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JP2008122132A - Position estimation method and position estimation system - Google Patents

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JP2008122132A JP2006303758A JP2006303758A JP2008122132A JP 2008122132 A JP2008122132 A JP 2008122132A JP 2006303758 A JP2006303758 A JP 2006303758A JP 2006303758 A JP2006303758 A JP 2006303758A JP 2008122132 A JP2008122132 A JP 2008122132A
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Abstract

【課題】無線端末の位置推定を始めるための初期設定を簡素化する。
【解決手段】位置推定システムは、無線端末10からの受信電波強度を測定する無線ノード1と、位置推定装置2とを有する。位置推定装置2は、電波環境に依存するパラメータと無線端末10の暫定位置を用いて受信電波強度の理論値を無線ノード毎に算出し、受信電波強度の実測値と理論値との差に基づく値を評価関数として、評価関数が最小となるパラメータを求めるパラメータ算出手段と、暫定的なパラメータを用いて理論値を無線ノード毎に算出し、評価関数が最小となる暫定位置を求める暫定位置算出手段と、パラメータ算出手段と暫定位置算出手段の処理を交互に実行させる反復手段と、終了条件が成立した時点での暫定位置を無線端末10の推定位置とする位置確定手段とを備える。
【選択図】 図1
An initial setting for starting position estimation of a wireless terminal is simplified.
A position estimation system includes a wireless node 1 that measures received radio wave intensity from a wireless terminal 10 and a position estimation device 2. The position estimation device 2 calculates a theoretical value of the received radio wave intensity for each radio node using a parameter depending on the radio wave environment and the provisional position of the radio terminal 10, and is based on a difference between the actually measured value and the theoretical value of the received radio wave intensity. Using a value as an evaluation function, parameter calculation means for obtaining a parameter that minimizes the evaluation function, and a provisional position calculation that calculates a theoretical value for each wireless node using the provisional parameter to obtain a provisional position that minimizes the evaluation function Means, repetitive means for alternately executing the processing of the parameter calculation means and the provisional position calculation means, and position determination means for setting the provisional position when the end condition is satisfied to be the estimated position of the wireless terminal 10.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、複数の無線ノードを用いて無線端末の位置を推定する位置推定方法および位置推定システムに関するものである。   The present invention relates to a position estimation method and a position estimation system for estimating the position of a wireless terminal using a plurality of wireless nodes.

従来、無線を利用して人や物の位置を検出する方式としては、無線端末が電波到達圏内にいるかどうかを基地局で判別して無線端末の位置を検出するCell−ID方式や、複数の基地局で無線端末からの電波の到達時間を測定して三辺測量を行うことにより無線端末の位置を検出する電波到着時間差方式、複数の基地局で無線端末からの電波強度を測定して三辺測量を行うことにより無線端末の位置を検出する電波受信強度方式がある(例えば特許文献1、非特許文献1参照)。   Conventionally, as a method for detecting the position of a person or an object using radio, a cell-ID method for determining whether a radio terminal is within a radio wave coverage area and detecting the position of the radio terminal by a base station, A radio station arrival time difference method that detects the position of the wireless terminal by measuring the arrival time of the radio terminal from the wireless terminal at the base station and performing a three-sided survey, and measuring the radio field intensity from the wireless terminal at multiple base stations There is a radio wave reception intensity method for detecting the position of a wireless terminal by performing edge surveying (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

しかし、これらの方式では、マルチパスフェージング(遅延波による電界強度の変動)の影響を大きく受けるため、位置精度が低下し、位置精度の低下を防ぐためには、コストやキャリブレーションの手間がかかるという問題があった。   However, these methods are greatly affected by multipath fading (fluctuation of electric field strength due to delayed waves), so that the position accuracy is lowered, and in order to prevent the position accuracy from being lowered, it takes time and cost for calibration. There was a problem.

そこで、非特許文献1に記載された位置検出方式では、まず無線端末と無線ノード間の距離を変えながら、無線端末からの電波を無線ノードで受信して受信電波強度を予め測定し、無線端末と無線ノード間の距離と、受信電波強度との関係を得る。次に、無線伝搬特性を考慮して実伝搬環境のモデル化を行い、無線伝搬環境の確率モデルを得る。実伝搬環境の受信電波強度は指数分布でモデル化できることが分かっている。この確率モデルによると、受信電波強度Pと無線端末から無線ノードまでの距離rとは次式のような関係で表される。
P=C×r ・・・(1)
定数Cおよび減衰定数αは伝搬環境のモデル化時に決まるパラメータである。このような確率モデルを用いて最尤法による統計的推測を行うことにより、無線端末の位置を検出することができる。
Therefore, in the position detection method described in Non-Patent Document 1, first, while changing the distance between the wireless terminal and the wireless node, the wireless node receives the radio wave from the wireless terminal and measures the received radio wave intensity in advance. And the relationship between the distance between the wireless nodes and the received radio wave intensity. Next, the actual propagation environment is modeled in consideration of the radio propagation characteristics to obtain a probability model of the radio propagation environment. It is known that the received radio field intensity in the actual propagation environment can be modeled by exponential distribution. According to this probabilistic model, the received radio wave intensity P and the distance r from the wireless terminal to the wireless node are expressed by the following relationship.
P = C × r −α (1)
The constant C and the attenuation constant α are parameters determined when modeling the propagation environment. By performing statistical estimation by the maximum likelihood method using such a probability model, the position of the wireless terminal can be detected.

特開2005−274364号公報JP 2005-274364 A 小野昌之他,「無線を使った位置検出」,沖テクニカルレビュー,2005年10月,第204号,Vol.72,No.4,p.24−27Ono Masayuki et al., “Position detection using wireless”, Oki Technical Review, October 2005, No. 204, Vol. 72, no. 4, p. 24-27

非特許文献1に記載された位置検出方式によれば、無線ノードの低コスト化、小型化および高い位置推定精度を実現できるとしている。
しかしながら、非特許文献1に記載された位置検出方式では、式(1)のパラメータαを決定するために、位置推定を行う前に実伝搬環境において多数の観測データを予め測定して、このデータを基に伝搬環境をモデル化し、パラメータαを決定する必要があり、位置推定を始めるまでの初期設定に手間と時間がかかるという問題点があった。
According to the position detection method described in Non-Patent Document 1, the wireless node can be reduced in cost, size, and high position estimation accuracy.
However, in the position detection method described in Non-Patent Document 1, in order to determine the parameter α in Equation (1), a large number of observation data is measured in advance in the actual propagation environment before the position estimation is performed, and this data It is necessary to model the propagation environment based on the above and determine the parameter α, and there is a problem that it takes time and effort to perform the initial setting until the position estimation is started.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、無線端末の位置推定を始めるための初期設定を簡素化することができる位置推定方法および位置推定システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a position estimation method and a position estimation system that can simplify the initial setting for starting position estimation of a wireless terminal.

本発明は、無線端末の位置を推定する位置推定方法において、複数の無線ノードで無線端末からの受信電波強度を測定する測定手順と、電波環境に依存するパラメータと前記無線端末の暫定位置とを用いて前記受信電波強度の理論値を前記無線ノード毎に算出し、前記測定手順で測定された受信電波強度の実測値と前記理論値との差に基づく値を評価関数として、この評価関数が最小となる前記パラメータを求めるパラメータ算出手順と、前記パラメータと前記無線端末の暫定位置とを用いて前記受信電波強度の理論値を前記無線ノード毎に算出し、前記評価関数が最小となる前記無線端末の暫定位置を求める暫定位置算出手順と、前記パラメータ算出手順又は前記暫定位置算出手順を最初の手順として、前記パラメータ算出手順で算出されたパラメータを前記暫定位置算出手順で用い、前記暫定位置算出手順で算出された無線端末の暫定位置を前記パラメータ算出手順で用いるようにして、前記パラメータ算出手順と前記暫定位置算出手順とを交互に繰り返し実行させる反復手順と、所定の終了条件が成立した時点での前記暫定位置を前記無線端末の推定位置として確定する位置確定手順とを備えるものである。
また、本発明の位置推定方法の1構成例は、さらに、前記無線端末の暫定位置の初期値を与える初期位置設定手段を備え、前記パラメータ算出手順は、前記無線端末の暫定位置の初期値を用いて前記パラメータを求める第1のパラメータ算出手順と、前記暫定位置算出手順で算出された無線端末の暫定位置を用いて前記パラメータを求める第2のパラメータ算出手順とからなり、前記反復手順は、前記第1のパラメータ算出手順を最初の手順とし、前記暫定位置算出手順と前記第2のパラメータ算出手順とを交互に繰り返し実行させるようにしたものである。
また、本発明の位置推定方法の1構成例は、さらに、前記パラメータの初期値を与える初期パラメータ設定手段を備え、前記反復手順は、前記パラメータの初期値を用いて前記無線端末の暫定位置を求める前記暫定位置算出手順を最初の手順とし、前記パラメータ算出手順と前記暫定位置算出手順とを交互に繰り返し実行させるようにしたものである。
The present invention provides a position estimation method for estimating a position of a wireless terminal, a measurement procedure for measuring received radio wave intensity from a wireless terminal at a plurality of wireless nodes, a parameter depending on a radio wave environment, and a provisional position of the wireless terminal. Using the theoretical value of the received radio wave strength for each wireless node, and using the evaluation function as a value based on the difference between the actual value of the received radio wave strength measured in the measurement procedure and the theoretical value, Using the parameter calculation procedure for obtaining the minimum parameter and the parameter and the provisional position of the wireless terminal, the theoretical value of the received radio wave intensity is calculated for each wireless node, and the evaluation function is minimized. The provisional position calculation procedure for obtaining the provisional position of the terminal and the parameter calculation procedure or the provisional position calculation procedure as the first procedure are calculated in the parameter calculation procedure. The parameter calculation procedure and the provisional position calculation procedure are alternately repeated so that the parameter is used in the provisional position calculation procedure, and the provisional position of the wireless terminal calculated in the provisional position calculation procedure is used in the parameter calculation procedure. An iterative procedure to be executed, and a position determination procedure for determining the provisional position at the time when a predetermined end condition is satisfied as the estimated position of the wireless terminal.
In addition, one configuration example of the position estimation method of the present invention further includes an initial position setting unit that gives an initial value of the provisional position of the wireless terminal, and the parameter calculation procedure uses an initial value of the provisional position of the wireless terminal. Using a first parameter calculation procedure for obtaining the parameter, and a second parameter calculation procedure for obtaining the parameter using the provisional position of the wireless terminal calculated in the provisional position calculation procedure. The first parameter calculation procedure is the first procedure, and the temporary position calculation procedure and the second parameter calculation procedure are alternately and repeatedly executed.
In addition, one configuration example of the position estimation method of the present invention further includes initial parameter setting means for giving an initial value of the parameter, and the iterative procedure determines the provisional position of the wireless terminal using the initial value of the parameter. The provisional position calculation procedure to be obtained is an initial procedure, and the parameter calculation procedure and the provisional position calculation procedure are alternately and repeatedly executed.

