JP4266029B2 - POSITIONING DEVICE AND POSITION DETERMINING METHOD IN POSITIONING DEVICE - Google Patents

POSITIONING DEVICE AND POSITION DETERMINING METHOD IN POSITIONING DEVICE Download PDF

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Description

本発明は、RFID(Radio Frequency IDentification)タグ等の電波源から発射された電波をRFIDリーダ等の複数の基地局で受信し、各基地局での電波受信時刻差から電波源の位置を特定する時間差測位方式に関するものである。   The present invention receives a radio wave emitted from a radio wave source such as an RFID (Radio Frequency IDentification) tag at a plurality of base stations such as an RFID reader, and specifies the position of the radio wave source from a radio wave reception time difference at each base station. This relates to the time difference positioning method.

複数の基地局により受信された直接波の受信時刻から、その直接波の送信元である電波源の位置を求めることのできる時間差測位方法がある(例えば、特許文献1参照)。基準となる基地局における直接波受信時刻と、各基地局自身における直接波受信時刻との差から、それぞれの基地局から電波の送信元である電波源までの距離を求め、複数の基地局からの距離が一致する場所を特定することにより電波源の位置を推定するものである。   There is a time difference positioning method that can determine the position of a radio wave source that is a source of direct waves from the reception times of direct waves received by a plurality of base stations (see, for example, Patent Document 1). From the difference between the direct wave reception time at the reference base station and the direct wave reception time at each base station itself, obtain the distance from each base station to the radio wave source that is the source of the radio wave, from multiple base stations The position of the radio wave source is estimated by specifying a place where the distances of the two coincide.

特表2003−532314号公報(第1頁、図3)Japanese translation of PCT publication No. 2003-532314 (first page, FIG. 3)

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来の方式では、各基地局で受信される電波が既知であることが前提であり、未知電波を用いる場合には時間計測を行うことができないという問題がある。   However, the prior art has the following problems. The conventional method is based on the premise that the radio wave received by each base station is known, and there is a problem that time measurement cannot be performed when an unknown radio wave is used.

本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、未知電波を用いる場合にも、各基地局での直接波受信時刻の計測に基づく電波源の位置の時間差測位を行うことができる測位装置および測位装置における位置特定方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when an unknown radio wave is used, the time difference of the position of the radio wave source can be measured based on the measurement of the direct wave reception time at each base station. An object of the present invention is to obtain a positioning device and a position specifying method in the positioning device.

本発明に係る測位装置は、電波源から発信された電波を受信し、参照信号と受信電波との相関から電波受信時刻を計測する複数の受信時刻算出基地局と、複数の受信時刻算出基地局からのそれぞれの電波受信時刻に基づいて電波源の位置を特定する時間差測位器とを備えた測位装置において、電波源から発信された振幅および位相が未知である未知電波を受信し、受信した前記未知電波に含まれる周波数成分に基づいて参照信号の周波数成分を推定し、基準時刻における参照信号を生成する特定基地局をさらに備え、複数の受信時刻算出基地局は、特定基地局からの参照信号と受信した未知電波との相関から電波受信時刻を計測するものである。 A positioning device according to the present invention receives a radio wave transmitted from a radio wave source, and measures a plurality of reception time calculation base stations that measure a radio wave reception time from a correlation between a reference signal and the received radio wave, and a plurality of reception time calculation base stations In a positioning device provided with a time difference positioning device that identifies the position of a radio wave source based on the respective radio wave reception times from the radio wave , the unknown radio wave transmitted from the radio wave source and having an unknown amplitude and phase are received and received. The base station further includes a specific base station that estimates the frequency component of the reference signal based on the frequency component included in the unknown radio wave and generates a reference signal at the reference time, and the plurality of reception time calculation base stations receive the reference signal from the specific base station The radio wave reception time is measured from the correlation between the received radio wave and the received unknown radio wave.

本発明に係る測位装置における位置特定方法は、特定基地局で、電波源から発信された未知電波を推定して基準時刻における参照信号を生成するステップと、複数の受信時刻算出基地局で、特定基地局からの参照信号と受信した未知電波との相関から電波受信時刻を計測するステップと、時間差測位器で、複数の受信時刻算出基地局からのそれぞれの電波受信時刻に基づいて電波源の位置を特定するステップとを備えたものである。 The position specifying method in the positioning device according to the present invention includes a step of generating a reference signal at a reference time by estimating an unknown radio wave transmitted from a radio source at a specific base station, and a plurality of reception time calculating base stations The step of measuring the radio wave reception time from the correlation between the reference signal from the base station and the received unknown radio wave, and the time difference positioner, the position of the radio wave source based on the respective radio wave reception times from the plurality of reception time calculation base stations And a step of specifying

さらに、本発明に係る測位装置における位置特定方法は、複数のRFIDリーダ/ライタあるいは特定RFIDリーダ/ライタの何れかからRFIDタグに電波を送信するステップと、RFIDタグで、電波の受信電力を検知することにより未知電波を発信するステップと、特定RFIDリーダ/ライタで、RFIDタグから発信された未知電波を推定して基準時刻における参照信号を生成するステップと、複数のRFIDリーダ/ライタで、特定RFIDリーダ/ライタからの参照信号と受信した未知電波との相関から電波受信時刻を計測するステップと、時間差測位器で、複数の複数のRFIDリーダ/ライタからのそれぞれの電波受信時刻に基づいてRFIDタグの位置を特定するステップとを備えたものである。 Further, the position specifying method in the positioning device according to the present invention includes a step of transmitting a radio wave from one of a plurality of RFID reader / writers or a specific RFID reader / writer to the RFID tag, and the received power of the radio wave is detected by the RFID tag. A step of transmitting an unknown radio wave, a step of generating a reference signal at a reference time by estimating an unknown radio wave transmitted from an RFID tag with a specific RFID reader / writer, and a step of specifying with a plurality of RFID reader / writers The step of measuring the radio wave reception time from the correlation between the reference signal from the RFID reader / writer and the received unknown radio wave, and the time difference positioning device based on the radio wave reception times from a plurality of RFID readers / writers. And a step of specifying the position of the tag.

本発明によれば、特定基地局において未知電波の推定を行い、それぞれの基地局は特定基地局による推定結果に基づいて直接波受信時刻を計測することにより、未知電波を用いる場合にも、各基地局での直接波受信時刻の計測に基づく電波源の位置の時間差測位を可能とした測位装置および測位装置における位置特定方法を得ることができる。 According to the present invention, unknown radio waves are estimated at a specific base station, and each base station measures the direct wave reception time based on the estimation result by the specific base station. location method in possible with the positioning device and positioning device a time difference determining the location of the radio wave sources based on the measurement of the direct wave reception time in the base station can be obtained.

以下、本発明の測位装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明の測位装置は、未知電波を用いて電波源の位置を測位するものであり、特定基地局により未知電波の推定を行って基準時刻の参照信号を生成し、この参照信号に基づいてそれぞれの基地局が直接波受信時刻を求めることを特徴としている。
Hereinafter, preferred embodiments of the positioning device of the present invention will be described with reference to the drawings.
The positioning device of the present invention measures the position of a radio wave source using an unknown radio wave, estimates the unknown radio wave by a specific base station, generates a reference signal at a reference time, and based on this reference signal, respectively The base station obtains the direct wave reception time.

実施の形態1.
まず始めに、時間差測位の基本原理について説明する。図15は、時間差測位により電波源の位置を特定する測位装置の基本構成を示した図であり、電波源1、K個の基地局15(1)〜15(K)(ただし、Kは3以上の整数)、および時間差測位器3で構成される。図15は、3個の基地局を示しており、K=3の場合に相当する。
Embodiment 1 FIG.
First, the basic principle of time difference positioning will be described. FIG. 15 is a diagram showing a basic configuration of a positioning device that specifies the position of a radio wave source by time difference positioning. Radio wave source 1 and K base stations 15 (1) to 15 (K) (where K is 3). And the time difference positioning device 3. FIG. 15 shows three base stations, which corresponds to the case of K = 3.

電波源1は、各基地局15(1)〜15(K)に対して電波を発信する。これに対して、各基地局15(1)〜15(K)は、電波源1から発信されそれぞれの基地局に直接到達する直接波と、マルチパスにより直接波と異なる経路を経由して到達する間接波とを含む電波を受信し、その受信した電波から直接波受信時刻を計測する。   The radio wave source 1 transmits radio waves to the base stations 15 (1) to 15 (K). On the other hand, each of the base stations 15 (1) to 15 (K) arrives via a direct wave transmitted from the radio wave source 1 and directly reaching each base station, and a route different from the direct wave due to multipath. A radio wave including an indirect wave is received, and a direct wave reception time is measured from the received radio wave.

時間差測位器3は、それぞれの基地局15(1)〜15(K)により計測された直接波受信時刻を受け取り、それぞれの基地局の位置および直接波受信時刻を基に電波源1の位置を時間差測位処理により特定する。   The time difference positioning device 3 receives the direct wave reception times measured by the respective base stations 15 (1) to 15 (K), and determines the position of the radio wave source 1 based on the position of each base station and the direct wave reception time. It is specified by the time difference positioning process.

また、図16は、直接波受信時刻の計測を行うための基地局の基本構成を示す図であり、中原他“FFT−MUSIC法とFFT演算型相関法の多重伝播遅延時間分解能の比較検討”、信学総大、B−27、1995に示されたものである。それぞれの基地局15(1)〜15(K)は、図16に示す基本構成を有しており、自らが受信した電波に基づいて直接波受信時刻を求めることができる。   FIG. 16 is a diagram showing a basic configuration of a base station for measuring the direct wave reception time. Nakahara et al. “Comparison study of multiple propagation delay time resolution between FFT-MUSIC method and FFT operation type correlation method” , Shingaku Sodai, B-27, 1995. Each base station 15 (1) to 15 (K) has the basic configuration shown in FIG. 16, and can obtain the direct wave reception time based on the radio wave received by itself.

この基地局は、パッシブアンテナ4、受信機5、A/D変換器6、FFT処理器7a、7b、参照信号生成器16、相関処理器12、MUSIC処理器13で構成される。ここで、FFT処理器7a、7bは周波数成分算出手段に、相関処理器12は相関信号生成手段に、MUSIC処理器13は電波受信時刻推定手段にそれぞれ相当している。   This base station includes a passive antenna 4, a receiver 5, an A / D converter 6, FFT processors 7a and 7b, a reference signal generator 16, a correlation processor 12, and a MUSIC processor 13. Here, the FFT processors 7a and 7b correspond to frequency component calculation means, the correlation processor 12 corresponds to correlation signal generation means, and the MUSIC processor 13 corresponds to radio wave reception time estimation means.

電波源1から発信された電波は、パッシブアンテナ4により受信される。そして、パッシブアンテナ4で受信された電波は、受信機5により帯域制限、位相検波等が行われた後に、A/D変換器5によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。   A radio wave transmitted from the radio wave source 1 is received by the passive antenna 4. The radio wave received by the passive antenna 4 is subjected to band limitation, phase detection, and the like by the receiver 5 and then converted from an analog signal to a digital signal by the A / D converter 5.

このようにして得られたディジタル信号は、さらに、FFT処理器7aによりFFT(Fast Fourier transform)処理が行われ、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換される。一方、参照信号生成器16で生成された参照信号も、同様に、FFT処理器7bによりFFT(Fast Fourier transform)処理が行われ、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換される。   The digital signal thus obtained is further subjected to FFT (Fast Fourier transform) processing by the FFT processor 7a, and converted from a time domain signal to a frequency domain signal. On the other hand, the reference signal generated by the reference signal generator 16 is also subjected to FFT (Fast Fourier transform) processing by the FFT processor 7b, and converted from a time domain signal to a frequency domain signal.

