JPS60173485A - 測位方式 - Google Patents

測位方式

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JPS60173485A
JPS60173485A JP2853384A JP2853384A JPS60173485A JP S60173485 A JPS60173485 A JP S60173485A JP 2853384 A JP2853384 A JP 2853384A JP 2853384 A JP2853384 A JP 2853384A JP S60173485 A JPS60173485 A JP S60173485A
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JP
Japan
Prior art keywords
positioning method
light
moving body
hyperboloid
waves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2853384A
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English (en)
Inventor
Mitsutaka Kosaka
小坂 満隆
Katsumi Kono
克己 河野
Shoji Miyamoto
宮本 捷二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S5/30Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S5/22Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は複数のセンサを用いて音辣、光(熱)あるいは
電磁等のエネルギ放射を発する移動体からの音波あるい
は電磁波等を受信し、各センサにおける受信時刻を基に
、上記移動体の位置を正確に決定するだめの測位方式に
関するものである。
〔発明の背景〕
従来、測位方式としては、双曲面測位方式と、球面測位
方式とが知られている。
双曲面測位方式とは、複数のセンサ間の音波。
光(熱)あるいは電磁波等の受信時刻の差を利用して、
受信時刻差が一定となる、空間内の複数の双曲面の交わ
る点を移動体位置とする方式であるこの方式においては
、計算した移動体位置が伺時の時点のものであるかを正
確に知ることが難かしぐ、また、位置計算のだめの処理
時間が長くかかるという問題があった。
一万、球面測位方式とは、移動体の音波、光(熱)ある
いは′電磁波等の発信時刻が既知であるという仮定の下
で、各センサから、音波あるいは電磁波等の伝播時間が
同一となる球面を描き、複数の球面の父わる点を移動体
位置とする方式である。この方式においては、計算時間
は短くなるが、移動体の音波あるいは電磁波等の発信時
刻がわからないと用いることができないという別の問題
がおった。
まだ、移動体とセンサ群との幾何学的位置関係により、
上記両側位方式のうち、いずれかが良い位置推定精度を
もたらすことになるが、前述の如く、両方式に槌々の制
約条件があるため、この制約条件に応じてどちらかの測
位方式を選択せざるを得ないのが実情である。これは、
音波あるいは電磁波等の伝播誤差の誤差要因の少ないシ
ステムにおいては問題にならないが、伝播誤差の誤差要
因の多いシステムにおいては精度の点で重大な問題とな
るものであった。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてガされたもので、その目的と
するところは、従来の測位方式における上述の如き問題
を解消17、高精度の測位方式を提供することにある。
〔発明の概を〕
本発明の要点は、双曲面測位方式によシ移動体の音波、
光(熱)あるいは電磁波等の発信時刻を推定し、これを
用いて球面測位方式を使用可能とすることにより両側位
方式の使用を可能とし、更に、両側位方式の位置推定誤
差を推定していずれの方式を用いるべきかを選択可能と
した点にある。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
第1図は本発明の一実施例を示す電波測位システムの構
成図である。図において、1は移動体、Sl + S2
 +・・・・・・S、は上記移動体1からの電波を受信
するためのセンサ、2は移動体位置計算システムを示し
ている。移動体位置計算システム2は、記憶装置3.処
理装置4および表示装ff 5から構成されている。ま
た、do、d2119.10.、。
は上記移動体lと各センサとの間の距離を示している。
移動体1から発信された電波は、距離do離れたセ/す
Slで受信される。該センサS+は電波を受信した時刻
1.を移動体位置計算システム2に送信する。上記受信
時刻1.は、電波の伝播速度をV、とすると、 t + =d +/V、+T+n + なる方程式を満たす。ここで、Tは上記移動体1からの
電波の発信時刻、nIはさまざまな要因による雑音であ
る。
移動体1から発信される信号は、第2図に示す如く、パ
ルス状の信号であり、各パルス間の時間間隔Toは一定
であるとする。更に、上記時間間隔Toは電波伝播時間
に比べて充分長いものと仮定する。
移動体位置計算システム2においては、人力データを、
一旦、記憶装置3に貯え、処理装置4で移動体位置を計
算し、計算結果を表示装置5に出力する。ここで、処理
装置4には、予め測定したセンサ位置(X+ 、3’l
、 z+ )が利用可能に格納されているものとする。
ところで、双曲面測位方式においては、移動体の位置を
(x、y、z)とすると、 t+−11=u (X X+)’+(y)’+)’+(
Z Zl)2■。
” (Xx+)”±(y Vj)2+(z”+)2+n
+ J■6 なる非線形方程式が得られる。これから、最小2乗法に
よって、 −」ン冒四不〒問]、〕2+(z−2j)2)2〕■。
となる(X、y、z)がめられる。また、球面測位方式
