JP6965116B2 - Position measuring device and position measuring method - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、位置計測装置および位置計測方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a position measuring device and a position measuring method.
従来、周波数が時間とともに変化する駆動信号に基づいて出力される超音波を、超音波トランスデューサにより受信し、この受信した超音波と駆動信号との相互相関の値の包絡線を求め、この包絡線に基づいて、超音波が送信されてから超音波トランスデューサで受信されるまでの伝送時間を算出し、超音波の送信点から受信点までの距離を計測する技術が知られている。 Conventionally, an ultrasonic wave output based on a drive signal whose frequency changes with time is received by an ultrasonic transducer, and a wrapping line of a value of mutual correlation between the received ultrasonic wave and the drive signal is obtained, and this wrapping line is obtained. Based on the above, a technique is known in which the transmission time from the transmission of ultrasonic waves to the reception by an ultrasonic transducer is calculated, and the distance from the transmission point to the reception point of ultrasonic waves is measured.
従来の技術では、超音波トランスデューサにより受信した超音波と駆動信号との相互相関の値を求める必要があるため、計算量が多くなるという課題がある。 In the conventional technique, it is necessary to obtain the value of the cross-correlation between the ultrasonic wave received by the ultrasonic transducer and the drive signal, so that there is a problem that the amount of calculation increases.
本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、音波信号を用いて位置の特定を行うときの計算量を低減することができる位置計測技術を提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a position measurement technique capable of reducing the amount of calculation when specifying a position using a sound wave signal. do.
本発明の実施形態に係る位置計測装置は、少なくとも２つの送信部からそれぞれ送信された音波信号が空気中で合成されて１つの合成音波信号となり、この合成音波信号を受信する受信部と、前記受信した合成音波信号の包絡線を求める包絡線処理部と、前記求められた包絡線に基づいて、一方の前記送信部から前記受信部までの距離と他方の前記送信部から前記受信部までの距離の差を解析する解析部と、前記解析された結果に基づいて、前記受信部の位置を特定する位置特定部と、を備え、第１送信部と第２送信部と第３送信部とを含む少なくとも３つ以上の前記送信部から前記音波信号が送信可能であり、前記解析部は、前記第１送信部から前記受信部までの距離と前記第２送信部から前記受信部までの距離の差を解析する処理と、前記第２送信部から前記受信部までの距離と前記第３送信部から前記受信部までの距離の差を解析する処理と、の少なくとも２回の処理を行う。 In the position measuring device according to the embodiment of the present invention, the sound wave signals transmitted from at least two transmission units are combined in the air to form one synthetic sound wave signal, and the receiving unit that receives the synthetic sound wave signal and the above-mentioned Based on the wrapping line processing unit that obtains the wrapping line of the received synthetic sound wave signal and the obtained wrapping line, the distance from one of the transmitting units to the receiving unit and the distance from the other transmitting unit to the receiving unit. An analysis unit that analyzes the difference in distance and a position identification unit that specifies the position of the reception unit based on the analysis result are provided , and the first transmission unit, the second transmission unit, and the third transmission unit are provided. The sound wave signal can be transmitted from at least three or more transmission units including the above, and the analysis unit can transmit the distance from the first transmission unit to the reception unit and the distance from the second transmission unit to the reception unit. The process of analyzing the difference between the two, and the process of analyzing the difference between the distance from the second transmitting unit to the receiving unit and the distance between the third transmitting unit and the receiving unit are performed at least twice .
本発明の実施形態により、音波信号を用いて位置の特定を行うときの計算量を低減することができる位置計測技術が提供される。 An embodiment of the present invention provides a position measurement technique capable of reducing the amount of calculation when specifying a position using a sound wave signal.
（第１実施形態）
以下、本実施形態を添付図面に基づいて説明する。まず、第１実施形態の位置計測装置について図１から図１０を用いて説明する。図１の符号１は、位置計測装置（測位システム）である。
(First Embodiment)
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. First, the position measuring device of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
図１に示すように、本実施形態の位置計測装置１は、工場またはプラントに設けられる建物２の内部において、作業者３の位置を特定するために用いられる。なお、位置の特定の対象となるものは、作業者３のみならず、その他のものであっても良い。例えば、建物２の内部にある台車または車両などの位置を特定するために、本実施形態の位置計測装置１を用いても良い。
As shown in FIG. 1, the
建物２の内部は、床４と壁５と天井６に囲まれた閉鎖された空間である。天井６には、照明装置７が設けられるとともに、本実施形態の位置計測装置１に用いる複数の送信部８が設けられる。これらの送信部８は、音波信号Ｓ１〜Ｓ３（図２および図３照）を発するスピーカで構成される。送信部８から発せられる音波信号Ｓ１〜Ｓ３として、超音波を用いる。また、音波信号Ｓ１〜Ｓ３は、可聴音であっても良い。
The interior of the
本実施形態では、建物２の天井６に少なくとも３つ以上の送信部８が設けられる。このようにすれば、建物２の内部で作業を行うときに送信部８が邪魔にならずに済む。また、送信部８から送信される音波信号Ｓ１〜Ｓ３（図３参照）が建物２の内部の物品に遮蔽されないようになる。
In the present embodiment, at least three or
なお、複数の送信部８は、グリッド状に配置されても良いし、ランダムに配置されても良い。それぞれの送信部８の平面視における位置（座標位置）は、予め特定されている。
The plurality of
作業者３は、音波信号Ｓ１〜Ｓ３を受信する受信端末９を所持している。この受信端末９が送信部８から送信された音波信号Ｓ１〜Ｓ３を受信することで、受信端末９の位置、即ち、作業者３の位置を特定することができる。受信端末９は、作業者３とともに移動可能な端末である。
The
音波信号Ｓ１〜Ｓ３が送信されるときには、任意の２つの送信部８Ａ，８Ｂが用いられる。任意の２つの送信部８Ａ，８Ｂから送信された２つの音波信号Ｓ１，Ｓ２は、空気中で合成されて１つの合成音波信号Ｒとなる（図２参照）。この合成音波信号Ｒが受信端末９により受信される。この合成音波信号Ｒには、一方の送信部８Ａから送信された音波信号Ｓ１に基づく情報と、他方の送信部８Ｂから送信された音波信号Ｓ２に基づく情報とが含まれる。そして、この合成音波信号Ｒの波形Ｗ３の包絡線Ｅ（図７参照）に基づいて、受信端末９の位置を特定することができる。
When the sound wave signals S1 to S3 are transmitted, any two
また、任意の２つの送信部８Ａ，８Ｂは、所定のタイミングで切り換るようになっている。最初に、任意の２つの送信部８Ａ，８Ｂから送信された音波信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、受信端末９の大凡の位置が特定される。さらに任意の２つの送信部８Ｂ，８Ｃから送信された音波信号Ｓ２，Ｓ３に基づいて、受信端末９の位置が特定される。これら２回の位置の特定を行うことにより、受信端末９の平面視における位置（座標位置）が正確に特定される。
Further, the arbitrary two
本実施形態では、建物２の内部にある受信端末９の位置を特定する形態を例示しているが、その他の形態であっても良い。例えば、屋外であっても送信部８が設置された環境であれば、屋外にある受信端末９の位置を特定することができる。
In this embodiment, a mode for specifying the position of the
次に、位置計測装置１のシステム構成を図２に示すブロック図を参照して説明する。位置計測装置１は、作業者３が携帯する受信端末９と、建物２の構造体に設置されて音波信号Ｓ１〜Ｓ３を送信する音波送信装置１０とを備える。
Next, the system configuration of the
さらに、受信端末９から送信される無線信号Ｍを受信する無線通信装置１１と、この無線通信装置１１を介して受信端末９から位置情報を取得する管理コンピュータ１２が設けられる。なお、無線通信装置１１および管理コンピュータ１２は、建物２の内部の所定の場所に設けられる。
Further, a
音波送信装置１０は、複数の送信部８と、これら送信部８から送信される音波信号Ｓ１〜Ｓ３を生成する信号生成部１３と、任意の２つの送信部８Ａ，８Ｂから送信される音波信号Ｓ１，Ｓ２の送信タイミングを調整する送信調整部１４と、音波送信装置１０を制御する音波制御部１５とを備える。
The sound
受信端末９は、合成音波信号Ｒを受信する受信部１６と、受信した合成音波信号Ｒの波形Ｗ３の包絡線Ｅ（図７参照）を求める包絡線処理部１７と、求められた包絡線Ｅに基づいて、一方の送信部８Ａから受信部１６までの距離ｄ１と他方の送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２の差を解析する解析部１８と、解析された結果に基づいて、受信部１６の位置を特定する位置特定部１９と、特定した位置情報を無線信号Ｍによって無線通信装置１１に送信する無線通信部２０と、受信端末９を制御する端末制御部２１とを備える。
The
包絡線処理部１７は、受信した合成音波信号Ｒを処理するハイパスフィルタ２２と、ハイパスフィルタ２２で処理した合成音波信号Ｒを検波する検波部２３と、検波された合成音波信号Ｒを処理するローパスフィルタ２４とを備える。
The
本実施形態のシステムは、プロセッサおよびメモリなどのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態の位置計測方法は、プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。 The system of this embodiment has hardware resources such as a processor and a memory, and is composed of a computer in which information processing by software is realized by using hardware resources by executing various programs by a CPU. Further, the position measurement method of the present embodiment is realized by causing a computer to execute a program.
