JP2013195213A - 位置標定システム、及び位置標定システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位置標定システムの利便性を向上させる。
【解決手段】移動体３が位置Ｘ_０に存在する時に位置標定を行うことにより基地局２０からみた移動端末３０が存在する方向Δφ_０を取得し、既知である基地局２０の高さＨ、既知である基地局２０の直下から移動端末３０の直下までの平面Ｚ上の距離ｄ_０、及び求めた方向Δφ_０を式（ｄ_０＝（Ｈ−ｈ_０）×ｔａｎΔφ_０）に代入することにより、移動端末３０の平面Ｚからの高さｈ_０を求め、移動体３が位置Ｘ_０以外の位置Ｘに存在する時に位置標定を行うことにより基地局２０からみた移動端末３０が存在する方向Δφを取得し、求めた方向Δφ及び求めた高さｈ_０を式（ｄ＝（Ｈ−ｈ_０）×ｔａｎΔφ）に代入することにより、移動体３が位置Ｘに存在する時の基地局２０の直下から移動端末３０の直下までの平面Ｚ上の距離ｄを求める。
【選択図】図１

Description

この発明は、位置標定システム、及び位置標定システムの制御方法に関し、とくに位置標定システムの利便性を向上させるための技術に関する。

特許文献１には、基地局の複数のアンテナから伝送経路を経由して伝送される高周波信号を携帯端末により受信し、受信した高周波信号の相対位相を算出することにより、携帯端末の３次元の位置を高精度で検知することが記載されている。

非特許文献１には、基地局に設置した複数のアンテナから歩行者の携帯端末に無線信号を送信し、各アンテナから送信されてくる無線信号の位相差に基づき携帯端末とアンテナとの相対位置を求め、求めた相対位置（方向、距離）と基地局の絶対位置とから歩行者の現在位置を取得する位置標定システムが開示されている。

特開２００７−２１２４２４号公報

武内 保憲，河野 公則，河野 実則、" 2.4GHz帯を用いた場所検知システムの開発"、平成17年度 電気・情報関連学会中国支部第56回連合大会

図１８に非特許文献１に開示されている位置標定システムの概略的な構成を示している。図中、符号３は平面上を移動する移動体であり、符号３０は移動体３に搭載された移動端末、符号２０は基地局である。

移動端末３０は、所定のタイミングで位置標定信号を送信する。基地局２０は、隣接配置された複数のアンテナを短い時間で切り替えながら、移動端末３０から送信された位置標定信号（例えば、２．４ＧＨｚ帯の無線信号）を受信する。

図１９は基地局２０に配置されるアンテナの一例である。同図に示すように、４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄが夫々位置標定信号の１波長（例えば、位置標定信号として２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合は波長λ＝１２．５ｃｍ）以下の間隔（例えばλ／４≒３ｃｍ）をあけて平面的に略正方形状に隣接配置されている。

ここでアンテナ２５の高さ位置における水平方向とアンテナ２５に対する移動端末３０の方向とのなす角をαとすれば、これらの間には次の関係がある。
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ）） 尚、ΔＬ（ｃｍ）は、アンテナ２５を構成しているアンテナ２５ａ〜２５ｄのうち、特定の２つのアンテナ２５と移動端末３０との間の伝搬路長の差（以下、経路差とも称する。）である。

また４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄのうち特定の２つのアンテナ２５によって受信される位置標定信号の位相差をΔθとすれば、次の関係がある。
ΔＬ（ｃｍ）＝Δθ／（２π／λ（ｃｍ））

ここで例えば位置標定信号が２．４ＧＨｚ帯の電波（波長λ＝１２．５（ｃｍ））である場合は
α＝ａｒｃＳｉｎ（Δθ／π）
となり、測定可能範囲（−π／２＜Δθ＜π／２）においてα＝Δθ（ラジアン）となり、位相差Δθから基地局２０が存在する方向αを特定することができる。

尚、図１７に示すように、基地局２０の平面からの地上高をＨ、移動端末３０の平面からの地上高をｈとし、基地局２０の直下の平面上の位置を原点として平面上に直交座標（Ｘ，Ｙ）を設定し、上記方向αから求まる、基地局２０から移動端末３０の方向とＸ軸とがなす角をΔΦ（ｘ）、上記方向αから求まる、基地局２０から移動端末３０の方向とＹ軸とがなす角をΔΦ（ｙ）とすれば、原点に対する移動端末３０の位置Δｄ（ｘ），Δｄ（ｙ）は次式から求めることができる。
Δｄ（ｘ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ））
Δｄ（ｙ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ））

