JP7315924B2 - Information transmission device, mobile object, information transmission method, and information transmission program - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 第30条第2項適用、令和元年8月27日 一般社団法人電子情報通信学会 2019年電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集がウェブサイトで公開、及び令和元年9月11日大阪大学において開催された一般社団法人電子情報通信学会 2019年電子情報通信学会ソサイエティ大会で発表Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act applies Article 30, Paragraph 2 applies, August 27, 2019 The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers 2019 Society Conference Proceedings are published on the website, and Presented at the 2019 Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Society Conference held at Osaka University on September 11, 2019
特許法第30条第2項適用 第30条第2項適用、令和元年11月28日 一般社団法人電子情報通信学会 スマート無線研究会(SR)技術研究報告がウェブサイトで公開、及び令和元年12月5日石垣市民会館において開催された一般社団法人電子情報通信学会 スマート無線研究会(SR)で発表Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law applies Article 30, Paragraph 2 applies, November 28, 2019 The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Smart Radio Study Group (SR) technical research report is published on the website, and Presented at the IEICE Smart Radio Study Group (SR) held at the Ishigaki Civic Hall on December 5, 1989.
本発明は、自動車等の移動体の姿勢に係る情報を効率的に伝送する情報伝送装置および移動体および情報伝送方法および情報伝送プログラムに関する。 The present invention relates to an information transmission apparatus, a mobile body, an information transmission method, and an information transmission program for efficiently transmitting information relating to the attitude of a mobile body such as an automobile.
CASE(Connected、Autonomous、Shared&Service、Electric)というキーワードに代表されるように、近年、自動車のAI化、IoT化が急速に進みつつある。特に、Connectedの分野では、車もしくは車載モバイルがセンサなどで、ドライブに関するさまざまなデータを感知し、それを人工知能が高次元で分析し、ドライバーへ有益な情報をリアルタイムで提供する、いわゆる「相互接続」が注目を集めている。例えば、車体ダンパにセンサを設置し、各々のダンパをモニタリングしつつ車体全体の姿勢を認識することで、ダンパを品質管理を実現することができる。 As typified by the keywords CASE (Connected, Autonomous, Shared & Service, Electric), in recent years, the use of AI and IoT in automobiles has been rapidly progressing. In particular, in the connected field, vehicles or in-vehicle mobile devices sense various data related to driving with sensors, etc., analyze them at a high level with artificial intelligence, and provide useful information to drivers in real time. Connectivity is getting a lot of attention. For example, by installing sensors on the vehicle body dampers and recognizing the posture of the entire vehicle body while monitoring each damper, it is possible to realize quality control of the dampers.
車に限らず、物体の状態を認識するセンサに無線機能を取り付けることで、インターネット上でセンサ情報を記録し、状態モニタや機器制御、課金情報の収集などを行う技術が開発されており、特にセンサ情報収集用の無線通信は、無線センサネットワーク(WSN)と呼ばれている。しかし無線通信の用途が広がる一方で、無線通信資源である周波数の枯渇が問題となる。 By attaching wireless functions to sensors that recognize the state of objects, not just cars, technologies have been developed to record sensor information on the Internet, monitor conditions, control equipment, and collect billing information. Wireless communication for sensor information collection is called Wireless Sensor Network (WSN). However, as the use of wireless communication expands, exhaustion of frequencies, which are wireless communication resources, becomes a problem.
そこで、無線センサネットワークに特化した手法として、無線信号の周波数および位相や継続時間などを無線物理量と定義し、センサ情報を無線物理量に比例して変化させることで、一度に多数のセンサの情報を通知する方法が提案されている(特許文献1、特許文献2)。このような方法は(無線通信パラメタ変換型)一括情報収集法(PhyC-SN)と称される。この方法は、情報源が近接した場合でも情報の分離が可能であり、しかも少ないステップですべてのセンサから情報を収集することができる。例えば、前記ダンパのモニタリングの場合、外部の情報(GPS等)を使わず、コマンド通知のみでセンサ情報の一括同時集約が可能となる。 Therefore, as a method specialized for wireless sensor networks, the frequency, phase, duration, etc. of wireless signals are defined as radio physical quantities, and sensor information is changed in proportion to the radio physical quantities. (Patent Document 1, Patent Document 2). Such a method is called a (wireless communication parameter conversion type) collective information gathering method (PhyC-SN). This method can separate information even if the information sources are close to each other, and can collect information from all sensors in a small number of steps. For example, in the case of monitoring the damper, it is possible to collectively and simultaneously aggregate sensor information only by command notification without using external information (GPS, etc.).
