(57)【要約】【課題】波動送信源と波動受信ノードとの間の距離、または、当該波動送信源若しくは波動受信ノードの位置を高精度に推定する。【解決手段】実施形態によれば、推定システムは、波動を受信する第１のノードと、当該第１のノードと無線通信を行う第２のノードと、推定器とを含む。推定器は、波動を送信した送信源から第１のノードまでの距離、または、当該送信源若しくは当該第１のノードの位置を波動の伝搬時間に基づいて推定する。第１のノードは、波動受信部と第１の無線通信部とを含む。波動受信部は、波動を受信する。第１の無線通信部は、第１のタイマを内蔵し、当該第１のタイマを第２のノードとの無線通信を介して当該第２のノードに内蔵される第２のタイマに同期させ、波動を受信した時刻を示す受信時刻情報を当該第１のタイマから取得し、当該受信時刻情報を推定器へと出力する。【選択図】図２
2016050847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波動を受信する第１のノードと、当該第１のノードと無線通信を行う第２のノードとを含むノード群と、
前記第１の波動を送信した第１の送信源から前記第１のノードまでの距離、または、当該第１の送信源若しくは当該第１のノードの位置を前記第１の波動の伝搬時間に基づいて推定する推定器と
を具備し、
前記第１のノードは、
前記第１の波動を受信する第１の波動受信部と、
第１のタイマを内蔵し、当該第１のタイマを前記第２のノードとの無線通信を介して当該第２のノードに内蔵される第２のタイマに同期させ、前記第１の波動を受信した時刻を示す第１の受信時刻情報を当該第１のタイマから取得し、当該第１の受信時刻情報を前記推定器へと出力する第１の無線通信部と
を備える、
推定システム。
【請求項２】
前記ノード群は、前記第１のノードおよび前記第２のノードと無線通信を行う第３のノードおよび第４のノードをさらに含み、
前記第１の無線通信部は、前記第１のタイマを前記第２のノード、前記第３のノードおよび前記第４のノードとの無線通信を介して当該第２のノード、当該第３のノードおよび当該第４のノードに内蔵される前記第２のタイマ、第３のタイマおよび第４のタイマに同期させ、
前記第２のノードは、
前記第１の波動を受信する第２の波動受信部と、
前記第２のタイマを内蔵し、当該第２のタイマを前記第１のノード、前記第３のノードおよび前記第４のノードとの無線通信を介して前記第１のタイマ、前記第３のタイマおよび前記第４のタイマに同期させ、前記第１の波動を受信した時刻を示す第２の受信時刻情報を当該第２のタイマから取得し、当該第２の受信時刻情報を前記推定器へと出力する第２の無線通信部と
を備え、
前記第３のノードは、
前記第１の波動を受信する第３の波動受信部と、
前記第３のタイマを内蔵し、当該第３のタイマを前記第１のノード、前記第２のノードおよび前記第４のノードとの無線通信を介して前記第１のタイマ、前記第２のタイマおよび前記第４のタイマに同期させ、前記第１の波動を受信した時刻を示す第３の受信時刻情報を当該第３のタイマから取得し、当該第３の受信時刻情報を前記推定器へと出力する第３の無線通信部と
を備え、
前記第４のノードは、
前記第１の波動を受信する第４の波動受信部と、
前記第４のタイマを内蔵し、当該第４のタイマを前記第１のノード、前記第２のノードおよび前記第３のノードとの無線通信を介して前記第１のタイマ、前記第２のタイマおよび前記第３のタイマに同期させ、前記第１の波動を受信した時刻を示す第４の受信時刻情報を当該第４のタイマから取得し、当該第４の受信時刻情報を前記推定器へと出力する第４の無線通信部と
を備え、
前記推定器は、前記第１の受信時刻情報、前記第２の受信時刻情報、前記第３の受信時刻情報および前記第４の受信時刻情報に基づいて、前記第１の送信源から前記第１のノードまでの前記第１の波動の伝搬時間と当該第１の送信源から前記第２のノード、前記第３のノードおよび前記第４のノードまでの前記第１の波動の伝搬時間との間の伝搬時間差をそれぞれ算出し、当該伝搬時間差に基づいて前記第１の送信源の位置を推定する、
請求項１記載の推定システム。
【請求項３】
前記第１の波動は音波であり、
前記第１の波動受信部は、
前記音波を受信し、電気信号に変換するマイクロフォンと、
前記電気信号が所定の特徴を備えるか否かを検査し、当該電気信号が当該所定の特徴を備えていることを検出すると、所望の音波を受信したことを前記第１の無線通信部に通知する検出部と
を備え、
前記第１の無線通信部は、前記検出部から通知を受けると、前記第１の受信時刻情報を前記第１のタイマから取得する、
請求項１記載の推定システム。
【請求項４】
前記第１の波動は音波であり、
前記第１の波動受信部は、
前記音波を受信し、電気信号に変換するマイクロフォンと、
前記電気信号をディジタルデータに変換する変換部と
を備え、
前記第１の無線通信部は、前記第１の受信時刻情報および前記ディジタルデータを前記推定器へと出力し、
前記推定器は、前記ディジタルデータが所定の特徴を備えるか否かを検査し、当該ディジタルデータが当該所定の特徴を備えていることを検出すると、当該ディジタルデータに対応する前記第１の受信時刻情報に基づいて、前記第１の送信源から前記第１のノードまでの距離、または、当該第１の送信源若しくは当該第１のノードの位置を推定する
請求項１記載の推定システム。
【請求項５】
前記第１の送信源は前記第２のノードであり、
前記第２のノードは、
前記第１の波動を送信する第１の波動送信部と、
前記第２のタイマを内蔵し、当該第２のタイマを前記第１のノードとの無線通信を介して当該第１のタイマに同期させ、前記第１の波動を送信した時刻を示す送信時刻情報を当該第２のタイマから取得し、当該送信時刻情報を前記推定器へと出力する第２の無線通信部と
を備え、
前記推定器は、前記第１の受信時刻情報から前記送信時刻情報を差し引くことで前記第２のノードから前記第１のノードまでの前記第１の波動の伝搬時間を算出し、当該伝搬時間に基づいて前記第２のノードから前記第１のノードまでの距離を推定する、
請求項１記載の推定システム。
【請求項６】
前記第２の無線通信部は、前記第１の波動の送信指示を無線で受信すると、前記第１の波動送信部に当該第１の波動の送信指示を与え、
前記第１の波動送信部は、前記第２の無線通信部から前記第１の波動の送信指示を与えられると、当該第１の波動を送信する、
請求項５記載の推定システム。
【請求項７】
前記ノード群は、前記第１のノードおよび前記第２のノードと無線通信を行う第３のノードおよび第４のノードをさらに含み、
前記第１の送信源は前記第４のノードであり、
前記第１の無線通信部は、前記第１のタイマを前記第２のノード、前記第３のノードおよび前記第４のノードとの無線通信を介して当該第２のノード、当該第３のノードおよび当該第４のノードに内蔵される前記第２のタイマ、第３のタイマおよび第４のタイマに同期させ、
前記第２のノードは、
前記第１の波動を受信する第２の波動受信部と、
前記第２のタイマを内蔵し、当該第２のタイマを前記第１のノード、前記第３のノードおよび前記第４のノードとの無線通信を介して前記第１のタイマ、前記第３のタイマおよび前記第４のタイマに同期させ、前記第１の波動を受信した時刻を示す第２の受信時刻情報を当該第２のタイマから取得し、当該第２の受信時刻情報を前記推定器へと出力する第２の無線通信部と
を備え、
前記第３のノードは、
前記第１の波動を受信する第３の波動受信部と、
前記第３のタイマを内蔵し、当該第３のタイマを前記第１のノード、前記第２のノードおよび前記第４のノードとの無線通信を介して前記第１のタイマ、前記第２のタイマおよび前記第４のタイマに同期させ、前記第１の波動を受信した時刻を示す第３の受信時刻情報を当該第３のタイマから取得し、当該第３の受信時刻情報を前記推定器へと出力する第３の無線通信部と
を備え、
前記第４のノードは、
前記第１の波動を送信する第１の波動送信部と、
前記第４のタイマを内蔵し、当該第４のタイマを前記第１のノード、前記第２のノードおよび前記第３のノードとの無線通信を介して前記第１のタイマ、前記第２のタイマおよび前記第３のタイマに同期させ、前記第１の波動を送信した時刻を示す送信時刻情報を当該第４のタイマから取得し、当該送信時刻情報を前記推定器へと出力する第４の無線通信部と
を備え、
前記推定器は、前記第１の受信時刻情報、前記第２の受信時刻情報および前記第３の受信時刻情報から前記送信時刻情報を差し引くことで、前記第４のノードから前記第１のノード、前記第２のノードおよび前記第３のノードまでの前記第１の波動の伝搬時間をそれぞれ算出し、当該伝搬時間に基づいて前記第４のノードの位置を推定する、
請求項１記載の推定システム。
【請求項８】
前記第４の無線通信部は、前記第１の波動の送信指示を無線で受信すると、前記第１の波動送信部に当該第１の波動の送信指示を与え、
前記第１の波動送信部は、前記第４の無線通信部から前記第１の波動の送信指示を与えられると、当該第１の波動を送信する、
請求項７記載の推定システム。
【請求項９】
前記ノード群は、前記第１のノードおよび前記第２のノードと無線通信を行う第３のノードおよび第４のノードをさらに含み、
前記第１の送信源は前記第２のノードであり、
前記第２のノードは、
前記第１の波動を送信する第１の波動送信部と、
前記第２のタイマを内蔵し、当該第２のタイマを前記第１のノード、前記第３のノードおよび前記第４のノードとの無線通信を介して当該第１のノード、当該第３のノードおよび当該第４のノードに内蔵される前記第１のタイマ、第３のタイマおよび第４のタイマに同期させ、当該第２のタイマのタイマ値に基づいて前記第１の波動送信部から前記第１の波動を送信するタイミングを制御し、当該第１の波動を送信した時刻を示す送信時刻情報を当該第２のタイマから取得し、当該送信時刻情報を前記推定器へと出力する第２の無線通信部と
を備え、
前記第３のノードは、
第２の波動を送信する第２の波動送信部と、
前記第３のタイマを内蔵し、当該第３のタイマを前記第１のノード、前記第２のノードおよび前記第４のノードとの無線通信を介して前記第１のタイマ、前記第２のタイマおよび前記第４のタイマに同期させ、当該第３のタイマのタイマ値に基づいて前記第２の波動送信部から前記第２の波動を送信するタイミングを制御する第３の無線通信部と
を備え、
前記第４のノードは、
第３の波動を送信する第３の波動送信部と、
前記第４のタイマを内蔵し、当該第４のタイマを前記第１のノード、前記第２のノードおよび前記第３のノードとの無線通信を介して前記第１のタイマ、前記第２のタイマおよび前記第３のタイマに同期させ、当該第４のタイマのタイマ値に基づいて前記第３の波動送信部から前記第３の波動を送信するタイミングを制御する第４の無線通信部と
を備え、
前記第１の波動受信部は、前記第１の波動、前記第２の波動および前記第３の波動を受信し、
