(57)【要約】【課題】製造コストを抑えつつ、精度よく測距及び測位することが可能な無線装置、無線システム及びプログラムを提供する。【解決手段】送信側無線装置から送信された第１の無線信号のサンプリングを行うサンプリング部と、前記サンプリング部により得られた信号列における、起点タイミングが異なる複数の信号部分と、既知の信号パターンとの相関値を算出する相関値算出部と、前記各信号部分について算出された前記相関値を用いて、前記各信号部分の起点タイミングの間の区間における前記相関値を補間する補間処理部と、前記補間処理部により得られた補間結果において前記相関値が最大となるタイミングを特定する特定部と、を備える、無線装置を提供する。【選択図】図４
2019128222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側無線装置から送信された第１の無線信号のサンプリングを行うサンプリング部と、
前記サンプリング部により得られた信号列における、起点タイミングが異なる複数の信号部分と、既知の信号パターンとの相関値を算出する相関値算出部と、
前記各信号部分について算出された前記相関値を用いて、前記各信号部分の起点タイミングの間の区間における前記相関値を補間する補間処理部と、
前記補間処理部により得られた補間結果において前記相関値が最大となるタイミングを特定する特定部と、
を備える、無線装置。
【請求項２】
前記補間は、ラグランジュの補間方法又は移動平均法によって行われる、請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
前記補間処理部は、前記第１の無線信号の伝播環境に応じて、補間の方法を選択する、請求項１又は２に記載の無線装置。
【請求項４】
前記第１の無線信号の伝播環境を推定する推定部と、
前記伝播環境の推定結果に基づき、前記補間の方法を選択する選択部と、
をさらに備える、
請求項３に記載の無線装置。
【請求項５】
特定された前記タイミングは、前記第１の無線信号の受信時刻として推定される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線装置。
【請求項６】
推定された前記受信時刻の情報を含む第２の無線信号を送信する送信部をさらに備える、請求項５に記載の無線装置。
【請求項７】
前記第２の無線信号は、前記送信側無線装置に送信され、且つ、当該送信側無線装置の測距又は測位に用いられる、請求項６に記載の無線装置。
【請求項８】
送信側無線装置と受信側無線装置とを含み、
前記受信側無線装置は、
前記送信側無線装置から送信された第１の無線信号のサンプリングを行うサンプリング部と、
前記サンプリング部により得られた信号列における、起点タイミングが異なる複数の信号部分と、既知の信号パターンとの相関値を算出する相関値算出部と、
前記各信号部分について算出された前記相関値を用いて、前記各信号部分の起点タイミングの間の区間における前記相関値を補間する補間処理部と、
前記補間処理部により得られた補間結果において前記相関値が最大となるタイミングを特定する特定部と、
を有する、
無線システム。
【請求項９】
複数の前記送信側無線装置及び複数の前記受信側無線装置を含む、請求項８に記載の無線システム。
【請求項１０】
前記送信側無線装置は、前記第１の無線信号の前記送信側無線装置から前記受信側無線装置までの伝播時間に基づいて、前記送信側無線装置と前記受信側無線装置との間の距離を測距する、請求項８又は９に記載の無線システム。
【請求項１１】
コンピュータを、
送信側無線装置から送信された無線信号のサンプリングを行うサンプリング部と、
前記サンプリング部により得られた信号列における、起点タイミングが異なる複数の信号部分と、既知の信号パターンとの相関値を算出する相関値算出部と、
前記各信号部分について算出された前記相関値を用いて、前記各信号部分の起点タイミングの間の区間における前記相関値を補間する補間処理部と、
前記補間処理部により得られた補間結果において前記相関値が最大となるタイミングを特定する特定部と、
として機能させるための、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線装置、無線システム及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近日、屋外における位置情報を取得する技術として、人工衛星から電波を受信することで位置を推定する全地球測位システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）が広く用いられている。ただし、ＧＰＳの電波が届かない屋内においては測位が困難となるため、屋内における測位技術としては、ビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）等の電波を利用した測距方法が広く用いられている。さらに、このように電波を利用して測距することにより、測位対象である１つの移動局において、設置位置が既知である３つの固定局からの距離を取得できた場合には、三点測位法により当該移動局の位置を測位することができる。
【０００３】
電波を利用した測距及び測位方法は、大きく分けて２つの方法が存在し、具体的には、電波の受信電力を利用するものと、電波の伝播時間を利用するものとがある。電波の受信電力を利用する方法においては、電波の電力の減衰から当該電波の伝播距離を推定することとなるが、伝播距離の推定のための演算処理は、比較的軽い処理であることから、受信電力を用いた方法は、簡易な装置で実現することができる。しかしながら、電波の電力の減衰は、電波の伝播環境の変化によって変動することから、測距及び測位の精度が高いとは必ずしも言えないことがある。
【０００４】
一方、電波の伝播時間を利用する方法は、電波の伝播時間を取得し、取得した伝播時間に基づいて当該電波の伝播距離を推定する。伝播時間は、電波の伝播環境の変化によって変動し難いことから、電波の伝播時間を利用する方法は、受信電力を用いた方法に比べて、高い精度で測距及び測位を行うことができるといえる。
【０００５】
このような電波の伝播時間を利用する方法においては、所定の電波を送信した送信時刻と、当該電波を受信した受信時刻とを差を算出することにより、伝播時間を取得することができる。さらに、所定の電波を受信した受信時刻を推定する方法としては、例えば、下記特許文献１及び特許文献２に開示されるように、既知の信号パターン（信号波形）と受信電波の信号パターンとの間で相互相関をとることにより、受信電波の先頭を受信した受信時刻を推定するという方法を挙げることができる。
【０００６】
また、下記特許文献３には、複数の離散値をラグランジュの補間法を用いて補間し、最大値を推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−７４５６４号公報
【特許文献２】特開２００７−２４３６２２号公報
【特許文献３】特開平８−３６１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１及び上記特許文献２のような、既知の信号パターンと受信電波の信号パターンとの間で相互相関をとることにより、受信時刻を推定するという方法においては、測距及び測位の精度を向上させるためには、精度よく、受信電波の信号パターンを検出することが求められる。その結果、電波の伝播速度は高速（光速）であるため、精度よく、受信電波の信号パターンを検出するためには、高速で受信電波をサンプリングするサンプリング装置が求められることとなる。しかしながら、このような高速サンプリング装置は、高価であることから、無線装置がこのような高速サンプリング装置を内蔵した場合、製造コストの増加を抑えることが難しい。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、製造コストを抑えつつ、精度よく測距及び測位することが可能な、新規且つ改良された無線装置、無線システム及びプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、送信側無線装置から送信された第１の無線信号のサンプリングを行うサンプリング部と、前記サンプリング部により得られた信号列における、起点タイミングが異なる複数の信号部分と、既知の信号パターンとの相関値を算出する相関値算出部と、前記各信号部分について算出された前記相関値を用いて、前記各信号部分の起点タイミングの間の区間における前記相関値を補間する補間処理部と、前記補間処理部により得られた補間結果において前記相関値が最大となるタイミングを特定する特定部と、を備える、無線装置が提供される。
