JP3901047B2 - Position detection system - Google Patents

Description

ここで、Ｌは伝搬損失、ｄは距離、λは波長である。
【００１４】
屋内伝搬の場合にフリスの公式が成立しない理由は、受信局が物陰にある、あるいは反射波の影響で受信強度に局地的な強弱が発生するためである。
【００１５】
本発明は、上述した従来の課題に鑑みて成されたものであり、パッシブタグシステムが有する通信範囲が制限されるという問題点を克服し、アクティブタグシステムが有する位置精度を上げるための受信局数の増大という問題点を排除した位置検出システムの提供を目的とする。
【００１６】
また、送信局が置かれている環境を把握することによって、屋内にあっても送信局の位置を高い精度で特定できる位置検出システムの提供を目的とする。
【００１７】
さらに、位置情報が必要な時に正確な位置情報の入手が可能な位置検出システムの提供を目的とする。
【００１８】
さらに、位置を特定するために、少なくとも３つ以上の基地局（あるいは受信局）を固定する必要のない位置検出システムの提供を目的とする。
【００１９】
さらに、固定基地局の受信エリア外に出た送信局の位置も特定することのできる位置検出システムの提供を目的とする。
【００２０】
このような位置検出システムは、店舗などでの盗難防止や危険物の監視のみならず、倉庫や事務所内にある任意の資産について、その存在の有無と存在位置とを、効率よく、かつ高い精度で管理することができる。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の側面において、位置検出システムは、第１の標識番号を含む第１標識信号を周期的に送信するとともに、外部から供給される起動信号に応じて第２の標識番号を含む第２標識信号を送信する送信局と、前記標識信号を受信して受信信号の強度を求めるとともに、第１の標識番号を判読する受信局と、受信局から供給される前記受信強度と第１の標識番号とを関連付けて管理するデータ管理部と、データ管理部で管理されるデータを用いて、送信局の位置を算出する位置計算機とを含む。
【００２２】
位置計算機は、送信局と受信局との間の距離ｄと、受信した信号の強度ｅの関係について、第１の補正関係式を用いて定義し、既知の位置情報を用いて、第１の補正関係式から未知の送信局の位置を算出する。
【００２３】
第１の補正関係式は、式（１）の距離の関数として式（２）’で表わされる。すなわち、i番目の送信局の位置を（ｘi, ｙi）、ｊ番目の受信局の位置を（ｕｊ, ｖｊ）、ｉ番目の送信局から送信された信号をｊ番目の受信局で受信したときの受信強度をｅｉｊとすると、送信局ｉから受信局ｊまでの距離ｄijは
【００２４】
【数３３】

であり、第１の補正関係式は、
【００２５】
【数３４】

で表わされる。ここでＳ１，Ｓ２は補正係数である。
【００２６】
好ましくは、第１の補正関係式は、受信局における環境係数Ｋｒｊと送信局における環境係数Ｋｔｉの少なくとも一方をさらに含む。これにより、周囲環境を考慮したより正確な位置推定が可能になる。
【００２７】
好ましくは、受信局は、送信局が信号の送信を開始するための起動信号を生成する起動信号生成器をさらに有する。受信局は起動信号を送信局に対して送信し、送信局は起動信号を受信すると、第２の標識番号を含む標識信号を受信局に送信する。
【００２８】
送信局は外部から受ける変化を探知するセンサをさらに備え、変化を探知したときに受信局に対して、第３の標識番号を含む第３標識信号を送信する。外部からの変化は、たとえば外部から印加される力による振動（あるいは加速度）、入射光、温度、湿度などの変化である。
【００２９】
このような構成により、位置情報が必要なとき、たとえば受信局が積極的に送信局を探す場合や、送信局が異なる環境の場所へ物理的に移動したときなどに、環境の変化を考慮して正確な位置情報を入手することができる。また、送信局の電源の寿命を長くすることができる。
【００３０】
受信部はまた、起動信号と標識信号との送受信に要した時間を測定する時間計測部を有する。この場合、位置計算機は、空気中での信号の伝搬時間と、送信局と受信局との間の距離との関係について、第２の補正関係式を用いて定義し、既知の位置情報および、第２の補正関係式から送信局の位置を算出する。
【００３１】
第２の補正関係式は、送信局ｉの位置を（ｕｉ，ｖｉ）、受信局ｊの位置を（ｕｊ，ｖｊ）、受信強度をｅｉｊ、送受信に要する時間をｔｉｊ、送信局と受信局との間の距離をｄｉｊ、空気中における信号の伝搬時間をｐｉｊとすると、
【００３２】
【数３５】

で表わされる。ここで、Ｂ，ｇ、ｈは補正係数、Ｋは比例定数である。
【００３３】
第２の補正関係式では、電磁波や超音波による信号の空気中での伝搬速度を、実測値（ｅｉｊ、ｔｉｊ）に基づき近似関数を用いて定義するため、補正のために別途空気中の温度や湿度を測定する必要がない。また、実測値から補正するので、例えば低消費電力化を図るために高速な受信動作ができない場合にも推定精度を上げることができる。
【００３４】
基地局として機能する固定受信局の数を低減し、受信局の受信エリア外に出た送信局の位置も的確に特定するために、位置検出システムは、一の固定受信局（第１の受信局）と、一の移動受信局（第２の受信局）を含む構成を採用することができる。この場合、位置計算機は、固定受信局（第１の受信局）から供給される既知の送信局についての位置情報を用いて、第１および第２の補正関係式の少なくとも一方を決定し、（Ａ）既知または位置が推定された送信局から送信され移動受信局（第２の受信局）で受信された信号情報と、前記既知または推定された送信局の位置情報と、前記決定された補正関係式とを用いて、移動受信局の位置を推定し、（Ｂ）未知の送信局から送信され、固定受信局または位置が推定された移動受信局で受信された信号情報と、前記固定または位置が推定された移動受信局の位置情報とから、前記未知の送信局の位置を推定する。位置計算機は、処理（Ａ）と（Ｂ）を繰り返し、移動受信局の移動にしたがって、順次未知の位置にある送信局の位置情報を得る。
【００３５】
さらに受信局の数を低減する構成として、単一の移動受信局を受信局として用いる構成を採用することができる。この場合、位置が未知の移動受信局から供給される既知の送信局についての位置情報を用いて第１および第２の補正関係式の少なくとも一方を決定し、
（Ａ）位置が既知または推定済みの送信局から前記移動受信局に送信された信号情報と、前記位置が既知または推定済みの送信局の位置情報と、前記決定された補正関係式から、前記移動局の現在の位置を推定し、
（Ｂ）位置が未知の送信局から前記現在の位置が推定された移動受信局に送信された信号情報と、前記現在の位置が推定された移動受信局の位置情報とから、前記未知の送信局の位置を算出する。位置計算機は、処理（Ａ）と（Ｂ）を繰り返し、移動受信局の移動にしたがって、順次未知の位置にある送信局の位置情報を得る。
【００３６】
移動受信局を単独で、または固定受信局と組み合わせて用いることにより、広範囲にわたって、管理対象である複数の送信局の所在と位置座標の双方を正確に把握することが可能になる。また、多数の受信局を固定設置する必要がなく、システムのコストが大幅に低減される。
【００３７】
送信局と受信局が送受信する信号のキャリヤとして、無線（radio wave）や赤外線を含む任意の電磁波、あるいは超音波や可聴波を含む音波を用いることができる（本明細書において、「音波」という場合は、超音波も可聴音波も含むものとする）。送信局が送信する起動信号と、受信局が送信する標識信号のキャリヤの種類は同じであっても、異なっていてもよい。
【００３８】
本発明の第２の側面では、位置検出方法を提供する。この位置検出方法は、送信局から送信された第１の標識番号を含む第１標識信号を受信局で受信するステップと、受信局において受信した第１標識信号の強度ｅを測定するステップと、強度ｅと距離ｄとの関係を、補正係数を含む第１の補正関係式で定義するステップと、既知の位置情報を用いて補正係数を決定し、決定された補正係数を含む第１の補正関係式を用いて、未知の送信局の位置を求めるステップとを含む。
【００３９】
i番目の送信局の位置を（ｘi, ｙi）、ｊ番目の受信局の位置を（ｕｊ, ｖｊ）とすると、送信局ｉから受信局ｊまでの距離ｄijは、式（１）で表される。
【００４０】
【数３６】

第１の補正関係式は、補正係数Ｓ１，Ｓ２を用いて式（２）’で表される。
【００４１】
【数３７】

第１の補正関係式は、受信局における環境係数と、送信局における環境係数の少なくとも一方を含むのが好ましい。受信局における環境係数Ｋｒｊを用いた場合は、第１の補正関係式は式（２）’’で表わされる。
【００４２】
【数３８】

この場合、既知の位置情報に基づいて未知数Ｓ１，Ｓ２、Ｋｒｊを決定し、決定した係数値を用いてターゲットとする送信局ｉの位置を求める。
【００４３】
送信局における環境係数Ｋｔｉを用いた場合は、第１の補正関係式は式（２）’’’で表わされる。
【００４４】
【数３９】

この場合、既知の位置情報に基づいて未知数Ｓ１，Ｓ２、Ｋｔｉを決定し、決定した係数値を用いてターゲットとする送信局ｉの位置を求める。
【００４５】
位置検出方法はまた、受信局から送信局に起動信号を送信するステップと、起動信号に応じて第２の標識番号を含む第２標識信号を送信局から受信するステップと、前記起動信号と第２標識番号の送受信に要した時間ｔを計測するステップをさらに含む。この場合、未知の送信局の位置は、既知の位置情報に基づき、空気中を信号が伝搬する伝搬時間ｐと、送信局と受信局との間の距離ｄとに関する第２の補正関係式により求められる。
【００４６】
具体的には、送信局ｉの位置を（ｘｉ，ｙｉ）、既知の位置に設置された受信局ｊの位置を（ｕｊ，ｖｊ）、受信局ｊで測定された送信局ｉからの受信信号の強度ｅｉｊ、受信局ｊで計測された送受信に要した時間ｔｉｊ、送信局ｉと受信局ｊとの間の距離ｄｉｊ、空気中を信号が伝搬する伝搬時間ｐｉｊとすると、第２の補正関係式
【００４７】
【数４０】

を用いて、未知の送信局の位置を算出する。
【００４８】
本発明のその他の特徴、効果については、以下で図面を参照して述べる詳細な説明により、いっそう明確になる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
図５は、本発明の第１実施形態に係る位置検出システム１の構成図であり、図６は、図５に示すシステムで用いられる送信局２１と受信局３１の構成図である。第１実施形態の位置検出システム１は、送信局２１（Ｔ１〜Ｔ８）と、受信局３１（Ｒ１〜Ｒ４）と、受信局３１に接続されたデータ管理部としてのサーバ１２と、サーバ１２に接続された位置計算機１１とを含む。位置検出システム１はまた、位置計算機１１に接続された利用者端末３ａ〜３ｃを含む。これらの構成要素は、ＬＡＮ２を介して接続されている。
【００５０】
図５の例では、受信局３１（Ｒ１〜Ｒ４）は固定された受信局であり、その位置は既知である。送信局Ｔ１〜Ｔ４は受信局Ｒ１〜Ｒ４に取り付けられており、受信局Ｒ１〜Ｒ４とほぼ同位置にあるとみなされる。既知であるｊ番目の受信局の場所を（ｕｊ，ｖｊ）とする。送信局Ｔ５〜Ｔ８の位置は未知であり、ｉ番目の未知の送信局の位置を（ｘｉ，ｙｉ）とする。各送信局２１は、受信局３１に対して固有の信号を送信し、受信局３１は送信局２１からの信号を受信する。受信局ｊで受信された送信局ｉからの信号の受信強度をｅｉｊとする。また、受信局ｊから送信局ｉまでの距離はｄｉｊとする。たとえば、未知の位置（ｘ５, ｙ５）にある送信局Ｔ５に着目すると、送信局Ｔ５から受信局Ｒ１までの距離はｄ５１で表され、受信局Ｒ１で受信される送信局Ｔ１からの信号の強度はｅ５１である。
【００５１】
送信局２１は、図６に示すように、マイクロコントローラ２２と、送信部２３と、標識信号発生部２５と、モーションセンサ１３とを有する。標識信号発生部２５は、一定周期ごとに、送信局２１に固有の標識番号（ＩＤ）を付した信号を生成する。また、モーションセンサ１３が送信局２１の任意の動きを検出したときに、送信局の標識番号を付した信号を生成する。
【００５２】
図７は、モーションセンサ１３の構成例を示す。この例では、モーションセンサ１３は、倒立振り子１４を用いた加速度センサと、加速度センサに接続される保持回路とを含む。保持回路１５は送信局２１の発振器１６に接続され、加速度センサの電極１４ａ，１４ｂが接触したとき（あるいは離れたとき）のみ発振器１６の電源１７を数分間ＯＮにする。保持回路１５は、加速度センサのＯＮ／ＯＦＦ動作にかかわらず長周期の発信間隔を設定する機能を有する。この機能は、発信局のメンテナンスに有効に働く。発信周期は完全に一定である必要はなく、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。モーションセンサ１３を設けることにより、一定の発信間隔を長くとることができる。位置検出システムでは、送信局の位置を知ることが目的なので、送信局が静止しているときには、頻繁に信号を発する必要がないからである。このような構成により、電力の消費を低減して電池の寿命を長くできるだけでなく、ログファイルを小さくすることができる。
【００５３】
なお、送信局Ｔ１〜Ｔ８のすべてについて、図６に示す構成の送信局を用いてもよいし、２種類の送信局を用意してもよい。後者の場合、位置が未知の送信局Ｔ５〜Ｔ８については図６のモーションセンサ１３付きの送信局とし、受信局３１に設置される固定送信局Ｔ１〜Ｔ４については、モーションセンサ１３を有さない短周期発生機能を持つ送信局としてもよい。
【００５４】
図６にもどって、受信局３１は、マイクロコントローラ３２と、受信部３３と、アンチコリジョン判読部３６とを有する。受信部３３は、受信した信号の強度を測定するとともに、受信信号をアンチコリジョン判読部３６へ送る。アンチコリジョン判読部３６は受信信号の中から送信局の標識番号を判読する。各受信局３１は、送信局２１から受信した信号の強度と、判読した標識番号とを、タイムスタンプとともにサーバ１２に送信する。サーバ１２は、受信強度を送信局の標識番号と関連付けてタイムスタンプとともに記録する。タイムスタンプは、サーバが受信局３１から情報を受け取った時点で、サーバ１２側で生成してもよい。
【００５５】
位置計算機１１は、サーバ１２に格納された送信局（たとえばＴ５）に関する情報を参照して送信局Ｔ５の位置を算出し、算出結果をサーバ１２に格納する。ユーザは、利用者端末３を介して位置を知りたい送信局の標識番号を入力することにより、サーバ１２を検索してその位置を知ることができる。
【００５６】
位置計算機１１は、屋内環境で送信局または受信局の位置を精度良く求めるために、距離と受信強度との関係についての第１の補正関係式を用い、屋内の伝搬状況下で実際に受信強度ｅｉｊを測定しながら、送信局２１から受信局３１までの距離ｄｉｊと、受信強度ｅｉｊとの関係を求める。第１の補正関係式は、環境係数を含む補正係数を用いて、フリスの公式を補正したものである。補正要因を考慮しながら実測値に基づいて距離、さらには送信局の位置座標を割り出すことにより、特に屋内での位置特定の精度を向上することができる。
【００５７】
以下で、受信強度と距離に関するフリスの公式の補正アルゴリズム（第１の補正関係式）について説明する。なお、説明の簡便のため、２次元座標を用いて説明するが、位置計算機１１は、実際には３次元の空間座標を用いるものとする。＜フリスの公式の補正アルゴリズム＞
ｊ番目の既知の受信局の位置を（ｕｊ、ｖｊ）、ｉ番目の送信局の位置を（ｘｉ、ｙｉ）とすると、送信局ｉから受信局ｊまでの距離ｄｉｊは、式（１）で表される。
【００５８】
【数４１】

ここで、受信局ｊの環境係数Ｋｒｊを定義する。環境係数Ｋｒｊ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。
【００５９】
まず、受信局の既知の位置情報（実測値）を用いて、フリスの式の補正を試みる。フリスの式の補正は、補正係数Ｓ１、Ｓ２と、受信局の環境係数Ｋｒｊを用いて、距離ｄと受信強度ｅの関係を推定する。基本的には、距離と受信強度は対数関係にあると前提し、フリスの公式を補正して式（２）のように第１の補正関係式を定義する。
【００６０】
【数４２】

このとき、第１段階として、受信局に取り付けられた（すなわち位置が既知である）送信局Ｔ１〜Ｔ４からの実測された受信強度ｅｉｊと、対応する距離ｄｉｊを用いて、補正係数Ｓ１，Ｓ２，および環境係数Ｋｒｊを求める。誤差を最小にするこれら未知数の解は式（３）で与えられる評価関数ｑを最小化することによって求められる。
【００６１】
【数４３】

式３で、ｒｎは位置が既知の受信局の数、ｔｎは位置が既知の送信局の数である。図５の例では、ｒｎ、ｔｎともに４であり、４×４の連立方程式が成立し、Ｓ１，Ｓ２，Ｋｒ１〜Ｋｒ４という６つの未知数をすべて解くことができる。分かりやすくするために未知数に＾印をつけた。式（３）を解くには様々な方法がある。詳細に説明することは控えるが、たとえば、ｑをそれぞれの変数で偏微分し、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、シンプレツクス法、最急降下法、ニューラルネツトワークを用いる方法等がある。これらにより、距離と受信強度との間の補正関係式である式２の補正係数Ｓ１、Ｓ２および受信局の環境係数Ｋｒｊを求めることができる。
【００６２】
なお、位置が既知の受信局または送信局の数が少ないため方程式が十分に連立しない場合は、式（２）および式（３）において環境係数Ｋｒｊを用いずに補正係数Ｓ１、Ｓ２を用いるだけでも十分な補正効果がある。
【００６３】
次に、位置が未知であるターゲットの送信局の環境係数Ｋｔｉについて考える。送信局の送信強度は一定であるが、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からである。この場合、既知の受信局（たとえばＲ１）で受信される未知の送信局（たとえばＴ５）からの受信信号の強度は、式（２）の第１の補正関係式において、補正係数Ｓ１，Ｓ２および受信局Ｒ１での環境係数Ｋｒ１に加えて、送信局での環境係数Ｋｔ５も加味されることになる。このときの距離と受信強度との関係式を、式（３）で求めた受信局の環境係数Ｋｒｊと、補正係数Ｓ１、Ｓ２を用いて式（４）のように考える。
【００６４】
【数４４】

ここで、ｍｄｉｊは実測した受信強度から導かれる距離である。送信局ｉの位置とその環境係数はＫｔｉは、式（５）で表わされる評価関数ｈｉを最小化することで求められる。
【００６５】
【数４５】

わかりやすくするために、未知数に＾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。
【００６６】
このようにして求めた送信局の位置は、サーバ１２に記録される。上述したように、特定の送信局の位置を知るには、ユーザ（あるいは管理者）はＬＡＮ２を介してサーバ１２に、位置を知りたい送信局の標識番号を問い合わせることによって、該当する送信局の位置情報を入手できる。
【００６７】
送信局が受信局に対して、自由空間損失で考えると十分に通信可能な領域にある場合でも、ある特定の受信局に対しては見通しの悪い位置にある場合は、その受信局で信号を受信できないことがある。この場合は、受信局は送信局からの信号を受信していないため、通常は位置推定には使えない。
【００６８】
しかし、ある特定の受信局で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意味するので、位置推定における情報としての価値は有すると考えられる。そこで、本発明では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。例えば、送信局Ｔ２からの信号を受信局Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３では受信できたがＲ４では受信できなかった場合は、
ｄ２１＜ｄ２４
ｄ２２＜ｄ２４
ｄ２３＜ｄ２４
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。
【００６９】
上述したように、送信局２１はモーションセンサ１３を備え、物理的に移動したときに信号を発信する機能を有する。したがって、位置計算機１１は移動した送信局、すなわち信号を送信した送信局の位置を再計算してアップデートする。
【００７０】
図８は、第１実施形態に係る位置検出システム１の制御フローを示す。受信局に設置された送信局Ｔ１〜Ｔ４は、一定時間経過のたびに固有の標識番号を含む信号（標識信号）を発信する（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。一方、送信局Ｔ５〜Ｔ８では、マイクロコントローラ２２がモーションセンサ１３をモニタして、加速度が加えられたか否かを判断する（Ｓ１０３）。加速が加えられ（Ｓ１０３でＹＥＳ）、一定時間経過した場合（Ｓ１０１でＹＥＳ）に、送信局Ｔ５〜Ｔ８は標識番号を含む信号（標識信号）を発信する。
【００７１】
受信局３１は、送信局からの受信信号強度を計測し、受信強度をタイムスタンプとともにサーバ１２に送信する。このとき送信局の標識番号と受信局の標識番号も送信する。（上述したようにタイムスタンプはサーバで生成してもよい。）位置計算機１１は、サーバ１２に蓄積されたデータのタイムスタンプに基づいて前回のデータと比較し（Ｓ１３１）、今回のデータが更新されているかどうかを判断する（Ｓ１３２）。前回のデータに対して更新されているデータがある場合には（Ｓ１３２でＹＥＳ）、更新されたすべてのデータの中から既知の位置に設置された送信局（図５の例ではＴ１〜Ｔ４）のデータを抽出し（Ｓ１３３）、式（３）を最小にする環境係数Ｋｒｊおよび補正係数Ｓ１、Ｓ２を導出する（Ｓ１３４）。次に、固定位置にないすべての送信局（Ｔ５〜Ｔ８）のデータに対して、式（５）を解いてそれぞれの送信局の位置を算出し、これをサーバに記録する（Ｓ１３５）。さらに、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送信局と（Ｓ１３６でＹＥＳ）、どの受信局でも受信できなくなった送信局と（Ｓ１３７でＹＥＳ）を抽出する。抽出された送信局のデータをサーバに記録した後（Ｓ１３８）、関係がある利用者端末に警告メッセージを送信する（Ｓ１３９）。
【００７２】
受信局３１からのデータを記録するサーバ１２内のデータ構造は、例えば表１に示すとおりである。
【００７３】
【表１】

また、位置計算機１１で計算した結果を保存するデータ構造は、表２に示すとおりである。
【００７４】
【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。
【００７５】
利用者端末３は、Ｓ１３９で位置計算機１１から送られてくる警報メッセージを受信する機能とともに、検索機能を有する。ユーザがある送信局の情報を得たいときに、その送信局の標識番号（ＩＤ）を利用者端末に入力する（Ｓ１２１）。入力端末はこの標識番号をサーバに送信し（Ｓ１２２）、該当する送信局の標識番号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（Ｓ１２３）。これにより、ユーザは、タイムスタンプで記述された時間の位置情報や、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よ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が加えられたかも知ることができる。
【００７６】
以上述べたように、第１実施形態の位置検出システムによれば、第１の補正関係式を用い、受信強度と既知の位置情報に基づいて、同時に複数の送信局の位置を精度よく推定することが可能になる。
【００７７】
図９は、第１実施形態の位置検出システム１を用いて実際に送信局の位置を推定した結果を示す。受信局はＰ１〜Ｐ６で示す位置に設置してあり、これらの受信局を用いて、送信局１〜１６の位置を推定した結果である。送信局の実際の位置は＊印で示し、推定結果（測定値）は長方形で示してある。実際の位置と推定位置とを結ぶ線は、電波状況を示しており、破線は電波状況がよく、太い実線は電波状況が悪いことを示す。グラフの格子単位はフロア上を所定エリアに分割する単位であり、１マスは１．３５ｍである。
【００７８】
この検出結果によれば、最小誤差はわずか１３．５ｃｍ、最大誤差でも約４．５ｍである。自乗誤差平均は２．３ｍであるが、比較的電波状況のよい場所にある送信局１、２、１２については、誤差が１ｍ以内である。このように、第１の補正関係式を用いることによって、複数の送信局の各々が置かれている環境も考慮して、各送信局の具体的な位置を精度よく特定することが可能になる。
【００７９】
なお上記の説明では、位置を検出する対象を送信局（タグ）としているが、送信局は、送信のみの機能を有するものに限定されず、例えば、携帯可能な電話機などのように送受信機能を有する機器の送信機能を利用するものであってもよい。この場合、電話機を所持する人の位置を特定することができる。
［第２実施形態］
図１０は本発明の第２実施形態にかかる位置検出システムの構成図であり、図１１は、図１０のシステムで用いられる送信局２１と受信局３１の構成図である。第２実施形態の位置検出システムでは、受信局は送信局に対して、定期的に起動信号を送信する。送信局は起動信号を受信したときに、標識番号（ＩＤ）を含む信号を送信する。また、送信局は、(1) 一定間隔で送信する信号（第１標識信号）、(2) 起動信号に応じて送信する信号（第２標識信号）、(3) 外部の変化を検知したときに送信する信号（第３標識信号）のそれぞれに応じて、異なる種類の標識番号を付して信号を送信する。
【００８０】
なお、図１０に示す例では、受信局が送信する起動信号と、送信局が送信する標識信号の双方を、電磁波により搬送する。ＬＡＮ２を介して接続される受信局（Ｒ１〜Ｒ４）、サーバ１２、位置計算機１１、利用者端末３ａ〜３ｃの接続関係、および利用者端末の動作については第１実施形態と同様であり、その説明を省略する。
【００８１】
図１１に示すように、送信局２１は、送信局の演算制御を司りＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを内蔵したマイクロコントローラ２２と、その内部メモリにあらかじめ格納したソフトウェアにより受信局からの起動信号を受信して伝送する受信部２４と、外乱の変化を起動信号として検出して伝送するセンサ２６と、起動信号を受けて送信局に個別に割り当てられた固有の標識番号（ＩＤ）を含む信号を生成する標識信号発生部２５と、標識信号を前記受信局に送信する送信部２３とを含む。標識信号発生部２５は、外乱の変化を検出したときの他、受信局からの起動信号を受信した場合と、比較的長い所定間隔ごとにも、それぞれ異なる種類の固有の標識信号を生成する。
【００８２】
第２実施形態では、センサ２６は送信局に加えられた加速度（動き）だけではなく、光、温度、湿度といった環境の変化をも検知する。たとえば、送信局（あるいは物品に添付されたタグ）が書庫などの暗い場所から明るい場所に移動した場合、センサが起動して、送信局から電磁波による標識信号が送信される。この標識信号は受信局で受信されてサーバ１２に送られるので、位置計算機１１は、明るい場所に移動した送信局（すなわち標識信号を送信した送信局）の位置を再計算してアップデートする。同様に、空調の効いた場所から外部に移動したときも、温度や湿度の変化を探知して標識信号を送信する。この構成は、例えば、入力光の変化を検出する光センサや、温度センサ、湿度センサなどにより実現できる。
【００８３】
受信局３１は、受信局の演算制御を司りＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを内蔵したマイクロコントローラ３２と、その内部メモリにあらかじめ格納したソフトウェアにより起動信号を発生する起動信号発生部３５と、起動信号を受けて送信局に送信する送信部３４と、送信局からの標識信号を受信して受信強度を測定し伝送する受信部３３と、標識信号を判読するアンチコリジョン判読部３６とを有する。受信部３３は、受信した標識信号（第１〜第３標識信号）のそれぞれの強度を測定する。アンチコリジョン判読部３６は、各標識信号から、それぞれの標識番号（第１〜第３の標識番号）を判読する。
【００８４】
図１２は、第２実施形態にかかる送信局２１の動作の流れを示す図である。送信局２１は、３通りの場合に標識信号を生成し、送信する。そして、標識信号を生成する要因となった種類に応じて、異なる種類の標識番号を付与する。具体的には、受信局から振動信号を受信した場合（Ｓ２０１でＹＥＳ）に、それが予定していた所定の起動信号であることを確認し（Ｓ２０２でＹＥＳ）、“Type a”の標識信号を送信する（Ｓ２０３）。また、一定時間経過するごとに（Ｓ２０４でＹＥＳ）、周期起動により“Type ｂ”の標識信号を送信する（Ｓ２０５）。さらに、センサが外部の変化を検出した場合（Ｓ２０６でＹＥＳ）は、一定時間経過したことを確認したうえで（Ｓ２０７でＹＥＳ）、センサ起動の要因に応じて異なる標識信号を生成する（Ｓ２０８）。たとえば、動きの変化により標識信号を送信する場合は“Type ｃ”の標識信号を、入力光によるセンサの起動によって送信した場合は“Type ｄ”、温度によるセンサの起動によって送信した場合は“Type ｅ”、湿度によるセンサの起動によって送信した場合は“Type ｆ”の標識信号を送信する。
【００８５】
このように、起動信号に応じて標識信号を送信することにより、送信局の位置が知りたいときに場所を推定することが可能になるとともに、送信局のバッテリーの消耗を防止することができる。また、環境の変化に応じて異なる標識信号を生成することによって、送信局がおかれた環境の変化を推定することができ、位置検出の効率と精度が向上する。
【００８６】
図１３は、第２実施形態にかかる受信局３１の動作の流れを示す。受信局３１は、起動信号の送信が必要な場合に（Ｓ２１１でＹＥＳ）、送信局２１に対して起動信号を送信する（Ｓ２１２）。この起動信号に応じて送信局が送信した標識信号（Type a）を受信すると（Ｓ２１３でＹＥＳ）、その標識信号の受信強度を測定する（Ｓ２１４）。一方で、起動信号による以外の標識信号の受信も常時チェックし、Type a以外の標識信号を受信した場合にも（Ｓ２１５でＹＥＳ）、その受信強度を測定する（Ｓ２１６）。Ｓ２１４とＳ２１６で受信強度を測定したならば、その信号の受信強度と標識番号をタイムスタンプと共にサーバ１２に送信する（Ｓ２１７）。タイムスタンプはサーバ１２で生成してもよいことは、第１実施形態と同様である。
【００８７】
図１４は、第２実施形態に係る位置検出機１１の処理フローを示す。第２実施形態においても、送信局の位置推定にあたって、フリスの公式の補正アルゴリズム（第１の補正関係式）を用いる。まず、位置計算機１１は、サーバ１２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（Ｓ２３１）。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。一定時間経過した場合は（Ｓ２３１でＹＥＳ）、受信局からのデータに含まれる送信局のデータを、その標識番号の種類ごとに前回のデータと比較し（Ｓ２３２）、前回のデータに対して更新されたものがあるかどうかを調べる（Ｓ２３３）。更新されたデータがある場合は（Ｓ２３３でＹＥＳ）、送信局の内、既知の位置に設置された送信局（Ｔ１〜Ｔ４）のデータを抽出する（Ｓ２３４）。すなわち、既知の位置の送信局から、既知の位置の受信局へ送信された信号の電磁界の伝搬特性（強度）ｅｉｊと、距離ｄｉｊについて、式（２）の関係を仮定する。
【００８８】
【数４６】

