JP4997637B2 - Position estimation system and program - Google Patents

Position estimation system and program Download PDF

Info

Publication number
JP4997637B2
JP4997637B2 JP2007214060A JP2007214060A JP4997637B2 JP 4997637 B2 JP4997637 B2 JP 4997637B2 JP 2007214060 A JP2007214060 A JP 2007214060A JP 2007214060 A JP2007214060 A JP 2007214060A JP 4997637 B2 JP4997637 B2 JP 4997637B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
estimated
distance
target
toa
coordinates
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007214060A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009047556A (en
Inventor
知明 大槻
俊浩 茂木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keio University
Original Assignee
Keio University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keio University filed Critical Keio University
Priority to JP2007214060A priority Critical patent/JP4997637B2/en
Publication of JP2009047556A publication Critical patent/JP2009047556A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4997637B2 publication Critical patent/JP4997637B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、ターゲットである波発生源と波受信機能を有する複数のノードとを用いてターゲットの位置を推定する位置推定システム及びプログラムに関し、特に、距離円の交点が不要であり、センサノードの位置及び数、並びに探索領域に関する制約が少ない位置推定システム及びプログラムに関する。   The present invention relates to a position estimation system and program for estimating the position of a target using a target wave generation source and a plurality of nodes having a wave reception function, and in particular, an intersection of distance circles is unnecessary, and a sensor node The present invention relates to a position estimation system and program with few restrictions on positions and numbers and search areas.

見通し外環境におけるターゲットの位置推定アルゴリズムとしてBFA(Believable Factor Algorithm)が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この見通し外(NLOS:Non-Line-of-Sight)環境とはターゲットで発せられた信号が直接波として到来する見通し内(LOS:Line-of-Sight)環境とは異なり、ターゲットとセンサノードの間に遮蔽物があり直接波が届かず、反射波や回折波として届く環境を指す。   BFA (Believable Factor Algorithm) has been proposed as a target position estimation algorithm in an environment outside the line-of-sight (see, for example, Non-Patent Document 1). This non-line-of-sight (NLOS) environment is different from the line-of-sight (LOS) environment where the signal emitted by the target arrives as a direct wave. It refers to an environment where there are shielding objects between them and waves do not reach directly, but reach as reflected waves or diffracted waves.

図9は、従来の位置推定アルゴリズムを説明する図である。従来提案の位置推定アルゴリズムBFAは、まず、3つのセンサノードN1,N2,N3において、ターゲットから既知時刻に発せられる信号を受信する時刻を測定して、その既知時刻と受信時刻との時間差(TOA:Time Of Arrival)に基づいて各距離円を描き、交点A,B,Cを導出する。その交点A,B,Cで囲まれる領域にターゲットが存在すると仮定して、コスト関数f(X)を、
f(X)=(1−αA)‖X−XA‖2+(1−αB)‖X−XB‖2+(1−αC)‖X−XC‖2
ただし、X:ターゲットの位置座標
Xi:交点A,B,Cの位置座標
αi:距離‖X−Xi‖2に関連する信頼度BF(Believable Factor)
ここで、αiは、
αi=1−|rNLOSi−di|/di,
(|rNLOSi−di|<<|rLOSi−di|&di≧rNLOSi)
1−|rNLOSi−di|/rNLOSi,
(|rNLOSi−di|<<|rLOSi−di|&di<rNLOSi)
1−|rLOSi−di|/di,
(|rLOSi−di|<<|rNLOSi−di|&di≧rLOSi)
1−|rLOSi−di|/rLOSi,
(|rLOSi−di|<<|rNLOSi−di|&di<rLOSi)
ただし、rLOSi,rNLOSi:センサノードNiにおける受信信号強度RSS(Received Signal Strength)に基づくLOS,NLOS環境でのターゲットからセンサノードNiまでの推定距離
di:TOAに基づくターゲットからセンサノードNiまでの推定距離
として、コスト関数f(X)が最小となる座標Xを求める。
H. Yan, H. Han-ying, and Z.Shan, "A TOA based believable factor mobile location algorithm," IEEEWCNC pp. 260-263, 2004.
FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional position estimation algorithm. In the conventional proposed position estimation algorithm BFA, first, at the three sensor nodes N1, N2, and N3, the time at which a signal emitted from a target is received at a known time is measured, and the time difference (TOA) between the known time and the received time is measured. : Each time circle is drawn based on (Time Of Arrival), and intersections A, B, and C are derived. Assuming that the target exists in the region surrounded by the intersections A, B, C, the cost function f (X) is
f (X) = (1- αA) ‖X-XA‖ 2 + (1-αB) ‖X-XB‖ 2 + (1-αC) ‖X-XC‖ 2
Where X: Target position coordinates
Xi: Position coordinates of intersections A, B, C
.alpha.i: Distance ‖X-Xi‖ 2 related to reliability BF (Believable Factor)
Where αi is
αi = 1− | rNLOSi−di | / di,
(| RNLOSi−di | <<<< rLOSi-di | & di ≧ rNLOSi)
1- | rNLOSi-di | / rNLOSi,
(| RNLOSi-di | <<<< rLOSi-di | & di <rNLOSi)
1- | rLOSi-di | / di,
(| RLOSi-di | <<<< rNLOSi-di | & di≥rLOSi)
1- | rLOSi-di | / rLOSi,
(| RLOSi-di | <<<< rNLOSi-di | & di << rLOSi)
However, rLOSi, rNLOSi: Estimated distance from target to sensor node Ni in LOS, NLOS environment based on received signal strength RSS (Received Signal Strength) at sensor node Ni
di: As an estimated distance from the target based on TOA to the sensor node Ni, a coordinate X at which the cost function f (X) is minimum is obtained.
H. Yan, H. Han-ying, and Z. Shan, "A TOA based believable factor mobile location algorithm," IEEEWCNC pp. 260-263, 2004.

