(57)【要約】【課題】測位可能な範囲を広域化することができる測位対象端末、測位ノード、及び測位システムを提供する。【解決手段】一実施形態に係る測位対象端末は、無線通信部と、測位計算部と、を備える。無線通信部は、測位ノードとの接続機能及び時刻同期機能を有し、時刻同期のマスタとして機能する。測位計算部は、測位ノードとの間で送受信された音波の受信時刻に基づいて、測位計算を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位ノードとの接続機能及び時刻同期機能を有し、時刻同期のマスタとして機能する無線通信部と、
前記測位ノードとの間で送受信された音波の受信時刻に基づいて、測位計算を行う測位計算部と、
を備える測位対象端末。
【請求項２】
前記測位ノードから前記音波を受信する音波受信部を備え、
前記測位計算部は、前記音波受信部が前記音波を受信した受信時刻に基づいて前記測位計算を行う
請求項１に記載の測位対象端末。
【請求項３】
前記無線通信部が所定数以上の前記測位ノードと接続した場合、接続中の前記測位ノードに前記音波を送信させる音波送信指示を送信する
請求項２に記載の測位対象端末。
【請求項４】
前記測位ノードに前記音波を送信する音波送信部を備え、
前記測位計算部は、前記音波送信部が送信した前記音波を前記測位ノードが受信した受信時刻に基づいて前記測位計算を行う
請求項１に記載の測位対象端末。
【請求項５】
前記音波送信部が前記音波を送信した後、接続中の前記測位ノードから前記受信時刻を受信する
請求項４に記載の測位対象端末。
【請求項６】
前記測位計算の終了後、再測位条件が満たされた場合、前記無線通信部の送信電力が調整される
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の測位対象端末。
【請求項７】
前記測位計算の終了後、前記再測位条件が満たされていない場合、前記無線通信部と前記測位ノードとの接続が解除される
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の測位対象端末。
【請求項８】
前記無線通信部は、チャネルスキャンにより他の測位対象端末が形成しているネットワークを探索する
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の測位対象端末。
【請求項９】
前記ネットワークを発見した場合、前記無線接続部は、前記他の測位対象端末に接続する
請求項８に記載の測位対象端末。
【請求項１０】
前記ネットワークを発見しなかった場合、前記無線接続部は、前記測位ノードと接続する
請求項８又は請求項９に記載の測位対象端末。
【請求項１１】
測位対象端末との接続機能及び時刻同期機能を有し、時刻同期のスレーブとして機能する無線通信部と、
前記測位対象端末との間で音波を送受信するための電源を管理する電源管理部と、
を備える測位ノード。
【請求項１２】
前記測位対象端末に前記音波を送信する音波送信部を備え、
前記音波送信部は、前記測位対象端末から受信した音波送信時により指定された送信時刻に前記音波を送信する
請求項１１に記載の測位ノード。
【請求項１３】
前記測位対象端末から前記音波を受信する音波受信部を備え、
前記無線通信部は、前記音波受信部が前記音波を受信した受信時刻を前記測位対象端末に送信する
請求項１１に記載の測位ノード。
【請求項１４】
前記電源管理部は、前記音波送信部又は前記音波受信部への前記電源の投入及び切断を行う
請求項１２又は請求項１３に記載の測位ノード。
【請求項１５】
前記電源管理部は、前記無線通信部が前記測位対象端末に接続した後に、前記音波送信部又は前記音波受信部に前記電源を投入する
請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の測位ノード。
【請求項１６】
前記電源管理部は、前記無線通信部と前記測位対象端末との接続が解除された後、前記音波送信部又は前記音波受信部に投入された前記電源を切断する
請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に記載の測位ノード。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の測位対象端末と、
請求項１１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の測位ノードと、
を備える測位システム。
【請求項１８】
測位ノードとの接続機能及び時刻同期機能を有し、時刻同期のマスタとして機能する無線通信部を備え、前記測位ノードとの間で音波を送受信する測位対象端末と、
前記測位対象端末との接続機能及び時刻同期機能を有し、時刻同期のスレーブとして機能する無線通信部と、
前記測位対象端末との間で音波を送受信するための電源を管理する電源管理部と、
を備える測位ノードと、
前記測位対象端末と通信し、前記測位ノードと前記測位対象端末との間で送受信された前記音波の受信時刻を取得する通信部と、
前記受信時刻に基づいて、前記測位対象端末の測位計算を行う測位計算部と、
を備える測位サーバと、
を備える測位システム。
【請求項１９】
前記測位サーバは、前記測位計算の結果に応じた情報を、前記測位対象端末に送信する
請求項１８に記載の測位システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、測位対象端末、測位ノード、及び測位システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、屋内に存在する測位対象端末の位置を、超音波を利用して測定する測位システムが提案されている。この測位システムでは、屋内の３カ所以上に設置された測位ノードの時刻を同期し、各測位ノードから超音波を送信する。測位対象端末は、各測位ノードから送信された超音波を受信し、超音波の伝搬時間に基づいて各測位ノードからの距離を計算し、自身の位置を計算する。
【０００３】
従来の測位システムでは、測位ノードの時刻同期が、ある測位ノードが基準時刻を送信し、他の測位ノードが基準時刻を受信することにより行われる。このため、測位対象端末を測位可能な範囲が、基準時刻を送信する測位ノードの通信可能範囲に限定されてしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１‐３３７１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
測位可能な範囲を広域化することができる測位対象端末、測位ノード、及び測位システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係る測位対象端末は、無線通信部と、測位計算部と、を備える。無線通信部は、測位ノードとの接続機能及び時刻同期機能を有し、時刻同期のマスタとして機能する。測位計算部は、測位ノードとの間で送受信された音波の受信時刻に基づいて、測位計算を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係る測位システムを示す図。
【図２】第１実施形態に係る測位ノードの一例を示す機能ブロック図。
【図３】図２の無線通信部のハードウェア構成の一例を示す図。
【図４】図２の音波送信部の一例を示す機能ブロック図。
【図５】第１実施形態に係る測位対象端末の一例を示す機能ブロック図。
【図６】図５の音波送信部の一例を示す機能ブロック図。
【図７】第１実施形態に係る測位システムにおける処理を示すシーケンス図。
【図８】第１実施形態に係る測位対象端末の動作を示すフローチャート。
【図９】第１実施形態に係る測位ノードの動作を示すフローチャート。
【図１０】第２実施形態に係る測位ノードの一例を示す機能ブロック図。
【図１１】第２実施形態に係る測位対象端末の一例を示す機能ブロック図。
【図１２】第２実施形態に係る測位システムにおける処理を示すシーケンス図。
【図１３】第２実施形態に係る測位対象端末の動作を示すフローチャート。
【図１４】第２実施形態に係る測位ノードの動作を示すフローチャート。
【図１５】第３実施形態に係る測位システムを示す図。
【図１６】第３実施形態に係る測位対象端末の一例を示す機能ブロック図。
【図１７】第３実施形態に係る測位サーバの一例を示す機能ブロック図。
【図１８】第３実施形態に係る測位システムにおける処理を示すシーケンス図。
【図１９】第４実施形態に係る測位対象端末の一例を示す機能ブロック図。
【図２０】第４実施形態に係る測位システムにおける処理を示すシーケンス図。
【図２１】第５実施形態に係る測位システムを示す図。
