JP2021032720A - Position estimating device and position estimating method - Google Patents

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Abstract

To estimate a position with high accuracy even when a general-purpose oscillator is used.SOLUTION: Provided is a position estimating device for estimating the position of a terminal using a counter value at a time-of-day when calculation is made in each of three or more fixed stations. The position estimating device comprises: a counter value acquisition unit for acquiring a first counter value calculated at each fixed station that indicates a point of time at which a first radio wave transmitted from a terminal to each fixed station has arrived and a second counter value calculated at each fixed station that indicates a point of time at which a second radio wave transmitted from a terminal to each fixed station has arrived; a difference change amount calculation unit for calculating a difference change amount that represents a change amount from a first difference that is a difference in the first counter value between two fixed stations to a second difference that is a difference in the second counter value between the two fixed stations; and a position estimation unit for estimating the position of the terminal on the basis of a plurality of calculated difference change amounts, for each of a plurality of combinations of two fixed stations among the three or more fixed stations.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、位置推定装置および位置推定方法に関する。 The present invention relates to a position estimation device and a position estimation method.

近年、多様な測位方式が盛んに研究されている。測位方式の1つとして、端末が送信した電波が固定局に到来した時刻である到来時刻を利用するTOA(Time Of Arrival)が知られている。TOAでは、端末と固定局の双方が高精度なタイマー(クロック源)を有する場合に、高精度な測位が可能である。しかし、端末がスマートフォンのような汎用機であると想定すると、端末に高精度なタイマーを設けることは難しい。 In recent years, various positioning methods have been actively studied. As one of the positioning methods, TOA (Time Of Arrival) is known, which uses the arrival time, which is the time when the radio wave transmitted by the terminal arrives at the fixed station. In TOA, high-precision positioning is possible when both the terminal and the fixed station have a high-precision timer (clock source). However, assuming that the terminal is a general-purpose machine such as a smartphone, it is difficult to provide a highly accurate timer on the terminal.

このため、他の測位方式として、各固定局への電波の到来時刻の差を利用するTDOA(Time Difference Of Arrival)も検討されている。TDOAでは、端末は電波を送信できればよく、端末が測位のための受信機能を有さなくてもよいので、端末に高精度なタイマーを設ける必要が無く、端末の製造が容易である。 Therefore, as another positioning method, TDOA (Time Difference Of Arrival), which utilizes the difference in the arrival time of radio waves to each fixed station, is also being studied. In TDOA, the terminal only needs to be able to transmit radio waves, and the terminal does not have to have a receiving function for positioning. Therefore, it is not necessary to provide the terminal with a highly accurate timer, and the terminal can be easily manufactured.

このような測位に関する技術は、例えば特許文献1〜特許文献4にも開示されている。具体的には、特許文献1には、複数のセンサを有する装置が開示されており、装置は、移動局から送信された信号について各センサへの到来時間差を算出し、複数の信号での到来時間差を用いて移動局の測位を行う。特許文献2および特許文献3には、複数の固定局、基準局および移動局を有するシステムであって、各固定局が移動局からの信号と基準局からの信号を受信し、基準局からの信号によって時刻を同期した上で移動局の位置を確定するシステムが開示されている。特許文献4には、無線LANの信号を複数の固定局で受信し、各固定局が「ずれ観測値」をサーバに送信して、サーバがデータベースを構築する技術が開示されている。固定局は、移動局から信号を受信すると、データベースおよび各固定局の信号の到着時間の差に基づいて移動局の位置を算出する。 Techniques related to such positioning are also disclosed in, for example, Patent Documents 1 to 4. Specifically, Patent Document 1 discloses a device having a plurality of sensors, and the device calculates the arrival time difference to each sensor for a signal transmitted from a mobile station, and arrives at the plurality of signals. Positioning of mobile stations is performed using the time difference. Patent Document 2 and Patent Document 3 are systems having a plurality of fixed stations, reference stations, and mobile stations, in which each fixed station receives a signal from the mobile station and a signal from the reference station, and the time is determined by the signal from the reference station. A system for determining the position of a mobile station after synchronizing the above is disclosed. Patent Document 4 discloses a technique in which a plurality of fixed stations receive a wireless LAN signal, each fixed station transmits a "deviation observed value" to a server, and the server constructs a database. When the fixed station receives a signal from the mobile station, the fixed station calculates the position of the mobile station based on the database and the difference in the arrival time of the signal of each fixed station.

特開2007−198742号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-1987742 国際公開第2016/178381号International Publication No. 2016/178381 国際公開第2017/204087号International Publication No. 2017/204087 特表2013−513786号公報Special Table 2013-513786

しかし、既存の測位方式には課題があった。例えば、TDOAを実現するためには、各固定局が高精度に時刻同期することが望ましいが、システム構成が大掛かりになってしまう。具体的には、クロック精度が高いルビジウムの発振器を用意し、発振器から全ての固定局に同期信号を供給すれば高精度な時刻同期を実現し得る。しかし、自動走行や交通のためにTDOAを利用する場面では、各固定局は数10m以上隔てて設置されることが一般的であり、全ての固定局をケーブルで接続して全ての固定局にケーブルを介して同期信号を供給することは現実的に難しい。以上を要すると、TDOAは、時刻同期の実現性に関して、技術的に不十分な側面があった。 However, the existing positioning method has a problem. For example, in order to realize TDOA, it is desirable that each fixed station synchronizes the time with high accuracy, but the system configuration becomes large. Specifically, if a rubidium oscillator having high clock accuracy is prepared and a synchronization signal is supplied from the oscillator to all fixed stations, highly accurate time synchronization can be realized. However, when using TDOA for autonomous driving or traffic, it is common for each fixed station to be installed at a distance of several tens of meters or more, and all fixed stations are connected with a cable to all fixed stations. It is practically difficult to supply a synchronization signal via a cable. From the above, TDOA has a technically insufficient aspect regarding the feasibility of time synchronization.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、汎用的な発振器が用いられた場合にも十分な精度で位置を推定することが可能な、新規かつ改良された位置推定装置および位置推定方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is that the position can be estimated with sufficient accuracy even when a general-purpose oscillator is used. It is an object of the present invention to provide a new and improved position estimation device and a position estimation method.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、3以上の固定局の各々において計算される時刻のカウンタ値を用いて端末の位置を推定する位置推定装置であって、各固定局に端末から送信された第1の電波が到来した時点を示す各固定局において計算された第1のカウンタ値、および、各固定局に端末から送信された第2の電波が到来した時点を示す各固定局において計算された第2のカウンタ値を取得するカウンタ値取得部と、2つの固定局の間での前記第1のカウンタ値の差分である第1の差分、および前記2つの固定局の間での前記第2のカウンタ値の差分である第2の差分を算出するカウンタ差分算出部と、前記第1の差分から前記第2の差分への変化量である差分変化量を算出する差分変化量算出部と、前記3以上の固定局のうちで2つの固定局の複数の組み合わせの各々について算出された複数の前記差分変化量、および前記3以上の固定局の位置に基づいて、前記端末の位置を推定する位置推定部と、を備える、位置推定装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to a certain viewpoint of the present invention, it is a position estimation device that estimates the position of a terminal by using a counter value of time calculated in each of three or more fixed stations, and each fixed station. The first counter value calculated at each fixed station indicating the time when the first radio wave transmitted from the terminal arrives at the station, and the time when the second radio wave transmitted from the terminal arrives at each fixed station. The counter value acquisition unit that acquires the second counter value calculated at each fixed station shown, the first difference that is the difference between the first counter value between the two fixed stations, and the two fixed stations. A counter difference calculation unit that calculates the second difference, which is the difference between the second counter values between stations, and a difference change amount, which is the amount of change from the first difference to the second difference, are calculated. Based on the difference change amount calculation unit, the plurality of difference change amounts calculated for each of the plurality of combinations of the two fixed stations among the three or more fixed stations, and the positions of the three or more fixed stations. Provided is a position estimation device including a position estimation unit for estimating the position of the terminal.

前記位置推定部は、前記複数の差分変化量、前記3以上の固定局の位置に加えて、前記端末が前記第1の電波を送信した時点における前記端末の位置である第1の位置に基づき、前記端末が前記第2の電波を送信した時点における前記端末の位置である第2の位置を推定してもよい。 The position estimation unit is based on the plurality of differential changes, the positions of the three or more fixed stations, and the first position, which is the position of the terminal at the time when the terminal transmits the first radio wave. , The second position, which is the position of the terminal at the time when the terminal transmits the second radio wave, may be estimated.

前記位置推定部は、前記2つの固定局の複数の組み合わせの各々について、2つの固定局の各々から前記第1の位置までの距離の差分である第1の距離差分と、当該2つの固定局の組み合わせについて算出された差分変化量に電波の伝搬速度を乗じて得られる距離との和を算出し、当該和が当該2つの固定局の各々から前記第2の位置までの距離の差分である第2の距離差分に等しいとする方程式を得て、前記複数の組み合わせの各々について得られた複数の前記方程式を解くことで前記第2の位置を推定してもよい。 For each of the plurality of combinations of the two fixed stations, the position estimation unit includes a first distance difference, which is a difference in the distance from each of the two fixed stations to the first position, and the two fixed stations. The sum of the distances obtained by multiplying the difference change amount calculated for the combination of the above is multiplied by the propagation velocity of the radio wave, and the sum is the difference in the distances from each of the two fixed stations to the second position. The second position may be estimated by obtaining an equation equal to the second distance difference and solving the plurality of equations obtained for each of the plurality of combinations.

前記第1の位置は既知であってもよい。 The first position may be known.

前記位置推定部は、前記第1の位置として複数の仮位置を設定し、前記複数の仮位置の各々に基づく推定により得られた複数の第2の位置の各々の尤度を評価し、各第2の位置の推定に用いられた仮位置に、各第2の位置の尤度に応じた重み付けを行い、重み付けされた前記複数の仮位置に基づき、前記端末が前記第1の電波を送信した時点における前記端末のより確からしい位置を推定してもよい。 The position estimation unit sets a plurality of temporary positions as the first position, evaluates the likelihood of each of the plurality of second positions obtained by estimation based on each of the plurality of temporary positions, and evaluates each of the likelihoods. The temporary positions used for estimating the second position are weighted according to the likelihood of each second position, and the terminal transmits the first radio wave based on the plurality of weighted temporary positions. The more probable position of the terminal at the time of this may be estimated.

