JP2020118628A

JP2020118628A - 測位装置

Info

Publication number: JP2020118628A
Application number: JP2019011907A
Authority: JP
Inventors: 加藤　知己; Tomoki Kato; 知己加藤
Original assignee: Oi Electric Co Ltd
Current assignee: Oi Electric Co Ltd
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: JP7036755B2

Abstract

【課題】本発明は、無線端末の位置を高精度で求めることを目的とする。【解決手段】無線端末１２は、固定局１４−１〜１４−Ｍとの間で無線信号の送受信を行い、各固定局までの仮距離測定値を複数回に亘って求める。無線端末１２は、複数回に亘って求められた仮距離測定値に基づいて、各固定局までの距離測定値と、各固定局につき複数回に亘って求められた仮距離測定値のバラツキ度とを求める。情報処理装置２０は、固定局１４−１〜１４−Ｍから３つを選択したときにおける、それら３つの固定局に対する３つの距離測定値に基づいて無線端末１２の仮位置を求める。情報処理装置２０は、固定局１４−１〜１４−Ｍから３つを選択する複数の組み合わせについて仮位置を求め、これらの仮位置をトータル重み付け係数によって重み付け合成して無線端末の位置を求める。トータル重み付け係数は、各距離測定値に対応して求められたバラツキ度に基づいて求られる。【選択図】図１

Description

本発明は、測位装置に関し、特に、複数の固定局のそれぞれまでの距離を求めた無線端末から情報を取得し、無線端末の位置を測定する測位装置に関する。

無線端末の位置を測定する測位システムにつき研究開発が行われている。無線端末は、位置が既知である複数の固定局との間で無線信号を送受信することで、各固定局までの距離を測定する。情報処理装置は、無線端末から距離測定結果を取得し、無線端末と各固定局までの距離に基づいて無線端末の位置を求める。このような測位システムは、建造物内における人の居場所の確認や、工場における在庫管理等への応用が期待されている。

測位システムとして、以下の特許文献１には、ビーコン装置を保持する移動体の位置を探索するシステムが記載されている。このシステムでは、複数の携帯端末のそれぞれがビーコン装置から送信されたビーコン信号を受信して、ビーコン装置までの距離を求める。移動体探索サーバは、各携帯端末の位置と、ビーコン装置までの距離を表す情報を各携帯端末から取得し、ビーコン装置の位置を求める。

また、特許文献２には、無線タグ距離測定装置が記載されている。無線タグ距離測定装置は、無線タグに距離測定信号を送信し、それに応じて無線タグから送信された到来信号を受信する。無線タグ距離測定装置は、距離測定信号を送信してから到来信号を受信するまでの時間に基づいて、無線タグ距離測定装置から無線タグまでの距離を測定する。この文献には、複数の無線タグ距離測定装置による距離測定結果に基づいて、無線タグの位置を求めることが記載されている。

特開２０１６−２１７９３１号公報特開２００９−１７４９７１号公報

無線端末の測位を行うシステムでは、無線信号を用いて無線端末の測位が行われる。したがって、無線信号の伝搬状況によっては、測位精度が充分でないことがある。

本発明は、無線端末の位置を高精度で求めることを目的とする。

本発明は、無線端末の位置を求める測位装置において、前記無線端末は、複数の固定局との間で無線信号の送受信を行い、各前記固定局までの仮距離測定値を複数回に亘って求め、複数回に亘って求められた前記仮距離測定値に基づいて、各前記固定局までの距離測定値と、各前記固定局につき複数回に亘って求められた前記仮距離測定値のバラツキ度と、を求め、前記測位装置は、各前記固定局について求められた前記距離測定値と、前記距離測定値に対応して求められたバラツキ度とを、前記無線端末から取得し、仮位置決定処理であって、複数の前記固定局から３つを選択したときにおける、それら選択された３つの前記固定局に対する３つの前記距離測定値に基づいて、前記無線端末の仮位置を求める第１測定処理と、前記仮位置に対してトータル重み付け係数を求める第２測定処理であって、前記トータル重み付け係数は、各前記距離測定値に対応するバラツキ度に基づく個別重み付け係数を、前記仮位置を求めるのに寄与した３つの前記固定局について合成して求られる値である、第２測定処理と、を含む仮位置決定処理を、複数の前記固定局から３つの前記固定局を選択する複数の組み合わせのそれぞれについて実行し、各前記組み合わせについて求められた前記トータル重み付け係数を用いて、各前記組み合わせについて求められた前記仮位置を重み付け合成して、前記無線端末の位置を求める位置決定処理を実行することを特徴とする。