ここで、Ｓ１、Ｓ２は補正係数、Ｋｒｊは受信局での環境係数である。
【００８９】
次に、式（３）を最小にする環境係数Ｋｒｊおよび補正係数Ｓ１、Ｓ２を導出する（Ｓ２３５）。
【００９０】
【数４７】

こうして求めた補正係数Ｓ１，Ｓ２，および環境係数を用いて、その他の送信局（Ｔ５〜Ｔ８）のデータについて、式（４）の関係を仮定し、式（５）を解いて、これらの送信局の位置を算出する（Ｓ２３６）。
【００９１】
【数４８】

算出した送信局の位置をサーバ１２に記録する。さらに、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送信局と（Ｓ２３７でＹＥＳ）、どの受信局でも受信できなくなった送信局（Ｓ２３８でＹＥＳ）とを抽出する。抽出された送信局のデータをサーバに記録した後（Ｓ２３９）、関係がある利用者端末３に警告メッセージを送信する（Ｓ２４０）。
【００９２】
第２実施形態において、受信局についてのデータを記録するサーバ１２内のデータ構造は、例えば表３に示すとおりである。
【００９３】
【表３】

また、位置計算機１１で計算した結果を保存するデータ構造は、たとえば表４に示すとおりである。
【００９４】
【表４】

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。
【００９５】
第２実施形態では、標識信号が生成される要因の種類に応じて異なる種類の標識番号を付与する。したがって、位置検出の精度が、第１実施形態以上に向上する。また、受信局から起動信号を発信し、送信局側では起動信号に応じて標識信号を生成、送信するので、定期的に発信する標識信号の間隔を長くとることができ、電源電力を節約することができる。
【００９６】
また、第２実施形態においても、受信できなかった送信局の情報を拘束条件として有効利用する。例えば、送信局Ｔ２からの信号を受信局Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３では受信できたがＲ４では受信できなかった場合は、
ｄ２１＜ｄ２４
ｄ２２＜ｄ２４
ｄ２３＜ｄ２４
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。
【００９７】
送信局はタグに限定されず、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してもよい。
（変形例１）
図１５および１６は、第２実施形態に係る位置検出システムの変形例１を示す。変形例１では、受信局３１は、超音波により起動信号を送信局２１へ送信する。一方送信局２１では、受信部２４で超音波による起動信号を受信した場合に、標識信号発生部２５において標識信号Type aを生成し、この標識信号を電磁波（たとえば無線）により受信局３１に送信する。それ以外の送信局の構成は、上述した構成と同様である。したがって、外部の変化を探知し、探知した種類によって、異なる標識番号を付した信号を生成する。
【００９８】
受信局３１では、送信局からの標識信号を受信すると、受信した信号の受信強度を測定するとともに、受信信号に含まれる標識番号を判読する。そして、受信強度、送信局の標識番号、および受信局自体の標識番号を、タイムスタンプとともにサーバ１２に供給する（タイムスタンプは、サーバ１２で生成してもよい）。位置計算機１１は、受信信号について、電磁界の伝搬特性（強度）と距離に関するフリスの補正アルゴリズムを用いて、送信局の位置を算出する。フリスの補正アルゴリズムと、位置計算機１１の動作については、図１４を参照しながら先に述べたとおりである。
（変形例２）
図１７および１８は、第２実施形態に係る位置検出システムの変形例２を示す。変形例２では、受信局３１は、電磁波により起動信号を送信局２１へ送信し、送信局２１は、起動信号に呼応して、標識信号発生部２５で標識信号Type aを生成する。この標識信号を超音波により受信局３１へ送信する。
【００９９】
受信局３１は、超音波信号の強度を測定し、判読した送信局の標識番号とともに測定結果をサーバ１２に供給する。位置計算機１１は、サーバに蓄積されたデータから、超音波伝搬特性と距離との関係について、フリスの補正アルゴリズムを用いて、最終的に未知の送信局の位置を算出する。本発明によるフリスの補正アルゴリズムは、電磁界についても超音波についても、同様に適用することができる。
【０１００】
すなわち、既知であるｊ番目の受信局の場所を（ｕｊ，ｖｊ）とし、任意のｉ番目の送信局の位置を（ｘｉ，ｙｉ）とする。送信局から受信局まで超音波で信号を伝送し、受信局ｊで受信される送信局ｉの受信強度をｅｉｊ、受信局ｊから送信局ｉまでの距離をｄｉｊとする。距離ｄｉｊは式（１）で与えられる。
【０１０１】
【数４９】

超音波を用いた場合も、受信局ｊの環境係数Ｋｒｊと、送信局ｉの環境係数Ｋｔｉを定義する。まず、受信局の既知の位置情報を用いて、超音波の強度と距離の関係式の導出を試みる。変形例２においても、送受信局間の実測値を用いて距離と受信強度の関係を推定する。空気中を伝搬する超音波の強度は、回折現象により球面状に拡散する拡散損失と、媒質にエネルギーを吸収される損失によって、距離が長くなるほど減衰していく。そのため、基本的に距離と超音波の受信強度は対数関係にあるとして、式（２）を仮定する。式（２）において、Ｓ１、Ｓ２は補正係数である。
【０１０２】
【数５０】

この場合の受信強度ｅｉｊは、位置が既知の送信局Ｔ１〜Ｔ４から送信されてきた超音波信号の受信強度である。誤差を最小にするこれら未知数の解は、式（３）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。
【０１０３】
【数５１】

式（３）において、ｒｎは位置が既知の受信局の数、ｔｎは位置が既知の送信局の数であり、未知数を全て解くためには、ｒｎ×ｔｎ≧ｒｎ＋２が成立すればよい。図１７の例では、ｒｎ、ｔｎはそれぞれ４であり、これらの未知数を全て解くことができる。
【０１０４】
次に、送信局の環境係数を導入し、式（３）で求めた受信局の環境係数Ｋｒｊと補正係数Ｓ１、Ｓ２を用いて、距離と受信強度の関係を式（４）のように考える。
【０１０５】
【数５２】

式（４）において、ｍｄｉｊは超音波の受信強度によって導かれる距離である。電磁波を用いた場合と同様にして、未知の送信局ｉの位置は評価関数ｈｉを最小化することにより求められる。
【０１０６】
【数５３】

算出された送信局の位置はサーバ１２に記録される。なお、超音波を用いた変形例２でも、受信できなかった情報を拘束条件として、位置推定に有効利用する。
【０１０７】
図１９は、変形例２における位置計算機１１の処理フローを示す。標識信号に電磁波を用いた場合の図１４の処理フローと同様のステップには、同様の番号を付してある。位置計算機１１はサーバ１２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（Ｓ２３１）。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。一定時間経過後（Ｓ２３１でＹＥＳ）、送信局の標識番号別にタイムスタンプをみて、今回のデータを前回のデータと比較する（Ｓ２３２）。前回のデータに対して更新されたものがあれば（Ｓ２３３２でＹＥＳ）、全データの中から既知の位置に設置された送信局（Ｔ１〜Ｔ４）のデータを抽出する（Ｓ２３４）。そして、式（３）を最小にする環境係数Ｋｒｊおよび補正係数Ｓ１、Ｓ２を導出して、超音波の伝搬特性と距離との関係式を決定する（Ｓ２４１）。さらに、算出した超音波伝搬特性の関係式を用いて、その他の送信局に関するデータに対して式（５）を解くことによってそれぞれの送信局の位置を算出し、これをサーバに記録する（Ｓ２４３）。
【０１０８】
位置計算機１１は、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送信局と（Ｓ２３７でＹＥＳ）、どの受信局でも受信できなくなった送信局（Ｓ２３８でＹＥＳ）を抽出する。抽出された送信局のデータをサーバ１２に記録した後（Ｓ２３９）、関係がある利用者端末に警告メッセージを送信する。
【０１０９】
サーバ１２内において、受信局のデータを記録するデータ構造、および位置計算機１１により計算された結果を保存するデータ構造は、表３および表４に示した構造と同様である。
【０１１０】
利用者端末３の構成、動作については、第１実施形態と同様である。
（変形例３）
図２０および２１は、第２実施形態に係る位置検出システムの変形例３を示す。変形例３では、受信局３１は、超音波により起動信号を送信局２１へ送信する。送信局２１は、超音波の起動信号に呼応して、標識信号発生部２５で標識信号Type aを生成し、この標識信号を、同じく超音波により受信局３１へ送信する。
【０１１１】
受信局３１は、超音波信号の強度を測定し、判読した送信局の標識番号とともに測定結果をサーバ１２に供給する。位置計算機１１の処理フローについては、変形例２と同様であり、説明を省略する。
【０１１２】
このように、第２実施形態によれば、受信局３１から起動信号を送信し、送信局２１は起動信号に応じて標識信号を生成、送信する。また送信局２１は、この送信局に加えられた振動（加速度）に加え、光、温度、湿度などの環境の変化に応じても、標識信号を生成する。これにより、位置情報が必要なときに正確な位置情報を獲得することができる。また、電源の寿命を長くすることができる。
【０１１３】
また、標識信号が生成される要因に応じて異なる種類の標識番号を付与することにより、送信局が現在おかれている環境をより正確に把握することができる。
［第３実施形態］
図２２は本発明の第３実施形態にかかる位置検出システムの構成図であり、図２３は、図２２のシステムで用いられる送信局２１と受信局３１の概略構成図である。第３実施形態では、第２実施形態の構成に加え、受信局は、送信局との間で起動信号および標識信号の送受信に要する時間を測定する手段を有する。たとえば、図２２において受信局Ｒ１は、送信局Ｔ５から送信されてくる信号の強度ｅ５１に加えて、信号送受信時間ｔ５１を測定する。その他の固定受信局Ｒ２〜Ｒ４も同様に、受信信号の強度と、送受信時間とを測定する。
【０１１４】
第３実施形態ではまた、第１および第２実施形態で用いた第１の補正関係式に加え、伝搬時間と距離に関する第２の補正関係式を用いて、より正確な位置推定を実行する。なお、第３実施形態では、送信局からの標識信号は電磁波により送信される。
【０１１５】
サーバ１２は、受信局３１から受け取った測定時間と送信局の固有の標識番号のデータとを対で管理している。位置計算機１１は、送受信に要する実測時間から、補正係数を用いて受信局と送信局との間の空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間を求める。さらに、求めた伝搬時間と所定の比例定数との比から、送信局の位置を求める。第３実施形態では、関係式の補正を行う際に、電磁波の空気中での速度を、近似関数を用いて実測値から補正するため、補正のために空気中の温度や湿度を測定する必要がない。
【０１１６】
図２３に示すように、第３実施形態に係る送信局２１は、第２実施形態と同様に、送信局の演算制御を司るマイクロコントローラ２２と、その内部メモリにあらかじめ格納したソフトウェアにより受信局からの起動信号を受信して伝送する受信部２４と、外乱の変化を起動信号として検出して伝送するセンサ２６と、起動信号を受けて送信局に個別に割り当てられた固有の標識番号を標識信号として発生する標識信号発生部２５と、標識信号を受信局に送信する送信部２３とを含む。マイクロコントローラ２２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを内蔵している。センサ２６は、たとえば第１実施形態で説明した図７に示すモーションセンサと、入力光や温度、湿度の変化を検出する光センサ、温度センサ、湿度センサを組み合わせることによって実現できる。送信局２１はまた、センサ２６のＯＮ／ＯＦＦにかかわらず非常に長周期の送信間隔を設定して、定期的に標識信号を送信する。送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。
【０１１７】
送信局２１は、第２実施形態と同様に、標識信号の生成要因に応じて、異なる種類の標識番号を生成する。例えば、受信局から起動信号を受信して送信した場合はType aの標識信号を、周期起動によって標識信号を送信する場合はType ｂの標識信号を、振動あるいは加速度を検出したセンサの起動によって送信する場合はType ｃの標識信号を、入力光によるセンサの起動によって送信する場合はType ｄの標識信号を、温度によるセンサの起動によって送信した場合はType ｅの標識信号を、湿度によるセンサの起動によって送信した場合はType ｆの標識信号を生成し、送信する。
【０１１８】
受信局３１は、受信局の演算制御を司りＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを内蔵したマイクロコントローラ３２と、その内部メモリにあらかじめ格納したソフトウェアにより起動信号を発生する起動信号発生部３５と、起動信号を受けて送信局に送信する送信部３４と、送信局からの標識信号を受信して受信強度を測定し伝送する受信部３３と、標識信号を判読するアンチコリジョン判読部３６と、送信局２１との間で信号の送受信に要した時間を測定する時間測定部３７を有する。第３実施形態において、送受信に要した時間とは、受信局３１が起動信号を生成してから、標識信号を受信してそこに含まれる標識番号を判読するまでに要した時間とする。しかし、時間測定部３７を送信部３４と受信部３３との間に配置して、起動信号を送信してから標識信号を受信するまでの時間を送受信に要した時間とすることも可能である。
＜送受信に要する時間の補正アルゴリズム＞
上述したように、位置計算機１１は、受信局３１で実測された送受信時間に基づき、第２の補正関係式を用いて、補正係数を用いて受信局と送信局との間の空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間を定義し、伝搬時間から送信局の位置を推定する。
【０１１９】
図２２において、送信局Ｔ１〜Ｔ４は受信局Ｒ１〜Ｒ４に設置されており、その位置は既知である。受信局Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ送信局Ｔ１〜Ｔ４とほぼ同位置とみなすことができる。送信局Ｔ５〜Ｔ８は固定されておらず、その位置は未知である。既知であるｊ番目の受信局の場所を（ｕｊ，ｖｊ）とし、ｉ番目の送信局の位置を（ｘｉ，ｙｉ）とする。送信局から受信局へ電磁波で信号を伝送し、受信局ｊで受信される送信局ｉの受信強度を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ｄｉｊは式（１）で与えられる。
【０１２０】
【数５４】

まず、受信局の既知の位置情報を用いて、送受信に要する時間の補正を試みる。このとき、送受信に要する時間ｔｉｊは、式（６）で表わされるように、空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊ、受信局内での信号の伝搬時間Ａ、送信局内での信号の伝搬時間ｂとの和になる。
【０１２１】
【数５５】

これらの項目のうち、受信局３１内での信号の伝搬時間Ａは、消費電力の点で高速な受信動作が許容されるため、どの受信局でも一定であるとみなすことができる。これに対して、送信局２１内での信号の伝搬時間ｂは、起動信号の受信検出回路の構成法により、伝搬の可逆性を考慮して受信強度ｅｉｊに強い相関を持つと考えられる。この相関の関係は起動信号の検出方法によって異なり、多項式を用いた近似式や指数関数を用いた近似式などを適用できる。たとえば、受信した起動信号をダイオード検波し、キャパシタを充電して所定の電圧に達したときに起動信号を検出したとみなす場合には、送信局内での信号の伝搬時間ｂと受信強度ｅｉｊとの相関関係として、式（７）の指数関数を用いた近似式を仮定することができる。式（７）において、ｆ、ｇ、ｈの値は補正係数である。
【０１２２】
【数５６】

式（７）を式（６）に代入して、
【０１２３】
【数５７】

送信局２１と受信局３１との間の距離ｄｉｊは、空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊと比例関係にあるため、式（８）より、式（９）が成り立つ。式（９）が第２の補正関係式である。ここで、Ｋは比例定数である。
【０１２４】
【数５８】

この場合、受信強度ｅｉｊは、位置が既知の送信局Ｔ１〜Ｔ４からの信号の受信強度である。未知数はＡ、ｆ、ｇ、ｈ、Ｋの５個であるが、Ａとｆは個別に求めないで１つの未知数Ｂ（＝Ａ＋ｆ）とみなせば、未知数は４個となる。誤差を最小にするこれら未知数の解は、式（１０）で表わされる評価関数ｑｑを最小化することによって求められる。
【０１２５】
【数５９】

式（１０）において、ｒｎは位置が既知の受信局の数、ｔｎは位置が既知の送信局の数であり、未知数を全て解くためには、ｒｎ×ｔｎ≧４が成立すればよい。図２２の場合はそれぞれ４であり、これらの未知数を全て解くことができる。分かりやすくするために未知数に＾印をつけた。式（１０）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、たとえば、ｑｑ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、シンプレツクス法、最急降下法、ニューラルネツトワークを用いる方法等がある。これらにより、補正係数Ｂ、ｇ、ｈ、空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊと送受信局間の距離ｄｉｊとの比例定数Ｋを求めることができる。
【０１２６】
式（１０）を用いて求めた空気中での電磁波の伝搬時間ｐｉｊと、未知の送信局から受信局までの距離ｄｉｊとの関係を、比例定数Ｋを用いて式（１１）のように考える。
【０１２７】
【数６０】

式（１１）において、ｎｄｉｊは実測された送受信に要する時間から導かれる距離である。未知の送信局ｉの位置は、式（１２）で表わされる評価関数ｈｈｉを最小化することで求めることができる。
【０１２８】
【数６１】

わかりやすくするために未知数に＾印をつけた。以上述べた方法で、送受信に要した時間から、送信局ｉの位置（ｘｉ，ｙｉ）を推定することができる。
【０１２９】
さらに、この推定した位置情報を用いて、未知の送信局ｉの環境係数Ｋｔｉの推定精度を上げることができる。
【０１３０】
まず、第２実施形態で説明した例と同様に、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。
【０１３１】
そして、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。第２実施形態と同様に、第１段階として、位置が既知である送信局Ｔ１〜Ｔ４と、受信局Ｒ１〜Ｒ４の間での実測値を用いて、距離ｄと受信強度ｅの関係を推定する。基本的に距離と受信強度は対数関係にあるとし、式（２）を仮定する。式（２）において、Ｓ１、Ｓ２は補正係数である。
【０１３２】
【数６２】

この場合の受信強度ｅｉｊは、位置が既知である送信局Ｔ１〜Ｔ４からの信号の受信強度である。誤差を最小にするこれら未知数の解は、式（３）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。
【０１３３】
【数６３】

式（３）において、ｒｎは位置が既知の受信局の数、ｔｎは位置が既知の送信局の数であり、未知数を全て解くためには、ｒｎ×ｔｎ≧ｒｎ＋２が成立すればよい。図２２の場合はそれぞれ４であり、これらの未知数を全て解くことができる。分かりやすくするために未知数に＾印をつけた。式（３）の解法は、第２実施形態でも述べたように、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、シンプレツクス法、最急降下法、ニューラルネツトワークを用いる等の方法がある。これにより、式（２）における未知数Ｋｒｊ、Ｓ１、Ｓ２を求めることができる。
【０１３４】
次に、送信局の環境係数の求め方について説明する。送信局の送信強度は一定であるが、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。そこで距離と受信強度の式を、式（３）を用いて求めた受信局の環境係数Ｋｒｊと補正係数Ｓ１、Ｓ２を用いて、別の送信局からの信号の受信強度と距離との関係を、式（４）のように考える。
【０１３５】
【数６４】

式（４）において、ｍｄｉｊは受信強度によって導かれる距離である。この送信局の環境係数Ｋｔｉは、式（１３）で表わされる評価関数ｈｈｈｉを最小化することで求めることができる。
【０１３６】
【数６５】

わかりやすくするために、未知数に＾印をつけた。ここで、送信局ｉの位置（ｘｉ，ｙｉ）は、送受信時間の補正アルゴリズムを用いて式（１２）で求めた値を用いる。以上述べた方法で、送信局ｉの環境係数Ｋｔｉの推定精度を上げることができる。
【０１３７】
なお、第１実施形態、第２実施形態と同様に、ある受信局で信号が受信されなかった場合に、受信できなかったという情報を拘束条件として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。
【０１３８】
図２４は、第３実施形態に係る受信局３１の動作の流れを示す図である。受信局３１は起動信号を送信するタイミングになると（Ｓ３１１でＹＥＳ）、送信局２１に対して起動信号を送信する（Ｓ３１２）。そして、送信局から起動信号に応じた標識信号を受信したかどうかを確認する（Ｓ３１３）。標識信号を受信したならば（Ｓ３１３でＹＥＳ）、起動信号と標識信号の送受信に要した時間（たとえば起動信号の生成から標識番号の判読までに要した時間）を計測する（Ｓ３１４）。さらに、受信した標識信号の強度を計測する（Ｓ３１５）。計測した送受信時間と、受信強度、送信局標識番号，受信局標識番号を、タイムスタンプとともにサーバ１２に供給する（タイムスタンプはサーバ１２で生成してもよい）。
【０１３９】
一方、送信局は起動信号を受信した場合のみならず、周期発信された場合や外部変化を検出した場合も、それぞれ対応する種類の標識番号をつけて信号を送信する。したがって、受信局３１は、Type a以外の標識信号を送信局から受信したかどうかを確認する（Ｓ３１７）。Type a以外の標識信号を受信した場合は（Ｓ３１７でＹＥＳ）、その標識番号を判読して、受信信号の強度を計測する（Ｓ３１８）。計測された受信強度、送信局標識番号、受信局標識番号は、タイムスタンプとともにサーバ１２に供給される（Ｓ３１９）。
【０１４０】
図２５および２６は、第３実施形態における位置計算機１１の処理フローを示す。図２６は図２５から引き続く工程を示す図である。位置計算機１１はまず、サーバ１２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（Ｓ３３１）。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。さらに、タイムスタンプに基づき、受信局から送られてきたデータに含まれる送信局の標識番号別のデータを、前回のデータと比較して（Ｓ３３２）、前回のデータに対して一定のサンプル時間が経過し更新されたものがあるかどうかをチェックする（Ｓ３３３）。更新されたデータがある場合には（Ｓ３３３でＹＥＳ）、更新されたすべてのデータの中から、既知の位置に設置された送信局のデータを抽出し、式（１０）を最小にする補正係数B、ｇ、ｈ、空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊと送受信局間の距離ｄｉｊとの比例定数Ｋを導出する（Ｓ３３５）。また、式（３）を最小にする環境係数Ｋｒｊおよび補正係数Ｓ１、Ｓ２を求めて、電磁界の伝搬公式を決定する（Ｓ３３６）。
【０１４１】
次に、データが更新されている送信局について、
送信局からの標識番号（ＩＤ）がType aの場合（すなわち受信局からの起動信号に応じて送信された場合）、と
送信局からの標識番号（ＩＤ）がType ｂ〜ｆの場合（すなわち外乱の変化の検出などにより自発的に送信された場合）
に応じて、適切なアルゴリズムを用いて送信局の位置を算出する。
【０１４２】
すなわち、データが更新された送信局からの標識信号がType aであるか否かを判断し（Ｓ３３７）、Type aならば（Ｓ３３７でＹＥＳ）、式（１２）を解いて、送受信に要した時間から各送信局の位置を算出し、これをサーバに記録する（Ｓ３３８）。さらに、式（１３）を解いて、先に求めた送信局の推定位置と受信強度から各送信局の環境係数Ｋｔｉを算出し、これをサーバに記録する（Ｓ３３９）。
【０１４３】
一方、データが更新された送信局の標識信号が、Type ｂ〜ｆの場合（Ｓ３３７でＮＯ）は、送信局の位置も未知数として式（１３）を解いて、それぞれの送信局の位置と環境係数を算出し、これをサーバに記録する（Ｓ３４０）。
【０１４４】
更新されているデータがさらに他にあれば（Ｓ３４１でＹＥＳ）、Ｓ３３７〜Ｓ３４０の処理を繰り返して最新のデータについて送信局の位置と環境係数を求める。更新された送信局がなければ、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（Ｓ３４２でＹＥＳ）、どの受信局でも受信できなくなったものと（Ｓ３４３でＹＥＳ）を抽出する。抽出された送信局のデータをサーバに記録した後（Ｓ３４４）、関係がある利用者端末に警告メッセージを送信する（Ｓ３４５）。
【０１４５】
受信局からのデータを記録するサーバ１２内のデータ構造は、たとえば表５に示すとおりである。
【０１４６】
【表５】

