JP5579690B2 - 移動体の向きを特定する方法、及び移動体の向きを特定するシステム - Google Patents

Description

この発明は、移動体の向きを特定する方法、及び移動体の向きを特定するシステムに関し、とくに高精度な位置標定システムを利用して移動体の向いている方向を取得するための技術に関する。

特許文献１には、距離及び角度測定装備を利用して無線通信基地局アンテナを３次元的に測定してアンテナの方位角と傾斜に対する資源情報を自動的に計測できるようにすることを目的として、磁北基準の方位が設定された状態で無線通信基地局アンテナの距離及び角度を測定し、３次元的座標値を算出し、座標値に基づいてアンテナの方位角と傾斜を算出することが記載されている。

特許文献２には、携帯電話機をどこに持ち運んでも、常に正確に真北と携帯電話機画面の向きの関係を知ることができるようにすることを目的として、偏角情報とコンパスが出力する電話機画面の向きを足し合わせ、真北に対する電話機画面の向きの水平成分の角度を求めることが記載されている。

非特許文献１には、基地局に設置した複数のアンテナから歩行者が携帯する携帯端末に無線信号を送信し、各アンテナから送信されてくる無線信号の位相差によって携帯端末とアンテナとの相対位置を求め、求めた相対位置（方向、距離）と基地局の絶対位置とから歩行者の現在位置を取得するようにした位置標定システムが開示されている。

特開２００４−２８６７５２号公報 特開２００６−９４３６８号公報

武内 保憲，河野 公則，河野 実則、" 2.4GHz帯を用いた場所検知システムの開発"、平成17年度 電気・情報関連学会中国支部第56回連合大会

ところで、車両等の移動体の現在位置を監視や安全確保を行うシステムにおいては、移動体が現在向いている方向を取得することで、有用なサービスを実現できることが少なくない。また移動体の道案内を行うシステムにおいては、移動体が現在向いている方向を取得することで、より適切かつ正確な道案内をすることが可能になる。また倉庫や工場等においてロボットや搬送車両等の移動体を誘導する場合には、移動体が現在向いている方向を取得することで、移動体を効率よく適切に誘導することが可能になる。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、移動体の向きを特定する方法、及び移動体の向きを特定するシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一つでは、移動体に移動端末及び複数の移動体側アンテナを設け、前記移動体側アンテナの夫々から前記移動端末の位置を標定するための無線信号である位置標定信号を送信し、基地局に、２つの基地局側アンテナからなる第１のアンテナ対と、他の２つの基地局側アンテナからなる第２のアンテナ対とを、前記第１のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差と前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差とが一致するように設け、前記基地局に、前記第１のアンテナ対の各基地局アンテナ又は前記第２のアンテナ対の各基地局アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき前記移動端末が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記移動端末の位置を求める、位置標定システムを設け、前記基地局が、前記第１のアンテナ対により前記移動体側アンテナから送られてくる前記位置標定信号を受信し、前記第１のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθ１を測定し、前記第２のアンテナ対により前記移動体側アンテナから送られてくる前記位置標定信号を受信し、前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθ２を測定し、測定した前記位相差Δθ１と前記位相差Δθ２とに基づき、前記移動体側アンテナの夫々から送られてくる前記位置標定信号が直接波であるか否かを判定し、前記移動体に設定された基準軸である機軸と前記移動体側アンテナの夫々とがなす角であるアンテナ取付角を記憶し、前記移動端末は、前記位置標定信号とともに当該位置標定信号を送信した前記移動体側アンテナを特定する情報であるアンテナＩＤを送信し、前記基地局が、直接波であると判定した前記位置標定信号に基づき、前記移動体の位置を標定し、前記標定の結果と、直接波であると判定した前記位置標定信号とともに受信した前記アンテナＩＤと、前記アンテナ取付角とに基づき、前記移動体の向きを特定するようにする。

本発明によれば、位置標定の仕組みを利用して、移動体の向きを特定することができる。また位置標定に際して位置標定信号が直接波であるか否かを判定する仕組みを利用して移動体の複数の移動体側アンテナのうち直接波を送信しているアンテナを特定するので、受信した位置標定信号が直接波か否かを判定する仕組みを備えている場合には、基地局及び移動端末に特別な仕組みを設けることなく、移動体の向きを取得する仕組みを実現することができる。

本発明のうちの他の一つは、上記方法であって、前記基地局は、前記移動体の位置を、前記位相差Δθ２の測定結果が前記位相差Δθ１の測定結果に対して符号が反転する測定基準を用いて前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２を測定し、測定した前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２の夫々に含まれている誤差を相殺すべく、前記位相差Δθ１と前記位相差Δθ２との差を取ることにより求め、前記移動体側アンテナから受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かの前記判定は、前記位相差Δθ２の測定結果が前記位相差Δθ１の測定結果と符号が一致する測定基準を用いて前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２を測定し、これにより測定された前記位相差Δθ１と前記位相差Δθ２との差を取ることにより行う。

本発明のうちの他の一つは、上記方法であって、前記基地局は、前記移動体側アンテナから受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かの前記判定を、前記差が０であるか否か、或いは少なくとも予め設定された基準値以下であるか否かに基づき行う。

このように位相差Δθ２の測定結果が位相差Δθ１の測定結果と符号が一致する測定基準を用いて位相差Δθ１及び位相差Δθ２を測定し、測定された位相差Δθ１と位相差Δθ２との差を取ることにより、位相差Δθ１及び位相差Δθ２の夫々に含まれている誤差が相殺され、移動体アンテナから受信した位置標定信号が直接波でない場合は間接波の影響による成分のみが残る。このため、本発明によれば、移動体アンテナから受信した位置標定信号が直接波であるか否かを上記差に基づき確実に判定することができる。

また本発明によれば、移動体アンテナから受信した位置標定信号が直接波であるか否かの判定を、位相差Δθ１の測定誤差と位相差Δθ２の測定誤差とを相殺すべく設けられた第１のアンテナ対と第２のアンテナ対を用いて行うことができる。このため、位置標定を行うための基本的な装置構成に対して特別な構成を設けることなく、直接波であるか否かを判定する仕組みを容易に実現することができる。

本発明のうちの他の一つは、上記方法であって、前記基地局は、前記移動体の位置を、前記位相差Δθ２の測定結果が前記位相差Δθ１の測定結果に対して符号が反転する測定基準を用いて前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２を測定し、測定した前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２の夫々に含まれている誤差を相殺すべく、前記位相差Δθ１と前記位相差Δθ２との差を取ることにより求め、前記移動体側アンテナから受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かの前記判定を、測定した前記位相差Δθ１と前記位相差Δθ２との和を取ることにより行う。

本発明のうちの他の一つは、上記方法であって、前記基地局は、前記移動体側アンテナから受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かの前記判定を、前記和と測定した前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２の夫々に含まれている誤差の和とを比較することにより行う。

このように位相差Δθ２の測定結果が位相差Δθ１の測定結果と符号が反転する測定基準を用いて位相差Δθ１及び位相差Δθ２を測定し、測定した位相差Δθ１と位相差Δθ２との和を取ることにより、位相差Δθ１及び位相差Δθ２の夫々に含まれている誤差と間接波の影響による成分との総和を抽出することができる。ここで移動体側アンテナから受信した位置標定信号が直接波である場合は、上記総和のうち間接波の影響による成分は０あるいは少なくとも予め設定された基準値以下となり、測定した位相差Δθ１と位相差Δθ２との和は夫々に含まれている誤差の和と一致することとなる。このため、測定した位相差Δθ１と位相差Δθ２との和が夫々に含まれている誤差の和と一致するか否かを調べることにより、移動体側アンテナから受信した位置標定信号が直接波であるか否かを判定することができる。

また本発明によれば、移動体側アンテナから受信した位置標定信号が直接波であるか否かの判定を移動体の位置を求めるために測定した位相差Δθ１及び位相差Δθ２（位相差Δθ１の測定結果に対して符号が反転する測定基準を用いて測定されたΔθ２）を利用して行うことができるので、位置標定と直接波か否かの判定とを一度の測定で済ますことができ、位置標定と直接波か否かの判定にかかる基地局及び移動端末の負荷を低減することができる。

