JP6186711B2 - 位置標定方法、及び位置標定システム - Google Patents
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移動体に設けられた移動端末から、当該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、第1のアンテナ対と第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、
前記基地局は、
前記第1のアンテナ対の各アンテナ又は前記第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体の位置を標定し、
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、
前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した前記位相差Δθ1又は前記位相差Δθ2と前記移動端末が前記位置から送信した前記位置標定信号について測定した前記位相差Δθ1又は前記位相差Δθ2との組み合わせ、及び、前記移動端末が第1の位置から送信した前記位置標定信号について測定した前記位相差Δθ1又は前記位相差Δθ2と前記移動端末が前記第1の位置とは異なる第2の位置から送信した前記位置標定信号について測定した前記位相差Δθ1又は前記位相差Δθ2との組み合わせについて、前記移動端末から受信する前記位置標定信号の前記マルチパスの影響度合いを求め、
前記マルチパスの影響度合いが最も少ないと判断される前記組み合わせに基づき標定される位置を前記移動体の位置として出力する。
移動体に設けられた移動端末から、当該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、第1のアンテナ対と第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、
前記基地局は、
前記第1のアンテナ対の各アンテナ又は前記第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体の位置を標定し、
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、
前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した前記位相差Δθ1と前記移動端末が前記位置から送信した前記位置標定信号について測定した前記位相差Δθ2との第1の組み合わせ、
前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した第1の前記位相差Δθ1と前記移動端末が前記位置とは異なる位置から送信した前記位置標定信号について測定した第2の前記位相差Δθ1との第2の組み合わせ、
前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した第1の前記位相差Δθ2と前記移動端末が前記位置とは異なる位置から送信した前記位置標定信号について測定した第2の前記位相差Δθ2との第3の組み合わせ、
及び前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した第1の前記位相差Δθ1と前記移動端末が前記位置とは異なる位置から送信した前記位置標定信号について測定した第2の前記位相差Δθ2との第4の組み合わせ、
のうちの少なくとも2つ以上について、前記移動端末から受信する前記位置標定信号の前記マルチパスの影響度合いを求め、前記マルチパスの影響度合いが最も少ないと判断される前記組み合わせに基づき標定される位置を前記移動体の位置として出力する。
前記基地局は、
前記第1の組み合わせに基づく前記マルチパスの影響度合いを、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、
前記第2の組み合わせに基づく前記マルチパスの影響度合いを、前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ1との差を取ることにより求め、
前記第3の組み合わせに基づく前記マルチパスの影響度合いを、前記第1の位相差Δθ2と前記第2の位相差Δθ2との差を取ることにより求め、
前記第4の組み合わせに基づく前記マルチパスの影響度合いを、前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ2との差を取ることにより求める、
というものである。
前記基地局は、
前記第1の組み合わせに基づく前記移動体の位置を、前記位相差Δθ1と前記位相差Δθ2との和を取ることにより求め、
前記第2の組み合わせに基づく前記移動体の位置を、前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ1との和を取ることにより求め、
前記第3の組み合わせに基づく前記移動体の位置を、前記第1の位相差Δθ2と前記第2の位相差Δθ2との和を取ることにより求め、
前記第4の組み合わせに基づく前記移動体の位置を、前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ2との和を取ることにより求める。
次に位置標定システムによる位置標定の原理について説明する。
α=arcTan(D(m)/L(m))=arcSin(ΔL(cm)/3(cm))
