【手続補正書】
【提出日】平成20年7月23日(2008.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を利用した測位システムにおいて、
前記高周波信号を発信するための単一の発信手段あるいは中継手段と、前記発信手段あるいは中継手段から発信された高周波信号を受信するための単一の受信手段から構成され、
前記発信手段あるいは中継手段が、複数のアンテナを周期的に切替えるためのアンテナ切替手段を有し、
前記高周波信号が、同期信号を含み、同期しあるいは直交し少なくとも周波数あるいはチップレートが異なる複数の変調信号によって変調され、あるいは複数の拡散符号によって拡散されたＧＰＳ信号と等価な信号であり、
前記受信手段が、受信した高周波信号を直接増幅し、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の受信機と、前記受信機の出力信号から同期信号を検出し、高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相と、変調信号あるいは拡散符号の位相を検出するための信号検出器を有し、
前記信号検出器において、前記複数のアンテナに対応した搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相と、前記複数の変調信号あるいは拡散符号に対応した位相を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、
前記検出結果から前記発信手段あるいは中継手段と受信手段との間の相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向を測位することによって、屋外あるいは屋内においてＧＰＳを補完することを特徴とするアクティブタグ装置。
【請求項２】
前記発信手段あるいは中継手段が複数の送信機あるいは複数組のアンテナから構成され、前記複数の送信機あるいは複数組のアンテナの各々が、異なる識別符号を含み、異なる同期タイミングによって、高周波信号を発信することを特徴とする請求項第１項に該当するアクティブタグ装置。
【請求項３】
前記中継手段が、同時送受信手段、時分割送受信手段、遅延手段、あるいはこれらの組合せを有し、受信した変調信号あるいは拡散符号に少なくとも自局の識別信号を附加し、自局に割当てられた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２項のいずれかに該当するアクティブタグ装置。
【請求項４】
前記信号検出器が、前記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、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精度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演算手段により、前記複数のアンテナに対応して搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相を検出し、あるいは前記複数の変調信号あるいは拡散符号の位相を検出し、前記検出結果から前記発信手段あるいは中継手段と受信手段との間の相対的な位置、あるいは相互間の距離および方向を測位することを特徴とする請求項第１項から第３項のいずれかに該当するアクティブタグ装置。
【請求項５】
前記受信手段が、前記発信手段あるいは中継手段と受信手段との間の相互間の距離を複数回あるいは複数の方法を選択して測定し、前記測定結果から、相互間の距離が最も短くなる組合せの平均値を求めることによって、前記発信手段あるいは中継手段と受信手段との間の相対位置、あるいは相互間の距離と方向を測位することを特徴とする請求項第１項から第４項のいずれかに該当するアクティブタグ装置。
【請求項６】
前記信号検出器が、前記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高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号を再生することを特徴とする請求項第１項から第５項のいずれかに該当するアクティブタグ装置。
【請求項７】
前記アンテナが、複数組の放射素子あるいは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、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間隔を置いて結合され、あるいは放射素子あるいは放射手段を連続して有する漏洩同軸ケーブルであることを特徴とする請求項第１項から第６項のいずれかに該当するアクティブタグ装置。
【請求項８】
前記発信手段あるいは中継手段が、水平面に対して左右前後方向に１波長以下の間隔を置いて設置された複数のアンテナを有し、垂直面に対して上下左右方向に１波長以下の間隔を置いて配置されされた複数のアンテナを有し、あるいは任意の面に対して任意の方向に１波長以下の間隔を置いて配置された複数のアンテナを有することを特徴とする請求項第１項から第７項のいずれかに該当するアクティブタグ装置。
【請求項９】
前記単一の発信手段あるいは中継手段が、必要な数のＧＰＳ衛星局からの信号が直接到達できないエリアに向けて、ＧＰＳ信号と等価な高周波信号を発信し、受信手段が、前記発信手段あるいは中継手段と前記受信手段との間の相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向を測位することを特徴とする請求項第１項から第８項のいずれかに該当するアクティブタグ装置。
【請求項１０】
前記高周波信号が、比較的に短い周期と比較的に長い周期の変調信号あるいは拡散符号により変調されあるいは拡散され、前記比較的に短い周期の変調信号あるいは拡散符号によって前記受信手段の信号検出器を起動し、前記比較的に長い周期の変調信号あるいは拡散符合によって前記発信手段あるいは中継手段と受信手段との間の相対位置、あるいは相互間の距離と方向を測位することを特徴とする請求項第１項から第９項のいずれかに該当するアクティブタグ装置。
【請求項１１】
前記発信手段あるいは中継手段が離散的に複数台設置され、前記受信手段が前記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測位した相対位置、あるいは相互間の距離と方向を基準点とし、慣性航法に活用することを特徴とする請求項第１項から第１０項のいずれかに該当するアクティブタグ装置。
【請求項１２】
前記発信手段がＧＰＳと等価な高周波信号を発信する擬似衛星局であり、前記中継手段が前記擬似衛星局から発信されるＧＰＳと等価な高周波信号を中継し再発信する擬似衛星局であることを特徴とする請求項第１項から第１１項のいずれかに該当するアクティブタグ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】アクティブタグ装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単一の発信手段あるいは中継手段からＧＰＳ信号と等価な高周波信号を間欠的に発信し、単一の受信手段によって前記単一の発信手段あるいは中継手段との相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向を高い精度で測位するアクティブタグ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アクテイブタグ装置が提案されている。（例えば、特許文献１〜４、非特許文献１）
【特許文献１】特開２００３−５７３２６号
【特許文献２】特開平１０−０４８３１７号
【特許文献３】特開２００６−２０１１５１号
【特許文献４】特開２００５−０８３８８８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
