JP2016004023A

JP2016004023A - 測位システム

Info

Publication number: JP2016004023A
Application number: JP2014126357A
Authority: JP
Inventors: 京極　哲; Satoru Kyogoku; 哲京極
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2016-01-12

Abstract

【課題】精度の高い測位が可能な測位システムを提供する。
【解決手段】測位システムは、人工衛星から送信される測位のための無線信号である衛星測位信号と互換性を有し、各々が互いに異なる特定の位置を示す位置データを含んだ無線信号である位置情報信号を発信する複数の位置情報発信機と、複数の位置情報発信機を制御するコントローラとを備える。コントローラは、複数の位置情報発信機を時分割で制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、測位システムに関する。

ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星等の人工衛星から送信されてくる無線信号（以下、「衛星測位信号」と称する。）を利用して測位を行うシステムは、屋内や地下街等の衛星測位信号を受信できないエリアにＧＰＳ受信機等の通信端末が入ると、測位精度が低下し、もしくは測位不能になってしまうことがある。

したがって、例えば、特許文献１では、屋内や地下街等の衛星測位信号を受信できないエリア内に、位置を示す情報である位置情報を、ＧＰＳで使用している周波数（例えば、中心周波数１．５７５４２ＧＨｚ）、変調方式（具体的には、ＢＰＳＫ（Binary Phase-Shift Keying））、多元接続方式（具体的には、ダイレクト・スペクトラム拡散方式のＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access））などと互換性のある信号（以下、「位置情報信号」と称する。）で発信する、位置情報発信機（屋内送信機）を設置し、携帯電話などの通信端末が、受信した位置情報信号から自身の現在位置を取得する技術が開示されている。

一方で、上記のような位置情報信号を用いた測位では、衛星測位信号に基づく測位と異なり、通信端末は、複雑な測位計算を行わずに、受信した位置情報信号に含まれる位置をそのまま自身の現在位置とする。

したがって、位置情報信号を用いた測位では、必要な測位精度を得るためには、複数の位置情報発信機を近接して複数設置する必要がある。多数の位置情報発信機が近接して設置されるので、位置情報信号間の干渉を回避するために、近接する位置情報発信機の間では、スペクトラム拡散に用いる符号パターンを選択するＰＲＮ（Pseudo Random Noise）番号が重ならないようにすることが望ましい。

特開２０１１−６９７４８号公報

しかしながら、屋内で利用可能なＰＲＮ番号の数は１０個程度に制限されており、複数の位置情報発信機が近接して配置される結果、周辺の受信環境によっては、同一のＰＲＮ番号の符号パターンを用いた位置情報信号が互いに干渉して、受信機側で適切に受信することができないという課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、精度の高い測位が可能な測位システムを提供することを目的とする。

ある局面に従う測位システムは、人工衛星から送信される測位のための無線信号である衛星測位信号と互換性を有し、各々が互いに異なる特定の位置を示す位置データを含んだ無線信号である位置情報信号を発信する複数の位置情報発信機と、複数の位置情報発信機を制御するコントローラとを備える。コントローラは、複数の位置情報発信機を時分割で制御する。

好ましくは、コントローラは、複数の位置情報発信機のうち同一の疑似雑音符号で符号化する位置情報発信機を時分割で制御する。

好ましくは、コントローラは、複数の位置情報発信機のうち互いに異なる疑似雑音符号で符号化する位置情報発信機については発信を継続する。

好ましくは、各位置情報発信機は、同一の位置データについて、それぞれが異なる複数の疑似雑音符号で符号化した複数の位置情報信号を発信する。

好ましくは、位置情報信号を受信する通信端末をさらに備える。通信端末は、複数の位置情報信号を受信した場合には、受信強度に基づいて位置情報信号を選択する。

精度の高い測位が可能である。

実施形態に従う測位システムの概要を説明する図である。実施形態に従う位置情報発信機の動作原理を説明する図である。実施形態に従う位置情報発信機の構成を説明する機能ブロック図である。実施形態に従う測位システムにおける複数の位置情報発信機２の制御を説明する図である。実施形態に従う測位システムのフロー処理を説明する図である。実施形態に従う時分割制御処理について説明するフロー図である。他の実施形態に従う位置情報発信機を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜測位システムの概要＞
図１は、実施形態に従う測位システムの概要を説明する図である。