においては、発信時刻Tが既知であると仮定した場合、 というn個の方程式が得られ、これから、の問題を最小
2乗法を用いて解き、(Xl ”jr z)がめられる
以下、本発明の第1のポイントである、双曲面測位方式
から移動体1の発信時刻を推定する方法について説明す
る。
あるパルスが発信された時刻をT”とする。このパルス
の受信時刻1.−1.を利用して、双曲面測位方式によ
p移動体1の位置(X+y+z)が計算できる。従って
、発信時刻T は、n個のセンサの情報を利用して、 と推定できる。しかし、単一のパルスについての′ヒの
推定値ではさまざまな誤差要因により、真値T と犬き
く異なる可能性がある。ところでノぐルス時間間隔はT
oで一定としたので、上記T1以降ノパルス発信時間は T +”To (In=11 21 ・・暑によシ決定
できる。すなわち、T からmパルス目のパルス発信時
刻T (m)は、mパルス目の移動体位置推定データか
ら Δ餐 養 T (” ) = T (” ) + m T 。
とめられる。これから、T を Δ昔 l m A餐 T=−〔Σ(T (i) 1Tol) In l=0 によシ計算する。これによりめたT の発信時へ畳 刻推定誤差と、パルスを使ったT 推定回数の関係を定
性的に示すと、第3図に示すようになる。
すなわち、発信時刻推定誤差が充分小さくなる回数Mを
設定し、M回以降のT の推定値を利用する。この場合
、T 以後に回目のパルス発信時間は、 T (J =T +k T+1 と推定できる。これにより、球面測位方式が利用可能に
なる。
次に、双曲面測位方式と球面測位方式のいずれを用いる
べきかを決定するための推定予測誤差指標(Geome
tric Delution of Precisio
n、以下、「GDOP」という)Kついて説明する。こ
のGDOPについては、衛星航法における衛星選択法、
例えば、村田:全世界測位衛星システムNAV STA
几/GPS、計測と制御、21巻247頁(1982)
 、あるいは、H、B 、 Lee :A Novel
procedure for Assessing t
be Accuracyof Hyperbolic 
MulBIateration Systems。
I E E ETransac t 1ons O’n
 Aerospace andElectron7cs
 Systems、VOI 、AES 11. A I
(1975)の記載を参照されたい。
上記GDOPは、位置推定誤差を、移動体とセンサとの
幾何学的関係と、誤差との関数として与えるものであシ
、球面測位方式の場合は P k= (HTkI(、−: Hb ) −’で与え
られる行列の対角要素の2乗和で与えられる。ここで、
Rhはnxn行列で と与えられ、σI2はセンサiの受信時刻測定の誤差の
分散を示している。また、Hhは で与えられる、センサと移動体の幾何学的関係から決ま
る値である。ここで、11′は移動体からセンサへの単
位方向ベクトルである。
また、双曲面測位方式の場合、上記()DOPはPkH
=((LHk)(L RkL)−’ (LHk))−’
で与えられる行列の対角要素の2乗和である3、ここで
、Hk、Rkは前記球面測位方式の場合と同様であるが
、Lは の行列で与えられる。LH双曲面測位方式におけるセン
サの組合わせに起因する行列で、この場合センサiの時
刻観測方程式からセンサ!+1の時刻観測方程式を引い
て、センサiとセンサi+1に関する双曲面を作るもの
としている。
ここで、球面測位方式を用いる場合のGD OPをGs
、双曲面測位方式を用いる場合のGl)OPをGRとす
ると、Gg >Gnのときは双曲面測位方式を、また、
GH>Gsのときは球面測位方式を用いることが望まし
いことになる。以上述べた処理は、前記移動体位置計算
シスτム2内の処理装置4で実行でれる。この処理のフ
ローチャートを第4図に示す。
第4図に示す処理はある時間間隔で繰り返し起動される
処理である。まず、双曲面測位方式と球面測位方式とに
ついてGDOPを計算する。Gn) G sの場合、双
曲面測位方式を実行し、移動体位置(X+y+ z)を
める。更に、移動体からの電波発信時刻T の推定を行
う。
また、Gs>Onの場合、球面測位方式が実行できるか
否かをチェックする。すなわち、上記処理でめたT の
推定値が使用可能か否かをチェックし、使用可能の場合
には球面測位方式を実行する。T の推定値が使用不可
能の場合には双曲面測位方式を実行することになる。
なお、前記電波の発信時刻T の推定処理においては、
T の推定処理を所定回数たけ実行すると、T の推定
値が使用可能であるというフラグを立てるようにすると
良い。
上記実施例においては、双曲面測位方式と球面測位方式
とのいずれを選択するかを、GDOPの直によって決定
しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、
他の適切な指標の使用を妨げるものではないことは言う
までもない。また、上記実施例においては、本発明を、
電波側位システムに適用した例を示しだが、電波の代り
に、音波、光等を用いることが可能であることは前述の
辿りである。
上述の如き処理により、移動体位置の推定誤差は、双曲
面測位方式による誤差と球面側位方式による誤差との、
少ない方に略等しくなる。
〔発明の効果〕
以上述べた如く、本発明によれば、双曲面測位方式によ
シ移動体の音波、光(熱)あるいは電磁波等の発信時刻
を推定し、これを用いて球面測位方式を使用可能とする
ことによシ両測位方式の使用を可能とし、更に、両側位
方式の位置推定誤差を推定していずれの方式を用いるべ
きがを選択可能としたので、高精度の測位方式を実現で
きるという顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す電波測位システムの構
成図、第2図は移動体から発信される信号の一例を示す
図、第3図は発信時刻推定誤差曲線を示すグラフ、第4
図は側位処理のフローチャートである。 1・・・移動体、2・・・移動体位置計算システム、3
・・・記憶装置、4・・・処理装置、5・・・表示装置
、SH〜S、・・・センサ。 第2 図 第3 図 第 4− 旧

