JP2021124333A - 模擬ｇｐｓ信号を用いた位置検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】屋内や地下、トンネル内、あるいはＧＰＳ信号がマルチパスとなり易い場所においても、移動体の正確な位置情報を得る事のできる位置検知システムを提供する。【解決手段】移動体１８に搭載されてＧＰＳ信号を受信すると共に、当該ＧＰＳ信号に基づく位置情報を地図情報に反映可能な受信機１２と、移動体１８の移動経路に沿って複数配置され、それぞれ個別の模擬ＧＰＳ信号を出力する送信機１４と、を有し、送信機１４が出力する模擬ＧＰＳ信号は、それぞれの送信機１４の配置位置として地図情報上で定めた緯度と経度を得るために必要とされる信号と合致するように生成された信号であり、前記信号を記録した送信機１４をそれぞれ、地図情報上で定めた緯度と経度の位置に配置していることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）に係り、特に、通常のＧＰＳ信号が到達しづらい屋内や地下、トンネル内、あるいはＧＰＳ信号がマルチパスとなり易い場所において正確に位置情報を取得する場合に好適な位置検知システムに関する。

車両に搭載されたカーナビゲーションシステム（以下、カーナビと称す）や、高機能型形態電話システム（以下、スマートフォンと称す）におけるＧＰＳを利用した位置情報管理は通常、３つ以上のＧＰＳ衛星から出力された信号（以下、ＧＰＳ信号と称す）を受信することによって成される。具体的には、ＧＰＳ信号を受信することによって得られる各ＧＰＳ衛星と受信機（カーナビやスマートフォン）との相対的な距離と、既知の位置情報（信号を出力したＧＰＳ衛星の位置情報）とから、ＧＰＳ衛星から放射状に出力されるＧＰＳ信号の交点を求めることで成される。

しかし、山間部や高層ビル群の近くでは、ＧＰＳ信号が、山や建物に反射、吸収されてしまうため、ＧＰＳ信号の交点を絞る事ができない場合があり、正確な位置情報を得る事ができない場合がある。また、屋内や地下、トンネル内などは、ＧＰＳ信号が到達しないため、ＧＰＳ信号に基づく位置情報の取得を行うことができない。

このような実状の中、地下駐車場のようなＧＰＳ信号を取得できない場所では、例えば特許文献１に開示されているようなＡ−ＧＰＳ（Assisted GPS）と呼ばれるシステムが利用されている。Ａ−ＧＰＳは、移動体に搭載されている受信機が通信している基地局やアンテナの設置場所に基づいて受信機の現在位置を予測するといったシステムである。

また、道路における車両の位置情報を取得する技術としては、特許文献２に開示されているようなものも知られている。特許文献２に開示されている技術は、電波マーカを道路に敷設して車両の走行位置（電波マーカ敷設位置に対してどの位置を走行しているか）を特定するシステムであり、複数の電波マーカを車両の進行方向と交差する方向に敷設する事で、走行情報も取得可能な構成としている。

特開２０１６−１９７８１２号公報 特開２００４−５３１３号公報

確かに、上記特許文献１に開示されているような技術によれば、ＧＰＳ信号を直接受信することのできない場所であっても移動体の位置情報を得る事ができる。しかし、Ａ−ＧＰＳは、移動体が通信を行っている基地局等の位置情報に基づく予測であるため、正確な位置情報を得る事が難しいという問題がある。

また、特許文献２に開示されている技術では、特定の走行車線において移動体（車両等）がどの位置（斜線の幅方向位置）に存在するかを特定する技術を基にして、減速や停止等の情報を付加したものであり、地図情報における位置（緯度や経度）を特定する事はできない。

