JP2018004609A - 無線通信端末の位置計測方法、および無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信機の現在位置が検知エリア内であるか否かを受信電力の強度を用いて判定する無線位置計測方法において、誤判定が生じにくく、判定閾値を調整することなく様々な設置条件に対応可能な方式および無線装置を提供する。【解決手段】無線装置２００は低サイドローブ特性を有するアンテナを備え、アンテナのメインローブ方向に強電界領域を形成すると同時に、無線装置２００の近傍を含み前記強電界領域に隣接する領域に弱電界領域を形成し、強電界領域における受信電力と弱電界領域における受信電力の差を著しく大きくすることにより、無線装置２００が送信する無線信号を受信する受信装置の現在位置が前記強電界領域の内部であるか否かの判定を確実に行えるようにする。【選択図】図９

Description

本発明は、電波を用いて無線通信端末の現在位置が検知エリア内であるか否かを判定することによる無線通信端末の位置計測方法および、無線装置に関する。

ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）を用いた位置計測方法があるが、屋内等のＧＰＳ衛星から送信される電波が届きにくい環境においては位置を計測できない、あるいは位置計測誤差が大きい等の課題がある。このような事情から、ＧＰＳを用いない無線位置計測方法が要望されている。

ＧＰＳによる位置計測方法においては連続的な空間座標値（緯度・経度）として位置が得られるが、屋内等の人工的な空間における位置計測においては連続的な空間座標値として位置が得られる必要は必ずしもなく、現在位置が特定の領域の中であるか否かを判定できれば十分である場合がある。このような場合に用いる無線位置計測方法として、スポット測位方式がある。

電波の距離減衰量は（距離／波長）の対数なので、例えば２．４ＧＨｚ帯の周波数では送受信機間の距離が約１ｍ以下になると急激に受信電力値が大きくなる。つまり、送信機の近傍において特に電界強度の強い強電界領域が形成される。スポット測位方式は、ある地点に設置した送信機の近傍に形成される強電界領域を検知エリアとして、前記送信機が送信する無線信号を移動可能な受信機において受信して受信電力を測定し、前記受信機の現在位置が前記検知エリア内であるか否かを受信電力の強度を用いて判定することによる、位置計測方法である。

このようなスポット測位方式の例として、前記の判定を正確に行うために指向性アンテナを用いたものがある。（例えば、特許文献１参照）

ＧＰＳによる位置計測方法と同様に、現在位置を連続的な空間座標値として推定できる方法としては、スポット測位方式と自律航法を組み合わせて用いるハイブリッド測位方式が考えられている。（例えば、非特許文献１参照）

自律航法は、加速度センサ等を用いて移動量と移動方向を測定することにより基準位置からの相対移動量を推定し、基準位置に対する相対位置を得る。自律航法においては、センサの誤差や計算誤差が蓄積して位置推定誤差が次第に大きくなるため、基準位置を得る毎に現在位置を較正する必要がある。前記のスポット測位方式を用いて、移動可能な受信機が検知エリア内に存在する場合に、送信機の設置位置を自律航法の基準位置として与えれば、ＧＰＳを用いずに無線位置計測を行って現在位置を連続的な空間座標値として得ることができる。

自律航法における基準位置を得るためのスポット測位方式として、指向性アンテナを用いて天井から床面方向に向かって電波を送信し、受信機がこのアンテナの直下を通過する瞬間に受信電力値のピークを検出することを利用して、自律航法における基準位置を精度よく得る方法がある（例えば、非特許文献２参照）。

特開２０１４−２３８３１５号公報

電子情報通信学会「知識ベース」１１群（社会情報システム）２編（電子航法・ナビゲーションシステム）３章 陸上システム 「Ｂ−１９−５アンテナ指向性を利用した高精度スポット測位の検討」電子情報通信学会総合大会講演論文集、２０１２年＿通信（２），ｐｐ．６２８ 「相互結合を考慮したアダプティブアレー理論による指向性合成」電気学会論文誌Ｃ、Ｖｏｌ．１２２（２００２）Ｎｏ．１１，Ｐ１９２５−１９３０

しかしながら、スポット測位方式を用いて受信機の現在位置が検知エリア内であるか否かを受信電力の強度を用いて判定する際に、誤判定が生じないように適切な判定閾値を選ぶことが難しい問題があった。これを図を用いて説明する。

図２は、図１に示すように指向性アンテナを備えた無線装置１００を通路の壁面１０１に設置して強電界領域１０２を形成し、無線装置１００からの距離がｄであって壁面１０１と平行な直線１０３に沿って受信装置１０４を移動させながら受信電力を測定した結果を、距離ｄが１ｍおよび３ｍの場合について示している。

図２において、Ｘ＝０ｍ付近の受信電力が相対的に大きい領域を検知エリアとして、受信電力値が判定閾値以上である場合に受信装置１０４が検知エリア内に存在すると判定する場合、図２（ｂ）に示すｄ＝３ｍの場合には前記判定閾値として適切な値はおよそ−５７ｄＢｍ以上−５５ｄＢｍ以下の狭い範囲に限定されてしまう。

