(57)【要約】【課題】無線タグの二次元座標を精度よく決定することができる無線タグ測位システムを提供する。【解決手段】無線タグ２００が無線タグリーダ１００の径方向に移動した距離である径方向移動距離（測定距離Dm）を測定する（Ｓ２）。また、測位範囲４００を複数の小領域に分割することで生成する領域頂点をそれぞれ移動前の点とし、その移動前の点を除いた残りの領域頂点のそれぞれを移動後の点とする移動前後点の組み合わせに対して、径方向移動距離（＝演算距離Dc）を演算しておき、測定距離Dmと演算距離Dcとの距離差eを、全部の移動前後店の組み合わせに対して４つの無線タグリーダ１００ごとに算出し（Ｓ４）、４つの距離差eの合計（合計距離差E）も算出する（Ｓ５）。この合計距離差Eの最小値（最小合計距離差Eminから無線タグ２００の二次元座標を決定する。【選択図】図４
2014070923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
距離測定用の信号波を逐次送信し、且つ、その距離測定用の信号波に基づいて無線タグから到来する応答波を受信する送受信部を備える無線タグリーダを少なくとも４つ備え、測位範囲内に存在する前記無線タグの二次元座標を逐次決定する無線タグ測位システムであって、
各無線タグリーダの送受信部による送受信結果に基づいて、所定時間に無線タグが無線タグリーダの径方向へ移動した距離である径方向移動距離を、無線タグリーダ別に測定する径方向距離測定手段と、
前記測位範囲を複数の小領域に分割することで生成する領域頂点をそれぞれ移動前の点とし、その移動前の点を除いた残りの領域頂点のそれぞれを移動後の点とする移動前後点の組み合わせに対して演算した前記径方向移動距離である演算径方向移動距離と、前記径方向距離測定手段で測定した各径方向移動距離との距離差を、無線タグリーダ毎に算出し、且つ、それらの距離差を合計した合計距離差を、全ての前記移動前後点の組み合わせに対して算出する第１合計距離差算出手段と、
その第１合計距離差算出手段で算出した合計距離差のうちの最小値である最小合計距離差を決定し、その最小合計距離差の算出に用いた前記演算径方向移動距離により定まる移動後の点を、前記無線タグの二次元座標の候補に決定する第１候補決定手段と、
その第１候補決定手段で決定した二次元座標の候補に基づいて、前記無線タグの二次元座標を決定する位置決定手段と
を含むことを特徴とする無線タグ測位システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記径方向距離測定手段を距離測定周期毎に繰り返し実行するようになっており、
径方向距離測定手段で測定した過去の径方向移動距離を逐次記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている直近の１回分あるいは測定時点が新しいものから順に連続する過去複数回分の径方向移動距離と、今回測定した径方向移動距離とを足し合わせることで、連続する複数回の距離測定周期の間に前記無線タグが前記無線タグリーダの径方向へ移動した距離である合計径方向移動距離を、無線タグリーダ別に、少なくとも一つずつ算出する合計移動距離算出手段と、
前記演算径方向移動距離と前記合計移動距離算出手段で算出した合計径方向移動距離との距離差を無線タグリーダ毎に算出し、且つ、それらの距離差を合計した合計距離差を、全ての前記移動前後点の組み合わせに対して算出する第２合計距離差算出手段と、
この第２合計距離差算出手段で算出した合計距離差のうちの最小値である最小合計距離差を決定し、その最小合計距離差の算出に用いた前記演算径方向移動距離により定まる移動後の点を、前記無線タグの二次元座標の候補とする第２候補決定手段とをさらに備え、
前記位置決定手段は、前記第１候補決定手段が決定した二次元座標の候補と、前記第２候補決定手段が決定した二次元座標の候補とに基づいて、前記無線タグの二次元座標を決定することを特徴とする無線タグ測位システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記径方向距離測定手段で測定した径方向移動距離を、予め設定されている測定誤差の範囲で複数の値に変化させ、それら複数の値を前記径方向距離測定手段で測定した径方向移動距離の代わりにそれぞれ用いて、前記第１合計距離差算出手段、第１候補決定手段を実行することで、前記二次元座標の候補を複数決定する第１複数候補決定手段と、
その第１複数候補決定手段で決定した複数の二次元座標の候補のばらつきが小さいほど高い値になるように、前記第１候補決定手段が決定した最小合計距離差により定まる移動前の点から移動後の点への移動の信頼度を決定する第１信頼度決定手段と、
前記合計移動距離算出手段で算出した合計径方向移動距離を、予め設定されている測定誤差の範囲で複数の値に変化させ、それら複数の値を前記合計径方向移動距離の代わりにそれぞれ用いて、前記第２合計距離差算出手段、第２候補決定手段を実行することで、前記二次元座標の候補を複数決定する第２複数候補決定手段と、
その第２複数候補決定手段で決定した複数の二次元座標の候補のばらつきが小さいほど高い値になるように、前記第２候補決定手段が決定した最小合計距離差により定まる移動前の点から移動後の点への移動の信頼度を決定する第２信頼度決定手段とを備え、
前記位置決定手段は、前記第１候補決定手段が決定した二次元座標の候補と前記第２候補決定手段が決定した二次元座標の候補を、前記第１信頼度決定手段、第２信頼度決定手段がそれぞれ決定した信頼度に基づいて用いて前記無線タグの二次元座標を決定することを特徴とする無線タグ測位システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線タグの絶対位置を測定する無線タグ測位システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線タグの絶対位置を測定（以下、絶対測位という）する技術は、ＴＯＡ方式、ＴＤＯＡ方式、ＲＳＳＩ方式など、電波を用いた多数の手法が提案されている。