JP2009077078A - 位置検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】電波の送信電力の小さい移動局を有する位置検出システムを提供する。
【解決手段】移動局１０は複数の指向性アンテナ２１、２２を用いて１回の測位のために複数回の電波の発信を行い、３個以上の複数の基地局１２においては、移動局１０からの電波の受信時刻が測定される。測位サーバ１４においては、基地局１２のそれぞれによって測定される電波の受信時刻のうち、移動局１０による複数回の電波の発信のうち、予め定められた基準発信以外の発信による電波の受信時刻を、前記移動局１０による電波の発信間隔に基づいて基準発信による電波受信時刻に換算し、基準発信による電波の受信時刻により移動局１０の位置の検出を行なうので、移動局１０は１回の電波の発信により全ての基地局１２に電波を受信する必要がなく、移動局１０の電波の送信電力を低減することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、移動局が発信する電波を基地局が受信し、その受信結果に基づいて移動局の位置の検出を行なう位置検出システムに関するものであり、特に、移動局が１回の測位のために相互に通信範囲の異なる複数回の電波の発信を行なうことにより移動局の送信電力を低減する技術に関するものである。

移動局が発信する電波を複数の基地局で受信し、これらの複数の基地局のそれぞれにおける電波の受信時刻の差である受信時間差に基づいて、移動局の位置の検出を行なう位置検出システムが提案されている。例えば特許文献１に記載の技術がそれである。

かかる位置検出システムにおいては、移動局が例えば２次元平面上を移動する場合においては、移動局から発信された電波は、移動局の位置の検出のためには少なくとも３個の基地局によって受信され、それらの基地局間の受信時間差が算出される必要がある。同様に、移動局が３次元空間を移動する場合においては、少なくとも４個の基地局によって移動局から発信された電波が受信される必要がある。

特開２００４−２４２１２２号公報

すなわち、例えば移動局が平面を移動する場合においては、移動局から発信される電波の到達範囲内（通信範囲内）に少なくとも３個の基地局が存在せず、少なくとも３個の基地局によって移動局から発信される電波が受信されない場合には移動局の位置の検出ができない。かかる場合において移動局の位置の検出を行なうためには、移動局から発信される電波が常に少なくとも３個の基地局で受信することができるように基地局の設置間隔を狭め、多くの基地局を設置するか、あるいは、移動局は少なくとも３個の基地局に電波が到達するように出力を増大して電波の発信を行なう必要がある。

しかしながら、多くの基地局を設置することは、位置検出システムの構築においてコストアップの観点から望ましくない。一方、移動局の電波出力の増大は、装置の大型化や消費電力の増大につながるため、移動局の小型化や構造の簡易化などを図る場合において両立が困難であるという問題があった。

本発明は、以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、移動局が１回の測位のために相互に通信範囲の異なる複数回の電波の発信を行なうことにより移動局の電波の発信に伴う消費電力を低減することのできる移動局の位置検出システムを提供することにある。

なお、前記特許文献１においては、２つのアンテナを有し、これらの２つのアンテナを切り換えて電波を発信する移動局を含む移動局の位置検出システムが提案されているが、これは、測定位置をずらしながら測定をくり返すことにより精度を向上させるものであって、本願発明とはその構成、目的を全く異にするものである。すなわち、特許文献１に記載の２つのアンテナからそれぞれ発信される電波は、必要とされる全ての基地局に受信されるように発信されている。

かかる課題を解決するための請求項１にかかる発明は、（ａ）電波を発信する発信手段を有し、移動可能な移動局と、該移動局によって発信された電波を受信する受信手段と、該受信した電波に基づいて前記移動局との距離に関連する情報である距離関連情報を測定する距離関連情報測定手段とを有し、既知の位置に固定され、互いに同期した時計を有する複数の基地局と、該複数の基地局のそれぞれによって測定された距離関連情報に基づいて前記移動局の位置を算出する測位サーバと、を有する位置検出システムにおいて、（ｂ）前記発信手段は、１回の測位のために相互に通信範囲の異なる複数回の電波の発信を行なうものであり、（ｃ）前記複数の基地局は、３個以上の基地局からなり、（ｄ）前記距離関連情報は、前記各基地局の受信手段において受信された前記移動局からの電波の受信時刻であり、（ｅ）前記測位サーバは、前記複数の基地局のそれぞれによって測定される距離関連情報のうち、前記移動局による１回の測位のための複数回の電波の発信のうち、予め定められた１回の発信である基準発信以外の発信によって発信された電波に対応する距離関連情報を、複数回の受信を行った基地局による複数回の電波の受信における受信間隔に基づいて、基準発信に対応する距離関連情報に換算する距離関連情報換算手段と、（ｆ）前記複数の基地局のそれぞれによって測定される距離関連情報のうち、前記基準発信によって発信された電波に対応する距離関連情報と、前記距離関連情報換算手段によって換算された距離関連情報とから、前記基準発信において前記移動局から発信された電波の前記複数の基地局のそれぞれにおける到達時間差を算出し、該到達時間差に基づいて前記移動局の位置の算出を行なう測位手段とを有すること、にある。

このようにすれば、移動局においては、前記発信手段は１回の測位のために相互に通信範囲の異なる複数回の電波の発信を行い、３個以上の複数の基地局においては、距離関連情報測定手段により前記距離関連情報として前記移動局からの電波の受信時刻が測定され、測位サーバにおいては、距離関連情報換算手段は、前記複数の基地局のそれぞれによって測定される距離関連情報のうち、前記移動局による１回の測位のための複数回の電波の発信のうち、予め定められた１回の発信である基準発信以外の発信によって発信された電波に対応する距離関連情報を、複数回の受信を行った基地局による複数回の電波の受信における受信間隔に基づいて基準発信に対応する距離関連情報に換算し、測位手段は、前記複数の基地局のそれぞれによって測定される距離関連情報のうち、前記基準発信によって発信された電波に対応する距離関連情報と、前記距離関連情報換算手段によって換算された距離関連情報とから、前記基準発信において前記移動局から発信された電波の前記複数の基地局のそれぞれにおける到達時間差を算出し、該到達時間差に基づいて前記移動局の位置の算出を行うので、移動局による１回の電波の発信を全ての基地局が受信する必要がなく、移動局の電波の送信電力を低減することができる。

好適には、前記移動局の発信手段は、前記複数回の電波の発信におけるそれぞれの通信範囲が他の発信における通信範囲の少なくともいずれか１つの通信範囲とその一部が重なるように前記複数回の電波の発信を行なう。このようにすれば、前記基地局のいずれかが、前記複数回の電波の発信におけるそれぞれの通信範囲が重なった領域に位置することにより、複数回の電波の発信によって発信された複数の電波を受信することができる。

また好適には、前記移動局は指向性が相互に異なる複数の指向性アンテナを有し、前記発信手段は、前記移動局の有する複数の指向性アンテナを切り換えて前記複数回の電波の発信を行なう。このようにすれば、移動局において、前記発信手段は前記複数の指向性アンテナを切り換えて前記複数回の電波の発信を行なうので、一つの基地局は前記複数回の電波を受信し、移動局の位置の検出に必要となるその他の基地局はこれらの複数回の発信される電波のいずれかを受信すればよく、前記移動局は移動局の位置の検出に必要となる全ての基地局が受信できる強度で電波を出力する必要がなくなり、移動局の電波の送信電力を低減することができる。

