(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を利用して距離あるいは方向を検知する場合、マルチパスあるいはハイトパターンの影響を受け検知精度が極端に劣化する場合があり、これらの影響を軽減して高い精度で検知できるアクティブタグ装置を提供する。【解決手段】固定される側あるいは移動体に携帯される側の何れか一方あるいは両方の発信手段あるいは中継手段あるいは受信手段に近接して設置された複数のアンテナあるいは複数の送受波器を接続し、当該発信手段あるいは中継手段のアンテナあるいは送受波器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、固定される側の受信手段あるいは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。【選択図】図１
2007010639.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を利用した検知システムにおいて、
搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の送信機から発信するための発信手段と、当該発信手段から発信された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための受信手段から構成され、
当該発信手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の送信機から発信される当該搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせが相互に同期しあるいは直交して発信されており、
当該受信手段が入力信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な数の受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該受信機の出力信号から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合せを検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該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合せを当該発信手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の送信機毎に積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段を用いてリアルタイムで検出しあるいはメモリに蓄積した後に後処理を行って検出し、当該検出結果から当該発信手段あるいは受信手段の各々の場所あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とするアクティブタグ装置
【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を利用した検知システムにおいて、
搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信するための発信手段と、当該発信手段から発信された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の受信機により受信するための受信手段から構成され、
当該受信手段が当該発信手段に同期したタイミングあるいは別に設けた基準となるタイミング信号あるいは基準となる同期信号に合わせて当該受信手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の受信機を切替えており、
当該受信手段が入力信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な数の受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該受信機の出力信号から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合せを検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該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合せを当該受信手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の受信機毎に積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段を用いてリアルタイムで検出しあるいはメモリに蓄積した後に後処理を行って検出し、当該検出結果から当該発信手段あるいは受信手段の各々の場所あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とするアクティブタグ装置
【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を利用した検知システムにおいて、
搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の送信機から発信するための発信手段と、当該発信手段から発信された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を中継するための中継手段と、当該中継手段から再発信された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための受信手段から構成され、
当該発信手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の送信機から発信される当該搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせが相互に同期しあるいは直交して発信されており、
当該受信手段が入力信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な数の受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該受信機の出力信号から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合せを検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該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合せを当該発信手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の送信機毎に積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段を用いてリアルタイムで検出しあるいはメモリに蓄積した後に後処理を行って検出し、当該検出結果から当該発信手段あるいは中継手段あるいは受信手段の各々の場所あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とするアクティブタグ装置
【請求項４】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を利用した検知システムにおいて、
搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信するための発信手段と、当該発信手段から発信された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を中継するための中継手段と、当該中継手段から再発信された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の受信機により受信するための受信手段から構成され、
当該受信手段が当該発信手段あるいは中継手段に同期したタイミングあるいは別に設けた基準となるタイミング信号あるいは基準となる同期信号に合わせて当該受信手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の受信機を切替えており、
当該受信手段が入力信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な数の受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該受信機の出力信号から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合せを検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該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合せを当該受信手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の受信機毎に積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段を用いてリアルタイムで検出しあるいはメモリに蓄積した後に後処理を行って検出し、当該検出結果から当該中継手段あるいは受信手段あるいは発信手段の各々の場所あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とするアクティブタグ装置
【請求項５】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を利用した検知システムにおいて、
搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信するための任意の数の発信手段と、当該発信手段から発信された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の中継器により中継するための中継手段と、当該中継手段から再発信された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための受信手段から構成され、
当該中継手段が当該発信手段に同期したタイミングあるいは別に設けた基準となるタイミング信号あるいは基準となる同期信号に合わせて当該中継手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の中継器を切替えており、
当該受信手段が入力信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な数の受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該受信機の出力信号から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合せを検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該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合せを当該受信手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の受信機毎に積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段を用いてリアルタイムで検出しあるいはメモリに蓄積した後に後処理を行って検出し、当該検出結果から当該中継手段あるいは受信手段あるいは発信手段の各々の場所あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とするアクティブタグ装置
【請求項６】
当該発信手段あるいは中継手段あるいはこれらの両方が同期しあるいは直交する単一あるいは複数の搬送波信号あるいは単一あるいは複数の副搬送波信号あるいは単一あるいは複数の変調信号あるいは単一あるいは複数のデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信することを特徴とする請求項第１項から第５項に記載アクティブタグ装置
【請求項７】
当該発信手段あるいは中継手段が複数の送信機で送信する場合あるいは当該受信手段が複数の受信機で受信する場合あるいはこれらの組合わせである場合には共通の基準発振器により同期運転されあるいは同期したタイミングあるいは別に設けた基準となるタイミング信号あるいは基準となる同期信号に合わせて動作することを特徴とする請求項第１項から第６項に記載アクティブタグ装置
【請求項８】
当該発信手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の送信機から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を構成する搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせには少なくとも当該複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の送信機に対して個別にあるいはグループ毎に識別符号あるいは同期をとるための信号を含んでおりハイトパターンあるいはマルチパスの影響による受信率の低下あるいは測定精度の劣化を軽減することを特徴とする請求項第１項から第７項に記載アクティブタグ装置
【請求項９】
当該中継手段が同時送受信手段あるいは時分割送受信手段あるいは遅延手段あるいはこれらの組合わせを有し当該中継手段が受信するタイミングで受信した搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせに少なくとも当該中継手段の識別信号を附加し当該中継手段の送信のタイミングで中継することを特徴とする請求項第１項から第８項に記載アクティブタグ装置
【請求項１０】
当該中継手段において受信した超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を当該中継手段に内蔵する局発信号とミキシングしあるいは検波して中間周波数信号あるいはベースバンド信号あるいはデジタル信号に変換した後に当該中間周波数信号あるいは変調信号あるいはデジタル符号を整数倍の周波数あるいは整数倍の伝送速度の信号あるいは符号に変換し当該直交した信号あるいは符号を当該局発信号と再度ミキシングしあるいは変調することで受信した元の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号に対して直交する信号に変換した後に再発信することを特徴とする請求項第１項から第９項に記載のアクティブタグ装置
【請求項１１】
当該中継手段に設けられた遅延手段が当該中継手段において受信した複数の信号あるいは複数の符号の同期点あるいは直交点を検出し当該同期点あるいは直交点において中継しあるいは再発信を起動することを特徴とする請求項第１項から第１０項までに記載のアクティブタグ装置
【請求項１２】
当該中継手段が少なくとも周波数分割送受信手段を有し当該中継手段において受信した搬送波信号と送信する搬送波信号あるいは受信した副搬送波信号と送信する副搬送波信号あるいは受信した信号と送信する信号あるいは受信したデジタル符号と送信するデジタル符号あるいはこれらの組合わせが同期しあるいは直交することを特徴とする請求項第１項から第１１項までに記載のアクティブタグ装置
【請求項１３】
当該中継手段が少なくとも帯域通過フイルタと当該帯域通過フイルタの後段部にスペクトル拡散手段あるいは変調器を有し当該中継手段において少なくとも当該中継手段の識別信号を含む拡散符号によりスペクトル拡散することによってプロセス利得を確保し発信側のアンテナあるいは送受波器と受信側のアンテナあるいは送受波器との間のアイソレーションを確保することを特徴とする請求項第１項から第１２項までに記載のアクティブタグ装置
【請求項１４】