FFT処理器7a、7bから出力されるそれぞれの周波数領域の信号は、相関処理器12により相関演算が行われる。さらに、相関演算後の信号は、MUSIC処理器13によりMUSIC(Multiple Signal classification)処理が施され、高分解能に計測した直接波受信時刻が求められる。このようにして計測された直接波受信時刻は、それぞれの基地局15(1)〜15(K)から時間差測位器3に伝達され、時間差測位器3は、それぞれの直接波受信時刻に基づいて電波源の位置を特定することとなる。   Correlation calculation is performed by the correlation processor 12 on each frequency domain signal output from the FFT processors 7a and 7b. Further, the signal after the correlation calculation is subjected to MUSIC (Multiple Signal classification) processing by the MUSIC processor 13, and the direct wave reception time measured with high resolution is obtained. The direct wave reception times thus measured are transmitted from the respective base stations 15 (1) to 15 (K) to the time difference positioning device 3, and the time difference positioning device 3 is based on the respective direct wave reception times. The position of the radio wave source will be specified.

次に、測位装置の一連の動作、および測位のための具体的な演算式について説明する。それぞれの基地局15(1)〜15(K)は、電波源1から発信された電波が直接到達する直接波と、マルチパスにより直接波と異なる経路を経由して到達する間接波とを含む電波を、パッシブアンテナ4で受信する。受信時刻は、全ての基地局共通のあらかじめ設定された基準時刻を零として計られる。   Next, a series of operations of the positioning device and specific arithmetic expressions for positioning will be described. Each of the base stations 15 (1) to 15 (K) includes a direct wave that the radio wave transmitted from the radio wave source 1 directly reaches and an indirect wave that reaches via a different path from the direct wave due to multipath. Radio waves are received by the passive antenna 4. The reception time is measured with a preset reference time common to all base stations as zero.

ここで、あるk番目(ただし、kは1≦k≦Kの整数)の基地局を例にして、その処理内容を説明する。k番目の基地局が直接波を受信した時刻をτ1,kとし、間接波を受信した時刻をτ2,kとする。パッシブアンテナ4で受信された電波は、受信機5に伝達され、帯域制限、位相検波が行われる。さらに、受信機5からの出力信号は、A/D変換器6に伝達される。 Here, the processing content will be described by taking a certain k-th base station (where k is an integer of 1 ≦ k ≦ K) as an example. The time when the k-th base station receives the direct wave is τ 1, k and the time when the indirect wave is received is τ 2, k . The radio wave received by the passive antenna 4 is transmitted to the receiver 5, where band limitation and phase detection are performed. Further, the output signal from the receiver 5 is transmitted to the A / D converter 6.

A/D変換器6は、受信電波をサンプルしてディジタル信号に変換する。ここで、A/D変換器6において、サンプル周期をTsamp、サンプル数をN(ただし、Nは1以上の整数)としてディジタル化された受信信号をz1,k・・・zN,kとする。次に、FFT処理器7aは、ディジタル化された受信信号z1,k・・・zN,kにFFT処理を施して受信信号の周波数成分y1,k・・・yN,kを算出する。 The A / D converter 6 samples the received radio wave and converts it into a digital signal. Here, in the A / D converter 6, z 1, k ... Z N, k is a digitized received signal with the sample period T samp and the number of samples N (where N is an integer equal to or greater than 1). And Next, FFT processor 7a is calculated, the received signal z 1 which is digitized, k · · · z N, the frequency components y 1 of the received signal by performing FFT processing on the k, k · · · y N, the k To do.

ここで、受信信号の周波数成分y1,k・・・yN,kに含まれる電波源1から発信された直接波成分と間接波成分とを加えた周波数成分y'1,k・・・y'N,kは、次式(1)、(2)により表される。この式(1)、(2)において、Γi,iは参照信号(詳細は後述)の周波数成分を表している。また、c1,kは直接波の振幅値、c2,kは間接波の振幅値をそれぞれ表している。 Here, a frequency component y ′ 1, k ... Obtained by adding a direct wave component and an indirect wave component transmitted from the radio wave source 1 included in the frequency component y 1, k ... Y N, k of the received signal. y ′ N, k is expressed by the following equations (1) and (2). In equations (1) and (2), Γ i, i represents a frequency component of a reference signal (details will be described later). C 1, k represents the amplitude value of the direct wave, and c 2, k represents the amplitude value of the indirect wave.

Figure 0004266029
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参照信号生成器16は、各基地局で受信される電波が既知であることを前提として、電波源1から発信された電波が時刻零で受信されたことを想定して参照信号z0,・・・,z0を生成する。参照信号z0,・・・,z0は、FFT処理器7bによりFFT処理が施され、参照信号の周波数成分Γ1,1,・・・,ΓN,Nが生成される。相関処理器12は、次式(3)を用いて、参照信号の周波数成分Γ1,1,・・・,ΓN,Nと受信信号の周波数成分y1,k ・・・ yN,kとの相関演算を行い、周波数領域における相関信号x1,k・・・xN,kを生成する。 The reference signal generator 16 assumes that the radio wave transmitted from the radio wave source 1 is received at time zero on the assumption that the radio wave received at each base station is known. The reference signal z0 1 ,. .., z0 N is generated. Reference signal z0 1, ···, z0 N is, FFT processing is performed by the FFT processor 7b, the frequency component gamma 1, 1 of the reference signal, ···, Γ N, N is generated. The correlation processor 12 uses the following equation (3) to calculate the frequency components Γ 1,1 , ..., Γ N, N of the reference signal and the frequency components y 1, k ... Y N, k of the received signal. It performs correlation calculation between the correlation signal in the frequency domain x 1, k ··· x N, to produce a k.

Figure 0004266029
Figure 0004266029

周波数領域における相関信号xi,kに含まれる直接波成分と間接波成分とを加えた相関信号x'i,kは、具体的には次式(4)により表される。 The correlation signal x ′ i, k obtained by adding the direct wave component and the indirect wave component included in the correlation signal x i, k in the frequency domain is specifically expressed by the following equation (4).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

実際に相関処理器12から出力される相関信号xi,kは、直接波成分と間接波成分とを加えた相関信号x'i,kを用いて、次式(5)のように表される。式(5)において、ni,kは、MUSIC処理入力時において式(4)の相関信号x'i,kに重畳している受信機雑音成分を表している。 The correlation signal x i, k actually output from the correlation processor 12 is expressed by the following equation (5) using the correlation signal x ′ i, k obtained by adding the direct wave component and the indirect wave component. The In equation (5), n i, k represents a receiver noise component superimposed on the correlation signal x ′ i, k in equation (4) at the time of MUSIC processing input.

Figure 0004266029
Figure 0004266029

MUSIC処理器13は、相関信号xi,k(ただし、iは1≦i≦Nとなる整数)を入力信号として取り込む。ベクトルxをx=[xi,k,i+1,k・・・xi+M−1,kとして定義するとき、ベクトルxは、次式(6)のように表される。MUSIC処理器13は、a(τ)をステアリングベクトルとしてMUSIC処理を行い、直接波の観測時刻の計測値に相当する直接波受信時刻の推定値τ1,k(チルダ)を算出し、時間差測位器3に伝達する。なお、ここで用いたMは、ステアリングベクトルの次数であり、サンプル数Nよりも小さい整数である。 The MUSIC processor 13 takes in the correlation signal x i, k (where i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ N) as an input signal. When the vector x i is defined as x i = [x i, k, x i + 1, k ... X i + M−1, k ] T , the vector x i is expressed by the following equation (6). The MUSIC processor 13 performs MUSIC processing using a (τ) as a steering vector, calculates an estimated value τ 1, k (tilde) of the direct wave reception time corresponding to the measurement value of the direct wave observation time, and performs time difference positioning. Is transmitted to the container 3. Note that M used here is the order of the steering vector, and is an integer smaller than the number N of samples.

Figure 0004266029
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ここで、MUSIC処理を行った際に、直接波と間接波の2種類の受信時刻が計測されることとなるが、直接波は、間接波に比較して速く到達するので、小さい受信時刻の方を直接波の到達時刻として計測値τ(チルダ)を推定する。   Here, when the MUSIC process is performed, two types of reception times of the direct wave and the indirect wave are measured. However, since the direct wave arrives faster than the indirect wave, The measured value τ (tilde) is estimated with the direction of arrival of the direct wave.

時間差測位器3は、各基地局から伝達されたτ(チルダ)に基づき、電波源1の位置を時間差測位する。時間差測位器3は、特定基地局(k番目の基地局)を設定し、そのk番目の基地局から電波源1までの距離をrk0として仮定する。このとき、時間差測位器3は、k番目の基地局における直接波受信時刻と、他の基地局における直接波受信時刻との差から、次式(10)により、一意的に、k番目の基地局以外の各基地局から電波源1までの距離を特定できる。ここで、cは、光速を表している。 The time difference positioning device 3 measures the position of the radio wave source 1 based on τ (tilde) transmitted from each base station. The time difference positioning device 3 sets a specific base station (k 0th base station) and assumes a distance from the k 0th base station to the radio wave source 1 as r k0 . At this time, the time difference positioning device 3 uniquely determines the k 0 th position from the difference between the direct wave reception time at the k 0 th base station and the direct wave reception time at the other base station by the following equation (10). The distance from each base station other than the base station to the radio wave source 1 can be specified. Here, c represents the speed of light.

Figure 0004266029
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図17は、k番目の基地局から電波源1までの距離をrk0と仮定したときに特定される各基地局から電波源1までの距離の関係を示す図である。rk0の仮定のもとに、あるk番目の基地局の位置を中心として半径rの円をそれぞれ描いた状態を示している。もし、距離rの位置に電波源1が存在するとき、半径rの円周上のいずれかの地点に電波源1が存在することとなる。 FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between the distances from the base stations to the radio wave source 1 specified when the distance from the k 0th base station to the radio wave source 1 is assumed to be r k0 . under the assumption of r k0, it shows a state depicting respectively a circle of radius r k around a position of a k-th base station. If, when the radio wave source 1 is present at a distance r k, so that the radio wave source 1 is present in any point on the circumference of radius r k.

そこで、最初に仮定したrk0を変えていき、そのときのそれぞれの半径rを求めると、rk0がある値となったときに、それぞれの円周がある1点で交わる状態が発生することとなる。図18は、ある値のrk0において、それぞれの円周がある1点で交わった状態を示す図である。従って、時間差測位器3は、各基地局における直接波受信時刻に基づいて、図18のような状態となるrk0を求めることにより、電波源1の位置を測位することができることとなる。 Therefore, first we change the r k0 assuming, when determining the respective radii r k of the time, when a certain value r k0, state intersect at one point, each of the circumferential occurs It will be. FIG. 18 is a diagram illustrating a state where the circumferences intersect at a certain point at a certain value r k0 . Therefore, the time difference positioning device 3 can determine the position of the radio wave source 1 by obtaining rk0 in a state as shown in FIG. 18 based on the direct wave reception time at each base station.

実際には、直接波受信時刻の計測誤差等により、各基地局の位置を中心とするそれぞれの円周は、ある1点で完全には交わらない。そこで、時間差測位器3は、最小二乗法等を用いて距離の二乗誤差が最小となるような位置を算出することにより、電波源1の位置を推定することとなる。   Actually, the circumferences around the positions of the base stations do not completely intersect at a certain point due to measurement errors of the direct wave reception time. Therefore, the time difference positioning device 3 estimates the position of the radio wave source 1 by calculating the position where the square error of the distance is minimized using the least square method or the like.

上述した方式では、各基地局で受信される電波が既知であることを前提とし、既知電波に基づいて参照信号を生成し、直接波受信時刻を計測している。これに対して、本発明は、未知電波を受信した際にも時間計測に基づく測位を行うことができる点を特徴としており、その詳細について、次に説明する。   In the method described above, on the premise that the radio waves received by each base station are known, a reference signal is generated based on the known radio waves, and the direct wave reception time is measured. On the other hand, the present invention is characterized in that positioning based on time measurement can be performed even when an unknown radio wave is received, and details thereof will be described below.

