JP2011163948A - 位置検知システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射波が発生しやすい室内などの環境において、送信端末の位置を精度よく検知する。
【解決手段】受信端末１０に、送信端末４０からの電波を受信するアンテナとして、当該受信端末１０の真下方向に主ビームを有する指向性アンテナを設けて、演算装置２０において、受信端末１０で得られた受信電界強度の値を非線形で強調する強調処理を行い、強調後の受信電界強度から加重平均法に基づき送信端末４０の位置を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、位置検知技術に関し、特に送信端末から送信された電波に関する複数の受信端末での受信状況に基づいて、当該送信端末の位置を検知する技術に関する。

人や物の位置を検知する方法として、電波を発射する無線タグなどの送信端末を人や物に取り付け、電波の発射位置を測定する方法がある。電波を用いた位置検知方式には複数あるが、送信端末から送信された電波の受信電界強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）を用いる方式が一般的に用いられている。ＲＳＳＩ方式は、複数の受信端末において、送信端末から送信された電波のうち、送信端末から受信端末へ直接届いた直接波の受信強度に基づいて送信端末の位置を算出するものとなっている。

図１３は、室内における電波受信状況を示す説明図である。図１４は、室内における電波受信分布を示すシミュレーション結果である。
図１３に示すように、室内において、人や物の位置を検知する場合、壁や柱などの物体で送信端末Ｔｘからの送信電波が反射するため、受信端末Ｒｘに対して直接波以外の反射波が届く、いわゆるマルチパスが発生する。
したがって、図１４に示すように、マルチパスの影響で、受信端末で検出された受信電界強度は反射波の影響でその値が複雑に変化するため、直接波を前提とするＲＳＳＩ方式によれば、算出した位置の誤差が大きくなる。

このようなマルチパスの影響を抑制するため、複数の異なる周波数の電波を送信端末から送信し、これを受信端末でそれぞれ受信して受信電界強度を検出し、これら異なる周波数における各受信電界強度から統計処理により、最大値や平均値などからなる尤もらしい受信電界強度を抽出する、いわゆる周波数ダイバーシティ方式を利用して、得られた受信電界強度から、三辺測量方式や多辺測量方式を用いて送信端末の位置を検知する、技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。

特開２００８−２２４４８９号公報

しかしながら、このような従来技術では、室内環境において、送信端末と受信端末との間に障害物がなく見通せる位置関係にあっても、両者の距離が遠く離れている場合には、反射波の受信電界強度が直接波に近いレベルで検出されてしまうため、遠方の送信端末に関する受信電界強度の変動が相対的に大きくなり、位置計算結果に無視できない誤差を生じるという問題点があった。

すなわち、受信端末のアンテナとしては、受信端末から見た送信端末の水平角度方向によって、受信電界強度の検出誤差が発生しないよう、水平角度方向において指向特性が均一なアンテナを選択する必要がある。従来技術においては、水平角度方向に３６０゜で均一な指向性を持つ、垂直ダイポールアンテナやコリニアアンテナが受信端末のアンテナとして用いられている。したがって、このようなアンテナを用いた場合、送信端末からの電波が壁や柱で反射しやすい室内環境では、遠くの送信端末から水平方向で届く反射波を受信しやすくなる。

また、受信電界強度を用いた受信端末の位置計算では、三辺測量方式や多辺測量方式に基づく算出式を用いているが、このような算出式は、あくまでも反射波がなく、距離に応じて減衰する直接波の受信電界強度が入力される、理想的な環境を前提としている。このため、直接波のレベルより多少は減衰するものの、ある程度のレベルで受信される反射波が存在するような室内環境では、本来の結果を得ることができない。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、反射波が発生しやすい室内などの環境において、送信端末の位置を精度よく検知できる位置検知技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる位置検知システムは、送信端末の上方に設置されて、当該送信端末から送信された電波を受信して受信電界強度を検出する複数の受信端末と、これら受信端末における電波の受信電界強度に基づいて送信端末の位置を算出する演算装置とを含む位置検知システムであって、受信端末に、送信端末からの電波を受信するアンテナとして、当該受信端末の真下方向に主ビームを有する指向性アンテナを備え、演算装置に、受信端末で得られた受信電界強度の値を非線形で強調する強調処理を行い、強調後の受信電界強度から加重平均法に基づき送信端末の位置を算出する位置算出部を備えている。

