JP7391280B2 - 通信装置、無線測距システム、制御回路、記憶媒体および異常検出方法 - Google Patents

通信装置、無線測距システム、制御回路、記憶媒体および異常検出方法 Download PDF

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Description

本開示は、無線信号を用いて距離を測定する通信装置、無線測距システム、制御回路、記憶媒体および異常検出方法に関する。
無線信号を送受信するタイミングから装置間の距離を測定する技術が利用されている。移動装置が、予め位置が分かっている３つ以上の固定装置との間の距離を測定すると、移動装置の位置を推定することができる。
移動装置の位置を推定する位置検知システムは、鉄道、自動車など様々な分野で活用される可能性がある。しかしながら、悪意を持った者が固定装置を本来あるべき位置から移動させたり、固定装置の盗難を行ったりすると、移動装置の位置を正しく推定することができなくなり、システムの安全性が大きく損なわれる恐れがある。
特許文献１には、ＧＰＳ（Global Positioning System）により取得した端末装置の位置と、端末装置が存在する予定の軌道との間の距離を計算し続け、計算した距離が予め定められた閾値を超えた場合、端末装置が本来存在する予定の軌道から不正に持ち出されたと判定することで、端末装置の不正持ち出しを検出する持出検出装置が開示されている。この持出検出装置は、端末装置とは別途用意された装置である。
特許第６８７１８１６号公報
しかしながら、上記従来の技術は、ＧＰＳ測位が行えない場所では端末装置の不正持ち出しなど端末装置の位置に生じる異常を検出することができないという問題があった。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ＧＰＳ測位が行えない場所であっても装置の位置に生じた異常を検出することが可能な通信装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる通信装置は、地上に固定された固定装置と無線通信する通信装置であって、固定装置からの受信信号に基づいて固定装置と当該通信装置との間の距離を算出する距離算出部と、固定装置と通信装置との間の距離、または、通信装置の絶対位置を示し、通信装置の予定位置に基づく情報である比較対象情報を取得する比較対象情報取得部と、距離算出部が算出する距離と、比較対象情報とが一致しているか否かに基づいて、固定装置の位置に生じる異常を検出する異常検出部と、を備えることを特徴とする。
本開示にかかる通信装置は、ＧＰＳ測位が行えない場所であっても装置の位置に生じた異常を検出することが可能になるという効果を奏する。
実施の形態１にかかる無線測距システムの概略を示す図 図１に示す無線測距システムにおいて、移動装置の位置を推定する方法の概略について説明するための図 図１に示す無線測距システムにおいて、移動装置の位置を推定する具体的な方法について説明するための図 実施の形態１にかかる固定装置の機能構成を示す図 実施の形態１にかかる移動装置の機能構成を示す図 図５に示す距離情報データベースの一例を示す図 固定装置と移動装置との位置関係の経時変化の一例を示す図 実施の形態１にかかる固定装置の絶対位置を示す絶対位置データベースの概略を示す図 実施の形態１にかかる無線測距システムの動作を説明するためのフローチャート 実施の形態２にかかる移動装置の機能構成を示す図 実施の形態２にかかる無線測距システムの動作を説明するためのフローチャート 実施の形態４にかかる無線測距システムの構成例を示す図 実施の形態４にかかる固定装置の機能構成を示す図 図１３に示す固定装置間距離情報データベースの一例を示す図 実施の形態４にかかる固定装置の絶対位置を示す絶対位置データベースの概略を示す図 実施の形態４にかかる無線測距システムの動作を説明するためのフローチャート 実施の形態５にかかる固定装置の機能構成を示す図 実施の形態５にかかる無線測距システムの動作を説明するためのフローチャート 実施の形態６にかかる固定装置の機能構成を示す図 実施の形態６にかかる無線測距システムの動作を説明するためのフローチャート 実施の形態１～７にかかる固定装置および移動装置の機能を実現するための専用のハードウェアを示す図 実施の形態１～７にかかる固定装置および移動装置の機能を実現するための制御回路の構成を示す図
以下に、本開示の実施の形態にかかる通信装置、無線測距システム、制御回路、記憶媒体および異常検出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明中において、同様の機能を有する複数の構成要素のそれぞれを区別する場合、共通の符号に続けてハイフンと数字を付して区別する。また、同様の機能を有する構成要素であってその一部の機能が異なる複数の構成要素のそれぞれを区別する場合、共通の符号に続けてアルファベットを付して区別する。これらの構成要素のそれぞれを区別する必要がない場合、共通の符号のみを付する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる無線測距システム１００Ａの概略を示す図である。無線測距システム１００Ａは、地上に固定された固定装置１－１～１－３と、絶対位置が変化する移動装置２Ａとを有する。移動装置２Ａは、複数の固定装置１と無線通信する機能を有する通信装置の一例である。移動装置２Ａは、複数の固定装置１のそれぞれとの間で送受信する無線信号の送受信タイミングを用いて、複数の固定装置１のそれぞれとの間の距離を測定することにより、移動装置２Ａの位置を推定する機能を有する。
なお、ここでは簡単のため３台の固定装置１－１～１－３と、１台の移動装置２Ａとを示したが、無線測距システム１００Ａは、４台以上の固定装置１を有してもよいし、２台以上の移動装置２Ａを有してもよい。
図２は、図１に示す無線測距システム１００Ａにおいて、移動装置２Ａの位置を推定する方法の概略について説明するための図である。移動装置２Ａと固定装置１－１との間の距離を測定することができると、移動装置２Ａは、固定装置１－１を中心として測定された距離の半径を有する円周３－１上のどこかに位置していることが分かる。同様に、移動装置２Ａと固定装置１－２との間の距離を測定することができると、移動装置２Ａは、固定装置１－２を中心として測定された距離の半径を有する円周３－２上のどこかに位置していることが分かる。同様に、移動装置２Ａと固定装置１－３との間の距離を測定することができると、移動装置２Ａは、固定装置１－３を中心として測定された距離の半径を有する円周３－３上のどこかに位置していることが分かる。このため、３台の固定装置１－１～１－３のそれぞれと移動装置２Ａとの間の距離が分かると、円周３－１，３－２，３－３の交点に移動装置２Ａが位置することが分かる。つまり、移動装置２Ａは、３台以上の固定装置１との間の距離を算出することで、移動装置２Ａの位置を推定することが可能になる。
ここで、移動装置２Ａが固定装置１との距離を算出する具体的な方法の一例を説明する。ここでは、ＴＷＲ（Two Way Ranging）方式と呼ばれる方法について説明する。図３は、図１に示す無線測距システム１００Ａにおいて、移動装置２Ａの位置を推定する具体的な方法について説明するための図である。まず、移動装置２Ａは、自らの送信時刻Ｔ1を含む送信時刻データを固定装置１に対して送信する。固定装置１は、送信時刻データを受信した受信時刻Ｒ1に加えて、移動装置２Ａに対して応答を返すときの送信時刻Ｔ2を付加して応答する。移動装置２Ａは、固定装置１からの応答を受信した受信時刻Ｒ2を把握することができるため、結果的に、送信時刻Ｔ1、受信時刻Ｒ1、送信時刻Ｔ2および、受信時刻Ｒ2といった時刻データを把握することができる。
