JP4179287B2 - 測位システム、端末装置、端末装置の制御方法及び端末装置の制御プログラム - Google Patents
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Description
GPS受信機や携帯電話機は、例えば、合計で3個以上のGPS衛星及び/又は通信基地局から電波を受信し、電波が各GPS衛星等から発信された時刻とGPS受信機等に到達した時刻との差(以後、遅延時間と呼ぶ)によって、各GPS衛星等とGPS受信機等との間の距離(以後、擬似距離と呼ぶ)を求める。そして、各GPS衛星等の位置と、上述の擬似距離を使用して、現在位置の測位演算を行うようになっている。この測位演算によって、例えば、緯度、経度及び高度からなる測位位置を取得することができる。
ところが、常に3個以上のGPS衛星及び/又は通信基地局から信号を受信することができるとは限らない。
これに対して、2つの通信基地局をそれぞれ中心として擬似距離を半径とする2つの球面の交点である円周上の点から、移動局の推論位置に最も近い点を選択する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
一方、前記端末装置は、前記基地局情報取得手段を有するから、前記通信基地局から、前記基地局位置情報と前記送信方向情報を取得することができる。
そして、前記端末装置は、前記基地局擬似距離情報生成手段を有するから、前記基地局擬似距離情報を生成することができる。
そして、前記端末装置は、前記衛星軌道位置情報生成手段を有するから、衛星軌道位置情報を生成することができ、前記衛星擬似距離情報生成手段を有するから、前記衛星擬似距離情報を生成することができる。
さらに、前記端末装置は、前記候補位置情報生成手段を有するから、前記候補位置情報を生成することができ、前記測位位置情報生成手段を有するから、前記候補位置情報に示される円周上の位置から、前記送信方向情報に基づいて、一つの位置を特定し、測位位置情報を生成することができる。
これにより、前記測位システムによれば、前記端末装置が、1つの前記通信基地局と通信可能であって、1つの前記測位衛星から前記衛星信号を受信することができれば、現在位置を測位することができる。
この点、上述のように、前記測位システムによれば、前記端末装置は、1つの前記通信基地局からの前記通信信号と、1つの前記測位衛星からの前記衛星信号を使用して、測位を行うから、複数の前記通信信号のみによる測位に比べて、精度が高い測位を行うことができる。
さらに、前記端末装置は、1つの前記通信基地局からの前記通信信号と、1つの前記測位衛星からの前記衛星信号を使用して、測位を行うから、複数の前記通信信号のみによる測位に比べて、精度が高い測位を行うことができる。
すなわち、前記送信方向情報は、2つの交点から一つの交点を特定するために使用されるから、2つの交点から一つの交点を特定する程度の精度を有すれば十分である。
このため、前記送信方向情報の精度が低くても、2つの交点から一つの交点を特定する程度である限り、2つの交点から一つの交点を特定し、前記測位位置情報を生成することができる。
さらに、前記端末装置は、1つの前記通信基地局からの前記通信信号と、1つの前記測位衛星からの前記衛星信号を使用して、測位を行うから、複数の前記通信信号のみによる測位に比べて、精度が高い測位を行うことができる。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図1に示すように、測位システム10は、端末40を有する。端末40は、GPS装置52を有し、測位衛星である例えば、GPS衛星12からの信号である衛星信号の一例である信号Sを受信することができる。この端末40は、端末装置の一例である。
端末40は、基地局20及び通信網である例えば、インターネット網(図示せず)を介して、他の端末装置等と通信可能になっている。
後述のように、測位システム10において、端末40は、基地局20からの通信信号CSと、GPS衛星12からの信号Sに基づいて、測位をすることができる。
なお、端末40及び基地局20は、それぞれ複数存在するが、本実施の形態においては、図示及び説明を省略している。
図2は基地局20の主なハードウエア構成を示す概略図である。
図2に示すように、基地局20は、コンピュータを有しており、コンピュータは、バス22を有する。