【００１１】
前記補間は、ラグランジュの補間方法又は移動平均法によって行われてもよい。
【００１２】
前記補間処理部は、前記第１の無線信号の伝播環境に応じて、補間の方法を選択してもよい。
【００１３】
前記無線装置は、前記第１の無線信号の伝播環境を推定する推定部と、前記伝播環境の推定結果に基づき、前記補間の方法を選択する選択部と、をさらに備えてもよい。
【００１４】
特定された前記タイミングは、前記第１の無線信号の受信時刻として推定されてもよい。
【００１５】
前記無線装置は、推定された前記受信時刻の情報を含む第２の無線信号を送信する送信部をさらに備えてもよい。
【００１６】
前記第２の無線信号は、前記送信側無線装置に送信され、且つ、当該送信側無線装置の測距又は測位に用いられてもよい。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、送信側無線装置と受信側無線装置とを含み、前記受信側無線装置は、前記送信側無線装置から送信された第１の無線信号のサンプリングを行うサンプリング部と、前記サンプリング部により得られた信号列における、起点タイミングが異なる複数の信号部分と、既知の信号パターンとの相関値を算出する相関値算出部と、前記各信号部分について算出された前記相関値を用いて、前記各信号部分の起点タイミングの間の区間における前記相関値を補間する補間処理部と、前記補間処理部により得られた補間結果において前記相関値が最大となるタイミングを特定する特定部と、を有する、無線システムが提供される。
【００１８】
上記無線システムは、複数の前記送信側無線装置及び複数の前記受信側無線装置を含んでもよい。
【００１９】
前記送信側無線装置は、前記第１の無線信号の前記送信側無線装置から前記受信側無線装置までの伝播時間に基づいて、前記送信側無線装置と前記受信側無線装置との間の距離を測距してもよい。
【００２０】
さらに、上記課題を解決するために、本発明のさらなる別の観点によれば、コンピュータを、送信側無線装置から送信された無線信号のサンプリングを行うサンプリング部と、前記サンプリング部により得られた信号列における、起点タイミングが異なる複数の信号部分と、既知の信号パターンとの相関値を算出する相関値算出部と、前記各信号部分について算出された前記相関値を用いて、前記各信号部分の起点タイミングの間の区間における前記相関値を補間する補間処理部と、前記補間処理部により得られた補間結果において前記相関値が最大となるタイミングを特定する特定部と、として機能させるための、プログラムが提供される。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、製造コストを抑えつつ、精度よく測距及び測位することが可能な無線装置、無線システム及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る測距システム１０の概要を説明するための説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る測距システム１０における測距方法を説明するための説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る測距システム１０における測距方法のフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る受信局１００の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る送信局２００の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における相互相関値の算出を説明するための説明図（その１）である。
【図７】本発明の第１の実施形態における相互相関値の算出を説明するための説明図（その２）である。
【図８】本発明の第１の実施形態における相互相関値の補間の方法を説明するための説明図である。
【図９】ラグランジュの補間方法により好適に補間を行うことができない場合の一例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態において、移動平均法によって補間が行われた場合に得られる曲線６０４の一例を示す説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る補間方法のフローチャートである。
【図１２】本発明の第３の実施形態の測位方法の説明するための説明図（その１）である。
【図１３】本発明の第３の実施形態の測位方法の説明するための説明図（その２）である。
【図１４】本発明の実施形態に係る受信局１００及び送信局２００である無線通信装置９００のハードウェア構成例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２４】
また、本明細書及び図面において、異なる実施形態の類似する構成要素については、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合がある。ただし、類似する構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。
【００２５】
＜＜測距システム１０の概要について＞＞
＜測距システム１０の概要構成＞
以下に説明する本発明の実施形態は、電波を用いて、屋内４００等に位置する人物３００の受信局１００との間の距離を測距する測距システム（無線システム）１０に関するものである。まずは、図１を参照して、本発明の実施形態に係る測距システム１０の概要を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る測距システム１０の概要を説明するための説明図である。なお、以下に説明する無線通信システムは、距離を測距する測距システム１０として説明するが、当該システムに３つ以上の受信局１００を設けることにより、測定対象となる送信局２００の位置を測位する測位システムとすることもできる。
【００２６】
詳細には、図１に示すように、例えば、屋内４００内に人物３００が存在し、当該人物３００は、スマートフォン、携帯電話等からなる送信局(送信側無線装置)２００を携帯しているものとする。また、屋内４００には、複数のビーコン装置等からなる受信局（受信側無線装置）１００（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）が設けられている。さらに、測距システム１０においては、複数の受信局１００及び送信局２００が含まれ、これらが無線通信により接続されることができる。
【００２７】
より詳細には、人物３００は、送信局２００を携帯して移動することにより、測距及び測位される対象である移動体（移動ノード）となる。なお、送信局２００が人物３００に携帯される場合、送信局２００及び人物の双方が移動体の概念に包含される。以下に、本発明の実施形態に係る測距システム１０に含まれる各装置の概要について説明する。
【００２８】
（受信局１００）
