JP2010513933A - 通信装置の位置を求めるための方法および装置 - Google Patents

Abstract

通信装置の位置を求める方法は、受信機で受信した各パルスの到着時間を測定するステップを含んでもよい。この方法はまた、受信した各パルスと、送信機および受信機間の送信経路との、予想される１組の仮定の組合せを生成するステップを含んでもよい。位置を求めようとしているこの通信装置は、送信機および受信機のうち一方である。この方法はさらに、１組の仮定の組合せを用いて、通信装置の位置を推定するステップを含んでもよい。

Description

発明の背景
本発明は、通信装置などに関し、より具体的には、無線周波数もしくは電磁信号を送信もしくは受信可能な通信装置またはそれに類する装置の位置を求めるための方法および装置に関する。

さまざまな状況において、通信装置、または、送信モードで動作している通信装置（送信機）もしくは受信モードで動作している通信装置（受信機）の位置を求めることが重要な場合がある。たとえば軍事的には、無線送信機の地理的位置を求めることができるようにする、特に、送信機および受信機が互いに見通し線内送信経路にない場合すなわち見通し線外（ＮＬＯＳ（non-line of sight））経路にある場合にその位置を求めることができるようにする、法の施行またはそれ以外の適用が、非常に有用な場合がある。ＮＬＯＳ経路は、十分に強いために、位相コヒーレント技術が失敗に終わる、または、受信機の指向性アンテナにとって空間が不十分かもしれない。このような状況は、接近した動作において、または送信機と受信機が同一建物内にあるような場合に、生じる可能性がある。

無線ナビゲーションにおいて、送信機の位置を求めることは有益である。送信機の地理的位置を求める１つの技術は、三辺測量である。三辺測量では、受信機位置を求めるために最低でも３つの区間の測定値が必要である。三辺測量に関して見通し線内（ＬＯＳ（line of sight））経路を必要とする既存の解決策は、利用できる送信機の数が３つ未満の場合、または経路減衰のために利用できる検知可能なＬＯＳ信号が３つ未満の場合、失敗に終わる。送信機またはＬＯＳ信号を３つ利用できない場合の現在の解決策には、送信機の数を増やして最低３つが利用可能となる確率を高くし、周波数、アンテナダイバーシティ、偏波ダイバーシティまたは他のパラメータといったリンクの無線パラメータを変更し、慣性装置などの他のナビゲーション手段に依拠して、より多くの送信機または条件に合った送信経路が利用できるようになるまで一時的に三辺測量ナビゲーションの代わりとすることが、含まれるであろう。

利用できる送信機の数を増やせば、運転コストが増し、軍事的動作または同様の動作などの動作についてはシステムの生存性が低下するかもしれない。リンクの無線パラメータの変更は、送信機および受信機の複雑さを増し、無線パラメータを変更するために送信機および受信機間の通信を要する。慣性装置の精度は、時間が経つにつれて低下する傾向がある。

発明の簡単な概要
本発明のある実施例に従い、通信装置の位置を求める方法は、受信機で受信した各パルスの到着時間を測定するステップを含んでもよい。この方法はまた、受信した各パルスと、送信機および受信機間の送信経路との、予想される１組の仮定の組合せを生成するステップを含んでもよい。位置を求めようとしているこの通信装置は、送信機および受信機のうち一方である。この方法はさらに、１組の仮定の組合せを用いて通信装置の位置を推定するステップを含んでもよい。

本発明の別の実施例に従い、通信装置の位置を求める方法は、受信機で受信した各パル
スの到着時間を測定するステップを含んでもよい。この方法はまた、受信機で受信した各パルスと、送信機および受信機間の、受信したパルスの予想される送信経路とを組み合わせることにより、予想される１組の仮定の組合せを生成するステップを含んでもよい。位置を求めようとしているこの通信装置は、送信機および受信機のうち一方である。加えて、この方法は、各パルスに関する仮定の組合せの各組を用いて、予想される通信装置位置の軌跡を求めるステップを含んでもよい。この方法はさらに、通信装置の推定位置を、各パルスに関する仮定の組合せの各組について予想される通信装置位置の軌跡の交差点として、求めるステップを含んでもよい。

本発明の別の実施例に従い、通信装置の位置を求めるための装置は、プロセッサを含んでもよい。この装置はまた、プロセッサ上で動作して、受信した各パルスとこのパルスの予想される送信経路との組合せを評価し、通信装置の位置を求める仮定送信経路評価素子を含む、位置決定モジュールを含んでもよい。

本発明の別の実施例に従い、通信装置の位置を求めるためのコンピュータプログラムプロダクトは、コンピュータで使用可能なプログラムコードが埋込まれたコンピュータで使用可能な媒体を含んでもよい。コンピュータで使用可能な媒体は、受信機で受信した各パルスの到着時間を測定するように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードを含んでもよい。コンピュータで使用可能な媒体はまた、受信した各パルスと、送信機および受信機間の、パルスの予想される送信経路との、予想される１組の仮定の組合せを生成するように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードを含んでもよい。位置を求めようとしているこの通信装置は、送信機および受信機のうち一方である。コンピュータで使用可能な媒体はまた、１組の仮定の組合せを用いて通信装置の位置を推定するように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードを含んでもよい。

本発明の別の実施例に従い、車両は、この車両の位置を求めるための装置を含んでもよい。この装置は、プロセッサと、プロセッサ上で動作して、受信した各パルスとこのパルスの予想される送信経路との組合せを評価し、車両の位置を求める仮定組合せ評価素子を含む、位置決定モジュールを含んでもよい。

当業者にとって、特許請求の範囲のみによって規定される本発明の他の局面および特徴は、添付の図面と関連付けて以下の本発明の限定されない詳細な説明を検討すると、明らかになるであろう。

