JP3643538B2 - Position detection system and position detection method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、店舗などで、商品に添着した送信機（無線標識）の位置を検出するシステムに関し、特に、屋内において送信機の周囲の環境の影響を大きく受けることなく高い精度で送信機の位置を検出することができる位置検出システムに係る。
【０００２】
【従来の技術】
無線を利用した標識（送信局）は非常に広範囲な分野で使われている。例えば図６に示すような、店舗内にゲート２１ａ，２１ｂを設け、会計をせずに商品２２ａ，２２ｂをゲートに通すと警報が鳴るシステムが、多くの店舗で既に稼働している。このような無線送信局は多くの場合パッシブ型と呼ばれるタイプで（図では２３ａ，２３ｂで示している）、ゲートから放射される電波を送信局で変調して、それをゲートで受信する形式を採用している。
【０００３】
すなわち、送信局には電源が無いためメインテナンス性に優れているが、通信距離が数十センチ程度であるため、広域の無線標識としては適していない。一方、広域で使用する標識として、送信局に電源を持たせて通信距離を長くしたものがある。一般に特定省電力に割り当てられた周波数帯を用いて、数メートルから十数メートルの範囲で通信が可能である。
【０００４】
このような電波標識は図７に示すように、特定の受信局２４あ，２４ｂに対してその通信エリア２５ａ，２５ｂ内に２３ａ〜２３ｆで示す送信局（Ｔａｇ１，〜，Ｔａｇ６）が存在するかしないかを同定する機能のみを持つ。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような送信局と受信局の組み合わせで送信局の位置を同定しようとすると位置推定精度は通信距離すなわち通信エリアサイズ以上になる。位置精度を上げるには送信局の送信出力を低くするか、受信局の感度を低くして、受信局に対するエリアを狭め、受信局数を多くする必要がある。屋外であればＧＰＳを用いた手段も有効であるが、屋内環境ではまだ反射波の影響があるため、ＧＰＳのような絶対時間差を用いる手法では誤差が大きくなる。
【０００６】
また、振幅情報を用いて位置を推定する場合でも、距離と受信レベルの関係はフリスの公式に合わない場合が多い。フリスの式はよく知られているように“数１７”のように表される。
【０００７】
【数１７】
“数１７”において、Ｌは伝播損失、ｄは距離、λは波長である。
屋内伝播の場合フリスの公式が成り立たない理由は、送受信局が物陰にあったり、反射波の影響で受信レベルに局地的な強弱が発生するためである。本発明は、上述のような従来の課題に鑑み成されたもので、屋内にあっても送信局の位置を高い精度で特定することの可能な位置検出システム及び位置検出方法を実現することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上述の課題は、前記特許請求の範囲に記載した手段によって解決される。すなわち、請求項１の発明は、予め定められた周波数の電波を変調して固有の標識番号を送信する手段を有する少なくとも１つの送信局と、予め定められた周波数の電波を固有の標識番号で変調して送信する手段と、前記送信局又は他の送受信局から送信された電波を受信する手段と、受信された電波の受信電界強度を測定する手段と、他の送受信局の前記受信電界強度と既知の送受信局の位置情報とから距離と受信電界強度の関係を推定する手段と、受信された電波から固有の標識番号を識別する手段とを有し、予め決められた既知の位置に設置される３つ以上の送受信局と、該３つ以上の送受信局と接続され、前記受信電界強度と固有の標識番号のデータを対で管理するデータ管理手段と、該データ管理手段で管理されるデータを用いて前記送信局の位置を計算する位置計算手段とから構成される位置検出システムである。
【００１０】
請求項２の発明は、予め定められた周波数の電波を変調して固有の標識番号を送信する手段を有し、位置が未知である少なくとも１つの送信局と、予め定められた周波数の電波を固有の標識番号で変調して送信する手段を有し、位置が既知である３つ以上の送信局と、前記送信された電波を受信する手段と、受信された電波の受信電界強度を測定する手段と、位置が既知である送信局の前記受信電界強度と前記位置が既知である送信局の位置情報とから距離と受信電界強度の関係を推定する手段と、受信された電波から固有の標識番号を識別する手段とを有し、前記位置が既知である送信局のそれぞれに隣接して設置される受信局と、該３つ以上の受信局と接続され、前記受信電界強度と固有の標識番号のデータを対で管理するデータ管理手段と、該データ管理手段で管理されるデータを用いて前記送信局の位置を計算する位置計算手段とから構成される位置検出システム。
請求項３の発明は、請求項１記載の位置検出システムにおいて、前記前記位置計算手段は、送受信局ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎ≧３）から送信された電波に対応する、送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）での受信電界強度（ｅｉｊ）、送受信局ｉの既知の位置情報（ｕｉ，ｖｉ）、送受信局ｊの既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数１”に示す関係式から、Ｓ１、Ｓ２を決定し、更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２と、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数２”に示す関係式より、送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するように構成したものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１記載の位置検出システムにおいて、前記位置計算手段は、送受信局ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎ≧３）から送信された電波に対応する送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信電界強度（ｅｉｊ）、送受信局ｉの既知の位置情報（ｕｉ，ｖｉ）、送受信局ｊの既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）及び送受信局ｊに対する環境係数ｋｒｊを用いて、“数３”に示す関係式から、前記Ｓ１、Ｓ２及びＫｒｊを決定し、更に、前記送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２と３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数４”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するように構成したものである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１記載の位置検出システムにおいて、前記位置計算手段は、送受信局ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎ≧３）から送信された電波に対応する、送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）での受信電界強度（ｅｉｊ）、送受信局ｉの既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）及び送受信局ｊに対する環境係数Ｋｒｊを用いて、“数５”に示す関係式から、Ｓ１、Ｓ２及びＫｒｊを決定し、更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及び送信局ｋに対する環境係数Ｋｔｊと、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数６”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するように構成したものである。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項２又は請求項３に記載の位置検出システムにおいて、前記位置計算手段は、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊが測定不能である場合に、該測定不能の送受信局ｍ（ｍ＝１〜ｎ：ｎ≧３）と前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｍが、前記送受信局ｍ以外の送受信局ｊと前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｊに対してｄｋｊ＜ｄｋｍの関係にあることを拘束条件として加えて、“数７”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するように構成したものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項４記載の位置検出システムにおいて、前記位置計算手段は、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から受信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊが測定不能である場合に、該測定不能の送受信局ｍ（ｍ＝１〜ｎ：ｎ≧３）と前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｍが、前記送受信局ｍ以外の送受信局ｊと前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｊに対して、ｄｋｊ＜ｄｋｍの関係にあることを拘束条件として加えて、“数８”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するように構成したものである。