また、これらの手法を用いて室内等のマルチパスが生じる環境において絶対測位を行なう技術が、非特許文献１にまとめられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Liu, H., H. Darabi, P. Banerjee, and J. Liu, "Survey of wireless indoor positioning techniques and systems," IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C: Applications and Reviews, Vol. 37, No. 6, 1067-1080, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電波を用いて絶対測位を行なう従来公知の種々の手法は、いずれも基地局から無線タグまでの絶対距離を、電波を用いて測定できることが前提となっている。しかし、室内等のマルチパス環境では、電波を用いて絶対距離を精度よく測定すること自体が困難になることが多い。そのため、絶対距離を用いる方法では精度よく絶対測位を行なうことが困難であった。
【０００５】
仮に、従来手法により、マルチパス環境でも絶対位置として二次元座標を決定しようとすると、予め二次元座標の所定間隔毎に無線タグが存在していた場合に受信できる電波強度のマップを作成しておくなど、事前に膨大な準備が必要であり現実的ではない。
【０００６】
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、無線タグの二次元座標を精度よく決定することができる無線タグ測位システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その目的を達成するための請求項１記載の発明は、距離測定用の信号波を逐次送信し、且つ、その距離測定用の信号波に基づいて無線タグから到来する応答波を受信する送受信部を備える無線タグリーダを少なくとも４つ備え、測位範囲内に存在する前記無線タグの二次元座標を逐次決定する無線タグ測位システムであって、
各無線タグリーダの送受信部による送受信結果に基づいて、所定時間に無線タグが無線タグリーダの径方向へ移動した距離である径方向移動距離を、無線タグリーダ別に測定する径方向距離測定手段と、
前記測位範囲を複数の小領域に分割することで生成する領域頂点をそれぞれ移動前の点とし、その移動前の点を除いた残りの領域頂点のそれぞれを移動後の点とする移動前後点の組み合わせに対して演算した前記径方向移動距離である演算径方向移動距離と、前記径方向距離測定手段で測定した各径方向移動距離との距離差を、無線タグリーダ毎に算出し、且つ、それらの距離差を合計した合計距離差を、全ての前記移動前後点の組み合わせに対して算出する第１合計距離差算出手段と、
その第１合計距離差算出手段で算出した合計距離差のうちの最小値である最小合計距離差を決定し、その最小合計距離差の算出に用いた前記演算径方向移動距離により定まる移動後の点を、前記無線タグの二次元座標の候補に決定する第１候補決定手段と、
その第１候補決定手段で決定した二次元座標の候補に基づいて、前記無線タグの二次元座標を決定する位置決定手段とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、無線タグまでの絶対距離は測定せず、無線タグが所定時間に無線タグリーダの径方向へ移動した距離である径方向移動距離を測定し、この径方向移動距離を用いて無線タグの二次元座標を決定している。
【０００９】
まず、この径方向移動距離により無線タグの二次元座標が決定できる理由を説明する。本発明では、径方向移動距離を測定しているだけでなく、演算した径方向移動距離である演算径方向移動距離も用いる。演算径方向移動距離を得るために、測位範囲を複数の小領域に分割する。そして、移動前を小領域の領域頂点のそれぞれとし、移動前の領域頂点を除いた残りの領域頂点のそれぞれを移動後の点とする移動前後点の組み合わせを作成する。これらすべての組み合わせに対する径方向移動距離は幾何学的に演算可能である。
【００１０】
第１合計距離差算出手段では、幾何学的な演算により得た演算径方向移動距離と、測定した径方向移動距離との距離差を無線タグリーダ毎に算出し、それらの距離差を合計して合計距離差とする。この合計距離差を全ての移動前後点の組み合わせに対して算出する。
【００１１】
径方向距離測定手段が測定した径方向移動距離は、実際に移動した無線タグに対する送受信結果から得たものであるので、演算径方向移動距離として、無線タグが移動前後に存在した位置に近い移動前後点の組み合わせから得たものを用いた場合が、合計距離差は最小となる可能性が高い。
【００１２】
この無線タグ測位システムは、無線タグリーダを少なくとも４つ備えており、距離差は、それら少なくとも４つの無線タグリーダにそれぞれ対応する径方向移動距離について算出する。つまり、距離差は少なくとも４つ算出する。移動前後の二次元座標は合計４つのパラメータで表現できることから、この少なくとも４つの距離差を最小とする移動前後点の組み合わせは一つに定めることができる。
【００１３】
少なくとも４つの距離差を最小とすることは合計距離差を最小とすることを意味する。そこで、第１候補決定手段では、合計距離差のうちの最小値である最小合計距離差を決定する。
そして、最小合計距離差の算出に用いた演算径方向移動距離により定まる移動後の点を、無線タグの二次元座標の候補に決定する。位置決定手段は、この二次元座標の候補に基づいて無線タグの二次元座標を決定する。このようにして、径方向移動距離から無線タグの二次元座標が決定できる。
【００１４】
このように、本発明では、径方向移動距離から無線タグの二次元座標を決定している。無線タグの移動前後でのマルチパスの影響はほぼ同じと考えることができるので、径方向距離測定手段により測定する径方向移動距離はマルチパスの影響が少ない。よって、径方向移動距離から無線タグの二次元座標を決定することで、無線タグの二次元座標を精度よく決定することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記径方向距離測定手段を距離測定周期毎に繰り返し実行するようになっており、
径方向距離測定手段で測定した過去の径方向移動距離を逐次記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている直近の１回分あるいは測定時点が新しいものから順に連続する過去複数回分の径方向移動距離と、今回測定した径方向移動距離とを足し合わせることで、連続する複数回の距離測定周期の間に前記無線タグが前記無線タグリーダの径方向へ移動した距離である合計径方向移動距離を、無線タグリーダ別に、少なくとも一つずつ算出する合計移動距離算出手段と、
