(57)【要約】      （修正有）【課題】第１の発受信手段、第２の発受信手段によって、２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位できる装置を安価に実現する。【解決手段】第２の発受信手段から少なくとも起点信号を含む無線信号を時分割でかつバースト信号として間欠発信し、第１の発受信手段において、前記無線信号を受信して前記起点信号を再生し、再生した起点信号に同期発振手段を同期させて生成した距離測定信号と、別に生成した方向測定信号とを含む無線信号を、複数のアンテナを周期的に切替えながら発信し、前記第２の発受信手段において、前記起点信号を基準とし、前記距離測定信号の位相を測定して第１の発受信手段からの距離を算出し、前記複数のアンテナに対応した方向測定信号の位相差を測定して第１の発受信手段が位置する方向を算出し、算出した距離と方向から自局の３次元の位置を高精度でかつ瞬時に測位する。【選択図】図１
2011128144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いる無線測位装置において、
同一の無線周波数を用いて時分割で双方向通信を行うための、第１の発受信手段と、第２の発受信手段とから構成され、
前記第１の発受信手段が、少なくとも、
前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第１の発信手段と、
前記無線信号を受信して、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第１の受信手段と、
前記第１の発信手段と前記第１の受信手段とを制御するための第１の制御手段と、
複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切り替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第１の発信手段と前記第１の受信手段との間で時分割で切替えるための第１のアンテナ切替手段とを有し、
前記第２の発受信手段が、少なくとも、
前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第２の発信手段と、
前記無線信号を受信して、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第２の受信手段と、
前記第２の発信手段と前記第２の受信手段とを制御するための第２の制御手段と、
複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切り替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第２の発信手段と前記第２の受信手段との間で時分割で切替えるための第２のアンテナ切替手段とを有し、
前記第１の制御手段が、少なくとも、
システム同期信号と、識別信号と、起点信号とを生成するための起点信号生成手段と、
前記第１の受信手段によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生するための位置測位信号再生手段と、
前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定するための位相測定手段と、
前記位相の測定結果から前記第２の発受信手段の位置を測位するための位置測位手段とを有し、
前記第２の制御手段が、少なくとも、
前記第２の受信手段によって時分割で受信される無線信号から、前記起点信号を再生するための起点信号再生手段と、
前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立し、同期を保持できる同期発振手段と、
前記同期発振手段の出力信号と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成するための位置測位信号生成手段とを有し、
前記第１の発受信手段から前記第２の発受信手段に向けて、少なくとも、起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、
前記起点信号を含む無線信号を受信した前記第２の発受手段が、前記第１の発受信手段に向けて、少なくとも前記位置測位信号を含む無線信号を時分割のタイミングで発信し、
前記第１の発受信手段において、前記生成された起点信号を基準とし前記距離測定信号の位相を測定して第２の発受信手段からの距離を算出し、前記複数のアンテナ又は送受波器に対応した方向測定信号の位相差を測定して第２の発受信手段が位置する方向を算出し、
前記距離の算出結果と、前記方向の算出結果とから、前記第１の発受信手段において、前記第２の発受信手段の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位することを特徴とする無線測位装置。
【請求項２】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いる無線測位装置において、
同一の無線周波数を用いて時分割で双方向通信を行うための、第１の発受信手段と、第２の発受信手段とから構成され、
前記第１の発受信手段が、少なくとも、
前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第１の発信手段と、
前記無線信号を受信して、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第１の受信手段と、
前記第１の発信手段と前記第１の受信手段とを制御するための第１の制御手段と、
複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切り替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第１の発信手段と前記第１の受信手段との間で時分割で切替えるための第１のアンテナ切替手段とを有し、
前記第２の発受信手段が、少なくとも、
前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第２の発信手段と、
前記無線信号を受信して、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第２の受信手段と、
前記第２の発信手段と前記第２の受信手段とを制御するための第２の制御手段と、
複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切り替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第２の発信手段と前記第２の受信手段との間で時分割で切替えるための第２のアンテナ切替手段とを有し、
前記第１の制御手段が、少なくとも、
前記第１の受信手段によって受信される無線信号から、前記起点信号を再生するための起点信号再生手段と、
前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立し、同期を保持できる同期発振手段と、
前記同期発振手段の出力信号と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号を生成するための位置測位信号生成手段とを有し、
前記第２の制御手段が、少なくとも、
システム同期信号と、識別信号と、起点信号とを生成するための起点信号生成手段と、
前記第２の受信手段によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生するための位置測位信号再生手段と、
前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定するための位相測定手段と、
前記位相の測定結果から自局の位置を測位するための位置測位手段とを有し、
前記第２の発受信手段から前記第１の発受信手段に向けて、少なくとも、起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、
前記起点信号を含む無線信号を受信した前記第１の発受手段が、前記第２の発受信手段に向けて、少なくとも前記位置測位信号を含む無線信号を時分割のタイミングで発信し、
前記第２の発受信手段において、前記生成された起点信号を基準とし前記距離測定信号の位相を測定して前記第１の発受信手段からの距離を算出し、前記複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切り替えながら、前記複数のアンテナ又は送受波器に対応した方向測定信号の位相差を測定して前記第１の発受信手段が位置する方向を算出し、
前記距離の算出結果と、前記方向の算出結果とから、前記第２の発受信手段において、自局の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位することを特徴とする無線測位装置。
【請求項３】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いる無線測位装置において、
同一の無線周波数を用いて時分割で双方向通信を行うための、第１の発受信手段と、第２の発受信手段とから構成され、
前記第１の発受信手段が、少なくとも、
前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第１の発信手段と、
前記無線信号を時分割で受信して、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第１の受信手段と、
前記第１の発信手段と前記第１の受信手段とを制御するための第１の制御手段と、
複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切り替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第１の発信手段と前記第１の受信手段との間で時分割で切替えるための第１のアンテナ切替手段とを有し、
前記第２の発受信手段が、少なくとも、
前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第２の発信手段と、
前記無線信号を時分割で受信して、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第２の受信手段と、
前記第２の発信手段と前記第２の受信手段とを制御するための第２の制御手段と、
複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切り替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第２の発信手段と前記第２の受信手段との間で時分割で切替えるための第２のアンテナ切替手段とを有し、
前記第１の制御手段と、前記第２の制御手段とが、少なくとも、
システム同期信号と、識別信号と、起点信号とを生成するための起点信号生成手段と、
前記受信手段が受信した無線信号から、起点信号を再生するための起点信号再生手段と、
前記再生された起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを高精度で検出するための同期検出手段と、
