JP2011117879A - Position specifying device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive position specifying device capable of precisely specifying a position of a mobile terminal moving along a long side in a rectangular service area by providing a relay station. <P>SOLUTION: A start point signal and a direction measurement signal are transmitted from a reference station 101. In the relay station 102, a position specifying signal synchronized with the received and reproduced start point signal and a direction measurement signal that is separately generated are transmitted. In the mobile terminal 103, the phase of the direction measurement signal transmitted from the reference station 101 is measured, and the phase of the distance measurement signal and the phase of the direction measurement signal received and reproduced from the relay station 102 are measured based on the start point signal directly received and reproduced from the reference station 101 as a reference. The position of the own-station is specified from the measurement results of the phases by a triangular method. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、長方形のサービスエリア内の長い辺に沿って移動する携帯端末の位置を、中継局を設けて、高精度で特定するための位置特定装置を安価に実現するためのものである。
The present invention is to provide a position specifying device for specifying a position of a mobile terminal moving along a long side in a rectangular service area with high accuracy at a low cost by providing a relay station.

従来から、発信手段から発信される無線信号を、中継局を用いて中継し、受信手段で受信することによって、発信手段の位置を特定する装置が提案されている。(例えば、特許文献1〜6参照)
特開H06−003428号公報 特開H11−148800号公報 特開H11−211818号公報 特開H08−233937号公報 特開H10−268028号公報 特開2008−304192号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed an apparatus for specifying a position of a transmitting unit by relaying a radio signal transmitted from a transmitting unit using a relay station and receiving the signal using a receiving unit. (For example, see Patent Documents 1 to 6)
JP H06-003428 A JP H11-148800 A JP H11-21118A JP H08-233937 JP H10-268028 JP 2008-304192 A

図8は、特許文献1に記載されている従来の「位置評定方式」である。図8において、一つの移動局からの第1の測定用信号を親局と複数の中継局で受信すると共に各中継局は重複しない固有の遅延時間後に第2の測定用信号を同一周波数で送信し、親局が移動局からの第1の測定信号と中継局からの第2の測定用信号とを受信してその到達時間差または位相差を測定することにより第1の測定用信号を親局が受信した時刻と各中継局が受信した時刻との相対時間差を算出して双曲線航法により移動局の位置を算出するように構成するとされている。
しかしながら、各中継局において、重複しない固有の遅延時間後に第2の測定用信号を同一周波数で送信すると記述されているが、具体的な構成および方法が記述されておらず、実現性の問題点がある。
FIG. 8 shows a conventional “position evaluation method” described in Patent Document 1. In FIG. 8, the first measurement signal from one mobile station is received by the master station and a plurality of relay stations, and each relay station transmits the second measurement signal at the same frequency after a unique delay time that does not overlap. Then, the master station receives the first measurement signal from the mobile station and the second measurement signal from the relay station, and measures the arrival time difference or the phase difference to obtain the first measurement signal as the master station. The relative time difference between the time received by each relay station and the time received by each relay station is calculated, and the position of the mobile station is calculated by hyperbolic navigation.
However, although it is described that each relay station transmits the second measurement signal at the same frequency after a unique delay time that does not overlap, a specific configuration and method are not described, and there is a problem of feasibility. There is.

また、特許文献2では、地雷源を囲むようにして中央局cと中継局a、bとが配置される。地雷装置1から送信された位置標定用信号Sは夫々地雷装置1からの距離に応じたタイミングに中央局c及び中継局a、bによって受信される。中央局cは自局における受信タイミング情報tcと、中継局a、bから通知された各受信タイミング情報ta、tbとに基づき双曲線航法により地雷装置1の位置を標定するとされている。
しかしながら、中継局a、bで検出した遅延時間データta、tb(あるいは位相データ)を無線ルートで中央局cに通知するとしているが、遅延時間を高精度で検出するための具体的な構成が記述されておらず、別の無線ルートを必要とすることから、実現性の問題点がある。
In Patent Document 2, a central station c and relay stations a and b are arranged so as to surround a landmine source. The positioning signal S transmitted from the mine device 1 is received by the central station c and the relay stations a and b at timings corresponding to the distance from the mine device 1, respectively. The central station c is supposed to determine the position of the mine device 1 by hyperbolic navigation based on the reception timing information tc at the local station and the reception timing information ta and tb notified from the relay stations a and b.
However, although the delay time data ta and tb (or phase data) detected by the relay stations a and b are reported to the central station c via a wireless route, there is a specific configuration for detecting the delay time with high accuracy. Since it is not described and requires a separate wireless route, there is a problem of feasibility.

また、特許文献3では、位置Bの送信機1は基準信号で変調された送信信号を送信し、これを受信した位置Aの中継機2は周波数を変換した中継信号を送信する。位置Cの距離測定機3は、周波数が異なる送信機1の送信信号と、中継機2の中継信号とをともに受信し、元の基準信号を復調して位相差を検出し、これにより距離x、距離yを算出するとされている。
しかしながら、中継機2が周波数を変換した周波数分割同時送受信方式であり、送信機1とは別に中継機2を設置する必要があり、中継機2が時分割方式の場合には適用できず、あるいは中継機2が設置されていない場所では距離測定ができない問題点がある。
Further, in Patent Document 3, the transmitter 1 at the position B transmits a transmission signal modulated by the reference signal, and the relay 2 at the position A that receives this transmits a relay signal whose frequency has been converted. The distance measuring device 3 at the position C receives both the transmission signal of the transmitter 1 having a different frequency and the relay signal of the relay device 2, demodulates the original reference signal, detects the phase difference, and thereby detects the distance x , The distance y is calculated.
However, the repeater 2 is a frequency division simultaneous transmission / reception method in which the frequency is converted, and it is necessary to install the repeater 2 separately from the transmitter 1 and cannot be applied when the repeater 2 is a time division method. There is a problem that distance measurement cannot be performed in a place where the repeater 2 is not installed.

また、特許文献4では、ゴルフコースの各ホール毎のグリーン8上に配設されたカップ3に立設されているピン7に装着された設置側機器1へ向けて、持運側機器2から所定のパルス符号列の電波4を送信し、前記設置側機器1から折返し持運側機器2方向に向けて送信される別のパルス符号列の電波4を受信して、前記送信電波4と受信電波5との時間差を基に設置側機器1とプレイヤーまたはキャディーとの間の距離を測定し持運側機器2の表示器6に表示するとされている。
しかしながら、距離を測定するのに、パルス符号列を用いて時間差を測定しているため、距離の測定に誤差を生じ高精度で測定できない問題点がある。
Moreover, in patent document 4, from the carrying side apparatus 2 toward the installation side apparatus 1 with which the pin 7 standingly arranged by the cup 3 arrange | positioned on the green 8 for every hole of a golf course is mounted | worn. The radio wave 4 of a predetermined pulse code string is transmitted, the radio wave 4 of another pulse code string transmitted from the installation side device 1 toward the return carrying side device 2 is received, and the transmission radio wave 4 and the reception The distance between the installation side device 1 and the player or caddy is measured based on the time difference from the radio wave 5 and is displayed on the display 6 of the carrying side device 2.
However, since the time difference is measured using a pulse code string to measure the distance, there is a problem that an error occurs in the distance measurement and the measurement cannot be performed with high accuracy.

また、特許文献5では、人工衛星17の概算距離値に基づいてPNコード発生部11で最適なコード系列を選択して、該コード系列の送信PNコードを発生し、この送信PNコードの信号を人工衛星に送信して、その折返した信号を受信し、その受信PNコードを上記概算距離値に基づいた最適なコード系列から選択し、選択した受信PNコードと送信PNコードとにより、人工衛星17の距離を測定するように構成したものであるとされている。
しかしながら、人工衛星でPNコードを時分割で折り返す場合に、短時間でかつ高精度で同期を確立し、前記PNコードが消滅した後も、長時間に渡り同期を維持するのが難しく、回路が複雑となり、実現性と高価となる問題点がある。
Further, in Patent Document 5, an optimum code sequence is selected by the PN code generation unit 11 based on the approximate distance value of the artificial satellite 17, a transmission PN code of the code sequence is generated, and a signal of the transmission PN code is obtained. Transmit to the artificial satellite, receive the folded signal, select the received PN code from the optimum code sequence based on the approximate distance value, and use the selected received PN code and the transmitted PN code, the artificial satellite 17 It is said that it is comprised so that the distance of may be measured.
However, when a PN code is turned back in time division by an artificial satellite, synchronization is established in a short time and with high accuracy, and it is difficult to maintain synchronization for a long time after the PN code disappears. There are problems that become complicated, feasible and expensive.

また、特許文献6では、第1の送受信機1000から第2の送受信機2000へ、周波数f1/MNの矩形波DTで周波数f1の搬送波をQPSK変調し、送信する。第2の送受信機2000は、コスタスループにより搬送波を再生し、矩形波D2を復調する。この後周波数f2(≠f1)の搬送波を生成して、復調した矩形波で周波数f2の搬送波をQPSK変調し、第2の送受信機2000から第1の送受信機1000へ逆送信する。   Further, in Patent Document 6, a carrier wave having a frequency f1 is QPSK modulated by a rectangular wave DT having a frequency f1 / MN and transmitted from the first transceiver 1000 to the second transceiver 2000. The second transceiver 2000 reproduces the carrier wave by the Costas loop and demodulates the rectangular wave D2. Thereafter, a carrier wave having a frequency f2 (≠ f1) is generated, and the carrier wave having the frequency f2 is QPSK-modulated with the demodulated rectangular wave, and transmitted back from the second transceiver 2000 to the first transceiver 1000.

第1の送受信機1000はここから周波数f1/MNの矩形波DRを復調する。矩形波DRをM逓倍し、矩形波DTを生成する1/M分周器15の入力である1/N分周器14との位相差を検出する。
位相差は、第1の送受信機1000から第2の送受信機2000までの距離の2倍を電波が通過した時間差であるとされている。
しかしながら、第1の送受信機1000と第2の送受信機2000は、異なる周波数で送受信する必要があり、時分割で通信する場合には適用できず、実現性と高価となる問題点がある。
The first transceiver 1000 demodulates the rectangular wave DR with the frequency f1 / MN from here. The rectangular wave DR is multiplied by M to detect a phase difference from the 1 / N frequency divider 14 that is an input of the 1 / M frequency divider 15 that generates the rectangular wave DT.
The phase difference is assumed to be a time difference in which radio waves have passed through twice the distance from the first transceiver 1000 to the second transceiver 2000.
However, the first transmitter / receiver 1000 and the second transmitter / receiver 2000 need to transmit and receive at different frequencies, and cannot be applied when communicating in a time division manner, resulting in problems of feasibility and cost.

この発明は、長方形のサービスエリア内の長い辺に沿って移動する携帯端末の位置を、中継局を設けて、高精度で特定できる位置特定装置を安価に実現するためのものである。
The present invention provides a position specifying device that can specify a position of a mobile terminal that moves along a long side in a rectangular service area with a relay station at a low cost, at low cost.

