(57)【要約】[課題]複数の無線装置間の距離や相対的な位置関係を正確かつ迅速に推定する。[解決手段]無線装置は、ＲＦ信号送信手段と、ＲＦ信号受信手段と、ループバックパスと、制御手段と、を有する。制御手段は、タイミングパルス信号送信手段と、タイミングパルス信号受信手段と、遅延時間受信手段と、距離推定手段と、を有する。ループバックパスは、ＲＦ信号送信手段から送信されたＲＦ信号をＲＦ信号受信手段にループバックする。無線装置が第１のタイミングパルス信号を送信し、第２の無線装置がこれを受信すると、第２の無線装置は、受信を契機として第２のタイミングパルス信号を送信する。さらに第１のタイミングパルス信号を受信してから第２のタイミングパルス信号を送信するまでの遅延時間を送信する。距離推定手段は、受信した第１、第２のタイミングパルス信号と、遅延時間と、に基づいて、無線装置間の距離を推定する。
2015145993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号を送信するＲＦ信号送信手段と、ＲＦ信号を受信するＲＦ信号受信手段と、前記ＲＦ信号を送受信するアンテナと、前記ＲＦ信号送信手段が送信したＲＦ信号を前記ＲＦ信号受信手段にループバックするループバックパスと、前記ＲＦ信号送信手段と前記ＲＦ信号送信手段ととの間で信号を授受する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記ＲＦ信号送信手段にタイミングパルス信号を送信するタイミングパルス信号送信手段と、前記ＲＦ信号受信手段からタイミングパルス信号を受信するタイミングパルス信号受信手段と、自身を第１の無線装置として送信した第１のタイミングパルス信号の受信をトリガとして第２のタイミングパルス信号を送信する第２の無線装置から前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信してから前記第２のタイミングパルス信号を送信するまでの遅延時間を受信する遅延時間受信手段と、前記第１のタイミングパルス信号と前記第２のタイミングパルス信号と前記遅延時間とに基づいて自身と前記第２の無線装置との距離を推定する距離推定手段と、を有することを特徴とする無線装置。
【請求項２】
前記第２のタイミングパルス信号に前記第２のタイミングパルス信号と第１のタイミングパルス信号とを識別する識別情報を付与する識別情報付与手段を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
前記第１および第２の無線装置とは異なる第３の無線装置が送信した第３のタイミングパルス信号の受信時刻と前記第３の無線装置が送信した遅延時間情報と前記距離推定手段の距離推定結果とに基づいて前記第１の無線装置と前記第２の無線装置と前記第３の無線装置との相対的な位置関係を推定する位置推定手段を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の無線装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の無線装置を複数有し、前記複数の無線装置が相互にタイミングパルス信号を送受信する、ことを特徴とする距離推定システム。
【請求項５】
請求項３に記載の無線装置を少なくとも３つ有し、前記少なくとも３つの無線装置が相互にタイミングパルス信号を送受信する、ことを特徴とする位置推定システム。
【請求項６】
複数の無線装置で構成される無線システムに用いる無線装置間の距離推定方法であって、第１の無線装置が第１のタイミングパルス信号を送信し、前記第１の無線装置がループバックによって前記第１のタイミングパルス信号を受信し、前記第１の無線装置とは異なる第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信し、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号の受信をトリガとして第２のタイミングパルス信号を送信し、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信してから前記応答タイミングパルス信号を送信するまでの遅延時間を測定し、前記遅延時間を送信し、前記第１の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号と前記遅延時間とを受信し、前記第１の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号送受信時刻と前記第２のタイミングパルス信号受信時刻と前記遅延時間とに基づいて前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との距離を推定する、ことを特徴とする距離推定方法。
【請求項７】
前記第２のタイミングパルス信号に前記第１のタイミングパルス信号と前記第２のタイミングパルス信号を識別する識別情報を付与する、ことを特徴とする請求項６に記載の距離推定方法。
【請求項８】
少なくとも３つの無線装置で構成される無線システムに用いる無線装置の相対位置推定であって、第１の無線装置が第１のタイミングパルス信号を送信し、前記第１の無線装置がループバックによって前記第１のタイミングパルス信号を受信し、前記第１の無線装置とは異なる第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信し、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号の受信をトリガとして第２のタイミングパルス信号を送信し、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信してから前記第２のタイミングパルス信号を送信するまでの第１の遅延時間を測定し、前記第２の無線装置が前記第１の遅延時間を送信し、前記第１の無線装置および前記第２の無線装置とは異なる第３の