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１記載の位置検出システムにおいて、前記位置計算手段は、送受信局ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎ≧３）から送信された電波に対応する、送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）での受信電界強度（ｅｉｊ）、送受信局ｉの既知の位置情報（ｕｉ，ｖｉ）送受信局ｊの既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）及び前記送受信局ｊに対する環境係数Ｋｒｊを用いて、“数９”に示す関係式から、Ｓ１、Ｓ２及びＫｒｊを決定し、更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及びＫｒｊにより、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数１０”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するにあたって、“数１１”で定義される前記送信局ｉと前記送受信局ｊとの距離ｍｄｉｊを用いて、“数１２”に示す評価関数に対して、ｈｉ／ｍｄｉｊなる重み付けを行った上で、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するように構成したものである。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１記載の位置検出システムにおいて、前記位置計算手段は、送受信局ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎ≧３）から送信された電波に対応する、送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）での受信電界強度（ｅｉｊ）、送受信局ｉの既知の位置情報（ｕｉ，ｖｉ）、前記送受信局ｊの既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）及び前記送受信局ｊに対する環境係数Ｋｒｊを用いて、“数１３”に示す関係式から、Ｓ１、Ｓ２及びＫｒｊを決定し、更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及びＫｒｊにより、前記送信局に対する環境係数Ｋｔｊと、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数１４”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するにあたって、“数１５”で定義される送信局ｉと送受信局ｊとの距離ｍｄｉｊを用いて、“数１６”に示す評価関数に対して、ｈｉ／ｍｄｉｊなる重み付けを行った上で、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するように構成したものである。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の位置検出システムにおいて、前記送信局が受信機能を有する送受信局である場合のものである。
この請求項１０の発明は、送信局（ＴＡＧ）の代わりに例えば携帯可能な電話機などの送受信機を用いる場合のものである。この発明によれば、このような送受信機を所持する人の位置を検出することができる。
本発明では、屋内環境の送信局の位置を精度良く求めるため、上述の請求項１、請求項３、請求項４の原理を用いる。そして、位置を求めるための情報としては振幅値を使い、屋内の伝播状況を実際に測定しながらフリスの公式を補正して用いる。本発明では、これらの送受信局の位置に置ける不確実性を持った伝播ロスのファクタ−を環境係数として予め見込んでおき、既知のファクタ−からこれらの未知数を推定する。請求項３は、送信局に対する環境係数による補正を行うものであり、請求項４は受信局の環境係数の補正を行うものである。
【００１８】
本発明に係る位置検出方法は、少なくとも１つの送信局が、予め定められた周波数の電波を変調して固有の標識番号を送信し、予め決められた既知の位置に設置される３つ以上の送受信局が、予め定められた周波数の電波を固有の標識番号で変調して送信するステップと、前記送受信局が前記送信局或いは他の送受信局から送信された電波を受信するステップと、前記送受信局が受信された電波の受信電界強度を測定するステップと、前記送受信局が他の送受信局の前記受信電界強度と既知の送受信局の位置情報とから距離と受信電界強度の関係を推定するステップと、前記送受信局が受信された電波から固有の標識番号を識別するステップと、前記送受信局と接続されたデータ管理手段が、前記受信電界強度と固有の標識番号のデータを対で管理するステップと、位置計算手段が、該データ管理手段で管理されるデータを用いて前記送信局の位置を計算する位置計算ステップと、を順に含む。
前記位置計算ステップは、送受信局ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎ≧３）から送信された電波に対応する、送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）での受信電界強度（ｅｉｊ）、送受信局ｉの既知の位置情報（ｕｉ，ｖｉ）、送受信局ｊの既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数１”に示す関係式から、Ｓ１、Ｓ２を決定し、更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２と、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数２”に示す関係式より、送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定してもよい。
前記位置計算ステップは、送受信局ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎ≧３）から送信された電波に対応する送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信電界強度（ｅｉｊ）、送受信局ｉの既知の位置情報（ｕｉ，ｖｉ）、送受信局ｊの既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）及び送受信局ｊに対する環境係数ｋｒｊを用いて、“数３”に示す関係式から、前記Ｓ１、Ｓ２及びＫｒｊを決定し、更に、前記送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２と３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数４”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定してもよい。
前記位置計算ステップは、送受信局ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎ≧３）から送信された電波に対応する、送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）での受信電界強度（ｅｉｊ）、送受信局ｉの既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）及び送受信局ｊに対する環境係数Ｋｒｊを用いて、“数５”に示す関係式から、Ｓ１、Ｓ２及びＫｒｊを決定し、更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及び送信局ｋに対する環境係数Ｋｔｊと、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数６”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定してもよい。
前記位置計算ステップは、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊが測定不能である場合に、該測定不能の送受信局ｍ（ｍ＝１〜ｎ：ｎ≧３）と前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｍが、前記送受信局ｍ以外の送受信局ｊと前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｊに対してｄｋｊ＜ｄｋｍの関係にあることを拘束条件として加えて、“数７”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定してもよい。
前記位置計算ステップは、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から受信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊが測定不能である場合に、該測定不能の送受信局ｍ（ｍ＝１〜ｎ：ｎ≧３）と前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｍが、前記送受信局ｍ以外の送受信局ｊと前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｊに対して、ｄｋｊ＜ｄｋｍの関係にあることを拘束条件として加えて、“数８”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定してもよい。
前記位置計算ステップは、送受信局ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎ≧３）から送信された電波に対応する、送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）での受信電界強度（ｅｉｊ）、送受信局ｉの既知の位置情報（ｕｉ，ｖｉ）送受信局ｊの既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）及び前記送受信局ｊに対する環境係数Ｋｒｊを用いて、“数９”に示す関係式から、Ｓ１、Ｓ２及びＫｒｊを決定し、更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及びＫｒｊにより、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数１０”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するにあたって、“数１１”で定義される前記送信局ｉと前記送受信局ｊとの距離ｍｄｉｊを用いて、“数１２”に示す評価関数に対して、ｈｉ／ｍｄｉｊなる重み付けを行った上で、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定してもよい。