位置計算機１１で計算した結果を保存するデータ構造は、たとえば表６に示すとおりである。
【０１４７】
【表６】

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。
【０１４８】
利用者端末は、第１および第２実施例と同様に、２種類の動作をする。１つは位置計算機１１から警報メッセージを受信する機能、もう１つは、検索機能である。ユーザがある送信局の情報を得たいときに、その送信局の標識番号を利用者端末に入力する。入力端末はこの標識番号をサーバに送信し、該当する送信局の標識番号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。
【０１４９】
ユーザは、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外乱あるいは起動信号を加えられたかも知ることができる。
【０１５０】
第３実施形態では、受信強度に加え、送受信に要した時間を位置推定に用いる。これにより、受信強度だけを用いる場合に比べ、位置推定がより正確に行われる。
【０１５１】
また、送受信に要する時間と、送信局と受信局との間の距離との関係式を補正して、送信局と受信局の位置情報を推定する。関係式を補正する際に、空気中での信号の伝搬速度を、近似関数を用いて実測値から補正するため、補正のために空気中の温度や湿度を測定する必要がない。
【０１５２】
さらに、受信強度と時間との関係も近似関数を用いて実測値から補正する。これにより、たとえば受信局において、低消費電力を図るために高速な受信動作ができない場合に、効率的に位置推定精度を向上することができる。
［第４実施形態］
図２７、本発明の第４実施形態にかかる位置検出システムの構成図、図２８は、第４実施形態で用いる送信局２１と受信局５１の構成を示す図である。第４実施形態では、第１〜第３実施形態と異なり、単一の受信局を既知の位置に固定し、もう１つの移動受信局を移動させるだけで、送信局の位置推定を可能にする。
【０１５３】
図２７に示すように、第４実施形態の位置検出システムは、位置が固定された第１の受信局５１ａ（Ｒ１）と、移動可能な第２の受信局５１ｂ（Ｒ）と、送信局２１（Ｔ１〜Ｔ８）と、サーバ１２と、位置計算機１１と、利用者端末３を含む。位置計算機１１、サーバ１２、利用者端末３は、ＬＡＮ２を介して相互に接続される。第４実施形態では、移動受信局Ｒ２を用いるため、受信局５１とサーバ１２との間は無線通信される。このため、サーバ１２は無線ＬＡＮの基地局４１を有しており、受信局５１は、図２６および２７に示すように、無線ＬＡＮの子局４０を有する。
【０１５４】
受信局５１はまた、受信局の演算制御を司りＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを内蔵したマイクロコントローラ３２と、その内部メモリにあらかじめ格納したソフトウェアにより起動信号を発生する起動信号発生部３５と、起動信号を受けて送信局に送信する送信部３４と、送信局からの標識信号を受信して受信強度を測定し伝送する受信部３３と、受信局との間で信号の送受信に要した時間を測定する時間測定部３７と、標識信号を判読するアンチコリジョン判読部３６とを有する。第４実施形態において、信号の送受信に要した時間とは、起動信号を生成発信してから、標識信号を受信し判読するまでに要した時間とする。しかし、時間測定部３７を送信部３４と受信部３３の間に配置することによって、実際に起動信号を送信し、標識信号を受信するまでに要した時間を送受信に要した時間とすることも可能である。
【０１５５】
送信局２１は、第２実施形態および第３実施形態と同様である。すなわち、送信局の演算機能を司りＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを内蔵したマイクロコントローラ２２と、その内部メモリにあらかじめ格納したソフトウェアにより受信局からの起動信号を受信して伝送する受信部２４と、外乱の変化を起動信号として検出して伝送するセンサ２６と、起動信号を受けて送信局に個別に割り当てられた固有の標識番号を標識信号として発生する生成部２５と、標識信号を前記受信局に送信する送信部２３とを備える。送信局２１は、受信局５１からの起動信号を受信した場合および長周期発信による場合に加え、物理的に移動することによって振動が加えられたときや、環境の変化を検出した場合に、その種類に応じた標識信号を送信する。これにより、必要な場合に標識信号を送信することができ、電池の無駄な消費を防止し、ログファイルを小さくすることができる。センサ２６は、第２および第３実施形態と同様に、たとえば倒立振り子を用いた加速度センサ、光センサ、温度センサ、湿度センサなどを組み合わせて実現できる。
【０１５６】
位置計算機１１は、無線ＬＡＮを介してサーバ１２に蓄積されたデータに基づき、第１の補正関係式および第２の補正関係式を用いて、以下に示すアルゴリズムにより送信局の位置を算出する。
＜送受信に要する時間の補正アルゴリズム＞
図２７の例では、送信局Ｔ１〜Ｔ４の位置は既知である。受信局Ｒ１は送信局Ｔ１とほぼ同じ位置に固定設置され、その位置を（ｕ1，ｖ1）とする。受信局Ｒ２は破線の矢印で示すようにその位置が可変であり、位置算出の便宜上、移動後の位置での受信局をＲ３、Ｒ４とする。したがって、受信局Ｒ２のｊ番目の場所を（ｕｊ，ｖｊ）とする。送信局Ｔ５〜Ｔ８の位置は未知でありｉ番目の送信局の位置を（ｘｉ，ｙｉ）とする。送信局から受信局まで電磁波で信号を伝送し、受信局ｊで受信される送信局ｉの受信強度をｅｉｊとする。また、受信局ｊから送信局ｉまでの距離はｄｉｊとする。距離ｄｉｊは、式（１）で与えられる。
【０１５７】
【数６６】

まず、第１段階として、受信局の既知の位置情報を用いて、送受信に要する時間の補正を試みる。このとき、送受信に要する時間ｔｉｊは、空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊ、受信局内での信号の伝搬時間A、送信局内での信号の伝搬時間ｂとの和になる。
【０１５８】
【数６７】

これらの項目のうち、受信局内での信号の伝搬時間Ａは、消費電力の点で高速な受信動作が許容されるため、どの受信局でも一定であるとみなすことができるが、送信局内での信号の伝搬時間ｂは、起動信号の受信検出回路の構成法により、伝搬の可逆性を考慮して受信強度ｅｉｊに強い相関を持っていると考えられる。この相関の関係は、起動信号の検出方法によって異なり、多項式を用いた近似式や指数関数を用いた近似式などを適用できる。例えば、受信した起動信号をダイオード検波し、キャパシタを充電して所定の電圧に達したときに起動信号を検出したとみなす場合には、送信局内での信号の伝搬時間ｂと受信強度ｅｉｊとの相関関係として、式（７）の指数関数を用いた近似式を仮定することができる。式（７）において、ｆ、ｇ、ｈの値は補正係数である。
【０１５９】
【数６８】

式（７）を式（６）に代入して、
【０１６０】
【数６９】

送受信局間の距離ｄｉｊは、空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊと比例関係にあるため、式（８）より、式（９）が成り立つ。ここでＫは比例定数である。
【０１６１】
【数７０】

この場合受信強度ｅｉｊは、位置が既知である送信局Ｔ１〜Ｔ4からの信号の受信強度である。未知数はＡ、ｆ、ｇ、ｈ、Ｋの５個であるが、Ａとｆは個別に求めないで１つの未知数Ｂ（＝Ａ＋ｆ）とみなせば、未知数は４個となる。誤差を最小にするこれら未知数の解は、式（１４）で示される評価関数ｑｑｑを最小化することによって求められる。
【０１６２】
【数７１】

式（１４）において、ｒｎはこの段階で位置が既知の受信局の数、ｔｎは位置が既知の送信局の数であり、未知数を全て解くためには、ｒｎ×ｔｎ≧４が成立すればよい。図２７の場合は、それぞれ１（Ｒ１）と４（Ｔ１〜Ｔ４）であり、これらの未知数を全て解くことができる。分かりやすくするために未知数に＾印をつけた。式（１４）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、ｑｑｑ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、シンプレツクス法、最急降下法、ニューラルネツトワークを用いる方法等がある。これらにより、補正係数Ｂ、ｇ、ｈ、空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊと送受信局間の距離ｄｉｊとの比例定数Ｋを求めることができる。
【０１６３】
送受信に要する時間ｔｉｊと距離ｄｉｊとの関係を、式（１４）を使って求めた空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊと送受信局間の距離ｄｉｊとの比例定数Ｋを用いて式（１５）のように考える。
【０１６４】
【数７２】

式（１５）において、ｎｎｄｉｊは送受信に要する時間によって導かれる距離である。また、式（３）を解いて、受信局の環境係数Ｋｒｊおよび補正係数Ｓ１、Ｓ２を求める。
＜受信局の位置を移動させた場合の動作アルゴリズム＞
次に、受信局Ｒ２をＲ３に、さらにＲ３からＲ４に移動させた場合に、位置が既知である送信局Ｔ１〜Ｔ４のうち少なくとも３つの送信局の位置を利用して、式（１６）で表わされる評価関数ｈｈｈｈｊを最小化することによって、受信局ｊの移動後の位置（ｕｊ，ｖｊ）を求めることができる。
【０１６５】
【数７３】

式（１６）において、ｔｔｎは位置が既知として利用できる送信局の数である。わかりやすくするために未知数に＾印をつけた。
【０１６６】
さらに、移動後の位置における受信局から、未知の位置に設置された送信局ｉへも起動信号を送信し、少なくとも３ケ所における受信局ｊの位置（既知の位置の受信局Ｒ１および移動中に推定された位置における移動受信局の位置Ｒ２，Ｒ３…を含む）を利用して、未知の送信局ｉの位置（ｘｉ，ｙｉ）を求める。未知の送信局の位置は、式（１７）で表わされる評価関数ｈｈｈｈｈｉを最小化することで、求めることができる。
【０１６７】
【数７４】

式（１７）において、ｒｒｎは位置が既知として利用できる受信局の数である。わかりやすくするために未知数に＾印をつけた。
＜既知の位置に固定された送信局がエリア外になった場合のアルゴリズム＞
受信局の移動が進むと、既知の位置に固定された送信局Ｔ１〜Ｔ４が、順次受信局の通信エリア外になってゆく。このため、先に位置を推定した送信局を、新たに受信局の位置を推定するための送信局として利用する。
【０１６８】
位置が未知である送信局Ｔ５〜Ｔ８の位置は、上述したように、第２の補正関係式を用いた送受信に要する時間の補正アルゴリズムと、受信局の移動に従った動作アルゴリズムによって、順次推定することができる。さらに、この推定した位置情報を用いて、第１の補正関係式における送信局ｉの環境係数Ｋｔｉの推定精度を上げることができる。
【０１６９】
まず、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。
【０１７０】
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。本発明では送信局２１と受信局５１の間での実測値を用いて、距離と受信強度の関係を推定する。基本的に距離と受信強度は対数関係にあるとして式（２）を仮定する。式（２）において、Ｓ１、Ｓ２は補正係数である。
【０１７１】
【数７５】

この場合の受信強度ｅｉｊは、位置がすでに推定された送信局からの信号の受信強度である。誤差を最小にするこれら未知数の解は、式（３）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。
【０１７２】
【数７６】

式（３）において、ｒｎは位置が既知の受信局の数、ｔｎは位置が既知の（あるいは推定されて既知となった）送信局の数であり、未知数を全て解くためには、ｒｎ×ｔｎ≧ｒｎ＋２が成立すればよい。図２７の場合はそれぞれ１と４であり、これらの未知数を全て解くことができる。分かりやすくするために未知数に＾印をつけた。
【０１７３】
式（３）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、シンプレツクス法、最急降下法、ニューラルネツトワークを用いる方法等がある。これらにより、式（２）における未知数Ｋｒｊ、Ｓ１、Ｓ２を求めることができる。
【０１７４】
次に送信局の環境係数の求め方について説明する。送信局の送信強度は一定であるが、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。そこで距離と受信強度の式を、式（３）で求めた受信局の環境係数Ｋｒｊと補正係数Ｓ１、Ｓ２を用いて、式（４）のように考える。
【０１７５】
【数７７】

式（４）において、ｍｄｉｊは受信強度によって導かれる距離である。受信局の場合と同様にして、Ｋｔｉは式（１８）で表わされる評価関数ｈｈｈｈｈｈｉを最小化することで求めることができる。
【０１７６】
【数７８】

わかりやすくするために、未知数に＾印をつけた。ここで、送信局ｉの位置（ｘｉ，ｙｉ）は、送受信時間と受信強度の実測値に基づいて式（１７）で求めた値を用いる。以上述べた方法で送信局ｉの環境係数Ｋｔｉの推定精度を上げることができる。
【０１７７】
第４実施形態では、位置計算機１１は、
（１）受信強度と送受信時間に基づき、既知の位置情報を用いて、第１および第２の補正関係式における未知数を決定し、
（２）求めた未知数と、既知の位置にある送信局の位置情報を用いて移動中の受信局の途中位置を求め（アルゴリズムＡ）、
（３）既知または位置を推定した受信局の位置から、新たな通信エリアで未知の送信局の位置を推定する（アルゴリズムＢ）
という手順を実行する。移動受信局Ｒ２の移動につれてその通信可能エリアも移行する。通信可能エリアの移行にしたがってアルゴリズムＡとＢを繰り返すことにより、移動先において順次送信局の位置と環境係数を算出できる。結果として、広範囲にわたる高精度の位置検出が実現される。
【０１７８】
位置計算機１１が求めた送信局の位置、および移動受信局Ｒ２の位置は、サーバ１２に記録される。ターゲットの送信局の位置を知るには、ユーザはＬＡＮ２を介してサーバ１２に位置を知りたい送信局の標識番号（ＩＤ）を問い合わせれば、該当する送信局の位置情報を入手できる。
【０１７９】
第１〜第３実施形態と同様に、受信局が見通しの悪い位置にあるなどして、送信局からの信号を受信できなかった場合、この不可視情報を、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Ｔ２の信号を、固定受信局Ｒ１または移動受信局の移動位置Ｒ２、Ｒ３では受信できたが、Ｒ４では受信できなかった場合、
ｄ２１＜ｄ２４
ｄ２２＜ｄ２４
ｄ２３＜ｄ２４
という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。
【０１８０】
図２９は、第４実施形態に係る受信局５１の動作の流れを示す。基本的に、固定受信局５１ａ（Ｒ１）も移動受信局５１ｂ（Ｒ２→Ｒ３→Ｒ４）も同じ動作をし、その内容は、第３実施形態における受信局３１の動作と同じである。
【０１８１】
すなわち、受信局５１は起動信号を送信するタイミングになると（Ｓ４１１でＹＥＳ）、送信局２１に対して起動信号を送信する（Ｓ４１２）。そして、送信局から起動信号に応じた標識信号を受信したかどうかを確認する（Ｓ４１３）。標識信号を受信したならば（Ｓ４１３でＹＥＳ）、標識番号を判読して、起動信号と標識信号の送受信に要した時間を計測する（Ｓ４１４）。さらに、受信した標識信号の強度を計測する（Ｓ４１５）。計測した送受信時間と、受信強度、送信局標識番号，受信局標識番号を、タイムスタンプとともにサーバ１２に供給する（タイムスタンプはサーバ１２で生成してもよい）。
【０１８２】
一方、送信局は起動信号を受信した場合のみならず、周期発信された場合や、外部変化を検出した場合も、それぞれ対応する種類の標識番号をつけて信号を送信する。したがって、受信局５１は、Type a以外の標識信号を送信局から受信したかどうかを確認する（Ｓ４１７）。Type a以外の標識信号を受信した場合は（Ｓ４１７でＹＥＳ）、標識番号を判読して、受信信号の強度を計測する（Ｓ４１８）。計測された受信強度、送信局標識番号、受信局標識番号は、タイムスタンプとともにサーバ１２に供給される（Ｓ４１９）。
【０１８３】
図３０および３１は、第４実施形態における位置計算機１１の処理フローを示す。図３１は図３０から引き続く工程を示す図である。位置計算機１１は、サーバ１２に蓄積されたデータのタイムスタンプを見て、受信局Ｒ２の移動終了に十分な一定時間が経過したか否かを調べる（Ｓ４３１）。これは受信局Ｒ２が移動途中のため受信できない送信局もあり得るので、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。受信局（Ｒ１、Ｒ２）から供給されたデータについて、タイムスタンプに基づき、送信局の標識番号の種類ごとに今回のデータを前回のデータと比較し（Ｓ４３２）、一定のサンプル時間が経過後に前回のデータから更新されたものがあるかどうかを調べる（Ｓ４３３）。更新されたデータがある場合には（Ｓ４３３でＹＥＳ）、既知の位置に設置された受信局Ｒ１からのデータのうち、既知の位置に設置された送信局（Ｔ１〜Ｔ４）のデータを抽出して、式（１４）を最小にする補正係数Ｂ、ｇ、ｈ、および空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊと送受信局間の距離ｄｉｊとの比例定数Ｋを導出する。さらに、式（３）を最小にする受信局の環境係数Ｋｒｊと、補正係数Ｓ１、Ｓ２を導出する（Ｓ４３４）。
【０１８４】
（Ａ）次に、未知の位置にある受信局Ｒ２から供給されたデータのうち、既知の位置に設置された送信局のデータ、あるいは位置が推定済みの送信局のデータを抽出し（Ｓ４３５）、データが更新された送信局について、その標識信号が起動信号に応じて送信されたType aの標識信号であるか否かを判断する（Ｓ４３６）。標識信号がType aの場合（Ｓ４３６でＹＥＳ）、送受信に要した時間と受信強度に基づき式（１６）を解いて、移動中の受信局の位置を算出し、これをサーバ１２に記録する。さらに、式（３）を解いて、各位置での受信局の環境係数Ｋｒｊを算出し、これをサーバ１２に記録する（Ｓ４３７）。
【０１８５】
一方、標識信号がType ｂ〜ｆの場合（Ｓ４３６でＮＯ）、移動中の受信局の位置を未知数として、式（３）を解いて、受信局の位置と環境係数を算出し、これをサーバ１２に記録する（Ｓ４３８）。ステップＳ４３５〜４３８での処理が、上述したアルゴリズム（Ａ）に対応する。
【０１８６】
（Ｂ）次に、既知の位置に設置された受信局Ｒ１あるいは位置が推定済みの受信局データ（Ｒ２、Ｒ３など）から供給されたデータのうち、未知の位置にある送信局のデータを抽出し（Ｓ４３９）、データが更新された送信局について、標識信号がType aの信号であるか否かを判断する（Ｓ４４０）。標識信号がType aの場合（Ｓ４４０でＹＥＳ）、未知の送信局との間の送受信に要した時間と受信強度に基づき、式（１７）を解いて、各送信局の位置を算出し、これをサーバ１２に記録する。さらに、式（１８）を解いて各送信局の環境係数Ｋｔｉを算出し、これをサーバに記録する（Ｓ４４１）。
【０１８７】
一方、標識信号がType ｂ〜ｆの場合（Ｓ４４０でＮＯ）、送信局の位置を未知数として式（１８）を解いて、各送信局の位置と環境係数を算出し、これをサーバに記録する（Ｓ４４２）。ステップＳ４３９〜４４２での処理が、上述したアルゴリズム（Ｂ）に対応する。
【０１８８】
データが更新されているすべての送信局について（Ｓ４４３でＹＥＳ）、ステップＳ４３５〜Ｓ４４２（すなわちアルゴリズム（Ａ）および（Ｂ））を繰り返して行う。算出した送信局の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（Ｓ４４４でＹＥＳ）、どの受信局でも受信できなくなったもの（Ｓ４４５でＹＥＳ）とを抽出する。抽出した送信局のデータをサーバ１２に記録した後（Ｓ４４６）、関係がある利用者端末に警告メッセージを送信する（Ｓ447）。
【０１８９】
受信局５１からのデータを記録するサーバ１２内のデータ構造は、たとえば表７に示すとおりである。
【０１９０】
【表７】

位置計算機１１で計算した結果を保存するデータ構造は、たとえば表８に示すとおりである。
【０１９１】
【表８】

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。
【０１９２】
利用者端末は、第１〜第３実施例と同様に、２種類の動作をする。１つは位置計算機１１から警報メッセージを受信する機能、もう１つは、検索機能である。ユーザがある送信局の情報を得たいときに、その送信局の標識番号（ＩＤ）を利用者端末に入力する。入力端末はこの標識番号をサーバに送信し、該当する送信局の標識番号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。
【０１９３】
ユーザは、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外乱あるいは起動信号を加えられたかも知ることができる。
【０１９４】
このように、第４実施形態では、単一の固定受信局と、単一の移動受信局を用いて、広範囲にわたる高精度の位置検出が可能となる。たとえば、４つの既知の位置にある送信局と、１つの既知の位置にある受信局の位置情報を用い、もうひとつの移動受信局を移動させる。既知の位置にある送信局の位置情報、既知の位置にある受信局の位置情報、実測された受信強度、送受信に要する時間から、第１および第２の補正関係式の未知数を決定し、（Ａ）少なくとも３つの既知または位置が推定済みの送信局の位置情報から、未知の位置にある移動受信局の位置を推定し、（Ｂ）少なくとも３つの既知または推定された受信局の位置情報から、未知の位置にある送信局の位置を推定する。（Ａ）と（Ｂ）
を繰り返すことによって、未知の送信局の位置座標を算出することができる。
【０１９５】
第４実施形態のシステムの適用として、たとえば、固定受信局５１ａをゲートとし、移動受信局５１ｂを、掃除機など所定範囲を移動する物体に添着しておく構成が考えられる。
【０１９６】
なお、第４実施形態では、固定受信局を単一としたが、２つ以上の固定受信局と、移動受信局とを組み合わせてもよい。この場合も、固定受信局の数をｒｎ、位置が既知の送信局の数をｔｎとしたときに、ｒｎ×ｔｎ≧４かつｒｎ×ｔｎ≧ｒｎ＋２を満たせばよい。固定受信局を２つ用いた場合は、位置が既知の送信局の数は２つでよいことになる。
［第５実施形態］
図３２は、本発明の第５実施形態にかかる位置検出システムの構成図、図３３は、第５実施形態で用いる送信局２１と受信局５１の構成を示す図である。第５実施形態では、第４実施形態と異なり、固定された受信局を用いることなく、単一の移動受信局で送信局の位置推定を可能にする。
【０１９７】
図３２に示すように、第５実施形態の位置検出システムは、移動可能な単一の受信局５１と、送信局２１（Ｔ１〜Ｔ１０）と、サーバ１２と、位置計算機１１と、利用者端末３を含む。位置計算機１１、サーバ１２、および利用者端末３は、ＬＡＮ２を介して相互接続される。第５実施形態では、単一の移動受信局５１を用いるため、受信局５１とサーバ１２との間は無線通信される。このため、サーバ１２は無線ＬＡＮの基地局４１を有しており、受信局５１は無線ＬＡＮの子局４０を有する。
【０１９８】
受信局５１はまた、図３３に示すように、受信局の演算制御を司りＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを内蔵したマイクロコントローラ３２と、その内部メモリにあらかじめ格納したソフトウェアにより起動信号を発生する起動信号発生部３５と、起動信号を受けて送信局に送信する送信部３４と、送信局からの標識信号を受信して受信強度を測定し伝送する受信部３３と、標識信号を判読するアンチコリジョン判読部３６と、起動信号と標識信号の送受信に要した時間を測定する時間測定部３７とを有する。第５実施形態では、起動信号を発生してから標識信号を受信し、標識番号を判読するまでに要した時間を、送受信に要した時間とする。しかし、時間測定部３７を送信部３４と受信部３３の間に配置する場合は、起動信号を送信し、標識信号を受信するまでに要した時間を送受信時間とすることも可能である。
【０１９９】
送信局２１は、第２〜第４実施形態の送信局と同様の構成である。すなわち、送信局の演算機能を司りＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを内蔵したマイクロコントローラ２２と、その内部メモリにあらかじめ格納したソフトウェアにより受信局からの起動信号を受信して伝送する受信部２４と、外乱の変化を起動信号として検出して伝送するセンサ２６と、起動信号を受けて送信局に個別に割り当てられた固有の標識番号を標識信号として発生する生成部２５と、標識信号を前記受信局に送信する送信部２３とを備える。送信局２１は、受信局５１からの起動信号を受信した場合と、長周期発信による場合に加え、物理的に移動することによって振動が加えられたときや、環境の変化を検出した場合に、その種類に応じた標識信号を送信する。これにより、必要な場合に標識信号を送信することができ、電池の無駄な消費を防止し、ログファイルを小さくすることができる。センサ２６は、第２〜第４実施形態と同様に、たとえば倒立振り子を用いた加速度センサ、光センサ、温度センサ、湿度センサなどを組み合わせて実現できる。
【０２００】
位置計算機１１は、無線ＬＡＮを介して単一の移動受信局５１からサーバ１２に供給されたデータに基づき、以下に示すアルゴリズムにより送信局の位置を算出する。
＜送受信に要する時間の補正アルゴリズム＞
図３２に示す例において、送信局Ｔ１〜Ｔ７の位置は既知である。単一の移動受信局５１は、破線で示すようにＲ１→Ｒ２→Ｒ３→Ｒ４と移動する。受信局の位置Ｒ１を（ｕ1，ｖ1）とし、ｊ番目の位置を（ｕｊ，ｖｊ）とする。送信局Ｔ８〜Ｔ１０の位置は未知でありｉ番目の送信局の位置を（ｘｉ，ｙｉ）とする。送信局から受信局まで電磁波で信号を伝送し、受信局ｊで受信される送信局ｉの受信強度をｅｉｊとする。また、受信局ｊから送信局ｉまでの距離はｄｉｊとする。距離ｄｉｊは式（１）で与えられる。
【０２０１】
【数７９】

まず、送信局の既知の位置情報を用いて、送受信に要する時間の補正を試みる。受信局で実測される送受信に要した時間ｔｉｊは、空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊ、受信局内での信号の伝搬時間Ａ、送信局内での信号の伝搬時間ｂとの和になる。
【０２０２】
【数８０】

これらの項目のうち、受信局内での信号の伝搬時間Ａは、消費電力の点で高速な受信動作が許容されるため、どの受信局でも一定であるとみなすことができるが、送信局内での信号の伝搬時間ｂは、起動信号の受信検出回路の構成法により、伝搬の可逆性を考慮して受信強度ｅｉｊに強い相関を持っていると考えられる。この相関の関係は、起動信号の検出方法によって異なり、多項式を用いた近似式や指数関数を用いた近似式などを適用できる。例えば、受信した起動信号をダイオード検波し、キャパシタを充電して所定の電圧に達したときに起動信号を検出したとみなす場合には、送信局内での信号の伝搬時間ｂと受信強度ｅｉｊとの相関関係として、式（７）の指数関数を用いた近似式を仮定することができる。式（７）において、ｆ、ｇ、ｈの値は補正係数である。
【０２０３】
【数８１】

式（７）を式（６）に代入して、
【０２０４】
【数８２】

送受信局間の距離ｄｉｊは、空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊと比例関係にあるため、式（８）より、式（１９）が成り立つ。ここで、Ｋは比例定数である。
【０２０５】
【数８３】

この場合の信強度ｅｉｊは、位置が既知である送信局Ｔ１〜Ｔ7からの信号の受信強度である。未知数はＡ、ｆ、ｇ、ｈ、Ｋ、ｕｊ、ｖｊの７個であるが、Ａとｆは個別に求めないで１つの未知数Ｂ（＝Ａ＋ｆ）とみなせば、未知数の数は６個となる。誤差を最小にするこれら未知数の解は、式（２０）で示される評価関数ｑｑｑｑを最小化することによって求められる。
【０２０６】
【数８４】

式（２０）において、ｒｎは受信局の数、ｔｎは位置が既知の送信局の数であり、未知数を全て解くためには、ｒｎ×ｔｎ≧３×ｒｎ＋４が成立すればよい。図３０の場合はそれぞれ１と７（Ｔ１〜Ｔ７）であり、これらの未知数を全て解くことができる。分かりやすくするために未知数に＾印をつけた。式（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、ｑｑｑｑ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、シンプレツクス法、最急降下法、ニューラルネツトワークを用いる方法等がある。これらの方法により、補正係数Ｂ、ｇ、ｈ、空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊと送受信局間の距離ｄｉｊとの比例定数Ｋ、および受信局ｊの推定位置（ｕｊ，ｖｊ）を求めることができる。
【０２０７】
以上より、送受信に要する時間ｔｉｊと距離ｄｉｊの式を、式（２０）を使って求めた空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊと、送受信局間の距離ｄｉｊとの比例定数Ｋを用いて、式（２１）のように考える。
【０２０８】
【数８５】

