JP2009520193A - Rf技術を用いた物体の追跡における低減された減衰のための方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
のがないラインオブサイトを確立することができる空間において有効である。これによって、良好な三角測量および物体の位置特定ができる。しかし、都市部の回廊、樹木でおおわれた土地、峡谷などの閉環境、および不都合な気象状況では良好に機能しない。このレジームは、建物内部では機能しない。
TRoundTrip=2×TFL+TDS
ここで、TDSは、測距信号がスレーブタグを経て移動してマスタユニットに再送信される際の遅延である。したがって、伝搬時間TFLを知るためには、TDSを正確に知っておかなければならない。
Modulation:フェーズ変調)、OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation:直交周波数分割変調)、QAM(Quadrature Amplitude Modulation:直交振幅変調)などを含む、全てのタイプの信号変調を使用することができる。
2)http://www.rauma.tut.fi/projects/Kilavi/publication_files/Ali−Rantala.pdf。
E[ε2]=1(ω0 2×SNR)、ここでSNR=E/σn 2 (1)
ここで、σ0 2は、ノイズエネルギである。式(1)から、高周波数の測距信号(帯域幅)で機能することによって、TOA距離測定分解能を改善することができる(すなわち、時間遅延推定エラーを低減することができる)。
Impulse Response:有限インパルス応答)フィルタ64および適応マルチパスキャンセラ(Adaptive Multi−path Canceller:AMC)90に通すことによって処理する。適応マルチパスキャンセラ(AMC)90は、干渉を低減することによってイコライザとして機能する。コンスタントモジュロアルゴリズム(CMA)、判定フィードバック等化(DFE)、ビタビアルゴリズム、およびカルマンアルゴリズムなどのアルゴリズムは、適応マルチパスキャンセラ90内の干渉を低減するために使用することができる。
120の不揮発性メモリ、例えばROM 135内に格納することができる。
60は、FPGA 120のベースバンド測距信号処理および信号生成機能の全てを含む。マスタとスレーブユニットは、FPGA(60または120)内にプログラムされたアルゴリズムおよび/またはソフトウェアにおいて、およびFPGAのコアマイクロプロセッサソフトウェア(それぞれCPU 80およびCPU 140)において異なり得る。
60のROM 75内に格納された基準の生成した測距信号の「重心」の時間値(原点)に対する、平均した帰還測距信号の波形の「重心」の時間値(原点)を見出すことによって、遅延時間を計算する。
デジタル信号の位相を保つために、DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum:直接シーケンススペクトル拡散)技術を用いることができる。符号化測距信号は、アナログハードウェアの遅延エラーを数学的に補正することもでき、デジタル符号化および復号化処理全体を、マイクロコントローラ符号、またはFPGA状態機械、あるいはASIC内に常住させることができる。関連する拡散符号は、デジタルチャネルに限定されないが、弱信号、マルチパス効果、フェーディング、またはジャミングに及ぶ実際の条件下で、BER(Bit Error Rate:ビットエラー率)およびEVM(Error Vector Magnitude:エラーベクトルマグニチュード)を高める、一般的な通信技術(レイク、ビタビ、リード/ソロモン、OFDM、エラー補正など)も有効にする。信号シーケンスは、暗号化して、ターゲットシステムの位置特定が惑わされないようにすることもできる。測距信号は、そのデータによって部分的に符号化して、システム通信またはユニット間のユーザ通信を支援することもできる。
120の制御ロジック138は、図4に示される、有効なベースバンド測距信号のデータウィンドウの終点/開始点(境界)を決定する。
信号の振幅の減少(または増加)、および
信号レベルが一定である地点。
