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超音波距離測定システムおよび超音波距離測定方法 新技術説明会

国内特許コード P07A009779
整理番号 A0200108
掲載日 2007年4月13日
出願番号 特願2005-056406
公開番号 特開2006-242640
登録番号 特許第4041899号
出願日 平成17年3月1日(2005.3.1)
公開日 平成18年9月14日(2006.9.14)
登録日 平成19年11月22日(2007.11.22)
発明者
  • 橋爪 宏達
  • 杉本 雅則
出願人
  • 情報・システム研究機構
発明の名称 超音波距離測定システムおよび超音波距離測定方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】簡単な装置構成で距離の測定が行えると共に、特に超音波のみを用いて送信ノードと受信ノードとの距離を短時間に精度よく測定することができる超音波距離測定システムおよび超音波距離測定方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明にかかる超音波距離測定システム100は、通信パケットを生成し、通信パケットを超音波で送信する送信ノード102と、通信パケットを受信し、送信ノードとの間の距離を測定する受信ノード104とがインターネット通信網106を介して無線で通信可能に接続して構成されている。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要 【背景技術】現在、小型かつ軽量で通信機能を持った可搬型の情報端末が開発され、多く利用されるようになった。また、インフラストラクチャーとしてのインターネット通信網も整備されてきた。インターネット通信網により距離を克服しつつ情報世界(サイバースペース)にアクセスすることができるので、日常生活で活用されている。ところで、可搬型の情報端末を対象とした場合、情報端末の用途として、例えば、ある情報端末が特定の場所に移動されたことを他の情報端末が検出すると、他の情報端末はその情報端末に固有のサービスを提供するという用途、また、接近し合っていることを特定の情報端末相互が検知すると、互いの情報端末が特別な動作を開始するという用途が考えられる。具体的には、百貨店に来た客が売場付近に接近したことを売場に設置された情報端末が客の携帯端末を介して検出すると、客の情報端末に当該売場の商品情報を提供したり、雑踏した集会で面会相手が自分からどの方向でどの距離に居るかを互いが所有する情報端末に表示したりすることが考えられる。これらの用途は、遠距離の通信ではなく、情報端末の通信距離が特定の値(数メートル~数十メートル)になっている場合における用途である。また、情報端末の通信距離が特定の値(数メートル~数十メートル)になっている場合、例えば、情報端末にGPS(全地球測位システム)の受信機能を搭載することで中央サーバにメンバの位置情報を集約したり、情報端末に携帯電話の通信機能を搭載することでゾーン情報から位置を知ったりすることができる。そして、これら技術は実用化されている。 また、超音波を利用して距離や座標位置を測定する技術が存在する。電波や光などの電磁波およびケーブルを伝搬する電気信号は、空気中を伝搬する超音波に比較して百万倍ほど高速に伝搬するので、ほぼ無限大の伝搬速度を持つと見なすことができる。具体的には、まず、送信ノードは、電磁波または電気信号と超音波信号と同時に発生する。つぎに、受信ノードまたは集中ノードは、両信号の到着タイミングに関する信号を集め、超音波の伝搬遅延時間を知る。そして、既知である空気中の音速で当該伝播遅延時間を除すことで、送信ノードと受信ノードとの間隔(距離)を計算する。換言すると、送信ノードは、ビーコンを超音波チャンネルに、また一般情報を含むタイミング信号を電波(赤外線も同様)チャンネルで同時に送信する。受信ノードは、両方の信号を受信し、各信号の到着時刻の差を計算して、ノード間の距離を計算する。なお、特定ノードから見て、座標位置のわかっている3組以上のノードに対して距離測定を行うことで、当該特定ノードの空間座標位置を求めることができる。 また、例えば、個々の内部クロックが同期されていないノード群と中央サーバとがネットワークを介して接続されたシステムでノード間の距離を測定する技術が存在する。