JP2011242192A - 位置情報配信システム及び該システムにおいて使用する受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋内において現在階を特定できる精度の位置情報を提供する。
【解決手段】ＧＮＳＳにおいて衛星が送信する信号の擬似信号を、例えば、その設置位置に基づき生成して無線信号として送信する複数の位置情報配信装置と、受信装置と、各位置情報配信装置について、その詳細位置情報及び模擬対象衛星を示す情報を保持している位置情報データベースとを備えた位置情報配信システムであり、各位置情報配信装置の模擬対象衛星は、模擬対象衛星の組合せが同じである２つ以上の位置情報配信装置が送信する無線信号を、受信装置が同時に受信する事が無い様に決定されており、受信装置は、受信無線信号に基づき計算した現在位置と、前記受信無線信号に含まれる各擬似信号に対応する衛星を示す情報を位置情報データベースに通知することで、受信無線信号の送信元の位置情報配信装置の詳細位置情報を取得する。
【選択図】図２

Description

本発明は、屋内や地下において、受信装置に、詳細な位置情報を取得させる位置情報配信技術に関する。

現在、ＧＰＳ衛星（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が送信する信号により位置情報及び時刻情報を取得するＧＰＳ受信装置が広く利用されている。ＧＰＳにおいては、高精度な時刻情報を得ることもでき、移動通信網における無線基地局は、ＧＰＳ受信装置により、世界協定時（ＵＴＣ）に対してマイクロ秒の精度で同期した時刻情報を得ている。

しかしながら、人工衛星からの信号は、屋内や地下においては受信できないことが多く、屋内や地下にあるＧＰＳ受信装置に、位置情報及び時刻情報を取得させるためのシステムが必要とされている。

このための方法として、屋外に設置したアンテナで受信したＧＰＳ信号を、屋内／地下に設置したアンテナから再送信することが考えられるが、ＧＰＳ受信装置で測位した結果得られる位置が屋外のＧＰＳアンテナの設置位置となり、実際のＧＰＳ受信装置の位置と、測定される位置とが大きく乖離するという問題がある。また屋外アンテナと屋内／地下アンテナ間のケーブル敷設に多大なコストを要する場合や、物理的に敷設が困難である場合もある。

また、特許文献１から４に記載の、ＧＰＳ衛星が送信する信号を生成する装置を利用することも考えることができる。しかしながら、特許文献１から４に記載の装置は、実際のＧＰＳ信号を忠実に再現することを目的としているために装置の構成が複雑であり、コスト高となる。さらに、ＧＰＳの測位精度は民生用受信装置で１０メートル程度が限界であるため、たとえ、特許文献１から４に記載の装置を屋内に設置してＧＰＳ衛星と同じ信号を送信させたとしても、どの建物のどの階にいるのか、さらには、どの階のどの部屋にいるのかを判別することができない。

また、特許文献５〜９、非特許文献１及び２に記載のスードライト（ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ）や、ＩＭＥＳ（ｉｎｄｏｏｒ ｍｅｓｓａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を利用することも考えることができる。しかしながら、広く普及しているＧＰＳ受信部とは互換性がない。

特開平１１−３０４９００号公報 特開２００４−２８６４９４号公報 特開２００６−２０１１５１号公報 特開２００８−１２８９３４号公報 特開平０７−１１３８６０号公報 特開平０７−１５９５０８号公報 特開２００７−２７８７５６号公報 特開２００８−９６４５２号公報 特開２００９−０８５９２８号公報

"Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ：Ｇｒｏｕｎｄ−ｂａｓｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｆｏｒ ＧＰＳ−Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ"、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００３ ＳＢＭＯ／ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ｖｏｌ．２、ｐ.８２５−８３０ "準天頂衛星システムユーザインタフェース仕様書"、ＩＳ−ＱＺＳＳ１．２版ドラフト、宇宙航空研究開発機構 "Ｎａｖｓｔａｒ ＧＰＳ Ｓｐａｃｅ Ｓｅｇｍｅｎｔ／Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ"、ＩＳ−ＧＰＳ−２００Ｄ、Ｎａｖｓｔａｒ ＧＰＳ Ｊｏｉｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｏｆｆｉｃｅ

したがって、本発明は、屋内や地下において、どの階にいるのか、さらには、どの階のどの当たりの位置にいるのかといった精度での位置情報を提供する位置情報配信システムと、該システムで使用する受信装置を提供することを目的とする。

本発明における位置情報配信システムによれば、
設置位置或いは設置位置近傍の位置を示す装置提供位置、及び、複数の模擬対象衛星を示す情報を有し、各模擬対象衛星について、全地球衛星航法システムにおいて衛星が送信する信号の擬似信号を装置提供位置に基づき生成して無線信号として送信する、複数の位置情報配信装置と、各位置情報配信装置が送信する無線信号を受信し、受信している無線信号に含まれる各擬似信号に対応する衛星を判定し、受信している無線信号に基づき現在位置を計算する受信装置と、各位置情報配信装置について、模擬対象衛星を示す情報及び詳細位置情報を保持している位置情報データベースとを備えた位置情報配信システムであって、各位置情報配信装置の模擬対象衛星は、模擬対象衛星の組合せが同じである２つ以上の位置情報配信装置が送信する無線信号を、受信装置が同時に受信する事が無い様に決定されており、位置情報データベースは、受信装置と通信可能であるか、受信装置内に組み込まれており、受信装置は、前記計算した現在位置と、前記受信している無線信号に含まれる各擬似信号に対応する衛星を示す情報を位置情報データベースに通知し、位置情報データベースは、受信装置から通知された前記現在位置及び前記衛星を示す情報に基づき、該受信装置が受信している無線信号の送信元の位置情報配信装置を特定し、受信装置は、前記特定した位置情報配信装置の詳細位置情報に基づき、前記計算した現在位置を更新することを特徴とする。

本発明における位置情報配信システムの他の実施形態によれば、
詳細位置情報は、各位置情報配信装置について、その設置位置又は設置位置近傍の位置を示す情報を含むことも好ましい。さらに、詳細位置情報は、各位置情報配信装置について、設置階又は設置されている部屋を示す情報を含むことも好ましい。

また、本発明における位置情報配信システムの他の実施形態によれば、
受信装置は、複数の位置情報配信装置からの無線信号を受信している場合には、受信している各擬似信号の強度を判定し、各擬似信号の強度から、無線信号を受信している各位置情報配信装置の前記詳細位置情報に含まれる設置位置又は設置位置近傍の位置間の位置を判定し、前記計算した現在位置を、前記判定した位置に更新することも好ましい。

本発明における受信装置によれば、
各位置情報配信装置が送信する、全地球衛星航法システムにおいて衛星が送信する信号の擬似信号を含む無線信号を受信し、受信している無線信号に含まれる各擬似信号に対応する衛星を判定し、受信している無線信号に基づき現在位置を示す位置情報を計算する受信手段と、前記位置情報と、前記受信している無線信号に含まれる各擬似信号に対応する衛星を示す情報を位置情報データベースに通知することにより取得する、前記受信している無線信号の送信元である位置情報配信装置の詳細位置情報に基づき、前記位置情報を更新する位置判定手段とを備えていることを特徴とする。

屋内や地下において、どの階にいるのか、さらには、どの階のどの当たりの位置にいるのかといった精度で位置情報を提供することができる。

本発明による位置情報配信装置の概略的な構成図である。 本発明による受信装置の概略的な構成図である。 本発明による位置情報配信システムの概略的な構成図である。 各位置情報配信装置が模擬する衛星を示す図である。

本発明を実施するための形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明においては、ＧＰＳ衛星（Ｎａｖｓｔａｒ）の擬似信号を生成する形態にて説明するが、他の全地球衛星航法システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｙｓｔｅｍ）における衛星が送信する信号の擬似信号であっても良い。

