JP5579691B2 - 位置標定システム、移動端末、及び位置標定システムの制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、位置標定システム、移動端末、及び位置標定システムの制御方法に関し、とくにマルチパスの影響を回避して位置標定を高精度で行えるようにするための技術に関する。

特許文献１には、アンテナの向き合わせの調整操作を容易にするとともに、調整時間を大幅に短縮することなどを目的として、基地局側ではモニタを見ながらカメラを通信ユニットのアンテナに向け、移動局側ではモニタを見ながら操作盤を操作してカメラを通信ユニットのアンテナに向け、電界レベルを見ながら再操作してアンテナの向きを微調整することが記載されている。

特許文献２には、アンテナの方向を簡易に調整できるようにすることを目的として、アンテナを有する固定通信用無線機にカメラを内蔵し、カメラのモニタ画面の特定範囲に相手無線局を映すように固定通信用無線機の向きを変え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の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基づき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位置標定システムが開示されている。

特開平８−３１６７２１号公報 特開２００５−７２７８０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

非特許文献１に開示されている位置標定システムにおいては、直接波以外の無線信号によって位置標定が行われてしまうと、標定精度が著しく低下してしまうことがある。また位置標定システムが障害物の多い屋内などで用いられる場合には、位置標定信号が壁や金属構造物等によって反射してマルチパスが発生する可能性が高くなる。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、マルチパスの影響を回避して位置標定を高精度で行うことが可能な、位置標定システム、移動端末、及び位置標定システムの制御方法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は、位置標定システムであって、第１アンテナを有する移動端末と、隣接して配置された複数の第２アンテナを有する基地局とを含み、前記移動端末が、前記第１アンテナから当該移動端末の位置の標定に用いる無線信号である位置標定信号を送信し、前記基地局が、前記第２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、前記移動端末が、互いに指向方向を変えて設けられた複数の前記第１アンテナと、当該移動端末の周囲の映像である周囲映像を撮影する電子式カメラとを有し、当該移動端末と前記第１アンテナの夫々の指向角との相対的な関係を記憶し、前記移動端末が、前記位置標定信号の送信に際し、前記電子式カメラにより前記周囲映像を撮影し、撮影した前記周囲映像に映り込んでいる前記基地局の映像である基地局映像を認識し、認識した前記基地局映像に基づき前記基地局が存在する方向を特定し、特定した前記方向をその指向角に含む前記第１アンテナを選択し、選択した前記第１アンテナから前記位置標定信号を送信する。

また本発明の他の一つは、上記位置標定システムであって、前記移動端末は、当該移動端末側に設定された基準軸の方向と前記第１アンテナの夫々の指向角との相対的な関係を記憶し、前記認識した前記基地局映像に基づき、前記基準軸の方向と前記基地局が存在する方向とがなす角を取得し、取得した前記基準軸の方向と前記基地局が存在する方向とがなす角と、基準軸の方向と前記第１アンテナの夫々の指向角との相対的な関係とに基づき、特定した前記方向をその指向角に含む前記第１アンテナを選択し、選択した前記第１アンテナから前記位置標定信号を送信する。

本発明によれば、移動端末が、電子式カメラで撮影した映像に基づき自身に対する基地局が存在する方向を向いているアンテナを選択し、選択したアンテナから位置標定信号を送信するので、位置標定信号を直接波として基地局に到達させることができ、位置標定システムによる位置標定の精度を高めることができる。

また移動端末は基地局方向を向いているアンテナを選択して位置標定信号を送信するので、例えば、マルチパス対策のために複数の第１アンテナから位置標定信号を送信したり、同じ第１アンテナから繰り返し位置標定信号を送信したりする必要がなく、位置標定のための無線通信を効率よく行うことができる。

また本発明においては、位置標定信号が直接波として基地局に到達するか否かを、電子式カメラで撮影した映像に基づき判断するので、簡素な構成でありながら位置標定の精度を高めることができる。