固定装置１と移動装置２Ａとの間の距離は、固定装置１と移動装置２Ａとの間の伝搬遅延時間から算出することができる。伝搬遅延時間は、上記の時刻データを用いて、Ｒ1－Ｔ1、Ｒ2－Ｔ2の２通りの方法で算出することができる。これら２つの伝搬遅延時間の平均値ＴDは、以下の数式（１）で表される。
ＴD＝｛（Ｒ1－Ｔ1）＋（Ｒ2－Ｔ2）｝÷２ ・・・（１）
ここで、固定装置１と移動装置２Ａとの間で時刻同期が十分でない場合、固定装置１の時刻と移動装置２Ａの時刻との間には差が存在する。固定装置１の時刻が移動装置２Ａの時刻と比較してαだけずれていると仮定した場合、Ｒ1をＲ1＋αとし、Ｔ2をＴ2＋αとすればよい。時刻差αを考慮した場合、伝搬遅延時間の平均値ＴDは、以下の数式（２）で表される。
ＴD＝［｛（Ｒ1＋α）－Ｔ1）｝＋｛Ｒ2－（Ｔ2＋α）｝］÷２
＝｛（Ｒ1－Ｔ1）＋（Ｒ2－Ｔ2）｝÷２ ・・・（２）
つまり、固定装置１の時刻と移動装置２Ａの時刻との間に時刻差αが存在したとしても、平均値ＴDをとることでαは打ち消し合って数式（２）は数式（１）と同一となるため、時刻差αの値によらず固定装置１と移動装置２Ａとの間の伝搬遅延時間を正しく算出することができる。したがって、平均値ＴDをとることで、伝搬遅延時間から距離を正確に算出することができる。
なお、固定装置１の時刻と移動装置２Ａの時刻とが同期されているシステムであって、時刻差αがゼロである場合、上述のように送信時刻および受信時刻の時刻データを通信でやり取りしなくても、例えば、信号を送信する時刻を予め定めておけば、受信側で受信時刻を観測することにより、伝搬遅延時間を容易に算出することができる。また、単純に固定装置１からの送信信号の受信電力の減衰度合いから、移動装置２Ａ側で距離を算出することもできる。このように、無線信号を用いて距離を測定する方法は複数考えられ、無線測距システム１００においては、どのような距離算出方法を用いてもよい。
また、ここでは移動装置２Ａに複数の距離情報を集約して移動装置２Ａの位置を推定する例を示したが、各固定装置１が移動装置２Ａからの応答信号をもとに移動装置２Ａとの間の距離を推定し、複数の距離情報を固定装置１側で集約して移動装置２Ａの位置を推定してもよい。
なお、固定装置１および移動装置２Ａの間は、どのような無線信号を用いてもよいが、例えば、超広域無線（ＵＷＢ：Ultra-Wide Band）信号を用いることが望ましい。ＵＷＢ信号は、時間領域でみると超短パルス信号であり、ＵＷＢ信号を用いることで通信の送受信タイミングを高精度に把握することができるため、高精度な測距が可能になる。
以下、無線測距システム１００Ａは、列車の位置検知システムであることとして説明する。この場合、固定装置１は線路に沿って設置され、移動装置２Ａは列車上に設置される。列車上に設置された移動装置２Ａの位置を推定することで、列車の位置を推定することができる。また、列車は線路上を走行するため、予め定められた経路を概ね一次元で移動すると考えることができる。
図４は、実施の形態１にかかる固定装置１の機能構成を示す図である。固定装置１は、アンテナ１１と、サーキュレータ１２と、固定装置送信部１３と、固定装置受信部１４とを有する。アンテナ１１は、サーキュレータ１２に接続されており、固定装置１の外部からの受信信号をサーキュレータ１２に出力すると共に、サーキュレータ１２から入力される送信信号を固定装置１の外部の装置に送信する。サーキュレータ１２は、送信信号と受信信号とを分波する機能を有する。サーキュレータ１２は、固定装置送信部１３から入力される送信信号をアンテナ１１に出力し、アンテナ１１から入力される受信信号を固定装置受信部１４に出力する。
固定装置送信部１３は、サーキュレータ１２およびアンテナ１１を介して信号を送信する。固定装置１は、移動装置２Ａに対して、固定装置１と移動装置２Ａとの間の距離を算出するために必要な信号を送信するだけでなく、固定装置１を識別可能な識別子も送信する。識別子と固定装置１の絶対位置情報とを予め対応づけておくことによって、識別子を送信することで、移動装置２Ａ側で各固定装置１の絶対位置情報を把握することが可能である。また、固定装置１は、絶対位置情報自体を移動装置２Ａへ直接送信してもよい。固定装置受信部１４は、アンテナ１１およびサーキュレータ１２を介して、移動装置２Ａから送信される無線信号を受信する。
図５は、実施の形態１にかかる移動装置２Ａの機能構成を示す図である。移動装置２Ａは、アンテナ２１と、サーキュレータ２２と、移動装置送信部２３と、移動装置受信部２４Ａとを有する。アンテナ２１は、サーキュレータ２２に接続されており、移動装置２Ａの外部からの受信信号をサーキュレータ２２に出力すると共に、サーキュレータ２２から入力される送信信号を送信する。サーキュレータ２２は、送信信号と受信信号とを分波する機能を有する。サーキュレータ２２は、移動装置送信部２３から入力される送信信号をアンテナ２１に出力し、アンテナ２１から入力される受信信号を移動装置受信部２４Ａに出力する。
移動装置送信部２３は、サーキュレータ２２およびアンテナ２１を介して信号を送信する。移動装置受信部２４Ａは、アンテナ２１およびサーキュレータ２２を介して、固定装置１から送信される無線信号を受信する。また移動装置受信部２４Ａは、距離算出部２５と、比較対象情報取得部２６Ａと、異常検出部２７と、固定装置絶対位置情報抽出部２８と、位置算出部２９と、距離情報データベース３０とを有する。
距離算出部２５は、固定装置１からの受信信号に基づいて、固定装置１と移動装置２Ａとの間の距離を算出する。距離算出部２５は、距離算出部２５－１～２５－Ｎを有し、距離算出部２５－１～２５－Ｎのそれぞれは、Ｎ台の固定装置１－１～１－Ｎのそれぞれとの間の距離を算出する。具体的には、距離算出部２５－１は、固定装置１－１と移動装置２Ａとの間の距離を算出し、距離算出部２５－２は、固定装置１－２と移動装置２Ａとの間の距離を算出し、距離算出部２５－Ｎは、固定装置１－Ｎと移動装置２Ａとの間の距離を算出する。Ｎは、３以上の整数である。距離算出部２５は、算出した距離を異常検出部２７および位置算出部２９のそれぞれに出力する。
比較対象情報取得部２６Ａは、異常検出部２７が使用する比較対象情報を取得し、取得した比較対象情報を異常検出部２７に出力する。比較対象情報は、異常検出機能を有する通信装置の予定位置に基づいて予め準備された情報であり、実施の形態１では、移動装置２Ａの予定走行経路に基づいて算出される固定装置１と移動装置２Ａとの間の経時的に変化する距離を示す距離情報である。比較対象情報取得部２６Ａは、移動装置２Ａが備える距離情報データベース３０から距離情報を取得し、比較対象情報として異常検出部２７に出力することができる。ここで移動装置２Ａの位置は列車の移動に伴って変化するため、距離情報は、移動装置２Ａの移動に伴い変化する距離の遷移を示す。比較対象情報取得部２６Ａは、固定装置１毎に、比較対象情報を取得し、複数の比較対象情報を出力することができる。
図６は、図５に示す距離情報データベース３０の一例を示す図である。ここでは、Ｎ＝６である場合について示している。距離情報データベース３０は、固定装置１－１～１－６のそれぞれと移動装置２Ａとの間の距離の経時変化を示している。距離情報データベース３０は、固定装置１－１～１－６のそれぞれの識別子と、時刻＃１～＃４における固定装置１－１～１－６のそれぞれと移動装置２Ａとの間の相対距離とが対応づけられている。
