JP2020016596A - アンカー装置および測位システム構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の測位システムを利用できない場所で、新規な測位システムを簡単な構成で迅速に構築することができるようにする。【解決手段】移動体の位置を測定するためのビーコン信号を送信するアンカー装置が、ビーコン信号を発信するビーコン発信部１２と、他のアンカー装置との間で測距信号を送受信するアンカー間通信部１１と、位置が確定した他のアンカー装置との間で測距信号を送受信することにより、他のアンカー装置と自装置との間の距離を測定して、その距離と、他のアンカー装置の位置とに基づいて、自装置の位置を測定する制御部１３と、を備えるものとする。【選択図】図７

Description

本発明は、移動体の位置を測定するためのビーコン信号を送信するアンカー装置、および複数のアンカー装置からなる測位システムを構築する測位システム構築方法に関するものである。

近年、ＧＰＳ（Global Positioning System）など衛星測位システムを利用して位置を測定する技術が広く普及しているが、この衛星測位システムを利用できない場合がある。例えば、宇宙探査で地球以外の天体では、既存の衛星測位システムがそもそもない。また、地球上でも森林、地下空間、深海などでは、衛星電波が届かないため、衛星測位システムを利用できない。しかしながら、このような衛星測位システムを利用できない場所でも、人物や車両などの移動体や建造物の位置を測定したいという要望は多い。

このような要望に対して、衛星測位システムを利用することなく、測位を行うことができるようにした技術として、地上基地局が、位置特定用電波を送信し、中継移動局が、地上基地局からの位置特定用電波を受信して自分の位置を測定するとともに、位置特定用電波を送信し、航空機、船舶、自動車などの移動体が、地上基地局からの位置特定用電波と中継移動局からの位置特定用電波とを受信して自分の位置を測定する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２０００−１８０５２８号公報

さて、衛星測位システムを利用できない場所でも、測位を行うことができるように、新規に測位システムを構築する場合、大掛かりなものは時間と費用がかかるため、望ましくなく、測位システムを簡単にかつ迅速に構築したいという要望がある。例えば、火星などの宇宙探査では、宇宙船に搭載できる機材が限られており、また、滞在日数も限られているため、軽い機材で短期間に測位システムを構築することが望まれる。

しかしながら、前記従来の技術では、同期させた位置特定用電波で位置を特定するため、複数の地上基地局間で同期をとることが必須であり、さらに、中継移動局も地上基地局と同期をとる必要がある。このため、測位システムが大掛かりなものとなり、測位システムを簡単な構成で迅速に構築することができないという問題があった。

そこで、本発明は、既存の測位システムを利用できない場所で、新規な測位システムを簡単な構成で迅速に構築することができるアンカー装置および測位システム構築方法を提供することを主な目的とする。

本発明のアンカー装置は、移動体の位置を測定するためのビーコン信号を送信するアンカー装置であって、前記ビーコン信号を発信するビーコン発信部と、他のアンカー装置との間で測距信号を送受信するアンカー間通信部と、位置が確定した他のアンカー装置との間で測距信号を送受信することにより、前記他のアンカー装置と自装置との間の距離を測定して、その距離と、前記他のアンカー装置の位置とに基づいて、自装置の位置を測定する制御部と、を備える構成とする。

また、本発明の測位システム構築方法は、移動体の位置を測定するためのビーコン信号を送信する複数のアンカー装置からなる測位システムを構築する測位システム構築方法であって、複数の前記アンカー装置の各々は、位置が確定した他のアンカー装置との間で測距信号を送受信することにより、前記他のアンカー装置と自装置との間の距離を測定して、その距離と、前記他のアンカー装置の位置とに基づいて、自装置の位置を測定する構成とする。

本発明によれば、複数のアンカー装置の各々が、測位済みの他のアンカー装置を基準にして、自律的に自分の位置を測定することで、測位システムが構築される。これにより、複数のアンカー装置からなる測位システムを簡単な構成で迅速に構築することができる。

第１実施形態に係る測位システムの全体構成図 第１実施形態に係るアンカー１間の距離測定の概要を示す説明図 第１実施形態に係る基本基準点となるアンカー１の測位の概要を示す説明図 第１実施形態に係る一般基準点となるアンカー１の測位の概要を示す説明図 第１実施形態に係る一般基準点となるアンカー１の測位の一例を示す説明図 第１実施形態に係るアンカー１の測位時における各アンカー１の動作手順を示すシーケンス図 第１実施形態に係るアンカー１の概略構成を示すブロック図 第１実施形態に係る第１の基本基準点となるアンカー１の動作手順を示すフロー図 第１実施形態に係る第２の基本基準点となるアンカー１の動作手順を示すフロー図 第１実施形態に係る第３基準点となるアンカー１の動作手順を示すフロー図 第１実施形態に係る一般基準点となるアンカー１の動作手順を示すフロー図 第１実施形態の変形例に係る一般基準点となるアンカー１の動作手順を示すフロー図 第２実施形態に係るアンカー１の概略構成を示すブロック図 第２実施形態に係るアンカー１のグループ移動およびグループ分けの一例を示す説明図 第２実施形態に係る親モードのアンカー１の動作手順を示すフロー図 第２実施形態に係る子モードのアンカー１の動作手順を示すフロー図

前記課題を解決するためになされた第１の発明は、移動体の位置を測定するためのビーコン信号を送信するアンカー装置であって、前記ビーコン信号を発信するビーコン発信部と、他のアンカー装置との間で測距信号を送受信するアンカー間通信部と、位置が確定した他のアンカー装置との間で測距信号を送受信することにより、前記他のアンカー装置と自装置との間の距離を測定して、その距離と、前記他のアンカー装置の位置とに基づいて、自装置の位置を測定する制御部と、を備える構成とする。

これによると、複数のアンカー装置の各々が、測位済みの他のアンカー装置を基準にして、自律的に自分の位置を測定することで、測位システムが構築される。これにより、複数のアンカー装置からなる測位システムを簡単な構成で迅速に構築することができる。

また、第２の発明は、前記制御部は、まず、測定モードとなり、自発の測距信号を前記アンカー間通信部から送信し、前記他のアンカー装置から応答の測距信号を前記アンカー間通信部で受信すると、自発の測距信号の送信タイミングから応答の測距信号の受信タイミングまでの信号往復時間に基づいて前記距離を測定し、前記距離に基づいて自装置の位置を測定する測位が終了すると、待受モードに遷移して、前記他のアンカー装置から自発の測距信号を前記アンカー間通信部で受信すると、応答の測距信号を前記アンカー間通信部から送信する構成とする。

これによると、複数のアンカー装置の各々が、まず、測定モードとなり、自装置の位置を測定する測位を行い、測位が終了すると、待受モードに遷移する。これにより、複数のアンカー装置が協調して自律的に測位システムを構築することができる。

また、第３の発明は、前記制御部は、前記信号往復時間から、前記他のアンカー装置において前記自発の測距信号を受信してから前記応答の測距信号を送信するまでの信号処理に要する時間である信号処理時間を減算して、往復の電波伝搬時間を算出し、その往復の電波伝搬時間の半分を片道の電波伝搬時間とし、その片道の電波伝搬時間に伝搬速度を乗算することで距離を算出する構成とする。

これによると、他のアンカー装置と自装置との間の距離を精度よく測定することができる。

また、第４の発明は、前記制御部は、前記待受モードに遷移すると、前記ビーコン信号の発信を開始する構成とする。

これによると、アンカー装置のビーコン信号による移動体の測位を早期に開始することができる。

また、第５の発明は、前記制御部は、自装置から送信する測距信号と干渉する電波がない場合に、測距信号を送信する構成とする。

これによると、測距信号の送受信による距離測定を、他のアンカーからの送信信号からの干渉を受けることなく正常に行うことができる。

また、第６の発明は、前記制御部は、応答の測距信号と干渉する電波があるために応答の測距信号の送信を遅らせた場合には、応答の測距信号を送信するまでの待ち時間を計測して、その待ち時間を応答の測距信号に付加して送信する構成とする。

