特許 7615452 測位装置、及び、クロック補正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-08

(45)【発行日】2025-01-17

(54)【発明の名称】測位装置、及び、クロック補正方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/06 20060101AFI20250109BHJP

【ＦＩ】

G01S5/06

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023564776

(86)(22)【出願日】2022-10-13

(86)【国際出願番号】 JP2022038185

(87)【国際公開番号】W WO2023100489

(87)【国際公開日】2023-06-08

【審査請求日】2024-03-01

(31)【優先権主張番号】P 2021196786

(32)【優先日】2021-12-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】山田 幸光

(72)【発明者】

【氏名】高井 大輔

【審査官】藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／０１３２２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１９５８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５３５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２４３７１６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ５／００－ ５／１４

Ｇ０１Ｓ １１／０２－１１／１０

Ｇ０１Ｓ １３／７４－１３／８４

Ｈ０４Ｂ ７／２４－ ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００－９９／００

Ｈ０１Ｌ ７／００－ ７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動通信部の位置を測位する測位装置であって、
第１無線通信部と、
前記第１無線通信部から既知の第１所定距離の位置に配置される第２無線通信部と、
前記第１無線通信部から送信される第１周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１無線通信部から送信される第２周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相とに基づいて前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間の距離を求める距離算出部と、
前記距離算出部によって算出される距離と、前記第１所定距離との差に基づいて、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部のクロックが同期するように補正する同期制御部と
を含む、測位装置。

【請求項2】

前記第１所定距離をＬ０、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間における前記第１周波数の信号の波数と、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間における前記第２周波数の信号の波数とをｎ、前記第１周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相をＰ１、前記第２周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相をＰ２とすると、
前記距離算出部は、次式に従って前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間の距離Ｌを求める、請求項１に記載の測位装置。

【数1】

【請求項3】

前記同期制御部による前記クロックの補正が行われた状態において、前記移動通信部から送信される前記第１周波数の第１信号を前記第１無線通信部が受信するときの第１位相と、前記移動通信部から送信される前記第２周波数の第２信号を前記第１無線通信部が受信するときの第２位相と、前記移動通信部から送信される前記第１周波数の前記第１信号を前記第２無線通信部が受信するときの第３位相と、前記移動通信部から送信される前記第２周波数の前記第２信号を前記第２無線通信部が受信するときの第４位相とに基づいて、前記移動通信部と前記第１無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第２無線通信部との距離との距離差を算出する距離差算出部と、
前記距離差算出部によって求められる前記距離差に基づいて、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部に対する前記移動通信部の位置を求める測位部と
をさらに含む、請求項１又は２に記載の測位装置。

【請求項4】

前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部は、複数のアンテナを有し、
前記第１無線通信部の前記複数のアンテナで信号が受信される際の位相差に基づいて前記移動通信部から前記第１無線通信部に前記信号が到来する第１到来方向を求める、又は、前記第２無線通信部の前記複数のアンテナで信号が受信される際の位相差に基づいて前記移動通信部から前記第２無線通信部に前記信号が到来する第２到来方向を求める、方向導出部をさらに含み、
前記測位部は、前記距離差算出部によって求められる前記距離差と、前記方向導出部によって求められる前記第１到来方向又は前記第２到来方向とに基づいて、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部に対する前記移動通信部の位置を求める、請求項３に記載の測位装置。

【請求項5】

前記方向導出部は、前記第１無線通信部の前記複数のアンテナで前記第１信号及び前記第２信号の少なくともいずれか一方が受信される際の位相差から前記第１到来方向を求める、又は、前記第２無線通信部の前記複数のアンテナで前記第１信号及び前記第２信号の少なくともいずれ一方が受信される際の位相差から前記第２到来方向を求める、請求項４に記載の測位装置。

【請求項6】

前記第１無線通信部から既知の第２所定距離の位置に配置される第３無線通信部をさらに含み、
前記距離算出部は、前記第１無線通信部から送信される前記第１周波数の信号を前記第３無線通信部が受信したときの位相と、前記第１無線通信部から送信される前記第２周波数の信号を前記第３無線通信部が受信したときの位相とに基づいて前記第１無線通信部及び前記第３無線通信部の間の距離を求め、
前記同期制御部は、前記距離算出部によって算出される前記第１無線通信部及び前記第３無線通信部の間の距離と、前記第２所定距離との差から、前記第１無線通信部及び前記第３無線通信部のクロックが同期するように補正し、
前記距離差算出部は、前記第１無線通信部及び前記第３無線通信部の前記クロックの補正が行われた状態において、前記移動通信部から送信される前記第１周波数の前記第１信号を前記第３無線通信部が受信するときの第５位相と、前記移動通信部から送信される前記第２周波数の前記第２信号を前記第３無線通信部が受信するときの第６位相と、前記第１位相及び前記第２位相とに基づいて、前記移動通信部と前記第１無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第３無線通信部との距離との距離差を算出し、
前記測位部は、前記距離差算出部によって求められる、前記移動通信部と前記第１無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第２無線通信部との距離との距離差と、前記移動通信部と前記第１無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第３無線通信部との距離との距離差とに基づいて、前記第１無線通信部、前記第２無線通信部、及び前記第３無線通信部に対する前記移動通信部の位置を求める、請求項３に記載の測位装置。

