JP3704867B2 - 電波測位システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、既知の位置との距離を電波を利用して測定し、その距離から未知の位置を求める電波測位システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電波測位システムとしては、米国国防総省が開発したＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が有名であり、既に民需の分野でも実用に供している。
【０００３】
図１１は、ＧＰＳによる電波測位の運用を説明する図である。図において、１は、測位のための電波を送信するＧＰＳ衛星であり、２は、前記電波を受信してユーザの未知の位置を出力するユーザ端末である。
【０００４】
図１１に示すように、ＧＰＳでは、地上２０，２００ｋｍの６つの軌道を１２時間で周回する２４個の衛星から電波を送信し、ユーザは自己の未知の位置を、ユーザ端末器によりこの電波を受信することにより求める仕組みになっている。また、ユーザの時計をＧＰＳの時計に正確に同期させることは困難であるので、この時計の誤差も未知として扱うため、未知数の数は全部で４個となり、したがって、４個のＧＰＳ衛星を観測することが必要となる。
【０００５】
図１２は、社団法人日本測量協会編著の「新訂版ＧＰＳ−人工衛星による精密測位システム−」（１９８９年１１月１５日発行）などに解説されているＧＰＳによる電波測位システムの構成を示すブロック線図である。
【０００６】
図１２のブロック線図において、１は、前記ＧＰＳ衛星であり、２は、前記ユーザ端末、３は、前記ユーザ端末を構成するユーザ測位部である。
【０００７】
前記ＧＰＳ衛星１において、４は、ＧＰＳ衛星の時刻を出力するＧＰＳ時計であり、５は、前記ＧＰＳ時計の出力を入力して、測位のための電波を送信するＧＰＳ送信器である。
【０００８】
前記ユーザ測位部３において、６は、ＧＰＳ送信器５が送信する測位のための電波を受信するユーザ受信器、７は、ユーザの時刻を出力するユーザ時計、８は、軌道情報から前記ＧＰＳ衛星の位置を出力する軌道計算器、そして、９は、前記ユーザ受信器６の出力と、前記ユーザ時計７の出力と、前記軌道計算器８の出力とを入力し、ユーザの位置を算出する位置算出器である。
【０００９】
上述した従来の電波測位システムであるＧＰＳの動作を以下に説明する。
【００１０】
ＧＰＳ衛星１において、ＧＰＳ時計４は、ＧＰＳ衛星での時刻を出力する。
【００１１】
ＧＰＳ送信器５は、前記ＧＰＳ時計４が出力する前記ＧＰＳ衛星での時刻を入力し、その時刻と、自分がどのＧＰＳ衛星かを示す情報を記した電波を送信する。
【００１２】
ユーザ端末２内のユーザ測位部３において、ユーザ受信器６は、前記電波を受信し、そこに記されたＧＰＳでの時刻、すなわち、その電波が送信された時刻と、その電波がどのＧＰＳ衛星か送信されたものかを示す情報を読み出し、出力する。
【００１３】
ユーザ時計７は、ユーザの時刻、すなわち、前記電波を受信した時刻を出力する。
【００１４】
軌道計算器８は、前記ユーザ受信器６が出力する前記電波の送信時刻と、その電波を送信したＧＰＳ衛星の情報を入力し、ＧＰＳ衛星群の軌道情報から、そのＧＰＳ衛星がその電波を送信した時刻にいた位置を算出し、出力する。
【００１５】
位置算出器９は、前記ユーザ受信器６が出力する前記送信時刻と、前記ユーザ時計が出力する前記受信時刻と、前記軌道計算器８が出力するＧＰＳ衛星１の位置とを入力し、前記送信時刻と前記受信時刻との差に光速を乗ずることによりＧＰＳ衛星１までの距離を算出し、この距離とＧＰＳ衛星１の位置との組を４組合わせて、連立方程式を解くことによりユーザの位置と前記ユーザ時計７の同期誤差とを算出する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電波測位システムであるＧＰＳは、もともと軍事目的で米国により運用されているものであるから、一般のユーザには、測位のための情報がすべて公開されているわけではないし、意図的な測位精度劣化を被る場合もある（ＳＡ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｖａｉｌａｖｉｌｉｔｙと呼ばれる）。また、ＧＰＳ衛星は、周回衛星であるから、その位置を知るためには軌道計算を行わなければならない。さらに、測位は各ＧＰＳ衛星からの電波の送信時刻を元にして行われるから、ＧＰＳ衛星がそれぞれ持っているＧＰＳ時計は、その時計自体が精密なだけでなく、互いに正確に同期させる必要がある。それから、ＧＰＳ衛星は、単に電波を送信するだけであるから、測位によりえられた情報を通信に利用する場合に、これを中継局として利用することはできない。および、ＧＰＳ衛星は、測位のための電波を常に送信し続けなければならない。
従来の電波測位システムであるＧＰＳには、以上のような課題があった。
【００１７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、一般ユーザについても信頼性のあるように管理できる電波測位システム、軌道計算を行う必要の無い電波測位システム、時刻同期の必要の無い電波測位システム、通信の中継局としても利用可能な電波測位システム、あるいは、測位のための電波を常に送信し続けなくとも済む電波測位システムを得ることを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による電波測位システムは、
既知の位置を与え、測距のための電波を送信あるいは受信するものとして、上空に静止した飛行船を利用したものである。
【００１９】
第２の発明による電波測位システムは、
測位すべき未知の位置に、ユーザ測位部を有するユーザ端末を配し、このユーザ端末により前記飛行船と電波を送信または受信することにより測位を行うようにしたものである。
【００２０】
第３の発明による電波測位システムは、ユーザ測位部を、ユーザの時刻を出力するユーザ時計と、前記ユーザ時計の出力を入力して、電波を送信するユーザ送信器と、飛行船からの電波を受信するユーザ受信器と、前記ユーザ受信器の出力と前記ユーザ時計の出力とを入力してユーザの位置を算出する位置算出器とにより構成し、
前記飛行船に、前記ユーザ送信器により送信された電波を受信する飛行船受信器と、前記飛行船受信器の出力を入力し、電波を送信する飛行船送信器を具備したものである。
【００２１】
第４の発明による電波測位システムは、前記飛行船に、飛行船の時刻を出力する飛行船時計と、前記飛行船時計の出力を入力して電波を送信する飛行船送信器とを具備し、
前記ユーザ測位部を、前記飛行船送信器が送信する電波を入力するユーザ受信器と、ユーザの時刻を出力するユーザ時計と、前記ユーザ受信器の出力と前記ユーザ時計の出力とを入力し、ユーザの位置を算出する位置算出器とにより構成したものである。
【００２２】
第５の発明による電波測位システムは、前記ユーザ測位部を、ユーザの時刻を出力するユーザ時計と、前記ユーザ時計の出力を入力して、電波を送信するユーザ送信器と、飛行船からの電波を受信するユーザ受信器と、前記ユーザ受信器の出力を入力してユーザの位置を算出する位置算出器とにより構成し、
前記飛行船に、前記ユーザ送信器により送信された電波を受信する飛行船受信器と、飛行船の時刻を出力する飛行船時計と、前記飛行船受信器の出力と前記飛行船時計の出力とを入力し、電波を送信する飛行船送信器を具備したものである。
【００２３】
第６の発明による電波測位システムは、前記ユーザ端末に、通信処理部を具備し、通信すべき情報に前記ユーザ測位部が出力するユーザの位置を付加して通信を行うようにしたものである。
【００２４】
第７の発明による電波測位システムは、前記通信を、前記飛行船における前記飛行船受信器と前記飛行船送信器を用いて、前記飛行船を中継局として利用することにより行うようにしたものである。
【００２５】
第８の発明による電波測位システムは、前記通信処理部を電話器により構成したものである。
【００２６】
第９の発明による電波測位システムは、前記通信処理部を患者の健康を監視する異常検知器により構成し、異常検知信号に、前記ユーザ測位部が出力するユーザである患者の位置を付加して、救急センターと通信するようにしたものである。
【００２７】
第１０の発明による電波測位システムは、前記通信処理部を災害の状況を監視する異常監視モニターにより構成し、異常検知信号に、前記ユーザ測位部が出力するユーザである被災地点の位置を付加して、災害監視センターと通信するようにしたものである。
【００２８】
第１１の発明による電波測位システムは、前記通信処理部を派遣活動報告通信器により構成し、災害派遣車等が現場に急行するために行う作業通信情報に、前記ユーザ測位部が出力するユーザである前記災害派遣車位置を付加して、消防、救急、派遣センターと通信するようにしたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による電波測位システムのいくつかの実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の運用を示す図である。図において、１０は、測位のための電波を受信および送信する飛行船であり、１１は、前記電波を送信および受信して未知の位置を出力するユーザ端末である。
【００３１】
図１に示すように、前記飛行船１０は上空に静止している。そして、この飛行船の位置は一定であり既知であるものとする。このことは、成層圏下層では風速が最も弱いことから技術的に可能である。