しかし、将来的に膨大な数の車が無線センサネットワークに接続される可能性があり、一括情報収集法等による伝送効率の向上対策だけでは周波数の枯渇問題は解決されない。そこで、一括情報収集法等の情報伝送技術と併せて、扱う情報の特徴に応じて情報の圧縮を行う等、情報量そのものを低減する必要がある。 However, there is a possibility that a huge number of cars will be connected to the wireless sensor network in the future, and the problem of frequency depletion cannot be solved only by measures to improve transmission efficiency such as batch information collection methods. Therefore, it is necessary to reduce the amount of information itself by, for example, compressing information according to the characteristics of the information to be handled, together with information transmission technology such as the batch information collection method.
本開示の一態様に係る情報伝送装置は、複数の車輪を有する移動体の姿勢に係る情報を送信する情報伝送装置であって、前記車輪ごとに設けられ、位置情報を三軸座標系で測定し出力するセンサ群と、前記センサ群の各出力のうちx軸上の位置情報およびy軸上の位置情報に係るそれぞれの出力に応じてキャリアを第1の物理量で変調するユニットと、前記センサ群の各出力のうちz軸上の位置情報の符号に係る少なくとも1ビットの情報に応じて、前記第1の物理量で変調を受けたキャリアのうち何れか一方を、さらに第1の物理量と異なる第2の物理量で変調するユニットと、前記第1の物理量で変調され前記第2の物理量での変調を受けていないキャリア、ならびに前記第1の物理量および第2の物理量で変調を受けたキャリアを、それぞれ時系列で送信するユニットと、を備えたものである。 An information transmission device according to an aspect of the present disclosure is an information transmission device that transmits information related to the attitude of a mobile body having a plurality of wheels, is provided for each wheel, and measures position information in a three-axis coordinate system. a unit for modulating a carrier with a first physical quantity according to respective outputs relating to positional information on the x-axis and positional information on the y-axis among the outputs of the sensor group; One of the carriers modulated with the first physical quantity is further different from the first physical quantity according to at least 1-bit information related to the sign of the positional information on the z-axis among the outputs of the group. A unit that modulates with a second physical quantity , a carrier that is modulated with the first physical quantity and is not modulated with the second physical quantity, and a carrier that is modulated with the first physical quantity and the second physical quantity , and a unit for transmitting each in chronological order.
前記情報伝送装置における前記移動体は自動車であり、前記センサ群は前後左右の車輪をそれぞれ保持するダンパに1個ずつ設けられていてもよい。 The moving object in the information transmission device may be an automobile, and the sensor groups may be provided in dampers respectively holding front, rear, left, and right wheels.
前記情報伝送装置における前記x軸は前記移動体の前後方向の軸であり、前記y軸は前記移動体の左右方向の軸であり、前記z軸は前記移動体の底面に対して垂直方向の軸であってもよい。 The x-axis in the information transmission device is the longitudinal axis of the moving body, the y-axis is the lateral axis of the moving body, and the z-axis is the vertical direction to the bottom surface of the moving body. It can be an axis.
前記情報伝送装置における前記第1の物理量は前記キャリアの周波数であってもよい。 The first physical quantity in the information transmission device may be the frequency of the carrier.
前記情報伝送装置における前記第2の物理量は前記キャリアの振幅であってもよい。 The second physical quantity in the information transmission device may be amplitude of the carrier.
本開示の一態様に係る移動体は、車体に複数の車輪が設けられた移動体であって、前記車輪ごとに設けられ、位置情報を三軸座標系で測定し出力するセンサ群と、前記センサ群の各出力のうちx軸上の位置情報およびy軸上の位置情報に係るそれぞれの出力に応じてキャリアを第1の物理量で変調するユニットと、前記センサ群の各出力のうちz軸上の位置情報の符号に係る少なくとも1ビットの情報に応じて、前記第1の物理量で変調を受けたキャリアのうち何れか一方を、さらに第1の物理量と異なる第2の物理量で変調するユニットと、前記第1の物理量で変調され前記第2の物理量での変調を受けていないキャリア、ならびに前記第1の物理量および第2の物理量で変調を受けたキャリアを、それぞれ時系列で送信するユニットと、を備えたものである。 A mobile body according to an aspect of the present disclosure is a mobile body having a vehicle body provided with a plurality of wheels, wherein a sensor group is provided for each of the wheels and measures and outputs position information in a three-axis coordinate system; a unit that modulates a carrier with a first physical quantity according to each output related to positional information on the x-axis and positional information on the y-axis among outputs of the sensor group; and a z-axis among the outputs of the sensor group A unit for modulating any one of the carriers modulated with the first physical quantity with a second physical quantity different from the first physical quantity according to at least 1-bit information related to the code of the position information above. and a carrier modulated with the first physical quantity but not modulated with the second physical quantity, and a carrier modulated with the first physical quantity and the second physical quantity , respectively, in chronological order. and
前記移動体における前記x軸は前記車体の前後方向の軸であり、前記y軸は前記車体の左右方向の軸であってもよい。 The x-axis of the moving body may be the front-rear axis of the vehicle body, and the y-axis may be the left-right axis of the vehicle body.
