力値Ｓ１の情報をデータ集約部１０５に出力する。
データ集約部１０５は、受信機１０４から入力された情報を収集し、位置推定処理部１０６に出力する。位置推定処理部１０６は、データ集約部１０５から入力された情報に基づき、後述する動作により、当該ターゲット端末１０の位置を推定する。尚、データ集約部１０５及び位置推定処理部１０６をターゲット端末１０に設けずに専用の機器とし、受信データ処理部１０３とデータ集約部１０５とが通信を介して接続する形態としても良い。この場合には受信データ処理部１０３は当該ターゲット端末１０の識別情報を含めて送信する。

このように構成された位置推定システムの本実施の形態１における動作について図４により次に説明する。尚、本実施の形態の動作においては、アンカー端末２０とターゲット端末１０間で授受した無線信号の受信電力値を用いた位置推定方式に、本発明を適応した例を記載するが、本発明は複数のアンカー端末２０とターゲット端末１０からなり、何らかの方法で位置を推定するシステムであり、各アンカー端末２０とターゲット端末１０との距離を何らかの方法で推定することが可能な全ての位置推定システムに適応可能である。

図４は実施の形態１における位置推定動作を示すフローチャートである。
まず、各アンカー端末２０は、当該アンカー端末２０固有の識別符号（以下、「送信端末符号」という）を含めた位置推定要求信号を送信する。ターゲット端末１０の受信機１０４は、各アンカー端末２０から送信された位置推定要求信号を受信し、受信した位置推定要求信号の受信電力値Ｓ１を計測し、受信電力値Ｓ１の情報及び送信端末符号の情報をデータ集約部１０５へ出力する（Ｓ１０１）。
データ集約部１０５は、受信機１０４から入力された情報を収集し、位置推定処理部１０６へ出力する。位置推定処理部１０６は、データ集約部１０５から入力された情報を保存し、保存した情報に基づき、当該ターゲット端末１０の第１の推定位置を求める第１推定段階を実行する（Ｓ１０２）。

第１推定段階は、当該ターゲット端末１０が受信した位置推定要求信号の受信電力値Ｓ１の情報及び送信端末符号並びにアンカー端末２０の位置とに基づき、当該ターゲット端末１０の第１の推定位置を求める。
推定位置は、例えば、各アンカー端末２０と当該ターゲット端末１０間で授受された情報とアンカー端末２０の位置から、当該ターゲット端末１０が存在すると考えられる各地点における存在確率を計算する。次に最尤推定法等の手法を用いて、当該アンテナ１０１の存在確率が最も高い点を探索し、該当点を当該ターゲット端末１０の推定位置とする。
また例えば、各アンカー端末２０と当該ターゲット端末１０との間の距離を用いる方法がある。即ち、得られた複数の距離情報を用いてターゲット端末１０の位置を推定することができる。例えば、各アンカー端末２０と当該ターゲット端末１０間で授受された情報から得られたアンカー端末２０とターゲット端末１０との推定距離Ｒと、ターゲット端末１０の仮定位置（ｘ，ｙ）と各アンカー端末２０との距離Ｄが得られたとき、｜Ｒ−Ｄ｜を計算し、全てのアンカー端末２０に関して和を取った値を最小化してターゲット端末１０の推定位置（ｘ，ｙ）を求める方法などが考えられる。
尚、推定位置の取得方法はこれに限らず、他の方法を用いて推定位置を求めても良い。

次に、位置推定処理部１０６は、第１の推定位置に基づき、ターゲット端末１０と各アンカー端末２０との推定距離を求め、位置推定に必要な情報に基づき、ターゲット端末１０と各アンカー端末２０との距離の期待値を求め、この推定距離と期待値との比較結果に応じて、各アンカー端末２０のうち、１又は複数のアンカー端末２０を位置推定に用いない端末である不使用端末として選択する（Ｓ１０３）。

不使用端末選択の詳細を以下に説明する。尚、以下の説明で、ステップＳ１０２で求めたターゲット端末１０の第１の推定位置を（ｘ，ｙ）とする。またアンカー端末２０に番号を付与し、ｉ番目のアンカー端末２０の位置を（ｘｉ，ｙｉ）とする。
次に、ターゲット端末１０の第１の推定位置と、ｉ番目のアンカー端末２０との距離、すなわち、√（（ｘｉ−ｘ）＾２＋（ｙｉ−ｙ）＾２）を推定距離Ｄｉとする。
さらに、各アンカー端末２０と当該ターゲット端末１０間で授受された情報から推定される、ターゲット端末１０とｉ番目のアンカー端末２０との距離を期待値Ｒｉとする。
例としてアンカー端末２０とターゲット端末１０との間で授受された信号の受信信号強度を用いた場合について記載する。受信信号強度は平均的には距離の定数乗に反比例する。従って位置推定に用いた受信信号強度から、ターゲット端末１０とアンカー端末２０との間の距離の期待値（すなわちＲｉ）を求めることができる。
以下、ターゲット端末１０とアンカー端末２０とで授受された受信信号強度（又はそれに類する情報）をＰｉとする。
また位置推定の結果得られた、ターゲット端末１０と特定のアンカー端末２０との推定距離Ｄｉから期待される当該端末間の受信信号強度（又はそれに類する情報）をｐｉとする。