図1は、本発明の実施の形態1における測位装置の構成図であり、電波源1、K個の未知電波対応型基地局2(1)〜2(K)、および時間差測位器3で構成される。電波源1および時間差測位器3は、図15の基本構成で示したものと同一であり、未知電波対応型基地局2(1)〜2(K)を中心に説明する。   FIG. 1 is a configuration diagram of a positioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, which includes a radio wave source 1, K unknown radio wave-compatible base stations 2 (1) to 2 (K), and a time difference positioning device 3. Is done. The radio wave source 1 and the time difference positioning device 3 are the same as those shown in the basic configuration of FIG. 15, and will be described focusing on the unknown radio wave compatible base stations 2 (1) to 2 (K).

未知電波対応型基地局2(k)(ただし、kは1≦k≦Kの整数)は、未知電波を推定して、その推定結果として基準時刻の参照信号を生成して他の未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(K)に対して送信する特定基地局である。 The unknown radio wave compatible base station 2 (k 0 ) (where k 0 is an integer of 1 ≦ k 0 ≦ K) estimates the unknown radio wave, generates a reference signal of the reference time as the estimation result, It is a specific base station that transmits to the unknown radio wave compatible base stations 2 (1), 2 (2), and 2 (K).

一方、未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(K)は、未知電波対応型基地局2(k)からの参照信号を用いて、電波源1から発信された直接波の受信時刻を計測する受信時刻算出基地局である。 On the other hand, the unknown radio wave-corresponding base stations 2 (1), 2 (2), 2 (K) are transmitted from the radio wave source 1 using the reference signal from the unknown radio wave-corresponding base station 2 (k 0 ). This is a reception time calculation base station that measures the reception time of a direct wave.

このように、本発明の測位装置は、ある特定基地局(未知電波対応型基地局2(k)に相当)により未知電波の推定を行って基準時刻の参照信号を生成するとともに、他の基地局(未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(K)に相当)において、この参照信号に基づいて直接波受信時刻を計測し、電波源の測位を行う。 Thus, the positioning device of the present invention estimates the unknown radio wave by a specific base station (corresponding to the unknown radio wave compatible base station 2 (k 0 )) to generate the reference signal of the reference time, In the base station (corresponding to unknown radio wave compatible base stations 2 (1), 2 (2), 2 (K)), the direct wave reception time is measured based on this reference signal, and the radio wave source is positioned.

図2は、本発明の実施の形態1の特定基地局における未知電波の推定を行う構成を示した図であり、特定基地局である未知電波対応型基地局2(k)の構成を示すものである。図2におけるパッシブアンテナ4、受信機5、A/D変換器6、FFT処理器7は、図16で示したものと同一である。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration for estimating an unknown radio wave in the specific base station according to Embodiment 1 of the present invention, and shows a configuration of the unknown radio wave corresponding base station 2 (k 0 ) that is the specific base station. Is. The passive antenna 4, the receiver 5, the A / D converter 6, and the FFT processor 7 in FIG. 2 are the same as those shown in FIG.

参照信号生成手段である参照信号生成器8は、FFT処理された未知電波の周波数成分の信号を推定し、直接波受信時刻を算出するための参照信号を生成する。図3は、本発明の実施の形態1における参照信号生成器8の構成図である。この参照信号生成器8は、間接波受信時刻推定器9、振幅比推定器10、初期位相推定器11で構成される。   The reference signal generator 8 as reference signal generation means estimates the signal of the frequency component of the unknown radio wave subjected to the FFT process, and generates a reference signal for calculating the direct wave reception time. FIG. 3 is a configuration diagram of the reference signal generator 8 according to Embodiment 1 of the present invention. The reference signal generator 8 includes an indirect wave reception time estimator 9, an amplitude ratio estimator 10, and an initial phase estimator 11.

間接波受信時刻推定器9は、FFT処理された未知電波の周波数成分の信号から間接波の受信時刻を推定する。振幅比推定器10は、時刻ゼロで受信される直接波の振幅と、推定された間接波の受信時刻における間接波の振幅との振幅比を推定する。さらに、初期位相推定器11は、電波源から発信された電波の初期位相を推定する。   The indirect wave reception time estimator 9 estimates the reception time of the indirect wave from the signal of the frequency component of the unknown radio wave subjected to the FFT process. The amplitude ratio estimator 10 estimates the amplitude ratio between the amplitude of the direct wave received at time zero and the amplitude of the indirect wave at the estimated reception time of the indirect wave. Further, the initial phase estimator 11 estimates the initial phase of the radio wave transmitted from the radio wave source.

図4は、本発明の実施の形態1における未知電波の推定結果を用いて直接波受信時刻を計測する基地局の構成図であり、受信時刻算出基地局である未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(K)の構成を示すものである。図4におけるパッシブアンテナ4、受信機5、A/D変換器6、FFT処理器7、相関処理器12、MUSIC処理器13は、図16で示したものと同一である。   FIG. 4 is a configuration diagram of a base station that measures the direct wave reception time using the unknown radio wave estimation result according to Embodiment 1 of the present invention. 1) The structure of 2 (2) and 2 (K) is shown. The passive antenna 4, the receiver 5, the A / D converter 6, the FFT processor 7, the correlation processor 12, and the MUSIC processor 13 in FIG. 4 are the same as those shown in FIG.

図4の構成を有する受信時刻算出基地局は、図16で示した基地局の構成と比較すると、参照信号生成器16およびFFT処理器7bが不要となっており、その代わりに参照信号を特定基地局から取り込む構成となっている。   The reception time calculation base station having the configuration of FIG. 4 does not require the reference signal generator 16 and the FFT processor 7b as compared with the configuration of the base station shown in FIG. 16, and specifies the reference signal instead. It is configured to capture from the base station.

次に、一連の動作、および測位のための具体的な演算式について説明する。それぞれの未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(K)、2(k)は、電波源1から発信された電波が直接到達する直接波と、マルチパスにより直接波と異なる経路を経由して到達する間接波とを含む電波をパッシブアンテナ4で受信する。 Next, a series of operations and specific arithmetic expressions for positioning will be described. Each of the unknown radio wave-corresponding base stations 2 (1), 2 (2), 2 (K), 2 (k 0 ) is directly connected to the direct wave to which the radio wave transmitted from the radio wave source 1 directly reaches by multipath. The passive antenna 4 receives a radio wave including an indirect wave that reaches via a different path from the wave.

まず始めに、特定基地局である未知電波対応型基地局2(k)は、受信した電波に基づいて、直接波の受信時刻をゼロとした基準時刻における参照信号を生成する。その後、受信時刻算出基地局である未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(K)は、未知電波対応型基地局2(k)で生成された参照信号と、自らが生成したFFT処理後の受信信号の周波数成分との相関演算を行うことにより、直接波受信時刻の計測を行う。 First, the unknown radio wave-compatible base station 2 (k 0 ), which is a specific base station, generates a reference signal at a reference time with a direct wave reception time being zero, based on the received radio wave. After that, the unknown radio wave-corresponding base stations 2 (1), 2 (2), 2 (K), which are reception time calculation base stations, and the reference signal generated by the unknown radio wave-corresponding base station 2 (k 0 ), The direct wave reception time is measured by performing a correlation operation with the frequency component of the received signal after the FFT processing generated by itself.

未知電波対応型基地局2(k)は、先の図2に示したような未知電波の推定を行うための構成を有している。電波源1から発信された電波は、マルチパスを発生する。そして、パッシブアンテナ4は、直接波と間接波とを含む電波を受信することとなる。その後、受信機5、A/D変換器6、FFT処理器7での処理は、図16で説明したものと同一であり、FFT処理器7から受信信号の周波数成分y1,k0 ・・・yN,k0が出力される。 The unknown radio wave compatible base station 2 (k 0 ) has a configuration for estimating an unknown radio wave as shown in FIG. A radio wave transmitted from the radio wave source 1 generates a multipath. The passive antenna 4 receives radio waves including direct waves and indirect waves. Thereafter, the processing in the receiver 5, the A / D converter 6, and the FFT processor 7 is the same as that described in FIG. 16, and the frequency components y1, k0, ... y N, k0 is output.

受信信号の周波数成分y1,k0 ・・・yN,k0は、参照信号生成器8に伝達される。ここで、参照信号生成器8は、図3に示す処理構成となっている。参照信号生成器8に入力した受信信号の周波数成分y1,k0 ・・・yN,k0は、間接波受信時刻推定器9に伝達される。間接波受信時刻推定器9は、最初に、次式(11)(12)により受信信号周波数成分の電力値Py(i)を算出する。 The frequency components y 1, k0 ... Y N, k0 of the received signal are transmitted to the reference signal generator 8. Here, the reference signal generator 8 has the processing configuration shown in FIG. The frequency components y 1, k0 ... Y N, k0 of the received signal input to the reference signal generator 8 are transmitted to the indirect wave reception time estimator 9. The indirect wave reception time estimator 9 first calculates the power value Py (i) of the received signal frequency component by the following equations (11) and (12).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

さらに、次式(13)により信号ベクトルPyi,k0を設定する。 Further, a signal vector Py i, k0 is set by the following equation (13).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

このとき、信号ベクトルPyi,k0は、次式(14)〜(16)により表すことができる。 At this time, the signal vector Py i, k0 can be expressed by the following equations (14) to (16).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

さらに、間接波受信時刻推定器9は、次式(17)により信号ベクトルPyi,k0の相関行列Rpk0を算出し、MUSIC処理により、直接波の受信時刻をゼロとしたときの間接波の受信時刻の推定値τ2,k0(チルダ)を高分解能で算出する。 Further, the indirect wave reception time estimator 9 calculates the correlation matrix Rp k0 of the signal vector Py i, k0 by the following equation (17) , and the indirect wave when the reception time of the direct wave is zero by MUSIC processing. An estimated value τ 2, k0 (tilde) of the reception time is calculated with high resolution.

Figure 0004266029
Figure 0004266029

間接波受信時刻推定器9から出力される受信時刻の推定値τ2,k0(チルダ)は、振幅比推定器10に伝達される。振幅比推定器10は、受信時刻の推定値τ2,k0(チルダ)に基づいて直接波と間接波との振幅比を推定する。最初に、次式(18)により振幅比Ck0(i)の推定値Ck0(i)(チルダ)を算出する。 The estimated value τ 2, k0 (tilde) of the reception time output from the indirect wave reception time estimator 9 is transmitted to the amplitude ratio estimator 10. The amplitude ratio estimator 10 estimates the amplitude ratio between the direct wave and the indirect wave based on the estimated value τ 2, k0 (tilde) of the reception time. First, an estimated value C k0 (i) (tilde) of the amplitude ratio C k0 (i) is calculated by the following equation (18).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

次に、Ck0(i)(チルダ)を平均して、次式(19)により直接波と間接波との振幅比の推定値Ck0(チルダ)を算出する。 Next, C k0 (i) (tilde) is averaged, and an estimated value C k0 (tilde) of the amplitude ratio between the direct wave and the indirect wave is calculated by the following equation (19).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

振幅比推定器10は、間接波受信時刻の推定値τ2,k0(チルダ)、および直接波と間接波との振幅比の推定値Ck0(チルダ)を初期位相推定器11に伝達する。次に、初期位相推定器11は、次式(20)で表される位相検出用信号Hをまず始めに算出する。 The amplitude ratio estimator 10 transmits the estimated value τ 2, k0 (tilde) of the indirect wave reception time and the estimated value C k0 (tilde) of the amplitude ratio between the direct wave and the indirect wave to the initial phase estimator 11. Next, the initial phase estimator 11 first calculates a phase detection signal H i represented by the following equation (20).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

次に、初期位相推定器11は、上式(20)で算出した位相検出用信号Hの実部と虚部から参照信号の周波数成分Γi,iの初期位相の推定値φ(チルダ)を算出する。さらに、初期位相推定器11は、次式(21)により、参照信号の周波数成分の推定値Γi,i(チルダ)を算出する。 Next, the initial phase estimator 11 estimates the initial phase value φ i (tilde) of the frequency component Γ i, i of the reference signal from the real part and the imaginary part of the phase detection signal H i calculated by the above equation (20). ) Is calculated. Further, the initial phase estimator 11 calculates an estimated value Γ i, i (tilde) of the frequency component of the reference signal by the following equation (21).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

初期位相推定器11は、このようにして算出された参照信号の周波数成分の推定値Γi,i(チルダ)を各未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(K)に伝達する。各未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(K)は、式(3)における参照信号の周波数成分Γi,iに換えて、未知電波対応型基地局2(k)から送られてきた参照信号の周波数成分の推定値Γi,i(チルダ)を用いて周波数領域での相関信号xi,kを算出する。 The initial phase estimator 11 calculates the estimated value Γ i, i (tilde) of the frequency component of the reference signal in this way for each unknown radio wave-corresponding base station 2 (1), 2 (2), 2 (K ). Each unknown radio wave-corresponding base station 2 (1), 2 (2), 2 (K) is replaced with the unknown radio wave-corresponding base station 2 (k) in place of the frequency component Γ i, i of the reference signal in equation (3). 0 ) is used to calculate the correlation signal x i, k in the frequency domain using the estimated value Γ i, i (tilde) of the frequency component of the reference signal sent from 0 ).