前記移動体における前記第1の物理量は前記キャリアの周波数であってもよい。 The first physical quantity in the moving body may be the frequency of the carrier.
前記移動体における前記第2の物理量は前記キャリアの振幅であってもよい。 The second physical quantity in the moving object may be amplitude of the carrier.
本開示の一態様に係る情報伝送方法は、複数の車輪を有する移動体の姿勢に係る情報を送信する情報伝送方法であって、前記車輪ごとに設けられ、位置情報を三軸座標系で測定し出力するセンサ群からの情報を取得するステップと、前記センサ群の各出力のうちx軸上の位置情報およびy軸上の位置情報に係るそれぞれの出力に応じてキャリアを第1の物理量で変調するステップと、前記センサ群の各出力のうちz軸上の位置情報の符号に係る少なくとも1ビットの情報に応じて、前記第1の物理量での変調と併せて、前記キャリアを第1の物理量と異なる第2の物理量で変調するステップと、を含む。 An information transmission method according to an aspect of the present disclosure is an information transmission method for transmitting information related to the attitude of a mobile body having a plurality of wheels, wherein each wheel is provided and position information is measured in a three-axis coordinate system. acquiring information from a group of sensors that output a carrier by a first physical quantity according to respective outputs related to positional information on the x-axis and positional information on the y-axis among the outputs of the group of sensors; and modulating the carrier to a first modulating value in accordance with at least one bit of information relating to the sign of the positional information on the z-axis among the outputs of the sensor group, together with the modulation with the first physical quantity. and modulating with a second physical quantity different from the physical quantity.
前記情報伝送方法における前記第1の物理量は前記キャリアの周波数であってもよい。 The first physical quantity in the information transmission method may be the frequency of the carrier.
前記情報伝送方法における前記第2の物理量は前記キャリアの振幅であってもよい。 The second physical quantity in the information transmission method may be amplitude of the carrier.
本開示の一態様に係る情報伝送プログラムは、複数の車輪を有する移動体の姿勢に係る情報を送信する情報伝送プログラムであって、前記車輪ごとに設けられ、位置情報を三軸座標系で測定し出力するセンサ群からの情報を取得するステップと、前記センサ群の各出力のうちx軸上の位置情報およびy軸上の位置情報に係るそれぞれの出力に応じてキャリアを第1の物理量で変調するステップと、前記センサ群の各出力のうちz軸上の位置情報の符号に係る少なくとも1ビットの情報に応じて、前記第1の物理量での変調と併せて、前記キャリアを第1の物理量と異なる第2の物理量で変調するステップと、含む。 An information transmission program according to one aspect of the present disclosure is an information transmission program for transmitting information related to the attitude of a mobile body having a plurality of wheels, provided for each wheel, and measuring position information in a three-axis coordinate system. acquiring information from a group of sensors that output a carrier by a first physical quantity according to respective outputs related to positional information on the x-axis and positional information on the y-axis among the outputs of the group of sensors; and modulating the carrier to a first modulating value in accordance with at least one bit of information relating to the sign of the positional information on the z-axis among the outputs of the sensor group, together with the modulation with the first physical quantity. and modulating with a second physical quantity different from the physical quantity.
前記情報伝送プログラムにおける前記第1の物理量は前記キャリアの周波数であってもよい。 The first physical quantity in the information transmission program may be the frequency of the carrier.
前記情報伝送プログラムにおける前記第2の物理量は前記キャリアの振幅であってもよい。 The second physical quantity in the information transmission program may be amplitude of the carrier.
本開示の一態様によれば、自動車等の地上を走行する移動体の揺れまたは変位の特徴に合わせたセンサ情報の圧縮を行うことにより、一括情報収集法における伝送情報量を大幅に圧縮することができ、周波数のさらなる有効利用を図ることができる。 According to one aspect of the present disclosure, by compressing sensor information according to the characteristics of shaking or displacement of a moving body such as an automobile that runs on the ground, the amount of information to be transmitted in the collective information collection method can be greatly compressed. It is possible to achieve further effective use of frequencies.
