(57)【要約】  ジッタの発生を抑圧して測位精度を向上する測位システム及び測位方法。基地局（１００）と無線端末（２００）とを具備し、パルス信号を用いて測位対象の無線端末（２００）の位置を測定する測位システム（１０）の基地局（１００）において、パルス生成部（１０３）が、パルス信号系列を送信し、ＩＤ測位部（１１０）が、パルス信号系列の送信タイミングから、パルス信号系列を受信した無線端末（２００）から送信される応答パルス信号系列の受信タイミングまでの往復所要時間を算出し、当該往復所要時間に基づいて、無線端末（２００）の位置を算出する。そして、無線端末（２００）においては、ＬＮＡ（２０３）が、受信パルス信号系列を増幅して応答パルス信号として基地局（１００）へ送信する。
2010106747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号系列を送信する送信装置と、
入力信号を増幅する増幅器と、パルス信号系列を受信し当該受信パルス信号系列を前記増幅器で増幅した後に応答パルス信号系列として送信する送受信手段と、を具備する測位対象装置と、
前記送信装置と別体の装置であって、前記応答パルス信号系列の受信タイミングを検出する検出手段と、前記パルス信号系列の送信タイミングから、前記検出された受信タイミングまでの伝搬所要時間に基づいて、前記測位対象装置の位置を算出する位置算出手段とを具備する算出装置と、
を具備する測位システム。
【請求項２】
前記算出装置は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記アレーアンテナを介して受信した応答パルス信号系列に基づいて前記算出装置を基準とする前記測位対象装置の位置する方向を算出する方向算出手段と、をさらに具備し、
前記位置算出手段は、前記伝搬所要時間に基づいて、前記送信装置と前記測位対象装置との第２の離間距離と前記第１の離間距離との和である迂回伝搬距離とを算出し、前記算出装置及び前記送信装置の位置を２つの焦点とし且つ当該２つの焦点から表面上の任意の点までの距離の和が前記迂回伝搬距離である楕円球と、前記算出装置の位置から前記算出された方向に延ばした線分との交点を、前記測位対象装置の位置として算出する、
請求項１に記載の測位システム。
【請求項３】
前記増幅器は、印加電圧に応じた増幅率で前記入力信号を増幅し、
前記測位対象装置は、自装置に固有の識別データに対応するパタンで前記増幅器に電圧を印加する電圧印加手段をさらに具備する、
請求項１に記載の測位システム。
【請求項４】
前記測位システムは、前記送信装置を複数有し、
各送信装置は、自装置に固有の識別データに基づいて前記パルス信号系列を生成する生成手段を具備する、
請求項１に記載の測位システム。
【請求項５】
前記算出装置は、前記パルス信号系列を送信する送信手段を、さらに具備し、
前記検出手段は、前記送信手段から送信されたパルス信号系列に基づいて前記測位対象装置から送信された応答パルス信号の受信タイミングを第２の受信タイミングとして検出し、
前記位置算出手段は、前記送信手段からパルス信号系列が送信された第２の送信タイミングから、前記検出された第２の受信タイミングまでの往復所要時間に基づいて、前記測位対象装置と前記算出装置との第１の離間距離を算出し、前記伝搬所要時間に基づいて、前記送信装置と前記測位対象装置との第２の離間距離と前記第１の離間距離との和である迂回伝搬距離とを算出し、前記第１の離間距離及び前記迂回伝搬距離に基づいて、前記測位対象装置の位置を算出する、
請求項１に記載の測位システム。
【請求項６】
前記位置算出手段は、前記算出装置の位置を中心とし且つ前記第１の離間距離を半径とする球と、前記算出装置及び前記送信装置の位置を２つの焦点とし且つ当該２つの焦点から表面上の任意の点までの距離の和が前記迂回伝搬距離である楕円球との交わる部分を、前記測位対象装置の位置として算出する、
請求項５に記載の測位システム。
【請求項７】
前記測位対象装置は、前記測位対象装置として応答パルス信号系列を送信する第１の機能及び前記送信装置としての第２の機能を有すると共に、前記受信パルス信号系列の受信タイミングに基づいて、前記第１の機能を動作させる第１のモード、又は、前記第２の機能を動作させる第２のモードを選択するモード選択手段を有する、
請求項１に記載の測位システム。
【請求項８】
パルス信号系列を送信する送信装置と、測位対象装置と、前記送信装置と別体の装置であり且つ前記測位対象装置の位置を算出する算出装置とを具備する測位システムにおける、測位方法であって、
前記送信装置が、パルス信号系列を送信し、
前記測位対象装置が、パルス信号系列を受信し当該受信パルス信号系列を増幅した後に応答パルス信号系列として送信し、
前記算出装置が、前記応答パルス信号系列の受信タイミングを検出し、前記パルス信号系列の送信タイミングから、前記検出された受信タイミングまでの伝搬所要時間に基づいて、前記測位対象装置の位置を算出する、
測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス信号を利用して測位対象装置の位置を算出する測位システム及び測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）無線を利用する測位システムでは、複数の基地局を必要とする非同期方式が採用されている。この非同期方式では、基地局の基準クロックと無線端末の基準クロックとが同期しておらず、無線端末は、任意の時刻で起き上がり、自身のＩＤ情報が含まれるパルス系列をＵＷＢ無線信号として送信する。ここで、ＵＷＢ無線信号とは、５００ＭＨｚ以上の帯域幅又は中心周波数に対して２０％以上の帯域幅を有する無線信号である。【０００３】
非同期方式が採用される無線測位システムとしては、例えば、特許文献１、２に開示されているものがある。この無線測位システムは、複数の基地局と無線端末とを有する。そして、各基地局が、測位のための信号を送信してから無線端末から返信されるパルスを受信するまでにかかる到達時間ＴＯＡ（Ｔｉｍｅ−Ｏｆ−Ａｒｒｉｖａｌ）を測定し、無線端末の座標を算出する。【０００４】
また、非同期方式と異なり、基地局の基準クロックと無線端末の基準クロックとを同期させてＴＯＡを測定する同期方式が知られている。この同期方式が採用される無線測位システムとしては、例えば、特許文献３に開示されているものがある。この無線測位システムでは、無線端末は、基地局から送信されるパルス系列を受信して基準クロックを再生し、自己のクロックを基地局の基準クロックと同期させた上で、パルス系列を返信する。そして、基地局が、無線端末から返信されたパルス系列を受信してＴＯＡ測定を行う。【０００５】
この同期方式は、基地局１台で無線端末との距離を測定できるというメリットがある。すなわち、非同期方式が測位エリアの周囲に複数の基地局を配置する必要がある一方で、同期方式は測位エリアの中心に基地局を１台だけ設置すれば良いので、非同期方式に比べてシステム構成が簡易であるというメリットが、同期方式には有る。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４２１２２号公報
【特許文献２】米国特許第６８８２３１５号公報
【特許文献３】特表２００２−５１７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の同期方式の無線測位システムでは、無線端末側でクロックを再生することが必要なので、マルチパス伝搬路の影響により、無線端末側で基準クロックが変動し、パルス系列の返信タイミングにジッタ（つまり、信号などにおける遅延時間のゆらぎ）が生じやすいという問題がある。これは、無線端末がクロック再生のために受信する基地局からのパルス系列が、実環境ではマルチパス干渉又はドップラーフェージングの影響を受けて激しく変動するためである。【０００８】
本発明の目的は、ジッタの発生を抑圧して測位精度を向上する測位システム及び測位方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の測位システムは、パルス信号系列を送信する送信装置と、入力信号を増幅する増幅器と、パルス信号系列を受信し当該受信パルス信号系列を前記増幅器で増幅した後に応答パルス信号系列として送信する送受信手段と、を具備する測位対象装置と、前記送信装置と別体の装置であって、前記応答パルス信号系列の受信タイミングを検出する検出手段と、前記パルス信号系列の送信タイミングから、前記検出された受信タイミングまでの伝搬所要時間に基づいて、前記測位対象装置の位置を算出する位置算出手段とを具備する算出装置と、を具備する構成を採る。【００１０】
本発明の一態様の測位方法は、パルス信号系列を送信する送信装置と、測位対象装置と、前記送信装置と別体の装置であり且つ前記測位対象装置の位置を算出する算出装置とを具備する測位システムにおける、測位方法であって、前記送信装置が、パルス信号系列を送信し、前記測位対象装置が、パルス信号系列を受信し当該受信パルス信号系列を増幅した後に応答パルス信号系列として送信し、前記算出装置が、前記応答パルス信号系列の受信タイミングを検出し、前記パルス信号系列の送信タイミングから、前記検出された受信タイミングまでの伝搬所要時間に基づいて、前記測位対象装置の位置を算出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ジッタの発生を抑圧して測位精度を向上する測位システム及び測位方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る測位システムを示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係る無線端末の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１に係る測位システムの構成例を示す図
【図５】ＵＷビット系列及びＩＤビット系列の説明に供する図
【図６】本発明の実施の形態２に係る基準局の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２に係る測位局の構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態２に係る測位システムの構成例を示す図
【図９】基準局及び無線端末がそれぞれ複数機有る場合の測距システムの全体構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態３に係る測位システムの構成例を示す図
【図１１】本発明の実施の形態４に係る測位局の構成を示すブロック図
【図１２】ＩＤ測位部による位置算出処理の説明に供する図
【図１３】本発明の実施の形態５に係る測位システムを示す図
【図１４】本発明の実施の形態５に係る無線端末の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。
【００１４】
（実施の形態１）
［測位システムの概要］
図１は、本発明の実施の形態１に係る測位システム１０を示す図である。図１において、測位システム１０は、基地局１００と、基地局１００によって位置を測定される無線端末２００とを有する。
【００１５】
基地局１００は、無線端末２００の位置を測定する。この位置の測定には、インパルス方式のウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）無線信号が用いられる。
【００１６】
基地局１００は、まず、パルス信号系列を送信する。このパルス信号系列を無線端末２００は、受信し、受信パルス信号系列に基づいて応答パルス信号系列を送信する。ここでは無線端末２００に対して「セミパッシブ方式」が適用されているので、受信パルス信号系列は、無線端末２００において増幅された後に再放射されることより、応答パルス信号系列として送信される。
【００１７】
基地局１００は、無線端末２００から送信された応答パルス信号系列を受信する。そして、基地局１００は、受信パルス信号系列の到来時間を測定し、測定結果から無線端末２００の位置を決定する。
【００１８】
具体的には、基地局１００は、往復所要時間を測定、つまり、パルス信号系列を送信したタイミングからこのパルス信号系列に対応する応答パルス信号系列を受信するタイミング（つまり、到来時間（ＴＯＡ））までの時間を測定する。そして、基地局１００は、測定した往復所要時間から、基地局１００と無線端末２００との離間距離を求める。
【００１９】
［基地局１００の構成］
図２は、本発明の実施の形態１に係る基地局１００の構成を示すブロック図である。図２において、基地局１００は、送信制御部１０１と、ユニークワード（ＵＷ）生成部１０２と、パルス生成部１０３と、アンテナ１０４，１０５と、パルス検波部１０６と、時間相関処理部１０７と、ＴＯＡ推定部１０８と、ビット判定部１０９と、ＩＤ測位部１１０とを有する。
【００２０】
〈送信系の構成〉
送信制御部１０１は、測位動作の開始時に測位開始信号をＵＷ生成部１０２に出力する。
【００２１】