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号を受信し、前記第３の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号の受信をトリガとして第３のタイミングパルス信号を送信し、前記第３の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号を受信してから前記第３のタイミングパルス信号を送信するまでの第２の遅延時間を測定し、前記第３の無線装置が前記第２の遅延時間を送信し、前記第１の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号と前記第１の遅延時間と前記第３のタイミングパルス信号と前記第２の遅延時間とを受信し、前記第１の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号送受信時刻と前記第２のタイミングパルス信号受信時刻と前記第１の遅延時間と前記第３のタイミングパルス信号受信時刻と前記第２の遅延時間とに基づいて前記第１の無線装置と前記第２の無線装置と前記第３の無線装置との相対的な位置関係を推定する、ことを特徴とする相対位置推定方法。
【請求項９】
複数の無線装置で構成される無線システムに用いる無線装置間の距離推定プログラムであって、第１の無線装置が第１のタイミングパルス信号を送信するステップと、前記第１の無線装置がループバックによって前記第１のタイミングパルス信号を受信するステップと、前記第１の無線装置とは異なる第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信するステップと、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号の受信をトリガとして第２のタイミングパルス信号を送信するステップと、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信してから前記第２のタイミングパルス信号を送信するまでの遅延時間を測定するステップと、前記遅延時間を送信するステップと、前記第１の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号と前記遅延時間とを受信するステップと、前記第１の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号送受信時刻と前記第２のタイミングパルス信号受信時刻と前記遅延時間とに基づいて前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との距離を推定するステップと、を有する距離推定プログラムを記録した、ことを特徴とする距離推定プログラム記録媒体。
【請求項１０】
少なくとも３つの無線装置で構成される無線システムに用いる無線装置の相対位置推定プログラムであって、第１の無線装置が第１のタイミングパルス信号を送信するステップと、前記第１の無線装置がループバックによって前記第１のタイミングパルス信号を受信するステップと、前記第１の無線装置とは異なる第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信するステップと、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号の受信をトリガとして第２のタイミングパルス信号を送信するステップと、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信してから前記第２のタイミングパルス信号を送信するまでの第１の遅延時間を測定するステップと、前記第２の無線装置が前記第１の遅延時間を送信するステップと、前記第１の無線装置および前記第２の無線装置とは異なる第３の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号を受信するステップと、前記第３の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号の受信をトリガとして第３のタイミングパルス信号を送信するステップと、前記第３の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号を受信してから前記第３のタイミングパルス信号を送信するまでの第２の遅延時間を測定するステップと、前記第３の無線装置が前記第２の遅延時間を送信するステップと、前記第１の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号と前記第１の遅延時間と前記第３のタイミングパルス信号と前記第２の遅延時間とを受信するステップと、前記第１の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号送受信時刻と前記第２のタイミングパルス信号受信時刻と前記第１の遅延時間と前記第３のタイミングパルス信号受信時刻と前記第２の遅延時間とに基づいて前記第１の無線装置と前記第２の無線装置と前記第３の無線装置との相対的な位置関係を推定するステップと、を有する相対位置推定プログラムを記録した、ことを特徴とする相対位置推定プログラム記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線装置、距離推定システム、位置推定システム、距離推定方法、位置推定方法、距離推定プログラム記録媒体、位置推定プログラム記録媒体、に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の無線装置が存在する場合に、無線装置同士の距離や相対的な位置関係を迅速に把握したいというニーズが存在する。このニーズに応える技術が種々開示されている。【０００３】
例えば特許文献１には電波強度を用いる方法が開示されている。電波強度は距離の２乗に反比例するため、発信源の電波強度が分かれば距離を推定することができる。この方法を用いれば３つ以上の無線装置があれば、相対的な位置関係を推定することが可能となる。【０００４】