図７は、固定装置１と移動装置２Ａとの位置関係の経時変化の一例を示す図である。図７に示す時刻＃１～＃４は、図６に示す時刻＃１～＃４と対応している。例えば、時刻＃１において、固定装置１－１と１０ｍ離れた位置に移動装置２Ａが位置しているとする。固定装置１－１～１－６は、時刻＃１における移動装置２Ａの位置から近い順に固定装置１－１，１－２，１－３，１－４，１－５，１－６の順番で並んで設置されているものとする。簡単のため、図６および図７では、固定装置１－４，１－５を省略している。固定装置１－２は固定装置１－１から２ｍ離れた位置に設置されており、固定装置１－３は固定装置１－１から４ｍ離れた位置に設置されており、固定装置１－６は固定装置１－１から１０ｍ離れた位置に設置されている。
この場合、時刻＃１において、移動装置２Ａと固定装置１－１との間の距離は１０ｍであり、移動装置２Ａと固定装置１－２との間の距離は１２ｍであり、移動装置２Ａと固定装置１－３との間の距離は１４ｍであり、移動装置２Ａと固定装置１－６との間の距離は２０ｍである。
時刻＃１の状態から、移動装置２Ａが図７の右方向、固定装置１－１に近づく方向に移動し、時刻＃２において移動装置２Ａが固定装置１－１と５ｍの距離まで近づくと、移動装置２Ａと固定装置１－２との間の距離は７ｍになり、移動装置２Ａと固定装置１－３との間の距離は９ｍになり、移動装置２Ａと固定装置１－６との間の距離は１５ｍになる。
続いて移動装置２Ａが同一の方向にさらに移動し、時刻＃３において移動装置２Ａと固定装置１－１との間の距離がゼロになると、移動装置２Ａと固定装置１－２との間の距離は２ｍになり、移動装置２Ａと固定装置１－３との間の距離は４ｍになり、移動装置２Ａと固定装置１－６との間の距離は１０ｍになる。時刻＃３までは、移動装置２Ａと固定装置１－１～１－６との間の距離は、いずれも経時的に減少している。
さらに移動装置２Ａが同一の方向に移動し、時刻＃４において移動装置２Ａと固定装置１－２との間の距離がゼロになると、移動装置２Ａと固定装置１－１との間の距離は増加して２ｍになり、移動装置２Ａと固定装置１－３との間の距離は２ｍになり、移動装置２Ａと固定装置１－６との間の距離は８ｍになる。
このように、地上に固定された固定装置１－１～１－６のそれぞれと移動装置２Ａとの間の距離は、移動装置２Ａの移動経路が予め決まっていれば、増減パターンが予め定まる。また、移動装置２Ａから固定装置１－１～１－６が見える順番も予め定まる。ここで移動装置２Ａから固定装置１－１～１－６が見える順番とは、移動装置２Ａとの間の距離が閾値以下となる順番であって、例えば、移動装置２Ａとの間の距離がゼロとなる順番とすることができる。図７に示す例では、この順番は、固定装置１－１，１－２，１－３，１－４，１－５，１－６の順番となる。
上述の通り、移動装置２Ａの移動経路が予め決まっている場合、固定装置１の絶対位置情報を変換することによって、移動装置２Ａと固定装置１との間の距離を示す距離情報を生成することができる。図８は、実施の形態１にかかる固定装置１の絶対位置を示す絶対位置データベースの概略を示す図である。絶対位置データベースは、複数の固定装置１のそれぞれを識別するための識別子と、各固定装置１の絶対位置とを含む。例えば、絶対位置データベースより、識別子「０００Ａ」で識別される固定装置１－１の絶対位置は（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）であることが分かる。移動装置２Ａは列車上に設置されており、線路に沿って一次元的に移動し、固定装置１は線路に沿って設置されていることから、移動装置２Ａからみて固定装置１は予め決まった順番で近づいてくる。したがって、移動装置２Ａの移動経路に基づいて、図８に示す絶対位置データベースの情報を変換することによって、図６に示す距離情報データベース３０を予め生成することができる。
異常検出部２７は、距離算出部２５が算出する距離と、比較対象情報取得部２６Ａが出力する比較対象情報とが一致しているか否かに基づいて、固定装置１の位置に生じる異常を検出することができる。異常検出部２７は、固定装置１の位置に生じる異常を検出した場合、異常が生じていることと、異常に関する詳細情報とを移動装置送信部２３に出力する。具体的には、異常検出部２７は、比較対象情報が図６に示すような時刻に対応づけられた各固定装置１と移動装置２Ａとの間の距離である場合、異常検出部２７は、現在時刻に対応付けられた距離と、距離算出部２５が算出する距離とを比較して、両者の不一致を検出した場合、異常が生じていると判定することができる。例えば、異常検出部２７は、現在時刻に対応付けられた距離と、距離算出部２５が算出する距離との差が予め定められた閾値以上である場合に、両者が不一致であると判断することができる。なお、詳細情報は、異常が生じていると判断された固定装置１の識別子を含むことができる。また詳細情報は、どのような異常が発生したのかを示す情報、例えば、算出された距離がデータベースの内容と異なるのか、固定装置１から応答がなく距離が算出できなかったのかなどを示す情報を含むことができる。
固定装置絶対位置情報抽出部２８は、固定装置１からの受信信号に基づいて、固定装置１の絶対位置情報を抽出し、抽出した絶対位置情報を位置算出部２９に出力する。固定装置絶対位置情報抽出部２８は、固定装置１が絶対位置情報自体を移動装置２Ａに送信する場合、固定装置１からの受信信号より絶対位置情報を抽出する。また、固定装置１が固定装置１の識別子を移動装置２Ａに送信する場合、固定装置絶対位置情報抽出部２８は、予め図８に示すような絶対位置データベースを保持しておき、固定装置１からの受信信号に含まれる識別子を抽出して、抽出した識別子に対応づけられた絶対位置を絶対位置データベースから抽出する。
位置算出部２９は、距離算出部２５から出力される複数の距離の測定結果と、固定装置絶対位置情報抽出部２８が出力する固定装置１の絶対位置情報とに基づいて、移動装置２Ａの位置を推定する。位置算出部２９は、算出した位置の推定結果を移動装置送信部２３に出力する。
なお、異常検出部２７から出力される異常に関する詳細情報と、位置算出部２９から出力される移動装置２Ａの位置の推定結果とは、移動装置送信部２３から固定装置１または管制サーバ（図示せず）などの外部装置へと送信される。
図９は、実施の形態１にかかる無線測距システム１００Ａの動作を説明するためのフローチャートである。移動装置２Ａは、応答してほしい固定装置１を指定した報知信号を送信する（ステップＳ１０１）。なお、このとき移動装置２Ａは、複数の固定装置１を指定することができる。指定された固定装置１は、移動装置２Ａに対して応答信号を送信する（ステップＳ１０２）。
移動装置２Ａの距離算出部２５は、各固定装置１からの応答信号に基づいて、各固定装置１との間の距離を算出する（ステップＳ１０３）。移動装置２Ａの異常検出部２７は、算出された距離と、距離情報データベース３０の内容とを比較することで、固定装置１の位置に関する異常検出処理を行う（ステップＳ１０４）。移動装置２Ａの異常検出部２７は、固定装置１の位置に異常があるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。異常がある場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、異常検出部２７は、異常発生の情報を固定装置１または管制サーバなどの外部装置に送信する（ステップＳ１０６）。
異常がなかった場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、或いは、ステップＳ１０６の処理の後、移動装置２Ａの位置算出部２９は、固定装置１の絶対位置情報と、複数の固定装置１との間の測距結果とから移動装置２Ａ自身の位置を推定する（ステップＳ１０７）。移動装置２Ａの位置算出部２９は、位置の推定結果を固定装置１または管制サーバ等の外部装置に送信する（ステップＳ１０８）。
なお、上記では移動装置２Ａが複数の固定装置１との間の距離情報を集約して位置を推定する構成としたが、各固定装置１が移動装置２Ａからの応答信号に基づいて移動装置２Ａとの間の距離を推定し、複数の距離の推定結果を固定装置１側で集約して、移動装置２Ａの位置を推定してもよい。
