JP2008002888A

JP2008002888A - 無線測位システム

Info

Publication number: JP2008002888A
Application number: JP2006171468A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Sekiguchi; 英紀関口; Akira Fujii; 彰藤井; Masafumi Asai; 雅文浅井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】無線測位システムにおいて，メイン局の時計合わせ用の電波を直接受信できない基地局の時計を補正できるようにする。
【解決手段】無線測位システムの複数の基地局として，各基地局Ｓ２，Ｓ３の時計を合わせるために時計合わせ用の同期信号を送信する一つのメイン局Ｍと，メイン局Ｍまたは他の基地局が発信した同期信号を受信し，かつ，他の基地局Ｓ２，Ｓ３へ同期信号を送信する一または複数の中継局Ｒと，メイン局Ｍまたは中継局Ｒが発信した同期信号を受信する基地局Ｓ２，Ｓ３とを備えて，無線測位システムの測位サーバにおいて，同期信号をもとに各基地局Ｓ２，Ｓ３の時計をメイン局Ｍの時計に合わせるための補正処理を行う。そして，移動端末Ｐからの電波の受信時刻を補正し，この補正された時刻によってＴＤＯＡにより移動端末Ｐの位置を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は，移動端末から発信した電波が複数の基地局まで到達する時間差(ＴＤＯＡ： Time Difference of Arrival)を利用して移動端末の位置を求める無線測位システムであって，複数の基地局の時間情報を補正して測位処理を行うものに関する。

図１０は，ＴＤＯＡの原理を示す図である。ＴＤＯＡの原理により，移動端末Ｐから発信した電波が複数の基地局Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３まで到達する時間差を利用して移動端末Ｐの位置を求めることができる。このとき，移動端末Ｐが発信した電波の各基地局への到達時間差を求めるためには，測位に必要な時間精度と同等以上の精度で基地局間の時計(タイマ)を合わせておく必要がある。例えば，３０ｃｍ単位で測位するためには，１ナノ秒（ｎｓ）単位の精度による時計合わせが必要である。

無線測位システムを構成する各基地局の時計をひとつのクロックによって動作させるようにすれば良いが，遅延保証された同軸ケーブルを用いて各基地局を接続することは，設置が煩雑となり，好ましくない。

また，携帯電話の位置を知るために携帯基地局間で時間同期させる場合に，特許文献１のように，汎地球測位システム（ＧＰＳ）の電波を受信して，携帯基地局の時刻をＧＰＳに同期させることが行われている。しかし，ＧＰＳからの電波が受信できない屋内では使用できないうえ，ＧＰＳのクロック精度は，数１０ｎｓのため，１ｍよりも高精度で測位する場合には，精度が足りない。

そこで，特許文献２のように，図１１に示すような状況の場合に，特定の基地局(メイン局)Ｍから同期用の電波を（同期信号）送信し，他の基地局(サブ局)Ｓ１，Ｓ２では，それぞれ，メイン局Ｍから送信された同期信号を受信して自局の時計（タイマ）Ｔｓ１，Ｔｓ２をメイン局Ｍの時計（Ｔｍ）に補正する方法がある。

しかし，図１２に示すように障害物があるような場合や，測位範囲が電波の到達範囲よりも広いような場合には，必ずしもメイン局Ｍからの同期信号が全てのサブ局Ｓで受信できるとは限らず，そのため，同期信号が受信できないサブ局Ｓの時計は補正できないという問題があった。
特表２００３−５１３２９１号公報特開２００４−１０１２５４号公報

本発明は，電波を送信する移動端末と，前記移動端末からの電波を受信する位置が既知である複数の基地局と，前記移動端末から前記各基地局へ電波が到達する時間差を利用して当該移動端末の位置を算出する測位サーバとを備える無線測位システムにおいて，前記複数の基地局として，各基地局の時計を合わせるための同期信号を送信する一つのメインの基地局（メイン局）と，メイン局または他の基地局が発信した前記同期信号を受信し，かつ，他の基地局へ同期信号を送信する一または複数の中継用の基地局（中継局）と，メイン局または中継局が発信した同期信号を受信する基地局（サブ局）とを備え，前記測位サーバに，前記同期信号をもとに前記各基地局の時計をメイン局の時計に合わせるための補正処理を行う補正手段と，前記補正手段の処理結果を用いて，前記移動端末の位置を算出する測位手段とを備えることを特徴とする。

また，前記補正手段は，メイン局からの同期信号を受信できる基地局について，メイン局の時計をもとに時計合わせの補正処理を行い，メイン局からの同期信号を受信できない基地局について，中継局からの同期信号を受信して，メイン局をもとに補正処理が行われた中継局の時計をもとに時計合わせの補正処理を行うようにしてもよい。

また，前記補正手段は，メイン局の同期信号を受信できない基地局について，当該基地局からメイン局までの間で中継する中継局の数が最小となる中継局を，補正処理に用いる中継用の基地局として選択するようにしてもよい。

また，前記測位サーバは，移動端末が発信した電波を受信できる基地局を選択してグループを設定し，このグループに含まれるメイン局または中継局のいずれか一つの基地局を補正処理に使用する基地局として選択する組合せ決定手段を備えるとともに，前記補正手段は，各グループの基地局について，前記組合せ決定手段によって選択された基地局の時計をもとに時計合わせの補正処理を行うようにしてもよい。