また、各々の絶対位置を把握することにより、相対的な位置関係を求めることも可能である。絶対位置を求める最も代表的なシステムにＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）がある。ただし、ＧＰＳでは計測に時間とハードウェアリソースを要する。このため、基地局から補助情報を提供するＡ−ＧＰＳ（Ａｓｓｉｓｔｅｄ−ＧＰＳ）が開発され、携帯電話サービスなどで広く利用されている。さらに特許文献２では、Ａ−ＧＰＳと、複数の基地局からの電波の到達時間差を利用するＯＴＤＯＡ（Ｏｂｓｅｒｖｅｄ  Ｔｉｍｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）などと、を組み合わせて測位精度の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１６５３９１号公報
【特許文献２】特表２０１３−５３４０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術には、位置精度が低いという問題があった。これは電波強度が周辺環境に大きく影響を受けるためである。【０００７】
また、特許文献２を始めとする絶対位置を測定する方法では、処理に時間を要するという問題点があった。Ａ−ＧＰＳではＧＰＳに比べ短縮されてはいるものの、初回測位に数十秒、更新にも数秒程度の時間を要する。さらに、これらのシステムは、基地局間で時刻が同期していることが前提になっており、時刻同期のための仕組みや正確な時計が必要となる。また、通常の無線装置では、送信回路、受信回路に、その無線装置固有の遅延時間が存在する。このため、電波が装置間を伝搬する時の、真の伝搬時間を正確に測定することが困難であった。そして、測定した伝搬時間の誤差が位置推定に誤差を生じる原因となっていた。【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の移動体の相対位置を正確かつ迅速に推定する方法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】
上記の課題を解決するため、本発明の無線装置は、ＲＦ信号を送信するＲＦ信号送信手段と、ＲＦ信号を受信するＲＦ信号受信手段と、前記ＲＦ信号を送受信するアンテナと、前記ＲＦ信号送信手段が送信したＲＦ信号を前記ＲＦ信号受信手段にループバックするループバックパスと、前記ＲＦ信号送信手段と前記ＲＦ信号送信手段ととの間で信号を授受する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記ＲＦ信号送信手段にタイミングパルス信号を送信するタイミングパルス信号送信手段と、前記ＲＦ信号受信手段からタイミングパルス信号を受信するタイミングパルス信号受信手段と、自身を第１の無線装置として送信した第１のタイミングパルス信号の受信をトリガとして第２のタイミングパルス信号を送信する第２の無線装置から前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信してから前記第２のタイミングパルス信号を送信するまでの遅延時間を受信する遅延時間受信手段と、前記第１のタイミングパルス信号と前記第２のタイミングパルス信号と前記遅延時間とに基づいて自身と前記第２の無線装置との距離を推定する距離推定手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果は、複数の無線装置同士の相対的な位置関係を正確に、かつ、迅速に求められることである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】第４の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】第４の実施の形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】第５の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】第５の実施の形態における無線装置の位置関係を示す図である。
【図７】第５の実施の形態の概要を示すフローチャートである。
【図８】第５の実施の形態の信号送信手順を示す図である。
【図９】第５の実施の形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】第５の実施の形態の応用例を示す図である。
【図１１】第５の実施の形態の別の応用例を示す図である。
【図１２】第６の実施の形態を示すブロック図である。
【図１３】第７の実施の形態の遅延測定回路の構成例を示すブロック図である。
【図１４】第７の実施の形態の電力プロファイルの例を示すグラフである。
【図１５】第７の実施の形態のマッチドフィルタの構成例を示すブロック図である。
【図１６】第７の実施の形態の受信ＲＦ回路の構成例を示すブロック図である。
【図１７】第７の実施の形態の送信ＲＦ回路の構成例を示すブロック図である。
【図１８】第１の実施の形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。
【００１３】
〔第１の実施形態〕
図１８は本発明第１の実施の形態を示すブロック図である。無線装置ｕは、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号送信手段１０１と、ＲＦ信号受信手段１０２と、ループバックパス１０３と、アンテナ１０４と、制御手段１０５と、を有している。そして、制御手段１０５は、タイミングパルス信号送信手段１０６と、タイミングパルス信号受信手段１０７と、遅延時間受信手段１０８と、距離推定手段１０９と、を有している。
【００１４】
ＲＦ信号送信手段１０１は、制御手段１０５から入力された信号をＲＦ信号として、アンテナ１０４およびループバックパス１０３に送信する。