受信局１００は、例えば、所定の位置に固定して設置されたビーコン装置等の固定ノード（固定局）であり、送信局２００の測距又は測位を行う際に、送信局２００からの信号（測距パケット信号）（第１の無線信号）５００を受信したことに基づいて、送信局２００に対して所定の信号（ＡＣＫ（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）パケット信号）（第２の無線信号）５０２を送信することができる無線通信装置である。詳細には、受信局１００は、送信局２００からの測距パケット信号５００を受信し、当該測距パケット信号５００の受信時刻を取得する。さらに、受信局１００は、取得した受信時刻の情報を含むＡＣＫパケット信号５０２を、送信局２００は送信する。なお、本発明の実施形態においては、受信局１００は、例えば、汎用的な周波数である２．４ＧＨｚ帯の周波数を持つ信号５００、５０２を送受信することができるが、本実施形態においては、受信局１００が利用する信号５００、５０２の周波数は限定されるものではなく、任意の周波数の信号を用いることができる。なお、受信局１００の詳細構成については後述する。
【００２９】
また、本実施形態においては、受信局１００の設置場所は限定されるものではなく、例えば、室内の天井に設置されてもよいし、屋内及び屋外のいずれに設置されていてもよい。また、先の説明においては、受信局１００は、所定の位置に固定されるとして説明したが、本実施形態においては、これに限定されるものではなく、移動してもよい。このような場合、受信局１００の位置の座標（世界座標系における位置座標又は相対座標）は、ＧＰＳ等により取得されていることが望ましい。
【００３０】
（送信局２００）
送信局２００は、測位対象となる移動ノードとしての無線通信装置であり、近傍の受信局１００と無線通信ができる装置である。詳細には、送信局２００は、受信局１００へ測距パケット信号５００を送信する。さらに、送信局２００は、受信局１００から、受信局１００が測距パケット信号５００を受信した受信時刻の情報を含むＡＣＫパケット信号５０２を受信する。また、送信局２００は、自身が測距パケット信号５００を送信した送信時刻と、ＡＣＫパケット信号５０２に含まれる受信時刻とを用いて、測距パケット信号５００の伝播時間を算出し、算出した伝播時間に基づいて、送信局２００と受信局１００の距離を求めることができる。なお、本実施形態においては、送信局２００は、先に説明したように、例えば、汎用的な周波数である２．４ＧＨｚ帯の周波数を持つ信号５００、５０２を送受信することができる。しかしながら、本実施形態においては、送信局２００が利用する信号５００、５０２の周波数は限定されるものではなく、送信局２００は任意の周波数を持つ信号５００、５０２を用いてもよい。
【００３１】
また、送信局２００が人物３００に携帯される場合、送信局２００の位置は人物３００の位置と等しいとみなすことができるため、送信局２００は人物３００を測距及び測位することが可能である。また、送信局２００は、スマートフォン、携帯端末、又はウェアラブル端末等であってもよい。なお、送信局２００の詳細については後述する。
【００３２】
このように、上記測距システム１０は、複数の送信局２００と複数の受信局１００を含み、例えば、工場、オフィス、病院等における各人物３００の位置をリアルタイムに推定する際に用いることができる。なお、以下の説明では、送信局２００を携帯する人物３００の測距及び測位を目的とするシステムであるとして説明するが、本発明の実施形態に係る測距システム１０は、これ限定されるものではなく、送信局２００と一体となった物体（例えば、部品、装置や自立歩行型ロボット等）を測距及び測位する際にも用いることができる。
【００３３】
＜測距システム１０の動作概要＞
次に、上述した測距システム１０における、送信局２００の測距の動作概要を、図２及び図３を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態に係る測距システム１０における測距方法を説明するための説明図である。図３は、本発明の実施形態に係る測距システム１０における測距方法のフローチャートである。本発明の実施形態においては、図２に示すように、送信局２００と受信局との間で信号（測距パケット信号、ＡＣＫパケット信号）５００、５０２を送受信することにより、送信局２００と受信局１００との間の距離ｒを測距パケット信号５００の伝搬時間を利用して求めることができる。
【００３４】
詳細には、本発明の実施形態に係る測距システム１０における測距方法は、図３のフローチャートで示され、当該フローチャートは、ステップＳ１００、ステップＳ２００、ステップＳ３００、ステップＳ４００及びステップＳ５００の複数のステップを有する。以下に、本実施形態に係る測距方法の各ステップの詳細を説明する。
【００３５】
（ステップＳ１００）
送信局２００は、受信局１００に測距パケット信号５００を送信し、測距パケット信号５００を送信した送信時刻を測定する。
【００３６】
（ステップＳ２００）
受信局１００は、送信局２００から測距パケット信号５００を受信し、測距パケット信号５００を受信した受信時刻を測定する。なお、本発明の実施形態に係る受信時刻を推定する推定方法の詳細については後述する。
【００３７】
（ステップＳ３００）
受信局１００は、送信局２００での受信時刻の情報を含めたＡＣＫパケット信号５０２を送信する。
【００３８】
（ステップＳ４００）
送信局２００は、受信局１００からＡＣＫパケット信号５０２を受信し、ＡＣＫパケット信号５０２に含まれる受信時刻の情報に基づいて、当該受信時刻から上記ステップＳ１００で測定した送信時刻の差分をとることで、送信局２００から受信局１００への測距パケット信号５００の伝搬時間を算出する。
【００３９】
（ステップＳ５００）
送信局２００は、上記ステップＳ４００で算出した伝搬時間に光速を乗算することで、送信局２００と受信局１００との間の距離ｒを求めることができる。
【００４０】
＜＜本発明の実施形態をなすに至った経緯＞＞
次に、本発明の実施形態の具体的な説明に先立ち、本発明者らが本発明の実施形態をなすに至った経緯について説明する。
【００４１】
先に説明したように、電波を利用した測距及び測位方法は、電波の受信電力を利用するものと、電波の伝播時間を利用するものとがある。電波の受信電力を利用する方法においては、電波の電力の減衰から当該電波の伝播距離を推定することとなるが、電波の電力の減衰は、電波の伝播環境の変化によって変動する。そのため、電波の受信電力を利用する方法は、測距及び測位の精度が高いとは必ずしも言えないことがある。一方、電波の伝播時間を利用する方法は、電波の伝播時間に基づいて当該電波の伝播距離を推定する。伝播時間は、電波の伝播環境の変化によって変動し難いことから、電波の伝播時間を利用する方法は、電波の受信電力を用いた方法に比べて、高い精度で測距及び測位を行うことができる。
【００４２】
そして、上述の伝播時間を算出するためには、受信局１００において、電波（測距パケット信号）５００を受信した受信時刻の情報を取得することが求められる。測距パケット信号５００の受信時刻の取得方法としては、例えば、受信局１００で、測距パケット信号５００の信号強度が所定の閾値よりも大きくなるタイミングを検出し、検出したタイミングを測距パケット信号５００の先頭を受信した受信時刻として推定する。
【００４３】
しかしながら、測距パケット信号５００は、伝搬環境の変化の影響により信号強度（電波の電力）が変動して受信局１００へ到達することとなる。従って、上述のように、測距パケット信号５００の信号強度が所定の閾値より大きくなるタイミングを検出するという方法では、伝搬環境の変化の影響を受けることから、受信時刻を精度よく推定することが難しい。
【００４４】
そこで、本発明者らこれまで検討していた方法（比較例）においては、答えとなる既知の信号パターンと、受信局１００で受信された測距パケット信号５００の信号パターンとの間で、相互相関を算出し、相関値が最も高くなる（両信号パターンの一致が最も高い）タイミングを検出することで、検出したタイミングを測距パケット信号５００の先頭を受信した受信時刻として推定していた。
【００４５】