ここでこれらの式から理解されるように、位置標定システムにより移動端末３０の位置標定を行う際は基地局２０の高さＨと移動端末３０の高さｈが既知であることが前提となる。このため、例えば、位置標定システムを用いて人や荷物の現在位置を把握しようとした場合、移動端末３０の高さｈが移動端末３０の携帯者や移動端末３０が取り付けられる荷物ごとに異なれば、個々の移動端末３０について高さｈを予め取得して設定しておく必要があり、利便性の観点から考慮すべき点があった。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、位置標定システムの利便性を向上させることが可能な位置標定システム、及び位置標定システムの制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一つは、移動端末と、隣接して配置された複数のアンテナを有する基地局とを含み、前記移動端末が、当該移動端末の位置の標定に用いる無線信号である位置標定信号を送信し、前記基地局が、前記アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき、当該基地局からみた前記移動端末が存在する方向Δφを取得し、求めた前記方向Δφに基づき前記移動端末の位置標定を行う位置標定システムであって、
前記移動端末が設けられた移動体が移動する平面から高さＨの位置に前記基地局を設け、
前記基地局が、
前記高さＨを記憶するとともに、前記移動体が位置Ｘ_０に存在する時の、前記基地局の直下から前記移動端末の直下までの前記平面上の距離ｄ_０を記憶し、
前記移動体が前記位置Ｘ_０に存在する時に前記位置標定を行うことにより、前記移動体が前記位置Ｘ_０に存在する時の前記基地局からみた前記移動端末が存在する方向Δφ_０を取得し、
前記距離ｄ_０及び求めた前記方向Δφ_０を次式に代入することにより、前記移動端末の前記平面からの高さｈ_０を求め、
ｄ_０＝（Ｈ−ｈ_０）×ｔａｎΔφ_０
前記移動体が前記位置Ｘ_０以外の位置Ｘに存在する時に前記位置標定を行うことにより、前記移動体が前記位置Ｘに存在する時の前記基地局からみた前記移動端末が存在する方向Δφを取得し、
求めた前記方向Δφ及び求めた前記高さｈ_０を次式に代入することにより、前記移動体が前記位置Ｘに存在する時の前記基地局の直下から前記移動端末の直下までの前記平面上の距離ｄを求める。
ｄ＝（Ｈ−ｈ_０）×ｔａｎΔφ

本発明によれば、基地局は、例えば、自身の平面からの高さＨ、及び移動端末が位置Ｘ_０に存在する時の距離ｄ_０を記憶し、移動体が位置Ｘ_０に存在する時に位置標定を行って移動端末の平面からの高さｈ_０を自動的に取得し、この高さｈ_０を用いて移動体が任意の位置Ｘに存在する時の距離ｄを取得するので、基地局に予め高さｈ_０を設定しておくことなく、移動体が任意の位置Ｘに存在する時の距離ｄを標定することができる。このため、例えば、位置標定システムを人や荷物などの移動体の位置標定を用いる場合、移動端末が携帯される位置や移動端末の取り付け位置等により移動体ごとに異なる移動端末の高さｈ_０をいちいち基地局に設定する必要がなく、位置標定システムの利便性を向上させることができる。

本発明の他の一つは、上記位置標定システムであって、前記基地局と通信可能に接続し、前記位置Ｘ_０の地点に前記移動体が存在する時に、その旨を前記基地局に通知するトリガ信号発生装置を備え、前記基地局は、前記通知に基づき前記位置Ｘ_０の地点に前記移動体が存在するか否かを判断することとする。

このように、トリガ信号発生装置から移動体が位置Ｘ_０の地点に存在する旨の通知を受けたことをトリガとして基地局が移動端末の位置標定を行うようにすることで、移動端末が位置Ｘ_０の近傍に存在する時点を確実に捉えることができ、移動端末の平面からの正確な高さｈ_０を自動的に取得することができる。

本発明の他の一つは、上記位置標定システムであって、前記移動体に取り付けられた非接触型の応答装置を含み、前記トリガ信号発生装置は、前記応答装置から送られてくる応答信号を受信した場合に前記位置Ｘ_０の地点に前記移動体が存在する旨を前記基地局に通知することとする。尚、前記応答装置は、例えばＲＦＩＤタグであり、前記トリガ信号発生装置は、例えば前記ＲＦＩＤタグの読み取り装置である。

本発明の他の一つは、上記位置標定システムであって、前記平面の異なる位置に設置された複数の前記トリガ信号発生装置を備えることとする。

本発明によれば、移動体がいずれかのトリガ信号発生装置の近傍を通過する度に高さｈ_０を更新することができ、移動体の移動中に移動端末の高さｈ_０が変化するような場合でも位置標定の精度を確保することができる。

本発明の他の一つは、上記位置標定システムであって、互いに通信可能に接続された複数の前記基地局を備え、前記基地局の夫々は、前記移動端末について前記基地局の一つによって求められた前記高さｈ_０を共有することとする。

このように複数の基地局の夫々が基地局の一つによって求められた高さｈ_０を共有することで、各基地局が移動端末の高さｈ_０を個別に取得する必要がなく、何れかの基地局によって最新に取得された高さｈ_０を用いて移動体の現在位置を標定することができる。

本発明の他の一つは、上記位置標定システムであって、前記移動端末は、前記位置標定信号に自身の識別子を付帯させて送信し、前記基地局の夫々は、前記移動端末について前記基地局の一つによって求められた前記高さｈ_０を当該移動端末の前記識別子と対応づけて共有し、前記位置標定信号を受信するとこれに付帯する識別子に対応する前記高さｈ_０を取得する。

このようにすれば、複数の移動端末が存在する場合でも、基地局２０は各移動端末の高さｈ_０を確実に取得することができる。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、位置標定システムの利便性を向上させることができる。

位置標定システム１の概略的な構成を示す図である。 サーバ装置１０の主なハードウエアを示す図である。 サーバ装置１０の主な機能を示す図である。 移動端末３０の主なハードウエアを示す図である。 移動端末３０の主な機能を示す図である。 基地局２０の主なハードウエアを示す図である。 基地局２０の主な機能を示す図である。 トリガ信号発生装置４０の主なハードウエアを示す図である。 トリガ信号発生装置４０の主な機能を示す図である。 位置標定信号１０００の構成を説明する図である。 基地局２０と移動端末３０の位置関係を示す図である。 基地局２０のアンテナ２５の構成を説明する図である。 基地局２０と移動端末３０の位置関係を説明する図である。 トリガ信号送信処理Ｓ１４００を説明するフローチャートである。 端末情報取得処理Ｓ１５００を説明するフローチャートである。 端末情報更新処理Ｓ１６００を説明するフローチャートである。 現在位置標定処理Ｓ１７００を説明するフローチャートである。 位置標定システムの概略的な構成を示す図である。 基地局２０のアンテナ２５の構成を説明する図である。