【０００３】
図１０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、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。
【０００４】
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６１〜６４に対応してどこで受信されたかを判定するものである。
したがって、特許文献１に記載された従来の技術は、屋外あるいは屋内でＧＰＳを補完するものでなく、また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悪化に対する対策が採られていないなどの問題点がある。
【０００５】
また、特許文献２に記載されている従来の「位置検出システム」では、複数の固定受信局により複数のＧＰＳ衛星局からの電波を受信して施設内へ再送信し、前記の再送信した電波とは別にそれぞれの固定受信局の位置情報を付加した電波を施設内へ再送信する。
移動受信局は、前記固定受信局を経由したＧＰＳ衛星からの電波を受信して位置を測位し、前記位置情報を付加した電波の強さを測定して距離を測定するものであり、少なくとも３つの固定受信局が必要である。
最終的な位置の測位は固定受信局を経由して受信した電波と位置情報を付加した電波の強さにより求めているため、基本的に高精度の測位が難しい上にマルチパスによる位置測位精度の劣化が問題となる。
【０００６】
また、特許文献３に記載されている従来の「測位信号発生装置」では、予め準備された航法メッセージを格納する記憶手段と、外部からの情報の入力を受け付ける入力手段とを備え、前記情報は時刻を表わす時刻情報を含み、時刻を計測する計時手段を備え、前記航法メッセージと、前記計時手段により計測された時刻とを、予め定められた複数のコードを用いて符号化し、測位のための擬似ＧＰＳ信号を発信するものであり、前記測位信号発生装置からの概略の距離を測定することしかできないことから、高精度の測位が難しい問題点がある。
【０００７】
また、特許文献４に記載されている従来の「ＲＴＫ測位システム及びその測位方法」では、予め複数のスードライトの位置と固定基準局受信機の位置とは既知とし、前記スードライトからの信号のコードと搬送波位相とは固定基準局受信機と移動基準局受信機と利用者の有するローバ受信機とによりそれぞれ測定する。
【０００８】
固定基準局受信機と移動基準局受信機とローバ受信機とにおいてそれぞれ測定したコードのデータと搬送波位相のデータとはデータリンクを用いて利用者処理ユニットに送信し、利用者処理ユニットでは、固定基準局受信機と移動基準局受信機との間の基線及び移動基準局受信機とローバ受信機との間の基線が決定される。
決定された２つの基線と固定基準局受信機の既知の位置とから、ローバ受信機の測位を行うものであり、３次元の測位を行なうために少なくとも４基のスードライト（擬似衛星局）が必要であり、更に、利用者処理ユニットの他に、固定基準局受信手段と移動基準局受信手段とからなる２基の基準局受信手段と、ローバ受信機と、データリンクが必要であることから、システムが複雑であり、取り扱いが煩雑であり、高価となる問題点がある。
【０００９】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
単一の発信手段あるいは中継手段から、ＧＰＳ信号と等価な高周波信号を間欠的に発信し、単一の受信手段によって相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向を測位することによって、屋外あるいは屋内などでＧＰＳを補完し、屋外の開空間あるいは屋内等の閉空間に関わらず、マルチパスの影響を軽減しあるいは排除して相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向を高い精度で測位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】
【００１１】
この発明に係わるアクティブタグ装置は、単一の発信手段あるいは中継手段が、複数のアンテナを接続して周期的に切替えるためのアンテナ切替手段を有し、同期信号を含むＧＰＳ信号と等価な高周波信号を発信し、前記高周波信号が同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の変調信号によって変調され、あるいはチップレートが異なる複数の拡散符号によって拡散され、
単一の受信手段が、前記複数のアンテナに対応した搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相と、前記複数の変調信号あるいは複数の拡散符号に対応した位相を、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、
前記検出結果から発信手段あるいは中継手段と受信手段との間の相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向を測位することによって、屋外あるいは屋内などでＧＰＳを補完しマルチパスの影響を排除し高い精度で測位する。
【発明の効果】
【００１２】
従来の位置測位技術では、間隔を置いて少なくとも３局以上の擬似衛星局を設置し、双曲線航法によって測位を行っているため、屋内等の閉空間で生じるマルチパスによって位置測位誤差が悪化する問題点があった。
本発明のアクティブタグ装置では、屋外あるいは屋内などでＧＰＳをシームレスに結ぶことが可能であり、しかも単一の発信手段あるいは中継手段と単一の受信手段との間の相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向の測位を行うため、測位精度が飛躍的に向上し、しかもマルチパスによって生じる位置測位精度の悪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】
【００１３】
この発明に係わるアクティブタグ装置は、図１および請求項１に示すように、高周波信号を発信するための単一の発信手段１と、前記発信手段１から発信された高周波信号を受信するための単一の受信手段２から構成され、前記発信手段１が、複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄを周期的に切替えるためのアンテナ切替手段１６を有し、前記高周波信号が、同期信号を含み、同期しあるいは直交し少なくとも周波数あるいはチップレートが異なる複数の変調信号によって変調され、あるいは複数の拡散符号によって拡散されたＧＰＳ信号と等価な信号であり、
【００１４】
前記受信手段２が、受信した高周波信号を直接増幅し、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の受信機と、前記受信機の出力信号から同期信号を検出し、高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相と、変調信号あるいは拡散符号の位相を検出するための信号検出器２６を有し、前記複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄに対応した搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相と、前記複数の変調信号あるいは拡散符号に対応した位相を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、前記検出結果から前記発信手段あるいは中継手段と受信手段との間の相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向を測位することによって、屋外あるいは屋内においてＧＰＳを補完する。
【００１５】
