(57)【要約】  位置が未知の無線装置に対し、高い精度で位置推定が可能な位置推定装置、位置推定システム、位置推定方法および位置推定用記録媒体を提供する。位置推定装置は、一つの無線装置が測定した他の無線装置との間の装置間距離と、上記一つの無線装置が算出した上記他の無線装置との装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集するデータ収集手段と、上記データ収集手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、含む。
2016125489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの無線装置が測定した他の無線装置との間の装置間距離と、前記一つの無線装置が算出した前記他の無線装置との装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集するデータ収集手段と、
前記データ収集手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、含む位置推定装置。
【請求項２】
一つの無線装置が測定した他の無線装置との間の装置間距離と、前記一つの無線装置が算出した前記他の無線装置との装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとを更新する無線装置間距離更新手段と、
前記無線装置間距離更新手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、含む位置推定装置。
【請求項３】
前記無線装置位置推定手段は、位置推定を行う無線装置の順番を位置が既知の無線装置との距離を基にしてソーティングする、請求項２に記載の位置推定装置。
【請求項４】
前記ソーティング手法として、位置が既知の無線装置との最大距離と最小距離の差が小さい無線装置から順に推定する、請求項３に記載の位置推定装置。
【請求項５】
前記ソーティング手法として、位置が既知の無線装置との平均距離が小さい無線装置から順に推定する、請求項３に記載の位置推定装置。
【請求項６】
前記更新された装置間距離と、前記更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記推定された未知の無線装置位置の補正を行う重みづけ補正手段をさらに含む、請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の位置推定装置。
【請求項７】
前記無線装置のうちで絶対位置が既知の無線装置の位置情報と、前記更新された装置間距離と、前記更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記補正された未知の無線装置位置に残留している幾何学的誤差に対する補正を行う幾何学補正手段をさらに含む、請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載の位置推定装置。
【請求項８】
お互いに無線信号を送受信して他の無線装置との間の装置間距離を測定し、該装置間距離の測定に用いた前記無線信号の受信品質に基づいて装置間距離の確からしさを算出し、測定された前記装置間距離と前記算出された装置間距離の確からしさとを所定の周期で出力する、複数の無線装置と、
前記複数の無線装置から、測定された前記装置間距離と前記算出された装置間距離の確からしさとを収集して、前記各無線装置の装置相対位置を算出して装置位置推定結果を出力する位置推定装置とを、含み、
前記位置推定装置は、
測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとを更新する無線装置間距離更新手段と、
前記無線装置間距離更新手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、備える位置推定システム。
【請求項９】
測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとを更新し、
前記収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する、位置推定方法。
【請求項１０】
プロセッサに、
測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとの更新処理を実行させ、
前記収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置の推定処理を実行させる、位置推定プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な位置推定用記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置推定装置、位置推定システム、位置推定方法および位置推定用記録媒体に関し、特に、複数の無線装置間の電波伝搬時間から推定される装置間距離を基にした、各無線装置の位置の推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置情報は、ナビゲーションシステム、地図情報サービス等の広い分野に利用されている。位置情報を取得する手段として、最も有名なシステムにＧＰＳ(Global Positioning System)がある。【０００３】
ＧＰＳでは、複数のＧＰＳ衛星から発信される電波を１つの受信機で受信し、それらの電波の到達する時間差から受信装置の位置を推定している。電波の到達時間差を正確に求めるために、ＧＰＳ衛星には原子時計が搭載されており、さらに定期的にその原子時計の補正を行うことによって、正確なタイミングで電波を送信することが可能になっている。ただし、通常、このように正確な時計は非常に高価であり、端末側に搭載するのは、コスト的に困難である。【０００４】
無線ネットワークシステムを構成する無線装置の位置を推定する技術が特許文献１乃至６に開示されている。【０００５】
特許文献１および特許文献２が開示する技術は、移動通信システムにおいて電波の受信遅延時間を利用して移動局の位置を推定するものである。特許文献１の技術では、複数の基地局からの電波の到来時間差を利用して位置を推定している。また、特許文献２の技術では、位置を求めたい移動局から、ゾーンの外周部に設けられた複数の基地局アンテナへの電波の遅延時間を測定することにより移動局の位置を算出している。【０００６】
特許文献３は、複数の基地局からの受信電波強度を測定して移動局の位置を推定する技術を開示する。電波強度を利用して位置を推定する手法は、他の手法に比べて低コストであるという利点があるものの、電波強度は周辺環境に大きな影響を受けるため、位置推定精度が非常に低いという課題もある。特許文献３は、電波強度を利用して位置を推定する手法の位置推定精度が低いという課題を、ニューラルネットワークを用いることで改善している。【０００７】
特許文献４には、センサーノード間の距離測定結果より複数のセンサーノードの位置を推定する手法が開示されている。特許文献４が開示する技術は、距離測定結果より、位置が既知であるアンカーノード間の角度を求め、この角度を所定の閾値と比較することにより、信頼性が低いロケーション推定値を排除することにより、全体的な位置情報の精度を高める手法を用いている。【０００８】
特許文献５は、無線アドホックネットワークを構成する無線装置の位置を自律的に推定可能な無線装置に関する技術である。特許文献５によれば、無線装置が、仮の自己位置と近傍に存在する無線装置の仮の位置とに基づいて演算した演算距離が、自己と近傍に存在する無線装置との間の測定距離に近づくように仮の自己位置を自律的に順次修正し、自己の位置を決定する。【０００９】
特許文献６には、直接拡散スペクトラム方式に基づく距離測定方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３３９３４１７号公報
【特許文献２】特許第３６２９３７０号公報
【特許文献３】特許第３１６５３９１号公報
【特許文献４】特許第５０２０４１１号公報
【特許文献５】特開２００６−２８７８９７号公報
【特許文献６】特開平１−２３１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した位置推定装置には、以下のような課題がある。【００１２】
無線通信における電波伝搬遅延を用いて無線装置間の位置関係を推定するとき、特許文献１や特許文献２が開示する技術は、位置が既知の基地局からの距離を推定することにより、位置が未知の移動局の位置を推定する手法である。そのため、位置が未知の無線装置間の通信距離測定を用いた位置推定に使用することは困難であり、また、位置が既知の基地局との距離情報のみを利用するため、大きな推定誤差が生じることがあった。【００１３】
特許文献３は、電波強度を利用して位置を推定する手法の位置推定精度が低いという課題を、ニューラルネットワークを用いることで改善するものである。しかし、改善を加えたとしても、電波強度を利用して位置を推定する手法は、電波の遅延時間差や到来方向を用いた位置推定に比べ、依然として位置推定精度は低い。【００１４】
特許文献４が開示する技術は、位置が未知のターゲットノードの位置推定精度の検証を行った後、位置が既知であるアンカーノードに変換されるため、位置が未知の無線装置間の通信距離測定を用いた位置推定に用いることは可能ではある。しかし、特許文献４が開示する技術では、個々の距離測定値に含まれる確からしさの違いが考慮されていないため、通信環境や通信パスの質の違いを測定することによる精度向上を行うことができないという問題がある。【００１５】