また、本発明の位置推定方法の1構成例において、前記位置確定手順は、前記無線端末の暫定位置又は前記パラメータを求めたときの前記評価関数の最小値が所定のしきい値より小さいときに、前記終了条件が成立したと見なすようにしたものである。
また、本発明の位置推定方法の1構成例において、前記位置確定手順は、前記繰り返しの回数が所定のしきい値に達したときに、前記終了条件が成立したと見なすようにしたものである。
また、本発明の位置推定方法の1構成例において、前記位置確定手順は、前記パラメータ算出手順で算出されたパラメータと、このパラメータ算出手順の直前に前記暫定位置算出手順で用いた暫定的なパラメータとの差の絶対値が所定のしきい値より小さいときに、前記終了条件が成立したと見なすようにしたものである。
また、本発明の位置推定方法の1構成例において、前記評価関数は、前記測定手順で測定された受信電波強度の実測値と前記理論値との差の2乗を無線ノード毎に求め、この差の2乗を全ての無線ノードについて加算した和である。
Further, in one configuration example of the position estimation method of the present invention, the position determination procedure is performed when a minimum value of the evaluation function when the provisional position of the wireless terminal or the parameter is obtained is smaller than a predetermined threshold value. , It is assumed that the end condition is satisfied.
Further, in one configuration example of the position estimation method of the present invention, the position determination procedure considers that the end condition is satisfied when the number of repetitions reaches a predetermined threshold value. .
Further, in one configuration example of the position estimation method of the present invention, the position determination procedure includes a parameter calculated in the parameter calculation procedure and a temporary parameter used in the temporary position calculation procedure immediately before the parameter calculation procedure. When the absolute value of the difference between is smaller than a predetermined threshold value, it is considered that the termination condition is satisfied.
Further, in one configuration example of the position estimation method of the present invention, the evaluation function obtains, for each wireless node, a square of a difference between an actual measurement value of the received radio wave intensity measured by the measurement procedure and the theoretical value, The sum of the squares of the differences for all wireless nodes.

また、本発明の位置推定システムは、無線端末からの受信電波強度を測定する複数の無線ノードと、電波環境に依存するパラメータと前記無線端末の暫定位置とを用いて前記受信電波強度の理論値を前記無線ノード毎に算出し、前記測定された受信電波強度の実測値と前記理論値との差に基づく値を評価関数として、この評価関数が最小となる前記パラメータを求めるパラメータ算出手段と、前記パラメータと前記無線端末の暫定位置とを用いて前記受信電波強度の理論値を前記無線ノード毎に算出し、前記評価関数が最小となる前記無線端末の暫定位置を求める暫定位置算出手段と、前記パラメータ算出手段又は前記暫定位置算出手段を最初の手段として、前記パラメータ算出手段で算出されたパラメータを前記暫定位置算出手段で用い、前記暫定位置算出手段で算出された無線端末の暫定位置を前記パラメータ算出手段で用いるようにして、前記パラメータ算出手段と前記暫定位置算出手段の処理を交互に繰り返し実行させる反復手段と、所定の終了条件が成立した時点での前記暫定位置を前記無線端末の推定位置として確定する位置確定手段とを備えるものである。
また、本発明の位置推定システムの1構成例は、さらに、前記無線端末の暫定位置の初期値を与える初期位置設定手段を備え、前記パラメータ算出手段は、前記無線端末の暫定位置の初期値を用いて前記パラメータを求める第1のパラメータ算出手段と、前記暫定位置算出手段で算出された無線端末の暫定位置を用いて前記パラメータを求める第2のパラメータ算出手段とからなり、前記反復手段は、前記第1のパラメータ算出手段を最初の手段とし、前記暫定位置算出手段と前記第2のパラメータ算出手段の処理を交互に繰り返し実行させるものである。
また、本発明の位置推定システムの1構成例は、さらに、前記パラメータの初期値を与える初期パラメータ設定手段を備え、前記反復手段は、前記パラメータの初期値を用いて前記無線端末の暫定位置を求める前記暫定位置算出手段を最初の手段とし、前記パラメータ算出手段と前記暫定位置算出手段の処理を交互に繰り返し実行させるものである。
Further, the position estimation system of the present invention uses the plurality of wireless nodes that measure the received radio wave intensity from the radio terminal, the parameter depending on the radio wave environment, and the provisional position of the radio terminal, the theoretical value of the received radio wave intensity. For each wireless node, and using a value based on the difference between the measured actual value of the received radio wave intensity and the theoretical value as an evaluation function, parameter calculation means for obtaining the parameter that minimizes the evaluation function; Temporary position calculating means for calculating the theoretical value of the received radio field strength for each wireless node using the parameter and the temporary position of the wireless terminal, and obtaining the temporary position of the wireless terminal that minimizes the evaluation function; The parameter calculation unit or the provisional position calculation unit is used as a first unit, and the parameter calculated by the parameter calculation unit is used by the provisional position calculation unit. Repetitive means for alternately and repeatedly executing the processing of the parameter calculating means and the provisional position calculating means so that the temporary position of the wireless terminal calculated by the temporary position calculating means is used by the parameter calculating means, and a predetermined end Position determining means for determining the provisional position at the time when the condition is satisfied as the estimated position of the wireless terminal.
In addition, one configuration example of the position estimation system of the present invention further includes initial position setting means for giving an initial value of the provisional position of the wireless terminal, and the parameter calculation means calculates an initial value of the provisional position of the wireless terminal. A first parameter calculation unit that uses the provisional position of the wireless terminal calculated by the provisional position calculation unit, and a second parameter calculation unit that obtains the parameter using the provisional position of the wireless terminal. The first parameter calculation means is the first means, and the processes of the temporary position calculation means and the second parameter calculation means are alternately and repeatedly executed.
In addition, one configuration example of the position estimation system of the present invention further includes initial parameter setting means for giving an initial value of the parameter, and the repetition means determines the temporary position of the wireless terminal using the initial value of the parameter. The provisional position calculation means to be obtained is a first means, and the processing of the parameter calculation means and the provisional position calculation means is repeatedly executed alternately.

また、本発明の位置推定システムの1構成例において、前記位置確定手段は、前記無線端末の暫定位置又は前記パラメータを求めたときの前記評価関数の最小値が所定のしきい値より小さいときに、前記終了条件が成立したと見なすものである。
また、本発明の位置推定システムの1構成例において、前記位置確定手段は、前記繰り返しの回数が所定のしきい値に達したときに、前記終了条件が成立したと見なすものである。
また、本発明の位置推定システムの1構成例において、前記位置確定手段は、前記パラメータ算出手段で算出されたパラメータと、このパラメータ算出手段の直前に前記暫定位置算出手段で用いた暫定的なパラメータとの差の絶対値が所定のしきい値より小さいときに、前記終了条件が成立したと見なすものである。
Further, in one configuration example of the position estimation system of the present invention, the position determination unit is configured such that the minimum value of the evaluation function when the provisional position of the wireless terminal or the parameter is obtained is smaller than a predetermined threshold value. , It is considered that the termination condition is satisfied.
Further, in one configuration example of the position estimation system of the present invention, the position determination means considers that the end condition is satisfied when the number of repetitions reaches a predetermined threshold value.
Further, in one configuration example of the position estimation system of the present invention, the position determination unit includes a parameter calculated by the parameter calculation unit and a temporary parameter used by the temporary position calculation unit immediately before the parameter calculation unit. When the absolute value of the difference between is smaller than a predetermined threshold value, it is considered that the termination condition is satisfied.