以上説明したように、実施の形態１にかかる移動装置２Ａは、地上に固定された固定装置１と無線通信する通信装置であって、固定装置１からの受信信号に基づいて固定装置１と通信装置である移動装置２Ａとの間の距離を算出する距離算出部２５と、固定装置１と通信装置である移動装置２Ａとの間の距離を示し、通信装置である移動装置２Ａの予定位置に基づいて予め準備された情報である比較対象情報を取得する比較対象情報取得部２６Ａと、距離算出部２５が算出する距離と、比較対象情報とに基づいて、固定装置１の位置に生じる異常を検出する異常検出部２７と、を備える。ここで、移動装置２Ａは、比較対象情報である距離情報を含む距離情報データベース３０を備え、比較対象情報取得部２６Ａは、移動装置２Ａが備える距離情報データベース３０から比較対象情報である距離情報を取得する。このような構成を有することによって、移動装置２Ａは、予め準備された情報である比較対象情報と、固定装置１からの受信信号に基づいて算出された距離とに基づいて、固定装置１の位置に生じる異常を検出することができる。したがって、ＧＰＳ測位が行えない場所であっても、固定装置１の位置に関する異常を検出することが可能になる。したがって、固定装置１の移動、盗難、故障などの異常に対して迅速に対処することが可能になるという効果を奏する。また、移動装置２Ａが異常検出処理を行うことで、無線測距システム１００Ａに新たな装置を追加しなくても固定装置１の位置に生じる異常を検出することができるという効果を奏する。
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２にかかる移動装置２Ｂの機能構成を示す図である。なお、実施の形態２にかかる固定装置１の構成は実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。また、移動装置２Ｂの機能構成のうち、実施の形態１と同様の部分については、図５と同一の符号を付することによって詳細な説明を省略し、以下では実施の形態１にかかる移動装置２Ａと異なる部分について主に説明する。なお、実施の形態１にかかる無線測距システム１００Ａの移動装置２Ａを移動装置２Ｂに置き換えたシステムを、無線測距システム１００Ｂと称する。
移動装置２Ｂは、アンテナ２１と、サーキュレータ２２と、移動装置送信部２３と、移動装置受信部２４Ｂとを有する。移動装置受信部２４Ｂは、距離算出部２５と、比較対象情報取得部２６Ｂと、異常検出部２７と、固定装置絶対位置情報抽出部２８と、位置算出部２９とを有する。
比較対象情報取得部２６Ｂは、移動装置２Ｂの外部に記憶された比較対象情報を取得する。具体的には、比較対象情報取得部２６Ｂは、受信信号から比較対象情報を抽出することによって比較対象情報を取得し、取得した比較対象情報を異常検出部２７に出力する。比較対象情報は、例えば、固定装置１、管制サーバ、クラウドサーバ等の外部装置に記憶されており、比較対象情報取得部２６Ｂは、外部装置からの受信信号から比較対象情報を抽出する。
実施の形態２において、固定装置１の機能構成は実施の形態１と同様であり、図４を用いて説明しているためここでは説明を省略する。
図１１は、実施の形態２にかかる無線測距システム１００Ｂの動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１０１～ステップＳ１０３およびステップＳ１０５～ステップＳ１０８は、実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略し、実施の形態１と異なる部分について主に説明する。ステップＳ１０３の処理が終わった後、移動装置２Ｂは、距離情報データベース３０の情報を外部装置から通信で受信する（ステップＳ１０４ａ）。移動装置２Ｂの異常検出部２７は、算出された距離情報と受信した比較対象情報である距離情報データベースの内容とを比較することで異常検出処理を行う（ステップＳ１０４ｂ）。
以上説明したように、実施の形態２にかかる移動装置２Ｂの比較対象情報取得部２６Ｂは、受信信号から比較対象情報である距離情報を取得する。このような構成を有することにより、固定装置１の配置が変わり、比較対象情報である距離情報データベース３０の内容に変更が生じる場合であっても、地上側の固定装置１、管制サーバ、クラウドサーバ等の外部装置で保有する距離情報データベース３０の内容のみを更新すればよく、移動装置２Ｂのデータベースを１台１台更新する手間を省くことが可能になるという効果を奏する。
なお、上記では、比較対象情報取得部２６Ｂは、移動装置２Ｂが固定装置１との間の距離を推定するために無線信号を送受信する際と同じ無線通信手段を使用して比較対象情報を取得することとしたが、例えばセルラー通信などの異なる無線通信手段を用いてもよい。
実施の形態３．
実施の形態１，２においては、移動装置２Ａ，２Ｂは、一度の走行において走行経路上にある全ての固定装置１を対象として異常を検出することとしたが、実施の形態３にかかる移動装置２Ｃ（図示せず）は、一度の走行で異常検出の対象とする固定装置１を制限する。なお、無線測距システム１００Ａの移動装置２Ａを移動装置２Ｃに置き換えたものを無線測距システム１００Ｃと称する。例えば、移動装置２Ｃを搭載する移動体である列車が高速移動を行う場合、固定装置１の数が極めて多い場合など、全ての固定装置１を異常検出の対象とした場合、異常検出のための演算処理量が多すぎることがある。このため、例えば、移動装置２の走行経路上に固定装置１－１，１－２，１－３，１－４，・・・１－１０が設置されている場合、移動装置２Ｃは、最初の走行では固定装置１－１のみを異常検出対象とし、次の走行では固定装置１－２のみを異常検出対象とする、といった方法をとってもよい。なお、移動装置２Ｃは、必ずしも１台ずつ異常検出対象とする必要はなく、システム構成に応じて、或いは、システムの状態に応じて、設置された固定装置１のうち、同時に異常検出対象とする固定装置１の台数を制限することができる。
以上説明したように、実施の形態３にかかる無線測距システム１００Ｃによれば、移動装置２Ｃは、一度の走行で異常検出対象とする固定装置１の台数を制限することができる。このような構成をとることにより、一度の走行で全ての固定装置１を対象とした異常検出処理を行う場合と比較して、異常検出のための演算処理量のピーク値を低減することが可能になるという効果を奏する。
実施の形態４．
実施の形態１～３では、異常検出処理を行う通信装置は、移動装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃであることとしたが、この場合、移動装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃが移動しなければ異常検出を行うことができないという課題があった。そこで、実施の形態４では、異常検出処理を行う通信装置が固定装置１である例について説明する。
図１２は、実施の形態４にかかる無線測距システム１００Ｄの構成例を示す図である。無線測距システム１００Ｄは、複数の固定装置１Ｄ－１～１Ｄ－５と、移動装置２とを有する。固定装置１Ｄ－１～１Ｄ－５は、互いに送受信する無線信号に基づいて、自らの位置を推定する。このとき移動装置２との通信は必要としない。なお、無線測距システム１００Ｄが有する全ての固定装置１Ｄが異常検出機能を有していなくてもよいが、以下では全ての固定装置１Ｄが異常検出機能を有するものとして説明する。また、図１２では５台の固定装置１Ｄを示しているが、無線測距システム１００Ｄが備える固定装置１Ｄの数は、４台以上であればよく、実際には無線測距システム１００Ｄは、６台以上の固定装置１Ｄを備えることとする。