本実施形態の信号生成部１３は、音波信号Ｓ１，Ｓ２の振幅と、音波信号Ｓ１，Ｓ２の周波数と、音波信号Ｓ１，Ｓ２の位相とのうちの少なくともいずれか１つの変調を行うことができる。このようにすれば、２つの送信部８の位置の差による変化が、合成音波信号Ｒの波形Ｗ３の包絡線Ｅに現れるようになるので、２つの送信部８に対していずれの方向に受信部１６の位置があるのかを特定することができる。
The
本実施形態の端末制御部２１は、受信部１６で受信された音波信号Ｓ１〜Ｓ３が、いずれの送信部８から送信されたものであるかを特定する信号識別情報を予め記憶している。なお、音波信号Ｓ１〜Ｓ３にいずれの送信部８から送信されたものであるかを特定する信号識別情報を保持させても良い。また、位置特定部１９は、複数の送信部８の平面視における位置（座標位置）を予め記憶している。
The
次に、第１実施形態の位置計測方法を説明する。第１実施形態では、音波送信装置１０において、信号生成部１３が、振幅変調を行って正弦波に対して一定間隔で周波数が互いに異なる２つの音波信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。つまり、信号生成部１３が、第１状態の音波信号Ｓ１を生成するとともに、この第１状態に対して特定量の差（周波数の差）を設けた第２状態の音波信号Ｓ２を生成する。
Next, the position measurement method of the first embodiment will be described. In the first embodiment, in the sound
また、送信調整部１４は、一方の送信部８Ａから送信される音波信号Ｓ１の送信タイミングと、他方の送信部８Ｂから送信される音波信号Ｓ２の送信タイミングとを異ならせる。つまり、第１状態の送信タイミングの音波信号Ｓ１と、この第１状態の送信タイミングに対して特定量の差（送信タイミングのずれ）を設けた第２状態の送信タイミングの音波信号Ｓ２とが送信される。
Further, the
このように、第１状態の音波信号Ｓ１が一方の送信部８Ａから送信されるとともに、第２状態の音波信号Ｓ２が他方の送信部８Ｂから送信される。
In this way, the sound wave signal S1 in the first state is transmitted from one transmitting
また、受信端末９において、解析部１８が、音波信号Ｓ１，Ｓ２が送信されるときのタイミングのずれと、一方の送信部８Ａから受信部１６までの距離ｄ１と他方の送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２の差と、によって生じる包絡線Ｅの変動時間ｔａの変化を解析する。そして、位置特定部１９が、包絡線Ｅの変動時間ｔａの変化に基づいて、受信部１６の位置を特定する。
Further, in the receiving
なお、変動時間ｔａとは、波形において包絡線Ｅが変動している部分（乱れている）部分の時間のことを示す。 The fluctuation time ta indicates the time of the portion (disturbed) of the envelope E in the waveform.
図３から図５に示すように、第１送信部８Ａと第２送信部８Ｂと第３送信部８Ｃの３つの送信部８が設けられた態様を例示する。なお、図３から図５は、平面視における送信部８および受信部１６の位置関係をＸ軸とＹ軸の座標系で示している。
As shown in FIGS. 3 to 5, an embodiment in which three
まず、第１送信部８Ａから音波信号Ｓ１が送信されるとともに、第２送信部８Ｂから音波信号Ｓ２が送信され、これらの音波信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて受信部１６の位置を特定する処理を説明する。ここで、第１送信部８Ａと第２送信部８Ｂとの中間点を座標の原点とし、第１送信部８Ａと第２送信部８Ｂとの間の中心線をＸ軸とし、第１送信部８Ａと第２送信部８Ｂとの２点を通過する線（中心線に直交する線）をＹ軸として説明する。
First, a sound wave signal S1 is transmitted from the
音波送信装置１０の信号生成部１３は、正弦波に対して一定間隔で振幅変調した２つの周波数の音波信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。例えば、座標（０,ａ）に設置された第１送信部８Ａが、音波信号Ｓ１を送信し、座標（０,−ａ）に設置された第２送信部８Ｂが、音波信号Ｓ２を送信する。
The
受信端末９の受信部１６は、所定の座標（ｘ，ｙ）にあるとする。ここで、受信部１６は、２つの音波信号Ｓ１，Ｓ２が空気中で合成された合成音波信号Ｒを受信する。そして、受信端末９は、受信した合成音波信号Ｒに基づいて、受信部１６の座標（ｘ，ｙ）を求める。
It is assumed that the receiving
第１送信部８Ａから受信部１６までの距離ｄ１と、第２送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２とは、以下の数式（１）および数式（２）で表される。
The distance d1 from the
d12=x2+(y-a)2 （１）
d22=x2+(y+a)2 （２）
d1 2 = x 2 + (ya) 2 (1)
d2 2 = x 2 + (y + a) 2 (2)
図６（Ａ）は、第１送信部８Ａから送信される音波信号Ｓ１の波形Ｗ１である。図６（Ｂ）は、第２送信部８Ｂから送信される音波信号Ｓ２の波形Ｗ２である。図７は、合成音波信号Ｒの波形Ｗ３である。なお、第１実施形態では、音波信号Ｓ１，Ｓ２が間欠的に送信される。
FIG. 6A is a waveform W1 of the sound wave signal S1 transmitted from the
信号生成部１３は、正弦波に対して一定間隔Ｔで振幅変調し、周波数（ｆ０＋ｗ）の音波信号Ｓ１と、周波数（ｆ０−ｗ）の音波信号Ｓ２との２つの音波信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。
Signal generating
S1＝2nT+C<t<2nT+T/2+Cのとき、
sin(2π(f0+w)t) （３）
となる。
それ以外のとき、０となる。
When S1 = 2nT + C <t <2nT + T / 2 + C,
sin (2π (f 0 + w) t) (3)
Will be.
At other times, it becomes 0.
S2＝2nT-C<t<2nT+T/2-Cのとき、
sin(2π(f0-w)t) （４）
となる。
それ以外のとき、０となる。
When S2 = 2nT-C <t <2nT + T / 2-C,
sin (2π (f 0 -w) t) (4)
Will be.
