(57)【要約】【課題】位置が既知である複数個の電波発信器からの電波の到来方向を用いて自己位置を決定する際に、自己位置が不定にならないように測位することを可能とする。【解決手段】電波発信器１は絶対座標系における位置が既知であって電波を送信する。アンテナ装置２は４個以上の電波発信器１からの電波を受信し、各電波発信器１からの電波の到来方向を検出する。アンテナ装置２で得られた到来方向と電波発信器１の位置とを用いて各２個の電波発信器１とアンテナ装置２との３点を通る円周Ｃ１，Ｃ２を２個設定し、円周Ｃ１，Ｃ２同士の交点のうち電波発信器１の位置を除く位置をアンテナ装置２の位置として求める。ただし、一つの円周Ｃ１の内外に規定幅で設定した判定領域Ｄ１に３個以上の電波発信器１を含むときには、円周Ｃ２を求めるための２個の円周のうちの一方の電波発信器１として判定領域Ｄ１外の電波発信器１を用いる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶対座標系における位置が既知であって電波を送信する４個以上の電波発信器と、電波発信器からの電波を受信するアンテナを備えアンテナを原点として設定されるアンテナ座標系における電波の到来方向をアンテナの出力から推定するアンテナ装置と、電波発信器の位置とアンテナ装置により受信した電波の到来方向とを用いて各２個の電波発信器とアンテナ装置との３点を通る円周を一つの平面内に２個設定し円周同士の交点のうち電波発信器の位置を除く位置を当該平面内のアンテナ装置の位置として求める測位処理部とを有し、測位処理部は、前記円周の内外に規定幅で設定した判定領域に３個以上の電波発信器を含みかつ判定領域外の電波発信器からの電波をアンテナ装置で受信できる場合には、アンテナ装置の位置を求めるための２個の円周のうちの一方は判定領域内の電波発信器を用いて設定し他方は判定領域内と判定領域外との電波発信器を用いて設定することを特徴とする測位システム。
【請求項２】
前記測位処理部は、前記円周の設定に用いる電波発信器を受信電界強度が所定範囲内である電波発信器のうちで受信電界強度の小さいほうから順に選択することを特徴とする請求項１記載の測位システム。
【請求項３】
前記アンテナ装置は、電波の到来方向を異なる複数種類の推定方法でアンテナの出力から推定する到来方向推定部を備え、前記電波発信器ごとに電波の到来方向の推定方法が定められていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の測位システム。
【請求項４】
前記測位処理部により求めた位置を前記アンテナから電波により送信する位置通知手段を備え、前記電波発信器はコンピュータネットワークに接続される無線ＬＡＮのアクセスポイントであって、位置通知手段から電波発信器に通知された位置がコンピュータネットワークを用いて遠方の端末に転送されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の測位システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置が既知である電波発信器から送信される電波の到来方向を推定し、受信位置を求める測位システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、位置が既知である複数個の基地局において移動局からの電波を受信し、各基地局において検出した移動局からの電波の到来方向の関係を用いることにより移動局の位置を求める技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には移動局において測位を行い、測位結果を通信手段を通じて基地局や他の移動局に伝送する旨の記載もある。また、基地局側で移動局の位置を求める場合に、基地局で位置を求める電波と移動局に位置を通知する電波とを共用することも記載されている。さらに、特許文献１には、位置測定結果を基地局に返し、基地局で最適な受信あるいは測定が可能になるように、最寄りの移動局を選択したり、誤差の小さい方向の信号を選択したり、虚像を除去するように選択したりすることも記載されている。
【特許文献１】特開平９−１１９９７０号公報（第０００３−０００４段落、第００３５段落、第００５４段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、移動局において基地局からの電波の到来方向に基づいて位置を求める場合に、移動局において電波の到来方向の基準として定められるアンテナ座標系と、基地局の位置を定めている絶対座標系との関係が未知であるときには、移動局においては２個の基地局からの電波の到来方向の角度差しか知ることができない。一方、各２個の基地局の距離は既知であるから、２個の基地局と移動局とを頂点とする三角形の一辺とその一辺の対角（頂角）を知ることができる。つまりは、２個の基地局からの電波の到来方向がわかれば移動局が位置する１個の円周を定めることができる。したがって、３個の基地局からの電波の到来方向がわかれば、移動局が位置する２個の円周を定めることができ、両円周の交点のうち基地局を除いた交点の位置を移動局の位置として求めることができる。この技術はカッシーニの解法として知られている。カッシーニの解法の具体的な演算方法は後述する。
