JPH05100005A

JPH05100005A - 無線信号を利用する発信位置検出方法

Info

Publication number: JPH05100005A
Application number: JP29216291A
Authority: JP
Inventors: Fujio Nakamae; 富士男中前
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-10-11
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】アンテナに回転部分がなく、しかも短時間で
発信位置を測定でき、しかも高さ方向の位置も測定可能
な無線信号を利用する発信位置検出方法を提供する。【構成】所定周波数の電波信号を発する移動型送信機
１４と、異なる位置に配置されて前記電波信号を受信す
る受信機を備える少なくとも４の固定無線局１０〜１３
と、少なくとも１の基地局１３とを有し、前記電波信号
をそれぞれの固定無線局の受信機が受信した後基地局１
３に伝え、前記移動型送信機１４から各固定無線局まで
の電波の伝播時間の差を測定し、該測定値から前記移動
型無線局１４の位置を３次元的に算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無線信号を利用する発
信位置検出方法に係り、特に電波の伝播時間の差から発
信位置を特定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電波を利用して電波発信源の位置を確認
する方法としては、特開昭６４−６６５８１号公報に記
載された電波信号の発信及び受信を通じて行う警備方法
があり、所定周波数の電波信号を送信機によって発信
し、１〜２以上の無指向性アンテナによって前記電波信
号を受信し、２またはそれ以上の指向性アンテナを回転
させながら、その電界強度が最大となる位置を検出し、
三角測量法の原理を応用して前記電波信号の発信位置を
特定する方法であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記方
法においては、一旦無指向性アンテナで受信した後、２
以上の指向性アンテナを回転させて電波の発信を検出す
る必要があるので、アンテナに八木アンテナ等を使用
し、更には機械的回転部分を有するので、装置が大型と
なるという欠点がある。また、無指向性アンテナで電波
信号を受信した後、指向性アンテナを回転させるので、
発信位置を決定するに時間がかかるという問題点があ
る。更には、前記方法においては、送信機の位置を平面
的にしか検出できず、近年の如く多数の高層建物が構築
されている中で、事故等が起こった場合、その階を検索
することができず不便であるという問題点があった。本
発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、アンテナに
回転部分がなく、しかも短時間で発信位置を測定でき、
しかも高さ方向の位置も測定可能な無線信号を利用する
発信位置検出方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の無線信号を利用する発信位置検出方法は、所定周
波数の電波信号を発する移動型送信機と、異なる位置に
配置されて前記電波信号を受信する受信機を備える少な
くとも４の固定無線局と、少なくとも１の基地局とを有
し、前記電波信号をそれぞれの固定無線局の受信機が受
信した後前記基地局に伝え、前記移動型送信機から各固
定無線局までの電波の伝播時間の差を測定し、該測定値
から前記移動型無線局の位置を３次元的に算出するよう
にして構成されている。請求項２記載の無線信号を利用
する発信位置検出方法は、請求項１記載の方法におい
て、固定無線局の内の一つが基地局であるようにして構
成されている。請求項３記載の無線信号を利用する発信
位置検出方法は、請求項１または２に記載の方法におい
て、それぞれの固定無線局の受信機で受信された信号
は、有線通信、電波通信または光通信によって基地局に
伝送されるようにして構成されている。なお、以上にお
いて電波信号にパルス信号を含み、該パルスの伝播遅延
時間から距離信号を算出する方法、あるいは電波あるい
は変調波の位相ずれから距離を算出する方法、いずれで
あっても本発明は適用される。また、前記検出した移動
型送信機の位置は地図を対応させてブラウン管あるいは
液晶表示盤等の画面上に表すのが好ましく、この為予め
メモリーに地図情報を入れておき、該地図上に前記移動
型送信機の位置を点（輝点あるいは点滅信号）として表
示するのが好ましい。

【０００５】

【作用】請求項１〜３記載の無線信号を利用する発信位
置検出方法においては、移動型送信機によって所定周波
数の電波信号を発信し、この電波信号を少なくとも４の
固定無線局によって受信する。そして、該それぞれの固
定無線局は、該電波信号を受けた後、直ちに基地局に伝
える。従って、該基地局に伝わる電波信号は少なくとも
４以上の固定無線局に伝播され、更に固定無線局から基
地局に伝播されるので、伝播時間を必要とする。ところ
が、各固定無線局が電波信号を受信して基地局に伝播す
る時間は一定であるので、この分を差し引くと、移動型
送信機から各固定無線局までの電波信号の伝播時間とな
る。一方、電波の伝播速度は一定であるので、移動型送
信機から少なくとも４つの固定無線局までの伝播時間の
差及びそれぞれの伝播時間の大小を検出することがで
き、これらの伝播時間の差、その大小及び電波の伝播速
度（略一定）から、前記移動型送信機の位置を３次元的
に検出できることになる。特に、請求項２記載の無線信
号を利用する発信位置検出方法においては、一つの固定
無線局が基地局となっているので、他の固定無線局が３
局以上で済む。また、請求項３記載の無線信号を利用す
る発信位置検出方法においては、それぞれの固定無線局
から基地局に信号を伝送する手段として、有線通信、電
波通信あるいは光通信によって行っているので、伝播時
間が一定となり、極めて容易に各固定無線局が電波信号
を受信した時間を特定できる。