本発明によれば、無線端末の暫定位置を用いて受信電波強度の理論値を無線ノード毎に算出し、測定手順で測定された受信電波強度の実測値と理論値との差に基づく値を評価関数として、この評価関数が最小となるパラメータを求めるパラメータ算出手順と、暫定的なパラメータを用いて受信電波強度の理論値を無線ノード毎に算出し、評価関数が最小となる無線端末の暫定位置を求める暫定位置算出手順とを、所定の終了条件が成立するまで交互に繰り返し実行させ、終了条件が成立した時点での暫定位置を無線端末の推定位置として確定するようにしたことにより、従来のように実伝搬環境において多数の観測データを予備的に収集してパラメータを決定する必要がなくなるので、無線端末の位置推定を始めるための初期設定を迅速かつ簡易にすることができる。また、本発明では、位置推定に使用すると良い精度がでないと言われている電波強度を用いて無線端末の位置を精度良く推定することができる。   According to the present invention, the theoretical value of the received radio wave intensity is calculated for each radio node using the provisional position of the radio terminal, and the value based on the difference between the actual value of the received radio wave intensity measured in the measurement procedure and the theoretical value is calculated. As an evaluation function, a parameter calculation procedure for obtaining a parameter that minimizes the evaluation function, a theoretical value of the received radio wave intensity is calculated for each wireless node using the temporary parameter, and the provisional of the wireless terminal that minimizes the evaluation function The provisional position calculation procedure for obtaining the position is repeatedly executed alternately until a predetermined end condition is satisfied, and the provisional position at the time when the end condition is satisfied is determined as the estimated position of the wireless terminal. In this way, it is not necessary to preliminarily collect a large number of observation data in the actual propagation environment and determine the parameters. It can be easy. Further, in the present invention, the position of the wireless terminal can be accurately estimated using the radio wave intensity that is said to be inaccurate when used for position estimation.

また、本発明では、無線端末の暫定位置又はパラメータを求めたときの評価関数の最小値が所定のしきい値より小さいときに、終了条件が成立したと見なすことにより、評価関数の最小値がしきい値より小さくなるまで、パラメータ算出手順と暫定位置算出手順とを交互に繰り返し実行することになるので、誤差をできるだけ少なくすることができ、信頼性を高い位置確定を行うことができる。   Further, in the present invention, when the minimum value of the evaluation function when the provisional position or parameter of the wireless terminal is obtained is smaller than a predetermined threshold, the minimum value of the evaluation function is determined by assuming that the end condition is satisfied. Since the parameter calculation procedure and the provisional position calculation procedure are alternately executed until the value becomes smaller than the threshold value, the error can be reduced as much as possible and the position can be determined with high reliability.

また、本発明では、繰り返しの回数が所定のしきい値に達したときに、終了条件が成立したと見なすことにより、パラメータ算出手順と暫定位置算出手順とを所定の回数だけ繰り返し実行することになるので、誤差をできるだけ少なくすることができ、信頼性を高い位置確定を行うことができる。   Further, in the present invention, when the number of repetitions reaches a predetermined threshold value, the parameter calculation procedure and the temporary position calculation procedure are repeatedly executed a predetermined number of times by assuming that the end condition is satisfied. Therefore, the error can be reduced as much as possible, and the position can be determined with high reliability.

また、本発明では、パラメータ算出手順で算出されたパラメータと、このパラメータ算出手順の直前に暫定位置算出手順で用いた暫定的なパラメータとの差の絶対値が所定のしきい値より小さいときに、終了条件が成立したと見なすことにより、差の絶対値がしきい値より小さくなるまで、パラメータ算出手順と暫定位置算出手順とを交互に繰り返し実行することになるので、誤差をできるだけ少なくすることができ、信頼性を高い位置確定を行うことができる。   In the present invention, the absolute value of the difference between the parameter calculated in the parameter calculation procedure and the temporary parameter used in the temporary position calculation procedure immediately before the parameter calculation procedure is smaller than a predetermined threshold value. Assuming that the end condition is satisfied, the parameter calculation procedure and the provisional position calculation procedure are alternately executed until the absolute value of the difference becomes smaller than the threshold value. And position determination with high reliability can be performed.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る位置推定システムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態の位置推定システムは、無線端末10からの受信電波強度を測定する複数の無線ノード1と、無線ノード1が測定した受信電波強度を基に無線端末10の位置を推定する位置推定装置2とから構成される。無線ノード1と無線端末10間で使用する無線通信としては例えばジグビー(ZigBee)がある。なお、無線ノード1は固定無線ノードであり、無線端末10は移動無線ノードであって、どちらも無線ノードであるが、ここでは両者の区別を容易にするために、移動無線ノードを無線端末と称する。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the position estimation system according to the first embodiment of the present invention.
The position estimation system according to the present embodiment includes a plurality of wireless nodes 1 that measure the received radio wave intensity from the radio terminal 10 and a position estimate that estimates the position of the radio terminal 10 based on the received radio wave intensity measured by the radio node 1. The apparatus 2 is comprised. As a wireless communication used between the wireless node 1 and the wireless terminal 10, for example, there is ZigBee. Note that the wireless node 1 is a fixed wireless node, and the wireless terminal 10 is a mobile wireless node, both of which are wireless nodes. Here, in order to easily distinguish the two, the mobile wireless node is referred to as a wireless terminal. Called.

図2は位置推定装置2の構成例を示すブロック図である。位置推定装置2は、無線端末10から受信電波強度のデータを受信する受信手段20と、無線端末10の暫定位置の初期値を与える初期位置設定手段21と、無線端末10の暫定位置を用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に算出し、受信電波強度の実測値と理論値との差に基づく値を評価関数として、この評価関数が最小となる減衰定数αを求める減衰定数算出手段22と、暫定的な減衰定数αを用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に算出し、評価関数が最小となる無線端末10の暫定位置を求める暫定位置算出手段23と、暫定位置算出手段23によって算出された無線端末10の暫定位置を用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に算出し、評価関数が最小となる減衰定数αを再計算する減衰定数再算出手段24と、所定の終了条件が成立した時点での無線端末10の暫定位置を無線端末10の推定位置として確定する位置確定手段25とを有する。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the position estimation apparatus 2. The position estimation device 2 uses reception means 20 that receives data of received radio wave intensity from the wireless terminal 10, initial position setting means 21 that gives an initial value of the temporary position of the wireless terminal 10, and the temporary position of the wireless terminal 10. Calculates the theoretical value of the received radio wave strength for each wireless node 1, and uses the value based on the difference between the actually measured value and the theoretical value of the received radio wave strength as an evaluation function to calculate the attenuation constant α that minimizes the evaluation function. Means 22, provisional position calculation means 23 for calculating a theoretical value of received radio wave intensity for each wireless node 1 using a provisional attenuation constant α, and obtaining a provisional position of the wireless terminal 10 having the smallest evaluation function; Using the provisional position of the wireless terminal 10 calculated by the position calculating means 23, the theoretical value of the received radio wave intensity is calculated for each wireless node 1, and the attenuation constant recalculating means for recalculating the attenuation constant α that minimizes the evaluation function. 2 When, and a position determining means 25 for determining the provisional position of the radio terminal 10 at the time the predetermined termination condition is satisfied as the estimated position of the wireless terminal 10.

減衰定数算出手段22は、電波環境に依存するパラメータである減衰定数αを算出する第1のパラメータ算出手段を構成し、減衰定数再算出手段24は、同じく減衰定数αを算出する第2のパラメータ算出手段を構成している。また、位置確定手段25は、所定の終了条件が成立するまで、減衰定数算出手段22と暫定位置算出手段23と減衰定数再算出手段24に処理を繰り返し実行させる反復手段を構成している。
なお、αは電波環境に依存するパラメータであるが、一般に減衰定数と呼ばれているので、本発明においても減衰定数αと呼ぶことにする。
The attenuation constant calculating means 22 constitutes a first parameter calculating means for calculating an attenuation constant α that is a parameter depending on the radio wave environment, and the attenuation constant recalculating means 24 is also a second parameter for calculating the attenuation constant α. It constitutes a calculation means. Further, the position determining means 25 constitutes an iterative means for causing the attenuation constant calculating means 22, the temporary position calculating means 23, and the attenuation constant recalculating means 24 to repeatedly execute processing until a predetermined end condition is satisfied.
Note that α is a parameter that depends on the radio wave environment, but is generally called an attenuation constant, so it is also called an attenuation constant α in the present invention.

次に、本実施の形態の位置推定システムの動作を説明する。図3は位置推定装置2の動作を示すフローチャートである。
まず、各無線ノード1は、無線端末10からの電波を受信して、受信電波強度を測定する。そして、各無線ノード1は、測定した受信電波強度のデータを位置推定装置2に対して無線送信する。
Next, the operation of the position estimation system according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the position estimation apparatus 2.
First, each wireless node 1 receives a radio wave from the radio terminal 10 and measures the received radio wave intensity. Each wireless node 1 wirelessly transmits the measured received radio wave intensity data to the position estimation device 2.

