JP2001501307A - 移動位置推定方法及びシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、移動局と基地局間のレンジ測定値が移動局に対して見通しである基地局からのものか又は移動局に対して非見通しである基地局からのものか識別される（２２）移動位置推定方法及びシステムに関する。移動局に対して非見通しである基地局からのレンジ測定値に存在する非見通し誤差を補正する（２４）。非見通し誤差の補正に基づいて再構成見通しレンジ測定値を定める。再構成見通しレンジ測定値を、見通しであると決定された基地局のレンジ測定値と共に用いて、移動局の位置を正確に求める（２６）。

Description

【発明の詳細な説明】 移動位置推定方法及びシステム 本出願は、本出願人によって１９９６年９月２７日に出願されたNon-Line Of Sight Problem in Mobile Location Estimationと称する米国仮出願第６０/０２ ７,４５３号の便益を主張するものであり、その出願の内容は本出願の中に織り 込まれ言及されている。 発明の背景 １．発明の技術分野 本発明は、移動局の見通し上にある基地局と基地局の見通し上にない基地局と を決定することができる移動局位置の推定方法及びシステムに関する。決定され た非見通し基地局から生成された基地局信号の誤差は、改良された移動局位置推 定を行うことによって低減される。 ２．関連技術の説明 移動位置推定は、移動局の位置を地理的に推定するものである。移動位置推定 は、全移動局、位置依存情報サービス、位置依存ビリングサービス及び移動局の エマージェンシー９１１位置の管理に役立つ。強化された９１１番は、発呼者の 番号を公衆安全応答ポイント（ＰＳＡＰ）に自動的に転送するように作られてい る。強化された９１１番を無線ネットワークにおいて実施する場合には、無線サ ービス提供者が、車両の二次元位置を公衆安全応答ポイント（ＰＳＡＰ）に提供 する。米連邦通信委損会（ＦＣＣ）は、西暦２００１年までに、無線サービス提 供者が発呼者の二次元位置を１２５メートル、使用時間の６７％以内で突き止め る能力を持つように規制した。 移動局の二次元位置を求める従来の一方法は、移動局と少なくとも３ つの基地局との間の見通し距離の測定を利用するというものである。米国特許第 ５,３６５,５１６号には、無線信号が移動局によって送られるトランスポンダユ ニットの位置を決定する方法が記載されている。無線信号の到着時間は、３つの 基地局のおのおのにおいて測定される。移動局と１つの基地局との間の各距離測 定値は、測定基地局を中心とする円を描くのに用いることができる。その円は、 移動局と基地局との間の距離に等しい半径を有する。従って、各基地局ごとに１ つずつ、３つの円が描かれる。基地局と移動局との間の距離に測定誤差が全く存 在しない場合、３つの円の交点によって移動局の位置が一義的に決定される。こ の方法は、ノイズによって距離測定値が損なわれ移動局の位置の決定に誤差が生 じることがあるという欠点を有する。 もっと正確な位置推定値を提供するための従来の解決策は、最小二乗解析によ ってノイズによる誤差を低減することである。従って、最小二乗解析は、より正 確な位置推定値を提供する。この解決策は、基地局と移動局とを直接結ぶ経路が 存在しない可能性の説明に限界がある。例えば、都市環境においては、移動局と 基地局とを結ぶ経路上に建物があるかもしれない。移動局と基地局との間を伝播 する信号は、移動局から基地局までの経路上にある物体によって反射されたり回 折されたりして、信号の伝わる経路長が過剰になることがある。過剰経路長は、 およそ１００メートルにもなることがある。 基地局と移動局とを直接結ぶ経路の不存在は、非見通し（ＮＬＯＳ）と定義す ることができる。移動局と基地局との間のＮＬＯＳ測定値を検出し低減すること の重要性は、M.I.Silventoinenらの“Mobile Station Locating in GSM”，IEEE Wireless Communication System Symposium ，Long Island NY，November 1995 及びJ.L.Caffreyらの“Radio Location in Urban CDMA Microcells”，Proceedi ngs of the Personal , Indoor and Mobile Radio Environment ，1995において認識される。 