この際、アンテナとして、水平角度方向に対して均一な指向特性および偏波特性を有し、垂直角度方向において直下方向から水平方向へかけて受信感度が徐々に低くなる指向特性を有する指向性アンテナを用いてもよい。

また、受信端末で、複数のアンテナを備えて、これらアンテナごとに受信電界強度を検出し、演算装置で、受信端末の各アンテナから検出した複数の受信電界強度のうちの最大値を、当該受信端末の受信電界強度として送信端末の位置算出に用いてもよい。

本発明にかかる位置検知方法は、送信端末の上方に設置されて、当該送信端末から送信された電波を受信して受信電界強度を検出する複数の受信端末と、これら受信端末における電波の受信電界強度に基づいて送信端末の位置を算出する演算装置とを含む位置検知システムで用いられる位置検知方法であって、受信端末に、送信端末からの電波を受信するアンテナとして、当該受信端末の真下方向に主ビームを有する指向性アンテナを備え、演算装置が、受信端末で得られた受信電界強度の値を非線形で強調する強調処理ステップと、演算装置が、強調後の受信電界強度から加重平均法に基づき送信端末の位置を算出する位置算出ステップとを備えている。

本発明によれば、送信端末の位置算出誤差を削減することができる。したがって、反射波が発生しやすい室内などの環境においても、送信端末の位置を精度よく検知できる。

第１の実施の形態にかかる位置検知システムの構成を示すブロック図である。 垂直ダイポールアンテナの垂直指向特性例である。 垂直ダイポールアンテナの水平方向における受信電界強度の検出特性例である。 パッチアンテナの垂直指向特性例である。 パッチアンテナの水平方向における受信電界強度の検出特性例である。 送受信間距離に応じた間接波と直接波の比の変化を示すシミュレーション結果である。 アンテナの構成例である。 位置算出処理を示すフローチャートである。 第１の実施の形態にかかる位置検知の実験結果である。 位置検知の実験内容を示す説明図である。 第２の実施の形態にかかる受信端末の構成を示す説明図である。 第２の実施の形態にかかる位置検知の実験結果である。 室内における電波受信状況を示す説明図である。 室内における電波受信分布を示すシミュレーション結果である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる位置検知システムについて説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる位置検知システムの構成を示すブロック図である。

この位置検知システム１は、電波を送信する送信端末４０から送信された電波を受信して、その電波に関する受信電界強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）などの受信結果を得る受信端末１０と、これら受信端末１０で得られた受信結果を、通信回線３０を介して受信し、これら受信結果に基づいて、送信端末４０の位置を検知する演算装置２０とから構成されている。送信端末４０は、電波を発射する無線タグなどの一般的な小型無線送信器からなり、位置検知の対象となる人や物に取り付けられる。

本実施の形態は、受信端末１０に、送信端末４０からの電波を受信するアンテナとして、当該受信端末１０の真下方向に主ビームを有する指向性アンテナを設けて、演算装置２０において、受信端末１０で得られた受信電界強度の値を非線形で強調する強調処理を行い、強調後の受信電界強度から加重平均法に基づき送信端末４０の位置を算出するようにしたものである。

［発明の原理］
一般に、室内を移動する人物などの位置を検知する場合、障害物を避けるため、部屋の天井や天井付近など、高くて見通しの良い位置に受信端末が設置される。したがって、実際には、受信端末に一番近い場所は、受信端末の真下となり、受信端末から最も遠い場所は、受信端末の水平方向となる。このため、送信端末からの電波の受信電界強度として、このような送信端末と受信端末との距離位置に応じて変化する値が得られれば、送信端末の位置算出に用いられている三辺測量法などの算出方法の前提条件に合致する。

また、前述したように、室内環境において、送信端末と受信端末との間に障害物がなく見通せる位置関係にあっても、両者の距離が遠く離れている場合には、反射波の受信電界強度が直接波に近いレベルで検出されてしまう傾向がある。ここで、遠くの送信端末からの電波は、受信端末の水平方向から到来するため、水平方向からの電波には、反射波が含まれている可能性が高いことになる。
したがって、位置検知システムでは、送信端末からの電波の受信電界強度として、このような送信端末と受信端末との距離位置に応じて変化する値を得ること、および反射波を多く含む遠距離の送信端末からの電波の電界受信強度を低減することが、送信端末の位置を精度よく検知するための要件となる。

