JP2008249396A - 移動局の静止判定を利用した位置検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】移動局の静止判定を用いた精度が高い位置検出システムを提供する。
【解決手段】移動局において、フレーム識別手段によりフレーム識別情報が付され、静止判定手段により移動局が静止しているか否かが判定され、少なくともフレーム識別情報と静止判定手段による結果とを含む信号が発信される。基地局において、基地局情報送信手段により、少なくとも基地局識別番号と受信されたフレーム識別情報と距離関連情報測定手段による距離関連情報とからなる基地局情報が測位サーバに送信される。測位サーバにおいては、距離関連情報測定誤差算出手段により、移動局が静止している場合には基地局情報に基づいて距離関連情報測定誤差が算出され、重み行列算出手段により距離関連情報測定誤差に基づいて重み行列が算出され、測位手段において距離関連情報と重み行列とに基づいて移動局の位置が算出される。
【選択図】図９

Description

本発明は、電波を発信し所定の移動可能領域を移動する移動局の位置を検出するシステムに関するものであって、特に移動局が静止しているか否かを考慮することにより精度の高い位置検出を行うシステムに関するものである。

無線通信を利用することにより、人や物の位置を検出し、追跡するシステムが提案されている。例えば、全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＰＳ）と呼ばれるシステムがそれである。このＧＰＳは、例えば非特許文献１に示す様に、複数の衛星から送信される電波を一の移動可能な受信機によりそれぞれ受信し、該受信した複数の電波の到来時間差等に基づいて、前記受信機の位置を検出するシステムである。

このＧＰＳにおいては、既知の位置にある衛星からの電波を受信機が受信することによって位置の検出が行われるが、逆に移動可能な一の発信機から発信された電波を複数の既知の位置に固定された受信機に受信させ、これらの複数の受信機によって受信された電波に基づいて発信機の位置を検出することも同様に可能である。例えば特許文献１には、位置が既知である無線機である複数の基準局と、位置の不明な無線機である検出対象局との間の無線信号を、上記複数の基準局もしくは検出対象局の一方が受信し、距離に関する物理量を計測することで該基準局と該検出対象局との絶対距離もしくは相対距離をそれぞれ測定し、上記各測定された距離である測距結果と、上記各基準局との位置とに基づいて該検出対象局の位置を算出する方法が開示されている。

坂井丈泰著、「ＧＰＳ技術入門」、東京電機大学出版局、２００３年２月 特開２００６−０９０９１３号公報

このような位置の算出を実行するにあたり、発信機から発信され直接受信機に到達する直接波に加え、発信機から発信された後に地面等で反射された反射波をも受信機が受信してしまうマルチパスが生ずる。このマルチパスは、発信機と受信機との距離を測定する際の誤差である測距誤差に影響を及ぼす。

前記特許文献１は、このようなマルチパスが生ずる環境において、各測距結果と各基準局の位置とから、各測距結果が最小二乗誤差にそれぞれ影響を及ぼしている各誤差の量である各誤差劣化量をそれぞれ算出するステップと、上記各誤差劣化量に基づいて上記各測距結果を評価し、該各測距結果に関する重み付け係数を更新するステップと、上記各測距結果と、各基準局の位置と、上記更新された各重み付け係数とに基づいて検出対象局の位置を算出するステップとからなることを特徴とする位置算出方法が提案されている。

しかしながら、前記測距を実行する際に検出対象局が移動している場合には、正確な測距が実行できないおそれがある。また、移動している検出対象局に対してなされた測距結果に基づいて重み付け係数を算出し、位置の算出を実行しても検出対象局の正確な位置の算出ができない場合がある。

かかる課題を解決するために、請求項１にかかる発明の要旨とするところは、（ａ１）電波を発信する発信手段を有し、所定の移動可能領域内を移動可能な移動局と、（ａ２）該移動局によって発信された電波を受信する受信手段と、前記受信した電波に基づいて前記移動局との距離に関連する情報である距離関連情報を測定する距離関連情報測定手段とを有し、既知の位置に固定された複数の基地局と、（ａ３）該複数の基地局によって受信された電波と、該複数の基地局によって受信された電波に重み付けを行う重み行列とに基づいて前記移動局の位置を算出する測位手段を有する測位サーバと、からなる測位システムにおいて、（ｂ）前記移動局は、（ｂ１）前記基地局が測距を反復実行するタイミングであるフレームを識別するとともに、個々のフレームに対し固有の数値であるフレーム識別情報を付するフレーム識別手段と、（ｂ２）前記移動局が静止しているか否かを判定する静止判定手段とを有し、（ｂ３）前記発信手段は、少なくとも前記フレーム識別情報と前記静止判定手段による判定結果とを含む信号を発信するものであり、（ｃ）前記基地局は、（ｃ１）少なくとも、自己の基地局を識別するための基地局識別番号と、前記受信手段によって受信されたフレーム識別情報と、前記距離関連情報測定手段によって測定された前記移動局と前記自己の基地局との間の距離関連情報とからなる基地局情報を前記測位サーバに送信する基地局情報送信手段を有し、（ｄ）前記測位サーバは、（ｄ１）前記静止判定手段により前記移動局が静止していると判断された場合には、前記基地局情報送信手段によって送信された基地局情報に基づいて、前記距離関連情報測定手段により複数回測定された前記基地局と前記移動局との間の距離関連情報についての誤差である距離関連情報測定誤差を算出する距離関連情報測定誤差算出手段と、（ｄ２）前記距離関連情報測定誤差算出手段により算出された距離関連情報測定誤差に基づいて前記重み行列を算出する重み行列算出手段と、を有することを特徴とする。

このようにすれば、前記移動局において、前記フレーム識別手段によって前記基地局が測距を反復実行するタイミングであるフレームが識別されるとともに、個々のフレームに対し固有の数値であるフレーム識別情報が付され、前記静止判定手段によって前記移動局が静止しているか否かが判定され、前記発信手段によって、少なくとも前記フレーム識別情報と前記静止判定手段による判定結果とを含む信号が発信される一方、前記基地局においては、前記基地局情報送信手段により、少なくとも、自己の基地局を識別するための基地局識別番号と、前記受信手段によって受信されたフレーム識別情報と、前記距離関連情報測定手段によって測距された前記移動局と前記自己の基地局との間の距離関連情報とからなる基地局情報が前記測位サーバに送信される。また、前記測位サーバにおいては、前記距離関連情報測定誤差算出手段によって、前記静止判定手段により前記移動局が静止していると判断された場合には、前記基地局情報送信手段によって送信された基地局情報に基づいて、前記距離関連情報測定手段により複数回測定された前記基地局と前記移動局との間の距離関連情報についての誤差である距離関連情報測定誤差が算出され、前記重み行列算出手段により、前記距離関連情報測定誤差算出手段により算出された距離関連情報測定誤差に基づいて前記重み行列が算出される。そして、前記測位手段においては、前記複数の基地局によって受信された電波と、算出された重み行列とに基づいて前記移動局の位置が算出されるので、精度の良い測位が可能となる。

また、好適には、前記フレーム識別情報は、個々のフレームの開始時刻からなる時刻情報である。このようにすれば、前記移動局は通常の機器構成において時計を有することから、特にフレーム識別情報生成のために機器構成を追加もしくは変更することなく個々のフレームの開始時刻からなる時刻情報を前記フレーム識別情報とすることができる。