At other times, it becomes 0.
ここで、Ｃは、音波信号Ｓ１，Ｓ２の送信タイミングのずれ（ずらし時間）である。この送信タイミングのずれＣは、送信調整部１４にて調整される。つまり、送信調整部１４は、一方の送信部８Ａから音波信号Ｓ１が送信されるタイミングと他方の送信部８Ｂから音波信号Ｓ２が送信されるタイミングとを異ならせる。
Here, C is a shift (shift time) in the transmission timing of the sound wave signals S1 and S2. This transmission timing deviation C is adjusted by the
この送信タイミングのずれＣは、受信部１６の存在が予め想定される測位範囲Ｈに応じて設定される。例えば、図４に示すように、送信タイミングのずれＣを設定しておくことで、測位範囲Ｈにおいて、一方の送信部８Ａと他方の送信部８Ｂの間を通過する中心線（Ｘ軸）で区分けされる一方の領域（Ｙがプラス値となる座標領域）と他方の領域（Ｙがマイナス値となる座標領域）とのうちのいずれの領域に受信部１６の位置が存在するのかを特定することができる。
The transmission timing deviation C is set according to the positioning range H in which the presence of the receiving
なお、測位範囲Ｈは、一方の縁辺Ｈ１から他方の縁辺Ｈ２に亘って設定される範囲である。送信タイミングのずれＣは、一方の縁辺Ｈ１を基準として設定される。この送信タイミングのずれＣを設定しておくことで、受信部１６の位置が座標の原点から見ていずれの方向にあるのかを把握することができる。
The positioning range H is a range set from one edge H1 to the other edge H2. The transmission timing deviation C is set with reference to one edge H1. By setting this transmission timing deviation C, it is possible to grasp in which direction the position of the receiving
図２および図４に示すように、第１送信部８Ａから音波信号Ｓ１が送信されるとともに、第２送信部８Ｂから音波信号Ｓ２が送信される。ここで、それぞれの送信部８Ａ，８Ｂから送信された音波信号Ｓ１，Ｓ２が、受信部１６に到達するまで到達時間の時間差２Δは、以下の数式（５）で表される。
As shown in FIGS. 2 and 4, the sound wave signal S1 is transmitted from the
2Δ＝(d1-d2)/音速 （５） 2Δ ＝ (d1-d2) / speed of sound (5)
それぞれの送信部８Ａ，８Ｂから送信された音波信号Ｓ１，Ｓ２が空気中で合成されて合成音波信号Ｒとなって受信部１６で受信されるので、図７に示すように、合成音波信号Ｒ（受信信号）は、以下の数式（６）となる。
The sound wave signals S1 and S2 transmitted from the
ここで、
R＝2nT+C+Δ<t<2nT+T/2+C+Δ、かつ、2nT-(C+Δ)<t<2nT+T/2-(C+Δ)のとき、
sin(2π(f0+w)(t+C+Δ))+sin(2π(f0-w)(t-(C+Δ)) （６）
となる。
それ以外のとき、０となる。
here,
When R = 2nT + C + Δ <t <2nT + T / 2 + C + Δ and 2nT- (C + Δ) <t <2nT + T / 2- (C + Δ)
sin (2π (f 0 + w) (t + C + Δ)) + sin (2π (f 0 -w) (t- (C + Δ)) (6)
Will be.
At other times, it becomes 0.
さらに数式（６）を変形すれば、
R=2nT+C+Δ<t<2nT+T/2+C+Δ、かつ、2nT-(C+Δ)<t<2nT+T/2-(C+Δ)のとき、
2cos2π(f0(C+Δ)+wt)sin2π(f0t+w(C+Δ)) （７）
となる。
それ以外のとき、０となる。
If the formula (6) is further transformed,
When R = 2nT + C + Δ <t <2nT + T / 2 + C + Δ and 2nT- (C + Δ) <t <2nT + T / 2- (C + Δ)
2cos2π (f 0 (C + Δ) + wt) sin2π (f 0 t + w (C + Δ) ) (7)
Will be.
At other times, it becomes 0.
即ち、2nT+C+Δ<t<2nT+T/2-(C+Δ)の間、数式（７）に示す周波数２ｗの包絡線Ｅが得られる。 That is, while 2nT + C + Δ <t <2nT + T / 2- (C + Δ), the envelope E having a frequency of 2w shown in the equation (7) is obtained.
図８に示すように、受信端末９の包絡線処理部１７は、合成音波信号Ｒに対して、ハイパスフィルタ２２を用いて処理を行う。次に、検波部２３を用いて合成音波信号Ｒを検波する。さらに、ローパスフィルタ２４を用いて処理を行い、合成音波信号Ｒの波形Ｗ３の包絡線Ｅを得る。そして、解析部１８は、包絡線Ｅの変動時間ｔａを求める。さらに、解析部１８は、第１送信部８Ａから受信部１６までの距離ｄ１と第２送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２の差を求める。
As shown in FIG. 8, the
測定される包絡線Ｅの変動時間ｔａは、
ta＝T/2−2(C+Δ) （８）
であるので、
送信部８Ａ，８Ｂから受信部１６までの距離に起因する時間差２Δは、
2Δ＝T/2−2C−ta （９）
から求めることができる。
The variation time ta of the envelope E to be measured is
ta ＝ T / 2−2 (C + Δ) (8)
Because it is
The time difference 2Δ due to the distance from the transmitting
2Δ ＝ T / 2-2C−ta (9)
Can be obtained from.
数式（１）、数式（２）、数式（５）、数式（９）から、図４に示すように、受信部１６の位置は、
送信部８Ａ，８Ｂからの距離差＝2Δ×音速 （１０）
の線Ｌ１上に位置することが分かる。
From the formula (1), the formula (2), the formula (5), and the formula (9), as shown in FIG. 4, the position of the receiving
Distance difference from
It can be seen that it is located on the line L1 of.
送信タイミングのずれＣは、数式（５）より、求める時間差Δの範囲により、Ｃ＋Δがマイナスにならないように予め決定されている。 The deviation C of the transmission timing is determined in advance from the mathematical formula (5) so that C + Δ does not become negative depending on the range of the time difference Δ to be obtained.
周期Ｔは、数式（５）より、求める時間差Δの範囲により、Ｔ／２−２（Ｃ＋Δ）がマイナスにならないように予め決定されている。 The period T is determined in advance from the mathematical formula (5) so that T / 2-2 (C + Δ) does not become negative depending on the range of the time difference Δ to be obtained.
図４に示すように、第１送信部８Ａから送信される音波信号Ｓ１と、第２送信部８Ｂから送信される音波信号Ｓ２とに基づいて、受信部１６の位置が存在する線Ｌ１が求められる。
As shown in FIG. 4, the line L1 in which the position of the receiving
次に、図５に示すように、第２送信部８Ｂから送信される音波信号Ｓ２と、第３送信部８Ｃから送信される音波信号Ｓ３とに基づいて、受信部１６の位置が存在する線Ｌ２を求める。
Next, as shown in FIG. 5, a line in which the position of the receiving
解析部１８は、第２送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２と第３送信部８Ｃから受信部１６までの距離ｄ３の差を求める。そして、これら２つの線Ｌ１，Ｌ２が交わる点が、受信部１６の位置として特定される。
The
第１実施形態では、包絡線Ｅの変動時間ｔａを求めればよいので、相互相関演算に比べて少ない計算量で受信部１６の位置の計測を行うことができる。そのため、受信端末９のバッテリの消耗を抑えることができる。
In the first embodiment, since the fluctuation time ta of the envelope E may be obtained, the position of the receiving
また、包絡線処理部１７が、ハイパスフィルタ２２と検波部２３とローパスフィルタ２４とを備える。このようにすれば、簡素なシステム構成で合成音波信号Ｒの波形Ｗ３の包絡線Ｅを求めることができる。
Further, the
また、第１送信部８Ａから受信部１６までの距離ｄ１と第２送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２の差を解析する処理と、第２送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２と第３送信部ｄ３から受信部１６までの距離ｄ３の差を解析する処理との少なくとも２回の処理を行って受信部１６の位置を特定する。このようにすれば、受信部１６の位置を正確に特定することができる。
Further, the process of analyzing the difference between the distance d1 from the
次に、第１実施形態の位置計測方法について図８のフローチャートを用いて説明する。なお、図１から図５を適宜参照する。この処理は、一定時間毎に繰り返される処理である。 Next, the position measurement method of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. It should be noted that FIGS. 1 to 5 are referred to as appropriate. This process is a process that is repeated at regular intervals.