【００３２】
このような飛行船１０に対して、ユーザ端末１１が送信時刻を記した電波を送信し、各飛行船１０がこれを受信して自分の電波を送信し、再びユーザ端末１１がこれを受信してその受信時刻を測ることにより、電波がユーザ端末１１と各飛行船１０とを往復する時間を測定する。この時間から、ユーザ端末１１と各飛行船１０との往復距離を知る。さらに、前記飛行船１０の位置が既知であることから、前記各飛行船１０までの距離と前記各飛行船１０の位置の組を集めて連立方程式を解くことにより、前記ユーザ端末１１の位置を求めることができる。
ここで、飛行船１０は時計を有さずユーザ端末１１の時計のみを利用して距離測定を行っているため、ユーザ端末１１のユーザ時計７の同期誤差を推定する必要が無いので、未知数の数はユーザの位置を示す３個のみとなる。したがって、３機の飛行船との距離を測定すればよい。
ここで、ユーザ端末１１が飛行船１に電波を送信することを前提としているが、ＧＰＳ衛星１が高度２０，２００ｋｍの上空に位置するのに対して、前記飛行船１０はその１／１０００の高度である成層圏下層にあるため、ユーザ端末１１の送信出力は小さなものでもこの送信は実現可能である。このことは、以下でも同様である。
【００３３】
図２は、この発明の実施の形態１の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、前記飛行船であり、１１は、前記ユーザ端末、１２は、前記ユーザ端末１１を構成するユーザ測位部である。
【００３４】
前記ユーザ測位部１２において、７は、ユーザの時刻を出力するユーザ時計、１３は、前記ユーザ時計７の出力を入力して、電波を送信するユーザ送信器、６は、飛行船１０からの電波を受信するユーザ受信器、９は、前記ユーザ受信器６の出力と前記ユーザ時計７の出力とを入力してユーザの位置を算出する位置算出器である。
【００３５】
前記飛行船１０において、１４は、前記ユーザ送信器１３により送信された電波を受信する飛行船受信器、１５は、前記飛行船受信器１４の出力を入力し、電波を送信する飛行船送信器である。
【００３６】
次に動作について説明する。
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ時計７は、ユーザの時刻を出力する。
【００３７】
ユーザ送信器１３は、前記ユーザ時計７が出力する前記ユーザの時刻を入力し、これを記した電波を送信する。
【００３８】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、そこに記された前記ユーザの時刻、すなわち、その電波がユーザから送信された時刻を読み出し、出力する。
【００３９】
飛行船送信器１５は、前記飛行船受信器１４が出力する前記電波がユーザから出力された時刻を入力し、この時刻と、自分の位置を示す情報とを記した電波を、即時に、あるいは、受信から一定時間後に、送信する。
ここで、ＧＰＳ衛星１が周回衛星で、時時刻々とその位置を変化させているのに対し、飛行船１０は静止しているので、位置は変わらない。したがって、飛行船１０の識別番号ではなく、位置そのものをユーザに対して出力することが可能なのである。このことは、以下でも同様である。
【００４０】
再びユーザ測位部１２において、ユーザ受信器６は、前記飛行船送信器１５が出力する前記電波を受信し、そこに記された前記電波がユーザから送信された時刻と、その電波を受信して自分の電波を送信してきた前記飛行船の位置とを読み出し、出力する。
【００４１】
位置算出器９は、前記ユーザ受信器６が出力する前記電波がユーザから送信された時刻と、前記飛行船の位置とを入力し、さらに、前記ユーザ時計７の時刻、すなわち、前記電波をユーザが受信した時刻とを入力する。そして、電波の送信時刻とその受信時刻との差（あるいはこれから飛行船が電波を受信してから自分の電波を送信するまでに要する一定の時間を差し引いた時間）に光速を乗ずることにより、飛行船までの往復の距離を算出し、この距離と飛行船の位置の組を３組あわせて、連立方程式を解くことによりユーザの位置を算出する。
【００４２】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２の運用を示す図である。図において、１０は、測位のための電波を送信する飛行船であり、１１は、前記電波を受信して未知の位置を出力するユーザ端末である。
【００４３】
図３に示すように、前記飛行船１０は上空に静止している。そして、この飛行船の位置は一定であり既知であるものとする。このことは、成層圏下層では風速が最も弱いことから技術的に可能である。
【００４４】
このような飛行船１０は送信時刻を記した電波を送信し、ユーザ端末１１がこれを受信してその受信時刻を測り、飛行船１０から電波がユーザ端末１１に達するまで時間を測定することにより、飛行船１０からユーザ端末１１までの距離を知る。さらに、前記飛行船１０の位置が既知であることから、前記各飛行船１０までの距離と前記各飛行船１０の位置の組を集めて連立方程式を解くことにより、前記ユーザ端末１１の位置を求めることができる。
ここで、飛行船１０の時計とユーザ端末１１の時計との同期をとらなければならないため、ユーザ端末１１の時計の誤差を推定する必要があるので、未知数の数はユーザの位置を示す３個とユーザの時計の誤差を示す１個のあわせて４個となる。したがって、４機の飛行船との距離を測定することになる。
【００４５】
図４は、この発明の実施の形態２の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、前記飛行船であり、１１は、前記ユーザ端末、１２は、前記ユーザ端末１１を構成するユーザ測位部である。
【００４６】
前記飛行船１０において、１６は、前記飛行船１０の時刻を出力する飛行船時計、１５は、前記飛行船時計１６の出力を入力し、電波を送信する飛行船送信器である。
【００４７】
前記ユーザ測位部１２において、６は、前記飛行船からの電波を受信するユーザ受信器、７は、ユーザの時刻を出力するユーザ時計、９は、前記ユーザ時計７の出力と前記ユーザ受信器６の出力とを入力してユーザの位置を算出する位置算出器である。
【００４８】
次に動作について説明する。
飛行船１０において、飛行船時計１６は、飛行船の時刻を出力する。
【００４９】
飛行船送信器１５は、前記飛行船時計１６が出力する前記飛行船の時刻を入力し、この時刻、すなわち送信時刻と、自分の位置を示す情報とを記した電波を送信する。
【００５０】
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ受信器６は、前記飛行船送信器１５が出力する前記電波を受信し、そこに記された前記電波の送信時刻と、その電波を送信した飛行船の位置とを読み出し、出力する。
【００５１】
ユーザ時計７は、ユーザの時刻、すなわち、前記電波の受信時刻を出力する。
【００５２】
位置算出器９は、前記ユーザ受信器６が出力する前記送信時刻と、前記飛行船の位置とを入力し、さらに、前記ユーザ時計７が出力する前記受信時刻とを入力する。そして、電波の送信時刻とその受信時刻との差に光速を乗ずることにより、飛行船までの距離を算出し、この距離と飛行船の位置の組を４組あわせて、連立方程式を解くことによりユーザの位置とユーザ時計の同期誤差を算出する。
【００５３】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３の運用を示す図である。図において、１０は、測位のための電波を受信および送信する飛行船であり、１１は、前記電波を送信および受信して未知の位置を出力するユーザ端末である。また、図において、実線は電波測位のために到達時間を測定すべき電波の経路を示しており、一点鎖線は、到達時間の測定の対象ではないが、測位のための情報を伝達する電波の経路を示している。
【００５４】
図５に示すように、前記飛行船１０は上空に静止している。そして、この飛行船の位置は一定であり既知であるものとする。このことは、成層圏下層では風速が最も弱いことから技術的に可能である。
【００５５】
このような飛行船１０に対して、ユーザ端末１１が送信時刻を記した電波を送信し、各飛行船１０がこれを受信してその受信時刻を測る。そして前記飛行船１０は、前記ユーザ端末１１からの送信時刻と、前記各飛行船１０での受信時刻と、前記飛行船の位置とを示す情報を、電波を用いて送信する。ユーザ端末１１は、この電波を受信して、前記ユーザ端末１１からの送信時刻と、前記各飛行船１０での受信時刻と、前記各飛行船１０の位置とを示す情報を読みだし、前記各飛行船１０までの距離を知る。さらに、前記各飛行船１０の位置が既知であることから、前記各飛行船１０までの距離と前記各飛行船１０の位置の組を集めて連立方程式を解くことにより、前記ユーザ端末１１の位置を求めることができる。
ここで、飛行船１０の時計とユーザ端末１１の時計との同期をとらなければならないため、ユーザ端末１１の時計の誤差を推定する必要があるので、未知数の数はユーザの位置を示す３個とユーザの時計の誤差を示す１個のあわせて４個となる。したがって、４機の飛行船との距離を測定することになる。
【００５６】
図６は、この発明の実施の形態３の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、前記飛行船であり、１１は、前記ユーザ端末、１２は、前記ユーザ端末１１を構成するユーザ測位部である。