床面や壁面から到来する反射波や無線装置１００から到来する直接波が相互に干渉することによってフェージングが発生し、受信装置１０４において測定される受信電力値には５〜１０ｄＢもしくはそれ以上の変動幅が容易に生じることを考慮すれば、図２（ｂ）の場合、検知エリア外のＸ＝±３ｍ付近で測定される受信電力値よりも例えば５ｄＢ以上高い値を前記判定閾値として、誤検知を生じないための判定マージンを設ける必要があるが、このように判定閾値を高くすると、受信装置がＸ＝０ｍ付近に存在する場合に誤検知が生じる確率が高くなってしまう。従って、判定マージンを十分に確保することができない。

また、図２（ａ）に示すｄ＝１ｍの場合には、判定閾値とできる値の範囲はおよそ−５２ｄＢｍ以上−４６ｄＢｍ以下の範囲となり、図２（ａ）に示すｄ＝３ｍの場合とは判定閾値として適切な値の範囲が異なる。従って、図１において、受信装置１０４が検知エリアの境界を通過する瞬間における位置から無線装置１００までの距離Ｄがとりうる値の範囲がごく狭い場合、つまり図１における通路の幅ｗが狭い場合を除き、判定閾値を適切に選ぶことができない。

以上のような判定閾値の選定にかかる問題を回避する方法として、受信電力値の変化量あるいはピークを検出する方法がある（例えば特許文献１、非特許文献２参照）。しかしながら、受信装置１０４が静止している場合は受信電力値の変化量あるいはピークが検出されないので、これらの方法を適用することができない。

本発明の一局面にかかる位置計測方法は、無線装置を識別するための識別符号を含む無線信号を出力する無線信号出力ステップと、前記無線信号を前記無線装置に備えられた低サイドローブアンテナを用いて送信することによって前記低サイドローブアンテナのメインローブ方向に前記無線信号の電界強度が相対的に高い強電界領域を形成すると同時に、前記無線装置の近傍を含み前記強電界領域に隣接する領域に前記無線信号の電界強度が低い弱電界領域を形成する検知エリア形成ステップと、前記検知エリア形成ステップにおいて送信された前記無線信号を受信装置が受信する無線信号受信ステップと、前記無線信号受信ステップにおいて受信した前記無線信号の受信電力および前記無線信号に含まれる前記識別符号を対応づけた受信電力情報を取得する受信電力情報取得ステップと、前記受信電力情報取得ステップで取得した前記受信電力情報に含まれる前記識別符号を用いて、前記無線装置から送信された無線信号に対応する受信電力情報を特定し、特定した受信電力情報に含まれる受信電力の値と判定閾値を比較することによって、前記検知エリア形成ステップによって形成される前記強電界領域を検知エリアとして、前記受信装置の現在位置が前記検知エリア内であるか否かを判定するエリア検知ステップ、を含む。

この構成によれば、検知エリア形成ステップにおいて形成される強電界領域と弱電界領域における受信電力の差が著しく大きくなるため、前記弱電界領域において測定されうる受信電力の最大値よりも十分大きく、なおかつ前記強電界領域において測定されうる受信電力の最大値よりも十分に小さい値を判定閾値としてエリア検知ステップを実行することができる。

従って、フェージング等による受信電力値の変動を考慮しても、エリア検知ステップにおける判定マージンが十分に得られるように前記の判定閾値を設定することができ、エリア検知ステップにおける誤検知を生じにくくする効果が得られる。

また、この構成によれば、検知エリア形成ステップにおいて形成される強電界領域と弱電界領域における受信電力の差が著しく大きく、エリア検知ステップにおける判定閾値として適する値の範囲が広くなるので、前記の距離Ｄが所定の範囲内であれば、共通の値を前記判定閾値としてエリア検知ステップを実行できるように判定閾値を選ぶことができる。

従って、例えば前記無線装置を幅の広い通路の壁面に設置する場合等、前記の距離Ｄが所定の範囲内で様々な値を取りうる場合であっても前記受信装置の位置計測を行うことができる。また、例えば前記無線装置を通路の天井に設置して前記受信装置の位置計測を行う場合には、設置箇所の天井高に応じて前記判定閾値を調整する必要が生じない利点がある。

さらにこの構成によれば、検知エリア形成ステップにおいて形成される弱電界領域は前記無線装置の近傍を含むように形成することができ、例えば、前記無線装置から約１ｍ以下の地点を含むように弱電界領域を形成することができるから、前記の距離Ｄがとりうる所定の範囲として、Ｄ＝１ｍ程度の近傍地点を含めることができる。

従って、例えば前記無線装置を通路の壁面に設置する場合や、天井高が低い通路の天井に設置する場合等、受信装置が前記無線装置から１ｍ程度の近傍地点に存在しうる場合を含めて、上記と同様に共通の値を前記判定閾値とすることができる。