特許文献５が開示する技術は、再測定を繰り返すことにより、位置推定精度を高めることを行っている。しかし、この技術においても、無線装置間の距離測定における確からしさや、仮の位置推定時の位置の確からしさが考慮されておらず、通信環境や通信パスの質の違いを測定することによる精度向上を行うことができないという問題がある。【００１６】
特許文献６が開示する技術は、無線装置間の距離測定には使用できるが、無線装置の位置を推定することに関する記載はない。【００１７】
本発明の目的は、無線装置が相互に無線通信を行うことで相対的な位置関係を把握するという用途において、高い精度で位置推定が可能な位置推定装置、位置推定システム、位置推定方法および位置推定用記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を達成するため、本発明に係る位置推定装置は、
一つの無線装置が測定した他の無線装置との間の装置間距離と、上記一つの無線装置が算出した上記他の無線装置との装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集するデータ収集手段と、
上記データ収集手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、含む。【００１９】
本発明に係る位置推定システムは、
お互いに無線信号を送受信して他の無線装置との間の装置間距離を測定し、該装置間距離の測定に用いた上記無線信号の受信品質に基づいて装置間距離の確からしさを算出し、測定された上記装置間距離と上記算出された装置間距離の確からしさとを所定の周期で出力する、複数の無線装置と、
上記複数の無線装置から、測定された上記装置間距離と上記算出された装置間距離の確からしさとを収集して、上記各無線装置の装置相対位置を算出して装置位置推定結果を出力する位置推定装置とを、含み、
上記位置推定装置は、
測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとを更新する無線装置間距離更新手段と、
上記無線装置間距離更新手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、備える。【００２０】
本発明に係る位置推定方法は、
測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとを更新し、
上記収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する。【００２１】
本発明に係る位置推定用記録媒体は、位置推定プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
プロセッサに、
測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとの更新処理を実行させ、
上記収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置の推定処理を実行させる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、無線装置同士が無線通信を行うことで相対的な位置関係を把握し、これを用いて位置が未知の無線装置に対し、高い精度で位置推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の最上位概念の実施形態による位置推定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態の位置推定システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態の位置推定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態の位置推定方法の処理の流れを説明するフロー図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態の位置推定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態の位置推定用記録媒体が実現する機能手段の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態の位置推定システムで用いる無線装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】図８は、無線装置の遅延測定回路の構成例を示すブロック図である。
【図９】図９は、無線装置における受信信号の電力プロファイルの例を示す波形図である。
【図１０】図１０は、位置推定における疑似アンカーノードの追加の例を示す図である。
【図１１】図１１は、位置推定結果の選択処理の流れを説明するフロー図である。
【図１２】図１２は、重みづけ補正処理における配置収束過程の例を示す図である。
【図１３】図１３は、重みづけ補正処理における重みづけ平均化処理の例を示す図である。
【図１４】図１４は、回転誤差、および鏡面誤差の例を示す図である。
【図１５】図１５は、幾何学補正処理の流れを説明するフロー図である。
【図１６】図１６は、アンカーノードの緩和処理におけるアンカーノードの移動の例を示す図である。
【図１７】図１７は、幾何学補正処理における鏡面誤差の補正手法を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本明細書では、記号→はベクトルを表しているものとし、説明に使用するベクトル表記、例えば
【００２５】
【数１】
2016125489.tif 000003
などを、便宜上、→ｔ、→ａｉ、→ｔｋ−１、→ｒ、→θｋ−１、→ｘｉなどのように表示する場合があるが、同じものを指しているものとする。なお、図面中の矢印の向きは、一例を示すものであり、ブロック間の信号の向きを限定するものではない。
【００２６】
初めに、本発明の最上位概念による実施形態について説明する。図１は、本発明の最上位概念の実施形態による位置推定装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の位置推定装置の一例としての位置推定部１は、データ収集手段の一例としてのデータ収集部２と、無線装置位置推定手段の一例としての無線装置位置推定部３とを、含む。
【００２７】
データ収集部２は、一つの無線装置が測定した他の無線装置との間の装置間距離と、上記一つの無線装置が算出した上記他の無線装置との装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集する。上記測定データの装置間距離は、一つの無線装置が上記他の無線装置と無線信号を送受信して測定される。上記測定データの装置間距離の確からしさは、上記装置間距離の測定に用いた無線信号の受信品質に基づいて算出される。
【００２８】
無線装置位置推定部３は、データ収集部２が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する。そして、無線装置位置推定部３は、装置位置推定結果を出力する。本実施形態による位置推定装置によれば、データ収集部２が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する。これにより、複数の無線装置のうち位置が未知の無線装置に対し、高い精度で位置推定を行うことができる。以下、本発明の好ましい実施形態について、より詳細に説明する。
【００２９】
〔実施形態〕
次に、本発明の一実施形態による位置推定装置、位置推定システム、位置推定方法および位置推定用記録媒体について、説明する。尚、実施形態は例示であり、開示の装置およびシステムは、以下の実施形態の構成には限定されない。
【００３０】
（実施形態の構成）
本発明の一実施形態の位置推定システムを説明する。図２は、本発明の一実施形態の位置推定システムの構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態の位置推定システム１０は、複数の無線装置１１乃至１ｎ（ｎは自然数）および位置推定装置２０を含んで、構成される。
【００３１】
無線装置１１乃至１ｎの各無線装置は、位置が未知のものと位置が既知であるものが混在している。各無線装置は、無線信号を送受信して測定した他の無線装置との間の装置間距離と、該装置間距離の測定に用いた無線信号の受信品質に基づいて算出した距離測定値の確からしさとを、所定の周期で出力する。
【００３２】
位置推定装置２０は、無線装置間距離更新手段の一例としての無線装置間距離更新部１０１、無線装置位置推定手段の一例としての無線装置位置推定部１０２、および重みづけ補正手段の一例としての重みづけ補正部１０３を含む、構成になっている。さらに位置推定装置２０は、幾何学補正手段の一例としての幾何学補正部１０４を含む。
【００３３】
位置推定装置２０は、無線装置１１乃至１ｎの各無線装置が出力する装置間距離と距離測定値の確からしさとを測定データとして収集し、各無線装置の相対位置と相対位置の確からしさを算出して、装置位置推定結果として出力する。
【００３４】