望ましくは、前記個別重み付け係数は、複数回に亘って求められた前記仮距離測定値のバラツキ度が大きい程小さい値である。

望ましくは、前記トータル重み付け係数は、前記仮位置を求めるのに寄与した３つの前記固定局について、前記個別重み付け係数を加算合計または乗算合計した値である。

望ましくは、前記重み付け合成は、前記仮位置を表す座標値を、前記仮位置に対応する前記トータル重み付け係数に応じて調整した値を、複数の前記組み合わせについて加算合計する演算を含む。

本発明によれば、無線端末の位置を高精度で求めることができる。

測位システムを示す図である。無線端末のハードウエアの例を示す図である。情報処理装置のハードウエアの例を示す図である。

（１）測位システムの概要
図１には、本発明の実施形態に係る測位システム１０が示されている。測位システム１０は、無線端末１２、複数（Ｍ個）の固定局１４−１〜１４−Ｍ、ネットワーク無線装置１６、通信回線１８および情報処理装置２０を備えている。

無線端末１２は、複数の固定局１４−１〜１４−Ｍとの間で無線信号の送受信を行い、各固定局までの距離を測定する。ネットワーク無線装置１６は、無線端末１２との間で無線通信を行い、無線端末１２による測定結果を示す測定情報を取得する。ネットワーク無線装置１６は、無線端末１２から取得した測定情報を、インターネット等の通信回線１８を介して情報処理装置２０に送信する。情報処理装置２０は、測定情報に基づいて無線端末１２の位置を測定する。

（２）測位システムで実行される処理
本実施形態に係る測位システム１０で実行される処理について具体的に説明する。無線端末１２は、Ｍ個の固定局１４−１〜１４−Ｍのうちの１つの固定局１４−ｋにつきＮ回に亘って（Ｎは２以上の整数）、固定局１４−ｋまでの距離を仮距離測定値として測定する。そして、固定局１４−ｋに対して得られたＮ個の仮距離測定値に基づいて、最終的な距離測定値ｄ（ｋ）を求める。距離測定値ｄ（ｋ）は、Ｎ個の仮距離測定値の平均値や中央値等、Ｎ個の仮距離測定値の大きさの傾向を表す統計値であってよい。

無線端末１２は、さらに、固定局１４−ｋに対して得られた距離測定値ｄ（ｋ）に寄与したＮ個の仮距離測定値についてバラツキ度σ（ｋ）を求める。バラツキ度σ（ｋ）は、Ｎ個の仮距離測定値についての標準偏差や分散であってもよい。また、Ｎ個の仮距離測定値のうちの最大値から最小値を減算した値であってもよい。バラツキ度σ（ｋ）が小さい程、距離測定値ｄ（ｋ）が高精度で求められた可能性が高い。

無線端末１２は、他の固定局についても同様の処理を実行し、固定局１４−１〜１４−Ｍのそれぞれについて、距離測定値ｄ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｍ）およびバラツキ度σ（ｋ）を対応付けた測定情報Ｄ（ｋ）を求める。

無線端末１２は、ネットワーク無線装置１６との間で無線通信を行い、測定情報Ｄ（１）〜Ｄ（Ｍ）をネットワーク無線装置１６に送信する。ネットワーク無線装置１６は、測定情報Ｄ（１）〜Ｄ（Ｍ）を受信し、通信回線１８を介して情報処理装置２０に送信する。情報処理装置２０は、ネットワーク無線装置１６から通信回線１８を介して測定情報Ｄ（１）〜Ｄ（Ｍ）を受信する。

