JP2014163791A - 無線タグ測位システム - Google Patents

Abstract

【課題】無線タグの二次元座標を精度よく決定することができる無線タグ測位システムを提供する。
【解決手段】無線タグ２００が無線タグリーダ１００の径方向に移動した距離である径方向移動距離（測定距離Dm）を測定する（Ｓ２）。測位範囲を複数の小領域に分割することで生成する領域頂点の組み合わせである移動前後点の組み合わせに対して、径方向移動距離（＝演算距離Dc）を演算しておき、測定距離Dmと演算距離Dcとの距離差eを、全部の移動前後点の組み合わせに対して４つの無線タグリーダ１００ごとに逐次算出する（Ｓ４）。この距離差eが誤差範囲内にある移動前後点の候補に絞り込む（Ｓ６）。さらに、連続する２回分の移動について、前の移動の後点と後の移動の前点とが一致する移動前後点の組み合わせに絞り込む。この絞り込みを、過去の予め設定された所定回前の移動から最新の移動まで、順番に各移動に対して行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線タグの絶対位置を測定する無線タグ測位システムに関する。

無線タグの絶対位置を測定（以下、絶対測位という）する手法は、ＴＯＡ方式、ＴＤＯＡ方式、ＲＳＳＩ方式など、電波を用いた多数の手法が提案されている。また、これらの手法を用いて室内等のマルチパスが生じる環境において絶対測位を行なう技術が、非特許文献１にまとめられている。

Liu, H., H. Darabi, P. Banerjee, and J. Liu, "Survey of wireless indoor positioning techniques and systems," IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C: Applications and Reviews, Vol. 37, No. 6, 1067-1080, 2007.

電波を用いて絶対測位を行なう従来公知の種々の手法は、いずれも基地局から無線タグまでの絶対距離を、電波を用いて測定できることが前提となっている。しかし、室内等のマルチパス環境では、電波を用いて絶対距離を精度よく測定すること自体が困難になることが多い。そのため、絶対距離を用いる方法では精度よく絶対測位を行なうことが困難であった。

仮に、従来手法により、マルチパス環境でも絶対位置として二次元座標を決定しようとすると、予め二次元座標の所定間隔毎に無線タグが存在していた場合に受信できる電波強度のマップを作成しておくなど、事前に膨大な準備が必要であり現実的ではない。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、無線タグの二次元座標を精度よく決定することができる無線タグ測位システムを提供することにある。

その目的を達成するための請求項１記載の発明は、距離測定用の信号波を逐次送信し、且つ、その距離測定用の信号波に基づいて無線タグから到来する応答波を受信する送受信部を備える無線タグリーダを少なくとも４つ備え、測位範囲内に存在する前記無線タグの二次元座標を逐次決定する無線タグ測位システムであって、
各無線タグリーダの送受信部による送受信結果に基づいて、所定時間に無線タグが無線タグリーダの径方向へ移動した距離である径方向移動距離を、無線タグリーダ別に、逐次測定する径方向距離測定手段と、
前記測位範囲を複数の小領域に分割することで生成する領域頂点をそれぞれ移動前の点とし、その移動前の点を除いた残りの領域頂点のそれぞれを移動後の点とする移動前後点の組み合わせに対して演算した前記径方向移動距離である演算径方向移動距離と、前記径方向距離測定手段で測定した径方向移動距離との距離差を、全ての前記移動前後点の組み合わせに対して、無線タグリーダ別に、逐次測定する径方向移動距離について算出する距離差算出手段と、
前記距離差算出手段が算出した無線タグリーダ別の距離差が、全ての無線タグリーダについて予め設定した誤差範囲内にある前記移動前後点の組み合わせに絞り込む一次絞り込み手段とを備え、
前記径方向距離測定手段を距離測定周期で逐次行って、前記無線タグの前記径方向移動距離を逐次取得し、逐次取得した径方向移動距離に対して、前記距離差算出手段、前記一次絞り込み手段を逐次実行することで、前記無線タグの移動前後点の組み合わせの候補を逐次絞り込み、
移動前後点の組み合わせを１回の移動とし、互いに連続する２回分の移動において、前の移動の後点に後の移動の前点が一致する移動前後点の組み合わせに絞る絞り込みを、過去の予め設定された所定回前の移動から最新の移動まで順番に各移動に対して行う二次絞り込み手段と、
前記二次絞り込み手段で絞り込んだ後の、最新の移動前後点の組み合わせ候補に含まれている移動後点の候補に基づいて、前記無線タグの最新の二次元座標を決定する現在位置決定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明では、無線タグまでの絶対距離は測定せず、無線タグが所定時間に無線タグリーダの径方向へ移動した距離である径方向移動距離を測定し、この径方向移動距離を用いて無線タグの二次元座標を決定している。さらに、本発明では、径方向移動距離を測定しているだけでなく、演算した径方向移動距離である演算径方向移動距離も用いる。演算径方向移動距離を得るために、測位範囲を複数の小領域に分割する。そして、移動前を小領域の領域頂点のそれぞれとし、移動前の領域頂点を除いた残りの領域頂点のそれぞれを移動後の点とする移動前後点の組み合わせを作成する。これらすべての組み合わせに対する径方向移動距離は幾何学的に演算可能である。