これによると、応答の測距信号の送信を遅らせた場合でも、この遅らせた時間（応答の測距信号を送信するまでの待ち時間）を測距信号の往復時間から減算することで、適切に距離を算出することができる。

また、第７の発明は、前記制御部は、前記他のアンカー装置から受信した応答の測距信号に、前記他のアンカー装置が当該応答の測距信号の送信を遅らせた時間である待ち時間が付加されている場合は、前記信号往復時間から前記待ち時間を減算する構成とする。

これによると、他のアンカー装置において応答の測距信号の送信を遅らせた場合でも、測距信号の往復時間から適切に距離を算出することができる。

また、第８の発明は、前記制御部は、自発の測距信号を送信してから所定時間が経過しても、応答の測距信号を受信できない場合には、所定時間待機した後に、再度、自発の測距信号を送信する構成とする。

これによると、周辺にある他のアンカー装置でまだ測位が終了していない場合でも、測位の終了を待って、他のアンカー装置からの応答の測距信号を受信することができる。

また、第９の発明は、前記制御部は、自装置の位置を測定する測位を、所定時間をおいて定期的に行う構成とする。

これによると、転倒・風・振動その他要因によりアンカー装置の位置が変化する場合でも、定期的に測位をやり直すことで、位置情報を適切に更新することができる。

また、第１０の発明は、自装置を自律的に移動する移動手段を備え、前記制御部は、予め設定された目標位置に向けて自律的に移動するように前記移動手段を制御する構成とする。

これによると、複数のアンカー装置の各々が自律的に移動して所定位置に分散配置されるため、複数のアンカー装置からなる測位システムを簡単な構成でかつ人手をかけずに迅速に構築することができる。

また、第１１の発明は、前記制御部は、親モードにおいて、自律航法による移動と、測距信号の送受信による測位とを繰り返して、指定された目標位置に到達するように前記移動手段を制御し、子モードにおいて、親モードとなる他のアンカー装置に追随して移動するように前記移動手段を制御する構成とする。

これによると、複数のアンカー装置がグループを形成して目標位置まで移動するため、複数のアンカー装置を各自の目標位置に効率よく分散させることができる。

また、第１２の発明は、移動体の位置を測定するためのビーコン信号を送信する複数のアンカー装置からなる測位システムを構築する測位システム構築方法であって、複数の前記アンカー装置の各々は、位置が確定した他のアンカー装置との間で測距信号を送受信することにより、前記他のアンカー装置と自装置との間の距離を測定して、その距離と、前記他のアンカー装置の位置とに基づいて、自装置の位置を測定する構成とする。

これによると、第１の発明と同様に、複数のアンカー装置からなる測位システムを簡単な構成で迅速に構築することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る測位システムの全体構成図である。

この測位システムは、ＧＰＳなど衛星測位システムを利用できない場所に新規に構築されるものであり、ビーコン信号（測位信号）を送信する複数のアンカー１を備えており、移動体２（人物、車両など）に設けられた測位装置（図示せず）が、複数のアンカー１のビーコン信号を受信することで、その受信強度などに基づいて移動体２の位置を測定する。

アンカー１は、車両やハンドキャリーなどで運搬されて、対象エリア内の適当な位置に設置される。本実施形態では、まず、適宜な位置（例えば宇宙船の着陸地点の近傍）に、３台の基本基準点となるアンカー１を設置して、第１の基本基準点となるアンカーを相対位置の原点（０，０）とし、第２の基本基準点となるアンカー１は、Ｙ座標は０としたまま第１の基本基準点となるアンカー１との距離を測定してＸ軸方向の座標を定め、第３の基本基準点となるアンカー１は、第１の基本基準点となるアンカー１と第２の基本基準点となるアンカー１からＹ軸方向が正の値になるように座標を計算することで、それぞれの位置を確定する。

次に、基本基準点となるアンカー１の周辺に位置する一般基準点となるアンカー１で、３点測量法により、３台の基本基準点となるアンカー１を基準にして、自分の位置を測定する。そして、基本基準点となるアンカー１から離れた一般基準点となるアンカー１で、測位済みの３台の一般基準点となるアンカー１を基準にして、自分の位置を測定する。これにより、全てのアンカー１で自分の位置を確定することができる。また、各アンカー１では、自分の位置が確定すると、ビーコン信号の送信を開始する。

次に、第１実施形態に係るアンカー１間の距離測定について説明する。図２は、アンカー１間の距離測定の概要を示す説明図である。

本実施形態では、２つのアンカー１の間で測距信号を送受信して、その測距信号の往復に要する時間（信号往復時間）から、２つのアンカー１の間の距離を測定して、その距離に基づいてアンカー１の位置を算出する。

具体的には、まず、測定側のアンカー１から自発の測距信号をブロードキャストで送信する。測位側のアンカー１の周辺に存在する別（応答側）のアンカー１のうち座標確定済のアンカー１は、自発の測距信号を受信すると、応答の測距信号を送信する。このとき、自発の測距信号の受信タイミングから所定の信号処理時間が経過したタイミングで、応答の測距信号を送信する。なお、座標の確定していないアンカー１は、自発の測距信号を受信することはせず、したがって応答の距離信号を送信することもない。

測定側のアンカー１では、自発の測距信号の送信タイミングと、応答の測距信号の受信タイミングと、応答側のアンカー１での信号処理時間とに基づいて、自装置と応答側のアンカー１との間の距離を測定して、その距離に基づいて、自装置の位置を算出する。すなわち、自発の測距信号の送信タイミングから応答の測距信号の受信タイミングまでの信号往復時間から、信号処理時間を減算することで、往復の電波伝搬時間が算出され、その往復の電波伝搬時間の半分が片道の電波伝搬時間となり、その片道の電波伝搬時間に伝搬速度を乗算することで距離が算出される。

なお、信号処理時間は、自発の測距信号を受信してから応答の測距信号を送信するまでの信号処理に要する時間に基づいて設定された定数であり、アンカー１に予め記憶しておけばよい。

また、本実施形態では、自発の測距信号および応答の測距信号にタイミング計測用のプリアンブルを付加して送信し、そのタイミング計測用のプリアンブルを検出したタイミングが受信タイミングとなる。

また、応答側のアンカー１が、応答の測距信号に自装置の位置を付加して送信することで、測定側のアンカー１が、基準となるアンカー１の位置を取得して、その位置と距離とに基づいて、自装置の位置を算出する。なお、この方法であれば、応答側のアンカー１は自分の内部クロックで受信信号の同期や応答の遅延をカウントすればよいため、アンカー１間で時刻同期などをとる必要はなく、応答までの時間が短時間であるために内部クロックもあまり高精度のものでなくてもよいので、安価に簡単に位置計算を行うことができる。

次に、第１実施形態に係る基本基準点となるアンカー１の測位の概要について説明する。図３は、基本基準点となるアンカー１の測位の概要を示す説明図である。

本実施形態では、まず、基本基準点となるアンカー１を３台設置し、この基本基準点となるアンカー１の位置を測定した上で、基本基準点となるアンカー１を基準にして、一般基準点となるアンカー１の位置を測定する。

ここで、基本基準点となるアンカー１は、電波の届く範囲でなるべく広い範囲に分散するように配置するとよい。また、月面などの宇宙空間では、緯度および経度のような絶対座標がないため、本実施形態では、独自の測位座標系を設定する。

まず、第１の基本基準点となるアンカー１を最初に設置する。この第１の基本基準点となるアンカー１は、測位座標系の原点となり、その座標は（０，０）に設定される。

次に、第２の基本基準点となるアンカー１を設置する。この第２の基本基準点となるアンカー１は、第１の基本基準点となるアンカー１に対して任意の方向に設置され、第１の基本基準点となるアンカー１に対して第２の基本基準点となるアンカー１が存在する方向をＸ方向に設定する。なお、Ｘ方向に直交する方向がＹ方向となる。

この第２の基本基準点となるアンカー１の座標は、第２の基本基準点となるアンカー１と第１の基本基準点となるアンカー１との間の距離ｘを測定することで設定される。すなわち、距離ｘが、第２の基本基準点となるアンカー１のＸ座標となり、第２の基本基準点となるアンカー１の座標は（ｘ，０）となる。