以下、本開示の一態様に係る実施の形態(以下、本実施の形態)における情報伝送装置について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, an information transmission device according to an embodiment (hereinafter referred to as the present embodiment) according to one aspect of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
まず、図1に典型的な無線通信パラメタ変換型一括情報収集法(PhyC-SN)モデルを例示する。図1において201、202、203はそれぞれ送信機能を持つセンサ(#1、#2、#3)であり、204は各センサ(201、202、203)から送信された信号をすべて受信する情報集約局である。各センサはキャリア(搬送波)の周波数f0に対し、それぞれ観測した温度に応じた周波数だけキャリア周波数を変位させて、送信する場合を挙げる。例えば、センサ201が19℃を観測したら、19+f0(Hz)の周波数の信号を送信し、同様にセンサ202、203はそれぞれ24+f0(Hz)、15+f0(Hz)の信号を送信する(図2)。 First, FIG. 1 illustrates a typical wireless communication parameter conversion type collective information gathering method (PhyC-SN) model. In FIG. 1, 201, 202, and 203 are sensors (#1, #2, and #3) each having a transmission function, and 204 is information aggregation for receiving all signals transmitted from each sensor (201, 202, and 203). station. A case where each sensor shifts the carrier frequency by a frequency corresponding to the observed temperature with respect to the frequency f 0 of the carrier (carrier wave) for transmission will be described. For example, when the sensor 201 observes 19° C., it transmits a signal with a frequency of 19+f 0 (Hz) . 2).
情報集約局204はセンサ201、202、203からの信号を同時に受信し、情報源の特定と情報の分離を実行する。上記センサの送信周波数が十分離れていれば、受信された信号の周波数スペクトルを検出することにより、19Hz、24Hz、15Hzの周波数成分をそれぞれ検出することができる。 Information aggregation station 204 simultaneously receives signals from sensors 201, 202, and 203 and performs source identification and information separation. If the transmitter frequencies of the sensors are sufficiently far apart, the frequency components of 19 Hz, 24 Hz and 15 Hz can be detected by detecting the frequency spectrum of the received signal.
以下、本実施の形態について説明する。図3は本実施の形態における情報伝送装置1のブロック図を示す。図3において、2a、2b、2c、2dはそれぞれモーションセンサ(センサ)であり、図4(a)に示すように自動車(移動体)の各車輪を支えるダンパ(図中円で表示、裏側は点線)に設けられ、位置情報を三軸座標系で測定し出力する。なお、任意のモーションセンサ(例えば2a)が検出する位置は、同図(c)で示されるように、車の前後方向(x軸方向)、左右方向(y軸方向)、車の底面に対して垂直方向(z軸方向)、を三軸座標系として、(Ax、Ay、Az)で表してもよいし、x軸、y軸、z軸を中心とするオイラー角(α、β、γ)で表してもよい。 The present embodiment will be described below. FIG. 3 shows a block diagram of the information transmission device 1 in this embodiment. In FIG. 3, 2a, 2b, 2c, and 2d are motion sensors (sensors), respectively, and as shown in FIG. dotted line), and measures and outputs position information in a three-axis coordinate system. The position detected by an arbitrary motion sensor (for example, 2a) is, as shown in FIG. may be represented by (A x , A y , A z ) with the vertical direction (z-axis direction) as a triaxial coordinate system, or the Euler angles (α, β, γ).
10はプロセッサであり、図5のフローチャートで示される処理を実行する。まず、モーションセンサ2a、2b、2c、2dが検出した位置情報(Ax、Ay、Az)、(Bx、By、Bz)、(Cx、Cy、Cz)、(Dx、Dy、Dz)を受け取り(S11)、x軸とy軸方向の位置情報に係るそれぞれの出力(Ax、Ay)、(Bx、By)、(Cx、Cy)、(Dx、Dy)に応じて、順次キャリアを周波数変調する(S12)。ここで、それぞれのz軸座標値(Az、Bz、Cz、Dz)については、位置情報を送らず、符号情報のみをAy、By、Cy、Dyの変調信号に重畳させる。具体的には、Ay、By、Cy、Dyで周波数変調された信号に対し、それぞれAz、Bz、Cz、Dzの符号に応じた振幅変調を実行させる(S13)。 A processor 10 executes the processing shown in the flowchart of FIG. First, the positional information detected by the motion sensors 2a, 2b, 2c, and 2d ( Ax , Ay , Az ), ( Bx , By , Bz ), ( Cx , Cy , Cz ), ( D x , D y , D z ) are received (S11), and respective outputs (A x , A y ), (B x , By ) , (C x , C y ) and (D x , D y ), the carrier is sequentially frequency-modulated (S12). Here, for each z-axis coordinate value (A z , B z , C z , D z ), position information is not sent, and only code information is converted into modulated signals of A y , B y , Cy , D y . superimpose. Specifically, the signals frequency-modulated by A y , B y , C y and D y are amplitude-modulated according to the signs of A z , B z , C z and D z (S13). .