また、好適には、前記フレーム識別手段は、乱数を発生させる乱数発生手段を有し、前記フレーム識別情報は、該乱数発生手段によって発生させられる乱数であることを特徴とする。このようにすれば、前記フレーム識別情報として、前記乱数発生手段によって発生させられる乱数が用いられるので、一意に識別可能であることを必要とするフレーム識別情報が容易に生成できる。

また、好適には、前記フレーム識別情報は、フレームの累積実行回数を表す整数である。このようにすれば、前記フレーム識別情報として、前記移動局におけるフレームの累積実行回数を表す整数が用いられるので、一意に識別可能であることを必要とするフレーム識別情報が容易に生成できる。

また、好適には、前記静止判定手段は、振動センサを有し、該振動センサが検知する振動が所定の範囲内である場合には前記移動局は静止していると判断することを特徴とする。このようにすれば、前記移動局は前記振動センサによって検知される振動に基づいて自身が移動しているか静止しているかを判断することができる。

また、好適には、前記測位手段による前記移動局の位置の算出は、前記静止判定手段により前記移動局が静止していると判定された移動局に対して実行されることを特徴とする。このようにすれば、前記測位手段による前記移動局の位置の算出は、前記静止判定手段により前記移動局が静止していると判定された移動局に対して実行されるので、精度のよい移動局の測位が可能となる。

また、好適には、前記測距誤差算出手段は、前記静止判定手段により前記移動局が静止していると判定された場合には、実際に前記測位手段によって測定された前記移動局の位置に基づいて前記測距誤差として標準偏差を算出する。このようにすれば、前記測距誤差算出手段によって算出される前記測距誤差である標準偏差は、前記静止判定手段により前記移動局が静止していると判定された場合には実際に前記測位手段によって測定された前記移動局の位置に基づいて算出されたものであるので、移動する移動局に対して算出された標準偏差よりも精度の良いものとなる。

また、好適には、前記重み行列算出手段によって算出される前記重み行列の大きさは、前記基地局のうち、前記測位手段によって測位に用いられる基地局の数に基づいて決定されることを特徴とする。このようにすれば、前記重み行列算出手段によって算出される前記重み行列の大きさは、前記基地局のうち、前記測位手段によって測位に用いられる基地局の数に基づくものとなるので、測位に用いられない基地局を含む全ての基地局に基づいた大きさの大きい行列となることが防止される。

以下、本発明の一実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の測位システム８の構成の一例を示した図である。図１には、平面上の任意の形状に設けられる移動可能領域５０として一辺３０（ｍ）の正方形からなる移動可能領域５０が設けられている。また、前記移動可能領域５０には、後述する移動局１０と無線による通信を行う機能を有する基地局１２として４つの基地局である第１基地局１２Ａ、第２基地局１２Ｂ、第３基地局１２Ｃ、第４基地局１２Ｄがそれぞれ設けられる。基地局としては後述するように、平面上における移動局１０の位置を到来時間差を利用して算出を行うためには少なくとも３個の基地局が必要である。従って、前記移動可能領域の何れの地点においても、少なくとも移動局が３個の基地局と通信可能となるように基地局を配置する必要がある。また、基地局の数が多いほど移動局の位置の算出は正確に行うことができる。本図１においては、正方形の移動可能領域５０の４隅にそれぞれ第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄが１つづつ配置されており、この要件を満たす。また、前記移動可能領域５０内には移動局１０が配置され、その移動可能領域５０内を移動可能とされている。本図１においては一例として２つの移動局１０Ａ、１０Ｂが配置されている。なお、移動局の個数は特に限定されない。また、基地局１２と例えば有線ケーブル５２により接続されることにより通信可能とされた測位サーバ１４が設けられ、前記移動局１０によって発信され前記基地局１２によって受信された電波に基づいて、前記移動可能領域内における基地局１０の位置を算出する。なお、本明細書において、特に個々の移動局１０Ａ、１０Ｂを区別しない場合には移動局１０と表記し、個々の基地局１２Ａ乃至１２Ｄを区別しない場合には基地局１２と表記する。

このとき、移動可能領域５０は、便宜上図２に示す様にｘ軸およびｙ軸が定義され、移動可能領域５０上の点はこの軸に基づいて座標が規定される。すなわち、第１基地局１２Ａは座標（０，０）上に、第２基地局１２Ｂは座標（０，３０）上に、第３基地局１２Ｃは座標（３０，３０）上に、第４基地局１２Ｄは座標（３０，０）上にそれぞれ配置されている。

図３は移動局１０の構成の概要を示す機能ブロック線図である。アンテナ部２０は電波を送受信するために用いられ、平衡不平衡変換部２２はバラン（Ｂａｌｕｎ）であり、送受信切換部２４の不平衡線路をアンテナ部２０に適合するように平衡線路に変換する。コントローラ４０１は周知のマイコンおよびその周辺回路からなる制御回路であり、後述の送受信切換部２４を制御して移動局１０の動作を制御するものである。

送受信切換部２４は、移動局１０の送信状態と受信状態とを切り換える。すなわち、送受信切換部２４が移動局１０を送信状態に切り換える場合には、移動局１０は送信機として機能させられ、受信状態に切り換える場合には受信機として機能させられる。また、送信アンプ部２６は、前記送受信切換部２４によって移動局１０が送信機として機能させられる場合に、後述する無線部２８によって生成された信号波を増幅する。

無線部２８は、移動局１０が送信機として機能させられる場合には、後述する制御部３２によって生成される信号を無線通信を行うための形式に変換し、移動局１０が受信機として機能させられる場合には、またアンテナ部２０によって受信された受信波から制御部３２によって処理されるための信号に変換するものであって、例えばＩＣなどによって実装される。この無線部２８は具体的には、コントローラ４０１からの指令により所定の周波数の搬送波を発生させるＰＬＬ（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋ ｌｏｏｐ）回路、ＶＣＯ（ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）回路及びデジタル変調復調部３０などからなり、このデジタル変調復調部３０は、制御部３２によって生成される信号をデジタル変調、および受信された受信信号の復調を行い、生成されたデジタルデータを制御部３２に出力することにより移動局１０と基地局１２との間の無線通信がデジタル通信によってなされる。

制御部３２は、スペクトラム拡散部３４、逆拡散処理部３４１、ベースバンド信号生成復元部３６、および拡散符号発生部３８などからなり、例えばこれらの機能を有するゲートアレイやマイコンなどによって実装される。このうち、ベースバンド信号生成復元部３６は、移動局１０が送信機として機能させられる場合には、伝送したい情報を符号化しベースバンド信号を生成する。また、移動局１０が受信機として機能させられる場合には、後述する逆拡散処理部３４１によって逆拡散により復号されたベースバンド信号から、伝送された情報を取りだす。

拡散符号発生部３８は、後述するスペクトラム拡散部３４によってスペクトラム拡散を行うための拡散符号を発生させる。この拡散符号としては、自己相関関数に高いピークを持つ、すなわち位相差がゼロである場合において自己相関が大きな値となる一方、位相差がゼロでない場合には自己相関が十分に小さく、かつ、符号間における相関が全ての位相差において十分小さい、すなわち相互相関が小さいことという条件を満たす符号列が用いられる。具体的には例えば、Ｍ系列符号や、ＧＰＳにおいても使用されているＧｏｌｄ系列符号が用いられる。このＧｏｌｄ系列符号は疑似雑音符号（ｐｓｅｕｄｏ−ｎｏｉｓｅ ｃｏｄｅ；ＰＮ信号）とも呼ばれる。

