JPH06324135A - ロボット移動体の位置決め方法 - Google Patents

ロボット移動体の位置決め方法

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JPH06324135A
JPH06324135A JP10930093A JP10930093A JPH06324135A JP H06324135 A JPH06324135 A JP H06324135A JP 10930093 A JP10930093 A JP 10930093A JP 10930093 A JP10930093 A JP 10930093A JP H06324135 A JPH06324135 A JP H06324135A
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JP
Japan
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wave
radio
lighthouse
moving body
robot
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Application number
JP10930093A
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English (en)
Inventor
Etsuro Miyamoto
悦郎 宮本
Hideo Kawakami
英雄 川上
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NOUSAKUMOTSU SEIIKU KANRI SYST KENKYUSHO KK
Ikegami Tsushinki Co Ltd
Original Assignee
NOUSAKUMOTSU SEIIKU KANRI SYST KENKYUSHO KK
Ikegami Tsushinki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 ロボット移動体の位置決めの精度を向上させ
る。 【構成】 フィールド内に複数個の電波灯台を設け、同
一搬送波のスペクトル拡散信号を各灯台毎に位相差を設
けて発信する。ロボットは、2つの電波灯台を選び、そ
れらとの距離を位相差で計測するために、各電波を共通
の基準周波数と比較する際に粗計測と精計測に分け、前
者のためにSAWコンボルバ11を用いて、灯台電波を
受信する際のバースト波の生起の時刻と、基準周波数か
ら与えられる基準時刻との時間を、基準周波数の整数波
数により計測し、また後者のために、灯台電波をディレ
イロック回路18により、適当な低周波におろして一周
期内の端数波数を計測する。各灯台について測定した精
粗の搬送波位相差合成値を各2つの灯台ごとに距離差Δ
Lに換算し、2つの距離差ΔLの双曲線を算出し、その
交点をロボットの現在位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は土木建築や農業、スポ
ーツなど数百m〜数Kmスパンのフィールドにおけるロボ
ットの作業や運動における位置決めに係り、フィールド
内にあるロボットの任意の位置や座標を精密かつ連続的
に自動測定する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本願発明者による特願平3−28866
8号「ロボット移動体の位置決め方法」は、フィールド
内に相互距離が既知の複数個の電波灯台を設け、これら
からの発射電波はすべて同一周波数の搬送波を、各前記
電波灯台の発振局識別または有用情報のための符号信号
でスペクトル拡散して連続送信し、一方走行するロボッ
ト移動体は出発点の位置を予め設定し、設定された出発
点と前記複数個の電波灯台のなかから選択された2つの
電波灯台とのそれぞれの距離を、前記搬送波の波数と位
相差に換算して、前記ロボット移動体が有する積算器に
それぞれ計数記憶させ、当該記憶させた2つの波数と位
相差を計数原点とし、以後ロボット移動体を移動させな
がら前記2つの電波灯台からの電波の波数と位相差を積
算し、この積算値の差をとり、これを距離差に換算し、
その距離差を使って前記2つの電波灯台の位置を焦点と
する双曲線を求め、前記2つの電波灯台対以外の対につ
いても別の双曲線を求め、前記双曲線と前記別の双曲線
との交点をロボット移動体の現在位置とし、ロボット移
動体の走行を制御している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上のべた方法は数百
m〜数Km範囲のフィールド内のロボット移動体の現在位
置を、その近傍に置かれた複数個の電波源から発射され
るスペクトル拡散電波を介して、ロボット移動体の位置
決めをして走行を制御をしようとするものであるが、以
下の様な問題点がある。
【0004】 2つの電波灯台の位相差を求める際
に、それ以前に得られたデータの積算値を使っているの
で、前データが無い始めての出発時や電波が途切れる時
に、位置確定のために他の測距装置による較正を要す
る。 スペクトル拡散通信を使っているので、近接灯台の
強電波のために他灯台の電波受信が不可能となる場合が
発生する(スペクトル拡散通信の遠近問題と言われてい
る)。 電波源から数百mの近距離で、大地その他による反
射電波のために、搬送波の位相差測定がかく乱される場
合が生じる。 従って本発明の目的は上記問題点の排除されたロボット
移動体の位置決め方法を提供せんとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明に係るロボット移動体の位置決め方法は、フィー
ルド内に相互距離が既知の3個以上の電波灯台を設け