【００１５】
ＲＦ信号受信手段１０２は、アンテナ１０４およびループバックパス１０３から入力されたＲＦ信号を受信し、制御部１０５に向けて出力する。
【００１６】
ループバックパス１０３は、ＲＦ信号送信手段１０１から送信されたＲＦ信号をループバックしてＲＦ信号受信手段１０２に入力する。
【００１７】
タイミングパルス信号送信手段１０６は、タイミングパルス信号を生成し、ＲＦ信号送信手段１０１に向けて送信する。
【００１８】
タイミングパルス信号受信手段１０７は、ＲＦ信号受信手段１０２から送信されたタイミングパルス信号を受信する。
【００１９】
タイミングパルス信号受信手段１０７が受信するタイミングパルス信号は、２種類ある。一つは、自身が送信し、ループバックされた第１のタイミングパルス信号である。もう一つは、自身とは異なる場所に位置する第２の無線装置から送信された第２のタイミングパルス信号である。第２のタイミングパルス信号は、第１のタイミングパルス信号の受信を契機として第２の無線装置が送信するものである。
【００２０】
遅延時間受信手段１０９は、第２の無線装置が第１のタイミングパルス信号を受信してから第２のタイミングパルス信号を送信するまでの遅延時間を情報として受信する。
【００２１】
距離推定手段１１０は、無線装置ｕから第２の無線装置までの距離を推定する。その推定は、制御手段１０５が受信した、第１のタイミングパルス信号と、第２のタイミングパルス信号と、遅延時間と、に基づいて行う。
【００２２】
以上の構成とすることにより、無線装置ｕは、第2の無線装置までの距離を正確かつ迅速に推定することができる。これは、無線装置内部で生じる送受信に要する遅延時間を相殺して、無線装置ｕから第２の無線装置に電波が伝搬する時間を正確に求めることができるからである。
【００２３】
〔第２の実施形態〕
図１は本発明第２の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態の無線装置ｕは、タイミングパルス信号送信手段１と、受信手段２と、ループバックパス３と制御手段４と、を有している。そして制御手段４は、応答タイミングパルス信号送信手段５と、遅延時間測定手段６と、遅延時間送信手段７と、距離推定手段８と、を有している。
【００２４】
タイミングパルス信号送信手段１は、自身を第1の無線装置として第1のタイミングパルス信号を送信する。ループバックパス３は、第１のタイミングパルス信号を受信手段２にループバックする。受信手段２は、外部からの信号と、ループバックパス３から入力される第１のタイミングパルス信号を受信する。
【００２５】
制御手段４は、無線装置ｕの各部を制御するとともに、受信手段２が受信した信号を用いて、自身とは異なる場所に位置する第２の無線装置との距離を推定する機能を有する。
【００２６】
応答タイミングパルス信号送信手段５は、自分宛てに送信されたタイミングパルス信号を受信手段２が受信した場合に、応答タイミングパルス信号を送信する。
【００２７】
遅延時間測定手段６は、自分宛てのタイミングパルス信号を受信してから応答タイミングパルス信号を送信するまでの遅延時間を測定する。
【００２８】
遅延時間送信手段７は、遅延時間測定手段６が測定した遅延時間を推定対象の第２の無線装置に対して送信する。
【００２９】
上記の構成の無線装置ｕを少なくとも２台用いると、第１のタイミングパルス信号送信時刻と、応答タイミングパルス信号受信時刻と、遅延時間と、に基づいて、互いの距離を推定することが可能となる。距離推定動作の詳細については第４の実施の形態で説明する。
【００３０】
〔第３の実施形態〕
図２は本発明第３の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態の無線装置ｕは、タイミングパルス信号に識別情報を付与する識別情報付与手段９を有している。識別情報は、第１のタイミングパルス信号と応答タイミングパルス信号を識別するための情報である。識別情報の形式は任意であるが、例えば、通信をスペクトラム拡散方式で行った場合に、両者を異なる拡散符号で符号化する方法を用いることができる。なお、図２では識別情報付与手段９をタイミングパルス信号送信手段１に設けているが、制御手段４や応答タイミングパルス信号送信手段５に設けても良い。
【００３１】
〔第４の実施形態〕
図３は本発明第４の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態は、第１の実施の形態の無線装置ｕを２台用いた距離推定システムである。無線装置０ｕ０と無線装置１ｕ１が離れた場所に位置している。この構成によれば、タイミングパルス信号を互いに送受信することによって、距離を正確に推定することができる。動作の説明に用いるため、本実施の形態では、タイミングパルス信号送信手段をｕ（ＴＸ）、タイミングパルス信号受信手段をｕ（ＲＸ）で表すこととする。このため、図３では、無線装置0ｕ０のタイミングパルス信号送信手段、受信手段を、それぞれｕ０（ＴＸ）、ｕ０（ＲＸ）と記している。また、無線装置１ｕ１のタイミングパルス信号送信手段、受信手段を、それぞれｕ１（ＴＸ）、ｕ１（ＲＸ）と記している。
【００３２】
次に具体的な方法について説明する。図４はタイミングパルス信号の送受信動作を示すタイミングチャートである。図３の表記にならい、図中のｕ（ＴＸ）、ｕ（ＲＸ）は、それぞれ制御手段１０５が有するタイミングパルス信号送信手段、タイミングパルス信号受信手段を表している。
【００３３】
まず、無線装置０ｕ０はｕ０（ＴＸ）からタイミングパルス信号Ｍ０を送信する。Ｍ０はＲＦ信号送信手段１０１に入力され、ＲＦ信号送信手段１０１は、Ｍ０が入力されてからｄｔ０後にＲＦ信号としてのタイミングパルス信号Ｍ０を出力する。次に無線装置０ｕ０では、ループバックにより、ＲＦ信号受信手段１０２にＭ０が入力され、その時点からｄｒ０後にｕ０（ＲＸ）がＭ０を受信する。すなわちＭ０はｕ０（ＴＸ）がＭ０を送信してからｄｔ０＋ｄｒ０後にｕ０（ＲＸ）に到達する。