図３は、本発明による位置情報配信システムの概略的な構成図である。図３によるとシステムは、位置情報配信装置１−１から１−４と、受信装置２と、位置情報データベース３とを備えており、受信装置２は、例えば、各種移動通信網規格や無線ＬＡＮ規格に準拠した無線インタフェースでネットワーク４と接続し、ネットワーク４経由で位置情報データベース３にアクセス可能な様に構成されている。

位置情報配信装置１−１から１−４は、それぞれ、複数のＧＰＳ衛星の擬似信号を生成して無線信号として送信し、受信装置２は、これら位置情報配信装置からの無線信号に基づき位置情報を取得する。なお、各位置情報配信装置１−１から１−４が送信する無線信号の強度は、ほぼ同じ値に設定する。また、本発明において、位置情報配信装置１−１から１−４は、実際のＧＰＳ衛星の擬似信号を生成するのみならず、架空の軌道上を周回する架空のＧＰＳ衛星や、静止軌道上にある架空のＧＰＳ衛星の擬似信号も生成する。つまり、位置情報配信装置１−１から１−４は、実際のＧＰＳ衛星のみの擬似信号を生成するもの、架空のＧＰＳ衛星のみの擬似信号を生成するもの、又は、実際のＧＰＳ衛星及び架空のＧＰＳ衛星の擬似信号を生成するもののいずれかとなる。

なお、ＧＰＳ衛星の軌道に関する情報は、航法メッセージにより受信装置２に配信されるため、架空の軌道を使用したとしても、受信装置２は、これら信号から位置情報を取得することができる。また、架空のＧＰＳ衛星を利用するのは、時刻同期・測位精度の劣化を抑える任意の衛星配置を利用することができるからである。つまり、実際の衛星を模擬することと比較して、模擬対象の衛星数を少なくすることができ、よって、位置情報配信装置の構成を簡略化できる。

本発明のシステムにおいては、ある建物や施設内の各階に、それぞれが複数の衛星を模擬する１つ又は複数の位置情報配信装置を設置する。ここで、ある局所的な領域において、各位置情報配信装置が模擬する複数の衛星の組合せは、互いに異なるものとする。例えば、図４においては、位置情報配信装置１−１は識別子１、２、３、４、５、１０・・・のＧＰＳ衛星を、位置情報配信装置１−２は識別子１、２、３、４、５、１１・・・のＧＰＳ衛星を、位置情報配信装置１−３は識別子１、２、３、４、５、１２・・・のＧＰＳ衛星を、位置情報配信装置１−４は識別子１、２、３、４、５、１３・・・のＧＰＳ衛星を模擬している。

局所的な領域は、無線信号の到達距離により決まり、例えば、ある位置情報配信装置が送信する無線信号と、位置情報配信装置１−１が送信する無線信号が、受信装置２により同時に受信されることがないのであれば、この位置情報配信装置は、位置情報配信装置１−１と同じ、１、２、３、４、５、１０・・・の衛星を模擬することができる。つまり、受信装置２が、同じ組合せの衛星を模擬している２つ以上の位置情報配信装置から同時に無線信号を受信することが無い様に、各位置情報配信装置の設置位置及び模擬する衛星の組合せを決定する。

図１は、本発明による位置情報配信装置１の概略的な構成図である。なお、位置情報配信装置１及び１−１から１−４の構成は総て同じである。図１に示す様に、位置情報配信装置１は、衛星模擬部１１と、擬似信号生成部１２と、変調部１３と、同期処理部１４と、衛星情報保持部１５とを備えている。

衛星情報保持部１５は、模擬する各衛星の衛星情報、具体的には、軌道情報と、符号分割多重のためのＰＲＮコードに関する情報を保持している。なお、軌道情報の詳細は非特許文献３に記載されている。同期処理部１４は、基準時刻に同期した時刻情報を衛星模擬部１１及び擬似信号生成部１２に出力すると共に、当該時刻情報から得られるクロックに同期した搬送波を生成して変調部３に出力する。なお、同期処理部１４は、例えば、ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）や、ＩＥＥＥ１５８８で規定されるＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）といった、時刻同期プロトコルにより基準時刻に同期した時刻情報を取得する。