また好適には、前記移動局は、指向性を変更可能な指向性アンテナを有し、前記発信手段は１回の測位のために該指向性アンテナの指向性を相互に異なる状態として複数回の電波の発信を行なう。このようにすれば、移動局において、前記発信手段は前記指向性を変更可能な指向性アンテナの指向性を相互に異なる状態に切り換えて前記複数回の電波の発信を行なうので、一つの基地局は前記複数回の電波を受信し、移動局の位置の検出に必要となるその他の基地局はこれらの複数回の発信される電波のいずれかを受信すればよく、前記移動局は移動局の位置の検出に必要となる全ての基地局が受信できる強度で電波を出力する必要がなくなり、移動局の電波の送信電力を低減することができる。

また好適には、前記距離関連情報換算手段は、前記複数の基地局のうち、前記複数回の電波の発信における２以上の発信による電波を受信した基地局において、第１の発信による電波に対応する距離関連情報である受信時刻と第２の発信による電波に対応する距離関連情報である受信時刻との受信時刻差に基づいて距離関連情報の換算を行なう。このようにすれば、前記第１の発信による電波と第２の発信による電波とのいずれをも受信した基地局における、該第１の電波の受信時刻と第２の電波の受信時刻との受信時刻差に基づいて距離関連情報の換算を行なうことができる。

また好適には、前記発信手段は、所定の発信間隔で前記複数回の電波の発信を行ない、前記距離関連情報換算手段は、該所定の発信間隔である発信時間差に基づいて前記受信時間差を算出し、該算出された受信時間差に基づいて距離関連情報の換算を行なう。このようにすれば、前記発信手段における電波の発信間隔は所定の値であることから、この所定の発信間隔に基づいて前記受信時間差を算出することにより、前記距離関連情報換算手段は容易に距離関連情報の換算を行なうことができる。

以下、本発明の一実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の移動局位置推定システムの構成の一例を示した図である。図１には、平面上の任意の形状に設けられる移動局１０が移動可能な領域として一辺３０（ｍ）の正方形からなる移動可能領域５０が設けられている。また、前記移動可能領域５０には、後述する移動局１０と無線による通信を行う機能を有する基地局１２として、第１基地局１２Ａ、第２基地局１２Ｂ、第３基地局１２Ｃ、第４基地局１２Ｄの４つの基地局がそれぞれ設けられる。なお、基地局の数が多いほど移動局の位置の算出は正確に行うことができる。本図１においては、正方形の移動可能領域５０の４隅にそれぞれ基地局１２Ａ乃至１２Ｄが１つづつ配置されており、この要件を満たす。また、前記移動可能領域５０内には移動局１０が配置され、その移動可能領域５０内を移動可能とされている。なお、本実施例においては、移動局１０の数は１個とされているが、移動局の個数は特に限定されない。また、基地局１２と例えば有線ケーブル５２により接続されることにより通信可能とされた測位サーバ１４が設けられ、前記移動局１０によって発信され前記基地局１２によって受信された電波に基づいて、前記移動可能領域内における移動局１０の位置を算出する。なお、本明細書において、特に個々の基地局１２Ａ乃至１２Ｄを区別しない場合には基地局１２と表記する。

図２は移動局１０の構成の概要を示す機能ブロック図である。移動局１０は、電波の送受信を行なう第１アンテナ２１および第２アンテナ２２の２つの指向性アンテナを有している。また、アンテナ切換部２４は、移動局１０が電波の送受信を行なう際に用いるアンテナを、前記第１アンテナ２１とするか、前記第２アンテナ２２とするかを切り換える。第１アンテナ２１および第２アンテナ２２は例えば、平面パッチアンテナなどの指向性を有するアンテナであって、それらの指向性が相互に異なり、かつ、第１アンテナ２１により発信された電波を受信可能な領域の一部と第２アンテナ２２により発信された電波を受信可能な領域の一部とが重なるように、移動局１０に取り付けられている。

図５は、前記第１アンテナ２１および第２アンテナ２２のそれぞれの指向性の一例を示した図である。第１アンテナ２１と第２アンテナ２２とは、それらの指向性がそれぞれ異なるように設置されるので、第１アンテナ２１により発信された電波を受信可能な領域である第１アンテナ通信可能領域７１と、第２アンテナ２２により発信された電波を受信可能な領域である第２アンテナ通信可能領域７２は図５に示すようになる。そして、前記第１アンテナ通信可能領域７１と第２アンテナ通信可能領域７２とはその一部どうしが重なり合うようにされている。

無線通信部２６は、移動局１０の無線通信を行なうものであって、移動局１０が電波を発信する際において、発信手段に対応するものである。具体的には、後述する信号処理部２８によって生成された信号を通信に適した形式に変調するとともに、所定の周波数の搬送波と合成した合成波をアンプにより増幅し、バラン（ｂａｌｕｎ）などにより不平衡線路を平衡線路に変換する。このようにして生成された電波が前記アンテナ切換部２４によって切り換えられた第１アンテナ２１および／または第２アンテナ２２により発信される。

信号処理部２８は、移動局１０が電波を発信する際において、例えば電波の発信時刻などの伝送したい情報を、例えばＭ系列符号やＧＰＳにおいても使用されているＧｏｌｄ系列符号（疑似雑音符号（ｐｓｅｕｄｏ−ｎｏｉｓｅ ｃｏｄｅ；ＰＮ信号）の性質を持つ符号の一種である。）などの拡散符号を用いて、スペクトラム拡散などの拡散処理を行ない、発信する信号を生成する。このようなスペクトラム拡散を利用すれば、ある特定の移動局と基地局との通信がある特定の拡散符号を用いて行われている場合に、同じ時刻および同じ周波数において他の移動局と基地局との通信が別の拡散符号を用いて行われる場合であれば相互の通信が影響を受けることがない。

制御部３０は前記アンテナ切換部２４、無線通信部２６、信号処理部２８などの作動を制御する。例えば、移動局１０の位置を測定するために基地局１２に対し電波を発信する指令を受けた場合に、まず第１発信として信号処理部２８によって生成された信号を、前記第１アンテナ２１によって発信し、続いてアンテナ切換部２４により使用するアンテナを第１アンテナ２１から第２アンテナ２２に切り換え、更に信号処理部２８によって生成された信号を第２発信として第２アンテナ２２によって発信する。

また、制御部３０は、移動局１０が電波を発信（送信）する場合と電波を受信する場合とに応じて、前記アンテナ切換部２４、無線通信部２６、信号処理部２８などの作動を切り換えて制御する。すなわち、移動局１０が電波を受信する際には、無線通信部２６および信号処理部２８は前述の作動に代えて、次のような作動を行なう。例えば、前記アンテナ切換部２４によって切り換えて用いられる第１アンテナ２１および／または第２アンテナ２２によって受信された電波に対し、無線通信部２６は通信方式に対応したデジタル復調などの復調処理を行う。そして、無線通信部２６により復調された信号に対し、信号処理部２８は発信の際に行なわれた拡散処理に対応する逆拡散処理を行い、受信した電波に含まれていた情報を取りだす。このように、移動局１０の作動を無線により制御することができる。

また、時計３１は、移動局１０において電波の発信時刻を決定する際に参照されるほか、例えば所定間隔ごとに作動を行なう場合などに用いられる。また、基地局１２が有する時計３１はその時刻が基地局１２のそれぞれが有する時計４４の時刻と一致するように必要に応じて時計合わせがされる。詳細な説明は省略するが、例えば、次のような方法によりなされる。移動局１０を既知である位置に設置して時刻合わせの基準となる基地局１２からの時刻情報を受信して到来距離に対応する電波の伝搬時間だけ加算補正した時刻を設定する。例えば既知の位置とされた移動可能領域５０の中心（図１参照）に移動局１０を移動させると共に、いずれかの基地局１２からその時刻情報を送信（発信時の時刻を情報の内容として含む電波を送信）する。移動局１０は前記いずれかの基地局１２の時刻情報を受信すると、その受信時刻が、前記いずれかの基地局１２の時刻情報に、移動局１０と前記いずれかの基地局１２との距離である３０×√２／２（ｍ）を電波の速度ｃ（２．９９７×１０⁸（ｍ／ｓ））を除して得られる移動局１０と前記いずれかの基地局１２との電波の伝搬時間を加えた時刻となるように移動局１０の時計３１の時刻を設定する。

