WO2023100489A1 - 測位装置、及び、クロック補正方法 - Google Patents

測位装置、及び、クロック補正方法 Download PDF

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    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured

Definitions

  • the present disclosure relates to a positioning device and a clock correction method.
  • a time synchronization system comprising a parent device that supplies a synchronization signal for synchronizing radio base stations, and a child device that is connected to the parent device via a transmission line having a first channel and a second channel
  • the slave device includes a GPS receiver that receives a GPS (Global Positioning System) reference signal, a multiplexer that multiplexes the reference signal on a first channel of an uplink signal to the parent device, and a transmission of the uplink signal.
  • a transmitting unit for transmitting over the path.
  • the parent device includes: a multiplexing unit that multiplexes a delay measurement signal on a second channel of a downlink signal to the child device; a transmission unit that transmits the downlink signal via the transmission line; and an uplink signal from the child device. a separation unit for separating a first channel and a second channel from the second channel; a delay measurement unit for measuring a delay time of the transmission path based on the delay measurement signal of the second channel; A first phase correction unit that corrects the phase of a reference signal of a channel, and an output unit that outputs the first synchronization signal based on the reference signal corrected by the first phase correction unit (see, for example, Patent Document 1).
  • a positioning device is a positioning device that measures the position of a mobile communication unit, and is arranged at a first predetermined distance known from a first wireless communication unit and the first wireless communication unit.
  • a second radio communication unit a phase when the second radio communication unit receives a signal of a first frequency transmitted from the first radio communication unit, and a second frequency transmitted from the first radio communication unit a distance calculation unit that calculates the distance between the first wireless communication unit and the second wireless communication unit based on the phase when the second wireless communication unit receives the signal of and the first predetermined distance;
  • a synchronization adjustment unit that synchronizes the first wireless communication unit and the second wireless communication unit based on the difference between the distance calculated by the distance calculation unit and the first predetermined distance;
  • FIG. 2 is a block diagram showing configurations of vehicle 10 and smartphone 200 equipped with positioning device 100 of the embodiment.
  • FIG. Fig. 2 shows two hyperbolas that satisfy equation (7);
  • FIG. 4 is a diagram showing two hyperbolic lines that satisfy equation (7) and the receivable areas of wireless communication units 110A and 110B;
  • FIG. 10 is a diagram showing four hyperbolas obtained by the third positioning method;
  • FIG. 1 is a diagram showing a vehicle 10 equipped with a positioning device according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows an XY coordinate system with an origin O at the center of the vehicle 10 in plan view.
  • a plurality of wireless communication units 110 are arranged at the four corners of the body of the vehicle 10 .
  • Wireless communication unit 110 is an example of a wireless communication device.
  • FIG. 1 shows ten wireless communication units 110 as an example.
  • One wireless communication unit 110 is provided at each of the left and right ends in front of the vehicle 10 , and one wireless communication unit 110 is provided at each of the left and right ends behind the vehicle 10 .
  • One wireless communication unit 110 is provided at each of the front and rear ends on the left side of the vehicle 10 and the center in the front and rear direction, and the wireless communication units 110 are provided at the front and rear ends on the right side of the vehicle 10 and the center in the front and rear direction. One is provided.
  • Any one of the ten radio communication units 110 is an example of a first radio communication unit, any other one is an example of a second radio communication unit, and any other one is an example of a second radio communication unit. It is an example of a third wireless communication unit.
  • the wireless communication unit 110 provided at the front end on the right side of the vehicle 10 is distinguished as a wireless communication unit 110A
  • the wireless communication unit 110 provided at the rear end on the right side of the vehicle 10 is referred to as a wireless communication unit.
  • the wireless communication unit 110 provided in the center in the front-rear direction on the right side of the vehicle 10 is distinguished as a wireless communication unit 110C.
  • the wireless communication unit 110A is an example of a first wireless communication unit
  • the wireless communication unit 110B is an example of a second wireless communication unit
  • the wireless communication unit 110C is an example of a third wireless communication unit.
  • Each wireless communication unit 110 is a wireless communication unit for transmitting data to or receiving data from the smartphone 200, and is, for example, a Bluetooth (registered trademark) standard short-range wireless communication device.
  • Each wireless communication unit 110 has multiple antennas.
  • the wireless communication unit 110 will be described as a short-range wireless communication device conforming to the Bluetooth standard, but may be a device that performs WLAN (Wireless Local Area Network) or other standard communication.
  • FIG. 2 is a block diagram showing configurations of vehicle 10 and smartphone 200 equipped with positioning device 100 according to the embodiment.
  • the positioning device 100 includes ten wireless communication units 110 mounted on the vehicle 10 and an ECU (Electronic Control Unit) 120 mounted on the vehicle 10 .
  • Each wireless communication unit 110 has multiple antennas 111 .
  • the number of antennas 111 connected to each wireless communication unit 110 may be two or more, and may be about three.
  • the smartphone 200 is an example of a mobile communication unit, and its position is obtained (positioned) by the positioning device 100 when it is outside the vehicle 10 .
  • Smartphone 200 has control unit 210 and communication unit 220 . The user can unlock/lock the remote key of the vehicle 10 , operate automatic parking assistance, and the like through the smartphone 200 .
  • the radio communication unit 110 includes, for example, PA (Power Amplifier), LNA (Low Noise Amplifier), OM (Orthogonal Modulator), ODM (Orthogonal DeModulator), VCO (Voltage Controlled Oscillator), PLL (Phase Locked Loop), and codec processing. including departments, etc.
  • PA Power Amplifier
  • LNA Low Noise Amplifier
  • OM Organic Modulator
  • ODM Orthogonal DeModulator
  • VCO Voltage Controlled Oscillator
  • PLL Phase Locked Loop
  • codec processing including departments, etc.
  • PA Power Amplifier
  • LNA Low Noise Amplifier
  • OM Organic Modulator
  • ODM Organic DeModulator
  • VCO Voltage Controlled Oscillator
  • PLL Phase Locked Loop
  • codec processing including departments, etc.
  • PA is connected to antenna 111 .
  • the wireless communication unit 110 is controlled by the ECU 120 and communicates with Bluetooth packet
  • the ECU 120 is an ECU for the positioning device 100.
  • Various ECUs are mounted on the vehicle 10 in addition to the ECU 120, and are communicably connected to the ECU 120 via an in-vehicle network.
  • the ECU 120 is implemented by a computer including a CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), internal bus, and the like.
  • the ECU 120 has a main control section 121 , a distance calculation section 122 , a synchronization control section 123 , a distance difference calculation section 124 , a direction derivation section 125 , a positioning section 126 and a memory 127 .
  • the main control unit 121, the distance calculation unit 122, the synchronization control unit 123, the distance difference calculation unit 124, the direction derivation unit 125, and the positioning unit 126 represent functions of the program executed by the ECU 120 as functional blocks.
  • a memory 127 functionally represents the memory of the ECU 120 .
  • the main control unit 121 is a processing unit that supervises control processing of the ECU 120, and includes a distance calculation unit 122, a synchronization control unit 123, a distance difference calculation unit 124, a direction derivation
  • the processing other than the processing executed by the unit 125 and the positioning unit 126 is executed.
  • the memory 127 stores programs and programs necessary for the main control unit 121, the distance calculation unit 122, the synchronization control unit 123, the distance difference calculation unit 124, the direction derivation unit 125, and the positioning unit 126 to execute the above-described processing. Stores data, etc.
  • the ECU 120 performs synchronization processing in any of the first positioning method to the fourth positioning method. Therefore, the synchronization process will be described first, and then the first to fourth positioning methods will be described. In the description of the first positioning method to the fourth positioning method, distance calculation section 122, synchronization control section 123, distance difference calculation section 124, direction derivation section 125, and positioning section 126 will be described.
  • the synchronization process is performed by the synchronization control unit 123 based on the distance calculated by the distance calculation unit 122, and corrects the clocks of the wireless communication units 110A and 110B so that they are synchronized. Clock correction is realized by the clock correction method of the embodiment.