スペクトラム拡散部３４は、移動局１０が送信機として機能させられる場合には、ベースバンド信号生成復元部３６において生成されたベースバンド信号を、拡散符号発生部３８において発生させられた拡散符号を用いてスペクトラム拡散を行い、送信のための信号を生成する。具体的には例えば、前記ベースバンド信号と前記拡散符号との排他的論理和を結果として用いる直接拡散（ｄｉｒｅｃｔ ｓｐｒｅａｄ）方式が用いられる。また、逆拡散処理部３４１は、移動局１０が受信機として機能させられる場合には、前記デジタル変調復調部３０によって復調された受信波に対し前記拡散符号を用いてスペクトラム逆拡散を行い、ベースバンド信号を取りだす。この受信の場合も送信の場合と同じ拡散符号が用いられる。このようなスペクトラム拡散を利用すれば、ある特定の移動局と基地局との通信がある特定の拡散符号を用いて行われている場合に、同じ時刻および同じ周波数において他の移動局と基地局との通信が別の拡散符号を用いて行われる場合であっても、相互の通信が影響を受けることがない。

これらのアンテナ部２０、平衡不平衡切換部２２、送受信切換部２４、送信アンプ２６、無線部２８、制御部３２などの電波の発信のためのブロックが発信手段および受信手段に相当する。

静止判定手段に相当する静止判定部７０は、振動センサ７２を備え、この振動センサ７２の出力に基づいて移動局１０が静止しているか移動しているかの判断を行う。具体的には、振動センサ７２の検出する振動の大きさＶｍの絶対値が、所定のしきい値Ｖｔｈを下回っている場合には静止判定部７０は移動局１０が静止していると判断する。

フレーム識別手段に相当するフレーム識別部８０は、移動局１０が基地局１２に対し信号を送信する際に、該信号を識別するための符号であるフレーム識別情報を生成する。なお、フレームとは、移動局１０が１回の信号を発信する際の作動の単位である。具体的には、フレーム識別部８０は、フレーム実行時において時計４１から得られる時刻情報ｔｉｍや、フレーム識別部８０の有する乱数発生部８２によって発生される乱数ｒｎｄ、あるいはフレーム識別部８０の有するカウンタ８４によってカウントされるフレームの累積実行回数を表す整数ｉｎｔなどが用いられる。また、前記フレーム識別情報として乱数ｒｎｄまたは整数ｉｎｔが用いられる場合には、フレーム識別情報が一致することがないように、十分な桁数が考慮される。なお、乱数発生部８２は乱数発生手段に対応する。

また、電源部４０は、上述した送信アンプ２６、無線部２８、制御部３２、静止判定部７０、フレーム識別部８０、時計４１などに対し、必要な電力を供給する。時計４１は、電波の発信時や受信時において参照される時刻情報を供給する。

図４は、基地局１２の構成の概要を示す機能ブロック線図である。アンテナ部２０、平衡不平衡変換器２２、送受信切換部２４、送信アンプ２６、無線部２８、制御部３２、時計４１、電源部４０など、符号の共通する機能ブロックについては、その機能についても移動局１０と共通するものであるので、説明を省略する。

距離関連情報測定手段に対応する測距部４２は、移動局１０による電波の発信と基地局１２による電波の受信とにおける時刻の時刻差、すなわち電波の到達に要する時間に基づいて、移動局１０と基地局１２との距離を測定する。この測定された移動局１０と基地局１２の距離が距離関連情報に対応する。この測距部４２は例えばマッチドフィルタを含んで構成され、具体的には例えばレプリカ符号発生部４４、遅延回路４６および相関計算部５０などによって構成される。レプリカ符号発生部４４においては、移動局１０において、拡散符号発生部３８により発生され、スペクトラム拡散部３４において用いられた拡散符号と同一の符号であるレプリカ符号が発生させられる。そして、周知のシフトレジスタにより構成される遅延回路４６においては、移動局１０によって発信され基地局１２によって受信された電波における信号波が入力され、予め定められた複数の所定の間隔ごとに遅延させられる。そして、相関計算部５０においては、遅延回路４６によって遅延させられた受信波とレプリカ符号との相関係数が算出される。この結果、算出された相関係数が最大となった際の受信時刻を移動局１０からの電波の到来時刻とする。移動局１０による送信時刻はベースバンド信号作成復元部３６によりベースバンド信号を復元することにより得られるので、電波の到来時刻と送信時刻との時刻差を計算し、電波の速度ｃ（２．９９７×１０⁸（ｍ／ｓ））を乗ずることにより移動局１０との距離が算出される。

また、基地局１２には後述する測位サーバ１４との通信を行うための有線通信部４３が設けられ、例えばＬＡＮケーブルなどの有線ケーブル５２によって接続された測位サーバ１４との間で、測距部４２によって測定された移動局１０との距離である測距データや、ベースバンド信号作成復元部３６によって受信波から復号されたベースバンド信号を含むデータや基地局１２の動作に関する情報などの送受信が可能とされる。この有線通信部４３が基地局情報送信手段に対応する。

図１に戻って、測位サーバ１４は例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂コンピュータを含んで構成されており、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、移動局１０の位置の算出すなわち測位を実行する。

図５は、測位サーバ１４の制御作動を説明する機能ブロック線図である。測位サーバ１４は、基地局選択部１０４、測距誤差算出部１０６、重み行列算出部１０８、測位部５６、測位結果出力部６０などから構成される。

まず、基地局選択部１０４は、前記複数の基地局１２のうち、測位部５６によって移動局１０の位置の算出である測位に用いられる基地局１２の組み合わせが選択される。上述の様に、移動可能領域５０が平面である場合には、移動可能領域５０を移動する移動局１０の測位は少なくとも３つの基地局があればよく、４以上の基地局１２が存在する場合には、いくつの基地局を用いて測位が実行されるかが決定されるとともに、測位に用いられる基地局が選択される。このとき、無線部２８には図示しない周知の受信信号強度検出部が設けられており、基地局の選択にはこの受信信号強度検出部によって検出された各基地局が受信した信号の強度に関する情報が用いられ、例えば受信信号の強度が大きい基地局を順に選択していく方法が取られる。

また、距離関連情報測定誤差算出手段に対応する測距誤差算出部１０６は、基地局選択部１０４によって測位に用いられるように選択された複数の基地局１２について、これらの基地局１２のそれぞれの測距部４２が行った測距結果、すなわち各基地局１２と移動局１０との間の距離について、その誤差である測距誤差が算出される。この測距誤差は距離関連情報測定誤差に対応する。具体的には本実施例においては、この測距誤差とは、移動局１０の静止判定部７０によって静止していると判断された移動局に対し所定回以上実行された測距結果の標準偏差である。またこの所定回とは、前記標準偏差を算出するのに足りるだけの回数をいう。

重み行列算出手段に対応する重み行列算出部１０８は、測距誤差算出部１０６によって算出された各基地局１２のそれぞれの測距誤差に基づいて、重み行列Ｗを算出する。この重み行列Ｗは、後述する測位部５６が各基地局が測距した測距結果に基づいて移動局１０の位置の算出である測位を実行する際に、それぞれの基地局の測距結果に重み付けを行うためのものである。すなわち、測距誤差の大きい基地局１２による測距結果は、測距誤差の小さい基地局１２による測距結果よりも重みが小さくされ、測位結果への関与を小さくする様にされる。

