(57)【要約】【課題】第１無線局と第２無線局とで電波の送受信を行なうことにより２つの無線局間の電波の往復伝搬時間を算出し、この往復伝搬時間に基づいて２つの無線局間の距離を算出する測距システム、および、算出された距離に基づいて一方の無線局である移動局の測位を行なう移動局測位システムを簡易な構成により提供する。【解決手段】第１無線局が電波を発信し（ＳＡ２）、第２無線局が受信する（ＳＡ３）。第２無線局は受信波を、該受信波と干渉することがなく受信波に含まれた拡散符号を変更することなく含む返信波に変換する電波特性変換部６６を有し、該電波特性変換部６６により変換した返信波を第１無線局に返信する（ＳＡ４）。第１無線局は返信波を受信し（ＳＡ５）、電波の発信時刻と返信波の受信時刻と第２無線局の処理時間とに基づいて電波の往復伝搬に要した時間を算出し（ＳＡ７）、２つの無線局間の距離を算出する（ＳＡ８）。【選択図】図５
2009085801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１無線局および第２無線局間の距離を電波を用いて測定する測距システムであって、
拡散符号を含む電波を発信する第１発信部と、第２の無線局から発信された電波を受信する第１受信部と、該第１受信部により受信された電波の受信時刻を該受信された電波に含まれる拡散符号と予め設定された該拡散符号のレプリカ符号との相関値に基づいて検出する受信時刻検出部と、を有する第１無線局と
該第１無線局から発信された電波を受信する第２受信部と、該第２受信部により受信された電波の特性を、変換前後の電波が干渉することがなくかつ電波に含まれる拡散符号を変更することなく変換する電波特性変換部と、該電波特性変換部により変換された電波を発信する第２発信部と、を有する第２無線局と、
前記受信時刻検出部により検出された受信時刻と前記第１発信部により電波を発信した発信時刻と前記第２無線局の電波特性変換部における処理時間とに基づいて、第１無線局および第２無線局の間の電波の往復伝搬時間を算出する往復伝搬時間算出部と、
該往復伝搬時間算出部により算出された前記往復伝搬時間に基づいて第１の無線局と第２の無線局との間の距離を算出する測距部と
を有することを特徴とする測距システム。
【請求項２】
前記電波特性変換部は、受信した電波の周波数を変換するものであること
を特徴とする請求項１の測距システム。
【請求項３】
前記電波特性変換部は、受信した電波の偏波特性を変換するものであること
を特徴とする請求項１の測距システム。
【請求項４】
３以上の基地局のそれぞれと移動局との距離を算出し、該算出された距離に基づいて該移動局の位置を算出する移動局測位システムであって、
前記基地局のそれぞれを前記第１無線局、前記移動局を前記第２無線局とした場合に、前記基地局のそれぞれと前記移動局との距離を算出する請求項１乃至３のいずれか１に記載の前記測距システムと、
該測距システムによって得られる前記基地局のそれぞれと前記移動局との距離と、予め記憶された前記基地局のそれぞれの位置についての情報とに基づいて前記移動局の位置を算出する測位部とを、有すること
を特徴とする移動局測位システム。
【請求項５】
１の基地局と移動局との距離を算出し、該算出された距離に基づいて該移動局の位置を算出する移動局測位システムであって、
前記基地局は、指向性を有するアンテナと、該指向性を有するアンテナにより前記移動局からの電波の到来方向を検出する到来方向検出部とを有するものであり、
前記基地局を前記第１無線局とし、前記移動局を前記第２無線局とした場合に、前記基地局と前記移動局との距離を算出する請求項１乃至３のいずれか１に記載の前記測距システムと、
前記測距システムによって得られる前記基地局と前記移動局との距離と、前記到来方向検出部によって得られる移動局からの電波の到来方向とに基づいて前記移動局の位置を算出する測位部とを、含むこと
を特徴とする移動局測位システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の無線局間で行なわれる無線通信の結果に基づいて該無線局間の距離の算出を行なう測距システムおよび該測距システムを有する移動局測位システムに関するものであり、特に、複数の無線局間のそれぞれの電波の往復伝搬時間に基づいて複数の無線局間の距離をそれぞれ算出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動局および基地局間で行なわれる無線通信の結果に基づいて移動局の位置の算出を行なう移動局測位システムが提案されている。この移動局測位システムにおいては、前記移動局および基地局間の無線通信の結果に基づいて移動局と基地局との距離を算出し、算出された各基地局と移動局との距離と各基地局の位置に関する情報に基づいて例えば三点測量の原理を用いて移動局の位置を算出する方法が広く用いられている。
【０００３】
ここで、前記移動局および基地局間の無線通信の結果に基づいて移動局と基地局との距離を算出する方法としては、例えば、移動局および基地局間の電波の伝搬時間を測定し、測定された伝搬時間に電波の速度を乗ずることによって得る方法が用いられる。具体的には、移動局における電波の発信時刻と各基地局における電波の受信時刻とから電波の伝搬時間を算出するＴＯＡ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）方式や、各基地局における移動局からの電波の到来時間差を用いるＴＤＯＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）方式などがある。かかる方法のためには、例えば前記ＴＯＡ方式により正確な電波の伝搬時間を算出するためには、電波の発信側および受信側、すなわち移動局および基地局がそれぞれ有する時計の時刻が互いに一致している必要があり、また、ＴＤＯＡ方式により伝搬時間差を算出するためには、例えば移動局から発信された電波を複数の基地局で受信する場合には、これらの複数の基地局の有する時計の時刻が互いに一致している必要がある。そして、この各無線局の有する時計の時刻の一致させる処理をいったん行なっても、例えばそれぞれの機器の有するクロック速度の違いなどに起因して、時間の経過にともなってずれを生ずるため、くり返し時刻を一致させる必要がある。
【０００４】
一方、この時刻を一致させる処理が不要な方法として、電波の往復伝搬時間に基づいて移動局と基地局との距離を算出する方法が提案されている。これは、例えば基地局から発信した電波を測位対象である移動局が受信し、続いてこの電波を受信した移動局が基地局に向けて電波を発信するものであって、基地局は自身の時計を用いて移動局への電波の発信時刻と移動局からの電波の受信時刻を測定し、この発信時刻と受信時刻の時間差から移動局が電波を発信する処理に要した時間を減ずることにより、移動局と基地局との間を電波が往復するのに要した時間を算出するものである。このようにして得られた往復伝搬時間の半分が移動局と基地局との間を電波が伝搬するのに要する時間であり、この時間に電波の速度を乗ずることにより移動局と基地局との距離を得ることができる。このように往復伝搬時間に基づいて距離を算出する場合、発信時刻と受信時刻との何れをも基地局自身の時計によって測定するので、各基地局の有する時計の時刻を一致させておく必要がないという利点がある。例えば、特許文献１および特許文献２にはかかる往復伝搬時間を用いた移動局の位置の算出方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５３３９２７号公報
【特許文献２】特開２００４−３５００８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、移動局と基地局との間の電波の往復伝搬時間を算出する場合には、基地局からの電波を受信した移動局が、折り返し基地局へ電波を発信するのに必要となる処理に要する時間がばらつく場合には、正確な往復伝搬時間を算出することができない。また、前記基地局からの電波を受信した移動局が、折り返し基地局へ電波を発信するのに必要となる処理に要する時間が長いと往復伝搬時間を算出するのに要する時間も長くなるという問題があった。特に基地局からの電波を受信した移動局が、折り返し基地局へ電波を発信する際に複雑な処理を行なう場合には、この処理に要する時間がばらついたり長くなるおそれがあった。例えば前記特許文献２においては、移動局は基地局から信号を受け取った後、無線ＬＡＮの規格において規定されている値の時間だけ経過後にＡＣＫ信号を返信するものとされている。
【０００７】
また、基地局における移動局からの電波の受信時刻の精度は、移動局の測位精度に影響を及ぼすものであるから、より精度よく受信時刻を測定することが望ましい。しかしながら、前記特許文献１および特許文献２においては、受信時刻の検出精度を向上させる方法については言及がない。
【０００８】
