JP2005516190A - 2方向超音波位置決めを用いたナビゲーティング方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1の対象は開始超音波信号を送信し開始超音波信号に応答する第2の対象を識別する。第2の対象は開始超音波信号を受信してから所定時間の遅延の後に応答超音波信号を送信する。第1の対象は応答超音波信号を受信し、そして、第1の対象と第2の対象との間の距離を開始超音波信号の送信で開始され応答超音波信号の受信で終了する時間間隔と、所定時間の遅延に関する知識と、前もって知られた遅延時間以外の知識とに基づいて決定する。
Description
さらに、大部分の従来のナビゲーション・システムは、システムの設置者が、ビーコンの位置を調査して、その位置を手動でシステムに入力している。イー・レマスター及びエス・ロック著、「自己差動送受信機を用いたスードライト・アレイの自動較正」、インスティテュート・オブ・ナビゲーションGPS−99会議、ナッシュビル、テネシー、1999年9月参照。いくつかのシステムは自動較正として分類されているが、まだ、ある正確な距離測定をユーザが実行することを要求している。エー・マハジャン及びエフ・フィゲロア著、「超音波を用いた3D位置検出システムの自動自己設置及び較正方法」、フレキシブル・オートメイションに関する日米シンポジウム、ボストン、1996年7月7−10日、453−460頁参照。本発明は、また、従来技術システムのビーコン調査の必要性を無くしている。
図1は、本発明の1つの実施の形態による2方向超音波位置決め及びナビゲーション・システム100の全体を示すブロック図である。システム100は、移動プラットホームP及びいくつかのビーコンB0、B1、・・・及びBN-1を含む。ここで、Nは1よりも大きい整数であり(すなわち、少なくとも2)、好ましくは2よりも大きい。ビーコンB0、B1、・・・及びBN-1は、調査された位置に置くことができる。代りに、ビーコンは任意の位置に置くことができる。そして、これらの位置は、以下に詳細に説明する初期システム自己較正手順の際にユーザ入力無しに、自動的に決定される。システム100は、所定の地理的範囲又はサービス体積101内で、移動プラットホームPを位置決めするため又は追跡するために2方向超音波伝搬時間の測定を実行する。
Tは摂氏での雰囲気温度である。
そして、c0は温度0°での音速である(約331.45m/s)。もし、
図3に示すように、
2つの一方向測定は、
項が風効果によるタイミング誤差を表し、誤差は
に比例すること意味する。すなわち、2方向システム100におけるタイミング誤差は
に比例する。通常の状態では、
であり、2方向パラダイムは位置決め精度に顕著な改良を示す。従って、改良された距離測定と位置決めシステムの基礎を提供する。この長所を示す例が以下に説明される。
m=1,2,3,・・・
Δt=サンプル時間間隔
Nc=チップあたりのサンプル数=Tc/Δt
r[m]=サンプル化受信信号=r((m−1)Δt),r(t)=0,t<0に対し
c[k]=cos(ω(k−1)Δt)
z[m]=t=(m−1)Δtでのサンプル化一致フィルタ出力
tofi=i番目のビーコンまでの2方向伝搬時間、i=0,1,・・・N−1。
(xi,yi,zi)=i番目のビーコンの座標、
ri=xi 2+yi 2+zi 2、
(u,v,w)=プラットホームPの座標、
c=音速、
p=ui 2+vi 2+wi 2、
である。
を計算することである。ここで、Tkはk番目の装置での摂氏の温度である。修正された測定モデルは空間的な音速変化を補償するために使用される。
又は、病的な場合に発散が検出されるまで続けられる(例えば、有効な測定が十分でない結果、多すぎる反復)。この方法は、行列方程式の階数が欠けている場合、自動的に補償する。
Claims (25)
- 各々が超音波信号を送信及び受信するように構成された複数の対象を持つ位置決めシステムを操作する方法であって、
複数の対象中の第1の対象から開始超音波信号を送信し、この開始超音波信号は開始超音波信号に応答する複数の対象中の第2の対象を識別するコードを含み、
複数の対象中の第2の対象から応答超音波信号を送信し、
応答超音波信号を複数の対象中の第1の対象で受信し、
開始超音波信号の送信で開始し応答超音波信号の受信で終了する時間間隔に基づいて、複数の対象中の第1の対象と第2の対象の間の距離を決定する、
ことを含む方法。 - 応答超音波信号は、複数の対象中の第2の対象で開始超音波信号が受信されてから所定時間の遅延の後に送信される請求項1に記載の方法。
- 応答超音波信号は、開始超音波信号が受信された方向へ送信される請求項2に記載の方法。
- 開始超音波信号が、複数の超音波信号の中から受信されて、複数の超音波信号の各々について計算された良好度指数に基づいて複数の超音波信号の中から選択される請求項1に記載の方法。
- 応答超音波信号が、その応答超音波信号を送信した対象を識別するために符号化されている請求項1に記載の方法。
- 各々が超音波信号を送信及び受信するように構成された複数の対象を持つ位置決めシステムを操作する方法であって、
複数の対象中の第1の対象から開始超音波信号を送信し、この開始超音波信号は開始超音波信号を受信することを意図された複数の対象中の第2の対象を識別する無線周波数信号を同伴し、
複数の対象中の第2の対象から応答超音波信号を送信し、