符号情報は少なくとも1ビットあればよい。例えば、モーションセンサが検出した位置情報(座標)が(Ax、Ay、Az)=(2.51、1.12、0.2)のときは「1」を、(Ax、Ay、Az)=(1.22、2.68、-1.34)のときは「0」を、符号情報とする。符号情報は1ビット以上あってもよいが、振幅変調はフェージングの影響を非常に受けやすいので、情報量はできるだけ少ない方がよく、また後述のように、α≒0とみなせる場合、符号さえ判ればz軸座標の値はx、y軸座標の値から推定できるので、符号情報は1ビットの方がむしろ好ましい。 Code information may be at least 1 bit. For example, when the position information (coordinates) detected by the motion sensor is (A x , A y , A z )=(2.51, 1.12, 0.2), set “1”, (A x , A When y 1 , A z )=(1.22, 2.68, −1.34), “0” is taken as code information. Code information may have one or more bits, but since amplitude modulation is very susceptible to fading, the amount of information should be as small as possible. For example, since the value of the z-axis coordinate can be estimated from the values of the x- and y-axis coordinates, 1-bit code information is rather preferable.
なお、本実施の形態においては、図5で示されるフローチャートがプロセッサ10に組み込まれたプログラムによって実行されることを前提としているが、この形態に限定されなくともよい。例えば、各ステップ(S11~S14)の全てまたは一部をASICやFPGA等によりユニット化されたハードウェアで実現してもよい。また前記プログラムは予めプロセッサ10に組み込まれたものでなくてもよい。例えば通信回線を通して基地局またはサーバーよりアプリケーションとして随時供給されるものであってもよい。 In addition, in the present embodiment, it is assumed that the flowchart shown in FIG. 5 is executed by a program incorporated in the processor 10, but it is not necessary to be limited to this form. For example, all or part of each step (S11 to S14) may be realized by unitized hardware such as ASIC or FPGA. Also, the program does not have to be installed in the processor 10 in advance. For example, it may be supplied as an application at any time from a base station or server through a communication line.
また、図5においては、周波数変調(S12)の後に振幅変調(S13)を実行するとしているが、この順序に限定されなくてもよい。周波数変調と併せて振幅変調が施されていれば、反対の手順で行われてもよい。また、y軸に係る周波数変調信号の代わりにx軸に係る周波数変調信号に対して振幅変調を施してもよい。 Also, in FIG. 5, the amplitude modulation (S13) is performed after the frequency modulation (S12), but the order is not limited to this order. If amplitude modulation is applied in conjunction with frequency modulation, the reverse procedure may be performed. Also, amplitude modulation may be performed on the frequency-modulated signal on the x-axis instead of the frequency-modulated signal on the y-axis.
以上のステップで得られた変調信号は順次、送信部3に送られ(S14)、さらにアンテナ4を介して基地局に送られる。このときの送信される信号p(t)のイメージを図6に示す。同図においてはモーションセンサ2a、2bの出力に係る信号のみを図示しており、他の信号は省略している。y軸座標に係る信号(Ay、By)が送信される際、z軸座標の符号に応じて振幅変調されている。 The modulated signals obtained in the above steps are sequentially sent to the transmitter 3 (S14), and further sent via the antenna 4 to the base station. FIG. 6 shows an image of the signal p(t) transmitted at this time. In the figure, only the signals related to the outputs of the motion sensors 2a and 2b are shown, and the other signals are omitted. When the signals (A y , B y ) related to the y-axis coordinates are transmitted, they are amplitude-modulated according to the sign of the z-axis coordinates.
このように、各センサ出力のうちz軸上の位置情報の符号に係る1ビットの情報に応じて周波数変調と併せて振幅変調を実施することにより、移動体の姿勢に係る情報の伝送効率を高めることができる。図7(a)は、仮に、x軸、y軸、z軸全ての位置情報を一括情報収集法(PhyC-SN)を用いて伝送する比較例の周波数×時間リソースの状態を示す。同図においては、各センサ出力は周波数分割で、各座標軸については時分割で伝送されるとする。合計4×3=12チャネルのリソースが必要となる。一方実施の形態(同図(b))では、z軸座標の情報は符号情報のみがy軸座標の信号に重畳されるため、チャネルリソースは4×2=8で済む。すなわち、一括情報収集法をそのまま用いた場合よりも、必要とされる周波数×時間リソースを2/3に低減することができる。 In this way, by performing amplitude modulation together with frequency modulation in accordance with 1-bit information relating to the sign of the positional information on the z-axis among the sensor outputs, the transmission efficiency of information relating to the attitude of the moving object can be improved. can be enhanced. FIG. 7(a) shows the state of frequency×time resources in a comparative example in which position information on all of the x-axis, y-axis, and z-axis are tentatively transmitted using the batch information gathering method (PhyC-SN). In the figure, each sensor output is transmitted by frequency division, and each coordinate axis is transmitted by time division. A total of 4×3=12 channel resources are required. On the other hand, in the embodiment ((b) in the figure), only the code information of the z-axis coordinate information is superimposed on the y-axis coordinate signal, so that only 4×2=8 channel resources are required. That is, the required frequency×time resources can be reduced to 2/3 compared to the case where the batch information collection method is used as it is.