当該信号検出器において当該受信機の出力信号に対して複数サイクル以上の長さの窓枠を設けあるいは任意の長さの窓枠を複数個設けあるいは少なくとも窓枠の切り方が位相の測定に影響を与えない方法で窓枠を設け積和演算器あるいは高速フーリエ変換器あるいは同等な手段により当該同期しあるいは直交する複数の信号あるいは複数の符号の間の位相差を検出し、当該検出結果から当該発信手段あるいは中継手段あるいは受信手段の各々の場所あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向あるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする請求項第１項から第１３項に記載のアクティブタグ装置
【請求項１５】
当該発信手段あるいは中継手段が当該同期しあるいは直交する単一あるいは複数の信号あるいは単一あるいは複数の符号を時系列で切替えて発信する場合あるいは当該複数のアンテナあるいは複数の送受波器を時系列で切替えて発信する場合に当該切替えるタイミングに対応する信号あるいはタイミング信号あるいは同期信号あるいは起動信号あるいは識別信号あるいはこれらの組合わせが含まれることを特徴とする請求項第１項から第１４項までに記載のアクティブタグ装置
【請求項１６】
当該発信手段あるいは中継手段から発信される当該同期しあるいは直交する単一あるいは複数の信号あるいは単一あるいは複数の符号の位相を当該受信手段において測定する基準となるタイミング情報が当該複数の信号あるいは複数の符号が同期しあるいは直交する点あるいは当該複数の信号あるいは複数の符号の位相が同一となる点を基準とすることを特徴とする請求項第１項から第１５項までに記載のアクティブタグ装置
【請求項１７】
当該信号検出器において当該同期しあるいは直交する単一あるいは複数の信号あるいは単一あるいは複数の符号の位相を測定する基準となるタイミング信号あるいは同期信号を検出するための検出手段が当該受信機の出力信号の位相とは無関係にタイミング信号あるいは同期信号を検出できることを特徴とする請求項第１項から第１６項に記載のアクティブタグ装置
【請求項１８】
当該受信手段において当該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合せを検出する期間に限り当該発信手段あるいは中継手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を無変調としあるいは位相測定用信号として周波数あるいは位相あるいはこれらの両方を固定しあるいは同期した変化に保持することを特徴とする請求項第１項から第１７項までに記載のアクティブタグ装置
【請求項１９】
当該発信手段あるいは中継手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の送信機あるいは当該受信手段の複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の受信機あるいはこれらの組合わせが近接した間隔で配置され当該発信手段あるいは中継手段と受信手段との間の複数の組合わせに対応して相対的な距離を検出し当該相対的な距離が短くなる組合わせからあるいは比較的に短い距離となる組合わせの平均値からあるいは全ての組合わせの平均値から当該方向あるいは位置を検知することによってマルチパスの影響を軽減することを特徴とする請求項第１項から第１８項に記載のアクティブタグ装置
【請求項２０】
当該信号検出器において当該受信機の出力信号を逓倍しあるいはコスタスループを用いて搬送波信号あるいは副搬送波信号を再生して位相差を検出することで相対的な方向を検知し当該受信機の出力信号から副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号あるいはデジタル符号を再生しあるいは復調して位相差を検出することで相対的な距離を検知することを特徴とする請求項第１項から第１９項に記載のアクティブタグ装置
【請求項２１】
当該複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の送信機あるいは複数の受信機が比較的に近接して設置され周期的に切替えられあるいは当該複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいはベースバンド信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせが周期的に切替えられることを特徴とする請求項第１項から第２０項に記載のアクティブタグ装置
【請求項２２】
当該複数のアンテナあるいは複数の送受波器が複数の放射素子あるいは複数の放射手段とこれらを直列あるいは並列に接続するための伝送手段から構成されあるいは当該放射素子あるいは放射手段が結合手段を介して当該伝送路に連続しあるいは間隔を置いて結合されることを特徴とする請求項第１項から第２１項に記載のアクティブタグ装置
【請求項２３】
当該結合手段が予め設定された手順により制御されあるいは当該発信手段あるいは中継手段あるいは受信手段から発信される制御信号によって制御され当該複数の放射素子あるいは複数の放射手段を個別にあるいはグループ毎にあるいは一斉に切替えられあるいは動作しあるいは非動作とすることを特徴とする請求項第１項から第２２項に記載のアクティブタグ装置
【請求項２４】
当該伝送手段あるいは当該結合手段あるいは放射手段あるいはこれらの組合わせが少なくとも増幅器あるいは周波数変換器あるいはこれらの組合わせから構成され当該増幅器あるいは周波数変換器が常時動作状態でありあるいは個別にあるいはグループ毎にあるいは一斉に動作しあるいは非動作となるように制御されることを特徴とする請求項第１項から第２３項に記載のアクティブタグ装置
【請求項２５】
当該発信手段あるいは中継手段あるいは受信手段を当該伝送手段の両端あるいは複数の個所に周期的に切替える切替手段を介して接続し当該接続された発信手段あるいは受信手段あるいは中継手段とは別に発信手段あるいは受信手段あるいは中継手段が当該伝送手段に近接して存在する場合当該伝送手段に近接して存在する受信手段あるいは発信手段あるいは中継手段の場所を検知することを特徴とする請求項第１項から第２４項に記載のアクティブタグ装置
【請求項２６】
当該伝送手段が直線状あるいは曲線状あるいはスパイラル状あるいはジグザグ状あるいは格子状あるいは任意の角度あるいは任意の形状で設置されあるいは移動物体の移動を誘導支援しあるいは誘導するために必要なルートに沿ってあるいは必要なエリアをカバーするように配置されることを特徴とする請求項第１項から第２５項に記載のアクティブタグ装置
【請求項２７】
当該受信手段あるいは発信手段あるいは中継手段を携帯する歩行者あるいは移動体に対して特定の場所に固定された受信手段あるいは発信手段あるいは中継手段に接続された複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは伝送線路に接続された複数の放射素子あるいは放射手段との位置関係を保持しながら移動するよう誘導支援することを特徴とする請求項第１項から第２６項に記載のアクティブタグ装置
【請求項２８】
当該複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは当該複数の放射素子あるいは複数の放射手段が指向性を有し当該指向性が同一の方向に向けられあるいはグループ毎に同一の方向に向けられあるいは制御信号によって必要な方向に向けられあるいは必要な組合わせの方向に向けられることを特徴とする請求項第１項から第２７項に記載のアクティブタグ装置
【請求項２９】
固定して設置される受信手段あるいは発信手段あるいは中継手段あるいは移動体によって携帯される受信手段あるいは発信手段あるいは中継手段の何れか一方あるいは両方に切替手段を介して接続される複数のアンテナあるいは複数の送受波器が水平面に対して左右前後に１波長以下の間隔を置いて配置されあるいは垂直面に対して上下左右に１波長以下の間隔を置いて配置されあるいは任意の面に対して１波長以下の間隔を置いて配置されることを特徴とする請求項第１項から第２８項に記載のアクティブタグ装置
【請求項３０】
当該固定して設置される側に接続される複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは伝送手段に接続された複数の放射素子あるいは複数の放射手段が規則的に配置されあるいは碁盤目状に配置されあるいは発信される識別信号に少なくとも設置された場所情報あるいは指向性の方向に関する情報あるいはこれらの両方を含むことを特徴とする請求項第１項から第２９項に記載のアクティブタグ装置
【請求項３１】
当該固定して設置される側に接続される複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは伝送手段に接続された複数の放射素子あるいは複数の放射手段が直接あるいは中継手段あるいは双方向中継手段を介して折り返して設置され道路あるいはプラットホームあるいは歩行者が歩行するルートの両端に設置されることを特徴とする請求項第１項から第３０項に記載のアクティブタグ装置
【請求項３２】
当該固定して設置される側に接続される複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは当該伝送手段に接続される複数の放射素子あるいは複数の放射手段の指向性の中心線あるいは空間に放射される信号の位相が同一となる線あるいは機械的な正面方向と当該携帯されて用いられる受信手段あるいは発信手段あるいは中継手段のアンテナあるいは送受波器の指向性の中心線あるいは空間から受信する信号の位相が同一となる線あるいは機械的な正面方向を対向させることによりお互いの中心線あるいは位相が同一となる線を検出しあるいは当該携帯される側において当該中心線あるいは位相が同一となる線からのずれの角度あるいはずれの程度から場所あるいは位置あるいは方向を検知することを特徴とする請求項第１項から第３１項に記載のアクティブタグ装置
【請求項３３】
当該中心線あるいは位相が同一となる線あるいは当該中心線あるいは位相が同一となる線からのずれを検出して速度あるいは加速度センサあるいは地磁気センサあるいは重力センサあるいはこれらを組み合わせた慣性航法装置を補正するための基点とし当該基点からの移動量あるいは方向あるいは角度あるいは速度の変化量あるいは場所あるいは位置の変化量あるいはこれらの組み合わせにより当該携帯される側の場所あるいは位置あるいは方向を検知することを特徴とする請求項第１項から第３２項に記載のアクティブタグ装置
【請求項３４】
当該固定して設置される側の両端あるいは複数の個所に周期的に切替える切替手段を介して接続される複数のアンテナあるいは複数の送受波器が漏洩ケーブルあるいは漏洩同軸ケーブルあるいは漏洩導波管あるいは漏洩光ケーブルあるいは漏洩音響管であり当該携帯される側あるいは固定される側において当該漏洩ケーブルあるいは漏洩同軸ケーブルあるいは漏洩導波管あるいは漏洩光ケーブルあるいは漏洩音響管と当該携帯される側との位置関係を検知することを特徴とする請求項第１項から第３３項に記載のアクティブタグ装置
【請求項３５】
当該固定して設置される側の両端あるいは複数の個所に周期的に切替える切替手段を介して接続される伝送手段あるいは漏洩ケーブルあるいは漏洩同軸ケーブルあるいは漏洩導波管あるいは漏洩光ケーブルあるいは漏洩音響管が単一あるいは複数組設けられ当該複数組の場合には平行して敷設されあるいは井桁状に敷設されあるいは移動体に対して上下方向あるいは左右方向あるいは前後方向に敷設されあるいは任意の組合わせで敷設され当該携帯される側には１波長以下の間隔を置いて配置した複数の円偏波指向性アンテナあるいは複数の送受波器が接続され当該携帯される側の現在の位置あるいは場所あるいは当該携帯される側が向かっている方向あるいは当該伝送手段あるいは漏洩ケーブルあるいは漏洩同軸ケーブルあるいは漏洩導波管あるいは漏洩光ケーブルあるいは漏洩音響管の真上あるいは真下からのずれの角度あるいはずれの程度あるいはこれらの組合わせを高精度でしかもリアルタイムで検知することを特徴とする請求項第１項から第３４項に記載のアクティブタグ装置
【請求項３６】
当該固定して設置される側の複数の発信手段あるいは複数の中継手段あるいは複数の受信手段あるいは少なくとも複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の放射素子あるいは複数の放射手段あるいは伝送手段あるいはこれらの組合わせが床面に敷設された床暖房設備との共用部分を有しあるいは天井あるいは天井裏に敷設された照明設備との共用部分を有しあるいは任意の個所に敷設された通信設備あるいは電気・電子設備との共用部分を有することを特徴とする請求項第１項から第３５項に記載のアクティブタグ装置
【請求項３７】
当該伝送手段が独立に敷設されあるいは照明設備の配線あるいは床暖房設備の配線あるいは通信設備あるいは電気・電子設備の配線と共用されており複数の発信手段あるいは中継手段あるいは受信手段に対して電源を供給すると共に少なくとも同期をとるための信号あるいは起動停止を制御するための信号あるいは切替えのタイミングを与える信号あるいはこれらの組合わせを伝送することを特徴とする請求項第１項から第３６項に記載のアクティブタグ装置
【請求項３８】
当該発信手段あるいは中継手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を構成する複数の搬送波信号あるいは複数の副搬送波あるいは複数のベースバンド信号あるいは複数のデジタル符号あるいはこれらの組合わせの周波数あるいは伝送速度を整数倍の間隔で生成し当該受信手段においてｃｍあるいはｍあるいはｋｍあるいはこれらの単位の組合わせの尺度を用いて距離あるいは位置あるいは場所の測定を行うことを特徴とする請求項第１項から第３７項に記載のアクティブタグ装置
【請求項３９】
当該発信手段が位置検知のための衛星局あるいは位置検知のための無線局あるいはデジタルテレビ用放送局あるいは移動体通信用基地局あるいは中継局あるいはＲＦタグあるいは一般の無線局あるいは免許を要しない無線機であり当該同期しあるいは直交する複数の信号あるいは複数の符号を発信しあるいは当該複数の信号あるいは複数の符号の位相を測定する基準となるタイミング信号あるいは同期信号を重畳しあるいは構成要素としあるいはこれらの組合わせであることを特徴とする請求項第１項から第３８項に記載のアクティブタグ装置
【請求項４０】
当該発信手段が位置検知用の衛星局であり当該中継手段が当該衛星局からの信号を受信して当該衛星局からの信号が直接到達することが困難なエリアに向けて再発信し当該受信手段において位置あるいは方向を検知することを特徴とする請求項第１項から第３９項に記載のアクティブタグ装置
【請求項４１】
当該発信手段がＧＰＳの衛星局であり当該中継手段が当該ＧＰＳの衛星局から発信される信号から検出したタイミング信号あるいは同期信号に対応しあるいは別に設けた基準となるタイミング信号あるいは同期信号に従って当該複数のアンテナを順次切替えながら再発信し当該受信手段において当該ＧＰＳの衛星局あるいは当該中継手段から発信される信号から検出した当該中継手段の複数のアンテナを切替えるタイミングあるいは切替える周期に従って当該複数のアンテナ間のタイミング差あるいは振幅差あるいは周波数差あるいは位相差あるいはこれらの組合せを検出することで当該受信手段の位置および／あるいは方向を検知することを特徴とする請求項第１項から第４０項に記載のアクティブタグ装置
【請求項４２】
当該複数の発信手段あるいは複数の中継手段あるいは複数の受信手段あるいはこれらの組み合わせが離散的に配置され無線接続あるいは有線接続によってネットワークを構成し当該ネットワーク内において当該発信手段あるいは複数の中継手段あるいは複数の受信手段あるいはこれらの組み合わせ単位でクラス分けを行い当該クラスの上位から下位の方向に向けて当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信するためのタイミングを決める同期信号を転送し当該クラスの下位から上位の方向に向けて受信しあるいは検知したデータを転送することを特徴とする請求項第１項から第４１項に記載のアクティブタグ装置
【請求項４３】
当該発信手段あるいは中継手段のアンテナあるいは送受波器から発信される高周波信号が電波法で定められている微弱電波でありあるいは電波法の規定を受けない超音波信号あるいは光信号であり当該発信手段あるいは中継手段のアンテナあるいは送受波器の指向性が当該受信手段の方向と相対するように設置されることを特徴とする請求項第１項から第４２項に記載のアクティブタグ装置