【図２２】第５実施形態に係る測位対象端末の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る測位システムについて、図１〜図９を参照して説明する。本実施形態に係る測位システムは、工場や発電所などの建物の屋内に存在する測位対象端末の位置を測定する（測位する）ために利用される。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る測位システムを示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る測位システムは、複数の測位ノードＮと、測位対象端末Ｔと、を備える。
【００１１】
（測位ノード）
測位ノードＮは、測位対象端末Ｔを測位するための無線通信装置である。各測位ノードＮは、図１に示すように、それぞれ屋内の所定の位置に設置して使用される。図１の例では、測位ノードは８つ設置されているが、測位システムに含まれる測位ノードＮの数はこれに限られない。
【００１２】
図２は、本実施形態に係る測位ノードＮの一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る測位ノードＮは、無線通信部１と、音波送信部２と、電源管理部３と、を備える。
【００１３】
無線通信部１は、測位対象端末Ｔを含む外部機器と無線で接続して情報の送受信を行う。無線通信部１は、アナログ信号処理回路、デジタル信号処理回路、及びアンテナなどにより構成される。無線通信部１は、外部機器との接続機能や時刻同期機能などの、無線通信に必要な一般的な機能を有する。また、無線通信部１は、自ノードの識別子や位置情報などを、予め記憶していてもよい。
【００１４】
図３は、無線通信部１のハードウェア構成の一例を示す図である。図３に示すように、本実施形態に係る無線通信部１は、ベースバンド部１１１と、ＲＦ部１２１と、アンテナと、を備える。
【００１５】
ベースバンド部１１１は、制御回路１１２と、送信処理回路１１３と、受信処理回路１１４と、ＤＡ変換器１１５，１１６と、ＡＤ変換器１１７，１１８とを備える。ベースバンド部１１１は、例えば、ベースバンドＬＳＩ又はベースバンドＩＣである。図３の例では、ベースバンド部１１１は、図３に破線で示すように、集積回路（ＩＣ）１３１と、ＩＣ１３２と、の２チップのＩＣを備える。ＩＣ１３１は、ＤＡ変換器１１５と，１１６と、ＡＤ変換器１１７，１１８と、を備える。ＩＣ１３２は、制御回路１１２と、送信処理回路１１３と、受信処理回路１１４と、を備える。
【００１６】
制御回路１１２は、外部機器との通信に関する処理や、音波送信部２及び電源管理部３との間での情報のやりとりを行う。具体的には、制御回路１１２は、ＭＡＣフレームを扱い、ＭＡＣ層において規定される各種の処理を実行する。また、制御回路１１２は、ＭＡＣ層より上位層（例えば、ＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰ、さらにその上層のアプリケーション層など）の処理を実行してもよい。外部機器との接続処理や時刻同期処理は、制御回路１１２により実行される。
【００１７】
送信処理回路１１３は、制御回路１１２からＭＡＣフレームを受け取る。送信処理回路１１３は、ＭＡＣフレームへのプリアンブル及びＰＨＹヘッダの追加や、ＭＡＣフレームの符号化や変調を実行する。これにより、送信処理回路１１３は、ＭＡＣフレームをＰＨＹパケットに変換する。
【００１８】
ＤＡ変換器１１５，１１６は、送信処理回路１１３が出力したＰＨＹパケットをＤＡ変換する。図３の例では、ＤＡ変換器は２系統設けられ、並列処理しているが、ＤＡ変換器は１つでもよいし、アンテナの数だけ設けられる構成も可能である。
【００１９】
ＲＦ部１２１は、例えば、ＲＦアナログＩＣや高周波ＩＣである。ＲＦ部１２１は、ベースバンド部１１１とまとめて１チップに構成されてもよい。ＲＦ部１２１は、送信回路１２２と、受信回路１２３と、を備える。
【００２０】
送信回路１２２は、ＤＡ変換器１１５，１１６によりＤＡ変換されたＰＨＹパケットにアナログ信号処理を行う。送信回路１２２が出力したアナログ信号が、アンテナを介して無線で送信される。送信回路１２２は、送信フィルタ、ミキサ、及びＰＡ（電力増幅器）などを備える。
【００２１】
送信フィルタは、ＤＡ変換器１１５，１１６によりＤＡ変換されたＰＨＹパケットの信号から、所望帯域の信号を抽出する。ミキサは、発振装置から供給される一定周波数の信号を利用して、送信フィルタによりフィルタリング後の信号を無線周波数にアップコンバートする。ＰＡは、アップコンバート後の信号を増幅する。増幅後の信号がアンテナに供給され、無線信号が送信される。
【００２２】
受信回路１２３は、アンテナで受信した信号にアナログ信号処理を行う。受信回路１２３が出力した信号は、ＡＤ変換器１１７，１１８に入力される。受信回路１２３は、ＬＮＡ（低雑音増幅器）、ミキサ、及び受信フィルタなどを備える。
【００２３】
ＬＮＡは、アンテナで受信した信号を増幅する。ミキサは、発振装置から供給される一定周波数の信号を利用して、増幅後の信号をベースバンドにダウンコンバートする。受信フィルタは、ダウンコーバート後の信号から所望帯域の信号を抽出する。抽出後の信号は、ＡＤ変換器１１７，１１８に入力される。
【００２４】
ＡＤ変換器１１７，１１８は、受信回路１２３からの入力信号をＡＤ変換する。図１３の例では、ＡＤ変換器は２系統設けられ、並列処理しているが、ＡＤ変換器は１つであってもよいし、ＡＤ変換器がアンテナの数だけ設けられる構成でもよい。
【００２５】
受信処理回路１１４は、ＡＤ変換器１１７，１１８によりＡＤ変換されたＰＨＹパケットを受け取る。受信処理回路１１４は、ＰＨＹパケットの復調及び復号化や、ＰＨＹパケットからのプリアンブル及びＰＨＹヘッダの除去などを行う。これにより、受信処理回路１１４は、ＰＨＹパケットをＭＡＣフレームに変換する。受信処理回路１１４による処理後のフレームは、制御回路１１２に入力される。
【００２６】
音波送信部２は、測位対象端末Ｔに超音波を送信する。図４は、音波送信部２の一例を示す機能ブロック図である。図４に示すように、音波送信部２は、２進符号発生部２１と、搬送波発生部２２と、変調部２３と、スピーカ部２４と、制御部２５と、を備える。
【００２７】
２進符号発生部２１は、２進符号系列を発生させる。２進符号系列は、例えば、Ｍ系列で知られる疑似雑音系列である。各測位ノードＮの２進符号系列は、共通であってもよいし、ユニークであってもよい。各測位ノードＮの間で共通の２進符号系列として、規定の疑似雑音系列を利用できる。また、各測位ノードＮのユニークな２進符号系列として、送信元情報（各測位ノードＮの識別子）から一意に生成した疑似雑音系列や、測位ノードＮ毎に設定された疑似雑音系列などを利用することができる。
【００２８】
搬送波発生部２２は、２進符号系列を送信するための、所定の周波数を有する搬送波を発生させる。
【００２９】
変調部２３は、搬送波発生部２２が発生させた搬送波を用いて、２進符号系列を狭帯域変調する。狭帯域変調は、例えば、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）やＦＳＫ（Frequency Shift Keying）であるが、これに限られない。
【００３０】
スピーカ部２４は、音波を出力するスピーカと、パワーアンプなどの電力増幅器と、帯域通過フィルタと、を備える。スピーカ部２４は、変調部２３が生成した信号を、音波として出力する。これにより、送信元情報を有する音波が送信される。以下では、スピーカ部２４は、超音波を出力するものとするが、可聴域の音波を出力してもよい。
【００３１】
制御部２５は、無線通信部１及び電源管理部３との間での情報のやりとりや、自ノードの識別子や時刻情報などの設定情報の読み込みを行う。制御部２５は、無線通信部１及び電源管理部３から取得した情報や、設定情報に基づいて、音波送信部２を制御する。具体的には、制御部２５は、２進符号発生部２１へ自ノードの識別子を通知する。また、制御部２５は、搬送波発生部２２へ搬送周波数を通知する。さらに、測位対象ノードＴに指定された送信時刻に超音波が送信されるようにタイミングを制御する。
【００３２】
電源管理部３は、無線通信部１の接続状態に基づいて、音波送信部２の電源を管理する。電源管理部３は、測位ノードＮの低消費電力起動回路として機能する。具体的には、電源管理部３は、超音波を送信するために音波送信部２へ電源を投入したり、超音波の送信終了後に音波送信部２への電源を切断したり、超音波の出力を変化させるために、音波送信部２へ供給する電力量を調整したりする。
【００３３】