また、この構成によれば、受信電力値と判定閾値の大小比較によって受信装置の現在位置が前記検知エリア内であるか否かを判定することができるので、実装が容易にでき、受信装置が静止している場合にも適用可能な、受信装置の位置計測方法が提供される。

また、この構成によれば、前記無線信号出力ステップにおいて無線信号を間欠的に出力するようにしても前記エリア検知ステップを実行することができ、前記受信装置の位置計測精度に対する影響は生じないので、前記無線信号の出力間隔を長くすることによって、前記無線装置の省電力化を図ることができる。

従って、前記無線装置の電源として１次電池、もしくは光電池などの発電デバイスを用いて前記無線装置を動作させることが容易となり、前記無線装置を設置する際の電源工事が不要となるため、安価に設置することができる。

また、上記の位置計測方法において、前記無線装置を複数の地点に設置して、前記エリア検知ステップにおいて受信装置の現在位置が１つ以上の検知エリア内であると判定した場合に、前記無線装置のそれぞれの設置位置と識別符号を対応づけて記憶したテーブルを参照して前記受信装置が位置する検知エリアに対応する無線装置の設置位置を取得し、この設置位置から検知エリアの位置を求め、これを受信装置の現在位置として決定してもよい。

この構成によれば、前記の複数の無線装置が、それぞれの検知エリアが重複しないように疎に設置されている場合には、前記検知エリアの大きさ以下の誤差で受信装置の現在位置を計測することができる。

また、前記の複数の無線装置が、それぞれの検知エリアが重複するように密に設置されている場合には、前記エリア検知ステップにおいて受信装置の現在位置が１つまたは複数の検知エリア内と判定される場合があることおよび、検知エリアの重複を利用して前記検知エリアを分割することによって、前記検知エリアの大きさよりも小さい誤差で受信装置の現在位置を計測することができ、位置計測精度を向上させることができる。

本発明の他の局面にかかる無線装置は、専ら上記の位置計測方法を実施するために用いられる無線装置であって、無線装置を識別するための識別符号を記憶する識別符号記憶部と、前記識別符号を含む無線信号を所定の送信電力で出力する無線信号出力部と、前記無線信号を送信するための低サイドローブ特性を有するアンテナを備える。

前記の無線装置が備えるアンテナは、低サイドローブ特性を有する任意の構成のアレーアンテナであってもよい。

前記の無線装置が備えるアンテナは、低サイドローブ特性を有する任意の構成のアレーアンテナであって、前記アレーアンテナを構成するアンテナ素子がマイクロストリップアンテナであってもよい。

この構成によれば、前記アレーアンテナを平面アンテナとして構成することができるから、前記無線装置を薄型かつ小型にすることができる。

本発明にかかる位置計測方法は、例えば前記受信電力情報取得ステップおよびエリア検知ステップを実行する位置計測プログラムをサーバあるいは携帯情報端末において実行することにより実現できる。上記に加えて、前記位置計測プログラムは位置決定ステップを実行してもよい。この目的に供するための計算機プログラムが本発明において提供される。

また、前記プログラムは、記録媒体に記憶させてもよい。この記録媒体を用いれば、例えば汎用のコンピュータに前記プログラムをインストールすることができる。ここで、プログラムを記憶した前記記録媒体は、ＣＤ−ＲＯＭ等の非一過性の記録媒体であっても良い。

本発明によれば、ＧＰＳによる位置計測方法が適していない屋内などの環境においても適用でき、誤検知が生じにくい位置計測方法を提供することができる。

また、本発明によれば、受信電力値と判定閾値の大小比較によって受信機の位置を計測できるため、実装が容易であり、受信機が静止している場合にも使用可能であり、無線信号を間欠送信することによって省電力化を図ることができる等の効果がある。

特に、本発明によれば、判定閾値として適する値の範囲が広いため、本発明に係る無線装置を幅の広い通路等の壁面に設置して受信機の位置を計測できる等、設置性を高めることができる。別の観点では、本発明に係る無線装置の設置条件によって判定閾値を調整する作業を不要とする効果がある。さらに、本発明に係る無線装置を検知エリアが重複するように複数設置することによって位置計測精度を向上できる等、多大な効果を奏する。