  • the clocks of the radio communication units 110A and 110B are the clocks used by the radio communication units 110A and 110B for their operation.
  • the wireless communication units 110A and 110B communicate using Bluetooth packet signals. Note that in the synchronization process, any one of the plurality of antennas 111 connected to each wireless communication unit 110 may be used as the reference antenna 111 .
  • the distance calculation unit 122 calculates the phase when the wireless communication unit 110B receives the packet signal of the frequency f1 transmitted from the wireless communication unit 110A and the packet signal of the frequency f2 transmitted from the wireless communication unit 110A to the wireless communication unit 110B.
  • the distance L between the radio communication units 110A and 110B is obtained based on the phase when the radio communication units 110A and 110B receive the signal and the predetermined distance L0.
  • the frequency f1 is an example of the first frequency
  • the frequency f2 is an example of the second frequency.
  • the frequencies f1 and f2 are any two of a plurality of channels included in the Bluetooth communication band, and are frequencies at which the wave number between the wireless communication units 110A and 110B is the same.
  • the predetermined distance L0 is an example of a first predetermined distance, and is the distance between the wireless communication units 110A and 110B. Since the wireless communication units 110A and 110B are attached to the front and rear ends of the sides of the vehicle 10, the predetermined distance L0 is known.
  • the distance calculation unit 122 obtains the distance L between the wireless communication unit 110A and the wireless communication unit 110B as follows. In obtaining the distance L, the distance calculation unit 122 causes the wireless communication unit 110A to transmit the packet signal of the frequency f1 and the packet signal of the frequency f2. Packet signals of frequencies f1 and f2 are received by the wireless communication unit 110B. Data representing the predetermined distance L0 is stored in the memory 127. FIG.
  • the wave number of the packet signal of frequency f1 between the radio communication units 110A and 110B and the wave number of the packet signal of frequency f2 between the radio communication units 110A and 110B are n, and the packet signal of frequency f1 is the radio communication unit 110B is received, P2 is the phase when the wireless communication unit 110B receives the packet signal of the second frequency, ⁇ 1 is the wavelength of the packet signal of frequency f1, and ⁇ 2 is the wavelength of the packet signal of frequency f2.
  • the distance calculator 122 can calculate the distance L between the wireless communication units 110A and 110B according to the following equations (1A) to (1E).
  • the distance L can be expressed by the following equation (1).
  • the distance L can be expressed by the following equation (2).
  • the distance L can be expressed by the following equation (5).
  • c is the speed of light (3 ⁇ 10 8 m/sec).
  • the synchronization control unit 123 corrects the clocks of the wireless communication units 110A and 110B so that they are synchronized from the difference (L-L0) between the distance L calculated by the distance calculation unit 122 and the predetermined distance L0. If the clocks of the wireless communication units 110A and 110B are out of sync, the phases P1 and P2 increase, so the difference (L-L0) between the distance L obtained by Equation (5) and the known distance L0 increases. Become. Synchronization control section 123 corrects the phase of the clock of at least one of radio communication sections 110A and 110B so that the clocks of radio communication sections 110A and 110B are synchronized based on the distance difference (L ⁇ L0). Just do it.
  • the synchronization control unit 123 can correct the clock phase with an accuracy of 1 ns (nanosecond) level. For example, if 360 degrees is analyzed at 1 MHz with a resolution of 10 bits, the phase can be analyzed at a level of 1 ns and corrected with an accuracy of a level of 1 ns.
  • the relationship between the difference in distance (L ⁇ L0) and the correction amount of the phase of the clocks of the wireless communication units 110A and 110B is measured in advance, data in a table format is created, and stored in the memory 127. , the phase correction amount corresponding to the difference in distance (L ⁇ L0) is read, and the phase of the clock of either one of the wireless communication units 110A and 110B is corrected.
  • the distance calculation unit 122 causes the wireless communication unit 110A to transmit packet signals of frequencies f1 and f2 and the wireless communication unit 110B receives the packet signals.
  • the calculation unit 122 causes the wireless communication unit 110B to transmit packet signals of frequencies f1 and f2, and the wireless communication unit 110A receives the packet signals.
  • clock phase can be corrected. In this way, by transmitting and receiving packet signals bidirectionally between the wireless communication units 110A and 110B and performing synchronization processing, phase correction is performed so that the phases of the clocks of the wireless communication units 110A and 110B match. It can be performed with higher accuracy.
  • Distance difference calculation unit 124 calculates phase ⁇ 1 when wireless communication unit 110A receives a packet signal of frequency f1 transmitted from smartphone 200 in a state in which clock correction is performed by synchronization control unit 123, and phase ⁇ 1 from smartphone 200.
  • Phase ⁇ 2 when wireless communication unit 110A receives a packet signal of frequency f2 transmitted phase ⁇ 3 when wireless communication unit 110B receives a signal of frequency f1 transmitted from smartphone 200, and transmission from smartphone 200 distance between distance L1 between smartphone 200 and wireless communication unit 110A and distance L2 between smartphone 200 and wireless communication unit 110B, based on phase ⁇ 4 when wireless communication unit 110B receives a signal of frequency f2, Calculate the difference.
  • the packet signal of frequency f1 transmitted from the smartphone 200 is an example of the first signal
  • the phase ⁇ 1 when received by the wireless communication unit 110A is an example of the first phase
  • the packet signal of frequency f2 transmitted from smartphone 200 is an example of a second signal
  • phase ⁇ 2 when received by wireless communication unit 110A is an example of a second phase
  • the phase ⁇ 3 when the wireless communication unit 110B receives the signal of the frequency f1 transmitted from the smartphone 200 is an example of the third phase.
  • the phase ⁇ 4 when the wireless communication unit 110B receives the signal of the frequency f2 transmitted from the smartphone 200 is an example of the fourth phase.
  • any one of the plurality of antennas 111 connected to each wireless communication unit 110 may be used as the reference antenna 111 .
  • a plurality of antennas 111 are used in a second positioning method, which will be described later.
  • the distance difference calculator 124 calculates the absolute value
  • c is the speed of light.
  • the positioning unit 126 calculates the distance difference (
  • FIG. 3 is a diagram showing two hyperbolas that satisfy Equation (7).
  • Two hyperbolas are indicated by dashed lines in FIG.
  • the position of smartphone 200 with respect to wireless communication units 110A and 110B is somewhere on two hyperbolic lines whose focal points are the reference points of antennas 111 of wireless communication units 110A and 110B.
  • the positioning unit 126 can narrow down the position of the smartphone 200 to positions on the two hyperbolas, and can obtain an approximate position of the smartphone 200 .
  • ⁇ Second positioning method> In the second positioning method, after the distance difference calculation unit 124 obtains the distance difference (
  • Direction derivation unit 125 obtains the direction of arrival of the signal from smartphone 200 to wireless communication unit 110A based on the phase difference when the packet signals are received by multiple antennas 111 of wireless communication unit 110A.
  • the direction of arrival of the signal from the smartphone 200 to the wireless communication unit 110B is obtained based on the phase difference when the packet signals are received by the multiple antennas of the unit 110B.
  • the direction deriving unit 125 receives the packet signal from the smartphone 200 to the wireless communication unit 110A based on the phase difference when the packet signal of the frequency f1 is received by the plurality of antennas 111 of the wireless communication unit 110A. Determine the arrival direction of arrival.
  • the direction derivation unit 125 may obtain the direction of arrival based on the phase difference when the packet signal of frequency f2 is received, or the direction of arrival when two packet signals of frequencies f1 and f2 are received. Two directions of arrival may be determined based on the phase difference, but here, as an example, a mode of determining the direction of arrival based on the phase difference when a packet signal of frequency f1 is received will be described.
  • the arrival direction in which the packet signal arrives from the smartphone 200 to the wireless communication unit 110A is an example of the first arrival direction.