まず、ステップＳ１１において、音波送信装置１０の信号生成部１３は、正弦波に対して一定間隔で振幅変調した２つの周波数の音波信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。なお、送信調整部１４は、それぞれの音波信号Ｓ１，Ｓ２の送信タイミングを調整する。つまり、一方の送信部８Ａから送信される音波信号Ｓ１の送信タイミングと、他方の送信部８Ｂから送信される音波信号Ｓ２の送信タイミングとを異ならせる。
First, in step S11, the
次のステップＳ１２において、第１送信部８Ａから音波信号Ｓ１が送信されるとともに、第２送信部８Ｂから音波信号Ｓ２が送信される。次のステップＳ１３において、２つの音波信号Ｓ１，Ｓ２が空気中で合成される。
In the next step S12, the sound wave signal S1 is transmitted from the
次のステップＳ１４において、受信端末９の受信部１６は、合成音波信号Ｒを受信する。次のステップＳ１５において、包絡線処理部１７のハイパスフィルタ２２は、合成音波信号Ｒの波形Ｗ３の処理を行う。
In the next step S14, the receiving
次のステップＳ１６において、包絡線処理部１７の検波部２３が合成音波信号Ｒの波形Ｗ３の処理を行う。次のステップＳ１７において、包絡線処理部１７のローパスフィルタ２４は、合成音波信号Ｒの波形Ｗ３の処理を行い、合成音波信号Ｒの波形Ｗ３の包絡線Ｅが求められる。
In the next step S16, the
次のステップＳ１８において、解析部１８は、包絡線Ｅの解析を行い、包絡線Ｅの変動時間ｔａを求める。次のステップＳ１９において、解析部１８は、変動時間ｔａに基づいて、第１送信部８Ａから受信部１６までの距離ｄ１と第２送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２の差を算出する。
In the next step S18, the
次のステップＳ２０において、位置特定部１９は、受信部１６の位置が存在する線Ｌ１を求めることで、受信端末９（受信部１６）の大凡の位置が特定される。そして、処理を終了する。なお、この処理を２回以上繰り返すことで、受信端末９（受信部１６）の正確な位置が特定される。
In the next step S20, the
次に、音波送信装置１０が実行する処理について図９のフローチャートを用いて説明する。なお、図１から図５を適宜参照する。この処理は、一定時間毎に繰り返される処理である。
Next, the process executed by the sound
まず、ステップＳ２１において、音波制御部１５は、現在時刻が１次送信タイミングであるか否かを判定する。ここで、１次送信タイミングでない場合（ステップＳ２１がＮＯ）は、後述のステップＳ２３に進む。一方、１次送信タイミングである場合（ステップＳ２１がＹＥＳ）は、次のステップＳ２２に進む。
First, in step S21, the sound
次のステップＳ２２において、音波制御部１５は、第１送信部８Ａおよび第２送信部８Ｂからそれぞれ音波信号Ｓ１，Ｓ２を送信する処理を実行する。
In the next step S22, the sound
次のステップＳ２３において、音波制御部１５は、現在時刻が２次送信タイミングであるか否かを判定する。ここで、２次送信タイミングでない場合（ステップＳ２３がＮＯ）は、処理を終了する。一方、２次送信タイミングである場合（ステップＳ２３がＹＥＳ）は、次のステップＳ２４に進む。
In the next step S23, the sound
次のステップＳ２４において、音波制御部１５は、第２送信部８Ｂおよび第３送信部８Ｃからそれぞれ音波信号Ｓ２，Ｓ３を送信する処理を実行する。そして、処理を終了する。
In the next step S24, the sound
次に、受信端末９が実行する処理について図１０のフローチャートを用いて説明する。なお、図１から図５を適宜参照する。この処理は、一定時間毎に繰り返される処理である。
Next, the process executed by the receiving
まず、ステップＳ３１において、端末制御部２１は、現在時刻が１次受信タイミングであるか否かを判定する。ここで、１次受信タイミングでない場合（ステップＳ３１がＮＯ）は、後述のステップＳ３３に進む。一方、１次受信タイミングである場合（ステップＳ３１がＹＥＳ）は、次のステップＳ３２に進む。
First, in step S31, the
次のステップＳ３２において、端末制御部２１は、第１送信部８Ａおよび第２送信部８Ｂから送信されたそれぞれの音波信号Ｓ１，Ｓ２を受信する処理を実行する。この処理において、位置特定部１９は、受信部１６の位置が存在する線Ｌ１を求める（図４参照）。
In the next step S32, the
次のステップＳ３３において、端末制御部２１は、現在時刻が２次受信タイミングであるか否かを判定する。ここで、２次受信タイミングでない場合（ステップＳ３３がＮＯ）は、後述のステップＳ３５に進む。一方、２次受信タイミングである場合（ステップＳ３３がＹＥＳ）は、次のステップＳ３４に進む。
In the next step S33, the
次のステップＳ３４において、端末制御部２１は、第２送信部８Ｂおよび第３送信部８Ｃから送信されたそれぞれの音波信号Ｓ２，Ｓ３を受信する処理を実行する。この処理において、位置特定部１９は、受信部１６の位置が存在する線Ｌ２を求める（図５参照）。
In the next step S34, the
次のステップＳ３５において、端末制御部２１は、音波信号を受信する処理を２回以上実行したか否かを判定する。ここで、受信処理を２回以上実行していない場合（ステップＳ３５がＮＯ）は、処理を終了する。一方、受信処理を２回以上した場合（ステップＳ３５がＹＥＳ）は、次のステップＳ３６に進む。
In the next step S35, the
次のステップＳ３６において、位置特定部１９は、線Ｌ１，Ｌ２が交わる点を受信部１６の位置として特定する。なお、無線通信部２０は、受信端末９（受信部１６）の位置情報を管理コンピュータ１２に向けて送信する。そして、処理を終了する。
In the next step S36, the
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の位置計測装置１および位置計測方法について図１１から図１２を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。さらに、図１から図５を適宜参照する。
(Second Embodiment)
Next, the
図１１（Ａ）は、第１送信部８Ａから送信される音波信号Ｓ１の波形Ｗ１である。図１１（Ｂ）は、第２送信部８Ｂから送信される音波信号Ｓ２の波形Ｗ２である。図１２は、合成音波信号Ｒの波形Ｗ３である。
FIG. 11A is a waveform W1 of the sound wave signal S1 transmitted from the
第２実施形態では、音波送信装置１０において、信号生成部１３が、周波数変調を行って正弦波に対して周波数が時間とともに増加または減少する２つの同一の周波数の音波信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。なお、２つの音波信号Ｓ１，Ｓ２において、周波数および周波数の時間に応じた増減は、同一態様となっている。図１１では、周波数が時間とともに増加する波形を例示している。
In the second embodiment, in the sound
また、送信調整部１４は、一方の送信部８Ａから送信される音波信号Ｓ１の送信タイミングと、他方の送信部８Ｂから送信される音波信号Ｓ２の送信タイミングとを異ならせる。つまり、第１状態の送信タイミングの音波信号Ｓ１と、この第１状態の送信タイミングに対して特定量の差（送信タイミングのずれ）を設けた第２状態の送信タイミングの音波信号Ｓ２とが送信される。
Further, the
このように、第１状態の音波信号Ｓ１が一方の送信部８Ａから送信されるとともに、第２状態の音波信号Ｓ２が他方の送信部８Ｂから送信される。
In this way, the sound wave signal S1 in the first state is transmitted from one transmitting
また、受信端末９において、解析部１８が、音波信号Ｓ１，Ｓ２が送信されるときのタイミングのずれと、一方の送信部８Ａから受信部１６までの距離ｄ１と他方の送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２の差と、によって生じる包絡線Ｅの周波数ｆｂの変化を解析する。そして、位置特定部１９が、包絡線Ｅの周波数ｆｂの変化に基づいて、受信部１６の位置を特定する。
Further, in the receiving
図１１に示すように、第２実施形態の信号生成部１３は、正弦波に対して周波数が時間とともに増加（または減少）する２つの数の音波信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。ここで、周波数増加の係数をｋとすると、音波信号Ｓ１，Ｓ２は、以下の数式（１１）および数式（１２）で表される。
As shown in FIG. 11, the
S1＝sin2π(f0(t+C)+k/2(t+C)2) （１１）
S2＝sin2π(f0(t-C)+k/2(t-C)2) （１２）
S1 ＝ sin2π (f 0 (t + C) + k / 2 (t + C) 2 ) (11)
S2 ＝ sin2π (f 0 (tC) + k / 2 (tC) 2 ) (12)
ここで、Ｃは、音波信号Ｓ１，Ｓ２の送信タイミングのずれ（ずらし時間）である。 Here, C is a shift (shift time) in the transmission timing of the sound wave signals S1 and S2.