本発明のある実施例に従う、通信装置の位置を求めるための代表的な方法のフローチャートである。 本発明のある実施例に従う、通信装置の位置を求めるための代表的な方法のフローチャートである（図１Ａおよび図１Ｂをまとめて図１とする）。 本発明のある実施例に従う、通信装置の位置を求めるための代表的な送信経路の図である。 図２の代表的な送信経路各々に対応する受信信号パルスの図である。 本発明のある実施例に従う、仮定送信経路を用いた通信装置の予想される位置の軌跡の例の図である。 本発明のある実施例に従う、仮定送信経路を用いた通信装置の予想される位置の軌跡の例の図である。 本発明のある実施例に従う、仮定送信経路を用いた通信装置の予想される位置の軌跡の例の図である。 本発明のある実施例に従う、予想される位置の軌跡の交差点に基づいて通信装置の位置を推定する例の図である。 本発明のある実施例に従う、通信装置の推定位置の残余誤差を求める例の図である。 本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す。 本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す。 本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す。 本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す。 本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す。 本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す。 本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す。 本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す。 本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す。 本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す。 本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す。 本発明のある実施例に従う、各受信パルスおよびパルス送信時間について予想される仮定送信経路を生成する方法の例のフローチャートである。 本発明のある実施例に従う、送信機から受信機までの仮定送信経路の例である。 本発明のある実施例に従う、送信機から受信機までの仮定送信経路の例である。 本発明のある実施例に従う、送信機から受信機までの仮定送信経路の例である。 本発明のある実施例に従う、各位置推定値について残余誤差を計算することにより通信装置の最良のまたは最適な位置推定値を選択する方法の例のフローチャートである。 本発明のある実施例に従う、各受信パルスが送信されたと思われる予想送信経路と各受信パルスとの仮定の組合せの組の例を示す表である。 本発明のある実施例に従う、通信装置の位置を求めるための装置の例のブロック図である。

発明の詳細な説明
以下の実施例の詳細な説明では、本発明の具体的な実施例を示す添付の図面を参照する。構成および動作が異なる他の実施例は、本発明の範囲から逸脱するものではない。

本発明は、方法、システム、またはコンピュータプログラムプロダクトとして実施し得ることが、当業者には理解されるであろう。したがって、本発明は、全体としてハードウェアの実施例、全体としてソフトウェアの実施例（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード他を含む）、またはソフトウェアの局面およびハードウェアの局面を組み合わせた実施例という形態をとるものでもよい。これらはすべて、ここでは一般的に「回
路」、「モジュール」または「システム」と呼ばれることがある。さらに、本発明は、コンピュータで使用可能な記憶媒体上のコンピュータプログラムプロダクトという形態をとるものでもよい。上記コンピュータで使用可能な記憶媒体は、この媒体に組込まれたコンピュータで使用可能なプログラムコードを有する。

コンピュータで使用可能またはコンピュータで読取可能な適当な媒体を利用することができる。このコンピュータで使用可能またはコンピュータで読取可能な媒体は、たとえば、電子、磁気、光、電磁、赤外線、または半導体システム、装置、デバイス、または伝搬媒体でもよいが、これらに限定されない。コンピュータで読取可能な媒体のより具体的な例（限定的なリスト）は以下を含むであろう。すなわち、１本以上のワイヤを備えた電気的接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読出専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスク読出専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、たとえばインターネットまたはイントラネットに対応した送信媒体、または磁気記憶装置である。なお、このコンピュータで使用可能またはコンピュータで読出可能な媒体は、プログラムが印刷された紙または別の適当な媒体とすることも可能である。このプログラムは、この紙または他の媒体をたとえば光学的に走査することによって電子的に取込み、次に、必要に応じて適切なやり方でコンパイルし、解釈し、そうでなければ処理した後、コンピュータメモリに格納することができる。この文献の文脈では、コンピュータで使用可能な媒体またはコンピュータで読取可能な媒体は、命令実行システム、装置またはデバイスによってまたはこれに関連して使用するために、プログラムを含む、格納する、通信する、伝搬する、または転送することが可能な任意の媒体でもよい。

本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、Java（登録商標）、Smalltalk（登録商標）、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語で記述されたものでもよい。しかしながら、本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語といった従来の手続型プログラミング言語で記述されたものである場合もある。このプログラムコードは、全体がユーザのコンピュータで上で実行し得る、またはスタンドアロン型ソフトウェアパッケージのように一部がユーザのコンピュータ上で実行し得る、または一部がユーザのコンピュータ上で一部が遠隔コンピュータ上で実行し得る、または全体が遠隔コンピュータもしくはサーバ上で実行し得るものである。後者の場合、遠隔コンピュータはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を通してユーザのコンピュータに接続されてもよく、または、（たとえばインターネットサービスプロバイダを利用しインターネットを通して）外部のコンピュータに接続されてもよい。

以下、本発明を、本発明の実施例に従う方法、装置（システム）およびコンピュータプログラムプロダクトのフローチャートの図および／またはブロック図を参照しながら説明する。フローチャートの図および／またはブロック図の各ブロック、および、フローチャートの図および／またはブロック図のブロックの組合せは、コンピュータプログラム命令によって実現できることが理解されるであろう。こうしたコンピュータプログラム命令を、汎用コンピュータ、専用コンピュータまたはそれ以外のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに与えてマシンを作り出し、コンピュータまたはそれ以外のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行する命令が、フローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロックにおいて特定された機能／動作を実現するための手段を生み出すようにしてもよい。

また、こうしたコンピュータプログラム命令を、コンピュータで読取可能なメモリに格納してもよい。この命令は、コンピュータまたはそれ以外のプログラム可能データ処理装
置を、特定の方法で機能させることができ、コンピュータで読取可能なメモリに格納された命令は、上記フローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロックにおいて特定された機能／動作を実現する命令手段を含む製品を生み出す。