図１に実施形態として説明する位置標定システム１の概略的な構成を示している。位置標定システム１は、例えば、人、荷物、貨物などの移動体３の現在位置を監視するシステム、移動体３の道案内や移動体３の目的地までの誘導を行うシステムなどに広く適用することができる。

位置標定システム１は、システム管理センタやシステム監視センタなどに設けられるサーバ装置１０、位置標定システム１が適用されるエリアの各所に設けられる複数の基地局２０、移動体３に携帯もしくは取り付けられる移動端末３０、及び一つ以上のトリガ信号発生装置４０を含んで構成されている。

基地局２０は、移動体３が移動する平面Ｚから所定の高さ位置に設けられる。例えば、位置標定システム１が屋内で用いられる場合には、基地局２０は柱や建物の壁などに設けられる。また例えば、位置標定システム１が屋外で用いられる場合には、基地局２０は電柱や鉄塔などに設けられる。

基地局２０、移動端末３０、及びトリガ信号発生装置４０は、いずれもサーバ装置１０と通信ネットワーク５を介して通信可能に接続している。通信ネットワーク５は、有線もしくは無線による通信手段であって、例えば、専用線、公衆回線、インターネット等である。

尚、トリガ信号発生装置４０については必ずしも通信ネットワーク５に接続していなくてもよい。但し、トリガ信号発生装置４０は、少なくとも一つ以上の基地局２０と通信可能に接続しているものとする。

図２にサーバ装置１０の主なハードウエアを示している。同図に示すように、サーバ装置１０は、中央処理装置１１（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）、記憶装置１２（半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）、ハードディスク装置等）、入力装置１３（キーボードやマウス等）、表示装置１４（液晶ディスプレイ等）、サーバ装置１０を通信ネットワーク５に接続する通信インタフェース１５（ＮＩＣ（Network Interface Card）、無線通信モジュール等）などを備える。このうち表示装置１４には、例えば、移動体３の現在位置や移動方向などを示す情報がリアルタイムに表示される。同図に示すように、サーバ装置１０の各構成要素は、バス１８を介して互いに通信可能に接続されている。

図３にサーバ装置１０が備える主な機能を示している。同図に示すように、サーバ装置１０は、情報収集部１０１、情報提供部１０２、及び設定情報記憶部１０３を備える。これらの機能は、サーバ装置１０が備えるハードウエアによって、もしくは、サーバ装置１０の中央処理装置１１が、記憶装置１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

情報収集部１０１は、基地局２０又は移動端末３０から随時送られてくる、移動端末３０の現在位置などの情報を受信して管理する。

情報提供部１０２は、例えば、基地局２０又は移動端末３０に対して、移動体３の現在位置や移動方向などの監視情報、移動体３の安全確保に関する情報や道案内情報、目的地までの誘導情報、現在位置周辺の地理情報などを提供する。

設定情報記憶部１０３は、例えば、基地局２０の設置位置を示す情報（緯度、経度、設置高さ等）を設定情報として記憶する。

図４に移動端末３０の主なハードウエアを示している。同図に示すように、移動端末３０は、中央処理装置３１（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）、記憶装置３２（半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）、ハードディスク装置等）、後述する位置標定信号の送信や他の装置との間での無線通信を行う無線通信インタフェース３３（ＮＩＣ、無線通信モジュール等）、無線通信インタフェース３３によって行われる無線通信に用いられるアンテナ３４、入力装置３５（タッチパネル、操作ボタン等）、表示装置３６（液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等）、及び応答装置３７を備える。尚、これらの各構成要素はバス３９を介して互いに通信可能に接続されている。

アンテナ３４は、例えば、指向性アンテナである。アンテナ３４は、移動端末３０の筐体と一体に設けられていてもよいし、移動端末３０の筐体とは別体に設けられていてもよい。移動端末３０を壁等の障害物が存在する屋内等で用いる場合には、アンテナ３４は円偏波指向性アンテナであることが望ましい。円偏波の反射波（又は定在波）の偏波面は、壁等の障害物で反射した際に反転するが、円偏波指向性アンテナを用いることで、反射波や定在波を効果的に減衰させることができるからである。

応答装置３７は、例えば、受動型もしくは能動型のＲＦＩＤタグであり、トリガ信号発生装置４０から後述の応答要求信号を受信すると無線の応答信号を送信する。尚、この応答信号には、当該応答装置３７が設けられている移動端末３０の識別子（以下、端末ＩＤと称する。）が付帯される。

応答装置３７は、図４に示すようにバス３９を介して移動端末３０の他の構成要素の電気的に接続されていてもよいし、移動端末３０の他の構成要素とは電気的に独立した装置として移動体３に設けてもよい。

尚、応答装置３７は、例えば、応答要求信号の受信有無に拘わらず短い時間間隔で応答信号を繰り返し送信するものとしてもよい。この場合、例えば、トリガ信号発生装置４０に電界強度計（ＲＳＳＩ）を設け、トリガ信号発生装置４０が、応答装置３７から所定の電界強度を超える応答信号を受信した場合に後述のトリガ信号を基地局２０に入力するようにする。

