JP5576172B2 - 位置情報発信機、位置情報受信機、および位置測位システム - Google Patents

Description

本発明は、人工衛星からの電波がキャッチできない屋内等において携帯端末の現在位置を取得する位置情報発信機、位置情報受信機、および位置測位システムに関する。

ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星等の人工衛星から送信されてくる無線信号（以下、「衛星測位信号」と称する。）を利用して測位を行うシステムでは、屋内や地下街等の衛星測位信号を受信できないエリアにＧＰＳ受信機等の携帯端末が位置する場合、測位精度が低下し、もしくは測位不能になってしまう。

その解決策として、例えば、特許文献１には、屋内や地下街等の衛星測位信号を受信できないエリア内に、位置を示す情報である位置情報を、ＧＰＳで使用している周波数（例えば、中心周波数１．５７５４２ＧＨｚ）、変調方式（具体的には、ＢＰＳＫ（Binary Phase-Shift Keying））、多元接続方式（具体的には、ダイレクト・スペクトラム拡散方式のＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access））などと互換性のある信号（以下、「位置情報信号」と称する。）で発信する位置情報発信機（屋内送信機）を設置し、携帯電話などの携帯端末が、受信した位置情報信号から自身の現在位置を取得する技術が開示されている。又、特許文献２には、位置情報取得までに要する時間を短縮する技術が開示されている。

前記のような位置情報信号を用いた測位では、衛星測位信号に基づく測位と異なり、携帯端末は、複雑な測位計算を行わずに、受信した位置情報信号に含まれる位置をそのまま携帯端末自身の現在位置とする。そのため、位置情報発信機は、必要な測位精度に応じた間隔で設置され、発信された位置情報信号が遠く離れた場所から検出されないように、出力の調整が行われる。例えば、位置情報発信機を１０ｍ間隔で設置する場合には、位置情報信号の検出範囲が半径１０〜１５ｍとなるように出力が調整される。

このように、位置情報信号を用いた測位では、多数の位置情報発信機が近接して設置されるので、位置情報信号間の干渉を回避するために、近接する位置情報発信機の間では、スペクトラム拡散に用いる符号パターンを選択するＰＲＮ（Pseudo Random Noise）番号が重ならないようにすることが望ましいが、屋内で利用可能なＰＲＮ番号の数は、あらかじめ１０個程度となるように制限されている。

特開２００７−２７８７５６号公報 特開２００９−１３３７３１号公報

ところが、屋内や地下街の天井に設置された位置情報発信機から発信される位置情報信号を、例えば、人間の胸ぐらいの高さで保持されている携帯端末で受信する場合には、床面などからの反射波との干渉によりマルチパスが生じる。このとき、携帯端末が移動していると受信信号が極端に弱くなるマルチパス・フェージングが起き、バースト的なビットエラーが発生する。

図１１、図１２は、従来技術を用いた際の携帯端末９３が、ＧＰＳの衛星測位信号と互換性がある位置情報信号の電波（１．５７５４２ＧＨｚ帯）を受信しながら移動したときの、発信元からの距離と受信電力との関係を示すイメージ図である。

図１１に示すように、衛星測位信号が受信できない屋内などの天井面には、必要な測位精度に応じた間隔で多数の位置情報発信機９２（図１１では、一例として１つのみ記載）が設置されている。この位置情報発信機９２は、少なくとも１つ以上備えられたたアンテナ９３０を備え、そのアンテナ９３０からは、位置情報発信機２の設置位置を示す位置データを含み、衛星測位信号と互換性がある位置情報信号ＰＳ９１が発信される。この位置情報信号の速度は、５０ｂｐｓと遅い。また、発信された位置情報信号ＰＳ９１は、ＰＲＮ番号の符号パターンによってスペクトラム拡散され、所定周波数帯域の搬送波に変調されて発信される。

具体的には、位置情報発信機９２のアンテナ９３０からは、ＰＲＮ番号１７３との符号パターンでスペクトラム拡散（符号化）され、経度、緯度、高度を表す位置データ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を含む位置情報信号ＰＳ９１が発信される。位置情報発信機９２が複数のアンテナ９３０を有する場合、各アンテナ９３０から発信される位置情報信号は、衛星測位とは異なるＰＲＮ番号を使っている（つまり、異なる符号パターンによって符号化されている）ので、位置情報信号間の干渉は発生しない。したがって、携帯端末３は、位置情報発信機２が複数電波伝搬範囲内に存在していた場合は、複数のＰＲＮ番号に対応した位置情報信号を受信することになる。

携帯端末９３が複数のＰＲＮ番号に対応する位置情報信号を受信した場合、それらが屋内測位に活用されるＰＲＮ番号であれば、携帯端末９３は、受信したすべての位置情報信号の中で最大の受信強度をもつものを１つだけ選択して、選択した位置情報信号に含まれる位置データから自位置は（ｘ１，ｙ１，ｚ１）であると測位する。

しかしながら、例えば、携帯端末９３にＰＲＮ番号１７３に対応する位置情報信号が送信された場合であっても、正しく位置情報信号を受信できない場合がある。例えば、図１２に示すように、位置情報発信機９２のアンテナ９３０から緯度・経度・高さの（ｘ１，ｙ１，ｚ１）の位置情報信号ＰＳ９１を受信する場合、通常は、フレームとして４つ分、データ量にして合計１２０ビット、時間にして２．４秒ぐらいかかる。したがって、携帯端末９３が移動している場合、マルチパス・フェージングによって、携帯端末９３の受信電力が急に下がるタイミングでは、受信電力の谷間に陥ってしまう。この場合、携帯端末９３は、位置情報信号がバースト的なビット誤りに遭遇するために、位置情報信号を受信できない。