【００５７】
前記ユーザ測位部１２において、７は、ユーザの時刻を出力するユーザ時計、１３は、前記ユーザ時計７の出力を入力して、電波を送信するユーザ送信器、６は、飛行船からの電波を受信するユーザ受信器、９は、前記ユーザ受信器６の出力を入力してユーザの位置を算出する位置算出器である。
【００５８】
前記飛行船１０において、１４は、前記ユーザ送信器１３により送信された電波を受信する飛行船受信器、１６は、飛行船の時刻を出力する飛行船時計、１５は、前記飛行船受信器１４の出力と前記ユーザ時計１６の出力とを入力し、電波を送信する飛行船送信器である。
【００５９】
次に動作について説明する。
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ時計７は、ユーザの時刻を出力する。
【００６０】
ユーザ送信器１３は、前記ユーザ時計７が出力する前記ユーザの時刻を入力し、これを記した電波を送信する。
【００６１】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、そこに記された前記ユーザの時刻、すなわち、その電波がユーザから送信された時刻を読み出し、出力する。
【００６２】
飛行船時計１６は、飛行船の時刻を出力する。
【００６３】
飛行船送信器１５は、前記飛行船受信器１４が出力する前記電波がユーザから送信された時刻と、前記飛行船時計１６が出力する飛行船の時刻、すなわち、前記電波を飛行船で受信した時刻とを入力し、これら時刻と、自分の位置を示す情報とを記した電波を送信する。
【００６４】
再びユーザ測位部１２において、ユーザ受信器６は、前記飛行船送信器１５が出力する前記電波を受信し、そこに記された前記電波がユーザから送信された時刻と、前記電波が飛行船で受信された時刻と、その電波を受信して自分の電波を送信してきた前記飛行船の位置とを読み出し、出力する。
【００６５】
位置算出器９は、前記ユーザ受信器６が出力する前記電波がユーザから送信された時刻と、前記電波が飛行船で受信された時刻と、前記飛行船の位置とを入力する。そして、電波の送信時刻とその受信時刻との差に光速を乗ずることにより、飛行船までの距離を算出し、この距離と飛行船の位置の組を４組あわせて、連立方程式を解くことによりユーザの位置とユーザ時計の同期誤差とを算出する。
【００６６】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、飛行船であり、１１は、ユーザ端末、１９は、ユーザ、２０は、通信相手である。また、図において、実線は測位のための電波や情報の経路を示し、波線は通信のための電波や情報の経路を示している。
【００６７】
ユーザ端末１１において、１２は、ユーザ測位部であり、１７は、通信処理部である。
【００６８】
ユーザ測位部１２の構成は、既にいくつかの実施の形態に基づいて説明した。
【００６９】
通信処理部１７において、１８は、電話器である。
【００７０】
通信相手２０において、２１は、相手電話器、２２は、前記相手電話器２１に具備されているディスプレイである。
【００７１】
次に動作について説明する。
ただし、測位については、既にいくつかの実施の形態に基づいて動作を説明したので、ここでは省略する。
【００７２】
ユーザ端末１１内の通信処理部１７において、電話器１８は、ユーザ１９の音声を入力し、音声信号として出力する。
【００７３】
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ送信器１３は、前記電話器１８が出力する前記音声信号と、位置算出器９が出力するユーザの位置とを入力し、これらの情報を記した電波を送信する。
【００７４】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、飛行船送信器１５は、これを増幅して送信する。つまり、飛行船１０は、中継局としての役割を果たす。
【００７５】
通信相手２０は、前記飛行船送信器１５から送信された電波を受信し、そこに記された前記ユーザの音声信号と前記ユーザの位置とを読みだし、音声を相手電話器２１から出力し、ユーザの位置を前記相手電話器２１に具備されたディスプレイ２２に表示する。このことにより、通信相手は、ユーザ１９の位置を知りながら、会話を行うことができる。
【００７６】
もちろん通信相手２０は、通信相手の音声や位置などの情報を入力し、これを電波に記して、前記飛行船１０を中継局として用いて、前記ユーザ端末１１を介して、前記ユーザ１９に伝える働きも行う。
【００７７】
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、飛行船であり、１１は、ユーザ端末、２４は、患者、２５は、救急センターである。また、図において、実線は測位のための電波や情報の経路を示し、波線は通信のための電波や情報の経路を示している。
【００７８】
ユーザ端末１１において、１２は、ユーザ測位部であり、１７は、通信処理部である。
【００７９】
ユーザ測位部１２の構成は、既にいくつかの実施の形態に基づいて説明した。
【００８０】
通信処理部１７において、２３は、異常検知器である。
【００８１】
救急センター２５において、２６は、ブザー、２７は、点滅灯、２８は、患者２４の位置を示す地図、２９は、前記患者２４の名前の表示、３０は、前記患者２４のカルテの表示、３１は、前記患者２４の現在の状態を示すグラフである。
【００８２】
次に動作について説明する。
ただし、測位については、既にいくつかの実施の形態に基づいて動作を説明したので、ここでは省略する。
【００８３】
ユーザ端末１１内の通信処理部１７において、異常検知器２３は、患者２４の健康を常に監視し、異常が検知されれば、即時、その異常の状態をモニタリングし、異常であるという情報と異常の状態の情報とを出力する。
【００８４】
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ送信器１３は、前記異常検知器２３が出力する前記異常であるという情報と前記異常の状態の情報と、位置算出器９が出力する患者２４（ユーザ）の位置とを入力し、これらの情報を記した電波を送信する。
【００８５】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、飛行船送信器１５は、これを増幅して送信する。つまり、飛行船１０は、中継局としての役割を果たす。
【００８６】
救急センター２５は、前記飛行船送信器１５から送信された電波を受信し、そこに記された前記異常であるという情報と前記異常の状態の情報と前記患者２４（ユーザ）の位置とを読みだし、ブザー２６や点滅灯２７を用いて緊急事態を示して医師、救急班を召集する。
【００８７】
そして、読み出した情報を、現在異常をきたしている患者２４の位置を示す地図２８、前記患者２４の名前の表示２９、前記患者２４のカルテの表示３０、前記患者２４の現在の状態を示すグラフ３１に、それぞれ出力する。前記患者２４の現在の状態を示すグラフ３１には、たとえば心電図などをリアルタイムでグラフィック表示する。
【００８８】
実施の形態６．
図９は、この発明の実施の形態６の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、飛行船であり、１１は、ユーザ端末、３３は、ビル、橋、鉄道などの設備、３４は、災害監視センターである。また、図において、実線は測位のための電波や情報の経路を示し、一点鎖線は通信のための電波や情報の経路を示している。
【００８９】
ユーザ端末１１において、１２は、ユーザ測位部であり、１７は、通信処理部である。
【００９０】
ユーザ測位部１２の構成は、既にいくつかの実施の形態に基づいて説明した。
【００９１】
通信処理部１７において、３２は、異常監視モニターである。
【００９２】
災害監視センター３４において、３５は、被災地図、３６は、現地報告文書、３７は、現地の映像である。
【００９３】
次に動作について説明する。
ただし、測位については、既にいくつかの実施の形態に基づいて動作を説明したので、ここでは省略する。
【００９４】
ユーザ端末１１内の通信処理部１７において、異常監視モニター３２は、ビル、橋、鉄道などの設備３３の安全性や正常性を常に監視し、異常が検知されれば、即時、その異常の状態をモニタリングし、異常であるという情報と異常の状態の情報とを出力する。
【００９５】
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ送信器１３は、前記異常監視モニター３２が出力する前記異常であるという情報と前記異常の状態の情報と、位置算出器９が出力する前記設備３３（ユーザ）の位置とを入力し、これらの情報を記した電波を送信する。
【００９６】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、飛行船送信器１５は、これを増幅して送信する。つまり、飛行船１０は、中継局としての役割を果たす。
【００９７】
災害監視センター３４は、前記飛行船送信器１５から送信された電波を受信し、そこに記された前記異常であるという情報と前記異常の状態の情報と前記設備３３（ユーザ）の位置とを読み出す。
【００９８】
そして、被災地図３５上に、異常を通報してきた前記設備３３の位置を表示し、オペレータのリクエスト等に応じて、それぞれの設備の異常の状態の情報を、現地報告文書３６や、現地の映像３７として表示する。
【００９９】
実施の形態７．