本発明は以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、移動局と基地局との間の電波の往復伝搬時間に基づいて移動局と基地局との距離を算出する測距システムであって、基地局からの電波を受信した移動局が折り返し基地局へ電波を発信する際の処理を簡素化することによりその処理に要する時間を低減し、かつ、基地局における受信時刻の測定を精度よく行なうことにより、精度よく前記移動局と基地局との距離を算出することのできる測距システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するための請求項１にかかる発明の要旨とするところは、（ａ）第１無線局および第２無線局間の距離を電波を用いて測定する測距システムであって、（ｂ）拡散符号を含む電波を発信する第１発信部と、第２の無線局から発信された電波を受信する第１受信部と、該第１受信部により受信された電波の受信時刻を該受信された電波に含まれる拡散符号と予め設定された該拡散符号のレプリカ符号との相関値に基づいて検出する受信時刻検出部と、を有する第１無線局と（ｃ）該第１無線局から発信された電波を受信する第２受信部と、該第２受信部により受信された電波の特性を、変換前後の電波が干渉することがなく、かつ電波に含まれる拡散符号を変更することなく変換する電波特性変換部と、該電波特性変換部により変換された電波を発信する第２発信部と、を有する第２無線局と、（ｄ）前記受信時刻検出部により検出された受信時刻と前記第１発信部により電波を発信した発信時刻と前記第２無線局の電波特性変換部における処理時間とに基づいて、第１無線局および第２無線局の間の電波の往復伝搬時間を算出する往復伝搬時間算出部と、（ｅ）該往復伝搬時間算出部により算出された前記往復伝搬時間に基づいて第１の無線局と第２の無線局との間の距離を算出する測距部とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２にかかる発明の要旨とするところは、前記電波特性変換部は、電波の周波数を変換するものであることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３にかかる発明の要旨とするところは、前記電波特性変換部は、電波の偏波特性を変換するものであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４にかかる発明の要旨とするところは、（ａ）３以上の基地局のそれぞれと移動局との距離を算出し、該算出された距離に基づいて該移動局の位置を算出する移動局測位システムであって、（ｂ）前記基地局のそれぞれを前記第１無線局、前記移動局を前記第２無線局とした場合に、前記基地局のそれぞれと前記移動局との距離を算出する請求項１乃至３のいずれか１に記載の前記測距システムと、（ｃ）該測距システムによって得られる前記基地局のそれぞれと前記移動局との距離と、予め記憶された前記基地局のそれぞれの位置についての情報とに基づいて前記移動局の位置を算出する測位部とを、有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５にかかる発明の要旨とするところは、（ａ）１の基地局と移動局との距離を算出し、該算出された距離に基づいて該移動局の位置を算出する移動局測位システムであって、（ｂ）前記基地局は、指向性を有するアンテナと、該指向性を有するアンテナにより前記移動局からの電波の到来方向を検出する到来方向検出部とを有するものであり、（ｃ）前記基地局を前記第１無線局とし、前記移動局を前記第２無線局とした場合に、前記基地局と前記移動局との距離を算出する請求項１乃至３のいずれか１に記載の前記測距システムと、（ｄ）前記測距システムによって得られる前記基地局と前記移動局との距離と、前記到来方向検出部によって得られる移動局からの電波の到来方向とに基づいて前記移動局の位置を算出する測位部とを、含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１にかかる測距システムによれば、前記第１無線局においては、その第１発信部により拡散符号を含む電波が発信され、また、第２無線局においては、その電波特性変換部において第１無線局から発信された電波の特性を、変換前後の電波が干渉することがなくかつ電波に含まれる拡散符号を変更することなく変換するので、変換に要する時間を短くすることができる。また、第２無線局においては、その電波特性変換部において第１無線局から発信された電波の特性を、変換前後の電波が干渉することがないように電波の変換を行なうので、前記第１無線局から第２無線局への電波と第２無線局から第１無線局への電波とが干渉することがない。更に第２無線局においては、その電波特性変換部において第１無線局から発信された電波の特性を、電波に含まれる拡散符号を変更することなく変換するので、第１無線局の第１受信部が受信する第２の無線局からの電波には第１無線局の第１発信部が発信した電波に含まれる拡散符号と同一の拡散符号が含まれることとなり、受信時刻検出部においては第１受信部が受信した電波に含まれる拡散符号と予め設定されたその拡散符号と同一のレプリカ符号との相関値を算出することにより精度のよい受信時刻の検出を行なうことができる。また往復伝搬時間算出部は前記第１発信部が電波を発信した時刻と前記受信時刻検出部によって検出された受信時刻とに基づいて精度のよい往復伝搬時間を算出でき、測距部において前記第１の無線局と第２の無線局との間の距離を精度よく算出できる。
【００１５】
また、請求項２にかかる測距システムによれば、前記電波特性変換部は、電波の周波数を変換するので、電波の変換に要する時間をばらつきの少ない、かつ短いものとすることができる。また、第２無線局に前記電波特性変換部を実装する際にその構造を簡易なものとすることができる。
【００１６】
また、請求項３にかかる測距システムによれば、前記電波特性変換部は、電波の偏波特性を変換するので、電波の変換に要する時間をばらつきの少ない、かつ短いものとすることができる。また、第２無線局の前記電波特性変換部においてその変換処理を容易に行なうことができる。
【００１７】
また、請求項４にかかる移動局測位システムによれば、請求項１乃至３のいずれか１に記載の前記測距システムによって前記３以上の基地局のそれぞれと移動局との距離が算出され、測位部によって前記算出された３以上の基地局のそれぞれと移動局との距離と、予め記憶された前記基地局のそれぞれの位置についての情報とに基づいて前記移動局の位置を算出するので、精度よく算出された前記基地局のそれぞれと移動局との距離に基づいて移動局の位置が算出される。
【００１８】
また、請求項５にかかる移動局測位システムによれば、請求項１乃至３のいずれか１に記載の前記測距システムによって前記１の基地局と移動局との距離が算出され、該基地局の有する到来方向検出部により移動局からの電波の到来方向が検出され、測位部により、前記算出された基地局と移動局との距離および電波の到来方向に基づいて移動局の位置が算出されるので、前述の効果に加え、１局の基地局のみを用いて移動局の位置を算出することができる。
【００１９】
好適には、前記受信時刻検出部は、前記レプリカ符号として、前記第１発信部により発信された電波に含まれる拡散符号の複製を用いて受信時刻の検出を行なうこと、を特徴とする。このようにすれば、前記第１無線局は前記レプリカ符号を算出するための機能を有する必要がない。
【００２０】
また、好適には、前記第１発信部は、複数の第２無線局のそれぞれに対応づけられた複数の拡散符号のうち、測距の対象である第２無線局に対応する拡散符号を含む電波を発信し、第２無線局は、受信した電波に含まれる拡散符号に基づいて、自身に対応する拡散符号を含む電波のみ電波特性変換部による変換と第２発信部による発信の対象とすること、を特徴とする。このようにすれば、複数の第２無線局が存在する場合であっても、該複数の第２無線局のうち、測距の対象であるいずれか１つの第２無線局と第１無線局との距離算出することができる。
【００２１】
また、好適には、前記３以上の基地局はそれぞれ固有の拡散符号を順次移動局に送信し、前記測距システムは前記３以上の基地局のそれぞれと移動局との距離を順次算出すること、を特徴とする。このようにすれば、前記３以上の基地局はそれぞれ固有の拡散符号を含む電波を発信する一方、これらの拡散符号は相互相関値が低いものとされているので、各基地局が電波を発信する間隔が短い場合であっても、移動局の第２発信部が電波の特性を変換して発信する電波のうち自身の基地局が発信した拡散符号を含む電波の受信時刻のみが検出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の測距システム８の構成の一例を示した図である。図１に示すように、測距システム８は測距の対象である第１無線局として移動可能な移動局１０と、既知の位置に固定された測距を行なう第２無線局として基地局１２を含み、これらの移動局１０および基地局１２は所定の周波数による電波の送受信が可能とされている。また、測距システム８は例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂コンピュータを含んで構成されるサーバ１４を含んで構成される。また、基地局１２は例えば通信ケーブル２０によって測位サーバ１４と接続されることにより通信可能とされている。
【００２４】
なお、移動局１０が移動可能な領域（図１であれば平面）には例えば図１に示すような座標系が設定され、移動局１０および基地局１２の位置はこの座標系における座標によって表現することができる。
【００２５】
図２は測距を行なう無線局である第１無線局としての基地局１２の機能の要部を説明するための機能ブロック図である。基地局１２は、電波を発信（送信）するための発信用アンテナ３８、信号処理部３２、変調部３４、第１発信部３６、受信用アンテナ４０、第１受信部４２、復調部４４、同期検出部４６、伝搬時間算出部４８、時計５０、時計同期部５１、記憶部５２、制御部５４、インタフェース部５４等を有する。基地局１２は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、基地局１２の前記信号処理部、変調部３４、復調部４４、同期検出部４６、伝搬時間算出部、制御部５４などにおける処理を実行するようになっている。
【００２６】