距離差算出手段では、幾何学的な演算により得た演算径方向移動距離と、測定した径方向移動距離との距離差を、全ての移動前後点の組み合わせに対して、無線タグリーダ別に算出する。

径方向距離測定手段が測定した径方向移動距離は、実際に移動した無線タグに対する送受信結果から得たものであるので、演算径方向移動距離として、無線タグが移動前後に存在した位置に近い移動前後点の組み合わせから得たものを用いた場合、理想的には、全ての無線タグリーダが測定した径方向移動距離について距離差はいずれもゼロになる。

しかも、本発明では、無線タグリーダを少なくとも４つ備えており、移動前後の二次元座標は移動前のx,y座標と移動後のx,y座標の４点により定まることから、４つ以上の無線タグリーダが測定した径方向移動距離について距離差がいずれもゼロに移動前後点の組み合わせは一組のみとなる。しかし、測定した径方向移動距離には、マルチパス等の周囲環境や装置の個体差に起因する測定誤差が含まれる。そのため、無線タグの真の移動前後点の組み合わせから演算した演算径方向移動距離と、測定した径方向移動距離との距離差ｅであっても、値はゼロにはならない。

ただし、移動前後点の組み合わせが無線タグの真の移動を示す組み合わせであれば、各無線タグリーダが測定した径方向移動距離から算出した距離差は、いずれも測定誤差の範囲内には含まれていると考えられる。そこで、一次絞り込み手段により、距離差算出手段が算出した無線タグリーダ毎の距離差が、全ての無線タグリーダについて予め設定した誤差範囲内にある移動前後点の組み合わせに絞り込むのである。

この一次絞り込み手段による絞り込みだけでは、真の移動を示す移動前後点の組み合わせ以外にも、まだ、多くの移動前後点の組み合わせが残る。そこで、本発明では、真の移動履歴は、互いに連続する２つの移動において、前の移動の後点と後の移動の前点とが一致することに着目して二次絞り込みを行う。すなわち、二次絞り込み手段では、互いに連続する２回分の移動において、前の移動の後点に後の移動の前点が一致する移動前後点の組み合わせに絞る絞り込みを、過去の予め設定された所定回前の移動から最新の移動まで順番に各移動に対して行う。

この二次絞り込みにより、前の移動の後点に後の移動の前点が一致しないものが除外できる一方で、真の移動を示す移動前後点の組み合わせは除外されない。従って、現在位置決定手段により、二次絞り込み手段で絞り込んだ後の、最新の移動前後点の組み合わせ候補に含まれている移動後点の候補に基づいて無線タグの二次元座標を決定することで、無線タグの最新の二次元座標を精度よく決定することができる。

請求項２に係る発明は、二次絞り込み手段により各移動の移動前後点の候補を絞り込んだ後、後の移動の前点に前の移動の後点が一致する移動前後点の組み合わせに絞る絞り込みを、最新の移動から前記所定回前の移動まで順番に各移動に対して行う三次絞り込み手段と、
その三次絞り込み手段で絞り込んだ後の、各移動の移動前後点の組み合わせ候補に基づいて、前記無線タグの移動履歴を決定する移動履歴決定手段とを備えることを特徴とする。

この請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明で着目している真の移動履歴の特徴をさらに活用する三次絞り込み手段を備える。三次絞り込み手段は、二次絞り込み手段の後、その二次絞り込み手段と逆方向、すなわち、後の移動の前点に後の移動の後点とが一致する移動前後点の組み合わせに絞る絞り込みを、最新の移動から前記所定回前の移動まで順番に各移動に対して行う。これにより、無線タグの過去の二次元座標も精度よく決定できることから、無線タグの移動履歴を精度よく決定することができる。

本発明の実施形態となる無線タグ測位システム１のシステム構成の概念図である。 図１の無線タグリーダ１００の構成を示す図である。 図１の無線タグ２００の構成を示す図である。 コントローラ３００が無線タグ２００の二次元座標を決定するために行う処理を示すフローチャートである。 演算距離Dcを演算するための升目（小領域）を示す図である。 無線タグ２００が、時刻t-1の位置Pt-1(0,0)から時刻tにPt(0,1)に移動したことを示す図である。 無線タグ２００がランダムに移動した場合の真の移動前後点の座標の組み合わせ、および、それに対応する測定距離Dtrを示す図である。 標準偏差０．２５の正規分布のノイズが加わったとした場合における測定結果の一例である。 測定距離Dmの誤差を説明する図である。 測定距離Dmから求めた無線タグ２００の位置Pm(t-i)と、無線タグ２００の真の位置Ptr(t-i)との関係を示す図である。 図４に続いてコントローラ３００が行う処理を示すフローチャートである。 コントローラ３００の記憶部に移動毎に記憶されている移動前後点の組み合わせ候補を例示している図である。 ステップＳ１０の処理を具体例で説明した図である。 ステップＳ１６の処理を具体的に説明する図である。 図１４の結果から求めた移動履歴を真値と比較して示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態となる無線タグ測位システム１のシステム構成の概念図である。本実施形態の無線タグ測位システム１は、４つの無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｄを備えている。４つの無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｄは同じ構成であるので、これらを区別しないときは、単に無線タグリーダ１００という。