前記演算径方向移動距離と前記合計移動距離算出手段で算出した合計径方向移動距離との距離差を無線タグリーダ毎に算出し、且つ、それらの距離差を合計した合計距離差を、全ての前記移動前後点の組み合わせに対して算出する第２合計距離差算出手段と、
この第２合計距離差算出手段で算出した合計距離差のうちの最小値である最小合計距離差を決定し、その最小合計距離差の算出に用いた前記演算径方向移動距離により定まる移動後の点を、前記無線タグの二次元座標の候補とする第２候補決定手段とをさらに備え、
前記位置決定手段は、前記第１候補決定手段が決定した二次元座標の候補と、前記第２候補決定手段が決定した二次元座標の候補とに基づいて、前記無線タグの二次元座標を決定することを特徴とする。
【００１６】
この発明では、径方向距離測定手段で測定した過去の径方向移動距離を逐次記憶しておき、今回測定した径方向移動距離と、過去の径方向移動距離とを足し合わせることで、連続する複数回の距離測定周期の間に無線タグが無線タグリーダの径方向へ移動した距離である合計径方向移動距離を、無線タグリーダ別に、少なくとも一つずつ算出する。
【００１７】
この合計径方向移動距離は、移動に要した時間が異なる以外は１回分の径方向移動距離と同じである。そこで、この合計径方向移動距離を用いて、１回分の径方向移動距離と同様にして、合計距離差を全ての移動前後点の組み合わせに対して算出し（第２合計距離差算出手段）、さらに、最小合計距離差を決定して、無線タグの二次元座標の候補を決定する（第２候補決定手段）。
【００１８】
このようにすることで、前記第１候補決定手段が決定した二次元座標の候補と、第２候補決定手段が決定した二次元座標の候補とを得ることができる。位置決定手段では、これら複数の二次元座標の候補に基づいて無線タグの二次元座標を決定するので、無線タグの二次元座標をより精度よく決定することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、前記径方向距離測定手段で測定した径方向移動距離を、予め設定されている測定誤差の範囲で複数の値に変化させ、それら複数の値を前記径方向距離測定手段で測定した径方向移動距離の代わりにそれぞれ用いて、前記第１合計距離差算出手段、第１候補決定手段を実行することで、前記二次元座標の候補を複数決定する第１複数候補決定手段と、
その第１複数候補決定手段で決定した複数の二次元座標の候補のばらつきが小さいほど高い値になるように、前記第１候補決定手段が決定した最小合計距離差により定まる移動前の点から移動後の点への移動の信頼度を決定する第１信頼度決定手段と、
前記合計移動距離算出手段で算出した合計径方向移動距離を、予め設定されている測定誤差の範囲で複数の値に変化させ、それら複数の値を前記合計径方向移動距離の代わりにそれぞれ用いて、前記第２合計距離差算出手段、第２候補決定手段を実行することで、前記二次元座標の候補を複数決定する第２複数候補決定手段と、
その第２複数候補決定手段で決定した複数の二次元座標の候補のばらつきが小さいほど高い値になるように、前記第２候補決定手段が決定した最小合計距離差により定まる移動前の点から移動後の点への移動の信頼度を決定する第２信頼度決定手段とを備え、
前記位置決定手段は、前記第１候補決定手段が決定した二次元座標の候補と前記第２候補決定手段が決定した二次元座標の候補を、前記第１信頼度決定手段、第２信頼度決定手段がそれぞれ決定した信頼度に基づいて用いて前記無線タグの二次元座標を決定することを特徴とする。
【００２０】
径方向距離測定手段で測定する径方向移動距離には、当然ある程度の測定誤差が含まれる。そして、径方向距離測定手段で測定する径方向移動距離の測定誤差があることにより、この径方向移動距離に基づいて決定する二次元座標の候補も測定誤差の影響を受ける。ただし、二次元座標の候補に与える測定誤差の影響は、移動前後点の具体的座標により異なる。すなわち、移動前後点の具体的座標により、二次元座標の候補の信頼度が異なる。この理由は、無線タグの移動が、ある無線タグリーダを中心とする円弧を描くような移動に近いほど、その無線タグリーダが測定する径方向移動距離は、実際の無線タグの移動距離に比べて小さな値になってしまい、その結果、径方向移動距離に対する測距誤差の影響が大きくなってしまうからである。
【００２１】
そこで、本発明では、径方向距離測定手段で測定した径方向移動距離から決定した二次元座標の候補、および、合計径方向移動距離から決定した二次元座標の候補に対してそれぞれ信頼度を決定する。
【００２２】
この信頼度を決定するために、本発明では、径方向距離測定手段で測定した径方向移動距離、および、合計径方向移動距離を、予め設定されている測定誤差の範囲で複数の値に変化させる。そして、それら複数の値を径方向距離測定手段で測定した径方向移動距離や、合計径方向移動距離に代わりに用いて二次元座標の候補を複数決定する。そして、径方向移動距離、合計径方向移動距離別の二次元座標の候補のばらつきから、第１候補決定手段が決定した最小合計距離差により定まる移動前の点から移動後の点への移動の信頼度、および、第２候補決定手段が決定した最小合計距離差により定まる移動前の点から移動後の点への移動の信頼度を決定している。
【００２３】
そして、無線タグの二次元座標の決定においては、複数の二次元座標の候補をこの信頼度に基づいて用いている。よって、無線タグの二次元座標をさらに精度よく決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態となる無線タグ測位システム１のシステム構成の概念図である。
【図２】図１の無線タグリーダ１００の構成を示す図である。
【図３】図１の無線タグ２００の構成を示す図である。
【図４】第１実施形態においてコントローラ３００が無線タグ２００の二次元座標を決定するために行う処理を示すフローチャートである。
【図５】演算距離Dcを演算するための升目（小領域）を示す図である。
【図６】無線タグ２００が、時刻t-1の位置Pt-1(0,0)から時刻tにPt(0,1)に移動したことを示す図である。