このうち、変調部３４、第１発信部３６、受信部４２、復調部４４などは電波を送受信するための無線機能を実現する。変調部３４は、後述する信号処理部３２によって生成された送信信号に基づいて、ＡＭ変調、ＦＭ変調などの処理やデジタル変調の処理を行う。また、第１発信部３６は、いわゆる増幅器等を含んで構成され、前記変調部３４によって行なわれる変調処理などによって生成された電波を所定の出力に増幅するなどして、発信に適した電波形式にし、発信用アンテナ３８を介して送信する。
【００２７】
一方、第１受信部４２は、受信用アンテナ４０によって受信される電波を増幅するとともに、受信波のうち所定の周波数成分のみをとりだす。また、復調部４４は、第１受信部４２によって取りだされた信号波に対し、例えば検波器などにより電波の発信の際に行なわれた変調の方式に対応する復調処理を行なうことにより、信号波を取りだす。
【００２８】
このとき、変調部３４が変調し第１発信部３６が発信する電波と、第１受信部４２が受信する電波とは電波の特性、具体的には後述する周波数や偏波特性が異なるものとされるので、発信部３６が発信する電波の特性および受信部４２が受信する電波の特性のそれぞれに合致したアンテナとして発信用アンテナ３８および受信用アンテナ４０が区別して用いられる。
【００２９】
信号処理部３２は、基地局１２から発信する電波に含まれる信号を生成する。例えばこの信号には、自己相関関数に高いピークを持ち、すなわち位相差がゼロである場合において自己相関が大きな値となる一方、位相差がゼロでない場合には自己相関が十分に小さく、かつ、異なる符号間における相関が全ての位相差において十分小さい、すなわち相互相関が小さいことという条件を満たす符号である拡散符号が用いられる。具体的には例えば、Ｍ系列符号や、ＧＰＳにおいても使用されているＧｏｌｄ系列符号が用いられる。これらの符号は疑似雑音符号（ｐｓｅｕｄｏ−ｎｏｉｓｅ  ｃｏｄｅ；ＰＮ符号）とも呼ばれる。このような符号を利用すれば、ある特定の移動局と基地局との通信がある特定の拡散符号を用いて行なわれている場合に、同じ時刻および同じ周波数において他の移動局と基地局との通信が別の拡散符号を用いて行なわれる場合であっても、相互の通信が影響を受けることがない。また、前記自己相関関数に高いピークを持つという拡散符号の性質を利用して、後述する同期検出部４６による同期検出において正確な同期検出を行なうことが可能となる。
【００３０】
ところで、複数の基地局１２や複数の移動局１０が存在する場合においては、前記拡散符号は前記複数の移動局１０のそれぞれに対応づけられた複数の拡散符号が使い分けられるようにすることができる。これらの拡散符号はさらに前記複数の基地局１２のそれぞれについても異なるものとすることも可能である。すなわち、異なる拡散符号のそれぞれが、特定の基地局１２から特定の移動局１０に向けて発信されるのに用いられるようにすることができる。この場合、例えばこれらの拡散符号のそれぞれと、各拡散符号に対応づけられた基地局１２および移動局１０についての情報は、後述する測位サーバの記憶部８６に記憶されていても良いし、あるいは各基地局１２の記憶部５２において記憶されていてもよい。このようにすれば、各基地局１２は、測距の対象とする移動局１０に対応づけられた拡散符号を発信することが可能となる。
【００３１】
同期検出部４６は、復調部４４によって受信波から取りだされた信号波に含まれる符号と、基地局からの送信時に信号処理部で生成された拡散符号と同一の内容を有する符号であるレプリカ符号との同期検出が行なわれる。具体的には、前記信号波に含まれる符号列と前記レプリカ符号との相関値を例えばマッチドフィルタを用いて順次算出し、前記相関値がピークを生じた時刻を受信時刻とする。すなわち、同期検出部４６は受信時刻検出部でもある。
【００３２】
このとき、前記レプリカ符号としては、例えば前記信号処理部が予め記憶部５２に記憶された拡散符号を発信する場合には、同一の拡散符号が記憶部５２から読み出されて用いられる。また、前記信号処理部３２において拡散符号が生成される場合においては、その拡散符号が生成される場合において拡散符号の複製が後述する記憶部５２に記憶され、記憶された拡散符号が読み出されて前記レプリカ符号として用いられてもよい。
【００３３】
往復伝搬時間算出部４８は、前記同期検出部４６において検出された受信波の受信時刻と、第１発信部３６によって発信された電波の発信時刻、および後述する第２無線局である移動局１０において電波の特性を変更するなどの処理に要する時間とに基づいて受信波の伝搬時間を算出する。すなわち、移動局１０は後述するように受信した電波を電波の特性を変更して返信するものとされているので、各基地局１２から移動局１０に向けた電波の各基地局１２における発信時刻と、移動局１０から各基地局１２に向けて返信される電波について各基地局１２の同期検出部４６によって検出される受信時刻、および予めシミュレーションや実験などにより既知とされている移動局１０における返信のための処理に要する時間とに基づいて電波の伝搬時間を算出する。具体的には、各基地局１２から移動局１０に向けた電波の各基地局１２における発信時刻ＴＴから移動局１０から各基地局１２に向けて発信される電波の移動局１０における受信時刻ＴＲまでの時間は、電波が各基地局１２と移動局１０との間を往復するのに要する時間（往復伝搬時間）と移動局１０における返信のための処理に要する時間ＴＰの合計であることから、往復伝搬時間ΔＴは、ΔＴ＝（ＴＲ−ＴＴ−ＴＰ）の関係にある。伝搬時間算出部４８はこの関係に基づいて伝搬時間ΔＴを算出する。
【００３４】
時計５０は、基地局１２における内部クロックに基づいて時刻を計測するものである。この時計５０は、たとえば前記同期検出部４６によって相関値がピークを生じた際に参照されて受信時刻が決定される他、信号処理部３２によって電波の発信時に参照されて電波の発信時刻が決定される。
【００３５】
記憶部５２は、いわゆるメモリなどの記憶手段であり、例えば前記同期検出部４６によって検出された受信波の受信時刻や、前記同期検出部４６において同期検出に用いられるレプリカ符号など、必要な情報を記憶する。
【００３６】
インタフェース部５６は、通信ケーブル２０を介して接続された測位サーバ１４との間で必要となる情報をＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等により送受信する。例えば、基地局１２は、測位サーバ１４に対して前記同期検出部４６において検出された受信波の受信時刻や、前記第１発信部３６によって電波が発信される発信時刻、伝搬時間算出部４８において算出された電波の伝搬時間などについての情報をインタフェース部５６を介して送信する。また、測位サーバ１４から送信された、基地局１２の作動を指令するコマンド等についての情報をインタフェース部５６を介して受信する。
【００３７】
制御部５４はいわゆるマイコンなどによって実装されるものであって、前記記憶部５２に記憶された情報や、図示しないＲＯＭに記憶された情報などを参照しつつ前記第１発信部３６、変調部３４、第１受信部４２、復調部４４、信号処理部３２、同期検出部４６、時計５０、インタフェース部５６等の作動を制御する。
【００３８】
図３は、本実施例における移動局１０の機能の要部を説明するための機能ブロック図である。この移動局１０が第２無線局に対応する。本図３に示されるように、移動局１０は、第２受信部６４、第２発信部７２、受信用アンテナ６２、送信用アンテナ７４、および電波特性変換部６６を有して構成されている。移動局１０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、移動局１０の前記電波特性変換部６６などにおける処理を実行するようになっている。これらのうち、第２受信部６４、復調部６８、および第２発信部７２の機能は図２に示した基地局１２の第１受信部４２、復調部４４、第１発信部３６のものとそれぞれ同様であるので説明を省略する。一方、変調部７０は、復調部６８によって復調されることにより受信波から取りだされた信号波を、受信部６４において受信する受信波とは電波の特性、例えば周波数が異なる搬送波を用いて変調し、送信波を生成する。このようにして移動局１０は、所定の電波の特性、例えば周波数の受信波を受信すると、その受信波に含まれる信号波の内容を変更することなく、前記電波の特性、例えば周波数のみを変更した電波を返信する作動を行なう。そのため、移動局１０の復調部６８および変調部７０を電波特性変換部６６とよぶ。
【００３９】
なお、前述のように複数の移動局１０のそれぞれに異なる拡散符号が対応づけられている場合においては、前記電波特性変換部６６は、復調部６８が受信波を復調することによって得られる受信波に含まれる拡散符号が、自局に宛てたものであるか否かを判断し、自局にあてたものである場合にのみ電波の特性を変換して返信波を生成する作動を行い、自局に宛てたものでない場合には返信波を発信しないようにしてもよい。このようにすれば、移動局１０は不必要な発信を行なうことがなくなる。
【００４０】
また、第２受信部６４が受信する受信波と、第２発信部７２が発信する発信波とはその電波の特性、例えば周波数が異なるものであるので、第２受信部６４が受信に用いる受信用アンテナ６２と、第２発信部７２が発信に用いる発信用アンテナ７４とは、その電波の特性に適したものが別個に設けられる。
【００４１】
また、基地局１２の発信部３６が発信する電波の特性と、移動局１０の受信部６４が受信する電波の特性は同じものとされ、移動局１０の発信部７２が発信する電波の特性と、基地局１２の受信部４２が受信する電波の特性は同じものとされる。このようにすれば、基地局１２から移動局１０へ送信される電波と移動局１０から基地局１２へ送信される電波とは異なる電波の特性を有するので、両者の電波の干渉が低減され、また、送信波と受信波を取り違えることがなくなる。