この発明に係わる位置特定装置では、携帯端末もしくは基準局から、位置特定要求信号を含む無線信号を間欠発信し、中継局を設けて、受信した位置特定要求信号から起点信号を再生し、再生した起点信号と同期発振手段とを高精度で同期を確立させ、前記起点信号が消滅した後も同期を保持し、前記同期発振器の出力信号と同期しあるいは直交する単一あるいは複数の距離測定信号と、別に生成した方向測定信号を含む位置特定信号を生成し、前記生成した位置特定信号を含む無線信号を、前記基準局もしくは携帯端末に向けて、時分割で中継しあるいは再発信する。   In the position specifying device according to the present invention, a wireless signal including a position specifying request signal is intermittently transmitted from a portable terminal or a reference station, a relay station is provided, a starting point signal is reproduced from the received position specifying request signal, and a reproduced starting point is obtained. Signal and synchronous oscillating means are established with high accuracy, holding the synchronization even after the origin signal disappears, a single or a plurality of distance measurement signals synchronized with or orthogonal to the output signal of the synchronous oscillator, A position specifying signal including a separately generated direction measurement signal is generated, and a radio signal including the generated position specifying signal is relayed or retransmitted in a time division manner to the reference station or the mobile terminal.

前記基準局もしくは携帯端末では、受信した起点信号を再生し、再生した起点信号と同期発振手段とを高精度で同期を確立させ、前記起点信号が消滅した後も同期を高精度で保持して位相測定のためのクロック信号を生成し、前記複数の中継局から受信した位置特定信号を再生し、前記位置特定信号に含まれる距離測定信号と方向測定信号との位相を、前記クロック信号を用いて、高精度でしかもリアルタイムで測定し、前記測定結果から、三角法を適用して、前記携帯端末の位置を高精度で特定できる。
The reference station or portable terminal reproduces the received origin signal, establishes synchronization between the reproduced origin signal and the synchronous oscillating means with high accuracy, and maintains synchronization with high accuracy even after the origin signal disappears. A clock signal for measurement is generated, the position specifying signal received from the plurality of relay stations is reproduced, and the phase of the distance measurement signal and the direction measurement signal included in the position specifying signal is determined using the clock signal. The position of the portable terminal can be specified with high accuracy by measuring with high accuracy and in real time and applying the trigonometry from the measurement result.

本発明の位置特定装置では、長方形のサービスエリア内の長い辺に沿って移動する携帯端末の位置を、安価な装置を用いて、高精度で特定できる利点が得られる。
In the position specifying device of the present invention, there is an advantage that the position of the mobile terminal moving along the long side in the rectangular service area can be specified with high accuracy using an inexpensive device.

この発明に係わる位置特定装置は、図1、図4、図5および請求項1に本発明の第1の実施の形態を示すように、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いた位置特定装置において、前記無線信号を発信するための基準局101と、前記基準局101から発信される無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局102と、前記基準局101と中継局102とから発信されあるいは中継される無線信号を、長方形のサービスエリアの長い辺22a、22b内を移動しながら受信して、自局の位置を特定するための携帯端末103とから構成され、   As shown in FIG. 1, FIG. 4, FIG. 5 and claim 1, the position specifying device according to the present invention receives a radio signal which is an ultrasonic signal, a high frequency signal or an optical signal, as shown in the first embodiment of the present invention. In the position identification device used, the reference station 101 for transmitting the radio signal, and the relay station 102 for receiving the radio signal transmitted from the reference station 101 and relaying or retransmitting at the same frequency and time division And a radio signal transmitted from or relayed from the reference station 101 and the relay station 102 while moving in the long sides 22a and 22b of the rectangular service area to identify the position of the own station Terminal 103,

前記基準局101が、少なくとも、制御手段11aと、発信手段12aと、アンテナ切替手段14aと、複数のアンテナあるいは送受波器2a、2bとを有し、
前記制御手段11aが起点信号を生成し、前記アンテナ切替手段14aが、前記複数のアンテナあるいは送受波器2a、2bを周期的に切替え、前記発信手段12aが、少なくとも前記起点信号と、別に生成した方向測定信号とを含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記複数のアンテナあるいは送受波器2a、2bを介して空間に向けて発信し、前記複数のアンテナあるいは送受波器2a、2bが、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしは下方向に向け、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って設置され、
The reference station 101 includes at least a control unit 11a, a transmission unit 12a, an antenna switching unit 14a, and a plurality of antennas or transducers 2a and 2b.
The control unit 11a generates a starting signal, the antenna switching unit 14a periodically switches the plurality of antennas or the transducers 2a and 2b, and the transmitting unit 12a generates at least separately from the starting signal. A radio signal including a direction measurement signal is transmitted as a burst signal intermittently toward the space via the plurality of antennas or transducers 2a and 2b, and the plurality of antennas or transducers 2a and 2b. However, it is installed along the direction of the long side of the rectangular service area at an interval of one wavelength or less of the direction measurement signal and directing each directivity horizontally, diagonally downward, or downward.

前記中継局102が、少なくとも、受信手段13cと、制御手段11cと、発信手段12cと、アンテナ切替手段14cと、複数のアンテナあるいは送受波器2c、2dとを有し、
前記受信手段13cが、前記基準局101から発信された無線信号を、前記複数のアンテナあるいは送受波器2c、2dを介して空間から受信し、前記制御手段11cが、前記基準局101から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生して、前記起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記タイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、
The relay station 102 has at least receiving means 13c, control means 11c, transmitting means 12c, antenna switching means 14c, and a plurality of antennas or transducers 2c and 2d,
The receiving unit 13c receives a radio signal transmitted from the reference station 101 from the space via the plurality of antennas or transducers 2c and 2d, and the control unit 11c receives the radio signal received from the reference station 101. The start signal included in the signal is reproduced, the rising point, falling point, or zero crossing timing of the starting signal is detected, and synchronization with the starting signal is established instantaneously at the timing, and the synchronization is maintained. Generate the clock signal,

前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記複数のアンテナあるいは送受波器2c、2dが、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしは下方向に向け、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って、前記基準局101の複数のアンテナあるいは送受波器2a、2bと対向しあるいは結合するように設置され、前記アンテナ切替手段14cが、前記複数のアンテナあるいは送受波器2c、2dを周期的に切替え、前記発信手段12cが、少なくとも前記制御手段11cが生成した距離測定信号と、別に生成した方向測定信号とを含む無線信号を、時分割の間隔で、かつバースト信号として、前記複数のアンテナあるいは送受波器2c、2dを介して空間に向けて発信し、   A distance measurement signal that is synchronized with or orthogonal to the clock signal is generated, and the plurality of antennas or transducers 2c and 2d are arranged at intervals of one wavelength or less of the direction measurement signal and each directivity is set in the horizontal direction. , Facing diagonally downward, or downward, along the direction of the long side of the rectangular service area, so as to face or couple with a plurality of antennas or transducers 2a, 2b of the reference station 101, The antenna switching unit 14c periodically switches the plurality of antennas or the transducers 2c and 2d, and the transmitting unit 12c includes at least a distance measurement signal generated by the control unit 11c and a direction measurement signal generated separately. A radio signal including a signal is directed to space through the plurality of antennas or the transducers 2c and 2d as a burst signal at time-division intervals. The sending,

前記携帯端末103が、少なくとも、受信手段13bと、制御手段11bと、アンテナあるいは送受波器2eを有し、
前記受信手段13bが、前記基準局101と中継局102から発信された無線信号を、アンテナあるいは送受波器2eを介して空間から受信し、前記制御手段11bが、前記中継局102から受信した無線信号から距離測定信号を再生し、かつ前記基準局101と中継局102とから、各局の複数のアンテナあるいは送受波器に対応して、受信した方向測定信号を再生し、かつ前記基準局101から受信した起点信号を再生し、
The portable terminal 103 has at least a receiving unit 13b, a control unit 11b, and an antenna or a transducer 2e,
The receiving means 13b receives radio signals transmitted from the reference station 101 and the relay station 102 from space via an antenna or a transducer 2e, and the control means 11b receives radio signals received from the relay station 102. From the reference station 101 and the relay station 102, the direction measurement signal received from the reference station 101 corresponding to a plurality of antennas or transducers of each station, and the origin received from the reference station 101. Play the signal,

前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記タイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持してクロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として前記中継局102から受信し再生した距離測定信号の位相を測定した結果と、前記基準局101と中継局102から受信し再生した方向測定信号の位相を測定した結果とから、三角法によって、自局の位置を特定する。
The timing of the rising point, the falling point, or the zero crossing point of the reproduced starting point signal is detected, and the clock signal is generated while the synchronization is established instantaneously with the starting point signal at the timing, and the clock is generated. From the result of measuring the phase of the distance measurement signal received and reproduced from the relay station 102 with reference to the signal, and the result of measuring the phase of the direction measurement signal received and reproduced from the reference station 101 and the relay station 102, trigonometry To identify the location of the local station.

また、図2、図4、図5および請求項2に本発明の第2の実施の形態を示すように、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いた位置特定装置において、長方形のサービスエリアの長い辺22a、22b内を移動しながら無線信号を発信するための携帯端末103と、前記携帯端末103から発信される無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局102と、前記携帯端末103と中継局102とから発信されあるいは中継される無線信号を受信して、前記携帯端末103の位置を特定するための基準局101とから構成され、   Further, as shown in FIGS. 2, 4, 5 and 2 according to the second embodiment of the present invention, in the position specifying device using a radio signal which is an ultrasonic signal, a high frequency signal or an optical signal, The mobile terminal 103 for transmitting a radio signal while moving in the long sides 22a and 22b of the rectangular service area, and the radio signal transmitted from the mobile terminal 103 are received and relayed at the same frequency and in a time division manner. Alternatively, a relay station 102 for re-transmission and a reference station 101 for receiving a radio signal transmitted or relayed from the mobile terminal 103 and the relay station 102 and specifying the position of the mobile terminal 103 And

前記携帯端末103が、少なくとも、制御手段11bと、発信手段12bと、アンテナあるいは送受波器2eとを有し、
前記制御手段11bが、起点信号を生成し、前記発信手段12bが、少なくとも前記起点信号と、別に生成した方向測定信号とを含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記アンテナあるいは送受波器2eを介して空間に向けて発信し、
The portable terminal 103 includes at least a control unit 11b, a transmission unit 12b, and an antenna or a transducer 2e,
The control unit 11b generates a starting point signal, and the transmitting unit 12b transmits a radio signal including at least the starting point signal and a separately generated direction measurement signal as a burst signal intermittently to the antenna or transmission / reception wave. To the space via the device 2e,

前記中継局102が、少なくとも、複数のアンテナあるいは送受波器2c、2dと、アンテナ切替手段14cと、受信手段13cと、制御手段11cと、発信手段12cとを有し、
前記複数のアンテナあるいは送受波器2c、2dが、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしは下方向に向け設置され、前記アンテナ切替手段14cが、前記複数のアンテナあるいは送受波器2c、2dを時分割でかつ周期的に切替え、前記受信手段13cが、前記携帯端末101から発信された無線信号を、前記複数のアンテナあるいは送受波器2c、2dに対応して空間から受信し、前記制御手段11cが、前記携帯端末101から受信した無線信号に含まれる起点信号と方向測定信号を再生し、前記再生された方向測定信号の位相を測定した結果を位相の測定データとして生成し、
The relay station 102 includes at least a plurality of antennas or transducers 2c and 2d, an antenna switching unit 14c, a receiving unit 13c, a control unit 11c, and a transmitting unit 12c.
The plurality of antennas or transducers 2c and 2d are installed at an interval of one wavelength or less of the direction measurement signal, and the directivity of each is directed in a horizontal direction, a diagonally downward direction, or a downward direction. The switching unit 14c switches the plurality of antennas or the transducers 2c and 2d in a time-sharing and periodic manner, and the reception unit 13c transmits a radio signal transmitted from the portable terminal 101 to the plurality of antennas or the transmission / reception units. The control means 11c reproduces the origin signal and the direction measurement signal included in the radio signal received from the portable terminal 101, and receives the reproduced direction measurement signal. Generate the phase measurement result as phase measurement data,