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、音波、光あるいは電磁波を発信する移動体から、複
    数のセンサによシ上記音波、光あるいは電磁波を受信し
    、これらの受信時刻の相異に基づいて前記移動体の位置
    を決定する測位システム、あるいは、複数の移動体から
    の音波、光あるいは電磁波を1つのセンサで受信し、こ
    の受信時刻の相異に基づいて前記センサの位置を決定す
    る測位システムにおいて、双曲面測位方式により前記移
    動体の音波、光あるいは電磁波の発信時刻を推定し、球
    面測位方式をも利用可能にしたことを特徴とする測位方
    式。 2、音波、光あるいは電磁波を発信する移動体から、複
    数のセンサによシ上記音波あるいは電磁波を受信し、こ
    れらの受信時刻の相異に基づいて前記移動体の位置を決
    定する測位システム、あるいは、複数の移動体からの音
    波、光あるいは電磁波を1つのセンサで受信し、この受
    信時刻の相異に基づいて前記センサの位置を決定する測
    位システムにおいて、双曲面測位方式によシ前記移動体
    の音波、光あるいは電磁波の発信時刻を推定するととも
    に、双曲面測位方式を用いる場合と球面測位方式を用い
    る場合との位置推定誤差を計算し、選択すべき測位方式
    を決定することを特徴とする測位方式。
JP2853384A 1984-02-20 1984-02-20 測位方式 Pending JPS60173485A (ja)

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US06/696,077 US4713768A (en) 1984-02-20 1985-01-29 Method of localizing a moving body

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100390379B1 (ko) * 2000-07-28 2003-07-07 김인광 자동 방향 검출 장치 및 그 방법
JP2007507718A (ja) * 2003-10-01 2007-03-29 エス5 ワイヤレス、インコーポレイテッド 到着時間差(tdoa)測位サービスの方法とシステム
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JP2014531597A (ja) * 2011-09-30 2014-11-27 マイクロソフト コーポレーション 音波ベースの位置特定

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