z軸座標(Az、Bz、Cz、Dz)に係る情報を符号1ビットにまで縮減できる理由について述べる。図8に自動車(移動体)の各モーションセンサの初期位置(ax、ay、az)、(bx、by、bz)、(cx、cy、cz)、(dx、dy、dz)と路面等の状況で車体がランダムに揺れたときの各モーションセンサの位置(Ax、Ay、Az)、(Bx、By、Bz)、(Cx、Cy、Cz)、(Dx、Dy、Dz)をシミュレートしたグラフを示す。 The reason why the information related to the z-axis coordinates (A z , B z , C z , D z ) can be reduced to 1-bit code will be described. Fig. 8 shows the initial positions ( ax , ay , az ), ( bx , by , bz ), ( cx , cy , cz ) and (d) of the motion sensors of the automobile (moving body). x , d y , d z ) and the position of each motion sensor (A x , A y , A z ), (B x , B y , B z ), ( Fig. 3 shows simulated graphs for Cx , Cy , Cz ), ( Dx , Dy , Dz );
図8に示されるように、自動車等、陸上を移動する移動体の場合、揺れはx軸回りの揺れ(横揺れ)もしくはy軸回りの揺れ(縦揺れ)あるいはこれらを合成した揺れにほぼ限定される。z軸回りの揺れ(車体底面に対する垂線回りに回転する揺れ)は殆ど生じない。すなわち変位をそれぞれオイラー角(図4(c))で表した場合、自動車等の場合、車体の変位はβとγにのみ現れ、αは常に0か非常に小さい値を示す。 As shown in FIG. 8, in the case of a mobile body such as an automobile that moves on land, the shaking is almost limited to shaking around the x-axis (rolling), shaking around the y-axis (pitching), or a combination of these. be done. Shaking around the z-axis (rotating shaking around a perpendicular to the bottom surface of the vehicle body) hardly occurs. That is, when each displacement is represented by Euler angles (FIG. 4(c)), in the case of an automobile, etc., the displacement of the vehicle body appears only in β and γ, and α is always 0 or a very small value.
α=0またはαが無視できる程度の微小量であるとみなせる場合、x軸方向およびy軸方向の変位情報からz軸方向の変位を推定することができる。簡単な説明図を図9に示す。同図は車体がy軸回りにβ回転したときに、z軸方向から見た車体の様子を模式的に描いたものである。同図にはz軸座標の情報は示されていないが、y軸回りに回転した結果、x軸方向に“縮んで”見える。この比率Ax/axが判ればy軸回りのオイラー角γ=cos-1(Ax/ax)が求まり、z軸方向の変位はsin(γ)と推定することができる。 When α=0 or when α can be regarded as a negligibly small amount, the displacement in the z-axis direction can be estimated from the displacement information in the x-axis direction and the y-axis direction. A simple explanatory diagram is shown in FIG. The figure schematically depicts the state of the vehicle body as seen from the z-axis direction when the vehicle body is rotated by β around the y-axis. The figure does not show z-axis coordinate information, but it appears to "shrink" in the x-axis direction as a result of rotation about the y-axis. If this ratio A x /a x is known, the Euler angle γ=cos −1 (A x /a x ) around the y-axis can be obtained, and the displacement in the z-axis direction can be estimated as sin(γ).
ただし、γは正負の値を取りえる。つまり、図9において、車体の左側左回りに回転したのかそれとも右回りに回転したのかが、図9の情報だけからはわからない。つまりz軸座標の絶対値については、x軸、y軸座標の値から推定できるものの、符号は推定できない。そこで符号については必ず伝送する必要がある。 However, γ can take positive and negative values. That is, in FIG. 9, it cannot be determined from the information in FIG. 9 alone whether the vehicle body is rotated counterclockwise or clockwise. That is, although the absolute value of the z-axis coordinate can be estimated from the values of the x-axis and y-axis coordinates, the sign cannot be estimated. Therefore, the code must be transmitted without fail.
以下、数式を用いてより詳しく説明する。本実施の形態においてモーションセンサは4点設けられているが、以下モーションセンサ2aのみに着目する。まず、任意の時間におけるx、y、z各座標軸におけるモーションセンサ2aの出力を式(1)のようにベクトルAで表示する。また、初期位置における各座標軸の値を式(2)のように表す。
すると、任意の時間における座標ベクトルAと初期座標ベクトルaは式(3)のように関係付けられる。
Then, the coordinate vector A and the initial coordinate vector a at an arbitrary time are related as shown in Equation (3).
ここで、α=0とすると、行列Wは単位行列となり、式(3)は以下のようになる。
Here, if α=0, the matrix W becomes a unit matrix, and equation (3) is as follows.