【請求項４４】
当該発信手段あるいは中継手段の複数のアンテナから発信される高周波信号が電波法で定められている微弱電波であると共にＧＰＳの信号でありあるいはＧＰＳの信号と等価でありあるいはＧＰＳ受信機の一部を切替えることで受信可能な信号であることを特徴とする請求項第１項から第４３項に記載のアクティブタグ装置
【請求項４５】
当該発信手段あるいは中継手段の複数のアンテナから発信される高周波信号が電波法で定められている微弱電波であり衛星から発信されるＧＰＳの信号に比較して大きさがＧＰＳのプロセス利得以内でありあるいはＧＰＳに割り当てられている拡散符号により分離可能な信号であることを特徴とする請求項第１項から第４４項に記載のアクティブタグ装置
【請求項４６】
当該発信手段あるいは中継手段が複数のアンテナを切替えながら発信する高周波信号が電波法で定められている微弱電波であり当該高周波信号が比較的に長い周期の拡散符号あるいは拡散信号により拡散されるとともに当該発信手段あるいは中継手段を識別しあるいは認識するための符号あるいは信号が重畳されており当該拡散符号により同期を確立するともに当該発信手段あるいは中継手段を識別しあるいは認識することを特徴とする請求項第１項から第４５項に記載のアクティブタグ装置
【請求項４７】
当該発信手段あるいは中継手段の複数のアンテナから発信される高周波信号が電波法で定められている微弱電波であり当該発信手段あるいは中継手段が離散的に複数台が設置され当該受信手段において当該発信手段あるいは中継手段のアンテナの真下あるいはその近傍を通過する際に場所の基準点および／あるいは慣性航法の基準点として活用できることを特徴とする請求項第１項から第４６項に記載のアクティブタグ装置
【請求項４８】
当該発信手段および／あるいは中継手段に関する情報をダウンロードする手段を特定の設備あるいは特定の建造物あるいは特定のエリアの入り口あるいはゲートあるいは必要とする場所に設け当該受信手段を携帯する歩行者あるいはロボットが当該ダウンロードする手段からの情報をもとに特定の設備内あるいは特定の建造物内あるいは特定のエリア内でのナビゲーションサービスを受けることを特徴とする請求項第１項から第４７項に記載のアクティブタグ装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を利用して発信手段あるいは中継手段あるいは受信手段の各々の場所および／あるいは相互間の距離および／あるいは相互間の方向を高い精度で検知できるアクティブタグ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、特許文献１に記載されている従来の「狭帯域幅ワイヤレス通信システムにおける位置判定」の基本構成を示す図であり、６１〜６４はBluetooth装置による位置マーカー、６５はBluetooth装置による移動通信装置、６６は位置解明プロセッサー、６７は基準発振器、６８は当該移動通信装置６５のアンテナ、６９は基準発振器６７の分岐点である。
既知の安定した基準信号６９と、ワイヤレス移動通信装置６５が出力する既知の信号との間の位相差を、既知の数箇所の位置に設置した位置マーカー６１〜６４において判定し、次いで、ワイヤレス移動通信装置６５の位置を当該位相情報から判定する。また、当該移動通信装置６５の近似位置を推定するために当該装置から所定の電力レベルでメッセージを送信し、複数の所定の位置マーカー６１〜６４の内のどこで受信されたかを判定することで行う。
特許文献１に記載された従来の技術が上記のように構成されており、屋外等の開空間あるいは屋内等の閉空間で生じるマルチパスあるいはハイトパターンによる測定精度の劣化に対する対策は採られていない。
また、特許文献２に記載されている従来の「物品追跡システム」では、複数の受信器により信号を受信し受信する時間の差から距離を検知しており、屋外等の開空間あるいは屋内等の閉空間で生じるマルチパスあるいはハイトパターンによる測定精度の劣化に対する対策は採られていない。
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、発信手段あるいは中継手段から同期しあるいは直交する複数の搬送波信号あるいは複数の副搬送波信号あるいは複数の変調信号あるいは複数のデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を利用して発信手段あるいは中継手段あるいは受信手段が位置する方向を検知しているが、屋外等の開空間あるいは屋内等の閉空間で生じるマルチパスあるいはハイトパターンによる測定精度の劣化に対する対策は採られていない。
また、特許文献４に記載されている従来の「超音波タッチパネル」では、発信手段から発信される超音波信号をタッチパネル上で複数のトランスデューサーを用いて縦方向と横方向に交差させ、縦方向と横方向の交点において信号が変化した場合に縦方向と横方向の信号の変化を個別に検出することで位置の検出を行っているが、屋外等の開空間あるいは屋内等の閉空間で生じるマルチパスあるいはハイトパターンによる測定精度の劣化に対する対策は採られていない。
また、非特許文献１に記載されている従来の「ＬＣＸを用いた位置検知」では、近距離での位置検知に適用するのが難しく、位置検知の方法が複雑であり、あるいは検知精度も高くできないなどの問題点があった。
【特許文献１】特開２００３−５７３２６号
【特許文献２】特許第３１４７３０６号
【特許文献３】特願２００４−２１８２４９号
【特許文献４】特開平１１−３２７７７２号
【非特許文献１】岸本、佐々木著「ＬＣＸ通信システム」14-21および125-128ページ、電子情報通信学会、コロナ社刊
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を利用して場所あるいは方向を検知する場合、屋外の開空間あるいは屋内等の閉空間に関わらず、マルチパスあるいはハイトパターンの影響を受け検知精度が極端に劣化する場合があり、これらの影響を軽減あるいは排除して場所あるいは方向を高い精度で検知できるアクティブタグ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明に係わるアクティブタグ装置は、発信手段あるいは中継手段に複数のアンテナあるいは複数の送受波器を接続し、各々のアンテナあるいは送受波器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単一あるいは複数の測定用信号を周期的に発信し、受信手段において当該システム同期信号を受信後に相対的な距離を検知し、複数のアンテナあるいは複数の送受波器からの相対距離が最短のものあるいは近いものの平均値から各々の場所あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向を検知することでマルチパスあるいはハイトパターンの影響を排除し高い精度で検知する。
【発明の効果】
【０００５】
従来の位置判定の技術では屋内等の閉空間で生じるマルチパスあるいはハイトパターンによって生じる位置判定の極端な誤差に対する対策が無かったが、本発明のアクテイブタグ装置では方向の検知精度が飛躍的に向上し、しかもマルチパスあるいはハイトパターンによって生じる極端な検知精度の劣化を軽減できあるいは排除できるので、歩行者あるいはロボット等の移動体の歩行あるいは移動を誘導支援するのに適したシステムが提供できる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
この発明に係わるアクティブタグ装置は、図１に示すように、発信手段１と受信手段２から構成され、発信手段１には複数のアンテナあるいは複数の送受波器１１ａ〜１１ｃが接続され、受信手段２には複数のアンテナあるいは受波器２１ａと２１ｂが接続されている。
発信手段１の複数のアンテナあるいは複数の送受波器１１ａ〜１１ｃからは、図９および図１０に示される同期しあるいは直交する複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいはベースバンド信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせにより構成されシステム同期信号と識別信号４１ａと４２ａおよび測定用信号４１ｂと４２ｂを含んだ超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信が図５に示す直交信号生成器１６によって生成され、タイミング制御器１０６によって複数のアンテナあるいは送受波器１１ａ〜１１ｃから個別に異なるタイミングで周期的に発信されているものとする。
一方、受信手段２の複数のアンテナ２１ａと２１ｂは周期的に切替えられながら発信手段１から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信し、前記システム同期信号４１ａあるいは４２ａにより起動され、測定用信号４２ａあるいは４２ｂ受信時に切替えた時の位相差を信号検出器２６により検出し測定用信号生成器１５により生成されたシステム同期信号との間の位相差を検出して各々の場所あるいは相互間の距離あるいは相互間の方向あるいはこれらの組合わせを検知し、結果を制御表示装置２７に表示しあるいは音声によりアナウンスする。
ここで、発信手段１の複数のアンテナあるいは複数の送受波器１１ａから１１ｃから発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号が、空間での伝搬２０でマルチパスによって伝搬経路が長くなる場合があっても、当該受信手段２において前記の同期しあるいは直交する複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号信号あるいはベースバンド信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合せからから各アンテナあるいは送受波器１１ａ〜１１ｃからの相対的な距離を検出し、そのうちの最短のものを選択することでマルチパスの影響を受けなかったものを選択することができるメリットが得られる。
【０００７】
図２では、信号生成器１５、ミキサー１４、および増幅器１３から構成される送信機と低雑音増幅器２３、ミキサー２４、および信号検出器２６から構成される受信機が切替スイッチ１９で切替えられアンテナスイッチ１６により複数のアンテナあるいは送受波器１１ａ〜１１ｃに接続されている。当該送信機から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号は中継手段３のアンテナあるいは送受波器３１によって受信され、低雑音増幅器３５で増幅され図６に示す信号中継器３６で遅延手段３０５によって遅延された信号を直交変調器３０４において認識番号生成器３０３で生成された拡散符号と拡散変調し帯域通過フイルタ３２によって帯域幅制限してアンテナあるいは送受波器３１から再発信することで送受信間のアイソレーションを確保し、発受信手段４のアンテナあるいは送受波器１１ａ〜１１ｃで受信される。
ここで、送信機の複数のアンテナあるいは複数の送受波器１１ａから１１ｃから発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号が、空間での伝搬２０でマルチパスによって伝搬経路が長くなる場合があっても、当該受信機において前記の同期しあるいは直交する複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号信号あるいはベースバンド信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合せから複数のアンテナあるいは送受波器１１ａ〜１１ｃで受信した時の相対的な距離を検出し、そのうちの最短のものを選択することでマルチパスの影響を受けなかったものを選択することができるメリットが得られる。
【０００８】
図３あるいは図４では、複数のアンテナあるいは送受波器として、漏洩ケーブルあるいは漏洩同軸ケーブルあるいは漏洩導波管あるいは漏洩音響管あるいは漏洩光ケーブル９１ａに置き換えられ、図１あるいは図２と同様なメリットが得られる他、特定の放射点９２の位置が検知できるメリットがあり、更に、歩行者あるいは移動体が例えば漏洩同軸ケーブルの真上あるいは真下に沿って±１．５ｃｍの範囲を正確に歩くよう誘導支援することができる。
特に図３では、歩行者あるいは移動体が携帯する受信手段２のアンテナ２１ａ〜２１ｄを水平面に対して左右前後方向に１波長以下の間隔で配置し、歩行者あるいは移動体が漏洩同軸ケーブル９０に対して垂直の方向から接近した場合に当該漏洩同軸ケーブル９０の存在を検知し、歩行者あるいは移動体が方向転換して漏洩同軸ケーブル９０の真下±１．５ｃｍの範囲を歩行するよう誘導し支援する。
【０００９】
図７では、伝送線路９０と、伝送線路９０の複数の結合点９２ａ〜９２ｄにおいて複数の結合器４０１ａ〜４０１ｄを接続し、当該結合器４０１ａ〜４０１ｄから増幅器あるいは周波数変換器４０２ａ〜４０２ｄを介して放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄを接続することで同様な効果が得られる。歩行者あるいは移動体が携帯する受信手段２のアンテナ２１ａ〜２１ｄを水平面に対して左右前後方向に１波長以下の間隔で配置し、放射素子あるいは放射手段４０３ｃの真下に来てアンテナ２１ａ〜２１ｄで受信した高周波信号の位相差が０°になったとき、歩行者あるいは移動体は放射素子あるいは放射手段４０３ｃの真下の半径１．５ｃｍ以内に居ることになる。
【００１０】
図８では、当該複数の漏洩同軸ケーブル９０ａ〜９０ｄを間隔９４、９５離して平行に敷設しあるいは井桁状に敷設し、これらの漏洩同軸ケーブル９０ａ〜９０ｄの真下あるいは真上からのずれの方向あるいは角度を検知し、あるいは接続点９１ａ〜９１ｄから立てた垂線の交点から場所を検知できるので、当該漏洩同軸ケーブル９０ａ〜９０ｄを屋内の通路あるいは駅のプラットホームの端等に沿って設置すると、漏洩同軸ケーブル９０ａ〜９０ｄに囲まれたエリア内では歩行者あるいは移動体の位置が高い精度で検知できる。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明のアクティブタグ装置の発信手段と受信手段の構成を示す図である。図１において、１は発信手段（あるいはアクティブタグ）、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは送信アンテナ、１２は帯域通過フイルタ、１３は電力増幅器、１４はミキサーあるいは変調器、１５は信号生成器、１６はアンテナ切替器、１７はシンセサイザ、１８は基準発振器であり、２０は空間での伝搬を示し、２は受信手段（あるいは携帯端末）、２１ａ、２１ｂは受信アンテナ、２２は帯域通過フイルタ、２３は低雑音増幅器、２４はミキサー、２５は緩衝増幅器、２６は信号検出器、２７は制御表示器、２８は基準発振器、２９はシンセサイザ、３０はアンテナ切替器である。
発信手段１において、信号生成器１５は複数ビットで構成されるシステム同期信号（発信手段１の識別信号を含む）と距離あるいは位相あるいはこれらの両方を測定するための信号を基準発振器１８に同期して生成しているものとする。
当該信号生成器１５の出力は、ミキサあるいは変調器１４によりシンセサイザ１７で生成される局発信号と混合しあるいは変調し、電力増幅器１３により増幅され、帯域通過フイルタ１２により不要な信号が除去されて、アンテナ切替器１６により複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに周期的に切替えられ、高周波信号として空間２０に放射される。
受信手段（あるいは携帯端末）２において、アンテナ２１ａ、２１ｂで受信した例えば高周波信号をアンテナ切替器３０により選択しあるいは周期的に切替え、帯域通過フイルタ２２により選択し、低雑音増幅器２３で増幅し、シンセサイザ２９の出力と混合して中間周波信号に変換し、緩衝増幅器２５で増幅して信号検出器２６に入力する。
当該信号検出器２６において、当該中間周波数信号が基準発振器２８に同期してデジタル信号に変換され、当該デジタル信号からシステム同期信号を検出し、更に、当該アンテナ切替器３０により選択しあるいは周期的に切替えながら当該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合わせを検出し、当該検出結果から当該発信手段１が位置する方向を検知する。