２つの送信部８Ａ，８Ｂは、それぞれ音波信号Ｓ１，Ｓ２を送信する。これらの送信部８Ａ，８Ｂからそれぞれ音波信号Ｓ１，Ｓ２が受信部１６に到達するまでの時間差２Δとする。ここで、２つの送信部８Ａ，８Ｂから送信された音波信号Ｓ１，Ｓ２が空気中で合成される。
The two
この合成音波信号Ｒが受信部１６で受信される。図１２に示すように、合成音波信号Ｒは、以下の数式（１３）となる。
R＝sin2π(f0(t+C+Δ)+k/2(t+C+Δ)2)
+sin2π(f0(t-(C+Δ))+k/2(t-(C+Δ))2) （１３）
This synthetic sound wave signal R is received by the receiving
R ＝ sin2π (f 0 (t + C + Δ) + k / 2 (t + C + Δ) 2 )
+ sin2π (f 0 (t- (C + Δ)) + k / 2 (t- (C + Δ)) 2 ) (13)
さらに変形すれば、数式（１３）は、以下の数式（１４）となる。
R＝2cos2π(f0(C+Δ)+k(C+Δ)t)sin2π(f0t+k/2t2+k/2(C+Δ)2) （１４）
Further transformed, the mathematical formula (13) becomes the following mathematical formula (14).
R ＝ 2cos2π (f 0 (C + Δ) + k (C + Δ) t) sin2π (f 0 t + k / 2t 2 + k / 2 (C + Δ) 2 ) (14)
即ち、数式（１５）に示す周波数２ｋ（Ｃ＋Δ）の合成音波信号Ｒの波形Ｗ３の包絡線Ｅが得られる。 That is, the envelope E of the waveform W3 of the synthetic sound wave signal R having a frequency of 2k (C + Δ) shown in the equation (15) is obtained.
包絡線Ｅの周波数ｆｂは、
fb＝2k(C+Δ) （１５）
であるので、送信部８Ａ，８Ｂから受信部１６までの距離に起因する時間差２Δは、
2Δ＝fb/k-2C （１６）
から求めることができる。
The frequency fb of the envelope E is
fb = 2k (C + Δ) (15)
Therefore, the time difference 2Δ due to the distance from the transmitting
2Δ ＝ fb / k-2C (16)
Can be obtained from.
よって、受信部１６は、送信部８Ａ，８Ｂからの距離差＝２Δ×音速の線Ｌ１上に位置することが分かる。
Therefore, it can be seen that the receiving
送信タイミングのずれＣは、数式（１５）より、求める時間差Δの範囲により、Ｃ＋Δがマイナスにならないように予め決定されている。 The deviation C of the transmission timing is determined in advance from the mathematical formula (15) so that C + Δ does not become negative depending on the range of the time difference Δ to be obtained.
第２実施形態では、包絡線Ｅの周波数ｆｂを求めるので、ノイズに強い位置の計測が可能になる。また、相互相関演算に比べて少ない計算量で受信部１６の位置の計測を行うことができる。そのため、受信端末９のバッテリの消耗を抑えることができる。
In the second embodiment, since the frequency fb of the envelope E is obtained, it is possible to measure the position resistant to noise. In addition, the position of the receiving
次に、第２実施形態の位置計測方法について説明する。前述の第１実施形態の図８のフローチャートを用いて説明する。第２実施形態では、ステップＳ１１、ステップＳ１８およびステップＳ１９の処理が、第１実施形態と異なり、それら以外のステップの処理は、前述の第１実施形態と同一である。 Next, the position measurement method of the second embodiment will be described. This will be described with reference to the flowchart of FIG. 8 of the first embodiment described above. In the second embodiment, the processes of steps S11, S18, and S19 are different from those of the first embodiment, and the processes of the other steps are the same as those of the above-described first embodiment.