の関係がある。尚、上記のΔL(cm)は、アンテナ群25を構成しているアンテナ251のうち、特定の2つのアンテナ251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。
ΔL(cm)=Δθ/(2π/λ(cm))
の関係がある。また位置標定信号900として、例えば、2.4GHz帯の電波を用いた場合はλ=12.5(cm)であるので、
α=arcSin(Δθ/π)
の関係がある。また測定可能範囲(−π/2<Δθ<π/2)内では、αはΔθ(ラジアン)から算出できるので、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。
Δd(x)=(H−h)×Tan(ΔΦ(x))
Δd(y)=(H−h)×Tan(ΔΦ(y))
そして原点の絶対座標を(X1,Y1,0)とすれば、移動端末30の相対座標
(Xx,Yy,0)は次式から求めることができる。
Xx=X1+Δd(x)
Yy=Y1+Δd(y)
ところで、以上に説明した方法で行われる位置標定に際しては、基地局20と移動端末30が備える水晶発振器に生じる周波数偏差に起因する誤差が問題となる。例えば、水晶発振器の周波数安定度が±0.5ppmである場合、基地局20と移動端末30との間に最大1ppmの周波数偏差(2400Hz)が生じる。例えば、アンテナ切替スイッチ26の切替周期が32μsである場合、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にして相殺することにより測定精度の向上を図っている。
Δθ1=Δθt1+F1 ・・・式1
Δθ2=−Δθt2+F2 ・・・式2
Δθ1−Δθ2=(Δθt1−(−Δθt2))+(F1−F2) ・・・式3
θt=(Δθ1−Δθ2)/2 ・・・式4
前述した式1及び式2はマルチパスの影響を考慮していない。マルチパスの影響を考慮すれば、式1は次のようになる。
Δθ1=Δθt1+F1+M1(第1アンテナ対についてのマルチパスの影響分)
・・・式1’
また式2は次のようになる。
Δθ2=−Δθt2+F2−M2(第2アンテナ対についてのマルチパスの影響分)
・・・式2’
Δθ1−Δθ2=(Δθt1−(−Δθt2))+(F1−F2)+(M1+M2)
・・・式3’
θt=(Δθ1−Δθ2)/2−(M1+M2)/2 ・・・式4’
=直接波か否かの判定原理=
移動体3の位置の標定精度を確保するには、移動端末30から直接波として受信した位置標定信号900に基づき基地局20が位置標定を行う必要がある。このため、移動端末30から送られてくる位置標定信号900が直接波であるか否か(マルチパスの影響を受けているか否か)を判定する仕組みが必要となる。そこで位置標定システム1では、以下に示す方法により、移動端末30から送られてくる位置標定信号900が直接波であるか否かを判定する。
Δθ1=Δθt1+F1+M1 ・・・式5
Δθ2=Δθt2+F2+M2 ・・・式6
Δθ1−Δθ2=(Δθt1−Δθt2)+(F1−F2)+(M1−M2)
・・・式7
Δθ1−Δθ2=M1−M2 ・・・式8
ところで、以上に説明した位相差θtを求めるための関係(式4’)及びマルチパス評価情報を得るための関係(式8)は、いずれも移動端末30が「ある地点」から送信した位置標定信号900を第1のアンテナ対が受信することにより得られる関係(式1’、式5)、及び移動端末30が「上記地点」から送信した位置標定信号900を第2のアンテナ対々が受信することにより得られる関係(式2’、式6)から導出したものであるが(以下、この方法のことを第1の方法と称する。)、これに限らず、位相差θtを求めるための関係式及びマルチパス評価情報を得るための関係は、次に示すような方法(以下、第2の方法、第3の方法、第4の方法と称する。)によっても導出することができる。以下、順に説明する。
まず第1のアンテナ対に基づき関係式を導出する。第1のアンテナ対の各アンテナ(第1アンテナ251a及び第2アンテナ251b)が受信する位置標定信号900の位相差Δθ1M1(第1アンテナ251aを基準として第2アンテナ251bの位相を測定した結果(=測定値))は、移動端末30から第1アンテナ251aまでの位置標定信号900の伝搬経路と、移動端末30から第2アンテナ251bまでの位置標定信号900の伝搬経路との差(経路差)によって生じる位相差の真値をΔθt1とし、上述の測定誤差をF1、第1のアンテナ対についてのマルチパスの影響分をM1とすれば、次式で表すことができる。
Δθ1M1=Δθt1+F1+M1 ・・・式9
Δθ2M1=−Δθt2+F2−M1 ・・・式10
Δθ1M1−Δθ2M1=(Δθt1−(−Δθt2))+(F1−F2)+(M1+M1)
・・・式11
(Δθ1M1−Δθ2M1)/2=Δθt+M1 ・・・式12
Δθ1M2=Δθt3+F3+M2 ・・・式13
Δθ2M2=−Δθt4+F4−M2 ・・・式14
Δθ1M2−Δθ2M2=(Δθt3−(−Δθt4))+(F3−F4)+(M2+M2)
・・・式15
(Δθ1M2−Δθ2M2)/2=Δθt+M2 ・・・式16
(Δθ1M1−Δθ2M1)/2+(Δθ1M2−Δθ2M2)/2
=2×Δθt+M1+M2 ・・・式17
(Δθ1M1−Δθ2M1)/2−(Δθ1M2−Δθ2M2)/2=M1−M2
・・・式18
第3の方法では、移動端末30が第1の位置から送信した位置標定信号900を第1のアンテナ対で受信することにより得られる関係と、移動端末30が上記第1の位置とは異なる第2の位置から送信した位置標定信号900を第1のアンテナ対で受信することにより得られる関係とに基づき、位相差θt及びマルチパス評価情報を得るための関係を導出する。