本発明のうちの他の一つでは、移動体に移動端末及び複数の移動体側アンテナを設け、前記移動体側アンテナの夫々から前記移動端末の位置を標定するための無線信号である位置標定信号を送信し、基地局に所定の間隔で隣接させた複数の基地局側アンテナを設け、前記基地局に、複数の前記基地局側アンテナによって前記位置標定信号を受信し、前記基地局側アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差に基づき前記移動端末が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記移動端末の位置を求める、位置標定システムを設け、前記移動端末は、前記位置標定信号とともに当該位置標定信号を送信した前記移動体側アンテナを特定する情報であるアンテナＩＤを送信し、前記基地局が、前記移動体側アンテナから送信されてくる前記位置標定信号の受信電界強度を取得する電界強度取得部を備え、前記移動体に設定された基準軸である機軸と前記移動体側アンテナの夫々とがなす角であるアンテナ取付角を記憶し、前記電界強度取得部により取得される、前記移動体側アンテナの夫々から送信されてくる前記位置標定信号の受信電界強度を比較することにより、直接波を送信している前記移動体側アンテナを特定し、直接波であると判定した前記位置標定信号に基づき、前記移動体の位置を標定し、前記標定の結果と、直接波であると判定した前記位置標定信号とともに受信した前記アンテナＩＤと、前記アンテナ取付角とに基づき、前記移動体の向きを特定するようにする。

本発明によれば、屋外のように間接波の影響が無視できるような環境においても、移動体の現在の機軸方向を取得することができる。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、移動体の向いている方向を取得することができる。

位置標定システム１の概略的な構成を示す図である。 サーバ装置１０を構成している主なハードウエアを説明する図である。 サーバ装置１０の主な機能を説明する図である。 移動端末３０を構成している主なハードウエアを説明する図である。 移動端末３０の主な機能を説明する図である。 基地局２０を構成している主なハードウエアを説明する図である。 基地局２０の主な機能を説明する図である。 位置標定信号８００を説明する図である。 基地局２０と移動端末３０の位置関係を示す図である。 アンテナ２５と移動端末３０の位置関係を説明する図である。 基地局２０と移動端末３０の位置関係を説明する図である。 アンテナ３４の構成を簡略化して示した平面図である。 アンテナ３４の構成を図１２に示すＡ−Ａ’線で切断して示した断面図である。 移動体３へのアンテナ３４の搭載例を示す図である。 基地局２０、移動体３、移動体３の機軸方向、アンテナ３４のビーム方向、４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの指向角の関係を説明する図である。 基地局２０から見た移動体３の存在する方向θｂ、移動体３の現在位置（ｘｍ，ｙｍ）、及びアンテナ３４ｂと機軸方向とがなす角θｄの関係を説明する図である。 機軸方向取得処理Ｓ１７００を説明するフローチャートである。 機軸方向取得処理Ｓ１８００を説明するフローチャートである。 アンテナ構造６０の正面図（平面図）である。 図１９のアンテナ構造６０を同図のＢ−Ｂ’線で切断して−Ｙ方向から＋Ｙ方向に眺めた断面図である。

図１に実施形態として説明する位置標定システム１の概略的な構成を示している。位置標定システム１は、例えば、移動体３（車両や歩行者等）の現在位置を監視するシステム、移動体３の安全確保に関するシステム、移動体３の道案内や目的地までの誘導を行うシステム、移動体３に移動体３の現在地周辺の情報等を提供するシステム、地下街やビル街等での移動体３（人）の避難誘導システム、倉庫や工場等において移動体３（商品や搬送車両等）の流れを管理するシステム、工場等において移動体３（ロボット、搬送車両等）を誘導するシステムなどに適用される。

位置標定システム１は、データセンタなどに設けられるサーバ装置１０、位置標定システム１が適用される地域の各所に設けられる複数の基地局２０、及び移動体３に搭載もしくは携帯される移動端末３０などを含んで構成されている。

基地局２０は、構造物２の所定の高さ位置に設けられる。構造物２は、例えば、位置標定システム１が屋内で用いられる場合は柱や建物の壁等であり、例えば、位置標定システム１が屋外で用いられる場合は電柱や鉄塔等である。

基地局２０及び移動端末３０は、有線もしくは無線（電磁波を用いた通信等）による通信ネットワーク５（専用線、公衆回線、インターネット等）を介してサーバ装置１０と通信可能に接続している。

図２にサーバ装置１０を構成している主なハードウエアを示している。同図に示すように、サーバ装置１０は、ＣＰＵやＭＰＵなどを用いて構成される中央処理装置１１、半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）やハードディスク装置などの記憶装置１２、キーボードやマウスなどの入力装置１３、液晶ディスプレイなどの表示装置１４、サーバ装置１０を通信ネットワーク５に接続するための通信インタフェース１５などを備える。これらの各構成要素はバス１８を介して通信可能に接続されている。

サーバ装置１０は、例えば、移動体３の現在位置の把握、管理、追跡等を支援する機能などを備えている。上記表示装置１４には、例えば、移動体３の現在位置や移動方向などを示す情報がリアルタイムに表示される。

図３にサーバ装置１０の主な機能を示している。同図に示すように、サーバ装置１０は、情報収集部１０１、情報提供部１０２、及び設定情報記憶部１０３を備える。これらの機能は、サーバ装置１０が備えるハードウエアによって、もしくは、サーバ装置１０の中央処理装置１１が記憶装置１２に格納されているプログラムを読み出して実行することによって実現される。

情報収集部１０１は、基地局２０もしくは移動端末３０から、移動端末３０の現在位置、移動体３に設定された移動体に設定された基準軸である機軸が現在向いている方向（以下、機軸方向と称する。）等の情報を随時収集する。

情報提供部１０２は、例えば、移動端末３０や基地局２０に対して、道案内情報、目的地までの誘導情報、現在位置周辺の地理情報、移動体３の現在位置、移動方向、移動体３の機軸方向等の監視情報、移動体３の安全確保に関する情報などの各種の情報を提供する。設定情報記憶部１０３は、例えば、基地局２０の設置位置を示す情報（緯度、経度、設置高さ等）などを設定情報として記憶する。

図４に移動体３に搭載される移動端末３０を構成している主なハードウエアを示している。同図に示すように、移動端末３０は、ＣＰＵやＭＰＵなどを用いて構成される中央処理装置３１、半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）やハードディスク装置などで構成される記憶装置３２、後述する位置標定信号８００の送信や他の装置との間での無線通信を行う無線通信インタフェース３３、無線通信インタフェース３３によって行われる上記無線通信に用いられる複数のアンテナ３４ａ〜３４ｄ（移動体側アンテナ）（以下の説明においてこれらをアンテナ３４と総称することがある。）、タッチパネルや操作ボタンなどの入力装置３５、及び液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置３６を備える。各構成要素はバス３８を介して通信可能に接続されている。

アンテナ３４は、円偏波指向性アンテナなどの指向性アンテナである。尚、移動端末３０を壁等の障害物が存在する屋内等で用いる場合には、アンテナ３４として円偏波指向性アンテナを用いることが好ましい。円偏波の反射波（又は定在波）の偏波面は、壁等の障害物で反射した際に反転するが、円偏波指向性アンテナを用いることで反射波や定在波を効果的に減衰させることができる。アンテナ３４は、移動端末３０の筐体と一体に設けられていてもよいし、移動端末３０の筐体とは別体に設けられていてもよい。

図５に移動端末３０が備える主な機能を示している。同図に示すように、移動端末３０は、位置標定信号送信部３０１、情報送受信部３０２、及び情報表示部３０３を備える。これらの機能は、移動端末３０が備えるハードウエアによって、もしくは、移動端末３０の中央処理装置３１が記憶装置３２に格納されているプログラムを読み出して実行することによって実現される。

このうち位置標定信号送信部３０１は、移動端末３０の現在位置の標定に用いられる無線信号（以下、位置標定信号８００と称する。）を生成し、生成した位置標定信号８００を無線通信インタフェース３３から送信する。

情報送受信部３０２は、無線通信インタフェース３３による無線通信や通信ネットワーク５による有線通信によりサーバ装置１０もしくは基地局２０と通信し、移動体３に提供する情報の受信（ダウンロード）や、サーバ装置１０もしくは基地局２０で利用される情報の送信（アップロード）などを行う。情報表示部３０３は、移動体３などに提示する情報を表示装置３６に出力する。

図６に基地局２０を構成している主なハードウエアを示している。同図に示すように、基地局２０は、ＣＰＵやＭＰＵなどを用いて構成される中央処理装置２１、半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）やハードディスク装置などで構成される記憶装置２２、基地局２０を通信ネットワーク５に接続するための通信インタフェース２３、無線通信を行う無線通信インタフェース２４、複数のアンテナ２５ａ〜２５ｄ（基地局側アンテナ）（以下の説明においてこれらをアンテナ２５と総称することがある。）、アンテナ切替スイッチ２６、及び受信電界強度計（以下、ＲＳＳＩ２７（RSSI: Received Signal Strength Indicator）と称する。）を備える。これらの各構成要素は、バス２８を介して通信可能に接続されている。