図１３は、実施の形態４にかかる固定装置１Ｄの機能構成を示す図である。以下、実施の形態１にかかる固定装置１と同様の機能については詳細な説明を省略し、異なる部分について主に説明する。固定装置１Ｄは、アンテナ１１と、サーキュレータ１２と、固定装置送信部１３と、固定装置受信部１４Ｄとを有する。固定装置受信部１４Ｄは、距離算出部１５と、比較対象情報取得部１６Ｄと、異常検出部１７と、固定装置絶対位置情報抽出部１８と、位置算出部１９と、固定装置間距離情報データベース３１とを有する。
距離算出部１５は、他の固定装置１Ｄからの受信信号に基づいて、他の固定装置１Ｄと当該固定装置１Ｄとの間の距離を算出する。距離算出部１５は、距離算出部１５－１～１５－Ｎを有し、距離算出部１５－１～１５－Ｎのそれぞれは、対応する他の固定装置１Ｄとの間の距離を算出する。例えば、距離算出部１５－１は、固定装置１Ｄ－１との間の距離を算出する。距離算出部１５は、算出した距離を異常検出部１７および位置算出部１９のそれぞれに出力する。
比較対象情報取得部１６Ｄは、異常検出部１７が使用する比較対象情報を取得する。比較対象情報取得部１６Ｄは、固定装置間距離情報データベース３１から比較対象情報である固定装置１Ｄ間の距離情報を取得する。実施の形態４において、比較対象情報は、対象の固定装置１Ｄの予定位置に基づいて算出される他の固定装置１Ｄと対象の固定装置１Ｄとの間の距離情報である。
図１４は、図１３に示す固定装置間距離情報データベース３１の一例を示す図である。固定装置間距離情報データベース３１は、対象の固定装置１Ｄとは異なる他の固定装置１Ｄ－１～１Ｄ－６のそれぞれを識別するための識別子と、他の固定装置１Ｄ－１～１Ｄ－６のそれぞれと対象の固定装置１Ｄとの間の相対距離とが対応づけられている。対象の固定装置１Ｄとは、図１３に示すように固定装置１Ｄ自体が固定装置間距離情報データベース３１を備えている場合、固定装置間距離情報データベース３１を備えている固定装置１Ｄである。固定装置１Ｄは地上に固定されており、絶対位置が変化しないため、各固定装置１Ｄの絶対位置が分かれば、図１４に示すような固定装置間距離情報データベース３１を予め生成することができる。図１５は、実施の形態４にかかる固定装置１Ｄ－１～１Ｄ－６の絶対位置を示す絶対位置データベースの概略を示す図である。絶対位置データベースは、複数の固定装置１Ｄ－１～１Ｄ－６のそれぞれを識別するための識別情報と、各固定装置１Ｄの絶対位置とを含む。例えば、絶対位置データベースより、ＩＤ「０００Ａ」で識別される固定装置１Ｄ－１の絶対位置は（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）であることが分かる。固定装置１Ｄは地上に固定されており、基本的に絶対位置が変化しないため、図１５に示すような絶対位置データベースの情報を変換することによって、図１４に示すような固定装置間距離情報データベース３１を予め生成することができる。
異常検出部１７は、距離算出部１５が算出する距離と、比較対象情報取得部１６Ｄが出力する比較対象情報とに基づいて、固定装置１Ｄの位置に生じる異常を検出することができる。異常検出部１７は、固定装置１Ｄの位置に生じる異常を検出した場合、異常が生じていることと、異常に関する詳細情報とを固定装置送信部１３に出力する。具体的には、比較対象情報が図１４に示すような各固定装置１Ｄ間の距離である場合、異常検出部１７は、比較対象情報である距離と、距離算出部１５が算出する距離とを比較して、両者の不一致を検出した場合、異常が生じていると判定することができる。異常検出部１７は、比較対象情報である距離と、距離算出部１５が算出する距離との差異が予め定められた閾値以上である場合、両者が不一致であると判断することができる。なお、詳細情報は、異常が生じていると判断された固定装置１Ｄの識別子を含むことができる。また詳細情報は、どのような異常が発生したのかを示す情報、例えば、算出された距離がデータベースの内容と異なるのか、固定装置１Ｄから応答がなく距離が算出できなかったのかなどを示す情報を含むことができる。
固定装置絶対位置情報抽出部１８は、他の固定装置１Ｄからの受信信号に基づいて、他の固定装置１Ｄの絶対位置情報を抽出し、抽出した絶対位置情報を位置算出部１９に出力する。固定装置絶対位置情報抽出部１８は、他の固定装置１Ｄが絶対位置情報自体を対象の固定装置１Ｄに送信する場合、他の固定装置１Ｄからの受信信号より絶対位置情報を抽出する。また、他の固定装置１Ｄが固定装置１Ｄの識別子を対象の固定装置１Ｄに送信する場合、固定装置絶対位置情報抽出部１８は、予め図１５に示すような絶対位置データベースを保持しておき、他の固定装置１Ｄからの受信信号に含まれる識別子を抽出して、抽出した識別子に対応づけられた絶対位置を絶対位置データベースから抽出する。
位置算出部１９は、距離算出部１５から出力される複数の距離の測定結果と、固定装置絶対位置情報抽出部１８が出力する他の固定装置１Ｄの絶対位置情報とに基づいて、対象の固定装置１Ｄの位置を推定する。位置算出部１９は、算出した位置の推定結果を固定装置送信部１３に出力する。
なお、異常検出部１７から出力される異常に関する詳細情報と、位置算出部１９から出力される対象の固定装置１Ｄの位置の推定結果とは、固定装置送信部１３から管制サーバなどの外部装置へと送信される。なお、固定装置１Ｄから管制サーバなどへ詳細情報および位置の推定結果などの伝送情報を直接送信してもよいし、移動装置２が配下を走行する際に固定装置１Ｄから移動装置２へ伝送情報を送信し、移動装置２を介して管制サーバ等の外部装置へ伝送情報を送信してもよい。
図１６は、実施の形態４にかかる無線測距システム１００Ｄの動作を説明するためのフローチャートである。対象の固定装置１Ｄは、応答してほしい固定装置１Ｄを指定した報知信号を送信する（ステップＳ２０１）。なお、このとき固定装置１Ｄは、複数の固定装置１Ｄを指定することができる。指定された他の固定装置１Ｄは、対象の固定装置１Ｄに対して応答信号を送信する（ステップＳ２０２）。
対象の固定装置１Ｄの距離算出部１５は、他の固定装置１Ｄからの応答信号に基づいて、各他の固定装置１Ｄとの間の距離を算出する（ステップＳ２０３）。対象の固定装置１Ｄの異常検出部１７は、算出された距離と、固定装置間距離情報データベース３１の内容とを比較することで、他の固定装置１Ｄの位置に関する異常検出処理を行う（ステップＳ２０４）。対象の固定装置１Ｄの異常検出部１７は、他の固定装置１Ｄの位置に異常があるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。異常がある場合（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、異常検出部１７は、異常発生の情報を管制サーバなどの外部装置に送信する（ステップＳ２０６）。
異常がなかった場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、或いは、ステップＳ２０６の処理の後、対象の固定装置１Ｄの位置算出部１９は、他の固定装置１Ｄの絶対位置情報と、複数の他の固定装置１Ｄのそれぞれとの間の測距結果とから対象の固定装置１Ｄ自身の位置を推定する（ステップＳ２０７）。対象の固定装置１Ｄの位置算出部１９は、位置の推定結果を管制サーバ等の外部装置に送信する（ステップＳ２０８）。