【００４２】
図４はサーバ１４の機能の要部を説明するための機能ブロック図である。測位サーバ１４は、インタフェース部８２、測距部８４、記憶部８６を含んで構成される。このうち、インタフェース部８２は、通信ケーブル２０を介して接続された基地局１２との間で必要となる情報を送受信する。例えば、測位サーバ１４は、基地局１２の作動を指令するコマンド等についての情報をインタフェース部８２を介して送信する。また、測位サーバ１４は、基地局１２において検出された受信波の受信時刻や、電波が発信される発信時刻などについての情報をインタフェース部８２を介して受信する。
【００４３】
測距部８４は、基地局１２の往復伝搬時間算出部４８において算出された基地局１２と移動局１０との往復伝搬時間ΔＴに基づいて、基地局１２と移動局１０との距離を算出する。具体的には、前記基地局１２の往復伝搬時間算出部４８において算出された基地局１２と移動局１０との往復伝搬時間ΔＴの半分の値ΔＴ／２を基地局１２から移動局１０への（、あるいは移動局１０から基地局１２への）電波の伝搬時間として算出し、この伝搬時間ΔＴ／２に電波の速度ｃ（＝２．９９７×１０８（ｍ／ｓ））を乗ずることにより、前記基地局１２と移動局１０との距離Ｌを算出する。すなわち、Ｌ＝ｃ×ΔＴ／２である。
【００４４】
図４に戻って、記憶部８６は、いわゆるメモリなどの記憶手段であり、前述の測距部８４等を実行する際に必要となる情報や、インタフェース部１００を介して基地局１２などから得られた情報を読み出し可能に記憶する。例えば、基地局１２の位置に関する情報や、基地局１２の往復伝搬時間算出部４８において算出された基地局１２と移動局１０との往復伝搬時間ΔＴなどが記憶される。
【００４５】
なお、図２乃至図４の機能ブロック図においては、本発明の移動局の測距あるいは測位に関する制御作動に直接関係のない機能についてはその記載が省略されている。例えば図２乃至図４に記載の基地局１２、移動局１０、およびサーバ１４においては、図示しない電源が設けられ、各ブロックに対応する機器に対して必要となる電力が供給されている。
【００４６】
図５は、本実施例における測距システム８の制御作動の一例を説明するフローチャートである。まずステップ（以下「ステップ」を省略する。）ＳＡ１においては、サーバ１４から基地局１２に対し、移動局１０と基地局１２との距離を測定（測距）ために、移動局１０と基地局１２との間の電波の往復伝搬時間の測定を実行するための指示が行なわれる。具体的には、サーバ１４により、基地局１２に対して、往復伝搬時間の測定のための電波を移動局１０に発信するとともに、移動局１０から返信される電波を受信するための待機を行なう指示がなされる。
【００４７】
ＳＡ２においては、基地局１２から移動局１０に対し、往復伝搬時間の測定のための電波が第１発信部３６等を介して発信される。この往復伝搬時間の測定のための電波には、信号処理部３２によって生成される予め定められた拡散符号が含まれる。また、前記往復伝搬時間の測定のための電波が発信された発信時刻Ｔｔが記憶部５２に記憶される。また、移動局１０に対する送信が行なわれた基地局１２においては、移動局１０からの発信される往復伝搬時間の測定のための電波を受信するための待機が行なわれる。
【００４８】
移動局１０の第２受信部６４に対応するＳＡ３においては、基地局１２によってＳＡ２において発信された往復伝搬時間の測定のための電波が受信されるまで待機されている。すなわち、往復伝搬時間の測定のための電波が移動局１０によって受信されるまで、本ステップの判断が否定され、本ステップが繰り返し実行される。そして、往復伝搬時間の測定のための電波が受信されると本ステップの判断が肯定され、続くＳＡ４が実行される。このとき、往復伝搬時間測定のための電波の受信には、自身の移動局１０に宛てて発信された電波であるか否かであるかの判断が含まれてもよい。具体的には、復調部６８により受信波に含まれる信号が取り出され、自身の移動局１０に宛てて発信された電波であるか否かがあわせて判断される。そして、自身の移動局１０に宛てて発信された電波である場合にのみ本ステップの判断が肯定され、電波が受信された場合であっても、自身以外の他の移動局１０に宛てて発信された電波である場合には本ステップの判断が否定される。
【００４９】
移動局１０の電波特性変換部６６、第２発信部７２などに対応するＳＡ４においては、基地局１２からの往復伝搬時間の測定のための電波が受信されると、返信波を生成して発信する処理が行なわれる。この返信波は例えば受信波の周波数のみを変更したものである。具体的には例えば、まず、受信波から信号波が取りだされ、取りだされた信号波に含まれる内容である拡散符号を変更することなく、受信波とは異なる周波数の搬送波を前記受信波から取り出された拡散符号に基づいて変調するなどして、送信波が生成される。
【００５０】
基地局１２の第１受信部４２などに対応するＳＡ５においては、ＳＡ４において移動局１０により発信された電波が受信される。すなわち、移動局１０からの返信波が受信されない場合には、本ステップの判断が否定され、くり返し本ステップＳＡ５が実行され、電波の受信が行なわれる。そして、移動局１０からの返信波が受信された場合には、本ステップの判断が肯定され、続くＳＡ６以降が実行される。
【００５１】
基地局１２の同期検出部４６に対応するＳＡ６においては、ＳＡ５において受信された移動局１０からの返信波に含まれる拡散符号と、その拡散符号のレプリカ符号とを用いて同期検出が行なわれる。そして、同期が検出された際、例えば前記返信波に含まれる拡散符号とレプリカ符号との相関値がピークとなった際の時刻が受信時刻Ｔｒとして検出され、検出された受信時刻Ｔｒが記憶部５２などに記憶される。前述のように、ＳＡ４において移動局１０において生成される返信波は、ＳＡ３において受信された電波の内容が変更されることなく含まれていることから、返信波に含まれる拡散符号は、ＳＡ２において基地局１２が移動局１０に発信した往復伝搬時間の測定のための電波に含まれる拡散符号と同一のものである。
【００５２】
往復伝搬時間算出部４８に対応するＳＡ７においては、ＳＡ２において発信された電波の発信時刻Ｔｔと、ＳＢ６において検出された返信波の受信時刻Ｔｒとに基づいて、基地局１２と移動局１０との間の電波の往復伝搬時間ΔＴが算出される。具体的には、電波の往復伝搬時間ΔＴは、予め実験やシミュレーションなどにより得られた移動局１０が返信に要する時間Ｔｐを用いて、ΔＴ＝Ｔｒ−Ｔｔ−Ｔｐのように算出される。そして、算出された往復伝搬時間ΔＴは、例えば基地局１２とサーバ１４とを通信可能に接続する通信ケーブル２０を介してサーバ１４に送信される。
【００５３】
測距部８４に対応するＳＡ８においては、ＳＡ７において算出された基地局１２と移動局１０との間の電波の往復伝搬時間ΔＴに基づいて、基地局１２と移動局１０との距離Ｌを算出する。具体的には、この距離Ｌは、前記往復伝搬時間ΔＴの半分の値ΔＴ／２である伝搬時間を算出し、この伝搬時間ΔＴ／２に電波の速度ｃ（＝２．９９７×１０８（ｍ／ｓ））を乗ずることにより、すなわち、Ｌ＝ｃ×ΔＴ／２のように算出される。
【００５４】
前述の実施例によれば、前記第１無線局としての基地局１２においては、その第１発信部３６により拡散符号を含む電波が発信され、また、第２無線局としての移動局１０においては、その電波特性変換部６６において第１無線局３６から発信された電波の特性を、変換前後の電波が干渉することがなくかつ電波に含まれる拡散符号を変更することなく変換するので、変換に要する時間を短くすることができる。また、移動局１０においては、その電波特性変換部６６において基地局１２から発信された電波の特性を、変換前後の電波が干渉することがないように電波の変換を行なうので、基地局１２から移動局１０への電波と移動局１０から基地局１２への電波とが干渉することがない。更に移動局１０においては、その電波特性変換部６６において基地局１２から発信された電波の特性を、電波に含まれる拡散符号を変更することなく変換するので、基地局１２の第１受信部４２が受信する移動局１０からの返信波には基地局１２の第１発信部３６が発信した電波に含まれる拡散符号と同一の拡散符号が含まれることとなり、受信時刻検出部４６においては第１受信部４２が受信した電波に含まれる拡散符号と予め設定されたその拡散符号と同一のレプリカ符号との相関値を算出することにより精度のよい受信時刻の検出を行なうことができる。また往復伝搬時間算出部４８は前記基地局１２が電波を発信した時刻Ｔｔと前記受信時刻検出部４６によって検出された受信時刻Ｔｒとに基づいて精度のよい往復伝搬時間ΔＴを算出でき、測距部８４において前記基地局１２と移動局１０との間の距離Ｌを精度よく算出できる。
【００５５】
また、前述の実施例によれば、前記電波特性変換部６６は、電波の周波数を変換するので、電波の変換に要する時間をばらつきの少ない、かつ短いものとすることができる。また、移動局１０に前記電波特性変換部６６を実装する際にその構造を簡易なものとすることができる。
【００５６】
続いて、本発明の別の実施例について説明する。以下の説明において、実施例相互に共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【実施例２】
【００５７】