また、コンピュータプログラム命令を、コンピュータまたはそれ以外のプログラム可能データ処理装置にロードし、一連の動作ステップがコンピュータまたはそれ以外のプログラム可能装置上で実行されるようにして、コンピュータで実現されるプロセスを生み出し、このコンピュータまたはそれ以外のプログラム可能装置上で実行する命令が、上記フローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロックにおいて特定された機能／動作を実現するステップを提供するようにしてもよい。

図１Ａおよび図１Ｂ（まとめて図１とする）は、本発明のある実施例に従う、通信装置の位置を求めるための代表的な方法１００のフローチャートである。ここで用いられる通信装置は、受信機でも送信機でもよく、ここではこれらの用語を同じ意味で用いることがある。受信機は、受信機としてまたは受信モードで動作する通信装置でもよい。送信機は、送信機としてまたは送信モードで動作する通信装置でもよい。

ブロック１０２において、受信機の位置を推定してもよい。この位置は、地理的位置、何らかのグリッドもしくは座標系上の位置、または、通信装置の、別の通信装置または他のランドマークもしくはアーティファクトを基準とした場合の位置を特定する方法を指すこともある。受信機の位置は、全地球測位システム（ＧＰＳ）、測地術、ＬＯＳ三角測量、ＮＬＯＳ三角測量、無線周波数もしくは光送信機を用いた三角測量、またはそれ以外の位置特定技術を用いて、推定してもよい。

また、ブロック１０２において、１つまたは複数のパルスを送信機から送信してもよい。位置を求めようとしている通信装置が送信機なのか受信機なのかに応じて、位置を求めようとしていないまたは推定しようとしていない他方の装置の位置は既知でもよく、または、位置が既知である基準受信機と、位置を求めようとしていない装置からの経路距離とを用いて、未知の装置の位置を求めてもよい。

ブロック１０４において、１つまたは複数のパルスの到着時間を受信機で測定または記録してもよい。パルスの到着時間は、相互相関または他の技術で求めてもよい。

ブロック１０６において、各受信パルスを、送信機および受信機間の予想される送信経路と組み合わせることによって、１組の仮定の組合せを生成してもよい。各仮定の組合せは、受信パルスが、このパルスと組み合わされた送信経路を介して送信されたという仮定を定義してもよい。１つまたは複数のパルス送信時間がわからない場合、各仮定送信時間および経路について、別の１組の仮定を作ってもよい。仮定の組合せを生成するための方法の一例は、図７を参照してより詳細に説明する。簡単に言えば、送信機から受信機までの予想されるすべての送信経路を求めればよく、これらの求める送信経路には、送信経路内に存在し得る、信号パルスの散乱中心からの跳ね返り、反射または散乱が含まれる。送信経路のすべての順列を、受信したパルスの数に基づいて、要素（経路）の組にグループ分けすればよい。次に、要素または送信経路の各組を、固有の受信パルスと関連付ければよい。ある受信パルスを、複数の予想される送信経路と仮定的に組み合わせてもよい。次に、ここで説明するように、各受信パルスと予想送信経路との最良のまたは最適な組合せを、決定すればよい。

さらに、送信経路を、送信機と、０またはそれよりも多い散乱中心と、受信機との、順序付けられた組として定義してもよい。見通し線内（ＬＯＳ）送信経路では、経路内に散乱中心はない。見通し線外（ＮＬＯＳ）送信経路には、経路内に１つ以上の散乱中心があ
る。送信機、受信機および散乱中心は、送信経路内ノードとして定義してもよい。方法１００またはアルゴリズムは、各ノードの地理的位置が、位置を求めようとしている通信装置（場合に応じて送信機または受信機）以外、前もってわかっていると仮定する。この方法１００またはアルゴリズムはまた、各ノードに固有の伝搬遅延および各ノード間のリンクにおける遅延が、位置を求めようとしている通信装置が終点である最後のリンクを除いて、わかっていると仮定する。散乱中心は、送信機および受信機間の送信経路に存在する可能性がある何らかの建造物の場合もある。

図２および図３も参照して、図２は、本発明のある実施例に従う、通信装置の位置を求めるための代表的な送信経路２００の図である。図２のこの例において、送信機（Ｔ）の位置を未知としてもよい。代表的な送信経路２００は、直接送信経路、すなわち受信機（Ｒ）から送信機（Ｔ）までのＬＯＳ送信経路２０２を含み得る。送信機からの送信経路Ｔ−Ｓ１−Ｒ ２０４は、散乱中心Ｓ１から跳ね返りまたは散乱し、その後受信機に到達するものでもよい。送信機からの送信経路Ｔ−Ｓ２−Ｒ ２０６は、散乱中心Ｓ２から跳ね返りまたは散乱し、その後受信機に到達するものでもよい。図２には示されていないが、Ｔ−Ｓ１−Ｓ２−ＲまたはＴ−Ｓ２−Ｓ１−Ｒといった二重跳ね返り送信経路もある可能性がある。先に述べたように、１つ以上の散乱中心（Ｓ１およびＳ２）を有するこれら送信経路は、ＮＬＯＳ送信経路として定義してもよい。

図３は、図２の代表的な送信経路２００各々と仮定的に組み合わせてもよい、受信機（Ｒ）が受信した信号パルスの図である。図３はまた、ブロック１０４のようにパルス各々の到着時間を測定または求める様子を示す。

