JP5340509B1 - 位置標定方法、及び位置標定システム - Google Patents

Abstract

移動体３に設けた２つの発信源（移動端末３０）の夫々から位置標定信号を送信し、基地局２０に複数のアンテナ２５１を隣接して配置し、基地局２０がアンテナ２５１の夫々によって受信される位置標定信号８００の位相差Δθに基づき発信源が存在する方向を求め、求めた方向に基づき移動体３の位置を求める位置標定システム１において、基地局２０が、アンテナ２５１の基準面からの高さＨと２つの発信源の間の距離ｄを記憶し、発信源の夫々から送信されてくる位置標定信号８００に基づき、発信源の夫々の基準面における位置を求め、求めた位置から２つの発信源の間の基準面における距離ｄ’を求め、高さＨに比（ｄ／ｄ’）を乗算して移動体３の基準面からの高さｈを求める。

Description

この発明は、位置標定方法、及び位置標定システムに関し、とくに移動体の３次元の位置を標定する技術に関する。

特許文献１には、３次元の位置を高精度かつ短時間で測位すべく、第２の発受信手段から距離測定信号と方向測定信号とを発信し、距離測定信号の位相を測定して第１の発受信手段からの距離を算出し、方向測定信号の位相差を測定して第１の発受信手段が位置する方向を算出して自局の３次元の位置を測位することが記載されている。

特許文献２には、受信手段の３次元の位置を高精度で測位するシステムを安価に実現すべく、同期信号と距離測定信号を発信手段から放射し、受信手段において複数組の無線信号から位相および位相差を測定して方向を測定し、距離測定信号の位相および位相差から距離を測定して３次元の位置を測位することが記載されている。

非特許文献１には、基地局に設置した複数のアンテナから歩行者が携帯する携帯端末に無線信号を送信し、各アンテナから送信されてくる無線信号の位相差によって携帯端末とアンテナとの相対位置を求め、求めた相対位置（方向、距離）と基地局の絶対位置とから歩行者の現在位置を取得するようにした位置標定システムが開示されている。

特開２０１１−１２８１４４号公報 特開２００９−２８２００９号公報 武内 保憲，河野 公則，河野 実則、"2.4GHz帯を用いた場所検知システムの開発"、平成17年度 電気・情報関連学会中国支部第56回連合大会

非特許文献１に開示されている位置標定システムは、基地局からみた携帯端末の方向を標定して携帯端末の位置を特定するものであり２次元の位置標定に関するものである。このため、位置標定システムによって３次元の位置標定を行おうとすれば、例えば、特許文献１、２に開示されているように、方向測定信号に加えて距離測定信号を用い、距離測定信号について別途位相差や位相を測定しなければならず、その分、装置構成が複雑化し、煩雑な計算を行う必要もある。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、３次元の位置標定を簡素な構成で実現することが可能な、位置標定方法、及び位置標定システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一つは、移動体に設けた２つの無線信号の発信源から前記移動体の位置を標定するための無線信号である位置標定信号を送信し、基地局に複数のアンテナを隣接して配置し、前記基地局が、前記アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき前記発信源が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記移動体の位置を求める位置標定方法であって、前記基地局は、前記アンテナの基準面からの高さＨを記憶し、前記移動体に設けられている２つの前記発信源の間の距離ｄを記憶し、前記発信源の夫々から送信されてくる前記位置標定信号に基づき、前記発信源の夫々の前記基準面における位置を求め、求めた前記位置から２つの前記発信源の間の前記基準面における距離ｄ’を求め、前記移動体の基準面からの高さｈを次式
ｈ＝Ｈ−（ｄ/ｄ’）・Ｈ
に基づき求めることとする。

本発明によれば、特別な装置を設ける必要がなく、また煩雑な計算を行う必要もなく、従来の位置標定システムの測位原理に対して特別な変更を加えずに簡素な構成で移動体の３次元の位置標定を行うことができる。

本発明の他の一つは、上記位置標定方法であって、前記基地局は、前記移動体の真の座標位置（Ｘｘ，Ｙｙ）を以下の式に基づき求める
Ｘｘ＝Ｘ１＋（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ））
Ｙｙ＝Ｙ１＋（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ））
（但し、（ΔΦ（ｘ），ΔΦ（ｙ））は、前記位相差Δθから求まる、前記基地局からみた前記移動体の方向の座標軸（ｘ，ｙ）方向成分、（Ｘ１，Ｙ１）は、座標軸（ｘ、ｙ）の原点の位置）こととする。