無線タグリーダ１００の他に、この無線タグ測位システム１は、４つの無線タグリーダ１００を管理するコントローラ３００（図２参照）も備え、これらにより、無線タグ２００の絶対測位を行う。無線タグ２００は人に携帯されるものであり、無線タグ２００の絶対測位が行われることで、その無線タグ２００を携帯した人の位置が把握できる。

本実施形態では、無線タグ２００の絶対測位を行う必要がある測位範囲４００は四角形であり、その測位範囲４００の各角にそれぞれ無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｄが配置されている。測位範囲は、たとえば、一つの部屋あるいは一つの敷地などである。各無線タグリーダ１００の通信範囲は、いずれも測位範囲４００の全体を含む範囲となっている。

図２は、無線タグリーダ１００の構成を示す図である。図２に示すように、無線タグリーダ１００は、制御部１１０、送信部１２０、受信部１３０、測距通信部１４０、アンテナ１５０を備えている。

制御部１１０は、外部へ無線送信させるデータを送信部１２０へ送るとともに、アンテナ１５０によって受信され受信部１３０によって復調・復号されたデータをその受信部１３０から取得する。また、制御部１１０は、測距通信部１４０を制御して、距離測定用（以下、測距用）の電波をアンテナ１５０から無線タグ２００へ送信させるとともに、測距通信部１４０が復調した信号を取得する。

また、制御部１１０は、内部にメモリ１１１とタイマ１１２とを備えている。メモリ１１１には、この無線タグリーダ１００のＩＤ、設置座標などが記憶されている。タイマ１１２は、送信周期の計測などに用いる。

送信部１２０、受信部１３０は、無線タグ２００との間でデータの送受信を行なう部分である。送信部１２０は、符号部１２１、変調部１２２、増幅部１２３を備えている。符号部１２１は、制御部１１０から供給されたデータを符号化する。符号部１２１は、この符号化した信号を変調部１２２へ出力する。変調部１２２は、符号部１２１にて符号化された信号を電気的デジタル信号に変換した後に、予め設定されている通信チャンネルを用いて位相偏移変調や周波数偏移変調等の所定の変調方式により変調する。増幅部１２３は、変調部１２２で変調された信号を増幅する。増幅された信号は、アンテナ１５０から電波として送信される。

また、アンテナ１５０は、無線タグ２００から送信された電波を受信する。受信した電波は復調部１３１において復調される。復調された信号は復号部１３２において符号化され、符号化された信号が制御部１１０に送られる。

前述の制御部１１０は、受信部１３０から供給される信号に基づいて、無線タグ２００がこの無線タグリーダ１００の通信範囲に入ったことを検知すると、その無線タグ２００までの距離を、測距通信部１４０を用いて測定する。

測距通信部１４０は、請求項の送受信部に相当する。この測距通信部１４０は、制御部１１０からの指示に従い、送信部１２０、受信部１３０が用いるデータ通信用の周波数とは異なる測距用の所定周波数の電波を無線タグ２００へ逐次送信する。この測距用の周波数として、特開２００９−１６８７１９号公報に記載の種々の高周波数を用いることができる。また、無線タグリーダ１００と、この無線タグリーダ１００の通信範囲の境界付近に存在する無線タグ２００との間の電波の往復距離程度となる周波数を用いてもよい。たとえば、無線タグリーダ１００からその無線タグリーダ１００の通信範囲の境界までの距離が１５ｍである場合、周波数１０ＭＨｚ（波長３０ｍ）の電波を用いればよい。

この測距通信部１４０は、無線タグ２００の測距通信部２４０とにより位相同期回路（フェーズロックループ（ＰＬＬ））を構成する。この測距通信部２４０としては、たとえば前述の特開２００９−１６８７１９に記載の送受信機に示すものを用いることができる。

無線タグ２００は、無線タグリーダ１００から測距用の電波を受信したら、測距用の電波を送信した無線タグリーダ１００に電波を送信（返信）する。測距通信部１４０は、無線タグリーダ１００が送信したこの電波（応答波）をアンテナ１５０を介して取得する。この取得した電波の位相と、送信した測距用電波の位相との位相差を制御部１１０へ出力する。また、測距用電波の位相を、受信した電波の位相に同期するように測距用電波の位相を制御して、この測距用電波の送信を継続する。制御部１１０は上記位相差をコントローラ３００へ送る。