衛星模擬部１１は、当該位置情報配信装置の設置位置又は設置位置近傍の位置についての情報を保持している。以後、当該位置情報配信装置の設置位置又は設置位置近傍の位置を、装置提供位置と呼ぶものとする。なお、位置情報配信装置の本体とアンテナとの間に距離がある場合には、アンテナの位置を装置の設置位置とする。衛星模擬部１１は、模擬対象の各衛星について、装置提供位置との距離、及び、装置提供位置から見た衛星の速度を算出し、算出した各模擬対象衛星と装置提供位置との距離及び各衛星の速度を擬似信号生成部１２に出力し、擬似信号生成部１２は、模擬対象衛星の衛星情報、速度及び装置提供位置との距離に基づき、模擬対象衛星の擬似信号を生成する。

具体的には、擬似信号生成部１２は、模擬対象の各衛星について、衛星情報に基づきＰＲＮコード及び航法メッセージを生成し、生成したＰＲＮコードと航法メッセージの排他的論理和をとることでＣ／Ａコードを生成する。なお、ＰＲＮコード及び航法メッセージの生成タイミングは、当該衛星と装置提供位置との距離に応じた伝搬遅延に基づき決定し、さらに、ＰＲＮコード及び航法メッセージの長さについても、伝搬遅延の変化に応じて調整を行う。変調部１３は、擬似信号生成部１２が出力する各衛星のＣ／Ａコードで搬送波を変調して図示しないアンテナから無線信号として送信する。なお、変調部１３における搬送周波数も、衛星の運動に伴うドップラ効果に応じてシフトさせる。

なお、位置情報配信装置の構成は、上述したものに限られず、ＧＰＳ衛星の擬似信号を送信する限り他の構成であっても良い。また、位置情報配信装置は、模擬する各ＧＰＳ衛星の擬似信号を同時に送信する構成であっても、ある瞬間には１つのＧＰＳ衛星の擬似信号を生成する様に、つまり、時分割多重して送信する構成であっても良い。いずれにしても、受信装置２は、ＰＲＮコードにより、受信した無線信号から各衛星の擬似信号をそれぞれ取り出すことができる。さらに、衛星の摂動（軌道補正項）や電離層の影響を補正するパラメータについては、考慮することなく擬似信号を生成しても良い。これにより、衛星−受信装置間の電波伝搬時間制御が簡略化できる。

図２は、本発明による受信装置２の概略的な構成図である。図２によると、受信装置２は、受信部２１と、位置判定部２２と、表示部２３とを備えている。受信部２１は、各衛星について、その識別子及びＰＲＮコードの組を保持しており、ＰＲＮコードに基づき受信する無線信号に含まれる各擬似信号が、どの衛星からのものであるかを特定する。また、受信部２１は、通常のＧＰＳでの処理と同じく、受信した擬似信号から位置情報を取得し、求めた位置情報と、擬似信号を受信している衛星の識別子と、受信している各擬似信号の強度を示す信号強度情報を位置判定部２２に出力する。なお、受信装置２が取得する位置情報の精度は、ＧＰＳと同じく１０ｍ程度である。つまり、図３の構成において、Ｎ階にいるのかＮ−１階にいるのかを特定することはできない程度の精度である。

位置判定部２２は、受信部２１が求めた位置情報と、衛星の識別子を位置情報データベース３に通知する。位置情報データベース３は、各位置情報配信装置について、模擬している衛星を示す情報と、詳細位置情報を保持している。本実施形態において、位置情報配信装置の詳細位置情報は、その設置位置又は設置位置の周辺にある所定の位置を示す位置情報と、設置されている建物／施設名とその設置階を示す情報を含んでいるが、さらに設置されている部屋や領域を特定する情報を含むものであっても良い。より詳しくは、詳細位置情報は、位置情報、設置されている建物／施設名、設置されている設置階を示す情報、設置されている部屋や領域を特定する情報のみや、それらの任意の組合せを含むものとすることができる。なお、位置情報データベース３が有する各位置情報配信装置の詳細位置情報に含まれる位置情報と、各位置情報配信装置に設定される装置提供位置は、同じであっても、異なるものであっても良い。

