JP7391138B1 - 位置推定通信装置、位置推定通信システム及び位置推定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
電波を送受信する複数のアンテナ素子が正多角形の各頂点位置となるように配置され、隣接する2つの前記アンテナ素子の距離が前記電波の波長の1/2以下となるようにアレイ状に配置されるアンテナ部と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに対応して一つずつ設けられ、前記複数のアンテナ素子を用いて外部の無線通信機との間で前記電波による双方向通信を行い、前記複数のアンテナ素子による受信電波の位相情報及び前記複数のアンテナ素子と前記無線通信機との間の送受信時の時刻情報を出力する複数の無線回路、前記複数の無線回路の動作を同期化する同期信号を出力する同期回路、を有し、前記複数のアンテナ素子における前記受信電波の位相情報及び前記送受信時の時刻情報を出力する無線通信処理部と、
前記受信電波の位相情報を用いて、隣接する2つの前記アンテナ素子によって構成される1次元アレイアンテナのアンテナ軸に対する電波の到来角度を算出し、前記送受信時の時刻情報を用いて前記アンテナ素子と前記無線通信機との間の距離を算出し、前記電波の到来角度及び前記距離に基づいて、前記無線通信機の3次元位置を推定する位置推定部と、を備え、
前記位置推定部は、
前記受信電波の位相情報を用いて隣接するアンテナ素子間の受信電波の位相差を計測する位相差計測部と、
前記受信電波の位相差を用いて、隣接する2つの前記アンテナ素子によって構成される1次元アレイアンテナのアンテナ軸に対する前記電波の到来角度を計算する到来角度計算部と、
前記無線通信処理部が出力する前記送受信時の時刻情報に基づき、前記複数のアンテナ素子と前記無線通信機との間の前記電波の伝搬時間を計測する伝搬時間計測部と、
前記電波の伝搬時間に基づき、前記アンテナ素子と前記無線通信機との間の前記距離を計算する距離計算部と、
複数の前記1次元アレイアンテナのそれぞれのアンテナ軸の座標系に対する角度、及び前記1次元アレイアンテナごとの前記電波の到来角度及び前記距離に基づき、アンテナ軸上の一点を円錐頂点とし、前記電波の到来角度を頂角の1/2、前記アンテナ軸を回転軸とする円錐体の母線長が前記距離となる円錐体の円錐底面における円上のいずれかを前記無線通信機が存在する推定領域として前記1次元アレイアンテナごとに前記推定領域を算出し、複数の前記推定領域からの距離誤差が最小となるような3次元の空間座標位置を計算することにより、前記無線通信機の3次元位置を推定する3次元位置推定部と、を備える。
位置推定通信装置と無線通信機との間で電波を用いて双方向通信することにより、前記位置推定通信装置に対する前記無線通信機の位置を推定する位置推定通信システムであって、
前記位置推定通信装置は、上述の位置推定通信装置であり、
前記無線通信機は、
前記位置推定通信装置と前記電波による双方向通信を行う端末アンテナ部と、
前記端末アンテナ部によって送受信する前記電波の処理を行う端末無線通信処理部と、を備える。
位置推定通信装置と無線通信機との間で電波による双方向通信を行うことにより、前記位置推定通信装置に対する前記無線通信機の位置を推定する位置推定方法であって、
電波を送受信する複数のアンテナ素子が正多角形の各頂点位置となるように配置され、隣接する2つの前記アンテナ素子の距離が前記電波の波長の1/2以下となるようにアレイ状に配置される前記位置推定通信装置の前記複数のアンテナ素子の中から1つのアンテナ素子を選択するステップと、
選択された前記アンテナ素子に対応する無線回路から前記無線通信機に対して前記電波による無線信号を出力するステップと、
前記無線通信機から返信された前記無線信号を前記複数のアンテナ素子の中の2つにより構成される1次元アレイアンテナによって受信するステップと、
前記無線回路が出力する送受信時の時刻情報を用いて前記電波の伝搬時間を計測するステップと、
前記電波の伝搬時間を用いて前記位置推定通信装置と前記無線通信機との間の距離を算出するステップと、
前記無線回路が出力する受信電波の位相情報に基づき1次元アレイアンテナにおける受信電波の位相差を計測するステップと、