無線装置間距離更新部１０１は、過去に算出した、過去の装置間距離および過去の装置間距離の確からしさを格納する記憶装置または記憶領域を含む。無線装置間距離更新部１０１は、次の二つに基づいて、上記装置間距離および上記装置間距離の確からしさを更新する。一つは、無線装置１１乃至１ｎの各無線装置が出力する装置間距離と距離測定値の確からしさである。もう一つは、記憶装置が格納する、過去の装置間距離および過去の装置間距離の確からしさである。
【００３５】
無線装置位置推定部１０２は、無線装置間距離更新部１０１で更新された装置間距離、および、位置が既知の無線装置の位置情報に基づいて、未知の無線装置の位置を推定する。
【００３６】
重みづけ補正部１０３は、無線装置間距離更新部１０１で更新された装置間距離と、装置間距離の確からしさとを用いて、無線装置位置推定部１０２で推定された未知の無線装置の位置の補正を行う。
【００３７】
幾何学補正部１０４は、重みづけ補正部１０３で補正された未知の無線装置の位置に残留している回転誤差や鏡面誤差等の幾何学的誤差に対する補正を行う。この幾何学的誤差に対する補正は、位置が既知の無線装置の位置情報と、無線装置間距離更新部１０１で更新された装置間距離および装置間距離の確からしさとを用いて、行う。
【００３８】
以上のように、本実施形態の位置推定装置２０では、各無線装置が出力する装置間距離と距離測定値の確からしさを収集する。無線装置間距離更新部１０１において装置間距離と距離測定値の確からしさを更新した後、無線装置位置推定部１０２において、未知の無線装置位置を推定する。この推定結果を、重みづけ補正部１０３および幾何学補正部１０４で補正を行うことによって、高い精度の位置推定結果を得ることができる。
【００３９】
次に、本発明の一実施形態の位置推定装置２０の構成についてより詳細に説明する。図３は、本発明の一実施形態の位置推定装置２０の構成を示すブロック図である。
【００４０】
位置推定装置２０は、各無線装置１１乃至１ｎが測定して算出したデータである無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさを収集し、無線装置位置を推定し、装置位置推定結果を出力する。なお、以降の説明において、「無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさ」を「無線装置間距離データ等」と称する場合もある。
【００４１】
図３の位置推定装置２０は、無線装置間距離測定データ収集部２０１、無線装置間距離更新部２０２、無線装置位置推定部２０３、重みづけ補正部２０４および幾何学補正部２０５を含む、構成になっている。
【００４２】
無線装置間距離測定データ収集部２０１は、各無線装置１１乃至１ｎに対して無線装置間距離の測定を指示して、各無線装置１１乃至１ｎから無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさとを測定データとして収集し、蓄積して整理する。前述したように、無線装置１１乃至１ｎは、所定の周期で無線装置間距離の測定を行い、その測定データを位置推定装置２０に逐次報告してくる。
【００４３】
無線装置間距離測定データ収集部２０１で収集した、無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさ（測定データ）は、無線装置間距離更新部２０２に送られる。
【００４４】
無線装置間距離更新部２０２では、次の二つに基づいて、更新した無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさを算出する。一つは、過去の無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさである。もう一つは、今回、無線装置間距離測定データ収集部２０１で収集した無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさである。
【００４５】
ここで、過去の無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさとは、これまでに無線装置間距離更新部２０２に送られた無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさをもとに更新された無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさのことである。無線装置間距離更新部２０２内に存在する記憶装置または記憶領域に、蓄積されたものである。
【００４６】
無線装置位置推定部２０３では、無線装置間距離更新部２０２で更新された無線装置間距離、および、絶対位置が既知の無線装置の位置情報に基づいて、未知の無線装置の位置を推定する。無線装置位置推定処理の詳細については後述する。
【００４７】
ここで、基本的には、無線装置の位置は相対位置として表現される。つまり、基準とする無線装置を決め、その無線装置の座標を基準とした相対座標で他の無線装置の装置位置が表現されるものとする。ただし、絶対位置が既知の無線装置が存在する場合は、その無線装置位置が基準となり、その絶対位置情報を利用して、その既知の無線装置の数に応じた自由度を許容した相対位置もしくは絶対位置を推定する。
【００４８】
重みづけ補正部２０４では、無線装置位置推定部２０３で推定された無線装置の位置の補正を行う。この位置補正には、該無線装置の位置に加え、無線装置間距離更新部２０２で更新された無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさを用いる。重みづけ補正処理の詳細については、後述する。
【００４９】
幾何学補正部２０５では、重みづけ補正部２０４で補正を行った無線装置の推定位置に対し、残留している回転誤差や鏡面誤差に対する補正を行い、結果出力する。幾何学補正処理の詳細については後述する。
【００５０】
（実施形態の動作）
次に、本発明の一実施形態の位置推定方法を説明する。図４は、本発明の一実施形態の位置推定方法の処理の流れを説明するフロー図である。
【００５１】
最初に、位置推定装置２０は各無線装置１１乃至１ｎに対して、周辺の無線装置との間の距離の測定開始を指示する（ステップＳ３０１）。例えば、図示しない外部装置から位置推定動作の開始を指示されると、位置推定装置２０では無線装置間距離測定データ収集部２０１が各無線装置１１乃至１ｎに対する測定開始指示を出すものとする。
【００５２】
測定開始の指示を受けた無線装置１１乃至１ｎは、前述のごとく、無線信号の送受信により他の無線装置との間の距離を測定し、該距離の測定に用いた無線信号の受信品質に基づいて距離測定値の確からしさとを算出して、位置推定装置２０に報告する。そして、無線装置１１乃至１ｎは、この測定と報告を所定の周期で繰り返して実行する。
【００５３】
位置推定装置２０は測定データの無線装置間距離と該距離の確からしさを受信する（ステップＳ３０２）。位置推定装置２０の無線装置間距離測定データ収集部２０１が、各無線装置１１乃至１ｎが報告する無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさを逐次収集する。
【００５４】
無線装置間距離測定データ収集部２０１は、収集した無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさを、無線装置間距離更新部２０２に転送する。
【００５５】
無線装置間距離更新部２０２は、その無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさ、および、過去の測定結果の更新結果に基づいて、無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさを更新する（ステップＳ３０３）。この無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさの更新は、無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさの測定データを受けて行われる。
【００５６】
測定データまたは更新した無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさは、次回の無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさの更新処理のために、無線装置間距離更新部２０２内に存在する記憶装置または記憶領域に格納しておく。この格納と同時に、更新した無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさを、無線装置位置推定部２０３に転送する。
【００５７】
無線装置位置推定部２０３では、無線装置間距離更新部２０２から転送された無線装置間距離をもとに、各無線装置１１乃至１ｎの位置を推定する（ステップＳ３０４）。ここで推定する位置は、絶対位置が既知の無線装置の数に応じて自由度を持たせたような相対位置もしくは絶対位置とする。
【００５８】
例えば、もし、絶対位置が既知の無線装置が存在しない場合は、特定の基準となる無線装置を決め、その位置を原点として、他の無線装置の相対位置座標を推定する。もし、絶対位置が既知の無線装置が１つ存在する場合は、その無線装置を基準とした相対位置を推定する。もし、絶対位置が既知の無線装置が２つ存在する場合は、その２つの無線装置を結ぶ線分を基準とした相対位置を推定する。この場合、２次元空間における位置推定の場合は、その線分に対する鏡面写像を許容するような自由度となる。また、３次元空間における位置推定の場合は、その線分を含む平面に対する鏡面写像、および、その線分を中心とする回転写像を行った位置関係になることを許容するような自由度となる。