図５に移動端末３０が備える主な機能を示している。同図に示すように、移動端末３０は、位置標定信号送信部３０１、情報送受信部３０２、情報表示部３０３、及び応答信号送信部３０４を備える。これらの機能は、移動端末３０が備えるハードウエアによって、もしくは、移動端末３０の中央処理装置３１が記憶装置３２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

上記機能のうち、位置標定信号送信部３０１は、移動端末３０の位置の標定に用いられる無線信号（以下、位置標定信号と称する）を無線通信インタフェース３３から送信する。位置標定信号送信部３０１は、例えば短い時間間隔で繰り返し（例えば周期的に）位置標定信号を送信する。

情報送受信部３０２は、無線通信インタフェース３３による無線通信や通信ネットワーク５による有線通信によりサーバ装置１０もしくは基地局２０と通信し、移動体３に提示するための情報の受信（ダウンロード）や、サーバ装置１０もしくは基地局２０において用いられる各種情報の送信（アップロード）などを行う。

情報表示部３０３は、移動体３である人などに提示する情報を表示装置３６に出力する。

応答信号送信部３０４は、応答装置３７がトリガ信号発生装置４０から後述のトリガ信号を受信すると応答信号を送信する。尚、応答装置３７が受動型のＲＦＩＤタグである場合、応答装置３７は、応答要求信号の電力を利用して応答信号の生成及び送信を行う。

図６に基地局２０の主なハードウエアを示している。同図に示すように、基地局２０は、中央処理装置２１（ＣＰＵやＭＰＵ等）、記憶装置２２（半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）、ハードディスク装置等）、基地局２０を通信ネットワーク５に接続するための通信インタフェース２３（ＮＩＣ、無線通信モジュール等）、無線通信を行う無線通信インタフェース２４（無線通信モジュール等）、複数のアンテナ２５ａ〜２５ｄ（第２アンテナ）（以下の説明においてこれらをアンテナ２５と総称することがある。）、及びアンテナ切替スイッチ２６を備える。これらの各構成要素は、バス２８を介して通信可能に接続されている。

中央処理装置２１は、記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、基地局２０の様々な機能を実現する。無線通信インタフェース２４は、移動端末３０から送信された位置標定信号を受信する。

アンテナ２５は、いずれも指向性アンテナである。アンテナ切替スイッチ２６は、複数のアンテナ２５ａ〜２５ｄのうちのいずれかを順次選択してアンテナ２５を無線通信インタフェース２４に接続する。尚、位置標定システム１を壁等の障害物が存在する屋内等で用いる場合には、アンテナ２５として円偏波指向性アンテナを用いることが好ましい。円偏波の反射波（又は定在波）の偏波面は壁等での反射時に反転するので、アンテナ２５として円偏波指向性アンテナを用いることで反射波（又は定在波）を効果的に減衰させることができるからである。

図７に基地局２０が備える主な機能を示している。同図に示すように、基地局２０は、通信処理部２０１、位置標定信号受信部２０２、設定情報記憶部２０３、位置標定部２０４、トリガ信号受信部２０５、及び端末情報共有部２０６を備える。尚、これらの機能は、基地局２０が備えるハードウエアによって、もしくは、基地局２０の中央処理装置２１が記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

通信処理部２０１は、通信インタフェース２３や無線通信インタフェース２４を制御して移動端末３０やサーバ装置１０との間でデータの送信又は受信を行う。

位置標定信号受信部２０２は、無線通信インタフェース２４及びアンテナ切替スイッチ２６を制御して移動端末３０から送信された位置標定信号を受信する。

設定情報記憶部２０３は、前述した設定情報（例えば、当該基地局２０の現在位置を示す情報（緯度、経度、高さＨ等）、後述する、移動体３が位置Ｘ_０に存在する時の、基地局２０の直下から移動端末３０の直下までの平面Ｚ上の距離ｄ_０等）を記憶する。

位置標定部２０４は、移動体３（移動端末３０）の位置標定を実施するタイミング（例えば、位置標定信号を受信した時、予め設定した時刻が到来した時、移動体３の状態が変化した時（移動端末３０の取り付け位置が変更された時）等）が到来すると、位置標定信号受信部２０２が受信した位置標定信号に基づき移動端末３０の現在位置を標定する。位置標定部２０４によって標定された移動端末３０の現在位置は、通信処理部２０１によってサーバ装置１０や移動端末３０に随時送信されて様々な目的に利用される。位置標定の仕組みの詳細については後述する。

トリガ信号受信部２０５は、トリガ信号発生装置４０から後述のトリガ信号を受信すると、その旨を位置標定部２０４に通知する。位置標定部２０４は、上記通知を受けると直ちに移動端末３０の位置標定を実施する。

端末情報取得部２０６は、移動端末３０が設けられている移動体３がトリガ信号発生装置４０の近傍（以下、位置Ｘ_０と称する。）に存在する時、基地局２０の直下から移動端末３０の直下までの距離ｄ_０又は移動端末３０の平面Ｚからの高さｈ_０を取得して記憶する。