このように、従来の技術では、例えば、半径１０〜１５ｍ程度の位置情報信号の検出範囲を、時速４ｋｍ程度で移動した場合、位置情報発信機９２から発信された位置情報信号を捕捉できなかったり、あるいはその位置情報信号を捕捉できた場合であっても、マルチパス・フェージングの影響によってバースト的なビットエラーが発生して位置情報を取得できずに、移動しながらでは、適切に位置を測位できない場合があるという問題があった。

本発明は、前記の問題を解決するためになされたものであり、移動する状況において、位置を測位することができる位置情報発信機、位置情報受信機、および位置測位システムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明にかかる位置情報発信機は、現在地を特定するための位置情報を発信する位置情報発信機であって、前記現在地の緯度を示す複数の第１の位置情報と前記現在地の経度を示す複数の第２の位置情報とを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記第１の位置情報を含む無線信号である第１の位置情報信号と前記第２の位置情報を含む無線信号である第２の位置情報信号とを生成し、生成した前記第１の位置情報信号と前記第２の位置情報信号とを発信する発信部と、前記第１の位置情報信号を異なる周期で繰り返し発信し、前記第２の位置情報信号を異なる周期で繰り返し発信するように、前記発信部を制御するタイミング制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる位置情報受信機は、現在地を特定するための位置情報を受信する位置情報受信機であって、前記位置情報を発信する位置情報発信機から、前記現在地の緯度を示す複数の第１の位置情報を含む無線信号である第１の位置情報信号を異なる周期で繰り返し受信し、前記現在地の経度を示す複数の第２の位置情報を含む無線信号である第２の位置情報信号を異なる周期で繰り返し受信する受信部と、前記受信部が異なる周期で繰り返し受信した前記第１の位置情報信号および前記第２の位置情報信号を順次復号する復号部と、前記復号部が復号した前記第１の位置情報信号と前記第２の位置情報信号を順次出力する出力処理部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記位置情報発信機および上記位置情報受信機を備えた位置測位システムである。

本発明によれば、移動する状況において、位置を測位することができる位置情報発信機、位置情報受信機、および位置測位システムを提供することができる。

本発明の実施の形態にかかる位置測位システムの構成を示すイメージ図である。 位置情報発信機と携帯端末との間で送受信される位置情報信号のフレーム構成を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる位置情報発信機の動作原理を示した説明図である。 図１に示した位置情報発信機の機能的な構成を示すブロック図である。 位置情報テーブルのデータ構成例を示す図である。 位置情報送信処理の処理手順を示すフローチャートである。 位置情報発信機から発信される位置情報信号を受信して測位を行う携帯端末の機能ブロック図である。 位置情報取得処理の処理手順を示すフローチャートである。 位置情報特定処理の処理手順を示すフローチャートである。 マルチパス・フェージングが生じた場合において、移動する携帯端末が位置情報信号を受信する場合のイメージ図である。 従来技術を用いた携帯端末が、位置情報信号を受信しながら移動したときの、発信元からの距離と受信電力との関係を示す図である。 従来技術を用いた携帯端末が、位置情報発信機のアンテナから緯度・経度・高さの（ｘ１，ｙ１，ｚ１）の位置情報信号を受信する様子を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる位置情報発信機、位置測位システム、および位置情報受信機の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる位置測位システム１０００の構成を示すイメージ図である。図１に示すように、位置測位システム１０００、測位のための無線信号（衛星測位信号）を地上に向けて送信する複数の人工衛星１と、地上（屋内や地下街などを含む。）の一地点の位置データを含んだ測位信号である位置情報信号を発信する複数の位置情報発信機２と、人工衛星１及び位置情報発信機２からの測位信号に基づいて自身の現在位置を測位する携帯端末３と、衛星測位信号が届きにくい建物や地下街などの構造物４とを含んで構成される。なお、以下では、携帯端末３は、利用者が歩行して移動した状態であるものとして説明しているが、車両による移動等、携帯端末３が移動している状態にあればよい。

人工衛星１は、例えばＧＰＳ、ガリレオ測位システム（Galileo Positioning System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、準天頂衛星（Quazi-Zenith Satellites）システム等の測位システムにおける人工衛星である。なお、以下の説明では、人工衛星１はＧＰＳ衛星であるものとし、人工衛星１から送信される衛星測位信号は、例えば、Ｌ１信号（１５７５．４２ＭＨｚ）やＬ２信号（１２２７．６ＭＨｚ）などの、ＧＰＳ信号であるものとして説明しているが、特にこれに限定されるものではない。

人工衛星１から送られてくる衛星測位信号には、いわゆる航法メッセージが含まれている。航法メッセージは、例えば、全体で２５個のフレームを含み、各フレームは５個のサブフレームを含み、各サブフレームは１０ワードで構成され、１ワードは３０ビットで構成される。各サブフレームは、例えば、衛星時計の補正情報、精密軌道情報（エフェメリス）、概略軌道情報（アルマナック）、電離層補正情報、ＵＴＣ（Coordinated Universal Time）補正情報、人工衛星の健康情報等を含む。

これらの航法メッセージは、人工衛星１ごとに割り当てられた固有の符号パターンで疑似ランダムノイズ符号（Pseudo Random Noise Code）にスペクトラム拡散され、所定の周波数帯域の搬送波にＢＰＳＫ変調される。この疑似ランダムノイズ符号を生成するための個々の符号パターンに付された番号をＰＲＮ番号と呼び、それぞれの人工衛星１にはそれぞれ異なるＰＲＮ番号が割り当てられることから、このＰＲＮ番号は、人工衛星を識別したり測位信号の送信チャンネルを識別したりする番号としても利用される。つまり、スペクトラム拡散によって、複数の独立したチャンネルが構成される。