位置推定処理部１０６は、以下の選択方法１〜１０の何れかにより、所定数（後述）のアンカー端末２０を不使用端末として選択する。
（選択方法１）｜Ｄｉ−Ｒｉ｜が大きいアンカー端末２０から順番に選択する。
（選択方法２）｜Ｄｉ−Ｒｉ｜／Ｒｉが大きいアンカー端末２０から順番に選択する。
（選択方法３）｜Ｄｉ−Ｒｉ｜／Ｄｉが大きいアンカー端末２０から順番に選択する。
（選択方法４）｜Ｐｉ−ｐｉ｜が大きいアンカー端末２０から順番に選択する。
（選択方法５）｜Ｐｉ−ｐｉ｜／Ｐｉが大きいアンカー端末２０から順番に選択する。
（選択方法６）｜Ｐｉ−ｐｉ｜／ｐｉが大きいアンカー端末２０から順番に選択する。
（選択方法７）Ｄｉが大きいアンカー端末２０から順番に選択する。
（選択方法８）Ｒｉが大きいアンカー端末２０から順番に選択する。
（選択方法９）Ｐｉが大きい又は小さいアンカー端末２０から順番に選択する。
（選択方法１０）ｐｉが大きい又は小さいアンカー端末２０から順番に選択する。

次に、位置推定処理部１０６は、以下の決定方法１〜６に示す何れかの方法により、不使用端末として選択する所定数を決定する。即ち推定距離（Ｄｉ）及び期待値（Ｒｉ）の少なくとも一方の値に基づき、所定数の値を決定する。
（決定方法１）常に１つ（又は予め設定した特定の個数）選択する。
（決定方法２）上記選択方法１〜１０で示した指標の全アンカー端末２０における平均値を導出し、平均値を上回る又は下回るアンカー端末２０を全て選択する。
（決定方法３）上記選択方法１〜１０で示した指標の全アンカー端末２０における分散及び標準偏差を導出し、外れ値と見なされるアンカー端末２０を全て選択する。
（決定方法４）上記選択方法１〜１０で示した指標が一定値を上回る又は下回るアンカー端末２０を全て選択する。
（決定方法５）決定方法１〜４の処理に加え、アンカー端末２０の最低必要数を設定し、最低必要数以上のアンカー端末２０が残るように選択数を変更する。
（決定方法６）決定方法１〜４の処理に加え、アンカー端末２０の最低必要率を設定し、情報を得ることのできたアンカー端末数、又は全てのアンカー端末数を１としたときに、最低必要率以上の数のアンカー端末２０が残るように選択数を変更する。

次に、位置推定処理部１０６は、上記ステップＳ１０１でデータ集約部１０５から入力され、保存した情報のうち、不使用端末として選択したアンカー端末２０に関する情報を削除する（Ｓ１０４）。尚、情報の削除に換えて、当該情報を識別する識別子（フラグ）等を付加し、以降の処理で当該識別子が付加された情報を利用しないようにしても良い。

次に、位置推定処理部１０６は、上記不使用端末以外のアンカー端末２０に関する情報に基づき、当該ターゲット端末１０の第２の推定位置を求める第２推定段階を実行する（Ｓ１０５）。

第２推定段階は、当該ターゲット端末１０が、選択した不使用端末以外のアンカー端末２０から受信した、位置推定要求信号の受信電力値Ｓ１の情報及び送信端末符号並びにアンカー端末２０の位置とに基づき、当該ターゲット端末１０の第２の推定位置を求める。推定位置は、上記第１推定段階と同様の方法で求める。

次に、位置推定処理部１０６は、所定の条件（後述）を満たすか否かを判断し（Ｓ１０６）、条件を満たす場合は位置推定処理を終了し、条件を満たさない場合は、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の処理を繰り返す。このとき、上記ステップＳ１０５で求めた当該ターゲット端末１０の第２の推定位置を第１の推定位置として、ステップＳ１０３の不使用端末の選択を行い、再度、第２の推定位置を求める。