ブロック１０８において、各受信パルスについて、各パルスが進んできたであろう予想送信経路を含む仮定の１つまたは複数の組合せを用いて、予想される通信装置（どちらの位置を求めようとしているかに応じて送信機または受信機）位置の軌跡を求めてもよい。位置を求めようとしている通信装置が送信機の場合、予想通信装置位置の軌跡は、特定の受信パルスと関連しＬＯＳ送信経路を含む仮定の組合せに関する、受信機を中心とする円と、特定の受信パルスと関連しＮＬＯＳ送信経路を含む各仮定の組合せに関する、送信機からの最初の散乱中心各々を中心とする円とを含み得る。位置を求めようとしている通信装置が受信機の場合、予想通信装置位置の軌跡は、特定の受信パルスと関連しＬＯＳ送信経路を含む各仮定の組合せに関する、送信機を中心とする円と、特定の受信パルスと関連しＮＬＯＳ送信経路を含む各仮定の組合せに関する、受信機の前にある最後の散乱中心各々を中心とする円とを含み得る。

図４Ａ−図４Ｃも参照して、図４Ａ−図４Ｃは、本発明のある実施例に従う、各受信パルスと送信経路との仮定の組合せを用いた通信装置の予想位置の軌跡４００−４０４の例を示す図である。図４Ａ−図４Ｃに示された特定の例は、図２における送信機（Ｔ）の位置を求めるためのものである。したがって、送信経路Ｔ−Ｒを含む仮定の組合せに関する通信装置すなわち送信機（Ｔ）の予想される位置は、受信機（Ｒ）を中心とする円４０６によって規定される軌跡４００であろう。送信経路Ｔ−Ｓ１−Ｒを含む仮定の組合せまたは仮説に関する送信機（Ｔ）の予想される位置は、散乱中心Ｓ１を中心とする円４０８によって規定される軌跡４０２であろう。仮定の送信経路Ｔ−Ｓ２−Ｒに関する送信機（Ｔ）の予想される位置は、散乱中心Ｓ２を中心とする円４１０によって規定される軌跡４０４であろう。

円４０６、４０８および４１０各々の半径は、各送信経路について以下の計算によって求めてもよい。

ａ） 経路内の最初の散乱中心から受信機までの伝搬時間を計算する。
ｔ１＝（経路距離／伝搬速度）＋散乱中心の時間遅延
ｂ） 総伝搬時間を計算する。

ｔ２＝関連するパルスの受信時間
ｃ） 最初のリンク（送信機からの最初の散乱中心まで）の伝搬時間を計算する。

ｔ３＝ｔ２−ｔ１−受信機における時間遅延
ｄ） 最初のリンクの経路長を計算する。

Ｒ＝ｔ３＊伝搬速度
ｅ） 予想される送信機位置の軌跡を発見する。

軌跡は、送信経路における最初の散乱中心を中心とする半径Ｒの円である。
受信機の位置を求めるまたは推定する場合、同様の１組の計算を行なえばよい。既知の送信機位置から受信機の前にある最後の散乱中心までの伝搬時間を求めればよい。次に、最後の散乱から受信機までの伝搬時間は、総伝搬時間と、送信機から最後の散乱中心までの伝搬時間との差から、受信機での伝搬遅延を減算することによって求めればよい。したがって、予想受信機位置の軌跡は、最後の散乱中心を中心とし、最後の散乱中心から受信機までの経路長に相当する半径を有する円であろう。この経路長は、最後の散乱中心から受信機までの伝搬時間を伝搬速度で乗算することによって計算すればよい。

ブロック１１０において、いずれの位置を求めるかに応じて送信機または受信機の推定される１つまたは複数の位置を、各受信パルスに関する軌跡の交差点として求めてもよい。言い換えれば、送信機の位置を求めようとしている場合、通信装置の推定位置は、各対応の受信パルスに関する、送信機からの最初の散乱中心を中心とする円と、この受信パルスまたはＬＯＳ送信経路を含む仮定の組合せに関する、受信機を中心とする円との交差点でもよい。受信機の位置を求めようとしている場合、推定される１つまたは複数の位置は、各対応の受信パルスに関する、受信機の前にある最後の散乱中心を中心とする円と、ＬＯＳ送信経路を含む仮定の組合せに関する、送信機を中心とする円との交差点でもよい。

図４Ｄも参照して、図４Ｄは、本発明のある実施例に従う、予想位置の軌跡４１２の交差点に基づいて通信装置の位置を推定する例を示す図である。図４Ｄは、図２および図４Ａ−図４Ｃと同じ例の続きである。この例における通信装置または送信機（Ｔ）の推定位置は、交差点４１４である。

ブロック１１２において、円形の軌跡のうち１つに沿う１組の試験点を規定することにより、交差点誤差を求めてもよい。各試験点について、この点を、残りの軌跡各々に代入し、各代入から残余誤差を計算してもよい。各試験点における交差点誤差は、ブロック１１０の各軌跡からの残余誤差の総和として求めてもよい。通信装置の予想位置は、残余誤差の総和が最も小さな試験点として選択してもよい。この１組の軌跡についての交差点誤差は、通信装置の推定位置に対応する交差点誤差である。図５は、本発明のある実施例に従う、通信装置の推定位置の残余誤差を求める例を示す図である。図５は、軌跡上の残余誤差対点指標のグラフである。縦軸は、他のすべての軌跡上の残余誤差の総和であり、横軸は、軌跡０上の点の指標である。各通信装置位置の推定について交差点誤差を求める方法の例を、図９を参照しながらより詳細に説明する。

ブロック１１４において、異なる仮定送信時間について位置推定値を求める必要があるか否か判断してもよい。先に述べたように、パルス送信時間がわからない場合、予想送信時間および送信経路についてさらに仮定を生成してもよい。用いるべき追加の仮定送信時間があれば、この方法１００はブロック１０６に戻ってもよく、方法１００は先に述べた
ように実施されてもよい。追加の仮定送信時間がなければ、この方法１００はブロック１１６に進んでもよい。