ＵＷ生成部１０２は、測位開始信号を受け取ると、ＵＷビット列を生成し、パルス生成部１０３へ出力する。ＵＷビット列は、基地局１００自身の識別情報であるＵＷ（ユニークワード）を表している。ＵＷビット列は、例えば、ＵＷ（ユニークワード）を、ＯＯＫ（On Off Keying）変調することにより、生成される。ＵＷビット列は、所定数で１フレームを形成する。そして、ＵＷビット列は、フレーム単位で、繰り返し送信される。
【００２２】
パルス生成部１０３は、パルスを所定の周期で発生し、パルス系列を生成する。そして、パルス生成部１０３は、生成したパルス系列を、ＵＷ生成部１０２から受け取るＵＷビット列に従ってＯＯＫ変調することにより、無線周波数帯の無線パルス系列を生成する。この無線パルス系列は、アンテナ１０４を介して送信される。
【００２３】
〈受信系の構成〉
パルス検波部１０６は、無線端末２００より送信されたアンテナ１０５を介して応答パルス信号系列を受信する。パルス検波部１０６は、受信パルス信号系列を包絡線検波し、得られたベースバンド信号を時間相関処理部１０７へ出力する。パルス検波部１０６は、ＬＮＡ（Ｌｏｗ−Ｎｏｉｓｅ−Ａｍｐ）、ダイオード検波器、コンパレータ、又は、Ａ／Ｄ変換器を含んで構成される。なお、パルス検波部１０６の入力段には、無線受信処理部（図示せず）が設けられている。この無線受信処理部は、受信パルス信号系列をダウンコンバートなどの受信処理した後に、パルス検波部１０６へ出力する。
【００２４】
時間相関処理部１０７は、複数のＵＷ候補に関する情報を有している。時間相関処理部１０７は、ＵＷ候補ごとにＵＷレプリカを生成する。そして、時間相関処理部１０７は、生成したＵＷレプリカと、パルス検波部１０６から受け取るベースバンド信号との時間軸上の相互相関処理を行う。この相互相関処理によって得られた時間相関結果は、フレーム単位で、ＴＯＡ推定部１０８に出力される。この時間相関結果は、受信パルスの信号強度とその到達時間ＴＯＡで表現される、伝搬路の遅延プロファイルである。
【００２５】
ＴＯＡ推定部１０８は、複数フレームの遅延プロファイルを合成して合成遅延プロファイルを形成し、この合成遅延プロファイルに現れるピークを検出する。このピーク位置（つまり、ピーク検出されるタイミング（ＴＯＡ））は、ＴＯＡ推定結果として出力される。
【００２６】
ビット判定部１０９は、時間相関処理部１０７から受け取る遅延プロファイルに現れる信号強度をフレーム単位で検出し、検出強度と所定の閾値との大小比較する。そして、ビット判定部１０９は、比較結果に応じたビット値を順次記憶する。これにより、複数フレームの検出強度と閾値との大小比較結果に基づくビット系列が得られる。このビット系列は、後述するように、無線端末２００の識別情報を意味している。
【００２７】
ＩＤ測位部１１０は、測位対象の無線端末２００の位置を算出する。本実施の形態では、ＩＤ測位部１１０は、無線端末２００の位置に関する情報として、測位対象の無線端末２００までの距離を算出する。具体的には、ＩＤ測位部１１０は、測位開始信号を受け取るタイミングから、ＴＯＡ推定部１０８にて測定された到来時間までの往復所要時間を計測する。そして、ＩＤ測位部１１０は、往復所要時間に基づいて、基地局１００とビット判定部１０９から受け取る識別情報に対応する無線端末２００との離間距離を算出する。
【００２８】
［無線端末２００の構成］
図３は、本発明の実施の形態１に係る無線端末２００の構成を示すブロック図である。図３において、無線端末２００は、ＵＷＢアンテナ２０１と、サーキュレータ２０２と、ＬＮＡ（Ｌｏｗ−Ｎｏｉｓｅ−Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２０３と、ＩＤ生成部２０４とを有する。
【００２９】
サーキュレータ２０２は、ＵＷＢアンテナ２０１を介して受信した受信パルス系列をＬＮＡ２０３へ出力する。また、サーキュレータ２０２は、ＬＮＡ２０３から受け取る信号をＵＷＢアンテナ２０１介して送信する。
【００３０】
ＩＤ生成部２０４は、無線端末２００自身の識別情報（ＩＤ）を示すＩＤビット系列を出力する。このＩＤビット系列の構成ビットを、ＩＤ生成部２０４は、１フレーム毎に１つずつ出力する。
【００３１】
ＬＮＡ２０３は、入力するパルス系列を印加電圧に応じて増幅する。この印加電圧は、ＩＤ生成部２０４から受け取るビットの値に応じた電圧値である。ＩＤ生成部２０４から構成ビットがフレーム周期で出力されるので、印加電圧値は、フレーム周期で切り替えられる。例えば、第１のフレーム先頭で切り替えられた電圧値は、次の切り替えタイミングである第２のフレーム先頭まで保持される。このようにすることで、無線端末２００の識別情報を、複数のフレームの信号強度に置き換えることができる。すなわち、複数のビットから構成される無線端末２００の識別情報を、複数のフレームにおける電圧の推移に変換することができる。
【００３２】
［測位システムの動作］
以上の構成を有する測位システム１０の動作について説明する。図４は、測位システム１０の構成例を示す図である。図５は、ＵＷビット系列及びＩＤビット系列の説明に供する図である。
【００３３】
（基地局１００によるパルス信号の送信）
基地局１００において、ＵＷ生成部１０２は、測位開始信号を受け取ると、ＵＷビット列の生成を開始する。このＵＷビット列のビットパタンは、基地局１００に固有である（図５最上段参照）。ＵＷビット列は、ここでは１２８ビットで構成される。そして、ＵＷビット列には、例えば、ＰＮ系列が用いられる。ＰＮ系列とは、擬似雑音（Ｐｓｅｕｄｏ  Ｎｏｉｓｅ）系列のことである。具体的には、自己相関関数が２レベルの値をとり、１周期中の０と１の個数が１つだけ異なる系列である。代表的なＰＮ系列としては、最大周期シフトレジスタ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｅｎｇｔｈ  ｓｈｉｆｔ  ｒｅｇｉｓｔｅｒ）系列（通常Ｍ系列と呼ばれる）が知られている。
【００３４】
次に、パルス生成部１０３は、隣接パルス間の間隔が一定である複数のパルスを含むパルス系列を、ＵＷビット列に従ってＯＯＫ変調する。これにより、無線周波数帯の無線パルス系列が得られる（図５最上段参照）。この無線パルス系列は、アンテナ１０４を介して送信される。
【００３５】
ここでＮ個のＵＷビット列は、１フレームを形成する。図５最上段から３段目では、所定数Ｎ＝２の場合が示されている。従って、ここでは２つのＵＷビット列を含むフレームが繰り返し送信される。
【００３６】
（無線端末２００の反射動作）
基地局１００から送信された無線パルス系列は、無線端末２００−１，２で受信される。これに応じて、無線端末２００−１，２は、応答パルス系列を送信する。
【００３７】
このとき、無線端末２００−１，２のそれぞれでは、自機のＩＤ情報を応答パルス系列に載せて送信する。例えば、無線端末２００のＩＤ情報（複数ビットからなる）の各構成ビットが１か０かに応じて、ＬＮＡ２０３のＯＮ／ＯＦＦをフレーム周期で切り替えることにより、１構成ビットを１フレームの応答パルス系列を使って伝達することができる。こうして、無線端末２００−１，２は、単パルスに対する反射体のように動作すると共に、パルス系列に自己のＩＤ情報を重畳した応答パルス系列を送信することができる（図５最下段参照）。
【００３８】
また、無線端末２００−１，２は、基本的には受信パルス信号に増幅処理を施すだけで応答パルス信号として送信する。すなわち、無線端末２００−１，２は、単パルスに対する反射体のように動作するので、基準クロックを再生せずに、基地局１００の基準クロックに同期した応答パルス系列を送信することができる。ここでは、無線端末側が基本的に受信パルス信号に増幅処理を施すだけで応答パルス系列として送信する測距システムの方式を、「セミパッシブ方式」と呼ぶ。
【００３９】
また、無線端末２００−１，２にて基準クロックの再生が行われないので、マルチパス伝搬路の影響による無線端末２００でのジッタの発生を抑制することができる。これにより、無線端末２００から再放射される応答パルス系列の送信タイミングを安定させることができる。
【００４０】
（基地局１００による応答パルス信号の受信）
無線端末２００から放出されたパルス信号列は、基地局１００で受信される。
【００４１】
基地局１００のパルス検波部１０６では、受信パルス信号系列が検波され、得られた検波結果が時間相関処理部１０７に出力される。
【００４２】
時間相関処理部１０７では、検波結果と各ＵＷビット系列レプリカとの相互相関処理が行われる。これにより、ＵＷ候補ごとの遅延プロファイルが得られる。応答パルス信号系列では同一のＵＷビット列が繰り返されているので、時間相関処理部１０７では、１つのＵＷビット系列レプリカを用いた相互相関処理が繰り返し行われる。これにより、ＵＷビット列の長さに対応する遅延プロファイルが複数得られる。相互相関処理では、ＵＷビット系列レプリカの長さに応じて符号化利得を確保できる。ＵＷは各基地局１００に個別の識別情報であるので、基地局１００ごとの遅延プロファイルが得られる。ここでは、基地局１００が１つの場合を想定しているので、時間相関処理部１０７は、検波結果と基地局１００のＵＷビット系列レプリカとの相互相関処理を行う。
【００４３】
ＴＯＡ推定部１０８では、時間相関処理部１０７で得られた複数の遅延プロファイルが合成されて合成遅延プロファイルが形成される。この遅延プロファイルの合成処理は、ＵＷ候補ごとに行われる。そして、各合成遅延プロファイルに現れるピークが検出される。このピーク位置（つまり、ピーク検出されるタイミング（ＴＯＡ））は、ＴＯＡ推定結果として出力される。
【００４４】
ビット判定部１０９では、時間相関処理部１０７から受け取る遅延プロファイルに現れる信号強度がフレーム単位で検出され、検出強度と所定の閾値とが大小比較される。そして、比較結果に応じたビット値が順次記憶される。これにより、複数フレームの検出強度と閾値との大小比較結果に基づくビット系列が得られる。上記したように無線端末２００のＩＤ情報が応答パルス系列に載せて送信されているので、ビット判定部１０９で得られたビット系列は、無線端末２００のＩＤ情報に対応する。上記したようにＩＤ情報は無線端末２００ごとに異なるので、ビット判定部１０９にて得られたビット系列によって受信応答パルス信号系列の送信元の無線端末２００を特定することができる。また、図４に示す反射物に反射されて戻ってきたパルス信号系列には端末ＩＤは重畳されていないので、反射物で反射されたパルス信号系列と応答パルス信号系列とを判別することができる。
【００４５】
そして、ＩＤ測位部１１０では、基地局１００と測位対象の無線端末２００との離間距離が算出される。
【００４６】
以上のように本実施の形態によれば、基地局１００と無線端末２００とを具備し、パルス信号を用いて測位対象の無線端末２００の位置を測定する測位システム１０の基地局１００において、パルス生成部１０３が、パルス信号系列を送信し、ＩＤ測位部１１０が、パルス信号系列の送信タイミングから、パルス信号系列を受信した無線端末２００から送信される応答パルス信号系列の受信タイミングまでの往復所要時間を算出し、当該往復所要時間に基づいて、無線端末２００の位置を算出する。ここでは、無線端末２００の位置に関する情報として、基地局１００と無線端末２００との離間距離が算出される。
【００４７】
そして、無線端末２００においては、ＬＮＡ２０３が、受信パルス信号系列を増幅して応答パルス信号として基地局１００へ送信する。
【００４８】
こうすることで、無線端末２００は、単パルスに対する反射体のように動作するので、基準クロックを再生せずに、基地局１００の基準クロックに同期した応答パルス系列を送信することができる。また、無線端末２００では基準クロックを再生する必要がないので、マルチパス伝搬路の影響による無線端末２００でのジッタの発生を抑制することができる。これにより、無線端末２００から再放射される応答パルス系列の送信タイミングを安定させることができるので、ＴＯＡの推定精度を向上することができる。この結果、基地局１００を複数用いなくとも、１機の基地局１００によって、無線端末２００の測位が可能となり、また、測位精度も向上することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１の基地局１００の送信系と受信系とが別体の装置である測位システムに関する。
【００５０】
図６は、本発明の実施の形態２に係る基準局３００の構成を示すブロック図である。基準局３００は、実施の形態１の基地局１００の送信系に相当する。
【００５１】
図７は、本発明の実施の形態２に係る測位局４００の構成を示すブロック図である。測位局４００は、実施の形態１の基地局１００の受信系に相当する。
【００５２】
図８は、測位システム２０の構成例を示す図である。
【００５３】
測位システム２０においては、基準局３００が、まず、パルス信号系列を送信する。このパルス信号系列を無線端末２００は、受信し、受信パルス信号系列に基づいて応答パルス信号系列を送信する。
【００５４】