尚、移動端末は、撮影した周囲映像に映り込んでいる基地局の映像の上記認識を、例えば、静的な画像認識のアルゴリズム、及び時系列的な画像認識の少なくともいずれかにより行う。また移動端末は、撮影した周囲映像に映り込んでいる基地局の映像の上記認識を、例えば、パターンマッチング、統計的識別法、及び構造識別法のうちの少なくともいずれかにより行う。

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、位置標定システムにおいてマルチパスの影響を回避して位置標定を高精度で行うことができる。

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の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の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の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の構成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にアンテナ３４及びカメラ３７を搭載されている様子を示す図である。 位置標定処理Ｓ１５００を説明するフローチャートである。 移動端末３０が基地局方向を特定する方法を説明する図である。 基地局方向と４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々の指向角との関係を説明する図である。 アンテナ構造６０の正面図（平面図）である。 図１８に示すアンテナ構造６０を、同図に示したＢ−Ｂ’線で切断し、アンテナ構造６０を−Ｙ方向から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には、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には、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等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等の記憶装置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り実現される。

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を構成す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等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等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（第１アンテナ）（尚、以下の説明においてこれらをアンテナ３４と総称する場合がある）、タッチパネルや操作ボタン等の入力装置３５、及び液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置３６、及びカメラ３７）を備える。尚、これらの構成要素はバス３８を介して通信可能に接続されている。

アンテナ３４は、いずれも指向性アンテナである。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。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は円偏波指向性アンテナであることが望ましい。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からである。

カメラ３７は、レンズ（広角レンズ、魚眼レンズ、もしくは標準レンズ）を通して受光素子に入射した光を電子信号（デジタルデータ）に変換することにより映像を撮影する装置であり、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどである。カメラ３７から出力されるデジタルデータ（以下、映像データと称する。）は、カメラ３７から直接もしくは中央処理装置３１を介して記憶装置３２に格納される。

カメラ３７のレンズとしては、例えば、移動体３の周囲に存在する基地局２０を確実に捉えることができるように、移動体３の周囲の広範囲を撮影可能な種類もの（例えば、４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの全ての指向角を含む範囲を撮影可能な仕様のレンズ）が選択される。また上記目的のために、レンズは、例えば、夫々の光軸を周囲の広範囲を撮影可能な方向に向けた状態で移動体３の所定位置に固定される。

本実施形態では、移動端末３０は水平なＸ−Ｙ平面上を移動するものとし、基地局２０は上記Ｘ−Ｙ平面に対して＋Ｚ方向の所定の高さ位置に設けられるものとする。またレンズは広角レンズもしくは魚眼レンズであり、その光軸が上記Ｘ−Ｙ平面に対して垂直な方向（＋Ｚ軸方向）を向くように、移動体３に固定されているものとする。尚、以下の説明において、カメラ３７のレンズの光軸と、上記Ｘ−Ｙ平面上の所定の高さ位置に存在する、上記Ｘ−Ｙ平面と平行な仮想平面とが交わる点を「原点」と称する。

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、情報表示部３０３、及び送信アンテナ選択部３０４を備えている。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り実現される。

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る無線信号（以下、位置標定信号８００と称する。）を生成し、送信アンテナ選択部３０４により決定されたアンテナ３４から位置標定信号８００を送信する。

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と随時通信し、移動体３に提供する情報の受信（ダウンロード）、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）等を行う。情報表示部３０３は、移動体３の搭乗者や移動端末３０の所有者等に提示する情報を表示装置３６に出力する。

送信アンテナ決定部３０４は、カメラ３７によって撮影された映像（映像データ）に基づき、位置標定信号８００を送信するアンテナ３４を選択する。

同図に示すように、送信アンテナ決定部３０４は、撮影処理部３０４１、補整変換処理部３０４２、基地局映像認識部３０４３、基地局方向特定部３０４４、及び送信アンテナ選択部３０４５を備えている。

このうち撮影処理部３０４１は、カメラ３７を制御して映像を撮影し、映像データを出力する。

平面映像データ生成部３０４２は、撮影処理部３０４１によって生成された映像データを平面映像（平面正像）のデータに変換する。この変換は、例えば、撮影処理部３０４１によって生成された映像データを入力として座標変換のアルゴリズムや補間処理のアルゴリズムを実行することにより行われる。