上述のような方法においては、受信時刻の推定の精度を高めるには、精度よく、測距パケット信号５００の信号パターンを取得することが求められる。その結果、測距パケット信号５００の伝播速度は高速（光速）であるため、精度よく、測距パケット信号５００の信号パターンを検出するためには、高速で測距パケット信号５００をサンプリングするサンプリング装置が求められることとなる。しかしながら、このような高速サンプリング装置は、高価であることから、受信局１００がこのような高速サンプリング装置を内蔵させた場合、受信局１００の製造コストの増加を抑えることが難しい。
【００４６】
そこで、本発明者らは、このような状況を鑑みて、本発明の実施形態を創作するに至った。本発明の実施形態によれば、製造コストを抑えつつ、精度よく、送信局２００を測距及び測位することができる。詳細には、本発明者らが創作した本発明の実施形態においては、答えとなる既知の信号パターンと、受信局１００で受信された測距パケット信号５００の信号パターンとの間の相関値が最も高くなるタイミングを検出する際に、離散的な値である相関値を補間することにより、より精度よく受信時刻の推定を行うことができる。従って、本実施形態においては、測距パケット信号５００のサンプリングの数を減らしても（低速でサンプリングを行っても）、より精度よく受信時刻の推定を行うことができることから、高速サンプリング装置を内蔵しなくてもよい。その結果、本実施形態によれば、製造コストを抑えつつ、精度よく、送信局２００を測距及び測位することができる。以下に、本発明者らが創作した本発明の実施形態の詳細を順次説明する。
【００４７】
なお、測位は、先に説明したように、１つの送信局２００において、設置位置が既知である３つの受信局１００からの距離ｒが取得できた場合には、三点測位法により当該送信局２００の位置を測位することができる。そのため、便宜上、以下の説明では、距離ｒを取得する測距法について説明するが、当該測距法を用いることにより、送信局２００の測位も行うことができる。
【００４８】
＜＜第１の実施形態＞＞
＜受信局１００の詳細構成＞
まずは、本発明の第１の実施形態に係る受信局１００の詳細構成について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る受信局１００の構成例を示すブロック図である。図４に示すように、本実施形態に係る受信局１００は、無線部１１０と、計算部（特定部）１２０と、タイマー部１３０とを主に有する。以下に、当該受信局１００の各機能ブロックについて説明する。
【００４９】
（無線部１１０）
無線部１１０は、受信局１００と送信局２００とを接続するインタフェースであり、送信局２００との間で信号をパケット通信することができる。詳細には、無線部１１０は、送信局２００からの測距パケット信号５００（図２  参照）を受信し、測距パケット信号５００の先頭部分を検出し、検出した先頭部分を受信した時刻を測距パケット信号５００の受信時刻として推定することができる。また、無線部１１０は、後述するＡＣＫ返信部１２２で生成されたＡＣＫパケット信号５０２（図２  参照）を送信局２００へ送信することもできる。さらに、無線部１１０は、図４に示すように、サンプリング部１１２と、相互相関処理部（相関値算出部）１１４と、補間部（補間処理部）１１６とを主に有する。以下に、当該無線部１１０の各機能ブロックについて説明する。
【００５０】
−サンプリング部１１２−
サンプリング部１１２は、測距パケット信号５００（第１の無線信号）の信号強度を所定の時間間隔でサンプリングを行う機能部である。詳細には、サンプリング部１１２は、測距パケット信号５００の先頭部分を検出するために、受信した測距パケット信号５００の信号強度をアナログ信号からデジタル信号（信号列）に変換する。さらに、サンプリング部１１２は、デジタル信号に変換されることによって得られた離散的な信号列（デジタル信号）を後述する相互相関処理部１１４に出力する。
【００５１】
−相互相関処理部１１４−
相互相関処理部１１４は、サンプリング部１１２から出力されたデジタル信号（信号列）における、起点タイミングが互いに異なる、所定の時間長を持つ複数の信号部分の信号パターン（信号波形）と、答えとなる既知の信号パターンとを相互相関値を算出する。すなわち、本実施形態においては、上述の複数の信号部分の信号パターンの中から、答えとなる既知の信号パターンとの一致が高い信号部分を探すことにより、測距パケット信号５００の先頭部分を、測距パケット信号５００を受信したタイミングであるとして検出することとなる。さらに、相互相関処理部１１４は、得られ離散的な複数の相互相関値を後述する補間部１１６に出力する。
【００５２】
−補間部１１６−
補間部１１６は、相互相関処理部１１４から取得した離散的な複数の相互相関値の間を補間し、補間結果を後述する計算部１２０に出力する。すなわち、補間部１１６は、上述した相互相関処理部１１４で算出された複数の相互相関値を用いて、サンプリング部１１２から出力されたデジタル信号の各信号部分の上記起点タイミングの間の区間における相互相関値を補間する。なお、補間部１１６による補間の方法としては、例えばラグランジュ法又は移動平均法等を用いることができるが、本実施形態においては、補間部１１６による補間の方法は特に限定されるものではない。なお、補間部１１６における処理の詳細については、後述する。
【００５３】
なお、無線部１１０は、図４において図示しない推定部を有していてもよく、当該推定部は、受信した測距パケット信号５００の信号品質（信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）や、ビットエラーレート（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）等）を検出し、検出結果に基づき、測距パケット信号５００の伝播環境を推定してもよい。
【００５４】
（計算部１２０）
計算部１２０は、補間部１１６による上記補間によって得られた補間結果から、相互相関値が最大となるタイミングを検出する。さらに、計算部１２０は、検出したタイミングにかかる具体的な時刻を、後述するタイマー部１３０によって取得することにより、検出した測距パケット信号５００の先頭部分を受信した具体的な時刻、すなわち、受信時刻を特定する。また、計算部１２０は、図４に示すように、ＡＣＫ返信部（送信部）１２２を含む。以下に、ＡＣＫ返信部１２２について説明する。
【００５５】
−ＡＣＫ返信部１２２−
ＡＣＫ返信部１２２は、特定された受信時刻の情報を含むＡＣＫパケット信号（第２の無線信号）５０２を生成し、無線部１１０を介して送信局２００へ送信する。
【００５６】
（タイマー部１３０）
タイマー部１３０は、無線部１１０、計算部１２０等による要求に従って、時刻の情報を無線部１１０、計算部１２０等に出力する。
【００５７】
＜送信局２００の詳細構成＞
以上、本実施形態に係る受信局１００の詳細構成を説明した。次に、本発明の第１の実施形態に係る送信局２００の詳細構成について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第１の実施形態に係る送信局２００の構成例を示すブロック図である。図５に示すように、本発明の第１の実施形態に係る送信局２００は、無線部２１０と、計算部２２０と、タイマー部２３０とを主に有する。以下に、当該送信局２００の各機能ブロックについて説明する。
【００５８】
（無線部２１０）
無線部２１０は、受信局１００と送信局２００とを接続するインタフェースであり、受信局１００との間で信号をパケット通信する。詳細には、無線部２１０は、後述する送信指示部２２２より測距パケット信号５００（図２  参照）を送信する旨の指示を受け、測距パケット信号５００を受信局１００へ送信する。さらに、無線部２１０は、測距パケット信号５００が送信される際に、当該測距パケット信号５００の先頭部分を検出し、当該測距パケット信号５００を送信したタイミングを検出する。なお、無線部２１０は、測距パケット信号５００の先頭部分を送信したタイミングの具体的な時刻、すなわち、送信時刻を、後述するタイマー部２３０によって取得することができる。そして、無線部２１０は、取得した送信時刻を後述する測距部２２４に出力する。また、無線部２１０は、受信局１００からのＡＣＫパケット信号５０２（図２  参照）を受信し、ＡＣＫパケット信号５０２に含まれる受信時刻の情報を後述する測距部２２４に出力することもできる。
