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WO2017204087A1 - 位置検知システムおよび位置検知方法 - Google Patents

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WO2017204087A1
WO2017204087A1 PCT/JP2017/018731 JP2017018731W WO2017204087A1 WO 2017204087 A1 WO2017204087 A1 WO 2017204087A1 JP 2017018731 W JP2017018731 W JP 2017018731W WO 2017204087 A1 WO2017204087 A1 WO 2017204087A1
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WO
WIPO (PCT)
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station
radio signal
reference clock
fixed
mobile station
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/018731
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
滝澤　晃一
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Priority to CN201780025425.XA priority Critical patent/CN109073732B/zh
Priority to JP2018519234A priority patent/JP6708255B2/ja
Publication of WO2017204087A1 publication Critical patent/WO2017204087A1/ja
Priority to US16/186,661 priority patent/US10495724B2/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/06—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0205—Details
    • G01S5/021—Calibration, monitoring or correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0205—Details
    • G01S5/0221—Receivers
    • G01S5/02213—Receivers arranged in a network for determining the position of a transmitter
    • G01S5/02216—Timing or synchronisation of the receivers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/001—Synchronization between nodes
    • H04W56/0015—Synchronization between nodes one node acting as a reference for the others
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/0035—Synchronisation arrangements detecting errors in frequency or phase

Definitions

  • the present invention relates to a position detection system and a position detection method for detecting the position of a mobile station.
  • the mobile stations In general, it has multiple fixed stations (base stations) and mobile stations, receives pulse signals transmitted by the mobile stations at multiple fixed stations, and calculates the positional relationship between the fixed stations and mobile stations from the difference in reception time Position detection systems are known.
  • a position specifying device including a reference station, a relay station, and a mobile terminal (for example, see Patent Document 1).
  • the position detection system using a pulse signal measures the reception time of the pulse signal, it is necessary to shorten the pulse width and synchronize the time of each fixed station with high accuracy in order to increase the measurement resolution.
  • the pulse width is shortened, the occupied bandwidth increases, and there is a problem that complicated processing is required to synchronize each fixed station with high accuracy.
  • the position specifying device described in Patent Document 1 detects the phase of the distance measurement signal and the phase of the direction measurement signal transmitted from the reference station and the relay station, and along the long side in the rectangular service area.
  • the position of the mobile terminal that moves is specified.
  • the position specifying device needs to control the antenna directivity between the reference station and the relay station, and there is a problem that the processing becomes complicated.
  • the range in which the position of the mobile terminal can be specified is limited to a rectangular shape, there is a problem that places and conditions where the mobile terminal can be used are limited.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a position detection system and a position detection method capable of simplifying the system asynchronously.
  • the present invention provides a mobile station having a mobile station reference clock circuit, a radio signal transmission circuit, and a transmission antenna, a reference station reference clock circuit, a radio signal reception circuit, a reception antenna, and a radio signal.
  • a position detection system comprising a reference station having a transmission circuit and a transmission antenna, and at least three or more fixed stations having a reference clock circuit for a fixed station, a radio signal reception circuit, and a reception antenna.
  • the fixed station reference clock circuit of the fixed station operates asynchronously and independently, and the mobile station intermittently operates with a first radio signal and a trigger radio based on the reference clock of the mobile station reference clock circuit.
  • the reference station is arranged at a predetermined position, and when the trigger radio signal transmitted by the mobile station is received, the reference station is The second radio signal based on the reference clock of the quasi-clock circuit is transmitted a plurality of times, and each of the fixed stations receives the first radio signal and the carrier included in the first radio signal and each of the fixed stations A first phase difference with respect to each of the reference clocks is received, a plurality of the second radio signals are received, a carrier included in the second radio signal, and each of the reference clocks of each of the fixed stations, Each of the plurality of second phase differences is extracted, time variation of the second phase difference is obtained based on the plurality of the extracted second phase differences, and the first radio is based on the time variation.
  • Phase difference information, the reference station and each fixed station Phase difference information between the fixed station and the mobile station is obtained by canceling the phase offset of the reference clock of each fixed station and obtaining the distance information between the fixed station and the mobile station. It is characterized by calculating.
  • the position of the mobile station is calculated using the phase difference information between the mobile station and each fixed station and the phase difference information between the reference station and each fixed station.
  • the phase shift (difference) of the radio signal reaching each fixed station is used, a distance resolution shorter than the wavelength of the radio signal can be realized.
  • the position resolution of a mobile station is detected with an increased distance resolution, it is possible to use a narrowband radio signal, so that the occupied bandwidth of the radio signal can be reduced compared to the case where a pulse signal is used. it can.
  • phase offset of each reference clock of the mobile station, the reference station, and each fixed station is set. Canceled. This eliminates the need to synchronize with each fixed station, mobile station, and reference station, thereby simplifying system construction.
  • the second radio signal at the timing when the first radio signal is received by obtaining the time variation of the second phase difference based on the plurality of second phase differences between the reference station and each fixed station.
  • the third phase difference between the carrier included in the base station and each reference clock of each fixed station is calculated.
  • the mobile station uses the first phase difference between the mobile station and each fixed station and the third phase difference between the reference station and each fixed station at the timing when the first radio signal is received.
  • the phase offset of the station, reference station, and each fixed station can be canceled.
  • the timing for extracting the first phase difference and the timing for calculating the third phase difference can be matched, the accuracy of phase correction can be improved and the accuracy of position detection can be improved.
  • the mobile station transmits a trigger radio signal
  • the reference station transmits a plurality of second radio signals when receiving the trigger radio signal transmitted by the mobile station.
  • the fixed station reference clock circuits of the fixed station are configured to generate reference clocks having the same frequency.
  • each fixed station reference clock circuit can be configured using the same circuit components, the cost can be suppressed.
  • At least one fixed station among the three or more fixed stations has a function of the reference station and transmits a plurality of the second radio signals.
  • the mobile station reference clock circuit of the mobile station has a function of generating a reference clock having two or more frequencies, and the mobile station has the two or more types of carrier frequencies.
  • the reference station reference clock circuit of the reference station transmits a first radio signal, and has a function of generating a reference clock having two or more frequencies.
  • the reference station has a plurality of the carrier frequencies of two or more types.
  • the second radio signal is transmitted.
  • the difference between the two phase differences is used as 2 It is possible to determine how many rounds the two phase differences have made. As a result, the periodicity of the phase difference becomes longer, the uncertainty around the phase is eliminated, the absolute phase can be obtained, and the position of the mobile station can be calculated with high accuracy.
  • the present invention relates to a mobile station having a reference clock circuit for a mobile station, a radio signal transmission circuit, and a transmission antenna, and a reference station having a reference clock circuit for the reference station, a radio signal reception circuit, a reception antenna, a radio signal transmission circuit, and a transmission antenna. And a position detection method using a position detection system comprising a fixed station reference clock circuit, a radio signal receiving circuit, and at least three fixed stations having a receiving antenna.
  • the fixed station reference clock circuit of the station operates asynchronously and independently, and the mobile station intermittently generates a first radio signal and a trigger radio signal based on a reference clock of the mobile station reference clock circuit.
  • the reference station is arranged at a predetermined position, and the reference station reference clock is received when the trigger radio signal transmitted by the mobile station is received.
  • a second radio signal based on a reference clock of the circuit is transmitted a plurality of times, and each of the fixed stations receives the first radio signal, and the carrier included in the first radio signal and the fixed station
  • a first phase difference from each reference clock is extracted, a plurality of the second radio signals are received, and a plurality of carriers included in the second radio signal and each reference clock of each fixed station
  • Each of the second phase differences is extracted, time variation of the second phase difference is obtained based on the plurality of the extracted second phase differences, and the first radio signal is obtained based on the time variation.
  • the position of the mobile station is calculated using the phase difference information between the mobile station and each fixed station and the phase difference information between the reference station and each fixed station.
  • the phase shift (difference) of the radio signal reaching each fixed station is used, a distance resolution shorter than the wavelength of the radio signal can be realized.
  • the position resolution of a mobile station is detected with an increased distance resolution, it is possible to use a narrowband radio signal, so that the occupied bandwidth of the radio signal can be reduced compared to the case where a pulse signal is used. it can.
  • phase offset of each reference clock of the mobile station, the reference station, and each fixed station is set. Canceled. This eliminates the need to synchronize with each fixed station, mobile station, and reference station, thereby simplifying system construction.
  • the fixed station reference clock circuits of the fixed station are configured to generate reference clocks having the same frequency.
  • each fixed station reference clock circuit can be configured using the same circuit components, the cost can be suppressed.
  • At least one fixed station out of the three or more fixed stations has a function of the reference station and transmits a plurality of the second radio signals.
  • the mobile station reference clock circuit of the mobile station has a function of generating a reference clock having two or more frequencies, and the mobile station has the two or more types of carrier frequencies.
  • the reference station reference clock circuit of the reference station transmits a first radio signal, and has a function of generating a reference clock having two or more frequencies.
  • the reference station has a plurality of the carrier frequencies of two or more types.
  • the second radio signal is transmitted.
  • the difference between the two phase differences is used as 2 It is possible to determine how many rounds the two phase differences have made. As a result, the periodicity of the phase difference becomes longer, the uncertainty around the phase is eliminated, the absolute phase can be obtained, and the position of the mobile station can be calculated with high accuracy.
  • the position detection system 1 includes a mobile station 2, a reference station 3, a first fixed station 4, a second fixed station 5, a third fixed station 6, a server 7, and the like.
  • the mobile station 2 and the first fixed station 4 are separated by a distance r1
  • the mobile station 2 and the second fixed station 5 are separated by a distance r2
  • the mobile station 2 and the third fixed station 6 are separated from each other. Is separated by a distance r3.
  • the mobile station 2 is a movable wireless terminal that becomes a detection target, for example.
  • the mobile station 2 includes a mobile station reference clock circuit 2A, a control circuit 2B, a radio signal transmission circuit 2C, a transmission antenna 2D, and the like.
  • the mobile station 2 transmits a first radio signal S 1 toward the fixed stations 4 to 6 and transmits a trigger radio signal St toward the reference station 3.
  • the mobile station reference clock circuit 2A includes, for example, an oscillator.
  • the mobile station reference clock circuit 2A generates a reference clock (CLK) Cm having an angular frequency ⁇ m (carrier frequency) as a reference for the first radio signal S1 and the trigger radio signal St for the transmission antenna 2D.
  • CLK reference clock
  • the control circuit 2B is configured by, for example, a microcomputer. The control circuit 2B controls the timing at which the mobile station 2 intermittently transmits the first radio signal S1 and the trigger radio signal St.
  • the radio signal transmission circuit 2C includes, for example, a modulation circuit and an amplifier.
  • the input side of the radio signal transmission circuit 2C is connected to the control circuit 2B, and the output side of the radio signal transmission circuit 2C is connected to the transmission antenna 2D.
  • the radio signal transmission circuit 2C generates the first radio signal S1 and the trigger radio signal St based on the reference clock Cm.
  • the transmission antenna 2D is composed of various antennas that can radiate the first radio signal S1 and the trigger radio signal St.
  • the transmitting antenna 2D transmits the first radio signal S1 toward the fixed stations 4 to 6 and transmits the trigger radio signal St toward the reference station 3.
  • the trigger radio signal St may be the same as the first radio signal S1, and may be a radio signal that is different from the first radio signal S1 by various signal modulations, for example.
  • the carrier phase Pm included in the first radio signal S1 transmitted by the mobile station 2 is expressed by the following equation 1 assuming that the angular frequency ⁇ m, the time t, and the phase offset ⁇ m.
  • the phase offset means a phase shift caused by the mobile station 2, the reference station 3, and the fixed stations 4 to 6 operating asynchronously and independently.
  • the reference station 3 is arranged at a predetermined position. As shown in FIG. 5, the reference station 3 has a reference station reference clock circuit 3A, a control circuit 3B, a radio signal transmission circuit 3C, a radio signal reception circuit 3D, a transmission / reception switching circuit 3E, a transmission / reception antenna 3F, and the like. is doing. When the reference station 3 receives the trigger radio signal St transmitted from the mobile station 2, the reference station 3 transmits the second radio signal S2 to the fixed stations 4 to 6 a plurality of times.
  • the reference station reference clock circuit 3A includes, for example, an oscillator.
  • the reference station reference clock circuit 3A generates a reference clock Cs having an angular frequency ⁇ s (carrier frequency) as a reference for the second radio signal S2 with respect to the transmission / reception antenna 3F.
  • the control circuit 3B is configured by, for example, a microcomputer. The control circuit 3B controls an operation in which the reference station 3 receives the trigger radio signal St and intermittently transmits the second radio signal S2.
  • the wireless signal transmission circuit 3C is connected to the control circuit 3B and the transmission / reception switching circuit 3E.
  • the wireless signal transmission circuit 3C includes a modulation circuit, an amplifier, and the like, for example.
  • the radio signal transmission circuit 3C generates a second radio signal S2 based on the reference clock Cs.
  • the radio signal receiving circuit 3D is connected to the control circuit 3B and the transmission / reception switching circuit 3E.
  • the radio signal receiving circuit 3D includes, for example, an amplifier and a filter.
  • the radio signal receiving circuit 3D amplifies the trigger radio signal St received by the transmission / reception antenna 3F, removes noise from the trigger radio signal St, and outputs it to the control circuit 3B.
  • the transmission / reception switching circuit 3E connects between the radio signal transmission circuit 3C and the radio signal reception circuit 3D and the transmission / reception antenna 3F.
  • the transmission / reception switching circuit 3E switches transmission / reception according to a command from the control circuit 3B, outputs the second radio signal S2 from the radio signal transmission circuit 3C to the transmission / reception antenna 3F, and wirelessly transmits the trigger radio signal St received by the transmission / reception antenna 3F.
  • the signal is output to the signal receiving circuit 3D.
  • the transmission / reception antenna 3F is composed of various antennas that can receive the trigger radio signal St and emit the second radio signal S2.
  • the transmitting / receiving antenna 3F transmits the second radio signal S2 to the fixed stations 4 to 6 a plurality of times.
  • the carrier phase Ps included in the second radio signal S2 transmitted by the reference station 3 is expressed by the following equation (2) assuming that the angular frequency ⁇ s, the time t, and the phase offset ⁇ s.
  • the first fixed station 4 is arranged at a predetermined location. As shown in FIG. 3, the first fixed station 4 includes a fixed station reference clock circuit 4A, a control circuit 4B, a radio signal receiving circuit 4C, a receiving antenna 4D, and the like. The first fixed station 4 receives the first radio signal S 1 transmitted from the mobile station 2 and a plurality of second radio signals S 2 transmitted from the reference station 3.
  • the fixed station reference clock circuit 4A includes, for example, an oscillator.
  • the fixed station reference clock circuit 4A generates a reference clock Cf1 having an angular frequency ⁇ f1 at which the first fixed station 4 operates.
  • the control circuit 4B is configured by, for example, a microcomputer. The control circuit 4B controls the operation of detecting the phase difference ⁇ mf1 between the reference clock Cf1 and the first radio signal S1 and the phase differences ⁇ sbf1 and ⁇ scf1 between the reference clock Cf1 and the plurality of second radio signals S2.
  • phase Pf1 of the reference clock Cf1 of the first fixed station 4 is expressed by the following equation 3 assuming that the angular frequency ⁇ f1, the time t, and the phase offset ⁇ f1.
  • the radio signal receiving circuit 4C is connected to the receiving antenna 4D and the control circuit 4B.
  • the radio signal receiving circuit 4C includes, for example, mixers 4C1 and 4C2, a phase shifter 4C3, a phase detection circuit (not shown), and the like.
  • the radio signal receiving circuit 4C includes a phase difference ⁇ mf1 between the carrier phase Pm included in the first radio signal S1 received by the receiving antenna 4D and the phase Pf1 of the reference clock Cf1, and a plurality of second signals received by the receiving antenna 4D. Phase differences ⁇ sbf1 and ⁇ scf1 between the carrier phase Ps included in the radio signal S2 and the phase Pf1 of the reference clock Cf1 are extracted.