前記受信電波の位相差に基づき前記電波の到来角度を計算するステップと、
複数の前記1次元アレイアンテナのそれぞれのアンテナ軸の座標系に対する角度、及び前記1次元アレイアンテナごとの前記電波の到来角度及び前記距離に基づき、アンテナ軸上の一点を円錐頂点とし、前記電波の到来角度を頂角の1/2、前記アンテナ軸を回転軸とする円錐体の母線長が前記距離となる円錐体の円錐底面における円上のいずれかを前記無線通信機が存在する推定領域として前記1次元アレイアンテナごとに前記推定領域を算出し、複数の前記推定領域からの距離誤差が最小となるような3次元の空間座標位置を計算することにより、前記無線通信機の3次元位置を推定するステップと、を備える。
図1は、実施の形態1に係る位置推定通信装置及び位置推定通信システムの構成の一例を示す図である。
位置推定通信システム100は、位置推定通信装置1及び無線通信機2を備える。位置推定通信装置1は、アンテナ部3と、無線通信処理部4と、位置推定部5と、で構成される。
以下、位置推定通信装置1の各構成について、説明する。
アンテナ部3は、図1に示すように、3つのアンテナ素子である第1アンテナ素子31、第2アンテナ素子32、及び第3アンテナ素子33を基板上にパターン実装することにより構成している。なお、図1に示されたアンテナ部3は、アンテナ部の最少構成としての一例である。
図2は、実施の形態1に係る位置推定通信装置1及び位置推定通信システム100において、アンテナ素子間の受信電波の位相差Δφによって電波の到来角度θを測定する方法を説明する模式図である。位置推定部5に含まれる到来角度計算部52による、アンテナ素子間の受信電波の位相差Δφによる電波の到来角度θの計測方式を、図2を用いて説明する。
3次元位置推定部55における位置推定方法を、図4ないし図7を使って説明する。図4は、実施の形態1に係る位置推定通信装置1及び位置推定通信システム100において、電波の到来角度θ及び距離Rを計測するためのアレイアンテナの基本構成を示す模式図である。アンテナ部3は、2つのアンテナ素子である第1アンテナ素子31及び第2アンテナ素子32を、電波の波長λの1/2以下の距離Dの間隔で基板上にパターン実装した1次元アレイアンテナの構成を有する。
実施の形態1に係る位置推定方法の処理フローの概要を、図8に示すフローチャートを用いて説明する。位置推定通信装置1が位置推定を開始すると、ステップS101において、無線通信処理部4が起動する。起動時に同期回路44が同期信号を出力し、3つのアンテナ素子である第1アンテナ素子31、第2アンテナ素子32、及び第3アンテナ素子33に一つずつ対応した3つの無線回路である第1無線回路41、第2無線回路42、及び第3無線回路43にそれぞれ同期信号を入力して同期動作が開始され、ステップS102の処理に進む。
以上が、実施の形態1に係る位置推定方法の処理フローの概要である。
実施の形態1に係る位置推定通信システムのスマートシステムとしての実施例を、従来の位置推定通信システムによる実施例と併せて図9に示す。図9(a)は、従来の位置推定通信システムを適用した実施例である。従来の位置推定通信システムでは、距離のみを使って、無線通信機2の位置推定を行う。代表的な方法として3辺測量方式あるいは多辺測量方式が使われている。
実施の形態1に係る位置推定通信システム100は、双方向通信することにより、位置推定通信装置1に対する無線通信機2の位置を推定するものであって、位置推定通信装置1は、電波を送受信するアンテナ部3と、アンテナ部3から電波として送受信する無線信号を処理する無線通信処理部4と、無線通信処理部4が出力する情報から位置推定通信装置1に対する無線通信機2の相対位置を推定する位置推定部5と、で構成される。アンテナ部3は、電波を送受信する複数のアンテナ素子を平面上に、隣接するアンテナ素子間の距離が電波の波長λの1/2以下になるように2次元アレイ状に配置した構成としている。