前記第１の無線通信部は、前記第１のタイマを前記第２のノード、前記第３のノードおよび前記第４のノードとの無線通信を介して前記第２のタイマ、前記第３のタイマおよび前記第４のタイマに同期させ、前記第１の波動、前記第２の波動および前記第３の波動を受信した時刻を示す第１の受信時刻情報、第２の受信時刻情報および第３の受信時刻情報を当該第１のタイマからそれぞれ取得し、当該第１の受信時刻情報、当該第２の受信時刻情報および当該第３の受信時刻情報を前記推定器へとそれぞれ出力し、
前記推定器は、前記第１の受信時刻情報、前記第２の受信時刻情報および前記第３の受信時刻情報から前記送信時刻情報を差し引くことで、前記第２のノード、前記第３のノードおよび前記第４のノードから前記第１のノードまでの前記第１の波動、前記第２の波動および前記第３の波動の伝搬時間をそれぞれ算出し、当該伝搬時間に基づいて前記第１のノードの位置を推定する、
請求項１記載の推定システム。
【請求項１０】
前記第２のノードに内蔵される第２の無線通信部は、スター型ネットワークにおける親局に相当し、前記第２のタイマのタイマ値を前記第１の無線通信部へと無線で送信し、
前記第１の無線通信部は、前記スター型ネットワークにおける子局に相当し、前記第２のタイマのタイマ値に基づいて前記第１のタイマを補正し、前記第１の受信時刻情報を前記第２の無線通信部へと送信し、
前記第２の無線通信部は、前記第１の受信時刻情報を前記推定器へと出力する、
請求項１記載の推定システム。
【請求項１１】
スター型ネットワークにおける親局に相当する無線通信装置をさらに具備し、
前記第１の無線通信部および前記第２のノードに内蔵される第２の無線通信部は、前記スター型ネットワークにおける子局に相当し、
前記第１の無線通信部および前記第２の無線通信部は、前記無線通信装置を介して無線通信を行う、
請求項１記載の推定システム。
【請求項１２】
前記推定器は、前記第２のノードに内蔵される第２の無線通信部と無線で接続される、請求項１記載の推定システム。
【請求項１３】
前記推定器は、前記第２のノードに内蔵される第２の無線通信部に内蔵される、請求項１記載の推定システム。
【請求項１４】
第１の波動、第２の波動、第３の波動および第４の波動を送信し、互いに無線通信を行う第１の送信ノード、第２の送信ノード、第３の送信ノードおよび第４の送信ノードを含む送信ノード群と、
前記第１の波動、前記第２の波動、前記第３の波動および前記第４の波動を受信する受信ノードと、
前記第１の波動、前記第２の波動、前記第３の波動および前記第４の波動の伝搬時間に基づいて前記受信ノードの位置を推定する推定器と
を具備し、
前記第１の送信ノードは、
前記第１の波動を送信する第１の波動送信部と、
第１のタイマを内蔵し、当該第１のタイマを前記第２の送信ノード、前記第３の送信ノードおよび前記第４の送信ノードとの無線通信を介して当該第２の送信ノード、当該第３の送信ノードおよび当該第４の送信ノードに内蔵される第２のタイマ、第３のタイマおよび第４のタイマに同期させ、当該第１のタイマのタイマ値に基づいて前記第１の波動送信部から前記第１の波動を送信するタイミングを制御する第１の無線通信部と
を備え、
前記第２の送信ノードは、
前記第２の波動を送信する第２の波動送信部と、
前記第２のタイマを内蔵し、当該第２のタイマを前記第１の送信ノード、前記第３の送信ノードおよび前記第４の送信ノードとの無線通信を介して前記第１のタイマ、前記第３のタイマおよび前記第４のタイマに同期させ、当該第２のタイマのタイマ値に基づいて前記第２の波動送信部から前記第２の波動を送信するタイミングを制御する第２の無線通信部と
を備え、
前記第３の送信ノードは、
前記第３の波動を送信する第３の波動送信部と、
前記第３のタイマを内蔵し、当該第３のタイマを前記第１の送信ノード、前記第２の送信ノードおよび前記第４の送信ノードとの無線通信を介して前記第１のタイマ、前記第２のタイマおよび前記第４のタイマに同期させ、当該第３のタイマのタイマ値に基づいて前記第３の波動送信部から前記第３の波動を送信するタイミングを制御する第３の無線通信部と
を備え、
前記第４の送信ノードは、
前記第４の波動を送信する第４の波動送信部と、
前記第４のタイマを内蔵し、当該第４のタイマを前記第１の送信ノード、前記第２の送信ノードおよび前記第３の送信ノードとの無線通信を介して前記第１のタイマ、前記第２のタイマおよび前記第３のタイマに同期させ、当該第４のタイマのタイマ値に基づいて前記第４の波動送信部から前記第４の波動を送信するタイミングを制御する第４の無線通信部と
を備え、
前記受信ノードは、前記第１の波動、前記第２の波動、前記第３の波動および前記第４の波動を受信したことを前記推定器に通知し、
前記推定器は、前記第１の波動、前記第２の波動、前記第３の波動および前記第４の波動を受信したことの通知を前記受信ノードから受けた時刻に基づいて、前記第１の送信ノードから前記受信ノードまでの前記第１の波動の伝搬時間と前記第２の送信ノード、前記第３の送信ノードおよび前記第４の送信ノードから当該受信ノードまでの前記第２の波動、前記第３の波動および前記第４の波動の伝搬時間との間の伝搬時間差をそれぞれ算出し、当該伝搬時間差に基づいて前記受信ノードの位置を推定する、
推定システム。
【請求項１５】
音波を受信する波動受信部と、
第１のタイマを内蔵し、当該第１のタイマを他のノードとの無線通信を介して当該他のノードに内蔵される第２のタイマに同期させ、前記音波を受信した時刻を示す受信時刻情報を当該第１のタイマから取得する無線通信部と
を具備する、受信ノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、波動伝搬時間に基づく距離または位置の推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）が、カーナビゲーションシステム、スマートフォンなどの位置情報を推定するために利用されている。しかしながら、衛星からの電波を受信しにくい環境（例えば、屋内）では、ＧＰＳを利用して位置情報を推定することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０８９７８
【特許文献２】特開２００６−２４２６４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は、波動送信源と波動受信ノードとの間の距離、または、当該波動送信源若しくは波動受信ノードの位置を高精度に推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、推定システムは、ノード群と、推定器とを含む。ノード群は、第１の波動を受信する第１のノードと、当該第１のノードと無線通信を行う第２のノードとを含む。推定器は、第１の波動を送信した第１の送信源から第１のノードまでの距離、または、当該第１の送信源若しくは当該第１のノードの位置を第１の波動の伝搬時間に基づいて推定する。第１のノードは、第１の波動受信部と第１の無線通信部とを含む。第１の波動受信部は、第１の波動を受信する。第１の無線通信部は、第１のタイマを内蔵し、当該第１のタイマを第２のノードとの無線通信を介して当該第２のノードに内蔵される第２のタイマに同期させ、第１の波動を受信した時刻を示す第１の受信時刻情報を当該第１のタイマから取得し、当該第１の受信時刻情報を推定器へと出力する。
【０００６】
別の実施形態によれば、推定システムは、送信ノード群と、受信ノードと、推定器とを含む。送信ノード群は、第１の波動、第２の波動、第３の波動および第４の波動を送信し、互いに無線通信を行う第１の送信ノード、第２の送信ノード、第３の送信ノードおよび第４の送信ノードを含む。受信ノードは、第１の波動、第２の波動、第３の波動および第４の波動を受信する。推定器は、第１の波動、第２の波動、第３の波動および第４の波動の伝搬時間に基づいて受信ノードの位置を推定する。第１の送信ノードは、第１の波動送信部と第１の無線通信部とを含む。第１の波動送信部は、第１の波動を送信する。第１の無線通信部は、第１のタイマを内蔵し、当該第１のタイマを第２の送信ノード、第３の送信ノードおよび第４の送信ノードとの無線通信を介して当該第２の送信ノード、当該第３の送信ノードおよび当該第４の送信ノードに内蔵される第２のタイマ、第３のタイマおよび第４のタイマに同期させ、当該第１のタイマのタイマ値に基づいて第１の波動送信部から第１の波動を送信するタイミングを制御する。第２の送信ノードは、第２の波動送信部と第２の無線通信部とを含む。第２の波動送信部は、第２の波動を送信する。第２の無線通信部は、第２のタイマを内蔵し、当該第２のタイマを第１の送信ノード、第３の送信ノードおよび第４の送信ノードとの無線通信を介して第１のタイマ、第３のタイマおよび第４のタイマに同期させ、当該第２のタイマのタイマ値に基づいて第２の波動送信部から第２の波動を送信するタイミングを制御する。第３の送信ノードは、第３の波動送信部と第３の無線通信部とを含む。第３の波動送信部は、第３の波動を送信する。第３の無線通信部は、第３のタイマを内蔵し、当該第３のタイマを第１の送信ノード、第２の送信ノードおよび第４の送信ノードとの無線通信を介して第１のタイマ、第２のタイマおよび第４のタイマに同期させ、当該第３のタイマのタイマ値に基づいて第３の波動送信部から第３の波動を送信するタイミングを制御する。第４の送信ノードは、第４の波動送信部と第４の無線通信部とを含む。第４の波動送信部は、第４の波動を送信する。第４の無線通信部は、第４のタイマを内蔵し、当該第４のタイマを第１の送信ノード、第２の送信ノードおよび第３の送信ノードとの無線通信を介して第１のタイマ、第２のタイマおよび第３のタイマに同期させ、当該第４のタイマのタイマ値に基づいて第４の波動送信部から第４の波動を送信するタイミングを制御する。受信ノードは、第１の波動、第２の波動、第３の波動および第４の波動を受信したことを推定器に通知する。推定器は、第１の波動、第２の波動、第３の波動および第４の波動を受信したことの通知を受信ノードから受けた時刻に基づいて、第１の送信ノードから受信ノードまでの第１の波動の伝搬時間と第２の送信ノード、第３の送信ノードおよび第４の送信ノードから当該受信ノードまでの第２の波動、第３の波動および第４の波動の伝搬時間との間の伝搬時間差をそれぞれ算出し、当該伝搬時間差に基づいて受信ノードの位置を推定する。
【０００７】
別の実施形態によれば、受信ノードは、波動受信部と無線通信部とを含む。波動受信部は、音波を受信する。無線通信部は、第１のタイマを内蔵し、当該第１のタイマを他のノードとの無線通信を介して当該他のノードに内蔵される第２のタイマに同期させ、音波を受信した時刻を示す受信時刻情報を当該第１のタイマから取得する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る位置推定システムを例示するブロック図。
【図２】図１の波動受信ノードを例示するブロック図。
【図３】図２の通信制御部の動作を例示するフローチャート。
【図４】図１の変形例を示すブロック図。
【図５】図１の変形例を示すブロック図。
【図６】図１の変形例を示すブロック図。
【図７】第２の実施形態に係る位置推定システムに含まれる波動受信ノードを例示するブロック図。