【０００６】

【実施例】続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明
を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供す
る。ここに、図１は本発明の一実施例に係る無線信号を
利用する発信位置検出方法を適用したシステム全体の略
ブロック図、図２は動作説明図、図３は各電波信号の受
信時間の関係を示すグラフ、図４はフロー図である。

【０００７】図１には本発明の一実施例に係る無線信号
を利用する発信位置検出方法のシステム構成を示すが、
この実施例においては第１、第２及び第３固定無線局１
０〜１２と基地局１３を有し、基地局１３は第４の固定
無線局を兼用している。移動型送信機１４は、内部にパ
ルス発生回路と、該移動型送信機１４を識別するコード
信号発信回路と、これらを特定の周波数の搬送波に載せ
る変調回路（ＡＭ、ＳＳＢ、ＦＭ、ＰＭ変調のいずれで
あっても良い）と、所定の電力の該変調された電波から
なる電波信号を空中に伝播させる図示しないアンテナと
を有し、特定の押しボタンスイッチを押す（または、別
のスイッチ手段を操作する）ことによって、前記電波信
号を発するようになっている。なお、識別符号はデジタ
ルコードからなって、前記パルス信号の直後に配置され
ているが、図３においては識別符号の信号は省略されて
いる。また、前記パルス信号は単一パルスであっても良
いが、比較的長い間隔（例えば０．０１〜１秒間隔程
度）の繰り返しパルスを用いることも可能である。繰り
返しパルスを用いる場合には、伝播時間は繰り返しパル
ス毎に計測し、その平均値を算出するようにしても良い
し、あるいは繰り返される信号を利用してアナログ的
（例えば、コンデンサーの充電時間と電圧との関係）に
測定するようにしても良い。また、前記パルス信号の幅
は極めて短い間隔（例えば、０．０１μｓ〜１μｓ）と
なっている。また、該パルス信号を載せる搬送波はパル
ス幅に応じて通常１０〜１０００ＭＨｚ程度の電波を使
用するが、更に低い周波数または高い周波数（１ＧＨｚ
以上）であっても良い。前記移動型送信機のアンテナ
は、ヘリカルアンテナ、コーリニアアンテナ、ＧＰアン
テナ等の無指向性アンテナ、あるいは多少の指向性を有
するループアンテナ等であっても良い。

【０００８】前記第１の固定無線局１０には前記移動型
送信機１４からの電波信号を受信する無指向性アンテナ
からなる受信アンテナ１５と、該受信アンテナ１５に接
続された受信機１６と、該受信機１６で受信した信号を
基地局１３に伝播する送信装置１７とを有している。ま
た、前記第２の固定無線局１１には前記移動型送信機１
４からの電波信号を受信する無指向性アンテナからなる
受信アンテナ１８と、該受信アンテナ１８に接続された
受信機１９と、該受信機１９で受信した信号を基地局１
３に伝播する送信装置２０とを有している。そして、前
記第３の固定無線局１２には前記移動型送信機１４から
の非常電波信号を受信する無指向性アンテナからなる受
信アンテナ２１と、該受信アンテナ２１に接続された受
信機２２と、該受信機２２で受信した信号を基地局１３
に伝播する送信装置２３とを有している。

【０００９】前記受信機１６、１９、２２は前記移動型
送信機１４から発射される電波の内パルス信号のみを受
信すれば充分であるから、例えばパルス信号をＦＭ変調
し、識別符号をＡＭ変調またはその逆にして、前記受信
機１６、１９、２２によって識別符号を受信しないよう
にすることも可能である。前記送信装置１７、２０、２
３は前記パルス信号を基地局１３に電波する為のもので
あるから、電波で搬送する場合には、一旦それぞれ別の
周波数（高い周波数が好ましい）に周波数変換して、そ
れぞれ基地局１３の第１受信機２４、第２受信機２５及
び第３受信機２６に送信することも可能である。また、
前記送信装置１７、２０、２３に有線を使用する場合に
は、その出力が減衰しないように充分な大きさに増幅す
る装置を備えることが好ましく、この場合第１受信機２
４、第２受信機２５及び第３受信機２６は、信号が伝送
される有線ケーブルからの信号を受け、波形成形して正
しいパルス信号に変換する装置を備えることになる。