さらに、MUSIC処理器13は、各基地局で受信される電波が既知であることを前提としてすでに図16を用いて説明したものと同一の手順により、直接波の観測時刻の計測値として直接波受信時刻の推定値τ1,k(チルダ)を算出する。 Further, the MUSIC processor 13 uses the same procedure as that already described with reference to FIG. 16 on the assumption that the radio wave received at each base station is known, and uses the direct wave as the measurement value of the direct wave observation time. An estimated value τ 1, k (tilde) of the reception time is calculated.

なお、電波源1から発信する未知電波として、周波数成分の絶対値が周波数に依らずに一定となるものを採用することにより、より高精度な測位が可能となる。すなわち、特定基地局は、周波数領域の信号の振幅(絶対値)が一定のものを用いれば、未知パラメータが位相だけとなるため、初期位相の検出を確実に行うことができる。   In addition, as an unknown radio wave transmitted from the radio wave source 1, a highly accurate positioning is possible by adopting a radio wave whose absolute value of the frequency component is constant regardless of the frequency. That is, if the specific base station uses a signal with a constant amplitude (absolute value) in the frequency domain, the unknown parameter is only the phase, and therefore the initial phase can be reliably detected.

また、直接波と間接波の受信時刻の差に応じて高分解能の処理が必要な場合には、上述したようなMUSIC処理が用いられる。この場合にも、周波数成分の絶対値が周波数に依らずに一定となる電波を未知電波として採用することにより、より高精度な測位が可能となる。   Further, when high-resolution processing is required according to the difference between the reception times of the direct wave and the indirect wave, the MUSIC process as described above is used. Also in this case, by adopting a radio wave whose absolute value of the frequency component is constant regardless of the frequency as the unknown radio wave, more accurate positioning is possible.

実施の形態1によれば、特定基地局は、受信した未知電波に基づいて直接波の受信時刻をゼロとした基準時刻における参照信号を生成することができる。さらに、受信時刻算出基地局は、特定基地局により生成された参照信号に基づいて、自らが受信した未知電波から直接波受信時刻を計測することができる。これにより、未知電波を用いた場合にも直接波受信時刻の計測が可能となり、電波源の位置の時間差測位を行うことができる。   According to the first embodiment, the specific base station can generate the reference signal at the reference time with the reception time of the direct wave being zero based on the received unknown radio wave. Further, the reception time calculation base station can measure the direct wave reception time from the unknown radio wave received by itself based on the reference signal generated by the specific base station. Thereby, even when an unknown radio wave is used, the direct wave reception time can be measured, and the time difference of the position of the radio wave source can be measured.

実施の形態2.
本実施の形態2では、未知電波の推定結果を用いて直接波の受信時刻を計測する別の方法を説明する。図5は、本発明の実施の形態2における未知電波の推定結果を用いて直接波の受信時刻を計測する基地局の構成図であり、受信時刻算出基地局である未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(K)の構成を示すものである。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, another method for measuring the reception time of the direct wave using the estimation result of the unknown radio wave will be described. FIG. 5 is a configuration diagram of a base station that measures the reception time of a direct wave using the estimation result of the unknown radio wave according to Embodiment 2 of the present invention. (1) Shows the configuration of 2 (2) and 2 (K).

図5におけるパッシブアンテナ4、受信機5、A/D変換器6、相関処理器12、MUSIC処理器13は、実施の形態1における図4と同じである。本実施の形態2では、FFT処理器7の代わりにフィルタバンク14を用いており、このフィルタバンク14の機能を中心に説明する。   The passive antenna 4, receiver 5, A / D converter 6, correlation processor 12, and MUSIC processor 13 in FIG. 5 are the same as those in FIG. 4 in the first embodiment. In the second embodiment, a filter bank 14 is used instead of the FFT processor 7, and the function of the filter bank 14 will be mainly described.

図6は、本発明の実施の形態2におけるフィルタバンク14の構成図である。フィルタバンク14は、N個(ただし、Nは2以上の整数であり、サンプル数Nと同じ数)のFIR(Finite Impulse Response)型帯域通過フィルタ14(1)〜14(N)で構成される。帯域通過フィルタ14(1)〜14(N)は、入力電波の周波数成分の存在範囲Wpに対して、それぞれ異なる通過帯域を有している。   FIG. 6 is a configuration diagram of the filter bank 14 according to the second embodiment of the present invention. The filter bank 14 is composed of N (where N is an integer equal to or greater than 2 and the same number as the number of samples N) FIR (Finite Impulse Response) type bandpass filters 14 (1) to 14 (N). . The band pass filters 14 (1) to 14 (N) have different pass bands with respect to the existence range Wp of the frequency component of the input radio wave.

次に、一連の動作、および測位のための具体的な演算式について説明する。それぞれの未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(K)、2(k)は、電波源1から発信された電波が直接到達する直接波と、マルチパスにより直接波と異なる経路を経由して到達する間接波とを含む電波をパッシブアンテナ4で受信する。 Next, a series of operations and specific arithmetic expressions for positioning will be described. Each of the unknown radio wave-corresponding base stations 2 (1), 2 (2), 2 (K), 2 (k 0 ) is directly connected to the direct wave to which the radio wave transmitted from the radio wave source 1 directly reaches by multipath. The passive antenna 4 receives a radio wave including an indirect wave that reaches via a different path from the wave.

まず始めに、特定基地局である未知電波対応型基地局2(k)は、受信した電波に基づいて基準時刻における参照信号を生成する。その後、受信時刻算出基地局である未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(K)は、未知電波対応型基地局2(k)で生成された参照信号と、自らが生成したフィルタバンクによる処理後の受信信号の周波数成分との相関演算を行うことにより、直接波受信時刻の計測を行う。 First, the unknown radio wave compatible base station 2 (k 0 ), which is a specific base station, generates a reference signal at the reference time based on the received radio wave. After that, the unknown radio wave-corresponding base stations 2 (1), 2 (2), 2 (K), which are reception time calculation base stations, and the reference signal generated by the unknown radio wave-corresponding base station 2 (k 0 ), The direct wave reception time is measured by performing a correlation operation with the frequency component of the received signal after processing by the filter bank generated by itself.

未知電波対応型基地局2(k)は、先の図2に示したような未知電波の推定を行うための構成を有している。電波源1から発信された電波は、マルチパスを発生する。そして、パッシブアンテナ4は、直接波と間接波とを含む電波を受信することとなる。その後、受信機5、A/D変換器6、での処理は、図16で説明したものと同一であり、A/D変換器6からディジタル化された受信信号z1,k・・・zN,kが出力される。 The unknown radio wave compatible base station 2 (k 0 ) has a configuration for estimating an unknown radio wave as shown in FIG. A radio wave transmitted from the radio wave source 1 generates a multipath. The passive antenna 4 receives radio waves including direct waves and indirect waves. Thereafter, the processing in the receiver 5 and the A / D converter 6 is the same as that described in FIG. 16, and the received signal z 1, k ... Z that has been digitized from the A / D converter 6. N, k is output.

ディジタル化された受信信号z1,k・・・zN,kは、フィルタバンク14に伝達される。フィルタバンク14は、N個の帯域通過フィルタ14(1)〜14(N)から構成されており、i番目(ただし、iは1≦i≦Nの整数)の帯域通過フィルタ14(i)は、次式(22)により受信信号のi番目の周波数成分の信号yi,kを出力する。 The digitized received signals z 1, k ... Z N, k are transmitted to the filter bank 14. The filter bank 14 includes N band-pass filters 14 (1) to 14 (N), and the i-th band pass filter 14 (i) (where i is an integer of 1 ≦ i ≦ N) is Then, the signal y i, k of the i-th frequency component of the received signal is output by the following equation (22).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

その後、相関処理器12およびMUSIC処理器13は、実施の形態1と同様に動作して直接波受信時刻の推定値τ1,k(チルダ)を計測する。 Thereafter, the correlation processor 12 and the MUSIC processor 13 operate in the same manner as in the first embodiment, and measure the estimated value τ 1, k (tilde) of the direct wave reception time.

実施の形態2によれば、基地局のいずれか1つを特定して未知電波の推定を行うとともに、他の基地局において、この推定結果に基づいて直接波の受信時刻を計測することにより、各基地局で未知電波を受信した場合にも直接波受信時刻が計測でき、電波源の位置の時間差測位を行うことができる。さらに、受信時刻算出基地局である他の基地局においては、FFT処理器の代わりに複数の帯域通過フィルタを有するフィルタバンクを用いることによっても、直接波受信時刻を計測することが可能となる。   According to the second embodiment, the unknown radio wave is estimated by specifying any one of the base stations, and at the other base station, by measuring the reception time of the direct wave based on the estimation result, Even when an unknown radio wave is received at each base station, the direct wave reception time can be measured and the time difference of the position of the radio wave source can be measured. Furthermore, in another base station which is a reception time calculation base station, it is possible to measure the direct wave reception time by using a filter bank having a plurality of band pass filters instead of the FFT processor.

実施の形態3.
実施の形態1および2では、1台の未知電波対応型基地局2(k)を未知電波の推定を行う基地局として特定することにより直接波受信時刻の計測を行い、電波源1の位置を推定する場合について説明した。本実施の形態3では、直接波受信時刻の計測および電波源の位置の算出を、異なる基地局を未知電波の推定を行う基地局として特定した場合についてそれぞれ個別に行うことにより複数の推定結果を求め、それらの推定結果から最終的に電波源1の位置を特定する場合について説明する。実施の形態3における測位装置の構成は、図1と同様である。
Embodiment 3 FIG.
In Embodiments 1 and 2, the direct wave reception time is measured by specifying one unknown radio wave-corresponding base station 2 (k 0 ) as a base station that estimates unknown radio waves, and the position of the radio wave source 1 is measured. The case of estimating is described. In the third embodiment, the measurement of the direct wave reception time and the calculation of the position of the radio wave source are individually performed for cases where different base stations are identified as base stations for estimating the unknown radio wave, thereby obtaining a plurality of estimation results. A case will be described in which the position of the radio wave source 1 is finally determined from the obtained and estimated results. The configuration of the positioning device in the third embodiment is the same as that in FIG.

本実施の形態3におけるそれぞれの未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(k)、2(K)は、それぞれが未知電波を推定して参照信号を生成し、その参照信号を他の未知電波対応型基地局に対して送信する機能を有している。さらに、それぞれの未知電波対応型基地局2(1)、2(2)、2(k)、2(K)は、それぞれの参照信号に基づいて、直接波受信時刻を求め、時間差測位器3に送信する機能も兼ね備えている。 The unknown radio wave-corresponding base stations 2 (1), 2 (2), 2 (k 0 ), and 2 (K) in Embodiment 3 each estimate the unknown radio wave and generate a reference signal, It has a function of transmitting the reference signal to another unknown radio wave compatible base station. Further, each unknown radio wave-corresponding base station 2 (1), 2 (2), 2 (k 0 ), 2 (K) obtains a direct wave reception time based on each reference signal, and a time difference positioning device 3 also has a function to transmit to.