前記位置計算ステップは、送受信局ｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎ≧３）から送信された電波に対応する、送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）での受信電界強度（ｅｉｊ）、送受信局ｉの既知の位置情報（ｕｉ，ｖｉ）、前記送受信局ｊの既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）及び前記送受信局ｊに対する環境係数Ｋｒｊを用いて、“数１３”に示す関係式から、Ｓ１、Ｓ２及びＫｒｊを決定し、更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及びＫｒｊにより、前記送信局に対する環境係数Ｋｔｊと、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数１４”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するにあたって、“数１５”で定義される送信局ｉと送受信局ｊとの距離ｍｄｉｊを用いて、“数１６”に示す評価関数に対して、ｈｉ／ｍｄｉｊなる重み付けを行った上で、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（１）フリスの公式の補正アルゴリズム
図１に本発明の実施の形態の例の構成を示す。Ｔ１〜Ｔ８は送信局、Ｒ１〜Ｒ４は受信局、１１はＴａｇ位置計算機、１２はサーバーである。送信局の内Ｔ５〜Ｔ８は受信局に取り付けてある。受信局の位置は既知であり、ｊ番目の受信局の場所を（ｕｊ，ｖｊ）とする。送信局の位置は未知数でありｉ番目の送信局の位置を（ｘｉ，ｙｉ）とする。受信局ｊで受信される送信局ｉのレベルをｅｉｊとする。受信局ｊから送信局ｉまでの距離はｄｉｊとする。距離ｄは“数１８”で与えられる。
【００２０】
【数１８】
次に、受信局ｊの環境係数Ｋｒｊを定義する。この係数は受信局が理想状態に置かれたときから考えてどれだけ感度が変化するかという指標である。同様に送信局ｉに対しても環境係数Ｋｔｉを定義する。
【００２２】
先ず、受信局の既知の位置情報を用いてフリスの式の補正を試みる。
本発明では受信局間の実測値を用いて距離と受信レベルの関係を推定する。基本的に距離と受信レベルは対数関係にあるとし、“数１９”を仮定する。
【００２３】
【数１９】
“数１９”において、Ｓ１，Ｓ２は補正係数である。
この場合受信レベルｅはそれぞれの受信局に取り付けたＴ５〜Ｔ８の受信レベルである。図１の場合は受信局が４局あるので“数１９”は連立方程式となり、未知数はＳ１，Ｓ２、Ｋｒ１〜Ｋｒ４の６個であるので、これらの未知数を全て解くことができる。誤差を最小にするこれら未知数の解は、“数２０”で示される評価関数ｑを最小化することによって求められる。
【００２５】
【数２０】
“数２０”において、ｒｎは受信局の数であり、図１の場合は４である。分かりやすくするために未知数には＾印をつけた。式“数２０”を解くには様々な方法がある。ここでは詳しく述べないが例えば、ｑをそれぞれの変数で偏微分して、それぞれが０になる値をニュートン法等を用いて解くことができる。その他、シンプレックス法、最急降下法、ニュートラルネットワークを用いる方法等がある。これにより、“数１９”の未知数である受信局の環境係数Ｋｒｊと補正係数Ｓ１、Ｓ２を求めることができる。
【００２７】
次に、送信局の環境係数の求め方について説明する。送信局の送信レベルは一定であるが、それぞれの場所によって環境係数が異なり、受信状態が変化する。そこで距離と受信レベルの式を、“数２０”を使って求めた受信局の環境係数Ｋｒｊと補正係数Ｓ１，Ｓ２を用いて“数２１”のように考える。
【００２８】
【数２１】
“数２１”において、ｍｄは受信レベルによって導かれる距離である。Ｋｔｉは送信局ｉの環境係数である。受信局の場合と同様にして、送信局ｉの位置は評価関数ｈｉを最小化することで求めることができる。
“数２１”の場合と同様にわかりやすくするために、未知数には＾印をつけた。以上述べた方法で送信局の位置を推定することができる。
【００３０】
【数２２】
図１において、受信局Ｒ１〜Ｒ４で受信したデータを共有サーバーに記録し、位置計算機によってこれを処理して求めた送信局の位置をサーバーに記録しておく。ある送信局の位置を知るには、利用者はＬＡＮを通じてサーバーに位置を知りたい送信局の番号を問い合わせすれば、該当する送信局の位置情報を入手できる。
【００３２】
送信局が受信局に対して、自由空間ロスで考えると十分通信可能な領域にあっても、見通しの悪い位置にあった場合は受信局でその信号を受信できない場合がある。このような場合は受信していないため、受信レベルが未知となり、通常は位置推定には使えない。
【００３３】
しかしながら、受信できないということは他の受信局よりも遠いことを示しているので、位置推定においては情報は持っていると考えられる。本発明では“数２２”を解く過程で、このような不可視情報を、拘束条件の中に入れて有効に活用することができる。例えば、送信局２の信号を受信局１、２、４では受信できたが受信局３では受信できなかった場合は、
ｄ２１＜ｄ２３
ｄ２２＜ｄ２３
ｄ２４＜ｄ２３
の拘束条件を付加することによって、不可視データを捨てることなく有効に位置推定に用いることができる。
【００３４】
（２）位置の管理
送信局の位置を知ることが目的であるので、送信局が静止しているときには電波を発信する必要はない。更に、電波を発生しなければ電池の寿命が長くなるだけではなく、ログファイルも小さくなるため、システムとしては非常に好都合である。
【００３５】
先に、（１）で述べたアルゴリズムによって各送信局の位置を記憶しておき、物理的に移動したときだけ電波を発信するスイッチを送信局に付加して、移動した送信局のみの、すなわち電波を発信した送信局のみの位置を再計算してアップデートする。
【００３６】
これは、例えば、図２のような構成で、倒立振り子１４を用いた加速度センサに保持回路１５を付加した振動センサ１３を送信局１６の発信器につけることによって実現できる。保持回路１５は、電極１４ａ，１４ｂが接触したとき（あるいは離れたとき）のみ発信器の電源１７を数分間ＯＮにする機能を持つ。
【００３７】
これにより送信局１６が動いたときのみ電波を発信するようにできる。また、加速度センサのＯＮ／ＯＦＦにかかわらず保持回路の中に非常に長周期の発信間隔の設定機能を同時に持たせることにより、発信局のメインテナンスに有効に働く。この時、発信周期は完全に一定ではなく、周期の数％ほどの幅でランダムに変化させることによって、送信局同士の信号の衝突を回避する。
【００３８】
これまでの説明では、位置を検出する対象を送信局（ＴＡＧ）としているが、この送信局は、送信のみの機能を有するもののみではなく、例えば、携帯可能な電話機などのように受信機能を有する送受信機の送信機能を利用するものであっても差し支えないことは言うまでもない。このことは、以降の説明においてもまったく同様である。
【００３９】
（３）本発明の実施フローチャート
図３に本発明のフローチャートを示す。本発明は複数の送信局、複数の受信局、サーバー、位置計算機、利用者端末から構成されており、これらはＬＡＮによって繋がれている。
【００４０】
（ａ）送信局の機能
送信局は２種類用意し、１種類は通常の送信局すなわち加速度を感知して伝播を発生する機能と長周期発生機能を持った一般送信局、もう１種類は受信局に設置する加速度センサが付加されていない短周期発生機能を持った送信局である。
【００４１】
加速度センサ付きの一般送信局は加速度が加わったとき及び、ほぼ一定の長周期の間隔で信号を送信する。受信局設置用送信局は、短周期で信号を発生する。
【００４２】
（ｂ）受信局の機能
各受信局は、送信局から送信された信号の受信レベルとＩＤ番号をタイムスタンプと共にサーバーに送信し、サーバーはこれを記録する。（タイムスタンプはサーバーで生成しても良い）
【００４３】
（ｃ）位置計算機の機能
先ず位置計算機はサーバーに蓄積されたデータのタイムスタンプを見て、一定時間経過したかどうかを調べる。これは送信局が間欠動作をするため、信号の重複によって受信できない場合があるため、一定のサンプル時間を定義することによって見落としを防止するためである。
【００４４】
前回のデータに対して一定のサンプル時間が経過している場合には、送信局の内、受信局に設置された送信局のデータを抽出し、“数２０”を最小にする環境係数Ｋｔおよび補正係数Ｓ１，Ｓ２を導出する。次に、それ以外の送信局のデータに対して“数２２”を解いてそれぞれの送信局の位置を算出し、これをサーバーに記録する。
【００４５】
算出した位置を前回の結果と比較し、一定値以上位置が変化したものと、どの受信局でも受信できなくなったものとを抽出する。次に、抽出された送信局のデータをサーバーに記録した後、関係がある利用者端末に警告メッセージを送信する。受信局データを記録するサーバー内のデータ構造は、例えば、“表１”のようにする。
【００４６】
【表１】
位置計算機で計算した結果を保存するデータ構造は“表２”のようにする。
【００４８】
【表２】
環境係数は送信局がおかれている環境に依存するため、実際に送信局を探すときには情報として有用である。すなわち、環境係数が大きいと受信局との見通しが悪いことを示すため、送信局は物陰にある場合が多い。逆に環境係数が小さい場合は見通しが良い場所にあることになる。これらの情報を警報に付加して送れば送信局を見つけだすときに非常に有用である。
【００５０】
（ｄ）利用者端末
利用者端末は２種類の動作をする。一つは上記の警報メッセージを受信する機能である。もう一つは、検索機能である。利用者がある送信機の情報を得たいときに、その送信局のＩＤを利用者端末に入力する。入力端末はこのＩＤをサーバーに送信し、該当する送信局のＩＤについて保存されている履歴、すなわちタイムスタンプ、位置情報、送信局の環境係数を検索し、端末に表示する。
【００５１】
利用者は、タイムスタンプで記述された時間の位置情報、これらの履歴を知ることができる。さらに、送信局の環境係数を見ることによって、その送信局が見通しの良い場所にあるか否かを知ることができる。また、一定時間の履歴を見ることによっていつ加速度を加えられたかも知ることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明を用いることにより、無線送信局と受信機を用いて従来にない高精度な送信局の位置推定が可能となる。いくつかの実験例を示しその効果を説明する。図４、５は本発明を用いて送信局の位置を推定した結果である。受信局は図中Ｐｏｓ１〜Ｐｏｓ４で示した４か所に設定してある。
【００５３】
この受信局を用いて２か所の送信局の位置を推定した結果である。図４では送信局６を、図５では送信局１５の位置を計算している。○印が実際に送信局がある場所、＋印が本発明で推定された位置である。実際に、送信局を探すことを想定して、“数２２”の評価関数ｈを等高線で示してある。送信局６の推定誤差はＸ方向に０．４、Ｙ方向に０．９で長さにすると１．０になる。送信局１５はＸ方向に０．９、Ｙ方向に−０．７で、長さは１．１４となった。
【００５４】
従来の技術で述べたように、従来のシステムではある受信局に対してその通信範囲内の送信局の有無のみを知る機能しか有していないことから、推定位置は最も受信レベルが大きい受信局の位置となる。したがって、図４では送信局の推定位置はＰｏｓ２の位置になり誤差は、Ｘ方向に−０．６、Ｙ方向に−５．０で、長さは７．８となる。
【００５５】