（測位対象端末）
測位対象端末Ｔは、測位の対象となる無線通信装置である。測位対象端末Ｔは、図１に示すように、複数の測位ノードＮが設置された屋内を移動する。図５は、本実施形態に係る測位対象端末Ｔの一例を示す機能ブロック図である。図５に示すように、本実施形態に係る測位対象端末Ｔは、無線通信部４と、音波受信部５と、測位計算部６と、を備える。
【００３４】
無線通信部４は、測位ノードＮを含む外部機器と無線で接続して情報の送受信を行う。無線通信部４は、アナログ信号処理回路、デジタル信号処理回路、及びアンテナなどにより構成される。無線通信部４は、外部機器との接続機能や時刻同期機能などの、無線通信に必要な一般的な機能を有する。無線通信部４のハードウェア構成は、測位ノードＮの無線通信部１と同様であるため、説明を省略する。
【００３５】
測位対象端末Ｔの無線通信部４と、測位ノードＮの無線通信部１と、の間の無線通信の通信規格は任意である。通信規格として、例えば、セルラー通信に代表されるＭＡＮ（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、無線ＬＡＮに代表されるＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に代表されるＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などを利用することができる。
【００３６】
音波受信部５は、測位ノードＮが送信した超音波を受信する。より詳細には、音波受信部５は、受信した音波の中から、測位ノードＮが送信した超音波を検出する。音波受信部５は、測位ノードＮが送信した超音波を検出すると、測位ノードＮが送信した超音波を受信したことを測位計算部６に通知する。
【００３７】
図６は、音波受信部５の一例を示す機能ブロック図である。図６に示すように、音波受信部５は、マイク部５１と、搬送波発生部５２と、ミキサ処理部５３と、２進符号発生部５４と、相関処理部５５と、検出部５６と、制御部５７と、を備える。
【００３８】
マイク部５１は、音波を入力されるマイクと、帯域通過フィルタと、を備える。マイク部５１は、入力された音波を電気信号に変換して出力する。
【００３９】
搬送波発生部５２は、マイク部５１が出力した信号を復調するための搬送波を発生させる。搬送波発生部５２が発生させる搬送波の周波数、位相、及び振幅は、測位ノードＮの搬送波発生部２２が発生させた搬送波に応じて決まる。
【００４０】
ミキサ処理部５３は、マイク部５１が出力した信号と、搬送波発生部５２が発生させた搬送波と、を乗算する。測位ノードＮが送信した超音波がマイク部５１に入力された場合、測位ノードＮの２進符号系列が復調される。
【００４１】
２進符号発生部５４は、測位ノードＮからの超音波を検出するための２進符号系列を発生させる。２進符号系列は、例えば、Ｍ系列で知られる疑似雑音系列である。各測位ノードＮがユニークな２進符号系列を送信する場合には、２進符号発生部５４は、測位ノードＮ毎のユニークな２進符号系列をそれぞれ発生させる。測位対象端末Ｔは、各測位ノードＮのユニークな疑似雑音系列を、予め記憶していてもよいし、後述する基本情報の収集処理によって収集してもよい。
【００４２】
また、各測位ノードＮが共通の２進符号系列を送信する場合には、２進符号発生部５４は、上記の共通の２進符号系列を発生させればよい。測位対象端末Ｔは、共通の２進符号系列を、予め記憶していてもよいし、基本情報の収集処理によって収集してもよい。
【００４３】
相関処理部５５は、ミキサ処理部５３が復調した２進符号系列と、２進符号発生部５４が発生させた各測位ノードＮの２進符号系列と、の相関処理を行う。相関処理部５５は、相関処理により得られた各相関値を出力する。
【００４４】
検出部５６は、相関処理部５５が出力した相関値を取得し、所定値以上の相関値を検出する。
【００４５】
ある測位ノードＮ０が、ユニークな２進符号系列を超音波で送信した場合、
【００４６】
測位ノードＮ０が送信した超音波から復調した２進符号系列と、２進符号発生部５４が発生させた測位ノードＮ０の２進符号系列と、の相関値は、他の相関値より高い値となる。
【００４７】
ここでいう他の相関値には、測位ノードＮ０が送信した超音波から復調した２進符号系列と、２進符号発生部５４が発生させた測位ノードＮ０以外の測位ノードの２進符号系列と、の相関値や、測位ノードＮ０が送信した超音波を除く、任意の音波と、２進符号発生部５４が発生させた各測位ノードＮの２進符号系列と、の相関値が含まれる。
【００４８】
したがって、相対的に高い相関値を検出することにより、測位ノードＮからの超音波を受信したことを検出するとともに、超音波を送信した測位ノードＮを特定することができる。相関値と比較する所定値は、相対的に高い相関値を検出するための閾値である。
【００４９】
検出部５６は、所定値以上の相関値を検出すると、測位ノードＮからの超音波を受信したことと、超音波を送信した測位ノードＮの識別子と、を制御部５６に通知する。検出部５６は、測位ノードＮからの超音波を受信したことのみを先に通知し、超音波を送信した測位ノードＮの識別子を後から通知してもよい。これにより、測位ノードＮからの超音波を受信したことを、をより短い遅延時間で制御部５７に通知することができる。
【００５０】
制御部５７は、無線通信部４及び測位計算部６との間での情報のやりとりや、搬送波発生部５２及び２進符号発生部５４への設定情報の通知を行う。具体的には、制御部５７は、搬送波発生部５２への搬送周波数の通知や、２進符号発生部５４が２進符号系列を発生させるための情報（各測位ノードＮの識別子など）の通知を行う。
【００５１】
また、制御部５７は、検出部５６から、測位ノードＮからの超音波を受信したことを通知されると、無線通信部４から、この超音波の受信時刻を取得する。制御部５７は、受信時刻と、超音波を送信した測位ノードＮの識別子と、を対応づけて測位計算部６に通知する。各測位ノードＮがユニークな２進符号系列を送信する場合には、検出部５６が超音波を検出した時点で、その超音波を送信した測位ノードＮの識別子を特定することができるため、制御部５７は、超音波の受信時刻と、その超音波を送信した測位ノードＮの識別子と、を対応づけることができる。
【００５２】
一方、各測位ノードＮが共通の２進符号系列を送信する場合には、検出部５６が超音波を検出しても、その超音波をどの測位ノードＮが送信したかはわからない。このような場合には、測位対象端末Ｔは、後述する音波送信指示で、各測位ノードＮの送信時刻をそれぞれ異なる時刻に指定すればよい。これにより、ある時刻に受信した超音波を、どの測位ノードＮが送信したか特定できるため、制御部５７は、超音波の受信時刻と、その超音波を送信した測位ノードＮの識別子と、を対応づけることができる。
【００５３】
測位計算部６は、音波受信部５から受信時刻及び測位ノードＮの識別子を取得する。測位計算部６は、取得した受信時刻及び測位ノードＮの識別子に基づいて、測位対象端末Ｔの測位計算を行う。すなわち、測位計算部６は、測位対象端末Ｔの位置座標を計算する。
【００５４】
測位計算部６は、まず、測位ノードＮの識別子に基づいて、測位ノードＮの位置情報を取得する。測位ノードＮの位置情報には、測位ノードＮの位置座標が含まれる。測位計算部６は、例えば、各測位ノードＮの識別子と、各測位ノードＮの位置情報と、を対応づけて格納したテーブルを参照して、測位ノードＮの位置情報を取得してもよい。また、測位計算部６は、無線通信部４を介して、測位ノードＮに位置情報を要求し、位置情報を取得してもよい。
【００５５】
測位計算部６は、測位ノードＮの位置座標と、受信時刻と、に基づいて、測位ノードＮに対する測位対象端末Ｔの相対位置を計算する。ここで、送信元の測位ノードｉの位置座標を（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）、送信時刻をｔ０、測位対象端末Ｔの位置座標を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、受信時刻をｔｉとすると、以下の関係式が成り立つ。
【００５６】
【数１】
2016223981.tif 000003
【００５７】
式（１）において、ｃは音速である。また、（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）及びｔｉは既知である。各測位ノードＮからの送信時刻ｔ０が既知の場合、又は、各測位ノードＮの送信時刻ｔ０が同一である場合、測位計算部６は、３つの測位ノードＮからの相対位置を式（１）で計算することにより、測位対象端末Ｔの３次元の位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を求めることができる。すなわち、測位対象端末Ｔを測位することができる。また、各測位ノードＮの送信時刻が異なる場合には、各測位ノードＮの送信時刻ｔ０を用いて式（１）を計算すればよい。