ここで、前記発信手段１の複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄを周期的に切替えられながら発信する高周波信号が、空間での伝搬路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、前記受信手段２において前記複数の測定信号の位相差を測定することによって、各アンテナ１１ａ〜１１ｄｃに対応する前記受信手段２まで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。
【００１６】
図２および請求項３では、信号生成器１５、ミキサ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２４、および信号検出器２６から構成される受信機が切替えスイッチ１９で切替えられ、アンテナスイッチ１６を介して複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄに接続されている。
前記送信機から発信される高周波信号は中継手段３のアンテナ３１によって受信され、低雑音増幅器３５で増幅され、図６に示すように、信号中継器３６において、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、自局に割当てられたタイミングで、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、前記発受信手段４のアンテナ１１ａ〜１１ｄで受信される。
【００１７】
ここで、送信機の複数のアンテナ１１ａから１１ｄから発信される高周波信号が、空間での伝搬路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、前記複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄに対応して受信した複数の測定信号の位相差を測定することによって相互間の距離を検出し、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。
【００１８】
図３、図４あるいは請求項７では、前記複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄの代わりに漏洩ケーブルあるいは漏洩同軸ケーブル９０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、前記漏洩ケーブル９０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。
【００１９】
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。
【００２０】
図７あるいは請求項７では、伝送線路９０に設けた複数の結合点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に複数の増幅器あるいは周波数変換器４０２ａ〜４０２ｄを介して複数組の放射素子あるいは放射手段４０３ａ〜４０３ｄを接続し、前記漏洩ケーブル９０を用いる場合と同様な効果が得られる。
【００２１】
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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態を示す構成図である。図１において、１は単一の発信手段（あるいはアクティブタグ）、１１ａ〜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は空間での伝播路を示し、２は単一の受信手段（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、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。
【００２３】
前記発信手段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、相互間の距離と方向を測定するための測定信号を基準発振器１８に同期して生成する。
前記信号生成器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〜１１ｄに周期的に切替えられ、高周波信号として伝搬路２０に放射される。
【００２４】
前記受信手段（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。
【００２５】
前記信号検出器２６において、前記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、前記デジタル信号からシステム同期信号を検出し、更に、前記アンテナ切替器３０により選択しあるいは周期的に切替えながら、前記同期信号の受信タイミングを起点として測定信号の位相を検出し、前記検出結果から、前記発信手段１と受信手段２との間の相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向を測位する。
【００２６】
まず、前記発信手段１に複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄが接続され高周波信号の１波長以下の間隔で設置されている場合、前記アンテナ切替器３０によって前記発信手段１の複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄを周期的に切替えながら高周波信号を間欠的に発信し、前記受信手段２において、前記複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄに対応して高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相を測定して比較することで、前記発信手段１と受信手段２との間の相互間の方向を測定することができる。
【００２７】
次に、前記発信手段１において、高周波信号を変調信号ＡＳｉｎ（２πｆ０ｔ＋φａ）で変調して発信し、前記複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄを周期的に切替えながら発信しているとする。前記高周波信号がＬ（ｍ）伝搬すると、前記変調信号の振幅と位相がそれぞれ変化しａＳｉｎ｛２πｆ０ｔ＋φａ＋（２πＬｆ０／Ｃ）｝となる。
前記発信手段１のアンテナ１１ａ〜１１ｄの何れかと前記受信手段２との間でマルチパス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、前記受信手段２において、マルチパスが生じたアンテナ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。
【００２８】
前記伝搬距離の差をΔＬ（ｍ）とし、前記受信手段２で復調される変調信号は、ａｂＳｉｎ｛２πｆ０ｔ＋φａ−φｂ＋（２π（Ｌ＋ΔＬ）（ｆ０／Ｃ））となり、前記マルチパスを生じたアンテナから受信した変調信号と他のアンテナから受信した変調信号と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〜１１ｄの内からΔΦが最も少なくなる組合せを選択することで、前記発信手段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測位することができる。
【００２９】
前記発信手段１が直交する２つの変調信号あるいは拡散符号ＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ＋φａ）とＡＳｉｎ（２πｆ２ｔ＋φａ）で変調されあるいは拡散された高周波信号を発信しているとし、前記高周波信号がＬ（ｍ）伝搬すると変調信号あるいは拡散符号の振幅と位相がそれぞれ変化し、ａＳｉｎ｛２π（ｆ１）ｔ＋φａ＋（２πＬ（ｆ１）／Ｃ）｝とａＳｉｎ｛２π（ｆ２）ｔ＋φａ＋（２πＬ（ｆ２）／Ｃ）となる。