次に、第３の基本基準点となるアンカー１を設置する。この第３の基本基準点となるアンカー１は、３つの基本基準点となるアンカー１の相対位置が、できるだけ正三角形に近くなるように配置するとよく、これにより、一般基準点となるアンカー１での測位の精度を高めることができるが、必ずしも正三角形でなくてはならないということではない。

この第３の基本基準点となるアンカー１の位置は、第１の基本基準点となるアンカー１と第３の基本基準点となるアンカー１との間の距離ｄ１と、第２の基本基準点となるアンカー１と第３の基本基準点となるアンカー１との間の距離ｄ２とを測定することで算出する。すなわち、第３の基本基準点となるアンカー１の座標（ｘ３，ｙ３）は、距離ｄ１，ｄ２と、第２の基本基準点となるアンカー１の座標（ｘ，０）とから、次式により算出する。
ｘ３＝（ｄ１^２−ｄ２^２＋ｘ^２）／（２×ｘ）
ｙ３＝ｓｑｒｔ（ｄ１^２−ｘ３^２）

次に、第１実施形態に係る一般基準点となるアンカー１の測位の概要について説明する。図４は、一般基準点となるアンカー１の測位の概要を示す説明図である。図５は、一般基準点となるアンカー１の測位の一例を示す説明図である。

図４に示すように、一般基準点となるアンカーＡＮｎでは、測位済みの３台のアンカーＡＮ１（Ｘ１，Ｙ１），ＡＮ２（Ｘ２，Ｙ２），ＡＮ３（Ｘ３，Ｙ３）を基準にして、３点測量法により、基準となる３つのアンカーＡＮ１，ＡＮ２，ＡＮ３の座標と、そのアンカーＡＮ１，ＡＮ２，ＡＮ３と自装置との間の距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３とに基づいて、自装置の位置を算出する。

このとき、図５に示すように、アンカーＡＮ１を中心にして距離Ｄ１を半径とした円Ｃ１と、アンカーＡＮ２を中心にして距離Ｄ２を半径とした円Ｃ２との２つの交点Ｐ２^＋（Ｘｎ２^＋，Ｙｎ２^＋），Ｐ２⁻（Ｘｎ２⁻，Ｙｎ２⁻）を求める。また、円Ｃ１と、アンカーＡＮ３を中心にして距離Ｄ３を半径とした円Ｃ３との２つの交点Ｐ３^＋（Ｘｎ３^＋，Ｙｎ３^＋），Ｐ３⁻（Ｘｎ３⁻，Ｙｎ３⁻）を求める。そして、前者の交点Ｐ２^＋，Ｐ２⁻と後者の交点Ｐ３^＋，Ｐ３⁻とを比較して、互いに近接する交点を求めて、その交点の座標に基づいて、測定中のアンカーＡＮｎ（Ｘｎ，Ｙｎ）の位置を決定する。

具体的には、まず、円Ｃ１と円Ｃ２との２つの交点Ｐ２^＋（Ｘｎ２^＋，Ｙｎ２^＋），Ｐ２⁻（Ｘｎ２⁻，Ｙｎ２⁻）の座標を算出する。

このとき、２つの交点のＸ座標Ｘｎ２^＋およびＸｎ２⁻を、次式により算出する。
Ｘｎ２^＋＝（Ａ４×Ｘ４＋Ｙ４×ｓｑｒｔ（（Ｘ４^２＋Ｙ４^２）×Ｄ１^２−Ａ４^２））／（Ｘ４^２＋Ｙ４^２）＋Ｘ１
Ｘｎ２⁻＝（Ａ４×Ｘ４−Ｙ４×ｓｑｒｔ（（Ｘ４^２＋Ｙ４^２）×Ｄ１^２−Ａ４^２））／（Ｘ４^２＋Ｙ４^２）＋Ｘ１
また、２つの交点のＹ座標Ｙｎ２^＋およびＹｎ２⁻を、次式により算出する。
Ｙｎ２^＋＝（Ａ４×Ｙ４−Ｘ４×ｓｑｒｔ（（Ｘ４^２＋Ｙ４^２）×Ｄ１^２−Ａ４^２））／（Ｘ４^２＋Ｙ４^２）＋Ｙ１
Ｙｎ２⁻＝（Ａ４×Ｙ４＋Ｘ４×ｓｑｒｔ（（Ｘ４^２＋Ｙ４^２）×Ｄ１^２−Ａ４^２））／（Ｘ４^２＋Ｙ４^２）＋Ｙ１
ここで、Ｘ４、Ｙ４およびＡ４は、次式により算出される。
Ｘ４＝Ｘ２−Ｘ１
Ｙ４＝Ｙ２−Ｙ１
Ａ４＝（Ｘ４^２＋Ｙ４^２＋Ｄ１^２−Ｄ２^２）／２

次に、円Ｃ１と円Ｃ３との２つの交点Ｐ３^＋（Ｘｎ３^＋，Ｙｎ３^＋），Ｐ３⁻（Ｘｎ３⁻，Ｙｎ３⁻）の座標を算出する。

このとき、２つの交点のＸ座標Ｘｎ３^＋およびＸｎ３⁻を、次式により算出する。
Ｘｎ３^＋＝（Ａ５×Ｘ５＋Ｙ５×ｓｑｒｔ（（Ｘ５^２＋Ｙ５^２）×Ｄ１^２−Ａ５^２））／（Ｘ５^２＋Ｙ５^２）＋Ｘ１
Ｘｎ３⁻＝（Ａ５×Ｘ５−Ｙ５×ｓｑｒｔ（（Ｘ５^２＋Ｙ５^２）×Ｄ１^２−Ａ５^２））／（Ｘ５^２＋Ｙ５^２）＋Ｘ１
また、２つの交点のＹ座標Ｙｎ３^＋およびＹｎ３⁻を、次式により算出する。
Ｙｎ３^＋＝（Ａ５×Ｙ５−Ｘ５×ｓｑｒｔ（（Ｘ５^２＋Ｙ５^２）×Ｄ１^２−Ａ５^２））／（Ｘ５^２＋Ｙ５^２）＋Ｙ１
Ｙｎ３⁻＝（Ａ５×Ｙ５＋Ｘ５×ｓｑｒｔ（（Ｘ５^２＋Ｙ５^２）×Ｄ１^２−Ａ５^２））／（Ｘ５^２＋Ｙ５^２）＋Ｙ１
ここで、Ｘ５、Ｙ５およびＡ５は、次式により算出される。
Ｘ５＝Ｘ３−Ｘ１
Ｙ５＝Ｙ３−Ｙ１
Ａ５＝（Ｘ５^２＋Ｙ５^２＋Ｄ１^２−Ｄ３^２）／２

次に、誤差Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３およびＥ４を、次式により算出する。
Ｅ１＝（Ｘｎ２^＋−Ｘｎ３^＋）^２＋（Ｙｎ２^＋−Ｙｎ３^＋）^２
Ｅ２＝（Ｘｎ２^＋−Ｘｎ３⁻）^２＋（Ｙｎ２^＋−Ｙｎ３⁻）^２
Ｅ３＝（Ｘｎ２⁻−Ｘｎ３^＋）^２＋（Ｙｎ２⁻−Ｙｎ３^＋）^２
Ｅ４＝（Ｘｎ２⁻−Ｘｎ３⁻）^２＋（Ｙｎ２⁻−Ｙｎ３⁻）^２

次に、誤差Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４の中で最小となる誤差を選択する。そして、最小となる誤差に基づいて、円Ｃ１と円Ｃ２との２つの交点Ｐ２^＋，Ｐ２⁻と、円Ｃ１と円Ｃ３との２つの交点Ｐ３^＋，Ｐ３⁻との組み合わせを選択する。そして、選択した２つの交点の座標を平均化して、測定中のアンカーＡＮｎの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）を求める。すなわち、選択した２つの交点のＸ座標を平均化して、Ｘ座標（Ｘｎ）を求め、また、選択した２つの交点のＹ座標を平均化して、Ｙ座標（Ｙｎ）を求める。