【００３４】
Ｍ０はまた、ＲＦ信号送信手段１０１で送信されてから無線装置間を電波が伝搬する時間Ｄ０１かかって無線装置１ｕ１に到達する。無線装置ｕ１では、ＲＦ信号受信手段１０２がＭ０を受信し、遅延時間ｄｒ１後にｕ１（ＲＸ）がＭ０を受信する。すなわちＭ０は、ｕ０（ＴＸ）で送信されてから遅延時間ｄｔ０＋Ｄ０１＋ｄｒ１後に無線装置１ｕ１のｕ１（ＲＸ）に到達する。
【００３５】
次に無線装置ｕ１は、Ｍ０を受信したことをトリガにして、第２のタイミングパルス信号Ｍ１を生成し、送信する。ここで、ｕ１（ＲＸ）がＭ０を受信してからｕ１（ＴＸ）がＭ１を送出するまでの遅延時間をＰ１とする。また、無線装置ｕ１では、ループバックにより、ｕ１（ＴＸ）がＭ１を送信してから遅延時間ｄｔ１＋ｄｒ１後にｕ１（ＲＸ）がＭ１を受信する。
【００３６】
Ｍ１はまた、無線装置間を伝搬するためにＲＦ信号送信手段１０１で送信されてから遅延時間Ｄ０１かかって無線装置０ｕ０に到達する。無線装置ｕ０では、ＲＦ受信手段が信号を受信してから、遅延時間ｄｒ０を要してｕ０（ＲＸ）がＭ１を受信する。
【００３７】
ここで、無線装置ｕ０において、ｕ０（ＲＸ）がＭ１を受信した時刻と、ｕ０（ＲＸ）がＭ０を受信した時刻との差を、ａ０１とする。この時Ｍ０、Ｍ１が、同じタイミングパルス信号受信手段ｕ０（ＲＸ）で受信されるため、ａ０１は、ＲＦ信号受信手段１０２を通過するために要する遅延時間ｄｒ０には依らない値となる。また、無線装置ｕ１において、ｕ１（ＲＸ）がＭ１を受信した時刻とｕ１（ＲＸ）がＭ０を受信した時刻との差をａ１１とする。ａ０１と同様に、ａ１１も受信のための遅延時間ｄｒ１には依らない値となる。それぞれの時間は制御部１０５が計測する。
【００３８】
図４を参照して、無線装置ｕ０の側だけを考えると、Ｍ０がｕ０（ＴＸ）で送出されてから、ｕ０（ＲＸ）がＭ１を受信するまでの時間は、ｄｔ０＋ａ０１＋ｄｒ０である。また、無線装置ｕ１を経由するルートで考えると、同じくＭ０がｕ０（ＴＸ）で送出されてから、ｕ０（ＲＸ）がＭ１を受信するまでの時間は、ｄｔ０＋Ｄ０１＋ａ１１＋Ｄ０１＋ｄｒ０である。すなわち、次式の関係が成り立つ。
2015145993.tif 000003
（１）式の左辺、右辺でｄｔ０およびｄｒ０は相殺されるので、次式を得る。
2015145993.tif 000004
2015145993.tif 000005
【００３９】
式（３）により、電波が伝搬する時間Ｄ０１は、無線装置内部で発生する遅延時間（ｄｔ、ｄｒ）によらない値として求めることができる。そして、光（電波）の速度をｃ、無線装置ｕ０とｕ１との距離をＬ０１とすると、次式からＬ０１が求められる。
2015145993.tif 000006
【００４０】
上式においてａ０１は無線装置０ｕ０内で計測され、ａ１１は無線装置１ｕ１内で計測されている。すなわちａ０１とａ１１は独立であるため、２つの無線装置ｕ０とｕ１の間で時刻同期を取る必要がない。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、無線装置間の時刻同期を必要とせず、また無線装置内での遅延時間の影響を受けることなく、２つの無線装置間の距離を正確に推定することができる。
【００４２】
〔第５の実施形態〕
図５は本実施の形態で用いる無線装置ｕを示すブロック図である。本実施の形態の無線装置ｕは位置推定手段１０を有している。第４の実施の形態で説明したように、第２の実施の形態の無線装置を用いれば、無線装置間の距離を正確に求めることができる。したがって、互いに離間した無線装置が３つ以上あれば、それぞれの無線装置間の距離から、演算によって相対的な位置関係を推定することが可能となる。位置推定手段１０はこの推定を行う手段である。
【００４３】
図６は位置推定の原理を示した模式図である。３つの無線装置ｕ０、ｕ１、ｕ２がそれぞれ離れた場所に位置している。ｕ０とｕ１の距離をＬ０１、ｕ１とｕ２の距離をＬ１２、ｕ０とｕ２の距離をＬ０２とすると、それぞれの距離は、電波が伝搬する時間Ｄ０１、Ｄ１２、Ｄ０２と光の速度ｃとの積として求められる。
【００４４】
次に相対位置の推定方法について説明する。位置推定は、大きく分けると図７に示すように、遅延時間測定段階、データ収集段階、データ解析段階の３段階に分けて行われる。遅延時間測定段階では、各無線装置ｕから順次タイミングパルス信号を送信し、受信される各タイミングパルス信号の時間差、すなわち遅延時間を測定する。データ収集段階では、測定した時間差データを１つの無線装置、例えばｕ０に収集する。データ解析段階では、収集した時間差データから、各無線装置間の電波の伝搬時間を計算し、伝搬時間から各無線装置間の距離を求め、位置関係を推定する。
【００４５】
遅延時間測定段階は、図８に示す３つのフェーズに分かれる。フェーズ＃１では、ｕ０からｕ１、ｕ２にタイミングパルス信号Ｍ０が送信される。フェーズ＃２では、ｕ１からｕ２、ｕ０にタイミングパルス信号Ｍ０が送信される。フェーズ＃３では、ｕ２からｕ０、ｕ１にタイミングパルス信号Ｍ０が送信される。なお、ｕ０が最初にタイミングパルス信号Ｍ０を送信し、ｕ１はＭ０の受信をトリガとしてタイミングパルス信号Ｍ１を送信し、ｕ２はＭ１の受信をトリガとしてタイミングパルス信号Ｍ２を送信するように、予め規則を定めておく。
【００４６】
この時、受信側の無線装置では、各タイミングパルス信号の送信元を識別する必要がある。このためタイミングパルス信号に識別手段を付加するが、その方法は任意である。例えば、スペクトラム拡散方式を用いた場合には、無線装置毎に異なる拡散符号を用いることによって、送信元の無線装置を識別することができる。
【００４７】
次に動作の詳細について説明する。図９は３つの無線装置ｕ０、ｕ１、ｕ２のタイミングパルス信号送受信動作を示すタイミングチャートである。第４の実施の形態と同様に、無線装置ｕ０のタイミングパルス信号送信手段をｕ０（ＴＸ）、タイミングパルス信号受信手段をｕ０（ＲＸ）、ｕ１のタイミングパルス信号送信手段をｕ１（ＴＸ）、・・・、と表記する。また第１のタイミングパルス信号をＭ０、第２のタイミングパルス信号をＭ１、第３のタイミングパルス信号をＭ２と表記する。