図7は、本発明の実施の形態3において時間差測位器3が電波源1の位置を特定するために行う処理手順を示したフローチャートである。ステップS701において、時間差測位器3は、未知電波を推定する特定基地局の番号をk=1とする。ステップS702において、時間差測位器3は、特定基地局をk=1としたときにそれぞれの未知電波対応型基地局で算出された直接波受信時刻に基づいて、実施の形態1と同様の手順で電波源1の位置p1(チルダ)を算出する。 FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure performed by the time difference positioning device 3 to identify the position of the radio wave source 1 in the third embodiment of the present invention. In step S701, the time difference positioning device 3 sets the number of the specific base station that estimates the unknown radio wave to k 0 = 1. In step S702, the time difference positioning device 3 performs the same procedure as in the first embodiment based on the direct wave reception time calculated by each unknown radio wave-corresponding base station when the specific base station is k 0 = 1. To calculate the position p1 (tilde) of the radio wave source 1.

そして、ステップS703において、時間差測位器3は、特定基地局の番号kが基地局の台数Kよりも小さいかを判断する。時間差測位器3は、k<Kであると判断した場合には、ステップS704において、特定基地局の番号kに1を加算してkを更新する。そして、時間差測位器3は、ステップS702、S703の処理を繰り返すことにより、K台全ての基地局のそれぞれを特定基地局とした場合における電波源1の位置pk(ただし、kは1≦k≦Kの整数)を算出する。 Then, in step S703, the time difference positioning device 3, it is determined whether the number k 0 of a particular base station is smaller than the number K of base stations. If it is determined that k 0 <K, the time difference positioning device 3 adds 1 to the number k 0 of the specific base station and updates k 0 in step S704. Then, the time difference positioning device 3 repeats the processes of steps S702 and S703, so that the position pk 0 of the radio wave source 1 when k base stations are all specified base stations (where k 0 is 1 ≦ 1). k 0 ≦ integer of K) is calculated.

ステップS703でk<Kでないと判断した場合には、K台のそれぞれを特定基地局としたときの電波源1の位置pkがそろったこととなり、時間差測位器3は、ステップS705において、pk(チルダ)の平均値p(チルダ)を算出する。このようにして、複数の基地局を未知電波推定のための特定基地局として設定し、電波源1の測位結果を複数求め、複数の測位結果を平均化することにより電波源1の位置を1つに特定することができる。 If it is determined in step S703 that k 0 <K is not satisfied, it means that the positions pk 0 of the radio wave source 1 when the K units are specified base stations have been prepared, and the time difference positioning device 3 is set in step S705. The average value p (tilde) of pk 0 (tilde) is calculated. In this way, a plurality of base stations are set as specific base stations for unknown radio wave estimation, a plurality of positioning results of the radio wave source 1 are obtained, and the position of the radio wave source 1 is set to 1 by averaging the multiple positioning results. Can be specified.

なお、図7の説明においては、K台全てを特定基地局とした場合のK通りの電波源1の位置を求めたが、これに限定されない。必ずしもK台全てではなく、2台以上の複数の基地局を特定基地局とする場合にも、複数の測定結果から電波源1の位置を1つに特定することができる。   In the description of FIG. 7, the positions of the K radio wave sources 1 in the case where all K units are specified base stations are obtained, but the present invention is not limited to this. The position of the radio wave source 1 can be specified as a single position from a plurality of measurement results even when not all K units and a plurality of two or more base stations are specified base stations.

また、単純に全ての測位結果を平均化せずに、例えば、最大値および最小値を削除して平均化することも可能であり、種々の統計的な手法により、複数の測位結果から1つの測位結果を求めることができる。   Further, for example, it is possible to average by deleting the maximum value and the minimum value without averaging all the positioning results, and by using various statistical methods, one positioning result can be obtained from a plurality of positioning results. The positioning result can be obtained.

また、実施の形態3においては、複数の特定基地局が、参照信号を生成する本来の機能と、電波受信時刻を計測する機能(すなわち、本来は受信時刻算出基地局が有している機能)とを兼ね備えている場合について説明したが、これに限定されない。参照信号を生成する本来の機能のみを有する基地局を複数の特定基地局として用いることも可能である。   In the third embodiment, a plurality of specific base stations have an original function of generating a reference signal and a function of measuring a radio wave reception time (that is, a function that the reception time calculation base station originally has). However, the present invention is not limited to this. A base station having only the original function of generating a reference signal can be used as a plurality of specific base stations.

実施の形態3によれば、複数の基地局を未知電波推定のための特定基地局として設定し、複数の測位結果に基づいて電波源の位置を特定することが可能となる。これにより、1台の基地局のみを未知電波推定のための特定基地局として設定して求めた測位結果と比較して、測位誤差を抑えた測位結果を得ることができ、測定精度の向上を図ることができる。   According to the third embodiment, a plurality of base stations can be set as specific base stations for unknown radio wave estimation, and the position of the radio wave source can be specified based on a plurality of positioning results. As a result, it is possible to obtain a positioning result with reduced positioning error compared with the positioning result obtained by setting only one base station as a specific base station for unknown radio wave estimation, and improve the measurement accuracy. Can be planned.

実施の形態4.
本実施の形態4では、電波源としてRFIDタグを用い、基地局としてRFIDリーダ/ライタを用いる場合について説明する。基本的な構成及び動作は、実施の形態1〜3で記載したものと同一である。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, a case where an RFID tag is used as a radio wave source and an RFID reader / writer is used as a base station will be described. The basic configuration and operation are the same as those described in the first to third embodiments.

RFIDタグは、耐環境性に優れており、水、油、薬品等の汚れ、あるいは外乱光による影響を受けない。さらに、RFIDリーダ/ライタ側からの非接触電力伝送を行うことにより、RFIDタグは、電池を持たずに半永久的に利用可能とすることができる。   The RFID tag has excellent environmental resistance and is not affected by dirt such as water, oil, chemicals, or ambient light. Further, by performing non-contact power transmission from the RFID reader / writer side, the RFID tag can be used semi-permanently without having a battery.

実施の形態1〜3で説明した電波源1は、自らが電池(電源)を有しており、自ら能動的に電波を発信するものであり、RFIDタグも同じように使用可能である。さらに、電波源1としてRFIDタグを用いる場合には、上述の非接触電力伝送技術を活用することにより、RFIDタグ自身は、電池を持っておらず、自ら能動的に電波を発信はしない代わりに、RFIDリーダ/ライタから送信された電波(あるいは電磁波)の受信電力を検知することにより、RFIDリーダ/ライタに対して電波(あるいは電磁波)を送信することができる。   The radio wave source 1 described in the first to third embodiments has its own battery (power source), actively transmits radio waves by itself, and an RFID tag can be used in the same manner. Furthermore, when an RFID tag is used as the radio wave source 1, the RFID tag itself does not have a battery and does not actively transmit radio waves by utilizing the non-contact power transmission technology described above. By detecting the reception power of the radio wave (or electromagnetic wave) transmitted from the RFID reader / writer, the radio wave (or electromagnetic wave) can be transmitted to the RFID reader / writer.

従って、RFIDタグは、任意のRFIDリーダ/ライタから電波を受信することにより、測位装置内の複数のRFIDリーダ/ライタに対して電波を送信することができる。一方、複数のRFIDリーダ/ライタの中の特定のRFIDリーダ/ライタは、実施の形態1〜3で説明した特定基地局として機能し、RFIDタグからの電波を未知電波として受信し、この未知電波を推定して基準時刻における参照信号を生成することができる。   Therefore, the RFID tag can transmit radio waves to a plurality of RFID reader / writers in the positioning device by receiving radio waves from any RFID reader / writer. On the other hand, a specific RFID reader / writer among the plurality of RFID readers / writers functions as the specific base station described in the first to third embodiments, receives a radio wave from the RFID tag as an unknown radio wave, and this unknown radio wave Can be estimated to generate a reference signal at the standard time.

さらに、特定のRFIDリーダ/ライタ以外の複数のRFIDリーダ/ライタは、実施の形態1〜3で説明した受信時刻算出基地局として機能し、特定のRFIDリーダ/ライタから受信した基準信号と、RFIDタグから受信した未知電波との相関から電波受信時刻を計測する。そして、時間差測位器3は、特定のRFIDリーダ/ライタ以外の複数のRFIDリーダ/ライタで計測されたそれぞれの電波受信時刻荷基づいて、RFIDタグの位置を特定する。   Further, a plurality of RFID readers / writers other than the specific RFID reader / writer function as the reception time calculation base station described in the first to third embodiments, and the reference signal received from the specific RFID reader / writer and the RFID The radio wave reception time is measured from the correlation with the unknown radio wave received from the tag. Then, the time difference positioning device 3 specifies the position of the RFID tag based on each radio wave reception time load measured by a plurality of RFID readers / writers other than the specific RFID reader / writer.

実施の形態4によれば、電波源および基地局として、RFIDタグおよびRFIDリーダ/ライタを用いた場合にも、RFIDタグからの未知電波に基づいてRFIDタグの位置を特定できる測位装置を得ることができる。さらに、RFIDリーダ/ライタ側からの非接触電力伝送技術を用いれば、RFIDタグは、電池レス化され、耐環境性に優れるとともに、半永久的に利用可能となる。   According to the fourth embodiment, even when an RFID tag and an RFID reader / writer are used as a radio wave source and a base station, a positioning device that can identify the position of the RFID tag based on an unknown radio wave from the RFID tag is obtained. Can do. Further, if a non-contact power transmission technology from the RFID reader / writer side is used, the RFID tag is made battery-free, has excellent environmental resistance, and can be used semipermanently.

実施の形態5.
本実施の形態5は、直接波と間接波の振幅比が複素数の場合にも、受信した未知電波に基づいて直接波の受信時刻をゼロとした基準時刻における参照信号を生成することができる特定基地局について説明する。
Embodiment 5 FIG.
In the fifth embodiment, even when the amplitude ratio of the direct wave and the indirect wave is a complex number, the reference signal at the reference time with the reception time of the direct wave being zero can be generated based on the received unknown radio wave. The base station will be described.

図8は、本発明の実施の形態5の特定基地局における未知電波の推定を行う構成を示した図であり、特定基地局である未知電波対応型基地局2(k)の構成を示すものである。図8におけるパッシブアンテナ4、受信機5、A/D変換器6、FFT処理器7は、実施の形態1の構成を示した図2のものと同一である。 FIG. 8 is a diagram showing a configuration for estimating unknown radio waves in a specific base station according to Embodiment 5 of the present invention, and shows a configuration of unknown radio wave-corresponding base station 2 (k 0 ) that is the specific base station. Is. The passive antenna 4, receiver 5, A / D converter 6, and FFT processor 7 in FIG. 8 are the same as those in FIG. 2 showing the configuration of the first embodiment.

複素振幅比対応型参照信号生成器18は、図2における参照信号生成器8に相当し、FFT処理された未知電波の周波数成分の信号を推定し、直接波受信時刻を算出するための参照信号を生成する。ここで、複素振幅比対応型参照信号生成器18は、直接波と間接波の振幅比が複素数のときにも参照信号が生成でき、この点が図2における参照信号生成器8と異なる。   The complex amplitude ratio compatible reference signal generator 18 corresponds to the reference signal generator 8 in FIG. 2, and estimates a frequency component signal of an unknown radio wave subjected to FFT processing, and calculates a direct wave reception time. Is generated. Here, the complex amplitude ratio compatible reference signal generator 18 can generate a reference signal even when the amplitude ratio of the direct wave and the indirect wave is a complex number, which is different from the reference signal generator 8 in FIG.

図9は、本発明の実施の形態5における複素振幅比対応型参照信号生成器18の構成図である。この複素振幅比対応型参照信号生成器18は、間接波受信時刻推定器9、複素振幅比推定器19、複素振幅比対応型初期位相推定器20で構成される。   FIG. 9 is a configuration diagram of the complex amplitude ratio compatible reference signal generator 18 according to the fifth embodiment of the present invention. The complex amplitude ratio compatible reference signal generator 18 includes an indirect wave reception time estimator 9, a complex amplitude ratio estimator 19, and a complex amplitude ratio compatible initial phase estimator 20.

