JP4957770B2 - 位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法及びプログラム - Google Patents
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まず、本発明の一実施形態に係る位置推定システムの全体構成について図1を参照しながら説明する。本実施形態に係る位置推定システム10は、移動局100、第1の基地局201、第2の基地局202、第3の基地局203及び第4の基地局204を有している。位置推定システム10は、移動局100の位置を推定する。第1の基地局201〜第4の基地局204は、位置が既知、もしくは位置推定演算時にその位置が取得でき、移動局100との一方向又は双方向通信が可能である。位置推定システム10は、第1の基地局201〜第4の基地局204と移動局100との通信の結果、送信又は受信により取得した所定の信号に基づき移動局100の位置を推定するようになっている。
図2に、本実施形態に係る位置推定装置300の内部構成(ブロック)図を示す。位置推定装置300は、基地局に内蔵されていてもよいし、移動局に内蔵されていてもよい。基地局や移動局と別体で存在していてもよい。本実施形態では、位置推定装置300は、基地局に内蔵されている。位置推定装置300は、距離計測部310、誤差推定部320、誤差記憶部330及び位置推定部340を有している。
次に、本実施形態に係る位置推定装置300において誤差を推定する動作について、図3の推定処理を示したフローチャートを参照しながら説明する。ここでは、第1の測距部311により測定された観測距離から第1の誤差推定部321により推定された誤差(バイアス量)を用いて第1の基地局201と移動局100との最も確からしい距離を推定し、移動局100の位置を推定する。
状態ベクトル初期化ステップS301のでは、状態ベクトルが初期状態として取り得る値の範囲にほぼ一様に分布する擬似乱数値や、平均a,分散σ2のガウス分布に従う乱数などを与えることができる。例えば状態ベクトルの初期状態の一例が、図7(a)に図示されている。この状態ベクトルは、第1の誤差記憶部331に記憶される。
距離計測ステップS301のでは、距離計測部310が、第1の基地局201〜第4の基地局204と移動局100との送信又は受信により取得した所定の信号に基づき、第1の基地局201〜第4の基地局204と移動局100との観測距離を基地局毎に計測する。以下に観測距離の計測方法について例を挙げて説明する。
移動局100と第2の基地局202〜第4の基地局204との観測距離D2〜D4についても、第2の測距部312〜第4の測距部314により同様に求めることが出来る。また、RSSI方式の場合は、たとえば基地局と移動局が通信を行なった際の電波強度を得て、電波強度と距離との関係から観測距離を求めることができる。
例えば、他の複数の基地局と移動局との距離が正しく推定できていると仮定すれば、複数の基地局との通信結果から得られる観測距離(第1の距離)から、個々の基地局と移動局間の直線距離やNLOS等に起因するバイアス量を推定することができる。一般に、基地局がLOS状態かNLOS状態かを判別することはできないが、1つの基地局の観測距離(第1の距離)に含まれるバイアス量は、他の基地局と移動局との間で推定されるバイアス量に基づく推定距離を用いればおおよそ推定できる。事前知識無く1回の推定処理で正しいバイアス量を推定するのは困難だが、逐次的に複数回、観測距離(第1の距離)が得られる都度、この処理を逐次的に繰り返すことで、個々の基地局毎に推定したバイアス量を、時間の経過に伴いより正しいバイアス量に収束させることが可能であり、その結果として、最終的な距離や位置の精度をLOS環境に近づけることができる。よって、以下の誤差推定ステップではバイアス量を推定する。
誤差推定ステップS303では、誤差推定部320が、今回、距離計測ステップにより計測された第1の基地局201〜第4の基地局204のうちの一の基地局と移動局100との観測距離に含まれる誤差量をバイアス量として推定する。例えば第1の基地局201と移動局100との観測距離に含まれるバイアス量は、前回又は前回より前に第2の基地局202〜第4の基地局204(すなわち、第1の基地局201以外の基地局)と移動局100との観測距離に含まれると推定されたバイアス量を用いて推定される。
位置推定部340は、距離計測部310により算出された複数の観測距離、及び誤差推定部320により今回推定されたバイアス量を用いて移動局100の位置を推定する。
100 移動局
201 第1の基地局
202 第2の基地局
203 第3の基地局
204 第4の基地局
310 距離計測部
311 第1の測距部
312 第2の測距部
313 第3の測距部
314 第4の測距部
320 誤差推定部
321 第1の誤差推定部
322 第2の誤差推定部
323 第3の誤差推定部
324 第4の誤差推定部
330 誤差記憶部
331 第1の誤差記憶部
332 第2の誤差記憶部
333 第3の誤差記憶部
334 第4の誤差記憶部
340 位置推定部
Claims (12)
- 位置が特定される複数の基地局と位置推定対象である移動局との一方向又は双方向通信により取得した所定の信号に基づき該移動局の位置を推定する位置推定システムであって、
前記取得した所定の信号に基づき、前記複数の基地局のそれぞれと前記移動局との距離を第1の距離として基地局毎に計測する距離計測部と、
今回、前記距離計測部により計測された前記複数の基地局のうちの一の基地局と前記移動局との前記第1の距離に含まれる誤差量であって信号の反射によって生じる観測距離の伸び量からなる誤差量を示すバイアス量を、前回又は前回より前に前記複数の基地局のうちの他の複数の基地局と前記移動局との前記第1の距離に含まれると推定されたバイアス量を用いて推定する誤差推定部と、
