(57)【要約】      （修正有）【課題】低い周波数精度でも高い位置検出精度で絶対距離を検出するとともに、マルチパスをはじめとする妨害信号の影響を減らす、位置検出方式を提供する。【解決手段】電波による送信信号９と音波による送信信号１７を送信し、送信信号９を受信したタイミング情報２３と送信信号１７を受信したタイミング情報３４から位置演算回路３７で位置を計算し、位置検出データ３８を出力する。送信信号１７は符号発生回路１１で発生した符号で変調された信号で、受信側では相関検出回路３０と相関検出回路３１により相関検出を行って、データ判定回路３２により受信時刻のタイミング情報３４を出力する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の識別情報を含むデータを高周波搬送波に変調した第一の送信信号を電波で送信する手段と、当該送信手段に対応する符号系列の符号を低周波搬送波に変調した第二の送信信号を音波で送信する手段を備える送信局と、
当該第一の送信信号を受信し第一の受信時刻を検出する手段と、当該第二の送信信号を受信し第二の受信時刻を検出する手段を備える受信局から成る位置検出方式において、
当該第二の送信信号の受信に際し当該符号系列の符号との相関を検出する手段と当該低周波搬送波の位相誤差を補正する手段を設けて当該第二の受信時刻を検出し、当該第一の受信時刻と当該第二の受信時刻の時間差から送信局と受信局との距離を計算することを特徴とする位置検出方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は移動体の位置を検出するための方式に係わり、簡易な構成で移動体端末の消費電力を抑えるとともに高い位置検出精度を得るための手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、移動体の位置を検出する方法として、ロラン方式や衛星を用いた全地球測位システム（ＧＰＳ）が知られている。これらは既知の位置情報を持つ送信局から送信された信号が移動体で受信される時間を測定し、複数の送信局からの時間差を求めることで位置を検出するものである。２つの送信局からの信号の到達時間差が同じ位置は双曲線上となり、複数の送信局からの時間差で求まる双曲線の交点が検出する移動体の位置となる。検出位置を確定させるためには最低３つの送信局からの信号を受信する必要がある。移動体の移動経路が定まっている場合には２つの送信局からの信号の受信でも位置を確定できる場合もある。時間差を求めることから、少なくとも２つの送信局からの信号を受信する必要がある。【０００３】  位置検出精度は計測する時間差と信号の伝搬速度の積で求まる距離の精度となる。電波の伝搬速度は約３×１０８と極めて速く、位置検出精度として例えば３０ｍを確保するには１×１０−７の時間精度が必要となる。受信側である移動体でこのような高い時間精度を得るための手段として、衛星から送信される信号に含まれる高精度の時間基準に移動体の受信機内の基準発振源を追従させる方法が一般に用いられている。このような高い基準発振源の周波数精度を維持するためには、発振源および受信機の電源を常時動作状態とする必要があり、回路の電流は消費し続けることとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  移動体端末の省電力化を実現するには、回路を間欠的に動作させる間欠動作でその大部分の時間を占有する回路停止動作が不可欠である。発振源および受信機を間欠動作させた場合、位置検出精度を維持できるだけの基準発振源の精度が得られない。即ち、消費電力を低減させるため間欠動作を行うと、高い位置検出精度間精度が得られないという問題を生じる。【０００５】  また、従来の位置検出は２地点からの相対距離差から位置を推定するため、たとえ移動経路が既知であっても最低２つ以上の送信局からの信号を受信する必要がある。また、１つの送信局からの信号を受信しても、絶対距離を求めることは出来ないという欠点があった。【０００６】  本発明は上記課題を解決し、低消費電力で高い位置検出精度を得る位置検出方式を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記目的を達成するため、本発明では、信号伝送媒体として２種類の媒体、即ち電波と音波を用い、両者の伝搬時間差から絶対距離を検出するとともに、基準発振源の精度が低くても伝搬速度が低い媒体である音波を用いることで、位置検出精度を得ようとするものである。また、音波環境では、目的の信号以外に様々な騒音による妨害が発生するため、例え目的とする信号よりも高い騒音妨害があっても目的とする信号を正しく受信できるようにするものである。更に、この伝搬環境では様々な物や壁からの反射波、回折波が合成されることによる定在波が生じ、受信点がその中を移動することによって受信信号レベルは大きく変動し、受信点によっては信号レベルが極めて低くなり受信できなくなる場合が生じるため、本発明では定在波の影響を受けにくくするための信号変復調操作を行う。また、移動体の移動に伴うドップラー周波数シフトによる受信信号検出の劣化を防ぐための位相補正も行う。【０００８】  図１は送信点から電波と音波を同時に送信したときの距離Ｄ離れた受信点への到達時間を示した例である。電波と音波の単位時間当たりの伝搬速度をそれぞれＣｒ、Ｃａとすれば、２点間の距離Ｄと到達時間との間にはＤ＝Ｃｒ・Ｔ１、Ｄ＝Ｃａ・Ｔ２の関係式で表される。受信点