図５ではＰｏｓ４の位置となりＸ方向に３．０、Ｙ方向に−０．５で、長さは７．８となる。図５ではＰｏｓ４の位置となりＸ方向に３．０、Ｙ方向に３。０で、長さは２．４となる。本発明の推定結果と比較すると送信局位置の推定精度は、送信局６の場合は役８倍、送信局１５の場合は約４倍向上することになる。
【００５６】
さらに、本発明においては、環境係数を計算できる。実際に、送信局６は見通しの良い場所に、送信局１５は見通しの無い（スチール製の箱の中）に設置したが、環境係数はそれぞれ−２．９９と１６．０１となり、実際の設置環境と合致しているため、送信局を探すひとつの有効な情報になっていることがわかる。
【００５７】
以上説明したように、本発明によれば、送信局の位置推定精度が大幅に向上し、さらに設置環境を特定する手掛かりを提供し、送信局の発見を容易にできる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例の構成を示す図である。
【図２】間欠発信タグの例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の例の制御を示す流れ図である。
【図４】本発明の位置推定結果の第１の例を示す図である。
【図５】本発明の位置推定結果の第２の例を示す図である。
【図６】従来のゲート式パッシブタグの例を示す図である。
【図７】従来のアクティブ型タグの例を示す図である。
【符号の説明】
１１ Ｔａｇ位置計算機
１２ サーバー
１３ 振動センサ
１４ 倒立振り子
１４ａ，１４ｂ 電極
１５ 保持回路
１６ 送信局
１７ 電源
Ｔ１〜Ｔ８ 送信局
Ｒ１〜Ｒ４ 受信局[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a system for detecting the position of a transmitter (wireless sign) attached to a product in a store or the like, and in particular, the position of the transmitter with high accuracy without being greatly affected by the environment around the transmitter indoors. The present invention relates to a position detection system capable of detecting the above.
[0002]
[Prior art]
Wireless signs (transmitting stations) are used in a very wide range of fields. For example, as shown in FIG. 6, a system in which
[0003]
That is, although the transmitting station has no power source, it is excellent in maintainability, but since the communication distance is about several tens of centimeters, it is not suitable as a wide area radio beacon. On the other hand, as a sign used in a wide area, there is one in which a transmission station is provided with a power source to increase a communication distance. In general, communication is possible within a range of several meters to several tens of meters using a frequency band assigned to specific power saving.
[0004]
As shown in FIG. 7, such radio wave labels indicate whether there are transmitting stations (
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When trying to identify the position of the transmitting station by such a combination of the transmitting station and the receiving station, the position estimation accuracy becomes equal to or larger than the communication distance, that is, the communication area size. In order to increase the position accuracy, it is necessary to reduce the transmission output of the transmitting station or reduce the sensitivity of the receiving station, narrow the area for the receiving station, and increase the number of receiving stations. A means using GPS is effective if it is outdoors, but in an indoor environment, there is still an influence of a reflected wave. Therefore, a method using an absolute time difference such as GPS has a large error.
[0006]
Even when the position is estimated using amplitude information, the relationship between the distance and the reception level often does not match the Friis formula. As is well known, Fris's equation is expressed as "
[0007]
[Expression 17]
In “
The reason why Fris's formula does not hold in the case of indoor propagation is that the transmitting / receiving station is in the shadow, or the local level of the reception level is generated due to the influence of the reflected wave. The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and a position detection system capable of specifying the position of a transmitting station with high accuracy even indoors.And position detection methodIt aims to realize.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the above-mentioned problems are solved by the means described in the claims. In other words, the invention of
[0010]
The invention of claim 2It has means for modulating a radio wave of a predetermined frequency and transmitting a unique tag number, and modulates at least one transmitting station whose position is unknown and a radio wave of a predetermined frequency with a unique tag number. Three or more transmitting stations having a known position, means for receiving the transmitted radio wave, means for measuring the received electric field strength of the received radio wave, and a known position Means for estimating the relationship between the distance and the received electric field intensity from the received electric field strength of a certain transmitting station and the position information of the transmitting station whose position is known; and means for identifying a unique label number from the received radio wave A receiving station installed adjacent to each of the transmitting stations whose positions are known, and connected to the three or more receiving stations, and manages the received electric field strength and the data of the unique identification number in pairs Data management means and the data management The position detection system composed of a position calculation means for calculating the position of the transmitting station using the data managed by the stage.