  • the direction deriving unit 125 determines the arrival direction of the packet signal from the smartphone 200 to the wireless communication unit 110B based on the phase difference when the packet signals of the frequency f1 are received by the plurality of antennas 111 of the wireless communication unit 110B.
  • the direction derivation unit 125 may obtain the direction of arrival based on the phase difference when the packet signal of frequency f2 is received, or the direction of arrival when two packet signals of frequencies f1 and f2 are received.
  • Two directions of arrival may be determined based on the phase difference, but here, as an example, a mode of determining the direction of arrival based on the phase difference when a packet signal of frequency f1 is received will be described.
  • the arrival direction in which the packet signal arrives from the smartphone 200 to the wireless communication unit 110B is an example of the second arrival direction.
  • the positioning unit 126 based on the distance difference obtained by the distance difference calculation unit 124 and the two directions of arrival obtained by the direction derivation unit 125, The position of smartphone 200 with respect to wireless communication units 110A and 110B is obtained.
  • FIG. 4 is a diagram showing two hyperbolas that satisfy Equation (7) and the receivable areas of the wireless communication units 110A and 110B.
  • Receivable area 110A1 of wireless communication unit 110A represents an area in which wireless communication unit 110A can receive packet signals from smartphone 200 when smartphone 200 is present within receivable area 110A1.
  • Receivable area 110B1 of wireless communication unit 110B represents an area in which wireless communication unit 110B can receive packet signals from smartphone 200 when smartphone 200 is present within receivable area 110B1.
  • the overlapping area 110AB1 is an overlapping area between the receivable area 110A1 and the receivable area 110B1.
  • arrow A represents the direction of arrival of the packet signal derived by the direction derivation unit 125 for the wireless communication unit 110A.
  • An arrow B represents the direction of arrival of the packet signal derived by the direction derivation unit 125 for the wireless communication unit 110B.
  • the position of smartphone 200 with respect to wireless communication units 110A and 110B is the intersection of vector A represented by arrow A and vector B represented by arrow B, and can be found as the intersection on either hyperbola. In fact, such an intersection point may not be obtained due to an error or the like. In such a case, the following should be done.
  • a point of intersection may be obtained by extending vector A or B, and the point on the hyperbola closest to the intersection may be obtained as the position of smartphone 200 .
  • vector A is extended to generate vector A1
  • point S2 on the hyperbola closest to intersection point S11 of vector A1 and vector B is the position of smart phone 200 . Therefore, the positioning unit 126 can specify the position of the smartphone 200 at the position of the intersection S2.
  • the position of smartphone 200 is measured using three wireless communication units 110A, 110B, and 110C. Further, in the third positioning method, the positioning device 100 does not derive the direction of arrival by the direction derivation unit 125 as in the second positioning method. Therefore, when the positioning device 100 executes the third positioning method without executing the second positioning method, the positioning device 100 does not need to include the direction deriving section 125 .
  • the distance calculation unit 122 obtains the distance L between the wireless communication units 110A and 110B and the distance L between the wireless communication units 110A and 110C.
  • the distance calculation unit 122 obtains the distance L between the wireless communication units 110A and 110B in the same manner as in the synchronization processing described above.
  • the distance calculation unit 122 calculates the phase when the wireless communication unit 110C receives the packet signal of the frequency f1 transmitted from the wireless communication unit 110A and the packet signal of the frequency f2 transmitted from the wireless communication unit 110A.
  • the distance L between the wireless communication units 110A and 110C is obtained based on the phase when the unit 110C receives the signal and the predetermined distance L00.
  • the predetermined distance L00 is an example of a known second predetermined distance, for example, the distance between the reference points of the antennas 111 of the wireless communication unit 110A and the reference points of the antennas 111 of the wireless communication unit 110C. be.
  • the method of obtaining the distance L between the radio communication units 110A and 110C is the same as the method of obtaining the distance L between the radio communication units 110A and 110B.
  • the synchronization control unit 123 corrects the clocks of the wireless communication units 110A and 110B so that they are synchronized in the same manner as in the synchronization process described above, and also adjusts the distance between the wireless communication units 110A and 110C calculated by the distance calculation unit 122. Based on the difference between L and the predetermined distance L00, correction is made so that the clocks of the wireless communication units 110A and 110C are synchronized.
  • the distance difference calculation unit 124 calculates the phase ⁇ 5 when the wireless communication unit 110C receives the packet signal of the frequency f1 transmitted from the smartphone 200 in a state where the clocks of the wireless communication units 110A, 110B, and 110C are corrected. and the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110A and the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110A based on phase ⁇ 6 and phases ⁇ 1 and ⁇ 2 when wireless communication unit 110C receives a packet signal of frequency f2 transmitted from smartphone 200. and the distance to the wireless communication unit 110C.
  • Phase ⁇ 5 is an example of a fifth phase
  • phase ⁇ 6 is an example of a sixth phase.
  • Positioning unit 126 calculates the difference between the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110A and the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110B obtained by distance difference calculating unit 124, and the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110A. and the distance difference between the distances between smartphone 200 and wireless communication unit 110C, the position of smartphone 200 with respect to wireless communication units 110A, 110B, and 110C is obtained.
  • FIG. 5 is a diagram showing four hyperbolas obtained by the third positioning method.
  • broken lines indicate two hyperbolas obtained based on the distance difference between the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110A and the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110B.
  • two hyperbolas obtained based on the distance difference between the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110A and the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110C are indicated by dashed-dotted lines.
  • the position of the smartphone 200 with respect to the wireless communication units 110A and 110B is the intersection point S3 outside the vehicle 10 among the intersections of the two hyperbolas indicated by the dashed lines and the two hyperbolas indicated by the dashed-dotted lines.
  • Positioning unit 126 can specify the position of smartphone 200 at the position of intersection S3.
  • the position of smartphone 200 can be identified at intersection point S3 by the condition that it is positioned on two hyperbolic lines (dashed lines) obtained based on the distance difference obtained by combining wireless communication units 110A and 110B, and This is because the point satisfies the condition that it is located on two hyperbolas (one-dot chain lines) determined based on the distance difference obtained by the combination of 110C.
  • the synchronization control unit 123 corrects the clocks of the wireless communication units 110A and 110B so as to be synchronized and corrects the clocks of the wireless communication units 110A and 110C to be synchronized. For this reason, the distance calculation unit 122 obtained the distance L between the wireless communication units 110A and 110B and the distance L between the wireless communication units 110A and 110C.
  • the synchronization control unit 123 corrects the clocks of the wireless communication units 110A and 110B to synchronize, and corrects the clocks of the wireless communication units 110B and 110C to synchronize. good too. Even in this way, the clocks of the radio communication units 110A, 110B, and 110C can be corrected to be synchronized.
  • the distance calculation unit 122 may obtain the distance L between the wireless communication units 110A and 110B and the distance L between the wireless communication units 110B and 110C.
  • the distance difference calculation unit 124 calculates the phase ⁇ 5 when the wireless communication unit 110C receives the packet signal of the frequency f1 transmitted from the smartphone 200 in a state where the clocks of the wireless communication units 110A, 110B, and 110C are corrected. and the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110B, and the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110B based on phase ⁇ 6 and phases ⁇ 3 and ⁇ 4 when wireless communication unit 110C receives a packet signal of frequency f2 transmitted from smartphone 200. and the distance to the wireless communication unit 110C.
  • Positioning unit 126 is positioned on two hyperbolic lines determined based on the distance difference obtained by combining radio communication units 110A and 110B, and based on the distance difference obtained by combining radio communication units 110B and 110C.
  • the positions of smartphone 200 with respect to wireless communication units 110A, 110B, and 110C may be obtained as points that satisfy the condition that the points are located on the two hyperbolas to be obtained.
  • ⁇ Fourth positioning method> Under the condition that the clocks of the wireless communication units 110A and 110B are synchronized by correcting the clocks by the synchronization control unit 123, the distance difference between the times t1 and t2 and the distances L1 and L2 , the absolute value of
  • is calculated by the distance difference calculator 124 according to Equation (6) as described in the first positioning method.