  • the radio signal receiving circuit 4C mixes (down-converts) the reference clock Cf1 and the first radio signal S1 (second radio signal S2) as the received signal in the mixer 4C1 to generate an I signal. Is generated. Further, the radio signal receiving circuit 4C advances (delays) the phase of the reference clock Cf1 output from the fixed station reference clock circuit 4A by 90 ° in the phase shifter 4C3, and receives the reference clock Cf1 advanced by 90 °. The first radio signal S1 (second radio signal S2) as a signal is mixed (down-converted) in the mixer 4C2 to generate a Q signal. These I signal and Q signal are output to the phase detection circuit.
  • the phase detection circuit calculates a phase difference ⁇ mf1 between the carrier phase Pm of the first radio signal S1 and the phase Pf1 of the reference clock Cf1. In addition, the phase detection circuit calculates phase differences ⁇ sbf1 and ⁇ scf1 between the carrier phase Ps of the plurality of second radio signals S2 and the phase Pf1 of the reference clock Cf1.
  • the second fixed station 5 is arranged at a position different from the first fixed station 4 as a predetermined location. Similar to the first fixed station 4, the second fixed station 5 includes a fixed station reference clock circuit 5A, a control circuit 5B, a radio signal receiving circuit 5C, a receiving antenna 5D, and the like.
  • the fixed station reference clock circuit 5A includes, for example, an oscillator.
  • the fixed station reference clock circuit 5A generates a reference clock Cf2 having an angular frequency ⁇ f2 at which the second fixed station 5 operates.
  • the control circuit 5B is configured by, for example, a microcomputer.
  • the control circuit 5B controls the operation of detecting the phase difference ⁇ mf2 between the reference clock Cf2 and the first radio signal S1 and the phase differences ⁇ sbf2 and ⁇ scf2 between the reference clock Cf2 and the plurality of second radio signals S2.
  • the second fixed station 5 and the first fixed station 4 operate asynchronously and independently.
  • phase Pf2 of the reference clock Cf2 of the second fixed station 5 is expressed by the following equation (4) when the angular frequency ⁇ f2, the time t, and the phase offset ⁇ f2.
  • the radio signal receiving circuit 5C is connected between the receiving antenna 5D and the control circuit 5B.
  • the radio signal receiving circuit 5 ⁇ / b> C is configured in the same manner as the radio signal receiving circuit 4 ⁇ / b> C of the first fixed station 4.
  • the radio signal receiving circuit 5C calculates a phase difference ⁇ mf2 between the carrier phase Pm of the first radio signal S1 received by the receiving antenna 5D and the phase Pf2 of the reference clock Cf2.
  • the radio signal receiving circuit 5C calculates phase differences ⁇ sbf2 and ⁇ scf2 between the carrier phase Ps of the plurality of second radio signals S2 received by the receiving antenna 5D and the phase Pf2 of the reference clock Cf2.
  • the third fixed station 6 is arranged at a position different from the first and second fixed stations 4 and 5 as a predetermined place. As with the first fixed station 4, the third fixed station 6 includes a fixed station reference clock circuit 6A, a control circuit 6B, a radio signal receiving circuit 6C, a receiving antenna 6D, and the like.
  • the fixed station reference clock circuit 6A includes, for example, an oscillator.
  • the fixed station reference clock circuit 6A generates a reference clock Cf3 having an angular frequency ⁇ f3 at which the third fixed station 6 operates.
  • the control circuit 6B is configured by, for example, a microcomputer.
  • the control circuit 6B controls the operation of detecting the phase difference ⁇ mf3 between the reference clock Cf3 and the first radio signal S1 and the phase differences ⁇ sbf3 and ⁇ scf3 between the reference clock Cf2 and the plurality of second radio signals S2.
  • the third fixed station 6 and the first and second fixed stations 4 and 5 operate asynchronously and independently.
  • phase Pf3 of the reference clock Cf3 of the third fixed station 6 is expressed by the following equation 5 assuming that the angular frequency ⁇ f3, the time t, and the phase offset ⁇ f3.
  • the radio signal receiving circuit 6C is connected between the receiving antenna 6D and the control circuit 6B.
  • the radio signal receiving circuit 6 ⁇ / b> C is configured in the same manner as the radio signal receiving circuit 4 ⁇ / b> C of the first fixed station 4.
  • the radio signal receiving circuit 6C calculates a phase difference ⁇ mf3 between the carrier phase Pm of the first radio signal S1 received by the receiving antenna 6D and the phase Pf3 of the reference clock Cf3.
  • the radio signal receiving circuit 6C calculates phase differences ⁇ sbf3 and ⁇ scf3 between the carrier phase Ps of the plurality of second radio signals S2 received by the receiving antenna 6D and the phase Pf3 of the reference clock Cf3.
  • the server 7 is connected to each fixed station 4-6.
  • the server 7 is phase difference information ⁇ mf1, ⁇ mf2, ⁇ mf3, which is phase difference information between the mobile station 2 and each fixed station 4-6, and phase difference information between the reference station 3 and each fixed station 4-6.
  • the position of the mobile station 2 is calculated using the phase differences ⁇ sbf1, ⁇ scf1, ⁇ sbf2, ⁇ scf2, ⁇ sbf3, and ⁇ scf3.
  • the connection between the server 7 and each of the fixed stations 4 to 6 may be a wired connection using a physical cable or a wireless connection.
  • Step 1 in FIG. 10 shows a specific example of the first radio signal transmission element.
  • the mobile station 2 transmits a first radio signal S1 to each of the fixed stations 4-6. Further, the mobile station 2 transmits a trigger radio signal St for the reference station 3 to transmit the second radio signal S2 (see FIG. 7).
  • the carrier phase Pm of the first radio signal S1 transmitted by the mobile station 2 at time t0a is expressed by the following equation (6).
  • Step 2 shows a specific example of the first phase difference calculation element.
  • each of the fixed stations 4 to 6 obtains a first phase difference ⁇ mf1 to ⁇ mf3 between the carrier phase Pm of the received first radio signal S1 and the phases Pf1 to Pf3 of the reference clocks Cf1 to Cf3. That is, assuming that the time at which the first fixed station 4 receives the first radio signal S1 is t1a, the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following Equation 7, and the carrier phase Pm of the first radio signal S1.
  • the first phase difference ⁇ mf1 between the reference clock Cf1 and the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following equation (8).
  • the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation (9), and the carrier phase of the first radio signal S1
  • the first phase difference ⁇ mf2 between Pm and the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation (10).
  • the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation 11 and the carrier phase of the first radio signal S1.
  • the first phase difference ⁇ mf3 between Pm and the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation (12).
  • Step 3 shows a specific example of the second wireless signal transmission element.
  • the reference station 3 that has received the trigger radio signal St transmits a plurality of (for example, twice) second radio signals S2 to the fixed stations 4 to 6.
  • the reference station 3 that has received the trigger radio signal St at time tka may transmit the second radio signal S2 after a predetermined time has elapsed.
  • time difference between time t0b and time t0c is, for example, the second phase difference fluctuation (difference between phase difference ⁇ sbf1 and phase difference ⁇ scf1, difference between phase difference ⁇ sbf2 and phase difference ⁇ scf2, phase difference ⁇ sbf3 and phase difference (Difference from phase difference ⁇ scf3) is set in a range of 2 ⁇ or less.
  • the carrier phase Ps1 of the first second radio signal S2 transmitted from the reference station 3 at time t0b is expressed by the following equation (13).
  • the carrier phase Ps2 of the second second radio signal S2 transmitted by the reference station 3 at time t0c is expressed by the following equation (14).
  • Step 4 shows a specific example of the second phase difference calculation element.
  • each of the fixed stations 4 to 6 receives the second phase differences ⁇ sbf1 to ⁇ sbf3 between the carrier phases Ps1 and Ps2 of the received second radio signal S2 and the phases Pf1 to Pf3 of the reference clocks Cf1 to Cf3.
  • ⁇ scf1 to ⁇ scf3 are obtained.
  • the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following equation (15), and the second radio signal S2
  • the second phase difference ⁇ sbf1 between the carrier phase Ps1 and the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following equation (16).
  • the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following equation 17, and the second radio signal S2
  • the second phase difference ⁇ scf1 between the carrier phase Ps2 and the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following equation (18).
  • the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation (19), and the second radio signal S2
  • the second phase difference ⁇ sbf2 between the carrier phase Ps1 and the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation (20).
  • the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation (21), and the second radio signal S2
  • the second phase difference ⁇ scf2 between the carrier phase Ps2 and the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation (22).
  • the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation 23
  • the second radio signal S2 The second phase difference ⁇ sbf3 between the carrier phase Ps1 and the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation (24).
  • the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation (25), and the second radio signal S2
  • the second phase difference ⁇ scf3 between the carrier phase Ps2 and the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation (26).
  • Step 5 shows a specific example of the third phase difference calculation element.
  • the first to third fixed stations 4 to 6 are based on the plurality of second phase differences ⁇ sbf1 to ⁇ sbf3, ⁇ scf1 to ⁇ scf3 obtained by the first to third fixed stations 4 to 6.
  • time variations ⁇ 1 / ⁇ t, ⁇ 2 / ⁇ t, ⁇ 3 / ⁇ t of the second phase differences ⁇ sbf1 to ⁇ sbf3, ⁇ scf1 to ⁇ scf3 are obtained.
  • the first to third fixed stations 4 to 6 receive the second radio signal S2 at the timing when the first radio signal S1 is received based on the time fluctuations ⁇ 1 / ⁇ t, ⁇ 2 / ⁇ t, ⁇ 3 / ⁇ t.
  • Third phase differences ⁇ saf1 to ⁇ saf3 between the carrier phase Ps and the phases Pf1 to Pf3 of the reference clocks Cf1 to Cf3 are obtained.
  • the first fixed station 4 uses the extrapolation method based on the information on the second phase differences ⁇ sbf1 and ⁇ scf1 obtained at times t1b and t1c.
  • the third phase difference ⁇ saf1 at time t1a when S1 is received is calculated (see Equation 30).
  • the second fixed station 5 receives the first radio signal S1 based on the information on the second phase differences ⁇ sbf2 and ⁇ scf2 obtained at times t2b and t2c, and the third phase difference at time t2a.
  • ⁇ saf2 is calculated (see Equation 31).
  • the third fixed station 6 receives the first radio signal S1 based on the information on the second phase differences ⁇ sbf3 and ⁇ scf3 obtained at times t3b and t3c.
  • ⁇ saf3 is calculated (see Equation 32).
  • the relationship between the time t0b and the time t0c, between the time t1b and the time t1c, between the time t2b and the time t2c, and between the time t3b and the time t3c is expressed by the following equation (27): From Equation 27, Equation 28 and Equation 29 are derived.
  • Step 6 shows a specific example of the phase offset canceling element.
  • the server 7 uses the first phase differences ⁇ mf1, ⁇ mf2 and the third phase differences ⁇ saf1, ⁇ saf2 obtained by the first and second fixed stations 4, 5 to use the mobile station 2 and the reference station. 3 and the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1, and ⁇ f2 of the reference clocks Cm, Cs, Cf1, and Cf2 in the first and second fixed stations 4 and 5 are canceled. That is, as shown in the following equation 33, the first and third positions obtained by the second fixed station 5 are obtained from the first and third phase difference information obtained by the first fixed station 4. By subtracting the phase difference information, a phase difference ⁇ 21 in which the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1, and ⁇ f2 between the mobile station 2, the reference station 3, and the first and second fixed stations 4 and 5 are canceled is calculated.
  • Step 7 shows a specific example of the carrier phase difference calculation element.
  • the server 7 uses the phase difference ⁇ 21 that is information obtained by canceling the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1, and ⁇ f2 to determine the carrier level between the first fixed station 4 and the second fixed station 5.
  • the phase difference ⁇ 21 is calculated. That is, based on the above equation 33, the carrier phase difference ⁇ 21 is calculated as shown in the following equation 34.
  • Equation 34 ⁇ s (t1b ⁇ t2b) shown in the second term on the right side of Equation 34 is obtained in advance from the relationship between the reference station 3 and the fixed stations 4 and 5 arranged at predetermined positions. Thereby, the server 7 calculates the carrier phase difference ⁇ 21.
  • Step 8 shows a specific example of the distance difference calculation element.
  • the server 7 uses the carrier phase difference ⁇ 21 to determine the distance r 1 between the first fixed station 4 and the mobile station 2 and the distance between the second fixed station 5 and the mobile station 2.
  • the carrier phase difference ⁇ 21 is obtained, the arrival time difference of the first radio signal S1 (or the second radio signal S2) in each of the fixed stations 4 and 5 is obtained, so that, for example, TDOA (Time Differential Of Arrival ) Method, the distance difference ⁇ r12, which is distance information, can be obtained.
  • TDOA Time Differential Of Arrival
  • the carrier phase difference ⁇ 21 appears periodically every 2 ⁇ , the absolute value of the carrier phase difference ⁇ 21 cannot be obtained directly, and there is an uncertainty of 2n ⁇ (where n is an integer), and the distance to the carrier phase difference ⁇ 21
  • the difference ⁇ r12 is also infinite. For example, as shown in FIG. 8, when the wavelength of the first radio signal S1 and lambda 1, the carrier phase difference ⁇ 21 is every time a 2 [pi, integral multiple of the distance difference ⁇ r12 wavelength lambda 1 is calculated.
  • the position detection system 1 calibrates the carrier phase difference ⁇ 21 in a state where the position of the mobile station 2 is specified, and follows it as a variation from the position. As a result, the position detection system 1 can uniquely obtain the carrier phase difference ⁇ 21 and obtain a hyperbola of the distance difference ⁇ r12 in which the mobile station 2 can exist as shown in FIG.
  • Step 9 shows a specific example of the phase offset canceling element.
  • the server 7 uses the first phase differences ⁇ mf1 and ⁇ mf3 and the third phase differences ⁇ saf1 and ⁇ saf3 obtained by the first and third fixed stations 4 and 6 to use the mobile station 2 and the reference station. 3 and the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1, and ⁇ f2 of the reference clocks Cm, Cs, Cf1, and Cf2 in the first and third fixed stations 4 and 6 are canceled. That is, as shown in the following Expression 35, the first and third positions obtained by the third fixed station 6 are obtained from the first and third phase difference information obtained by the first fixed station 4. By subtracting the phase difference information, a phase difference ⁇ 31 in which the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1, and ⁇ f3 between the mobile station 2, the reference station 3, and the first and third fixed stations 4 and 6 are canceled is calculated.
  • Step 10 shows a specific example of the carrier phase difference calculation element.
  • the server 7 uses the phase difference ⁇ 31 which is information obtained by canceling the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f 1, ⁇ f 3, so that the carrier level between the first fixed station 4 and the third fixed station 6 is A phase difference ⁇ 31 is calculated. That is, based on the above equation 35, the carrier phase difference ⁇ 31 is calculated as shown in the following equation 36.
  • Equation 36 ⁇ s (t1b ⁇ t3b) shown in the second term on the right side of Equation 36 is obtained in advance from the relationship between the reference station 3 and the fixed stations 4 and 6 arranged at a predetermined position. Thereby, the server 7 calculates the carrier phase difference ⁇ 31.
  • Step 11 shows a specific example of the distance difference calculation element.
  • the distance difference ⁇ r13 can be obtained from the carrier phase difference ⁇ 31 using the TDOA method.
  • Step 12 shows a specific example of the mobile station position calculation element.
  • the server 7 calculates the position of the mobile station 2 from the obtained two distance differences ⁇ r12 and ⁇ r13. That is, as shown in FIG. 9, the server 7 can obtain the position of the mobile station 2 from the intersection of the hyperbola of the distance difference ⁇ r12 and the hyperbola of the distance difference ⁇ r13.
  • the position detection system 1 includes the phase difference information between the mobile station 2 and the fixed stations 4 to 6 and the reference station 3 and the fixed stations 4 to 6.
  • the position of the mobile station 2 is calculated using the phase difference information.
  • the carrier phase differences ⁇ 21 and ⁇ 31 of the first radio signal S1 reaching each of the fixed stations 4 to 6 are used, a distance resolution shorter than the wavelength ⁇ 1 of the first radio signal S1 is realized. Can do.
  • the position resolution of the mobile station 2 is detected with an increased distance resolution, it is possible to use a narrowband radio signal, so that the occupied bandwidth of the radio signal is reduced compared to the case where a pulse signal is used. Can do.
  • the position detection system 1 also includes a first phase difference ⁇ mf1 to ⁇ mf3 between the mobile station 2 and each fixed station 4 to 6, and a third phase difference between the reference station 3 and each fixed station 4 to 6.
