JP2009210582A - Toa(到達時刻)とrss(受信信号強度)の融合による適応型測位法、装置、およびシステム - Google Patents
Toa(到達時刻)とrss(受信信号強度)の融合による適応型測位法、装置、およびシステム Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】対象から発信された信号のTOA結果およびRSS結果を収集する観測結果収集器と、収集されたTOA結果の数を決定するTOA結果カウンタと、入力されたTOA結果の数に基づいて移動体の位置計算法を選択し、選択された計算法を使用して移動体の位置を計算する位置計算器とを備える。TOA結果の数に基づいて適応的に適応型測位法を選択することが可能である。
【選択図】図3
Description
(1)RSSベースの方式では、カバレッジは広いが、位置精度が低い。
(2)TOAベースの方式では、位置精度は高いが、カバレッジが狭い。
・適応性:本発明の適応型測位アルゴリズムは、信頼性の高いTOA検出結果の数とRSSに基づいて選択が可能である。
・信頼性:高速の異常値排除アルゴリズムにより、TOA測定値に含まれる異常値が排除され、測位精度の安定性が改善される。
・高精度:従来の三角測量は、1つの位置を決定するために少なくとも3つのTOA測定値を必要とする。本発明の適応型測位システムでは、このような制限は不要となり、しかも三角測量が有するすべての長所が維持される。すなわち、3つ以上のTOA測定値が得られた場合には、従来の三角測量アルゴリズムと同一の精度となる。そして、TOA結果が2つしかない場合には、従来の三角測量では解を得ることができないのに対し、本発明のシステムでは、提案される遠近フィルタに基づいて正確な結果を得ることができる。さらに、TOA測定値が1つかゼロの場合でも、本発明のシステムの精度は、従来の純粋なRSSベースの測位方式よりもはるかに良好となる。
・拡張性:本発明の適応型測位法は、追跡モードのシステムだけでなく、ナビゲーションモードのシステムにも適用が可能である。そのため、測位システムは、測位精度を十分に保ちながら、より低い展開密度で高度なカバレッジ拡張姓を実現することができる。さらに、本発明の融合法は、より多くのTOAおよびRSS測定結果に対応して拡張することもできる。
・低コスト:本発明の適応型測位システムでは、システムコストが大幅に低廉化され、計算集約度もきわめて低い。
(1)TOA結果≧3の場合
上記方程式(2)は、AX=bと書き換えることができる。この式は最小2乗誤差(LSQ)方式を使用して解くことができ、これにより、第2ノルム||AX-b||2を最小化するためのX=[x,y,z]Tを見つけることができる。このLSQ問題の正規関数はATX=Abなので、Aが正則行列の場合には、結果は以下のようになる。
X=(ATA)-1ATb (3)
(2)TOA結果=2の場合
(3)TOA結果=1の場合
Xest=argmin||Xi-Xprevious||2(iは交差する弧上の点を示す) (6)
(4)TOA結果が0の場合
102:タグ装置
103:ヘッド装置
104:リーフ装置
110:移動体
111:中央情報サーバ
120:検出装置
300:適応型測位装置
301:観測結果収集器
302:TOA結果カウンタ
303:位置計算器
304:TOA結果フィルタ
305:履歴データメモリ
3031:測位法セレクタ
3032:マルチTOA位置計算器
3033:2−TOA位置計算器
3034:1−TOA位置計算器
3034:0−TOA位置計算器
601:TOA結果セレクタ
602:三辺測量測定手段
Claims (22)
- 適応型対象体測位方法であって、
対象から発信された信号の到達時刻(TOA)と受信信号強度(RSS)とを収集し、
収集したTOAの数を判定し、入力されたTOAの数に基づいて対象の位置を計算するための測位法を選択し、
選択した測位法を使用して対象の位置を計算することを特徴とする適応型対象測位方法。 - 前記TOAは、前記対象から送信された超音波信号から取得され、前記RSSは、前記対象から送信されたRF信号から取得することを特徴とする請求項1に記載の適応型対象測位方法。
- 前記対象の位置を計算する測位法は、
前記TOAの数が2より大きい場合、TOAベースの三角測量で前記対象の位置を計算する、
前記TOAの数が2である場合、測位システムの相対的な距離情報に関連してTOAを利用することにより、前記対象の位置を決定する、
前記TOAの数が1である場合、前記対象の位置として信頼できる履歴位置に近い位置を見つけるために前記TOAおよびRSSを利用する、
前記TOAの数が0である場合、前記対象の位置として信頼できる履歴位置に近い位置を見つけるために前記RSSを利用する、
測位法のグループから選択されることを特徴とする請求項1に記載の適応型対象測位方法。 - 前記フィルタリングステップが、
所定の範囲から外れたTOAを削除するために収集した前記TOAについて粗フィルタリングを実行するステップと、
粗フィルタリングを行った前記TOAに対して、高速外れ値排除アルゴリズムを適用するステップを含み、
前記高速外れ値排除アルゴリズムが、
各TOAに対応する距離を計算し、それらの距離を昇順にソートするステップと、
最小距離を取得するステップと、
最大距離と最小距離に対して三角不等式判定を適用し、三角不等式判定を満たす場合、全ての距離を保存し、高速外れ値排除アルゴリズムを終了し、三角不等式判定を満たさない場合、残りの距離が全て三角不等式判定を満たすまで、最大距離を削除し、次の最大距離に対する三角不等式判定を繰り返すステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の適応型対象測位方法。 - 前記TOAの数が2より大きい場合、
収集したTOAから、選択したTOAを受け取る位置間の分離度を最大にする最大分離基準を満たす3つのTOAを選択し、
