推定系統(tǒng)以及接收節(jié)點(diǎn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 實(shí)施方式涉及基于波動(dòng)傳播時(shí)間的距離或位置的推定。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，為了推定車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、智能手機(jī)等的位置信息而利用了GPS(Global PositioningSystem:全球定位系統(tǒng)）。然而，在難以接收到來(lái)自衛(wèi)星的電波的環(huán)境（例如 屋內(nèi)）下，利用GPS來(lái)推定位置信息是很困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 實(shí)施方式的目的在于高精度地推定波動(dòng)發(fā)送源與波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)之間的距離、該波 動(dòng)發(fā)送源的位置或該波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)的位置。
[0004] 根據(jù)實(shí)施方式，推定系統(tǒng)包括節(jié)點(diǎn)群和推定器。節(jié)點(diǎn)群包括接收第1波動(dòng)的第1 節(jié)點(diǎn)和與該第1節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信的第2節(jié)點(diǎn)。推定器基于第1波動(dòng)的傳播時(shí)間來(lái)推定從 發(fā)送了第1波動(dòng)的第1發(fā)送源到第1節(jié)點(diǎn)的距離、該第1發(fā)送源的位置或該第1節(jié)點(diǎn)的位 置。第1節(jié)點(diǎn)包括第1波動(dòng)接收部和第1無(wú)線通信部。第1波動(dòng)接收部接收第1波動(dòng)。第 1無(wú)線通信部?jī)?nèi)置第1計(jì)時(shí)器，經(jīng)由與第2節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信使該第1計(jì)時(shí)器與內(nèi)置于該第2 節(jié)點(diǎn)的第2計(jì)時(shí)器同步，從該第1計(jì)時(shí)器取得表示接收到第1波動(dòng)的時(shí)刻的第1接收時(shí)刻 信息，將該第1接收時(shí)刻信息輸出給推定器。
[0005] 根據(jù)另一實(shí)施方式，推定系統(tǒng)包括發(fā)送節(jié)點(diǎn)群、接收節(jié)點(diǎn)和推定器。發(fā)送節(jié)點(diǎn)群包 括發(fā)送第1波動(dòng)的第1發(fā)送節(jié)點(diǎn)、發(fā)送第2波動(dòng)的第2發(fā)送節(jié)點(diǎn)、發(fā)送第3波動(dòng)的第3發(fā) 送節(jié)點(diǎn)以及發(fā)送第4波動(dòng)的第4發(fā)送節(jié)點(diǎn)，所述第1發(fā)送節(jié)點(diǎn)、所述第2發(fā)送節(jié)點(diǎn)、所述第 3發(fā)送節(jié)點(diǎn)以及所述第4發(fā)送節(jié)點(diǎn)互相進(jìn)行無(wú)線通信。接收節(jié)點(diǎn)接收第1波動(dòng)、第2波動(dòng)、 第3波動(dòng)以及第4波動(dòng)。推定器基于第1波動(dòng)、第2波動(dòng)、第3波動(dòng)以及第4波動(dòng)的傳播時(shí) 間來(lái)推定接收節(jié)點(diǎn)的位置。第1發(fā)送節(jié)點(diǎn)包括第1波動(dòng)發(fā)送部和第1無(wú)線通信部。第1波 動(dòng)發(fā)送部發(fā)送第1波動(dòng)。第1無(wú)線通信部?jī)?nèi)置第1計(jì)時(shí)器，經(jīng)由與第2發(fā)送節(jié)點(diǎn)、第3發(fā)送 節(jié)點(diǎn)以及第4發(fā)送節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信使該第1計(jì)時(shí)器與內(nèi)置于該第2發(fā)送節(jié)點(diǎn)、該第3發(fā)送 節(jié)點(diǎn)以及該第4發(fā)送節(jié)點(diǎn)的第2計(jì)時(shí)器、第3計(jì)時(shí)器以及第4計(jì)時(shí)器同步，基于該第1計(jì)時(shí) 器的計(jì)時(shí)器值來(lái)控制從第1波動(dòng)發(fā)送部發(fā)送第1波動(dòng)的定時(shí)。第2發(fā)送節(jié)點(diǎn)包括第2波動(dòng) 發(fā)送部和第2無(wú)線通信部。第2波動(dòng)發(fā)送部發(fā)送第2波動(dòng)。第2無(wú)線通信部?jī)?nèi)置第2計(jì)時(shí) 器，經(jīng)由與第1發(fā)送節(jié)點(diǎn)、第3發(fā)送節(jié)點(diǎn)以及第4發(fā)送節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信使該第2計(jì)時(shí)器與第 1計(jì)時(shí)器、第3計(jì)時(shí)器以及第4計(jì)時(shí)器同步，基于該第2計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)器值來(lái)控制從第2波 動(dòng)發(fā)送部發(fā)送第2波動(dòng)的定時(shí)。第3發(fā)送節(jié)點(diǎn)包括第3波動(dòng)發(fā)送部和第3無(wú)線通信部。