前記位置推定部は、前記複数の差分変化量、前記3以上の固定局の位置に加えて、前記端末において計算された、前記第1の電波の送信時点から前記第2の電波の送信時点までの前記端末の変位ベクトルに基づき、前記端末の位置を推定してもよい。 The position estimation unit, in addition to the plurality of differential changes and the positions of the three or more fixed stations, from the time of transmission of the first radio wave to the time of transmission of the second radio wave calculated by the terminal. The position of the terminal may be estimated based on the displacement vector of the terminal.

前記位置推定部は、前記2つの固定局の複数の組み合わせの各々について、2つの固定局の各々から前記第1の電波の送信時点における前記端末の位置である第1の位置までの差分である第1の距離差分と、当該2つの固定局の組み合わせについて算出された差分変化量に電波の伝搬速度を乗じて得られる距離との和が、前記第1の位置に前記変位ベクトルを加えた後の第2の位置までの当該2つの固定局からの距離の差分である第2の距離差分に等しいとする方程式を得て、前記複数の組み合わせの各々について得られた複数の前記方程式を解くことで前記第1の位置を推定してもよい。 The position estimation unit is the difference from each of the two fixed stations to the first position, which is the position of the terminal at the time of transmitting the first radio wave, for each of the plurality of combinations of the two fixed stations. After adding the displacement vector to the first position, the sum of the first distance difference and the distance obtained by multiplying the difference change amount calculated for the combination of the two fixed stations by the propagation speed of the radio wave is added to the first position. Obtaining an equation equal to the second distance difference, which is the difference in distance from the two fixed stations to the second position of, and solving the plurality of the equations obtained for each of the plurality of combinations. May estimate the first position.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、3以上の固定局の各々において計算される時刻のカウンタ値を用いて端末の位置を推定する位置推定装置において実行される位置推定方法であって、各固定局に端末から送信された第1の電波が到来した時点を示す各固定局において計算された第1のカウンタ値、および、各固定局に端末から送信された第2の電波が到来した時点を示す各固定局において計算された第2のカウンタ値を取得することと、2つの固定局の間での前記第1のカウンタ値の差分である第1の差分、および前記2つの固定局の間での前記第2のカウンタ値の差分である第2の差分を算出することと、前記第1の差分から前記第2の差分への変化量である差分変化量を算出することと、前記3以上の固定局のうちで2つの固定局の複数の組み合わせの各々について算出された複数の前記差分変化量、および前記3以上の固定局の位置に基づいて、前記端末の位置を推定することと、を含む、位置推定方法が提供される。 Further, in order to solve the above problems, according to another viewpoint of the present invention, it is executed in a position estimation device that estimates the position of the terminal using the counter value of the time calculated in each of the three or more fixed stations. This is a position estimation method, in which the first counter value calculated at each fixed station indicating the time when the first radio wave transmitted from the terminal arrives at each fixed station, and the first counter value transmitted from the terminal to each fixed station. Acquiring the second counter value calculated at each fixed station indicating the time when the second radio wave arrives, and the first difference between the two fixed stations, which is the difference between the first counter values. Calculation of the difference and the second difference which is the difference of the second counter value between the two fixed stations and the difference which is the amount of change from the first difference to the second difference. Based on the calculation of the amount of change, the plurality of differential changes calculated for each of the plurality of combinations of the two fixed stations among the three or more fixed stations, and the positions of the three or more fixed stations. , A position estimation method including estimating the position of the terminal is provided.

以上説明した本発明によれば、汎用的な発振器が用いられた場合にも十分な精度で位置を推定することが可能である。 According to the present invention described above, it is possible to estimate the position with sufficient accuracy even when a general-purpose oscillator is used.

本発明の一実施形態による位置推定システムの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the position estimation system by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による移動端末20の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the mobile terminal 20 by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固定局10の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the fixed station 10 by one Embodiment of this invention. 固定局10および移動端末20の時刻tにおける配置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement example at time t of a fixed station 10 and a mobile terminal 20. 移動端末20からの第1の電波の送信を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the transmission of the 1st radio wave from a mobile terminal 20. 移動端末20からの第2の電波の送信を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the transmission of the 2nd radio wave from the mobile terminal 20. 固定局10が処理例Aを実行する場合の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation when the fixed station 10 executes a process example A. パーティクルの配置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement example of the particle. 誤差eの分布例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the distribution example of an error e. 固定局10が処理例Bを実行する場合の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation when the fixed station 10 executes a process example B. 変位ベクトルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the displacement vector. 固定局10が処理例Cを実行する場合の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation when the fixed station 10 executes the process example C. 固定局10のハードウェア構成を示したブロック図である。It is a block diagram which showed the hardware composition of the fixed station 10.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.

また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、複数の構成要素の各々に同一符号のみを付する。 Further, in the present specification and the drawings, a plurality of components having substantially the same functional configuration may be distinguished by adding different alphabets after the same reference numerals. However, when it is not necessary to particularly distinguish each of the plurality of components having substantially the same functional configuration, only the same reference numerals are given to each of the plurality of components.

<1.位置推定システムの概要>
本発明の一実施形態は、TDOAにおける「到来時刻の差」のさらに差を利用するDTDOA(Difference of TDOA)により移動端末の位置を推定するための位置推定システムに関する。まず、図1を参照して、本発明の一実施形態による位置推定システムの概要を説明する。
<1. Overview of position estimation system>
One embodiment of the present invention relates to a position estimation system for estimating the position of a mobile terminal by DTDOA (Difference of TDOA) utilizing a further difference in "difference in arrival time" in TDOA. First, the outline of the position estimation system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1は、本発明の一実施形態による位置推定システムの構成を示す説明図である。図1に示したように、本発明の一実施形態による位置推定システムは、3以上の固定局10#1〜10#3、および移動端末20を有する。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a position estimation system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the position estimation system according to the embodiment of the present invention has three or more fixed stations 10 # 1 to 10 # 3, and a mobile terminal 20.

固定局10は、固定の位置に設置された通信装置である。固定局10は、移動端末20から送信された電波を受信する。固定局10の各々では時刻のカウンタ値が計算されており、各固定局10は、移動端末20から電波が受信された時点を示すカウンタ値を特定する。また、固定局10は、他の固定局10と通信することも可能である。なお、本発明の一実施形態では、固定局10の各々で計算されるカウンタ値は同期されていなくてもよい。 The fixed station 10 is a communication device installed at a fixed position. The fixed station 10 receives the radio wave transmitted from the mobile terminal 20. Each of the fixed stations 10 calculates a counter value of time, and each fixed station 10 specifies a counter value indicating a time when a radio wave is received from the mobile terminal 20. The fixed station 10 can also communicate with another fixed station 10. In one embodiment of the present invention, the counter values calculated by each of the fixed stations 10 may not be synchronized.

本発明の一実施形態による固定局10は、移動端末20の位置を推定する位置推定装置としての機能も包含する。ただし、固定局10とは別に位置推定装置が設けられてもよい。この場合、位置推定装置は、各固定局10とローカルで、またはネットワークを介して接続され、各固定局10からカウンタ値を収集し、当該カウンタ値を用いて後述する処理により移動端末20の位置を推定してもよい。 The fixed station 10 according to the embodiment of the present invention also includes a function as a position estimation device for estimating the position of the mobile terminal 20. However, a position estimation device may be provided separately from the fixed station 10. In this case, the position estimation device is connected to each fixed station 10 locally or via a network, collects a counter value from each fixed station 10, and uses the counter value to perform a process described later to position the mobile terminal 20. May be estimated.

移動端末20は、ユーザに携帯される端末の一例である。移動端末20は、無線通信機能を有し、各固定局10と通信する。移動端末20が有する無線通信機能は、無線LAN(Local Area Network)の通信機能であってもよいし、Bluetooth(登録商標)の通信機能であってもよい。 The mobile terminal 20 is an example of a terminal carried by a user. The mobile terminal 20 has a wireless communication function and communicates with each fixed station 10. The wireless communication function of the mobile terminal 20 may be a wireless LAN (Local Area Network) communication function or a Bluetooth (registered trademark) communication function.

このような位置推定システムにおいて、移動端末20が電波を周期的に送信し、移動端末20が送信した電波を各固定局10が受信する。固定局10は、移動端末20から送信された第1の電波が各固定局10に到来した時点を示す各固定局10において計算された第1のカウンタ値、および、移動端末20から送信された第2の電波が各固定局10に到来した時点を示す各固定局10において計算された第2のカウンタ値に基づき、移動端末20の位置を推定する。3以上の固定局10のうち、代表の固定局10のみが移動端末20の位置を推定してもよいし、複数の固定局10が移動端末20の位置を推定してもよい。一部の固定局10のみが移動端末20の位置を推定した場合には、位置を推定した固定局10が、位置の推定結果を他の固定局10に送信してもよい。 In such a position estimation system, the mobile terminal 20 periodically transmits radio waves, and each fixed station 10 receives the radio waves transmitted by the mobile terminal 20. The fixed station 10 has a first counter value calculated at each fixed station 10 indicating the time when the first radio wave transmitted from the mobile terminal 20 arrives at each fixed station 10, and is transmitted from the mobile terminal 20. The position of the mobile terminal 20 is estimated based on the second counter value calculated at each fixed station 10 indicating the time when the second radio wave arrives at each fixed station 10. Of the three or more fixed stations 10, only the representative fixed station 10 may estimate the position of the mobile terminal 20, or a plurality of fixed stations 10 may estimate the position of the mobile terminal 20. When only a part of the fixed stations 10 estimate the position of the mobile terminal 20, the fixed station 10 that estimates the position may transmit the position estimation result to the other fixed stations 10.

当該位置推定システムは、例えば、交差点における車両の自動走行制御に用いられる。具体的には、歩行者が移動端末20を有し、信号機が固定局10として機能して移動端末20の位置を推定し、信号機が移動端末20の位置の推定結果を車両に送信し、車両が移動端末20の位置に基づいて自動走行を制御してもよい。以下、移動端末20および固定局10の構成をより具体的に説明する。 The position estimation system is used, for example, for automatic driving control of a vehicle at an intersection. Specifically, a pedestrian has a mobile terminal 20, a traffic light functions as a fixed station 10 to estimate the position of the mobile terminal 20, and the traffic light transmits the estimation result of the position of the mobile terminal 20 to the vehicle. May control automatic travel based on the position of the mobile terminal 20. Hereinafter, the configurations of the mobile terminal 20 and the fixed station 10 will be described more specifically.