Δθ1M1=Δθt1+F1+M1 ・・・式19
Δθ2M1=−Δθt2+F2−M1 ・・・式20
Δθ1M1−Δθ2M1=(Δθt1−(−Δθt2))+(F1−F2)+(M1+M1)
・・・式21
(Δθ1M1−Δθ2M1)/2=Δθt+M1 ・・・式22
Δθ1M2=Δθt3+F3+M2 ・・・式23
Δθ2M2=−Δθt4+F4−M2 ・・・式24
Δθ1M2−Δθ2M2=(Δθt3−(−Δθt4))+(F3−F4)+(M2+M2)
・・・式25
(Δθ1M2−Δθ2M2)/2=Δθt+M2 ・・・式26
(Δθ1M1−Δθ2M1)/2+(Δθ1M2−Δθ2M2)/2
=Δθt+(M1+M2)/2 ・・・式27
(Δθ1M1−Δθ2M1)/2−(Δθ1M2−Δθ2M2)/2=M1−M2
・・・式28
第4の方法では、移動端末30が第1の位置から送信した位置標定信号900を第1のアンテナ対で受信することにより得られる関係と、移動端末30が上記第1の位置とは異なる第2の位置から送信した位置標定信号900を第2のアンテナ対で受信することにより得られる関係とに基づき、位相差θt及びマルチパス評価情報を得るための関係を導出する。
Δθ1M1=Δθt1+F1+M1 ・・・式29
Δθ2M1=−Δθt2+F2−M1 ・・・式30
Δθ1M1−Δθ2M1=(Δθt1−(−Δθt2))+(F1−F2)+(M1+M1)
・・・式31
(Δθ1M1−Δθ2M1)/2=Δθt+M1 ・・・式32
Δθ1M2=Δθt3+F3+M2 ・・・式33
Δθ2M2=−Δθt4+F4−M2 ・・・式34
Δθ1M2−Δθ2M2=(Δθt3−(−Δθt4))+(F3−F4)+(M2+M2)
・・・式35
(Δθ1M2−Δθ2M2)/2=Δθt+M2 ・・・式36
(Δθ1M1−Δθ2M1)/2+(Δθ1M2−Δθ2M2)/2
=θt+(M1+M2)/2 ・・・式37
(Δθ1M1−Δθ2M1)/2−(Δθ1M2−Δθ2M2)/2=M1−M2
・・・式38
以上に説明したように、位相差θt及びマルチパス評価情報は、アンテナ対の組み合わせ(第1のアンテナ対同士、第2のアンテナ対同士、第1のアンテナ対と第2のアンテナ対の組み合わせ)や、移動端末30が位置標定信号900を送信した位置の組み合わせ(第1の位置から送信した位置標定信号900のみを用いる場合、第2の位置から送信した位置標定信号900のみを用いる場合、第1の位置から送信した位置標定信号900と第2の位置から送信した位置標定信号900の双方を組み合わせる場合)の異なる、様々なバリエーションによって求めることができる。
続いて図14とともに、以上の方法を適用して位置標定を行う場合に位置標定システム1において行われる処理(以下、位置標定処理S1400と称する。)について説明する。
3 移動体
20 基地局
204 位置標定部
205 マルチパス評価情報取得部
2051 第1位相差測定部
2052 第2位相差測定部
2053 評価情報生成記憶部
206 端末変位判定部
207 位置標定信号選択部
208 位置標定結果出力部
25 アンテナ群
251 アンテナ
251a 第1アンテナ
251b 第2アンテナ
251c 第3アンテナ
251d 第4アンテナ
30 移動端末
38 変位計測装置
301 位置標定信号送信部
900 位置標定信号
34 アンテナ
S1400 位置標定処理
Claims (4)
- 移動体の位置を標定する方法であって、
移動体に設けられた移動端末から、当該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、第1のアンテナ対と第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、
前記基地局が、
前記第1のアンテナ対の各アンテナ又は前記第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体の位置を標定し、
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、
前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した前記位相差Δθ1と前記移動端末が前記ある位置から送信した前記位置標定信号について測定した前記位相差Δθ2との第1の組み合わせ、
前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した第1の前記位相差Δθ1と前記移動端末が前記ある位置とは異なる位置から送信した前記位置標定信号について測定した第2の前記位相差Δθ1との第2の組み合わせ、
前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した第1の前記位相差Δθ2と前記移動端末が前記ある位置とは異なる位置から送信した前記位置標定信号について測定した第2の前記位相差Δθ2との第3の組み合わせ、
及び前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した第1の前記位相差Δθ1と前記移動端末が前記ある位置とは異なる位置から送信した前記位置標定信号について測定した第2の前記位相差Δθ2との第4の組み合わせ、
のうちの少なくとも2つ以上について、前記移動端末から受信する前記位置標定信号のマルチパスの影響度合いを、