上記した位置推定システムは、距離円の交点が存在しない場合には位置推定できない、センサノードの数が3個であることが必要である等、センサノードの位置及び数、並びに探索領域に制約があり、センサネットワークにおけるターゲットの位置推定には不向きであるという欠点がある。   The above-described position estimation system has restrictions on the position and number of sensor nodes and the search area, such as the position cannot be estimated when there is no intersection of distance circles, or the number of sensor nodes needs to be three. There is a disadvantage that it is not suitable for position estimation of a target in a sensor network.

本発明は、上記問題点に鑑み、距離円の交点が不要であり、センサノードの位置及び数、並びに探索領域に関する制約が少ない位置推定システム及びプログラムを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a position estimation system and program that do not require intersections of distance circles and have few restrictions on the positions and number of sensor nodes and search areas.

本発明の位置推定システムは、存在する位置を推定しようとするターゲットが既知時刻に発射する波を受信して、その受信時刻及び受信信号強度を測定する3個以上のノードと、各該ノードによって測定される受信時刻と前記既知時刻との時間差から算出される、前記ノードから前記ターゲットまでの推定距離(以下「TOA推定距離」という。)に基づいてターゲット座標を推定する(以下、この推定点を「TOA一時推定点」という。)第1位置推定手段と、各前記ノードによって測定される受信信号強度から算出される、前記ノードから前記ターゲットまでの推定距離に基づいてターゲット座標を推定する(以下、この推定点を「RSS一時推定点」という。)第2位置推定手段と、前記ノード毎に、TOA一時推定点までの距離diとRSS一時推定点までの距離riから次式により、当該ノードの信頼度BFを算出する信頼度算出手段と、該信頼度算出手段によって算出された信頼度BFによって各TOA推定距離を重み付けて修正する重み付け修正手段と、該重み付け修正手段によって修正されたTOA推定距離に基づいてターゲット座標を推定する第3位置推定手段とを備えることを特徴とする。
BF=1−|ri−di|/di,(di≧ri)
1−|ri−di|/ri,(di<ri)
The position estimation system of the present invention receives a wave emitted at a known time by a target whose position is to be estimated, and measures three or more nodes that measure the reception time and received signal strength. Target coordinates are estimated based on an estimated distance from the node to the target (hereinafter referred to as “TOA estimated distance”) calculated from a time difference between the measured reception time and the known time (hereinafter, this estimated point). (Referred to as “TOA temporary estimation point”.) Target coordinates are estimated based on an estimated distance from the node to the target calculated from the first position estimation means and the received signal strength measured by each of the nodes ( Hereinafter, this estimated point is referred to as “RSS temporary estimated point.”) For each node, the distance di to the TOA temporary estimated point for each node A reliability calculation means for calculating the reliability BF of the node from the distance ri to the RSS temporary estimation point by the following formula , and each TOA estimated distance is weighted and corrected by the reliability BF calculated by the reliability calculation means. And a third position estimating means for estimating the target coordinates based on the TOA estimated distance corrected by the weight correcting means.
BF = 1- | ri-di | / di, (di≥ri)
1- | ri-di | / ri, (di <ri)

また、前記第1、第2及び第3位置推定手段は、前記ノードから前記ターゲットまでの推定距離と前記ノードから各座標までの実際の距離との差の二乗平均平方根を各座標において算出して、該二乗平均平方根が最小となる座標、又は、該最小となる座標が複数ある場合にはその複数の座標の平均値をターゲット座標として推定することで、高い精度でターゲットの位置を推定することができる。   The first, second and third position estimating means calculate a root mean square of the difference between the estimated distance from the node to the target and the actual distance from the node to each coordinate at each coordinate. The target position can be estimated with high accuracy by estimating the coordinate having the minimum root mean square or the average value of the plurality of coordinates as the target coordinates when there are a plurality of the minimum coordinates. Can do.

また、前記第2位置推定手段は、前記受信信号強度と所定の範囲における複数の距離減衰定数の候補とに基づいてノード毎に複数の前記推定距離を算出することで、距離減衰定数が未知であっても高い精度でターゲットの位置を推定することができる。   Further, the second position estimation means calculates a plurality of estimated distances for each node based on the received signal strength and a plurality of distance attenuation constant candidates in a predetermined range, so that the distance attenuation constant is unknown. Even if it exists, the position of the target can be estimated with high accuracy.