例えば、誤差Ｅ２が最小であれば、交点Ｐ２^＋（Ｘｎ２^＋，Ｙｎ２^＋）とＰ３⁻（Ｘｎ３⁻，Ｙｎ３⁻）との組み合わせが選択され、アンカーＡＮｎの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）は次のようになる。
Ｘｎ＝（Ｘｎ２^＋＋Ｘｎ３⁻）／２
Ｙｎ＝（Ｙｎ２^＋＋Ｙｎ３⁻）／２

ところで、測定中のアンカー１の周辺に測位済みのアンカー１が３台以上存在すると、３台以上のアンカー１から応答の測距信号を受信する。この場合、応答の測距信号の送信元のアンカー１の中から３台のアンカー１を選択する。

このとき、ランダムに３台のアンカー１を選択する方法や、遠い方から３台のアンカー１を選択する方法や、近い方から３台のアンカー１を選択する方法など、種々の選択方法がある。また、測定中のアンカー１から見た方向ができるだけ異なるアンカー１を選択するようにしてもよい。また、ノイズが少なく受信品質が高いアンカー１を選択するようにしてもよい。また、応答の測距信号の送信元のアンカー１の中から３台のアンカー１を選択した組み合わせの全てで、測定中のアンカー１の座標を求めて、その座標を平均化して、測定中のアンカー１の座標を求めるようにしてもよい。また、全てのアンカーを用いて算出した全ての候補点の組み合わせの中から、最も誤差が小さくなる組み合わせを選択するようにしてもよい。

次に、第１実施形態に係るアンカー１の測位時における各アンカー１の動作について説明する。図６は、アンカー１の測位時における各アンカー１の動作手順を示すシーケンス図である。

測定モードのアンカー１では、自発の測距信号を送信する。この自発の測距信号には、タイミング検出用のプリアンブルと、自装置のアンカーＩＤとが含まれる。また、この自発の測距信号は、宛先を指定せず、ブロードキャストで送信される。

このとき、複数のアンカー１が同時に自発の測距信号を送信すると、電波干渉が発生するため、自発の測距信号を送信する前に、他のアンカー１が送信する電波があるか否かを判定し（干渉電波監視）、他のアンカー１が送信する電波がないことを確認してから、自発の測距信号を送信する。

待受モードのアンカー１では、測定モードのアンカー１から送信される自発の測距信号を受信すると、応答の測距信号を送信する。この応答の測距信号には、タイミング検出用のプリアンブルと、自装置のアンカーＩＤと、応答先のアンカーＩＤと、自装置の位置情報と、待ち時間とが含まれる。

ここで、待受モードの複数のアンカー１が同時に応答の測距信号を送信すると、電波干渉が発生するため、応答の測距信号を送信する前に、他のアンカー１が送信する電波があるか否かを判定し（干渉電波監視）、他のアンカー１が送信する電波がないことを確認してから、応答の測距信号を送信する。

また、測定モードのアンカー１では、自発の測距信号の送信タイミングと、応答の測距信号の受信タイミングと、応答側の待受モードのアンカー１での信号処理時間とに基づいて、自装置と待受モードのアンカー１との間の距離を測定して、その距離に基づいて、自装置の位置を算出する。このため、待受モードのアンカー１で、所定の信号処理時間を越えて、応答の測距信号の送信を遅らせると、測定モードのアンカー１で距離測定を正しく行うことができない。

そこで、本実施形態では、応答側の待受モードのアンカー１において、待ち時間、すなわち、他のアンカー１が送信する電波があるために応答の測距信号の送信を遅らせた時間を計測して、その待ち時間を応答の測距信号に付加して、測定モードのアンカー１に送信する。これにより、測定モードのアンカー１は、信号往復時間から待ち時間を減算することで、正確な信号往復時間を得ることができる。

また、応答の測距信号の電波干渉は、周辺のアンカー１の電波が原因となることから、周辺のアンカー１が同時に応答の測距信号を送信しないようにすればよい。そこで、応答の測距信号を送信する際に、自装置のアンカーＩＤを所定値Ｍで割った余りに対応する時間だけ、応答の測距信号の送信を遅らせるようにしてもよい。この遅れは、遅延時間として報告してもよいし、アンカーＩＤから計算できるためあえて送信しなくてもよい。

また、測定モードのアンカー１では、他のアンカー１との間での測距信号の送受信による測位が終了して、自装置の位置が確定すると、待受モードに遷移する。この待受モードでは、他のアンカー１から自発の測距信号を受信するのに応じて、応答の測距信号を送信する動作を開始するが、このとき、ビーコン信号の送信も開始する。

また、アンカー１では、転倒や風により位置が変化することがある。そこで、本実施形態では、待受モードに遷移した後でも、定期的に測位をやり直す。この場合、過去の測位結果が反映されるように位置を更新するとよい。具体的には、現在までの複数回の測位結果に忘却係数を乗じて加算することで、新しい位置を算出するようにしてもよい。

また、待受モードに遷移した後の測定時に、自発の測距信号を送信してから所定時間経過しても応答の測距信号を受信できない場合には、周囲から孤立したものと判断して、ビーコン信号の送信を停止して、待受モードから初期の測定モードに戻り、自装置の位置を測定する処理を開始する。なお、特定のアンカー１からの応答の測距信号を周辺のアンカー１が受信できないことにより、アンカー１の故障を周辺のアンカー１に検知させるようにしてもよい。

次に、第１実施形態に係るアンカー１の概略構成について説明する。図７は、アンカー１の概略構成を示すブロック図である。

アンカー１は、アンカー間通信部１１と、ビーコン発信部１２と、制御部１３と、記憶部１４と、を備えている。

アンカー間通信部１１は、他のアンカー１との間で測距信号を送受信する。

ビーコン発信部１２は、ビーコン信号を発信する。ビーコン信号内には発信元アンカー１のアンカーＩＤおよびその位置情報を含む。

記憶部１４は、制御部１３を構成するプロセッサで実行されるプログラムを記憶する。また、記憶部１４は、自装置のアンカーＩＤや、自装置の位置座標などを記憶する。

制御部１３は、干渉電波監視部２１と、測距信号制御部２２と、タイミング検出部２３と、位置算出部２４と、ビーコン制御部２５と、を備えている。この制御部１３は、プロセッサで構成され、制御部１３の各部は、記憶部１４に記憶されたプログラムをプロセッサで実行することで実現される。

干渉電波監視部２１は、アンカー間通信部１１での電波の受信状況に基づいて、他のアンカー１が送信する電波があるか否かを判定する。

測距信号制御部２２は、測距信号を生成して、その測距信号をアンカー間通信部１１から送信する。本実施形態では、干渉電波監視部２１において、他のアンカー１が送信する電波がない場合に、測距信号を送信する。また、自装置が測位を実施する場合には、自発の測距信号を送信する。一方、他のアンカー１からの自発の測距信号を受信した場合には、応答の測距信号を送信する。自発の測距信号には、タイミング検出用のプリアンブルと、自装置のアンカーＩＤとが含まれる。また、応答の測距信号には、タイミング検出用のプリアンブルと、自装置のアンカーＩＤと、応答先のアンカーＩＤと、自装置の位置と、待ち時間とが含まれる。

タイミング検出部２３は、他のアンカー１から送信される測距信号の受信タイミングを検出する。本実施形態では、測距信号にタイミング計測用のプリアンブルを付加して送信し、そのタイミング計測用のプリアンブルを検出したタイミングが受信タイミングとなる。

位置算出部２４は、自発の測距信号の送信タイミングと、応答の測距信号の受信タイミングと、応答側の待受モードのアンカー１での信号処理時間とに基づいて、自装置と応答側のアンカー１との間の距離を測定して、その距離に基づいて、自装置の位置を算出する。