本発明によれば、移動体の正確な高さｈを取得することができるので、容易かつ正確に移動体の正確な位置を取得することができる。

本発明の他の一つは、上記位置標定方法であって、前記移動体に２つの無線信号の発信源の組を複数設け、前記組の少なくともいずれかから前記位置標定信号を送信し、前記基地局が、少なくともいずれかの前記位置標定信号に基づき前記位置標定を行うこととする。

本発明によれば、複数の組の少なくともいずれかから位置標定信号を送信して位置標定を行うので、間接波の影響による標定精度の低下を抑えることができる。

本発明の他の一つは、上記位置標定方法であって、前記移動体に２つの無線信号の発信源の組を複数設け、前記組の少なくともいずれかから前記位置標定信号を送信し、前記基地局が、前記発信源の組の夫々に基づく前記位置標定の結果を統計的に処理することにより、前記移動体の位置標定を行うこととする。

本発明によれば、発信源の組の夫々に基づく前記位置標定の結果を統計的に処理するので、誤差等の影響を抑えて位置標定の精度を向上させることができる。

本発明の他の一つは、上記位置標定方法であって、複数の前記基地局を隣接して配置し、前記基地局を互いに通信可能に接続し、前記基地局の夫々が行った前記位置標定の結果を統計的に処理することにより、前記移動体の位置標定を行うこととする。

本発明によれば、基地局の夫々が行った位置標定の結果を統計的に処理するので、誤差等の影響を抑えて位置標定の精度を向上させることができる。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、３次元の位置標定の仕組みを簡素な構成で実現することができる。

第１実施形態の位置標定システム１の概略的な構成を示す図である。 サーバ装置１０のハードウエア構成である。 サーバ装置１０の機能を説明する図である。 移動端末３０のハードウエア構成である。 移動端末３０の主な機能を説明する図である。 基地局２０のハードウエア構成である。 基地局２０の主な機能を説明する図である。 位置標定信号８００のデータフォーマットの一例を示す図である。 基地局２０及び移動端末３０の位置関係を説明する図である。 アンテナ群２５を構成している各アンテナ２５１と移動端末３０の位置関係を説明する図である。 基地局２０と移動端末３０の位置関係を説明する図である。 ３次元の位置標定の原理を説明する図である。 高さＨ、高さｈ、距離ｄ、及び距離ｄ’の関係を説明する図である。 式８の関係が成立することを説明する図である。 位置標定処理Ｓ１５００を説明するフローチャートである。

図１に実施形態として説明する位置標定システム１の概略的な構成を示している。位置標定システム１は、例えば、移動体３（車両や歩行者等）の現在位置を監視するシステム、移動体３の安全確保に関するシステム、移動体３に対する道案内や目的地までの誘導を行うシステム、移動体３に対して現在地周辺の情報等を提供するシステム、地下街やビル街等における移動体３（人）の避難誘導システム、倉庫や工場等における移動体３（商品や搬送車両等）の流れを管理するシステム、工場等における移動体３（ロボット、搬送車両等）の誘導システムなどに適用される。

位置標定システム１は、データセンタなどに設けられるサーバ装置１０、位置標定システム１が適用される地域の各所に設けられる複数の基地局２０、及び移動体３に搭載もしくは携帯される２つの移動端末３０ａ，３０ｂなどを含んで構成されている。移動端末３０ａと移動端末３０ｂは、移動体３が通常の姿態である場合、いずれも地表面からの高さが同じ高さになるように設けられている。尚、以下の説明において、２つの移動端末３０ａ，３０ｂを区別する必要がない場合はこれらを移動端末３０と総称する。

基地局２０は、構造物２（屋内であれば建物の壁や柱等、屋外であれば電柱等）の所定の高さ位置に設けられる。基地局２０及び移動端末３０は、有線もしくは無線による通信ネットワーク５（専用線、公衆回線、インターネット等）を介してサーバ装置１０と通信可能に接続している。

図２にサーバ装置１０のハードウエア構成を示している。同図に示すように、サーバ装置１０は、ＣＰＵやＭＰＵなどを用いて構成される中央処理装置１１、半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）やハードディスク装置などで構成される記憶装置１２、キーボードやマウスなどの入力装置１３、液晶ディスプレイなどの表示装置１４、サーバ装置１０を通信ネットワーク５に接続するための通信インタフェース１５などを備える。各構成要素はバス１８を介して通信可能に接続されている。表示装置１４には、例えば、移動体３（移動端末３０）の現在位置や移動方向などを示す情報がリアルタイムに表示される。