中央処理装置２１は、記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、基地局２０の様々な機能を実現する。無線通信インタフェース２４は、移動端末３０から送信された位置標定信号８００を受信する。

アンテナ２５は、例えば、円偏波指向性アンテナなどの指向性アンテナである。アンテナ切替スイッチ２６は、複数のアンテナ２５ａ〜２５ｄのうちのいずれかを順次選択してアンテナ２５を無線通信インタフェース２４に接続する。尚、位置標定システム１を壁等の障害物が存在する屋内等で用いる場合には、アンテナ２５として円偏波指向性アンテナを用いることが好ましい。円偏波の反射波（又は定在波）の偏波面は壁等での反射時に反転するので、アンテナ２５として円偏波指向性アンテナを用いることで反射波（又は定在波）を効果的に減衰させることができるからである。

ＲＳＳＩ２７は、基地局２０のアンテナ２５によって受信される位置標定信号８００の受信電界強度を出力する。

図７に基地局２０が備える主な機能を示している。同図に示すように、基地局２０は、通信処理部２０１、位置標定信号受信部２０２、設定情報記憶部２０３、位置標定部２０４、アンテナ取付角記憶部２０５、電界強度取得部２０６、位置標定信号判定部２１１、直接波送信アンテナ特定部２１２、及び機軸方向算出部２１３を備える。尚、これらの機能は、基地局２０が備えるハードウエアによって、もしくは、基地局２０の中央処理装置２１が記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

通信処理部２０１は、無線通信インタフェース２４や通信インタフェース２３によって移動端末３０やサーバ装置１０との間でデータの送信又は受信を行う。

位置標定信号受信部２０２は、無線通信インタフェース２４及びアンテナ切替スイッチ２６を制御して移動端末３０から送信される位置標定信号８００を受信する。

設定情報記憶部２０３は、前述した設定情報（例えば、当該基地局２０の現在位置を示す情報（緯度、経度、設置高さ等））を記憶する。

位置標定部２０４は、位置標定信号受信部２０２が受信した位置標定信号８００に基づき移動端末３０の現在位置を標定する。位置標定部２０４によって行われる位置標定の仕組みについては後述する。尚、位置標定部２０４によって標定された移動端末３０の現在位置は、通信処理部２０１によってサーバ装置１０や移動端末３０に随時送信されて様々な用途に利用される。

アンテナ取付角記憶部２０５は、移動体３の機軸方向と移動端末３０の４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々とがなす角（以下、アンテナ取付角と称する。）を示す情報を記憶する。後述するが、アンテナ取付角は、機軸方向特定部２１３が移動体３の機軸方向を特定する際に用いられる。アンテナ取付角記憶部２０５が記憶するアンテナ取付角は、人手等により基地局２０に予め設定しておくようにしてもよいし、基地局２０が移動端末３０と通信して移動端末３０から取得するようにしてもよい。

電界強度取得部２０６は、移動端末のアンテナ３４から送られてくる位置標定信号８００の受信電界強度をＲＳＳＩ２７から取得する。取得した受信電界強度は、位置標定システム１が、屋外などの間接波の影響を無視することができる環境で用いられる場合に、直接波を送信してきたアンテナ３４を特定する際に用いられる。

位置標定信号判定部２１１は、移動端末３０のアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々から受信される位置標定信号８００が直接波であるか否かを判定する。同図に示すように、位置標定信号判定部２１１は、第１位相差測定部２１１１、第２位相差測定部２１１２、及び直接波判定部２１１３を有する。

第１位相差測定部２１１１は、基地局２０の４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄのうち、第１アンテナ２５ａ及び第２アンテナ２５ｂ（第１アンテナ２５ａと第２アンテナ２５ｂの組を第１のアンテナ対と称する。）により移動端末３０から送られてくる位置標定信号８００を受信し、第１アンテナ２５ａ及び第２アンテナ２５ｂの夫々が受信した位置標定信号８００の位相差Δθ１を測定する。

第２位相差測定部２０５２は、基地局２０の４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄのうち、第３アンテナ２５ｃ及び第４アンテナ２５ｄ（以下、第３アンテナ２５ｃ及び第４アンテナ２５ｄの組を第２のアンテナ対と称する。）により移動端末３０から送られてくる位置標定信号８００を受信し、第３アンテナ２５ｃ及び第４アンテナ２５ｄの夫々が受信した位置標定信号８００の位相差Δθ２を測定する。

尚、第１のアンテナ対と第２のアンテナ対は、第１のアンテナ対の各アンテナ２５（第１アンテナ２５ａ及び第２アンテナ２５ｂ）によって受信される位置標定信号８００の経路差と第２のアンテナ対の各アンテナ２５（第３アンテナ２５ｃ及び第４アンテナ２５ｄ）によって受信される位置標定信号８００の経路差とが一致するように位置決めされて設けられる。

直接波判定部２１１３は、第１位相差測定部２１１１によって測定される位相差Δθ１と、第２位相差測定部２１１２によって測定される位相差Δθ２とを比較することにより、移動端末３０のアンテナ２５から送られてくる位置標定信号８００が直接波であるか否か（マルチパス波や反射波等の間接波でないか否か）を判定する。

直接波送信アンテナ特定部２１２は、位置標定信号判定部２１１の判定結果（移動端末３０の各アンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々から送られてくる位置標定信号８００が直接波であるか否かの判定結果）に基づき、移動端末３０のアンテナ３４ａ〜３４ｄのうち基地局２０に直接波を送信してくるアンテナ３４を特定する。また直接波送信アンテナ特定部２１２は、電界強度取得部２０６によって取得される、移動端末３０の各アンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々から送られてくる位置標定信号８００の受信電界強度に基づき、直接波を送信してくるアンテナ３４を特定する。

機軸方向特定部２１３は、直接波として受信した位置標定信号８００に基づき標定される移動端末３０が存在する方向と、直接波送信アンテナ特定部２１２により特定された結果（位置標定信号８００を直接波を送信してくるアンテナ３４が、アンテナ３４ａ〜３４ｄのうちいずれであるのか）と、アンテナ取付各記憶部２０５が記憶しているアンテナ取付角とに基づき、移動体３の現在の機軸方向を特定する。

＜位置標定の原理＞
次に位置標定システム１による移動端末３０の現在位置の標定原理について説明する。まず前提となる位置標定システム１の基本的な動作として、移動端末３０の位置標定信号送信部３０１は、移動体３の移動速度に対して十分に短い時間間隔で複数のアンテナ３４ａ〜３４ｄを順次切り替えて位置標定信号８００を送信するものとする。また基地局２０の無線通信インタフェース２３は、上記時間間隔よりも十分に短い時間間隔で複数のアンテナ２５ａ〜２５ｄを周期的に切り換えながら、スペクトル拡散された無線信号からなる位置標定信号８００を受信するものとする。

図８に移動端末３０のアンテナ３４ａ〜３４ｄから送信される位置標定信号８００の一例を示している。同図に示すように、位置標定信号８００は、制御信号８１１、測定信号８１２、端末情報８１３、アンテナＩＤ８１４、及びアンテナ取付角８１５の各信号又は各情報を含んでいる。

制御信号８１１には変調波や各種の制御信号が含まれている。測定信号８１２には、数ｍ秒程度の無変調波（例えば、基地局２０に対する移動端末３０の存在する方向や基地局２０に対する移動端末３０までの相対距離の検出に用いる信号（例えば、２０４８チップの拡散符号））が含まれている。端末情報８１３には、移動端末３０を識別する情報(以下、移動端末ＩＤと称する。）が含まれている。

アンテナＩＤ８１４には、当該位置標定信号８００を送信してきた移動端末３０のアンテナ３４を特定する情報である、移動端末３０のアンテナ３４ごとに付与される識別子（以下、アンテナＩＤと称する。）が含まれている。基地局２０は、アンテナ情報８１４を参照することにより、その位置標定信号８００が移動端末３０のいずれのアンテナ３４から送信されたものであるのかを特定する。

アンテナ取付角８１５には、移動端末３０の４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々についての前述したアンテナ取付角が設定される。尚、アンテナ取付角記憶部２０５が当該位置標定信号８００を送信してきた移動端末３０におけるアンテナ取付角を予め記憶している場合には、位置標定信号８００に必ずしもアンテナ取付角が含まれていなくてもよい。