ステップＳ１０６における所定の条件を満たすか否かの判断は、以下の判断処理１〜６の何れかにより判断する。
（判断処理１）ステップＳ１０６の処理を予め規定した回数実行した場合は終了する。
（判断処理２）前回ステップＳ１０６を実行した際の位置推定結果を保持しておき、前回の結果と今回の結果との差分が一定以下に達した場合は終了する。即ち位置推定の結果が収束したと判断したときは終了する。
（判断処理３）上記判断処理１又は２の条件に加えて、ステップＳ１０６の処理を初めて実行した際の時刻を記録しておき、一定時間以上経過している場合。
（判断処理４）ターゲット端末１０の第２の推定位置における存在確率が、第１の推定位置又は前回ステップＳ１０６を実行した際の第２の推定位置における存在確率より小さくなった場合は終了する。このとき、最終的に出力するターゲット端末１０の推定位置は、存在確率が最も高かったときの推定位置、すなわち第１の推定位置又は前回ステップＳ１０６を実行した際の第２の推定位置となる。このような動作のためには、位置推定処理部１０６にターゲット端末１０の位置推定計算を行うたびに、得られた推定位置と存在確率とを保持しておくことが必要となる。また本判断処理４を用いる場合には、ステップＳ１０３における不使用端末の選択に当たっては決定方法１を用いて常に１つを選択する。
（判断処理５）上記判断処理４で利用した存在確率の代わりに、ターゲット端末１０の推定位置における存在確率を当該位置推定に用いた前記アンカー端末２０の数で割った値、を用いる。
（判断処理６）上記判断処理１〜５を任意に組み合わせた条件。

このように、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６の処理を繰り返すことによって、ターゲット端末１０とアンカー端末２０との間の距離を推定する授受情報に大きな誤差を含んだアンカー端末２０を位置推定演算から除外することが可能となり、より高精度の位置推定を実現することができる。このような授受情報に大きな誤差を含む例を、授受情報に受信信号電力を用いた場合を例に挙げて以下の例１〜３に述べる。
（例１）ターゲット端末１０を取り付けた位置推定対象物が障害物となっている場合。
（例２）ターゲット端末１０の位置によって特定のアンカー端末との間に障害物が存在する状況。例えば位置推定平面内に柱が立っている場合などが考えられる。
（例３）特定のターゲット端末１０の送信出力が何らかの原因で想定している出力と異なる場合。

以上のように本実施の形態１においては、ターゲット端末１０とアンカー端末２０間の推定距離（Ｄｉ）と期待値（Ｒｉ）との比較結果に応じて、アンカー端末２０のうち、１又は複数のアンカー端末２０を不使用端末として選択し、不使用端末以外のアンカー端末２０に関する情報を利用して推定を繰り返すことにより、ターゲット端末１０の推定位置の精度を向上させることができる。

尚、本実施の形態では、ステップＳ１０３において、推定距離Ｄｉ及び期待値Ｒｉを用いて不使用端末の選択を行ったが、これに限らず、アンカー端末２０の異常判定を行い、異常と判定したアンカー端末２０を不使用端末として選択しても良い。
以下に動作の例を述べる。位置推定処理部１０６は、上記ステップＳ１０３の繰り返し処理において、過去の不使用端末の選択結果を記録し、記録した情報に基づき、特定のアンカー端末２０が連続して不使用端末として選択されている場合、又は一定以上の確率で特定のアンカー端末２０が不使用端末として選択されている場合に、当該アンカー端末２０を異常端末と判定する。以降、ステップＳ１０３においては、上記異常端末と判定したアンカー端末２０を不使用端末として選択する。

尚、位置推定処理部１０６の位置推定において、同一のアンカー端末２０から得られた複数の位置推定要求信号を用いることが可能である。即ち、ターゲット端末１０とアンカー端末２０とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報を記録し、記録した情報を用いて、ターゲット端末１０の推定位置を求めても良い。先に述べた受信電力を用いた方式を例に取ると、（例１）記録した複数の受信電力値の平均値を用いる方法、（例２）記録した受信電力値のうち、最も大きい値を用いる方法などがある。
更に、位置推定要求信号を受信した時刻から位置推定を実行する時刻までの経過時間を用いることもできる。即ち、無線信号の受信からの経過時間に応じて、記録された過去の情報を選択し、選択した情報を位置推定に用いる。これは、ターゲット端末１０が移動する状況を考えると、経過時間が長いデータは最新のターゲット端末の位置を反映していないデータである可能性が高いことによる。

実施の形態２．
図５は実施の形態２における位置推定システムの構成を示す図である。図５において、本実施形態の位置推定システムは、ターゲット端末１０、アンカー端末２０、位置推定装置３０により構成されている。
ターゲット端末１０は、位置推定の対象である端末で、位置推定要求信号を送信する。
アンカー端末２０は、予め位置が分かっている端末で、位置推定要求信号を受信すると、位置推定要求信号から、例えば受信信号強度（受信電力値）などの位置推定に必要な情報を取得し、取得した位置推定に必要な情報を位置推定情報信号として位置推定装置３０へ送信する。
位置推定装置３０は、受信した位置推定情報信号から各ターゲット端末１０の位置を推定する。
尚、図中の点線は送信相手を特定せず、周辺の全端末に対する送信（ブロードキャスト）、実線は矢印が示す端末へ向けた送信（ユニキャスト）であることを示す。