なお、測距通信部１４０は、上記位相差を決定できる電波を送受信できればよいことから、送信機能として増幅部、変調部を備え、受信機能として復調部を備えていればよく、符号部や復号部は不要である。

コントローラ３００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで、種々の処理を実行する。また、その処理の結果を記憶する記憶部も備える。

コントローラ３００が実行する処理としては、無線タグリーダ１００が出力した位相差を用いて、各無線タグリーダ１００に対する無線タグ２００の所定時間（例えば２秒）での径方向移動距離を測定する処理がある。また、コントローラ３００は、さらに、４つの径方向移動距離から無線タグ２００の二次元座標を一定周期で決定する。コントローラ３００が行なうこれらの処理は後述する。

図３は、無線タグ２００の構成を示す図である。無線タグ２００は人に携帯されるものである。無線タグ２００は、アクティブ方式の無線タグであり、電池２１０を備えている。この電池２１０の他に、無線タグ２００は、送信部２２０、受信部２３０、測距通信部２４０、アンテナ２５０、制御部２８０を備えており、電池２１０は、これらに電力を供給する。

送信部２２０は、符号部２２１、変調部２２２、増幅部２２３を備えている。符号部２２１は制御部２８０から送信されるデータを符号化して変調部２２２に送る。変調部２２２は、符号部２２１からの符号を、たとえば、振幅変位変調などの変調方式により変調する。増幅部２２３は、変調部２２２が変調した信号を増幅して、アンテナ２５０から送信させる。

受信部２３０は、アンテナ２５０が受信した電波を復調する復調部２３１と、復調部２３１が復調した信号を復号する復号部２３２とを備えている。復号部２３２は、復号した信号を制御部２８０へ供給する。

測距通信部２４０は、無線タグリーダ１００が送信する測距用の電波をアンテナ２５０を介して取得して、無線タグリーダ１００へ測距用の電波を送り返す機能を備える。単純な構成としては、局部発振器とミキサを備え、無線タグリーダ１００から送信された測距用の電波と局部発振器で発生させた信号とをミキサで混合する構成とすることができる。また、前述の特開２００９−１６８７１９号公報に記載の送受信機の構成を採用することもできる。

制御部２８０は、送信部２２０、受信部２３０、測距通信部２４０を制御する。また、制御部２８０は、タイマ２８１、メモリ２８２を備えている。タイマ２８１は、クロック発振器（図示せず）のクロックを計数することで計時を行う。

次に、無線タグ２００の二次元座標を決定するコントローラ３００の処理を説明する。図４、図１１が、この実施形態においてコントローラ３００が無線タグ２００の二次元座標を決定するために行う処理を示すフローチャートである。

まず、図４から説明する。コントローラ３００は、図４に示す処理を一定の距離測定周期で実行する。距離測定時期になると、コントローラ３００は、径方向移動距離（以下、測定距離）Dmを測定する（ステップＳ２）。この処理は径方向距離測定手段に相当する。このステップＳ２では、各無線タグリーダ１００から逐次取得する位相差に測距用の電波の波長を乗じることで、距離測定周期の間に無線タグ２００が無線タグリーダ１００の径方向へ移動した距離である径方向移動距離（すなわち測定距離Dm）を算出する。この測定距離Dmは、各無線タグリーダ１００から位相差を取得し、各無線タグリーダ１００に対して測定する。以下、無線タグリーダ１００Ａに対する測定距離DmをDm(A)、無線タグリーダ１００Ｂに対する測定距離DmをDm(B)、無線タグリーダ１００Ｃに対する測定距離DmをDm(C)、無線タグリーダ１００Ｄに対する測定距離DmをDm(D)とする。

続くステップＳ４では、上記測定距離Dmと、演算距離Dcとの距離差eを無線タグリーダ１００毎に算出する。演算距離Dcは、演算により求めた径方向移動距離（演算径方向移動距離）である。演算により径方向移動距離を求めるために、本実施形態では、測位範囲４００を図５に示すように升目状の小領域に分割している。この升目の大きさは、小さいほど最終的な位置決定精度が向上するものの、距離差eの演算数が増えて演算負荷が増加するため、演算負荷を考慮して適宜決定する。

升目を形成する縦横の線の交点（すなわち領域頂点）のそれぞれを移動前の点とし、移動前の点が残りの交点のそれぞれに移動した場合を考える。この場合の径方向移動距離は幾何学的に演算することができる。移動前の点の座標を(x_t-1、y_t-1)とし、移動後の点の座標を(x_t、y_t)とすると、下記の式１が、幾何学的な計算（具体的には、無線タグリーダ１００を原点とする、移動後の点までの距離から移動前の点までの距離の引き算）により径方向移動距離を算出する式である。なお、図５では、移動前の点P_t-1、移動後の点P_tとも交点上にないが、図示の都合から縦線および横線とも一部の線を省略しているためである。また、式１において、Lは無線タグリーダ１００の間の距離である。