情報処理装置２０は、測定情報Ｄ（１）〜Ｄ（Ｍ）から、距離測定値ｄ（１）〜ｄ（Ｍ）を取得する。そして、距離測定値ｄ（１）〜ｄ（Ｍ）から３つを選択する_ＭＣ_３通りの組合わせのそれぞれについて、無線端末１２の仮位置Ｑｖ_ｊ（ｐ_ｊ，ｑ_ｊ，ｒ_ｊ）を求める。ここで、ｐ_ｊ、ｑ_ｊ、およびｒ_ｊは、整数１〜Ｍから選択された３つの整数を示す。ｊは、組み合わせの種類を識別する番号（組み合わせ識別番号）であり、１〜_ＭＣ_３のうちの１つの整数である。仮位置Ｑｖ_ｊ（ｐ_ｊ，ｑ_ｊ，ｒ_ｊ）は、距離測定値ｄ（１）〜ｄ（Ｍ）から選択された３つの距離測定値ｄ（ｐ_ｊ）、ｄ（ｑ_ｊ）およびｄ（ｒ_ｊ）に基づいて求められた仮の位置であり、２次元ベクトル（２次元座標値）で表される。符号「Ｑｖ_ｊ（ｐ_ｊ，ｑ_ｊ，ｒ_ｊ）」における符号「ｖ」はベクトル量であることを示している。

すなわち、情報処理装置２０は、固定局１４−１〜１４−Ｍのそれぞれの位置を予め記憶している。無線端末１２は、固定局１４−ｐ_ｊの位置を中心とし半径をｄ（ｐ_ｊ）とする円、固定局１４−ｑ_ｊの位置を中心とし半径をｄ（ｑ_ｊ）とする円、および固定局１４−ｒ_ｊの位置を中心とし、半径をｄ（ｒ_ｊ）とする円の交点の座標値を仮位置Ｑｖ_ｊ（ｐ_ｊ，ｑ_ｊ，ｒ_ｊ）として求める。

情報処理装置２０は、距離測定値ｄ（１）〜ｄ（Ｍ）から３つを選択する_ＭＣ_３通りの組み合わせのそれぞれについて求められた仮位置Ｑｖ_ｊ（ｐ_ｊ，ｑ_ｊ，ｒ_ｊ）のそれぞれについて、後述する重み付け決定処理に基づいてトータル重み付け係数Ｗ_ｊを決定する。情報処理装置２０は、（数１）に従って無線端末１２の位置Ｐｖを求める。符号「Ｐｖ」における符号「ｖ」はベクトル量であることを示している。

（数１）は、距離測定値ｄ（１）〜ｄ（Ｍ）から３つを選択する_ＭＣ_３通りの組み合わせについて、仮位置Ｑｖ_ｊを重み付け合成するものである。この重み付け合成は、仮位置Ｑｖ_ｊを表す座標値を仮位置Ｑｖ_ｊに対応するトータル重み付け係数Ｗ_ｊに応じて調整し、_ＭＣ_３通りの組み合わせについて加算合計する演算である。

（数１）
Ｐｖ＝（ΣＷ_ｊ・Ｑｖ_ｊ）／（Ｗ_１＋Ｗ_２＋・・・・＋Ｗ_Ｃ）

ただし、Ｃ＝_ＭＣ_３である。Σはｊ＝１から_ＭＣ_３までの加算合計値であることを示す。

（３）重み付け決定処理
トータル重み付け係数Ｗ_ｊを決定する重み付け決定処理について説明する。情報処理装置２０は、１つの固定局１４−ｋに対応する測定情報Ｄ（ｋ）に含まれているバラツキ度σ（ｋ）に基づいて、個別重み付け係数ｗ（ｋ）を求める。ここで、個別重み付け係数ｗ（ｋ）は、バラツキ度σ（ｋ）が大きい程小さい値となる正の数である。重み付け係数ｗ（ｋ）は、例えば、（数２）のように定義されてよい。

（数２）
ｗ（ｋ）＝Ｓ−σ（ｋ）
ただし、Ｓは定数であり、Ｓ−σ（ｋ）が１未満の値となるときは、ｗ（ｋ）を１とする。

また、重み付け係数は（数３）のように定義されてよい。

（数３）
ｗ（ｋ）＝１０−（｜５０−ｘ（ｋ）｜）／２
ただし、バラツキ度σ（ｋ）は標準偏差であり、距離測定値ｄ（ｋ）はＮ個の仮距離測定値の平均値であり、ｘ（ｋ）は標準偏差および平均値に基づいて求められる偏差値である。（数３）において右辺が１未満の値となるときは、ｗ（ｋ）を１とする。

