JP2022111562A - 位置計測装置および位置計測システム - Google Patents

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Abstract

【課題】少なくとも３つの信号に基づいて、高精度な位置計測を実現する位置計測装置等を提供する。【解決手段】制御対象装置に搭載される位置計測装置１２であって、所定の位置に対応付けられた位置情報と送信時刻が関連付けられたデータを含む第１信号を受信する第１信号受信部１２１と、原子時計１２２と、少なくとも３つの第１信号に含まれるデータと、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて制御対象装置の位置を計算する位置計算部１２３と、算出された制御対象装置の位置に関する位置情報を含む第３信号を出力する出力部１２５と、を備える位置計測装置１２とする。【選択図】図３

Description

本開示は、信号を用いて位置を計測する位置計測装置等に関する。
ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いた位置計測では、受信側の時計の精度が低いため、受信時刻を未知数として、少なくとも４機の人工衛星から衛星信号を受信する必要がある。しかしながら、人工衛星の位置や障害物の影響などによって、４機の人工衛星から衛星信号を受信できない状況もある。そのような状況では、受信側の位置を高精度で特定できない。
特許文献１には、３つ以上の飛行体から送信される信号に基づいて、位置を測定する位置測定システムについて開示されている。具体的には、特許文献１のシステムは、位置が正確に判明している４つ以上の地上固定局から、地上局側の位置情報／時刻情報の電波を上空の飛行体に向けて送信する。各飛行体は、時計を有し、地上固定局からの信号を受けて、リアルタイムの自己の位置を測定し、位置の測定結果を時刻とともに地上側に向けて送信する。地上の移動局に設けられた位置測定装置は、上空の飛行体からの信号を受けて、自己の時計のデータを基にして、リアルタイムの位置を測定する。
特許文献２には、移動体通信システムの信号と衛星測位システムの信号を用いて当該通信システムの移動端末の動的ナビゲーションを導出する方法について開示されている。移動体通信システムの移動端末は、送信源受信機、衛星測位受信機、および端末クロックを備える。送信源受信機は、セルラ通信ネットワークに含まれる、１つ以上の同期していない地上送信源からの信号を受信する。衛星測位受信機は、衛星測位システムの衛星からの信号を受信する。特許文献２の方法では、受信機によって生成された測定値を表す値のリストと、端末クロックに関係する情報とを有する測定値ベクトル、以前に決定された状態ベクトル、および動的モデルとを用いてシステムの現状態を表す状態ベクトルを計算する。特許文献２の方法では、算出された状態ベクトルを用いて移動端末の動的ナビゲーションを導出する。
特開２００１－３１１７６９号公報 特表２０１０－５０３８３６号公報
特許文献１の手法では、３つ以上の飛行体の各々の位置情報／時刻情報に基づいて、地上の移動局に設けられた位置測定装置が自己の位置を測定する。３つ以上の飛行体は、地上の座標系に対して固定されているわけではないため、４つ以上の地上局側の位置情報／時刻情報の電波に基づいてそれらの位置が特定されたとしても、特定された位置の精度には限界がある。すなわち、特許文献１の手法では、位置が不安定な飛行体の位置に基づいて移動局の位置を測定するため、位置の測定精度が低かった。
特許文献２の手法では、複数の送受信基地局を有するセルラ移動体通信ネットワークからの信号と、複数の衛星を有する衛星測位システムからの信号とを用いて移動端末の位置を計測する。移動端末の時計は、送受信基地局や衛星の時計よりも精度が低い。そのため、特許文献２の手法では、４つの以上の送受信基地局および衛星から受信された信号を用いなければ、移動端末の正確な位置を計測できなかった。
本開示の目的は、少なくとも３つの信号に基づいて、高精度な位置計測を実現する位置計測装置等を提供することにある。
本開示の一態様の位置計測装置は、制御対象装置に搭載される位置計測装置であって、所定の位置に対応付けられた位置情報と送信時刻が関連付けられたデータを含む第１信号を受信する第１信号受信部と、原子時計と、少なくとも３つの第１信号に含まれるデータと、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて制御対象装置の位置を計算する位置計算部と、算出された制御対象装置の位置に関する位置情報を含む第３信号を出力する出力部と、を備える。
本開示の一態様の位置計測システムは、所定の位置に配置され、人工衛星から送信された第２信号を用いて算出される正確な送信時刻と、所定の位置に関する位置情報とが関連付けられたデータを含む第１信号を生成し、生成された第１信号を送信する複数の送信装置と、制御対象装置に搭載され、原子時計を実装し、第１信号を受信し、少なくとも３つの第１信号に含まれるデータと、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて制御対象装置の位置を計算し、算出された制御対象装置の位置に関する位置情報を含む第３信号を出力する位置計測装置と、を備える。
本開示によれば、少なくとも３つの信号に基づいて、高精度な位置計測を実現する位置計測装置等を提供することが可能になる。
第１の実施形態に係る位置計測システムの構成の一例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る位置計測システムの送信装置の構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る位置計測システムの位置計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る位置計測システムの送信装置の動作の一例について説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に係る位置計測システムの位置計測装置の動作の一例について説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に係る位置計測システムの適用例１について説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る位置計測システムの適用例２について説明するための概念図である。 第２の実施形態に係る位置計測システムの構成の一例を示す概念図である。 第２の実施形態に係る位置計測システムの送信装置の構成の一例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る位置計測システムの位置計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る位置計測システムの送信装置の動作の一例について説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態に係る位置計測システムの位置計測装置の動作の一例について説明するためのフローチャートである。 第３の実施形態に係る送信装置の構成の一例を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る位置計測システムの位置計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る位置計測システムの位置計測装置の動作の一例について説明するためのフローチャートである。 第３の実施形態に係る位置計測システムの適用例３について説明するための概念図である。 第３の実施形態に係る位置計測システムの適用例４について説明するための概念図である。 第４の実施形態に係る送信装置の構成の一例を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る位置計測システムの位置計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る位置計測システムの位置計測装置の動作の一例について説明するためのフローチャートである。 第４の実施形態に係る位置計測システムの適用例５について説明するための概念図である。 第４の実施形態に係る位置計測システムの適用例６について説明するための概念図である。 第４の実施形態に係る位置計測システムの適用例７について説明するための概念図である。 第５の実施形態に係る位置計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 各実施形態に係る位置計測システムの送信装置および位置計測装置の処理を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成／動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る位置計測システムの一例について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の位置計測システムは、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送信されたＧＰＳ信号（衛星信号や第２信号とも呼ぶ）を用いて算出された時刻と、既知の位置とを関連付けたデータを含む信号（位信号や第１信号とも呼ぶ）を用いて原子時計を搭載した移動体の位置を計測する。
（構成）
図１は、本実施形態の位置計測システム１の構成の一例を示す概念図である。位置計測システム１は、送信装置１１と位置計測装置１２を備える。位置計測システム１は、少なくとも３つの送信装置１１を備える。各々の送信装置１１は、位置が特定された所定の位置に配置される。位置計測装置１２は、移動体（図示しない）などの位置計測の対象物に搭載される。位置計測装置１２の数については、特に限定しない。
〔送信装置〕
図２は、送信装置１１の構成の一例を示すブロック図である。送信装置１１は、第２信号受信部１１１、記憶部１１２、第１信号生成部１１３、および第１信号送信部１１５を有する。なお、記憶部１１２に記憶された情報をその他の構成部が保持できる場合は、記憶部１１２を省略してもよい。
第２信号受信部１１１は、複数の人工衛星１００（ＧＰＳ衛星とも呼ぶ）から送信される第２信号を受信する。例えば、第２信号受信部１１１は、Ｌ１波（１５７５．４２メガヘルツ）やＬ２波（１２２７．６０メガヘルツ）の周波数帯の第２信号を受信する。
記憶部１１２は、送信装置１１が配置された位置に関する情報（位置情報とも呼ぶ）を記憶する。例えば、記憶部１１２には、送信装置１１が配置された位置の緯度や経度などの位置座標を含む位置情報が記憶される。例えば、送信装置１１が配置された位置座標が、「北緯３５度３４分２８．０秒、東経１３９度３９分５５．３秒」である場合、「３５．５７４４５４、１３９．６６５３６７」という位置情報が記憶部１１２に記憶される。例えば、記憶部１１２には、送信装置１１が配置された位置の高度を含む位置情報が記憶される。例えば、記憶部１１２には、送信装置１１が配置された位置の海抜を基準とする標高を、高度として含む位置情報が記憶される。
記憶部１１２には、送信装置１１が配置された場所の安定度に応じた位置の精度を示す情報（精度情報とも呼ぶ）が記憶されてもよい。例えば、送信装置１１が配置された場所の地殻が安定な場合、位置情報が高精度であることを示す精度情報が記憶部１１２に記憶される。例えば、送信装置１１が配置された場所が不安定である場合、位置情報が低精度であることを示す精度情報が記憶部１１２に記憶される。精度情報は、位置計測装置１２の位置計測において参照される。送信装置１１が配置された場所の地殻が安定な方が、より高精度の位置計測が可能である。