図６は実施の形態２におけるアンカー端末の構成を示す図である。図６において、アンカー端末２０は、アンテナ２１１、送信回路２１２、送信データ生成部２１３、受信回路２１４、受信データ処理部２１５により構成されている。
アンテナ２１１は、無線信号を送受信するためのアンテナである。受信回路２１４は、アンテナ２１１により受信された無線信号が入力され、無線信号を処理しデジタル情報に変換し、受信データとして受信データ処理部２１５に出力する。また、受信回路２１４は、入力された無線信号の受信電力値Ｓ１を測定し、測定した受信電力値Ｓ１の情報を受信データ処理部２１５に出力する。
受信データ処理部２１５は、受信回路２１４より入力された受信データを処理し、受信データがターゲット端末１０から送られた位置推定要求信号の場合に、送信データ生成部２１３に対して、受信回路２１４により測定された受信電力値Ｓ１の情報及び位置推定要求信号に含まれる送信端末符号を含めた送信データの作成を指示する。
送信データ生成部２１３は、受信データ処理部２１５からの指示により受信データ処理部２１５から入力された受信電力値Ｓ１の情報及び送信端末符号、並びに当該端末固有の識別符号を含めた位置推定情報信号を生成し、送信回路２１２へ出力する。
送信回路２１２は、送信データ生成部２１３で生成された位置推定要求信号又は位置推定情報信号を無線信号に変換しアンテナ２１１へ出力する。

本実施の形態２におけるターゲット端末１０の構成は、上記実施の形態１の図２に示したアンカー端末２０と同様の構成である。

本実施の形態２における位置推定装置３０の構成は、上記実施の形態１の図３に示したターゲット端末１０と同様の構成である。尚、受信機１０４と、データ集約部１０５及び位置推定処理部１０６とを別々に設け、受信データ処理部１０３とデータ集約部１０５とが通信を介して接続する形態としても良い。

このように構成された本実施の形態２の動作について次に説明する。尚、本実施の形態の動作においても、アンカー端末２０とターゲット端末１０間で授受した無線信号の受信電力値を用いた位置推定方式に、本発明を適応した例を記載するが、本発明は複数のアンカー端末２０とターゲット端末１０からなり、何らかの方法で位置を推定するシステムであり、各アンカー端末２０とターゲット端末１０との距離を何らかの方法で推定することが可能な全ての位置推定システムに適応可能である。

まず、ターゲット端末１０は、当該ターゲット端末１０固有の識別符号を送信端末符号として含めた位置推定要求信号を周辺の全端末に向け送信する。
次に、上記位置推定要求信号を受信したアンカー端末２０は、受信した位置推定要求信号の受信電力値Ｓ１を計測し、受信電力値Ｓ１の情報及び送信端末符号、並びに当該端末固有の識別符号を含めた位置推定情報信号を位置推定装置３０へ送信する。
位置推定装置３０は、各アンカー端末２０から受信した位置推定情報信号に含まれる情報をターゲット端末１０の識別符号毎に集約して保存し、保存した情報に基づきターゲット端末１０の位置を推定する。
位置推定は、上述した実施の形態１における位置推定処理部１０６の動作（図４）と同様の動作により各ターゲット端末１０の位置推定を行う。尚、各ターゲット端末１０の位置推定は独立に行われるので、位置推定装置３０における処理は単純な並列処理である。

以上のように本実施の形態２においては、上記実施の形態１の効果に加え、ターゲット端末１０において位置推定演算を実行する必要が無くなるため、ターゲット端末１０の小型化、軽量化、長寿命化を実現することが可能となる。さらに、ターゲット端末１０が複数存在する場合には、位置推定装置３０において複数のターゲット端末１０に関係する情報を用いた位置推定が可能となり、実施の形態１よりもさらに推定精度を向上させることが可能となる。

尚、本実施の形態２においても、上述した実施の形態１と同様に、アンカー端末２０の異常判定を行い、異常と判定したアンカー端末２０を不使用端末として選択しても良い。この場合、位置推定装置３０は、不使用端末を選択する度に、当該不使用端末の情報を記録し、複数のターゲット端末１０のうち、任意のターゲット端末１０の推定位置を求める際に、記録した情報に基づき、不使用端末を選択しても良い。
異常端末の判定においては全てのターゲット端末１０が、異常端末の情報を共有する方法、ターゲット端末１０毎に別個に判定処理を行う方法などがある。後者はターゲット端末１０がターゲットに取り付けられている位置、向きなどによって異常端末の選択に影響を及ぼす可能性があるためである。