Claim3The position detection system according to
[0011]
Claim4The position detection system according to
[0012]
Claim5The position detection system according to
[0013]
Claim6In the position detection system according to
[0014]
Claim7The position detection system according to
[0015]
Claim8The position detection system according to
[0016]
Claim9The position detection system according to
[0017]
Claim10The invention of claim 1To 9In the position detection system according to any one of the above,SaidThis is a case where the transmitting station is a transmitting / receiving station having a receiving function.
This claim10In the invention, a transmitter / receiver such as a portable telephone is used instead of the transmitting station (TAG). According to the present invention, it is possible to detect the position of a person carrying such a transceiver.
In the present invention, in order to obtain the position of the transmitting station in the indoor environment with high accuracy, the above-described principles of
[0018]
In the position detection method according to the present invention, at least one transmitting station modulates a radio wave having a predetermined frequency and transmits a unique marker number, and is installed at three or more predetermined positions. A step in which a transmitting / receiving station modulates and transmits a radio wave of a predetermined frequency with a unique identification number; a step in which the transmitting / receiving station receives a radio wave transmitted from the transmitting station or another transmitting / receiving station; A step of measuring a received electric field strength of a radio wave received by a station, and a step of estimating a relationship between a distance and a received electric field strength from the received electric field strength of another transmitting / receiving station and position information of a known transmitting / receiving station And a step of identifying a unique label number from the radio waves received by the transmitting / receiving station, and a data management means connected to the transmitting / receiving station pairing the received electric field strength with the data of the unique label number. A step of managing, position calculation means includes a position calculating step of calculating a position of the transmitting station using the data managed by the data management means, in this order.
In the position calculating step, the received electric field intensity (eij) at the transmitting / receiving station j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting / receiving station i (i = 1 to n: n ≧ 3). ), Using the known position information (ui, vi) of the transmitting / receiving station i and the known position information (uj, vj) of the transmitting / receiving station j, S1 and S2 are determined from the relational expression shown in “
The position calculation step includes a reception electric field strength (eij) at a transmission / reception station j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to a radio wave transmitted from the transmission / reception station i (i = 1 to n: n ≧ 3), Using the known location information (ui, vi) of the transmission / reception station i, the known location information (uj, vj) of the transmission / reception station j, and the environment coefficient krj for the transmission / reception station j, S1, S2 and Krj are determined, and further correspond to the radio wave transmitted from the transmitting station k (k = 1 to n: n ≧ 1), and the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: received electric field strength ekj received at n ≧ 3) and known position information (uj, vj) of the determined S1, S2 and three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3) The position information (xk, yk) of the transmitting station k may be determined from the relational expression shown in “
In the position calculation step, the received electric field intensity (eij) at the transmitting / receiving station j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting / receiving station i (i = 1 to n: n ≧ 3). ), S1, S2 and Krj are determined from the relational expression shown in "
The position calculation step corresponds to the radio wave transmitted from the transmitting station k (k = 1 to n: n ≧ 1) and is received by three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3). When the received electric field strength ekj is unmeasurable, the distance dkm between the unmeasurable transmitting / receiving station m (m = 1 to n: n ≧ 3) and the transmitting station k is other than the transmitting / receiving station m. As a constraint condition, a relation dkj <dkm with respect to the distance dkj between the transmission / reception station j and the transmission station k is added as a constraint, and the positional information ( xk, yk) may be determined.
The position calculating step corresponds to the radio wave received from the transmitting station k (k = 1 to n: n ≧ 1) and is received by three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3). When the received electric field strength ekj is unmeasurable, the distance dkm between the unmeasurable transmitting / receiving station m (m = 1 to n: n ≧ 3) and the transmitting station k is other than the transmitting / receiving station m. With respect to the distance dkj between the transmission / reception station j and the transmission station k, a positional condition of dkj <dkm is added as a constraint, and the positional information of the transmission station k is obtained from the relational expression shown in “
In the position calculation step, the received electric field intensity (eij) at the transmitting / receiving station j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting / receiving station i (i = 1 to n: n ≧ 3). ), The known position information (ui, vi) of the transmitting / receiving station i, and the known position information (uj, vj) of the transmitting / receiving station j and the environment coefficient Krj for the transmitting / receiving station j, , S1, S2 and Krj are determined, and three or more transmission / reception stations j (j = 1 to n: n) corresponding to radio waves transmitted from the transmission station k (k = 1 to n: n ≧ 1) are determined. Based on the received electric field strength ekj received at ≧ 3) and the determined S1, S2 and Krj, the known position information (uj) of the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3) , Vj) and the positional information (xk, yk) of the transmitting station k from the relational expression shown in “
In the position calculation step, the received electric field intensity (eij) at the transmitting / receiving station j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting / receiving station i (i = 1 to n: n ≧ 3). ), The known position information (ui, vi) of the transmission / reception station i, the known position information (uj, vj) of the transmission / reception station j, and the environment coefficient Krj for the transmission / reception station j. From the equation, S1, S2 and Krj are determined, and more than three transmitting / receiving stations j (j = 1 to n) corresponding to radio waves transmitted from the transmitting station k (k = 1 to n: n ≧ 1). : The received electric field strength ekj received at n ≧ 3) and the determined S1, S2 and Krj, the environmental coefficient Ktj for the transmitting station and the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: Using the known position information (uj, vj) where n ≧ 3), When determining the position information (xk, yk) of the transmitting station k from the equation, the evaluation shown in “
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(1) Friis's official correction algorithm
FIG. 1 shows the configuration of an example of an embodiment of the present invention. T1 to T8 are transmitting stations, R1 to R4 are receiving stations, 11 is a Tag position calculator, and 12 is a server. Among the transmitting stations, T5 to T8 are attached to the receiving station. The position of the receiving station is known, and the location of the jth receiving station is (uj, vj). The position of the transmitting station is unknown, and the position of the i-th transmitting station is (xi, yi). Let eij be the level of the transmitting station i received by the receiving station j. The distance from the receiving station j to the transmitting station i is assumed to be dij. The distance d is given by “
[0020]
[Expression 18]
Next, the environmental coefficient Krj of the receiving station j is defined. This coefficient is an index of how much the sensitivity changes when the receiving station is placed in an ideal state. Similarly, an environmental coefficient Kti is defined for the transmitting station i.
[0022]
First, the Friis equation is corrected using the known position information of the receiving station.