測位局４００は、無線端末２００から送信された応答パルス信号系列を受信する。そして、測位局４００は、受信パルス信号系列の到来時間を測定し、測定結果から無線端末２００の位置を決定する。
【００５５】
具体的には、測位局４００は、迂回伝搬路所要時間を測定、つまり、基準局３００がパルス信号系列を送信したタイミングからこのパルス信号系列に対応する応答パルス信号系列を測位局４００が受信するタイミング（つまり、到来時間（ＴＯＡ））までの時間を測定する。そして、測位局４００は、測定した往復所要時間から、無線端末２００の位置を求める。
【００５６】
ただし、ここでは、無線端末２００の位置に関する情報として、測位局４００と無線端末２００との離間距離が直接的に求められるのではなく、基準局３００と無線端末２００との離間距離と無線端末２００と測位局４００との離間距離との和、つまり、迂回伝搬路の距離が求められる。この迂回伝搬路の距離は、基準局３００と無線端末２００との離間距離の指標と成り得る。
【００５７】
また、基準局３００及び測位局４００は一般的には準固定的に配置されるので、基準局３００と測位局４００との離間距離は予め既知である。従って、ＩＤ測位部１１０は、基準局３００と測位局４００との離間距離を予め保持しておくことができる。ただし、予め保持されていない場合でも、基準局３００から送信され、且つ、無線端末２００を介さずに直接的に測位局４００に到達したパルス信号系列を用いることにより、基準局３００と測位局４００との離間距離を求めることができる。無線端末２００を介さずに直接的に測位局４００に到達したパルス信号系列と、無線端末２００を介して測位局４００に到達した応答パルス信号系列とは、無線端末２００のＩＤ情報が重畳されているか否かに基づいて、判別することができる。
【００５８】
以上のようにして、測位局４００のＩＤ測位部１１０は、迂回伝搬路の距離と、基準局３００と測位局４００との離間距離とを求めることができる。そして、ＩＤ測位部１１０は、これら２つの距離情報から、無線端末２００が存在する楕円球を特定することができる。この楕円球の２つの焦点は、基準局３００の位置及び測位局４００の位置である。
【００５９】
また、一般的には、例えば、屋内環境において、基準局３００と無線端末２００が同程度の高さにあり（つまり、基準局３００と無線端末２００とは同一平面上にあり）、測位局４００が相対的に高い天井等に設置される。すなわち、一般的には、人に携帯されている無線端末２００は、１つの平面上に存在する。
【００６０】
従って、通常は、無線端末２００が存在する平面が横切る上記楕円球の断面である楕円の円周上に無線端末２００が位置する。
【００６１】
以上のように本実施の形態によれば、測位システム２０において、基準局３００が、パルス信号系列を送信し、基準局３００と別体の測位局４００が、パルス信号系列の送信タイミングから、パルス信号系列を受信した無線端末２００から送信される応答パルス信号系列の受信タイミングまでの迂回伝搬路所要時間を算出し、当該迂回伝搬路所要時間に基づいて、無線端末２００の位置を算出する。
【００６２】
こうして、パルス信号系列を送信する基準局３００と、応答パルス信号系列を受信すると共に迂回伝搬路所要時間に基づいて無線端末２００の位置を算出する測位局４００とを別体にしたことにより、測位システムのシステムカバレッジ（測定可能範囲）を改善することができる。つまり、基準局３００の配置に自由度が得られるため、実施の形態１の基地局１００がパルス信号系列の送信元である場合と比較して、送信元である基準局３００と無線端末２００の距離を短くすることが可能となり、無線端末２００は、パルス信号系列をより確実に再放射できる。
【００６３】
なお、以上では、説明を簡単にするために、測位システム２０に無線端末２００が１機存在する場合について説明を行った。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、無線端末２００が複数存在していても良い。上記の通り、各無線端末２００において個別のＩＤ情報が用いられるので、測位局４００は、検出したＩＤ情報に基づいて、受信応答パルス信号の送信元無線端末２００を特定することができる。
【００６４】
また、測位システム２０に基準局３００が複数存在していても良い。こうすることで、測位システム２０Ａのシステムカバレッジ（測定可能範囲）をさらに改善することができる。この場合、１つの無線端末２００について、当該無線端末２００が存在する平面が横切る楕円球の断面である楕円が、複数の基準局３００の位置関係が特別な場合を除いて、複数得られる。従って、それら楕円の交点を求めることにより、無線端末２００の位置を高々４点に絞ることができる。すなわち、迂回伝搬路所要時間に基づいて距離を算出するという簡単な処理により、無線端末２００の位置を絞ることができる。
【００６５】
また、無線端末２００及び基準局３００のそれぞれが、複数存在していても良い。こうすることで、測位システム２０Ａのシステムカバレッジ（測定可能範囲）をさらに改善することができる。図９は、基準局３００及び無線端末２００がそれぞれ複数機有る場合の測距システム２０Ａの全体構成を示している。２つの無線端末２００は、それぞれが近接する基準局３００から送信されるパルス系列を受信し、自身のＩＤ情報を重畳して再放射する。このとき、２つの基準局３００−１，２は、互いに異なるＵＷを用いて生成されるパルス信号系列を送信する。また、２つの無線端末２００−１，２も、互いに異なるＩＤ情報を有しており、無線端末２００−１，２から再放射される２つの応答パルス信号系列には、異なるＩＤ情報が重畳される。
【００６６】
そして、測位局４００には、予め基準局３００−１，２のＵＷと、無線端末２００−１，２のＩＤ情報とが登録されている。測位局４００の時間相関処理部１０７では、各ＵＷに対する遅延プロファイルが、時分割処理及び並列演算処理によって算出される。また、ＩＤ測位部１１０では、各ＵＷに対するビット判定結果を用いて、無線端末２００−１と２００−２とが、ＩＤ情報により判別される。
【００６７】
ただし、パルス系列の相関受信、ＩＤ検出、及び距離測定といった機能を持つ測位局４００は、必然的に高価なものとなるので、設置台数を増やすとコストがかかる。従って、例えば、屋内環境を想定すると、測位局４００は、部屋又は廊下の中央付近で、且つ、測位エリアに対して見通しが確保され易い天井又は壁に設置するのが好ましい。これに対して、基準局３００は、まずは測位局４００の近傍に設置して測位エリアを確定するだけでなく、これを補完するために、測位エリアの周辺又は測位局４００から見通し外となるような、所謂電波の不感帯に設置するのが好ましい。つまり、基準局３００の配置に自由度が得られるため、送信元である基準局３００と無線端末２００の距離を短くすることが可能となり、無線端末２００は、パルス信号系列をより確実に再放射できる。
【００６８】
また、測位対象である無線端末２００の動線が事前にある程度把握できるような場合には、システムの初期導入時、その動線上が測位エリアとなるように測位局４００及び基準局３００が設置されるのが好ましい。加えて、レイアウト変更等によりその動線が変わった時点で、新たな動線に対応して測位局４００を再配置することなく、基準局３００の設置場所のみを変更することで、測位エリアを効率良く更新して再構成することができる。
【００６９】
（実施の形態３）
実施の形態３は、基地局１００及び基準局３００を含む測位システムに関する。すなわち、別の見方をすれば、実施の形態２の測位局４００に基地局１００の受信系の構成が追加された状態の測位システムに関する。
【００７０】
図１０は、本発明の実施の形態３に係る測位システム３０の構成例を示す図である。
【００７１】
図１０において、測位システム３０は、基地局１００と、基準局３００と、無線端末２００とを有する。
【００７２】
基地局１００と無線端末２００との間では、実施の形態１で説明した距離測定が行われる。一方、基地局１００、基準局３００、及び無線端末２００では、実施の形態２で説明した距離測定が行われる。
【００７３】
すなわち、基地局１００と無線端末２００との間では、基地局１００の位置を中心として無線端末２００が位置する球（無線端末２００が位置する平面が特定されている場合には、円周）が求められる。一方、基地局１００、基準局３００、及び無線端末２００では、実施の形態２と同様に、無線端末２００が位置する楕円球（無線端末２００が位置する平面が特定されている場合には、楕円の周）が求められる。
【００７４】
そして、基地局１００は、無線端末２００が存在する平面が特定されている場合には、上記円周と楕円の周との交点を求めることにより、無線端末２００の位置を高々４点に絞ることができる。すなわち、距離測定という簡易な処理で無線端末２００の位置を特定することができる。
【００７５】
また、基地局１００の他に、パルス信号系列を送信する装置として基準局３００も設けられているので、測位システム３０のシステムカバレッジ（測定可能範囲）を改善することができる。
【００７６】
（実施の形態４）
実施の形態４では、測位局が無線端末の位置する方向を特定する。
【００７７】
図１１は、本発明の実施の形態４に係る測位局５００の構成を示すブロック図である。図１１において、測位局５００は、アレーアンテナ素子５０１−１〜３を含むアレーアンテナと、アレー受信部５０２と、ＩＱ生成部５０３と、空間相関処理部５０４と、ＤＯＡ推定部５０５と、ＩＤ測位部５０６とを有する。
【００７８】
アレーアンテナ素子５０１−１〜３は、ＤＯＡ推定用のアレーアンテナを構成している。アレーアンテナ素子５０１−１〜３は、帯域幅５００ＭＨｚ以上のＵＷＢパルスを受信する際に、ＤＯＡ推定に必要となる帯域幅として、例えば、１００ＭＨｚ程度を選択して受信できれば良い。従って、ＵＷＢアンテナ１０５はＵＷＢ向けの広帯域アンテナが必要となる一方で、アレーアンテナ素子５０１−１〜３はモノポールアンテナのような一共振アンテナも使用できる。
【００７９】
アレー受信部５０２は、アレーアンテナ素子５０１−１〜３で受信された受信信号をＩＦ（Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号へ変換し、ＩＱ生成部５０３へ出力する。アレー受信部５０２は、ＲＦ部５１１−１〜３と、ＩＦ部５１２−１〜３とを有する。ＲＦ部５１１−１〜３は、ＬＮＡ又はＲＦ帯のＢＰＦ（Ｂａｎｄ−Ｐａｓｓ−Ｆｉｌｔｅｒ）等で構成される。ＩＦ部５１２−１〜３は、ダウンコンバータ又はＩＦ帯のＢＰＦ等で構成される。アレー受信部５０２から出力されるＩＦ信号は、例えば２０ＭＨｚ以下に帯域制限されている。
【００８０】
以上のアレーアンテナ素子５０１−１、ＲＦ部５１１−１、及びＩＦ部５１２−１が、第１の受信系を構成し、アレーアンテナ素子５０１−２、ＲＦ部５１１−２、及びＩＦ部５１２−２が、第２の受信系を構成し、アレーアンテナ素子５０１−３、ＲＦ部５１１−３、及びＩＦ部５１２−３が、第３の受信系を構成する。
【００８１】
ＩＱ生成部５０３は、アレー受信部５０２から受け取るＩＦ信号をＡ／Ｄ変換した後に、ＩＱ直交化することにより、離散化されたＩＱベースバンド信号を得る。Ａ／Ｄ変換及びＩＱ直交化処理は、各受信系のＩＦ信号ごとに行われる。各受信系で得られたＩＱベースバンド信号は、空間相関処理部５０４へ出力される。
【００８２】
空間相関処理部５０４は、各受信系で得られたＩＱベースバンド信号を用いて、空間上の相互相関処理を行う。すなわち、空間相関処理部５０４は、２つのＩＱベースバンド信号間の相互相関を、受信系の組み合わせごとに行う。従って、空間軸上の相互相関によって得られた空間相関結果は、相関行列として得られる。この相関行列は、時間相関処理部１０７と同様に、フレーム単位で、ＤＯＡ推定部５０５へ出力される。なお、フレーム同期は、時間相関処理部１０７から出力されるフレーム周期のタイミング信号を用いて確立される。
【００８３】
ＤＯＡ推定部５０５は、フレーム単位で入力される相関行列を加算平均する。この加算平均は、ビット判定部１０９から受け取る識別情報ごとに行われる。そして、ＤＯＡ推定部５０５は、加算平均した相関行列を用いて、ビームフォーマー法、ＣＡＰＯＮ法、ＭＵＳＩＣ法、ＳＡＧＥ法等に代表されるＤＯＡ推定アルゴリズムを実行し、ＤＯＡ推定結果を得る。すなわち、ＤＯＡ推定部５０５では、ビット判定部１０９から受け取る識別情報に対応する無線端末２００ごとに、相関行列の加算平均処理、及び、ＤＯＡ推定処理が行われ、各無線端末２００についてのＤＯＡ推定結果が得られる。
【００８４】
ＩＤ測位部５０６は、ＩＤ測位部１１０と同様に、往復所要時間に基づいて、基地局１００とビット判定部１０９から受け取る識別情報に対応する無線端末２００との離間距離を算出する。これにより、ＩＤ測位部５０６は、実施の形態２と同様に、迂回伝搬路の距離、及び、基準局３００と測位局５００との離間距離に基づいて、無線端末２００が存在する楕円球を特定することができる。
【００８５】