かつ前記再生された起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記タイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記発信手段12cが、少なくとも前記制御手段11cが生成した、距離測定信号と、位相の測定データとを含む無線信号を、前記複数のアンテナあるいは送受波器2c、2dを介し、時分割の間隔で、かつバースト信号として発信し、   In addition, the timing of the rising point, the falling point, or the zero crossing point of the regenerated starting point signal is detected, and synchronization with the starting point signal is instantly established at the timing, and the clock signal is generated while maintaining the synchronization. , Generating a distance measurement signal that is synchronized with or orthogonal to the clock signal, and the transmitting means 12c generates at least the plurality of radio signals including the distance measurement signal and the phase measurement data generated by the control means 11c. Are transmitted as time-division intervals and burst signals via the antennas or the transducers 2c and 2d,

前記基準局101が、少なくとも、複数のアンテナあるいは送受波器2a、2bと、アンテナ切替手段14aと、受信手段13aと、制御手段11aとを有し、
前記複数のアンテナあるいは送受波器2a、2bが、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしは下方向に向け、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って、前記中継局102の複数のアンテナあるいは送受波器2c、2dと対向しあるいは結合するように設置され、
前記アンテナ切替手段14aが、前記複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替え、前記受信手段13aが、前記携帯端末101と中継局102から発信された無線信号を、前記複数のアンテナあるいは送受波器2a、2bに対応して空間から受信し、
The reference station 101 includes at least a plurality of antennas or transducers 2a and 2b, an antenna switching unit 14a, a receiving unit 13a, and a control unit 11a.
A rectangular service area in which the plurality of antennas or transducers 2a and 2b are spaced at an interval of one wavelength or less of the direction measurement signal and each directivity is directed in the horizontal direction, the diagonally downward direction, or the downward direction. Are installed so as to face or couple with the plurality of antennas or transducers 2c and 2d of the relay station 102 along the direction of the long side of
The antenna switching unit 14a periodically switches the plurality of antennas or transducers, and the reception unit 13a transmits radio signals transmitted from the mobile terminal 101 and the relay station 102 to the plurality of antennas or transducers. Receiving from space corresponding to the devices 2a and 2b,

前記制御手段11aが、前記携帯端末101から受信した無線信号に含まれる方向測定信号を再生し、かつ前記中継局102から受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、かつ前記中継局102が方向測定信号の位相を測定したデータを再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記タイミングで起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持してクロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として前記中継局102から受信し再生した距離測定信号の位相を測定した結果と、前記携帯端末103から受信し再生した方向測定信号の位相を測定した結果と、前記中継局102から受信し再生した位相の測定データとから、三角法によって、携帯端末の位置を特定する。   The control means 11a reproduces the direction measurement signal included in the radio signal received from the mobile terminal 101, reproduces the distance measurement signal included in the radio signal received from the relay station 102, and the relay station 102 Reproduces the data of which the phase of the direction measurement signal is measured, detects the rising point, falling point, or zero crossing timing of the reproduced starting signal, and establishes the synchronization with the starting signal instantaneously at the timing; and A clock signal is generated while maintaining synchronization, and a result of measuring the phase of the distance measurement signal received and reproduced from the relay station 102 based on the clock signal, and a direction measurement signal received and reproduced from the mobile terminal 103 The position of the mobile terminal is specified by trigonometry from the phase measurement result and the phase measurement data received from the relay station 102 and reproduced.

また、請求項3に示すように、前記携帯端末103が、複数の基準局から発信される無線信号を受信する場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、特定の基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を用いた位置特定の結果を荷重平均する。
また、請求項4に示すように、前記携帯端末103から発信された無線信号が複数の基準局によって受信される場合に、前記複数の基準局の間をアドホックネットワークで接続し、前記複数の基準局が受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比のデータを相互に交換し、前記複数の基準局の内から、特定の基準局を選定し、もしくは複数の基準局に対してタイムスロットを設定して選定し、前記選定された基準局が、配下の複数の中継局に対し、前記携帯端末を指定して中継動作を指令する。
Further, as shown in claim 3, when the mobile terminal 103 receives radio signals transmitted from a plurality of reference stations, the mobile terminal 103 receives a specific signal from the result of measuring the power or signal-to-noise ratio of the received radio signal. Select a reference station to identify the position, or load average the position identification results using a plurality of reference stations.
In addition, as described in claim 4, when a plurality of reference stations receive radio signals transmitted from the mobile terminal 103, the plurality of reference stations are connected by an ad hoc network and received by the plurality of reference stations. The radio signal power or signal-to-noise ratio data is exchanged with each other, and a specific reference station is selected from the plurality of reference stations, or a time slot is set for the plurality of reference stations and selected. The selected reference station designates the mobile terminal to instruct a relay operation to a plurality of relay stations under its control.

また、請求項5に示すように、前記制御手段が、起点信号再生手段、同期検出手段、同期発振手段、位置特定信号生成手段、位置特定信号再生手段、位相測定手段、位置特定手段、もしくはこれらの組み合わせである。
また、請求項6に示すように、前記起点信号、距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの組合せが、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
According to a fifth aspect of the present invention, the control means includes an origin signal reproducing means, a synchronization detecting means, a synchronous oscillating means, a position specifying signal generating means, a position specifying signal reproducing means, a phase measuring means, a position specifying means, or these It is a combination.
According to a sixth aspect of the present invention, the origin signal, the distance measurement signal, the direction measurement signal, or a combination thereof is a carrier signal, a subcarrier signal, a modulation signal, a spread spectrum code, or a combination thereof.

また、請求項7に示すように、前記携帯端末もしくは基準局において、無線信号を間欠発信する間隔を、内部に設けた自励発振器を用いて制御することによって、複数の携帯端末あるいは基準局から無線信号を非同期で間欠発信し、あるいは前記携帯端末の移動速度に応じて間欠発信する間隔を制御することで、無線信号を効率的に活用する。
また、請求項8に示すように、前記起点信号、方向測定信号、距離測定信号、もしくはこれらの組合せが、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みの少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the portable terminal or the reference station, a radio signal is transmitted from a plurality of portable terminals or reference stations by controlling the interval at which the radio signal is intermittently transmitted using a self-excited oscillator provided therein. Is transmitted intermittently asynchronously or by controlling the interval of intermittent transmission according to the moving speed of the portable terminal, the wireless signal is efficiently utilized.
Further, as described in claim 8, when the origin signal, the direction measurement signal, the distance measurement signal, or a combination thereof is a carrier signal or a subcarrier signal of a radio signal, a band with less direct group delay distortion In the case of a modulated signal obtained by passing a pass filter or modulating a carrier signal or subcarrier signal of a radio signal, an analog demodulator with a small delay error or a digital demodulator with a small delay error using a high frequency clock signal is used. After demodulation, reproduction is performed through the band-pass filter.

また、請求項9に示すように、前記同期発振手段が、基準発振器によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信手段によって受信され、起点信号再生手段によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段によって少なくとも16MHz以上の周波数のクロック信号を用いて検出し、前記検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も、比較的に長時間同期を保持できる。   Further, according to a ninth aspect of the present invention, the synchronous oscillating means is constituted by a set or reset counter or a numerically controlled oscillator driven by a reference oscillator, received by the receiving means, and demodulated by a starting point signal reproducing means. The timing of the rising point, falling point, or zero-crossing point of the start signal reproduced or reproduced is detected using a clock signal having a frequency of at least 16 MHz by the synchronization detection means, and the counter or numerical value is detected at the detected timing. By setting or resetting the controlled oscillator, it is possible to establish synchronization with the starting signal in a short time, and to maintain synchronization for a relatively long time even after the starting signal disappears.

また、請求項10に示すように、前記携帯端末、中継局、基準局、もしくはこれらの組合せが、無線信号の伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置特定の結果をフイルタリングし、補正し、あるいは補完する。
また、請求項11に示すように、前記基準局と中継局との複数組が、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って、背中合わせにして直列に設置され、もしくは同一方向に向けて直列に設置される。
The mobile terminal, the relay station, the reference station, or a combination thereof includes a quality detection unit that detects quality of a propagation path of a radio signal, and the quality detection unit is configured to receive the reception signal. The channel quality is analyzed from the result of measuring the power or signal-to-noise ratio of the radio signal received by the means, and the position specifying result is filtered, corrected or supplemented.
Further, as shown in claim 11, a plurality of sets of the reference station and the relay station are installed in series back to back along the long side direction of the rectangular service area, or in series in the same direction. Installed.

また、請求項12に示すように、前記基準局をノードとして中継局との間でネットワークを構成し、前記ネットワークを、周辺の基準局もしくは外部と、有線回線もしくは無線回線を介して接続し、少なくとも、前記携帯端末の位置を特定するために必要な情報の交換を行なう。
また、請求項13に示すように、前記長方形のサービスエリアの長い辺が、道路脇の歩道であり、横断歩道であり、もしくは歩行者の移動エリアである。
Further, as shown in claim 12, a network is configured with a relay station using the reference station as a node, the network is connected to a peripheral reference station or the outside via a wired line or a wireless line, and at least, Information necessary for specifying the position of the portable terminal is exchanged.
According to a thirteenth aspect of the present invention, the long side of the rectangular service area is a sidewalk, a pedestrian crossing, or a pedestrian movement area.

(実施の形態1)
図1、図4、図5は本発明の第1の実施の形態による位置特定装置の構成図である。図1、図4、図5において、101は基準局、102は中継局、103は携帯端末、21a〜21dは無線信号の伝搬経路、22a、22bはサービスエリアの境界線、11a〜11cは制御手段、12a〜12cは発信手段、13a〜13cは受信手段、14a、14bはアンテナ切替手段、2a、2bは基準局101のアンテナ、2c、2dは中継局のアンテナ、2eは携帯端末103のアンテナ、
(Embodiment 1)
1, FIG. 4, and FIG. 5 are configuration diagrams of a position specifying device according to the first embodiment of the present invention. 1, 4, and 5, 101 is a reference station, 102 is a relay station, 103 is a portable terminal, 21a to 21d are radio signal propagation paths, 22a and 22b are service area boundaries, and 11a to 11c are control means. , 12a to 12c are transmitting means, 13a to 13c are receiving means, 14a and 14b are antenna switching means, 2a and 2b are antennas of the reference station 101, 2c and 2d are antennas of the relay station, 2e is an antenna of the mobile terminal 103,

31は基準発振器、32は位置特定手段、33は位相測定手段、34は位置特定信号再生手段、35は起点信号生成手段、36は同期発振器、37は位置特定信号生成手段、38は位相同期発振器、39は同期検出手段、40は起点信号再生手段、41、42は接続端子である。   31 is a reference oscillator, 32 is a position specifying means, 33 is a phase measuring means, 34 is a position specifying signal reproducing means, 35 is a starting signal generating means, 36 is a synchronous oscillator, 37 is a position specifying signal generating means, and 38 is a phase synchronous oscillator. , 39 are synchronization detection means, 40 is a starting point signal reproduction means, and 41 and 42 are connection terminals.