本実施例は、本発明の移動局測位システム８の別の実施例を説明するものであって、第２無線局である移動局１０の別の構成に関するものである。図６は、本実施例における移動局１０の機能の要部を説明する機能ブロック図であって、図３に対応する図である。本実施例における図６に示す移動局１０と、前述の実施例１における図３に示す移動局１０とを比較すると、図３に示す移動局１０においては、電波特性変換部６６は復調部６８および変調部７０を有し、変調部７０において受信波とは異なる周波数の搬送波を変調することにより返信波を生成していた一方、図６に示す移動局１０においては、電波特性変換部６６は、周波数変換部７６を有する点において異なっている。
【００５８】
周波数変換部７６は、第２受信部６４によって受信された基地局１２からの往復伝搬時間測定のための電波の搬送波の周波数を変換するものであって、例えば周知の周波数変換器によって構成される。具体的には例えば、前記第２受信部６４において受信された電波と、局部発信器によって発生された局部発信周波数とを非直線回路（周波数混合器、ミキサ）に加え、二次特性を利用して得られるビートが変換後の周波数となる。このとき、前記第２受信部６４において受信された電波、すなわち、基地局１２の変調部３４において生成された電波の周波数がｆ１（Ｈｚ）、前記局部発信周波数をｆ０（Ｈｚ）とすると、変換後の周波数ｆｉ（Ｈｚ）は、ｆｉ＝ｆ１−ｆ０のようにされる。このとき、電波特性変換部６６においては、受信波の内容は変更することなく、返信波が生成されるので、受信波に含まれる拡散符号と同一の拡散符号が返信波に含まれる。
【００５９】
一方、基地局１２およびサーバ１４については、実施例１と同様に、それぞれ図２および図４に示すものが用いられる。また、移動局測位システム８の移動局測位のための制御作動を説明するフローチャートとしては、前述の実施例同様、図５に示すものが用いられる。
【００６０】
本実施例によれば、前記電波特性変換部６６は、電波の周波数を変換する周波数変換部７６を含んで構成されるので、電波の変換に要する時間をばらつきの少ない、かつ短いものとすることができる。また、第２無線局である移動局１０に前記電波特性変換部６６を実装する際にその構造を簡易なものとすることができる。
【実施例３】
【００６１】
本実施例は、本発明の移動局測位システム８の別の実施例を説明するものであって、第２無線局である移動局１０の別の構成に関するものである。前述の実施例１および実施例２においては、移動局の電波特性変換部６６が変換する電波の特性は電波の周波数であったが、本実施例においては、移動局１０が変換する電波の特性は電波の偏波特性、具体的には例えば、垂直偏波と水平偏波などの電波の偏波方向である。
【００６２】
図７は、本実施例における移動局１０の機能の要部を説明する機能ブロック図であって、図３に対応する図である。図７に示すように、本実施例における移動局１０は、図３に示す移動局１０と同様に第２受信部６４および第２発信部７２を有する。また、第２受信部６４が受信に用いる受信用アンテナとして、受信用偏波アンテナ６２を、第２発信部７２が発信に用いる発信用アンテナとして発信用偏波アンテナ７４を、それぞれ有する。このとき、受信用偏波アンテナ６２の偏波方向と、発信用偏波アンテナ７４の偏波方向とは異なるもの、好適にはこれらの偏波方向が直角とされている。
【００６３】
移動局１０がこのように構成されるので、受信用偏波アンテナ６２を用いて第２受信部６４が受信した基地局１２からの往復伝搬時間算出のための電波が、そのまま（すなわち、その内容を変更されることなく単に増幅が行なわれることのみによって）第２発信部７２によって発信用偏波アンテナ７４を用いて発信されるだけで、移動局１０の受信波と発信波（返信波）はそれらの偏波方向が異なるものとされる。すなわち、本実施例においては、偏波方向が異なる受信用偏波アンテナ６２および発信用偏波アンテナ７４が電波特性変換部６６に対応する。このとき、電波特性変換部６６においては、受信波の内容は変更することなく、返信波が生成されるので、受信波に含まれる拡散符号と同一の拡散符号が返信波に含まれる。
【００６４】
また、基地局１２は、図２に示すものが用いられる。なお、図示はしないが、本実施例においては、基地局１２の発信用アンテナ３８および受信用アンテナ４０はいずれも偏波アンテナが用いられる。このうち、基地局１２の発信用アンテナ３８はその偏波方向が移動局１０の受信用偏波アンテナ６２の偏波方向が同じものが用いられ、また、基地局１２の受信用アンテナ４０は、その偏波方向が移動局１０の発信用偏波アンテナ７４と偏波方向が同じものが用いられる。また、サーバ１４については、実施例１と同様に図４に示すものが用いられる。
【００６５】
具体的に、基地局１２から移動局１０へ発信される電波が水平偏波であり、移動局１０から基地局１２へ発信される電波（返信波）が垂直偏波である場合を例として説明する。なお、本実施例においても、測距システム８における往復伝搬時間の測定制御作動は例えば図５に示すフローチャートに従って行なわれることができる。そこで、図５のフローチャートに沿って説明する。
【００６６】
まずステップＳＡ１においては、サーバ１４から基地局１２に対し、移動局１０と基地局１２との距離を測定（測距）ために、移動局１０と基地局１２との間の電波の往復伝搬時間の測定を実行するための指示が行なわれる。具体的には、サーバ１４により、基地局１２に対して、往復伝搬時間の測定のための電波を移動局１０に発信するとともに、移動局１０から返信される電波を受信するための待機を行なう指示がなされる。
【００６７】
ＳＡ２においては、基地局１２から移動局１０に対し、往復伝搬時間の測定のための電波が第１発信部３６、発信偏波アンテナ３８を介して発信される。ここで、発信用偏波アンテナ３８は水平偏波アンテナであるので、本ステップにおいて基地局１２から移動局１０に対し発信される電波は水平偏波である。この往復伝搬時間の測定のための電波には、信号処理部３２によって生成される予め定められた拡散符号が含まれる。また、前記往復伝搬時間の測定のための電波が発信された発信時刻Ｔｔが記憶部５２に記憶される。また、移動局１０に対する送信が行なわれた基地局１２においては、移動局１０からの発信される往復伝搬時間の測定のための電波を受信するための待機が行なわれる。
【００６８】
移動局１０の第２受信部６４に対応するＳＡ３においては、基地局１２によってＳＡ２において発信された往復伝搬時間の測定のための電波が受信されるのが待機されている。ＳＡ２において発信される電波は水平偏波であるので、本ステップにおける受信は水平偏波アンテナである受信用偏波アンテナ６２を用いて行なわれる。そして、往復伝搬時間の測定のための電波が受信されるまで、本ステップの判断が否定され、本ステップが繰り返し実行される。そして、往復伝搬時間の測定のための電波が受信されると本ステップの判断が肯定され、続くＳＡ４が実行される。
【００６９】
移動局１０の電波特性変換部６６、第２発信部７２などに対応するＳＡ４においては、基地局１２からの往復伝搬時間の測定のための電波が受信されると、返信波を生成して発信する処理が行なわれる。この返信波はＳＡ３において受信された受信波がそのまま（例えば、単に出力の増幅のみを行なうのみでその内容が変更されることがない態様で）用いられる。本ステップにおいては、返信波は垂直偏波アンテナである発信用偏波アンテナ７４を用いて発信されるので、垂直偏波である。このように、本ステップＳＡ４においては、電波の偏波特性である偏波方向が水平方向から垂直方向に変換されている。
【００７０】
基地局１２の第１受信部４２などに対応するＳＡ５においては、ＳＡ４において移動局１０により発信された電波が受信される。ＳＡ４において発信される返信波は垂直偏波であり、本ステップＳＡ５における受信は垂直偏波アンテナである受信用アンテナ４０を用いて行なわれる。また、移動局１０からの返信波が受信されない場合には、本ステップの判断が否定され、くり返し本ステップＳＡ５が実行され、電波の受信が行なわれる。そして、移動局１０からの返信波が受信された場合には、本ステップの判断が肯定され、続くＳＡ６以降が実行される。なお、ＳＡ６以降の作動については実施例１において説明したものと同様であるので、説明を省略する。
【００７１】
前述の実施例によれば、前記電波特性変換部６６は、電波の偏波特性である偏波方向を変換する受信用偏波アンテナ６２および発信用偏波アンテナ７４であるので、その変換処理を容易に行なうことができ、電波の変換に要する時間をばらつきの少ない、かつ短いものとすることができる。また、移動局１０に前記電波特性変換部６６を実装する際にその構造を容易なものとすることができる。
【実施例４】
【００７２】
本実施例は、本発明の移動局測位システム８の別の実施例を説明するものであって、第２無線局である移動局１０の別の構成に関するものである。前述の実施例３においては、移動局の電波特性変換部６６が変換する電波の特性は電波の偏波特性としての電波の偏波方向であったが、本実施例においては、電波の偏波特性としての円偏波である電波の旋回方向である。
【００７３】
本実施例においても、移動局１０の機能の要部を説明する機能ブロック図としては、前述の実施例３と同様に図７に示すものが用いられる。すなわち、移動局１０は、図７に示すように、受信用アンテナ６２、第２受信部６４、第２発信部７２、発信用アンテナ７４を含んで構成されている。また、基地局１２については、前述の図２に示したものが用いられる。
【００７４】