【図８】図７の通信制御部の動作を例示するフローチャート。
【図９】第３の実施形態に係る位置推定システムを例示するブロック図。
【図１０】図９の波動送受信ノードを例示するブロック図。
【図１１】図１０の通信制御部の動作を例示するフローチャート。
【図１２】第４の実施形態に係る位置推定システムを例示するブロック図。
【図１３】図１２の波動送信ノードを例示するブロック図。
【図１４】図１２の波動受信ノードを例示するブロック図。
【図１５】第５の実施形態に係る位置推定システムを例示するブロック図。
【図１６】図１５の波動受信ノードを例示するブロック図。
【図１７】図１２の位置推定システムの動作を例示するシーケンス図。
【図１８】図１５の位置推定システムの動作を例示するシーケンス図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。尚、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。例えば、複数の同一または類似の要素が存在する場合に、各要素を区別せずに説明するために共通の符号を用いることがあるし、各要素を区別して説明するために当該共通の符号に加えて枝番号を用いることもある。
【００１０】
（第１の実施形態）  
図１に例示されるように、第１の実施形態に係る位置推定システムは、４つの波動受信ノード１００−１，１００−２，１００−３，１００−４と、波動送信源１３０と、位置推定器１４０とを含む。なお、波動受信ノード１００の総数は５以上であってもよい。
【００１１】
波動送信源１３０は、波動を送信できる。この波動は、他の波動との区別のために後述されるように所定の特徴を備えていてもよい。以降の説明において、波動として音波（超音波を含む）が利用されることとするが、電磁波、振動波などの他の波動も利用可能である。なお、波動送信源１３０は、スピーカを備えたロボットなどの装置であってもよいし、動物または人間などの生物であってもよい。波動送信源１３０が生物である場合には、当該生物から生じる音声、鳴声または振動が波動に相当する。
【００１２】
波動受信ノード１００−１，１００−２，１００−３，１００−４は、波動を受信する。波動受信ノード１００−１，１００−２，１００−３，１００−４は、受信した波動が例えば上記所定の特徴を備えていることを検出すると、当該波動を受信した時刻を示す情報（以降、受信時刻情報と呼ばれる）を取得する。受信時刻情報は、例えばタイマ値であってもよい。なお、位置推定誤差を小さくする観点から、波動受信ノード１００−１，１００−２，１００−３，１００−４によって参照されるタイマは高精度に同期していることが好ましい。この受信時刻情報は、位置推定器１４０によって収集される。
【００１３】
具体的には、波動受信ノード１００は、波動受信部１１０および無線通信部１２０を含む。波動受信部１１０は、波動送信源１３０から送信された波動を受信する。波動受信部１１０は、受信した波動が上記所定の特徴を備えていることを検出すると、所望の波動を受信したことを無線通信部１２０に通知する。
【００１４】
無線通信部１２０は、波動受信部１１０から通知を受けると、内蔵されたタイマにアクセスし、受信時刻情報を取得する。無線通信部１２０は、受信時刻情報を位置推定器１４０へと出力する。なお、位置推定器１４０は、波動受信ノード１００−１，１００−２，１００−３，１００−４のいずれか１つに有線または無線で接続されてよい。無線通信部１２０は、位置推定器１４０と直接接続している場合には、受信時刻情報を当該位置推定器１４０へと直接出力する。他方、無線通信部１２０は、位置推定器１４０と直接接続していない場合には、受信時刻情報を他の波動受信ノード１００を経由して当該位置推定器１４０へと出力する。
【００１５】
波動受信ノード１００の具体例が図２に示される。波動受信部１１０は、マイクロフォン１１１および検出部１１２を含む。無線通信部１２０は、通信制御部１２１、同期タイマ１２２、無線受信部１２３および無線送信部１２４を含む。
【００１６】
マイクロフォン１１１は、音波を受信し、電気信号へと変換する。マイクロフォン１１１は、電気信号を検出部１１２へと出力する。
【００１７】
検出部１１２は、マイクロフォン１１１から電気信号を受け取り、当該電気信号が所定の特徴を備えるか否かを検査する。検出部１１２は、電気信号が所定の特徴を備えていることを検出すると、所望の波動を受信したことを通信制御部１２１に通知する。例えば、波動送信源１３０からの音波は、所定の音圧レベル、時間波形または周波数成分を所定の特徴として備えていてもよい。
【００１８】
通信制御部１２１は、同期タイマ１２２、無線受信部１２３および無線送信部１２４を制御する。例えば、通信制御部１２１は、検出部１１２から通知を受けると、同期タイマ１２２のタイマ値を取得する。このタイマ値は、受信時刻情報に相当する。通信制御部１２１は、受信時刻情報を位置推定器１４０へと出力する。
【００１９】
詳細には、通信制御部１２１は、位置推定器１４０と直接接続している場合には、受信時刻情報を当該位置推定器１４０へと直接出力する。他方、通信制御部１２１は、位置推定器１４０と直接接続していない場合には、無線送信部１２４に、受信時刻情報を当該位置推定器１４０または他の波動受信ノード１００へと送信させる。なお、無線受信部１２３が他の波動受信ノード１００から受信時刻情報を受信した場合にも、通信制御部１２１は当該受信時刻情報を位置推定器１４０へと同様に出力する。
【００２０】
さらに、通信制御部１２１は、同期タイマ１２２を他の波動受信ノード１００に内蔵される同期タイマ１２２と同期させるための同期処理を行う。例えば、通信制御部１２１は、無線送信部１２４に同期タイマ１２２のタイマ値を他の波動受信ノード１００へと送信させてもよいし、無線受信部１２３が受信した他の波動受信ノード１００のタイマ値を用いて同期タイマ１２２のタイマ値を補正してもよい。
【００２１】
具体的には、通信制御部１２１は図３に例示されるように動作してもよい。まず、通信制御部１２１は、検出部１１２からの通知を待機し続ける（ステップＳ１０１）。そして、検出部１１２から通知を受けると、通信制御部１２１は同期タイマ１２２のタイマ値を取得する（ステップＳ１０２）。
【００２２】
通信制御部１２１は、位置推定器１４０と直接接続している場合には、ステップＳ１０２において取得したタイマ値を当該位置推定器１４０へと直接出力する（ステップＳ１０３およびステップＳ１０４）。他方、通信制御部１２１は、位置推定器１４０と直接接続していない場合には、無線送信部１２４に、ステップＳ１０２において取得したタイマ値を当該位置推定器１４０または他の波動受信ノード１００へと送信させる（ステップＳ１０３およびステップＳ１０５）。
【００２３】
同期タイマ１２２は、クロック信号に合わせてカウントアップ動作を行うことでタイマ値を得る。同期タイマ１２２は、他の波動受信ノード１００に内蔵される同期タイマ１２２に同期するように、通信制御部１２１によって制御される。例えば、無線通信部１２０がＩＥＥＥ８０２．１１準拠の無線ＬＡＮ機器に相当するならば、同期タイマ１２２はＴＳＦ（Ｔｉｍｉｎｇ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）タイマによって実装されてもよい。ＴＳＦタイマの同期処理はネットワーク構成（インフラストラクチャモードまたはアドホックモード）に依存して異なるものの、いずれのネットワーク構成においても高精度な同期が可能である。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１によれば、ＴＳＦタイマ間の同期誤差は数μ秒以下である。また、無線通信部１２０がＩＥＥＥ８０２．１５．１やＩＥＥＥ８０２．１５．４等の他の無線通信規格に準拠する機器の場合でも、無線通信部１２０が同様のタイマを内蔵している場合にはこれを使用することが可能である。
【００２４】
無線受信部１２３は、種々の情報を無線信号の形式で受信する。具体的には、無線受信部１２３は、受信時刻情報、同期処理に必要な情報（例えば、他の波動受信ノード１００に内蔵される同期タイマ１２２のタイマ値）を他の波動受信ノード１００から無線信号の形式で受信する。
【００２５】
無線送信部１２４は、種々の情報を無線信号の形式で送信する。具体的には、無線送信部１２４は、受信時刻情報、同期処理に必要な情報（例えば、同期タイマ１２２のタイマ値）を他の波動受信ノード１００、位置推定器１４０などへと無線信号の形式で送信する。なお、無線送信部１２４は、受信時刻情報と共に波動受信ノード１００の識別子を送信してもよい。例えば、無線通信部１２０がＩＥＥＥ８０２．１１準拠の無線ＬＡＮ機器に相当するならば、識別子はＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスであってもよい。
【００２６】
位置推定器１４０は、波動受信ノード１００−１，１００−２，１００−３，１００−４から受信時刻情報を収集する。位置推定器１４０は、収集した受信時刻情報と波動の速度と各波動受信ノード１００の位置とに基づいて波動送信源１３０の位置を推定する。位置推定器１４０は、例えば、各波動受信ノード１００の識別子および位置、ならびに、波動の速度を参照できる。各波動受信ノード１００の識別子および位置は、当該波動受信ノード１００の設置時に登録されてよい。
【００２７】
波動送信源１３０の位置を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、波動受信ノード１００−ｉ（ｉは１以上４以下の整数）の位置を（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）とし、波動送信源１３０から波動受信ノード１００−ｉまでの波動伝搬時間をｔｉとし、波動（例えば音波）の速度をｖとすると、下記数式（１）が成立する。
【００２８】
【数１】
2016050847.tif 000003
【００２９】
さらに、ｉ＞１に関して、波動受信ノード１００−ｉから収集された受信時刻情報と波動受信ノード１００−１から収集された受信時刻情報と間の差分をΔｔｉとすると、下記数式（２）が成立する。
【００３０】
【数２】
2016050847.tif 000004
【００３１】
数式（１）および数式（２）から、未知数ｘ，ｙ，ｚ，ｔ１に関して以下の４元連立１次方程式が成立する。
【００３２】
【数３】
2016050847.tif 000005
【００３３】
数式（３）のうち、ｖ，ｘ１，ｙ１，ｚ１，ｘ２，ｙ２，ｚ２，ｘ３，ｙ３，ｚ３，ｘ４，ｙ４，ｚ４は、位置推定器１４０にとって既知である。また、位置推定器１４０は、波動受信ノード１００−１，１００−２，１００−３，１００−４から収集された受信時刻情報に基づいて、Δｔ２，Δｔ３，Δｔ４を算出できる。故に、位置推定器１４０は、数式（３）を解くことで波動送信源１３０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出できる。さらに、位置推定器１４０は、例えばｘ，ｙ，ｚを数式（１）の右辺に代入することで、波動受信ノード１００−ｉから波動送信源１３０までの距離も算出できる。