以上説明したように、実施の形態４にかかる固定装置１Ｄは、地上に固定された他の固定装置１Ｄと無線通信する通信装置であって、他の固定装置１Ｄからの受信信号に基づいて、他の固定装置１Ｄと、通信装置である対象の固定装置１Ｄとの間の距離を算出する距離算出部１５と、他の固定装置１Ｄと通信装置である対象の固定装置１Ｄとの間の距離を示す予め準備された情報である比較対象情報を取得する比較対象情報取得部１６Ｄと、距離算出部１５が算出する距離と、比較対象情報とが一致しているか否かに基づいて、他の固定装置１Ｄの位置に生じる異常を検出する異常検出部１７と、を備える。ここで、対象の固定装置１Ｄは、比較対象情報である距離情報を含む固定装置間距離情報データベース３１を備え、比較対象情報取得部１６Ｄは、対象の固定装置１Ｄが備える固定装置間距離情報データベース３１から比較対象情報である距離情報を取得する。このような構成を有することによって、固定装置１Ｄは、予め準備された情報である比較対象情報と、他の固定装置１Ｄからの受信信号に基づいて算出された距離とに基づいて、他の固定装置１Ｄの位置に生じる異常を検出することができる。したがって、ＧＰＳ測位が行えない場所であっても、固定装置１Ｄの位置に関する異常を検出することが可能になる。したがって、固定装置１Ｄの移動、盗難、故障などの異常に対して迅速に対処することが可能になるという効果を奏する。また、固定装置１Ｄにおいて上記のような処理を行うことができるため、移動装置２が移動していない時間帯においても固定装置１Ｄの位置に関する異常を把握することが可能になる。
実施の形態５．
図１７は、実施の形態５にかかる固定装置１Ｅの機能構成を示す図である。以下、実施の形態４にかかる固定装置１Ｄと同様の機能については詳細な説明を省略し、固定装置１Ｄと異なる部分について主に説明する。なお、実施の形態４にかかる無線測距システム１００Ｄの固定装置１Ｄを固定装置１Ｅに置き換えたシステムを、無線測距システム１００Ｅと称する。固定装置１Ｅは、アンテナ１１と、サーキュレータ１２と、固定装置送信部１３と、固定装置受信部１４Ｅとを有する。固定装置受信部１４Ｅは、距離算出部１５と、比較対象情報取得部１６Ｅと、異常検出部１７と、固定装置絶対位置情報抽出部１８と、位置算出部１９とを有する。
比較対象情報取得部１６Ｅは、対象の固定装置１Ｅの外部に記憶された比較対象情報を取得する。具体的には、比較対象情報取得部１６Ｅは、受信信号から比較対象情報を抽出することによって比較対象情報を取得し、取得した比較対象情報を異常検出部１７に出力する。比較対象情報は、図１４に示すような固定装置間距離情報データベース３１に含まれる距離情報であり、例えば、管制サーバ、クラウドサーバ等の外部装置に記憶されている。比較対象情報取得部１６Ｅは、外部装置からの受信信号から比較対象情報を抽出する。
図１８は、実施の形態５にかかる無線測距システム１００Ｅの動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ２０１～ステップＳ２０３およびステップＳ２０５～ステップＳ２０８は、実施の形態４と同様であるためここでは説明を省略し、実施の形態４と異なる部分について主に説明する。ステップＳ２０３の処理が終わった後、対象の固定装置１Ｅは、固定装置間距離情報データベース３１の情報を外部装置から通信で受信する（ステップＳ２０４ａ）。対象の固定装置１Ｅの異常検出部１７は、算出された距離情報と受信した比較対象情報である固定装置間距離情報データベース３１の内容とを比較することで異常検出処理を行う（ステップＳ２０４ｂ）。ステップＳ２０４ｂの処理に続いて、ステップＳ２０５～ステップＳ２０８の処理が行われる。
以上説明したように、実施の形態５にかかる固定装置１Ｅの比較対象情報取得部１６Ｅは、受信信号から比較対象情報である距離情報を取得する。このような構成を有することにより、固定装置１Ｅの配置が変わり、比較対象情報である固定装置間距離情報データベース３１の内容に変更が生じる場合であっても、管制サーバ、クラウドサーバ等の外部装置で保有する固定装置間距離情報データベース３１の内容のみを更新すればよい。このため、実施の形態４にかかる無線測距システム１００Ｄでは、各固定装置１Ｄのデータベースを１台１台更新する必要があるのに対して、実施の形態５にかかる無線測距システム１００Ｅでは、更新する手間を省くことが可能になるという効果を奏する。
なお、上記では、比較対象情報取得部１６Ｅは、固定装置１Ｅが他の固定装置１Ｅとの間の距離を推定するために無線信号を送受信する際と同じ無線通信手段を使用して比較対象情報を取得することとしたが、例えばセルラー通信などの異なる無線通信手段を用いてもよい。
実施の形態６．
図１９は、実施の形態６にかかる固定装置１Ｆの機能構成を示す図である。以下、実施の形態４にかかる固定装置１Ｄと同様の機能については詳細な説明を省略し、固定装置１Ｄと異なる部分について主に説明する。なお、実施の形態４にかかる無線測距システム１００Ｄの固定装置１Ｄを固定装置１Ｆに置き換えたシステムを、無線測距システム１００Ｆと称する。固定装置１Ｆは、アンテナ１１と、サーキュレータ１２と、固定装置送信部１３と、固定装置受信部１４Ｆとを有する。固定装置受信部１４Ｆは、距離算出部１５と、比較対象情報取得部１６Ｆと、異常検出部１７Ｆと、固定装置絶対位置情報抽出部１８と、位置算出部１９Ｆと、自己絶対位置格納部３２とを有する。
自己絶対位置格納部３２は、対象の固定装置１Ｆ自身の絶対位置情報を格納する記憶装置である。自己絶対位置格納部３２は、対象の固定装置１Ｆ自身の絶対位置情報を比較対象情報取得部１６Ｆに出力することができる。
比較対象情報取得部１６Ｆは、対象の固定装置１Ｆ自身の絶対位置情報を自己絶対位置格納部３２から取得し、取得した絶対位置情報を比較対象情報として異常検出部１７Ｆに出力することができる。実施の形態６において、比較対象情報は、固定装置１Ｆの予定位置を示す絶対位置情報である。
位置算出部１９Ｆは、位置算出部１９と同様の方法で固定装置１Ｆ自身の位置を算出し、算出した位置の推定結果を、固定装置送信部１３と、異常検出部１７Ｆとに出力する。
異常検出部１７Ｆは、距離算出部１５が算出する距離と、比較対象情報取得部１６Ｆが取得する比較対象情報とが一致しているか否かに基づいて、対象の固定装置１Ｆの位置に生じる異常を検出することができる。ここで、異常検出部１７Ｆは、距離算出部１５が算出するよりに基づいて算出された位置の推定結果と、比較対象情報である絶対位置情報とが一致する場合に、距離算出部１５が算出する距離と、比較対象情報取得部１６Ｆが取得する比較対象情報とが一致していると判断することができる。具体的には、異常検出部１７Ｆは、絶対位置情報と、位置の推定結果とを比較して、両者が一致しない場合、位置算出部１９Ｆが対象の固定装置１Ｆの位置を算出するために使用した距離に対応する固定装置１Ｆの位置のいずれかに異常が生じていると判断する。例えば、対象の固定装置１Ｆが固定装置１Ｆ－１であって、位置算出部１９Ｆが、固定装置１Ｆ－２～１Ｆ－４のそれぞれと固定装置１Ｆ－１との間の距離に基づいて固定装置１Ｆ－１の位置を推定し、固定装置１Ｆ－１の位置の推定結果と、固定装置１Ｆ－１の絶対位置情報とが一致しなかった場合、異常検出部１７Ｆは、固定装置１Ｆ－１～１Ｆ－４のいずれかの位置に異常が生じていると判断することができる。
図２０は、実施の形態６にかかる無線測距システム１００Ｆの動作を説明するためのフローチャートである。実施の形態４と同様の動作については、同じ符号を付することで詳細な説明を省略し、実施の形態４と異なる部分について主に説明する。
ステップＳ２０１～ステップＳ２０３は実施の形態４と同様であるためここでは詳細な説明を省略する。ステップＳ２０３の処理が終わった後、対象の固定装置１Ｆが他の固定装置１Ｆの絶対位置情報と複数の他の固定装置１Ｆのそれぞれとの測距結果から、対象の固定装置１Ｆ自身の位置を推定する（ステップＳ２０７）。
ステップＳ２０７の処理の後、対象の固定装置１Ｆの異常検出部１７Ｆは、位置の推定結果を対象の固定装置１Ｆ自身の絶対位置情報と比較して異常があるか否かを判断する（ステップＳ２０４ｄ）。異常がある場合（ステップＳ２０４ｄ：Ｙｅｓ）、対象の固定装置１Ｆの異常検出部１７Ｆは、異常発生の情報を管制サーバなどの外部装置に送信する（ステップＳ２０６）。異常がない場合（ステップＳ２０４ｄ：Ｎｏ）、対象の固定装置１Ｆが位置の推定結果を管制サーバなどの外部装置に送信する（ステップＳ２０８）。