（１）当該発信手段１に複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが接続され１波長以下の間隔など比較的に近接して設置されている場合、当該アンテナ切替器３０を切替ながら当該発信手段１の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ毎に当該測定用信号の位相を測定して比較し位相の遅れが最も少ないアンテナからの信号を選択しあるいは位相の遅れが比較的に少ない複数のアンテナからの信号の平均値を求めることでマルチパスあるいはハイトパターンの影響を軽減することができる。
すなわち、当該発信手段１が高周波信号ＡＳｉｎ（２πｆ０ｔ＋φａ）を発信し複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを周期的に切替ながら発信しているとする。当該高周波信号がＬ（ｍ）伝搬すると振幅と位相がそれぞれ変化し、ａＳｉｎ｛２πｆ０ｔ＋φａ＋（２πＬｆ０／Ｃ）｝となる。
当該発信手段１の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの何れかと当該受信手段の間でマルチパスあるいはハイトパターンにより伝搬距離が長くなり従って伝搬位相の遅れが生じると、当該受信手段２とマルチパスが生じたアンテナと当該受信手段と他のアンテナとの間で伝搬距離従って伝搬位相に差が生じる。当該伝搬距離の差をΔＬ（ｍ）とするし、当該受信手段２の局発信号をｂＳｉｎ（２πｆ１ｔ＋φｂ）とすると、当該受信手段の中間周波信号は、ａｂＳｉｎ｛２πｆｍｔ＋φａ−φｂ＋（２π（Ｌ＋ΔＬ）（ｆ０／Ｃ）｝となり、当該マルチパスを生じたアンテナから受信した信号と他のアンテナから受信した信号の間の伝搬位相の差を求めると、ΔΦ＝｛２π（Ｌ＋ΔＬ）（ｆ０／Ｃ）−２πＬ（ｆ０／Ｃ）｝＝２πΔＬ（ｆ０／Ｃ）となり、アンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの内からΔΦが最も少なくなる組合わせを選択することで当該発信手段１が位置する方向をマルチパスの影響を軽減して高い精度で検知することができる。
（２）当該発信手段１の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが１波長以上の間隔など比較的に間を置いて設置されており、当該発信手段１からは同期しあるいは直交する複数の搬送波信号あるいは複数の副搬送波信号あるいは複数のベースバンド信号あるいは複数のデジタル符号あるいはこれらの組合わせで発信している場合、当該信号検出手段２６で当該発信手段１の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ毎に当該複数の信号間の位相差を測定することで各アンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄとの相対的な距離が検出できれば、当該発信手段１の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ各々の間の間隔が既知であることから、三角法あるいは双曲線航法により、当該発信手段１と受信手段２との間の距離あるいは当該受信手段２の方向あるいはこれらの両方を正確に検知し、制御表示器２７によって距離を表示しあるいは音声で放送することができる。
当該発信手段１が直交する２つの高周波信号ＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ＋φａ）とＡＳｉｎ（２πｆ２ｔ＋φａ）を発信しているとし、当該高周波信号がＬ（ｍ）伝搬すると振幅と位相がそれぞれ変化し、ａＳｉｎ｛２π（ｆ０＋ｆ１）ｔ＋φａ＋（２πＬ（ｆ０＋ｆ１）／Ｃ）｝とａＳｉｎ｛２π（ｆ０＋ｆ２）ｔ＋φａ＋（２πＬ（ｆ０＋ｆ２）／Ｃ｝となる。
当該受信手段２の直交する局発信号をｂＳｉｎ（２πｆ３ｔ＋φｂ）とｂＳｉｎ（２πｆ４ｔ＋φｂ）とすると、当該受信手段の中間周波信号は、ａｂＳｉｎ｛２πｆｍｔ＋φａ−φｂ＋（２πＬ（ｆ０＋ｆ１）／Ｃ）｝とａｂＳｉｎ｛２πｆｍｔ＋φａ−φｂ＋（２πＬ（ｆ０＋ｆ２）／Ｃ）｝となり、当該２つの直交する信号の間の位相差を求めると、ΔΦ＝｛２πＬ（（ｆ０＋ｆ２）／Ｃ）−２πＬ（（ｆ０＋ｆ１）／Ｃ）｝＝２πＬ（ｆ２−ｆ１）／Ｃとなり、Ｌ＝｛（ΔΦ×Ｃ）／（２π（ｆ２−ｆ１））｝から距離Ｌ（ｍ）が検出できる。
以上の原理は当該低周波数信号と高周波数信号の空間での伝搬速度は同じであるが、位相の回転が周波数によって異なることから理解できる。
しかしながら、当該直交する複数の信号間の位相差を測定しても当該発信手段１に接続されたアンテナが１基のみであるかあるいはアンテナが複数基あるとしてもこれらの間に同期あるいは直交の関係がないと距離の測定が出来ない問題点が発見された。この問題点を解決するためには、図９および図１０に直交する２つの信号の関係を示すように、直交する点４３ａあるいは４３ｂのタイミングを当該発信手段１と受信手段２が共有する必要があり、共有できないまでも、当該発信手段１の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ毎に発信するタイミングの同期をとることで相対的な距離を検出し、三角法あるいは双曲線航法により当該受信手段の位置を算出することで解決できる。
なお、上記の説明では、当該発信手段１に複数のアンテナを設ける場合について説明したが、当該発信手段１をアクティブタグとして移動体が携帯し、当該受信手段２を固定し複数のアンテナを設けアンテナ切替器で切替えながら当該複数の信号あるいは符号間の位相差を測定することで、当該発信手段１との距離あるいは方向あるいはこれらの両方を検知できる。
また、当該発信手段１のアンテナの指向性を当該受信手段２の上方から当該受信手段２に向けることで当該受信手段２の位置を高精度（例えば±１０ｃｍ）で検知することができる。
また、ミキサあるいは変調器１４では複数の直交変調器を組合わせて単側帯波変調を行うことで、当該複数の信号あるいは符号により変調する場合に生じるスプリアスを軽減することができる。
また、当該変調器１４においてデジタル符号を用いて周波数シフトキーイング変調（ＦＳＫ変調）を行うことで同期しあるいは直交する複数の信号を生成し当該複数の信号の間をホッピングさせることができる。
また、当該受信手段２の信号検出器２６において、入力信号を逓倍しあるいはコスタスループを用いて搬送波周波数を再生しあるいは再生した搬送波周波数を用いて変調信号あるいは拡散符号を復調しあるいはこれらの両方を行うことで搬送波信号あるいは拡散符号あるいはこれらの両方のの位相を検出することができる。
また、２．４ＧＨｚ帯を用いる場合の測定可能距離は約１００ｍ程度であり、距離の測定精度は高周波数信号として８ＭＨｚ、低周波数信号として４ＭＨｚを用いあるいは８ＭＣｈｉｐｓ／ｓの拡散符号を用いた場合、１６回の測定結果を平均し更に平均した測定結果を１０回分について移動平均を採ることで、±０．５度の精度で方向を±１０ｃｍの精度で場所の検知が可能となる。これと比較して、同期信号の送受信の時間差を検出して位置を判定する方法では±１ｍ程度の誤差が生じている。
また、当該受信手段２のアンテナ２１ａと２１ｂをアンテナ切替器３０により周期的に切替えて受信した信号間の位相差を測定することで当該発信手段１のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄとの間の距離および／あるいは方向が検知できるが、当該受信手段２のアンテナ切替器３０を削除してアンテナを１基にした場合でも距離および／あるいは方向の検知が可能である。
また、当該発信手段１のアンテナ切替器１６あるいは当該受信手段２のアンテナ切替器３０あるいはこれらの両方は複数のアンテナを切替えあるいは組合わせを変えあるいは位相を変えて合成しあるいはこれらを組合わせることができるものとする。
また、上記の説明では高周波信号を用いる場合について述べたが、高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいはベースバンド信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせによっても同様な効果が得られる。
また、当該複数のアンテナとしては、円偏波指向性アンテナの指向性の方向を合わせて同心円状に配列して用いるのが望ましいが、一般的には、無指向性アンテナの場合には偏波面を合わせて同心円状に配列し、あるいは指向性アンテナの場合は面状あるいは線状に配列し、あるいは指向性の方向が同一でありあるいは指向性の方向が放射状に外部に向けて配列することによって、マルチパスあるいはハイトパターンによる方向の検知誤差の発生を抑圧することができる。
また、固定して用いられるアンテナの指向性と歩行者あるいは移動体が携帯するアンテナは円偏波指向性アンテナであり指向性が相対することが望ましい。
また、当該発信手段が当該複数のアンテナを個別にあるいはグループ毎に切替えて信号を発信する際に、個別にあるいはグループ毎に異なるシステム同期信号を用いることで、方向あるいは距離を検知する際にマルチパスあるいはハイトパターンの影響を軽減することができる。
また、当該発信手段のアンテナから発信される高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であっても当該発信手段のアンテナの指向性が当該受信手段の方向を向くよう設置することで同様な効果が得られる。
また、当該発信手段の複数のアンテナから発信される高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であると共にＧＰＳの信号と等価でありあるいはＧＰＳ受信機を切替えることで受信可能な信号であることでも同様な効果が得られる。
また、当該発信手段が複数のアンテナを切替えながら発信する高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であり当該高周波信号が比較的に長い周期の拡散符号あるいは拡散信号により拡散されるとともに当該発信手段を識別しあるいは認識するための符号あるいは信号が重畳されており当該拡散符号により同期を確立するともに当該発信手段を識別しあるいは認識することで同様な効果が得られる。
また、当該発信手段の複数のアンテナから発信される高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であり当該発信手段が相互に干渉しない間隔で複数台が設置され当該受信手段において当該発信手段のアンテナの真下あるいはその近傍を通過する際に慣性航法の基点とすることで当該受信手段の場所を高精度で検知することができる。
【実施例２】
【００１２】
図２は、本発明のアクティブタグ装置の発受信手段と中継手段の構成を示す図である。図２において、４は発信手段と受信手段（発受信手段と称する）、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは送受信アンテナ、１２は帯域通過フイルタ、１３は電力増幅器、１４はミキサーあるいは変調器、１５は信号生成器、１６はアンテナ切替器、１７はシンセサイザ、１８は基準発振器、１９は送受切替器、２３は低雑音増幅器、２４はミキサ、２６は信号検出器、２７は制御表示器、２０は空間での伝搬を示し、３は中継手段、３１は送受信アンテナ、３２は帯域通過フイルタ、３３は電力増幅器、３４はアンテナ切替器、３５は低雑音増幅器、３６は信号中継器である。
発受信手段４において、信号生成器１５は複数ビットで構成されるシステム同期信号（中継手段３の呼出信号を含む）と距離あるいは位相あるいはこれらの両方を測定するための信号を基準発振器１８に同期して生成しているものとする。
当該信号生成器１５の出力は、ミキサあるいは直交変調器１４によりシンセサイザ１７で生成される局発信号と混合しあるいは変調し、増幅器１３により増幅され、送受切替器１９により切替えられ、帯域通過フイルタ１２によって不要な信号が除去され、アンテナ切替器１６によってアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに切替えられ、高周波信号として空間２０に放射される。
空間２０に放射された高周波信号が中継手段３のアンテナ３１により受信されると、帯域通過フイルタ３２を経由してアンテナ切替器で低雑音増幅器３５に接続され、信号中継器３６により直接あるいは中間周波数に変換されあるいはベースバンドに変換され、同期しあるいは直交する別の信号に変換される場合には必要な遅延が与えられあるいは別の周波数の信号に変換される場合には遅延無しに変換されると共に当該中継手段３の識別信号が付与され、増幅器３３で増幅され、アンテナ切替器３４で帯域通過フイルタ３２に接続され不要な信号が除去されてアンテナ３１から空間２０に再発信される。
当該再発信された高周波信号は発受信手段４のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および１１ｄで受信されアンテナ切替器１６で選択され、帯域通過フイルタ１２により必要な信号が選択され、送受切替器１９により低雑音増幅器２３に切替えて増幅され、シンセサイザ１７の局発信号とミキシングされて中間周波数信号に変換され信号検出器２６に入力される。
当該信号検出器２６において、当該中間周波数が基準発振器１８に同期してデジタル信号変換され、当該デジタル信号から当該中継手段３の識別信号を検出し、更に、当該アンテナ切替器１６により選択しあるいは周期的に切替ながら当該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合わせを検出する。
（１）当該発受信手段４の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが１波長以下など比較的に近接して設置されている場合、当該発受信手段４の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ毎に当該測定用信号の位相を測定して比較し位相の遅れが最も少ないアンテナからの信号を選択しあるいは位相の遅れが少ないアンテナからの複数の信号の平均値を求めることでマルチパスの影響を軽減することができる。
すなわち、当該発受信手段４が高周波信号ＡＳｉｎ（２πｆ０ｔ＋φａ）を発信し複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを周期的に切替ながら発信し中継手段３によって中継しあるいは再発信し、再び当該発受信手段４の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを周期的に切替えて受信しているとする。当該高周波信号が往復で２Ｌ（ｍ）伝搬すると振幅と位相がそれぞれ変化し、ａＳｉｎ｛２πｆ０ｔ＋φａ＋（２πＬｆ０／Ｃ）｝となる。
当該発受信手段４の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの何れかと当該中継手段３の間にマルチパスが生じると、当該受信手段とマルチパスが生じたアンテナと当該受信手段と他のアンテナとの距離に差が生じる。当該距離の差をΔＬ（ｍ）とするし、当該発受信手段４の局発信号をｂＳｉｎ（２πｆ１ｔ＋φｂ）とすると、当該発受信手段４の中間周波信号は、ａｂＳｉｎ｛２πｆｍｔ＋φａ−φｂ＋（２π（Ｌ＋ΔＬ）（ｆ０／Ｃ）｝となり、当該マルチパスを生じたアンテナから受信した信号と他のアンテナから受信した信号の間の位相差を求めると、ΔΦ＝｛２π（Ｌ＋ΔＬ）（ｆ０／Ｃ）−２πＬ（ｆ０／Ｃ）｝＝２πΔＬ（ｆ０／Ｃ）となり、アンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの内からΔΦが最も少なくなる組合わせを選択することで当該中継手段３の位置する方向をマルチパスの影響を軽減して高い精度で検知することができる。