【００３４】
なお、図１では、無線通信部１２０−１，１２０−２，１２０−３，１２０−４は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１のアドホックモードのようなピアツーピアネットワークを形成するように描かれている。しかしながら、無線通信部１２０−１，１２０−２，１２０−３，１２０−４は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１のインフラストラクチャモードのようなスター型ネットワークを形成してもよい。
【００３５】
例えば、図１の位置推定システムは、図４に例示されるように変形されてもよい。図４の位置推定システムは、位置推定器１４０と、波動送信源１３０と、４つの波動受信ノード２００−１，２００−２，２００−３，２００−４とを含む。なお、波動受信ノード２００の総数は５以上であってもよい。
【００３６】
波動受信ノード２００−１に含まれる無線通信部２２０−１は、スター型ネットワークのハブに相当する親局（例えばＩＥＥＥ８０２．１１のＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ  Ｐｏｉｎｔ））として機能する。他方、波動受信ノード２００−２，２００−３，２００−４に含まれる無線通信部２２０−２，２２０−３，２２０−４は、子局（例えばＩＥＥＥ８０２．１１のＳＴＡ（Ｓｔａｔｉｏｎ））として機能する。
【００３７】
一般に、スター型ネットワークにおいて、親局は、任意の子局と直接通信可能である。他方、子局は、親局を介して他の子局と通信可能である。図４の例では、位置推定器１４０を親局に接続することにより、当該位置推定器１４０を子局に接続する場合に比べて、受信時刻情報のトラフィックを小さくすることができる。
【００３８】
また、親局は、子局に比べて通信負荷が大きいので、内蔵されたタイマのタイマ値（例えば受信時刻情報）を取得するタイミングが遅延し、位置推定精度が劣化するおそれがある。故に、図５に例示されるように波動受信ノードとは独立に親局を用意してもよい。図５の位置推定システムは、位置推定器１４０と、波動送信源１３０と、４つの波動受信ノード２００−１，２００−２，２００−３，２００−４と、無線通信装置３５０とを含む。なお、波動受信ノード２００の総数は５以上であってもよい。
【００３９】
無線通信装置３５０は、スター型ネットワークのハブに相当する親局（例えばＩＥＥＥ８０２．１１のＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ  Ｐｏｉｎｔ））として機能する。他方、各波動受信ノード２００に含まれる無線通信部２２０は、子局（例えばＩＥＥＥ８０２．１１のＳＴＡ（Ｓｔａｔｉｏｎ））として機能する。
【００４０】
親局としての無線通信装置３５０は、各波動受信ノード２００から受信時刻情報を収集し、位置推定器１４０へと出力する。各無線通信部２２０は内蔵されたタイマのタイマ値を取得する機能を持つように設計される必要があるが、無線通信装置３５０には係る機能は不要である。従って、無線通信装置３５０は、例えば同時接続台数などの基本的な使用条件を満足するならば、汎用のＡＰでも実装可能である。
【００４１】
さらに、位置推定器１４０は、無線通信部と独立した装置（例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ））である必要はない。例えば図６に示されるように、位置推定器１４０は波動受信ノード４００−１の無線通信部４２０−１（親局）に組み込まれてもよい。位置推定器１４０を無線通信部４２０−１に組み込むことで、本実施形態に係る位置推定システムに含まれる装置点数を少なくすることができるので当該位置推定システムの設置が容易になる。なお、位置推定器１４０は、親局に限らず子局に組み込まれてもよい。
【００４２】
以上説明したように、第１の実施形態に係る位置推定システムは４つ以上の波動受信ノードを含み、これら波動受信ノードにそれぞれ含まれる無線通信部が無線通信ネットワークを形成する。各波動受信ノードは波動送信源から送信された波動の当該波動受信ノードにおける受信時刻情報をその無線通信部に内蔵されたタイマから取得して位置推定器へと出力する。
【００４３】
位置推定器は、収集した受信時刻情報と波動の速度と各波動受信ノードの位置とに基づいて波動送信源の位置を推定する。波動受信ノード間で上記タイマは高精度に同期しているので、位置推定器は、波動受信ノード間での正確な波動伝搬時間差を収集し、波動送信源の位置を高精度に推定できる。
【００４４】
また、波動受信ノードは、その無線通信部に内蔵されたタイマから上記受信時刻情報を取得できる。すなわち、波動受信ノードは例えばＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）に基づく時刻同期処理を行うためのハードウェアまたはソフトウェアを別途必要としないし、この位置推定システムはＮＴＰサーバなどの時刻同期用の特別な装置も必要としない。加えて、波動受信ノード間は無線で接続されるので通信ケーブルの敷設も不要であるし、波動受信ノードに含まれる無線通信部を例えばＩＥＥＥ８０２．１１準拠の汎用の無線ＬＡＮ機器を用いて実装することもできる。故に、この位置推定システムは低コスト、シンプルかつコンパクトに構築すること可能であり、当該位置推定システムに含まれる装置の設置も容易である。
【００４５】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態に係る位置推定システムは、図１の位置推定システムにおいて位置推定器１４０を位置推定器５４０に置き換え、各波動受信ノード１００を波動受信ノード５００に置き換えたものに相当する。なお、波動受信ノード５００の総数は５以上であってもよい。
【００４６】
波動受信ノード５００は、波動を受信し、受信時刻情報を取得する。具体的には、波動受信ノード５００は、波動受信部５１０および無線通信部５２０を含む。波動受信部５１０は、波動送信源１３０から送信された波動を受信する。波動受信部５１０は、受信した波動をディジタルデータ（以降、波動データと呼ばれる）に変換し、当該波動データを無線通信部５２０へと出力する。
【００４７】
無線通信部５２０は、波動受信部５１０から通知を受けると、内蔵されたタイマにアクセスし、受信時刻情報を取得する。無線通信部５２０は、受信時刻情報と上記波動データとを位置推定器５４０へと出力する。なお、位置推定器５４０は、波動受信ノード５００−１，５００−２，５００−３，５００−４のいずれか１つに有線または無線で接続されてよい。無線通信部５２０は、位置推定器５４０と直接接続している場合には、受信時刻情報および波動データを当該位置推定器５４０へと直接出力する。他方、無線通信部５２０は、位置推定器５４０と直接接続していない場合には、受信時刻情報および波動データを他の波動受信ノード５００を経由して当該位置推定器５４０へと出力する。
【００４８】
波動受信ノード５００の具体例が図７に示される。波動受信部５１０は、マイクロフォン１１１および変換部５１２を含む。無線通信部５２０は、通信制御部５２１、同期タイマ１２２、無線受信部５２３および無線送信部５２４を含む。
【００４９】
変換部５１２は、マイクロフォン１１１から電気信号を受け取り、当該電気信号を波動データに変換する。変換部５１２は、波動データを通信制御部５２１へと出力する。変換部５１２は、音波を所定区間毎に逐次フレーム化することによって音声フレーム形式の波動データを生成してもよい。
【００５０】
通信制御部５２１は、同期タイマ１２２、無線受信部５２３および無線送信部５２４を制御する。例えば、通信制御部５２１は、変換部５１２から波動データを受け取ると、同期タイマ１２２のタイマ値を取得する。このタイマ値は、波動受信ノード５００が波動送信源１３０からの音波を受信した時刻を示す情報に相当する。通信制御部５２１は、受信時刻情報および波動データを位置推定器５４０へと出力する。
【００５１】
詳細には、通信制御部５２１は、位置推定器５４０と直接接続している場合には、受信時刻情報および波動データを当該位置推定器５４０へと直接出力する。他方、通信制御部５２１は、位置推定器５４０と直接接続していない場合には、無線送信部５２４に、受信時刻情報および波動データを当該位置推定器５４０または他の波動受信ノード５００へと送信させる。なお、無線受信部５２３が他の波動受信ノード５００から受信時刻情報および波動データを受信した場合にも、通信制御部５２１は当該受信時刻情報および波動データを位置推定器５４０へと同様に出力する。
【００５２】
さらに、通信制御部５２１は、同期タイマ１２２を他の波動受信ノード５００に内蔵される同期タイマ１２２に同期させるための同期処理を行う。例えば、通信制御部５２１は、無線送信部５２４に同期タイマ１２２のタイマ値を他の波動受信ノード５００へと送信させてもよいし、無線受信部５２３が受信した他の波動受信ノード５００のタイマ値を用いて同期タイマ１２２のタイマ値を補正してもよい。
【００５３】
具体的には、通信制御部５２１は図８に例示されるように動作してもよい。まず、通信制御部５２１は、変換部５１２からの波動データを待機し続ける（ステップＳ２０１）。そして、変換部５１２から波動データを受け取ると、通信制御部５２１は同期タイマ１２２のタイマ値を取得する（ステップＳ２０２）。
【００５４】
通信制御部５２１は、位置推定器５４０と直接接続している場合には、ステップＳ２０２において取得したタイマ値および波動データを当該位置推定器５４０へと直接出力する（ステップＳ２０３およびステップＳ２０４）。他方、通信制御部５２１は、位置推定器５４０と直接接続していない場合には、無線送信部５２４に、ステップＳ２０２において取得したタイマ値および波動データを当該位置推定器５４０または他の波動受信ノード５００へと送信させる（ステップＳ２０３およびステップＳ２０５）。
【００５５】
無線受信部５２３は、種々の情報を無線信号の形式で受信する。具体的には、無線受信部５２３は、受信時刻情報および波動データ、同期処理に必要な情報（例えば、他の波動受信ノード５００に内蔵される同期タイマ１２２のタイマ値）を他の波動受信ノード５００から無線信号の形式で受信する。
【００５６】
無線送信部５２４は、種々の情報を無線信号の形式で送信する。具体的には、無線送信部５２４は、受信時刻情報および波動データ、同期処理に必要な情報（例えば、同期タイマ１２２のタイマ値）を他の波動受信ノード５００、位置推定器５４０などへと無線信号の形式で送信する。なお、無線送信部５２４は、受信時刻情報および波動データと共に波動受信ノード５００の識別子を送信してもよい。
【００５７】