図３は、基地局１２の構成の概要を示す機能ブロック図である。基地局１２の移動局１０に対する違いは、電波の送受信を行なうアンテナとして一本のアンテナ３２しか有しておらず、それに伴ってアンテナ切換部２４を有さない点と、有線ケーブル５２を介して後述する測位サーバ１４との通信を行なうためのサーバ通信部４０、および拡散された電波を逆拡散処理により同期を検出して受信時刻を測定する受信時刻測定部４２を有する点である。一方、基地局１２における無線通信部３４、信号処理部３６、制御部３８は、それぞれ移動局１０における無線通信部２６、信号処理部２８、制御部３０とそれぞれ同様の機能を有している。

すなわち、無線通信部３４は、基地局１２の無線通信を行なうものであって、基地局１２が電波を受信する際において、受信手段に対応するものである。具体的には、アンテナ３２によって受信された電波に対し、無線通信部３４は通信方式に対応したデジタル復調などの復調処理を行う。

また、信号処理部３６は、無線通信部３４により復調された信号に対し、発信の際に行なわれた拡散処理に対応する逆拡散処理を行い、受信した電波に含まれていた情報を取りだすとともに受信された拡散符号列の同期を検出する。このとき、前記逆拡散処理においては、送信波を生成した際に用いた拡散符号と同じ拡散符号（レプリカ符号）が用いられる。

制御部３８は前記無線通信部３４、信号処理部３６、サーバ通信部４０などの作動を制御する。また、制御部３８は複数の基地局１２のそれぞれが有する時計４４の時刻が同期されるように、その時刻を補正するなどの作動を行う。具体的にはいずれかの基地局が基準となり時刻情報を送信すると他の各基地局が該時刻情報を受信し、受信された時刻を既知である基地局間距離から求められる伝播時間分だけ自身の時計を補正する。また別の方法として各基地局は受信した時刻情報を測位サーバ１２に送信して測位サーバ１２上で各基地局１２の時計４４の時刻ずれを補正するようにしてもよい。

受信時刻測定部４２は、基地局１２が受信した電波の受信時刻を距離関連情報として測定するものであって、距離関連情報測定手段に対応する。具体的には例えば、前記無線通信部３４によって復調処理のされた受信波と、その受信波を移動局１０が発信する際に行なった拡散処理に用いた拡散符号と同一の符号であるレプリカ符号との相関値を、それらのいずれか一方を微小時間ごとにずらして算出し、算出された相関値がピークとなった時刻を基地局１２による電波の受信時刻とする。なお、このような処理を同期検出という。

サーバ通信部４０は、有線ケーブル５２を介して接続された後述する測位サーバ１４との通信を必要に応じて行なうものであり、例えば、測位サーバ１４に対し測定した受信時刻を送信したり、あるいは移動局１０に対し無線で行なう制御作動の指令を測位サーバ１４から受信する。

また、時計４４は、基地局１２において電波の送信時刻や受信時刻を決定する際に参照されるほか、例えば所定間隔ごとに作動を行なう場合などに用いられる。また、基地局１２のそれぞれが有する時計４４は予めその時刻が一致するように時計合わせがされている。

なお、移動局１０の制御部３０が移動局における電波の送信する状態と受信する状態を切り換えたのと同様に、基地局１２の制御部３８は、基地局１２が電波を送信する状態と電波を受信する状態とを切り換えることができ、これらの状態に応じて、前記無線通信部３４、信号処理部３６などの作動を切り換えて制御する。

すなわち、基地局１２が電波を送信する際には、無線通信部３４および信号処理部３６は前述の作動に代えて、次のような作動を行なう。例えば、信号処理部３６は、基地局１２が電波を送信する際において、例えば移動局１０に対する制御作動の指令などの伝送したい情報を、例えばＭ系列符号やＧＰＳにおいても使用されているＧｏｌｄ系列符号などの拡散符号を用いて、スペクトラム拡散などの拡散処理を行ない、送信する信号を生成する。

また、無線通信部３４は、信号処理部３６によって生成された信号を通信に適した形式に変調するとともに、所定の周波数の搬送波と合成した合成波をアンプにより増幅し、アンテナ３２の形式に応じてバランなどにより不平衡線路を平衡線路に変換する。このようにして生成された電波がアンテナ３２により送信される。このように、基地局１２は電波を受信することに加え、送信することも可能である。一方、前述のように移動局１０は電波を送信することに加え受信することも可能であることから、基地局１２は移動局１０に対し無線によりその作動を制御することが可能である。

なお、図２および図３に示した移動局１０および基地局１２においては、図示しない電源部などが含まれている。電源部は、移動局１０、基地局１２のそれぞれに必要な電力を供給するものである。

図４は測位サーバ１４の構成の概要を示す機能ブロック図である。測位サーバ１４は、ケーブル５２を介して各基地局１２と接続されており、基地局通信部５４、測位部５６、制御部６０、出力部６２などを有する。このうち、基地局通信部５４は、有線ケーブル５２を介して接続された前記基地局１２のサーバ通信部４０との間で必要な通信を行なう。

移動局１０の位置の推定を行なう測位手段に対応する測位部５６は、時刻換算部５８を有する。距離関連情報換算手段に対応する時刻換算部５８は、基地局１２のそれぞれにおける受信時刻測定部４２が測定した距離関連情報としての電波の受信時刻のうち、前記移動局１０による１回の測位のために複数回の電波の発信のうち、予め定められた１回の発信である基準発信以外の発信によって発信された電波に対応する受信時刻を、前記基地局１２による複数回の電波の発信における受信間隔に基づいて、前記基準発信に対応する受信時刻に換算する。

具体的には、例えば移動局１０の位置および移動局１０の第１アンテナ２１および第２アンテナ２２の指向性が図５に示すようであって、移動局１０が第１アンテナ２１を用いて第１発信を行い、続いて第２アンテナ２２を用いて第２発信を行なった場合について説明する。このとき、第１基地局１２Ａ乃至第４基地局１２Ｄのそれぞれにおいては、受信時刻測定部４２により前記第１発信および第２発信の電波の受信時刻が測定され、サーバ通信部４０および有線ケーブル５２を介して測位サーバ１４に送信されている。具体的には、第１基地局１２Ａからは第１発信による電波の受信時刻ｔ１Ａが、第２基地局１２Ｂからは第１発信による電波の受信時刻ｔ１Ｂおよび第２発信による電波の受信時刻ｔ２Ｂとが、第３基地局１２Ｃからは第２発信による電波の受信時刻ｔ２Ｃがそれぞれ測位サーバ１４に送信される一方、移動局１０からの第１発信および第２発信による電波のいずれも受信しなかった第４基地局１２Ｄからは受信時刻は送信されない。