【００１０】そして、前記受信機１６、１９、２２によ
って受信した信号を光ファイバーによって前記第１受信
機２４、第２受信機２５及び第３受信機２６に送ること
も可能であり、この場合は送信装置１７、２０、２３は
発光ダイオード等の光変換素子を備え、前記第１受信機
２４、第２受信機２５及び第３受信機２６はフォトダイ
オード、フォトトランジスター等の受光素子を有するこ
とになる。更には、前記受信機１６、１９、２２によっ
て受信した信号をレーザー光によって前記第１受信機２
４、第２受信機２５及び第３受信機２６に送ることも可
能であり、この場合、前記送信装置１７、２０、２３は
レーザー光発射装置を含み、前記第１受信機２４、第２
受信機２５及び第３受信機２６は、特定方向を向いたレ
ーザー光受信装置を含むことになる。

【００１１】前記基地局１３には、前述した通り、第１
〜第３の受信機２４、２５、２６を備え、更には前記移
動型送信機１４の電波を直接受信する無指向性の受信ア
ンテナ２７及び該受信アンテナ２７に接続される第４受
信機２８を備えている。なお、電波信号の中に同一変調
波で、パルス信号と識別符号とを送信する場合には、該
第４受信機は単一の検波回路を備える受信機で良いが、
別々の変調方式を用いる場合には、内部にそれぞれの変
調方式に沿った検波回路を備え、パルス信号と識別符号
信号を弁別するようになっている。前記第１〜第４受信
機２４、２５、２６、２８の出力は同一のタイマーによ
って計測される到着時間計測回路２９に伝達され、それ
ぞれのパルス信号の到着時を計測し、図示しないメモリ
ーに記憶するようになっている。

【００１２】また、一方前記第４受信機２８で受信され
た信号から識別符号を解読する回路３０が設けられ、コ
ンピューター３１に情報を伝達するようになっていると
共に、ＣＤに記憶された特定の地図情報３２が前記コン
ピューター３１に連結されている。そして、前記コンピ
ューター３１は内部にＣＰＵ、必要なプログラムを記憶
するＲＯＭ、及び情報を記憶するＲＯＭ、ＲＡＭを有
し、内蔵するインターフェイス回路を介して、前記到着
時間計測回路２９及び識別符号解読回路３０に接続され
て、その出力を取り入れるようになっている。また、該
コンピューター３１にはブラウン管等からなる表示器３
３が接続されてその地図及び最終出力である移動型送信
機１４の位置を表示するようになっている。

【００１３】次に、該システムの位置検出方法を図２を
参照しながら説明すると、移動型送信機１４の位置がＰ
にあるとすると、Ｐから発射した非常信号となる電波信
号をＡ点、Ｂ点及びＣ点にある固定無線局１０、１１、
１２と、Ｑ点の位置にある固定無線局として作用する基
地局１３によって受信される。なお、この実施例におい
ては前記送信装置１７、２０、２３は周波数変換装置と
送信装置をそれぞれ備え、受信した電波信号をそれぞれ
別の周波数に周波数変換して第１受信機２４、第２受信
機２５及び第３受信機２６に伝播するものとする。第１
の固定無線局１０で該電波信号を受信した後、直ちに周
波数変換されてその信号は基地局１３に伝播される。第
２の固定無線局１１で受信された信号も周波数変換され
て基地局１３に伝播される。そして、第３の固定無線局
１２で受信された信号も周波数変換されて基地局１３に
伝播される。基地局１３ではこれらの信号を全部受信
し、電波信号が一定時間内の単独パルスである場合に
は、第１〜第３受信機２４〜２６及び第４受信機２８が
受信する時間を内蔵するタイマーで計測し、それぞれの
時間をメモリーに記憶するようにするのが好ましい。