【０００４】
カッシーニの解法を用いて移動局の位置を求める場合には３個の基地局からの電波の到来方向によって互いに異なる２個の円周を設定することが前提条件になるが、移動局の位置によっては、２個の基地局の到来方向を用いて定める円周の上に３個目の基地局が位置していることがあり、このような場合には前提条件を満たすことができず、移動局の位置が不定になるという問題を生じる。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、位置が既知である複数個の電波発信器からの電波の到来方向を用いて自己位置を決定する際に、自己位置が不定にならないように測位することを可能とした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】
【０００６】
請求項１の発明は、絶対座標系における位置が既知であって電波を送信する４個以上の電波発信器と、電波発信器からの電波を受信するアンテナを備えアンテナを原点として設定されるアンテナ座標系における電波の到来方向をアンテナの出力から推定するアンテナ装置と、電波発信器の位置とアンテナ装置により受信した電波の到来方向とを用いて各２個の電波発信器とアンテナ装置との３点を通る円周を一つの平面内に２個設定し円周同士の交点のうち電波発信器の位置を除く位置を当該平面内のアンテナ装置の位置として求める測位処理部とを有し、測位処理部は、前記円周の内外に規定幅で設定した判定領域に３個以上の電波発信器を含みかつ判定領域外の電波発信器からの電波をアンテナ装置で受信できる場合には、アンテナ装置の位置を求めるための２個の円周のうちの一方は判定領域内の電波発信器を用いて設定し他方は判定領域内と判定領域外との電波発信器を用いて設定することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、２個の電波発信器とアンテナ装置との３点を通る一つの円周の内外周に設定した判定領域内に別の電波発信器が含まれるときに、位置を求めるのに必要な２個の円周のうちの一方の円周は判定領域内の電波発信器を用いて設定し、他方の円周の設定には判定領域外の電波発信器を含めて用いるから、互いに異なる２個の円周を確実に設定することができ、アンテナ装置の位置を正確に求めることが可能になる。なお、互いに異なる２個の円周が必ず設定できるように、アンテナ装置が移動する範囲内では、かならず４個以上の電波発信器からの電波が受信可能になるように電波発信器を配置することが必要である。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記測位処理部は、前記円周の設定に用いる電波発信器を受信電界強度が所定範囲内である電波発信器のうちで受信電界強度の小さいほうから順に選択することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、受信電界強度が所定範囲内であってアンテナ装置の位置を求めるために用いることができる電波発信器のうちで、受信電界強度の小さいほうから順に用いることで、アンテナ装置からなるべく遠い電波発信器を用いてアンテナ装置の位置を求めることになる。すなわち、アンテナ装置の位置を求めるにあたって近距離の電波発信器を用いるとアンテナ装置において電波の到来方向を推定したときの誤差が測位処理部で求める位置に大きな影響を及ぼすが、遠距離の電波発信器を用いるとアンテナ装置において電波の到来方向を推定したときの誤差が測位処理部で求める位置に及ぼす影響を軽減することができ、結果的に求めた位置に含まれる誤差を小さくすることになる。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記アンテナ装置は、電波の到来方向を異なる複数種類の推定方法でアンテナの出力から推定する到来方向推定部を備え、前記電波発信器ごとに電波の到来方向の推定方法が定められていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、電波発信器を設定している環境に応じた推定方法を選択することで、精度よく位置を求めかつ導入が容易になる。たとえば、計算のみで位置を推定する方法を採用すれば、とくに学習が必要ないから位置を求める範囲を広くとることができるもののマルチパスの影響があると位置を求める精度が低下するのに対して、学習により位置を推定する方法を採用すれば、マルチパスの影響があっても位置を求める精度が低下しないものの位置を検出しようとする範囲の多箇所で学習させる必要があるから導入に手間がかかる。そこで、マルチパスのほとんど生じない環境では計算のみで位置を推定し、マルチパスが多い比較的狭い領域では学習により位置を推定する方法を採用することにより、電波発信器の設置環境によらず、位置を求める精度を高めかつ導入を容易にすることができる。
【００１２】