【００５８】
ここで、測位対象端末Ｔを測位するために少なくとも必要な測位ノードＮの数を、最低ノード数という。上記の例では、最低ノード数は３である。また、測位対象端末Ｔの位置座標の１次元（ｘ０，ｙ０，ｚ０のいずれか１つ）が既知の場合には、最低ノード数は２となる。さらに、測位対象端末Ｔの位置座標の２次元（ｘ０，ｙ０，ｚ０のいずれか２つ）が既知の場合には、最低ノード数は１となる。
【００５９】
測位対象端末Ｔが最低ノード数より多くの測位ノードＮからの超音波を受信した場合には、測位計算部６は、最小二乗法などを利用して測位対象端末Ｔの位置座標を計算してもよい。これにより、時刻同期や処理遅延などに起因する誤差を最小化し、位置の測定精度を向上させることができる。
【００６０】
上記の測位方法は、逆ＧＰＳ法という。逆ＧＰＳ法では、受信時刻の信頼性に基づいて各測位ノードＮに対応する計算結果に重み付けする方法が利用されている。また、最低ノード数より多くの測位ノードＮが利用可能な場合に、測位ノードＮの空間的な分布が大きくなる測位ノードＮの組合せを選択し、選択した測位ノードＮに対応する計算結果から測位対象端末Ｔの位置を測定する方法が利用されている。本実施形態に係る測位計算部６は、これらの方法を任意に組み合わせて測位計算を行うことが可能である。
【００６１】
（接続処理及び時刻同期処理）
次に、本実施形態に係る測位システムにおける接続処理及び時刻同期処理について説明する。なお、測位対象端末Ｔ及び測位ノードＮの詳細な動作については後述する。
【００６２】
まず、測位対象端末Ｔがネットワークを形成する。以下では、ネットワークは無線ＬＡＮであるものとする。この場合、測位対象端末Ｔは、無線ＬＡＮの親機（ＡＰ：Ａｃｃｅｓｓ  Ｐｏｉｎｔ）として機能する。
【００６３】
測位対象端末Ｔは、ネットワークを形成するためにビーコンを送信する。ビーコンは、所定の時間間隔で定期的に送信されてもよいし、所定の回数だけ送信されてもよい。ビーコンには、測位対象端末Ｔの識別子やネットワーク名が含まれる。測位対象端末Ｔの識別子は、例えば、ＢＳＳＩＤ（Ｂａｓｉｃ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｓｅｔ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）であり、ネットワーク名はＳＳＩＤである。また、ビーコンには、測位対象端末Ｔのタイマの値が時刻情報として含まれる。
【００６４】
測位対象端末Ｔは、測位ノードＮから認証要求を受信すると、認証要求に対する応答を送信する。また、測位対象端末Ｔは、測位ノードＮに認証要求を送信し、認証要求に対する応答を受信する。さらに、測位対象端末Ｔは、測位ノードＮとの間でアソシエーション要求のやりとりを行い、測位ノードＮの識別子を記憶する。これにより、測位対象端末Ｔは、測位ノードＮと接続状態になり、ネットワークが形成される。
【００６５】
一方、測位ノードＮは、測位対象端末Ｔが形成したネットワークに参加する。測位ノードＮは、無線ＬＡＮの子機（ＳＴＡ：Ｓｔａｔｉｏｎ）として機能する。
【００６６】
測位ノードＮは、まず、ネットワークを探索（チャネルスキャン）する。測位ノードＮは、チャネルスキャンにより、ビーコンに含まれる測位対象端末Ｔの識別子やネットワーク名を参照し、予め設定された識別子あるいはネットワーク名を有する測位対象端末Ｔが形成するネットワークを検出する。測位ノードＮは、ネットワークを検出すると、上記のように、測位対象端末Ｔとの間で、認証要求、応答、及びアソシエーション要求などのメッセージのやりとりを行う。これにより、測位ノードＮは、測位対象端末Ｔと接続状態となり、測位ノードＮは、ネットワークに参加する。
【００６７】
測位ノードＮは、ネットワークに参加すると、測位対象端末Ｔの識別子を記憶する。また、測位ノードＮは、ネットワークに参加すると、無線ＬＡＮのＴＳＦ（Ｔｉｍｉｎｇ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）という機能を利用して、測位対象端末Ｔが送信したビーコンに含まれる時刻情報を抽出し、自ノードの時刻情報を更新する。これにより、測位ノードＮの時刻が、測位対象端末Ｔの時刻に同期される。すなわち、本実施形態では、測位対象端末Ｔが時刻同期のマスタとして機能し、測位ノードＮが時刻同期のスレーブとして機能する。マスタとは、時刻同期の基準となる端末のことである。スレーブとは、マスタの時刻に同期される端末のことである。
【００６８】
なお、測位ノードＮは、時刻同期処理をハードウェアにより実行するのが好ましい。これは、測位ノードＮによる時刻同期の精度は、測位精度に影響するためである。時刻同期処理をハードウェアで実行することにより、時刻同期の精度が向上し、測位精度を向上させることができる。無線ＬＡＮでは通常この処理をＭＡＣ層の処理としてハードウェア処理するが、時刻同期用のＩＣにより処理してもよい。
【００６９】
また、以上の説明では、無線ＬＡＮがインフラストラクチャモードで動作する場合について説明したが、無線ＬＡＮはアドホックモードで動作してもよい。この場合、測位対象端末Ｔ及び測位ノードＮは、それぞれが上述の親機の動作と子機の動作との両方を実行すればよい。
【００７０】
ここで、図７を参照して、測位システムにおける処理について具体的に説明する。図７は、測位対象端末Ｔと、測位ノードＮ１〜Ｎ３と、を備える測位システムにおける処理を示すシーケンス図である。
【００７１】
まず、図７に示すように、測位対象端末Ｔと、測位ノードＮ１〜Ｎ３と、が上述の接続処理及び時刻同期処理を実行する。これにより、各測位ノードＮ１〜Ｎ３の時刻が測位対象端末Ｔの時刻に同期されたネットワークが形成される。測位対象端末Ｔは、測位ノードＮ１〜Ｎ３の識別子を記憶する。
【００７２】
次に、基本情報の収集処理が行われる。具体的には、測位対象端末Ｔが、各測位ノードＮ１〜Ｎ３の基本情報を収集する。基本情報には、例えば、各測位ノードＮ１〜Ｎ３の搬送波周波数、位置情報、２進符号系列、及び識別子などが含まれる。
【００７３】
基本情報の収集処理は、測位対象端末Ｔが測位ノードＮ１〜Ｎ３に基本情報を要求することにより行なわれてもよい。また、接続処理後に、測位ノードＮ１〜Ｎ３が測位対象端末Ｔに自ノードの基本情報を送信することにより行なわれてもよい。
【００７４】
なお、基本情報の収集処理は、測位対象端末Ｔが予め測位ノードＮ１〜Ｎ３の基本情報を記憶している場合には省略することができる。
【００７５】
次に、測位対象端末Ｔは、測位ノードＮ１〜Ｎ３に音波送信指示を送信する。音波送信指示には、各測位ノードＮ１〜Ｎ３が超音波を送信する送信時刻ｔ０が含まれる。
【００７６】
送信時刻ｔ０になると、測位ノードＮ１〜Ｎ３は、それぞれ超音波を送信する。この超音波には、各測位ノードＮ１〜Ｎ３の識別子が含まれる。なお、図７の例では、各測位ノードＮ１〜Ｎ３の送信時刻ｔ０は一定であるが、それぞれ異なる送信時刻が指定されてもよい。異なる送信時刻を指定する場合、測位対象端末Ｔは、指定した送信時刻に基づいて、超音波と測位ノードＮとを対応付けることができる。したがって、測位ノードＮ１〜Ｎ３は、ユニークな２進符号系列を送信せず、共通の２進符号系列を送信してもよい。
【００７７】
測位対象端末Ｔは、送信時刻ｔ０以降、音波待機条件が満たされるまで、超音波の受信処理を継続する。図７の例では、測位ノードＮ１，Ｎ２，Ｎ３が送信した超音波は、それぞれ受信時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３に測位対象端末Ｔにより受信されている。なお、音波待機条件については後述する。
【００７８】
ここで、超音波の受信時の測位対象端末Ｔの動作について説明する。例えば、受信時刻ｔ１において、マイク部５１に超音波が入力されると、マイク部５１が超音波を電気信号に変換して出力する。次に、ミキサ処理部５３が、マイク部５１が出力した信号と、搬送波発生部５２が発生させた搬送波と、を乗算し、２進符号系列を生成する。測位対象端末Ｔは、受信した２進符号系列と測位ノードＮとを前述のいずれかの方法により対応付けることができる。
【００７９】
続いて、相関処理部５５は、ミキサ処理部５３が生成した２進符号系列と、２進符号発生部５４が発生させた各測位ノードＮ１〜Ｎ３の２進符号系列と、の相関処理を行う。上述の通り、２進符号発生部５４が発生させる測位ノードＮ１〜Ｎ３の２進符号系列は、測位対象端末Ｔに予め記憶されていてもよいし、基本情報の収集処理により収集されてもよい。