本実施例において重み行列Ｗは、具体的には各基地局１２の測距誤差としての標準偏差の二乗の逆数を対角成分とする行列であり、例えば４つの基地局である第１基地局１２Ａ、第２基地局１２Ｂ、第３基地局１２Ｃ、および第４基地局１２Ｄが存在する場合に、これらの各基地局について前記測距誤差算出部１０６によって算出された標準偏差がそれぞれ、σ１、σ２、σ３およびσ４である場合には、重み行列Ｗは、４行４列の行列Ｗ４として、次式のようになる。

また、一般にｎ個の基地局が存在し、第ｉ基地局（１≦ｉ≦ｎ）の測距誤差としての標準偏差がσｉである場合には、重み行列Ｗは、ｎ行ｎ列の行列Ｗｎとして、次式のようになる。

測位部５６においては、例えば複数の基地局１２によって算出された基地局と移動局の距離に基づいて、移動可能領域５０中の移動局１０の位置を算出する。具体的には、例えば移動可能領域５０が前記図１に示す様な平面である場合において、第１基地局１２Ａの座標を（ｘ₁，ｙ₁）、第２基地局１２Ｂの座標を（ｘ₂，ｙ₂）、第３基地局１２Ｃの座標を（ｘ₃，ｙ₃）、また、第１基地局１２Ａが測定した第１基地局１２Ａと移動局１０との距離をｒ₁、第２基地局１２Ｂが測定した第２基地局１２Ｂと移動局１０との距離をｒ₂、第３基地局１２Ｃが測定した第２基地局１２Ｃと移動局１０との距離をｒ₃、とし、移動局の座標を（ｘ，ｙ）、移動局１０と基地局１２とがそれぞれ有する時計４１の時刻のずれに基づく誤差ｓとすると、図６に示す様に、
（ｘ−ｘ₁）²＋（ｙ−ｙ₁）²＝（ｒ₁＋ｓ）²，
（ｘ−ｘ₂）²＋（ｙ−ｙ₂）²＝（ｒ₂＋ｓ）²， （１）
（ｘ−ｘ₃）²＋（ｙ−ｙ₃）²＝（ｒ₃＋ｓ）²，…
で表される関係がある。なお、このとき、第１基地局１２Ａ、第２基地局１２Ｂ、第３基地局１２Ｃのそれぞれが有する時計４１の時計は例えば後述する方法により同期されており、誤差ｓは各基地局に共通である。このとき変数はｘ，ｙおよびｓの３つであり、方程式は上記３つであるから、これらの３つの式を例えばニュートンラフソン法などにより解くことにより、ｘ、ｙおよびｓの値を算出することが可能である。なお、上述の様に、第１基地局１２Ａ乃至第３基地局１２Ｃのそれぞれが有する測距部４２が測定して得られる第１基地局１２Ａ乃至第３基地局１２Ｃと移動局１０との距離ｒ₁、ｒ₂、およびｒ₃はそれぞれ、移動局１０と基地局１２とがそれぞれ有する時計４１の時刻のずれに基づく誤差ｓが考慮されていない。すなわち、基地局１２の測距部４２による測距結果ｒは基地局１２と移動局１０との正確な距離とはいえず、そのためこの測距結果ｒを疑似距離と呼ぶ。

また、測位結果出力部６０は測位結果すなわち算出された移動局１０の位置情報を例えば図示しないモニタ装置に出力したり、あるいは他のプログラムに伝達したりする。

本実施例のように移動可能領域５０が平面である場合には変数が３つとなることから、少なくとも３つの式があればこれらの変数の値が算出されることになり、これは少なくとも３つの基地局１２があれば移動局１０の位置の算出が可能であることを意味している。一方、基地局が４つ以上存在する場合には、算出における誤差を最小化する最小二乗法を用いることなどにより、より精度の良い移動局１０の位置の算出が可能となる。

具体的には測位部５６による移動局１０の位置の算出は次の様に行われる。まず、疑似距離より移動局位置を算出するための方程式は、前記式（１）の各式の平方根をとり変形した次の式（２）で表される。

ここで ｒ_iは測距部５２によって測定された各基地局１２と移動局１０との距離、ｘ_i，ｙ_i，は基地局ｉの座標、ｓは時計誤差、ｘ，ｙは移動局の座標を示す。基地局の数がＮの場合はＮ個の式が存在する。これらＮ個の方程式より未知数ｘ，ｙ，ｓを求めることになる。未知数は３個であるため最低３個の式があればよいわけだが４個以上の場合、すなわち４個以上の基地局１２が存在する場合には最小二乗法により求解できる。また前記式（２）は非線形の連立方程式であるため、通常は適当な初期値の周りで線形化を行い、逐次近似法（ニュートン・ラフソン法）により解を得る。以下にその手順を示す。
手順（１） ｘ，ｙ，ｓについて適当な初期値ｘ⁰，ｙ⁰，ｓ⁰を用意する。なお、ｘ⁰，ｙ⁰，ｓ⁰は反復して実行される手順４における最小２乗法の、１回目の実行時における初期値を表す。以下同様に、ｘⁿ，ｙⁿ，ｓⁿは反復して実行される手順４における最小２乗法の、ｎ＋１回目の反復実行時における初期値を表す。
手順（２） ｘ⁰，ｙ⁰，ｓ⁰としたときに擬似距離として測定されるべき値を次式により計算する。

手順（３） 実際に測定された擬似距離ｒ_iに対して、残差Δｒ_i＝ｒ_i−ｒ_i ⁰を求める。
手順（４） ｒ_iのｘ，ｙ，ｓによる偏微分

を用いて、ｘ⁰，ｙ⁰，ｓ⁰の変化量をΔｘ，Δｙ，Δｓと書くと、

という方程式が得られる。Δｒ_iは手順（３）で得られるので式（５）をΔｘ，Δｙ，Δｚ，Δｓについて解けばよい。Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δｓ の求解は重み付き最小二乗法により行う。すなわち、

とすると前記式（５）は

となる。ここで、Ｇは以下に示す行列である。

求めるのは

であるので最小二乗法により解を求めると、

ここで重み行列Ｗにより前記式（７）に重み付けをすると、

より更新量

が求まる。
手順（５） 得られたΔｘ，Δｙ，Δｓにより、次式（９）のように初期値を更新する。

手順（６） 初期値をｘ^１，ｙ^１，ｓ^１に更新して、手順（２）乃至手順（５）を実行する。
以上の手順をΔｘ，Δｙ，Δｓがそれぞれ十分に小さくなるまで、例えば予め定められた範囲内の値となるまで繰り返す。そして、最後に前記手順（６）を行った際のｘⁱ，ｙⁱ，ｓⁱが基地局の座標となる。

図７は４つの基地局１２の有する時計４１を同期させるための手順の一例を示したタイムチャートである。この図において、縦線で表された第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄと測位サーバ１４との間を横方向に結ぶ矢印によって各基地局および測位サーバ間の通信の様子が示されている。なお矢印の向きは通信の方向を示しており、矢印の先が向いている機器が受信側である。また、波線で表された矢印は無線による通信を表している。また、図中下向きに時間軸がとられており、下へ行くほど時間の経過を表している。