【請求項7】

前記第２無線通信部から既知の第２所定距離の位置に配置される第３無線通信部をさらに含み、
前記距離算出部は、前記第２無線通信部から送信される前記第１周波数の信号を前記第３無線通信部が受信したときの位相と、前記第２無線通信部から送信される前記第２周波数の信号を前記第３無線通信部が受信したときの位相とに基づいて前記第２無線通信部及び前記第３無線通信部の間の距離を求め、
前記同期制御部は、前記距離算出部によって算出される前記第２無線通信部及び前記第３無線通信部の間の距離と、前記第２所定距離との差から、前記第２無線通信部及び前記第３無線通信部のクロックが同期するように補正し、
前記距離差算出部は、前記移動通信部から送信される前記第１周波数の前記第１信号を前記第３無線通信部が受信するときの第５位相と、前記移動通信部から送信される前記第２周波数の前記第２信号を前記第３無線通信部が受信するときの第６位相と、前記第３位相及び前記第４位相とに基づいて、前記移動通信部と前記第２無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第３無線通信部との距離との距離差を算出し、
前記測位部は、前記距離差算出部によって求められる、前記移動通信部と前記第１無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第２無線通信部との距離との距離差と、前記移動通信部と前記第２無線通信部との距離と、前記移動通信部と前記第３無線通信部との距離との距離差とに基づいて、前記第１無線通信部、前記第２無線通信部、及び前記第３無線通信部に対する前記移動通信部の位置を求める、請求項３に記載の測位装置。

【請求項8】

前記同期制御部によって前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部のクロックが同期するように補正された状態で前記移動通信部から送信される信号を前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部がそれぞれ受信した第１時刻及び第２時刻の差と、前記距離差算出部によって算出される前記距離差とに基づいて、前記距離差の品質を評価する、請求項３に記載の測位装置。

【請求項9】

移動通信部の位置を測位する測位装置のクロックを補正するクロック補正方法であって、
前記測位装置は、
第１無線通信部と、
前記第１無線通信部から既知の第１所定距離の位置に配置される第２無線通信部と、
前記第１無線通信部から送信される第１周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１無線通信部から送信される第２周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相とに基づいて前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間の距離を求める距離算出部と
を含み、
前記距離算出部によって算出される距離と、前記第１所定距離との差に基づいて、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部のクロックが同期するように補正する、クロック補正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、測位装置、及び、クロック補正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、無線基地局間を同期させるための同期信号を供給する親装置と、第１チャネル及び第２チャネルを有する伝送路を介して前記親装置と接続される子装置とを備える時刻同期システムがある。前記子装置は、ＧＰＳ（Global Positioning System）の基準信号を受信するＧＰＳ受信部と、前記親装置への上り信号の第１チャネルに前記基準信号を多重する多重部と、前記上り信号を前記伝送路を介して送信する送信部とを具備する。前記親装置は、前記子装置への下り信号の第２チャネルに遅延測定信号を多重する多重部と、前記下り信号を前記伝送路を介して送信する送信部と、前記子装置からの上り信号から第１チャネル及び第２チャネルを分離する分離部と、前記第２チャネルの遅延測定信号に基づいて前記伝送路の遅延時間を測定する遅延測定部と、前記遅延時間をもとに前記第１チャネルの基準信号の位相を補正する第１位相補正部と、前記第１位相補正部で補正された基準信号に基づいて前記第１同期信号を出力する出力部とを具備する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－００４８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＧＰＳの信号は、反射によるマルチパス等の通信環境等の影響を受けやすいため、ＧＰＳの信号を用いてＧＰＳの基準信号の位相を補正する方法では、補正の精度に限界がある。

【0005】

ところで、無線通信装置同士でＴＯＡ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）を用いて測位を行う場合に、ＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ）を計測する場合には、無線通信装置同士のクロックの位相に１ｎｓ（ナノ秒）レベルの精度が求められる。