また、本発明の位置推定システムは、位置を推定しようとするターゲットにおいて、3個以上の波発生源から既知時刻に発射される波を受信して、その受信時刻及び受信信号強度を測定する測定手段と、該測定手段によって測定される受信時刻と前記既知時刻との時間差から算出される、前記波発生源から前記ターゲットまでの推定距離(以下「TOA推定距離」という。)に基づいてターゲット座標を推定する(以下、この推定点を「TOA一時推定点」という。)第1位置推定手段と、該測定手段によって測定される受信信号強度から算出される、前記波発生源から前記ターゲットまでの推定距離に基づいてターゲット座標を推定する(以下、この推定点を「RSS一時推定点」という。)第2位置推定手段と、前記波発生源毎に、TOA一時推定点までの距離diとRSS一時推定点までの距離riから次式により、当該ノードの信頼度BFを算出する信頼度算出手段と、該信頼度算出手段によって算出された信頼度BFによって各TOA推定距離を重み付けて修正する重み付け修正手段と、該重み付け修正手段によって修正されたTOA推定距離に基づいてターゲット座標を推定する第3位置推定手段とを備えることを特徴とする。
BF=1−|ri−di|/di,(di≧ri)
1−|ri−di|/ri,(di<ri)
Further, the position estimation system of the present invention receives a wave emitted at a known time from three or more wave generation sources at a target whose position is to be estimated, and measures the reception time and received signal strength. And target coordinates based on an estimated distance from the wave source to the target (hereinafter referred to as “TOA estimated distance”) calculated from a time difference between the reception time measured by the measurement means and the known time. (Hereinafter, this estimated point is referred to as “TOA temporary estimated point”) calculated from the first position estimating means and the received signal intensity measured by the measuring means, from the wave source to the target. Target coordinates are estimated based on the estimated distance (hereinafter, this estimated point is referred to as “RSS temporary estimated point”), and for each wave generation source, TO By the following equation from the distance ri to the distance di and RSS temporary estimated point to the temporary estimated point, the reliability calculation means calculates the reliability BF of the node, the reliability BF calculated by the reliability calculating means Weighting correcting means for weighting and correcting each TOA estimated distance, and third position estimating means for estimating a target coordinate based on the TOA estimated distance corrected by the weighting correcting means.
BF = 1- | ri-di | / di, (di≥ri)
1- | ri-di | / ri, (di <ri)

また、本発明は、コンピュータを、上記システムとして機能させるためのプログラムである。   The present invention is also a program for causing a computer to function as the system.

本発明によれば、見通し内、見通し外環境に関係なくターゲットの位置を高精度で推定することができる。さらに、センサノード(又は波発生源)が見通し内環境にあるか、見通し外環境にあるかを区別する必要がなく、3個より多いセンサノードの情報をすべて利用してターゲットの位置を推定することができる。   According to the present invention, the position of the target can be estimated with high accuracy regardless of the line-of-sight or the non-line-of-sight environment. Furthermore, there is no need to distinguish whether the sensor node (or wave generation source) is in the line-of-sight environment or the non-line-of-sight environment, and the position of the target is estimated using all information of more than three sensor nodes. be able to.

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の一実施例による位置推定システムの構成図である。同図で、フィールドFには電波を発射するターゲット5があり、また、上記電波を受信する4個のセンサノード1〜4が配置されている。サーバ6は、通信機能61、計算機能62、及び位置推定機能63を備える。   FIG. 1 is a configuration diagram of a position estimation system according to an embodiment of the present invention. In the figure, a field F has a target 5 that emits radio waves, and four sensor nodes 1 to 4 that receive the radio waves are arranged. The server 6 includes a communication function 61, a calculation function 62, and a position estimation function 63.

センサノード1〜4のフィールドF内の位置は、サーバ6の計算機能62に予め記憶されている。センサノード1〜4は、ターゲット5が既知時刻に発射する電波の受信時刻及び受信信号強度を計測する機能を有しており、それぞれ計測した受信時刻及び受信信号強度をサーバ6の通信機能61を介して計算機能62に通知する。   The positions of the sensor nodes 1 to 4 in the field F are stored in advance in the calculation function 62 of the server 6. The sensor nodes 1 to 4 have a function of measuring the reception time and received signal strength of the radio wave emitted by the target 5 at a known time, and the measured reception time and received signal strength are respectively transmitted to the communication function 61 of the server 6. The calculation function 62 is notified through this.

図2は、サーバ6の計算機能62及び位置推定機能63の機能動作を示すフローチャートである。図2のフローチャートを用いて実施例の計算機能62及び位置推定機能63の機能動作を説明する。   FIG. 2 is a flowchart showing functional operations of the calculation function 62 and the position estimation function 63 of the server 6. The functional operations of the calculation function 62 and the position estimation function 63 of the embodiment will be described using the flowchart of FIG.

「TOAにより一時推定点Xtを算出」ステップS1で、計算機能62は通信機能61を介してセンサノード1〜4からTOAを受信してターゲットまでの推定距離(以下「TOA推定距離」という。)を計算する。位置推定機能63はそのTOA推定距離に基づいてターゲット座標を一時推定点Xtとして推定する。   In the “calculate temporary estimated point Xt by TOA” step S1, the calculation function 62 receives the TOA from the sensor nodes 1 to 4 via the communication function 61 and estimates the distance to the target (hereinafter referred to as “TOA estimated distance”). Calculate The position estimation function 63 estimates target coordinates as temporary estimated points Xt based on the TOA estimated distance.