上記式１の（１）〜（４）の右辺はいずれも具体的数値が定まる。よって、演算距離Dcは演算可能である。なお、式１（１）〜（４）の左辺に、ステップＳ２で測定した測定距離Dm（A）、Dm（B）、Dm（C）、Dm（D）を代入すれば、４つの未知数（(x_t-1、y_t-1) 、(x_t、y_t)）に対する４つの方程式が得られるので、移動前後の点の座標を求めることができるようにも思われる。しかし、この場合、無理数を有する連立方程式となるので、一般に、代数的には解くことができない。

そこで、本実施形態では、上記のように、移動前後の点の組み合わせを網羅して式１の右辺の値を求めた上で、以下に説明する方法で移動後の点Ptの二次元座標や、無線タグ２００の移動履歴（すなわち、連続する複数の距離測定時点と、それらの時点における二次元座標）を決定する。

このステップＳ４では、測定距離Dmと移動前後点の全ての組み合わせについての演算距離Dcとの距離差eを、無線タグリーダ１００毎に算出する。例を挙げて説明する。たとえば、上記Ｌ＝10mとし、図６に示すように、P_t-1(0,0)、P_t(0,1)とする。上記演算距離Dc(A)、Dc(B)、Dc(C)、Dc(D)は、下記式２に示すようにして計算できる。

また、測定距離Dmは式３に示す値であったとする。

下記式４に、式２、式３で得られた値を代入して、測定距離Dm(A)に対応する距離差e（A）を算出する。その他の距離差e(B)、e(C)、e(D)についても距離差e（A）と同様にして算出する。

このようにして、ステップＳ４では、移動前後点の全ての組み合わせに対して無線タグリーダ１００別に算出した演算距離Dcと、各無線タグリーダ１００による測定距離Dmとの距離差eを算出する。

続くステップＳ６では、ステップＳ４で全ての移動前後点の組み合わせについて、且つ、全ての無線タグリーダ１００について算出した距離差eのうち、全ての無線タグリーダ１００についての距離差eがいずれも測定誤差の範囲内にある移動前後点の組み合わせに限定する。上記測定誤差は、マルチパス等の周囲環境や装置の個体差に起因して生じる。この測定誤差（測定距離Dmの誤差）は予め実験に基づいて設定しておく。

絶対値で見た時の測定誤差の最大値をErr、真の移動の測定距離（すなわち誤差のない測定距離）をDtrとすると、t-i時点（i=0,1,2,3・・・）の真の移動の測定距離Dtr(t-i)は下記式５を満たす。また、式５を変形すると式６が得られる。

この式６から、移動前後点の組み合わせのうち、その移動前後点の組み合わせから算出した距離差eがErrよりも大きい組み合わせは、実際の無線タグ２００の移動前後点の候補から除外してよいと言える。そこで、ステップＳ６のようにして移動前後点の組み合わせを限定するのである。

ステップＳ８では、この限定した移動前後点の組み合わせを、真の移動前後点の候補として、所定の記憶部に記憶する。

図４の処理を距離測定周期毎に繰り返し実行することにより、記憶部には、連続する複数の移動に対して移動前後点の候補が記憶される。

上記ステップＳ８を実行して記憶部に記憶した時点では、まだ多くの候補が残っている。それらの候補を全て用いて無線タグ２００の二次元座標を決定してしまうと、位置決定精度が十分ではない。

そこで、図１１に示す処理を実行して、ステップＳ８で保存した候補をさらに絞り込む。その図１１を説明する前に、図７〜図１０に基づいて、図１１の処理の考え方を説明する。

図７は、無線タグ２００がランダムに移動した場合の真の移動前後点の座標の組み合わせ、および、それに対応する測定距離Dtr（すなわちノイズがない場合の測定距離Dm）を示している。なお、この図７および次の図８において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、それぞれ、無線タグリーダ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄを意味している。

測定距離Dmにはノイズ（測定誤差）が含まれるので、図７に示した値を得ることはできない。図８は、標準偏差０．２５の正規分布のノイズが加わったとした場合における測定結果の一例である。図８に示すように、測定距離Dmには、移動や無線タグリーダ１００の位置により変動するノイズが含まれる。

図９は、測定距離Dmの誤差を説明する図である。図９において、実線は無線タグ２００の実際の移動履歴、点線は測定距離Dm、一点鎖線は、距離測定周期毎の測定距離Dmのみを用いて決定した移動履歴の一例である。

無線タグリーダ１００による測定距離Dmには、マルチパス等の周囲環境による誤差や装置に起因する誤差が含まれるため、図９に示すように、距離測定周期毎の測定距離Dmから求めた移動履歴（以下、測定した移動履歴（一点鎖線））は、真の移動履歴（実線）と一致しない。そこで、次の特徴に着目した。すなわち、真の移動履歴は、互いに連続する２つの移動において、前の移動の後点と後の移動の前点とが一致することに着目した。なお、図９において、Pm(t-i)は測定距離Dmから求めた無線タグ２００の位置、Ptr(t-i)は無線タグ２００の真の位置を示している。次の図１０においても同様である。