式（２１）においてｎｎｎｄｉｊは送受信に要する時間によって導かれる距離である。したがって、式（２０）で求められたＫ，Ｂ，ｇ、ｈの値と、位置が求められた受信局で実測された信号強度および送受信時間に基づいて、以下で述べるように、未知の送信局の位置を算出することができる。
＜受信局の位置を移動させた場合の動作アルゴリズム＞
式（２０）を用いて、受信局５１をＲ１からＲ２に、Ｒ２からＲ３に移動させた場合に、位置が既知である送信局Ｔ１〜Ｔ７の送信局の位置を利用して、それぞれの受信局ｊの推定位置（ｕｊ，ｖｊ）を求めることができる。
【０２０９】
このとき受信局５１は、移動後の位置から未知の位置に設置された送信局ｉに対しても起動信号を送信する。そこで、少なくとも３つの受信局ｊの推定位置を利用して、式（２２）で表わされる評価関数ｈｈｈｈｈｈｈｉを最小化することで、送信局ｉの位置（ｘｉ，ｙｉ）を求めることができる。
【０２１０】
【数８６】

式（２２）において、ｒｒｒｎは位置がすでに推定され、既知として利用できる受信局の位置の数である。わかりやすくするために、未知数に＾印をつけた。
＜既知の位置に設置して固定された送信局がエリア外になった場合の動作アルゴリズム＞
受信局の移動が進むと、既知の位置に設置して固定された送信局Ｔ１〜Ｔ７がエリア外になる。このため、位置を推定した送信局を、新たに受信局の位置を推定するための送信局として利用する。位置が未知である送信局Ｔ８〜Ｔ１０の位置は、上述した送受信に要する時間の補正アルゴリズムと、受信局の移動に従った動作アルゴリズムによって、順次推定できる。
【０２１１】
さらに、この推定した位置情報を用いて、ターゲットである送信局ｉの環境係数Ｋｔｉの推定精度を上げることができる。すなわち、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。
【０２１２】
まず、位置が推定された受信局の位置情報を用いてフリスの式の補正を試みる。本発明では送信局と受信局との間の実測値を用いて、距離と受信強度の関係を推定する。基本的に距離と受信強度は対数関係にあるとして、式（２）を仮定する。式（２）において、Ｓ１、Ｓ２は補正係数である。
【０２１３】
【数８７】

この場合の受信強度ｅｉｊは、位置が既知である送信局Ｔ１〜Ｔ7からの信号の受信強度である。誤差を最小にするこれら未知数の解は、式（３）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。
【０２１４】
【数８８】

式（３）において、ｒｎは受信局の数、ｔｎは位置が既知の送信局の数であり、未知数を全て解くためには、ｒｎ×ｔｎ≧ｒｎ＋２が成立すればよい。図３０の場合はそれぞれ１と７であり、これらの未知数を全て解くことができる。わかりやすくするために未知数に＾印をつけた。式（３）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Ｏ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、シンプレツクス法、最急降下法、ニューラルネツトワークを用いる方法等がある。これらにより、式（２）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。
【０２１５】
次に、送信局の環境係数の求め方について説明する。送信局の送信強度は一定であるが、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。そこで距離と受信強度の式を、式（３）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、式（４）のように考える。
【０２１６】
【数８９】

式（４）において、ｍｄｉｊは受信強度によって導かれる距離である。受信局の場合と同様にして、Ｋｔｉは式（２３）で表わされる評価関数ｈｈｈｈｈｈｈｈｉを最小化することで求めることができる。
【０２１７】
【数９０】

わかりやすくするために、未知数に＾印をつけた。ここで、送信局ｉの位置（ｘｉ，ｙｉ）は、送受信時間と受信強度の実測値に基づいて式（２２）で求めた値を用いる。以上述べた方法で送信局ｉの環境係数Ｋｔｉの推定精度を上げることができる。
【０２１８】
なお、第１〜第４実施形態と同様に、送信局からの信号を受信できなかった場合、たとえば、送信局Ｔ２からの信号を受信局の位置Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３では受信できたがＲ４では受信できなかった場合は、
ｄ２１＜ｄ２４
ｄ２２＜ｄ２４
ｄ２３＜ｄ２４
という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。
【０２１９】
図３４および３５は、第５実施形態に係る位置計算機１１の処理フローを示す。図３５は図３４に引き続く工程を示す図である。まず位置計算機１１は、サーバ１２に蓄積されたデータのタイムスタンプを見て、受信局が移動するのに十分な一定時間が経過したかどうかを調べる（Ｓ５３１）。受信局の移動途中では信号を受信できない送信局があり得るので、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。一定時間経過したならば（Ｓ５３１でＹＥＳ）、移動受信局から供給されたデータのうち、標識番号の種類ごとに、今回の送信局のデータを前回のデータと比較し（Ｓ５３２）、前回のデータに対して一定のサンプル時間が経過し内容が更新されたデータがあるかどうかを確認する（Ｓ５３３）。更新されたデータがあれば（Ｓ５３３でＹＥＳ）、未知の位置に設置されている受信局Ｒ１から供給されたデータのうち、既知の位置に設置された送信局（たとえばＴ１〜Ｔ７）に関するデータを抽出して、式（２０）を最小にする補正係数Ｂ、ｇ、ｈ、空気中を電磁波が伝搬する伝搬時間ｐｉｊと送受信局間の距離ｄｉｊとの比例定数Ｋ（Ｋ＝ｐｉｊ／ｄｉｊ）を求める。また、式（３）を最小にする受信局の環境係数Ｋｒｊと、補正係数Ｓ１、Ｓ２を導出する（Ｓ５３４）。
（Ａ）次に、未知の位置に設置された受信局Ｒ１からのデータのうち、既知の位置に設置された送信局あるいは位置が推定済みの送信局のデータを抽出する（Ｓ５３５）。抽出したデータの中から、データが更新されている送信局について、標識信号がType aの信号か否かを判断する（Ｓ５３６）。標識信号がType aであれば（Ｓ５３６でＹＥＳ）、式（２０）を解いて、未知の受信局の位置を算出し、これをサーバ１２に記録する。さらに、式（３）を解いて、受信局の環境係数Ｋｒｊを算出し、これをサーバ１２に記録する（Ｓ５３７）。
【０２２０】
一方、送信局からの標識信号がType ｂ〜ｆの場合（Ｓ５３６でＮＯ）、送受信時間に関する情報がないので、受信局の位置も未知数として式（３）を解いて、受信局の位置と環境係数を算出し、これをサーバ１２に記録する（Ｓ５３８）。
（Ｂ）次に、位置が推定された受信局からのデータのうち、未知の位置に設置された送信局のデータを抽出する（Ｓ５３９）。抽出したデータの中で、データが更新されている送信局について、標識信号がType aか否かを判断する（Ｓ５４０）。標識信号がType aならば（Ｓ５４０でＹＥＳ）、式（２２）を解いて、各送信局の位置を算出し、これをサーバ１２に記録する。さらに、式（２３）を解いて、各送信局の環境係数Ｋｔｉを算出し、これをサーバ１２に記録する（Ｓ５４１）。
【０２２１】
一方、標識信号がType ｂ〜ｆの場合（Ｓ５４０でＮＯ）、送信局の位置も未知数として式（２３）を解いて、各送信局の位置と環境係数を算出し、これをサーバ１２に記録する（Ｓ５４２）。
【０２２２】
データが更新されているすべての送信局について（Ｓ５４３でＹＥＳ）、上述したアルゴリズム（Ａ）と（Ｂ）を繰り返す。すべての更新されたデータについて処理が終わると（Ｓ５４３でＮＯ）、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（Ｓ５４４でＹＥＳ）と、どの受信局でも受信できなくなったもの（Ｓ５４５でＹＥＳ）とを抽出する。次に、抽出された送信局のデータをサーバ１２に記録した後（Ｓ５４６）、関係がある利用者端末に警告メッセージを送信する（Ｓ５４７）。
【０２２３】
移動受信局５１から供給されるデータを記録するサーバ１２内のデータ構造は、たとえば表９に示すとおりである。
【０２２４】
【表９】

位置計算機１１で計算した結果を保存するデータ構造は、たとえば表１０に示すとおりである。
【０２２５】
【表１０】

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。
【０２２６】
利用者端末は、第１〜第４実施例と同様に、２種類の動作をする。１つは位置計算機１１から警報メッセージを受信する機能、もう１つは、検索機能である。ユーザがある送信局の情報を得たいときに、その送信局の標識番号（ＩＤ）を利用者端末に入力する。入力端末はこの標識番号をサーバに送信し、該当する送信局の標識番号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。
【０２２７】
ユーザは、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外乱あるいは起動信号を加えられたかも知ることができる。
【０２２８】
このように、第５実施形態によれば、単一の移動受信局を用いて、広範囲にわたって従来にない高精度な送信局の位置推定が可能になる。受信局を固定して設置すると、多くの受信局が必要となり、設置コストが高くなるが、第５実施形態では、受信局の設置コストおよび維持管理コストを大幅に低減できる。
【０２２９】
従来のシステムで受信局を移動させると、送信局の所在は確認できるが位置座標が獲得できない。これに対し、第５実施形態のシステムでは、７つの既知の位置にある送信局の位置情報を用い、単一の受信局を移動させ、（Ａ）少なくとも３つの既知または推定した位置の送信局の情報に基づいて、未知の位置の受信局位置を推定することができる。さらに（Ｂ）受信局の移動につれて受信局の推定位置が増えると、３つ以上の既知または推定した受信局位置の情報に基づいて、未知の送信局の位置を推定することができる。（Ａ）と（Ｂ）を繰り返すことによって、未知の送信局の位置情報を獲得できる。
【０２３０】
さらに、環境係数を求めることができるので、送信局を探す有効な情報として、より高精度な位置検出を可能にする。
【０２３１】
第５実施形態の適用例として、単一の受信機を、たとえば掃除機のように特定の領域を定期的に移動する可動物に装着することによって、位置検出システムを機能させることができる。この場合、可動物の移動に伴って、特定の管理対象領域の全体を、定期的に自動チェックすることが可能になる。広範な領域で物品や資産を管理する場合でも、受信局を多数設ける必要がないので、システム全体のコスト上昇を抑制でき、非常に効率的かつ経済的である。
［その他の実施形態］
以上、良好な実施形態に基づいて本発明を説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、当業者にとってなし得る変形、変更、代替などもすべて含む。たとえば、位置検出の対象は、タグとしての送信局に限定されるわけではなく、信号を発信できる任意の形態を取り得る。また、送信局は送信機能を有するものに限定されず、携帯電話などの送受信機の送信機能を利用するものであってもよい。この場合、特定人の位置を検出することが可能になる。さらに、送信局と受信局の双方が送受信機能を持つ構成としてもよい。
【０２３２】
第２〜第５実施形態において、送信局に送信を開始させるための起動信号を受信局から送信していたが、起動信号を遠隔地の大電力の無線基地局から送信する構成としてもよい。この場合、起動信号を同報送信し、多数の送信局からのデータ情報を遠隔操作により入手することもできる。これにより、人的作業の省力化によるデータ収集効率を向上するとともに、受信局の起動信号発生部を省略することができる。
【０２３３】
受信局とサーバ（データ管理部）の接続は、有線であっても無線であってもよいが、第４および第５実施形態のように移動受信局を用いる場合は、無線ＬＡＮなどの無線通信ネットワークを利用するのが望ましい。この場合、複数のフロアあるいは複数のビルにわたって物品を管理するような場合であっても、１つのシステムで全体を管理することが可能になる。さらに、サーバ（データ管理部）に利用者端末を有線または無線で接続してもよい。無線接続とした場合、ユーザは端末から特定したい物品の標識番号を入力するだけで、データ管理部を介して位置計算機に送信局の位置を特定させることができる。
【０２３４】
また、第１〜第５実施形態において、第１の補正関係式として、
【０２３５】
【数９１】

を用いたが、補正係数Ｓ１、Ｓ２のみを用いもよい。この場合、第１の補正関係式は式（２）’で表される。
【０２３６】
【数９２】

さらに送信局に対する第１の補正関係式として、式（２）’または以下の式（２）’’を用いることができる。
【０２３７】
【数９３】

受信局と送信局の双方に式（２）’の補正関係式を用いる場合は、位置情報を得るにあたって、実施形態で説明した式（４）および（５）に代えて、式（４）’を用いて式（５）’の評価関数を求めることができる。
【０２３８】
【数９４】

受信局に対して式（２）’を用い、送信局に対して式（２）’’を用いる場合は、位置情報を得るにあたって、式（４）’’を用いて式（５）’’の評価関数を求めることができる。
【０２３９】
【数９５】

受信局に対して式（２）を用い、送信局に対して式（２）’を用いる場合は、位置情報を得るにあたって、式（４）’’’を用いて式（５）’’’の評価関数を求めることができる。
【０２４０】
【数９６】

式（２）’の補正関係式を用いる場合、すなわち補正係数Ｓ１、Ｓ２のみを用いる場合に位置が既知の送信局がない（ｔｎ＝０）ときは、位置が既知の受信局の数ｒｎは、ｒｎ≧５である必要がある。逆に、位置が既知の受信局がない（ｒｎ＝０）場合は、位置が既知の送信局の数ｔｎは、ｔｎ≧５である必要がある。
【０２４１】
式（２）’’の補正関係式を用いる場合、すなわち送信局の環境係数Ｋｔｉを用いる場合に位置が既知の送信局がない（ｔｎ＝０）ときは、ｒｎ≧６を満たす必要がある。逆に位置が既知の受信局がない（ｒｎ＝０）ときは、ｔｎ≧６を満たす必要がある。
【０２４２】
第４実施形態および第５実施形態では、初期状態で、位置が既知の送信局の数が、位置が既知の受信局よりも多い場合を例にとって説明した。このため、補正関係式における未知数を決定した後に、まず受信局の位置を推定してから送信局の位置を推定し、さらに次の受信局の位置を推定するアルゴリズムを繰り返す例を説明した。しかし、場合によっては、位置が既知の受信局の数のほうが多くなる状況もあり得る。この場合は、補正関係式を決定した後で、まず送信局の位置を推定し、推定された位置情報を用いて、未知の受信局の位置を推定し、さらに次の送信局の位置を推定するというアルゴリズムを繰り返すことになる。
【０２４３】
前者の場合、すなわち補正関係式の決定後に、まず受信局の位置を推定する場合は、
（１）既知の位置（ｕｉ，ｖｉ）に設置された少なくともひとつの送信局ｉから送信され、第１の未知の位置（ｘｊ，ｙｊ）にある受信局ｊで受信された信号の受信強度（ｅｉｊ）と、前記既知の位置に設置された送信局ｉの位置情報と、送信局ｉと受信局ｊとの間の距離（ｄｉｊ）を用いて、第１の補正関係式として第１の近似関数
【０２４４】
【数９７】

を決定して第１の未知の位置にある受信局ｊの位置（ｕｊ，ｖｊ）を推定し、
（２）未知の位置（ｘｉ，ｙｉ）に設置された送信局ｉから送信され、既知あるいは推定された位置にある受信局ｊで受信された信号の受信強度（ｅｉｊ）と、既知あるいは推定された受信局ｊの位置情報（ｕｊ，ｖｊ）と、決定した第１の補正関係式を用いて、第２の近似関数
【０２４５】
【数９８】

から、未知の位置に設置された送信局ｉの位置情報（ｕｉ，ｖｉ）を推定し、
（３）既知あるいは推定した位置（ｕｉ，ｖｉ）に設置された送信局ｉから送信され、第２の未知の位置（ｘｊ，ｙｊ）にある受信局ｊで受信された信号の受信強度（ｅｉｊ）と、既知または推定された位置に設置された送信局の位置情報と、第１の補正関係式を用いて、第３の近似関数
【０２４６】
【数９９】

から、第２の未知の位置にある受信局ｊの位置（ｕｊ，ｖｊ）を推定する。工程（２）と（３）を繰り返すことにより、順次受信局と送信局の位置を求めることができる。
【０２４７】
後者の場合、すなわち補正関係式の決定後に、まず送信局の位置を推定する場合は、
（１）第１の未知の位置（ｘｉ，ｙｉ）に設置された送信局ｉから送信され、既知の位置（ｕｊ，ｖｊ）にある少なくともひとつの受信局ｊで受信された信号の受信強度（ｅｉｊ）と、受信局ｊの位置情報と、送信局ｉと受信局ｊとの間の距離（ｄｉｊ）を用いて、第１の補正関係式として第１の近似関数
【０２４８】
【数１００】

を決定して、前記第１の未知の位置に設置された送信局ｉの位置（ｕｉ，ｖｉ）を推定し、
（２）既知あるいは推定した位置（ｕｉ，ｖｉ）に設置された送信局ｉから送信され、未知の位置（ｘｊ，ｙｊ）にある受信局ｊで受信された信号の受信強度（ｅｉｊ）と、既知あるいは推定した位置に設置された送信局ｉの位置情報（ｕｉ,ｖｉ）と、決定した第１の補正関係式とを用いて、第２の近似関数
【０２４９】
【数１０１】

から、未知の位置にある受信局ｊの位置（ｕｊ，ｖｊ）を推定し、
（３）第２の未知の位置（ｘｉ，ｙｉ）に設置された送信局ｉから送信され、既知あるいは推定した位置（ｕｊ，ｖｊ）にある受信局ｊで受信された信号の受信強度（ｅｉｊ）と、前記既知あるいは推定した位置にある受信局ｊの位置情報と、前記決定した第１の補正関係式とを用いて、第３の近似関数
【０２５０】
【数１０２】

から、前記第２の未知の位置に設置された送信局ｉの位置（ｕｉ，ｖｉ）を推定する。この場合も工程（２）と（３）を繰り返すことにより、順次送信局と受信局の位置を求めることができる。
【０２５１】
同様のことが、信号伝搬時間に関する第２の補正関係式を用いる場合にも当てはまる。すなわち、第４および第５実施形態では、補正関係式の未知数の決定後に、複数の既知の送信局の位置情報に基づいて、まず未知の受信局の位置を決定した。しかし、初期状態で既知または推定された受信局の位置情報のほうが多い場合は、未知数決定後に、まず未知の送信局の位置を推定することとしてもよい。
【０２５２】
前者の場合は、
（１）少なくとも１つの既知の位置（ｕｉ，ｖｉ）に設置された送信局ｉから送信され、第１の未知の位置（ｘｊ，ｙｊ）にある受信局ｊで受信された信号の受信強度（ｅｉｊ）と、信号の送受信に要した時間（ｔｉｊ）と、既知の位置に設置された送信局ｉの位置情報と、送信局iと受信局ｊの間の距離と、送受信に要する時間（ｔｉｊ）と、送受信局間の距離、空気中を信号が伝搬する伝搬時間（ｐｉｊ）を用いて、第２の補正関係式として、第１の近似関数
【０２５３】
【数１０３】

および比例定数Ｋを決定して、第１の未知の位置にある受信局ｊの位置（ｕｊ，ｖｊ）を推定し、
（２）未知の位置（ｘｊ，ｙｊ）に設置された送信局ｉから送信され、既知あるいは推定した位置に設置された受信局ｊで受信された信号の受信強度（ｅｉｊ）と、受信局ｊの位置情報（ｕｊ，ｖｊ）と、送受信に要した時間（ｔｉｊ）と、第２の補正関係式を用いて、第２の近似関数
【０２５４】
【数１０４】

から、送信局ｉの位置（ｕｉ，ｖｉ）を推定し、
（３）既知あるいは推定した位置に設置された送信局ｉから送信され、第２の未知の位置（ｘｊ，ｙｊ）にある受信局ｊで受信された信号の強度（ｅｉｊ）、送信局ｉの位置情報（ｕｉ，ｖｉ）、送受信に要する時間（ｔｉｊ）、第２の補正関係式を用いて、第３の近似関数
【０２５５】
【数１０５】

から、第２の未知の位置にある受信局ｊの位置（ｕｊ，ｖｊ）を推定する。工程（２）と（３）を繰り返すことにより、送受信時間に基づいて、順次送信局と受信局の位置を求めることができる。
【０２５６】
後者の場合は、
（１）第１の未知の位置（ｘｉ，ｙｉ）に設置された送信局ｉから送信され、少なくとも１つの既知の位置（ｕｊ，ｖｊ）にある受信局ｊで受信された信号の受信強度（ｅｉｊ）と、既知の位置にある受信局ｊの位置情報と、送受信に要した時間（ｔｉｊ）と、送信局ｉと受信局ｊとの距離と、空気中を信号が伝搬する伝搬時間（ｐｉｊ）とを用い、第２の補正関係式として、第１の近似関数
【０２５７】
【数１０６】

および比例係数Ｋを決定して、第１の未知の位置に設置された送信局ｉの位置（ｕｉ，ｖｉ）を推定し、
（２）既知あるいは推定した位置（ｕｉ，ｖｉ）に設置された送信局ｉから送信され、未知の位置（ｘｊ，ｙｊ）にある受信局ｊで受信された信号の受信強度（ｅｉｊ）と、送信局ｉの位置情報と、送受信に要した時間（ｔｉｊ）と、決定した第２の補正関係式とを用いて、第２の近似関数
【０２５８】
【数１０７】

から、未知の位置にある受信局ｊの位置（ｕｊ，ｖｊ）を推定し、
（３）第２の未知の位置（ｘｉ，ｙｉ）に設置された送信局ｉから送信され、既知あるいは推定した位置（ｕｊ，ｖｊ）にある受信局ｊで受信された信号の受信強度（ｅｉｊ）と、既知あるいは推定した位置の受信局ｊの位置情報と、送受信に要した時間（ｔｉｊ）と、決定した第２の補正関係式とを用いて、第３の近似関数
【０２５９】
【数１０８】

から、第２の未知の位置に設置された送信局ｉの位置（ｕｉ，ｖｉ）を推定する。工程（２）と（３）を繰り返すことにより、順次送信局と受信局の位置を求めることができる。
【０２６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、広範囲にわたって複数の送信局の位置を高い精度でほぼ同時に推定することが可能になる。
【０２６１】
また、送信局が置かれている環境を把握することによって、屋内にあっても伝播状況を考慮した高精度の位置推定が可能になる。
【０２６２】
さらに、起動信号と外部の変化を探知するセンサの少なくとも一方を用いることにより、位置情報が必要な時に正確な位置情報の入手が可能になる。
【０２６３】
さらに、位置を特定するために、少なくとも３つ以上の基地局（あるいは受信局）を固定する必要がないので、受信局の数を低減することができる。
【０２６４】
さらに、固定基地局の受信エリア外に出た送信局の位置も精度よく特定することができる。
【０２６５】
本発明の位置検出システムおよび方法を用いることにより、倉庫や事務所内にある任意の資産について、その存在の有無と存在位置の双方を効率よく、かつ高い精度で管理することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のゲート式パッシブタグシステムを示す図である。
【図２】従来のアクティブタグシステムを示す図である。
【図３】時刻情報を用いた従来の位置検出システムの構成を示す図である。
【図４】受信強度を用いた従来の位置検出システムの構成を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る位置検出システムの構成を示す図である。
【図６】第１実施形態で用いられる送信局と受信局の構成例を示す図である。
【図７】図６の送信局で用いられるモーションセンサの例を示す図である。
【図８】第１実施形態で用いられる位置検出システムの動作フローを示す図である。
【図９】第１実施形態の位置検出システムを用いて送信局の位置を検出した検出結果を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る位置検出システムの構成を示す図である。
【図１１】第２実施形態で用いられる送信局と受信局の構成例を示す図である。
【図１２】第２実施形態で用いられる送信局の動作フローを示す図である。
【図１３】第２実施形態で用いられる受信局の動作フローを示す図である。
【図１４】第２実施形態で用いられる位置計算機の動作フローを示す図である。
【図１５】第２実施形態に係る位置検出システムの変形例１を示す図である。
【図１６】図１５の変形例１における送信局と受信局の構成例を示す図である。
【図１７】第２実施形態に係る位置検出システムの変形例２を示す図である。
【図１８】変形例２における送信局と受信局の構成例を示す図である。
【図１９】変形例２における位置計算機の動作フローを示す図である。
【図２０】第２実施形態に係る位置検出システムの変形例３を示す図である。
【図２１】変形例３における送信局と受信局の構成例を示す図である。
【図２２】本発明の第３実施形態に係る位置検出システムの構成を示す図である。
【図２３】第３実施形態で用いられる送信局と受信局の構成例を示す図である。
【図２４】第３実施形態で用いられる受信局の動作フローを示す図である。
【図２５】第３実施形態で用いられる位置計算機の処理フローの第１部分を示す図である。
【図２６】第３実施形態で用いられる位置計算機の処理フローの第２部分を示す図であり、図２５の処理に引き続く処理を示す図である。
【図２７】本発明の第４実施形態に係る位置検出システムの構成を示す図である。
【図２８】第４実施形態で用いられる送信局と受信局の構成例を示す図である。
【図２９】第４実施形態で用いられる受信局の動作フローを示す図である。
【図３０】第４実施形態で用いられる位置計算機の処理フローの第１部分を示す図である。
【図３１】第４実施形態で用いられる位置計算機の処理フローの第２部分を示す図であり、図３０の処理に引き続く処理を示す図である。
【図３２】本発明の第５の実施形態に係る位置検出システムの構成を示す図である。
【図３３】第５実施形態で用いられる送信局と受信局の構成例を示す図である。
【図３４】第５実施形態で用いられる位置計算機の処理フローの第１部分を示す図である。
【図３５】第５実施形態で用いられる位置計算機の処理フローの第２部分を示す図であり、図３４の処理に引き続く処理を示す図である。
【符号の説明】
１ 位置検出システム
２ ＬＡＮ
３ 利用者端末
１１ 位置計算機
１２ サーバ（データ管理部）
１３ モーションセンサ
２１ 送信局
２３ 送信部
２５ 標識信号発生部
２６ センサ
３１ 受信局
３５ 起動信号発生部
３６ アンチコリジョン判読部
５１ａ 固定設置受信局
５１ｂ 移動受信局[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a system for detecting the position of a transmission station attached to an arbitrary object, and is particularly high in an indoor environment such as a store or office without being greatly affected by the surrounding environment where the transmission station is placed. The present invention relates to a position detection system capable of detecting and managing the position of a transmitting station with accuracy.
[0002]
[Prior art]
Wireless tags (transmitting stations) are used in a very wide range of fields. For example, as shown in FIG. 1, a system in which gates 121a and 121b are provided in a store and a product 122a and 122b with tags 123a and 123b pass through the gate 121 without accounting is used in many stores. It is already in operation. Such a wireless transmission station is usually of a type called a passive tag, and adopts a format in which a radio wave radiated from the gate 121 is modulated by the transmission station and transmitted and received by the gate 121. . The gate type “passive tag system” is excellent in maintainability because there is no power source in the transmitting station, but the communication distance is limited to about several tens of centimeters, and as a radio beacon system that can detect the position of the transmitting station in a wide area There is a problem that it is not suitable.
[0003]
On the other hand, as a sign used in a wide area, as shown in FIG. 2, a type called an active tag in which a transmission station has a power supply and a communication distance is long is known. In general, communication is possible within a range of several meters to several tens of meters using a frequency band assigned to specific low power. Such a radio beacon only has a function of identifying whether or not the transmitting stations 127a to 127f (tag 1,..., Tag 6) are present in the communication areas 125a and 125b with respect to the specific receiving stations 124a and 124 b. Have. In the “active tag system”, when the position of the transmitting station is fixed by 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 covered by the receiving station, and increase the number of receiving stations.
[0004]
As a technique for solving this problem, a position detection system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-161177 has been proposed as shown in FIG. This system transmits a signal including its own identification code and current time by radio waves at a predetermined time interval, and a signal obtained by adding the reception time and its own identification code to a signal received from the transmission station. At least three or more base stations 132 that transmit by means of a center station 133 that determines the position of the transmitting station by calculating the distance between the transmitting station and the base station based on the information received from the base station, respectively have. The transmitting station 131 always transmits a signal including its own identification code and current time by radio waves at a predetermined time interval. Each time each base station 132 receives a radio wave from the transmission station 131, each base station 132 transmits a signal obtained by adding the reception time and its own identification code to the signal received from the transmission station 131 to the center station 133 by radio wave. The center station 133 calculates the distance between the transmission station 131 and each base station 132 based on the information received from each base station 132, and specifies the position of the transmission station 131. Specifically, the arrival time of radio waves from the transmission station 131 to the base station 132 is determined from the transmission time of the transmission station 131 and the reception time at each base station 132, and the distance between the transmission station 131 and each base station 132 is determined. By calculating each, the position of the transmitting station 131 is specified in relation to each base station 132. Thereby, the position of the detection target to which the transmission station 131 is attached can be detected. In the center station 133, the distance is obtained by multiplying the arrival time of the radio wave by the speed of the radio wave.
[0005]
In this system, the position can be accurately estimated by accurately measuring the time. However, because the transmitting station always transmits radio waves at predetermined time intervals, it is necessary to increase the transmission interval in order to extend the life of the power supply, and obtaining accurate location information when location information is required Had the problem of becoming difficult. In addition, in order to specify the position, at least three or more base stations must be fixedly installed, and there is a problem that the position cannot be specified when going out of the reception area of the base station. It was. Furthermore, there is a problem that it is impossible to know under what circumstances the transmitting station is installed.
[0006]
As another known position detection system, there is a system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-159746 as shown in FIG. The known system of FIG. 4 includes a transmitting station 131 that transmits radio waves, at least three or more base stations 132 that receive radio waves from the transmitting station 131 and measure the intensity thereof, and reception measured by each base station 132. A center station 133 that obtains the distance between the transmission station 131 and each base station 132 based on the intensity data and identifies the position of the transmission station 131 is provided. In this system, the transmission station 131 transmits radio waves during the detection operation. Each base station 132 receives the radio wave from the transmission station 131, measures its reception intensity, and transmits the result to the center station. The center station 133 obtains the distance between the transmission station 131 and the base station 132 from the received intensity data received from each base station 132, and specifies the position of the transmission station 131 in relation to the position of each base station 132. In the center station 133, a table indicating the relationship between the reception intensity and the distance is stored in advance, and the distance is obtained by applying the reception intensity to this table. In this system, it is possible to accurately estimate the position by accurately creating a table showing the relationship between reception strength and distance, but in order to identify the position, at least three base stations are fixed. Therefore, the position cannot be specified when the user goes out of the reception area of the base station.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the “passive tag system” has a communication distance of about several tens of centimeters, it is not suitable as a radio beacon that can detect the position of the transmitting station in a wide area.
[0008]
In the “active tag system”, it is necessary to increase the number of receiving stations in order to increase the position accuracy.
[0009]
In the conventional “position detection system” (FIG. 3) that specifies the distance based on the transmission time, it is necessary to lengthen the time interval for transmitting radio waves from the transmission station in order to extend the life of the power supply of the transmission station. When the position information is necessary, it becomes difficult to obtain accurate position information. In addition, in order to specify the position, at least three or more base stations must be fixedly installed, and the position cannot be specified when going out of the reception area of the base station. Furthermore, it is impossible to know under what circumstances the transmitting station is installed.
[0010]
In the conventional “position detection system” (FIG. 4) that specifies the distance based on the reception intensity, at least three base stations must be fixedly installed in order to specify the position. The position cannot be specified when going out of the reception area.
[0011]
In addition, although means using GPS is effective if it is outdoors, there is an influence of reflected waves in an indoor environment, so a technique using an absolute time difference such as GPS is unsuitable because of a large error. Even when the position is estimated using the amplitude information, the relationship between the distance and the reception intensity often does not match the Friis formula.
[0012]
The Friis equation is expressed by the equation (0) as is well known.
[0013]
[Expression 32]