ビーコン制御部２５は、ビーコン発信部１２によるビーコン信号の発信を制御する。本実施形態では、自装置の位置が確定すると、ビーコン信号の発信を開始する。また、定期的な測位が正常にできなかった場合には、ビーコン信号の発信を停止する。なお、ビーコンに関しては、発信元のＩＤとその位置情報を発する方式でもよいが、測位したい移動体が常時アンカー１の測定モードと同様の動作をすることで、アンカー１の位置測定と同じ方式で測定をすることもできる。なお、アンカー１の位置測定に用いる周波数とビーコン信号に使用する周波数は全く同じでも、一部が同じでも、全く異なっていても、いずれも可能である。

次に、第１実施形態に係る第１の基本基準点となるアンカー１の動作手順について説明する。図８は、第１の基本基準点となるアンカー１の動作手順を示すフロー図である。

第１基準点となるアンカー１（アンカーＩＤ＝１）では、測位座標系の原点となるため、測位は行われず、最初から待受モードとなり、ビーコン信号の発信を開始するとともに、他のアンカー１から送信される自発の測距信号の受信に応じて、応答の測距信号を送信する。

具体的には、まず、待受モードとなり、ビーコン制御部２５において、ビーコン発信部１２からビーコン信号の発信を開始する（ＳＴ１０１）。次に、測距信号制御部２２において、他のアンカー１から送信される自発の測距信号をアンカー間通信部１１で受信したか否かを判定する（ＳＴ１０２）。

ここで、他のアンカー１から送信される自発の測距信号を受信した場合には（ＳＴ１０２でＹｅｓ）、測距信号制御部２２において、待ち時間を初期化する、すなわち、待ち時間を０に設定する（ＳＴ１０３）。そして、干渉電波監視部２１において、他のアンカー１が送信する電波があるか否かを判定する（ＳＴ１０４）。

ここで、他のアンカー１が送信する電波がある場合には（ＳＴ１０４でＹｅｓ）、測距信号制御部２２において、待ち時間をインクリメントする（ＳＴ１０５）。この待ち時間のインクリメントは、他のアンカー１が送信する電波がなくなるまで（ＳＴ１０４でＮｏ）、繰り返される。

一方、他のアンカー１が送信する電波がない場合には（ＳＴ１０４でＮｏ）、アンカー間通信部１１から応答の測距信号を自発の測距信号の送信元のアンカー１に送信する（ＳＴ１０６）。この応答の測距信号には、自装置のアンカーＩＤ（１）と、応答先のアンカーＩＤと、自装置の位置座標（０，０）と、ＳＴ１０５でインクリメントされた待ち時間とが含まれる。

次に、第１実施形態に係る第２の基本基準点となるアンカー１の動作手順について説明する。図９は、第２の基本基準点となるアンカー１の動作手順を示すフロー図である。

第２の基本基準点となるアンカー１（アンカーＩＤ＝２）では、まず、測定モードとなり、第１の基本基準点となるアンカー１と自装置との間の距離を測定して、その距離に基づいて自装置の位置を算出する。測位が終了して位置が確定すると、待受モードとなり、ビーコン信号の発信を開始するとともに、他のアンカー１、すなわち、第３基準点となるアンカー１および一般基準点となるアンカー１から送信される自発の測距信号の受信に応じて、応答の測距信号を送信する。

具体的には、まず、測定モードとなり、干渉電波監視部２１において、他のアンカー１が送信する電波があるか否かを判定する（ＳＴ１１１）。

ここで、他のアンカー１が送信する電波がない場合には（ＳＴ１１１でＮｏ）、測距信号制御部２２において、アンカー間通信部１１から自発の測距信号をブロードキャストで送信する（ＳＴ１１２）。この自発の測距信号には、自装置のアンカーＩＤ（２）が含まれる。

次に、他のアンカー１から送信される応答の測距信号をアンカー間通信部１１で受信したか否かを判定する（ＳＴ１１３）。ここで、他のアンカー１から送信される応答の測距信号を受信した場合には（ＳＴ１１３でＹｅｓ）、次に、受信した応答の測距信号の送信元が第１の基本基準点となるアンカー１であるか、すなわち、応答の測距信号に含まれる送信元のアンカーＩＤが１であるか否かを判定する（ＳＴ１１４）。ここで、応答の測距信号の送信元が第１基準点となるアンカー１でない場合には（ＳＴ１１４でＮｏ）、ＳＴ１１３に戻る。

一方、応答の測距信号の送信元が第１基準点となるアンカー１である場合には（ＳＴ１１４でＹｅｓ）、第１基準点となるアンカー１と自装置との間の距離を測距信号の往復時間から測定して、その距離に基づいて、自装置の位置座標（ｘ，０）を算出する（ＳＴ１１５）。

次に、待受モードに遷移して、ビーコン制御部２５において、ビーコン発信部１２からビーコン信号の発信を開始する（ＳＴ１０１）。また、測距信号制御部２２において、他のアンカー１から送信される自発の測距信号をアンカー間通信部１１で受信したか否かを判定する（ＳＴ１０２）。

ここで、他のアンカー１から送信される自発の測距信号を受信した場合には（ＳＴ１０２でＹｅｓ）、測距信号制御部２２において、待ち時間を初期化する、すなわち、待ち時間を０に設定する（ＳＴ１０３）。そして、干渉電波監視部２１において、他のアンカー１が送信する電波があるか否かを判定する（ＳＴ１０４）。

ここで、他のアンカー１が送信する電波がある場合には（ＳＴ１０４でＹｅｓ）、測距信号制御部２２において、待ち時間をインクリメントする（ＳＴ１０５）。この待ち時間のインクリメントは、他のアンカー１が送信する電波がなくなるまで（ＳＴ１０４でＮｏ）、繰り返される。

一方、他のアンカー１が送信する電波がない場合には（ＳＴ１０４でＮｏ）、アンカー間通信部１１から応答の測距信号を自発の測距信号の送信元のアンカー１に送信する（ＳＴ１０６）。この応答の測距信号には、自装置のアンカーＩＤ（２）と、応答先のアンカーＩＤと、自装置の位置座標（ｘ，０）と、ＳＴ１０５でインクリメントされた待ち時間とが含まれる。

次に、自装置の位置確定から所定時間が経過したか否かを判定する（ＳＴ１１６）。ここで、位置確定から所定時間が経過しない場合には（ＳＴ１１６でＮｏ）、ＳＴ１０２に戻る。一方、位置確定から所定時間が経過した場合には（ＳＴ１１６でＹｅｓ）、ビーコン信号の発信を停止し（ＳＴ１１７）、再度、自装置の位置を算出するため、ＳＴ１１１に戻る。なお、第２の基本基準点となるアンカー１は、第１の基本基準点となるアンカー１と近いこともあり、位置確定から所定時間が経過した場合（ＳＴ１１６でＹｅｓ）の判断基準である所定時間は、長期間（例えば１か月など）とすることが可能である。

なお、他のアンカー１から送信される自発の測距信号を受信しない場合にも（ＳＴ１０２でＮｏ）、ＳＴ１１６に進む。

次に、第１実施形態に係る第３基準点となるアンカー１の動作手順について説明する。図１０は、第３基準点となるアンカー１の動作手順を示すフロー図である。

第３基準点となるアンカー１（アンカーＩＤ＝３）では、まず、測定モードとなり、第１の基本基準点となるアンカー１と自装置との間の距離と、第２の基本基準点となるアンカー１と自装置との間の距離とを測定して、その距離に基づいて自装置の位置を算出する。測位が終了して位置が確定すると、待受モードとなり、ビーコン信号の発信を開始するとともに、他のアンカー１、すなわち、一般基準点となるアンカー１から送信される自発の測距信号の受信に応じて、応答の測距信号を送信する。

具体的には、まず、測定モードとなり、干渉電波監視部２１において、他のアンカー１が送信する電波があるか否かを判定する（ＳＴ１１１）。

ここで、他のアンカー１が送信する電波がない場合には（ＳＴ１１１でＮｏ）、測距信号制御部２２において、アンカー間通信部１１から自発の測距信号をブロードキャストで送信する（ＳＴ１１２）。この自発の測距信号には、自装置のアンカーＩＤ（３）が含まれる。