第１信号生成部１１３は、人工衛星１００から受信された第２信号を用いて時刻（第１時刻とも呼ぶ）を計算する。以下においては、各々の人工衛星１００を識別するために、１、２、・・・、ｊ、・・・、ｓという識別番号を各人工衛星１００に付ける（ｊ、ｓは自然数）。また、複数の送信装置１１の各々を識別するために、１、２、・・・、ｉ、・・・、ｎという識別番号を各送信装置１１に付ける（ｉ、ｎは自然数）。例えば、識別番号ｉの送信装置１１の第１信号生成部１１３は、自己の位置の位置座標（Ｘi、Ｙi、Ｚi）と、識別番号ｊの人工衛星１００からの第２信号に含まれる時刻Ｔgiおよび位置座標（Ｘgi、Ｙgi、Ｚgi）を用いて第１時刻Ｔ0iを計測する。識別番号ｉの送信装置１１の第１信号生成部１１３は、下記の式１を用いて第１時刻Ｔ0iを計算する。
ｃ2（Ｔj－Ｔ0i）2＝（Ｘgi－Ｘi）2＋（Ｙgi－Ｙi）2＋（Ｚgi－Ｚi）2・・・（１）
ただし、上記の式１において、ｃは光速である。
第１信号生成部１１３は、単一の人工衛星１００から受信された第２信号に基づいて第１時刻Ｔ0iを計算してもよいし、複数の人工衛星１００から受信された第２信号に基づいて第１時刻Ｔ0iを計算してもよい。また、第１信号生成部１１３は、他の送信装置１１から第１信号を受信し、他の送信装置１１からの第１信号に基づいて第１時刻Ｔ0iを計算するように構成されてもよい。例えば、第１信号生成部１１３は、算出された第１時刻Ｔ0iの相加平均や相乗平均、調和平均などの平均値を第１時刻として計算してもよい。
第１信号生成部１１３は、算出された第１時刻Ｔ0iに基づく時刻（第２時刻とも呼ぶ）と、記憶部１１２に記憶された位置情報とを関連付けたデータを含む信号（第１信号とも呼ぶ）を生成する。例えば、第１信号生成部１１３は、第２信号を用いて算出された第１時刻Ｔ0iから、その第１時刻Ｔ0iに対応するデータが送信されるまでの経過時間を第１時刻Ｔ0iに足した時刻（第２時刻Ｔi）を、位置情報と関連付けたデータを含む第１信号を生成する。以下において、第１信号送信部１１５が生成するデータに含まれる第２時刻Ｔiを送信時刻Ｔiとも記載する。
第１信号送信部１１５は、生成された第１信号を所定のタイミングで送信する。例えば、第１信号送信部１１５は、予め設定された時刻に第１信号を送信する。例えば、第１信号送信部１１５は、予め設定された時間間隔で第１信号を送信する。なお、第１信号送信部１１５が第１信号を送信するタイミングは、任意に設定されてもよい。第１信号送信部１１５から送信された第１信号は、位置計測装置１２による位置計測に用いられる。
第１信号送信部１１５は、予め設定された周波数帯の電波で第１信号を送信する。例えば、第１信号送信部１１５は、第２信号（航法メッセージ）とは異なる周波数帯で、第１信号を送信する。例えば、第２信号と混在しないように、第１信号送信部１１５は、Ｌ１波（１５７５．４２メガヘルツ）やＬ２波（１２２７．６０メガヘルツ）とは異なる周波数帯で、第１信号を送信する。例えば、第１信号と第２信号を併用して位置計測する場合、第１信号送信部１１５は、第２信号と同じ周波数帯で、第１信号を送信してもよい。
〔位置計測装置〕
図３は、位置計測装置１２の構成の一例を示すブロック図である。位置計測装置１２は、第１信号受信部１２１、原子時計１２２、位置計算部１２３、および出力部１２５を有する。
第１信号受信部１２１は、複数の送信装置１１から送信された第１信号を受信する。第１信号受信部１２１によって受信された第１信号は、位置計測に用いられる。
原子時計１２２は、正確な時刻を刻む高精度の時計である。原子時計１２２は、原子／分子のスペクトル線の周波数標準に基づいて、正確な時刻を刻む。原子／分子のスペクトル線の周波数標準が高精度であるため、原子時計１２２は、水晶振動子よりも高精度に正確な時刻を刻む。例えば、超高精度の水晶振動子によるクォーツ時計と周波数標準器とを原子時計１２２に組み合わせてもよい。そのように構成されれば、水晶振動子の発振周波数を常に調整することによって、正確な時刻を刻むことができる。
例えば、原子時計１２２は、マイクロ波時計や光原子時計などによって実現される。マイクロ波時計の一例としては、セシウム原子時計やルビジウム原子時計があげられる。光原子時計の一例としては、単一イオン時計や中性原子光時計があげられる。単一イオン時計の一例としては、ストロンチウムイオン時計やイッテルビウムイオン時計があげられる。中性原子光時計の一例としては、カルシウム時計や、マグネシウム時計、ストロンチウム光格子時計、イッテルビウム光格子時計があげられる。
例えば、原子時計１２２は、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）共鳴の原理で動作する。例えば、原子時計１２２は、バッファガストラップ方式やレーザー冷却トラップ方式などのＣＰＴ共鳴の原理で動作する。ＣＰＴ共鳴の原理で動作する原子時計１２２は、小型化できるので、移動体に搭載するのに好適である。
位置計算部１２３は、第１信号受信部１２１によって受信された少なくとも３つの第１信号に基づいて、自装置の位置を計算する。位置計算部１２３は、原子時計１２２が刻む時刻と、少なくとも３つの第１信号に含まれる時刻情報および位置情報を用いて自装置の位置を計算する。例えば、位置計算部１２３は、原子時計１２２が刻む時刻ｔ2と、識別番号ｉの送信装置１１からの第１信号に含まれる送信時刻Ｔiと、位置情報に含まれる位置座標（Ｘi、Ｙi、Ｚi）とを用いて位置計測装置１２が搭載された移動体の位置を計測する。位置計算部１２３は、下記の式２を用いて位置計算部１２３が搭載された移動体の時刻ｔ2における位置（ｘ、ｙ、ｚ）を計算する。
ｃ2（Ｔi－ｔ2）2＝（Ｘi－ｘ）2＋（Ｙi－ｙ）2＋（Ｚi－ｚ）2・・・（２）
ただし、上記の式２において、ｃは光速である。
位置計算部１２３は、少なくとも３つの送信装置１１から受信された第１信号に含まれる送信時刻Ｔiおよび位置座標（Ｘi、Ｙi、Ｚi）と、原子時計１２２が刻む時刻ｔ2とを上記の式２に代入する。位置計算部１２３は、第１信号ごとの式２を連立させた連立方程式を解くことによって、位置計算部１２３が搭載された移動体の位置（ｘ、ｙ、ｚ）を計算する。位置計測装置１２は、高精度の原子時計１２２を実装している。そのため、位置計測装置１２は、原子時計１２２が刻む時刻ｔ2と、少なくとも３つの送信装置１１から受信された第１信号に含まれるデータとを用いて移動体の高精度な位置を計測できる。
位置計測システム１を構成する複数の送信装置１１と位置計測装置１２の間では、原子時計１２２の時刻同期が取れているものとする。例えば、予め設定されたタイミングにおいて、複数の送信装置１１と位置計測装置１２の間で、原子時計１２２の時刻同期を取るように構成されればよい。例えば、位置計測装置１２が、４つの送信装置１１から第１信号を受信し、それらの第１信号に含まれる位置情報と時刻情報を用いて正確な時刻を計算し、算出された時刻で原子時計１２２の時刻を更新すれば、複数の送信装置１１との間で時刻同期できる。位置計測装置１２は、一般的な時計よりも高精度な原子時計１２２を備える。そのため、位置計測装置１２の原子時計１２２は、一般的な時計と比較して、時刻同期の頻度を小さくすることができる。
出力部１２５は、位置計算部１２３によって算出された移動体の位置に関する情報（位置情報）と、原子時計１２２によって刻まれた時刻とが対応付けられたデータを含む位置信号（第３信号とも呼ぶ）を出力する。例えば、出力部１２５は、表示装置（図示しない）に第３信号を送信する。表示装置は、受信した第３信号に含まれる位置情報を表示部に表示させる。例えば、表示装置は、第３信号に含まれる位置の目印を地図上に表示させる。また、例えば、出力部１２５は、制御装置（図示しない）に第３信号を送信する。制御装置は、受信した第３信号に含まれる位置情報に基づいて、制御対象装置を制御する。例えば、制御装置は、第３信号に含まれる位置に基づいて、制御対象である移動体を移動させたり、制御対象装置を作動させたりする。
（動作）
次に、位置計測システム１の動作について図面を参照しながら説明する。以下においては、送信装置１１と位置計測装置１２の動作について個別に説明する。
〔送信装置〕
図４は、送信装置１１の動作の一例について説明するためのフローチャートである。図４において、まず、送信装置１１は、第２信号を受信する（ステップＳ１１１）。
次に、送信装置１１は、受信された第２信号を用いて送信時刻を生成する（ステップＳ１１２）。
次に、送信装置１１は、生成された送信時刻と、自装置の位置情報とを関連付けたデータを含む第１信号を生成する（ステップＳ１１３）。
次に、送信装置１１は、生成された第１信号を送信する（ステップＳ１１４）。送信装置１１から送信された第１信号は、位置計測装置１２によって受信され、位置計測に用いられる。
第１信号の送信を停止しない場合（ステップＳ１１５でＮｏ）、ステップＳ１１１に戻る。一方、第１信号の送信を停止する場合（ステップＳ１１５でＹｅｓ）、図４のフローチャートに沿った処理は終了である。
〔位置計測装置〕
図５は、位置計測装置１２の動作の一例について説明するためのフローチャートである。図５において、まず、位置計測装置１２は、送信装置１１から送信された第１信号を受信する（ステップＳ１２１）。
３つ以上の送信装置１１から第１信号を受信した場合（ステップＳ１２２でＹｅｓ）、位置計測装置１２は、受信された第１信号と、原子時計１２２の刻む時刻とを用いて自装置の位置を計算する（ステップＳ１２３）。一方、３つ以上の送信装置１１から第１信号を受信していない場合（ステップＳ１２２でＮｏ）、ステップＳ１２１に戻る。
ステップＳ１２３の次に、位置計測装置１２は、算出された位置に関する情報（位置情報）を含む第３信号を出力する（ステップＳ１２４）。
位置計測を停止しない場合（ステップＳ１２５でＮｏ）、ステップＳ１２１に戻る。一方、位置計測を停止する場合（ステップＳ１２５でＹｅｓ）、図５のフローチャートに沿った処理は終了である。
〔適用例１〕
図６は、本実施形態の位置計測システム１の適用例１について説明するための概念図である。本適用例では、複数の送信装置１１は、街中にばらまかれるように配置される。位置計測装置１２は、それらの送信装置１１から送信された第１信号と、原子時計の刻む時刻とに基づいて、自装置の位置を計測する。また、本適用例では、位置計測装置１２の機能を有するアプリケーションが携帯端末１２０にインストールされる。
送信装置１１は、街中に配置される。例えば、送信装置１１は、信号器や電柱、ビル、ガードレールなどに配置される。複数の送信装置１１は、各々の送信装置１１から送信される第１信号が位置計測装置１２によって受信されやすい位置に、配置されればよい。複数の送信装置１１は、対象領域内のどのような位置においても、少なくとも３つの送信装置１１から送信された第１信号が、位置計測装置１２によって受信されるように、配置されることが好ましい。
位置計測装置１２は、自動車や自転車などの移動体に搭載される。位置計測装置１２は、車椅子や人力車、台車などの移動体に搭載されてもよい。位置計測装置１２は、ユーザが携帯する携帯端末１２０にインストールされたアプリケーションであってもよい。位置計測装置１２は、少なくとも３つの送信装置１１から送信された第１信号を用いて自装置の位置を計測する。位置計測装置１２は、計測した位置情報を含む第３信号を出力する。
例えば、位置計測装置１２から出力された第３信号は、自動車や自転車などの移動体のナビゲーションシステムに用いられる。例えば、位置計測装置１２から出力された第３信号は、自動車などの移動体の自動運転制御システムに用いられる。例えば、位置計測装置１２から出力された第３信号は、携帯端末１２０の表示部に表示されたマップ上に現在位置を示すために用いられる。例えば、位置計測装置１２から出力される第３信号に基づいて、自動車や自転車、歩行者の正確な位置関係を把握し、それらの位置関係を共有できれば、自動車や自転車、歩行者の衝突を回避できるシステム（衝突回避システム）を実現できる。例えば、衝突回避システムは、自動車や自転車、歩行者の正確な位置関係に応じて、制御対象の自動車や自転車の速度や進行方向を制御することによって、自動車や自転車、歩行者の衝突を回避する。例えば、位置計測装置１２から出力される第３信号に基づいて携帯端末の位置を特定すれば、その携帯端末を保持するユーザを特定の施設に案内／誘導するシステム（誘導システム）を構成できる。