上述した様に、受信装置２は、同じ衛星の組合せを模擬している複数の位置情報配信装置から同時に無線信号を受信することはないため、位置情報データベース３は、受信装置２から受信する位置情報及び衛星の識別子に基づき、受信装置２が受信している無線信号の送信元である位置情報配信装置を特定することができ、位置情報及び衛星の識別子を送信した受信装置２に対して、特定した位置情報配信装置の詳細位置情報を送信する。

例えば、図３の構成において、受信装置２が、位置情報配信装置１−２のみから無線信号を受信している場合、位置判定部２２は、位置情報データベース３から、位置情報配信装置１−２についての詳細位置情報を取得し、これにより、ある建物のＮ階にいることを判定する。また、現在位置を示す位置情報を、受信部２１が求めたものから、位置情報データベース３から取得した位置情報配信装置１−２についての詳細位置情報に含まれる位置情報に更新し、更新後の位置情報や、現在の階を表示部２３は表示する。

さらに、例えば、図３の構成において、受信装置２が、位置情報配信装置１−１及び１−２から無線信号を受信している場合、位置判定部２２は、位置情報データベース３から、位置情報配信装置１−１及び１−２についての詳細位置情報を取得し、これにより、ある建物のＮ階にいることを判定することができる。また、位置判定部２２は、２つの位置情報配信装置１−１及び１−２の無線信号を受信していることから、位置情報配信装置１−１と１−２の間にいると判定し、位置情報データベース３から取得した位置情報配信装置１−１及び１−２の詳細位置情報に含まれる位置情報と、各擬似信号の信号強度情報に基づきその位置を推定して、位置情報を、受信部２１が求めたものから更新する。具体的には、例えば、位置情報配信装置１−１からの擬似信号の信号強度情報と、位置情報配信装置１−２からの擬似信号の信号強度情報がほぼ同一である場合、位置情報配信装置１−１の位置情報と、位置情報配信装置１−２の位置情報の中間地点にいると推定する。

さらに、例えば、図３の構成において、受信装置２が、位置情報配信装置１−１、１−２及び１−３から無線信号を受信している場合、位置判定部２２は、位置情報データベース３から、位置情報配信装置１−１、１−２及び１−３についての詳細位置情報を取得する。しかしながら、信号強度は、位置情報配信装置１−１及び１−２からのものが、位置情報配信装置１−３からのものより強いためＮ階にいると判定することができる。さらに、位置判定部２２は、位置情報データベース３から取得した３つの位置情報配信装置１−１〜１−３の位置情報と、各擬似信号の信号強度情報に基づきその位置を推定して、位置情報を、受信部２１が求めた位置情報から更新する。

上述した様に、受信装置２は、受信する無線信号により、凡その位置情報を取得する。この位置情報は、同じＧＰＳ衛星を模擬している位置情報配信装置を区別するものであり、受信装置２は、この凡その位置情報と、受信している擬似信号に対応するＧＰＳ衛星の組合せに基づき、受信している無線信号の送信元の位置情報配信装置についての詳細位置情報を取得する。なお、受信装置２の位置判定部２２が、受信部２１が求めた位置情報と、衛星の識別子に加え、信号強度情報も位置情報データベース３に送信し、位置情報データベース３にて、受信装置２の現在位置や、現在階等を判定して、その結果を受信装置２に送信する形態であっても良い。さらに、受信装置２に位置情報データベース３の機能を組み込む形態、つまり、受信装置２に、総ての位置情報配信装置についての情報をあらかじめ設定しておく形態であっても良い。

