JP5004889B2 - 位置検出システム及び位置検出方法 - Google Patents
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第1の実施の形態に係る位置検出システムは、上面図である図1及び側面図である図2に示すように、電波を放射する送信アンテナ15、送信アンテナ15の正面方向を検出するための重力センサ10、及びそれぞれ複数の受信位置に配置され、電波を受信する複数の受信モジュール200A, 200B, 200Cを備える。また第1の実施の形態においては、複数の受信モジュール200A, 200B, 200Cは室内の天井30に配置されている。複数の受信モジュール200A, 200B, 200Cには、図1に示す中央演算処理装置(CPU)300が接続されている。
また仮位置算出部301は、下記(2)式に示すように、受信モジュール200A, 200B, 200Cの受信位置のそれぞれのX座標XRnと重みW0nの積の総和XT0を、送信アンテナ15の放射指向性を考慮しない場合の電波の仮送信位置のX座標として算出する。なおnは自然数である。
また仮位置算出部301は、下記(3)式に示すように、受信モジュール200A, 200B, 200CのそれぞれのY座標YRnと重みW0nの積の総和YT0を、送信アンテナ15の放射指向性を考慮しない場合の電波の仮送信位置のY座標として算出する。
なお、電波の仮送信位置のZ座標は、ZTで一定であるとする。
また受信方位算出部302は、仮送信位置(XT0, YT0)に対する受信モジュール200Bの受信位置(XR2, YR2)の水平面における方位φ12、及び仮送信位置(XT0, YT0)に対する受信モジュール200Cの受信位置(XR3, YR3)の水平面における方位φ13も算出する。
また水平面偏差算出部303は、下記(6)式に示すように、図5に示す正面方向の水平面における方位θHと、図7に示す仮送信位置(XT0, YT0)に対する受信モジュール200Bの受信位置(XR2, YR2)の水平面における方位φ12との間の角度を、水平面偏差α12として算出する。
また水平面偏差算出部303は、下記(7)式に示すように、図5に示す正面方向の水平面における方位θHと、図7に示す仮送信位置(XT0, YT0)に対する受信モジュール200Cの受信位置(XR3, YR3)の水平面における方位φ13との間の角度を、水平面偏差α13として算出する。
図1に示す垂直面偏差算出部304は、下記(8)式に示すように、水平面に射影された仮送信位置(XT0, YT0)と受信モジュール200Aの水平面に射影された受信位置(XR1, YR1)との間の図9に示す距離L1を算出する。
また垂直面偏差算出部304は、下記(9)式に示すように、水平面に射影された仮送信位置(XT0, YT0)と受信モジュール200Bの水平面に射影された受信位置(XR2, YR2)との間の距離L2を算出する。
また垂直面偏差算出部304は、下記(10)式に示すように、水平面に射影された仮送信位置(XT0, YT0)と受信モジュール200Cの水平面に射影された受信位置(XR3, YR3)との間の距離L3を算出する。
さらに垂直面偏差算出部304は、仮送信位置(XT0, YT0, ZT)から受信モジュール200Aの受信位置(XR1, YR1, ZR)への方向ベクトルを、図10に示す重力方向及び正面方向を含む面に射影した第1の射影ベクトルを算出する。また垂直面偏差算出部304は、仮送信位置と、重力方向及び正面方向を含む面に射影された受信モジュール200Aの受信位置との間の水平方向距離が、L1に近似すると仮定する。さらに垂直面偏差算出部304は、下記(11)式に従って、第1の射影ベクトルの方向と正面方向との間の角度を、垂直面偏差β11として算出する。
∴ β11 ≒ tan-1(ZD / L1) + 90°- θG ・・・(11)
また垂直面偏差算出部304は、仮送信位置(XT0, YT0, ZT)から受信モジュール200Bの受信位置(XR2, YR2, ZR)への方向ベクトルを、重力方向及び正面方向を含む面に射影した第2の射影ベクトルを算出する。また垂直面偏差算出部304は、仮送信位置と、重力方向及び正面方向を含む面に射影された受信モジュール200Bの受信位置との間の水平方向距離が、L2に近似すると仮定する。さらに垂直面偏差算出部304は、下記(12)式に従って、第2の射影ベクトルの方向と正面方向との間の角度を、垂直面偏差β12として算出する。
β12 = tan-1(ZD / L2) + 90°- θG ・・・(12)