位置情報発信機２から発信される位置情報信号は、人工衛星１から地上に向けて送信される衛星測位信号と互換性を有しており、衛星測位信号と同じ変調方式により同様のフレーム構成を有するデータが無線信号として発信される。ただし、位置情報発信機２が同じエリア内に多数設置されるにも関わらず、位置情報発信機２が使用可能なＰＲＮ番号の数は最大１０個程度となるように定められているので、信号が干渉しない範囲内で同一のＰＲＮ番号を複数の位置情報発信機２で共用して使用することになる。

図２は、位置情報発信機２と携帯端末３との間で送受信される位置情報信号のフレーム構成を示す図である。図２に示すように、位置情報信号は、１または複数のサブフレームから構成される。具体的には、位置情報信号は、衛星測位信号と互換性を有するため、たとえば３０ビットを１フレームとしたフレーム２００およびフレーム２０５を含んで構成される。フレーム２００は、３０ビットを、プリアンブル２０１と、メッセージタイプ２０２と、ペイロード２０３と、パリティ２０４とを含んで構成される。フレーム２０５は、３０ビットを、カウンタ２０６と、ペイロード２０７と、パリティ２０８を含んで構成される。

プリアンブル２０１は、携帯端末３が位置情報信号を発見するための特定のビット列である。メッセージタイプ２０２は、ペイロード２０３、２０７に格納される位置情報の種類、たとえば（ｘ１）などを示し、またフレーム２００で完結するメッセージなのか、フレーム２０５も必要とするのかを示す。

位置情報信号のデータ量がペイロード２０３のビット数以下の場合は、フレーム２００が、繰り返し位置情報発信機２から送信される。一方、位置情報信号のデータ量がペイロード２０３のビット数より多い場合は、フレーム２００とフレーム２０５が組みとなって、繰り返し位置情報発信機２から送信される。なお、パリティ２０４、２０８は、位置情報信号のビットエラーの有無を示す。

携帯端末３は、例えば、ＧＰＳ携帯電話やＰＮＤ（Personal Navigation Device）など、人工衛星１や位置情報発信機２の測位信号を受信して自身の現在位置を測位する携帯端末である。

図３は、本発明の実施の形態にかかる位置情報発信機２の動作原理を示した説明図である。衛星測位信号が受信できない屋内などの天井面には、必要な測位精度に応じた間隔で多数の位置情報発信機２が設置される（図３では、代表して１つのみを示している）。それぞれの位置情報発信機２は、少なくとも１以上のアンテナ３０を備えており、アンテナ３０からは、当該位置情報発信機２の設置位置を示す位置データを含み、衛星測位信号と互換性がある位置情報信号が発信される。

このとき、位置情報発信機２とのアンテナ３０から発信される位置情報信号は、位置情報信号ＰＳ１〜ＰＳ７までの複数の位置情報信号が送信される。位置情報信号ＰＳ１〜ＰＳ７は、それぞれ互いに異なるＰＲＮ番号の符号パターンによってスペクトラム拡散され、所定周波数帯域の搬送波に変調されて発信される。

例えば、位置情報発信機２のアンテナ３０からは、それぞれＰＲＮ番号１７３から１７８までの６つの符号パターンでスペクトラム拡散（符号化）され、ＰＲＮ番号１７３、１７４の符合パターンで符号化された位置情報信号ＰＳ２、ＰＳ３は、それぞれ同じ経度を表す位置データ（ｘ１）を含んで発信される。これと同様に、ＰＲＮ番号１７５、１７６の符合パターンで符号化された位置情報信号ＰＳ４、ＰＳ５は、同じ緯度を表す位置データ（ｙ１）を含んで発信される。さらに、ＰＲＮ番号１７５、１７６の符合パターンで符号化された位置情報信号ＰＳ６、ＰＳ７は、同じ高度を表す位置データ（ｚ１）を含んで発信される。

発信されたこれらの位置情報信号は、それぞれ異なるＰＲＮ番号に応じて、つまり、異なる符号パターンによって符号化されているので、信号間の干渉は発生しない。したがって、携帯端末３は、前記したマルチパスフェージングなどの影響などがなければ、これら６つの位置情報信号ＰＳ２〜ＰＳ７をすべて受信することになる。

図４は、図１に示した位置情報発信機２の機能的な構成を示すブロック図である。図４に示すように、位置情報発信機２は、アンテナ２０と、データ生成部２１と、クロック部２２と、操作部２３と、表示部２４と、通信Ｉ／Ｆ（Interface）部２５と、電源部２６と、無線発信部（１）２７１と、無線発信部（２）２７２から無線発信部（６）２７６とを含んで構成されている。

クロック部２２は、データ生成部２１を動作させるためのクロック信号（例えば２０ＭＨｚ）を生成する。操作部２３は、位置情報発信機２に対して操作入力を行うためのユーザインタフェースであり、例えば、操作ボタンやスイッチである。表示部２４は、位置情報発信機２の操作入力や動作状態の確認などに必要な、各種情報を表示するためのユーザインタフェースであり、例えば、液晶モニタやＬＥＤ（Light Emitting Diode）である
通信Ｉ／Ｆ部２５は、位置情報発信機２を他のコンピュータ等の外部装置に接続するための通信インタフェースである。通信Ｉ／Ｆ部２５は、例えば、ＲＳ−２３２Ｃ、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）、オープンコレクタ（Open Collector）、ＴＴＬ（Transistor-Transistor Logic）、パラレルＩ／Ｆ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）である。この通信Ｉ／Ｆ部２５を介して接続される不図示のコンピュータによって、位置情報テーブル２１４へのデータの登録や保守が行われる。電源部２６は、位置情報発信機２の各部に駆動電力を供給する。