請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３の発明において、前記測位処理部により求めた位置を前記アンテナから電波により送信する位置通知手段を備え、前記電波発信器はコンピュータネットワークに接続される無線ＬＡＮのアクセスポイントであって、位置通知手段から電波発信器に通知された位置がコンピュータネットワークを用いて遠方の端末に転送されることを特徴とする請。
【００１３】
この構成によれば、無線ＬＡＮのアクセスポイントを電波発信器に兼用してアンテナ装置の位置を求めることができ、しかも測位処理部で求めた位置をアクセスポイントに接続されたコンピュータネットワークを用いて遠方の端末に転送するから、無線ＬＡＮを構築するために用いるアクセスポイントによってアンテナ装置の位置を推定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の構成によれば、２個の電波発信器とアンテナ装置との３点を通る一つの円周の内外周に設定した判定領域内に別の電波発信器が含まれるときに、位置を求めるのに必要な２個の円周のうちの一方の円周は判定領域内の電波発信器を用いて設定し、他方の円周の設定には判定領域外の電波発信器を含めて用いるから、互いに異なる２個の円周を確実に設定することができ、アンテナ装置の位置を正確に求めることが可能になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に説明する測位システムは、ロボット、無人搬送車、無人清掃車、ショッピングカートなどにおいて自己位置を検出するために用いることを想定しているが、本発明の技術思想の範囲内において他の装置に用いることを妨げるものではない。
【００１６】
（実施形態１）
本実施形態は、図２に示すように、適宜に設定した絶対座標系Ｏ−ＸＹＺにおける既知位置に固定された複数台の電波発信器１と、各電波発信器１からの電波の到来方向をそれぞれ検出するアンテナ装置２とを用い、絶対座標系Ｏ−ＸＹＺにおけるアンテナ装置２の位置を求めるものである。電波発信器１の位置は三次元で表してもよいが、高さ（Ｚ）については考慮せず電波発信器１の位置を地面に沿った二次元平面（ＸＹ平面）内の位置で表すものとする。したがって、アンテナ装置２の位置も高さは考慮せず地面に沿った二次元平面内の位置で表す。また、アンテナ装置２にはアンテナ座標系ｏ−ｘｙｚを設定する。上述のように、高さ（Ｚ）（ｚ）は無視しているから、絶対座標系Ｏ−ＸＹＺに対するアンテナ座標系ｏ−ｘｙｚの自由度は、ＸＹ平面内での位置とｚ軸回りの回転との３自由度になる。
【００１７】
アンテナ装置２は、アンテナ２１として受信指向性を電子的に制御可能な電子制御式のアレイアンテナ（電子走査アンテナ）を備える。この種のアレイアンテナとしては、図３に示すように、モノポールであるアンテナ素子２１ａを複数個（図示例では４個）配列したアクティブアレイアンテナのほか、図４に示すように、モノポールである励振素子（アンテナ素子）２１ａの周囲に複数本（図示例では６本）の非励振素子（パラサイト素子）２１ｂを等角度間隔で配置したパラサイト負荷切替型アンテナ（いわゆるＥＳＰＥＲアンテナ）も知られている。
【００１８】
アクティブアレイアンテナでは、図３に示すように、アンテナ素子２１ａを円周上に配列した構成を有し、各アンテナ素子２１ａで受信した電波の受信相関を用いて電波の到来方向を推測する。この構成のアンテナ２１を用いると、受信条件を変化させることなく電波の到来方向を推測することができるから、電波の到来方向を短時間で求めることができる。つまり、電波発信器１とアンテナ装置２との相対位置が比較的短時間で変動する場合でも電波の到来方向を正確に求めることができる。ただし、アンテナ素子２１ａが複数本必要であるから、各アンテナ素子２１ａの出力を増幅したり位相差を検出したりするための回路構成がやや複雑であり、また位置を求めるための演算量は比較的多くなる。アクティブアレイアンテナは、各アンテナ素子２１ａの受信相関から電波の到来方向を求めるものであるから、受信指向性を直接制御しているわけではないが、位相差を抽出することが受信指向性を制御することと等価になる。したがって、アクティブアレイアンテナも電子走査アンテナと言える。
【００１９】
一方、パラサイト負荷切替型アンテナでは、図４に示すように、アンテナ素子２１ａを中心とする円周上にパラサイト素子２１ｂを配列した構成を有し、パラサイト素子２１ｂのリアクタンスを変化させることにより受信の際の指向性を変化させ、指向性の異なる受信条件で受信したときの受信強度と位相の変化を用いて電波の到来方向を推定する。つまり、アンテナ素子２１ａが１個であるから回路構成が簡単になり低コストで提供することができる。ただし、パラサイト素子２１ｂのインピーダンスを変化させ受信条件を変化させなければならないから、電波の到来方向を求めるために時間を要する。その結果、電波発信器１とアンテナ装置２との相対位置が比較的短時間で変化する場合には、受信条件を変化させている間に相対位置が変化し求めた到来方向の誤差が大きくなる。