米国特許第５,３６５,５１６号（‘５１６特許）には、多重経路干渉を受けや すい環境において動作するトランスレシーバ位置決定システムの一実施例が記載 されている。このシステムは、所定の有効範囲区域内で使用可能で突発的なデー タシンボルをコード化された搬送パルスで送信するトランスポンダを有する。各 基地局は、所定の時刻にデータシンボルを検出しそれに応答し、データシンボル を中断し、かつ、多重経路干渉に起因するエコーを拒絶するレシーバを有する。 比較回路は、そのレシーバに応答して、それぞれ識別された所定の時刻を比較し 、時間差の相関を解くことで、データ品質を高める。この‘５１６特許は多重経 路干渉を扱っているものの、移動局に対する多重経路ＮＬＯＳを低減するために 基地局を検出しようとはしていない。 ＮＬＯＳ誤差に対して強じんな改良された移動位置推定を与える方法及びシス テムを提供することは、望ましいことである。 発明の概要 簡単に説明すると、本発明は、基地局が移動局に対して見通し（ＬＯＳ）と非 見通し（ＮＬＯＳ）のどちらであるか識別される移動位置推定方法及びシステム に関する。レンジ測定値は、基地局と移動局との間の距離として決定される。Ｎ ＬＯＳレンジング（ranging）誤差は、移動局に対してＮＬＯＳと識別された基 地局に対して、ＬＯＳ測定値を再構成することによって補正される。ＬＯＳと識 別された基地局のレンジ測定値及び再構成されたＬＯＳレンジ測定値に基づいて 、移動局の位置が推定される。 基地局は、環境からの標準測定ノイズの標準偏差を基地局と移動局間のレンジ 測定値から得られる平滑化されたレンジ測定値の標準偏差と比較することによっ て、ＮＬＯＳであると識別することができる。平滑化 されたレンジ測定値は、適当なＮ次多項式を用いることによって得ることができ る。平滑化されたレンジ測定値の標準偏差が標準測定ノイズの標準偏差と大体同 じであるときには基地局はＬＯＳ環境に対応し、平滑化されたレンジ測定値の標 準偏差が標準測定ノイズによる標準偏差よりも大きいときには基地局はＮＬＯＳ 環境に対応するということがわかった。あるいは、最小二乗解析からの残差を用 いてＮＬＯＳレンジ測定値の存在を決定することもできる。 ＮＬＯＳ誤差は、標準測定ノイズによってＮＬＯＳ誤差が支配され、かつ、実 軸上に標準測定ノイズの近似サポートである所定の同定がある場合に、補正する ことができる。再構成されたＬＯＳレンジ測定値は、平滑化されたレンジ測定値 の曲線を描くことによって決定することができる。曲線より下にある平滑化され たレンジ測定値の最大偏差の点を決定する。曲線を下方に変位させてその最大偏 差点を通過させる。その後、ノイズを無視できるＬＯＳ測定値に基づく最大標準 測定ノイズの偏差の値だけ曲線を上方に変位させ、それによって、再構成された レンジ測定値を提供する。 移動位置推定は、マルチラテレーション（multilateration）解析においてＬ ＯＳ基地局と移動局間の少なくとも３つのレンジ測定値又は再構成されたＬＯＳ レンジ測定値を用いて決定することができる。この解析においては、各レンジ測 定値に基づいて円を描く。円は基地局を中心とし、レンジ測定値は円の半径であ る。３つの円の推定交点によって移動局の位置が決定される。あるいは、２つの レンジ測定値及び移動局の位置角に向けられた情報を用いて移動局の位置を推定 することもできる。 本発明は、ＮＬＯＳ誤差を低減することによって移動局の位置を正確に決定す るという利点を有する。加えて、本発明は、すべての基地局が移動局に対してＬ ＯＳであるＬＯＳ環境に対する信頼を提供することが できる。結果は、本発明の方法によってＮＬＯＳ誤差による位置レンジの偏りを 数オーダーの大きさで低減できることを示している。 以下の図面を参照して本発明をもっと詳細に説明する。 図面の簡単な説明 図１Ａは、移動局と基地局間にさえぎる物のない見通し無線信号経路がある環境 の略図である。 