【図７】無線タグ２００が、時刻t-1の位置Pt-1(3,5)から時刻tにPt(1,3)に移動したことを示す図である。
【図８】第２実施形態においてコントローラ３００が無線タグ２００の二次元座標を決定するために行う処理を示すフローチャートである。
【図９】図８のＳ２４の信頼度演算処理を詳しく示すフローチャートである。
【図１０】図８のステップＳ１４で算出する合計距離Dsを説明する図である。
【図１１】無線タグ２００の位置の変化の一例である。
【図１２】図１１の例において１つの測定距離Dmあるいは１つの合計距離Dsのみから決定した移動前後の二次元位置を例示している。
【図１３】図９のステップＳ２４１〜Ｓ２４６を実行して決定した解の候補のばらつきを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態となる無線タグ測位システム１のシステム構成の概念図である。本実施形態の無線タグ測位システム１は、４つの無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｄを備えている。４つの無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｄは同じ構成であるので、これらを区別しないときは、単に無線タグリーダ１００という。
【００２６】
無線タグリーダ１００の他に、この無線タグ測位システム１は、４つの無線タグリーダ１００を管理するコントローラ３００（図２参照）も備え、これらにより、無線タグ２００の絶対測位を行う。無線タグ２００は人に携帯されるものであり、無線タグ２００の絶対測位が行われることで、その無線タグ２００を携帯した人の位置が把握できる。
【００２７】
本実施形態では、無線タグ２００の絶対測位を行う必要がある測位範囲４００は四角形であり、その測位範囲４００の各角にそれぞれ無線タグリーダ１００Ａ〜１００Ｄが配置されている。測位範囲は、たとえば、一つの部屋あるいは一つの敷地などである。各無線タグリーダ１００の通信範囲は、いずれも測位範囲４００の全体を含む範囲となっている。
【００２８】
図２は、無線タグリーダ１００の構成を示す図である。図２に示すように、無線タグリーダ１００は、制御部１１０、送信部１２０、受信部１３０、測距通信部１４０、アンテナ１５０を備えている。
【００２９】
制御部１１０は、外部へ無線送信させるデータを送信部１２０へ送るとともに、アンテナ１５０によって受信され受信部１３０によって復調・復号されたデータをその受信部１３０から取得する。また、制御部１１０は、測距通信部１４０を制御して、測距用の電波をアンテナ１５０から無線タグ２００へ送信させるとともに、測距通信部１４０が復調した信号を取得する。
【００３０】
また、制御部１１０は、内部にメモリ１１１とタイマ１１２とを備えている。メモリ１１１には、この無線タグリーダ１００のＩＤ、設置座標などが記憶されている。タイマ１１２は、送信周期の計測などに用いる。
【００３１】
送信部１２０、受信部１３０は、無線タグ２００との間でデータの送受信を行なう部分である。送信部１２０は、符号部１２１、変調部１２２、増幅部１２３を備えている。符号部１２１は、制御部１１０から供給されたデータを符号化する。符号部１２１は、この符号化した信号を変調部１２２へ出力する。変調部１２２は、符号部１２１にて符号化された信号を電気的デジタル信号に変換した後に、予め設定されている通信チャンネルを用いて位相偏移変調や周波数偏移変調等の所定の変調方式により変調する。増幅部１２３は、変調部１２２で変調された信号を増幅する。増幅された信号は、アンテナ１５０から電波として送信される。
【００３２】
また、アンテナ１５０は、無線タグ２００から送信された電波を受信する。受信した電波は復調部１３１において復調される。復調された信号は復号部１３２において符号化され、符号化された信号が制御部１１０に送られる。
【００３３】
前述の制御部１１０は、受信部１３０から供給される信号に基づいて、無線タグ２００がこの無線タグリーダ１００の通信範囲に入ったことを検知すると、その無線タグ２００までの距離を、測距通信部１４０を用いて測定する。
【００３４】
測距通信部１４０は、制御部１１０からの指示に従い、送信部１２０、受信部１３０を用いるデータ通信用の周波数とは異なる測距用の所定周波数の電波を無線タグ２００へ送信する。この測距用の周波数として、特許文献１に記載の種々の高周波数を用いることができる。また、無線タグリーダ１００と、この無線タグリーダ１００の通信範囲の境界付近に存在する無線タグ２００との間の電波の往復距離程度となる周波数を用いてもよい。たとえば、無線タグリーダ１００からその無線タグリーダ１００の通信範囲の境界までの距離が１５ｍである場合、周波数１０ＭＨｚ（波長３０ｍ）の電波を用いればよい。
【００３５】
この測距通信部１４０は、無線タグ２００の測距通信部２４０とにより位相同期回路（フェーズロックループ（ＰＬＬ））を構成する。この測距通信部２４０としては、前述の特許文献１に記載の送受信機に示すものを用いることができる。
【００３６】
無線タグ２００は、無線タグリーダ１００から測距用の電波を受信したら、測距用の電波を送信した無線タグリーダ１００に電波を送信（返信）する。測距通信部１４０は、無線タグリーダ１００が送信したこの電波をアンテナ１５０を介して取得する。この取得した電波の位相と、送信した測距用電波の位相との位相差を制御部１１０へ出力する。また、測距用電波の位相を、受信した電波の位相に同期するように測距用電波の位相を制御して、この測距用電波の送信を継続する。制御部１１０は上記位相差をコントローラ３００へ送る。
【００３７】
なお、測距通信部１４０は、上記位相差を決定できる電波を送受信できればよいことから、送信機能として増幅部、変調部を備え、受信機能として復調部を備えていればよく、符号部や復号部は不要である。
【００３８】
コントローラ３００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで、種々の処理を実行する。また、その処理の結果を記憶する記憶部も備える。
【００３９】
コントローラ３００が実行する処理としては、無線タグリーダ１００が出力した位相差を用いて、各無線タグリーダ１００に対する無線タグ２００の一定時間での径方向変化距離を測定する処理がある。また、コントローラ３００は、さらに、４つの径方向変化距離から無線タグ２００の二次元座標を一定周期で演算する。コントローラ３００が行なうこれらの処理は後述する。
