JP4871836B2

JP4871836B2 - 位置検出システム及び位置検出方法

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Publication number: JP4871836B2
Application number: JP2007279367A
Authority: JP
Inventors: 哲生久永; 功山田; 樹田辺
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: JP2009109241A

Description

本発明は通信技術に関し、特に位置検出システム及び位置検出方法に関する。

近年、電波を用いて人や物体の存在位置を検出する方法の開発が盛んになっている（例えば、特許文献1参照。）。例えばRSSI(Received Signal Strength Indication)方式では、検出対象の人間の胸部に付けられたバッジ状の無線機から送信された電波の受信強度に基づいて、検出対象である人間の存在位置を算出している。しかし、電波は検出対象である人間自身によって遮られるため、電波の放射指向性は非等方的となる。RSSI方式では電波の放射指向性は等方的であることを前提としているため、算出される検出対象の存在位置に誤差が生じる。
特開2006-94368号公報

本発明は、電波の放射指向性による誤差を低減可能な位置検出システム及び位置検出方法を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、（イ）所定の方向の検出方位を検出し、検出方位の信号を含む電波を放射する送信モジュールと、（ロ）それぞれ複数の受信位置に配置され、電波を受信する複数の受信モジュールと、（ハ）複数の受信モジュールが受信した電波の強度の複数の測定値から、電波の仮送信位置を算出する仮位置算出部と、（ニ）仮送信位置に対する複数の受信位置の方位を算出する受信方位算出部と、（ホ）所定の方向を基準とする電波の放射指向性を保存する放射指向性記憶部と、（ヘ）放射指向性に基づいて、検出方位に対する複数の受信位置の方位のそれぞれにおける複数の測定値を補正する放射指向性補正部と、（ト）複数の受信位置における補正された複数の測定値から、電波の補正送信位置を算出する補正送信位置算出部とを備える位置検出システムであることを要旨とする。

本発明の他の特徴は、（イ）所定の方向の検出方位を検出し、検出方位の信号を含む電波を送信モジュールから放射するステップと、（ロ）複数の受信位置で電波を受信するステップと、（ハ）複数の受信位置で受信した電波の強度の複数の測定値から、電波の仮送信位置を算出するステップと、（ニ）仮送信位置に対する複数の受信位置の方位を算出するステップと、（ホ）所定の方向を基準とする送信モジュールの電波の放射指向性に基づいて、検出方位に対する複数の受信位置の方位のそれぞれにおける複数の測定値を補正するステップと、（ヘ）複数の受信位置における補正された複数の測定値から、電波の補正送信位置を算出するステップとを含む位置検出方法であることを要旨とする。

本発明によれば、電波の放射指向性による誤差を低減可能な位置検出システム及び位置検出方法を提供可能である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。なお、以下、受信モジュールの数を3として説明するが、3に限らず2以上の複数であれば、本発明は適用可能である。

（第1の実施の形態）
第1の実施の形態に係る位置検出システムは、図1に示すように、所定の方向の検出方位を検出し、検出方位の信号を含む電波を放射する送信モジュール100、及びそれぞれ複数の受信位置に配置され、送信モジュール100から放射された電波を受信する複数の受信モジュール200A, 200B, 200Cを備える。複数の受信モジュール200A, 200B, 200Cには中央演算処理装置(CPU)300が接続されている。CPU300は、複数の受信モジュール200A, 200B, 200Cが受信した電波の強度の複数の測定値から、電波の仮送信位置を算出する仮位置算出部301、及び仮送信位置に対する複数の受信位置の方位を算出する受信方位算出部302を備える。

CPU300にはデータ記憶装置400が接続されている。データ記憶装置400は、所定の方向を基準とした、送信モジュール100の電波の放射指向性を保存する放射指向性記憶部401を備える。さらにCPU300は、放射指向性に基づいて、検出方位に対する複数の受信位置の方位のそれぞれにおける複数の測定値を補正する放射指向性補正部303、及び複数の受信位置における補正された複数の測定値から、電波の補正送信位置を算出する補正送信位置算出部304を備える。

