超音波RTLS

なぜ超音波なのか

高精度な測位システムでは、三辺測量が用いられています：

  • GPS
  • UWB
  • Marvelmind屋内「GPS」

三辺測量（またはマルチラテレーション）では、複数の基準点までの距離を正確に知る必要があります。基準点とは、超音波では固定ビーコン、UWBではアンカー、GPSでは衛星です。

距離の測定は、次の2つに依存します：

  1. 伝搬速度（光／電波の速度、超音波の速度）を正確に知っていること
  2. 時間を正確に測定すること
したがって、他の条件（例えば時間の測定）が同じであれば、伝搬速度が遅いほど、距離をより正確に測定できます。

超音波の伝搬速度は電磁波の約1,000,000分の1です。したがって理論上は、超音波方式のRTLSでは、UWB方式のRTLSに比べて1,000,000倍容易に高い精度を実現できることになります。言い換えれば、超音波RTLSはUWBシステムより（理論上は）1,000,000倍高精度になりえます。

もちろん、精度に影響する要因は他にも数多くあります。例えば、GPS信号の電離層伝搬遅延の不確かさや、超音波トランスデューサーの大きさによる不確かさ（超音波が正確にどこから発せられたか）、そしてUWB信号が正確にどこから送信されたかの不確かさです。UWBアンテナも無限に小さいわけではないからです。実際には、こうした要因が、超音波とUWBの基本的な1,000,000倍という比較よりも大きく効いてきます。その結果、超音波RTLSがUWB RTLSより1,000,000倍高精度になるわけではありません。それでも原理的な優位性は確かにあり、一般的な産業用途では、超音波システムはUWBより優に10倍高精度です。例をご覧ください：

超音波RTLSが実際にどれほど高精度かを示すその他の例：

なぜ三角測量ではなく三辺測量なのか

三角測量方式のシステム（角度を測るレーザーシステム、光学システム）は、距離が長くなるほど精度が低下します。

三辺測量方式のシステムでは、距離が長くなっても精度は低下しません。確かに、結果のノイズが増えたり、測定の信頼度が下がったりすることはありますが、測定の不確かさが距離に直接依存しないため、理論上の精度は同じです。精度は非常に複雑な概念なので、ここでは定義には立ち入りませんが、実例として、位置のばらつきの範囲は、三辺測量システムでは距離3 mでも20 mでも実質的に同じであるのに対し、三角測量システムでは20/3の比率で精度が明らかに低下します。

したがって、三辺測量システムは、本質的に三角測量方式のシステムより高精度です。

もちろん、実用面、技術面、商業面の要因もあり、そちらが優先されることもよくあります。そのため、理論上はより高精度なシステムが、実際に実装しやすいシステムに負けることもあります。しかし、この例はそうではありません。理論面と実用面の両方の理由から、産業用システムの大半の用途において、三辺測量方式のシステムは三角測量方式のシステムより実際に高精度です。

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