図１Ｂは、移動局と基地局間に非見通し無線信号経路がある環境の略図である。 図２は、本発明の教示による移動位置推定システム及び方法の流れ図である。 図３は、再構成された見通し基地局及び決定された見通し基地局の距離測定値の 略図である。 図４は、本発明の非見通し基地局を識別する方法の流れ図である。 図５は、非見通し基地局を識別する他の方法の流れ図である。 図６は、非見通し測定値に対して見通し基地局を再構成する方法の流れ図である 。 図７は、ＮＬＯＳ測定値と再構成されたＬＯＳ測定値とを比較したグラフである 。 図８は、本発明の方法を実施するためのシステムの略図である。 図９は、本発明の方法の性能例で使用される基地局の位置決めの略図である。 図１０Ａは、非見通し誤差の検出と補正がない二次元追跡のグラフである。 図１０Ｂは、非見通し誤差の検出と補正がある二次元追跡のグラフである。 図１１Ａは、非見通し誤差の検出と補正がない二次元追跡のグラフであ る。 図１１Ｂは、非見通し誤差の検出と補正がある二次元追跡のグラフである。 図１２は、残差ランク解析法を用いて基地局がＮＬＯＳであるとわかった回数の 比率のグラフである。 本発明の詳細な説明 本説明では、本発明を示す異なる図面における同じ構成要素を識別するために 同じ番号を用いる。 図１Ａは、基地局１２と移動局１４との間の見通し（ＬＯＳ）経路１０の略図 を示している。信号１３は、基地局１２から移動局１４に送られ、そして移動局 １４から基地局１２に戻されることができる。図１Ｂは、基地局１２と移動局１ ４との間の非見通し（ＮＬＯＳ）経路１１の概略を示している。基地局１２と移 動局１４との間には建物１５が位置しており、信号１６の反射が起こっている。 例えば、信号１３と信号１６は、無線信号であることができる。 基地局１２と移動局１４との間の距離を測るレンジ測定は、信号が基地局１２ と移動局１４との間に送られるのにかかる時間として測定することができる。 ｒ＝ｃＴ （１） ここで、移動局と基地局間のレンジ測定値はｒによって示され、ｃは電波の伝播 と同じ速さである光の速度を示し、Ｔは信号の片道移動時間を示している。図１ Ａ及び図１Ｂにおける移動局１４と基地局１２との間の距離のレンジ測定値は、 基地局１２と移動局１４との間のそれぞれ信号１３及び信号１６の移動時間に基 づいて方程式（１）を使って決定することができる。信号１６から得られるｒの 値は、信号１３から得られるｒの値よりも大きい。 図２は、移動位置推定２０のための本発明のシステム及び方法の流れ図である 。ブロック２１では、方程式（１）を使って移動局１４と基地局１２との間でレ ンジ測定値を取得する。ブロック２２では、基地局１２が移動局１４に対して見 通し（ＬＯＳ）であるか又は非見通し（ＮＬＯＳ）であるか識別する。ブロック ２２は、移動局１４と異なる場所に位置する複数の基地局１２に対して繰り返さ れる。ブロック２２で基地局１２がＬＯＳであると識別されると、ブロック２１ で得られたレンジ測定値をブロック２６に送る。ブロック２２で基地局１２がＮ ＬＯＳであると識別されると、ブロック２４を実行して、基地局１２と移動局１ ４との間のレンジ測定値の誤差を低減させ、それによって、図３に示すように、 基地局１２と移動局１４との間のレンジ測定値を再構成されたＬＯＳ基地局１３ にする。 図３において、ＢＳ１と呼称される基地局１２は、ＬＯＳであると決定された ＬＯＳ ＲＡＮＧＥ １と呼称されるレンジ測定値を有する。ＢＳ２と呼称される 基地局１２は、ＬＯＳであると決定されたＬＯＳ ＲＡＮＧＥ ２と呼称される レンジ測定値を有する。ＢＳ３と呼称される基地局１３は、ＮＬＯＳであると決 定されたＮＬＯＳ ＲＡＮＧＥ ３と呼称されるレンジ測定値を有する。ＲＥＣＯ ＮＳＴＲＵＣＴＥＤＲＡＮＧＥ ３と呼称される再構成されたＬＯＳ基地局に対 するレンジ測定値は、ブロック２６に送られる。また、ＬＯＳ ＲＡＮＧＥ １及 びＬＯＳ ＲＡＮＧＥ２と呼称される、ブロック２２で決定されたＬＯＳ基地局 からのレンジ測定値もブロック２６に送られる。再構成されたＬＯＳ基地局若し くは決定されたＬＯＳ基地局のレンジ測定値、又は、再構成されたＬＯＳのレン ジ測定値の組合せから、米国特許第５,３６５,５１６号に記載されているような 従来のマルチラテレーション技術を用いて、移動位置推定を行うことができる。 