次に、他のアンカー１から送信される応答の測距信号をアンカー間通信部１１で受信したか否かを判定する（ＳＴ１１３）。ここで、他のアンカー１から送信される応答の測距信号を受信した場合には（ＳＴ１１３でＹｅｓ）、次に、受信した応答の測距信号の送信元が第１の基本基準点となるアンカー１または第２の基本基準点となるアンカー１であるか、すなわち、応答の測距信号に含まれる送信元のアンカーＩＤが１または２であるか否かを判定する（ＳＴ１２１）。ここで、受信した応答の測距信号の送信元が第１の基本基準点となるアンカー１または第２の基本基準点となるアンカー１でない場合には（ＳＴ１２１でＮｏ）、ＳＴ１１３に戻る。

一方、受信した応答の測距信号の送信元が第１の基本基準点となるアンカー１または第２の基本基準点となるアンカー１である場合には（ＳＴ１２１でＹｅｓ）、次に、２台のアンカー１、すなわち、第１の基本基準点となるアンカー１および第２の基本基準点となるアンカー１から応答の測距信号を受信したか否かを判定する（ＳＴ１２２）。ここで、２台のアンカー１から応答の測距信号を受信していない場合には（ＳＴ１２２でＮｏ）、ＳＴ１１３に戻る。

一方、２台のアンカー１から応答の測距信号を受信した場合には（ＳＴ１２２でＹｅｓ）、２台のアンカー１と自装置との間の距離を測距信号の往復時間から測定して、その距離に基づいて、自装置の位置座標（ｘ３，ｙ３）を算出する（ＳＴ１１５）。

次に、待受モードに遷移して、ビーコン制御部２５において、ビーコン発信部１２からビーコン信号の発信を開始する（ＳＴ１０１）。また、測距信号制御部２２において、他のアンカー１から送信される自発の測距信号をアンカー間通信部１１で受信したか否かを判定する（ＳＴ１０２）。

ここで、他のアンカー１から送信される自発の測距信号を受信した場合には（ＳＴ１０２でＹｅｓ）、測距信号制御部２２において、待ち時間を初期化する、すなわち、待ち時間を０に設定する（ＳＴ１０３）。そして、干渉電波監視部２１において、他のアンカー１が送信する電波があるか否かを判定する（ＳＴ１０４）。

ここで、他のアンカー１が送信する電波がある場合には（ＳＴ１０４でＹｅｓ）、測距信号制御部２２において、待ち時間をインクリメントする（ＳＴ１０５）。この待ち時間のインクリメントは、他のアンカー１が送信する電波がなくなるまで（ＳＴ１０４でＮｏ）、繰り返される。

一方、他のアンカー１が送信する電波がない場合には（ＳＴ１０４でＮｏ）、アンカー間通信部１１から応答の測距信号を自発の測距信号の送信元のアンカー１に送信する（ＳＴ１０６）。この応答の測距信号には、自装置のアンカーＩＤ（３）と、応答先のアンカーＩＤと、自装置の位置座標（ｘ３，ｙ３）と、ＳＴ１０５でインクリメントされた待ち時間とが含まれる。

次に、位置確定から所定時間が経過したか否かを判定する（ＳＴ１１６）。ここで、位置確定から所定時間が経過しない場合には（ＳＴ１１６でＮｏ）、ＳＴ１０２に戻る。一方、位置確定から所定時間が経過した場合には（ＳＴ１１６でＹｅｓ）、ビーコン信号の発信を停止し（ＳＴ１１７）、ＳＴ１１１に戻る。なお、第２の基本基準点となるアンカー１は、第１の基本基準点となるアンカー１に近いこともあり、位置確定から所定時間が経過した場合（ＳＴ１１６でＹｅｓ）の判断基準である所定時間は、長期間（例えば１か月など）とすることが可能である。

なお、他のアンカー１から送信される自発の測距信号を受信しない場合にも（ＳＴ１０２でＮｏ）、ＳＴ１１６に進む。

次に、第１実施形態に係る一般基準点となるアンカー１の動作手順について説明する。図１１は、一般基準点となるアンカー１の動作手順を示すフロー図である。

一般基準点となるアンカー１（アンカーＩＤ＝ｎ）では、まず、測定モードとなり、周辺に存在する３台のアンカー１と自装置との間の距離とを測定して、その距離に基づいて自装置の位置を算出する。測位が終了して位置が確定すると、待受モードとなり、ビーコン信号の発信を開始するとともに、他のアンカー１、すなわち、他の一般基準点となるアンカー１から送信される自発の測距信号の受信に応じて、応答の測距信号を送信する。

具体的には、まず、測定モードとなり、干渉電波監視部２１において、他のアンカー１が送信する電波があるか否かを判定する（ＳＴ１１１）。

ここで、他のアンカー１が送信する電波がない場合には（ＳＴ１１１でＮｏ）、測距信号制御部２２において、アンカー間通信部１１から自発の測距信号をブロードキャストで送信する（ＳＴ１１２）。この自発の測距信号には、自装置のアンカーＩＤ（ｎ）が含まれる。

次に、他のアンカー１から送信される応答の測距信号をアンカー間通信部１１で受信したか否かを判定する（ＳＴ１１３）。ここで、他のアンカー１から送信される応答の測距信号を受信した場合には（ＳＴ１１３でＹｅｓ）、次に、３台以上のアンカー１から応答の測距信号を受信したか否かを判定する（ＳＴ１３１）。ここで、３台以上のアンカー１から応答の測距信号を受信していない場合には（ＳＴ１３１でＮｏ）、ＳＴ１１３に戻る。

一方、３台以上のアンカー１から応答の測距信号を受信した場合には（ＳＴ１３１でＹｅｓ）、３台のアンカー１と自装置との間の距離を測距信号の往復時間から測定して、その距離に基づいて、自装置の位置座標（Ｘｎ，Ｙｎ）を算出する（ＳＴ１１５）。

次に、待受モードに遷移して、ビーコン制御部２５において、ビーコン発信部１２からビーコン信号の発信を開始する（ＳＴ１０１）。また、測距信号制御部２２において、他のアンカー１から送信される自発の測距信号をアンカー間通信部１１で受信したか否かを判定する（ＳＴ１０２）。

ここで、他のアンカー１から送信される自発の測距信号を受信した場合には（ＳＴ１０２でＹｅｓ）、測距信号制御部２２において、待ち時間を初期化する、すなわち、待ち時間を０に設定する（ＳＴ１０３）。そして、干渉電波監視部２１において、他のアンカー１が送信する電波があるか否かを判定する（ＳＴ１０４）。

ここで、他のアンカー１が送信する電波がある場合には（ＳＴ１０４でＹｅｓ）、測距信号制御部２２において、待ち時間をインクリメントする（ＳＴ１０５）。この待ち時間のインクリメントは、他のアンカー１が送信する電波がなくなるまで（ＳＴ１０４でＮｏ）、繰り返される。

一方、他のアンカー１が送信する電波がない場合には（ＳＴ１０４でＮｏ）、アンカー間通信部１１から応答の測距信号を自発の測距信号の送信元のアンカー１に送信する（ＳＴ１０６）。この応答の測距信号には、自装置のアンカーＩＤ（ｎ）と、応答先のアンカーＩＤと、自装置の位置座標（Ｘｎ，Ｙｎ）と、待ち時間とが含まれる。

次に、位置確定から所定時間が経過したか否かを判定する（ＳＴ１１６）。ここで、位置確定から所定時間が経過しない場合には（ＳＴ１１６でＮｏ）、ＳＴ１０２に戻る。一方、位置確定から所定時間が経過した場合には（ＳＴ１１６でＹｅｓ）、ビーコン信号の発信を停止し（ＳＴ１１７）、ＳＴ１１１に戻る。

なお、他のアンカー１から送信される自発の測距信号を受信しない場合にも（ＳＴ１０２でＮｏ）、ＳＴ１１６に進む。

このように、アンカー１は自装置の位置を算出した後は、自装置の位置情報を含むビーコン信号（測位信号）を発信するようになるので、移動体２（人物、車両など）に設けられた測位装置（図示せず）は、複数のアンカー１のビーコン信号を受信することで、その受信強度などに基づいて移動体２の位置を測定することが可能となる。