上記座標変換のアルゴリズムとしては、例えば、レンズの仮想球面モデルに３次元座標変換を施すアルゴリズム、ロドリゲスの公式を適用して３次元座標変換を行うアルゴリズムがある。また上記補間処理のアルゴリズムとしては、例えば、ニアレストネイバー法によるもの、バイリニア法によるもの、バイキュービック法によるものがある。

基地局映像認識部３０４３は、平面映像データ生成部３０４２によって得られた平面映像データを対象として画像認識処理を実行し、カメラ３７によって撮影された映像に映り込んでいる基地局２０の映像を、所定の画像認識のアルゴリズム（パターンマッチング、統計的識別法、及び構造識別法等）を実行して認識（特定）する。

上記画像認識のアルゴリズムは、映像データが静止画データである場合は、例えば、静的なパターン認識のアルゴリズムであり、例えば、基地局２０が備える特有の形状を捉えて対象を特定するアルゴリズムである。また映像データが動画データである場合は、例えば、時系列的な画像認識のアルゴリズムであり、例えば、基地局２０が発する特有の動作（例えば、所定周期のＬＥＤの明滅等）を捉えて対象を特定するアルゴリズムである。

基地局方向特定部３０４４は、認識した基地局２０の映像に基づき、基地局２０が存在する方向（以下、基地局方向と称する。）を特定する。例えば、基地局方向特定部３０４４は、原点を通る基準軸と、原点と基地局２０とを結ぶ直線とがなす角として基地局方向を特定する。

送信アンテナ選択部３０４５は、基地局方向特定部３０４４によって特定された基地局方向と、移動端末３０が備える４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々の指向角とを比較し、基地局方向をその指向角の範囲に含むアンテナ３４を、位置標定信号８００を送信するアンテナとして選択する。

同図に示すように、移動端末３０は、４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々の取付位置や取付角、４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々の指向角や４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々の指向方向（ビーム中心の方向）等、４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々に関する情報を、アンテナ情報３０５として記憶装置３２に記憶している。

図６に基地局２０が備え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等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等の記憶装置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（第２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。）、及びアンテナ切替スイッチ２６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、いずれも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。

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、及び位置標定部２０４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を制御して移動端末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から送信された位置標定信号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。位置標定の詳細な仕組みについては後述する。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目的に利用される。

＜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。まず位置標定システム１の基本的な動作として、移動端末３０は、複数のアンテナ３４ａ〜３４ｄのうちの１つを選択して位置標定信号８００を送信するものとする。また基地局２０は、複数のアンテナ２５ａ〜２５ｄを周期的に切り換えながら位置標定信号８００を受信するものとする。

図８に移動端末３０のアンテナ３４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、及び端末情報８１３を含んでいる。このうち制御信号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。

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は地上高ｈ（ｍ）の位置に存在している。また基地局２０は地上高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との関係を示している。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。

＜移動端末のアンテナ＞
図１２及び図１３に移動端末３０のアンテナ３４の構成例を示している。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を図１２に示すＡ−Ａ’線で切断して−Ｙ方向から眺めた断面図である。

同図に示すように、移動端末３０には、破線で示す台座３００に固定されて、４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄが設けられている。４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄは、いずれも同形同大の正方形状を呈する電波放射面３４５ａ〜３４５ｄを有している（図１３では電波放射面３４５ｂ及び３４５ｄのみが表れている）。各電波放射面３４５ａ〜３４５ｄの法線は、いずれもＸ−Ｙ平面に対して同じ角度で外側に傾斜している。

隣接する２つのアンテナ３４のビーム方向は互いに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の夫々の指向角θｗｄｔを組み合わせることにより、全体として移動体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の指向角θｗｄｔを組み合わせることにより全体として移動体３を中心とするＸ−Ｙ平面上の全方位（３６０°）がカバーされるようにする。

図１４に、移動体３にアンテナ３４及びカメラ３７が搭載されている様子を示している。同図に示すように、図１２及び図１３に示した構造からなる４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄが、移動体３の上面側に設けられている。カメラ３７はその周囲を４つの各電波放射面３４５ａ〜３４５ｄで囲まれた状態で光軸を真上（＋Ｚ方向）に向けて移動体３の上面に搭載されている。

