(57)【要約】【課題】送信機の位置を精度高く同定する。【解決手段】異なる場所の固定局に配備されたフェーズドアレイアンテナＡＴ１〜ＡＴ４で、送信機からの電波を受信する。受信信号解析部１３１〜１３４は、各固定局における電波の到来方向を求め、送信機位置推定部１４は、それらの到来方向交点を送信機の位置の候補として求める。受信電力理論値計算１５は、到来方向の交点に送信機があった場合に、複数の固定局で受信する電波の受信電力比の理論値を求める。送信機位置同定部１６は、実際の送信機から送信した電波を複数の固定局で受信した際の受信電力比と求めた受信電力比の理論値とに基づいて、送信機の実際の位置を同定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送信する送信機の位置を同定する位置同定方法であって、
３箇所以上の異なる場所に配置された複数の固定局で前記送信機から到来する電波を受信し、各固定局毎に電波の到来方向を推定する受信解析処理と、
前記複数の固定局の電波の到来方向の交点を、前記送信機の位置の候補として求める送信機位置推定処理と、
前記各交点に送信機があるとして、前記複数の固定局で受信する電波の受信電力比の理論値を求める受信電力理論値計算処理と、
実際の前記送信機から送信した電波を前記複数の固定局で受信して求めた受信電力比と前記理論値とに基づいて、該送信機の実際の位置を同定する通信機位置同定処理と、
を含むことを特徴とする位置同定方法。
【請求項２】
前記通信機位置同定処理では、実際の前記送信機から送信した電波を前記複数の固定局で受信して求めた受信電力比と前記理論値との差が最小になる前記交点を求め、該求めた交点の位置を前記送信機の実際の位置として同定することを特徴とする請求項１に記載の位置同定方法。
【請求項３】
電波を送信する送信機の位置を同定する位置同定システムであって、
３箇所以上の異なる場所に配置された複数の固定局に配置され、前記送信機から到来する電波を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナにより受信した前記送信機からの電波に基づき、該電波の到来方向を各固定局毎に推定する受信解析手段と、
前記複数の固定局の電波の到来方向の交点を、前記送信機の位置の候補として求める送信機位置推定手段と、
前記各交点に送信機があるとして、前記複数の固定局で受信する電波の受信電力比の理論値を求める受信電力理論値計算手段と、
実際の前記送信機から送信した電波を前記複数の固定局で受信して求めた受信電力比と前記理論値とに基づいて、該送信機の実際の位置を同定する通信機位置同定手段と、
を備えることを特徴とする位置同定システム。
【請求項４】
前記通信機位置同定手段では、実際の前記送信機から送信した電波を前記複数の固定局で受信して求めた受信電力比と前記理論値との差が最小になる前記交点を求め、該求めた交点の位置を前記送信機の実際の位置として同定することを特徴とする請求項３に記載の位置同定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信機の位置を同定する位置同定方法及び位置同定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイアンテナは、指向方向を電気的に変化させることが可能なので、特許文献１ではフェーズドアレイアンテナを用い、送信機の位置を検出している。
【特許文献１】特開平８−１９０３５号公報
【０００３】
この特許文献１では、フェーズドアレイアンテナにより、送信機が送信した電波を受信して送信機の方向を推定し、その送信機の方向にフェーズドアレイアンテナを指向させて無線信号を送り、送信機からの応答信号を受信し、無線信号と応答信号の時間関係から送信機までの距離を求めている。
【０００４】
ところが、特許文献１では、１基のフェーズドアレイアンテナを用いて送信機の方向を推定するので、送信機の方向を高精度に求めることができなかった。
【０００５】
そのため、複数の固定局にそれぞれフェーズドアレイアンテナを配置して、複数のフェーズドアレイアンテナを用いて、送信機の位置を同定する方法が実用化されている。
図４は、複数のフェーズドアレイアンテナを用いた従来の位置同定方法の概要を示す説明図である。
【０００６】
例えば、４箇所の固定局１，２，３，４にそれぞれ配置されたフェーズドアレイアンテナを用いて、各固定局１〜４毎に送信機からの電波の到来方向６を求める。そして、各固定局１〜４での電波の到来方向６の交点７を、送信機の位置として推定する。固定局１〜４の数が３以上の場合、交点７の数が複数になり、送信機の位置が複数推定される。
【０００７】