図３にサーバ装置１０の機能を示している。同図に示すように、サーバ装置１０は、情報収集部１０１、情報提供部１０２、及び設定情報記憶部１０３を備える。これらの機能は、サーバ装置１０が備えるハードウエアにより、もしくは、サーバ装置１０の中央処理装置１１が記憶装置１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

情報収集部１０１は、基地局２０もしくは移動端末３０から、移動端末３０の現在位置等の情報を随時収集する。情報提供部１０２は、例えば、移動端末３０もしくは基地局２０に対し、道案内情報、目的地までの誘導情報、現在位置周辺の地理情報、移動体３の２次元又は３次元の現在位置や移動方向等の監視情報、移動体３の安全確保に関する情報などの各種の情報を随時提供する。設定情報記憶部１０３は、例えば、基地局２０の設置位置を示す情報（緯度、経度、設置高さ等）などを設定情報として記憶する。

図４に移動端末３０のハードウエア構成を示している。同図に示すように、移動端末３０は、ＣＰＵやＭＰＵなどを用いて構成される中央処理装置３１、半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）やハードディスク装置などで構成される記憶装置３２、後述する位置標定信号の送信や他の装置との間で無線通信を行う無線通信インタフェース３３、無線通信インタフェース３３によって行われる無線通信に用いられるアンテナ３４１、タッチパネルや操作ボタンなどの入力装置３５、及び液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置３６を備える。各構成要素はバス３８を介して通信可能に接続されている。

アンテナ３４１としては、例えば、指向性アンテナや円偏波指向性アンテナが用いられる。とくに移動端末３０を壁等の障害物が存在する屋内等で用いる場合には、アンテナ３４１として円偏波指向性アンテナが用いられる。円偏波の反射波（又は定在波）の偏波面は、壁等の障害物で反射した際に反転するが、円偏波指向性アンテナを用いることで反射波や定在波を効果的に減衰させることができる。

図５に移動端末３０の主な機能を示している。同図に示すように、移動端末３０は、位置標定信号送信部３０１、情報送受信部３０２、及び情報表示部３０３を備える。これらの機能は、移動端末３０が備えるハードウエアにより、もしくは、移動端末３０の中央処理装置３１が記憶装置３２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

上記機能のうち位置標定信号送信部３０１は、移動端末３０の現在位置の標定に用いられる無線信号（以下、位置標定信号と称する）を無線通信インタフェース３３により送信する。

情報送受信部３０２は、無線通信インタフェース３３による無線通信や通信ネットワーク５による有線通信によりサーバ装置１０もしくは基地局２０と通信し、移動体３に提示するための情報の受信（ダウンロード）や、サーバ装置１０もしくは基地局２０で用いられる各種情報の送信（アップロード）などを行う。情報表示部３０３は、移動体３などに提示する情報を表示装置３６に出力する。

図６に基地局２０のハードウエア構成を示している。同図に示すように、基地局２０は、ＣＰＵやＭＰＵなどを用いて構成される中央処理装置２１、半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、ＳＳＤ（Solid State Drive）等）やハードディスク装置などで構成される記憶装置２２、基地局２０を通信ネットワーク５に接続する通信インタフェース２３、無線通信を行う無線通信インタフェース２４、アンテナ群２５、及びアンテナ切替スイッチ２６などを備える。各構成要素は、バス２８を介して通信可能に接続されている。

中央処理装置２１は、記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、基地局２０が備える各種の機能を実現する。無線通信インタフェース２４は、移動端末３０から送信された位置標定信号を受信する。

アンテナ群２５は、少なくとも４つのアンテナ２５１（指向性アンテナ、円偏波指向性アンテナ等）を含む。アンテナ切替スイッチ２６は、アンテナ群２５を構成しているいずれかのアンテナ２５１を選択し、選択したアンテナ２５１を無線通信インタフェース２４に接続する。尚、基地局２０を壁等の障害物が存在する屋内等で用いる場合は、アンテナ群２５を構成するアンテナ２５１として円偏波指向性アンテナを用いることが好ましい。円偏波の反射波（又は定在波）の偏波面は壁等での反射時に反転するため、円偏波指向性アンテナを用いることにより反射波（又は定在波）を効果的に減衰させることができる。

図７に基地局２０の主な機能を示している。同図に示すように、基地局２０は、通信処理部２０１、位置標定信号受信部２０２、設定情報記憶部２０３、位置標定部２０４、及び位置標定信号判定部２０５を備える。尚、これらの機能は、基地局２０が備えるハードウエアによって、もしくは、基地局２０の中央処理装置２１が記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