同図に示すように、移動体３（もしくは移動端末３０）には基準軸１４０が設定されている。前述したアンテナ情報３０５として記憶装置３２に記憶される情報は、例えば、この基準軸１４０に対する角度を用いて表現される。

＜移動端末の具体的な動作＞
本実施形態の移動端末３０は、位置標定信号８００の送信に際して基地局２０の存在する方向、即ち基地局方向を特定し、基地局方向をその指向角に含むアンテナ３４を選択して位置標定信号８００を送信する。そのため、移動端末３０から送信される位置標定信号８００は基地局２０に直接波として到達し、これにより移動端末３０の位置の標定精度を高めることができる。

図１５は移動端末３０が位置標定信号８００を送信し、基地局２０がこれを受信して移動端末３０の現在位置を標定する際、基地局２０並びに移動端末３０が行う処理（以下、位置標定処理Ｓ１５００と称する。）を説明するフローチャートである。以下、同図とともに位置標定処理Ｓ１５００について説明する。

同図に示すように、移動端末３０は、位置標定信号８００を送信するタイミングが到来したか否かをリアルタイムに監視している（Ｓ１５１１）。移動端末３０は、例えば、予め設定された時刻が到来したことをもって位置標定信号８００を送信するタイミングが到来したと判断する。また移動端末３０は、例えば、予め設定された周期が到来したことをもって位置標定信号８００を送信するタイミングが到来したと判断する。また移動端末３０は、例えば、基地局２０から位置標定信号８００の送信要求を受信したことをもって、位置標定信号８００を送信するタイミングが到来したと判断する。

位置標定信号８００の送信タイミングが到来したと判断すると（Ｓ１５１１：ＹＥＳ）、移動端末３０は、カメラ３７を制御して撮影を行う（映像データを記憶装置３２に格納する）（Ｓ１５１２）。

続いて移動端末３０は、取得した映像データを入力として座標変換のアルゴリズムや補間処理のアルゴリズムを実行し、映像（映像データ）を平面（平面映像データ）に変換する（Ｓ１５１３）。

続いて移動端末３０は、平面映像データを対象として画像認識処理を実行し、カメラ３７によって撮影された映像に映り込んでいる基地局２０を認識する（Ｓ１５１４）。

そして移動端末３０は、認識した基地局２０の映像に基づき、基地局２０が存在する方向、即ち基地局方向を特定する（Ｓ１５１５）。図１６に移動端末３０が基地局方向を特定する方法を説明している。同図に示すように、基地局方向は、例えば、移動体３（移動端末３０）に設定された基準軸１４０の方向と、原点３と特定した基地局２０とを結ぶ直線とがなす角θｂとして特定される。

図１５に戻り、次いで移動端末３０は、特定した基地局方向と、アンテナ情報３０５として記憶している、移動端末３０が備える４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々の指向角θｗｄｔとを比較し、その指向角θｗｄｔの範囲に特定された基地局方向を含むアンテナ３４を、位置標定信号８００を送信するアンテナ３４として選択する（Ｓ１５１６）。

図１７は基地局方向と４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々の指向角との相対的な関係を説明する図である。同図に示すように、この例では、アンテナ３４ａの指向角は基準軸１４０に対して９０°〜１８０°、アンテナ３４ｂの指向角は基準軸１４０に対して１８０°〜２７０°、アンテナ３４ｃの指向角は基準軸１４０に対して２７０°〜０°、アンテナ３４ｄの指向角は基準軸１４０に対して０°〜９０°と表現される。この例では、その指向角θｗｄｔの範囲（１８０°〜２７０°）に特定された基地局方向θｂを含むアンテナ３４であるアンテナ３４ｂが、位置標定信号８００を送信するアンテナ３４として選択される。

