JP5278365B2 - 位置推定装置及び位置推定方法 - Google Patents
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Description
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、複数の移動局として第1の移動局101、第2の移動局102、複数の基地局として第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、第1の移動局101及び第2の移動局102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101,102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、基地局201〜204と移動局101,102との通信の結果、取得した所定の信号に基づき移動局101、102の位置を推定する。この推定結果を複数の移動局で共有し、各移動局の位置の推定に用いる。各移動局の推定結果の共有の仕方は、各移動局同士が通信を行って共有しても良いし、各移動局の推定結果を外部に記憶し共有しても良い。移動局と基地局との通信結果は、移動局毎にIDを付加するなどして、複数の移動局の識別が可能である。
図3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。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、位置推定部340、バイアス量推定部350、バイアス量記憶部360及びバイアス量分布取得部370を有している。
次に、本実施形態に係る位置推定装置300の動作について、図4に示した移動局の位置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)及びバイアス量分布マップの所定位置のバイアス量を用いて第1の基地局201と移動局101,102との第2の距離(最も確からしい距離)を推定し、移動局101,102の位置を推定する。
距離計測ステップS301では、図7に示すような従来の技術により移動局及び基地局間の観測距離を算出する。たとえば、距離計測ステップS301では、距離計測部310が、第1の基地局201〜第4の基地局204と第1の移動局101及び第2の移動局102との通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101,102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101と第2の基地局202〜第4の基地局204との観測距離D12〜D14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。
バイアス量分布取得ステップS302では、後述するバイアス量推定ステップS305にて推定されるバイアス量をマッピングしたバイアス量分布マップに基づき観測位置のバイアス量を取得する。
状態ベクトル初期化ステップS303では、距離計測ステップS301にて計測された距離から算出される移動局の位置と、バイアス量分布取得ステップS302にてバイアス量分布マップに基づき取得された、前記移動局の位置に対するバイアス量に基づき、次の誤差推定ステップにて用いる移動局の推定のための初期値(初期位置)を求める。
誤差推定ステップ(尤度算出ステップS304、バイアス量推定ステップS305)では、誤差推定部320が、今回、距離計測ステップS301にて計測された第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101,102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。
誤差推定ステップ中の尤度算出ステップS304では、観測値を用いて尤度を算出する。尤度は、第1の基地局201〜第4の基地局204による測距結果である第1の測距部311〜第4の測距部314の出力D11〜D14と、それぞれの基地局の推定バイアス量を用いて対数尤度Li tを求める。座標(g、b)における対数尤度関数Lt(g、b)を、次式で定める。
なお、誤差推定ステップ(S304、S305)では、第1の誤差記憶部331で保持している時刻tの状態ベクトルの分布から、時刻(t+1)の状態ベクトルを予測する。予測した時刻(t+1)の状態ベクトルを、以下のように定義する(図8(b),図8(e)を参照)。
位置推定部340は、誤差推定部320から得られる第1の移動局101及び基地局201〜204間の推定距離g1〜g4を用いて位置推定を行う。図5を参照すると、推定距離g1〜g4が、基地局と移動局との間の距離の真値G1〜G4に等しい場合、各基地局からそれぞれの距離g1〜g4の円を描くと、円は移動局の位置で一点に交わり、位置を求めることができる。
bi=Di−gi・・・・(16)
ただし、Diは基地局iの観測距離である。
ただし、
101 第1の移動局
102 第2の移動局
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
350 バイアス量推定部
360 バイアス量記憶部
370 バイアス量分布取得部
Claims (12)
- 予め位置が特定されている複数の基地局と位置推定対象である複数の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移動局の位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定部により推定された移動局の位置を用いて該位置を推定された移動局と前記複数の基地局と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推定するバイアス量推定部と、
バイアス量分布マップ上の前記推定された移動局の位置に前記推定されたバイアス量を記憶させて前記バイアス量分布マップを生成することにより、バイアス量分布を取得するバイアス量分布取得部と、
前記位置推定部により推定された移動局の位置と、前記バイアス量分布取得部により取得されたバイアス量分布の該移動局の位置に対応するバイアス量から前記移動局の位置の推定のための初期値を求めるバイアス量推定部と、を備えることを特徴とする位置推定装置。 - 前記バイアス量推定部は、前記基地局毎のバイアス量分布マップのうち、前記バイアス量分布の分散が小さい方から3つ以上のバイアス量分布マップを選択し、該選択したバイアス量分布マップのバイアス量分布を用いて前記移動局の位置の推定のための初期値を求めることを特徴とする請求項1に記載の位置推定装置。
- 前記バイアス量推定部は、前記バイアス量分布マップに含まれる、前記推定された移動局の位置に対するバイアス量の確率密度分布の分散値が閾値以上のバイアス量のみを移動局の位置の推定のための初期値に用いることを特徴とする請求項1又は2に記載の位置推定装置。
- 前記バイアス量分布取得部は、前記バイアス量分布マップ上の前記移動局の推定位置にバイアス量が記憶されていないとき、近傍の位置に記憶されたバイアス量により該記憶されていないバイアス量を補間することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の位置推定装置。
- 前記バイアス量分布取得部は、前記複数の移動局に対してそれぞれ推定された複数の移動局の位置に前記推定されたバイアス量のそれぞれを記憶することによりバイアス量分布マップを更新することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の位置推定装置。
- 前記バイアス量推定部は、前記バイアス量分布取得部により取得されたバイアス量分布を前記複数の移動局の位置の推定のための初期値を求めるために共通して使用することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の位置推定装置。
- 前記バイアス量分布取得部は、基地局毎に前記バイアス量分布マップを生成することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の位置推定装置。
- 前記推定された移動局の位置と前記推定されたバイアス量とを関連付けて記憶するバイアス量記憶部をさらに備え、
前記バイアス量分布取得部は、前記バイアス量記憶部に一定時間内に記憶されたバイアス量に基づき前記バイアス量分布マップを更新することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の位置推定装置。 - 前記位置推定部は、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を有し、
前記バイアス量推定部は、前記距離計測部により計測された前記第1の距離、及び前記バイアス量分布取得部により取得されたバイアス量分布を用いて前記移動局の位置を推定するための初期値を求めることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載された位置推定装置。 - 前記誤差推定部は、前記第1の距離に基づき各基地局と前記移動局と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、
前記バイアス量推定部は、前記第2の距離及び前記バイアス量分布取得部により取得されたバイアス量分布に基づき前記移動局の位置を推定するための初期値を求めることを特徴とする請求項9に記載された位置推定装置。 - 前記バイアス量分布取得部は、前記第2の距離を用いて推定された移動局の位置に前記推定されたバイアス量を記憶させてバイアス量分布マップを更新することを特徴とする請求項10に記載された位置推定装置。
- 位置推定部が、予め位置が特定されている複数の基地局と位置推定対象である複数の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各移動局の位置を推定するステップと、
バイアス量推定部が、前記位置推定部により推定された移動局の位置を用いて該位置を推定された移動局と前記複数の基地局と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推定するステップと、
バイアス量分布取得部が、バイアス量分布マップ上の前記推定された移動局の位置に前記推定されたバイアス量を記憶させて前記バイアス量分布マップを生成することにより、バイアス量分布を取得するステップと、
バイアス量推定部が、前記位置推定部により推定された移動局の位置と、前記バイアス量分布取得部により取得されたバイアス量分布の該移動局の位置に対応するバイアス量から前記移動局の位置の推定のための初期値を求めるステップと、を含むことを特徴とする位置推定方法。
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