間接波受信時刻計測器9は、実施の形態1で説明したものと同一であり、FFT処理された未知電波の周波数成分の信号から間接波の受信時刻を推定する。複素振幅比推定器19は、時刻ゼロで受信される直接波の振幅と、推定された間接波の受信時刻における間接波の振幅との複素振幅比を推定する。さらに、複素振幅比対応型初期位相推定器20は、間接波受信時刻計測器9の出力信号とFFT出力器7から出力される受信信号の周波数成分yi,k0から参照信号の初期位相を推定する。 The indirect wave reception time measuring device 9 is the same as that described in the first embodiment, and estimates the reception time of the indirect wave from the signal of the frequency component of the unknown radio wave subjected to the FFT process. The complex amplitude ratio estimator 19 estimates the complex amplitude ratio between the amplitude of the direct wave received at time zero and the amplitude of the indirect wave at the estimated reception time of the indirect wave. Further, the complex amplitude ratio corresponding initial phase estimator 20 estimates the initial phase of the reference signal from the output signal of the indirect wave reception time measuring device 9 and the frequency component y i, k0 of the received signal output from the FFT output device 7. To do.

次に、動作、および測位のための具体的な演算式について説明する。未知電波対応型基地局2(k)は、先の図8に示したような未知電波の推定を行うための構成を有している。電波源1から発信された電波は、マルチパスを発生する。そして、パッシブアンテナ4は、直接波と間接波とを含む電波を受信することとなる。 Next, specific arithmetic expressions for operation and positioning will be described. The unknown radio wave compatible base station 2 (k 0 ) has a configuration for estimating an unknown radio wave as shown in FIG. A radio wave transmitted from the radio wave source 1 generates a multipath. The passive antenna 4 receives radio waves including direct waves and indirect waves.

その後、受信機5、A/D変換器6、FFT処理器7での処理は、図16で説明したものと同一である。FFT出力器7から出力される受信信号の周波数成分yi,k0は、電波源1から発信された直接波成分と間接波成分とを加えた周波数成分y'i,k0を含んでいる。この周波数成分y'i,k0は、次式(23)で表される。 Thereafter, the processing in the receiver 5, the A / D converter 6, and the FFT processor 7 is the same as that described in FIG. The frequency component y i, k0 of the reception signal output from the FFT output unit 7 includes a frequency component y ′ i, k0 obtained by adding the direct wave component and the indirect wave component transmitted from the radio wave source 1. This frequency component y ′ i, k0 is expressed by the following equation (23).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

直接波の振幅値であるC’1、k0と間接波の振幅値であるC’2、k0との振幅比は、次式(24)のように、C’k0で表すことができる。ここで、C’k0は、複素数となっている。 The amplitude ratio between C ′ 1 and k 0 that are the amplitude values of the direct wave and C ′ 2 and k 0 that are the amplitude values of the indirect wave can be expressed by C ′ k 0 as shown in the following equation (24). Here, C ′ k0 is a complex number.

Figure 0004266029
Figure 0004266029

未知電波対応型基地局2(k)による受信信号の周波数成分yi,k0は、図9に示した複素振幅比対応型参照信号生成器18内の間接波受信時刻推定器9に伝達される。間接波受信時刻推定器9は、実施の形態1で説明したように、間接波の受信時刻の推定値τ2,k0(チルダ)と、式(13)で示した信号ベクトルPyi、k0を算出する。 The frequency component y i, k0 of the received signal by the unknown radio wave compatible base station 2 (k 0 ) is transmitted to the indirect wave reception time estimator 9 in the complex amplitude ratio compatible reference signal generator 18 shown in FIG. The As described in the first embodiment, the indirect wave reception time estimator 9 uses the estimated value τ 2, k0 (tilde) of the reception time of the indirect wave and the signal vector Py i, k0 represented by the equation (13). calculate.

間接波の受信時刻の推定値τ2,k0(チルダ)と信号ベクトルPyi、k0は、複素振幅比推定器19に入力される。複素振幅比推定器19は、まず、次式(25)〜(27)により信号ベクトルSi、k0(チルダ)を求める。 The estimated value τ 2, k0 (tilde) of the reception time of the indirect wave and the signal vector Py i, k0 are input to the complex amplitude ratio estimator 19. The complex amplitude ratio estimator 19 first obtains a signal vector Si, k0 (tilde) by the following equations (25) to (27).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

ここで、信号ベクトルSi、k0(チルダ)は、次式(28)に示すような成分で構成される。 Here, the signal vector S i, k0 (tilde) is composed of components as shown in the following equation (28).

Figure 0004266029
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次に、複素振幅比推定器19は、次式(29)により、複素振幅比C’k0(i)の偏角値の推定値Arg[C’k0(チルダ)(i)]を求める。ここで、Arg[α]は、複素数αの偏角を表している。 Next, the complex amplitude ratio estimator 19 obtains an estimated value Arg [C ′ k0 (tilde) (i)] of the declination value of the complex amplitude ratio C ′ k0 (i) by the following equation (29). Here, Arg [α] represents the argument of the complex number α.

Figure 0004266029
Figure 0004266029

また、複素振幅比推定器19は、次の二次方程式(30)の解から、複素振幅比C’k0(i)の絶対値の推定値|C’k0(チルダ)(i)|を求める。 The complex amplitude ratio estimator 19 obtains an estimated value | C ′ k0 (tilde) (i) | of the absolute value of the complex amplitude ratio C ′ k0 (i) from the solution of the following quadratic equation (30). .

Figure 0004266029
Figure 0004266029

具体的には、この解は、次式(31)により表される。   Specifically, this solution is expressed by the following equation (31).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

さらに、複素振幅比推定器19は、式(29)の偏角推定値Arg[C’k0(チルダ)(i)]と、式(31)の絶対値推定値|C’k0(チルダ)(i)|を用いて、次式(32)により、複素振幅比推定値C’k0(チルダ)を求める。 Further, the complex amplitude ratio estimator 19 calculates the argument estimation value Arg [C ′ k0 (tilde) (i)] in Expression (29) and the absolute value estimation value | C ′ k0 (tilde) in Expression (31) ( i) is used to obtain a complex amplitude ratio estimated value C ′ k0 (tilde) by the following equation (32).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

最終的に、複素振幅比推定器19は、間接波の受信時刻の推定値τ2、k0(チルダ)並びに複素振幅比推定値C’k0(チルダ)を複素振幅比対応型初期位相推定器20に伝達する。 Finally, the complex amplitude ratio estimator 19 uses the estimated value τ 2, k0 (tilde) of the reception time of the indirect wave and the complex amplitude ratio estimated value C ′ k0 (tilde) to the complex amplitude ratio corresponding initial phase estimator 20. To communicate.

これに対して、複素振幅比対応型初期位相推定器20は、複素振幅比推定器19から間接波の受信時刻の推定値τ2、k0(チルダ)および複素振幅比推定値C’k0(チルダ)を受信するとともに、FFT処理器7から受信信号の周波数成分yi,k0を受信する。そして、複素振幅比対応型初期位相推定器20は、まず始めに、次式(33)で表される位相検出用信号Hを算出する。 On the other hand, the complex amplitude ratio correspondence type initial phase estimator 20 receives the estimated value τ 2, k0 (tilde) of the reception time of the indirect wave from the complex amplitude ratio estimator 19 and the complex amplitude ratio estimated value C ′ k0 (tilde). ) And the frequency component y i, k0 of the received signal from the FFT processor 7. Then, the complex amplitude ratio corresponding initial phase estimator 20 first calculates a phase detection signal H i represented by the following equation (33).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

次に、複素振幅比対応型初期位相推定器20は、上式(33)で算出した位相検出用信号Hの偏角から、参照信号周波数成分Γi、jの初期位相推定値φ(チルダ)を次式(34)により算出する。 Next, the complex amplitude ratio corresponding initial phase estimator 20 calculates the initial phase estimation value φ i (reference signal frequency component Γ i, j) from the deviation angle of the phase detection signal H i calculated by the above equation (33). (Tilde) is calculated by the following equation (34).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

さらに、複素振幅比対応型初期位相推定器20は、次式(35)により、参照信号の周波数成分の推定値Γi、j(チルダ)を算出する。 Further, the complex amplitude ratio corresponding initial phase estimator 20 calculates an estimated value Γ i, j (tilde) of the frequency component of the reference signal by the following equation (35).

Figure 0004266029
Figure 0004266029

このようにして、複素振幅比対応型参照信号生成器18は、参照信号生成器8と同様に、受信信号の周波数成分yi,k0から参照信号の周波数成分の推定値Γi、j(チルダ)を算出することができる。 In this manner, the complex amplitude ratio compatible reference signal generator 18, like the reference signal generator 8, estimates the frequency components y i, k0 of the received signal to the estimated values Γ i, j (tilde tilde) of the reference signal. ) Can be calculated.

その後、各基地局は、実施の形態1と同様に動作し、複素振幅比対応型初期位相推定器20から出力される参照信号の周波数成分の推定値Γi、i(チルダ)に基づいて、直接波受信時刻の推定値τ1、k(チルダ)を計測する。さらに、時間差測位器3は、各基地局からの直接波受信時刻の推定値τ1、k(チルダ)に基づいて電波源1の位置を求める。 Thereafter, each base station operates in the same manner as in the first embodiment, and based on the estimated values Γ i, i (tilde) of the frequency components of the reference signal output from the complex amplitude ratio corresponding initial phase estimator 20, The estimated value τ 1, k (tilde) of the direct wave reception time is measured. Further, the time difference positioning device 3 obtains the position of the radio wave source 1 based on the estimated values τ 1 and k (tilde) of the direct wave reception time from each base station.

実施の形態5によれば、特定基地局は、直接波と間接波の振幅比が複素数のときにも、受信した未知電波に基づいて直接波の受信時刻をゼロとした基準時刻における参照信号を生成することができる。   According to the fifth embodiment, the specific base station obtains the reference signal at the reference time at which the reception time of the direct wave is zero based on the received unknown radio wave even when the amplitude ratio of the direct wave and the indirect wave is a complex number. Can be generated.

実施の形態6.
本実施の形態6では、本発明による測位装置および位置特定方法を車両位置の測位に適用する応用例について説明する。図10は、本発明の実施の形態6において車両位置の測位に位置特定方法を適用した応用例の説明図である。フリーフローETC(Electronic Toll Collection)システムを用いて、車両位置の測位を実現するものである。
Embodiment 6 FIG.
In the sixth embodiment, an application example in which the positioning device and the position specifying method according to the present invention are applied to positioning of a vehicle position will be described. FIG. 10 is an explanatory diagram of an application example in which the position specifying method is applied to the positioning of the vehicle position in the sixth embodiment of the present invention. The vehicle position is measured using a free flow ETC (Electronic Toll Collection) system.

図10において、車両21は、ETCからの情報を電波として送信するETC情報送信アンテナ22を備えている。一方、路側には、ETC情報送信アンテナ22からの送信電波を受信するK個の路側アンテナ23(1)〜23(K)が備えられている。   In FIG. 10, a vehicle 21 includes an ETC information transmission antenna 22 that transmits information from the ETC as a radio wave. On the other hand, K roadside antennas 23 (1) to 23 (K) that receive transmission radio waves from the ETC information transmission antenna 22 are provided on the roadside.

図11は、本発明の実施の形態6の応用例における時間差測位の説明図である。時間差測位器3は、各路側アンテナ23(1)〜23(K)からの直接波受信時刻の推定値τ1、k(チルダ)から、車両21を時間差測位する。未知電波対応型基地局2と時間差測位器3の機能は、実施の形態1で説明したものと同じである。 FIG. 11 is an explanatory diagram of time difference positioning in an application example of the sixth embodiment of the present invention. The time difference positioning device 3 measures the time difference of the vehicle 21 from the estimated values τ 1 and k (tilde) of the direct wave reception times from the roadside antennas 23 (1) to 23 (K). The functions of the unknown radio wave compatible base station 2 and the time difference positioning device 3 are the same as those described in the first embodiment.