背景技術であるスポット測位方式の適用例を示す図である。 技術課題の説明のため、図１に示した適用例において、受信装置１０４を直線１０３に沿って移動させながら受信電力値を測定した結果を示す線図である。 本開示の実施形態における無線装置の構成を示す構成図である。 縁端効果の影響により生じる、アレーアンテナ両端のアンテナ素子における指向性の偏りを示す図である。 ５素子アレーアンテナに低サイドローブ特性を与えるための励振分布（テイラー分布）および、縁端効果が無い場合における計算上のサイドローブレベルを示す図表である。 縁端効果の影響を定性的に把握する目的で、５素子アレーアンテナの放射指向特性を縁端効果の影響を考慮して計算した結果である。 アンテナ素子数に対するサイドローブレベルの変化を定性的に把握する目的で、４〜７素子のアレーアンテナの放射指向特性を縁端効果の影響を考慮してそれぞれ計算した結果である。 本開示の実施形態における無線装置の構成要素である低サイドローブアンテナ２１０の近傍数ｍの範囲における受信電力値を、縁端効果の影響を考慮して計算した結果である。 本発明に係る位置計測方法の実施形態の一例を示す図である。 図９に示した実施形態の一例において、携帯情報端末３１０を直線３０２に沿って移動させながら受信電力値を測定した結果を示す線図である。 本発明に係る位置計測方法の実施形態の一例であって、本発明に係る無線装置を天井に設置する場合を示す図である。 本発明に係る位置計測方法の実施形態の一例であって、本発明に係る無線装置を複数用いて検知エリアを重複させて形成する場合を示す図である。 受信電力情報の一例を示す図表である。 無線装置配置テーブル３２３の一例を示す図表である。 携帯情報端末３１０および位置データベース装置３２０の構成を示す構成図である。 携帯情報端末３１０において実行される位置計測プログラムのフローチャートである。 位置データベース装置３２０において実行される位置計測プログラムのフローチャートである。

図３に、本発明に係る無線装置の実施形態の一例として無線装置２００の構成を示す。この実施形態の無線装置２００は、低サイドローブアンテナ２１０、無線信号送信部２１１、識別符号記憶部２１２、電源部２１３からなる。無線信号送信部２１１は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格に適合した２．４ＧＨｚ帯の無線信号を送信する。この無線信号は識別符号記憶部２１２に記憶された識別符号を含んでおり、低サイドローブアンテナ２１０から放射される。

低サイドローブアンテナ２１０は５素子リニアアレーアンテナであって、ガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）の表面に形成されたアンテナ素子２２０〜２２４と前記基板の裏面全体に形成された地導体２２５からなるマイクロストリップアンテナおよび、マイクロストリップ線路によるＴ分岐線路２２６〜２２８からなる電力分配・合成回路から構成される。前記アンテナ素子２２０〜２２４は２．４〜２．５ＧＨｚで円偏波を発生する円偏波アンテナである。

Ｔ分岐線路２２６〜２２８からなる電力分配・合成回路は、無線信号送信部２１１からアンテナ素子２２０〜２２４へ入力される無線信号が同一位相であって、アンテナ素子２２０〜２２４に対して入力される電力の比、すなわち励振分布が前記５素子リニアアレーアンテナにおいて十分な低サイドローブ特性が得られる励振分布となるように構成される。具体的には、図５に示した励振分布２４３を得るようにＴ分岐線路２２６〜２２８を構成している。

次いで、この実施形態における低サイドローブアンテナ２１０として用いているアレーアンテナについて、十分な低サイドローブ特性を得るための励振分布およびアンテナ素子数の決定手順を以下に説明する。

アレーアンテナにおいて縁端効果（Ｅｄｇｅ Ｅｆｆｅｃｔ）が生じることが知られている。縁端効果は、同一指向特性のアンテナ素子を並べてアレーアンテナを構成すると、アンテナ素子間の相互結合の影響によって各素子の指向特性がそれぞれ異なったものになる現象である。縁端効果は特にアレー両端のアンテナ素子において強く生じ、アレーの外側方向に対してアレー両端のアンテナ素子の利得が増大する。（例えば、非特許文献３参照）

具体的には図４に示すように、この実施形態における低サイドローブアンテナ２１０を構成するアンテナ素子２２０、２２４はそれぞれ２３０、２３１の方向に対して利得が増大する。

縁端効果がサイドローブレベルに及ぼす影響を説明するため、図５に示す励振分布２４１〜２４４を５素子アレーアンテナに適用した場合における放射指向特性を、縁端効果を考慮して計算した結果を図６に示す。

アレーアンテナを構成するアンテナ素子の指向性が全て同一である場合において、アレーアンテナにおいて所望のサイドローブレベルを与えるような励振分布の計算法が各種知られており、図５に示す励振分布２４１〜２４４は、素子間隔が０．５波長である５素子アレーアンテナにおいて、サイドローブレベルをそれぞれ−３０ｄＢ、−４０ｄＢ、−５０ｄＢ、−６０ｄＢとするテイラー分布であるが、縁端効果のため、図６に示すようにサイドローブレベルはおよそ−２５ｄＢ程度しか得られないことが分かる。

図７は、アレーアンテナの励振分布としてサイドローブレベルを−５０ｄＢとするテイラー分布を適用し、アレーアンテナの素子数ｎを変えた場合について、縁端効果を考慮して放射指向特性を計算した結果である。

図７から、縁端効果を考慮した場合には、アレーアンテナの素子数が少ない場合にはサイドローブレベルを十分低くすることができず、アレーアンテナの素子数を多くするほどサイドローブレベルを低くできることが分かる。