受信端末において、送信端末から送信された電波を受信するアンテナについては、指向特性を選択することができる。通常、室内で用いられる無線ＬＡＮなどの無線通信システムでは、垂直ダイポールアンテナやコリニアアンテナなど、水平方向に無指向性を持つアンテナが用いられることが多い。このような水平方向における無指向性を活用して、１つのアンテナで広い通信エリアをカバーするため、この種のアンテナは、エレメントの方向が垂直方向となるよう設置される。

図２は、垂直ダイポールアンテナの垂直指向特性例である。ここでは、角度０゜と角度１８０゜を結ぶ方向がエレメント方向を示している。したがって、設置状況において角度０゜が受信端末の真下方向に相当し、角度９０゜，２７０゜が水平方向に相当する。
この特性例によれば、水平方向（角度９０゜，２７０゜）において最も受信感度が大きく、真下方向（角度０゜）および真上方向（角度１８０゜）へ近づくほど受信感度が低下する指向特性を有しており、真下方向の受信感度が極めて低いことがわかる。

図３は、垂直ダイポールアンテナによる受信電界強度分布を示すシミュレーション結果である。ここでは、コンクリートの壁に囲まれた１４．７８ｍ×７．８７ｍ×３ｍ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）の部屋で、図中左下隅の床上０．７５ｍの高さに固定した送信端末から、２４５０ＭＨｚの電波を送信電力０ｄＢｍで無指向性アンテナから送信し、垂直ダイポールアンテナを用いた受信端末を天井付近の高さ２．９ｍで水平方向に５０ｃｍずつ移動させて受信し、その受信電界強度分布を算出した。
図３によれば、水平方向（角度９０゜，２７０゜）において、比較的遠い位置からの電波についても高い受信電界強度として検出していることがわかる。

したがって、このようなアンテナを用いるということは、アンテナ自体の指向特性により、受信端末の下方からの電波の受信利得が低く、受信端末の水平方向からの電波の受信利得が高いことになる。すなわち、受信端末の下方からの電波と水平方向からの弱い電波との受信レベルが小さくなり、場合によっては、両者の受信レベルが反転してしまうこともある。このため、受信端末で垂直ダイポールアンテナやコリニアアンテナを用いた場合には、反射波の受信レベルを高めに検出する傾向があることになる。

一方、室内で用いられる無線ＬＡＮなどの無線通信システムでは、送受信距離が長い場合や、壁や柱などの障害物により電波が届きにくいエリアをカバーするため、パッチアンテナなど、特定の方向に主ビームを持つ有指向性のアンテナが用いられることがある。

図４は、パッチアンテナの垂直指向特性例である。ここでは、角度０゜と角度１８０゜を結ぶ方向がパッチアンテナの平面部と直交する主ビーム方向を示している。この特性例によれば、主ビーム方向（角度０゜）において最も受信感度が高く、主ビーム方向（角度０゜）から角度９０゜や角度２７０゜の方向へかけて、受信感度が徐々に低くなる指向特性を有していることがわかる。また、パッチアンテナは、主ビーム方向と直交する水平面において、全方向３６０゜にわたり均一な指向特性および偏波特性を有している。

図５は、パッチアンテナによる受信電界強度分布を示すシミュレーション結果である。ここでは、コンクリートの壁に囲まれた１４．７８ｍ×７．８７ｍ×３ｍ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）の部屋で、図中左下隅の床上０．７５ｍの高さに固定した送信端末から、２４５０ＭＨｚの電波を送信電力０ｄＢｍで無指向性アンテナから送信し、パッチアンテナを用いた受信端末を天井付近の高さ２．９ｍで水平方向に５０ｃｍずつ移動させて受信し、その受信電界強度分布を算出した。
図５によれば、水平方向（角度９０゜，２７０゜）において、比較的遠い位置からの電波については低い受信電界強度として検出していることがわかる。