<2.移動端末の構成>
図2は、本発明の一実施形態による移動端末20の構成を示す説明図である。図2に示したように、移動端末20は、変位計算部210、送信指示部220および無線部230を有する。
<2. Mobile terminal configuration>
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a mobile terminal 20 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the mobile terminal 20 has a displacement calculation unit 210, a transmission instruction unit 220, and a radio unit 230.

(変位計算部)
変位計算部210は、2つの時刻の間で移動端末20が変位した量および方向である変位ベクトルを計算する。例えば、変位計算部210は、加速度センサまたはジャイロスコープなどの動きセンサを有し、動きセンサにより得られる値に所定の処理を施すことにより、変位ベクトルを計算する。
(Displacement calculation unit)
The displacement calculation unit 210 calculates a displacement vector which is the amount and direction in which the mobile terminal 20 is displaced between the two times. For example, the displacement calculation unit 210 has a motion sensor such as an acceleration sensor or a gyroscope, and calculates a displacement vector by performing a predetermined process on a value obtained by the motion sensor.

(送信指示部)
送信指示部220は、無線部230に電波の送信を指示する。本発明の一実施形態においては、送信指示部220は、例えば一定間隔でビーコンのような所定の電波の送信を無線部230に指示する。
(Transmission instruction unit)
The transmission instruction unit 220 instructs the radio unit 230 to transmit radio waves. In one embodiment of the present invention, the transmission instruction unit 220 instructs the radio unit 230 to transmit a predetermined radio wave such as a beacon at regular intervals, for example.

(無線部)
無線部230は、電波を送信するための無線通信機能を有する。例えば、無線部230は、デジタル信号処理部、アナログ信号処理部およびアンテナなどを有し、送信指示部220から指示されたタイミングでアンテナから電波を送信する。また、無線部230は、電波を受信するための無線通信機能を有してもよく、この場合、無線部230は、固定局10から移動端末20の位置の推定結果を受信することができる。
(Wireless section)
The wireless unit 230 has a wireless communication function for transmitting radio waves. For example, the radio unit 230 has a digital signal processing unit, an analog signal processing unit, an antenna, and the like, and transmits radio waves from the antenna at a timing instructed by the transmission instruction unit 220. Further, the wireless unit 230 may have a wireless communication function for receiving radio waves, and in this case, the wireless unit 230 can receive the estimation result of the position of the mobile terminal 20 from the fixed station 10.

<3.固定局の構成>
図3は、本発明の一実施形態による固定局10の構成を示す説明図である。図3に示したように、固定局10は、無線部110、サンプリング部120、発振器130、カウンタ値計算部140、カウンタ値通信部150、カウンタ差分算出部160、差分変化量算出部170および位置推定部180を有する。
<3. Fixed station configuration>
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a fixed station 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the fixed station 10 includes a radio unit 110, a sampling unit 120, an oscillator 130, a counter value calculation unit 140, a counter value communication unit 150, a counter difference calculation unit 160, a difference change amount calculation unit 170, and a position. It has an estimation unit 180.

(無線部)
無線部110は、移動端末20から送信された電波を受信する受信部として機能する。無線部110は、例えば、アンテナおよびデジタル信号処理部を有してもよい。無線部110は、移動端末20から受信した電波を電気的な受信信号に変換し、受信信号をサンプリング部120に出力する。
(Wireless section)
The wireless unit 110 functions as a receiving unit that receives radio waves transmitted from the mobile terminal 20. The radio unit 110 may include, for example, an antenna and a digital signal processing unit. The radio unit 110 converts the radio wave received from the mobile terminal 20 into an electrical reception signal, and outputs the reception signal to the sampling unit 120.

(サンプリング部)
サンプリング部120は、無線部110から入力される受信信号を、アナログ形式からデジタル形式に変換するAD変換器である。サンプリング部120は、変換により得られたデジタル形式の受信信号をカウンタ値計算部140に出力する。
(Sampling section)
The sampling unit 120 is an AD converter that converts a received signal input from the wireless unit 110 from an analog format to a digital format. The sampling unit 120 outputs the received signal in the digital format obtained by the conversion to the counter value calculation unit 140.

(発振器)
発振器130は、クロック信号を生成し、クロック信号をカウンタ値計算部140に供給する。本発明の一実施形態においては、後述する理由により、発振器130が汎用的な発振器であっても、高精度に移動端末20の位置を推定することが可能となる。
(Oscillator)
The oscillator 130 generates a clock signal and supplies the clock signal to the counter value calculation unit 140. In one embodiment of the present invention, the position of the mobile terminal 20 can be estimated with high accuracy even if the oscillator 130 is a general-purpose oscillator for the reason described later.

(カウンタ値計算部)
カウンタ値計算部140は、発振器130から供給されるクロック信号に基づき、カウンタ値のインクリメントを繰り返す。そして、カウンタ値計算部140は、サンプリング部120からデジタル形式の受信信号が入力されると、その時点でのカウンタ値を特定する。例えば、カウンタ値計算部140は、移動端末20から送信される電波がパケットである場合、無線パケットの先頭位置が検出された時点でのカウンタ値を特定する。
(Counter value calculation unit)
The counter value calculation unit 140 repeatedly increments the counter value based on the clock signal supplied from the oscillator 130. Then, when the reception signal in the digital format is input from the sampling unit 120, the counter value calculation unit 140 specifies the counter value at that time. For example, when the radio wave transmitted from the mobile terminal 20 is a packet, the counter value calculation unit 140 specifies the counter value at the time when the head position of the wireless packet is detected.

ここで、本発明の一実施形態による移動端末20は複数回に亘って電波の送信を繰り返すところ、カウンタ値計算部140は、第1の電波についてのカウンタ値である第1のカウンタ値、および第2の電波についてのカウンタ値である第2のカウンタ値を特定する。すなわち、カウンタ値計算部140は、第1のカウンタ値および第2のカウンタ値を取得するカウンタ値取得部としての機能を有する。カウンタ値計算部140は、特定した第1のカウンタ値および第2のカウンタ値を、カウンタ値通信部150およびカウンタ差分算出部160に出力する。 Here, the mobile terminal 20 according to the embodiment of the present invention repeats the transmission of radio waves a plurality of times, and the counter value calculation unit 140 has a first counter value, which is a counter value for the first radio wave, and a first counter value. The second counter value, which is the counter value for the second radio wave, is specified. That is, the counter value calculation unit 140 has a function as a counter value acquisition unit that acquires the first counter value and the second counter value. The counter value calculation unit 140 outputs the specified first counter value and the second counter value to the counter value communication unit 150 and the counter difference calculation unit 160.

(カウンタ値通信部)
カウンタ値通信部150は、他の固定局10から、他の固定局10において特定された第1のカウンタ値および第2のカウンタ値を受信するカウンタ値取得部としての機能、および、カウンタ値計算部140により特定された第1のカウンタ値および第2のカウンタ値を他の固定局10に送信する機能を有する。なお、カウンタ値通信部150は、有線または無線で他の固定局10と通信してもよい。また、無線部110がカウンタ値通信部150の機能を包含し、無線部110が他の固定局10と通信してもよい。
(Counter value communication unit)
The counter value communication unit 150 functions as a counter value acquisition unit that receives the first counter value and the second counter value specified in the other fixed station 10 from the other fixed station 10, and counter value calculation. It has a function of transmitting the first counter value and the second counter value specified by the unit 140 to another fixed station 10. The counter value communication unit 150 may communicate with another fixed station 10 by wire or wirelessly. Further, the radio unit 110 may include the function of the counter value communication unit 150, and the radio unit 110 may communicate with another fixed station 10.

(カウンタ差分算出部)
カウンタ差分算出部160は、2つの固定局10の間での第1のカウンタ値の差分である第1の差分、および2つの固定局10の間での第2のカウンタ値の差分である第2の差分を算出する。例えば、固定局10#1のカウンタ差分算出部160は、固定局10#1において特定された第1のカウンタ値と、固定局10#2において特定された第1のカウンタ値との差分である第1の差分、および、固定局10#1において特定された第2のカウンタ値と、固定局10#2において特定された第2のカウンタ値との差分である第2の差分を算出する。カウンタ差分算出部160は、2つ固定局10の複数の組み合わせの各々について、第1の差分および第2の差分を算出する。
(Counter difference calculation unit)
The counter difference calculation unit 160 is a first difference which is a difference of the first counter value between the two fixed stations 10 and a second difference which is a difference of the second counter value between the two fixed stations 10. Calculate the difference between 2. For example, the counter difference calculation unit 160 of the fixed station 10 # 1 is a difference between the first counter value specified by the fixed station 10 # 1 and the first counter value specified by the fixed station 10 # 2. The first difference and the second difference, which is the difference between the second counter value specified in the fixed station 10 # 1 and the second counter value specified in the fixed station 10 # 2, are calculated. The counter difference calculation unit 160 calculates the first difference and the second difference for each of the plurality of combinations of the two fixed stations 10.

(差分変化量算出部)
差分変化量算出部170は、2つ固定局10の複数の組み合わせの各々について、第1の差分から第2の差分への変化量である差分変化量を算出する。例えば、固定局10#1の差分変化量算出部170は、固定局10#1および固定局10#2の組み合わせに関して算出された第2の差分から第1の差分を減算して、固定局10#1および固定局10#2の組み合わせについての差分変化量を得る。また、固定局10#1の差分変化量算出部170は、固定局10#1および固定局10#3の組み合わせに関して算出された第2の差分から第1の差分を減算して、固定局10#1および固定局10#3の組み合わせについての差分変化量を得る。
(Difference change amount calculation unit)
The difference change amount calculation unit 170 calculates the difference change amount, which is the change amount from the first difference to the second difference, for each of the plurality of combinations of the two fixed stations 10. For example, the difference change amount calculation unit 170 of the fixed station 10 # 1 subtracts the first difference from the second difference calculated for the combination of the fixed station 10 # 1 and the fixed station 10 # 2, and the fixed station 10 Obtain the difference change amount for the combination of # 1 and fixed station 10 # 2. Further, the difference change amount calculation unit 170 of the fixed station 10 # 1 subtracts the first difference from the second difference calculated for the combination of the fixed station 10 # 1 and the fixed station 10 # 3, and the fixed station 10 The difference change amount for the combination of # 1 and the fixed station 10 # 3 is obtained.