  • main control unit 121 uses times t1 and t2 and speed of light c to determine the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110A and the distance between smartphone 200 and wireless communication unit 110B.
  • a distance difference ⁇ L from the distance is obtained.
  • the distance difference ⁇ L can be expressed by the following equation (8). Note that the difference (t1-t2) between the times t1 and t2 is an example of the difference between the first time and the second time.
  • of the distance difference calculated by the distance difference calculation unit 124 is calculated using the phases ⁇ 1 and ⁇ 2, whereas the main control unit 121 uses the times t1 and t2 and the speed of light c. is calculated based on the times t1 and t2 and the speed of light c. It can be used as an evaluation criterion.
  • the main control unit 121 uses the distance difference ⁇ L to evaluate the absolute value of the distance difference
  • a quality factor Q representing the accuracy (quality) of the distance difference L1-L2 is used for the evaluation.
  • the quality factor Q can be expressed by the following equation (9) using the absolute value
  • the main control unit 121 evaluates the quality of the distance difference L1-L2 based on the difference between the times t1 and t2 and the distance difference L1-L2 calculated by the distance difference calculation unit 124 according to Equation (9).
  • of the distance difference calculated by the distance difference calculator 124 can be calculated.
  • the quality factor Q is, for example, when evaluating the distance difference L1-L2 calculated by the distance difference calculation unit 124 when obtaining the position of the smartphone 200 by the first positioning method, the second positioning method, and the third positioning method. available for
  • the synchronization control unit 123 determines that the clocks of the wireless communication units 110 are synchronized from the difference (L ⁇ L0) between the distance L calculated by the distance calculation unit 122 and the predetermined distance L0.
  • the phase of the clock of the wireless communication unit 110 is corrected so that the The clock phase can be corrected with an accuracy of 1 ns (nanosecond) level.
  • the positioning device 100 capable of correcting the phases of the clocks between the wireless communication units 110 with high precision.
  • the distance calculation unit 122 can reliably and easily obtain the distance L between the wireless communication units 110 according to formulas (1) to (5). Since the phase of the clock of the wireless communication unit 110 is corrected based on the difference (L-L0) between the distance L and the predetermined distance L0, the phase of the clock can be reliably and easily corrected with an accuracy of 1 ns (nanosecond) level. can do.
  • the positioning unit 126 is positioned on two hyperbolic lines (hyperbolic lines for the radio communication units 110A and 110B) represented by the distance difference (
  • the position of smartphone 200 can be narrowed down, and the approximate position of smartphone 200 can be obtained.
  • Two hyperbolas are obtained by TOA positioning using wireless communication units 110A and 110B. Therefore, it is possible to provide the positioning device 100 that can accurately correct the phase of the clocks between the wireless communication units 110 and obtain the approximate position of the smartphone 200 by TOA.
  • the positioning unit 126 uses two hyperbolic lines (hyperbolic lines for the wireless communication units 110A and 110B) representing the distance difference obtained by the distance difference calculating unit 124, , and the direction of arrival of the packet signal derived for 110B can be identified as the position of smartphone 200 .
  • the two hyperbolas are obtained by TOA positioning using radio communication units 110A and 110B, and the direction of arrival is obtained by angle detection by AOA using radio communication units 110A and 110B. Therefore, it is possible to provide the positioning device 100 capable of specifying the position of the smartphone 200 by correcting the phases of the clocks between the wireless communication units 110 with high precision and combining TOA and AOA.
  • two hyperbolic lines are obtained based on the distance difference between the smartphone 200 and the wireless communication units 110A and 110B, and the distance difference between the smartphone 200 and the wireless communication units 110A and 110C.
  • a point of intersection with two hyperbolas can be specified as the position of smartphone 200 .
  • Four hyperbolas are obtained by TOA positioning using radio communication units 110A and 110B and by TOA positioning using radio communication units 110A and 110C. Therefore, it is possible to provide the positioning device 100 that can accurately correct the phases of the clocks between the wireless communication units 110 and specify the position of the smartphone 200 by positioning with the TOA.
  • Two hyperbolas determined based on the distance difference between smartphone 200 and wireless communication units 110A and 110B, and two hyperbolas determined based on the distance difference between smartphone 200 and wireless communication units 110B and 110C. can be identified as the position of smartphone 200 .

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Abstract

無線通信装置同士のクロックの位相を高精度に補正可能な測位装置、及び、クロック補正方法を提供する。　測位装置は、移動通信部の位置を測位する測位装置であって、第１無線通信部と、前記第１無線通信部から既知の第１所定距離の位置に配置される第２無線通信部と、前記第１無線通信部から送信される第１周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１無線通信部から送信される第２周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１所定距離とに基づいて前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間の距離を求める距離算出部と、前記距離算出部によって算出される距離と、前記第１所定距離との差から、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の同期を行う、同期調整部とを含む。