  • ⁇ saf1 to ⁇ saf3 the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1 to ⁇ f3 of the mobile station 2, the reference station 3, and the fixed stations 4 to 6 are canceled. This eliminates the need to synchronize with each of the fixed stations 4 to 6, the mobile station 2, and the reference station 3, so that system construction can be simplified.
  • the position detection system 1 includes the second phase differences ⁇ sbf1 to ⁇ sbf3 based on the plurality of second phase differences ⁇ sbf1 to ⁇ sbf3 and ⁇ scf1 to ⁇ scf3 between the reference station 3 and the fixed stations 4 to 6. Time variations ⁇ 1 / ⁇ t, ⁇ 2 / ⁇ t, and ⁇ 3 / ⁇ t of ⁇ scf1 to ⁇ scf3 are obtained. Then, the position detection system 1 receives the third of the carrier phase Ps included in the second radio signal S2 and the reference clocks Cf1 to Cf3 of the fixed stations 4 to 6 at the timing when the first radio signal S1 is received.
  • phase differences ⁇ saf1 to ⁇ saf3 are calculated.
  • the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1 to ⁇ f3 of the mobile station 2, the reference station 3, and the fixed stations 4 to 6 can be canceled.
  • the timing for extracting the first phase differences ⁇ mf1 to ⁇ mf3 and the timing for calculating the third phase differences ⁇ saf1 to ⁇ saf3 can be matched, so that the accuracy of phase correction is improved and the accuracy of position detection is improved. it can.
  • phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1 to ⁇ f3 of the mobile station 2, the reference station 3, and the fixed stations 4 to 6 can be canceled.
  • each fixed station 4-6 receives the time t1a, t2a, t3a at which each fixed station 4-6 receives the first radio signal S1 from the mobile station 2 and the second radio signal S2 from the reference station 3.
  • the intervals (t1c-t1a, t2c-t2a, t3c-t3a) with the reception times t1c, t2c, t3c can be shortened.
  • the accuracy of phase correction can be improved and the accuracy of position detection can be increased.
  • FIGS. 11 to 13 show a position detection system according to a second embodiment of the present invention.
  • the feature of the second embodiment is that the first fixed station is configured to have the function of a reference station. Note that in the second embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the position detection system 21 according to the second embodiment is configured in substantially the same manner as the position detection system 1 according to the first embodiment. For this reason, the position detection system 21 includes a mobile station 2, a first fixed station 22, a second fixed station 5, a third fixed station 6, a server 7, and the like. However, the first fixed station 22 includes a radio signal transmission circuit 22C and a transmission / reception antenna 22F in order to have the function of a reference station. This is different from the first embodiment.
  • the first fixed station 22 is arranged at a position different from the second and third fixed stations 5 and 6 as a predetermined position. As shown in FIG. 12, the first fixed station 22 includes a fixed station reference clock circuit 22A, a control circuit 22B, a radio signal transmission circuit 22C, a radio signal reception circuit 22D, a transmission / reception switching circuit 22E, A transmission / reception antenna 22F and the like are included. The first fixed station 22 also has the function of a reference station, and transmits a second radio signal S2 to the fixed stations 5 and 6.
  • the fixed station reference clock circuit 22A includes, for example, an oscillator.
  • the fixed station reference clock circuit 22A generates a reference clock Cf1 having an angular frequency ⁇ f1 (carrier frequency) as a reference of the second radio signal S2 with respect to the transmission / reception antenna 22F.
  • the control circuit 22B is configured by, for example, a microcomputer. The control circuit 22B controls an operation in which the first fixed station 22 intermittently transmits the second radio signal S2.
  • the radio signal transmission circuit 22C is connected to the control circuit 22B and the transmission / reception switching circuit 22E.
  • the radio signal transmission circuit 22C includes, for example, a modulation circuit and an amplifier.
  • the radio signal transmission circuit 22C generates the second radio signal S2 based on the reference clock Cf1.
  • the radio signal receiving circuit 22D is connected to the control circuit 22B and the transmission / reception switching circuit 22E.
  • the radio signal receiving circuit 22D includes, for example, a mixer, a phase shifter (both not shown) and the like.
  • the radio signal receiving circuit 22D calculates a phase difference ⁇ mf1 between the carrier phase Pm of the first radio signal S1 received by the transmission / reception antenna 22F and the phase Pf1 of the reference clock Cf1.
  • the transmission / reception switching circuit 22E connects the radio signal transmission circuit 22C, the radio signal reception circuit 22D, and the transmission / reception antenna 22F.
  • the transmission / reception switching circuit 22E switches transmission / reception according to a command from the control circuit 22B, outputs the second radio signal S2 from the radio signal transmission circuit 22C to the transmission / reception antenna 22F, and receives the first radio signal S1 received by the transmission / reception antenna 22F. Is output to the radio signal receiving circuit 22D.
  • the transmitting / receiving antenna 22F is composed of various antennas that can radiate the second radio signal S2.
  • the transmitting / receiving antenna 22F transmits the second radio signal S2 to the fixed stations 5 and 6.
  • the position detection system 21 according to the second embodiment calculates the position of the mobile station 2 using the position detection method shown in FIG.
  • the first fixed station 22 receives the times t1b and t1c when the first fixed station 22 transmits the second radio signal S2, and the first fixed station 22 receives the second radio signal S2.
  • the second phase differences ⁇ sbf1 and ⁇ scf1 are calculated as the time to perform. That is, the carrier phase Ps of the second radio signal S2 transmitted by the first fixed station 22 and the phase Pf1 of the second radio signal S2 received by the first fixed station 22 are the same because the time is the same. It becomes a phase and is expressed by the following equation 37.
  • the second phase differences ⁇ sbf1 and ⁇ scf1 in the first fixed station 22 are values represented by the following equation (38).
  • the third phase difference ⁇ saf1 using the extrapolation method is represented by the following formula 39 based on the information of the second phase differences ⁇ sbf1 and ⁇ scf1 obtained by the above formula 38.
  • phase difference ⁇ 21 obtained by canceling the phase offsets ⁇ m, ⁇ f1, and ⁇ f2 between the mobile station 2 and the first and second fixed stations 22 and 5 is expressed by the above-described formula 8, formula 10, formula 31, formula 39, and formula 39.
  • formula 40 is used.
  • phase difference ⁇ 31 obtained by canceling the phase offsets ⁇ m, ⁇ f1, and ⁇ f3 between the mobile station 2 and the first and third fixed stations 22 and 6 is expressed by the above-described equations (8), (12), (32), Using the equation (39), the following equation (41) is given.
  • the first fixed station 22 has a function of a reference station and transmits the second radio signal S2.
  • the second radio signal S2 transmitted from the first fixed station 22 can be used to cancel the phase offsets ⁇ m and ⁇ f1 to ⁇ f3 of the mobile station 2 and each of the fixed stations 4 to 6, so that the reference station can be set separately. There is no need to provide it. As a result, since the system can be easily constructed, the cost can be suppressed.
  • FIGS. 1 and 14 to 16 show a position detection system according to a third embodiment of the present invention.
  • a feature of the third embodiment is that the mobile station transmits a first radio signal having two or more types of carrier frequencies, and the reference station transmits a second radio signal having two or more types of carrier frequencies. It is in. Note that in the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the position detection system 31 according to the third embodiment is configured in substantially the same manner as the position detection system 1 according to the first embodiment. Therefore, the position detection system 31 includes the mobile station 2, the reference station 3, the first fixed station 4, the second fixed station 5, the third fixed station 6, the server 7, and the like. .
  • the mobile station 2 transmits first radio signals S1 and S1 ′ having two types of carrier frequencies (angular frequencies) to the fixed stations 4 to 6.
  • the mobile station reference clock circuit 2A of the mobile station 2 generates reference clocks Cm and Cm ′ having two frequencies. That is, the mobile station reference clock circuit 2A has a reference clock Cm having an angular frequency ⁇ m serving as a reference for the first radio signal S1 and a reference clock Cm ′ having an angular frequency ⁇ m ′ serving as a reference for the first radio signal S1 ′. And generate
  • the reference station 3 transmits the second radio signals S2 and S2 ′ having two types of carrier frequencies (angular frequencies) toward the fixed stations 4 to 6.
  • the reference clock circuit 3A for the reference station 3 generates reference clocks Cs and Cs ′ having two frequencies. That is, the reference station reference clock circuit 3A has a reference clock Cs having an angular frequency ⁇ s serving as a reference for the second radio signal S2 and a reference clock Cs ′ having an angular frequency ⁇ s ′ serving as a reference for the second radio signal S2 ′. Is generated.
  • Step 21 in FIG. 16 shows a specific example of the first radio signal transmission element.
  • the mobile station 2 transmits the first radio signal S1 to each of the fixed stations 4 to 6, and the reference station 3 transmits a trigger radio signal St for transmitting the second radio signal S2. (See FIG. 14).
  • Step 22 shows a specific example of the first phase difference calculation element.
  • each of the fixed stations 4 to 6 obtains phase differences ⁇ mf1 to ⁇ mf3 between the carrier phase Pm of the received first radio signal S1 and the phases Pf1 to Pf3 of the reference clocks Cf1 to Cf3 (Expression 6) Thru
  • Step 23 shows a specific example of the second wireless signal transmission element.
  • the reference station 3 that has received the trigger radio signal St transmits a plurality of (for example, twice) second radio signals S2 to the fixed stations 4 to 6.
  • the reference station 3 that has received the trigger radio signal St at time tka may transmit the second radio signal S2 after a predetermined time has elapsed (see Equations 13 and 14).
  • Step 24 shows a specific example of the second phase difference calculation element.
  • each of the fixed stations 4 to 6 receives the second phase differences ⁇ sbf1 to ⁇ sbf3 between the carrier phases Ps1 and Ps2 of the received second radio signal S2 and the phases Pf1 to Pf3 of the reference clocks Cf1 to Cf3.
  • ⁇ scf1 to ⁇ scf3 are obtained (see Equations 15 to 26).
  • Step 25 shows a specific example of the first wireless signal transmission element.
  • the mobile station 2 transmits a first radio signal S1 'having a carrier frequency different from that of the first radio signal S1 toward the fixed stations 4-6. That is, the mobile station reference clock circuit 2A generates a reference clock Cm ′ having an angular frequency ⁇ m ′ as a reference of the first radio signal S1 ′, and transmits the first radio signal S1 ′ via the transmission antenna 2D.
  • the carrier phase Pm ′ of the first radio signal S1 ′ transmitted from the mobile station 2 at time t0d is expressed by the following equation (42).
  • Step 26 shows a specific example of the first phase difference calculation element.
  • each of the fixed stations 4 to 6 obtains a phase difference ⁇ mf1 ′ to ⁇ mf3 ′ between the carrier phase Pm ′ of the received first radio signal S1 ′ and the phases Pf1 to Pf3 of the reference clocks Cf1 to Cf3. . That is, if the time when the first fixed station 4 receives the first radio signal S1 ′ is t1d, the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following equation 43, and the carrier of the first radio signal S1 ′ The phase difference ⁇ mf1 ′ between the phase Pm ′ and the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following equation (44).
  • the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation 45, and the first radio signal S1 ′
  • the phase difference ⁇ mf2 ′ between the carrier phase Pm ′ and the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation (46).
  • the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation 47, and the first radio signal S1 ′
  • the phase difference ⁇ mf3 ′ between the carrier phase Pm ′ and the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation (48).
  • Step 27 shows a specific example of the second wireless signal transmission element.
  • the reference station 3 that has received the trigger radio signal St ′ sends a plurality of second radio signals S2 ′ (for example, different in carrier frequency from the second radio signal S2) toward the fixed stations 4 to 6 (for example, 2) send. That is, the reference station reference clock circuit 3A generates a reference clock Cs ′ having an angular frequency ⁇ s ′ that serves as a reference for the second radio signal S2 ′, and transmits the second radio signal S2 ′ via the transmission / reception antenna 3F. .
  • the reference station 3 that has received the trigger radio signal St ′ at time tkd may transmit the second radio signal S2 ′ after a predetermined time has elapsed.
  • the time difference between time t0e and time t0f is, for example, the second phase difference fluctuation (difference between phase difference ⁇ sef1 and phase difference ⁇ sff1, difference between phase difference ⁇ sef2 and phase difference ⁇ sff2, phase difference ⁇ sef3 and (Difference with phase difference ⁇ sff3) is set in a range of 2 ⁇ or less.
  • the carrier phase Ps1 ′ of the first second radio signal S2 ′ transmitted from the reference station 3 at time t0e is expressed by the following equation (49).
  • the carrier phase Ps2 ′ of the second second radio signal S2 ′ transmitted by the reference station 3 at time t0f is expressed by the following equation (50).
  • Step 28 shows a specific example of the second phase difference calculation element.
  • each of the fixed stations 4 to 6 receives the second phase difference ⁇ sef1 between the carrier phases Ps1 ′ and Ps2 ′ of the received second radio signal S2 ′ and the phases Pf1 to Pf3 of the reference clocks Cf1 to Cf3.
  • ⁇ ⁇ sef3, ⁇ sff1 ⁇ ⁇ sff3 are obtained.
  • the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following equation 51, and the second radio signal S2
  • the second phase difference ⁇ sef1 between the carrier phase Ps1 ′ and the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following equation (52).
  • the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following equation 53, and the second radio signal S2
  • the second phase difference ⁇ sff1 between the carrier phase Ps2 'and the phase Pf1 of the reference clock Cf1 is expressed by the following equation (54).
  • the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation 55
  • the second radio signal The second phase difference ⁇ sef2 between the carrier phase Ps1 ′ of S2 ′ and the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation 56.
  • the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation 57, and the second radio signal S2
  • the second phase difference ⁇ sff2 between the carrier phase Ps2 ′ of ′ and the phase Pf2 of the reference clock Cf2 is expressed by the following equation (58).
  • the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation 59
  • the second radio signal The second phase difference ⁇ sef3 between the carrier phase Ps1 ′ of S2 ′ and the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation (60).
  • the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation 61, and the second radio signal S2
  • the second phase difference ⁇ sff3 between the carrier phase Ps2 ′ of ′ and the phase Pf3 of the reference clock Cf3 is expressed by the following equation (62).
  • Step 29 shows a specific example of the third phase difference calculation element.
  • the first to third fixed stations 4 to 6 make a plurality of second phase differences ⁇ sbf1 to ⁇ sbf3, ⁇ scf1 to ⁇ scf3, ⁇ sef1 to ⁇ sbf3 obtained by the first to third fixed stations 4 to 6, respectively.
  • the second phase differences ⁇ sbf1 to ⁇ sbf3, ⁇ scf1 to ⁇ scf3, ⁇ sef1 to ⁇ sef3, ⁇ sff1 to ⁇ sff3, time fluctuations ⁇ 1 / ⁇ t, ⁇ 1 ′ / ⁇ t, ⁇ 2 / ⁇ t, ⁇ 2 ⁇ ⁇ 3 / ⁇ t and ⁇ 3 ′ / ⁇ t are obtained.
  • the first to third fixed stations 4 to 6 receive the first radio signal based on the time variations ⁇ 1 / ⁇ t, ⁇ 2 / ⁇ t, ⁇ 3 / ⁇ t of the second phase differences ⁇ sbf1 to ⁇ sbf3, ⁇ scf1 to ⁇ scf3.
  • the third phase differences ⁇ saf1 to ⁇ saf3 between the carrier phase Ps of the second radio signal S2 at the timing of receiving S1 and the phases Pf1 to Pf3 of the reference clocks Cf1 to Cf3 are obtained (see formulas 30 to 32). .
  • the first to third fixed stations 4 to 6 perform the first based on the time fluctuations ⁇ 1 ′ / ⁇ t, ⁇ 2 ′ / ⁇ t, ⁇ 3 ′ / ⁇ t of the second phase differences ⁇ sef1 to ⁇ sef3, ⁇ sff1 to ⁇ sff3.
  • Third phase differences ⁇ sdf1 to ⁇ sdf3 between the carrier phase Ps ′ of the second radio signal S2 ′ at the timing of receiving the radio signal S1 ′ and the phases Pf1 to Pf3 of the reference clocks Cf1 to Cf3 are obtained.