送信モジュール100は、検出対象の取り付け面に取り付けられる。図2に示す例では、送信モジュール100は、検出対象である人間50の取り付け面としての胸部51に固定されている。図3に示すように、送信モジュール100は地磁気に反応する方位センサ11を備える。方位センサ11は、例えば図4に示す北方向を基準として、胸部51が向いている所定の方向の検出方位θを検出し、検出方位θのディジタル信号を生成する。所定の方向とは、例えば胸部51に対して垂直前方方向である。方位センサ11には図3に示すコンバータ12が接続されており、コンバータ12は検出方位θのディジタル信号をアナログ信号に変換する。また送信モジュール100は、他の送信モジュールから送信モジュール100を識別するための識別子を保存する識別子記憶部14を備える。

さらに送信モジュール100は、コンバータ12及び識別子記憶部14に接続された送信機13を備える。送信機13は検出方位θ及び識別子の信号を含む高周波信号を変調し、アンテナ15を介して空間に電波を放射する。ここで図5に示すように、仮に送信モジュール100が空間に孤立して配置されている場合、送信モジュール100から放射される電波を遮るものがないため、電波の放射指向性は等方性である。しかし図2に示すように、送信モジュール100が人間50の胸部51に取り付けられている場合、電波は人間50に遮られる。そのため電波の放射指向性は、人間50の胸部51が向いている方向では最も強くなり、背52が向いている方向では最も弱くなる。例えば電波の周波数が2.4GHzである場合、人間の胸部51に対して背52では、電波は約20dB減衰する。

図1に示す受信モジュール200Aは建物の天井等における座標(X_R1, Y_R1)の受信位置に、受信モジュール200Bは座標(X_R2, Y_R2)の受信位置に、受信モジュール200Cは座標(X_R3, Y_R3)の受信位置に固定して配置されている。図6に示すように、受信モジュール200Aは、送信モジュール100が送信した電波をアンテナ21を介して受信し、検出方位θ及び識別子の信号を含む高周波電流に復調する受信機22を備える。また受信モジュール200Aは、受信モジュール200Aの受信位置(X_R1, Y_R1)を保存する受信座標記憶部24を備える。さらに受信モジュール200Aは、受信機22及び受信座標記憶部24に接続されたインターフェース23を備える。インターフェース23は、受信位置(X_R1, Y_R1)と、受信モジュール200Aが受信した電波の強度の測定値P₀₁と、検出方位θ及び識別子の信号をLAN(Local Area Network)等のケーブル網250に送信する。

図1に示す受信モジュール200B, 200Cも図6と同様の構成を備える。図1に示す受信モジュール200Bは受信モジュール200Bの受信位置(X_R2, Y_R2)と、受信モジュール200Bが受信した電波の強度の測定値P₀₂と、検出方位θ及び識別子の信号をケーブル網250に送信する。受信モジュール200Cは受信モジュール200Cの受信位置(X_R3, Y_R3)と、受信モジュール200Cが受信した電波の強度の測定値P₀₃と、検出方位θ及び識別子の信号をケーブル網250に送信する。

ケーブル網250は、CPU300に接続されている。仮位置算出部301は、受信モジュール200Aが受信した電波の強度の測定値P₀₁、受信モジュール200Bが受信した電波の強度の測定値P₀₂及び受信モジュール200Cが受信した電波の強度の測定値P₀₃の総和S_PAを算出する。さらに仮位置算出部301は、電波の強度の複数の測定値P₀₁, P₀₂, P₀₃のそれぞれを総和S_PAで割った重みW₀₁, W₀₂, W₀₃を算出する。下記(1)式に示すように、W₀₁, W₀₂, W₀₃の総和は1である。

W₀₁+ W₀₂+ W₀₃ = 1 …(1)
また仮位置算出部301は、下記(2)式に示すように、受信モジュール200A, 200B, 200Cの受信位置のそれぞれのX座標と重みW_0nの積の総和X_T0を、送信モジュール100の仮送信位置のX座標として算出する。なおnは自然数である。