【0006】

そこで、無線通信装置同士のクロックの位相を高精度に補正可能な測位装置、及び、クロック補正方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の実施形態の測位装置は、移動通信部の位置を測位する測位装置であって、第１無線通信部と、前記第１無線通信部から既知の第１所定距離の位置に配置される第２無線通信部と、前記第１無線通信部から送信される第１周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１無線通信部から送信される第２周波数の信号を前記第２無線通信部が受信したときの位相と、前記第１所定距離とに基づいて前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の間の距離を求める距離算出部と、前記距離算出部によって算出される距離と、前記第１所定距離との差から、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部の同期を行う、同期調整部とを含む。

【発明の効果】

【0008】

無線通信装置同士のクロックの位相を高精度に補正可能な測位装置、及び、クロック補正方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態の測位装置を搭載した車両１０を示す図である。

【図2】実施の形態の測位装置１００を搭載した車両１０とスマートフォン２００の構成を示すブロック図である。

【図3】式（７）を満たす２本の双曲線を示す図である。

【図4】式（７）を満たす２本の双曲線と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの受信可能領域とを示す図である。

【図5】第３測位方法で求まる４本の双曲線を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の測位装置、及び、クロック補正方法を適用した実施形態について説明する。

【0011】

＜実施形態＞
図１は、実施形態の測位装置を搭載した車両１０を示す図である。図１には、車両１０の平面視における中心を原点ＯとしたＸＹ座標系を示す。車両１０のボディの四隅には、複数の無線通信部１１０が配置されている。無線通信部１１０は、無線通信装置の一例である。図１では、一例として１０個の無線通信部１１０を示す。車両１０の前方の左右端部には無線通信部１１０が１つずつ設けられ、車両１０の後方の左右端部には無線通信部１１０が１つずつ設けられている。また、車両１０の左側方の前後端部と前後方向の真ん中とに無線通信部１１０が１つずつ設けられ、車両１０の右側方の前後端部と前後方向の真ん中とに無線通信部１１０が１つずつ設けられている。

【0012】

１０個の無線通信部１１０のうちのいずれか１つは第１無線通信部の一例であり、他のいずれか１つは第２無線通信部の一例であり、さらに他のいずれか１つは第３無線通信部の一例である。

【0013】

ここでは、一例として、車両１０の右側方の前端部に設けられる無線通信部１１０を無線通信部１１０Ａとして区別し、車両１０の右側方の後端部に設けられる無線通信部１１０を無線通信部１１０Ｂとして区別し、車両１０の右側方の前後方向の真ん中に設けられる無線通信部１１０を無線通信部１１０Ｃとして区別する。無線通信部１１０Ａは第１無線通信部の一例であり、無線通信部１１０Ｂは第２無線通信部の一例であり、無線通信部１１０Ｃは第３無線通信部の一例である。

【0014】

１０個の無線通信部１１０が動作に利用するクロックの周波数は、すべて等しい。各無線通信部１１０は、スマートフォン２００との間でデータを送信又は受信するための無線通信部であり、一例としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格の近距離無線通信器である。各無線通信部１１０は複数のアンテナを有する。なお、ここでは無線通信部１１０がＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格の近距離無線通信器である形態について説明するが、ＷＬＡＮ(Wireless Local Area Network)やその他の規格の通信を行う機器であってもよい。

【0015】

図２は、実施の形態の測位装置１００を搭載した車両１０とスマートフォン２００の構成を示すブロック図である。測位装置１００は、車両１０に搭載される１０個の無線通信部１１０と、車両１０に搭載されるＥＣＵ(Electronic Control Unit：電子制御装置)１２０とを含む。各無線通信部１１０は、複数のアンテナ１１１を有する。各無線通信部１１０に接続されるアンテナ１１１の数は、２以上であればよく、３つ程度であってもよい。

【0016】

スマートフォン２００は、移動通信部の一例であり、車両１０の外にあるときに測位装置１００によって位置が求められる（測位される）。スマートフォン２００は、制御部２１０及び通信部２２０を有する。利用者は、スマートフォン２００を通じて、車両１０のリモートキーの解錠/施錠、自動駐車支援の操作等を行うことができる。

【0017】

無線通信部１１０は、例えば、ＰＡ(Power Amplifier)、ＬＮＡ(Low Noise Amplifier)、ＯＭ(Orthogonal Modulator)、ＯＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ＤｅＭｏｄｕｌａｔｏｒ）、ＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator)、ＰＬＬ(Phase Locked Loop)、及びコーデック処理部等を含む。ＰＡはアンテナ１１１に接続されている。無線通信部１１０は、ＥＣＵ１２０によって制御され、測距のためにＢｌｕｅｔｏｏｔｈのパケット信号で通信する。