Here, L is a propagation loss, d is a distance, and λ is a wavelength.
[0014]
The reason why Fris's formula is not established in the case of indoor propagation is that the receiving station is behind the scenes or that the received intensity is locally affected by the reflected wave.
[0015]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and overcomes the problem that the communication range of the passive tag system is limited, and a receiving station for increasing the position accuracy of the active tag system. An object of the present invention is to provide a position detection system that eliminates the problem of increasing the number.
[0016]
It is another object of the present invention to provide a position detection system that can identify the position of a transmitting station with high accuracy even if it is indoors by grasping the environment where the transmitting station is placed.
[0017]
It is another object of the present invention to provide a position detection system that can obtain accurate position information when position information is required.
[0018]
Another object of the present invention is to provide a position detection system that does not require fixing at least three or more base stations (or receiving stations) in order to specify the position.
[0019]
It is another object of the present invention to provide a position detection system that can also identify the position of a transmitting station that has moved out of the reception area of a fixed base station.
[0020]
Such a position detection system not only prevents theft in stores and monitors dangerous goods, but also efficiently and accurately determines the presence and location of any asset in a warehouse or office. Can be managed with.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, the position detection system periodically transmits a first indicator signal including a first indicator number and responds to an activation signal supplied from the outside. A transmitting station that transmits a second beacon signal including the second beacon number, a receiving station that receives the beacon signal to determine the strength of the received signal, and that reads the first beacon number, and that is supplied from the receiving station. A data management unit that manages the received intensity and the first tag number in association with each other, and a position calculator that calculates the position of the transmitting station using data managed by the data management unit.
[0022]
The position calculator defines the relationship between the distance d between the transmitting station and the receiving station and the intensity e of the received signal using the first correction relational expression, and uses the known position information to determine the first The position of an unknown transmitting station is calculated from the correction relational expression.
[0023]
The first correction relational expression is expressed by Expression (2) ′ as a function of the distance of Expression (1). That is, when the position of the i-th transmitting station is (xi, yi), the position of the j-th receiving station is (uj, vj), and the signal transmitted from the i-th transmitting station is received by the j-th receiving station Where eij is the reception intensity of Eij, the distance dij from the transmitting station i to the receiving station j is
[0024]
[Expression 33]

And the first correction relational expression is
[0025]
[Expression 34]

It is represented by Here, S1 and S2 are correction coefficients.
[0026]
Preferably, the first correction relational expression further includes at least one of an environmental coefficient Krj at the receiving station and an environmental coefficient Kti at the transmitting station. This makes it possible to estimate the position more accurately in consideration of the surrounding environment.
[0027]
Preferably, the receiving station further includes an activation signal generator that generates an activation signal for the transmission station to start transmitting a signal. The receiving station transmits an activation signal to the transmitting station, and when the transmitting station receives the activation signal, the transmitting station transmits an indicator signal including the second indicator number to the receiving station.
[0028]
The transmitting station further includes a sensor for detecting a change received from the outside, and transmits a third indicator signal including a third indicator number to the receiving station when the change is detected. The change from the outside is, for example, a change in vibration (or acceleration), incident light, temperature, humidity, or the like due to an externally applied force.
[0029]
With this configuration, when the location information is required, for example, when the receiving station actively searches for the transmitting station, or when the transmitting station physically moves to a different environment location, the change in the environment is considered. Accurate position information can be obtained. In addition, the life of the power source of the transmitting station can be extended.
[0030]
The receiving unit also includes a time measuring unit that measures the time required for transmitting and receiving the activation signal and the sign signal. In this case, the position calculator defines the relationship between the signal propagation time in the air and the distance between the transmitting station and the receiving station using the second correction relational expression, and the known position information and The position of the transmitting station is calculated from the second correction relational expression.
[0031]
The second correction relational expression is that the position of the transmission station i is (ui, vi), the position of the reception station j is (uj, vj), the reception intensity is eij, the time required for transmission / reception is tij, the transmission station and the reception station If the distance between the two is dij and the signal propagation time in the air is pij,
[0032]
[Expression 35]

It is represented by Here, B, g, and h are correction coefficients, and K is a proportionality constant.
[0033]
In the second correction relational expression, the propagation speed in the air of the signal due to the electromagnetic wave or the ultrasonic wave is defined using an approximate function based on the actually measured values (eij, tij). There is no need to measure the humidity. Further, since the correction is made from the actually measured value, the estimation accuracy can be increased even when a high-speed reception operation cannot be performed, for example, in order to reduce power consumption.
[0034]
In order to reduce the number of fixed receiving stations functioning as base stations and to accurately identify the position of the transmitting station that has moved out of the receiving area of the receiving station, the position detection system uses one fixed receiving station (first receiving station). Station) and one mobile receiving station (second receiving station). In this case, the position calculator determines at least one of the first and second correction relational expressions using the position information about the known transmitting station supplied from the fixed receiving station (first receiving station), A) Signal information transmitted from a known or estimated position transmitting station and received by a mobile receiving station (second receiving station), the known or estimated position information of the transmitting station, and the determined correction And (B) signal information transmitted from an unknown transmitting station and received by a fixed receiving station or a mobile receiving station whose position is estimated, and the fixed or The position of the unknown transmitting station is estimated from the position information of the mobile receiving station whose position has been estimated. The position calculator repeats the processes (A) and (B), and sequentially acquires the position information of the transmitting station at the unknown position as the mobile receiving station moves.
[0035]
Furthermore, as a configuration for reducing the number of receiving stations, a configuration in which a single mobile receiving station is used as a receiving station can be employed. In this case, at least one of the first and second correction relational expressions is determined using the position information about the known transmitting station supplied from the mobile receiving station whose position is unknown,
(A) From the signal information transmitted from the transmission station whose position is known or estimated to the mobile reception station, the position information of the transmission station whose position is known or estimated, and the determined correction relational expression, Estimate the current location of the mobile station,
(B) From the signal information transmitted from the transmitting station whose position is unknown to the mobile receiving station where the current position is estimated, and the position information of the mobile receiving station where the current position is estimated, the unknown transmission Calculate station location. The position calculator repeats the processes (A) and (B), and sequentially acquires the position information of the transmitting station at the unknown position as the mobile receiving station moves.
[0036]
By using a mobile reception station alone or in combination with a fixed reception station, it is possible to accurately grasp both the location and position coordinates of a plurality of transmission stations to be managed over a wide range. In addition, there is no need to install a large number of receiving stations, and the cost of the system is greatly reduced.
[0037]
As a carrier of a signal transmitted and received between a transmitting station and a receiving station, any electromagnetic wave including radio waves and infrared rays, or a sound wave including ultrasonic waves and audible waves can be used (referred to as “sonic wave” in this specification). In this case, both ultrasound and audible sound waves are included). The type of carrier of the activation signal transmitted by the transmitting station and the beacon signal transmitted by the receiving station may be the same or different.
[0038]
In a second aspect of the present invention, a position detection method is provided. The position detection method includes a step of receiving a first beacon signal including a first beacon number transmitted from a transmitting station at a receiving station, a step of measuring an intensity e of the first beacon signal received at the receiving station, A step of defining a relationship between the intensity e and the distance d with a first correction relational expression including a correction coefficient, a correction coefficient is determined using known position information, and a first correction including the determined correction coefficient Determining a position of an unknown transmitting station using a relational expression.
[0039]
Assuming that the position of the i-th transmitting station is (xi, yi) and the position of the j-th receiving station is (uj, vj), the distance dij from the transmitting station i to the receiving station j is expressed by equation (1). The
[0040]
[Expression 36]

The first correction relational expression is expressed by Expression (2) ′ using correction coefficients S1 and S2.
[0041]
[Expression 37]

The first correction relational expression preferably includes at least one of an environmental coefficient at the receiving station and an environmental coefficient at the transmitting station. When the environment coefficient Krj at the receiving station is used, the first correction relational expression is expressed by Expression (2) ″.
[0042]
[Formula 38]

In this case, the unknowns S1, S2, and Krj are determined based on the known position information, and the position of the target transmission station i is obtained using the determined coefficient value.
[0043]
When the environment coefficient Kti at the transmitting station is used, the first correction relational expression is expressed by Expression (2) ′ ″.
[0044]
[39]

In this case, the unknown numbers S1, S2, and Kti are determined based on the known position information, and the position of the target transmission station i is obtained using the determined coefficient value.
[0045]
The position detection method also includes a step of transmitting an activation signal from the receiving station to the transmitting station, a step of receiving a second indicator signal including a second indicator number in response to the activation signal, and the activation signal and the first The method further includes a step of measuring a time t required for transmission / reception of the two label numbers. In this case, the position of the unknown transmitting station is determined based on the known position information by the second correction relational expression relating to the propagation time p in which the signal propagates through the air and the distance d between the transmitting station and the receiving station. Desired.
[0046]
Specifically, the position of the transmitting station i is (xi, yi), the position of the receiving station j installed at a known position is (uj, vj), and the received signal from the transmitting station i is measured by the receiving station j. The second correction relationship, assuming that the intensity eij, the time tij required for transmission / reception measured at the receiving station j, the distance dij between the transmitting station i and the receiving station j, and the propagation time pij in which the signal propagates through the air formula
[0047]
[Formula 40]

Is used to calculate the position of the unknown transmitting station.
[0048]
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the drawings.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[First Embodiment]
FIG. 5 is a configuration diagram of the position detection system 1 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a configuration diagram of the transmission station 21 and the reception station 31 used in the system shown in FIG. The position detection system 1 of the first embodiment includes a transmission station 21 (T1 to T8), a reception station 31 (R1 to R4), a server 12 as a data management unit connected to the reception station 31, and a server 12 And a connected position calculator 11. The position detection system 1 also includes user terminals 3 a to 3 c connected to the position calculator 11. These components are connected via LAN2.
[0050]
In the example of FIG. 5, the receiving stations 31 (R1 to R4) are fixed receiving stations, and their positions are known. The transmitting stations T1 to T4 are attached to the receiving stations R1 to R4 and are considered to be substantially in the same position as the receiving stations R1 to R4. Let the location of the known jth receiving station be (uj, vj). The positions of the transmitting stations T5 to T8 are unknown, and the position of the i-th unknown transmitting station is (xi, yi). Each transmitting station 21 transmits a unique signal to the receiving station 31, and the receiving station 31 receives a signal from the transmitting station 21. The reception intensity of the signal from the transmission station i received by the reception station j is assumed to be eij. The distance from the receiving station j to the transmitting station i is assumed to be dij. For example, when paying attention to the transmitting station T5 in the unknown position (x5, y5), the distance from the transmitting station T5 to the receiving station R1 is represented by d51, and the intensity of the signal from the transmitting station T1 received by the receiving station R1. Is e51.
[0051]
As illustrated in FIG. 6, the transmission station 21 includes a microcontroller 22, a transmission unit 23, a marker signal generation unit 25, and a motion sensor 13. The beacon signal generator 25 generates a signal with a unique bean number (ID) assigned to the transmitting station 21 at regular intervals. Further, when the motion sensor 13 detects an arbitrary movement of the transmission station 21, a signal with the identification number of the transmission station is generated.
[0052]
FIG. 7 shows a configuration example of the motion sensor 13. In this example, the motion sensor 13 includes an acceleration sensor using the inverted pendulum 14 and a holding circuit connected to the acceleration sensor. The holding circuit 15 is connected to the oscillator 16 of the transmission station 21 and turns on the power supply 17 of the oscillator 16 for several minutes only when the electrodes 14a and 14b of the acceleration sensor are in contact (or separated). The holding circuit 15 has a function of setting a long-period transmission interval regardless of the ON / OFF operation of the acceleration sensor. This function works effectively for the maintenance of the transmitting station. The transmission cycle does not need to be completely constant, and collision between signals between transmitting stations is avoided by changing the transmission cycle randomly within a width of several percent of the cycle. By providing the motion sensor 13, a certain transmission interval can be made long. This is because, in the position detection system, the purpose is to know the position of the transmitting station, and therefore it is not necessary to frequently emit signals when the transmitting station is stationary. With such a configuration, not only power consumption can be reduced and the battery life can be extended, but also the log file can be made smaller.
[0053]
For all of the transmission stations T1 to T8, the transmission station having the configuration shown in FIG. 6 may be used, or two types of transmission stations may be prepared. In the latter case, the transmitting stations T5 to T8 whose positions are unknown are the transmitting stations with the motion sensor 13 in FIG. 6, and the fixed transmitting stations T1 to T4 installed in the receiving station 31 do not have the motion sensor 13. A transmission station having a short cycle generation function may be used.
[0054]
Returning to FIG. 6, the receiving station 31 includes a microcontroller 32, a receiving unit 33, and an anti-collision reading unit 36. The receiving unit 33 measures the intensity of the received signal and sends the received signal to the anti-collision interpretation unit 36. The anti-collision interpretation unit 36 interprets the identification number of the transmitting station from the received signal. Each receiving station 31 transmits the strength of the signal received from the transmitting station 21 and the read sign number to the server 12 together with a time stamp. The server 12 records the received intensity together with a time stamp in association with the identification number of the transmitting station. The time stamp may be generated on the server 12 side when the server receives information from the receiving station 31.
[0055]
The position calculator 11 calculates the position of the transmission station T5 with reference to information on the transmission station (for example, T5) stored in the server 12, and stores the calculation result in the server 12. The user can search the server 12 and know the position by inputting the sign number of the transmitting station whose position is to be known via the user terminal 3.
[0056]
The position calculator 11 uses the first correction relational expression for the relationship between the distance and the reception intensity in order to accurately determine the position of the transmitting station or the receiving station in the indoor environment. While measuring eij, the relationship between the distance dij from the transmitting station 21 to the receiving station 31 and the received intensity eij is obtained. The first correction relational expression is obtained by correcting Friis's formula using a correction coefficient including an environmental coefficient. By determining the distance and further the position coordinate of the transmitting station based on the actually measured value while taking the correction factor into consideration, it is possible to improve the accuracy of the position specification particularly indoors.
[0057]
In the following, the Friis formula correction algorithm (first correction relational expression) relating to the reception intensity and distance will be described. For convenience of explanation, description will be made using two-dimensional coordinates, but the position calculator 11 actually uses three-dimensional spatial coordinates. <Fris's official correction algorithm>
Assuming that the position of the j-th known receiving station is (uj, vj) and the position of the i-th transmitting station is (xi, yi), the distance dij from the transmitting station i to the receiving station j is given by equation (1). expressed.
[0058]
[Expression 41]

Here, the environmental coefficient Krj of the receiving station j is defined. The environmental coefficient Krj 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.
[0059]
First, the Friis equation is corrected using known position information (actually measured values) of the receiving station. To correct the Friis equation, the relationship between the distance d and the received intensity e is estimated using the correction coefficients S1 and S2 and the environment coefficient Krj of the receiving station. Basically, it is assumed that the distance and the reception intensity are in a logarithmic relationship, and the first correction relational expression is defined as shown in Expression (2) by correcting the Friis formula.
[0060]
[Expression 42]

At this time, as the first stage, the correction coefficients S1, S2 using the actually measured reception intensity eij from the transmission stations T1 to T4 attached to the receiving station (that is, the positions are known) and the corresponding distance dij. , And an environmental coefficient Krj. These unknown solutions that minimize the error are obtained by minimizing the evaluation function q given by equation (3).
[0061]
[Equation 43]

In Equation 3, rn is the number of receiving stations whose positions are known, and tn is the number of transmitting stations whose positions are known. In the example of FIG. 5, both rn and tn are 4, and 4 × 4 simultaneous equations are established, and all six unknowns S1, S2, and Kr1 to Kr4 can be solved. The unknowns are marked with ^ for clarity. There are various ways to solve equation (3). Although not described in detail, for example, q can be partially differentiated with respect to each variable, and values where each becomes 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 neural network, and the like. As a result, the correction coefficients S1 and S2 of Expression 2, which is a correction relational expression between the distance and the reception intensity, and the environment coefficient Krj of the receiving station can be obtained.
[0062]
If the equations are not sufficiently simultaneous because the number of receiving stations or transmitting stations whose positions are known is small, only the correction coefficients S1 and S2 are used in the expressions (2) and (3) without using the environment coefficient Krj. But there is a sufficient correction effect.
[0063]
Next, consider the environmental coefficient Kti of the target transmitting station whose position is unknown. This is because the transmission intensity of the transmitting station is constant, but the environmental factor differs depending on the location, and the reception state changes. In this case, the intensity of the received signal from the unknown transmitting station (eg, T5) received by the known receiving station (eg, R1) is expressed by the correction coefficients S1, S2 and In addition to the environmental coefficient Kr1 at the receiving station R1, the environmental coefficient Kt5 at the transmitting station is also taken into account. A relational expression between the distance and the reception intensity at this time is considered as in Expression (4) using the environment coefficient Krj of the receiving station obtained in Expression (3) and the correction coefficients S1 and S2.
[0064]
(44)

Here, mdij is a distance derived from the actually measured reception intensity. The position of the transmitting station i and its environment coefficient Kti can be obtained by minimizing the evaluation function hi expressed by the equation (5).
[0065]
[Equation 45]

For the sake of clarity, the unknowns are marked with a ^. The position of the transmitting station can be estimated by the method described above.
[0066]
The position of the transmission station obtained in this way is recorded in the server 12. As described above, in order to know the position of a specific transmitting station, the user (or administrator) inquires of the server 12 via LAN 2 about the identification number of the transmitting station whose position is to be known. Location information can be obtained.
[0067]
Even if the transmitting station is in a sufficiently communicable area with respect to the receiving station in terms of free space loss, if the transmitting station is in a position where the line of sight is poor, You may not be able to receive. In this case, since the receiving station has not received the signal from the transmitting station, it cannot be normally used for position estimation.
[0068]
However, the fact that it cannot be received by a specific receiving station means that it is farther than other receiving stations, and therefore it is considered to have value as information in position estimation. Therefore, in the present invention, such invisible information is put into a constraint condition and used effectively. For example, if the signal from the transmitting station T2 was received by the receiving stations R1, R2, and R3 but not received by R4,
d21 <d24
d22 <d24
d23 <d24
By adding this constraint condition, invisible data can be effectively used for position estimation without being discarded.
[0069]
As described above, the transmission station 21 includes the motion sensor 13 and has a function of transmitting a signal when it physically moves. Therefore, the position calculator 11 recalculates and updates the position of the moved transmitting station, that is, the transmitting station that transmitted the signal.
[0070]
FIG. 8 shows a control flow of the position detection system 1 according to the first embodiment. The transmitting stations T1 to T4 installed in the receiving station transmit a signal (label signal) including a unique label number every time a certain time has passed (S101, S102). On the other hand, in the transmitting stations T5 to T8, the microcontroller 22 monitors the motion sensor 13 to determine whether or not acceleration has been applied (S103). When acceleration is applied (YES in S103) and a certain period of time has elapsed (YES in S101), the transmitting stations T5 to T8 transmit a signal including a sign number (a sign signal).
[0071]
The receiving station 31 measures the received signal strength from the transmitting station and transmits the received strength to the server 12 together with a time stamp. At this time, the transmission station identification number and the reception station identification number are also transmitted. (As described above, the time stamp may be generated by the server.) The position calculator 11 compares the previous data based on the time stamp of the data stored in the server 12 (S131), and the current data is updated. It is determined whether it has been performed (S132). If there is data updated with respect to the previous data (YES in S132), the transmitting station installed at a known position from all the updated data (T1 to T4 in the example of FIG. 5) Are extracted (S133), and the environmental coefficient Krj and the correction coefficients S1 and S2 that minimize Equation (3) are derived (S134). Next, with respect to the data of all transmitting stations (T5 to T8) that are not in the fixed position, the position of each transmitting station is calculated by solving Equation (5), and this is recorded in the server (S135). Further, the calculated position is compared with the previous result, and the transmitting station whose position has changed by a predetermined value or more (YES in S136) and the transmitting station that cannot be received by any receiving station (YES in S137) are extracted. After the extracted data of the transmitting station is recorded on the server (S138), a warning message is transmitted to the relevant user terminal (S139).
[0072]
The data structure in the server 12 for recording data from the receiving station 31 is as shown in Table 1, for example.
[0073]
[Table 1]