以上説明したように、実施の形態６にかかる固定装置１Ｆは、実施の形態４，５のように固定装置間距離情報データベース３１を用いることなく、固定装置１Ｆの位置の推定結果と、固定装置１Ｆ自身の絶対位置情報である比較対象情報とに基づいて、固定装置１Ｆの位置の異常を検出することができる。
実施の形態７．
上記の実施の形態１～３では、移動装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃが固定装置１の位置に生じる異常を検出する機能を有する例を説明し、上記の実施の形態４～６では、固定装置１Ｄ，１Ｅ，１Ｆが固定装置１Ｄ，１Ｅ，１Ｆの位置に生じる異常を検出する機能を有する例について説明した。実施の形態７にかかる無線測距システム１００Ｇは、固定装置１および移動装置２の両方が異常検出機能を有するものとする。無線測距システム１００Ｇが有する固定装置１は、固定装置１Ｄ，１Ｅ，１Ｆのいずれであってもよいし、無線測距システム１００Ｇが有する移動装置２は、移動装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃのいずれであってもよい。無線測距システム１００Ｇは、移動装置２と固定装置１との間で送受信される無線信号に基づいて、移動装置２と固定装置１との間の距離を測定すると共に、異なる固定装置１の間で送受信される無線信号に基づいて、異なる固定装置１の間の距離を測定する。
この場合、実施の形態１～３にかかる移動装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、固定装置１との間で測距のための無線通信を行い、実施の形態４～６にかかる固定装置１Ｄ，１Ｅ，１Ｆは、他の固定装置１Ｄ，１Ｅ，１Ｆとの間で測距のための無線通信を行うことから、両者の通信が互いに干渉しないように対策が必要となる。対策の一例として、両者の運用時間帯を分けて、固定装置１と移動装置２との間の通信と、異なる固定装置１間の通信とを時分割で行う手法が考えられる。例えば、固定装置１と移動装置２の間の通信は、対象となる固定装置１の配下を移動装置２が走行する時間帯に限られるため、固定装置１が自身の配下を移動装置２が走行する時間帯を予め把握しておき、当該時間帯では実施の形態１～３に説明したように、移動装置２が固定装置１との間の距離の推定結果を用いて、固定装置１の位置の異常検出処理を行い、対象の固定装置１の配下を移動装置２が走行しない時間帯では実施の形態４～６に説明したように、固定装置１が他の固定装置１との間の距離の推定結果に基づいて固定装置１の位置の異常検出処理を行う。このように、固定装置１と移動装置２との間の通信が行われる時間帯と、固定装置１間の通信が行われる時間帯とを分けて時分割にすることで、互いの通信の干渉を回避することが可能になる。なお、対象となる固定装置１の配下を移動装置２が走行する時間帯においても、細かくタイムスロットを分けて、通信時間帯を適切に割り当てることで、固定装置１と移動装置２との間の通信と、異なる固定装置１間の通信とを共存させることが可能になる。
また、固定装置１と移動装置２との間の通信と、異なる固定装置１間の通信とに異なる周波数チャネルを割り当てるという手法を用いてもよい。或いは、固定装置１と移動装置２との間の通信と、異なる固定装置１間の通信とに異なる拡散符号を割り当てて、同一時間、同一周波数で符号多重するという手法も考えられる。
以上説明したように、実施の形態７にかかる無線測距システム１００Ｇは、固定装置１および移動装置２の両方が、固定装置１の位置に生じる異常を検出する異常検出処理を行う機能を有する。これにより、より時間的に密に固定装置１の位置に関する異常を検出することができるため、固定装置１の位置の異常検出処理の精度を向上させることが可能になるという効果を奏する。
続いて、固定装置１および移動装置２の機能を実現するためのハードウェア構成について説明する。固定装置１および移動装置２のそれぞれの機能は、処理回路により実現される。これらの処理回路は、専用のハードウェアにより実現されてもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いた制御回路であってもよい。
上記の処理回路が、専用のハードウェアにより実現される場合、これらは、図２１に示す処理回路５０により実現される。図２１は、実施の形態１～７にかかる固定装置１および移動装置２の機能を実現するための専用のハードウェアを示す図である。処理回路５０は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものである。
上記の処理回路が、ＣＰＵを用いた制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図２２に示す構成の制御回路５１である。図２２は、実施の形態１～７にかかる固定装置１および移動装置２の機能を実現するための制御回路５１の構成を示す図である。図２２に示すように、制御回路５１は、プロセッサ５２と、メモリ５３とを備える。プロセッサ５２は、ＣＰＵであり、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などとも呼ばれる。メモリ９３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などである。
上記の処理回路が制御回路５１により実現される場合、プロセッサ５２がメモリ５３に記憶された、各構成要素の処理に対応す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。また、メモリ５３は、プロセッサ５２が実行する各処理における一時メモリとしても使用される。プロセッサ５２が実行するプログラムは、記憶媒体に記憶された状態で提供されてもよいし、通信路を介して提供されてもよい。
また、固定装置１および移動装置２の機能は、図２１に示す処理回路５０と、図２２に示す制御回路５１とを組み合わせて実現されてもよい。このとき、固定装置１および移動装置２の各機能部の分け方は、図示した例に限定されず、図示した１つの機能部の機能を複数の回路で実現してもよいし、図示した複数の機能部の機能を１つの回路で実現してもよい。
なお、固定装置１および移動装置２は、異常検出を行うための専用端末ではなく、異常検出以外にも、例えば、移動装置２の移動を管理するために使用される。例えば、固定装置１および移動装置２の間の距離の推定結果は、異常検出処理以外にも、移動装置２を搭載する移動体の運行管理のために使用される。
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
例えば、上記の実施の形態では、移動装置２は列車に搭載され、固定装置１は線路に沿って設置されることとしたが、本開示の技術はかかる例に限定されない。移動装置２が異常検出機能を有する場合、固定装置１と移動装置２との間の距離が予め分かれば、どのようなシステムに適用することもできる。移動装置２は、例えば、バス、衛星、飛行機など予め定められた経路を移動する移動体に搭載されてもよい。また、車であっても、例えば高速道路を走行するときや、予め定められた経路を走行するときであれば移動装置２を搭載する移動体として適用可能である。また、設定された経路を巡回するロボットに移動装置２を搭載してもよい。予め定められた経路とは、列車が線路上を決まった順に走行する経路のように、基本的に変更されない経路だけでなく、例えば自動走行車に乗車したときに目的地を設定して走行開始前に決定した経路のように、乗車毎に変更される経路であってもよい。