【0018】

ＥＣＵ１２０は、測位装置１００用のＥＣＵである。車両１０にはＥＣＵ１２０以外にも種々のＥＣＵが搭載されており、ＥＣＵ１２０と車載ネットワークを介して通信可能に接続されている。

【0019】

ＥＣＵ１２０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。ＥＣＵ１２０は、主制御部１２１、距離算出部１２２、同期制御部１２３、距離差算出部１２４、方向導出部１２５、測位部１２６、及びメモリ１２７を有する。主制御部１２１、距離算出部１２２、同期制御部１２３、距離差算出部１２４、方向導出部１２５、測位部１２６は、ＥＣＵ１２０が実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。また、メモリ１２７は、ＥＣＵ１２０のメモリを機能的に表したものである。

【0020】

以下では、ＥＣＵ１２０が実行可能な第１測位方法から第４測位方法について説明する。第１測位方法から第４測位方法のいずれにおいても、主制御部１２１は、ＥＣＵ１２０の制御処理を統括する処理部であり、距離算出部１２２、同期制御部１２３、距離差算出部１２４、方向導出部１２５、測位部１２６が実行する処理以外の処理を実行する。

【0021】

また、メモリ１２７は、主制御部１２１、距離算出部１２２、同期制御部１２３、距離差算出部１２４、方向導出部１２５、測位部１２６が上述のような処理を実行するために必要なプログラムやデータ等を格納する。

【0022】

また、第１測位方法から第４測位方法のいずれにおいても、ＥＣＵ１２０は、同期処理を行う。このため、まず同期処理について説明し、その後に第１測位方法から第４測位方法について説明する。第１測位方法から第４測位方法の説明では、距離算出部１２２、同期制御部１２３、距離差算出部１２４、方向導出部１２５、測位部１２６について説明する。

【0023】

＜同期処理＞
同期処理は、同期制御部１２３が、距離算出部１２２によって算出される距離に基づいて行う処理であり、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように補正する。クロックの補正は、実施形態のクロック補正方法によって実現される。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックは、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂが動作に利用するクロックである。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈのパケット信号で通信する。なお、同期処理では、各無線通信部１１０に接続される複数のアンテナ１１１のうちのいずれか１つを基準のアンテナ１１１として用いればよい。

【0024】

距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａから送信される周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ｂが受信したときの位相と、無線通信部１１０Ａから送信される周波数ｆ２のパケット信号を無線通信部１１０Ｂが受信したときの位相とに基づいて無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌを求める。ここで、周波数ｆ１は第１周波数の一例であり、周波数ｆ２は第２周波数の一例である。周波数ｆ１、ｆ２は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの通信帯域に含まれる複数のチャンネルのうちのいずれか２つであり、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間における波数が同一になる周波数である。所定距離Ｌ０は第１所定距離の一例であり、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離である。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂは、車両１０の側部の前後端部に取り付けられているため、所定距離Ｌ０は既知である。

【0025】

より具体的には、距離算出部１２２は、次のようにして無線通信部１１０Ａ及び無線通信部１１０Ｂの間の距離Ｌを求める。距離Ｌを求めるにあたり、距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａに周波数ｆ１のパケット信号と周波数ｆ２のパケット信号とを送信させる。周波数ｆ１及びｆ２のパケット信号は無線通信部１１０Ｂによって受信される。なお、所定距離Ｌ０を表すデータは、メモリ１２７に格納されている。

【0026】

ここで、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間における周波数ｆ１のパケット信号の波数と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間における周波数ｆ２のパケット信号の波数とをｎ、周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ｂが受信したときの位相をＰ１、第２周波数のパケット信号を無線通信部１１０Ｂが受信したときの位相をＰ２、周波数ｆ１のパケット信号の波長をλ１、周波数ｆ２のパケット信号の波長をλ２とすると、距離算出部１２２は、次式（１Ａ）～（１Ｅ）に従って無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌを求めることができる。