なお、マルチラテレーション技術に ついては、本出願の中に織り込まれ言及されている。あるいは、移動位置推定を 、到着時間測定値の時間差に基づいて、移動局14と基地局１２対との間の伝播遅 延の差として決定することもできる。この場合、位置推定値は、双曲線の交点に ある。到来角の情報もある場合には、基地局の数を３個未満に減らすことができ る。これらの方法は、T.S.Rappaportらの“Position Location Using Wireless Communication On Highways Of the Future”，IEEE Communication Magazine， October 1996に記載されている。 図４には、ブロック２２で基地局がＬＯＳかＮＬＯＳか識別する一方法が示さ れている。この方法では、基地局１２と移動局１４との間のレンジ測定値の時間 履歴が、無線信号環境における標準測定ノイズからの所定の標準偏差と組み合わ される。 基地局１２から移動局１４に送信され基地局１２に応答が返される信号の到着 時間は、ブロック３０で、レンジ測定値に変換することができる。ｍ番目の基地 局の時間ｔ_kにおけるレンジ測定値は、ｍ＝１，…，Ｍ、ｉ＝０，…，Ｋ−１と して、 ｒ_m(ｔ_i)＝Ｌ_m(ｔ_i)＋ｎ_m(ｔ_i)＋ＮＬＯＳ_m(ｔ_i) （２） で表すことができる。ここで、Ｌ_m(ｔ_i)は、移動局とｍ番目の基地局との間の二 次元のＬＯＳ距離であって、 Ｌ_m(ｔ_i)＝｜ｘ(ｔ_i)＋ｊ＊ｙ(ｔ_i)−ｘ_m−ｊ＊ｙ_m｜ （３） によって与えられる。ｘ(ｔ_i)、ｙ(ｔ_i)及び(ｘ_m，ｙ_m）は、それぞれ、時間ｔ_i における移動局の座標及びｍ番目の基地局のそれら座標であり、ｎ_m(ｔ_i)は、加 法白色ガウス測定ノイズのような通常の測定ノイズを表し、ＮＬＯＳ_m(ｔ_i)は、 時間ｔ_iにおけるＮＬＯＳ測定値誤差を表す。Ｍは、基地局の総数であり、Ｋは 、時間標本の総数である。 ブロック３０では、移動局１４に対してＬＯＳである基地局１２に対 して、ノイズを無視できるＬＯＳレンジ測定値を取得する。このＬＯＳレンジ測 定値は、基地局１２と移動局１４との距離を物理的に測ることによって得ること ができ、又は、無視可能なノイズ環境において方程式（１）によって決定される レンジ測定値として得ることができる。ブロック３１では、有ノイズレンジ測定 値を、基地局がＬＯＳでありノイズのある環境で測定されたレンジ測定値として 決定する。ブロック３２では、ノイズのないＬＯＳ測定値から有ノイズレンジ測 定値を引いたものの標準偏差を決定する。ブロック３０、３１及び３２は、ブロ ック２２で基地局１２がＬＯＳとＮＬＯＳのどちらか識別する前に、あらかじめ 決めておくことができる。ノイズｎ_m(ｔ)による標準偏差は、σ_mで表すことがで きる。 ブロック３２では、ブロック２１で得たレンジ測定値を、 ことによって平滑化する。平滑化されたレンジ測定値は、 で表すことができる。 ブロック３４では、有ノイズレンジ測定値から平滑化されたレンジ測定値を引 いたもの（つまり、残差）の標準偏差を決定する。ブロック３ すことができる。平滑化されたレンジ測定値を有ノイズレンジ測定値と一緒に用 いて、次式 レンジ測定値が、基地局１２がＬＯＳであるかＮＬＯＳであるかどちらかの結果 であるかを決定することができる。レンジ測定値がＮＬＯＳ誤 大きい。従って、移動局１４に対してＮＬＯＳである基地局１２のレン 決定される。移動局１４に対してＬＯＳである基地局１２のレンジ測定 れる。 あるいは、残差解析ランキング法を用いて、レンジ測定値が移動局１４に対し てＮＬＯＳである基地局１３からのものであると識別することができる。ブロッ ク２１で得られた移動局１２と基地局１４間のレンジ測定値は、ブロック４１に 入力される。ブロック４１では、各時刻ｔ_i を最小化するように選択される。 ブロック４１では、計算されたレンジ測定値を推定座標から決定する。 ブロック４２では、移動局１２と基地局１４間のレンジ測定値と計算されたレン ジ測定値との残差を決定する。この残差は、 で表すことができる。 