前記第1の組み合わせについては、前記位相差Δθ1と前記位相差Δθ2との差を取ることにより、
前記第2の組み合わせについては、前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ1との差を取ることにより、
前記第3の組み合わせについては、前記第1の位相差Δθ2と前記第2の位相差Δθ2との差を取ることにより、
前記第4の組み合わせについては、前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ2との差を取ることにより、
夫々求め、
前記マルチパスの影響度合いが最も少ないと判断される前記組み合わせに基づき標定される位置を前記移動体の位置として出力する
ことを特徴とする位置標定方法。 - 請求項1に記載の位置標定方法であって、
前記基地局が、
前記第1の組み合わせに基づき前記標定を行う場合は前記移動体の位置を前記位相差Δθ1と前記位相差Δθ2との差を取ることにより求め、
前記第2の組み合わせに基づき前記標定を行う場合は前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ1との和を取ることにより求め、
前記第3の組み合わせに基づき前記標定を行う場合は前記第1の位相差Δθ2と前記第2の位相差Δθ2との和を取ることにより求め、
前記第4の組み合わせに基づき前記標定を行う場合は前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ2との和を取ることにより求める
ことを特徴とする位置標定方法。 - 移動体に設けられた移動端末から送信される、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受信する、第1のアンテナ対と第2のアンテナ対とを備え、
前記第1のアンテナ対と前記第2のアンテナ対は、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のアンテナ対の各アンテナ又は前記第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体の位置を求める、位置標定部と、
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を求める、第1位相差測定部と、
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位相差Δθ2を求める、第2位相差測定部と、
前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した前記位相差Δθ1と前記移動端末が前記位置から送信した前記位置標定信号について測定した前記位相差Δθ2との第1の組み合わせ、
前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した第1の前記位相差Δθ1と前記移動端末が前記位置とは異なる位置から送信した前記位置標定信号について測定した第2の前記位相差Δθ1との第2の組み合わせ、
前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した第1の前記位相差Δθ2と前記移動端末が前記位置とは異なる位置から送信した前記位置標定信号について測定した第2の前記位相差Δθ2との第3の組み合わせ、
及び前記移動端末がある位置から送信した前記位置標定信号について測定した第1の前記位相差Δθ1と前記移動端末が前記位置とは異なる位置から送信した前記位置標定信号について測定した第2の前記位相差Δθ2との第4の組み合わせ、
のうちの少なくとも2つ以上について、前記移動端末から受信する前記位置標定信号のマルチパスの影響度合いを、
前記第1の組み合わせについては、前記位相差Δθ1と前記位相差Δθ2との差を取ることにより、
前記第2の組み合わせについては、前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ1との差を取ることにより、
前記第3の組み合わせについては、前記第1の位相差Δθ2と前記第2の位相差Δθ2との差を取ることにより、
前記第4の組み合わせについては、前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ2との差を取ることにより、
夫々求める、マルチパス評価情報取得部と、
前記マルチパスの影響度合いが最も少ないと判断される前記組み合わせに基づき標定される位置を前記移動体の位置として出力する、位置標定結果出力部と
を備えることを特徴とする位置標定システム。 - 請求項3に記載の位置標定システムであって、
位置標定結果出力部は、
前記第1の組み合わせに基づき前記標定を行う場合は前記移動体の位置を前記位相差Δθ1と前記位相差Δθ2との差を取ることにより求め、
前記第2の組み合わせに基づき前記標定を行う場合は前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ1との和を取ることにより求め、
前記第3の組み合わせに基づき前記標定を行う場合は前記第1の位相差Δθ2と前記第2の位相差Δθ2との和を取ることにより求め、
前記第4の組み合わせに基づき前記標定を行う場合は前記第1の位相差Δθ1と前記第2の位相差Δθ2との和を取ることにより求める
ことを特徴とする位置標定システム。
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