【0027】

具体的には、周波数ｆ１のパケット信号についての波数ｎ、位相Ｐ１、波長λ１を用いると、距離Ｌは次式（１）で表すことができる。

【0028】

【数1】

【0029】

同様に、周波数ｆ２のパケット信号についての波数ｎ、位相Ｐ２、波長λ２を用いると、距離Ｌは次式（２）で表すことができる。

【0030】

【数2】

【0031】

式（１）より次式（３）が得られる。

【0032】

【数3】

【0033】

同様に式（２）より次式（４）が得られる。

【0034】

【数4】

【0035】

式（３）、（４）から波数ｎを消去し、次に示すように変形して行くと、距離Ｌは次式（５）で表すことができる。ただし、ｃは光速（３×１０^８ｍ／ｓｅｃ）である。

【0036】

【数5】

【0037】

同期制御部１２３は、距離算出部１２２によって算出される距離Ｌと、所定距離Ｌ０との差（Ｌ－Ｌ０）から、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように補正する。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックがずれていると、位相Ｐ１、Ｐ２が大きくなるため、式（５）で求まる距離Ｌと既知の距離である所定距離Ｌ０との差（Ｌ－Ｌ０）が大きくなる。同期制御部１２３は、距離の差（Ｌ－Ｌ０）に基づいて、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのうちの少なくとも一方のクロックの位相を補正すればよい。同期制御部１２３は、クロックの位相を１ｎｓ（ナノ秒）レベルの精度で補正することができる。例えば、３６０度を１ＭＨｚで１０ビットの分解能で解析すれば、位相を１ｎｓのレベルで解析可能であり、１ｎｓレベルの精度で補正することができる。

【0038】

また、例えば、距離の差（Ｌ－Ｌ０）と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックの位相の補正量との関係を予め測定してテーブル形式のデータを作成してメモリ１２７に格納しておき、距離の差（Ｌ－Ｌ０）に応じた位相の補正量を読み出して、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのうちのいずれか一方のクロックの位相を補正すればよい。

【0039】

なお、ここでは、一例として、距離算出部１２２が無線通信部１１０Ａに周波数ｆ１及びｆ２のパケット信号を送信させて、無線通信部１１０Ｂが受信する場合について説明したが、これとは逆に、距離算出部１２２が無線通信部１１０Ｂに周波数ｆ１及びｆ２のパケット信号を送信させて、無線通信部１１０Ａが受信することにより、無線通信部１１０Ｂから送信したパケット信号に基づいて、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックの位相を補正することができる。このように、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間で双方向にパケット信号の送受信を行って同期処理を行うことにより、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックの位相が一致するように、位相の補正をより高精度に行うことができる。

【0040】

＜第１測位方法＞
距離差算出部１２４は、同期制御部１２３によるクロックの補正が行われた状態において、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ａが受信するときの位相α１と、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２のパケット信号を無線通信部１１０Ａが受信するときの位相α２と、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１の信号を無線通信部１１０Ｂが受信するときの位相α３と、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２の信号を無線通信部１１０Ｂが受信するときの位相α４とに基づいて、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離Ｌ１と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの距離Ｌ２との距離差を算出する。

【0041】

ここで、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１のパケット信号は、第１信号の一例であり、無線通信部１１０Ａが受信するときの位相α１は、第１位相の一例である。スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２のパケット信号は、第２信号の一例であり、無線通信部１１０Ａが受信するときの位相α２は、第２位相の一例である。スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１の信号を無線通信部１１０Ｂが受信するときの位相α３は、第３位相の一例である。スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２の信号を無線通信部１１０Ｂが受信するときの位相α４は、第４位相の一例である。なお、第１測位方法では、各無線通信部１１０に接続される複数のアンテナ１１１のうちのいずれか１つを基準のアンテナ１１１として用いればよい。複数のアンテナ１１１は、後述する第２測位方法において用いるが、測位装置１００が第２測位方法を行わない場合には、各無線通信部１１０はアンテナ１１１を１つ有していればよい。

【0042】

距離Ｌ１と距離Ｌ２との距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜を次式（６）のように表すことができる。

【0043】

【数6】

【0044】

距離差算出部１２４は、式（６）から波数ｎを消去することにより、絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜を次式（７）のように算出する。ただし、ｃは光速である。

【0045】

【数7】

【0046】

このように距離差算出部１２４が距離Ｌ１と距離Ｌ２との距離差（｜Ｌ１－Ｌ２｜）を求めると、測位部１２６は、距離差算出部１２４によって求められる距離差（｜Ｌ１－Ｌ２｜）に基づいて、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置を求める。

【0047】

図３は、式（７）を満たす２本の双曲線を示す図である。図３には、２本の双曲線を破線で示す。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのアンテナ１１１の基準点を焦点とする２本の双曲線上のどこかにあることになる。測位部１２６は、スマートフォン２００の位置を２本の双曲線上の位置に絞ることができ、スマートフォン２００の大凡の位置を求めることができる。

【0048】

＜第２測位方法＞
第２測位方法では、距離差算出部１２４が第１測位方法によって式（７）で表される距離差（｜Ｌ１－Ｌ２｜）を求めた上で、方向導出部１２５がスマートフォン２００から無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂにパケット信号が到来する到来方向を求め、２本の双曲線と到来方向とに基づいて、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置を求める。