まず、時刻換算部５８は、前記第１発信と第２発信のうち、いずれかの発信を基準発信として設定する。そして、前記第１発信および第２発信による電波の両方を受信した基地局における、この第１発信および第２発信による電波のそれぞれの受信時刻の差である受信時間差を算出する。このとき、移動局１０における第１アンテナ２１と第２アンテナ２２との設置間隔が、誤差に及ぼす影響が電波の波長などからみて低い場合には、この設置間隔を０とみなし、第１発信および第２発信による電波のそれぞれの受信時刻の差を、移動局１０による同一位置にあるアンテナにより発信された電波の受信時刻差とみなすことができる。そして、算出された第１発信と第２発信の受信時間差に基づいて、前記基準発信でない発信による電波の受信時刻を基準発信による電波の受信時刻に換算する。このようにして、基地局における前記基準発信でない発信による電波の受信時刻を基準発信による電波の受信時刻とする。

具体的には例えば、時刻換算部５８はまず、前記第１発信を基準発信と設定する。そして、基準発信である第１発信と他の発信である第２発信による電波の両方を受信した基地局である第２基地局１２Ｂにおける第１発信による受信時刻ｔ１Ｂと第２発信による電波の受信時刻ｔ２Ｂとの差（ｔ２Ｂ−ｔ１Ｂ）を受信間隔として算出する。続いて、基準発信でない第２発信による電波の受信時刻である、第３基地局１２Ｃによる受信時刻ｔ２Ｃを前記発信時刻差に基づいて基準発信である第１発信による電波の受信時刻に換算する。これは、第１発信を指向性を有さないアンテナにより全方位に向けて行なっていた場合に第３基地局１２Ｃが第１発信による電波を受信する時刻を推定することに対応する。実際には例えば、第３基地局１２Ｃにおける第２発信による電波の受信時刻ｔ２Ｃから前記受信時間差を減じた（ｔ２Ｃ−（ｔ２Ｂ−ｔ１Ｂ））が、換算された第３基地局１２Ｃにおける基準発信である第１発信による電波の受信時刻とされる。

図６は、時刻換算部５８による、基準発信以外の発信による電波の受信時刻を基準発信による電波の受信時刻に換算する様子を概念的に表した図である。図６（ａ）は実際の電波の受信時刻を表したものであって、縦軸は電波の伝搬距離、横軸は時刻をそれぞれ示している。時刻Ｔ１に移動局１０で行なわれた第１発信による電波は、時刻ｔ１Ａにおいて第１基地局１２Ａに、また時刻ｔ１Ｂにおいて第２基地局１２Ｂにそれぞれ受信され、また時刻Ｔ２に行なわれた第２発信による電波は、時刻ｔ２Ｂにおいて第２基地局１２Ｂに、また時刻ｔ２Ｃにおいて第３基地局１２Ｃにそれぞれ受信される。なお、電波の速度は速度ｃ（２．９９７×１０⁸（ｍ／ｓ））で一定であることから、電波の発信からの経過時刻と伝搬距離の関係はこの速度ｃに対応する傾きの直線で表される。すなわち、図６（ａ）においては、第１発信による電波の伝搬を表す直線７３と、第２発信による電波の伝搬を表す直線７４の２本の平行な直線が表されており、直線７３上には第１基地局１２Ａによる受信を表す点１Ａおよび第２基地局１２Ｂによる受信を表す点１Ｂが、また、直線７４上には第２基地局１２Ｂによる受信を表す点２Ｂおよび第３基地局１２Ｃによる受信を表す点２Ｃがそれぞれ表されている。

一方、図６（ｂ）は、時刻換算部５８による基準発信以外の発信である第２発信による電波の各基地局１２における受信時刻を基準発信である第１発信の受信時刻に換算する様子を説明する図である。すなわち、時刻換算部５８は、前記第１発信を基準発信と設定すると、基準発信でない第２発信による電波の伝搬を表す直線７４を左横方向に平行移動することにより、基準発信である第１発信による電波の伝搬を表す直線７３に重ね合わせる。このとき平行移動する横方向の量が前記受信時間差に相当する時間である。前述のように、移動局１０における第１アンテナ２１と第２アンテナ２２との設置間隔が誤差に及ぼす影響が電波の波長などからみて低い場合には、前記直線７３と直線７４とを重ね合わせた場合に、第１発信による電波の第２基地局１２Ｂによる受信を表す点１Ｂと、第２発信による電波の第２基地局１２Ｂによる受信を表す点２Ｂ’とは略重なる。そして、前記直線７４が平行移動され直線７３と重ね合わされた場合の第２発信による電波の第３基地局１２Ｃによる受信を表す点２Ｃ’が、基準発信である第１発信による電波を第３基地局１２Ｃが受信していた場合を表す点となり、この点２Ｃ’に対応する時刻ｔ２Ｃ＿ｓｈｉｆｔが、時刻換算部５８による換算で得られる、基準発信である第１発信による電波を第３基地局１２Ｃが受信した時刻の換算値となる。

測位手段に対応する測位部５６は、基地局１２のそれぞれによって測定された受信時刻のうち、前記基準発信によって発信された電波の受信時刻と、前記時刻換算部５８によって基準発信による電波の受信時刻に換算された受信時刻とに基づいて移動局１０から発信された電波の各基地局１２における到達時間差を算出し、該到達時間差に基づいて前記移動局１０の位置の算出を行なう。

具体的には、例えば移動可能領域５０が前記図１に示す様な平面であり、図１に示すような座標系によって前記移動可能領域５０上の位置が特定される場合において、移動局１０の位置座標を（ｘ，ｙ）、第１基地局１２Ａの位置座標を（ｘ₁，ｙ₁）、第２基地局１２Ｂの位置座標を（ｘ₂，ｙ₂）、第３基地局１２Ｃの位置座標を（ｘ₃，ｙ₃）、また、第１基地局１２Ａと移動局１０との距離をｒ₁、第２基地局１２Ｂと移動局１０との距離をｒ₂、第３基地局１２Ｃと移動局１０との距離をｒ₃、とし、移動局の座標を（ｘ，ｙ）、移動局１０と基地局１２とがそれぞれ有する時計３１、４４の時刻のずれに起因する距離の誤差ｓとすると、図７に示す様に、
（ｘ−ｘ₁）²＋（ｙ−ｙ₁）²＝（ｒ₁＋ｓ）²，
（ｘ−ｘ₂）²＋（ｙ−ｙ₂）²＝（ｒ₂＋ｓ）²， （１）
（ｘ−ｘ₃）²＋（ｙ−ｙ₃）²＝（ｒ₃＋ｓ）²
で表される関係がある。このとき、例えば移動局１０が発信した電波に電波の発信時刻情報が拡散符号として含まれており、これを受信した各基地局１２の信号処理部３６が、受信した電波を逆拡散処理するなどして信号を読み出すなどにより、移動局１０による基準発信である第１発信の発信時刻Ｔ１を得ることができるようにされている。従って、前記第１基地局１２Ａと移動局１０との距離ｒ₁、第２基地局１２Ｂと移動局１０との距離ｒ₂、第２基地局１２Ｃと移動局１０との距離ｒ₃はそれぞれ、第１基地局１２Ａにおける第１発信の電波の受信時刻ｔ１Ａ、第２基地局１２Ｂにおける第１発信の電波の受信時刻ｔ１Ｂ、および第３基地局１２Ｃにおける第１発信の電波の受信時刻に換算された時刻ｔ２Ｃ＿ｓｈｉｆｔのそれぞれと、電波の速度ｃを用いて、ｒ₁＝ｃ×（ｔ１Ａ−Ｔ１）、ｒ₂＝ｃ×（ｔ１Ｂ−Ｔ１）、ｒ₃＝ｃ×（ｔ２Ｃ＿ｓｈｉｆｔ−Ｔ１）のように算出される。なお、前述のように第１基地局１２Ａ、第２基地局１２Ｂ、第３基地局１２Ｃのそれぞれが有する時計４４は同期されており、誤差ｓは各基地局に共通である。