無線信号を用いた位置特定装置において、前記無線信号を発信するための基準局101と、前記基準局101から発信される無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局102と、前記基準局101と中継局102から発信されあるいは中継される無線信号を、長方形のサービスエリアの長い辺22a、22b内を移動しながら受信して、自局の位置を特定するための携帯端末103とから構成され、   In a position specifying device using a radio signal, a reference station 101 for transmitting the radio signal and a radio signal transmitted from the reference station 101 are received and relayed or retransmitted at the same frequency and in time division To receive the relay station 102 and the radio signals transmitted or relayed from the reference station 101 and the relay station 102 while moving in the long sides 22a and 22b of the rectangular service area, and to identify the position of the own station Mobile terminal 103,

前記基準局101が、少なくとも、起点信号生成手段35から構成される制御手段11aと、複数のアンテナ2a、2bと、アンテナ切替手段14aと、発信手段12aとを有し、
前記起点信号生成手段35が、起点信号を生成し、前記アンテナ切替手段14aが、前記複数のアンテナ2a、2bを周期的に切替え、前記発信手段12aが、少なくとも前記起点信号生成手段35が生成した起点信号と、別に生成したシステム同期信号と識別信号とを含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記複数のアンテナ2a、2bを介して空間に向けて発信し、前記複数のアンテナ2a、2bが、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしは下方向に向け、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って設置され、
The reference station 101 includes at least a control unit 11a including a starting point signal generation unit 35, a plurality of antennas 2a and 2b, an antenna switching unit 14a, and a transmission unit 12a.
The starting signal generating means 35 generates a starting signal, the antenna switching means 14a periodically switches the plurality of antennas 2a and 2b, and the transmitting means 12a is generated by at least the starting signal generating means 35. A radio signal including an origin signal, a separately generated system synchronization signal and an identification signal is transmitted as a burst signal intermittently toward the space via the plurality of antennas 2a and 2b, and the plurality of antennas 2a. 2b is installed along the long side direction of the rectangular service area at intervals of one wavelength or less of the direction measurement signal and directing each directivity horizontally, obliquely downward, or downward. And

前記中継局102が、少なくとも、受信手段13cと、起点信号再生手段35と同期検出手段39と同期発振手段36と位置特定信号生成手段37とから構成される制御手段11cと、発信手段12cと、アンテナ切替手段14cと、複数のアンテナ2c、2dとを有し、
前記受信手段13cが、前記基準局101から発信された無線信号を、前記複数のアンテナ2c、2dを介して空間から受信し、前記起点信号再生手段35が、前記基準局から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記同期検出手段39が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段36が、前記タイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、
The relay station 102 includes at least a receiving unit 13c, a starting point signal reproducing unit 35, a synchronous detecting unit 39, a synchronous oscillating unit 36, and a position specifying signal generating unit 37, a transmitting unit 12c, An antenna switching means 14c and a plurality of antennas 2c, 2d;
The receiving unit 13c receives a radio signal transmitted from the reference station 101 from the space via the plurality of antennas 2c and 2d, and the origin signal reproducing unit 35 is included in the radio signal received from the reference station. The starting point signal is reproduced, the synchronization detecting unit 39 detects the timing of the rising point, the falling point, or the zero crossing point of the reproduced starting point signal, and the synchronous oscillating unit 36 instantaneously synchronizes with the starting point signal at the timing. To establish and maintain synchronization, generate a clock signal,

前記位置特定信号生成手段37が、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、前記複数のアンテナ2c、2dが、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしは下方向に向け、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って、前記基準局101の複数のアンテナ2a、2bと対向しあるいは結合するように設置され、前記アンテナ切替手段14cが、前記複数のアンテナ2c、2dを時分割でかつ周期的に切替え、前記発信手段12cが、少なくとも前記位置特定信号生成手段37が生成した距離測定信号と、方向測定信号と、システム同期信号と、識別信号とを含む無線信号を、時分割の間隔でかつバースト信号として、前記複数のアンテナ2c、2dを介して空間に向けて発信し、     The position specifying signal generation unit 37 generates a distance measurement signal that is synchronized with or orthogonal to the clock signal, and the plurality of antennas 2c and 2d are spaced at an interval of one wavelength or less of the direction measurement signal and each directivity The antenna is installed so as to face or couple with the plurality of antennas 2a and 2b of the reference station 101 along the direction of the long side of the rectangular service area. The antenna switching unit 14c switches the plurality of antennas 2c and 2d in a time-sharing and periodic manner, and the transmission unit 12c generates at least a distance measurement signal and a direction measurement signal generated by the position specifying signal generation unit 37. A radio signal including a system synchronization signal and an identification signal as a burst signal at time-division intervals and through the plurality of antennas 2c and 2d. Disseminating to,

前記携帯端末が、少なくとも、受信手段13bと、起点信号再生手段40と位置特定信号再生手段34と同期検出手段39と同期発振手段36と位相測定手段33と位置特定手段32とから構成される制御手段11bと、アンテナ2eとを有し、
前記受信手段13bが、前記基準局101と中継局102から発信された無線信号を、アンテナ2eを介して空間から受信し、前記位置特定信号再生手段34が、前記中継局102から受信した無線信号から距離測定信号を再生し、かつ前記基準局101と中継局102とから、各局の複数のアンテナに対応して、受信した無線信号から方向測定信号を再生し、かつ前記起点信号再生手段40が、前記基準局101から受信した無線信号から起点信号を再生し、
A control in which the portable terminal comprises at least a receiving means 13b, an origin signal reproducing means 40, a position specifying signal reproducing means 34, a synchronization detecting means 39, a synchronous oscillation means 36, a phase measuring means 33, and a position specifying means 32. Means 11b and antenna 2e;
The receiving unit 13b receives a radio signal transmitted from the reference station 101 and the relay station 102 from space via the antenna 2e, and the position specifying signal reproducing unit 34 receives the radio signal received from the relay station 102. A distance measurement signal is reproduced, and a direction measurement signal is reproduced from the received radio signal corresponding to a plurality of antennas of each station from the reference station 101 and the relay station 102, and the origin signal reproduction means 40 includes Reproduce the origin signal from the radio signal received from the reference station 101,

前記同期検出手段39が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段36が、前記タイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記位相測定手段33が、前記クロック信号を基準として、前記中継手段から受信し再生した距離測定信号の位相を測定した結果と、前記基準局101と中継局102とから受信し再生した方向測定信号の位相を測定した結果とから、前記位置特定手段32が、三角法によって、自局の位置を特定する。   The synchronization detection means 39 detects the timing of the rising point, falling point, or zero crossing of the reproduced starting signal, and the synchronous oscillating means 36 instantly establishes synchronization with the starting signal at the timing, The phase measurement unit 33 measures the phase of the distance measurement signal received from the relay unit and reproduced using the clock signal as a reference, and the reference station 101 From the result of measuring the phase of the direction measurement signal received and reproduced from the relay station 102, the position specifying means 32 specifies the position of the own station by trigonometry.

なお、前記携帯端末が、複数の基準局から発信される無線信号を受信する場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、特定の基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を用いた位置特定の結果を荷重平均することで、位置特定精度を改善することができる。
また、前記携帯端末103もしくは基準局101において、無線信号を間欠発信する間隔を、内部に設けた自励発振器を用いて制御することによって、複数の携帯端末あるいは複数の基準局から無線信号を非同期で発信し、あるいは前記携帯端末の移動速度に応じて間欠発信の間隔を制御することで、無線信号を効率的に活用できる。
また、前記起点信号、距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの組合せが、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せである。
When the mobile terminal receives radio signals transmitted from a plurality of reference stations, the position of the position is determined by selecting a specific reference station from the result of measuring the power of the received radio signal or the signal-to-noise ratio. It is possible to improve the position specifying accuracy by performing or performing load average of the position specifying results using a plurality of reference stations.
Further, the mobile terminal 103 or the reference station 101 asynchronously transmits a radio signal from a plurality of mobile terminals or a plurality of reference stations by controlling the interval at which the radio signal is intermittently transmitted using a self-excited oscillator provided therein. Alternatively, by controlling the interval of intermittent transmission according to the moving speed of the portable terminal, it is possible to efficiently use the radio signal.
The origin signal, the distance measurement signal, the direction measurement signal, or a combination thereof is a carrier signal, a subcarrier signal, a modulation signal, a spread spectrum code, or a combination thereof.

また、前記起点信号再生手段40もしくは位置特定信号再生手段34において、前記起点信号もしくは位置特定信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みの少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生することで、位置特定精度を向上させることができる。   Further, in the starting point signal reproducing means 40 or the position specifying signal reproducing means 34, when the starting point signal or the position specifying signal is a carrier signal or subcarrier signal of a radio signal, a band pass filter with less direct group delay distortion is provided. Or a modulated signal obtained by modulating a carrier signal or subcarrier signal of a radio signal, demodulated by an analog demodulator with a small delay error or a digital demodulator with a small delay error using a high-frequency clock signal The position specifying accuracy can be improved by reproducing through the band pass filter later.

また、前記同期発振手段36が、基準発振器31によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信手段13cによって受信され、起点信号再生手段40によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段39によって少なくとも16MHz以上のサンプリング周波数を用いて検出し、前記検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持することができる。   The synchronous oscillating means 36 is composed of a counter with a set or reset or a numerically controlled oscillator driven by a reference oscillator 31. The synchronous oscillating means 36 is received by the receiving means 13c and demodulated or reproduced by a starting signal reproducing means 40. The timing of the rising point, falling point, or zero crossing of the starting point signal is detected by the synchronization detecting means 39 using a sampling frequency of at least 16 MHz, and the counter or numerically controlled oscillator is set at the detected timing. Alternatively, by resetting, the synchronization with the starting signal can be established in a short time, and the synchronization can be maintained for a relatively long time after the starting signal disappears.

また、前記携帯端末103、中継局102、基準局101、もしくはこれらの組合せが、無線信号の伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置特定の結果をフイルタリングし、補正し、あるいは補完する。
また、前記基準局101と中継局102との複数組が、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って、背中合わせにして直列に設置され、もしくは同一方向に向けて直列に設置することで、更に広範囲のエリアをサービスできる。
In addition, the mobile terminal 103, the relay station 102, the reference station 101, or a combination thereof includes quality detection means for detecting the quality of the propagation path of the radio signal, and the quality detection means receives the radio signal received by the reception means. The line quality is analyzed from the result of measuring the signal power or the signal-to-noise ratio, and the position determination result is filtered, corrected, or supplemented.
Further, a plurality of sets of the reference station 101 and the relay station 102 are installed in series back to back along the direction of the long side of the rectangular service area, or in series in the same direction. Can serve a wide area.