The data structure for storing the result calculated by the position calculator 11 is as shown in Table 2.
[0074]
[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. That is, since a large environmental coefficient indicates that the prospect with the receiving station is poor, the transmitting station is often behind the scenes. Conversely, when the environmental coefficient is small, it is in a place with a good view. Sending this information in addition to the alarm is very useful when finding the transmitting station.
[0075]
The user terminal 3 has a search function as well as a function of receiving an alarm message sent from the position calculator 11 in S139. When the user wants to obtain information on a certain transmitting station, the identification number (ID) of the transmitting station is input to the user terminal (S121). The input terminal transmits this beacon number to the server (S122), searches the history stored for the beacon number of the corresponding transmitting station, that is, the time stamp, the position information, and the environmental factor of the transmitting station, and displays it on the terminal ( S123). Thereby, the user can know the positional information and history of the time described by the time stamp. Further, by looking at the environmental factor of the transmitting station, it is possible to know 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.
[0076]
As described above, according to the position detection system of the first embodiment, using the first correction relational expression, the positions of a plurality of transmission stations are accurately estimated simultaneously based on the received intensity and the known position information. It becomes possible.
[0077]
FIG. 9 shows the result of actually estimating the position of the transmitting station using the position detection system 1 of the first embodiment. The receiving stations are installed at positions indicated by P1 to P6, and the results are obtained by estimating the positions of the transmitting stations 1 to 16 using these receiving stations. The actual position of the transmitting station is indicated by *, and the estimation result (measured value) is indicated by a rectangle. A line connecting the actual position and the estimated position indicates a radio wave condition, a broken line indicates that the radio wave condition is good, and a thick solid line indicates that the radio wave condition is bad. The grid unit of the graph is a unit for dividing the floor into predetermined areas, and one square is 1.35 m.
[0078]
According to this detection result, the minimum error is only 13.5 cm, and the maximum error is about 4.5 m. The mean square error is 2.3 m, but the error is within 1 m for the transmitting stations 1, 2, and 12 in places where the radio wave condition is relatively good. In this way, by using the first correction relational expression, it is possible to accurately identify the specific position of each transmitting station in consideration of the environment where each of the plurality of transmitting stations is placed. .
[0079]
In the above description, the object whose position is to be detected is a transmission station (tag). However, the transmission station is not limited to one having only a transmission function. For example, a transmission / reception function such as a portable telephone is provided. You may utilize the transmission function of the apparatus which has. In this case, the position of the person holding the telephone can be specified.
[Second Embodiment]
FIG. 10 is a configuration diagram of a position detection system according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a configuration diagram of a transmission station 21 and a reception station 31 used in the system of FIG. In the position detection system of the second embodiment, the receiving station periodically transmits an activation signal to the transmitting station. When the transmitting station receives the activation signal, the transmitting station transmits a signal including an identification number (ID). In addition, the transmitting station detects (1) a signal transmitted at regular intervals (first beacon signal), (2) a signal transmitted in response to an activation signal (second beacon signal), and (3) when an external change is detected. In accordance with each of the signals (third beacon signal) to be transmitted, different types of beacon numbers are attached and the signal is transmitted.
[0080]
In the example shown in FIG. 10, both the activation signal transmitted by the receiving station and the indicator signal transmitted by the transmitting station are carried by electromagnetic waves. The connection relationship between the receiving stations (R1 to R4), the server 12, the position calculator 11, and the user terminals 3a to 3c connected via the LAN 2 and the operation of the user terminals are the same as in the first embodiment. Description is omitted.
[0081]
As shown in FIG. 11, the transmitting station 21 receives the activation signal from the receiving station by the microcontroller 22 that controls the calculation of the transmitting station and that has a built-in memory such as ROM and RAM, and software stored in the internal memory in advance. And transmitting a receiving unit 24, a sensor 26 for detecting and transmitting a change in disturbance as an activation signal, and generating a signal including a unique identification number (ID) individually assigned to the transmitting station upon receiving the activation signal A beacon signal generation unit 25 for transmitting, and a transmission unit 23 for transmitting the beacon signal to the receiving station. The beacon signal generation unit 25 generates different kinds of unique beacon signals when detecting a change in disturbance as well as when receiving an activation signal from the receiving station and at relatively long predetermined intervals.
[0082]
In the second embodiment, the sensor 26 detects not only acceleration (motion) applied to the transmitting station but also environmental changes such as light, temperature, and humidity. For example, when a transmitting station (or a tag attached to an article) moves from a dark place such as a library to a bright place, the sensor is activated, and an indicator signal by electromagnetic waves is transmitted from the transmitting station. Since this beacon signal is received by the receiving station and sent to the server 12, the position calculator 11 recalculates and updates the position of the transmitting station that has moved to a bright place (that is, the transmitting station that transmitted the beacon signal). Similarly, when moving from an air-conditioned place to the outside, changes in temperature and humidity are detected and a sign signal is transmitted. This configuration can be realized by, for example, an optical sensor that detects a change in input light, a temperature sensor, a humidity sensor, or the like.
[0083]
The receiving station 31 is responsible for arithmetic control of the receiving station, a microcontroller 32 having a built-in memory such as ROM, RAM, etc., a start signal generating unit 35 for generating a start signal by software stored in the internal memory, and a start signal. A transmission unit 34 that receives and transmits the signal to the transmission station, a reception unit 33 that receives the marker signal from the transmission station, measures and transmits the reception intensity, and an anti-collision interpretation unit 36 that interprets the marker signal. The receiving unit 33 measures the intensity of each of the received beacon signals (first to third beacon signals). The anti-collision interpretation unit 36 interprets each marker number (first to third marker numbers) from each marker signal.
[0084]
FIG. 12 is a diagram illustrating an operation flow of the transmission station 21 according to the second embodiment. The transmitting station 21 generates and transmits a beacon signal in three cases. And according to the kind which became the factor which produces | generates a label | marker signal, a different kind of label | symbol number is provided. Specifically, when a vibration signal is received from a receiving station (YES in S201), it is confirmed that it is a predetermined activation signal that was planned (YES in S202), and a “Type a” indicator signal Is transmitted (S203). Also, whenever a certain time elapses (YES in S204), a “Type b” indicator signal is transmitted by periodic activation (S205). Further, when the sensor detects an external change (YES in S206), after confirming that a certain time has elapsed (YES in S207), a different marker signal is generated according to the sensor activation factor (S208). . For example, when transmitting a beacon signal due to a change in movement, a “Type c” beacon signal is transmitted when the sensor is activated by input light, “Type d”, and when transmitted by an activation of the sensor due to temperature, “Type c” is transmitted. e ”, when the sensor is activated due to humidity, a“ Type f ”indicator signal is transmitted.
[0085]
Thus, by transmitting the beacon signal according to the activation signal, it is possible to estimate the location when it is desired to know the location of the transmission station, and it is possible to prevent the battery of the transmission station from being exhausted. In addition, by generating different beacon signals according to changes in the environment, it is possible to estimate changes in the environment in which the transmitting station is placed, thereby improving the efficiency and accuracy of position detection.
[0086]
FIG. 13 shows an operation flow of the receiving station 31 according to the second embodiment. The reception station 31 transmits an activation signal to the transmission station 21 when the activation signal needs to be transmitted (YES in S211) (S212). When the beacon signal (Type a) transmitted by the transmitting station in response to the activation signal is received (YES in S213), the reception intensity of the beacon signal is measured (S214). On the other hand, reception of a sign signal other than the activation signal is always checked, and when a sign signal other than Type a is received (YES in S215), the reception intensity is measured (S216). If the reception strength is measured in S214 and S216, the reception strength of the signal and the identification number are transmitted to the server 12 together with the time stamp (S217). Similar to the first embodiment, the time stamp may be generated by the server 12.
[0087]
FIG. 14 shows a processing flow of the position detector 11 according to the second embodiment. Also in the second embodiment, the Fris formula correction algorithm (first correction relational expression) is used in estimating the position of the transmitting station. First, the position calculator 11 looks at the time stamp of the data stored in the server 12 and checks whether a certain time has elapsed (S231). 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. If a certain time has elapsed (YES in S231), the data of the transmitting station included in the data from the receiving station is compared with the previous data for each type of the identification number (S232), and the previous data is updated. It is checked whether or not there has been done (S233). If there is updated data (YES in S233), the data of the transmitting stations (T1 to T4) installed at known positions is extracted from the transmitting stations (S234). That is, the relationship of Equation (2) is assumed for the electromagnetic field propagation characteristics (intensity) eij of the signal transmitted from the transmitting station at the known position to the receiving station at the known position and the distance dij.
[0088]
[Equation 46]

Here, S1 and S2 are correction coefficients, and Krj is an environmental coefficient at the receiving station.
[0089]
Next, an environmental coefficient Krj and correction coefficients S1, S2 that minimize Equation (3) are derived (S235).
[0090]
[Equation 47]

Using the correction coefficients S1, S2 and the environmental coefficient obtained in this way, the relationship of Equation (4) is assumed for the data of other transmitting stations (T5 to T8), Equation (5) is solved, and these transmissions are performed. The position of the station is calculated (S236).
[0091]
[Formula 48]

The calculated position of the transmitting station is recorded in the server 12. Further, the calculated position is compared with the previous result, and a transmitting station whose position has changed by a certain value or more (YES in S237) and a transmitting station that cannot be received by any receiving station (YES in S238) are extracted. After the extracted data of the transmitting station is recorded on the server (S239), a warning message is transmitted to the relevant user terminal 3 (S240).
[0092]
In the second embodiment, the data structure in the server 12 that records data about the receiving station is as shown in Table 3, for example.
[0093]
[Table 3]

The data structure for storing the results calculated by the position calculator 11 is as shown in Table 4, for example.
[0094]
[Table 4]

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. That is, since a large environmental coefficient indicates that the prospect with the receiving station is poor, the transmitting station is often behind the scenes. Conversely, when the environmental coefficient is small, it is in a place with a good view. Sending this information in addition to the alarm is very useful when finding the transmitting station.
[0095]
In the second embodiment, different types of label numbers are assigned according to the types of factors that generate the label signal. Therefore, the accuracy of position detection is improved over that of the first embodiment. In addition, the activation signal is transmitted from the receiving station, and the transmitting station generates and transmits the beacon signal in accordance with the starting signal, so that the interval between the beacon signals that are periodically transmitted can be increased, thereby saving the power supply power. be able to.
[0096]
Also in the second embodiment, information on a transmitting station that could not be received is effectively used as a constraint condition. For example, if the signal from the transmitting station T2 was received by the receiving stations R1, R2, and R3 but not received by R4,
d21 <d24
d22 <d24
d23 <d24
By adding this constraint condition, invisible data can be effectively used for position estimation without being discarded.
[0097]
The transmitting station is not limited to a tag, and a transmitting function of a transceiver having a receiving function such as a portable telephone may be used.
(Modification 1)
15 and 16 show a first modification of the position detection system according to the second embodiment. In the first modification, the receiving station 31 transmits an activation signal to the transmitting station 21 using ultrasonic waves. On the other hand, in the transmitting station 21, when the reception signal is received by the receiver 24, the marker signal generator 25 generates a marker signal Type a and transmits the marker signal to the receiver station 31 by electromagnetic waves (for example, wireless). To do. Other configurations of the transmitting station are the same as those described above. Therefore, an external change is detected, and a signal with a different label number is generated according to the detected type.
[0098]
When receiving the beacon signal from the transmitting station, the receiving station 31 measures the received intensity of the received signal and reads the beacon number included in the received signal. Then, the reception strength, the identification number of the transmitting station, and the identification number of the receiving station itself are supplied to the server 12 together with the time stamp (the time stamp may be generated by the server 12). The position calculator 11 calculates the position of the transmitting station with respect to the received signal using a Friis correction algorithm relating to the propagation characteristics (intensity) of the electromagnetic field and the distance. The Friis correction algorithm and the operation of the position calculator 11 are as described above with reference to FIG.
(Modification 2)
17 and 18 show a second modification of the position detection system according to the second embodiment. In the second modification, the reception station 31 transmits an activation signal to the transmission station 21 by electromagnetic waves, and the transmission station 21 generates the marker signal Type a in response to the activation signal. This marker signal is transmitted to the receiving station 31 by ultrasonic waves.
[0099]
The receiving station 31 measures the intensity of the ultrasonic signal, and supplies the measurement result to the server 12 together with the read-out label number of the transmitting station. The position calculator 11 finally calculates the position of the unknown transmitting station from the data stored in the server, using the Friis correction algorithm, regarding the relationship between the ultrasonic propagation characteristics and the distance. The Friis correction algorithm according to the present invention can be similarly applied to both electromagnetic fields and ultrasonic waves.
[0100]
That is, the location of the known j-th receiving station is (uj, vj), and the position of an arbitrary i-th transmitting station is (xi, yi). A signal is transmitted by ultrasonic waves from the transmitting station to the receiving station. The receiving intensity of the transmitting station i received by the receiving station j is eij, and the distance from the receiving station j to the transmitting station i is dij. The distance dij is given by equation (1).
[0101]
[Formula 49]

Even when ultrasonic waves are used, the environmental coefficient Krj of the receiving station j and the environmental coefficient Kti of the transmitting station i are defined. First, using the known position information of the receiving station, an attempt is made to derive a relational expression between ultrasonic intensity and distance. Also in the second modification, the relationship between the distance and the reception intensity is estimated using the actual measurement value between the transmitting and receiving stations. The intensity of the ultrasonic wave propagating in the air is attenuated as the distance becomes longer due to the diffusion loss diffused in a spherical shape due to the diffraction phenomenon and the loss absorbed by the medium. Therefore, it is assumed that the distance and the reception intensity of the ultrasonic wave are basically in a logarithmic relationship, and Equation (2) is assumed. In equation (2), S1 and S2 are correction coefficients.
[0102]
[Equation 50]

The reception intensity eij in this case is the reception intensity of the ultrasonic signal transmitted from the transmission stations T1 to T4 whose positions are known. The solution of these unknowns that minimizes the error can be obtained by minimizing the evaluation function q expressed by Equation (3).
[0103]
[Formula 51]

In Equation (3), rn is the number of receiving stations whose positions are known, and tn is the number of transmitting stations whose positions are known. In order to solve all the unknowns, rn × tn ≧ rn + 2 may be satisfied. In the example of FIG. 17, rn and tn are 4 respectively, and all these unknowns can be solved.
[0104]
Next, the environment coefficient of the transmitting station is introduced, and the relationship between the distance and the reception intensity is considered as in Expression (4) using the environment coefficient Krj of the receiving station obtained in Expression (3) and the correction coefficients S1 and S2. .
[0105]
[Formula 52]

In Expression (4), m dj is a distance derived from the reception intensity of ultrasonic waves. Similarly to the case of using electromagnetic waves, the position of the unknown transmitting station i is obtained by minimizing the evaluation function hi.
[0106]
[53]

The calculated position of the transmitting station is recorded in the server 12. In the second modification using ultrasonic waves, information that could not be received is effectively used for position estimation as a constraint condition.
[0107]
FIG. 19 shows a processing flow of the position calculator 11 in the second modification. Steps similar to those in the processing flow of FIG. 14 in the case where electromagnetic waves are used for the marker signal are given the same numbers. The position calculator 11 looks at the time stamp of the data stored in the server 12 and checks whether or not a certain time has passed (S231). 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. After a certain period of time has elapsed (YES in S231), the time stamp is checked for each tag number of the transmitting station and the current data is compared with the previous data (S232). If there is an update to the previous data (YES in S2332), data of the transmitting stations (T1 to T4) installed at known positions is extracted from all the data (S234). Then, an environmental coefficient Krj and correction coefficients S1 and S2 that minimize Expression (3) are derived, and a relational expression between ultrasonic propagation characteristics and distance is determined (S241). Further, using the relational expression of the calculated ultrasonic propagation characteristics, the position of each transmitting station is calculated by solving Expression (5) for the data related to other transmitting stations, and this is recorded in the server (S243). ).
[0108]
The position calculator 11 compares the calculated position with the previous result, and extracts a transmitting station whose position has changed by a predetermined value or more (YES in S237) and a transmitting station that cannot be received by any receiving station (YES in S238). . After the extracted data of the transmitting station is recorded in the server 12 (S239), a warning message is transmitted to the relevant user terminal.
[0109]
In the server 12, the data structure for recording the data of the receiving station and the data structure for storing the result calculated by the position calculator 11 are the same as those shown in Tables 3 and 4.
[0110]
The configuration and operation of the user terminal 3 are the same as in the first embodiment.
(Modification 3)
20 and 21 show a third modification of the position detection system according to the second embodiment. In the third modification, the receiving station 31 transmits an activation signal to the transmitting station 21 using ultrasonic waves. In response to the ultrasonic activation signal, the transmission station 21 generates a marker signal Type a by the marker signal generation unit 25, and transmits this marker signal to the receiver station 31 also by ultrasound.
[0111]
The receiving station 31 measures the intensity of the ultrasonic signal, and supplies the measurement result to the server 12 together with the read-out label number of the transmitting station. The processing flow of the position calculator 11 is the same as that of the second modification and will not be described.
[0112]
As described above, according to the second embodiment, the activation signal is transmitted from the reception station 31, and the transmission station 21 generates and transmits the beacon signal according to the activation signal. In addition to the vibration (acceleration) applied to the transmitting station, the transmitting station 21 also generates a sign signal in response to environmental changes such as light, temperature, and humidity. Thus, accurate position information can be obtained when position information is required. In addition, the life of the power source can be extended.
[0113]
Also, by assigning different types of tag numbers depending on the factors that generate the tag signals, it is possible to more accurately grasp the environment in which the transmitting station is currently located.
[Third Embodiment]
FIG. 22 is a configuration diagram of a position detection system according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 23 is a schematic configuration diagram of a transmission station 21 and a reception station 31 used in the system of FIG. In the third embodiment, in addition to the configuration of the second embodiment, the receiving station has means for measuring the time required for transmission and reception of the activation signal and the beacon signal with the transmitting station. For example, in FIG. 22, the receiving station R1 measures the signal transmission / reception time t51 in addition to the intensity e51 of the signal transmitted from the transmitting station T5. Similarly, the other fixed receiving stations R2 to R4 measure the strength of the received signal and the transmission / reception time.
[0114]
In the third embodiment, in addition to the first correction relational expression used in the first and second embodiments, more accurate position estimation is executed using the second correction relational expression related to propagation time and distance. In the third embodiment, the beacon signal from the transmitting station is transmitted by electromagnetic waves.
[0115]
The server 12 manages the measurement time received from the receiving station 31 and the data of the unique identification number of the transmitting station as a pair. The position calculator 11 obtains the propagation time for the electromagnetic wave to propagate through the air between the receiving station and the transmitting station using the correction coefficient from the actual measurement time required for transmission and reception. Further, the position of the transmitting station is obtained from the ratio between the obtained propagation time and a predetermined proportionality constant. In the third embodiment, when the relational expression is corrected, the velocity of the electromagnetic wave in the air is corrected from the actually measured value using an approximate function, and therefore it is necessary to measure the temperature and humidity in the air for the correction. There is no.
[0116]
As shown in FIG. 23, the transmitting station 21 according to the third embodiment is similar to the second embodiment in that a microcontroller 22 that controls the operation of the transmitting station and software stored in advance in its internal memory from the receiving station. Receiving unit 24 for receiving and transmitting the activation signal, sensor 26 for detecting and transmitting a change in disturbance as the activation signal, and a unique identification number individually assigned to the transmitting station upon receipt of the activation signal. Beacon signal generator 25 and a transmitter 23 for transmitting the beacon signal to the receiving station. The microcontroller 22 has a built-in memory such as a ROM and a RAM. The sensor 26 can be realized by combining, for example, the motion sensor shown in FIG. 7 described in the first embodiment, an optical sensor that detects changes in input light, temperature, and humidity, a temperature sensor, and a humidity sensor. The transmission station 21 also sets a very long cycle transmission interval regardless of whether the sensor 26 is ON or OFF, and periodically transmits a marker signal. The transmission cycle is not completely constant, but the signal collision between the transmitting stations is avoided by changing the transmission cycle randomly within a width of about several percent of the cycle.
[0117]
As in the second embodiment, the transmission station 21 generates different types of label numbers according to the generation factors of the signal. For example, when receiving and transmitting an activation signal from a receiving station, a Type a beacon signal is transmitted, and when transmitting a beacon signal by periodic activation, a Type b beacon signal is transmitted upon activation of a sensor that detects vibration or acceleration. Type c beacon signal when transmitted by sensor activation by input light, Type d beacon signal when transmitted by sensor activation by temperature, Type e beacon signal when transmitted by sensor activation by temperature, Sensor activation by humidity If it is transmitted by, a Type f beacon signal is generated and transmitted.
[0118]
The receiving station 31 is responsible for arithmetic control of the receiving station, a microcontroller 32 having a built-in memory such as ROM, RAM, etc., a start signal generating unit 35 for generating a start signal by software stored in the internal memory, and a start signal. A transmission unit 34 that receives and transmits a beacon signal from the transmission station, a reception unit 33 that receives and measures the reception intensity, transmits an anti-collision interpretation unit 36 that interprets the beacon signal, and a transmission station 21. A time measuring unit 37 for measuring the time required for signal transmission / reception between the two. In the third embodiment, the time required for transmission / reception is the time required from when the receiving station 31 generates the activation signal to when the sign signal is received and the sign number included therein is read. However, it is also possible to arrange the time measuring unit 37 between the transmitting unit 34 and the receiving unit 33 so that the time from transmitting the activation signal to receiving the indicator signal is the time required for transmission / reception. .
<Correction algorithm for time required for transmission / reception>
As described above, the position calculator 11 uses the second correction relational expression on the basis of the transmission / reception time actually measured at the receiving station 31, and uses the correction coefficient to move the electromagnetic wave in the air between the receiving station and the transmitting station. Is defined as the propagation time of propagation and the position of the transmitting station is estimated from the propagation time.
[0119]
In FIG. 22, transmitting stations T1 to T4 are installed in receiving stations R1 to R4, and their positions are known. The receiving stations R1 to R4 can be regarded as substantially the same positions as the transmitting stations T1 to T4, respectively. The transmitting stations T5 to T8 are not fixed and their positions are unknown. The location of the known jth receiving station is (uj, vj), and the location of the ith transmitting station is (xi, yi). A signal is transmitted by electromagnetic waves from the transmitting station to the receiving station, and the receiving intensity of the transmitting station i received by the receiving station j is eij. The distance from the receiving station j to the transmitting station i is assumed to be dij. The distance dij is given by equation (1).
[0120]
[Formula 54]

First, correction of time required for transmission / reception is attempted using known position information of the receiving station. At this time, the time tij required for transmission / reception is represented by the equation (6): a propagation time pij in which electromagnetic waves propagate in the air, a signal propagation time A in the receiving station, and a signal propagation time b in the transmitting station. And the sum.
[0121]
[Expression 55]

Among these items, the signal propagation time A in the receiving station 31 can be regarded as constant at any receiving station because high-speed receiving operation is allowed in terms of power consumption. On the other hand, the signal propagation time b in the transmitting station 21 is considered to have a strong correlation with the reception intensity eij in consideration of the reversibility of propagation by the configuration method of the reception signal reception detection circuit. The correlation relationship varies depending on the detection method of the activation signal, and an approximate expression using a polynomial, an approximate expression using an exponential function, or the like can be applied. For example, when the received start signal is diode-detected, and when the capacitor is charged and reaches a predetermined voltage, it is assumed that the start signal is detected, and the signal propagation time b in the transmitting station and the received intensity eij As the correlation, an approximate expression using the exponential function of Expression (7) can be assumed. In equation (7), the values of f, g, and h are correction coefficients.
[0122]
[Expression 56]

Substituting equation (7) into equation (6),
[0123]
[Equation 57]

Since the distance dij between the transmitting station 21 and the receiving station 31 is proportional to the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates through the air, Expression (9) is established from Expression (8). Expression (9) is the second correction relational expression. Here, K is a proportionality constant.
[0124]
[Formula 58]

In this case, the reception strength eij is the reception strength of signals from the transmission stations T1 to T4 whose positions are known. There are five unknowns, A, f, g, h, and K. However, if A and f are not obtained separately and regarded as one unknown B (= A + f), the number of unknowns is four. The solution of these unknowns that minimizes the error can be obtained by minimizing the evaluation function qq expressed by Equation (10).
[0125]
[Formula 59]

In Expression (10), rn is the number of receiving stations whose positions are known, and tn is the number of transmitting stations whose positions are known. In order to solve all unknowns, rn × tn ≧ 4 is satisfied. In the case of FIG. 22, it is 4 each, and all these unknowns can be solved. The unknowns are marked with ^ for clarity. There are various ways to solve equation (10). Although not described in detail here, for example, qq 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 neural network, and the like. As a result, the correction coefficient B, g, h, and the proportionality constant K between the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates through the air and the distance dij between the transmitting and receiving stations can be obtained.
[0126]
The relationship between the propagation time pij of the electromagnetic wave in air obtained using equation (10) and the distance dij from the unknown transmitting station to the receiving station is considered as in equation (11) using the proportionality constant K. .
[0127]
[Expression 60]

In equation (11), n dj is a distance derived from the time required for actual transmission / reception. The position of the unknown transmitting station i can be obtained by minimizing the evaluation function hhi expressed by Expression (12).
[0128]
[Equation 61]

I marked the unknowns with ^ for clarity. With the method described above, the position (xi, yi) of the transmitting station i can be estimated from the time required for transmission and reception.
[0129]
Furthermore, the estimation accuracy of the environmental coefficient Kti of the unknown transmitting station i can be increased using the estimated position information.
[0130]
First, similarly to the example described in the second embodiment, 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.
[0131]
Then, the Friis equation is corrected using the known position information of the receiving station. As in the second embodiment, as a first step, the relationship between the distance d and the received intensity e is estimated using measured values between the transmitting stations T1 to T4 whose positions are known and the receiving stations R1 to R4. To do. Basically, it is assumed that the distance and the reception intensity are in a logarithmic relationship, and Equation (2) is assumed. In equation (2), S1 and S2 are correction coefficients.
[0132]
[62]

The reception strength eij in this case is the reception strength of signals from the transmission stations T1 to T4 whose positions are known. The solution of these unknowns that minimizes the error can be obtained by minimizing the evaluation function q expressed by Equation (3).
[0133]
[Equation 63]

In Equation (3), rn is the number of receiving stations whose positions are known, and tn is the number of transmitting stations whose positions are known. In order to solve all the unknowns, rn × tn ≧ rn + 2 may be satisfied. In the case of FIG. 22, it is 4 each, and all these unknowns can be solved. The unknowns are marked with ^ for clarity. As described in the second embodiment, the equation (3) can be solved by partially differentiating q with respect to each variable, and solving for each value using the Newton method, etc. And a method using a neural network. Thereby, the unknowns Krj, S1, and S2 in Expression (2) can be obtained.
[0134]
Next, how to determine the environmental coefficient of the transmitting station will be described. Although the transmission intensity of the transmitting station is constant, the environmental factor differs depending on the location, and the reception state changes. Therefore, the relationship between the reception strength of the signal from another transmission station and the distance is obtained using the environment coefficient Krj and the correction coefficients S1 and S2 of the reception station obtained by using the equation (3). Consider the following equation (4).
[0135]
[Expression 64]

In Expression (4), mdij is a distance derived from the reception intensity. The environmental coefficient Kti of the transmitting station can be obtained by minimizing the evaluation function hhhi expressed by the equation (13).
[0136]
[Equation 65]

For the sake of clarity, the unknowns are marked with a ^. Here, the position (xi, yi) of the transmitting station i uses the value obtained by the equation (12) using the transmission / reception time correction algorithm. With the method described above, the estimation accuracy of the environmental coefficient Kti of the transmitting station i can be increased.
[0137]
As in the first and second embodiments, when a signal is not received by a certain receiving station, information indicating that the signal could not be received is added as a constraint condition, so that invisible data is not discarded. It can be used for position estimation.
[0138]
FIG. 24 is a diagram illustrating a flow of operations of the receiving station 31 according to the third embodiment. When it is time to transmit the activation signal (YES in S311), the reception station 31 transmits the activation signal to the transmission station 21 (S312). Then, it is confirmed whether or not a beacon signal corresponding to the activation signal has been received from the transmitting station (S313). If the sign signal is received (YES in S313), the time required for transmission / reception of the start signal and the sign signal (for example, the time required from generation of the start signal to interpretation of the sign number) is measured (S314). Further, the intensity of the received sign signal is measured (S315). The measured transmission / reception time, reception intensity, transmitting station identification number, and receiving station identification number are supplied to the server 12 together with the time stamp (the time stamp may be generated by the server 12).
[0139]
On the other hand, not only when the activation signal is received, the transmitting station transmits a signal with a corresponding type of label number when it is transmitted periodically or when an external change is detected. Therefore, the receiving station 31 confirms whether or not an indicator signal other than Type a has been received from the transmitting station (S317). When a sign signal other than Type a is received (YES in S317), the sign number is read and the intensity of the received signal is measured (S318). The measured reception intensity, transmission station identification number, and reception station identification number are supplied to the server 12 together with the time stamp (S319).
[0140]
25 and 26 show a processing flow of the position calculator 11 in the third embodiment. FIG. 26 is a diagram showing steps subsequent to FIG. The position calculator 11 first checks the time stamp of the data stored in the server 12 to check whether a certain time has elapsed (S331). 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. Further, based on the time stamp, the data for each identification number of the transmitting station included in the data transmitted from the receiving station is compared with the previous data (S332), and a certain sample time is compared with the previous data. It is checked whether there has been updated after passing (S333). If there is updated data (YES in S333), the data of the transmitting station installed at a known position is extracted from all the updated data, and the correction coefficient that minimizes Equation (10) B, g, h, a proportionality constant K between the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates through the air and the distance dij between the transmitting and receiving stations is derived (S335). Further, the environmental coefficient Krj and the correction coefficients S1 and S2 that minimize Equation (3) are obtained, and the propagation formula of the electromagnetic field is determined (S336).
[0141]
Next, for the transmitting station whose data has been updated,
When the sign number (ID) from the transmitting station is Type a (that is, transmitted in response to an activation signal from the receiving station),
When the sign number (ID) from the transmitting station is Type b to f (that is, when it is transmitted spontaneously by detecting a change in disturbance, etc.)
Accordingly, the position of the transmitting station is calculated using an appropriate algorithm.
[0142]
That is, it is determined whether or not the beacon signal from the transmitting station whose data has been updated is Type a (S337). If Type a is Type a (YES in S337), Equation (12) is solved and transmission / reception is required. The position of each transmitting station is calculated from the time and recorded in the server (S338). Further, the equation (13) is solved to calculate the environmental coefficient Kti of each transmitting station from the previously determined estimated position and receiving intensity of the transmitting station, and this is recorded in the server (S339).
[0143]
On the other hand, when the indicator signal of the transmitting station whose data has been updated is Type b to f (NO in S337), the position and environment of each transmitting station are solved by solving Equation (13) with the position of the transmitting station as an unknown. A coefficient is calculated and recorded in the server (S340).
[0144]
If there are other updated data (YES in S341), the processing of S337 to S340 is repeated to determine the position of the transmitting station and the environmental coefficient for the latest data. If there is no updated transmitting station, the calculated position is compared with the previous result, the position has changed by a certain value or more (YES in S342), and any receiving station can no longer receive (YES in S343). To extract. After the extracted data of the transmitting station is recorded on the server (S344), a warning message is transmitted to the relevant user terminal (S345).
[0145]
The data structure in the server 12 for recording data from the receiving station is as shown in Table 5, for example.
[0146]
[Table 5]