【００５９】
もし、絶対位置が既知の無線装置が３つ存在する場合は、それらの無線装置位置が一直線に並ぶ場合を除き、それらの無線装置位置を含む平面を基準とした相対位置を推定する。この場合、２次元空間における位置推定の場合は、自由度を持たない、絶対位置の推定となり、３次元空間における位置推定の場合は、その平面に対する鏡面写像を許容するような位置推定となる。
【００６０】
もし、絶対位置が既知の無線装置が４つ以上存在する場合は、それらの無線装置位置が１つの平面内に存在する場合を除き、自由度を持たない、絶対位置の推定となる。
【００６１】
無線装置位置推定部２０３は、無線装置間距離更新部２０２から転送された無線装置間距離および無線装置間距離の確からしさ、そして、無線装置位置推定部２０３において求められた無線装置位置を、重みづけ補正部２０４に転送する。
【００６２】
重みづけ補正部２０４では、無線装置位置推定部２０３において求められた無線装置位置を、無線装置間距離の確からしさに基づいて補正する（ステップＳ３０５）。重みづけ補正部２０４では、同時に、無線装置位置の確からしさも求める。重みづけ補正部２０４で補正された無線装置位置、および、その確からしさは、幾何学補正部２０５に転送される。
【００６３】
幾何学補正部２０５では、重みづけ補正部２０４で補正を行った無線装置の推定位置に残留している回転誤差や鏡面誤差に対する補正を、位置が既知の無線装置の位置情報を利用して行う（ステップＳ３０６）。
【００６４】
幾何学補正部２０５は、更新した無線装置の位置を装置位置推定結果として、図示しない外部装置に出力する（ステップＳ３０７）。
【００６５】
そして、位置推定装置２０は、処理の終了条件を確認し（ステップＳ３０８）、終了条件に至ってない場合には（ステップＳ３０８のＮＯ）、再測定データに基づく更新処理を再度実行するように無線装置間距離更新部２０２に指示を出す。この場合は、ステップＳ３０２からステップＳ３０８の処理が繰り返される。
【００６６】
また、ステップＳ３０８において、終了条件に達した場合には（ステップＳ３０８のＹＥＳ）、位置推定装置２０は処理を終了する。
【００６７】
ここで、終了条件は任意に設定できる。たとえば、図示しない外部装置から終了指示を受けた場合を、終了の条件としてもよい。
【００６８】
次に、本発明の一実施形態の位置推定用記録媒体について、説明する。本発明の一実施形態の位置推定用記録媒体は、位置推定プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。以下、この位置推定プログラムを説明する。図５は、本発明の一実施形態の位置推定プログラムが実行される、本発明の一実施形態の位置推定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図５の位置推定装置２０は、無線回路４０１、プロセッサ４０２、命令メモリ４０３、共有メモリ４０４およびデータメモリ４０５を含む、構成になっている。図５の位置推定装置２０では、各構成要素の各機能を提供するプログラムを、プロセッサ処理装置上のプロセッサ４０２で実行することにより、ソフトウェア的に実現してもよい。
【００６９】
上記プログラムは位置推定用記録媒体、例えば、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記録デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）などの光学記録媒体などの形態で、流通され得る。このような記録媒体に記録されたプログラムを読み込んで、本実施形態の機能をソフトウェア的に実現してもよい。
【００７０】
図５では、各無線装置が取得した無線装置間距離データ等は位置推定装置２０に無線伝送される。位置推定装置２０は、無線回路４０１で無線装置間距離データ等を受信して一旦共有メモリ４０４に格納する。命令メモリ４０３には、無線装置位置推定機能、無線装置間距離更新機能、移動ベクトル生成機能および無線装置位置更新機能の各手順を記述したプログラムが格納されている。共有メモリ４０４に格納された無線装置間距離データ等は、プロセッサ４０２が命令メモリ４０３に格納された各プログラムを実行することにより処理されて、各無線装置の位置の推定処理が行われる。
【００７１】
本発明の一実施形態の位置推定プログラムが実現する機能手段の構成を、図６に示す。本実施形態の位置推定プログラムは、プロセッサ４０２を、距離測定データ収集機能手段５０１、無線装置間距離更新機能手段５０２、無線装置位置推定機能手段５０３、重みづけ補正機能手段５０４、幾何学補正機能手段５０５として、機能させる。
【００７２】
距離測定データ収集機能手段５０１は、各無線装置が所定の周期で出力する、無線信号を送受信して測定した他の無線装置との間の装置間距離と、該装置間距離の測定に用いた無線信号の受信品質に基づいて算出した該装置間距離の確からしさとを収集する。
【００７３】
無線装置間距離更新機能手段５０２では、次の二つに基づいて、更新した無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさを算出する。一つは、過去の無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさである。もう一つは、距離測定データ収集機能手段５０１で収集した無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさである、
ここで、過去の無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさとは、過去に無線装置間距離更新機能手段５０２で算出された無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさであり、データメモリ４０５に格納されたものである。
【００７４】
無線装置位置推定機能手段５０３は、無線装置間距離更新機能手段５０２によって更新された無線装置間距離、および、絶対位置が既知の無線装置の位置情報に基づいて、未知の無線装置の位置を推定する。
【００７５】
重みづけ補正機能手段５０４は、無線装置位置推定機能手段５０３で推定された無線装置位置の補正を行う。この位置補正には、該無線装置位置に加え、無線装置間距離更新機能手段５０２で更新された無線装置間距離と無線装置間距離の確からしさを用いる。
【００７６】
幾何学補正機能手段５０５は、重みづけ補正機能手段５０４で補正を行った無線装置の推定位置に残留している回転誤差や鏡面誤差に対する補正を行う。こうしてプロセッサ４０２は位置推定プログラムにより、各無線装置が出力する装置間距離と距離測定値の確からしさとによる測定データから、各無線装置の相対位置と相対位置の確からしさを算出して、装置位置推定結果として出力する。
【００７７】
（実施形態の効果）
本実施形態による位置推定システムでは、過去の装置間距離および過去の装置間距離の確からしさと、新たに収集した装置間距離および装置間距離の確からしさと、位置が既知の無線装置の位置情報に基づいて、未知の無線装置の位置を推定している。
【００７８】
これにより本実施形態では、無線装置が相互に無線通信を行うことで相対的な位置関係を把握するという用途において、高い精度で無線装置の位置推定を行うことができる。
【００７９】
（具体例）
以下、図７乃至図９を参照して、無線装置１１乃至１ｎによる他の無線装置との間の距離の算出手法の具体例について、説明する。
【００８０】
＜無線装置間距離の算出＞
図２の各無線装置１１乃至１ｎは、他の無線装置との間で無線通信を行い、信号の伝搬遅延時間を測定して距離を算出する。伝搬遅延時間を測定する方法としては、いくつかの方法がある。例えば、各無線装置１１乃至１ｎがネットワークシステム内で共通のタイマーを保持し、他の無線装置からの信号の送信時刻と、その信号の受信時刻との差から距離を算出するようにしてもよい。また、信号が２つの無線装置間を往復する時間を計測し、その計測した往復時間から２つの無線装置間の距離を算出するようにしてもよい。特許文献６が開示する遅延測定回路では、送信側が送信したタイミングパルス信号を、受信側で折り返して送信側が再受信するラウンドトリップ時間から距離を算出している。
【００８１】
図７は、本発明の一実施形態の位置推定システムで用いる無線装置の構成例を示すブロック図である。図７の無線装置３０は、図２の無線装置１１乃至１ｎの具体例を示している。本実施形態の無線装置では、送信側が送信した、拡散符号を用いて拡散されたタイミングパルス信号を、受信側で折り返して送信側に再受信するラウンドトリップ時間から距離を算出する方法を採用している。
【００８２】
本実施形態の無線装置３０は、タイミングパルス信号生成回路６０１とデータ変調回路６０２とを含む送信部(ＴＸ：Transmitter)、および遅延測定回路６０４とデータ復調回路６０５とを含む受信部(ＲＸ：Receiver)を備える。その他に、無線信号の送信回路である送信ＲＦ(Radio Frequency)回路６０３、無線信号の受信回路である受信ＲＦ回路６０６、およびプロセッサ６０８を備えた制御回路６０７を含む、構成になっている。
【００８３】