また、前記基準局101と中継局102との複数組が、アドホックネットワークを構成し、前記位置特定に必要な情報を交換することができる。また、ノードを設けて外部の通信回線にリンクすることも可能となる。
また、前記基準局101と基準局101、基準局101と中継局102、中継局102と中継局102、もしくはこれらの複数組の組み合わせが、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って、背中合わせに、もしくは直列に、設置されることで、更に広いエリアをカバーすることができる。
Further, a plurality of sets of the reference station 101 and the relay station 102 can form an ad hoc network and exchange information necessary for the location specification. It is also possible to link to an external communication line by providing a node.
In addition, the reference station 101 and the reference station 101, the reference station 101 and the relay station 102, the relay station 102 and the relay station 102, or a combination of a plurality of these sets may be back-to-back along the long side direction of the rectangular service area, or By installing in series, a wider area can be covered.

また、前記長方形のサービスエリアの長い辺22a、22bが、道路脇の歩道であり、横断歩道であり、屋内の通路あるいは廊下であり、もしくは歩行者の移動エリアであるものとする。

また、前記携帯端末103が、複数の基準局から発信される無線信号を受信する場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、特定の基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を用いた位置特定の結果を荷重平均する。
The long sides 22a and 22b of the rectangular service area are sidewalks on the road, pedestrian crossings, indoor passages or hallways, or pedestrian movement areas.

In addition, when the mobile terminal 103 receives radio signals transmitted from a plurality of reference stations, the mobile terminal 103 selects a specific reference station from the result of measuring the power of the received radio signal or the signal-to-noise ratio and specifies the position. Or load average the results of location determination using multiple reference stations.

(実施の形態2)
図2、図4、図5は本発明の第2の実施の形態による位置特定装置の構成図である。図2、図4、図5において、101は基準局、102は中継局、103は携帯端末、21a〜21dは無線信号の伝搬経路、22a、22bはサービスエリアの長い辺の境界線、11a〜11cは制御手段、12a〜12cは発信手段、13a〜13cは受信手段、14a、14bはアンテナ切替手段、2a、2bは基準局101のアンテナ、2c、2dは中継局のアンテナ、2eは携帯端末103のアンテナ、
(Embodiment 2)
2, 4 and 5 are configuration diagrams of a position specifying device according to the second embodiment of the present invention. 2, 4, and 5, 101 is a reference station, 102 is a relay station, 103 is a portable terminal, 21a to 21d are radio signal propagation paths, 22a and 22b are long lines of service areas, and 11a to 11c. Is a control means, 12a to 12c are transmission means, 13a to 13c are reception means, 14a and 14b are antenna switching means, 2a and 2b are antennas of the reference station 101, 2c and 2d are antennas of the relay station, 2e is an antenna of the mobile terminal 103 antenna,

21a〜21cは無線信号の伝搬路、31は基準発振器、32は位置特定手段、33は位相測定手段、34は位置特定信号再生手段、35は起点信号生成手段、36は同期発振器、37は位置特定信号生成手段、38は位相同期発振器、39は同期検出手段、40は起点信号再生手段、41、42は接続端子である。   21a to 21c are radio signal propagation paths, 31 is a reference oscillator, 32 is position specifying means, 33 is phase measuring means, 34 is position specifying signal reproducing means, 35 is origin signal generating means, 36 is a synchronous oscillator, and 37 is position. The specific signal generating means, 38 is a phase-locked oscillator, 39 is a synchronization detecting means, 40 is a starting point signal reproducing means, and 41 and 42 are connection terminals.

無線信号を用いた位置特定装置において、長方形のサービスエリアの長い辺22a、22b内を移動しながら無線信号を発信するための携帯端末103と、前記携帯端末から発信される無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局102と、前記携帯端末103と中継局102とから発信されあるいは中継された無線信号を受信して、前記携帯端末の位置を特定するための基準局101とから構成され、   In the position specifying device using the radio signal, the mobile terminal 103 for transmitting the radio signal while moving in the long sides 22a and 22b of the rectangular service area, and the radio signal transmitted from the mobile terminal are received. Relay station 102 for relaying or retransmitting at the same frequency and in time division, and receiving a radio signal transmitted or relayed from portable terminal 103 and relay station 102 to identify the position of the portable terminal And a reference station 101 for

前記携帯端末102が、少なくとも、起点信号生成手段35から構成される制御手段11bと、発信手段12bと、アンテナ2eとを有し、前記携帯端末103から発信される起点信号と方向測定信号が、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであり、
前記起点信号生成手段35が起点信号を生成し、前記発信手段12bが、少なくとも、前記起点信号生成手段35で生成した起点信号と、別に生成した方向測定信号とシステム同期信号と識別信号とを含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記アンテナ2eを介して空間に向けて発信し、
The mobile terminal 102 includes at least a control unit 11b including a starting point signal generating unit 35, a transmitting unit 12b, and an antenna 2e. The starting point signal and the direction measurement signal transmitted from the portable terminal 103 are: Carrier signal, subcarrier signal, modulation signal, spread spectrum code, or a combination thereof,
The starting signal generating unit 35 generates a starting point signal, and the transmitting unit 12b includes at least a starting point signal generated by the starting point signal generating unit 35, a separately generated direction measurement signal, a system synchronization signal, and an identification signal. A radio signal is transmitted as a burst signal intermittently toward the space via the antenna 2e,

前記中継局102が、少なくとも、複数のアンテナ2c、2dと、アンテナ切替手段14cと、受信手段13cと、位置特定信号再生手段37と位相測定手段33と位置特定手段32と起点信号再生手段40と同期検出手段39と同期発振手段36と位置特定信号生成手段34とから構成される制御手段1cと、発信手段12cとを有し、
前記複数のアンテナ2c、2dが、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしくは下方向に向け設置され、前記アンテナ切替手段14cが、前記複数のアンテナ2c、2dを時分割でかつ周期的に切替え、前記受信手段13cが、前記携帯端末103から発信された無線信号を、前記複数のアンテナ2c、2dに対応して空間から受信し、
The relay station 102 includes at least a plurality of antennas 2c, 2d, antenna switching means 14c, receiving means 13c, position specifying signal reproducing means 37, phase measuring means 33, position specifying means 32, and origin signal reproducing means 40. A control unit 1c including a synchronization detection unit 39, a synchronization oscillation unit 36, and a position specifying signal generation unit 34; and a transmission unit 12c.
The plurality of antennas 2c and 2d are installed with an interval of one wavelength or less of the direction measurement signal and with each directivity oriented in a horizontal direction, a diagonally downward direction, or a downward direction, and the antenna switching unit 14c includes: The plurality of antennas 2c and 2d are switched in a time-sharing and periodic manner, and the receiving means 13c receives a radio signal transmitted from the mobile terminal 103 from a space corresponding to the plurality of antennas 2c and 2d. ,

前記位置特定信号再生手段37が、前記携帯端末103から受信した無線信号含まれる方向測定信号を再生し、位相測定手段33が、前記再生された方向測定信号の位相を測定し、位置特定手段32が、前記測定した方向測定信号の位相をデータに変換し、一方、前記起点信号再生手段40が、前記携帯端末103から受信した無線信号から起点信号を再生し、前記同期検出手段39が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、   The position specifying signal reproducing means 37 reproduces the direction measurement signal included in the radio signal received from the mobile terminal 103, the phase measuring means 33 measures the phase of the reproduced direction measuring signal, and the position specifying means 32. Converts the phase of the measured direction measurement signal into data, while the origin signal reproduction means 40 reproduces the origin signal from the radio signal received from the portable terminal 103, and the synchronization detection means 39 Detect the rising point, falling point, or zero crossing timing of the replayed origin signal,

前記同期発振手段36が、前記タイミングで起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ起点信号が消滅した後も高精度に同期を保持して、クロック信号を生成し、前記位置特定信号生成手段34が、前記クロック信号に同期しあるいは直交した距離測定信号を生成し、前記発信手段12cが、少なくとも前記位置特定信号生成手段34が生成した距離測定信号と、前記位置特定手段32が変換した位相のデータとを含む無線信号を、時分割の間隔でかつバースト信号として、前記複数のアンテナ2c、2dを介して空間に向けて発信し、   The synchronous oscillating means 36 instantly establishes synchronization with the starting point signal at the timing, and maintains the synchronization with high accuracy even after the starting point signal disappears, generates a clock signal, and the position specifying signal generating means 34 Generates a distance measurement signal that is synchronized with or orthogonal to the clock signal, and the transmitting means 12c has at least the distance measurement signal generated by the position specifying signal generating means 34 and the phase converted by the position specifying means 32. A radio signal including data is transmitted toward the space through the plurality of antennas 2c and 2d as time-division intervals and burst signals.

前記基準局101が、少なくとも、複数のアンテナ2a、2bと、アンテナ切替手段14aと、受信手段13aと、起点信号再生手段40と同期検出手段39と同期発振手段36と位置特定信号再生手段34と位相測定手段33と位置特定手段32とから構成される制御手段11aとを有し、
前記複数のアンテナ2a、2bが、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしは下方向に向け、長方形のサービスエリアの長辺22a、22bの方向に沿って、前記中継手段102の複数のアンテナと対向しあるいは結合するように設置され、
The reference station 101 has at least a plurality of antennas 2a, 2b, antenna switching means 14a, receiving means 13a, origin signal reproducing means 40, synchronization detecting means 39, synchronous oscillating means 36, position specifying signal reproducing means 34, and phase. A control unit 11a including a measuring unit 33 and a position specifying unit 32;
The plurality of antennas 2a and 2b are spaced at an interval of one wavelength or less of the direction measurement signal, and each directivity is directed in the horizontal direction, the diagonally downward direction, or the downward direction, and the long side 22a of the rectangular service area. , 22b along the direction of 22b, so as to face or couple with the plurality of antennas of the relay means 102,

前記アンテナ切替手段14aが、前記複数のアンテナ2a、2bを周期的に切替え、前記受信手段13aが、前記携帯端末103と中継局102とから発信された無線信号を、前記複数のアンテナ2a、2bに対応して空間から受信し、前記位置特定信号再生手段34が、前記携帯端末103から、前記複数のアンテナあるいは送受波器2a、2bに対応して、受信した方向測定信号を再生し、かつ前記中継局102から受信した距離測定信号を再生し、かつ前記中継局102が測定した方向測定信号の位相のデータを再生し、   The antenna switching unit 14a periodically switches the plurality of antennas 2a and 2b, and the reception unit 13a transmits a radio signal transmitted from the mobile terminal 103 and the relay station 102 to the plurality of antennas 2a and 2b. The position specifying signal reproducing means 34 reproduces the received direction measurement signal from the portable terminal 103 corresponding to the plurality of antennas or the transducers 2a and 2b, and Reproducing the distance measurement signal received from the relay station 102, and reproducing the phase data of the direction measurement signal measured by the relay station 102,

前記起点信号再生手段40が、前記携帯端末103から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記同期検出手段39が、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記同期発振手段36が、前記タイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記位相測定手段33が、前記クロック信号を基準として前記中継手段102から受信し再生した距離測定信号の位相を測定し、   The origin signal reproduction means 40 reproduces the origin signal included in the radio signal received from the portable terminal 103, and the synchronization detection means 39 detects the rising point, the falling point, or the zero crossing point of the reproduced origin signal. When the timing is detected, the synchronous oscillating means 36 instantaneously establishes synchronization with the starting signal at the timing and maintains the synchronization to generate a clock signal, and the phase measuring means 33 generates the clock signal. Measuring the phase of the distance measurement signal received and reproduced from the relay means 102 as a reference,

なお、前記携帯端末から発信された無線信号が複数の基準局によって受信される場合に、前記複数の基準局の間をアドホックネットワークで接続し、前記複数の基準局が受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比のデータを相互に交換し、前記複数の基準局の内から、特定の基準局を選定し、もしくは複数の基準局に対してタイムスロットを設定して選定し、前記選定された基準局が、配下の複数の中継局に対し、前記携帯端末を指定して中継動作を指令することで、前記携帯端末103が、間欠発信のとき以外はスリープ状態とし、電池の消耗を避け、寿命を延長できる。
Note that when a plurality of reference stations receive radio signals transmitted from the mobile terminal, the plurality of reference stations are connected by an ad hoc network, and the power or signal-to-noise of the radio signals received by the plurality of reference stations Ratio data is mutually exchanged, and a specific reference station is selected from among the plurality of reference stations, or a time slot is set for a plurality of reference stations, and the selected reference station is selected by a plurality of subordinate stations. By designating the mobile terminal and instructing the relay operation to the relay station, the mobile terminal 103 is put into a sleep state except for intermittent transmission, thereby avoiding battery consumption and extending the life.