前記検出されたタイミングで、起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方と高精度でかつ短時間に同期を確立し、かつ起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方が消滅した後も、所定期間、同期を保持してクロック信号を生成するための同期発振手段と、
前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成するための位置測位信号生成手段と
前記受信した無線信号から位置測定信号を再生するための位置測位信号再生手段と、
前記再生された位置測位信号の位相を、高精度でリアルタイムに測定するための位相測定手段と、
前記測定された位置測位信号の位相から、位置を算出するための位置測位手段とを有し、
前記第２の発受信手段から前記第１の発受信手段に向けて、少なくとも、起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、
前記起点信号を含む無線信号した受信した前記第１の発受信手段が、前記受信した起点信号と高精度で同期した第１の距離測定信号と、第１の距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を前記第２の発受手段に向けて折返し発信し、
前記無線信号を受信した前記第２の発受信手段において、前記発信された第１の距離測定信号と方向測定信号を再生し、前記第２の発受信手段で生成した起点信号を基準として、前記再生した第１の距離測定信号を位相を測定して前記第１の発受信手段からの距離を算出し、前記複数のアンテナ又は送受波器に対応した方向測定信号の位相差を測定して第１の発受信手段が位置する方向を算出し、
前記距離の算出結果と、前記方向の算出結果とから、前記第２の発受信手段において、自局の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位するとともに、
前記第２の発受信手段から、少なくとも、前記第１の距離測定信号と高精度で同期した第２の距離測定信号と、前記第２の距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を時分割のタイミングで発信し、
前記無線信号を受信した前記第１の発受信手段において、前記第２の発受信手段から発信された第２の距離測定信号と方向測定信号とを再生し、前記第１の発受手段で生成した第１の距離測定信号を基準として前記第２の距離測定信号の位相を測定して前記第２の発受信手段からの距離を算出し、前記複数のアンテナ又は送受波器に対応した方向測定信号の位相から前記第２のと発受信手段の位置する方向を算出し、
前記距離の算出結果と、前記方向の算出結果とから、前記第１の発受信手段において、前記２の発受信手段の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位することを特徴とする無線測位装置。
【請求項４】
前記第１の発受信手段から発信される起点信号、前記第１の発受信手段から発信される距離測定信号と方向測定信号、前記第２の発受信手段から発信される起点信号、前記第２の発受信手段から発信される距離測定信号と方向測定信号、あるいはこれらの組み合わせが、単一もしくは複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項第１項から第３項までの何れかに該当する無線測位装置。
【請求項５】
前記起点信号再生手段、測定信号再生手段、もしくはこれらの両方において、前記再生する信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、伝達位相誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号を変調した変調信号である場合には、伝達位相誤差の少ないアナログ復調器あるいは高いサンプリング周波数を用いるデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生することを特徴とする請求項第１項から第３項までの何れかに該当する無線測位装置。
【請求項６】
前記第１の制御手段、前記第２の制御信手段、もしくはこれらの両方の同期発振手段が、基準発振器の出力信号を直接もしくは周波数を変換して生成したクロック信号によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記第１の受信手段もしくは前記第２の受信手段によって受信され、起点信号再生手段によって復調されあるいは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段によって所定の値よりも高い周波数のサンプリング信号を用いて検出し、前記検出したタイミングで、前記セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号と短時間で同期を確立し、前記起点信号が消滅した後も、所定期間、同期を保持できることを特徴とする請求項第１項から第３項までの何れかに該当する無線測位装置。
【請求項７】
前記第１の制御手段、前記第２の制御手段、もしくはこれらの両方の同期発振手段と、前記復調されあるいは再生された起点信号との間の同期確立誤差を低減し、高精度でかつ短時間に同期を確立させるために、前記第１の発受信手段、前記第２の発受信手段、もしくはこれらの両方に同期確立誤差関数を付与し、前記同期確立誤差関数が前記同期確立誤差を限りなくゼロに近づける特性を有することを特徴とする請求項第１項から第３項までの何れかに該当する無線測位装置。
【請求項８】
前記第１の制御手段、前記第２の制御手段、もしくはこれらの両方の起点信号生成手段、位置測位信号生成手段、もしくはこれらの両方に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記起点信号の位相をシフトさせるための移相手段と、前記移相手段によって各々異なった位相にシフトされた複数組の起点信号を選択して外部に出力するためのタイミング制御手段とを設け、前記移相手段の移相量の合計を、前記第１の発受信手段、第２の発受信手段、もしくはこれらの両方の同期発振手段から出力されるクロック信号の一周期の間隔よりも大きく設定することによって、距離の算出精度を向上させることを特徴とする請求項第７項に記載の無線測位装置。
【請求項９】
前記第１の制御手段、前記第２の制御手段、もしくはこれらの両方の同期発振手段に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記同期発振手段が複数組のカウンタもしくは数値制御発振器を有し、前記複数組のカウンタもしくは複数組の数値制御発振器が、前記再生された起点信号と各々異なった複数のタイミングで切替手段によって切替えられて同期を確立し、前記複数組のカウンタもしくは複数組の数値制御発振器から出力される出力信号を異なった複数のタイミングで選択手段によって選択し、前記選択された出力信号に同期しあるいは直交した距離測定信号を生成することによって、距離の算出精度を向上させることを特徴とする請求項第項に記載の無線測位装置。
【請求項１０】
前記第１の制御手段、第２の制御手段、もしくはこれらの両方の位相測定手段が、Ｓｉｎのルックアップテーブルが０、１、０、−１、あるいは１、１、−１、−１、あるいはこれらの繰り返しであり、Ｃｏｓのルックアップテーブルが１、０、−１、０あるいは１、−１、−１、１、あるいはこれらの繰り返しであり、前記測定信号と前記ルックアップテーブルとの積和演算を行なう際に−１の乗算は補数を求める積和演算器によって構成されることを特徴とする請求項第１項から第３項までの何れかに該当する無線測位装置。
【請求項１１】
前記第１の発受信手段、前記第２の発受信手段、もしくはこれらの両方のアンテナ又は送受波器が、９０°以上の広い指向性ビーム幅を有する円偏波指向性アンテナであり、前記第２の発受信手段と第１の発受信手段との間で、指向性の方向が、双方向通信の相手方に向けて、お互いに対向して設けられていることを特徴とする請求項第１項から第３項までの何れかに該当する無線測位装置。
【請求項１２】
前記第１の発受信手段、前記第２の発受信手段、もしくはこれらの両方が、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析しあるいは統計処理を行い、前記位相測定手段で距離測定信号の位相あるいは方向測定信号の位相差を測定した結果から距離測定精度あるいは方向測定精度を分析しあるいは統計処理を行い、あるいはこれらの両方を行い、前記距離測定処理の結果、方向測定処理の結果、あるいはこれらの両方を補正しあるいは補完することを特徴とする請求項第１項から第１２項までのいずれかに該当する無線測位装置。
【請求項１３】
前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、あるいはその近傍の周波数を割当て、前記前記第１の発受信手段、前記第２の発受信手段、もしくはこれらの両方からバースト信号として発信される無線信号の占有率を２０％以下とすることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続することを特徴とする請求項第１項から第３項までの何れかに該当する無線測位装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、第１の発受信手段と第２の発受信手段との間で、同一の無線周波数を用いて、時分割で双方向通信を行うことで、第１の発受信手段、第２の発受信手段、あるいはこれらの両方の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位するための無線測位装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の発信手段を用いて測位を行なうシステムが提案されている。（例えば、特許文献１〜３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０８３８８８号
【特許文献２】特開２００６−０２３２６１号
【特許文献３】特開２００７−０１０６３９号
【０００４】
図１１は、特許文献１に記載されている従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」の実施例である。
図１１において、１は、ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）測位を利用して利用者の測位を行なうＲＴＫ測位システムである。
このＲＴＫ測位システム１は、４基のスードライト２と、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信手段５と、利用者処理ユニット６と、データリンク７とにより構成されている。
ここで、スードライト２は、衛星の代わりの信号源として使用され、利用者の３次元測位を行なう場合は、少なくとも４基必要であり、２次元測位を行なう場合は、少なくとも３基が必要であるとされている。
【０００５】
上記のように、従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」では３次元の測位を行なうために少なくとも４基のスードライト（擬似衛星局）が必要であり、更に、利用者処理ユニット６の他に、固定基準局受信手段３と移動基準局受信手段４とからなる２基の基準局受信手段と、ローバー受信機５と、データリンク７が必要であることから、システムが複雑であり、取り扱いが煩雑であり、高価となる問題点があった。