Description

測位装置、及び、クロック補正方法
　本開示は、測位装置、及び、クロック補正方法に関する。
　従来より、無線基地局間を同期させるための同期信号を供給する親装置と、第１チャネル及び第２チャネルを有する伝送路を介して前記親装置と接続される子装置とを備える時刻同期システムがある。前記子装置は、ＧＰＳ（Global Positioning System）の基準信号を受信するＧＰＳ受信部と、前記親装置への上り信号の第１チャネルに前記基準信号を多重する多重部と、前記上り信号を前記伝送路を介して送信する送信部とを具備する。前記親装置は、前記子装置への下り信号の第２チャネルに遅延測定信号を多重する多重部と、前記下り信号を前記伝送路を介して送信する送信部と、前記子装置からの上り信号から第１チャネル及び第２チャネルを分離する分離部と、前記第２チャネルの遅延測定信号に基づいて前記伝送路の遅延時間を測定する遅延測定部と、前記遅延時間をもとに前記第１チャネルの基準信号の位相を補正する第１位相補正部と、前記第１位相補正部で補正された基準信号に基づいて前記第１同期信号を出力する出力部とを具備する（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２－００４８３４号公報
　ＧＰＳの信号は、反射によるマルチパス等の通信環境等の影響を受けやすいため、ＧＰＳの信号を用いてＧＰＳの基準信号の位相を補正する方法では、補正の精度に限界がある。
　ところで、無線通信装置同士でＴＯＡ（Ｔｉｍｅ　Ｏｆ　Ａｒｒｉｖａｌ）を用いて測位を行う場合に、ＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ　Ｔｒｉｐ　Ｔｉｍｅ）を計測する場合には、無線通信装置同士のクロックの位相に１ｎｓ（ナノ秒）レベルの精度が求められる。
　そこで、無線通信装置同士のクロックの位相を高精度に補正可能な測位装置、及び、クロック補正方法を提供することを目的とする。
　本開示の実施形態の測位装置は、移動通信部の位置を測位する測位装置であって、第１無線通信部と、前記第１無線通信部から既知の第１所定距離の位置に配置される第２無線通信部と、前記第１無線通信部から送信される第１周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１無線通信部から送信される第２周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１所定距離とに基づいて前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間の距離を求める距離算出部と、前記距離算出部によって算出される距離と、前記第１所定距離との差から、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の同期を行う、同期調整部とを含む。
　無線通信装置同士のクロックの位相を高精度に補正可能な測位装置、及び、クロック補正方法を提供することができる。
実施形態の測位装置を搭載した車両１０を示す図である。 実施の形態の測位装置１００を搭載した車両１０とスマートフォン２００の構成を示すブロック図である。 式（７）を満たす２本の双曲線を示す図である。 式（７）を満たす２本の双曲線と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの受信可能領域とを示す図である。 第３測位方法で求まる４本の双曲線を示す図である。
　以下、本開示の測位装置、及び、クロック補正方法を適用した実施形態について説明する。
　＜実施形態＞
　図１は、実施形態の測位装置を搭載した車両１０を示す図である。図１には、車両１０の平面視における中心を原点ＯとしたＸＹ座標系を示す。車両１０のボディの四隅には、複数の無線通信部１１０が配置されている。無線通信部１１０は、無線通信装置の一例である。図１では、一例として１０個の無線通信部１１０を示す。車両１０の前方の左右端部には無線通信部１１０が１つずつ設けられ、車両１０の後方の左右端部には無線通信部１１０が１つずつ設けられている。また、車両１０の左側方の前後端部と前後方向の真ん中とに無線通信部１１０が１つずつ設けられ、車両１０の右側方の前後端部と前後方向の真ん中とに無線通信部１１０が１つずつ設けられている。
　１０個の無線通信部１１０のうちのいずれか１つは第１無線通信部の一例であり、他のいずれか１つは第２無線通信部の一例であり、さらに他のいずれか１つは第３無線通信部の一例である。
　ここでは、一例として、車両１０の右側方の前端部に設けられる無線通信部１１０を無線通信部１１０Ａとして区別し、車両１０の右側方の後端部に設けられる無線通信部１１０を無線通信部１１０Ｂとして区別し、車両１０の右側方の前後方向の真ん中に設けられる無線通信部１１０を無線通信部１１０Ｃとして区別する。無線通信部１１０Ａは第１無線通信部の一例であり、無線通信部１１０Ｂは第２無線通信部の一例であり、無線通信部１１０Ｃは第３無線通信部の一例である。
　１０個の無線通信部１１０が動作に利用するクロックの周波数は、すべて等しい。各無線通信部１１０は、スマートフォン２００との間でデータを送信又は受信するための無線通信部であり、一例としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格の近距離無線通信器である。各無線通信部１１０は複数のアンテナを有する。なお、ここでは無線通信部１１０がＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格の近距離無線通信器である形態について説明するが、ＷＬＡＮ(Wireless Local Area Network)やその他の規格の通信を行う機器であってもよい。
　図２は、実施の形態の測位装置１００を搭載した車両１０とスマートフォン２００の構成を示すブロック図である。測位装置１００は、車両１０に搭載される１０個の無線通信部１１０と、車両１０に搭載されるＥＣＵ(Electronic Control Unit：電子制御装置)１２０とを含む。各無線通信部１１０は、複数のアンテナ１１１を有する。各無線通信部１１０に接続されるアンテナ１１１の数は、２以上であればよく、３つ程度であってもよい。
　スマートフォン２００は、移動通信部の一例であり、車両１０の外にあるときに測位装置１００によって位置が求められる（測位される）。スマートフォン２００は、制御部２１０及び通信部２２０を有する。利用者は、スマートフォン２００を通じて、車両１０のリモートキーの解錠/施錠、自動駐車支援の操作等を行うことができる。
　無線通信部１１０は、例えば、ＰＡ(Power Amplifier)、ＬＮＡ(Low Noise Amplifier)、ＯＭ(Orthogonal Modulator)、ＯＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ＤｅＭｏｄｕｌａｔｏｒ）、ＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator)、ＰＬＬ(Phase Locked Loop)、及びコーデック処理部等を含む。ＰＡはアンテナ１１１に接続されている。無線通信部１１０は、ＥＣＵ１２０によって制御され、測距のためにＢｌｕｅｔｏｏｔｈのパケット信号で通信する。
　ＥＣＵ１２０は、測位装置１００用のＥＣＵである。車両１０にはＥＣＵ１２０以外にも種々のＥＣＵが搭載されており、ＥＣＵ１２０と車載ネットワークを介して通信可能に接続されている。
　ＥＣＵ１２０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。ＥＣＵ１２０は、主制御部１２１、距離算出部１２２、同期制御部１２３、距離差算出部１２４、方向導出部１２５、測位部１２６、及びメモリ１２７を有する。主制御部１２１、距離算出部１２２、同期制御部１２３、距離差算出部１２４、方向導出部１２５、測位部１２６は、ＥＣＵ１２０が実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。また、メモリ１２７は、ＥＣＵ１２０のメモリを機能的に表したものである。
　以下では、ＥＣＵ１２０が実行可能な第１測位方法から第４測位方法について説明する。第１測位方法から第４測位方法のいずれにおいても、主制御部１２１は、ＥＣＵ１２０の制御処理を統括する処理部であり、距離算出部１２２、同期制御部１２３、距離差算出部１２４、方向導出部１２５、測位部１２６が実行する処理以外の処理を実行する。
　また、メモリ１２７は、主制御部１２１、距離算出部１２２、同期制御部１２３、距離差算出部１２４、方向導出部１２５、測位部１２６が上述のような処理を実行するために必要なプログラムやデータ等を格納する。
　また、第１測位方法から第４測位方法のいずれにおいても、ＥＣＵ１２０は、同期処理を行う。このため、まず同期処理について説明し、その後に第１測位方法から第４測位方法について説明する。第１測位方法から第４測位方法の説明では、距離算出部１２２、同期制御部１２３、距離差算出部１２４、方向導出部１２５、測位部１２６について説明する。
　＜同期処理＞
　同期処理は、同期制御部１２３が、距離算出部１２２によって算出される距離に基づいて行う処理であり、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように補正する。クロックの補正は、実施形態のクロック補正方法によって実現される。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックは、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂが動作に利用するクロックである。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈのパケット信号で通信する。なお、同期処理では、各無線通信部１１０に接続される複数のアンテナ１１１のうちのいずれか１つを基準のアンテナ１１１として用いればよい。
　距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａから送信される周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ｂが受信したときの位相と、無線通信部１１０Ａから送信される周波数ｆ２のパケット信号を無線通信部１１０Ｂが受信したときの位相と、所定距離Ｌ０とに基づいて無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌを求める。ここで、周波数ｆ１は第１周波数の一例であり、周波数ｆ２は第２周波数の一例である。周波数ｆ１、ｆ２は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの通信帯域に含まれる複数のチャンネルのうちのいずれか２つであり、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間における波数が同一になる周波数である。所定距離Ｌ０は第１所定距離の一例であり、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離である。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂは、車両１０の側部の前後端部に取り付けられているため、所定距離Ｌ０は既知である。
　より具体的には、距離算出部１２２は、次のようにして無線通信部１１０Ａ及び無線通信部１１０Ｂの間の距離Ｌを求める。距離Ｌを求めるにあたり、距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａに周波数ｆ１のパケット信号と周波数ｆ２のパケット信号とを送信させる。周波数ｆ１及びｆ２のパケット信号は無線通信部１１０Ｂによって受信される。なお、所定距離Ｌ０を表すデータは、メモリ１２７に格納されている。
　ここで、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間における周波数ｆ１のパケット信号の波数と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間における周波数ｆ２のパケット信号の波数とをｎ、周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ｂが受信したときの位相をＰ１、第２周波数のパケット信号を無線通信部１１０Ｂが受信したときの位相をＰ２、周波数ｆ１のパケット信号の波長をλ１、周波数ｆ２のパケット信号の波長をλ２とすると、距離算出部１２２は、次式（１Ａ）～（１Ｅ）に従って無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌを求めることができる。