以上のように、図６および図７から読み取れる定性的傾向をふまえて、まず、アレーアンテナの素子数毎にサイドローブレベルが下限付近となるような励振分布を探索し、次に、メインローブ方向に形成される強電界領域における電界強度と、サイドローブ方向に形成される弱電界領域における電界強度の差が十分得られるようにアンテナ素子数を選ぶと、比較的小型であって十分な低サイドローブ特性を得られるようにアレーアンテナのアンテナ素子数および励振分布を決定することができる。

図８は、図７と同様にアレーアンテナの励振分布としてサイドローブレベルを−５０ｄＢとするテイラー分布を適用し、アレーアンテナの素子数を４および５とした場合について、縁端効果を考慮してアレーアンテナの近傍数ｍの範囲における受信電力値を計算した結果である。なお、アレーアンテナの設置位置は図８の座標原点である。

図８において、例えば判定閾値を−６０ｄＢｍとする場合、つまり受信電力値が−６０ｄＢｍ以上の領域を検知エリアとする場合は、フェージング等による受信電力値の変動を考慮して誤検知を生じにくくする観点では、検知エリアに隣接して受信電力値が少なくともおよそ−７０ｄＢｍ以下であるように弱電界領域を形成する必要がある。

例えば、無線装置２００を天井に設置する際に天井高が２ｍ程度である場合には、図８においておよそ１≦Ｙ≦２の範囲においてＸ軸方向に受信装置が移動することになるから、Ｘ＝０ｍ付近に形成された検知エリア内およびその境界付近を除く１≦Ｙ≦２の範囲の全ての地点が−７０ｄＢｍ以下となるように弱電界領域を形成する必要がある。図８から、上記の条件を満たすように弱電界領域を形成するためには、アレーアンテナの素子数は４よりも５のほうが好適であることがわかる。

上記のようにして、無線装置２００の設置条件などから定まる、アレーアンテナの近傍数ｍ以下の範囲で受信装置が存在しうる範囲であって検知エリア内および検知エリアの境界付近を除く範囲がすべて弱電界領域に属するように、弱電界領域をアレーアンテナの近傍を含む領域に形成させるために必要なアンテナ素子数や励振分布を検討することができる。

なお、無線装置２００を屋内に設置することを考慮すると、美観や設置性の観点からは低サイドローブアンテナ２１０は小型であるほうが望ましく、従って本発明の効果が得られる範囲内でアレーアンテナの素子数は少ないほうが望ましい。

以上を総合して、この実施形態においては、低サイドローブアンテナ２１０のアンテナ素子数を５とし、図５に示す励振分布２４３を得るようにＴ分岐線路２２６〜２２８における電力分配比を設定し、サイドローブレベルとしておよそ−２５ｄＢを得た。

なお、この実施形態においては、低サイドローブアンテナ２１０として５素子リニアアレーアンテナを用いたが、低サイドローブ特性が十分に得られる限りにおいて、素子数は特に限定されない。より低いサイドローブレベルを得るために６素子以上のリニアアレーアンテナとしてもよいし、例えば非特許文献３に開示されているように無給電素子を付加することによって縁端効果を抑制し、それによって低サイドローブ特性を得てもよい。また、例えば２５個のアンテナ素子から構成される５ｘ５素子の２次元アレーアンテナとして、図３のＸＹ平面方向のみならずＹＺ平面方向にも低サイドローブ特性を持たせる構成としてもよいし、例えば１０個のアンテナ素子から構成される５ｘ２素子の２次元アレーアンテナとして、ＹＺ平面方向に指向性を持つようにしてもよい。

また、この実施形態においては、低サイドローブアンテナ２１０の励振分布をテイラー分布としたが、前記アンテナの近傍に強電界領域と弱電界領域を形成し、強電界領域における受信電力と弱電界領域における受信電力が大きく異なる限りにおいて、励振分布は特に限定されない。低サイドローブ特性を与えることが知られている各種の励振分布を適用してもよいし、フーリエ級数法によって任意の指向性パターンを合成してもよい。また、遺伝的アルゴリズムなどの確率的探索手法を用いて励振分布を最適化してもよい。

また、この実施形態における低サイドローブアンテナ２１０を構成するアレーアンテナ素子の形状、種類および構造についても、特に限定されない。例えば、マイクロストリップアンテナに代えてダイポールアンテナ等の線状アンテナを用いてもよい。

また、この実施形態では円偏波を発生するアンテナ素子を用いたが、直線偏波アンテナを用いてもよく、偏波の種類は特に限定されない。

なお、この実施形態においては、低サイドローブアンテナ２１０としてアレーアンテナを用いているが、アレーアンテナ以外の低サイドローブアンテナを用いてもよい。例えば、軸モードヘリカルアンテナを用いて低サイドローブ特性を有するアンテナを得ることもできる。しかしながら、アレーアンテナを用いれば平面的な形状の低サイドローブアンテナを実現できるから、特に屋内に設置する場合には美観や設置性の面で有利である。