52(またはADC 112)のプラットホームに関連する直流(定数)成分とノイズとの間の減算値を決定する。直流成分(0〜19のロケーション)の減算の後に、マスタのFPGA 60の距離計算/ベースバンド処理ロジック76で計算された測距信号の飛行時間が決定される。次いで、N個の連続した測距信号(平均帰還ベースバンド測距信号波形)にわたって蓄積サンプルの値が決定される。
TFL=T1−T0−ΔTDS (2)
ここで、T0は、マスタユニットによって生成される基準ベースバンド測距信号波形の「重心」時間値(原点)である。
ΔTDS=TDS−TDM
TDMおよびTDS時間は、以下を含む固定時間遅延値である。マスタおよびスレーブの(RxからTx)/(TxからRx)トランシーバ40/100の切り替え時間、ベースバンド測距シーケンスの継続時間、および測距信号の伝搬遅延、およびトランシーバ40/100およびFPGA 60/120の信号処理回路によるこれらの遅延の変動。概念的には、TDMはTDSに等しい。なお、24の直流成分サンプルを収集する場合、マスタおよびタグの遅延(TDMおよびTDS)は、24のサンプリング間隔で異なっていなければならず、その合計は本発明では24μsに等しい。
TFL=T1−T0−k×TDS−TDM (3)
別様には、TFL値は、次式のように決定することができる。
TFL=T1−k×TDS (4)
ここで、T1はマスタのFPGA 60によってカウントされ、T1のカウントは、測距シーケンスの第1の単一のインスタンスがマスタのFPGA 60によって送信された時間から始まる。T1は送信元マスタユニットによってカウントされ、TDSはスレーブまたは他のマスタによってカウントされる。
NEMAデータを受け入れるようにインターフェースすることができる。ネットワーク内の他のユニットは、GPS基準点に対する相対的な位置を正確に認識し、それら自体の仮想的なGPS位置を計算する。本システムは、鮮明な視界ではないが、マスタ/スレーブユニットの無線到達距離内にある領域において、GPSのような正確さを提供するという利点を有する。
Pool)内では、本システムは、11.25KHzなどの帯域幅で動作できるので、(工業/ビジネスプール周波数テーブルに示された)帯域で動作するように、ライセンスを取得することが必要とされる要件を満たすことができる。
Mobile Radio Services)、サブパートB−ファミリ無線サービス(Family Radio Service)、サブパートG−低電力無線サービス(Low Power Radio Service)、サブパート−多目的無線サービス(Multi−Use Radio Service)を使用することができる。連邦規則(47 CFR Part 15)の無線周波数デバイス(Radio Frequency Devices)では、サブパートC−国際送信アンテナ(International Radiators)を使用することができる。これによって、全ての消費者に使用されるデバイスが可能となる。
Claims (20)
- RFトランシーバを有し、タグにインターフェースして前記タグまでの距離を測定するように適合されたマスタユニットと、
RFトランシーバを有し、前記マスタユニットにインターフェースするように適合された前記タグと
を備えるRFベースの物体の追跡および位置特定のためのシステムであって、
前記マスタユニットの前記RFトランシーバおよび前記タグの前記RFトランシーバは、VHF帯域ほど高くない狭帯域幅信号を送受信するように構成される、システム。 - 前記マスタユニットおよび前記タグは、半二重モードで動作する、請求項1に記載のシステム。
- 前記マスタユニットおよび前記タグは、単信モードで動作する、請求項1に記載のシステム。
- 前記信号は、
RXベースバンド測距信号と、
RXベースバンド音声信号と
RXベースバンドデータ信号と
のうちのいずれかを含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記信号は、デジタル信号処理(DSP)およびソフトウェア規定無線(SDR)技術を使用して処理される、請求項1に記載のシステム。
- 前記信号処理は、
コヒーレント加算と、
非コヒーレント加算と、
整合フィルタリングと、
インターパルス変調と、
ゼロ/π変調と、
ディザリングと、
マルチパス低減技術と、
適応等化−CMA(コンスタントモジュロアルゴリズム)と、
DFE(判定フィードバック等化)と、
ビタビアルゴリズムと、