このバス22には、CPU(Central Processing Unit)24、記憶装置26、外部記憶装置28等が接続されている。記憶装置26は例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等である。外部記憶装置28は例えば、HD(Hard Disk)等である。
なお、複数の基地局20間においては、時刻同期がとられていない。すなわち、測位システム10は、通信基地局間非同期システムにおいて適用される。
図3は端末40の主なハードウエア構成を示す概略図である。
図3に示すように、端末40は、コンピュータを有しており、コンピュータは、バス42を有する。
このバス42には、CPU44、記憶装置46、入力装置48、電池50、GPS装置52、通信装置54及び表示装置56が接続されている。
図4は、基地局20の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図4に示すように、基地局20は、各部を制御する基地局制御部100、図2の基地局側通信装置34に対応する基地局通信部102、各種プログラムを格納する基地局第1記憶部110、各種情報を格納する基地局第2記憶部150を有する。
図4に示すように、基地局20は、基地局第2記憶部150に、基地局識別情報152を格納している。基地局識別情報152は、基地局20を他の通信基地局と識別するための情報である例えば、4桁の番号である。
具体的には、基地局制御部100は、通信中の端末40に対して、基地局識別情報152、基地局位置情報154及び信号送信方向情報156を含む通信信号CSを通信電波に乗せて送信する。
図5は、端末40の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図5に示すように端末40は、各部を制御する制御部200、図3のGPS装置52に対応するGPS部202、図3の通信装置54に対応する通信部204、各種プログラムを格納する第1記憶部210、各種情報を格納する第2記憶部250を有する。
具体的には、制御部200は、通信信号CSから、基地局位置情報154及び信号送信方向情報156を抽出し、基地局位置情報154を端末側基地局位置情報256として、信号送信方向情報156を端末側信号送信方向情報258として、第2記憶部250に格納する。
通信信号CSの基地局20による送信時刻を示す情報は、通信信号CSに含まれている。端末40が通信信号CSを受信した時刻は、端末40内の時計(図示せず)によって計測する。
具体的には、制御部200は、基地局信号到達遅延時間td1に、通信信号CSが乗せられた通信電波の速度である光速Vを乗じて、基地局擬似距離R1を算出する。
制御部200は、生成した基地局擬似距離情報262を第2記憶部250に格納する。
具体的には、制御部200は、信号S1に乗せられている信号S1の送信時刻情報と、測位計算補助情報254のエフェメリス254bに基づいて、GPS衛星12の衛星軌道上の位置P2を算出する。
制御部200は、生成した衛星軌道位置情報264を、第2記憶部250に格納する。
GPS衛星12が信号Sを送信した時刻を示す情報は、信号Sに含まれている。端末40が信号Sを受信した時刻は、端末40内の時計(図示せず)によって計測する。
制御部200は、生成した衛星信号到達遅延時間情報264を、第2記憶部250に格納する。
具体的には、制御部200は、衛星信号到達遅延時間td2に、信号Sが乗せられている電波の速度である光速Vを乗じて、衛星擬似距離R2を算出する。
制御部200は、生成した衛星擬似距離情報268を第2記憶部250に格納する
端末40の現在位置は、円周C上のいずれかの位置である。
制御部200は生成した候補位置情報270を、第2記憶部250に格納する。
具体的には、制御部200は、円周C上の位置(図1参照)から、図1に示すように、単位ベクトルDの延長線である直線Lに最も近い位置Q(以後、最短位置Qと呼ぶ)を特定する。
制御部200は、生成した測位位置情報272を、第2記憶部250に格納する。
上述のように、基地局20は、端末40に対して、基地局位置情報154及び信号送信方向情報156を含む通信信号CSを送信することができる。
一方、端末40は、基地局20から、通信信号CSを受信し、基地局位置情報154及び信号送信方向情報156を取得することができる。