図１５に戻り、次いで移動端末３０は、選択したアンテナ３４から位置標定信号８００を送信する（Ｓ１５１７）。その後、移動端末３０の処理はＳ１５１１に戻る。

一方、基地局２０は、位置標定信号８００を受信したか否かをリアルタイムに監視している（Ｓ１５２１）。基地局２０は、位置標定信号８００を受信すると（Ｓ１５２１：ＹＥＳ）、その位置標定信号８００を用い、前述した位置標定の方法により移動端末３０の位置を標定する（Ｓ１５２２）。その後、基地局２０の処理はＳ１５２１に戻る。

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、移動端末３０が、位置標定信号８００の送信に際して基地局２０の存在する方向、即ち基地局方向を特定し、基地局方向をその指向角に含むアンテナ３４を選択し、選択したアンテナ３４から位置標定信号８００を送信するので、基地局２０に位置標定信号８００を直接波として到達させることができる。このため、位置標定システム１による移動端末３０の位置の標定精度を高めることができる。

また選択したアンテナ３４から位置標定信号８００を送信するので、例えば、マルチパス対策のために４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄの夫々から位置標定信号を送信したり、同じアンテナ３４から繰り返し位置標定信号８００を送信したりする必要がなく、移動端末３０からの位置標定信号８００の送信期間が短くて済み、位置標定のための無線通信を効率よく行うことができる。

また位置標定信号８００が直接波として基地局２０に到達するか否かをカメラ３７で撮影した映像に基づいて判断するので、簡素な構成でありながら位置標定の精度を高めることができる。また位置標定信号８００の送信期間が短くて済むため、例えば、同一周波数の位置標定信号８００を送信する複数の移動端末３０が存在する状況では、同時に利用可能な移動端末３０の数を増やすことができる。また以上の仕組みは基地局２０に特別な仕組みを設けることなく実現できるので、例えば、既存の位置標定システム１にマルチパス対策を容易に実施することができる。

＜移動体側のアンテナの他の構成例＞
図１８及び図１９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。）を示す。このうち図１８は、アンテナ構造６０の正面図（平面図）であり、図１９は、図１８のアンテナ構造６０を同図のＢ−Ｂ’線で切断して−Ｙ方向から眺めた断面図である。

これらの図に示すように、略直方体形状の４つの筐体６１ａ〜６１ｄ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。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。４つの筐体６１ａ〜６１ｄ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。

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１９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。

そして支持筐体６２の上面（＋Ｚ側）の、周囲を４つの筐体６１ａ〜６１ｄで囲まれた中央部分には、そのレンズ３７１の光軸３７１１を＋Ｚ方向に向けた状態でカメラ３７が設けられている。

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が４つのアンテナ３４ａ〜３４ｄを備える場合について説明したが、移動端末３０が少なくとも２つ以上のアンテナ３４を備えていれば本発明を適用することが可能である。

またアンテナ３４の数を増やしてより指向角の狭いアンテナ３４を用いるようにしてもよい。指向角が狭くなる程、通常はアンテナ３４の指向角の中心付近の利得が増大するので、移動端末３０から強い直接波を効率よく基地局２０に到達させることができる。

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基地局２０に送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 基準軸
２５ アンテナ
３０ 移動端末
３４ アンテナ
３７ カメラ
３０１ 位置標定信号送信部
３０４ 送信アンテナ決定部
３０４１ 撮影処理部
３０４２ 平面映像データ生成部
３０４３ 基地局映像認識部
３０４４ 基地局方向特定部
３０４５ 送信アンテナ選択部
３０５ アンテナ情報

Claims (7)