以上、実施の形態1に係る位置推定通信装置1及び位置推定通信システム100によれば、複数のアンテナ素子を用いて2次元アレイアンテナを構成し、2次元アレイアンテナを構成する2つのアンテナ素子によって形成される複数の1次元アレイアンテナによる複数のアンテナ軸に対し、受信電波の位相差Δφ及び伝搬時間TOFを計測し、位置推定対象となる無線通信機からの電波の到来角度θ及び無線通信機までの距離Rを算出し、電波の到来角度θ及び距離Rに基づき無線通信機に対する位置推定を行うので、小型化されたアレイアンテナの構成によって位置推定対象である無線通信機の3次元空間上の位置を容易に推定できるという効果を奏する。また、無線通信処理部を同期化する同期回路を用いて、全てのアンテナ素子に対する受信電波の位相情報φを同時に測定するため、全ての隣接するアンテナ素子からなるアンテナ軸に対する受信電波の位相差Δφを1回の測定によって処理できるので、測位のための処理時間を大幅に短縮できるという効果を奏する。
図11は、実施の形態2に係る位置推定通信装置1a及び位置推定通信システム100aの構成を示す図である。
位置推定通信システム100aは、位置推定通信装置1a及び無線通信機2を備える。位置推定通信装置1aは、アンテナ部3aと、無線通信処理部4aと、位置推定部5aと、で構成される。
実施の形態2に係る位置推定通信装置1aにおけるアンテナ部3aは、図11に示すように、2つのアンテナ素子である第1アンテナ素子31及び第2アンテナ素子32を基板上にパターン実装することにより構成される。なお、図11に示されたアンテナ部3aは、アンテナ部の最少構成としての一例である。
実施の形態2における位置推定部5aによる位置推定方法を、図4、図5及び図12を用いて説明する。実施の形態2におけるアンテナ部3aは、2つのアンテナ素子である第1アンテナ素子31及び第2アンテナ素子32が実装された1次元アレイアンテナ12Bが基本的な構成となる。したがって、実施の形態1において図4及び図5を用いて説明した動作原理によって、無線通信機2からの電波の到来角度θ、及び位置推定通信装置1aと無線通信機2との間の距離Rをそれぞれ計測することができる。したがって、図5に示すように、無線通信機2は、電波の到来角度θを頂角の1/2、距離Rを母線長とする円錐体の円錐底面Uにおける円周Cの領域に存在すると推定される。
実施の形態2に係る位置推定方法の処理フローの概要を、図13に示すフローチャートを用いて説明する。
以上が、実施の形態2に係る位置推定方法の処理フローの概要である。
実施の形態2に係る位置推定通信装置1a及び位置推定通信システム100aでは、アンテナ部3aは、2個以上のアンテナ素子を有し、全てのアンテナ素子を直線軸上に配置した1次元アレイアンテナ12Bで構成されることを特徴としている。実施の形態2では、最少構成の場合、アンテナ素子の個数は2となる。したがって、アンテナ部3a及び無線通信処理部4aのサイズの小型化が可能となる。
以上、実施の形態2に係る位置推定通信装置1a及び位置推定通信システム100aによれば、アンテナ部は、少なくとも2個のアンテナ素子を直線軸上に配置した1次元アレイアンテナで構成され、必要とするアンテナ素子の最小個数は2個で良いため、アンテナ部及び無線通信処理部を小型化することが可能となるので、位置推定通信装置及び位置推定通信システムのサイズを小型化することが可能となる効果を奏する。
以下、本願の諸態様を付記としてまとめて記載する。
電波を送受信する複数のアンテナ素子を、互いの距離が前記電波の波長の1/2以下となるようにアレイ状に配置されるアンテナ部と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに対応して一つずつ設けられ、前記複数のアンテナ素子を用いて外部の無線通信機との間で前記電波による双方向通信を行い、前記複数のアンテナ素子による受信電波の位相情報及び前記複数のアンテナ素子と前記無線通信機との間の送受信時の時刻情報を出力する複数の無線回路、前記複数の無線回路の動作を同期化する同期信号を出力する同期回路、を有し、前記複数のアンテナ素子における前記受信電波の位相情報及び前記送受信時の時刻情報を出力する無線通信処理部と、
前記受信電波の位相情報及び前記送受信時の時刻情報に基づき、前記無線通信機の位置を推定する位置推定部と、
を備える位置推定通信装置。