１，１－１～１－６，１Ｄ，１Ｄ－１～１Ｄ－５，１Ｅ，１Ｆ 固定装置、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 移動装置、３－１～３－３ 円周、１１，２１ アンテナ、１２，２２ サーキュレータ、１３ 固定装置送信部、１４，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ 固定装置受信部、２３ 移動装置送信部、２４Ａ，２４Ｂ 移動装置受信部、１５，１５－１～１５－Ｎ，２５，２５－１～２５－Ｎ 距離算出部、１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆ，２６Ａ，２６Ｂ 比較対象情報取得部、１７，１７Ｆ，２７ 異常検出部、１８，２８ 固定装置絶対位置情報抽出部、１９，１９Ｆ，２９ 位置算出部、３０ 距離情報データベース、３１ 固定装置間距離情報データベース、３２ 自己絶対位置格納部、５０ 処理回路、５１ 制御回路、５２ プロセッサ、５３ メモリ、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ 無線測距システム。

Claims (17)

  1. 地上に固定された固定装置と無線通信する通信装置であって、
    前記固定装置からの受信信号に基づいて前記固定装置と当該通信装置との間の距離を算出する距離算出部と、
    前記固定装置と前記通信装置との間の距離、または、前記通信装置の絶対位置を示し、前記通信装置の予定位置に基づく情報である比較対象情報を取得する比較対象情報取得部と、
    前記距離算出部が算出する距離と、前記比較対象情報とが一致しているか否かに基づいて、前記固定装置の位置に生じる異常を検出する異常検出部と、
    を備えることを特徴とする通信装置。
  2. 前記通信装置は、前記比較対象情報を含むデータベースをさらに備え、
    前記比較対象情報取得部は、前記通信装置が備える前記データベースから前記比較対象情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
  3. 前記比較対象情報は前記通信装置の外部に記憶されており、
    前記比較対象情報取得部は、受信信号から前記比較対象情報を抽出することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
  4. 前記通信装置は絶対位置が変化する移動装置であって、
    前記比較対象情報は、前記固定装置と前記移動装置との間の前記移動装置の移動に伴って経時的に変化する距離を示す距離情報であり、
    前記異常検出部は、前記距離算出部が算出した距離と、前記距離情報とが一致しているか否かに基づいて前記異常を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信装置。
  5. 前記移動装置は予め定められた経路を移動することを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
  6. 前記通信装置は地上に固定された固定装置であって、
    前記比較対象情報は、他の前記固定装置と前記通信装置との間の距離を示す距離情報であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信装置。
  7. 前記通信装置は地上に固定された固定装置であって、
    前記距離算出部が算出する前記距離を用いて前記通信装置の位置を算出する位置算出部、
    をさらに備え、
    前記比較対象情報は前記通信装置の絶対位置を示し、
    前記異常検出部は、算出された前記位置と前記絶対位置とが一致しているか否かに基づいて前記異常を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信装置。
  8. 前記距離算出部は、超広域無線信号である前記受信信号に基づいて前記固定装置と当該通信装置との間の距離を算出することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の通信装置。
  9. 請求項４または５に記載の通信装置である移動装置と、
    地上に固定された複数の前記固定装置と、
    を備え、
    前記移動装置と前記固定装置との間で送受信される無線信号に基づいて前記移動装置と前記固定装置との間の距離を測定することを特徴とする無線測距システム。
  10. 請求項６または７に記載の通信装置である固定装置を備え、
    異なる固定装置の間で送受信される無線信号に基づいて異なる前記固定装置の間の距離を測定することを特徴とする無線測距システム。
  11. 請求項４または５に記載の通信装置である移動装置と、
    請求項６または７に記載の通信装置を少なくとも１つ含む複数の固定装置と、
    を備え、
    前記移動装置と前記固定装置との間で送受信される無線信号に基づいて前記移動装置と前記固定装置との間の距離を測定すると共に、異なる前記固定装置の間で送受信される無線信号に基づいて異なる前記固定装置の間の距離を測定することを特徴とする無線測距システム。
  12. 前記移動装置と前記固定装置との間の通信と、異なる前記固定装置の間の通信とを時分割で行うことを特徴とする請求項１１に記載の無線測距システム。
  13. 前記移動装置と前記固定装置との間の通信と、異なる前記固定装置の間の通信とに異なる周波数チャネルを割り当てることを特徴とする請求項１１に記載の無線測距システム。
  14. 前記移動装置と前記固定装置との間の通信と、異なる前記固定装置の間の通信とに異なる拡散符号を割り当てることで符号多重することを特徴とする請求項１１に記載の無線測距システム。
  15. 地上に固定された固定装置と無線通信する通信装置を制御する制御回路であって、
    前記固定装置からの送信信号に基づいて前記固定装置と当該通信装置との間の距離を算出するステップと、
    前記固定装置と前記通信装置との間の距離、または、前記通信装置の絶対位置を示し、前記通信装置の予定位置に基づく情報である比較対象情報を取得するステップと、
    算出した前記距離と、前記比較対象情報とが一致しているか否かに基づいて、前記固定装置の位置に生じている異常を検出するステップと、
    を前記通信装置に実行させることを特徴とする制御回路。
  16. 地上に固定された固定装置と無線通信する通信装置を制御するためのプログラムを記憶した記憶媒体において、該プログラムは、
    前記固定装置からの送信信号に基づいて前記固定装置と当該通信装置との間の距離を算出するステップと、
    前記固定装置と前記通信装置との間の距離、または、前記通信装置の絶対位置を示し、前記通信装置の予定位置に基づく情報である比較対象情報を取得するステップと、
    算出した前記距離と、前記比較対象情報とが一致しているか否かに基づいて、前記固定装置の位置に生じている異常を検出するステップと、
    を前記通信装置に実行させることを特徴とする記憶媒体。
  17. 地上に固定された固定装置と無線通信する通信装置が実行する異常検出方法であって、
    前記固定装置からの送信信号に基づいて前記固定装置と当該通信装置との間の距離を算出するステップと、
    前記固定装置と前記通信装置との間の距離、または、前記通信装置の絶対位置を示し、前記通信装置の予定位置に基づく情報である比較対象情報を取得するステップと、
    算出した前記距離と、前記比較対象情報とが一致しているか否かに基づいて、前記固定装置の位置に生じている異常を検出するステップと、
    を含むことを特徴とする異常検出方法。
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