【０００６】
一方、特許文献２に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、発信手段1の指向性アンテナの方向３１に対向して受信手段２の指向性アンテナ２１ａと２１ｂを向け、発信手段１が高周波信号を発信中に指向性アンテナ２１ａと２１ｂを切替えた時に受信した高周波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組み合わせの変化をリアルタイムで検知し、当該発信手段1が位置する方向を検知し、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知するとされているが、当該発信手段１と受信手段２の距離を検知する手段あるいは方法が明確にされておらず、受信手段２の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていない問題点がある。
【０００７】
また、特許文献３に記載されている従来の「アクティブタグ装置」では、固定される側の発信手段に複数のアンテナを接続し、当該アンテナから個別のシステム同期信号と同期しあるいは直交する複数の測定用信号を周期的に発信し、移動体が携帯する受信手段において当該システム同期信号を受信して相対距離と方向を検知し、相対距離が短いものの平均値から方向を検知することで高い精度で方向を検知するとされているが、相対距離と方向を高精度で検知するための当該システム同期信号あるいは個別の同期信号の役割が記述されたおらず、また、一方向通信によって距離を測定することによっては十分な測位精度が得られないこと、また、受信手段の３次元の位置を測位する旨の訴求がなされていないことなどの問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、第１の発受信手段と第２の発受信手段との間で、同一の無線周波数を用いて、時分割で双方向通信を行うことによって、第１の発受信手段、第２の発受信手段、もしくはこれらの両方の２次元もしくは３次元の位置を高精度で、しかも短時間で測位するための無線測位装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係わる無線測位装置は、同一の無線周波数を用いて時分割で双方向通信を行うための、第１の発受信手段と、第２の発受信手段とから構成され、前記第１の発受信手段から少なくとも起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、前記第２の発受信手段が、前記第１の発受信手段から発信される無線信号を受信して前記起点信号を再生し、前記再生した起点信号と同期した距離測定信号と、別に生成した方向測定信号とを含む無線信号を、時分割のタイミングで、折返し発信し、
【００１０】
前記第１の発受信手段が、前記自局から発信した起点信号を基準とし、複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切り替えながら、前記第２の発信手段から受信した距離測定信号の位相を測定して前記第２の発受信手段からの距離を算出し、前記複数のアンテナ又は送受波器に対応した方向測定信号の位相差を測定して前記第２の発受信手段が位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、前記方向の算出結果とから、前記第２の発受信手段の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位し、
【００１１】
あるいは、前記第２の発受信手段から少なくとも起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、第１の発受信手段で前記起点信号と同期した距離測定信号と、別に生成した方向測定信号とを含む無線信号を、複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切り替えながら、折返し発信し、前記第２の発受信手段において、自局の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位し、
あるいは、上記のシーケンスを繰返し実施し、前記第１の発受信手段において前記第２の発受信手段の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位し、前記第２の発受信手段において自局の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位するように構成される。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように、本発明の無線測位装置では、同一の無線周波数を用いて、時分割で双方向通信を行うことで、第１の発受信手段、第２の発受信手段、あるいはこれらの両方の２次元もしくは３次元の位置を高精度でしかもリアルタイムで測位するための無線測位装置を安価に実現できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明に係わる無線測位装置は、図１、図２、図３、図４、および請求項１に本発明の第１〜第４の実施の形態を示すように、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いる無線測位装置において、前記無線信号を同一の無線周波数を用いて時分割で発信し受信するための、第１の発受信手段１０１と、第２の発受信手段１０３とから構成され、
【００１４】
前記第１の発受信手段１０１が、少なくとも、前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第１の発信手段１２ａと、前記無線信号を受信して、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第１の受信手段１３ａと、前記第１の発信手段と前記第１の受信手段とを制御するための第１の制御手段１１ａと、複数のアンテナ又は送受波器１５ａ−１〜１５ａ−４を周期的に切り替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第１の発信手段と前記第１の受信手段との間で時分割で切替えるための第１のアンテナ切替手段１５ａとを有し、
【００１５】
前記第２の発受信手段が、少なくとも、前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第２の発信手段１２ｂと、前記無線信号を受信して、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第２の受信手段１３ｂと、前記第２の発信手段と前記第２の受信手段とを制御するための第２の制御手段１１ｂと、複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切り替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第２の発信手段と前記第２の受信手段との間で時分割で切替えるための第２のアンテナ切替手段１５ｂとを有し、
【００１６】
前記第１の制御手段１１ａが、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号とを生成するための起点信号生成手段と、前記第１の受信手段によって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生するための位置測位信号再生手段と、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定するための位相測定手段と、前記位相の測定結果から前記第２の発受信手段の位置を測位するための位置測位手段とを有し、
【００１７】
前記第２の制御手段１１ｂが、少なくとも、前記第２の受信手段によって時分割で受信される無線信号から、前記起点信号を再生するための起点信号再生手段と、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立し、同期を保持できる同期発振手段と、前記同期発振手段の出力信号と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成するための位置測位信号生成手段とを有し、
【００１８】
前記第１の発受信手段から前記第２の発受信手段に向けて、少なくとも、起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、前記起点信号を含む無線信号を受信した前記第２の発受手段が、前記第１の発受信手段に向けて、少なくとも前記位置測位信号を含む無線信号を時分割のタイミングで発信し、前記第１の発受信手段において、前記生成された起点信号を基準とし前記距離測定信号の位相を測定して第２の発受信手段からの距離を算出し、前記複数のアンテナ又は送受波器に対応した方向測定信号の位相差を測定して第２の発受信手段が位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、前記方向の算出結果とから、前記第１の発受信手段において、前記第２の発受信手段の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位する。
【００１９】
また、図１、図２、図３、図４および請求項２に本発明の第１〜第４の実施の形態を示すように、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いる無線測位装置において、同一の無線周波数を用いて時分割で双方向通信するための、第１の発受信手段１０１と、第２の発受信手段１０３とから構成され、
【００２０】
前記第１の発受信手段１０１が、少なくとも、前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第１の発信手段１２ａと、前記無線信号を受信し直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第１の受信手段１３ａと、前記第１の発信手段と前記第１の受信手段とを制御するための第１の制御手段１１ａと、複数のアンテナ又は送受波器１５ａ−１〜１５ａ−４を周期的に切り替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第１の発信手段と前記第１の受信手段との間で時分割で切替えるための第１のアンテナ切替手段１５ａとを有し、
【００２１】
前記第２の発受信手段１０３が、少なくとも、前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第２の発信手段１２ｂと、前記無線信号を受信し直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第２の受信手段１３ｂと、前記第２の発信手段と前記第２の受信手段とを制御するための第２の制御手段１１ｂと、複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第２の発信手段と前記第２の受信手段との間で、時分割で切替えるための第２のアンテナ切替手段１５ｂとを有し、