端末情報共有部２０７は、通信ネットワーク５を介して他の基地局２０と情報（例えば、移動端末３０の高さｈ_０）を共有する。

図８にトリガ信号発生装置４０の主なハードウエアを示している。同図に示すように、トリガ信号発生装置４０は、中央処理装置４１（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）、記憶装置４２（半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）等）、通信インタフェース４３（ＮＩＣ、無線通信モジュール等）、及び端末検出装置４４を備える。これらの各構成要素は、バス２８を介して通信可能に接続されている。

端末検出装置４４は、移動端末３０が当該トリガ信号発生装置４０の近傍に存在することを検出する。端末検出回路４４は、例えば、ＲＦＩＤタグの読取装置を用いて実現される。

端末検出装置４４は、移動端末３０に対して応答信号の送信を促す信号である応答要求信号（例えばＲＦＩＤタグへのレスポンス要求信号）を短い時間間隔で繰り返し（例えば、短い周期で繰り返し）無線送信する。

端末検出回路４４は、端末検出装置４４の近傍に存在して上記応答要求信号を受信した移動端末３０から送信されてくる応答信号（例えば、ＲＦＩＤタグのレスポンス信号）を受信すると、その旨を示す信号を出力する。尚、端末検出装置４４が送信する応答要求信号は微弱信号であり、トリガ信号発生装置４０の近傍に存在する移動端末３０のみが受信することができる。

図９にトリガ信号発生装置４０が備える主な機能を示している。同図に示すように、トリガ信号発生装置４０はトリガ信号送信部４０１を備える。尚、トリガ信号送信部４０１は、トリガ信号発生装置４０が備えるハードウエアによって、もしくは、トリガ信号発生装置４０の中央処理装置４１が記憶装置４２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

トリガ信号送信部４０１は、端末検出装置４４から移動端末３０が近傍に存在することを示す信号が出力されると、その旨を基地局２０に通知する信号（以下、トリガ信号と称する。）を生成してこれを送信する。尚、トリガ信号送信部４０１は、送信するトリガ信号に、当該トリガ信号を発生する契機となった移動端末３０から受信した応答信号に付帯していた端末ＩＤを付帯させる。

＜位置標定の仕組み＞
次に位置標定システム１によって行われる移動端末３０の現在位置の標定の仕組みについて説明する。尚、以下の説明の前提として、移動端末３０は、十分に短い時間間隔で繰り返し位置標定信号を送信するものとする。また基地局２０は、４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄを十分に短い周期で切り換えながら位置標定信号を受信するものとする。

図１０に移動端末３０のアンテナ３４から送信される位置標定信号の一例を示している。同図に示すように、位置標定信号１０００は、制御信号１０１１、測定信号１０１２、及び端末情報１０１３を含む。このうち制御信号１０１１は、変調波や各種の制御信号を含む。また測定信号１０１２は、数ｍ秒程度の無変調波（例えば、基地局２０に対する移動端末３０の存在する方向や基地局２０に対するその移動端末３０までの相対距離の検出に用いる信号（例えば、２０４８チップの拡散符号））を含む。端末情報１０１３には、例えば、その移動端末３０の端末ＩＤが含まれる。

図１１に基地局２０と移動端末３０の位置関係を示している。同図に示すように、基地局２０は、移動体３が移動する平面Ｚから高さＨ（ｍ）の位置に固定されている。また移動端末３０は平面Ｚから高さｈ（ｍ）の位置に存在する。尚、平面Ｚ上、基地局２０の直下から移動端末３０の直下までの直線距離はＬ（ｍ）である。

図１２に基地局２０に設けられる４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄを示している。同図に示すように、４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄは、夫々、位置標定信号１０００の１波長（例えば、位置標定信号１０００として２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合は波長λ＝１２．５ｃｍ）以下の間隔（例えば３ｃｍ）を空けて平面的に略正方形状に隣接配置されている。尚、４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄは、いずれも指向性アンテナ（例えば、円偏波指向性アンテナ）であり、これらのいずれについてもその指向方向は斜め下方向に向けられている。

同図において、アンテナ２５の高さ位置における水平方向とアンテナ２５に対する移動端末３０の方向とのなす角をαとすれば、これらの間には次の関係がある。
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ））
・・・式１

尚、ΔＬ（ｃｍ）は、アンテナ２５を構成しているアンテナ２５ａ〜２５ｄのうち、特定の２つのアンテナ２５と移動端末３０との間の伝搬路長の差（以下、これを経路差とも称する。）である。

ここで４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄのうち、特定の２つのアンテナ２５で受信される位置標定信号１０００の位相差をΔθとすれば、次の関係がある。
ΔＬ（ｃｍ）＝Δθ／（２π／λ（ｃｍ）） ・・・式２

ここで例えば位置標定信号１０００が２．４ＧＨｚ帯の電波（波長λ＝１２．５（ｃｍ））である場合は
α＝ａｒｃＳｉｎ（Δθ／π） ・・・式３
となり、測定可能範囲（−π／２＜Δθ＜π／２）においてα＝Δθ（ラジアン）となり、位相差Δθから基地局２０が存在する方向αを特定することができる。

尚、図１３に示すように、基地局２０のアンテナ２５の平面Ｚからの高さをＨ、移動端末３０の平面Ｚからの高さをｈとし、基地局２０の直下の平面Ｚ上の位置を原点として平面Ｚ上に直交座標（Ｘ、Ｙ）を設定し、上記方向αから求まる、基地局２０から移動端末３０の方向とＸ軸とがなす角をΔφ（ｘ）、上記方向αから求まる、基地局２０から移動端末３０の方向とＹ軸とがなす角をΔφ（ｙ）とすれば、原点に対する移動端末３０の位置Δｄ（ｘ），Δｄ（ｙ）は次式から求めることができる。
Δｄ（ｘ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（Δφ（ｘ）） ・・・式４
Δｄ（ｙ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（Δφ（ｙ）） ・・・式５