そこで本発明では、屋内や地下、トンネル内、あるいはＧＰＳ信号がマルチパスとなり易い場所においても、移動体の正確な位置情報を得る事のできる位置検知システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る位置検知システムは、移動体に搭載されてＧＰＳ信号を受信すると共に、当該ＧＰＳ信号に基づく位置情報を地図情報に反映可能な受信機と、前記移動体の移動経路に沿って複数配置され、それぞれ個別の模擬ＧＰＳ信号を出力する送信機と、を有し、前記送信機が出力する模擬ＧＰＳ信号は、それぞれの送信機の配置位置として地図情報上で定めた緯度と経度を得るために必要とされる信号と合致するように生成された信号であり、前記信号を記録した前記送信機をそれぞれ、前記地図情報上で定めた緯度と経度の位置に配置していることを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する位置検知システムでは、前記移動体は車両とし、前記送信機は、前記車両の走行車線の中心近傍に埋め込まれていることを特徴とする。このような配置形態とすることで、移動体である車両が、車線の中心を走行していない場合、すなわち車線の片側に寄っている場合であっても、受信機は、模擬ＧＰＳ信号を受信しやすくなる。

また、上記のような特徴を有する位置検知システムでは、複数の前記送信器の配置間隔は、それぞれの送信機から出力される模擬ＧＰＳ信号の到達距離よりも長いことを特徴とする。このような特徴を有する事によれば、複数の模擬ＧＰＳ信号が干渉し、受信機が一度に複数の模擬ＧＰＳ信号を受信してしまい、位置情報の算出が困難になるという事態を防ぐことができる。

また、上記のような特徴を有する位置検知システムでは、前記受信機は、複数の模擬ＧＰＳ信号を受信した場合には、最も強いエネルギーの模擬ＧＰＳ信号に基づいて位置情報を算出することを特徴とする。このような特徴を有する事によれば、仮に、一度に複数の模擬ＧＰＳ信号を受信した場合であっても、位置情報の算出を行う事が可能となる。

さらに、上記のような特徴を有する位置検知システムでは、前記送信機は、屋内や地下、トンネル内などに配置されていることを特徴とする。このような特徴を有する事によれば、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号が到達しない場所であっても、移動体の正確な位置を把握する事が可能となる。

上記のような特徴を有する位置検知システムによれば、屋内や地下、トンネル内、あるいはＧＰＳ信号がマルチパスとなり易い場所においても、移動体の正確な位置情報を得る事が可能となる。

実施形態に係る位置検知システムの基本構成を示すブロック図である。 発明に係る位置検知システムを適用する際の実施例を示す側面図である。 実施例に係る送信機を走行車線に埋設する際の配置例を示す図である。 送信機を天井面に配置する場合の例を示す図である。

以下、本発明の位置検知システムに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明を実施する上での好適な形態の一部であり、その効果を奏する限りにおいて、構成の一部に変更を加えたとしても本発明の実施とみなすことができる。

［基本構成］
以下に詳細を示す位置検知システムの実施形態における基本的な構成について、図１を参照して説明する。以下の実施形態に係る位置検知システム１０の基本的な構成は、少なくともＧＰＳ衛星から出力される信号（ＧＰＳ信号）を受信可能な受信機１２と、固有のＧＰＳ信号を出力可能な送信機１４、及び受信機１２が受信したＧＰＳ信号に基づいて導き出される位置情報を表示する表示手段１６とを備える事により成り立つ。具体的には、受信機１２は、車両等の移動体１８に搭載されるようにすると良い。なお、ここでいう移動体１８とは、必ずしも機械的な要素である必要は無く、例えばＧＰＳ信号を受信可能な高機能型形態電話（スマートフォン）を保有する人であっても良い。移動時における位置情報を正確に捉えるという点においては、車両であろうが、人であろうが相違無いからである。

［受信機］
受信機１２は、ＧＰＳ信号を受信することのできるアンテナと、受信したＧＰＳ信号に基づく位置情報（少なくとも緯度と経度の情報）の算出を行う事ができる演算手段（いずれも不図示）を備えるものであれば良い。受信機１２は、地図情報を記録、あるいは通信ネットワークを介して入手可能な機能を備えた表示手段１６（例えばナビゲーションシステム）に接続されており、算出したＧＰＳ信号に基づく位置情報を表示手段１６に出力する機能を有する。

表示手段１６は、受信機１２を介して入力された位置情報を、移動体１８の現在位置として地図情報に反映させ、地図情報と共に視認可能に表示する機能を有する。これにより、表示手段１６に表示された地図情報を見た運転者やスマートフォン等のユーザは、自身が地図情報上の何処に居るのかを把握することができる。