X_T0 = W₀₁×X_R1 + W₀₂×X_R2 + W₀₃×X_R3 …(2)
また仮位置算出部301は、下記(3)式に示すように、受信モジュール200A, 200B, 200CのそれぞれのY座標と重みW_0nの積の総和Y_T0を、送信モジュール100の仮送信位置のY座標として算出する。

Y_T0 = W₀₁×Y_R1 + W₀₂×Y_R2 + W₀₃×Y_R3 …(3)
受信方位算出部302は、図7に示す北方向を基準として、送信モジュール100の仮送信位置(X_T0, Y_T0)に対する受信モジュール200Aの受信位置(X_R1, Y_R1)の方位φ₁₁を、下記(4)式に従って算出する。なお方位φ₁₁は、0°から360°の範囲で算出される。

φ₁₁ = tan^-1 {(Y_R1 - Y_T0) / (X_R1 - X_T0)} …(4)
また受信方位算出部302は、仮送信位置(X_T0, Y_T0)に対する受信モジュール200Bの受信位置(X_R2, Y_R2)の方位φ₁₂、及び仮送信位置(X_T0, Y_T0)に対する受信モジュール200Cの受信位置(X_R3, Y_R3)の方位φ₁₃も算出する。

図1に示す放射指向性補正部303は、下記(5)式に示すように、図4に示した検出方位θと、図7に示した仮送信位置(X_T0, Y_T0)に対する受信モジュール200Aの受信位置(X_R1, Y_R1)の方位φ₁₁との方位差α₁₁を算出する。

α₁₁ = θ - φ₁₁ …(5)
また放射指向性補正部303は、下記(6)式に示すように、図4に示した検出方位θと、図7に示した仮送信位置(X_T0, Y_T0)に対する受信モジュール200Bの受信位置(X_R2, Y_R2)の方位φ₁₂との方位差α₁₂を算出する。

α₁₂ = θ - φ₁₂ …(6)
また放射指向性補正部303は、下記(7)式に示すように、図4に示した検出方位θと、図7に示した仮送信位置(X_T0, Y_T0)に対する受信モジュール200Cの受信位置(X_R3, Y_R3)の方位φ₁₃との方位差α₁₃を算出する。

α₁₃ = θ - φ₁₃ …(7)
ここで図2に示したように、電波の放射指向性は人間50の胸部51の前方方向で最も強く、前方方向に対して30°の方位差がある方向では、例えば電波の強度は前方方向の1/1.2となる。前方方向に対して60°の方位差がある方向では、電波の強度は前方方向の1/1.5となる。前方方向に対して90°の方位差がある方向では、電波の強度は前方方向の1/3となる。前方方向に対して180°の方位差がある方向では、電波の強度は前方方向の1/10となる。前方方向に対して270°の方位差がある方向では、電波の強度は前方方向の1/3となる。この場合、図1に示す放射指向性記憶部401は、図8に示すように、方位差が0°である場合の電波の強度を1とした場合の、方位差ごとの電波の強度比を保存する。

図1に示す放射指向性補正部303は、例えば算出した方位差α₁₁が30°であった場合、放射指向性記憶部401から方位差が30°のときの強度比の値1/1.2を読み出す。さらに放射指向性補正部303は、強度比の値の逆数である1.2を、測定値P₀₁の補正係数C₁₁として算出する。また放射指向性補正部303は、例えば算出した方位差α₁₂が270°であった場合、放射指向性記憶部401から方位差が270°のときの強度比の値1/3を読み出す。さらに放射指向性補正部303は、強度比の値の逆数である3を、測定値P₀₂の補正係数C₁₂として算出する。また放射指向性補正部303は、例えば算出した方位差α₁₃が180°であった場合、放射指向性記憶部401から方位差が180°のときの強度比の値1/10を読み出す。さらに放射指向性補正部303は、強度比の値の逆数である10を、測定値P₀₃の補正係数C₁₃として算出する。