図3は本発明の第1および第2の実施の形態による位置算出の説明図であり、101は基準局、102は中継局、103は携帯端末、201aは基準局と中継局との間の距離(La)、201bは基準局と携帯端末との間の距離(Lb)、201cは中継局と携帯端末との間の距離(Lc)、202aは基準局から見た携帯端末の方向(αa)、202bは中継局から見た携帯端末の方向(αb)、203xは基準局を基点とするX軸の座標(Lx)、203yは基準局を基点とするY軸の座標(Ly)である。   FIG. 3 is an explanatory diagram of position calculation according to the first and second embodiments of the present invention, where 101 is a reference station, 102 is a relay station, 103 is a mobile terminal, and 201a is a distance between the reference station and the relay station ( La), 201b is the distance (Lb) between the reference station and the mobile terminal, 201c is the distance (Lc) between the relay station and the mobile terminal, 202a is the direction (αa) of the mobile terminal viewed from the reference station, 202b is The direction (αb) of the mobile terminal viewed from the relay station, 203x is the X-axis coordinate (Lx) with the base station as the base point, and 203y is the Y-axis coordinate (Ly) with the base station as the base point.

図1、図2において、基準局101から中継局102を経由して携帯端末103までの距離(La+Lc)と、基準局101から携帯端末103までの距離Lb)との差ΔLと、方向(αa)と、方向(αb)とが測定できるので、ΔL=(La+Lc)−(Lb)であり、基準局101を基点とする座標(Lx)、(Ly)は下記の式により算出される。   1 and 2, the difference ΔL between the distance (La + Lc) from the reference station 101 via the relay station 102 to the portable terminal 103 and the distance Lb from the reference station 101 to the portable terminal 103, and the direction (αa) , And the direction (αb) can be measured, ΔL = (La + Lc) − (Lb), and the coordinates (Lx) and (Ly) based on the reference station 101 are calculated by the following equations.

(Lx)=(La)−ΔL{Cos(αa)*Cos(αb)}/{Cos(αa)+Cos(αb)}
(Ly)=(La)*tan(αa)−ΔL{Sin(αa)*Cos(αb)}/{Cos(αa)+Cos(αb)}
=ΔL{Cos(αa)*Sin(αb)}/{Cos(αa)+Cos(αb)}
なお、(Ly)については、両方の式について計算し、平均値を求めることで、位置特定誤差を軽減できる。
(Lx) = (La) −ΔL {Cos (αa) * Cos (αb)} / {Cos (αa) + Cos (αb)}
(Ly) = (La) * tan (αa) −ΔL {Sin (αa) * Cos (αb)} / {Cos (αa) + Cos (αb)}
= ΔL {Cos (αa) * Sin (αb)} / {Cos (αa) + Cos (αb)}
Note that (Ly) can be calculated for both equations, and the average value can be obtained to reduce the position specifying error.

一方、長方形のサービスエリア内では、方向(αa)(αb)ともに0度に近い値となるので、下記の近似式が適用できる。
(Lx)=(La)−ΔL/2
(Ly)=Sin(αa){(La)−ΔL/2}=Sin(αb){ΔL/2}
また、周辺に障害物あるいは反射体が存在すると、方向の測定に誤差を生じるので、複数回の測定から、移動平均を求めることで誤差を縮減する必要がある。
On the other hand, in the rectangular service area, both directions (αa) and (αb) are close to 0 degrees, and therefore the following approximate expression can be applied.
(Lx) = (La) −ΔL / 2
(Ly) = Sin (αa) {(La) −ΔL / 2} = Sin (αb) {ΔL / 2}
Further, if there are obstacles or reflectors in the vicinity, an error occurs in the direction measurement. Therefore, it is necessary to reduce the error by obtaining a moving average from a plurality of measurements.

図6は、本発明の位置特定装置のタイミングチャートであり、71aは基準局101で生成される起点信号、71bは中継局102で再生される起点信号、71cは携帯端末103で再生される起点信号、72aは基準局101から中継局102に向けた伝搬経路、72bは基準局101から携帯端末103に向けた伝搬経路、   FIG. 6 is a timing chart of the position specifying apparatus according to the present invention, in which 71a is a starting point signal generated by the reference station 101, 71b is a starting point signal reproduced by the relay station 102, and 71c is a starting point signal reproduced by the mobile terminal 103. , 72a is a propagation path from the reference station 101 to the relay station 102, 72b is a propagation path from the reference station 101 to the portable terminal 103,

73aは時分割同時送受信の間隔77aを経過後、中継局102から発信される位置特定信号、73bは携帯端末103で再生した位置特定信号、74は中継局102から携帯端末103に向けた伝搬経路、75は基準局101から受信した起点信号と中継局102から受信した位置特定信号との位相差、81a〜81cは起点信号の時間軸、81a、82bは位置特定信号の時間軸である。   73a is a position specifying signal transmitted from the relay station 102 after elapse of the time-division simultaneous transmission / reception interval 77a, 73b is a position specifying signal reproduced by the mobile terminal 103, and 74 is a propagation path from the relay station 102 to the mobile terminal 103. , 75 are phase differences between the origin signal received from the reference station 101 and the position specifying signal received from the relay station 102, 81a to 81c are time axes of the origin signal, and 81a and 82b are time axes of the position specifying signal.

前記基準局101から発信される起点信号71aをASin(2πf1t)とすると、前記起点信号71aが、距離La(m)の伝搬経路72aを伝搬し、前記中継局102で再生されると、BSin{2πf1t+(2πLa(f1/C)}に位相が変化する。
前記再生された起点信号71bと、同期確立誤差がゼロで同期した位置特定信号73aを生成すると、生成された位置特定信号73aは、同じくBSin{2πf1t+(2πL1(fa/C)}で表される。
Assuming that the starting signal 71a transmitted from the reference station 101 is ASin (2πf1t), the starting signal 71a propagates through the propagation path 72a of the distance La (m) and is reproduced by the relay station 102, so that BSin {2πf1t + The phase changes to (2πLa (f1 / C)}.
When the position specifying signal 73a synchronized with the reproduced starting signal 71b and the synchronization establishment error is zero is generated, the generated position specifying signal 73a is also represented by BSin {2πf1t + (2πL1 (fa / C)}. .

前記時分割の間隔77a後に、前記生成された位置特定信号73aが、前記中継局102から発信され、距離Lc(m)の伝搬経路74aを伝搬し、前記携帯端末103で再生される位置特定信号75aは、CSin{2πf1t+(La+Lc)(2πf1)/C)}で表わされる。ここで、Cは光の速度とする。   After the time division interval 77a, the generated position specifying signal 73a is transmitted from the relay station 102, propagates through the propagation path 74a of the distance Lc (m), and is reproduced by the mobile terminal 103. 75a is represented by CSin {2πf1t + (La + Lc) (2πf1) / C)}. Here, C is the speed of light.

一方、前記携帯端末101から発信され、距離Lb(m)の無線回線の伝搬経路72cを伝搬し、前記携帯端末103で受信された起点信号と同期したクロック信号71dは、CSin{2πf1t+(2πLbf1)/C)}で表わされるので、前記クロック信号を用いて、前記再生された位置特定信号75aの位相を測定すると、位相差76aが測定され、ΔΦ={4π(La+Lc−Lb)(f1/C)}となることから、(La+Lc−Lb)=CΔΦ/4πf1から、距離(La+Lc−Lb)(m)が算出できる。
なお、前記のLa(m)は固定値であり、前記携帯端末103の内部情報としてダウンロードされ記憶されているものとする。
On the other hand, the clock signal 71d that is transmitted from the portable terminal 101, propagates through the propagation path 72c of the wireless line of the distance Lb (m), and is synchronized with the origin signal received by the portable terminal 103 is CSin {2πf1t + (2πLbf1) / C)}, the phase difference 76a is measured when the phase of the reproduced position specifying signal 75a is measured using the clock signal, and ΔΦ = {4π (La + Lc−Lb) (f1 / C )}, The distance (La + Lc−Lb) (m) can be calculated from (La + Lc−Lb) = CΔΦ / 4πf1.
It is assumed that La (m) is a fixed value and is downloaded and stored as internal information of the mobile terminal 103.

以上の説明では、単一の周波数の距離測定信号を発信する場合について説明したが、この場合、ΔΦの変化を0<ΔΦ<2πに制限する必要がある。再生された起点信号71bに同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる起点信号と距離測定信号、もしくは複数の距離測定信号を用い、複数のレンジで距離を測定することで、精密な距離の測定が可能となるメリットが得られる。   In the above description, the case of transmitting a distance measurement signal having a single frequency has been described. In this case, it is necessary to limit the change in ΔΦ to 0 <ΔΦ <2π. Precise distance measurement is possible by measuring the distance in multiple ranges using the origin signal and distance measurement signal or multiple distance measurement signals synchronized with or orthogonal to the reproduced origin signal 71b and at least different in frequency. The merit that becomes is obtained.

また、前記中継局から発信する位置特定信号は、周波数分割多重方式で同時発信することができる。
また、前記無線信号として、超音波信号、高周波信号、もしくは光信号を用いることができる。なお、超音波信号もしくは光信号の場合には、アンテナの代わりに、送受波器を用いる。
Further, the position specifying signal transmitted from the relay station can be transmitted simultaneously by the frequency division multiplexing method.
Moreover, an ultrasonic signal, a high frequency signal, or an optical signal can be used as the wireless signal. In the case of an ultrasonic signal or an optical signal, a transducer is used instead of an antenna.

また、超広帯域通信方式(ウルトラワイドバンド)を用いることで、高い周波数の変調信号あるいは高いチップレートの拡散符号を採用できるので、同期しあるいは直交する複数の変調信号あるいは拡散符号を割り当てることが可能となり、複数の測定レンジを設定できることから、30m以内の近距離での位置特定精度を向上させることができる。   In addition, by using an ultra-wideband communication method (ultra-wide band), a high-frequency modulated signal or a high chip rate spreading code can be adopted, so that multiple modulated signals or spreading codes that are synchronized or orthogonal can be assigned. Thus, since a plurality of measurement ranges can be set, the position specifying accuracy at a short distance of 30 m or less can be improved.