第 3波動(dòng)發(fā)送部發(fā)送第3波動(dòng)。第3無(wú)線通信部?jī)?nèi)置第3計(jì)時(shí)器，經(jīng)由與第1發(fā)送節(jié)點(diǎn)、第2 發(fā)送節(jié)點(diǎn)以及第4發(fā)送節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信使該第3計(jì)時(shí)器與第1計(jì)時(shí)器、第2計(jì)時(shí)器以及第4 計(jì)時(shí)器同步，基于該第3計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)器值來(lái)控制從第3波動(dòng)發(fā)送部發(fā)送第3波動(dòng)的定時(shí)。 第4發(fā)送節(jié)點(diǎn)包括第4波動(dòng)發(fā)送部和第4無(wú)線通信部。第4波動(dòng)發(fā)送部發(fā)送第4波動(dòng)。第 4無(wú)線通信部?jī)?nèi)置第4計(jì)時(shí)器，經(jīng)由與第1發(fā)送節(jié)點(diǎn)、第2發(fā)送節(jié)點(diǎn)以及第3發(fā)送節(jié)點(diǎn)的無(wú) 線通信使該第4計(jì)時(shí)器與第1計(jì)時(shí)器、第2計(jì)時(shí)器以及第3計(jì)時(shí)器同步，基于該第4計(jì)時(shí)器 的計(jì)時(shí)器值來(lái)控制從第4波動(dòng)發(fā)送部發(fā)送第4波動(dòng)的定時(shí)。接收節(jié)點(diǎn)將接收到第1波動(dòng)、 第2波動(dòng)、第3波動(dòng)以及第4波動(dòng)這一情況通知給推定器。推定器基于從接收節(jié)點(diǎn)接收到 表示接收到第1波動(dòng)、第2波動(dòng)、第3波動(dòng)以及第4波動(dòng)這一情況的通知的時(shí)刻，分別算出 參照傳播時(shí)間與第2波動(dòng)從第2發(fā)送節(jié)點(diǎn)到該接收節(jié)點(diǎn)的傳播時(shí)間之間的傳播時(shí)間差、所 述參照傳播時(shí)間與第3波動(dòng)從第3發(fā)送節(jié)點(diǎn)到該接收節(jié)點(diǎn)的傳播時(shí)間之間的傳播時(shí)間差以 及所述參照傳播時(shí)間與第4波動(dòng)從第4發(fā)送節(jié)點(diǎn)到該接收節(jié)點(diǎn)的傳播時(shí)間之間的傳播時(shí)間 差，基于該傳播時(shí)間差來(lái)推定接收節(jié)點(diǎn)的位置，所述參照傳播時(shí)間是第1波動(dòng)從第1發(fā)送節(jié) 點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)的傳播時(shí)間。
[0006] 根據(jù)另一實(shí)施方式，接收節(jié)點(diǎn)包括波動(dòng)接收部和無(wú)線通信部。波動(dòng)接收部接收聲 波。無(wú)線通信部?jī)?nèi)置第1計(jì)時(shí)器，經(jīng)由與其他節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信使該第1計(jì)時(shí)器與內(nèi)置于該 其他節(jié)點(diǎn)的第2計(jì)時(shí)器同步，從該第1計(jì)時(shí)器取得表示接收到聲波的時(shí)刻的接收時(shí)刻信息。
[0007] 根據(jù)上述構(gòu)成的推定系統(tǒng)以及接收節(jié)點(diǎn)，能夠高精度地推定波動(dòng)發(fā)送源與波動(dòng)接 收節(jié)點(diǎn)之間的距離、該波動(dòng)發(fā)送源的位置或該波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)的位置。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是例示第1實(shí)施方式的位置推定系統(tǒng)的框圖。
[0009] 圖2是例示圖1的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)的框圖。
[0010] 圖3是例示圖2的通信控制部的工作的流程圖。
[0011] 圖4是表示圖1的變形例的框圖。
[0012] 圖5是表示圖1的變形例的框圖。
[0013] 圖6是表示圖1的變形例的框圖。
[0014] 圖7是例示第2實(shí)施方式的位置推定系統(tǒng)所包含的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)的框圖。
[0015] 圖8是例示圖7的通信控制部的工作的流程圖。
[0016] 圖9是例示第3實(shí)施方式的位置推定系統(tǒng)的框圖。
[0017] 圖10是例示圖9的波動(dòng)收發(fā)節(jié)點(diǎn)的框圖。
[0018] 圖11是例示圖10的通信控制部的工作的流程圖。
[0019] 圖12是例示第4實(shí)施方式的位置推定系統(tǒng)的框圖。
[0020] 圖13是例示圖12的波動(dòng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的框圖。
[0021] 圖14是例示圖12的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)的框圖。
[0022] 圖15是例示第5實(shí)施方式的位置推定系統(tǒng)的框圖。
[0023] 圖16是例示圖15的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)的框圖。