（第１実施形態の変形例）
次に、第１実施形態の変形例について説明する。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。図１２は、第１実施形態の変形例に係る一般基準点となるアンカー１の動作手順を示すフロー図である。

本変形例では、測位モードにおいて、自発の測距信号を送信してから所定時間が経過しても、応答の測距信号を受信できない場合には、周辺のアンカーでまだ測位が終了していないものとみなして、所定時間待機した後に、再度、自発の測距信号を送信する。

具体的には、他のアンカー１から送信される応答の測距信号を受信しない場合に（ＳＴ１１３でＮｏ）、自発の測距信号の送信から所定時間経過したか否かを判定する（ＳＴ１４１）。ここで、自発の測距信号の送信から所定時間経過していない場合には（ＳＴ１４１でＮｏ）、ＳＴ１１３に戻る。

一方、自発の測距信号の送信から所定時間経過した場合には（ＳＴ１４１でＹｅｓ）、所定時間待機した後に（ＳＴ１４２）、ＳＴ１１１に戻り、干渉電波がないことを確認した上で（ＳＴ１１１でＮｏ）、再度、自発の測距信号を送信する（ＳＴ１１２）。

なお、ＳＴ１４２での待機時間は、自発の測距信号送信ＳＴ１１２の回数が増えるほど長くするようにしてもよい。このようにすると、応答の測距信号を送信しているアンカー１が、周辺に３台以上ない場合など、自発の測距信号の送信を繰り返しても応答が得られず無駄になる場合における不要な送信を減らすことができる。また、ＳＴ１１２の自発の測距信号の送信の回数が一定の回数を越えた場合は、このアンカー１のすべての動作を停止するようにしてもよく、これによって更に無駄な送信を減らすことができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。図１３は、第２実施形態に係るアンカー１の概略構成を示すブロック図である。

第１実施形態では、車両などでアンカー１を運搬して、適当な位置にアンカー１を設置するようにしたが、本実施形態では、アンカー１が、自律走行して、予め設定された位置に設置されるようにする。

アンカー１は、自律走行できるように、車輪３１（移動手段）と、この車輪を回転駆動するとともに車輪の向きを変化させる駆動部３２と、を備えている。また、制御部１３には、自装置の自律走行を制御する自律走行制御部２６が設けられている。

自律走行制御部２６は、自律航法により、予め設定された目標位置まで自律走行するための制御を行う。自律航法では、車輪の向きで進行方向を検出し、車輪の回転数で走行速度を検出し、その進行方向および走行速度に基づいて、出発位置に対する相対的な位置を現在位置として推定する。なお、自律航法に、ジャイロセンサや加速度センサを利用するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、アンカー１が移動手段として車輪３１を備えたものとしたが、移動手段はこれに限定されず、無限軌道（クローラー）でもよく、また、複数の脚を動かして歩行するものでもよい。また、ドローンのように飛行するものでもよい。また、ミミズなどのように蠕動による前進をするものでもよい。

次に、第２実施形態に係るアンカー１のグループ移動およびグループ分けについて説明する。図１４は、アンカー１のグループ移動およびグループ分けの一例を示す説明図である。

本実施形態では、アンカー１が、移動方向に応じたグループを形成して移動する。このグループ移動では、親のアンカー１を指名し、親のアンカー１は、自分の目標位置に向かって移動し、子のアンカー１は、親のアンカー１に追随して移動する。親のアンカー１が目標位置に到達すると、子のアンカー１を、移動方向に応じてグループ分けするとともに、各グループで親のアンカー１を指名して、次のグループ移動が行われる。このような親のアンカー１が子のアンカー１を先導して目標位置まで移動するグループ移動と、子のアンカー１のグループ分けとを繰り返すことで、複数のアンカー１を各自の目標位置に分散させることができる。

図１４（Ａ）に示す例では、グループＡの親のアンカー１が、自装置の目標位置に向かって自律航法で移動し、子のアンカー１は、親のアンカー１に追随して移動する。

このとき、親のアンカー１は、自律航法による推定位置が目標位置に略一致して、自装置の目標位置に到達したものと判定すると、その位置で停止して、待受モードのアンカー１との間での測距信号の送受信により自装置の位置を測定する。そして、測定位置と目標位置が所定距離以上離れている場合には、測定位置を現在位置として、自律航法で目標位置に向かって移動する。このような自律航法による移動と測距信号による測位とを、測定位置と目標位置との誤差が所定距離未満になるまで繰り返す。

次に、図１４（Ｂ）に示すように、親のアンカー１が自装置の目標位置に到達すると、親のアンカー１は、子のアンカー１をグループＢ，Ｃにグループ分けして、グループＢ，Ｃごとに親となるアンカー１を指定する。

次に、図１４（Ｃ）に示すように、元の親のアンカー１は停止したままで、分割された各グループＢ，Ｃの親のアンカー１は、自装置の目標位置に向かって移動し、各グループＢ，Ｃの子のアンカー１は、親のアンカー１に追随して走行する。これにより、各グループＢ，Ｃは、グループごとに異なる目標位置に向かって移動する。

このように、子のアンカー１を複数のグループに分割するグループ分けと、親のアンカー１が自分のグループ内の子のアンカー１を先導して目標位置まで移動するグループ移動と、を繰り返すことで、最終的に、各目標位置にアンカー１が１台ずつ配置される。

なお、図１４に示す例では、同時に２つのグループに分けるようにしたが、同時に３以上のグループに分けるようにしてもよい。また、必ずしも毎回グループ分けをしなくてもよく、アンカー１の分布に従って、どこでいくつのグループに分けるかなどをプログラミングして最初の親のアンカー１に搭載し、親のアンカー１は次の親のアンカー１にそのプログラムのうち次の親が必要な部分だけをコピーして渡すようにしてもよい。

次に、第２実施形態に係る親モードのアンカー１の動作手順について説明する。図１５は、親モードのアンカー１の動作手順を示すフロー図である。

親モードのアンカー１では、まず、移動モードとなり、自律航法で目標位置に向かって移動し、自律航法で目標位置に到達したものと推定されると、測位モードに遷移して、自装置の位置を測定し、測定位置が目標位置から離れていると、移動モードに戻り、測定位置が目標位置に近づくまで、移動モードと測位モードとを繰り返す。そして、測定位置が目標位置に略一致すると、その位置で停止したままで、待受モードに遷移する。

具体的には、まず、自装置の目標位置を設定する（ＳＴ２０１）。なお、目標位置は、測位システムの管理者が決定し、あらかじめアンカー１に設定しておくものとする。この場合、目標位置は、アンカー１が記憶するプログラムの中に含まれるようにしてもよいし、将来親になることが決まっているアンカー１には、あらかじめ個別に設定しておいてもよい。

次に、移動モードになり、自律航法で目標位置に向かって移動を開始する（ＳＴ２０２）。そして、自装置が目標位置に到達したか否かを判定する（ＳＴ２０３）。ここで、自装置が目標位置に到達していない場合には（ＳＴ２０３でＮｏ）、ＳＴ２０２に戻り、自律航法による移動を継続する。

一方、自装置が目標位置に到達した場合には（ＳＴ２０３でＹｅｓ）、その位置で停止する（ＳＴ２０４）。そして、測位モードに遷移して、測距信号の送受信により距離を測定して、その距離から自装置の位置を算出する（ＳＴ２０５）。この測位モードの動作は、一般基準点となるアンカー１の測位モードの動作（図１１のＳＴ１１１〜ＳＴ１１５、あるいは図１２のＳＴ１１１〜ＳＴ１１５およびＳＴ１４１〜ＳＴ１４２）と同様である。

なお、目標位置を設定する場合は、場所やアンカー１がそこに到達する時間などを考慮して、目標位置の周囲に３台以上の待受モードのアンカー１があるように設定するが、もし周囲に３台以上の待受モードのアンカー１がないなどで自装置の位置が測定できない場合は、自律航法によって停止した場所を目標位置としてもよい。ただし、その場合の測位精度は自律航法で得られるレベルに留まることになる。