通信処理部２０１は、無線通信インタフェース２４や通信インタフェース２３によって移動端末３０やサーバ装置１０との間でデータの送信又は受信を行う。

位置標定信号受信部２０２は、無線通信インタフェース２４及びアンテナ切替スイッチ２６を制御して移動端末３０から送信される位置標定信号を受信する。アンテナ切替スイッチ２６は、例えば、十分に短い周期で周期的（サイクリック）に切り替えられる。

設定情報記憶部２０３は、前述した設定情報（例えば、当該基地局２０の現在位置を示す情報（緯度、経度、後述するアンテナ２５１の高さＨ、移動体３に設けられる２つの移動端末３０の間の距離ｄ等））を記憶する。

位置標定部２０４は、位置標定信号受信部２０２が受信した位置標定信号に基づき移動端末３０の２次元の現在位置もしくは３次元の現在位置を標定する。位置標定部２０４によって行われる位置標定の仕組みについては後述する。尚、位置標定部２０４によって標定された移動端末３０の現在位置は、通信処理部２０１によってサーバ装置１０や移動端末３０に随時送信される。

位置標定信号判定部２０５は、移動端末３０から送信された位置標定信号が直接波であるか否かを判定する。

＜位置標定の仕組み＞
次に位置標定の仕組みについて説明する。移動端末３０の位置標定信号送信部３０１は、自身に備えられているアンテナ３４１から位置標定信号を送信する。一方、基地局２０の無線通信インタフェース２３は、アンテナ群２５を構成している複数のアンテナ２５１を周期的に切り換えながら、スペクトル拡散された無線信号からなる位置標定信号を受信する。

図８に移動端末３０から送信される位置標定信号のデータフォーマットの一例を示している。同図に示すように、位置標定信号８００には、制御信号８１１、測定信号８１２、及び端末情報８１３などの信号及び情報が含まれている。

このうち制御信号８１１には、変調波や各種の制御信号が含まれている。測定信号８１２には、数ｍ秒程度の無変調波（例えば、基地局２０に対する移動端末３０の存在する方向や基地局２０に対する移動端末３０までの相対距離の検出に用いる信号（例えば、２０４８チップの拡散符号））が含まれている。端末情報８１３には、移動端末３０を識別する情報(以下、移動端末ＩＤと称する。）が含まれている。

図９に本実施形態で説明する基地局２０と移動端末３０の位置関係を示している。動端末３０は地上高ｈ（ｍ）の位置に存在し、基地局２０（のアンテナ２５１）が地上高Ｈ（ｍ）の位置に設けられている。基地局２０の直下から移動端末３０までの直線距離（地表面（基準面）上の距離）はＬ（ｍ）である。

図１０に基地局２０のアンテナ群２５を構成している複数のアンテナ２５１と移動端末３０との関係を例示している。同図に示すように、アンテナ群２５は、位置標定信号８００の１波長（１２．５ｃｍ）以下の間隔をあけて平面的に略正方形状に等間隔で隣接配置された４つの円偏波指向性アンテナ（以下、アンテナ２５１ａ〜２５１ｄと称する。尚、特に個々を区別する必要がない場合はアンテナ２５１と総称する。）を含んで構成されている。各アンテナ２５１ａ〜２５１ｄは、例えば、いずれも指向方向を斜め下方向に向けて設置されている。

同図において、アンテナ群２５の高さ位置における水平方向とアンテナ群２５に対する移動端末３０の方向とのなす角をαとし、移動端末３０からアンテナ群２５から放射されるビームの中心線に下ろした垂線の長さをＤ（ｍ）とすれば、例えば、例えば、２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合、
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)
＝ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ）） ・・・式１
の関係となる。尚、ΔＬ（ｃｍ）は、アンテナ群２５を構成しているアンテナ２５１のうち、特定の２つのアンテナ２５１と移動端末３０との間の伝搬路長の差（以下、経路差とも称する。）である。

ここでアンテナ群２５を構成している特定の２つのアンテナ２５１で受信される位置標定信号８００の位相差をΔθとすると、
ΔＬ（ｃｍ）＝Δθ／（２π／λ（ｃｍ）） ・・・式２
の関係がある。また位置標定信号８００として、例えば、２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合はλ≒１２（ｃｍ）であるので、
α＝ａｒｃＳｉｎ（Δθ／π） ・・・式３
の関係がある。また測定可能範囲（−π／２＜Δθ＜π／２）内では、α＝Δθ（ラジアン）となるので、上式から基地局２０が存在する方向を特定することができる。