〔適用例２〕
図７は、本実施形態の位置計測システムの適用例２について説明するための概念図である。本適用例では、複数の送信装置１１を競輪場の内部に配置し、競技用の自転車に位置計測装置１２を搭載する。例えば、競輪のレースが始まる前に、送信装置１１と位置計測装置１２の間で時刻同期を取ることが好ましい。本適用例では、位置計測装置１２から出力される第３信号に基づいて、自転車の着順や順番を判定する判定装置１３０を用いる。本適用例では、判定装置１３０によって判定された自転車の位置に応じた情報を表示装置１５０に表示させる。
送信装置１１は、競輪場の内部に配置される。複数の送信装置１１は、各々の送信装置１１から送信される第１信号が、自転車に搭載された位置計測装置１２に届きやすい位置に配置される。複数の送信装置１１は、対象領域内のどのような位置においても、少なくとも３つの送信装置１１から送信された第１信号が、位置計測装置１２によって受信されるように、配置されることが好ましい。例えば、送信装置１１は、バンクの近傍に配置される。
位置計測装置１２は、自転車に搭載される。例えば、位置計測装置１２は、自転車のフレームやハンドルなどに搭載される。位置計測装置１２は、少なくとも３つの送信装置１１から送信された第１信号と、自装置に搭載された原子時計１２２の刻む時刻に基づいて、自装置の位置を計測する。位置計測装置１２は、計測された自装置の位置に関する第３信号を出力する。第３信号は、位置計測装置１２が搭載された自転車を識別するための識別子を含む。例えば、位置計測装置１２は、第３信号を無線信号として送信する。
本適用例において、複数の送信装置１１の位置は固定される。競輪の競技中において、複数の送信装置１１は、周期性のある信号パターンを有する第１信号を送信する。複数の送信装置１１から送信された第１信号は、位置計測装置１２に受信される。複数の送信装置１１から位置計測装置１２に直接届く第１信号は、周期性のある信号パターンを有し、位置の計測に用いられる。位置計測装置１２は、送信装置１１から受信された第１信号を用いて自装置の位置を計測する。例えば、位置計測装置１２は、少なくとも３つの送信装置１１に由来する第１信号に含まれる位置座標および送信時刻を用いて自装置の位置を計算する。
判定装置１３０は、位置計測装置１２から送信された第３信号を受信する。判定装置１３０は、位置計測装置１２によって計測された識別子ごとの位置座標を、競輪場の内部の座標と重ね合わせて、識別子に対応する自転車の位置を競輪場内のバンク上の位置に対応付ける。例えば、判定装置１３０は、ゴールラインの位置を各自転車が通過する時刻に基づいて、各自転車がゴールした時刻を特定できる。例えば、判定装置１３０は、各自転車のゴール時刻の順番に応じて、着順を判定する。判定装置１３０による判定結果は、表示装置１５０の画面に表示される。
判定装置１３０は、位置計測装置１２から送信される第３信号を受信できる位置に配置される。判定装置１３０は、表示装置１５０に接続される。例えば、判定装置１３０は、各々の位置計測装置１２から送信される第３信号を受信しやすい位置に配置される。例えば、判定装置１３０は、バンクの近傍に配置される。
表示装置１５０は、一般的な電光掲示板である。表示装置１５０は、判定装置１３０から出力された判定信号を受信する。表示装置１５０には、判定装置１３０から出力された判定信号に含まれる判定結果に関する情報が表示される。例えば、判定装置１３０は、自転車の着順に関する情報を表示装置１５０に表示させる。例えば、判定装置１３０は、レース中における自転車の順番に関する情報を表示装置１５０に表示させる。
本適用例は、競輪以外の競技にも適用できる。例えば、本適用例は、オートレースや、ボートレース、カーレース、競馬などの競技に適用できる。なお、本適用例は、これらの競技以外に適用されてもよい。本適用例は、それぞれの競技のルールに応じて使用されればよい。例えば、本適用例と写真判定を併用すれば、正確かつ公平な着順判定を行うことができる。例えば、第１信号を反射する反射体を自転車に実装してもよい。例えば、位置計測装置１２は、反射体によって反射された第１信号の反射波に基づいて、自転車の位置を計測する。
以上のように、本実施形態の位置計測システムは、複数の送信装置と位置計測装置を備える。複数の送信装置の各々は、所定の位置に配置される。複数の送信装置の各々は、第２信号を用いて算出される正確な時刻と、所定の位置に関する位置情報とが関連付けられたデータを含む第１信号を生成し、生成された第１信号を送信する。位置計測装置は、制御対象装置に搭載され、原子時計を実装する。位置計測装置は、所定の位置に対応付けられた位置情報と送信時刻が関連付けられたデータを含む第１信号を受信する。位置計測装置は、少なくとも３つの第１信号に含まれるデータと、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて制御対象装置の位置を計算する。位置計測装置は、算出された制御対象装置の位置に関する位置情報を含む第３信号を出力する。
本実施形態において、送信装置は、第２信号を用いてその送信装置の所定の位置と正確な時刻とが関連付けられたデータを含む測位信号（第１信号）を生成する。送信装置は、生成された測位信号を送信する。位置計測装置は、少なくとも３つの送信装置から送信された測位信号に含まれるデータと、自装置の原子時計によって刻まれる正確な時刻とを用いて自装置の正確な位置を計算する。すなわち、本実施形態によれば、少なくとも３つの信号に基づいて、高精度な位置計測を実現できる。
本実施形態の一態様において、原子時計は、ＣＰＴ共鳴の原理で動作する。ＣＰＴ共鳴の原理で動作する原子時計は、小型化が可能であるため、種々の移動体に搭載可能な位置計測装置を実現できる。
本実施形態の手法によれば、構造物によって電波が反射されたり、電波が妨げられたりしないように複数の送信装置を配置することによって、マルチパスに起因する位置計測の誤差が発生しない。また、本実施形態の手法によれば、送信装置から送信される測位信号が、電離層や対流圏を通過しないため、電離層における電波の速度低下や、対流圏における局所的な電波の屈折率の違いに起因する位置計測の誤差が発生しない。すなわち、本実施形態の手法によれば、それらの誤差が含まれないので、位置計測における精度が向上する。
例えば、本実施形態の一態様の適用例において、複数の送信装置の各々は、街中に配置される。位置計測装置は、制御対象の移動体に搭載される。位置計測装置は、少なくとも３つの測位信号（第１信号）と、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて算出された位置情報を含む第３信号を生成する。位置計測装置は、生成された第３信号を出力する。本適用例によれば、高精度な位置情報を活用することによって、街中を移動する自動車や自転車、人の移動を支援するシステムを実現できる。例えば、本適用例の手法は、船舶や飛行機の航行にも適用できる。適用例の手法を船舶の運航に適用する場合、海上を航行する船舶に搭載された位置計測装置によって電波が受信されやすい位置に、複数の送信装置が配置されればよい。例えば、送信装置は、海岸や港、防波堤、岸壁、灯台、灯標、灯浮標、ブイなどに配置される。適用例の手法を飛行機の運航に適用する場合、空中を航行する飛行機に搭載された位置計測装置によって電波が受信されやすい位置に、複数の送信装置が配置されればよい。例えば、送信装置は、空港や滑走路、管制塔、山頂などに配置される。
例えば、本実施形態の一態様の適用例において、複数の送信装置は、レースが行われる競技施設に配置される。位置計測装置は、レースで用いられる複数の乗り物の各々に搭載される。位置計測装置は、少なくとも３つの測位信号を用いて制御対象の乗り物の位置を計測し、計測された乗り物の位置に関する位置情報を含む第３信号を判定装置に送信する。判定装置は、複数の位置計測装置から送信された第３信号に基づいて、レースにおける複数の乗り物の順位を判定し、レースの結果に関する情報を出力する。本適用例によれば、レースにおける途中順位や、最終的な着順を正確に判定できるため、公正かつ明確にレースを運営できる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る位置計測システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の位置計測システムは、送信装置から送信される測位信号（第１信号とも呼ぶ）と、人工衛星から送信されるＧＰＳ信号（第２信号とも呼ぶ）とを併用して、位置計測する点において、第１の実施形態とは異なる。以下においては、第１の実施形態と同様の箇所については、説明を簡略化したり、省略したりする。
（構成）
図８は、本実施形態の位置計測システム２の構成の一例を示す概念図である。位置計測システム２は、送信装置２１と位置計測装置２２を備える。送信装置２１および位置計測装置２２は、複数の人工衛星２００から送信される第２信号を受信する。送信装置２１は、所定の位置に配置される。位置計測装置２２は、移動体に搭載される。送信装置２１および位置計測装置２２の数については、特に限定しない。また、送信装置２１を第１の実施形態の送信装置１１と同様の構成とし、送信装置１１と位置計測装置１２を組み合わせるように構成されてもよい。
〔送信装置〕
図９は、送信装置２１の構成の一例を示すブロック図である。送信装置２１は、第２信号受信部２１１、記憶部２１２、第１信号生成部２１３、第１信号送信部２１５、および更新部２１７を有する。なお、記憶部２１２に記憶された情報をその他の構成部が保持できる場合は、記憶部２１２を省略してもよい。
第２信号受信部２１１は、複数の人工衛星２００から送信される第２信号を受信する。第２信号受信部２１１は、第１の実施形態の第２信号受信部１１１と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
記憶部２１２は、送信装置２１が配置された位置に関する情報（位置情報とも呼ぶ）を記憶する。記憶部２１２は、第１の実施形態の記憶部１１２と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
第１信号生成部２１３は、人工衛星２００から受信された第２信号を用いて時刻（第１時刻とも呼ぶ）を計算する。第１信号生成部２１３は、算出された第１時刻に基づく時刻（第２時刻や送信時刻とも呼ぶ）と、記憶部１１２に記憶された位置情報とを関連付けたデータを含む信号（第１信号とも呼ぶ）を生成する。第１信号生成部２１３は、第１の実施形態の第１信号生成部１１３と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
第１信号送信部２１５は、生成された第１信号を所定のタイミングで送信する。第１信号送信部２１５は、第１の実施形態の第１信号送信部１１５と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
更新部２１７は、記憶部２１２に記憶される位置情報を更新する。更新部２１７は、キャリブレーションのタイミングにおいて、少なくとも４つの第２信号を用いて送信装置２１の位置と時刻を計算する。更新部２１７は、第１の実施形態の位置計測装置１２と同様の手法で、送信装置２１の位置座標を計算する。更新部２１７は、算出された位置座標を含む位置情報を記憶部２１２に記憶させる。
〔位置計測装置〕
図１０は、位置計測装置２２の構成の一例を示すブロック図である。位置計測装置２２は、第１信号受信部２２１、原子時計２２２、位置計算部２２３、第２信号受信部２２４、および出力部２２５を有する。
第１信号受信部２２１は、送信装置２１から送信された第１信号を受信する。第１信号受信部２２１によって受信された第１信号は、位置計測装置２２による位置計測に用いられる。第１信号受信部２２１は、第１の実施形態の第１信号受信部１２１と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