式、(5)、(6)よりγおよびβを求めると、式(7)、(8)となる。
以上のように得られたγおよびβをz成分の式(9)に代入すると、z軸方向の位置Azの推定値を得ることができる。
なお、本実施の形態では、数値計算によりz軸座標の値を計算したが、実際に基地局側で式(7)~(9)を使って演算を行うとすると、伝送路でノイズが混入した場合、計算結果が大きくずれることがある。そこで、例えば、オイラー角α、β、γとxyz座標(Ax、Ay、Az)の関係を計算または実測し、予めテーブル化しておく方法がある。基地局側でx、y軸座標位置が受信されたら、テーブルの中から実測値とできるだけ近い(例えば自乗誤差最小となる)Ax、Ayの対を探し、Azを推定することができる。このときAzの符号が正のものと負のものが検索されるが、同時に送られてくる符号情報からいずれかを選択すればよい。 In this embodiment, the value of the z-axis coordinate is calculated by numerical calculation. However, if the calculation is actually performed on the base station side using equations (7) to (9), noise will be mixed in the transmission path. If you do, the calculation results may deviate significantly. Therefore, for example, there is a method of calculating or actually measuring the relationship between the Euler angles α, β, γ and the xyz coordinates (A x , A y , A z ) and tabulating them in advance. Once the x and y coordinate positions are received at the base station side, A z can be estimated by searching the table for the pair of A x , A y that is as close as possible to the measured value (e.g., with the smallest squared error). . At this time, both positive and negative signs of Az are searched, and one of them may be selected from the sign information sent at the same time.
以下、本開示の実施例について説明する。
(実施例1)
図10は、z軸方向の符号の情報が無いときに、取りえる2つのパターンの例を計算したものである。図10において、左図はα=0、β=-20°、γ=20°のときの移動体の姿勢を示し、右図はα=0、β=20°、γ=-20°のときの移動体の姿勢を示す。これら両者をz軸に沿って真上から眺めた場合、全く同じ図形に見える。
Examples of the present disclosure will be described below.
(Example 1)
FIG. 10 shows two possible pattern examples calculated when there is no sign information in the z-axis direction. In FIG. 10, the left figure shows the attitude of the moving object when α=0, β=-20°, γ=20°, and the right figure shows the attitude when α=0, β=20°, γ=-20°. shows the posture of the mobile object. When both are viewed from above along the z-axis, they look exactly the same.
(実施例2)
本実施例では、任意の角度での認識精度をRMSEで評価した。シミュレーション条件は以下のとおりである。
駆動角度の最大角度を表す。
(Example 2)
In this example, the recognition accuracy at an arbitrary angle was evaluated by RMSE. The simulation conditions are as follows.
基地局側のz軸位置情報推定手段はテーブルを用いた。予めオイラー角α、β、γとxyz座標(Ax、Ay、Az)の関係を1°刻みで取得しておき、ノイズを含むxy軸位置情報をテーブルと符号情報を考慮してマッチングさせることにより、オイラー角α、β、γおよびz軸位置情報を求めた。 A table is used as the z-axis position information estimation means on the base station side. Obtain the relationship between Euler angles α, β, γ and xyz coordinates (A x , A y , A z ) in increments of 1° in advance, and match the xy-axis position information including noise in consideration of the table and code information. Euler angles α, β, γ and z-axis position information were obtained by
図11にシミュレーション結果を示す。グラフ横の数字はα、β、γそれぞれにおけるRMSE値である。最大角度でも高々3%程度の誤差で3次元情報が推定できていることが確認された。 FIG. 11 shows simulation results. Numbers beside the graph are RMSE values for α, β, and γ. It was confirmed that three-dimensional information could be estimated with an error of at most about 3% even at the maximum angle.
本発明は、例えば、CASEに対応した自動車やその他の移動手段に利用可能である。また、陸上を走行するものであれば自動車に限らず、鉄道や、離発着時に滑走路上を車輪を使って移動する航空機にも利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used, for example, in CASE-compatible automobiles and other means of transportation. In addition, as long as it runs on land, it can be used not only for automobiles, but also for railways and aircraft that use wheels to move on a runway during takeoff and landing.