図１１に本実施形態で説明する基地局２０と移動端末３０の位置関係を示している。同図に示すように、基地局２０のアンテナ群２５の地上高をＨ（ｍ）、基地局２０の直下の地表面の位置を原点として直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を設定した場合における、基地局２０から移動端末３０の方向とＸ軸とがなす角をΔΦ（ｘ）、基地局２０から移動端末３０の方向とＹ軸とがなす角をΔΦ（ｙ）とすれば、原点に対する移動端末３０の位置は次式から求めることができる。
ｄ’（ｘ）＝Ｈ×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ）） ・・・式４
ｄ’（ｙ）＝Ｈ×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ）） ・・・式５
そして原点の位置を（Ｘ１，Ｙ１）とすれば、移動端末３０の現在位置（Ｘｘ’，Ｙｙ’）は次式から求めることができる。
Ｘｘ’＝Ｘ１＋ｄ’（ｘ） ・・・式６
Ｙｙ’＝Ｙ１＋ｄ’（ｙ） ・・・式７

以上に説明した位置標定の基本的な原理については、例えば、特開２００４−１８４０７８号公報、特開２００５−３５１８７７号公報、特開２００５−３５１８７８号公報、及び特開２００６−２３２６１号公報等に詳述されている。

＝３次元の位置標定＝
本実施形態の位置標定システム１は、以上に説明した仕組みにより移動端末３０の２次元の位置標定を行うことができる。そして本実施形態の位置標定システム１は、さらに以下に説明する方法により移動端末３０の３次元の位置標定を行うことができる。

図１２は位置標定システム１により３次元の位置標定の原理を説明する図である。同図に示すように、基地局２０の地表面（基準面）からの高さはＨであり、移動端末３０の地表面からの高さはｈである。移動体３に設けられている移動端末３０ａ（発信源）と移動端末３０ｂ（発信源）との間の距離はｄ（既知の値とする。）である。

前述した２次元の位置標定の仕組みによれば、移動端末３０の２次元の座標位置を取得することができるが、前述した２次元の位置標定の仕組みでは、位置標定に際して基地局２０の地表面からの高さＨのみを用いているため、移動端末３０ａについて標定される座標位置（Ｘｘ（ａ）’、Ｙｙ（ａ）’）及び移動端末３０ｂについて標定される座標位置（Ｘｘ（ｂ）’、Ｙｙ（ｂ）’）は、あくまで基地局２０を光源として移動端末３０を地表面に投影した場合における地表面上の座標位置である。

一方、移動端末３０（移動体３）の地表面（基準面）からの実際の高さｈを考慮すれば、移動端末３０ａの真の２次元の座標位置（Ｘｘ（ａ）、Ｙｙ（ａ））及び移動端末３０ｂの真の２次元の座標位置（Ｘｘ（ｂ）、Ｙｙ（ｂ））は、いずれも地表面と平行かつ地表面からの高さがｈの平面上に存在する。

ここで図１３に示すように、基地局２０のアンテナ２５１の座標位置、座標位置（Ｘｘ（ａ）、Ｙｙ（ａ））、及び座標位置（Ｘｘ（ｂ）、Ｙｙ（ｂ））の３点を頂点とする三角形Ｓと、基地局２０のアンテナ２５１の座標位置、座標位置（Ｘｘ（ａ）’、Ｙｙ（ａ）’）、及び座標位置（Ｘｘ（ｂ）’、Ｙｙ（ｂ）’）の３点を頂点とする三角形Ｓ’とは相似形である。

また後述の証明から明らかなように、座標位置（Ｘｘ（ａ）、Ｙｙ（ａ））と座標位置（Ｘｘ（ｂ）、Ｙｙ（ｂ））とを結ぶ線分の長さｄ（既知）と、座標位置（Ｘｘ（ａ）’、Ｙｙ（ａ）’）と座標位置（Ｘｘ（ｂ）’、Ｙｙ（ｂ）’）とを結ぶ線分の長さｄ’（位置標定システムにより標定可能）の比と、Ｈ−ｈとＨ（未知）の比は等しく、次式の関係がある。
ｄ：ｄ’＝Ｈ−ｈ：Ｈ ・・・式８