位置推定器５４０は、波動受信ノード５００−１，５００−２，５００−３，５００−４から受信時刻情報および波動データを収集する。前述のように、波動送信源１３０からの音波は、他の音波との区別のために、例えば、所定の音圧レベル、時間波形または周波数成分を所定の特徴として備えていてもよい。位置推定器５４０は、収集された波動データが上記所定の特徴を備えていることを検出すると、当該波動データに対応する受信時刻情報と波動の速度と各波動受信ノード５００の位置とに基づいて波動送信源１３０の位置を推定する。なお、位置推定器５４０は、収集された波動データが所定の特徴を含まない場合には、当該波動データおよび対応する受信時刻情報を無視してもよい。位置推定器５４０は、例えば、各無線通信部５２０の識別子および位置、ならびに、波動の速度を参照できる。各無線通信部５２０の識別子および位置は、各波動受信ノード５００の設置時に登録されてよい。
【００５８】
なお、無線通信部５２０−１，５２０−２，５２０−３，５２０−４は、ピアツーピアネットワークの代わりにスター型ネットワークを形成してもよい。また、波動受信ノード５００とは独立に親局を用意してもよい。さらに、位置推定器５４０は、いずれかの無線通信部５２０に組み込まれてもよい。
【００５９】
以上説明したように、第２の実施形態に係る位置推定システムは、各波動受信ノードではなく位置推定器が当該波動受信ノードにおいて受信された波動が所定の特徴を備えるか否かを検査する処理を集中的に行う点で、第１の実施形態に係る位置推定システムとは異なる。従って、この位置推定システムによれば、位置推定器を例えば高性能なコンピュータを用いて実装することで波動データに対する複雑な分析を行うことができるので、所望の波動送信源から送信された波動をより正確に識別できる。他方、この位置推定システムによれば、波動受信ノードに含まれる波動受信部は、受信した波動を分析することなく波動データに変化すればよいので、第１の実施形態に比べて簡略化することができる。加えて、この位置推定システムによれば、第１の実施形態と同一または類似の効果を得ることもできる。
【００６０】
（第３の実施形態）  
図９に例示されるように、第３の実施形態に係る位置推定システムは、４つの波動送受信ノード６００−１，６００−２，６００−３，６００−４と、位置推定器６４０とを含む。なお、波動送受信ノード６００の総数は５以上であってもよい。また、一部の波動送受信ノード６００が波動受信ノードに置き換えられてもよい。
【００６１】
図９の位置推定システムでは、いずれかの波動送受信ノード６００（例えば、波動送受信ノード６００−１と仮定する）が波動を送信し、残りの波動送受信ノード６００（例えば、波動送受信ノード６００−２，６００−３，６００−４と仮定する）は当該波動を受信する。位置推定器６４０は、波動送受信ノード６００−２，６００−３，６００−４が波動を受信した時刻から波動送受信ノード６００−１が波動を送信した時刻をそれぞれ差し引くことで当該波動送受信ノード６００−２，６００−３，６００−４に対する波動伝搬時間をそれぞれ算出できる。位置推定器６４０は、これら波動伝搬時間に基づいて波動を送信した波動送受信ノード６００の位置を推定したり、波動を送信した波動送受信ノード６００と当該波動を受信した任意の波動送受信ノード６００との間の距離を推定したりする。
【００６２】
波動送受信ノード６００は、波動（例えば音波）を送信できる。この波動は、他の波動との区別のために所定の特徴を備えていてもよい。なお、波動送受信ノード６００は、スピーカを備えたロボットなどの装置であってもよい。波動送受信ノード６００は、波動を送信すると、その時刻を示す情報（以降、送信時刻情報と呼ばれる）を取得する。送信時刻情報は、例えばタイマ値であってもよい。なお、位置推定誤差を小さくする観点から、波動送受信ノード６００−１，６００−２，６００−３，６００−４によって参照されるタイマは高精度に同期していることが好ましい。さらに、波動送受信ノード６００は、波動を受信できる。波動送受信ノード６００は、受信した波動が上記所定の特徴を備えていることを検出すると、受信時刻情報を取得する。
【００６３】
具体的には、波動送受信ノード６００は、波動受信部１１０、無線通信部６２０および波動送信部６６０を含む。波動送信部６６０は、所定の特徴を備える波動を送信すると共に当該波動を送信したことを無線通信部６２０に通知する。
【００６４】
無線通信部６２０は、波動受信部１１０から通知を受けると、内蔵されたタイマにアクセスし、受信時刻情報を取得する。無線通信部６２０は、波動送信部６６０から通知を受けると、内蔵されたタイマにアクセスし、送信時刻情報を取得する。無線通信部６２０は、受信時刻情報または送信時刻情報を位置推定器６４０へと出力する。なお、位置推定器６４０は、波動送受信ノード６００−１，６００−２，６００−３，６００−４のいずれか１つに有線または無線で接続されてよい。無線通信部６２０は、位置推定器６４０と直接接続している場合には、受信時刻情報または送信時刻情報を当該位置推定器６４０へと直接出力する。他方、無線通信部６２０は、位置推定器６４０と直接接続していない場合には、受信時刻情報または送信時刻情報を他の波動送受信ノード６００を経由して当該位置推定器６４０へと出力する。
【００６５】
波動送受信ノード６００の具体例が図１０に示される。無線通信部６２０は、通信制御部６２１、同期タイマ１２２、無線受信部６２３および無線送信部６２４を含む。波動送信部６６０は、スピーカ６６１およびスピーカ制御部６６２を含む。
【００６６】
スピーカ制御部６６２は、スピーカ６６１に所定のタイミングで送信指示を与え、当該スピーカ６６１に所定の特徴を備える音波を送信させる。なお、スピーカ制御部６６２は、通信制御部６２１から送信指示を受け取った場合に、スピーカ６６１に上記送信指示を与えてもよい。さらに、スピーカ制御部６６２は、スピーカ６６１が音波を送信したことを通信制御部６２１に通知する。
【００６７】
スピーカ６６１は、スピーカ制御部６６２から送信指示を受けると、所定の特徴を備える音波を送信する。例えば、スピーカ６６１から送信される音波は、所定の音圧レベル、時間波形または周波数成分を備えていてもよい。
【００６８】
通信制御部６２１は、同期タイマ１２２、無線受信部６２３および無線送信部６２４を制御する。例えば、通信制御部６２１は、検出部１１２またはスピーカ制御部６６２から通知を受けると、同期タイマ１２２のタイマ値を取得する。このタイマ値は、受信時刻情報または送信時刻情報に相当する。通信制御部６２１は、受信時刻情報または送信時刻情報を位置推定器６４０へと出力する。なお、通信制御部６２１は、タイマ値に加えて当該タイマ値が受信時刻情報および送信時刻情報のいずれに相当するかを示す情報をさらに出力してもよい。
【００６９】
詳細には、通信制御部６２１は、位置推定器６４０と直接接続している場合には、受信時刻情報または送信時刻情報を当該位置推定器６４０へと直接出力する。他方、通信制御部６２１は、位置推定器６４０と直接接続していない場合には、無線送信部６２４に、受信時刻情報または送信時刻情報を当該位置推定器６４０または他の波動送受信ノード６００へと送信させる。なお、無線受信部６２３が他の波動送受信ノード６００から受信時刻情報または送信時刻情報を受信した場合にも、通信制御部６２１は当該受信時刻情報または送信時刻情報を位置推定器６４０へと同様に出力する。
【００７０】
さらに、通信制御部６２１は、同期タイマ１２２を他の波動送受信ノード６００に内蔵される同期タイマ１２２に同期させるための同期処理を行う。例えば、通信制御部６２１は、無線送信部６２４に同期タイマ１２２のタイマ値を他の波動送受信ノード６００へと送信させてもよいし、無線受信部６２３が受信した他の波動送受信ノード６００のタイマ値を用いて同期タイマ１２２のタイマ値を補正してもよい。
【００７１】
加えて、通信制御部６２１は、スピーカ６６１から音波を送信させるためにスピーカ制御部６６２に送信指示を与えてもよい。なお、通信制御部６２１は、位置推定器６４０から送信指示を受け取った場合に、スピーカ制御部６６２に上記送信指示を与えてもよい。なお、この場合に位置推定器６４０は、通信制御部６２１と直接接続されている必要はない。例えば、送信指示は例えば他の無線通信部６２０によって無線伝送されてもよい。
【００７２】
具体的には、通信制御部６２１は図１１に例示されるように動作してもよい。まず、通信制御部６２１は、検出部１１２からの通知（受信通知）またはスピーカ制御部６６２からの通知（送信通知）を待機し続ける（ステップＳ３０１）。そして、送信通知または受信通知を受けると、通信制御部６２１は同期タイマ１２２のタイマ値を取得する（ステップＳ３０２）。
【００７３】
通信制御部６２１は、位置推定器６４０と直接接続している場合には、ステップＳ３０２において取得したタイマ値を当該位置推定器６４０へと直接出力する（ステップＳ３０３およびステップＳ３０４）。他方、通信制御部６２１は、位置推定器６４０と直接接続していない場合には、無線送信部６２４に、ステップＳ３０２において取得したタイマ値を当該位置推定器６４０または他の波動送受信ノード６００へと送信させる（ステップＳ３０３およびステップＳ３０５）。
【００７４】
無線受信部６２３は、種々の情報を無線信号の形式で受信する。具体的には、無線受信部６２３は、受信時刻情報または送信時刻情報、同期処理に必要な情報（例えば、他の波動送受信ノード６００に内蔵される同期タイマ１２２のタイマ値）を他の波動送受信ノード６００から無線信号の形式で受信する。
【００７５】
無線送信部６２４は、種々の情報を無線信号の形式で送信する。具体的には、無線送信部６２４は、受信時刻情報または送信時刻情報、同期処理に必要な情報（例えば、同期タイマ１２２のタイマ値）を他の波動送受信ノード６００、位置推定器６４０などへと無線信号の形式で送信する。なお、無線送信部６２４は、受信時刻情報または送信時刻情報と共に波動送受信ノード６００の識別子を送信してもよい。
【００７６】
位置推定器６４０は、波動送受信ノード６００−１，６００−２，６００−３，６００−４から受信時刻情報および送信時刻情報を収集する。位置推定器６４０は、収集した受信時刻情報および送信時刻情報と、波動の速度と、波動を受信した波動送受信ノード６００の位置とに基づいて、波動を送信した波動送受信ノード６００の位置を推定する。位置推定器６４０は、例えば、波動を受信した波動送受信ノード６００の識別子および位置、ならびに、波動の速度を参照できる。波動を受信した波動送受信ノード６００の識別子および位置は、当該波動送受信ノード６００の設置時に登録されてよい。
【００７７】
波動を送信した波動送受信ノード６００−ｊ（ｊは１以上４以下の任意の整数）の位置を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、波動を受信した波動送受信ノード６００−ｉ（ｉは１以上４以下のｊとは異なる整数）の位置を（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）とし、波動送受信ノード６００−ｊから波動送受信ノード６００−ｉまでの波動伝搬時間をｔｉとし、波動（例えば音波）の速度をｖとすると、下記数式（４）が成立する。