【００２０】
上述したように、アクティブアレイアンテナとパラサイト負荷切替型アンテナとでは長所と短所とが相反しているが、目的に応じて適宜に用いることができる。アクティブアレイアンテナを用いる場合の構成例を図３に示し、パラサイト負荷切替型アンテナを用いる場合の構成例を図４に示す。図３の構成例と図４の構成例とでは、図４の構成例においてパラサイト素子２１ｂのリアクタンスを切り換えるリアクタンス切替部２６を備える点で差異があり、また個々の回路の具体構成は異なるものの、各回路の基本的な動作は共通しているから、主として図３の構成例について説明し、必要に応じて図４の構成例を説明する。
【００２１】
アンテナ装置２は、アンテナ２１のほかに、アンテナ２１の出力から各電波発信器１の信号を分離する受信信号処理部２２と、各電波発信器１ごとに電波の到来方向を推定する到来方向推定部２３とを備え、各電波発信器１からの電波の到来方向を出力するように構成されている。
【００２２】
すなわち、アンテナ装置２の出力は、まず受信信号処理部２２に入力され、増幅および周波数変換が行われるとともにＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換される。また、各電波発信器１からの電波は識別可能な情報を含み、受信信号処理部２２において、どの電波発信器１からの電波であるかを識別できるようになっている。このような識別の技術は種々知られているが、本実施形態では、電波発信器１ごとに出力周波数を異ならせる方法を採用する。ただし、多数台の電波発信器１で出力周波数を互いに異ならせると、占有する周波数帯域が広くなって不都合であるから、時分割多重化方式（ＴＤＤ）を用いて各電波発信器１ごとに識別符号を含む信号列を間欠的に送信する方式を採用してもよい。また、周波数と時間とを併用した多重化方式（ＦＤＤ／ＴＤＤ）を採用してもよい。いずれにせよ、受信信号処理部２２において各電波発信器１からの信号を識別し、電波発信器１ごとに信号を分離して到来方向推定部２３に引き渡す。到来方向推定部２３では、後述する方法により各電波発信器１ごとに電波の到来方向を推定する。
【００２３】
ところで、到来方向推定部２３により検出された電波の到来方向は、測位処理部２４に引き渡される。測位処理部２４では、位置記憶部２５に格納されている各電波発信器１の既知の位置を用いてアンテナ装置２（アンテナ２１）の位置を算出する。到来方向推定部２３および測位処理部２４はＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を含む集積回路により構成され、位置記憶部２５には書換可能な半導体メモリを用いている。以下に、測位処理部２４の動作原理を説明する。
【００２４】
上述したアンテナ座標系ｏ−ｘｙｚはアンテナ装置２に設けたアンテナ２１に原点（ｏ）を設定してあり、図３に示す装置で求める対象は、絶対座標系Ｏ−ＸＹＺのＸＹ平面内での原点（ｏ）の位置の座標（Ｘ，Ｙ）になる。原点（ｏ）の座標（Ｘ，Ｙ）を求めるために用いることができる情報は、３個以上の電波発信器１の座標と電波発信器１からの電波の到来方向である。ただし、アンテナ座標系ｏ−ｘｙｚのｚ軸回りでの回転、つまりＸ軸とｘ軸とがなす角度は不明であるから、電波到来方向について絶対座標系Ｏ−ＸＹＺにおける方位は求めることができない。絶対座標系Ｏ−ＸＹＺに関して求めることができる角度の情報は、２個の電波発信器１からの電波の到来方向の角度差になる。一方、絶対座標系Ｏ−ＸＹＺでの電波発信器１の位置は既知であるから、２個の電波発信器１からの電波の到来方向の角度差がわかると、２個の電波発信器１を結ぶ線分を弦とし、２個の電波発信器１からの電波の到来方向の角度差を前記弦に張る円周角とする１個の円周を設定することができる。この円周は、２個の電波発信器１とアンテナ装置２の原点（ｏ）とを通る円周になる。
【００２５】
すなわち、３個の電波発信器１からの電波についてアンテナ座標系ｏ−ｘｙｚでの到来方向を検出すれば、通常は２個の円周を設定することができ、両円周の交点にアンテナ装置２の原点が位置すると推定することができる。ただし、２個の円周の交点は２個存在するが、一方の交点はアンテナ装置２の位置ではなく、２個の円周の設定に共用した電波発信器１の位置になる。言い換えると、２個の円周の２個の交点のうち電波発信器１の位置ではないほうがアンテナ装置２の位置になる。
【００２６】
図３に示す測位演算部２４は、上述の原理によって絶対座標系Ｏ−ＸＹＺにおけるアンテナ装置２の原点（ｏ）の位置の座標（Ｘ，Ｙ）を求める演算を行う。この演算は、カッシーニの解法として知られている。カッシーニの解法については既知であるから、演算式のみを示す。
【００２７】
いま、３個の電波発信器１の設置位置の座標が既知であるとする。また、アンテナ座標系ｏ−ｘｙｚにおける各電波発信器１からの電波の到来方向も既知であるとする。図５に従って３個の電波発信器１の位置をそれぞれ点Ｐ１〜Ｐ３で表し、ＸＹ平面における点Ｐ１〜Ｐ３の座標を、それぞれ（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）（Ｘ３，Ｙ３）とする。また、点Ｐ１，Ｐ２の位置の電波発信器１から受信した電波の到来方向の角度差（円周角）をＡ、点Ｐ２，Ｐ３の位置の電波発信器１から受信した電波の到来方向の角度差（円周角）をＢとする。