また垂直面偏差算出部304は、仮送信位置(XT0, YT0, ZT)から受信モジュール200Cの受信位置(XR3, YR3, ZR)への方向ベクトルを、重力方向及び正面方向を含む面に射影した第3の射影ベクトルを算出する。また垂直面偏差算出部304は、仮送信位置と、重力方向及び正面方向を含む面に射影された受信モジュール200Cの受信位置との間の水平方向距離が、L3に近似すると仮定する。さらに垂直面偏差算出部304は、下記(13)式に従って、第3の射影ベクトルの方向と正面方向との間の角度を、垂直面偏差β13として算出する。
β13 = tan-1(ZD / L3) + 90°- θG ・・・(13)
なお(11)乃至(13)式において、β1nは-90°乃至+90°である。
また測定値補正部305は、水平面偏差α12及び垂直面偏差β12に対応する補正係数C12を、補正係数記憶部401から読み出す。
また測定値補正部305は、水平面偏差α13及び垂直面偏差β13に対応する補正係数C13を、補正係数記憶部401から読み出す。さらに測定値補正部305は、受信モジュール200Cが受信した電波の強度の測定値P03に補正係数C13を乗じ、下記(16)式に示すように、強度の補正された測定値P13を算出する。
補正位置算出部306は、補正された測定値P11、補正された測定値P12及び補正された測定値P13の総和SPCを算出する。さらに補正位置算出部306は、補正された測定値P11, P12, P13のそれぞれを総和SPCで割った重みW11, W12, W13を算出する。下記(17)式に示すように、W11, W12, W13の総和は1である。
また補正位置算出部306は、下記(18)式に示すように、受信モジュール200A, 200B, 200Cの受信位置のそれぞれのX座標と重みW1nの積の総和XT1を、送信モジュール100の補正送信位置のX座標として算出する。
また補正位置算出部306は、下記(19)式に示すように、受信モジュール200A, 200B, 200Cの受信位置のそれぞれのY座標と重みW1nの積の総和YT1を、送信モジュール100の補正送信位置のY座標として算出する。
データ記憶装置400は、仮位置記憶部402、受信方位記憶部403、水平面偏差記憶部404、垂直面偏差記憶部405、補正測定値記憶部406、補正位置記憶部407をさらに備える。仮位置記憶部402は、仮位置算出部301が算出した送信モジュール100の電波の仮送信位置(XT0, YT0)を保存する。受信方位記憶部403は、受信方位算出部302が算出した方位φ11, φ12, φ13を保存する。水平面偏差記憶部404は、水平面偏差算出部303が算出した水平面偏差α11, α12, α13を保存する。垂直面偏差記憶部405は、垂直面偏差算出部304が算出した垂直面偏差β11, β12,β13を保存する。補正測定値記憶部406は、測定値補正部305が補正した電波の強度の測定値P11, P12, P13を保存する。補正位置記憶部407は、補正位置算出部306が算出した送信モジュール100の補正送信位置(XT1, YT1)を保存する。
第2の実施の形態に係る位置検出システムのCPU300は、図16に示すように、判断部307及び再計算指令部308をさらに備える。判断部307は、例えば下記(20)式に従って、補正送信位置(XT1, YT1)と仮送信位置(XT0, YT0)の差ε1を算出する。さらに判断部307は、kを閾値として下記(21)式に従い、差ε1が予め定められた許容範囲内であるか否かを判断する。
ε1 < k ・・・(21)
差ε1が予め定められた許容範囲外である場合、再計算指令部308は、計算1回目の補正送信位置(XT1, YT1)を仮送信位置と再定義する。さらに再計算指令部308は、受信方位算出部302に、再定義された仮送信位置(XT1, YT1)に対する受信モジュール200Aの受信位置(XR1, YR1)の計算2回目の方位φ21を算出させる。また再計算指令部308は受信方位算出部302に、再定義された仮送信位置(XT1, YT1)に対する受信位置(XR2, YR2)の計算2回目の方位φ22、及び再定義された仮送信位置(XT1, YT1)に対する受信位置(XR3, YR3)の計算2回目の方位φ23を算出させる。
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
11・・・水平方位センサ
12・・・コンバータ
13・・・送信機
14・・・識別子記憶部
15・・・送信アンテナ
21・・・受信アンテナ
22・・・受信機
23・・・インターフェース