電源部２１３は、無線装置２００の各構成要素を動作させるための電源である。例えば、電源部２１３は外部電源に接続されて給電される構成としてもよいが、無線装置２００を設置する際に電源配線工事が必要となり設置コストが上昇するため、電源配線工事を必要としない他の構成が望ましい。例えば、電源部２１３は１次電池であってもよいし、光電池等の発電デバイスを用いて電源を供給するように構成してもよい。

図９および図１０は、本発明に係る位置計測方法の実施形態の一例を示す図である。

図９に示すように、本発明に係る無線装置２００を通路壁面３０１に固定して強電界領域を形成するとともに、前記強電界領域と隣接して弱電界領域を形成する。携帯情報端末３１０は、前記無線装置２００が送信する無線信号を受信する機能および受信電力を測定する機能を有している。

図１０は、図９に示すように、無線装置２００からの距離がｄであって壁面３０１と平行な直線３０２に沿って携帯情報端末３１０を移動させながら受信電力を測定した結果である。

図１０から、−６１ｄＢｍ以上−５３ｄＢｍ以下の範囲のいずれかの値を１つ選んで前記判定閾値とすれば、前記の距離ｄが１ｍ以上３ｍ以下の範囲で、図１０のＸ＝０付近において相対的に受信電力値が高い領域を検知エリアとして、Ｘ＝０付近において受信装置３１０の現在位置が検知エリア内であることを確実に検出でき、なおかつ受信電力値が前記のように選んだ判定閾値以下である領域においては、検知エリアの境界付近を除いて、携帯情報端末３１０の現在位置が検知エリア内であるとする誤判定が生じないようにできる。

なお、前記の範囲の中央付近である−５７ｄＢｍを判定閾値に選べば、フェージング等に起因する受信電力値の変動に対する判定マージンを最大化することができる。

図９では無線装置２００を壁面に設置しているが、図１１に示すように無線装置２００、２０１を天井に設置してもよい。このとき床面からの高さが約１ｍの位置で携帯情報端末３１０が保持されるならば、無線装置２００、２０１の設置箇所の天井高ｈ１およびｈ２がおよそ２ｍ以上４ｍ未満の範囲であれば、上記のように選んだ判定閾値を適用して携帯情報端末３１０の位置を計測することができ、天井高に応じて前記判定閾値を調整せずに済む。

図１１、図１２は、本発明に係る位置計測方法の実施形態の一例を示す図である。

図１２に示すように、複数の無線装置２００、２０１、２０２を短い間隔で天井に設置してそれぞれ床面方向に向かって強電界領域を形成し、図１２のＸ軸正負方向に前記強電界領域に隣接する弱電界領域を形成する。従って、図１２の点線に示すように複数の検知エリアが一部重複して形成される。

携帯情報端末３１０は、無線装置２００〜２０２を含む複数の無線装置から送信される無線信号を受信する無線信号受信ステップと、前記無線信号の受信電力値および、前記無線信号を復調して得られる識別符号を取得して受信電力情報を作成する受信電力情報取得ステップを実行する。受信電力情報は、無線装置２００〜２０２を含む複数の無線装置から送信される各無線信号の受信電力値と、各無線信号に含まれる識別符号を対応づけた情報である。図１３に、受信電力情報の一例を示す。

携帯情報端末３１０は、上記のように作成した受信電力情報を何らかの通信手段、例えば携帯電話通信網あるいは無線ＬＡＮを用いて、位置データベース装置３２０へ送信する。位置データベース装置３２０は、無線装置２００〜２０２を含む複数の無線装置の識別符号と設置位置を対応づけて記憶した無線装置配置テーブル３２３を備える。図１４に、無線装置配置テーブル３２３の内容の例を示す。

位置データベース装置３２０は、携帯情報端末３１０から送信された受信電力情報を受信すると、前記無線装置配置テーブル３２３を参照して、無線装置２００〜２０２から送信される無線信号に対応する受信電力情報を特定し、特定された受信電力情報に含まれる受信電力の値が予め定めた判定閾値以上である場合、特定された受信電力情報に含まれる識別符号を用いて、無線装置の設置位置を取得するステップを実行する。

このとき、図１１に示すように、複数の無線装置が形成する強電界領域が重複しないように前記無線装置が設置した場合は、前記のステップにおいて無線装置の設置位置が１個だけ取得されるので、取得された設置位置の直下である地点３３６または３３７を携帯情報端末３１０の位置として決定すればよい。この場合、位置計測誤差はおよそ検知エリアの幅ｗ以下となる。

一方、図１２に示すように複数の無線装置が形成する検知エリアが重複するように前記無線装置が設置されている場合には、検知エリアが重複している領域に携帯情報端末３１０が存在していれば、前記のステップにおいて無線装置の設置位置が複数取得されるので、例えば、これらの検知エリアが重複している領域内の地点である３３２または３３４を携帯情報端末３１０の位置として決定すればよい。検知エリアが重複していない領域に携帯情報端末３１０が存在していれば、前記のステップにおいて無線装置の設置位置が１つ取得されるので、無線装置２００〜２０２の設置位置関係を考慮して、地点３３１、３３３、３３５のいずれかを携帯情報端末３１０の位置として決定することができる。この場合、検知エリアが重複している領域および、それ以外の検知エリアからなる領域のそれぞれの幅ｗ１〜ｗ５以下程度の位置計測誤差となる。