データ生成部２１は、ＣＰＵ２１１と、記憶部２１２とを含んで構成され、記憶部２１２には、ＣＰＵ２１１が不図示のメモリにロードして実行することによって、後記する位置情報発信機能を具現化する位置情報発信プログラム２１３と、あらかじめ管理者等によって設定された位置情報テーブル２１４とが格納されている。

図５は、位置情報テーブル２１４のデータ構成例を示す図である。図５に示すように、位置情報テーブル２１４には、位置情報８００と、無線送信部８０１と、ＰＲＮ番号８０２とが対応付けて記憶されている。たとえば、データ列８０３には位置情報（ｘ１）と無線送信部（１）とＰＲＮ番号１７３番とが紐づけられて格納され、データ列８０４には、位置情報（ｘ１）と位置情報（ｘ１）と無線送信部（１）とＰＲＮ番号１７４番とが紐づけられて格納され、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１）についても、これと同様に、無線送信部８０１と、ＰＲＮ番号８０２とに対応付けて位置情報テーブル２１４に格納されている。なお、位置情報（ｘ１）、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１）は、位置情報発信機２が設置された位置を示す座標であり、管理者等によってあらかじめ設定されている情報である。

続いて、図４に戻り、無線発信部（１）２７１について説明する。図４に示すように、無線発信部（１）２７１は、送信ビット列記憶部２８１と、変調用クロック生成部２８２と、送信タイミング制御部２８３と、搬送波生成部２８４とを含んで構成されている。なお、以下では、無線発信部（１）２７１についてのみ説明しているが、無線発信部（２）２７２から無線発信部（６）２７６についても、これと同様の構成を備えているものとする。

送信ビット列記憶部２８１は、データ生成部２１が生成した送信ビット列（後述）を記憶する。変調用クロック生成部２８２は、ＢＰＳＫ変調部２８４が送信ビット列を変調するための周波数のクロックを生成する。ＢＰＳＫ変調部２８４は、データ生成部２１が送信ビット列を生成した場合に、変調用クロック生成部２８２が生成したクロック周波数に従って、その送信ビット列をＢＰＳＫ変調し、ＢＰＳＫ変調した送信ビット列を混成器２８５に出力する。

送信タイミング部２８３は、混成器２８５がＢＰＳＫ変調された送信ビット列を発信するタイミング（発信間隔）を制御する。具体的には、送信タイミング部２８３は、後述するように、混成器２８５が、位置情報信号をアンテナ２０を介して送信すると、あらかじめ定められた時間が経過した（例えば、３秒後が経過した）か否かを判定し、あらかじめ定められた時間が経過したと判定した場合に、再び混成器２８５に位置情報信号を送信させる。このように、送信タイミング部２８３は、混成器２８５が異なる周期で繰り返し位置情報信号を送信させるように、そのタイミングを制御している。

本実施の形態においては、送信タイミング部２８３は、無線信号発信部（１）２７１〜無線信号発信部（１）２７６にそれぞれ設けられているが、これらを１つにまとめて、それぞれの位置情報信号を送信するタイミングを制御することとしてもよい。例えば、そのような送信タイミング部２８３が、混成器２８５が無線信号発信部（１）２７１から出力された送信ビット列を変調した位置情報信号を、例えば、１秒ごとの周期で順次送信するように制御するとともに、無線信号発信部（２）２７２から出力された送信ビット列を変調した位置情報信号を、例えば、２秒ごとの周期で順次送信するように制御することとしてもよい。このように、送信タイミング部２８３は、複数の位置情報信号を異なる周期で送信するように混成器２８５を制御している。

また、送信タイミング部２８３が位置情報信号を送信させるタイミングを決定する方法については、例えば、位置情報信号を構成するフレーム２００やフレーム２０５の数やビット数、１フレームあたりの送信時間、あるいは同じ座標の無線発信部の数（例えば、本実施の形態においては、位置情報（ｘ１）に対して無線発信部（１）２７１と無線発信部（２）２７２の２つの無線発信部があるため、その数は２である）と、その送信時間を乗じた時間を１周期として、位置情報信号を送信するタイミングとして決定することとしてもよい。このような送信タイミングは、あらかじめ管理者等によって定められているものとする。

混成器２８５は、無線発信部（１）２７１〜無線発信部（６）２７６から出力されたＢＰＳＫ変調したそれぞれの送信ビット列から位置情報信号を生成し、生成した位置情報信号を、アンテナ２０を介して送信する。

なお、本実施の形態においては、混成器２８５は、無線発信部（１）２７１〜無線発信部（６）２７６のそれぞれの送信タイミング部２８３等からの指示に応じて、位置情報信号を所定の間隔で順次送信することとしている。しかし、混成器２８５が、各無線発信部でＢＰＳＫ変調された送信ビット列を受け取った場合に、例えば、位置情報発信機２の各座標の送信ビット列を受け取ったか否かを判定し、各座標の送信ビット列を受け取ったと判定した場合に、位置情報（ｘ１）、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１）のそれぞれについて位置情報信号を生成し、これらを同期させて送信（同じタイミングで送信）することとしてもよい。このように、位置情報発信機２の各座標についての位置情報を同期させて（連動させて）送信することによって、携帯端末３が位置情報信号を受信してアプリケーションに位置情報を出力する場合の処理を軽減することができる。

続いて、データ生成部２１１によって実行される位置情報発信プログラム２１３において、位置情報（ｘ１）を送信する場合の処理（位置情報送信処理）について説明する。図６は、位置情報送信処理の処理手順を示すフローチャートである。