【００４８】
（フェーズ＃１）まず無線装置ｕ０のタイミングパルス信号送信手段ｕ０（ＴＸ）からＭ０が送信される。
【００４９】
次にＭ０は、ＲＦ信号送信手段を通過する遅延時間ｄｔ０後に、無線装置ｕ０のＲＦ信号受信手段に入力され、遅延時間ｄｒ０後にｕ０（ＲＸ）に到達する。また遅延時間Ｄ０１＋ｄｒ１後に無線装置ｕ１のタイミングパルス信号受信手段ｕ１（ＲＸ）に、遅延時間Ｄ０２＋ｄｒ２後に無線装置ｕ２のタイミングパルス信号受信手段ｕ２（ＲＸ）に到達する。
【００５０】
（フェーズ＃２）無線装置ｕ１においては、タイミングパルス信号Ｍ０がｕ１（ＲＸ）に到達したことをトリガとして、タイミングパルス信号Ｍ１が生成される。ここでＭ０がｕ１（ＲＸ）に到達してからＭ１を生成するまでの遅延時間をＰ１とする。Ｍ１は、遅延時間ｄｔ１後に無線装置ｕ１のＲＦ信号送信手段から送出される。
【００５１】
無線装置ｕ１のＲＦ信号送信手段から送信されたＭ１は、ループバックにより、遅延時間ｄｒ１後にｕ１（ＲＸ）に到達する。また、遅延時間Ｄ１２＋ｄｒ２後にｕ２（ＲＸ）に、遅延時間Ｄ０１＋ｄｒ０後にｕ０（ＲＸ）に到達する。
【００５２】
（フェーズ＃３）無線装置ｕ２においては、タイミングパルス信号Ｍ１がｕ２（ＲＸ）に到達したことをトリガとしてタイミングパルス信号Ｍ２が生成される。ここでｕ２（ＲＸ）がＭ１を受信してからＭ２を生成するまでの遅延時間をＰ２とする。Ｍ２は、遅延時間ｄｔ２後にＲＦ信号送信手段から送出される。
【００５３】
その後Ｍ２は、ループバックにより、ＲＦ信号受信手段を通過する遅延時間ｄｒ２後にｕ２（ＲＸ）に到達する。また、遅延時間Ｄ１２＋ｄｒ１後にｕ１（ＲＸ）に、遅延時間Ｄ０２＋ｄｒ０後にｕ０（ＲＸ）に到達する。以上により、遅延時間測定が完了する。
【００５４】
次にデータ収集を行う。データ収集段階では、測定された各遅延時間は、一つの無線装置ｕ、例えばｕ０に送信される。そしてデータ解析に移行する。
【００５５】
次のデータ解析段階で、相対位置を推定する手順について説明する。ここで、図９における、ｕ０（ＲＸ）にＭ０が到達した時間とＭ１が到達した時間との差をａ０１、Ｍ１が到達した時間とＭ２が到達した時間の差をａ０２とする。
【００５６】
同様に、ｕ１（ＲＸ）にＭ０が到達した時間とＭ１が到達した時間の差をａ１１、Ｍ１が到達した時間とＭ２が到達した時間の差をａ１２とする。
【００５７】
同様に、ｕ２（ＲＸ）にＭ０が到達した時間とＭ１が到達した時間の差をａ２１、Ｍ１が到達した時間とＭ２が到達した時間の差をａ２２とする。
【００５８】
すると、以下の３つの式が成り立つ。
2015145993.tif 000007
2015145993.tif 000008
2015145993.tif 000009
【００５９】
これらの３つの式と光の速度cを用いて、それぞれの無線装置間の距離を求めることができる。ｕ０とｕ１の間の距離をＬ０１、ｕ１とｕ２の間の距離をＬ１２、ｕ０とｕ２の間の距離をＬ０２、とすると、各無線装置間の距離は、以下の式で求められる。
2015145993.tif 000010
2015145993.tif 000011
2015145993.tif 000012
【００６０】
この式には受信手段２の遅延時間（ｄｒ０，ｄｒ１，ｄｒ２）、および、ループバックの遅延時間（ｄｔ０，ｄｔ１，ｄｔ２）が含まれていない。このため、無線装置内での遅延による時間測定誤差が生じない。したがって、高い精度で無線装置間の距離を測定することが可能である。そして図６で説明したように、３つの無線装置同士の距離から、相対的な位置関係を推定することができる。
【００６１】
また、この時ａ０１およびａ０２は無線装置０ｕ０のみで計測され、無線装置１ｕ１、無線装置２ｕ２の時間計測手段とは無関係に計測されている。同様に、ａ１１およびａ１２は無線装置１ｕ１のみによって計測され、ａ２１およびａ２２は無線装置２ｕ２のみによって計測されている。したがって本実施の形態では無線装置間での時刻同期を取る必要がない。
【００６２】
無線装置ｕが４つ以上となっても同様の手順により、各無線装置間の距離を測定し、相対位置を推定することができる。図１０は、上記３つの無線装置で形成されるトポロジーに、第４の無線装置３ｕ３が加わった場合のトポロジーを示した図である。無線装置３ｕ３は、無線装置２ｕ２からのタイミングパルス信号Ｍ２を受信したことをトリガとして、タイミングパルス信号Ｍ３を送信する（フェーズ＃４）。すると、タイミングパルス信号Ｍ３を各無線装置ｕが受信するまでの遅延時間が測定され、例えばｕ０に遅延時間情報として集められる。この遅延時間情報と、既知の遅延時間情報とを用いることにより、ｕ３とｕ０の距離Ｌ０３、ｕ３とｕ１の距離Ｌ１３、ｕ３とｕ２の距離Ｌ２３がそれぞれ求められる。これにより４つの無線装置の相対位置を推定することができる。
【００６３】
図１１はさらに第５の無線装置ｕ４が加わった時のトポロジーを示した図である。無線装置ｕ４は無線装置ｕ３からのタイミングパルス信号Ｍ３を受信したことをトリガとして、タイミングパルス信号Ｍ４を送信する（フェーズ＃５）。そして上述の説明と同様の手順により、ｕ４と、ｕ０との距離Ｌ０４、ｕ１との距離Ｌ１４、ｕ２との距離Ｌ２４、ｕ３との距離Ｌ３４を、それぞれ求めることができる。その結果、５つの無線装置の相対位置を推定することができる。
【００６４】
同様に第６、第７、・・・の無線装置が加わった場合も、各無線装置ｕの相対位置を推定することができる。
【００６５】
以上の説明から明らかなように、無線装置が３つ以上であれば、無線装置がいくつになっても、タイミングパルス信号Ｍをリレー方式で送受信することにより、無線装置同士の相対位置を正確かつ迅速に推定することができる。
【００６６】
〔第６の実施形態〕