また、ＩＤ測位部５０６は、ＤＯＡ推定結果に基づいて、ビット判定部１０９から受け取る識別情報に対応する無線端末２００の位置する方向を算出する。すなわち、ＩＤ測位部５０６は、測位局５００から見た無線端末２００の方向を示すアジマス角φ及びエレベーション角θを算出する。ここで、角度及び距離の基準となる座標原点は、予め位置が分かっている測位局５００の位置又は基準局３００の位置とする。
【００８６】
そして、ＩＤ測位部５０６は、図１２に示すように、楕円球と、アジマス角φ及びエレベーション角θで表されるベクトルの示す方向に測位局５００から延ばした線分との交点を求める。この交点の座標が、無線端末２００の位置座標となる。
【００８７】
なお、以上の説明では、ＤＯＡ推定用のアレー素子素の数を３としたが、これは、２次元のＤＯＡ推定には原理的に少なくとも３素子必要となるためである。つまり、３素子以上であれば前述した機能を実現できるため、アレー素子数は３以上であれば特に限定されない。
【００８８】
またなお、ＤＯＡ推定に用いるＩＦ帯域幅として２０ＭＨｚ以下と例示しているが、これはマイクロ波ＵＷＢのＲＦ帯である３−１０ＧＨｚの利用を前提した場合の参考値である。アレーアンテナによるＤＯＡ推定は、理論的にＲＦ帯の中心周波数に対する比帯域の制約があるため、実用上もそれを考慮した設計が必要となる。つまり、ＲＦ周波数が高くなればそれに応じてＩＦ帯域幅も広がることになる。
【００８９】
また、測位局５００には、基地局１００の受信系の構成が追加されても良い。これにより、測定可能範囲を広げることが可能となる。また、実施の形態２及び実施の形態３で説明したように無線端末２００の位置を高々４点に絞った上で、無線端末２００の位置する方向も、無線端末２００の位置の特定に活用することにより、測位精度をさらに向上することができる。
【００９０】
また、以上では、説明を簡単にするために、測位システムに測位局５００が１機と基準局３００が１機とが存在する場合を前提として説明したが、測位局５００が複数存在していても良い。こうすることで、システム全体の測定可能範囲を広げることが可能となる。また、測位局５００及び基準局３００がそれぞれ複数存在していても良い。１機複数台の測位局と複数台の基準局を用いてもよい。これにより、システム全体の測定可能範囲をさらに広げることが可能となる。
【００９１】
以上のように本実施の形態によれば、測位局５００において、ＤＯＡ推定部５０５が測位局５００の位置を基準とする無線端末２００の位置する方向を算出し、ＩＤ測位部５０６が、測位局５００及び基準局３００の位置を２つの焦点とし且つ当該２つの焦点から表面上の任意の点までの距離の和が迂回伝搬路の距離である楕円球と、測位局５００の位置から上記算出された方向に延ばした線分との交点を、無線端末２００の位置として算出する。
【００９２】
こうすることで、無線端末２００の位置を１点に絞ることができる。
【００９３】
（実施の形態５）
実施の形態５では、無線端末に、実施の形態１の無線端末２００が有する機能、及び、実施の形態２の基準局３００が有する機能の両方を持たせる。別の見方をすれば、実施の形態５は、実施の形態１の無線端末２００に基地局１００の送信系の構成が追加された状態の測位システムに関する。
【００９４】
［測位システムの概要］
図１３は、本発明の実施の形態５に係る測位システム４０の構成例を示す図である。
【００９５】
図１３において、測位システム４０は、基地局１００と、無線端末６００−１，２とを有する。
【００９６】
無線端末６００−１，２は、上述の通り、基地局１００の送信系の構成を有する。すなわち、無線端末６００−１，２は、アクティブタグの機能（つまり、実施の形態２の基準局３００と同様に、パルス信号系列を自律発信する機能）、及び、セミパッシブタグの機能（つまり、実施の形態１の無線端末２００と同様に、所望パルス信号系列が受信された場合のみ増幅後に再放射する機能）の両方を有している。
【００９７】
そして、無線端末６００−１，２は、システム環境に応じて、アクティブタグの機能と、セミパッシブタグの機能とを切り換える。
【００９８】
こうすることで、無線端末６００−１，２は、基地局１００との間で、実施の形態１と同様に、測位動作を行うことができる。さらに、無線端末６００−１，２は、一方がアクティブモードとなり、他方がセミパッシブモードとなることで、実施の形態２と同様に、測位動作を行うことができる。
【００９９】
［無線端末６００の構成］
図１４は、本発明の実施の形態５に係る無線端末６００の構成を示すブロック図である。図１４において、無線端末６００は、ＵＷＢアンテナ６０１と、パルス生成部６０２と、パルス検波部６０３と、タイミング検出部６０４と、動作モード選択部６０５とを有する。
【０１００】
パルス検波部６０３は、ＵＷＢアンテナ６０１を介して受信したパルス信号系列を包絡線検波し、検波結果をタイミング検波部６０４及びパルス生成部６０２へ出力する。また、パルス検波部６０３は、動作モード選択部６０５から、モードとしてアクティブモードを選択する制御信号を受け取ると、パルス生成部６０２によるパルス信号系列の自律的送信期間の間、動作を停止する。これにより、自装置から送信されるパルス信号系列の回り込み受信を防止できると共に、無駄な電力消費を防止することができる。
【０１０１】
タイミング検出部６０４は、パルス検波部６０３の検波結果（つまり、周期的に受信されるパルス検波波形）に基づいて、基地局１００から送信されたパルス信号系列の受信タイミングを検出し、検出タイミングを動作モード選択部６０５へ出力する。
【０１０２】
動作モード選択部６０５は、タイミング検出部６０４から受け取る受信タイミングに基づいて、動作モードとして、アクティブモード又はセミパッシブモードを選択する。具体的には、動作モード選択部６０５は、基本的には、セミパッシブモードを選択している。動作モード選択部６０５は、タイミング検出部６０４から受け取る受信タイミングが大きく変動する場合や、受信タイミングが検出不能と判定される場合には、基地局１００から送信されたパルス系列を安定して受信できない状況にあると判断し、アクティブモードを選択する。このとき、動作モード選択部６０５は、モードとしてアクティブモードを選択したことを示す制御信号をパルス検波部６０３及びパルス生成部６０２へ出力する。
【０１０３】
パルス生成部６０２は、セミパッシブモードの場合には、実施の形態１の無線端末２００におけるサーキュレータ２０２及びＬＮＡ２０３を含み、セミパッシブモードにおける反射動作を可能に構成されている。また、パルス生成部６０２は、アクティブモードの場合（つまり、アクティブモードを選択したことを示す制御信号を受け取る場合）には、反射動作を停止して、パルス信号系列を自律的送信期間の間だけ送信する。
【０１０４】
［測位システムの動作］
はじめに、基地局１００が、パルス信号系列Ｓ６０２を送信する。ここで、無線端末６００−１は、セミパッシブモードで動作しており、基地局１００からのパルス信号系列Ｓ６０２を受信し、この受信パルス信号系列に基づいて応答パルス信号系列を送信している。このとき、基地局１００は、無線端末６００−１から送信された応答パルス信号系列を受信する。そして、基地局１００は、受信パルス信号系列の到来時間を測定し、この測定結果から無線端末６００−１の位置を決定する。
【０１０５】
次に、無線端末６００−２がセミパッシブモードとして起動する。ここで、無線端末６００−２が、基地局１００のカバーエリア端に在るなどの理由により、基地局１００からの送信パルス系列Ｓ６０２を安定して検出できない場合を想定する。このような場合、無線端末６００−２は、セミパッシブモードからアクティブモードへと動作を変更する。つまり、動作モード選択部６０５が、パルス生成部６０２に対して、自律的にパルスを送信するように制御信号を出力する。
【０１０６】
ここで、無線端末６００−１は、基地局１００から送信されたパルス信号系列Ｓ６０２を受信し、応答パルス信号系列を送信するだけでなく、無線端末６００−２から送信されたパルス信号系列Ｓ６０３に対しても同様にして受信し、応答パルス信号系列を送信する。
【０１０７】
このとき、基地局１００から送信されるパルス信号系列と、無線端末６００−２から送信されるパルス信号系列のパルス送信周期を、予め異なるように設定しておく。このようにすることで、無線端末６００−１は、基地局１００から送信されたパルス信号系列Ｓ６０２と無線端末６００−２から送信されたパルス信号系列Ｓ６０３を識別できる。例えば、基地局１００のパルス送信周期を２００ｎｓ、無線端末６００−２のパルス送信周囲を１５０ｎｓに設定しておくことで、無線端末６００−１は、受信されるパルス信号系列の周波数成分を検出することにより送信元を識別できる。
【０１０８】
なお、実施の形態２と同様にして、基準局３００のようにアクティブモードで動作する無線端末６００−２が送信するパルス信号系列Ｓ６０３と、基地局１００より送信されるパルス信号系列Ｓ６０２とが、互いに異なるＵＷを用いて生成されるようにしても良い。
【０１０９】
以上のように、基地局１００は、セミパッシブモードで動作している無線端末６００−１の位置を、実施の形態１に示した方法により、測位することができる。さらに、基地局１００は、無線端末６００−１を測位した後に、その位置情報に基づいて、無線端末６００−２の位置も特定できる。具体的には、基地局１００は、無線端末６００−２の送信パルス信号系列Ｓ６０３を直接受信したタイミングを基準として、迂回伝搬路の所要時間を測定する。すなわち、基地局１００は、パルス信号系列Ｓ６０３に対する無線端末６００−１の応答パルス信号系列を受信するタイミング（つまり、到来時間（ＴＯＡ））までの時間差を測定する。そして、基地局１００は、測定した時間差と、予め測定されていた無線端末６００−１の位置を用いて、無線端末６００−２の位置を求める。
【０１１０】
また、無線端末６００−１は、基地局１００から送信されたパルス信号系列を受信した際には、自身のＩＤ情報が重畳された応答パルス信号系列を送信する。一方で、無線端末６００−２からの送信されたパルス信号系列を受信した際には、ＩＤ情報を重畳しない。言い換えれば、無線端末６００−１は、無線端末６００−２からの送信パルス信号系列を中継する場合には、すべて“１”のＩＤを負荷するように動作する。このような送信機能は、パルス生成部６０２おいて実現される。したがって、無線端末６００−１が送信するパルス信号系列には、実施の形態１に示した方法により、予め自身のＩＤ情報が重畳されるようにしておく。
【０１１１】
（他の実施の形態）
（１）上記実施の形態では、パルス信号系列がＯＯＫ変調により形成される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＢＰＳＫなど他の変調方式によって形成されても良い。
【０１１２】
（２）また、上記実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
【０１１３】
また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１１４】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
【０１１５】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【０１１６】
２００９年３月１７日出願の特願２００９−０６４１５７の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の測位システム及び測位方法は、ジッタの発生を抑圧して測位精度を向上する効果を有し、無線タグ等の位置を測定するものとして有用である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０，２０，３０  測位システム
１００  基地局
１０１  送信制御部
１０２  ユニークワード（ＵＷ）生成部
１０３，６０２  パルス生成部
１０４，１０５  アンテナ
１０６，６０３  パルス検波部
１０７  時間相関処理部
１０８  ＴＯＡ推定部
１０９  ビット判定部
１１０，５０６  ＩＤ測位部
２００，６００  無線端末
２０１，６０１  ＵＷＢアンテナ
２０２  サーキュレータ
２０３  ＬＮＡ
２０４  ＩＤ生成部
３００  基準局
４００，５００  測位局
５０１  アレーアンテナ素子
５０２  アレー受信部
５０３  ＩＱ生成部
５０４  空間相関処理部
５０５  ＤＯＡ推定部
５１１  ＲＦ部
５１２  ＩＦ部
６０４  タイミング検出部
６０５  動作モード選択部
【図１】
2010106747.tif 000003
【図２】
2010106747.tif 000004
【図３】
2010106747.tif 000005
【図４】
2010106747.tif 000006
【図５】
2010106747.tif 000007
【図６】
2010106747.tif 000008
【図７】
2010106747.tif 000009
【図８】
2010106747.tif 000010
【図９】
2010106747.tif 000011
【図１０】
2010106747.tif 000012
【図１１】
2010106747.tif 000013