(位置推定部)
位置推定部180は、差分変化量算出部170により算出された複数の差分変化量、および3以上の固定局の位置などに基づき、移動端末20の位置を推定する。位置推定部180は、複数の差分変化量を用いる多様な方法の処理により、移動端末20の位置を推定することが可能である。以下、幾つかの処理を具体的に説明する。
(Position estimation unit)
The position estimation unit 180 estimates the position of the mobile terminal 20 based on the plurality of difference change amounts calculated by the difference change amount calculation unit 170, the positions of three or more fixed stations, and the like. The position estimation unit 180 can estimate the position of the mobile terminal 20 by processing various methods using a plurality of differential changes. Hereinafter, some processes will be specifically described.

<4.処理例A>
まず、本発明の一実施形態による位置推定の処理例Aを説明する。処理例Aは、ある時刻tにおいて移動端末20の位置が得られる場合に適用可能な処理例である。時刻tにおける移動端末20の位置(第1の位置)は、例えば、ランドマークを利用した測位、または、一部の狭い範囲に対応するレーザレンジファインダを利用した測位により得られる。
<4. Processing example A>
First, a processing example A of position estimation according to an embodiment of the present invention will be described. The processing example A is a processing example applicable when the position of the mobile terminal 20 is obtained at a certain time t. The position (first position) of the mobile terminal 20 at time t can be obtained by, for example, positioning using a landmark or positioning using a laser range finder corresponding to a part of a narrow range.

なお、説明の便宜上、固定局10の台数が3台であり、移動端末20の2次元位置を推定する例を説明するが、固定局10の台数は4台以上であってもよく、その場合、移動端末20の3次元位置を推定可能である。また、各固定局10の位置は既知であるものとする。以下では、上記の通り時刻tにおける移動端末20の位置も既知であり、それ以降の時刻(時刻t+k)における移動端末20の位置を推定する例を説明する。 For convenience of explanation, an example in which the number of fixed stations 10 is three and the two-dimensional position of the mobile terminal 20 is estimated will be described. However, the number of fixed stations 10 may be four or more, in which case. , The three-dimensional position of the mobile terminal 20 can be estimated. Further, it is assumed that the position of each fixed station 10 is known. Hereinafter, as described above, the position of the mobile terminal 20 at the time t is also known, and an example of estimating the position of the mobile terminal 20 at a time (time t + k) after that will be described.

(理論)
図4は、固定局10および移動端末20の時刻tにおける配置例を示す説明図である。図4および以降の図面においては、図面の明瞭性の観点から、固定局10#1を四角印(1)で示し、固定局10#2を四角印(2)で示し、固定局10#3を四角印(3)で示し、移動端末20を丸印で示している。時刻tにおける固定局10および移動端末20の位置は、図4に示したようにX座標値およびY座標値で表現される。
(theory)
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an arrangement example of the fixed station 10 and the mobile terminal 20 at time t. In FIG. 4 and subsequent drawings, the fixed station 10 # 1 is indicated by a square mark (1), the fixed station 10 # 2 is indicated by a square mark (2), and the fixed station 10 # 3 is indicated from the viewpoint of clarity of the drawing. Is indicated by a square mark (3), and the mobile terminal 20 is indicated by a circle mark. The positions of the fixed station 10 and the mobile terminal 20 at time t are represented by the X coordinate value and the Y coordinate value as shown in FIG.

図5は、移動端末20からの第1の電波の送信を示す説明図である。ここでは、移動端末20が第1の電波を絶対時刻tで送信すると考える。絶対時刻tにおける固定局10#1のカウンタ値をc1、絶対時刻tにおける固定局10#2のカウンタ値をc2とする。ただし、各固定局10は、絶対時刻tにおいてはカウンタ値c1およびc2を直接的に認識することはできない。第1の電波は、絶対時刻tから到来時間が経過した後に各固定局10に到来するからである。具体的には、図5に示したように、第1の電波は、到来時間f1が経過した後に固定局10#1に到来し、到来時間f2が経過した後に固定局10#2に到来する。従って、固定局10#1および固定局10#2に第1の電波が到来した時点で固定局10#1および固定局10#2において取得されるカウンタ値をcf1およびcf2とすれば、cf1およびcf2は以下の式(1)および(2)のように表現される。なお、cf1およびcf2は、上述した第1のカウンタ値に相当する。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing transmission of a first radio wave from the mobile terminal 20. Here, it is considered that the mobile terminal 20 transmits the first radio wave at the absolute time t. Let c1 t be the counter value of the fixed station 10 # 1 at the absolute time t, and c2 t be the counter value of the fixed station 10 # 2 at the absolute time t. However, each fixed station 10 cannot directly recognize the counter values c1 t and c2 t at the absolute time t. This is because the first radio wave arrives at each fixed station 10 after the arrival time has elapsed from the absolute time t. Specifically, as shown in FIG. 5, the first radio wave arrives at the fixed station 10 # 1 after the arrival time f1 t has elapsed, and reaches the fixed station 10 # 2 after the arrival time f2 t has elapsed. Coming. Therefore, if the counter values acquired by the fixed stations 10 # 1 and the fixed stations 10 # 2 when the first radio wave arrives at the fixed stations 10 # 1 and the fixed stations 10 # 2 are cf1 t and cf2 t, cf1 t and cf2 t are expressed by the following equations (1) and (2). In addition, cf1 t and cf2 t correspond to the above-mentioned first counter value.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

ここで、到来時間であるf1およびf2は、幾何学的に以下の式(3)および(4)のように表現される。なお、パラメータcは光速である。 Here, the arrival times f1 t and f2 t are geometrically expressed as the following equations (3) and (4). The parameter c is the speed of light.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

処理例Aの前提として、絶対時刻tにおける移動端末20の位置(xt,)が既知であるため、式(3)および(4)に(xt,)および各固定局10の位置を代入することにより、f1およびf2を算出することができる。 As a premise of processing example A, since the position (x t, y t ) of the mobile terminal 20 at the absolute time t is known, (x t, y t ) and each fixed station 10 are shown in equations (3) and (4). By substituting the position of, f1 t and f2 t can be calculated.

次に、時間kが経過し、移動端末20が絶対時刻t+kに第2の電波を送信すると考える。図6は、移動端末20からの第2の電波の送信を示す説明図である。絶対時刻t+kにおける固定局10#1のカウンタ値をc1t+k、絶対時刻t+kにおける固定局10#2のカウンタ値をc2t+kとすれば、カウンタ値c1t+kおよびc2t+kは、式(5)および(6)のように表現される。ただし、各固定局10は、カウンタ値c1およびc2と同様に、絶対時刻t+kにおいてはカウンタ値c1t+kおよびc2t+kを直接的に認識することはできない。 Next, it is considered that the time k elapses and the mobile terminal 20 transmits the second radio wave at the absolute time t + k. FIG. 6 is an explanatory diagram showing transmission of a second radio wave from the mobile terminal 20. Assuming that the counter value of the fixed station 10 # 1 at the absolute time t + k is c1 t + k and the counter value of the fixed station 10 # 2 at the absolute time t + k is c2 t + k , the counter values c1 t + k and c2 t + k are the equations (5) and ( It is expressed as 6). However, the fixed station 10, similarly to the counter value c1 t and c2 t, can not be directly recognize the counter value c1 t + k and c2 t + k in absolute time t + k.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

第2の電波は、到来時間が経過した後に各固定局10に到来する。具体的には、図6に示したように、第2の電波は、到来時間f1t+kが経過した後に固定局10#1に到来し、到来時間f2t+kが経過した後に固定局10#2に到来する。このため、固定局10#1および固定局10#2に第2の電波が到来した時点で固定局10#1および固定局10#2において取得されるカウンタ値をcf1t+kおよびcf2t+kとすれば、cf1t+kおよびcf2t+kは、式(5)および(6)を利用して、以下の式(7)および(8)のように表現される。なお、cf1t+kおよびcf2t+kは、上述した第2のカウンタ値に相当する。 The second radio wave arrives at each fixed station 10 after the arrival time has elapsed. Specifically, as shown in FIG. 6, the second radio wave arrives at the fixed station 10 # 1 after the arrival time f1 t + k elapses, and arrives at the fixed station 10 # 2 after the arrival time f2 t + k elapses. Coming. Therefore, if the counter values acquired by the fixed stations 10 # 1 and the fixed stations 10 # 2 when the second radio wave arrives at the fixed stations 10 # 1 and the fixed stations 10 # 2 are cf1 t + k and cf2 t + k. , Cf1 t + k and cf2 t + k are expressed as the following equations (7) and (8) using the equations (5) and (6). In addition, cf1 t + k and cf2 t + k correspond to the above-mentioned second counter value.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

到来時間であるf1t+kおよびf2t+kは、幾何学的に以下の式(9)および(10)のように表現される。 The arrival times f1 t + k and f2 t + k are geometrically expressed by the following equations (9) and (10).

Figure 2021032720
Figure 2021032720

ここで、cf1およびcf2の差分は上述した第1の差分に相当し、cf1t+kおよびcf2t+kの差分は第2の差分に相当する。そして、第1の差分から第2の差分への変化量である差分変化量は、以下の式(11)の左辺のように表現され、式(11)の左辺に式(1)、(2)、(7)および(8)を代入することにより、式(11)の右辺が得られる。 Here, the difference between cf1 t and cf2 t corresponds to the first difference described above, and the difference between cf1 t + k and cf2 t + k corresponds to the second difference. Then, the difference change amount, which is the change amount from the first difference to the second difference, is expressed as the left side of the following equation (11), and the equations (1) and (2) are on the left side of the equation (11). ), (7) and (8) are substituted to obtain the right side of the equation (11).