放射指向性補正部303は、受信モジュール200Aが受信した電波の強度の測定値P₀₁に補正係数C₁₁を乗じて、下記(8)式に示すように、強度の補正された測定値P₁₁を算出する。

P₁₁ = P₀₁×C₁₁ …(8)
また放射指向性補正部303は、受信モジュール200Bが受信した電波の強度の測定値P₀₂に補正係数C₁₂を乗じて、下記(9)式に示すように、強度の補正された測定値P₁₂を算出する。

P₁₂ = P₀₂×C₁₂ …(9)
また放射指向性補正部303は、受信モジュール200Cが受信した電波の強度の測定値P₀₃に補正係数C₁₃を乗じて、下記(10)式に示すように、強度の補正された測定値P₁₃を算出する。

P₁₃ = P₀₃×C₁₃ …(10)
補正送信位置算出部304は、補正された測定値P₁₁、補正された測定値P₁₂及び補正された測定値P₁₃の総和S_PCを算出する。さらに補正送信位置算出部304は、補正された測定値P₁₁, P₁₂, P₁₃のそれぞれを総和S_PCで割った重みW₁₁, W₁₂, W₁₃を算出する。下記(11)式に示すように、W₁₁, W₁₂, W₁₃の総和は1である。

W₁₁+ W₁₂+ W₁₃ = 1 …(11)
また補正送信位置算出部304は、下記(12)式に示すように、受信モジュール200A, 200B, 200Cの受信位置のそれぞれのX座標と重みW_1nの積の総和X_T1を、送信モジュール100の補正送信位置のX座標として算出する。

X_T1 = W₁₁×X_R1 + W₁₂×X_R2 + W₁₃×X_R3 …(12)
また補正送信位置算出部304は、下記(13)式に示すように、受信モジュール200A, 200B, 200Cの受信位置のそれぞれのY座標と重みW_1nの積の総和Y_T1を、送信モジュール100の補正送信位置のY座標として算出する。

Y_T1 = W₁₁×Y_R1 + W₁₂×Y_R2 + W₁₃×Y_R3 …(13)
データ記憶装置400は、仮位置記憶部402、受信方位記憶部403、補正測定値記憶部404、補正送信位置記憶部405をさらに備える。仮位置記憶部402は、仮位置算出部301が算出した送信モジュール100の電波の仮送信位置(X_T0, Y_T0)を保存する。受信方位記憶部403は、受信方位算出部302が算出した方位φ₁₁, φ₁₂, φ₁₃を保存する。補正測定値記憶部404は、放射指向性補正部303が補正した電波の強度の測定値P₁₁, P₁₂, P₁₃を保存する。補正送信位置記憶部405は、補正送信位置算出部304が算出した送信モジュール100の補正送信位置(X_T1, Y_T1)を保存する。

補正送信位置算出部304が算出した送信モジュール100の補正送信位置(X_T1, Y_T1)は、図2に示す人間50に取り付けられた送信モジュール100による非等方的な電波の放射指向性により生じうる誤差が低減されている。従来のRSSI方式による測定では電波の放射指向性を考慮していなかった。そのため、送信機が二つの受信機に対して等距離の場所にいる場合であっても、電波が人体に遮られる方向にある受信機が受信する電波の強度は減衰するため、より他方の受信機に近い方に送信機が存在していると誤った判断がされていた。これに対し、第1の実施の形態に係る位置検出システムによれば、送信モジュール100が取り付けられた検出対象の正確な存在位置の特定が可能となり、例えば病院における患者の動態管理等に利用可能である。

次に第1の実施の形態に係る位置検出方法を、図9に示すフローチャートを用いて説明する。

(a) ステップS101で、図1に示す送信モジュール100は、所定の方向の検出方位θを検出し、検出方位θ及び識別子の信号を含む電波を放射する。ステップS102で、複数の受信モジュール200A, 200B, 200Cのそれぞれが電波を受信する。複数の受信モジュール200A, 200B, 200Cのそれぞれは、受信位置(X_Rn, Y_Rn)と、受信した電波の強度の測定値P_0nと、検出方位θ及び識別子の信号を、ケーブル網250を介してCPU300に送信する。