図９に基地局２０と移動端末３０の位置関係を例示している。この例では移動端末３０が地上高ｈ（ｍ）の位置に存在している。また基地局２０が地上高Ｈ（ｍ）の位置に固定されている。基地局２０の直下から移動端末３０までの直線距離はＬ（ｍ）である。

図１０に基地局２０に設けられる複数のアンテナ２５ａ〜２５ｄと移動端末３０との関係を説明している。同図に示すように、４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄは、夫々位置標定信号８００の１波長（例えば、位置標定信号８００として２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合は波長λ＝１２．５ｃｍ）以下の間隔をあけて平面的に略正方形状に等間隔で隣接配置されている。アンテナ２５ａ〜２５ｄはいずれも指向性アンテナ（例えば、円偏波指向性アンテナ）である。尚、これらのアンテナ２５ａ〜２５ｄの指向方向はいずれも斜め下方向に設定されている。

同図において、アンテナ２５の高さ位置における水平方向とアンテナ２５に対する移動端末３０の方向とのなす角をαとすれば、例えば、
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ））
の関係がある。

尚、ΔＬ（ｃｍ）は、アンテナ２５を構成しているアンテナ２５ａ〜２５ｄのうち、特定の２つのアンテナ２５と移動端末３０との間の伝搬路長の差（以下、経路差とも称する。）である。

ここで４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄのうち特定の２つのアンテナ２５で受信される位置標定信号８００の位相差をΔθとすると、
ΔＬ（ｃｍ）＝Δθ／（２π／λ（ｃｍ））
の関係がある。

また位置標定信号８００として２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合には、λ＝１２．５（ｃｍ）であるので、
α＝ａｒｃＳｉｎ（Δθ／π）
の関係がある。ここで測定可能範囲（−π／２＜Δθ＜π／２）内ではα＝Δθ（ラジアン）となるので、上式から基地局２０が存在する方向を特定することができる。

図１１に基地局２０の設置現場における基地局２０と移動端末３０の位置関係を示している。同図に示すように、基地局２０のアンテナ２５の地上高をＨ（ｍ）、移動端末３０の地上高をｈ（ｍ）、基地局２０の直下の地表面の位置を原点として直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を設定した場合における、基地局２０から移動端末３０の方向とＸ軸とがなす角をΔΦ（ｘ）、基地局２０から移動端末３０の方向とＹ軸とがなす角をΔΦ（ｙ）とすれば、原点に対する移動端末３０の位置は次式から求めることができる。
Δｄ（ｘ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ））
Δｄ（ｙ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ））

そして原点の位置を（Ｘ１，Ｙ１）とすれば、移動端末３０の現在位置（Ｘｘ，Ｙｙ）は次式から求めることができる。
Ｘｘ＝Ｘ１＋Δｄ（ｘ）
Ｙｙ＝Ｙ１＋Δｄ（ｙ）

以上に説明した位置標定の方法については、例えば、特開２００４−１８４０７８号公報、特開２００５−３５１８７７号公報、特開２００５−３５１８７８号公報、及び特開２００６−２３２６１号公報等にも詳述されている。

＜位置標定精度の向上＞
以上のようにして行われる位置標定に際しては、基地局２０と移動端末３０の水晶発振器に生じる周波数偏差を要因とする誤差が問題になる。例えば、水晶発振器の周波数安定度が±０．５ｐｐｍであれば基地局２０と移動端末３０との間で最大１ｐｐｍの周波数偏差（２４００Ｈｚ）が生じ、アンテナ切替スイッチ２６の切替周期が３２μｓであれば２４００Ｈｚ×３２μｓ×３６０°＝２７．６５°の位相差（誤差）が生じることになる。そこで本実施形態の位置標定システム１では、この測定誤差を次のような仕組みで相殺するようにしている。

まず前述した第１のアンテナ対の各アンテナ（第１アンテナ２５ａ及び第２アンテナ２５ｂ）が受信する位置標定信号８００の位相差Δθ１（第１アンテナ２５ａを基準として第２アンテナ２５ｂの位相を測定した結果）は、移動端末３０から第１アンテナ２５ａまでの位置標定信号８００の伝搬経路と、移動端末３０から第２アンテナ２５ｂまでの位置標定信号８００の伝搬経路との差（経路差）によって生じる位相差をΔθｔ１とし、測定誤差をＦ１とすれば、次式で表すことができる。
Δθ１＝Δθｔ１＋Ｆ１ ・・・式１

一方、前述した第２のアンテナ対の各アンテナ（第３アンテナ２５ｃ及び第４アンテナ２５ｄ）が受信する位置標定信号８００の位相差Δθ２（第３アンテナ２５ｃを基準として第４アンテナ２５ｄの位相を測定した結果）は、移動端末３０から第３アンテナ２５ｃまでの位置標定信号８００の伝搬経路と、移動端末３０から第４アンテナ２５ｄまでの位置標定信号８００の伝搬経路との差（経路差）によって生じる位相差をΔθｔ２とし、測定誤差をＦ２とすれば、次式で表すことができる。
Δθ２＝−Δθｔ２＋Ｆ２ ・・・式２

続いて式１の両辺から式２の両辺を夫々引けば次式が得られる。
Δθ１−Δθ２＝（Δθｔ１−（−Δθｔ２））＋（Ｆ１−Ｆ２） ・・・式３

ここで前述したように、第１のアンテナ対と第２のアンテナ対は、第１のアンテナ対の各アンテナ２５ａ，２５ｂによって受信される位置標定信号８００の経路差と第２のアンテナ対の各アンテナ２５ｃ，２５ｄによって受信される位置標定信号８００の経路差とが一致するように設けられている。そこでこの経路差に対応する位相差をθｔとすれば、右辺の（Δθｔ１−（−Δθｔ２））の値は２θｔとなる。また誤差Ｆ１，Ｆ２は、第１のアンテナ対の測定時と第２のアンテナ対の測定時で通常はほぼ一致しているので、右辺の（Ｆ１−Ｆ２）の値は限りなく０に近くなる。以上の値を式３に代入して式を変形すると次式が得られる。
θｔ＝（Δθ１−Δθ２）／２ ・・・式４

このように、第１のアンテナ対と第２のアンテナ対の夫々によって位相差を測定することで夫々の測定誤差Ｆ１，Ｆ２を相殺することができる。このため、経路差に基づく位相差θｔを高精度で取得することができ、位置標定の精度を高めることができる。尚、位相を測定する側にＡＧＣ（Automatic Gain Controller）等を設けて周波数偏差を減少させるようにしてもよい。そのようにすれば式３の右辺の（Ｆ１−Ｆ２）の値をさらに０に近づけることができ、位置標定の精度をさらに高めることができる。

＝直接波か否かの判定原理＝
次に移動端末３０のアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々から送られてくる位置標定信号８００が直接波であるか否かを判定する方法について説明する。

＜第１の判定方法＞
まず第１の判定方法について説明する。第１の判定方法では、基地局２０は、第１のアンテナ対の各アンテナによって受信された位置標定信号８００の位相差Δθ１を測定（第１アンテナ２５ａを基準として第２アンテナ２５ｂの位相を測定）し、また第２のアンテナ対の各アンテナによって受信された位置標定信号８００の位相差Δθ２を測定（第４アンテナ２５ｄを基準として第３アンテナ２５ｃの位相を測定）し、測定した位相差Δθ１と位相差Δθ２とに基づき、移動端末３０のアンテナ３４から送られてくる位置標定信号８００が直接波であるか否かの判定を行う。

ここで第１のアンテナ対の各アンテナ（第１アンテナ２５ａ及び第２アンテナ２５ｂ）が受信する位置標定信号８００の位相差Δθ１（第１アンテナ２５ａを基準として第２アンテナ２５ｂの位相を測定した結果）は、移動端末３０から第１アンテナ２５ａまでの位置標定信号８００の伝搬経路と、移動端末３０から第２アンテナ２５ｂまでの位置標定信号８００の伝搬経路との差（経路差）によって生じる位相差をΔθｔ１とし、測定誤差をＦ１、マルチパスや反射波の影響分をＭ１とすれば、次式で表すことができる。
Δθ１＝Δθｔ１＋Ｆ１＋Ｍ１ ・・・式５