Figure 2021032720
Figure 2021032720

差分変化量、すなわち式(11)の左辺を構成する項は、全てカウンタ値計算部140またはカウンタ値通信部150により取得されるカウンタ値である。このため、差分変化量は具体的に特定可能な値であり、式(12)に示すように差分変化量をαとおき、式(11)を整理すれば、式(13)が得られる。 The difference change amount, that is, the terms constituting the left side of the equation (11) are all counter values acquired by the counter value calculation unit 140 or the counter value communication unit 150. Therefore, the difference change amount is a value that can be specifically specified, and if the difference change amount is set to α as shown in the equation (12) and the equation (11) is rearranged, the equation (13) can be obtained.

Figure 2021032720
Figure 2021032720
Figure 2021032720
Figure 2021032720

さらに、式(3)、(4)、(9)および(10)を用いて式(13)を書き換えると、式(14)が得られる。なお、式(14)におけるα’は、差分変化量αと電波の伝搬速度cとの乗算式と、固定局10#1および固定局10#2の各々から絶対時刻tにおける移動端末20の位置までの距離の差分である第1の距離差分との和である。当該α’は、各固定局10の既知の位置などを用いて具体的に特定可能な値である。一方、式(14)の左辺は、固定局10#1および固定局10#2の各々から絶対時刻t+kにおける移動端末20の位置までの距離の差分である第2の距離差分に相当する。 Further, by rewriting the equation (13) using the equations (3), (4), (9) and (10), the equation (14) is obtained. In addition, α'in the equation (14) is a multiplication equation of the difference change amount α and the propagation speed c of the radio wave, and the position of the mobile terminal 20 at the absolute time t from each of the fixed stations 10 # 1 and the fixed stations 10 # 2. It is the sum of the first distance difference, which is the difference of the distances to. The α'is a value that can be specifically specified by using a known position of each fixed station 10. On the other hand, the left side of the equation (14) corresponds to the second distance difference, which is the difference in the distances from each of the fixed stations 10 # 1 and the fixed stations 10 # 2 to the position of the mobile terminal 20 at the absolute time t + k.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

同様に、固定局10#1および固定局10#3との組み合わせに関して計算を行うと、式(15)が得られる。 Similarly, when the calculation is performed with respect to the combination with the fixed station 10 # 1 and the fixed station 10 # 3, the equation (15) is obtained.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

式(14)および(15)の未知数は2つである。このため、位置推定部180は、式(14)および(15)からなる連立方程式を解くことで、移動端末20の絶対時刻t+kにおける位置(第2の位置)の推定結果を得ることができる。 There are two unknowns in equations (14) and (15). Therefore, the position estimation unit 180 can obtain the estimation result of the position (second position) of the mobile terminal 20 at the absolute time t + k by solving the simultaneous equations composed of the equations (14) and (15).

ただし、実際には誤差の影響により、式(14)および(15)からは移動端末20の位置が一意に定まらない場合もある。このため、位置推定部180は、2つの固定局10の他の組み合わせでも同様に方程式を作成し、全ての方程式に最もフィットする位置、すなわち、最も尤度が高い位置を移動端末20の絶対時刻t+kにおける位置として推定してもよい。 However, in reality, the position of the mobile terminal 20 may not be uniquely determined from the equations (14) and (15) due to the influence of the error. Therefore, the position estimation unit 180 similarly creates equations for other combinations of the two fixed stations 10, and sets the position that best fits all the equations, that is, the position with the highest likelihood, as the absolute time of the mobile terminal 20. It may be estimated as a position at t + k.

(動作)
以上、処理例Aの理論を説明した。続いて、図7を参照し、固定局10が処理例Aを実行する場合の動作を整理する。
(motion)
The theory of processing example A has been described above. Subsequently, with reference to FIG. 7, the operation when the fixed station 10 executes the processing example A will be arranged.

図7は、固定局10が処理例Aを実行する場合の動作を示すフローチャートである。図7に示したように、まず、固定局10の無線部110が移動端末20から電波を受信すると(S304)、カウンタ値計算部140が第1のカウンタ値cf1を算出する(S308)。さらに無線部110が移動端末20から電波を受信すると(S312)、カウンタ値計算部140が第2のカウンタ値cf1t+kを算出する(S316)。そして、カウンタ値通信部150が、他の固定局10から第1のカウンタ値および第2のカウンタ値を収集する(S320)。 FIG. 7 is a flowchart showing an operation when the fixed station 10 executes the processing example A. As shown in FIG. 7, first, when the radio unit 110 of the fixed station 10 receives a radio wave from the mobile terminal 20 (S304), the counter value calculation unit 140 calculates the first counter value cf1 t (S308). Further, when the radio unit 110 receives the radio wave from the mobile terminal 20 (S312), the counter value calculation unit 140 calculates the second counter value cf1 t + k (S316). Then, the counter value communication unit 150 collects the first counter value and the second counter value from the other fixed station 10 (S320).

その後、固定局10は、2つの固定局10の複数の組み合わせについて、S324〜S332の演算を実行する。すなわち、固定局10のカウンタ差分算出部160が、2つの固定局10の第1のカウンタ値の差分である第1の差分(例えば、cf1−cf2)、および2つの固定局10の第2のカウンタ値の差分である第2の差分(例えば、cf1t+k−cf2t+k)を算出する(S324、S328)。当該演算は、式(12)の左辺の各項内の演算に相当する。そして、差分変化量算出部170が、第1の差分から第2の差分への変化量である差分変化量αを算出する(S332)。当該演算は、式(12)の左辺全体の演算に相当する。 After that, the fixed station 10 executes the operations of S324 to S332 for a plurality of combinations of the two fixed stations 10. That is, the counter difference calculation unit 160 of the fixed station 10 has a first difference (for example, cf1 t − cf2 t ) which is a difference of the first counter values of the two fixed stations 10, and a second of the two fixed stations 10. The second difference (for example, cf1 t + k −cf2 t + k ), which is the difference between the counter values of 2, is calculated (S324, S328). The operation corresponds to the operation in each term on the left side of the equation (12). Then, the difference change amount calculation unit 170 calculates the difference change amount α, which is the change amount from the first difference to the second difference (S332). The operation corresponds to the operation of the entire left side of the equation (12).

2つの固定局10の複数の組み合わせについてS324〜S332の演算が実行され、2つの固定局10の複数の組み合わせの各々について差分変化量が算出されると、位置推定部180は、複数の差分変化量および各固定局10の位置に基づいて、固定局10の絶対時刻t+kにおける位置を推定する(S336)。具体的には、位置推定部180は、式(14)および式(15)を含む連列方程式を解くことで、絶対時刻t+kにおける移動端末20の位置の推定結果を得る。 When the operations S324 to S332 are executed for the plurality of combinations of the two fixed stations 10 and the difference change amount is calculated for each of the plurality of combinations of the two fixed stations 10, the position estimation unit 180 performs the plurality of difference changes. Based on the quantity and the position of each fixed station 10, the position of the fixed station 10 at the absolute time t + k is estimated (S336). Specifically, the position estimation unit 180 obtains the estimation result of the position of the mobile terminal 20 at the absolute time t + k by solving the series equation including the equations (14) and (15).

(作用効果)
各固定局10で得られるカウンタ値は通常では連続で動作するので、カウンタ値には累積的に誤差が蓄積する。このため、カウンタ値そのものを用いて移動端末20の位置を推定しようとすると、カウンタ値に累積した誤差により精度が劣化する。これに対し、上述した処理例Aでは、各固定局10で得られたカウンタ値そのものでなく、式(12)で示される差分変化量αを用いて移動端末20の位置が推定される。差分変化量αも、絶対時刻tから絶対時刻t+kの間にカウンタ値に累積する誤差の影響を受けるが、時間kが十分に小さい条件であれば、絶対時刻tから絶対時刻t+kの間にカウンタ値に累積する誤差は微小である。従って、処理例Aでは、カウンタ値がずれ難い高精度な発振器でなく、汎用的な発振器を用いても、移動端末20の位置を高精度に推定することが可能である。
(Action effect)
Since the counter values obtained at each fixed station 10 normally operate continuously, errors are accumulated in the counter values. Therefore, when trying to estimate the position of the mobile terminal 20 using the counter value itself, the accuracy deteriorates due to the error accumulated in the counter value. On the other hand, in the above-mentioned processing example A, the position of the mobile terminal 20 is estimated using the difference change amount α represented by the equation (12) instead of the counter value itself obtained by each fixed station 10. The difference change amount α is also affected by the error accumulated in the counter value between the absolute time t and the absolute time t + k, but if the time k is sufficiently small, the counter is between the absolute time t and the absolute time t + k. The error accumulated in the value is very small. Therefore, in the processing example A, the position of the mobile terminal 20 can be estimated with high accuracy even if a general-purpose oscillator is used instead of the highly accurate oscillator whose counter value is hard to shift.

<5.処理例B>
次に、位置推定の処理例Bを説明する。処理例Bは、統計的な手法を利用することにより、ある時刻tにおける移動端末20の位置が未知である場合にも適用可能な処理例である。ここでは、統計的な手法としてパーティクルフィルタを用いる手法を説明する。
<5. Processing example B>
Next, a processing example B of position estimation will be described. The processing example B is a processing example that can be applied even when the position of the mobile terminal 20 at a certain time t is unknown by using a statistical method. Here, a method using a particle filter as a statistical method will be described.

(理論)
図8は、パーティクルの配置例を示す説明図である。図8には、3台の固定局10、および移動端末20の仮位置である5個のパーティクルが示されている。パーティクルの数が多いほど位置の推定精度は向上するが、説明の便宜上、パーティクルの数を5個としている。
(theory)
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of particle arrangement. FIG. 8 shows three fixed stations 10 and five particles that are temporary positions of the mobile terminal 20. Although the accuracy of position estimation improves as the number of particles increases, the number of particles is set to 5 for convenience of explanation.

各パーティクルは、x座標、y座標および重みwをパラメータとして有する。位置推定部180は、各パーティクルのx座標およびy座標の初期値をランダムに設定し、重みwの初期値を、1を全パーティクル数で除算して得られる値(ここでは、1/5)に設定する。また、位置推定部180は、各時刻で、全パーティクルの重みの合計が1になるように、各パーティクルの重みを正規化する。 Each particle has an x-coordinate, a y-coordinate and a weight w as parameters. The position estimation unit 180 randomly sets the initial values of the x-coordinate and the y-coordinate of each particle, and divides the initial value of the weight w by 1 by the total number of particles (here, 1/5). Set to. Further, the position estimation unit 180 normalizes the weights of each particle so that the total weight of all particles becomes 1 at each time.