このうち、第２受信部６４および第２発信部７２は、それぞれ所定の旋回方向の円偏波の受信および発信を行なうものとされており、また、同様に、移動局１２の第１発信部３６および第１受信部４２は、それぞれ所定の旋回方向の円偏波の発信および受信を行なうものとされている。このうち、第１発信部３６が発信する円偏波の旋回方向と第２受信部６４が受信する円偏波の旋回方向とは同一のものであり、基地局１２の第１発信部３６が発信した円偏波の電波は適切に移動局１０の第２受信部６４において受信される。また、第２発信部７２が発信する円偏波の旋回方向と第１受信部４２が受信する円偏波の旋回方向とは同一のものであり、移動局１０の第２発信部７２が発信した円偏波の電波は適切に基地局１２の第１受信部４２において受信される。さらに、第１発信部３６が発信する円偏波の旋回方向と第２発信部７２が発信する円偏波の旋回方向とは異なるものとされており、基地局１２の第１発信部３６が発信する電波と移動局１０の第２発信部７２が発信する電波とを受信時に混同することがない。このとき、移動局１０においては、受信波の内容は変更することなく、返信波が生成されるので、受信波に含まれる拡散符号と同一の拡散符号が返信波に含まれる。
【００７５】
また、受信用アンテナ６２および発信用アンテナ７４は、それぞれ円偏波を受信および発信するのに適したアンテナ、例えばターンスタイルアンテナ等が好適に用いられる。また、図示しないが基地局１２の発信用アンテナ３８および受信用アンテナ４０についても（図２参照）同様に円偏波の発信および受信に適したアンテナが用いられる。
【００７６】
なお、基地局１２について、その他の点については前述の実施例における機能構成と共通するものであるので、説明を省略する。また、サーバ１４については、実施例１と同様に図４に示すものが用いられる。
【００７７】
具体的に、基地局１２から移動局１０へ発信される電波が右旋回円偏波であり、移動局１０から基地局１２へ発信される電波（返信波）が左旋回円偏波である場合を例として説明する。なお、本実施例においても、測距システム８における往復伝搬時間の測定制御作動は例えば図５に示すフローチャートに従って行なわれることができる。そこで、図５のフローチャートに沿って説明する。
【００７８】
まずステップＳＡ１においては、サーバ１４から基地局１２に対し、移動局１０と基地局１２との距離を測定（測距）ために、移動局１０と基地局１２との間の電波の往復伝搬時間の測定を実行するための指示が行なわれる。具体的には、サーバ１４により、基地局１２に対して、往復伝搬時間の測定のための電波を移動局１０に発信するとともに、移動局１０から返信される電波を受信するための待機を行なう指示がなされる。
【００７９】
ＳＡ２においては、基地局１２から移動局１０に対し、往復伝搬時間の測定のための電波が第１発信部３６、発信偏波アンテナ３８を介して発信される。ここで、第１発信部３６は発信用アンテナ３８を介して右旋回円偏波を発信する。この往復伝搬時間の測定のための電波には、信号処理部３２によって生成される予め定められた拡散符号が含まれる。また、前記往復伝搬時間の測定のための電波が発信された発信時刻Ｔｔが記憶部５２に記憶される。また、移動局１０に対する送信が行なわれた基地局１２においては、移動局１０からの発信される往復伝搬時間の測定のための電波を受信するための待機が行なわれる。
【００８０】
移動局１０の第２受信部６４に対応するＳＡ３においては、基地局１２によってＳＡ２において発信された往復伝搬時間の測定のための電波が受信されるのが待機されている。ＳＡ２において発信される電波は右旋回円偏波であるので、本ステップにおける受信はその受信に適した受信用アンテナ６２を用いて行なわれる。そして、往復伝搬時間の測定のための電波が受信されるまで、本ステップの判断が否定され、本ステップが繰り返し実行される。そして、往復伝搬時間の測定のための電波が受信されると本ステップの判断が肯定され、続くＳＡ４が実行される。
【００８１】
移動局１０の電波特性変換部６６、第２発信部７２などに対応するＳＡ４においては、基地局１２からの往復伝搬時間の測定のための電波が受信されると、返信波を生成して発信する処理が行なわれる。この返信波はＳＡ３において受信された受信波がそのまま（例えば、単に出力の増幅のみを行なうのみでその内容が変更されることがない態様で）用いられる。本ステップにおいては、返信波は左旋回円偏波アンテナである発信用偏波アンテナ７４を用いて発信されるので、左旋回円偏波である。このように、本ステップＳＡ４においては、電波の偏波特性である円偏波の旋回方向が右旋回から左旋回に変換されている。
【００８２】
基地局１２の第１受信部４２などに対応するＳＡ５においては、ＳＡ４において移動局１０により発信された電波が受信される。ＳＡ４において発信される返信波は左旋回円偏波であり、本ステップＳＡ５における受信はこの円偏波の受信に適した受信用アンテナ４０を用いて行なわれる。また、移動局１０からの返信波が受信されない場合には、本ステップの判断が否定され、くり返し本ステップＳＡ５が実行され、電波の受信が行なわれる。そして、移動局１０からの返信波が受信された場合には、本ステップの判断が肯定され、続くＳＡ６以降が実行される。なお、ＳＡ６以降の作動については実施例１において説明したものと同様であるので、説明を省略する。
【００８３】
前述の実施例によれば、前記電波特性変換部６６は、電波の偏波特性である円偏波の旋回方向を変換するので、前述の実施例３と同様の効果を得ることができる。
【実施例５】
【００８４】
図８は、本発明の測位システム９の構成の一例を示した図である。図８に示すように、測位システム９は測距の対象である第１無線局として移動可能な移動局１０と、既知の位置に固定され、前記移動局１０との距離の測定（測距）を行なう第２無線局として第１基地局１２Ａ、第２基地局１２Ｂ、および第３基地局１２Ｃの３つの基地局（以下、これらを区別しない場合単に「基地局１２」という。）を含み、これらの移動局１０および基地局１２は所定の周波数による電波の送受信が可能とされている。また、測位システム９は例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂コンピュータを含んで構成されるサーバ１４を含んで構成される。また、基地局１２は例えば通信ケーブル２０によって測位サーバ１４と接続されることにより通信可能とされている。
【００８５】
なお、移動局１０が移動可能な領域（図１であれば平面）には例えば図１に示すような座標系が設定され、移動局１０および基地局１２の位置はこの座標系における座標によって表現することができる。
【００８６】
図８に示す測位システム９において、基地局１２はいずれも前述の図２に示す構成を有し、移動局１０は前述の図３に示す構成を有している。また、サーバ１４は図９に示す構成を有している。すなわち、サーバ１４は、前述の測距システム８におけるサーバ１４が測位部８８をさらに有する構成とされている。このように、サーバ１４は、前述の実施例と同様に測距部８４を有しており、各基地局１２と移動局１０との距離をそれぞれ測定することができる。すなわち、各基地局１２の往復伝搬時間算出部４８において算出された各基地局１２のそれぞれと移動局１０との間の電波の往復伝搬に要する時間ΔＴに基づいて、各基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離を算出することができる。言い換えれば、本実施例の測位システム９においては、３つの測距システム８が存在しており、３つの基地局１２がそれぞれ、共通する１つの測距対象である移動局１０との距離を測定している。なお、このようにして算出された各基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離はサーバ１４の記憶部８６などに記憶される。
【００８７】
測位部８８は、前記測距部８４において測定された各基地局１２と移動局１０との距離と、予め既知とされ、サーバ１４の記憶部８６に記憶されている各基地局１２の位置座標に基づいて、移動局１０の位置を算出する。具体的には、例えば図８に示すように、第１基地局１２Ａの位置が（ｘ１，ｙ１）、第２基地局１２Ｂの位置が（ｘ２，ｙ２）、第３基地局１２Ｃの位置が（ｘ３，ｙ３）あり、また、測位部８４において算出された第１基地局１２Ａと移動局１０との距離がＬ１、第２基地局１２Ｂと移動局１０との距離がＬ２、第３基地局１２Ｃと移動局１０との距離がＬ３であった場合に、位置の測定（測位）の対象である移動局１０の位置を（ｘ，ｙ）とすると、次式（２）
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＝Ｌ１２，
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＝Ｌ２２，
（ｘ−ｘ３）２＋（ｙ−ｙ３）２＝Ｌ３２      …（２）
で表される関係が成り立つ。そこで、測位部８８は前記式（２）を同時に満たす（ｘ，ｙ）を解くことにより、移動局１０の位置座標を得る。
【００８８】
図１０は、本発明の移動局測位システム９による移動局の測位における制御作動の一例を説明するフローチャートである。まず、ステップ（以下「ステップ」を省略する。）ＳＢ１においては、測位に使用する３以上の基地局１２が選択される。例えば、４つ以上の基地局１２が存在する場合において、測位に使用する３つの基地局が、例えば移動局１０からの電波の受信強度に基づいて、例えば移動局１０からの電波の受信強度が大きい順に３つの基地局１２が選択される。これは、電波の受信強度が大きいほど移動局１０との電波の送受信における障害が少なく、送受信される拡散符号に誤りを生じず、同期検出による受信時刻の検出に誤差を生じにくくなると考えられるためである。
【００８９】
続いて、測距部８４に対応するＳＢ２においては、各基地局１２と移動局１０との距離が測定される測距ルーチンが測位に用いられる基地局１２の数だけ（本実施例においては３回）繰り返される。この測距ルーチンとしては、例えば前述の実施例において図５のフローチャートで表されたものが用いられる。そして、この図５で表される測距ルーチンが基地局１２の数である３回だけ繰り返されることにより、各基地局１２と移動局１０との距離Ｌｉ（本実施例においてはｉ＝１，２，３）が測定される。