応答超音波信号を複数の対象中の第1の対象で受信し、
開始超音波信号の送信で開始し応答超音波信号の受信で終了する時間間隔に基づいて、複数の対象中の第1の対象と第2の対象の間の距離を決定する、
ことを含む方法。 - 複数の対象中の第2の対象は、複数の対象中の第2の対象を識別する無線周波数信号に後続する開始超音波信号を受信してから、遅延時間の後に応答超音波信号を送信する請求項6に記載の方法。
- 超音波信号に同伴した無線周波数信号はさらに遅延時間についての情報を含む請求項7に記載の方法。
- 応答超音波信号は、開始超音波信号が受信された方向へ送信される請求項6に記載の方法。
- 応答超音波信号が、その応答超音波信号を送信した対象を識別する無線周波数信号を同伴する請求項6に記載の方法。
- 各々が超音波信号を送信及び受信するように構成された2よりも多い数の複数の対象と、
複数の対象中の第1の対象上に配置されて開始超音波信号を送信するように構成された第1超音波アレイと、各開始超音波信号はその開始超音波信号に応答するための複数の対象中の別の1つを識別するコードを含み、
複数の対象中の第2の対象上に配置されて複数の対象中の第2の対象を識別するためにコード化された開始超音波信号に対して応答超音波信号を送信することにより応答するように構成された第2超音波アレイと、を含み
そして、第1超音波アレイは応答超音波信号を受信するように構成され且つ開始超音波信号の送信及び応答超音波信号の受信の間の時間間隔を記録するタイマーに接続されている、超音波位置決めシステム。 - 第2超音波アレイが異なる方向に向いた複数の超音波送受信機を含み、そして応答超音波信号が開始超音波信号を受信した超音波送受信機から送信される請求項11に記載のシステム。
- 応答超音波信号は、応答超音波信号が送信された対象を識別するために符号化されている請求項11に記載のシステム。
- 配置された前記第2超音波アレイが、複数の対象中の第2の対象を識別する開始超音波信号を受信してから所定時間の遅延の後に応答超音波信号を送信することにより、複数の対象中の第2の対象を識別する開始超音波信号に応答するようにプログラムされている請求項11に記載のシステム。
- 複数の対象中の第1の対象上に配置されて、音速及びタイマーに記録された時間間隔に基づいて、複数の対象中の第1の対象と第2の対象との間の距離を計算するように構成されたプロセッサを、
さらに含む請求項11に記載のシステム。 - プロセッサに接続された温度及び湿度センサーをさらに含む請求項15に記載のシステム。
- 複数の対象中の第1の対象が位置決めされる移動プラットホームであり、複数の対象中の第2の対象が固定位置の複数のビーコンの1つである請求項15に記載のシステム。
- 音速が、ビーコン間超音波測定により決定される請求項17に記載のシステム。
- 各々が超音波信号を送信及び受信するように構成された複数の対象と、
複数の対象中の第1の対象上に配置されて、開始超音波信号を送信するように構成された第1超音波アレイと、
複数の対象中の第1の対象上に配置されて、開始超音波信号に応答することが意図された複数の対象中の別の1つを識別するために各開始超音波信号と共に無線周波数信号を送信するように構成された無線送信機と、
複数の対象の各々に配置された無線受信機と、
複数の対象中の第2の対象上に配置されて、複数の対象中の第2の対象を識別する無線周波数信号の受信に後続する開始超音波信号に応答するように構成された第2超音波アレイと、を含み
そして、第1超音波アレイは応答超音波信号を受信するように構成され且つ開始超音波信号の送信及び応答超音波信号の受信の間の時間間隔を記録するタイマーに接続されている、超音波位置決めシステム。 - 複数の対象中の第2の対象上に配置されて、応答超音波信号と共に第2の対象を識別する無線周波数信号を送信するように構成された無線送信機をさらに含む請求項19に記載のシステム。
- 複数の対象中の第2の対象上の超音波アレイが、複数の対象中の第2の対象を識別する無線周波数信号に後続する開始超音波信号の受信から遅延時間の後に応答超音波信号を送信する請求項19に記載のシステム。
- 無線周波数信号がさらに遅延時間の情報を含む請求項21に記載のシステム。
- 複数の対象中の第1の対象が位置決めされる移動プラットホームであり、複数の対象中の第2の対象が固定位置の複数のビーコンの1つである請求項19に記載のシステム。
- 複数のビーコンを持つ位置決めシステムを較正するための方法であって、
所定の制約の組に従いサービス体積内又は周りにビーコンを配置し、
ビーコン間の2方向超音波測定を使用してビーコン間距離の組を決定し、
座標フレームの原点を第1ビーコンに設定し、
座標フレームの1つの軸を第1ビーコンから第2ビーコンへの方向に沿って設定し、
第2ビーコンの最初の座標を第1ビーコンと第2ビーコンとの間の距離に基づいて決定し、
第3ビーコンの最初の座標を第1ビーコンと第2ビーコンとの間の距離、第2ビーコンと第3ビーコンとの間の距離、及び第3ビーコンと第1ビーコンとの間の距離に基づき、及び所定の制約に基づいて決定する、
ことを含む方法。 - ビーコンについて最終座標を得るために、最初の座標を反復して改善することをさらに含む請求項18に記載の方法。
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