図3は、推定距離に基づいてターゲット座標を推定する手法を説明する図である。ここでは、TOA推定距離に基づいて位置を推定する手法を説明する。4つのセンサノードN1〜N4の位置は既知であり、ターゲットTから電波が発せられる時刻も既知である。TOA推定距離を黒塗り線で表し、各格子点GからセンサノードN1〜N4までの実際の距離をハッチング線で表し、両者の距離の差を白抜き線で表す。このとき、その距離の差を誤差として、二乗平均平方根誤差(RMSE:Root Mean Square Error)が最小となる格子点Gをターゲットが存在する一時推定点として求める。また、このRMSEが最小となる格子点Gが複数存在する場合には、それらの座標の平均値を一時推定点として求める。後述する、RSSによる推定距離、及び修正TOAによる推定距離に基づいても同様にターゲット位置を推定することができる。   FIG. 3 is a diagram for explaining a method for estimating the target coordinates based on the estimated distance. Here, a method for estimating the position based on the TOA estimated distance will be described. The positions of the four sensor nodes N1 to N4 are known, and the time when radio waves are emitted from the target T is also known. The estimated TOA distance is represented by a black line, the actual distance from each grid point G to the sensor nodes N1 to N4 is represented by a hatching line, and the difference between the two distances is represented by a white line. At this time, using the difference in distance as an error, a lattice point G having a minimum root mean square error (RMSE) is obtained as a temporary estimated point where the target exists. Further, when there are a plurality of grid points G at which the RMSE is minimum, an average value of these coordinates is obtained as a temporary estimated point. The target position can be similarly estimated based on the estimated distance by RSS and the estimated distance by modified TOA, which will be described later.

つぎに図2の「RSSにより一時推定点Xrを算出」ステップS2で、計算機能62は通信機能61を介してセンサノード1〜4からRSSを受信してターゲットまでの推定距離(以下「RSS推定距離」という。)を計算する。その際に、電波強度の距離減衰定数が所定の範囲(例えば、2.0〜4.0乗)にあることを想定して、距離減衰定数を所定のステップ(例えば0.2ごと)で変化させて、複数のRSS推定距離を求める。位置推定機能63は、所定の範囲にあるその複数のRSS推定距離に基づいてターゲット座標を一時推定点Xrとして推定する。この推定手法は図3によって説明した手法を用いることができる。   Next, in the “calculate temporary estimated point Xr by RSS” step S2 in FIG. 2, the calculation function 62 receives the RSS from the sensor nodes 1 to 4 via the communication function 61 and estimates the distance to the target (hereinafter “RSS estimation”). Calculate the distance. At that time, assuming that the distance attenuation constant of the radio wave intensity is in a predetermined range (for example, 2.0 to 4.0 power), the distance attenuation constant is changed in a predetermined step (for example, every 0.2), and a plurality of RSSs are obtained. Find the estimated distance. The position estimation function 63 estimates target coordinates as temporary estimated points Xr based on the plurality of RSS estimated distances in a predetermined range. As this estimation method, the method described with reference to FIG. 3 can be used.

「Xt,XrからBFを算出」ステップS3では、位置推定機能63は、信頼度(BF)αiを算出する。
αi=1−|ri−di|/di,(di≧ri)
1−|ri−di|/ri,(di<ri)
ただし、ri:RSS及び設定距離減衰定数に基づくRSS推定距離
di:TOA推定距離
これにより、riとdiとが大きく異なるセンサノードは信頼度αiが小さく、riとdiとが近似するセンサノードは信頼度αiが大きく1に近似する。
In "Calculate BF from Xt, Xr" step S3, the position estimation function 63 calculates the reliability (BF) αi.
αi = 1− | ri−di | / di, (di ≧ ri)
1- | ri-di | / ri, (di <ri)
Ri: RSS estimated distance based on RSS and set distance attenuation constant
d i: Estimated distance of TOA Accordingly, sensor nodes having greatly different ri and di have small reliability α i, and sensor nodes having approximate ri and di have large reliability α i and approximate one.

「TOAをBFで重み付け修正」ステップS4では、位置推定機能63は、TOA推定距離をαiで重み付けて修正する。これにより、信頼度αiが小さいセンサノードによるTOA推定距離を修正してより短くすることにより、NLOS環境による誤差を小さくすることができる。   In the “weighting correction of TOA with BF” step S4, the position estimation function 63 corrects the TOA estimated distance by weighting with αi. As a result, the error due to the NLOS environment can be reduced by correcting and shortening the estimated TOA distance by the sensor node having a low reliability αi.

「修正TOAにより最終推定点Xを算出」ステップS5では、位置推定機能63は、重み付け修正されたTOA推定距離に基づいてターゲット座標を最終推定点Xとして推定する。この推定手法は図3によって説明した手法を用いることができる。   In “calculate final estimated point X by modified TOA” step S5, the position estimation function 63 estimates target coordinates as final estimated point X based on the weighted corrected TOA estimated distance. As this estimation method, the method described with reference to FIG. 3 can be used.