（２）当該発受信手段４の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが１波長以上等間隔を置いて設置されており、当該発受信手段４からは同期しあるいは直交する複数の搬送波信号あるいは複数の副搬送波信号あるいは複数のベースバンド信号あるいは複数のデジタル符号あるいはこれらの組合わせで発信している場合、当該信号検出手段２６で当該発受信手段４の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ毎に当該複数の信号間の位相差を測定することで各アンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄとの相対的な距離が検出できれば、当該発受信手段４のアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ各々の間の間隔が既知であることから、三角法あるいは双曲線航法により、当該発受信手段４と中継手段３との間の距離あるいは当該中継手段３の方向あるいはこれらの両方を検知し、制御表示器２７によって距離を表示しあるいは音声で放送することができる。
当該発受信手段４が直交する２つの高周波信号ＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ＋φａ）とＡＳｉｎ（２πｆ２ｔ＋φａ）を発信し当該中継手段３において再発信されているとし、当該高周波信号が２Ｌ（ｍ）伝搬すると、振幅と位相がそれぞれ変化し、ｂＳｉｎ｛２π（ｆ０＋ｆ１）ｔ＋φａ＋（４πＬ（ｆ０＋ｆ１）／Ｃ）＋φb｝とｂＳｉｎ｛２π（ｆ０＋ｆ２）ｔ＋φａ＋（４πＬ（ｆ０＋ｆ２）／Ｃ）＋φｂ｝となる。ここで、φｂは中継手段の遅延時間とする。
当該発受信手段４の直交する局発信号をｃＳｉｎ（２πｆ３ｔ＋φｃ）とｃＳｉｎ（２πｆ４ｔ＋φｃ）とすると、当該発受信手段４の中間周波信号は、ｂｃＳｉｎ｛２πｆｍｔ＋φａ＋φｂ−φｃ＋（４πＬ（ｆ０＋ｆ１）／Ｃ）｝とｂｃＳｉｎ｛２πｆｍｔ＋φａ＋φｂ−φｃ＋（４πＬ（ｆ０＋ｆ２）／Ｃ）｝となり、当該２つの直交する信号の間の位相差を求めると、ΔΦ＝｛４πＬ（（ｆ０＋ｆ２）／Ｃ）−（４πＬ（ｆ０＋ｆ１）／Ｃ）｝＝４πＬ（ｆ２−ｆ１）／Ｃとなり、Ｌ＝｛（ΔΦ×Ｃ）／（４π×（ｆ２−ｆ１））｝から距離Ｌ（ｍ）が検出できる。
以上の原理は当該低周波数信号と高周波数信号の空間での伝搬速度は同じであるが、位相の回転が周波数によって異なることから理解できる。
しかしながら、当該直交する複数の信号間の位相差を測定しても当該発受信手段４に接続されたアンテナが１基のみであるあるいは複数基あるとしてもこれらの間に同期しあるいは直交する関係がないと距離の測定が出来ない問題点が発見された。この問題点を解決するのは比較的に容易であり、図９および図１０に直交する２つの信号の関係を示すように、直交する点４３ａあるいは４３ｂのタイミングを当該発受信手段４発信側と受信側で共有すれば良い。しかしながら、当該中継手段３で中継しあるいは再発信する場合に当該同期しあるいは直交する関係が維持するために図６に示す対策が必須となる。
なお、当該中継手段は電池を内蔵するアクティブタグに適用できる他、受信した高周波信号を検波して電源としあるいは外部から電源の供給を受けるパッシブタグにも適用できる。
また、当該発受信手段４のアンテナ切替器１６は複数のアンテナを切替えあるいは組合わせを変えあるいは位相を変えて合成しあるいはこれらを組合わせることができるものとする。
また、上記の説明では高周波信号を用いる場合について述べたが、高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいはベースバンド信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせによっても同様な効果が得られる。
また、当該複数のアンテナとしては、円偏波指向性アンテナの指向性の方向を合わせて同心円状に配列して用いるのが望ましいが、一般的には、無指向性アンテナの場合には偏波面を合わせて同心円状に配列し、あるいは指向性アンテナの場合は面状あるいは線状に配列し、あるいは指向性の方向が同一でありあるいは指向性の方向が放射状に外部に向けて配列することによって、マルチパスあるいはハイトパターンによる方向の検知誤差の発生を抑圧することができる。
また、固定して用いられるアンテナの指向性と歩行者あるいは移動体が携帯するアンテナの指向性とは相対することが望ましい。
また、当該発受信手段４を一体化せず発信手段と受信手段を個別に設け、当該中継手段３で中継する際に送信アンテナと受信アンテナを分離して設置し、当該中継手段の送信アンテナを複数基設けて切替えながら再発信することで、当該受信手段において当該中継手段３の複数のアンテナ間のタイミング差あるいは振幅差あるいは周波数差あるいは位相差を検出することで当該受信手段の位置あるいは方向を検知することができる。
ここで、当該中継手段３の複数の送信アンテナを切替えるタイミングを当該発信手段から発信される信号に含まれるタイミング信号あるいは同期信号を用いることで、当該中継手段３と当該受信手段との間で当該アンテナを切替えるタイミングと当該タイミング差あるいは振幅差あるいは周波数差あるいは位相差を検出するタイミングを同期させることができる。
また、当該発信手段がＧＰＳの衛星局である場合に、当該中継手段３が複数の送信アンテナを切替えながら当該衛星局からの信号が直接到達しないようなエリアに向けて再発信する様に設置されていると、当該受信手段としてＧＰＳ受信機を用いることで当該ＧＰＳ受信機の位置を検知することができる。
また、当該中継手段のアンテナから発信される高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であっても当該発信手段のアンテナの指向性が当該受信手段の方向を向くよう設置することで同様な効果が得られる。
また、当該中継手段の複数のアンテナから発信される高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であると共にＧＰＳの信号と等価でありあるいはＧＰＳ受信機を切替えることで受信可能な信号であることでも同様な効果が得られる。
また、当該中継手段が複数のアンテナを切替えながら発信する高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であり当該高周波信号が比較的に長い周期の拡散符号あるいは拡散信号により拡散されるとともに当該中継手段を識別しあるいは認識するための符号あるいは信号が重畳されており当該拡散符号により同期を確立するともに当該中継手段を識別しあるいは認識することで同様な効果が得られる。
また、当該中継手段の複数のアンテナから発信される高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であり当該中継手段が相互に干渉しない間隔で複数台が設置され当該受信手段において当該発中継手段のアンテナの真下あるいはその近傍を通過する際に慣性航法の基点とすることで当該受信手段の場所を高精度で検知することができる。
【実施例３】
【００１３】
図３は、本発明のアクティブタグ装置の発信手段と受信手段の他の構成を示す図である。図３において、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは受信手段２のアンテナ、９０は漏洩同軸ケーブル、９１ａ、９１ｂは当該漏洩同軸ケーブル９０の接続点、９２は特定の放射点、９３は当該接続点９１ａと放射点９２との間隔Ｌ１（ｍ）、９４は当該接続点９１ｂと放射点９２との間隔Ｌ２（ｍ）である他は図１と同様である。
発信手段１において、信号生成器１５は複数ビットで構成されるシステム同期信号（発信手段の識別番号を含む）と距離あるいは位相あるいはこれらの両方を測定するための信号を基準発振器１８に同期して生成しているものとする。
当該信号生成器１５の出力は、ミキサあるいは変調器１４によりシンセサイザ１７で生成される局発信号と混合しあるいは変調し、電力増幅器１３により増幅され、帯域通過フイルタ１２により不要な信号が除去されて、アンテナ切替器１６により漏洩同軸ケーブルの接続点９１ａと９１ｂに周期的に切替えられ、当該漏洩同軸ケーブル９０から高周波信号として空間２０に放射される。
当該漏洩同軸ケーブル９０は、伝送する高周波信号の半端長あるいは４分の１波長の間隔でスリットが設けられ、当該スリットから高周波信号を当該漏洩同軸ケーブル９０に対して垂直方向に放射する特性を有し放射電力が長さ方向に対してほぼ均一であり放射電界が当該漏洩同軸ケーブル９０の近傍に限定できる等、図１に示す複数のアンテナを連続して設けることと同様な効果が得られる。
受信手段２のアンテナ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが水平面に対して左右前後に４分の１波長の間隔で配置されており、特定の放射点９２から空間に放射された高周波信号２０を受信しているとする。当該４基のアンテナ２１ａ〜２１ｄが当該漏洩同軸ケーブル９０の垂直方向から接近してくると、アンテナ２１ａと２１ｂおよび２１ｃと２１ｄで受信する高周波信号の搬送波の位相は同相であり、一方、アンテナ２１ａと２１ｃおよび２１ｂと２１ｄで受信する高周波信号の搬送波の位相はアンテナ２１ａと２１ｂがアンテナ２１ｃと２１ｄより進んでいる。
アンテナ２１ａ〜２１ｄが更に移動して丁度漏洩同軸ケーブル９０の真下に来ると、アンテナ２１ａ〜２１ｄで受信する高周波信号の搬送波の位相は全て同相となる。アンテナ２１ａ〜２１ｄが更に移動して漏洩同軸ケーブル９０を通り越すと、アンテナ２１ｃと２１ｄで受信する高周波信号の搬送波の位相がアンテナ２１ａと２１ｂで受信する高周波信号の搬送波の位相より遅れるようになる。かくして、受信手段２を携帯する歩行者等は、当該位相差を監視することで漏洩同軸ケーブル９０の真下の位置であることを検出できる。
当該歩行者が真下の位置を確認した段階で、右方向あるいは左方向に９０°方向を変えると、アンテナ２１ａと２１ｂあるいは２１ｃと２１ｄで受信する高周波信号の搬送波の位相は同じとなるが、アンテナ２１ａと２１ｃとアンテナ２１ｂと２１ｄとの間では歩行者が漏洩同軸ケーブル９０の真下からのずれに応じて位相が+側あるいは-側に変化する。そこで、歩行者は当該位相差を監視することで、漏洩同軸ケーブル９０の真下に沿って歩行を続けることができる。
しかも、当該漏洩同時期ケーブル９０では、例えば、接続端子９１ａから入力される高周波信号の一部が外部に漏洩しながら他方の接続点９１ｂの方向に伝送し、接続点９１ａと接続点９１ｂ間の当該漏洩同軸ケーブル９０の線路に沿って若干減衰はするがほぼ均一な電界が得られるメリットがある。また、当該高周波信号の放射方向をケーブルと垂直の方向に一定角度の方向に集中して放射することができる。
当該漏洩同軸ケーブル９０の接続点９１ａおよび９１ｂとアンテナ切替器１６の間の距離を同一としこれをＬ０（ｍ）とし、接続点９１ａと特定の放射点９２の間の距離をＬ１（ｍ）とし、特定の放射点９２と接続点９１ｂまでの距離９４をＬ２（ｍ）とし、当該発信手段１が高周波信号ＡＳｉｎ（２πｆ０ｔ＋φａ）を接続点９１ａと９１ｂを周期的に切替ながら発信しているとする。
当該高周波信号が接続点９１ａ側に接続されたとき放射点９２まで（Ｌ０＋Ｌ１）（ｍ）伝搬されると振幅と位相がそれぞれ変化し、ａＳｉｎ｛２πｆ０ｔ＋φａ＋（２π（Ｌ０＋Ｌ１）ｆ０／Ｃ）｝となり、接続点９１ｂ側に接続されたとき放射点９２まで（Ｌ０＋Ｌ２）（ｍ）伝送されるとと振幅と位相がそれぞれ変化し、ａＳｉｎ｛２πｆ０ｔ＋φａ＋（２π（Ｌ０＋Ｌ２）ｆ０／Ｃ）｝となる。
当該発信手段１のアンテナ切替器１６によって当該高周波信号が接続点９１ａ側に接続されたときの当該受信手段２で検出した位相差と接続点９１ｂ側に接続されたときの位相差を測定すると、ΔΦ＝２π｛（Ｌ０＋Ｌ１）ー（Ｌ０＋Ｌ２）｝（ｆ０／Ｃ）＝２π（Ｌ１−Ｌ２）（ｆ０／Ｃ）となり、当該放射点９２が当該漏洩同軸ケーブル９０のどの位置にあるかを検知することができる。
また、当該発信手段１が直交する２つの高周波信号ＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ＋φａ）とＡＳｉｎ｛２πｆ２ｔ＋φａ｝を発信しているとし、当該位相差ΔΦ１とΔΦ２は、ΔΦ１＝２π（Ｌ１−Ｌ２）（ｆ１／Ｃ）となり、ΔΦ２＝２π（Ｌ１−Ｌ２）（ｆ２／Ｃ）となり、ｆ１／ｆ２の比を整数倍にすることで、例えば、ｃｍスケールあるいはｍスケールあるいはｋｍスケール等に切替えて距離を測定することができるメリットがある。
また、放射点９２の位置を検知するのに高周波信号を用いる場合について説明したが、高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいはベースバンド信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせによっても同様な効果が得られる。
また、上記の説明では、当該発信手段１に漏洩同軸ケーブルを接続する場合について説明したが、平行２線ケーブル、漏洩導波管、漏洩光ケーブル、漏洩音響管あるいは複数の放射点を伝送手段により接続したものあるいは等価な手段によっても実現できる。
また、当該漏洩同軸ケーブル９０あるいは平行２線ケーブルあるいは漏洩導波管あるいは漏洩光ケーブルあるいは漏洩音響管あるいは複数の放射点を伝送手段を平板状に構成し、道路面あるいは通路面あるいは天井などに設置することで歩行者の利用に適した設置方法が得られる。
また、当該漏洩同軸ケーブル９０の代わりに図７に示すように複数のアンテナ等の放射素子あるいは放射手段を間隔を置いて方向性結合器あるいは分岐器あるいはカップラー等の結合手段を用いて同軸ケーブルあるいは導波管あるいはその他の伝送手段に接続し、当該アンテナの指向性の方向を揃えることで同様な効果が得られる。
また、当該受信手段２が複数のアンテナを切替えて発信手段あるいは中継手段の位置する方向を検知する方式の場合、図８にも示すように、当該受信手段２の複数のアンテナを結ぶ線が当該漏洩同軸ケーブル９０と平行している時は当該漏洩同軸ケーブル９０に接続された発信手段あるいは中継手段の方向を検知し、当該漏洩同軸ケーブル９０と垂直の方向にある場合には当該漏洩同軸ケーブル９０の真下あるいは真上にからのずれ角度を検知できるので、本発明を用いて歩行者の歩行支援を行う場合、当該漏洩同軸ケーブル９０が敷設された方向を検知し当該漏洩同軸ケーブル９０に沿って歩行できることができる。
また、当該受信手段２が当該漏洩同軸ケーブル９０の真下あるいは真上に位置しあるいは近接している場合には、当該受信手段２が当該漏洩同軸ケーブル９０の真上あるいは真下の位置から±１５ｃｍ以内にいることが検知できるので、当該漏洩同軸ケーブル９０を駅のプラットホームの端に沿って設置することでプラットホームからの転落を防止することができる。
また、アンテナ２１ａ〜２１ｄが水平面からずれる場合には重力センサあるいは傾斜角センサを用いて監視し、検出された位相差を補正することができる。
また、当該歩行者あるいは移動体が携帯して用いる複数のアンテナとしては円偏波指向性アンテナの指向性の方向を合わせて同心円上あるいは対角線上に配列して用いることで、利得が３ｄＢ減少するが、歩行者あるいは移動体の向きが変わることで漏洩同軸ケーブルから放射される電磁界の偏波面との関係が変化することの影響を避けることができる。
【実施例４】
【００１４】
図４は、本発明のアクティブタグ装置の発受信手段と中継手段の他の構成を示す図である。図４において、５は双方向中継手段、９０ａ、９０ｂは漏洩同軸ケーブル、９１ａ、９１ｂは当該漏洩同軸ケーブル９０ａの接続点、９１ｃ、９１ｄは当該漏洩同軸ケーブル９０ｂの接続点、当該９２は特定の放射点、９３は当該接続点９１ａから当該特定の放射点９２までの長さＬ１（ｍ）、９４は当該放射点９２から接続点９１ｂ間での長さＬ２ａ（ｍ）、９５は漏洩同軸ケーブル９０ａと９０ｂとの間隔、９６は漏洩同軸ケーブル９０ｂの長さＬ３（ｍ）である他は図３と同様である。
発信手段１において、信号生成器１５は複数ビットで構成されるシステム同期信号（発信手段の識別番号を含む）と長さあるいは位相あるいはこれらの両方を測定するための信号を基準発振器１８に同期して生成しているものとする。
当該信号生成器１５の出力は、ミキサあるいは変調器１４によりシンセサイザ１７で生成される局発信号と混合しあるいは変調し、電力増幅器１３により増幅され、帯域通過フイルタ１２により不要な信号が除去されて、アンテナ切替器１６により漏洩同軸ケーブルの接続点９１ａと９１ｃの間で周期的に切替えられ、当該漏洩同軸ケーブル９０ａおよび９０ｂから高周波信号として空間２０に放射される。