前記受信手段２によって復調された変調信号あるいは拡散符号は、ａｂＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋φａ−φｂ＋（２πＬ（ｆ１）／Ｃ）｝とａｂＳｉｎ｛２πｆ２ｔ＋φａ−φｂ＋（２πＬ（ｆ２）／Ｃ）｝となり、前記直交する２つの変調信号あるいは拡散符号間の位相差を求めると、ΔΦ＝｛２πＬ（（ｆ２）／Ｃ）−２πＬ（（ｆ１）／Ｃ）｝＝２πＬ（ｆ２−ｆ１）／Ｃとなり、Ｌ＝｛（ΔΦ×Ｃ）／（２π（ｆ２−ｆ１））｝から距離Ｌ（ｍ）が測定できる。
【００３０】
以上の原理は低い周波数の変調信号あるいは低いチップレートの拡散符号と、高い周波数の変調信号あるいは高いチップレートの拡散符号との間で、空間での伝搬速度は同じであるが、位相の回転が異なることから理解できる。ただし、前記低い周波数の変調信号あるいは低いチップレートの拡散符号と、高い周波数の変調信号あるいは高いチップレートの拡散符号とは、お互いに同期しておりあるいは直交しているよう厳密に管理する必要がある。更に、両者はお互いに整数倍であることが望ましい。
【００３１】
この問題点を解決するためには、図９に直交する２つの信号の関係を示すように、直交する点のタイミングを前記発信手段１と受信手段２が共有する必要があるが、通常、前記発信手段１と受信手段２は距離が離れておりタイミングを共有できないので、前記受信手段２において前記発信手段１との同期を確立し保持することで相互間の距離を測定し、三角法あるいは双曲線航法により当該受信手段２の位置を算出することで解決できる。
【００３２】
なお、上記の説明では、前記発信手段１に複数のアンテナを設ける場合について説明したが、前記発信手段１をアクティブタグとして移動体が携帯し、前記受信手段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て搬送波信号の位相差を測定するとともに、前記複数の変調信号あるいは拡散符号間の位相差を測定することで、前記発信手段１と前記受信手段２との間の相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向を測位できる。
【００３３】
また、前記発信手段１のアンテナの指向性を前記受信手段２の上方から前記受信手段２に向けることで前記受信手段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、前記受信手段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信号を再生し、あるいは再生した搬送波信号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位相を検出することができる。
【００３４】
また、前記発信手段１から１．５ＧＨｚ帯あるいは２．４ＧＨｚ帯で１ｍＷ程度の高周波信号を発信す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い周波数の変調信号として２ＭＨｚ、低い周波数の変調信号として０．５ＭＨｚ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、距離を±１０ｃｍ程度の精度で測定することが可能となる。これと比較して、従来の無線ＬＡＮによる測位のように、同期信号を送受信する際の時間差を検出して位置を判定する方法では±１〜３ｍ程度の誤差が生じている。
【００３５】
また、前記受信手段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て搬送波信号を再生し、複数のアンテナ２１ａと２１ｂに対応して位相差を測定することで、前記受信手段２が向かっている方向を検知することが可能である。
また、前記発信手段１のアンテナ切替器１６あるいは前記受信手段２のアンテナ切替器３０あるいはこれらの両方に対して、複数のアンテナを切替え、組合わせを変え、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。
【００３６】
また、前記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。
【００３７】
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、前記発信手段１が前記複数のアンテナを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と異なるタイミングを与えて高周波信号を発信し、受信機２において相対距離を測定し、比較的に距離を短く測定した結果を採用することでマルチパスの影響を軽減することができる。
【００３８】
また、前記発信手段１のアンテナの指向性が前記受信手段２の方向を向くよう設置し、前記受信手段２のアンテナの指向性が前記発信手段１の方向を向くよう設置することで、マルチパスの影響を軽減することができる。
また、前記発信手段１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な電波であり、あるいは将来の電波法の改正により発信が許可される電波であり、かつＧＰＳ信号と等価な高周波信号であり、あるいはＧＰＳ受信機を切替えることで受信可能な高周波信号を用いることができる。
【００３９】
また、前記高周波信号が比較的に長い周期の変調信号により変調されあるいは拡散符号により拡散されており、前記比較的に長い周期の変調信号あるいは拡散符号により、前記発信手段１と前記受信手段２との間で精密な同期を確立することによって、測位精度を改善することができる。
また、前記発信手段１が他局に干渉しない程度の比較的に長い時間間隔で間欠発信し、複数台の発信手段が離散的に設置され、前記受信手段２において前記複数の発信手段の真下あるいはその近傍を通過する際に測位を行うことで慣性航法の基準点とし、前記受信手段２の位置を高精度で測位することができる。
【００４０】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施形態を示す構成図である。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〜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は空間での伝搬路を示し、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。
【００４１】
前記発受信手段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、距離と方向を測定するための複数の測定信号を基準発振器１８に同期して生成しているものとする。
前記信号生成器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、あるいは複数の変調信号あるいは複数の拡散符号によって構成される測定信号によって変調されあるいは拡散され、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〜１１ｄに切替えて接続され、高周波信号として伝搬路２０に放射される。
【００４２】
前記伝搬路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３４で低雑音増幅器３５に接続され、前記信号中継器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測定信号に変換される場合には必要な遅延が与えられ、あるいは別の搬送周波数に変換される場合には遅延無しに変換されると共に、前記中継手段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から伝搬路２０に再発信される。
【００４３】