図4は、修正TOA推定距離に基づいてターゲット座標を推定する手法を説明する図である。TOA推定距離による距離円(破線)を重み付け修正した修正TOA推定距離による距離円(実線)によってターゲットTの座標を推定位置Xとして推定することによって的確な位置推定をすることができる。   FIG. 4 is a diagram illustrating a method for estimating target coordinates based on the corrected TOA estimated distance. By estimating the coordinates of the target T as the estimated position X by the distance circle (solid line) based on the corrected TOA estimated distance obtained by weighting and correcting the distance circle (broken line) based on the TOA estimated distance, accurate position estimation can be performed.

図5〜図8は、本発明の効果をシミュレーションした結果を示す図である。横軸は、実際のターゲットの位置と推定位置との推定誤差(m)を示し、縦軸は、推定誤差の累積分布関数(CDF:Cumulative Distribution Function)を示す。左に寄っている特性が、誤差が少ない良い特性である。
[シミュレーション諸元]
フィールド: 13.0×14.0m
ターゲット数: 1(ランダム配置)
センサノード数: 5,7(ランダム配置)
距離減衰定数: LOS:2.6,NLOS:3.8
単位距離における測定RSS:0dBm
TOA NLOS一様分布雑音:U(0, 1.60×10-8)
TOA正規分布雑音: N(0, (1.70)2)
RSS正規分布雑音: N(0, (6.1×10-9)2)
フィールド格子のステップ量:1.0m
距離減衰定数のステップ量: 0.2
[グラフ]
TOA:到来時間のみを用いた位置推定手法
RSS:受信信号強度のみを用いた位置推定手法で、各センサにおいて距離減衰定数を推定した手法
発明:本発明の手法
理想:本発明において距離減衰定数を既知として与えた場合
BFA:3個のセンサノードを用い、距離減衰定数は見通し内環境、見通し外環境において既知とした手法
図5は、見通し内環境のセンサノードを2個、見通し外環境のセンサノードを3個とした場合、
図6は、通し外環境のセンサノードを5個とした場合、
図7は、見通し内環境のセンサノードを3個、見通し外環境のセンサノードを4個とした場合、
図8は、見通し内環境のセンサノードを5個、見通し外環境のセンサノードを2個とした場合、のそれぞれ特性を示す。
5-8 is a figure which shows the result of having simulated the effect of this invention. The horizontal axis indicates an estimation error (m) between the actual target position and the estimated position, and the vertical axis indicates a cumulative distribution function (CDF) of the estimation error. The characteristic on the left is a good characteristic with few errors.
[Simulation specifications]
Field: 13.0 × 14.0m
Number of targets: 1 (random placement)
Number of sensor nodes: 5, 7 (random arrangement)
Distance attenuation constant: LOS: 2.6, NLOS: 3.8
Measurement RSS in unit distance: 0dBm
TOA NLOS uniform distribution noise: U (0, 1.60 × 10 -8 )
TOA normal distribution noise: N (0, (1.70) 2 )
RSS normal distribution noise: N (0, (6.1 × 10 -9 ) 2 )
Field grid step size: 1.0m
Distance attenuation constant step amount: 0.2
[Graph]
TOA: A position estimation method using only the arrival time RSS: A position estimation method using only the received signal strength, and a method in which the distance attenuation constant is estimated in each sensor Invention: The method of the present invention Ideal: The distance attenuation constant in the present invention When given as known BFA: A method in which three sensor nodes are used and the distance attenuation constant is known in the line-of-sight environment and in the line-of-sight environment. FIG. 5 shows two sensor nodes in the line-of-sight environment and sensors in the line-of-sight environment. If there are 3 nodes,
FIG. 6 shows that when there are five sensor nodes in the outside environment,
FIG. 7 shows that when there are three sensor nodes in the line-of-sight environment and four sensor nodes in the non-line-of-sight environment,
FIG. 8 shows the characteristics when there are five sensor nodes in the line-of-sight environment and two sensor nodes in the non-line-of-sight environment.

図より、本発明のアルゴリズムは従来アルゴリズムに比べ、位置推定精度を改善することが分かる。これは本発明においてTOA推定距離を重み付け修正したことによって、見通し外環境による誤差が低減されたためと考えられる。また、本発明アルゴリズムは3個以上のセンサノードをターゲットの位置推定に利用できる。したがって、本発明アルゴリズムはBFAに比べ、位置推定精度が改善されたと考えられる。また、図より、BFAはすべての手法の中で最も位置推定精度が悪くなっている。この理由は、BFAでは位置推定に用いるセンサノードが3個のみであるが、誤差の平均を考慮すると、センサノード数はできるだけ多いことが望まれるためと考えられる。   From the figure, it can be seen that the algorithm of the present invention improves the position estimation accuracy compared to the conventional algorithm. This is presumably because the error due to the non-line-of-sight environment was reduced by weighting and correcting the TOA estimated distance in the present invention. The algorithm of the present invention can use three or more sensor nodes for target position estimation. Therefore, the algorithm of the present invention is considered to have improved position estimation accuracy compared to BFA. Also, from the figure, BFA has the worst position estimation accuracy among all methods. This is because the BFA uses only three sensor nodes for position estimation, but considering the average of errors, it is considered that the number of sensor nodes is desired to be as large as possible.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。   In addition, this invention is not limited to the said Example.