位置推定装置2の受信手段20は、各無線ノード1から受信電波強度のデータを受信する(図3ステップS1)。
初期位置設定手段21は、位置推定の対象となる空間(無線端末10が存在すると考えられる空間)内の所定の位置を無線端末10の初期位置として、この初期位置のデータを出力する(ステップS2)。
The receiving means 20 of the position estimation device 2 receives the received radio wave intensity data from each wireless node 1 (step S1 in FIG. 3).
The initial position setting means 21 sets the predetermined position in the space for which position estimation is to be performed (the space where the wireless terminal 10 is supposed to exist) as the initial position of the wireless terminal 10 and outputs data of the initial position (step S2). ).

続いて、減衰定数算出手段22は、ステップS2で設定された無線端末10の初期位置を用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に計算し、この理論値とステップS1で受信した受信電波強度の実測値とから評価関数を計算して、評価関数が最小となる減衰定数αを求める(ステップS3)。   Subsequently, the attenuation constant calculating means 22 calculates the theoretical value of the received radio wave intensity for each wireless node 1 using the initial position of the wireless terminal 10 set in step S2, and receives the theoretical value and the reception received in step S1. An evaluation function is calculated from the actually measured value of the radio wave intensity, and an attenuation constant α that minimizes the evaluation function is obtained (step S3).

i番目(iは1〜nの範囲内の整数で、nは無線ノード1の台数)の無線ノード1における受信電波強度の理論値Pti[dBm]は、式(1)より次式のように求めることができる。
Pti=10×log10(C×r
=10×log10C−10×α×log10
=10×log10
−10×α×log10(((x0−xb)2+(y0−yb)21/2
・・・(2)
式(2)において、rは無線端末10から無線ノード1までの距離であり、x0,y0は無線端末10の初期位置のx座標、y座標、xb,ybは無線ノード1のx座標、y座標である。
The theoretical value Pti [dBm] of the received radio wave intensity at the i-th wireless node 1 (where i is an integer in the range of 1 to n, where n is the number of wireless nodes 1) is given by the following equation from Equation (1): Can be sought.
Pti = 10 × log 10 (C × r −α )
= 10 × log 10 C−10 × α × log 10 r
= 10 × log 10 C
−10 × α × log 10 (((x0−xb) 2 + (y0−yb) 2 ) 1/2 )
... (2)
In Expression (2), r is the distance from the wireless terminal 10 to the wireless node 1, x0, y0 are the x coordinate and y coordinate of the initial position of the wireless terminal 10, xb, yb are the x coordinate of the wireless node 1, and y Coordinates.

減衰定数算出手段22は、式(2)を用いて受信電波強度の理論値Ptiを無線ノード1毎に算出する。このとき、減衰定数αとしては各無線ノード1に共通の値を用い、また定数Cとしては、各無線ノード1に共通の予め設定された値を用いる。そして、減衰定数算出手段22は、i番目の無線ノード1における受信電波強度の実測値Pmi[dBm]と理論値Pti[dBm]とから次式により評価関数Vを算出する。   The attenuation constant calculating unit 22 calculates the theoretical value Pti of the received radio wave intensity for each wireless node 1 using Expression (2). At this time, a value common to each wireless node 1 is used as the attenuation constant α, and a preset value common to each wireless node 1 is used as the constant C. Then, the attenuation constant calculating means 22 calculates the evaluation function V from the measured value Pmi [dBm] and the theoretical value Pti [dBm] of the received radio wave intensity at the i-th wireless node 1 by the following equation.

Figure 2008122132
Figure 2008122132

つまり、減衰定数算出手段22は、受信電波強度の実測値Pmiと理論値Ptiとの差の2乗を無線ノード1毎に求め、これらを全ての無線ノード1について加算した誤差2乗和を評価関数Vとして算出する。こうして、減衰定数算出手段22は、減衰定数αを変更しながら、式(2)と式(3)の計算を繰り返すことにより、評価関数Vが最小となる減衰定数αを求める。減衰定数算出手段22は、算出した減衰定数αを暫定位置算出手段23に出力する。これで、ステップS3の処理が終了する。   In other words, the attenuation constant calculating means 22 calculates the square of the difference between the actually measured value Pmi and the theoretical value Pti of the received radio wave intensity for each wireless node 1 and evaluates the sum of squared errors obtained by adding these for all the wireless nodes 1. Calculate as function V. In this way, the attenuation constant calculating means 22 calculates the attenuation constant α that minimizes the evaluation function V by repeating the calculations of the equations (2) and (3) while changing the attenuation constant α. The attenuation constant calculating unit 22 outputs the calculated attenuation constant α to the temporary position calculating unit 23. This completes the process of step S3.

次に、暫定位置算出手段23は、ステップS3で算出された減衰定数αを用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に計算し、この理論値とステップS1で受信した受信電波強度の実測値とから評価関数Vを計算して、評価関数Vが最小となる無線端末10の暫定位置(xp,yp)を算出する(ステップS4)。   Next, the temporary position calculation means 23 calculates the theoretical value of the received radio wave intensity for each wireless node 1 using the attenuation constant α calculated in step S3, and the received radio wave intensity received in step S1. The evaluation function V is calculated from the actually measured values, and the provisional position (xp, yp) of the wireless terminal 10 at which the evaluation function V is minimized is calculated (step S4).

ここでは、i番目の無線ノード1における受信電波強度の理論値Pti[dBm]は、式(2)より次式のようになる。
Pti=10×log10
−10×α×log10(((xp−xb)2+(yp−yb)21/2
・・・(4)
式(4)は、式(2)において無線端末10の初期位置(x0,y0)の代わりに、無線端末10の暫定位置のx座標xpとy座標ypを用いたものである。
Here, the theoretical value Pti [dBm] of the received radio wave intensity at the i-th wireless node 1 is represented by the following equation from Equation (2).
Pti = 10 × log 10 C
−10 × α × log 10 (((xp−xb) 2 + (yp−yb) 2 ) 1/2 )
... (4)
Expression (4) uses the x-coordinate xp and y-coordinate yp of the temporary position of the wireless terminal 10 instead of the initial position (x0, y0) of the wireless terminal 10 in Expression (2).

暫定位置算出手段23は、式(4)を用いて受信電波強度の理論値Ptiを無線ノード1毎に算出する。式(2)の場合と同様に、減衰定数αとしては各無線ノード1に共通の値を用い、また定数Cとしては、各無線ノード1に共通の予め設定された値を用いる。評価関数Vは、受信電波強度の実測値Pmiと式(4)で算出した受信電波強度の理論値Ptiとを用いて上記と同様に式(3)で計算することができる。暫定位置算出手段23は、無線端末10の暫定位置(xp,yp)を変更しながら、式(4)と式(3)の計算を繰り返すことにより、評価関数Vが最小となる無線端末10の暫定位置(xp,yp)を求める。   The temporary position calculation means 23 calculates the theoretical value Pti of the received radio wave intensity for each wireless node 1 using Expression (4). As in the case of Equation (2), a value common to each wireless node 1 is used as the attenuation constant α, and a preset value common to each wireless node 1 is used as the constant C. The evaluation function V can be calculated by the equation (3) in the same manner as described above using the actual measurement value Pmi of the received radio wave strength and the theoretical value Pti of the received radio wave strength calculated by the equation (4). The provisional position calculation means 23 repeats the calculation of Expression (4) and Expression (3) while changing the provisional position (xp, yp) of the wireless terminal 10, so that the evaluation function V is minimized. The provisional position (xp, yp) is obtained.

無線端末10が存在すると考えられる2次元の領域を等間隔のグリッドで分割したときに、グリッドの交点がk個できたとすると、このk個の交点の位置を無線端末10の暫定位置(xp,yp)として、このそれぞれの位置について式(4)と式(3)の計算を繰り返すことにより、評価関数Vが最小となる無線端末10の暫定位置(xp,yp)を求めることができる。暫定位置算出手段23は、算出した無線端末10の暫定位置(xp,yp)のデータを減衰定数再算出手段24と位置確定手段25に出力する。これで、ステップS4の処理が終了する。   When a two-dimensional area in which the wireless terminal 10 is considered to exist is divided by an equally spaced grid, if k grid intersections are formed, the positions of the k intersections are defined as the provisional positions (xp, As yp), the provisional position (xp, yp) of the wireless terminal 10 at which the evaluation function V is minimized can be obtained by repeating the calculation of the expressions (4) and (3) for each position. The temporary position calculation unit 23 outputs the calculated data of the temporary position (xp, yp) of the wireless terminal 10 to the attenuation constant recalculation unit 24 and the position determination unit 25. This completes the process of step S4.