【００５９】
（計算部２２０）
計算部２２０は、上述の無線部２１０に測距パケット信号５００を受信局１００へ送信する旨の指示を出力したり、送信局２００と受信局１００との間の距離ｒを算出したりする。詳細には、図５に示すように、計算部２２０は、送信指示部２２２と、測距部２２４とを主に有する。以下に、当該計算部２２０の各機能ブロックについて説明する。
【００６０】
−送信指示部２２２−
送信指示部２２２は、任意のアプリケーションの要求により、距離情報を取得したい旨の指示を得たことを契機として、上述の無線部２１０に、測距パケット信号５００を送信する旨の指示を出力する。
【００６１】
−測距部２２４−
測距部２２４は、無線部２１０から出力された上記送信時刻の情報と、受信局１００からのＡＣＫパケット信号５０２に含まれる受信時刻の情報とを利用して、送信局２００かから受信局１００までの測距パケット信号５００の伝播時間を算出する。さらに、測距部２２４は、算出した伝播時間に基づいて、送信局２００と受信局１００との間の距離ｒを算出する。また、測距部２２４は、設置位置が既知である異なる３つの受信局１００からの距離ｒが取得できた場合には、三点測位法により送信局２００の位置を測位することもできる。
【００６２】
（タイマー部２３０）
タイマー部２３０は、無線部２１０等による要求に従って、時刻の情報を無線部２１０等に出力する。
【００６３】
＜受信時刻の推定方法＞
以上、本実施形態に係る送信局２００の詳細構成について説明した。次に、本実施形態に係る受信局１００で行われる受信時刻の推定方法を、図６から図８を参照して説明する。図６及び図７は、本実施形態における相互相関値の算出を説明するための説明図である。図８は、本実施形態における相互相関値の補間の方法を説明するための説明図である。
【００６４】
先に説明したように、測距パケット信号５００は、測距パケット信号５００の伝搬環境変動の影響を受けて信号強度が減衰して受信局１００へ到達する場合がある。そのため、受信局１００で受信した測距パケット信号５００の信号強度が所定の閾値より大きくなるタイミングを検出することにより、受信時刻を取得する場合に、測距パケット信号５００の伝搬環境に影響を受けることから、受信時刻を精度よく取得することが難しい。
【００６５】
そこで、本実施形態においては、先に説明したように、答えとなる既知の信号パターン（信号波形）と、受信局１００で受信された測距パケット信号５００の受信強度の信号パターンとの間における、相互相関値を算出し、算出した相互相関値を用いて、受信時刻を推定する。
【００６６】
具体的には、受信局１００は、図６に示すように、答えとなる既知の信号パターン（信号波形）（図６の右上）と、受信した測距パケット信号５００の信号強度の信号パターン（信号波形）（図６の左上）との間で相互相関値を算出する。詳細には、受信局１００は、受信した測距パケット信号５００の信号強度をデジタル信号に変換して得たデジタル信号（図６の右上）における、起点タイミングが互いに異なる、所定の時間長を持つ複数の信号部分の信号パターンと、答えとなる既知の信号パターン（図６の左上）との一致の程度を示す相互相関値を算出する。このようにして受信局１００で算出された相互相関値は、図６の下側に示されている。なお、測距パケット信号５００の信号パターンは、一般的に無線部１１０がＩ信号及びＱ信号として２系列の信号として受信するが、図６では便宜上、１系列のみ図示している。また、答えとなる信号パターンも同様に、実際にはＩ信号及びＱ信号で表されるが、図６では便宜上、１系列のみ図示している。
【００６７】
より詳細には、答えとなる信号パターンは、一般に測距パケット信号５００の先頭部分の理想的な信号波形を示している。例えば、本実施形態に係る測距システム１０で利用する無線方式がＩＥＥＥ８０２．１１であるならば、ＩＥＥＥ８０２．１１の物理フレームの先頭のプリアンブル部分がこれに該当する。
【００６８】
受信局１００は、答えとなる信号パターンを所定の時間長だけずらしながら、デジタル信号化された測距パケット信号５００の先頭部分において、所定の時間長の複数の信号部分における信号パターンとの一致の度合いを示す相互相関値を算出する。このようにして算出された相互相関値は、図６の下段に示すように、時間に対して離散的に分布する値として算出される。
【００６９】
なお、本実施形態においては、相互相関値の算出は、任意の算出手法を用いることができる。本実施形態においては、例えば、下記の数式（１）を用いて算出することができる。
【００７０】
【数１】
2019128222.tif 000003
【００７１】
なお、数式（１）においては、関数ｆ（ｘ）、g（ｘ）は、２つの比較する信号パターンを意味する。すなわち、本実施形態においては、デジタル信号化された測距パケット信号５００における所定の時間長の範囲における信号パターンｇ（ｘ）と、答えとなる信号パターンｆ（ｘ）との一致の度合いを示す相互相関値を、デジタル信号化された測距パケット信号５００において、所定の時間長だけ順次ずらしながら、算出する。なお、このような算出は、処理が重いことから、本実施形態においては、高速フーリエ変換を利用してもよい。
【００７２】
このようにして算出した複数の相互相関値を時間に対してプロットしたグラフを図７に示す。詳細には、図７の上段に示すグラフが、上述のようにして算出した相互相関値のグラフであり、図７の下段に示すグラフが、図７の上段のグラフの一部を拡大したグラフとなる。
【００７３】
ところで、発明者らがこれまで検討していた方法（比較例）においては、上述のようにして相互相関値を算出し、相互相関値が最も高くなるタイミングを検出することで、検出したタイミングを測距パケット信号５００の先頭を受信した受信時刻として推定していた。より具体的には、比較例においては、図７の下側に示すように、相互相関値６００が最も高い時刻が、測距パケット信号５００の信号パターンと、答えとなる信号パターンとが最も一致した時刻であり、当該時刻を受信時刻として推定していた。
【００７４】
このようにして得られた相互相関値６００は、ピークに対して左右対称なベル型の形状を持つ、より滑らかな曲線６０２（図８  参照）の上に存在すると想定される。従って、高速で測距パケット信号５００をサンプリングすることができれば、相互相関値６００は、ピークに対して左右対称なベル型の形状を持つ、より滑らかな曲線６０２の上に存在することとなる。そして、当該曲線６０２のピークの位置が受信時刻となることから、理想的な形状の曲線６０２を得ることができれば、精度良く、受信時刻を推定することができることとなる。しかしながら、先に説明したように、高速で測距パケット信号５００をサンプリングすることができる高速サンプリング装置は、高価であることから、このような高速サンプリング装置を内蔵した受信局１００においては、製造コストが増加することを抑えることが難しい。
【００７５】
そこで、本実施形態においては、離散的な相互相関値を補間することにより、高速で測距パケット信号５００をサンプリングすることができない場合であっても、ピークに対して左右対称なベル型の形状を持つ、より滑らかな曲線６０２を得ることが可能となる。その結果、本実施形態によれば、理想的な形状を持つ相互相関値の曲線６０２を得ることができることから、相互相関値が最も高いピークに対応する時刻を精度よく特定する、すなわち、受信時刻を精度よく推定することができる。
【００７６】
＜補間の方法＞
以下に、本実施形態に係る相互相関値の補間の方法の詳細について、図８を参照して、説明する。本実施形態に係る相互相関値の補間の方法は、例えば、ラグランジュの補間方法を用いることができる。
【００７７】
ラグランジュの補間方法は、以下の数式（２）を用いることにより行うことができる。
【００７８】
【数２】
2019128222.tif 000004
【００７９】
