JP2012514210A - 一般化した誤差分布を用いる位置推定方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図4a
Description
[0001] 本願は、2008年12月30日に出願された米国特許出願第12/346,146号の優先権を主張する。この特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が本願にも含まれるものとする。
技術分野
[0002] 本願は、一般的には、ワイヤレス位置検出の分野、即ち、ワイヤレス・デバイスの位置を推定するシステムおよび方法に関し、更に特定すれば、一般化した誤差分布を用いる方法に関する。
304=検出しきい値
305=見通し線(LOS)飛行時間
306=遅れ時間
307=報告されるTOAまたはTDOAの基準
308=遅延拡散
309=失われた信号成分
[0011] 図3は、振幅302対時間301のプロット300における、マルチ・パス劣化信号の到達時刻を示す。時点303において信号が送信され、この信号は305として示す潜在的な直接経路見通し線を有する。最も早い信号成分の到達は検出されない。何故なら、これらは検出しきい値304未満のレベルで到達するからである。検出しきい値304は、過剰な偽警報を回避するように維持しなければならない。最も早い到達の検出イベントを逸したことにより、報告されるTOAまたはTDOAが、望まれるLOS TOAまたはTDOAよりも大きくなる。この例では、しきい値307よりも大きな最初の信号は、本当の最初に到達した信号成分から306の遅延を生ずる。加えて、最も早く到達するマルチパス成分が、NLOS遅延を生ずるNLOS伝搬のために、予期したよりも遅く到達する可能性がある。これによっても、報告されるTDOAがLOS TODAよりも大きくなる。これらの要因は、TDOA測定値と、測位アルゴリズムによってサーチまたは計算されるLOS TDOAとの間における誤差にスキューが生じる。本明細書において記載する本発明の解決策における測位判断は、これらの要因によって生ずる誤差のスキュー、および誤差分布の非正規分布形状の双方を利用する。
そして、
τi(x、y、z)は、i番目の基準線に対する、地点x、y、zにおけるLOS TDOAである。
Bは、測定値の中に存在し得る共通バイアスである。
誤差分布モデリング・プロセス
[0046] 誤差分布モデリング・プロセスを図5に示す。最初に、フィールド・データ402を分析して、種々の基準線および位置特定測定パラメータの事前位置分布および誤差分布に対する影響を判定する。次に、異なる基準線に対する誤差間の相関を分析して、相関値、およびこれらの相関を得るための規則を決定する。誤差分布全体に当てはまる(fit)誤差分布の粗いモデルを求める(504)。フィールド・データの事前分布に基づいて、事前分布のモデルを求める。次に、種々の位置特定および基準線特定測定パラメータに基づいて、修正可能にするために、誤差分布モデルをリファインする。最後に、相関値、およびこれらの値を適用するための関連規則に基づいて、相関マトリクスを発生する。
事前分布
[0047] 適した事前分布を求めるロジックを図6に示す。位置サーチエリアは、位置特定データによっては、非常に異なる寸法を有する可能性があり、位置検出の問題も非常に異なるネットワーク構成を有することがあるので、サーチエリア内にある実際の位置の関数であるモデル・パラメータの分布を求めることが望ましい。サーチエリア内にある位置は、事前位置である。式(5)において用いるための事前位置確率を決定するために計算し用いることができる事前位置の関数であるモデル・パラメータを求めることが望ましい。最初に、フィールド・データを分析して、候補パラメータを決定する。例えば、基準タワーからの距離についての統計が、事前位置を表すことがある。あるいは、サービング・タワーからの距離を考慮してもよい。これらの距離を最大サーチ範囲に正規化するとよい。パラメータ毎に、範囲およびビン・サイズを選択しなければならず、フィールド・データにおける実際の(真の)位置に基づいて更新された事前分布を表すヒストグラムも選択しなければならない。パラメータ計算と共に、各潜在的分布を事前パラメータ・データベースに格納する。
xref、yref、zrefは、基準タワーの位置座標である。
誤差分布
[0049] また、誤差分布のモデルを得るためにも、フィールド・データを分析する。図8は、事前データ分析におけると同様の一連のステップを示す。この図では、測定パラメータを分析して、誤差分布においてどのパラメータが大きな変化の原因となるのか判定する。測定パラメータの例には、次のものが含まれる。
基準線毎のマルチパス相関係数、
位置毎の測定数。
piは、0よりも大きい任意の指数型ベキ(exponential power)であるモデル・パラメータである。
相関マトリクス
[0062] また、図5に示したような異なるポートについて誤差間に存在する相関を分析するためにも、フィールド・データが用いられる。誤差間の相関は、種々の規則または条件に基づいて計算される。2つのポート間における相関を計算する規則例には、次のことが含まれる。
加重および分散の計算