具体的には、まず、受信ノードは、送信ノードから超音波で送信された超音波ビーコンを受信する。つぎに、受信ノードは、受信した超音波ビーコンの到着時刻をLANを介して中央サーバに送信することで、中央サーバに距離計算を依頼する。そして、個々のノードの動作を監視している中央サーバは、送信ノードおよび受信ノードからの信号を比較し、その到着時間差からノード間の距離を計算して、計算した距離を受信ノードに送信する。そして、受信ノードは、送信ノードとの距離を得る。 また、その他の関連する技術として、例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4などが開示されている。
【特許文献1】特開2003-323357号公報
【特許文献2】特開2004-289711号公報
【特許文献3】特開平6-82242号公報
【特許文献4】特表2004-530115号公報
産業上の利用分野 本発明は、送信側の情報端末(送信ノード)から通信パケットを超音波で送信し、受信側の情報端末(受信ノード)で当該通信パケットを受信することにより、情報端末(ノード)間の距離を測定する超音波距離測定システムおよび超音波距離測定方法に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 複数の情報端末において、1つの情報端末から通信パケットを送信し、他の情報端末で通信パケットを受信することにより、該当する情報端末間の距離を測定する超音波距離測定システムであって、 送信側の情報端末および受信側の情報端末は、所定の時刻同期手法を用いて無線LANを介してその内部クロックを予め同期しており、 送信側の情報端末は、 通信パケットを送受信する際の同期の基準となる時刻基準点で所定の複数の周波数の搬送波の位相をゼロに揃えて当該複数の搬送波を1つに合成した同期パターンと、内部クロックから取得した時刻であって時刻基準点が送信された時刻である送信タイムスタンプと、を含む通信パケットを生成する通信パケット生成手段と、 前記通信パケット生成手段で生成した通信パケットを超音波で送信する通信パケット送信手段と、 を備え、 受信側の情報端末は、 送信側の情報端末から超音波で送信された、同期パターンおよび送信タイムスタンプを含む通信パケットを受信する通信パケット受信手段と、 前記通信パケット受信手段で通信パケットの受信を開始した時刻である開始時刻を内部クロックから取得し、受信した通信パケットから同期パターンを取り出し、当該取り出した同期パターンおよび前記所定の複数の周波数の搬送波を用いて各搬送波の前記開始時刻での位相を計算し、当該計算した各位相がゼロになる時刻を計算することで時刻基準点を算出し、当該算出した時刻基準点と前記開始時刻との和であって時刻基準点が受信された時刻である受信タイムスタンプを生成する受信タイムスタンプ生成手段と、 前記受信タイムスタンプ生成手段で生成した受信タイムスタンプと前記通信パケット受信手段で受信した通信パケットに含まれる送信タイムスタンプとの差に基づいて送信側の情報端末と当該受信側の情報端末との距離を算出する距離算出手段と、 を備えたことを特徴とする超音波距離測定システム。
【請求項2】 複数の情報端末において、1つの情報端末から通信パケットを送信し、他の情報端末で通信パケットを受信することにより、該当する情報端末間の距離を測定する超音波距離測定システムであって、 送信側の情報端末および受信側の情報端末は、所定の時刻同期手法を用いて無線LANを介してその内部クロックを予め同期しており、 送信側の情報端末は、 通信パケットを送受信する際の同期の基準となる時刻基準点で所定の複数の周波数の搬送波の位相をゼロに揃えて当該複数の搬送波を1つに合成した同期パターンと、内部クロックから取得した送信時刻と当該送信時刻から実際に通信パケットの時刻基準点が送信されるまでの時間差である送信補正値との和であって時刻基準点が送信された時刻である送信タイムスタンプと、を含む通信パケットを生成する通信パケット生成手段と、 前記通信パケット生成手段で生成した通信パケットを超音波で送信する通信パケット送信手段と、 を備え、 受信側の情報端末は、 送信側の情報端末から超音波で送信された、同期パターンおよび送信タイムスタンプを含む通信パケットを受信する通信パケット受信手段と、 