原子時計２２２は、正確な時刻を刻む高精度の時計である。原子時計２２２は、第１の実施形態の原子時計１２２と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
第２信号受信部２２４は、人工衛星２００から送信された第２信号を受信する。第２信号受信部２２４によって受信された第２信号は、位置計測装置２２による位置計測に用いられる。例えば、第２信号受信部２２４は、受信された第２信号を、第１信号と同じデータ形式に変換する。
位置計算部２２３は、第１信号受信部２２１によって受信された第１信号と、第２信号受信部２２４によって受信された第２信号と、原子時計２２２の刻む時刻とに基づいて、位置を計算する。位置計算部２２３は、第１の実施形態の位置計算部１２３と同様の手法を用いて位置を計算する。
出力部２２５は、位置計算部２２３によって算出された移動体の位置に関する情報（位置情報）を含む第３信号を出力する。出力部２２５は、第１の実施形態の出力部１２５と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
位置計測装置２２は、第２信号を用いて原子時計２２２の刻む時刻を更新してもよい。例えば、位置計測装置２２は、少なくとも４機の人工衛星から送信された第２信号を用いて算出された時刻で、原子時計２２２の刻む時刻の初期設定をしたり、キャリブレーションしたりする。
（動作）
次に、位置計測システム２の動作について図面を参照しながら説明する。以下においては、送信装置２１と位置計測装置２２の動作について個別に説明する。
〔送信装置〕
図１１は、送信装置２１の動作の一例について説明するためのフローチャートである。図１１において、まず、送信装置１１は、第２信号を受信する（ステップＳ２１１）。
次に、送信装置２１は、受信された第２信号を用いて送信時刻を生成する（ステップＳ２１２）。
次に、送信装置２１は、生成された送信時刻と、自装置の位置情報とを関連付けたデータを含む第１信号を生成する（ステップＳ２１３）。
次に、送信装置２１は、生成された第１信号を送信する（ステップＳ２１４）。送信装置２１から送信された第１信号は、位置計測装置２２によって受信され、位置計測に用いられる。
キャリブレーションを実行するタイミングの場合（ステップＳ２１５でＹｅｓ）、送信装置２１は、受信された第２信号を用いてキャリブレーションを実行する（ステップＳ２１６）。キャリブレーションにおいて、送信装置２１は、少なくとも４つの第２信号に含まれる位置情報および時刻を用いて自装置の位置を計算し、算出された位置で自装置の位置を更新する。キャリブレーションは、装置の起動時や、予め設定されたタイミングに行われてもよい。
ステップＳ２１６でキャリブレーションを実行した後、位置計測を停止しない場合（ステップＳ２１７でＮｏ）、ステップＳ２１１に戻る。キャリブレーションを実行するタイミングではなかった場合（ステップＳ２１５でＮｏ）も、位置計測を停止しない場合（ステップＳ２１７でＮｏ）は、ステップＳ２１１に戻る。位置計測を停止する場合（ステップＳ２１７でＹｅｓ）、図１１のフローチャートに沿った処理は終了である。
〔位置計測装置〕
図１２は、位置計測装置２２の動作の一例について説明するためのフローチャートである。図１２において、まず、位置計測装置２２は、送信装置２１から送信された第１信号と、人工衛星２００から送信された第２信号と、を受信する（ステップＳ２２１）。
３つ以上の第１信号／第２信号を受信した場合（ステップＳ２２２でＹｅｓ）、位置計測装置２２は、受信された第１信号／第２信号を用いて位置を計算する（ステップＳ２２３）。一方、３つ以上の第１信号／第２信号を受信していない場合（ステップＳ２２２でＮｏ）、ステップＳ２２１に戻る。
ステップＳ２２３の次に、位置計測装置２２は、算出された位置に関する情報（位置情報）を含む第３信号を出力する（ステップＳ２２４）。
位置計測を停止しない場合（ステップＳ２２５でＮｏ）、ステップＳ２２１に戻る。一方、位置計測を停止する場合（ステップＳ２２５でＹｅｓ）、図１２のフローチャートに沿った処理は終了である。
以上のように、本実施形態の位置計測システムは、複数の送信装置と位置計測装置を備える。複数の送信装置の各々は、所定の位置に配置される。複数の送信装置の各々は、第２信号を用いて算出される正確な時刻と、所定の位置に関する位置情報とが関連付けられたデータを含む第１信号を生成し、生成された第１信号を送信する。位置計測装置は、制御対象装置に搭載され、原子時計を実装する。位置計測装置は、所定の位置に対応付けられた位置情報と送信時刻が関連付けられたデータを含む第１信号を受信する。また、位置計測装置は、人工衛星から送信された第２信号を受信する第２信号受信部を備える。位置計測装置は、受信された第１信号および第２信号のうち少なくとも３つの信号を用いて制御対象装置の位置を計算する。位置計測装置は、算出された制御対象装置の位置に関する位置情報を含む第３信号を出力する。本実施形態において、位置計測装置は、測位信号（第１信号）と衛星信号（第２信号）を併用して、位置を計測する。そのため、本態様によれば、送信装置の配置密度が低い場所においても、衛星信号（第２信号）を併用することによって、高精度な位置計測を実現できる。
本実施形態の一態様において、複数の送信装置の各々は、人工衛星から送信された衛星信号（第２信号）を用いて位置を計測し、計測された位置で自装置の位置を更新する。そのため、本態様によれば、送信装置の位置が変化した場合、その送信装置の位置情報が更新されるので、より正確な位置情報を含む測位信号（第１信号）に基づいて、高精度な位置計測を実現できる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る位置計測システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の位置計測システムは、送信装置から送信される測位信号（第１信号）に基づいて、制御対象装置を制御する点において、第１～第２の実施形態とは異なる。以下においては、第１～第２の実施形態と同様の箇所については、説明を簡略化したり、省略したりする。
（構成）
図１３は、本実施形態の位置計測システム３の構成の一例を示す概念図である。位置計測システム３は、送信装置３１と位置計測装置３２を備える。送信装置３１は、複数の人工衛星３００から送信されるＧＰＳ信号（第２信号とも呼ぶ）を受信する。送信装置３１は、所定の位置に配置される。位置計測装置３２は、制御対象装置３０に搭載される。位置計測装置３２は、第１信号を受信する、位置計測装置３２は、受信された第１信号を用いて位置計測する。なお、位置計測装置３２は、第２の実施形態の位置計測装置２２と同様に、第１信号と第２信号を併用して位置計測してもよい。送信装置３１および位置計測装置３２の数については、特に限定しない。送信装置３１は、第１～第２の実施形態の送信装置と同様であるので、その詳細については説明を省略する。
〔位置計測装置〕
図１４は、位置計測装置３２の構成の一例を示すブロック図である。位置計測装置３２は、第１信号受信部３２１、原子時計３２２、位置計算部３２３、および制御部３２５を有する。制御部３２５は、第１の実施形態の出力部１２５の一形態である。位置計測装置３２は、制御部３２５とは別に、第１の実施形態の出力部１２５に対応する構成を含んでもよい。位置計測装置３２は、第２の実施形態の第２信号受信部２２４と同様の構成を含んでもよい。
第１信号受信部３２１は、送信装置３１から送信された第１信号を受信する。第１信号受信部３２１によって受信された第１信号は、位置計測に用いられる。第１信号受信部３２１は、第１の実施形態の第１信号受信部１２１と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
原子時計３２２は、正確な時刻を刻む高精度の時計である。原子時計３２２は、第１の実施形態の原子時計１２２と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
位置計算部３２３は、第１信号受信部３２１によって受信された第１信号と、原子時計３２２の刻む時刻とに基づいて、自装置の位置を計算する。位置計算部３２３は、第１の実施形態の位置計算部１２３と同様の手法を用いて自装置の位置を計算する。位置計測装置３２が第２の実施形態の第２信号受信部２２４と同様の構成を有する場合、位置計算部３２３は、第２信号受信部（図示しない）によって受信された第２信号を用いて自装置の位置を計算してもよい。
制御部３２５は、位置計算部３２３によって算出された位置に関する情報（位置情報）に基づく制御信号（第４信号とも呼ぶ）を生成する。制御部３２５は、生成された第４信号を制御対象装置３０に出力することによって、その制御対象装置３０を制御する。なお、制御対象装置３０が第３信号に基づいて自装置を制御できる場合、制御部３２５は、制御対象装置３０に第３信号を出力してもよい。
例えば、制御対象装置３０は表示装置（図示しない）である。制御部３２５は、位置情報に応じた表示情報を、表示装置に表示させるための第４信号を生成する。制御対象装置３０である表示装置の画面には、第４信号に応じた表示情報が表示される。例えば、制御部３２５は、位置情報に応じた表示情報を、地図上に表示させるための第４信号を生成する。例えば、表示装置は、第４信号に応じて、位置情報に含まれる位置の目印を地図上に表示させる。
例えば、制御対象装置３０は、自動車や電車、ドローンなどの無人航空機、無人潜水艇などの無人艇などの移動体である。制御部３２５は、自装置の位置情報に応じて移動体を駆動させるための第４信号を生成する。例えば、制御部３２５は、制御対象装置３０である移動体が移動するエリアの地図と、制御対象装置３０である移動体の位置とを対応付けて、移動体が適切な速度で適切な道筋に沿って移動するための第４信号を生成する。例えば、制御対象装置３０である移動体は、第４信号に応じて、適切な速度で適切な道筋に沿って移動する。例えば、制御部３２５は、制御対象装置３０である移動体が他の移動体や物体に衝突しないように、制御対象装置３０を制御するための第４信号を生成する。例えば、制御対象装置３０である移動体は、第４信号に応じて、移動方向や速度が変更される。
例えば、制御対象装置３０は、工場の製造ラインで使われるロボットや、建築現場で使われる建設機械である。位置計測装置３２は、ロボットや建設機械のアームなどの特定の運動部分に搭載され、それらの位置を計測する。制御部３２５は、位置情報に応じて、制御対象装置３０の運動部分を作動させるための第４信号を生成する。例えば、制御部３２５は、制御対象装置３０の作業工程と、制御対象装置３０の運動部分の位置とを対応付けて、制御対象装置３０が適切に作動するための第４信号を生成する。例えば、制御対象装置３０は、第４信号に応じて、運動部分を適切に作動させる。例えば、制御部３２５は、他の制御対象装置３０の運動部分や物体に自装置の運動部分が衝突しないように、制御対象装置３０を制御するための第４信号を生成する。例えば、制御対象装置３０の運動部分は、第４信号に応じて、作動方向が変更されたり、作動速度が変更されたりする。
位置計測システム３を構成する複数の送信装置３１と位置計測装置３２の間では、原子時計３２２の時刻同期が取れているものとする。例えば、予め設定されたタイミングにおいて、複数の送信装置３１と位置計測装置３２の間で、原子時計３２２の時刻同期を取るように構成されればよい。例えば、位置計測装置３２が、４つの送信装置３１から第１信号を受信し、それらの第１信号に含まれる位置情報と時刻情報を用いて正確な時刻を計算し、算出された時刻で原子時計３２２の時刻を更新すれば、複数の送信装置３１との間で時刻同期できる。位置計測装置３２は、一般的な時計よりも高精度な原子時計３２２を備える。そのため、位置計測装置３２の原子時計３２２は、一般的な時計と比較して、時刻同期の頻度を小さくすることができる。
（動作）
次に、位置計測システム３の動作について図面を参照しながら説明する。以下においては、送信装置３１の動作は第１の実施形態と同様であるため、送信装置３１の動作については説明を省略し、位置計測装置３２の動作について説明する。