[0024] 圖17是例示圖12的位置推定系統(tǒng)的工作的時(shí)序圖。
[0025] 圖18是例示圖15的位置推定系統(tǒng)的工作的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下，參照附圖來(lái)說(shuō)明實(shí)施方式。此外，以后對(duì)與已說(shuō)明的要素相同或類似的要素 標(biāo)注相同或類似的符號(hào)，基本上省略重復(fù)的說(shuō)明。例如，在存在多個(gè)相同或類似的要素的情 況下，有時(shí)為了不區(qū)分各要素地說(shuō)明而使用共同的符號(hào)，也有時(shí)為了區(qū)分各要素地說(shuō)明而 除了該共同的符號(hào)之外還使用細(xì)分序號(hào)。
[0027] (第1實(shí)施方式）
[0028] 如圖1所例示，第1實(shí)施方式的位置推定系統(tǒng)包括4個(gè)波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100-1、 100-2、100-3、100-4、波動(dòng)發(fā)送源130和位置推定器140。此外，波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100的總數(shù)也 可以為5個(gè)以上。
[0029] 波動(dòng)發(fā)送源130能夠發(fā)送波動(dòng)。該波動(dòng)可以如后述那樣具有預(yù)定的特征以便與其 他的波動(dòng)區(qū)分。在以后的說(shuō)明中，作為波動(dòng)利用了聲波（包括超聲波），但也能夠利用電磁 波、振動(dòng)波等其他波動(dòng)。此外，波動(dòng)發(fā)送源130既可以是具備揚(yáng)聲器的機(jī)器人等裝置，也可 以是動(dòng)物或人等生物。在波動(dòng)發(fā)送源130為生物的情況下，從該生物發(fā)出的聲音、叫聲或振 動(dòng)相當(dāng)于波動(dòng)。
[0030] 波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100-1、100-2、100-3、100-4接收波動(dòng)。波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100-1、100-2、 100-3、100-4在檢測(cè)出所接收到的波動(dòng)例如具有上述預(yù)定的特征時(shí)，取得表示接收到該波 動(dòng)的時(shí)刻的信息（以后，稱為接收時(shí)刻信息）。接收時(shí)刻信息例如可以是計(jì)時(shí)器值。此外， 從減小位置推定誤差的觀點(diǎn)出發(fā)，由波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100-1、100-2、100-3、100-4參照的計(jì)時(shí) 器優(yōu)選高精度地同步。該接收時(shí)刻信息由位置推定器140收集。
[0031] 具體而言，波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100包括波動(dòng)接收部110以及無(wú)線通信部120。波動(dòng)接收 部110接收從波動(dòng)發(fā)送源130發(fā)送的波動(dòng)。波動(dòng)接收部110在檢測(cè)出所接收到的波動(dòng)具有 上述預(yù)定的特征時(shí)，將接收到所希望的波動(dòng)這一情況通知給無(wú)線通信部120。
[0032] 無(wú)線通信部120在從波動(dòng)接收部110接收到通知時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)置的計(jì)時(shí)器來(lái)取得接 收時(shí)刻信息。無(wú)線通信部120將接收時(shí)刻信息輸出給位置推定器140。此外，位置推定器 140可以以有線或無(wú)線方式與波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100-1、100-2、100-3、100-4的任一方連接。無(wú) 線通信部120在與位置推定器140直接連接的情況下，將接收時(shí)刻信息直接輸出給該位置 推定器140。另一方面，無(wú)線通信部120在與位置推定器140不直接連接的情況下，將接收 時(shí)刻信息經(jīng)由其他的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100輸出給該位置推定器140。
[0033] 圖2示出了波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100的具體例。波動(dòng)接收部110包括麥克風(fēng)111和檢測(cè) 部112。無(wú)線通信部120包括通信控制部121、同步計(jì)時(shí)器122、無(wú)線接收部123以及無(wú)線發(fā) 送部124。
[0034] 麥克風(fēng)111接收聲波并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。麥克風(fēng)111將電信號(hào)輸出給檢測(cè)部112。
[0035] 檢測(cè)部112從麥克風(fēng)111接收電信號(hào)，檢查該電信號(hào)是否具有預(yù)定的特征。檢測(cè) 部112在檢測(cè)出電信號(hào)具有預(yù)定的特征時(shí)，將接收到所希望的波動(dòng)這一情況通知給通信控 制部121。例如，來(lái)自波動(dòng)發(fā)送源130的聲波可以具有預(yù)定的聲壓等級(jí)、時(shí)間波形或頻率成 分作為預(yù)定的特征。