移動端末20が第1の電波を送信した絶対時刻tにおける移動端末20の端末の座標は、各パーティクルの座標を利用して、式(16)および(17)のように示される。 The coordinates of the terminal of the mobile terminal 20 at the absolute time t when the mobile terminal 20 transmits the first radio wave are shown by the equations (16) and (17) using the coordinates of each particle.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

パーティクル1に関して、処理例Aと同じように固定局10#1と固定局10#2に着目すると、式(18)が得られる。 Focusing on the fixed station 10 # 1 and the fixed station 10 # 2 with respect to the particle 1 as in the processing example A, the equation (18) can be obtained.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

また、固定局10#1と固定局10#3に着目すると、式(19)が得られる。 Further, paying attention to the fixed stations 10 # 1 and the fixed stations 10 # 3, the equation (19) is obtained.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

さらに、固定局10#2と固定局10#3に着目すると、式(20)が得られる。 Further, paying attention to the fixed stations 10 # 2 and the fixed stations 10 # 3, the equation (20) is obtained.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

式(18)、(19)および(20)に基づき、式(18)、(19)および(20)を満たす(x1t+k, y1t+k)を求めることを考える。未知数は2つであり、式は3つであるので、誤差が無ければ3つの式を満たす(x1t+k, y1t+k)が一意に定まる。しかし、実際には誤差があるので、位置推定部180は、3つの式に最もフィットする(x1t+k, y1t+k)を第2の位置として計算し、計算された(x1t+k, y1t+k)の尤度を評価し、尤度を示す評価値をパーティクルの重みに反映させる。 Consider finding (x1 t + k , y1 t + k ) that satisfies equations (18), (19) and (20) based on equations (18), (19) and (20). Since there are two unknowns and three equations, it is uniquely determined that the three equations are satisfied (x1 t + k , y1 t + k) if there is no error. However, since there is actually an error, the position estimation unit 180 calculates (x1 t + k , y1 t + k ) that best fits the three equations as the second position, and calculates (x1 t + k , y1 t + k ). The likelihood is evaluated, and the evaluation value indicating the likelihood is reflected in the weight of the particles.

例えば、位置推定部180は、式(18)および(19)の2つの式からなる連立方程式を解き、(x1’t+k, y1’t+k)を求める。ここで、式(21)に示すように、式(20)の左辺をmとおく。 For example, the position estimation unit 180 solves a simultaneous equation consisting of the two equations (18) and (19) to obtain (x1't + k , y1't + k). Here, as shown in the equation (21), the left side of the equation (20) is set to m.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

誤差eが生じることを考慮すれば、式(20)は、式(21)を用いて式(22)のように表現される。 Considering that an error e occurs, the equation (20) is expressed as the equation (22) using the equation (21).

Figure 2021032720
Figure 2021032720

なお、式(22)におけるmは、(x1’t+k, y1’t+k)を式(21)に代入することで求められる。γ’は、処理例Aで説明したαおよびα’と同様に、具体的な値として特定される。ここで、誤差eが正規分布に従う誤差であると仮定すると、図9に示す関係でm、γ’およびeを表すことができる。 Note that m in the equation (22) can be obtained by substituting (x1't + k , y1't + k ) into the equation (21). γ'is specified as a specific value like α and α'described in the processing example A. Here, assuming that the error e is an error that follows a normal distribution, m, γ'and e can be represented by the relationship shown in FIG.

図9は、誤差eの分布例を示す説明図である。図9の縦軸は、パーティクルの尤度を示す評価値である。誤差eが0の場合、すなわち、mおよびγ’が一致している場合には、注目しているパーティクル1の信頼度が高く、評価値は1となる。誤差eがある場合、評価値は図9に示したzとなる。位置推定部180は、このように特定される評価値zを用いて、式(23)に示すように、パーティクル1の重みwを更新する。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of distribution of the error e. The vertical axis of FIG. 9 is an evaluation value indicating the likelihood of particles. When the error e is 0, that is, when m and γ'match, the reliability of the particle 1 of interest is high, and the evaluation value is 1. When there is an error e, the evaluation value is z shown in FIG. The position estimation unit 180 updates the weight w of the particle 1 as shown in the equation (23) by using the evaluation value z thus specified.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

位置推定部180は、上述した手順で、他のパーティクル2〜5についても重みwを更新する。全てのパーティクルの重みwが更新された後、位置推定部180は、全てのパーティクルの重みwの合計が1になるように各パーティクルの重みを正規化する。例えば、位置推定部180は、パーティクル1の重みwを式(24)に示すように正規化する。 The position estimation unit 180 also updates the weight w for the other particles 2 to 5 by the procedure described above. After the weights w of all particles are updated, the position estimation unit 180 normalizes the weights of each particle so that the sum of the weights w of all particles becomes 1. For example, the position estimation unit 180 normalizes the weight w of the particles 1 as shown in the equation (24).

Figure 2021032720
Figure 2021032720

そして、位置推定部180は、各パーティクルの重みwの正規化が終わった後に、式(16)および(17)を計算することで、絶対時刻tにおける移動端末20のより確からしい位置を推定することが可能である。 Then, the position estimation unit 180 estimates the more probable position of the mobile terminal 20 at the absolute time t by calculating the equations (16) and (17) after the normalization of the weight w of each particle is completed. It is possible.

なお、位置推定部180は、一般的なパーティクルフィルタの計算手順に倣い、重みwが十分に小さくなってしまったパーティクルにはリサンプルを実施してもよい。すなわち、位置推定部180は、該当のパーティクルを削除し、(x、y)に対して、正規分布などに従った外乱を加えた新たな座標に、パーティクルを再配置してもよい。 The position estimation unit 180 may resample the particles whose weight w has become sufficiently small, following the calculation procedure of a general particle filter. That is, the position estimation unit 180 may delete the corresponding particles and rearrange the particles at new coordinates obtained by adding a disturbance according to a normal distribution or the like to (x t , y t).

(動作)
以上、処理例Bの理論を説明した。続いて、図10を参照し、固定局10が処理例Bを実行する場合の動作を整理する。
(motion)
The theory of processing example B has been described above. Subsequently, with reference to FIG. 10, the operation when the fixed station 10 executes the processing example B is arranged.

図10は、固定局10が処理例Bを実行する場合の動作を示すフローチャートである。図10に示したように、固定局10は、まず、図7を参照して説明したS304〜S332の処理を行い、複数の差分変化量を算出する(S300)。そして、位置推定部180は、図8を参照して説明したように複数のパーティクルを配置する(S404)。 FIG. 10 is a flowchart showing an operation when the fixed station 10 executes the processing example B. As shown in FIG. 10, the fixed station 10 first performs the processes of S304 to S332 described with reference to FIG. 7 to calculate a plurality of difference changes (S300). Then, the position estimation unit 180 arranges a plurality of particles as described with reference to FIG. 8 (S404).

その後、位置推定部180は、各パーティクルについてS408〜S416に示す処理を実行する。すなわち、位置推定部180は、2つの固定局10の2つの組み合わせで算出された差分変化量に関する方程式(式(18)および(19))に最もフィットする位置を移動端末20の第2の位置として算出する(S408)。そして、位置推定部180は、算出された位置の尤度を例えば図9を参照して説明した方法で評価し(S412)、得られた評価値を用いてパーティクルの重みを更新する(S416)。 After that, the position estimation unit 180 executes the processes shown in S408 to S416 for each particle. That is, the position estimation unit 180 sets the position that best fits the equations (equations (18) and (19)) regarding the amount of difference change calculated by the two combinations of the two fixed stations 10 as the second position of the mobile terminal 20. Is calculated as (S408). Then, the position estimation unit 180 evaluates the likelihood of the calculated position by the method described with reference to, for example, FIG. 9 (S412), and updates the weight of the particles using the obtained evaluation value (S416). ..

全てのパーティクルの重みが更新された後、位置推定部180は、全てのパーティクルの重みの合計が1になるように各パーティクルの重みを正規化する(S420)。その後、位置推定部180は、各パーティクルの位置および重みに基づいて、例えば式(16)および(17)を計算することで、絶対時刻tにおける移動端末20のより確からしい位置を推定する(S424)。位置推定部180は、さらにその後に、絶対時刻tにおける移動端末20のより確からしい位置を用いて処理例Aを実行することで、絶対時刻t+kにおける移動端末20の位置を推定することも可能である。 After the weights of all the particles are updated, the position estimation unit 180 normalizes the weights of each particle so that the sum of the weights of all the particles becomes 1. (S420). After that, the position estimation unit 180 estimates a more probable position of the mobile terminal 20 at the absolute time t by calculating, for example, equations (16) and (17) based on the position and weight of each particle (S424). ). The position estimation unit 180 can further estimate the position of the mobile terminal 20 at the absolute time t + k by executing the processing example A using the more probable position of the mobile terminal 20 at the absolute time t. is there.

(作用効果)
以上説明した処理例Bでも、処理例Aと同様に、各固定局10で得られたカウンタ値そのものでなく、差分変化量に基づいて移動端末20の位置が推定される。従って、処理例Bによれば、移動端末20の既知の位置が無くても、汎用的な発振器を用いて移動端末20の位置を高精度に推定することが可能である。なお、上記では、差分変化量および統計的な手法の一例としてパーティクルフィルタを用いる手法を説明したが、差分変化量および他の統計的な手法を用いて移動端末20の位置を推定することも可能である。
(Action effect)
Also in the processing example B described above, the position of the mobile terminal 20 is estimated based on the difference change amount, not the counter value itself obtained by each fixed station 10, as in the processing example A. Therefore, according to the processing example B, it is possible to estimate the position of the mobile terminal 20 with high accuracy by using a general-purpose oscillator even if there is no known position of the mobile terminal 20. In the above, the method using the particle filter as an example of the difference change amount and the statistical method has been described, but it is also possible to estimate the position of the mobile terminal 20 by using the difference change amount and other statistical methods. Is.

<6.処理例C>
次に、位置推定の処理例Cを説明する。処理例Cは、固定局10において、移動端末20で計算される変位ベクトルを用いることにより、ある時刻tにおける移動端末20の位置が未知である場合にも適用可能な処理例である。
<6. Processing example C>
Next, a processing example C of position estimation will be described. The processing example C is a processing example that can be applied even when the position of the mobile terminal 20 at a certain time t is unknown by using the displacement vector calculated by the mobile terminal 20 in the fixed station 10.