そこで、複数の交点７の重心を求め、その重心からの距離が一番離れた交点７を除外する。残った交点７の重心を再度求め、その重心からの距離が一番離れた交点７を除外する。このような処理を繰り返し、最後に残った２つの交点７の重心を求めて、これを最終的な送信機の位置とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の位置同定方法では、障害物があって電波環境が悪い場合には、到来方向６の誤差が大きい。このような誤差の大きい到来方向６が含まれる場合、交点７の重心を求めて最終的な送信機の位置を推定しても、結果的に正しい送信機の位置を推定できない可能性があるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような現状に鑑みてなされた発明であり、送信機の位置を正確に求めることができる位置同定方法及び位置同定システム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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る位置同定方法は、
電波を送信する送信機の位置を同定する位置同定方法であって、
３箇所以上の異なる場所に配置された複数の固定局で前記送信機から到来する電波を受信し、各固定局毎に電波の到来方向を推定する受信解析処理と、
前記複数の固定局の電波の到来方向の交点を、前記送信機の位置の候補として求める送信機位置推定処理と、
前記各交点に送信機があるとして、前記複数の固定局で受信する電波の受信電力比の理論値を求める受信電力理論値計算処理と、
実際の前記送信機から送信した電波を前記複数の固定局で受信して求めた受信電力比と前記理論値とに基づいて、該送信機の実際の位置を同定する通信機位置同定処理と、
を含むことを特徴とする。
【００１１】
なお、前記通信機位置同定処理では、実際の前記送信機から送信した電波を前記複数の固定局で受信して求めた受信電力比と前記理論値との差が最小になる前記交点を求め、該求めた交点の位置を前記送信機の実際の位置として同定してもよい。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る位置同定システムは、電波を送信する送信機の位置を同定する位置同定システムであって、
３箇所以上の異なる場所に配置された複数の固定局に配置され、前記送信機から到来する電波を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナにより受信した前記送信機からの電波に基づき、該電波の到来方向を各固定局毎に推定する受信解析手段と、
前記複数の固定局の電波の到来方向の交点を、前記送信機の位置の候補として求める送信機位置推定手段と、
前記各交点に送信機があるとして、前記複数の固定局で受信する電波の受信電力比の理論値を求める受信電力理論値計算手段と、
実際の前記送信機から送信した電波を前記複数の固定局で受信して求めた受信電力比と前記理論値とに基づいて、該送信機の実際の位置を同定する通信機位置同定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
なお、前記通信機位置同定手段では、実際の前記送信機から送信した電波を前記複数の固定局で受信して求めた受信電力比と前記理論値との差が最小になる前記交点を求め、該求めた交点の位置を前記送信機の実際の位置として同定してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、障害物の影響を受けないデータに基づいて送信機の位置を推定でき、送信機の位置を正確に同定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る位置同定システムを示す機能ブロック図である。
図２は、固定局１０ｉと送信機１１の位置を示す図である。
【００１６】
この位置同定システムは、例えば、図２に示す４箇所の固定局１０ｉ（ｉ＝１，２，３，４）にそれぞれ配置されたフェーズドアレイアンテナＡＴｉ（ｉ＝１，２，３，４）で、送信機１１から到来した受信信号を受信して送信機１１の位置を同定する。なお、固定局１０ｉは、３箇所以上に配置してあればよく、４箇所に限定されるものではない。
【００１７】
位置同定システムは、各固定局１０ｉにそれぞれ配置され、フェーズドアレイアンテナＡＴｉを介して送信機１１からの電波をそれぞれ受信する受信部１２ｉ（ｉ＝１，２，３，４）と、各受信部１２ｉで受信した受信信号を解析し、受信電力が最大になるフェーズドアレイアンテナＡＴｉの指向方向と、その最大の受信電力を検出する受信信号解析部１３ｉ（ｉ＝１，２，３，４）とを備えている。
【００１８】
受信信号解析部１３ｉの出力側は、送信機位置推定部１４に接続されいる。送信機位置推定部１４は、いずれかの固定局１０ｉに又は固定局１０ｉとは別の場所に配置され、受信信号解析部１３ｉによって検出された指向方向から送信機１１の位置を推定する。この送信機位置推定部１４による推定によって複数の位置が、送信機１１の位置の候補として求められる。