図12は、本発明の実施の形態6の応用例における車両21に搭載されたETC情報送信アンテナ22を含むETCの構成図である。ETC情報格納器24は、ETC処理を行うために必要な情報を格納している。送信機25は、ETC情報格納器24に格納された情報を、ETC情報送信アンテナ22を介して電波として送信する。   FIG. 12 is a configuration diagram of an ETC including an ETC information transmission antenna 22 mounted on the vehicle 21 in an application example of the sixth embodiment of the present invention. The ETC information storage 24 stores information necessary for performing ETC processing. The transmitter 25 transmits information stored in the ETC information storage 24 as a radio wave via the ETC information transmission antenna 22.

次に、動作について説明する。ETC情報送信アンテナ22を介して送信された情報は、各路側アンテナ23(1)〜23(K)で受信される。路側アンテナ23(1)〜23(K)で受信された電波は、未知電波対応型基地局2(1)〜2(K)に伝達される。   Next, the operation will be described. Information transmitted via the ETC information transmitting antenna 22 is received by the roadside antennas 23 (1) to 23 (K). The radio waves received by the roadside antennas 23 (1) to 23 (K) are transmitted to the unknown radio wave compatible base stations 2 (1) to 2 (K).

実施の形態5と同様に、k番目の未知電波対応型基地局2(k)は、参照信号の周波数成分の推定値Γi、i(チルダ)を求めて、各未知電波対応型基地局2(1)〜2(K)に伝達する。各未知電波対応型基地局2(1)〜2(K)は、直接波受信時刻の推定値τ1、k(チルダ)を計測し、時間差測位器3に伝達する。時間差測位器3は、直接波受信時刻の推定値τ1、k(チルダ)を用いて車両21の位置を時間差測位する。 Similarly to the fifth embodiment, the k 0th unknown radio wave-corresponding base station 2 (k 0 ) obtains the estimated values Γ i, i (tilde) of the frequency components of the reference signal, and each unknown radio wave-corresponding base station Transmit to stations 2 (1) -2 (K). Each unknown radio wave-corresponding base station 2 (1) to 2 (K) measures the estimated value τ 1, k (tilde) of the direct wave reception time and transmits it to the time difference positioner 3. The time difference positioning device 3 measures the position of the vehicle 21 using the estimated time τ 1, k (tilde) of the direct wave reception time.

ここで、ETCを搭載していない車両が路側アンテナ23(1)〜23(K)の下を通過すると、通行料金が徴収できない等の問題が発生する。そのため、ETCを搭載していない車両を判別することが必要となる。   Here, when a vehicle not equipped with an ETC passes under the roadside antennas 23 (1) to 23 (K), there arises a problem that a toll cannot be collected. Therefore, it is necessary to discriminate vehicles that are not equipped with ETC.

本実施の形態6の応用例によれば、ETCを搭載している車両位置を特定することができる。したがって、ETCを搭載している車両とETCを搭載していない車両が同時に路側アンテナ23(1)〜23(K)の下を通過する際にも、特定される車両位置の情報を用いることにより、車両のETC搭載の有無を判別することができる。   According to the application example of the sixth embodiment, the position of the vehicle on which the ETC is mounted can be specified. Therefore, when a vehicle equipped with an ETC and a vehicle not equipped with an ETC pass under the roadside antennas 23 (1) to 23 (K) at the same time, the information on the specified vehicle position is used. Whether or not the vehicle is equipped with ETC can be determined.

実施の形態6によれば、本発明の測位装置および位置特定方法をETCシステムに適用することにより、車両位置の測位を容易に実現することができる。   According to the sixth embodiment, the positioning of the vehicle position can be easily realized by applying the positioning device and the position specifying method of the present invention to the ETC system.

実施の形態7.
本実施の形態7では、本発明による測位装置および位置特定方法を車両位置の測位に適用する別の応用例について説明する。図13は、本発明の実施の形態7において車両位置の測位に位置特定方法を適用した応用例の説明図である。スマートプレートを用いて、車両位置の測位を実現するものである。
Embodiment 7 FIG.
In the seventh embodiment, another application example in which the positioning device and the position specifying method according to the present invention are applied to positioning of a vehicle position will be described. FIG. 13 is an explanatory diagram of an application example in which the position specifying method is applied to positioning of the vehicle position in the seventh embodiment of the present invention. The positioning of the vehicle position is realized using a smart plate.

ここで、スマートプレートとは、車両に関連する自動車登録情報等の種々の情報を記録したICチップが、車両のナンバープレート上に搭載されており、種々の情報を送信する機能を有するもののことである。   Here, the smart plate is an IC chip on which various information such as automobile registration information related to the vehicle is recorded on the license plate of the vehicle and has a function of transmitting various information. is there.

図13において、車両21は、スマートプレートのICチップからの情報を電波として送信するスマートプレート送信アンテナ24を備えている。一方、路側には、スマートプレート送信アンテナ24からの送信電波を受信するK個の路側アンテナ23(1)〜23(K)が備えられている。   In FIG. 13, a vehicle 21 includes a smart plate transmission antenna 24 that transmits information from an IC chip of a smart plate as a radio wave. On the other hand, K roadside antennas 23 (1) to 23 (K) that receive transmission radio waves from the smart plate transmission antenna 24 are provided on the roadside.

図14は、本発明の実施の形態7の応用例における車両21に搭載されたスマートプレート送信アンテナ24を含むスマートプレートの構成図である。車両情報格納器26は、種々の情報を記録したICチップに相当する。送信機25は、車両情報格納器26に格納された情報を、スマートプレート送信アンテナ24を介して電波として送信する。   FIG. 14 is a configuration diagram of a smart plate including a smart plate transmission antenna 24 mounted on a vehicle 21 in an application example of the seventh embodiment of the present invention. The vehicle information storage 26 corresponds to an IC chip that records various information. The transmitter 25 transmits information stored in the vehicle information storage 26 as radio waves via the smart plate transmission antenna 24.

次に、動作について説明する。スマートプレート送信アンテナ24を介して送信された情報は、各路側アンテナ23(1)〜23(K)で受信される。路側アンテナ23(1)〜23(K)で受信された電波は、未知電波対応型基地局2(1)〜2(K)に伝達される。   Next, the operation will be described. Information transmitted via the smart plate transmission antenna 24 is received by the roadside antennas 23 (1) to 23 (K). The radio waves received by the roadside antennas 23 (1) to 23 (K) are transmitted to the unknown radio wave compatible base stations 2 (1) to 2 (K).

実施の形態6と同様に、k番目の未知電波対応型基地局2(k)は、参照信号の周波数成分の推定値Γi、i(チルダ)を求めて、各未知電波対応型基地局2(1)〜2(K)に伝達する。各未知電波対応型基地局2(1)〜2(K)は、直接波受信時刻の推定値τ1、k(チルダ)を計測し、時間差測位器3に伝達する。時間差測位器3は、直接波受信時刻の推定値τ1、k(チルダ)を用いて車両21の位置を時間差測位する。 Similar to the sixth embodiment, the k 0th unknown radio wave-corresponding base station 2 (k 0 ) obtains the estimated values Γ i, i (tilde) of the frequency components of the reference signal, and each unknown radio wave-corresponding base station Transmit to stations 2 (1) -2 (K). Each unknown radio wave-corresponding base station 2 (1) to 2 (K) measures the estimated value τ 1, k (tilde) of the direct wave reception time and transmits it to the time difference positioner 3. The time difference positioning device 3 measures the position of the vehicle 21 using the estimated time τ 1, k (tilde) of the direct wave reception time.

実施の形態7によれば、本発明の測位装置および位置特定方法をスマートプレートシステムに適用することにより、車両位置の測位を容易に実現することができる。スマートプレートを搭載した車両の位置が特定できることにより、立ち入り禁止区域に入った車両を発見できる等の利点がある。   According to the seventh embodiment, the positioning of the vehicle position can be easily realized by applying the positioning device and the position specifying method of the present invention to the smart plate system. Since the position of the vehicle on which the smart plate is mounted can be specified, there is an advantage that the vehicle that has entered the restricted area can be found.

本発明の実施の形態1における測位装置の構成図である。It is a block diagram of the positioning apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の特定基地局における未知電波の推定を行う構成を示した図である。It is the figure which showed the structure which estimates the unknown radio wave in the specific base station of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における参照信号生成器の構成図である。It is a block diagram of the reference signal generator in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における未知電波の推定結果を用いて直接波受信時刻を計測する基地局の構成図である。It is a block diagram of the base station which measures a direct wave reception time using the estimation result of the unknown radio wave in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における未知電波の推定結果を用いて直接波の受信時刻を計測する基地局の構成図である。It is a block diagram of the base station which measures the reception time of a direct wave using the estimation result of the unknown radio wave in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるフィルタバンクの構成図である。It is a block diagram of the filter bank in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3において時間差測位器が電波源の位置を特定するために行う処理手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the process sequence which a time difference positioning device performs in order to identify the position of a radio wave source in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態5の特定基地局における未知電波の推定を行う構成を示した図である。It is the figure which showed the structure which estimates the unknown radio wave in the specific base station of Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5における複素振幅比対応型参照信号生成器の構成図である。It is a block diagram of the complex amplitude ratio corresponding | compatible type reference signal generator in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6において車両位置の測位に位置特定方法を適用した応用例の説明図である。It is explanatory drawing of the application example which applied the position specific method to the positioning of a vehicle position in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6の応用例における時間差測位の説明図である。It is explanatory drawing of the time difference positioning in the application example of Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6の応用例における車両に搭載されたETC情報送信アンテナを含むETCの構成図である。It is a block diagram of ETC including the ETC information transmission antenna mounted in the vehicle in the application example of Embodiment 6 of the present invention. 本発明の実施の形態7において車両位置の測位に位置特定方法を適用した応用例の説明図である。It is explanatory drawing of the example of application which applied the position specific method to positioning of a vehicle position in Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7の応用例における車両に搭載されたスマートプレート送信アンテナを含むスマートプレートの構成図である。It is a block diagram of the smart plate containing the smart plate transmission antenna mounted in the vehicle in the application example of Embodiment 7 of this invention. 時間差測位により電波源の位置を特定する測位装置の基本構成を示した図である。It is the figure which showed the basic composition of the positioning apparatus which pinpoints the position of a radio wave source by time difference positioning. 直接波受信時刻の計測を行うための基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition for measuring a direct wave reception time. 番目の基地局から電波源までの距離をrk0と仮定したときに特定される各基地局から電波源までの距離の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the distance from each base station specified to the radio wave source when the distance from the k 0th base station to the radio wave source is assumed to be r k0 . ある値のrk0において、それぞれの円周がある1点で交わった状態を示す図である。It is a figure which shows the state where each circumference | intersection crossed at one certain point in rk0 of a certain value.