各無線装置３０は、タイミングパルス信号生成回路６０１を用いて作成したタイミングパルス信号を周辺の他の無線装置に送信し、折り返して戻ってきたタイミングパルス信号の時間差を、遅延測定回路６０４を用いて測定する。
【００８４】
このとき、各無線装置３０は、通信が可能な範囲の複数の他の無線装置から折り返して戻ってきたタイミングパルス信号を、受信することになる。そして、各無線装置３０は、他の無線装置がタイミングパルス信号を折り返す際に挿入する識別情報により、どの無線装置から戻ってきたタイミングパルス信号であるかを識別することができる。
【００８５】
制御回路６０７は、遅延測定回路６０４が出力するタイミングパルス信号の送受信の時間差に基づいて、他の無線装置との間の距離を算出する。
【００８６】
また、各無線装置３０は、遅延時間を測定するとともに、その遅延時間を測定するときに用いた受信信号のＳＮ(Signal to Noise)比および受信信号の遅延広がりも、測定する。この受信信号の遅延広がりは、遅延スプレッドとも称するものである。受信信号のＳＮ比および遅延広がりは、後述するように、装置間距離測定値の確からしさの算出に用いる。なお、遅延広がりは、反射波によるマルチパスの遅延特性を表すパラメータで、電力遅延プロファイルの遅延時間に対する標準偏差を表す。
【００８７】
なお、遅延時間の測定に基づいて各無線装置３０が装置間距離を算出する代わりに、特定の無線装置が遅延時間等を解析して装置間距離を算出するように構成してもよい。その場合、遅延時間を測定した各無線装置は、測定した遅延時間をデータ変調回路６０２で変調し、送信ＲＦ回路６０３を介して特定の無線装置に送信する。そして、特定の無線装置では、受信ＲＦ回路６０６を介して受信した無線信号をベースバンド信号に変換し、データ復調回路６０５でデータを復調し、制御回路６０７で遅延時間を解析する。
【００８８】
図８は、無線装置３０の遅延測定回路６０４の構成例を示すブロック図である。また、図９は、無線装置３０における受信信号の電力プロファイルの例を示す波形図である。
【００８９】
遅延測定回路６０４は図８に示すように、マッチドフィルタ７０１、相関係数生成回路７０２、電力演算回路７０３、およびピーク検出回路７０４を含む、構成になっている。
【００９０】
図７の受信ＲＦ回路６０６で受信された周波数が、マッチドフィルタ７０１に最適な周波数にダウンコンバートされて、マッチドフィルタ７０１に入力される。同時に、相関係数生成回路７０２でタイミングパルス信号用の相関係数が、マッチドフィルタ７０１に与えられる。マッチドフィルタ７０１は、入力データとタイミングパルス信号の符号列との相関値を計算して、その相関の程度に応じた相互相関ベクトル値を出力する。マッチドフィルタ７０１が出力した相互相関ベクトル値は、電力演算回路７０３で電力に変換され、電力プロファイルが生成される。この電力プロファイルは、図９のようなピークを持つ波形となる。
【００９１】
電力演算回路７０３が出力した電力プロファイルは、ピーク検出回路７０４に入力される。ピーク検出回路７０４が該電力プロファイルのピーク点の時間を測定することにより、タイミングパルス信号の到達時間が求められる。また、この電力プロファイルから遅延広がりも求めることができる。
【００９２】
＜無線装置間距離の確からしさの算出＞
受信信号のＳＮ比（ｒ）および遅延広がり（ｄ）を用いて、無線装置間距離の確からしさ（σ）を算出する。無線装置間距離の確からしさ（σ）は、その無線装置間距離の測定値の標準偏差を表しており、最も確からしいときは０となるような正の実数値となる。
【００９３】
無線装置間距離の確からしさ（σ）は、下記の式で求める。
【００９４】
【数２】
2016125489.tif 000004
【００９５】
ここで、関数ｆ（ｄ）、ｇ（ｒ）は多項式関数である。その係数は無線装置固有の値であり、無線装置毎にあらかじめ測定し、引数に対してフィッティングして求めておく。
【００９６】
例えば、関数ｆ（ｄ）が
【００９７】
【数３】
2016125489.tif 000005
という式で表されるとすると、係数ａｉは実測結果からフィッティングして求めるという意味である。
【００９８】
なお、本具体例では、無線装置間距離の確からしさ（σ）を各無線装置で計算するとしているが、前述したような特定の無線装置で計算してもよい。また、さらに、無線装置間距離と共に無線品質データを位置推定装置２０に送って、位置推定装置２０が算出するように構成してもよい。
【００９９】
次に、位置推定装置２０の無線装置間距離更新部２０２における無線装置間距離および無線装置間距離の確からしさの更新手法の具体例について説明する。
【０１００】
＜無線装置間距離情報の更新＞
無線装置間距離更新部２０２では、今回測定された無線装置間距離およびその確からしさと、過去の更新結果を用いて、重みづけ平均化処理することにより更新した無線装置間距離およびその確からしさを求める。
【０１０１】
ここでは、無線装置間距離の確からしさの表現に標準偏差値を用いる。
【０１０２】
まず、過去の無線装置間距離の確からしさに関して、時間経過に伴い、その距離情報の精度が劣化していることを、以下の式を用いて表現する。
【０１０３】
【数４】
2016125489.tif 000006
【０１０４】
ここで、ｄｐｒｅｖは過去の無線装置間距離の更新結果、ｄｃｕｒｒは一定時間経過後の過去の無線装置間距離の更新結果を示す。σｐｒｅｖは過去の無線装置間距離の標準偏差の更新結果、σｃｕｒｒは一定時間経過後の過去の無線装置間距離の標準偏差の更新結果を示す。ｅｆｇｔは忘却係数、ｔｐｒｏｇは前回更新時からの経過時間を示す。忘却係数ｅｆｇｔはシステムや状態に対して与えられる１以上の実数の定数で、時間経過に伴う無線装置位置の変化の度合いを示す。
【０１０５】
次に、無線装置間距離およびその標準偏差値を更新する。無線装置間距離の更新には、最尤推定法を用いた重みづけ加算による平均化処理を用いる。
【０１０６】
【数５】
2016125489.tif 000007
【０１０７】
ここで、ｄｍｅａｓは今回測定された無線装置間距離を、σｍｅａｓは今回測定された無線装置間距離の標準偏差値を、ｄａｖｅは更新された無線装置間距離を、σａｖｅは更新された無線装置間距離の標準偏差値を示す。
【０１０８】
更新された無線装置間距離ｄａｖｅ、および更新された無線装置間距離の標準偏差値σａｖｅは、次回の無線装置間距離情報の更新処理のため記憶装置または記憶領域に保管しておく。
【０１０９】
次に、位置推定装置２０の無線装置位置推定部２０３における無線装置位置の推定処理手法の具体例について、説明する。
【０１１０】
＜無線装置位置の推定＞
無線装置位置推定部２０３では、無線装置間距離更新部２０２で更新された無線装置間距離を用いて、位置が未知の無線装置の位置推定を行う。以降の説明では、位置が既知の無線装置をアンカーノード、位置推定対象の無線装置をターゲットノード、位置推定済みの無線装置を疑似アンカーノードと呼ぶ。
【０１１１】
複数存在する位置が未知の無線装置の位置推定は、その無線装置１つずつ順に行っていく。その順番は、後述する位置推定ソーティング手法により決定する。
【０１１２】
ターゲットノードの位置推定は、図１０のように、アンカーノードおよび疑似アンカーノードからの無線装置間距離情報を用いて行う。位置推定を行ったターゲットノードは、その後の位置推定処理において、疑似アンカーノードとして使用できるようになるため、ターゲットノードを推定するために用いられる疑似アンカーノード数は、徐々に増加していく。
【０１１３】
ターゲットノードの位置推定には最小２乗法を用いる。最小２乗法の評価関数Ｅ（→ｔ）は以下の式で表される。
【０１１４】
【数６】
2016125489.tif 000008
【０１１５】
ここで、→ｔはターゲットノードの位置ベクトルを示し、→ａｉはそのターゲットノードとの無線装置間距離情報が与えられているアンカーノード、もしくは疑似アンカーノードの位置ベクトルを示す。ｄｉはそのアンカーノードもしくは疑似アンカーノードに対応する無線装置間距離更新部２０２にて更新された無線装置間距離を示す。ｉはそのアンカーノードもしくは疑似アンカーノードの番号を示す。
【０１１６】
最小２乗法では、評価関数Ｅ（→ｔ）が最小となるターゲットノードの位置ベクトル→ｔを求める。そのようなターゲットノードの位置ベクトル→ｔを求めるためには、しばしば最急降下法が用いられる。最急降下法では、以下の式で表すような漸化式を用いて、演算を繰り返すことにより、ベクトル→ｔｋを徐々に評価関数Ｅ（→ｔ）が最小となるターゲットノードの位置ベクトル→ｔに近づけていく。
【０１１７】
【数７】
2016125489.tif 000009
【０１１８】
ここで、μはステップサイズと呼ばれる定数で、収束速度を制御するために用いられる。ステップサイズは、推定精度や処理速度に応じた適切な値に設定する必要がある。また、繰り返し回数も同様に適切な回数に設定する必要がある。繰り返し回数に関しては、最大の繰り返し回数を設定しておき、評価関数Ｅ（→ｔ）の導関数の絶対値がしきい値以下になったら途中で打ち切るという手法がしばしば用いられる。
【０１１９】
最小２乗法では、アンカーノードや疑似アンカーノードの位置等によって、正しい解と異なる位置に評価関数の値が極小となるような解が存在する場合がある。このような解を局所解と呼ぶが、最急降下法を用いた最小２乗法の解法を用いた場合、位置ベクトルの初期値や測定誤差の影響等により、このような局所解に収束してしまうことがある。
【０１２０】