て、これらからの発射電波はすべて同一周波数の搬送波
を、各発信源識別のためのPN符号でスペクトル拡散変
調し、また各搬送波とPN符号は、各灯台のほぼ真ん中
に位置する基準周波数発信灯台の電波に同期させる。一
方ロボット移動体は各灯台電波の搬送波の位相差を、整
数波数差と、一周期内の端数差に分けて求められるよう
に、SAW(弾性表面波による相関関数計算素子)コン
ボルバを使用し、適合する灯台電波を受信した時に発生
するバースト波中の特定時点と、基準時刻との間の基準
信号の整数波数を求め、また各灯台からの受信電波を、
別にアナログ型やディジタル型の公知のディレイロック
回路を通して、各灯台ごとの搬送波を再生し、基準信号
との位相差を比較するために、両者をビートダウンし
て、低周波域で所望の精度で端数波数を求めるようにす
る。以上のようにして各灯台の搬送波と基準信号との位
相差を求めてから、各2つの灯台電波の位相差を求め
て、それに波長λを掛けてロボットと2つの灯台との距
離差ΔLに換算し、次に2つの灯台を焦点とし、それら
からの距離差がΔLである双曲線を計算する。別の2つ
の灯台についても同様にして双曲線を計算し、それらの
交点をロボットの現在位置とする。各灯台は所定の順序
で電波出力の軽減期間を設けて、スペクトル拡散通信に
おける遠近問題を軽減し、またロボットは移動距離が無
視できる程度の短時間間隔で位置決めデータを出す。各
灯台とロボットのアンテナは同一旋回方向の円偏波式と
し、反射電波などによる位相差測定誤差混入を局限す
る。
【実施例】以下添付図面を参照し実施例により本発明を
詳細に説明する。
【0006】図1は本発明位置決め方法の基本原理を示
すもので、電波灯台Pが発射する電波に同期して、3個
以上、複数個の電波灯台P1 ,P2 ,・・,Q1 ,・・
がそれぞれの発信局識別用のPN符号と搬送波を発射す
る。Pは電波灯台群のほぼ中心に配置されるが、標準電
波や、TV電波、GPS電波を基準とするか、灯台のど
れか一つを基準とする場合にはPを省略することもでき
る。
【0007】H11はP1 .Q1 によって得られた双曲
線、H12はQ1 .P2 によって得られた双曲線、R1
両双曲線の交点であってロボットの現在位置である。H
21はQ 1 .P2 による双曲線、H22はP2 .P3 による
双曲線、R2 はそれらの交点であって、別のロボットの
現在位置である。
【0008】図2は各電波灯台が具える共通の電子回路
であって、電波灯台Pまたは他の基準とする電波に同期
させて灯台用基準発振源(1−3)を作り、それを基に
して各発信局識別用PN符号6と搬送波4を作成する。
なお必要な時には低い周波数の管理情報7により、PN
符号を予め変調する。
【0009】図3はロボット移動体が具える電子回路部
の一構成例を示している。各灯台共通の高周波搬送波
は、それをスペクトル拡散し、かつ発信局識別にも使用
される略称PN符号(Pseud Noise 擬似雑音信号) によ
り変調されているが、各発信局の電波が混在したものを
高周波増幅器9で増幅してから、取扱い易いIF周波数
fに落として(10)、SAWコンボルバ11に入力す
る(12)。SAWコンボルバ11の他端子には参照入
力信号13として、例えば電波灯台Q1 用のPN符号で
周波数fの信号をスペクトル拡散変調したものを入力す
ると、入力信号のうち電波灯台Q1 からの電波のPN符
号と、参照信号のPN符号が一致した瞬間に両信号の相
関関数が最大となり、その時に同時にバースト信号14
の形の信号が得られ、それを包絡線として2fの周波数
をもつ搬送波が検出される。搬送波は10数波あるが、
そのうち特定の順番の搬送波の位相をトリガー信号の形
で取出し、その時刻と基準信号中の特定時刻との間の時
間間隔(15)を、基準信号の周波数の波数で計測する
(16)。なお基準信号は電波灯台群のほぼ真ん中に設
置された基準信号発信灯台1に同期して作成するもので
あって、各電波灯台の搬送波とPN符号のみならず、ロ
ボットの局部発振器と位相計測用基準信号と基準時刻、
CPU17の基本周波数などを与えるものである。上記
で計られる波数は整数部分のみであって、一周期以内の
端数波数は、IF周波数をアナログ或いはディジタル型
の公知のディレイロック回路18を通して搬送波再生を
し、基準信号も共に低周波数にビートダウンして(1
9)比較し(20)、0.01桁精度で端数波数の計測を行
う(21)。それで整数波数計数器16の出力と端数波
数計数器21の出力とを合成してQ1 電波の位相とする
(22)。電波灯台P1 についても発振局識別用のPN
符号が違うだけで、同様にして搬送波位相を搬送波の波
数の形で計測し(23)、それらの計数値の差を求めて
(24)波長λを乗じて、それを距離差ΔLに換算し、
2つの電波灯台を焦点とし、それらからの距離差がΔL
の双曲線を算出する(25)。電波灯台Q1 .P2 ある
いはP3 ,Q2など他の対についても図3と同様の方法
で双曲線を求め、かくて得られた両双曲線の交点をロボ
ットの現在位置とする(26)。
【0010】
【発明の効果】この発明の各電波灯台は、発信局識別の
ための符号信号とそれにより変調される搬送波に、灯台
の位置によって定められた既定の位相差を設けてあるの
で、ロボット側で基準信号を仲介にして整数波数差と端
数波数差を同時連続的に求めて、各灯台電波の位相差を
計測し、ロボット移動体の出発点の位置や電波断後の位
置を、他の測距儀に頼ることなく自力で簡単に決定する
ことができる。また灯台電波の出力を軽減する期間を設
けることにより、スペクトル拡散通信における遠近問題
を軽減するような灯台立地法を可能にし、かつロボット
の移動距離が無視できる程度の短時間ごとに位置決めデ
ータを出すことにより、走行制御を安定化している。以
上のための送受アンテナを、旋回方向に同じ円偏波型と