また第２のアンテナ対の各アンテナ（第３アンテナ２５ｃ及び第４アンテナ２５ｄ）が受信する位置標定信号８００の位相差Δθ２（第４アンテナ２５ｄを基準として第３アンテナ２５ｃの位相を測定した結果）は、移動端末３０から第３アンテナ２５ｃまでの位置標定信号８００の伝搬経路と、移動端末３０から第４アンテナ２５ｄまでの位置標定信号８００の伝搬経路との差（経路差）によって生じる位相差をΔθｔ２（位相の測定に際して基準を逆にしているため、前述した位置標定の場合（式２）とΔθｔ２の符号が反転している。）とし、測定誤差をＦ２、マルチパスや反射波の影響分をＭ２とすれば、次式で表すことができる。
Δθ２＝Δθｔ２＋Ｆ２＋Ｍ２ ・・・式６

ここで式５の両辺と式６の両辺との差を取れば次式となる。
Δθ１−Δθ２＝（Δθｔ１−Δθｔ２）＋（Ｆ１−Ｆ２）＋（Ｍ１−Ｍ２）
・・・式７

前述したように、第１のアンテナ対と第２のアンテナ対は、第１のアンテナ対の各アンテナ２５によって受信される位置標定信号８００の経路差と第２のアンテナ対の各アンテナ２５によって受信される位置標定信号８００の経路差とが一致するように設けられているので、式７の右辺の（Δθｔ１−Δθｔ２）の値は限りなく０に近くなる。また前述したように誤差Ｆ１，Ｆ２は、第１のアンテナ対の測定時と第２のアンテナ対の測定時で通常はほぼ一致しているので、式７の右辺の（Ｆ１−Ｆ２）の値は限りなく０に近くなる。そこでこれらの値を代入すれば、式７は次のようになる。
Δθ１−Δθ２＝Ｍ１−Ｍ２ ・・・式８

ここで第１のアンテナ対の各アンテナと第２のアンテナ対の各アンテナは、図１０に示すように物理的な配置位置が異なっているので、各アンテナに対するマルチパスや反射波による影響が夫々異なり、位置標定信号８００がマルチパスや反射波であった場合にはＭ１≠Ｍ２となる。逆に位置標定信号８００が直接波であった場合にはＭ１＝Ｍ２となる。このため、位相差Δθ１と位相差Δθ２とが一致するか否か（両者の差が０か否か、あるいは少なくとも予め設定された基準値以下であるか否か）を調べることで、移動端末３０のアンテナ３４から送られてくる位置標定信号が直接波であるか否かを判定することができる。

尚、以上に説明した第１の判定方法は、前述したΔΦ（ｘ），ΔΦ（ｙ）のいずれを求める場合にも適用することができる。即ちΔΦ（ｘ），ΔΦ（ｙ）の夫々を求める場合は、夫々個別にマルチパスや反射波の有無を判定することができる。

以上に説明したように、第１の判定方法によれば、移動端末３０から受信した位置標定信号８００が直接波であるか否かを正しく判定することができる。

＜第２の判定方法＞
第２の判定方法では、基地局２０は、第１のアンテナ対の各アンテナによって受信された位置標定信号８００の位相差Δθ１を測定（第１アンテナ２５ａを基準として第２アンテナ２５ｂの位相を測定）し、また第２のアンテナ対の各アンテナによって受信された位置標定信号８００の位相差Δθ２を測定（第３アンテナ２５ｃを基準として第４アンテナ２５ｄの位相を測定）し、測定した位相差Δθ１と位相差Δθ２とに基づき移動端末３０から送られてくる位置標定信号８００が直接波であるか否かの判定を行う。

ここで第１のアンテナ対の各アンテナ（第１アンテナ２５ａ及び第２アンテナ２５ｂ）が受信する位置標定信号８００の位相差Δθ１（第１アンテナ２５ａを基準として第２アンテナ２５ｂの位相を測定した結果）は、移動端末３０から第１アンテナ２５ａまでの位置標定信号８００の伝搬経路と、移動端末３０から第２アンテナ２５ｂまでの位置標定信号８００の伝搬経路との差（経路差）によって生じる位相差をΔθｔ１とし、測定誤差をＦ１、マルチパスや反射波の影響分をＭ１とすれば、次式で表すことができる。
Δθ１＝Δθｔ１＋Ｆ１＋Ｍ１ ・・・式９

また第２のアンテナ対の各アンテナ（第３アンテナ２５ｃ及び第４アンテナ２５ｄ）が受信する位置標定信号８００の位相差Δθ２（第３アンテナ２５ｃを基準として第４アンテナ２５ｄの位相を測定した結果）は、移動端末３０から第３アンテナ２５ｃまでの位置標定信号８００の伝搬経路と、移動端末３０から第４アンテナ２５ｄまでの位置標定信号８００の伝搬経路との差（経路差）によって生じる位相差をΔθｔ２（位相の測定に際して基準を同一にしているため、前述した位置標定の場合（式２）とΔθｔ２の符号が一致している。）とし、測定誤差をＦ２、マルチパスや反射波の影響分をＭ２（位相の測定に際して基準を同一にしているため、Δθｔ２と符号が一致している。）とすれば、次式で表すことができる。
Δθ２＝−Δθｔ２＋Ｆ２−Ｍ２ ・・・式１０

次に式９の両辺と式１０の両辺との和を取れば次のようになる。
Δθ１＋Δθ２＝（Δθｔ１−Δθｔ２）＋Ｆ１＋Ｆ２＋（Ｍ１−Ｍ２）
・・・式１１

ここで前述したように、第１のアンテナ対と第２のアンテナ対は、第１のアンテナ対の各アンテナ２５によって受信される位置標定信号８００の経路差と第２のアンテナ対の各アンテナ２５によって受信される位置標定信号８００の経路差とが一致するように設けられている。このため、式７の右辺の（Δθｔ１−Δθｔ２）の値は０である。従って式１１は次のようになる。
Δθ１＋Δθ２＝（Ｆ１＋Ｆ２）＋（Ｍ１−Ｍ２） ・・・式１２

ここでＦ１とＦ２が十分に安定している（時間変動が小さい）場合、（Ｆ１＋Ｆ２）の値（Ｆ１とＦ２が等しければ（この値をＦとする）（Ｆ１＋Ｆ２）＝２Ｆ）は、ほぼ一定とみなすことができる。このため、（Ｆ１＋Ｆ２）が予め経験値等として知れていれば、式１２の左辺の値Δθ１＋Δθ２が（Ｆ１＋Ｆ２）と一致するか否かを調べることにより、移動端末３０から送られてくる位置標定信号８００が直接波であるか否かを判定することができる（直接波の場合はＭ１＝０、Ｍ２＝０となるので（Ｍ１−Ｍ２）＝０、直接波でない場合はＭ１≠０、Ｍ２≠０となるので（Ｍ１−Ｍ２）≠０）。

尚、以上に説明した仕組み第２の判定方法は、前述したΔΦ（ｘ），ΔΦ（ｙ）のいずれを求める場合にも適用することができる。即ちΔΦ（ｘ），ΔΦ（ｙ）の夫々を求める場合は、夫々個別にマルチパスや反射波の有無を判定することができる。

以上に説明したように、第２の判定方法によれば、位相差Δθ１及び位相差Δθ２の夫々に含まれている誤差が間接波の影響による成分に比べて充分に安定しており、当該誤差の値（Ｆ１＋Ｆ２）が経験値として与えられている限り、移動端末３０から受信した位置標定信号８００が直接波であるか否かを上記和に基づき正しく判定することができる。

また第２の判定方法では、移動端末３０から受信した位置標定信号８００が直接波であるか否かの判定を、移動端末３０の位置を求めるために測定した位相差Δθ１及び位相差Δθ２（位相差Δθ１の測定結果に対して符号が反転する測定基準を用いて測定されたΔθ２）をそのまま利用して行うことができるので、移動端末３０の位置標定と位置標定信号８００が直接波か否かの判定とを一度の測定で済ませることができ、位置標定と直接波か否かの判定にかかる基地局２０や移動端末３０の処理負荷を低減することができる。

＜移動端末のアンテナ＞
図１２及び図１３に移動端末３０に搭載されるアンテナ３４の構成を示している。このうち図１２はアンテナ３４の構造を簡略化して示した平面図であり、図１３はアンテナ３４の構造を図１２に示すＡ−Ａ’線で切断して示した断面図である。

同図に示すように、本実施形態の移動端末３０には、破線で示す台座３００に固定された４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄが設けられている。移動端末３０の無線通信インタフェース３３は、４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄのうちのいずれかを選択して位置標定信号８００を送信する。

隣接する２つのアンテナ３４のビーム方向は９０°の関係にある。また４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄのＸ−Ｙ平面上の指向角θｗｄｔ（Ｘ−Ｙ平面上のビーム方向を中心とする、当該ビーム方向の利得（最大利得）に対する利得が所定の割合（例えば５０％）以下になる角度範囲）は、いずれも９０°以上であり、４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの全体で後述するＸ−Ｙ平面上の全方位（３６０°）がカバーされるようになっている。