さらに、上述した実施形態においては、各位置情報配信装置１−１から１−４が送信する無線信号の強度は、ほぼ同じ値としていた。これは、複数の位置情報配信装置から同時に無線信号を受信している場合に、その強度から位置を推定するためであったが、各位置情報配信装置が送信する無線信号の強度を、それぞれ、異なるものとすることもできる。この場合、位置情報データベース３は、各位置情報配信装置について、送信する無線信号の強度についての情報も保持し、受信装置２から位置情報及び衛星の識別子を受信した場合、特定した位置情報配信装置の詳細位置情報に加えて、特定した位置情報配信装置の送信無線信号の強度についての情報も受信装置２に送信する。これにより、受信装置２は、無線信号を受信している位置情報配信装置の詳細位置情報に加え、各位置情報配信装置との間の無線信号の損失も計算することができ、計算した損失に基づき、位置情報配信装置の間のある位置を現在位置として推定することができる。

１、１−１、１−２、１−３、１−４ 位置情報配信装置
１１ 衛星模擬部
１２ 擬似信号生成部
１３ 変調部
１４ 同期処理部
１５ 衛星情報保持部
２ 受信装置
２１ ＧＰＳ受信部
２２ 位置判定部
２３ 表示部
３ 位置情報データベース

Claims (5)

1. 設置位置或いは設置位置近傍の位置を示す装置提供位置、及び、複数の模擬対象衛星を示す情報を有し、各模擬対象衛星について、全地球衛星航法システムにおいて衛星が送信する信号の擬似信号を装置提供位置に基づき生成して無線信号として送信する、複数の位置情報配信装置と、
   各位置情報配信装置が送信する無線信号を受信し、受信している無線信号に含まれる各擬似信号に対応する衛星を判定し、受信している無線信号に基づき現在位置を計算する受信装置と、
   各位置情報配信装置について、模擬対象衛星を示す情報及び詳細位置情報を保持している位置情報データベースと、
   を備えた位置情報配信システムであって、
   各位置情報配信装置の模擬対象衛星は、模擬対象衛星の組合せが同じである２つ以上の位置情報配信装置が送信する無線信号を、受信装置が同時に受信する事が無い様に決定されており、
   位置情報データベースは、受信装置と通信可能であるか、受信装置内に組み込まれており、
   受信装置は、前記計算した現在位置と、前記受信している無線信号に含まれる各擬似信号に対応する衛星を示す情報を位置情報データベースに通知し、
   位置情報データベースは、受信装置から通知された前記現在位置及び前記衛星を示す情報に基づき、該受信装置が受信している無線信号の送信元の位置情報配信装置を特定し、
   受信装置は、前記特定した位置情報配信装置の詳細位置情報に基づき、前記計算した現在位置を更新する、
   位置情報配信システム。
2. 詳細位置情報は、各位置情報配信装置について、その設置位置又は設置位置近傍の位置を示す情報を含む、
   請求項１に記載の位置情報配信システム。
3. 受信装置は、複数の位置情報配信装置からの無線信号を受信している場合には、受信している各擬似信号の強度を判定し、各擬似信号の強度から、無線信号を受信している各位置情報配信装置の前記詳細位置情報に含まれる設置位置又は設置位置近傍の位置間の位置を判定し、前記計算した現在位置を、前記判定した位置に更新する、
   請求項２に記載の位置情報配信システム。
4. 詳細位置情報は、各位置情報配信装置について、設置階又は設置されている部屋を示す情報を含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の位置情報配信システム。
5. 各位置情報配信装置が送信する、全地球衛星航法システムにおいて衛星が送信する信号の擬似信号を含む無線信号を受信し、受信している無線信号に含まれる各擬似信号に対応する衛星を判定し、受信している無線信号に基づき現在位置を示す位置情報を計算する受信手段と、
   前記位置情報と、前記受信している無線信号に含まれる各擬似信号に対応する衛星を示す情報を位置情報データベースに通知することにより取得する、前記受信している無線信号の送信元である位置情報配信装置の詳細位置情報に基づき、前記位置情報を更新する位置判定手段と、
   を備えている受信装置。

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