【００８０】
相関処理の結果、ミキサ処理部５３が生成した２進符号系列と、２進符号発生部５４が発生させた測位ノードＮ１の２進符号系列と、の相関値が所定値以上となる。したがって、検出部５６は、測位ノードＮ１から超音波を受信したことを、制御部５７に通知する。
【００８１】
測位ノードＮ１から超音波を受信したことを通知された制御部５７は、無線通信部４から受信時刻ｔ１を取得する。そして、制御部５７は、受信時刻ｔ１と、測位ノードＮ１の識別子と、を測位計算部６に通知する。
【００８２】
その後、受信時刻ｔ２，ｔ３においても同様の処理が行われる。このような処理により、測位計算部６は、受信処理の終了までに、受信時刻ｔ１〜ｔ３と、測位ノードＮ１〜Ｎ３と、を取得することができる。
【００８３】
受信処理が終了すると、測位計算部６は、制御部５７から通知された受信時刻ｔ１〜ｔ３と、測位ノードＮ１〜Ｎ３と、に基づいて、測位対象端末Ｔの測位計算を行う。計算方法は上記の通りである。図７の例では、送信時刻ｔ０が既知のため、測位対象端末Ｔの三次元位置座標を計算するために必要な最低ノード数は３である。なお、測位計算部６は、必要に応じて、各測位ノードＮの送信時刻ｔ０を用いて測位計算を行ってもよい。
【００８４】
測位計算の終了後、測位対象端末Ｔと測位ノードＮ１〜Ｎ３との間の接続は解除される。接続の解除は、測位対象端末Ｔが認証解除や接続解除のメッセージを送信することにより行なわれてもよい。これにより、迅速に接続を解除できるため、消費電力を低減することができる。
【００８５】
また、一般に、無線ＬＡＮでは、子機が一定時間ビーコンを受信できない場合、接続が解除される。そこで、測位対象端末Ｔがビーコンの送信を停止することにより、接続が解除されてもよい。これにより、測位ノードＮが接続解除のメッセージを受信できない場合であっても、接続を解除できるため、消費電力を低減することができる。
【００８６】
従来の測位システムでは、特定の測位ノードＮが時刻同期のマスタとして機能し、測位対象端末Ｔが時刻同期のスレーブとなった。このため、測位可能な範囲は、マスタとなる特定の測位ノードＮが通信可能な範囲に限定された。
【００８７】
これに対して、本実施形態に係る測位システムでは、測位対象端末Ｔが時刻同期のマスタとなり、任意の測位ノードＮが時刻同期のスレーブとなる。このため、測位可能な範囲は、測位ノードＮの配置にかかわらず、測位対象端末Ｔが最低ノード数の測位ノードＮと接続可能な範囲となる。したがって、本実施形態に係る測位システムによれば、測位可能な範囲を広域化することができる。
【００８８】
また、従来の測位システムでは、測位可能な範囲を広げるために、マスタとなる特定の測位ノードＮの送信電力を増大させたり、マスタとなる特定の測位ノードＮと他の測位ノードＮとを有線で接続したりする必要があった。このため、測位可能な範囲を広げると、消費電力や敷設コストが増大した。
【００８９】
これに対して、本実施形態に係る測位システムでは、測位可能な範囲を広げる場合、測位対象端末Ｔの送信電力だけを増大させればよく、複数設置される測位ノードＮの送信電力を増大させたり、複数の測位ノードＮを有線で接続したりする必要が無い。したがって、本実施形態に係る測位システムでは、消費電力や敷設コストを抑制することができる。
【００９０】
（測位対象端末の動作）
ここで、測位対象端末Ｔの動作の詳細について、図８を参照して説明する。図８は、測位対象端末Ｔの動作を示すフローチャートである。
【００９１】
図８に示すように、測位処理が開始すると、測位対象端末Ｔは、接続処理及び時刻同期処理を実行する（ステップＳ１）。これにより、ネットワークが形成される。ネットワークの形成後、測位対象端末Ｔは、接続中の測位ノードＮに対して基本情報の収集処理を実行する（ステップＳ２）。接続処理、時刻同期処理、及び基本情報の収集処理は、上述の通りであるため、説明を省略する。
【００９２】
次に、測位対象端末Ｔは、接続待機条件が満たされたか判定する（ステップＳ３）。接続待機条件とは、接続処理の終了条件である。接続待機条件は、例えば、接続された測位ノードＮの数が最低ノード数以上となることや、接続処理の開始から一定時間が経過することであるが、これに限られない。上記の一定時間は、測位ノードＮのチャネルスキャンの頻度やスリープ時間に基づいて設定するのが好ましい。
【００９３】
接続待機条件が満たされていない場合（ステップＳ３のＮｏ）、処理はステップＳ１に戻る。
【００９４】
一方、接続待機条件が満たされた場合（ステップＳ３のＹｅｓ）、測位対象端末Ｔは、超音波の受信処理を開始し、接続中の測位ノードＮに音波送信指示を送信する（ステップＳ４）。
【００９５】
次に、測位対象端末Ｔは、音波待機条件が満たされたか判定する（ステップＳ５）。音波待機条件とは、超音波の受信処理の終了条件である。音波待機条件は、例えば、最低ノード数以上の測位ノードＮから超音波を受信することや、所定のタイミングから一定時間以上経過することであるが、これに限られない。上記の所定のタイミングは、例えば、音波送信指示により指定した送信時刻ｔ０や、受信処理を開始したタイミングのことである。また、各測位ノードＮにそれぞれ異なる送信時刻ｔ０を指定した場合には、所定のタイミングは、最も遅い送信時刻ｔ０であってもよい。
【００９６】
音波待機条件が満たされていない場合（ステップＳ５のＮｏ）、ステップＳ５の処理が繰り返される。
【００９７】
一方、音波待機条件が満たされた場合（ステップＳ５のＹｅｓ）、測位対象端末Ｔは、超音波の受信処理を終了し、測位計算を実行する（ステップＳ６）。測位計算は上述の通りであるため、説明を省略する。
【００９８】
測位計算の終了後、測位対象端末Ｔは、再測位条件が満たされたか判定する（ステップＳ７）。再測位条件とは、再測位を行うか判定するための条件である。再測位条件は、例えば、測位計算の結果が異常値であることや、受信処理において超音波を受信できた測位ノードＮの数が最低ノード数未満であることであるが、これに限られない。
【００９９】
超音波を受信できた測位ノードＮの数を判定するのは、音波の到達距離と電波の到達距離と、が異なるため、測位対象端末Ｔに接続された測位ノードＮの数と、測位対象端末Ｔが超音波を受信できる測位ノードＮの数と、が一致するとは限らないためである。
【０１００】
再測位条件が満たされていない場合（ステップＳ７のＮｏ）、測位対象端末Ｔは、測位ノードＮとの接続を解除する（ステップＳ８）。これにより、測位処理が終了する。
【０１０１】
一方、再測位条件が満たされた場合（ステップＳ９のＹｅｓ）、測位対象端末Ｔは、送信電力の調整処理を実行する（ステップＳ９）。ここでいう送信電力とは、例えば、ビーコンの送信電力のことである。その後、処理はステップＳ１に戻る。
【０１０２】
測位対象端末Ｔは、例えば、送信電力の調整処理により、送信電力を１レベル上昇させる。これにより、ステップＳ１の接続処理で接続可能な測位ノードＮの数を増加させることができる。
【０１０３】
なお、最低ノード数以上の測位ノードＮが接続されているにもかかわらず、最低ノード数未満の測位ノードからしか超音波を受信できない場合には、送信電力の調整処理において、測位対象端末Ｔは、超音波を受信できない測位ノードＮに対して、超音波の送信電力（音量）を増大させるメッセージを送信することも可能である。測位ノードＮの電源管理部３は、無線通信部１を介してこのメッセージを受信し、音波送信部２に供給する電力を調整すればよい。
【０１０４】
また、上記のように、送信電力の調整処理によって送信電力を１レベルずつ上昇させながら測位処理を行うかわりに、接続処理の前に、送信電力の調整処理を実行することも可能である。この場合、測位対象端末Ｔは、送信電力の調整処理において、送信電力を１レベルずつ上昇させながら、超音波を受信可能な測位ノードＮを調査する。そして、測位対象端末Ｔは、超音波を受信可能な測位ノードＮの数がそれ以上増加しない最小の送信電力を、ビーコンの送信電力として決定する。その後、測位対象端末Ｔは、ステップＳ１〜Ｓ８の処理を実行すればよい。
【０１０５】
（測位ノードの動作）
次に、測位ノードＮの動作の詳細について、図９を参照して説明する。図９は、測位ノードＮの動作を示すフローチャートである。
【０１０６】
まず、測位ノードＮは、チャネルスキャンを実行し、所定のネットワークを探索する（ステップＳ１０）。所定のネットワークとは、測位対象端末Ｔが形成したネットワークのことである。測位ノードＮは、ビーコンに含まれる測位対象端末Ｔの識別子を参照することにより、所定のネットワークを探索することができる。なお、チャネルスキャンの実行中、音声送信部２の電源は、電源管理部３により切断されている。