情報処理装置２０は、重み付け係数ｗ（１）〜ｗ（Ｍ）から３つを選択する_ＭＣ_３通りの組合わせのそれぞれについて、個別重み付け係数を合成したトータル重み付け係数Ｗ_ｊを求める。すなわち、トータル重み付け係数Ｗ_ｊは、重み付け係数ｗ（１）〜ｗ（Ｍ）から選択された３つの重み付け係数ｗ（ｐ_ｊ）、ｗ（ｑ_ｊ）およびｗ（ｒ_ｊ）に基づいて求められる値である。トータル重み付け係数Ｗ_ｊは、（数４）のように加算合計値として定義されてよい。

（数４）
Ｗ_ｊ＝ｗ（ｐ_ｊ）＋ｗ（ｑ_ｊ）＋ｗ（ｒ_ｊ）

また、トータル重み付け係数Ｗ_ｊは（数５）のように乗算合計値として定義されてもよい。

（数５）
Ｗ_ｊ＝ｗ（ｐ_ｊ）・ｗ（ｑ_ｊ）・ｗ（ｒ_ｊ）

（４）具体例
Ｍ＝４の場合、すなわち、測位システム１０が４つの固定局１４−１〜１４−４を含む具体的な例について説明する。情報処理装置２０は、通信回線１８を介して、固定局１４−１〜１４−４についての測定情報Ｄ（１）〜Ｄ（４）を受信する。

情報処理装置２０は、測定情報Ｄ（１）〜Ｄ（４）から、それぞれ、距離測定値ｄ（１）〜ｄ（４）を取得する。そして、距離測定値ｄ（１）〜ｄ（４）から３つを選択する組合わせのそれぞれについて、無線端末１２の仮位置Ｑｖ_ｊを求める。

距離測定値ｄ（１）〜ｄ（４）から３つを選択する組合わせには、次の４通りがある。（ｉ）距離測定値ｄ（１）、ｄ（２）およびｄ（３）の組み合わせ（ｊ＝１）
（ｉｉ）距離測定値ｄ（１）、ｄ（２）およびｄ（４）の組み合わせ（ｊ＝２）
（ｉｉｉ）距離測定値ｄ（１）、ｄ（３）およびｄ（４）の組み合わせ（ｊ＝３）
（ｉｖ）距離測定値ｄ（２）、ｄ（３）およびｄ（４）の組合わせ（ｊ＝４）
情報処理装置２０は、測定情報Ｄ（１）〜Ｄ（４）から、それぞれ、バラツキ度σ（１）〜σ（４）を取得する。そして、バラツキ度σ（１）〜σ（４）に基づいて、それぞれ、個別重み付け係数ｗ（１）〜ｗ（４）を求める。

情報処理装置２０は、組み合わせ識別番号ｊ＝１〜４について、（数４）または（数５）に従い、トータル重み付け係数Ｗ_１〜Ｗ_４を求める。（数４）に従った場合には、情報処理装置２０は、（数６）のようにトータル重み付け係数を求める。