そして基地局２０から平面Ｚに下ろした垂線が平面Ｚと交わる点を原点（Ｘ１，Ｙ１）とすれば、移動端末３０の現在位置（Ｘｘ，Ｙｙ）は次式から求めることができる。
Ｘｘ＝Ｘ１＋ｄ（ｘ） ・・・式６
Ｙｙ＝Ｙ１＋ｄ（ｙ） ・・・式７

尚、移動端末３０の位置をｄ、位置標定により取得される基地局２０から見た移動端末３０が存在する方向をΔφとすれば、式４，５は、座標系を特定しない、次の形で表わすことができる。
ｄ＝（Ｈ−ｈ）×ｔａｎΔφ ・・・式８

以上に説明した位置標定の原理については、例えば、特開２００４−１８４０７８号公報、特開２００５−３５１８７７号公報、特開２００５−３５１８７８号公報、及び特開２００６−２３２６１号公報等に詳述されている。

＝処理説明＝
次に位置標定システム１によって行われる位置標定に関する処理について説明する。尚、以下の説明において、基地局２０は、当該基地局２０の高さＨ、及び移動体３がトリガ発生装置４０の近傍（以下、位置Ｘ_０と称する。）に存在する時の基地局２０の直下から移動端末３０の直下までの平面Ｚ上の距離ｄ_０を、いずれも既知の値として記憶しているものとする。

図１４乃至図１６に高さＨ及び距離ｄ_０を既知として移動端末３０の高さｈ_０を求める際に位置標定システム１において行われる処理を示している。

このうち図１４は、移動端末３０がトリガ信号発生装置４０に接近（もしくは通過）することによりトリガ信号発生装置４０から基地局２０にトリガ信号が送信される際に移動端末３０とトリガ信号発生装置４０との間で行われる処理（以下、トリガ信号送信処理Ｓ１４００と称する。）を説明するフローチャートである。

同図に示すように、トリガ信号発生装置４０は、応答要求信号を短い時間間隔で（例えば短い周期で繰り返し）送信している（Ｓ１４１１）。

移動端末３０は、トリガ信号発生装置４０からの応答要求信号の受信をリアルタイムに待機している（Ｓ１４２１）。移動端末３０は、移動体３がトリガ信号発生装置４０に接近（もしくは通過）してトリガ信号発生装置４０から送信されている応答要求信号を受信すると（Ｓ１４２１：ＹＥＳ）、直ちに応答信号を送信する（Ｓ１４２２）。尚、前述したように、この応答信号には当該移動端末３０の端末ＩＤが付帯する。

トリガ信号発生装置４０は、移動端末３０からの応答信号の受信をリアルタイムに待機している（Ｓ１４３１）。トリガ信号発生装置４０は、移動端末３０から応答信号を受信すると（Ｓ１４３１：ＹＥＳ）、直ちに基地局２０にトリガ信号を送信する（Ｓ１４３２）。

図１５は、基地局２０がトリガ信号発生装置４０からトリガ信号を受信した場合に、当該トリガ信号が送信される契機となった移動端末３０の位置標定を行い、当該移動端末３０の高さｈ_０を取得すべく基地局２０が行う処理（以下、端末情報取得処理Ｓ１５００と称する。）を説明するフローチャートである。

同図に示すように、基地局２０は、トリガ信号発生装置４０からのトリガ信号の受信をリアルタイムに待機している（Ｓ１５１１）。基地局２０は、トリガ信号発生装置４０からトリガ信号を受信すると（Ｓ１５１１：ＹＥＳ）、当該トリガ信号が送信される契機となった移動端末３０からの位置標定信号１０００の受信待機を開始する（Ｓ１５１２）。

基地局２０は、移動端末３０から位置標定信号１０００を受信すると（Ｓ１５１２：ＹＥＳ）、当該移動端末３０の現在位置（位置Ｘ_０）について位置標定を行い、基地局２０からみた当該移動端末３０が存在する方向Δφ_０を求める（Ｓ１５１３）。

尚、基地局２０は、受信した位置標定信号１０００が当該移動端末３０から送られてきたものであるか否かの判断を、受信したトリガ信号に付帯している端末ＩＤと、受信した位置標定信号１０００に付帯している端末ＩＤとが一致するか否かを調べることにより行う。

次に基地局２０は、予め記憶している高さＨ及び距離ｄ_０、及びＳ１５１３で行った位置標定により取得した当該移動端末３０が存在する方向Δφ_０を次式に代入することにより、当該移動端末３０の高さｈ_０を求め、求めた高さｈ_０を記憶する（Ｓ１５１４）。
ｄ_０＝（Ｈ−ｈ_０）×ｔａｎΔφ_０ ・・・式９

次に基地局２０は、一つ以上の他の基地局２０との間で移動端末３０に関する情報を共有すべく、求めた高さｈ_０を当該移動端末３０の端末ＩＤとともに一つ以上の他の基地局２０に通知する。尚、この通知は、基地局２０間で直接通信することにより行うようにしてもよいし、サーバ装置１０を介して間接的に行うようにしてもよい。