前記位置推定部は、前記受信電波の位相情報を用いて、隣接する2つの前記アンテナ素子によって構成される1次元アレイアンテナのアンテナ軸に対する電波の到来角度を算出し、前記送受信時の時刻情報を用いて前記アンテナ素子と前記無線通信機との間の距離を算出し、前記電波の到来角度及び前記距離に基づいて、前記無線通信機の3次元位置を推定することを特徴とする付記1に記載の位置推定通信装置。
前記アンテナ部は、3個の前記アンテナ素子を有し、3個の前記アンテナ素子は、正三角形の各頂点位置にそれぞれ配置され2次元アレイ状を呈することを特徴とする付記1または2に記載の位置推定通信装置。
前記アンテナ部は、n個の前記アンテナ素子を有し、n個の前記アンテナ素子は、n角形の各頂点位置にそれぞれ配置され2次元アレイ状を呈することを特徴とする付記1または2に記載の位置推定通信装置。
前記位置推定部は、
前記受信電波の位相情報を用いて隣接するアンテナ素子間の受信電波の位相差を計測する位相差計測部と、
前記受信電波の位相差を用いて、隣接する2つの前記アンテナ素子によって構成される1次元アレイアンテナのアンテナ軸に対する前記電波の到来角度を計算する到来角度計算部と、
前記無線通信処理部が出力する前記送受信時の時刻情報に基づき、前記複数のアンテナ素子と前記無線通信機との間の前記電波の伝搬時間を計測する伝搬時間計測部と、
前記電波の伝搬時間に基づき、前記アンテナ素子と前記無線通信機との間の前記距離を計算する距離計算部と、
複数の前記1次元アレイアンテナのそれぞれのアンテナ軸の座標系に対する角度、及び前記1次元アレイアンテナごとの前記電波の到来角度及び前記距離に基づき算出された前記無線通信機が存在する推定領域を用いて、3次元位置を前記無線通信機の位置として推定する3次元位置推定部と、
を備える付記2に記載の位置推定通信装置。
前記位置推定部は、
前記アンテナ部を回転させる回転機構部と、
前記アンテナ素子が受信する前記受信電波の位相情報に基づき、隣接するアンテナ素子間の受信電波の位相差を計測する位相差計測部と、
前記受信電波の位相差を用いて、前記1次元アレイアンテナのアンテナ軸に対する前記電波の到来角度を計算する到来角度計算部と、
前記無線通信処理部が出力する送受信時の時刻情報に基づき、前記無線通信機との間の前記電波の伝搬時間を計測する伝搬時間計測部と、
前記電波の伝搬時間を用いて前記無線通信機との間の距離を計算する距離計算部と、
前記受信電波の位相情報及び前記距離を取得した時点の前記回転機構部の制御による回転角度、前記1次元アレイアンテナにおける前記電波の到来角度、及び前記距離に基づき前記無線通信機が存在する推定領域を逐次計算し、前記アンテナ部の回転前後の現在時刻の推定領域及び過去時刻の推定領域に基づき算出された3次元位置を前記無線通信機の位置として推定する3次元位置推定部と、を備えることを特徴とする付記2に記載の位置推定通信装置。
前記アンテナ部は、2個以上のアンテナ素子を有し、全ての前記アンテナ素子を直線状に配置した1次元アレイアンテナとして構成されることを特徴とする付記6に記載の位置推定通信装置。
前記位置推定通信装置及び前記無線通信機の通信方式は、UWB通信方式であることを特徴とする付記1から7のいずれか1項に記載の位置推定通信装置。
位置推定通信装置と無線通信機との間で電波を用いて双方向通信することにより、前記位置推定通信装置に対する前記無線通信機の位置を推定する位置推定通信システムであって、
前記位置推定通信装置は、付記1から7のいずれか1項に記載の位置推定通信装置であり、
前記無線通信機は、
前記位置推定通信装置と前記電波による双方向通信を行う端末アンテナ部と、
前記端末アンテナ部によって送受信する前記電波の処理を行う端末無線通信処理部と、
を備える位置推定通信システム。
前記位置推定通信装置及び前記無線通信機の通信方式は、UWB通信方式であることを特徴とする付記9に記載の位置推定通信システム。
前記無線通信機は、携帯端末であることを特徴とする付記9または10に記載の位置推定通信システム。
位置推定通信装置と無線通信機との間で電波による双方向通信を行うことにより、前記位置推定通信装置に対する前記無線通信機の位置を推定する位置推定方法であって、
前記位置推定通信装置の複数のアンテナ素子の中から1つのアンテナ素子を選択するステップと、
選択された前記アンテナ素子に対応する無線回路から前記無線通信機に対して前記電波による無線信号を出力するステップと、