（数６）
Ｗ_１＝ｗ（１）＋ｗ（２）＋ｗ（３）
Ｗ_２＝ｗ（１）＋ｗ（２）＋ｗ（４）
Ｗ_３＝ｗ（１）＋ｗ（３）＋ｗ（４）
Ｗ_４＝ｗ（２）＋ｗ（３）＋ｗ（４）

あるいは、情報処理装置２０は（数５）に従い、（数７）のようにトータル重み付け係数を求める。

（数７）
Ｗ_１＝ｗ（１）・ｗ（２）・ｗ（３）
Ｗ_２＝ｗ（１）・ｗ（２）・ｗ（４）
Ｗ_３＝ｗ（１）・ｗ（３）・ｗ（４）
Ｗ_４＝ｗ（２）・ｗ（３）・ｗ（４）

情報処理装置２０は（数１）に従って、（数８）のように無線端末１２の位置Ｐｖを求める。

（数８）
Ｐｖ＝（Ｗ_１・Ｑｖ_１＋Ｗ_２・Ｑｖ_２＋Ｗ_３・Ｑｖ_３＋Ｗ_４・Ｑｖ_４）
／（Ｗ_１＋Ｗ_２＋Ｗ_３＋Ｗ_４）

（５）効果
このような処理では、仮位置Ｑｖ_ｊに対するトータル重み付け係数Ｗ_ｊが大きい程、仮位置Ｑｖ_ｊが位置Ｐｖに大きく寄与する。トータル重み付け係数Ｗ_ｊは、仮位置Ｑｖ_ｊを求めるのに寄与した３つの距離測定値ｄ（ｐ_ｊ）、ｄ（ｑ_ｊ）およびｄ（ｒ_ｊ）のそれぞれの個別重み付け係数ｗ（ｐ_ｊ）、ｗ（ｑ_ｊ）およびｗ（ｒ_ｊ）が大きい程、大きい値を有する。そして、距離測定値ｄ（ｐ_ｊ）、ｄ（ｑ_ｊ）およびｄ（ｒ_ｊ）が求められるに至ったバラツキ度が小さく、距離測定値ｄ（ｐ_ｊ）、ｄ（ｑ_ｊ）およびｄ（ｒ_ｊ）が高精度で求められた可能性が高い程、個別重み付け係数ｗ（ｐ_ｊ）、ｗ（ｑ_ｊ）およびｗ（ｒ_ｊ）が大きい。

したがって、本実施形態に係る測位システム１０によれば、仮位置Ｑｖ_ｊを求める元となった３つの距離測定値に対応するバラツキ度が小さい程、すなわち、これら３つの距離測定値が高精度で求められた可能性が高い程、その仮位置Ｑｖ_ｊが位置Ｐｖに大きく寄与する。これによって、位置Ｐｖは、高精度で求められた距離測定値による寄与が大きいベクトル量となり、測定精度が向上する。

（６）ハードウエアの例
図２には、無線端末１２のハードウエアの例が示されている。無線端末１２は、無線部３２および情報処理部３４を備えている。無線部３２は、情報処理部３４から取得した情報を各固定局１４−ｋまたはネットワーク無線装置１６に無線送信する。また、各固定局１４−ｋまたはネットワーク無線装置１６から送信された無線信号を受信し、無線信号に含まれる情報を情報処理部３４に出力する。

情報処理部３４は、距離測定部３６、バラツキ測定部３８および測定情報生成部４０を備えている。情報処理部３４は、プログラムを実行するプロセッサを含んでもよい。この場合、情報処理部３４は、プログラムを実行することによって、内部に各構成要素（距離測定部３６、バラツキ測定部３８および測定情報生成部４０）を構成する。

距離測定部３６は、無線部３２を介して、固定局１４−１〜１４−Ｍのそれぞれと無線信号の送受信を行い、各固定局までの仮距離測定値をＮ回に亘って求める。距離測定部３６は、Ｎ回に亘って求められた仮距離測定値に基づいて、各固定局までの距離測定値を求める。バラツキ測定部３８は、各固定局、すなわち各距離測定値について、Ｎ回に亘って求められた仮距離測定値のバラツキ度を求める。測定情報生成部４０は、固定局１４−１〜１４−Ｍのそれぞれについての測定情報Ｄ（ｋ）を生成し、無線部３２を介してネットワーク無線装置１６に測定情報Ｄ（１）〜Ｄ（Ｍ）を無線送信する。

図３には、情報処理装置２０のハードウエアの例が示されている。情報処理装置２０は、インターフェイス５０および情報処理部５２を備えている。情報処理装置２０は、サーバとして機能するコンピュータであってよい。インターフェイス５０は、情報処理部５２を通信回線１８に接続する。情報処理部５２は、情報取得部５４、仮位置決定部５６および位置決定部５８を備えている。情報処理部５２は、プログラムを実行するプロセッサを含んでもよい。この場合、情報処理部５２は、プログラムを実行することによって、内部に各構成要素（情報取得部５４、仮位置決定部５６および位置決定部５８）を構成する。