【０１０７】
次に、測位ノードＮは、チャネルスキャンにより所定のネットワークが検出されたか判定する（ステップＳ１１）。所定のネットワークが検出されていない場合（ステップＳ１１のＮｏ）、処理はステップＳ１０に戻る。
【０１０８】
一方、所定のネットワークが検出された場合（ステップＳ１１のＹｅｓ）、測位ノードＮは、接続処理及び時刻同期処理を実行し（ステップＳ１２）、測位対象端末Ｔが形成したネットワークに参加する。ネットワークに参加後、測位ノードＮは、接続した測位対象端末Ｔとの間で基本情報の収集処理を実行する（ステップＳ１３）。なお、接続処理、同期処理、及び基本情報の収集処理については上述の通りであるため、説明を省略する。
【０１０９】
測位ノードＮが測位対象端末Ｔに接続すると、電源管理部３は、音波送信部２に電源を投入する（ステップＳ１４）。すなわち、電源管理部３は、測位ノードＮの低消費電力起動回路として機能する。なお、音波送信部２への電源の投入と、基本情報の収集処理とは、順番が逆であってもよい。
【０１１０】
次に、測位ノードＮは、測位対象端末Ｔから音波送信指示を受信したか判定する（ステップＳ１５）。音波送信指示を受信していない場合、処理はステップＳ１７に進む。
【０１１１】
一方、音波送信指示を受信した場合（ステップＳ１５のＹｅｓ）、測位ノードＮは、音波送信指示により指定された送信時刻ｔ０に超音波を送信する（ステップＳ１６）。
【０１１２】
その後、測位ノードＮは、接続解除条件が満たされたか判定する（ステップＳ１７）。接続解除条件は、測位対象端末Ｔへの接続状態の終了条件である。接続解除条件は、例えば、測位対象端末Ｔから接続解除のメッセージを受信することや、測位対象端末Ｔからビーコンを一定時間受信できないことであるが、これに限られない。
【０１１３】
接続解除条件が満たされていない場合（ステップＳ１７のＮｏ）、処理はステップＳ１５に戻る。
【０１１４】
一方、接続解除条件が満たされた場合（ステップＳ１７のＹｅｓ）、測位ノードＮは、測位対象端末Ｔとの接続を解除する（ステップＳ１８）。
【０１１５】
その後、電源管理部３は、音波送信部２の電源を切断する（ステップＳ１９）。以降、測位ノードＮは、所定のネットワークを検出するまでチャネルスキャンを実行する。
【０１１６】
以上説明した通り、本実施形態に係る測位ノードＮでは、電源管理部３が低消費電力起動回路として機能する。測位ノードＮが測位対象端末Ｔと接続中のみ音波送信部２に電源が投入されるため、測位ノードＮの消費電力を低減することができる。
【０１１７】
なお、以上の説明では、音波送信部２への電源の投入は、測位対象端末Ｔとの接続後に行われているが、音波送信指示の受信後に行なわれてもよい。これにより、音波送信部２への電源投入時間をさらに短縮し、消費電力をさらに低減することができる。
【０１１８】
また、測位ノードＮは、測位対象端末Ｔとの接続の解除後、チャネルスキャンとスリープと、を所定の時間間隔で交互に繰り返してもよい。これにより、消費電力をさらに低減することができる。この場合、測位ノードＮのスリープ時間を考慮して、測位対象端末Ｔの接続待機条件を設定するのが好ましい。具体的には、接続処理を終了する接続開始処理後の一定時間を、スリープ時間以上とするのが好ましい。これにより、測位ノードＮがスリープ中であるために接続できない、という問題を避けることができる。
【０１１９】
（第２実施系形態）
第２実施形態に係る測位システムについて、図１０〜図１４を参照して説明する。本実施形態に係る測位システムは、第１実施形態と同様、測位対象端末Ｔと、複数の測位ノードＮと、を備える。
【０１２０】
図１０は、本実施形態に係る測位ノードＮの機能構成を示すブロック図である。図１０に示すように、本実施形態に係る測位ノードＮは、無線通信部１と、音波受信部７と、電源管理部３と、を備える。音波受信部７は、第１実施形態における音波受信部５に相当する。
【０１２１】
図１１は、本実施形態に係る測位対象端末Ｔの機能構成を示すブロック図である。図１１に示すように、本実施形態に係る測位対象端末Ｔは、無線通信部４と、音波送信部８と、測位計算部６と、を備える。音波送信部８は、第１実施形態における音波送信部２に相当する。
【０１２２】
本実施形態では、測位対象端末Ｔが音波送信部８から超音波を送信し、測位ノードＮが音波受信部７により超音波を受信する。他の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１２３】
ここで、図１２を参照して、本実施形態に係る測位システムにおける処理について具体的に説明する。図１２は、測位対象端末Ｔと、測位ノードＮ１〜Ｎ３と、を備える測位システムにおける処理を示すシーケンス図である。
【０１２４】
まず、図１２に示すように、接続処理、時刻同期処理、及び基本情報の収集処理が実行される。これは、第１実施形態と同様である。
【０１２５】
次に、測位対象端末Ｔが、音波送信部８により超音波を送信する。本実施形態では、超音波は、測位対象端末Ｔにより送信されるため、音波送信指示は不要となる。また、音波送信部８が超音波を送信した時刻が、送信時刻ｔ０となる。
【０１２６】
測位対象端末Ｔが超音波を送信した後、各測位ノードＮ１〜Ｎ３は、それぞれの音波受信部７により超音波を受信し、受信時刻を取得する。図１２の例では、測位ノードＮ１，Ｎ２，Ｎ３の受信時刻は、それぞれｔ１，ｔ２，ｔ３である。
【０１２７】
そして、測位ノードＮ１〜Ｎ３は、それぞれの受信時刻ｔ１〜ｔ３を、測位対象端末Ｔに送信する。測位ノードＮ１〜Ｎ３は、受信時刻と共に、自ノードの位置情報を送信してもよい。
【０１２８】
測位対象端末Ｔは、測位ノードＮ１〜Ｎ３からそれぞれ受信した受信時刻ｔ１〜ｔ３と、測位ノードＮ１〜Ｎ３の位置情報と、に基づいて、測位対象端末Ｔの測位計算を行う。その後、測位対象端末Ｔと測位ノードＮとの接続が解除される。
【０１２９】
（測位対象端末の動作）
ここで、測位対象端末Ｔの動作の詳細について、図１３を参照して説明する。図１３は、測位対象端末Ｔの動作を示すフローチャートである。図１３における、ステップＳ１〜Ｓ３，Ｓ６〜Ｓ９の処理は、第１実施形態と同様である。以下では、第１実施形態と異なるステップＳ２０，Ｓ２１について説明する。
【０１３０】
本実施形態では、接続待機条件が満たされた場合（ステップＳ３のＹｅｓ）、測位対象端末Ｔは、超音波を送信する（ステップＳ２０）。本実施形態では、送信元は測位対象端末Ｔのみであるため、超音波で送信する２進符号系列は、送信元に関する詳しい情報を含む必要が無い。このため、２進符号系列として、規定の擬似雑音系列を利用することができる。超音波の送信後、測位対象端末Ｔは、測位ノードＮからの受信時刻の待機処理を実行する。
【０１３１】
次に、測位対象端末Ｔは、受信時刻待機条件が満たされたか判定する（ステップＳ２１）。受信時刻待機条件は、受信時刻の待機処理の終了条件である。受信時刻待機条件は、例えば、最低ノード数以上の測位ノードＮから受信時刻を受信することや、送信時刻ｔ０から一定時間以上経過することであるがこれに限られない。
【０１３２】
受信時刻待機条件が満たされていない場合（ステップＳ２１のＮｏ）、ステップＳ２１の処理が繰り返される。
【０１３３】
一方、受信時刻待機条件が満たされた場合（ステップＳ２１のＹｅｓ）、測位対象端末Ｔは、受信時刻の受信処理を終了し、測位計算を実行する（ステップＳ６）。以降の処理は、第１実施形態と同様である。
【０１３４】
（測位ノードの動作）
次に、測位ノードＮの動作の詳細について、図１４を参照して説明する。図１４は、測位ノードＮの動作を示すフローチャートである。図１４におけるステップＳ１０〜Ｓ１４，Ｓ１７〜Ｓ１９は、第１実施形態と同様である。
【０１３５】
ただし、本実施形態では、ステップＳ１４において、電源管理部３は、音波送信部８に電源を投入する。また、ステップＳ１９において、電源管理部３は、音波送信部８の電源を切断する。以下では、第１実施形態と異なるステップＳ２３，Ｓ２４について説明する。
【０１３６】
本実施形態では、電源管理部３が音波送信部８に電源を投入すると、測位ノードＮは、超音波の受信処理を開始する。そして、測位ノードＮは、測位対象端末Ｔが送信した超音波を検出したか判定する（ステップＳ２３）。測位ノードＮは、超音波に含まれる疑似雑音系列と、自ノードが記憶している疑似雑音系列と、を比較あるいは相関処理することにより、検出したか判定することができる。
【０１３７】
超音波を受信していない場合（ステップＳ２３のＮｏ）、処理はステップＳ１７に進む。
【０１３８】