なお、以下の説明において、符号の前に付した「Ｓ」の文字はステップを意味し、位置情報発信機２は、不図示の電源スイッチ等から電源を投入するためのＯＮ信号を受け、電源部２６が位置情報発信機２の各部に駆動電力が供給された状態にあるものとする。また、以下では、位置情報（ｘ１）についての処理手順のみを示しているが、他の位置情報（例えば、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１）等）についても、これと同様の処理を行うものとする。

図６に示すように、データ生成部２１１は、電源部２６から駆動電力が供給されると、まず、位置情報テーブル２１４から位置情報信号に含ませる位置情報（ｘ１）を取得する（Ｓ６０１）。次に、データ生成部２１１は、取得した位置情報を含むペイロード（１）２０３やメッセージタイプ２０２等を含んだ位置情報メッセージを生成し（Ｓ６０２）、生成した位置情報メッセージをサブフレームに格納する（Ｓ６０３）。

次に、データ生成部２１１は、位置情報メッセージを格納したサブフレームから成る航法メッセージを、位置情報テーブル２１４に登録されているそれぞれのＰＲＮ番号に該当する符号パターンによってスペクトラム拡散して送信すべきそれぞれの送信ビット列を生成し（Ｓ６０４）、生成した送信ビット列をそれぞれの無線発信部２７１の送信ビット列記憶部２８１に格納し（Ｓ６０５）、無線発信部２７１のＢＰＳＫ変調部２８４を起動させる（Ｓ６０６）。

そして、データ生成部２１１は、他に、位置情報テーブル２１４を参照して位置情報（ｘ１）に対応した無線発信部２７１があるか否かを判定し（Ｓ６０７）、位置情報（ｘ１）に対応した無線発信部２７１があると判定した場合（Ｓ６０７；Ｙｅｓ）、一定期間スリープしたのち（Ｓ６０８）、Ｓ９１６に戻る。一方、データ生成部２１１は、位置情報（ｘ１）に対応した無線発信部２７１がないと判定した場合（Ｓ６０７；Ｎｏ）、処理を終了させる。このＳ６０７の処理が終了すると、図６に示した位置情報送信処理の全ての処理が終了する。

これにより、それぞれの無線発信部（１）２７１から無線発信部（６）２７６は、送信ビット列記憶部２８１に格納された送信ビット列を出力し、混成器２８５は、その送信ビット列から生成された送信ビットストリーム信号によって位相変調された搬送波によって、アンテナ３０から、異なるＰＲＮ番号を使って符号化された同一の位置情報（ｘ１）を含む位置情報信号を、所定の周期で繰り返し発信する。上述したように、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１）の場合も同様の処理が行われる。続いて、携帯端末３について説明する。

図７は、位置情報発信機２から発信される位置情報信号を受信して測位を行う携帯端末３の機能ブロック図である。図７に示すように、携帯端末３は、ベースバンド処理部３１と、無線受信部３２と、操作部３３と、表示部３４と、通信Ｉ／Ｆ部３５と、クロック部３７と、電源部３８とを含んで構成されている。上述したように、携帯端末３は、例えば、ＧＰＳ受信装置やＧＰＳ測位機能が搭載された携帯電話機などの携帯端末である。

ベースバンド処理部３１は、ＣＰＵ３１１と、記憶部３１２とを含んで構成されている。ＣＰＵ３１１は、不図示のメモリに、記憶部３１２に格納されている各種プログラムをロードして実行することによって、携帯端末３の種々の機能を具現化する。ベースバンド処理部３１が行う具体的な処理については、図８を用いて後述する。

記憶部３１２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。記憶部３１２には、ベースバンド処理部３１に、携帯端末３の動作モードを設定する動作モード設定機能を実行させるための動作モード設定プログラム３１３、自機の現在位置を取得する測位処理機能を実行させるための測位処理プログラム３１４、自機の現在位置を補正する補正処理機能を実行させるための位置補正プログラム３１５が格納されている。

無線受信部３２は、電界強度測定部３０６と、相関部３２１と、Ａ／Ｄ変換部３２２と、復調部３２３と、アンテナ３０９とを含んで構成されている。

電界強度測定部３０６は、例えば、ＣＮｏ（搬送波電力対ノイズ比）回路によって構成され、受信した無線信号の電界強度を示す信号をベースバンド処理部３１に入力する。具体的には、電界強度測定部３０６は、位置情報発信機２から発信された位置情報信号をアンテナ３０９が受信したか否かを判定する。また、電界強度測定部３０６は、後述するように、ベースバンド処理部３１が、位置情報信号からメッセージタイプを取得すると、取得した位置情報信号の電界強度を測定し、測定した値を、位置情報信号に含まれる位置情報（例えば、位置情報（ｘ１）、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１））に対応付けて記憶部３１２に記憶させる。

復調部３２３は、クロック部３７から入力されるクロック信号によって、位置情報発信機２から発信され、アンテナ３０９で捕捉した搬送波のアナログ信号形式の位置情報信号を復調（ＢＰＳＫ復調）した信号（以下、「受信信号」と称する。）を生成し、生成した受信信号をＡ／Ｄ変換部３２２に入力する。Ａ／Ｄ変換部３２２は、復調部３２３から入力される受信信号をデジタル信号（受信ビットストリーム信号）に変換する。

相関部３２１は、並列動作可能（異なるＰＲＮ番号に対応する複数のチャンネルを同時にトラッキング可能）な不図示の複数の相関器を備える。各相関器は、管理者や利用者等によって、それぞれが復調するチャンネル即ちＰＲＮ番号を個別に設定し、その設定を記憶するメモリ等の記憶媒体（不図示）を、その内部に有している。各相関器は、Ａ／Ｄ変換部３２２から入力される受信ビットストリーム信号をレプリカパターン（ＰＲＮ番号から生成された復号のための符号パターン）によって復号し、復号後の位置情報信号（デジタルデータ）をベースバンド処理部３１に出力する。