このとき変数はｘ，ｙおよびｓの３つであり、方程式の数は少なくとも（１）に示す３つであるから、これらの３つの式を例えばニュートンラフソン法などにより解くことにより、ｘ、ｙの値を算出すること、すなわち移動局１０の位置座標（ｘ，ｙ）を算出することが可能である。

また、出力部６２は、測位部５６によって算出された移動局１０の位置についての情報などを所定の方法、例えば図示しない出力装置として設けられたディスプレイ装置に図１のような地図情報とともに表示するなどの手段によって出力する。

図８は、本発明の位置検出システムの制御作動の概要を表すフローチャートである。まず、移動局１０のアンテナ切換部２４に対応するステップ（以下「ステップ」を省略する。）ＳＡ１においては、移動局が電波の発信に用いるアンテナとして第１アンテナ２１が設定される。続いて移動局１０の信号処理部２８および無線通信部２６に対応するＳＡ２においては、例えば電波の発信時刻を含んだ信号が、所定の拡散符号により拡散処理され、更に通信に適したデジタル変調が行なわれるとともに所定の出力に増幅され、ＳＡ１で設定された第１アンテナ２１により発信される。この発信が前記第１発信に対応する。

各基地局１２の無線通信部３４、信号処理部３６、および受信時刻測定部４２に対応するＳＡ３においては、ＳＡ２において移動局１０から発信された電波が各基地局１２において受信される。そして、受信された電波に対し所定の復調処理および逆拡散処理がされるとともに、前記同期検出処理により電波の受信時刻が算出される。また、受信波を逆拡散処理することによって得られる受信波に含まれていた情報や電波の受信時刻は、有線ケーブル５２を介して測位サーバ１４に送信される。

ＳＡ４においては、ＳＡ２において第１発信として移動局１０から発信された電波の受信時刻の算出が２以上の基地局１２において行なわれたか否かが判断される。２以上の基地局において受信時刻の算出が行なわれた場合には、本ステップの判断が肯定され、続くＳＡ５が実行される。一方、いずれかの基地局１２において電波の受信に失敗した場合など、２以上の基地局１２において受信時刻の算出を行なうことができなかった場合には、ＳＡ２以降のステップが再度実行される。

移動局１０のアンテナ切換部２４に対応するＳＡ５においては、移動局が電波の発信に用いるアンテナとして、ＳＡ１で設定したアンテナとは異なるアンテナである第２アンテナ２２が設定される。

続いて移動局１０の信号処理部２８および無線通信部２６に対応するＳＡ６においては、ＳＡ２と同様に例えば電波の発信時刻情報を含んだ情報が、所定の拡散符号により拡散処理され、更に通信に適したデジタル変調が行なわれるとともに所定の出力に増幅され、ＳＡ５で設定された第２アンテナ２２により発信される。この発信が前記第２発信に対応する。

各基地局１２の無線通信部３４、信号処理部３６、および受信時刻測定部４２に対応するＳＡ７においては、ＳＡ３と同様に、ＳＡ６において移動局１０から発信された電波が各基地局１２において受信される。そして、受信された電波が所定の復調処理および逆拡散処理がされるとともに、前記同期検出処理により電波の受信時刻が算出される。また、受信波を逆拡散処理することによって得られる受信波に含まれていた情報や電波の受信時刻は、有線ケーブル５２を介して測位サーバ１４に送信される。

ＳＡ８においては、ＳＡ６において移動局１０から発信された電波の受信時刻の算出が、第１発信を受信した基地局１２を１つ以上含む２以上の基地局１２において行なわれたか否かが判断される。第１発信を受信した基地局１２を１つ以上含む２以上の基地局１２において受信時刻の算出が行なわれた場合には、本ステップの判断が肯定され、続くＳＡ９が実行される。一方、いずれかの基地局１２において電波の受信に失敗した場合など、第１発信を受信した基地局１２を１つ以上含む２以上の基地局１２において受信時刻の算出を行なうことができなかった場合には、ＳＡ６以降のステップが再度実行される。

時刻換算部５８に対応するＳＡ９においては、ＳＡ２における電波の発信である第１発信と、ＳＡ６における電波の発信である第２発信とのいずれかを基準発信と設定するとともに、基準発信以外の電波の各基地局における受信時刻が、基準発信の電波の受信時刻に換算される。例えば基準発信として第１発信を設定した場合には、第２発信による電波を受信した各基地局の受信時刻が、第１発信を受信した場合の受信時刻に換算される。

測位部５６に対応するＳＡ１０においては、ＳＡ３において得られた基準発信である第１発信による電波の各基地局における受信時刻と、ＳＡ７において得られた基準発信でない第２発信による電波の各基地局における受信時刻がＳＡ９において換算されることによって得られた基準発信による電波の受信時刻と、に基づいて、移動局１０の位置の算出が行なわれる。

前述の実施例によれば、移動局１０においては、発信手段に対応する無線通信部２６およびこれを制御する制御部３０は、前記移動局１０の有する複数の指向性アンテナである第１アンテナ２１および第２アンテナ２２を用いて１回の測位のために複数回の電波の発信を行い、３個以上の複数の基地局１２においては、距離関連情報測定手段に対応する受信時刻測定部４２により前記距離関連情報として移動局１０からの電波の受信時刻が測定され、測位サーバ１４においては、距離関連情報換算手段に対応する時刻換算部５８は、前記複数の基地局１２のそれぞれによって測定される受信時刻のうち、前記移動局１０による１回の測位のための複数回の電波の発信のうち、予め定められた１回の発信である基準発信以外の発信によって発信された電波の受信時刻を、複数回の受信を行った基地局による複数回の電波の受信における受信間隔に基づいて基準発信による電波の受信時刻に換算し、測位手段に対応する測位部５６は、前記複数の基地局１２のそれぞれによって測定される受信時刻のうち、前記基準発信によって発信された電波の受信時刻と、前記時刻換算部５８によって換算された基準発信による電波の受信時刻とから、前記基準発信において前記移動局１０から発信された電波の前記複数の基地局１２のそれぞれにおける到達時間差を算出し、該到達時間差に基づいて前記移動局１０の位置の算出を行うので、基準発信以外による電波のみを受信した基地局１２における電波の受信時刻であっても、時刻換算部５８による換算換算後の距離関連情報である受信時刻は、前記基準発信における電波の受信時刻に換算されることができ、移動局１０による１回の電波の発信を全ての基地局１２が受信する必要がなく、逆に言えば移動局１０は全ての基地局１２が受信できる程度の高出力で電波を発信する必要がなく、移動局１０の電波の送信電力を低減することができる。また、移動局のアンテナは無指向性ではなく、指向性を持たせて利得を高く設定できるので、送信電力を小さくできる。

また、前述の実施例によれば、前記移動局１０の有する複数の指向性アンテナである第１アンテナ２１および第２アンテナ２２はそれぞれ、その通信範囲が他の指向性アンテナの少なくともいずれか１つの通信範囲と重なるように設置されるので、基地局１２のいずれかが、前記第１アンテナ２１および第２アンテナ２２の通信範囲が重なった領域に位置することにより、第１アンテナ２１および第２アンテナ２２によってそれぞれ発信された複数の電波を受信することができる。

また、前述の実施例によれば、前記発信手段に対応する移動局１０の無線通信部２６およびこれを制御する制御部３０は、移動局１０の有する第１アンテナ２１および第２アンテナ２２を切り換えて複数回の電波の発信を行なうので、移動局１０において、移動局１０の位置の検出に必要となる基地局１２はこれらの複数回の発信される電波のいずれかを受信すればよく、前記移動局１０は移動局１０の位置の検出に必要となる全ての基地局１２が受信できる強度で電波を出力する必要がなくなり、移動局１０の電波の送信電力を低減することができる。