The data structure for storing the result calculated by the position calculator 11 is as shown in Table 6, for example.
[0147]
[Table 6]

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. That is, since a large environmental coefficient indicates that the prospect with the receiving station is poor, the transmitting station is often behind the scenes. Conversely, when the environmental coefficient is small, it is in a place with a good view. Sending this information in addition to the alarm is very useful when finding the transmitting station.
[0148]
Similar to the first and second embodiments, the user terminal performs two types of operations. One is a function for receiving an alarm message from the position calculator 11, and the other is a search function. When the user wants to obtain information on a transmitting station, the user's terminal is input the identification number of the transmitting station. The input terminal transmits this tag number to the server, searches the history stored for the tag number of the corresponding transmitting station, that is, the time stamp, the position information, and the environmental factor of the transmitting station, and displays them on the terminal.
[0149]
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 a disturbance or activation signal has been applied by looking at the history for a certain period of time.
[0150]
In the third embodiment, the time required for transmission / reception in addition to the reception intensity is used for position estimation. As a result, the position is estimated more accurately than when only the reception intensity is used.
[0151]
Further, the positional information of the transmitting station and the receiving station is estimated by correcting the relational expression between the time required for transmission and reception and the distance between the transmitting station and the receiving station. When correcting the relational expression, the propagation speed of the signal in the air is corrected from the actually measured value using an approximate function, so that it is not necessary to measure the temperature and humidity in the air for correction.
[0152]
Furthermore, the relationship between the reception intensity and time is also corrected from the actual measurement value using an approximate function. Thereby, for example, when the receiving station cannot perform a high-speed receiving operation in order to reduce power consumption, the position estimation accuracy can be improved efficiently.
[Fourth Embodiment]
FIG. 27 is a configuration diagram of a position detection system according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 28 is a diagram illustrating configurations of a transmission station 21 and a reception station 51 used in the fourth embodiment. In the fourth embodiment, unlike the first to third embodiments, it is possible to estimate the position of a transmitting station by fixing a single receiving station at a known position and moving another mobile receiving station. .
[0153]
As shown in FIG. 27, the position detection system of the fourth embodiment includes a first receiving station 51a (R1) having a fixed position, a second receiving station 51b (R) that can move, and a transmitting station 21. (T1 to T8), a server 12, a position calculator 11, and a user terminal 3. The position computer 11, the server 12, and the user terminal 3 are connected to each other via the LAN 2. In the fourth embodiment, since the mobile receiving station R2 is used, the receiving station 51 and the server 12 communicate wirelessly. For this reason, the server 12 has a wireless LAN base station 41, and the receiving station 51 has a wireless LAN slave station 40, as shown in FIGS.
[0154]
The receiving station 51 also controls the operation of the receiving station, and includes a microcontroller 32 having a built-in memory such as a ROM and a RAM, a start signal generating unit 35 that generates a start signal using software stored in the internal memory, and a start signal. The transmitter 34 that receives the signal and transmits it to the transmitter station, the receiver 33 that receives the beacon signal from the transmitter station, measures the received intensity, and transmits the signal, and measures the time required for signal transmission / reception with the receiver station A time measuring unit 37 for performing the reading, and an anti-collision reading unit 36 for reading the marker signal. In the fourth embodiment, the time required for signal transmission / reception is the time required from the generation and transmission of the activation signal to the reception and interpretation of the sign signal. However, by arranging the time measurement unit 37 between the transmission unit 34 and the reception unit 33, the time required to actually transmit the activation signal and receive the indicator signal may be set as the time required for transmission / reception. Is possible.
[0155]
The transmitting station 21 is the same as in the second embodiment and the third embodiment. That is, a microcontroller 22 that has a computation function of the transmission station and has a built-in memory such as ROM, RAM, etc., a reception unit 24 that receives and transmits an activation signal from the reception station by software stored in advance in the internal memory, A sensor 26 that detects and transmits a change in the signal as an activation signal, a generation unit 25 that receives the activation signal and generates a unique marker number individually assigned to the transmitting station as a marker signal, and a marker signal to the receiving station And a transmission unit 23 for transmission. When the transmitting station 21 receives an activation signal from the receiving station 51 and when it is transmitted by a long period transmission, when the vibration is applied by moving physically or when a change in the environment is detected, A sign signal corresponding to the type is transmitted. Thereby, a marker signal can be transmitted when necessary, wasteful consumption of the battery can be prevented, and the log file can be made small. Similarly to the second and third embodiments, the sensor 26 can be realized by combining, for example, an acceleration sensor using an inverted pendulum, an optical sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and the like.
[0156]
The position calculator 11 calculates the position of the transmitting station according to the following algorithm using the first correction relational expression and the second correction relational expression based on the data stored in the server 12 via the wireless LAN.
<Correction algorithm for time required for transmission / reception>
In the example of FIG. 27, the positions of the transmitting stations T1 to T4 are known. The receiving station R1 is fixedly installed at substantially the same position as the transmitting station T1, and its position is (u1, v1). The position of the receiving station R2 is variable as indicated by the dashed arrow, and the receiving stations at the moved position are denoted as R3 and R4 for convenience of position calculation. Therefore, the j-th location of the receiving station R2 is (uj, vj). The positions of the transmitting stations T5 to T8 are unknown, and the position of the i-th transmitting station is (xi, yi). A signal is transmitted by electromagnetic waves from the transmitting station to the receiving station, and the receiving intensity of the transmitting station i received by the receiving station j is eij. The distance from the receiving station j to the transmitting station i is assumed to be dij. The distance dij is given by equation (1).
[0157]
[Equation 66]

First, as a first step, correction of time required for transmission / reception is attempted using known position information of the receiving station. At this time, the time tij required for transmission / reception is the sum of the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates in the air, the signal propagation time A in the receiving station, and the signal propagation time b in the transmitting station.
[0158]
[Equation 67]

Among these items, the signal propagation time A in the receiving station can be regarded as constant at any receiving station because high-speed receiving operation is allowed in terms of power consumption. The signal propagation time b is considered to have a strong correlation with the reception intensity eij in consideration of the reversibility of propagation by the configuration method of the reception signal reception detection circuit. The correlation relationship varies depending on the detection method of the activation signal, and an approximate expression using a polynomial, an approximate expression using an exponential function, or the like can be applied. For example, when the received activation signal is diode-detected, and the capacitor is charged and a predetermined voltage is reached, it is assumed that the activation signal is detected. If the signal propagation time b and the reception intensity eij in the transmitting station are As the correlation, an approximate expression using the exponential function of Expression (7) can be assumed. In equation (7), the values of f, g, and h are correction coefficients.
[0159]
[Equation 68]

Substituting equation (7) into equation (6),
[0160]
[Equation 69]

Since the distance dij between the transmitting and receiving stations is proportional to the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates in the air, the equation (9) is established from the equation (8). Here, K is a proportionality constant.
[0161]
[Equation 70]

In this case, the reception strength eij is the reception strength of signals from the transmitting stations T1 to T4 whose positions are known. There are five unknowns, A, f, g, h, and K. However, if A and f are not obtained separately and regarded as one unknown B (= A + f), the number of unknowns is four. The solution of these unknowns that minimizes the error is obtained by minimizing the evaluation function qqq expressed by the equation (14).
[0162]
[Equation 71]

In Equation (14), rn is the number of receiving stations whose positions are known at this stage, tn is the number of transmitting stations whose positions are known, and in order to solve all unknowns, if rn × tn ≧ 4 holds Good. In the case of FIG. 27, 1 (R1) and 4 (T1 to T4), respectively, and all these unknowns can be solved. The unknowns are marked with ^ for clarity. There are various ways to solve equation (14). Although not described in detail here, for example, qqq can be partially differentiated with respect to each variable, and values where each becomes 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 neural network, and the like. As a result, the correction coefficient B, g, h, and the proportionality constant K between the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates through the air and the distance dij between the transmitting and receiving stations can be obtained.
[0163]
The relationship between the time tij required for transmission / reception and the distance dij is obtained by using the proportionality constant K between the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates in the air obtained using the expression (14) and the distance dij between the transmission / reception stations. )
[0164]
[Equation 72]

In equation (15), ndij is a distance derived by the time required for transmission and reception. Further, the equation (3) is solved to obtain the environment coefficient Krj and the correction coefficients S1 and S2 of the receiving station.
<Operation algorithm when the position of the receiving station is moved>
Next, when the receiving station R2 is moved from R3 to R4 and further from R3 to R4, the positions of at least three transmitting stations among the transmitting stations T1 to T4 whose positions are known are used in the equation (16). By minimizing the expressed evaluation function hhhhj, the position (uj, vj) after the movement of the receiving station j can be obtained.
[0165]
[Equation 73]

In Expression (16), ttn is the number of transmitting stations that can be used with known positions. I marked the unknowns with ^ for clarity.
[0166]
Furthermore, an activation signal is transmitted from the receiving station at the moved position to the transmitting station i installed at an unknown position, and at least three receiving station j positions (the receiving station R1 at the known position and the moving station during movement). The position (xi, yi) of the unknown transmitting station i is obtained using the mobile receiving station positions R2, R3... At the estimated position. The position of the unknown transmitting station can be obtained by minimizing the evaluation function hhhhh expressed by the equation (17).
[0167]
[Equation 74]

In Equation (17), rrn is the number of receiving stations that can be used with known positions. I marked the unknowns with ^ for clarity.
<Algorithm when the transmitting station fixed at a known position goes out of the area>
As the movement of the receiving station proceeds, the transmitting stations T1 to T4 fixed at known positions are sequentially out of the communication area of the receiving station. For this reason, the transmitting station whose position has been estimated first is used as a transmitting station for newly estimating the position of the receiving station.
[0168]
As described above, the positions of the transmitting stations T5 to T8 whose positions are unknown are sequentially estimated by the time correction algorithm using the second correction relational expression and the operation algorithm according to the movement of the receiving station. can do. Furthermore, using this estimated position information, the estimation accuracy of the environmental coefficient Kti of the transmitting station i in the first correction relational expression can be increased.
[0169]
First, 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.
[0170]
Attempts to correct the Friis equation using the known location information of the receiving station. In the present invention, the relationship between the distance and the reception intensity is estimated using the actual measurement value between the transmission station 21 and the reception station 51. Equation (2) is assumed assuming that the distance and reception strength are basically in a logarithmic relationship. In equation (2), S1 and S2 are correction coefficients.
[0171]
[Expression 75]

The reception strength eij in this case is the reception strength of a signal from a transmission station whose position has already been estimated. The solution of these unknowns that minimizes the error can be obtained by minimizing the evaluation function q expressed by Equation (3).
[0172]
[76]

In Equation (3), rn is the number of receiving stations whose positions are known, tn is the number of transmitting stations whose positions are known (or estimated and become known), and in order to solve all unknowns, rn × It is sufficient if tn ≧ rn + 2 holds. In the case of FIG. 27, they are 1 and 4, respectively, and all these unknowns can be solved. The unknowns are marked with ^ for clarity.
[0173]
There are various ways to solve equation (3). 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 neural network, and the like. From these, the unknowns Krj, S1, and S2 in Equation (2) can be obtained.
[0174]
Next, how to determine the environmental coefficient of the transmitting station will be described. Although the transmission intensity of the transmitting station is constant, the environmental coefficient differs depending on the location, and the reception state changes. Therefore, the equation of distance and reception intensity is considered as in equation (4) using the environment coefficient Krj and correction factors S1 and S2 of the receiving station obtained in equation (3).
[0175]
[77]

In Expression (4), mdij is a distance derived from the reception intensity. Similarly to the case of the receiving station, Kti can be obtained by minimizing the evaluation function hhhhhh expressed by equation (18).
[0176]
[Formula 78]

For the sake of clarity, the unknowns are marked with a ^. Here, the position (xi, yi) of the transmitting station i uses the value obtained by the equation (17) based on the actually measured values of the transmission / reception time and the received intensity. The estimation accuracy of the environmental coefficient Kti of the transmitting station i can be increased by the method described above.
[0177]
In the fourth embodiment, the position calculator 11 is
(1) Based on the received intensity and the transmission / reception time, using the known position information, determine the unknowns in the first and second correction relational expressions,
(2) Using the obtained unknown number and the position information of the transmitting station at the known position, the intermediate position of the moving receiving station is obtained (algorithm A),
(3) Estimate the position of an unknown transmitting station in a new communication area from the position of a known or estimated receiving station (algorithm B)
Execute the procedure. As the mobile receiving station R2 moves, the communicable area also shifts. By repeating the algorithms A and B according to the transition of the communicable area, the position of the transmitting station and the environmental coefficient can be calculated sequentially at the destination. As a result, highly accurate position detection over a wide range is realized.
[0178]
The position of the transmitting station obtained by the position calculator 11 and the position of the mobile receiving station R2 are recorded in the server 12. In order to know the position of the target transmitting station, the user can obtain the position information of the corresponding transmitting station by inquiring the server 12 via the LAN 2 about the identification number (ID) of the transmitting station whose position is desired.
[0179]
As in the first to third embodiments, when the receiving station cannot receive a signal from the transmitting station because the receiving station is in a poorly sighted position, the invisible information is effectively put in the constraint condition. Can be used. For example, when the signal of the transmitting station T2 can be received at the fixed receiving station R1 or the moving positions R2 and R3 of the mobile receiving station but cannot be received at R4,
d21 <d24
d22 <d24
d23 <d24
By adding this constraint condition, the invisible data can be effectively used for position estimation without being discarded.
[0180]
FIG. 29 shows a flow of operations of the receiving station 51 according to the fourth embodiment. Basically, both the fixed receiving station 51a (R1) and the mobile receiving station 51b (R2 → R3 → R4) perform the same operation, and the content is the same as the operation of the receiving station 31 in the third embodiment.
[0181]
That is, when it is time to transmit the activation signal (YES in S411), the reception station 51 transmits the activation signal to the transmission station 21 (S412). Then, it is confirmed whether a beacon signal corresponding to the activation signal has been received from the transmitting station (S413). If the sign signal is received (YES in S413), the sign number is read and the time required for transmission / reception of the activation signal and the sign signal is measured (S414). Further, the intensity of the received sign signal is measured (S415). The measured transmission / reception time, reception intensity, transmitting station identification number, and receiving station identification number are supplied to the server 12 together with the time stamp (the time stamp may be generated by the server 12).
[0182]
On the other hand, not only when the activation signal is received, the transmitting station transmits a signal with a corresponding type of label number when it is transmitted periodically or when an external change is detected. Therefore, the receiving station 51 confirms whether or not an indicator signal other than Type a has been received from the transmitting station (S417). When a sign signal other than Type a is received (YES in S417), the sign number is read and the intensity of the received signal is measured (S418). The measured reception intensity, transmission station identification number, and reception station identification number are supplied to the server 12 together with the time stamp (S419).
[0183]
30 and 31 show a processing flow of the position calculator 11 in the fourth embodiment. FIG. 31 is a diagram showing steps subsequent to FIG. The position computer 11 looks at the time stamp of the data stored in the server 12 and checks whether or not a certain period of time sufficient for the end of the movement of the receiving station R2 has passed (S431). This is to prevent an oversight by defining a certain sample time because there may be a transmitting station that cannot receive because the receiving station R2 is moving. For the data supplied from the receiving stations (R1, R2), the current data is compared with the previous data for each type of the identification number of the transmitting station based on the time stamp (S432), and after a certain sample time has passed, It is checked whether or not there is an update from the data (S433). If there is updated data (YES in S433), the data of the transmitting station (T1 to T4) installed at the known position is extracted from the data from the receiving station R1 installed at the known position. Thus, the correction coefficient B, g, h that minimizes the expression (14), and the proportionality constant K between the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates through the air and the distance dij between the transmitting and receiving stations are derived. Further, the environment coefficient Krj of the receiving station and the correction coefficients S1 and S2 that minimize Equation (3) are derived (S434).
[0184]
(A) Next, from the data supplied from the receiving station R2 at the unknown position, the data of the transmitting station installed at the known position or the data of the transmitting station whose position has been estimated is extracted (S435). For the transmitting station whose data has been updated, it is determined whether the beacon signal is a Type a beacon signal transmitted in response to the activation signal (S436). When the beacon signal is Type a (YES in S436), Equation (16) is solved based on the time required for transmission / reception and the received intensity, the position of the moving receiving station is calculated, and this is recorded in the server 12. Further, the equation (3) is solved to calculate the environmental coefficient Krj of the receiving station at each position, and this is recorded in the server 12 (S437).
[0185]
On the other hand, when the beacon signal is Type b to f (NO in S436), the position of the moving receiving station is set as an unknown and the equation (3) is solved to calculate the position of the receiving station and the environmental coefficient. 12 is recorded (S438). The processing in steps S435 to 438 corresponds to the algorithm (A) described above.
[0186]
(B) Next, the data of the transmitting station at an unknown position is extracted from the data supplied from the receiving station R1 installed at a known position or the receiving station data (R2, R3, etc.) whose position has been estimated. Then, for the transmitting station whose data has been updated, it is determined whether or not the beacon signal is a Type a signal (S440). When the beacon signal is Type a (YES in S440), the position of each transmitting station is calculated by solving Equation (17) based on the time and reception intensity required for transmission / reception with an unknown transmitting station. Is recorded in the server 12. Further, the equation (18) is solved to calculate the environmental coefficient Kti of each transmitting station, and this is recorded in the server (S441).
[0187]
On the other hand, when the beacon signal is Type b to f (NO in S440), Equation (18) is solved with the position of the transmitting station as an unknown, and the position and environmental coefficient of each transmitting station are calculated and recorded in the server. (S442). The processes in steps S439 to S442 correspond to the algorithm (B) described above.
[0188]
Steps S435-S442 (that is, algorithms (A) and (B)) are repeated for all transmitting stations whose data has been updated (YES in S443). The calculated position of the transmitting station is compared with the previous result, and a case where the position has changed by a certain value or more (YES in S444) and a case where any receiving station can no longer receive (YES in S445) are extracted. After the extracted data of the transmitting station is recorded in the server 12 (S446), a warning message is transmitted to the relevant user terminal (S447).
[0189]
The data structure in the server 12 for recording data from the receiving station 51 is as shown in Table 7, for example.
[0190]
[Table 7]

The data structure for storing the results calculated by the position calculator 11 is as shown in Table 8, for example.
[0191]
[Table 8]

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. That is, since a large environmental coefficient indicates that the prospect with the receiving station is poor, the transmitting station is often behind the scenes. Conversely, when the environmental coefficient is small, it is in a place with a good view. Sending this information in addition to the alarm is very useful when finding the transmitting station.
[0192]
The user terminal performs two types of operations as in the first to third embodiments. One is a function for receiving an alarm message from the position calculator 11, and the other is a search function. When a user wants to obtain information on a transmitting station, the user's terminal inputs the identification number (ID) of the transmitting station. The input terminal transmits this tag number to the server, searches the history stored for the tag number of the corresponding transmitting station, that is, the time stamp, the position information, and the environmental factor of the transmitting station, and displays them on the terminal.
[0193]
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 a disturbance or activation signal has been applied by looking at the history for a certain period of time.
[0194]
Thus, in the fourth embodiment, it is possible to detect a position with high accuracy over a wide range using a single fixed reception station and a single mobile reception station. For example, another mobile receiving station is moved using position information of a transmitting station at four known positions and a receiving station at one known position. From the position information of the transmitting station at the known position, the position information of the receiving station at the known position, the actually measured reception intensity, and the time required for transmission and reception, an unknown number of the first and second correction relational expressions is determined ( A) Estimate the position of the mobile receiving station at an unknown position from the position information of at least three known or estimated transmission stations, and (B) From the position information of at least three known or estimated receiving stations Estimate the position of the transmitting station at an unknown position. (A) and (B)
By repeating the above, the position coordinates of an unknown transmitting station can be calculated.
[0195]
As an application of the system of the fourth embodiment, for example, a configuration in which the fixed reception station 51a is a gate and the mobile reception station 51b is attached to an object that moves within a predetermined range such as a vacuum cleaner can be considered.
[0196]
In the fourth embodiment, a single fixed reception station is used. However, two or more fixed reception stations and a mobile reception station may be combined. Also in this case, rn × tn ≧ 4 and rn × tn ≧ rn + 2 may be satisfied, where rn is the number of fixed receiving stations and tn is the number of transmitting stations whose positions are known. When two fixed receiving stations are used, the number of transmitting stations whose positions are known is only two.
[Fifth Embodiment]
FIG. 32 is a configuration diagram of a position detection system according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 33 is a diagram showing configurations of the transmission station 21 and the reception station 51 used in the fifth embodiment. In the fifth embodiment, unlike the fourth embodiment, the position of the transmitting station can be estimated by a single mobile receiving station without using a fixed receiving station.
[0197]
As shown in FIG. 32, the position detection system of the fifth embodiment includes a single movable receiving station 51, a transmitting station 21 (T1 to T10), a server 12, a position calculator 11, and a user terminal. 3 is included. The position computer 11, the server 12, and the user terminal 3 are interconnected via the LAN 2. In the fifth embodiment, since a single mobile reception station 51 is used, wireless communication is performed between the reception station 51 and the server 12. For this reason, the server 12 has a wireless LAN base station 41 and the receiving station 51 has a wireless LAN slave station 40.
[0198]
As shown in FIG. 33, the receiving station 51 also controls the receiving station to control the receiving station, and includes a microcontroller 32 having a built-in memory such as ROM and RAM, and a start signal for generating a start signal by software stored in the internal memory in advance. A generation unit 35, a transmission unit 34 that receives an activation signal and transmits it to a transmission station, a reception unit 33 that receives a beacon signal from the transmission station, measures the reception intensity, and transmits the signal; and an anti-collision interpretation that interprets the beacon signal And a time measuring unit 37 for measuring the time required for transmitting and receiving the activation signal and the sign signal. In the fifth embodiment, the time required from the generation of the activation signal to the reception of the sign signal and the interpretation of the sign number is defined as the time required for transmission / reception. However, when the time measurement unit 37 is arranged between the transmission unit 34 and the reception unit 33, the time required to transmit the activation signal and receive the indicator signal can be used as the transmission / reception time.
[0199]
The transmission station 21 has the same configuration as the transmission station of the second to fourth embodiments. That is, a microcontroller 22 that has a computation function of the transmission station and has a built-in memory such as ROM, RAM, etc., a reception unit 24 that receives and transmits an activation signal from the reception station by software stored in advance in the internal memory, A sensor 26 that detects and transmits a change in the signal as an activation signal, a generation unit 25 that receives the activation signal and generates a unique marker number individually assigned to the transmitting station as a marker signal, and a marker signal to the receiving station And a transmission unit 23 for transmission. When the transmitting station 21 receives the activation signal from the receiving station 51 and when it is caused by long-period transmission, when the vibration is applied by moving physically, or when a change in the environment is detected, A sign signal corresponding to the type is transmitted. Thereby, a marker signal can be transmitted when necessary, wasteful consumption of the battery can be prevented, and the log file can be made small. As in the second to fourth embodiments, the sensor 26 can be realized by combining, for example, an acceleration sensor using an inverted pendulum, an optical sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and the like.
[0200]
The position calculator 11 calculates the position of the transmitting station based on the data supplied from the single mobile receiving station 51 to the server 12 via the wireless LAN by the following algorithm.
<Correction algorithm for time required for transmission / reception>
In the example shown in FIG. 32, the positions of the transmitting stations T1 to T7 are known. A single mobile reception station 51 moves in the order of R1 → R2 → R3 → R4 as indicated by a broken line. The position R1 of the receiving station is (u1, v1), and the jth position is (uj, vj). The positions of the transmitting stations T8 to T10 are unknown, and the position of the i-th transmitting station is (xi, yi). A signal is transmitted by electromagnetic waves from the transmitting station to the receiving station, and the receiving intensity of the transmitting station i received by the receiving station j is eij. The distance from the receiving station j to the transmitting station i is assumed to be dij. The distance dij is given by equation (1).
[0201]
[79]

First, correction of the time required for transmission / reception is attempted using known position information of the transmitting station. The time tij required for transmission / reception actually measured at the receiving station is the sum of the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates in the air, the signal propagation time A in the receiving station, and the signal propagation time b in the transmitting station.
[0202]
[80]

Among these items, the signal propagation time A in the receiving station can be regarded as constant at any receiving station because high-speed receiving operation is allowed in terms of power consumption. The signal propagation time b is considered to have a strong correlation with the reception intensity eij in consideration of the reversibility of propagation by the configuration method of the reception signal reception detection circuit. The correlation relationship varies depending on the detection method of the activation signal, and an approximate expression using a polynomial, an approximate expression using an exponential function, or the like can be applied. For example, when the received activation signal is diode-detected, and the capacitor is charged and a predetermined voltage is reached, it is assumed that the activation signal is detected. If the signal propagation time b and the reception intensity eij in the transmitting station are As the correlation, an approximate expression using the exponential function of Expression (7) can be assumed. In equation (7), the values of f, g, and h are correction coefficients.
[0203]
[Formula 81]

Substituting equation (7) into equation (6),
[0204]
[Formula 82]

Since the distance dij between the transmitting and receiving stations is proportional to the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates in the air, the equation (19) is established from the equation (8). Here, K is a proportionality constant.
[0205]
[Formula 83]

The signal strength eij in this case is the signal received strength from the transmitting stations T1 to T7 whose positions are known. There are seven unknowns, A, f, g, h, K, uj, and vj. If A and f are not obtained separately and regarded as one unknown B (= A + f), the number of unknowns is six. Become. The solution of these unknowns that minimizes the error is obtained by minimizing the evaluation function qqqq expressed by the equation (20).
[0206]
[Expression 84]

In Expression (20), rn is the number of receiving stations, tn is the number of transmitting stations whose positions are known, and rn × tn ≧ 3 × rn + 4 may be satisfied in order to solve all unknowns. In the case of FIG. 30, it is 1 and 7 (T1-T7), respectively, and all these unknowns can be solved. The unknowns are marked with ^ for clarity. There are various ways to solve equation (20). Although not described in detail here, for example, qqqq can be partially differentiated with respect to each variable, and values where each becomes 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 neural network, and the like. By these methods, the correction coefficients B, g, h, the proportional constant K between the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates through the air and the distance dij between the transmitting and receiving stations, and the estimated position (uj, vj) of the receiving station j are obtained. be able to.
[0207]
As described above, the expression for the time tij and the distance dij required for transmission / reception is obtained using the proportional constant K between the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates in the air obtained using the expression (20) and the distance dij between the transmission / reception stations. Consider the following equation (21).
[0208]
[Expression 85]