【００９０】
測位部８８に対応するＳＢ３においては、ＳＢ２において測定された各基地局１２と移動局１０との距離Ｌｉと、予め測定されるなどして既知である各基地局１２の位置座標とに基づいて、移動局１０の位置が算出される。この算出は、例えば前述の式（２）を解くことにより行なわれる。
【００９１】
前述の実施例によれば、測位システム９は、測距部８４（ＳＢ２、測距システム８）によって３以上の基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離Ｌｉが算出され、測位部８８（ＳＢ３）によって前記算出された３以上の基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離Ｌｉと、予め記憶された前記基地局のそれぞれの位置座標についての情報とに基づいて前記移動局１０の位置を算出するので、精度よく算出された前記基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離Ｌｉに基づいて移動局１０の位置が算出される。
【実施例６】
【００９２】
図１１は、本発明の別の実施例における移動局測位システム９の概要を説明する図である。本図８に示すように、本実施例における移動局測位システム９は、測位の対象である第１無線局として移動可能な移動局１０と、既知の位置に固定された測距を行なう第２無線局として１つの基地局１２を含み、これらの移動局１０および基地局１２は所定の周波数による電波の送受信が可能とされている。また、測位システム９は例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂コンピュータを含んで構成されるサーバ１４を含んで構成される。また、基地局１２は例えば通信ケーブル２０によって測位サーバ１４と接続されることにより通信可能とされている。
【００９３】
なお、移動局１０が移動可能な領域（図８であれば平面）には例えば図８に示すような座標系が設定され、移動局１０および基地局１２の位置はこの座標系における座標によって表現することができる。
【００９４】
図１２は基地局１２の機能の要部を説明するための機能ブロック図であって、前述の実施例における図２に対応する図である。すなわち、基地局１２は、前述の図２に場合と同様、電波を発信するための発信用アンテナ３８、信号処理部３２、変調部３４、第１発信部３６、受信用アンテナ４０、第１受信部４２、復調部４４、同期検出部４６、伝搬時間算出部４８、時計５０、時計同期部５１、記憶部５２、制御部５４、インタフェース部５４等を有するのに加え、到来方向検出部５８を備えている。このうち、発信用アンテナ３８、信号処理部３２、変調部３４、第１発信部３６、復調部４４、同期検出部４６、伝搬時間算出部４８、時計５０、時計同期部５１、記憶部５２、制御部５４、インタフェース部５４については、前述の図２に同じ符号を付した各部と同様の機能を有するので、説明を省略する。
【００９５】
一方、受信用アンテナ４０としては、指向性を有するアンテナが用いられる。この受信用アンテナ４０の指向性は後述する到来方向検出部５８によって変化させられる。また、第１受信部４２は、前記到来方向検出部５８によって指向性が変化させられた受信用アンテナ４０によって受信された電波について増幅を行なうとともに、受信波のうち所定の周波数成分のみをとりだす。
【００９６】
到来方向検出部５８は、前記受信用アンテナ４０の指向性を変化させ、移動局１０からの電波を最も高い受信電力によって受信することのできる状態とするとともに、移動局１０からの電波の受信電力が最も高くなった際における前記受信用アンテナ４０の指向性に基づいて、電波の到来方向を算出する。前記受信用アンテナ４０としては、具体的には例えば、図１３に示すフェイズドアレイアンテナが好適に用いられる。このフェイズドアレイアンテナは、例えば直線上に配列された複数のアンテナ素子のそれぞれによって到来した電波が受信され、各アンテナ素子９２の出力は各アンテナ素子９２ごとに設けられた位相器９４を介して合成器９６によって合成され、合成器９６の出力がアンテナ出力として出力されるようになっている。また、このアンテナ素子９２としては、例えば無指向性アンテナであるダイポールアンテナなどが用いられる。また、位相器９４は対応するアンテナ素子９２の受信波の位相を、指定された位相だけ進めてあるいは遅らせて出力する。すなわち、各位相器９４は、例えばアンテナ素子９２の設置された直線からの角度θと、各位相器に対応するアンテナ素子９２と基準となるアンテナ素子との距離とに基づいて、アンテナ素子９２の受信波の位相を進めあるいは遅らせて出力することにより、フェイズドアレイアンテナの指向性を前記角度θの方向に変化させることができる。
【００９７】
到来方向検出部５８は、前記受信用アンテナ４０としてのフェイズドアレイアンテナに対し、前記位相器９４が位相を変化させる際に用いる前記角度θを変化させると共に、それに伴って変化する受信用アンテナ４０の出力を検出する。そして、受信用アンテナ４０の出力、例えば受信電力が最も高くなった際、すなわち受信用アンテナの指向性と移動局１０からの電波の到来方向が一致した際の受信用アンテナ４０の指向性を保持し、前記第１受信部４２に移動局１０からの電波の受信を行なわせる。また、受信用アンテナ４０の出力が最も高くなった際の前記角度θを移動局１０からの電波の到来方向として記憶部５２に記憶され、インタフェース部５６を介してサーバ１４に送信される。従って、到来方向検出部５８は、前記受信用アンテナ４０の指向性を制御する指向性制御部でもある。
【００９８】
一方、本実施例の移動局測位システム９においては、移動局１０は前述の図３に示す構成を有するものが用いられる。また、サーバ１４は前述の実施例５と同様に、図９に示す構成を有している。すなわち、サーバ１４は、前述の測距システム８におけるサーバ１４が測位部８８をさらに有する構成とされている。このように、サーバ１４は、前述の実施例と同様に測距部８４を有しており、基地局１２と移動局１０との距離をそれぞれ測定することができる。すなわち、基地局１２の往復伝搬時間算出部４８において算出された基地局１２と移動局１０との間の電波の往復伝搬に要する時間ΔＴに基づいて、基地局１２と移動局１０との距離を算出することができる。言い換えれば、本実施例の測位システム９は測距システム８を含んで構成されている。なお、このようにして算出され各基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離はサーバ１４の記憶部８６などに記憶される。
【００９９】
測位部８８は、前記測距部８４において測定された基地局１２と移動局１０との距離Ｌと、前記移動局の到来方向検出部５８によって検出された移動局１０からの電波の到来方向θ、および基地局１２の位置についての情報とに基づいて、移動局１０の測位を行なう。具体的には、基地局１２の位置を表す座標が予め（Ｘ，Ｙ）であると既知であり、前記測距部８４によって測定された基地局１２と移動局１０との距離がＬ、前記到来方向検出部５８によって検出された移動局１０からの電波の到来方向がθである場合において（図１１参照）、移動局１０の位置を表す座標を（ｘ，ｙ）とすると、次式（３）の関係が成り立つ。なお、前記移動局１０からの電波の到来方向θの基準となる、アンテナ素子９２の設置された直線はｙ軸と平行であると過程している。
ｘ＝Ｘ＋Ｌ×ｓｉｎθ
ｙ＝Ｙ＋Ｌ×ｃｏｓθ    …（３）
そこで、測位部８８は前記式（３）より、（ｘ，ｙ）を求めて、移動局１０の位置座標を得る。
【０１００】
図１４は、本発明の移動局測位システム９による移動局の測位における制御作動の概要を説明するフローチャートである。まず、基地局１２の到来方向検出部５８に対応するステップ（以下「ステップ」を省略する。）ＳＣ１においては、移動局１０からの電波を基地局１２が受信する際の、電波の到来方向θが検出される。
【０１０１】
測距部８４に対応するＳＣ２においては、基地局１２と移動局１０との距離が測定される測距ルーチンが実行される。この測距ルーチンとしては、例えば前述の実施例において図５のフローチャートで表されたものが用いられる。そして、基地局１２と移動局１０との距離Ｌが測定される。
【０１０２】
測位部８８に対応するＳＣ３においては、ＳＣ１において測定された電波の到来方向θと、ＳＣ２において測定された基地局１２と移動局１０との距離Ｌと、予め測定されるなどして既知である各基地局１２の位置座標とに基づいて、移動局１０の位置が算出される。この算出は、例えば前述の式（３）を解くことにより行なわれる。
【０１０３】
前述の実施例によれば、前記測距システム８によって前記１の基地局１２と移動局１０との距離Ｌが算出され、該基地局１２の有する到来方向検出部５８により移動局１０からの電波の到来方向θが検出され、測位部８８により、前記算出された基地局１２と移動局１０との距離Ｌ、電波の到来方向θ、および基地局１２の位置についての情報に基づいて移動局１０の位置（ｘ，ｙ）が算出されるので、前述の効果に加え、１局の基地局１２のみを用いて移動局１０の位置を算出することができる。
【０１０４】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【０１０５】