ブロック４４では、ある基地局１２に対するレンジ測定値の残差が、 他の基地局のレンジ測定値に対して決定された残差と比較して最も大きな値を有 する回数を、各時刻ｔ_iごとにカウントする。移動局に対してＮＬＯＳである基 地局との間のレンジ測定値を有する基地局は、他の基地局に基づく最大絶対残差 の回数よりもかなり大きな回数の最大絶対残差を有することがわかった。残差の カウント数の値に基づいて、基地局１４が移動局１４に対してＬＯＳである基地 局１２か又はＮＬＯＳである基地局１２かを明確に定めることができる。 図６は、移動局１４に対してＮＬＯＳと決定された基地局１２との間のレンジ 測定値を補正してＬＯＳレンジ測定値を再構成する方法を示している。ブロック ３２では、ブロック２１からのレンジ測定値に関するデータを、適当なＮ次多項 式を用いて平滑化する。平滑化されたレンジ測定値は、ブロック５２に入力され る。ブロック５６では、ＮＬＯＳによる平滑曲線より下の最大偏差を決定する。 ＮＬＯＳ誤差は、実軸において次式 ０≦ＮＬＯＳ_m(ｔ_i)≦β_m で大体表すことができる非負確率変数であることがわかった。ここで、β_mは、 ＮＬＯＳ誤差の最大値である。標準測定ノイズｎ_m(ｔ_i)は、実軸において次式、 −α_m≦ｎ_m(ｔ_i)≦α_m、で大体表すことができるゼロ平均確率変数で表すことが できるため、ＮＬＯＳ誤差も存在するレンジ測定値の場合、全ノイズ成分を実軸 上で次式 −α_m≦ｎ_m(ｔ)＋ＮＬＯＳ_m(ｔ)≦β_m−α_m のようにおおよそ表すことができる。 平滑曲線より下の測定レンジの最大偏差の点は、大体、Ｌ_m(ｔ_i)で表されるＬ ＯＳ関数より下のα_mであることがわかった。ブロック５８では、平滑曲線を数 学的に下方へ最大偏差の点まで変位させる。ブロック６０では、平滑曲線を数学 的に上方へノイズ偏差α_mの値だけに変位さ せて、再構成されたＬＯＳ基地局を表す再構成曲線を提供する。 図７は、シミュレートされたレンジ測定値の比較のグラフを示している。曲線 ９０は、移動局１４に対してＬＯＳである基地局１２との間の真時間レンジ測定 値を表す。曲線９１は、ＮＬＯＳ誤差を有する決定されたレンジ測定値を表す。 曲線９２は、図４のブロック３０で決定されたブロック局１２と移動局１４の平 滑化されたレンジ測定値を表す。曲線９３は、図６のブロック６０で移動局１４ に対して再構成されたＬＯＳである基地局１２を表す。 図８は、前記移動位置推定方法を実施するためのシステム８０の略図である。 システム８０は、基地局サーバ８１を有する。基地局サーバ８１は、基地局１２ に位置された又はそれにネットワークでつながれたコンピュータであることがで きる。基地局サーバ８１は、移動局１４及び基地局１２のレンジ測定値に関する データを要求し受け取る基地局１２と通信する。また、基地局サーバー８１は、 移動局１４と基地局８１Ａ〜８１Ｎのおのおのとの間のレンジ測定値に関する情 報の収集をも行う。この情報は、移動局１４と基地局８１Ａ〜８１Ｎのどちらか 一方によって基地局サーバ８１に伝えられる。図４〜図６に示すモジュールの機 能は、Ｃ++プログラミング言語のような標準プログラミング言語によってコード 化される。コード化されたモジュールは、基地局サーバー８１によって実行する ことができる。 システム８０による移動位置推定値の実施例の結果は、表Ｉ〜表VI及び図９〜 図１２に示されている。すべての実施例において、ｘｙ平面上の任意の車両位置 は、 ｘ(ｔ)＝ｘ_o＋ｖ_xｔ ｙ(ｔ)＝ｙ_o＋ｖ_yｔ によって与えられる。ここで、 ｘ(ｔ)は、時刻ｔにおけるｘｙ平面上のｘ座標を表し、 ｙ(ｔ)は、時刻ｔにおけるｘｙ平面上のｙ座標を表し、 ｘ_oは、初期ｘ座標を表し、 ｙ_oは、初期ｙ座標を表し、 ｖ_xは、ｘ方向の速度を表し、 ｖ_yは、ｙ方向の速度を表す。 サンプリング周期は０.５ｓに選び、２００個の標本を取った。速度は、ｖ_x＝９ .７ｍ/ｓ、ｖ_y＝１６.８ｍ/ｓで一定のままにした。基地局１２は、ＮＯＬＳ又 はＬＯＳレンジ測定値を持つように割り当てた。標準測定ノイズの標準偏差はσ_m が１５０ｍであるとして表し、Ｂ_mは１３００ｍに選んだ。