図１０は、測定距離Dmから求めた無線タグ２００の位置Pm(t-i)と、無線タグ２００の真の位置Ptr(t-i)との関係を示す図である。図１０において、各楕円は、測定誤差の範囲、換言すれば、無線タグ２００が存在する可能性がある範囲を示している。

図１０に示すように、無線タグ２００の真の位置Ptrは、測定距離Dmから求めた無線タグ２００の位置Pm(t-i)を中心とする測定誤差の範囲に入っている。そして、同図に示すように、無線タグ２００の真の位置は、前の移動の後点と後の移動の前点とが一致する。よって、無線タグ２００の真の位置は、測定した移動履歴において連続する２つの移動を見ると、前の移動の後点の誤差範囲と後の移動の前点の誤差範囲の重複範囲内に位置する。

次に、図１１を説明する。図１１に示す処理は、図４に続いてすくに実行してもよいし、図４とは異なる別の実行周期で実行してもよい。

前述したように、図４の処理を距離測定周期毎に繰り返し実行することで、コントローラ３００の記憶部には、連続する複数の移動に対して移動前後点の候補が記憶されている。ステップＳ１０では、コントローラ３００の記憶部に、連続する複数の移動に対してそれぞれ記憶されている複数の移動前後点の組み合わせのうち、互いに連続する２つの移動を対象として次の処理を行う。すなわち、移動前の後点を基準として、移動後の前点が一致する候補に絞り込む処理を行う。

図１２は、コントローラ３００の記憶部に、移動毎（すなわち距離測定周期毎）に記憶されている移動前後点の組み合わせ候補を例示している図である。図１２の例では、移動１〜移動５の５回分の移動に対する移動前後点の組み合わせ候補を示している。この図１２では、移動１が最も過去の移動であり、移動５が最新の移動である。つまり、最新の５回分の移動に対する移動前後点の組み合わせ候補を示している。なお、移動毎に候補数が異なるのは、移動前後の具体的座標の相違により、図４を実行することによる絞り込み精度が異なるためである。例を説明すると、無線タグ２００が、ある無線タグリーダ１００を中心とする円弧上を移動してしまうと、その円弧あるいはその付近を移動前後点とする多くの移動前後点から演算した演算距離Dcと、測定距離Dmとの距離差eが式６を満たす可能性が生じる。そのため、候補数が多くなるのである。

図１３は、ステップＳ１０の処理を具体例で説明した図であり、数値は図１２と同じである。そして、灰色で示してある部分が、ステップＳ１０の絞り込みにより除外する候補である。移動１と移動２を例に説明すると、ステップＳ１０では、移動１の後点を基準にし、移動２の前点の候補のうち、移動１の後点の候補のいずれともと一致しない候補を除外する。図１３に示すように、後の移動（移動２）の前点(x,y)=(70,49)は、移動１の後点の候補のいずれとも一致しないので除外することになる。その結果、移動２の移動前後点の組み合わせから、図１３に示すように、前点(70,49)、後点(23,36)の組み合わせを除外する。

ステップＳ１２では、最新の移動まで絞り込みを実施したか否かを判断する。図１２の例では、移動５の絞り込みを実施したか否かを判断することになる。なお、図１２の例では、最初の絞り込みは移動２からであるが、過去何回前の移動から絞り込みを行うかは、必要となる移動履歴が何回分の移動から構成されるか、および、その移動履歴に要求される精度を考慮して予め設定される。必要となる移動履歴を構成する移動回数をαとし、過去β回前の移動から絞り込みを行うとすると、β＞αとする必要がある。また、要求精度が高いほど絞り込み回数を多くすることになる。

ステップＳ１２がＮＯであればステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、絞り込みを行う対象を、１つ後の移動前後の組み合わせに変更する。変更前の組み合わせが移動１、２であれば、このステップＳ１４で移動２、３に変更する。その後、ステップ１０に戻る。

組み合わせが移動２、３となった場合、ステップＳ１０では、移動３の前点の候補のうち、移動２の後点の候補（前回のＳ１０で除外した候補は除く）のいずれともと一致しない候補を除外する。その結果、移動３の移動前後点の組み合わせから、図１３に示すように、１４種類の前後点の組み合わせを除外する。

さらに、次回のステップＳ１０の実行により、図１３に示すように、移動４の移動前後点の組み合わせは４種類に絞り込むことができ、次々回のステップＳ１０の実行により、移動５の組み合わせは３種類に絞り込むことができる。

移動５まで絞込みを実施すると、ステップＳ１２がＹＥＳとなり、ステップＳ１６〜Ｓ２０のループを実行する。上述したステップＳ１０〜Ｓ１４のループでは、互いに連続する２つの移動の組み合わせのうち古い側を基準としていたが、ステップＳ１６〜Ｓ２０のループでは、反対に新しい側を基準とする。