ステップＳ１１において、音波送信装置１０の信号生成部１３は、正弦波に対して周波数が時間とともに増加または減少する２つの音波信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。なお、送信調整部１４は、それぞれの音波信号Ｓ１，Ｓ２の送信タイミングを調整する。つまり、一方の送信部８Ａから送信される音波信号Ｓ１の送信タイミングと、他方の送信部８Ｂから送信される音波信号Ｓ２の送信タイミングとを異ならせる。
In step S11, the
ステップＳ１８において、解析部１８は、包絡線Ｅの解析を行い、包絡線Ｅの周波数ｆｂを求める。次のステップＳ１９において、解析部１８は、周波数ｆｂに基づいて、第１送信部８Ａから受信部１６までの距離ｄ１と第２送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２の差を算出する。
In step S18, the
次に、図１３を用いて第２実施形態の送信調整部の変形例を説明する。この変形例の音波送信装置１０Ａは、信号生成部１３Ａと、この信号生成部１３Ａに接続されるスピーカ２５と、スピーカ２５から音が入力される分岐部２６と、分岐部２６から２方向に分かれた２つの音通過管２７Ａ，２７Ｂ（伝声管）と、それぞれの音通過管２７Ａ，２７Ｂの端部に設けられたラッパ状を成す送信部８Ｄ，８Ｅとを備える。
Next, a modified example of the transmission adjusting unit of the second embodiment will be described with reference to FIG. The sound
信号生成部１３で生成された１つの音波信号は、スピーカ２５を用いて出力される。このスピーカ２５から発せられた音波信号は、分岐部２６で２方向に分かれて、２つの音通過管２７Ａ，２７Ｂを通過する。そして、それぞれの送信部８Ｄ，８Ｅから音波信号Ｓ１，Ｓ２として送信される。
One sound wave signal generated by the
それぞれの音通過管２７Ａ，２７Ｂの通過経路Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ長さが異なっている。一方の通過経路Ｐ１よりも、他方の通過経路Ｐ２が長くなっている。そのため、一方の通過経路Ｐ１を通過して一方の送信部８Ｄから送信される音波信号Ｓ１は、他方の通過経路Ｐ２を通過して他方の送信部８Ｅから送信される音波信号Ｓ２よりも遅れて送信される。この遅れが、前述の音波信号Ｓ１，Ｓ２の送信タイミングのずれ（ずらし時間）Ｃと同じなるように構成されている。
The passage paths P1 and P2 of the
この変形例では、音通過管２７Ａ，２７Ｂが、スピーカ２５から一方の送信部８Ｄまでの音波信号の通過経路Ｐ１よりもスピーカ２５から他方の送信部８Ｅまでの音波信号の通過経路Ｐ２を長くしている。これらの長さが異なる２つの音通過管２７Ａ，２７Ｂが送信調整部を構成する。このようにすれば、長さが異なる２つの音通過管２７Ａ，２７Ｂという簡素な構成で送信調整部を設けることができる。
In this modification, the
（第３実施形態）
次に、第３実施形態の位置計測装置１および位置計測方法について図１４から図１５を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。さらに、図１から図５を適宜参照する。
(Third Embodiment)
Next, the
図１４（Ａ）は、第１送信部８Ａから送信される音波信号Ｓ１の波形Ｗ１である。図１４（Ｂ）は、第２送信部８Ｂから送信される音波信号Ｓ２の波形Ｗ２である。図１５は、合成音波信号Ｒの波形Ｗ３である。
FIG. 14A is a waveform W1 of the sound wave signal S1 transmitted from the
第３実施形態では、音波送信装置１０において、信号生成部１３が、位相変調を行って正弦波に対して位相が互いに異なる２つの音波信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。つまり、信号生成部１３が、第１状態の音波信号Ｓ１を生成するとともに、この第１状態に対して特定量の差（位相の差）を設けた第２状態の音波信号Ｓ２を生成する。
In the third embodiment, in the sound
なお、第３実施形態の送信調整部１４は、一方の送信部８Ａから送信される音波信号Ｓ１の送信タイミングと、他方の送信部８Ｂから送信される音波信号Ｓ２の送信タイミングとを同じにする。
The
このように、第１状態の音波信号Ｓ１が一方の送信部８Ａから送信されるとともに、第２状態の音波信号Ｓ２が他方の送信部８Ｂから送信される。
In this way, the sound wave signal S1 in the first state is transmitted from one transmitting
また、受信端末９において、解析部１８が、音波信号Ｓ１，Ｓ２が生成されるときの位相のずれと、一方の送信部８Ａから受信部１６までの距離ｄ１と他方の送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２の差と、によって生じる包絡線Ｅの位相の変化を解析する。そして、位置特定部１９が、包絡線Ｅの位相の変化に基づいて、受信部１６の位置を特定する。
Further, in the receiving
図１４に示すように、第３実施形態の信号生成部１３は、正弦波に対して位相が互いに異なる２つの数の音波信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。音波信号Ｓ１，Ｓ２は、以下の数式（１７）および数式（１８）で表される。
As shown in FIG. 14, the
S1＝sin(2πf0t+φ) （１７）
S2＝sin(2πf0t-φ) （１８）
S1 ＝ sin (2πf 0 t + φ) (17)
S2 = sin (2πf 0 t-φ) (18)
２つの送信部８Ａ，８Ｂは、それぞれ音波信号Ｓ１，Ｓ２を送信する。これらの送信部８Ａ，８Ｂからそれぞれ音波信号Ｓ１，Ｓ２が受信部１６に到達するまでの時間差２Δとする。ここで、２つの送信部８Ａ，８Ｂから送信された音波信号Ｓ１，Ｓ２が空気中で合成される。
The two
この合成音波信号Ｒが受信部１６で受信される。図１５に示すように、合成音波信号Ｒは、以下の数式（１９）となる。
R＝sin(2πf0(t+Δ)+φ)+sin(2πf0(t-Δ)-φ) （１９）
This synthetic sound wave signal R is received by the receiving
R ＝ sin (2πf 0 (t + Δ) + φ) + sin (2πf 0 (t-Δ) -φ) (19)
さらに変形すれば、数式（１９）は、以下の数式（２０）となる。
R＝2cos(2πf0 Δ+φ)sin2π(f0t) （２０）
Further transformed, the mathematical formula (19) becomes the following mathematical formula (20).
R = 2cos (2πf 0 Δ + φ) sin2π (f 0 t) (20)
ここで、φを−π〜πまで変化させて包絡線Ｅが最大値になったときに、
2πf0Δ＝φ （２１）
であるから、送信部８Ａ，８Ｂから受信部１６までの距離に起因する時間差２Δは、
2Δ＝φ/(πf0) （２２）
から求めることができる。
Here, when φ is changed from −π to π and the envelope E reaches the maximum value,
2π f 0 Δ ＝ φ (21)
Therefore, the time difference 2Δ due to the distance from the transmitting
2Δ ＝ φ / (πf 0 ) (22)
Can be obtained from.
ここで、Δの範囲が小さい場合に、例えば、ｆ０Δが±０．５の範囲の場合に高感度に測定が可能である。 Here, when the range of Δ is small, for example, when f 0 Δ is in the range of ± 0.5, the measurement can be performed with high sensitivity.
よって、受信部１６は、送信部８Ａ，８Ｂからの距離差＝２Δ×音速の線Ｌ１上に位置することが分かる。
Therefore, it can be seen that the receiving
第３実施形態では、包絡線Ｅの位相を求めるため、音波信号Ｓ１，Ｓ２の波長以下の測定が可能になるので、数十ミリ単位の狭い範囲で受信部１６の位置を特定することができる。また、相互相関演算に比べて少ない計算量で受信部１６の位置の計測を行うことができる。そのため、受信端末９のバッテリの消耗を抑えることができる。
In the third embodiment, since the phase of the envelope E is obtained, it is possible to measure the wavelengths of the sound wave signals S1 and S2 or less, so that the position of the receiving
次に、第３実施形態の位置計測方法について説明する。前述の第１実施形態の図８のフローチャートを用いて説明する。第３実施形態では、ステップＳ１１、ステップＳ１８およびステップＳ１９の処理が、第１実施形態と異なり、それら以外のステップの処理は、前述の第１実施形態と同一である。 Next, the position measurement method of the third embodiment will be described. This will be described with reference to the flowchart of FIG. 8 of the first embodiment described above. In the third embodiment, the processes of steps S11, S18, and S19 are different from those of the first embodiment, and the processes of the other steps are the same as those of the above-described first embodiment.
ステップＳ１１において、音波送信装置１０の信号生成部１３は、正弦波に対して位相が互いに異なる２つの音波信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。なお、送信調整部１４は、それぞれの音波信号Ｓ１，Ｓ２の送信タイミングを調整する。つまり、一方の送信部８Ａから送信される音波信号Ｓ１の送信タイミングと、他方の送信部８Ｂから送信される音波信号Ｓ２の送信タイミングとを同じにする。
In step S11, the
ステップＳ１８において、解析部１８は、包絡線Ｅの解析を行い、包絡線Ｅの位相を求める。次のステップＳ１９において、解析部１８は、位相に基づいて、第１送信部８Ａから受信部１６までの距離ｄ１と第２送信部８Ｂから受信部１６までの距離ｄ２の差を算出する。
In step S18, the
本実施形態に係る位置計測装置を第１実施形態から第３実施形態に基づいて説明したが、いずれか１の実施形態において適用された構成を他の実施形態に適用しても良いし、各実施形態において適用された構成を組み合わせても良い。 Although the position measuring apparatus according to this embodiment has been described based on the first to third embodiments, the configuration applied in any one embodiment may be applied to other embodiments, or each of them. The configurations applied in the embodiments may be combined.