24・・・受信座標記憶部
100・・・送信モジュール
200A, 200B, 200C・・・受信モジュール
250・・・ケーブル網
300・・・CPU
301・・・仮位置算出部
302・・・受信方位算出部
303・・・水平面偏差算出部
304・・・垂直面偏差算出部
305・・・測定値補正部
306・・・補正位置算出部
307・・・判断部
308・・・再計算指令部
400・・・データ記憶装置
401・・・補正係数記憶部
402・・・仮位置記憶部
403・・・受信方位記憶部
404・・・水平面偏差記憶部
405・・・垂直面偏差記憶部
406・・・補正測定値記憶部
407・・・補正位置記憶部
Claims (12)
- 電波を放射する送信アンテナと、
それぞれ複数の受信位置に配置され、前記電波を受信する複数の受信モジュールと、
前記複数の受信モジュールが受信した前記電波の強度の複数の測定値から、前記電波の仮送信位置を算出する仮位置算出部と、
前記送信アンテナの正面方向を検出するためのセンサと、
水平面における、前記仮送信位置から前記複数の受信位置への方位と前記正面方向との水平面偏差を算出する水平面偏差算出部と、
前記重力方向を含む垂直面における、前記仮送信位置から前記複数の受信位置への方向と前記正面方向との垂直面偏差を算出する垂直面偏差算出部と、
前記送信アンテナの放射指向性に基づいて、前記水平面偏差及び前記垂直面偏差による前記複数の測定値の誤差を補正する測定値補正部と、
前記補正された複数の測定値から、前記電波の補正送信位置を算出する補正位置算出部と、
を備えることを特徴とする位置検出システム。 - 前記センサが、前記送信アンテナに働く加速度を検出する加速度センサであることを特徴とする請求項1に記載の位置検出システム。
- 前記水平面偏差及び前記垂直面偏差に対応する補正係数を保存する補正係数記憶部を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の位置検出システム。
- 前記補正係数が、前記水平面及び前記垂直面における前記送信アンテナの利得に基づくことを特徴とする請求項3に記載の位置検出システム。
- 前記測定値補正部が、前記電波の強度の複数の測定値に、前記補正係数を乗ずることを特徴とする請求項3又は4に記載の位置検出システム。
- 前記補正送信位置を前記仮送信位置と再定義し、前記水平面偏差算出部及び前記垂直面偏差算出部に前記水平面偏差及び前記垂直面偏差をそれぞれ再計算させる再計算指令部を更に備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の位置検出システム。
- 送信アンテナから電波を放射するステップと、
複数の受信位置で前記電波を受信するステップと、
前記複数の受信位置で受信した前記電波の強度の複数の測定値から、前記電波の仮送信位置を算出するステップと、
前記送信アンテナの正面方向を検出するステップと、
水平面における、前記仮送信位置から前記複数の受信位置への方位と前記正面方向との水平面偏差を算出するステップと、
前記重力方向を含む垂直面における、前記仮送信位置から前記複数の受信位置への方向と前記正面方向との垂直面偏差を算出するステップと、
前記送信アンテナの放射指向性に基づいて、前記水平面偏差及び前記垂直面偏差による前記複数の測定値の誤差を補正するステップと、
前記補正された複数の測定値から、前記電波の補正送信位置を算出するステップと、
を含むことを特徴とする位置検出方法。 - 前記正面方向が、前記送信アンテナに働く加速度を検出する加速度センサで検出されることを特徴とする請求項7に記載の位置検出方法。
- 前記水平面偏差及び前記垂直面偏差に対応する補正係数を準備するステップを更に含むことを特徴とする請求項7又は8に記載の位置検出方法。
- 前記補正係数が、前記水平面及び前記垂直面における前記送信アンテナの利得に基づくことを特徴とする請求項9に記載の位置検出方法。
- 前記複数の測定値の誤差を補正するステップにおいて、前記電波の強度の複数の測定値に、前記補正係数を乗ずることを特徴とする請求項9又は10に記載の位置検出方法。
- 前記補正送信位置を算出するステップの後、前記補正送信位置を前記仮送信位置と再定義し、
前記水平面偏差を算出するステップ、前記垂直面偏差を算出するステップ、前記複数の測定値の誤差を補正するステップ、及び前記補正送信位置を算出するステップを繰り返すことを特徴とする請求項7乃至11のいずれか1項に記載の位置検出方法。
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