そして、端末40は、基地局擬似距離情報262を生成することができる。
また、端末40は、衛星軌道位置情報264及び衛星擬似距離情報268を生成することができる。
さらに、端末40は、候補位置情報270を生成することができ、その候補位置情報270に示される円周C上の位置から、端末側信号送信方向情報258に基づいて、一つの位置を特定し、測位位置情報272を生成することができる。
これにより、測位システム10によれば、端末40が、1つの基地局20と通信可能であって、1つのGPS衛星12から信号Sを受信することができれば、現在位置を測位することができる。
この点、上述のように、端末40は、1つの基地局20からの通信信号CSと、1つのGPS衛星12からの信号Sを使用して、測位を行うから、複数の通信信号CSのみによる測位に比べて、精度が高い測位を行うことができる。
図6は、測位システム10の動作例を示す概略フローチャートである。
続いて、端末40は、通信信号CSから、端末側基地局位置情報256及び端末側信号送信方向情報258(図4参照)を取得する(ステップST2)。このステップST2は、基地局情報取得ステップの一例である。
続いて、端末40は、基地局擬似距離情報262を生成する(ステップST4)。このステップST4は、基地局擬似距離情報生成ステップの一例である。
続いて、端末40は、衛星軌道位置情報264(図5参照)を生成する(ステップST6)。このステップST6は、衛星軌道位置情報生成ステップの一例である。
続いて、端末40は、衛星擬似距離情報268(図5参照)を生成する(ステップST8)。このステップST8は、衛星擬似距離情報生成ステップの一例である。
続いて、端末40は、測位位置情報272を出力し、例えば、表示装置56(図3参照)に表示する(ステップST11)。
さらに、端末40は、1つの基地局20からの通信信号CSと、1つのGPS衛星12からの信号Sを使用して、測位を行うから、複数の通信信号CSのみによる測位に比べて、精度が高い測位を行うことができる。
次に、第2の実施の形態の測位システム10A(図1参照)について説明する。第2の実施の形態の測位システム10Aの構成は、上記第1の実施の形態の測位システム10と多くの構成が共通するため共通する部分は同一の符号等とし、説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
第2の実施の形態の測位システム10Aにおける端末40Aは、端末40Aの位置の高度を示す情報も使用して、測位位置情報272を生成する。
図8は、測位位置情報272の生成方法の一例を示す図である。
図7に示すように、端末40Aは、第1記憶部210に、基地局情報取得プログラム214Aを格納している。基地局情報取得プログラム214Aは、制御部200が、基地局信号CSから端末側基地局位置情報256及び端末側信号送信方向情報258を取得するとともに、端末側基地局位置情報256に示される基地局20の位置P1の高度成分z1を端末高度情報274として抽出するためのプログラムである。
制御部200は、抽出した端末高度情報274を第2記憶部250に格納する。端末40Aは基地局20と通信中であり基地局20の通信圏内に位置するから、端末40Aは基地局20の高度を自己の位置の高度を示す端末高度情報274として使用する。
この端末高度情報274は高度情報の一例であり、第2記憶部250は高度情報格納手段の一例である。
具体的には、制御部200は、図8に示すように、まず、円周Cと、端末高度情報274に示される高度がz1である位置の集合である高度平面Hとの交点である位置Q1及びQ2を算出する。なお、円周Cは、球面G1と球面G2(図1参照)の交点の集合である。
次に、制御部200は、端末側信号送信方向情報258に基づいて、一つの位置Q2を、端末40の位置として特定する。詳細には、端末側信号送信方向情報258に示される単位ベクトルDの示す方向の延長線である直線Lとの距離が短い方の位置Q2を端末40Aの位置として特定する。
制御部200は、このようにして生成した測位位置情報272Aを第2記憶部250に格納し、表示装置56(図3参照)に表示する。
また、端末側信号送信方向情報258は、2つの交点Q1及びQ2から一つの交点を特定するために使用されるから、2つの交点Q1及びQ2から一つの交点を特定する程度の精度を有すれば十分である。