局所解に収束する確率を低減し、かつ、上記の漸化式の繰り返し回数を削減するため、アンカーノードもしくは疑似アンカーノードの内、もっともターゲットノードとの距離が短いノードの位置ベクトルをターゲットノードの位置ベクトルの初期値→ｔ０とする。
【０１２１】
このような処理を位置が未知の無線装置に対して繰り返し行うことにより、距離情報が不足するために位置推定が不可能な無線装置を除く全ての、位置が未知の無線装置の位置推定を行う。
【０１２２】
＜位置推定ソーティング＞
前述のように、複数存在する位置が未知の無線装置の位置推定は、その無線装置１つずつに対して順に行っていく。位置推定を行ったノードは、それ以降の位置推定に用いられる疑似アンカーノードに組み入れられる。最初の方で間違ったところに位置推定してしまうと、それ以降の位置推定に大きな影響を与えてしまうため、位置推定を行う無線装置の順番を適切に設定する必要がある。
【０１２３】
最初は疑似アンカーノード数が少ないため、主にアンカーノードを用いて、ターゲットノードの位置推定を行う。ターゲットノードがアンカーノードの重心に近いときは、局所解が発生しにくいため、アンカーノードの重心に近い順に位置推定を行うことで、平均位置推定誤差が小さくなる。
【０１２４】
ところが、位置推定前には、各無線装置の位置が分からないため、アンカーノードの重心に近い順に正しく並べ替えることは容易でない。
【０１２５】
そこで、以下の２手法の内いずれかを用いる。
ソーティング手法１：  アンカーノードとの最大距離と最小距離の差が小さいノードから順に推定する。
ソーティング手法２：  アンカーノードとの平均距離が小さいノードから順に推定する。
【０１２６】
上記２手法とも無線装置の配置により、例外となるケースが存在するため、どちらの手法が良いとは言えないが、上記ソーティングのいずれかを実施することによって、ソーティングを行わない場合より、平均推定誤差を低減できる。
【０１２７】
＜推定結果の選択＞
前述のように位置推定ソーティング手法には２手法があり、そのどちらがよいかは、位置推定前には分からない。そこで、その両方のソーティング手法を用いて位置推定を行い、推定品質の評価を行い、より推定品質の高い位置推定値を選択する。図１１に推定結果の選択の流れを示す。
【０１２８】
まず、手法１の位置推定ソーティングを行い、位置推定し、その推定品質の測定を行う（ステップＳ１００１、ステップＳ１００３、ステップＳ１００５）。次に、手法２の位置推定ソーティングを行い、位置推定し、その推定品質の測定を行う（ステップＳ１００２、ステップＳ１００４、ステップＳ１００６）。最後に、上記２手法を用いた推定品質を比較し、品質が高い位置推定結果を選択する（ステップＳ１００７）。
【０１２９】
推定品質の評価関数Ｅには、以下の式を用いる。
【０１３０】
【数８】
2016125489.tif 000010
【０１３１】
ここで、→ｔｉはｉ番目の無線装置の位置ベクトルの推定値（アンカーノードの場合はその位置ベクトル）、→ｔｊはｊ番目の無線装置の位置ベクトルの推定値（アンカーノードの場合はその位置ベクトル）を示す。ｄｉｊはｉ番目の無線装置とｊ番目の無線装置間の距離を示す。評価関数Ｅの値が小さい方がより品質が高い。
【０１３２】
次に、位置推定装置２０の重みづけ補正部２０４における無線装置位置の重みづけ補正手法の具体例について、説明する。
【０１３３】
＜重みづけ補正処理＞
重みづけ補正部２０４では、無線装置位置推定部２０３において求められた無線装置位置を、無線装置間距離の確からしさに基づいて補正し、同時に、補正した無線装置位置の確からしさも求める。
【０１３４】
重みづけ補正処理は、図１２のように、アンカーノードを除くノードに対し実施し、それを事前に設定した回数だけ繰り返す。これは、重みづけ補正を行うことにより、補正したノードの位置がずれ、それが他のノードの重みづけ補正に影響を与えるため、対象となる全ノードに対する重みづけ補正処理を繰り返すことにより、配置変動を徐々に収束させるために行う。繰り返し回数は、システム毎に、その収束状況から経験的に求める。
【０１３５】
重みづけ補正は、図１３のように、重みづけ補正対象ノードの近隣ノードから、その重みづけ補正対象ノードに向かって伸び、かつ、対応する無線装置間距離を持つベクトルを求める。さらに、そのベクトルの端点の位置ベクトルおよびその確からしさを求め、その複数の端点の位置ベクトルと確からしさに対して重みづけ加算することによって求める。また、同時に、その重みづけ補正対象ノードの位置ベクトルの確からしさもその複数の端点の位置ベクトルの確からしさから求める。
【０１３６】
ここで、近隣ノードとは、重みづけ補正対象のノードとの無線装置間距離、および、それ自身の位置ベクトルの確からしさが分かっているノードを示すものとする。
【０１３７】
配置収束過程における最初のターンの最初の重みづけ補正処理では、位置ベクトルの確からしさが分かっているノードはアンカーノードしかない。重みづけ補正処理を行っていくことによって、徐々に位置ベクトルの確からしさが分かっているノードが増えていき、２ターン目になると、殆どのノードで、その位置ベクトルの確からしさが求められていることになる。
【０１３８】
重みづけ補正処理の式を以下に示す。
【０１３９】
【数９】
2016125489.tif 000011
【０１４０】
ここで、→ｔｎｅｗは重みづけ補正後の対象ノードの位置ベクトル、δｔｎｅｗは重みづけ補正後の対象ノードの位置ベクトルの標準偏差、→ｔは重みづけ補正対象ノードの位置ベクトルとする。→ａｉは近隣ノードの位置ベクトル、δａｉは近隣ノードの位置ベクトル→ａｉの標準偏差、ｄｉは測定距離、δｄｉは測定距離ｄｉの標準偏差、Ｎは近隣ノード数とする。ここで、重みづけ補正後の対象ノードの位置ベクトルの標準偏差はスカラー量であり、重みづけ補正後の対象ノードの位置ベクトルの確からしさを示す。近隣ノードの位置ベクトルの標準偏差はスカラー量であり、近隣ノードの位置ベクトルの確からしさを示す。位置ベクトルの標準偏差は、位置ベクトルを構成する各成分ごとに算出した分散の全ての成分の和の平方根で表される。
【０１４１】
次に、位置推定装置２０の幾何学補正部２０５における無線装置位置の幾何学補正手法の具体例について説明する。
【０１４２】
＜幾何学補正処理＞
前述のように、幾何学補正部２０５では、重みづけ補正部２０４で重みづけ補正を行った無線装置の推定位置に残留している回転誤差や鏡面誤差を低減するために、位置が既知の無線装置の位置情報を利用して、幾何学補正を実施する。
【０１４３】
ここで、回転誤差や鏡面誤差とは、図１４のように、アンカーノードに対する位置推定対象ノードの集合的なずれを意味する。２次元位置推定の場合は、アンカーノード数が２以上のときに発生し、３次元位置推定の場合は、アンカーノード数が３以上のときに発生する。
【０１４４】
幾何学補正処理の大まかな流れを図１５に示す。まず、アンカーノードに対し、前述の重みづけ補正処理と同様な処理を行うことによって、アンカーノードの配置を、重みづけ補正部２０４で重みづけ補正をおこなったノードに合うように緩和させる（ステップＳ１４０１）。
【０１４５】
次に、緩和したアンカーノード配置と、正しいアンカーノードの配置を比較し、その幾何学的誤差量を検出する（ステップＳ１４０２）。最後に、その幾何学的誤差量にしたがって、アファイン変換を用いて、位置推定対象ノードの幾何学補正を実施する（ステップＳ１４０３）。
【０１４６】
＜アンカーノードの緩和処理＞
アンカーノードの緩和処理では、前述の重みづけ補正処理と同様な処理を行う。重みづけ補正処理との違いは、重みづけ補正処理ではアンカーノードを除いたノード（位置推定対象ノード）のみに対して補正処理を実施するのに対し、アンカーノード緩和処理では、アンカーノードを含めた全ノードに対して、補正処理を実施する。
【０１４７】
もし、重みづけ補正を行った無線装置の推定位置に回転誤差や鏡面誤差が残留している場合、アンカーノードの緩和処理を行うことによって、図１６のように、アンカーノードの位置が本来のアンカーノードとずれた位置に収束する。このずれが、残留している回転誤差や鏡面誤差等の幾何学的誤差に相当する。
【０１４８】
＜幾何学的誤差の検出＞
緩和前後のアンカーノードの配置から幾何学的誤差量を算出する。幾何学的補正には、次式のアフィン変換を用いる。緩和前のアンカーノードの配置と緩和後のアンカーノードの配置とは、回転及び平行移動を含むアフィン変換を想定して、次式の関係がある。位置ベクトルを構成する各成分について、次の一般式を想定する。
【０１４９】
【数１０】
2016125489.tif 000012
【０１５０】
ここで、→ｘｉは緩和後の各ノードの位置ベクトル、→ｙｉは緩和前の各ノードの位置ベクトル、→ｒは平行移動ベクトル、→θは回転角（３次元の位置推定のときは２次元のベクトル）を示す。
【０１５１】
幾何学的誤差量としては、上記のアフィン変換パラメータ（→ｒ，→θ）を算出する。アフィン変換パラメータの算出には、最小２乗法を用いることができる。
【０１５２】
幾何学的誤差量算出のための最小２乗法の評価関数Ｅ（→ｒ，→θ）を以下に示す。
【０１５３】
【数１１】
2016125489.tif 000013
【０１５４】
ここで、→ｘｉは緩和後のアンカーノードの位置ベクトル、→ｙｉは緩和前のアンカーノードの位置ベクトルを示す。
【０１５５】
最小２乗法では、上記の評価関数Ｅ（→ｒ，→θ）が最小になるようなパラメータ（→ｒ，→θ）を算出する。このようなパラメータを算出する手法として、前述の位置推定のときに利用した最急降下法を用いることができる。