前記距離計測部により計測された前記第1の距離、及び前記誤差推定部により今回推定されたバイアス量を用いて前記移動局の位置を推定する位置推定部と、を備える位置推定システム。 - 前記距離計測部は、前記所定の信号から各基地局と前記移動局間の信号の伝搬時間を計測し、計測された伝搬時間に所与の伝搬速度を乗算することによって前記第1の距離をそれぞれ算出する請求項1に記載の位置推定システム。
- 前記誤差推定部は、前記第1の距離に基づき各基地局及び前記移動局間の確からしい距離を推定するための複数の状態ベクトルの密度分布を推定し、前記推定された状態ベクトルの密度分布に基づき前記各基地局及び前記移動局間の確からしい距離として第2の距離を算出し、
前記位置推定部は、前記第2の距離に基づき前記移動局の位置を推定する請求項1又は2に記載の位置推定システム。 - 前記状態ベクトルは、推定バイアス量と推定距離を含む2次元以上の多次元ベクトルである請求項3に記載の位置推定システム。
- 前記距離計測部は、時刻の経過と共に逐次的に第1の距離計測を複数回行ない、前記誤差推定部は前記距離計測部によって前記第1の距離計測が行なわれる度にバイアス量を推定し、前記位置推定部は前記誤差推定部によってバイアス量の推定が行なわれる度に前記移動体の位置を推定する請求項3又は4に記載の位置推定システム。
- 前記誤差推定部は、前記推定された状態ベクトルの密度分布に基づきバイアス量を求め、求められたバイアス量と前記第1の距離とから前記第2の距離を算出する請求項3〜5のいずれかに記載の位置推定システム。
- 前記誤差推定部は、前記状態ベクトルの密度分布の分散値と所与の閾値とを比較することにより、前記状態ベクトルの密度分布が収束していると判断した場合、前記求められたバイアス量と前記第1の距離とから前記第2の距離を算出する請求項6に記載の位置推定システム。
- 前記誤差推定部は、前記状態ベクトルの密度分布の分散値と所与の閾値とを比較することにより、前記状態ベクトルの密度分布が収束していないと判断した場合、前記第1の距離をそのまま前記第2の距離とする請求項6又は7のいずれかに記載の位置推定システム。
- 前記距離計測部は、所定時間毎に前記所定の信号を取得し、取得した所定の信号に基づき所定時間毎に前記第1の距離を計測し、
前記誤差推定部は、前記第1の距離が計測される都度、前記状態ベクトル密度分布を更新し、更新された状態ベクトル密度分布に基づき前記第2の距離を算出する請求項1〜8のいずれか一項に記載の位置推定システム。 - 位置が特定される複数の基地局と位置推定対象である移動局との一方向又は双方向通信により取得した所定の信号に基づき該移動局の位置を推定する位置推定装置であって、
前記取得した所定の信号に基づき、前記複数の基地局のそれぞれと前記移動局との距離を第1の距離として基地局毎に計測する距離計測部と、
今回、前記距離計測部により計測された前記複数の基地局のうちの一の基地局と前記移動局との前記第1の距離に含まれる誤差量であって信号の反射によって生じる観測距離の伸び量からなる誤差量を示すバイアス量を、前回又は前回より前に前記複数の基地局のうちの他の複数の基地局と前記移動局との前記第1の距離に含まれると推定されたバイアス量を用いて推定する誤差推定部と、
前記距離計測部により計測された前記第1の距離、及び前記誤差推定部により今回推定されたバイアス量を用いて前記移動局の位置を推定する位置推定部と、を備える位置推定装置。 - 位置が特定される複数の基地局と位置推定対象である移動局との一方向又は双方向通信により取得した所定の信号に基づき該移動局の位置を推定する位置推定方法であって、
前記取得した所定の信号に基づき、前記複数の基地局のそれぞれと前記移動局との距離を第1の距離として基地局毎に計測する距離計測ステップと、
今回、前記距離計測ステップにて計測された前記複数の基地局のうちの一の基地局と前記移動局との前記第1の距離に含まれる誤差量であって信号の反射によって生じる観測距離の伸び量からなる誤差量を示すバイアス量を、前回又は前回より前に前記複数の基地局のうちの他の複数の基地局と前記移動局との前記第1の距離に含まれると推定されたバイアス量を用いて推定する誤差推定ステップと、
前記距離計測ステップにて算出された前記第1の距離、及び前記誤差推定ステップにて今回推定されたバイアス量を用いて前記移動局の位置を推定する位置推定ステップと、を含む位置推定方法。 - 位置が特定される複数の基地局と位置推定対象である移動局との一方向又は双方向通信により得られた所定の信号に基づき該移動局の位置を推定する処理をコンピュータに実現させるためのプログラムであって、
前記所定の信号に基づき、前記複数の基地局のそれぞれと前記移動局との距離を第1の距離として基地局毎に計測する距離計測処理と、
今回、前記距離計測処理により計測された前記複数の基地局のうちの一の基地局と前記移動局との前記第1の距離に含まれる誤差量であって信号の反射によって生じる観測距離の伸び量からなる誤差量であるバイアス量を、前回又は前回より前に推定された前記複数の基地局のうちの他の複数の基地局と前記移動局との前記第1の距離に含まれると推定されたバイアス量を用いて推定する位置推定処理と、
前記距離計測処理により算出された前記第1の距離、及び前記位置推定処理により今回又は今回以前に推定された1又は2以上の前記バイアス量を用いて前記移動局の位置を推定する位置推定処理と、をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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