  • the first fixed station 4 receives the first radio signal S1 ′ using the extrapolation method based on the information of the second phase differences ⁇ sef1 and ⁇ sff1 obtained at times t1e and t1f.
  • a third phase difference ⁇ sdf1 at t1d is calculated (see Equation 66).
  • the second fixed station 5 receives the first radio signal S1 ′ based on the information on the second phase differences ⁇ sef2 and ⁇ sff2 obtained at times t2e and t2f.
  • the phase difference ⁇ sdf2 is calculated (see Equation 67).
  • the third fixed station 6 receives the first radio signal S1 ′ based on the information on the second phase differences ⁇ sef3 and ⁇ sff3 obtained at times t3e and t3f.
  • the phase difference ⁇ sdf3 is calculated (see Formula 68).
  • the relationship between the time t0e and the time t0f, between the time t1e and the time t1f, between the time t2e and the time t2f, and between the time t3e and the time t3f is expressed by the following equation 63 From Equation 63, Equation 64 and Equation 65 are derived.
  • Step 30 shows a specific example of the phase offset canceling element.
  • the server 7 uses the first phase differences ⁇ mf1, ⁇ mf1 ′, ⁇ mf2, ⁇ mf2 ′ and the third phase differences ⁇ saf1, ⁇ saf2, ⁇ sdf1,.
  • ⁇ sdf2 the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1, and ⁇ f2 of the reference clocks Cm, Cs, Cf1, and Cf2 in the mobile station 2, the reference station 3, and the first and second fixed stations 4 and 5 are canceled. That is, the phase difference ⁇ 21 is calculated using the above equation 33, and the phase difference ⁇ 21 ′ is calculated using the following equation 69.
  • Step 31 shows a specific example of the carrier phase difference calculation element.
  • the server 7 uses the phase differences ⁇ 21 and ⁇ 21 ′, which are information obtained by canceling the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1 and ⁇ f2, between the first fixed station 4 and the second fixed station 5.
  • Carrier phase differences ⁇ 21 and ⁇ 21 ′ are calculated. That is, the carrier phase difference ⁇ 21 ′ is calculated using the above equation 34, and the carrier phase difference ⁇ 21 ′ using the first radio signal S1 ′ is calculated using the following equation 70.
  • Step 32 shows a specific example of the distance difference calculation element.
  • the server 7 uses the carrier phase differences ⁇ 21 and ⁇ 21 ′ to determine the distance between the first fixed station 4 and the mobile station 2 and between the second fixed station 5 and the mobile station 2.
  • a distance difference ⁇ r12 which is a distance of Incidentally, as shown in FIG. 15, when the wavelength of the first radio signal S1 and lambda 1, the carrier phase difference ⁇ 21 is every time a 2 [pi, integral multiple of the distance difference ⁇ r12 wavelength lambda 1 is calculated. Further, 'when the wavelength of the lambda 2, the carrier phase difference Deruta21' first radio signal S1 each time the 2 [pi, integral multiple of the distance difference ⁇ r12 wavelength lambda 2 is calculated.
  • the phase difference difference DP ( ⁇ 21 ′)
  • the difference DP between the carrier phase differences ⁇ 21 and ⁇ 21 ′ is repeated every 30 m. If the range that the position detection system 31 can take is within 30 m, the carrier phase differences ⁇ 21 and ⁇ 21 ′ are uniquely obtained. Can do.
  • Step 33 shows a specific example of the phase offset canceling element.
  • the server 7 determines that the first phase differences ⁇ mf1, ⁇ mf1 ′, ⁇ mf3, ⁇ mf3 ′ and third phase differences ⁇ saf1, ⁇ saf3, ⁇ sdf1,.
  • the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1, and ⁇ f3 of the reference clocks Cm, Cs, Cf1, and Cf3 in the mobile station 2, the reference station 3, and the first and third fixed stations 4 and 6 are canceled. That is, the phase difference ⁇ 31 is calculated using the above formula 35, and the phase difference ⁇ 31 ′ is calculated using the following formula 71.
  • Step 34 shows a specific example of the carrier phase difference calculation element.
  • the server 7 uses the phase differences ⁇ 31 and ⁇ 31 ′, which are information obtained by canceling the phase offsets ⁇ m, ⁇ s, ⁇ f1, and ⁇ f3, between the first fixed station 4 and the third fixed station 6.
  • Carrier phase differences ⁇ 31 and ⁇ 31 ′ are calculated. That is, the carrier phase difference ⁇ 31 is calculated using the above equation 36, and the carrier phase difference ⁇ 31 ′ using the first radio signal S1 ′ is calculated using the following equation 72.
  • Step 35 shows a specific example of the distance difference calculation element.
  • the server 7 uses the carrier phase differences ⁇ 31 and ⁇ 31 ′ to determine the distance between the first fixed station 4 and the mobile station 2 and between the third fixed station 6 and the mobile station 2.
  • the distance difference ⁇ r13 which is the distance of. That is, as in the case of obtaining the distance difference ⁇ r12, the carrier phase differences ⁇ 31 and ⁇ 31 ′ can be uniquely obtained by obtaining the difference between the carrier phase difference ⁇ 31 and the carrier phase difference ⁇ 31 ′.
  • Step 36 shows a specific example of the mobile station position calculation element.
  • the server 7 calculates the position of the mobile station 2 from the obtained two distance differences ⁇ r12, ⁇ r13. That is, the server 7 can determine the position of the mobile station 2 from the intersection of the hyperbola of the distance difference ⁇ r12 and the hyperbola of the distance difference ⁇ r13.
  • the mobile station reference clock circuit 2A has a function of generating the reference clocks Cm and Cm 'of two frequencies, and the second types of angular frequencies ⁇ m and ⁇ m'.
  • One radio signal S1, S1 ' is transmitted.
  • the reference clock circuit 3A for the reference station has a function of generating reference clocks Cs and Cs' having two frequencies, and second radio signals S2 and S2 'having two kinds of angular frequencies ⁇ s and ⁇ s'. Is configured to transmit.
  • the carrier phase difference ⁇ 21 ( ⁇ 31) detected using one angular frequency ⁇ m, ⁇ s and the carrier phase difference ⁇ 21 ′ ( ⁇ 31 ′) detected using another angular frequency ⁇ m ′, ⁇ s ′ are:
  • Each repetition period is different. Therefore, by using the difference DP between the two carrier phase differences ⁇ 21, ⁇ 21 ′ ( ⁇ 31, ⁇ 31 ′), it is possible to determine how many rounds the two carrier phase differences ⁇ 21, ⁇ 21 ′ ( ⁇ 31, ⁇ 31 ′) have made. .
  • the periodicity of the phase difference becomes longer, the uncertainty around the phase is eliminated, the absolute phase can be obtained, and the position of the mobile station 2 can be calculated with high accuracy.
  • the first radio signals S 1 and S 1 ′ having two types of angular frequencies ⁇ m and ⁇ m ′ by the mobile station 2 and the second radio signals S 2 and S 2 ′ having two types of angular frequencies ⁇ s and ⁇ s ′ by the reference station 3
  • the phase correction accuracy can be increased by performing the phase correction using. As a result, the position of the mobile station 2 can be calculated with high accuracy.
  • the position detection system 1 is configured to include the three fixed stations 4 to 6.
  • the present invention is not limited to this, and the position detection system may include four or more fixed stations. The same applies to the second and third embodiments.
  • each fixed station reference clock circuit, mobile station reference clock circuit, and reference station reference clock circuit may use reference clocks having the same angular frequency.
  • the position detection system 1 is configured to include one mobile station 2.
  • the present invention is not limited to this, and the position detection system may include two or more mobile stations.
  • ID information may be added to the first radio signal transmitted from the mobile station to identify the individual. The same applies to the second or third embodiment.
  • the server 7 includes a hyperbola of the distance difference ⁇ r12 between the first fixed station 4 and the second fixed station 5, and the first fixed station 4 and the third fixed station.
  • the position of the mobile station 2 is obtained from the intersection of the distance difference ⁇ r13 with the station 6 and the hyperbola.
  • the first fixed station 22 also has the function of a reference station and transmits the second radio signal S2 to the fixed stations 5 and 6.
  • the present invention is not limited to this, and the second fixed station or the third fixed station may have the function of a reference station and transmit the second radio signal. Further, two or more fixed stations out of each fixed station may have the function of a reference station and transmit the second radio signal.
  • the mobile station reference clock circuit 2A has a function of generating reference clocks Cm and Cm 'of two angular frequencies ⁇ m and ⁇ m', and the mobile station has two types of first clocks.