また、前記無線信号の周波数として、GPSに割当てられた周波数、あるいはその近傍の周波数を割当てることが出来れば、GPSへの妨害が少なくしかも屋内でも、前記携帯端末の位置を高精度で特定することが可能となることから、GPSのシームレス化が実現できる。   Further, if the frequency assigned to GPS or a frequency in the vicinity thereof can be assigned as the frequency of the radio signal, the position of the portable terminal can be specified with high accuracy even indoors with little interference with GPS. Therefore, GPS seamlessness can be realized.

また、携帯端末をRFタグとして、コンテナあるいは流通貨物に添付し、通学中の児童に携帯させ、あるいは車両に搭載することで、長方形のサービスエリア内で2次元あるいは3次元の位置の特定が可能となる。
In addition, it is possible to specify a two-dimensional or three-dimensional position within a rectangular service area by attaching a portable terminal as an RF tag to a container or distribution cargo and carrying it to a child attending school or mounting it on a vehicle. It becomes.

本発明によれば、上記のように構成されているため、長方形のサービスエリア内で、携帯端末の2次元あるいは3次元の位置を高精度で特定することが可能となり、利便性と利用価値が更に高くなる。
また、前記複数の基準局と複数の中継局を離散的に設置し、基準局から発信される無線信号を中継し、携帯端末によって受信することによって、当該携帯端末の3次元あるいは3次元の位置を広いエリアに渡って高精度で特定できる。
According to the present invention, since it is configured as described above, it is possible to specify the two-dimensional or three-dimensional position of the mobile terminal with high accuracy within the rectangular service area, which has convenience and utility value. It gets even higher.
In addition, the plurality of reference stations and the plurality of relay stations are discretely installed, a radio signal transmitted from the reference station is relayed and received by the portable terminal, thereby widening the three-dimensional or three-dimensional position of the portable terminal. It can be identified with high accuracy across areas.

また、携帯端末をRFタグとして通学中の児童に携帯させ、基準局および中継局を電柱、あるいは街路灯柱に設置することで、道路脇の歩道に沿って歩行する児童の位置を特定できるメリットが得られる。
また、
なお、本発明の位置特定技術は基盤技術であり、上記以外に多分野での利用が期待できる。
In addition, there is the merit that the position of the child who walks along the sidewalk by the side of the road can be specified by carrying the portable terminal to the child who is going to school as an RF tag and installing the reference station and the relay station on the power pole or street light pole. can get.
Also,
Note that the position specifying technique of the present invention is a basic technique, and can be expected to be used in various fields other than the above.

本発明の第1の実施の形態による位置特定装置の構成図The block diagram of the position identification apparatus by the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施の形態による位置特定装置の構成図The block diagram of the position identification apparatus by the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第1および第2の実施の形態による位置算出の説明図Explanatory drawing of position calculation by 1st and 2nd embodiment of this invention 本発明の第1および第2の実施の形態による位置特定装置の構成図Configuration diagram of position specifying device according to first and second embodiments of the present invention 本発明の第1および第2の実施の形態による制御手段の構成図The block diagram of the control means by the 1st and 2nd embodiment of this invention 本発明の位置特定装置のタイミングチャートTiming chart of position specifying device of the present invention 従来の実施例を示す構成図Configuration diagram showing a conventional example

101 基準局
102 中継局
103 携帯端末
21a 基準局101、もしくは携帯端末103からの伝搬経路
21b 中継局101からの伝搬経路
21c 中継局102からの、もしくは中継局102への他の伝搬経路
21d 基準局101からの、もしくは基準局101への他の伝搬経路
101 reference station 102 relay station 103 portable terminal 21a propagation path 21b from reference station 101 or portable terminal 103 propagation path 21c from relay station 101 other propagation path 21d from relay station 102 or to relay station 102 from reference station 101 Or another propagation path to the reference station 101

Claims (13)