尚、上記説明では、各アンカー端末２０と位置推定装置３０との間は直接通信を行っているが（図５参照）、周辺のアンカー端末２０又はデータ中継用の端末を経由するマルチホップ通信によって位置推定装置３０にデータを収集する構成を取ることもできる。

尚、本実施の形態２においても、上述した実施の形態１と同様に、位置推定処理部１０６の位置推定において、同一のアンカー端末２０から過去に得られた情報を利用して、複数の位置推定要求信号を用いることが可能である。

実施の形態３．
本実施の形態３は、上記実施の形態２で用いた情報に加えて、ターゲット端末１０が送信した位置推定要求信号を、周辺に存在する他のターゲット端末１０が受信した際の情報を利用するものである。

図７は実施の形態３における位置推定システムの構成を示す図である。図７において、本実施の形態の位置推定システムは、ターゲット端末１０、アンカー端末２０、位置推定装置３０により構成されている。
ターゲット端末１０は、位置推定の対象である端末で、位置推定要求信号を送信する。また、他のターゲット端末１０からの位置推定要求信号を受信すると、位置推定要求信号から、例えば受信信号強度（受信電力値）などの位置推定に必要な情報を取得し、位置推定に必要な情報を位置推定情報信号として位置推定装置３０に送信する。
アンカー端末２０は、予め位置が分かっている端末で、ターゲット端末１０からの位置推定要求信号を受信すると、位置推定要求信号から、例えば受信信号強度（受信電力値）などの位置推定に必要な情報を取得し、位置推定に必要な情報を位置推定情報信号として位置推定装置３０に送信する。
位置推定装置３０は、受信した位置推定情報信号から各ターゲット端末１０の位置を推定する。
尚、図中の点線は送信相手を特定せず、周辺の全端末に対する送信（ブロードキャスト）、実線は矢印が示す端末へ向けた送信（ユニキャスト）であることを示す。

本実施の形態３におけるターゲット端末１０及びアンカー端末２０の構成は、上記実施の形態２の図６に示したアンカー端末２０と同様の構成である。

本実施の形態３における位置推定装置３０の構成は、上記実施の形態１の図３に示したターゲット端末１０と同様の構成である。尚、受信機１０４と、データ集約部１０５及び位置推定処理部１０６とを別々に設け、受信データ処理部１０３とデータ集約部１０５とが通信を介して接続する形態としても良い。

このように構成された本実施の形態３の動作について図８を用いて次に説明する。尚、本実施の形態の動作においても、アンカー端末２０とターゲット端末１０間で授受した無線信号の受信電力値を用いた位置推定方式に、本発明を適応した例を記載するが、本発明は複数のアンカー端末２０とターゲット端末１０からなり、何らかの方法で位置を推定するシステムであり、各アンカー端末２０とターゲット端末１０との距離を何らかの方法で推定することが可能な全ての位置推定システムに適応可能である。

図８は実施の形態３における位置推定動作を示すフローチャートである。
まず、ターゲット端末１０は、当該ターゲット端末１０固有の識別符号を送信端末符号として含めた位置推定要求信号を周辺の全端末に向け送信する。次に、上記位置推定要求信号を受信したアンカー端末２０又はターゲット端末１０は、受信した位置推定要求信号の受信電力値Ｓ１を計測し、受信電力値Ｓ１の情報及び送信端末符号、並びに当該端末固有の識別符号を含めた位置推定情報信号を位置推定装置３０へ送信する。
位置推定装置３０は、各アンカー端末２０又はターゲット端末１０から送信された位置推定情報信号を受信し、受信した位置推定情報信号に含まれる情報をターゲット端末１０の識別符号毎に集約して保存する（Ｓ２０１）。

次に、位置推定装置３０は、位置推定を行うターゲット端末を選択し（Ｓ２０２）、選択したターゲット端末１０に対し、上述した実施の形態１のステップＳ１０２と同様の動作により、当該ターゲット端末１０の第１の推定位置を求める第１推定段階を実行する（Ｓ２０３）。次に、上述した実施の形態１のステップＳ１０３〜Ｓ１０６と同様の動作により、不使用端末の情報を削除後、当該ターゲット端末１０の第２の推定位置を求め、所定の条件を満たすまで繰り返し処理を行う第２推定段階を実行する（Ｓ２０４）。この第１推定段階及び第２推定段階を全てのターゲット端末について行う（Ｓ２０５）。これによって全てのターゲット端末１０の第２の推定位置が得られる。