【００１４】ここで、移動型送信機１４から基地局１３
まで電波信号が伝播されるまでの時間を考察すると、図
２、図３に示すように第１の固定無線局１０を経由して
電波信号が基地局１３まで伝播する時間は、（ｔ₁＋ｔ
_A）となる。また、電波信号が第２の固定無線局１１を
経由して基地局１３まで伝播する時間は（ｔ₂＋ｔ_B）
となり、更に第３の固定無線局１２を経由して基地局１
３が電波信号を受信するまでの時間は（ｔ₃＋ｔ_C）と
なる。そして、基地局１３が電波信号を受信する時間は
ｔ₄である。なお、実際には機器の位相遅れ等があるの
で、前記（ｔ_A）、（ｔ_B）、（ｔ_C）は、実際の信号
の伝播時間より長くなるし、場合によっては一定の遅れ
時間を有するようにすることも可能である。しかしなが
ら、前記（ｔ_A）、（ｔ_B）、（ｔ_C）の時間は、移動
型送信機１４を異なる特定距離位置において測定するこ
とよって容易に測定できる。

【００１５】従って、基地局１３における電波信号の受
信時間及び前記（ｔ_A）、（ｔ_B）、（ｔ_C）が既知で
あることから、固定位置であるＡ点（ｘ₁、ｙ₁、
ｚ₁）、Ｂ点（ｘ₂、ｙ₂、ｚ₂）、Ｃ点（ｘ₃、
ｙ₃、ｚ₃）及びＱ点（ｘ₄、ｙ₄、ｚ₄）にそれぞれ
配置された固定無線局１０〜１２及び基地局１３が、Ｐ
点（ｘ、ｙ、ｚ）にある移動型送信機１４から発射され
た電波信号を受信した時間が分かることなる。一方、空
気中を伝播する電波の速度は定数（ｃ）であるから、例
えば、Ａ点とＱ点の受信時間の差（ｔ₁−ｔ₄）に定数
（ｃ）を掛ければ、Ｐ点はＡ点とＱ点から距離の差が
（ｔ₁−ｔ₄）×ｃの双曲面上にあることになる。な
お、この双曲面は２つ存在するが、ｔ₁とｔ₄の大小を
比較すれば一方に決定される。次に、例えば、Ｂ点とＱ
点の電波信号の受信時間が分かっているので、Ｐ点はＢ
点及びＱ点から距離の差が（ｔ₄−ｔ₂）×ｃの一つの
双曲面上にあることになり、更に、Ｐ点はＣ点及びＱ点
から距離の差が（ｔ₄−ｔ₃）×ｃの一つの双曲面上に
あることになる。これらの双曲面の交点が求めるＰ点の
位置となるが、これは一つの双曲面と他の異なる双曲面
とが交わると曲線（Ｍ）が決定され、更に別の双曲面と
交わると別の曲線（Ｎ）が決定されるので、曲線（Ｍ）
と曲線（Ｎ）との交点が点になるから明らかである。従
って、Ａ点（ｘ₁、ｙ₁、ｚ₁）、Ｂ点（ｘ₂、ｙ₂、
ｚ₂）、Ｃ点（ｘ₃、ｙ₃、ｚ₃）及びＱ点（ｘ₄、ｙ
₄、ｚ₄）の電波信号の受信時刻が分かれば、連立方程
式をたてれば、前記Ｐ点（ｘ、ｙ、ｚ）の位置が３次元
的に分かることになるので、前記コンピューター３１に
よって演算させるようにしている。

【００１６】この様子を図４に示すが、コンピューター
３１によってまずＡ点（ｘ₁、ｙ₁、ｚ₁）、Ｂ点（ｘ
₂、ｙ₂、ｚ₂）、Ｃ点（ｘ₃、ｙ₃、ｚ₃）及びＱ点
（ｘ₄、ｙ₄、ｚ₄）の電波信号の到着時間及びその大
小を演算する（ステップａ）。次に、前記した如くこれ
らの条件から連立方程式を立てて移動型送信機１４の発
振地点（Ｐ点）を演算し（ステップｂ）、地図情報３２
をコンピューター３１内に取り込んで、この上に表示す
る（ステップｃ）。そして、識別符号解読回路３０によ
って解読された識別符号から、移動型送信機１４を所持
する人を読み出しこれを表示器３３上に表示する（ステ
ップｄ）。なお、読み出される情報は、その人の住所、
氏名、連絡先、電話番号、性別、年令、血液型、その他
必要な情報を表示する。なお、この実施例においては、
基地局も含めて固定無線局が４局で移動型送信機１４の
位置を測定するようにしているが、更に多数の固定無線
局あるいは基地局を設ける場合も本発明は適用される。