前記対称の位置を計算するために選択された3つのTOAに三辺測量を適用することにより、前記対象の位置を計算することを特徴とする請求項3に記載の適応型対象測位方法。 - 前記最大分離基準は、3つの選択されたTOAを受け取る位置間の平均距離あるいはその位置から形成される三角形の面積を最大にする基準であることを特徴とする請求項5に記載の適応型対象測位方法。
- 前記TOAの数が2である場合、
対象z=zhとする3次元空間を定義し、
z = zh平面上で、
2つの候補位置X1、X2として、2つの観測円の交点を決定し、
2つの候補位置X1およびX2からTOAを提供しない観測器Aへの距離をAX1とAX2として測定し、
AX1≦UおよびAX2>Uである場合、候補位置X2を対象の位置として決定する(ここで、Uは観測器が超音波を検出可能な距離を示す)ことにより、
前記対象の位置を計算することを特徴とする請求項3に記載の適応型対象測位方法。 - 適応型対象測位装置であって、対象から発信された信号の到達時刻(TOA)と受信信号強度(RSS)とを収集する観測結果収集器と、
収集したTOAの数を判定するTOA結果カウンタと、
入力されたTOAの数に基づいて対象の位置計算法を選択し、選択した計算法を使用して対象の位置を計算する位置計算器と
を備えること特徴とする適応型対象測位装置。 - 前記対象に関する履歴位置情報を格納する履歴データメモリを備えることを特徴とする請求項10に記載の適応型対象測位装置。
- TOAの数に従って対象の位置を計算するための測位法を選択する測位法セレクタと、
前記TOAの数が2より大きい場合、TOAベースの三角測量で前記対象の位置を計算するマルチTOA位置計算器と、
前記TOAの数が2である場合、測位システムの相対的な距離情報に関連してTOAを利用することにより、前記対象の位置を決定する2−TOA位置計算器と、
前記TOAの数が1である場合、前記対象の位置として信頼できる履歴位置に近い位置を見つけるために前記TOAおよびRSSを利用する1−TOA位置計算器と、
前記TOAの数が0である場合、前記対象の位置として信頼できる履歴位置に近い位置を見つけるために前記RSSを利用する0−TOA位置計算器とを備えることを特徴とする請求項10に記載の適応型対象測位装置。 - 全てのTOAからの外れ値をフィルタリングために収集したTOAをフィルタリングするTOAフィルタを備えることを特徴とする請求項10に記載の適応型対象測位装置。
- 前記マルチTOA位置計算器が、
収集したTOAから、3つの選択されたTOAを受け取る位置間の平均距離あるいはその位置から形成される三角形の面積を最大にする基準である最大分離基準を満たす3つのTOAを選択するTOAセレクタと、
前記対称の位置を計算するために選択された3つのTOAに三辺測量を適用する三辺測量測定ユニットとを備えることを特徴とする請求項12に記載の適応型対象測位装置。 - 適応型対象測位システムであって、
第1の信号の発信と検出を行う第1信号トランシーバおよび第2の信号の発信と検出を行う第2信号トランシーバを備える検出装置と、
第1の信号の発信と検出を行う第1信号トランシーバおよび第2の信号の発信と検出を行う第2信号トランシーバを備える、対象に装着されたタグ装置と、
前記第1の信号の到達時刻(TOA)および前記第2の信号の受信信号強度(RSS)に基づいて前記対象の位置を計算するための測位法を適応的に選択する適応型測位装置と
を備えることを特徴とする適応型対象測位システム。 - 前記適応型測位装置が、
適応型対象測位装置であって、対象から発信された信号の到達時刻(TOA)と受信信号強度(RSS)とを収集する観測結果収集器と、
収集したTOAの数を判定するTOA結果カウンタと、
入力されたTOAの数に基づいて対象の位置計算法を選択し、選択した計算法を使用して対象の位置を計算する位置計算器と
を備えること特徴とする請求項15に記載の適応型対象測位システム。 - 中央情報サーバを備え、前記中央情報サーバが前記適応型測位装置を含むことを特徴とする請求項15に記載の適応型対象測位システム。
- 前記適応型測位装置は、検出装置又は対象装置に含まれることを特徴とする請求項15に記載の適応型対象測位システム。
- 請求項15によるシステムを利用して対象を追跡する対象追跡方法であって、
前記対象装置が、前記第2の信号を発信するステップと、
前記検出装置が、前記第2の信号のRSSを検出して記録するステップと、
前記対象装置が、前記第1の信号を発信するステップと、
前記検出装置が、前記第1の信号のTOAを検出して記録するステップと、
前記適応型測位装置が、前記TOAと前記RSSを受信して前記対象の位置を計算するステップと
を含むことを特徴とする対象追跡方法。 - 前記検出装置が、前記第2の信号に従って前記対象装置と時間を同期させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の対象追跡方法。
- 請求項15によるシステムを利用して対象を追跡する対象追跡方法であって、
前記検出装置が、前記第2の信号を発信するステップと、
前記対象装置が、前記第2の信号のRSSを検出して記録するステップと、
前記検出装置が、前記第1の信号を発信するステップと、
前記対象装置が、前記第1の信号のTOAを検出して記録するステップと、
前記適応型測位装置が、前記TOAと前記RSSを受信して前記対象の位置を計算するステップと
を含むことを特徴とする対象追跡方法。 - 前記対象装置が、前記第2の信号に従って前記検出装置と時間を同期させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項21に記載の対象追跡方法。
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