In the present invention, the relationship between the distance and the reception level is estimated using the measured value between the receiving stations. Basically, it is assumed that the distance and the reception level are in a logarithmic relationship, and “
[0023]
[Equation 19]
In “
In this case, the reception level e is a reception level of T5 to T8 attached to each receiving station. In the case of FIG. 1, since there are four receiving stations, "
[0025]
[Expression 20]
In “Equation 20”, rn is the number of receiving stations, and in the case of FIG. The unknowns are marked with a ^ for clarity. There are various ways to solve the equation “Equation 20”. Although not described in detail, for example, q can be partially differentiated with respect to each variable, and values that become 0 can be solved using Newton's method or the like. In addition, there are a simplex method, a steepest descent method, a method using a neutral network, and the like. As a result, the environmental coefficient Krj and the correction coefficients S1 and S2 of the receiving station, which are unknown numbers of “
[0027]
Next, how to determine the environmental coefficient of the transmitting station will be described. Although the transmission level of the transmitting station is constant, the environmental coefficient differs depending on the location, and the reception state changes. Therefore, the equation of the distance and the reception level is considered as “Equation 21” using the environment coefficient Krj of the receiving station obtained using “Equation 20” and the correction coefficients S1 and S2.
[0028]
[Expression 21]
In “Expression 21”, md is a distance derived by the reception level. Kti is an environmental coefficient of the transmitting station i. Similar to the case of the receiving station, the position of the transmitting station i can be obtained by minimizing the evaluation function hi.
As in the case of “Equation 21”, the unknowns are marked with “^” for easy understanding. The position of the transmitting station can be estimated by the method described above.
[0030]
[Expression 22]
In FIG. 1, the data received by the receiving stations R1 to R4 are recorded in the shared server, and the position of the transmitting station obtained by processing this by the position calculator is recorded in the server. In order to know the position of a certain transmitting station, the user can obtain the position information of the corresponding transmitting station by inquiring the number of the transmitting station whose position is to be known to the server via the LAN.
[0032]
Even if the transmitting station is in a sufficiently communicable area with respect to the receiving station in terms of free space loss, the receiving station may not be able to receive the signal if it is in a position with poor visibility. In such a case, since it is not received, the reception level is unknown, and it cannot be normally used for position estimation.
[0033]
However, the fact that it cannot be received indicates that it is farther than other receiving stations, and thus it is considered that information is included in position estimation. In the present invention, such invisible information can be put into the constraint condition and used effectively in the process of solving “
d21 <d23
d22 <d23
d24 <d23
By adding this constraint condition, invisible data can be effectively used for position estimation without being discarded.
[0034]
(2) Location management
Since the purpose is to know the position of the transmitting station, it is not necessary to transmit radio waves when the transmitting station is stationary. Furthermore, if radio waves are not generated, the battery life is not only prolonged, but the log file is also small, which is very convenient as a system.
[0035]
First, the position of each transmitting station is stored by the algorithm described in (1), and a switch that transmits radio waves only when it physically moves is added to the transmitting station. Recalculate and update the location of only the transmitting station that sent the radio wave.
[0036]
This can be realized, for example, by attaching a
[0037]
As a result, radio waves can be transmitted only when the transmitting
[0038]
In the description so far, the object whose position is to be detected is the transmission station (TAG). However, this transmission station has not only the function of only transmission but also the reception function such as a portable telephone. Needless to say, the transmission function of the transceiver can be used. This is exactly the same in the following description.
[0039]
(3) Implementation flowchart of the present invention
FIG. 3 shows a flowchart of the present invention. The present invention includes a plurality of transmitting stations, a plurality of receiving stations, a server, a position calculator, and a user terminal, which are connected by a LAN.
[0040]
(A) Function of transmitting station
Two types of transmitter stations are prepared. One type is a normal transmitter station, that is, a general transmitter station that detects acceleration and generates propagation and a long-cycle generator function. The other type is an acceleration sensor installed at the receiver station. It is a transmission station with a short cycle generation function that is not added.
[0041]
A general transmission station with an acceleration sensor transmits signals when acceleration is applied and at intervals of a substantially constant long period. The receiving station installation transmitting station generates a signal in a short cycle.
[0042]
(B) Function of receiving station
Each receiving station transmits the reception level and ID number of the signal transmitted from the transmitting station to the server together with a time stamp, and the server records this. (Time stamp may be generated by server)
[0043]
(C) Function of position calculator
First, the position calculator looks at the time stamp of the data stored in the server and checks whether a certain time has elapsed. This is to prevent oversight by defining a certain sample time because the transmitting station performs intermittent operation and may not be able to be received due to duplication of signals.
[0044]
When a certain sample time has elapsed with respect to the previous data, the data of the transmitting station installed in the receiving station among the transmitting stations is extracted, and the environmental coefficient Kt that minimizes “Equation 20” and Correction coefficients S1 and S2 are derived. Next, "
[0045]
The calculated position is compared with the previous result, and the one whose position has changed by a predetermined value or more and the one that cannot be received by any receiving station are extracted. Next, after the data of the extracted transmitting station is recorded on the server, a warning message is transmitted to the relevant user terminal. The data structure in the server for recording the receiving station data is, for example, as shown in “Table 1”.
[0046]
[Table 1]
The data structure for storing the results calculated by the position calculator is as shown in “Table 2”.
[0048]
[Table 2]
Since the environmental coefficient depends on the environment in which the transmitting station is located, it is useful as information when actually searching for the transmitting station. In other words, a large environmental coefficient indicates that the prospect with the receiving station is poor, and the transmitting station is often behind the scenes. Conversely, when the environmental coefficient is small, it is in a place with a good view. It is very useful to find the transmitting station if these information is added to the alarm and sent.
[0050]
(D) User terminal
The user terminal performs two types of operations. One is a function for receiving the alarm message. The other is a search function. When a user wants to obtain information on a transmitter, the ID of the transmitting station is input to the user terminal. The input terminal transmits this ID to the server, searches the history stored for the ID of the corresponding transmitting station, that is, the time stamp, position information, and the environmental factor of the transmitting station, and displays them on the terminal.
[0051]
The user can know the position information of the time described by the time stamp and the history thereof. Further, by looking at the environmental factor of the transmitting station, it can be determined whether or not the transmitting station is in a place with a good view. It is also possible to know when acceleration is applied by looking at the history for a certain period of time.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, by using the present invention, it is possible to estimate the position of a transmitting station with a high accuracy that has not been possible conventionally using a wireless transmitting station and a receiver. Some experimental examples will be shown and their effects will be explained. 4 and 5 show the results of estimating the position of the transmitting station using the present invention. The receiving stations are set at four places indicated by Pos1 to Pos4 in the figure.
[0053]
This is a result of estimating the positions of two transmitting stations using this receiving station. In FIG. 4, the position of the transmitting
[0054]
As described in the prior art, since the conventional system has only a function of knowing whether there is a transmitting station within the communication range for a certain receiving station, the estimated position is the receiving station with the highest reception level. It becomes the position. Therefore, in FIG. 4, the estimated position of the transmitting station is the position of Pos2, and the error is −0.6 in the X direction, −5.0 in the Y direction, and the length is 7.8.