本発明は、通常、室内では水平方向に主ビームを向けて用いられるこのような有指向性アンテナを、受信端末の真下方向に主ビーム方向を向けて設置している。このため、図４の垂直指向特性によれば、受信端末の真下に位置する送信端末からの電波に対する受信感度を最も高くでき、水平方向に近づくに連れて、すなわち送信端末までの距離が遠くなるに連れて受信感度を低くできることがわかる。これにより、送信端末からの電波の受信電界強度として、送信端末と受信端末との距離位置に応じて変化する値を得ることができる。また、水平方向に近づくに連れて受信感度を低くできるため、反射波を多く含む遠距離の送信端末からの電波の電界受信強度を低減することもできる。

また、送信端末から送信された電波は、室内の壁、天井、床、柱などの障害物で、複雑に反射するため、レベルは低いものの遠く離れた受信端末で受信される場合がある。このため、このような反射波の電界受信強度が、位置検知の算出に用いられた場合には、その値が小さくても、位置検知結果の誤差として含まれてしまう。

図６は、送受信間距離に応じた間接波と直接波の比の変化を示すシミュレーション結果である。ここでは、コンクリートの壁に囲まれた１４．７８ｍ×７．８７ｍ×３ｍ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）の部屋で、図中左下隅の床上０．７５ｍの高さに固定した送信端末から、２４５０ＭＨｚの電波を送信電力０ｄＢｍで無指向性アンテナから送信し、パッチアンテナを用いた受信端末を天井付近の高さ２．９ｍで水平方向に５０ｃｍずつ移動させて受信し、その受信電力を算出した。

図６において、特性６１は間接波と直接波を合成した合成波の受信電力を示し、特性６２は間接波の受信電力を示し、特性６３は直接波の受信電力を示し、特性６４は、間接波と直接波の比を示している。
これら合成波、間接波、および直接波は、いずれも送受信間距離が遠くなるにつれて受信電力が減少しているが、直接波に比較して間接波の減少率が小さく、このシミュレーション結果では、送受信間距離が約１１ｍを越えた時点で、間接波の受信電力が直接波の受信電力を上回っていることがわかる。このことから、送受信間距離が遠くて受信レベルが低い場合、間接波の比率が高いため、マルチパスによる受信レベルの変動が生じていると推測される。

本発明は、受信端末で得られた電界受信強度を非線形で強調する強調処理を行った後、加重平均法に基づき送信端末の位置を算出している。
これにより、位置検知の算出においては、反射波の影響を多く含むレベルの低い電波に関する影響度を低減し、直接波の可能性が大きいレベルの高い電波に関する影響度を増大させることができる。

［受信端末の構成］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる位置検知システムで用いる受信端末の構成について詳細に説明する。
この受信端末１０は、全体として電波を受信する受信装置からなり、主な構成として、アンテナ１１、受信部１２、および通信処理部１３が設けられている。

アンテナ１１は、送信端末４０からの電波を受信するアンテナであり、当該受信端末１０の真下方向に主ビームを有する指向性アンテナから構成されている。このアンテナ１１は、水平角度方向に対して均一な指向特性および偏波特性を有し、前述の図４に示したように、垂直角度方向において直下方向（角度０゜）から水平方向（角度９０゜，２７０゜）へかけて受信感度が徐々に低くなる指向特性を有している。
これにより、受信端末１０の真下に位置する送信端末４０からの電波に対する受信感度が最も高くなり、水平方向に近づくに連れて、すなわち送信端末４０までの距離が遠くなるに連れて、さらには部屋５０の壁や柱に反射した反射波に対して、受信感度が低下することになる。

図７は、アンテナの構成例である。ここでは、下方にビームを持ち、水平方向に均一な特性が得られるアンテナとして、円偏波パッチアンテナが示されている。パッチアンテナは、低姿勢であり、天井取り付けに適している。パッチアンテナで円偏波特性を得るために、図７に示す示すような、いくつかの給電方式が考えられている。図７（ａ），（ｂ）は１点給電方式のパッチアンテナであり、図７（ｃ）は２点給電方式のパッチアンテナである。アンテナ１１の具体例としては、図７に示したパッチアンテナが安価で小型であるが、これに限定されるものではなく、前述したような指向特性を有する有指向性アンテナであれば、パッチアンテナ以外のアンテナを用いてもよい。

受信部１２は、アンテナ１１で受信した電波の受信電界強度を検出する機能と、受信した電波から送信端末のＩＤを特定する機能とを有している。
通信処理部１３は、通信回線３０を介して演算装置２０とデータ通信を行う通信回路からなり、受信部１２で得られた受信電界強度とＩＤとの組を受信結果データとして演算装置２０へ送信する機能を有している。

