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音を用いた高精度屋内測位の実現のための基本実験

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音を用いた高精度屋内測位の実現のための基本実験
音を用いた高精度屋内測位の実現のための基本実験
Basic Experiment for Accurate Indoor Positioning using Audible Sound
金田一将*1
Kazumasa Kaneta
*1
1. はじめに
村田翔太郎*2
田中 博*1, 2
Shotaro Murata
Hiroshi Tanaka
*2
神奈川工科大学 情報学部 情報工学科
神奈川工科大学 大学院 情報工学専攻
Kanagawa Institute of Technology, Department of Information & Computer Sciences
蔵 ス ピ ー カ か ら 出 力 す る こ と と
筆者らは超音波[1],及び非可聴音(17k-22kHz)を用いた屋
内測位システムを検討してきた.その中で,マイクセン
サが広帯域特性を有し,可聴音から超音波までの周波数
の音を受信出来ることが分かった.本実験では,可聴音
から超音波までの音波を用いた高精度屋内測位の実現を
視野に入れ,基本実験及びその評価を行った.
2.基本原理と受信機の構成
測位の基本原理を図 1 に示す.測位対象が発生させた音
波を 4 つ以上のマイクセンサで受信し,その伝搬時間差か
ら,位置(x,y,z)と音の伝搬時間 t を数値計算で求める.
マイクセンサで受けた信号を受信機内で増幅,検波し,
その受信タイミング(t1,t2,t3)を用いて測位計算を行う.
したがって,音の受信タイミングを検出出来れば音の種
類によらず測位が可能であると考えられる.ここで用い
る方程式は GPS と同じ形式のものである.
図 1 測位の基本原理
受信機は,可聴音から超音波まで受信可能なマイクセ
ンサ(Primo 製 EM158)とプリアンプ,AGC アンプ,検波回
路と,検波回路からの出力で受信タイミングを検知する
受信回路を使用している.
3.受信実験
3.1 受信特性の確認
試作した受信機で静穏環
境における受信特性の確認
を行った.発信音源として
超 音 波 (40kHz), 非可聴音
(19kHz)の音を 35ms 間隔の
10ms
1V
Duration400μs で,専用の
送信機及びスマートフォン
から送信した.可聴音の一
例としてカスタネットを用
図 2 検波回路の出力
い,事前に録音した音の波
形を観察し,同じく 35ms 間隔の Duration10ms として
WAV 形式の音声ファイルを作成し,スマートフォンの内
した.スマートフォンから送信した可聴音を送受信機間
の距離 600mm,騒音レベル 37-42dB で取得した,検波回
路からの出力を図 2 に示す.受信した信号の電圧が閾値
である 1V を超え,正常に音波を検知していることを確認
した.
3.2 カウント値の測定
測位計算で必要と
なる受信タイミング
の取得と距離変化に
よるカウント値の確
認を行った.実験構
成を図 3 に示す.
受信閾値 1V, 騒音レ
ベル 37-42dB の静
穏環境下における各
図 3 実験構成
表1
カウント値測定結果
サンプル数: 300
音源によるカウント値測定の結果を表 1 に示す.
各距離において理論値と実測値の差は小さく,超音波,
非可聴音,カスタネットの各音源で受信タイミングが正
常に受信出来ていることを確認した.
4.まとめ
マイクセンサの広帯域特性を用いて,可聴音から超音
波までの音を受信し,その受信タイミングの取得により,
様々な音による屋内測位システムが実現できる見通しを
得た.今後は,騒音環境下でのそれらの音の抽出や各音
の識別機能など,実利用に向けた検討を進めていく.
謝辞
本研究は文部科学省科学技術研究費基盤(C)課題番号 24500219
の補助を得て行った.
参考文献
[1]秋山他,"超音波センサを用いた広域屋内測位システムの構成
と検証実験",測位航法学会論文誌, Vol.3, No.1, pp.1-8(2012).
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