図１０は、この発明の実施の形態７の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、飛行船であり、１１は、ユーザ端末、３９は、消防車、救急車、その他の災害派遣車等、４０は、消防、救急、派遣センター、４１は、救済計画立案者である。また、図において、実線は測位のための電波や情報の経路を示し、一点鎖線は通信のための電波や情報の経路を示している。
【０１００】
ユーザ端末１１において、１２は、ユーザ測位部であり、１７は、通信処理部である。
【０１０１】
ユーザ測位部１２の構成は、既にいくつかの実施の形態に基づいて説明した。
【０１０２】
通信処理部１７において、３８は、災害派遣報告通信器である。
【０１０３】
消防、救急、派遣センター４０において、４２は、現地報告表示／計画指示器、４３は、被災地点リスト、４４は、災害派遣車リスト、４５は、最適割当計算器、４６は、派遣ルート選択器である。
【０１０４】
次に動作について説明する。
ただし、測位については、既にいくつかの実施の形態に基づいて動作を説明したので、ここでは省略する。
【０１０５】
ユーザ端末１１内の通信処理部１７において、派遣活動報告通信器３８は、消防車、救急車、その他の災害派遣車等３９が現場に急行する際の、途中のルートの状況、到達の可能性、現場に到達してからの消火栓からの距離、作業の進捗状況、および作業の中断、終了の状況、などの活動報告を通信信号に変換する。
【０１０６】
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ送信器１３は、前記派遣活動報告通信器３８が出力する前記活動報告に関する通信信号と、位置算出器９が出力する前記災害派遣車等３９（ユーザ）の位置とを入力し、これらの情報を記した電波を送信する。
【０１０７】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、飛行船送信器１５は、これを増幅して送信する。つまり、飛行船１０は、中継局としての役割を果たす。
【０１０８】
消防、救急、派遣センター４０は、前記飛行船送信器１５から送信された電波を受信し、そこに記された前記活動報告に関する通信と、前記災害派遣車等３９（ユーザ）の位置とを読み出す。
【０１０９】
前記消防、救急、派遣センター４０において、これらの情報は、現地報告表示／計画指示器４２を介して、救済計画立案者４１に示されるとともに、最適割当器４５の入力となる。前記最適割当器４５は、被災地点リスト４３の出力と、災害派遣車リスト４４の出力とも、同時に入力し、消防車や救急車などを各被災場所に効率的に派遣するための最適割当問題を解く。この結果は、派遣ルート選択器４６の入力となり、各災害派遣車がそれぞれ割り当てられた現場に至る経路を求める。この結果は、前記救済計画立案者４１に示され、修正を受ける。
【０１１０】
以上のようにして、決定された各災害派遣車の各被災場所への割り当てと、そこへの急行経路は、再び前記飛行船１０を中継器として前記災害派遣車３９に通信される。すなわち、このようにして、前記災害派遣車３９は、報告に自分の現在位置を付加して前記消防、救急、派遣センター４０と更新しながら作業を遂行することができるので、群としての前記災害派遣車３９を全体として有効に活用することができる。
【０１１１】
【発明の効果】
第１の発明によれば、他国の軍事設備に頼らず、管理可能な電波測位システムとなるため、一般ユーザも、必要な情報を入手することができ、しかも、意図的な精度劣化を被ることが無い。さらに、飛行船は上空で静止しているので、軌道計算を行う必要が無い。
【０１１２】
第２の発明によれば、測位を行うユーザと飛行船との間に通信のリンクを構成できるため、ユーザの所在を第三者により確認させることが可能となる。
【０１１３】
第３の発明によれば、飛行船は時計を持つ必要が無く、また、このために時刻同期の手間とこれによる誤差が無くなる。
【０１１４】
第４の発明によれば、従来の電波測位システムであるＧＰＳと同様の原理を用いることになるため、ユーザの受信器は、ＧＰＳと共通部分を持った兼用の機器として作成することができる。
【０１１５】
第５の発明によれば、飛行船はＧＰＳのように測位のための信号を常に送信する必要が無くなる。このことは、エネルギーの節約になるとともに、送信能力を別の目的に利用することが可能であることを意味する。
【０１１６】
第６の発明によれば、測位のみを行う専用機器としてではなく、電波を用いた一般の通信を行う端末の一部として、電波測位機器を有することができる。
【０１１７】
第７の発明によれば、飛行船群を中継局として利用することにより、ユーザは通信情報とその発信地点とを組にして、遠隔地に伝えることができるため、遠隔地からもユーザの状態を詳細に把握することができるようになる。また、通信ネットワークとしての運用の中に電波測位システムを取り入れることになるので、電波測位システム単独であるよりも安価な維持費でシステムを運営することができる。
【０１１８】
第８の発明によれば、通信端末としてもっとも使用頻度の高く、送信機能と受信機能を有する電話に測位機能を結び付けることにより、電波測位システムを安価に普及させることができる。
【０１１９】
第９の発明によれば、異常検知器により、たとえば心臓などにハンディーキャップを持つ人が異常事態に陥った場合にも、迅速に救急処置を受けることができるようになり、その人の健康維持に貢献することが出来るとともに、ハンディーキャップを持つ人の独りの行動を助けることにより、社会参加を手助けすることができる。
【０１２０】
第１０の発明によれば、災害が発生した場合に、どこでどのような事態が進行しつつあるかを災害監視センターで把握できるようになるため、迅速な救助活動や復旧活動を実施することができるようになる。
【０１２１】
第１１の発明によれば、被災場所への派遣の必要性と、実際に派遣できる消防車や救急車などの状態とをリアルタイムで評価することができるので、有効な資源配分としての災害派遣が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による電波測位システムの実施の形態１の運用を示す図である。
【図２】 この発明による電波測位システムの実施の形態１の構成を示すブロック線図である。
【図３】 この発明による電波測位システムの実施の形態２の運用を示す図である。
【図４】 この発明による電波測位システムの実施の形態２の構成を示すブロック線図である。
【図５】 この発明による電波測位システムの実施の形態３の運用を示す図である。
【図６】 この発明による電波測位システムの実施の形態３の構成を示すブロック線図である。
【図７】 この発明による電波測位システムの実施の形態４の構成を示すブロック線図である。
【図８】 この発明による電波測位システムの実施の形態５の構成を示すブロック線図である。
【図９】 この発明による電波測位システムの実施の形態６の構成を示すブロック線図である。
【図１０】 この発明による電波測位システムの実施の形態７の構成を示すブロック線図である。
【図１１】 従来の電波測位システムの運用を示す図である。
【図１２】 従来の電波測位システムの構成を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１ ＧＰＳ衛星、２ ユーザ端末、３ ユーザ測位部、４ ＧＰＳ時計、５ ＧＰＳ送信器、６ ユーザ受信器、７ ユーザ時計、８ 軌道計算器、９ 位置算出器、１０ 飛行船、１１ ユーザ端末、１２ ユーザ測位部、１３ ユーザ送信器、１４ 飛行船受信器、１５ 飛行船送信器、１６ 飛行船時計、１７ 通信処理部、１８ 電話器、１９ ユーザ、２０ 通信相手、２１ 相手電話器、２２ ディスプレイ、２３ 異常検知器、２４ 患者、２５ 救急センター、２６ ブザー、２７ 点滅灯、２８ 患者の位置を示す地図、２９ 患者の名前の表示、３０ 患者のカルテの表示、３１ 患者の現在の状態を示すグラフ、３２ 異常監視モニター、３３ 設備、３４ 災害監視センター、３５ 被災地図、３６ 現地報告文書、３７ 現地の映像、３８ 派遣活動報告通信器、３９ 災害派遣車、４０ 消防、救急、派遣センター、４１ 救済計画立案者、４２ 現地報告表示／計画指示器、４３ 被災地点リスト、４４ 災害派遣車リスト、４５ 最適割当計算器、４６ 派遣ルート選択器。
【発明の属する技術分野】
この発明は、既知の位置との距離を電波を利用して測定し、その距離から未知の位置を求める電波測位システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電波測位システムとしては、米国国防総省が開発したＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が有名であり、既に民需の分野でも実用に供している。
【０００３】
図１１は、ＧＰＳによる電波測位の運用を説明する図である。図において、１は、測位のための電波を送信するＧＰＳ衛星であり、２は、前記電波を受信してユーザの未知の位置を出力するユーザ端末である。
【０００４】
図１１に示すように、ＧＰＳでは、地上２０，２００ｋｍの６つの軌道を１２時間で周回する２４個の衛星から電波を送信し、ユーザは自己の未知の位置を、ユーザ端末器によりこの電波を受信することにより求める仕組みになっている。また、ユーザの時計をＧＰＳの時計に正確に同期させることは困難であるので、この時計の誤差も未知として扱うため、未知数の数は全部で４個となり、したがって、４個のＧＰＳ衛星を観測することが必要となる。