【００４０】
図３は、無線タグ２００の構成を示す図である。無線タグ２００は人に携帯されるものである。無線タグ２００は、アクティブ方式の無線タグであり、電池２１０を備えている。この電池２１０の他に、無線タグ２００は、送信部２２０、受信部２３０、測距通信部２４０、アンテナ２５０、制御部２８０を備えており、電池２１０は、これらに電力を供給する。
【００４１】
送信部２２０は、符号部２２１、変調部２２２、増幅部２２３を備えている。符号部２２１は制御部２８０から送信されるデータを符号化して変調部２２２に送る。変調部２２２は、符号部２２１からの符号を、たとえば、振幅変位変調などの変調方式により変調する。増幅部２２３は、変調部２２２が変調した信号を増幅して、アンテナ２５０から送信させる。
【００４２】
受信部２３０は、アンテナ２５０が受信した電波を復調する復調部２３１と、復調部２３１が復調した信号を復号する復号部２３２とを備えている。復号部２３２は、復号した信号を制御部２８０へ供給する。
【００４３】
測距通信部２４０は、無線タグリーダ１００が送信する測距用の電波をアンテナ２５０を介して取得して、無線タグリーダ１００へ測距用の電波を送り返す機能を備える。単純な構成としては、局部発振器とミキサを備え、無線タグリーダ１００から送信された測距用の電波と局部発振器で発生させた信号とをミキサで混合する構成とすることができる。また、特許文献１に記載の送受信機の構成を採用することもできる。
【００４４】
制御部２８０は、送信部２２０、受信部２３０、測距通信部２４０を制御する。また、制御部２８０は、タイマ２８１、メモリ２８２を備えている。タイマ２８１は、クロック発振器（図示せず）のクロックを計数することで計時を行う。
【００４５】
次に、無線タグ２００の二次元座標を決定するコントローラ３００の処理を説明する。図４は、第１実施形態においてコントローラ３００が無線タグ２００の二次元座標を決定するために行う処理を示すフローチャートである。コントローラ３００は、この図４に示す処理を一定の距離測定周期で実行する。
【００４６】
コントローラ３００は、まず、径方向移動距離（以下、測定距離）Dmを測定する（ステップＳ２）。この処理は径方向距離測定手段に相当する。このステップＳ２では、各無線タグリーダ１００から逐次取得する位相差に測距用の電波の波長を乗じることで、距離測定周期の間に無線タグ２００が無線タグリーダ１００の径方向へ移動した距離である径方向移動距離（すなわち測定距離Dm）を算出する。この測定距離Dmは、各無線タグリーダ１００から位相差を取得し、各無線タグリーダ１００に対して測定する。以下、無線タグリーダ１００Ａに対する測定距離DmをDm(A)、無線タグリーダ１００Ｂに対する測定距離DmをDm(B)、無線タグリーダ１００Ｃに対する測定距離DmをDm(C)、無線タグリーダ１００Ｄに対する測定距離DmをDm(D)とする。
【００４７】
続くステップＳ４では、上記測定距離Dmと演算距離Dcのとの距離差eを算出する。演算距離Dcは、演算により求めた径方向移動距離である。演算により径方向移動距離を求めるために、本実施形態では、測位範囲４００を図５に示すように升目状の小領域に分割する。この升目の大きさは演算負荷を考慮して適宜決定する。
【００４８】
そして、升目を形成する縦横の線の交点（すなわち領域頂点）のそれぞれを移動前の点とし、移動前の点が残りの交点のそれぞれに移動した場合を考える。この場合の径方向移動距離は幾何学的に演算することができる。移動前の点の座標を(xt-1、yt-1)とし、移動後の点の座標を(xt、yt)とすると、下記の式１が、幾何学的な計算（具体的には、無線タグリーダ１００を原点とする、移動後の点までの距離から移動前の点までの距離の引き算）により径方向移動距離を算出する式である。なお、図５では、移動前の点Pt-1、移動後の点Ptとも交点上にないが、図示の都合から縦線および横線とも一部の線を省略しているためである。また、式１において、Lは無線タグリーダ１００の間の距離である。
【数１】
2014070923.tif 000003
【００４９】
上記式１の（１）〜（４）の右辺はいずれも具体的数値が定まる。よって、演算距離Dcは演算可能である。なお、式１の左辺に、ステップＳ２で測定した測定距離Dmを代入すれば、移動前後の点の座標を求めることができるようにも思われる。しかし、この場合、無理数を有する連立方程式となるので、一般に、代数的には解くことができない。そこで、本実施形態では、上記のように、移動前後の点の組み合わせを網羅して式１の右辺の値を求めた上で、以下に説明する方法で移動後の点Ptの二次元座標を決定する。
【００５０】
このステップＳ４では、測定距離Dmと演算距離Dcの距離差eを、無線タグリーダ１００毎に算出する。続くステップＳ６では、ステップＳ４で算出した距離差eを合計した合計距離差Eを、移動前後点の全ての組み合わせに対して算出する。
【００５１】
例を挙げて説明する。たとえば、上記Ｌ＝10mとし、図６に示すように、Pt-1(0,0)、Pt(0,1)とする。上記演算距離Dc(A)、Dc(B)、Dc(C)、Dc(D)は、下記式２に示すようにして計算できる。
【数２】
2014070923.tif 000004
【００５２】
また、測定距離Dmは式３に示す値であったとする。
【数３】
2014070923.tif 000005
【００５３】
上記合計距離差Eは、式４のように、距離差eの絶対値を加算することで算出してもよいし、また、式５のように、上記距離差eの二乗和としてもよい。なお、式４、５においてiはA〜Dである。
【数４】
2014070923.tif 000006
【数５】
2014070923.tif 000007
【００５４】
演算距離Dc、測定距離Dmがそれぞれ式２、３に示す値であれば、式４による合計距離差Eは下記式６に示すように計算して、21.574となる。
【数６】
2014070923.tif 000008
【００５５】
また、図７に示すように、Pt-1(3,5) 、Pt(1,3)であれば、上記演算距離Dc(A)、Dc(B)、Dc(C)、Dc(D)、合計距離差Eは、それぞれ、式７、式８のように計算できる。
【数７】
2014070923.tif 000009
【数８】