次に、位置推定装置３０は、位置推定の対象となるターゲット端末１０を選択し（Ｓ２０６）、選択したターゲット端末１０の第３の推定位置を求める第３推定段階を実行する（Ｓ２０７）。この第３推定段階は、各ターゲット端末１０を、上記ステップＳ２０４で求めた第２の推定位置に配置されたアンカー端末とみなして、上述した実施の形態１のステップＳ１０２と同様の動作により推定位置を求める。即ち、ステップＳ２０７では、アンカー端末２０及び周辺のターゲット端末１０を含めた情報を用いて位置推定演算を行うこととなる。

次に、位置推定装置３０は、第３の推定位置に基づき、ターゲット端末１０と各アンカー端末２０との推定距離（Ｄｉ）を求め、位置推定に必要な情報に基づき、ターゲット端末１０と各アンカー端末２０との距離の期待値（Ｒｉ）を求め、この推定距離（Ｄｉ）と期待値（Ｒｉ）との比較結果に応じて、各アンカー端末２０のうち、１又は複数のアンカー端末２０を不使用端末として選択する。この不使用端末選択の動作は上述した実施の形態１のステップＳ１０３と同様である。

次に、位置推定装置３０は、上述した実施の形態１のステップＳ１０４と同様の動作により、不使用端末として選択したアンカー端末２０に関する情報を削除し、不使用端末以外のアンカー端末２０に関する情報に基づき、当該ターゲット端末１０の第４の推定位置を求める第４推定段階を実行する（Ｓ２０８）。尚、推定位置は、上記第２推定段階と同様の方法で求める。この第３推定段階及び第４推定段階を全てのターゲット端末について行う（Ｓ２０９）。

次に、位置推定装置３０は、所定の条件を満たすか否かを判断し（Ｓ２１０）、条件を満たす場合は位置推定処理を終了し、条件を満たさない場合は、ステップＳ２０６〜Ｓ２１０の処理を繰り返す。このとき、上記ステップＳ２０８で求めた当該ターゲット端末１０の第４の推定位置を第３の推定位置として、ステップＳ２０８の第４推定段階を行い、再度、第４の推定位置を求める。ステップＳ２１０における所定の条件を満たすか否かの判断は、上述した実施の形態１のステップＳ１０６と同様の判断処理により判断する。

上記第３及び第４推定段階の実行によって、ターゲット端末１０の推定位置は第３の推定位置から第４の推定位置に変更される。ターゲット端末１０の推定位置を他のターゲット端末１０の位置推定に用いているため、ターゲット端末１０の推定位置の変更は、他のターゲット端末１０の位置推定に影響を与える。
そこで、ターゲット端末１０の推定位置が変更された場合には、他のターゲット端末１０の位置推定を再度行う。即ち、第４の推定位置を第３の推定位置として、当該ターゲット端末１０以外の他の全ターゲット端末１０に関して、第４推定段階を繰り返し実行する（Ｓ２０６〜Ｓ２１０）。第４推定段階の繰り返しを続けるか否かは全てのターゲット端末１０に関して、位置推定の結果が収束した場合、もしくは予め規定した回数を繰り返したかによって判断する。

以上のように本実施の形態３においては、上記実施の形態２の効果に加え、ターゲット端末１０が他のターゲット端末１０から受信した情報を位置推定装置３０に送信することによって、ターゲット端末１０間で授受された情報を利用した位置推定が可能となり、アンカー端末２０の数が少ない状況であっても、より精度の高い位置推定を実現することができ、通信量の増加を軽減できる。また、位置推定を繰り返し行い、周辺のターゲット端末１０の位置推定結果を利用して、繰り返して位置推定を行うことで、誤差の少ない位置推定が可能となる。
さらに、位置推定に用いないアンカー端末２０及び周辺のターゲット端末１０を選択する際には、推定誤差の大きいターゲット端末１０が優先的に選択されるため、利用するアンカー端末２０の削減を行わない場合と比較すると大幅な位置推定精度の改善が可能となる。

尚、本実施の形態３においても、上述した実施の形態１と同様に、アンカー端末２０の異常判定を行い、異常と判定したアンカー端末２０を不使用端末として選択しても良い。この場合、位置推定装置３０は、不使用端末を選択する度に、当該不使用端末の情報を記録し、他のターゲット端末１０の第１〜第４の推定位置を求める際、及び不使用端末の選択する際に、記録した情報に基づき、不使用端末を選択しても良い。

尚、本実施の形態３においても、上述した実施の形態１と同様に、位置推定処理部１０６の位置推定において、同一のアンカー端末２０から過去に得られた情報を利用して、複数の位置推定要求信号を用いることが可能である。