前記無線通信機から返信された前記無線信号を前記複数のアンテナ素子の中の2つにより構成される1次元アレイアンテナによって受信するステップと、
前記無線回路が出力する送受信時の時刻情報を用いて前記電波の伝搬時間を計測するステップと、
前記電波の伝搬時間を用いて前記位置推定通信装置と前記無線通信機との間の距離を算出するステップと、
前記無線回路が出力する受信電波の位相情報に基づき1次元アレイアンテナにおける受信電波の位相差を計測するステップと、
前記受信電波の位相差に基づき前記電波の到来角度を計算するステップと、
前記電波の到来角度及び前記距離を用いて、前記位置推定通信装置に対する前記無線通信機の位置を推定するステップと、
を備える位置推定方法。
Claims (11)
- 電波を送受信する複数のアンテナ素子が正多角形の各頂点位置となるように配置され、隣接する2つの前記アンテナ素子の距離が前記電波の波長の1/2以下となるようにアレイ状に配置されるアンテナ部と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに対応して一つずつ設けられ、前記複数のアンテナ素子を用いて外部の無線通信機との間で前記電波による双方向通信を行い、前記複数のアンテナ素子による受信電波の位相情報及び前記複数のアンテナ素子と前記無線通信機との間の送受信時の時刻情報を出力する複数の無線回路、前記複数の無線回路の動作を同期化する同期信号を出力する同期回路、を有し、前記複数のアンテナ素子における前記受信電波の位相情報及び前記送受信時の時刻情報を出力する無線通信処理部と、
前記受信電波の位相情報を用いて、隣接する2つの前記アンテナ素子によって構成される1次元アレイアンテナのアンテナ軸に対する電波の到来角度を算出し、前記送受信時の時刻情報を用いて前記アンテナ素子と前記無線通信機との間の距離を算出し、前記電波の到来角度及び前記距離に基づいて、前記無線通信機の3次元位置を推定する位置推定部と、を備え、
前記位置推定部は、
前記受信電波の位相情報を用いて隣接するアンテナ素子間の受信電波の位相差を計測する位相差計測部と、
前記受信電波の位相差を用いて、隣接する2つの前記アンテナ素子によって構成される1次元アレイアンテナのアンテナ軸に対する前記電波の到来角度を計算する到来角度計算部と、
前記無線通信処理部が出力する前記送受信時の時刻情報に基づき、前記複数のアンテナ素子と前記無線通信機との間の前記電波の伝搬時間を計測する伝搬時間計測部と、
前記電波の伝搬時間に基づき、前記アンテナ素子と前記無線通信機との間の前記距離を計算する距離計算部と、
複数の前記1次元アレイアンテナのそれぞれのアンテナ軸の座標系に対する角度、及び前記1次元アレイアンテナごとの前記電波の到来角度及び前記距離に基づき、アンテナ軸上の一点を円錐頂点とし、前記電波の到来角度を頂角の1/2、前記アンテナ軸を回転軸とする円錐体の母線長が前記距離となる円錐体の円錐底面における円上のいずれかを前記無線通信機が存在する推定領域として前記1次元アレイアンテナごとに前記推定領域を算出し、複数の前記推定領域からの距離誤差が最小となるような3次元の空間座標位置を計算することにより、前記無線通信機の3次元位置を推定する3次元位置推定部と、
を備える位置推定通信装置。 - 電波を送受信する複数のアンテナ素子を、互いの距離が前記電波の波長の1/2以下となるようにアレイ状に配置されるアンテナ部と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに対応して一つずつ設けられ、前記複数のアンテナ素子を用いて外部の無線通信機との間で前記電波による双方向通信を行い、前記複数のアンテナ素子による受信電波の位相情報及び前記複数のアンテナ素子と前記無線通信機との間の送受信時の時刻情報を出力する複数の無線回路、前記複数の無線回路の動作を同期化する同期信号を出力する同期回路、を有し、前記複数のアンテナ素子における前記受信電波の位相情報及び前記送受信時の時刻情報を出力する無線通信処理部と、
前記受信電波の位相情報を用いて、隣接する2つの前記アンテナ素子によって構成される1次元アレイアンテナのアンテナ軸に対する電波の到来角度を算出し、前記送受信時の時刻情報を用いて前記アンテナ素子と前記無線通信機との間の距離を算出し、前記電波の到来角度及び前記距離に基づいて、前記無線通信機の3次元位置を推定する位置推定部と、を備え、