また、前述の実施例によれば、前記距離関連情報換算手段に対応する時刻換算部５８は、前記複数の基地局１２のうち、前記第１アンテナ２１または第２アンテナ２２のいずれか一方のアンテナから発信された第１の電波と他方のアンテナから発信された第２の電波とのいずれをも受信した基地局１２において、前記第１の電波の受信時刻と前記第２の電波の受信時刻との受信時刻差に基づいて距離関連情報の換算を行なうことができる。

また、前述の実施例によれば、前記発信手段に対応する移動局１０の無線通信部２６およびこれを制御する制御部３０は、所定の発信間隔で前記複数回の電波の発信を行ない、前記距離関連情報換算手段に対応する時刻換算部５８は、この所定の発信間隔である発信時間差に基づいて前記受信時間差を算出し、この算出された受信時間差に基づいて各基地局における電波の受信時刻の換算を行なうので、前記電波の発信間隔は所定の値であることから、この所定の発信間隔に基づいて容易に受信時刻の換算を行なうことができる。

続いて、本発明の他の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、前述の実施例と共通する部分に関しては同一の符号を付してその説明を省略する。

図９は、本発明の別の実施例における移動局１０の機能の概要を説明する機能ブロック図であって、前述の実施例１における図２に対応する図である。この図９に示すように、前記移動局１０は、無線通信部２６、信号処理部２８、制御部３０、時計３１、指向性制御部１２２、複数の（図９においては３つの）送受信アンテナ素子１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送受信アンテナ素子１２０と称する）と、前記アンテナ素子１２０のそれぞれに対応する複数の（図９においては３つの）送受信分離部１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送受信分離部１２４と称する）を備えて構成されている。

無線通信部２６は、移動局１０が電波を送信する場合には、送信信号の主搬送波を発生させるとともに、発生させられた主搬送波を後述する信号処理部２８により生成される送信信号（送信データ）に基づいて変調して送信信号を生成する。また、無線通信部２６は、移動局が電波を受信する場合には、所定の周波数の局所信号を発生させるとともに、後述する指向性制御部１２２から供給される前記複数の送受信アンテナ素子１２０によりそれぞれ受信される受信信号のそれぞれにその局所信号を掛け合わせることでダウンコンバートし、これらを合成し受信信号とする。なお、後述する制御部３０により前記指向性制御部１２２を介してそれぞれ位相及び振幅が制御された受信信号がこの無線通信部２６により合成されることで、前記複数の送受信アンテナ素子１２０から成る受信アンテナの受信指向性が定まる。

また、送受信アンテナ素子１２０は、前記無線通信部２６によって変調された送信信号を送信すると共に、移動局１０に向けて送信される信号を受信する。

指向性制御部１２２は、前記複数の送受信アンテナ素子１２０から送信される送信信号の送信指向性を制御すると共に、それら複数の送受信アンテナ素子１２０により受信される受信信号の受信指向性を制御する。

送受信分離部１２４は、前記複数の送受信アンテナ素子１２０のそれぞれに対応するもので、前記指向性制御部１２２から供給される送信信号を各送受信アンテナ素子１２０に供給すると共に、それら送受信アンテナ素子１２０により受信された受信信号をその指向性制御部１２２に供給する。この送受信分離部としては、サーキュレータもしくは方向性結合器等が好適に用いられる。

信号処理部２８は、前述の実施例１と同様に、無線通信部２６を介して送受信アンテナ素子１２０から送信する送信信号を生成する。このとき、信号の生成は前記拡散符号を用いた拡散処理などによって行なわれる。

また、前記指向性制御部１２２は、前記無線通信部２６から供給される送信信号それぞれの位相を制御する複数（図９では３つ）の送信信号位相制御部１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送信信号位相制御部１３２と称する）と、それぞれの振幅を制御する複数（図９では３つ）の送信信号振幅制御部１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送信信号振幅制御部１３４と称する）とを、備えており、それら送信信号位相制御部１３２及び送信信号振幅制御部１３４を介して前記複数の送受信アンテナ素子１２０から送信される送信信号それぞれの位相及び振幅を制御することでその送信信号の送信指向性を制御する。また、前記複数の送受信分離部１２４から供給される受信信号それぞれの位相を制御する複数（図９では３つ）の受信信号位相制御部１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ（以下、特に区別しない場合には単に受信信号位相制御部１３６と称する）と、それぞれの振幅を制御する複数（図９では３つ）の受信信号振幅制御部１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ（以下、特に区別しない場合には単に受信信号振幅制御部１３８と称する）とを、備えており、それら受信信号位相制御部１３６及び受信信号振幅制御部１３８を介して前記複数の送受信アンテナ素子１２０により受信された受信信号それぞれの位相及び振幅を制御することでその受信信号の受信指向性を制御する。

制御部３０は、移動局１０が電波を発信する場合に、前記複数の送受信アンテナ素子１２０から送信される送信信号それぞれの位相（及び必要に応じて振幅）を制御し、その送信信号の送信指向性を制御して前記通信範囲を変更する。具体的には例えば、移動局１０の位置を測定するために基地局１２に対し電波を発信する指令を受けた場合に、まず、移動局１０の通信範囲が、例えば図５の第１アンテナ通信可能領域７１となるように送信指向性を制御して前記送信信号を送信し、続いて、移動局１０の通信範囲が前記第１アンテナ通信可能領域７１とその一部が重なり合う領域である第２アンテナ通信可能領域７２に切り換えるように送信指向性を制御して送信信号を送信する。すなわち、前記制御部３０は、前記指向性制御部１２２を介して各送信信号の位相を制御することにより前記複数の送受信アンテナ素子１２０によって構成される送信アンテナを送信用フェイズドアレイアンテナ（Phased Array Antenna）として制御する。或いは、前記指向性制御部１２２を介して各送信信号の位相及び振幅を受信信号の品質が向上するように制御することにより前記複数の送受信アンテナ素子１２０によって構成される送信アンテナを送信用アダプティブアレイアンテナ（Adaptive Array Antenna）として制御する。すなわち、前記複数の送受信アンテナ素子１２０によって構成されるアンテナは指向性を変更可能な指向性アンテナである。

このように、本実施例においては、第１発信および第２発信は、いずれも前記送受信アンテナ素子１２０によって構成されるアンテナから順次発信されるものであって、発信時における前記アンテナの指向性は相互に異なるものである。

また、制御部３０は、移動局１０が電波を受信する場合には、前記複数の送受信アンテナ素子１２０により受信される受信信号それぞれの位相（及び必要に応じて振幅）を制御することによりその受信信号の受信指向性を制御する。すなわち、前記指向性制御部１２２を介して各受信信号の位相を制御することにより前記複数の送受信アンテナ素子１２０によって構成される受信アンテナを受信用フェイズドアレイアンテナとして制御する。或いは、前記指向性制御部１２２を介して各受信信号の位相及び振幅を受信信号の品質が向上するように制御することにより前記複数の送受信アンテナ素子１２０によって構成される受信アンテナを受信用アダプティブアレイアンテナとして制御する。例えば制御部３０は、前記無線通信部２６における前記受信信号の合成量が可及的に大きくなるように前記受信信号の受信指向性を定める。

なお、移動局１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含んで構成される。すなわち、移動局１０はＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う所謂マイクロコンピュータを含み、制御部３０による指向性制御部１２２などの作動の制御や、無線通信部２６による変復調制御、信号処理部２８による送信信号の生成制御等の制御を行なう。