  • the wireless signals S1, S1 ' are transmitted.
  • the present invention is not limited to this, and the mobile station reference clock circuit may generate reference clocks having three or more angular frequencies, and the mobile station may transmit three or more types of first radio signals.
  • the reference station reference clock circuit 3A has a function of generating reference clocks Cs and Cs' of two angular frequencies ⁇ s and ⁇ s ′, and the reference station has two types of second radios.
  • the signal S2, S2 ' is transmitted.
  • the present invention is not limited to this, and the reference station reference clock circuit may generate a reference clock having three or more angular frequencies, and the reference station may transmit three or more types of second radio signals.

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Abstract

位置検知システム（１）は、移動局（２）と基準局（３）と各固定局（４）～（６）とサーバ（７）とを備えている。移動局（２）は第１の無線信号Ｓ1を送信し、基準局（３）は第２の無線信号Ｓ2を複数回送信する。各固定局（４）～（６）は、第１の無線信号Ｓ1に基づく第１の位相差を抽出し、また、第２の無線信号Ｓ2に基づく第２の位相差を抽出する。サーバ（７）は、複数の第２の位相差に基づいて第２の位相差の時間変動を求めて第３の位相差を算出する。サーバ（７）は、移動局（２）と各固定局（４）～（６）との間の位相差情報と、基準局（３）と各固定局（４）～（６）との間の位相差情報とを用いて、各固定局（４）～（６）の位相オフセットをキャンセルし、各固定局（４）～（６）と移動局（２）との間の距離情報を得て、移動局（２）の位置を算出する。

Description

位置検知システムおよび位置検知方法
　本発明は、移動局の位置を検知する位置検知システムおよび位置検知方法に関する。
　一般に、複数の固定局（基地局）と移動局とを有し、移動局が送信したパルス信号を複数の固定局で受信し、受信時刻の差から固定局と移動局との位置関係を算出する位置検知システムが知られている。
　また、基準局と中継局と携帯端末とにより構成される位置特定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１－１１７８７９号公報
　ところで、パルス信号を用いた位置検知システムは、パルス信号の受信時刻を測定するため、測定分解能を上げるにはパルス幅を短くし、各固定局の時刻を高精度に同期させる必要がある。しかしながら、パルス幅を短くすると占有帯域幅が広がり、さらに各固定局を高精度に同期させるには複雑な処理が必要となるという問題がある。
　また、特許文献１に記載された位置特定装置は、基準局および中継局から送信された距離測定信号の位相と方向測定信号の位相とを検知して、長方形のサービスエリア内の長辺に沿って移動する携帯端末の位置を特定する構成としている。しかしながら、この位置特定装置は、方向を測定するために、基準局と中継局とのアンテナの指向性を制御する必要があり、処理が複雑になるという問題がある。また、携帯端末の位置を特定できる範囲が長方形の形状に限られているので、使用できる場所や条件が限られてしまうという問題もある。
　本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、非同期でシステムの簡易化が可能な位置検知システムおよび位置検知方法を提供することにある。
（１）．上述した課題を解決するために、本発明は、移動局用基準クロック回路と無線信号送信回路と送信アンテナとを有する移動局と、基準局用基準クロック回路と無線信号受信回路と受信アンテナと無線信号送信回路と送信アンテナとを有する基準局と、固定局用基準クロック回路と無線信号受信回路と受信アンテナとを有する少なくとも３つ以上の固定局とから構成される位置検知システムであって、３つ以上の前記固定局の前記固定局用基準クロック回路は、それぞれ非同期で独立に動作し、前記移動局は、間欠的に前記移動局用基準クロック回路の基準クロックに基づく第１の無線信号とトリガ無線信号とを送信し、前記基準局は、予め決められた位置に配置され、前記移動局が送信した前記トリガ無線信号を受信したときに前記基準局用基準クロック回路の基準クロックに基づく第２の無線信号を複数回送信し、前記各固定局は、前記第１の無線信号を受信して該第１の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの第１の位相差をそれぞれ抽出し、複数の前記第２の無線信号を受信して該第２の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの複数の第２の位相差をそれぞれ抽出し、抽出された複数の前記第２の位相差に基づいて前記第２の位相差の時間変動を求め、該時間変動に基づいて前記第１の無線信号を受信したタイミングにおける前記第２の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの第３の位相差を算出して、前記移動局と前記各固定局との間の位相差情報と、前記基準局と前記各固定局との間の位相差情報とを用いて、前記各固定局の前記基準クロックの位相オフセットをキャンセルし、前記各固定局と前記移動局との間の距離情報を得て、前記移動局の位置を算出することを特徴としている。
　本発明によれば、移動局と各固定局との間の位相差情報と、基準局と各固定局との間の位相差情報とを用いて、移動局の位置を算出する構成としている。この場合、各固定局に到達する無線信号の位相のずれ（差）を用いているので、無線信号の波長よりも短い距離分解能を実現することができる。これにより、距離分解能を高めて移動局の位置検出を行うときでも、狭帯域の無線信号を用いることができるから、パルス信号を用いた場合に比べて、無線信号の占有帯域幅を狭めることができる。
　また、移動局と各固定局との間の位相差情報と、基準局と各固定局との間の位相差情報とを用いて、移動局、基準局、各固定局の各基準クロックの位相オフセットをキャンセルしている。これにより、各固定局、移動局、基準局との間で同期をとる必要が無くなるので、システム構築を簡易化することができる。
　具体的には、基準局と各固定局との間の複数の第２の位相差に基づいて第２の位相差の時間変動を求め、第１の無線信号を受信したタイミングにおける第２の無線信号に含まれるキャリアと各固定局の各基準クロックとの第３の位相差を算出する構成としている。これにより、移動局と各固定局との間の第１の位相差と、第１の無線信号を受信したタイミングにおける基準局と各固定局との間の第３の位相差とを用いて、移動局、基準局、各固定局の位相オフセットをキャンセルすることができる。この結果、第１の位相差を抽出するタイミングと第３の位相差を算出するタイミングを合わせることができるので、位相補正の精度を高めて位置検出の高精度化が実現できる。
　また、第１の無線信号を受信したタイミングにおける第３の位相差を算出することにより、各固定局の基準クロックの周波数が互いに異なる場合でも、移動局、基準局、各固定局の位相オフセットをキャンセルすることができる。
　また、移動局はトリガ無線信号を送信し、基準局は移動局が送信したトリガ無線信号を受信したときに複数の第２の無線信号を送信する構成としている。これにより、移動局からの第１の無線信号を各固定局が受信する時刻と、基準局からの第２の無線信号を各固定局が受信する時刻との間隔を短くすることができる。この結果、各固定局の周波数偏差による位相回転を小さく抑えることができるから、位相補正の精度を高めて、位置検出の高精度化が実現できる。
（２）．本発明の位置検知システムでは、前記固定局の前記固定局用基準クロック回路は、互いに同じ周波数の基準クロックを生成する構成としている。
　これにより、各固定局が互いに異なる周波数の基準クロックを生成する場合と比べて、各固定局の周波数偏差を小さくすることができるので、位相補正の精度を高めて、位置検出の高精度化が実現できる。また、各固定局用基準クロック回路を同一の回路部品を用いて構成することができるので、コストを抑制することができる。
（３）．本発明の位置検知システムでは、３つ以上の前記固定局のうち少なくとも１つの固定局は、前記基準局の機能を兼ね備えて、複数の前記第２の無線信号を送信する構成としている。
　この場合、固定局から送信される複数の第２の無線信号を用いて各固定局の位相オフセットをキャンセルできるので、基準局を別個に設ける必要がなくなる。この結果、システムを簡易に構築できるので、コストを抑制することができる。
（４）．本発明の位置検知システムでは、前記移動局の前記移動局用基準クロック回路は、２つ以上の周波数の基準クロックを生成する機能を有し、前記移動局は、２種類以上のキャリア周波数の前記第１の無線信号を送信し、前記基準局の前記基準局用基準クロック回路は、２つ以上の周波数の基準クロックを生成する機能を有し、前記基準局は、２種類以上のキャリア周波数の複数の前記第２の無線信号を送信する構成としている。
　この場合、一のキャリア周波数を用いて検出した位相差と、他のキャリア周波数を用いて検出した位相差とは、それぞれの繰り返しの周期は異なるため、２つの位相差の差を用いて、２つの位相差が何周したかを求めることができる。これにより、位相差の周期性が長くなり、位相周りの不確定性が解消して絶対位相を求めることができ、高精度に移動局の位置を算出することができる。
（５）．本発明は、移動局用基準クロック回路と無線信号送信回路と送信アンテナとを有する移動局と、基準局用基準クロック回路と無線信号受信回路と受信アンテナと無線信号送信回路と送信アンテナとを有する基準局と、固定局用基準クロック回路と無線信号受信回路と受信アンテナとを有する少なくとも３つ以上の固定局とから構成される位置検知システムを用いた位置検知方法であって、３つ以上の前記固定局の前記固定局用基準クロック回路は、それぞれ非同期で独立に動作し、前記移動局は、間欠的に前記移動局用基準クロック回路の基準クロックに基づく第１の無線信号とトリガ無線信号とを送信し、前記基準局は、予め決められた位置に配置され、前記移動局が送信した前記トリガ無線信号を受信したときに前記基準局用基準クロック回路の基準クロックに基づく第２の無線信号を複数回送信し、前記各固定局は、前記第１の無線信号を受信して該第１の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの第１の位相差をそれぞれ抽出し、複数の前記第２の無線信号を受信して該第２の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの複数の第２の位相差をそれぞれ抽出し、抽出された複数の前記第２の位相差に基づいて前記第２の位相差の時間変動を求め、該時間変動に基づいて前記第１の無線信号を受信したタイミングにおける前記第２の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの第３の位相差を算出して、前記移動局と前記各固定局との間の位相差情報と、前記基準局と前記各固定局との間の位相差情報とを用いて、前記各固定局の前記基準クロックの位相オフセットをキャンセルし、前記各固定局と前記移動局との間の距離情報を得て、前記移動局の位置を算出する構成としている。
　本発明によれば、移動局と各固定局との間の位相差情報と、基準局と各固定局との間の位相差情報とを用いて、移動局の位置を算出する構成としている。この場合、各固定局に到達する無線信号の位相のずれ（差）を用いているので、無線信号の波長よりも短い距離分解能を実現することができる。これにより、距離分解能を高めて移動局の位置検出を行うときでも、狭帯域の無線信号を用いることができるから、パルス信号を用いた場合に比べて、無線信号の占有帯域幅を狭めることができる。
　また、移動局と各固定局との間の位相差情報と、基準局と各固定局との間の位相差情報とを用いて、移動局、基準局、各固定局の各基準クロックの位相オフセットをキャンセルしている。これにより、各固定局、移動局、基準局との間で同期をとる必要が無くなるので、システム構築を簡易化することができる。
（６）．本発明の位置検知方法では、前記固定局の前記固定局用基準クロック回路は、互いに同じ周波数の基準クロックを生成する構成としている。
　これにより、各固定局が互いに異なる周波数の基準クロックを生成する場合と比べて、各固定局の周波数偏差を小さくすることができるので、位相補正の精度を高めて、位置検出の高精度化が実現できる。また、各固定局用基準クロック回路を同一の回路部品を用いて構成することができるので、コストを抑制することができる。
（７）．本発明の位置検知方法では、３つ以上の前記固定局のうち少なくとも１つの固定局は、前記基準局の機能を兼ね備えて、複数の前記第２の無線信号を送信する構成としている。
　この場合、固定局から送信される複数の第２の無線信号を用いて各固定局の位相オフセットをキャンセルできるので、基準局を別個に設ける必要がなくなる。この結果、システムを簡易に構築できるので、コストを抑制することができる。
（８）．本発明の位置検知方法では、前記移動局の前記移動局用基準クロック回路は、２つ以上の周波数の基準クロックを生成する機能を有し、前記移動局は、２種類以上のキャリア周波数の前記第１の無線信号を送信し、前記基準局の前記基準局用基準クロック回路は、２つ以上の周波数の基準クロックを生成する機能を有し、前記基準局は、２種類以上のキャリア周波数の複数の前記第２の無線信号を送信する構成としている。
　この場合、一のキャリア周波数を用いて検出した位相差と、他のキャリア周波数を用いて検出した位相差とは、それぞれの繰り返しの周期は異なるため、２つの位相差の差を用いて、２つの位相差が何周したかを求めることができる。これにより、位相差の周期性が長くなり、位相周りの不確定性が解消して絶対位相を求めることができ、高精度に移動局の位置を算出することができる。
第１，第３の実施の形態による位置検知システムの全体構成を示すブロック図である。 図１中の移動局の全体構成を示すブロック図である。 図１中の各固定局の全体構成を示すブロック図である。 固定局の受信回路の構成を示す回路図である。 図１中の基準局の全体構成を示すブロック図である。 第２の無線信号を受信する時間と第２，第３の位相差との関係を示す説明図である。 第１の実施の形態による位置検知システムによる無線信号の送受信のタイミングを示す説明図である。 第１の無線信号によるキャリア位相差と距離差との関係を示す説明図である。 第１の固定局と第２の固定局との間の距離差による双曲線と、第１の固定局と第３の固定局との間の距離差による双曲線とを示す説明図である。 第１の実施の形態による位置検知システムの全体処理を示す流れ図である。 第２の実施の形態による位置検知システムの全体構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態による第１の固定局の全体構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態による位置検知システムによる無線信号の送受信のタイミングを示す説明図である。 第３の実施の形態による位置検知システムによる無線信号の送受信のタイミングを示す説明図である。 第３の実施の形態による第１の無線信号によるキャリア位相差、キャリア位相差の差と距離差との関係を示す説明図である。 第３の実施の形態による位置検知システムの全体処理を示す流れ図である。
　以下、本発明の実施の形態による位置検知システムについて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
　図１ないし図１０に、第１の実施の形態による位置検知システム１を示す。位置検知システム１は、移動局２と、基準局３と、第１の固定局４と、第２の固定局５と、第３の固定局６と、サーバ７等を有している。この場合、例えば、移動局２と第１の固定局４とは距離ｒ1だけ離れ、移動局２と第２の固定局５とは距離ｒ2だけ離れ、移動局２と第３の固定局６とは距離ｒ3だけ離れているものとする。
　移動局２は、例えば検知対象物となる移動可能な無線端末である。図２に示すように、移動局２は、移動局用基準クロック回路２Ａと、制御回路２Ｂと、無線信号送信回路２Ｃと、送信アンテナ２Ｄ等を有している。この移動局２は、各固定局４～６に向けて第１の無線信号Ｓ1を送信し、基準局３に向けてトリガ無線信号Ｓtを送信する。
　移動局用基準クロック回路２Ａは、例えば、発振器を備えている。この移動局用基準クロック回路２Ａは、送信アンテナ２Ｄに対して第１の無線信号Ｓ1およびトリガ無線信号Ｓtの基準となる角周波数ωm（キャリア周波数）の基準クロック（ＣＬＫ）Ｃmを生成する。制御回路２Ｂは、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されている。制御回路２Ｂは、移動局２が第１の無線信号Ｓ1およびトリガ無線信号Ｓtを間欠的に送信するタイミング等を制御している。
　無線信号送信回路２Ｃは、例えば変調回路、増幅器等を備えている。無線信号送信回路２Ｃの入力側は制御回路２Ｂに接続され、無線信号送信回路２Ｃの出力側は送信アンテナ２Ｄに接続されている。この無線信号送信回路２Ｃは、基準クロックＣmに基づいて、第１の無線信号Ｓ1およびトリガ無線信号Ｓtを生成する。送信アンテナ２Ｄは、第１の無線信号Ｓ1およびトリガ無線信号Ｓtが放射可能な各種のアンテナによって構成されている。送信アンテナ２Ｄは、第１の無線信号Ｓ1を各固定局４～６に向けて送信し、基準局３に向けてトリガ無線信号Ｓtを送信する。なお、トリガ無線信号Ｓtは、第１の無線信号Ｓ1と同一でもよく、例えば各種の信号変調によって第１の無線信号Ｓ1とは別個の無線信号としてもよい。
　ここで、移動局２が送信する第１の無線信号Ｓ1に含まれるキャリア位相Ｐmは、角周波数ωm、時刻t、位相オフセットφmとすると、以下の数１式で表される。この場合、位相オフセットとは、移動局２、基準局３、各固定局４～６が非同期で独立に動作することによる位相のずれを意味している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　基準局３は、予め決められた位置に配置されている。図５に示すように、基準局３は、基準局用基準クロック回路３Ａと、制御回路３Ｂと、無線信号送信回路３Ｃと、無線信号受信回路３Ｄと、送受切替回路３Ｅと、送受信アンテナ３Ｆ等を有している。この基準局３は、移動局２が送信したトリガ無線信号Ｓtを受信したときに、各固定局４～６に向けて、第２の無線信号Ｓ2を複数回送信する。
　基準局用基準クロック回路３Ａは、例えば発振器を備えている。この基準局用基準クロック回路３Ａは、送受信アンテナ３Ｆに対して第２の無線信号Ｓ2の基準となる角周波数ωs（キャリア周波数）の基準クロックＣsを生成する。制御回路３Ｂは、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されている。制御回路３Ｂは、基準局３が、トリガ無線信号Ｓtを受信し、第２の無線信号Ｓ2を間欠的に送信する動作等を制御している。