［送信機］
送信機１４は、受信機１２に対して模擬ＧＰＳ信号を出力する役割を担うマーカである。ここで、模擬ＧＰＳ信号とは、疑似的に作り出したＧＰＳ信号を送信機１４に記憶させる事により、疑似的に作りだしたＧＰＳ信号により特定される箇所が現在位置であると推定させる役割を担う信号である。よって、送信機１４には、少なくとも、模擬ＧＰＳ信号を記録するための記憶部と、模擬ＧＰＳ信号を出力するためのアンテナ、及び模擬ＧＰＳ信号を入力するためのポート等（いずれも不図示）を備える構成とすれば良い。

ここで、模擬ＧＰＳ信号は、既存のＧＰＳ信号発生器などを利用して、送信機１４を設置する場所の位置情報（少なくとも緯度と経度の情報）に対するＧＰＳ信号を生成し、これを送信機１４の記憶部にインストールする。このような信号登録処理が成された送信機１４は、インストールされたＧＰＳ信号（＝模擬ＧＰＳ信号）を所定の間隔で、あるいは連続的に出力し続けることが可能となる。送信機１４から出力された模擬ＧＰＳ信号を受信機１２が受信すると、受信機１２は、模擬ＧＰＳ信号に基づいて算出される緯度と経度の場所に存在していると判定し、表示手段１６の地図情報には、当該位置が示されることとなる。

このため、模擬ＧＰＳ信号がインストールされた送信機１４を、模擬ＧＰＳ信号が示す位置情報の位置に配置する事で、この送信機１４の近傍を通過する移動体１８は、模擬ＧＰＳ信号に基づいて位置情報を得る事が可能となる。よって、屋内や地下、あるいはトンネル等、ＧＰＳ衛星からの信号（ＧＰＳ信号）が到達しない、あるいは到達し辛い場所や、高層ビルなどの影響により、ＧＰＳ信号にマルチパスが生じやすい場所などであっても、受信機１２を搭載した移動体１８の位置情報を正確に得る事が可能となる。

［実施例］
次に、上記のような基本的構成を有する位置検知システム１０の運用を行う場合の例について、図２、及び図３を参照して説明する。
本実施例においては、移動体１８として自動車等の車両を採用し、受信機１２は、車両の底面側に配置する。また、受信機１２は表示手段１６としてのナビゲーションシステムに接続され、受信した模擬ＧＰＳ信号に基づく位置情報を表示手段１６に出力可能な構成としている。受信機１２を車両の底面側に配置する事により、詳細を後述する送信機１４を路面に埋設した場合に、路面方向から出力される模擬ＧＰＳ信号が、車両のフレームやエンジン等の金属部品により、減衰・拡散してしまう事を防ぐことができる。

また、本実施例では、送信機１４は、車両が走行する路面に埋設されている。送信機１４は、図３に示すように、走行車線毎に設けられる（図３に示す例では３車線）。送信機１４は、各走行車線において中心近傍に設けられるようにしている。各走行車線の中心近傍に送信機１４を配置する構成とすれば、移動体１８である車両が、車線の中心を走行していない場合であっても、受信機１２は、模擬ＧＰＳ信号を受信しやすくなるからである。複数の送信機１４の配置間隔については、特に規定するものでは無いが、各送信機１４から出力される模擬ＧＰＳ信号の到達距離よりも長い間隔、あるいは模擬ＧＰＳ信号の減衰が大きくなる間隔とすると良い。

例えば、模擬ＧＰＳ信号の減衰距離を１ｍ程度とした場合、送信機１４の配置間隔は、５ｍ程度とすると良い。模擬ＧＰＳ信号を重複して受信する事が無くなると共に、一般的な乗用車の車両長さが、５ｍ以下程度だからである。なお、各車線間における配置間隔は、各車線における車線幅のピッチ単位とすれば良く、一般的には３〜４ｍ程度とすることができる。なお、送信機１４を埋設する路面環境としては、例えばトンネル内など、通常のＧＰＳ信号が到達しない場所とすると良い。