すなわち、本実施形態においては、上記の数式（２）を用いて、Ｎ＋１個のｘ、ｙの値（ｘｉ、ｙｉ）、言い換えると、相互相関値６００の値を用いて、任意のｘに対するｙ＝ｆ（ｘ）の値を計算することにより、離散的な相互相関値に対して補間を行い、理想的な曲線６０２を得ることができる。
【００８０】
そして、上述のラグランジュの補間方法を用いて、相互相関値６００に対して補間を行うことによって得た曲線６０２を図８に示す。図８に示されるように、本実施形態によれば、ラグランジュの補間方法を用いることにより、離散的な相互相関値６００の間を結ぶような、滑らかなベル型の曲線６０２を得ることができる。
【００８１】
詳細には、比較例においては、図８に示すような、最も高い相互相関値６００を持つ時刻Ａを受信時刻として推定していた。一方、本実施形態においては、図８に示すような、ラグランジュの補間方法によって得られた理想的な曲線６０２の最も高いピークに対応する時刻Ｂを受信時刻として推定する。すなわち、本実施形態においては、本来最も高い相互相関値を持つであろう時刻の相互相関値を直接的に得ることができなくても、補間を用いることで滑らかなベル型の形状を持つ理想的な曲線６０２を得ることができることから、最も高い相互相関値を持ちであろう時刻を精度よく推定することができる。従って、本実施形態においては、高速で測距パケット信号５００をサンプリングすることができず、十分に滑らかなベル型の曲線６０２上に存在する離散的な複数の相互相関値６００を得ることができないような少ないサンプル数であっても、最も高い相互相関値を持ちであろう時刻、すなわち受信時刻を精度よく推定することができる。
【００８２】
なお、本実施形態においては、ラグランジュの補間方法を用いるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、他の補間方法を用いてもよい。
【００８３】
以上により、本実施形態においては、サンプリング速度が遅いことから、十分に滑らかなベル型の曲線６０２を想起させるような離散的な相互相関値６００を得ることができなくても、ラグランジュの補間方法を用いることにより、サンプル数が多い場合に相互相関値６００が描くであろう曲線６０２の概形を精度よく推定することができる。その結果、本実施形態においては、本来最も高い相互相関値６００の対応する時刻を精度よく推定することができる。
【００８４】
すなわち、本実施形態によれば、答えとなる既知の信号パターンと、受信局１００で受信された測距パケット信号５００の信号パターンとの間で、相互相関値６００を算出し、相互相関値６００が最も高くなるタイミングを検出する際に、離散的な値である相互相関値６００を好適に補間することにより、より精度よく受信時刻の推定を行うことができる。その結果、本実施形態によれば、サンプリング数を減らしても、より精度よく受信時刻の推定を行うことができることから、高速サンプリング装置の内蔵を必須とせず、受信局１００の製造コストを抑えつつ、精度よく、送信局２００を測距及び測位することができる。
【００８５】
＜＜第２の実施形態＞＞
ところで、上述の第１の実施形態においては、ラグランジュの補間方法を用いることにより、相互相関値６００に対して補間を行い、曲線６０２を得ていた。すなわち、第１の実施形態においては、ラグランジュの補間方法を用いて、離散的な相互相関値６００を結ぶことで、曲線６０２を得ていた。しかしながら、ラグランジュの補間方法を用いた場合であっても、精度よく受信時刻の推定を行うことができない場合が存在する。そこで、以下においては、このような場合であっても、精度よく受信時刻の推定を行うことができるような実施形態を、本発明の第２の実施形態として、図９から図１１を参照して説明する。図９は、ラグランジュの補間方法により好適に補間を行うことができない場合の一例を示す説明図である。図１０は、本実施形態において、移動平均法によって補間が行われた場合に得られる曲線６０４の一例を示す説明図である。図１１は、本実施形態に係る補間方法のフローチャートである。
【００８６】
詳細には、先に説明したように、相互相関値６００は、ピークに対して左右対称なベル型の形状を持つ、より滑らかな曲線の上に存在することが期待される。従って、受信局１００で算出された離散的な複数の相互相関値６００が上述のようなベル型の曲線上に存在する場合には、受信局１００は、ラグランジュの補間法を用いることにより、好適に補間を行うことができ、理想的な曲線を得ることができる。
【００８７】
しかしながら、測距パケット信号５００は、測距パケット信号５００の伝搬環境からの影響を受け、劣化した状態（例えば、受信信号強度が伝播環境からの影響で変動する）で、受信局１００により受信されることがある。このような場合、受信された測距パケット信号５００の受信信号強度が上記伝播環境からの影響を受けて変動することから、算出された離散的な複数の相互相関値６００が上述のようなベル型の曲線上に存在しない場合がある。
【００８８】
具体的には、上述のような場合において、第１の実施形態のラグランジュの補間方法を用いて離散的な相互相関値６００を結ぶことにより得られた曲線６０２は、図９に示すように、ベル型の形状を用っていないことがある。そして、このような場合、１つのピークを特定することができないことから、精度よく受信時刻を推定することができないこととなる。
【００８９】
そこで、本実施形態においては、このような場合、例えば、移動平均法を用いて、離散的な複数の相互相関値６００を補間した方が、ラグランジュの補間方法を用いた場合と比べて、より精度よく、ピークに対して左右対称なベル型の形状を持つ、より滑らかな曲線６０４（図１０  参照）を得ることができる。その結果、本実施形態においては、移動平均法を用いることにより、より精度よく受信時刻を推定することができる。
【００９０】
移動平均法は、例えば、以下の数式（３）を用いることにより行うことができる。
【００９１】
【数３】
2019128222.tif 000005
【００９２】
すなわち、本実施形態においては、時系列順に並ぶ複数個の相互相関値ｘ（ｋ）を、所定の個数ｎ分の相互相関値の平均（単純平均）を、時系列上の位置をずらしながら上記数式（３）を用いて算出する。そして、算出した複数の平均値を結ぶことにより、相互相関値の全体の傾向を示すような、曲線６０４を得ることができる。
【００９３】
本実施形態において、上述の移動平均法を用いて得られた曲線６０４を図１０のグラフに示す。なお、図１０に示される複数の相互相関値６００は、先に説明した、図９に示す、ラグランジュの補間方法により好適に補間を行うことができない複数の相互相関値６００と同一である。
【００９４】
図１０に示されるように、移動平均法によって得られた曲線６０４は、ピークに対して左右対称なベル型の形状を持つ、より滑らかな曲線６０４となっている。従って、本実施形態においては、当該曲線６０４を用いることにより、精度よく受信時刻を推定することができる。
【００９５】
すなわち、本実施形態によれば、移動平均法を用いることにより、ピークに対して左右対称なベル型の形状を持つ、より滑らかな曲線６０４を得ることができる。
【００９６】
さらに、本実施形態においては、いずれの補間方法を用いるかは、測距パケット信号５００の伝搬環境を任意の方法で推定し、その結果から選択してもよい。そこで、伝播環境を推定し、いずれの補間方法を用いるかを選択する本実施形態について、図１１を参照して説明する。
【００９７】
＜受信局１００の詳細構成＞
まずは、本実施形態に係る受信局１００の詳細構成を説明する。なお、本実施形態に係る測距システム１０及び測距システム１０に含まれる受信局１００及び送信局２００の構成は、以下に説明する受信局１００の無線部１１０に含まれる推定部（図示省略）及び選択部（図示省略）を除き、図４及び図５に示す第１の実施形態に係る受信局１００及び送信局２００の構成と共通であるため、ここでは共通する内容の説明を省略する。
【００９８】