[0055]
In FIG. 5, the position is Pos4, 3.0 in the X direction, -0.5 in the Y direction, and the length is 7.8. In FIG. 5, the position is Pos4, 3.0 in the X direction, 3.0 in the Y direction, and 2.4 in length. Compared with the estimation result of the present invention, the estimation accuracy of the transmitting station position is improved by 8 times for the transmitting
[0056]
Furthermore, in the present invention, the environmental coefficient can be calculated. Actually, the
[0057]
As described above, according to the present invention, there is an advantage that the position estimation accuracy of the transmission station is greatly improved, a clue for specifying the installation environment is provided, and the discovery of the transmission station can be facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an intermittent transmission tag.
FIG. 3 is a flowchart showing the control of the example of the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a first example of a position estimation result according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a second example of the position estimation result of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a conventional gate-type passive tag.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a conventional active tag.
[Explanation of symbols]
11 Tag position calculator
12 servers
13 Vibration sensor
14 Inverted pendulum
14a, 14b electrode
15 Holding circuit
16 Transmitting station
17 Power supply
T1-T8 transmitting station
R1-R4 receiving station
Claims (18)
予め定められた周波数の電波を固有の標識番号で変調して送信する手段と、
前記送信局又は他の送受信局から送信された電波を受信する手段と、
受信された電波の受信電界強度を測定する手段と、
他の送受信局の前記受信電界強度と既知の送受信局の位置情報とから距離と受信電界強度の関係を推定する手段と、
受信された電波から固有の標識番号を識別する手段とを有し、
予め決められた既知の位置に設置される３つ以上の送受信局と、
該３つ以上の送受信局と接続され、前記受信電界強度と固有の標識番号のデータを対で管理するデータ管理手段と、
該データ管理手段で管理されるデータを用いて前記送信局の位置を計算する位置計算手段とから構成されることを特徴とする位置検出システム。At least one transmitting station having means for modulating a radio wave of a predetermined frequency and transmitting a unique tag number;
Means for modulating and transmitting a radio wave of a predetermined frequency with a unique label number;
Means for receiving radio waves transmitted from the transmitting station or other transmitting / receiving stations ;
Means for measuring the received electric field strength of the received radio wave;
Means for estimating the relationship between the distance and the received electric field strength from the received electric field strength of another transmitting / receiving station and the position information of the known transmitting / receiving station;
Means for identifying a unique sign number from the received radio wave,
Three or more transmitting and receiving stations installed in a predetermined known position;
Data management means connected to the three or more transmitting and receiving stations, and managing the received electric field strength and the data of the unique label number in pairs;
A position detection system comprising: position calculation means for calculating the position of the transmitting station using data managed by the data management means.
予め定められた周波数の電波を固有の標識番号で変調して送信する手段を有し、位置が既知である３つ以上の送信局と、
前記送信された電波を受信する手段と、
受信された電波の受信電界強度を測定する手段と、
位置が既知である送信局の前記受信電界強度と前記位置が既知である送信局の位置情報とから距離と受信電界強度の関係を推定する手段と、
受信された電波から固有の標識番号を識別する手段とを有し、
前記位置が既知である送信局のそれぞれに隣接して設置される受信局と、
該３つ以上の受信局と接続され、前記受信電界強度と固有の標識番号のデータを対で管理するデータ管理手段と、
該データ管理手段で管理されるデータを用いて前記送信局の位置を計算する位置計算手段とから構成されることを特徴とする位置検出システム。Have a means for transmitting a unique label number by modulating a radio wave of a predetermined frequency, and at least one transmission station position is unknown,
Three or more transmitting stations having a position where the radio wave having a predetermined frequency is modulated with a unique identification number and transmitted and having a known position ;
Means for receiving the transmitted radio wave;
Means for measuring the received electric field strength of the received radio wave;
Means for estimating the relationship between the distance and the received electric field strength from the received electric field strength of the transmitting station whose position is known and the position information of the transmitting station whose position is known;
Means for identifying a unique sign number from the received radio wave,
A receiving station installed adjacent to each of the transmitting stations of known position;
Data management means connected to the three or more receiving stations, and managing the received electric field strength and the data of the unique label number in pairs;
A position detection system comprising: position calculation means for calculating the position of the transmitting station using data managed by the data management means.
“数３”に示す関係式から、前記Ｓ１、Ｓ２及びＫｒｊを決定し、
From the relational expression shown in “Equation 3”, S1, S2 and Krj are determined,
更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及び送信局ｋに対する環境係数Ｋｔｊと、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、
Further, the received electric field corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting station k (k = 1 to n: n ≧ 1) and received by the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3). Intensity ekj, the environmental coefficient Ktj for the determined S1, S2 and transmitting station k, and known location information (uj, vj) of the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3) Using,
該測定不能の送受信局ｍ（ｍ＝１〜ｎ：ｎ≧３）と前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｍが、前記送受信局ｍ以外の送受信局ｊと前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｊに対してｄｋｊ＜ｄｋｍの関係にあることを拘束条件として加えて、
The distance dkm between the transmission / reception station m (m = 1 to n: n ≧ 3) and the transmission station k is the distance between the transmission / reception station j other than the transmission / reception station m and the transmission station k. Adding a constraint that dkj <dkm is in relation to dkj,
該測定不能の送受信局ｍ（ｍ＝１〜ｎ：ｎ≧３）と前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｍが、前記送受信局ｍ以外の送受信局ｊと前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｊに対して、ｄｋｊ＜ｄｋｍの関係にあることを拘束条件として加えて、
The distance dkm between the transmission / reception station m (m = 1 to n: n ≧ 3) and the transmission station k is the distance between the transmission / reception station j other than the transmission / reception station m and the transmission station k. With respect to dkj, a relation of dkj <dkm is added as a constraint condition,
更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及びＫｒｊにより、
前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、
ｈｉ／ｍｄｉｊなる重み付けを行った上で、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定する請求項１記載の位置検出システム。 The position calculating means receives the received electric field intensity (eij) at the transmitting / receiving station j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting / receiving station i (i = 1 to n: n ≧ 3). ), The known position information (ui, vi) of the transmitting / receiving station i, the known position information (uj, vj) of the transmitting / receiving station j, and the environmental coefficient Krj for the transmitting / receiving station j,
Further, the received electric field strength received by three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting station k (k = 1 to n: n ≧ 1). ekj and the determined S1, S2 and Krj,
Using the known position information (uj, vj) of the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3),
The position detection system according to claim 1, wherein the position information (xk, yk) of the transmitting station k is determined after performing weighting of hi / mdij.