尚、説明の便宜上、本実施形態ではアンテナ３４の数を４つとしているが、アンテナ３４は２つ以上であれば移動端末３０にいくつ設けられていてもよい。但し、複数のアンテナ３４の全体によって移動体３を中心とするＸ−Ｙ平面上の全方位（３６０°）がカバーされることを条件とする。

図１４に移動体３へのアンテナ３４の搭載例を示す。同図中、符号１４０で示す矢線は、Ｘ−Ｙ平面における移動体３の機軸方向を示す。尚、説明の便宜の為、本実施形態の位置標定システム１では、機軸方向とアンテナ３４ａのＸ−Ｙ平面上のビーム方向とは一致しているものとする。また本実施形態では、移動体３が移動する平坦な地表面にＸ−Ｙ平面座標を設定するものとする。

＝機軸方向の特定＝
基地局２０は、前述した判定方法により移動体３に設けられているアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々から送られてくる位置標定信号８００が直接波であるか否かを判定することができる。このため、基地局２０は、直接波として受信される位置標定信号８００に基づき、前述した位置標定の仕組みにより、移動体３の現在位置（Ｘ−Ｙ平面における絶対位置（Ｘｍ、Ｙｍ）とする。）を正確に標定することができ、基地局２０から見た移動体３が存在する方向θｂ＝ｔａｎ^−１（Ｙｍ／Ｘｍ）も取得することができる。

また基地局２０は、受信した位置標定信号８００のアンテナＩＤ８１４に設定されているアンテナＩＤから、直接波を送信してきたアンテナ３４が、移動体３（移動端末３０）の４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄのうちのいずれであるのかを特定することができる。

また基地局２０のアンテナ取付角記憶部２０５は、移動体３の機軸方向と４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々とがなす角をアンテナ取付角θｄとして記憶しているので、直接波を送信してきたアンテナ３４と機軸方向とがなす角を取得することができる。

このように基地局２０は、基地局２０から見た移動体３が存在する方向θｂ、及び直接波を送信してくるアンテナ３４と移動体３の機軸方向とがなす角θｄを取得することができるので、移動体３の機軸方向をＸ−Ｙ平面に投影して得られる方向（以下、絶対機軸方向θｍと称する。）を取得することができる。以下、このようにして基地局２０が絶対機軸方向θｍを取得する仕組みについて詳述する。

図１５は、基地局２０、移動体３、移動体３の機軸方向、アンテナ３４のビーム方向、４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの指向角（同図では一点鎖線で表している）の関係を説明する図である。尚、同図に示すように、移動端末３０の近傍には無線信号を壁等の反射体１５０が存在する。

まず同図に示すように、アンテナ３４ｂについては、その指向角の範囲に基地局２０が存在する。このため、当該アンテナ３４ｂから送信される位置標定信号８００は、直接波として基地局２０に到達することになる。一方、アンテナ３４ａ，３４ｃ，３４ｄから送信される位置標定信号８００は、反射体１５０の影響により基本的に間接波として基地局２０に到達することになる。

従って、同図に示す状況では、基地局２０は、直接波として受信される、アンテナ３４ｂから送信された位置標定信号８００に基づき移動体３の位置標定を行うことで移動体３の現在位置（Ｘｍ，Ｙｍ）を取得することができる。また取得した現在位置（Ｘｍ，Ｙｍ）から、基地局２０から見た移動体３が存在する方向θｂ＝ｔａｎ^−１（Ｙｍ／Ｘｍ）を取得することができる。

図１６は、図１５に対応する図であり、基地局２０から見た移動体３の存在する方向θｂ＝ｔａｎ^−１（Ｙｍ／Ｘｍ）、移動体３の現在位置（Ｘｍ，Ｙｍ）、及びアンテナ３４ｂと機軸方向とがなす角θｄの関係を説明する図である。同図によれば、移動体３の機軸方向をＸ−Ｙ平面に投影して得られる方向、即ち絶対機軸方向θｍは、θｂ＋（１８０°−θｄ）として取得できることがわかる。

ところで、基地局２０がアンテナ３４ｂの指向角θｗｄｔの範囲に存在する限り、基地局２０はアンテナ３４ｂから直接波を受信することができるので、上記のようにして取得した絶対機軸方向θｍには、指向角θｗｄｔの範囲分の誤差が含まれることになる。但しこの誤差は移動体３に搭載するアンテナ３４の数を増やして各アンテナ３４の指向角を小さくし、アンテナ３４をより高密度で移動体３に配置することで減少させることができる。

以上に説明したように、本実施形態の位置標定システム１によれば、基地局２０は位置標定の仕組みを利用して、移動体３の絶対機軸方向θｍを取得することができる。また基地局２０は、移動体３の位置標定に際して位置標定信号８００が直接波であるか否かを判定する仕組みを利用して移動体３の複数のアンテナ３４のうち直接波を送信しているアンテナ３４を特定するので、受信した位置標定信号８００が直接波か否かを判定する仕組みを備えている場合には、基地局２０及び移動端末３０に特別な仕組みを追加することなく、移動体３の絶対機軸方向θｍを取得する仕組みを実現することができる。

尚、このようにして取得される絶対機軸方向θｍを利用することで、様々なサービスを提供することが可能になる。例えば、車両等の移動体３の現在位置を監視するシステムや移動体３の安全確保に関するシステムにおいては、取得した絶対機軸方向θｍに基づき、移動体３が現在向いている方向に存在する物体に関する情報をリアルタイムに取得し、或いは取得した情報を移動体３にリアルタイムに提供することができる。また移動体３の道案内や避難誘導を行うシステムにおいては、取得した絶対機軸方向θｍを用いて移動体３を目的地まで効率よく誘導することができる。また倉庫や工場等においてロボットや搬送車両等の誘導を行うシステムにおいては、取得した絶対機軸方向θｍに基づき、移動体３効率を効率よく目的の場所まで誘導することができる。

＝処理例＝
＜間接波の影響を無視できない場合＞
図１７は、間接波の影響を無視できない状況で位置標定システム１が用いられる場合に、基地局２０による移動体３の現在の機軸方向（絶対機軸方向θｍ）の取得に関して位置標定システム１において行われる処理（以下、機軸方向取得処理Ｓ１７００と称する。）を説明するフローチャートである。以下、同図とともに機軸方向取得処理Ｓ１７００について説明する。

同図に示すように、まず移動端末３０が、アンテナ３４ａ〜３４ｄのうちの一つを選択し（Ｓ１７１１）、選択したアンテナ３４のアンテナＩＤを設定した位置標定信号８００を生成する（Ｓ１７１２）。そして移動端末３０は、生成した位置標定信号８００を、Ｓ１７１１で選択したアンテナ３４から送信する（Ｓ１７１３）。

次いで移動端末３０は、Ｓ１７１１で当該移動端末３０に設けられている全てのアンテナ３４を選択済であるか否かを判断する（Ｓ１７１４）。全てのアンテナ３４を選択済であれば（Ｓ１７１４：ＹＥＳ）、移動端末３０は処理を終了する。未選択のアンテナ３４があれば（Ｓ１７１４：ＮＯ）、Ｓ１７１１に戻り、未選択の他のアンテナ３４を選択して同様の処理を繰り返す。

基地局２０は、移動体３から送られてくる位置標定信号８００の受信を待機している（Ｓ１７２１：ＮＯ）。

基地局２０は、位置標定信号８００を受信すると（Ｓ１７２１：ＹＥＳ）、前述した仕組み（前述した第１の判定方法又は第２の判定方法）により、受信した位置標定信号８００が直接波であるか否かを判断する（Ｓ１７２２）。受信した位置標定信号８００が直接波でないと基地局２０が判断した場合は（Ｓ１７２２：ＮＯ）Ｓ１７２１に戻る。

一方、受信した位置標定信号８００が直接波であると判断した場合（Ｓ１７２２：ＹＥＳ）、基地局２０は受信した位置標定信号８００に基づき移動体３の位置標定を行い（Ｓ１７２３）、位置標定の結果を用いて前述した仕組みにより移動体３の現在の機軸方向（絶対機軸方向θｍ）を求める（Ｓ１７２４）。