詳細には、本実施形態においては、受信局１００の無線部１１０は、図４において図示しない推定部を有しており、当該推定部は、受信した測距パケット信号５００の信号品質（信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）や、ビットエラーレート（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）等）を検出して、検出結果に基づき、測距パケット信号５００の伝播環境を推定する。そして、当該推定部は、推定結果を後述する選択部に出力する。さらに、受信局１００の無線部１１０は、図４において図示しない選択部を有しており、当該選択部は、上記推定部からの推定結果に基づき、上述の補間部１１６で行う補間方法を選択し、選択内容を補間部１１６に出力する。
【００９９】
＜補間方法＞
以上、本実施形態に係る受信局１００の詳細構成について説明した。次に、本実施形態に係る補間方法を、図１１を参照して説明する。図１１に示すように、本実施形態に係る補間方法のフローチャートは、ステップＳ１０１からステップＳ１０９までの複数のステップを含む。以下に、本実施形態に係るシーケンスの各ステップの詳細を説明する。
【０１００】
（ステップＳ１０１）
受信局１００は、送信局２００からの測距パケット信号５００を受信する。
【０１０１】
（ステップＳ１０３）
受信局１００は、受信した測距パケット信号５００に基づき、測距パケット信号５００の伝播環境を推定する。例えば、受信局１００は、受信した測距パケット信号５００の信号品質（信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）や、ビットエラーレート（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）等）を検出して、検出結果に基づき、測距パケット信号５００の伝播環境を推定する。
【０１０２】
（ステップＳ１０５）
受信局１００は、推定された伝播環境が所定の状態である場合、例えば、伝播環境が、測距パケット信号５００が劣化していないことからマルチパスの影響のない（もしくは、影響の低い）伝播環境であると推定することができる場合には、ステップＳ１０７へ進む。一方、受信局１００は、推定された伝播環境が所定の状態でない場合、例えば、伝播環境が、測距パケット信号５００が劣化していることからマルチパスの影響のある（もしくは、影響の高い）伝播環境であると推定することができる場合には、ステップＳ１０９へ進む。
【０１０３】
（ステップＳ１０７）
受信局１００は、伝搬環境がマルチパス等の影響がない（もしくは、影響の低い）と推定される場合には、離散的な相互相関値６００が上述のようなベル型の曲線６０２上に存在することが期待されるため、ラグランジュによる補間方法を選択する。
【０１０４】
（ステップＳ１０９）
受信局１００は、伝搬環境がマルチパス等の影響がある（もしくは、影響の高い）と推定される場合には、離散的な相互相関値６００が上述のようなベル型の曲線６０２上に存在しないことが期待されるため、離散的な複数の相互相関値６００の間を結ぶのではなく、移動平均法を用いて、理想的な曲線６０４を取得することを選択する。従って、本実施形態においては、ラグランジュの補間方法により好適に補間を行うことができない場合であっても、理想的な曲線６０４を得ることができることから、精度よく受信時刻を推定することができる。
【０１０５】
以上のように、本実施形態によれば、伝搬環境に応じて、補間方法を選択することで、より精度よく受信時刻を推定することができる。
【０１０６】
なお、本実施形態で説明した移動平均法は、第１の実施形態において、ラグランジュの補間方法の代わりに用いられてもよい。
【０１０７】
＜＜第３の実施形態＞＞
これまで説明した本発明の第１及び第２の実施形態においては、送信局２００と受信局１００との間の距離ｒを測定する測距方法について説明した。しかしながら、これらの実施形態は、先に説明したように、距離ｒを測定するだけに限定されるものではなく、１つの送信局２００において、設置位置が既知である３つの受信局１００からの距離ｒが取得できた場合には、三点測位法により当該送信局２００の位置を測位することもできる。そこで、本発明の第３の実施形態として、送信局２００の位置を測位する方法について、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２及び図１３は、本実施形態の測位方法の説明するための説明図である。
【０１０８】
詳細には、例えば、図１２に示すように、１つの送信局２００と、２つの受信局１００ａ、１００ｂとが存在する場合においては、受信局１００ａ及び受信局１００ｂにおいて、送信局２００からの測距パケット信号５００を受信した受信時刻を取得（推定）することにより、受信局１００ａと受信局１００ｂとの測距パケット信号５００の到達時間差τＡＢを算出することができる。
【０１０９】
そこで、本実施形態においては、図１２で示されるような系を応用して、３つの受信局１００ａ、１００ｂ、１００ｃを用いて、送信局２００の位置を測位することができる。以下の説明においては、図１３に示すように、１つの送信局２００と、３つの受信局１００ａ、１００ｂ、１００ｃとが存在するものとする。そして、例えば、各受信局１００ａ、１００ｂ、１００ｃの位置座標（世界座標系）は、図１３に示されるように、それぞれ、（ＸＡ、ＹＡ、ＺＡ）、（ＸＢ、ＹＢ、ＺＢ）、（ＸＣ、ＹＣ、ＺＣ）として既知であるものとする。
【０１１０】
そして、本実施形態においては、３つの受信局１００ａ、１００ｂ、１００ｃのそれぞれにおいて、送信局２００からの測距パケット信号５００を受信した受信時刻を取得する。そして、取得した各受信時刻を用いることにより、受信局１００ａと受信局１００ｂとの測距パケット信号５００の到達時間差τＡＢ、受信局１００ｂと受信局１００ｃとの測距パケット信号５００の到達時間差τＢＣ、及び、受信局１００ｃと受信局１００ａとの測距パケット信号５００の到達時間差τＣＡを算出することができる。さらに、各受信局１００ａ、１００ｂ、１００ｃの位置座標が既知であることから、下記の数式（４）を解くことで送信局２００の位置座標（世界座標系）（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出することができる。
【０１１１】
【数４】
2019128222.tif 000006
【０１１２】
なお、数式（４）においては、ｃは光速であるものとする。
【０１１３】
ところで、これまで説明した本発明の第１及び第２の実施形態においては、送信局２００における測距パケット信号５００の送信時刻を取得していた。そのため、第１及び第２の実施形態においては、送信局２００は、正確に送信時刻を取得するために、高精度のタイマー部２３０を内蔵していた。しかしながら、本実施形態においては、上述したように、送信時刻を用いることなく、送信局２００の位置を測位することができることから、送信局２００は、高精度のタイマー部２３０を内蔵していなくてもよい。従って、本実施形態においては、高精度のタイマー部２３０を内蔵していなくてもよいことから、送信局２００の製造コストの増加を抑えることができる。
【０１１４】
以上のように、本実施形態においては、送信局２００の製造コストを抑えつつ、精度よく測位することができる。
【０１１５】
＜＜ハードウェア構成＞＞
以上、本発明の各実施形態について説明した。続いて、本発明の実施形態に係るハードウェア構成について説明する。上述した測距システム１０における測距方法及び測位方法は、ソフトウェアと、以下に説明する受信局１００及び送信局２００のハードウェアとの協働により実現される。
【０１１６】
図１４は、本発明の実施形態に係る受信局１００及び送信局２００である無線通信装置９００のハードウェア構成例を示したブロック図である。無線通信装置９００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）９０２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）９０４と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）９０６と、を有する。また、無線通信装置９００は、入力部９０８と、出力部９１０と、ストレージ装置９１２と、ネットワークインタフェース９１４とを有する。以下に、当該無線通信装置９００の各ハードウェアブロックについて説明する。