また、本実施例２において、基地局１２および測位サーバ１４については、実施例１と同様の構成を有するもの、例えば図３および図４の機能ブロック図に示すものが同様に用いられるので、説明を省略する。

図１０は、本発明の位置検出システムの別の実施例における制御作動の概要を表すフローチャートである。まず、移動局１０の指向性制御部１２２などに対応するステップ（以下「ステップ」を省略する。）ＳＢ１においては、移動局１０が電波の発信に用いる際のアンテナの指向性を制御することにより、移動局１０の通信範囲が例えば図５の第１アンテナ通信可能領域７１のように決定される。続いて移動局１０の信号処理部２８および無線通信部２６に対応するＳＢ２においては、例えば電波の発信時刻を含んだ信号が、所定の拡散符号により拡散処理され、更に通信に適したデジタル変調が行なわれるとともに所定の出力に増幅され、ＳＢ１で設定された通信範囲に対して発信される。この発信が前記第１発信に対応する。

各基地局１２の無線通信部３４、信号処理部３６、および受信時刻測定部４２に対応するＳＢ３においては、ＳＢ２において移動局１０から発信された電波が各基地局１２において受信される。そして、受信された電波が所定の復調処理および逆拡散処理がされるとともに、前記同期検出処理により電波の受信時刻が算出される。また、受信波を逆拡散処理することによって得られる受信波に含まれていた情報や電波の受信時刻は、有線ケーブル５２を介して測位サーバ１４に送信される。

ＳＢ４においては、ＳＢ２において第１発信として移動局１０から発信された電波の受信時刻の算出が２以上の基地局１２において行なわれたか否かが判断される。２以上の基地局において受信時刻の算出が行なわれた場合には、本ステップの判断が肯定され、続くＳＢ５が実行される。一方、いずれかの基地局１２において電波の受信に失敗した場合など、２以上の基地局１２において受信時刻の算出を行なうことができなかった場合には、ＳＢ２以降のステップが再度実行される。

移動局１０の指向性制御部１２２に対応するＳＢ５においては、移動局１０の通信範囲が変更される。すなわち、ＳＢ１において設定された移動局１０の通信範囲とその一部が重なる新たな通信範囲として、例えば図５の第２アンテナ通信可能領域７２が設定され、かかる新たな通信範囲を実現するためのアンテナの指向性が制御される。

続いて移動局１０の信号処理部２８および無線通信部２６に対応するＳＢ６においては、ＳＢ２と同様に例えば電波の発信時刻情報を含んだ情報が、所定の拡散符号により拡散処理され、更に通信に適したデジタル変調が行なわれるとともに所定の出力に増幅され、ＳＢ５で設定された通信範囲に対し発信される。この発信が前記第２発信に対応する。

各基地局１２の無線通信部３４、信号処理部３６、および受信時刻測定部４２に対応するＳＢ７においては、ＳＢ３と同様に、ＳＢ６において移動局１０から発信された電波が各基地局１２において受信される。そして、受信された電波が所定の復調処理および逆拡散処理がされるとともに、前記同期検出処理により電波の受信時刻が算出される。また、受信波を逆拡散処理することによって得られる受信波に含まれていた情報や電波の受信時刻は、有線ケーブル５２を介して測位サーバ１４に送信される。

ＳＢ８においては、ＳＢ６において移動局１０から発信された電波の受信時刻の算出が、第１発信を受信した基地局１２を１つ以上含む２以上の基地局１２において行なわれたか否かが判断される。第１発信を受信した基地局１２を１つ以上含む２以上の基地局１２において受信時刻の算出が行なわれた場合には、本ステップの判断が肯定され、続くＳＢ９が実行される。一方、いずれかの基地局１２において電波の受信に失敗した場合など、第１発信を受信した基地局１２を１つ以上含む２以上の基地局１２において受信時刻の算出を行なうことができなかった場合には、ＳＢ６以降のステップが再度実行される。

時刻換算部５８に対応するＳＢ９においては、ＳＢ２における電波の発信である第１発信と、ＳＢ６における電波の発信である第２発信とのいずれかを基準発信と設定するとともに、基準発信以外の電波の各基地局における受信時刻が、基準発信の電波の受信時刻に換算される。例えば基準発信として第１発信を設定した場合には、第２発信による電波を受信した各基地局の受信時刻が、第１発信を受信した場合の受信時刻に換算される。

測位部５６に対応するＳＢ１０においては、ＳＢ３において得られた基準発信である第１発信による電波の各基地局における受信時刻と、ＳＢ７において得られた基準発信でない第２発信による電波の各基地局における受信時刻がＳＢ９において換算されることによって得られた基準発信による電波の受信時刻と、に基づいて、移動局１０の位置の算出が行なわれる。

前述の実施例によれば、前記移動局１０において、前記発信手段は前記指向性を変更可能な指向性アンテナの指向性を相互に異なる状態に切り換えて複数回の電波の発信を行なうので、一つの基地局１２は前記第１発信および第２発信の複数回の電波を受信し、移動局１０の位置の検出に必要なその他の基地局１２はこれらの複数回の発信される電波のいずれかを受信すればよく、前記移動局１０は移動局１０の位置の検出に必要となる全ての基地局１２が受信できる強度で電波を出力する必要がなくなり、移動局の電波の送信電力を低減することができる。

また、前述の実施例によれば、前記移動局１０の有する指向性を変更可能な指向性アンテナによって複数回発信される際のそれぞれの通信範囲は、他の少なくともいずれか１つの発信の際の通信範囲と重なるように前記指向性アンテナの指向性が制御されるので、基地局１２のいずれかが、前記複数回の発信のそれぞれの通信範囲が重なった領域に位置することにより、前記複数回の発信において発信された複数の電波を受信することができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例においては、時刻換算部５８により基準発信以外による電波の受信時刻を基準発信による電波の発信に対応する受信時刻に換算し、測位手段５６は換算後の受信時刻の各基地局１２における時間差に基づいて移動局１０の位置を算出した（ＴＤＯＡ方式）が、これに限られず、例えば、予め移動局１０および全ての基地局１２のそれぞれが有する時計３１、４４を合わせておくことを前提に、測位手段５６は、換算後の各基地局１２における基準発信による電波の受信時刻に基づいて移動局１０の位置を算出（ＴＯＡ方式）してもよい。

また、前述の実施例１においては、時刻換算部５８は、移動局１０における第１アンテナ２１と第２アンテナ２２との設置間隔が電波の波長などを考慮した結果誤差に及ぼす影響が低いとして零であるとみなしたが、これに限られず、第１アンテナ２１により発信される電波および第２アンテナ２２により発信される電波の両方を受信する基地局１２が存在する場合において、第１アンテナ２１と前記基地局１２との電波の伝搬距離と、第２アンテナ２２と前記基地局１２との電波の伝搬距離とを第１アンテナ２１と第２アンテナ２２との設置間隔を考慮して異なるものとしてもよい。