(b) ステップS103で仮位置算出部301は、複数の受信モジュール200A, 200B, 200Cから送信されてきた識別子の信号が同じであることを確認する。次に仮位置算出部301は、電波の強度の複数の測定値P₀₁, P₀₂, P₀₃から重みW₀₁, W₀₂, W₀₃を算出し、さらに上記(2)式及び(3)式に従って、送信モジュール100の仮送信位置(X_T0, Y_T0)を算出する。仮位置算出部301は、送信モジュール100の電波の仮送信位置(X_T0, Y_T0)を仮位置記憶部402に保存する。

(c) ステップS104で受信方位算出部302は、仮位置記憶部402から仮送信位置(X_T0, Y_T0)を読み出す。次に受信方位算出部302は、仮送信位置(X_T0, Y_T0)に対する受信モジュール200Aの受信位置(X_R1, Y_R1)の方位φ₁₁、受信モジュール200Bの受信位置(X_R2, Y_R2)の方位φ₁₂、及び受信モジュール200Cの受信位置(X_R3, Y_R3)の方位φ₁₃を算出する。次に受信方位算出部302は、算出した方位φ₁₁, φ₁₂, φ₁₃を受信方位記憶部403に保存する。

(d) ステップS105で放射指向性補正部303は、受信方位記憶部403から方位φ₁₁, φ₁₂, φ₁₃を読み出す。次に放射指向性補正部303は、図4に示した検出方位θと、図7に示した方位φ₁₁, φ₁₂, φ₁₃のそれぞれとの方位差α₁₁, α₁₂, α₁₃を算出する。その後、図1に示す放射指向性補正部303は、放射指向性記憶部401から方位差α₁₁, α₁₂, α₁₃のそれぞれに対応する強度比の値を読み出し、補正係数C₁₁, C₁₂, C₁₃を算出する。

(e) ステップS106で放射指向性補正部303は、電波の強度の測定値P₀₁, P₀₂, P₀₃に補正係数C₁₁, C₁₂, C₁₃をそれぞれ乗じて、電波の強度の補正された測定値P₁₁, P₁₂, P₁₃を算出する。次に放射指向性補正部303は、電波の強度の補正された測定値P₁₁, P₁₂, P₁₃を補正測定値記憶部404に保存する。

(f) ステップS107で補正送信位置算出部304は、補正測定値記憶部404から電波の強度の補正された測定値P₁₁, P₁₂, P₁₃を読み出す。次に補正送信位置算出部304は、電波の強度の補正された測定値P₁₁, P₁₂, P₁₃から重みW₁₁, W₁₂, W₁₃を算出し、さらに上記(12)式及び(13)式に従って、送信モジュール100の補正送信位置(X_T1, Y_T1)を算出する。補正送信位置算出部304は補正送信位置(X_T1, Y_T1)を補正送信位置記憶部405に保存し、第1の実施の形態に係る位置検出方法を終了する。

（第2の実施の形態）
第2の実施の形態に係る位置検出システムのCPU300は、図10に示すように、判断部305及び指令部306をさらに備える。判断部305は、例えば下記(14)式に従って、補正送信位置(X_T1, Y_T1)と仮送信位置(X_T0, Y_T0)の差ε₁を算出する。さらに判断部305は、kを閾値として下記(16)式に従って、差ε₁が予め定められた許容範囲内であるか否かを判断する。

ε₁= |X_T1 - X_T0| + |Y_T1 - Y_T0| …(14)
ε₁ < k …(15)
差ε₁が予め定められた許容範囲外である場合、指令部306は受信方位算出部302に、送信モジュール100の計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)に対する受信モジュール200Aの受信位置(X_R1, Y_R1)の計算2回目の方位φ₂₁を算出させる。また指令部306は受信方位算出部302に、計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)に対する受信位置(X_R2, Y_R2)の計算2回目の方位φ₂₂、及び計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)に対する受信位置(X_R3, Y_R3)の計算2回目の方位φ₂₃を算出させる。