前記位置推定部は、
前記アンテナ部を回転させる回転機構部と、
前記アンテナ素子が受信する前記受信電波の位相情報に基づき、隣接するアンテナ素子間の受信電波の位相差を計測する位相差計測部と、
前記受信電波の位相差を用いて、前記1次元アレイアンテナのアンテナ軸に対する前記電波の到来角度を計算する到来角度計算部と、
前記無線通信処理部が出力する送受信時の時刻情報に基づき、前記無線通信機との間の前記電波の伝搬時間を計測する伝搬時間計測部と、
前記電波の伝搬時間を用いて前記無線通信機との間の距離を計算する距離計算部と、
前記受信電波の位相情報及び前記距離を取得した時点の前記回転機構部の制御による回転角度、前記1次元アレイアンテナにおける前記電波の到来角度、及び前記距離に基づいて、アンテナ軸上の一点を円錐頂点とし、電波の到来角度を頂角の1/2、アンテナ軸を回転軸とする円錐体の母線長が前記距離となる円錐体の円錐底面における円周上のいずれかを前記無線通信機が存在する推定領域として逐次計算し、前記アンテナ部の回転前後の異なる時刻における2つの推定領域からの距離誤差が最小となる3次元の空間座標位置を前記無線通信機の3次元位置として推定する3次元位置推定部と、
を備える位置推定通信装置。 - 前記アンテナ部は、3個の前記アンテナ素子を有し、3個の前記アンテナ素子は、正三角形の各頂点位置にそれぞれ配置され2次元アレイ状を呈することを特徴とする請求項1または2に記載の位置推定通信装置。
- 前記アンテナ部は、n個の前記アンテナ素子を有し、n個の前記アンテナ素子は、n角形の各頂点位置にそれぞれ配置され2次元アレイ状を呈することを特徴とする請求項1または2に記載の位置推定通信装置。
- 前記アンテナ部は、2個以上のアンテナ素子を有し、全ての前記アンテナ素子を直線状に配置した1次元アレイアンテナとして構成されることを特徴とする請求項2に記載の位置推定通信装置。
- 前記位置推定通信装置及び前記無線通信機の通信方式は、UWB通信方式であることを特徴とする請求項1または2に記載の位置推定通信装置。
- 位置推定通信装置と無線通信機との間で電波を用いて双方向通信することにより、前記位置推定通信装置に対する前記無線通信機の位置を推定する位置推定通信システムであって、
前記位置推定通信装置は、請求項1、2、5のいずれか1項に記載の位置推定通信装置であり、
前記無線通信機は、
前記位置推定通信装置と前記電波による双方向通信を行う端末アンテナ部と、
前記端末アンテナ部によって送受信する前記電波の処理を行う端末無線通信処理部と、
を備える位置推定通信システム。 - 前記位置推定通信装置及び前記無線通信機の通信方式は、UWB通信方式であることを特徴とする請求項7に記載の位置推定通信システム。
- 前記無線通信機は、携帯端末であることを特徴とする請求項7に記載の位置推定通信システム。
- 位置推定通信装置と無線通信機との間で電波による双方向通信を行うことにより、前記位置推定通信装置に対する前記無線通信機の位置を推定する位置推定方法であって、
電波を送受信する複数のアンテナ素子が正多角形の各頂点位置となるように配置され、隣接する2つの前記アンテナ素子の距離が前記電波の波長の1/2以下となるようにアレイ状に配置される前記位置推定通信装置の前記複数のアンテナ素子の中から1つのアンテナ素子を選択するステップと、
選択された前記アンテナ素子に対応する無線回路から前記無線通信機に対して前記電波による無線信号を出力するステップと、
前記無線通信機から返信された前記無線信号を前記複数のアンテナ素子の中の2つにより構成される1次元アレイアンテナによって受信するステップと、
前記無線回路が出力する送受信時の時刻情報を用いて前記電波の伝搬時間を計測するステップと、
前記電波の伝搬時間を用いて前記位置推定通信装置と前記無線通信機との間の距離を算出するステップと、
前記無線回路が出力する受信電波の位相情報に基づき1次元アレイアンテナにおける受信電波の位相差を計測するステップと、
前記受信電波の位相差に基づき前記電波の到来角度を計算するステップと、