【0049】

方向導出部１２５は、無線通信部１１０Ａの複数のアンテナ１１１でパケット信号が受信される際の位相差に基づいて、スマートフォン２００から無線通信部１１０Ａに信号が到来する到来方向を求めるともに、無線通信部１１０Ｂの複数のアンテナでパケット信号が受信される際の位相差に基づいて、スマートフォン２００から無線通信部１１０Ｂに信号が到来する到来方向を求める。

【0050】

より具体的には、方向導出部１２５は、無線通信部１１０Ａの複数のアンテナ１１１で周波数ｆ１のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて、スマートフォン２００から無線通信部１１０Ａにパケット信号が到来する到来方向を求める。ここで、方向導出部１２５は、周波数ｆ２のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて到来方向を求めてもよいし、周波数ｆ１及びｆ２の２つのパケット信号が受信される際の位相差に基づいて２つの到来方向を求めてもよいが、ここでは、一例として周波数ｆ１のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて到来方向を求める形態について説明する。スマートフォン２００から無線通信部１１０Ａにパケット信号が到来する到来方向は、第１到来方向の一例である。

【0051】

また、方向導出部１２５は、無線通信部１１０Ｂの複数のアンテナ１１１で周波数ｆ１のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて、スマートフォン２００から無線通信部１１０Ｂにパケット信号が到来する到来方向を求める。ここで、方向導出部１２５は、周波数ｆ２のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて到来方向を求めてもよいし、周波数ｆ１及びｆ２の２つのパケット信号が受信される際の位相差に基づいて２つの到来方向を求めてもよいが、ここでは、一例として周波数ｆ１のパケット信号が受信される際の位相差に基づいて到来方向を求める形態について説明する。スマートフォン２００から無線通信部１１０Ｂにパケット信号が到来する到来方向は、第２到来方向の一例である。

【0052】

このようにして方向導出部１２５が２つの到来方向を求めると、測位部１２６は、距離差算出部１２４によって求められる距離差と、方向導出部１２５によって求められる２つの到来方向とに基づいて、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置を求める。

【0053】

図４は、式（７）を満たす２本の双曲線と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの受信可能領域とを示す図である。無線通信部１１０Ａの受信可能領域１１０Ａ１は、スマートフォン２００が受信可能領域１１０Ａ１内に存在する場合に、無線通信部１１０Ａがスマートフォン２００からパケット信号を受信可能な領域を表す。無線通信部１１０Ｂの受信可能領域１１０Ｂ１は、スマートフォン２００が受信可能領域１１０Ｂ１内に存在する場合に、無線通信部１１０Ｂがスマートフォン２００からパケット信号を受信可能な領域を表す。重複領域１１０ＡＢ１は、受信可能領域１１０Ａ１と受信可能領域１１０Ｂ１との重複領域である。

【0054】

また、図４において、矢印Ａは、方向導出部１２５が無線通信部１１０Ａについて導出したパケット信号の到来方向を表す。矢印Ｂは、方向導出部１２５が無線通信部１１０Ｂについて導出したパケット信号の到来方向を表す。

【0055】

無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置は、矢印Ａによって表されるベクトルＡと、矢印Ｂによって表されるベクトルＢとの交点であって、いずれかの双曲線上に位置する交点として求まるが、実際には誤差等によって、このような交点が求まらない場合がある。そのような場合には、次のようにすればよい。ベクトルＡ又はＢを延長して交点を求め、交点に最も近い双曲線上の点をスマートフォン２００の位置として求めればよい。図４の場合には、ベクトルＡを延長してベクトルＡ１を生成し、ベクトルＡ１とベクトルＢの交点Ｓ１１を最も近い双曲線上の点Ｓ２をスマートフォン２００の位置にすればよい。このため、測位部１２６は、スマートフォン２００の位置を交点Ｓ２の位置に特定することができる。

【0056】

＜第３測位方法＞
第３測位方法では、３つの無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを用いてスマートフォン２００の位置を測位する。また、第３測位方法では、測位装置１００は、第２測位方法のように方向導出部１２５で到来方向を導出することを行わない。このため、測位装置１００が第２測位方法を実行せずに第３測位方法を実行する場合には、測位装置１００は方向導出部１２５を含まなくてもよい。

【0057】

前提として、距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌを求めるとともに、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの間の距離Ｌを求める。距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌについては、上述した同期処理と同様に求める。

【0058】

また、距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａから送信される周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信したときの位相と、無線通信部１１０Ａから送信される周波数ｆ２のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信したときの位相とに基づいて無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの間の距離Ｌを求める。所定距離Ｌ００は、既知の第２所定距離の一例であり、例えば、無線通信部１１０Ａの複数のアンテナ１１１の基準点と、無線通信部１１０Ｃの複数のアンテナ１１１の基準点との間の距離である。無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの間の距離Ｌの求め方は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌの求め方と同様である。