〔位置計測装置〕
図１５は、位置計測装置３２の動作の一例について説明するためのフローチャートである。図１５において、まず、位置計測装置３２は、送信装置３１から送信された第１信号を受信する（ステップＳ３２１）。第１信号と第２信号を併用する場合、位置計測装置３２は、送信装置３１から送信された第１信号と、人工衛星３００から送信された第２信号を受信する。
３つ以上の第１信号を受信した場合（ステップＳ３２２でＹｅｓ）、位置計測装置３２は、受信された第１信号を用いて自装置の位置を計算する（ステップＳ３２３）。一方、３つ以上の第１信号を受信していない場合（ステップＳ３２２でＮｏ）、ステップＳ３２１に戻る。
ステップＳ３２３の次に、位置計測装置３２は、算出された位置に関する情報（位置情報）に基づいて、制御対象装置３０を制御するための第４信号を生成する（ステップＳ３２４）。
次に、位置計測装置３２は、生成された第４信号を制御対象装置３０に出力する（ステップＳ３２５）。制御対象装置３０は、受信される第４信号に応じて制御される。
制御を停止しない場合（ステップＳ３２６でＮｏ）、ステップＳ３２１に戻る。一方、位置計測を停止する場合（ステップＳ３２５でＹｅｓ）、図１５のフローチャートに沿った処理は終了である。
〔適用例３〕
図１６は、本実施形態の位置計測システムの適用例３について説明するための概念図である。本適用例では、複数の送信装置３１は、街中の所定の位置にばらまかれるように配置される。また、本適用例では、位置計測装置３２の機能を有する支援装置３３０が、視覚の不自由な人が用いる白杖に搭載される。支援装置３３０は、位置計測装置３２の機能を有し、位置情報に基づく支援情報を、音声や振動によって、ユーザに対して通知する。以下においては、複数の平行な線状の突起を有する「線状誘導ブロック」と、格子点状の突起を有し、注意喚起／警告を促す「点状警告ブロック」の２種類の視覚障害者誘導用ブロック（以下、誘導用ブロックとも呼ぶ）が、路上に設置されているものとする。
送信装置３１は、街中に配置される。例えば、送信装置３１は、信号器や、電柱、ビル、ガードレール、視覚障害者誘導用ブロック（以下、誘導用ブロックとも呼ぶ）などに配置される。複数の送信装置３１は、各々の送信装置３１から送信される第１信号が位置計測装置３２によって受信されやすい位置に、配置されればよい。複数の送信装置３１は、対象領域内のどのような位置においても、少なくとも３つの送信装置３１から送信された第１信号が、位置計測装置３２によって受信されるように、配置されることが好ましい。
支援装置３３０は、位置計測装置３２に通知機能を追加した構成を有する。例えば、支援装置３３０は、計測された位置に応じた情報を音や振動でユーザに通知する。例えば、支援装置３３０は、ユーザが歩行する地域の地図や、誘導用ブロックの配置に合わせて、ユーザの位置に応じた情報を通知する。
例えば、横断歩行や階段、進行方向を変える地点、駅のホームの端などの注意が必要な箇所（要注意箇所とも呼ぶ）にユーザの位置が接近すると、支援装置３３０は、要注意箇所に近づいていることを音や振動でユーザに通知する。例えば、支援装置３３０は、「要注意箇所に近づいています」といった音声情報を出力する。例えば、支援装置３３０は、「あと２メートルで上り階段です」、「あと２メートルでホームの端です」、「あと２メートルで点状警告ブロックです」といった音声情報で、要注意箇所に接近していることを通知する。例えば、支援装置３３０は、要注意箇所にユーザが接近すると、要注意箇所の種別に応じたメロディや音パターンを音声出力する。例えば、支援装置３３０は、要注意箇所にユーザが接近すると、要注意箇所との距離に応じて、メロディや音パターンを変更させたり、それらの音の大きさを変更させたりする。例えば、支援装置３３０は、要注意箇所にユーザの位置が接近すると、要注意箇所の種別に応じた振動パターンで振動する。例えば、支援装置３３０は、要注意箇所にユーザが接近すると、要注意箇所とユーザの距離に応じて、振動パターンや振動の大きさを変更する。支援装置３３０は、ユーザの位置情報に基づく情報を、音および振動を組み合わせて通知してもよい。
例えば、支援装置３３０は、駅の券売機や、電車のドアの乗降位置、エレベータの操作ボタンの位置（操作箇所とも呼ぶ）が接近すると、それらの位置にユーザを誘導するための情報をユーザに通知してもよい。例えば、支援装置３３０は、駅の券売機が近づくと、「右手側に券売機があります」、「あと２メートルで券売機です」といった音声情報を音声出力する。
支援装置３３０を使用するユーザは、支援装置３３０の通知によって、要注意箇所や操作箇所に接近していることを認識できる。支援装置３３０を使用するユーザは、支援装置３３０の通知に応じて、要注意箇所に注意を払ったり、操作箇所における操作を行ったりすることができる。
〔適用例４〕
図１７は、本実施形態の位置計測システムの適用例４について説明するための概念図である。本適用例において、複数の送信装置３１は、海の中にばらまかれるように配置される。また、本適用例において、位置計測装置３２は、潜水艇３４０に搭載される。特に、本適用例においては、無人潜水艇の制御に位置計測装置３２を適用する例について説明する。本適用例の手法は、有人潜水艇の制御にも適用できる。
送信装置３１は、海の中の所定の位置に配置される。送信装置３１は、防水や耐圧が十分な構造や形状で構成される。送信装置３１は、位置が変動しにくいように、地殻の安定した海底面に、設置されることが好ましい。海底面に設置された場合、送信装置３１の位置が変動しても、メンテナンスすることが難しい。そのため、送信装置３１は、他の送信装置３１から送信される第１信号に基づいて、送信装置３１に記録された位置のキャリブレーションができることが好ましい。例えば、送信装置３１は、海底ケーブルやその近傍に設置されてもよい。複数の送信装置３１は、各々の送信装置３１から送信される第１信号が、潜水艇３４０に搭載された位置計測装置３２によって受信されやすい位置に、配置されればよい。複数の送信装置３１は、対象領域内のどのような位置においても、少なくとも３つの送信装置３１から送信された第１信号が、位置計測装置３２によって受信されるように、配置されることが好ましい。大気中と比べると海中では電波が伝播しにくいので、送信装置３１は、大気中よりも強い強度で電波を送信したり、大気中とは異なる周波数帯で電波を送信したりするように構成されることが好ましい。例えば、送信装置３１は、電波の代わりに音波を用いて第１信号を送信してもよい。
位置計測装置３２は、潜水艇３４０に配置される。位置計測装置３２は、防水や耐圧が十分な構造や形状で構成される。位置計測装置３２は、少なくとも３つの送信装置３１から送信された第１信号を受信し、受信された第１信号を用いて自装置の位置を計測する。海中では電波の伝播速度が大気中とは異なるため、位置計測装置３２は、第１の実施形態の式１における光速ｃを、海中における電波の伝播速度に変換したうえで、自装置の位置を計算する。位置計測装置３２は、計測した自装置の位置情報に基づいて、自装置が搭載された潜水艇３４０を制御する。例えば、位置計測装置３２は、潜水艇３４０が潜航するエリアの海底地形図に基づいて、潜水艇３４０を潜航させたり、潜水させたり、浮上させたりするための第４信号を生成する。例えば、位置計測装置３２は、潜水艇３４０の作業計画に基づいて、潜水艇３４０を潜航させたり、潜水させたり、浮上させたりするための第４信号を生成する。位置計測装置３２が搭載された潜水艇３４０は、位置計測装置３２によって生成される第４信号に応じて移動する。潜水艇３４０が移動する際の具体的な駆動方法については、説明を省略する。
以上のように、本実施形態の位置計測システムは、複数の送信装置と位置計測装置を備える。複数の送信装置の各々は、所定の位置に配置される。複数の送信装置の各々は、第２信号を用いて算出される正確な時刻と、所定の位置に関する位置情報とが関連付けられたデータを含む第１信号を生成し、生成された第１信号を送信する。位置計測装置は、少なくとも３つの第１信号と、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて算出された位置情報に基づいて、制御対象装置を制御するための第４信号を生成し、生成された第４信号を制御対象装置に出力する制御部を備える。位置計測装置は、制御対象装置に搭載され、原子時計を実装する。位置計測装置は、所定の位置に対応付けられた位置情報と送信時刻が関連付けられたデータを含む第１信号を受信する。位置計測装置は、少なくとも３つの第１信号に含まれるデータと、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて制御対象装置の位置を計算する。位置計測装置は、少なくとも３つの第１信号に含まれるデータと、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて算出された位置情報に基づいて、制御対象装置を制御するための第４信号を生成する。位置計測装置は、生成された第４信号を制御対象装置に出力する。
本実施形態において、位置計測装置は、少なくとも３つの送信装置から送信された測位信号（第１信号）と、自装置の原子時計によって刻まれた正確な時刻とに基づいて計測された位置情報に応じて、自装置を搭載する制御対象装置を制御する。そのため、本態様によれば、高精度な位置情報に基づいて、制御対象装置を高精度に制御できる。
例えば、本実施形態の一態様の適用例において、複数の送信装置の各々は、街中に配置される。位置計測装置は、制御対象の移動体に搭載される。位置計測装置は、少なくとも３つの第１信号と、自装置の原子時計によって刻まれた時刻とを用いて算出された位置情報に基づいて、移動体の移動を制御するための第４信号を生成する。位置計測装置は、生成された第４信号を、制御対象の移動体に出力することによって、その移動体の移動を制御する。本適用例によれば、位置計測装置による高精度な位置計測に基づいて、移動体の移動を制御できる。
例えば、本実施形態の一態様の適用例において、複数の送信装置の各々は、制御対象である移動体が移動する空間やその近傍に配置される。位置計測装置は、制御対象の移動体に搭載される。位置計測装置は、少なくとも３つの第１信号と、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて算出された位置情報に基づいて、制御対象の移動体の移動を制御するための第４信号を生成する。位置計測装置は、生成された第４信号を移動体に出力することによって、その移動体の移動を制御する。本適用例によれば、位置計測装置による高精度な位置計測に基づいて、移動体の移動を制御できる。
例えば、本実施形態の一態様の適用例において、複数の送信装置の各々は、制御対象である無人潜水艇が潜航する海中に配置される。位置計測装置は、制御対象の無人潜水艇に搭載される。位置計測装置は、少なくとも３つの第１信号と、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて算出された位置情報に基づいて、無人潜水艇の潜航を制御するための第４信号を生成する。位置計測装置は、生成された第４信号を無人潜水艇に出力することによって、その無人潜水艇の潜航を制御する。本適用例によれば、位置計測装置による高精度な位置計測に基づいて、無人潜水艇の潜航を制御できる。
例えば、本実施形態の適用例において、位置計測装置（支援装置）は、ユーザに携帯される物体に搭載される。位置計測装置は、少なくとも３つの第１信号と、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて算出された位置情報に基づく通知を、音および振動のうち少なくとも一方で通知する。例えば、本適用例によれば、視覚の不自由なユーザに対して、高精度な位置情報に基づく通知をすることができる。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る位置計測システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の位置計測システムは、送信装置から送信される測位信号（第１信号とも呼ぶ）に加えて、他の位置計測装置から送信される第３信号に基づいて、制御対象装置を制御する点において、第１～第３の実施形態とは異なる。以下においては、第１～第３の実施形態と同様の箇所については、説明を簡略化したり、省略したりする。