クロック部３０７は、ＣＰＵ３１１を動作させるためのクロック信号、復調部３２３の復調動作に必要なクロック信号（例えば１．０２４ＭＨｚ）を生成する。クロック部３０７は、例えばＴＣＸＯ（温度保証型水晶発振器）等の発振器を含む。又、電源部３０８は、携帯端末３の各部に駆動電力を供給する。

操作部３０３は、携帯端末３に対して操作入力を行うためのユーザインタフェースであり、操作ボタンや操作ダイヤル等である。表示部３０４は、各種の情報を表示するユーザインタフェースであり、例えば、液晶モニタや有機ＥＬパネル等である。通信Ｉ／Ｆ部３０５は、携帯端末３を外部装置に接続するための通信インタフェースであり、例えば、ＲＳ−２３２Ｃ、ＵＡＲＴ、オープンコレクタ、ＴＴＬ、パラレルＩ／Ｆ、ＵＳＢ等である。

続いて、携帯端末３において位置情報信号から位置情報を取得するための処理（位置情報取得処理）について説明する。図８は、位置情報取得処理の処理手順を示すフローチャートである。

なお、以下では、位置情報信号として、携帯端末３が位置情報発信機２からＰＲＮ番号が１７３に対応した位置情報信号、すなわち位置情報（ｘ１）を含む位置情報信号を受信した場合の処理手順について説明しているが、他の位置情報を含む位置情報信号を受信した場合についても、位置情報発信機２が所定の周期で発信した位置情報信号を受信する毎に、これと同様の処理を行うものとする。

図８に示すように、まず、携帯端末３は、無線受信部３２の電解高度測定部３０６が、アンテナ３０９が位置情報発信機２からの位置情報信号を受信したか否かを判定し（Ｓ８０１）、位置情報信号を受信していないと判定した場合（Ｓ８０１；Ｎｏ）、そのまま待機する。

一方、電解高度測定部３０６が、アンテナ３０９が位置情報発信機２からの位置情報信号を受信したと判定した場合（Ｓ８０１；Ｙｅｓ）、相関部３２１は、受信された位置情報信号を復号してベースバンド処理部３１の記憶部３１２に出力する（Ｓ８０２）。そして、ベースバンド処理部３１は、復号された位置情報信号にプリアンブル２０１があるか否かを判定し（Ｓ８０３）、受信された位置情報信号にプリアンブル２０１がないと判定した場合（Ｓ８０３；Ｎｏ）、そのまま待機する。

一方、ベースバンド処理部３１は、復号された位置情報信号にプリアンブル２０１があると判定した場合（Ｓ８０３；Ｙｅｓ）、さらに、そのプリアンブル２０１と同じサブフレームに含まれるパリティ２０４を参照し、位置情報信号のビットエラーの有無をチェック（パリティチェック）し（Ｓ８０４）、位置情報信号のビットエラーがある（パリティチェックがＯＫではない）と判定した場合（Ｓ８０４；Ｎｏ）、ステップＳ８０３に戻ってそのまま待機する。

一方、ベースバンド処理部３１は、位置情報信号のビットエラーがない（パリティチェックがＯＫである）と判定した場合（Ｓ８０４；Ｙｅｓ）、位置情報信号の中からメッセージタイプを取得する（Ｓ８０５）。

そして、ベースバンド処理部３１が位置情報信号の中からメッセージタイプを取得すると、電界強度測定部３０６は、そのメッセージタイプを含む位置情報信号の電界強度を測定し（Ｓ８０６）、ベースバンド処理部３１は、測定された電界強度と、その位置情報信号に含まれる位置情報（例えば、位置情報（ｘ））とを対応付けて記憶部３１２に記憶する（Ｓ８０７）。このＳ８０７の処理が終了すると、図８に示した位置情報取得処理の全ての処理が終了する。

ベースバンド処理部３１は、上述した位置情報取得処理を行うと、あらかじめ定められたタイミングで（例えば、１秒ごとに）、携帯端末３が最も近い位置情報発信機２を特定するための位置情報特定処理を行う。

図９は、位置情報特定処理の処理手順を示すフローチャートである。図９に示すように、まず、ベースバンド処理部３１は、記憶部３１２に位置情報（ｘ１）、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１）が格納されているか否かを判定し（Ｓ９０１）、記憶部３１２に位置情報（ｘ１）、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１）が格納されていないと判定した場合（Ｓ９０１；Ｎｏ）、そのまま待機する。

一方、ベースバンド処理部３１は、記憶部３１２に位置情報（ｘ１）、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１）が格納されていると判定した場合（Ｓ９０１；Ｙｅｓ）、さらに、位置情報（ｘ１）、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１）とは異なる位置情報（ｘｎ）、位置情報（ｙｎ）、位置情報（ｚｎ）が記憶部３１２に格納されているか否かを判定する（Ｓ９０２）。

そして、ベースバンド処理部３１は、異なる位置情報（ｘｎ）、位置情報（ｙｎ）、位置情報（ｚｎ）が記憶部３１２に格納されていると判定した場合（Ｓ９０２；Ｙｅｓ）、電界強度が大きい位置情報を、現在地としてアプリケーション（不図示）に出力する（Ｓ９０３）。

一方、ベースバンド処理部３１は、異なる位置情報（ｘｎ）、位置情報（ｙｎ）、位置情報（ｚｎ）が記憶部３１２に格納されていないと判定した場合（Ｓ９０２；Ｎｏ）、記憶部３１２に格納された位置情報（ｘ１）、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１）を、現在地としてアプリケーションに出力する（Ｓ９０４）。ベースバンド処理部３１がこれらの情報を出力するタイミングは、無線受信部３２がこれらの情報を受信し、その後、記憶部３１２に位置情報（ｘ１）、位置情報（ｙ１）、位置情報（ｚ１）が格納される都度、順次行われる。そして、このＳ９０３またはＳ９０４の処理が終了すると、図９に示した位置情報特定処理の全ての処理が終了する。ベースバンド処理部３１が、携帯端末３が受信した位置情報信号のうち、電界強度が大きい位置情報信号の位置情報をアプリケーションに出力するので、利用者は適切に位置を測位することができる。