1 情報伝送装置
2a、2b、2c、2d モーションセンサ
3 送信部
4 アンテナ
10 プロセッサ
1 information transmission device 2a, 2b, 2c, 2d motion sensor 3 transmitter 4 antenna
10 processor
Claims (15)
前記車輪ごとに設けられ、位置情報を三軸座標系で測定し出力するセンサ群と、
前記センサ群の各出力のうちx軸上の位置情報およびy軸上の位置情報に係るそれぞれの出力に応じてキャリアを第1の物理量で変調するユニットと、
前記センサ群の各出力のうちz軸上の位置情報の符号に係る少なくとも1ビットの情報に応じて、前記第1の物理量で変調を受けたキャリアのうち何れか一方を、さらに第1の物理量と異なる第2の物理量で変調するユニットと、
前記第1の物理量で変調され前記第2の物理量での変調を受けていないキャリア、ならびに前記第1の物理量および第2の物理量で変調を受けたキャリアを、それぞれ時系列で送信するユニットと、を備えた情報伝送装置。 An information transmission device that transmits information related to the attitude of a mobile body having a plurality of wheels,
a group of sensors provided for each of the wheels for measuring and outputting position information in a three-axis coordinate system;
a unit that modulates a carrier with a first physical quantity according to each output related to positional information on the x-axis and positional information on the y-axis among the outputs of the sensor group;
any one of the carriers modulated with the first physical quantity according to at least 1-bit information relating to the code of the positional information on the z-axis among the outputs of the sensor group, a unit that modulates with a second physical quantity different from
a unit for transmitting , in time series, a carrier modulated with the first physical quantity but not modulated with the second physical quantity and a carrier modulated with the first physical quantity and the second physical quantity; An information transmission device with
前記車輪ごとに設けられ、位置情報を三軸座標系で測定し出力するセンサ群と、
前記センサ群の各出力のうちx軸上の位置情報およびy軸上の位置情報に係るそれぞれの出力に応じてキャリアを第1の物理量で変調するユニットと、
前記センサ群の各出力のうちz軸上の位置情報の符号に係る少なくとも1ビットの情報に応じて、前記第1の物理量で変調を受けたキャリアのうち何れか一方を、さらに第1の物理量と異なる第2の物理量で変調するユニットと、
前記第1の物理量で変調され前記第2の物理量での変調を受けていないキャリア、ならびに前記第1の物理量および第2の物理量で変調を受けたキャリアを、それぞれ時系列で送信するユニットと、を備えた移動体。 A mobile body having a plurality of wheels on its body,
a group of sensors provided for each of the wheels for measuring and outputting position information in a three-axis coordinate system;
a unit that modulates a carrier with a first physical quantity according to each output related to positional information on the x-axis and positional information on the y-axis among the outputs of the sensor group;
any one of the carriers modulated with the first physical quantity according to at least 1-bit information relating to the code of the positional information on the z-axis among the outputs of the sensor group, a unit that modulates with a second physical quantity different from
a unit for transmitting , in time series, a carrier modulated with the first physical quantity but not modulated with the second physical quantity and a carrier modulated with the first physical quantity and the second physical quantity; A mobile object with
前記車輪ごとに設けられ、位置情報を三軸座標系で測定し出力するセンサ群からの情報を取得するステップと、
前記センサ群の各出力のうちx軸上の位置情報およびy軸上の位置情報に係るそれぞれの出力に応じてキャリアを第1の物理量で変調するステップと、
前記センサ群の各出力のうちz軸上の位置情報の符号に係る少なくとも1ビットの情報に応じて、前記第1の物理量での変調と併せて、前記キャリアを第1の物理量と異なる第2の物理量で変調するステップと、を含む情報伝送方法。 An information transmission method for transmitting information related to the attitude of a mobile body having a plurality of wheels,
a step of acquiring information from a group of sensors provided for each of the wheels for measuring and outputting position information in a three-axis coordinate system;
a step of modulating a carrier with a first physical quantity according to each output related to positional information on the x-axis and positional information on the y-axis among the outputs of the sensor group;
According to at least 1-bit information relating to the sign of the positional information on the z-axis among the outputs of the sensor group, along with the modulation with the first physical quantity, the carrier is changed to a second physical quantity different from the first physical quantity. and modulating with a physical quantity of .
前記車輪ごとに設けられ、位置情報を三軸座標系で測定し出力するセンサ群からの情報を取得するステップと、
前記センサ群の各出力のうちx軸上の位置情報およびy軸上の位置情報に係るそれぞれの出力に応じてキャリアを第1の物理量で変調するステップと、
前記センサ群の各出力のうちz軸上の位置情報の符号に係る少なくとも1ビットの情報に応じて、前記第1の物理量での変調と併せて、前記キャリアを第1の物理量と異なる第2の物理量で変調するステップと、を含む情報伝送プログラム。 An information transmission program for transmitting information related to the attitude of a mobile body having a plurality of wheels,
a step of acquiring information from a group of sensors provided for each of the wheels for measuring and outputting position information in a three-axis coordinate system;
a step of modulating a carrier with a first physical quantity according to each output related to positional information on the x-axis and positional information on the y-axis among the outputs of the sensor group;
According to at least 1-bit information relating to the sign of the positional information on the z-axis among the outputs of the sensor group, along with the modulation with the first physical quantity, the carrier is changed to a second physical quantity different from the first physical quantity. and modulating the physical quantity of the information transmission program.
15. The information transmission program according to claim 13, wherein said second physical quantity is the amplitude of said carrier.
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