受信方位算出部302が計算2回目の方位φ₂₁, φ₂₂, φ₂₃を算出した場合、放射指向性補正部303は、図4に示した検出方位θと、計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)に対する受信モジュール200Aの受信位置(X_R1, Y_R1)の計算2回目の方位φ₂₁との計算2回目の方位差α₂₁を算出する。また図10に示す放射指向性補正部303は、検出方位θと、計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)に対する受信モジュール200Bの受信位置(X_R2, Y_R2)の計算2回目の方位φ₂₂との計算2回目の方位差α₂₂を算出する。また放射指向性補正部303は、検出方位θと、計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)に対する受信モジュール200Cの受信位置(X_R3, Y_R3)の計算2回目の方位φ₂₃との計算2回目の方位差α₂₃を算出する。

放射指向性補正部303が計算2回目の方位差α₂₁, α₂₂, α₂₃を算出した場合、放射指向性補正部303は、計算2回目の方位差α₂₁, α₂₂, α₂₃に基づいて計算2回目の補正係数C₂₁, C₂₂, C₂₃を算出する。さらに放射指向性補正部303は、計算2回目の補正係数C₂₁, C₂₂, C₂₃に基づいて、計算2回目の補正された測定値P₂₁, P₂₂, P₂₃を算出する。補正送信位置算出部304は、計算2回目の補正された測定値P₂₁, P₂₂, P₂₃を用いて計算2回目の重みW₂₁, W₂₂, W₂₃を算出し、さらに送信モジュール100の計算2回目の補正送信位置(X_T2, Y_T2)を算出する。

判断部305は、計算2回目の補正送信位置(X_T2, Y_T2)と計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)の差ε₂が許容範囲内か判断する。許容範囲外である場合、指令部306は、計算n+1回目の補正送信位置(X_Tn+1, Y_Tn+1)と計算n回目の補正送信位置(X_Tn, Y_Tn)の差ε_n+1が許容範囲内となるまで、受信方位算出部302等に計算を続けさせる。図11に示すように、計算を繰り返すごとに差ε_n+1は小さくなるので、より精度の高い補正送信位置(X_Tn+1, Y_Tn+1)が算出される。なお図10に示す位置検出システムのその他の構成要素は、図1と同様であるので、説明は省略する。

次に第2の実施の形態に係る位置検出方法を、図12に示すフローチャートを用いて説明する。

(a) まずステップS201乃至ステップS203を、図9のステップS101乃至ステップS103と同様に実施する。次に図12のステップS204乃至ステップS208のループの1回目では、図9のステップS104乃至ステップS107と同様に、図12のステップS204乃至ステップS207を実施する。次にステップS208で、図10に示す判断部305は、補正送信位置記憶部405から計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)を読み出す。その後、判断部305は計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)と仮送信位置(X_T0, Y_T0)の差ε₁が許容範囲内か判断する。許容範囲内である場合、第2の実施の形態に係る位置検出方法は終了する。許容範囲外である場合、ステップS204に戻る。

(b) ステップS204で指令部306は、受信方位算出部302に補正送信位置記憶部405から計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)を読み出させる。次に指令部306は、受信方位算出部302に計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)に対する受信位置(X_R1, Y_R1), (X_R2, Y_R2), (X_R3, Y_R3)のそれぞれの計算2回目の方位φ₂₁, φ₂₂, φ₂₃を算出させる。ステップS205で放射指向性補正部303は、検出方位θと、計算2回目の方位φ₂₁, φ₂₂, φ₂₃のそれぞれとの計算2回目の方位差α₂₁, α₂₂, α₂₃を算出する。次に放射指向性補正部303は、放射指向性記憶部401から方位差α₂₁, α₂₂, α₂₃のそれぞれに対応する強度比の値を読み出し、計算2回目の補正係数C₂₁, C₂₂, C₂₃を算出する。