【０１１７】
（ＣＰＵ９０２、ＲＯＭ９０４、ＲＡＮ９０６）
ＣＰＵ９０２は、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って受信局１００及び送信局２００である無線通信装置９００内の動作全般を制御する。また、ＣＰＵ９０２は、マイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ９０４は、ＣＰＵ９０２が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０６は、ＣＰＵ９０２の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらはＣＰＵバスなどから構成されるホストバス９１６により相互に接続されている。ＣＰＵ９０２、ＲＯＭ９０４及びＲＡＭ９０６は、ソフトウェアとの協働により図４及び図５を参照して説明した、受信局１００の相互相関処理部１１４、補間部１１６、計算部１２０、送信局２００の計算部２２０等の機能を実現し得る。
【０１１８】
（入力部９０８）
入力部９０８は、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、センサ、スイッチおよびレバーなどユーザが情報を入力するための入力手段と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０２に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、当該入力部９０８を操作することにより、受信局１００及び送信局２００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１１９】
（出力部９１０）
出力部９１０は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置、プロジェクター装置、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）装置およびランプなどの表示装置を含む。また、出力部９１０は、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置を含んでもよい。
【０１２０】
（ストレージ装置９１２）
ストレージ装置９１２は、データ格納用の装置である。ストレージ装置９１２は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置などを含んでもよい。ストレージ装置９１２は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔｒａｇｅ  Ｄｒｉｖｅ）、あるいは同等の機能を有するメモリ等で構成される。このストレージ装置９１２は、ストレージを駆動し、ＣＰＵ９０２が実行するプログラムや各種データを格納する。
【０１２１】
（ネットワークインタフェース９１４）
ネットワークインタフェース９１４は、例えば、ネットワークに接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。当該通信インタフェースは、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又はＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の近距離無線通信インタフェースや、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、または携帯通信網（ＬＴＥ、３Ｇ）等の通信インタフェースであることができる。また、ネットワークインタフェース９１４は、有線による通信を行う有線通信装置を含んでいてもよい。
【０１２２】
以上、本実施形態に係る本発明の実施形態に係る受信局１００及び送信局２００である無線通信装置９００のハードウェア構成例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。かかる構成は、実施する時々の技術レベルに応じて適宜変更されうる。
【０１２３】
＜＜まとめ＞＞
以上のように、上述の本発明の各実施形態においては、製造コストを抑えつつ、精度よく測距及び測位することができる。詳細には、本発明の実施形態においては、答えとなる既知の信号パターンと、受信局１００で受信された測距パケット信号５００の信号パターンとの間で、相互相関値６００を算出し、相互相関値６００が最も高くなるタイミングを検出する際に、離散的な値である相互相関値６００を適切に補間することにより、より精度よく受信時刻の推定を行うことができる。その結果、本実施形態においては、測距パケット信号５００のサンプリングの数を減らしても、精度よく受信時刻の推定を行うことができることから、高速サンプリング装置の内蔵を必須とせず、受信局１００の製造コストを抑えつつ、精度よく、送信局２００を測距及び測位することができる。
【０１２４】
＜＜補足＞＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２５】
また、上述した各実施形態における測距方法及び測位方法は、必ずしも記載された順序に沿って動作又は処理されなくてもよい。例えば、測距方法及び測位方法の各ステップは、適宜順序が変更されて処理されてもよい。また、各ステップは、時系列的に処理される代わりに、一部並列的に又は個別的に処理されてもよい。さらに、各ステップの動作方法又は処理方法についても、必ずしも記載された方法に沿って動作又は処理されなくてもよく、例えば、他の機能部によって他の方法で動作又は処理されていてもよい。
【０１２６】
さらに、上記の実施形態に係る測距方法及び測位方法の少なくとも一部は、コンピュータを機能させる情報処理プログラムとして、ソフトウェアで構成することが可能であり、ソフトウェアで構成する場合には、上記測距方法及び測位方法の少なくとも一部を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体に収納し、受信局１００、送信局２００等、もしくは、受信局１００、送信局２００等と接続された他の装置に読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。さらに、上記測距方法及び測位方法の少なくとも一部を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【符号の説明】
【０１２７】
１０    測距システム
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ    受信局
１１０、２１０    無線部
１１２    サンプリング部
１１４    相互相関処理部
１１６    補間部
１２０、２２０    計算部
１２２    ＡＣＫ返信部
１３０、２３０    タイマー部
２００    送信局
２２２    送信指示部
２２４    測距部
３００    人物
４００    屋内
５００    測距パケット信号
５０２    ＡＣＫパケット信号
６００    相互相関値
６０２、６０４    曲線
９００    無線通信装置
９０２    ＣＰＵ
９０４    ＲＯＭ
９０６    ＲＡＭ
９０８    入力部
９１０    出力部
９１２    ストレージ装置
９１４    ネットワークインタフェース
９１６    ホストバス
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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