前記再発信された高周波信号は発受信手段４のアンテナ１１ａ〜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により必要な高周波信号が選択され、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。
【００４４】
前記信号検出器２６において、前記中間周波信号から搬送波信号あるいは副搬送波信号が再生され、かつ前記複数の変調信号あるいは拡散符号が復調され、前記変調信号あるいは拡散符号から前記中継手段３の識別信号を検出し、更に、前記アンテナ切替器１６により選択しあるいは周期的に切替ながら前記搬送波信号あるいは副搬送波信号および前記複数の変調信号あるいは拡散符号の位相を検出し、相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向を測位する。
【００４５】
前記発受信手段４の複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄが比較的に近接して設置されている場合、前記発受信手段４の複数のアンテナ１１ａ〜１１ｄ毎に、前記前記複数の変調信号あるいは拡散符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。
【００４６】
ここで、前記発受信手段４を一体化せず発信手段と受信手段を個別に設け、前記中継手段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、前記中継手段３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、前記受信手段２において前記中継手段３の複数のアンテナとの間で前記前記複数の変調信号あるいは拡散符号の位相を検出して前記受信手段の位置あるいは方向を検知することができる。
【００４７】
また、前記中継手段３の複数の送信アンテナを切替えるタイミングを前記発信手段から発信される信号に含まれる同期信号を用いることで、前記中継手段３と前記受信手段との間で前記アンテナを切替えるタイミングと前記前記複数の変調信号あるいは拡散符号の位相を検出するタイミングを同期させることができる。
また、前記発信手段が単一の擬似衛星局である場合に、前記中継手段３によって前記擬似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ことによって、前記受信手段と前記中継手段３との間の相対的な位置を測位することができる。
【００４８】
（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施形態を示す構成図である。図３において、２１ａ〜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。
【００４９】
前記発信手段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、距離および方向を測定するための複数の測定信号を基準発振器１８に同期して生成しているものとする。
前記信号生成器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て接続し、前記漏洩同軸ケーブル９０から高周波信号として空間２０に放射される。
【００５０】
前記漏洩同軸ケーブル９０は、伝送する高周波信号の半波長あるいは４分の１波長の間隔でスリットが設けられ、前記スリットから高周波信号を前記漏洩同軸ケーブル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、放射電界が前記漏洩同軸ケーブル９０の近傍に限定でき、前記漏洩同軸ケーブル９０からの距離に反比例する等の特性を有する。
ここで、受信手段２のアンテナ２１ａ〜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。
【００５１】
前記４基のアンテナ２１ａ〜２１ｄが前記漏洩同軸ケーブル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。
【００５２】
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を携帯する歩行者は前記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。
【００５３】
前記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。
【００５４】
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、前記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間の前記漏洩同軸ケーブル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、前記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。
【００５５】
前記漏洩同軸ケーブル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てこれをＬ０（ｍ）とし、接続点９１ａと特定の放射点９２との間の距離を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、前記発信手段１が変調信号ＡＳｉｎ（２πｆ０ｔ＋φａ）で変調された高周波信号を接続点９１ａと９１ｂを周期的に切替えながら発信しているとする。
【００５６】
前記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）伝搬されると前記変調信号の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）伝送されると前記変調信号の振幅と位相がそれぞれ変化し、ａＳｉｎ｛２πｆ０ｔ＋φａ＋（２π（Ｌ０＋Ｌ２）ｆ０／Ｃ）｝となる。
【００５７】
前記変調信号の発信手段１のアンテナ切替器１６によって前記高周波信号が接続点９１ａ側に接続されたときの前記受信手段２で検出した前記変調信号の位相差と接続点９１ｂ側に接続されたときの前記変調信号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、前記放射点９２が前記漏洩同軸ケーブル９０のどの位置にあるかを検知することができる。
【００５８】
また、前記発信手段１が直交する２つの変調信号ＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ＋φａ）とＡＳｉｎ｛２πｆ２ｔ＋φａ｝で変調された高周波信号を発信しているとし、前記位相差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。
【００５９】
また、前記漏洩同軸ケーブル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その他の伝送手段に接続し、前記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、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。
【００６０】
また、前記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。
【００６１】
（実施の形態４）
図４は、本発明の第４の実施形態を示す構成図である。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は前記漏洩同軸ケーブル９０ａの接続点、９１ｃ、９１ｄは前記漏洩同軸ケーブル９０ｂの接続点、９２は特定の放射点、９３は前記接続点９１ａから前記特定の放射点９２までの長さＬ１（ｍ）、９４は前記放射点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と同様であり、前記双方向中継手段５によって折返すことで、図３と同様な効果が得られる。