【0059】

また、同期制御部１２３は、上述した同期処理と同様に無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように補正するとともに、距離算出部１２２によって算出される無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの間の距離Ｌと、所定距離Ｌ００との差から、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃのクロックが同期するように補正する。

【0060】

距離差算出部１２４は、無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、及び１１０Ｃのクロックの補正が行われた状態において、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信するときの位相α５と、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信するときの位相α６と、位相α１及びα２とに基づいて、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｃとの距離との距離差を算出する。位相α５は第５位相の一例であり、位相α６は第６位相の一例である。

【0061】

測位部１２６は、距離差算出部１２４によって求められる、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの距離との距離差と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｃとの距離との距離差とに基づいて、無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、及び１１０Ｃに対するスマートフォン２００の位置を求める。

【0062】

第３測位方法では、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの距離との距離差に基づいて図３に示すような２本の双曲線が求まり、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｃとの距離との距離差に基づいて同様に２本の双曲線が求まる。すなわち、第３測位方法では、４本の双曲線が求まる。

【0063】

図５は、第３測位方法で求まる４本の双曲線を示す図である。図５には、図３と同様に、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの距離との距離差に基づいて求まる２本の双曲線を破線で示す。また、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｃとの距離との距離差に基づいて求まる２本の双曲線を一点鎖線で示す。

【0064】

無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂに対するスマートフォン２００の位置は、破線で示す２本の双曲線と、一点鎖線で示す２本の双曲線との交点のうち、車両１０の外側にある交点Ｓ３である。測位部１２６は、スマートフォン２００の位置を交点Ｓ３の位置に特定することができる。スマートフォン２００の位置を交点Ｓ３に特定できるのは、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの組み合わせで得られる距離差に基づいて求まる２本の双曲線（破線）上に位置するという条件と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの組み合わせで得られる距離差に基づいて求まる２本の双曲線（一点鎖線）上に位置するという条件とを満たす点であるからである。

【0065】

＜第３測位方法の変形例＞
第３測位方法では、同期制御部１２３は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように補正するとともに、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃのクロックが同期するように補正する形態について説明した。このために、距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌを求めるとともに、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃの間の距離Ｌを求めた。

【0066】

しかしながら、第３測位方法の変形例では、同期制御部１２３は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期するように補正するとともに、無線通信部１１０Ｂ及び１１０Ｃのクロックが同期するように補正してもよい。このようにしても、無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、及び１１０Ｃのクロックが同期するように補正することができる。この場合には、距離算出部１２２は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの間の距離Ｌを求めるとともに、無線通信部１１０Ｂ及び１１０Ｃの間の距離Ｌを求めればよい。

【0067】

距離差算出部１２４は、無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、及び１１０Ｃのクロックの補正が行われた状態において、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ１のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信するときの位相α５と、スマートフォン２００から送信される周波数ｆ２のパケット信号を無線通信部１１０Ｃが受信するときの位相α６と、位相α３及びα４とに基づいて、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｃとの距離との距離差を算出すればよい。

【0068】

測位部１２６は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂの組み合わせで得られる距離差に基づいて求まる２本の双曲線上に位置するという条件と、無線通信部１１０Ｂ及び１１０Ｃの組み合わせで得られる距離差に基づいて求まる２本の双曲線上に位置するという条件とを満たす点を無線通信部１１０Ａ、１１０Ｂ、及び１１０Ｃに対するスマートフォン２００の位置として求めればよい。

【0069】

＜第４測位方法＞
第４測位方法では、同期制御部１２３によるクロックの補正が行われて無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂのクロックが同期しているという条件の下で、時刻ｔ１、ｔ２と、距離Ｌ１及びＬ２の距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜を求める。時刻ｔ１、ｔ２、それぞれ、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂがパケット信号を受信した時刻であり、それぞれ第１時刻、第２時刻の一例である。距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜は、第１測位方法で説明したように距離差算出部１２４によって式（６）に従って算出される。

【0070】

第４測位方法では、主制御部１２１は、時刻ｔ１、ｔ２と、光速ｃとを用いて、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａとの間の距離と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂとの間の距離との距離差ΔＬを求める。距離差ΔＬは、次式（８）のように表すことができる。なお、時刻ｔ１、ｔ２の差（ｔ１－ｔ２）は、第１時刻及び第２時刻の差の一例である。

【0071】

【数8】

【0072】

距離差算出部１２４が算出する距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜は、位相α１、α２を用いて算出されるのに対して、主制御部１２１が時刻ｔ１、ｔ２と光速ｃとを用いて算出する距離差ΔＬは、時刻ｔ１、ｔ２及び光速ｃに基づいて算出されるため、距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜よりも精度が高く、距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜の評価基準として利用可能である。