［効果］
このような構成の位置検知システム１０によれば、屋内や地下、トンネル内、あるいはＧＰＳ信号がマルチパスとなり易い場所においても、移動体１８の正確な位置情報を得る事が可能となる。また、例えば図３に示すような３車線道路においては、中央の車線から左側の車線へ斜線変更した場合であっても、受信機１２は、移動体１８の位置情報を確実に取得することができる。このため、表示手段１６には、地図情報上に正確に、車両の位置情報が反映されることとなる。

また、このような構成の位置検知システム１０であれば、利用者側（車両の保有者側）は、特別な機器を導入する事無くシステムを利用することが可能となり、システムを導入するにあたって生じる利用者側の負担を減らすことができる。また、このように、斜線変更時における位置情報まで正確に得る事ができるようになる事で、車両の完全な自動運転の実現にも寄与することができる。なお、図３において、斜線によってハッチングが施されている送信機１４からの模擬ＧＰＳ信号が、受信機１２が受信する模擬ＧＰＳ信号となる。

このような構成の位置検知システム１０では、例えば受信機１２が複数の模擬ＧＰＳ信号を受信した場合には、最も強いエネルギーを持つ模擬ＧＰＳ信号に基づいて位置情報を算出する構成としても良い。複数の送信機１４から、それぞれ模擬ＧＰＳ信号が同じ出力で発信されている場合、受信機１２側が信号を受信した際に強いエネルギー（受信感度が高い）信号の送信機１４ほど近くに存在すると想定することができるからである。

また、トンネルや駐車場、屋内などに本発明に係る位置検知システム１０を適用する場合、送信機１４は図４に示すように、天井面に配置するようにしても良い。通常のＧＰＳ信号を受信する受信機１２は、車両のダッシュボード付近に配置されている（図４においては、図２と同様に車両の底面側に配置しているように示している）。このため、車両の上方からの信号であれば、共通の受信機１２によりＧＰＳ信号と模擬ＧＰＳ信号双方を受信することが可能となる。なお、送信機１４を天井面に配置する場合、送信機１４を路面に埋設する場合に比べて、送信機１４から受信機１２までの距離が長くなる。このため、送信機１４側の出力波に指向性を持たせ、隣接する送信機１４から出力される模擬ＧＰＳ信号との干渉を避けるようにすると良い。

また、上記実施形態では、模擬ＧＰＳ信号を生成する際の位置情報として、緯度と経度のみを挙げていたが、高さ情報を付加し、緯度と経度、及び高さを含む位置情報に基づいて模擬ＧＰＳ信号を生成するようにしても良い。このような構成とした場合、立体駐車場や屋内などにおいても、何階に位置しているのかを知る事ができるようになる。

１０………位置検知システム、１２………受信機、１４………送信機、１６………表示手段、１８………移動体。

Claims (5)

1. 移動体に搭載されてＧＰＳ信号を受信すると共に、当該ＧＰＳ信号に基づく位置情報を地図情報に反映可能な受信機と、
   前記移動体の移動経路に沿って複数配置され、それぞれ個別の模擬ＧＰＳ信号を出力する送信機と、を有し、
   前記送信機が出力する模擬ＧＰＳ信号は、それぞれの送信機の配置位置として地図情報上で定めた緯度と経度を得るために必要とされる信号と合致するように生成された信号であり、前記信号を記録した前記送信機をそれぞれ、前記地図情報上で定めた緯度と経度の位置に配置していることを特徴とする位置検知システム。
2. 前記移動体は車両とし、
   前記送信機は、前記車両の走行車線の中心近傍に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の位置検知システム。
3. 複数の前記送信器の配置間隔は、それぞれの送信機から出力される模擬ＧＰＳ信号の到達距離よりも長いことを特徴とする請求項１または２に記載の位置検知システム。
4. 前記受信機は、複数の模擬ＧＰＳ信号を受信した場合には、最も強いエネルギーの模擬ＧＰＳ信号に基づいて位置情報を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置検知システム。
5. 前記送信機は、屋内や地下、トンネル内などに配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置検知システム。

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