【図１２】
2010106747.tif 000014
【図１３】
2010106747.tif 000015
【図１４】
2010106747.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月22日(2011.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス信号を利用して測位対象装置の位置を算出する測位システム及び測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）無線を利用する測位システムでは、複数の基地局を必要とする非同期方式が採用されている。この非同期方式では、基地局の基準クロックと無線端末の基準クロックとが同期しておらず、無線端末は、任意の時刻で起き上がり、自身のＩＤ情報が含まれるパルス系列をＵＷＢ無線信号として送信する。ここで、ＵＷＢ無線信号とは、５００ＭＨｚ以上の帯域幅又は中心周波数に対して２０％以上の帯域幅を有する無線信号である。
【０００３】
非同期方式が採用される無線測位システムとしては、例えば、特許文献１、２に開示されているものがある。この無線測位システムは、複数の基地局と無線端末とを有する。そして、各基地局が、測位のための信号を送信してから無線端末から返信されるパルスを受信するまでにかかる到達時間ＴＯＡ（Ｔｉｍｅ−Ｏｆ−Ａｒｒｉｖａｌ）を測定し、無線端末の座標を算出する。
【０００４】
また、非同期方式と異なり、基地局の基準クロックと無線端末の基準クロックとを同期させてＴＯＡを測定する同期方式が知られている。この同期方式が採用される無線測位システムとしては、例えば、特許文献３に開示されているものがある。この無線測位システムでは、無線端末は、基地局から送信されるパルス系列を受信して基準クロックを再生し、自己のクロックを基地局の基準クロックと同期させた上で、パルス系列を返信する。そして、基地局が、無線端末から返信されたパルス系列を受信してＴＯＡ測定を行う。
【０００５】
この同期方式は、基地局１台で無線端末との距離を測定できるというメリットがある。すなわち、非同期方式が測位エリアの周囲に複数の基地局を配置する必要がある一方で、同期方式は測位エリアの中心に基地局を１台だけ設置すれば良いので、非同期方式に比べてシステム構成が簡易であるというメリットが、同期方式には有る。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４２１２２号公報
【特許文献２】米国特許第６８８２３１５号公報
【特許文献３】特表２００２−５１７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の同期方式の無線測位システムでは、無線端末側でクロックを再生することが必要なので、マルチパス伝搬路の影響により、無線端末側で基準クロックが変動し、パルス系列の返信タイミングにジッタ（つまり、信号などにおける遅延時間のゆらぎ）が生じやすいという問題がある。これは、無線端末がクロック再生のために受信する基地局からのパルス系列が、実環境ではマルチパス干渉又はドップラーフェージングの影響を受けて激しく変動するためである。
【０００８】
本発明の目的は、ジッタの発生を抑圧して測位精度を向上する測位システム及び測位方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の測位システムは、パルス信号系列を送信する送信装置と、入力信号を増幅する増幅器と、パルス信号系列を受信し当該受信パルス信号系列を前記増幅器で増幅した後に応答パルス信号系列として送信する送受信手段と、を具備する測位対象装置と、前記送信装置と別体の装置であって、前記応答パルス信号系列の受信タイミングを検出する検出手段と、前記パルス信号系列の送信タイミングから、前記検出された受信タイミングまでの伝搬所要時間に基づいて、前記測位対象装置の位置を算出する位置算出手段とを具備する算出装置と、を具備する構成を採る。
【００１０】
本発明の一態様の測位方法は、パルス信号系列を送信する送信装置と、測位対象装置と、前記送信装置と別体の装置であり且つ前記測位対象装置の位置を算出する算出装置とを具備する測位システムにおける、測位方法であって、前記送信装置が、パルス信号系列を送信し、前記測位対象装置が、パルス信号系列を受信し当該受信パルス信号系列を増幅した後に応答パルス信号系列として送信し、前記算出装置が、前記応答パルス信号系列の受信タイミングを検出し、前記パルス信号系列の送信タイミングから、前記検出された受信タイミングまでの伝搬所要時間に基づいて、前記測位対象装置の位置を算出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ジッタの発生を抑圧して測位精度を向上する測位システム及び測位方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る測位システムを示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係る無線端末の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１に係る測位システムの構成例を示す図
【図５】ＵＷビット系列及びＩＤビット系列の説明に供する図
【図６】本発明の実施の形態２に係る基準局の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２に係る測位局の構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態２に係る測位システムの構成例を示す図
【図９】基準局及び無線端末がそれぞれ複数機有る場合の測距システムの全体構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態３に係る測位システムの構成例を示す図
【図１１】本発明の実施の形態４に係る測位局の構成を示すブロック図
【図１２】ＩＤ測位部による位置算出処理の説明に供する図
【図１３】本発明の実施の形態５に係る測位システムを示す図
【図１４】本発明の実施の形態５に係る無線端末の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。
【００１４】
（実施の形態１）
［測位システムの概要］
図１は、本発明の実施の形態１に係る測位システム１０を示す図である。図１において、測位システム１０は、基地局１００と、基地局１００によって位置を測定される無線端末２００とを有する。
【００１５】
基地局１００は、無線端末２００の位置を測定する。この位置の測定には、インパルス
方式のウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）無線信号が用いられる。
【００１６】
基地局１００は、まず、パルス信号系列を送信する。このパルス信号系列を無線端末２００は、受信し、受信パルス信号系列に基づいて応答パルス信号系列を送信する。ここでは無線端末２００に対して「セミパッシブ方式」が適用されているので、受信パルス信号系列は、無線端末２００において増幅された後に再放射されることより、応答パルス信号系列として送信される。
【００１７】
基地局１００は、無線端末２００から送信された応答パルス信号系列を受信する。そして、基地局１００は、受信パルス信号系列の到来時間を測定し、測定結果から無線端末２００の位置を決定する。
【００１８】
具体的には、基地局１００は、往復所要時間を測定、つまり、パルス信号系列を送信したタイミングからこのパルス信号系列に対応する応答パルス信号系列を受信するタイミング（つまり、到来時間（ＴＯＡ））までの時間を測定する。そして、基地局１００は、測定した往復所要時間から、基地局１００と無線端末２００との離間距離を求める。
【００１９】
［基地局１００の構成］
図２は、本発明の実施の形態１に係る基地局１００の構成を示すブロック図である。図２において、基地局１００は、送信制御部１０１と、ユニークワード（ＵＷ）生成部１０２と、パルス生成部１０３と、アンテナ１０４，１０５と、パルス検波部１０６と、時間相関処理部１０７と、ＴＯＡ推定部１０８と、ビット判定部１０９と、ＩＤ測位部１１０とを有する。
【００２０】
〈送信系の構成〉
送信制御部１０１は、測位動作の開始時に測位開始信号をＵＷ生成部１０２に出力する。
【００２１】
ＵＷ生成部１０２は、測位開始信号を受け取ると、ＵＷビット列を生成し、パルス生成部１０３へ出力する。ＵＷビット列は、基地局１００自身の識別情報であるＵＷ（ユニークワード）を表している。ＵＷビット列は、例えば、ＵＷ（ユニークワード）を、ＯＯＫ（On Off Keying）変調することにより、生成される。ＵＷビット列は、所定数で１フレームを形成する。そして、ＵＷビット列は、フレーム単位で、繰り返し送信される。
【００２２】
パルス生成部１０３は、パルスを所定の周期で発生し、パルス系列を生成する。そして、パルス生成部１０３は、生成したパルス系列を、ＵＷ生成部１０２から受け取るＵＷビット列に従ってＯＯＫ変調することにより、無線周波数帯の無線パルス系列を生成する。この無線パルス系列は、アンテナ１０４を介して送信される。
【００２３】
〈受信系の構成〉
パルス検波部１０６は、無線端末２００より送信されたアンテナ１０５を介して応答パルス信号系列を受信する。パルス検波部１０６は、受信パルス信号系列を包絡線検波し、得られたベースバンド信号を時間相関処理部１０７へ出力する。パルス検波部１０６は、ＬＮＡ（Ｌｏｗ−Ｎｏｉｓｅ−Ａｍｐ）、ダイオード検波器、コンパレータ、又は、Ａ／Ｄ変換器を含んで構成される。なお、パルス検波部１０６の入力段には、無線受信処理部（図示せず）が設けられている。この無線受信処理部は、受信パルス信号系列をダウンコンバートなどの受信処理した後に、パルス検波部１０６へ出力する。
【００２４】
時間相関処理部１０７は、複数のＵＷ候補に関する情報を有している。時間相関処理部１０７は、ＵＷ候補ごとにＵＷレプリカを生成する。そして、時間相関処理部１０７は、
生成したＵＷレプリカと、パルス検波部１０６から受け取るベースバンド信号との時間軸上の相互相関処理を行う。この相互相関処理によって得られた時間相関結果は、フレーム単位で、ＴＯＡ推定部１０８に出力される。この時間相関結果は、受信パルスの信号強度とその到達時間ＴＯＡで表現される、伝搬路の遅延プロファイルである。
【００２５】
ＴＯＡ推定部１０８は、複数フレームの遅延プロファイルを合成して合成遅延プロファイルを形成し、この合成遅延プロファイルに現れるピークを検出する。このピーク位置（つまり、ピーク検出されるタイミング（ＴＯＡ））は、ＴＯＡ推定結果として出力される。
【００２６】
ビット判定部１０９は、時間相関処理部１０７から受け取る遅延プロファイルに現れる信号強度をフレーム単位で検出し、検出強度と所定の閾値との大小比較する。そして、ビット判定部１０９は、比較結果に応じたビット値を順次記憶する。これにより、複数フレームの検出強度と閾値との大小比較結果に基づくビット系列が得られる。このビット系列は、後述するように、無線端末２００の識別情報を意味している。
【００２７】
ＩＤ測位部１１０は、測位対象の無線端末２００の位置を算出する。本実施の形態では、ＩＤ測位部１１０は、無線端末２００の位置に関する情報として、測位対象の無線端末２００までの距離を算出する。具体的には、ＩＤ測位部１１０は、測位開始信号を受け取るタイミングから、ＴＯＡ推定部１０８にて測定された到来時間までの往復所要時間を計測する。そして、ＩＤ測位部１１０は、往復所要時間に基づいて、基地局１００とビット判定部１０９から受け取る識別情報に対応する無線端末２００との離間距離を算出する。
【００２８】
［無線端末２００の構成］
図３は、本発明の実施の形態１に係る無線端末２００の構成を示すブロック図である。図３において、無線端末２００は、ＵＷＢアンテナ２０１と、サーキュレータ２０２と、ＬＮＡ（Ｌｏｗ−Ｎｏｉｓｅ−Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２０３と、ＩＤ生成部２０４とを有する。
【００２９】
サーキュレータ２０２は、ＵＷＢアンテナ２０１を介して受信した受信パルス系列をＬＮＡ２０３へ出力する。また、サーキュレータ２０２は、ＬＮＡ２０３から受け取る信号をＵＷＢアンテナ２０１介して送信する。
【００３０】
ＩＤ生成部２０４は、無線端末２００自身の識別情報（ＩＤ）を示すＩＤビット系列を出力する。このＩＤビット系列の構成ビットを、ＩＤ生成部２０４は、１フレーム毎に１つずつ出力する。
【００３１】
ＬＮＡ２０３は、入力するパルス系列を印加電圧に応じて増幅する。この印加電圧は、ＩＤ生成部２０４から受け取るビットの値に応じた電圧値である。ＩＤ生成部２０４から構成ビットがフレーム周期で出力されるので、印加電圧値は、フレーム周期で切り替えられる。例えば、第１のフレーム先頭で切り替えられた電圧値は、次の切り替えタイミングである第２のフレーム先頭まで保持される。このようにすることで、無線端末２００の識別情報を、複数のフレームの信号強度に置き換えることができる。すなわち、複数のビットから構成される無線端末２００の識別情報を、複数のフレームにおける電圧の推移に変換することができる。