【０００５】
図１２は、社団法人日本測量協会編著の「新訂版ＧＰＳ−人工衛星による精密測位システム−」（１９８９年１１月１５日発行）などに解説されているＧＰＳによる電波測位システムの構成を示すブロック線図である。
【０００６】
図１２のブロック線図において、１は、前記ＧＰＳ衛星であり、２は、前記ユーザ端末、３は、前記ユーザ端末を構成するユーザ測位部である。
【０００７】
前記ＧＰＳ衛星１において、４は、ＧＰＳ衛星の時刻を出力するＧＰＳ時計であり、５は、前記ＧＰＳ時計の出力を入力して、測位のための電波を送信するＧＰＳ送信器である。
【０００８】
前記ユーザ測位部３において、６は、ＧＰＳ送信器５が送信する測位のための電波を受信するユーザ受信器、７は、ユーザの時刻を出力するユーザ時計、８は、軌道情報から前記ＧＰＳ衛星の位置を出力する軌道計算器、そして、９は、前記ユーザ受信器６の出力と、前記ユーザ時計７の出力と、前記軌道計算器８の出力とを入力し、ユーザの位置を算出する位置算出器である。
【０００９】
上述した従来の電波測位システムであるＧＰＳの動作を以下に説明する。
【００１０】
ＧＰＳ衛星１において、ＧＰＳ時計４は、ＧＰＳ衛星での時刻を出力する。
【００１１】
ＧＰＳ送信器５は、前記ＧＰＳ時計４が出力する前記ＧＰＳ衛星での時刻を入力し、その時刻と、自分がどのＧＰＳ衛星かを示す情報を記した電波を送信する。
【００１２】
ユーザ端末２内のユーザ測位部３において、ユーザ受信器６は、前記電波を受信し、そこに記されたＧＰＳでの時刻、すなわち、その電波が送信された時刻と、その電波がどのＧＰＳ衛星か送信されたものかを示す情報を読み出し、出力する。
【００１３】
ユーザ時計７は、ユーザの時刻、すなわち、前記電波を受信した時刻を出力する。
【００１４】
軌道計算器８は、前記ユーザ受信器６が出力する前記電波の送信時刻と、その電波を送信したＧＰＳ衛星の情報を入力し、ＧＰＳ衛星群の軌道情報から、そのＧＰＳ衛星がその電波を送信した時刻にいた位置を算出し、出力する。
【００１５】
位置算出器９は、前記ユーザ受信器６が出力する前記送信時刻と、前記ユーザ時計が出力する前記受信時刻と、前記軌道計算器８が出力するＧＰＳ衛星１の位置とを入力し、前記送信時刻と前記受信時刻との差に光速を乗ずることによりＧＰＳ衛星１までの距離を算出し、この距離とＧＰＳ衛星１の位置との組を４組合わせて、連立方程式を解くことによりユーザの位置と前記ユーザ時計７の同期誤差とを算出する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電波測位システムであるＧＰＳは、もともと軍事目的で米国により運用されているものであるから、一般のユーザには、測位のための情報がすべて公開されているわけではないし、意図的な測位精度劣化を被る場合もある（ＳＡ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｖａｉｌａｖｉｌｉｔｙと呼ばれる）。また、ＧＰＳ衛星は、周回衛星であるから、その位置を知るためには軌道計算を行わなければならない。さらに、測位は各ＧＰＳ衛星からの電波の送信時刻を元にして行われるから、ＧＰＳ衛星がそれぞれ持っているＧＰＳ時計は、その時計自体が精密なだけでなく、互いに正確に同期させる必要がある。それから、ＧＰＳ衛星は、単に電波を送信するだけであるから、測位によりえられた情報を通信に利用する場合に、これを中継局として利用することはできない。および、ＧＰＳ衛星は、測位のための電波を常に送信し続けなければならない。
従来の電波測位システムであるＧＰＳには、以上のような課題があった。
【００１７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、一般ユーザについても信頼性のあるように管理できる電波測位システム、軌道計算を行う必要の無い電波測位システム、時刻同期の必要の無い電波測位システム、通信の中継局としても利用可能な電波測位システム、あるいは、測位のための電波を常に送信し続けなくとも済む電波測位システムを得ることを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による電波測位システムは、
既知の位置を与え、測距のための電波を送信あるいは受信するものとして、上空に静止した飛行船を利用したものである。
【００１９】
第２の発明による電波測位システムは、
測位すべき未知の位置に、ユーザ測位部を有するユーザ端末を配し、このユーザ端末により前記飛行船と電波を送信または受信することにより測位を行うようにしたものである。
【００２０】
第３の発明による電波測位システムは、ユーザ測位部を、ユーザの時刻を出力するユーザ時計と、前記ユーザ時計の出力を入力して、電波を送信するユーザ送信器と、飛行船からの電波を受信するユーザ受信器と、前記ユーザ受信器の出力と前記ユーザ時計の出力とを入力してユーザの位置を算出する位置算出器とにより構成し、
前記飛行船に、前記ユーザ送信器により送信された電波を受信する飛行船受信器と、前記飛行船受信器の出力を入力し、電波を送信する飛行船送信器を具備したものである。
【００２１】
第４の発明による電波測位システムは、前記飛行船に、飛行船の時刻を出力する飛行船時計と、前記飛行船時計の出力を入力して電波を送信する飛行船送信器とを具備し、
前記ユーザ測位部を、前記飛行船送信器が送信する電波を入力するユーザ受信器と、ユーザの時刻を出力するユーザ時計と、前記ユーザ受信器の出力と前記ユーザ時計の出力とを入力し、ユーザの位置を算出する位置算出器とにより構成したものである。
【００２２】
第５の発明による電波測位システムは、前記ユーザ測位部を、ユーザの時刻を出力するユーザ時計と、前記ユーザ時計の出力を入力して、電波を送信するユーザ送信器と、飛行船からの電波を受信するユーザ受信器と、前記ユーザ受信器の出力を入力してユーザの位置を算出する位置算出器とにより構成し、
前記飛行船に、前記ユーザ送信器により送信された電波を受信する飛行船受信器と、飛行船の時刻を出力する飛行船時計と、前記飛行船受信器の出力と前記飛行船時計の出力とを入力し、電波を送信する飛行船送信器を具備したものである。
【００２３】
第６の発明による電波測位システムは、前記ユーザ端末に、通信処理部を具備し、通信すべき情報に前記ユーザ測位部が出力するユーザの位置を付加して通信を行うようにしたものである。
【００２４】
第７の発明による電波測位システムは、前記通信を、前記飛行船における前記飛行船受信器と前記飛行船送信器を用いて、前記飛行船を中継局として利用することにより行うようにしたものである。
【００２５】
第８の発明による電波測位システムは、前記通信処理部を電話器により構成したものである。
【００２６】
第９の発明による電波測位システムは、前記通信処理部を患者の健康を監視する異常検知器により構成し、異常検知信号に、前記ユーザ測位部が出力するユーザである患者の位置を付加して、救急センターと通信するようにしたものである。
【００２７】
第１０の発明による電波測位システムは、前記通信処理部を災害の状況を監視する異常監視モニターにより構成し、異常検知信号に、前記ユーザ測位部が出力するユーザである被災地点の位置を付加して、災害監視センターと通信するようにしたものである。
【００２８】
第１１の発明による電波測位システムは、前記通信処理部を派遣活動報告通信器により構成し、災害派遣車等が現場に急行するために行う作業通信情報に、前記ユーザ測位部が出力するユーザである前記災害派遣車位置を付加して、消防、救急、派遣センターと通信するようにしたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による電波測位システムのいくつかの実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の運用を示す図である。図において、１０は、測位のための電波を受信および送信する飛行船であり、１１は、前記電波を送信および受信して未知の位置を出力するユーザ端末である。
【００３１】
図１に示すように、前記飛行船１０は上空に静止している。そして、この飛行船の位置は一定であり既知であるものとする。このことは、成層圏下層では風速が最も弱いことから技術的に可能である。
【００３２】
このような飛行船１０に対して、ユーザ端末１１が送信時刻を記した電波を送信し、各飛行船１０がこれを受信して自分の電波を送信し、再びユーザ端末１１がこれを受信してその受信時刻を測ることにより、電波がユーザ端末１１と各飛行船１０とを往復する時間を測定する。この時間から、ユーザ端末１１と各飛行船１０との往復距離を知る。さらに、前記飛行船１０の位置が既知であることから、前記各飛行船１０までの距離と前記各飛行船１０の位置の組を集めて連立方程式を解くことにより、前記ユーザ端末１１の位置を求めることができる。
ここで、飛行船１０は時計を有さずユーザ端末１１の時計のみを利用して距離測定を行っているため、ユーザ端末１１のユーザ時計７の同期誤差を推定する必要が無いので、未知数の数はユーザの位置を示す３個のみとなる。したがって、３機の飛行船との距離を測定すればよい。
ここで、ユーザ端末１１が飛行船１に電波を送信することを前提としているが、ＧＰＳ衛星１が高度２０，２００ｋｍの上空に位置するのに対して、前記飛行船１０はその１／１０００の高度である成層圏下層にあるため、ユーザ端末１１の送信出力は小さなものでもこの送信は実現可能である。このことは、以下でも同様である。