ブロック１１６において、受信パルスと送信経路との新たな仮定の組合せが必要か否か判断してもよい。受信パルスと送信経路との新たな仮定の組合せが必要であれば、この方法１００はブロック１０６に戻ってもよく、方法１００は先に述べたように実施されてもよい。ブロック１１６で受信パルスと送信経路との新たな仮定の組合せが不要であれば、この方法１００はブロック１１８に進んでもよい。

ブロック１１８において、通信装置（送信機または受信機）に関する最良のまたは最適な位置推定値を、交差点誤差が最も小さな予想通信装置位置推定値として選択してもよい１２０。

図６Ａ−図６Ｋは、本発明のある実施例に従う、パルス送信時間がわからないときに通信装置の推定位置を求める例を示す図である。各パルスに関する各仮定送信経路についての軌跡６００の交差点、および、各仮定パルス送信時間６０２（ｔ₀＝−１．０；ｔ₀＝−０．５；ｔ₀＝０．０など）を、グラフ６０４−６１２に示されるように、通信装置の推定位置として求めてもよい（図１のブロック１１０）。グラフ６０４−６１２における各通信装置位置推定値に関する交差点誤差は、図１のブロック１１２に関して説明したのと同様に求めてもよい。グラフ６０４−６１２における、それぞれの通信装置位置推定値各々の交差点誤差のグラフは、グラフ６１４−６２２に示されている。グラフ６１４−６２２は各々、グラフ６０４−６１２に示された推定位置にそれぞれ対応する。グラフ６１４−６２２は、残余誤差対点指標である。縦軸は、他のすべての軌跡上の残余誤差の総和であり、横軸は、軌跡０上の点の指標である。最良のまたは最適な通信装置位置推定値は、図６Ｋのグラフ６２４に示される、交差点誤差が最も小さい位置推定値（図１のブロック１１８で求めたもの）として選択されてもよい。グラフ６２４は、グラフ６１４−６２２における残余誤差の各総和に関する、最小残余誤差（縦軸）対パルス送信時間（ｔ₀）６０２（横軸）のグラフである。グラフ６２４から、図６Ａ−図６Ｋに示された例における、グラフ６０８の円または軌跡の交差点により与えられる最良のまたは最適な通信装置位置推定値が、与えられる。

図７は、本発明のある実施例に従う、各受信パルスおよびパルス送信時間について予想される仮定送信経路を生成する方法７００の例のフローチャートである。この方法７００は、図１の方法１００のブロック１０６で用いられてもよい。ブロック７０２において、散乱中心（Ｓ_M）からの跳ね返りまたは散乱に関するすべての組合せを含む、送信機（Ｔ）から受信機（Ｒ）までの予想送信経路を求めてもよい。予想送信経路８００を求める例が、図８Ａ−図８Ｃに示される。予想送信経路８００は、直接経路Ｔ−Ｒ ８０２、各散乱中心Ｓ_Mから１回跳ね返ったものとしてＴ−Ｓ_J−Ｒ ８０４、Ｔ−Ｓ_M−Ｒ ８０６、２回跳ね返ったものとしてＴ−Ｓ_J−Ｓ_M−Ｒ ８０８またはＴ−Ｓ_M−Ｓ_J−Ｒ ８１０を含んでもよい。Ｍ個の散乱中心に関する予想経路の総数は、式１によって表わされてもよい。

式中、Ｎ_pathは経路の数であり、Ｋは各経路当たりの跳ね返りの最大数である。
仮説は、送信時間ｔ₀と、パルスおよび送信経路のＮ_pulse個の対とを含んでもよい。送信経路は、経路_jによって示すまたは定義してもよく、ここでｊは１とＮ_pathの間の整数である。パルスは、パルス_iによって示してもよく、ｉは１とＮ_pulseの間の整数である。
パルス_iおよび経路_jの対は、（パルス_i、経路_j）として示してもよい。この対は、パルス_ｉが、経路_ｊに沿って進行する信号から生まれたものであるという仮説を表わしてもよい。

１つの仮説は、送信時間ｔ₀と、Ｎ_pulse個の（パルス、経路）対とを含んでもよい。各（パルス、経路）対は、固有のパルスを有するため、この仮説は各パルスについて１つの経路を含む。たとえば、受信したパルスが３個であり予想経路が１０個の場合、仮説に関する１組の対は、（パルス_１、経路_１０）、（パルス_２、経路_１）、（パルス_３、経路_４）であろう。

ブロック７０４において、Ｎ_path個の送信経路のすべての順列を求め、受信したパルスの数（Ｎ_pulse）に基づいて素子（経路）の組にグループ分けしてもよい。１回でＮ_pulse取り込んだＮ_path個の経路の順列の数は、Ｍ＝Ｎ_path！／（Ｎ_path−Ｎ_pulse）！によって与えられる。

仮説の数Ｎ_hは、送信時間の数Ｎ_ttを経路順列の数Ｍで乗算したものでもよい。ブロック７０６において、素子（経路）の各組を、各順列について、固有のパルスと関連付ける、または組み合わせてもよい。ブロック７０８において、各送信時間または送信時間がわからない場合は各仮説送信時間に関する各順列に対して、仮定の組合せが作られてもよい。この方法を一般化して２つ以上の受信機を用いてもよい。この場合、送信経路生成方法の周りに外側のループを与え、各受信機について別の１組の送信経路を与えてもよい。

図９は、本発明のある実施例に従う、各位置推定値の残余誤差を計算することにより、通信装置の最良または最適位置推定値を選択する方法９００の例のフローチャートである。この方法９００は、図１のモジュールまたはブロック１１２における動作に対して用いてもよい。ブロック９０２において、予想通信装置（送信機または受信機）位置の軌跡のうち１つを選択すればよい。ブロック９０４において、この軌跡を、１組の離散点（ｘ_i、ｙ_i）として近似してもよい。

