JP2006504088A - 少なくとも1つの移動対象物を連続的にリアルタイムで追跡するための方法、並びにそのための送信器と受信器 - Google Patents
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Abstract
Description
・GPSに類似するシステム:移動受信器が少なくとも3つの送信器の信号を同時に受信し、到着時間(TOA)の差から受信器は自分の位置を検出することができる。上記の適用例に対しては、各受信器にトランスミッタを装備しなければならず、このトランスミッタが連続的に位置を中央コンピュータに伝送する。このために完全なナビゲーション計算が移動トランシーバモジュールで実行される。このことは高い計算能力と巨大なメモリを必要とする複雑な信号処理を意味する。このようなシステムはUS−A5438518に開示されている。高い位置検出精度を保証するために、観察すべきフィールドについての信号特性がデジタルで中央に記憶され、受信された信号の信号特性が記憶された情報と相関される。ここでの欠点は、このシステムを小型化することがほとんど不可能なことである(DE10053959A1,WO02/037134Aも参照のこと)。
(形態2)
擬似ランダム時分割多重の原理は、散発的な不規則な時点での送信(S,Sp,Sb)を含み、各送信器(S,Sp,Sb)は、送信時点に対して別の擬似ランダムシーケンスを使用することを特徴とする形態1記載の方法。
(形態3)
受信器(E1〜En)は、擬似ランダム時分割多重と既知の擬似ランダムパターン認識に基づいて、所定の送信器(S,Sp,Sb)の次の送信バースト(B)の時点を推定することを特徴とする形態1又は2記載の方法。
(形態4)
次の送信バースト(B)のあらかじめ定めた時点で発生する信号だけを評価することを特徴とする形態3記載の方法。
(形態5)
所定の送信器(S,Sp,Sb)の次の送信バーストのあらかじめの計算を連続的に行うことを特徴とする形態3または4記載の方法。
(形態6)
送信モジュールを、ボールにも使用できるように小型化することを特徴とする形態1から5までのいずれか1項に記載の方法。
(形態7)
周波数バンドは約2.4GHzであることを特徴とする形態1から6までのいずれか1項に記載の方法。
(形態8)
周波数バンドは80MHzのバンド幅を有することを特徴とする形態1から7までのいずれか1項に記載の方法。
(形態9)
位置固定された基準送信器(R1〜Rn)を、誤差最小化およびシステムの較正のために位置基準として使用し、該基準送信器は、少なくとも1つの分析すべき対象物の少なくとも1つの移動送信器(S,Sp,Sb)と同じように、識別コードを1つのシーケンスで送信し、当該基準送信器の信号は、それぞれの受信器における当該信号の到着時間を検出するため受信器(E1〜En)により検知されることを特徴とする形態1から8までのいずれか1項に記載の方法。
(形態10)
基準送信器はケーブル、好ましくはグラスファイバケーブル、を介して同期化されることを特徴とする形態1から9までのいずれか1項に記載の方法。
(形態11)
送信バースト(B)を、非同期擬似ランダムパターンを使用して送信し、該非同期擬似ランダムパターンはアクセスメカニズムとしての時分割多重と符号分割多重の組合せであることを特徴とする形態1から10までのいずれか1項に記載の方法。
(形態12)
擬似ランダムパターンは素数シーケンスであることを特徴とする形態1から11までのいずれか1項に記載の方法。
(形態13)
送信バースト(B)の場合に、出所の異なる少なくとも2つの信号が偶然的に同時に到来するときには受信器により分離を行うことを特徴とする形態1から12までのいずれか1項に記載の方法。
(形態14)
送信バースト(B)を、検出されない個々の値が許容される程の高いパルスレートで送信することを特徴とする形態1から13までのいずれか1項に記載の方法。
(形態15)
送信器(S,Sp,Sb)の少なくとも1つの移動送信モジュールからの非同期送信バースト(B)は送信器(S,Sp,Sb)の受信モジュールによって同期可能であり、当該同期により、送信器が多数存在する場合、重なり合いの確率を低減することを特徴とする形態1から14までのいずれか1項に記載の方法。
(形態16)
高周波(HF)フロントエンドで受信されたアナログ受信信号を評価ユニットでデジタル化し、信号の受信時点をそれぞれの送信器(S,Sp,Sb)について検出し、記憶することを特徴とする形態1から15までのいずれか1項に記載の方法。
(形態17)
受信され、記憶された信号を状況に応じて処理するために、種々異なるアルゴリズムを使用することを特徴とする形態1から16までのいずれか1項に記載の方法。
(形態18)
受信された信号を処理するために、信号を、場合により重なり合う、区間(複数)に分解し、個々の区間に対してそれぞれ最適のアルゴリズム、または複数のアルゴリズムを同時に適用することを特徴とする形態1から17までのいずれか1項に記載の方法。
(形態19)
受信された信号を処理するために、信号を、区間(複数)に分解し、極めて動的な過程における不連続性に対し2方向から接近するように、個々の区間を処理するために反転した時間軸をも用いることができることを特徴とする形態1から18までのいずれか1項に記載の方法。