図1の距離推定システムの構成図で、センサノードの数をセンサノード1〜4の4個とした例を説明したが、センサノードの数は3以上の整数であれば上記説明と同様の手順で位置推定ができるのは言うまでもない。   In the configuration diagram of the distance estimation system in FIG. 1, the example in which the number of sensor nodes is four, that is, sensor nodes 1 to 4, has been described. It goes without saying that the position can be estimated with

また、上述した例ではターゲット5は電波を発射してセンサノード1〜4は受信電波の強度を用いて距離に換算するとしたが、ターゲット5が発射するのは電波に限る必要はなく、例えば超音波を発射してセンサノード1〜4がこれを受信して距離換算しても良い。   In the above-described example, the target 5 emits radio waves and the sensor nodes 1 to 4 convert the distance using the intensity of the received radio waves. However, the target 5 need not be limited to radio waves. The sensor nodes 1 to 4 may receive a sound wave and convert it by distance conversion.

また、波発生源とセンサノードとを逆にしてターゲット内で位置推定する構成とすることもできる。   Moreover, it can also be set as the structure which reverses a wave generation source and a sensor node, and estimates a position within a target.

なお、本発明の位置推定システムは、コンピュータを本位置推定システムとして機能させるためのプログラムでも実現される。このプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されていてもよい。   Note that the position estimation system of the present invention is also realized by a program for causing a computer to function as the position estimation system. This program may be stored in a computer-readable recording medium.

このプログラムを記録した記録媒体は、図1に示されるサーバ6のROMそのものであってもよいし、また、外部記憶装置としてCD−ROMドライブ等のプログラム読取装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することで読み取り可能なCD−ROM等であってもよい。   The recording medium on which the program is recorded may be the ROM of the server 6 shown in FIG. 1, or a program reading device such as a CD-ROM drive is provided as an external storage device. It may be a CD-ROM or the like that can be read by insertion.

また、上記記録媒体は、磁気テープ、カセットテープ、フレキシブルディスク、ハードディスク、MO/MD/DVD等、又は半導体メモリであってもよい。   The recording medium may be a magnetic tape, a cassette tape, a flexible disk, a hard disk, an MO / MD / DVD, or a semiconductor memory.

本発明の一実施例による位置推定システムの構成図である。It is a block diagram of the position estimation system by one Example of this invention. サーバの計算機能及び位置推定機能の機能動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the functional operation | movement of the calculation function of a server, and a position estimation function. 推定距離に基づいてターゲット座標を推定する手法を説明する図である。It is a figure explaining the method of estimating a target coordinate based on an estimated distance. 修正TOA推定距離に基づいてターゲット座標を推定する手法を説明する図である。It is a figure explaining the method of estimating a target coordinate based on correction TOA estimation distance. 本発明の効果をシミュレーションした結果を示す図(その1)である。It is a figure (the 1) which shows the result of having simulated the effect of this invention. 本発明の効果をシミュレーションした結果を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the result of having simulated the effect of this invention. 本発明の効果をシミュレーションした結果を示す図(その3)である。It is FIG. (The 3) which shows the result of having simulated the effect of this invention. 本発明の効果をシミュレーションした結果を示す図(その4)である。It is FIG. (4) which shows the result of having simulated the effect of this invention. 従来の位置推定アルゴリズムを説明する図である。It is a figure explaining the conventional position estimation algorithm.

符号の説明Explanation of symbols

1〜4 センサノード
5 ターゲット
6 サーバ
61 通信機能
62 計算機能
63 位置推定機能
1-4 Sensor node 5 Target 6 Server 61 Communication function 62 Calculation function 63 Position estimation function

Claims (7)