一方、超音波を受信した場合（ステップＳ２３のＹｅｓ）、測位ノードＮは、超音波を受信した受信時刻を取得し、測位対象端末Ｔに送信する（ステップＳ２４）。その後、処理はステップＳ１７に進む。以降の処理は、第１実施形態と同様である。
【０１３９】
本実施形態に係る測位システムでは、測位対象端末Ｔが時刻同期のマスタとなり、測位ノードＮが時刻同期のスレーブとなる。したがって、第１実施形態と同様に、測位可能な範囲を広域化することができる。
【０１４０】
また、測位ノードＮにおいて、電源管理部３が低消費電力起動回路として機能し、測位ノードＮが測位対象端末Ｔと接続中のみ音波受信部７に電源が投入されるため、測位ノードＮの消費電力を低減することができる。
【０１４１】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る測位システムについて、図１５〜図１８を参照して説明する。本実施形態に係る測位システムでは、測位計算が測位サーバで行われる。図１５は、本実施形態に係る測位システムを示す図である。図１５に示すように、本実施形態に係る測位システムは、測位対象端末Ｔと、複数の測位ノードＮと、測位サーバＳと、を備える。測位ノードＮの構成は、第１実施形態と同様である。
【０１４２】
図１６は、本実施形態に係る測位対象端末Ｔの一例を示す機能ブロック図である。図１６に示すように、測位対象端末Ｔは、無線通信部４と、音波受信部５と、を備える。無線通信部４及び音波受信部５は、第１実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、無線通信部４は、測位ノードＮの無線通信部１との無線通信機能だけでなく、測位サーバＳとの無線通信機能も有する。
【０１４３】
図１７は、測位サーバＳの一例を示す機能ブロック図である。図１７に示すように、測位サーバＳは、通信部９と、測位計算部１０と、を備える。測位計算部１０は、第１実施形態における測位計算部６に相当する。
【０１４４】
通信部９は、測位対象端末Ｔを含む外部機器と無線又は有線で接続して情報の送受信を行う。通信部９は、アナログ信号処理回路、デジタル信号処理回路、及びアンテナなどにより構成される。通信部９は、外部機器との接続機能や時刻同期機能などの、無線通信に必要な一般的な機能を有する。
【０１４５】
本実施形態に係る測位システムでは、測位対象端末Ｔの無線通信部４と、測位サーバＳの通信部９と、の間で無線通信が行われる。この無線通信の通信規格は任意に選択可能である。通信規格として、例えば、セルラー通信に代表されるＭＡＮ（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、無線ＬＡＮに代表されるＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に代表されるＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などを利用することができる。
【０１４６】
ここで、図１８を参照して、本実施形態に係る測位システムにおける処理について具体的に説明する。図１８は、測位対象端末Ｔと、測位ノードＮ１〜Ｎ３と、測位サーバＳと、を備える測位システムにおける処理を示すシーケンス図である。
【０１４７】
図１８に示すように、各測位ノードＮ１〜Ｎ３が送信した超音波を、測位対象端末Ｔが受信し、受信時刻ｔ１〜ｔ３を取得するまでの処理は、第１実施形態と同様である。
【０１４８】
本実施形態では、測位対象端末Ｔは、受信時刻ｔ１〜ｔ３を取得すると、受信時刻ｔ１〜ｔ３と、各測位ノードＮ１〜Ｎ３の識別子と、を測位サーバＳへ送信する。その後、測位対象端末Ｔと測位ノードＮ１〜Ｎ３との接続が解除される。
【０１４９】
測位サーバＳは、測位対象端末Ｔから受信した受信時刻ｔ１〜ｔ３及び各測位ノードＮ１〜Ｎ３の識別子に基づいて、測位計算を実行する。この際、測位サーバＳは、各測位ノードＮ１〜Ｎ３の位置情報を、予め記憶していてもよいし、測位対象端末Ｔから受信してもよい。また、測位サーバＳは、必要に応じて、測位対象端末Ｔから送信時刻ｔ０を受信してもよい。
【０１５０】
その後、測位サーバＳは、測位計算の結果や、測位計算の結果に応じた情報を、測位対象端末Ｔに送信してもよい。例えば、測位サーバＳは、測位された測位対象端末Ｔの現在位置に応じた移動命令を送信する。
【０１５１】
本実施形態に係る測位システムでは、測位対象端末Ｔが時刻同期のマスタとなり、測位ノードＮが時刻同期のスレーブとなる。したがって、第１実施形態と同様に、測位可能な範囲を広域化することができる。
【０１５２】
また、測位ノードＮにおいて、電源管理部３が低消費電力起動回路として機能し、測位ノードＮが測位対象端末Ｔと接続中のみ音波送信部２に電源が投入されるため、測位ノードＮの消費電力を低減することができる。
【０１５３】
なお、図１８の例では、測位対象端末Ｔから測位サーバＳへの情報の送信は、測位対象端末Ｔと測位ノードＮの接続の解除前に行われ、測位サーバＳから測位対象端末Ｔへの情報の送信は、測位対象端末Ｔと測位ノードＮとの接続の解除後に行われているが、送信のタイミングは任意に選択可能である。
【０１５４】
また、本実施形態では、測位対象端末Ｔと測位サーバＳとの間で情報のやりとりが可能であればよい。したがって、測位対象端末Ｔと測位サーバＳとは、無線に限らず、有線で接続されてもよい。この場合、測位対象端末Ｔに、通信部９と有線接続可能な有線通信部を設ければよい。
【０１５５】
（第４実施形態）
第４実施形態に係る測位システムについて、図１９及び図２０を参照して説明する。本実施形態に係る測位システムは、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、測位対象端末Ｔが超音波を送信し、測位ノードＮが超音波を受信し、測位サーバＳが測位計算を実行する。このため、本実施形態に係る測位システムは、第３実施形態と同様に、測位対象端末Ｔと、複数の測位ノードＮと、測位サーバＳと、を備える。測位ノードＮの構成は、第２実施形態と同様である。また、測位サーバＳの構成は、第３実施形態と同様である。
【０１５６】
図１９は、本実施形態に係る測位対象端末Ｔの一例を示す機能ブロック図である。図２０に示すように、測位対象端末Ｔは、無線通信部４と、音波送信部８と、を備える。
【０１５７】
ここで、図２０を参照して、本実施形態に係る測位システムにおける処理について具体的に説明する。図２０は、測位対象端末Ｔと、測位ノードＮ１〜Ｎ３と、測位サーバＳと、を備える測位システムにおける処理を示すシーケンス図である。
【０１５８】
図２０に示すように、各測位ノードＮ１〜Ｎ３が送信した受信時刻ｔ１〜ｔ３を、測位対象端末Ｔが受信するまでの処理は、第２実施形態と同様である。
【０１５９】
本実施形態では、測位対象端末Ｔは、受信時刻ｔ１〜ｔ３を受信すると、受信時刻ｔ１〜ｔ３と、各測位ノードＮ１〜Ｎ３の識別子と、を測位サーバＳへ送信する。以降の処理は第３実施形態と同様である。
【０１６０】
本実施形態に係る測位システムでは、測位対象端末Ｔが時刻同期のマスタとなり、測位ノードＮが時刻同期のスレーブとなる。したがって、第１実施形態と同様に、測位可能な範囲を広域化することができる。
【０１６１】
また、測位ノードＮにおいて、電源管理部３が低消費電力起動回路として機能し、測位ノードＮが測位対象端末Ｔと接続中のみ音波受信部７に電源が投入されるため、測位ノードＮの消費電力を低減することができる。
【０１６２】
（第５実施形態）
第５実施形態に係る測位システムについて、図２１及び図２２を参照して説明する。本実施形態では、測位システムが複数の測位対象端末Ｔを備える場合について説明する。
【０１６３】
図２１は、本実施形態に係る測位システムを示す図である。図２１に示すように、本実施形態に係る測位システムは、複数の測位ノードＮと、複数の測位対象端末Ｔと、を備える。図２１の例では、２つの測位対象端末ＴＡ，ＴＢが示されているが、測位システムには、３つ以上の測位対象端末Ｔが含まれてもよい。
【０１６４】
測位システムに複数の測位対象端末Ｔが含まれる場合であっても、各測位対象端末Ｔが離れており、各測位対象端末Ｔが接続可能な測位ノードＮが異なる場合には、各測位対象端末Ｔは、上述の測位処理をそれぞれ実行することができる。
【０１６５】
しかしながら、複数の測位対象端末Ｔが近接しており、各測位対象端末Ｔが接続可能な測位ノードＮが重複している場合には、各測位対象端末Ｔは、上述の測位処理をそれぞれ実行することができない。これは、重複した測位ノードＮの時刻を、複数の測位対象端末Ｔの時刻に同期させることはできないためである。
【０１６６】