ここで上式を変形すれば、
ｈ＝Ｈ−（ｄ/ｄ’）・Ｈ ・・・式９
となり、上式から、高さＨ（既知）、距離ｄ（既知）、及び距離ｄ’（位置標定結果から取得）の値に基づき移動体３の地表面からの高さｈを求めることができることがわかる。またこのようにして移動体３の真の高さｈが求められることで、移動体３の真の２次元の座標位置（Ｘｘ、Ｙｙ）を以下の式から求めることができる。
ｄ（ｘ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ）） ・・・式１０
ｄ（ｙ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ）） ・・・式１１
Ｘｘ＝Ｘ１＋ｄ（ｘ） ・・・式１２
Ｙｙ＝Ｙ１＋ｄ（ｙ） ・・・式１３

尚、移動端末３０ａと移動端末３０ｂとの間の距離距離ｄが十分に小さければ、座標位置（Ｘｘ、Ｙｙ）≒座標位置（Ｘｘ（ａ）、Ｙｙ（ａ））、座標位置（Ｘｘ、Ｙｙ）≒（Ｘｘ（ｂ）、Ｙｙ（ｂ））である。

図１４は、三角形Ｓと三角形Ｓ’が相似形である場合に式８の関係があることを説明する図である。ここで同図に示す直角三角形は、基地局２０からｄ’に垂線（長さｌ）を引くことにより得られる２つの直角三角形（図１３を参照）のうちの一つであり、同図によれば、
ｎ１＝ｍ１・ｓｉｎθ ・・・式１４
ｎ２＝ｍ２・ｓｉｎθ ・・・式１５
の関係があることがわかる。ここで１４及び式１５からｓｉｎθを消去すれば、次式の関係が得られ、前述した式８の関係が成立することがわかる。
ｍ２／ｍ１＝ｎ２／ｎ１ ・・・式１６

尚、基地局２０の座標位置、基地局２０のアンテナ２５１から地表面に下ろした垂線と地表面との交点の座標位置、並びに座標位置（Ｘｘ（ａ）’、Ｙｙ（ａ）’）の３点を通る直角三角形（例えば、図１３に示す直角三角形Ｍ’）と、基地局２０の座標位置、基地局２０のアンテナ２５１から地表面に下ろした垂線と地表面との交点の座標位置、並びに座標位置（Ｘｘ（ａ）、Ｙｙ（ａ））の３点を通る直角三角形（例えば、図１３に示す直角三角形Ｍ）とに基づいても、上記と同様の結論を得ることができる。

尚、位置検知結果に間接波（マルチパスや反射波等）の影響が含まれていると測定誤差が大きくなるが、位置標定システム１を屋外で用いる限り間接波の影響は小さく、屋外であれば以上に説明した方法によって十分に実用的な精度で移動体３の３次元の位置標定を行うことができる。

一方、屋内で位置標定システム１を使用する場合は通常は測定結果が間接波に大きく影響されるが、屋内であっても公知の手法（例えば、「ＵＷＢ−ＩＲ無線方式による屋内位置検知」，電子情報通信学会誌 Ｖｏｌ．９２，Ｎｏ．４，２００９、電界強度比較方式）等を適用して間接波の影響を抑えるようにすれば前述した方法によって十分に実用的な精度で移動体３の３次元の位置標定を行うことができる。

＜位置標定処理＞
以上に説明した原理に基づく位置標定の処理例を示す。図１５は移動体３の位置を標定する際に基地局２０が行う処理（以下、位置標定処理Ｓ１５００と称する。）を説明するフローチャートである。尚、位置標定処理Ｓ１５００が行われる前提として、基地局２０は、自身の地表面からの高さＨと、移動体３に設けられている移動端末３０ａと移動端末３０ｂとの間の距離ｄを記憶しているものとする。

同図に示すように、まず基地局２０は、移動端末３０ａから送られてくる位置標定信号８００に基づき移動端末３０ａの地表面上の位置（Ｘｘ（ａ）’、Ｙｙ（ａ）’）を標定する（Ｓ１５１１）。

次いで基地局２０は、移動端末３０ａから送られてくる位置標定信号８００に基づき移動端末３０ｂの地表面上の位置（Ｘｘ（ｂ）’、Ｙｙ（ｂ）’）を標定する（Ｓ１５１２）。

次に基地局２０は、Ｓ１５１１及びＳ１５１２にて標定した夫々の地表面上の位置（Ｘｘ（ａ）’、Ｙｙ（ａ）’）と（Ｘｘ（ｂ）’、Ｙｙ（ｂ）’）とから、これらの間の地表面上の距離ｄ’を求める（Ｓ１５１３）。