例えば、位置計測装置が、包絡線Ｅの変動時間ｔａに基づいて受信部１６の位置を求める第１実施形態と、包絡線Ｅの周波数ｆｂに基づいて受信部１６の位置を求める第２実施形態と、包絡線Ｅの位相に基づいて受信部１６の位置を求める第３実施形態とをそれぞれ切り換えて実行しても良い。例えば、通常時には、包絡線Ｅの変動時間ｔａ、または、包絡線Ｅの周波数ｆｂに基づいて受信部１６の位置を求めるようにし、数十ミリ単位の狭い範囲で受信部１６の位置を特定したい場合には、包絡線Ｅの位相に基づいて受信部１６の位置を求める態様に切り換えるようにしても良い。
For example, the first embodiment in which the position measuring device obtains the position of the receiving
なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。 Although the flowchart of the present embodiment illustrates a mode in which each step is executed in series, the context of each step is not necessarily fixed, and even if the context of some steps is exchanged. good. Also, some steps may be executed in parallel with other steps.
本実施形態のシステムは、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、またはＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスまたはキーボードなどの入力装置と、通信インターフェースとを備える。このシステムは、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。 The system of this embodiment includes a control device in which a dedicated chip, a controller such as an FPGA (Field Programmable Gate Array), a GPU (Graphics Processing Unit), or a CPU (Central Processing Unit) is highly integrated, and a ROM (Read Only). A storage device such as Memory or RAM (Random Access Memory), an external storage device such as HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid State Drive), a display device such as a display, and an input device such as a mouse or keyboard. , With a communication interface. This system can be realized by a hardware configuration using a normal computer.
なお、本実施形態のシステムで実行されるプログラムは、ＲＯＭなどに予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記憶されて提供するようにしても良い。 The program executed by the system of the present embodiment is provided by incorporating it into a ROM or the like in advance. Alternatively, the program may be a computer-readable, non-transient storage medium such as a CD-ROM, CD-R, memory card, DVD, or flexible disk (FD) that is a file in an installable or executable format. It may be stored and provided in.
また、このシステムで実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、このシステムは、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。 Further, the program executed by this system may be stored on a computer connected to a network such as the Internet, and may be downloaded and provided via the network. The system can also be configured by connecting separate modules that independently perform the functions of the components to each other via a network or a dedicated line, and combining them.
本実施形態では、２つの送信部８Ａ，８Ｂから送信された音波信号Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ処理すること、つまり、音波信号Ｓ１，Ｓ２を解析するための処理を２回行う必要がない。そして、合成音波信号Ｒを解析するための１回の処理のみで、２つの送信部８Ａ，８Ｂとの距離ｄ１，ｄ２の差を求めることができる。そのため、計算量を低減することができる。
In the present embodiment, it is not necessary to process the sound wave signals S1 and S2 transmitted from the two
なお、本実施形態では、受信端末９の位置が特定される度に、その位置情報が管理コンピュータ１２に送信されているが、その他の態様であっても良い。例えば、建物２の内部での作業開始時から作業終了時までの期間の位置情報を全て受信端末９が記憶しておき、作業終了後に記憶した位置情報を一括して管理コンピュータ１２に送信しても良い。また、受信端末９を管理コンピュータ１２に直に接続して位置情報を転送しても良い。
In the present embodiment, every time the position of the receiving
なお、本実施形態では、２つの送信部８Ａ，８Ｂから同時にそれぞれ送信された２つの音波信号Ｓ１，Ｓ２が空気中で合成されて１つの合成音波信号Ｒとなり、この合成音波信号Ｒを受信部１６が受信することで、受信部１６の位置を特定しているが、その他の態様であっても良い。例えば、３つ以上の送信部から同時にそれぞれ送信された３つ以上の音波信号が空気中で合成されて１つの合成音波信号となり、この合成音波信号を受信部が受信することで、受信部の位置を特定しても良い。
In the present embodiment, the two sound wave signals S1 and S2 simultaneously transmitted from the two
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも２つの送信部から音波信号が送信され、これらの音波信号が空気中で合成されて１つの合成音波信号となり、この合成音波信号を受信する受信部を備えることにより、音波信号を用いて位置の特定を行うときの計算量を低減することができる。 According to at least one embodiment described above, sound wave signals are transmitted from at least two transmission units, and these sound wave signals are combined in the air to form one synthetic sound wave signal, and reception of receiving the synthetic sound wave signal. By providing the unit, it is possible to reduce the amount of calculation when the position is specified by using the sound wave signal.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
１…位置計測装置、２…建物、３…作業者、４…床、５…壁、６…天井、７…照明装置、８（８Ａ〜８Ｅ）…送信部、９…受信端末、１０（１０Ａ）…音波送信装置、１１…無線通信装置、１２…管理コンピュータ、１３（１３Ａ）…信号生成部、１４…送信調整部、１５…音波制御部、１６…受信部、１７…包絡線処理部、１８…解析部、１９…位置特定部、２０…無線通信部、２１…端末制御部、２２…ハイパスフィルタ、２３…検波部、２４…ローパスフィルタ、２５…スピーカ、２６…分岐部、２７Ａ，２７Ｂ…音通過管、Ｅ…包絡線、Ｈ…測位範囲、Ｈ１，Ｈ２…測位範囲の縁辺、Ｌ１，Ｌ２…線、Ｍ…無線信号、Ｐ１，Ｐ２…通過経路、Ｒ…合成音波信号、Ｓ１〜Ｓ３…音波信号、Ｗ１〜Ｗ３…波形。 1 ... Position measuring device, 2 ... Building, 3 ... Worker, 4 ... Floor, 5 ... Wall, 6 ... Ceiling, 7 ... Lighting device, 8 (8A-8E) ... Transmitter, 9 ... Receiving terminal, 10 (10A) ) ... Sound transmission device, 11 ... Wireless communication device, 12 ... Management computer, 13 (13A) ... Signal generation unit, 14 ... Transmission adjustment unit, 15 ... Sound control unit, 16 ... Reception unit, 17 ... Envelopment line processing unit, 18 ... analysis unit, 19 ... position identification unit, 20 ... wireless communication unit, 21 ... terminal control unit, 22 ... high pass filter, 23 ... detection unit, 24 ... low pass filter, 25 ... speaker, 26 ... branch unit, 27A, 27B ... Sound passage tube, E ... Envelopment line, H ... Positioning range, H1, H2 ... Edge of positioning range, L1, L2 ... Line, M ... Radio signal, P1, P2 ... Pass path, R ... Synthetic sound signal, S1 to S3 ... Sound signal, W1 to W3 ... Waveform.
Claims (10)
前記受信した合成音波信号の包絡線を求める包絡線処理部と、
前記求められた包絡線に基づいて、一方の前記送信部から前記受信部までの距離と他方の前記送信部から前記受信部までの距離の差を解析する解析部と、
前記解析された結果に基づいて、前記受信部の位置を特定する位置特定部と、
を備え、
第１送信部と第２送信部と第３送信部とを含む少なくとも３つ以上の前記送信部から前記音波信号が送信可能であり、
前記解析部は、
前記第１送信部から前記受信部までの距離と前記第２送信部から前記受信部までの距離の差を解析する処理と、
前記第２送信部から前記受信部までの距離と前記第３送信部から前記受信部までの距離の差を解析する処理と、
の少なくとも２回の処理を行う、
位置計測装置。 The sound wave signals transmitted from at least two transmission units are combined in the air to form one synthetic sound wave signal, and the receiving unit that receives this synthetic sound wave signal and
An envelope processing unit that obtains the envelope of the received synthetic sound wave signal, and
An analysis unit that analyzes the difference between the distance from one transmission unit to the reception unit and the distance from the other transmission unit to the reception unit based on the obtained envelope.
Based on the analysis result, the position specifying unit for specifying the position of the receiving unit and the position specifying unit
Equipped with a,
The sound wave signal can be transmitted from at least three or more transmission units including the first transmission unit, the second transmission unit, and the third transmission unit.