存在する位置を推定しようとするターゲットが既知時刻に発射する波を受信して、その受信時刻及び受信信号強度を測定する3個以上のノードと、
各該ノードによって測定される受信時刻と前記既知時刻との時間差から算出される、前記ノードから前記ターゲットまでの推定距離(以下「TOA推定距離」という。)に基づいてターゲット座標を推定する(以下、この推定点を「TOA一時推定点」という。)第1位置推定手段と、
各前記ノードによって測定される受信信号強度から算出される、前記ノードから前記ターゲットまでの推定距離に基づいてターゲット座標を推定する(以下、この推定点を「RSS一時推定点」という。)第2位置推定手段と、
前記ノード毎に、TOA一時推定点までの距離diとRSS一時推定点までの距離riから次式により、当該ノードの信頼度BFを算出する信頼度算出手段と、
BF=1−|ri−di|/di,(di≧ri)
1−|ri−di|/ri,(di<ri)
該信頼度算出手段によって算出された信頼度BFによって各TOA推定距離を重み付けて修正する重み付け修正手段と、
該重み付け修正手段によって修正されたTOA推定距離に基づいてターゲット座標を推定する第3位置推定手段と
を備えることを特徴とする位置推定システム。
Three or more nodes that receive a wave emitted at a known time by a target whose position is to be estimated and measure its reception time and received signal strength;
Target coordinates are estimated based on an estimated distance (hereinafter referred to as “TOA estimated distance”) from the node to the target, which is calculated from a time difference between the reception time measured by each node and the known time (hereinafter referred to as “TOA estimated distance”). The estimated point is referred to as “TOA temporary estimated point”.) First position estimating means;
Target coordinates are estimated based on the estimated distance from the node to the target calculated from the received signal strength measured by each node (hereinafter, this estimated point is referred to as “RSS temporary estimated point”). Position estimation means;
Reliability calculation means for calculating the reliability BF of the node from the distance di to the TOA temporary estimation point and the distance ri to the RSS temporary estimation point for each node according to the following equation:
BF = 1- | ri-di | / di, (di≥ri)
1- | ri-di | / ri, (di <ri)
Weighting correction means for weighting and correcting each TOA estimated distance by the reliability BF calculated by the reliability calculation means;
A position estimation system comprising: third position estimation means for estimating target coordinates based on the TOA estimated distance corrected by the weight correction means.
前記第1、第2及び第3位置推定手段は、前記ノードから前記ターゲットまでの推定距離と前記ノードから各座標までの実際の距離との差の二乗平均平方根を各座標において算出して、該二乗平均平方根が最小となる座標、又は、該最小となる座標が複数ある場合にはその複数の座標の平均値をターゲット座標として推定することを特徴とする請求項1記載の位置推定システム。   The first, second and third position estimating means calculate the root mean square of the difference between the estimated distance from the node to the target and the actual distance from the node to each coordinate at each coordinate, The position estimation system according to claim 1, wherein when there are a plurality of coordinates having a minimum root mean square or a plurality of the minimum coordinates, an average value of the plurality of coordinates is estimated as a target coordinate. 前記第2位置推定手段は、前記受信信号強度と所定の範囲における複数の距離減衰定数の候補とに基づいてノード毎に複数の前記推定距離を算出することを特徴とする請求項1又は2記載の位置推定システム。   3. The second position estimation unit calculates a plurality of estimated distances for each node based on the received signal strength and a plurality of distance attenuation constant candidates in a predetermined range. Position estimation system. 位置を推定しようとするターゲットにおいて、3個以上の波発生源から既知時刻に発射される波を受信して、その受信時刻及び受信信号強度を測定する測定手段と、
該測定手段によって測定される受信時刻と前記既知時刻との時間差から算出される、前記波発生源から前記ターゲットまでの推定距離(以下「TOA推定距離」という。)に基づいてターゲット座標を推定する(以下、この推定点を「TOA一時推定点」という。)第1位置推定手段と、
該測定手段によって測定される受信信号強度から算出される、前記波発生源から前記ターゲットまでの推定距離に基づいてターゲット座標を推定する(以下、この推定点を「RSS一時推定点」という。)第2位置推定手段と、
前記波発生源毎に、TOA一時推定点までの距離diとRSS一時推定点までの距離riから次式により、当該ノードの信頼度BFを算出する信頼度算出手段と、
BF=1−|ri−di|/di,(di≧ri)
1−|ri−di|/ri,(di<ri)
該信頼度算出手段によって算出された信頼度BFによって各TOA推定距離を重み付けて修正する重み付け修正手段と、
該重み付け修正手段によって修正されたTOA推定距離に基づいてターゲット座標を推定する第3位置推定手段と
を備えることを特徴とする位置推定システム。
Measuring means for receiving a wave emitted at a known time from three or more wave generation sources in a target whose position is to be estimated, and measuring the reception time and the received signal strength;
Target coordinates are estimated based on an estimated distance from the wave generation source to the target (hereinafter referred to as “TOA estimated distance”) calculated from the time difference between the reception time measured by the measuring means and the known time. (Hereinafter, this estimated point is referred to as a “TOA temporary estimated point”.) First position estimating means;
Target coordinates are estimated based on the estimated distance from the wave source to the target calculated from the received signal strength measured by the measuring means (hereinafter, this estimated point is referred to as “RSS temporary estimated point”). Second position estimating means;
Reliability calculation means for calculating the reliability BF of the node from the distance di to the TOA temporary estimation point and the distance ri to the RSS temporary estimation point by the following equation for each wave generation source;
BF = 1- | ri-di | / di, (di≥ri)
1- | ri-di | / ri, (di <ri)
Weighting correction means for weighting and correcting each TOA estimated distance by the reliability BF calculated by the reliability calculation means;
A position estimation system comprising: third position estimation means for estimating target coordinates based on the TOA estimated distance corrected by the weight correction means.
前記第1、第2及び第3位置推定手段は、前記波発生源から前記ターゲットまでの推定距離と前記波発生源から各座標までの実際の距離との差の二乗平均平方根を各座標において算出して、該二乗平均平方根が最小となる座標、又は、該最小となる座標が複数ある場合にはその複数の座標の平均値をターゲット座標として推定することを特徴とする請求項4記載の位置推定システム。   The first, second and third position estimating means calculate the root mean square of the difference between the estimated distance from the wave generating source to the target and the actual distance from the wave generating source to each coordinate at each coordinate. 5. The position according to claim 4, wherein when there are a plurality of coordinates having the minimum root mean square or a plurality of the minimum coordinates, an average value of the plurality of coordinates is estimated as a target coordinate. Estimation system. 前記第2位置推定手段は、前記受信信号強度と所定の範囲における複数の距離減衰定数の候補とに基づいて波発生源毎に複数の前記推定距離を算出することを特徴とする請求項4又は5記載の位置推定システム。   5. The second position estimation unit calculates a plurality of estimated distances for each wave generation source based on the received signal strength and a plurality of distance attenuation constant candidates in a predetermined range. 5. The position estimation system according to 5. コンピュータを、請求項1乃至6いずれかに記載のシステムとして機能させるためのプログラム。   The program for functioning a computer as a system in any one of Claims 1 thru | or 6.
JP2007214060A 2007-08-20 2007-08-20 Position estimation system and program Expired - Fee Related JP4997637B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007214060A JP4997637B2 (en) 2007-08-20 2007-08-20 Position estimation system and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007214060A JP4997637B2 (en) 2007-08-20 2007-08-20 Position estimation system and program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009047556A JP2009047556A (en) 2009-03-05
JP4997637B2 true JP4997637B2 (en) 2012-08-08