当該漏洩同軸ケーブル９０ａおよび９０ｂは、伝送する高周波信号の約４分の１波長の間隔でスリットが設けられ、当該スリットから高周波信号が垂直方向にしかも単一の方向に放射する特性を有し放射電力が長さ方向に対して緩やかに変化し放射電界が当該漏洩同軸ケーブル９０の近傍に限定できる効果が得られる。
当該漏洩同時期ケーブル９０ａでは、例えば、接続端子９１ａから入力される高周波信号の一部を外部に漏洩しながら他方の接続点９１ｂの方向に伝送し、接続点９１ｂと９１ｄの間は直接接続されあるいは双方向中継手段５によって増幅されるので、当該漏洩同軸ケーブル９０ａと９０ｂに沿って、若干減衰はするがほぼ均一な放射電界が得られるメリットがある。また、当該高周波信号の放射方向を漏洩同軸ケーブルの一定角度の方向に集中して放射する特性を持たせることができる。
ここで、当該同軸漏洩ケーブル９０ａの接続点９１ａと特定の放射点９２の間の長さをＬ１（ｍ）とし、特定の放射点９２と接続点９１ｂまでの長さ９４をＬ２（ｍ）とし、当該漏洩同軸ケーブル９０ａと９０ｂの間隔９５と当該漏洩同軸ケーブル９０ｂの長さ９６の合計の長さをＬ３（ｍ）とし、当該発信手段１が高周波信号ＡＳｉｎ（２πｆ０ｔ＋φａ）を接続点９１ａと９１ｃを周期的に切替ながら発信しているものとする。
当該高周波信号が接続点９１ａ側に接続されたとき、放射点９２まで伝送され当該中継手段３で中継され再び発受信手段４で受信されるまでＬ１（ｍ）伝搬されると振幅と位相がそれぞれ変化し、ａＳｉｎ｛２πｆ０ｔ＋φａ＋（４πＬ１ｆ０／Ｃ）｝となり、接続点９１ｃ側に接続されたとき放射点９２で同様に中継され再び当該発受信手段４で受信されるまで（Ｌ２＋Ｌ３）（ｍ）伝送されるとと振幅と位相がそれぞれ変化し、ａＳｉｎ｛２πｆ０ｔ＋φａ＋（４π（Ｌ２＋Ｌ３）ｆ０／Ｃ）｝となる。
当該発信手段２のアンテナ切替器１６によって当該高周波信号が接続点９１ａ側に接続されたときの位相差と接続点９１ｃ側に接続されたときの位相差を測定すると、ΔΦ＝４π｛Ｌ１ー（Ｌ２＋Ｌ３）｝（ｆ０／Ｃ）＝４π（Ｌ１−Ｌ２ーＬ３）（ｆ０／Ｃ）となり、当該放射点９２が当該漏洩同軸ケーブル９０ａあるいは９０ｂのどの位置にあるかを検知することができる。
当該双方向中継手段５に、周波数変換機能、多重拡散符号化機能、あるいは識別信号変換機能など上記図２の中継手段と同様な機能を付加することによって、受信手段２に当該漏洩同軸ケーブル９０ａと９０ｂが近接して設置された場合でも何れの漏洩同軸ケーブルの真下にいるかを識別する機能を持たせることができる。
また、受信手段２のアンテナ２１ａ〜２１ｄを切り替えることによって当該漏洩同軸ケーブル９０ａあるいは９０ｂとの角度が検知できる。
当該漏洩同軸ケーブル９０ａと９０ｂは、例えば、道路の両端あるいは駅のプラットホームの両端などの歩行者の頭上に設置さすると、受信手段２を携帯する歩行者は道路あるいはプラットホームのいずれかの端に設置された漏洩同軸ケーブル９０ａあるいは９０ｂの真下を当該漏洩同軸ケーブルに沿って正確に歩行できることになる。
なお、当該発信手段１が直交する２つの高周波信号ＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ＋φａ）とＡＳｉｎ｛２πｆ２ｔ＋φａ｝を発信しているとし、当該位相差ΔΦ１とΔΦ２は、ΔΦ１＝２π（Ｌ１−Ｌ２）（ｆ１／Ｃ）となり、ΔΦ２＝２π（Ｌ１−Ｌ２）（ｆ２／Ｃ）となり、ｆ１／ｆ２の比を整数倍にすることで、例えば、ｃｍスケールあるいはｍスケールあるいはｋｍスケール等に切替えて長さあるいは距離を測定することができるメリットがある。
また、放射点９２の位置を検知するのに高周波信号を用いる場合について説明したが、高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいはベースバンド信号あるいは拡散符号あるいはこれらの組合わせによっても同様な効果が得られる。
また、上記の説明では、当該発信手段１に漏洩同軸ケーブルを接続する場合について説明したが、平行２線ケーブル、漏洩導波管、漏洩光ケーブル、漏洩音響管あるいは複数の放射点を伝送手段により接続したものあるいは等価な手段によっても実現できる。
また、当該漏洩同軸ケーブル９０ａあるいは９０ｂの代わりに図７に示すように複数のアンテナ等の放射素子あるいは放射手段を間隔を置いて方向性結合器あるいは分岐器あるいはカップラー等の結合手段を用いて同軸ケーブルあるいは導波管あるいはその他の伝送手段に接続し、当該アンテナの指向性の方向を揃えることで同様な効果が得られる。
また、当該受信手段２が当該漏洩同軸ケーブル９０ａあるいは９０ｂの真下あるいは真上に位置しあるいは近接している場合には当該漏洩同軸ケーブル９０ａあるいは９０ｂに沿って±１０ｃｍ程度の精度で歩行が可能であり、道路沿いの商店の入り口あるいは公共の設備の入り口などの検知が可能となる。
【実施例５】
【００１５】
図５は、本発明の信号生成器および信号検出器の構成を示す図である。図５において、１６は信号生成器、１０１は出力端子、１０２はＸＯＲ回路、１０４は高周波信号生成器、１０５はシステム同期信号生成器、１０６はタイミング制御器、２６は信号検出器、２０１は入力端子、２０２はアナログデジタル変換器、２０３はデジタルフイルタ、２０４ａはΣＳｉｎ積和演算器、２０４ｂはΣＣｏｓ積和演算器、２０５は位相差あるいは角度検出器、２０６はシステム同期信号検出器、１０７と２０７は基準発振器からの入力端子、２０８は角度検出器の出力端子である。
高周波信号生成器１０４は例えば2.4GHzの高周波数信号を生成しており、タイミング制御器１０６で制御され、連続あるいは間欠的に高周波信号を生成する。
システム同期信号生成器１０５は、当該発信手段が複数のアンテナを切替えるタイミングに合わせて同期信号を生成し、あるいは当該発信手段が間欠発信する場合の最初に同期信号を生成するためのものであり、当該受信手段において信号を検出するためのタイミングを検知するための信号であり、あるいは当該発信手段が中継手段に対して中継動作の起動を要求する信号である。
タイミング制御器１０６は高周波信号生成器１０４およびシステム起動信号生成器１０５の起動のタイミングを制御するためのものであり、最初に高周波信号生成器１０４を起動し次にシステム同期信号生成器１０５を起動し、次に複数のアンテナを切替えるタイミング信号を生成する動作を当該発信手段の間欠発信の周期に合わせて行う。
当該高周波信号を発信する時間長は、複数のアンテナを切替える回数を繰り返し何回行うかによって決まり、通常は、当該高周波信号の伝搬空間におけるマルチパスの影響を軽減するために１６回程度繰り返し行える時間を確保する。
一方、入力端子２０１に接続された中間周波数信号は、アナログデジタル変換器２０２によりデジタル信号に変換され、当該デジタル信号からシステム同期信号検出器２０６によって同期信号が検出され、当該デジタル信号からは更にデジタルフイルタ２０３によって高周波数信号と低周波数信号が順次選択され、ΣＳｉｎ積和演算器２０４ａとΣＣｏｓ積和演算器によりＳｉｎスベクトルとＣｏｓスベクトルが検出され、角度検出器２０５において当該ＳｉｎスベクトルとＣｏｓスベクトルから位相スペクトルが算出される。
なお、ΣＳｉｎ積和演算器２０４ａとΣＣｏｓ積和演算器２０４ｂの代わりにＤＳＰなどを用いた高速フーリエ変換器によってＳｉｎスペクトルとＣｏｓスペクトルを求めても同様な効果が得られ、あるいは受信出力が直交するＩ信号とＱ信号に分離されていればそのままＳｉｎスペクトルとＣｏｓスペクトルに代えて用いても同様な効果が得られる。
また、当該高周波数信号と低周波数信号の位相を検出する際、当該信号の複数のサイクル分の窓枠を設定してデジタル信号をメモリー記憶し、ＤＳＰなどを用いてバタフライ演算等の高速フーリエ変換を行うことで各々の絶対位相を算出して位相差を検出することができるが、現状では超高速で動作するＤＳＰを用いても数秒間の演算が必要であり、リアルタイムでの距離検知が難しい。
また、当該位相検出器７９において、Ｓｉｎ信号とＣｏｓ信号の正負の組合わせにより、全周角３６０°に対して、正正の時は０°〜９０°、負正の時は９０°〜１８０°、負負の時は１８０°〜２７０°、正負の時は２７０°〜３６０°の４象限に分割することができ、更に、Ｓｉｎ信号とＣｏｓ信号の正負の組合わせに加えてＳｉｎ信号とＣｏｓ信号の絶対値の大小を比較することで、全周角３６０°を８象限に分けることが出来る。
また、当該システム同期信号検出器２０６として拡散符号１周期分以上を固定した相関器あるいはマッチドフイルタを用いても同様な効果が得られる。
また、当該入力端子２０１からの入力信号をＩＱ信号とし、当該ＩＱ信号を逓倍器あるいはコスタスループを用いて搬送波を再生し、当該複数のアンテナに対応して搬送波の位相差を検出することで当該発信手段あるいは中継手段の方向を検知することができる。
また、当該再生した搬送波を用いてＩＱ信号を復調して拡散符号を再生し、当該複数のアンテナ間で当該再生した拡散符号の位相差を測定することで、当該複数のアンテナと当該受信手段の間の相対距離を検知することができ、当該相対距離を用いてマルチパスあるいはハイトパターンによる測定誤差を軽減することができる。
【実施例６】
【００１６】
図６は、本発明の信号中継器の実施例である。  図６において、３６は信号中継器、３０１は出力端子、３０２は入力端子、３０３は認識番号生成器、３０４は直交変調器、３０５は遅延手段、３０６は中継起動信号検出器、３０７は信号検出制御器である。
中継手段において受信された高周波信号は低雑音増幅器により増幅され入力端子３０２から入力され、中継起動信号検出器３０６によって起動信号が検出されると、遅延手段３０５によって当該高周波信号を直接あるいは副搬送波信号あるいは中間周波数信号あるいはベースバンド信号に変換した後に必要な時間遅延され、当該遅延された高周波信号は直接あるいは副搬送波あるいは中間周波数信号あるいはベースバンド信号は元の高周波信号に変換され、直交変調器３０４によって認識番号生成器３０３で生成された符号で拡散され、出力端子３０１から増幅器に接続される。
当該中間周波数信号あるいはベースバンド信号に変換して必要な時間遅延を与える方法として、当該中間周波数信号あるいはベースバンド信号を当該信号中継器３６の内部の基準発振器に同期してデジタル信号に変換し当該基準発振器に同期したシフトレジアスタにより必要な遅延時間が与えることで±数ナノセコンドの正確な遅延を与えることができる。
一方、信号検出制御器３０６は遅延手段３０５の遅延時間の制御を行ない、更に、直交変調器３０４の起動と停止を制御して時分割で折返しあるいは時分割で再発信を行うことで当該中継手段３の受信と再発信による感度抑圧を避けることができる。
なお、当該遅延手段３０５が当該高周波信号を直接遅延する場合あるいは副搬送波信号あるいは中間周波数信号に変換して遅延させる場合には遅延線あるいはＳＡＷフイルタあるいはデジタル遅延回路あるいは等価な手段を用いて遅延を行うものとし、遅延時間の誤差は距離の測定精度に比較して十分小さな値に制御するものとする。
また、当該遅延時間は当該発信手段の発信時間より長い時間とし、当該遅延時間経過後折返し発信を起動するものとする。
また、当該発信手段から発信される複数の信号あるいは符号を個別に区切って折返す場合について述べたが、複数の信号あるいは符号をまとめて折返すことでも同様な効果が得られる。
また、当該発信手段からは単一の信号あるいは符号から構成される高周波信号を発信し、当該中継手段において受信した当該高周波信号を当該中継手段で生成した局発信号とミキシングして中間周波数信号に変換した後逓倍して整数倍の周波数の中間周波数信号に変換しあるいは同期しあるいは直交する別の信号あるいは符号を生成し、当該局発信号と再度ミキシングして直交する単一の高周波信号に変換し増幅して再発信することで同様な効果が得られる。
また、双方向中継手段に用いられる信号中継器では、電波法で許容される範囲内で帯域幅を広くし遅延時間を短縮する必要がある。
【実施例７】
【００１７】
図７は、本発明の複数のアンテナの他の実施例である。  図７において、２は受信手段、２０は空間に放射される高周波信号、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは受信手段２のアンテナ、９０は伝送線路、９１ａ、９１ｂは接続点、９２ａ〜９２ｆは特定の放射点、９３は特定の放射点９２ｃと接続点９１ａ間の距離、９４は特定の放射点９２ｄと接続点９１ｂとの間の距離、４０１ａ〜４０１ｄは結合手段、４０２ａ〜４０２ｄは増幅器あるいは周波数変換器あるいは個別の発信手段、４０３ａ〜４０３ｄは放射素子あるいは放射手段である。
接続点９１ａに接続された高周波信号あるいは同期信号は、同軸ケーブル等の伝送線路９０を通って結合点９２ａ〜９２ｄに順次到達し、結合手段４０１ａ〜４０１ｄによって減衰された値で結合され、発信手段あるいは増幅器あるいは周波数変換器４０２ａ〜４０２ｄによって発信されあるいは増幅されあるいは周波数が変換されて、放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄによって高周波信号２０として空間に放射される。
放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄによって空間に放射される高周波信号２０の位相は、伝送線路９０上の結合点９２ａ〜９２ｄでの制御信号の位相あるいは高周波信号の搬送波の位相によって決まるので、当該アンテナ２１ａ〜２１ｄを用いても図３あるいは図４に示す漏洩同軸ケーブルと同様な効果が得られる。
アンテナ２１ａ〜２１ｄが水平面内で左右前後に配置され周期的に切り替えられながら、当該放射素子あるいは放射手段４０３ｃから放射されている高周波信号２０を受信しているとする。当該アンテナ２１ａ〜２１ｄが放射素子あるいは放射手段４０３ｃの真下に居る時アンテナ２１ａ〜２１ｄで受信する高周波信号２０の搬送波の位相は全て同じであり、逆に全て同じであればアンテナ２１ａ〜２１ｄは放射素子あるいは放射手段４０３ｃの真下に居ることになる。受信手段２が位相差を検出する際の精度は±０．５°であることからアンテナ２１ａ〜２１ｄと放射素子あるいは放射手段４０３ｃの間隔が1.5mであるとすると、アンテナ２１ａ〜２１ｄは放射素子あるいは放射手段４０３ｃの真下の半径１．５ｃｍの円内に居ることになる。
かくして、受信手段２を携帯する歩行者は、放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄまでの真下あるいは真下から左右前後にずれた角度を検知しながら伝送線路９０に沿って歩行することができることになる。歩行者を曲がりくねった通路に沿って誘導する場合には、当該伝送線路９０を通路の曲線に沿って設置し、放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄの間隔を曲線部分では比較的に狭くし直線部分では間隔を比較的に粗くすることで信頼度の高い誘導が可能となる。
また、当該結合手段４０１ａ〜４０１ｄおよび当該発信手段あるいは増幅器あるいは周波数変換器４０２ａ〜４０２ｄに制御信号を検出する機能を有する時は、当該同期信号に同期して当該発信手段４０２ａから順次高周波信号を発信することで、当該放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄ間の相互干渉を排除することができる。
また、当該発信手段あるいは増幅器あるいは周波数変換器４０２ａ〜４０２ｄへの電力の供給は当該伝送路９０を通して行うことができる。
また、上記では固定される側が単一のアンテナであり携帯される側が複数のアンテナの場合であるが、固定される側が複数のアンテナであり携帯される側が単一のアンテナであり、あるいは両者が複数のアンテナであっても同様な効果が得られる。
また、当該伝送線路９０の代わりにバケツリレー等の無線回線を通して同期をとりあるいは間欠発信時に当該複数の発信手段あるいは増幅器あるいは周波数変換器４０２ａ〜４０２ｄの間の重なりを防止することができる。
また、アンテナ２１ａ〜２１ｄあるいは放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄが水平面からずれて設置されあるいは振動あるいは衝撃により水平面からずれる場合には地磁気センサあるいは重力センサあるいは傾斜角センサあるいは加速度センサあるいは振動・衝撃センサあるいは圧力センサあるいはこれらの組合せを用いて監視し当該発信手段あるいは中継手段においてアンテナの状態を示す情報として発信しあるいは当該受信手段においてアンテナの状態を示す情報として検出された位相差を補正することができる。