【００２８】
線分Ｐ１Ｐ２を弦としこの弦に張る円周角Ａの円周と、線分Ｐ２Ｐ３を弦としこの弦に張る円周角Ｂの円周とを設定すると、両円周の交点Ｐ，Ｐ２のうち点Ｐ２ではないほうがアンテナ装置２の位置になる。つまり、座標（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）（Ｘ３，Ｙ３）と角度差Ａ，Ｂとから、座標（Ｘ，Ｙ）を求める。交点Ｐの座標（Ｘ，Ｙ）を求めるには、線分Ｐ２Ｐに直交し点Ｐを通る補助線を設定する。この補助線と各円周との交点をＰｃ，Ｐｄとするとき、線分Ｐ２Ｐｃ，Ｐ２Ｐｄはそれぞれ各円の直径になる。ここで、点Ｐｃ，Ｐｄの座標をそれぞれ（Ｘｃ，Ｙｃ）（Ｘｄ，Ｙｄ）とする。以上の関係を用いることによって、座標（Ｘ，Ｙ）は数１のように表すことができる。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
また、求めた座標（Ｘ，Ｙ）を用いることにより、１つの電波発信器１に関して、アンテナ座標系ｏ−ｘｙｚにおける電波の到来方向φ１と、絶対座標系Ｏ−ＸＹＺにおける電波発信器１の位置の座標（Ｘ１，Ｙ１）とから、次式によりアンテナ座標系ｏ−ｘｙｚの絶対座標系Ｏ−ＸＹＺに対するＺ軸回りの回転角度θ（図２参照）、言い換えるとアンテナ２１の絶対座標系Ｏ−ＸＹＺにおける方位を求めることができる。
θ＝ｔａｎ−１｛（Ｙ１−Ｙ）／（Ｘ１−Ｘ）｝−φ１
以上のように、３個の電波発信器１からの電波の到来方向と各電波発信器１の座標（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）（Ｘ３，Ｙ３）とを用いることにより、アンテナ２１の位置の座標（Ｘ，Ｙ）とアンテナ２１の方位とを知ることができる。
【００３１】
ところで、測位処理部２４においてアンテナ２１の位置を算出するには、アンテナ２１の出力を用い到来方向推定部２３において各電波発信器１からの電波の到来方向を推定する必要がある。以下では、アンテナ２１の出力から到来方向推定部２３において電波発信器１からの電波の到来方向を推定するまでの動作について説明する。
【００３２】
アクティブアレイアンテナを用いる場合には、複数個のアンテナ素子２１ａでの受信時刻の差を求めるために、アンテナ素子２１ａごとに増幅器２２ａ、周波数変換器２２ｂ、Ａ／Ｄ変換器２２ｃを設ける。周波数変換器２２ｂは、局発周波数が可変であり、局発周波数を変化させることにより受信周波数を変化させる。たとえば、アンテナ素子２１ａが４個あれば、増幅器２２ａ、周波数変換器２２ｂ、Ａ／Ｄ変換器２２ｃも４系統が必要になる。Ａ／Ｄ変換の際には、各アンテナ素子２１ａでの受信時刻の差を検出できる程度のサンプリング期間を設定する。また、サンプリング期間は、各電波発信器１の周波数ごとに設ける。
【００３３】
本実施形態では、最大で４台の電波発信器１からの電波を用いてアンテナ２１の位置を求めることを想定しており、受信信号処理部２２でのサンプリング期間は４回設けてある。要するに、到来方向の１回の演算において受信周波数を４回切り換え、４個の電波発信器１からの電波を抽出する。ここに、電波発信器１が５台以上設けられている場合には、受信周波数を５段階以上切り換えることになるが、あらかじめ受信電界強度の範囲を定めておき、当該範囲内で電波を受信することができた電波発信器１を受信順で４台用いるようにすれば、４個の電波発信器１からの電波を抽出することができる。
【００３４】
１回のサンプリング期間には１００点程度のサンプリングを行い量子化後に到来方向推定部２３に引き渡す。到来方向推定部２３では、各周波数ごとに時刻ｔにおける４種類の受信出力ｘｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，３，４）が得られるから、この受信出力ｘｉ（ｔ）を成分に持つ受信ベクトル［ｘ（ｔ）］を用いて相関行列Ｒｘｘを生成する。受信ベクトルと相関行列とは成分の数が異なるが、後述するパラサイト負荷切替型アンテナを用いる場合と同形になる。
【００３５】
一方、パラサイト負荷切替型アンテナを用いる場合は、図４に示すように、リアクタンス切替部２６により各パラサイト素子２１ｂのインピーダンスを順に変化させ、インピーダンスを切り換えるたびに得られるアンテナ素子２１ａの出力を到来方向推定部２３に与える。パラサイト負荷切替型アンテナを用いる場合も、アクティブアレイアンテナを用いる場合と同様に、増幅器２２ａ、周波数変換器２２ｂ、Ａ／Ｄ変換器２２ｃを設ける必要があるが、アンテナ素子２１ａが１個であるから１系統だけでよい。パラサイト素子２１ｂのインピーダンスは、接地するかしないかによって切り換える。ここで、パラサイト素子２１ｂを６個備えるパラサイト負荷切替型アンテナを想定すると、アンテナ素子２１ａでは時刻ｔにおける６種類の受信出力ｘｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，……，６）が得られるから、この受信出力ｘｉを成分に持つ数２に示す受信ベクトル［ｘ（ｔ）］を用いて数３に示す相関行列Ｒｘｘを生成する。ここに、各受信出力ｘｉ（ｔ）は実部と虚部とを有している。また、［ｘ］はｘがベクトルであることを示す。なお、受信ベクトル［ｘ（ｔ）］の成分である受信出力ｘｉ（ｔ）は同時刻に得られたものではないが、切替周期が短いから実質的に同時刻で得られたとみなしている。