このように以上に説明した仕組みによれば、屋内のように間接波の影響が無視できない環境において、移動体３の現在の機軸方向を取得することができる。

＜間接波の影響を無視できる場合＞
以上では、位置標定信号８００が直接波であるか否かを判定する仕組みを利用して直接波を送信しているアンテナ３４を特定し、特定したアンテナ３４と機軸方向とがなす角（アンテナ取付角との関係に基づき移動体３の現在の機軸方向を取得している。このため、以上の仕組みを実施するには、間接波がある程度存在する環境で位置標定システム１が用いられることが条件となる。一方、以下に説明する仕組みは屋外のように間接波の影響が無視できる環境においても、移動体３の現在の機軸方向を取得することができる。

図１８はこの仕組みを説明する図であり、間接波の影響を無視できる状況で位置標定システム１が用いられる場合に、基地局２０による移動体３の現在の機軸方向（絶対機軸方向θｍ）の取得に関して位置標定システム１において行われる処理（以下、機軸方向取得処理Ｓ１８００と称する。）を説明するフローチャートである。以下、同図とともに機軸方向取得処理Ｓ１８００について説明する。

まず移動端末３０は、アンテナ３４ａ〜３４ｄのうちの一つを選択し（Ｓ１８１１）、選択したアンテナ３４のアンテナＩＤを設定した位置標定信号８００を生成する（Ｓ１８１２）。そして生成した位置標定信号８００を、Ｓ１８１１で選択したアンテナ３４から送信する（Ｓ１８１３）。

次に移動端末３０は、Ｓ１８１１で当該移動端末３０に設けられている全てのアンテナ３４を選択済であるか否かを判断する（Ｓ１８１４）。全てのアンテナ３４を選択済であれば（Ｓ１８１４：ＹＥＳ）、移動端末３０は処理を終了する。未選択のアンテナ３４があれば（Ｓ１８１４：ＮＯ）、Ｓ１８１１に戻り、未選択の他のアンテナ３４を選択して同様の処理を繰り返す。

基地局２０は、移動体３から送られてくる位置標定信号８００の受信を待機している（Ｓ１８２１：ＮＯ）。

基地局２０は、位置標定信号８００を受信すると（Ｓ１８２１：ＹＥＳ）、受信した位置標定信号８００の受信電界強度を取得する（Ｓ１８２２）。

続いて基地局２０は、受信した位置標定信号８００に基づき移動体３の位置標定を行う（Ｓ１８２３）。そして基地局２０は、取得した受信電界強度と位置標定の結果を、当該位置標定信号８００に設定されていたアンテナＩＤに対応づけて記憶する（Ｓ１８２４）。

次いで基地局２０は、移動体３（移動端末３０）の全てのアンテナ３４から位置標定信号を受信したか否かを判断する（Ｓ１８２５）。ここでこの判断は、例えば、予め基地局２０が記憶している、当該移動端末３０に設けられているアンテナ３４の数と、Ｓ１８２４で記憶したアンテナＩＤの数とが一致するか否かを調べることにより行う。

全てのアンテナ３４から位置標定信号８００を受信している場合は（Ｓ１８２５：ＹＥＳ）、Ｓ１８２６に進む。まだ位置標定信号８００を受信していないアンテナ３４が存在する場合は（Ｓ１８２５：ＮＯ）、Ｓ１８２１に戻る。

Ｓ１８２６では、基地局２０は、Ｓ１８２４で記憶した内容に基づき、受信電界強度が最大のアンテナ３４を特定する。次いで基地局２０は、特定したアンテナ３４の位置標定結果を用いて、前述した方法により移動体３の現在の機軸方向（絶対機軸方向θｍ）を求める（Ｓ１８２７）。

このように、以上に説明した方法によれば、屋外のように間接波の影響が無視できるような環境においても、移動体３の現在の機軸方向を取得することができる。

＜移動体側のアンテナの他の構成例＞
図１９及び図２０に、移動体３のアンテナ３４ａ〜３４ｄの他の構成例（以下、アンテナ構造６０と称する。）を示している。このうち図１９は、アンテナ構造６０の正面図（平面図）であり、図２０は、図１９のアンテナ構造６０を同図のＢ−Ｂ’線で切断して−Ｙ方向から＋Ｙ方向に眺めた断面図である。

これらの図にあるように、略直方体形状の５つの筐体６１ａ〜６１ｅが所定厚の平面八角形状の支持筐体６２の一方の面側に配置されている。このうち筐体６１ｅは、支持筐体６２の面中心に配置され、それ以外の筐体６１ａ〜６１ｄは、支持筐体６２の面中心の周りに互いに９０°ずれた位置関係になるように支持筐体６１ａの各側面に隣接させて配置されている。５つの筐体６１ａ〜６１ｅ及び支持筐体６２は、例えば、位置標定信号８００の透過性に優れた素材（例えば樹脂製の絶縁体）を用いて構成されている。

筐体６１ａには、前述したアンテナ３４ａ及び前述した無線通信インタフェース３３として機能する無線通信インタフェース３３ａ（不図示）が内蔵されている。筐体６１ｂには、前述したアンテナ３４ｂと、前述した無線通信インタフェース３３として機能する無線通信インタフェース３３ｂ（不図示）とが内蔵されている。筐体６１ｃには、前述したアンテナ３４ｃ（不図示）と、前述した無線通信インタフェース３３として機能する無線通信インタフェース３３ｃ（不図示）とが内蔵されている。また筐体６１ｄには、前述したアンテナ３４ｄと、前述した無線通信インタフェース３３として機能する無線通信インタフェース３３ｄ（不図示）とが内蔵されている。筐体６１ｅには、アンテナ３４ｅと、前述した無線通信インタフェース３３として機能する無線通信インタフェース３３ｅ（不図示）とが内蔵されている。

尚、筐体６１ａ〜６１ｄの夫々に内蔵されているアンテナ３４ａ〜３４ｄは、互いに夫々の指向方向が異なるように設けられている。また図２０に示すように、この例では、各アンテナ３４ａ〜３４ｄは、夫々の送信面(電波が放射される面）の法線ｋａ〜ｋｄ（同図では法線ｋｂのみ示している）が、支持筐体６２の上記中心を通る法線ｌに対して所定角度６３（例えば０°〜４５°）傾斜するように設けられている。

各アンテナ３４ａ〜３４ｅからは、アンテナ３４ａ〜３４ｅの２つ以上から同時に位置標定信号８００が送信されることがないように、例えば順に（例えば時分割で）位置標定信号８００が送信される。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、以上の実施形態では、移動端末３０のアンテナ３４から位置標定信号８００を送信し、基地局２０のアンテナ２５でこれを受信して位置標定を行うようにしているが、これとは逆に位置標定信号８００を基地局２０から送信し、移動端末３０が位置標定信号８００を受信し、移動端末３０が、直接波を受信している可能性の高いアンテナ３４を特定し、このアンテナ３４から送られてくる位置標定信号８００により基地局２０から見た移動体３が存在する方向θｂを求め、これと記憶している直接波を受信しているアンテナ３４と移動体３の機軸方向とがなす角θｄとに基づき、移動体３の機軸方向（絶対機軸方向θ）を取得するようにしてもよい。

移動端末３０が取得した移動体３の機軸方向（絶対機軸方向θ）や標定した現在位置を示す情報を、移動端末３０から通信ネットワーク５や無線通信によりサーバ装置１０や基地局２０に送信するようにすれば、サーバ装置１０や基地局２０において移動体３の現在の機軸方向（絶対機軸方向θ）や現在位置を把握することもできる。

移動端末３０は、例えば、アクティブ型もしくはパッシブ型のＲＦＩＤタグとして機能するものであってもよい。この場合、位置標定信号８００を、電磁誘導によってＲＦＩＤタグが備えるアンテナコイルから自発的にもしくは受動的に、基地局２０に送信もしくは基地局２０から受信するようにしてもよい。

１ 位置標定システム
３ 移動体
２０ 基地局
１４０ 機軸方向
２０２ 位置標定信号受信部
２０４ 位置標定部
２０５ アンテナ取付角記憶部
２０６ 電界強度取得部
２１１ 位置標定信号判定部
２１１１ 第１位相差測定部
２１１２ 第２位相差測定部
２１１３ 直接波判定部
２１２ 直接波送信アンテナ特定部
２１３ 機軸方向特定部
２５ アンテナ
２７ ＲＳＳＩ
３０ 移動端末
３４ アンテナ
３０１ 位置標定信号送信部
３０４ 機軸方向取得部
３０５ アンテナビーム方向算出部
８００ 位置標定信号
８１４ アンテナＩＤ
８１５ アンテナ取付角
Ｓ１７００ 機軸方向取得処理
Ｓ１８００ 機軸方向取得処理