ブロック９０６において、各予想通信装置位置について、他の軌跡の上で各離散点のループを描いてもよい。各予想通信装置位置について、各離散点を、他の軌跡（ｋ）の数学的表現に代入してもよい。

ブロック９０８において、他の予想通信装置位置各々の軌跡（ｋ）における各離散点について、残余誤差を求めてもよい（誤差_i,k＝（ｘ_i−ｘ_k）²＋（ｙ_i−ｙ_k）²−（ｒ_k）²）。式中ｒ_kは軌跡（ｋ）の半径である。ブロック９１０において、各離散点について残余誤差の平方の和を求めてもよい（誤差_i＝Σ_k｜誤差_i,k｜²）。

ブロック９１１において、予想通信装置位置の軌跡すべてが選択されたか否か判断してもよい。選択されていなければ、予想通信装置位置のうち別のものの軌跡を選択してもよく、方法９００はブロック９０４に戻ってもよい。次に、この方法は先に述べたように進行する。予想通信装置位置の軌跡すべてが選択されていれば、方法９００はブロック９１４に進んでもよい。

ブロック９１４において、ある予想通信装置位置を、残余誤差の総和が最も小さな離散点として選択してもよい。残余誤差の最も小さな総和を用いて、この点を、位置推定値の誤差として選択してもよい。

図１０は、本発明のある実施例に従う、各受信パルスと、このパルスが送信されてきたであろう予想送信経路との仮定の組合せ１００２の組の例を示す図である。仮定の組合せ
１００２は、図２に示された例に基づいている。この仮定の組合せは、図１のブロック１０６および図７の方法７００に関して述べたのと同様に生成してもよい。図１０に示される、列１００４の最初に到着したパルスまたは最短到着時間のパルスは、ＬＯＳ送信経路、または送信機（Ｔ１）から受信機（Ｒ１）までの直接経路、または図２の送信経路２０２であると想定してもよい。後に到着するパルスと組み合わされる他の予想送信経路は、図１０に示されるように散乱中心（Ｓ１またはＳ２または両方）を含むＮＬＯＳ送信経路でもよい。

図１のブロック１０８を参照して先に説明し、図４Ａ−図４Ｃに示したように、表１０００の各セルは、いずれの位置を求めるかによって送信機または受信機の、予想される位置の軌跡または円を表わしてもよい。図１のブロック１１０を参照して説明し、図４Ｄに示したように、送信機または受信機の推定位置は、行１００６における各パルスに対する仮定の組合せの各組に関する円または軌跡の交差点でもよい。

ブロック１１２および図９の方法９００について説明したように、図１０の行１００６の各位置推定値について、交差点誤差を求めまたは測定してもよい。各行１００６の軌跡または円の交差点に関する交差点誤差の例は、表１０００の列１００８に示される。図１０の例において、誤差が最小の仮定の組合せの組は、行１００６の中の行１２にある。このように、行１２における仮定の組合せによって形成される軌跡または円の交差点が、ブロック１１８で説明したように、最良の位置推定値として選択されるであろう。

図１１は、本発明のある実施例に従う、通信装置の位置を求めるための装置１１００の例のブロック図である。この装置１１００は、位置を求めることが所望される通信装置そのものでもよく、または、装置１１００は、位置を求めることが所望される別の装置と関連付けられたものでもよい。装置１１００は、車両の一部でもよく、または、他の装置が航空宇宙車両、地上車両、船舶または他の種類の車両といった車両でもよい。

この装置１１００は、装置１１００の他の構成要素の動作を制御するプロセッサおよび制御論理ユニット１１０２を含んでもよい。位置決定モジュール１１０４は、プロセッサおよび制御論理ユニット１１０２上で動作可能でもよい。位置決定モジュール１１０４は、仮定送信経路評価またはテスト素子を含んでもよい。方法１００は、仮定送信経路評価またはテスト素子を含む位置決定モジュール１１０４において実施されてもよい。他のモジュール、ソフトウェアなど１１０６は、このプロセッサおよび制御論理ユニット１１０２上で動作して装置１１００と関連する他の機能または動作を実行してもよい。

装置１１００は、アンテナアセンブリ１１１０を介して別の通信装置（送信機または受信機）１１１１に信号を送信する無線送信機１１０８も含んでもよい。送信された信号は、先に述べたように、散乱中心によって跳ね返るまたは散乱する可能性がある。

装置１１００はまた、アンテナアセンブリ１１１０を介し他の通信装置１１１１からの信号を受信する無線受信機１１１２を含んでもよい。

装置１１００はまた、オペレータが装置１１００を用いその動作を制御できるようにするユーザインターフェイス１１１４を含んでもよい。ユーザインターフェイスは、可聴信号をユーザに送信するスピーカ１１１６、および、ユーザから音声通信を受信して無線送信機１１０８による送信のために無線周波数信号に変換するためのマイク１１１８を含んでもよい。ユーザインターフェイス１１１４はまた、装置１１００による動作に対する指令をユーザが入力するための、ディスプレイ１１２０、キーパッド１１２２など、および機能ボタン、ジョイスティックまたは同様の制御装置１１２４を含んでもよい。

装置１１００はまた、電源１１２６を含んでもよい。電源１１２６は、装置１１００がモバイル動作できるようにするためのバッテリまたは他のエネルギ蓄積装置でもよい。

図面のフローチャートおよびブロック図は、本発明のさまざまな実施例に従うシステム、方法およびコンピュータプログラムプロダクトの可能な実現化例のアーキテクチャ、機能性および動作を示している。この点について、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、特定の論理関数を実現するための１つ以上の実行可能な命令を含む、モジュール、セグメントまたはコードの一部を表わしてもよい。なお、代替の他の実現化例の中には、ブロックに示した機能が図面に示されたのとは異なる順序で生じるかもしれない実現化例がある。たとえば、連続して示された２つのブロックが実際はほぼ同時に実行されるかもしれず、または、これらブロックが含まれる機能次第で時には逆の順序で実行されるかもしれない。なお、ブロック図および／またはフローチャートの図の各ブロック、ならびにブロック図および／またはフローチャートの図の複数のブロックの組合せは、特定の機能または動作を行なう特殊目的のハードウェアベースのシステム、または、特殊目的のハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せによって実現することができる。