ステップＳ１６では、互いに連続する２つの移動を対象とし、移動後の前点を基準として、移動前の後点が一致する候補に絞り込む処理を行う。この処理は、まず、最新の移動前後の組み合わせから行う。

図１４を用いてステップＳ１６を具体的に説明する。図１４において、移動１〜５の意味は、図１２、１３と同じである。ただし、図１２、１３と異なり、図１１のステップＳ１０〜Ｓ１２を実行して絞り込みを行った後の候補のみを示している。そのため、図１４において、移動５の候補は３つの移動前後点の組み合わせのみとなっている。この図１４の例では、初回のステップＳ１６では、移動５の前点を基準として、移動４の後点の候補うち、移動５の前点の候補のいずれともと一致しない候補を除外する。その結果、移動４の移動前後点の組み合わせから、図１４に示すように、前点(42,73)、後点(81,78)を除外する。

ステップＳ１８では、最初の移動まで絞り込みを実施したか否かを判断する。図１４の例では、移動１の絞り込みを実施したか否かを判断することになる。ステップＳ１８がＮＯであればステップＳ２０へ進む。

ステップＳ２０では、絞り込みを行う対象を、１つ前の移動前後の組み合わせに変更する。変更前の組み合わせが移動５、４であれば、このステップＳ２０で移動４、３に変更する。その後、ステップ１６に戻る。

組み合わせが移動４、３となった場合、ステップＳ１６では、移動３の後点の候補のうち、移動４の前点の候補のいずれともと一致しない候補を除外する。その結果、移動３の移動前後点の組み合わせから、図１４に示すように、前点(24,35)、後点(42,73)の組み合わせを除外する。

さらに、次回のステップＳ１６の実行により、図１４に示すように、移動２の移動前後点の組み合わせ候補から前点(70,47)、後点(23,34)の組み合わせを除外でき、次々回のステップＳ１６の実行により、移動１の移動前後点の組み合わせ候補は３種類に絞り込むことができる。

移動１まで絞込みを実施すると、ステップＳ１８がＹＥＳとなり、ステップＳ２２へ進む。ステップＳ２２では、絞り込んだ候補を用いて移動履歴を決定する。移動履歴の決定の方法を例示すると、第１の方法として、最終的に残った候補を単純平均する方法がある。第２の方法として、最終的に残った候補のうち、ｘ、ｙ座標別に最も候補数の多い値を採用する方法がある。第３の方法として、最終的に残った候補を、ｘ，ｙ別に候補数を重みとして加重平均する方法がある。第４の方法として、最終的に残った各候補を、ステップＳ６でその候補について算出した距離差eを用いて加重平均する方法がある。距離差eは無線タグリーダ１００毎に算出しているので、それらの平均（以下、平均距離差）を用いる。そしてその平均距離差の逆数を重みとして加重平均を行う。この第４の方法は、移動前後点の組み合わせが、測定した移動履歴に近いほど重みを重くしていることになる。なお、移動履歴の決定方法は上記第１〜第４の方法に限定されない。

図１５は、図１４の結果から求めた移動履歴、すなわち、移動１〜５の５回の移動を示す６つの座標を、真値と比較して示す図である。なお、図１５の値は、上記第１の方法で得た値である。たとえば、座標２は、移動１の後点の候補として残った３つの候補、および移動２の前点の候補として残った４つの候補の単純平均である。この図１５から分かるように、本実施形態の手法によれば、無線タグ２００の移動方向、移動距離によらず、誤差は小さくできている。

以上、説明した本実施形態によれば、無線タグ２００までの絶対距離は測定せず、無線タグ２００が無線タグリーダ１００の径方向に移動した距離である径方向移動距離（測定距離Dm）を測定している（Ｓ２）。そして、この測定距離Dmと、測位範囲４００を複数の小領域に分割することで生成する領域頂点のいずれかを移動前後点とする移動前後点の組み合わせに対して演算した演算距離Dcとの距離差eを、全ての前記移動前後点の組み合わせに対して、無線タグリーダ別に、且つ、逐次測定する径方向移動距離について算出する（Ｓ４）。

理想的には、上記距離差eが４つの無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｄが測定した測定距離Dmの全てに対して、ほぼゼロになる移動前後点の組み合わせが一組のみ存在する。しかし、測定距離Dmの測定誤差により、この距離差eが４つの無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｄの全てに対してほぼゼロになる移動前後点の組み合わせが存在することは期待できない。

ただし、移動前後点の組み合わせが無線タグ２００の真の移動を示す組み合わせであれば、各無線タグリーダ１００が測定した測定距離Dmから算出した距離差eは、いずれも測定誤差の範囲内には含まれていると考えられる。そこで、距離差eが、全ての無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｄについて誤差範囲内にある移動前後点の組み合わせに絞り込む（Ｓ６）。