【００６２】
図５は、本発明の信号生成器および信号検出器の実施例である。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はシステム同期信号生成器、１０５は測定信号生成器、１０６はタイミング制御器、２６は信号検出器、２０１は入力端子、２０２は復調器、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。
【００６３】
前記システム同期信号生成器１０４は、発信手段（記載せず）が、例えば、ＧＰＳと同じ１．５ＧＨｚ帯の高周波数信号を間欠発信する場合の先頭部分に付加するためのシステム同期信号を生成する。
前記測定信号生成器１０５は、前記システム同期信号に引き続いて前記高周波信号に付加するための、複数の変調信号あるいは複数の拡散符号を含む測定信号を生成する。
また、前記システム同期信号は、受信手段（記載せず）において前記複数の変調信号あるいは複数の拡散符号の検出を開始するためのタイミングを検知するための信号であり、あるいは前記中継手段が中継動作の起動を開始する信号である。
【００６４】
前記タイミング制御器１０６はシステム同期信号生成器１０４および測定信号生成器１０５の起動のタイミングを制御するためのものであり、最初にシステム同期信号生成器１０４を起動し、次に測定信号生成器１０５を起動し、次に複数のアンテナを切替え、複数の変調信号あるいは複数の拡散符号を切替えるタイミング信号を生成する動作を前記発信手段の間欠発信の周期に合わせて行うものである。
前記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と、複数の変調信号あるいは複数の拡散符号を切替える回数とによって決まり、通常は、前記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。
【００６５】
一方、入力端子２０１に接続された中間周波数信号から高周波信号の搬送波信号が再生され、かつ復調器２０２によって複数の変調信号あるいは複数の拡散符号が復調され、前記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、更に前記デジタルフイルタ２０３によって、低い周波数の変調信号あるいは拡散符号と、高い周波数の変調信号あるいは拡散符号と、搬送波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において前記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。
【００６６】
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スペクトルに変換して用いても同様に位相スペクトルが検出できる。
【００６７】
また、前記高い周波数の変調信号と低い周波数の変調信号の位相を検出する際、前記変調信号の複数サイクル分の窓枠を設定してメモリに記憶し、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問題点がある。
【００６８】
また、前記入力端子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、前記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前記発信手段あるいは中継手段との間の相互間の方向を検知することができる。
また、前記再生した搬送波を用いて変調信号を同期検波し、前記再生した変調信号の位相差を測定することで、前記発信手段あるいは中継手段と受信手段との間の相互間の距離を測定することができる。
【００６９】
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。
前記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によって前記高周波信号は必要な時間遅延され、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。
【００７０】
一方、前記信号検出制御器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、前記中継手段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。
【００７１】
なお、前記遅延手段３０５が前記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。
【００７２】
また、前記遅延時間は前記発信手段の発信時間より長い時間とし、前記遅延時間経過後折返し発信を起動するものとする。
また、前記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。
【００７３】
図７は、本発明の第５の実施形態を示す構成図である。  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〜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。
【００７４】
前記接続点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、前記結合手段４０１ａ〜４０１ｄによって減衰された値で結合され、前記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、前記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。
【００７５】
前記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、前記伝送線路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、前記アンテナ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。
前記アンテナ２１ａ〜２１ｄが水平面内で左右前後に配置され周期的に切替えられながら、前記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。
【００７６】
前記アンテナ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。前記受信手段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の真下で半径１．５ｃｍの円内に居ることになる。
【００７７】
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、前記伝送線路９０を通路の曲線に沿って設置し、前記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。
【００７８】
また、前記結合手段４０１ａ〜４０１ｄおよび前記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、前記同期信号に同期して前記発信手段４０２ａから順次高周波信号を発信することで、前記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。
【００７９】
また、前記発信手段あるいは増幅器あるいは周波数変換器４０２ａ〜４０２ｄへの電力の供給は前記伝送路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、前記伝送線路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前記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。