［演算装置の構成］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる位置検知システムで用いる演算装置の構成について詳細に説明する。
演算装置２０は、全体としてサーバやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置からなり、主な機能部として、端末制御部２１、操作入力部２２、画面表示部２３、記憶部２４、および位置算出部２５が設けられている。

端末制御部２１は、通信回線３０を介して各受信端末１０とデータ通信を行う通信回路からなり、各受信端末１０から送信された受信結果データを受信する機能を有している。
操作入力部２２は、キーボードやマウスなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して各機能部へ出力する機能を有している。

画面表示部２３は、ＬＣＤなどの画面表示装置からなり、各受信端末１０で得られた受信結果や、送信端末４０の位置などの各種情報を画面表示する機能を有している。
記憶部２４は、ハードディスクや半導体メモリなどの記憶装置からなり、各受信端末１０の配置位置などの環境データや、受信端末１０から受信した受信結果データなど、送信端末４０の位置検知に用いる各種処理情報やプログラムを記憶する機能を有している。

位置算出部２５は、受信端末１０ごとに得られた受信結果データのうち、同一ＩＤを持つ送信端末４０に関する受信電界強度について、受信電界強度の値を非線形で強調する強調処理を行い、強調後の受信電界強度から加重平均法に基づいて、送信端末４０が存在する位置を算出する機能を有している。

演算装置２０のこれら機能のうち、位置算出部２５については、ＣＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、記憶部２４から読み込んだプログラムを実行することにより、各種処理を実行する演算処理部で実現すればよい。

［第１の実施の形態の動作］
次に、図８を参照して、本実施の形態にかかる位置検知システムの動作について説明する。図８は、位置算出処理を示すフローチャートである。

送信端末４０は、定期的あるいは任意のイベントが発生した時点で、自端末に固有のＩＤを含む電波を送信する。受信端末１０は、受信部１２により、アンテナ１１を介して送信端末４０からの電波を受信し、その受信電界強度を検出するとともにＩＤを抽出し、通信処理部１３により、これら受信電界強度とＩＤとの組を受信結果データとして、通信回線３０から演算装置２０へ送信する。

演算装置２０は、図８の位置算出処理を定期的に実行しており、まず、各受信端末１０から通信回線３０を介して送信された受信結果を、端末制御部２１でそれぞれ受信し、当該受信結果に含まれている送信ＩＤごとに分類して、記憶部２４へ格納する（ステップ１００）。
次に、演算装置２０は、位置算出部２５により、各受信端末１０からの受信結果が揃った送信ＩＤを選択し、当該送信ＩＤに関する各受信端末１０の受信結果データから受信電界強度ＲＳｉ（ｉは１以上の整数：受信端末１０の番号）を取得する（ステップ１０１）。

この後、位置算出部２５は、これら受信電界強度ＲＳｉから、それぞれの受信端末１０ごとに、予め記憶部２４に設定されている受信利得Ｇｉを減算して補正することにより、補正受信電界強度ＲＳｉ’（＝ＲＳｉ−Ｇｉ）を算出し（ステップ１０２）、得られた補正受信電界強度ＲＳｉ’をデシベル値（ｄＢ）から真値（Ｗ）で示されている補正受信電界強度Ｐｉ（＝１０^RSi'/10）に変換する（ステップ１０３）。

次に、位置算出部２５は、得られた補正受信電界強度Ｐｉを、予め記憶部２４に設定されている強調係数αでべき乗することにより、補正受信電界強度Ｐｉの値を非線形で強調した、強調受信電界強度Ｐｉ’（＝Ｐｉ^α）を算出する（ステップ１０４）。これにより、補正受信電界強度Ｐｉの縮尺が、非線形でスケールアップされ、レベルの低い値の増大分と比較して、レベルの高い値をより高い値に増大する。

続いて、位置算出部２５は、加重平均法に基づいて、強調受信電界強度Ｐｉ’の受信強度比Ｒｉ（＝Ｐｉ’／ΣＰｉ’）を算出した後（ステップ１０５）、これら受信強度比Ｒｉと記憶部２４に予め設定されている受信端末１０の座標位置Ｘｉ，Ｙｉとに基づいて、送信端末４０の座標位置Ｘ（＝ΣＸｉＲｉ）およびＹ（＝ΣＹｉＲｉ）を算出し（ステップ１０６）、一連の位置検知処理を終了する。