図１６は基地局２０が他の基地局２０から移動端末３０の高さｈ_０を取得する処理（以下、端末情報更新処理Ｓ１６００と称する。）を説明するフローチャートである。

同図に示すように、基地局２０は他の基地局２０からの高さｈ_０の受信をリアルタイムに待機している（Ｓ１６１１）。基地局２０は、他の基地局２０から高さｈ_０を受信すると、これに付帯する端末ＩＤと対応づけて記憶する（Ｓ１６１２）。尚、基地局２０は、既にその移動端末３０の高さｈ_０を記憶している場合は記憶している高さｈ_０を、新たに受信した高さｈ_０に更新する。

図１７は、基地局２０が、移動体３が位置Ｘ_０とは異なる任意の位置Ｘに存在する時、移動端末３０の現在位置（以下、位置Ｘとも称する。）を標定しようとして行う処理（以下、現在位置標定処理Ｓ１７００と称する。）を説明するフローチャートである。以下、同図とともに説明する。

移動端末３０は、位置標定信号１０００を短い時間間隔で（例えば短い周期で繰り返し）送信している（Ｓ１７１１、Ｓ１７１２）。

基地局２０は、位置標定信号１０００を受信すると（Ｓ１７２１：ＹＥＳ）、前述した位置標定の仕組みにより移動端末３０の現在位置（位置Ｘ）を標定し、基地局２０からみた当該移動端末３０が存在する方向Δφを求める（Ｓ１７２２）。

そして基地局２０は、求めた方向ΔφとＳ１５１４で求めた高さｈ_０とに基づき、移動端末３０の現在位置ｄ（移動体３が位置Ｘに存在する時の基地局２０の直下から移動端末３０の直下までの平面Ｚ上の距離）を求める。具体的には、基地局２０は、求めた方向ΔφとＳ１５１４で求めた高さｈ_０を次式に代入することにより、移動端末３０の現在位置ｄを求める。
ｄ＝（Ｈ−ｈ_０）×ｔａｎΔφ ・・・式１０

尚、このようにして求められた移動端末３０の現在位置ｄは、例えば、サーバ装置１０や移動端末３０に送信されてサーバ装置１０もしくは移動端末３０がユーザに提供するサービスに用いられる。

以上に説明したように、本実施形態の位置標定システム１にあっては、基地局２０が自身の平面Ｚからの高さＨ、及び移動端末３０が位置Ｘ_０に存在する時の距離ｄ_０を記憶している場合、まず移動体３が位置Ｘ_０に存在する時に位置標定を行うことにより移動端末３０の平面Ｚからの高さｈ_０を自動的に取得する。そして基地局２０は、この高さｈ_０を用いて移動体３が任意の位置Ｘに存在する時の距離ｄを取得する。このように基地局２０は、移動端末３０が位置Ｘ_０に存在する時に移動端末３０の位置標定を行って自動的に移動端末３０の高さｈ_０を取得するので、予め基地局２０に移動端末３０の高さを設定しておく必要がなく、位置標定システム１の利便性を向上することができる。

また移動端末３０の高さｈ_０は基地局２０間で共有されるので（Ｓ１５１５，Ｓ１６００）、各基地局２０が移動端末３０の高さｈ_０を個別に取得する必要がなく、何れかの基地局２０によって最新に取得された高さｈ_０を用いて移動体３の現在位置を標定することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、移動体３が移動するエリア内の複数の場所にトリガ発生装置４０を設け、移動体３がいずれかのトリガ発生装置４０に接近する度に移動端末３０の高さｈ_０を取得し直すようにすれば、移動体３の移動中に移動端末３０の高さが変化するような場合でも、常に正確に移動端末３０の位置を標定することができる。このため、例えば、位置標定システム１を人の現在位置の管理に用いた場合、人が移動端末３０を携帯する位置が変化しても、人の現在位置を精度よく標定することができる。また位置標定システム１を荷物や貨物の現在位置の標定に用いた場合、荷物や貨物の位置が変化しても、荷物や貨物の現在位置を精度よく標定することができる。

また例えば、移動端末３０が位置標定信号１０００に自身の端末ＩＤを付帯させて送信し、複数の基地局２０の夫々が、複数の移動端末３０の夫々についていずれかの基地局２０によって求められた高さｈ_０を当該移動端末３０の端末ＩＤと対応づけて共有し、いずれかの移動端末３０から位置標定信号１０００を受信した場合に基地局２０がその位置標定信号１０００の端末ＩＤに対応する高さｈ_０を用いて当該移動端末３０の位置標定を行うようにしてもよい。このようにすれば、エリア内に複数の移動端末３０が存在する場合でも、基地局２０はこれから位置を標定しようとする移動端末３０の高さｈ_０を確実に取得することができる。

移動端末３０は、例えば、アクティブ型もしくはパッシブ型のＲＦＩＤタグとして機能するものであってもよい。この場合、位置標定信号１０００を、電磁誘導によってＲＦＩＤタグが備えるアンテナコイルから基地局２０に送信するようにしてもよい。

１ 位置標定システム
３ 移動体
２０ 基地局
２０３ 設定情報記憶部
２０４ 位置標定部
２０５ トリガ信号受信部
２０６ 端末情報取得部
２０７ 端末情報共有部
２５ アンテナ
３０ 移動端末
３７ 応答装置
４０ トリガ信号発生装置
４４ 端末検出装置
４０１ トリガ信号送信部
３０４ 応答信号送信部
Ｓ１４００ トリガ信号送信処理
Ｓ１５００ 端末情報取得処理
Ｓ１６００ 端末情報更新処理
Ｓ１７００ 現在位置標定処理