[0036] 通信控制部121控制同步計(jì)時(shí)器122、無(wú)線接收部123以及無(wú)線發(fā)送部124。例如， 通信控制部121在從檢測(cè)部112接收到通知時(shí)，取得同步計(jì)時(shí)器122的計(jì)時(shí)器值。該計(jì)時(shí) 器值相當(dāng)于接收時(shí)刻信息。通信控制部121將接收時(shí)刻信息輸出給位置推定器140。
[0037] 詳細(xì)而言，通信控制部121在與位置推定器140直接連接的情況下，將接收時(shí)刻信 息直接輸出給該位置推定器140。另一方面，通信控制部121在與位置推定器140不直接連 接的情況下，使無(wú)線發(fā)送部124將接收時(shí)刻信息發(fā)送給該位置推定器140或其他的波動(dòng)接 收節(jié)點(diǎn)100。此外，在無(wú)線接收部123從其他的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100接收到接收時(shí)刻信息的情 況下，通信控制部121也同樣將該接收時(shí)刻信息輸出給位置推定器140。
[0038] 進(jìn)而，通信控制部121進(jìn)行用于使同步計(jì)時(shí)器122與內(nèi)置于其他的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn) 100的同步計(jì)時(shí)器122同步的同步處理。例如，通信控制部121即可以使無(wú)線發(fā)送部124向 其他的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100發(fā)送同步計(jì)時(shí)器122的計(jì)時(shí)器值，也可以使用無(wú)線接收部123接 收到的其他的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100的計(jì)時(shí)器值對(duì)同步計(jì)時(shí)器122的計(jì)時(shí)器值進(jìn)行修正。
[0039] 具體而言，通信控制部121可以如圖3所例示那樣進(jìn)行工作。首先，通信控制部 121持續(xù)等待來(lái)自檢測(cè)部112的通知（步驟S101)。然后，在從檢測(cè)部112接收到通知時(shí)， 通信控制部121取得同步計(jì)時(shí)器122的計(jì)時(shí)器值（步驟S102)。
[0040] 通信控制部121在與位置推定器140直接連接的情況下，將在步驟S102中取得的 計(jì)時(shí)器值直接輸出給該位置推定器140(步驟S103以及步驟S104)。另一方面，通信控制部 121在與位置推定器140不直接連接的情況下，使無(wú)線發(fā)送部124將在步驟S102中取得的 計(jì)時(shí)器值發(fā)送給該位置推定器140或其他的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100(步驟S103以及步驟S105)。
[0041] 同步計(jì)時(shí)器122通過(guò)按照時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行遞增動(dòng)作來(lái)獲得計(jì)時(shí)器值。同步計(jì)時(shí)器 122由通信控制部121控制，以與內(nèi)置于其他的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100的同步計(jì)時(shí)器122同步。 例如，如果無(wú)線通信部120與遵循ffiEE802. 11的無(wú)線LAN設(shè)備相當(dāng)，則同步計(jì)時(shí)器122可 以通過(guò)TSF(TimingSynchronizationFunction:定時(shí)同步功能）計(jì)時(shí)器來(lái)安裝。TSF計(jì) 時(shí)器的同步處理雖然根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（基建（Infrastructure)模式或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Ad-Hoc)模 式）而不同，但是在任何網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中都能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的同步。例如，根據(jù)IEEE802. 11， TSF計(jì)時(shí)器間的同步誤差為數(shù)μ秒以下。另外，在無(wú)線通信部120是遵循IEEE802. 15. 1或 ΙΕΕΕ802. 15. 4等其他無(wú)線通信規(guī)格的設(shè)備的情況下，也能夠在無(wú)線通信部120內(nèi)置有同樣 的計(jì)時(shí)器的情況下使用該無(wú)線通信部120。
[0042] 無(wú)線接收部123以無(wú)線信號(hào)的形式接收各種信息。具體而言，無(wú)線接收部123以 無(wú)線信號(hào)的形式從其他的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100接收接收時(shí)刻信息、同步處理所需的信息（例 如，內(nèi)置于其他的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100的同步計(jì)時(shí)器122的計(jì)時(shí)器值）。
[0043] 無(wú)線發(fā)送部124以無(wú)線信號(hào)的形式發(fā)送各種信息。具體而言，無(wú)線發(fā)送部124以無(wú) 線信號(hào)的形式向其他的波動(dòng)接收節(jié)點(diǎn)100、位置推定器140等發(fā)送接收時(shí)刻信息、同步處理 所需的信息（例如，同步計(jì)時(shí)