2014070923.tif 000010
【００５６】
ステップＳ８では、ステップＳ６で算出した移動前後点の全ての組み合わせに対する合計距離差Eのうちの最小値である最小合計距離差Eminを決定する。測定距離Dmが前述の式３に示す値であった場合には、移動前の点Pt-1(2,2)、移動後の点Pt(7,4)として演算距離Dcを算出し、この演算距離Dcから式４または式５を用いて算出した合計距離差Eが最小合計距離差Eminとなる。
【００５７】
ここで、合計距離差Eは、４つの測定距離Dmと、それに対応する４つの演算距離Dcとの距離差eの合計値であり、各距離差eは式１における（１）〜（４）の式の右辺と左辺の差である。そのため、合計距離差Eが最小となる移動前後の点を決定することは、式１における（１）〜（４）の４つの連立方程式において、４つの未知数Pt-1(xt-1,yt-1)、Pt(xt,yt)を解いたことになる。
【００５８】
そこで、ステップＳ１０では、最小合計距離差Eminの算出に用いた演算距離Dcを決定し、この決定した演算距離Dcに対応する移動後の点を無線タグ２００の二次元座標に決定する。上述の具体例のように、最小合計距離差Eminとなった演算距離Dcが、移動前の点Pt-1(2,2)と移動後の点Pt(7,4)から算出したものである場合には、無線タグ２００の現在の座標を(7,4)に決定する。
【００５９】
以上、説明した第１実施形態では、無線タグ２００が無線タグリーダ１００の径方向に移動した距離である径方向移動距離（測定距離Dm）を測定している。そして、この測定距離Dmから無線タグ２００の二次元座標Ptを決定している。無線タグ２００の移動前後で、無線タグ２００と無線タグリーダ１００との電波の送受信に与えるマルチパスの影響はほぼ同じと考えることができるので、測定距離Dmはマルチパスの影響が少ない。よって、測定距離Dmから無線タグ２００の二次元座標Ptを決定することで、無線タグ２００の二次元座標Ptを精度よく決定することができる。
【００６０】
また、ステップＳ４、Ｓ６における処理、すなわち、距離差eを無線タグリーダ１００毎に算出し、その無線タグリーダ１００毎の距離差eを合計した合計距離差Eを移動前後点の全ての組み合わせに対して算出する処理は、移動前後点の組み合わせ毎に独立している。そのため、並列計算を行えば、高速に２次元座標Ptを決定することもできる。
【００６１】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を説明する。なお、この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用することができる。
【００６２】
図８は、第２実施形態においてコントローラ３００が無線タグ２００の二次元座標を決定するために行う処理を示すフローチャートである。図４と同様、コントローラ３００は、この図８に示す処理を一定の距離測定周期で実行する。
【００６３】
ステップＳ２では、図４と同様、４つの測定距離Dm(A)、Dm(B)、Dm(C)、Dm(D)を測定する。ステップＳ３では、上記測定距離Dmを所定の記憶部に記憶する。ステップＳ４、Ｓ６、Ｓ８は図４と同様である。ステップＳ４では、測定距離Dmと演算距離Dcとの距離差eを無線タグリーダ１００毎に算出する。つまり、４つの距離差eを算出することになる。なお、第２実施形態では、ステップＳ１６で算出する距離差と区別するため、このステップＳ４の距離差をe(m)とする。
【００６４】
ステップＳ６では、ステップＳ４で算出した４つの距離差e(m)を合計した合計距離差（E(m)とする）を、移動前後点の全ての組み合わせに対して算出する。ステップＳ８では、合計距離差E(m)のうちの最小値、すなわち、最小合計距離差E(m)minを決定する。
【００６５】
続くステップＳ１２では、無線タグ２００の現時点における二次元座標の候補を決定するために、まず、ステップＳ８で決定した最小合計距離差E(m)minの算出に用いた演算距離Dcを決定する。第１実施形態では、この演算距離Dcに対応する移動後の点を無線タグ２００の二次元座標Ptに決定していたが、第２実施形態では、この演算距離Dcに対応する移動後の点を、その二次元座標の候補とする。
【００６６】
ステップＳ１４では合計距離Dsを算出する。この合計距離Dsは特許請求の範囲の合計径方向移動距離に相当し、ステップＳ１４は合計移動距離算出手段に相当する。図１０は、合計距離Dsを説明する図である。図１０において、Dm(t)、Dm(t-1)、Dm(t-2)は、それぞれ時刻t、時刻t-1、時刻t-2の時点において測定した測定距離Dmであり、これらはステップＳ３で記憶部に記憶されている。
【００６７】
合計距離Dsは、最新のものから順番に複数の測定距離Dmを合計した値であり、図１０におけるDs(2)は、２回分の測定距離Dm、すなわち、最新の測定距離Dmと１回前の測定距離Dm(t-1)とを合計した値である。Ds(3)は、３回分の測定距離Dm、すなわち、最新の測定距離Dm、１回前の測定距離Dm(t-1)、２回前の測定距離Dm(t-2)を合計した値である。
【００６８】
また、図１０には、無線タグ２００の現時点（時刻t）における位置P(t)、１回前の測定時点における位置P(t-1)、２回前の測定時点における位置P(t-2)、３回前の測定時点における位置P(t-3)も示している。このように、無線タグ２００は、無線タグリーダ１００の周方向にも移動するものの、測定距離Dmは、無線タグ２００が無線タグリーダ１００の径方向へ移動した距離である。そのため、合計距離Ds(2)、Ds(3)も、同図に示すように、２回前の測定時点における位置P(t-2)、あるいは、３回前の測定時点における位置P(t-3)から現時点までの径方向移動距離である。
【００６９】
なお、図１０には、合計する期間が異なる二種類の合計距離Ds(2)、Ds(3)を示しているが、合計距離Dsは少なくとも一種類を算出すればよく、何種類の合計距離Dsを算出するかは予め設定されている。また、各種類の合計距離Dsに対しては、４つの無線タグリーダ１００の全部、すなわち、４つの合計距離Dsを算出する。
【００７０】
合計距離Dsは、移動に要した時間が異なる以外は１回分の測定距離Dmと同じである。そこで、合計距離Dsを用いて測定距離Dmと同様にして無線タグ２００の二次元座標の候補を決定する。
【００７１】