1. 第１アンテナを有する移動端末と、隣接して配置された複数の第２アンテナを有する基地局とを含み、
   前記移動端末が、前記第１アンテナから当該移動端末の位置の標定に用いる無線信号である位置標定信号を送信し、
   前記基地局が、前記第２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、
   前記移動端末が、互いに指向方向を変えて設けられた複数の前記第１アンテナと、当該移動端末の周囲の映像である周囲映像を撮影する電子式カメラとを有し、当該移動端末と前記第１アンテナの夫々の指向角との相対的な関係を記憶し、
   前記移動端末が、前記位置標定信号の送信に際し、
   前記電子式カメラにより前記周囲映像を撮影し、
   撮影した前記周囲映像に映り込んでいる前記基地局の映像である基地局映像を認識し、
   認識した前記基地局映像に基づき前記基地局が存在する方向を特定し、
   特定した前記方向をその指向角に含む前記第１アンテナを選択し、
   選択した前記第１アンテナから前記位置標定信号を送信する
   位置標定システム。
2. 請求項１に記載の位置標定システムであって、
   前記移動端末は、
   当該移動端末側に設定された基準軸の方向と前記第１アンテナの夫々の指向角との相対的な関係を記憶し、
   前記認識した前記基地局映像に基づき、前記基準軸の方向と前記基地局が存在する方向とがなす角を取得し、
   取得した前記基準軸の方向と前記基地局が存在する方向とがなす角と、基準軸の方向と前記第１アンテナの夫々の指向角との相対的な関係とに基づき、特定した前記方向をその指向角に含む前記第１アンテナを選択し、
   選択した前記第１アンテナから前記位置標定信号を送信する
   位置標定システム。
3. 請求項１又は２に記載の位置標定システムであって、
   前記移動端末は、静的な画像認識のアルゴリズム、及び時系列的な画像認識の少なくともいずれかにより、撮影した前記周囲映像に映り込んでいる前記基地局の映像を認識する
   位置標定システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の位置標定システムであって、
   前記移動端末は、パターンマッチング、統計的識別法、及び構造識別法のうちの少なくともいずれかにより、撮影した前記周囲映像に映り込んでいる前記基地局の映像を認識する
   位置標定システム。
5. 請求項１に記載の位置標定システムにおける前記移動端末であって、
   前記第１アンテナから当該移動端末の位置の標定に用いる無線信号である位置標定信号を送信し、
   互いに指向方向を変えて設けられた複数の前記第１アンテナと、当該移動端末の周囲の映像を撮影する電子式カメラとを有し、
   当該移動端末と前記第１アンテナの夫々の指向角との相対的な関係を記憶し、
   前記位置標定信号の送信に際し、
   前記電子式カメラにより前記周囲映像を撮影し、
   撮影した前記周囲映像に映り込んでいる前記基地局の映像である基地局映像を認識し、
   認識した前記基地局映像に基づき前記基地局が存在する方向を特定し、
   特定した前記方向をその指向角に含む前記第１アンテナを選択し、
   選択した前記第１アンテナから前記位置標定信号を送信する
   移動端末。
6. 第１アンテナを有する移動端末と、隣接して配置された複数の第２アンテナを有する基地局とを含んで構成される位置標定システムの制御方法であって、
   前記移動端末が、前記第１アンテナから当該移動端末の位置の標定に用いる無線信号である位置標定信号を送信し、
   前記基地局が、前記第２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、
   前記移動端末が、互いに指向方向を変えて設けられた複数の前記第１アンテナと、当該移動端末の周囲の映像である周囲映像を撮影する電子式カメラとを有し、当該移動端末と前記第１アンテナの夫々の指向角との相対的な関係を記憶し、
   前記移動端末が、前記位置標定信号の送信に際し、
   前記電子式カメラにより前記周囲映像を撮影し、
   撮影した前記周囲映像に映り込んでいる前記基地局の映像である基地局映像を認識し、
   認識した前記基地局映像に基づき前記基地局が存在する方向を特定し、
   特定した前記方向をその指向角に含む前記第１アンテナを選択し、
   選択した前記第１アンテナから前記位置標定信号を送信する
   位置標定システムの制御方法。
7. 請求項６に記載の位置標定システムの制御方法であって、
   前記移動端末が、
   当該移動端末側に設定された基準軸の方向と前記第１アンテナの夫々の指向角との相対的な関係を記憶し、
   前記認識した前記基地局映像に基づき、前記基準軸の方向と前記基地局が存在する方向とがなす角を取得し、
   取得した前記基準軸の方向と前記基地局が存在する方向とがなす角と、基準軸の方向と前記第１アンテナの夫々の指向角との相対的な関係とに基づき、特定した前記方向をその指向角に含む前記第１アンテナを選択し、
   選択した前記第１アンテナから前記位置標定信号を送信する
   位置標定システムの制御方法。

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