(c) ステップS206で放射指向性補正部303は、電波の強度の測定値P₀₁, P₀₂, P₀₃に計算2回目の補正係数C₂₁, C₂₂, C₂₃をそれぞれ乗じて、計算2回目の補正された測定値P₂₁, P₂₂, P₂₃を算出する。ステップS207で補正送信位置算出部304は、計算2回目の補正された測定値P₂₁, P₂₂, P₂₃から計算2回目の重みW₂₁, W₂₂, W₂₃を算出し、さらに送信モジュール100の計算2回目の補正送信位置(X_T2, Y_T2)を算出する。

(d) ステップS208で判断部305は、計算2回目の補正送信位置(X_T2, Y_T2)と計算1回目の補正送信位置(X_T1, Y_T1)の差ε₂が許容範囲内か判断する。許容範囲内である場合、第2の実施の形態に係る位置検出方法は終了する。許容範囲外である場合、ステップS204に戻る。以降、計算n+1回目の補正送信位置(X_Tn+1, Y_Tn+1)と、計算n回目の補正送信位置(X_Tn, Y_Tn)の差ε_n+1が許容範囲内になるまで、ステップS204乃至ステップS208のループが繰り返される。

（第3の実施の形態）
第3の実施の形態に係る位置検出システムのデータ記憶装置400は、図13に示すように、受信モジュール200A, 200B, 200Cのそれぞれの電波の受信指向性を保存する受信指向性記憶部406をさらに備える。またCPU300は、受信モジュール200A, 200B, 200Cのそれぞれの受信指向性に基づいて、検出方位θに対する受信位置(X_R1, Y_R1), (X_R2, Y_R2), (X_R3, Y_R3)の方位φ₁₁, φ₁₂, φ₁₃のそれぞれにおける電波の強度の測定値P₀₁, P₀₂, P₀₃を補正する受信指向性補正部307をさらに備える。

受信モジュール200Aの電波の受信指向性が非等方的である場合、送信モジュール100の向きによって電波の強度の測定値P₀₁は変化しうる。したがって、受信指向性記憶部406に保存されている受信モジュール200Aの受信指向性と検出方位θに基づいて電波の強度の測定値P₀₁を補正することにより、送信モジュール100の存在位置の算出精度の向上が可能となる。受信モジュール200B, 200Cについても同様である。

受信指向性補正部307が電波の強度の測定値P₀₁, P₀₂, P₀₃を補正した場合、放射指向性補正部303は、送信モジュール100の放射指向性に基づいて、受信指向性補正部307で補正された測定値P₀₁, P₀₂, P₀₃をさらに補正する。図13に示す位置検出システムのその他の構成要素は、図1と同様であるので、説明は省略する。

（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば図1に示す放射指向性記憶部401は、送信モジュール100が取り付けられる人間の部位や、人間の姿勢に応じた複数の放射指向性を保存していてもよい。はじめに、図5にあるように電波の放射指向性は等方性であると仮定したが、現実的にはアンテナには指向性が存在するため、完全なる等方性は望めない。そのため、アンテナ本来の指向性をも考慮した放射指向性を記憶させておいてもよい。

また、電波強度から座標の演算方法は、実施の形態に示した式(1)乃至(3)を用いた平均的方式が唯一でなく、3辺測量方式その他の測量方式が適用可能である。さらに、本発明のシステムがRFID（Radio Frequency Identification）システムで構成される場合には、送信モジュールがRFIDタグ（応答器）であり、一方、受信モジュールが質問器に相当することは言うまでもない。また、質問器の一つがCPU300の機能を包含するようなケースも考えられる。さらに、質問器が各々の位置情報を送信し、応答器が受信電波強度と自己の方位情報を用いて中央演算処理装置CPU300に相当する機能を実行するように、単に送信モジュールと受信モジュールの機能を入れ替えただけのものも本発明の範囲に含まれると解するべきである。