図１２は無線装置ｕの具体的な構成の例を示すブロック図である。タイミングパルス信号送信手段１は、送信回路１ｂ、タイミングパルス信号生成回路１ｃを有している。受信手段２は、受信回路２ｂ、遅延時間測定回路２ｃを有している。またタイミングパルス信号生成手段１と受信手段２は制御手段４によって制御される。制御手段４はプロセッサ１１を有し、プロセッサ１１は距離推定手段８、位置推定手段１０と接続し各種の演算や制御を行う。
【００６７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第５の実施の形態と同様に無線装置同士の相対位置を正確かつ迅速に推定する無線装置を得ることができる。
【００６８】
〔第７の実施形態〕
本実施の形態では、各部の機能を実現するための具体的な構成について例を示す。
【００６９】
図１３は遅延測定回路２ｃの具体的な構成例を示すブロック図である。この構成例では、拡散符号を用いてスペクトラム拡散されたタイミングパルス信号を用いる構成を示している。受信手段２でベースバンド信号に変換されたタイミングパルス信号を入力データ１２とする。入力データ１２（例えばＩ／Ｑデータ、Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ／Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ  ｄａｔａ）は、ベクトル値として、マッチドフィルタ１３に入力される。同時に、相関係数生成回路１４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１３に与えられ、相互相関ベクトル値が計算される。この相互相関ベクトル値は電力演算回路１５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ピーク値を持つ波形となる。このピークの発生した時刻を、ピーク検出回路１６を用いて測定する。ピーク検出回路１６の出力データ１７からタイミングパルス信号の到達時刻を求めることができる。なお、電力プロファイルは例えば図１４のような波形となり、図中で最大値を示す山をピーク１８として検出する。
【００７０】
図１５にマッチドフィルタ１３の具体的な構成例を示す。マッチドフィルタ１３には、入力データ１２（ｘ０，ｘ１，ｘ２，・・・）として、タイミングパルス信号のベースバンド信号が入力される。入力データ１２は、複数のフリップフロップ１９（ＦＦ）でラッチされる。各フリップフロップ１９でラッチされた値と相関係数Ｃ（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）は、複素乗算器２０で乗算され、その和が加算器２１で計算されて、相互相関ベクトルが出力データ１７（ｙ０，ｙ１，ｙ２，・・・）として出力される。
【００７１】
図１６は受信手段２に用いられる受信回路２ｂの構成例を示すブロック図である。ここに挙げた例はスーパーヘテロダイン方式のＲＦ回路である。まず入力信号２２がバンドパスフィルタ２３に入力される。バンドパスフィルタ２３によって目的周波数の信号を選択し、低ノイズアンプ２４で増幅し、再びバンドパスフィルタ２３に通す。次にミキサー２５で局部発振器２６の高周波と乗算し、ローパスフィルタ２７でダウンコンバートした必要信号のみ透過する。次に、直交復調器２８によってＩ成分とＱ成分に分離する。次いでローパスフィルタ２７ａ、２７ｂで、それぞれの信号から高周波成分をカットし、アンプ２９で増幅する。そしてローパスフィルタ２７ｃ、２７ｄで波形を整形して、ＡＤコンバータ３０（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）でデジタル信号に変換してＩ成分、Ｑ成分からなるベースバンド出力信号３１を得ることができる。
【００７２】
図１７は送信回路１ｂの構成例を示すブロック図である。ここではスーパーヘテロダイン方式のＲＦ回路の例を示している。まずベースバンド入力信号３２として、Ｉ成分とＱ成分の信号がそれぞれＡＤコンバータ３０に入力される。ＡＤコンバータ３０では、デジタル信号がアナログ信号に変換される、信号はローパスフィルタ２７ｅ、２７ｆで所定帯域に波形を整形した後、直交変調器３３で変調される。そして、ローパスフィルタ２７ｇで所定帯域に波形を整形する。次に、ミキサー２５で周波数変換し、アップコンバートした送信周波数のみを通すバンドパスフィルタ２３を通し、低ノイズアンプ２４で増幅する。次に増幅された信号からバンドパスフィルタ２３で送信周波数の信号を選択し出力信号３４として出力する
以上説明したように、本実施の形態によれば、第５、第６の実施の形態と同様に無線装置同士の相対位置を正確かつ迅速に推定する無線装置を得ることができる。
【００７３】
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、上記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。
【００７４】
この出願は、２０１４年３月２８日に出願された日本出願特願２０１４−０６８１３７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】
【００７５】
１    タイミングパルス信号送信手段
２    受信手段
３    ループバックパス
４    制御手段
５    応答タイミングパルス信号送信手段
６    遅延時間測定手段
７    遅延時間送信手段
８    距離推定手段
９    識別情報付与手段
１０    位置推定手段
１１    プロセッサ
１２    入力データ
１３    マッチドフィルタ
１４    相関係数生成回路
１５    電力演算回路
１６    ピーク検出回路
１７    出力データ
１８    ピーク
１９    フリップフロップ
２０    複素乗算器
２１    加算器
２２    入力信号
２３    バンドパスフィルタ
２４    低ノイズアンプ
２５    ミキサー
２６    局部発振器
２７    ローパスフィルタ
２８    直交復調器
２９    アンプ
３０    ＡＤコンバータ
３１    ベースバンド出力信号
３２    ベースバンド入力信号