図９は、第１の実施の形態にかかる位置検知の実験結果である。図１０は、位置検知の実験内容を示す説明図である。
位置検知の実験は、従来の位置検知システムである構成Ａと、本実施の形態にかかる位置検知システムである構成Ｂとで、位置検知誤差を比較した。構成Ａは、受信アンテナとしてコリニアアンテナを用い、位置計算には一般的な最尤法を用いたものである。構成Ｂは、受信アンテナとして主ビームを受信端末１０の真下方向に向けたパッチアンテナを用い、位置計算には強調補正を用いた加重平均法を用いた。これら構成Ａ，Ｂともダイバーシティは用いていない。

実験の具体例は、図１０に示すように、１４．８ｍ×７．８ｍの矩形状の部屋５０に、１２台の受信端末１０を配置して、送信端末４０を部屋５０内の任意の位置１０箇所にそれぞれ移動させたときの、実際の送信端末４０の実位置と演算装置２０で算出した推定位置とを比較した。
この結果、図９に示すように、構成Ａでは、１０箇所平均で、実位置と推定位置との平均誤差が２．７５ｍあったが、構成Ｂでは２．０６ｍまで削減され、構成Ａの誤差に比較して距離として０．６９ｍ、割合で約２５％の改善がみられた。また１０箇所のうち最大誤差について、構成Ａが６．６３ｍであったのに対して、構成Ｂでは６．２７ｍまで削減された。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、受信端末１０に、送信端末４０からの電波を受信するアンテナとして、当該受信端末１０の真下方向に主ビームを有する指向性アンテナを設けて、演算装置２０において、受信端末１０で得られた受信電界強度の値を非線形で強調する強調処理を行い、強調後の受信電界強度から加重平均法に基づき送信端末４０の位置を算出するようにしたので、送信端末４０の位置算出誤差を削減することができる。したがって、反射波が発生しやすい室内などの環境においても、送信端末の位置を精度よく検知できる。

［第２の実施の形態］
次に、図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる位置検知システムについて説明する。図１１は、第２の実施の形態にかかる受信端末の構成を示す説明図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態に対してスペースダイバーシティ構成を追加したものである。

すなわち、図１１に示すように、受信端末１０には、第１の実施の形態で用いたアンテナ１１と同じ構成を持つ２つのアンテナ１１Ａ，１１Ｂが設けられている。受信端末１０は、受信部１２により、これら２つのアンテナ１１Ａ，１１Ｂで受信電界強度をそれぞれ検出し、これらを受信結果データとして通信処理部１３から演算装置２０へ送信する。
これらアンテナ１１Ａ，１１Ｂは、取付位置が若干異なるため、送信端末４０や壁との位置関係が異なり、反射波の影響も異なる。図１０の実験では、アンテナの位置が１．５波長違うだけで、同一送信端末４０からの電波の受信電界強度が１０ｄＢも異なる場合が見られた。

第１の実施の形態で示したように、真下方向に主ビームを有する有指向性アンテナを受信端末１０で用いた場合、床で反射した斜め下方からの反射波については、十分低減できない。
本実施の形態では、受信端末１０として、２つのアンテナを有するスペースダイバーシティ構成を用い、これらアンテナで得られた２つの受信電界強度のうちの最大値を、当該受信端末１０の受信電界強度として選択して、送信端末の位置を算出するものであり、２つの受信電界強度の平均値を用いるものではない。これは、複数の電波が干渉した場合、信号強度の変化は正方向と負方向とで対称ではなく、山が広いほうが低くなり、谷は狭いほうが深くなるという特性があるからである。

図１２は、第２の実施の形態にかかる位置検知の実験結果である。
位置検知の実験は、第１の実施の形態で述べた構成Ａ，Ｂに加え、構成Ａに本実施の形態を適用した構成Ｃと、構成Ｂに本実施の形態を適用した構成Ｄについて、位置検知誤差を比較した。構成Ｃは、受信アンテナとして主ビームを受信端末１０の真下方向に向けたパッチアンテナを用い、位置計算には強調補正を用いた加重平均法を用い、ダイバーシティとしてスペースダイバーシティを用いたものである。