【００８０】
また、前記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、前記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。
【００８１】
図８は、本発明の位置測位の実施例である。  図８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。
【００８２】
前記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１波長以下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。
前記受信手段２が前記指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下から角度４２の方向であり、前記指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄからＬｍの距離に存在するとすると、Δｄ（Ｙ）＝｛(Ｌ×Ｔａｎ｛Δφ×Ｔａｎ｛Δφ（Ｘ）｝、Δｄ（Ｙ）＝｛(Ｌ×Ｔａｎ｛Δφ×Ｔａｎ｛Δφ（Ｘ）｝。ここで、Δｄ（Ｘ）、Δｄ（Ｙ）は前記指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下からの距離４５、Ｈは前記アンテナ１１ａ〜１１ｄの高さ４３、Ｌ（ｍ）は前記指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄから前記受信手段２のアンテナまでの距離、Δｄ（Ｘ）、Δｄ（Ｙ）は前記指向性アンテナの真下からの角度４２である。
【００８３】
前記指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下の位置を（Ｘ１、Ｙ１）とすると、前記受信手段２のアンテナの位置（Ｘｘ、Ｙｙ）は、Ｘｘ＝Ｘ１＋Δｄ（Ｘ）  Ｙｙ＝Ｙ１＋Δｄ（Ｙ）が測位できる。
ここで、Δｄ（Ｘ）、Δｄ（Ｙ）の測位精度は、方向の測定精度として±０．５度以下が実現できることから、前記指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの真下では、位置測位精度は、Ｌ＝２ｍとすると、２ｍ×ｔａｎ（±０．５）＝±１．７ｃｍと高い水準であり、前記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、前記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、前記受信手段２に指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄを接続して切替えても同様に前記受信手段１の位置を測位することができる。
【００８４】
また、前記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、前記受信手段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の位置を測位するすることができる。
また、前記指向性アンテナ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な電波であり、あるいは実質的に微弱な電波の場合でも、前記指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄが天井などに設置されると高さＨが３ｍ前後であり前記受信手段２で確実に受信することができる。
また、前記受信手段２が、前記指向性アンテナ１１ａ〜１１ｄの指向性パターンの範囲内を移動している間に、前記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。
【００８５】
図９は、本発明のアクティブタグ装置に用いる高周波信号の実施例である。  図９において、５１は同期信号を発信するタイミング、５２ａ~５２ｃは複数の測定用信号を発信するタイミング、５３は時間軸である。
前記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〜５２ｃが含まれており、システム同期信号５１には前記発信手段あるいは中継手段の識別信号を含んでおり、測定用信号５２ａ〜５２ｃは距離と方向の測定信号であり、測定信号５２ａは、例えば、周波数が低い変調信号でありあるいはチップレートが低い拡散符号であり、測定信号５２ｂは、例えば、測定信号５２ａと同期しあるいは直交する周波数が高い変調信号あるいはチップレートが高い拡散符号であり、測定信号５２ｃは、例えば、無変調の搬送波信号あるいは副搬送波信号である。
【００８６】
前記測定用信号５２ｃを発信している間に前記複数のアンテナを順次切替え、これを複数回、例えば、１６回程度繰り返し、受信手段側で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な電波としてＧＰＳの信号と等価な電波を連続的にあるいは間欠的に発信し、前記同期信号５１に前記発信手段あるいは中継手段を識別するための識別信号を含めたデジタル信号を割当てることができる。
【００８７】
また、前記測定用信号５２ａ〜５２ｃに同期信号５１を重畳しおよび／あるいは識別信号を重畳することでも同様な効果が得られる。
また、前記中継手段がシステム同期信号を含む高周波信号を受信すると時分割中継に必要な遅延時間をおいて前記中継手段の識別信号を附加して再発信する。
また、前記測定用信号５２ａ〜５２ｃが拡散符号により拡散されている場合には、前記受信手段において逓倍器あるいはコスタスループを用いて逓倍し、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同等な効果が得られる。
【００８８】
また、前記測定用信号５２ａ〜５２ｃを連続的にあるいは間欠的に繰り返す場合、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に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、前記同期信号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ための局情報を含めることができる。
【００８９】
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処理し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問題点がある。
また、前記信号検出器において、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、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精度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演算手段により、前記複数のアンテナに対応して搬送波信号あるいは副搬送波信号の位相を検出し、あるいは前記複数の変調信号あるいは拡散符号の位相を検出することができる。
【００９０】
また、前記発信手段あるいは中継手段において高速の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として直接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。
【００９１】