次に、減衰定数再算出手段24は、ステップS4で算出された無線端末10の暫定位置を用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に計算し、この理論値とステップS1で受信した受信電波強度の実測値とから評価関数Vを計算して、評価関数Vが最小となる減衰定数αを再計算する(ステップS5)。無線ノード1における受信電波強度の理論値Ptiは、式(4)により計算できる。減衰定数再算出手段24は、減衰定数αを変更しながら、式(4)と式(3)の計算を繰り返すことにより、評価関数Vが最小となる減衰定数αを求める。減衰定数再算出手段24は、算出した減衰定数αとこの減衰定数αが得られたときの評価関数Vの最小値とを位置確定手段25に出力する。これで、ステップS5の処理が終了する。   Next, the attenuation constant recalculating unit 24 calculates the theoretical value of the received radio wave intensity for each wireless node 1 using the provisional position of the wireless terminal 10 calculated in step S4, and receives the theoretical value and the received value in step S1. The evaluation function V is calculated from the actually measured value of the received radio wave intensity, and the attenuation constant α that minimizes the evaluation function V is recalculated (step S5). The theoretical value Pti of the received radio wave intensity at the wireless node 1 can be calculated by equation (4). The attenuation constant recalculation unit 24 calculates the attenuation constant α that minimizes the evaluation function V by repeating the calculations of the equations (4) and (3) while changing the attenuation constant α. The attenuation constant recalculation unit 24 outputs the calculated attenuation constant α and the minimum value of the evaluation function V when the attenuation constant α is obtained to the position determination unit 25. This completes the process of step S5.

ステップS5の終了後、位置確定手段25は、無線端末10の位置推定の終了条件が成立するかどうかを判定する(ステップS6)。終了条件が成立しない場合には、ステップS4に戻る。このとき、位置確定手段25は、暫定位置算出手段23に対してステップS5で求められた減衰定数αを設定する。これにより、ステップS4において、暫定位置算出手段23は、ステップS3で算出された減衰定数αの代わりに、新たに設定された減衰定数αを用いて式(4)の計算を行う。こうして、終了条件が成立するまで、ステップS4〜S6の処理が繰り返される。   After the end of step S5, the position determination means 25 determines whether or not a condition for ending the position estimation of the wireless terminal 10 is satisfied (step S6). If the end condition is not satisfied, the process returns to step S4. At this time, the position determining means 25 sets the attenuation constant α obtained in step S5 for the temporary position calculating means 23. As a result, in step S4, the temporary position calculation means 23 calculates equation (4) using the newly set attenuation constant α instead of the attenuation constant α calculated in step S3. Thus, the processes of steps S4 to S6 are repeated until the end condition is satisfied.

終了条件のしきい値としては、評価関数Vのしきい値とステップS4,S5の処理の繰り返し回数のしきい値が設定されている。位置確定手段25は、ステップS5で計算された評価関数Vの最小値が評価関数Vのしきい値より小さい場合、またはステップS4,S5の繰り返し回数が回数のしきい値に達した場合に、終了条件が成立したものと見なし(ステップS6において判定YES)、終了条件が成立した時点での無線端末10の暫定位置(xp,yp)を無線端末10の最終的な推定位置として確定する(ステップS7)。評価関数Vの最小値がしきい値以上で、かつステップS4,S5の繰り返し回数がしきい値に達していない場合には、終了条件が成立しないと見なして、前述のとおりステップS4に戻る。   As the threshold value for the end condition, a threshold value for the evaluation function V and a threshold value for the number of repetitions of the processes in steps S4 and S5 are set. When the minimum value of the evaluation function V calculated in step S5 is smaller than the threshold value of the evaluation function V or when the number of repetitions of steps S4 and S5 reaches the number of times threshold, It is assumed that the end condition is satisfied (YES in step S6), and the provisional position (xp, yp) of the wireless terminal 10 at the time when the end condition is satisfied is determined as the final estimated position of the wireless terminal 10 (step S7). If the minimum value of the evaluation function V is greater than or equal to the threshold value and the number of repetitions of steps S4 and S5 has not reached the threshold value, it is determined that the end condition is not satisfied, and the process returns to step S4 as described above.

以上のように本実施の形態では、無線端末10の暫定位置を用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に算出し、評価関数Vが最小となる減衰定数αを求める手順と、暫定的な減衰定数αを用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に算出し、評価関数Vが最小となる無線端末10の暫定位置を求める手順とを、所定の終了条件が成立するまで交互に繰り返し実行し、終了条件が成立した時点での暫定位置を無線端末10の推定位置として確定するようにしたことにより、従来のように実伝搬環境において多数の観測データを予備的に収集して減衰定数αを決定する必要がなくなるので、無線端末10の位置推定を始めるための初期設定を迅速かつ簡易にすることができる。また、本実施の形態では、位置推定に使用すると良い精度がでないと言われている電波強度を用いて無線端末10の位置を精度良く推定することができる。   As described above, in the present embodiment, the theoretical value of the received radio wave intensity is calculated for each wireless node 1 using the provisional position of the wireless terminal 10, and the procedure for obtaining the attenuation constant α that minimizes the evaluation function V, And calculating a provisional position of the wireless terminal 10 at which the evaluation function V is minimized until a predetermined end condition is satisfied. By repeatedly executing alternately and determining the provisional position when the end condition is satisfied as the estimated position of the wireless terminal 10, a large number of observation data is preliminarily collected in the actual propagation environment as in the past. Therefore, it is not necessary to determine the attenuation constant α, so that the initial setting for starting the position estimation of the wireless terminal 10 can be made quickly and easily. Moreover, in this Embodiment, the position of the radio | wireless terminal 10 can be estimated with sufficient precision using the radio wave intensity | strength said that it is not good to use for position estimation.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、位置推定システムの構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1の符号を用いて説明する。
図4は本実施の形態の位置推定装置2の構成例を示すブロック図である。本実施の形態の位置推定装置2は、受信手段20と、減衰定数αの初期値を与える初期減衰定数設定手段(初期パラメータ設定手段)26と、暫定的な減衰定数αを用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に算出し、評価関数が最小となる無線端末10の暫定位置を求める暫定位置算出手段27と、無線端末10の暫定位置を用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に算出し、評価関数が最小となる減衰定数αを求める減衰定数算出手段(パラメータ算出手段)28と、所定の終了条件が成立した時点での無線端末10の暫定位置を無線端末10の推定位置として確定する位置確定手段29とを有する。位置確定手段29は、所定の終了条件が成立するまで、暫定位置算出手段27と減衰定数算出手段28に処理を繰り返し実行させる反復手段を構成している。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Also in the present embodiment, the configuration of the position estimation system is the same as that of the first embodiment, and therefore, description will be made using the reference numerals in FIG.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the position estimation apparatus 2 according to the present embodiment. The position estimation apparatus 2 according to the present embodiment uses the reception means 20, the initial attenuation constant setting means (initial parameter setting means) 26 for giving an initial value of the attenuation constant α, and the received radio wave intensity using the provisional attenuation constant α. Is calculated for each wireless node 1, the provisional position calculating means 27 for obtaining the provisional position of the wireless terminal 10 having the smallest evaluation function, and the theoretical value of the received radio wave intensity is wirelessly obtained using the provisional position of the wireless terminal 10. An attenuation constant calculation means (parameter calculation means) 28 that calculates the attenuation constant α that minimizes the evaluation function, calculated for each node 1, and the provisional position of the wireless terminal 10 when a predetermined end condition is satisfied Position determining means 29 for determining the estimated position. The position determining means 29 constitutes a repeating means for causing the temporary position calculating means 27 and the attenuation constant calculating means 28 to repeatedly execute the processing until a predetermined end condition is satisfied.

次に、本実施の形態の位置推定システムの動作を説明する。図5は位置推定装置2の動作を示すフローチャートである。
第1の実施の形態と同様に、各無線ノード1は、無線端末10からの電波を受信して、受信電波強度を測定し、受信電波強度のデータを位置推定装置2に対して無線送信する。位置推定装置2の受信手段20は、各無線ノード1から受信電波強度のデータを受信する(図5ステップS11)。
Next, the operation of the position estimation system according to the present embodiment will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the position estimation apparatus 2.
Similarly to the first embodiment, each wireless node 1 receives a radio wave from the radio terminal 10, measures the received radio wave intensity, and wirelessly transmits the received radio wave intensity data to the position estimation device 2. . The receiving means 20 of the position estimation device 2 receives the received radio wave intensity data from each wireless node 1 (step S11 in FIG. 5).

次に、初期減衰定数設定手段26は、予め設定された減衰定数αの初期値α0を出力する(ステップS12)。初期値α0としては、例えば2〜4の範囲の値が使用される。
暫定位置算出手段27は、ステップS12で設定された減衰定数αの初期値α0を用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に計算し、この理論値とステップS11で受信した受信電波強度の実測値とから評価関数Vを計算して、評価関数Vが最小となる無線端末10の暫定位置(xp,yp)を算出する(ステップS13)。
Next, the initial attenuation constant setting means 26 outputs an initial value α0 of a preset attenuation constant α (step S12). For example, a value in the range of 2 to 4 is used as the initial value α0.
The temporary position calculating means 27 calculates the theoretical value of the received radio wave intensity for each wireless node 1 using the initial value α0 of the attenuation constant α set in step S12, and the received radio wave intensity received in step S11. The evaluation function V is calculated from the actual measurement value of, and the provisional position (xp, yp) of the wireless terminal 10 at which the evaluation function V is minimized is calculated (step S13).