【００２２】
前記第１の制御手段１１ａが、少なくとも、前記第１の受信手段１３ａによって受信される無線信号から、前記起点信号を再生するための起点信号再生手段５０と、前記再生された起点信号と高精度でかつ短時間に同期を確立し、同期を保持できる同期発振手段４６と、前記同期発振手段の出力信号と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号を生成するための位置測位信号生成手段４７とを有し、
【００２３】
前記第２の制御手段１１ｂが、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号とを生成するための起点信号生成手段４５と、前記第２の受信手段１３ｂによって受信される無線信号から、距離測定信号と方向測定信号とを再生するための位置測位信号再生手段４４と、前記再生された距離測定信号と方向測定信号との位相を測定するための位相測定手段４３と、前記位相の測定結果から自局の位置を測位するための位置測位手段４２とを有し、
【００２４】
前記第２の発受信手段１０３から前記第１の発受信手段１０１に向けて、少なくとも、起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、前記起点信号を含む無線信号を受信した前記第１の発受信手段１０１が、前記第２の発受信手段１０３に向けて、少なくとも前記位置測位信号を含む無線信号を時分割のタイミングで発信し、前記第２の発受信手段において、前記生成された起点信号を基準とし前記距離測定信号の位相を測定して第１の発受信手段からの距離を算出し、前記複数のアンテナ又は送受波器に対応した方向測定信号の位相差を測定して第１の発受信手段が位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記第２の発受信手段において、自局の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位する。
【００２５】
また、図１、図２、図５および請求項３に本発明の第１、第２、および第５の実施の形態を示すように、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号である無線信号を用いる無線測位装置において、同一の無線周波数を用いて時分割で双方向通信を行うための、第１の発受信手段１０１と、第２の発受信手段１０２とから構成され、
【００２６】
前記第１の発受信手段１０１が、少なくとも、前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第１の発信手段１２ａと、前記無線信号を受信して、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第１の受信手段１３ａと、前記第１の発信手段と前記第１の受信手段とを制御するための第１の制御手段１１ａと、複数のアンテナ又は送受波器１５ａ−１〜１５ａ−４を周期的に切り替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第１の発信手段と前記第１の受信手段との間で時分割で切替えるための第１のアンテナ切替手段１５ａとを有し、
【００２７】
前記第２の発受信手段が、少なくとも、前記無線信号を、時分割でバースト信号として発信するための第２の発信手段１２ｂと、前記無線信号を受信して、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅するための第２の受信手段１３ｂと、前記第２の発信手段と前記第２の受信手段とを制御するための第２の制御手段１１ｂと、複数のアンテナ又は送受波器を周期的に切り替え、あるいは単一もしくは複数のアンテナ又は送受波器を前記第２の発信手段と前記第２の受信手段との間で時分割で切替えるための第２のアンテナ切替手段１５ｂとを有し、
【００２８】
前記第１の制御手段１１ａと、前記第２の制御手段１１ｂとが、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号とを生成するための起点信号生成手段４５と、前記受信手段が受信した無線信号から、起点信号を再生するための起点信号再生手段５０と、前記再生された起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを高精度で検出するための同期検出手段４９と、前記検出されたタイミングで、起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方と高精度でかつ短時間に同期を確立し、かつ起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方が消滅した後も、比較的に長時間、同期を保持してクロック信号を生成するための同期発振手段４６と、
【００２９】
前記クロック信号と同期しあるいは直交する距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを生成するための位置測位信号生成手段４７と、前記受信した無線信号から位置測定信号を再生するための位置測位信号再生手段４４と、前記再生された位置測位信号の位相を、高精度でリアルタイムに測定するための位相測定手段４３と、前記測定された位置測位信号の位相から、位置を算出するための位置測位手段４２とを有し、
【００３０】
前記第２の発受信手段１０３から前記第１の発受信手段１０１に向けて、少なくとも、起点信号を含む無線信号をバースト信号として間欠発信し、前記起点信号を含む無線信号を受信した前記第１の発受信手段が、前記受信した起点信号と高精度で同期した第１の距離測定信号と、第１の距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を前記第２の発受手段に向けて折返し発信し、前記無線信号を受信した前記第２の発受信手段において、前記発信された第１の距離測定信号と方向測定信号を再生し、前記第２の発受信手段で生成した起点信号を基準として、前記再生した第１の距離測定信号を位相を測定して前記第１の発受信手段からの距離を算出し、前記複数のアンテナ又は送受波器に対応した方向測定信号の位相差を測定して第１の発受信手段が位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、前記方向の算出結果とから、前記第２の発受信手段において、自局の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位するとともに、
【００３１】
前記第２の発受信手段から、少なくとも、前記第１の距離測定信号と高精度で同期した第２の距離測定信号と、前記第２の距離測定信号とは別に、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を時分割のタイミングで発信し、前記無線信号を受信した前記第１の発受信手段において、前記第２の発受信手段から発信された第２の距離測定信号と方向測定信号とを再生し、前記第１の発受手段で生成した第１の距離測定信号を基準として前記第２の距離測定信号の位相を測定して前記第２の発受信手段からの距離を算出し、前記複数のアンテナ又は送受波器に対応した方向測定信号の位相から前記第２のと発受信手段の位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、前記方向の算出結果とから、前記第１の発受信手段において、前記２の発受信手段の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位する。
【００３２】
また、請求項４に示すように、前記第１の発受信手段１０１から発信される起点信号、前記第１の発受信手段から発信される距離測定信号と方向測定信号、前記第２の発受信手段１０３から発信される起点信号、前記第２の発受信手段から発信される距離測定信号と方向測定信号、あるいはこれらの組み合わせが、単一もしくは複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの組み合わせである。
また、請求項５に示すように、前記起点信号再生手段５０、位置測位信号再生手段４４、もしくはこれらの両方において、前記再生する信号が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、伝達位相誤差の少ない帯域通過フイルタを通し、あるいは無線信号を変調した変調信号である場合には、伝達位相誤差の少ないアナログ復調器あるいは高いサンプリング周波数を用いるデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００３３】
また、請求項６に示すように、前記第１の制御手段１１ａ、前記第２の制御信手段１１ｂ、もしくはこれらの両方の同期発振手段４６が、基準発振器４１の出力信号を直接もしくは周波数を変換して生成したクロック信号によって駆動される、セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記第１の受信手段もしくは前記第２受信手段によって受信され、起点信号再生手段によって復調されあるいは再生された起点信号の立上がり点、立下がり点、もしくはゼロ交差点のタイミングを、同期検出手段によって比較的に高い周波数のサンプリング信号を用いて検出し、前記検出したタイミングで、前記セットあるいはリセット付きのカウンタあるいは数値制御発振器をセットしもしくはリセットすることによって、前記起点信号と短時間で同期を確立し、前記起点信号が消滅した後も、所定期間、同期を保持できる。
【００３４】
また、請求項７に示すように、前記第１の制御手段１１ａ、前記第２の制御手段１１ｂ、もしくはこれらの両方の同期発振手段４６と、前記復調されあるいは再生された起点信号との間の同期確立誤差を低減し、高精度でかつ短時間に同期を確立させるために、前記第１の発受信手段１０１、前記第２の発受信手段１０３、もしくはこれらの両方に同期確立誤差関数を付与し、前記同期確立誤差関数が前記同期確立誤差を限りなくゼロに近づける特性を有する。
【００３５】
また、請求項８に示すように、前記第１の制御手段、前記第２の制御手段、もしくはこれらの両方の起点信号生成手段４５、位置測位信号生成手段４７、もしくはこれらの両方に前記同期確立誤差関数を付与するために、位相同期発振器の出力信号の位相をシフトさせるための移相手段と、前記移相手段によって各々異なった位相にシフトされた複数組の出力信号を選択して外部に出力するためのタイミング制御手段とを設け、前記移相手段の移相量の合計を、前記第１の発受信手段、第２の発受信手段、もしくはこれらの両方の同期発振手段から出力されるクロック信号の一周期の間隔よりも大きく設定することによって、距離の算出精度を向上させる。
【００３６】
また、請求項９に示すように、前記第１の制御手段、前記第２の制御手段、もしくはこれらの両方の同期発振手段４６に前記同期確立誤差関数を付与するために、前記同期発振手段が複数組のカウンタもしくは数値制御発振器を有し、前記複数組のカウンタもしくは複数組の数値制御発振器が、前記再生された起点信号と各々異なった複数のタイミングで切替手段によって切替えられて同期を確立し、前記複数組のカウンタもしくは複数組の数値制御発振器から出力される出力信号を異なった複数のタイミングで選択手段によって選択し、前記選択された出力信号に同期しあるいは直交した距離測定信号を生成することによって、距離の算出精度を向上させる。