【００３２】
［測位システムの動作］
以上の構成を有する測位システム１０の動作について説明する。図４は、測位システム１０の構成例を示す図である。図５は、ＵＷビット系列及びＩＤビット系列の説明に供する図である。
【００３３】
（基地局１００によるパルス信号の送信）
基地局１００において、ＵＷ生成部１０２は、測位開始信号を受け取ると、ＵＷビット列の生成を開始する。このＵＷビット列のビットパタンは、基地局１００に固有である（図５最上段参照）。ＵＷビット列は、ここでは１２８ビットで構成される。そして、ＵＷビット列には、例えば、ＰＮ系列が用いられる。ＰＮ系列とは、擬似雑音（Ｐｓｅｕｄｏ
Ｎｏｉｓｅ）系列のことである。具体的には、自己相関関数が２レベルの値をとり、１周期中の０と１の個数が１つだけ異なる系列である。代表的なＰＮ系列としては、最大周期シフトレジスタ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｅｎｇｔｈ  ｓｈｉｆｔ  ｒｅｇｉｓｔｅｒ）系列（通常Ｍ系列と呼ばれる）が知られている。
【００３４】
次に、パルス生成部１０３は、隣接パルス間の間隔が一定である複数のパルスを含むパルス系列を、ＵＷビット列に従ってＯＯＫ変調する。これにより、無線周波数帯の無線パルス系列が得られる（図５最上段参照）。この無線パルス系列は、アンテナ１０４を介して送信される。
【００３５】
ここでＮ個のＵＷビット列は、１フレームを形成する。図５最上段から３段目では、所定数Ｎ＝２の場合が示されている。従って、ここでは２つのＵＷビット列を含むフレームが繰り返し送信される。
【００３６】
（無線端末２００の反射動作）
基地局１００から送信された無線パルス系列は、無線端末２００−１，２で受信される。これに応じて、無線端末２００−１，２は、応答パルス系列を送信する。
【００３７】
このとき、無線端末２００−１，２のそれぞれでは、自機のＩＤ情報を応答パルス系列に載せて送信する。例えば、無線端末２００のＩＤ情報（複数ビットからなる）の各構成ビットが１か０かに応じて、ＬＮＡ２０３のＯＮ／ＯＦＦをフレーム周期で切り替えることにより、１構成ビットを１フレームの応答パルス系列を使って伝達することができる。こうして、無線端末２００−１，２は、単パルスに対する反射体のように動作すると共に、パルス系列に自己のＩＤ情報を重畳した応答パルス系列を送信することができる（図５最下段参照）。
【００３８】
また、無線端末２００−１，２は、基本的には受信パルス信号に増幅処理を施すだけで応答パルス信号として送信する。すなわち、無線端末２００−１，２は、単パルスに対する反射体のように動作するので、基準クロックを再生せずに、基地局１００の基準クロックに同期した応答パルス系列を送信することができる。ここでは、無線端末側が基本的に受信パルス信号に増幅処理を施すだけで応答パルス系列として送信する測距システムの方式を、「セミパッシブ方式」と呼ぶ。
【００３９】
また、無線端末２００−１，２にて基準クロックの再生が行われないので、マルチパス伝搬路の影響による無線端末２００でのジッタの発生を抑制することができる。これにより、無線端末２００から再放射される応答パルス系列の送信タイミングを安定させることができる。
【００４０】
（基地局１００による応答パルス信号の受信）
無線端末２００から放出されたパルス信号列は、基地局１００で受信される。
【００４１】
基地局１００のパルス検波部１０６では、受信パルス信号系列が検波され、得られた検波結果が時間相関処理部１０７に出力される。
【００４２】
時間相関処理部１０７では、検波結果と各ＵＷビット系列レプリカとの相互相関処理が行われる。これにより、ＵＷ候補ごとの遅延プロファイルが得られる。応答パルス信号系列では同一のＵＷビット列が繰り返されているので、時間相関処理部１０７では、１つのＵＷビット系列レプリカを用いた相互相関処理が繰り返し行われる。これにより、ＵＷビット列の長さに対応する遅延プロファイルが複数得られる。相互相関処理では、ＵＷビット系列レプリカの長さに応じて符号化利得を確保できる。ＵＷは各基地局１００に個別の識別情報であるので、基地局１００ごとの遅延プロファイルが得られる。ここでは、基地局１００が１つの場合を想定しているので、時間相関処理部１０７は、検波結果と基地局１００のＵＷビット系列レプリカとの相互相関処理を行う。
【００４３】
ＴＯＡ推定部１０８では、時間相関処理部１０７で得られた複数の遅延プロファイルが合成されて合成遅延プロファイルが形成される。この遅延プロファイルの合成処理は、ＵＷ候補ごとに行われる。そして、各合成遅延プロファイルに現れるピークが検出される。このピーク位置（つまり、ピーク検出されるタイミング（ＴＯＡ））は、ＴＯＡ推定結果として出力される。
【００４４】
ビット判定部１０９では、時間相関処理部１０７から受け取る遅延プロファイルに現れる信号強度がフレーム単位で検出され、検出強度と所定の閾値とが大小比較される。そして、比較結果に応じたビット値が順次記憶される。これにより、複数フレームの検出強度と閾値との大小比較結果に基づくビット系列が得られる。上記したように無線端末２００のＩＤ情報が応答パルス系列に載せて送信されているので、ビット判定部１０９で得られたビット系列は、無線端末２００のＩＤ情報に対応する。上記したようにＩＤ情報は無線端末２００ごとに異なるので、ビット判定部１０９にて得られたビット系列によって受信応答パルス信号系列の送信元の無線端末２００を特定することができる。また、図４に示す反射物に反射されて戻ってきたパルス信号系列には端末ＩＤは重畳されていないので、反射物で反射されたパルス信号系列と応答パルス信号系列とを判別することができる。
【００４５】
そして、ＩＤ測位部１１０では、基地局１００と測位対象の無線端末２００との離間距離が算出される。
【００４６】
以上のように本実施の形態によれば、基地局１００と無線端末２００とを具備し、パルス信号を用いて測位対象の無線端末２００の位置を測定する測位システム１０の基地局１００において、パルス生成部１０３が、パルス信号系列を送信し、ＩＤ測位部１１０が、パルス信号系列の送信タイミングから、パルス信号系列を受信した無線端末２００から送信される応答パルス信号系列の受信タイミングまでの往復所要時間を算出し、当該往復所要時間に基づいて、無線端末２００の位置を算出する。ここでは、無線端末２００の位置に関する情報として、基地局１００と無線端末２００との離間距離が算出される。
【００４７】
そして、無線端末２００においては、ＬＮＡ２０３が、受信パルス信号系列を増幅して応答パルス信号として基地局１００へ送信する。
【００４８】
こうすることで、無線端末２００は、単パルスに対する反射体のように動作するので、基準クロックを再生せずに、基地局１００の基準クロックに同期した応答パルス系列を送信することができる。また、無線端末２００では基準クロックを再生する必要がないので、マルチパス伝搬路の影響による無線端末２００でのジッタの発生を抑制することができる。これにより、無線端末２００から再放射される応答パルス系列の送信タイミングを安定させることができるので、ＴＯＡの推定精度を向上することができる。この結果、基地局１００を複数用いなくとも、１機の基地局１００によって、無線端末２００の測位が可能となり、また、測位精度も向上することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１の基地局１００の送信系と受信系とが別体の装置である測位システムに関する。
【００５０】
図６は、本発明の実施の形態２に係る基準局３００の構成を示すブロック図である。基準局３００は、実施の形態１の基地局１００の送信系に相当する。
【００５１】
図７は、本発明の実施の形態２に係る測位局４００の構成を示すブロック図である。測位局４００は、実施の形態１の基地局１００の受信系に相当する。
【００５２】
図８は、測位システム２０の構成例を示す図である。
【００５３】
測位システム２０においては、基準局３００が、まず、パルス信号系列を送信する。このパルス信号系列を無線端末２００は、受信し、受信パルス信号系列に基づいて応答パルス信号系列を送信する。
【００５４】
測位局４００は、無線端末２００から送信された応答パルス信号系列を受信する。そして、測位局４００は、受信パルス信号系列の到来時間を測定し、測定結果から無線端末２００の位置を決定する。
【００５５】
具体的には、測位局４００は、迂回伝搬路所要時間を測定、つまり、基準局３００がパルス信号系列を送信したタイミングからこのパルス信号系列に対応する応答パルス信号系列を測位局４００が受信するタイミング（つまり、到来時間（ＴＯＡ））までの時間を測定する。そして、測位局４００は、測定した往復所要時間から、無線端末２００の位置を求める。
【００５６】
ただし、ここでは、無線端末２００の位置に関する情報として、測位局４００と無線端末２００との離間距離が直接的に求められるのではなく、基準局３００と無線端末２００との離間距離と無線端末２００と測位局４００との離間距離との和、つまり、迂回伝搬路の距離が求められる。この迂回伝搬路の距離は、基準局３００と無線端末２００との離間距離の指標と成り得る。
【００５７】
また、基準局３００及び測位局４００は一般的には準固定的に配置されるので、基準局３００と測位局４００との離間距離は予め既知である。従って、ＩＤ測位部１１０は、基準局３００と測位局４００との離間距離を予め保持しておくことができる。ただし、予め保持されていない場合でも、基準局３００から送信され、且つ、無線端末２００を介さずに直接的に測位局４００に到達したパルス信号系列を用いることにより、基準局３００と測位局４００との離間距離を求めることができる。無線端末２００を介さずに直接的に測位局４００に到達したパルス信号系列と、無線端末２００を介して測位局４００に到達した応答パルス信号系列とは、無線端末２００のＩＤ情報が重畳されているか否かに基づいて、判別することができる。
【００５８】
以上のようにして、測位局４００のＩＤ測位部１１０は、迂回伝搬路の距離と、基準局３００と測位局４００との離間距離とを求めることができる。そして、ＩＤ測位部１１０は、これら２つの距離情報から、無線端末２００が存在する楕円球を特定することができる。この楕円球の２つの焦点は、基準局３００の位置及び測位局４００の位置である。
【００５９】
また、一般的には、例えば、屋内環境において、基準局３００と無線端末２００が同程度の高さにあり（つまり、基準局３００と無線端末２００とは同一平面上にあり）、測位局４００が相対的に高い天井等に設置される。すなわち、一般的には、人に携帯されてい
る無線端末２００は、１つの平面上に存在する。
【００６０】
従って、通常は、無線端末２００が存在する平面が横切る上記楕円球の断面である楕円の円周上に無線端末２００が位置する。
【００６１】
以上のように本実施の形態によれば、測位システム２０において、基準局３００が、パルス信号系列を送信し、基準局３００と別体の測位局４００が、パルス信号系列の送信タイミングから、パルス信号系列を受信した無線端末２００から送信される応答パルス信号系列の受信タイミングまでの迂回伝搬路所要時間を算出し、当該迂回伝搬路所要時間に基づいて、無線端末２００の位置を算出する。
【００６２】
こうして、パルス信号系列を送信する基準局３００と、応答パルス信号系列を受信すると共に迂回伝搬路所要時間に基づいて無線端末２００の位置を算出する測位局４００とを別体にしたことにより、測位システムのシステムカバレッジ（測定可能範囲）を改善することができる。つまり、基準局３００の配置に自由度が得られるため、実施の形態１の基地局１００がパルス信号系列の送信元である場合と比較して、送信元である基準局３００と無線端末２００の距離を短くすることが可能となり、無線端末２００は、パルス信号系列をより確実に再放射できる。
【００６３】
なお、以上では、説明を簡単にするために、測位システム２０に無線端末２００が１機存在する場合について説明を行った。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、無線端末２００が複数存在していても良い。上記の通り、各無線端末２００において個別のＩＤ情報が用いられるので、測位局４００は、検出したＩＤ情報に基づいて、受信応答パルス信号の送信元無線端末２００を特定することができる。
【００６４】
また、測位システム２０に基準局３００が複数存在していても良い。こうすることで、測位システム２０Ａのシステムカバレッジ（測定可能範囲）をさらに改善することができる。この場合、１つの無線端末２００について、当該無線端末２００が存在する平面が横切る楕円球の断面である楕円が、複数の基準局３００の位置関係が特別な場合を除いて、複数得られる。従って、それら楕円の交点を求めることにより、無線端末２００の位置を高々４点に絞ることができる。すなわち、迂回伝搬路所要時間に基づいて距離を算出するという簡単な処理により、無線端末２００の位置を絞ることができる。