(理論)
移動端末20が絶対時刻tに第1の電波を送信し、絶対時刻tのk時間後である絶対時刻t+kに第2の電波を送信する。このとき、絶対時刻t+kにおける移動端末20のx座標およびy座標は、絶対時刻tにおける移動端末20のx座標およびy座標、および絶対時刻tから絶対時刻t+kまでの移動端末20の変位ベクトル(vx、vy)を用いて、図11に示すように以下の式(25)および(26)のように表現される。
(theory)
The mobile terminal 20 transmits the first radio wave at the absolute time t, and transmits the second radio wave at the absolute time t + k, which is k hours after the absolute time t. At this time, the x-coordinate and y-coordinate of the mobile terminal 20 at the absolute time t + k are the x-coordinate and y-coordinate of the mobile terminal 20 at the absolute time t, and the displacement vector (vx) of the mobile terminal 20 from the absolute time t to the absolute time t + k. Using t , by t ), it is expressed as the following equations (25) and (26) as shown in FIG.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

固定局10#1および固定局10#2の組み合わせに注目して、式(25)および(26)を式(9)に代入すると式(27)が得られ、式(25)および(26)を式(10)に代入すると式(28)が得られる。 Focusing on the combination of fixed stations 10 # 1 and fixed stations 10 # 2, substituting equations (25) and (26) into equation (9) gives equation (27), equations (25) and (26). Is substituted into equation (10) to obtain equation (28).

Figure 2021032720
Figure 2021032720

式(9)、(10)、(27)および(28)を式(13)に代入することで、式(29)が得られる。 By substituting the equations (9), (10), (27) and (28) into the equation (13), the equation (29) is obtained.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

次に、固定局10#1および固定局10#3の組み合わせに注目して同様の計算をすることで、式(30)が得られる。 Next, the equation (30) can be obtained by performing the same calculation focusing on the combination of the fixed stations 10 # 1 and the fixed stations 10 # 3.

Figure 2021032720
Figure 2021032720

式(29)および(30)において、未知数は絶対時刻tにおける移動端末20のx座標およびy座標の2つであるので、式(29)および(30)からなる連立方程式を解くことで、絶対時刻tにおける移動端末20のx座標およびy座標を推定することが可能である。 In equations (29) and (30), there are two unknowns, the x-coordinate and the y-coordinate of the mobile terminal 20 at absolute time t. Therefore, by solving the simultaneous equations consisting of equations (29) and (30), it is absolute. It is possible to estimate the x-coordinate and the y-coordinate of the mobile terminal 20 at time t.

(動作)
以上、処理例Cの理論を説明した。続いて、図12を参照し、固定局10が処理例Cを実行する場合の動作を整理する。
(motion)
The theory of processing example C has been described above. Subsequently, with reference to FIG. 12, the operation when the fixed station 10 executes the processing example C will be arranged.

図12は、固定局10が処理例Cを実行する場合の動作を示すフローチャートである。図12に示したように、固定局10は、まず、図7を参照して説明したS304〜S332の処理を行い、複数の差分変化量を算出する(S300)。 FIG. 12 is a flowchart showing an operation when the fixed station 10 executes the processing example C. As shown in FIG. 12, the fixed station 10 first performs the processes of S304 to S332 described with reference to FIG. 7 to calculate a plurality of difference changes (S300).

その後、位置推定部180は、各固定局10の位置、複数の差分変化量、および移動端末20の変位ベクトルを用いて、例えば式(29)および(30)からなる連立方程式を解き、絶対時刻tにおける移動端末20の位置(x座標およびy座標)を推定する(S500)。変位ベクトルは、移動端末20から送信される第2の電波に含まれてもよく、この場合、固定局10の無線部110が変位ベクトルを含む第2の電波を受信する。位置推定部180は、さらにその後に、絶対時刻tにおける移動端末20の位置に変位ベクトルを加算することで、絶対時刻t+kにおける移動端末20の位置を推定することも可能である。 After that, the position estimation unit 180 solves a simultaneous equation consisting of, for example, equations (29) and (30) using the positions of each fixed station 10, a plurality of difference changes, and the displacement vectors of the mobile terminal 20, and determines the absolute time. The position (x-coordinate and y-coordinate) of the mobile terminal 20 at t is estimated (S500). The displacement vector may be included in the second radio wave transmitted from the mobile terminal 20, in which case the radio unit 110 of the fixed station 10 receives the second radio wave including the displacement vector. After that, the position estimation unit 180 can estimate the position of the mobile terminal 20 at the absolute time t + k by adding the displacement vector to the position of the mobile terminal 20 at the absolute time t.

(作用効果)
以上説明した処理例Cでも、処理例Aと同様に、各固定局10で得られたカウンタ値そのものでなく、差分変化量に基づいて移動端末20の位置が推定される。従って、処理例Cによれば、移動端末20の既知の位置が無くても、汎用的な発振器を用いて移動端末20の位置を高精度に推定することが可能である。
(Action effect)
Also in the processing example C described above, the position of the mobile terminal 20 is estimated based on the difference change amount, not the counter value itself obtained by each fixed station 10, as in the processing example A. Therefore, according to the processing example C, it is possible to estimate the position of the mobile terminal 20 with high accuracy by using a general-purpose oscillator even if there is no known position of the mobile terminal 20.

<7.ハードウェア構成>
以上、本発明の実施形態を説明した。上述した差分変化量の算出および位置推定などの情報処理は、ソフトウェアと、以下に説明する固定局10のハードウェアとの協働により実現される。
<7. Hardware configuration>
The embodiments of the present invention have been described above. Information processing such as the calculation of the difference change amount and the position estimation described above is realized by the cooperation between the software and the hardware of the fixed station 10 described below.

図13は、固定局10のハードウェア構成を示したブロック図である。固定局10は、CPU(Central Processing Unit)301と、ROM(Read Only Memory)302と、RAM(Random Access Memory)303と、ホストバス304と、を備える。また、固定局10は、ブリッジ305と、外部バス306と、インタフェース307と、入力装置308と、表示装置309と、音声出力装置310と、ストレージ装置(HDD)311と、ドライブ312と、ネットワークインタフェース315とを備える。 FIG. 13 is a block diagram showing the hardware configuration of the fixed station 10. The fixed station 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 301, a ROM (Read Only Memory) 302, a RAM (Random Access Memory) 303, and a host bus 304. Further, the fixed station 10 includes a bridge 305, an external bus 306, an interface 307, an input device 308, a display device 309, an audio output device 310, a storage device (HDD) 311 and a drive 312, and a network interface. It is equipped with 315.

CPU301は、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って固定局10内の動作全般を制御する。また、CPU301は、マイクロプロセッサであってもよい。ROM302は、CPU301が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM303は、CPU301の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらはCPUバスなどから構成されるホストバス304により相互に接続されている。これらCPU301、ROM302およびRAM303とソフトウェアとの協働により、上述したカウンタ差分算出部160、差分変化量算出部170および位置推定部180などの機能を実現し得る。 The CPU 301 functions as an arithmetic processing unit and a control device, and controls the overall operation in the fixed station 10 according to various programs. Further, the CPU 301 may be a microprocessor. The ROM 302 stores programs, calculation parameters, and the like used by the CPU 301. The RAM 303 temporarily stores a program used in the execution of the CPU 301, parameters that change appropriately in the execution, and the like. These are connected to each other by a host bus 304 composed of a CPU bus or the like. By collaborating with the CPU 301, the ROM 302, the RAM 303, and the software, the above-mentioned functions such as the counter difference calculation unit 160, the difference change amount calculation unit 170, and the position estimation unit 180 can be realized.

ホストバス304は、ブリッジ305を介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バス306に接続されている。なお、必ずしもホストバス304、ブリッジ305および外部バス306を分離構成する必要はなく、1つのバスにこれらの機能を実装してもよい。 The host bus 304 is connected to an external bus 306 such as a PCI (Peripheral Component Interconnect / Interface) bus via a bridge 305. It is not always necessary to separately configure the host bus 304, the bridge 305, and the external bus 306, and these functions may be implemented in one bus.

入力装置308は、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、センサ、スイッチおよびレバーなどユーザが情報を入力するための入力手段と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、CPU301に出力する入力制御回路などから構成されている。固定局10のユーザは、該入力装置308を操作することにより、固定局10に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。 The input device 308 includes input means for the user to input information such as a mouse, keyboard, touch panel, buttons, microphone, sensor, switch and lever, and an input that generates an input signal based on the input by the user and outputs the input signal to the CPU 301. It is composed of a control circuit and the like. By operating the input device 308, the user of the fixed station 10 can input various data to the fixed station 10 and instruct the fixed station 10 to perform a processing operation.

表示装置309は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ(LCD)装置、プロジェクター装置、OLED(Organic Light Emitting Diode)装置およびランプなどの表示装置を含む。また、音声出力装置310は、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置を含む。 The display device 309 includes, for example, a display device such as a CRT (Cathode Ray Tube) display device, a liquid crystal display (LCD) device, a projector device, an OLED (Organic Light Emitting Mode) device, and a lamp. Further, the audio output device 310 includes an audio output device such as a speaker and headphones.

ストレージ装置311は、本実施形態にかかる固定局10の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置311は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置などを含んでもよい。ストレージ装置311は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid Strage Drive)、あるいは同等の機能を有するメモリ等で構成される。このストレージ装置311は、ストレージを駆動し、CPU301が実行するプログラムや各種データを格納する。 The storage device 311 is a data storage device configured as an example of the storage unit of the fixed station 10 according to the present embodiment. The storage device 311 may include a storage medium, a recording device for recording data on the storage medium, a reading device for reading data from the storage medium, a deleting device for deleting the data recorded on the storage medium, and the like. The storage device 311 is composed of, for example, an HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid Stage Drive), or a memory having an equivalent function. The storage device 311 drives the storage and stores programs and various data executed by the CPU 301.