【００３７】
また、請求項１０に示すように、前記第１の制御手段、第２の制御手段、もしくはこれらの両方の位相測定手段４３が、Ｓｉｎのルックアップテーブルが０、１、０、−１、あるいは１、１、−１、−１、あるいはこれらの繰り返しであり、Ｃｏｓのルックアップテーブルが１、０、−１、０あるいは１、−１、−１、１、あるいはこれらの繰り返しであり、前記測定信号と前記ルックアップテーブルとの積和演算を行なう際に−１の乗算は補数を求める積和演算器によって構成される。
また、請求項１１に示すように、前記第１の発受信手段、前記第２の発受信手段、もしくはこれらの両方のアンテナ又は送受波器が、９０°以上の広い指向性ビーム幅を有する円偏波指向性アンテナであり、前記第２の発受信手段と第１の発受信手段との間で、指向性の方向が、双方向通信の相手方に向けて、お互いに対向して設けられている。
【００３８】
また、請求項１２に示すように、前記第１の発受信手段、前記第２の発受信手段、もしくはこれらの両方が、伝搬経路の品質を検知する品質検知手段を有し、前記品質検知手段が、前記受信手段において受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析しあるいは統計処理を行い、前記位相測定手段で距離測定信号の位相あるいは方向測定信号の位相差を測定した結果から距離測定精度あるいは方向測定精度を分析しあるいは統計処理を行い、あるいはこれらの両方を行い、前記距離測定処理の結果、方向測定処理の結果、あるいはこれらの両方を補正しあるいは補完する。
また、請求項１３に示すように、前記無線信号の周波数として、ＧＰＳに割当てられた周波数、あるいはその近傍の周波数を割当て、前記前記第１の発受信手段、前記第２の発受信手段、もしくはこれらの両方からバースト信号として発信される無線信号の占有率を２０％以下とすることで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続する。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態による無線測位装置の構成図である。図１において、１０１は第１の発受信手段、１５ａ−１〜１５ａ−４は指向性アンテナ、１０３は第２の発受信手段、１０４は前記第１の発受信手段１０１と第２の発受信手段１０３との間の距離、１０５は前記第２の発受信手段１０３の指向性アンテナからみた第１の発受信手段１０１の方向、１０６は前記第１の発受信手段１０１の指向性アンテナの傾き角度である。
ここで、前記第２の発受信手段１０３、第１の発受信手段１０１、もしくはこれらの両方のアンテナ又は送受波器が、９０°以上の広い指向性ビーム幅を有する円偏波指向性アンテナであり、前記第２の発受信手段と第１の発受信手段との間で、指向性の方向が双方向通信の相手方に向けて、お互いに対向して設けられているものとする。
【００４０】
前記第１の発受信手段１０１からは、少なくとも、システム同期信号と、識別信号と、起点信号を含む無線信号を前記第２の発受信手段１０３に向けて時間占有率２０％以下のバースト信号として間欠発信し、前記起点信号を受信した第２の発受信手段１０３は、前記起点信号を再生し、再生した起点信号と瞬時に同期を高精度で確立し、前記起点信号が消滅した後も同期を保持させ、前記起点信号と同期しあるいは直交した距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に生成した、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を、前記第２の発受信手段１０３に向けて時分割のタイミングで発信する。
【００４１】
前記第１の発受信手段１０１から発信される起点信号と、前記第２の発受信手段１０３から発信される距離測定信号と方向測定信号とが、単一もしくは同期しあるいは直交する複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの任意の組み合わせであり、
前記第１の発受信手段１０１において、指向性の方向が下方向もしくは斜め下方向に向けて設置された、複数の指向性アンテナ１５ａ−１〜１５ａ−４を周期的に切替えながら、前記第２の発受信手段から発信された無線信号を受信し、前記第２の発受信手段から折返された距離測定信号を再生し、前記再生した距離測定信号の伝搬位相を自局で生成した起点信号を基準として測定し、前記測定した伝搬位相を用いて前記第２の発受信手段１０３からの距離を算出し、前記複数の指向性アンテナ１５ａ−１〜１５ａ−４に対応した方向測定信号の位相差を測定して前記第２の発受信手段１０３が位置する方向を算出し、前記距離の算出結果と、方向の算出結果とから、前記第２の発受信手段１０３の２次元もしくは３次元の位置を高精度で測位することができる。
【００４２】
前記距離の算出結果を距離１０４（Ｌｍ）、方向の算出結果を方向１０５（α（Ｘ）、α（Ｙ））とすると、前記距離１０４と方向１０５および１０６とから、次のようにして、前記第２の発受信手段１０３の２次元もしくは３次元の位置を求めることができる。
（１）第１の発受信手段１０１の複数のアンテナ１５ａ−１〜１５ａ−４が真下方向を向いている場合
Ｘｘ＝Ｘ０−Ｌ*Sin(α(Ｘ))    −−−−(１)
Ｙｙ＝Ｙ０−Ｌ*Sin(α(Ｙ))    −−−−(２)
Ｚｚ＝Ｚ０−Ｌ*√(１−Sin^２(α(Ｘ))−Sin^２(α(Ｙ))−−−−(３)
【００４３】
（２）第１の発受信手段１０１の複数のアンテナ１５ａ−１〜１５ａ−４がβ（X）、β（Ｙ）傾いている場合
Ｘｘ＝Ｘ０−Ｌ*Sin(γ（X）)    −−−−(４)
Ｙｙ＝Ｙ０−Ｌ*Sin(γ（Ｙ）)    −−−−(５)
Ｚｚ＝Ｚ０−Ｌ*√(１−Sin^２(γ（X）)−Sin^２(γ（Ｙ）)−−−−(６)
ただし、γ(Ｘ)＝α(Ｘ)＋β(Ｘ)＜９０°、γ(Ｙ)＝α(Ｙ)＋β(Ｙ)＜９０°とする。
【００４４】
ここで、前記起点信号と距離測定信号とが１ＭＨｚの場合、距離の測定レンジが１５０ｍとなり、前記起点信号に対して、距離測定信号の伝達位相が３６０°となるので、起点信号との位相差を検出することによって相対距離が高精度で測定できる。
また、前記位相差の測定精度が±０．５°程度を容易に実現できるので、相対距離の測定誤差として±２１ｃｍ程度が実現できる。
また、上記とは逆に、前記第２の発受信手段から起点信号を含む無線信号を間欠発信し、前記第１の発受信手段で受信した無線信号から前記起点信号を再生し、前記再生した起点信号と高精度で同期した距離測定信号と、前記距離測定信号とは別に生成した、方向を測定するための方向測定信号とを含む無線信号を前記第２の発受手段に向けて折返し発信し、前記第２の発受信手段において、自局の２次元もしくは３次元の測位を高精度で行なうことも可能である。
【００４５】
また、上記を相互に繰返すことによって、前記第１の発受信手段において前記第２の発受信手段の２次元もしくは３次元の測位を高精度で行なうとともに、前記第２の発受信手段において、自局の２次元もしくは３次元の測位を高精度で行なうことも可能である。
また、前記第１の発受信手段１０１が固定局もしくは無線マーカであり、かつ常時受信待受け状態であり、前記第２の発受信手段１０３が電池で駆動される携帯端末であり、かつ常時は休止状態である場合には、前記第２の発受信手段が、前記第１の発受信手段に対して、少なくとも起点信号を含む無線信号を、所定の周期で間欠発信することによって、前記携帯端末の電池の消耗を軽減することができる。
【００４６】
また、前記第１の発受信手段１０１が複数局設置される場合には、前記複数局の第１の発受信手段から、ランダムな時間間隔で、少なくとも報知信号を含む無線信号を繰返し間欠発信し、前記第２の発受信手段において受信入力（ＲＳＳＩ）が所定の値より大きい局を選択し、前記選択した第１の発受信手段を指定して少なくとも起点信号を含む無線信号を発信することで、相互間の妨害を除去し、測位精度を改善することができる。
また、前記第１の発受信手段もしくは第２の発受信手段に２基の指向性アンテナを設けて周期的に切替えることによって、２次元の位置を測位することも可能である。
【００４７】
また、前記第１の発受信手段１０１が擬似衛星局（スードライト）であり、前記擬似衛星局から発信される無線信号が、時間率２０％以下の短いバースト信号である場合、既存のＧＰＳ衛星局との間で遠近問題が生じず、したがって、発信可能な電力を１ｍＷ程度まで高めることが可能である。
また、単一の擬似衛星局を利用して２次元もしくは３次元測位が可能なことから、従来の擬似衛星局４局を利用して双曲線航法により２次元もしくは３次元の測位を行なう場合に比較して、マルチパスによる影響を飛躍的に軽減することができる。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態による無線測位装置の構成図である。図２において、１０１は第１の発受信手段、１０３は第２の発受信手段、１１ａ、１１ｂは制御手段、１２ａ、１２ｂは発信手段、１３ａ、１３ｂは受信手段、１４ａ、１４ｂはアンテナ切替手段、１５ａ−１〜１５ａ−４は指向性アンテナ、３１は無線の伝搬路である。前記第１の発受信手段１０１と第２の発受信手段１０３は、同一の周波数の無線信号を用いて時分割で送受信し、伝搬路３１を介して双方向通信を行い、第１の発受信手段１０１もしくは第２の発受信手段１０３の何れか一方あるいはこれらの両方で、短時間で、高精度で、しかも、２次元もしくは３次元の測位を行うことができる。
【００４９】
なお、複数のアンテナ１５ａ−１〜１５ａ−４を前記第１の発受信手段１０１に設ける代わりに、前記第２の発受信手段側に設けても同様の効果があり、あるいは前記第１の発受信手段側と前記第２発受信手段側の両方に設けても同様な効果が得られる。
また、前記第２の発受信手段側が携帯端末の場合には、指向性ビーム幅が１３５°程度の指向性アンテナを用いることで、アンテナの傾きに左右されずに、高精度の位置の測位が可能となる。
【００５０】
（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態による制御手段の構成図である。図３において、１１−１は制御手段の第１の構成例、４１は基準発振器、４２は位置測位手段、４３は位相測定手段、４４は位置測位信号再生手段、４５は起点信号生成手段、５１ａ、５２ａは接続端子である。
前記起点信号生成手段４５によって、前記基準発振器４１に同期して、少なくとも図６に示す、システム同期信号６１と、マックレイヤ６２と、法規により許容される周波数範囲の単一もしくは複数の起点信号６３−１〜６３−ｎとが生成され、制御手段１１−１の接続端子５１ａを介して前記第１の発受信手段もしくは第２の発受信手段に供給される。
更に、前記起点信号は、前記位相測定手段４３にも、距離測定信号の位相測定のためのクロック信号としても供給される。
【００５１】
一方、前記起点信号を含む無線信号が前記第１の発受信手段もしくは第２の発受信手段からバースト信号として間欠発信されると、前記第２の発受信手段もしくは第１の発受信手段によって前記起点信号と同期した位置測位信号を含む無線信号として折返され、前記第１の発受信手段もしくは第２の発受信手段によって受信され、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅され、接続端子５２ａを介して位置測位信号再生手段４４に供給され、前記位置測位信号が無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接伝達位相誤差の少ない帯域通過フイルタ（例えばバターワースバンドパスフイルタなど）を通し、