図１に示されるように、実施形態に従う測位システムは、主に構造物４で囲まれる屋内において利用されることを想定している。

人工衛星１は、測位のための無線信号（衛星測位信号）を地上に向けて送信する。
位置情報発信機２は、地上（屋内や地下街などを含む。）の１地点の位置データを含んだ測位信号である位置情報信号を発信する。本例においては、位置情報発信機２が複数設けられ、一例として位置情報発信機２Ａ，２Ｂが設けられる場合が示されている。そして、位置情報発信機２Ａ，２Ｂは、位置情報信号をそれぞれ発信する。なお、２個に限られずさらに複数個設けられるようにしても良い。

通信端末３は、人工衛星１及び位置情報発信機２からの測位信号に基づいて自身の現在位置を測位する。

本例においては、衛星測位信号が届きにくい建物や地下街などの構造物４に、測位システムが設けられ、当該測位システムから発信された位置情報信号を通信端末３が受信する場合が示されている。

人工衛星１は、例えばＧＰＳ、ガリレオ測位システム（Galileo Positioning System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、準天頂衛星（Quazi-Zenith Satellites）システム等の測位システムにおける人工衛星である。なお、人工衛星１はＧＰＳ衛星であるものとし、人工衛星１から送信される衛星測位信号は、例えば、Ｌ１信号（１５７５．４２ＭＨｚ）やＬ２信号（１２２７．６ＭＨｚ）などの、ＧＰＳ信号であるものとする。

人工衛星１から送られてくる衛星測位信号には、いわゆる航法メッセージが含まれている。航法メッセージは、公知の技術であるためその詳細な説明については省略する。

航法メッセージは、人工衛星１ごとに割り当てられた固有の符号パターンで疑似ランダムノイズ符号（Pseudo Random Noise Code）にスペクトラム拡散され、所定の周波数帯域の搬送波にＢＰＳＫ変調される。この疑似ランダムノイズ符号を生成するための個々の符号パターンに付された番号をＰＲＮ番号と呼び、それぞれの人工衛星１にはそれぞれ異なるＰＲＮ番号が割り当てられることから、このＰＲＮ番号は、人工衛星を識別したり測位信号の送信チャンネルを識別したりする番号としても利用される。つまり、スペクトラム拡散によって、複数の独立したチャンネルが構成される。

位置情報発信機２から発信される位置情報信号は、人工衛星１から地上に向けて送信される衛星測位信号と互換性を有しており、衛星測位信号と同じ変調方式により同様のフレーム構成を有するデータが無線信号として発信される。ただし、位置情報発信機２が同じエリア内に多数設置されるにも関わらず、位置情報発信機２が使用可能なＰＲＮ番号の数は最大１０個程度しかないので、同一のＰＲＮ番号を複数の位置情報発信機２で共用して使用する場合が生じる。

通信端末３は、例えば、ＧＰＳ携帯電話やＰＮＤ（Personal Navigation Device）など、人工衛星１や位置情報発信機２の測位信号を受信して自身の現在位置を測位する携帯通信端末である。

コントローラ５は、複数の位置情報発信機２を制御するために設けられており、本例においては位置情報信号を発信するタイミングを制御する。

図２は、実施形態に従う位置情報発信機の動作原理を説明する図である。
衛星測位信号が受信できない屋内などの天井面には、必要な測位精度に応じた間隔で多数の位置情報発信機２が設置される。ここでは、位置情報発信機２Ａ，２Ｂが設けられている場合が示されている。それぞれの位置情報発信機２は、アンテナ１８を備えており、各アンテナ１８からは、当該位置情報発信機２の設置位置を示す位置データを含み、衛星測位信号と互換性がある位置情報信号が発信される。

一例として、隣接して設置される位置情報発信機２Ａと２Ｂとの各アンテナ１８から発信される位置情報信号ＰＳ２、ＰＳ３は、それぞれ互いに異なるＰＲＮ番号の符号パターンによってスペクトラム拡散され、所定周波数帯域の搬送波に変調されて発信される。

例えば、位置情報発信機２Ａのアンテナ１８からは、それぞれＰＲＮ番号１７４の符号パターンでスペクトラム拡散（符号化）され、経度、緯度、高度を表す同一の位置データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を含む位置情報信号ＰＳ２が発信される。

位置情報発信機２Ｂのアンテナ１８からは、それぞれＰＲＮ番号１７５を使って符号化された、同じ位置データ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を含む位置情報信号ＰＳ４が発信される。