まず時刻ｔ１において、測位サーバ１４から任意の１の基地局１２（本図においては第１基地局１２Ａ）に対し、無線通信における空きチャンネルの探索命令がされる。これをうけ、第１基地局１２Ａはチャンネルスキャンを実行し、発見した空きチャンネルについての情報を時刻ｔ２において測位サーバ１４に対し送信する。続いて時刻ｔ３において測位サーバ１４から任意の１の基地局１２（本図においては第１基地局１２Ａ）に対し、時刻情報を無線により送信する命令がされる。更に時刻ｔ４乃至時刻ｔ６において、測位サーバ１４から前記任意の１の基地局以外の基地局（本図においては第２基地局１２Ｂ乃至第４基地局１２Ｄ）のそれぞれに対し、順次時刻情報を無線により受信する命令がされる。続いて時刻ｔ７において、第１基地局１２Ａから時刻情報、すなわち第１基地局１２Ａの時計４１の時刻ｔ情報が無線により送信され、第２基地局１２Ｂ乃至第４基地局１２Ｄによってこれが無線により受信される。更に時刻ｔ８乃至時刻ｔ１０において、第２基地局１２Ｂ乃至第４基地局１２Ｄのそれぞれが受信した時刻情報、すなわち第１基地局１２Ａによって発信された発信時の第１基地局の時刻と第２基地局１２Ｂ乃至第４基地局１２Ｄのそれぞれが受信した時刻とからなる情報が有線通信部４３により測位サーバに順次送信される。

ここで、各基地局１２の位置は既知であることから、前記第１基地局１２Ａから発信された電波が第２基地局１２Ｂ乃至第４基地局１２Ｄのそれぞれへ到達するのに要する伝播時間は予め算出される。従って、第２基地局１２Ｂ乃至第４基地局１２Ｄのそれぞれについて、受信した時刻と第１基地局１２Ａが発信した時刻との時間から前記それぞれの基地局についての伝播時間を引いたものが第２基地局１２Ｂ乃至第４基地局１２Ｄの時計４１と第１基地局１２Ａの時計４１との時間ずれとなる。このようにして算出された時間ずれがなくなるように時刻ｔ１１乃至時刻ｔ１３において第２基地局１２Ｂ乃至第４基地局１２Ｄの時計４１が補正されることにより、各基地局１２の時計は同期される。

図８は、測位部５６によって用いられる各基地局１２と移動局１０との距離ｒを算出するためのタイムチャートである。この図において、縦線で表された第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄと測位サーバ１４および移動局１０との間を横方向に結ぶ矢印によって各基地局および測位サーバ間の通信の様子が示されている。なお矢印の向きは通信の方向を示しており、矢印の先が向いている機器が受信側である。また、波線で表された矢印は無線による通信を表している。また、図中下向きに時間軸がとられており、下へ行くほど時間の経過を表している。

まず時刻ｔ１において、測位サーバ１４から任意の１の基地局１２（本図においては第１基地局１２Ａ）に対し、無線通信における空きチャンネルの探索命令がされる。これをうけ、第１基地局１２Ａはチャンネルスキャンを実行し、発見した空きチャンネルについての情報を時刻ｔ２において測位サーバ１４に対し送信する。続いて時刻ｔ３において測位サーバ１４から任意の１の基地局１２（本図においては第１基地局１２Ａ）に対し、移動局１０に対し時刻情報を無線により送信させる命令を無線により送信させる命令がされる。これを受け、時刻ｔ４において、第１基地局１２Ａは移動局１０に対し、時刻情報を無線により送信させる命令を無線により送信する。更に時刻ｔ５乃至時刻ｔ８において、測位サーバ１４から全ての基地局（本図においては第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄ）のそれぞれに対し、順次時刻情報を無線により受信する命令がされる。続いて時刻ｔ９において、移動局１０から時刻情報、すなわち移動局１０の時計４１の時刻情報が無線により送信され、第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄによってこれが無線により受信される。この受信信号に基づいて各基地局１２の測距部４２は各基地局１２と移動局１０との距離を算出し、時刻ｔ１０乃至時刻ｔ１３において、第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄのそれぞれが算出した基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離ｒが有線通信部４３により測位サーバ１４に送信される。

このようにして得られた第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄと移動局１０との距離ｒ１乃至ｒ４と、予め与えられた各基地局の位置情報とが前記式（１）に代入され、式（１）がニュートンラフソン法もしくは最小二乗法により解かれる結果、移動局１０の位置座標（ｘ，ｙ）が算出される。

ところで、例えば図９に示す様に、移動可能領域５０内において障害物１０２が存在する場合には、移動局１０と基地局１２との間の電波の到達経路が複数発生し、いわゆるマルチパスが存在し、良好な通信が困難となる。図９においては、第１移動局１０Ａと第３基地局１２Ｃとの間を遮る様に障害物１０２が存在している。このような場合においては、マルチパスの影響を受けやすい第３基地局１２Ｃの測距誤差は、障害物１０２によるマルチパスの影響を受けにくい第１基地局１２Ａ、第２基地局１２Ｂ、および第４基地局１２Ｄのそれぞれの測距誤差に比べて大きくなる。したがって、精度の良い測位を行うためには、図９における第３基地局１２Ｃのような測距誤差の大きい基地局については、測位部５６による測位の際にその影響を少なくして測位を実行することにより測位精度を向上させることができる。

かかる場合において精度の良い測位を実行するために、移動局１０によって発信される情報は、フレーム識別情報とその移動局１０が静止しているか否かを表す静止情報とが連結されたものとされる。図１０は移動局１０によって発信される情報の生成のための作動を表すフローチャートであって、移動局１０によって実行されるものである。

ステップ（以下「ステップ」を省略する。）ＳＡ１乃至ＳＡ４は静止判定部７０に対応する。このうち、ＳＡ１においては、移動局１０に設けられた振動センサ７２により、移動局の振動Ｖｍが測定される。続くＳＡ２においては、ＳＡ１で測定された振動Ｖｍの大きさ、すなわち測定された振動Ｖｍの絶対値が予め定められたしきい値Ｖｔｈを下回るか否かた判断される。そして、本判断が肯定される場合にはＳＡ３が実行され、本判断が否定される場合にはＳＡ４が実行される。

ＳＡ３は、ＳＡ２の判断が肯定される場合に実行されるステップであり、移動局１０が静止していると判断され、静止情報が「１」とされる。一方ＳＡ４は、ＳＡ２の判断が否定される場合に実行されるステップであり、移動局１０が移動していると判断され、静止情報が「０」とされる。

フレーム識別部８０に対応するＳＡ５においては、移動局１０に設けられた時計４１、乱数発生部８２、あるいはカウンタ８４のいずれかに基づいて、フレーム識別情報が生成される。このフレーム識別情報は、例えば時計４１に基づいて生成される場合には、フレーム識別情報生成時の時刻などの時刻情報ｔｉｍであり、乱数発生部８２に基づいて生成される場合には、乱数発生部８２により適宜発生される乱数ｒｎｄであり、カウンタ８４に基づいて生成される場合には、例えばフレーム識別情報の累積生成回数などの整数値ｉｎｔである。

ベースバンド信号生成復元部３６に対応するＳＡ６においては、例えば、ＳＡ３もしくはＳＡ４において生成された静止情報と、ＳＡ５において生成されたフレーム識別番号と、移動局の識別のために用いられる移動局番号とが連結され、移動局１０から発信される信号、すなわちベースバンド信号が生成される。なお、移動局１０が１つしか存在しないなどの場合には、必ずしも移動局番号は必要とされない。このようにして生成されたベースバンド信号が発信手段に対応する無線部２８などにより無線により発信される。

図１１は、ＳＡ６において生成される、移動局１０からベースバンド信号として信号される信号の構成の例を示したものである。図１１の例においては、２桁の数字で表された移動局番号と、例えばフレーム識別情報としての時刻情報ｔｉｍと、０または１によって表される静止情報とが結合されてベースバンド信号が構成されている。また、フレーム識別情報として時刻情報ｔｉｍに代えて乱数ｒｎｄあるいは整数ｉｎｔが用いられる場合も同様にして構成される。