また、送信モジュール100が取り付けられる検出対象は人間に限らず、箱や商品等の物体であってもよいことは勿論である。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る位置検出システムの模式図である。本発明の第１の実施の形態に係る送信モジュールの放射指向性を示す第１の模式図である。本発明の第１の実施の形態に係る送信モジュールのブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る送信モジュールの方位を示す模式図である。本発明の第１の実施の形態に係る送信モジュールの放射指向性を示す第２の模式図である。本発明の第１の実施の形態に係る受信モジュールのブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る送信モジュールと受信モジュールの関係を示す模式図である。本発明の第１の実施の形態に係る方位差と計数の関係を示す表である。本発明の第１の実施の形態に係る位置検出方法を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る位置検出システムの模式図である。本発明の第２の実施の形態に係る送信位置の計算回数と誤差の関係を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態に係る位置検出方法を示すフローチャートである。本発明の第３の実施の形態に係る位置検出システムの模式図である。

符号の説明

11…方位センサ
12…コンバータ
13…送信機
14…識別子記憶部
15 21…アンテナ
22…受信機
23…インターフェース
24…受信座標記憶部
50…人間
51…胸部
52…背
100…送信モジュール
200A, 200B, 200C…受信モジュール
250…ケーブル網
300…CPU
301…仮位置算出部
302…受信方位算出部
303…放射指向性補正部
304…補正送信位置算出部
305…判断部
306…指令部
307…受信指向性補正部
400…データ記憶装置
401…放射指向性記憶部
402…仮位置記憶部
403…受信方位記憶部
404…補正測定値記憶部
405…補正送信位置記憶部
406…受信指向性記憶部

Claims

所定の方向の検出方位を検出し、前記検出方位の信号を含む電波を放射する送信モジュールと、
それぞれ複数の受信位置に配置され、前記電波を受信する複数の受信モジュールと、
前記複数の受信モジュールが受信した前記電波の強度の複数の測定値から、前記電波の仮送信位置を算出する仮位置算出部と、
前記仮送信位置に対する前記複数の受信位置の方位を算出する受信方位算出部と、
前記所定の方向を基準とする前記電波の放射指向性を保存する放射指向性記憶部と、
前記放射指向性に基づいて、前記検出方位に対する前記複数の受信位置の方位のそれぞれにおける前記複数の測定値を補正する放射指向性補正部と、
前記複数の受信位置における前記補正された複数の測定値から、前記電波の補正送信位置を算出する補正送信位置算出部
とを備えることを特徴とする位置検出システム。
前記受信方位算出部に、前記仮送信位置を前記補正送信位置として前記複数の受信位置の方位を再度算出させる指令部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
前記複数の受信モジュールのそれぞれの、前記電波の受信指向性を保存する受信指向性記憶部と、
前記受信指向性に基づいて、前記検出方位に対する前記複数の受信位置の方位のそれぞれにおける前記複数の測定値を補正する受信指向性補正部
とを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出システム。
前記所定の方向が、前記送信モジュールが取り付けられる検出対象の取り付け面に対して垂直であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置検出システム。
前記放射指向性が、前記所定の方向で最も強く、前記所定の方向の反対方向で最も弱いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置検出システム。
所定の方向の検出方位を検出し、前記検出方位の信号を含む電波を送信モジュールから放射するステップと、
複数の受信位置で前記電波を受信するステップと、
前記複数の受信位置で受信した前記電波の強度の複数の測定値から、前記電波の仮送信位置を算出するステップと、
前記仮送信位置に対する前記複数の受信位置の方位を算出するステップと、
前記所定の方向を基準とする前記送信モジュールの前記電波の放射指向性に基づいて、前記検出方位に対する前記複数の受信位置の方位のそれぞれにおける前記複数の測定値を補正するステップと、
前記複数の受信位置における前記補正された複数の測定値から、前記電波の補正送信位置を算出するステップ
とを含むことを特徴とする位置検出方法。
前記補正送信位置を算出するステップの後、
前記仮送信位置を前記補正送信位置として前記複数の受信位置の方位を算出するステップ、前記複数の測定値を補正するステップ、前記電波の補正送信位置を算出するステップを繰り返すことを特徴とする請求項６に記載の位置検出方法。