ここで、無線端末10と無線ノード1間の伝搬損失PL[dBm]は、次式のように表すことができる。
PL=40+10×α×log10r ・・・(5)
そして、i番目の無線ノード1における受信電波強度の理論値Pti[dBm]は、式(5)より次式のように求めることができる。
Pti=Ps+Gs+Gr−PL
=Ps+Gs+Gr−(40+10×α0
×log10(((xp−xb)2+(yp−yb)21/2)) ・・・(6)
式(6)において、Ps[dBm]は無線端末10の送信電力、Gs[dBm]は無線端末10の送信アンテナの利得、Gr[dBm]は無線ノード1の受信アンテナの利得である。
Here, the propagation loss PL [dBm] between the wireless terminal 10 and the wireless node 1 can be expressed as the following equation.
PL = 40 + 10 × α × log 10 r (5)
Then, the theoretical value Pti [dBm] of the received radio wave intensity at the i-th wireless node 1 can be obtained from the equation (5) as follows.
Pti = Ps + Gs + Gr-PL
= Ps + Gs + Gr− (40 + 10 × α0
× log 10 (((xp−xb) 2 + (yp−yb) 2 ) 1/2 )) (6)
In Expression (6), Ps [dBm] is the transmission power of the radio terminal 10, Gs [dBm] is the gain of the transmission antenna of the radio terminal 10, and Gr [dBm] is the gain of the reception antenna of the radio node 1.

暫定位置算出手段27は、式(6)を用いて受信電波強度の理論値Ptiを無線ノード1毎に算出する。減衰定数αの初期値α0、送信電力Ps、送信アンテナの利得Gs及び受信アンテナの利得Grは各無線ノード1に共通の値を用る。評価関数Vは、受信電波強度の実測値Pmiと式(6)で算出した受信電波強度の理論値Ptiとを用いて第1の実施の形態と同様に式(3)で計算できる。暫定位置算出手段27は、無線端末10の暫定位置(xp,yp)を変更しながら、式(6)と式(3)の計算を繰り返すことにより、評価関数Vが最小となる無線端末10の暫定位置(xp,yp)を求める。   The provisional position calculation means 27 calculates the theoretical value Pti of the received radio wave intensity for each wireless node 1 using the equation (6). The initial value α0 of the attenuation constant α, the transmission power Ps, the gain Gs of the transmission antenna, and the gain Gr of the reception antenna use values common to the wireless nodes 1. The evaluation function V can be calculated by Expression (3) in the same manner as in the first embodiment, using the measured value Pmi of the received radio wave intensity and the theoretical value Pti of the received radio wave intensity calculated by Expression (6). The provisional position calculation unit 27 repeats the calculations of Expression (6) and Expression (3) while changing the provisional position (xp, yp) of the wireless terminal 10, so that the evaluation function V is minimized. The provisional position (xp, yp) is obtained.

無線端末10が存在すると考えられる2次元の領域を等間隔のグリッドで分割したときに、グリッドの交点がk個できたとすると、このk個の交点の位置を無線端末10の暫定位置(xp,yp)として、このそれぞれの位置について式(6)と式(3)の計算を繰り返すことにより、評価関数Vが最小となる無線端末10の暫定位置(xp,yp)を求めることができる。暫定位置算出手段27は、算出した無線端末10の暫定位置(xp,yp)のデータを減衰定数算出手段28と位置確定手段29に出力すると共に、式(6)で用いた暫定的な減衰定数α0を位置確定手段29に出力する。これで、ステップS13の処理が終了する。   When a two-dimensional area in which the wireless terminal 10 is considered to exist is divided by an equally spaced grid, if k grid intersections are formed, the positions of the k intersections are defined as the provisional positions (xp, As yp), the provisional position (xp, yp) of the wireless terminal 10 at which the evaluation function V is minimized can be obtained by repeating the calculations of the expressions (6) and (3) for each position. The temporary position calculating unit 27 outputs the calculated data of the temporary position (xp, yp) of the wireless terminal 10 to the attenuation constant calculating unit 28 and the position determining unit 29, and at the same time, the temporary attenuation constant used in Expression (6). α0 is output to the position determining means 29. This completes the process of step S13.

次に、減衰定数算出手段28は、ステップS13で算出された無線端末10の暫定位置を用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に計算し、この理論値とステップS11で受信した受信電波強度の実測値とから評価関数Vを計算して、評価関数Vが最小となる減衰定数αを求める(ステップS14)。   Next, the attenuation constant calculating means 28 calculates the theoretical value of the received radio wave intensity for each wireless node 1 using the provisional position of the wireless terminal 10 calculated in step S13, and the reception value received in step S11. An evaluation function V is calculated from the actually measured value of the radio wave intensity, and an attenuation constant α that minimizes the evaluation function V is obtained (step S14).

i番目の無線ノード1における受信電波強度の理論値Pti[dBm]は、式(6)より次式のように求めることができる。
Pti=Ps+Gs+Gr−(40+10×α
×log10(((xp−xb)2+(yp−yb)21/2)) ・・・(7)
The theoretical value Pti [dBm] of the received radio wave intensity at the i-th wireless node 1 can be obtained from Equation (6) as follows:
Pti = Ps + Gs + Gr− (40 + 10 × α
Xlog 10 (((xp-xb) 2 + (yp-yb) 2 ) 1/2 )) (7)

評価関数Vは、受信電波強度の実測値Pmiと式(7)で算出した受信電波強度の理論値Ptiとを用いて式(3)で計算できる。減衰定数算出手段28は、減衰定数αを変更しながら、式(7)と式(3)の計算を繰り返すことにより、評価関数Vが最小となる減衰定数αを求める。減衰定数算出手段28は、算出した減衰定数αを位置確定手段29に出力する。これで、ステップS14の処理が終了する。   The evaluation function V can be calculated by the equation (3) using the measured value Pmi of the received radio wave intensity and the theoretical value Pti of the received radio wave intensity calculated by the equation (7). The attenuation constant calculating means 28 obtains an attenuation constant α that minimizes the evaluation function V by repeating the calculations of the equations (7) and (3) while changing the attenuation constant α. The attenuation constant calculating unit 28 outputs the calculated attenuation constant α to the position determining unit 29. This completes the process of step S14.

ステップS14の終了後、位置確定手段29は、無線端末10の位置推定の終了条件が成立するかどうかを判定する(ステップS15)。終了条件が成立しない場合には、ステップS13に戻る。このとき、位置確定手段29は、暫定位置算出手段27に対してステップS14で求められた減衰定数αを設定する。これにより、ステップS13において、暫定位置算出手段27は、初期値α0の代わりに、新たに設定された減衰定数αを用いて式(6)の計算を行う。こうして、終了条件が成立するまで、ステップS13〜S15の処理が繰り返される。   After the end of step S14, the position determination means 29 determines whether or not the condition for ending the position estimation of the wireless terminal 10 is satisfied (step S15). If the end condition is not satisfied, the process returns to step S13. At this time, the position determining means 29 sets the attenuation constant α obtained in step S14 for the temporary position calculating means 27. Thereby, in step S13, the provisional position calculation means 27 calculates Formula (6) using the newly set attenuation constant α instead of the initial value α0. In this way, the processes in steps S13 to S15 are repeated until the end condition is satisfied.

終了条件のしきい値としては、減衰定数αの差のしきい値が設定されている。位置確定手段29は、ステップS14で算出された減衰定数αと、このステップS14の直前に暫定位置算出手段27がステップS13で用いた暫定的な減衰定数α(α0)との差の絶対値がしきい値より小さい場合に、終了条件が成立したものと見なし(ステップS15において判定YES)、終了条件が成立した時点での無線端末10の暫定位置(xp,yp)を無線端末10の最終的な推定位置として確定する(ステップS16)。減衰定数αの差の絶対値がしきい値以上の場合には、終了条件が成立しないと見なして、前述のとおりステップS13に戻る。   As a threshold value for the termination condition, a threshold value for the difference in the attenuation constant α is set. The position determination means 29 has an absolute value of the difference between the attenuation constant α calculated in step S14 and the temporary attenuation constant α (α0) used in step S13 by the temporary position calculation means 27 immediately before step S14. If it is smaller than the threshold value, it is regarded that the end condition is satisfied (determination YES in step S15), and the temporary position (xp, yp) of the wireless terminal 10 at the time when the end condition is satisfied is determined as the final position of the wireless terminal 10. The estimated position is determined (step S16). If the absolute value of the difference in the attenuation constant α is greater than or equal to the threshold value, it is assumed that the end condition is not satisfied, and the process returns to step S13 as described above.

以上のように、本実施の形態では、暫定的な減衰定数αを用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に算出し、評価関数Vが最小となる無線端末10の暫定位置を求める手順と、無線端末10の暫定位置を用いて受信電波強度の理論値を無線ノード1毎に算出し、評価関数Vが最小となる減衰定数αを求める手順とを、所定の終了条件が成立するまで交互に繰り返し実行し、終了条件が成立した時点での暫定位置を無線端末10の推定位置として確定するようにしたことにより、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, the theoretical value of the received radio wave intensity is calculated for each wireless node 1 using the provisional attenuation constant α, and the provisional position of the wireless terminal 10 that minimizes the evaluation function V is obtained. A predetermined termination condition is established between the procedure and the procedure for calculating the theoretical value of the received radio wave intensity for each wireless node 1 using the provisional position of the wireless terminal 10 and obtaining the attenuation constant α that minimizes the evaluation function V. By repeating the process repeatedly until the end condition is satisfied, the provisional position at the time when the end condition is satisfied is determined as the estimated position of the wireless terminal 10, so that the same effect as in the first embodiment can be obtained.