図１０のようにして生成されたベースバンド信号は、前述したように移動局１０によってスペクトラム拡散された電波によって発信され、複数の基地局１２によって受信される。また、基地局１２のそれぞれにおいては、受信した電波に基づいて測距部４２により移動局１０と各基地局１２との距離が算出されるとともに、ベースバンド信号生成復元部３６によりベースバンド信号が復元され、ベースバンド信号である移動局番号、フレーム識別情報および静止情報が取りだされる。そして、これらの情報を基地局情報として有線通信部４３によって測位サーバ１４に送信する。

図１２は前記基地局識別番号の構成の例を示したものである。図１２においては、基地局情報を送信する基地局１２の識別のために用いられる例えば２桁の数からなる基地局識別番号と、測距の対象となった移動局１０から発信された電波のベースバンド信号に含まれる対象移動局番号、フレーム識別情報としての時刻情報ｔｉｍ、その移動局１０の静止情報と、基地局１２によって算出されたその移動局１０と基地局１２との距離である測距データとが結合されて基地局情報が構成されている。また、フレーム識別情報として時刻情報ｔｉｍに代えて乱数ｒｎｄあるいは整数ｉｎｔが用いられる場合も同様にして構成される。

図１３は、測位サーバ１４が移動局１０の位置の算出である測位を実行する際の作動の概要を表すフローチャートである。ＳＢ１乃至ＳＢ４は、基地局選択部１０４に対応する。まずＳＢ１においては、複数の基地局１２の中から、測位に使用する基地局が選択される。前述の様に、移動可能領域５０が平面である場合には、必要となる基地局１２の数は少なくとも３つであり、本ステップにおいては、少なくとも３つの基地局１２が選択される。

ＳＢ２においては、ＳＢ１において選択された基地局１２から基地局情報（例えば図１２参照）が取得される。このとき、取得された基地局情報は、その基地局情報に含まれるフレーム識別情報に基づいて整理される。

続いてＳＢ３においては、ＳＢ２において取得された基地局情報に基づいて測位を実行するフレームを決定する。具体的には例えば、ＳＢ１において選択された基地局１２の全てからの基地局情報が得られたフレームが測位を実行するフレームとして決定される。

図１４はこの様子を示したものであって、たとえば、フレーム識別情報として時刻情報ｔｉｍが用いられる場合、同一のフレーム識別情報ある時刻情報ｔｉｍごとに各基地局から取得された基地局情報が各基地局情報ごとに整理される。具体的には例えば、図１４の表においては、まず、ＳＢ１において選択された第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄからの基地局情報から、時刻情報ｔｉｍの１つである時刻１３時４５分０１秒について、この時刻情報ｔｉｍに対応する各基地局情報の一部である移動局１０の静止情報と各基地局１２と移動局１０との距離である測距データが並べられて表示されている。以降、時刻情報ｔｉｍを１３時４５分０６秒、１３時４５分１１秒のように順次更新し、その時刻情報ｔｉｍに対応する各基地局データが並べられて表示されている。このように各フレーム識別情報ごとに各基地局情報が整理された結果、フレーム識別情報としての時刻情報ｔｉｍが１３時４５分０１秒、１３時４５分０６秒、１３時４５分１１秒のいずれの場合においても、ＳＢ１において選択された４つの基地局である第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄの全てから基地局情報が得られていることがわかる。その結果、ＳＢ３においては、これらの３つの時刻の何れをも測位を実行するフレームとして決定される。

図１３に戻って、ＳＢ４においては、ＳＢ２において取得された基地局情報に基づいて、ＳＢ３において決定された測位を実行するフレームにおいて移動局１０が静止しているか否かが判断される。具体的には、ＳＢ２において取得された基地局情報のうち、ＳＢ３において決定されたフレームにおける静止情報が「１」であれば移動局１０が静止していると判断し、静止情報が「０」であれば移動局１０は静止していないと判断する。そして、移動局１０が静止している場合は、本ステップの判断が肯定され、ＳＢ５以降が実行される。一方、移動局１０が静止していない場合には、本ステップの判断が否定され、ＳＢ７以降が実行される。

ＳＢ５およびＳＢ６はＳＢ４の判断が肯定される場合、すなわち移動局１０が静止している場合に実行されるステップである。測距誤差算出部１０６に対応するＳＢ５においては、各基地局１２が移動局１０の測距を行った結果生ずる誤差である測距誤差が各基地局１２ごとに算出される。この測距誤差とは例えば測距結果の標準偏差であり、例えば移動局１０が静止し続けている場合において、所定回数以上の測距が実行された際の測距結果の標準偏差が用いられる。

重み行列算出部１０８に対応するＳＢ６においては、ＳＢ５において算出された測距誤差に基づいて重み行列Ｗが算出される。具体的には例えば、この重み行列は、ＳＢ５において用いられた各基地局１２の測位誤差の二乗の逆数を対角成分とする行列であって、例えば４つの基地局である第１基地局１２Ａ、第２基地局１２Ｂ、第３基地局１２Ｃ、および第４基地局１２Ｄが存在する場合に、これらの各基地局について前記測距誤差算出部１０６によって算出された標準偏差がそれぞれ、σ１、σ２、σ３およびσ４である場合には、重み行列Ｗは、４行４列の行列Ｗ４として、前記数１のようになり、また、一般にｎ個の基地局が存在し、第ｉ基地局（１≦ｉ≦ｎ）の測距誤差としての標準偏差がσｉである場合には、重み行列Ｗは、ｎ行ｎ列の行列Ｗｎとして、前記数２のようになる。

ＳＢ７およびＳＢ８はＳＢ４の判断が否定される場合、すなわち移動局１０が静止していない場合に実行されるステップである。重み行列算出部１０８に対応するＳＢ７においては、以前に本フローチャートが実行されるなどによって既に算出された重み行列Ｗがあれば、その重み行列を単位行列に変更する。また、測距誤差算出部１０６に対応するＳＢ８においては、それまで測定された測距誤差が０とされる。すなわち、移動局１０が静止していない場合には、それまで静止していた移動局１０に対して算出された測距誤差および重み行列Ｗをそのまま用いても必ずしも精度の良い測位が実行できない可能性があるためである。

測位部５６に対応するＳＢ９においては、ＳＢ２において基地局情報として得られた測距データと、ＳＢ６またはＳＢ７において更新された重み行列とに基づいて移動局１０の測位が実行される。測位結果出力部６０に対応するＳＢ１０においては、ＳＢ９における測位の結果が、図示しない出力装置に出力されたり、あるいは他のプログラムに渡される。

ＳＢ１１においては、引き続き測位を実行するかの判断がされる。本判断が肯定される場合には、引き続き移動局１０の測位が行われる場合にはＳＢ２以降が繰り返し実行される一方、本判断が否定される場合には、本フローチャートが終了される。

［実験例］
本発明の有効性を検証するために発明者が行ったシミュレーションの結果を示す。このシミュレーションにおいては、図２に示す環境を想定する。すなわち３０ｍ四方の正方形の平面からなる移動可能領域５０において、その４隅である（０，０）、（３０，０）、（０，３０）、（３０，３０）座標上の点に第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄの４つの基地局が配置されている。かかる環境において、移動局１０が座標（１５，１５）に静止しているものとする。