例えば、前述の各実施例においては、移動局１０は平面を移動するものとされたが、これに限られず、移動局１０は３次元空間をしても良い。この場合であっても測距システム８は前述の実施例と同様に移動局１０と基地局１２との距離を測定することができる。また、実施例５の測位システム９においては、少なくとも４つ以上の基地局１２によって各基地局１２のそれぞれと移動局１０との距離が測定されることができれば、移動局１０の位置の算出が可能である。また、実施例６の測位システム９においては、基地局１２を原点とする極座標系を設定することにより、移動局１０の位置の算出を行なうことができる。
【０１０６】
前述の実施例２乃至４においては、移動局１０は受信波に含まれる拡散符号の内容に関わらず電波特性変換部６６により受信した電波の特性である周波数を変換して、返信波を発信するものとされたが、前述のように複数の移動局１０のそれぞれに異なる拡散符号が対応づけられている場合においては、前記電波特性変換部６６は、受信波を復調する復調部６８を有し、復調された受信波に含まれる拡散符号が、自局に宛てたものであるか否かを判断し、自局にあてたものである場合にのみ電波の特性を変換して返信波を生成する作動を行い、自局に宛てたものでない場合には返信波を発信しないようにしてもよい。このようにすれば、移動局１０は不必要な発信を行なうことがなくなる。
【０１０７】
また、前述の実施例においては、移動局１０は受信した電波に含まれる信号に基づいて、その信号が自身の移動局１０に向けて発信されたものであるかを判断し、その判断が肯定された場合に、受信した電波に含まれる信号を変更することなく電波の特性のみを変換して基地局１２に向けて返信（再送信）したが（図５のＳＡ３参照）、このような態様に限られない。例えば、前述の図５のフローチャートに代えて、図１５に示すフローチャートに従って制御作動が行なわれてもよい。
【０１０８】
図１５のフローチャートは、本発明の測距システム８の制御作動の別の態様を説明するものであって、図５に対応するものである。本図１５において、ステップ（以下「ステップ」を省略する。）ＳＤ１は図５のＳＡ１と、また、ＳＤ５乃至ＳＤ９は図５のＳＡ４乃至ＳＡ９と同様の作動が行なわれるステップであるので、説明を省略する。
【０１０９】
このうち、ＳＤ２においては、基地局１２は移動局１０が複数存在する場合には測距の対象とされる移動局１０が選択されるとともに、基地局１２から移動局１０に対し、受信した電波に含まれる信号を変更することなく電波の特性のみを変換して基地局１２に向けて返信する再送信を行なうように指示が行なわれる。この指示は、例えば基地局１２から移動局１０に発信される電波に含まれるコマンドによって行なわれる。
【０１１０】
移動局１０の第２受信部６４に対応するＳＤ３においては、基地局１２によってＳＤ２においてなされる返信（再送信）を行なう指示が受信されるまで待機されている。すなわち、前記再送信を行なう旨のコマンドを含む電波が移動局１０によって受信されるまで、本ステップの判断が否定され、本ステップが繰り返し実行される。そして、往復伝搬時間の測定のための電波が受信されると本ステップの判断が肯定され、続くＳＤ４が実行される。
【０１１１】
ＳＤ４においては、基地局１２から移動局１０に対し、往復伝搬時間の測定のための電波が第１発信部３６等を介して発信される。この往復伝搬時間の測定のための電波には、信号処理部３２によって生成される予め定められた拡散符号が含まれる。また、前記往復伝搬時間の測定のための電波が発信された発信時刻Ｔｔが記憶部５２に記憶される。また、移動局１０に対する送信が行なわれた基地局１２においては、移動局１０からの発信される往復伝搬時間の測定のための電波を受信するための待機が行なわれる。
【０１１２】
このようにすれば、移動局１０が再送信を行なうための電波が基地局１２から発信される前に、測距対象として選択される移動局１０に対し予め再送信のための指示が行なわれ（ＳＤ２）、移動局１０は再送信のための待機を開始している（ＳＤ３）ことから、前記ＳＤ４において基地局１２から移動局１０に送信される再送信のための信号に移動局１０を特定するための信号が含まれる必要がない。
【０１１３】
また、前述の実施例５および６において、往復伝搬時間算出部４８が基地局１２と移動局１０との間の電波の往復伝搬時間を算出する方法としては、実施例１に記載のものが用いられ、移動局１０の構成として図３に示したものが用いられたが、これに限られない。すなわち、往復伝搬時間算出部４８は、前述の実施例２乃至４のいずれかの方法によって基地局１２と移動局１０との間の電波の往復伝搬時間を算出することも可能であり、その場合、移動局１０の構成としては、前記実施例２乃至４のそれぞれに対応する図６乃至８に示すものが用いられる。
【０１１４】
また、前述の実施例５においては、測位部８８は３つの基地局１２のそれぞれと移動局１０との間の電波の往復伝搬時間を用いて、各基地局１２と移動局１０との距離を算出したが、これに限られず、４以上の基地局１２を用いて測位を行なってもよい。この場合、前記式（２）としては、基地局１２の個数に対応する本数の式からなるので、一意な解が存在しないことも想定されるが、かかる場合においては、例えば最小二乗法などにより最適解を求めることによって移動局１０の位置（ｘ，ｙ）を得ればよい。
【０１１５】
また、前述の実施例４においては、基地局１２と移動局１０との間で送受信される電波として円偏波が用いられ、これらの円偏波を送受信するために、基地局１２は発信用アンテナ３８および受信用アンテナ４０を、また、移動局１０は受信用アンテナ６２および発信用アンテナ７４をそれぞれ有するものとされたが、例えば、円偏波を送受信可能なアンテナであれば基地局１２および移動局１０はそれぞれ１つのアンテナを有し、この１つのアンテナにより送受信を行なうことも可能である。
【０１１６】
また、前述の実施例６においては、基地局１２の受信用アンテナ４０としてはフェイズドアレイアンテナが用いられたが、少なくとも電波の到来方向を検出する機能を有していればよい。すなわち、指向性の固定された指向性アンテナとその指向性アンテナの向きを物理的に変化させることによって前記指向性アンテナの指向性を変化させる可動部によって構成されてもよい。
【０１１７】
また、前述の実施例６においては、到来方向検出部５８による移動局１０からの電波の到来方向の検出はＳＣ１において、また、移動局１０と基地局１２との距離の算出を行なう測距ルーチンはＳＣ２において、それぞれ別個に行なわれたが、これに限られない。すなわち、測距ルーチンＳＣ２の実行中において、例えば図５で表される測距ルーチンのステップＳＡ５における作動の一部として行なわれてもよい。このようにすれば、移動局１０による電波の発信回数を減らすことができる。
【０１１８】
また、前述の実施例においては、測距システム８あるいは移動局測位システム９においてはサーバ１４が設けられ、測距部８４、測位部８８、記憶部８６などを有するものとされたが、このような態様に限られない。例えば、前記測距部８４、測位部８８は基地局１２の一部として設けられてもよく、また記憶部８６は基地局１２の記憶部５２によって実現されてもよい。かかる場合においては、サーバ１４が設けられなくてもよい。すなわち、サーバ１４は本発明の測距システム８あるいは移動局測位システム９において必須の構成ではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の測距システムの構成の一例を説明する図である。
【図２】第１無線局である基地局の機能の概要を説明する機能ブロック図である。
【図３】第２無線局である移動局の機能の概要を説明する機能ブロック図である。
【図４】サーバの機能の概要を説明する機能ブロック図である。
【図５】本発明の測距システムの制御作動の一例を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の測距システムの別の実施例における、第２無線局である移動局の機能の概要を説明する機能ブロック図であり、図３に対応する図である。
【図７】本発明の測距システムの別の実施例における、第２無線局である移動局の機能の概要を説明する機能ブロック図であり、図３に対応する図である。
【図８】本発明の移動局測位システムの構成の一例を説明する図である。
【図９】本発明の移動局測位システムにおけるサーバの機能の概要を説明する機能ブロック図である。
【図１０】本発明の移動局測位システムの制御作動の一例を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の移動局測位システムの別の実施例における構成の一例を説明する図であり、図８に対応する図である。
【図１２】本発明の移動局測位システムの別の実施例における、第１無線局である基地局の機能の概要を説明する機能ブロック図である。
【図１３】基地局の有するフェイズドアレイアンテナの構成を説明する図である。
【図１４】本発明の移動局測位システムの別の実施例における制御作動の一例を説明するフローチャートであり、図１０に対応する図である。
【図１５】本発明の測距システムの別の実施態様における制御作動の一例を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２０】
８：測距システム
９：移動局測位システム
１０：第２無線局（移動局）
１２：第１無線局（基地局）
３６：第１発信部
４０：受信用アンテナ（指向性アンテナ）
４２：第１受信部
４６：受信時刻検出部
４８：往復伝搬時間算出部
５８：到来方向検出部
６２：第２受信部
６６：電波特性変換部
７４：第２発信部
８４：測距部
８８：測位部
【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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