（構成）
図１８は、本実施形態の位置計測システム４の構成の一例を示す概念図である。位置計測システム４は、送信装置４１と位置計測装置４２を備える。送信装置４１は、複数の人工衛星４００から送信される第２信号を受信する。送信装置４１は、所定の位置に配置される。位置計測装置４２は、制御対象装置４０に搭載される。位置計測装置４２は、第１信号を受信する。位置計測装置４２は、受信された第１信号を用いて位置計測する。なお、位置計測装置４２は、第２の実施形態の位置計測装置２２と同様に、第１信号と第２信号を併用して位置計測してもよい。位置計測装置４２は、送信時刻と位置情報を対応付けたデータを含む第３信号を送信する。また、位置計測装置４２は、他の位置計測装置４２から送信された第３信号を受信する。位置計測装置４２は、自装置の位置と、他の位置計測装置４２の位置との関係に基づいて、自装置が搭載された制御対象装置４０を制御する。送信装置４１および位置計測装置４２の数については、特に限定しない。送信装置４１は、第１～第３の実施形態の送信装置と同様であるので、その詳細については説明を省略する。
〔位置計測装置〕
図１９は、位置計測装置４２の構成の一例を示すブロック図である。位置計測装置４２は、第１信号受信部４２１、原子時計４２２、位置計算部４２３、制御部４２５、第３信号送信部４２７、第３信号受信部４２８を有する。なお、位置計測装置４２は、第２の実施形態の第２信号受信部２２４と同様の構成を含んでもよい。
第１信号受信部４２１は、送信装置４１から送信された第１信号を受信する。第１信号受信部４２１によって受信された第１信号は、位置計測装置４２による位置計測に用いられる。第１信号受信部４２１は、第１の実施形態の第１信号受信部１２１と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
原子時計４２２は、正確な時刻を刻む高精度の時計である。原子時計４２２は、第１の実施形態の原子時計１２２と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
位置計算部４２３は、第１信号受信部４２１によって受信された第１信号に基づいて、自装置の位置を計算する。位置計算部４２３は、第１の実施形態の位置計算部１２３と同様の手法を用いて自装置の位置を計算する。位置計測装置４２が第２の実施形態の第２信号受信部２２４と同様の構成を有する場合、位置計算部４２３は、第２信号受信部（図示しない）によって受信された第２信号を第１信号と併用して、自装置の位置を計算する。
第３信号送信部４２７は、位置計算部４２３によって算出された制御対象装置４０の位置情報と、原子時計４２２によって刻まれた時刻とが対応付けられたデータを含む第３信号を送信する。例えば、第３信号送信部４２７は、特定の周波数帯の電波で第３信号を送信する。第３信号送信部４２７から送信された第３信号は、他の位置計測装置４２による制御対象装置４０の制御に用いられる。
第３信号受信部４２８は、他の位置計測装置４２から送信された第３信号を受信する。例えば、第３信号受信部４２８は、特定の周波数帯の電波で第３信号を受信する。第３信号受信部４２８によって受信された第３信号は、その位置計測装置４２が搭載された制御対象装置４０の制御に用いられる。
制御部４２５は、位置計算部４２３によって算出された位置情報と、第３信号受信部４２８によって受信された他の制御対象装置４０の位置情報とに基づく第４信号を生成する。制御部４２５は、生成された第４信号を制御対象装置４０に出力することによって、その制御対象装置４０を制御する。なお、制御対象装置４０が第３信号に基づいて自装置を制御できる場合、制御部４２５は、第４信号として第３信号を制御対象装置４０に出力する。
例えば、制御対象装置４０は、自動車や電車、ドローンなどの無人航空機、無人潜水艇などの無人艇などの移動体である。制御部４２５は、位置情報に応じて移動体を駆動させるための第４信号を生成する。例えば、制御部４２５は、対象エリアの地図と、自装置が搭載された移動体の位置と、他の制御対象装置４０が搭載された移動体の位置とを対応付けて、自装置が搭載された移動体が適切な速度で適切な軌道に沿って移動するための第４信号を生成する。例えば、制御対象装置４０である移動体は、第４信号に応じて、適切な速度で適切な軌道に沿って移動する。例えば、制御部４２５は、自装置が搭載された移動体が他の移動体や物体に衝突しないように制御対象装置４０を制御するための第４信号を生成する。例えば、制御対象装置４０である移動体は、第４信号に応じて、移動方向や速度が変更される。
例えば、制御対象装置４０は、工場の製造ラインで使われるロボットや、建築現場で使われる建設機械である。位置計測装置４２は、ロボットや建設機械のアームなどの特定の運動部分の位置を計測する。制御部４２５は、制御対象の制御対象装置４０の位置情報や、他の制御対象装置４０の位置情報に応じて、複数の制御対象装置４０の運動部分を連携的に作動させるための第４信号を生成する。例えば、制御部４２５は、複数の制御対象装置４０の作業工程と、各々の制御対象装置４０の運動部分の位置とを対応付けて、複数の制御対象装置４０が適切に連携的に作動するための第４信号を生成する。例えば、複数の制御対象装置４０の各々は、第４信号に応じて、他の制御対象装置４０と連携するように運動部分を適切に作動させる。例えば、制御部４２５は、他の制御対象装置４０の運動部分や物体に、制御対象の制御対象装置４０の運動部分が衝突しないように、制御対象装置４０を連携的に制御するための第４信号を生成する。例えば、制御対象装置４０の運動部分は、第４信号に応じて、作動方向や作動速度が変更される。
位置計測システム４を構成する複数の位置計測装置４２の間では、原子時計４２２の時刻同期が取れているものとする。複数の位置計測装置４２の間で原子時計４２２の時刻同期を取るためには、複数の送信装置４１と各々の位置計測装置４２との間で、時刻を同期させればよい。例えば、予め設定されたタイミングにおいて、複数の送信装置４１と各々の位置計測装置４２との間で、原子時計４２２の時刻同期を取るように構成されればよい。例えば、複数の位置計測装置４２の各々が、４つの送信装置４１から第１信号を受信し、それらの第１信号に含まれる位置情報と時刻情報を用いて正確な時刻を計算し、算出された時刻で原子時計４２２の時刻を更新すれば、複数の位置計測装置４２の間で時刻同期できる。複数の位置計測装置４２は、一般的な時計よりも高精度な原子時計４２２を備える。そのため、複数の位置計測装置４２の原子時計４２２は、一般的な時計と比較して、時刻同期の頻度を小さくすることができる。
（動作）
次に、位置計測システム４の動作について図面を参照しながら説明する。以下においては、送信装置４１の動作は第１の実施形態と同様であるため、送信装置４１の動作については説明を省略し、位置計測装置４２の動作について説明する。
〔位置計測装置〕
図２０は、位置計測装置４２の動作の一例について説明するためのフローチャートである。図２０において、まず、位置計測装置４２は、送信装置４１から送信された第１信号を受信する（ステップＳ４２１）。第１信号と第２信号を併用する場合、位置計測装置４２は、送信装置４１から送信された第１信号と、人工衛星４００から送信された第２信号を受信する。
３つ以上の第１信号（第２信号）を受信した場合（ステップＳ４２２でＹｅｓ）、位置計測装置４２は、受信された第１信号（第２信号）を用いて自装置の位置を計算する（ステップＳ４２３）。一方、３つ以上の第１信号（第２信号）を受信していない場合（ステップＳ４２２でＮｏ）、ステップＳ４２１に戻る。
ステップＳ４２３の次に、他の移動体の位置情報を受信している場合（ステップＳ４２４でＹｅｓ）、位置計測装置４２は、自装置の位置に関する情報（位置情報）と、他の移動体の位置情報とに基づいて、第４信号を生成する（ステップＳ４２５）。すなわち、位置計測装置４２は、自装置の位置情報と、他の移動体の位置情報とに基づいて、制御対象装置４０を制御するための第４信号を生成する。
一方、ステップＳ４２３の次に、他の移動体の位置情報を受信していない場合（ステップＳ４２４でＮｏ）、位置計測装置４２は、自装置の位置に関する情報（位置情報）に基づいて、制御対象装置４０を制御するための第４信号を生成する（ステップＳ４２６）。
ステップＳ４２５およびステップＳ４２６の次に、位置計測装置４２は、生成された第４信号を制御対象装置４０に出力する（ステップＳ４２７）。制御対象装置４０は、受信される第４信号に応じて制御される。
制御を停止しない場合（ステップＳ４２８でＮｏ）、ステップＳ４２１に戻る。一方、位置計測を停止する場合（ステップＳ４２８でＹｅｓ）、図２０のフローチャートに沿った処理は終了である。
〔適用例５〕
図２１は、本実施形態の位置計測システムの適用例５について説明するための概念図である。本適用例では、複数の送信装置４１は、街中にばらまかれるように配置される。位置計測装置４２は、自動車などの移動体に搭載される。位置計測装置４２は、それらの送信装置４１から送信された第１信号に基づいて、自装置の位置を計測する。位置計測装置４２は、計測された位置に関する情報（位置情報）に基づいて、自装置が搭載された移動体を制御する。
送信装置４１は、街中に配置される。例えば、送信装置４１は、信号器や電柱、ビル、ガードレールなどに配置される。複数の送信装置１１は、各々の送信装置４１から送信される第１信号が位置計測装置４２によって受信されやすい位置に、配置されればよい。複数の送信装置４１は、対象領域内のどのような位置においても、少なくとも３つの送信装置４１から送信された第１信号が、位置計測装置４２によって受信されるように、配置されることが好ましい。
位置計測装置４２は、移動体に配置される。位置計測装置４２は、少なくとも３つの送信装置４１から送信された第１信号を用いて自装置の位置を計測する。また、位置計測装置４２は、他の位置計測装置４２から送信された第３信号を受信する。位置計測装置４２は、計測した自装置の位置情報と、他の位置計測装置４２が搭載された移動体の位置情報とに基づいて、自装置の搭載された移動体を制御するための第４信号を生成する。
例えば、本適用例の手法は、自動車などの移動体のナビゲーションシステムに用いられる。例えば、位置計測装置４２は、自装置が搭載された移動体の位置情報や、他の位置計測装置４２が搭載された移動体の位置情報を、地図上に表示させる第４信号を生成する。例えば、位置計測装置４２は、生成された第４信号を、移動体に実装されたナビゲーションシステム（図示しない）に出力する。例えば、ナビゲーションシステムは、第４信号に応じて、複数の移動体の位置情報を、地図上に表示させる。例えば、ナビゲーションシステムは、複数の移動体の位置情報に基づいて、移動体を適切なルートに誘導するためのルート情報を生成する。ナビゲーションシステムは、生成されたルート情報を、画面に表示させたり、音声情報として出力させたりする。
例えば、本適用例の手法は、自動車などの移動体の自動運転制御システムに用いられる。例えば、位置計測装置４２は、自装置が搭載された移動体の位置情報や、他の位置計測装置４２が搭載された移動体の位置情報に基づいて、自装置が搭載された移動体を制御するための第４信号を生成する。例えば、自動運転制御システム（図示しない）は、ある位置計測装置４２が搭載された移動体の位置情報や、他の位置計測装置４２が搭載された移動体の位置情報に基づいて、各々の移動体を適切なルートに沿って移動させる。例えば、自動運転制御システムは、ある位置計測装置４２が搭載された移動体の位置情報や、他の位置計測装置４２が搭載された移動体の位置情報に基づいて、各々の移動体が他の移動体や物体に衝突しないように各々の移動体を制御する。例えば、複数の位置計測装置４２から送信される第３信号に基づいて、自動車や自転車、歩行者の正確な位置関係を把握し、それらの位置関係を共有できれば、自動車や自転車、歩行者の衝突を回避できるシステム（衝突回避システム）を構成できる。