【００５２】
あるいは前記位置測位信号が無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、アナログ復調器、リニアデジタル復調器、もしくは高いサンプリング周波数を用いたデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生することによって、前記位置測位信号に含まれる雑音成分を除去し、しかも伝達位相誤差の発生を軽減することができる。
【００５３】
前記再生された位置測位信号は前記位相測定手段４３に供給され、前記自局内で生成した起点信号の周波数の整数倍もしくは整数分の１の周波数をクロック信号として用い、積和演算器によって前記位置測位信号の位相を高精度でリアルタイムで測定し、測定結果を位置測位手段４２に出力し、前記位置測位手段４２は、例えば、基準発振器４１からの供給されるクロック信号によって動作する標準的なマイクロプロセッサであり、前記第２の発受信手段もしくは第１の発受信手段の位置を、短時間で、高精度で、しかもリアルタイムで測位することができる。
【００５４】
ここで、前記積和演算器は、少なくとも、前記起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方の周波数の整数倍をクロック信号として用い、例えば、前記距離測定信号を８ビット以上のアナログ／デジタル変換器によってデジタル信号に変換し、前記デジタル信号とＳｉｎおよびＣｏｓのルックアップテーブルとの積和演算を行うものであり、前記位相を検出するために用いるＳｉｎのルックアップテーブルは０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しであり、一方、Ｃｏｓのルックアップテーブルは１、０、−１、０、もしくは１、−１、−１、１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しであり、かつ積和演算を行う際の１との乗算は当該デジタル信号と同じ値であり、−１との乗算は当該デジタル信号の補数を求めることであり、０との剰算は０であり、これらを組合わせることで、前記積和演算回路を単純化でき、ロジック回路のみで実現でき、しかも高速で、リアルタイムの演算が可能となる。
【００５５】
また、前記距離測定信号、方向測定信号、もしくはこれらの両方の１周期の整数倍以上の区間を区切って位相を測定し、もしくは１周期の整数倍以上の区間を更に複数区間に区切って位相を測定して平均値を求め、もしくは１周期の整数倍以上の長さの窓枠関数を設定して位相を測定し、必要に応じて、平均値を求め、かつ／又は複数回の間欠発受信の間に移動平均値を求めることで、±０．５°程度の精度でしかもリアルタイムで、位相を測定することができる。
また、前記第１の発受信手段、第２の発受信手段、あるいはこれらの両方が、無線の伝搬経路３１の品質を検知する品質検知手段（記載せず）を有し、前記品質検知手段が、受信した無線信号の電力あるいは信号対雑音比を測定した結果から回線品質を分析し、あるいは前記位相測定手段４３で距離測定信号の位相を測定した結果から、比較的に位相を小さく測定したものを選択し平均しあるいは荷重平均し、あるいはこれらの両方を行なうことによって、前記測位の結果を補正しあるいは補完することができる。
【００５６】
（実施の形態４）
図４は本発明の第４の実施の形態によるの制御手段の他の構成図である。図４において、１１−２は制御手段の第２の構成例、制御手段、５０は起点信号再生手段、４９は同期検出手段、４７は位置測位信号生成手段、４６は同期発振手段、４１は基準発振器、４８は位相同期発振器、５１ｂ、５２ｂは接続端子である。
前記第１の発受信手段もしくは第２の発受信手段によって受信される起点信号を含む無線信号が、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅され、制御手段１１−２の接続端子５１ｂを経由して起点信号再生手段５０に接続される。
【００５７】
前記起点信号再生手段５０では、前記起点信号が無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、直接伝達位相誤差少ない帯域通過フイルタ（例えばバターワースバンドパスフイルタなど）を通し、あるいは前記起点信号が無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号である場合には、伝達位相誤差の少ないアナログ復調器もしくはリニアデジタル復調器もしくは高いサンプリング周波数を用いた伝達位相誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に前記帯域通過フイルタを通して再生する。
【００５８】
前記再生された起点信号は、同期検出手段４９によって、基準発振器４１から直接供給され、あるいは位相同期発振器４８によって高い周波数に変換されて供給されるクロック信号によってサンプリングされ、前記起点信号の立上り点、立下り点、もしくはゼロ交差点のタイミングが検出され、セットあるいはリセット信号あるいは外部同期信号として同期発振手段４６に供給される。
ここで、例えば、前記位相同期発振器４８から供給されるクロック信号の周波数が１００ＭＨｚの場合、前記同期信号の検出誤差は±１０ナノ秒となり、前記距離測定信号の周波数を１ＭＨｚとすると、距離の測定誤差は±７５ｃｍとなる。更に高精度にするために２５６ＭＨｚのクロック信号とすると、距離の測定誤差は±３０ｃｍとなる。一般的に、クロック信号の周波数は、前記距離測定信号の１０倍以上の周波数に設定されるものとする。
【００５９】
一方、前記同期発振手段４６は、前記基準発振器４１から直接もしくは位相同期発振器４８から供給されるクロック信号によって駆動される、セットあるいはリセット付きの同期式あるいは非同期式のカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記セットあるいはリセット信号あるいは外部同期信号によって、セットしあるいはリセットすることで、数マイクロ秒以内の瞬時にして同期を確立し、前記起点信号が消滅しても、所定期間、同期を保持できるメリットが得られる。
【００６０】
また、前記同期発振手段４６からの出力信号は、位置測位信号生成手段４７によって、単一の周波数あるいは周波数の異なる複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの任意の組み合わせによる位置測位信号に変換され、接続端子５２ｂを介して前記第１の発受信手段もしくは第２の発受信手段に供給される。
前記位置測位信号が同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の距離測定信号である場合には、距離を測定するレンジを変化させることが可能であり、大まかな距離の測定から精細な距離の測定に切替えて測定することが可能となる。
【００６１】
（実施の形態５）
図５は本発明の第５の実施の形態によるの制御手段の他の構成図である。図５において、１１−３は制御手段の第３の構成例、４１は基準発振器、４２は位置測位手段、４３は位相測定手段、４４は位置測位信号再生手段、４５は起点信号生成手段、４６は同期発振器、４７は位置測位信号生成手段、４８は位相同期発振器、４９は同期検出手段、５０は起点信号再生手段、５１ｃ、５２ｃは接続端子である。
ここで、前記制御手段１１−３は、前記制御手段１１-１と制御手段１１−２とを併せ持った構成であり、前記第１の発受信手段と第２発受信手段とに共通して用いることができる。
【００６２】
前記起点信号生成手段４５によって、図６に無線信号の構成を例示するように、前記基準発振器４１に同期し、少なくとも、システム同期信号６１と、マックレイヤ６２と、法規により許容される周波数範囲の単一もしくは複数の起点信号６３−１〜６３−ｎとが生成され、制御手段１１−３の接続端子５１ｃを介して前記第１の発受信手段もしくは第２発受信手段に供給され、更に、前記起点信号は、位相測定のためのクロック信号として、別途、前記位相測定手段４３にも供給される。
【００６３】
一方、前記第２の発受信手段もしくは第１発受信手段によって受信される無線信号は、直接もしくは中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換して増幅され、制御手段１１−３の接続端子５２ｃを介して前記起点信号再生手段４４と位置測位信号再生手段５０とに供給され、前記起点信号、位置測位信号、もしくはこれらの両方が、無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号である場合には、伝達位相誤差の少ない帯域通過フイルタ（例えば、バターワースバンドパスフイルタ）を通し、あるいは無線信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を変調した変調信号あるいは拡散符号である場合には、伝達位相誤差の少ないアナログ復調器もしくはリニアデジタル復調器もしくは高いサンプリング周波数を用いた伝達位相誤差の少ないデジタル復調器によって復調した後に、前記帯域通過フイルタを通して再生することによって、前記距離の算出誤差を軽減することができる。
【００６４】
なお、前記位置測位信号は、前記起点信号と同期した第１の距離測定信号、あるいは前記第１の距離測定信号と同期した第２の距離測定信号と、前記の距離測定信号とは別に生成した、方向測定信号から構成される。
また、前記位置測位信号再生手段４４によって再生された位置測位信号は位相測定手段４３に供給され、前記第１の発受信手段もしくは第２の発受信手段で生成した起点信号あるいは第１の距離測定信号の整数倍の周波数をクロック信号として用い、積和演算器によって前記位置測位信号の位相を高精度でリアルタイムで測定し、測定結果を位置測位手段４２に出力する。
また、前記位置測位手段４２は、例えば、基準発振器４１からの供給されるクロック信号によって動作する標準的なマイクロプロセッサであり、前記第１の発受信手段１０１、前記第２の発受信手段１０３、もしくはこれらの両方の２次元あるいは３次元の位置を高精度で算出する。
【００６５】
ここで、前記積和演算器は、少なくとも、前記起点信号もしくは第１の距離測定信号の整数倍の周波数をクロック信号として用い、前記第１もしくは第２の距離測定信号を、例えば、８ビット以上のアナログ／デジタル変換器によってデジタル信号に変換し、前記デジタル信号に変換した第１もしくは第２の距離測定信号とＳｉｎおよびＣｏｓのルックアップテーブルとの積和演算を行うものであり、前記積和演算に用いるＳｉｎのルックアップテーブルは０、１、０、−１、もしくは１、１、−１、−１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しであり、一方、Ｃｏｓのルックアップテーブルは１、０、−１、０、もしくは１、−１、−１、１、もしくはこれらの整数倍の繰り返しであり、かつ積和演算を行う際の１との乗算は当該デジタル信号と同じ値であり、−１との乗算は当該デジタル信号の補数を求めることであり、０との剰算は０であり、これらを組合わせることで、前記積和演算回路を単純化でき、しかもロジック回路で実現できるため、高速で、リアルタイムの演算が可能となる。