更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及びＫｒｊにより、
前記送信局に対する環境係数Ｋｔｊと、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、
ｈｉ／ｍｄｉｊなる重み付けを行った上で、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定する請求項１記載の位置検出システム。 The position calculating means receives the received electric field intensity (eij) at the transmitting / receiving station j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting / receiving station i (i = 1 to n: n ≧ 3). ), The known position information (ui, vi) of the transmitting / receiving station i, the known position information (uj, vj) of the transmitting / receiving station j, and the environmental coefficient Krj for the transmitting / receiving station j,
Further, the received electric field strength received by three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting station k (k = 1 to n: n ≧ 1). ekj and the determined S1, S2 and Krj,
Using the environmental coefficient Ktj for the transmitting station and the known position information (uj, vj) of the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3),
The position detection system according to claim 1, wherein the position information (xk, yk) of the transmitting station k is determined after performing weighting of hi / mdij.
予め決められた既知の位置に設置される３つ以上の送受信局が、予め定められた周波数の電波を固有の標識番号で変調して送信するステップと、
前記送受信局が前記送信局或いは他の送受信局から送信された電波を受信するステップと、
前記送受信局が受信された電波の受信電界強度を測定するステップと、
前記送受信局が他の送受信局の前記受信電界強度と既知の送受信局の位置情報とから距離と受信電界強度の関係を推定するステップと、
前記送受信局が受信された電波から固有の標識番号を識別するステップと、
前記送受信局と接続されたデータ管理手段が、前記受信電界強度と固有の標識番号のデータを対で管理するステップと、
位置計算手段が、該データ管理手段で管理されるデータを用いて前記送信局の位置を計算する位置計算ステップと、を順に含むことを特徴とする位置検出方法。 At least one transmitting station modulates a radio wave of a predetermined frequency and transmits a unique tag number ,
Three or more transmitting and receiving stations installed at predetermined known positions modulate a radio wave having a predetermined frequency with a unique identification number and transmit the step ;
A step wherein the transceiver station for receiving radio waves transmitted from the transmitting station or other transceiver stations,
Measuring a reception field strength of radio waves the transceiver station is received,
Estimating the relationship between distance and received electric field strength from the received electric field strength of another transmitting / receiving station and the position information of a known transmitting / receiving station by the transmitting / receiving station;
Identifying a unique label number from the radio wave which the transceiver station has been received,
The transceiver station and the connected data management means, a step of managing the data of the reception electric field strength and a unique label number in pairs,
Position detecting method position calculating means, characterized in that it comprises a position calculation step of calculating the position of the transmitting station using the data managed by the data management means, in this order.
更に、前記送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２と３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数４”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定する請求項１１記載の位置検出方法。 Further, the reception received by the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting station k (k = 1 to n: n ≧ 1). Using the field strength ekj and the known position information (uj, vj) of the determined S1 and S2 and the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3), The position detection method according to claim 11, wherein position information (xk, yk) of the transmitting station k is determined from a relational expression shown.
更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及び送信局ｋに対する環境係数Ｋｔｊと、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数６”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定する請求項１１記載の位置検出方法。 Further, the received electric field corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting station k (k = 1 to n: n ≧ 1) and received by the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3). Intensity ekj, environment coefficient Ktj for the determined S1, S2 and transmitting station k, and known position information (uj, vj) of the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3) The position detection method according to claim 11, wherein the position information (xk, yk) of the transmitting station k is determined from the relational expression shown in “Equation 6” using
該測定不能の送受信局ｍ（ｍ＝１〜ｎ：ｎ≧３）と前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｍが、前記送受信局ｍ以外の送受信局ｊと前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｊに対してｄｋｊ＜ｄｋｍの関係にあることを拘束条件として加えて、“数７”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定する請求項１２又は請求項１３に記載の位置検出方法。 The distance dkm between the transmission / reception station m (m = 1 to n: n ≧ 3) and the transmission station k is the distance between the transmission / reception station j other than the transmission / reception station m and the transmission station k. 13. The positional information (xk, yk) of the transmitting station k is determined from the relational expression shown in “Formula 7” by adding a relation that dkj <dkm to dkj as a constraint condition. 14. The position detection method according to 13.
該測定不能の送受信局ｍ（ｍ＝１〜ｎ：ｎ≧３）と前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｍが、前記送受信局ｍ以外の送受信局ｊと前記送信局ｋとの間の距離ｄｋｊに対して、ｄｋｊ＜ｄｋｍの関係にあることを拘束条件として加えて、“数８”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定する請求項１４記載の位置検出方法。 The distance dkm between the transmission / reception station m (m = 1 to n: n ≧ 3) and the transmission station k is the distance between the transmission / reception station j other than the transmission / reception station m and the transmission station k. 15. The positional information (xk, yk) of the transmitting station k is determined from the relational expression shown in “Equation 8” by adding that dkj <dkm as a constraint condition with respect to dkj. Position detection method.
更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及びＫｒｊにより、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数１０”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するにあたって、“数１１”で定義される前記送信局ｉと前記 Further, the received electric field strength received by three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting station k (k = 1 to n: n ≧ 1). ekj and the determined position information (uj, vj) of the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3) by the determined S1, S2 and Krj, In determining the location information (xk, yk) of the transmitting station k from the relational expression shown in FIG. 送受信局ｊとの距離ｍｄｉｊを用いて、“数１２”に示す評価関数に対して、ｈｉ／ｍｄｉｊなる重み付けを行った上で、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定する請求項１１記載の位置検出方法。The position information (xk, yk) of the transmitting station k is determined after weighting hi / mdij on the evaluation function shown in “Expression 12” using the distance mdij with the transmitting / receiving station j. Item 12. The position detection method according to Item 11.
更に、送信局ｋ（ｋ＝１〜ｎ：ｎ≧１）から送信された電波に対応し、３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）で受信された受信電界強度ｅｋｊ、並びに、前記決定したＳ１、Ｓ２及びＫｒｊにより、前記送信局に対する環境係数Ｋｔｊと、前記３つ以上の送受信局ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｎ≧３）の既知の位置情報（ｕｊ，ｖｊ）を用いて、“数１４”に示す関係式より、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定するにあたって、“数１５”で定義される送信局ｉと送受信局ｊとの距離ｍｄｉｊを用いて、“数１６”に示す評価関数に対して、ｈｉ／ｍｄｉｊなる重み付けを行った上で、前記送信局ｋの位置情報（ｘｋ，ｙｋ）を決定する請求項１１記載の位置検出方法。 Further, the received electric field strength received by three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3) corresponding to the radio wave transmitted from the transmitting station k (k = 1 to n: n ≧ 1). ekj and the determined S1, S2 and Krj, the environmental coefficient Ktj for the transmitting station and the known position information (uj, n ≧ n) of the three or more transmitting / receiving stations j (j = 1 to n: n ≧ 3) vj) is used to determine the position information (xk, yk) of the transmitting station k from the relational expression shown in “Expression 14”, the transmission station i defined by “Expression 15” and the transmitting / receiving station j 12. The position according to claim 11, wherein the position information (xk, yk) of the transmitting station k is determined after weighting hi / mdij on the evaluation function shown in “Equation 16” using the distance mdij. Detection method.
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