さらに、互いに連続する２回分の移動について、前の移動の後点と後の移動の前点とが一致する移動前後点の組み合わせに絞り込む（Ｓ１０）。この絞り込みを、過去の予め設定された所定回前の移動から最新の移動まで、順番に各移動に対して行う（Ｓ１０〜Ｓ１４）。

これにより、前の移動の後点に後の移動の前点が一致しないものが除外できる一方で、真の移動を示す移動前後点の組み合わせは除外されない。そして、ステップＳ１２がＹＥＳとなった後の、最新の移動前後点の組み合わせ候補（図１４における移動５の候補）に含まれている移動後点の候補に基づいて無線タグ２００の二次元座標を決定することで、無線タグ２００の二次元座標を精度よく決定することができる。

また、本実施形態では、Ｓ１０〜Ｓ１４を実施して過去から最新側へ、前の移動の後点に後の移動の前点が一致しない移動前後点の候補を除外した後、逆方向、すなわち、最新側から過去側へ、後の移動の前点に前の移動の後点が一致しない移動前後点の組み合わせを除外する絞り込みを行う（Ｓ１６〜Ｓ２０）。その絞り込みも行った後の移動前後点の候補で無線タグ２００の移動履歴を決定するので、無線タグ２００の移動履歴を精度よく決定することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

前述の実施形態でコントローラ３００が実行して処理をいずれか１つの無線タグリーダ１００が実行してもよい。

また、前述の実施形態では、信号波として電波を用い、電波の位相差から測定距離Dmを測定していたが、信号波として音波を用いるドップラーレーダにより測定距離Dmを測定してもよい。

また、測位範囲は四角形である必要はなく、任意の種々の形状とすることができる。

１ 無線タグ測位システム、 １００ 無線タグリーダ、 １４０ 測距通信部（送受信部）、 ２００ 無線タグ、 ３００ コントローラ、 ４００ 測位範囲、 Ｓ２ 径方向距離測定手段、 Ｓ４ 距離差算出手段、 Ｓ６ 一次絞り込み手段、 Ｓ１０〜Ｓ１４ 二次絞り込み手段、 Ｓ１６〜Ｓ２０ 三次絞り込み手段、 Ｓ２２ 現在位置決定手段、移動履歴決定手段

Claims (2)

1. 距離測定用の信号波を逐次送信し、且つ、その距離測定用の信号波に基づいて無線タグから到来する応答波を受信する送受信部を備える無線タグリーダを少なくとも４つ備え、測位範囲内に存在する前記無線タグの二次元座標を逐次決定する無線タグ測位システムであって、
   各無線タグリーダの送受信部による送受信結果に基づいて、所定時間に無線タグが無線タグリーダの径方向へ移動した距離である径方向移動距離を、無線タグリーダ別に、逐次測定する径方向距離測定手段と、
   前記測位範囲を複数の小領域に分割することで生成する領域頂点をそれぞれ移動前の点とし、その移動前の点を除いた残りの領域頂点のそれぞれを移動後の点とする移動前後点の組み合わせに対して演算した前記径方向移動距離である演算径方向移動距離と、前記径方向距離測定手段で測定した径方向移動距離との距離差を、全ての前記移動前後点の組み合わせに対して、無線タグリーダ別に、逐次測定する径方向移動距離について算出する距離差算出手段と、
   前記距離差算出手段が算出した無線タグリーダ別の距離差が、全ての無線タグリーダについて予め設定した誤差範囲内にある前記移動前後点の組み合わせに絞り込む一次絞り込み手段とを備え、
   前記径方向距離測定手段を距離測定周期で逐次行って、前記無線タグの前記径方向移動距離を逐次取得し、逐次取得した径方向移動距離に対して、前記距離差算出手段、前記一次絞り込み手段を逐次実行することで、前記無線タグの移動前後点の組み合わせの候補を逐次絞り込み、
   移動前後点の組み合わせを１回の移動とし、互いに連続する２回分の移動において、前の移動の後点に後の移動の前点が一致する移動前後点の組み合わせに絞る絞り込みを、過去の予め設定された所定回前の移動から最新の移動まで順番に各移動に対して行う二次絞り込み手段と、
   前記二次絞り込み手段で絞り込んだ後の、最新の移動前後点の組み合わせ候補に含まれている移動後点の候補に基づいて、前記無線タグの最新の二次元座標を決定する現在位置決定手段と、を備えることを特徴とする無線タグ測位システム。
2. 請求項１において、
   二次絞り込み手段により各移動の移動前後点の候補を絞り込んだ後、後の移動の前点に前の移動の後点が一致する移動前後点の組み合わせに絞る絞り込みを、最新の移動から前記所定回前の移動まで順番に各移動に対して行う三次絞り込み手段と、
   その三次絞り込み手段で絞り込んだ後の、各移動の移動前後点の組み合わせ候補に基づいて、前記無線タグの移動履歴を決定する移動履歴決定手段とを備えることを特徴とする無線タグ測位システム。

Images