発信されたこれらの位置情報信号は、それぞれ異なるＰＲＮ番号を使って、つまり、異なる符号パターンによって符号化されているので、信号間の干渉は発生しない。したがって、通信端末３が、位置情報発信機２Ａ，２Ｂの双方の電波伝搬範囲内に存在していた場合は、その通信端末３は、２つの位置情報信号ＰＳ３，ＰＳ４を受信することになる。このとき、基本的に、発信元からの距離が近いほど信号の受信強度が大きくなるので、通信端末３は、受信したすべての位置情報信号の中で最大の受信強度をもつものを１つだけ選択して、選択した位置情報信号に含まれる位置データから自位置は（ｘ２，ｙ２，ｚ２）であると測位する。

＜位置情報発信機の構成＞
図３は、実施形態に従う位置情報発信機の構成を説明する機能ブロック図である。

図３に示すように、位置情報発信機２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０と、操作部１２と、メモリ１４と、通信Ｉ／Ｆ部１５と、無線発信部１６と、アンテナ１８とを含む。各部は、ＣＰＵ１０と接続されている。

操作部１２は、位置情報発信機２に対して操作入力を行うためのユーザインタフェースであり、例えば、操作ボタンやスイッチである。

通信Ｉ／Ｆ部１５は、位置情報発信機２とコントローラ５とを接続するための通信インタフェースである。通信Ｉ／Ｆ部１５は、例えば、ＲＳ−２３２Ｃ、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）、オープンコレクタ（Open Collector）、ＴＴＬ（Transistor-Transistor Logic）、パラレルＩ／Ｆ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）である。

ＣＰＵ１０は、位置情報発信機２の全体を制御し、メモリ１４に格納されているプログラムをロードして実行することによって、位置情報発信機能を具現化する。また、ＣＰＵ１０は、コントローラ５から通信Ｉ／Ｆ部１５を介する指示に従って位置情報発信の時分割制御あるいは通常制御等を実行する。

無線発信部１６は、送信ビット列記憶部、変調用クロック生成部、送信タイミング制御部、搬送波生成部、及びＢＰＳＫ変調部を備えて構成されている。

送信ビット列記憶部は、送信する送信ビット列を記憶する。
変調用クロック生成部は、例えばＴＣＸＯ（Temperature Compensated crystal Oscillator：温度保証型水晶発振器）やＯＣＸＯ（Oven Controlled crystal Oscillator：恒温槽型水晶発振器）等の発振器を含み、送信タイミング制御部が送信ビット列記憶部に記憶された送信ビット列を読み出すためのクロック信号（例えば、１．０２３Ｍｈｚ±０．１ｐｐｍ）を生成する。

送信タイミング制御部は、このクロック信号に同期して送信ビット列記憶部に記憶された送信ビット列を１ビットずつ読み出すことによって、ＢＰＳＫ変調部に送信ビットストリーム信号を入力する。

搬送波生成部は、衛星測位信号に利用される所定周波数帯域（例えば、中心周波数１５７５．４２ＭＨｚ）の搬送波を生成する。

ＢＰＳＫ変調部は、送信タイミング制御部から入力される送信ビットストリーム信号にしたがって、この搬送波の位相を切り替えるＢＰＳＫ変調を実行し、変調結果の信号をアンテナ１８に出力する。

図４は、実施形態に従う測位システムにおける複数の位置情報発信機２の制御を説明する図である。

図４に示されるように、コントローラ５は、複数の位置情報発信機２を制御する。本例においては、コントローラ５が位置情報発信機２Ａ〜２Ｃを制御する場合が示されている。

ここで、図４（Ａ）では、コントローラ５が位置情報発信機２Ａ〜２Ｃを制御して、位置情報発信機２Ａと、位置情報発信機２Ｂとが位置情報信号を発信する場合が示されている。位置情報発信機２Ｃは、位置情報信号を発信していない。

ここで、位置情報発信機２Ａは、ＰＲＮ番号１７３を使って位置情報信号を発信する。また、位置情報発信機２Ｂは、ＰＲＮ番号１７４を使って位置情報信号を発信する。

また、図４（Ｂ）では、コントローラ５が位置情報発信機２Ａ〜２Ｃを制御して、位置情報発信機２Ｂと位置情報発信機２Ｃとが位置情報信号を発信する場合が示されている。位置情報発信機２Ａは、位置情報信号を発信していない。