実施の形態１における位置推定システムの構成を示す図である。 実施の形態１におけるアンカー端末の構成を示す図である。 実施の形態１におけるターゲット端末の構成を示す図である。 実施の形態１における位置推定動作を示すフローチャートである。 実施の形態２における位置推定システムの構成を示す図である。 実施の形態２におけるアンカー端末の構成を示す図である。 実施の形態３における位置推定システムの構成を示す図である。 実施の形態３における位置推定動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ターゲット端末、２０ アンカー端末、３０ 位置推定装置、１０１ アンテナ、１０２ 受信回路、１０３ 受信データ処理部、１０４ 受信機、１０５ データ集約部、１０６ 位置推定処理部、２０１ アンテナ、２０２ 送信回路、２０３ 送信データ生成部、２１１ アンテナ、２１２ 送信回路、２１３ 送信データ生成部、２１４ 受信回路、２１５ 受信データ処理部、Ｄｉ 推定距離、Ｒｉ 期待値、Ｓ１ 受信電力値。

Claims (21)

1. ターゲット端末と、既知の位置に複数配置されるアンカー端末とが無線信号を授受し、前記無線信号と前記アンカー端末の位置とに基づき前記ターゲット端末の位置を推定する位置推定方法であって、
   前記ターゲット端末と前記複数のアンカー端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、前記アンカー端末の位置とに基づき、前記ターゲット端末の第１の推定位置を求めるステップと、
   前記第１の推定位置に基づき、前記ターゲット端末と前記各アンカー端末との推定距離（Ｄｉ）を求め、前記位置推定に必要な情報に基づき、前記ターゲット端末と前記各アンカー端末との距離の期待値（Ｒｉ）を求めるステップと、
   前記推定距離（Ｄｉ）と前記期待値（Ｒｉ）との比較結果に応じて、前記複数のアンカー端末のうち、１又は複数のアンカー端末を不使用端末として選択するステップと、
   前記選択した不使用端末以外の前記複数のアンカー端末と前記ターゲット端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、前記選択した不使用端末以外の前記複数のアンカー端末の位置とに基づき、前記ターゲット端末の第２の推定位置を求めるステップと
   を有することを特徴とする位置推定方法。
2. 無線信号を送受信するターゲット端末と、
   既知の位置に複数配置され、無線信号を送受信するアンカー端末と、
   前記ターゲット端末の位置を推定する位置推定装置と
   を備え、
   前記位置推定装置は、
   前記ターゲット端末と前記複数のアンカー端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、前記アンカー端末の位置とに基づき、前記ターゲット端末の第１の推定位置を求め、
   前記第１の推定位置に基づき、前記ターゲット端末と前記各アンカー端末との推定距離（Ｄｉ）を求め、
   前記位置推定に必要な情報に基づき、前記ターゲット端末と前記各アンカー端末との距離の期待値（Ｒｉ）を求め、
   前記推定距離（Ｄｉ）と前記期待値（Ｒｉ）との比較結果に応じて、前記複数のアンカー端末のうち、１又は複数のアンカー端末を不使用端末として選択し、
   前記選択した不使用端末以外の前記複数のアンカー端末と前記ターゲット端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、前記選択した不使用端末以外の前記複数のアンカー端末の位置とに基づき、前記ターゲット端末の第２の推定位置を求めることを特徴とする位置推定システム。
3. 前記ターゲット端末を複数備え、
   前記位置推定装置は、
   前記複数のターゲット端末それぞれの前記第２の推定位置を求め、
   前記複数のターゲット端末のうち、任意のターゲット端末を選択し、
   選択した当該ターゲット端末以外の前記複数のターゲット端末を、前記第２の推定位置に配置されたアンカー端末とみなして、当該ターゲット端末と前記複数のアンカー端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、前記アンカー端末の位置とに基づき、当該ターゲット端末の第３の推定位置を求め、
   前記第３の推定位置に基づき、当該ターゲット端末と前記各アンカー端末との推定距離（Ｄｉ）を求め、
   前記位置推定に必要な情報に基づき、当該ターゲット端末と前記各アンカー端末との距離の期待値（Ｒｉ）を求め、
   前記推定距離（Ｄｉ）と前記期待値（Ｒｉ）との比較結果に応じて、前記複数のアンカー端末のうち、１又は複数の不使用端末を選択し、
   前記選択した不使用端末以外の前記複数のアンカー端末と前記ターゲット端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報と、前記選択した不使用端末以外の前記複数のアンカー端末の位置とに基づき、前記ターゲット端末の第４の推定位置を求めることを特徴とする請求項２記載の位置推定システム。
4. 前記位置推定装置は、