また、当該複数のアンテナとしては反射板上に複数の円偏波指向性アンテナを同心円状あるいは対角線上に配列して用いるのが望ましいが、当該放射素子あるいは放射手段としては反射板上に複数のダイポールアンテナをアレイ状に配列しても同様の効果が得られる。
また、当該伝送線路に接続された放射素子あるいは放射手段の指向性と歩行者あるいは移動体が携帯するアンテナの指向性は相対することが望ましい。
また、当該放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄが複数のアンテナを個別にあるいはグループ毎に切替えて信号を発信する際に、個別にあるいはグループ毎に異なるシステム同期信号を用いることで、方向あるいは距離を検知する際にマルチパスあるいはハイトパターンの影響を軽減することができる。
また、当該放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄから発信される高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であっても当該発信手段のアンテナの指向性が当該受信手段の方向を向くよう設置することで同様な効果が得られる。
また、当該放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄの複数のアンテナから発信される高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であると共にＧＰＳの信号と等価でありあるいはＧＰＳ受信機を切替えることで受信可能な信号であることでも同様な効果が得られる。
また、当該放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄが複数のアンテナを切替えながら発信する高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であり当該高周波信号が比較的に長い周期の拡散符号あるいは拡散信号により拡散されるとともに当該発信手段を識別しあるいは認識するための符号あるいは信号が重畳されており当該拡散符号により同期を確立するともに当該発信手段を識別しあるいは認識することで同様な効果が得られる。
また、当該放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄの複数のアンテナから発信される高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波であり当該発信手段が相互に干渉しない間隔で複数台が設置され当該受信手段において当該発信手段のアンテナの真下あるいはその近傍を通過する際に慣性航法の基点とすることで当該受信手段の場所を高精度で検知することができる。
【実施例８】
【００１８】
図８は、本発明の複数のアンテナの他の実施例である。  図８において、９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄは漏洩同軸ケーブル、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９１ｅ、９１ｆ、９１ｇ、９１ｈは接続点、９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄは特定の放射点、９４は漏洩同軸ケーブル９０ｃと９０ｄ間の距離（Ｄ１ｍ）、９５は漏洩同軸ケーブル９０ａと９０ｂ間の距離（Ｄ２ｍ）、９６ａ、９６ｂは特定の放射点９２ａ、９２ｂと接続点９１ａ、９１ｃ、９１ｂ、９１ｄとの組合わせ間の距離、９７ａ、９７ｂは特定の放射点９２ｃ、９２ｄと接続点９１ｅ、９１ｆ、９１ｇ、９１ｈとの組合わせ間の距離、２０ａ、２０ｂは特定の放射点９２ａからアンテナ２１ａ〜２１ｄに向けて空間に放射される高周波信号、２０ｃ、２０ｄは特定の放射点９２ｂからアンテナ２１ａ〜２１ｄに向けて空間に放射される高周波信号である。
当該漏洩同軸ケーブル９０ａと９０ｂは平行に設置されおり、９０ｃと９０ｄはこれらと直交して平行に設置され全体として格子状に設置されており、当該受信手段２の複数のアンテナ２１ａ〜２１ｄは水平面に対して左右前後に４分の１波長離して配置されているものとする。
当該受信手段２が当該漏洩同軸ケーブル９０ａ〜９０ｄの放射点９２ａ〜９２ｄの交点に居るものとし当該受信手段２の場所を検知する２種類の方法に動作原理を説明する。
（方法１）受信手段（あるいは携帯端末）２のアンテナ２１ａと２１ｂあるいは２１ｃと２１ｄが特定の放射点９２ａから放射された高周波信号２０ａと２０ｂを受信し搬送波の位相差を検出したとき、アンテナ２１ａあるいはアンテナ２１ｃで受信した時の位相がアンテナ２１ｂあるいは２１ｄで受信した位相より進んでいる。逆に、特定の放射点９２ｂから放射される高周波信号２０ｃと２０ｄを受信した時にはアンテナ２１ｂあるいは２１ｄの方がアンテナ２１ａあるいは２１ｃより進んでいる。一方、アンテナ２１ａと２１ｃあるいはアンテナ２１ｂと２１ｄは同相である。
そこで、受信手段２において、アンテナ２１ａと２１ｂあるいは２１ｃと２１ｄで受信する高周波信号２０ａ〜２０ｄの搬送波の位相差を検出すると、漏洩同軸ケーブル９０ａと９０ｂで挟まれたエリア内で受信手段２のアンテナ２１ａ〜２１ｄの現在位置が高い精度で検知できることになる。同様に、受信手段２のアンテナ２１ａと２１ｃあるいは２１ｂと２１ｄにより特定の放射点９２ｃと９２ｄから放射される高周波信号の搬送波の位相差を検出することで漏洩同軸ケーブル９０ｃと９０ｄで挟まれたエリア内の位置が高い精度で検知できることになる。
かくして、受信手段２を携帯する歩行者は、当該複数のアンテナ２１ａ〜２１ｄが当該漏洩同軸ケーブル９０ａ〜９０ｄから放射される高周波信号を受信することで、当該漏洩同軸ケーブル９０ａ〜９０ｄで囲われたエリア内で現在位置を高い精度で検知できることになる。
（方法２）漏洩同軸ケーブル９０ａ〜９０ｄから放射される高周波信号は当該漏洩同軸ケーブル９０ａ〜９０ｄと垂直な方向に放射されることから、特定の放射点９２ａあるいは９２ｂと接続点９１ａあるいは９１ｃまでの距離９６ａおよび特定の放射点９２ａあるいは９２ｂと接続点９１ｂあるいは９１ｄまでの距離９６ｂは発信手段の高周波信号出力を接続点９１ａと９１ｂあるいは９１ｃと９１ｄを切替えながら受信手段２により当該発信手段から発信される高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいはベースバンド信号あるいはデジタル符号あるいはこれらの組合わせの位相差を測定することで検出できる。
同様に、特定の放射点９２ｃあるいは９２ｄと接続点９１ｅあるいは９１ｇとの間の距離９７ａおよび特定の放射点９２ｃあるいは９２ｄと接続点９１ｆあるいは９１ｈとの間の距離９７ｂが検知できる。
かくして、受信手段２を携帯する歩行者は、特定の放射点９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄの交点を結ぶことで自分の場所を検知することができる。
なお、漏洩同軸ケーブルが井桁状でなく、９０ａと９０ｂのみが平行して敷設されている場合でも、発信手段の高周波信号を接続点９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄに切り替えて接続することで受信手段２の場所を検知することができる。
また、当該漏洩同軸ケーブル９０ａと９０ｂを南北方向に設置し、９０ｃと９０ｄを東西方向に設置することで、エリア内での緯度と経度が高い精度で検知でき、歩行者あるいはロボットの歩行を誘導しあるいは支援することができる。
また、上記の方法１と方法２を組合わせることで当該漏洩同軸ケーブルと受信手段２との間に高低差がある場合でも場所の補正を行うことができ、高い精度で場所の検知が可能となる。
また、方向２の場合では、当該受信手段２の位相差の測定精度が±０．５度以内であることから、当該漏洩同軸ケーブル９０ａ〜９０ｄから放射される高周波信号を４ＭＨｚのベースバンド信号で変調をかけ、当該ベースバンド信号の位相差を±０．５°の精度で検出することで、±１０ｃｍ以内の精度で場所の検知が可能となる。
また、漏洩同軸ケーブルから放射される高周波信号の密度あるいは分布が均一であり、マルチパスあるいはハイトパターンによる影響を受けづらいことから場所の検知精度が高く、高い信頼性が実現できるメリットがある。
また、当該漏洩同軸ケーブルを直線状あるいは曲線状あるいはらせん状に配置し、あるいはジグザグ状あるいは格子状に折り曲げて設置し、あるいは複数の漏洩同軸ケーブルを平行に設置し各漏洩同軸ケーブルを並列に接続して順次切替えても同様な効果が得られる。
また、当該漏洩同軸ケーブルを設置する場合床面あるいは道路面に設置して指向性の方向を上向きとし、あるいは頭上に懸架しあるいは天井に設置して当該指向性の方向を下向きとし、設置場所の状態に応じて最適の方法が選択できる。
また、漏洩同軸ケーブル以外に、漏洩ケーブルあるいは漏洩導波管あるいは漏洩光ケーブルあるいは漏洩音響管などを用いても同様な効果が得られる。
また、アンテナ２１ａ〜２１ｄが水平面からずれる場合には重力センサあるいは傾斜角センサを用いて監視し、検出された位相差を補正することができる。
また、当該複数のアンテナとしては円偏波指向性アンテナの指向性の方向を合わせて同心円上あるいは対角線上に配列して用いるのが望ましい。
【実施例９】
【００１９】
図９は、本発明のアクテイブタグ装置を用いた場所の検知の実施例である。  図９において、１は発信手段あるいは中継手段、２は受信手段、１１ａ〜１１ｄは指向性アンテナ、４１は指向性アンテナ１１ａから１１ｂを見た方向、４２は発信手段のアンテナの真下からの角度、４３は発信手段のアンテナの高さ、４４は受信手段のアンテナの高さ、４５は発信手段のアンテナの真下からの距離である。
発信手段あるいは中継手段１の指向性アンテナ１１ａ〜１１は、例えば東西南北方向に発信する高周波信号の4分の１波長の間隔で水平に設置され、周期的に切替えられながら高周波信号を発信しているものとする。
当該受信手段２が当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下から角度４２の方向に存在するとすると、Δd(X)=(H-h)×Tan{ΔΦ(X)}、Δd(Y)=(H-h)×Tan{ΔΦ(Y)}となる。ここで、Δd(X)、Δd(Y)は当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下からの距離４５、Ｈは当該アンテナ１１ａ〜１１ｄの高さ４３、ｈは当該受信手段２のアンテナの高さ、ΔΦ(X)、ΔΦ(Y)は当該指向性アンテナの真下からの角度４２である。
当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下の場所を（X1、Y1）とすると、当該受信手段２のアンテナの場所（Xx、Yy）は、Xx=X1+Δd(X)  Yy=Y1+Δd(Y)から検知できる。
ここで、ΔΦ(X)、ΔΦ(X)の検出精度は±0.5度以下が実現できることから、当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下では、場所の検知精度は、(H-h)=2mとすると、2m×tan(±0.5)≒±1.7cmであり、当該発信手段あるいは中継手段１を慣性航法の場所の基準点として活用することができる。
また、当該発信手段あるいは中継手段１に単一の指向性アンテナを接続し、当該受信手段２に指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄを接続して切替えても同様に当該受信手段１の場所を検知することができる。
また、当該発信手段あるいは中継手段１の設置場所と受信手段２の設置場所を逆転させ、当該受信手段２に指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄを接続して切替えても同様に当該発信手段あるいは中継手段１の場所を検知することができる。
また、当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄから発信される高周波信号の強度が電波法で定められる微弱電波の場合でも、当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄが天井などに設置されると高さＨが３ｍ前後であり当該受信手段２で確実に受信することができる。
また、当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄを、例えば、順に東、南、西、北の方向に配置し、東、南、西、北の順に切替えることで、当該発信手段あるいは中継手段１の基準発振器の周波数偏差と当該受信手段２の基準発振器の周波数偏差が相違する場合でも位相差の測定を高精度に保つことができる。
また、当該受信手段２が当該指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの指向性パターンの範囲内を移動している間に当該発信手段あるいは中継手段１から発信される高周波信号に含まれる同期信号に同期する必要があり、比較的に短時間で同期が確立できる信号方式を採用する必要がある。
【実施例１０】
【００２０】
図１０は、本発明のアクテイブタグ装置に用いる高周波信号の実施例である。  図１０において、５１は同期信号を発信するタイミング、５２ａ〜５２ｄは複数のアンテナに対応して測定用信号を発信するタイミング、５３は時間軸である。
発信手段あるいは中継手段から連続発信されあるいは間欠発信される高周波信号にはシステム同期信号５１と測定用信号５２ａ〜５２ｄが含まれており、システム同期信号５１には当該発信手段あるいは中継手段の識別信号により変調されており、測定用信号５２ａ〜５２ｄは位相測定用として無変調の搬送波信号あるいは副搬送波信号、あるいは一定周波数のベースバンド信号あるいは一定の伝送速度のデジタル符号等で変調されている。
当該測定用信号５２ａ〜５２ｄを発信している間に当該複数のアンテナを順次切替え、これを複数回、例えば１６回、繰り返して平均をとることで測定精度を向上することができる。
ここで、電波法で規定された微弱電波としてＧＰＳの信号と等価な電波を連続的に発信し、当該発信手段あるいは中継手段を識別するための信号として５０Ｈｚの伝送速度のデータを割当て、隣接する発信手段あるいは中継手段の間の干渉あるいは妨害を避けるため現在のＣ／Ａコードの一部あるいは新たに定めた複数のコードを割当てることができる。
また、当該測定用信号５２ａ〜５２ｄに同期信号４１を重畳しおよび／あるいはデータを重畳すいることでも同様な効果が得られる。
また、当該中継手段が中継起動要求信号を含む高周波信号５１を受信すると時分割中継に必要な遅延時間をおいて当該中継手段の識別信号を附加して再発信する。
また、当該測定用信号５２ａ〜５２ｄが拡散符号により拡散されている場合には、当該受信手段において逞倍器あるいはコスタスループを用いて逞倍することで搬送波信号あるいは副搬送波信号を再生することで無変調信号を発信したのと等価にすることができる。
また、当該測定用信号５２ａ〜５２ｄを繰り返す場合、同一の高周波信号を継続するか、直交関係にある複数の高周波信号を交互にあるいは順次切替えながら発信し、あるいは拡散符号により周波数ホッピングをさせながら発信することができる。
また、当該同期信号５１にはアンテナ結合手段あるいは増幅器あるいは周波数変換器を制御する信号を含めることができる。
【００２１】
以上の説明では、ハードウエアを用いた積和演算器を用いる場合について述べたが、ＤＳＰあるいはマイクロコンピュータを用いてソフトウエアにより演算を行なっても同様な効果が得られるが、ソフトウエアによる演算では処理時間が遅くリアルタイムでの処理が難しい。
また、搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいはベースバンド信号あるいはデジタル符号を切り出すための窓を設定した場合、窓関数を用いて位相の検出を最適化することができる。