ここで、位置情報発信機２Ｂは、ＰＲＮ番号１７４を使って位置情報信号を発信する。また、位置情報発信機２Ｃは、ＰＲＮ番号１７３を使って位置情報信号を発信する。

本方式は、複数の位置情報発信機が同一のＰＲＮ番号を使って位置情報信号を発信する際には、同時に発信せず時分割で発信制御する。

当該方式により複数の位置情報発信機が同一のＰＲＮ番号を同時に発信することがないため位置情報信号が互いに干渉することを抑制することが可能であり、受信機は位置情報発信機から位置情報信号を適切に受信することが可能であるため精度の高い測位が可能である。

＜フロー処理＞
図５は、実施形態に従う測位システムのフロー処理を説明する図である。

図５に示されるように主にコントローラ５と位置情報発信機２とが連携して実行する処理である。

まず、コントローラ５は、位置情報発信機のＰＲＮ番号を確認する（ステップＳ２）。具体的には、コントローラ５に接続されている複数の位置情報発信機が用いるＰＲＮ番号を把握する。

次に、コントローラ５は、同一ＰＲＮ番号を使って発信する位置情報発信機があるか否かを判断する（ステップＳ４）。具体的には、コントローラ５は、取得した位置情報発信機の情報として同一のＰＲＮ番号が割り当てられた複数の位置情報発信機が存在するか否かを判断する。

次に、ステップＳ４において、コントローラ５は、同一ＰＲＮ番号を使って発信する位置情報発信機があると判断した場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）は、同一ＰＲＮ番号の位置情報発信機について、時分割制御する。また、他の位置発信機については通常制御する（ステップＳ６）。時分割制御として１つずつ位置情報発信機を選択して位置情報信号を発信する。通常制御としては、継続的に位置情報信号を発信する。

そして、処理を終了する（エンド）。
一方、コントローラ５は、同一ＰＲＮ番号の位置情報発信機が無いと判断した場合（ステップＳ４においてＮＯ）には、通常制御を実行する（ステップＳ８）。

そして、処理を終了する（エンド）。
図６は、実施形態に従う時分割制御処理について説明するフロー図である。

図６（Ａ）に示されるように、コントローラ５は、リストから位置情報発信機を選択する（ステップＳ１０）。

図６（Ｂ）は、位置情報発信機リストを説明する図である。
図６（Ｂ）に示されるように、当該リストに位置情報発信機の情報が登録される。

本例においては、発信機Ａ，Ｃが登録されるとともに、ＰＲＮ番号が同じ１７３である場合が示されている。また、発信機Ａについては、選択された状態であり、発信機Ｃについては選択されていない未選択状態である場合が示されている。当該リストは、コントローラ５の図示しないメモリに格納されているものとする。当該リストは、予め格納されているものでもよいし、コントローラ５が各位置情報発信機２と通信することにより各位置情報発信機２から取得した情報に基づいて作成したものであってもよい。

ステップＳ１０において、位置情報発信機が選択された際に当該リストの選択の有無に関する情報について対応の発信機に対応する項目について「選択」に設定される。

次に、コントローラ５は、リストから選択した位置情報発信機に対して位置情報信号の送信を指示する（ステップＳ１２）。これにより選択された位置情報発信機から位置情報信号が発信される。

次に、コントローラ５は、所定期間が経過したかどうかを判断する（ステップＳ１４）。所定期間は、当業者が適宜必要に応じて調整することが可能である。

ステップＳ１４において、コントローラ５は、所定期間が経過したと判断した場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）には、位置情報信号の送信の停止を指示する（ステップＳ１６）。これにより選択された位置情報発信機から位置情報信号の発信が停止する。

次に、リストから全ての位置情報発信機を選択したかどうかを判断する（ステップＳ１８）。コントローラ５は、リストを確認して全ての位置情報発信機が選択済みであるかどうかを判断する。

ステップＳ１８において、コントローラ５は、リストから全ての位置情報発信機を選択したと判断した場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）は、選択の有無に関する情報をリセットする（ステップＳ２０）。具体的には、コントローラ５は、リストの全ての選択に関する情報を未選択に設定（リセット）する。