In equation (21), nnndij is a distance derived by the time required for transmission and reception. Therefore, based on the values of K, B, g, and h obtained by Equation (20) and the signal strength and transmission / reception time actually measured at the receiving station from which the position is obtained, as described below, unknown transmission The station position can be calculated.
<Operation algorithm when the position of the receiving station is moved>
When the receiving station 51 is moved from R1 to R2 and from R2 to R3 using the equation (20), the respective receiving positions are received using the positions of the transmitting stations T1 to T7 whose positions are known. The estimated position (uj, vj) of station j can be determined.
[0209]
At this time, the receiving station 51 transmits an activation signal to the transmitting station i installed at an unknown position from the moved position. Therefore, the position (xi, yi) of the transmitting station i can be obtained by minimizing the evaluation function hhhhhhhi expressed by the equation (22) using the estimated positions of at least three receiving stations j.
[0210]
[86]

In equation (22), rrrn is the number of locations of the receiving station whose location is already estimated and available as known. For the sake of clarity, the unknowns are marked with a ^.
<Operation algorithm when a fixed transmitter installed at a known location goes out of area>
When the movement of the receiving station proceeds, the transmitting stations T1 to T7 installed and fixed at known positions are out of the area. For this reason, the transmitting station whose position has been estimated is used as a transmitting station for newly estimating the position of the receiving station. The positions of the transmitting stations T8 to T10 whose positions are unknown can be sequentially estimated by the above-described correction algorithm for the time required for transmission / reception and the operation algorithm according to the movement of the receiving station.
[0211]
Furthermore, using this estimated position information, it is possible to increase the estimation accuracy of the environment coefficient Kti of the target transmission station i. That is, 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.
[0212]
First, the Friis equation is corrected using the position information of the receiving station whose position is estimated. In the present invention, the relationship between the distance and the received intensity is estimated using the actual measurement value between the transmitting station and the receiving station. Assuming that the distance and the reception intensity are basically in a logarithmic relationship, Equation (2) is assumed. In equation (2), S1 and S2 are correction coefficients.
[0213]
[Expression 87]

The reception strength eij in this case is the reception strength of signals from the transmitting stations T1 to T7 whose positions are known. The solution of these unknowns that minimizes the error can be obtained by minimizing the evaluation function q expressed by Equation (3).
[0214]
[Equation 88]

In Equation (3), rn is the number of receiving stations, tn is the number of transmitting stations whose positions are known, and rn × tn ≧ rn + 2 may be satisfied in order to solve all unknowns. In the case of FIG. 30, it is 1 and 7, respectively, and all these unknowns can be solved. I marked the unknowns with ^ for clarity. There are various ways to solve equation (3). Although not described in detail here, for example, q can be partially differentiated with respect to each variable, and values that become O 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 neural network, and the like. As a result, the environment coefficient Krj and the correction coefficients S1 and S2 of the receiving station, which are unknown numbers in the equation (2), can be obtained.
[0215]
Next, how to determine the environmental coefficient of the transmitting station will be described. Although the transmission intensity of the transmitting station is constant, the environmental factor differs depending on the location, and the reception state changes. Therefore, the equation of distance and reception intensity is considered as in equation (4) using the environment coefficient Krj and the correction factors S1 and S2 of the receiving station obtained using equation (3).
[0216]
[Equation 89]

In Expression (4), mdij is a distance derived from the reception intensity. Similarly to the case of the receiving station, Kti can be obtained by minimizing the evaluation function hhhhhhhi expressed by equation (23).
[0217]
[90]

For the sake of clarity, the unknowns are marked with a ^. Here, the position (xi, yi) of the transmitting station i uses the value obtained by the equation (22) based on the actually measured values of the transmission / reception time and the received intensity. The estimation accuracy of the environmental coefficient Kti of the transmitting station i can be increased by the method described above.
[0218]
As in the first to fourth embodiments, when the signal from the transmitting station cannot be received, for example, the signal from the transmitting station T2 can be received at the positions R1, R2, and R3 of the receiving station. If you did not receive it,
d21 <d24
d22 <d24
d23 <d24
By adding this constraint condition, the invisible data can be effectively used for position estimation without being discarded.
[0219]
34 and 35 show the processing flow of the position calculator 11 according to the fifth embodiment. FIG. 35 is a diagram showing a step subsequent to FIG. First, the position calculator 11 looks at the time stamp of the data stored in the server 12 and checks whether or not a fixed time sufficient for the receiving station to move has passed (S531). This is to prevent oversight by defining a certain sample time because there may be a transmitting station that cannot receive a signal while the receiving station is moving. If a certain period of time has elapsed (YES in S531), the data of the current transmitting station is compared with the previous data for each type of tag number among the data supplied from the mobile receiving station (S532). In step S533, it is determined whether there is data whose contents have been updated after a certain sample time has elapsed. If there is updated data (YES in S533), among the data supplied from the receiving station R1 installed at the unknown position, data on the transmitting station (eg, T1 to T7) installed at the known position is obtained. The correction constants B, g, h that minimize the expression (20) and the proportionality constant K (K = pij / dij) between the propagation time pij in which the electromagnetic wave propagates through the air and the distance dij between the transmitting and receiving stations are extracted. Ask. Further, the environmental coefficient Krj of the receiving station and the correction coefficients S1 and S2 that minimize Equation (3) are derived (S534).
(A) Next, from the data from the receiving station R1 installed at the unknown position, the data of the transmitting station installed at the known position or the transmission station whose position has been estimated is extracted (S535). From the extracted data, it is determined whether or not the beacon signal is a Type a signal for the transmitting station whose data has been updated (S536). If the beacon signal is Type a (YES in S536), Equation (20) is solved to calculate the position of the unknown receiving station, and this is recorded in the server 12. Further, Equation (3) is solved to calculate the environmental coefficient Krj of the receiving station, and this is recorded in the server 12 (S537).
[0220]
On the other hand, when the beacon signal from the transmitting station is Type b to f (NO in S536), since there is no information on transmission / reception time, the position of the receiving station is solved by solving Equation (3) with the position of the receiving station as an unknown. A coefficient is calculated and recorded in the server 12 (S538).
(B) Next, data of a transmitting station installed at an unknown position is extracted from data from the receiving station whose position is estimated (S539). In the extracted data, it is determined whether the beacon signal is Type a for the transmitting station whose data is updated (S540). If the beacon signal is Type a (YES in S540), Equation (22) is solved to calculate the position of each transmitting station, and this is recorded in the server 12. Further, the equation (23) is solved to calculate the environmental coefficient Kti of each transmitting station, and this is recorded in the server 12 (S541).
[0221]
On the other hand, when the beacon signal is Type b to f (NO in S540), the position of each transmitting station and the environmental coefficient are calculated by solving Equation (23) with the position of the transmitting station as an unknown, and this is recorded in the server 12 (S542).
[0222]
For all transmitting stations whose data has been updated (YES in S543), the above algorithms (A) and (B) are repeated. When the processing is completed for all the updated data (NO in S543), the calculated position is compared with the previous result, and any receiving station cannot receive a signal whose position has changed more than a certain value (YES in S544). Are extracted (YES in S545). Next, after the extracted data of the transmitting station is recorded in the server 12 (S546), a warning message is transmitted to the relevant user terminal (S547).
[0223]
A data structure in the server 12 for recording data supplied from the mobile receiving station 51 is as shown in Table 9, for example.
[0224]
[Table 9]

The data structure for storing the results calculated by the position calculator 11 is as shown in Table 10, for example.
[0225]
[Table 10]

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. That is, since a large environmental coefficient indicates that the prospect with the receiving station is poor, the transmitting station is often behind the scenes. Conversely, when the environmental coefficient is small, it is in a place with a good view. Sending this information in addition to the alarm is very useful when finding the transmitting station.
[0226]
The user terminal performs two types of operations as in the first to fourth embodiments. One is a function for receiving an alarm message from the position calculator 11, and the other is a search function. When a user wants to obtain information on a transmitting station, the user's terminal inputs the identification number (ID) of the transmitting station. The input terminal transmits this tag number to the server, searches the history stored for the tag number of the corresponding transmitting station, that is, the time stamp, the position information, and the environmental factor of the transmitting station, and displays them on the terminal.
[0227]
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 a disturbance or activation signal has been applied by looking at the history for a certain period of time.
[0228]
As described above, according to the fifth embodiment, it is possible to estimate the position of a transmitting station with high accuracy that has not been conventionally achieved over a wide range by using a single mobile receiving station. If the receiving station is fixedly installed, a large number of receiving stations are required and the installation cost becomes high. However, in the fifth embodiment, the installation cost and maintenance cost of the receiving station can be greatly reduced.
[0229]
When the receiving station is moved in the conventional system, the location of the transmitting station can be confirmed, but the position coordinates cannot be obtained. On the other hand, in the system of the fifth embodiment, the position information of the transmitting stations at seven known positions is used to move a single receiving station, and (A) at least three transmitting stations at known or estimated positions are used. Based on this information, the receiving station position at an unknown position can be estimated. Further, (B) when the estimated position of the receiving station increases as the receiving station moves, the position of the unknown transmitting station can be estimated based on information of three or more known or estimated receiving station positions. By repeating (A) and (B), position information of an unknown transmitting station can be acquired.
[0230]
Furthermore, since the environmental coefficient can be obtained, more accurate position detection can be performed as effective information for searching for a transmitting station.
[0231]
As an application example of the fifth embodiment, the position detection system can be made to function by mounting a single receiver on a movable object that periodically moves in a specific area such as a vacuum cleaner. In this case, the entire specific management target area can be automatically checked periodically as the movable object moves. Even when managing articles and assets in a wide area, it is not necessary to provide a large number of receiving stations, so that an increase in the cost of the entire system can be suppressed, which is very efficient and economical.
[Other Embodiments]
Although the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to these examples, and includes all modifications, changes, alternatives, and the like that can be made by those skilled in the art. For example, the position detection target is not limited to the transmitting station as a tag, and may take any form capable of transmitting a signal. Further, the transmission station is not limited to one having a transmission function, and may use a transmission function of a transceiver such as a mobile phone. In this case, the position of the specific person can be detected. Further, both the transmitting station and the receiving station may have a transmission / reception function.
[0232]
In the second to fifth embodiments, the activation signal for causing the transmission station to start transmission is transmitted from the reception station. However, the activation signal may be transmitted from a high-power radio base station at a remote location. In this case, it is also possible to broadcast an activation signal and obtain data information from a number of transmitting stations by remote control. Thereby, it is possible to improve the data collection efficiency due to the labor saving of human work and to omit the activation signal generation unit of the receiving station.
[0233]
The connection between the receiving station and the server (data management unit) may be wired or wireless. However, when a mobile receiving station is used as in the fourth and fifth embodiments, wireless communication such as a wireless LAN is used. It is desirable to use a network. In this case, even when articles are managed across a plurality of floors or a plurality of buildings, the entire system can be managed by one system. Furthermore, a user terminal may be connected to a server (data management unit) by wire or wirelessly. In the case of wireless connection, the user can cause the position calculator to specify the position of the transmitting station via the data management unit simply by inputting the label number of the item to be specified from the terminal.
[0234]
In the first to fifth embodiments, as the first correction relational expression,
[0235]
[91]

However, only the correction coefficients S1 and S2 may be used. In this case, the first correction relational expression is expressed by Expression (2) ′.
[0236]
[Equation 92]

Further, as the first correction relational expression for the transmitting station, the expression (2) ′ or the following expression (2) ″ can be used.
[0237]
[Equation 93]

When the correction relational expression of Expression (2) ′ is used for both the receiving station and the transmitting station, Expression (4) ′ is used instead of Expressions (4) and (5) described in the embodiment in obtaining the position information. Can be used to obtain the evaluation function of equation (5) ′.
[0238]
[Equation 94]

When using equation (2) ′ for the receiving station and using equation (2) ″ for the transmitting station, equation (4) ″ is used to obtain position information to obtain equation (5) ″. The evaluation function can be obtained.
[0239]
[95]

When using equation (2) for the receiving station and using equation (2) ′ for the transmitting station, in obtaining position information, equation (4) ′ ″ is used to obtain equation (5) ′ ″. The evaluation function can be obtained.
[0240]
[Equation 96]

When the correction relational expression of Expression (2) ′ is used, that is, when only the correction coefficients S1 and S2 are used, when there is no transmitting station whose position is known (tn = 0), the number rn of receiving stations whose positions are known is Rn ≧ 5. Conversely, when there is no receiving station whose position is known (rn = 0), the number tn of transmitting stations whose positions are known needs to be tn ≧ 5.
[0241]
When the correction relational expression of Expression (2) ″ is used, that is, when the environment coefficient Kti of the transmitting station is used, when there is no transmitting station whose position is known (tn = 0), it is necessary to satisfy rn ≧ 6. Conversely, when there is no receiving station whose position is known (rn = 0), it is necessary to satisfy tn ≧ 6.
[0242]
In the fourth embodiment and the fifth embodiment, an example has been described in which the number of transmitting stations whose positions are known is larger than that of receiving stations whose positions are known in the initial state. For this reason, after determining the unknown in the correction relational expression, an example has been described in which the position of the receiving station is first estimated, the position of the transmitting station is estimated, and then the algorithm for estimating the position of the next receiving station is repeated. However, in some cases, there may be a situation where the number of receiving stations whose positions are known is larger. In this case, after determining the correction relational expression, first the position of the transmitting station is estimated, the position information of the unknown receiving station is estimated using the estimated position information, and the position of the next transmitting station is estimated. Will repeat the algorithm.
[0243]
In the former case, that is, when the position of the receiving station is first estimated after the correction relational expression is determined,
(1) Receive strength of a signal transmitted from at least one transmitting station i installed at a known position (ui, vi) and received at a receiving station j at a first unknown position (xj, yj) ( eij), the positional information of the transmitting station i installed at the known position, and the distance (dij) between the transmitting station i and the receiving station j, the first approximation as the first approximation function
[0244]
[Equation 97]

And estimating the position (uj, vj) of the receiving station j at the first unknown position,
(2) The received intensity (eij) of the signal transmitted from the transmitting station i installed at the unknown position (xi, yi) and received by the receiving station j at the known or estimated position, and the known or estimated The second approximation function using the position information (uj, vj) of the receiving station j and the determined first correction relational expression
[0245]
[Equation 98]

From the location information (ui, vi) of the transmitting station i installed at an unknown location,
(3) Receive strength (eij) of a signal transmitted from a transmitting station i installed at a known or estimated position (ui, vi) and received at a receiving station j at a second unknown position (xj, yj) ), Position information of a transmitting station installed at a known or estimated position, and the first correction relational expression, the third approximate function
[0246]
[99]

From this, the position (uj, vj) of the receiving station j at the second unknown position is estimated. By repeating steps (2) and (3), the positions of the receiving station and the transmitting station can be obtained sequentially.
[0247]
In the latter case, that is, when the position of the transmitting station is first estimated after the correction relational expression is determined,
(1) Receive strength of a signal transmitted from a transmitting station i installed at a first unknown position (xi, yi) and received by at least one receiving station j at a known position (uj, vj) ( eij), the position information of the receiving station j, and the distance (dij) between the transmitting station i and the receiving station j, the first approximate function as the first correction relational expression
[0248]
[Expression 100]

And estimating the position (ui, vi) of the transmitting station i installed at the first unknown position,
(2) the received intensity (eij) of a signal transmitted from a transmitting station i installed at a known or estimated position (ui, vi) and received at a receiving station j at an unknown position (xj, yj); Using the position information (ui, vi) of the transmitting station i installed at a known or estimated position and the determined first correction relational expression, the second approximate function
[0249]
## EQU1 ##

To estimate the position (uj, vj) of the receiving station j at an unknown position,
(3) Receive strength (eij) of a signal transmitted from the transmitting station i installed at the second unknown position (xi, yi) and received at the receiving station j at the known or estimated position (uj, vj) ), The position information of the receiving station j at the known or estimated position, and the determined first correction relational expression, the third approximate function
[0250]
## EQU10 ##

From this, the position (ui, vi) of the transmitting station i installed at the second unknown position is estimated. Also in this case, the positions of the transmitting station and the receiving station can be obtained sequentially by repeating steps (2) and (3).
[0251]
The same applies to the case where the second correction relational expression relating to the signal propagation time is used. That is, in the fourth and fifth embodiments, after determining the unknown number in the correction relational expression, the position of the unknown receiving station is first determined based on the position information of a plurality of known transmitting stations. However, when there is more position information of the receiving station known or estimated in the initial state, the position of the unknown transmitting station may be estimated first after the unknown number is determined.
[0252]
In the former case,
(1) Receive strength of a signal transmitted from a transmitting station i installed at at least one known position (ui, vi) and received by a receiving station j at a first unknown position (xj, yj) ( eij), the time required for signal transmission / reception (tij), the position information of the transmitting station i installed at a known position, the distance between the transmitting station i and the receiving station j, and the time required for transmitting / receiving (tij) ), The distance between the transmitting and receiving stations, and the propagation time (pij) during which the signal propagates through the air, the first approximation function is obtained as a second correction relational expression.
[0253]
[Formula 103]

And the proportionality constant K is determined to estimate the position (uj, vj) of the receiving station j at the first unknown position,
(2) The reception intensity (eij) of the signal transmitted from the transmitting station i installed at the unknown position (xj, yj) and received by the receiving station j installed at the known or estimated position, and the receiving station j The second approximation function using the position information (uj, vj), the time (tij) required for transmission and reception, and the second correction relational expression
[0254]
[Formula 104]

To estimate the position (ui, vi) of the transmitting station i,
(3) The strength (eij) of the signal transmitted from the transmitting station i installed at the known or estimated position and received at the receiving station j at the second unknown position (xj, yj), Using the positional information (ui, vi), the time required for transmission / reception (tij), and the second correction relational expression, the third approximate function
[0255]
[Formula 105]

From this, the position (uj, vj) of the receiving station j at the second unknown position is estimated. By repeating steps (2) and (3), the positions of the transmitting station and the receiving station can be obtained sequentially based on the transmission / reception time.
[0256]
In the latter case,
(1) Receive strength of a signal transmitted from a transmitting station i installed at a first unknown position (xi, yi) and received at a receiving station j at at least one known position (uj, vj) ( eij), the position information of the receiving station j at a known position, the time required for transmission / reception (tij), the distance between the transmitting station i and the receiving station j, and the propagation time (pij) in which the signal propagates in the air ) And the first approximation function as the second correction relational expression
[0257]
[Formula 106]

And determining the proportionality coefficient K to estimate the position (ui, vi) of the transmitting station i installed at the first unknown position,
(2) the received intensity (eij) of a signal transmitted from a transmitting station i installed at a known or estimated position (ui, vi) and received at a receiving station j at an unknown position (xj, yj); Using the positional information of the transmitting station i, the time (tij) required for transmission / reception, and the determined second correction relational expression, the second approximate function
[0258]
[Expression 107]

To estimate the position (uj, vj) of the receiving station j at an unknown position,
(3) Receive strength (eij) of a signal transmitted from the transmitting station i installed at the second unknown position (xi, yi) and received at the receiving station j at the known or estimated position (uj, vj) ), The position information of the receiving station j at the known or estimated position, the time (tij) required for transmission / reception, and the determined second correction relational expression, the third approximate function
[0259]
[Formula 108]

From this, the position (ui, vi) of the transmitting station i installed at the second unknown position is estimated. By repeating steps (2) and (3), the positions of the transmitting station and the receiving station can be obtained sequentially.
[0260]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the positions of a plurality of transmitting stations can be estimated almost simultaneously with high accuracy over a wide range.
[0261]
In addition, by grasping the environment where the transmitting station is located, it is possible to estimate the position with high accuracy in consideration of the propagation state even indoors.
[0262]
Further, by using at least one of a start signal and a sensor that detects an external change, it is possible to obtain accurate position information when position information is required.
[0263]
Further, since it is not necessary to fix at least three or more base stations (or receiving stations) in order to specify the position, the number of receiving stations can be reduced.
[0264]
Furthermore, the position of the transmitting station that has moved out of the reception area of the fixed base station can be specified with high accuracy.
[0265]
By using the position detection system and method of the present invention, it is possible to manage both the presence / absence and the existence position of an arbitrary asset in a warehouse or office efficiently and with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a conventional gated passive tag system.
FIG. 2 is a diagram showing a conventional active tag system.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional position detection system using time information.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional position detection system using received intensity.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a position detection system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a transmission station and a reception station used in the first embodiment.
7 is a diagram illustrating an example of a motion sensor used in the transmission station of FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing an operation flow of the position detection system used in the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a detection result obtained by detecting the position of a transmitting station using the position detection system according to the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a position detection system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a transmitting station and a receiving station used in the second embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing an operation flow of a transmitting station used in the second embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing an operation flow of a receiving station used in the second embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing an operation flow of a position calculator used in the second embodiment.
FIG. 15 is a diagram illustrating a first modification of the position detection system according to the second embodiment.
16 is a diagram illustrating a configuration example of a transmitting station and a receiving station in the first modification of FIG.
FIG. 17 is a diagram illustrating a second modification of the position detection system according to the second embodiment.
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration example of a transmitting station and a receiving station in Modification 2.
FIG. 19 is a diagram showing an operation flow of the position calculator in the second modification.
FIG. 20 is a diagram showing a third modification of the position detection system according to the second embodiment.
FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration example of a transmitting station and a receiving station in a third modification.
FIG. 22 is a diagram showing a configuration of a position detection system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration example of a transmitting station and a receiving station used in the third embodiment.
FIG. 24 is a diagram showing an operation flow of a receiving station used in the third embodiment.
FIG. 25 is a diagram showing a first part of a processing flow of the position calculator used in the third embodiment.
FIG. 26 is a diagram showing a second part of the processing flow of the position calculator used in the third embodiment, and is a diagram showing processing subsequent to the processing in FIG. 25;
FIG. 27 is a diagram showing a configuration of a position detection system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a diagram illustrating a configuration example of a transmission station and a reception station used in the fourth embodiment.
FIG. 29 is a diagram showing an operation flow of a receiving station used in the fourth embodiment.
FIG. 30 is a diagram showing a first part of a processing flow of the position calculator used in the fourth embodiment.
FIG. 31 is a diagram showing a second part of the processing flow of the position computer used in the fourth embodiment, and is a diagram showing processing subsequent to the processing in FIG. 30;
FIG. 32 is a diagram showing a configuration of a position detection system according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 33 is a diagram illustrating a configuration example of a transmission station and a reception station used in the fifth embodiment.
FIG. 34 is a diagram showing a first part of a processing flow of the position calculator used in the fifth embodiment.
FIG. 35 is a diagram showing a second part of the processing flow of the position calculator used in the fifth embodiment, and is a diagram showing processing subsequent to the processing in FIG. 34;
[Explanation of symbols]
1 Position detection system
2 LAN
3 user terminals
11 Position calculator
12 server (data management department)
13 Motion sensor
21 Transmitting station
23 Transmitter
25 Marking signal generator
26 sensors
31 Receiving station
35 Start signal generator
36 Anti-collision interpretation section
51a Fixed installation receiving station
51b Mobile receiving station

Claims (11)

A transmitting station whose position for transmitting a beacon signal including a unique beacon number for identifying the transmitting station is unknown;
A transmitting station having a known location for transmitting a beacon signal including another unique beacon number for identifying another transmitting station;
A receiving station located adjacent to a transmitting station whose position is known, means for receiving the beacon signal transmitted from a transmitting station whose position is unknown and known, and obtaining respective reception strengths; A receiving station having means for reading each tag number, and means for estimating a relationship between distance and received electric field strength from the received electric field strength and position information of the transmitting station whose position is known;
A data management unit for storing and managing the reception intensity and the corresponding tag number supplied from the receiving station in association with each other;
Using data managed by the data management unit, the position calculator that calculates the position of the transmitting station whose position is unknown,
The position of the i-th transmitting station is (xi, yi), the position of the j-th receiving station is (uj, vj), and the strength of the signal from the i-th transmitting station received by the j-th receiving station is eij Then, the distance dij from the i th transmitting station to the j th receiving station

And
The position calculator includes a first correction relational expression using correction coefficients S1 and S2.

And determining the correction coefficients S1 and S2 using the position information of the transmission pole whose position is known, thereby calculating the position of the unknown transmitting station. The position detection system according to claim 1, wherein the position calculator is a distance obtained from the intensity of a received signal.

An evaluation function using

And the position of the unknown transmitting station is calculated after weighting hij / mdij. The position detection system according to claim 1, wherein the first correction relational expression further includes an environmental coefficient Krj at the receiving station,

The position calculator calculates the position of the unknown transmitting station by determining the correction coefficients S1 and S2 and the environment coefficient Krj using the known position information. 4. The position detection system according to claim 3, wherein the position calculator is a distance obtained from the intensity of the received signal.

An evaluation function using

And the position of the unknown transmitting station is calculated after weighting hij / mdij. The position detection system according to claim 1, wherein the first correction relational expression further includes an environmental coefficient Kti at a transmitting station,

The position calculator calculates the position of the unknown transmitting station by determining the correction coefficients S1 and S2 and the environment coefficient Kti using the known position information. The position detection system according to claim 1, wherein the position calculator is a distance obtained from the intensity of a received signal.

An evaluation function using

And the position of the unknown transmitting station is calculated after weighting hij / mdij. 2. The position detection system according to claim 1, wherein each of the transmitting stations whose position is unknown and known includes a sensor for detecting a change received from the outside, a receiving unit for receiving an activation signal sent from the receiving station, and a sign A signal generator, and the sign signal generator
When transmitting the beacon signal when a certain time has elapsed since the previous transmission, generate a first beacon signal including a beacon number indicating periodic transmission,
When transmitting the beacon signal in response to receiving the activation signal from the receiving station, generate a second beacon signal including a beacon number indicating response to the activation signal;
When the sensor detects the change and transmits the marker signal, a third marker signal including a marker number indicating change detection is generated.   The position detection system according to claim 1, wherein the marker signal is transmitted by electromagnetic waves or sound waves.   2. The position detection system according to claim 1, wherein the strength of the beacon signal transmitted from the i-th transmitting station is measured at the j-th receiving station, and the strength of the beacon signal is measured at the m-th receiving station. If not, the position calculator calculates dij <for the distance dij from the i th transmitting station to the j th receiving station and the distance dim from the i th transmitting station to the m th receiving station. The first correction relational expression is solved by adding a constraint condition of dim. Position and a beacon signal containing a unique label number for that location is transmitted from a known transmitting station to identify the known transmitting station, position the position is transmitted from an unknown transmitting station to identify the unknown transmitting station Receiving at a receiving station a beacon signal including a unique beacon number for
Measuring at the receiving station the reception strength of the beacon signal transmitted from the transmitting station whose position is known and the transmitting station whose position is unknown ;
Pre-defining the relationship between the reception strength of an arbitrary signal and the distance with a first correction relational expression including a correction coefficient ;
The correction coefficient is determined from the reception intensity of the beacon signal from the transmission station whose position is known and the position information of the transmission station whose position is known, and the first correction relational expression including the determined correction coefficient And using the received signal strength of the beacon signal from the transmitting station with the unknown position, determining the position of the transmitting station with the unknown position,
The first correction relational expression is

Where eij is transmitted from the i-th transmitting station whose position is (xi, yi) and received by the j-th receiving station whose position is (ui, vi). Receive strength, S1 and S2 are the correction factors, dij is the distance from the i th transmitting station to the j th receiving station

A position detection method characterized by the above. The position detection method according to claim 10 , wherein a formula representing a distance obtained from the intensity of an arbitrary signal

An evaluation function using

And calculating the position of the transmitting station whose position is unknown after performing a weighting of hij / mdij.

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