このように、現在地を特定するための位置情報信号を発信する位置情報発信機２と、位置情報信号を受信する携帯端末３とを有する位置測位システム１０００において、記憶部２１２（位置情報テーブル２１４）が、位置情報発信機２は、現在地の緯度を示す複数の位置情報（ｘ１）と現在地の経度を示す複数の位置情報（ｙ２）とを記憶し、混成器２８５が、記憶部２１２に記憶された位置情報（ｘ１）を含む無線信号である第１の位置情報信号と前記位置情報（ｙ２）を含む無線信号である第２の位置情報信号とを生成し、生成した前記第１の位置情報信号と前記第２の位置情報信号とを発信し、無線発信部（１）（送信タイミング部２８３）が、第１の位置情報信号を異なる周期で繰り返し発信し、第２の位置情報信号を異なる周期で繰り返し発信するように、混成器２８５を制御し、携帯端末３は、無線受信部３２が、位置情報発信機２から、第１の位置情報信号を異なる周期で繰り返し受信し、第２の位置情報信号を異なる周期で繰り返し受信し、相関部３２１が、無線受信部３２が異なる周期で繰り返し受信した第１の位置情報信号および第２の位置情報信号を順次復号し、ベースバンド処理部３１が、相関部３２１が復号した第１の位置情報信号と第２の位置情報信号を順次出力するので、移動する状況においても、適切に位置を測位することができる。例えば、屋外、屋内の双方で現在位置を取得する測位システムによって利用者が位置を測位する場合において、位置情報発信機２が設置された屋内において携帯端末３を保持しながら歩行速度程度で移動する場合に生じるマルチパス・フェージングの問題を克服し、歩行速度程度では移動しながらでも、位置の測位が可能となる。

図１０は、マルチパス・フェージングが生じた場合において、移動する携帯端末３が位置情報信号を受信する場合のイメージ図である。図１０に示すように、位置情報発信機２からは、位置情報（ｘ１）を含む位置情報信号ＰＳ２およびＰＳ３が、所定の周期だけずらして、順次発信されているため、マルチパス・フェージングが生じているタイミングで位置情報信号（図１０に示す例では、位置情報信号ＰＳ２）が発信され、携帯端末３が、その位置情報信号を受信できない場合であっても、所定の周期だけずれたタイミングで位置情報信号（図１０に示す例では、位置情報信号ＰＳ３）が発信され、その位置情報信号を受信するので、マルチパス・フェージングが生じている場合であっても、適切に位置の測位が可能となる。例えば、各々の位置情報は、１つまたは２つのフレーム分、データ量にして３０ビットまたは６０ビット程度、時間にして０．６秒から１．２秒に短縮することができるため、バースト的なビットエラーが発生しても、フレームが小さいため、次のフレームを比較的早くに受信することが可能である。

なお、マルチパス・フェージングの影響を回避するためには、同一の位置情報発信機２から送信される位置情報信号の数は、たとえば、位置情報として３次元必要とするのであれば、各座標の位置情報（ｘｎ）、位置情報（ｙｎ）、位置情報（ｚｎ）の数をそれぞれ倍の数として６つ以上の位置情報を送信する方が、より好ましい。また、その６つ以上の位置情報信号は、マルチパス・フェージングの影響が送信アンテナと受信アンテナの位置に関係するため、６つ以上の位置情報信号を混成器により混成し同一のアンテナから送信するのが好ましいが、複数のアンテナに分割してもよい。

なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１０００ 位置測位システム
１ 人工衛星
２ 位置情報発信機
４ 構造物
２００ フレーム１
２０１ プリアンブル
２０２ メッセージタイプ
２０３ ペイロード（１）
２０４ パリティ
２０５ フレーム２
２０５ カウンタ
２０６ ペイロード（２）
２０７ パリティ
３０ アンテナ（位置情報発信機）
ＰＳ１〜ＰＳ７ 位置情報信号
２１ データ生成部
２１１ ＣＰＵ（位置情報発信機）
２１２ 記憶部
２１３ 位置情報発信プログラム
２１４ 位置情報テーブル
２１５ 位置情報メッセージ
２２ クロック部（位置情報発信機）
２３ 操作部
２４ 表示部
２５ 通信Ｉ／Ｆ部（位置情報発信機）
２６ 電源部（位置情報発信機）
２７１〜２７６ 無線発信部（１）〜（６）
２８１ 送信ビット列記憶部
２８２ 変調用クロック生成部
２８３ 送信タイミング制御部
２８４ ＢＰＳＫ変調部
２８５ 混成器
３ 携帯端末（携帯通信端末）
３１ ベースバンド処理部
３１１ ＣＰＵ（携帯端末）
３１２ 記憶部（携帯端末）
３２ 無線受信部
３０６ 電界強度測定部
３１３ 動作モード設定プログラム
３１４ 測位処理プログラム
３１５ 位置補正プログラム
３２１ 相関部
３２２ Ａ／Ｄ変換部
３２３ 復調部
３０３ 操作部（携帯端末）
３０４ 表示部（携帯端末）
３０５ 通信Ｉ／Ｆ部（携帯端末）
３０７ クロック部（携帯端末）
３０８ 電源部（携帯端末）
３０９ アンテナ（携帯端末）。

Claims (14)