【００６６】
また、前記距離測定信号の１周期の整数倍以上の区間を区切って位相を測定し、もしくは１周期の整数倍以上の区間を更に複数区間に区切って位相を測定して平均値を求め、もしくは１周期の整数倍以上の長さの窓枠関数を設定して位相を測定し、必要に応じて、平均値を求め、又は複数回の間欠発受信の間に移動平均値を求めることで、±０．５°の精度でしかもリアルタイムで、位相を測定することができる。
【００６７】
一方、前記起点信号再生手段５０によって再生された起点信号、前記位置測位信号再生手段４４によって再生された第１の距離測定信号、あるいはこれらの両方は、同期検出手段５９によって、基準発振器４１から直接供給され、あるいは位相同期発振器４８によって高い周波数に変換されて供給されるクロック信号によってサンプリングされ、前記起点信号、第１の距離測定信号、もしくはこれらの両方の立上り点、立下り点、もしくはゼロ交差点のタイミングが検出され、セットあるいはリセット信号あるいは外部同期信号として同期発振手段４６に供給される。
【００６８】
ここで、前記同期発振手段４６はセットあるいはリセット付きの同期式あるいは非同期式のカウンタあるいは数値制御発振器によって構成され、前記セットあるいはリセット信号あるいは外部同期信号によって、セットしあるいはリセットすることで、数マイクロ秒以内の瞬時にして同期を確立し、前記起点信号もしくは第１の距離測定信号が消滅しても、所定期間、同期を保持できるメリットが得られる。
【００６９】
なお、前記同期発振手段４６の代わりに、基準発振器４１によって駆動されるデジタルシンセサイザを用いると、前記起点信号との同期を確立し、前記起点信号が消滅した後も、所定期間、同期を保持できるよう構成することができるが、この場合には、同期確立までに数百マイクロ秒がかかり、また同期確立後の残留位相誤差が大きいなどの問題点がある。
また、前記同期検出手段４９に供給されるサンプリング信号と、前記同期発振手段５４に供給されるクロック信号とは、前記基準発振器４１の出力信号を直接あるいは位相同期発振器４８もしくは逓倍器を用いて高い周波数に変換して生成される。
【００７０】
また、前記同期発振手段４６からの出力信号は、位置測位信号生成手段４７によって、単一の周波数あるいは周波数の異なる複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの任意の組み合わせによる位置測位信号に変換され、接続端子５１ｃを介して前記第１の発受信手段もしくは第２の発受信手段に供給される。
また、前記距離測定信号が同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の距離測定信号である場合には、距離を測定するレンジを変化させることが可能であり、大まかな距離の測定から精細な距離の測定に切替えて測定することが可能となる。
【００７１】
図６は、本発明の無線信号の構成例を示す図である。図６において、６１はシステム同期信号、６２はＭＡＣレイヤ、６３−１〜６３−ｎは起点信号もしくは位置測位信号もしくは方向測定信号である。
前記システム同期信号６１は複数ビットのユニークワードであり、±１００ナノ秒程度の精度で前記第１の発受信手段１０１と第２の発受信手段１０３との間の制御タイミングを合わせることができるが、この程度の精度で両者間の距離を算出すると、距離の測定誤差が数十ｍと大きくなる問題点がある。
前記ＭＡＣレイヤ６２は、少なくとも、符号長、識別番号、相手先番号、データ情報、誤り訂正符号、もしくはこれらの組合せから構成され、前記システム同期信号６１とセットになって生成される。
【００７２】
前記起点信号もしくは第１の距離測定信号は、前記第１の発受信手段１０１と第２の発受信手段１０３との間で精密な同期を確立するための信号であり、通常所定の値よりも低い周波数の単一もしくは複数の、搬送波信号、副搬送波信号、変調信号、スペクトル拡散符号、もしくはこれらの任意の組合せによる信号が用いられる。
また、前記ＭＡＣレイヤ６２の継続時間を１ｍｓ程度とし、前記起点信号もしくは位置測位信号の継続時間を１ｍｓ程度とすると、片方向の合計で２ｍｓ程度の継続時間となり、両方向の合計で５ｍｓ程度となるので、前記間欠発信の間隔をＣＲ発振器などの自励発振器で制御することで、複数の発受信手段の間で相互間の同期を取らず非同期で間欠発信できることから、経済的なシステム運用が可能となる。
【００７３】
一方、前記位置測位信号の継続時間を１００ｍｓ程度に延長することで、位置の測位精度を１０倍程度に高くすることができるが、複数の発受信手段の間で混信が生じるようになり、これを避けるために複数の発受信手段の間で同期をとる必要が生じ、運用コストが上昇する欠点が生じることとなる。
また、前記複数組の起点信号あるいは複数組の位置測位信号には、図９および図１０に示すように、同期検出誤差関数を付与するために設けられた、移相手段８２によって複数組の起点信号８３ａ〜８３ｎを生成し、あるいは複数組の同期発振手段９２ａ〜９２ｎによって複数組の距離測定信号を生成する場合を含んでいる。
【００７４】
図７は、本発明の無線測位装置のタイミングチャートである。図７において、７１ａは第２の発受信手段１０３から発信される起点信号、７１ｂは第１の発受信手段１０１よって再生される起点信号、７２は前記第２の発受信手段から第１の発受信手段に向けて起点信号が伝搬する伝搬経路、７３ａは前記第１の発受信手段よって再生された起点信号に同期して生成される距離測定信号、７３ｂは前記第１の発受信手段によって再生された距離測定信号、７４は前記第１の発受信手段から第２の発受信手段に向けて距離測定信号が伝搬する伝搬経路、７５は前記第２の発受信手段から発信される起点信号と前記第２の発受信手段によって再生される距離測定信号との位相差、７６ａは前記第２の発受信手段の発信手段の時間軸、７６ｂは前記第２の発受信手段の受信手段の時間軸、７７ａは前記第１の発受信手段の受信手段の時間軸、７７ｂは前記第１の発受信手段の発信手段の時間軸、７８は前記第２の発受信手段の発信のタイミングから第１発受信手段の発信のタイミングまでの時分割の送受信間隔である。
【００７５】
前記第２の発受信手段から発信される前記起点信号７１ａをＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記起点信号７１ａが、距離Ｌ（ｍ）の伝搬経路７２を伝搬し、前記第１の発受信手段によって受信され、起点信号７１ｂとして再生されると、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬｆ１／Ｃ）｝に位相が変化する。
前記再生された起点信号７１ｂと、同期確立誤差がゼロで同期した距離測定信号７３ａを生成すると、生成された距離測定信号７３ａは、同じくＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬｆ１／Ｃ）｝で表される。
【００７６】
前記時分割の送受信間隔７８後に、前記生成された距離測定信号７３ａが、前記第１の発受信手段から発信され、再び、距離Ｌ（ｍ）の伝搬経路７４を伝搬し、前記第２の発受信手段で再生される距離測定信号７３ｂは、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（４πＬｆ１／Ｃ）｝で表わされる。ここで、Ｃは光の速度とする。
そこで、前記第２の発受信手段で生成された起点信号７１ａと同期しあるいは直交し、周波数が前記起点信号の整数倍のクロック信号を用い、前記再生された距離測定信号７３ｂの位相を測定すると、前記第２の発受信手段で生成された起点信号７１ａと前記第２の発受信手段で再生された距離測定信号７３ｂとの位相差７７ａが測定され、ΔΦ＝｛４πＬｆ１／Ｃ｝となることから、Ｌ＝｛ＣΔΦ／４πｆ１｝から、距離Ｌ（ｍ）が算出できる。
【００７７】
図８は、本発明の無線測位装置の他のタイミングチャートであり、７１ａは第２の発受信手段から発信される起点信号、７１ｂは第１の発受信手段によって再生される起点信号、７２は前記第２の発受信手段から第１の発受信手段に向けて起点信号７１ａが伝搬する伝搬経路、７３ａは前記第１の発受信手段によって再生された起点信号７１ｂに同期して生成される第１の距離測定信号、７３ｂは前記第１の発受信手段によって再生された第１の距離測定信号、７４は前記第２の発受信手段から第１の発受信手段に向けて第１の距離測定信号７３ａが伝搬する伝搬経路、７５ａは前記第１の発受信手段で再生される第１の距離測定信号７３ｂに同期して生成された第２の距離測定信号、７５ｂは第２の発受信手段で再生された第２の距離測定信号であり、
【００７８】
７６は前記第１の発受信手段から第２の発受信手段に向けて第２の距離測定信号７５ａが伝搬する伝搬経路、７７ａは第２の発受信手段から発信される起点信号７１ａと前記第２の発受信手段によって再生される第１の距離測定信号７３ｂとの位相差、７７ｂは第１の発受信手段で生成される第１の距離測定信号７３ａと第１の発受信手段で再生される第２の距離測定信号７５ｂとの位相差、７８ａ〜７８ｃは前記第２の発受信手段の発信手段と受信手段の時間軸、７９ａ〜７９ｃは前記第１の発受信手段の受信手段と発信手段の時間軸、８０ａ、８０ｂは時分割の送受信間隔である。
【００７９】
前記第２の発受信手段から発信される前記起点信号７１ａをＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記起点信号７１ａが、距離Ｌ（ｍ）の伝搬経路７２を伝搬し、前記第１の発受信手段によって受信され、起点信号７１ｂとして再生されると、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬｆ１／Ｃ）｝に位相が変化する。
前記再生された起点信号７１ｂと、同期確立誤差がゼロで同期した第１の距離測定信号７３ａを生成すると、生成された第１の距離測定信号７３ａは、同じくＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬｆ１／Ｃ）｝で表される。
【００８０】
前記時分割の送受信間隔８０ａ後に、前記生成された第１の距離測定信号７３ａが、前記第１の発受信手段から発信され、再び、距離Ｌ（ｍ）の伝搬経路７４を伝搬し、前記第２の発受信手段で再生される第１の距離測定信号７３ｂは、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（４πＬｆ１／Ｃ）｝で表わされる。ここで、Ｃは光の速度とする。
そこで、前記第２の発受信手段で生成された起点信号７１ａと同期しあるいは直交し、周波数が前記起点信号の整数倍のクロック信号を用い、前記再生された第１の距離測定信号７３ｂの位相を測定すると、前記第２の発受信手段で生成された起点信号７１ａと前記第２の発受信手段で再生された第１の距離測定信号７３ｂとの位相差７７ａが測定され、ΔΦ＝｛４πＬｆ１／Ｃ｝となることから、Ｌ＝｛ＣΔΦ／４πｆ１｝から、距離Ｌ（ｍ）が前記第２の発受信手段の側で算出できる。
【００８１】
前記に続けて、前記第２の発受信手段１０３において、前記再生された第１の距離測定信号７３ｂと同期して生成された第２の距離測定信号７５ａを前記第１の発受信手段１０１に向けて発信し、前記第１の発受信手段１０１で再生された第２の距離測定信号７５ｂと、前記第１の発受信手段に向けて発信した第１の距離測定信号との位相差７７ｂを測定すると、ΔΦ＝｛４πＬｆ１／Ｃ｝となることから、Ｌ＝｛ＣΔΦ／４πｆ１｝から、距離Ｌ（ｍ）が前記第１の発受信手段側でも算出できる。