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ことができる。【０００９】  図２はマルチパスの発生を示した例で、受信点まで到達する信号が、壁面の反射や障害物の回折及び反射によって合成され、位置や周波数によって受信信号レベルが変わることになる。図３は単純な例として、伝搬方向が逆で、同レベルの信号が合成された場合の周波数特性と受信信号の関係を示した例である。受信点での周波数特性は２つの信号の遅延時間差をτとすれば、Ｈ（ω）＝１−ｅｘｐ（−ｊωτ）で表される。ここで、ωはω＝２πｆで示される角周波数で、ｆが周波数を表す。この周波数特性は１／τの周期で変動を繰り返す特性で、２つの信号レベルが完全に一致すれば最小値はゼロとなる。このような周波数特性を有する伝搬路で信号を伝送したとき、伝搬路の周波数特性の最少点と伝送信号の中心周波数とが一致した場合には、受信信号レベルは大きく低下する。図３はその例で、伝送する信号として狭帯域のものと広帯域のものを示している。受信信号レベルは図の斜線で塗り潰された部分となり、狭帯域の信号の場合には受信信号レベルが大きく低下するが、広帯域信号ではレベル低下は少ない。伝搬路の周波数特性の変動周期１／τに比べて同等以上の信号帯域幅を有するようにすることで、マルチパスによるレベル低下の影響を減らすことができる。【００１０】  送信信号として、自己相関特性の優れた符号で変調し、受信側で相関検出することで信号の到達時間を測定する方法が従来から用いられており、その送信帯域幅は符号の伝送速度によって定まる。前述の１／τと比べて同等以上の符号速度とすることでマルチパスによるレベル低下の影響を減らすことができる。図４は受信機での相関検出波形の例を示したもので、マルチパスによって、相関出力が時間軸上に広がった形となる。最も早い時刻に相関値が上昇するのが直接波によるもので、その後に相関値が得られているのが遅延波によるものである。位置検出を行う上で必要なのは直接波の伝搬時間であり、符号の自己相関波形が反射波等の遅延時間τよりも狭い時間幅となっていることで識別ができる。符号の自己相関波形の幅は符号伝送速度の逆数に対応することから、符号伝送速度逆数をτと比べ同等以下、即ち符号伝送速度を１／τと同等以上とすることで、直接波と遅延波を区別することが可能となる。【００１１】  信号伝送媒体として音波を用いた場合、周囲の騒音により妨害を受けることがある。目的とする信号の受信信号レベルが低い場合には、妨害波が受信信号レベルを上回ることも有り得る。送信信号として変調する符号の符号長に応じて、受信側で相関検出を行った場合、符号長に対応する相関処理利得を得ることができる。そのため、符号長を長くすることで高い処理利得を得て、妨害波レベルが目的とする信号レベルを上回ったときでも信号を受信することが可能となる。【００１２】  一方で、符号長を長くすることは相関検出時間を長くすることに相当する。一般に移動
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ップラー周波数シフトによって相関検出出力は低下するため、本発明では位相回転補正する手段を設けた後に相関検出を行う。
【発明の効果】
【００１３】  本発明は、以上述べたように信号伝送媒体として電波と音波を用い、両者の時間差によって送信点から受信点までの絶対距離を推定し、複数の送信点から推定した距離をもとに受信点の位置を検出することができる。また、位置検出精度は伝送媒体である音波によって決まるため従来と比べて低い基準周波数精度即ち低い時間精度でも高い位置検出精度を得ることができる。更に、送信信号の符号伝送速度をマルチパスによる遅延時間の逆数と同等以上の符号伝送速度で変調した変調信号を用い、符号長を長くすることで受信相関検出による処理利得を得るとともに、符号長が長くなることによるドップラー周波数シフトによる位相回転の補正を行い、騒音妨害が存在するなかでも希望する信号を受信して位置検出ができることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  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。