ここで使用する用語は、特定の実施例のみを説明することを目的としており、本発明を限定することは意図していない。ここで使用する単数形は、文脈が明らかに指定する場合を除いて、複数の形態も含むことが意図されている。さらに、「含む」という用語は、本明細書で使用される場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素および／または構成部品の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品および／またはそのグループの存在または追加を除外するものではない。

特定の実施例について示し説明してきたが、当業者は、同じ目的を達成するために計算される方法を示された実施例の代わりに用いることがあること、および、本発明には他の環境における他の用途があることを、理解する。本願は、本発明の変形または変更を包含することを意図している。以下の特許請求の範囲は、本発明の範囲をここで説明した特定の実施例に限定することを全く意図していない。

Claims (35)

1. 通信装置の位置を求める方法であって、
   受信機で受信した各パルスの到着時間を測定するステップと、
   受信した各パルスと、送信機および前記受信機間の送信経路との、１組の仮定の組合せを生成するステップとを含み、位置を求めようとしている前記通信装置は、前記送信機および前記受信機のうち一方であり、
   前記１組の仮定の組合せを用いて前記通信装置の位置を推定するステップを含む、通信装置の位置を求める方法。
2. 前記通信装置の位置を推定するステップは、前記仮定の組合せを用いて、各パルスについて予想される通信装置位置の軌跡を求めるステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記通信装置の推定位置を、各パルスに関する仮定の組合せの各組について予想される通信装置位置の軌跡の交差点として求めるステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 受信した各パルスに関する仮定の組合せの各組について前記通信装置の推定位置の誤差を求めるステップと、
   最良の位置推定値を、誤差が最も小さな推定位置として選択するステップとをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記推定位置の誤差を求めるステップは、
   予想される通信装置位置の各軌跡を、１組の離散点として近似するステップと、
   予想される各通信装置位置について、他の軌跡の上で各離散点のループを描くステップと、
   予想される各通信装置位置に関する軌跡における各離散点の残余誤差を求めるステップと、
   各離散点について残余誤差の平方の総和を求めるステップと、
   推定通信装置位置を、残余誤差の総和が最も小さな離散点として選択するステップとをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 未知の各パルスについての送信時間に応答し、各パルスについての仮定送信時間を定めるステップと、
   各仮定送信時間および送信経路に関する追加の１組の仮定の組合せを生成するステップと、
   各パルスおよび各仮定送信時間に関する仮定送信経路の各組を用いて、予想される通信装置位置の軌跡を求めるステップと、
   前記通信装置の推定位置を、各パルスおよび各仮定送信時間に関する仮定の組合せの各組について予想される通信装置位置の軌跡の交差点として求めるステップとをさらに含む、請求項２に記載の方法。
7. 受信した各パルスおよび仮定送信時間に関する前記通信装置の前記推定位置の誤差を求めるステップと、
   最良の位置推定値を、誤差が最も小さな推定位置として選択するステップとをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記予想される通信装置位置の軌跡を求めるステップは、位置を求めようとしている前記通信装置が送信機の場合、ＮＬＯＳ送信経路を含む各仮定の組合せにおいて、前記通信装置からの最初の散乱中心を中心とする円を定めるステップを含む、請求項２に記載の方
   法。
9. 前記予想される通信装置位置の軌跡を求めるステップは、位置を求めようとしている前記通信装置が受信機の場合、ＮＬＯＳ送信経路を含む各仮定の組合せにおいて、前記通信装置の前にある最後の散乱中心を中心とする円を定めるステップを含む、請求項２に記載の方法。
10. 送信機から受信機までの１組の予想される送信経路を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記１組の予想される送信経路を形成するステップは、
    前記送信機から前記受信機までの直接通信経路を形成するステップと、
    散乱中心からの跳ね返りに関するすべての組合せを形成するステップと、
    前記受信機が受信したパルスの数に基づいて要素の組にグループ分けされた予想される送信経路のすべての順列を求めるステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 各順列について要素の各組を固有の受信パルスと関連付けるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 各送信時間または仮定送信時間について固有のパルスと関連付けられた各仮定の組合せを作成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 散乱中心の位置を求めるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
15. 位置を求めようとしている前記通信装置が送信機の場合は受信機の位置を推定するステップと、
    位置を求めようとしている前記通信装置が受信機の場合は送信機の位置を推定するステップとをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 通信装置の位置を求める方法であって、
    受信機で受信した各パルスの到着時間を測定するステップと、
    前記受信機で受信した各パルスと、送信機および前記受信機間の、前記受信したパルスの予想される送信経路とを組み合わせることにより、１組の予想される仮定の組合せを生成するステップとを含み、位置を求めようとしている前記通信装置は、前記送信機および前記受信機のうち一方であり、
    各パルスに関する仮定の組合せの各組を用いて、予想される通信装置位置の軌跡を求めるステップと、
    前記通信装置の推定位置を、各パルスに関する仮定の組合せの各組について予想される通信装置位置の軌跡の交差点として、求めるステップとを含む、通信装置の位置を求める方法。
17. 受信した各パルスに関する仮定の組合せの各組について前記通信装置の前記推定位置の誤差を求めるステップと、
    最良の位置推定値を、誤差が最も小さな推定位置として選択するステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 未知の各パルスについての送信時間に応答し、各パルスについての仮定送信時間を定めるステップと、
    各仮定送信時間、パルスおよび送信経路に関する追加の１組の仮定の組合せを生成するステップと、
    各パルスおよび各仮定送信時間に関する仮定の組合せの各組を用いて、予想される通信装置位置の軌跡を求めるステップと、