このようにして、無線装置２００〜２０２の設置間隔を狭くして各無線装置が形成する検知エリアを重複させれば、位置計測精度を高めることができる。

なお、この実施形態において、携帯端末装置３１０と位置データベース装置３２０を接続する通信手段としては、どのような構成を用いてもよい。例えば携帯電話通信網を用いることもできるし、無線ＬＡＮ等を用いてもよい。

また、この実施形態においては携帯端末装置３１０と位置データベース装置３２０を別個の装置として構成し、通信手段を介して連係させているが、位置データベース装置３２０に相当する機能を携帯情報端末３１０の内部に設けて、携帯端末装置３１０単体で位置計測を行えるようにしてもよい。

本発明の他の局面にかかる位置計測プログラムは、例えば図１５に示す構成のシステムにおいて実行される。

携帯情報端末３１０は無線信号受信部３１１、プログラム実行部３１２、プログラム格納部３１３、および通信部３１４を備える。位置データベース装置３２０は通信部３２１、プログラム実行部３２２、無線装置配置テーブル３２３、およびプログラム格納部３１４を備えるコンピュータである。
無線装置配置テーブル３２３は、無線装置２００〜２０２を含む複数の無線装置の識別符号と設置位置を対応づけて記憶したテーブルであって、無線装置２００〜２０２を含む複数の無線装置を設置する際に予め作成される。

図１６に、携帯情報端末３１０において動作する前記位置計測プログラムのフローチャートを示す。この処理は、無線信号受信部が無線装置２００〜２０２を含む不特定の無線装置から無線信号を受信する毎にプログラム実行部３１２上で実行される。

携帯情報端末３１０は、無線信号受信部３１１が無線信号を受信すると、前記無線信号の受信電力値および前記無線信号に含まれる識別符号を取得し、これらを関連づけて受信電力情報を作成する。図１３は、作成される受信電力情報の例である。

次に、作成した受信電力情報を、通信部３１４を経由して位置データベース装置３２０へ送信する。位置データベース装置３２０が処理を完了するまで待機した後、携帯情報端末３１０が検知エリア内であるか否かの判定結果および、携帯情報端末３１０が前記無線信号を受信した位置として決定された、携帯情報端末３１０の現在位置を位置データベース装置３２０から受信する。

図１７に、位置データベース装置３２０上で動作する前記位置計測プログラムのフローチャートを示す。この処理は、通信部３２１において携帯情報端末３１０から受信電力情報を受信する毎にプログラム実行部３２２上で実行される。

位置データベース装置３２０は、携帯情報端末３１０から受信電力情報を受信すると、前記受信電力情報に含まれる識別符号により無線装置配置テーブル３２３を検索する。検索結果が１つ以上得られれば、エリア検知ステップを実行して前記受信電力情報に含まれる受信電力値を判定閾値と比較する。

その結果、前記受信電力情報が作成された受信地点が１つまたはそれ以上の検知エリア内であると判定した場合は、それらの検知エリアに対応する無線装置の設置位置および、その周辺に設置された無線装置の設置位置を無線装置配置テーブル３２３から取得する。このとき、前記検知エリアの大きさの数倍程度の範囲内に設置された無線装置の設置位置を取得すれば十分である。

このように取得した設置位置から、無線装置が密に設置されていて前記検知エリアが他の無線装置の検知エリアと重複している場合には、これらの無線装置の設置位置関係を考慮して携帯情報端末３１０の現在位置を決定する。前記検知エリアが他の無線装置の検知エリアと重複していない場合には、前記検知エリアに対応する無線装置の設置位置を携帯情報端末３１０の現在位置として決定する。

このように決定した携帯情報端末３１０の現在位置およびエリア検知ステップの実行結果は、通信部３２１を経由して携帯情報端末３１０へ送信される。

なお、上記のシステムにおいては、携帯端末装置３１０と位置データベース装置３２０を別個の装置として構成し、それぞれの装置で動作するプログラムを通信部３１４、３２１を介して連係させているが、無線装置配置テーブル３２３を携帯端末装置３１０内に設けて、携帯端末装置３１０の内部で図１７に示すプログラムを実行できる構成にしてもよい。この構成によれば、通信部３１４、３２１を不要とすることができる。