【００３３】
図２は、この発明の実施の形態１の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、前記飛行船であり、１１は、前記ユーザ端末、１２は、前記ユーザ端末１１を構成するユーザ測位部である。
【００３４】
前記ユーザ測位部１２において、７は、ユーザの時刻を出力するユーザ時計、１３は、前記ユーザ時計７の出力を入力して、電波を送信するユーザ送信器、６は、飛行船１０からの電波を受信するユーザ受信器、９は、前記ユーザ受信器６の出力と前記ユーザ時計７の出力とを入力してユーザの位置を算出する位置算出器である。
【００３５】
前記飛行船１０において、１４は、前記ユーザ送信器１３により送信された電波を受信する飛行船受信器、１５は、前記飛行船受信器１４の出力を入力し、電波を送信する飛行船送信器である。
【００３６】
次に動作について説明する。
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ時計７は、ユーザの時刻を出力する。
【００３７】
ユーザ送信器１３は、前記ユーザ時計７が出力する前記ユーザの時刻を入力し、これを記した電波を送信する。
【００３８】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、そこに記された前記ユーザの時刻、すなわち、その電波がユーザから送信された時刻を読み出し、出力する。
【００３９】
飛行船送信器１５は、前記飛行船受信器１４が出力する前記電波がユーザから出力された時刻を入力し、この時刻と、自分の位置を示す情報とを記した電波を、即時に、あるいは、受信から一定時間後に、送信する。
ここで、ＧＰＳ衛星１が周回衛星で、時時刻々とその位置を変化させているのに対し、飛行船１０は静止しているので、位置は変わらない。したがって、飛行船１０の識別番号ではなく、位置そのものをユーザに対して出力することが可能なのである。このことは、以下でも同様である。
【００４０】
再びユーザ測位部１２において、ユーザ受信器６は、前記飛行船送信器１５が出力する前記電波を受信し、そこに記された前記電波がユーザから送信された時刻と、その電波を受信して自分の電波を送信してきた前記飛行船の位置とを読み出し、出力する。
【００４１】
位置算出器９は、前記ユーザ受信器６が出力する前記電波がユーザから送信された時刻と、前記飛行船の位置とを入力し、さらに、前記ユーザ時計７の時刻、すなわち、前記電波をユーザが受信した時刻とを入力する。そして、電波の送信時刻とその受信時刻との差（あるいはこれから飛行船が電波を受信してから自分の電波を送信するまでに要する一定の時間を差し引いた時間）に光速を乗ずることにより、飛行船までの往復の距離を算出し、この距離と飛行船の位置の組を３組あわせて、連立方程式を解くことによりユーザの位置を算出する。
【００４２】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２の運用を示す図である。図において、１０は、測位のための電波を送信する飛行船であり、１１は、前記電波を受信して未知の位置を出力するユーザ端末である。
【００４３】
図３に示すように、前記飛行船１０は上空に静止している。そして、この飛行船の位置は一定であり既知であるものとする。このことは、成層圏下層では風速が最も弱いことから技術的に可能である。
【００４４】
このような飛行船１０は送信時刻を記した電波を送信し、ユーザ端末１１がこれを受信してその受信時刻を測り、飛行船１０から電波がユーザ端末１１に達するまで時間を測定することにより、飛行船１０からユーザ端末１１までの距離を知る。さらに、前記飛行船１０の位置が既知であることから、前記各飛行船１０までの距離と前記各飛行船１０の位置の組を集めて連立方程式を解くことにより、前記ユーザ端末１１の位置を求めることができる。
ここで、飛行船１０の時計とユーザ端末１１の時計との同期をとらなければならないため、ユーザ端末１１の時計の誤差を推定する必要があるので、未知数の数はユーザの位置を示す３個とユーザの時計の誤差を示す１個のあわせて４個となる。したがって、４機の飛行船との距離を測定することになる。
【００４５】
図４は、この発明の実施の形態２の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、前記飛行船であり、１１は、前記ユーザ端末、１２は、前記ユーザ端末１１を構成するユーザ測位部である。
【００４６】
前記飛行船１０において、１６は、前記飛行船１０の時刻を出力する飛行船時計、１５は、前記飛行船時計１６の出力を入力し、電波を送信する飛行船送信器である。
【００４７】
前記ユーザ測位部１２において、６は、前記飛行船からの電波を受信するユーザ受信器、７は、ユーザの時刻を出力するユーザ時計、９は、前記ユーザ時計７の出力と前記ユーザ受信器６の出力とを入力してユーザの位置を算出する位置算出器である。
【００４８】
次に動作について説明する。
飛行船１０において、飛行船時計１６は、飛行船の時刻を出力する。
【００４９】
飛行船送信器１５は、前記飛行船時計１６が出力する前記飛行船の時刻を入力し、この時刻、すなわち送信時刻と、自分の位置を示す情報とを記した電波を送信する。
【００５０】
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ受信器６は、前記飛行船送信器１５が出力する前記電波を受信し、そこに記された前記電波の送信時刻と、その電波を送信した飛行船の位置とを読み出し、出力する。
【００５１】
ユーザ時計７は、ユーザの時刻、すなわち、前記電波の受信時刻を出力する。
【００５２】
位置算出器９は、前記ユーザ受信器６が出力する前記送信時刻と、前記飛行船の位置とを入力し、さらに、前記ユーザ時計７が出力する前記受信時刻とを入力する。そして、電波の送信時刻とその受信時刻との差に光速を乗ずることにより、飛行船までの距離を算出し、この距離と飛行船の位置の組を４組あわせて、連立方程式を解くことによりユーザの位置とユーザ時計の同期誤差を算出する。
【００５３】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３の運用を示す図である。図において、１０は、測位のための電波を受信および送信する飛行船であり、１１は、前記電波を送信および受信して未知の位置を出力するユーザ端末である。また、図において、実線は電波測位のために到達時間を測定すべき電波の経路を示しており、一点鎖線は、到達時間の測定の対象ではないが、測位のための情報を伝達する電波の経路を示している。
【００５４】
図５に示すように、前記飛行船１０は上空に静止している。そして、この飛行船の位置は一定であり既知であるものとする。このことは、成層圏下層では風速が最も弱いことから技術的に可能である。
【００５５】
このような飛行船１０に対して、ユーザ端末１１が送信時刻を記した電波を送信し、各飛行船１０がこれを受信してその受信時刻を測る。そして前記飛行船１０は、前記ユーザ端末１１からの送信時刻と、前記各飛行船１０での受信時刻と、前記飛行船の位置とを示す情報を、電波を用いて送信する。ユーザ端末１１は、この電波を受信して、前記ユーザ端末１１からの送信時刻と、前記各飛行船１０での受信時刻と、前記各飛行船１０の位置とを示す情報を読みだし、前記各飛行船１０までの距離を知る。さらに、前記各飛行船１０の位置が既知であることから、前記各飛行船１０までの距離と前記各飛行船１０の位置の組を集めて連立方程式を解くことにより、前記ユーザ端末１１の位置を求めることができる。
ここで、飛行船１０の時計とユーザ端末１１の時計との同期をとらなければならないため、ユーザ端末１１の時計の誤差を推定する必要があるので、未知数の数はユーザの位置を示す３個とユーザの時計の誤差を示す１個のあわせて４個となる。したがって、４機の飛行船との距離を測定することになる。
【００５６】
図６は、この発明の実施の形態３の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、前記飛行船であり、１１は、前記ユーザ端末、１２は、前記ユーザ端末１１を構成するユーザ測位部である。
【００５７】
前記ユーザ測位部１２において、７は、ユーザの時刻を出力するユーザ時計、１３は、前記ユーザ時計７の出力を入力して、電波を送信するユーザ送信器、６は、飛行船からの電波を受信するユーザ受信器、９は、前記ユーザ受信器６の出力を入力してユーザの位置を算出する位置算出器である。
【００５８】
前記飛行船１０において、１４は、前記ユーザ送信器１３により送信された電波を受信する飛行船受信器、１６は、飛行船の時刻を出力する飛行船時計、１５は、前記飛行船受信器１４の出力と前記ユーザ時計１６の出力とを入力し、電波を送信する飛行船送信器である。
【００５９】
次に動作について説明する。
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ時計７は、ユーザの時刻を出力する。
【００６０】
ユーザ送信器１３は、前記ユーザ時計７が出力する前記ユーザの時刻を入力し、これを記した電波を送信する。
【００６１】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、そこに記された前記ユーザの時刻、すなわち、その電波がユーザから送信された時刻を読み出し、出力する。
【００６２】
飛行船時計１６は、飛行船の時刻を出力する。