【００６５】
また、無線端末２００及び基準局３００のそれぞれが、複数存在していても良い。こうすることで、測位システム２０Ａのシステムカバレッジ（測定可能範囲）をさらに改善することができる。図９は、基準局３００及び無線端末２００がそれぞれ複数機有る場合の測距システム２０Ａの全体構成を示している。２つの無線端末２００は、それぞれが近接する基準局３００から送信されるパルス系列を受信し、自身のＩＤ情報を重畳して再放射する。このとき、２つの基準局３００−１，２は、互いに異なるＵＷを用いて生成されるパルス信号系列を送信する。また、２つの無線端末２００−１，２も、互いに異なるＩＤ情報を有しており、無線端末２００−１，２から再放射される２つの応答パルス信号系列には、異なるＩＤ情報が重畳される。
【００６６】
そして、測位局４００には、予め基準局３００−１，２のＵＷと、無線端末２００−１，２のＩＤ情報とが登録されている。測位局４００の時間相関処理部１０７では、各ＵＷに対する遅延プロファイルが、時分割処理及び並列演算処理によって算出される。また、ＩＤ測位部１１０では、各ＵＷに対するビット判定結果を用いて、無線端末２００−１と２００−２とが、ＩＤ情報により判別される。
【００６７】
ただし、パルス系列の相関受信、ＩＤ検出、及び距離測定といった機能を持つ測位局４
００は、必然的に高価なものとなるので、設置台数を増やすとコストがかかる。従って、例えば、屋内環境を想定すると、測位局４００は、部屋又は廊下の中央付近で、且つ、測位エリアに対して見通しが確保され易い天井又は壁に設置するのが好ましい。これに対して、基準局３００は、まずは測位局４００の近傍に設置して測位エリアを確定するだけでなく、これを補完するために、測位エリアの周辺又は測位局４００から見通し外となるような、所謂電波の不感帯に設置するのが好ましい。つまり、基準局３００の配置に自由度が得られるため、送信元である基準局３００と無線端末２００の距離を短くすることが可能となり、無線端末２００は、パルス信号系列をより確実に再放射できる。
【００６８】
また、測位対象である無線端末２００の動線が事前にある程度把握できるような場合には、システムの初期導入時、その動線上が測位エリアとなるように測位局４００及び基準局３００が設置されるのが好ましい。加えて、レイアウト変更等によりその動線が変わった時点で、新たな動線に対応して測位局４００を再配置することなく、基準局３００の設置場所のみを変更することで、測位エリアを効率良く更新して再構成することができる。
【００６９】
（実施の形態３）
実施の形態３は、基地局１００及び基準局３００を含む測位システムに関する。すなわち、別の見方をすれば、実施の形態２の測位局４００に基地局１００の受信系の構成が追加された状態の測位システムに関する。
【００７０】
図１０は、本発明の実施の形態３に係る測位システム３０の構成例を示す図である。
【００７１】
図１０において、測位システム３０は、基地局１００と、基準局３００と、無線端末２００とを有する。
【００７２】
基地局１００と無線端末２００との間では、実施の形態１で説明した距離測定が行われる。一方、基地局１００、基準局３００、及び無線端末２００では、実施の形態２で説明した距離測定が行われる。
【００７３】
すなわち、基地局１００と無線端末２００との間では、基地局１００の位置を中心として無線端末２００が位置する球（無線端末２００が位置する平面が特定されている場合には、円周）が求められる。一方、基地局１００、基準局３００、及び無線端末２００では、実施の形態２と同様に、無線端末２００が位置する楕円球（無線端末２００が位置する平面が特定されている場合には、楕円の周）が求められる。
【００７４】
そして、基地局１００は、無線端末２００が存在する平面が特定されている場合には、上記円周と楕円の周との交点を求めることにより、無線端末２００の位置を高々４点に絞ることができる。すなわち、距離測定という簡易な処理で無線端末２００の位置を特定することができる。
【００７５】
また、基地局１００の他に、パルス信号系列を送信する装置として基準局３００も設けられているので、測位システム３０のシステムカバレッジ（測定可能範囲）を改善することができる。
【００７６】
（実施の形態４）
実施の形態４では、測位局が無線端末の位置する方向を特定する。
【００７７】
図１１は、本発明の実施の形態４に係る測位局５００の構成を示すブロック図である。図１１において、測位局５００は、アレーアンテナ素子５０１−１〜３を含むアレーアンテナと、アレー受信部５０２と、ＩＱ生成部５０３と、空間相関処理部５０４と、ＤＯＡ
推定部５０５と、ＩＤ測位部５０６とを有する。
【００７８】
アレーアンテナ素子５０１−１〜３は、ＤＯＡ推定用のアレーアンテナを構成している。アレーアンテナ素子５０１−１〜３は、帯域幅５００ＭＨｚ以上のＵＷＢパルスを受信する際に、ＤＯＡ推定に必要となる帯域幅として、例えば、１００ＭＨｚ程度を選択して受信できれば良い。従って、ＵＷＢアンテナ１０５はＵＷＢ向けの広帯域アンテナが必要となる一方で、アレーアンテナ素子５０１−１〜３はモノポールアンテナのような一共振アンテナも使用できる。
【００７９】
アレー受信部５０２は、アレーアンテナ素子５０１−１〜３で受信された受信信号をＩＦ（Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号へ変換し、ＩＱ生成部５０３へ出力する。アレー受信部５０２は、ＲＦ部５１１−１〜３と、ＩＦ部５１２−１〜３とを有する。ＲＦ部５１１−１〜３は、ＬＮＡ又はＲＦ帯のＢＰＦ（Ｂａｎｄ−Ｐａｓｓ−Ｆｉｌｔｅｒ）等で構成される。ＩＦ部５１２−１〜３は、ダウンコンバータ又はＩＦ帯のＢＰＦ等で構成される。アレー受信部５０２から出力されるＩＦ信号は、例えば２０ＭＨｚ以下に帯域制限されている。
【００８０】
以上のアレーアンテナ素子５０１−１、ＲＦ部５１１−１、及びＩＦ部５１２−１が、第１の受信系を構成し、アレーアンテナ素子５０１−２、ＲＦ部５１１−２、及びＩＦ部５１２−２が、第２の受信系を構成し、アレーアンテナ素子５０１−３、ＲＦ部５１１−３、及びＩＦ部５１２−３が、第３の受信系を構成する。
【００８１】
ＩＱ生成部５０３は、アレー受信部５０２から受け取るＩＦ信号をＡ／Ｄ変換した後に、ＩＱ直交化することにより、離散化されたＩＱベースバンド信号を得る。Ａ／Ｄ変換及びＩＱ直交化処理は、各受信系のＩＦ信号ごとに行われる。各受信系で得られたＩＱベースバンド信号は、空間相関処理部５０４へ出力される。
【００８２】
空間相関処理部５０４は、各受信系で得られたＩＱベースバンド信号を用いて、空間上の相互相関処理を行う。すなわち、空間相関処理部５０４は、２つのＩＱベースバンド信号間の相互相関を、受信系の組み合わせごとに行う。従って、空間軸上の相互相関によって得られた空間相関結果は、相関行列として得られる。この相関行列は、時間相関処理部１０７と同様に、フレーム単位で、ＤＯＡ推定部５０５へ出力される。なお、フレーム同期は、時間相関処理部１０７から出力されるフレーム周期のタイミング信号を用いて確立される。
【００８３】
ＤＯＡ推定部５０５は、フレーム単位で入力される相関行列を加算平均する。この加算平均は、ビット判定部１０９から受け取る識別情報ごとに行われる。そして、ＤＯＡ推定部５０５は、加算平均した相関行列を用いて、ビームフォーマー法、ＣＡＰＯＮ法、ＭＵＳＩＣ法、ＳＡＧＥ法等に代表されるＤＯＡ推定アルゴリズムを実行し、ＤＯＡ推定結果を得る。すなわち、ＤＯＡ推定部５０５では、ビット判定部１０９から受け取る識別情報に対応する無線端末２００ごとに、相関行列の加算平均処理、及び、ＤＯＡ推定処理が行われ、各無線端末２００についてのＤＯＡ推定結果が得られる。
【００８４】
ＩＤ測位部５０６は、ＩＤ測位部１１０と同様に、往復所要時間に基づいて、基地局１００とビット判定部１０９から受け取る識別情報に対応する無線端末２００との離間距離を算出する。これにより、ＩＤ測位部５０６は、実施の形態２と同様に、迂回伝搬路の距離、及び、基準局３００と測位局５００との離間距離に基づいて、無線端末２００が存在する楕円球を特定することができる。
【００８５】
また、ＩＤ測位部５０６は、ＤＯＡ推定結果に基づいて、ビット判定部１０９から受け
取る識別情報に対応する無線端末２００の位置する方向を算出する。すなわち、ＩＤ測位部５０６は、測位局５００から見た無線端末２００の方向を示すアジマス角φ及びエレベーション角θを算出する。ここで、角度及び距離の基準となる座標原点は、予め位置が分かっている測位局５００の位置又は基準局３００の位置とする。
【００８６】
そして、ＩＤ測位部５０６は、図１２に示すように、楕円球と、アジマス角φ及びエレベーション角θで表されるベクトルの示す方向に測位局５００から延ばした線分との交点を求める。この交点の座標が、無線端末２００の位置座標となる。
【００８７】
なお、以上の説明では、ＤＯＡ推定用のアレー素子素の数を３としたが、これは、２次元のＤＯＡ推定には原理的に少なくとも３素子必要となるためである。つまり、３素子以上であれば前述した機能を実現できるため、アレー素子数は３以上であれば特に限定されない。
【００８８】
またなお、ＤＯＡ推定に用いるＩＦ帯域幅として２０ＭＨｚ以下と例示しているが、これはマイクロ波ＵＷＢのＲＦ帯である３−１０ＧＨｚの利用を前提した場合の参考値である。アレーアンテナによるＤＯＡ推定は、理論的にＲＦ帯の中心周波数に対する比帯域の制約があるため、実用上もそれを考慮した設計が必要となる。つまり、ＲＦ周波数が高くなればそれに応じてＩＦ帯域幅も広がることになる。
【００８９】
また、測位局５００には、基地局１００の受信系の構成が追加されても良い。これにより、測定可能範囲を広げることが可能となる。また、実施の形態２及び実施の形態３で説明したように無線端末２００の位置を高々４点に絞った上で、無線端末２００の位置する方向も、無線端末２００の位置の特定に活用することにより、測位精度をさらに向上することができる。
【００９０】
また、以上では、説明を簡単にするために、測位システムに測位局５００が１機と基準局３００が１機とが存在する場合を前提として説明したが、測位局５００が複数存在していても良い。こうすることで、システム全体の測定可能範囲を広げることが可能となる。また、測位局５００及び基準局３００がそれぞれ複数存在していても良い。１機複数台の測位局と複数台の基準局を用いてもよい。これにより、システム全体の測定可能範囲をさらに広げることが可能となる。
【００９１】
以上のように本実施の形態によれば、測位局５００において、ＤＯＡ推定部５０５が測位局５００の位置を基準とする無線端末２００の位置する方向を算出し、ＩＤ測位部５０６が、測位局５００及び基準局３００の位置を２つの焦点とし且つ当該２つの焦点から表面上の任意の点までの距離の和が迂回伝搬路の距離である楕円球と、測位局５００の位置から上記算出された方向に延ばした線分との交点を、無線端末２００の位置として算出する。
【００９２】
こうすることで、無線端末２００の位置を１点に絞ることができる。
【００９３】
（実施の形態５）
実施の形態５では、無線端末に、実施の形態１の無線端末２００が有する機能、及び、実施の形態２の基準局３００が有する機能の両方を持たせる。別の見方をすれば、実施の形態５は、実施の形態１の無線端末２００に基地局１００の送信系の構成が追加された状態の測位システムに関する。
【００９４】
［測位システムの概要］
図１３は、本発明の実施の形態５に係る測位システム４０の構成例を示す図である。
【００９５】
図１３において、測位システム４０は、基地局１００と、無線端末６００−１，２とを有する。
【００９６】
無線端末６００−１，２は、上述の通り、基地局１００の送信系の構成を有する。すなわち、無線端末６００−１，２は、アクティブタグの機能（つまり、実施の形態２の基準局３００と同様に、パルス信号系列を自律発信する機能）、及び、セミパッシブタグの機能（つまり、実施の形態１の無線端末２００と同様に、所望パルス信号系列が受信された場合のみ増幅後に再放射する機能）の両方を有している。
【００９７】
そして、無線端末６００−１，２は、システム環境に応じて、アクティブタグの機能と、セミパッシブタグの機能とを切り換える。
【００９８】
こうすることで、無線端末６００−１，２は、基地局１００との間で、実施の形態１と同様に、測位動作を行うことができる。さらに、無線端末６００−１，２は、一方がアクティブモードとなり、他方がセミパッシブモードとなることで、実施の形態２と同様に、測位動作を行うことができる。
【００９９】
［無線端末６００の構成］
図１４は、本発明の実施の形態５に係る無線端末６００の構成を示すブロック図である。図１４において、無線端末６００は、ＵＷＢアンテナ６０１と、パルス生成部６０２と、パルス検波部６０３と、タイミング検出部６０４と、動作モード選択部６０５とを有する。
【０１００】