かかる状況において、図１５は、移動可能領域５０内に障害物１０２が存在せず、全ての基地局１２において精度の良い、すなわち測距誤差の小さい測距が実行できている場合において測位を行った場合の測位誤差を示した図である。なお、このとき重み行列は用いていない。また、図１６は測位の結果移動局１０の位置であるとされた座標を、実際の移動局１０の位置（１５，１５）とともに表した図である。このように、４つの全ての基地局において測距誤差が小さい場合には、精度の良い測位が実行できており、その場合の測位誤差は０．３５ｍ以内であることがわかる。

一方、図１７は、例えば図９に示す様に、第３基地局１２Ｃと移動局１０との間に障害物１０２が存在し、その存在物によりマルチパスが生ぜられるなどによって、第３基地局１２Ｃによる測距においてのみ測距誤差が大きくなる一方、他の基地局については精度の良い測距が実行される状況において、重み行列を用いず、全ての基地局１２の重みを等しく測位を実行した場合の測位誤差を示した図である。また、図１８は測位の結果移動局１０の位置であるとされた座標を、実際の移動局１０の位置（１５，１５）とともに表した図である。このように、いずれか１つの基地局の測距誤差が大きいものであるにもかかわらず、全ての基地局の重みを等しくして測位を実行すると、その測位誤差は大きいものとなり、この場合の測位誤差は約１．６ｍとなっている。

続いて図１９は、図１７および図１８の場合と同様に、第３基地局１２Ｃと移動局１０との間に障害物１０２が存在し、その存在物によりマルチパスが生ぜられるなどによって、第３基地局１２Ｃによる測距においてのみ測距誤差が大きく一方、他の基地局については精度の良い測距が実行される状況において、前記数１で示した測距誤差の二乗の逆数を対角成分とする重み行列を用いることにより、測位誤差の大きい基地局である第３基地局１２Ｃの測距結果の影響を少なくして測位を実行した場合の測位誤差を示した図である。また、図２０は測位の結果移動局１０の位置であるとされた座標を、実際の移動局の位置（１５，１５）とともに表した図である。この場合の測位誤差は約０．５５ｍである。このように、いずれか１つの基地局の測距誤差が大きくなる場合であっても、本発明の測位システム８における重み行列算出部１０８によって算出された重み行列を用いることにより、その測位誤差が大きく改善されることがわかる。

上述の実施例によれば、移動局１０において、フレーム識別手段としてのフレーム識別部８０によって基地局１２が測距を反復実行するタイミングであるフレームが識別されるとともに、個々のフレームに対し固有の数値であるフレーム識別情報が付され、静止判定手段としての静止判定部７０によって移動局１０が静止しているか否かが判定され、発信手段としての無線部２８等によって、少なくとも前記フレーム識別情報と前記静止判定手段による判定結果とを含む信号が発信される一方、基地局１２においては、基地局情報送信手段としての有線部４３により、少なくとも、自己の基地局を識別するための基地局識別番号と、前記受信手段によって受信されたフレーム識別情報と、距離関連情報測定手段としての測距部４２によって測距された移動局１０と前記自己の基地局１２との間の距離とからなる基地局情報が測位サーバ１４に送信される。また、測位サーバ１４においては、距離関連情報測定誤差算出手段としての測位誤差算出部１０６によって、静止判定部７０により移動局１０が静止していると判断された場合には、有線通信部４３によって送信された基地局情報に基づいて、測距部５６により複数回測距された基地局１０と移動局１２との間の距離についての誤差である測距誤差が算出され、重み行列算出手段としての重み行列算出部１０８により、測距誤差算出部１０６により算出された測距誤差に基づいて重み行列Ｗが算出される。そして、測位部５６においては、前記複数の基地局１２によって受信された電波と、算出された重み行列Ｗとに基づいて移動局１０の位置が算出されるので、精度の良い測位が可能となる。

また、上述の実施例によれば、前記フレーム識別情報は、個々のフレームの開始時刻からなる時刻情報ｔｉｍであるので、前記移動局１０は通常の機器構成において時計４１を有することから、特にフレーム識別情報生成のために機器構成を追加もしくは変更することなく個々のフレームの開始時刻からなる時刻情報ｔｉｍを前記フレーム識別情報とすることができる。

また、上述の実施例によれば、前記フレーム識別手段は、乱数を発生させる乱数発生手段としての乱数発生部８２を有し、前記フレーム識別情報は、乱数発生部８２によって発生させられる乱数ｒｎｄであるので、一意に識別可能であることを要するフレーム識別情報が容易に生成できる。

また、上述の実施例によれば、前記フレーム識別情報は、フレームの累積実行回数を表す整数ｉｎｔであるので、一意に識別可能であることを要するフレーム識別情報が容易に生成できる。

また、上述の実施例によれば、前記静止判定部７０は、振動センサ７２を有し、振動センサ７２が検知する振動Ｖｍが所定の範囲内である場合、すなわち振動Ｖｍの絶対値が所定のしきい値Ｖｔｈより小さい場合には移動局１０は静止していると判断するので、移動局１０は前記振動センサ７２によって検知される振動Ｖｍに基づいて自身が移動しているか静止しているかを判断することができる。

また、上述の実施例によれば、測位部５６による移動局１０の位置の算出は、静止判定部７０により移動局１０が静止していると判定された移動局１０に対して実行されるので、精度のよい移動局の測位が可能となる。

また、上述の実施例によれば、測距誤差算出部１０６は、静止判定部７０により前記移動局が静止していると判定された場合には、実際に測位部５６によって測定された移動局１０の位置に基づいて測距誤差として標準偏差を算出するので、移動する移動局１０に対して算出された標準偏差よりも精度の良いものとなる。

重み行列算出部１０８によって算出される重み行列Ｗの大きさは、基地局１０のうち、測位部５６によって測位に用いられる基地局１２の数に基づいて決定されるので、測位に用いられない基地局１２を含む全ての基地局に基づいた大きさの大きい行列となることが防止される。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、上述の実施例においては、移動局１０が移動しうる領域である移動可能領域５０は一辺３０ｍの正方形の平面として設けられたが、これに限られない。具体的には、移動可能領域５０が平面である場合にその形状が限定されることはなく、また移動可能領域５０が平面ではなく３次元空間として設けられてもよく、その場合の形状も限定されない。なお、移動可能領域５０が空間として設けられる場合には、上述の様に測位に必要な基地局の個数は最低４個となる。

上述の実施例においては、測位サーバ１４と各基地局１２とは有線ケーブル５２で接続されて通信を行ったが、測位サーバ１４と各基地局１２との間の通信は有線に限定されず、例えば電波や赤外線等によっても可能である。

上述の実施例において、移動局１０および基地局１２に設けられた平衡不平衡変換部２２は、必ずしも必要ではなく、機器の構成状態によっては整合器としての機能のみを有すればよい場合がある。

上述の実施例においては、スペクトラム拡散部３４の手法として直接拡散方式が採用されたがこれに限られず、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）通信などその他の方式が用いられても良い。

上述の実施例においては、位置計算部５６においては、上記式（１）を連立方程式としてニュートンラフソン法などを用いて解くこととされたが、これに限られず、例えば測距結果と状態遷移に基づいて最適解を導出するようにしてもよい。

上述の実施例においては、基地局１０と移動局１２はそれぞれ時計を有しており、基地局１０は移動局１２からの電波の所要到来時間（すなわち、受信時刻と発信時刻との時刻差）により測距を行ったが、これに限られないのはもちろんである。例えば複数の移動局１２により受信される電波の時刻差により測位を行うこともできる。このような構成である場合にも先に詳述したように測距誤差に基づいた重み行列Ｗを算出して各基地局１０の到来時刻差に対して重み行列Ｗを用いて精度のよい測位をおこなうことができる。