　無線信号送信回路３Ｃは、制御回路３Ｂと送受切替回路３Ｅとに接続されている。この無線信号送信回路３Ｃは、例えば変調回路、増幅器等を備えている。この無線信号送信回路３Ｃは、基準クロックＣsに基づいて、第２の無線信号Ｓ2を生成する。一方、無線信号受信回路３Ｄは、制御回路３Ｂと送受切替回路３Ｅとに接続されている。無線信号受信回路３Ｄは、例えば増幅器、フィルタ等を備えている。この無線信号受信回路３Ｄは、送受信アンテナ３Ｆで受信したトリガ無線信号Ｓtを増幅すると共に、トリガ無線信号Ｓtからノイズを除去し制御回路３Ｂに出力する。
　送受切替回路３Ｅは、無線信号送信回路３Ｃおよび無線信号受信回路３Ｄと送受信アンテナ３Ｆとの間を接続している。この送受切替回路３Ｅは、制御回路３Ｂの指令により送受信を切替え、無線信号送信回路３Ｃからの第２の無線信号Ｓ2を送受信アンテナ３Ｆに出力し、送受信アンテナ３Ｆで受信したトリガ無線信号Ｓtを無線信号受信回路３Ｄに出力する。送受信アンテナ３Ｆは、トリガ無線信号Ｓtを受信し第２の無線信号Ｓ2が放射可能な各種のアンテナによって構成されている。送受信アンテナ３Ｆは、第２の無線信号Ｓ2を各固定局４～６に向けて複数回送信する。
　ここで、基準局３が送信する第２の無線信号Ｓ2に含まれるキャリア位相Ｐsは、角周波数ωs、時刻t、位相オフセットφsとすると、以下の数２式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　第１の固定局４は、予め決められた場所に配置されている。図３に示すように、第１の固定局４は、固定局用基準クロック回路４Ａと、制御回路４Ｂと、無線信号受信回路４Ｃと、受信アンテナ４Ｄ等を有している。この第１の固定局４は、移動局２から送信された第１の無線信号Ｓ1と、基準局３から送信された複数の第２の無線信号Ｓ2とを受信する。
　固定局用基準クロック回路４Ａは、例えば発振器を備えている。この固定局用基準クロック回路４Ａは、第１の固定局４が作動する角周波数ωf1の基準クロックＣf1を生成する。制御回路４Ｂは、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されている。制御回路４Ｂは、基準クロックＣf1と第１の無線信号Ｓ1との位相差Δφmf1と、基準クロックＣf1と複数の第２の無線信号Ｓ2との位相差Δφsbf1，Δφscf1とを検出する動作を制御する。
　ここで、第１の固定局４の基準クロックＣf1の位相Ｐf1は、角周波数ωf1、時刻t、位相オフセットφf1とすると、以下の数３式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　無線信号受信回路４Ｃは、受信アンテナ４Ｄと制御回路４Ｂとに接続されている。この無線信号受信回路４Ｃは、例えばミキサ４Ｃ１，４Ｃ２、移相器４Ｃ３、位相検出回路（図示せず）等を備えている。この無線信号受信回路４Ｃは、受信アンテナ４Ｄで受信した第１の無線信号Ｓ1に含まれるキャリア位相Ｐmと基準クロックＣf1の位相Ｐf1との位相差Δφmf1と、受信アンテナ４Ｄで受信した複数の第２の無線信号Ｓ2に含まれるキャリア位相Ｐsと基準クロックＣf1の位相Ｐf1との位相差Δφsbf1，Δφscf1とを抽出する。
　具体的に説明すると、無線信号受信回路４Ｃは、基準クロックＣf1と受信信号としての第１の無線信号Ｓ1（第２の無線信号Ｓ2）とを、ミキサ４Ｃ１において混合（ダウンコンバート）してＩ信号を生成する。また、無線信号受信回路４Ｃは、固定局用基準クロック回路４Ａから出力された基準クロックＣf1を移相器４Ｃ３において位相を９０°進めて（遅らせて）、この９０°進めた基準クロックＣf1と受信信号としての第１の無線信号Ｓ1（第２の無線信号Ｓ2）とを、ミキサ４Ｃ２において混合（ダウンコンバート）してＱ信号を生成する。これらのＩ信号とＱ信号とは、位相検出回路に出力される。位相検出回路は、第１の無線信号Ｓ1のキャリア位相Ｐmと基準クロックＣf1の位相Ｐf1との位相差Δφmf1を算出する。これに加え、位相検出回路は、複数の第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐsと基準クロックＣf1の位相Ｐf1との位相差Δφsbf1，Δφscf1を算出する。
　第２の固定局５は、予め決められた場所として、第１の固定局４と異なる位置に配置されている。この第２の固定局５は、第１の固定局４と同様に、固定局用基準クロック回路５Ａと、制御回路５Ｂと、無線信号受信回路５Ｃと、受信アンテナ５Ｄ等を有している。
　固定局用基準クロック回路５Ａは、例えば、発振器を備えている。この固定局用基準クロック回路５Ａは、第２の固定局５が作動する角周波数ωf2の基準クロックＣf2を生成する。制御回路５Ｂは、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されている。制御回路５Ｂは、基準クロックＣf2と第１の無線信号Ｓ1との位相差Δφmf2と、基準クロックＣf2と複数の第２の無線信号Ｓ2との位相差Δφsbf2，Δφscf2とを検出する動作を制御する。なお、この場合、第２の固定局５と第１の固定局４とは非同期で独立に動作する。このとき、角周波数ωf2と角周波数ωf1とは、互いに同じ角周波数（ωf2＝ωf1）でもよく、互いに異なる角周波数（ωf2≠ωf1）でもよい。
　ここで、第２の固定局５の基準クロックＣf2の位相Ｐf2は、角周波数ωf2、時刻t、位相オフセットφf2とすると、以下の数４式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　無線信号受信回路５Ｃは、受信アンテナ５Ｄと制御回路５Ｂとの間に接続されている。無線信号受信回路５Ｃは、第１の固定局４の無線信号受信回路４Ｃと同様に構成されている。この無線信号受信回路５Ｃは、受信アンテナ５Ｄで受信した第１の無線信号Ｓ1のキャリア位相Ｐmと基準クロックＣf2の位相Ｐf2との位相差Δφmf2を算出する。これに加え、無線信号受信回路５Ｃは、受信アンテナ５Ｄで受信した複数の第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐsと基準クロックＣf2の位相Ｐf2との位相差Δφsbf2，Δφscf2を算出する。
　第３の固定局６は、予め決められた場所として、第１および第２の固定局４，５と異なる位置に配置されている。この第３の固定局６は、第１の固定局４と同様に、固定局用基準クロック回路６Ａと、制御回路６Ｂと、無線信号受信回路６Ｃと、受信アンテナ６Ｄ等を有している。
　固定局用基準クロック回路６Ａは、例えば発振器を備えている。この固定局用基準クロック回路６Ａは、第３の固定局６が作動する角周波数ωf3の基準クロックＣf3を生成する。制御回路６Ｂは、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されている。制御回路６Ｂは、基準クロックＣf3と第１の無線信号Ｓ1との位相差Δφmf3と、基準クロックＣf2と複数の第２の無線信号Ｓ2との位相差Δφsbf3，Δφscf3とを検出する動作を制御する。なお、この場合、第３の固定局６と第１および第２の固定局４，５とは非同期で独立に動作する。このとき、角周波数ωf3と角周波数ωf1，ωf2とは、互いに同じ角周波数（ωf3＝ωf1＝ωf2）でもよく、互いに異なる角周波数（ωf3≠ωf1≠ωf2）でもよい。
　ここで、第３の固定局６の基準クロックＣf3の位相Ｐf3は、角周波数ωf3、時刻t、位相オフセットφf3とすると、以下の数５式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　無線信号受信回路６Ｃは、受信アンテナ６Ｄと制御回路６Ｂとの間に接続されている。無線信号受信回路６Ｃは、第１の固定局４の無線信号受信回路４Ｃと同様に構成されている。この無線信号受信回路６Ｃは、受信アンテナ６Ｄで受信した第１の無線信号Ｓ1のキャリア位相Ｐmと基準クロックＣf3の位相Ｐf3との位相差Δφmf3を算出する。これに加え、無線信号受信回路６Ｃは、受信アンテナ６Ｄで受信した複数の第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐsと基準クロックＣf3の位相Ｐf3との位相差Δφsbf3，Δφscf3を算出する。
　サーバ７は、各固定局４～６に接続されている。サーバ７は、移動局２と各固定局４～６との間の位相差情報である位相差Δφmf1，Δφmf2，Δφmf3と、基準局３と各固定局４～６との間の位相差情報である位相差Δφsbf1，Δφscf1，Δφsbf2，Δφscf2，Δφsbf3，Δφscf3とを用いて、移動局２の位置を算出する。なお、この場合、サーバ７と各固定局４～６との接続は、物理的なケーブルを用いた有線接続でもよいし、無線接続であっても構わない。
　次に、図６ないし図１０を用いて、本実施の形態による位置検知システム１の位置検知方法について説明する。
　図１０中のステップ１は、第１の無線信号送信要素の具体例を示している。このステップ１では、移動局２は、各固定局４～６に向けて第１の無線信号Ｓ1を送信する。さらに、移動局２は、基準局３が第２の無線信号Ｓ2を送信するためのトリガ無線信号Ｓtを送信する（図７参照）。ここで、移動局２が、時刻t0aに送信する第１の無線信号Ｓ1のキャリア位相Ｐmは、以下の数６式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ステップ２は、第１の位相差算出要素の具体例を示している。このステップ２では、各固定局４～６は、受信した第１の無線信号Ｓ1のキャリア位相Ｐmと、基準クロックＣf1～Ｃf3の位相Ｐf1～Ｐf3との第１の位相差Δφmf1～Δφmf3を求める。即ち、第１の固定局４が第１の無線信号Ｓ1を受信する時刻をt1aとすると、基準クロックＣf1の位相Ｐf1は以下の数７式で表され、第１の無線信号Ｓ1のキャリア位相Ｐmと基準クロックＣf1の位相Ｐf1との第１の位相差Δφmf1は以下の数８式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　同様に、第２の固定局５が第１の無線信号Ｓ1を受信する時刻をt2aとすると、基準クロックＣf2の位相Ｐf2は以下の数９式で表され、第１の無線信号Ｓ1のキャリア位相Ｐmと基準クロックＣf2の位相Ｐf2との第１の位相差Δφmf2は以下の数１０式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　同様に、第３の固定局６が第１の無線信号Ｓ1を受信する時刻をt3aとすると、基準クロックＣf3の位相Ｐf3は以下の数１１式で表され、第１の無線信号Ｓ1のキャリア位相Ｐmと基準クロックＣf3の位相Ｐf3との第１の位相差Δφmf3は以下の数１２式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　ステップ３は、第２の無線信号送信要素の具体例を示している。このステップ３では、トリガ無線信号Ｓtを受信した基準局３は、各固定局４～６に向けて複数（例えば、２回）の第２の無線信号Ｓ2を送信する。この場合、トリガ無線信号Ｓtを時刻tkaに受信した基準局３は、所定の時間経過後に第２の無線信号Ｓ2を送信すればよい。なお、時刻t0bと時刻t0cとの間の時間差は、例えば第２の位相差の変動（位相差Δφsbf1と位相差Δφscf1との差、位相差Δφsbf2と位相差Δφscf2との差、位相差Δφsbf3と位相差Δφscf3との差）が２π以下となる範囲に設定されている。
　ここで、基準局３が、時刻t0bに送信する１回目の第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐs1は、以下の数１３式で表される。また、基準局３が、時刻t0cに送信する２回目の第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐs2は、以下の数１４式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ステップ４は、第２の位相差算出要素の具体例を示している。このステップ４では、各固定局４～６は、受信した第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐs1，Ｐs2と、基準クロックＣf1～Ｃf3の位相Ｐf1～Ｐf3との第２の位相差Δφsbf1～Δφsbf3，Δφscf1～Δφscf3を求める。即ち、第１の固定局４が１回目の第２の無線信号Ｓ2を受信する時刻をt1bとすると、基準クロックＣf1の位相Ｐf1は以下の数１５式で表され、第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐs1と基準クロックＣf1の位相Ｐf1との第２の位相差Δφsbf1は以下の数１６式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
また、第１の固定局４が２回目の第２の無線信号Ｓ2を受信する時刻をt1cとすると、基準クロックＣf1の位相Ｐf1は以下の数１７式で表され、第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐs2と基準クロックＣf1の位相Ｐf1との第２の位相差Δφscf1は以下の数１８式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　同様に、第２の固定局５が１回目の第２の無線信号Ｓ2を受信する時刻をt2bとすると、基準クロックＣf2の位相Ｐf2は以下の数１９式で表され、第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐs1と基準クロックＣf2の位相Ｐf2との第２の位相差Δφsbf2は以下の数２０式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　また、第２の固定局５が２回目の第２の無線信号Ｓ2を受信する時刻をt2cとすると、基準クロックＣf2の位相Ｐf2は以下の数２１式で表され、第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐs2と基準クロックＣf2の位相Ｐf2との第２の位相差Δφscf2は以下の数２２式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　同様に、第３の固定局６が１回目の第２の無線信号Ｓ2を受信する時刻をt3bとすると、基準クロックＣf3の位相Ｐf3は以下の数２３式で表され、第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐs1と基準クロックＣf3の位相Ｐf3との第２の位相差Δφsbf3は以下の数２４式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　また、第３の固定局６が２回目の第２の無線信号Ｓ2を受信する時刻をt3cとすると、基準クロックＣf3の位相Ｐf3は以下の数２５式で表され、第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐs2と基準クロックＣf3の位相Ｐf3との第２の位相差Δφscf3は以下の数２６式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
　ステップ５は、第３の位相差算出要素の具体例を示している。このステップ５では、第１～第３の固定局４～６は、第１～第３の固定局４～６で得られた複数の第２の位相差Δφsbf1～Δφsbf3，Δφscf1～Δφscf3に基づいて、第２の位相差Δφsbf1～Δφsbf3，Δφscf1～Δφscf3の時間変動Δφ1／Δｔ，Δφ2／Δｔ，Δφ3／Δｔを求める。そして、第１～第３の固定局４～６は、時間変動Δφ1／Δｔ，Δφ2／Δｔ，Δφ3／Δｔに基づいて、第１の無線信号Ｓ1を受信したタイミングにおける第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐsと、基準クロックＣf1～Ｃf3の位相Ｐf1～Ｐf3との第３の位相差Δφsaf1～Δφsaf3を求める。
　即ち、図６に示すように、第１の固定局４は、時刻t1b，t1cで得られた第２の位相差Δφsbf1，Δφscf1の情報に基づいて、外挿法を用いて第１の無線信号Ｓ1を受信した時刻t1aにおける第３の位相差Δφsaf1を算出する（数３０式参照）。同様に、第２の固定局５は、時刻t2b，t2cで得られた第２の位相差Δφsbf2，Δφscf2の情報に基づいて、第１の無線信号Ｓ1を受信した時刻t2aにおける第３の位相差Δφsaf2を算出する（数３１式参照）。同様に、第３の固定局６は、時刻t3b，t3cで得られた第２の位相差Δφsbf3，Δφscf3の情報に基づいて、第１の無線信号Ｓ1を受信した時刻t3aにおける第３の位相差Δφsaf3を算出する（数３２式参照）。この場合、時刻t0bと時刻t0cとの間、時刻t1bと時刻t1cとの間、時刻t2bと時刻t2cとの間、時刻t3bと時刻t3cとの間の関係は、以下の数２７式で示す関係となり、数２７式から数２８式および数２９式が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000031
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
　ステップ６は、位相オフセットキャンセル要素の具体例を示している。このステップ６では、サーバ７は、第１，第２の固定局４，５で得られた第１の位相差Δφmf1，Δφmf2および第３の位相差Δφsaf1，Δφsaf2を用いて、移動局２と基準局３と第１，第２の固定局４，５とにおける基準クロックＣm，Ｃs，Ｃf1，Ｃf2の位相オフセットφm，φs，φf1，φf2をキャンセルする。即ち、以下の数３３式で示すように、第１の固定局４で得られた第１，第３の位相差情報から、第２の固定局５で得られた第１，第３の位相差情報を差し引くことで、移動局２と基準局３と第１，第２の固定局４，５との位相オフセットφm，φs，φf1，φf2をキャンセルした位相差Δφ21を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000033
　ステップ７は、キャリア位相差算出要素の具体例を示している。このステップ７では、サーバ７は、位相オフセットφm，φs，φf1，φf2をキャンセルした情報である位相差Δφ21を用いて、第１の固定局４と第２の固定局５との間のキャリア位相差Δ21を算出する。即ち、上記数３３式に基づいて、以下の数３４式で示すようにキャリア位相差Δ21を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000034
　ここで、数３４式の右辺第２項に示すωs（t1b－t2b）は、所定の位置に配置された基準局３と各固定局４，５との関係から予め求められる。これにより、サーバ７は、キャリア位相差Δ21を算出する。
　ステップ８は、距離差算出要素の具体例を示している。このステップ８では、サーバ７は、キャリア位相差Δ21を用いて、第１の固定局４と移動局２との間の距離ｒ1と、第２の固定局５と移動局２との間の距離ｒ2とを用いて距離差Δｒ12（＝ｒ1－ｒ2）を求める。この場合、キャリア位相差Δ21が求められれば、各固定局４，５における第１の無線信号Ｓ1（または第２の無線信号Ｓ2）の到来時間差が求められるので、例えば、ＴＤＯＡ（Time Differential Of Arrival）方式を用いて、距離情報である距離差Δｒ12を求めることができる。
　なお、キャリア位相差Δ21は２π毎に周期的に表れるので、キャリア位相差Δ21の絶対値は直接求められず、２ｎπ（但し、ｎは整数）の不確定性があり、キャリア位相差Δ21に対する距離差Δｒ12も無限に存在する。例えば、図８に示すように、第１の無線信号Ｓ1の波長をλ1とすると、キャリア位相差Δ21が２πとなる毎に、波長λ1の整数倍の距離差Δｒ12が算出される。
　この２ｎπの不確定性を解消するために、位置検知システム１は、移動局２の位置を特定した状態でキャリア位相差Δ21を校正し、その位置からの変動分として追従させる。これにより、位置検知システム１は、キャリア位相差Δ21を一意に求め、図９に示すように、移動局２が存在しうる距離差Δｒ12の双曲線を求めることができる。