【００３６】
【数２】
2006234683.tif 000004
【００３７】
【数３】
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【００３８】
ただし、Ｅ［［ｘ］］はアンサンブル平均を表す。
【００３９】
相関行列Ｒｘｘを評価してアンテナ座標系ｏ−ｘｙｚにおける電波の到来方向を求める方法には、「超分解法」と称する技術が知られており、「超分解法」を採用すれば、アンテナ２１の指向性を変化させて電界強度のもっとも大きくなる方向を探し出す方法（誤差が数十度）に比較して電波の到来方向を検出する精度が大幅に高くなる（誤差が１〜２度）。「超分解法」には、ヌルステアのインターフェロメータ法と、ＭＵＳＩＣ法と、学習済みのニューラルネットワークを用いるニューラルネットワーク方法とが知られている。各方法にはそれぞれ長所と短所とがある。まず、各方法について簡単に説明する。
【００４０】
インターフェロメータ法は、ヌルステアを用いて到来方向を求める。インターフェロメータ法では、電波の到来方向にアンテナ２１の出力から求めたステアリングベクトルと称するベクトル値を対応付けたテーブルを用いて評価関数を求める。ステアリングベクトルは、実測値または理論値に基づいて求められるものであり、受信アンテナ２１に対して信号ベクトル［ｓ（ｔ）］が到来方向φから到来したときの受信出力ｘ（ｔ）を意味する。
【００４１】
しかして、受信ベクトル［ｘ（ｔ）］から求めた上述の相関行列Ｒｘｘを用い、既知の到来方向（φ）についてあらかじめ求めてテーブルに格納してある複数点のステアリングベクトル［ａ（φ）］を用いて数４に示す評価関数Ｐｉｎｔｒ（φ）を求める。この評価関数Ｐｉｎｔｒ（φ）の分母は、相関行列Ｒｘｘの各成分とテーブルに格納したステアリングベクトル［ａ（φ）］との距離に相当しており、評価関数Ｐｉｎｔｒ（φ）は電波発信器１からの電波の到来方向φについて分布を持っている。この分布では、評価関数Ｐｉｎｔｒ（φ）が最大になるステアリングベクトル［ａ（φ）］に対応する到来方向φを、電波発信器１からの電波の到来方向φとみなすことができる。
【００４２】
【数４】
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【００４３】
ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法は、相関行列Ｒｘｘの固有値および固有ベクトルを用いる方法であって、周知技術であるから詳述しないが、到来方向をパラメータとするＭＵＳＩＣスペクトラムという値を相関行列Ｒｘｘから求め、ＭＵＳＩＣスペクトラムが極大になる到来方向について受信電界強度を評価することにより、電波発信器１からの電波の到来方向を求める方法である。
【００４４】
また、ニューラルネットワーク法は、受信ベクトルｘ（ｔ）から求めた相関行列Ｒｘｘの成分のうち、数５に示す成分を持つベクトル［ｂ］を生成し、このベクトル［ｂ］を規格化する。ベクトル［ｂ］は、相関行列Ｒｘｘの主対角線に対する右側の成分について実部Ｒｅ（ｒｉｊ）と虚部Ｉｍ（ｒｉｊ）とを順に並べた成分を有している。
【００４５】
【数５】
2006234683.tif 000007
【００４６】
ニューラルネットワークは、入力層と中間層と出力層とを備えるＲＢＦニューラルネットワークであって、ニューラルネットワークの中間層のニューロンは、数６のように設定してある。
【００４７】
【数６】
2006234683.tif 000008
【００４８】
ニューラルネットワークにより求めようとする値は、図２に示した電波の到来方向φであるから、たとえば、ニューラルネットワークを１種類の出力値ｆ（［ｘ］）が得られるように構成し、ｆ（［ｘ］）＝φとして、到来方向φが既知である複数箇所の教示点にアンテナ２１を位置させたときに得られる受信ベクトル［ｘ（ｔ）］でニューラルネットワークに教示付き学習を行わせる。教示付き学習により、数７におけるパラメータｘｊ、σｊ２、ωｊ（σｊ２は分散、ωｉは重み係数）の学習が行われ、教示点以外の箇所での到来方向φを求めることが可能になる。ニューラルネットワークに学習させる際には、アンテナ２１において受信した電波が電波発信器１からの直接波か間接波かにかかわらず、学習したパラメータｘｊ、σｊ２、ωｊに電波の到来方向φが折り込まれるから、間接波が存在している環境下においても間接波が定常的であって無人搬送車の走行する領域内で時間変化を伴わなければ到来方向φを推定することができる。