また，前記組合せ決定手段は，グループ内から中継局を選択する場合に，その中継局が発信した同期信号が受信できるグループ内の基地局の数が最大である中継局を選択するようにしてもよい。

図１は，本発明の原理を示す図である。

本発明では，図１に示すように，無線測位システムを構成する基地局として，時計合わせ用の同期信号を送信するメイン局Ｍと，メイン局Ｍの電波が届く基地局の中に同期信号の中継局Ｒ１を設ける。そして，メイン局Ｍの電波が届かない中継局Ｒ１からの電波が届く他の基地局であるサブ局（遠方局）Ｓ３は，中継局Ｒ１の時計（タイマ）Ｔｒ１に合わせるようにする。中継局Ｒ１ではメイン局Ｍの電波が届くために，中継局Ｒ１のタイマＴｒ１は，メイン局のタイマＴｍに合わせて補正することができる。そこで，遠方局Ｓ３のタイマＴｓ３を中継局Ｒ１のタイマＴｒ１に換算後，さらに，メイン局ＭのタイマＴｍに再換算する。

また，図２に示すように，無線測位システム内の基地局として複数の中継局Ｒを備えるようにして，メイン局Ｍの同期信号をサブ局に再中継することによって，いくらでも測位エリアを拡げることができる。

ただし，同期信号を中継するたびに時計合わせの精度が劣化する。移動端末の測位計算のためには，その移動端末から電波が届く範囲内の基地局同士で時計が同期していればよく，必ずしも無線測位システム内の全基地局の時計が同期している必要がない。そこで，移動端末から電波が届く基地局同士でのみ時計合わせをするようにする。そのためには，ひとつの移動端末から電波が届く基地局同士は，極力，ひとつの中継局Ｒ（メイン局Ｍも含む）からの同期信号で時計合わせをするようにする。

例えば，図２で移動端末Ｐ１の位置では，移動端末Ｐ１からの電波は中継局Ｒ２，中継局Ｒ３，サブ局Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５に届く。一方，サブ局Ｓ３，Ｓ４は，中継局Ｒ１からの同期信号と中継局Ｒ２からの同期信号の両方が届く。このような場合に，移動端末Ｐ１の位置を測位計算する場合に，サブ局Ｓ３，Ｓ４は，中継局Ｒ１に時計合わせをするのではなく，中継局Ｒ２に時計合わせをするようにする。同様にサブ局Ｓ５は，中継局Ｒ２からの同期信号と中継局Ｒ３からの同期信号の両方が届くが，サブ局Ｓ５は，中継局Ｒ３に時計合わせをするのではなく，中継局Ｒ２に時計合わせをするようにする。

このように使用する同期信号を選択することによって，移動端末Ｐ１からの電波が届く基地局Ｒ２，Ｒ３，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５は，全て，中継局Ｒ２に時計合わせをすることができる。また，移動端末Ｐ２の位置では，移動端末Ｐ２からの電波は中継局Ｒ３，サブ局Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７に届く。この場合には，サブ局Ｓ５は，中継局Ｒ２に時計合わせをするのではなく，中継局Ｒ３に時計合わせをするようにする。このように，同じサブ局Ｓ５の時計合わせであっても，移動端末Ｐの位置によって，時計合わせに利用する中継局が変わることが本発明の特徴である。

さらに，図３に示すように，ひとつの中継局Ｒからの同期信号のみでは測位できない場合もある。移動端末Ｐ１の位置では，移動端末Ｐ１からの電波は中継局Ｒ３，サブ局Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６に届く。しかし，これらの基地局は，ひとつの中継局からの同期信号を受けることができない。具体的には，サブ局Ｓ５，Ｓ６は，中継局Ｒ３からの同期信号を受けることができるが，中継局Ｒ１，Ｒ２からの同期信号のみを受けることができない。サブ局Ｓ４は，中継局Ｒ１，Ｒ２からの同期信号のみを受けることができ，中継局Ｒ３からの同期信号を受けることができない。そこで，サブ局Ｓ４のみ，一度，中継局Ｒ２の時計に合わせ，さらに，中継局Ｒ２は中継局Ｒ３の同期信号が届くので，さらに，中継局Ｒ３の時計に再換算する。サブ局Ｓ４を中継局Ｒ１に合わせ，次に，中継局Ｒ２に合わせ，さらに，中継局Ｒ３に合わせることもできるが，このようにすると再換算の処理回数が増えてしまうため，先ず，中継局Ｒ２に合わせるようにする。

本発明によれば，無線測位システムにおけるひとつのメイン局から全ての基地局に同期信号が届かなくても，メイン局からの電波を受けることができる中継局を経由することで，測位計算上で必要な基地局間の時計合わせを実現することができる。

また，ＧＰＳの電波を利用することなく，より高精度に時計合わせを行うことができるため，屋内で３０ｃｍ単位の高精度な測位を実現することができる。

よって，複雑な障害物があったり，障害物の位置が変わったりするような屋内での高精度な無線測位システムを実現することができる。

以下に，本発明の最良の実施の形態としていくつかの実施例を示す。

本発明の無線測位システムは，測位サーバ１，および位置情報が既知である複数の基地局２で構成される。

測位サーバ１は，各基地局２から測位用の電波（測位信号）の受信時刻を取得してＴＤＯＡにより移動端末Ｐの位置を計算する。また，各基地局２間で送受信される時計合わせ用の電波（同期信号）の送信時刻，受信時刻をもとに各基地局の時計合わせを行う。測位サーバ１は，各基地局２からの同期信号の送信／受信時刻の情報を有線または無線の回線を用いて取得する。本実施の形態では，測位サーバ１と各基地局２とは，例えばイーサネット（商標登録）などのネットワークで接続されている。