【００１９】
送信機位置推定部１４の出力側には、受信電力理論値算出部１５が接続されている。受信電力理論値算出部１５は、送信機位置推定部１４で求めた複数の位置毎に、その位置に送信機１１があった場合の各固定局１０ｉの受信電力比の理論値を求める。
【００２０】
受信電力理論値算出部１５の出力側が、送信機位置同定部１６に接続されている。
送信機位置同定部１６には、受信信号解析部１３ｉの出力側も接続されている。送信機位置同定部１６は、受信電力理論値算出部１５で求めた受信電力比の理論値と、フェーズドアレイアンテナＡＴｉで実際に受信した受信電力とから、フェーズドアレイアンテナＡＴｉで実際に受信した受信電力比が最も理論値に近い場所を選定し、その場所を送信機１１の位置の同定結果として出力する。
【００２１】
次に、図３を参照しつつ、位置同定システムの動作を説明する。
図３は、位置同定システムによる位置同定方法を示すフローチャートである。
【００２２】
送信機１１から送信された電波は、フェーズドアレイアンテナＡＴｉによって受信される。各固定局１０ｉのフェーズドアレイアンテナＡＴｉの指向方向ｋを変化させて送信機１１からの電波を受信すると、受信電波の受信電力が変化する。フェーズドアレイアンテナＡＴｉの指向方向ｋと受信電波の到来方向とが一致すると、受信電力が最大になる。
【００２３】
各受信部１２ｉは、フェーズドアレイアンテナＡＴｉの指向方向ｋを変化させて受信した受信電波を受信信号解析部１３ｉにそれぞれ与える。各受信信号解析部１３ｉは、受信部１２ｉで受信した受信電波を測定し、受信電力Ｐｉ，ｋが最大値ＰＭＡＸｉになるフェーズドアレイアンテナＡＴｉの指向方向Ｄｉ＝ｋと、その最大値ＰＭＡＸｉとをそれぞれ検出する（ステップＳ１）。即ち、最大値ＰＭＡＸｉとフェーズドアレイアンテナＡＴｉの指向方向Ｄｉ＝ｋとが、固定局１０ｉ毎に求められる。
【００２４】
受信信号解析部１３ｉによって固定局１０ｉ毎に求められた、受信電力が最大となるフェーズドアレイアンテナＡＴｉの指向方向、つまり電波の到来方向は、送信機位置推定部１４に与えられる。
【００２５】
送信機位置推定部１４は、与えられたフェーズドアレイアンテナＡＴ１の指向方向と、他の各フェーズドアレイアンテナＡＴ２〜ＡＴ４の指向方向との交点の座標を求め、フェーズドアレイアンテナＡＴ２の指向方向と残りの各フェーズドアレイアンテナＡＴ３，ＡＴ４の指向方向との交点の座標を求め、フェーズドアレイアンテナＡＴ３の指向方向と残りのフェーズドアレイアンテナＡＴ４の指向方向との交点の座標を求める。即ち、各固定局１０ｉにおける受信電波の到来方向から、送信機１１の位置の候補を複数推定する（ステップＳ２）。
【００２６】
ここで、固定局１０ｉがＩ箇所にあれば、送信機１１の位置の候補の数は（Ｉ２−Ｉ）／２であり、Ｉが４の場合には送信機１１の位置の候補は６になる（図４参照）。つまり、フェーズドアレイアンテナＡＴｉ〜ＡＴ４の交点の座標は６組得られる。フェーズドアレイアンテナＡＴｉ〜ＡＴ４の交点の座標を（Ｘｎ，Ｙｎ）（ｎ＝１，２，…，６）とする。
【００２７】
６組の交点の座標（Ｘｎ，Ｙｎ）は、受信電力理論値算出部１５に与えられる。
受信電力理論値算出部１５には、各固定局１０ｉ毎の受信電力Ｐｉ，ｋの最大値ＰＭＡＸｉも入力される。受信電力理論値算出部１５は、４箇所の固定局１０１〜１０４の受信電力の最大値ＰＭＡＸ１〜ＰＭＡＸ４のうちからさらに最大の値を求める。即ち、ＰＰ＝ｍａｘ（ＰＭＡＸｉ）を求める（ステップＳ３）。
【００２８】
受信電力理論値算出部１５は、各固定局１０ｉ毎の受信電力Ｐｉ，ｋの最大値ＰＭＡＸｉをＰＰの値で割り、各値を最大値が１となるような受信電力比に変換する（ステップＳ４）。
【００２９】
続いて、受信電力理論値算出部１５は、各交点の座標（Ｘｎ，Ｙｎ）と固定局１０ｉとの間の距離Ｒをそれぞれ算出し、各交点の座標（Ｘｎ，Ｙｎ）の位置に送信機１１があった場合の固定局１０ｉで受信電力の理論値ＰＥｉ，ｎを求める。即ち、ＰＥｉ，ｎ＝ＰＴ／（Ｒ２）の計算をする（ステップＳ５）。ここで、ＰＴは、送信機１１の送信電力に相当する。
【００３０】
このステップＳ５の処理では、送信機１１の送信電力に相当する適当な値ＰＴを設定しておき、交点の座標（Ｘ１，Ｙ１）との距離Ｒを求めて受信電力の理論値ＰＥｉ，１＝ＰＴ／（Ｒ２）の計算をする処理を、固定局１０１，１０２，１０３，１０４に対してそれぞれ実施する。さらに、同様の処理を交点の座標を（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ３，Ｙ３），…（Ｘ６，Ｙ６）に変化させて実施する。
【００３１】
交点の座標（Ｘｎ，Ｙｎ）の位置に送信機１１があった場合の各固定局１０ｉでの受信電力の理論値ＰＥｉ，ｎは、受信電力理論値算出部１５から送信機位置同定部１６に与えられる。
