2011 Fiscal Year Research-status Report
見通し外（ＮＬＯＳ）環境におけるＵＷＢ信号による位置推定法の研究
| Project/Area Number |
23560477
|
|---|
| Research Institution | Chukyo University |
|---|
Principal Investigator |
上林 真司 中京大学, 情報理工学部, 教授 (60555415)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 優 中京大学, 情報理工学部, 准教授 (40235669)
藤原 孝幸 中京大学, 情報理工学部, 助教 (90373068)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
|
| Keywords | 位置推定 / TOA / TDOA / NLOS / UWB / 反射波 |
|---|
| Research Abstract |
UWB信号の反射波による遅延プロファイルを用いたTDOA位置推定アルゴリズム（線形最小2乗法を使用）を開発し，2次元正方形モデル（2面は金属反射板，他の2面は電波吸収体）における計算機シミュレーションと実験により位置推定できることを実証した。また，本アルゴリズムは見通しのない（NLOS: Non Line Of Sight)環境においても適用できることを示した。本成果は，電子情報通信学会ソサイエティ大会（2011年9月）において発表した。反射波を用いたTOA位置推定アルゴリズム（線形最小2情報を使用）を開発し，2次元モデルにおける計算機シミュレーション及び実験により位置推定できることを実証した。また，測定値にAWGN(Additive White Gaussian Noise)を付加した計算機シミュレーションにより，利用する反射波の数と推定誤差の関係を評価し，利用する反射波の数を増やすほど精度が高くなるがその効果は漸減し，また，各反射波がどの反射面からの反射波かを特定できないことによる推定誤差もあるため，4～6波程度を利用することが現実的であることを示した。本成果は，IEEE VTC 2012-Spring(2011年10月投稿締切，2012年5月開催）に投稿し，採択された。この線形最小2乗法TOA位置推定アルゴリズムを3次元に拡張した位置推定法を開発し，UWB位置推定実験装置に実装した。現在，基本特性を測定中。小型レスキューロボットに移動局を装着し，障害物がなければその移動をトレースできること，移動局のアンテナをロボット前面に外向きに設置すれば，ロボット筐体からの反射波の影響は無視できることを確認した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成23年度の研究目標は，「遅延プロファイルを用いたNLOS位置推定アルゴリズム開発」と，「3次元位置推定実験」である。「遅延プロファイルを用いたNLOS位置推定あるごり図も開発」の目標は，「反射波による遅延プロファイルを用いたNLOS環境TOA/TDOA位置推定アルゴリズムを開発し，様々なモデルケースについて，計算機シミュレーションにより検証しデバッグする。測定値にAWGNを付加し，誤差評価が可能なことを検証する。」ことであった。研究実績の概要にも記載した通り，NLOS環境における反射波を用いたTOA/TDOA位置推定アルゴリズムを開発し，AWGNを付加した誤差評価を実施することができた。2次元の簡単なモデルのみだが，反射波の数と誤差の関係を明確にするなど予定以上の進展もあり，総合的には概ね順調に進展しているといえる。「3次元位置推定実験」の目標は，「UWB位置推定実験装置に3次元TOA/TDOA位置推定アルゴリズムを実装し，基本特性を確認し，計算機シミュレーションと比較して検証する。また，様々な位置に障害物，反射物を配置し，通常の位置推定アルゴリズムにおける障害物等の影響を確認し，計算機シミュレーションと比較し，検証する。次に，小型レスキューロボットに移動局を装着し，障害物等がなければその移動をトレースできることを確認する。」ことであった。研究実績の概要にも記載した通り，線形最小2情報を用いた3次元TOA位置推定アルゴリズムを開発し，UWB位置推定実験装置に実装したが，現在基本特性取得実験中である。小型レスキューロボットに移動局を装着し，移動をトレースできること，ロボット筐体の反射波の影響は回避できることを確認した。実証実験はまだできていないが，レスキューロボット筐体値異郷評価等は予定以上に進展しており，総合的には概ね順調に進展しているといえる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
遅延プロファイルを用いたNLOS位置推定アルゴリズムの改造，評価を中心に研究を進める。各反射波がどの反射面からの反射波かを特定できないことによる誤差について詳細な評価を行い，精度の高い位置推定アルゴリズムを開発し，計算機シミュレーションにより検証する。また，反射面の反射特性の影響を評価するため，電磁界シミュレーション（FDTDを想定）を行い，反射特性の位置推定制度に及ぼす影響について計算機シミュレーションにより評価する。更に複雑な形状の反射面の影響，反射面の位置，角度がずれることの位置推定精度への影響についても評価し，精度向上法を検討する。改造した位置推定アルゴリズムをUWB位置推定実験装置に実装し，シミュレーション結果を実験により検証する。小型レスキューロボットが3Dカメラの画像を用いて障害物の位置，形状を推定するアルゴリズムを検討し，基本アルゴリズムを開発する。
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
遅延プロファイルを用いたNLOS位置推定アルゴリズムの反射面の影響の評価のため，FDTD電磁界解析ソフトウェアを購入する（上林，560,000円）。レスキューロボットを用いた本位置推定法の研究成果発表（国際会議）のため海外出張する（清水，300,000円）。
|