【００４９】
【数７】
2006234683.tif 000009
【００５０】
ところで、電波の到来方向を検出する際に、アンテナ２１が電波発信器１からの直接波のみを受信し雑音がない場合には、上述した３種類の方法のうちのどの方法を用いても到来方向を正確に求めることが可能である。しかしながら、屋内での使用時や屋外であっても周囲に多くの建物が存在する環境などでは、電波発信器１からアンテナ２１への経路にマルチパスが生じやすくなる。マルチパスが生じるとインターフェロメータ法では到来方向の推定が難しくなる。ＭＵＳＩＣ法では波数推定法を併用しＭＵＳＩＣスペクトラムの極大値から電波の到来方向を推定するから、マルチパスが生じていても移動平均により直接波を受信できる環境であれば、電波発信器１からの電波の到来方向を求めることができる。ただし、ＭＵＳＩＣ法を用いても直接波を受信することができずマルチパスによる電波しか受信できなければ電波発信器１からの電波の到来方向を推定することはできない。これに対してニューラルネットワーク法では、電波の到来方向（電波発信器１とアンテナ２１とを結ぶ直線の方向）と環境とを対応付けてをあらかじめ教示しているから、直接波を受信することができない場合でも電波の到来方向を特定することができる。
【００５１】
もっともニューラルネットワーク法を用いると、教示点以外の箇所では求めた到来方向の誤差が大きくなるから、到来方向を求める精度を高めるには教示点の個数を増やさなければならない。つまり、ニューラルネットワーク法によって到来方向を検出しようとすれば、実際に稼働させるまでに時間がかかる。これに対してインターフェロメータ法やＭＵＳＩＣ法は演算のみであるから教示する必要がなく、実稼働までに要する時間は短い。また、計算時間については、ニューラルネットワーク法がもっとも短く、インターフェロメータ法、ＭＵＳＩＣ法の順で計算時間が長くなる。
【００５２】
到来方向推定部２３では、これらの３種類の推定方法を用意してあり、どの電波送信器１からの電波に対する処理であるかに応じて推定方法を自動的に選択するようになっている。つまり、電波送信器１はそれぞれ３種類の推定方法のどれを使用するかを指示する情報をコード化して電波により伝送しており、受信信号処理部２２ではアンテナ２１の出力からコードを抽出して到来方向推定部２３に引き渡すようになっている。したがって、到来方向推定部２３は、受信信号処理部２２から与えられたコードに応じて選択した推定方法を用いて電波の到来方向を推定する。このように電波発信器１から到来方向の推定方法を指定することにより、電波発信器１が設置された環境に応じて最適な推定方法を採用することができるようになる。なお、複数個の電波発信器１からの電波を同時に受信するから、同時に電波を受信している電波発信器１から指示された推定方法が異なる場合には、到来方向推定部２３において各電波発信器１ごとに到来方向の推定方法を切り換える。
【００５３】
ところで、上述したように、アンテナ２１の位置を求めるには、３個の電波送信器１からの電波を同時に受信し、かつ３個の電波送信器１のうちの２個ずつが円周上に位置する２個の円周を設定することが必要である。しかしながら、電波発信器１とアンテナ２１との位置関係によっては、３個の電波発信器１とアンテナ２１とが一つの円周上に位置する場合も生じると考えられる。この場合、２個の円周を設定することができないから、アンテナ２１の位置を求めることはできない。
【００５４】
そこで、本実施形態では、アンテナ２１の移動範囲内では、どの位置でも４個以上の電波発信器１からの電波が受信可能となるように電波発信器１を配置する。また、図１に示すように、２個の電波発信器１を用いて設定される円周Ｃ１の内外に既定幅で判断領域Ｄ１（斜線部）を設定し、円周Ｃ１を設定した電波発信器１を除く電波発信器１が判断領域Ｄ１に含まれるか否かを判断する。円周Ｃ１を設定した電波発信器１を除く電波発信器１が判断領域Ｄ１に含まれる場合には、判断領域Ｄ１に含まれない電波発信器１と円周Ｃ１を設定した２個の電波発信器１とを用いて２個の円周Ｃ１，Ｃ２を設定する。電波発信器１を適宜に配置してあれば、上述した手順により、２個の円周Ｃ１，Ｃ２を必ず設定することができ、アンテナ２１の位置を求めることが可能になる。すなわち、３個の電波発信器１とアンテナ２１とがほぼ１つの円周上に位置し、これらの電波発信器１では２個の円周を設定することができない場合でも、４個目の電波発信器１を用いることにより２個の円周を設定してアンテナ２１の位置を求めることが可能になるのである。
【００５５】
なお、４個の電波発信器１から３個ずつの電波発信器１を選択することによって、アンテナ２１の座標（Ｘ，Ｙ）を４通り求め、得られた結果のうち異常値があれば異常値を除外し、残りの平均値を座標（Ｘ，Ｙ）として用いてもよい。
【００５６】