更に、同様なシーケンスを繰返すことによって、前記第１の発受信手段側と前記第２の発受信手段側とで、複数回距離Ｌ（ｍ）が算出できることから、それぞれの側で、平均値を求めることで、距離の算出精度を高めることができる。
なお、前記算出精度の改善は、同期確立誤差関数の付与によって、前記同期検出手段４９における同期確立誤差がランダムに変化することでも追加的に実現できる。
【００８２】
図９は、本発明の無線測位装置の誤差関数生成手段の構成図である。図９において、４１は基準発振器、４８は位相同期発振器、２７は同期確立誤差関数生成手段、８２は移相手段、８３ａ〜８３ｎは移相手段８２の切替タップ、８４は切替制御手段、８５、８６、８７は接続端子である。
前段の基準発振器４１からの出力信号を位相同期発振器４８によって高い周波数に変換し、接続端子８５を介して移相手段８２に入力する。
【００８３】
移相手段８２は、複数段のシフトレジスタ、あるいは複数段の遅延素子、あるいは複数段の遅延回路などによって構成され、各段の信号出力は切替タップ８３ａ〜８３ｎによって引き出され、切替制御手段８４によって順次切替えられ、高い周波数のクロック信号として接続端子８６から外部（同期検出手段、同期発振手段など）に出力される。
前記移相手段８２の各段の移相量は極力小さいことが望ましく、かつ移相量の合計は、前記クロック信号の１周期以上であることが必要である。例えば、前記クロック信号の周波数が２５６ＭＨｚであるとすると、移相手段８２の各段の移相量は４ナノ秒以下（例えば、０．４ナノ秒など）であり、かつ移相量の合計は４ナノ秒以上（例えば、６．４ナノ秒など）とする必要がある。
【００８４】
上記の移相手段８２が無い場合に、同期発振手段５４の同期確立精度が±２ナノ秒程度であり、起点信号の周波数を１ＭＨｚとすると、距離の測定精度は、距離測定レンジが１５０ｍであるのに対して、±３０ｃｍが限界となるが、上記の移相手段８２を設け、各段に割付けられた移相量を０．４ナノ秒とし、算出した距離の平均値を求めると、測位精度を±１５ｃｍ程度に改善することができる。
なお、前記移相手段８２は前記同期発振手段５４に対して同期確立誤差関数を付与することになり、複数段のタップ８３ａ〜８３ｎの各段ごとに生じる同期確立誤差の合計を同期確立誤差関数として表現すれば、同期確立誤差関数は多項式によって表現できるので、しかも前記多項式が０もしくは一定値に収斂するように設定することになる。
【００８５】
図１０は、本発明の無線測位装置の誤差関数生成手段の他の構成図である。図１０において、１３は同期発信手段、９１、９３は切替スイッチ、９２ａ〜９２ｎは複数組のセットあるいはリセット付きのカウンタあるいは複数組の数値制御発振器、９４〜９６は接続端子である。
接続端子９４に供給される前記起点信号、距離測定信号、もしくはこれらの両方から検出されたセットあるいはリセット信号、もしくは同期検出信号は、切替スイッチ９１によって切替えられ、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎを順次セットしあるいはリセットする。
【００８６】
一方、接続端子９６には基準発振器４１（記載せず）から直接あるいは位相同期発振器４８を用いて高い周波数に変換してクロック信号が供給され、前記セットあるいはリセットのタイミングに同期して、前記複数組のカウンタ９２ａ〜９２ｎがセットされあるいはリセットされて、通常、低い周波数へカウントダウンされる。
前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎによって生成された出力信号は、切替スイッチ９３により順次切替えられてＳＩＧＮＡＬ＃１〜ＳＩＧＮＡＬ＃ｎの各信号として割付けられ、接続端子９５を経由して、前記距離測定信号生成手段４５（記載せず）に供給される。
【００８７】
ここで、前記基準発振器４１（記載せず）から直接あるいは位相同期発振器４８を介して前記同期検出手段４６（記載せず）に供給されるクロック信号の周波数もしくは位相と、前記起点信号の周波数もしくは位相とは非相関であることが望ましく、かつ／又は両者間の周波数もしくは位相の関係を前記起点信号を受信している時間内にランダムに変化させることができれば、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎの間の同期確立誤差の相関係数を低く抑えられるので、前記距離測定信号の位相を測定して距離を算出した結果から平均値を求めることで、距離測定精度を改善できるメリットが得られる。
【００８８】
言い換えれば、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎの各出力に対応して、前記同期検出手段４６によって検出されるセットあるいはリセット信号の検出タイミングがランダムに変化すれば、前記同期確立誤差の相関係数を低く抑えられる。
一例として、前記アンテナ切替手段に複数のアンテナもしくは送受波器を接続し、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎを切替えるタイミングに合わせて前記複数のアンテナもしくは送受波器を切替えることによって、無線信号の伝搬経路の位相変化がランダムであることを利用して、前記同期確立誤差の相関係数を低く抑えることができる。
【００８９】
なお、切替スイッチ９１と９３の切替タイミングは同一でなく、少なくとも、前記時分割の送受信間隔で受発信を行うタイミングに合わせる必要がある。
また、前記複数組のカウンタを用いると、１組当たり８段程度以下のカウンタで済むことから、１６組程度のカウンタを設けても、１２８段程度のカウンタで済むことから経済的な規模となる。
また、前記複数組のカウンタあるいは複数組の数値制御発振器９２ａ〜９２ｎの各組ごとに生じる同期確立誤差の合計を同期確立誤差関数として表現すれば、同期確立誤差関数は多項式によって表現でき、しかも前記多項式は０もしくは一定値に収斂するように設定することになる。
【００９０】
以上の説明では無線信号として電波を用いる場合について述べたが、無線信号として超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を含むことができる。なお、超音波信号あるいは光信号の場合には、アンテナの代わりに送受波器を用い、また、光信号の場合には所定の値よりも周波数が高い副搬送波信号あるいは高いチップレートの拡散符号を用いるものとする。
また、ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）方式を採用することで、所定の値よりも高い周波数の変調信号を用いることが可能となり、３０ｍ以下の近距離で高精度の２次元もしくは３次元の位置測位が可能となる。
【００９１】
また、前記第２の発受信手段が擬似衛星局であり擬似ＧＰＳ信号を発信する場合、従来のＧＰＳと同様なＢＰＳＫ変調の他に任意の変調方式が用いられ、あるいはＣ／ＡコードあるいはＰコード以外にも任意のコード化が可能である。
また、前記ＭＡＣレイヤには、少なくとも前記発信手段の識別符号あるいは識別番号が含まれ、あるいは局情報が含まれ、あるいはテキスト情報が含まれ、あるいは時間率１％を越えない範囲で符号長を選択することができる。
また、前記第２の発受信手段が単一のアンテナを有し、前記第１の発受信手段が複数のアンテナを搭載して周期的に切替えながら受信しあるいは発信することでも同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は上記のように構成されているため、第１の発受信手段を固定局、基地局、あるいは無線マーカとして固定して設置し、第２の発受信手段を移動端末あるいは携帯端末として移動体に設置することで、移動側、固定側、もしくはこれらの両側で高精度な２次元あるいは３次元の無線測位装置を安価に実現できることから、多様なシステムに適用できる。
また、前記第１の発受信手段を擬似衛星局として屋内、屋外、あるいはこれらの両方に設置し、第２の発受信手段をＧＰＳ携帯端末することで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスにつなぐ、高精度な２次元あるいは３次元の無線測位装置を経済的な方法で実現できる。
【００９３】
また、本発明の無線測位装置を物流管理に応用すると、倉庫内の物品管理がどの場所のどの棚の何段目に収納しているが正確に記録できることになり、物流管理の効率化に役立だてることができる。
また、前記第１の発受信手段が、屋外あるいは屋内を問わず離散的に配置され、前記第２の発受信手段が歩行者あるいはロボットなどによって携帯されると、歩行者の自律移動支援システム、あるいは歩行者ナビゲーションシステム、あるいは児童の見守りシステムなどに活用することができる他、ロボットの自律歩行にも応用できる。
また、本発明の高精度測位技術は基盤技術であり、他の多くの分野での活用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の形態１による無線測位装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２による無線測位装置の他の構成図
【図３】本発明の実施の形態３による制御手段の構成図
【図４】本発明の実施の形態４による制御手段の他の構成図
【図５】本発明の実施の形態５による制御手段の他の構成図
【図６】本発明の無線信号の構成例を示す図
【図７】本発明の無線測位装置のタイミングチャート
【図８】本発明の無線測位装置の他のタイミングチャート
【図９】本発明の無線測位装置の誤差関数生成手段の構成図
【図１０】本発明の無線測位装置の誤差関数生成手段の他の構成図
【図１１】従来の実施例を示す構成図
【符号の説明】
【００９５】
１                      ＲＴＫ測位システム
２                      発信手段または擬似衛星局
３                      固定基準局受信手段
４                      移動基準局受信手段
５                      ローバー受信手段
６                      利用者処理ユニットまたは受信手段
７                      データリンク
１０１                  第１の発受信手段
１５ａ−１〜１５ａ−４  指向性アンテナ
１０３                  第２の発受信手段
１０４                  第１の発受信手段と第２の発受信手段との間の距離
１０５                  第２の発受信手段のアンテナから見た方向
１０６                  第１の発受信手段のアンテナが向いている方向
【図１】
2011128144.tif 000003
【図２】
2011128144.tif 000004
【図３】
2011128144.tif 000005
【図４】
2011128144.tif 000006
【図５】
2011128144.tif 000007
【図６】
2011128144.tif 000008
【図７】
2011128144.tif 000009
【図８】
2011128144.tif 000010
【図９】
2011128144.tif 000011
【図１０】
2011128144.tif 000012
【図１１】
2011128144.tif 000013