３３    直交変調器
３４    出力信号
１０１    ＲＦ信号送信手段
１０２    ＲＦ信号受信手段
１０３    ループバックパス
１０４    アンテナ
１０５    制御手段
１０６    タイミングパルス信号送信手段
１０７    タイミングパルス信号受信手段
１０８    遅延時間受信手段
１０９    距離推定手段
ｃ    光の速度
Ｄ    遅延時間
Ｌ    距離
Ｍ    タイミングパルス信号
ｕ    無線装置
【図１】
2015145993.tif 000013
【図２】
2015145993.tif 000014
【図３】
2015145993.tif 000015
【図４】
2015145993.tif 000016
【図５】
2015145993.tif 000017
【図６】
2015145993.tif 000018
【図７】
2015145993.tif 000019
【図８】
2015145993.tif 000020
【図９】
2015145993.tif 000021
【図１０】
2015145993.tif 000022
【図１１】
2015145993.tif 000023
【図１２】
2015145993.tif 000024
【図１３】
2015145993.tif 000025
【図１４】
2015145993.tif 000026
【図１５】
2015145993.tif 000027
【図１６】
2015145993.tif 000028
【図１７】
2015145993.tif 000029
【図１８】
2015145993.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月20日(2016.9.20)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
複数の無線装置で構成される無線システムに用いる無線装置間の距離推定プログラムであって、第１の無線装置が第１のタイミングパルス信号を送信するステップと、前記第１の無線装置がループバックによって前記第１のタイミングパルス信号を受信するステップと、前記第１の無線装置とは異なる第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信するステップと、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号の受信をトリガとして第２のタイミングパルス信号を送信するステップと、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信してから前記第２のタイミングパルス信号を送信するまでの遅延時間を測定するステップと、前記遅延時間を送信するステップと、前記第１の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号と前記遅延時間とを受信するステップと、前記第１の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号送受信時刻と前記第２のタイミングパルス信号受信時刻と前記遅延時間とに基づいて前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との距離を推定するステップと、を有する距離推定プログラムを記録した、ことを特徴とする距離推定プログラム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
少なくとも３つの無線装置で構成される無線システムに用いる無線装置の相対位置推定プログラムであって、第１の無線装置が第１のタイミングパルス信号を送信するステップと、前記第１の無線装置がループバックによって前記第１のタイミングパルス信号を受信するステップと、前記第１の無線装置とは異なる第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信するステップと、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号の受信をトリガとして第２のタイミングパルス信号を送信するステップと、前記第２の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号を受信してから前記第２のタイミングパルス信号を送信するまでの第１の遅延時間を測定するステップと、前記第２の無線装置が前記第１の遅延時間を送信するステップと、前記第１の無線装置および前記第２の無線装置とは異なる第３の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号を受信するステップと、前記第３の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号の受信をトリガとして第３のタイミングパルス信号を送信するステップと、前記第３の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号を受信してから前記第３のタイミングパルス信号を送信するまでの第２の遅延時間を測定するステップと、前記第３の無線装置が前記第２の遅延時間を送信するステップと、前記第１の無線装置が前記第２のタイミングパルス信号と前記第１の遅延時間と前記第３のタイミングパルス信号と前記第２の遅延時間とを受信するステップと、前記第１の無線装置が前記第１のタイミングパルス信号送受信時刻と前記第２のタイミングパルス信号受信時刻と前記第１の遅延時間と前記第３のタイミングパルス信号受信時刻と前記第２の遅延時間とに基づいて前記第１の無線装置と前記第２の無線装置と前記第３の無線装置との相対的な位置関係を推定するステップと、を有する相対位置推定プログラム。
【国際調査報告】
2015145993.tif 000031
2015145993.tif 000032
2015145993.tif 000033
2015145993.tif 000034