　具体的には、周波数ｆ１のパケット信号についての波数ｎ、位相Ｐ１、波長λ１を用いると、距離Ｌは次式（１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　同様に、周波数ｆ２のパケット信号についての波数ｎ、位相Ｐ２、波長λ２を用いると、距離Ｌは次式（２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（１）より次式（３）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　同様に式（２）より次式（４）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（３）、（４）から波数ｎを消去し、次に示すように変形して行くと、距離Ｌは次式（５）で表すことができる。ただし、ｃは光速（３×１０８ｍ／ｓｅｃ）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　同期制御部１２３は、距離算出部１２２によって算出される距離Ｌと、所定距離Ｌ０との差（Ｌ－Ｌ０）から、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように補正する。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックがずれていると、位相Ｐ１、Ｐ２が大きくなるため、式（５）で求まる距離Ｌと既知の距離である所定距離Ｌ０との差（Ｌ－Ｌ０）が大きくなる。同期制御部１２３は、距離の差（Ｌ－Ｌ０）に基づいて、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのうちの少なくとも一方のクロックの位相を補正すればよい。同期制御部１２３は、クロックの位相を１ｎｓ（ナノ秒）レベルの精度で補正することができる。例えば、３６０度を１ＭＨｚで１０ビットの分解能で解析すれば、位相を１ｎｓのレベルで解析可能であり、１ｎｓレベルの精度で補正することができる。
　また、例えば、距離の差（Ｌ－Ｌ０）と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックの位相の補正量との関係を予め測定してテーブル形式のデータを作成してメモリ１２７に格納しておき、距離の差（Ｌ－Ｌ０）に応じた位相の補正量を読み出して、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのうちのいずれか一方のクロックの位相を補正すればよい。
　なお、ここでは、一例として、距離算出部１２２が無線通信部１１０Ａに周波数ｆ１及びｆ２のパケット信号を送信させて、無線通信部１１０Ｂが受信する場合について説明したが、これとは逆に、距離算出部１２２が無線通信部１１０Ｂに周波数ｆ１及びｆ２のパケット信号を送信させて、無線通信部１１０Ａが受信することにより、無線通信部１１０Ｂから送信したパケット信号に基づいて、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックの位相を補正することができる。このように、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間で双方向にパケット信号の送受信を行って同期処理を行うことにより、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックの位相が一致するように、位相の補正をより高精度に行うことができる。
　＜第１測位方法＞
　距離差算出部１２４は、同期制御部１２３によるクロックの補正が行われた状態において、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ａが受信するときの位相α１と、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２のパケット信号を無線通信部１１０Ａが受信するときの位相α２と、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１の信号を無線通信部１１０Ｂが受信するときの位相α３と、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２の信号を無線通信部１１０Ｂが受信するときの位相α４とに基づいて、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離Ｌ１と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの距離Ｌ２との距離差を算出する。
　ここで、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１のパケット信号は、第１信号の一例であり、無線通信部１１０Ａが受信するときの位相α１は、第１位相の一例である。スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２のパケット信号は、第２信号の一例であり、無線通信部１１０Ａが受信するときの位相α２は、第２位相の一例である。スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１の信号を無線通信部１１０Ｂが受信するときの位相α３は、第３位相の一例である。スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２の信号を無線通信部１１０Ｂが受信するときの位相α４は、第４位相の一例である。なお、第１測位方法では、各無線通信部１１０に接続される複数のアンテナ１１１のうちのいずれか１つを基準のアンテナ１１１として用いればよい。複数のアンテナ１１１は、後述する第２測位方法において用いるが、測位装置１００が第２測位方法を行わない場合には、各無線通信部１１０はアンテナ１１１を１つ有していればよい。
　距離Ｌ１と距離Ｌ２との距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜を次式（６）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　距離差算出部１２４は、式（６）から波数ｎを消去することにより、絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜を次式（７）のように算出する。ただし、ｃは光速である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　このように距離差算出部１２４が距離Ｌ１と距離Ｌ２との距離差（｜Ｌ１－Ｌ２｜）を求めると、測位部１２６は、距離差算出部１２４によって求められる距離差（｜Ｌ１－Ｌ２｜）に基づいて、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置を求める。
　図３は、式（７）を満たす２本の双曲線を示す図である。図３には、２本の双曲線を破線で示す。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのアンテナ１１１の基準点を焦点とする２本の双曲線上のどこかにあることになる。測位部１２６は、スマートフォン２００の位置を２本の双曲線上の位置に絞ることができ、スマートフォン２００の大凡の位置を求めることができる。
　＜第２測位方法＞
　第２測位方法では、距離差算出部１２４が第１測位方法によって式（７）で表される距離差（｜Ｌ１－Ｌ２｜）を求めた上で、方向導出部１２５がスマートフォン２００から無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂにパケット信号が到来する到来方向を求め、２本の双曲線と到来方向とに基づいて、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置を求める。
　方向導出部１２５は、無線通信部１１０Ａの複数のアンテナ１１１でパケット信号が受信される際の位相差に基づいて、スマートフォン２００から無線通信部１１０Ａに信号が到来する到来方向を求めるともに、無線通信部１１０Ｂの複数のアンテナでパケット信号が受信される際の位相差に基づいて、スマートフォン２００から無線通信部１１０Ｂに信号が到来する到来方向を求める。
　より具体的には、方向導出部１２５は、無線通信部１１０Ａの複数のアンテナ１１１で周波数ｆ１のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて、スマートフォン２００から無線通信部１１０Ａにパケット信号が到来する到来方向を求める。ここで、方向導出部１２５は、周波数ｆ２のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて到来方向を求めてもよいし、周波数ｆ１及びｆ２の２つのパケット信号が受信される際の位相差に基づいて２つの到来方向を求めてもよいが、ここでは、一例として周波数ｆ１のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて到来方向を求める形態について説明する。スマートフォン２００から無線通信部１１０Ａにパケット信号が到来する到来方向は、第１到来方向の一例である。
　また、方向導出部１２５は、無線通信部１１０Ｂの複数のアンテナ１１１で周波数ｆ１のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて、スマートフォン２００から無線通信部１１０Ｂにパケット信号が到来する到来方向を求める。ここで、方向導出部１２５は、周波数ｆ２のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて到来方向を求めてもよいし、周波数ｆ１及びｆ２の２つのパケット信号が受信される際の位相差に基づいて２つの到来方向を求めてもよいが、ここでは、一例として周波数ｆ１のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて到来方向を求める形態について説明する。スマートフォン２００から無線通信部１１０Ｂにパケット信号が到来する到来方向は、第２到来方向の一例である。
　このようにして方向導出部１２５が２つの到来方向を求めると、測位部１２６は、距離差算出部１２４によって求められる距離差と、方向導出部１２５によって求められる２つの到来方向とに基づいて、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置を求める。
　図４は、式（７）を満たす２本の双曲線と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの受信可能領域とを示す図である。無線通信部１１０Ａの受信可能領域１１０Ａ１は、スマートフォン２００が受信可能領域１１０Ａ１内に存在する場合に、無線通信部１１０Ａがスマートフォン２００からパケット信号を受信可能な領域を表す。無線通信部１１０Ｂの受信可能領域１１０Ｂ１は、スマートフォン２００が受信可能領域１１０Ｂ１内に存在する場合に、無線通信部１１０Ｂがスマートフォン２００からパケット信号を受信可能な領域を表す。重複領域１１０ＡＢ１は、受信可能領域１１０Ａ１と受信可能領域１１０Ｂ１との重複領域である。
　また、図４において、矢印Ａは、方向導出部１２５が無線通信部１１０Ａについて導出したパケット信号の到来方向を表す。矢印Ｂは、方向導出部１２５が無線通信部１１０Ｂについて導出したパケット信号の到来方向を表す。
　無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置は、矢印Ａによって表されるベクトルＡと、矢印Ｂによって表されるベクトルＢとの交点であって、いずれかの双曲線上に位置する交点として求まるが、実際には誤差等によって、このような交点が求まらない場合がある。そのような場合には、次のようにすればよい。ベクトルＡ又はＢを延長して交点を求め、交点に最も近い双曲線上の点をスマートフォン２００の位置として求めればよい。図４の場合には、ベクトルＡを延長してベクトルＡ１を生成し、ベクトルＡ１とベクトルＢの交点Ｓ１１を最も近い双曲線上の点Ｓ２をスマートフォン２００の位置にすればよい。このため、測位部１２６は、スマートフォン２００の位置を交点Ｓ２の位置に特定することができる。
　＜第３測位方法＞
　第３測位方法では、３つの無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを用いてスマートフォン２００の位置を測位する。また、第３測位方法では、測位装置１００は、第２測位方法のように方向導出部１２５で到来方向を導出することを行わない。このため、測位装置１００が第２測位方法を実行せずに第３測位方法を実行する場合には、測位装置１００は方向導出部１２５を含まなくてもよい。