The analysis unit
A process of analyzing the difference between the distance from the first transmitting unit to the receiving unit and the distance from the second transmitting unit to the receiving unit.
A process of analyzing the difference between the distance from the second transmitting unit to the receiving unit and the distance from the third transmitting unit to the receiving unit.
Perform at least two processes,
Position measuring device.
第１状態の前記音波信号が一方の前記送信部から送信されるとともに、第２状態の前記音波信号が他方の前記送信部から送信される請求項１に記載の位置計測装置。 A signal generation unit for generating the sound wave signal in the first state and generating the sound wave signal in the second state with a specific amount difference from the first state is provided.
The position measuring device according to claim 1, wherein the sound wave signal in the first state is transmitted from one of the transmitting units, and the sound wave signal in the second state is transmitted from the other transmitting unit.
前記信号生成部が、前記音波信号の振幅と、前記音波信号の周波数と、前記音波信号の位相と、のうちの少なくともいずれか１つの変調を行う請求項１または請求項２に記載の位置計測装置。 A signal generation unit that generates the sound wave signal transmitted from the transmission unit is provided.
The position measurement according to claim 1 or 2, wherein the signal generation unit modulates at least one of the amplitude of the sound wave signal, the frequency of the sound wave signal, and the phase of the sound wave signal. Device.
一方の前記送信部から前記音波信号が送信されるタイミングと他方の前記送信部から前記音波信号が送信されるタイミングとを異ならせる送信調整部と、
を備え、
前記信号生成部が、振幅変調を行って正弦波に対して一定間隔で周波数が互いに異なる２つの前記音波信号を生成し、
前記解析部が、前記音波信号が送信されるときのタイミングのずれと、一方の前記送信部から前記受信部までの距離と他方の前記送信部から前記受信部までの距離の差と、によって生じる前記包絡線の変動時間を解析し、
前記位置特定部が、前記包絡線の変動時間に基づいて、前記受信部の位置を特定する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位置計測装置。 A signal generation unit that generates the sound wave signal transmitted from the transmission unit, and
A transmission adjusting unit that makes the timing at which the sound wave signal is transmitted from one of the transmitting units different from the timing at which the sound wave signal is transmitted from the other transmitting unit.
With
The signal generation unit performs amplitude modulation to generate two sound wave signals having different frequencies from each other at regular intervals with respect to a sine wave.
The analysis unit is caused by a timing difference when the sound wave signal is transmitted, and a difference between the distance from one of the transmitting units to the receiving unit and the distance between the other transmitting unit and the receiving unit. It analyzes between time variation of the envelope,
The position specifying unit, based on between time variation of the envelope, the position measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3 for identifying the position of the receiver.
一方の前記送信部から前記音波信号が送信されるタイミングと他方の前記送信部から前記音波信号が送信されるタイミングとを異ならせる送信調整部と、
を備え、
前記信号生成部が、周波数変調を行って正弦波に対して周波数が時間とともに増加または減少する前記音波信号を生成し、
前記解析部が、前記音波信号が送信されるときのタイミングのずれと、一方の前記送信部から前記受信部までの距離と他方の前記送信部から前記受信部までの距離の差と、によって生じる前記包絡線の周波数を解析し、
前記位置特定部が、前記包絡線の周波数に基づいて、前記受信部の位置を特定する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位置計測装置。 A signal generation unit that generates the sound wave signal transmitted from the transmission unit, and
A transmission adjusting unit that makes the timing at which the sound wave signal is transmitted from one of the transmitting units different from the timing at which the sound wave signal is transmitted from the other transmitting unit.
With
The signal generation unit performs frequency modulation to generate the sound wave signal whose frequency increases or decreases with time with respect to a sine wave.
The analysis unit is caused by a timing difference when the sound wave signal is transmitted, and a difference between the distance from one of the transmitting units to the receiving unit and the distance between the other transmitting unit and the receiving unit. analyzing the frequency of the envelope,
The position specifying unit, based on the frequency of the envelope, the position measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3 for identifying the position of the receiver.
前記信号生成部が、位相変調を行って正弦波に対して位相が互いに異なる２つの前記音波信号を生成し、
前記解析部が、前記音波信号が生成されるときの位相のずれと、一方の前記送信部から前記受信部までの距離と他方の前記送信部から前記受信部までの距離の差と、によって生じる前記包絡線の位相を解析し、
前記位置特定部が、前記包絡線の位相に基づいて、前記受信部の位置を特定する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位置計測装置。 A signal generation unit that generates the sound wave signal transmitted from the transmission unit is provided.
The signal generation unit performs phase modulation to generate two sound wave signals having different phases with respect to a sine wave.
The analysis unit is caused by a phase shift when the sound wave signal is generated, and a difference between the distance from one transmission unit to the reception unit and the distance from the other transmission unit to the reception unit. to analyze the position phase of the envelope,
The position specifying unit, based on the position phase of the envelope, the position measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3 for identifying the position of the receiver.
前記受信した合成音波信号を処理するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタで処理した合成音波信号を検波する検波部と、
前記検波された合成音波信号を処理するローパスフィルタと、
を備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の位置計測装置。 The envelope processing unit
A high-pass filter that processes the received synthetic sound wave signal,
A detection unit that detects the synthetic sound wave signal processed by the high-pass filter, and
A low-pass filter that processes the detected synthetic sound wave signal,
The position measuring apparatus according to any one of claims 1 to 6.
前記送信調整部が、前記スピーカから一方の前記送信部までの前記音波信号の通過経路よりも前記スピーカから他方の前記送信部までの前記音波信号の通過経路を長くする音通過管から成る請求項５に記載の位置計測装置。 One sound wave signal output from one speaker is transmitted from two transmitters, and the sound wave signal is transmitted from two transmitters.
A claim that the transmission adjusting unit comprises a sound passage tube that makes the passage path of the sound wave signal from the speaker to the other transmission unit longer than the passage path of the sound wave signal from the speaker to one transmission unit. 5. The position measuring device according to 5.
この合成音波信号を受信部で受信するステップと、
前記受信した合成音波信号の包絡線を求めるステップと、
前記求められた包絡線に基づいて、一方の前記送信部から前記受信部までの距離と他方の前記送信部から前記受信部までの距離の差を解析するステップと、
前記解析された結果に基づいて、前記受信部の位置を特定するステップと、
を含み、
第１送信部と第２送信部と第３送信部とを含む少なくとも３つ以上の前記送信部から前記音波信号が送信可能であり、
前記解析するステップでは、
前記第１送信部から前記受信部までの距離と前記第２送信部から前記受信部までの距離の差を解析する処理と、
前記第２送信部から前記受信部までの距離と前記第３送信部から前記受信部までの距離の差を解析する処理と、
の少なくとも２回の処理を行う、
位置計測方法。 A step in which sound wave signals transmitted from at least two transmitters are combined in air to form one synthetic sound wave signal.
The step of receiving this synthetic sound wave signal at the receiving unit,
The step of obtaining the envelope of the received synthetic sound wave signal and
A step of analyzing the difference between the distance from one transmitting unit to the receiving unit and the distance from the other transmitting unit to the receiving unit based on the obtained envelope.
Based on the analyzed result, the step of identifying the position of the receiving unit and
Only including,
The sound wave signal can be transmitted from at least three or more transmission units including the first transmission unit, the second transmission unit, and the third transmission unit.
In the step of analysis,
A process of analyzing the difference between the distance from the first transmitting unit to the receiving unit and the distance from the second transmitting unit to the receiving unit.
A process of analyzing the difference between the distance from the second transmitting unit to the receiving unit and the distance from the third transmitting unit to the receiving unit.
Perform at least two processes,
Position measurement method.
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