〔適用例６〕
図２２は、本実施形態の位置計測システムの適用例６について説明するための概念図である。本適用例では、複数の送信装置４１は、街中にばらまかれるように配置される。例えば、位置計測装置４２は、移動体に搭載される。位置計測装置４２は、複数の送信装置４１から送信された第１信号に基づいて、自装置の位置を計測する。位置計測装置４２は、計測された位置に関する情報（位置情報）に基づいて、自装置が搭載された移動体を制御する。
また、本適用例の位置計測システムは、位置計測装置４２の機能を有し、視覚の不自由な人の歩行や、自転車の運転を支援する支援装置４６０を含む。例えば、支援装置４６０は、視覚の不自由な人が用いる白杖や、自転車に搭載される。支援装置４６０は、位置計測装置４２の機能を有し、位置情報に基づく支援情報を、音声や振動によって、ユーザに対して通知する。
送信装置４１は、街中の所定の位置に配置される。例えば、送信装置４１は、信号器や、電柱、ビル、ガードレール、誘導用ブロックなどに配置される。複数の送信装置４１は、各々の送信装置４１から送信される第１信号が位置計測装置４２によって受信されやすい位置に、配置されればよい。複数の送信装置４１は、対象領域内のどのような位置においても、少なくとも３つの送信装置４１から送信された第１信号が、位置計測装置４２によって受信されるように、配置されることが好ましい。
位置計測装置４２は、制御対象の自動車に搭載される。位置計測装置４２は、第１信号を受信する。位置計測装置４２は、受信された第１信号を用いて位置計測する。位置計測装置４２は、送信時刻と位置情報を対応付けたデータを含む第３信号を送信する。また、位置計測装置４２は、他の位置計測装置４２や支援装置４６０から送信された第３信号を受信する。位置計測装置４２は、自装置の位置と、他の位置計測装置４２や支援装置４６０との位置関係に基づいて、自装置が搭載された制御対象装置４０を制御する。
支援装置４６０は、位置計測装置４２に通知機能を追加した構成を有する。例えば、支援装置４６０は、計測された位置に応じた情報を音や振動でユーザに通知する。例えば、支援装置４６０は、ユーザが歩行する地域の地図や、誘導用ブロックの配置に合わせて、ユーザの位置に応じた情報を通知する。また、支援装置４６０は、複数の位置計測装置４２や支援装置４６０の位置関係に応じた情報を通知する。また、支援装置４６０は、自装置の位置に関する第３信号を送信する。
例えば、支援装置４６０を搭載した自転車と、位置計測装置４２を搭載した自動車とが接近すると、支援装置４６０は、支援装置４６０を搭載した自転車を運転する人に対して、危険が迫っていることを知らせる通知を行う。例えば、横断歩行や階段、進行方向を変える地点、駅のホームの端などの要注意箇所などと、支援装置４６０が搭載された白杖を所持するユーザの距離とが接近すると、支援装置４６０は、要注意箇所が近づいていることを音や振動でユーザに通知する。例えば、支援装置４６０は、位置情報に応じて、危険が迫っていることを音や振動でユーザに通知する。例えば、支援装置４６０は、危険が迫っていたり、要注意箇所に接近したりすると、危険や要注意箇所の種別に応じたメロディや音パターンを音声出力する。例えば、支援装置４６０は、危険が迫っていたり、要注意箇所に接近したりすると、危険の緊急性や要注意箇所との距離に応じて、メロディや音パターンを変更させたり、それらの音の大きさを変更させたりする。例えば、支援装置４６０は、危険が迫っていたり、要注意箇所に接近したりすると、要注意箇所の種別に応じた振動パターンで振動する。例えば、支援装置４６０は、危険が迫っていたり、要注意箇所に接近したりすると、危険の緊急性や要注意箇所との距離に応じて、振動パターンや振動の大きさを変更する。支援装置４６０は、位置情報に基づく情報を、音および振動を組み合わせて通知してもよい。
支援装置４６０を使用するユーザは、支援装置４６０の通知によって、要注意箇所や危険に接近していることを認識できる。支援装置４６０を使用するユーザは、支援装置４６０の通知に応じて、要注意箇所や危険に注意を払うことができる。
〔適用例７〕
図２３は、本実施形態の位置計測システムの適用例７について説明するための概念図である。本適用例では、ドローンなどの無人機が飛行可能な空間やその近傍位置に、複数の送信装置４１が配置される。位置計測装置４２の機能を有する飛行制御装置４７０は、自律移動が可能な無人機に搭載される。飛行制御装置４７０は、複数の送信装置４１から送信された第１信号に基づいて、自装置の位置を計測する。飛行制御装置４７０は、計測された位置に関する情報（位置情報）に基づいて、自装置が搭載された無人機の飛行を制御する。
例えば、送信装置４１は、ドローンが飛行可能な空域内やその近傍に配置される。例えば、送信装置４１は、航空法や小型無人機等飛行禁止法、道路交通法や都道府県などの条例によりドローンの飛行が許可されていない空域を避けた、ドローンが飛行可能な空域内やその近傍に配置される。例えば、送信装置４１は、海岸や河川敷、田畑などで、ドローンの飛行が許可されている空域内やその近傍に配置される。ドローンを飛行させることが許可されている領域であれば、例えば、送信装置４１は、信号器や電柱、ビルなどに配置されてもよい。複数の送信装置４１は、各々の送信装置４１から送信される第１信号が、ドローンに搭載された位置計測装置４２によって受信されやすい位置に、配置されればよい。複数の送信装置４１は、空域内やその近傍のどのような位置においても、少なくとも３つの送信装置４１から送信された第１信号が、位置計測装置４２によって受信されるように、配置されることが好ましい。なお、ドローンが飛行可能な空域内まで第１信号が届く位置であれば、送信装置４１は、ドローンが飛行可能な空域から離れた位置に配置されてもよい。
飛行制御装置４７０は、位置計測装置４２の機能を有する。飛行制御装置４７０は、ドローンに配置される。なお、飛行制御装置４７０は、ドローン（無人航空機）ではない移動体に搭載されてもよい。例えば、飛行制御装置４７０は、無人地上車両や無人水上艇、無人潜水艇、無人宇宙機などの無人機に搭載されてもよい。これらの無人機に搭載される場合、飛行制御装置４７０は、各々の無人機の移動方法に対応した制御を行う。
飛行制御装置４７０は、少なくとも３つの送信装置４１から送信された第１信号を用いて自装置の位置を計測する。また、飛行制御装置４７０は、他の飛行制御装置４７０から送信された第３信号を受信する。飛行制御装置４７０は、計測された自装置の位置情報と、他の飛行制御装置４７０が搭載されたドローンの位置情報とに基づいて、自装置の搭載されたドローンを制御するための第４信号を生成する。
例えば、本適用例の手法は、ドローンなどの無人機の自動制御システムに用いられる。例えば、飛行制御装置４７０は、自装置が搭載された無人機の位置情報や、他の飛行制御装置４７０が搭載された移動体の位置情報に基づいて、自装置が搭載された無人機を制御するための第４信号を生成する。例えば、自動制御システム（図示しない）は、ある飛行制御装置４７０が搭載された無人機の位置情報や、その他の飛行制御装置４７０が搭載された無人機の位置情報に基づいて、各々の無人機を移動させる。例えば、自動制御システムは、ある位置計測装置４２が搭載された無人機の位置情報や、他の位置計測装置４２が搭載された無人機の位置情報に基づいて、各々の移動体が他の移動体や物体に衝突しないように、各々の移動体を制御する。例えば、複数の位置計測装置４２から送信される第３信号に基づいて、複数の無人機の正確な位置関係を把握し、それらの位置関係を共有できれば、複数の無人機の衝突を回避できるシステム（衝突回避システム）を実現できる。例えば、複数の位置計測装置４２から送信される第３信号に基づいて、複数の無人機の正確な位置関係を把握し、それらの位置関係に応じて複数の無人機を協調制御すれば、複数の無人機を用いて所定のミッションを行うオペレーションシステムを構成できる。例えば、複数の無人機の協調制御は、予め設定されたアルゴリズムに従って実行される。なお、複数の無人機の協調制御のアルゴリズムについては、特に限定を加えない。
以上のように、本実施形態の位置計測システムは、複数の送信装置と位置計測装置を備える。複数の送信装置の各々は、所定の位置に配置される。複数の送信装置の各々は、第２信号を用いて算出される正確な時刻と、所定の位置に関する位置情報とが関連付けられたデータを含む第１信号を生成し、生成された第１信号を送信する。位置計測装置は、制御対象装置に搭載され、原子時計を実装する。位置計測装置は、少なくとも３つの第１信号と、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて生成された第３信号を送信する第３信号送信部と、他の制御対象装置に搭載された位置計測装置から送信された第３信号を受信する第３信号受信部と、を備える。位置計測装置は、所定の位置に対応付けられた位置情報と送信時刻が関連付けられたデータを含む第１信号を受信する。位置計測装置は、少なくとも３つの第１信号に含まれるデータと、原子時計によって刻まれた時刻とを用いて制御対象装置の位置を計算する。位置計測装置は、制御対象装置の位置情報と、他の制御対象装置の位置情報とに基づいて、制御対象装置を制御するための第４信号を生成し、生成された第４信号を制御対象装置に出力する。
本実施形態において、位置計測装置は、自装置において計測された位置情報と、他の位置計測装置が搭載された制御対象装置の位置情報に応じて、自装置を搭載する制御対象装置を制御する。そのため、本態様によれば、自装置が搭載された制御対象装置の位置情報と、他の位置計測装置が搭載された制御対象装置の位置情報とに基づいて、自装置が搭載された制御対象装置を高精度に制御できる。
例えば、本実施形態の一態様の適用例において、複数の送信装置の各々は、街中に配置される。位置計測装置は、自動車などの制御対象装置（移動体）に搭載される。位置計測装置は、自装置が搭載された移動体の位置情報と、他の位置計測装置が搭載された移動体の位置情報とを用いて自装置が搭載された移動体の移動を制御する。本適用例によれば、複数の位置計測装置によって計測された高精度な位置情報に基づいて、位置計測装置を搭載した複数の移動体の移動を制御することによって、高精度なナビゲーションシステムを実現できる。また、本適用例によれば、複数の位置計測装置によって計測された高精度な位置情報に基づいて、位置計測装置を搭載した複数の移動体が互いに衝突しないように協調的に制御することによって、衝突防止システムを実現できる。
例えば、本実施形態の一態様の適用例において、複数の送信装置の各々は、街中に配置される。位置計測装置（支援装置）は、ユーザに携帯される物体に搭載される。位置計測装置は、ユーザが携帯する物体の位置情報と、他の位置計測装置の位置情報とに基づいて、他の位置計測装置が搭載された制御対象装置や物体の位置とユーザの位置の位置関係に応じた通知を、音および振動のうち少なくとも一方で通知する。本適用例によれば、複数の位置計測装置によって計測された高精度な位置情報に基づく通知によって、支援装置を使用するユーザを安全に誘導できる。
例えば、本実施形態の一態様の適用例において、複数の送信装置の各々は、ドローンなどの無人機が移動可能な空間やその近傍に配置される。位置計測装置は、ドローンなどの自律移動が可能な無人機に搭載される。位置計測装置は、自装置が搭載された無人機の位置情報と、他の位置計測装置が搭載された無人機の位置情報とを用いて自装置が搭載された無人機の移動を制御する。本適用例においては、複数の位置計測装置によって計測された高精度な位置情報に基づいて、位置計測装置を搭載した複数の無人機の移動を協調的に制御する。そのため、本適用例によれば、互いに衝突しないように複数の無人機を協調制御できるオペレーションシステムを実現できる。
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る位置計測装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の位置計測装置は、各実施形態の位置計測装置を簡略化した構成である。