複数の前記1次元アレイアンテナのそれぞれのアンテナ軸の座標系に対する角度、及び前記1次元アレイアンテナごとの前記電波の到来角度及び前記距離に基づき、アンテナ軸上の一点を円錐頂点とし、前記電波の到来角度を頂角の1/2、前記アンテナ軸を回転軸とする円錐体の母線長が前記距離となる円錐体の円錐底面における円上のいずれかを前記無線通信機が存在する推定領域として前記1次元アレイアンテナごとに前記推定領域を算出し、複数の前記推定領域からの距離誤差が最小となるような3次元の空間座標位置を計算することにより、前記無線通信機の3次元位置を推定するステップと、
を備える位置推定方法。 - 位置推定通信装置と無線通信機との間で電波による双方向通信を行うことにより、前記位置推定通信装置に対する前記無線通信機の位置を推定する位置推定方法であって、
前記位置推定通信装置の隣接する2つのアンテナ素子によって構成される1次元アレイアンテナを回転させるステップと、
前記位置推定通信装置の前記1次元アレイアンテナが受信する受信電波の位相情報に基づき、前記隣接する2つのアンテナ素子間の受信電波の位相差を計測するステップと、
受信電波の位相差を用いて、前記1次元アレイアンテナのアンテナ軸に対する前記電波の到来角度を計算するステップと、
送受信時の時刻情報に基づき、前記無線通信機との間の前記電波の伝搬時間を計測するステップと、
前記電波の伝搬時間を用いて前記無線通信機との間の距離を計算するステップと、
前記受信電波の位相情報及び前記距離を取得した時点の前記1次元アレイアンテナの回転角度、前記1次元アレイアンテナにおける前記電波の到来角度、及び前記距離に基づいて、アンテナ軸上の一点を円錐頂点とし、電波の到来角度を頂角の1/2、アンテナ軸を回転軸とする円錐体の母線長が前記距離となる円錐体の円錐底面における円周上のいずれかを前記無線通信機が存在する推定領域として逐次計算し、前記1次元アレイアンテナの回転前後の異なる時刻における2つの推定領域からの距離誤差が最小となる3次元の空間座標位置を前記無線通信機の3次元位置として推定するステップと、
を備える位置推定方法。
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US20180372832A1 (en) | 2015-12-18 | 2018-12-27 | Lg Electronics Inc. | Communication device and electronic device having same |
US20200380178A1 (en) | 2017-02-22 | 2020-12-03 | Middle Chart, LLC | Tracking safety conditions of an area |
-
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---|---|---|---|---|
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JP2018500540A (ja) | 2014-10-24 | 2018-01-11 | ポルテ・コーポレイションPoLTE Corporation | Rfを使用する位置特定のための部分的に同期化されたマルチラテレーションまたは三辺測量方法およびシステム |
US20180372832A1 (en) | 2015-12-18 | 2018-12-27 | Lg Electronics Inc. | Communication device and electronic device having same |
US20180084371A1 (en) | 2016-09-22 | 2018-03-22 | Qualcomm Incorporated | Facilitating a location determination of a user equipment that is connected to a master radio based upon slave radio measurements |
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