また、当該発信手段あるいは中継手段から超音波トランスデューサーあるいは超音波送波器を用いて超音波信号を発信し、当該受信手段において超音波トランスデューサーあるいは超音波受波器を用いて超音波信号を受信し、あるいは当該発信手段において発光ダイオードあるいはレーザーダイオードを用いて光信号を発信し当該受信手段においてホトダイオードを用いて光信号を受信することでも同様な効果が得られる。なお、本出願では、超音波トランスデューサーあるいは超音波送受波器と発光ダイオードあるいはレーザーダイオードあるいはホトダイオードを総称して送受波器と呼称するものとする。また、送受波器の送波器あるいは受波器のみを用いる場合でも送受波器として記載している。
また、当該発信手段あるいは中継手段においてスペクトル拡散符号を超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号に直接変換して発信しても同様な効果が得られる。
また、固定して設置される側の複数の発信手段あるいは中継手段あるいは受信手段あるいは少なくとも複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは複数の放射素子あるいは複数の放射手段あるいは伝送手段あるいはこれらの組合わせが床面に敷設した床暖房設備との共用部分を有しあるいは天井あるいは天井裏に敷設した照明設備との共用部分を有しあるいは任意の場所に設置した通信設備あるいは電気・電子設備との共有部分を有することで設備費を削減できるメリットがある。
また、当該伝送手段として独立に敷設しあるいは照明設備の配線あるいは床暖房用のヒーターの配線あるいは通信設備あるいは電気・電子設備の配線と共用して複数の発信手段あるいは中継手段あるいは受信手段に対して電源を供給すると共に少なくとも同期をとるための信号あるいは起動停止を制御するための信号あるいは切替えのタイミングを与える信号あるいはこれらの組合わせを伝送することで設備費を節約できるメリットがある。
また、当該図１〜８に示す発信手段１、受信手段２、中継手段３、発受信手段４、双方向中継手段５および伝送ケーブル漏洩同軸ケーブル、アンテナ等の任意の組み合わせによって変化に富んだシステム構成が可能であり、目的に応じて組み合わせられれるメリットがある。
また、当該固定して設置される側に接続される複数のアンテナあるいは複数の送受波器あるいは当該伝送手段に接続される複数の放射素子あるいは複数の放射手段の指向性の中心線あるいは空間に放射される信号の位相が同一となる線あるいは機械的な正面方向と当該携帯されて用いられる受信手段あるいは発信手段あるいは中継手段のアンテナあるいは送受波器の指向性の中心線あるいは空間から受信する信号の位相が同一となる線あるいは機械的な正面方向を対向させることによりお互いの中心線あるいは位相が同一となる線を検出しあるいは当該携帯される側において当該中心線あるいは位相が同一となる線からのずれの角度あるいはずれの程度から場所あるいは位置あるいは方向を検知することができる。
また、当該中心線あるいは位相が同一となる線あるいは当該中心線あるいは位相が同一となる線からのずれを検出して加速度センサあるいは地磁気センサあるいは重力センサあるいはこれらの組み合わせを補正するための基点とし当該基点からの移動量あるいは方向あるいは角度の変化量あるいは場所あるいは位置の変化量あるいはこれらの組み合わせにより当該携帯される側の場所あるいは位置あるいは方向を検知しあるいは補正することができる。
また、特定の設備あるいは建造物あるいは地域などの入り口あるいはゲートあるいは適当な場所などに当該設備内あるいは建造物内あるいは地域内に設置された当該発信手段および／あるいは中継手段に関する情報をダウンロードする手段を設け、当該受信手段を携帯する歩行者あるいはロボットなどが当該ダウンロードする手段からの情報をもとに歩行者あるいはロボットなどのためのナビゲーションサービスを受けることができる。
また、当該発信手段がＧＰＳの衛星局であり当該中継手段が当該ＧＰＳ衛の星局から発信される信号から検出したタイミング信号あるいは同期信号に対応しあるいは別に設けた基準となるタイミング信号あるいは同期信号に従って当該複数のアンテナを順次切替えながら再発信し当該受信手段において当該ＧＰＳの衛星局あるいは当該中継手段から発信される信号から検出した当該中継手段の複数のアンテナを切替えるタイミングあるいは切替える周期に従って当該複数のアンテナ間のタイミング差あるいは振幅差あるいは周波数差あるいは位相差あるいはこれらの組合せを検出することで当該受信手段の位置および／あるいは方向を検知することができる。
また、本発明が出願された時点での電波法で規定された微弱電波とは、３ｍ離れの地点で測定した電界の値が、３２２ＭＨｚ以下では５００μV/m以下、３２２ＭＨｚを超え１０ＧＨｚ以下では３５μV/m以下、１０ＧＨｚを超え１５０ＧＨｚ以下では3.5ｆμV/m以下あるいは５００μV/m以下、および１５０ＧＨｚを超えるものについては５００μV/m以下と規定されているが、当該電波法が改正された場合には改正後の規定に従うものとする。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
アクテイブタグ装置が設置された方向が±0.5度と高精度で検知でき、しかも、マルチパスあるいはハイトパターンなどによって検知精度が劣化するのを抑制できることから、歩行者あるいはロボット等の歩行を誘導し支援するためのインフラ設備として適用できる。
また、当該発信手段あるいは中継手段が電波法で規定される微弱電波を発信し当該微弱電波がＧＰＳと等価な電波で有る場合には、場所の基準点となりあるいは慣性航法の基準点となることでＧＰＳが届かない屋内などでＧＰＳを補完するものとして活用できる。
また、複数のアンテナとして漏洩同軸ケーブルを接続することで、当該漏洩同軸ケーブルの真下から±1.5cmの範囲を漏洩同軸ケーブルに沿って歩行するよう音声等で注意を喚起することができるので、バリアフリー道路あるいは屋内の通路あるいは駅のプラットホームの端等に沿って設置することで、歩行者を安全に誘導し歩行を支援できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のアクテイブタグ装置の発信手段と受信手段の構成を示す図である。
【図２】本発明のアクテイブタグ装置の発受信手段と中継手段の構成を示す図である。
【図３】本発明のアクテイブタグ装置の発信手段と受信手段の他の構成を示す図である。
【図４】本発明のアクテイブタグ装置の発受信手段と中継手段の他の構成を示す図である。
【図５】本発明の信号生成器および信号検出器の構成を示す図である。
【図６】本発明の信号中継器の実施例である。
【図７】本発明の複数のアンテナの実施例である。
【図８】本発明の複数のアンテナの他の実施例である。
【図９】本発明のクテイブタグ装置を用いた場所の検知の実施例である。
【図１０】本発明の高周波信号の実施例である。
【図１１】従来の位置判定システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１                                    発信手段
２                                    受信手段
３                                    中継手段
４                                    発受信手段
５                                    双方向中継手段
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  アンテナ
１２                                  帯域通過フイルタ
１３                                  電力増幅器
１４                                  ミキサーあるいは直交変調器
１５                                  直交信号生成器
１６                                  アンテナ切替器あるいは送受切替器
１７                                  シンセサイザ
１８                                  基準発振器
１９                                  送受信切替器
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ          無線信号の空間伝搬
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ        アンテナ
２２                                  帯域通過フイルタ
２３                                  低雑音増幅器
２４                                  ミキサー
２５                                  緩衝増幅器
２６                                  信号検出器
２７                                  制御表示器
２８                                  基準発振器
２９                                  シンセサイザ
３０                                  アンテナ切替器
３１                                  アンテナ
３２                                  帯域通過フイルタ
３３                                  電力増幅器
３４                                  アンテナ切替器
３５                                  低雑音増幅器
３６                                  信号中継器
９０、９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ  漏洩同軸ケーブル
９１、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ  漏洩同軸ケーブルの接続点
９１ｅ、９１ｆ、９１ｇ、９１ｈ        漏洩同軸ケーブルの接続点
９２、９２ａ、９２ｂ                  漏洩同軸ケーブルの特定の放射点
９３、９３ａ、９３ｂ                  接続点９１ａと放射点９２の距離
９４、９４ａ、９４ｂ                  接続点９１ｂと放射点９２の距離
９５、９５ａ、９５ｂ                  漏洩同軸ケーブルの間隔
１０１                                入力端子
１０２                                ＸＯＲ回路
１０４                                高周波信号生成器
１０５                                システム同期信号生成器
１０６                                タイミング制御器
１０７                                基準発振器信号入力端子
２０１                                入力端子
２０２                                アナログデジタル変換器
２０３                                デジタルフイルタ
２０４ａ                              ΣＳｉｎ積和演算器
２０４ｂ                              ΣＣｏｓ積和演算器
２０５                                角度検出器
２０６                                システム同期信号検出器
２０７                                基準発振器信号入力端子
２０８                                角度検出出力端子
３０１                                出力端子
３０２                                入力端子
３０３                                認識番号生成器
３０４                                直交変調器
３０５                                遅延手段
３０６                                中継起動信号検出器
３０７                                タイミング制御器
４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ          結合器
４０１ｄ、４０１ｅ、４０１ｆ          結合器
４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ          増幅器あるいは周波数変換器
４０２ｄ、４０２ｅ、４０２ｆ          増幅器あるいは周波数変換器
４０３ａ、４０３ｂ、４０３ｃ          放射素子あるいは放射手段
４０３ｄ、４０３ｅ、４０３ｆ          放射素子あるいは放射手段
４１                                  アンテナ１１ａ→アンテナ１１ｂの方向
４２                                  発信手段の複数のアンテナの真下からの角度
４３                                  発信手段の複数のアンテナの高さ
４４                                  受信手段のアンテナの高さ
４５                                  発信手段の複数のアンテナの真下からの距離
５１                                  同期信号
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ        測定用信号
５３                                  時間軸
４５ａ、４５ｂ                        中継要求信号
４６ａ、４６ｂ                        識別信号
４７                                  送受信間隔
４８                                  間欠受信間隔
６１                                  位置マーカー
６２                                  位置マーカー
６３                                  位置マーカー
６４                                  位置マーカー
６５                                  移動通信装置
６６                                  位置解明プロセッサー
６７                                  基準発振器
６８                                  アンテナ
６９                                  分配点
【図１】
2007010639.tif 000003
【図２】
2007010639.tif 000004
【図３】
2007010639.tif 000005
【図４】
2007010639.tif 000006
【図５】
2007010639.tif 000007
【図６】
2007010639.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
2007010639.tif 000011
【図１０】
2007010639.tif 000012
【図１１】
2007010639.tif 000013