【0073】

このため、主制御部１２１は、距離差ΔＬを用いて距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜を評価する。評価には距離差Ｌ１－Ｌ２の精度（品質）を表す品質係数Ｑを用いる。品質係数Ｑは、距離差ΔＬの絶対値｜ΔＬ｜を用いて次式（９）で表すことができる。

【0074】

【数9】

【0075】

主制御部１２１は、式（９）に従って時刻ｔ１、ｔ２の差と、距離差算出部１２４によって算出される距離差Ｌ１－Ｌ２とに基づいて、距離差Ｌ１－Ｌ２の品質を評価する。第４測位方法によれば、距離差算出部１２４が算出する距離差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜の品質を評価する品質係数Ｑを算出することができる。品質係数Ｑは、例えば、第１測位方法、第２測位方法、及び第３測位方法でスマートフォン２００の位置を求める際に、距離差算出部１２４によって算出される距離差Ｌ１－Ｌ２を評価する際に利用可能である。

【0076】

以上のように、測位装置１００では、同期制御部１２３は、距離算出部１２２によって算出される距離Ｌと、所定距離Ｌ０との差（Ｌ－Ｌ０）から、無線通信部１１０同士のクロックが同期するように、無線通信部１１０のクロックの位相を補正する。クロックの位相を１ｎｓ（ナノ秒）レベルの精度で補正することができる。

【0077】

したがって、無線通信部１１０同士のクロックの位相を高精度に補正可能な測位装置１００を提供することができる。

【0078】

また、距離算出部１２２は、式（１）～（５）に従って無線通信部１１０同士の間の距離Ｌを確実かつ容易に求めることができ、同期制御部１２３は、距離算出部１２２によって算出される距離Ｌと、所定距離Ｌ０との差（Ｌ－Ｌ０）に基づいて無線通信部１１０のクロックの位相を補正するので、確実かつ容易にクロックの位相を１ｎｓ（ナノ秒）レベルの精度で補正することができる。

【0079】

また、第１案では、測位部１２６は、距離差算出部１２４によって求められる距離差（｜Ｌ１－Ｌ２｜）が表す２本の双曲線（無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂについての双曲線）上の位置にスマートフォン２００の位置を絞ることができ、スマートフォン２００の大凡の位置を求めることができる。２本の双曲線は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂを用いたＴＯＡでの測位によって得られる。したがって、無線通信部１１０同士のクロックの位相を高精度に補正し、ＴＯＡによってスマートフォン２００の大凡の位置を求めることができる測位装置１００を提供することができる。

【0080】

また、第２案では、測位部１２６は、距離差算出部１２４によって求められる距離差が表す２本の双曲線（無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂについての双曲線）と、方向導出部１２５が無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂについて導出したパケット信号の到来方向との交点をスマートフォン２００の位置として特定することができる。２本の双曲線は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂを用いたＴＯＡでの測位によって得られ、到来方向は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂを用いたＡＯＡによる角度検出によって得られる。したがって、無線通信部１１０同士のクロックの位相を高精度に補正し、ＴＯＡとＡＯＡを組み合わせてスマートフォン２００の位置を特定可能な測位装置１００を提供することができる。

【0081】

また、第３案では、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂとの間の距離差に基づいて求まる２本の双曲線と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃと間の距離差に基づいて求まる２本の双曲線との交点をスマートフォン２００の位置として特定できる。４本の双曲線は、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂを用いたＴＯＡでの測位と、無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｃを用いたＴＯＡでの測位とによって得られる。したがって、無線通信部１１０同士のクロックの位相を高精度に補正し、ＴＯＡでの測位によってスマートフォン２００の位置を特定可能な測位装置１００を提供することができる。

【0082】

なお、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ａ及び１１０Ｂとの間の距離差に基づいて求まる２本の双曲線と、スマートフォン２００と無線通信部１１０Ｂ及び１１０Ｃと間の距離差に基づいて求まる２本の双曲線との交点をスマートフォン２００の位置として特定することも可能である。

【0083】

以上、本開示の例示的な実施形態の測位装置、及び、クロック補正方法について説明したが、本開示は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【0084】

なお、本国際出願は、２０２１年１２月３日に出願した日本国特許出願２０２１－１９６７８６に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。

【符号の説明】

【0085】

１０ 車両
１００ 測位装置
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ 無線通信部
１２０ ＥＣＵ
１２２ 距離算出部
１２３ 同期制御部
１２４ 距離差算出部
１２５ 方向導出部
１２６ 測位部
２００ スマートフォン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】