　前提として、距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌを求めるとともに、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの間の距離Ｌを求める。距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌについては、上述した同期処理と同様に求める。
　また、距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａから送信される周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信したときの位相と、無線通信部１１０Ａから送信される周波数ｆ２のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信したときの位相と、所定距離Ｌ００とに基づいて無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの間の距離Ｌを求める。所定距離Ｌ００は、既知の第２所定距離の一例であり、例えば、無線通信部１１０Ａの複数のアンテナ１１１の基準点と、無線通信部１１０Ｃの複数のアンテナ１１１の基準点との間の距離である。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの間の距離Ｌの求め方は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌの求め方と同様である。
　また、同期制御部１２３は、上述した同期処理と同様に無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように補正するとともに、距離算出部１２２によって算出される無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの間の距離Ｌと、所定距離Ｌ００との差から、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃのクロックが同期するように補正する。
　距離差算出部１２４は、無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、及び１１０Ｃのクロックの補正が行われた状態において、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信するときの位相α５と、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信するときの位相α６と、位相α１及びα２とに基づいて、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｃとの距離との距離差を算出する。位相α５は第５位相の一例であり、位相α６は第６位相の一例である。
　測位部１２６は、距離差算出部１２４によって求められる、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの距離との距離差と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｃとの距離との距離差とに基づいて、無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、及び１１０Ｃに対するスマートフォン２００の位置を求める。
　第３測位方法では、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの距離との距離差に基づいて図３に示すような２本の双曲線が求まり、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｃとの距離との距離差に基づいて同様に２本の双曲線が求まる。すなわち、第３測位方法では、４本の双曲線が求まる。
　図５は、第３測位方法で求まる４本の双曲線を示す図である。図５には、図３と同様に、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの距離との距離差に基づいて求まる２本の双曲線を破線で示す。また、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｃとの距離との距離差に基づいて求まる２本の双曲線を一点鎖線で示す。
　無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置は、破線で示す２本の双曲線と、一点鎖線で示す２本の双曲線との交点のうち、車両１０の外側にある交点Ｓ３である。測位部１２６は、スマートフォン２００の位置を交点Ｓ３の位置に特定することができる。スマートフォン２００の位置を交点Ｓ３に特定できるのは、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの組み合わせで得られる距離差に基づいて求まる２本の双曲線（破線）上に位置するという条件と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの組み合わせで得られる距離差に基づいて求まる２本の双曲線（一点鎖線）上に位置するという条件とを満たす点であるからである。
　＜第３測位方法の変形例＞
　第３測位方法では、同期制御部１２３は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように補正するとともに、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃのクロックが同期するように補正する形態について説明した。このために、距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌを求めるとともに、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの間の距離Ｌを求めた。
　しかしながら、第３測位方法の変形例では、同期制御部１２３は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように補正するとともに、無線通信部１１０Ｂ及び１１０Ｃのクロックが同期するように補正してもよい。このようにしても、無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、及び１１０Ｃのクロックが同期するように補正することができる。この場合には、距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌを求めるとともに、無線通信部１１０Ｂ及び１１０Ｃの間の距離Ｌを求めればよい。
　距離差算出部１２４は、無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、及び１１０Ｃのクロックの補正が行われた状態において、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信するときの位相α５と、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信するときの位相α６と、位相α３及びα４とに基づいて、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｃとの距離との距離差を算出すればよい。
　測位部１２６は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの組み合わせで得られる距離差に基づいて求まる２本の双曲線上に位置するという条件と、無線通信部１１０Ｂ及び１１０Ｃの組み合わせで得られる距離差に基づいて求まる２本の双曲線上に位置するという条件とを満たす点を無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、及び１１０Ｃに対するスマートフォン２００の位置として求めればよい。
　＜第４測位方法＞
　第４測位方法では、同期制御部１２３によるクロックの補正が行われて無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期しているという条件の下で、時刻ｔ１、ｔ２と、距離Ｌ１及びＬ２の距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜を求める。時刻ｔ１、ｔ２、それぞれ、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂがパケット信号を受信した時刻であり、それぞれ第１時刻、第２時刻の一例である。距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜は、第１測位方法で説明したように距離差算出部１２４によって式（６）に従って算出される。
　第４測位方法では、主制御部１２１は、時刻ｔ１、ｔ２と、光速ｃとを用いて、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの間の距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの間の距離との距離差ΔＬを求める。距離差ΔＬは、次式（８）のように表すことができる。なお、時刻ｔ１、ｔ２の差（ｔ１－ｔ２）は、第１時刻及び第２時刻の差の一例である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　距離差算出部１２４が算出する距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜は、位相α１、α２を用いて算出されるのに対して、主制御部１２１が時刻ｔ１、ｔ２と光速ｃとを用いて算出する距離差ΔＬは、時刻ｔ１、ｔ２及び光速ｃに基づいて算出されるため、距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜よりも精度が高く、距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜の評価基準として利用可能である。
　このため、主制御部１２１は、距離差ΔＬを用いて距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜を評価する。評価には距離差Ｌ１－Ｌ２の精度（品質）を表す品質係数Ｑを用いる。品質係数Ｑは、距離差ΔＬの絶対値｜ΔＬ｜を用いて次式（９）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　主制御部１２１は、式（９）に従って時刻ｔ１、ｔ２の差と、距離差算出部１２４によって算出される距離差Ｌ１－Ｌ２とに基づいて、距離差Ｌ１－Ｌ２の品質を評価する。第４測位方法によれば、距離差算出部１２４が算出する距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜の品質を評価する品質係数Ｑを算出することができる。品質係数Ｑは、例えば、第１測位方法、第２測位方法、及び第３測位方法でスマートフォン２００の位置を求める際に、距離差算出部１２４によって算出される距離差Ｌ１－Ｌ２を評価する際に利用可能である。
　以上のように、測位装置１００では、同期制御部１２３は、距離算出部１２２によって算出される距離Ｌと、所定距離Ｌ０との差（Ｌ－Ｌ０）から、無線通信部１１０同士のクロックが同期するように、無線通信部１１０のクロックの位相を補正する。クロックの位相を１ｎｓ（ナノ秒）レベルの精度で補正することができる。
　したがって、無線通信部１１０同士のクロックの位相を高精度に補正可能な測位装置１００を提供することができる。
　また、距離算出部１２２は、式（１）～（５）に従って無線通信部１１０同士の間の距離Ｌを確実かつ容易に求めることができ、同期制御部１２３は、距離算出部１２２によって算出される距離Ｌと、所定距離Ｌ０との差（Ｌ－Ｌ０）に基づいて無線通信部１１０のクロックの位相を補正するので、確実かつ容易にクロックの位相を１ｎｓ（ナノ秒）レベルの精度で補正することができる。
　また、第１案では、測位部１２６は、距離差算出部１２４によって求められる距離差（｜Ｌ１－Ｌ２｜）が表す２本の双曲線（無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂについての双曲線）上の位置にスマートフォン２００の位置を絞ることができ、スマートフォン２００の大凡の位置を求めることができる。２本の双曲線は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂを用いたＴＯＡでの測位によって得られる。したがって、無線通信部１１０同士のクロックの位相を高精度に補正し、ＴＯＡによってスマートフォン２００の大凡の位置を求めることができる測位装置１００を提供することができる。