【０１５６】
アフィン変換パラメータの算出のために用いる最急降下法では、以下の式で表すような漸化式を用いて、演算を繰り返すことにより、ベクトル→ｒｋ、→θｋを徐々に評価関数Ｅ（→ｒ，→θ）が最小となるアフィン変換パラメータ（→ｒ，→θ）に近づけていく。
【０１５７】
【数１２】
2016125489.tif 000014
【０１５８】
ここで、μｒは平行移動ベクトル用のステップサイズを示し、μθは回転角用のステップサイズを示す。これらの定数は、収束速度を制御するために用いられる。
【０１５９】
＜アフィン変換処理＞
幾何学的誤差の検出処理で求めたアフィン変換パラメータを用いて、アンカーノード緩和処理後の位置推定対象ノードの位置ベクトルに対して前述のアフィン変換を実施することにより、幾何学補正を行う。ただし、アフィン変換だけでは、鏡面誤差の補正は行えないため、図１７に示すような手法を用いる。
【０１６０】
まず、緩和後のノード配置に対してそのまま、アフィン変換パラメータを推定し、アフィン変換を行う（ステップＳ１６０２、ステップＳ１６０４）。次に、緩和後のノード配置に対して鏡面変換したノード配置に対しても、同様に、アフィン変換パラメータを推定し、アフィン変換を行う（ステップＳ１６０１、ステップＳ１６０３、ステップＳ１６０５）。最後に、その両者の補正結果を比較し、より誤差が小さな方の配置を選択する（ステップＳ１６０６）。
【０１６１】
ここで、鏡面変換とは、２次元位置推定の場合、アンカーノードの重心付近を通る直線に対する鏡面写像を意味し、３次元位置推定の場合、アンカーノードの重心付近を通る平面に対する鏡面写像を意味する。
【０１６２】
また、補正結果の選択では、アンカーノードのアフィン変換後の位置ベクトルと実際のアンカーノードの位置ベクトルとの平均距離が小さな方を選択する。
【０１６３】
以上説明した具体例の手法によって、位置が既知の無線装置の位置情報に基づいて、未知の無線装置の位置を推定し、さらに推定された未知の無線装置位置に残留している回転誤差や鏡面誤差等の幾何学的誤差に対する補正を行うことができる。これによって、無線装置が相互に無線通信を行うことで相対的な位置関係を把握するという用途において、高精度の無線装置の位置推定を実現できる。
【０１６４】
以上、本発明の好ましい実施形態やその具体例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。
【０１６５】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）一つの無線装置が測定した他の無線装置との間の装置間距離と、前記一つの無線装置が算出した前記他の無線装置との装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集するデータ収集手段と、前記データ収集手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、含む位置推定装置。
（付記２）前記測定データの装置間距離は、一つの無線装置が前記他の無線装置と無線信号を送受信して測定されたものである、付記１に記載の位置推定装置。
（付記３）前記測定データの装置間距離の確からしさは、前記装置間距離の測定に用いた前記無線信号の受信品質に基づいて算出されたものである、付記１又は付記２に記載の位置推定装置。
（付記４）一つの無線装置が測定した他の無線装置との間の装置間距離と、前記一つの無線装置が算出した前記他の無線装置との装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとを更新する無線装置間距離更新手段と、前記無線装置間距離更新手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、含む位置推定装置。
（付記５）前記無線装置位置推定手段は、位置推定を行う無線装置の順番を位置が既知の無線装置との距離を基にしてソーティングする、付記４に記載の位置推定装置。
（付記６）前記ソーティング手法として、位置が既知の無線装置との最大距離と最小距離の差が小さい無線装置から順に推定する、付記５に記載の位置推定装置。
（付記７）前記ソーティング手法として、位置が既知の無線装置との平均距離が小さい無線装置から順に推定する、付記５に記載の位置推定装置。
（付記８）前記ソーティング手法として、複数のソーティング手法を用いてソーティングし、位置推定した結果からもっとも推定結果の評価値が高いものを選択する、付記５に記載の位置推定装置。
（付記９）前記評価値として、位置が既知の無線装置の位置と推定した無線装置の位置の距離と、前記測定した装置間距離の差を２乗し、全ての位置が既知の無線装置に対して加算した結果がより小さいものを評価値が高いものとする、付記８に記載の位置推定装置。
（付記１０）前記更新された装置間距離と、前記更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記推定された未知の無線装置位置の補正を行う重みづけ補正手段をさらに含む、付記４乃至付記９のいずれか一つに記載の位置推定装置。
（付記１１）前記重みづけ補正手段は、位置が既知の無線装置を除く無線装置に対し順に重みづけ補正を実施し、対象となる無線装置に対する重みづけ補正が一通り終わった後、また最初の対象となる無線装置から順に重みづけ補正を実施することを、複数回繰り返す、付記１０に記載の位置推定装置。
（付記１２）前記重みづけ補正は、重みづけ補正対象ノードの近隣ノードから、その重みづけ補正対象ノードに向かって伸び、かつ、対応する無線装置間距離を持つベクトルを求め、そのベクトルの端点の位置ベクトルおよびその確からしさを求め、その複数の端点の位置ベクトルと確からしさに対して重みづけ加算することによって求める、付記１１に記載の位置推定装置。
（付記１３）前記無線装置のうちで絶対位置が既知の無線装置の位置情報と、前記更新された装置間距離と、前記更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記補正された未知の無線装置位置に残留している幾何学的誤差に対する補正を行う幾何学補正手段をさらに含む、付記１０乃至付記１２のいずれか一つに記載の位置推定装置。
（付記１４）前記幾何学補正手段は、位置が既知の無線装置の位置に対して重みづけ補正を実施することによって、位置が既知の無線装置の疑似的な位置を算出し、その算出した位置と位置が既知の無線装置の実際の位置を比較することにより、その幾何学的誤差量を求め、その幾何学的誤差量に応じて位置が未知の無線装置の位置を幾何学補正する、付記１３に記載の位置推定装置。
（付記１５）前記幾何学的誤差量の算出において、重みづけ補正を実施した位置が既知の無線装置の位置に対して幾何学的補正を行ったものと、位置が既知の無線装置の実際の位置の差分の２乗の和が最小になるようにする幾何学補正パラメータを求める、付記１４に記載の位置推定装置。
（付記１６）前記幾何学的補正において、鏡面変換を行った位置が既知の無線装置の位置に対しても重みづけ補正を実施することによって、位置が既知の無線装置の疑似的な位置を算出し、その算出した位置と位置が既知の無線装置の実際の位置を比較することにより、その幾何学的誤差量を求め、その幾何学的誤差量に応じて位置が未知の無線装置の位置を幾何学補正し、鏡面変換を行わなかったものと、鏡面変換を行ったものとの幾何学補正結果を比較し、より誤差が小さな方の配置を選択する、付記１４に記載の位置推定装置。
（付記１７）前記幾何学的補正結果の比較において、位置が既知の無線装置の幾何学補正結果の位置と位置が既知の無線装置の実際の位置との平均距離が小さな方を選択する、付記１６に記載の位置推定装置。
（付記１８）前記幾何学補正手段は、前記補正された各無線装置の相対位置もしくは絶対位置に残留している回転誤差や鏡面誤差に対する補正を行う、付記１３乃至付記１７のいずれか一つに記載の位置推定装置。
（付記１９）お互いに無線信号を送受信して他の無線装置との間の装置間距離を測定し、該装置間距離の測定に用いた前記無線信号の受信品質に基づいて装置間距離の確からしさを算出し、測定された前記装置間距離と前記算出された装置間距離の確からしさとを所定の周期で出力する、複数の無線装置と、前記複数の無線装置から、測定された前記装置間距離と前記算出された装置間距離の確からしさとを収集して、前記各無線装置の装置相対位置を算出して装置位置推定結果を出力する位置推定装置とを、含み、前記位置推定装置は、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとを更新する無線装置間距離更新手段と、前記無線装置間距離更新手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、備える位置推定システム。
（付記２０）前記位置推定装置は、前記更新された装置間距離と、前記更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記推定された未知の無線装置位置の補正を行う重みづけ補正手段をさらに含む、付記１９に記載の位置推定システム。
（付記２１）前記位置推定装置は、前記無線装置のうちで絶対位置が既知の無線装置の位置情報と、前記更新された装置間距離と、前記更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記補正された未知の無線装置位置に残留している幾何学的誤差に対する補正を行う幾何学補正手段をさらに含む、付記２０に記載の位置推定システム。