各実施例では、図９ に示すように、３つの基地局１０１，１０２，１０３を５キロメートルの円の周 上に一定の間隔で配置して使用し、第４の基地局１０４をその円の中心に配置し た。 第１の実施例では、基地局１０１と基地局１０２はＮＬＯＳレンジ測定値を提 供し、基地局１０３と基地局１０４はＬＯＳレンジ測定値を提 してある。 表１ ２個のＮＬＯＳ測定値に対する平滑曲線に基づく 測定値の標準偏差 結果は、基地局１０１及び基地局１０２はＬＯＳレンジ測定値を有する基地局 １０３及び基地局１０４よりもかなり大きな標準偏差を持つＮＬＯＳレンジ測定 値を有することを示している。 図１０Ａは、ＮＬＯＳの識別がないときの二次元追跡誤差を示し、図１０Ｂは 、本発明の移動位置推定方法を行った後の二次元追跡誤差を示している。結果は 、ＮＬＯＳ識別と補正を行った後の推定車両軌道の改善を示している。 第２の実施例では、基地局１０１，１０２，１０３，１０４は、ＮＬ （m）は、表２に示してある。 表２ ４個のＮＯＬＳ測定値に対する平滑曲線に基づく 測定値の標準偏差 結果は、ＮＬＯＳを有する４つの基地局１０１，１０２，１０３，１ 第３の実施例では、ｘ_o＝−１１８.３ｍ、ｙ_o＝−３.７ｍを用いて図５に示す 残差解析追跡法によって３つの結果を決定した。試験１では、基地局１０４はＮ ＬＯＳであった。試験２では、基地局１０３と基地局１０４がＮＬＯＳである。 試験３では、基地局１０２、基地局１０３及び基地局１０４が、非見通しであっ た。各基地局が最大絶対残差を持った回数は、表３に示してある。 表３ ＢＳが最大残差を持った回数のパーセント 結果は、ＮＬＯＳ基地局の方が残差のパーセントが大きいことを示している。 第４の実施例では、本発明の位置推定方法の結果を、従来の最小二乗解析、す べてのレンジ測定値が見通しである最小二乗解析、及び従来のクラーメル・ラオ ・ロア・バウンド（Cramer Rao Lower Bound）解析と比較した。クラーメル・ラ オ・ロア・バウンドは、任意の不偏推定量のｒｍｓ誤差の下限を表す。表４は、 欄２に示す本方法、欄１に示す従来の最小二乗解析、欄３における全測定値がＬ ＯＳである最小二乗解析、及び欄４に示す従来のクラーメル・ラオ・ロア・バウ ンド解析を表して いる。各座標における位置と速度の誤差は、それぞれ、メートル及びメートル／ 秒で測定した。 表４ 推定法性能の比較 結果は、本発明の移動位置推定方法によればＮＬＯＳ誤差補正のない結果と比 較して推定偏りがかなり減少したことを示している。 図１２は、ＮＬＯＳレンジ測定値を検出する確率の比較である。サン プリング周期は０.５秒であった。標本組数は５個と１５０個の間で変えた。Ｘ_o は２００ｍ、ｙ_oは１００ｍであった。基地局１０１と基地局１０４はＬＯＳで あった。基地局１０２と基地局１０３はＮＬＯＳであった。結果は、小さい標本 組数に対しては高い確率でＮＬＯＳを検出できることを示している。 容易に理解できるように、上記した実施例は、本発明の原理の適用を表すこと ができる多くの可能な特定の実施例のうちの数例のみを示したものすぎない。そ れらの原理に従えば、当業者は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、多 数の様々な他の構成を容易に考え出すことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，Ａ Ｚ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ， ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ホルツマン，ジャック，エム. アメリカ合衆国，ニュージャージー州 07090，ウエストフィールド，ウエスト コート 10，アパートメント ２エー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 移動局位置推定のための方法であって、 ａ． 前記移動局と基地局との間のレンジ測定値を取得するステップと、 ｂ． 