基地局２は，移動端末Ｐが送信する測位信号を受信し，測位サーバ１へ，受信した移動端末Ｐの識別情報および測位信号の受信時刻を送信する。基地局２は，メイン局Ｍ，中継局Ｒ，および，これら以外の基地局であるサブ局Ｓとして構成される。

メイン局Ｍは，各基地局２の時計合わせのための同期信号を送信することができる基地局である。中継局Ｒは，メイン局Ｍあるいはその他の中継局Ｒから同期信号を受信でき，かつ他の基地局２に同期信号を送信できる基地局である。サブ局は，メイン局Ｍ，中継局Ｒから同期信号を受信する基地局である。
〔第１の実施例〕
第１の実施例では，無線測位システムを構成する基地局の時計を，最終的に全てメイン局Ｍの時計に合わせる。メイン局Ｍから電波が届かないサブ局Ｓの時計は，中継局Ｒを経由してメイン局Ｍに合わせるようにする。

図２を用いて，第１の実施例における各基地局の時計合わせの処理をより具体的に説明する。メイン局Ｍから同期信号が届くサブ局Ｓ１，Ｓ２と中継局Ｒ１はメイン局Ｍに合わせる。中継局Ｒ２，サブ局Ｓ３，Ｓ４は中継局Ｒ１に合わせ，さらに，中継局Ｒ１の補正を用いてメイン局Ｍに合わせる。中継局Ｒ３，サブ局Ｓ５は中継局Ｒ２に合わせ，さらに中継局Ｒ１に合わせ，そして，メイン局Ｍに合わせる。サブ局Ｓ６，Ｓ７は中継局Ｒ３に合わせ，さらに中継局Ｒ２に合わせ，さらに中継局Ｒ１に合わせ，そして，メイン局Ｍに合わせる。サブ局Ｓ５は，一度，中継局Ｒ３に合わせてから，中継局Ｒ２，Ｒ１と経由させることも可能であるが，メイン局Ｍまで中継する中継局の数が少ない方が時計合わせの精度が劣化しないため，中継局Ｒ３を経由せずに，中継局Ｒ２に合わせる。同様に，サブ局Ｓ３，Ｓ４も中継局Ｒ２には合わせずに中継局Ｒ１に合わせるようにする。

図４に，第１実施例における無線測位システム構成例を示す。

メイン局Ｍは，同期信号生成部２１，送信部２２，同期送信時刻保持部２３，受信部２４および端末受信時刻保持部２６を備える。メイン局Ｍは，同期信号生成部２１によって同期信号を生成し，送信部２２を介してアンテナから送信するとともに，同期信号を送信した時刻（同期送信時刻）を同期送信時刻保持部２３に保持する。また，移動端末Ｐが送信した測位信号を受信部２４で受信し，測位信号を受信した時刻（端末受信時刻）を端末受信時刻保持部２６に保持する。そして，同期送信時刻保持部２３に保持された同期送信時刻，および端末受信時刻保持部２６に保持された移動端末Ｐの端末受信時刻は，測位サーバ１へ送信される。

中継局Ｒ１，…，Ｒｎは，同期信号生成部３１，送信部３２，同期送信時刻保持部３３，受信部２４，同期受信時刻保持部３５および端末受信時刻保持部３６を備える。中継局Ｒ１，…，Ｒｎは，同期信号生成部３１によって同期信号を生成し，送信部３２を介してアンテナから送信するとともに，同期信号を送信した時刻（同期送信時刻）を同期送信時刻保持部３３に保持する。また，メイン局Ｍや他の中継局Ｒから送信された同期信号を受信部３４で受信し，同期信号を受信した時刻（同期受信時刻）を同期受信時刻保持部３５で保持する。さらに，移動端末Ｐから測位信号を受信した時刻（端末受信時刻）を端末受信時刻保持部３６に保持する。そして，同期送信時刻保持部３３に保持された同期送信時刻，同期受信時刻保持部３５に保持された同期受信時刻，および端末受信時刻保持部３６に保持された移動端末Ｐの端末受信時刻は，測位サーバ１へ送信される。

サブ局Ｓ１，…，Ｓｎは，受信部４４，同期受信時刻保持部４５，および端末受信時刻保持部４６を備える。サブ局Ｓ１，…，Ｓｎは，受信部４４によって，メイン局Ｍや中継局Ｒ１，…，Ｒｎから同期信号を受信し，同期信号を受信した時刻（同期受信時刻）を同期受信時刻保持部４５で保持する。また，移動端末Ｐから測位信号を受信した時刻（端末受信時刻）を端末受信時刻保持部４６に保持する。そして，同期受信時刻保持部４５に保持された同期受信時刻，および端末受信時刻保持部４６に保持された移動端末Ｐの端末受信時刻は，測位サーバ１へ送信される。

測位サーバ１は，補正係数作成部１１，端末受信時刻補正部１２，および測位計算部１３を備える。

補正係数作成部１１は，基地局２（メイン局Ｍ，中継局Ｒ１，…，Ｒｎ，サブ局Ｓ１，…，Ｓｎ）のそれぞれから，同期送信時刻，同期受信時刻を取得する。そして，同期送信時刻保持部２３と同期受信時刻保持部３５に保持された同期信号の送信時刻（同期送信時刻）とその受信時刻（同期受信時刻）を用いて，時計合わせのための補正係数を補正係数作成部１１で作成する。

端末受信時刻補正部１２は，補正係数作成部１１で計算された補正係数を用いて，各基地局２の端末受信時刻保持部２６，３６，４６で保持された端末受信時刻を補正する。

測位計算部１３は，端末受信時刻補正部１２によって補正された結果を用いて，各移動端末Ｐの位置を計算する。

本実施例では，同期信号としてインパルス電波を用いる。これによって，受信時刻を正確に求めることができる。図５にこの場合の基地局２のブロック構成例を，図６に送信データのフォーマット例を示す。

図５に示すように，各基地局２は，基本的には同一構成であり，送信ブロック１００，複数の受信ブロック２００，タイマ３００，バンドパスフィルタ部（ＢＰＦ）４００，パワーアンプ部（ＰＡ）４１０，アンテナ部４２０，低雑音アンプ部（ＬＮＡ）４３０，パルス検出部４４０，ＭＰＵ５００で構成される。

送信ブロック１００は，同期用ＰＮ系列発生部１０１，ＰＰＭデータ変調部１０３，インパルス生成部１０５，および送信時刻保持部１０７で構成される。受信ブロック２００は，相関器２０１，ＰＮ系列発生部２０３，ＰＰＭデータ復調部２０５，および受信時刻保持部２０７で構成される。

メイン局Ｍは，他の基地局２からの同期信号は受信しないので，同期信号を受信する受信ブロック２００を備える必要がなく，複数の移動端末Ｐ１，…，Ｐｎからの測位信号を受信する複数の受信ブロック２００−１，…，２００−Ｌを備える。

中継局Ｒは，メイン局Ｍあるいは他の中継局２からの同期信号を受信する１個の受信ブロック２００−１と，複数の移動端末Ｐからの測位信号を受信する複数の受信ブロック２００−２，…，２００−Ｌを備える。

サブ局Ｓは，同期信号を送信しないので，送信ブロック１００を備える必要がなく，同期信号用の１個の受信ブロック２００−１と移動端末Ｐからの測位信号を受信する複数の受信ブロック２００−２，…，２００−Ｌを備える。

図６に示すように，送信データは，ＰＮ系列の一種である８値のリードソロモンＲＳ系列でタイムホッピング（ＴＨ）されており，さらに，パルス位置変調でデータ変調されている。１チップが１００ｎｓの場合に，ＲＳ系列として“５７６３４２１”を使用すると，１μsのパルス区間の内，最初のパルスは５００ｎｓの位置に，次のパルスは７００ｎｓの位置にタイムホッピングされている。同期用のデータ無変調のプリアンブル部は，7パルス7μsであり，その後にデータ部がくるように構成される。データ部も同じＲＳ系列でタイムホッピングされているが，さらに，データが１のときには，１チップパルス位置がずれるパルス位置変調（ＰＰＭ）されている。例えば，“０１１０”のデータの場合に，“５７６３…”のＲＳ系列は，“５８７３…”と変調され，５００ｎｓ，８００ｎｓ，７００ｎｓ，３００ｎｓの位置にパルスがホッピングされる。

図５に示す構成の場合では，送信側の基地局２では，同期用ＰＮ系列発生部１０１によって，ＲＳ系列を発生する。ＰＰＭデータ変調部１０３によって，ＭＰＵ５００から渡された送信データの１，０に従ってＰＰＭデータ変調を行い，インパルス生成部１０５にパルスが送られる。インパルス生成部１０５は，ステップリカバリダイオードによって，パルスの立ち上がり部で非常に細いインパルスを生成する。生成したインパルスは非常に広い帯域を有しているが，例えば，電波法のマスクに適合するように，３．１ＧＨｚ〜５ＧＨｚのバンドパスフィルタリングを行うＢＰＦ４００を通すことで，不要な３．１ＧＨｚ以下の成分と５ＧＨｚ以上の成分を除去する。インパルス電波は，ＢＰＦ４００の通過後，ＰＡ４１０で増幅され，アンテナ４２０によって放射される。送信時刻保持部１０７では，データ送信時にプリアンブル後の最初のパルスを発生する時刻が同期送信時刻として保存される。

一方，受信側の基地局２では，アンテナ４２０から受信されたインパルス電波は，ＢＰＦ４００で不要な周波数成分が除去された後，ＬＮＡ４３０で増幅され，パルス検出部４４０でパルスの有無が検出される。パルス検出部４４０は，公知のダイオードによる包絡線検波回路とコンパレータなどで実現される。検出されたパルスは，ＰＮ系列発生部２０３で発生されたＲＳ系列と，デジタルマッチドフィルタによる相関器２０１において比較される。相関器２０１によってプリアンブル部が検出されたならば，同期が確立されたとして，ＰＰＭデータ復調部２０５で，次に続くデータ部のＰＰＭを復調し，受信データを生成する。また，受信時刻保持部２０７では，データ部の最初のパルスを検出したならば，その時刻を同期受信時刻として保持される。

図７に，移動端末Ｐの装置構成例を示す。移動端末Ｐは，ＭＰＵ６１０，測位用ＰＮ系列発生部６２１，ＰＰＭデータ変調部６２３，インパルス生成部６２５，バンドパスフィルタ部（ＢＰＦ）６３０，パワーアンプ部（ＰＡ）６４０，およびアンテナ部６５０を備える。移動端末Ｐは，送信機能のみ有し，基地局２の送信ブロック１００と同様に，ＴＨ／ＰＰＭによってインパルス電波を生成し，送信する。

次に，各基地局の時計合わせの処理について，より詳細に説明する。

例えば，図２で，サブ局Ｓ１の時計は，メイン局Ｍの時計に合わせる。サブ局Ｓ１の時計Ｔｓ１はメイン局Ｍとはオフセット（時間原点）やスケール（時計の進み方、時計クロック周波数）がずれているため，以下の1次式(1)で補正するものとする。

Ｔｍｓ１＝Ａｍｓ１・Ｔｓ１＋Ｂｍｓ１ (1)
メイン局Ｍが同期信号を送信した時刻をＴｍ，メイン局Ｍからサブ局Ｓ１までの電波の伝播遅延時間をＤｍｓ１，メイン局Ｍの時計で見たサブ局Ｓ１が同期信号を受信した時刻をＴｍｓ１，サブ局Ｓ１の時計で見た同期信号の受信時刻をＴｓ１とすると，
Ｔｍ＋Ｄｍｓ１＝Ｔｍｓ１＝Ａｍｓ１・Ｔｓ１＋Ｂｍｓ１ (2)
となる。そして，式(2)から，
Ｔｍ＝Ａｍｓ１・Ｔｓ１＋Ｂｍｓ１−Ｄｍｓ１ (3)
伝播遅延時間Ｄｍｓ１は既知であると仮定すると，式(3)で未知数はＡｍｓ１とＢｍｓ１の2個であるから，2回の同期信号によりＡｍｓ１とＢｍｓ１とを解くことができる。実際には，誤差が含まれるため，例えば，連続したｑ回の同期信号から最小二乗法により求めることで補正係数の精度を向上させる。すなわち，メイン局ＭからＴｍ⁽¹⁾，Ｔｍ⁽²⁾，…，Ｔｍ^(q)の時刻に同期信号を送信し，サブ局Ｓ１の自局の時計でＴｓ１⁽¹⁾，Ｔｓ１⁽²⁾，…，Ｔｓ１^(q)に同期信号を受信したとすると，式(3)は，
Ｔｍ⁽¹⁾＝Ａｍｓ１・Ｔｓ１⁽¹⁾＋Ｂｍｓ１−Ｄｍｓ１，
Ｔｍ⁽²⁾＝Ａｍｓ１・Ｔｓ１⁽²⁾＋Ｂｍｓ１−Ｄｍｓ１，
…，
Ｔｍ^(q)＝Ａｍｓ１・Ｔｓ１^(q)＋Ｂｍｓ１−Ｄｍｓ１ (4)
となる。そこで，最小二乗法により，補正係数は，
Ａｍｓ１＝（ΣＴｓ１^(k)ΣＴｍ^(k)−ｑΣＴｍ^(k)Ｔｓ１^(k)）／
（(ΣTs1^(k))²−qΣＴｓ１^(k)2）
Ｂｍｓ１＝（ΣＴｓ１^(k)ΣＴｍ^(k)Ｔｓ１^(k)−ΣＴｍ^(k)ΣＴｓ１^(k)2）／
（(ΣＴｓ１^(k))²−qΣＴｓ１^(k)2）＋Ｄｍｓ１ (5)
となる。また，最初にｑ個の同期信号で補正係数を求めるが，次に，１個の同期信号がくるたびに，最新のｑ個を用いて逐次更新するようにする。

同様の方法で，中継局Ｒ１の時計Ｔｒ１は補正係数Ａｍｒ１，Ｂｍｒ１を用いて，
Ｔｍｒ１＝Ａｍｒ１・Ｔｒ１＋Ｂｍｒ１ (6)
一方，サブ局Ｓ３は，先ず中継局Ｒ１に合わせるため，
Ｔｒ１ｓ１＝Ａｒ１ｓ３・Ｔｓ３＋Ｂｒ１ｓ３ (7)
となり，式(6)，式(7)から，
Ｔｍｓ３＝Ａｍｒ１・Ａｒ１ｓ３・Ｔｓ３＋Ａｍｒ１・Ｂｒ１ｓ３＋Ｂｍｒ１ (8)
としてメイン局Ｍの時計に合わせることができる。同様にすれば，全ての基地局２の時計をメイン局Ｍの時計に合わせることができる。

なお，ここでは，１次式で時計を補正しているが，それに限定するものではなく，２次式やそれ以上の高次の式で補正してもよい。

次に，測位計算について示す。

移動端末Ｐ１から送信された測位信号は，ｎ個の基地局２で受信される。測位サーバ１では，各基地局に電波が到達する時間差を用いてＴＤＯＡ方式によって移動端末Ｐ１の位置を求める。

各基地局２で受信した移動端末Ｐの測位信号の受信時刻は，測位サーバ１で時間補正され，メイン局Ｍの時計に合わせられる。移動端末Ｐの未知の座標を（Ｘ，Ｙ），各基地局２の既知の座標を（Ｘ_１，Ｘ_２），…，（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ）としたとき，ｉ番目の基地局とｊ番目の基地局での受信時刻差をＴｉｊ，光速をＣとすると，

となるので，上記の連立方程式をＸ，Ｙについて解けばよい。

一般には，最小二乗法を用いてニュートン法による繰り返し計算で解くので，それについて説明する。

移動端末Ｐの位置の推定初期値として（Ｘ０，Ｙ０）とすると測定した受信時刻差と推定した端末座標に基づいて求めた受信時刻差との差分からなる残差行列は，

となるので初期値の補正項は，

補正項ΔＸ，ΔＹが所定値以下になるまで，推定値Ｘ０，Ｙ０にΔＸ，ΔＹを加えて推定値を補正し、式(10)，式(11)を繰り返せばよい。
〔第２の実施例〕
次に，第２の実施例を示す。第１の実施例では，全ての基地局２の時計をメイン局Ｍに合わせるが，第２実施例では，移動端末Ｐから電波を受信できる複数の基地局２をひとつのグループとし，このグループ内の基地局２を極力，ひとつの中継局Ｒ（メイン局Ｍを含む）に時計合わせする。第１の実施例で，同期信号を中継するたびに時計合わせの精度が劣化するため，全ての基地局２の時計をひとつに合わせるのではなく，グループごとに局所的に時計合わせを行うものである。

図２において，移動端末Ｐ１から電波が届く範囲内にある中継局Ｒ２，Ｒ３，サブ局Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５をひとつのグループとする。そして，グループ内のそれぞれの基地局２の時計を中継局Ｒ２に合わせる。一方，移動端末Ｐ２から電波が届く範囲内にある中継局Ｒ３，サブ局Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７をひとつのグループとし，それぞれの基地局２の時計は中継局Ｒ３に合わせる。中継局Ｒ３やサブ局Ｓ５は移動端末Ｐ１の測位計算をする時と移動端末Ｐ２の測位計算をする時とでは異なるグループ，すなわち，異なる中継局Ｒの時計に合わせる。

さらに，図３に示すように，移動端末Ｐ１から電波が届く範囲内にある中継局Ｒ３，サブ局Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をひとつのグループとするが，必ずしもひとつの中継局Ｒに時計合わせできない。そこで，中継局Ｒ３の電波が届くサブ局Ｓ５，Ｓ６は中継局Ｒ３に合わせ，サブ局Ｓ４は一度，中継局Ｒ２に合わせ，さらに，中継局Ｒ３に合わせる。複数の中継局Ｒを経由して時計合わせをする方法は第１実施例における処理と同様である。

図８に，第２の実施例におけるシステム構成例を示す。第２の実施例において，メイン局Ｍと中継局Ｒは同じ扱いであるため，以下では，全て中継局Ｒとして説明する。

中継局Ｒおよびサブ局Ｓは，それぞれ第１の実施例と同様に構成される。中継局Ｒは同期信号を送信する時刻（同期送信時刻）と他の基地局２からの同期信号を受信した時刻（同期受信時刻）とを保持する。サブ局は，同期信号を受信した時刻を保持する。

測位サーバ１は，第１の実施例における構成に加えて，グループを決める機能を付加し，補正係数作成部１１，端末受信時刻補正部１２，測位計算部１３，補正表作成部１５，補正表１６および組合せ決定部１７を備える。

補正表作成部１５は，測位に先立って，各中継局Ｒから電波が届く基地局２を求めておき，補正表１６を作成する。補正表１６の作成は，所定の期間または契機によって行う。

図９に補正表の例を示す。補正表１６の各行は各基地局を示し，各列は中継局Ｒを示す。そして，その行の基地局がその列の中継局Ｒから電波受信が可能な場合には，その行列位置に「受信可（○）」を設定する。

例えば，図９（Ａ）の補正表１６は，図２において各中継局Ｒから電波受信可能な基地局を示す。図９（Ａ）では，メイン局Ｍからは，Ｍ列を見ることによって，メイン局Ｍ(自分自身も含める)，中継局Ｒ１，サブ局Ｓ１，Ｓ２の各基地局２に電波が届くことが分かる。中継局Ｒ１からは，Ｒ１列を見ることで，メイン局Ｍ，中継局Ｒ１，Ｒ２，サブ局Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に電波が届くことが分かる。また，サブ局Ｓ３は，Ｓ３行を見ることによって，中継局Ｒ１とＲ２からの同期信号を受けられることが分かる。

そして，補正計数作成部１１は，補正表１６に「受信可（○）」が設定されている位置について，その中継局Ｒからの同期信号により基地局２の時計を合わせるための補正係数を計算し，補正表１６に保持しておく。補正係数の求め方や補正式は，第１の実施例と同様である。

次に，測位計算する場合に，移動端末Ｐ１からは，中継局Ｒ２，Ｒ３，サブ局Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５に電波が届くため，組合せ決定部１７は，補正表１６で移動端末Ｐ１の列を作成して，電波が届く基地局の行の位置にフラグ（／）を設定する。この時，移動端末Ｐ１の列のフラグ（／）位置と「受信可(○)」の位置とがより多く一致している列を探す。ここでは，中継局Ｒ２の列が一致していることが分かる。そこで，移動端末Ｐ１の測位計算をする場合には，中継局Ｒ２の時計に合わせることが決定される。同様に，移動端末Ｐ２の測位計算では，移動端末Ｐ２の列のフラグ（／）は中継局Ｒ３の列の「受信可(○)」に含まれるため，中継局Ｒ３の時計に合わせることが決定される。

一方，図９（Ｂ）の補正表１６は，図３において各中継局Ｒから電波受信可能な基地局を示す。図９（Ｂ）では，移動端末Ｐ１の位置では，中継局Ｒ２，Ｒ３，サブ局Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６の行にフラグ（／）が設定されているが，これらと「受信可(○)」とが一致する列が補正表１６の中にない。そこで，より多く一致する列を探すと，中継局Ｒ３の列となる。ただし，サブ局Ｓ４の行には「受信可(○)」がないため，サブ局Ｓ４は，中継局Ｒ３の同期信号が届かないことが分かる。さらに，サブ局Ｓ４の行を見ると，中継局Ｒ１，Ｒ２の列に「受信可(○)」がある。そこで，中継局Ｒ１，Ｒ２の行を見ると，中継局Ｒ２の行は中継局Ｒ３の列に「受信可(○)」があるため，中継局Ｒ２は中継局Ｒ３に時計合わせできることが分かる。すなわち，サブ局Ｓ４は中継局Ｒ２に合わせ，さらに，中継局Ｒ３に合わせることが決定される。このようにして，組合せ決定部１７は，以上の組み合わせを決定する。この決定に従って，補正表１６から，補正係数を求め，端末受信時刻を補正して測位計算を行う。時刻補正方法や測位計算方法は，第１の実施例と同様である。

第２の実施例の別な処理例として，測位計算に用いるグループの基地局２の中で，ひとつの中継局Ｒからの電波が届かない基地局２は，測位計算に使用しないようにすることもできる。例えば，図９（Ｂ）において，サブ局Ｓ４は中継局Ｒ３からの電波が届かない。しかし，２次元において測位計算する場合には，最低３個の基地局２に電波が届けば測位計算を行うことができる。この移動端末Ｐ１では，５個の基地局２に電波が届く状況であって，測位計算上２個が冗長なため，サブ局Ｓ４は使用しないで測位計算するようにしてもよい。

さらに，別の処理例として，上記した処理例のようにサブ局Ｓ４を測位計算に全く使わないのではなく，測位計算において各基地局の重み付けを行い，サブ局Ｓ４への重みを減らして測位計算に使用することもできる。式(11)の最小二乗法で，ひとつの中継局Ｒから電波が届かない基地局２については，重みを他の基地局の１／ｗと設定し，式(11)を重み付きの最小二乗法の式(12)と変形してもよい。

以上,本発明をその実施の形態により説明したが,本発明はその主旨の範囲において種々の変形が可能であることは当然である。

また，本発明は，コンピュータにより読み取られ実行される処理プログラムとして実施するものとして説明したが，本発明を実現する処理プログラムは，コンピュータが読み取り可能な，可搬媒体メモリ，半導体メモリ，ハードディスクなどの適当な記録媒体に格納することができ，これらの記録媒体に記録して提供され，または，通信インタフェースを介して種々の通信網を利用した送受信により提供されるものである。

本発明の形態および実施例の特徴を列記すると以下のとおりである。

（付記１）
電波を送信する移動端末と，前記移動端末からの電波を受信する位置が既知である複数の基地局と，前記移動端末から前記各基地局へ電波が到達する時間差を利用して当該移動端末の位置を算出する測位サーバとを備える無線測位システムにおいて，
前記複数の基地局として，
各基地局各々の時計を合わせるために時計合わせ用の同期信号を送信する一つのメインの基地局と，
前記メインの基地局または他の基地局が発信した前記同期信号を受信し，かつ，前記他の基地局へ前記同期信号を送信する一または複数の中継用の基地局と，
前記メインの基地局または前記中継用の基地局が発信した前記同期信号を受信する基地局とを備え，
前記測位サーバは，前記同期信号をもとに前記各基地局の時計を前記メインの基地局の時計に合わせるための補正処理を行う補正手段と，
前記補正手段の処理結果を用いて，前記移動端末の位置を算出する測位手段とを備える
ことを特徴とする無線測位システム。

（付記２）
前記補正手段は，前記メインの基地局からの同期信号を受信できる基地局について，前記メインの基地局の時計をもとに時計合わせの補正処理を行い，前記メインの基地局からの同期信号を受信できない基地局について，前記中継用の基地局からの同期信号を受信して，前記メインの基地局をもとに補正処理が行われた前記中継用の基地局の時計をもとに時計合わせの補正処理を行う
ことを特徴とする前記付記１に記載の無線測位システム。

（付記３）
前記補正手段は，前記メインの基地局の同期信号を受信できない基地局について，当該基地局から前記メインの基地局までの間で中継する中継用の基地局の数が最小となる中継用の基地局を，前記補正処理に用いる中継用の基地局として選択する
ことを特徴とする前記付記２に記載の無線測位システム。

（付記４）
前記測位サーバは，前記移動端末が発信した電波を受信できる基地局を選択してグループを設定し，当該グループに含まれるメインの基地局または中継用の基地局のいずれか一つの基地局を前記補正処理に使用する基地局として選択する組合せ決定手段を備え，
前記補正手段は，前記各グループの基地局について，前記組合せ決定手段によって選択された基地局の時計をもとに時計合わせの補正処理を行う
ことを特徴とする前記付記１に記載の無線測位システム。

（付記５）
前記組合せ決定手段は，前記グループ内から中継用の基地局を選択する場合に，その中継用の基地局が発信した前記同期信号が受信できるグループ内の基地局の数が最大である中継用の基地局を選択する
ことを特徴とする前記付記４に記載の無線測位システム。

（付記６）
前記補正手段は，前記グループ内の前記選択された中継用の基地局が発信した前記同期信号を受信できない基地局について，前記選択された中継用の基地局の時計を用いて時計合わせの補正処理が行われた他の中継用の基地局の時計をもとに時計合わせの補正処理を行う
ことを特徴とする前記付記４に記載の無線測位システム。

（付記７）
前記測位手段は，前記グループの基地局をもとに前記移動端末の位置を算出する場合に，前記グループ内で前記選択された中継用の基地局が発信した前記同期信号を受信できない基地局を除いた残りの基地局をもとに当該移動端末の位置を算出する
ことを特徴とする前記付記４に記載の無線測位システム。

（付記８）
前記測位手段は，前記グループの基地局をもとに前記移動端末の位置を算出する場合に，前記移動端末の位置算出において，前記グループ内で前記選択された中継用の基地局が発信した前記同期信号を受信できない基地局に対する重み付けを他の基地局に対する重み付けより軽くした算出式により計算を行う
ことを特徴とする前記付記４に記載の無線測位システム。

（付記９）
前記補正手段は，前記基地局の時計合わせを行う場合に，前記メインの基地局または前記中継用の基地局が発信した同期信号を複数回受信し，前記同期信号の送信時刻および受信時刻，ならびに前記基地局間の伝播遅延時間をもとに，当該基地局の時計合わせのための補正処理を行う
ことを特徴とする前記付記１〜付記８のいずれか一項に記載の無線測位システム。

（付記１０）
前記補正手段は，前記メインの基地局または前記中継用の基地局から受信した複数の同期信号のうち，最新の所定の個数の同期信号を使用して，逐次的に補正処理を行う
ことを特徴とする前記付記９に記載の無線測位システム。

（付記１１）
前記補正手段は，前記補正処理において，一次式の補正式を用いて処理を行う
ことを特徴とする前記付記９に記載の無線測位システム。

（付記１２）
前記移動端末から送信する電波と同期信号は，インパルス電波である
ことを特徴とする前記付記１〜付記１１のいずれか一項に記載の無線測位システム。

本発明の原理を示す図である。複数の中継局がある場合の処理を説明するための図である。一つの中継局で時計合わせができない場合の処理を説明するための図である。第１実施例における無線測位システム構成例を示す図である。基地局のブロック構成例を示す図である。送信データのフォーマット例を示す図である。移動端末Ｐの装置構成例を示す図である。第２の実施例におけるシステム構成例を示す図である。補正表の例を示す図である。ＴＤＯＡの原理を示す図である。従来の時間同期の処理を説明するための図である。従来手法による課題を説明するための図である。

符号の説明

１測位サーバ
１１補正係数作成部
１２端末受信時刻補正部
１３測位計算部
１５補正表作成部
１６補正表
１７組合せ決定部
Ｍメイン局
Ｒ１，…，Ｒｎ中継局
Ｓ１，…，Ｓｎサブ局
Ｐ移動端末
２１，３１同期信号生成部
２２，３２，送信部
２３，３３，同期送信時刻保持部
２４，３４，４４受信部
３５，４５，同期受信時刻保持部
２６，３６，４６端末受信時刻保持部

Claims

電波を送信する移動端末と，前記移動端末からの電波を受信する位置が既知である複数の基地局と，前記移動端末から前記各基地局へ電波が到達する時間差を利用して当該移動端末の位置を算出する測位サーバとを備える無線測位システムにおいて，
前記複数の基地局として，
各基地局各々の時計を合わせるために時計合わせ用の同期信号を送信する一つのメインの基地局と，
前記メインの基地局または他の基地局が発信した前記同期信号を受信し，かつ，前記他の基地局へ前記同期信号を送信する一または複数の中継用の基地局と，
前記メインの基地局または前記中継用の基地局が発信した前記同期信号を受信する基地局とを備え，
前記測位サーバは，前記同期信号をもとに前記各基地局の時計を前記メインの基地局の時計に合わせるための補正処理を行う補正手段と，
前記補正手段の処理結果を用いて，前記移動端末の位置を算出する測位手段とを備える
ことを特徴とする無線測位システム。
前記補正手段は，前記メインの基地局からの同期信号を受信できる基地局について，前記メインの基地局の時計をもとに時計合わせの補正処理を行い，前記メインの基地局からの同期信号を受信できない基地局について，前記中継用の基地局からの同期信号を受信して，前記メインの基地局をもとに補正処理が行われた前記中継用の基地局の時計をもとに時計合わせの補正処理を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の無線測位システム。
前記補正手段は，前記メインの基地局の同期信号を受信できない基地局について，当該基地局から前記メインの基地局までの間で中継する中継用の基地局の数が最小となる中継用の基地局を，前記補正処理に用いる中継用の基地局として選択する
ことを特徴とする請求項２に記載の無線測位システム。
前記測位サーバは，前記移動端末が発信した電波を受信できる基地局を選択してグループを設定し，当該グループに含まれるメインの基地局または中継用の基地局のいずれか一つの基地局を前記補正処理に使用する基地局として選択する組合せ決定手段を備え，
前記補正手段は，前記各グループの基地局について，前記組合せ決定手段によって選択された基地局の時計をもとに時計合わせの補正処理を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の無線測位システム。
前記組合せ決定手段は，前記グループ内から中継用の基地局を選択する場合に，その中継用の基地局が発信した前記同期信号が受信できるグループ内の基地局の数が最大である中継用の基地局を選択する
ことを特徴とする請求項４に記載の無線測位システム。