　ステップ９は、位相オフセットキャンセル要素の具体例を示している。このステップ９では、サーバ７は、第１，第３の固定局４，６で得られた第１の位相差Δφmf1，Δφmf3および第３の位相差Δφsaf1，Δφsaf3を用いて、移動局２と基準局３と第１，第３の固定局４，６とにおける基準クロックＣm，Ｃs，Ｃf1，Ｃf2の位相オフセットφm，φs，φf1，φf2をキャンセルする。即ち、以下の数３５式で示すように、第１の固定局４で得られた第１，第３の位相差情報から、第３の固定局６で得られた第１，第３の位相差情報を差し引くことで、移動局２と基準局３と第１，第３の固定局４，６との位相オフセットφm，φs，φf1，φf3をキャンセルした位相差Δφ31を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000035
　ステップ１０は、キャリア位相差算出要素の具体例を示している。このステップ１０は、サーバ７は、位相オフセットφm，φs，φf1，φf3をキャンセルした情報である位相差Δφ31を用いて、第１の固定局４と第３の固定局６との間のキャリア位相差Δ31を算出する。即ち、上記数３５式に基づいて、以下の数３６式で示すようにキャリア位相差Δ31を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000036
　ここで、数３６式の右辺第２項に示すωs（t1b－t3b）は、所定の位置に配置された基準局３と各固定局４，６との関係から予め求められる。これにより、サーバ７は、キャリア位相差Δ31を算出する。
　ステップ１１は、距離差算出要素の具体例を示している。このステップ１１では、サーバ７は、キャリア位相差Δ31を用いて、第１，第３の固定局４，６と移動局２との距離差Δｒ13（＝ｒ1－ｒ3）を求める。この場合、例えばＴＤＯＡ方式を用いて、キャリア位相差Δ31から距離差Δｒ13を求めることができる。
　ステップ１２は、移動局位置算出要素の具体例を示している。このステップ１２では、サーバ７は、求めた２つの距離差Δｒ12，Δｒ13から移動局２の位置を算出する。即ち、図９に示すように、サーバ７は、距離差Δｒ12の双曲線と、距離差Δｒ13の双曲線との交点から移動局２の位置を求めることができる。
　かくして、第１の実施の形態によれば、位置検知システム１は、移動局２と各固定局４～６との間の位相差情報と、基準局３と各固定局４～６との間の位相差情報とを用いて、移動局２の位置を算出する構成としている。この場合、各固定局４～６に到達する第１の無線信号Ｓ1のキャリア位相差Δ21，Δ31を用いているので、第１の無線信号Ｓ1の波長λ1よりも短い距離分解能を実現することができる。これにより、距離分解能を高めて移動局２の位置検出を行うときでも、狭帯域の無線信号を用いることができるから、パルス信号を用いた場合に比べて、無線信号の占有帯域幅を狭めることができる。
　また、位置検知システム１は、移動局２と各固定局４～６との間の第１の位相差Δφmf1～Δφmf3と、基準局３と各固定局４～６との間の第３の位相差Δφsaf1～Δφsaf3とを用いて、移動局２、基準局３および各固定局４～６の位相オフセットφm，φs，φf1～φf3をキャンセルしている。これにより、各固定局４～６、移動局２、基準局３との間で同期をとる必要が無くなるので、システム構築を簡易化することができる。
　具体的には、位置検知システム１は、基準局３と各固定局４～６との間の複数の第２の位相差Δφsbf1～Δφsbf3，Δφscf1～Δφscf3に基づいて第２の位相差Δφsbf1～Δφsbf3，Δφscf1～Δφscf3の時間変動Δφ1／Δｔ，Δφ2／Δｔ，Δφ3／Δｔを求めている。そして、位置検知システム１は、第１の無線信号Ｓ1を受信したタイミングにおける第２の無線信号Ｓ2に含まれるキャリア位相Ｐsと各固定局４～６の各基準クロックＣf1～Ｃf3との第３の位相差Δφsaf1～Δφsaf3を算出する構成としている。これにより、移動局２と各固定局４～６との間の第１の位相差Δφmf1～Δφmf3と、第１の無線信号Ｓ1を受信したタイミングにおける基準局３と各固定局４～６との間の第３の位相差Δφsaf1～Δφsaf3とを用いて、移動局２、基準局３および各固定局４～６の位相オフセットφm，φs，φf1～φf3をキャンセルすることができる。この結果、第１の位相差Δφmf1～Δφmf3を抽出するタイミングと第３の位相差Δφsaf1～Δφsaf3を算出するタイミングを合わせることができるので、位相補正の精度を高めて位置検出の高精度化が実現できる。
　また、第１の無線信号Ｓ1を受信したタイミングにおける第３の位相差Δφsaf1～Δφsaf3を算出することにより、各固定局４～６の基準クロックＣf1～Ｃf3の角周波数ωf1～ωf3が互いに異なる場合でも、移動局２、基準局３、各固定局４～６の位相オフセットφm，φs，φf1～φf3をキャンセルすることができる。
　また、移動局２はトリガ無線信号Ｓtを送信し、基準局３は移動局２が送信したトリガ無線信号Ｓtを受信したときに複数の第２の無線信号Ｓ2を送信する構成としている。これにより、移動局２からの第１の無線信号Ｓ1を各固定局４～６が受信する時刻t1a，t2a，t3aと、基準局３からの第２の無線信号Ｓ2を各固定局４～６が受信する時刻t1c，t2c，t3cとの間隔（t1c－t1a，t2c－t2a，t3c－t3a）を短くすることができる。この結果、各固定局４～６の周波数偏差による位相回転を小さく抑えることができるから、位相補正の精度を高めて、位置検出の高精度化が実現できる。
　次に、図１１ないし図１３に、本発明の第２の実施の形態による位置検知システムを示す。第２の実施の形態の特徴は、第１の固定局は、基準局の機能を兼ね備える構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
　第２の実施の形態による位置検知システム２１は、第１の実施の形態による位置検知システム１とほぼ同様に構成される。このため、位置検知システム２１は、移動局２と、第１の固定局２２と、第２の固定局５と、第３の固定局６と、サーバ７等を有している。但し、第１の固定局２２は、基準局の機能を兼ね備えるために、無線信号送信回路２２Ｃと送受信アンテナ２２Ｆとを備える。この点で、第１の実施の形態とは異なっている。
　第１の固定局２２は、予め決められた位置として、第２および第３の固定局５，６とは異なる位置に配置されている。図１２に示すように、この第１の固定局２２は、固定局用基準クロック回路２２Ａと、制御回路２２Ｂと、無線信号送信回路２２Ｃと、無線信号受信回路２２Ｄと、送受切替回路２２Ｅと、送受信アンテナ２２Ｆ等を有している。この第１の固定局２２は、基準局の機能を兼ね備え、各固定局５，６に向けて、第２の無線信号Ｓ2を送信する。
　固定局用基準クロック回路２２Ａは、例えば、発振器を備えている。この固定局用基準クロック回路２２Ａは、送受信アンテナ２２Ｆに対して第２の無線信号Ｓ2の基準となる角周波数ωf1（キャリア周波数）の基準クロックＣf1を生成する。制御回路２２Ｂは、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されている。制御回路２２Ｂは、第１の固定局２２が、第２の無線信号Ｓ2を間欠的に送信する動作等を制御している。
　無線信号送信回路２２Ｃは、制御回路２２Ｂと送受切替回路２２Ｅとに接続されている。この無線信号送信回路２２Ｃは、例えば変調回路、増幅器等を備えている。無線信号送信回路２２Ｃは、基準クロックＣf1に基づいて、第２の無線信号Ｓ2を生成する。一方、無線信号受信回路２２Ｄは、制御回路２２Ｂと送受切替回路２２Ｅとに接続されている。無線信号受信回路２２Ｄは、例えばミキサ、移相器（いずれも図示せず）等を備えている。この無線信号受信回路２２Ｄは、送受信アンテナ２２Ｆで受信した第１の無線信号Ｓ1のキャリア位相Ｐmと基準クロックＣf1の位相Ｐf1との位相差Δφmf1を算出する。
　送受切替回路２２Ｅは、無線信号送信回路２２Ｃおよび無線信号受信回路２２Ｄと送受信アンテナ２２Ｆとの間を接続している。この送受切替回路２２Ｅは、制御回路２２Ｂの指令により送受信を切替え、無線信号送信回路２２Ｃからの第２の無線信号Ｓ2を送受信アンテナ２２Ｆに出力し、送受信アンテナ２２Ｆで受信した第１の無線信号Ｓ1を無線信号受信回路２２Ｄに出力する。送受信アンテナ２２Ｆは、第２の無線信号Ｓ2が放射可能な各種のアンテナによって構成されている。送受信アンテナ２２Ｆは、第２の無線信号Ｓ2を各固定局５，６に向けて送信する。
　次に、第２の実施の形態による位置検知システム２１の位置検知方法について説明する。第２の実施の形態による位置検知システム２１は、前述した第１の実施の形態による位置検知システム１と同様に、図１０に示す位置検知方法を用いて移動局２の位置を算出する。
　なお、この場合、第１の固定局２２は、第１の固定局２２が第２の無線信号Ｓ2を送信する時刻t1b，t1cを、第１の固定局２２が第２の無線信号Ｓ2を受信する時刻として、第２の位相差Δφsbf1，Δφscf1を算出する。即ち、第１の固定局２２が送信する第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐsと、第１の固定局２２が受信する第２の無線信号Ｓ2の位相Ｐf1は、時刻が同一であるので同位相となり、以下の数３７式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000037
　従って、第１の固定局２２における第２の位相差Δφsbf1，Δφscf1は、以下の数３８式で示す値となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000038
　また、外挿法を用いた第３の位相差Δφsaf1は、上記数３８式で得られた第２の位相差Δφsbf1，Δφscf1の情報に基づいて、以下の数３９式で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000039
　また、移動局２と第１，第２の固定局２２，５との位相オフセットφm，φf1，φf2をキャンセルした位相差Δφ21は、上述した数８式、数１０式、数３１式、数３９式を用いて、以下の数４０式で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000040
　同様に、移動局２と第１，第３の固定局２２，６との位相オフセットφm，φf1，φf3をキャンセルした位相差Δφ31は、上述した数８式、数１２式、数３２式、数３９式を用いて、以下の数４１式で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000041
　かくして、第２の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。第２の実施の形態では、第１の固定局２２は、基準局の機能を兼ね備えて、第２の無線信号Ｓ2を送信する構成としている。この場合、第１の固定局２２から送信される第２の無線信号Ｓ2を用いて、移動局２および各固定局４～６の位相オフセットφm，φf1～φf3をキャンセルできるので、基準局を別個に設ける必要がなくなる。この結果、システムを簡易に構築できるので、コストを抑制することができる。
　次に、図１、図１４ないし図１６に、本発明の第３の実施の形態による位置検知システムを示す。第３の実施の形態の特徴は、移動局は２種類以上のキャリア周波数の第１の無線信号を送信し、基準局は２種類以上のキャリア周波数の第２の無線信号を送信する構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では、前述した第１，第２の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
　第３の実施の形態による位置検知システム３１は、第１の実施の形態による位置検知システム１とほぼ同様に構成される。このため、位置検知システム３１は、移動局２と、基準局３と、第１の固定局４と、第２の固定局５と、第３の固定局６と、サーバ７等を有している。
　ここで、移動局２は、各固定局４～６に向けて、２種類のキャリア周波数（角周波数）の第１の無線信号Ｓ1，Ｓ1′を送信する。この場合、移動局２の移動局用基準クロック回路２Ａは、２つの周波数の基準クロックＣm，Ｃm′を生成する。即ち、移動局用基準クロック回路２Ａは、第１の無線信号Ｓ1の基準となる角周波数ωmの基準クロックＣmと、第１の無線信号Ｓ1′の基準となる角周波数ωm′の基準クロックＣm′とを生成する。
　また、基準局３は、各固定局４～６に向けて、２種類のキャリア周波数（角周波数）の第２の無線信号Ｓ2，Ｓ2′を送信する。この場合、基準局３の基準局用基準クロック回路３Ａは、２つの周波数の基準クロックＣs，Ｃs′を生成する。即ち、基準局用基準クロック回路３Ａは、第２の無線信号Ｓ2の基準となる角周波数ωsの基準クロックＣsと、第２の無線信号Ｓ2′の基準となる角周波数ωs′の基準クロックＣs′とを生成する。
　次に、図１４ないし図１６を用いて、第３の実施の形態による位置検知システム３１の位置検知方法について説明する。
　図１６中のステップ２１は、第１の無線信号送信要素の具体例を示している。このステップ２１では、移動局２は、各固定局４～６に向けて第１の無線信号Ｓ1を送信し、さらに基準局３が第２の無線信号Ｓ2を送信するためのトリガ無線信号Ｓtを送信する（図１４参照）。
　ステップ２２は、第１の位相差算出要素の具体例を示している。このステップ２２では、各固定局４～６は、受信した第１の無線信号Ｓ1のキャリア位相Ｐmと、基準クロックＣf1～Ｃf3の位相Ｐf1～Ｐf3との位相差Δφmf1～φmf3を求める（数６式ないし数１２式参照）。
　ステップ２３は、第２の無線信号送信要素の具体例を示している。このステップ２３では、トリガ無線信号Ｓtを受信した基準局３は、各固定局４～６に向けて複数（例えば、２回）の第２の無線信号Ｓ2を送信する。この場合、トリガ無線信号Ｓtを時刻tkaに受信した基準局３は、所定の時間経過後に第２の無線信号Ｓ2を送信すればよい（数１３式および数１４式参照）。
　ステップ２４は、第２の位相差算出要素の具体例を示している。このステップ２４では、各固定局４～６は、受信した第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐs1，Ｐs2と、基準クロックＣf1～Ｃf3の位相Ｐf1～Ｐf3との第２の位相差Δφsbf1～Δφsbf3，Δφscf1～Δφscf3を求める（数１５式ないし数２６式参照）。
　ステップ２５は、第１の無線信号送信要素の具体例を示している。このステップ２５では、移動局２は、各固定局４～６に向けて、第１の無線信号Ｓ1とはキャリア周波数が異なる第１の無線信号Ｓ1′を送信する。即ち、移動局用基準クロック回路２Ａは、第１の無線信号Ｓ1′の基準となる角周波数ωm′の基準クロックＣm′を生成し、送信アンテナ２Ｄを介して第１の無線信号Ｓ1′を送信する。ここで、移動局２が、時刻t0dに送信する第１の無線信号Ｓ1′のキャリア位相Ｐm′は、以下の数４２式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000042
　ステップ２６は、第１の位相差算出要素の具体例を示している。このステップ２６では、各固定局４～６は、受信した第１の無線信号Ｓ1′のキャリア位相Ｐm′と、基準クロックＣf1～Ｃf3の位相Ｐf1～Ｐf3との位相差Δφmf1′～Δφmf3′を求める。即ち、第１の固定局４が第１の無線信号Ｓ1′を受信する時刻をt1dとすると、基準クロックＣf1の位相Ｐf1は以下の数４３式で表され、第１の無線信号Ｓ1′のキャリア位相Ｐm′と基準クロックＣf1の位相Ｐf1との位相差Δφmf1′は以下の数４４式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000043
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000044
　同様に、第２の固定局５が第１の無線信号Ｓ1′を受信する時刻をt2dとすると、基準クロックＣf2の位相Ｐf2は以下の数４５式で表され、第１の無線信号Ｓ1′のキャリア位相Ｐm′と基準クロックＣf2の位相Ｐf2との位相差Δφmf2′は以下の数４６式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000045
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000046
　同様に、第３の固定局６が第１の無線信号Ｓ1′を受信する時刻をt3dとすると、基準クロックＣf3の位相Ｐf3は以下の数４７式で表され、第１の無線信号Ｓ1′のキャリア位相Ｐm′と基準クロックＣf3の位相Ｐf3との位相差Δφmf3′は以下の数４８式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000047
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000048
　ステップ２７は、第２の無線信号送信要素の具体例を示している。このステップ２７では、トリガ無線信号Ｓt′を受信した基準局３は、各固定局４～６に向けて、第２の無線信号Ｓ2とはキャリア周波数が異なる第２の無線信号Ｓ2′を複数（例えば、２回）送信する。即ち、基準局用基準クロック回路３Ａは、第２の無線信号Ｓ2′の基準となる角周波数ωs′の基準クロックＣs′を生成し、送受信アンテナ３Ｆを介して第２の無線信号Ｓ2′を送信する。この場合、トリガ無線信号Ｓt′を時刻tkdに受信した基準局３は、所定の時間経過後に第２の無線信号Ｓ2′を送信すればよい。なお、時刻t0eと時刻t0fとの間の時間差は、例えば第２の位相差の変動（位相差Δφsef1と位相差Δφsff1との差、位相差Δφsef2と位相差Δφsff2との差、位相差Δφsef3と位相差Δφsff3との差）が２π以下となる範囲に設定されている。
　また、基準局３が、時刻t0eに送信する１回目の第２の無線信号Ｓ2′のキャリア位相Ｐs1′は、以下の数４９式で表される。また、基準局３が、時刻t0fに送信する２回目の第２の無線信号Ｓ2′のキャリア位相Ｐs2′は、以下の数５０式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000049
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000050
　ステップ２８は、第２の位相差算出要素の具体例を示している。このステップ２８では、各固定局４～６は、受信した第２の無線信号Ｓ2′のキャリア位相Ｐs1′，Ｐs2′と、基準クロックＣf1～Ｃf3の位相Ｐf1～Ｐf3との第２の位相差Δφsef1～Δφsef3，Δφsff1～Δφsff3を求める。即ち、第１の固定局４が１回目の第２の無線信号Ｓ2′を受信する時刻をt1eとすると、基準クロックＣf1の位相Ｐf1は以下の数５１式で表され、第２の無線信号Ｓ2′のキャリア位相Ｐs1′と基準クロックＣf1の位相Ｐf1との第２の位相差Δφsef1は以下の数５２式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000051
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000052
　また、第１の固定局４が２回目の第２の無線信号Ｓ2′を受信する時刻をt1fとすると、基準クロックＣf1の位相Ｐf1は以下の数５３式で表され、第２の無線信号Ｓ2′のキャリア位相Ｐs2′と基準クロックＣf1の位相Ｐf1との第２の位相差Δφsff1は以下の数５４式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000053
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000054
　同様に、第２の固定局５が１回目の第２の無線信号Ｓ2′を受信する時刻をt2eとすると、基準クロックＣf2の位相Ｐf2は以下の数５５式で表され、第２の無線信号Ｓ2′のキャリア位相Ｐs1′と基準クロックＣf2の位相Ｐf2との第２の位相差Δφsef2は以下の数５６式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000055
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000056