【００７８】
【数４】
2016050847.tif 000006
【００７９】
数式（４）のうち、ｖ，ｘｉ，ｙｉ，ｚｉは、位置推定器６４０にとって既知である。さらに、ｔｉは、波動送受信ノード６００−ｉから収集された受信時刻情報と波動送受信ノード６００−ｊから収集された送信時刻情報と間の差分によって算出できる。故に、位置推定器６４０は、数式（４）から導かれる３元連立１次方程式を解くことで波動送受信ノード６００−ｊの位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出できる。さらに、位置推定器６４０は、例えばｔｉを数式（４）の左辺に代入することで、波動送受信ノード６００−ｊから波動送受信ノード６００−ｉまでの距離も算出できる。
【００８０】
なお、波動送受信ノード６００の総数が２つの場合には、一方の波動送受信ノード６００から波動を送信することで、位置推定器６４０は当該波動送受信ノード６００から他方の波動送受信ノード６００までの距離を上記数式（４）に基づいて算出できる。さらに、新たな波動送受信ノード６００を増設する場合には、当該波動送受信ノード６００から波動を送信することで、位置推定器６４０は当該波動送受信ノード６００から他の２つの波動送受信ノード６００の各々までの距離を上記数式（４）に基づいて算出できる。
【００８１】
さらに、３つ以上の波動送受信ノード６００の位置が既知であるならば、位置不明の波動送受信ノード６００が波動を送信することで、位置推定器６４０は当該位置不明の波動送受信ノード６００の位置を推定できる。故に、波動送受信ノード６００の総数にかかわらず設置者等が少なくとも３つの波動送受信ノード６００の位置を登録すれば、位置推定器６４０は残りの波動送受信ノード６００の位置を推定できる。すなわち、位置推定システムの規模に関わらず、設置者等による位置計測作業の負担を抑制可能である。
【００８２】
なお、無線通信部６２０−１，６２０−２，６２０−３，６２０−４は、ピアツーピアネットワークの代わりにスター型ネットワークを形成してもよい。また、波動送受信ノード６００とは独立に親局を用意してもよい。さらに、位置推定器６４０は、いずれかの無線通信部６２０に組み込まれてもよい。
【００８３】
以上説明したように、第３の実施形態に係る位置推定システムは４つ以上の波動送受信ノードを含み、これら波動送受信ノードにそれぞれ含まれる無線通信部が無線通信ネットワークを形成する。波動を送信する波動送受信ノードは、当該波動の送信時刻情報をその無線通信部に内蔵されたタイマから取得して位置推定器へと出力する。他方、波動を受信する残りの波動送受信ノードは、当該波動の受信時刻情報をその無線通信部に内蔵されたタイマから取得して位置推定器へと出力する。
【００８４】
位置推定器は、収集した送信時刻情報および受信時刻情報と波動の速度と当該波動を受信した各波動送受信ノードの位置とに基づいて、当該波動を送信した波動送受信ノードの位置を推定する。波動送受信ノード間で上記タイマは高精度に同期しているので、位置推定器は、波動を受信した各波動送受信ノードに対する正確な波動伝搬時間を収集し、当該波動を送信した波動送受信ノードの位置を高精度に推定できる。
【００８５】
また、この位置推定システムによれば、新たな波動送受信ノードを増設する場合には、当該波動送受信ノードから波動を送信させることで当該波動送受信ノードの位置を推定することができる。従って、増設される波動送受信ノードの位置を設置者等が実測する必要はない。
【００８６】
さらに、波動送受信ノードは、その無線通信部に内蔵されたタイマから上記送信時刻情報または受信時刻情報を取得できる。すなわち、波動送受信ノードは例えばＮＴＰに基づく時刻同期処理を行うためのハードウェアまたはソフトウェアを別途必要としないし、この位置推定システムはＮＴＰサーバなどの時刻同期用の特別な装置も必要としない。加えて、波動送受信ノード間は無線で接続されるので通信ケーブルの敷設も不要であるし、波動送受信ノードに含まれる無線通信部を例えばＩＥＥＥ８０２．１１準拠の汎用の無線ＬＡＮ機器を用いて実装することもできる。故に、この位置推定システムは低コスト、シンプルかつコンパクトに構築すること可能であり、当該位置推定システムに含まれる装置の設置も容易である。
【００８７】
（第４の実施形態）  
図１２に例示されるように、第４の実施形態に係る位置推定システムは、４つの波動送信ノード７００−１，７００−２，７００−３，７００−４と、位置推定器７４０と、波動受信ノード７７０とを含む。なお、波動送信ノード７００の総数は５以上であってもよい。また、波動送信ノード７００または波動受信ノード７７０は、波動送受信ノードに置き換えられてもよい。
【００８８】
波動送信ノード７００は、波動（例えば音波）を送信できる。この波動は、他の波動との区別のために所定の特徴を備えていてもよい。なお、波動送信ノード７００は、スピーカを備えたロボットなどの装置であってもよい。
【００８９】
具体的には、波動送信ノード７００は、無線通信部７２０および波動送信部７６０を含む。波動送信部７６０は、所定の特徴を備える波動を送信する。波動送信部７６０が波動を送信するタイミングは、無線通信部７２０によって制御される。
【００９０】
無線通信部７２０は、他の無線通信部７２０に内蔵されるタイマと同期したタイマを参照し、当該タイマのタイマ値に基づいて、波動送信部７６０から波動を送信させるタイミングを制御する。
【００９１】
波動送信ノード７００の具体例が図１３に示される。無線通信部７２０は、通信制御部７２１、同期タイマ１２２、無線受信部７２３，無線送信部７２４を含む。波動送信部７６０は、スピーカ６６１およびスピーカ制御部７６２を含む。
【００９２】
スピーカ制御部７６２は、通信制御部７２１から送信指示を受け取ると、スピーカ６６１に送信指示を与え、当該スピーカ６６１に所定の特徴を備える音波を送信させる。この所定の特徴は、波動送信ノード７００の識別子を明確または暗黙に示す。例えば、スピーカ６６１から送信される音波は、波動送信ノード７００の識別子に基づいて、振幅、位相および周波数の少なくとも１つが変調されていてもよい。
【００９３】
通信制御部７２１は、同期タイマ１２２、無線受信部７２３、無線送信部７２４およびスピーカ制御部７６２を制御する。例えば、通信制御部７２１は、同期タイマ１２２を他の波動送信ノード７００に内蔵される同期タイマ１２２に同期させるための同期処理を行う。例えば、通信制御部７２１は、無線送信部７２４に同期タイマ１２２のタイマ値を他の波動送信ノード７００へと送信させてもよいし、無線受信部７２３が受信した他の波動送信ノード７００のタイマ値を用いて同期タイマ１２２のタイマ値を補正してもよい。
【００９４】
加えて、通信制御部７２１は、所定のタイミングでスピーカ６６１から音波を送信させるためにスピーカ制御部７６２に送信指示を与える。例えば、通信制御部７２１は、同期タイマ１２２のタイマ値を参照し、当該タイマ値が上記所定のタイミングに相当する所定値に達するとスピーカ制御部７６２に送信指示を与えてもよい。
【００９５】
或いは、通信制御部７２１は、同期タイマ１２２のタイマ値に基づいて、所定の周期のパルス波をスピーカ制御部７６２へと出力してもよい。この場合に、スピーカ制御部７６２は、通信制御部７２１から受け取るパルス波に応じてスピーカ６６１に音波を送信させる。また、このパルス波の周波数および位相は、無線通信部７２０−１，７２０−２，７２０−３，７２０−４の間で無線通信を介して所定値に事前決定されていてもよい。この場合に、通信制御部７２１−１，７２１−２，７２１−３，７２１−４は、周波数および位相が同期したパルス波を出力できる。すなわち、スピーカ６６１−１，６６１−２，６６１−３，６６１−４は、それぞれの音波を周期的かつ一斉に送信できる。
【００９６】
無線受信部７２３は、種々の情報を無線信号の形式で受信する。具体的には、無線受信部７２３は、同期処理に必要な情報（例えば、他の波動送信ノード７００に内蔵される同期タイマ１２２のタイマ値）を他の波動送信ノード７００から無線信号の形式で受信する。
【００９７】
無線送信部７２４は、種々の情報を無線信号の形式で送信する。具体的には、無線送信部７２４は、同期処理に必要な情報（例えば、同期タイマ１２２のタイマ値）を他の波動送信ノード７００へと無線信号の形式で送信する。
【００９８】
波動受信ノード７７０は、波動を受信する。波動受信ノード７７０は、受信した波動が上記所定の特徴を備えていることを検出すると、当該波動を受信したことを位置推定器７４０に通知する。なお、図１２および図１４において、位置推定器７４０は、波動受信ノード７７０に組み込まれているように描かれているが、当該波動受信ノード７７０の外部に設けられてもよい。
【００９９】
波動受信ノード７７０の具体例が図１４に示される。波動受信ノード７７０は、波動受信部７１０および位置推定器７４０を含む。波動受信部７１０は、各波動送信ノード７００から送信された波動を受信する。波動受信部７１０は、受信した波動が上記所定の特徴を備えていることを検出すると、所望の波動を受信したことを当該波動を送信した波動送信ノード７００の識別子と共に位置推定器７４０に通知する。
【０１００】
位置推定器７４０は、波動受信部７１０から通知を受けると、内蔵されたタイマにアクセスし、受信時刻情報を取得する。なお、位置推定器７４０の代わりに波動受信部７１０（例えば、検出部７１２）にタイマが内蔵されていてもよい。この場合には、位置推定器７４０は、波動受信部７１０から受信時刻情報を取得できる。これらのタイマはいずれも、波動伝搬時間差を算出するために参照できればよいので、同期タイマ１２２と同期する必要はない。位置推定器７４０は、このようにして各波動送信ノード７００から送信された波動の波動受信ノード７７０における受信時刻情報を収集する。
【０１０１】
位置推定器７４０は、収集した受信時刻情報と波動の速度と各波動送信ノード７００の位置とに基づいて、波動受信ノード７７０の位置を推定する。位置推定器７４０は、例えば、各波動送信ノード７００の識別子および位置、ならびに、波動の速度を参照できる。各波動送信ノード７００の識別子および位置は、当該波動送信ノード７００の設置時に登録されてよい。
【０１０２】
波動受信ノード７７０の位置を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、波動送信ノード７００−ｉ（ｉは１以上４以下の整数）の位置を（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）とし、波動送信ノード７００−ｉから波動受信ノード７７０までの波動伝搬時間をｔｉとし、波動（例えば音波）の速度をｖとすると、上記数式（１）が成立する。
【０１０３】