ドライブ312は、記憶媒体用リーダライタであり、固定局10に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ312は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体24に記録されている情報を読み出して、RAM303またはストレージ装置311に出力する。また、ドライブ312は、リムーバブル記憶媒体24に情報を書き込むこともできる。 The drive 312 is a reader / writer for a storage medium, and is built in or externally attached to the fixed station 10. The drive 312 reads the information recorded in the removable storage medium 24 such as the mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 303 or the storage device 311. The drive 312 can also write information to the removable storage medium 24.

ネットワークインタフェース315は、例えば、に接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。また、ネットワークインタフェース315は、無線LAN(Local Area Network)対応通信装置であっても、有線による通信を行うワイヤー通信装置であってもよい。 The network interface 315 is, for example, a communication interface composed of a communication device or the like for connecting to. Further, the network interface 315 may be a wireless LAN (Local Area Network) compatible communication device or a wire communication device that performs wired communication.

なお、上述した移動端末20のハードウェア構成は固定局10にも適用可能であるので、固定局10のハードウェア構成の詳細な説明を省略する。 Since the hardware configuration of the mobile terminal 20 described above can be applied to the fixed station 10, a detailed description of the hardware configuration of the fixed station 10 will be omitted.

<8.補足>
なお、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
<8. Supplement>
Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.

例えば、本明細書の固定局10の処理における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、固定局10の処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。 For example, each step in the processing of the fixed station 10 of the present specification does not necessarily have to be processed in chronological order in the order described as a flowchart. For example, each step in the processing of the fixed station 10 may be processed in an order different from the order described in the flowchart, or may be processed in parallel.

また、固定局10に内蔵されるCPU、ROMおよびRAMなどのハードウェアに、上述した固定局10の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。 Further, it is possible to create a computer program for causing the hardware such as the CPU, ROM, and RAM built in the fixed station 10 to exhibit the same functions as each configuration of the fixed station 10 described above. A storage medium for storing the computer program is also provided.

10 固定局
110 無線部
120 サンプリング部
130 発振器
140 カウンタ値計算部
150 カウンタ値通信部
160 カウンタ差分算出部
170 差分変化量算出部
180 位置推定部
20 移動端末
210 変位計算部
220 送信指示部
230 無線部


10 Fixed station 110 Radio unit 120 Sampling unit 130 Oscillator 140 Counter value calculation unit 150 Counter value communication unit 160 Counter difference calculation unit 170 Difference change amount calculation unit 180 Position estimation unit 20 Mobile terminal 210 Displacement calculation unit 220 Transmission instruction unit 230 Radio unit


Claims (8)

3以上の固定局の各々において計算される時刻のカウンタ値を用いて端末の位置を推定する位置推定装置であって、
各固定局に端末から送信された第1の電波が到来した時点を示す各固定局において計算された第1のカウンタ値、および、各固定局に端末から送信された第2の電波が到来した時点を示す各固定局において計算された第2のカウンタ値を取得するカウンタ値取得部と、
2つの固定局の間での前記第1のカウンタ値の差分である第1の差分、および前記2つの固定局の間での前記第2のカウンタ値の差分である第2の差分を算出するカウンタ差分算出部と、
前記第1の差分から前記第2の差分への変化量である差分変化量を算出する差分変化量算出部と、
前記3以上の固定局のうちで2つの固定局の複数の組み合わせの各々について算出された複数の前記差分変化量、および前記3以上の固定局の位置に基づいて、前記端末の位置を推定する位置推定部と、
を備える、位置推定装置。
It is a position estimation device that estimates the position of a terminal using the counter value of the time calculated in each of three or more fixed stations.
The first counter value calculated at each fixed station indicating the time when the first radio wave transmitted from the terminal arrived at each fixed station, and the second radio wave transmitted from the terminal arrived at each fixed station. A counter value acquisition unit that acquires a second counter value calculated at each fixed station indicating a time point, and a counter value acquisition unit.
Calculate the first difference, which is the difference between the first counter values between the two fixed stations, and the second difference, which is the difference between the second counter values between the two fixed stations. Counter difference calculation unit and
A difference change amount calculation unit that calculates a difference change amount that is a change amount from the first difference to the second difference, and a difference change amount calculation unit.
The position of the terminal is estimated based on the plurality of differential changes calculated for each of the plurality of combinations of the two fixed stations among the three or more fixed stations and the positions of the three or more fixed stations. Position estimation unit and
A position estimation device.
前記位置推定部は、前記複数の差分変化量、前記3以上の固定局の位置に加えて、前記端末が前記第1の電波を送信した時点における前記端末の位置である第1の位置に基づき、前記端末が前記第2の電波を送信した時点における前記端末の位置である第2の位置を推定する、請求項1に記載の位置推定装置。 The position estimation unit is based on the plurality of differential changes, the positions of the three or more fixed stations, and the first position, which is the position of the terminal at the time when the terminal transmits the first radio wave. The position estimation device according to claim 1, wherein the second position, which is the position of the terminal at the time when the terminal transmits the second radio wave, is estimated. 前記位置推定部は、
前記2つの固定局の複数の組み合わせの各々について、2つの固定局の各々から前記第1の位置までの距離の差分である第1の距離差分と、当該2つの固定局の組み合わせについて算出された差分変化量に電波の伝搬速度を乗じて得られる距離との和を算出し、当該和が当該2つの固定局の各々から前記第2の位置までの距離の差分である第2の距離差分に等しいとする方程式を得て、
前記複数の組み合わせの各々について得られた複数の前記方程式を解くことで前記第2の位置を推定する、請求項2に記載の位置推定装置。
The position estimation unit
For each of the plurality of combinations of the two fixed stations, the first distance difference, which is the difference in the distance from each of the two fixed stations to the first position, and the combination of the two fixed stations were calculated. The sum of the difference change amount and the distance obtained by multiplying the propagation speed of the radio wave is calculated, and the sum is the second distance difference, which is the difference in the distance from each of the two fixed stations to the second position. Get the equation to be equal,
The position estimation device according to claim 2, wherein the second position is estimated by solving a plurality of the equations obtained for each of the plurality of combinations.
前記第1の位置は既知である、請求項2または3に記載の位置推定装置。 The position estimation device according to claim 2 or 3, wherein the first position is known. 前記位置推定部は、
前記第1の位置として複数の仮位置を設定し、
前記複数の仮位置の各々に基づく推定により得られた複数の第2の位置の各々の尤度を評価し、
各第2の位置の推定に用いられた仮位置に、各第2の位置の尤度に応じた重み付けを行い、
重み付けされた前記複数の仮位置に基づき、前記端末が前記第1の電波を送信した時点における前記端末のより確からしい位置を推定する、請求項3に記載の位置推定装置。
The position estimation unit
A plurality of temporary positions are set as the first position, and
The likelihood of each of the plurality of second positions obtained by the estimation based on each of the plurality of temporary positions is evaluated.
The temporary positions used to estimate each second position are weighted according to the likelihood of each second position.
The position estimation device according to claim 3, wherein a more probable position of the terminal at the time when the terminal transmits the first radio wave is estimated based on the weighted plurality of temporary positions.
前記位置推定部は、前記複数の差分変化量、前記3以上の固定局の位置に加えて、前記端末において計算された、前記第1の電波の送信時点から前記第2の電波の送信時点までの前記端末の変位ベクトルに基づき、前記端末の位置を推定する、請求項1に記載の位置推定装置。 The position estimation unit, in addition to the plurality of differential changes and the positions of the three or more fixed stations, from the time of transmission of the first radio wave to the time of transmission of the second radio wave calculated by the terminal. The position estimation device according to claim 1, wherein the position of the terminal is estimated based on the displacement vector of the terminal. 前記位置推定部は、
前記2つの固定局の複数の組み合わせの各々について、2つの固定局の各々から前記第1の電波の送信時点における前記端末の位置である第1の位置までの差分である第1の距離差分と、当該2つの固定局の組み合わせについて算出された差分変化量に電波の伝搬速度を乗じて得られる距離との和が、前記第1の位置に前記変位ベクトルを加えた後の第2の位置までの当該2つの固定局からの距離の差分である第2の距離差分に等しいとする方程式を得て、
前記複数の組み合わせの各々について得られた複数の前記方程式を解くことで前記第1の位置を推定する、請求項6に記載の位置推定装置。
The position estimation unit
For each of the plurality of combinations of the two fixed stations, the first distance difference, which is the difference from each of the two fixed stations to the first position, which is the position of the terminal at the time of transmitting the first radio wave, and the first distance difference. , The sum of the distance obtained by multiplying the difference change amount calculated for the combination of the two fixed stations by the propagation speed of the radio wave is up to the second position after adding the displacement vector to the first position. Obtain an equation that is equal to the second distance difference, which is the difference between the distances from the two fixed stations.
The position estimation device according to claim 6, wherein the first position is estimated by solving a plurality of the equations obtained for each of the plurality of combinations.
3以上の固定局の各々において計算される時刻のカウンタ値を用いて端末の位置を推定する位置推定装置において実行される位置推定方法であって、
各固定局に端末から送信された第1の電波が到来した時点を示す各固定局において計算された第1のカウンタ値、および、各固定局に端末から送信された第2の電波が到来した時点を示す各固定局において計算された第2のカウンタ値を取得することと、
2つの固定局の間での前記第1のカウンタ値の差分である第1の差分、および前記2つの固定局の間での前記第2のカウンタ値の差分である第2の差分を算出することと、
前記第1の差分から前記第2の差分への変化量である差分変化量を算出することと、
前記3以上の固定局のうちで2つの固定局の複数の組み合わせの各々について算出された複数の前記差分変化量、および前記3以上の固定局の位置に基づいて、前記端末の位置を推定することと、
を含む、位置推定方法。
It is a position estimation method executed in a position estimation device that estimates the position of a terminal using a counter value of time calculated in each of three or more fixed stations.
The first counter value calculated at each fixed station indicating the time when the first radio wave transmitted from the terminal arrived at each fixed station, and the second radio wave transmitted from the terminal arrived at each fixed station. Acquiring the second counter value calculated at each fixed station indicating the time point,
Calculate the first difference, which is the difference between the first counter values between the two fixed stations, and the second difference, which is the difference between the second counter values between the two fixed stations. That and
To calculate the difference change amount, which is the change amount from the first difference to the second difference,
The position of the terminal is estimated based on the plurality of differential changes calculated for each of the plurality of combinations of the two fixed stations among the three or more fixed stations and the positions of the three or more fixed stations. That and
Position estimation methods, including.
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