1. 位置情報を発信する位置情報発信機であって、
   特定地の位置情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された前記位置情報を含む位置情報信号を生成し、無線発信する無線発信部と、
   前記無線発信部が、同一種類の前記位置情報を含む複数の前記位置情報信号を、それぞれ異なる周期で発信するように、前記無線発信部を制御するタイミング制御部と、
   を備えることを特徴とする位置情報発信機。
2. 請求項１に記載の位置情報発信機であって、
   前記記憶部は、前記特定地に係る複数種類の前記位置情報を記憶し、
   前記無線発信部から発信される前記複数の位置情報信号は、いずれかの種類の前記位置情報を含む位置情報信号を、それぞれの種類ごとに複数含む、
   ことを特徴とする位置情報発信機。
3. 請求項２に記載の位置情報発信機であって、
   前記特定地に係る前記複数種類の前記位置情報は、前記特定地の位置を表す緯度情報および経度情報を含む、
   ことを特徴とする位置情報発信機。
4. 請求項１〜３のいずれか一に記載の位置情報発信機であって、
   前記タイミング制御部は、前記位置情報のそれぞれに対応して複数設けられ、
   前記無線発信部は、複数設けられたそれぞれの前記タイミング制御部からの指示に応じて、前記位置情報信号を生成し、無線発信する、
   ことを特徴とする位置情報発信機。
5. 請求項４に記載の位置情報発信機であって、
   前記無線発信部は、生成した前記位置情報信号を同じタイミングで送信する、
   ことを特徴とする位置情報発信機。
6. 請求項１〜５のいずれか一に記載の位置情報発信機であって、
   前記記憶部は、前記位置情報を、１または複数のフレームから構成される航法メッセージとして記憶し、
   前記記憶部に記憶された前記航法メッセージを、所定の符号パターンによってスペクトラム拡散したビットデータを生成し、生成した前記ビットデータを前記無線発信部に出力する生成部をさらに備え、
   前記無線発信部は、前記生成部によって生成された前記ビットデータを含む前記位置情報信号を無線発信する、
   ことを特徴とする位置情報発信機。
7. 請求項６に記載の位置情報発信機であって、
   前記タイミング制御部は、前記位置情報信号を構成する前記フレームの送信時間と、複数設けられた前記タイミング制御部の数とに基づいて、前記位置情報信号をそれぞれ異なる周期で発信するように、前記無線発信部を制御するタイミングを決定する、
   ことを特徴とする位置情報発信機。
8. 請求項１〜７のいずれか一に記載の位置情報発信機であって、
   前記無線発信部は、複数の前記タイミング制御部に対して１つ設けられ、それぞれの前記位置情報信号を１つのアンテナから送信する、
   ことを特徴とする位置情報発信機。
9. 請求項６、７に記載の位置情報発信機であって、
   前記生成部が生成する前記航法メッセージは、人工衛星から送信される測位のための無線信号である衛星測位信号と互換性を有する、
   ことを特徴とする位置情報発信機。
10. 請求項３〜９のいずれか一に記載の位置情報発信機であって、
    前記記憶部は、前記特定地の高さを示す位置情報をさらに記憶し、
    前記無線発信部は、さらに前記特定地の高さを示す位置情報を含む位置情報信号を生成し、生成した前記特定地の高さを示す位置情報を含む位置情報信号と前記位置情報信号とを無線発信し、
    前記タイミング制御部は、これらの位置情報信号をそれぞれ異なる周期で発信するように、前記無線発信部を制御する、
    ことを特徴とする位置情報発信機。
11. 位置情報を受信する位置情報受信機であって、
    前記位置情報を発信する位置情報発信機から、同一種類の特定地の位置情報を含む複数の位置情報信号を、それぞれ異なる周期で受信する無線受信部と、
    前記無線受信部が異なる周期で受信した前記位置情報信号を順次復号する復号部と、
    前記復号部が復号した前記位置情報信号を順次出力する出力処理部と、
    を備えることを特徴とする位置情報受信機。
12. 請求項１１に記載の位置情報受信機であって、
    前記無線受信部が受信した前記位置情報信号の電界強度を測定する測定部をさらに備え、
    前記出力処理部は、前記無線受信部が異なる周期で前記位置情報信号を受信した場合に、前記測定部が測定した前記位置情報信号の電界強度が大きい位置情報信号を出力する、
    ことを特徴とする位置情報受信機。
13. 請求項１１または１２に記載の位置情報受信機であって、
    前記無線受信部は、前記位置情報発信機から、無線信号として、前記特定地の高さを示す位置情報をさらに異なる周期で受信し、
    前記復号部は、前記特定地の高さを示す位置情報を含む位置情報信号と前記位置情報信号とを順次復号し、
    前記出力処理部は、復号されたこれらの位置情報信号を順次出力する、
    ことを特徴とする位置情報受信機。
14. 位置情報を発信する位置情報発信機と、前記位置情報を受信する位置情報受信機とを有する位置測位システムであって、
    前記位置情報発信機は、
    特定地の位置情報を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記位置情報を含む位置情報信号を生成し、無線発信する無線発信部と、
    前記無線発信部が、同一種類の前記位置情報を含む複数の前記位置情報信号を、それぞれ異なる周期で発信するように、前記無線発信部を制御するタイミング制御部と、を備え、
    前記位置情報受信機は、
    前記位置情報発信機から、同一種類の特定地の位置情報を含む複数の位置情報信号を、それぞれ異なる周期で受信する無線受信部と、
    前記無線受信部が異なる周期で受信した前記位置情報信号を順次復号する復号部と、
    前記復号部が復号した前記位置情報信号を順次出力する出力処理部と、
    を備える、
    ことを特徴とする位置測位システム。

Images