さらに、波動送信ノード７００−１，７００−２，７００−３，７００−４が共通のタイミングで波動をそれぞれ送信したと仮定すると、ｉ＞１に関して、波動送信ノード７００−ｉからの波動の受信時刻情報と波動送信ノード７００−１からの波動の受信時刻情報と間の差分をΔｔｉとすると、上記数式（２）が成立する。なお、波動送信ノード７００−１，７００−２，７００−３，７００−４が波動を送信するタイミングは共通でなくてもよく、所定の時間差があってもよい。但し、特に波動受信ノード７７０が高速で移動する場合には、位置推定誤差を抑制する観点から共通のタイミングで波動を送信することが好ましい。
【０１０４】
数式（１）および数式（２）から、未知数ｘ，ｙ，ｚ，ｔ１に関して上記数式（３）が成立する。数式（３）のうち、ｖ，ｘ１，ｙ１，ｚ１，ｘ２，ｙ２，ｚ２，ｘ３，ｙ３，ｚ３，ｘ４，ｙ４，ｚ４は、位置推定器７４０にとって既知である。また、位置推定器７４０は、収集した受信時刻情報に基づいて、Δｔ２，Δｔ３，Δｔ４を算出できる。故に、位置推定器７４０は、数式（３）を解くことで波動受信ノード７７０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出できる。さらに、位置推定器７４０は、例えばｘ，ｙ，ｚを数式（１）の右辺に代入することで、波動送信ノード７００−ｉから波動受信ノード７７０までの距離も算出できる。
【０１０５】
図１２の位置推定システムは、図１７に例示されるように動作する。
【０１０６】
各波動送信ノード７００において、無線通信部７２０は波動送信部７６０に音波を送信させる。各波動送信部７６０から送信された音波は、当該波動送信部７６０から波動受信部７１０までの距離に見合った伝搬時間で当該波動受信部７１０によって受信される。
【０１０７】
波動受信部７１０は、受信した音波がいずれかの波動送信ノード７００の識別子に対応する所定の特徴を備えていることを検出すると、当該識別子および音波を受信したことを位置推定器７４０に通知する。
【０１０８】
位置推定器７４０は、波動受信部７１０から音波を受信したことの最初の通知を受けると、当該音波の受信時刻情報を基準に他の音波の伝搬時間差の計測を開始する。例えば、位置推定器７４０は、内蔵のタイマを起動してもよい。以後、位置推定器７４０は、波動受信部７１０から音波を受信したことの通知を受ける毎に、当該音波の伝搬時間差を計測する。この伝搬時間差は、例えば上記数式（３）のΔｔ２，Δｔ３，Δｔ４に相当する。位置推定器７４０は、少なくとも４つの波動送信ノード７００から音波を受信すれば、波動受信ノード７７０の位置を推定できる。故に、音波の受信数が４に達しているならば、位置推定器７４０は伝搬時間差の計測を終了できる。例えば、位置推定器７４０は、内蔵のタイマを停止してもよい。そして、位置推定器７４０は、計測した伝搬時間差と波動の速度と各波動送信ノード７００の位置とに基づいて、波動受信ノード７７０の位置を推定する
なお、無線通信部７２０−１，７２０−２，７２０−３，７２０−４は、ピアツーピアネットワークの代わりにスター型ネットワークを形成してもよい。また、波動送信ノード７００とは独立に親局を用意してもよい。
【０１０９】
以上説明したように、第４の実施形態に係る位置推定システムは４つ以上の波動送信ノードを含み、これら波動送信ノードにそれぞれ含まれる無線通信部が無線通信ネットワークを形成する。位置推定器は、各波動送信ノードから送信された波動の波動受信ノードにおける受信時刻情報を収集する。
【０１１０】
位置推定器は、収集した受信時刻情報と波動の速度と各波動送信ノードの位置とに基づいて波動受信ノードの位置を推定する。波動送信ノード間で上記タイマは高精度に同期しているので、位置推定器は、波動送信ノード間での正確な波動伝搬時間差を収集し、波動受信ノードの位置を高精度に推定できる。
【０１１１】
また、波動送信ノードは、その無線通信部に内蔵されたタイマのタイマ値に基づいて音波を同期して送信できる。すなわち、波動送信ノードは例えばＮＴＰに基づく時刻同期処理を行うためのハードウェアまたはソフトウェアを別途必要としないし、この位置推定システムはＮＴＰサーバなどの時刻同期用の特別な装置も必要としない。加えて、波動送信ノード間は無線で接続されるので通信ケーブルの敷設も不要であるし、波動送信ノードに含まれる無線通信部を例えばＩＥＥＥ８０２．１１準拠の汎用の無線ＬＡＮ機器を用いて実装することもできる。故に、この位置推定システムは低コスト、シンプルかつコンパクトに構築すること可能であり、当該位置推定システムに含まれる装置の設置も容易である。
【０１１２】
（第５の実施形態）  
図１５に例示されるように、第３の実施形態に係る位置推定システムは、３つの波動送信ノード８００−１，８００−２，８００−３と、位置推定器８４０と、波動受信ノード８７０とを含む。なお、波動送信ノード８００の総数は４以上であってもよい。また、波動送信ノード８００または波動受信ノード８７０は、波動送受信ノードに置き換えられてもよい。
【０１１３】
図１５の位置推定システムでは、波動送信ノード８００−１，８００−２，８００−３が波動を送信し、波動受信ノード８７０は当該波動を受信する。位置推定器８４０は、波動受信ノード８７０が波動を受信した時刻から波動送信ノード８００−１，８００−２，８００−３が波動を送信した時刻をそれぞれ差し引くことで、当該波動送信ノード８００−１，８００−２，８００−３からの波動伝搬時間をそれぞれ算出できる。位置推定器８４０は、これら波動伝搬時間に基づいて波動受信ノード８７０の位置を推定したり、波動受信ノード８７０と波動送信ノード８００−１，８００−２，８００−３のいずれかとの間の距離を推定したりする。
【０１１４】
波動送信ノード８００は、波動（例えば音波）を送信できる。この波動は、他の波動との区別のために所定の特徴を備えていてもよい。なお、波動送信ノード８００は、スピーカを備えたロボットなどの装置であってもよい。波動送信ノード８００は、波動を送信すると、送信時刻情報を取得する。
【０１１５】
具体的には、波動送信ノード８００は、無線通信部８２０および波動送信部７６０を含む。波動送信部７６０は、所定の特徴を備える波動を送信すると共に当該波動を送信したことを無線通信部８２０に通知してもよい。波動送信部７６０が波動を送信するタイミングは、無線通信部８２０によって制御される。
【０１１６】
無線通信部８２０は、波動送信部７６０から通知を受けると、内蔵されたタイマにアクセスし、送信時刻情報を取得する。或いは、無線通信部８２０は、波動送信部７６０に波動を送信させるための送信指示を与えるときに、内蔵されたタイマにアクセスし、送信時刻情報を取得してもよい。この場合には、波動送信部７６０に通知機能は不要である。
【０１１７】
無線通信部８２０は、送信時刻情報を位置推定器８４０へと出力する。なお、位置推定器８４０は、波動送信ノード８００−１，８００−２，８００−３のいずれか１つに有線または無線で接続されてよい。無線通信部８２０は、位置推定器８４０と直接接続している場合には、送信時刻情報を当該位置推定器８４０へと直接出力する。他方、無線通信部８２０は、位置推定器８４０と直接接続していない場合には、当該位置推定器８４０へ送信時刻情報を他の波動送信ノード８００を経由して当該位置推定器８４０へと出力する。なお、波動送信ノード８００−１，８００−２，８００−３は、波動を同期して送信するので、波動送信ノード８００−１，８００−２，８００−３の送信時刻情報は略一致する。従って、無線通信部８２０は、位置推定器８４０と直接接続していない場合には、送信時刻情報の出力を省略してもよい。
【０１１８】
さらに、無線通信部８２０は、他の無線通信部８２０に内蔵されるタイマと同期したタイマを参照し、当該タイマのタイマ値に基づいて、波動送信部７６０から波動を送信させるタイミングを制御する。
【０１１９】
具体的には、無線通信部８２０は、通信制御部８２１、同期タイマ１２２、無線受信部８２３および無線送信部８２４を含む。
【０１２０】
通信制御部８２１は、同期タイマ１２２、無線受信部８２３および無線送信部８２４を制御する。例えば、通信制御部８２１は、スピーカ制御部７６２から通知を受けると、同期タイマ１２２のタイマ値を取得する。このタイマ値は、送信時刻情報に相当する。通信制御部８２１は、送信時刻情報を位置推定器８４０へと出力する。
【０１２１】
詳細には、通信制御部８２１は、位置推定器８４０と直接接続している場合には、送信時刻情報を当該位置推定器８４０へと直接出力する。他方、通信制御部８２１は、位置推定器８４０と直接接続していない場合には、無線送信部８２４に、送信時刻情報を当該位置推定器８４０または他の波動送信ノード８００へと送信させる。なお、無線受信部８２３が他の波動送信ノード８００から送信時刻情報を受信した場合にも、通信制御部８２１は当該送信時刻情報を位置推定器８４０へと同様に出力する。
【０１２２】
さらに、通信制御部８２１は、同期タイマ１２２を他の波動送信ノード８００および波動受信ノード８７０に内蔵される同期タイマ１２２に同期させるための同期処理を行う。例えば、通信制御部８２１は、無線送信部８２４に同期タイマ１２２のタイマ値を他の波動送信ノード８００および波動受信ノード８７０へと送信させてもよいし、無線受信部８２３が受信した他の波動送信ノード８００または波動受信ノード８７０のタイマ値を用いて同期タイマ１２２のタイマ値を補正してもよい。
【０１２３】
加えて、通信制御部８２１は、所定のタイミングでスピーカ６６１から音波を送信させるためにスピーカ制御部７６２に送信指示を与える。例えば、通信制御部８２１は、同期タイマ１２２のタイマ値を参照し、当該タイマ値が上記所定のタイミングに相当する所定値に達するとスピーカ制御部７６２に送信指示を与えてもよい。
【０１２４】
或いは、通信制御部８２１は、同期タイマ１２２のタイマ値に基づいて、所定の周期のパルス波をスピーカ制御部７６２へと出力してもよい。この場合に、スピーカ制御部７６２は、通信制御部８２１から受け取るパルス波に応じてスピーカ６６１に音波を送信させる。また、このパルス波の周波数および位相は、無線通信部７２０−１，７２０−２，７２０−３の間で無線通信を介して所定値に事前決定されていてもよい。この場合に、通信制御部８２１−１，８２１−２，８２１−３は、周波数および位相が同期したパルス波を出力できる。すなわち、スピーカ６６１−１，６６１−２，６６１−３は、それぞれの音波を周期的かつ一斉に送信できる。
【０１２５】
無線受信部８２３は、種々の情報を無線信号の形式で受信する。具体的には、無線受信部８２３は、送信時刻情報、受信時刻情報、同期処理に必要な情報（例えば、他の波動送信ノード８００または波動受信ノード８７０に内蔵される同期タイマ１２２のタイマ値）などを他の波動送信ノード８００、波動受信ノード８７０などから無線信号の形式で受信する。
【０１２６】
無線送信部８２４は、種々の情報を無線信号の形式で送信する。具体的には、無線送信部８２４は、送信時刻情報、同期処理に必要な情報（例えば、同期タイマ１２２のタイマ値）を他の波動送信ノード８００、位置推定器８４０などへと無線信号の形式で送信する。なお、無線送信部８２４は、送信時刻情報と共に波動送信ノード８００の識別子を送信してもよい。