ステップＳ１６では、ステップＳ１４で算出した４つの合計距離Dsのそれぞれと、既に算出済みの前述の演算距離Dcとの距離差e(s)を算出する。算出方法は、測定距離Dmに代えて合計距離Dsを用いる以外はステップＳ４と同じである。ステップＳ１４で複数種類の合計距離Ds(n)（ｎ＝１、２、・・・）を算出している場合には、複数種類のそれぞれに対して、４つの距離差e(s)を算出する。
【００７２】
ステップＳ１８では、ステップＳ１６で算出した４つの距離差e(s)を合計した合計距離差（E(s)とする）を、移動前後点の全ての組み合わせに対して算出する。複数種類の距離差e(s)を算出している場合には、各種類の距離差e(s)に対して、移動前後点の全ての組み合わせに対する合計距離差E(s)を算出する。
【００７３】
ステップＳ２０では、ステップＳ１８で算出した移動前後点の全ての組み合わせに対する合計距離差E(s)のうちの最小値、すなわち、最小合計距離差E(s)minを決定する。複数種類の合計距離差E(s)を算出している場合には、合計距離差E(s)の種類毎に最小合計距離差E(s)minを決定する。
【００７４】
ステップＳ２２では、ステップＳ２０で決定した最小合計距離差E(s)minの算出に用いた演算距離Dcを決定する。そして、この演算距離Dcに対応する移動後の点を無線タグ２００の二次元座標の候補とする。ステップＳ２０で複数の最小合計距離差E(s)minを決定している場合には、最小合計距離差E(s)min毎に二次元座標の候補を決定する。
【００７５】
ステップＳ２４では、ステップＳ１２、Ｓ２２で決定した二次元座標の候補の信頼度を演算する。このステップＳ２４の処理の詳細は図９に示す。
【００７６】
図９において、まず、ステップＳ２４１では、図８のステップＳ２で測定した４つの測定距離Dm(A)、Dm(B)、Dm(C)、Dm(D)を測定誤差erの範囲でそれぞれ複数の値に変化させる。この測定誤差erは、無線タグリーダ１００の設置時点では予め設定されている。測定誤差erは無線タグリーダ１００の装置構成の影響が大きいことから、測定誤差erは製造時に設定されていてもよい。また、設置環境を考慮するために、設置時に設定するようにしてもよい。値を変化させる数は、後述する分散（ステップＳ２４６）を精度よく決定できるようにするために必要な数として予め設定されている。測定距離Dmに対して加算あるいは減算する値は、予め設定されていてもよいし、ランダムに発生させてもよい。また、その加算あるいは減算する値は、各無線タグリーダ１００で異なっていてもよいし、同一でもよい。
【００７７】
ステップＳ２４２では、図８のステップＳ１４で算出した合計距離Dsを測定誤差erの範囲で複数の値に変化させる。測定誤差erは上記ステップＳ２４１と同じであり、また、合計距離Dsに加算あるいは減算する値もステップＳ２４１と同じである。
【００７８】
ステップＳ２４３は、ステップＳ２４１、Ｓ２４２で変化させた値（以下、変化値という）を、測定距離Dmや合計距離Dsの代わりに用いて、ステップＳ４やステップＳ１６と同様にして、演算距離Dcとの距離差eを無線タグリーダ１００ごとに（すなわち４つ）算出する。ステップＳ２４４では、変化値ごとに、ステップＳ６やステップＳ１８と同様にして、ステップＳ２４３で算出した４つの距離差eを合計した合計距離差Eを、移動前後点の全ての組み合わせに対して算出する。ステップＳ２４５では、ステップＳ２４４で移動前後点の全ての組み合わせに対して算出した合計距離差Eのうちの最小値（最小合計距離Ｅmin）を、変化値ごとに決定する。
【００７９】
ステップＳ２４６では、ステップＳ２４５で決定した最小合計距離差Eminの算出に用いた演算距離Dcを変化値毎に決定する。そして、この演算距離Dcに対応する移動前後の点を、式１における(xt-1,yt-1)、(xt,yt)の解の候補に決定する。最小合計距離差Eminの算出に用いた演算距離Dcは変化値毎に決定しているので、解の候補は変化値の数だけ決定することになる。ステップＳ２４７では、変化値の基準となっている測定距離Dmあるいは合計距離Ds別に、ステップＳ２４６で決定した解の候補の分散（＝σ２）を算出する。
【００８０】
図１１〜図１３は、ステップＳ２４７で分散を算出する理由を説明するための図である。図１１は、無線タグ２００の位置の変化の一例であり、無線タグ２００は、ｐ１→ｐ２→ｐ３→ｐ４→ｐ５→ｐ６へと移動している。
【００８１】
図１２は、図１１の例において１つの測定距離Dmあるいは１つの合計距離Dsのみから決定した移動前後の二次元座標を例示している。ｐ５とｐ６で示される直線は測定距離Dmのみから決定した移動前後の二次元座標である。その他の４本の直線、すなわち、ｐ１−ｐ６、ｐ２−ｐ６、ｐ３−ｐ６、ｐ４−ｐ６で示される直線は、１つの合計距離Dsのみから決定した移動前後の二次元座標である。この図１２から、現時点の二次元座標であるｐ６の位置は、測定距離Dmあるいは合計距離Dsとしてどれを用いるかによりばらつくことが分かる。
【００８２】
図１３は、図９のステップＳ２４１からステップＳ２４６を実行して決定した解の候補を、変化値の基準となっている測定距離Dmあるいは合計距離Ds別にプロットした図である。図１３において、Ｄ１６、Ｄ２６、Ｄ３６、Ｄ４６、Ｄ５６は、それぞれ、図１２におけるｐ１−ｐ６、ｐ２−ｐ６、ｐ３−ｐ６、ｐ４−ｐ６、ｐ５−ｐ６に対応した合計距離Dsあるいは測定距離DmをもとにしてステップＳ２４１〜Ｓ２４６を実行して解の候補を決定したことを意味している。
【００８３】
図１３から、測距誤差erを同じにしているにも関わらず、無線タグ２００の移動前後の具体的位置により、解の候補の分散が異なることが分かる。この原因は、測定距離Dmが、無線タグ２００が無線タグリーダ１００の径方向へ移動した距離であることによる。無線タグ２００の移動が、ある無線タグリーダ１００を中心とする円弧を描くような移動に近いほど、その無線タグリーダ１００が測定する測定距離Dmは、実際の無線タグ２００の移動距離に比べて小さな値になってしまい、その結果、測距誤差erの影響が大きくなってしまうからである。
【００８４】
上記分散が小さいほど図８のステップＳ１２あるいはステップＳ２２で決定した二次元座標の候補は信頼できることになる。そこで、ステップＳ２４８では、ステップＳ２４７で算出した分散の逆数を信頼度とする。
【００８５】