(形態21)
基準送信器(R1〜Rn)にはトリガおよびクロックパルス信号が信号ネットワークから供給されることを特徴とする形態20の記載の装置。
図面には少なくとも1つの移動対象物の位置を所定の多次元空間、ここでは3次元空間で連続的にリアルタイム追跡するための方法が示されている。移動対象物として図1には遊技球、ここではサッカーボールがその送信器Sbにより示されており、選手がその送信器Spにより示されている。以下では、サッカー競技のサッカーボールと選手を移動対象物として説明するが、他の適用領域も可能である。移動対象物を高い位置測定精度と時間的分解能を以て検出する適用領域、すなわちダイナミックな運動経過を検出する適用領域に本発明を使用することができる。以下の説明により、スポーツに使用領域を限定するものでもない。
データ収集フェーズ中に送信時点シーケンスが同期化される。このために時間分解能の低減されたアルゴリズムが使用される。目的は単に、将来の送信時点を推定することである。
s(t)=g(t)ej(2πf・t)
により記述することができる。ここでg(t)はベースバンド信号を表し、fは搬送波周波数である。
eυ(t)=h(t)・(g(t−τ)ej(2πf・(t-τ)))
により記述され、ここでh(t)は伝送チャネルによる歪み(減衰、周波数特性)を表し、τは送信器と受信器との間の伝搬時間を表す。
・ベースバンド信号g(t)だけを使用する。
・搬送波位相も共に評価する。
問題となるISMバンドに対して搬送波周波数は約2.4GHzである。従って1周期期間は0.4nsである。そのため搬送波位相評価は0.4nsの曖昧さを有することとなる。従って搬送波位相評価は、別の方法により0.4nsよりも改善された精度が達成される場合にだけ、精度向上のために利用することができる。
eυ(t)=h(t)・(g(t−τ)ej(2πΔf・t+φυ))
により表される。Δfは非同期発振器が送信器で使用された場合の周波数オフセットであり、φυは発振器間の位相オフセットを表す。
CPU 中央演算処理装置
DP データポート
DPE データ処理および評価部
Dx,Dy 詳細部X,Y
E1〜En 受信器(較正、デコード、同期)
Mt 伝送手段、例えばイーサネット(登録商標)/無線/RS485...
R1〜Rn,Rx1〜n 基準送信器
RN 受信器ネットワーク
s 探索領域
S,S1〜S6 送信器
Sb 移動目標対象物内の送信器 例:ボール
Sp 移動対象物内の送信器 例:選手
SDD 信号/データ分配器
SF1,SF2 同期周波数LWL
T0 伝送時点
δtma 時間差
amn 情報品質
10 遊技場
11 16mゾーン
13 基準クロックパルス用のクロック線
14 時間マーク線
15 電力供給線
17 データ線路
80 フロー制御部
80a クロックパルス
81 送信データ形成部
81a データバースト形成部
81b 送信器IDブロック
81c 送信データ処理部
81d 送信データ
82 送信バースト形成部
82a 発振器
82b 変調器
82c 出力段
82d データフィルタ
82e バンドパスフィルタ
82f レベル調整器
82g 抵抗器
82i ループフィルタ
83 アンテナ
84a 整流器
84b クロック信号プロセッサ
84c グラスファイバ受信器
84d 同期化クロック信号
85a 水晶発振器
90 アンテナ
91 受信器Eでの高周波セクションHF
92 ベースバンドセクション
93 周波数増幅器
94 受信器ブロック
94a LWL受信器ブロック
95 制御用PC 95a ネットワークカード
96 伝搬時間データ
Claims (21)
- 所定の多次元空間内で少なくとも1つの移動対象物の位置を連続的にリアルタイム追跡するための方法であって、
少なくとも1つの移動送信モジュールを備えており、
該移動送信モジュールは分析すべきシステムの少なくとも1つの移動対象物に取り付けられ、
該移動送信モジュールの信号は定置受信器および信号処理ネットワークにより受信され、かつ中央で処理され、
少なくとも1つの送信モジュールから放射される信号は、1つの周波数バンド領域で時分割多重方式に従い送信された電磁波である形式の方法において、
使用可能な周波数バンドを位置測定精度の最大化のためのただ1つのチャネルとして使用すること、
送信器(S,Sp,Sb)と受信器(E1〜En)との間の通信を、非同期擬似ランダムパターンによる擬似ランダム時分割多重の原理に基づいて行うこと、及び
種々異なる送信バースト(B)の送信信号を相互相関の低いことにより特徴付けること、
を特徴とする方法。 - 擬似ランダム時分割多重の原理は、散発的な不規則な時点での送信(S,Sp,Sb)を含み、
各送信器(S,Sp,Sb)は、送信時点に対して別の擬似ランダムシーケンスを使用することを特徴とする請求項1記載の方法。 - 受信器(E1〜En)は、擬似ランダム時分割多重と既知の擬似ランダムパターン検知に基づいて、所定の送信器(S,Sp,Sb)の次の送信バースト(B)の時点を推定することを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