   前記複数のターゲット端末それぞれについて、前記第４の推定位置を求めることを特徴とする請求項３記載の位置推定システム。
5. 前記位置推定装置は、
   前記ターゲット端末の第２の推定位置を求めたとき、該ターゲット端末の第２の推定位置を第１の推定位置として、前記推定距離（Ｄｉ）を求め、
   当該推定距離（Ｄｉ）と前記期待値（Ｒｉ）との比較結果に基づき、１又は複数の不使用端末を選択し、
   前記第２の推定位置を再度求めることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の位置推定システム。
6. 前記位置推定装置は、
   所定の条件を満たすまで前記第２の推定位置を繰り返し求めることを特徴とする請求項５記載の位置推定システム。
7. 前記位置推定装置は、
   前記ターゲット端末の第３の推定位置を求めたとき、該ターゲット端末の第４の推定位置を第３の推定位置として、前記推定距離（Ｄｉ）を求め、
   当該推定距離（Ｄｉ）と前記期待値（Ｒｉ）との比較結果に基づき、１又は複数の不使用端末を選択し、
   前記第４の推定位置を再度求めることを特徴とする請求項２〜６記載の位置推定システム。
8. 前記位置推定装置は、
   所定の条件を満たすまで前記第４の推定位置を繰り返し求めることを特徴とする請求項７記載の位置推定システム。
9. 前記位置推定装置は、
   前記第２又は第４の推定位置を所定回数繰り返し求めたとき、又は前記ターゲット端末の第２又は第４の推定位置が収束したと判断したとき、前記所定の条件を満たしたと判断することを特徴とする請求項６又は８記載の位置推定システム。
10. 前記位置推定装置は、
    前記ターゲット端末の第２又は第４の推定位置における存在確率が、前記第１又は第３の推定位置における存在確率より小さくなったとき、前記所定の条件を満たしたと判断することを特徴とする請求項６又は８記載の位置推定システム。
11. 前記位置推定装置は、
    前記ターゲット端末の第２又は第４の推定位置における存在確率を当該位置推定に用いた前記アンカー端末の数で割った値が、前記第１又は第３の推定位置における存在確率を当該位置推定に用いた前記アンカー端末の数で割った値より小さくなったとき、前記所定の条件を満たしたと判断することを特徴とする請求項６又は８記載の位置推定システム。
12. 前記位置推定装置は、
    前記不使用端末を選択する度に、該不使用端末の情報を記録し、
    記録した前記情報に基づき、アンカー端末の異常判定を行い、異常と判定したアンカー端末を不使用端末として選択することを特徴とする請求項２〜１１の何れかに記載の位置推定システム。
13. 前記位置推定装置は、
    前記ターゲット端末と前記アンカー端末とが授受する前記無線信号の受信信号強度を、前記位置推定に必要な情報とすることを特徴とする請求項２〜１２の何れかに記載の位置推定システム。
14. 前記位置推定装置は、
    前記ターゲット端末と前記複数のアンカー端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報を記録し、記録した前記情報を用いて、前記ターゲット端末の第２又は第４の推定位置を求めることを特徴とする請求項２〜１３の何れかに記載の位置推定システム。
15. 前記位置推定装置は、
    前記ターゲット端末と前記複数のアンカー端末とが授受した無線信号から取得される位置推定に必要な情報を記録し、前記無線信号の受信からの経過時間に応じて、前記記録された情報を選択し、前記選択した情報を用いて、前記ターゲット端末の第２又は第４の推定位置を求めることを特徴とする請求項２〜１４の何れかに記載の位置推定システム。
16. 前記位置推定装置は、
    前記複数のアンカー端末のうち、前記推定距離（Ｄｉ）と前記期待値（Ｒｉ）との差分値が大きいものから順に、所定数の前記不使用端末を選択することを特徴とする請求項２〜１５の何れかに記載の位置推定システム。
17. 前記位置推定装置は、
    前記複数のアンカー端末のうち、前記推定距離（Ｄｉ）又は前記期待値（Ｒｉ）の値が大きいものから順に、所定数の前記不使用端末を選択することを特徴とする請求項２〜１５の何れかに記載の位置推定システム。
18. 前記位置推定装置は、
    前記第２又は第４の推定位置を求める度に、選択した前記不使用端末の情報を記録し、
    再度、前記第２又は第４の推定位置を求めるとき、記録した前記情報に基づき、不使用端末を選択することを特徴とする請求項２〜１５の何れかに記載の位置推定システム。
19. 前記位置推定装置は、
    前記推定距離（Ｄｉ）及び前記期待値（Ｒｉ）の少なくとも一方の値に基づき、前記所定数の値を決定することを特徴とする請求項１６又は１７記載の位置推定システム。
20. 請求項２〜１９の何れかに記載の位置推定システムの位置推定装置、ターゲット端末又はアンカー端末からなることを特徴とする無線端末。
21. 請求項２〜１９の何れかに記載の位置推定システムの位置推定装置を内蔵したターゲット端末からなることを特徴とする無線端末。

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