超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いた位置特定装置において、
前記無線信号を発信するための基準局と、
前記基準局から発信される無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局と、
前記基準局と中継局とから発信されあるいは中継される無線信号を、長方形のサービスエリアの長い辺内を移動しながら受信して、自局の位置を特定するための携帯端末と
から構成され、
前記基準局が、少なくとも、
制御手段と、発信手段と、アンテナ切替手段と、複数のアンテナあるいは送受波器とを有し、
前記制御手段が起点信号を生成し、
前記アンテナ切替手段が、前記複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替え、
前記発信手段が、少なくとも前記起点信号と、別に生成した方向測定信号とを含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記複数のアンテナあるいは送受波器を介して空間に向けて発信し、
前記複数のアンテナあるいは送受波器が、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしは下方向に向け、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って設置され、
前記中継局が、少なくとも、
受信手段と、制御手段と、発信手段と、アンテナ切替手段と、複数のアンテナあるいは送受波器とを有し、
前記受信手段が、前記基準局から発信された無線信号を、前記複数のアンテナあるいは送受波器を介して空間から受信し、
前記制御手段が、前記基準局から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生して、前記起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記タイミングで起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持してクロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、
前記複数のアンテナあるいは送受波器が、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしは下方向に向け、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って、前記基準局の複数のアンテナあるいは送受波器と対向しあるいは結合するように設置され、
前記アンテナ切替手段が、前記複数のアンテナあるいは送受波器を時分割でかつ周期的に切替え、
前記発信手段が、少なくとも前記制御手段が生成した距離測定信号と、別に生成した方向測定信号とを含む無線信号を、時分割の間隔で、かつバースト信号として、前記複数のアンテナあるいは送受波器を介して空間に向けて発信し、
前記携帯端末が、少なくとも、
受信手段と、制御手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記受信手段が、前記基準局と中継局から発信された無線信号を、アンテナあるいは送受波器を介して空間から受信し、
前記制御手段が、前記中継局から受信した無線信号から距離測定信号を再生し、かつ前記基準局と中継局とから、各局の複数のアンテナあるいは送受波器に対応して、受信した無線信号から方向測定信号を再生し、かつ前記基準局から受信した無線信号から起点信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記タイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として、前記中継手段から受信し再生した距離測定信号の位相を測定した結果と、前記基準局と中継局とから受信し再生した方向測定信号の位相を測定した結果とから、三角法によって、自局の位置を特定する
ことを特徴とする位置特定装置。
In a position identification device using a radio signal which is an ultrasonic signal, a high frequency signal or an optical signal,
A reference station for transmitting the radio signal;
A relay station for receiving a radio signal transmitted from the reference station, relaying or retransmitting at the same frequency and time division; and
A radio signal transmitted or relayed from the reference station and the relay station is received while moving within a long side of the rectangular service area, and is configured with a mobile terminal for specifying the position of the own station,
The reference station is at least:
Having a control means, a transmission means, an antenna switching means, and a plurality of antennas or transducers;
The control means generates a starting signal;
The antenna switching means periodically switches the plurality of antennas or transducers,
The transmitting means transmits a radio signal including at least the origin signal and a separately generated direction measurement signal as a burst signal intermittently toward the space via the plurality of antennas or transducers,
The long sides of the rectangular service area, wherein the plurality of antennas or transducers are spaced at an interval of one wavelength or less of the direction measurement signal and each directivity is directed horizontally, obliquely downward, or downward. Installed along the direction of
The relay station is at least
Receiving means, control means, transmitting means, antenna switching means, and a plurality of antennas or transducers;
The reception means receives a radio signal transmitted from the reference station from space via the plurality of antennas or transducers,
The control means reproduces a starting point signal included in a radio signal received from the reference station, detects a rising point, a falling point, or a zero crossing timing of the starting point signal, and instantaneously with the starting point signal at the timing. Establishing synchronization and generating a clock signal while maintaining synchronization, generating a distance measurement signal that is synchronized with or orthogonal to the clock signal,
The long sides of the rectangular service area, wherein the plurality of antennas or transducers are spaced at an interval of one wavelength or less of the direction measurement signal and each directivity is directed horizontally, obliquely downward, or downward. Is installed so as to face or couple with a plurality of antennas or transducers of the reference station along the direction of
The antenna switching means switches the plurality of antennas or transducers in a time-sharing and periodic manner,
The transmitting means transmits a radio signal including at least a distance measurement signal generated by the control means and a separately generated direction measurement signal at time-division intervals and as a burst signal, and the plurality of antennas or transducers. Through the space,
The portable terminal is at least
A receiving means, a control means, an antenna or a transducer;
The receiving means receives a radio signal transmitted from the reference station and the relay station from space via an antenna or a transducer,
The control means reproduces the distance measurement signal from the radio signal received from the relay station, and from the reference station and the relay station, the direction from the received radio signal corresponding to the plurality of antennas or transducers of each station Reproducing the measurement signal and reproducing the origin signal from the radio signal received from the reference station, detecting the timing of the rising point, the falling point, or the zero crossing of the reproduced origin signal, and at the timing, Instantaneously establish and maintain synchronization, generate a clock signal, measure the phase of the distance measurement signal received and regenerated from the relay means with reference to the clock signal, and relay with the reference station A position identifying device characterized by identifying a position of the own station by trigonometry from a result of measuring a phase of a direction measurement signal received and reproduced from the station.
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いた位置特定装置において、
長方形のサービスエリアの長い辺内を移動しながら無線信号を発信するための携帯端末と、
前記携帯端末から発信される無線信号を受信し、同一周波数でかつ時分割で中継しあるいは再発信するための中継局と、
前記携帯端末と中継局とから発信されあるいは中継された無線信号を受信して、前記携帯端末の位置を特定するための基準局と
から構成され、
前記携帯端末が、少なくとも、
制御手段と、発信手段と、アンテナあるいは送受波器とを有し、
前記制御手段が起点信号を生成し、
前記発信手段が、少なくとも前記生成した起点信号と、別に生成した方向測定信号とを含む無線信号を、バースト信号としてかつ間欠的に、前記アンテナあるいは送受波器を介して空間に向けて発信し、
前記中継局が、少なくとも、
複数のアンテナあるいは送受波器と、アンテナ切替手段と、受信手段と、制御手段と、発信手段とを有し、
前記複数のアンテナあるいは送受波器が、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしは下方向に向けて設置され
前記アンテナ切替手段が、前記複数のアンテナあるいは送受波器を時分割でかつ周期的に切替え、
前記受信手段が、前記携帯端末から発信された無線信号を、前記複数のアンテナあるいは送受波器に対応して空間から受信し、
前記制御手段が、前記携帯端末から受信した無線信号から起点信号と方向測定信号とを再生し、前記再生された方向測定信号の位相を測定した結果を位相の測定データとして生成し、かつ前記再生された起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記タイミングで起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持して、クロック信号を生成し、前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号を生成し、
前記発信手段が、少なくとも、前記制御手段が生成した、距離測定信号と、位相の測定データとを含む無線信号を、時分割の間隔でかつバースト信号として、前記複数のアンテナあるいは送受波器を介して空間に向けて発信し、
前記基準局が、少なくとも、
複数のアンテナあるいは送受波器と、アンテナ切替手段と、受信手段と、制御手段とを有し、
前記複数のアンテナあるいは送受波器が、前記方向測定信号の1波長以下の間隔で、かつ各々の指向性を、水平方向、下斜め方向、もしは下方向に向け、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って、前記中継局の複数のアンテナあるいは送受波器と対向しあるいは結合するように設置され、
前記アンテナ切替手段が、前記複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替え、
前記受信手段が、前記携帯端末と中継局とから発信された無線信号を、前記複数のアンテナあるいは送受波器に対応して空間から受信し、
前記制御手段が、前記携帯端末から受信した無線信号に含まれる方向測定信号を再生し、かつ前記中継局から受信した無線信号に含まれる距離測定信号を再生し、かつ前記中継局が測定した方向測定信号の位相の測定データを再生し、かつ前記携帯端末から受信した無線信号に含まれる起点信号を再生し、前記再生した起点信号の立上り点、立下り点、あるいはゼロ交差点のタイミングを検出し、前記タイミングで、起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ同期を保持してクロック信号を生成し、前記クロック信号を基準として前記中継局から受信し再生した距離測定信号の位相を測定した結果と、前記携帯端末から受信し再生した方向測定信号の位相を測定した結果と、前記中継局から受信し再生した位相の測定データとから、三角法によって、携帯端末の位置を特定する
ことを特徴とする位置特定装置。
In a position identification device using a radio signal which is an ultrasonic signal, a high frequency signal or an optical signal,
A mobile terminal for transmitting a radio signal while moving within a long side of a rectangular service area;
A relay station for receiving a radio signal transmitted from the mobile terminal, relaying or retransmitting at the same frequency and time division; and
Receiving a radio signal transmitted or relayed from the mobile terminal and the relay station, and comprising a reference station for specifying the position of the mobile terminal,
The portable terminal is at least
Having a control means, a transmission means, an antenna or a transducer;
The control means generates a starting signal;
The transmitting means transmits a radio signal including at least the generated starting point signal and a separately generated direction measurement signal as a burst signal intermittently toward the space via the antenna or the transducer,
The relay station is at least
A plurality of antennas or transducers, antenna switching means, receiving means, control means, and transmitting means;
The plurality of antennas or transducers are installed with an interval of one wavelength or less of the direction measurement signal and with each directivity directed horizontally, obliquely downward, or downward. , Switching the plurality of antennas or transducers in a time-sharing and periodic manner,
The receiving means receives a radio signal transmitted from the mobile terminal from a space corresponding to the plurality of antennas or transducers,
The control means reproduces an origin signal and a direction measurement signal from a radio signal received from the portable terminal, generates a result of measuring a phase of the reproduced direction measurement signal as phase measurement data, and reproduces the reproduction Detecting the timing of the rising point, falling point, or zero-crossing point of the generated starting signal, instantaneously establishing synchronization with the starting signal at the timing, and maintaining the synchronization, generating the clock signal, and A distance measurement signal that is synchronized or orthogonal to
The transmitting means generates a radio signal including at least a distance measurement signal and phase measurement data generated by the control means as a burst signal at a time division interval via the plurality of antennas or transducers. To send to the space,
The reference station is at least:
A plurality of antennas or transducers, antenna switching means, receiving means, and control means;
The long sides of the rectangular service area, wherein the plurality of antennas or transducers are spaced at an interval of one wavelength or less of the direction measurement signal and each directivity is directed horizontally, obliquely downward, or downward. Is installed so as to face or couple with a plurality of antennas or transducers of the relay station along the direction of
The antenna switching means periodically switches the plurality of antennas or transducers,
The receiving means receives a radio signal transmitted from the mobile terminal and a relay station from a space corresponding to the plurality of antennas or transducers,
The control means reproduces the direction measurement signal included in the radio signal received from the mobile terminal, reproduces the distance measurement signal contained in the radio signal received from the relay station, and the direction measured by the relay station Reproduce the measurement data of the phase of the measurement signal, reproduce the origin signal included in the radio signal received from the mobile terminal, and detect the timing of the rising point, falling point, or zero crossing of the reproduced origin signal The result of measuring the phase of the distance measurement signal received from the relay station and reproduced based on the clock signal, in which the clock signal is generated while the synchronization is instantaneously established at the timing and the synchronization is maintained. And a result of measuring the phase of the direction measurement signal received and reproduced from the mobile terminal and the phase measurement data received and reproduced from the relay station by trigonometry. , The position specifying device and identifies the position of the portable terminal.
前記携帯端末が、複数の基準局から発信される無線信号を受信する場合に、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から、特定の基準局を選定して位置の特定を行い、もしくは複数の基準局を用いた位置特定の結果を荷重平均することを特徴とする請求項第1項に記載の広域位置特定システム。
When the mobile terminal receives radio signals transmitted from a plurality of reference stations, from the result of measuring the power of the received radio signal or the signal-to-noise ratio, select a specific reference station to identify the position, 2. The wide area location system according to claim 1, wherein a result of location identification using a plurality of reference stations is weighted.
前記携帯端末から発信された無線信号が複数の基準局によって受信される場合に、前記複数の基準局の間をアドホックネットワークで接続し、前記複数の基準局が受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比のデータを相互に交換し、前記複数の基準局の内から、特定の基準局を選定し、もしくは複数の基準局に対してタイムスロットを設定して選定し、前記選定された基準局が、配下の複数の中継局に対し、前記携帯端末を指定して中継動作を指令することを特徴とする請求項第2項に記載の広域位置特定システム。
When radio signals transmitted from the mobile terminal are received by a plurality of reference stations, the plurality of reference stations are connected by an ad hoc network, and the power of a radio signal received by the plurality of reference stations or a signal-to-noise ratio Data is mutually exchanged, and a specific reference station is selected from the plurality of reference stations, or a time slot is set for the plurality of reference stations, and the selected reference station is connected to a plurality of relay stations under its control. The wide area location system according to claim 2, wherein a relay operation is instructed to a station by designating the portable terminal.
前記制御手段が、起点信号再生手段、同期検出手段、同期発振手段、位置特定信号生成手段、位置特定信号再生手段、位相測定手段、位置特定手段、もしくはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項第1項あるいは第2項に記載の位置特定装置。
The control means is a starting point signal reproducing means, a synchronization detecting means, a synchronous oscillation means, a position specifying signal generating means, a position specifying signal reproducing means, a phase measuring means, a position specifying means, or a combination thereof. Item 1. The position specifying device according to item 1 or item 2.
前記起点信号、距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの組合せが、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組合せであることを特徴とする請求項第1項あるいは第2項に記載の位置特定装置。
The origin signal, distance measurement signal, direction measurement signal, or a combination thereof is a carrier signal, a subcarrier signal, a modulation signal, a spread spectrum code, or a combination thereof. Item 3. The position specifying device according to item 2.
前記携帯端末もしくは基準局において、無線信号を間欠発信する間隔を、内部に設けた自励発振器を用いて制御することによって、複数の携帯端末あるいは基準局から無線信号を非同期で間欠発信し、あるいは前記携帯端末の移動速度に応じて間欠発信する間隔を制御することで、無線信号を効率的に活用することを特徴とする請求項第1項あるいは第2項に記載の位置特定装置。
In the portable terminal or the reference station, by intermittently transmitting a radio signal by using a self-excited oscillator provided therein, a radio signal is asynchronously intermittently transmitted from a plurality of portable terminals or reference stations, or the portable The position specifying device according to claim 1 or 2, wherein a radio signal is efficiently used by controlling an interval of intermittent transmission according to a moving speed of a terminal.
前記起点信号、方向測定信号、距離測定信号、もしくはこれらの組合せが、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接群遅延歪みの少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、遅延誤差の少ないアナログ復調器もしくは高い周波数のクロック信号を用いた遅延誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生することを特徴とする請求項第1項あるいは第2項に記載の位置特定装置。
When the origin signal, the direction measurement signal, the distance measurement signal, or the combination thereof is a carrier signal or subcarrier signal of a radio signal, the signal is directly passed through a band pass filter with little group delay distortion, or the radio signal carrier In the case of a modulated signal obtained by modulating a signal or a subcarrier signal, the signal is demodulated by an analog demodulator with a small delay error or a digital demodulator with a small delay error using a high frequency clock signal, and then reproduced through the band pass filter. The position specifying device according to claim 1 or 2, characterized by the above-mentioned.
前記同期発振手段が、基準発振器によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記受信手段によって受信され、起点信号再生手段によって復調されもしくは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段によって少なくとも16MHz以上の周波数のクロック信号を用いて検出し、前記検出したタイミングで、前記カウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号と短時間で同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も、比較的に長時間同期を保持できることを特徴とする請求項第5項に記載の位置特定装置。
The synchronous oscillating means is constituted by a counter with a set or reset or a numerically controlled oscillator driven by a reference oscillator, received by the receiving means, and demodulated or reproduced by a starting signal reproducing means, the rising point of the starting signal By detecting the timing of the falling point or the zero crossing point by using a clock signal having a frequency of at least 16 MHz by the synchronization detecting means, and setting or resetting the counter or the numerically controlled oscillator at the detected timing 6. The position specifying device according to claim 5, wherein synchronization is established with the starting signal in a short time, and the synchronization can be maintained for a relatively long time after the starting signal disappears.
前記携帯端末、中継局、基準局、もしくはこれらの組合せが、無線信号の伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、前記位置特定の結果をフイルタリングし、補正し、あるいは補完することを特徴とする請求項第1項あるいは第2項に記載の位置特定装置。
The portable terminal, the relay station, the reference station, or a combination thereof has quality detection means for detecting the quality of the propagation path of the radio signal, and the quality detection means receives the power or signal of the radio signal received by the reception means. 3. The position specifying apparatus according to claim 1, wherein a line quality is analyzed from a result of measuring a noise-to-noise ratio, and the position specifying result is filtered, corrected, or supplemented. .
前記基準局と中継局との複数組が、長方形のサービスエリアの長辺の方向に沿って、背中合わせにして直列に設置され、もしくは同一方向に向けて直列に設置されることを特徴とする請求項第1項あるいは第2項に記載の位置特定装置。
The plurality of sets of the reference station and the relay station are installed in series back to back along the direction of the long side of the rectangular service area or in series in the same direction. The position specifying device according to item 1 or item 2.
前記基準局をノードとして中継局との間でネットワークを構成し、前記ネットワークを、周辺の基準局もしくは外部と、有線回線もしくは無線回線を介して接続し、少なくとも、前記携帯端末の位置を特定するために必要な情報の交換を行なうことを特徴とする請求項第1項あるいは第2項に記載の位置特定装置。
In order to configure a network with a relay station using the reference station as a node, connect the network to a peripheral reference station or the outside via a wired line or a wireless line, and at least identify the position of the mobile terminal The position specifying device according to claim 1 or 2, wherein necessary information is exchanged.
前記長方形のサービスエリアの長い辺が、道路脇の歩道であり、横断歩道であり、もしくは歩行者の移動エリアであることを特徴とする請求項第1項あるいは第2項に記載の位置特定装置。   3. The position specifying device according to claim 1, wherein the long side of the rectangular service area is a sidewalk, a pedestrian crossing, or a pedestrian movement area. .
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