次に、測定位置と目標位置との差分（自律航法の誤差）を算出して、その差分が所定のしきい値未満であるか否かを判定する（ＳＴ２０６）。ここで、測定位置と目標位置との差分がしきい値以上であれば（ＳＴ２０６でＮｏ）、ＳＴ２０２に戻り、自律航法による移動を再開する。

一方、測定位置と目標位置との差分がしきい値未満である場合には（ＳＴ２０６でＹｅｓ）、自分のグループ内の子のアンカー１をグループ分けして、新たなグループの形成を指示する新規グループ形成通知を、アンカー間通信部１１により子のアンカー１に送信する（ＳＴ２０７）。この新規グループ形成通知には、各アンカー１が属するグループＩＤと、各グループの親のアンカーＩＤと、が含まれる。

また、各グループのアンカー１から親となるアンカー１を選出して、そのアンカー１に対して、親になることを指示する親指名通知をアンカー間通信部１１により送信する（ＳＴ２０８）。この親指名通知には、自分のグループのすべての目標位置の情報が含まれる。なお、親となるアンカー１の選出においては、アンカー１が記憶するプログラムに、親となるべきアンカー１の情報を全部記憶させておいてもよいし、あらかじめ全ての親となるべきアンカー１の情報をそれぞれのアンカー１に設定しておいてもよい。また、最初の親となるべきアンカー１だけを決めておいて、そのあとの親となるアンカー１については、残りの電源量や移動途中のダメージまで考慮したり、ランダムに選出したりすることでもよい。この場合は、最初に親となるアンカー１だけを決めておけばよいので、システムを再利用したり、後でアンカーを追加したりする場合に運用が容易である。

次に、待受モードに遷移する。この待受モードの動作は、一般基準点となるアンカー１の待受モードの動作（図１１および図１２のＳＴ１０１〜ＳＴ１０６）と同様である。

次に、第２実施形態に係る子モードのアンカー１の動作手順について説明する。図１６は、子モードのアンカー１の動作手順を示すフロー図である。

子モードのアンカー１では、親指名通知を受けるまで、グループ分割で新規のグループが形成される度に、自分のグループの親のアンカー１に追随して走行し、親指名通知を受けると、親モードに遷移する。なお、親のアンカー１に追随する方法としては、Bluetooth（登録商標）やWi-Fi（登録商標）や光通信などの近距離だけに有効な無線を用いる方法、赤外線やカメラなどの光学系で追随する方法、各アンカー１を線でつないでおいてグループ分けの際に必要な線を切る方法（電車のように直接に連結させてもよい）などが考えられるが、どのような方法を用いてもよい。

具体的には、まず、親のアンカー１に追随して走行する（ＳＴ２１１）。次に、親のアンカー１から新規グループ形成通知を受信したか否かを判定する（ＳＴ２１２）。

ここで、新規グループ形成通知を受信した場合には（ＳＴ２１２でＹｅｓ）、次に、親指名通知を受信したか否かを判定する（ＳＴ２１３）。

ここで、親指名通知を受信した場合には（ＳＴ２１３でＹｅｓ）、子モードから親モードに遷移する。

一方、親指名通知を受信しない場合には（ＳＴ２１３でＮｏ）、新規グループ形成通知に基づいて、自分のグループの新たな親となるアンカー１を認識する（ＳＴ２１４）。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。また、上記の実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。

本発明に係るアンカー装置および測位システム構築方法は、既存の測位システムを利用できない場所で、新規な測位システムを簡単な構成で迅速に構築することができる効果を有し、移動体の位置を測定するためのビーコン信号を送信するアンカー装置、および複数のアンカー装置からなる測位システムを構築する測位システム構築方法などとして有用である。

１ アンカー（アンカー装置）
２ 移動体
１１ アンカー間通信部
１２ ビーコン発信部
１３ 制御部
１４ 記憶部
２１ 干渉電波監視部
２２ 測距信号制御部
２３ タイミング検出部
２４ 位置算出部
２５ ビーコン制御部
２６ 自律走行制御部
３１ 車輪
３２ 駆動部

Claims (12)

1. 移動体の位置を測定するためのビーコン信号を送信するアンカー装置であって、
   前記ビーコン信号を発信するビーコン発信部と、
   他のアンカー装置との間で測距信号を送受信するアンカー間通信部と、
   位置が確定した他のアンカー装置との間で測距信号を送受信することにより、前記他のアンカー装置と自装置との間の距離を測定して、その距離と、前記他のアンカー装置の位置とに基づいて、自装置の位置を測定する制御部と、
   を備えることを特徴とするアンカー装置。
2. 前記制御部は、
   まず、測定モードとなり、自発の測距信号を前記アンカー間通信部から送信し、前記他のアンカー装置から応答の測距信号を前記アンカー間通信部で受信すると、自発の測距信号の送信タイミングから応答の測距信号の受信タイミングまでの信号往復時間に基づいて前記距離を測定し、
   前記距離に基づいて自装置の位置を測定する測位が終了すると、待受モードに遷移して、前記他のアンカー装置から自発の測距信号を前記アンカー間通信部で受信すると、応答の測距信号を前記アンカー間通信部から送信することを特徴とする請求項１に記載のアンカー装置。
3. 前記制御部は、
   前記信号往復時間から、前記他のアンカー装置において前記自発の測距信号を受信してから前記応答の測距信号を送信するまでの信号処理に要する時間である信号処理時間を減算して、往復の電波伝搬時間を算出し、その往復の電波伝搬時間の半分を片道の電波伝搬時間とし、その片道の電波伝搬時間に伝搬速度を乗算することで距離を算出することを特徴とする請求項２に記載のアンカー装置。
4. 前記制御部は、
   前記待受モードに遷移すると、前記ビーコン信号の発信を開始することを特徴とする請求項２に記載のアンカー装置。
5. 前記制御部は、
   自装置から送信する測距信号と干渉する電波がない場合に、測距信号を送信することを特徴とする請求項１に記載のアンカー装置。
6. 前記制御部は、
   応答の測距信号と干渉する電波があるために応答の測距信号の送信を遅らせた場合には、応答の測距信号を送信するまでの待ち時間を計測して、その待ち時間を応答の測距信号に付加して送信することを特徴とする請求項２に記載のアンカー装置。
7. 前記制御部は、
   前記他のアンカー装置から受信した応答の測距信号に、前記他のアンカー装置が当該応答の測距信号の送信を遅らせた時間である待ち時間が付加されている場合は、前記信号往復時間から前記待ち時間を減算することを特徴とする請求項２に記載のアンカー装置。
8. 前記制御部は、
   自発の測距信号を送信してから所定時間が経過しても、応答の測距信号を受信できない場合には、所定時間待機した後に、再度、自発の測距信号を送信することを特徴とする請求項２に記載のアンカー装置。
9. 前記制御部は、
   自装置の位置を測定する測位を、所定時間をおいて定期的に行うことを特徴とする請求項１に記載のアンカー装置。
10. 自装置を自律的に移動する移動手段を備え、
    前記制御部は、
    予め設定された目標位置に向けて自律的に移動するように前記移動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のアンカー装置。
11. 前記制御部は、
    親モードにおいて、自律航法による移動と、測距信号の送受信による測位とを繰り返して、指定された目標位置に到達するように前記移動手段を制御し、
    子モードにおいて、親モードとなる他のアンカー装置に追随して移動するように前記移動手段を制御することを特徴とする請求項１０に記載のアンカー装置。
12. 移動体の位置を測定するためのビーコン信号を送信する複数のアンカー装置からなる測位システムを構築する測位システム構築方法であって、
    複数の前記アンカー装置の各々は、
    位置が確定した他のアンカー装置との間で測距信号を送受信することにより、前記他のアンカー装置と自装置との間の距離を測定して、その距離と、前記他のアンカー装置の位置とに基づいて、自装置の位置を測定することを特徴とする測位システム構築方法。

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