次いで基地局２０は比（ｄ／ｄ’）を求め（Ｓ１５１４）、求めた比（ｄ／ｄ’）と前述した式９とに基づき、移動体３の真の高さｈ（＝Ｈ−（ｄ／ｄ’）・Ｈ）を求める（Ｓ１５１５）。

次に基地局２０は、求めた真の高さｈと前述した式１０乃至式１３とに基づき、移動体３の真の位置を求める（Ｓ１５１６）。

以上に説明したように、本実施形態の位置標定システム１によれば、基地局２０の地表面からの高さＨ及び移動体３に設けられる２つの移動端末３０の間の距離ｄを既知の値として記憶しておき、２次元の位置標定システム１によって２つの移動端末３０の夫々の位置標定を行って距離ｄ’を求めることで、従来の２次元の位置標定システム１の測位原理に特別な変更を加えることなく、移動端末３０（移動体３）の高さｈを容易かつ正確に求めることができる。また求めた高さｈと式１０乃至式１３とに基づき、移動体３の真の位置を求めることができる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、以上の説明では、移動体３に２つの移動端末３０ａ，３０ｂを設け、移動端末３０ａ,３０ｂの夫々の位置を標定して夫々の間の距離ｄ’を求めているが、移動体３に同じ移動端末３０（ハードウエア）に接続された２つのアンテナ３４１を距離ｄだけ離間させて設け、移動体３の移動速度に対して十分に短い時間間隔で各アンテナ３４１の位置を標定して距離ｄ’を求めるようにしてもよい。そのようにすれば、移動体３に搭載する移動端末３の数を減らすことができ、装置構成をさらに簡素化することができる。

また以上の実施形態では、移動端末３０のアンテナ３４１から位置標定信号８００を送信し、基地局２０のアンテナ群２５でこれを受信して基地局２０が移動端末３０の位置標定を行うようにしているが、位置標定信号８００を基地局２０から送信し、移動端末３０が自身の位置標定を行うようにしてもよい。またこの場合、移動端末３０にて標定した結果を通信ネットワーク５や無線通信を介してサーバ装置１０や基地局２０に送信するようにしてもよい。

移動端末３０は、例えば、アクティブ型もしくはパッシブ型のＲＦＩＤタグとして機能するものであってもよい。この場合、位置標定信号８００を、電磁誘導によってＲＦＩＤタグが備えるアンテナコイルから自発的にもしくは受動的に、基地局２０に送信もしくは基地局２０から受信するようにしてもよい。

一つの移動体３に前述した移動端末３０ａと移動端末３０ｂの組を複数設け、それらの組の少なくともいずれかを用いて位置標定を行うようにしてもよい。そのようにすれば間接波が存在する環境下でも、間接波の影響による標定精度の低下を抑えることができる。

一つの移動体３に前述した移動端末３０ａと移動端末３０ｂの組を複数設け、組ごとに個別に行った位置標定の結果を統計的に処理（例えば平均値を算出）することにより、移動体３の位置標定を行うようにしてもよい。そのようにすることで、誤差等の影響を抑えて位置標定の精度を向上させることができる。

複数の基地局２０を隣接して配置し、各基地局２０を互いに通信可能に接続し、基地局２０ごとに個別に行った位置標定の結果を統計的に処理（例えば平均値を算出）することにより、移動体３の位置標定を行うようにしてもよい。そのようにすることで、誤差等の影響を抑えて位置標定の精度を向上させることができる。

１ 位置標定システム
３ 移動体
５ 通信ネットワーク
１０ サーバ装置
２０ 基地局
２０２ 位置標定信号受信部
２０４ 位置標定部
２０５ 位置標定信号判定部
２５１ アンテナ
３０ａ 移動端末
３０ｂ 移動端末
３０１ 位置標定信号送信部
８００ 位置標定信号
３４１ アンテナ
Ｓ１５００ 位置標定処理

Claims (10)