また、上述の実施例においては、静止判定手段７０は振動センサ７２を有することとされたが、これに限られず、例えば加速度センサを有し、この加速度センサによって検出される加速度の大きさに基づいて静止判定を行ってもよい。

また、上述の実施例においては、測距誤差は、移動局１０の有する静止判定部７０によって静止していると判断された移動局１０に対し所定回数以上実行された測距結果の標準偏差としたが、その他の方法、例えば各基地局の受信信号強度等に基づいて算出してもよい。

また、図１３のフローチャートにおいては、重み付け行列Ｗは更新されるものとされたが（ＳＢ６）、フローチャートが実行される毎に算出されてもよい。

また、上述の実施例においては、移動局１０が静止判定手段７０を有することとされたが、これに限られず、例えば、各基地局１２の測距データに基づいて、各基地局１２や測位サーバ１４によって移動局の静止が判断されてもよい。このようにすれば、基地局１０が静止判定手段７０を有する必要がなくなる。

また、上述の実施例においては、基地局識別番号および移動局番号は例えば２桁の数が用いられたが、これに限られず、それぞれ基地局の数や移動局の数に応じて適宜設定されればよい。

また、上述の実施例においては、距離関連情報として、移動局１０による電波の発信と基地局１２による電波の受信とにおける時刻の時刻差、すなわち電波の到達に要する時間に基づいて、算出された移動局１０と基地局１２との距離が用いられたが、これに限られず、例えば前記移動局１０による電波の発信と基地局１２による電波の受信とにおける時刻の時刻差であってもよいし、あるいは、移動局１０によって発信された電波と基地局１２によって受信された電波との位相差であってもよい。すなわち、距離に換算することが可能な物理量であればよい。

本発明が適用される測位システムの一例の概観を表した図である。 移動可能領域に定義される座標を説明する図である。 移動局の機能の概要を表した機能ブロック線図である。 基地局の機能の概要を表した機能ブロック線図である。 測位サーバの機能の概要を表した機能ブロック線図である。 測位サーバによる測位の原理を説明するための図である。 基地局の有する時計の同期を行う手順の一例を説明するタイムチャートである。 各基地局と移動局との距離を測定する手順の一例を説明するタイムチャートである。 マルチパスの原因となる移動可能領域に存在する障害物の一例を説明する図である。 移動局によるベースバンド信号の生成の作動を説明するフローチャートである。 移動局によってベースバンド信号として無線により発信される信号の構成の例を示した図である。 基地局から測位サーバに対し送信される基地局情報の構成の例を示した図である。 測位サーバによる重み行列の算出と、算出された重み行列を用いた測位の実行の作動の概要を説明するフローチャートである。 測位サーバにおいて統合される各基地局からの基地局情報の例を説明する図である。 全ての基地局における測距誤差が大きくない場合のシミュレーションにおける測位誤差の検出頻度と最大測位誤差を表した図である。 図１５のシミュレーションにおける測位結果を移動可能領域５０に対応する座標に表した図である。 １の基地局における測距誤差が他に比べて大きい場合であって、重み行列を設定せずに測位を行った場合のシミュレーションにおける測位誤差の検出頻度と最大測位誤差を表した図である。 図１７のシミュレーションにおける測位結果を移動可能領域５０に対応する座標に表した図である。 １の基地局における測距誤差が他に比べて大きい場合であって、本発明の重み行列算出手段により算出された重み行列を用いて測位を行った場合のシミュレーションにおける測位誤差の検出頻度と最大測位誤差を表した図である。 図１５のシミュレーションにおける測位結果を移動可能領域５０に対応する座標に表した図である。

符号の説明

８：測位システム
１０：移動局
１２：基地局
１４：測位サーバ
４２：測距手段（測距部）
４３：基地局情報送信手段（有線通信部）
４５：測位手段（測位部）
５０：移動可能領域
７０：静止判定手段（静止判定手段部）
７２：振動センサ
８２：乱数発生手段（乱数発生部）
１０６：測距誤差算出手段（測距誤差算出部）
１０８：重み行列算出手段（重み行列算出部）
Ｗ：重み行列

Claims (8)

1. 電波を発信する発信手段を有し、所定の移動可能領域内を移動可能な移動局と、
   該移動局によって発信された電波を受信する受信手段と、前記受信した電波に基づいて前記移動局との距離に関連する情報である距離関連情報を測定する距離関連情報測定手段とを有し、既知の位置に固定された複数の基地局と、
   該複数の基地局によって受信された電波と、該複数の基地局によって受信された電波に重み付けを行う重み行列とに基づいて前記移動局の位置を算出する測位手段を有する測位サーバと、からなる測位システムにおいて、
   前記移動局は、
   前記基地局が測距を反復実行するタイミングであるフレームを識別するとともに、個々のフレームに対し固有の数値であるフレーム識別情報を付するフレーム識別手段と、
   前記移動局が静止しているか否かを判定する静止判定手段とを有し、
   前記発信手段は、少なくとも前記フレーム識別情報と前記静止判定手段による判定結果とを含む信号を発信するものであり、
   前記基地局は、
   少なくとも、自己の基地局を識別するための基地局識別番号と、前記受信手段によって受信されたフレーム識別情報と、前記距離関連情報測定手段によって測定された前記移動局と前記自己の基地局との間の距離関連情報とからなる基地局情報を前記測位サーバに送信する基地局情報送信手段を有し、
   前記測位サーバは、
   前記静止判定手段により前記移動局が静止していると判断された場合には、前記基地局情報送信手段によって送信された基地局情報に基づいて、前記距離関連情報測定手段により複数回測定された前記基地局と前記移動局との間の距離関連情報についての誤差である距離関連情報測定誤差を算出する距離関連情報測定誤差算出手段と、
   前記距離関連情報測定誤差算出手段により算出された距離関連情報測定誤差に基づいて前記重み行列を算出する重み行列算出手段と、を有すること
   を特徴とする測位システム。
2. 前記フレーム識別情報は、個々のフレームの開始時刻からなる時刻情報であること
   を特徴とする請求項１に記載の測位システム。
3. 前記フレーム識別手段は、乱数を発生させる乱数発生手段を有し、
   前記フレーム識別情報は、該乱数発生手段によって個々のフレームの開始時刻に応じて発生させられる乱数であること
   を特徴とする請求項１に記載の測位システム。
4. 前記フレーム識別情報は、フレームの累積実行回数を表す整数であること
   を特徴とする請求項１に記載の測位システム。
5. 前記静止判定手段は、振動センサを有し、該振動センサが検知する振動が所定の範囲内である場合には前記移動局は静止していると判断すること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の測位システム。
6. 前記測位手段による前記移動局の位置の算出は、前記静止判定手段により前記移動局が静止していると判定された移動局に対して実行されること
   を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の測位システム。
7. 前記測距誤差算出手段は、前記静止判定手段により前記移動局が静止していると判定された場合には、実際に前記測位手段によって測定された前記移動局の位置に基づいて前記測距誤差として標準偏差を算出するものであること
   を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の測位システム。
8. 前記重み行列算出手段によって算出される前記重み行列の大きさは、前記基地局のうち、前記測位手段によって測位に用いられる基地局の数に基づいて決定されること
   を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の測位システム。

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