図８に戻り、ステップＳ２６では、上記ステップＳ２４で演算した信頼度に基づいてステップＳ１２あるいはステップＳ２２で決定した二次元座標の候補を用いて、無線タグ２００の現時点の二次元座標を決定する。
【００８６】
信頼度の用い方としては、たとえば次の方法がある。第１の方法は、ステップＳ２４で演算した信頼度が最も高い解の候補となっている複数の移動後の点を平均して、無線タグ２００の二次元座標とする。また、第２の方法は、ステップＳ２４で演算した信頼度が最も高くなった測定距離Dmあるいは合計距離Dsから決定した二次元座標を、無線タグ２００の二次元座標とする。
【００８７】
これら第１の方法、第２の方法は、ステップＳ２４で演算した信頼度が最も高くなった測定距離Dmあるいは合計距離Dsから得られる二次元座標のみを用いるが、次の第３、第４の方法のように、複数の測定距離Dmあるいは合計距離Dsから得られる二次元座標を、信頼度に応じた重みで用いて無線タグ２００の二次元座標を決定してもよい。
【００８８】
第３の方法は、各解の候補の平均値を信頼度により加重平均する方法である。すなわち、まず、ステップＳ２４で演算した各信頼度の合計値を分母とし、分子を各信頼度とする係数を作成する。また、解の候補の平均値を算出する。解の候補の平均値は、ステップＳ２４６で決定した解の候補を、変化値の基準となっている測定距離Dmあるいは合計距離Ds別に平均したものである。そして、それぞれの解の候補の平均値にその解の候補に対応する係数を乗じた値を加算する。これにより、各解の候補の平均値を信頼度により加重平均した値が得られる。これをｘ座標、ｙ座標別に行うと、無線タグ２００の二次元座標が決定できる。
【００８９】
第４の方法は、第３の方法における各解の候補の平均値に代えて、ステップＳ２２で決定した二次元座標の候補を用いる。その他は第３の方法と同じである。
【００９０】
以上、説明した第２実施形態によれば、今回測定した測定距離Dmと（ステップＳ２）、過去に測定して記憶しておいた測定距離Dm（ステップＳ３）とを足し合わせることで、連続する複数回の距離測定周期の間に無線タグ２００が無線タグリーダ１００の径方向へ移動した距離である合計距離Dsを、無線タグリーダ１００別に、少なくとも一つずつ算出する（ステップＳ１４）。この合計距離Dsを用いて、測定距離Dmと同様にして、合計距離差E(s)を全ての移動前後点の組み合わせに対して算出し（ステップＳ１８）、さらに、最小合計距離差E(s)minを決定して（ステップＳ２０）、無線タグ２００の二次元座標の候補を決定する（ステップＳ２２）。これにより、測定距離Dmから決定した二次元座標の候補だけでなく、合計距離Dsからも二次元座標の候補を得ることができる。最終的な二次元座標は、これら複数の二次元座標の候補に基づいて決定する（ステップＳ２６）。よって、無線タグ２００の二次元座標をより精度よく決定することができる。
【００９１】
また、図１３を用いて説明したように、無線タグリーダ１００の測定誤差er自体は同じであっても、無線タグ２００の移動前後の具体的座標により、ステップＳ１２、Ｓ２２で決定する二次元座標の候補の信頼度が異なる。そこで、この第２実施形態では、測定距離Dmから決定した二次元座標の候補（ステップＳ１２）、および、合計距離Dsから決定した二次元座標の候補（ステップＳ２２）に対して、それぞれ信頼度を決定している（ステップＳ２４）。そして、無線タグ２００の二次元座標の決定においては、複数の二次元座標の候補をこの信頼度に基づいて用いている（ステップＳ２４）。これにより、無線タグ２００の二次元座標をさらに精度よく決定することができる。
【００９２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００９３】
たとえば、第２実施形態では、複数の二次元座標の候補を信頼度に基づいて用いていた。しかし、信頼度を算出せず、複数の二次元座標の候補の位置が互いに近いもののみを用いて、それらを平均した値を無線タグ２００の二次元座標としてもよく、また、全部の二次元座標の候補を単純に平均した値を無線タグ２００の二次元座標としてもよい。
【００９４】
また、前述の実施形態では、図４あるいは、図８、９の処理をコントローラ３００が実行していたが、これらの処理をいずれか１つの無線タグリーダ１００が実行してもよい。
【００９５】
また、前述の実施形態では、信号波として電波を用い、電波の位相差から測定距離Dmを測定していたが、信号波として音波を用いるドップラーレーダにより測定距離Dmを測定してもよい。
【００９６】
また、測位範囲は四角形である必要はなく、任意の種々の形状とすることができる。
【符号の説明】
【００９７】
１  無線タグ測位システム      １００  無線タグリーダ      ２００  無線タグ      ３００  コントローラ      ４００  測位範囲      Ｓ２  径方向距離測定手段      Ｓ４，Ｓ６  第１合計距離差算出手段      Ｓ８  第１候補決定手段      Ｓ１０  位置決定手段      Ｓ１４  合計移動距離算出手段      Ｓ１８  第２合計距離差算出手段      Ｓ２０，Ｓ２２  第２候補決定手段      Ｓ２４  位置決定手段      Ｓ２４６  第１複数候補決定手段、第２複数候補決定手段      Ｓ２４８  第１信頼度決定手段、第２信頼度決定手段
【図１】
2014070923.tif 000011
【図２】
2014070923.tif 000012
【図３】
2014070923.tif 000013
【図４】
2014070923.tif 000014
【図５】
2014070923.tif 000015
【図６】
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【図７】
2014070923.tif 000017
【図８】
2014070923.tif 000018
【図９】
2014070923.tif 000019
【図１０】
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【図１１】
2014070923.tif 000021
【図１２】
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【図１３】
2014070923.tif 000023