　また、第２案では、測位部１２６は、距離差算出部１２４によって求められる距離差が表す２本の双曲線（無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂについての双曲線）と、方向導出部１２５が無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂについて導出したパケット信号の到来方向との交点をスマートフォン２００の位置として特定することができる。２本の双曲線は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂを用いたＴＯＡでの測位によって得られ、到来方向は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂを用いたＡＯＡによる角度検出によって得られる。したがって、無線通信部１１０同士のクロックの位相を高精度に補正し、ＴＯＡとＡＯＡを組み合わせてスマートフォン２００の位置を特定可能な測位装置１００を提供することができる。
　また、第３案では、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂとの間の距離差に基づいて求まる２本の双曲線と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃと間の距離差に基づいて求まる２本の双曲線との交点をスマートフォン２００の位置として特定できる。４本の双曲線は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂを用いたＴＯＡでの測位と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃを用いたＴＯＡでの測位とによって得られる。したがって、無線通信部１１０同士のクロックの位相を高精度に補正し、ＴＯＡでの測位によってスマートフォン２００の位置を特定可能な測位装置１００を提供することができる。
　なお、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂとの間の距離差に基づいて求まる２本の双曲線と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂ及び１１０Ｃと間の距離差に基づいて求まる２本の双曲線との交点をスマートフォン２００の位置として特定することも可能である。
　以上、本開示の例示的な実施形態の測位装置、及び、クロック補正方法について説明したが、本開示は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
　なお、本国際出願は、２０２１年１２月３日に出願した日本国特許出願２０２１－１９６７８６に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
　１０　車両
　１００　測位装置
　１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ　無線通信部
　１２０　ＥＣＵ
　１２２　距離算出部
　１２３　同期制御部
　１２４　距離差算出部
　１２５　方向導出部
　１２６　測位部
　２００　スマートフォン

Claims (9)

  1. 　移動通信部の位置を測位する測位装置であって、
    　第１無線通信部と、
    　前記第１無線通信部から既知の第１所定距離の位置に配置される第２無線通信部と、
    　前記第１無線通信部から送信される第１周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１無線通信部から送信される第２周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１所定距離とに基づいて前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間の距離を求める距離算出部と、
    　前記距離算出部によって算出される距離と、前記第１所定距離との差に基づいて、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部のクロックが同期するように補正する同期制御部と
    　を含む、測位装置。
  2. 　前記第１所定距離をＬ０、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間における前記第１周波数の信号の波数と、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間における前記第２周波数の信号の波数とをｎ、前記第１周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相をＰ１、前記第２周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相をＰ２とすると、
    　前記距離算出部は、次式に従って前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間の距離Ｌを求める、請求項１に記載の測位装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  3. 　前記同期制御部による前記クロックの補正が行われた状態において、前記移動通信部から送信される前記第１周波数の第１信号を前記第１無線通信部が受信するときの第１位相と、前記移動通信部から送信される前記第２周波数の第２信号を前記第１無線通信部が受信するときの第２位相と、前記移動通信部から送信される前記第１周波数の前記第１信号を前記第２無線通信部が受信するときの第３位相と、前記移動通信部から送信される前記第２周波数の前記第２信号を前記第２無線通信部が受信するときの第４位相とに基づいて、前記移動通信部と前記第１無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第２無線通信部との距離との距離差を算出する距離差算出部と、
    　前記距離差算出部によって求められる前記距離差に基づいて、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部に対する前記移動通信部の位置を求める測位部と
    　をさらに含む、請求項１又は２に記載の測位装置。
  4. 　前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部は、複数のアンテナを有し、
    　前記第１無線通信部の前記複数のアンテナで信号が受信される際の位相差に基づいて前記移動通信部から前記第１無線通信部に前記信号が到来する第１到来方向を求める、又は、前記第２無線通信部の前記複数のアンテナで信号が受信される際の位相差に基づいて前記移動通信部から前記第２無線通信部に前記信号が到来する第２到来方向を求める、方向導出部をさらに含み、
    　前記測位部は、前記距離差算出部によって求められる前記距離差と、前記方向導出部によって求められる前記第１到来方向又は前記第２到来方向とに基づいて、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部に対する前記移動通信部の位置を求める、請求項３に記載の測位装置。
  5. 　前記方向導出部は、前記第１無線通信部の前記複数のアンテナで前記第１信号及び前記第２信号の少なくともいずれか一方が受信される際の位相差から前記第１到来方向を求める、又は、前記第２無線通信部の前記複数のアンテナで前記第１信号及び前記第２信号の少なくともいずれ一方が受信される際の位相差から前記第２到来方向を求める、請求項４に記載の測位装置。
  6. 　前記第１無線通信部から既知の第２所定距離の位置に配置される第３無線通信部をさらに含み、
    　前記距離算出部は、前記第１無線通信部から送信される前記第１周波数の信号を前記第３無線通信部が受信したときの位相と、前記第１無線通信部から送信される前記第２周波数の信号を前記第３無線通信部が受信したときの位相と、前記第２所定距離とに基づいて前記第１無線通信部及び前記第３無線通信部の間の距離を求め、
    　前記同期制御部は、前記距離算出部によって算出される前記第１無線通信部及び前記第３無線通信部の間の距離と、前記第２所定距離との差から、前記第１無線通信部及び前記第３無線通信部のクロックが同期するように補正し、
    　前記距離差算出部は、前記第１無線通信部及び前記第３無線通信部の前記クロックの補正が行われた状態において、前記移動通信部から送信される前記第１周波数の前記第１信号を前記第３無線通信部が受信するときの第５位相と、前記移動通信部から送信される前記第２周波数の前記第２信号を前記第３無線通信部が受信するときの第６位相と、前記第１位相及び前記第２位相とに基づいて、前記移動通信部と前記第１無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第３無線通信部との距離との距離差を算出し、
    　前記測位部は、前記距離差算出部によって求められる、前記移動通信部と前記第１無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第２無線通信部との距離との距離差と、前記移動通信部と前記第１無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第３無線通信部との距離との距離差とに基づいて、前記第１無線通信部、前記第２無線通信部、及び前記第３無線通信部に対する前記移動通信部の位置を求める、請求項３に記載の測位装置。
  7. 　前記第２無線通信部から既知の第２所定距離の位置に配置される第３無線通信部をさらに含み、
    　前記距離算出部は、前記第２無線通信部から送信される前記第１周波数の信号を前記第３無線通信部が受信したときの位相と、前記第２無線通信部から送信される前記第２周波数の信号を前記第３無線通信部が受信したときの位相と、前記第２所定距離とに基づいて前記第２無線通信部及び前記第３無線通信部の間の距離を求め、
    　前記同期制御部は、前記距離算出部によって算出される前記第２無線通信部及び前記第３無線通信部の間の距離と、前記第２所定距離との差から、前記第２無線通信部及び前記第３無線通信部のクロックが同期するように補正し、
    　前記距離差算出部は、前記移動通信部から送信される前記第１周波数の前記第１信号を前記第３無線通信部が受信するときの第５位相と、前記移動通信部から送信される前記第２周波数の前記第２信号を前記第３無線通信部が受信するときの第６位相と、前記第３位相及び前記第４位相とに基づいて、前記移動通信部と前記第２無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第３無線通信部との距離との距離差を算出し、
    　前記測位部は、前記距離差算出部によって求められる、前記移動通信部と前記第１無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第２無線通信部との距離との距離差と、前記移動通信部と前記第２無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第３無線通信部との距離との距離差とに基づいて、前記第１無線通信部、前記第２無線通信部、及び前記第３無線通信部に対する前記移動通信部の位置を求める、請求項３に記載の測位装置。
  8. 　前記同期制御部によって前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部のクロックが同期するように補正された状態で前記移動通信部から送信される信号を前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部がそれぞれ受信した第１時刻及び第２時刻の差と、前記距離差算出部によって算出される前記距離差とに基づいて、前記距離差の品質を評価する、請求項３乃至７のいずれか１項に記載の測位装置。
  9. 　移動通信部の位置を測位する測位装置のクロックを補正するクロック補正方法であって、
    　前記測位装置は、
    　第１無線通信部と、
    　前記第１無線通信部から既知の第１所定距離の位置に配置される第２無線通信部と、
    　前記第１無線通信部から送信される第１周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１無線通信部から送信される第２周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１所定距離とに基づいて前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間の距離を求める距離算出部と
    　を含み、
    　前記距離算出部によって算出される距離と、前記第１所定距離との差に基づいて、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部のクロックが同期するように補正する、クロック補正方法。
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