このため、端末側信号送信方向情報258の精度が低くても、2つの交点Q1及びQ2から一つの交点を特定する程度である限り、2つの交点Q1及びQ2から一つの交点を特定し、測位位置情報272Aを生成することができる。
コンピュータに上述の動作例の通信信号受信ステップと、基地局情報取得ステップと、
基地局擬似距離情報生成ステップと、衛星軌道位置情報生成ステップと、衛星擬似距離情報生成ステップと、候補位置情報生成ステップと、測位位置情報生成ステップ等を実行させるための端末装置の制御プログラムとすることができる。
また、このような端末装置の制御プログラム等を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等とすることもできる。
Claims (6)
- 測位衛星からの信号である衛星信号を受信することができる端末装置と、
前記端末装置と通信可能な通信基地局と、
を有する測位システムであって、
前記通信基地局は、
前記通信基地局の位置を示す基地局位置情報と、前記通信基地局からの送信方向を3次元ベクトルで示す送信方向情報を含む通信信号を送信する通信信号送信手段を有し、
前記端末装置は、
前記通信基地局から、前記通信信号を受信する通信信号受信手段と、
前記通信信号から、前記基地局位置情報と前記送信方向情報を取得する基地局情報取得手段と、
前記通信信号が前記通信基地局から前記端末装置に到達するまでの到達遅延時間に基づいて、前記通信基地局と前記端末装置との距離を示す基地局擬似距離情報を生成する基地局擬似距離情報生成手段と、
前記測位衛星からの前記衛星信号に基づいて、前記測位衛星の軌道上の位置を示す衛星軌道位置情報を生成する衛星軌道位置情報生成手段と、
前記衛星信号が前記測位衛星から前記端末装置に到達するまでの到達遅延時間に基づいて、前記測位衛星と前記端末装置との距離を示す衛星擬似距離情報を生成する衛星擬似距離情報生成手段と、
前記基地局位置情報に示される前記通信基地局の位置を中心として前記基地局擬似距離情報に示される距離を半径とする球面と、前記衛星軌道位置情報に示される前記測位衛星の位置を中心として前記衛星擬似距離情報に示される距離を半径とする球面との交点の集合である円として示される候補位置情報を生成する候補位置情報生成手段と、
前記基地局位置情報に示される前記通信基地局の位置を基点として前記送信方向情報で示される前記3次元ベクトルを延長した直線と最も近い一つの位置を前記候補位置情報に示される円周上の位置から特定し、測位位置情報を生成する測位位置情報生成手段と、
を有することを特徴とする測位システム。 - 前記測位位置情報生成手段は、前記候補位置情報に示される円周と、前記基地局位置情報で示される前記基地局の高度によって規定される平面との2つの交点を算出し、この2つの交点のうち、前記基地局位置情報に示される前記通信基地局の位置を基点として前記送信方向情報で示される前記3次元ベクトルを延長した直線と最も近い方の交点を特定して、前記測位位置情報を生成する構成となっていることを特徴とする請求項1に記載の測位システム。
- 測位衛星からの信号である衛星信号を受信することができる端末装置であって、
通信基地局から、通信信号を受信する通信信号受信手段と、
前記通信信号から、前記通信基地局の位置を示す前記基地局位置情報と、前記通信信号の送信方向を3次元ベクトルで示す送信方向情報を取得する基地局情報取得手段と、
前記通信信号が前記通信基地局から前記端末装置に到達するまでの到達遅延時間に基づいて、前記通信基地局と前記端末装置との距離を示す基地局擬似距離情報を生成する基地局擬似距離情報生成手段と、
前記測位衛星からの前記衛星信号に基づいて、前記測位衛星の軌道上の位置を示す衛星軌道位置情報を生成する衛星軌道位置情報生成手段と、
前記衛星信号が前記測位衛星から前記端末装置に到達するまでの到達遅延時間に基づいて、前記測位衛星と前記端末装置との距離を示す衛星擬似距離情報を生成する衛星擬似距離情報生成手段と、
前記基地局位置情報に示される前記通信基地局の位置を中心として前記基地局擬似距離情報に示される距離を半径とする球面と、前記衛星軌道位置情報に示される前記測位衛星の位置を中心として前記衛星擬似距離情報に示される距離を半径とする球面との交点の集合である円周として示される候補位置情報を生成する候補位置情報生成手段と、