（付記２２）測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとを更新し、
前記収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する、位置推定方法。
（付記２３）前記更新された装置間距離と、前記更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記推定された未知の無線装置位置の補正を行う、付記２２に記載の位置推定方法。
（付記２４）前記無線装置のうちで絶対位置が既知の無線装置の位置情報と、前記更新された装置間距離と、前記更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記補正された未知の無線装置位置に残留している幾何学的誤差に対する補正を行う、付記２３に記載の位置推定方法。
（付記２５）プロセッサに、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとの更新処理を実行させ、
前記収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置の推定処理を実行させる、位置推定プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な位置推定用記録媒体。
（付記２６）前記更新された装置間距離と、前記更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記推定された未知の無線装置位置の補正処理をさらに実行させる、付記２５に記載の位置推定用記録媒体。
（付記２７）前記無線装置のうちで絶対位置が既知の無線装置の位置情報と、前記更新された装置間距離と、前記更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記補正された未知の無線装置位置に残留している幾何学的誤差に対する補正処理をさらに実行させる、付記２６に記載の位置推定用記録媒体。
【０１６６】
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
【０１６７】
この出願は、２０１５年２月３日に出願された日本出願特願２０１５−１９５５８号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１６８】
１    位置推定部
２    データ収集部
３    無線装置位置推定部
１０    位置推定システム
１１、１２、１３、１ｎ    無線装置
２０    位置推定装置
３０    無線装置
１０１    無線装置間距離更新部
１０２    無線装置位置推定部
１０３    重みづけ補正部
１０４    幾何学補正部
２０１    無線装置間距離測定データ収集部
２０２    無線装置間距離更新部
２０３    無線装置位置推定部
２０４    重みづけ補正部
２０５    幾何学補正部
４０１    無線回路
４０２    プロセッサ
４０３    命令メモリ
４０４    共有メモリ
４０５    データメモリ
５０１    距離測定データ収集機能手段
５０２    無線装置間距離更新機能手段
５０３    無線装置位置推定機能手段
５０４    重みづけ補正機能手段
５０５    幾何学補正機能手段
６０１    タイミングパルス信号生成回路
６０２    データ変調回路
６０３    送信ＲＦ回路
６０４    遅延測定回路
６０５    データ復調回路
６０６    受信ＲＦ回路
６０７    制御回路
６０８    プロセッサ
７０１    マッチドフィルタ
７０２    相関係数生成回路
７０３    電力演算回路
７０４    ピーク検出回路
【図１】
2016125489.tif 000015
【図２】
2016125489.tif 000016
【図３】
2016125489.tif 000017
【図４】
2016125489.tif 000018
【図５】
2016125489.tif 000019
【図６】
2016125489.tif 000020
【図７】
2016125489.tif 000021
【図８】
2016125489.tif 000022
【図９】
2016125489.tif 000023
【図１０】
2016125489.tif 000024
【図１１】
2016125489.tif 000025
【図１２】
2016125489.tif 000026
【図１３】
2016125489.tif 000027
【図１４】
2016125489.tif 000028
【図１５】
2016125489.tif 000029
【図１６】
2016125489.tif 000030
【図１７】
2016125489.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月13日(2017.7.13)
【手続補正１】
【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】
一つの無線装置が測定した他の無線装置との間の装置間距離と、前記一つの無線装置が算出した前記他の無線装置との装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集するデータ収集手段と、
前記データ収集手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、含む位置推定装置。
【請求項２】
一つの無線装置が測定した他の無線装置との間の装置間距離と、前記一つの無線装置が算出した前記他の無線装置との装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとを更新する無線装置間距離更新手段と、
前記無線装置間距離更新手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、含む位置推定装置。
【請求項３】
前記無線装置位置推定手段は、位置推定を行う無線装置の順番を位置が既知の無線装置との距離を基にしてソーティングする、請求項２に記載の位置推定装置。
【請求項４】
前記ソーティングの手法として、位置が既知の無線装置との最大距離と最小距離の差が小さい無線装置から順に推定する、請求項３に記載の位置推定装置。
【請求項５】
前記ソーティングの手法として、位置が既知の無線装置との平均距離が小さい無線装置から順に推定する、請求項３に記載の位置推定装置。
【請求項６】
更新された装置間距離と、更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記推定された未知の無線装置位置の補正を行う重みづけ補正手段をさらに含む、請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の位置推定装置。
【請求項７】
前記無線装置のうちで絶対位置が既知の無線装置の位置情報と、更新された装置間距離と、更新された装置間距離の確からしさとを用いて、前記推定された未知の無線装置位置に残留している幾何学的誤差に対する補正を行う幾何学補正手段をさらに含む、請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載の位置推定装置。
【請求項８】
お互いに無線信号を送受信して他の無線装置との間の装置間距離を測定し、該装置間距離の測定に用いた前記無線信号の受信品質に基づいて装置間距離の確からしさを算出し、測定された前記装置間距離と前記算出された装置間距離の確からしさとを所定の周期で出力する、複数の無線装置と、
前記複数の無線装置から、測定された前記装置間距離と前記算出された装置間距離の確からしさとを収集して、前記各無線装置の装置相対位置を算出して装置位置推定結果を出力する位置推定装置とを、含み、
前記位置推定装置は、
測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとを更新する無線装置間距離更新手段と、
前記無線装置間距離更新手段が収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する無線装置位置推定手段とを、備える位置推定システム。
【請求項９】
測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとを更新し、
前記収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置を推定する、位置推定方法。
【請求項１０】
プロセッサに、
測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データを収集し、蓄積する装置間距離と、装置間距離の確からしさとの更新処理を実行させ、
前記収集した測定データと、過去に収集された、測定した他の無線装置との間の装置間距離と、装置間距離の確からしさとに関わる測定データとから、位置が未知の無線装置の位置の推定処理を実行させる、位置推定プログラム。
【国際調査報告】
2016125489.tif 000032
2016125489.tif 000033
2016125489.tif 000034
2016125489.tif 000035