して、反射による位相差測定精度の低下を局限してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明位置決め方法の基本的原理を説明するた
めの図、
【図2】本発明に係る電波灯台が有する共通の電子回路
構成図、
【図3】本発明のロボットの位置決め回路の一実施例構
成ブロック線図
【符号の説明】
1 基準用電波発信灯台 2 受信機 3 灯台用基準発信源作成回路 4 搬送波作成回路 5 スペクトル拡散変調器 6 PN符号発生器 7 有用管理情報 8 変調器 9 高周波増幅器 10 IF変換器 11 SAWコンボルバ 12 SAWコンボルバの入力 13 Q1 用参照信号 14 バースト信号 15 時間間隔設定器 16 整数波数計数器 17 CPU 18 ディレイロック回路 19 ビートダウン 20 低周波で位相比較 21 端数波数計数器 22 Q1 電波の位相 23 P2 電波の位相 24 2灯台電波の位相差計算 25 双曲線計算 26 ロボット位置決定 27 共通部分

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フィールド内に相互距離が互いに既知の
    複数個の電波灯台を設け、それらからの発射電波はすべ
    て糎波または粍波の同一周波数の搬送波をスペクトル拡
    散変調した電波を用い、各前記電波灯台は発信局識別の
    ための符号信号と、それにより変調される搬送波に、各
    灯台の位置によって定められる既定の位相差を設け、走
    行するロボット移動体の位置決めにあたっては、各灯台
    からの入力信号の搬送波の位相差を、各灯台との距離差
    に換算し、その距離差を使って各2つの電波灯台を焦点
    とする双曲線を求め、また前記2つの電波灯台以外の対
    についても別の双曲線を求め、前記双曲線と前記別の双
    曲線との交点をロボット移動体の現在位置とするように
    したことを特徴とするロボット移動体の位置決め方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の方法において、各電波灯
    台は順次に一つだけ電波出力の軽減期間を設けて発信
    し、灯台の立地法とあわせて、スペクトル拡散通信にお
    ける遠近問題を軽減するロボット移動体の位置決め方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の方法において、
    各電波灯台からの入力信号の搬送波の位相差を求める際
    に、計数処理する時間をロボット移動体の移動距離を無
    視し得る程度の短時間に選ぶことを特徴とするロボット
    移動体の位置決め方法。
  4. 【請求項4】 請求項1から3いずれか記載の方法にお
    いて、各電波灯台の発信電波とPN符号の周波数及びロ
    ボット移動体の受信用局部発振器の周波数コヒーレンシ
    ーの維持、各電波灯台の搬送波の位相差測定のための共
    通基準周波数作成のために、周波数安定度の高い連続発
    信灯台を設けることを特徴とするロボット移動体の位置
    決め方法。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の方法において、フィール
    ド内を走行するロボット移動体は、電波灯台からの受信
    電波の搬送波の位相差を、共通基準周波数と比較して求
    める際に、粗測定と精測定に分け、粗測定では、表面弾
    性波を応用した相関関数演算素子、すなわちSAWコン
    ボルバを用いて、各灯台の発射電波と予めロボット側で
    用意してある参照信号とが一致した瞬間に発生するバー
    スト信号を包絡線として、その中に含まれる数波の搬送
    波のうちの特定波の発生時点を、別に設けた基準周波数
    の波数を基準として、整数波数差を求めることを特徴と
    するロボット移動体の位置決め方法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の方法において、フィール
    ド内を走行するロボット移動体は、電波灯台からの受信
    電波を、位相同期型、位相非同期型その他公知のディレ
    イロック回路に通して、各電波灯台の搬送波を再生し、
    それを別に設けた基準周波数と連続的に比較するために
    両者を適当な低周波数にビートダウンし、一周期内の端
    数波数を求めることを特徴とするロボット移動体の位置
    決め方法。
  7. 【請求項7】 請求項1から6いずれか記載の方法にお
    いて、電波灯台の発射電波はすべて左または右旋回の円
    偏波とし、ロボット移動体は発射電波と一致する旋回方
    向の受信アンテナを備え、地面その他からの反射電波の
    妨害を局限することを特徴とするロボット移動体の位置
    決め方法。
JP10930093A 1993-05-11 1993-05-11 ロボット移動体の位置決め方法 Pending JPH06324135A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001513891A (ja) * 1997-02-27 2001-09-04 トラクス,インコーポレイテッド 特定区域内複数オブジェクト追跡システム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001513891A (ja) * 1997-02-27 2001-09-04 トラクス,インコーポレイテッド 特定区域内複数オブジェクト追跡システム

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