前記基地局位置情報に示される前記通信基地局の位置を基点として前記送信方向情報で示される前記3次元ベクトルを延長した直線と最も近い一つの位置を前記候補位置情報に示される円周上の位置から特定し、測位位置情報を生成する測位位置情報生成手段と、
を有することを特徴とする端末装置。 - 前記測位位置情報生成手段は、前記候補位置情報に示される円周と、前記基地局位置情報で示される前記基地局の高度によって規定される平面との2つの交点を算出し、この2つの交点のうち、前記基地局位置情報に示される前記通信基地局の位置を基点として前記送信方向情報で示される前記3次元ベクトルを延長した直線と最も近い方の交点を特定して、前記測位位置情報を生成する構成となっていることを特徴とする請求項3に記載の端末装置。
- 測位衛星からの信号である衛星信号を受信することができる端末装置が、通信基地局から、前記通信基地局の位置を示す基地局位置情報と、送信方向を3次元ベクトルで示す送信方向情報を含む通信信号を受信する通信信号受信ステップと、
前記端末装置が、前記通信信号から、前記基地局位置情報と、前記送信方向情報を取得する基地局情報取得ステップと、
前記端末装置が、前記通信信号が前記通信基地局から前記端末装置に到達するまでの到達遅延時間に基づいて、前記通信基地局と前記端末装置との距離を示す基地局擬似距離情報を生成する基地局擬似距離情報生成ステップと、
前記端末装置が、前記測位衛星からの前記衛星信号に基づいて、前記測位衛星の軌道上の位置を示す衛星軌道位置情報を生成する衛星軌道位置情報生成ステップと、
前記端末装置が、前記衛星信号が前記測位衛星から前記端末装置に到達するまでの到達遅延時間に基づいて、前記測位衛星と前記端末装置との距離を示す衛星擬似距離情報を生成する衛星擬似距離情報生成ステップと、
前記端末装置が、前記基地局位置情報に示される前記通信基地局の位置を中心として前記基地局擬似距離情報に示される距離を半径とする球面と、前記衛星軌道位置情報に示される前記測位衛星の位置を中心として前記衛星擬似距離情報に示される距離を半径とする球面との交点の集合である円周として示される候補位置情報を生成する候補位置情報生成ステップと、
前記端末装置が、前記基地局位置情報に示される前記通信基地局の位置を基点として前記送信方向情報で示される前記3次元ベクトルを延長した直線と最も近い一つの位置を前記候補位置情報に示される円周上の位置から特定し、測位位置情報を生成する測位位置情報生成ステップと、
を有することを特徴とする端末装置の制御方法。 - コンピュータに、
測位衛星からの信号である衛星信号を受信することができる端末装置が、通信基地局から、前記通信基地局の位置を示す基地局位置情報と、送信方向を3次元ベクトルで示す送信方向情報を含む通信信号を受信する通信信号受信ステップと、
前記端末装置が、前記通信信号から、前記基地局位置情報と、前記送信方向情報を取得する基地局情報取得ステップと、
前記端末装置が、前記通信信号が前記通信基地局から前記端末装置に到達するまでの到達遅延時間に基づいて、前記通信基地局と前記端末装置との距離を示す基地局擬似距離情報を生成する基地局擬似距離情報生成ステップと、
前記端末装置が、前記測位衛星からの前記衛星信号に基づいて、前記測位衛星の軌道上の位置を示す衛星軌道位置情報を生成する衛星軌道位置情報生成ステップと、
前記端末装置が、前記衛星信号が前記測位衛星から前記端末装置に到達するまでの到達遅延時間に基づいて、前記測位衛星と前記端末装置との距離を示す衛星擬似距離情報を生成する衛星擬似距離情報生成ステップと、
前記端末装置が、前記基地局位置情報に示される前記通信基地局の位置を中心として前記基地局擬似距離情報に示される距離を半径とする球面と、前記衛星軌道位置情報に示される前記測位衛星の位置を中心として前記衛星擬似距離情報に示される距離を半径とする球面との交点の集合である円周として示される候補位置情報を生成する候補位置情報生成ステップと、
前記端末装置が、前記基地局位置情報に示される前記通信基地局の位置を基点として前記送信方向情報で示される前記3次元ベクトルを延長した直線と最も近い一つの位置を前記候補位置情報に示される円周上の位置から特定し、測位位置情報を生成する測位位置情報生成ステップと、
を実行させることを特徴とする端末装置の制御プログラム。
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