本実施の形態の位置推定システムを用いて、無線端末10の受信電波強度を実際に測定し、この受信電波強度を基に無線端末10の位置を推定した実験結果を以下に示す。
図6はこの測定実験における位置推定システムの測定条件を示す平面図である。図6の例では、8台の無線ノード1を2次元状に配置して、無線端末10−1〜10−3の位置推定を行った。無線ノード1の配置間隔は7.5m、無線ノード1のz座標(図6の紙面に対して垂直な方向の座標)は1.3m、無線端末10−1〜10−3のz座標も1.3mである。
An experimental result of actually measuring the received radio wave intensity of the radio terminal 10 using the position estimation system of the present embodiment and estimating the position of the radio terminal 10 based on the received radio wave intensity is shown below.
FIG. 6 is a plan view showing measurement conditions of the position estimation system in this measurement experiment. In the example of FIG. 6, eight wireless nodes 1 are two-dimensionally arranged to estimate the positions of the wireless terminals 10-1 to 10-3. The arrangement interval of the wireless nodes 1 is 7.5 m, the z coordinate of the wireless nodes 1 (the coordinate in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 6) is 1.3 m, and the z coordinates of the wireless terminals 10-1 to 10-3 are also 1. .3m.

また、無線端末10−1〜10−3の送信電力Psを1mW、無線端末10の送信アンテナの利得Gsを0dBi、無線ノード1の受信アンテナの利得Grを2dBiとし、図6の無線ノード1で囲まれた領域を分割するグリッドの幅を0.5m、減衰定数αの差のしきい値を0.001とした。このときの実験結果を表1に示す。   Further, the transmission power Ps of the radio terminals 10-1 to 10-3 is 1 mW, the gain Gs of the transmission antenna of the radio terminal 10 is 0 dBi, the gain Gr of the reception antenna of the radio node 1 is 2 dBi, and the radio node 1 in FIG. The width of the grid that divides the enclosed region was 0.5 m, and the threshold value of the difference in the attenuation constant α was 0.001. The experimental results at this time are shown in Table 1.

Figure 2008122132
Figure 2008122132

この実験の結果得られた減衰定数αは、2.311691であった。表1によれば、無線端末10−1〜10−3の実際の位置と推定位置との誤差は2m弱程度であることが分かる。   The attenuation constant α obtained as a result of this experiment was 2.331691. According to Table 1, it can be seen that the error between the actual position and the estimated position of the wireless terminals 10-1 to 10-3 is about 2 m or less.

なお、本実施の形態では、減衰定数αの差の絶対値がしきい値より小さいときに、終了条件が成立するとしているが、これに限るものではなく、第1の実施の形態と同様に、ステップS14で計算された評価関数Vの最小値が評価関数Vのしきい値より小さいときに、終了条件が成立するとしてもよいし、ステップS13,S14の処理の繰り返し回数が回数のしきい値に達したときに、終了条件が成立するとしてもよい。   In the present embodiment, the termination condition is established when the absolute value of the difference in the attenuation constant α is smaller than the threshold value. However, the present invention is not limited to this, and is the same as in the first embodiment. The end condition may be satisfied when the minimum value of the evaluation function V calculated in step S14 is smaller than the threshold value of the evaluation function V, and the number of repetitions of the processing in steps S13 and S14 is a threshold value. The end condition may be satisfied when the value is reached.

また、第1、第2の実施の形態の位置推定装置2のうち受信手段20を除く構成は、CPU、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。CPUは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第1、第2の実施の形態で説明した処理を実行する。   In addition, the configuration excluding the receiving unit 20 in the position estimation device 2 of the first and second embodiments is realized by a computer having a CPU, a storage device, and an interface, and a program for controlling these hardware resources. be able to. The CPU executes the processing described in the first and second embodiments in accordance with a program stored in the storage device.

本発明は、無線端末の位置を推定する技術に適用することができる。   The present invention can be applied to a technique for estimating the position of a wireless terminal.

図1は本発明の第1の実施の形態に係る位置推定システムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the position estimation system according to the first embodiment of the present invention. 図1の位置推定システムにおける位置推定装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the position estimation apparatus in the position estimation system of FIG. 図1の位置推定システムにおける位置推定装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the position estimation apparatus in the position estimation system of FIG. 本発明の第2の実施の形態の位置推定システムにおける位置推定装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the position estimation apparatus in the position estimation system of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の位置推定システムにおける位置推定装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the position estimation apparatus in the position estimation system of the 2nd Embodiment of this invention. 測定実験における位置推定システムの測定条件を示す平面図である。It is a top view which shows the measurement conditions of the position estimation system in a measurement experiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…無線ノード、2…位置推定装置、10…無線端末、20…受信手段、21…初期位置設定手段、22,28…減衰定数算出手段、23,27…暫定位置算出手段、24…減衰定数再算出手段、25,29…位置確定手段、26…初期減衰定数設定手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wireless node, 2 ... Position estimation apparatus, 10 ... Wireless terminal, 20 ... Reception means, 21 ... Initial position setting means, 22, 28 ... Attenuation constant calculation means, 23, 27 ... Temporary position calculation means, 24 ... Attenuation constant Re-calculating means, 25, 29 ... position determining means, 26 ... initial damping constant setting means.

Claims (14)