【００６３】
飛行船送信器１５は、前記飛行船受信器１４が出力する前記電波がユーザから送信された時刻と、前記飛行船時計１６が出力する飛行船の時刻、すなわち、前記電波を飛行船で受信した時刻とを入力し、これら時刻と、自分の位置を示す情報とを記した電波を送信する。
【００６４】
再びユーザ測位部１２において、ユーザ受信器６は、前記飛行船送信器１５が出力する前記電波を受信し、そこに記された前記電波がユーザから送信された時刻と、前記電波が飛行船で受信された時刻と、その電波を受信して自分の電波を送信してきた前記飛行船の位置とを読み出し、出力する。
【００６５】
位置算出器９は、前記ユーザ受信器６が出力する前記電波がユーザから送信された時刻と、前記電波が飛行船で受信された時刻と、前記飛行船の位置とを入力する。そして、電波の送信時刻とその受信時刻との差に光速を乗ずることにより、飛行船までの距離を算出し、この距離と飛行船の位置の組を４組あわせて、連立方程式を解くことによりユーザの位置とユーザ時計の同期誤差とを算出する。
【００６６】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、飛行船であり、１１は、ユーザ端末、１９は、ユーザ、２０は、通信相手である。また、図において、実線は測位のための電波や情報の経路を示し、波線は通信のための電波や情報の経路を示している。
【００６７】
ユーザ端末１１において、１２は、ユーザ測位部であり、１７は、通信処理部である。
【００６８】
ユーザ測位部１２の構成は、既にいくつかの実施の形態に基づいて説明した。
【００６９】
通信処理部１７において、１８は、電話器である。
【００７０】
通信相手２０において、２１は、相手電話器、２２は、前記相手電話器２１に具備されているディスプレイである。
【００７１】
次に動作について説明する。
ただし、測位については、既にいくつかの実施の形態に基づいて動作を説明したので、ここでは省略する。
【００７２】
ユーザ端末１１内の通信処理部１７において、電話器１８は、ユーザ１９の音声を入力し、音声信号として出力する。
【００７３】
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ送信器１３は、前記電話器１８が出力する前記音声信号と、位置算出器９が出力するユーザの位置とを入力し、これらの情報を記した電波を送信する。
【００７４】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、飛行船送信器１５は、これを増幅して送信する。つまり、飛行船１０は、中継局としての役割を果たす。
【００７５】
通信相手２０は、前記飛行船送信器１５から送信された電波を受信し、そこに記された前記ユーザの音声信号と前記ユーザの位置とを読みだし、音声を相手電話器２１から出力し、ユーザの位置を前記相手電話器２１に具備されたディスプレイ２２に表示する。このことにより、通信相手は、ユーザ１９の位置を知りながら、会話を行うことができる。
【００７６】
もちろん通信相手２０は、通信相手の音声や位置などの情報を入力し、これを電波に記して、前記飛行船１０を中継局として用いて、前記ユーザ端末１１を介して、前記ユーザ１９に伝える働きも行う。
【００７７】
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、飛行船であり、１１は、ユーザ端末、２４は、患者、２５は、救急センターである。また、図において、実線は測位のための電波や情報の経路を示し、波線は通信のための電波や情報の経路を示している。
【００７８】
ユーザ端末１１において、１２は、ユーザ測位部であり、１７は、通信処理部である。
【００７９】
ユーザ測位部１２の構成は、既にいくつかの実施の形態に基づいて説明した。
【００８０】
通信処理部１７において、２３は、異常検知器である。
【００８１】
救急センター２５において、２６は、ブザー、２７は、点滅灯、２８は、患者２４の位置を示す地図、２９は、前記患者２４の名前の表示、３０は、前記患者２４のカルテの表示、３１は、前記患者２４の現在の状態を示すグラフである。
【００８２】
次に動作について説明する。
ただし、測位については、既にいくつかの実施の形態に基づいて動作を説明したので、ここでは省略する。
【００８３】
ユーザ端末１１内の通信処理部１７において、異常検知器２３は、患者２４の健康を常に監視し、異常が検知されれば、即時、その異常の状態をモニタリングし、異常であるという情報と異常の状態の情報とを出力する。
【００８４】
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ送信器１３は、前記異常検知器２３が出力する前記異常であるという情報と前記異常の状態の情報と、位置算出器９が出力する患者２４（ユーザ）の位置とを入力し、これらの情報を記した電波を送信する。
【００８５】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、飛行船送信器１５は、これを増幅して送信する。つまり、飛行船１０は、中継局としての役割を果たす。
【００８６】
救急センター２５は、前記飛行船送信器１５から送信された電波を受信し、そこに記された前記異常であるという情報と前記異常の状態の情報と前記患者２４（ユーザ）の位置とを読みだし、ブザー２６や点滅灯２７を用いて緊急事態を示して医師、救急班を召集する。
【００８７】
そして、読み出した情報を、現在異常をきたしている患者２４の位置を示す地図２８、前記患者２４の名前の表示２９、前記患者２４のカルテの表示３０、前記患者２４の現在の状態を示すグラフ３１に、それぞれ出力する。前記患者２４の現在の状態を示すグラフ３１には、たとえば心電図などをリアルタイムでグラフィック表示する。
【００８８】
実施の形態６．
図９は、この発明の実施の形態６の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、飛行船であり、１１は、ユーザ端末、３３は、ビル、橋、鉄道などの設備、３４は、災害監視センターである。また、図において、実線は測位のための電波や情報の経路を示し、一点鎖線は通信のための電波や情報の経路を示している。
【００８９】
ユーザ端末１１において、１２は、ユーザ測位部であり、１７は、通信処理部である。
【００９０】
ユーザ測位部１２の構成は、既にいくつかの実施の形態に基づいて説明した。
【００９１】
通信処理部１７において、３２は、異常監視モニターである。
【００９２】
災害監視センター３４において、３５は、被災地図、３６は、現地報告文書、３７は、現地の映像である。
【００９３】
次に動作について説明する。
ただし、測位については、既にいくつかの実施の形態に基づいて動作を説明したので、ここでは省略する。
【００９４】
ユーザ端末１１内の通信処理部１７において、異常監視モニター３２は、ビル、橋、鉄道などの設備３３の安全性や正常性を常に監視し、異常が検知されれば、即時、その異常の状態をモニタリングし、異常であるという情報と異常の状態の情報とを出力する。
【００９５】
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ送信器１３は、前記異常監視モニター３２が出力する前記異常であるという情報と前記異常の状態の情報と、位置算出器９が出力する前記設備３３（ユーザ）の位置とを入力し、これらの情報を記した電波を送信する。
【００９６】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、飛行船送信器１５は、これを増幅して送信する。つまり、飛行船１０は、中継局としての役割を果たす。
【００９７】
災害監視センター３４は、前記飛行船送信器１５から送信された電波を受信し、そこに記された前記異常であるという情報と前記異常の状態の情報と前記設備３３（ユーザ）の位置とを読み出す。
【００９８】
そして、被災地図３５上に、異常を通報してきた前記設備３３の位置を表示し、オペレータのリクエスト等に応じて、それぞれの設備の異常の状態の情報を、現地報告文書３６や、現地の映像３７として表示する。
【００９９】
実施の形態７．
図１０は、この発明の実施の形態７の構成を示すブロック線図である。同図において、１０は、飛行船であり、１１は、ユーザ端末、３９は、消防車、救急車、その他の災害派遣車等、４０は、消防、救急、派遣センター、４１は、救済計画立案者である。また、図において、実線は測位のための電波や情報の経路を示し、一点鎖線は通信のための電波や情報の経路を示している。
【０１００】
ユーザ端末１１において、１２は、ユーザ測位部であり、１７は、通信処理部である。
【０１０１】
ユーザ測位部１２の構成は、既にいくつかの実施の形態に基づいて説明した。
【０１０２】
通信処理部１７において、３８は、災害派遣報告通信器である。
【０１０３】
消防、救急、派遣センター４０において、４２は、現地報告表示／計画指示器、４３は、被災地点リスト、４４は、災害派遣車リスト、４５は、最適割当計算器、４６は、派遣ルート選択器である。
【０１０４】
次に動作について説明する。
ただし、測位については、既にいくつかの実施の形態に基づいて動作を説明したので、ここでは省略する。
【０１０５】
ユーザ端末１１内の通信処理部１７において、派遣活動報告通信器３８は、消防車、救急車、その他の災害派遣車等３９が現場に急行する際の、途中のルートの状況、到達の可能性、現場に到達してからの消火栓からの距離、作業の進捗状況、および作業の中断、終了の状況、などの活動報告を通信信号に変換する。