１００ スポット測位方式の無線装置
１０１ 壁面
１０２ 強電界領域
１０３ 受信装置の移動経路
１０４ 受信装置
２００〜２０２ 無線装置
２１０ 低サイドローブアンテナ
２１１ 無線信号出力部
２１２ 識別符号記憶部
２１３ 電源部
２２０〜２２４ アンテナ素子
２２５ 地導体
２２６〜２２８ Ｔ分岐回路を用いて構成された、電力分配・合成回路
２３０ 縁端効果のため、アンテナ素子２２０の利得が増大する方向
２３１ 縁端効果のため、アンテナ素子２２４の利得が増大する方向
２４１〜２４４ ５素子アレーアンテナの励振分布（テイラー分布）
３０１ 壁面
３０２ 携帯情報端末３１０の移動経路
３１０ 携帯情報端末
３１１ 無線信号受信部
３１２ プログラム実行部
３１３ プログラム格納部
３１４ 通信部
３２０ 位置データベース装置
３２１ 通信部
３２２ プログラム実行部
３２３ 無線装置の識別符号と設置位置を対応づけて記憶した、無線装置配置テーブル
３２４ プログラム格納部
３３１〜３３５ 地点
３３６〜３３７ 地点

Claims (7)

1. 無線装置を識別するための識別符号を含む無線信号を出力する無線信号出力ステップと、前記無線信号を前記無線装置に備えられた低サイドローブアンテナを用いて送信することによって前記低サイドローブアンテナのメインローブ方向に前記無線信号の電界強度が相対的に高い強電界領域を形成すると同時に、前記無線装置の近傍を含み前記強電界領域に隣接する領域に前記無線信号の電界強度が低い弱電界領域を形成する検知エリア形成ステップと、前記検知エリア形成ステップにおいて送信された前記無線信号を受信装置が受信する無線信号受信ステップと、前記無線信号受信ステップにおいて受信した前記無線信号の受信電力および前記無線信号に含まれる前記識別符号を対応づけた受信電力情報を取得する受信電力情報取得ステップと、前記受信電力情報取得ステップで取得した前記受信電力情報に含まれる前記識別符号を用いて、前記無線装置から送信された無線信号に対応する受信電力情報を特定し、特定した受信電力情報に含まれる受信電力の値と判定閾値を比較することによって、前記検知エリア形成ステップによって形成される前記強電界領域を検知エリアとして、前記受信装置の現在位置が前記検知エリア内であるか否かを判定するエリア検知ステップと、を含む、位置計測方法。
2. 前記無線装置を複数の地点に設置して、前記エリア検知ステップにおいて前記受信装置の現在位置が１つ以上の検知エリア内であると判定した場合に、前記無線装置のそれぞれの設置位置と識別符号を対応づけて記憶したテーブルを参照して前記受信装置の現在位置を決定する位置決定ステップを含む、請求項１に記載の位置計測方法。
3. 受信装置の位置が、無線装置の近傍に形成された特定の領域内であるか否かを判定することによって前記受信装置の位置を特定する用途において専ら用いられる無線装置であって、前記無線装置を識別するための識別符号を記憶する識別符号記憶部と、前記識別符号を含む無線信号を所定の電力で出力する無線信号出力部と、前記無線信号送信部から出力された無線信号を放射するアンテナを備え、前記アンテナは低サイドローブ特性を有するアンテナであって、前記アンテナのメインローブ方向に前記無線信号の電界強度が相対的に高い強電界領域を生じさせると同時に、前記強電界領域に隣接して前記無線信号の電界強度が低い弱電界領域を生じさせることを特徴とする、無線装置。
4. 前記アンテナはアレーアンテナであることを特徴とする、請求項３に記載の無線装置。
5. 前記アンテナはアレーアンテナであって、アレーアンテナを構成するアンテナ素子がマイクロストリップアンテナであることを特徴とする、請求項３に記載の無線装置。
6. 無線装置から送信される無線信号を受信して、前記無線信号の受信電力および前記無線信号に含まれる識別符号を対応づけた受信電力情報を取得する受信電力情報取得手段および、
   前記受信電力情報取得手段で取得した受信電力情報に含まれる識別符号を用いて、前記無線装置から送信された無線信号に対応する受信電力情報を特定し、特定した受信電力情報に含まれる受信電力の値と判定閾値を比較することによって、前記無線信号を受信した位置が前記無線装置に対応する検知エリア内であるか否かを判定するエリア検知手段としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記無線装置は、請求項３〜５のいずれかに記載の無線装置であることを特徴とする位置計測プログラム。
7. 無線装置から送信される無線信号を受信して、前記無線信号の受信電力および前記無線信号に含まれる識別符号を対応づけた受信電力情報を取得する受信電力情報取得手段および、
   前記受信電力情報取得手段で取得した受信電力情報に含まれる識別符号を用いて、前記無線装置から送信された無線信号に対応する受信電力情報を特定し、特定した受信電力情報に含まれる受信電力の値と判定閾値を比較することによって、前記無線信号を受信した位置が前記無線装置に対応する検知エリア内であるか否かを判定するエリア検知手段および、
   前記エリア検知手段において特定した受信電力情報に含まれる識別符号を用いて、複数の無線装置についてそれぞれの設置位置と識別符号を対応づけて記憶したテーブルを検索することによって得られる、前記無線信号を送信した無線装置の設置位置を用いて前記無線信号を受信した位置を決定する位置決定手段としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記無線装置は、請求項３〜５のいずれかに記載の無線装置であることを特徴とする位置計測プログラム。

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