Claims (8)

1. 移動体に移動端末及び複数の移動体側アンテナを設け、
   前記移動体側アンテナの夫々から前記移動端末の位置を標定するための無線信号である位置標定信号を送信し、
   基地局に、２つの基地局側アンテナからなる第１のアンテナ対と、他の２つの基地局側アンテナからなる第２のアンテナ対とを、前記第１のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差と前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差とが一致するように設け、
   前記基地局に、前記第１のアンテナ対の各基地局アンテナ又は前記第２のアンテナ対の各基地局アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき前記移動端末が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記移動端末の位置を求める、位置標定システムを設け、
   前記基地局が、
   前記第１のアンテナ対により前記移動体側アンテナから送られてくる前記位置標定信号を受信し、前記第１のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθ１を測定し、
   前記第２のアンテナ対により前記移動体側アンテナから送られてくる前記位置標定信号を受信し、前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθ２を測定し、
   測定した前記位相差Δθ１と前記位相差Δθ２とに基づき、前記移動体側アンテナの夫々から送られてくる前記位置標定信号が直接波であるか否かを判定し、
   前記移動体に設定された基準軸である機軸と前記移動体側アンテナの夫々とがなす角であるアンテナ取付角を記憶し、
   前記移動端末は、前記位置標定信号とともに当該位置標定信号を送信した前記移動体側アンテナを特定する情報であるアンテナＩＤを送信し、
   前記基地局が、
   直接波であると判定した前記位置標定信号に基づき、前記移動体の位置を標定し、
   前記標定の結果と、直接波であると判定した前記位置標定信号とともに受信した前記アンテナＩＤと、前記アンテナ取付角とに基づき、前記移動体の向きを特定する
   移動体の向きを特定する方法。
2. 請求項１に記載の移動体の向きを特定する方法であって、
   前記基地局は、
   前記移動体の位置を、前記位相差Δθ２の測定結果が前記位相差Δθ１の測定結果に対して符号が反転する測定基準を用いて前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２を測定し、測定した前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２の夫々に含まれている誤差を相殺すべく、前記位相差Δθ１と前記位相差Δθ２との差を取ることにより求め、
   前記移動体側アンテナから受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かの前記判定は、前記位相差Δθ２の測定結果が前記位相差Δθ１の測定結果と符号が一致する測定基準を用いて前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２を測定し、これにより測定された前記位相差Δθ１と前記位相差Δθ２との差を取ることにより行う
   ことを特徴とする移動体の向きを特定する方法。
3. 請求項２に記載の移動体の向きを特定する方法であって、
   前記基地局は、前記移動体側アンテナから受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かの前記判定を、前記差が０であるか否か、或いは少なくとも予め設定された基準値以下であるか否かに基づき行う
   ことを特徴とする移動体の向きを特定する方法。
4. 請求項１に記載の移動体の向きを特定する方法であって、
   前記基地局は、
   前記移動体の位置を、前記位相差Δθ２の測定結果が前記位相差Δθ１の測定結果に対して符号が反転する測定基準を用いて前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２を測定し、測定した前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２の夫々に含まれている誤差を相殺すべく、前記位相差Δθ１と前記位相差Δθ２との差を取ることにより求め、
   前記移動体側アンテナから受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かの前記判定を、測定した前記位相差Δθ１と前記位相差Δθ２との和を取ることにより行う
   ことを特徴とする移動体の向きを特定する方法。
5. 請求項４に記載の移動体の向きを特定する方法であって、
   前記基地局は、前記移動体側アンテナから受信した前記位置標定信号が直接波であるか否かの前記判定を、前記和と測定した前記位相差Δθ１及び前記位相差Δθ２の夫々に含まれている誤差の和とを比較することにより行う
   ことを特徴とする移動体の向きを特定する方法。
6. 移動体に移動端末及び複数の移動体側アンテナを設け、
   前記移動体側アンテナの夫々から前記移動端末の位置を標定するための無線信号である位置標定信号を送信し、
   基地局に所定の間隔で隣接させた複数の基地局側アンテナを設け、
   前記基地局に、複数の前記基地局側アンテナによって前記位置標定信号を受信し、前記基地局側アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差に基づき前記移動端末が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記移動端末の位置を求める、位置標定システムを設け、
   前記移動端末は、前記位置標定信号とともに当該位置標定信号を送信した前記移動体側アンテナを特定する情報であるアンテナＩＤを送信し、
   前記基地局が、
   前記移動体側アンテナから送信されてくる前記位置標定信号の受信電界強度を取得する電界強度取得部を備え、
   前記移動体に設定された基準軸である機軸と前記移動体側アンテナの夫々とがなす角であるアンテナ取付角を記憶し、
   前記電界強度取得部により取得される、前記移動体側アンテナの夫々から送信されてくる前記位置標定信号の受信電界強度を比較することにより、直接波を送信している前記移動体側アンテナを特定し、
   直接波であると判定した前記位置標定信号に基づき、前記移動体の位置を標定し、
   前記標定の結果と、直接波であると判定した前記位置標定信号とともに受信した前記アンテナＩＤと、前記アンテナ取付角とに基づき、前記移動体の向きを特定する
   移動体の向きを特定する方法。
7. 移動体に設けられる、移動端末及び複数の移動体側アンテナと、
   前記移動端末に設けられ、前記移動体側アンテナの夫々から前記移動端末の位置を標定するための無線信号である位置標定信号を送信する、位置標定信号送信部と、
   ２つの基地局側アンテナからなる第１のアンテナ対と、他の２つの基地局側アンテナからなる第２のアンテナ対とが、前記第１のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差と前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の経路差とが一致するように設けられ、前記第１のアンテナ対の各基地局アンテナ又は前記第２のアンテナ対の各基地局アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき前記移動端末が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記移動端末の位置を求める基地局と、
   を含んで構成される、移動体の向きを特定するシステムであって、
   前記基地局が、
   前記第１のアンテナ対により前記移動体側アンテナから送られてくる前記位置標定信号を受信し、前記第１のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθ１を測定し、
   前記第２のアンテナ対により前記移動体側アンテナから送られてくる前記位置標定信号を受信し、前記第２のアンテナ対の各アンテナによって受信される前記位置標定信号の位相差Δθ２を測定し、
   測定した前記位相差Δθ１と前記位相差Δθ２とに基づき、前記移動体側アンテナの夫々から送られてくる前記位置標定信号が直接波であるか否かを判定し、
   前記移動体に設定された基準軸である機軸と前記移動体側アンテナの夫々とがなす角であるアンテナ取付角を記憶し、
   前記移動端末が、前記位置標定信号とともに当該位置標定信号を送信した前記移動体側アンテナを特定する情報であるアンテナＩＤを送信し、
   前記基地局が、
   直接波であると判定した前記位置標定信号に基づき、前記移動体の位置を標定し、
   前記標定の結果と、直接波であると判定した前記位置標定信号とともに受信した前記アンテナＩＤと、前記アンテナ取付角とに基づき、前記移動体の向きを特定する
   移動体の向きを特定するシステム。
8. 移動体に設けられる、移動端末及び複数の移動体側アンテナと、
   前記移動端末に設けられ、前記移動体側アンテナの夫々から前記移動端末の位置を標定するための無線信号である位置標定信号を送信する、位置標定信号送信部と、
   所定の間隔で隣接させた複数の基地局側アンテナが設けられ、複数の前記基地局側アンテナによって前記位置標定信号を受信し、前記基地局側アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差に基づき前記移動端末が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記移動端末の位置を求める基地局と、
   を含んで構成される、移動体の向きを特定するシステムであって、
   前記移動端末が、前記位置標定信号とともに当該位置標定信号を送信した前記移動体側アンテナを特定する情報であるアンテナＩＤを送信し、
   前記基地局が、
   前記移動体側アンテナから送信されてくる前記位置標定信号の受信電界強度を取得する電界強度取得部を備え、
   前記移動体に設定された基準軸である機軸と前記移動体側アンテナの夫々とがなす角であるアンテナ取付角を記憶し、
   前記電界強度取得部により取得される、前記移動体側アンテナの夫々から送信されてくる前記位置標定信号の受信電界強度を比較することにより、直接波を送信している前記移動体側アンテナを特定し、
   直接波であると判定した前記位置標定信号に基づき、前記移動体の位置を標定し、
   前記標定の結果と、直接波であると判定した前記位置標定信号とともに受信した前記アンテナＩＤと、前記アンテナ取付角とに基づき、前記移動体の向きを特定する
   移動体の向きを特定するシステム。

Images