実験の具体例は、前述した図１０と同じであり、これら構成Ａ〜Ｄについて、実際の送信端末４０の実位置と演算装置２０で算出した推定位置とを比較した。
この結果、図１２に示すように、構成Ｄでは、１０箇所平均で、実位置と推定位置との平均誤差が１．１２ｍまで大幅に削減され、構成Ａの誤差に比較して距離として１．６３ｍ、割合にして約６０％の改善がみられた。また１０箇所のうち最大誤差について、構成Ｄでは２．１０ｍまで大幅に削減され、割合で約６８％の改善がみられた。

一方、従来の構成Ａに対してスペースダイバーシティを適用した構成Ｃについては、平均誤差が２．３７ｍで、構成Ａから約１４％の削減に留まっている。このことは、受信端末１０の受信アンテナが垂直ダイポールアンテナやコリニアアンテナで、位置計算に最尤法を用いた場合には、スペースダイバーシティの効果があまり得られず、受信端末１０の受信アンテナが主ビームを受信端末１０の真下方向に向けた有指向性アンテナを用いるとともに、位置計算に強調補正を用いた加重平均法を用いた構成であるからこそ、大きな効果が得られたことを示している。したがって、床で反射した斜め下方からの反射波がスペースダイバーシティにより減衰され、有指向性アンテナと強調補正を用いた加重平均法との効果がより顕著に表れたものと推察される。

［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、受信端末１０に、複数のアンテナを備えて、これらアンテナごとに受信電界強度を検出し、演算装置２０で、受信端末の各アンテナから検出した複数の受信電界強度のうちの最大値を、当該受信端末１０の受信電界強度として送信端末４０の位置算出に用いるようにしたので、送信端末の位置検知誤差をさらに削減することができる。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１…位置検知システム、１０…受信端末、１１，１１Ａ，１１Ｂ…アンテナ、１２…受信部、１３…通信処理部、２０…演算装置、２１…端末制御部、２２…操作入力部、２３…画面表示部、２４…記憶部、２５…位置算出部、３０…通信回線、４０…送信端末、５０…部屋。

Claims (4)

1. 送信端末の上方に設置されて、当該送信端末から送信された電波を受信して受信電界強度を検出する複数の受信端末と、これら受信端末における前記電波の受信電界強度に基づいて前記送信端末の位置を算出する演算装置とを含む位置検知システムであって、
   前記受信端末は、前記送信端末からの電波を受信するアンテナとして、当該受信端末の真下方向に主ビームを有する指向性アンテナを備え、
   前記演算装置は、前記受信端末で得られた前記受信電界強度の値を非線形で強調する強調処理を行い、強調後の受信電界強度から加重平均法に基づき前記送信端末の位置を算出する位置算出部を備える
   ことを特徴とする位置検知システム。
2. 請求項１に記載の位置検知システムにおいて、
   前記アンテナは、水平角度方向に対して均一な指向特性および偏波特性を有し、垂直角度方向において直下方向から水平方向へかけて受信感度が徐々に低くなる指向特性を有する指向性アンテナからなる
   ことを特徴とする位置検知システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の位置検知システムにおいて、
   前記受信端末は、複数の前記アンテナを備えて、これらアンテナごとに前記受信電界強度を検出し、
   前記演算装置は、前記受信端末の前記各アンテナから検出した複数の受信電界強度のうちの最大値を、当該受信端末の受信電界強度として前記送信端末の位置算出に用いる
   ことを特徴とする位置検知システム。
4. 送信端末の上方に設置されて、当該送信端末から送信された電波を受信して受信電界強度を検出する複数の受信端末と、これら受信端末における前記電波の受信電界強度に基づいて前記送信端末の位置を算出する演算装置とを含む位置検知システムで用いられる位置検知方法であって、
   前記受信端末は、前記送信端末からの電波を受信するアンテナとして、当該受信端末の真下方向に主ビームを有する指向性アンテナを備え、
   前記演算装置が、前記受信端末で得られた前記受信電界強度の値を非線形で強調する強調処理ステップと、
   前記演算装置が、強調後の受信電界強度から加重平均法に基づき前記送信端末の位置を算出する位置算出ステップと
   を備えることを特徴とする位置検知方法。