    前記通信装置の推定位置を、各パルスおよび各仮定送信時間に関する仮定の組合せの各組について予想される通信装置位置の軌跡の交差点として求めるステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記予想される通信装置位置の軌跡を求めるステップは、位置を求めようとしている前記通信装置が送信機の場合、ＮＬＯＳ送信経路を含む各仮定の組合せにおいて、前記通信装置からの最初の散乱中心を中心とする円を定めるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記予想される通信装置位置の軌跡を求めるステップは、位置を求めようとしている前記通信装置が受信機の場合、ＮＬＯＳ送信経路を含む各仮定の組合せにおいて、前記通信装置の前にある最後の散乱中心を中心とする円を定めるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
21. 通信装置の位置を求めるための装置であって、
    プロセッサと、
    前記プロセッサ上で動作して、受信した各パルスと前記パルスの予想される送信経路との組合せを評価し、前記通信装置の位置を求める仮定組合せ評価素子を含む、位置決定モジュールとを含む、通信装置の位置を求めるための装置。
22. 受信機で受信した各パルスの到着時間を測定するための手段と、
    受信した各パルスと、送信機から前記受信機までの前記パルスの予想される仮定送信経路との、１組の仮定の組合せを生成するための手段と、
    各パルスに関する前記１組の仮定の組合せを用いて前記通信装置の位置を推定するための手段とをさらに含む、請求項２１に記載の装置。
23. 前記通信装置の位置を推定するための手段は、各パルスに関する前記仮定の組合せを用いて、予想される通信装置位置の軌跡を求めるための手段を含む、請求項２２に記載の装置。
24. 前記通信装置の推定位置を、各パルスに関する仮定の送信経路の各組について予想される通信装置位置の軌跡の交差点として、求めるための手段をさらに含む、請求項２３に記載の装置。
25. 未知の各パルスについての送信時間に応答し、各パルスについての仮定送信時間を定めるための手段と、
    各仮定送信時間、パルスおよび送信経路に関する追加の１組の仮定の組合せを生成するための手段と、
    各パルスおよび各仮定送信時間に関する前記仮定の組合せを用いて、予想される通信装置位置の軌跡を求めるための手段と、
    前記通信装置の推定位置を、各パルスおよび各仮定送信時間に関する前記１組の仮定の組合せについて予想される通信装置位置の軌跡の交差点として求めるための手段とをさらに含む、請求項２３に記載の装置。
26. 仮定の組合せの各組および受信パルスに関する前記通信装置の前記推定位置の誤差を求めるための手段と、
    最良の位置推定値を、誤差が最も小さな推定位置として選択するための手段とをさらに含む、請求項２５に記載の装置。
27. 前記通信装置は、前記通信装置の位置を求めるための装置を含む、請求項２１に記載の装置。
28. 通信装置の位置を求めるためのコンピュータプログラムプロダクトであって、前記コンピュータプログラムプロダクトは、
    コンピュータで使用可能なプログラムコードが埋込まれたコンピュータで使用可能な媒体を含み、前記コンピュータで使用可能な媒体は、
    受信機で受信した各パルスの到着時間を測定するように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードと、
    受信した各パルスと、送信機および前記受信機間の送信経路との、１組の仮定の組合せを生成するように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードとを含み、位置を求めようとしている前記通信装置は、前記送信機および前記受信機のうち一方であり、
    前記コンピュータで使用可能な媒体はさらに、前記１組の仮定の組合せを用いて前記通信装置の位置を推定するように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードを含む、コンピュータプログラムプロダクト。
29. 前記仮定の組合せを用いて各パルスについて予想される通信装置位置の軌跡を求めるように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードをさらに含む、請求項２８に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
30. 前記通信装置の推定位置を、各パルスに関する仮定の組合せの各組について予想される通信装置位置の軌跡の交差点として求めるように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードをさらに含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
31. 受信した各パルスに関する仮定の組合せの各組についての前記通信装置の前記推定位置の誤差を求めるように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードと、
    最良の位置推定値を、誤差が最も小さな推定位置として選択するように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードとをさらに含む、請求項３０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
32. 未知の各パルスについての送信時間に応答し、各パルスについての仮定送信時間を定めるように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードと、
    各仮定送信時間および経路に関する追加の１組の仮定の組合せを生成するように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードと、
    各パルスおよび各仮定送信時間に関する仮定の組合せの各組を用いて、予想される通信装置位置の軌跡を求めるように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードと、
    前記通信装置の推定位置を、各パルスおよび各仮定送信時間に関する仮定の組合せの各組について予想される通信装置位置の軌跡の交差点として求めるように構成された、コンピュータで使用可能なプログラムコードとをさらに含む、請求項３０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
33. 車両であって、
    前記車両の位置を求めるための装置を含み、前記装置は、
    プロセッサと、
    前記プロセッサ上で動作して、受信した各パルスと前記パルスの予想される送信経路との組合せを評価し、前記車両の位置を求める仮定組合せ評価素子を含む、位置決定モジュ
    ールとを含む、車両。
34. 受信機で受信した各パルスの到着時間を測定するための手段と、
    受信した各パルスと、送信機から前記受信機までの前記パルスの予想される仮定送信経路との、１組の仮定の組合せを生成するための手段と、
    各パルスに関する前記１組の仮定の組合せを用いて前記車両の位置を推定するための手段とをさらに含む、請求項３３に記載の車両。
35. 前記通信装置の位置を推定するための手段は、各パルスに関する前記仮定の組合せを用いて、予想される通信装置位置の軌跡を求めるための手段を含む、請求項３４に記載の車両。

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