1. 移動体に設けた２つの無線信号の発信源から前記移動体の位置を標定するための無線信号である位置標定信号を送信し、
   基地局に複数のアンテナを隣接して配置し、
   前記基地局が、前記アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき前記発信源が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記移動体の位置を求める位置標定方法であって、
   前記基地局は、
   前記アンテナの基準面からの高さＨを記憶し、
   前記移動体に設けられている２つの前記発信源の間の距離ｄを記憶し、
   前記発信源の夫々から送信されてくる前記位置標定信号に基づき、前記発信源の夫々の前記基準面における位置を求め、求めた前記位置から２つの前記発信源の間の前記基準面における距離ｄ’を求め、前記移動体の基準面からの高さｈを次式に基づき求める
   ｈ＝Ｈ−（ｄ/ｄ’）・Ｈ
   ことを特徴とする位置標定方法。
2. 請求項１に記載の位置標定方法であって、
   前記基地局は、前記移動体の真の座標位置（Ｘｘ，Ｙｙ）を以下の式に基づき求める
   Ｘｘ＝Ｘ１＋（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ））
   Ｙｙ＝Ｙ１＋（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ））
   （但し、（ΔΦ（ｘ），ΔΦ（ｙ））は、前記位相差Δθから求まる、前記基地局からみた前記移動体の方向の座標軸（ｘ，ｙ）方向成分、（Ｘ１，Ｙ１）は、座標軸（ｘ、ｙ）の原点の位置）
   ことを特徴とする位置標定方法。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載の位置標定方法であって、
   前記移動体に２つの無線信号の発信源の組を複数設け、
   前記組の少なくともいずれかから前記位置標定信号を送信し、
   前記基地局が、少なくともいずれかの前記位置標定信号に基づき前記位置標定を行う
   ことを特徴とする位置標定方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置標定方法であって、
   前記移動体に２つの無線信号の発信源の組を複数設け、
   前記組の２つ以上から前記位置標定信号を送信し、
   前記基地局が、前記発信源の組の夫々に基づく前記位置標定の結果を統計的に処理することにより、前記移動体の位置標定を行う
   ことを特徴とする位置標定方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の位置標定方法であって、
   複数の前記基地局を隣接して配置し、
   前記基地局を互いに通信可能に接続し、
   前記基地局の夫々が行った前記位置標定の結果を統計的に処理することにより、前記移動体の位置標定を行う
   ことを特徴とする位置標定方法。
6. 移動体と基地局とを含み、
   前記移動体は２つの無線信号の発信源を有し、
   前記移動体は、前記移動体の位置を標定するための無線信号である位置標定信号を送信し、
   前記基地局は、
   隣接して配置された複数のアンテナを有し、
   前記アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき前記発信源が存在する方向を求め、求めた前記方向に基づき前記移動体の位置を求める位置標定システムであって、
   前記アンテナの基準面からの高さＨを記憶し、
   前記移動体に設けられている２つの前記発信源の間の距離ｄを記憶し、
   前記発信源の夫々から送信されてくる前記位置標定信号に基づき、前記発信源の夫々の前記基準面における位置を求め、求めた前記位置から２つの前記発信源の間の前記基準面における距離ｄ’を求め、前記移動体の基準面からの高さｈを次式に基づき求める
   ｈ＝Ｈ−（ｄ/ｄ’）・Ｈ
   ことを特徴とする位置標定システム。
7. 請求項６に記載の位置標定システムであって、
   前記基地局は、前記移動体の真の座標位置（Ｘｘ，Ｙｙ）を以下の式に基づき求める
   Ｘｘ＝Ｘ１＋（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ））
   Ｙｙ＝Ｙ１＋（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ））
   （但し、（ΔΦ（ｘ），ΔΦ（ｙ））は、前記位相差Δθから求まる、前記基地局からみた前記移動体の方向の座標軸（ｘ，ｙ）方向成分、（Ｘ１，Ｙ１）は、座標軸（ｘ、ｙ）の原点の位置）
   ことを特徴とする位置標定システム。
8. 請求項６又は７のいずれかに記載の位置標定システムであって、
   前記移動体に２つの無線信号の発信源の組が複数設けられ、
   前記組の少なくともいずれかが前記位置標定信号を送信し、
   前記基地局が、少なくともいずれかの前記位置標定信号に基づき前記位置標定を行う
   ことを特徴とする位置標定システム。
9. 請求項６〜８のいずれか一項に記載の位置標定システムであって、
   前記移動体に２つの無線信号の発信源の組が複数設けられ、
   前記組の少なくともいずれかが前記位置標定信号を送信し、
   前記基地局が、前記発信源の組の夫々に基づく前記位置標定の結果を統計的に処理することにより、前記移動体の位置標定を行う
   ことを特徴とする位置標定システム。
10. 請求項６〜９のいずれか一項に記載の位置標定システムであって、
    複数の前記基地局が隣接して配置され、
    前記基地局は互いに通信可能に接続され、
    前記基地局の夫々が行った前記位置標定の結果を統計的に処理することにより、前記移動体の位置標定を行う
    ことを特徴とする位置標定システム。

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