前記通信パケット受信手段で通信パケットの受信を開始した時刻である開始時刻を内部クロックから取得し、受信した通信パケットから同期パターンを取り出し、当該取り出した同期パターンおよび前記所定の複数の周波数の搬送波を用いて各搬送波の前記開始時刻での位相を計算し、当該計算した各位相がゼロになる時刻を、前記開始時刻が取得されてから実際に通信パケットの時刻基準点が受信されるまでの時間差である受信補正値を用いて計算することで時刻基準点を算出し、当該算出した時刻基準点と前記開始時刻との和であって時刻基準点が受信された時刻である受信タイムスタンプを生成する受信タイムスタンプ生成手段と、 前記受信タイムスタンプ生成手段で生成した受信タイムスタンプと前記通信パケット受信手段で受信した通信パケットに含まれる送信タイムスタンプとの差に基づいて送信側の情報端末と当該受信側の情報端末との距離を算出する距離算出手段と、 を備えたことを特徴とする超音波距離測定システム。
【請求項3】 前記通信パケットは、送信側の情報端末を識別する識別ID、任意の通信データ、チェックサムのうち少なくとも1つをさらに含むこと、 を特徴とする請求項1または2に記載の超音波距離測定システム。
【請求項4】 前記通信パケットは、送信側の情報端末の座標位置をさらに含み、 前記受信側の情報端末は、 異なる複数の送信側の情報端末から連続して通信パケットを受信した場合、前記距離算出手段で算出した各送信側の情報端末と当該受信側の情報端末との距離および各送信側の情報端末の座標位置に基づいて当該受信側の情報端末の位置を推定する位置推定手段、 をさらに備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の超音波距離測定システム。
【請求項5】 前記送信側の情報端末は固定されたものであり、前記受信側の情報端末は移動可能なものであること、 を特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の超音波距離測定システム。
【請求項6】 複数の情報端末において、1つの情報端末から通信パケットを送信し、他の情報端末で通信パケットを受信することにより、該当する情報端末間の距離を測定する超音波距離測定方法であって、 送信側の情報端末および受信側の情報端末は、所定の時刻同期手法を用いて無線LANを介してその内部クロックを予め同期しており、 送信側の情報端末において、通信パケットを送受信する際の同期の基準となる時刻基準点で所定の複数の周波数の搬送波の位相をゼロに揃えて当該複数の搬送波を1つに合成した同期パターンと、内部クロックから取得した送信時刻と当該送信時刻から実際に通信パケットの時刻基準点が送信されるまでの時間差である送信補正値との和であって時刻基準点が送信された時刻である送信タイムスタンプと、を含む通信パケットを生成し、生成した通信パケットを超音波で送信し、 受信側の情報端末において、送信側の情報端末から超音波で送信された、同期パターンおよび送信タイムスタンプを含む通信パケットを受信し、通信パケットの受信を開始した時刻である開始時刻を内部クロックから取得し、受信した通信パケットから同期パターンを取り出し、当該取り出した同期パターンおよび前記所定の複数の周波数の搬送波を用いて各搬送波の前記開始時刻での位相を計算し、当該計算した各位相がゼロになる時刻を、前記開始時刻が取得されてから実際に通信パケットの時刻基準点が受信されるまでの時間差である受信補正値を用いて計算することで時刻基準点を算出し、当該算出した時刻基準点と前記開始時刻との和であって時刻基準点が受信された時刻である受信タイムスタンプを生成し、生成した受信タイムスタンプと受信した通信パケットに含まれる送信タイムスタンプとの差に基づいて送信側の情報端末と当該受信側の情報端末との距離を算出すること、 を特徴とする超音波距離測定方法。
産業区分
  • その他通信
  • 電信
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
※ 情報・システム研究機構 国立情報学研究所(NII)は、我が国唯一の情報系に特化した研究所です。NIIでは、外部資金による研究成果の社会還元を中心に、技術移転活動に積極的に取り組んでいます。上記の発明にライセンス対象や共同開発対象として関心をお持ちいただいた方は、国立情報学研究所 社会連携推進室までお気軽にお問合せください。


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