無線端末の位置を推定する位置推定方法において、
複数の無線ノードで無線端末からの受信電波強度を測定する測定手順と、
電波環境に依存するパラメータと前記無線端末の暫定位置とを用いて前記受信電波強度の理論値を前記無線ノード毎に算出し、前記測定手順で測定された受信電波強度の実測値と前記理論値との差に基づく値を評価関数として、この評価関数が最小となる前記パラメータを求めるパラメータ算出手順と、
前記パラメータと前記無線端末の暫定位置とを用いて前記受信電波強度の理論値を前記無線ノード毎に算出し、前記評価関数が最小となる前記無線端末の暫定位置を求める暫定位置算出手順と、
前記パラメータ算出手順又は前記暫定位置算出手順を最初の手順として、前記パラメータ算出手順で算出されたパラメータを前記暫定位置算出手順で用い、前記暫定位置算出手順で算出された無線端末の暫定位置を前記パラメータ算出手順で用いるようにして、前記パラメータ算出手順と前記暫定位置算出手順とを交互に繰り返し実行させる反復手順と、
所定の終了条件が成立した時点での前記暫定位置を前記無線端末の推定位置として確定する位置確定手順とを備えることを特徴とする位置推定方法。
In a position estimation method for estimating a position of a wireless terminal,
A measurement procedure for measuring the received radio wave intensity from a wireless terminal at a plurality of wireless nodes;
A theoretical value of the received radio wave intensity is calculated for each radio node using a parameter depending on a radio wave environment and a provisional position of the radio terminal, and an actual value and the theoretical value of the received radio wave intensity measured in the measurement procedure are calculated. A parameter calculation procedure for obtaining the parameter that minimizes the evaluation function, using a value based on the difference between
Using the parameter and the provisional position of the wireless terminal to calculate a theoretical value of the received radio field strength for each wireless node, and to obtain a provisional position of the wireless terminal that minimizes the evaluation function;
The parameter calculation procedure or the provisional position calculation procedure is used as an initial procedure, the parameter calculated in the parameter calculation procedure is used in the provisional position calculation procedure, and the provisional position of the wireless terminal calculated in the provisional position calculation procedure is An iterative procedure for alternately executing the parameter calculating procedure and the provisional position calculating procedure, as used in a parameter calculating procedure;
A position estimation method comprising: a position determination procedure for determining the provisional position at the time when a predetermined end condition is satisfied as an estimated position of the wireless terminal.
請求項1記載の位置推定方法において、
さらに、前記無線端末の暫定位置の初期値を与える初期位置設定手段を備え、
前記パラメータ算出手順は、前記無線端末の暫定位置の初期値を用いて前記パラメータを求める第1のパラメータ算出手順と、前記暫定位置算出手順で算出された無線端末の暫定位置を用いて前記パラメータを求める第2のパラメータ算出手順とからなり、
前記反復手順は、前記第1のパラメータ算出手順を最初の手順とし、前記暫定位置算出手順と前記第2のパラメータ算出手順とを交互に繰り返し実行させることを特徴とする位置推定方法。
The position estimation method according to claim 1,
Furthermore, it comprises an initial position setting means for giving an initial value of the provisional position of the wireless terminal,
The parameter calculation procedure includes: a first parameter calculation procedure for obtaining the parameter using an initial value of the temporary position of the wireless terminal; and the parameter using the temporary position of the wireless terminal calculated in the temporary position calculation procedure. A second parameter calculation procedure to be obtained,
In the iterative procedure, the first parameter calculation procedure is the first procedure, and the provisional position calculation procedure and the second parameter calculation procedure are alternately executed repeatedly.
請求項1記載の位置推定方法において、
さらに、前記パラメータの初期値を与える初期パラメータ設定手段を備え、
前記反復手順は、前記パラメータの初期値を用いて前記無線端末の暫定位置を求める前記暫定位置算出手順を最初の手順とし、前記パラメータ算出手順と前記暫定位置算出手順とを交互に繰り返し実行させることを特徴とする位置推定方法。
The position estimation method according to claim 1,
Furthermore, an initial parameter setting means for giving an initial value of the parameter is provided,
In the iterative procedure, the provisional position calculation procedure for obtaining the provisional position of the wireless terminal using the initial value of the parameter is the first procedure, and the parameter calculation procedure and the provisional position calculation procedure are alternately executed repeatedly. A position estimation method characterized by the above.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の位置推定方法において、
前記位置確定手順は、前記無線端末の暫定位置又は前記パラメータを求めたときの前記評価関数の最小値が所定のしきい値より小さいときに、前記終了条件が成立したと見なすことを特徴とする位置推定方法。
The position estimation method according to any one of claims 1 to 3,
The position determination procedure is characterized in that the end condition is considered to be satisfied when a minimum value of the evaluation function when the provisional position of the wireless terminal or the parameter is obtained is smaller than a predetermined threshold value. Position estimation method.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の位置推定方法において、
前記位置確定手順は、前記繰り返しの回数が所定のしきい値に達したときに、前記終了条件が成立したと見なすことを特徴とする位置推定方法。
The position estimation method according to any one of claims 1 to 3,
The position determination method, wherein the position determination procedure considers that the end condition is satisfied when the number of repetitions reaches a predetermined threshold value.
請求項3記載の位置推定方法において、
前記位置確定手順は、前記パラメータ算出手順で算出されたパラメータと、このパラメータ算出手順の直前に前記暫定位置算出手順で用いた暫定的なパラメータとの差の絶対値が所定のしきい値より小さいときに、前記終了条件が成立したと見なすことを特徴とする位置推定方法。
The position estimation method according to claim 3,
In the position determination procedure, the absolute value of the difference between the parameter calculated in the parameter calculation procedure and the temporary parameter used in the temporary position calculation procedure immediately before the parameter calculation procedure is smaller than a predetermined threshold value. Sometimes, the position estimation method is characterized in that the termination condition is satisfied.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の位置推定方法において、
前記評価関数は、前記測定手順で測定された受信電波強度の実測値と前記理論値との差の2乗を無線ノード毎に求め、この差の2乗を全ての無線ノードについて加算した和であることを特徴とする位置推定方法。
The position estimation method according to any one of claims 1 to 6,
The evaluation function is a sum obtained by obtaining the square of the difference between the measured value of the received radio wave intensity measured in the measurement procedure and the theoretical value for each wireless node, and adding the square of the difference for all the wireless nodes. A position estimation method characterized by being.
無線端末の位置を推定する位置推定システムにおいて、
無線端末からの受信電波強度を測定する複数の無線ノードと、
電波環境に依存するパラメータと前記無線端末の暫定位置とを用いて前記受信電波強度の理論値を前記無線ノード毎に算出し、前記測定された受信電波強度の実測値と前記理論値との差に基づく値を評価関数として、この評価関数が最小となる前記パラメータを求めるパラメータ算出手段と、
前記パラメータと前記無線端末の暫定位置とを用いて前記受信電波強度の理論値を前記無線ノード毎に算出し、前記評価関数が最小となる前記無線端末の暫定位置を求める暫定位置算出手段と、
前記パラメータ算出手段又は前記暫定位置算出手段を最初の手段として、前記パラメータ算出手段で算出されたパラメータを前記暫定位置算出手段で用い、前記暫定位置算出手段で算出された無線端末の暫定位置を前記パラメータ算出手段で用いるようにして、前記パラメータ算出手段と前記暫定位置算出手段の処理を交互に繰り返し実行させる反復手段と、
所定の終了条件が成立した時点での前記暫定位置を前記無線端末の推定位置として確定する位置確定手段とを備えることを特徴とする位置推定システム。
In a position estimation system for estimating the position of a wireless terminal,
A plurality of wireless nodes that measure received radio field strength from wireless terminals;
Using the parameter depending on the radio wave environment and the provisional position of the radio terminal, the theoretical value of the received radio wave intensity is calculated for each radio node, and the difference between the measured actual value of the received radio wave intensity and the theoretical value A parameter calculation means for obtaining the parameter that minimizes the evaluation function, with a value based on
Temporary position calculating means for calculating the theoretical value of the received radio field strength for each wireless node using the parameter and the temporary position of the wireless terminal, and obtaining the temporary position of the wireless terminal that minimizes the evaluation function;
The parameter calculation means or the provisional position calculation means is used as an initial means, the parameter calculated by the parameter calculation means is used by the provisional position calculation means, and the provisional position of the wireless terminal calculated by the provisional position calculation means is Repeating means for alternately executing the processing of the parameter calculating means and the provisional position calculating means, as used in the parameter calculating means,
A position estimation system comprising: position determination means for determining the provisional position when a predetermined end condition is satisfied as an estimated position of the wireless terminal.
請求項8記載の位置推定システムにおいて、
さらに、前記無線端末の暫定位置の初期値を与える初期位置設定手段を備え、
前記パラメータ算出手段は、前記無線端末の暫定位置の初期値を用いて前記パラメータを求める第1のパラメータ算出手段と、前記暫定位置算出手段で算出された無線端末の暫定位置を用いて前記パラメータを求める第2のパラメータ算出手段とからなり、
前記反復手段は、前記第1のパラメータ算出手段を最初の手段とし、前記暫定位置算出手段と前記第2のパラメータ算出手段の処理を交互に繰り返し実行させることを特徴とする位置推定システム。
The position estimation system according to claim 8,
Furthermore, it comprises an initial position setting means for giving an initial value of the provisional position of the wireless terminal,
The parameter calculation means includes first parameter calculation means for obtaining the parameter using an initial value of the temporary position of the wireless terminal, and the parameter using the temporary position of the wireless terminal calculated by the temporary position calculation means. Second parameter calculation means to be obtained,
The position estimation system characterized in that the repetitive means uses the first parameter calculation means as the first means, and repeatedly executes the processes of the temporary position calculation means and the second parameter calculation means.
請求項8記載の位置推定システムにおいて、
さらに、前記パラメータの初期値を与える初期パラメータ設定手段を備え、
前記反復手段は、前記パラメータの初期値を用いて前記無線端末の暫定位置を求める前記暫定位置算出手段を最初の手段とし、前記パラメータ算出手段と前記暫定位置算出手段の処理を交互に繰り返し実行させることを特徴とする位置推定システム。
The position estimation system according to claim 8,
Furthermore, an initial parameter setting means for giving an initial value of the parameter is provided,
The repetitive means uses the temporary position calculating means for obtaining the temporary position of the wireless terminal using the initial value of the parameter as the first means, and repeatedly executes the processing of the parameter calculating means and the temporary position calculating means. A position estimation system characterized by that.
請求項8乃至10のいずれか1項に記載の位置推定システムにおいて、
前記位置確定手段は、前記無線端末の暫定位置又は前記パラメータを求めたときの前記評価関数の最小値が所定のしきい値より小さいときに、前記終了条件が成立したと見なすことを特徴とする位置推定システム。
The position estimation system according to any one of claims 8 to 10,
The position determining means considers that the termination condition is satisfied when the minimum value of the evaluation function when the provisional position of the wireless terminal or the parameter is obtained is smaller than a predetermined threshold value. Position estimation system.
請求項8乃至10のいずれか1項に記載の位置推定システムにおいて、
前記位置確定手段は、前記繰り返しの回数が所定のしきい値に達したときに、前記終了条件が成立したと見なすことを特徴とする位置推定システム。
The position estimation system according to any one of claims 8 to 10,
The position determination system, wherein the position determination unit considers that the end condition is satisfied when the number of repetitions reaches a predetermined threshold value.
請求項10記載の位置推定システムにおいて、
前記位置確定手段は、前記パラメータ算出手段で算出されたパラメータと、このパラメータ算出手段の直前に前記暫定位置算出手段で用いた暫定的なパラメータとの差の絶対値が所定のしきい値より小さいときに、前記終了条件が成立したと見なすことを特徴とする位置推定システム。
The position estimation system according to claim 10, wherein
The position determination means has an absolute value of a difference between the parameter calculated by the parameter calculation means and the temporary parameter used by the temporary position calculation means immediately before the parameter calculation means smaller than a predetermined threshold value. Sometimes, the position estimation system is characterized in that the end condition is satisfied.
請求項8乃至13のいずれか1項に記載の位置推定システムにおいて、
前記評価関数は、前記測定された受信電波強度の実測値と前記理論値との差の2乗を無線ノード毎に求め、この差の2乗を全ての無線ノードについて加算した和であることを特徴とする位置推定システム。
The position estimation system according to any one of claims 8 to 13,
The evaluation function is a sum obtained by calculating the square of the difference between the measured actual value of the received radio wave intensity and the theoretical value for each wireless node, and adding the square of the difference for all the wireless nodes. Feature location estimation system.
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