そして、再び、ステップＳ１０に戻る。これにより、再び位置情報発信機リストの中の位置情報発信機が１つずつ選択されて位置情報信号を発信する。

ステップＳ１８において、コントローラ５は、リストから全ての位置情報発信機を選択していないと判断した場合（ステップＳ１８においてＮＯ）には、リストから他の位置情報発信機を選択する（ステップＳ２２）。そして、ステップＳ１２に戻る。

当該リストから他の位置情報発信機が選択された際に当該リストの選択の有無に関する情報について対応の発信機に対応する項目について「選択」に設定される。

全ての位置情報発信機が選択された場合に、当該項目がリセットされて再び最初の処理が繰り返される。

同一のＰＲＮ番号を用いた位置情報信号を発信する場合には、リストから１つずつ選択されて時分割制御されるため位置情報信号が互いに干渉することを抑制することが可能である。また、ＰＲＮ番号が重ならない場合には、通常制御として位置情報信号が継続的に発信されるため受信機は、位置情報発信機から適切に位置情報信号を受信することが可能である。

（他の実施形態）
図７は、他の実施形態に従う位置情報発信機を説明する図である。

図７に示されるように、位置情報発信機２＃は、複数のアンテナを有している場合が示されている。

位置情報発信機２＃は、アンテナ１８Ａ，１８Ｂを備えており、各アンテナ１８Ａ，１８Ｂからは、当該位置情報発信機２の設置位置を示す位置データを含み、衛星測位信号と互換性がある位置情報信号が発信される。

このとき、隣接して設置される位置情報発信機２＃の各アンテナ１８Ａ，１８Ｂから発信される位置情報信号ＰＳ１、ＰＳ２は、それぞれ互いに異なるＰＲＮ番号の符号パターンによってスペクトラム拡散され、所定周波数帯域の搬送波に変調されて発信される。

例えば、位置情報発信機２＃のアンテナ１８Ａからは、それぞれＰＲＮ番号１７３の符号パターンでスペクトラム拡散（符号化）され、経度、緯度、高度を表す同一の位置データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を含む位置情報信号ＰＳ１が発信される。

位置情報発信機２＃のアンテナ１８Ｂからは、それぞれＰＲＮ番号１７４を使って符号化された、同じ位置データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を含む位置情報信号ＰＳ２が発信される。

発信されたこれらの位置情報信号は、それぞれ異なるＰＲＮ番号を使って、つまり、異なる符号パターンによって符号化されているので、信号間の干渉は発生しない。

したがって、たとえば、上記で説明したＰＲＮ番号１７４の位置情報信号が時分割で制御される場合であっても、別のＰＲＮ番号１７３の位置情報信号に従って位置情報を発信することが可能であり、通信端末は、仮にＰＲＮ番号１７４の位置情報信号を受信できないタイミングであってもＰＲＮ番号１７３の位置情報信号に従って測位することが可能となり、位置情報信号を適切に受信して精度の高い測位が可能である。

なお、コンピュータを機能させて、上述のフローチャートで説明したような制御を実行させるプログラムを提供することもできる。プログラムは、コンピュータのオペレーティングシステム（ＯＳ）の一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の配列で所定のタイミングで呼出して処理を実行させるものでもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１人工衛星、２，２Ａ〜２Ｃ，２＃位置情報発信機、３通信端末、４構造物、５コントローラ、１０ＣＰＵ、１２操作部、１４メモリ、１５通信Ｉ／Ｆ部、１６無線発信部、１８アンテナ。

Claims

人工衛星から送信される測位のための無線信号である衛星測位信号と互換性を有し、各々が互いに異なる特定の位置を示す位置データを含んだ無線信号である位置情報信号を発信する複数の位置情報発信機と、
前記複数の位置情報発信機を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記複数の位置情報発信機を時分割で制御する、測位システム。
前記コントローラは、前記複数の位置情報発信機のうち同一の疑似雑音符号で符号化する位置情報発信機を時分割で制御する、請求項１記載の測位システム。
前記コントローラは、前記複数の位置情報発信機のうち互いに異なる疑似雑音符号で符号化する位置情報発信機については発信を継続する、請求項１または２記載の測位システム。
各前記位置情報発信機は、同一の位置データについて、それぞれが異なる複数の疑似雑音符号で符号化した複数の位置情報信号を発信する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の測位システム。
前記位置情報信号を受信する通信端末をさらに備え、
前記通信端末は、複数の位置情報信号を受信した場合には、受信強度に基づいて位置情報信号を選択する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の測位システム。