マルチ周波数特性を使用したRFチャネルマルチパス(遅延)識別と、
カルマン推定と、
インパルス圧縮と、
スペクトル拡散と
の方法のうちのいずれかによるノイズ低減を含み、
TXおよびRX回路の伝搬遅延の測定および/または推定は、ループバック/自己試験技術を使用する、請求項5に記載のシステム。 - 前記マスタユニットと前記タグとの間の距離は、
到着時間(TOA)と、
差動到着時間(DTOA)と、
TOAおよびDTOAの組み合わせと
を含む追跡−位置特定−ナビゲート方法のうちのいずれかによって測定され、前記信号の伝搬遅延が追跡される、請求項1に記載のシステム。 - 前記マスタユニットおよびタグの役割は、逆にされる、請求項1に記載のシステム。
- 前記狭帯域幅信号は、異なる周波数において複数のパルスを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記狭帯域幅信号は、同じ周波数において複数のパルスを含む、請求項1に記載のシステム。
- 複数のマスタユニットであって、それぞれがRFトランシーバを有し、タグにインターフェースして、前記複数のマスタユニットのそれぞれのマスタユニットから前記タグまでの距離を測定するように適合された、複数のマスタユニットと、
RFトランシーバを有し、前記複数のマスタユニットにインターフェースするように適合された前記タグと
を備えるRFベースの物体の追跡および位置特定のためのシステムであって、
前記マスタユニットの前記RFトランシーバおよび前記タグの前記RFトランシーバは、VHF帯域ほど高くない狭帯域幅信号を送受信するように構成される、システム。 - 前記マスタユニットおよび前記タグは、VHF帯域の範囲以下の信号を送受信する、請求項11に記載のシステム。
- 前記マスタユニットのうちの1つは、単一の送信元リーダモードで動作し、他のマスタユニットは、衛星モードで動作し、および/またはいくつかのマスタユニットは、タグモードで動作する、請求項11に記載のシステム。
- 前記信号は、
RXベースバンド測距信号と、
RXベースバンド音声信号と、
RXベースバンドデータ信号と
のうちのいずれかを含む、請求項11に記載のシステム。 - 前記信号は、デジタル信号処理(DSP)およびソフトウェア規定無線(SDR)技術を使用して処理される、請求項11に記載のシステム。
- それぞれの衛星マスタユニットおよび/またはタグユニットは、第1および第2の測距信号シーケンスを受信し、前記第1の測距信号シーケンスは、前記送信元マスタユニットによって生成され、前記第2の測距信号シーケンスは、前記タグによって再伝送され、
それぞれの測距信号シーケンスは、別々に処理されて距離測定中に時間遅延を決定し、前記衛星マスタユニットのそれぞれは、前記測距信号のそれぞれに対する飛行時間を計算する、請求項11に記載のシステム。 - 前記第1および第2の測距信号の前記飛行時間の間の差異が用いられることにより、前記マスタユニットに対する前記タグの位置を決定し、
マスタ−タグおよびマスタ−マスタの距離測定は、
到着時間(TOA)と、
差動到着時間(DTOA)と、
TOAおよびDTOAの組み合わせと
を含む、追跡−位置特定−ナビゲート方法のうちのいずれかを使用して行われる、請求項14に記載のシステム。 - 狭帯域幅信号を、マスタユニットによって伝送し、タグによって受信するステップを含む、RFベースの物体の追跡および位置特定のための方法であって、
前記マスタユニットは前記タグにインターフェースするように適合されたRFトランシーバを有し、前記タグは前記マスタユニットにインターフェースするように適合されたRFトランシーバを有し、
前記マスタユニットの前記RFトランシーバおよび前記タグの前記RFトランシーバは、VHF帯域ほど高くない狭帯域幅信号を送受信して、前記マスタユニットと前記タグとの間の距離を測定する、方法。 - 前記マスタユニットおよび前記タグは、VHF帯域の範囲以下の狭帯域幅信号を送受信する、請求項18に記載の方法。
- 前記マスタユニットと前記タグとの間の距離は、
到着時間(TOA)と、
差動到着時間(DTOA)と、
前記TOAおよび前記DTOAの組み合わせと
を含む、追跡−位置特定−ナビゲート方法のうちのいずれかを使用して測定される、請求項18に記載の方法。
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