Family

ID=40499915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007214060A Expired - Fee Related JP4997637B2 (en) 2007-08-20 2007-08-20 Position estimation system and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4997637B2 (en)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5401245B2 (en) * 2009-10-01 2014-01-29 日本電信電話株式会社 Position calculation apparatus, position calculation method, and position calculation program
JP5396305B2 (en) * 2010-02-23 2014-01-22 日本電信電話株式会社 POSITION CALCULATION DEVICE, METHOD, AND PROGRAM
JP5712803B2 (en) * 2011-06-08 2015-05-07 富士通株式会社 Positioning method, positioning system and program
CN103379427B (en) 2012-04-13 2016-06-15 华为技术有限公司 A kind of localization method, equipment and system
KR101751805B1 (en) 2016-03-03 2017-06-29 전자부품연구원 E-zigbee with complex postioning fuction and device and method for indoor postioning using the same
JP6673238B2 (en) * 2017-01-24 2020-03-25 トヨタ自動車株式会社 Distance measurement system
WO2018155437A1 (en) * 2017-02-27 2018-08-30 株式会社村田製作所 Position detecting system
KR101975657B1 (en) * 2017-05-02 2019-05-07 광운대학교 산학협력단 Localization apparatus and method for controlling thereof
JP7130943B2 (en) * 2017-11-16 2022-09-06 日本電気株式会社 Radio wave environment estimation device and radio wave environment estimation method
CN109375168B (en) * 2018-11-16 2023-06-16 华南理工大学 RSSI-based low-speed moving vehicle positioning method
KR102602218B1 (en) * 2020-10-23 2023-11-14 주식회사 우리별 Mlat receiver precise time correction method

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100378124B1 (en) * 1998-12-10 2003-06-19 삼성전자주식회사 Device and method for estimating the position of terminal in mobile communication system
JP2000244967A (en) * 1999-02-24 2000-09-08 Mitsubishi Electric Corp Mobile communication system, mobile unit and base station configuring the system and method for detecting position of the mobile unit in the system
GB0107949D0 (en) * 2001-03-30 2001-05-23 Koninkl Philips Electronics Nv Method of determining position in a cellular communications network
US7295115B2 (en) * 2002-10-18 2007-11-13 Aeroscout, Ltd. Radio-frequency identification (RFID) tag employing unique reception window and method therefor
JP4374021B2 (en) * 2003-05-23 2009-12-02 シンボル テクノロジーズ インコーポレイテッド Self-correction method of position search system by signal strength
JP2004364167A (en) * 2003-06-06 2004-12-24 Mitsubishi Electric Corp Mobile station location detecting system, mobile station, base station and location information center
JP2006003187A (en) * 2004-06-17 2006-01-05 Hitachi Ltd Wireless network system
JP4492391B2 (en) * 2005-03-03 2010-06-30 沖電気工業株式会社 Position measuring method and position measuring apparatus using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009047556A (en) 2009-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4997637B2 (en) Position estimation system and program
US8509819B2 (en) Information processing apparatus and correction method
CN103402258B (en) Wi-Fi (Wireless Fidelity)-based indoor positioning system and method
JP2007013500A (en) Radio terminal position estimating system, position estimating method for radio terminal position estimating system, and data processor
JP5075396B2 (en) Position estimation method and position estimation system
Okşar A Bluetooth signal strength based indoor localization method
Chiu et al. Robust relative location estimation in wireless sensor networks with inexact position problems
JP2010166185A (en) Apparatus and method of estimating electric field strength
CN104375135A (en) Radio frequency positioning method, device and system
US9660740B2 (en) Signal strength distribution establishing method and wireless positioning system
JP5048021B2 (en) Building influence estimation apparatus and building influence estimation method
JP2012511149A (en) Lighting system and method
JP5278365B2 (en) Position estimation apparatus and position estimation method
JP2011214920A (en) Position estimating device, position estimation method, and program
Vakulya et al. Fast adaptive acoustic localization for sensor networks
JP4982773B2 (en) Position estimation system and program
Aguilera et al. Acoustic local positioning system using an iOS device
Aboodi et al. Evaluation of WiFi-based indoor (WBI) positioning algorithm
JP2010190629A (en) Location estimating device, wireless terminal device, and location estimating system
JP2012083136A (en) Bias error estimation apparatus, bias error estimation method and position estimation apparatus
JP2013506144A (en) Wireless positioning method
JP2008292262A (en) Position estimation system and program
JP2009210408A (en) Wireless system and its location identification method
Wielandt et al. Evaluation of angle of arrival estimation for localization in multiple indoor environments
JP2008298721A (en) Location estimation system and program

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100816

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111207

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111214

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120206

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120404

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120427

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150525

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees