JP5208408B2 - 相対位置推定システム - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1に係る相対位置推定システムの構成を示すブロック図である。図1に示す実施の形態1に係る相対位置推定システムは、構造物以外の互いに異なった既知の位置qn(三次元ベクトル、1≦n≦N、N≧4、n、Nは整数)に設けられ互いに異なった周波数の電波を放射するN個の基準局11〜1Nと、構造物の互いに異なった位置に設置されたM個の受信アンテナ21〜2Mと、M個の受信アンテナのうち1つを基準となるレファレンスアンテナとし、時刻tk(1≦k≦K、K≧4、Kは整数)における前記レファレンスアンテナの位置pr(tk)(三次元ベクトル)を測位するレファレンスアンテナ測位部9と、それぞれ受信アンテナ毎に設けられて、それぞれの受信アンテナで受信した信号の周波数を後述のA/D変換器51〜5Mのサンプリング周波数に対応した周波数帯に変換するダウンコンバータ31〜3Mと、受信アンテナ21〜2Mで受信した信号を、後述のA/D変換器51〜5Mのサンプリング周波数に対応した周波数帯に変換する周波数を有するローカル信号を発信するローカル信号発信器4と、それぞれの受信アンテナで受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器51〜5Mとを備えている。
rn、m(tk)=an、m(tk)exp[jφ’n、m(tk)] (4)
+2π/λn(||pr(tk)−qn||) (5)
φ’n、m(tk)=2π(fc+fn)tk−2π・W’n、m(tk)
+2π/λn(||pr(tk)+dm(tk)−qn||) (6)
+2π/λn(||pr(tk)−qn||)<2π (7)
0≦2π(fc+fn)tk−2π・W’n、m(tk)
+2π/λn(||pr(tk)+dm(tk)−qn||)<2π(8)
なお、式(5)、(6)を式(12)に代入すれば、位相値の差Δφn(t1)は、次式のように表現できる。
Δφn(t1)=2π/λn(||pr(t1)+dm(t1)−qn||)
−2π/λn(||pr(t1)−qn||)−2π・ΔWn(t1)
(13)
ここで、ΔWn(t1)は、次式に示す初期整数値バイアスの差とする。
ΔWn(t1)=W’n、m(t1)−W’n、1(t1) (14)
なお、カウント値の差Vn、1(tk)と初期整数値バイアスW’n、1(t1)、整数値バイアスW’n、1(tk)の間には式(16)の関係があるので、補正した位相値φn、1(tk)は、式(17)のように表現できる。
W’n,1(t1)+Vn,1(tk)=W’n,1(tk) (16)
φn、1(tk)=2π(fc+fn)tk−2π・W’n、1(t1)
+2π/λn(||pr(tk)−qn||) (17)
なお、カウント値の差Vn、m(tk)と初期整数値バイアスW’n、m(t1)、整数値バイアスW’n、m(tk)の間には式(19)の関係があるので、補正した位相値φn、m(tk)は、式(20)のように表現できる。
W’n,m(t1)+Vn,m(tk)=W’n,m(tk) (19)
φn、m(tk)=2π(fc+fn)tk−2π・W’n、m(t1)
+2π/λn(||pr(tk)+dm(tk)−qn||)(20)
なお、式(17)、(20)を式(21)に代入すれば、Δφn(tk)は式(22)のように表現できる。
Δφn(tk)=2π/λn(||pr(tk)+dm(tk)−qn||)
−2π/λn(||pr(tk)−qn||)−2π・ΔWn(t1) (22)
上述した実施の形態1では、基準局の位置を固定している。しかしながら、基準局の位置が移動しても、その位置が既知であれば、式(23)及び式(24)〜(39)の方程式における未知数は増加しない。そこで、基準局が基準局移動手段と基準局測位手段を有し、観測時刻tkにおける基準局の位置qw(tk)を観測し、その結果を位置算出部8に伝達すれば、未知数は増加しないため、式(40)と同様の条件で未知数を決定することができる。
上述した実施の形態1では、位置算出部8において計算する際の方程式が、未知数の二乗や平方根を含むため演算量が多くなる。そこで、位置算出部8の代わりに、基準局と受信アンテナの間隔が十分離れているとして、近似により相対位置ベクトルを求める近時位置算出部81を備えるものであっても良い。
Claims (3)
- 構造物以外の互いに異なった既知の位置に設けられ互いに異なった周波数の電波を放射するN(N≧4、Nは整数)個の基準局と、
構造物の互いに異なった位置に設置されたM個の受信アンテナと、
M個の受信アンテナのうち1つを基準となるレファレンスアンテナとし、時刻tk(1≦k≦K、K≧4、Kは整数)における前記レファレンスアンテナの位置を測位するレファレンスアンテナ測位部と、
所定周波数のローカル信号を発信するローカル信号発信器と、
受信アンテナ毎に設けられて、それぞれの受信アンテナで受信した信号を前記ローカル信号発振器からのローカル信号と乗じてA/D変換のためのサンプリング周波数に対応した周波数帯に変換するダウンコンバータと、
前記ダウンコンバータを介したそれぞれの受信信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器でデジタル化された信号にFFT変換処理を施し、各基準局からの受信信号を基準局毎に弁別してその位相を計算するFFT変換器と、
前記FFT変換器から出力された基準局毎の前記位相を追尾し、当該位相を積算すると共に、レファレンスアンテナで受信した時刻t k における基準局毎の前記位相と、レファレンスアンテナ以外の受信アンテナで受信した時刻tkにおける基準局毎の前記位相との間の位相差を基準局毎に計算する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段から出力された時刻t k における基準局毎の前記位相差とレファレンスアンテナの位置及び基準局の位置に基づいてレファレンスアンテナと受信アンテナm(2≦m≦M)の相対ベクトルと整数値バイアスの差の初期値を算出する位置算出部と
を備えた相対位置推定システム。 - 請求項1に記載の相対位置推定システムにおいて、
前記基準局は、基準局移動手段と基準局測位手段を有し、移動する基準局の各観測時刻における位置を測位した結果を前記位置算出部に伝達し、
前記位置算出部は、時刻t k における基準局毎の前記位相差とレファレンスアンテナの位置及び基準局の位置に基づいてレファレンスアンテナと受信アンテナmの相対ベクトルと整数値バイアスの差の初期値を算出する
ことを特徴とする相対位置推定システム。 - 構造物以外の互いに異なった既知の位置に設けられ互いに異なった周波数の電波を放射するN(N≧4、Nは整数)個の基準局と、
構造物の互いに異なった位置に設置されたM個の受信アンテナと、
M個の受信アンテナのうち1つを基準となるレファレンスアンテナとし、時刻t k (1≦k≦K、K≧4、Kは整数)における前記レファレンスアンテナの位置を測位するレファレンスアンテナ測位部と、
所定周波数のローカル信号を発信するローカル信号発信器と、
受信アンテナ毎に設けられて、それぞれの受信アンテナで受信した信号を前記ローカル信号発振器からのローカル信号と乗じてA/D変換のためのサンプリング周波数に対応した周波数帯に変換するダウンコンバータと、
前記ダウンコンバータを介したそれぞれの受信信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器でデジタル化された信号にFFT変換処理を施し、各基準局からの受信信号を基準局毎に弁別してその位相を計算するFFT変換器と、
前記FFT変換器から出力された基準局毎の前記位相を追尾し、当該位相を積算すると共に、レファレンスアンテナで受信した時刻t k における基準局毎の前記位相と、レファレンスアンテナ以外の受信アンテナで受信した時刻t k における基準局毎の前記位相との間の位相差を基準局毎に計算する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段から出力された時刻t k における基準局毎の前記位相差とレファレンスアンテナの位置及び基準局の位置に基づいて、レファレンスアンテナと受信アンテナm(2≦m≦M)の相対ベクトルを基準局方向へ射影した長さが電波伝搬距離差に等しいとみなすことで、レファレンスアンテナと受信アンテナmの相対ベクトルと整数値バイアスの差の初期値を推定する近似位置算出部と
を備えたことを特徴とする相対位置推定システム。
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Family Applications (1)
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