【０１２７】
波動受信ノード８７０は、波動を受信する。波動受信ノード８７０は、受信した波動が上記所定の特徴を備えていることを検出すると、受信時刻情報を取得する。具体的には、波動受信ノード８７０は、波動受信部７１０および無線通信部８８０を含む。
【０１２８】
無線通信部８８０は、波動受信部７１０から通知を受ける毎に、内蔵されたタイマにアクセスし、受信時刻情報を取得する。無線通信部８８０は、受信時刻情報および対応する波動送信ノード８００の識別子を、位置推定器８４０へと出力する。なお、位置推定器８４０は、波動送信ノード８００−１，８００−２，８００−３のいずれか１つに有線または無線で接続されてよい。この場合に、無線通信部８８０は、受信時刻情報および識別子を波動送信ノード８００を経由して位置推定器８４０へと出力する。
【０１２９】
波動受信ノード８７０の具体例が図１６に示される。無線通信部８８０は、通信制御部８８１、同期タイマ１２２、無線受信部８８３および無線送信部８８４を含む。
【０１３０】
通信制御部８８１は、同期タイマ１２２、無線受信部８８３および無線送信部８８４を制御する。例えば、通信制御部８８１は、検出部７１２から通知（この通知は、波動受信部７１０によって受信された波動の送信源に相当する波動送信ノード８００の識別子を含む）を受けると、同期タイマ１２２のタイマ値を取得する。このタイマ値は、受信時刻情報に相当する。通信制御部８８１は、受信時刻情報および対応する波動送信ノード８００の識別子を位置推定器８４０へと出力する。詳細には、通信制御部８８１は、無線送信部８８４に、受信時刻情報および識別子を位置推定器８４０または他の波動受信ノード１００へと送信させる。
【０１３１】
さらに、通信制御部８８１は、同期タイマ１２２を波動送信ノード８００に内蔵される同期タイマ１２２に同期させるための同期処理を行う。例えば、通信制御部８８１は、無線送信部８８４に同期タイマ１２２のタイマ値を波動送信ノード８００へと送信させてもよいし、無線受信部８８３が受信した波動送信ノード８００のタイマ値を用いて同期タイマ１２２のタイマ値を補正してもよい。
【０１３２】
無線受信部８８３は、種々の情報を無線信号の形式で受信する。具体的には、無線受信部８８３は、同期処理に必要な情報（例えば、波動送信ノード８００に内蔵される同期タイマ１２２のタイマ値）を波動送信ノード８００から無線信号の形式で受信する。
【０１３３】
無線送信部８８４は、種々の情報を無線信号の形式で送信する。具体的には、無線送信部８８４は、受信時刻情報および対応する波動送信ノード８００の識別子、同期処理に必要な情報（例えば、同期タイマ１２２のタイマ値）を波動送信ノード８００、位置推定器８４０などへと無線信号の形式で送信する。
【０１３４】
位置推定器８４０は、波動送信ノード８００−１，８００−２，８００−３から送信時刻情報を収集し、波動受信ノード８７０から各波動送信ノード８００から送信された波動の受信時刻情報を収集する。位置推定器８４０は、収集した受信時刻情報および送信時刻情報と波動の速度と波動送信ノード８００の位置とに基づいて、波動受信ノード８７０の位置を推定する。位置推定器８４０は、例えば、波動送信ノード８００の識別子および位置、ならびに、波動の速度を参照できる。波動送信ノード８００の識別子および位置は、当該波動送信ノード８００の設置時に登録されてよい。
【０１３５】
波動受信ノード８７０の位置を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、波動送信ノード８００−ｉ（ｉは１以上３以下の整数）の位置を（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）とし、波動送信ノード８００−ｉから波動受信ノード８７０までの波動伝搬時間をｔｉとし、波動（例えば音波）の速度をｖとすると、上記数式（４）が成立する。
【０１３６】
数式（４）のうち、ｖ，ｘｉ，ｙｉ，ｚｉは、位置推定器８４０にとって既知である。さらに、ｔｉは、波動送信ノード８００−ｉから収集された送信時刻情報と波動受信ノード８７０から収集された波動送信ノード８００−ｉに対応する受信時刻情報と間の差分によって算出できる。故に、位置推定器８４０は、数式（４）から導かれる３元連立１次方程式を解くことで波動受信ノード８７０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出できる。さらに、位置推定器８４０は、例えばｔｉを数式（４）の左辺に代入することで、波動受信ノード８７０から波動送信ノード８００−ｉまでの距離も算出できる。
【０１３７】
なお、波動送信ノード８００が送信時刻情報を送信しない場合であっても、当該波動送信ノード８００の総数が４以上であれば、位置推定器８４０は上記数式（３）を解くことで波動受信ノード８７０の位置を推定できる。
【０１３８】
図１５の位置推定システムは、図１８に例示されるように動作する。
【０１３９】
各波動送信ノード８００において、無線通信部８２０は波動送信部７６０に音波を送信させる。各波動送信部７６０から送信された音波は、当該波動送信部７６０から波動受信部７１０までの距離に見合った伝搬時間で当該波動受信部７１０によって受信される。
【０１４０】
なお、無線通信部８２０は、波動送信部７６０に波動を送信させるための送信指示を与えるときに、内蔵された同期タイマ１２２にアクセスし、送信時刻情報を取得する。そして、無線通信部８２０は送信時刻情報を位置推定器８４０へと出力する。
【０１４１】
波動受信部７１０は、受信した音波がいずれかの波動送信ノード８００の識別子に対応する所定の特徴を備えていることを検出すると、当該識別子および音波を受信したことを無線通信部８８０に通知する。
【０１４２】
無線通信部８８０は、波動受信部７１０から音波を受信したことの通知を受ける毎に、当該音波の受信時刻情報を同期タイマ１２２から取得する。無線通信部８８０が少なくとも３つの波動送信ノード８００から音波を受信すれば、位置推定器８４０は波動受信ノード８７０の位置を推定できる。故に、音波の受信数が３に達しているならば、無線通信部８８０は少なくとも３組の受信時刻情報（タイマ値）および対応する波動送信ノード８００の識別子を位置推定器８４０へと出力する。
【０１４３】
位置推定器８４０は、送信時刻情報および受信時刻情報と波動の速度と各波動送信ノード８００の位置とに基づいて、波動受信ノード８７０の位置を推定する。
【０１４４】
なお、無線通信部８２０−１，８２０−２，８２０−３，８８０は、ピアツーピアネットワークの代わりにスター型ネットワークを形成してもよい。また、波動送信ノード８００および波動受信ノード８７０とは独立に親局を用意してもよい。さらに、位置推定器８４０は、いずれかの無線通信部８２０−１，８２０−２，８２０−３に組み込まれてもよい。
【０１４５】
以上説明したように、第５の実施形態に係る位置推定システムは３つ以上の波動送信ノードと波動受信ノードとを含み、これら波動送信ノードおよび波動受信ノードにそれぞれ含まれる無線通信部が無線通信ネットワークを形成する。少なくとも１つの波動送信ノードは、送信時刻情報をその無線通信部に内蔵されたタイマから取得して位置推定器へと出力する。他方、波動受信ノードは、各波動送信ノードから送信された波動の受信時刻情報をその無線通信部に内蔵されたタイマから取得して当該波動送信ノードの識別子と共に位置推定器へと出力する。
【０１４６】
位置推定器は、収集した送信時刻情報および受信時刻情報と波動の速度と各波動送信ノードの位置とに基づいて波動受信ノードの位置を推定する。波動送信ノードおよび波動受信ノードの間で上記タイマは高精度に同期しているので、位置推定器は、各波動送信ノードからの正確な波動伝搬時間を収集し、波動受信ノードの位置を高精度に推定できる。
【０１４７】
また、波動送信ノードは、その無線通信部に内蔵されたタイマのタイマ値に基づいて音波を同期して送信し、上記送信時刻情報を取得できる。さらに、波動受信ノードは、その無線通信部に内蔵されたタイマから上記受信時刻情報を取得できる。すなわち、波動送信ノードおよび波動受信ノードは例えばＮＴＰに基づく時刻同期処理を行うためのハードウェアまたはソフトウェアを別途必要としないし、この位置推定システムはＮＴＰサーバなどの時刻同期用の特別な装置も必要としない。加えて、波動送信ノードおよび波動受信ノードの間は無線で接続されるので通信ケーブルの敷設も不要であるし、波動送信ノードおよび波動受信ノードに含まれる無線通信部を例えばＩＥＥＥ８０２．１１準拠の汎用の無線ＬＡＮ機器を用いて実装することもできる。故に、この位置推定システムは低コスト、シンプルかつコンパクトに構築すること可能であり、当該位置推定システムに含まれる装置の設置も容易である。
【０１４８】
上記各実施形態の処理の少なくとも一部は、汎用のコンピュータを基本ハードウェアとして用いることでも実現可能である。上記処理を実現するプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納して提供されてもよい。プログラムは、インストール可能な形式のファイルまたは実行可能な形式のファイルとして記録媒体に記憶される。記録媒体としては、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、半導体メモリなどである。記録媒体は、プログラムを記憶でき、かつ、コンピュータが読み取り可能であれば、何れであってもよい。また、上記処理を実現するプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ（サーバ）上に格納し、ネットワーク経由でコンピュータ（クライアント）にダウンロードさせてもよい。
【０１４９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１５０】
１００，２００，４００，５００，７７０，８７０・・・波動受信ノード
１１０，５１０，７１０・・・波動受信部
１１１・・・マイクロフォン
１１２，７１２・・・検出部
１２０，２２０，４２０，５２０，６２０，７２０，８２０，８８０・・・無線通信部
１２１，５２１，６２１，７２１，８２１，８８１・・・通信制御部
１２２・・・同期タイマ
１２３，５２３，６２３，７２３，８２３，８８３・・・無線受信部
１２４，５２４，６２４，７２４，８２４，８８４・・・無線送信部
１３０・・・波動送信源
１４０，５４０，６４０，７４０，８４０・・・位置推定器
３５０・・・無線通信装置
５１２・・・変換部
６００・・・波動送受信ノード
６６０，７６０・・・波動送信部
６６１・・・スピーカ
６６２，７６２・・・スピーカ制御部
７００，８００・・・波動送信ノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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