- 次の送信バースト(B)のあらかじめ定めた時点で発生する信号だけを評価することを特徴とする請求項3記載の方法。
- 所定の送信器(S,Sp,Sb)の次の送信バーストのあらかじめの計算を連続的に行うことを特徴とする請求項3または4記載の方法。
- 送信モジュールを、ボールにも使用できるように小型化することを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
- 周波数バンドは約2.4GHzであることを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
- 周波数バンドは80MHzのバンド幅を有することを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
- 位置固定された基準送信器(R1〜Rn)を、誤差最小化およびシステムの較正のために位置基準として使用し、
該基準送信器は、少なくとも1つの分析すべき対象物の少なくとも1つの移動送信器(S,Sp,Sb)と同じように、識別コードを1つのシーケンスで送信し、
当該基準送信器の信号は、それぞれの受信器における当該信号の到着時間を検出するため受信器(E1〜En)により検知されることを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。 - 基準送信器はケーブル、好ましくはグラスファイバケーブル、を介して同期化されることを特徴とする請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
- 送信バースト(B)を、非同期擬似ランダムパターンを使用して送信し、
該非同期擬似ランダムパターンはアクセスメカニズムとしての時分割多重と符号分割多重の組合せであることを特徴とする請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。 - 擬似ランダムパターンは素数シーケンスであることを特徴とする請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
- 送信バースト(B)の場合に、出所の異なる少なくとも2つの信号が偶然的に同時に到来するときには受信器により分離を行うことを特徴とする請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法。
- 送信バースト(B)を、検出されない個々の値が許容される程の高いパルスレートで送信することを特徴とする請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法。
- 送信器(S,Sp,Sb)の少なくとも1つの移動送信モジュールからの非同期送信バースト(B)は送信器(S,Sp,Sb)の受信モジュールによって同期可能であり、
当該同期により、送信器が多数存在する場合、重なり合いの確率を低減することを特徴とする請求項1から14までのいずれか1項に記載の方法。 - 高周波(HF)フロントエンドで受信されたアナログ受信信号を評価ユニットでデジタル化し、信号の受信時点をそれぞれの送信器(S,Sp,Sb)について検出し、記憶することを特徴とする請求項1から15までのいずれか1項に記載の方法。
- 受信され、記憶された信号を状況に応じて処理するために、種々異なるアルゴリズムを使用することを特徴とする請求項1から16までのいずれか1項に記載の方法。
- 受信された信号を処理するために、信号を、場合により重なり合う、区間(複数)に分解し、個々の区間に対してそれぞれ最適のアルゴリズム、または複数のアルゴリズムを同時に適用することを特徴とする請求項1から17までのいずれか1項に記載の方法。
- 受信された信号を処理するために、信号を、区間(複数)に分解し、
極めて動的な過程における不連続性に対し2方向から接近するように、個々の区間を処理するために反転した時間軸をも用いることができることを特徴とする請求項1から18までのいずれか1項に記載の方法。 - 所定の多次元空間で少なくとも1つの移動対象物の位置を連続的にリアルタイム追跡する方法で使用するための、電磁波の送信装置であって、
少なくとも1つの移動送信モジュールと、定置の受信器および信号処理ネットワークとを備え、
前記移動送信モジュールは、分析すべきシステムの少なくとも1つの移動対象物に取り付けられており、
前記定置の受信器および信号処理ネットワークは、送信モジュールから送信された信号を受信し処理し、
該信号は、1つの周波数バンド領域で時分割多重方式に従い送信された電磁波である形式の装置において、
該通信手段は送信器(S,Sp,Sb)と受信器(E1〜En)との間の伝送を、非同期擬似ランダムパターンによる擬似ランダム時分割多重の原理に基づいて、使用可能な周波数バンド上でただ1つのチャネルとして実行する通信手段と、
該送信手段は、送信信号を相互相関の低い種々異なる送信バースト(B)として伝送する送信手段と、
を備えることを特徴とする装置。 - 基準送信器(R1〜Rn)にはトリガおよびクロックパルス信号が信号ネットワークから供給されることを特徴とする請求項20の記載の装置。
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