パルス検波部６０３は、ＵＷＢアンテナ６０１を介して受信したパルス信号系列を包絡線検波し、検波結果をタイミング検波部６０４及びパルス生成部６０２へ出力する。また、パルス検波部６０３は、動作モード選択部６０５から、モードとしてアクティブモードを選択する制御信号を受け取ると、パルス生成部６０２によるパルス信号系列の自律的送信期間の間、動作を停止する。これにより、自装置から送信されるパルス信号系列の回り込み受信を防止できると共に、無駄な電力消費を防止することができる。
【０１０１】
タイミング検出部６０４は、パルス検波部６０３の検波結果（つまり、周期的に受信されるパルス検波波形）に基づいて、基地局１００から送信されたパルス信号系列の受信タイミングを検出し、検出タイミングを動作モード選択部６０５へ出力する。
【０１０２】
動作モード選択部６０５は、タイミング検出部６０４から受け取る受信タイミングに基づいて、動作モードとして、アクティブモード又はセミパッシブモードを選択する。具体的には、動作モード選択部６０５は、基本的には、セミパッシブモードを選択している。動作モード選択部６０５は、タイミング検出部６０４から受け取る受信タイミングが大きく変動する場合や、受信タイミングが検出不能と判定される場合には、基地局１００から送信されたパルス系列を安定して受信できない状況にあると判断し、アクティブモードを選択する。このとき、動作モード選択部６０５は、モードとしてアクティブモードを選択したことを示す制御信号をパルス検波部６０３及びパルス生成部６０２へ出力する。
【０１０３】
パルス生成部６０２は、セミパッシブモードの場合には、実施の形態１の無線端末２００におけるサーキュレータ２０２及びＬＮＡ２０３を含み、セミパッシブモードにおける反射動作を可能に構成されている。また、パルス生成部６０２は、アクティブモードの場合（つまり、アクティブモードを選択したことを示す制御信号を受け取る場合）には、反射動作を停止して、パルス信号系列を自律的送信期間の間だけ送信する。
【０１０４】
［測位システムの動作］
はじめに、基地局１００が、パルス信号系列Ｓ６０２を送信する。ここで、無線端末６００−１は、セミパッシブモードで動作しており、基地局１００からのパルス信号系列Ｓ６０２を受信し、この受信パルス信号系列に基づいて応答パルス信号系列を送信している。このとき、基地局１００は、無線端末６００−１から送信された応答パルス信号系列を受信する。そして、基地局１００は、受信パルス信号系列の到来時間を測定し、この測定結果から無線端末６００−１の位置を決定する。
【０１０５】
次に、無線端末６００−２がセミパッシブモードとして起動する。ここで、無線端末６００−２が、基地局１００のカバーエリア端に在るなどの理由により、基地局１００からの送信パルス系列Ｓ６０２を安定して検出できない場合を想定する。このような場合、無線端末６００−２は、セミパッシブモードからアクティブモードへと動作を変更する。つまり、動作モード選択部６０５が、パルス生成部６０２に対して、自律的にパルスを送信するように制御信号を出力する。
【０１０６】
ここで、無線端末６００−１は、基地局１００から送信されたパルス信号系列Ｓ６０２を受信し、応答パルス信号系列を送信するだけでなく、無線端末６００−２から送信されたパルス信号系列Ｓ６０３に対しても同様にして受信し、応答パルス信号系列を送信する。
【０１０７】
このとき、基地局１００から送信されるパルス信号系列と、無線端末６００−２から送信されるパルス信号系列のパルス送信周期を、予め異なるように設定しておく。このようにすることで、無線端末６００−１は、基地局１００から送信されたパルス信号系列Ｓ６０２と無線端末６００−２から送信されたパルス信号系列Ｓ６０３を識別できる。例えば、基地局１００のパルス送信周期を２００ｎｓ、無線端末６００−２のパルス送信周囲を１５０ｎｓに設定しておくことで、無線端末６００−１は、受信されるパルス信号系列の周波数成分を検出することにより送信元を識別できる。
【０１０８】
なお、実施の形態２と同様にして、基準局３００のようにアクティブモードで動作する無線端末６００−２が送信するパルス信号系列Ｓ６０３と、基地局１００より送信されるパルス信号系列Ｓ６０２とが、互いに異なるＵＷを用いて生成されるようにしても良い。
【０１０９】
以上のように、基地局１００は、セミパッシブモードで動作している無線端末６００−１の位置を、実施の形態１に示した方法により、測位することができる。さらに、基地局１００は、無線端末６００−１を測位した後に、その位置情報に基づいて、無線端末６００−２の位置も特定できる。具体的には、基地局１００は、無線端末６００−２の送信パルス信号系列Ｓ６０３を直接受信したタイミングを基準として、迂回伝搬路の所要時間を測定する。すなわち、基地局１００は、パルス信号系列Ｓ６０３に対する無線端末６００−１の応答パルス信号系列を受信するタイミング（つまり、到来時間（ＴＯＡ））までの時間差を測定する。そして、基地局１００は、測定した時間差と、予め測定されていた無線端末６００−１の位置を用いて、無線端末６００−２の位置を求める。
【０１１０】
また、無線端末６００−１は、基地局１００から送信されたパルス信号系列を受信した際には、自身のＩＤ情報が重畳された応答パルス信号系列を送信する。一方で、無線端末６００−２からの送信されたパルス信号系列を受信した際には、ＩＤ情報を重畳しない。言い換えれば、無線端末６００−１は、無線端末６００−２からの送信パルス信号系列を中継する場合には、すべて“１”のＩＤを負荷するように動作する。このような送信機能は、パルス生成部６０２おいて実現される。したがって、無線端末６００−１が送信するパルス信号系列には、実施の形態１に示した方法により、予め自身のＩＤ情報が重畳されるようにしておく。
【０１１１】
（他の実施の形態）
（１）上記実施の形態では、パルス信号系列がＯＯＫ変調により形成される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＢＰＳＫなど他の変調方式によって形成されても良い。
【０１１２】
（２）また、上記実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
【０１１３】
また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１１４】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
【０１１５】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【０１１６】
２００９年３月１７日出願の特願２００９−０６４１５７の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の測位システム及び測位方法は、ジッタの発生を抑圧して測位精度を向上する効果を有し、無線タグ等の位置を測定するものとして有用である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０，２０，３０  測位システム
１００  基地局
１０１  送信制御部
１０２  ユニークワード（ＵＷ）生成部
１０３，６０２  パルス生成部
１０４，１０５  アンテナ
１０６，６０３  パルス検波部
１０７  時間相関処理部
１０８  ＴＯＡ推定部
１０９  ビット判定部
１１０，５０６  ＩＤ測位部
２００，６００  無線端末
２０１，６０１  ＵＷＢアンテナ
２０２  サーキュレータ
２０３  ＬＮＡ
２０４  ＩＤ生成部
３００  基準局
４００，５００  測位局
５０１  アレーアンテナ素子
５０２  アレー受信部
５０３  ＩＱ生成部
５０４  空間相関処理部
５０５  ＤＯＡ推定部
５１１  ＲＦ部
５１２  ＩＦ部
６０４  タイミング検出部
６０５  動作モード選択部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号系列を送信する送信装置と、
入力信号を増幅する増幅器と、パルス信号系列を受信し当該受信パルス信号系列を前記増幅器で増幅した後に応答パルス信号系列として送信する送受信手段と、を具備する測位対象装置と、
前記送信装置と別体の装置であって、前記応答パルス信号系列の受信タイミングを検出する検出手段と、前記パルス信号系列の送信タイミングから、前記検出された受信タイミングまでの伝搬所要時間に基づいて、前記測位対象装置の位置を算出する位置算出手段とを具備する算出装置と、
を具備する測位システム。
【請求項２】
前記算出装置は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記アレーアンテナを介して受信した応答パルス信号系列に基づいて前記算出装置を基準とする前記測位対象装置の位置する方向を算出する方向算出手段と、をさらに具備し、
前記位置算出手段は、前記伝搬所要時間に基づいて、前記送信装置と前記測位対象装置との第２の離間距離と前記第１の離間距離との和である迂回伝搬距離とを算出し、前記算出装置及び前記送信装置の位置を２つの焦点とし且つ当該２つの焦点から表面上の任意の点までの距離の和が前記迂回伝搬距離である楕円球と、前記算出装置の位置から前記算出された方向に延ばした線分との交点を、前記測位対象装置の位置として算出する、
請求項１に記載の測位システム。
【請求項３】
前記増幅器は、印加電圧に応じた増幅率で前記入力信号を増幅し、
前記測位対象装置は、自装置に固有の識別データに対応するパタンで前記増幅器に電圧を印加する電圧印加手段をさらに具備する、
請求項１に記載の測位システム。
【請求項４】
前記測位システムは、前記送信装置を複数有し、
各送信装置は、自装置に固有の識別データに基づいて前記パルス信号系列を生成する生成手段を具備する、
請求項１に記載の測位システム。
【請求項５】
前記算出装置は、前記パルス信号系列を送信する送信手段を、さらに具備し、
前記検出手段は、前記送信手段から送信されたパルス信号系列に基づいて前記測位対象装置から送信された応答パルス信号の受信タイミングを第２の受信タイミングとして検出し、
前記位置算出手段は、前記送信手段からパルス信号系列が送信された第２の送信タイミングから、前記検出された第２の受信タイミングまでの往復所要時間に基づいて、前記測位対象装置と前記算出装置との第１の離間距離を算出し、前記伝搬所要時間に基づいて、前記送信装置と前記測位対象装置との第２の離間距離と前記第１の離間距離との和である迂回伝搬距離とを算出し、前記第１の離間距離及び前記迂回伝搬距離に基づいて、前記測位対象装置の位置を算出する、
請求項１に記載の測位システム。
【請求項６】
前記位置算出手段は、前記算出装置の位置を中心とし且つ前記第１の離間距離を半径とする球と、前記算出装置及び前記送信装置の位置を２つの焦点とし且つ当該２つの焦点から表面上の任意の点までの距離の和が前記迂回伝搬距離である楕円球との交わる部分を、前記測位対象装置の位置として算出する、
請求項５に記載の測位システム。
【請求項７】
前記測位対象装置は、前記測位対象装置として応答パルス信号系列を送信する第１の機能及び前記送信装置としての第２の機能を有すると共に、前記受信パルス信号系列の受信タイミングに基づいて、前記第１の機能を動作させる第１のモード、又は、前記第２の機能を動作させる第２のモードを選択するモード選択手段を有する、
請求項１に記載の測位システム。
【請求項８】
パルス信号系列を送信する送信装置と、測位対象装置と、前記送信装置と別体の装置であり且つ前記測位対象装置の位置を算出する算出装置とを具備する測位システムにおける、測位方法であって、
前記送信装置が、パルス信号系列を送信し、
前記測位対象装置が、パルス信号系列を受信し当該受信パルス信号系列を増幅した後に応答パルス信号系列として送信し、
前記算出装置が、前記応答パルス信号系列の受信タイミングを検出し、前記パルス信号系列の送信タイミングから、前記検出された受信タイミングまでの伝搬所要時間に基づいて、前記測位対象装置の位置を算出する、
測位方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010106747.tif 000017
【図２】
2010106747.tif 000018
【図３】
2010106747.tif 000019
【図４】
2010106747.tif 000020
【図５】
2010106747.tif 000021
【図６】
2010106747.tif 000022
【図７】
2010106747.tif 000023
【図８】
2010106747.tif 000024
【図９】
2010106747.tif 000025
【図１０】
2010106747.tif 000026
【図１１】
2010106747.tif 000027
【図１２】
2010106747.tif 000028
【図１３】
2010106747.tif 000029
【図１４】
2010106747.tif 000030
【国際調査報告】
2010106747.tif 000031
2010106747.tif 000032
2010106747.tif 000033