【００１７】前記実施例においては、第１〜第３の固定
無線局１０〜１２から基地局１３までの信号の伝播は電
波を用いたが、レーザー等を用いた光通信、有線通信、
光ファイバーを用いた通信によって行うことも可能であ
る。なお、パルス信号を用いると、非常に短時間の内に
移動型送信機の位置を特定できるが、後続するコンピュ
ーター３１の処理に時間がかかるので、複数の移動型送
信機からの信号があった場合、平行処理ができないこと
になる。そこで、一つの電波信号の送信があった後、直
ちに到着時間計測回路２９に付属するメモリーを切替
え、各移動型送信機の受信時間を別々に記憶するように
することが好ましい。更には、短い時間の間に発射され
る異なる移動型送信機の電波信号を複数のコンピュータ
ーを用意して処理することが好ましい。更には、極めて
多数の移動型送信機を同時に使用すると混信が生じて円
滑に作動できない。そこで、各移動型送信機に更に別の
受信機を設け、他の移動型送信機から電波の送信があっ
た場合には、動作しないようにインターロックを図るこ
とも可能である。また該移動型送信機のスイッチを作動
させると、まず受信機が作動し、基地局から特定の信号
（割り振り信号）が有った場合のみ前記電波信号を送信
できるようにすることも可能であり、この場合、コード
信号を含めて電波信号をパルス性の短い信号とした場
合、同一周波数で多数の移動型送信機を混在させること
ができ、更には電源の節約にもなる。なお、基地局の時
計は出来るだけ正確であることが好ましいので、必要な
場合にはルビジウム発信器を用いた時計、恒温槽に入れ
た水晶発信器、場合によっては原子時計を使用すること
が好ましい。

【００１８】更には、前記移動型送信機に更に、基地局
からの電波（各移動型送信機を区別する識別信号を含む
のが好ましい）を受信する受信機を取付け、該受信機が
基地局等からの特別な電波を受信した場合に、該移動型
送信機から電波信号に相当する位置確認信号を発するよ
うにすることも可能であり、これによって、外部から該
移動型送信機の位置を確認することができる。

【００１９】前記実施例の移動型送信機を例えば、杖等
の携行具に仕込むことも可能である。また、前記固定無
線局の電源に太陽電池と蓄電池を使用し、電波条件の良
い場所に設置することも可能であり、動く部分が無いの
でメンテナンスフリーの固定無線局となる。また、電波
にパルス信号を使用した場合には、反射物によって複数
のパルスが受信される可能性があり、この場合には最初
のパルス信号の到着時間を測定するが、更にこのように
しても誤差を生じる場合には、ある程度の実験を繰り返
して障害物による補正を行うようにするのが好ましい。

【００２０】

【発明の効果】請求項１〜３記載の無線信号を利用する
発信位置検出方法は、以上の説明からも明らかなよう
に、機械装置を必要とする回転式アンテナが不要である
ので、装置が極めてコンパクト化され、故障が少なく寿
命も長い。また、回転式アンテナを使用する必要がな
く、固定アンテナで電波信号を受信した後、直ちに信号
処理できるので、電波信号の発信位置を短時間で検知す
ることができる。更には回転式アンテナでは不可能な電
波信号を発振した位置の３次元的測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る無線信号を利用する発
信位置検出方法を採用したシステムの概略ブロック図で
ある。

【図２】該システムの動作説明図である。

【図３】各電波信号の受信時間の関係を示すグラフであ
る。

【図４】コンピューターの動作を示すフロー図である。

【符号の説明】

１０第１の固定無線局１１第２の固定無線局１２第３の固定無線局１３基地局１４移動型送信機１５受信アンテナ１６受信機１７送信装置１８受信アンテナ１９受信機２０送信装置２１受信アンテナ２２受信機２３送信装置２４第１の受信機２５第２の受信機２６第３の受信機２７受信アンテナ２８第４受信機２９到着時間計測回路３０識別符号解読回路３１コンピューター３２地図情報３３表示器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定周波数の電波信号を発する移動型送
信機と、異なる位置に配置されて前記電波信号を受信す
る受信機を備える少なくとも４の固定無線局と、少なく
とも１の基地局とを有し、前記電波信号をそれぞれの固
定無線局の受信機が受信した後前記基地局に伝え、前記
移動型送信機から各固定無線局までの電波の伝播時間の
差を測定し、該測定値から前記移動型無線局の位置を３
次元的に算出することを特徴とする無線信号を利用する
発信位置検出方法。
【請求項２】固定無線局の内の一つが基地局である請
求項１記載の無線信号を利用する発信位置検出方法。
【請求項３】それぞれの固定無線局の受信機で受信さ
れた信号は、有線通信、電波通信または光通信によって
基地局に伝送される請求項１または２記載の無線信号を
利用する発信位置検出方法。