【００３２】
送信機位置同定部１６は、与えられた受信電力の理論値ＰＥｉ，ｎの最大値（ＰＰ＝ｍａｘ（ＰＥｉ，ｎ）を求め（ステップＳ６）、与えられた受信電力の理論値ＰＥｉ，ｎをその最大値ＰＰで割って、各値を最大が１になるような受信電力比の理論値に変換する（ステップＳ７）。
【００３３】
次に、送信機位置同定部１６は、各交点の座標（Ｘｎ，Ｙｎ）の位置に送信機１１があった場合に４箇所の各固定局１０ｉで受信する受信電力比の理論値ＰＥｉ，ｎと実際に４箇所の固定局１０ｉで受信した受信電力比の差Ｅｎを求める（ステップＳ８）。
【００３４】
このステップＳ８では、最初に、交点の座標（Ｘ１，Ｙ１）の位置に送信機１１があった場合を考え、固定局１０１での受信電力比の理論値ＰＥ１，１と実際の受信電力比の値ＰＭＡＸ１の差の２乗の値（ＰＥ１，１−ＰＭＡＸ１）２を計算する。同様に、各固定局１０２〜１０４での受信電力比の理論値ＰＥｉ，１と実際の受信電力比の値ＰＭＡＸｉの差の２乗の値（ＰＥ１，１−ＰＭＡＸ１）２をそれぞれ計算する。送信機位置同定部１６は、計算で求めた値（ＰＥ１，１−ＰＭＡＸ１）２，（ＰＥ２，１−ＰＭＡＸ２）２，（ＰＥ３，１−ＰＭＡＸ３）２，（ＰＥ４，１−ＰＭＡＸ４）２の合計を受信電力比の差Ｅ１として求める。なお、各値（ＰＥｉ，１−ＰＭＡＸｉ）２の合計は、値（ＰＥｉ，１−ＰＭＡＸｉ）２をすべて計算してから求めてもよいし、各値（ＰＥｉ，１−ＰＭＡＸｉ）２を計算する毎に累算して求めてもよい。
【００３５】
交点の座標（Ｘ１，Ｙ１）の位置に送信機１１があった場合の次に、各交点の座標（Ｘ２，Ｙ２）〜（Ｘ６，Ｙ６）の位置に送信機１１があった場合を順に考え、交点の座標（Ｘ１，Ｙ１）の位置に送信機１１があった場合と同様の処理で、実際と理論値の受信電力比の差Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６を順次計算する。
【００３６】
送信機位置同定部１６は、ステップＳ８で計算で求めた理論値と実際の受信電力比の差Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６が最小となる交点の座標を選択し、これを通信機１１が存在する位置と同定して出力する（ステップＳ９）。
【００３７】
以上のように、本実施形態では、フェーズドアレイアンテナＡＴｉ〜ＡＴ４の指向方向から推定される送信機１１の位置の重心を求めるのではなく、フェーズドアレイアンテナＡＴｉ〜ＡＴ４の指向方向から推定される送信機１１の位置に、送信機１１があった場合の各固定局１０ｉにおける受信電力の理論値と実際の受信電力との差から、送信機１１の位置を同定する。そのため、障害物の影響を受けないデータに基づいて送信機の位置を同定でき、誤差の同定が可能である。
【００３８】
なお、本発明の上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、フェーズドアレイアンテナＡＴｉ〜ＡＴ４は、送信機１１からの電波の到来方向を容易に検出するために用いたが、他の種類のアンテナで指向させて送信機１１からの電波の到来方向をしてもよい。
【００３９】
また、実際と理論値の受信電力比の差Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６が最小となる交点の位置を送信機１１の位置としたが、差Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６
が所定値以下の任意数の交点の位置を求め、それらの重心を求めて送信機１１の位置としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る位置同定システムを示す機能ブロック図である。
【図２】固定局と送信機の位置を示す図である。
【図３】位置同定方法を示すフローチャートである。
【図４】従来の位置同定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ｉ，１０１〜１０４      固定局
ＡＴｉ，ＡＴ１〜ＡＴ４      フェーズドアレイアンテナ
１１                    送信機
１２１〜１２４            受信部
１３１〜１３４            受信信号解析部
１４                    送信機位置推定部
１５                    受信電力理論値算出部
１６                    送信機位置同定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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