【実施例】
【００１５】  図５は本発明の実施例を示したもので、送信局と受信側である移動体端末からなる場合のもので、本来はそれぞれ複数の送信局と複数の移動体端末が存在する。図の上部が送信局の構成を示し、下部が移動体端末の構成を示している。送信局のタイミング発生回路１で発生したタイミング信号２はデータ発生回路３に入力され、データ発生回路３ではこのタイミング信号２をトリガとして、自局の識別情報（ＩＤ情報）を含む送信データ４を出力する。ＩＤ情報には単なる送信局の識別情報以外に送信局の位置情報や後に説明する符号発生回路１１で発生する符号情報を含めることが可能である。送信データ４は変調回路５に入力され、キャリア発生回路６で発生したキャリアで変調される。変調回路５の出力は、電力増幅回路７で電力増幅され、送信アンテナ８から送信信号９として電波で送信される。タイミング発生回路１から出力されたタイミング信号１０は、符号発生回路１１に入力され、タイミング信号１０をトリガとして送信符号１２を出力する。送信符号１２は先に述べたように、自己相関特性の優れた符号となっており、送信局毎に異なる符号を用いることが可能である。送信符号１２は位相変調回路１３に入力され、キャリア発生回路１４で発生したキャリアで位相変調され、広い帯域の信号となる。位相変調回路１３の変調出力は、電力増幅器１５に入力されて電力増幅され、スピーカ１６から送信信号１７として音波で送信される。【００１６】  受信側となる移動体端末側では以下のようになっている。送信信号９の信号は、受信アンテナ１８で受信された信号が増幅器１９で増幅された後、復調回路２０で復調される。復調回路２０で復調されたデータはデータ処理回路２１に入力され、ＩＤ情報２２と受信した時刻を示すタイミング情報２３を出力する。送信信号１７の信号は、マイク２５で受信して増幅値２６で増幅され、直交復調器２７に入力される。直交復調器２７では、キャリア発生回路３６で発生したキャリアで直交復調され、Ｉ成分（同相成分）２８とＱ成分（直交成分）２９を出力する。これらの出力は、それぞれ相関検出回路３０と相関検出回路３１で相関検出され、データ判定回路３２に入力される。２つの相関検出回路で相関検出を行う相関符号は、ＩＤ情報２２に基づくデータから相関符号発生回路２４で発生し、それぞれ相関検出回路３０と相関検出回路３１に入力して用いる。データ判定回路では、入力された相関検出出力から、送信信号１７を受信した時刻を示すタイミング情報３４を出力するとともに、位相回転による位相誤差情報３３を出力する。位相誤差情報３３は位相補正回路３５に入力され、その出力はキャリア発生回路３６を制御して位相誤差を補正する。２つのタイミング情報２３とタイミング情報３４およびＩＤ情報２２は位置演算回路３７に入力され、２つのタイミング情報の時間差から求まる距離と、ＩＤ情報から得られる送信局の位置情報から現在地を計算により推定し、複数の送信局からそれぞれ計算した距離と送信局位置情報をもとに現在地を計算により求めて、位置検出データ３８として出力する。移動体端末の基準周波数発生回路３９で発生した基準周波数４０は、各回路に供給され、キャリア周波数や、時間差測定の基準��なっている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】送信点と受信点間の距離と信号の到達時間を示した図。
【図２】マルチパスにより信号が受信点に到達する経路の例を示した図。
【図３】遅延波がある場合に狭帯域信と広帯域信号を受信したときの例を示した図。
【図４】遅延波がある場合の相関検出波形の例を示した図。
【図５】本発明の実施例を示した図。
【符号の説明】
【００１８】１：タイミング発生回路、２：タイミング情報、３：データ発生回路、４：送信データ、５：変調回路、６：キャリア発生回路、７：電力増幅回路、８：送信アンテナ、９：送信信号、１０：タイミング信号、１１：符号発生回路、１２：送信信号、１３：位相変調回路、１４：キャリア発生回路、１５：電力増幅器、１６スピーカ、１７：送信信号、１８：受信アンテナ、１９：増幅器、２０：復調回路、２１：データ処理回路、２２：ＩＤ情報、２３：タイミング情報、２４：相関符号発生回路、２５：マイク、２６：増幅器、２７：直交復調器、２８：Ｉ成分、２９：Ｑ成分、３０：相関検出回路、３１：相関検出回路、３２：データ判定回路、３３：位相誤差情報、３４：タイミング情報、３５：位相補正回路、３６：キャリア発生回路、３７：位置演算回路、３８：位置検出データ、３９：基準周波数発生回路、４０：基準周波数
【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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