【０１０６】
ユーザ端末１１内のユーザ測位部１２において、ユーザ送信器１３は、前記派遣活動報告通信器３８が出力する前記活動報告に関する通信信号と、位置算出器９が出力する前記災害派遣車等３９（ユーザ）の位置とを入力し、これらの情報を記した電波を送信する。
【０１０７】
飛行船１０において、飛行船受信器１４は、前記電波を受信し、飛行船送信器１５は、これを増幅して送信する。つまり、飛行船１０は、中継局としての役割を果たす。
【０１０８】
消防、救急、派遣センター４０は、前記飛行船送信器１５から送信された電波を受信し、そこに記された前記活動報告に関する通信と、前記災害派遣車等３９（ユーザ）の位置とを読み出す。
【０１０９】
前記消防、救急、派遣センター４０において、これらの情報は、現地報告表示／計画指示器４２を介して、救済計画立案者４１に示されるとともに、最適割当器４５の入力となる。前記最適割当器４５は、被災地点リスト４３の出力と、災害派遣車リスト４４の出力とも、同時に入力し、消防車や救急車などを各被災場所に効率的に派遣するための最適割当問題を解く。この結果は、派遣ルート選択器４６の入力となり、各災害派遣車がそれぞれ割り当てられた現場に至る経路を求める。この結果は、前記救済計画立案者４１に示され、修正を受ける。
【０１１０】
以上のようにして、決定された各災害派遣車の各被災場所への割り当てと、そこへの急行経路は、再び前記飛行船１０を中継器として前記災害派遣車３９に通信される。すなわち、このようにして、前記災害派遣車３９は、報告に自分の現在位置を付加して前記消防、救急、派遣センター４０と更新しながら作業を遂行することができるので、群としての前記災害派遣車３９を全体として有効に活用することができる。
【０１１１】
【発明の効果】
第１の発明によれば、他国の軍事設備に頼らず、管理可能な電波測位システムとなるため、一般ユーザも、必要な情報を入手することができ、しかも、意図的な精度劣化を被ることが無い。さらに、飛行船は上空で静止しているので、軌道計算を行う必要が無い。
【０１１２】
第２の発明によれば、測位を行うユーザと飛行船との間に通信のリンクを構成できるため、ユーザの所在を第三者により確認させることが可能となる。
【０１１３】
第３の発明によれば、飛行船は時計を持つ必要が無く、また、このために時刻同期の手間とこれによる誤差が無くなる。
【０１１４】
第４の発明によれば、従来の電波測位システムであるＧＰＳと同様の原理を用いることになるため、ユーザの受信器は、ＧＰＳと共通部分を持った兼用の機器として作成することができる。
【０１１５】
第５の発明によれば、飛行船はＧＰＳのように測位のための信号を常に送信する必要が無くなる。このことは、エネルギーの節約になるとともに、送信能力を別の目的に利用することが可能であることを意味する。
【０１１６】
第６の発明によれば、測位のみを行う専用機器としてではなく、電波を用いた一般の通信を行う端末の一部として、電波測位機器を有することができる。
【０１１７】
第７の発明によれば、飛行船群を中継局として利用することにより、ユーザは通信情報とその発信地点とを組にして、遠隔地に伝えることができるため、遠隔地からもユーザの状態を詳細に把握することができるようになる。また、通信ネットワークとしての運用の中に電波測位システムを取り入れることになるので、電波測位システム単独であるよりも安価な維持費でシステムを運営することができる。
【０１１８】
第８の発明によれば、通信端末としてもっとも使用頻度の高く、送信機能と受信機能を有する電話に測位機能を結び付けることにより、電波測位システムを安価に普及させることができる。
【０１１９】
第９の発明によれば、異常検知器により、たとえば心臓などにハンディーキャップを持つ人が異常事態に陥った場合にも、迅速に救急処置を受けることができるようになり、その人の健康維持に貢献することが出来るとともに、ハンディーキャップを持つ人の独りの行動を助けることにより、社会参加を手助けすることができる。
【０１２０】
第１０の発明によれば、災害が発生した場合に、どこでどのような事態が進行しつつあるかを災害監視センターで把握できるようになるため、迅速な救助活動や復旧活動を実施することができるようになる。
【０１２１】
第１１の発明によれば、被災場所への派遣の必要性と、実際に派遣できる消防車や救急車などの状態とをリアルタイムで評価することができるので、有効な資源配分としての災害派遣が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による電波測位システムの実施の形態１の運用を示す図である。
【図２】 この発明による電波測位システムの実施の形態１の構成を示すブロック線図である。
【図３】 この発明による電波測位システムの実施の形態２の運用を示す図である。
【図４】 この発明による電波測位システムの実施の形態２の構成を示すブロック線図である。
【図５】 この発明による電波測位システムの実施の形態３の運用を示す図である。
【図６】 この発明による電波測位システムの実施の形態３の構成を示すブロック線図である。
【図７】 この発明による電波測位システムの実施の形態４の構成を示すブロック線図である。
【図８】 この発明による電波測位システムの実施の形態５の構成を示すブロック線図である。
【図９】 この発明による電波測位システムの実施の形態６の構成を示すブロック線図である。
【図１０】 この発明による電波測位システムの実施の形態７の構成を示すブロック線図である。
【図１１】 従来の電波測位システムの運用を示す図である。
【図１２】 従来の電波測位システムの構成を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１ ＧＰＳ衛星、２ ユーザ端末、３ ユーザ測位部、４ ＧＰＳ時計、５ ＧＰＳ送信器、６ ユーザ受信器、７ ユーザ時計、８ 軌道計算器、９ 位置算出器、１０ 飛行船、１１ ユーザ端末、１２ ユーザ測位部、１３ ユーザ送信器、１４ 飛行船受信器、１５ 飛行船送信器、１６ 飛行船時計、１７ 通信処理部、１８ 電話器、１９ ユーザ、２０ 通信相手、２１ 相手電話器、２２ ディスプレイ、２３ 異常検知器、２４ 患者、２５ 救急センター、２６ ブザー、２７ 点滅灯、２８ 患者の位置を示す地図、２９ 患者の名前の表示、３０ 患者のカルテの表示、３１ 患者の現在の状態を示すグラフ、３２ 異常監視モニター、３３ 設備、３４ 災害監視センター、３５ 被災地図、３６ 現地報告文書、３７ 現地の映像、３８ 派遣活動報告通信器、３９ 災害派遣車、４０ 消防、救急、派遣センター、４１ 救済計画立案者、４２ 現地報告表示／計画指示器、４３ 被災地点リスト、４４ 災害派遣車リスト、４５ 最適割当計算器、４６ 派遣ルート選択器。
Claims (8)
- 端末局と予め正確な位置が判っている複数の基準局とからなり、前記端末局と前記基準局との距離を電波を利用して測定しその距離から前記端末局の位置を求める電波測位システムであって、
前記基準局は、基準局時計と、前記端末局からの電波を受信する基準局受信器と、当該基準局時計が出力し前記基準局受信器が当該電波を受信した時の受信時刻と当該電波に記された当該電波の送信時刻と前記基準局の位置情報とを記した電波を前記端末局に送信する基準局送信器とを備え、
前記端末局は、端末局時計と、当該端末局時計が出力する送信時刻を記した電波を前記基準局に送信する端末送信器と、前記基準局送信器からの前記電波を受信する端末受信器と、当該電波に記された前記送信時刻と前記受信時刻との差に光速を乗ずることで前記基準局までの距離を算出し、基準局毎に求めた当該基準局までの距離と当該基準局の位置情報とから前記端末局の位置を算出する位置算出器とからなる測位部を備えることを特徴とする電波測位システム。 - 前記基準局は飛行船に設置されていることを特徴とする請求項１記載の電波測位システム。
- 前記端末局に、通信処理部を具備し、通信すべき情報に前記測位部が出力する前記端末局の位置を付加して通信を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電波測位システム。
- 前記通信を、前記飛行船における前記基準局受信器と前記基準局送信器とを用いて、前記飛行船を中継局として利用することにより行うことを特徴とする請求項３記載の電波測位システム。
- 前記通信処理部を電話器により構成したことを特徴とする請求項３または４記載の電波測位システム。
- 前記通信処理部を患者の健康状態を監視する異常検知器により構成し、異常検知信号に、前記測位部が出力する端末局である前記患者の位置を付加して、救急センターと通信することを特徴とする請求項３または４記載の電波測位システム。
- 前記通信処理部を災害の状況を監視する異常監視モニターにより構成し、異常検知信号に、前記測位部が出力するユーザである被災地点の位置を付加して、災害監視センターと通信することを特徴とする請求項３または４記載の電波測位システム。
- 前記通信処理部を派遣活動報告通信器により構成し、災害派遣車等が現場へ急行するために行う作業通信情報に、前記ユーザ測位部が出力するユーザである前記災害派遣車の位置を付加して、消防、救急、派遣センターと通信することを特徴とする請求項３または４記載の電波測位システム。
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