移動位置推定を行う時点で前記基地局が前記移動局に対して見通しであ るか前記移動局に対して非見通しであるか識別するステップと、 ｃ． ステップｂで前記移動局に対して非見通しであると識別された基地局に 対する非見通しレンジ測定値を補正して、再構成された見通しレンジ測定値を決 定するステップと、 ｄ． あらかじめ決定された個数の前記基地局に対してステップａからｃを繰 り返すステップと、 ｅ． ステップｃで決定された前記再構成見通しレンジ測定値、ステップｂで 識別された見通し基地局に対するステップａで決定された前記レンジ測定値、又 は、ステップｃで決定された前記再構成見通しレンジ測定値とステップｂで識別 された見通し基地局に対するステップａで決定された前記レンジ測定値との組合 せに基づいて、前記移動局位置推定を決定するステップと、 を有する前記方法。 ２． ステップｂは、 前記移動局とノイズのない基地局との間の見通しレンジ測定値を取得するステ ップと、 前記移動局と前記基地局との間のノイズのある見通しレンジ測定値を 取得するステップと、 前記見通しレンジ測定値と前記有ノイズ見通しレンジ測定値との差の第１の標 準偏差をあらかじめ決定するステップと、 ステップａで決定された前記レンジ測定値を平滑化するステップと、 前記平滑レンジ測定値と前記有ノイズ見通しレンジ測定値との差の第２の標準 偏差を決定するステップと、 前記第１標準偏差及び前記第２標準偏差に基づいて前記基地局が見通しである か前記基地局が非見通しであるか識別し、前記基地局は、前記第２標準偏差が前 記第１標準偏差よりも大きいときは非見通しであり、前記第２標準偏差が前記第 １標準偏差と大体同じであるときは見通しであると決定されるステップと、 を有する請求の範囲第１項の方法。 ３． ステップａで得られた前記レンジ測定値は、ｍ＝１，…，Ｍ、ｉ＝０，… ，Ｋ−１として、 ｒ_m(ｔ_i)＝Ｌ_m(ｔ_i)＋ｎ_m(ｔ_i)＋ＮＬＯＳ_m(t_i) によって表され、ここで、 Ｌ_m(ｔ_i)は、移動局とｍ番目の基地局との間の二次元のＬＯＳ距離であって、 Ｌ_m(ｔ_i)＝｜ｘ(ｔ_i)＋ｊ＊ｙ(ｔ_i)−ｘ_m−ｊ＊ｙ_m｜ によって与えられ、 ｘ(t_i)、ｙ(ｔ_i)及び(ｘ_m，ｙ_m）はそれぞれ時間ｔ_iにおける移動局の座標及び ｍ番目の基地局のそれら座標であり、ｎ_m(ｔ_i)は加法白色ガウス測定ノイズのよ うな通常の測定ノイズを表し、ＮＬＯＳ_m(ｔ_i)は時間ｔ_iにおけるＮＬＯＳ測定 値誤差を表し、Ｍは基地局の総数で あり、Ｋは時間標本の総数である、請求の範囲第２項の方法。 ４． 前記レンジ測定値は、 ことによって平滑化される、請求の範囲第３項の方法。 ５． 前記第２標準偏差は、 ここで、によって表される、請求の範囲第４項の方法。 ６． ステップｂは、 時間に関してステップａで得られた前記レンジ測定値に基づいて前記移動局の 座標を推定するステップと、 前記推定座標に基づいてレンジ測定値を計算するステップと、 ステップａで得られた前記レンジ測定値と前記計算レンジ測定値との差に基づ く残差を決定するステップと、 前記残差が各時刻ごとに各基地局で最大となる回数をカウントするステップと 、 前記基地局を、最大残差がカウントされた回数の値が最も大きい基地局に基づ いて、非見通しと定めるステップと、 を有する請求の範囲第１項の方法。 れ、前記推定座標は、 に対する最小二乗推定値として決定される、請求の範囲第６項の方法。 ８． ステップｃは、 ステップａで得られた前記レンジ測定値及びあらかじめ決定されたノイズを無 視できる見通しレンジ測定値に基づいて、最大ノイズ偏差及び標準偏差の値を決 定するステップと、 ステップａで得られた前記レンジ測定値を平滑化するステップと、 前記平滑レンジ測定値の曲線を描くステップと、 前記曲線より下にある前記レンジ測定値の最大偏差の点を決定するステップと 、 前記曲線を下方に変位させて前記最大偏差点を通過させるステップと、 前記曲線を上方に前記最大ノイズ偏差の前記値だけ変位させ、それによって前 記再構成レンジ測定値を提供するステップと、 を有する請求の範囲第１項の方法。 ９． 少なくとも２つの基地局に対して前記ステップａからｃを繰り返すと共に 、角度到来情報を決定するステップを更に有し、 前記２つの基地局のレンジ測定値又は再構成見通しレンジ測定値及び前記角度 到来情報に基づいて前記移動局位置を推定する、請求の範囲第 １項の方法。 １０． ３つの基地局に対して前記ステップａからｃを繰り返す、請求の範囲第 １項の方法。 １１． 移動局位置推定のためのシステムであって、 前記移動局と複数の基地局との間のレンジ測定値を取得する手段と、 前記基地局のおのおのが、見通し基地局として前記移動局に対して見通しであ るか、非見通し基地局として前記移動局に対して非見通しであるか識別する識別 手段と、 前記非見通し基地局のおのおのに対する前記レンジ測定値を補正して、再構成 された見通しレンジ測定値を決定する補正手段と、 前記再構成見通しレンジ測定値、前記見通し基地局に対する前記レンジ測定値 、又は、前記再構成見通しレンジ測定値と前記見通し基地局に対する前記レンジ 測定値との組合せに基づいて、前記移動局位置推定を決定する推定手段と、 を有する前記システム。 １２． 前記識別手段は、 前記移動局と前記基地局のおのおのとの間のノイズのない見通しレンジ測定値 を取得する手段と、 前記移動局と前記基地局のおのおのとの間のノイズのある見通しレンジ測定値 を取得する手段と、 前記見通しレンジ測定値と前記有ノイズ見通しレンジ測定値との差の第１の標 準偏差をあらかじめ決定する手段と、 前記レンジ測定値を平滑化する手段と、 前記平滑レンジ測定値と前記有ノイズ見通しレンジ測定値との差の第２の標準 偏差を決定する手段と、 前記第１標準偏差及び前記第２標準偏差に基づいて前記基地局のおのおのが見 通しであるか非見通しであるか識別し、前記基地局を、前記第２標準偏差が前記 第１標準偏差よりもかなり大きいときは非見通しであり、前記第２標準偏差が前 記第１標準偏差と大体同じであるときは見通しであると決定する手段と、 を有する請求の範囲第１１項のシステム。 １３． 前記レンジ測定値は、ｍ＝１，…，Ｍ、ｉ＝０，…，Ｋ−１として、 ｒ_m（ｔ_i)＝Ｌ_m(ｔ_i)＋ｎ_m(ｔ_i)＋ＮＬＯＳ_m(ｔ_i) によって表され、ここで、 Ｌ_m(ｔ_i)は、移動局とｍ番目の基地局との間の二次元のＬＯＳ距離であって、 Ｌ_m(ｔ_i)＝｜ｘ(ｔ_i)＋ｊ＊ｙ(ｔ_i)−ｘ_m−ｊ＊ｙ_m｜ によって与えられ、 ｘ(ｔ_i)、ｙ(ｔ_i)及び(ｘ_m，ｙ_m）はそれぞれ時間ｔ_iにおける移動局の座標及び ｍ番目の基地局のそれら座標であり、ｎ_m(ｔ_i)は加法白色ガウス測定ノイズのよ うな通常の測定ノイズを表し、ＮＬＯＳ_m(ｔ_i)は時間ｔ_iにおけるＮＬＯＳ測定 値誤差を表し、Ｍは基地局の総数であり、Ｋは時間標本の総数である、請求の範 囲第１２項のシステム。 １４． 前記レンジ測定値は、 ことによって平滑化される、請求の範囲第１３項のシステム。 １５． 前記第２標準偏差は、 ここで、 によって表される、請求の範囲第１４項のシステム。 １６． 前記識別手段は、 時間に関して受け取った複数の基地局からの前記レンジ測定値に基づいて前記 移動局の座標を推定する手段と、 前記推定座標に基づいて、計算されたレンジ測定値を計算する手段と、 前記レンジ測定値と前記計算レンジ測定値との差に基づく残差を決定する手段 と、 前記残差が各時刻ごとに各基地局で最大となる回数をカウントする手段と、 前記基地局を、最大残差がカウントされた回数の値が最も大きい基地局に基づ いて、非見通しと定める手段と、 を有する請求の範囲第１２項のシステム。 され、前記推定座標は、 に対する最小二乗推定値として決定される、請求の範囲第１４項のシステム。 １８． 前記推定手段は、 前記レンジ測定値のおのおの及びあらかじめ決定されたノイズを無視できる見 通しレンジ測定値に基づいて、最大ノイズ偏差及び標準偏差の値を決定する手段 と、 前記レンジ測定値を平滑化する手段と、 前記平滑レンジ測定値の曲線を描く手段と、 前記曲線より下にある前記レンジ測定値の最大偏差の点を決定する手段と、 前記曲線を下方に変位させて前記最大偏差点を通過させる手段と、 前記曲線を上方に前記最大ノイズ偏差の前記値だけ変位させ、それによって前 記再構成レンジ測定値を提供する手段と、 を有する請求の範囲第１２項のシステム。 １９． 角度到来情報を取得する手段を更に有し、前記基地局のレンジ測定値又 は再構成見通しレンジ測定値及び前記角度到来情報に基づいて前記移動局位置を 推定する、請求の範囲第１２項のシステム。