　また、第２の固定局５が２回目の第２の無線信号Ｓ2′を受信する時刻をt2fとすると、基準クロックＣf2の位相Ｐf2は以下の数５７式で表され、第２の無線信号Ｓ2′のキャリア位相Ｐs2′と基準クロックＣf2の位相Ｐf2との第２の位相差Δφsff2は以下の数５８式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000057
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000058
　同様に、第３の固定局６が１回目の第２の無線信号Ｓ2′を受信する時刻をt3eとすると、基準クロックＣf3の位相Ｐf3は以下の数５９式で表され、第２の無線信号Ｓ2′のキャリア位相Ｐs1′と基準クロックＣf3の位相Ｐf3との第２の位相差Δφsef3は以下の数６０式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000059
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000060
　また、第３の固定局６が２回目の第２の無線信号Ｓ2′を受信する時刻をt3fとすると、基準クロックＣf3の位相Ｐf3は以下の数６１式で表され、第２の無線信号Ｓ2′のキャリア位相Ｐs2′と基準クロックＣf3の位相Ｐf3との第２の位相差Δφsff3は以下の数６２式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000061
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000062
　ステップ２９は、第３の位相差算出要素の具体例を示している。このステップ２９では、第１～第３の固定局４～６は、第１～第３の固定局４～６で得られた複数の第２の位相差Δφsbf1～Δφsbf3，Δφscf1～Δφscf3，Δφsef1～Δφsef3，Δφsff1～Δφsff3に基づいて、第２の位相差Δφsbf1～Δφsbf3，Δφscf1～Δφscf3，Δφsef1～Δφsef3，Δφsff1～Δφsff3の時間変動Δφ1／Δｔ，Δφ1′／Δｔ，Δφ2／Δｔ，Δφ2′／Δｔ，Δφ3／Δｔ，Δφ3′／Δｔを求める。この場合、第１～第３の固定局４～６は、第２の位相差Δφsbf1～Δφsbf3，Δφscf1～Δφscf3の時間変動Δφ1／Δｔ，Δφ2／Δｔ，Δφ3／Δｔに基づいて第１の無線信号Ｓ1を受信したタイミングにおける第２の無線信号Ｓ2のキャリア位相Ｐsと、基準クロックＣf1～Ｃf3の位相Ｐf1～Ｐf3との第３の位相差Δφsaf1～Δφsaf3を求める（数３０式ないし数３２式参照）。
　また、第１～第３の固定局４～６は、第２の位相差Δφsef1～Δφsef3，Δφsff1～Δφsff3の時間変動Δφ1′／Δｔ，Δφ2′／Δｔ，Δφ3′／Δｔに基づいて第１の無線信号Ｓ1′を受信したタイミングにおける第２の無線信号Ｓ2′のキャリア位相Ｐs′と、基準クロックＣf1～Ｃf3の位相Ｐf1～Ｐf3との第３の位相差Δφsdf1～Δφsdf3を求める。
　この場合、第１の固定局４は、時刻t1e，t1fで得られた第２の位相差Δφsef1，Δφsff1の情報に基づいて、外挿法を用いて第１の無線信号Ｓ1′を受信した時刻t1dにおける第３の位相差Δφsdf1を算出する（数６６式参照）。同様に、第２の固定局５は、時刻t2e，t2fで得られた第２の位相差Δφsef2，Δφsff2の情報に基づいて、第１の無線信号Ｓ1′を受信した時刻t2dにおける第３の位相差Δφsdf2を算出する（数６７式参照）。同様に、第３の固定局６は、時刻t3e，t3fで得られた第２の位相差Δφsef3，Δφsff3の情報に基づいて、第１の無線信号Ｓ1′を受信した時刻t3dにおける第３の位相差Δφsdf3を算出する（数６８式参照）。この場合、時刻t0eと時刻t0fとの間、時刻t1eと時刻t1fとの間、時刻t2eと時刻t2fとの間、時刻t3eと時刻t3fとの間の関係は、以下の数６３式で示す関係となり、数６３式から数６４式および数６５式が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000063
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000064
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000065
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000066
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000067
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000068
　ステップ３０は、位相オフセットキャンセル要素の具体例を示している。このステップ３０では、サーバ７は、第１，第２の固定局４，５で得られた第１の位相差Δφmf1，Δφmf1′，Δφmf2，Δφmf2′および第３の位相差Δφsaf1，Δφsaf2，Δφsdf1，Δφsdf2を用いて、移動局２と基準局３と第１，第２の固定局４，５とにおける基準クロックＣm，Ｃs，Ｃf1，Ｃf2の位相オフセットφm，φs，φf1，φf2をキャンセルする。即ち、上記数３３式を用いて位相差Δφ21を算出し、以下の数６９式を用いて位相差Δφ21′を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000069
　ステップ３１は、キャリア位相差算出要素の具体例を示している。このステップ３１では、サーバ７は、位相オフセットφm，φs，φf1，φf2をキャンセルした情報である位相差Δφ21，Δφ21′を用いて、第１の固定局４と第２の固定局５との間のキャリア位相差Δ21，Δ21′を算出する。即ち、上記数３４式を用いてキャリア位相差Δ21を算出し、以下の数７０式により第１の無線信号Ｓ1′を用いたキャリア位相差Δ21′を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000070
　ステップ３２は、距離差算出要素の具体例を示している。このステップ３２では、サーバ７は、キャリア位相差Δ21，Δ21′を用いて、第１の固定局４と移動局２との間の距離と、第２の固定局５と移動局２との間の距離である距離差Δｒ12を求める。なお、図１５に示すように、第１の無線信号Ｓ1の波長をλ1とすると、キャリア位相差Δ21が２πとなる毎に、波長λ1の整数倍の距離差Δｒ12が算出される。また、第１の無線信号Ｓ1′の波長をλ2とすると、キャリア位相差Δ21′が２πとなる毎に、波長λ2の整数倍の距離差Δｒ12が算出される。
　この場合、キャリア位相差Δ21とキャリア位相差Δ21′とは、それぞれの繰り返し周期である基準クロックＣm，Ｃm′の角周波数ωm，ωm′が異なっているため、位相差の差ＤＰ（＝Δ21－Δ21′）を用いることにより、キャリア位相差Δ21とキャリア位相差Δ21′とが何周したかを求めることができる（図１５参照）。即ち、例えば角周波数ωmが２．４４ＧＨｚであり角周波数ωm′が２．４５ＧＨｚである場合、各波長λ1，λ2は１２．２９ｃｍと１２．３６ｃｍとなる。そして、キャリア位相差Δ21，Δ21′の差ＤＰは、３０ｍ毎に繰り返されることになり、位置検知システム３１の取り得る範囲が３０ｍ以内であれば、キャリア位相差Δ21，Δ21′を一意に求めることができる。
　ステップ３３は、位相オフセットキャンセル要素の具体例を示している。このステップ３３では、サーバ７は、第１，第３の固定局４，６で得られた第１の位相差Δφmf1，Δφmf1′，Δφmf3，Δφmf3′および第３の位相差Δφsaf1，Δφsaf3，Δφsdf1，Δφsdf3を用いて、移動局２と基準局３と第１，第３の固定局４，６とにおける基準クロックＣm，Ｃs，Ｃf1，Ｃf3の位相オフセットφm，φs，φf1，φf3をキャンセルする。即ち、上記数３５式を用いて位相差Δφ31を算出し、以下の数７１式を用いて位相差Δφ31′を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000071
　ステップ３４は、キャリア位相差算出要素の具体例を示している。このステップ３４では、サーバ７は、位相オフセットφm，φs，φf1，φf3をキャンセルした情報である位相差Δφ31，Δφ31′を用いて、第１の固定局４と第３の固定局６との間のキャリア位相差Δ31，Δ31′を算出する。即ち、上記数３６式を用いてキャリア位相差Δ31を算出し、以下の数７２式により第１の無線信号Ｓ1′を用いたキャリア位相差Δ31′を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000072
　ステップ３５は、距離差算出要素の具体例を示している。このステップ３５では、サーバ７は、キャリア位相差Δ31，Δ31′を用いて、第１の固定局４と移動局２との間の距離と、第３の固定局６と移動局２との間の距離である距離差Δｒ13を求める。即ち、距離差Δｒ12を求めた場合と同様に、キャリア位相差Δ31とキャリア位相差Δ31′との差を求めることにより、キャリア位相差Δ31，Δ31′を一意に求めることができる。
　ステップ３６は、移動局位置算出要素の具体例を示している。このステップ３６は、サーバ７は、求めた２つの距離差Δｒ12，Δｒ13から移動局２の位置を算出する。即ち、サーバ７は、距離差Δｒ12の双曲線と、距離差Δｒ13の双曲線との交点から移動局２の位置を求めることができる。
　かくして、第３の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。第３の実施の形態では、移動局２は、移動局用基準クロック回路２Ａは２つの周波数の基準クロックＣm，Ｃm′を生成する機能を有し、２種類の角周波数ωm，ωm′の第１の無線信号Ｓ1，Ｓ1′を送信する構成としている。また、基準局３は、基準局用基準クロック回路３Ａは２つの周波数の基準クロックＣs，Ｃs′を生成する機能を有し、２種類の角周波数ωs，ωs′の第２の無線信号Ｓ2，Ｓ2′を送信する構成としている。
　この場合、一の角周波数ωm，ωsを用いて検出したキャリア位相差Δ21（Δ31）と、他の角周波数ωm′，ωs′を用いて検出したキャリア位相差Δ21′（Δ31′）とは、それぞれの繰り返しの周期は異なっている。このため、２つのキャリア位相差Δ21，Δ21′（Δ31，Δ31′）の差ＤＰを用いて、２つのキャリア位相差Δ21，Δ21′（Δ31，Δ31′）が何周したかを求めることができる。これにより、位相差の周期性が長くなり、位相周りの不確定性が解消して絶対位相を求めることができ、高精度に移動局２の位置を算出することができる。
　また、移動局２による２種類の角周波数ωm，ωm′の第１の無線信号Ｓ1，Ｓ1′と、基準局３による２種類の角周波数ωs，ωs′の第２の無線信号Ｓ2，Ｓ2′とを用いて、位相補正を行うことで、位相補正の精度を高めることができる。この結果、高精度に移動局２の位置を算出することができる。
　なお、前記第１の実施の形態では、位置検知システム１は、３つの固定局４～６を備える構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、位置検知システムは４つ以上の固定局を備える構成としてもよい。このことは、第２，第３の実施の形態についても同様である。
　また、前記第１の実施の形態では、各固定局用基準クロック回路と、移動局用基準クロック回路と、基準局用基準クロック回路とは、互いに同じ角周波数の基準クロックを用いる構成としてもよい。このことは、第２または第３の実施の形態についても同様である。
　また、前記第１の実施の形態では、位置検知システム１は、１つの移動局２を備える構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、位置検知システムは２つ以上の移動局を備える構成としてもよい。この場合、例えば、移動局が送信する第１の無線信号にＩＤ情報を付加して、個体を識別させる構成とすればよい。このことは、第２または第３の実施の形態についても同様である。
　また、前記第１の実施の形態では、サーバ７は、第１の固定局４と第２の固定局５との間の距離差Δｒ12の双曲線と、第１の固定局４と第３の固定局６との間の距離差Δｒ13の双曲線との交点から移動局２の位置を求める構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、サーバ７は、第２の固定局と第３の固定局との間の距離差Δｒ23（＝ｒ2－ｒ3）の双曲線をさらに求めて、距離差Δｒ12，Δｒ13，Δｒ23の３つの双曲線から移動局の位置を求める構成としてもよい。このことは、第２または第３の実施の形態についても同様である。
　また、前記第２の実施の形態では、第１の固定局２２が基準局の機能を兼ね備え、各固定局５，６に向けて、第２の無線信号Ｓ2を送信する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、第２の固定局または第３の固定局が基準局の機能を兼ね備えて、第２の無線信号を送信する構成としてもよい。さらに、各固定局のうち２つ以上の固定局が基準局の機能を兼ね備えて、第２の無線信号を送信する構成としてもよい。
　また、前記第３の実施の形態では、移動局用基準クロック回路２Ａは２つの角周波数ωm，ωm′の基準クロックＣm，Ｃm′を生成する機能を有し、移動局は２種類の第１の無線信号Ｓ1，Ｓ1′を送信する構成としている。しかし、本発明はこれに限らず、移動局用基準クロック回路は３つ以上の角周波数の基準クロックを生成し、移動局は３種類以上の第１の無線信号を送信する構成としてもよい。
　また、前記第３の実施の形態では、基準局用基準クロック回路３Ａは２つの角周波数ωs，ωs′の基準クロックＣs，Ｃs′を生成する機能を有し、基準局は２種類の第２の無線信号Ｓ2，Ｓ2′を送信する構成としている。しかし、本発明はこれに限らず、基準局用基準クロック回路は３つ以上の角周波数の基準クロックを生成し、基準局は３種類以上の第２の無線信号を送信する構成としてもよい。
　１，２１，３１　位置検知システム
　２　移動局
　２Ａ　移動局用基準クロック回路
　２Ｃ，３Ｃ，２２Ｃ　無線信号送信回路
　２Ｄ　送信アンテナ
　３　基準局
　３Ａ　基準局用基準クロック回路
　３Ｄ，４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ，２２Ｄ　無線信号受信回路
　３Ｆ，２２Ｆ　送受信アンテナ
　４，２２　第１の固定局
　４Ａ，５Ａ，６Ａ，２２Ａ　固定局用基準クロック回路
　４Ｄ，５Ｄ，６Ｄ　受信アンテナ
　５　第２の固定局
　６　第３の固定局

Claims (8)

  1. 　移動局用基準クロック回路と無線信号送信回路と送信アンテナとを有する移動局と、
    　基準局用基準クロック回路と無線信号受信回路と受信アンテナと無線信号送信回路と送信アンテナとを有する基準局と、
    　固定局用基準クロック回路と無線信号受信回路と受信アンテナとを有する少なくとも３つ以上の固定局とから構成される位置検知システムであって、
    　３つ以上の前記固定局の前記固定局用基準クロック回路は、それぞれ非同期で独立に動作し、
    　前記移動局は、間欠的に前記移動局用基準クロック回路の基準クロックに基づく第１の無線信号とトリガ無線信号とを送信し、
    　前記基準局は、予め決められた位置に配置され、前記移動局が送信した前記トリガ無線信号を受信したときに前記基準局用基準クロック回路の基準クロックに基づく第２の無線信号を複数回送信し、
    　前記各固定局は、前記第１の無線信号を受信して該第１の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの第１の位相差をそれぞれ抽出し、
    　複数の前記第２の無線信号を受信して該第２の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの複数の第２の位相差をそれぞれ抽出し、
    　抽出された複数の前記第２の位相差に基づいて前記第２の位相差の時間変動を求め、該時間変動に基づいて前記第１の無線信号を受信したタイミングにおける前記第２の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの第３の位相差を算出して、
    　前記移動局と前記各固定局との間の位相差情報と、前記基準局と前記各固定局との間の位相差情報とを用いて、前記各固定局の前記基準クロックの位相オフセットをキャンセルし、前記各固定局と前記移動局との間の距離情報を得て、前記移動局の位置を算出することを特徴とした位置検知システム。
  2. 　前記固定局の前記固定局用基準クロック回路は、互いに同じ周波数の基準クロックを生成する請求項１に記載の位置検知システム。
  3. 　３つ以上の前記固定局のうち少なくとも１つの固定局は、前記基準局の機能を兼ね備えて、複数の前記第２の無線信号を送信する請求項１に記載の位置検知システム。
  4. 　前記移動局の前記移動局用基準クロック回路は、２つ以上の周波数の基準クロックを生成する機能を有し、
    　前記移動局は、２種類以上のキャリア周波数の前記第１の無線信号を送信し、
    　前記基準局の前記基準局用基準クロック回路は、２つ以上の周波数の基準クロックを生成する機能を有し、
    　前記基準局は、２種類以上のキャリア周波数の複数の前記第２の無線信号を送信する請求項１に記載の位置検知システム。
  5. 　移動局用基準クロック回路と無線信号送信回路と送信アンテナとを有する移動局と、
    　基準局用基準クロック回路と無線信号受信回路と受信アンテナと無線信号送信回路と送信アンテナとを有する基準局と、
    　固定局用基準クロック回路と無線信号受信回路と受信アンテナとを有する少なくとも３つ以上の固定局とから構成される位置検知システムを用いた位置検知方法であって、
    　３つ以上の前記固定局の前記固定局用基準クロック回路は、それぞれ非同期で独立に動作し、
    　前記移動局は、間欠的に前記移動局用基準クロック回路の基準クロックに基づく第１の無線信号とトリガ無線信号とを送信し、
    　前記基準局は、予め決められた位置に配置され、前記移動局が送信した前記トリガ無線信号を受信したときに前記基準局用基準クロック回路の基準クロックに基づく第２の無線信号を複数回送信し、
    　前記各固定局は、前記第１の無線信号を受信して該第１の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの第１の位相差をそれぞれ抽出し、
    　複数の前記第２の無線信号を受信して該第２の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの複数の第２の位相差をそれぞれ抽出し、
    　抽出された複数の前記第２の位相差に基づいて前記第２の位相差の時間変動を求め、該時間変動に基づいて前記第１の無線信号を受信したタイミングにおける前記第２の無線信号に含まれるキャリアと前記各固定局の前記各基準クロックとの第３の位相差を算出して、
    　前記移動局と前記各固定局との間の位相差情報と、前記基準局と前記各固定局との間の位相差情報とを用いて、前記各固定局の前記基準クロックの位相オフセットをキャンセルし、前記各固定局と前記移動局との間の距離情報を得て、前記移動局の位置を算出することを特徴とした位置検知方法。
  6. 　前記固定局の前記固定局用基準クロック回路は、互いに同じ周波数の基準クロックを生成する請求項５に記載の位置検知方法。
  7. 　３つ以上の前記固定局のうち少なくとも１つの固定局は、前記基準局の機能を兼ね備えて、複数の前記第２の無線信号を送信する請求項５に記載の位置検知方法。
  8. 　前記移動局の前記移動局用基準クロック回路は、２つ以上の周波数の基準クロックを生成する機能を有し、
    　前記移動局は、２種類以上のキャリア周波数の前記第１の無線信号を送信し、
    　前記基準局の前記基準局用基準クロック回路は、２つ以上の周波数の基準クロックを生成する機能を有し、
    　前記基準局は、２種類以上のキャリア周波数の複数の前記第２の無線信号を送信する請求項５に記載の位置検知方法。
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