Claims (8)

1. 移動端末と、隣接して配置された複数のアンテナを有する基地局とを含み、
   前記移動端末が、当該移動端末の位置の標定に用いる無線信号である位置標定信号を送信し、
   前記基地局が、前記アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき、当該基地局からみた前記移動端末が存在する方向Δφを取得し、求めた前記方向Δφに基づき前記移動端末の位置標定を行う
   位置標定システムであって、
   前記移動端末が設けられた移動体が移動する平面から高さＨの位置に前記基地局を設け、
   前記基地局が、
   前記高さＨを記憶するとともに、前記移動体が位置Ｘ_０に存在する時の、前記基地局の直下から前記移動端末の直下までの前記平面上の距離ｄ_０を記憶し、
   前記移動体が前記位置Ｘ_０に存在する時に前記位置標定を行うことにより、前記移動体が前記位置Ｘ_０に存在する時の前記基地局からみた前記移動端末が存在する方向Δφ_０を取得し、
   前記距離ｄ_０及び求めた前記方向Δφ_０を次式に代入することにより、前記移動端末の前記平面からの高さｈ_０を求め、
   ｄ_０＝（Ｈ−ｈ_０）×ｔａｎΔφ_０
   前記移動体が前記位置Ｘ_０以外の位置Ｘに存在する時に前記位置標定を行うことにより、前記移動体が前記位置Ｘに存在する時の前記基地局からみた前記移動端末が存在する方向Δφを取得し、
   求めた前記方向Δφ及び求めた前記高さｈ_０を次式に代入することにより、前記移動体が前記位置Ｘに存在する時の前記基地局の直下から前記移動端末の直下までの前記平面上の距離ｄを求める
   ｄ＝（Ｈ−ｈ_０）×ｔａｎΔφ
   位置標定システム。
2. 請求項１に記載の位置標定システムであって、
   前記基地局と通信可能に接続し、前記位置Ｘ_０の地点に前記移動体が存在する時に、その旨を前記基地局に通知するトリガ信号発生装置を備え、
   前記基地局は、前記通知に基づき前記位置Ｘ_０の地点に前記移動体が存在するか否かを判断する
   位置標定システム。
3. 請求項２に記載の位置標定システムであって、
   前記移動体に取り付けられた応答装置を含み、
   前記トリガ信号発生装置は、前記応答装置から送られてくる応答信号を受信した場合に前記位置Ｘ_０の地点に前記移動体が存在する旨を前記基地局に通知する
   位置標定システム。
4. 請求項３に記載の位置標定システムであって、
   前記応答装置はＲＦＩＤタグであり、前記トリガ信号発生装置は前記ＲＦＩＤタグの読み取り装置である
   位置標定システム。
5. 請求項２乃至４のいずれか一項に記載の位置標定システムであって、
   前記平面の異なる位置に設置された複数の前記トリガ信号発生装置を備える
   位置標定システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の位置標定システムであって、
   互いに通信可能に接続された複数の前記基地局を備え、
   前記基地局の夫々は、前記移動端末について前記基地局の一つによって求められた前記高さｈ_０を共有する
   位置標定システム。
7. 請求項６に記載の位置標定システムであって、
   前記移動端末は、前記位置標定信号に自身の識別子を付帯させて送信し、
   前記基地局の夫々は、
   前記移動端末について前記基地局の一つによって求められた前記高さｈ_０を当該移動端末の前記識別子と対応づけて共有し、
   前記位置標定信号を受信するとこれに付帯する識別子に対応する前記高さｈ_０を取得する
   位置標定システム。
8. 移動端末と、隣接して配置された複数のアンテナを有する基地局とを含み、
   前記移動端末が、当該移動端末の位置の標定に用いる無線信号である位置標定信号を送信し、
   前記基地局が、前記アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき、当該基地局からみた前記移動端末が存在する方向Δφを取得し、求めた前記方向Δφに基づき前記移動端末の位置標定を行う
   位置標定システムの制御方法であって、
   前記移動端末が設けられた移動体が移動する平面から高さＨの位置に前記基地局を設け、
   前記基地局が、
   前記高さＨを記憶するとともに、前記移動体が位置Ｘ_０に存在する時の、前記基地局の直下から前記移動端末の直下までの前記平面上の距離ｄ_０を記憶するステップと、
   前記移動体が前記位置Ｘ_０に存在する時に前記位置標定を行うことにより、前記移動体が前記位置Ｘ_０に存在する時の前記基地局からみた前記移動端末が存在する方向Δφ_０を取得するステップと、
   前記距離ｄ_０及び求めた前記方向Δφ_０を次式に代入することにより、前記移動端末の前記平面からの高さｈ_０を求めるステップと、
   ｄ_０＝（Ｈ−ｈ_０）×ｔａｎΔφ_０
   前記移動体が前記位置Ｘ_０以外の位置Ｘに存在する時に前記位置標定を行うことにより、前記移動体が前記位置Ｘに存在する時の前記基地局からみた前記移動端末が存在する方向Δφを取得するステップと、
   求めた前記方向Δφ及び求めた前記高さｈ_０を次式に代入することにより、前記移動体が前記位置Ｘに存在する時の前記基地局の直下から前記移動端末の直下までの前記平面上の距離ｄを求めるステップと
   ｄ＝（Ｈ−ｈ_０）×ｔａｎΔφ
   を含む位置標定システムの制御方法。

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