情報取得部５４は、インターフェイス５０を介して通信回線１８から測定情報Ｄ（１）〜Ｄ（Ｍ）を受信し、各固定局について求められた距離測定値ｄ（ｋ）と、距離測定値ｄ（ｋ）に対応して求められたバラツキ度σ（ｋ）とを、測定情報Ｄ（ｋ）から取得する。

仮位置決定部５６は、仮位置決定処理を、固定局１４−１〜１４−Ｍから３つの固定局を選択する複数の組み合わせのそれぞれについて実行する。仮位置決定処理は、次の第１測定処理および第２測定処理を含む。第１測定処理は、固定局１４−１〜１４−Ｍから３つを選択したときにおける、それら選択された３つの固定局１４−ｐ_ｊ，１４−ｑ_ｊ，および１４−ｒ_ｊに対する３つの距離測定値ｄ（ｐ_ｊ），ｄ（ｑ_ｊ）およびｄ（ｒ_ｊ）に基づいて、無線端末１２の仮位置Ｑｖ_ｊを求める処理である。第２測定処理は、仮位置Ｑｖ_ｊに対してトータル重み付け係数Ｗ_ｊを求める処理である。トータル重み付け係数Ｗ_ｊは、各距離測定値に対応して求められたバラツキ度に基づく個別重み付け係数を、仮位置Ｑｖ_ｊを求めるのに寄与した３つの固定局１４−ｐ_ｊ，１４−ｑ_ｊ，および１４−ｒ_ｊについて合成して求られる値である。個別重み付け係数の合成には、加算合計や乗算合計がある。

位置決定部５８は、各組み合わせについて求められたトータル重み付け係数Ｗ_ｊを用いて、各組み合わせについて求められた仮位置Ｑｖ_ｊを重み付け合成して、無線端末１２の位置Ｐｖを求める

１０測位システム、１２無線端末、１４−ｋ固定局、１６ネットワーク無線装置、１８通信回線、２０情報処理装置、３２無線部、３４，５２情報処理部、３６仮距離測定部、３８バラツキ測定部、４０測定情報生成部、５０インターフェイス、５４情報取得部、５６仮位置決定部、５８位置決定部。

Claims

無線端末の位置を求める測位装置において、
前記無線端末は、複数の固定局との間で無線信号の送受信を行い、各前記固定局までの仮距離測定値を複数回に亘って求め、複数回に亘って求められた前記仮距離測定値に基づいて、各前記固定局までの距離測定値と、各前記固定局につき複数回に亘って求められた前記仮距離測定値のバラツキ度と、を求め、
前記測位装置は、
各前記固定局について求められた前記距離測定値と、前記距離測定値に対応して求められたバラツキ度とを、前記無線端末から取得し、
仮位置決定処理であって、
複数の前記固定局から３つを選択したときにおける、それら選択された３つの前記固定局に対する３つの前記距離測定値に基づいて、前記無線端末の仮位置を求める第１測定処理と、
前記仮位置に対してトータル重み付け係数を求める第２測定処理であって、前記トータル重み付け係数は、各前記距離測定値に対応するバラツキ度に基づく個別重み付け係数を、前記仮位置を求めるのに寄与した３つの前記固定局について合成して求られる値である、第２測定処理と、
を含む仮位置決定処理を、複数の前記固定局から３つの前記固定局を選択する複数の組み合わせのそれぞれについて実行し、
各前記組み合わせについて求められた前記トータル重み付け係数を用いて、各前記組み合わせについて求められた前記仮位置を重み付け合成して、前記無線端末の位置を求める位置決定処理を実行することを特徴とする測位装置。
請求項１に記載の測位装置において、
前記個別重み付け係数は、複数回に亘って求められた前記仮距離測定値のバラツキ度が大きい程小さい値であることを特徴とする測位装置。
請求項２に記載の測位装置において、
前記トータル重み付け係数は、前記仮位置を求めるのに寄与した３つの前記固定局について、前記個別重み付け係数を加算合計または乗算合計した値であることを特徴とする測位装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の測位装置において、
前記重み付け合成は、
前記仮位置を表す座標値を、前記仮位置に対応する前記トータル重み付け係数に応じて調整した値を、複数の前記組み合わせについて加算合計する演算を含むことを特徴とする測位装置。