図２４は、本実施形態の位置計測装置５２の構成の一例のブロック図である。位置計測装置５２は、第１信号受信部５２１、原子時計５２２、位置計算部５２３、および出力部５２５を備える。
位置計測装置５２は、制御対象装置に搭載される。第１信号受信部５２１は、所定の位置に対応付けられた位置情報と送信時刻が関連付けられたデータを含む第１信号を受信する。位置計算部５２３は、少なくとも３つの第１信号に含まれるデータと、原子時計５２２によって刻まれた時刻とを用いて制御対象装置の位置を計算する。出力部と５２５は、算出された制御対象装置の位置に関する位置情報を含む第３信号を出力する。
以上のように、本実施形態の位置計測装置は、自装置に実装された原子時計によって正確な時刻が刻まれるため、少なくとも３つの信号に基づいて、高精度な位置計測を実現できる。
（ハードウェア）
ここで、本開示の各実施形態に係る送信装置や位置計測装置の処理を実行するハードウェア構成について、図２５の情報処理装置９０を一例として挙げて説明する。なお、図２５の情報処理装置９０は、各実施形態の送信装置や位置計測装置の処理を実行するための構成例であって、本開示の範囲を限定するものではない。
図２５のように、情報処理装置９０は、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５、および通信インターフェース９６を備える。図２５においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略して表記する。プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５、および通信インターフェース９６は、バス９８を介して互いにデータ通信可能に接続される。また、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３および入出力インターフェース９５は、通信インターフェース９６を介して、インターネットやイントラネットなどのネットワークに接続される。
プロセッサ９１は、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムを主記憶装置９２に展開し、展開されたプログラムを実行する。本実施形態においては、情報処理装置９０にインストールされたソフトウェアプログラムを用いる構成とすればよい。プロセッサ９１は、本実施形態に係る送信装置や位置計測装置による処理を実行する。
主記憶装置９２は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置９２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリとすればよい。また、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリを主記憶装置９２として構成・追加してもよい。
補助記憶装置９３は、種々のデータを記憶する。補助記憶装置９３は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクによって構成される。なお、種々のデータを主記憶装置９２に記憶させる構成とし、補助記憶装置９３を省略することも可能である。
入出力インターフェース９５は、情報処理装置９０と周辺機器とを接続するためのインターフェースである。通信インターフェース９６は、規格や仕様に基づいて、インターネットやイントラネットなどのネットワークを通じて、外部のシステムや装置に接続するためのインターフェースである。入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、外部機器と接続するインターフェースとして共通化してもよい。
情報処理装置９０には、必要に応じて、キーボードやマウス、タッチパネルなどの入力機器を接続されてもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示画面が入力機器のインターフェースを兼ねる構成とすればよい。プロセッサ９１と入力機器との間のデータ通信は、入出力インターフェース９５に仲介させればよい。
また、情報処理装置９０には、情報を表示するための表示機器を備え付けてもよい。表示機器を備え付ける場合、情報処理装置９０には、表示機器の表示を制御するための表示制御装置（図示しない）が備えられていることが好ましい。表示機器は、入出力インターフェース９５を介して情報処理装置９０に接続すればよい。
また、情報処理装置９０には、ドライブ装置を備え付けてもよい。ドライブ装置は、プロセッサ９１と記録媒体（プログラム記録媒体）との間で、記録媒体からのデータやプログラムの読み込み、情報処理装置９０の処理結果の記録媒体への書き込みなどを仲介する。ドライブ装置は、入出力インターフェース９５を介して情報処理装置９０に接続すればよい。
以上が、本発明の各実施形態に係る送信装置や位置計測装置を可能とするためのハードウェア構成の一例である。なお、図２５のハードウェア構成は、各実施形態に係る送信装置や位置計測装置の演算処理を実行するためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、各実施形態に係る送信装置や位置計測装置に関する処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、各実施形態に係るプログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。記録媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体で実現できる。また、記録媒体は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＳＤ（Secure Digital）カードなどの半導体記録媒体や、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、その他の記録媒体によって実現してもよい。プロセッサが実行するプログラムが記録媒体に記録されている場合、その記録媒体はプログラム記録媒体に相当する。
各実施形態の送信装置や位置計測装置の構成部は、任意に組み合わせることができる。また、各実施形態の送信装置や位置計測装置の構成部は、ソフトウェアによって実現してもよいし、回路によって実現してもよい。
以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
１、２、３、４ 位置計測システム
１１、２１、３１、４１ 送信装置
１２、２２、３２、４２、５２ 位置計測装置
３０、４０ 制御対象装置
１１１、２１１ 第２信号受信部
１１２、２１２ 記憶部
１１３、２１３ 第１信号生成部
１１５、２１５ 第１信号送信部
１２０ 携帯端末
１２１、２２１、３２１、４２１ 第１信号受信部
１２２、２２２、３２２、４２２ 原子時計
１２３、２２３、３２３、４２３ 位置計算部
１２５、２２５ 出力部
１３０ 判定装置
１５０ 表示装置
２１７ 更新部
２２４ 第２信号受信部
３２５、４２５ 制御部
３３０、４６０ 支援装置
３４０ 潜水艇
４２７ 第３信号送信部
４２８ 第３信号受信部
４７０ 飛行制御装置

Claims (10)

  1. 制御対象装置に搭載される位置計測装置であって、
    所定の位置に対応付けられた位置情報と送信時刻が関連付けられたデータを含む第１信号を受信する第１信号受信手段と、
    原子時計と、
    少なくとも３つの前記第１信号に含まれる前記データと前記原子時計によって刻まれた時刻とを用いて前記制御対象装置の位置を計算する位置計算手段と、
    算出された前記制御対象装置の位置に関する位置情報を含む第３信号を出力する出力手段と、を備える位置計測装置。
  2. 前記原子時計は、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）共鳴の原理で動作する請求項１に記載の位置計測装置。
  3. 人工衛星から送信された第２信号を受信する第２信号受信手段を備え、
    前記位置計算手段は、
    受信された前記第１信号および前記第２信号のうち少なくとも３つの信号を用いて前記制御対象装置の位置を計測する請求項１または２に記載の位置計測装置。
  4. 算出された前記位置情報に基づいて、前記制御対象装置を制御するための第４信号を生成し、生成された前記第４信号を前記制御対象装置に出力する制御手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の位置計測装置。
  5. 生成された前記第３信号を送信する第３信号送信手段と、
    他の制御対象装置に搭載された位置計測装置から送信された第３信号を受信する第３信号受信手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    制御対象の前記制御対象装置の前記位置情報と、前記他の制御対象装置の前記位置情報とに基づいて、制御対象の前記制御対象装置を制御するための前記第４信号を生成し、制御対象の前記制御対象装置に前記第４信号を出力する請求項４に記載の位置計測装置。
  6. 所定の位置に配置され、人工衛星から送信された第２信号を用いて算出される正確な時刻と、前記所定の位置に関する位置情報とが関連付けられたデータを含む第１信号を生成し、生成された前記第１信号を送信する複数の送信装置と、
    制御対象装置に搭載され、原子時計を実装し、前記第１信号を受信し、少なくとも３つの前記第１信号に含まれる前記データと、前記原子時計によって刻まれた時刻とを用いて前記制御対象装置の位置を計算し、算出された前記制御対象装置の位置に関する位置情報を含む第３信号を出力する位置計測装置と、を備える位置計測システム。
  7. 前記位置計測装置は、
    制御対象の移動体に搭載され、
    少なくとも３つの前記第１信号と、前記原子時計によって刻まれた時刻とを用いて算出された前記位置情報に基づいて、前記移動体の移動を制御するための第４信号を生成し、
    生成された前記第４信号を前記移動体に出力することによって、前記移動体の移動を制御する請求項６に記載の位置計測システム。
  8. 前記位置計測装置は、
    制御対象の複数の移動体の各々に搭載され、
    少なくとも３つの前記第１信号と、前記原子時計によって刻まれた時刻とを用いて生成された前記第３信号を送信し、
    他の移動体に搭載された前記位置計測装置から送信された、前記他の移動体の位置に関する第３信号を受信し、
    算出された前記位置情報と、前記他の移動体に搭載された前記位置計測装置から送信された前記位置情報とに基づいて、前記複数の移動体の位置関係に応じて前記移動体の移動を制御するための第４信号を生成し、
    生成された前記第４信号を前記移動体に出力することによって、前記移動体の移動を制御する請求項６に記載の位置計測システム。
  9. 複数の前記位置計測装置から送信された前記第３信号に基づいて、レースにおける複数の乗り物の順位を判定し、前記レースの結果に関する情報を出力する判定装置を備え、
    複数の前記送信装置は、前記レースが行われる競技施設に配置され、
    前記位置計測装置は、
    前記レースで用いられる複数の前記乗り物の各々に搭載され、少なくとも３つの前記第１信号を用いて前記乗り物の位置を計測し、計測された前記乗り物の位置に関する位置情報を含む前記第３信号を前記判定装置に送信する請求項６に記載の位置計測システム。
  10. 前記位置計測装置は、
    ユーザに携帯される物体に搭載され、
    少なくとも３つの前記第１信号と、前記原子時計によって刻まれた時刻とを用いて算出された前記位置情報に基づく通知を、音および振動のうち少なくとも一方で通知する請求項６に記載の位置計測システム。
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