Claims (16)

電波源から発信された電波を受信し、参照信号と受信電波との相関から電波受信時刻を計測する複数の受信時刻算出基地局と、
前記複数の受信時刻算出基地局からのそれぞれの前記電波受信時刻に基づいて前記電波源の位置を特定する時間差測位器と
を備えた測位装置において、
前記電波源から発信された振幅および位相が未知である未知電波を受信し、受信した前記未知電波に含まれる周波数成分に基づいて参照信号の周波数成分を推定し、基準時刻における参照信号を生成する特定基地局をさらに備え、
前記複数の受信時刻算出基地局は、前記特定基地局からの前記参照信号と受信した未知電波との相関から電波受信時刻を計測する測位装置。
A plurality of reception time calculation base stations that receive radio waves transmitted from radio sources and measure radio reception times from the correlation between reference signals and received radio waves;
A positioning device comprising: a time difference positioning device that specifies a position of the radio wave source based on the radio wave reception times from the plurality of reception time calculation base stations;
An unknown radio wave having an unknown amplitude and phase transmitted from the radio wave source is received, a frequency component of the reference signal is estimated based on a frequency component included in the received unknown radio wave, and a reference signal at a reference time is generated A specific base station,
The plurality of reception time calculation base stations are positioning devices that measure radio wave reception times from a correlation between the reference signal from the specific base station and a received unknown radio wave.
請求項1に記載の測位装置において、
前記電波源は、RFIDタグであり、
前記複数の受信時刻算出基地局は、複数のRFIDリーダ/ライタであり、
前記特定基地局は、特定RFIDリーダ/ライタである
測位装置。
The positioning device according to claim 1,
The radio wave source is an RFID tag,
The plurality of reception time calculation base stations are a plurality of RFID readers / writers,
The specific base station is a specific RFID reader / writer.
請求項2に記載の測位装置において、
前記RFIDタグは、前記複数のRFIDリーダ/ライタあるいは前記特定RFIDリーダ/ライタの何れかからの電波の受信電力を検知することにより電波を発信する測位装置。
The positioning device according to claim 2,
The RFID tag is a positioning device that transmits radio waves by detecting reception power of radio waves from any of the plurality of RFID reader / writers or the specific RFID reader / writer.
請求項2に記載の測位装置において、
前記RFIDタグは、未知電波として周波数成分の絶対値が周波数に依らずに一定となる電波を発信し、
前記特定RFIDリーダ/ライタは、前記未知電波の位相を求めることにより基準時刻における参照信号を生成する
測位装置。
The positioning device according to claim 2,
The RFID tag transmits a radio wave in which the absolute value of a frequency component is constant regardless of the frequency as an unknown radio wave,
The specific RFID reader / writer generates a reference signal at a standard time by obtaining a phase of the unknown radio wave.
請求項2に記載の測位装置において、
前記特定RFIDリーダ/ライタは、
前記RFIDタグから発信された電波を受信する受信機と、
前記受信機からの受信電波を複数の周波数成分の周波数信号に変換する周波数成分算出手段と、
前記周波数成分算出手段からの前記周波数信号に基づいてそれぞれの周波数成分に対応した参照信号を生成する参照信号生成手段と
を備えた測位装置。
The positioning device according to claim 2,
The specific RFID reader / writer is
A receiver for receiving radio waves transmitted from the RFID tag;
A frequency component calculating means for converting a received radio wave from the receiver into a frequency signal of a plurality of frequency components;
A positioning device comprising: reference signal generating means for generating a reference signal corresponding to each frequency component based on the frequency signal from the frequency component calculating means.
請求項5に記載の測位装置において、
前記参照信号生成手段は、
前記周波数成分算出手段からの前記周波数信号に基づいて、直接波の受信時刻をゼロとしたときのマルチパスを経由して受信された間接波の受信時刻を推定する間接波受信時刻推定手段と、
時刻ゼロにおける直接波の振幅と、推定された前記間接波の受信時刻における間接波の振幅との振幅比を推定する振幅比推定手段と、
前記間接波の受信時刻および前記振幅比に基づいて前記RFIDタグから発信された電波の周波数成分の初期位相を推定してそれぞれの周波数成分に対応した参照信号を生成する初期位相推定手段と
を備えた測位装置。
The positioning device according to claim 5,
The reference signal generation means includes
Based on the frequency signal from the frequency component calculation means, an indirect wave reception time estimation means for estimating the reception time of the indirect wave received via the multipath when the direct wave reception time is zero, and
Amplitude ratio estimating means for estimating an amplitude ratio between the amplitude of the direct wave at time zero and the amplitude of the indirect wave at the estimated reception time of the indirect wave;
Initial phase estimation means for estimating an initial phase of a frequency component of a radio wave transmitted from the RFID tag based on the reception time of the indirect wave and the amplitude ratio and generating a reference signal corresponding to each frequency component. Positioning device.
請求項5に記載の測位装置において、
前記参照信号生成手段は、
前記周波数成分算出手段からの前記周波数信号に基づいて、直接波の受信時刻をゼロとしたときのマルチパスを経由して受信された間接波の受信時刻を推定する間接波受信時刻推定手段と、
時刻ゼロにおける直接波の振幅と、推定された前記間接波の受信時刻における間接波の振幅との複素振幅比を推定する複素振幅比推定手段と、
前記間接波の受信時刻、前記複素振幅比、および前記周波数信号に基づいて前記RFIDタグから発信された電波の周波数成分の初期位相を推定してそれぞれの周波数成分に対応した参照信号を生成する複素振幅比対応型初期位相推定手段と
を備えた測位装置。
The positioning device according to claim 5,
The reference signal generation means includes
Based on the frequency signal from the frequency component calculation means, an indirect wave reception time estimation means for estimating the reception time of the indirect wave received via the multipath when the direct wave reception time is zero, and
Complex amplitude ratio estimation means for estimating a complex amplitude ratio between the amplitude of the direct wave at time zero and the amplitude of the indirect wave at the estimated reception time of the indirect wave;
Complex that generates a reference signal corresponding to each frequency component by estimating the initial phase of the frequency component of the radio wave transmitted from the RFID tag based on the reception time of the indirect wave, the complex amplitude ratio, and the frequency signal. A positioning device comprising: an amplitude ratio compatible initial phase estimating means.
請求項6または7に記載の測位装置において、
前記間接波受信時刻推定手段は、MUSIC処理を用いて前記間接波の受信時刻を推定する測位装置。
The positioning device according to claim 6 or 7,
The indirect wave reception time estimation means is a positioning device that estimates the reception time of the indirect wave using MUSIC processing.
請求項2に記載の測位装置において、
前記RFIDリーダ/ライタは、
前記RFIDタグから発信された電波を受信する受信機と、
前記受信機からの受信電波を複数の周波数成分の周波数信号に変換する周波数成分算出手段と、
前記特定RFIDリーダ/ライタからの参照信号と前記周波数成分算出手段からの周波数信号とに基づいて周波数成分ごとの相関信号を生成する相関信号生成手段と、
前記相関信号生成手段からの前記相関信号に基づいて未知電波の電波受信時刻を計測する電波受信時刻推定手段と
を備えた測位装置。
The positioning device according to claim 2,
The RFID reader / writer is
A receiver for receiving radio waves transmitted from the RFID tag;
A frequency component calculating means for converting a received radio wave from the receiver into a frequency signal of a plurality of frequency components;
Correlation signal generation means for generating a correlation signal for each frequency component based on a reference signal from the specific RFID reader / writer and a frequency signal from the frequency component calculation means;
A positioning apparatus comprising: radio wave reception time estimation means for measuring radio wave reception time of an unknown radio wave based on the correlation signal from the correlation signal generation means.
請求項9に記載の測位装置において、
前記電波受信時刻推定手段は、MUSIC処理を用いて前記電波受信時刻を推定する測位装置。
The positioning device according to claim 9,
The radio wave reception time estimation means is a positioning device that estimates the radio wave reception time using MUSIC processing.
請求項5ないし10のいずれか1項に記載の測位装置において、
前記周波数成分算出手段は、FFT処理を行うことにより前記受信電波から前記複数の周波数成分の周波数信号を算出するFFT処理手段である測位装置。
The positioning device according to any one of claims 5 to 10,
The frequency component calculation means is a positioning device which is FFT processing means for calculating frequency signals of the plurality of frequency components from the received radio wave by performing FFT processing.
請求項5ないし10のいずれか1項に記載の測位装置において、
前記周波数成分算出手段は、帯域通過フィルタを用いることにより前記受信電波から前記複数の周波数成分の周波数信号を算出するフィルタバンクである測位装置。
The positioning device according to any one of claims 5 to 10,
The frequency component calculating means is a positioning device that is a filter bank that calculates a frequency signal of the plurality of frequency components from the received radio wave by using a band-pass filter.
請求項ないし10のいずれか1項に記載の測位装置において、
前記測位装置は、前記特定RFIDリーダ/ライタとして複数の特定RFIDリーダ/ライタを備え、
前記複数のRFIDリーダ/ライタは、前記複数の特定RFIDリーダ/ライタからのそれぞれの参照信号と受信した未知電波との相関から電波受信時刻をそれぞれの参照信号別に計測し、
前記時間差測位器は、前記複数のRFIDリーダ/ライタからのそれぞれの前記電波受信時刻に基づいて参照信号別に前記RFIDタグの位置を特定し、さらに参照信号別に特定された前記RFIDタグの位置から前記RFIDタグの位置を特定する
測位装置。
The positioning device according to any one of claims 2 to 10,
The positioning device includes a plurality of specific RFID reader / writers as the specific RFID reader / writer,
The plurality of RFID readers / writers measure the radio wave reception time for each reference signal from the correlation between each reference signal from the plurality of specific RFID reader / writers and the received unknown radio wave,
The time difference positioning device specifies the position of the RFID tag for each reference signal based on the reception time of each radio wave from the plurality of RFID readers / writers, and further determines the position of the RFID tag from the position of the RFID tag specified for each reference signal. A positioning device that identifies the location of RFID tags.
請求項13に記載の測位装置において、
前記複数の特定RFIDリーダ/ライタのそれぞれは、他の特定RFIDリーダ/ライタからのそれぞれの参照信号と受信した未知電波との相関から電波受信時刻をそれぞれの参照信号別に計測し、
前記時間差測位器は、前記複数のRFIDリーダ/ライタおよび前記複数の特定RFIDリーダ/ライタからのそれぞれの前記電波受信時刻に基づいて参照信号別に前記RFIDタグの位置を特定し、さらに参照信号別に特定された前記RFIDタグの位置から前記RFIDタグの位置を特定する
測位装置。
The positioning device according to claim 13,
Each of the plurality of specific RFID readers / writers measures the radio wave reception time for each reference signal from the correlation between each reference signal from the other specific RFID reader / writer and the received unknown radio wave,
The time difference positioning device specifies the position of the RFID tag for each reference signal based on the reception times of the radio waves from the plurality of RFID reader / writers and the plurality of specific RFID reader / writers, and further specifies for each reference signal A positioning device that identifies the position of the RFID tag from the position of the RFID tag.
特定基地局で、電波源から発信された未知電波を推定して基準時刻における参照信号を生成するステップと、
複数の受信時刻算出基地局で、前記特定基地局からの前記参照信号と受信した未知電波との相関から電波受信時刻を計測するステップと、
時間差測位器で、前記複数の受信時刻算出基地局からのそれぞれの前記電波受信時刻に基づいて前記電波源の位置を特定するステップと
を備えた測位装置における位置特定方法。
Estimating a unknown radio wave transmitted from a radio wave source at a specific base station and generating a reference signal at a base time;
In a plurality of reception time calculation base stations, measuring a radio wave reception time from a correlation between the reference signal from the specific base station and the received unknown radio wave,
In the time difference positioning device, location method in a positioning device that includes a step of identifying the location of the radio wave source based on each of the radio reception time from the plurality of reception time calculation base station.
複数のRFIDリーダ/ライタあるいは特定RFIDリーダ/ライタの何れかからRFIDタグに電波を送信するステップと、
前記RFIDタグで、前記電波の受信電力を検知することにより未知電波を発信するステップと、
前記特定RFIDリーダ/ライタで、前記RFIDタグから発信された前記未知電波を推定して基準時刻における参照信号を生成するステップと、
前記複数のRFIDリーダ/ライタで、前記特定RFIDリーダ/ライタからの前記参照信号と受信した未知電波との相関から電波受信時刻を計測するステップと、
時間差測位器で、前記複数の複数のRFIDリーダ/ライタからのそれぞれの前記電波受信時刻に基づいて前記RFIDタグの位置を特定するステップと
を備えた測位装置における位置特定方法。
Transmitting radio waves from one of a plurality of RFID readers / writers or a specific RFID reader / writer to an RFID tag;
Transmitting an unknown radio wave by detecting the received power of the radio wave with the RFID tag;
Generating a reference signal at a standard time by estimating the unknown radio wave transmitted from the RFID tag with the specific RFID reader / writer;
A step of measuring a radio wave reception time from a correlation between the reference signal from the specific RFID reader / writer and the received unknown radio wave in the plurality of RFID reader / writers;
A method for specifying a position in a positioning device, comprising: a step of determining a position of the RFID tag on the basis of each radio wave reception time from the plurality of RFID readers / writers with a time difference positioning device.
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