また、前記伝送手段として屋内の電気・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、発信手段あるいは中継手段が、水平面に対して左右前後方向に１波長以下の間隔を置いて設置された複数のアンテナを有し、垂直面に対して上下左右方向に１波長以下の間隔を置いて配置されされた複数のアンテナを有し、あるいは任意の面に対して任意の方向に１波長以下の間隔を置いて配置された複数のアンテナを設けることができる。
【００９２】
また、発信手段がＧＰＳ信号と等価な高周波信号を発信する擬似衛星局であり、中継手段が前記擬似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、あるいは中継手段に割当てられたタイミング信号あるいは同期信号に従って、前記複数のアンテナを順次切替えながら再発信し、前記受信手段において前記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前記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前記受信手段の位置を測位しあるいは補正することができる。
【００９３】
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設置する発信手段あるいは中継手段に情報をダウンロードする手段を設け、前期受信手段を携帯する歩行者あるいはロボットなどが前記情報をもとにナビゲーションサービスを受けることができる。
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な電波とは、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３．５μＶ／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、前記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。
また、単一の発信手段あるいは中継手段が、必要な数のＧＰＳ衛星局からの信号が直接到達できないエリアに向けてＧＰＳ信号と等価な高周波信号を発信し、受信手段が、前記発信手段あるいは中継手段と前記受信手段との間の相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向を測位することで、屋外と屋内でＧＰＳをシームレスに接続することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
単一の発信手段あるいは中継手段と単一の受信手段との間の相対的な位置、あるいは相互間の距離と方向が高精度で測位でき、しかも、マルチパスによって測位精度が悪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、前記発信手段あるいは中継手段が電波法で規定される微弱な電波あるいは将来改正される電波法により規定される電波を発信し、前記電波がＧＰＳと等価な電波で有る場合には、ＧＰＳが届かない屋内などでＧＰＳを補完しあるいはシームレスに接続するものとして活用できる。
また、複数のアンテナとして、複数の放射素子あるいは放射手段を有する伝送線路、あるいは漏洩同軸ケーブルを接続することで、前記伝送線路あるいは漏洩同軸ケーブルの真下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】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す構成図
【図２】本発明の第２の実施形態を示す構成図
【図３】本発明の第３の実施形態を示す構成図
【図４】本発明の第４の実施形態を示す構成図
【図５】本発明の信号生成器および信号検出器の実施例
【図６】本発明の信号中継器の実施例
【図７】本発明の第５の実施形態を示す構成図
【図８】本発明の位置測位の実施例
【図９】本発明のアクティブタグ装置に用いる高周波信号の実施例
【図１０】従来の位置判定システムの構成図
【符号の説明】
【００９６】
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〜１１ｄ      アンテナ
１２                      帯域通過フイルタ
１３                      電力増幅器
１４                      ミキサ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                      無線信号の空間伝搬路
２１ａ〜２１ｄ            アンテナ
【００９７】
２２                      帯域通過フイルタ
２３                      低雑音増幅器
２４                      ミキサ
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
【００９８】
９０、９０ａ              漏洩同軸ケーブル
９１、９１ａ〜９１ｄ      漏洩同軸ケーブルの接続点
９２                      漏洩同軸ケーブルの特定の放射点
９３                      接続点９１ａと放射点９２の距離
９４                      接続点９１ｂと放射点９２の距離
９５                      漏洩同軸ケーブルの間隔
９６                      接続点９１ｃと接続点９１ｄの距離
１０１                    入力端子
１０２                    ＸＯＲ回路
１０４                    システム同期信号生成器
１０５                    測定信号生成器
１０６                    タイミング制御器
１０７                    基準発振器信号入力端子
【００９９】
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
【０１００】
４０１ａ〜４０１ｆ        結合器
４０２ａ〜４０２ｆ        増幅器あるいは周波数変換器
４０３ａ〜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                      発信手段のアンテナの真下からの角度
４３                      発信手段のアンテナの高さ
４４                      受信手段のアンテナの高さ
４５                      発信手段のアンテナの真下からの距離
５１                      同期信号
５２ａ〜５２ｃ            測定用信号
５３                      時間軸
【０１０１】
６１〜６４                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
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2007010639.tif 000001
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2007010639.tif 000002
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2007010639.tif 000003
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2007010639.tif 000004
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】削除
【補正の内容】