[0064] 各基準線に対する加重は、クラメール・ラオ境界(R. MacDonough, A. Whalen, Detection of Signals in Noise, 2nd Ed., Academic Press, San Diego, CA, 1995を参照のこと)からのRMS誤差に基づく。AWGN(加法的ホワイト・ガウス・ノイズ)におけるTDOA RMS誤差の下限は、次のようになる。
共分散マトリクスの計算
[0066] 合同誤差密度を用いて判定を下すために、共分散マトリクスが必要になることがある。共分散マトリクスCは、以下のように計算される、i番目のポートとj番目のポートとの間における共分散のポート毎のマトリクスである。
MAP判断メトリック計算
[0068] 合同誤差密度を用いたMAP判断計算は、相関付けられたUTDOA誤差に対して更なる一般化を用いる。合同ガウス誤差から開始して、事後確率は次のようになる。
ガウス・バイアス
[0075] (27)においてpi=2およびri=1と設定することによって、ガウス・バイアスを求める。尚、ri=1について、
ここで、Nは基準線の数であり、
指数バイアス
[0077] 指数バイアスは、(27)においてpi=1およびri=1に設定することによって求められ、次の式が得られる。
メトリック計算
[0081] (27)における最初の項を、図16におけるステップにしたがって計算する。基準線毎に、UTDOA相関、基準線の数、およびマルチパス・パラメータというような測定パラメータを決定する。これらの測定パラメータは、参照表からまたはパラメータ当てはめモデルを用いた直接計算によって誤差モデル・パラメータpiおよびriを決定するために用いられる。スキューに応じて、誤差を調節する。最後に、誤差が有意な相関を有するときには(25)を用いて、また誤差が有意な相関を有していないときには(27)を用いて、メトリックにおける合計を計算する。相関の有意性は、図4における共分散マトリクス計算の一部として判定される。最後に、事前確率を考慮に入れるために、(6)を用いて、(27)および(25)における最後の項を計算する。
サンプル結果
[0082] 以下の表は、加重最小二乗アルゴリズムに対するサンプルの改良を示す。約46,000個の位置測定値を用いて、加重最小二乗アルゴリズムおよび上述のアルゴリズムを用いて、測位誤差の分布を編集した。上述のモデルのパラメータは、32,000箇所の別の訓練データ集合を用いて選択した。この表は、95番目および67番目の百分位数において、それぞれ、約20メートルおよび2メートルの改良を示す。平均誤差は、約15メートルだけ改善した。
[0083] 本発明、および以下の特許請求の範囲の保護範囲は、以上に記載した詳細には全く限定されない。ワイヤレス位置検出の当業者であれば、本明細書において開示した発明概念から逸脱することなく、例示的な実施形態に対して種々の変更を行うことができよう。
Claims (7)
- 誤差検出方法であって、
フィールド・データを得るステップ(402)であって、前記フィールド・データが、信号相関モデルにおいて用いる基準線または位置依存値を有する、ステップと、
(1)信号相関モデルおよび関連する測定パラメータ(405)、(2)相関マトリクス規則(404)、ならびに(3)事前位置のモデル(406)を得るために、前記フィールド・データを分析するステップ(403)と、
前記測定の推定した可変性に基づいて、測定値に対する重みを計算するステップ(407)と、
共分散マトリクス(409)を発生するために、前記相関マトリクス規則と共に前記重みを用い、逆共分散マトリクス(410)を計算するステップと、
最大の事後(MAP)メトリックを有する位置を発見するために、地理的領域にわたって反復サーチを行うステップ(415)と、
停止条件に達したと判定するステップ(419)と、
最大のMAPメトリックを有する地理的位置を位置解として報告するステップと、
を含む、誤差検出方法。 - 請求項1記載の方法であって、更に、スキューに対する測定パラメータと、前記測定に対する相関値との間のマッピングを規定する表を作成するステップを含む、方法。
- 請求項1記載の方法であって、更に、スキューに対する測定パラメータと、基準線の数との間のマッピングを規定する表を作成するステップを含む、方法。
- 請求項1記載の方法において、更に、位置検出受信機を外部アンテナにリンクする異なる受信ポート間の相関を分析し、その用途に対する相関値および規則を与えるステップを含む、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記反復サーチが、各反復において地理的サーチ空間分解能を低下させ、内挿補間によって新たな検査地点を発生する、分解能ループを含む、方法。
- 請求項5記載の方法において、前記サーチが、実行前に、前の反復の最小誤差地点を中心に置き直され、現在の地理的領域サーチ空間内にある検査地点が、個々にサーチされ、検査地点毎に、MAPメトリックを計算する、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記反復サーチが、前記共分散マトリクス、誤差モデル、および測定パラメータ表を用いるMAPメトリック計算を含む、方法。
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