また、前述の実施例においては、時刻換算部５８は、基準発信である第１発信と他の発信である第２発信による電波の両方を受信した基地局である第２基地局１２Ｂにおける第１発信による受信時刻ｔ１Ｂと第２発信による電波の受信時刻ｔ２Ｂとの差（ｔ２Ｂ−ｔ１Ｂ）を受信時間差として算出し、これに基づいて基準発信以外の発信に対応する受信時刻を換算したが、これに限られない。例えば、移動局１０が第１発信と第２発信とを行なう発信間隔が予め既知の所定値である場合には、この既知の所定値を予め時刻換算部５８が得ておくことにより、この既知の所定値に基づいて第２発信による電波の受信時刻を換算してもよい。すなわち、前述の実施例においては、時刻換算部５８は、図７における基準発信でない第２発信に対応する直線７４を、第２基地局１２Ｂの受信時間差（ｔ２Ｂ−ｔ１Ｂ）だけ左に平行移動したが、移動局１０による発信時間差（Ｔ２−Ｔ１）の値を予め時刻換算部５８が有していれば、前記第２基地局１２Ｂの受信時間差（ｔ２Ｂ−ｔ１Ｂ）に代えてこの発信時間差だけ左に平行移動しても同様の効果が得られる。また、このようにすれば、基準発信と基準発信以外の発信の両方を受信した基地局１２が存在しない場合であっても、時刻換算部５８は基準発信以外の発信に対応する受信時刻を基準発信に対応する受信時刻に換算することができる。

なお、このように第１発信と第２発信とを所定間隔で切り換える場合には、好適には第１発信および第２発信のそれぞれにおいて発信される電波には、それが第１発信によるものであるか第２発信によるものであるかを識別するための符号が付加されてもよい。このようにすれば、基地局１２は受信した電波が第１発信によるものであるか第２発信によるものであるかを容易に識別することができる。

また、好適には、前述のように時刻換算部５８が移動局１０の発信時間差を用いる場合においては、移動局１０の有する時計３１の時刻と基地局１２がそれぞれ有する時計４４の時刻との同期を例えば所定の間隔や所定の動作ごとに行ったり、あるいは、移動局１０の有する時計３１と基地局１２がそれぞれ有する時計との時刻ずれやクロック速度比などを予め測定しておき、移動局１０の有する時計３１の時刻をこれらの情報に基づいて補正してもよい。このようにすれば、移動局１０が精度の高い時計を有していない場合においても、正確な発信時間差を得ることができる。

また、前述の実施例１においては、移動局１０が２つの指向性アンテナである第１アンテナ２１および第２アンテナ２２を有する場合について説明したが、移動局１０が３つ以上の指向性アンテナを有する場合であっても同様に適用可能である。具体的には、例えば図８のフローチャートにおいて、ステップＳＡ５乃至ＳＡ８を（アンテナの本数−１）分だけ繰り返すことによって実行される。

また、前述の実施例１においては、第１アンテナ２１および第２アンテナ２２はそれぞれ指向性を有する平面パッチアンテナであるとされたが、これに限られず、基地局の機器構成などに合わせ、例えば複数のアレイアンテナを指向性を異なるように設置したものであってもよいし、複数のダイポールアンテナを角度を持たせて設置したものであってもよい。

また、前述の実施例においては、移動局１０が１つの場合について説明したが、移動局１０が複数存在する場合であっても、例えば移動局１０ごとに異なる拡散符号を用いることなどにより同様に適用可能である。

また、前述の実施例２においては、アンテナ素子１２０の数は３つとされたがこれに限られない。また、アンテナ素子１２０として例えばダイポールアンテナなどのアンテナが用いられてもよい。この場合、移動局１０による電波の発信時にはこれらのアンテナ素子１２０を用いた指向性を有するアレイアンテナを用いて電波を発信する一方、電波の受信時には、いずれかのアンテナ素子１２０である１本のアンテナを用いて電波の受信を行なうこともできる。

本発明の位置推定システムの概要を表す図である。 移動局の機能の概要を表す機能ブロック図である。 基地局の機能の概要を表す機能ブロック図である。 測位サーバの機能の概要を表す機能ブロック図である。 移動局の有する第１アンテナおよび第２アンテナのそれぞれの通信可能範囲を説明する図である。 距離関連情報換算手段（時刻換算部）による受信時刻の換算の手順を説明する図である。 測位手段（測位部）による移動局の位置の推定を説明する図である。 本発明の位置推定システムの制御作動の概要を説明するフローチャートである。 本発明の別の実施例における位置推定システムにおける移動局の機能の概要を表す機能ブロック図である。 本発明の別の実施例における位置推定システムの制御作動の概要を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０：移動局
１２：基地局
１４：測位サーバ
２１：第１アンテナ（指向性アンテナ）
２２：第２アンテナ（指向性アンテナ）
２４：アンテナ切換部
２６：無線通信部（発信手段）
３１：時計
３４：無線通信部（受信手段）
４２：受信時刻測定部（距離関連情報測定手段）
４４：時計
５０：移動可能領域
５６：測位部（測位手段）
５８：時刻換算部（距離関連情報換算手段）
７１：第１アンテナ通信可能領域
７２：第２アンテナ通信可能領域

Claims (6)

1. 電波を発信する発信手段を有し、移動可能な移動局と、
   該移動局によって発信された電波を受信する受信手段と、該受信した電波に基づいて前記移動局との距離に関連する情報である距離関連情報を測定する距離関連情報測定手段とを有し、既知の位置に固定され、互いに同期した時計を有する複数の基地局と、
   該複数の基地局のそれぞれによって測定された距離関連情報に基づいて前記移動局の位置を算出する測位サーバと、を有する位置検出システムにおいて、
   前記発信手段は、１回の測位のために相互に通信範囲の異なる複数回の電波の発信を行なうものであり、
   前記複数の基地局は、３個以上の基地局からなり、
   前記距離関連情報は、前記各基地局の受信手段において受信された前記移動局からの電波の受信時刻であり、
   前記測位サーバは、
   前記複数の基地局のそれぞれによって測定される距離関連情報のうち、前記移動局による１回の測位のための複数回の電波の発信のうち予め定められた１回の発信である基準発信以外の発信によって発信された電波に対応する距離関連情報を、複数回の受信を行った基地局による複数回の電波の受信における受信間隔に基づいて、前記基準発信に対応する距離関連情報に換算する距離関連情報換算手段と、
   前記複数の基地局のそれぞれによって測定される距離関連情報のうち、前記基準発信によって発信された電波に対応する距離関連情報と、前記距離関連情報換算手段によって換算された距離関連情報とから、前記基準発信において前記移動局から発信された電波の前記複数の基地局のそれぞれにおける到達時間差を算出し、該到達時間差に基づいて前記移動局の位置の算出を行なう測位手段とを有すること
   を特徴とする位置検出システム。
2. 前記発信手段は、前記複数回の電波の発信におけるそれぞれの通信範囲が他の発信における通信範囲の少なくともいずれか１つの通信範囲とその一部が重なるように複数回の電波の発信を行なうこと
   を特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
3. 前記移動局は、指向性が相互に異なる複数の指向性アンテナを有し、
   前記発信手段は、該移動局の有する複数の指向性アンテナを切り換えて前記複数回の電波の発信を行なうこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の位置検出システム。
4. 前記移動局は、指向性を変更可能な指向性アンテナを有し、
   前記発信手段は１回の測位のために該指向性アンテナの指向性を相互に異なる状態として複数回の電波の発信を行なうこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の位置検出システム。
5. 前記距離関連情報換算手段は、前記複数の基地局のうち、前記複数回の電波の発信における２以上の発信による電波を受信した基地局において、第１の発信による電波に対応する距離関連情報である受信時刻と第２の発信による電波に対応する距離関連情報である受信時刻との受信時刻差に基づいて距離関連情報の換算を行なうこと
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の位置検出システム。
6. 前記発信手段は、所定の発信間隔で前記複数回の電波の発信を行ない、
   前記距離関連情報換算手段は、該所定の発信間隔である発信時間差に基づいて前記受信時間差を算出し、該算出された受信時間差に基づいて距離関連情報の換算を行なうこと
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の位置検出システム。

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