本実施形態では、このような場合を想定した、各測位対象端末Ｔの測位処理について説明する。以下では、測位システムは、２つの測位対象端末ＴＡ，ＴＢを備え、測位対象端末ＴＡ，ＴＢが接続可能な測位ノードＮは、一部又は全部が重複しているものとする。
【０１６７】
複数の測位対象端末ＴＡ，ＴＢの測位処理を実現する方法として、測位対象端末ＴＡ，ＴＢが測位処理を実行するタイミングをずらす方法が挙げられる。具体的には、測位対象端末ＴＡがネットワークを形成し、測位計算を実行し、接続を解除した後、測位対象端末ＴＢがネットワークを形成し、測位計算を実行し、接続を解除する。以降、同様の処理が繰り返される。
【０１６８】
このような方法により、測位対象端末ＴＡ，ＴＢのそれぞれが測位処理を実行することができる。これは、測位対象端末ＴＡ，ＴＢが、測位処理の終了後に測位ノードＮとの接続を解除することにより、各測位ノードＮが常に１つの測位対象端末Ｔにのみ接続されるためである。各測位対象端末ＴＡ，ＴＢの測位処理のタイミングは、予め設定されていてもよいし、測位対象端末ＴＡ，ＴＢの間の通信により決定されてもよい。
【０１６９】
また、複数の測位対象端末ＴＡ，ＴＢの測位処理を実現する他の方法として、図２２に示す方法が挙げられる。図２２は、各測位対象端末Ｔの動作を示すフローチャートである。以下では、測位対象端末ＴＡの動作として説明する。また、測位処理は、第１実施形態と同様、測位ノードＮが超音波を送信し、測位対象端末ＴＡ，ＴＢが超音波を受信することにより行われるものとする。
【０１７０】
まず、測位対象端末ＴＡは、チャネルスキャンを実行し、他の測位対象端末ＴＢにより形成されたネットワークを探索する（ステップＳ２５）。
【０１７１】
他の測位対象端末ＴＢによるネットワークを発見しなかった場合（ステップＳ２６のＮｏ）、測位対象端末ＴＡは、測位処理を実行する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７における測位処理は、第１実施形態と同様の測位処理である。すなわち、測位対象端末ＴＡは、測位ノードＮと接続し、超音波を受信し、測位計算を行い、測位ノードＮとの接続を解除する。
【０１７２】
一方、他の測位対象端末ＴＢによるネットワークを発見した場合（ステップＳ２６のＹｅｓ）、測位対象端末ＴＡは、測位対象端末ＴＢに接続し、測位対象端末ＴＢが形成したネットワークに参加する（ステップＳ２８）。このネットワークでは、測位対象端末ＴＢが親機として機能し、測位対象端末ＴＡが子機として機能する。
【０１７３】
測位対象端末ＴＡは、ネットワークに参加する際、測位対象端末ＴＢの時刻に同期してもよいし、しなくてもよい。また、ネットワークに参加する際、測位対象端末ＴＡは、測位ノードＮではないことを、測位対象端末ＴＢに通知するのが好ましい。これにより、測位対象端末ＴＢは、接続中の測位ノードＮの数を正確に把握することができる。
【０１７４】
測位対象端末ＴＡは、ネットワークに参加した後、測位対象端末ＴＢから、ネットワークに参加中の測位ノードＮに関する情報（測位ノードＮの識別子や位置情報）を取得する。また、必要に応じて、音波送信指示で指定した各測位ノードＮの送信時刻ｔ０を取得してもよい。
【０１７５】
その後、測位対象端末ＴＡは、測位対象端末ＴＢの測位処理に合わせて、測位処理を実行する（ステップＳ２９）。すなわち、測位対象端末ＴＡは、測位対象端末ＴＢが送信した音波送信指示に応じて送信された各測位ノードＮからの超音波を受信し、受信時刻及び各測位ノードＮの識別子を取得する。そして、測位対象端末ＴＡは、こうして得られた受信時刻及び各測位ノードＮの識別子に基づいて、測位処理を実行する。ステップＳ２９の測位処理では、各測位ノードＮが、測位対象端末ＴＡではなく、測位対象端末ＴＢに時刻同期している点が、ステップＳ２７の測位処理と異なる。
【０１７６】
測位計算の終了後、測位対象端末ＴＡは、再測位条件が満たされたか判定する（ステップＳ３０）。再測位条件が満たされていない場合（ステップＳ３０のＮｏ）、測位対象端末ＴＡは、測位対象端末ＴＢとの接続を解除する（ステップＳ３１）。これにより、測位対象端末ＴＡの測位処理が終了する。
【０１７７】
一方、再測位条件が満たされていた場合（ステップＳ３０のＹｅｓ）、測位対象端末ＴＡは、終了要求条件が満たされているか判定する（ステップＳ３２）。終了要求条件とは、他の測位対象端末ＴＢに測位処理を終了させるか判定するための条件である。終了要求条件は、例えば、測位対象端末ＴＡの測位処理が、所定回数以上成功しないことや、所定時間以上成功しないことであるが、これに限られない。ここでいう測位処理が成功しない場合には、測位計算により得られた結果が異常値である場合や、最低ノード数以上の測位ノードＮからの超音波を受信できないことが含まれる。
【０１７８】
終了要求条件が満たされた場合（ステップＳ３２のＹｅｓ）、測位対象端末ＴＡは、測位対象端末ＴＢに測位終了要求を送信する（ステップＳ３３）。その後、処理はステップＳ２５に戻る。
【０１７９】
測位対象端末ＴＢが測位終了要求に応じた場合、測位対象端末ＴＢは、測位処理を終了し、測位ノードＮの接続が解除される。このため、チャネルスキャンにより他の測位対象端末ＴＢによるネットワークは発見されない（ステップＳ２６のＮｏ）。したがって、測位対象端末ＴＡは、自身を親機としたネットワークを形成し、測位処理を実行することができる（ステップＳ２７）。
【０１８０】
一方、測位対象端末ＴＢが測位終了要求に応じない場合、チャネルスキャンにより、再び測位対象端末ＴＢが形成したネットワークが発見される（ステップＳ２６のＮｏ）。このため、測位対象端末ＴＡは、ステップＳ２８以降の処理を繰り返す。
【０１８１】
また、終了要求条件が満たされていない場合（ステップＳ３２のＮｏ）、測位対象端末ＴＡは、測位対象端末ＴＢによるネットワークが未だに接続状態であるか確認する（ステップＳ３４）。確認時点で接続状態であった場合（ステップＳ３４のＹｅｓ）、すなわち、測位対象端末ＴＢによるネットワークが依然として形成されている場合、処理はステップＳ２９に戻る。
【０１８２】
一方、確認時点で接続状態でなかった場合（ステップＳ３４のＮｏ）、すなわち、測位対象端末ＴＢによるネットワークの接続が解除されている場合、処理はステップＳ２５に戻る。このとき、測位対象端末ＴＢによるネットワークは解除されているため、チャネルスキャンにより他の測位対象端末ＴＢによるネットワークは発見されない（ステップＳ２６のＮｏ）。したがって、測位対象端末ＴＡは、自身を親機としたネットワークを形成し、測位処理を実行することができる（ステップＳ２７）。
【０１８３】
以上説明した方法により、測位システムに複数の測位対象端末Ｔが含まれる場合であっても、各測位対象端末Ｔの測位処理を実現することができる。また、本実施形態においても、測位対象端末Ｔが時刻同期のマスタとなるため、第１実施形態と同様に、測位可能な範囲を広域化することができる。
【０１８４】
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１８５】
Ｔ：測位対象端末、Ｎ：測位ノード、Ｓ：測位サーバ、１：無線通信部、２：音波送信部、３：電源管理部、４：無線通信部、５：音波受信部、６：測位計算部、７：音波受信部、８：音波送信部、９：通信部、１０：測位計算部、２１：２進符号発生部、２２：搬送波発生部、２３：変調部、２４：スピーカ部、２５：制御部、５１：マイク部、５２：搬送波発生部、５３：ミキサ処理部、５４：２進符号発生部、５５：相関処理部、５６：検出部、５７：制御部、１１１：ベースバンド部、１１２：制御回路、１１３：送信処理回路、１１４：受信処理回路、１１５，１１６：ＤＡ変換器、１１７，１１８：ＡＤ変換器、１２１：ＲＦ部、１２２：送信回路、１２３：受信回路
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２２】
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【図１】
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【図７】
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【図１２】
2016223981.tif 000021
【図１５】
2016223981.tif 000022
【図１８】
2016223981.tif 000023
【図２０】
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【図２１】
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