上述したように４個以上の電波送信器１からの電波をアンテナ２１で同時に受信することができるから、上述のように２個の電波送信器１により設定した円周Ｃ１に定めた判定領域Ｄ１に他の電波送信器１が位置していないときには、３個以上の円周を設定することが可能になる。一方、電波送信器１とアンテナ２１との距離にかかわらず到来方向に関する角度誤差はほぼ一定であるが、距離に関する誤差の割合は近距離のほうが大きくなる。つまり、数１により求められる座標（Ｘ，Ｙ）に含まれる誤差は、アンテナ２１から電波発信器１までの距離が近いほど大きくなる。つまり、利用できる範囲ではできるだけ遠方の電波送信器１を用いて円周Ｃ１，Ｃ２を用いて座標（Ｘ，Ｙ）を求めるのが望ましい。
【００５７】
通常、各電波発信器１の出力は等しく設定されるから、電波発信器１との距離はアンテナ２１での受信電界強度に反映されていると言える。そこで、受信信号処理部２１においては、到来方向推定部２３を通して受信信号の強度の情報を測位処理部２４に引き渡し、測位処理部２４では電波を受信可能な４個の電波発信器１が判定領域Ｄ１に含まれていなければ、受信信号の強度が小さい順に３個の電波発信器１を選択し、これらの電波発信器１を用いてアンテナ２１の座標（Ｘ，Ｙ）を求める。このような処理により、測位結果の精度を可及的に高めることができる。
【００５８】
ところで、上述の例では電波発信器１は電波を送信する機能のみを有し、アンテナ装置２は電波を受信する機能のみを有しているが、電波発信器１とアンテナ装置２との間で電波を送受可能とし、図３に破線で示すように、測位処理部２４での演算結果を電波発信器１に返送するようにしてもよい。この場合、測位処理部２４により求めた位置をアンテナ２１から電波により送信する位置通知手段（図示せず）を設ける。また、電波発信器１をコンピュータネットワークＮＴに接続し、コンピュータネットワークＮＴを用いて測位処理部２４の演算結果を遠方の端末３に転送可能とする。つまり、測位処理部２４で求めたアンテナ２１の位置および方位の測位結果を遠方に配置した端末３で知ることが可能になり、測位結果を種々の利用に供することができる。また、電波発信器１として無線ＬＡＮのアクセスポイントや移動体電話の基地局を用いるようにすれば、既設の電波発信器１を用いて測位を行うことが可能になる上に、測位結果を遠方に転送することが可能になる。
【００５９】
図３に一点鎖線で示すように、受信信号処理部２２には受信信号強度を表示する表示装置２７を付加してもよい。表示装置２７は、電波発信器１ごとに受信信号強度が所定値以上か否かの情報を示す複数個（図示例は４個）の表示灯２７ａと、位置記憶部２５に格納された各電波発信器１のごとの座標とを表示する表示部２７ｂとを有している。すなわち、受信信号処理部２２では、各電波発信器１からの電波の周波数を用いて電波発信器１を識別し、位置記憶部２５に格納された電波発信器１ごとの座標を抽出して表示装置２７の表示部２７ｂに表示する。
【００６０】
このように表示装置２７を設けると、４台の電波発信器１のうちのいずれかが故障などにより電波を発信していない場合には、表示灯２７ａの点灯状態（電界強度が所定以上のとき点灯する）を確認することで、どの位置の電波発信器１が故障であるかを容易に知ることができる。なお、各電波発信器１を電波の周波数で識別するのではなく、各電波発信器１からの電波に識別符号を含めている場合には、識別符号によって電波発信器１を識別してもよい。また、上述のように電波発信器１とアンテナ装置２との間で送受信を可能にしている場合には、表示装置２７の内容を遠方の端末３に伝送するようにしてもよい。
【００６１】
（実施形態２）
実施形態１は、電波発信器１が定位置に固定されている場合を想定しているが、各電波発信器１がＧＰＳのような技術によってそれぞれ絶対座標系Ｏ−ＸＹＺでの自己位置を検出する構成であれば、電波発信器１が移動する構成であっても、アンテナ２１の位置および方位を求めることができる。この場合、電波送信器１の位置は時間経過に伴って更新されるから、位置記憶部２５を設ける必要はないが、電波送信器１から送信する電波によって電波送信器１の自己位置を測位処理部２４に通知することが必要である。つまり、受信信号処理部２２では、アンテナ２１から受信した電波に含まれる情報から電波発信器１の位置の情報を分離して測位処理部２４に与えることになる。
【００６２】
本実施形態の構成を採用することにより、電波発信器１が自動車のような移動体に搭載されている場合でも、アンテナ２１の位置および方位の測位が可能になる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】同上の原理説明図である。
【図３】同上のブロック図である。
【図４】同上の他の構成例のブロック図である。
【図５】同上において位置の求め方を示す原理説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  電波発信器
２  アンテナ装置
３  端末
２１  アンテナ
２３  到来方向推定部
２４  測位処理部
Ｃ１，Ｃ２  円周
Ｄ１  判定領域
ＮＴ  コンピュータネットワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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