JP2019203896A - Wireless position sensing using magnetic field of single transmitter - Google Patents

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ジョン・ビョンホ
Byunghoo Jung
スィング・モーヒト
Singh Mohit
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Purdue Research Foundation
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Abstract

To provide a positioning system for determining the location of a receiver relative to a transmitter that provides high accuracy and does not require large databases.SOLUTION: The system includes a transmitting coil 102 having a known orientation with respect to the earth's coordinate system and configured to transmit a periodic signal during a positioning event, at least one receiver 104 including a sensing unit for measuring a magnetic field vector produced by the transmitting coil 102 and an orientation of the receiver 104 with respect to the earth's coordinate system, and at least one computing unit 118 configured to estimate a position and orientation of the receiver 104 with respect to the coordinate system of the transmitting coil 102 using the measured magnetic field vector, the measured orientation with respect to the earth's coordinate system, and the known orientation of the transmitting coil 102 with respect to the earth's coordinate system.SELECTED DRAWING: Figure 1A

Description

本願は、例えば携帯又は移動体装置などの装置の位置の無線検出に関する。   The present application relates to wireless detection of the position of a device such as a portable or mobile device.

移動型又は携帯型の物体又は機器、例えば携帯電話機や血液由来センサ(blood-borne sensor)の位置の判定方法に対する要求が増加している。GPS、LORAN及び同様のシステムは、位置情報を提供することができるが、15mのオーダーの解像度しかないことが多い。また、このようなシステムは、建物の壁やその他構成を介在した信号伝搬の変化により、屋内での使用はより困難になる。WIFI又はBLUETOOTH(登録商標)の三角測量が提案されているが、屋内において1〜2mという低い精度しかない場合がある。しかし、こうした方式では既知の送信機(TX)に関する大規模データベースが必要になることが多い。従って、高い精度を有し、大規模なデータベースを必要としない測位システムが求められている。   There is an increasing demand for methods for determining the position of mobile or portable objects or devices such as mobile phones or blood-borne sensors. GPS, LORAN and similar systems can provide location information, but often have a resolution on the order of 15 meters. Also, such systems are more difficult to use indoors due to changes in signal propagation through building walls and other configurations. WIFI or BLUETOOTH (registered trademark) triangulation has been proposed, but there may be only a low accuracy of 1-2 m indoors. However, such schemes often require a large database for known transmitters (TX). Accordingly, there is a need for a positioning system that has high accuracy and does not require a large-scale database.

2013年6月27日に公開されたJung等によるUS2013/0166002を引用し、その開示内容を本書に組み入れる。   US 2013/0166002 by Jung et al., Published on June 27, 2013, is cited and its disclosure is incorporated herein.

可能であれば、同一の参照番号を使用して図面に共通する同一の特徴を指し示している以下の説明及び図面を併せ読むことにより、本願発明の上記及びその他の目的、特徴、利点がより明らかになる。   Where possible, the above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent when read in conjunction with the following description and drawings, wherein like reference numerals are used to refer to like features that are common to the drawings. become.

一実施形態による測位システムの簡単なブロック図である。1 is a simple block diagram of a positioning system according to one embodiment. FIG.

三次元環境下における図1Aのシステムを示したブロック図である。1B is a block diagram illustrating the system of FIG. 1A in a three-dimensional environment. FIG.

一実施形態による測位処理の簡単なブロック図である。It is a simple block diagram of the positioning process by one Embodiment.

図1Aのシステムの実験的設定例を示した図である。It is the figure which showed the experimental setting example of the system of FIG. 1A.

一実施形態による測位処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the positioning process by one Embodiment.

受信機が関連付けられた演算ユニットに組み込まれた測位ステムの簡単なブロック図である。FIG. 2 is a simple block diagram of a positioning system incorporated in a computing unit with which a receiver is associated.

図5のシステムの人体装着例である。It is a human body wearing example of the system of FIG.

図5のシステムの建物エリア適用例である。It is a building area application example of the system of FIG.

送信コイルに関連付けられた演算ユニットに組み込まれた測位ステムの簡単なブロック図である。It is a simple block diagram of the positioning system incorporated in the arithmetic unit associated with the transmission coil.

図8のシステムの人体装着例である。It is a human body wearing example of the system of FIG.

受信機がコントローラに組み込まれた図8のシステムの実施例である。FIG. 9 is an embodiment of the system of FIG. 8 in which a receiver is incorporated into the controller.

演算ユニットが受信機及び送信コイルから分離されている図8のシステムの実施例である。FIG. 9 is an embodiment of the system of FIG. 8 in which the computing unit is separated from the receiver and the transmit coil.

送信コイル及び受信機が演算装置から分離され、別の演算装置を有する一実施形態による測位システムの簡単なブロック図である。1 is a simple block diagram of a positioning system according to an embodiment in which a transmission coil and a receiver are separated from a computing device and have another computing device.

図12のシステムの人体装着例である。It is a human body wearing example of the system of FIG.

図12のシステムの建物エリア適用例である。It is a building area application example of the system of FIG.

ペン形状のコントローラが受信機を有する図12のシステムの実施例である。FIG. 13 is an embodiment of the system of FIG. 12 where the pen-shaped controller has a receiver.

ペン形状のコントローラが受信機を有し、演算ユニットが電子表示装置から分離されている図12のシステムの実施例である。13 is an embodiment of the system of FIG. 12 in which the pen-shaped controller has a receiver and the computing unit is separated from the electronic display device.

一実施形態による象限判定処理を示している。4 illustrates quadrant determination processing according to one embodiment.

一実施形態による時分割を利用するビーコン信号構成例が示されている。An example beacon signal configuration utilizing time division according to one embodiment is shown.

一実施形態による変調を利用するビーコン信号構成例が示されている。An example beacon signal configuration utilizing modulation according to one embodiment is shown.

一実施形態による衝突回避構成が示されている。A collision avoidance configuration according to one embodiment is shown.

一実施形態による送信コイル設計が示されている。A transmit coil design according to one embodiment is shown.

一実施形態によるLC共振器を組み込んだ送信コイル設計が示されている。A transmit coil design incorporating an LC resonator according to one embodiment is shown.

一実施形態による励振コイルを組み込んだ送信コイル設計が示されている。A transmit coil design incorporating an excitation coil according to one embodiment is shown.

添付の図面は、説明を目的とするものであり、必ずしも縮尺どおりではない。   The accompanying drawings are for illustrative purposes and are not necessarily to scale.

以下の説明では、ソフトウェアプログラムとして一般的に実施される場合の態様が記載されている。このようなソフトウェアの均等物がハードウェア、ファームウェア又はマイクロコードでも構築できることは当業者であれば容易に理解するであろう。データ操作アルゴリズム及びシステムは周知であるため、本明細書は、特に、ここに記載されたシステム及び方法の一部を形成し、あるいは、前記システム及び方法とより直接的に協働するアルゴリズム及びシステムに関するものである。ここに具体的に図示又は記載されていないが、それに関連する信号を生成又は処理する、このようなアルゴリズム及びシステムの他の態様、並びに、ハードウェア又はソフトウェアは、当該技術分野における既知のこのようなシステム、アルゴリズム、構成部品及び要素から選択される。ここに記載されたシステム及び方法が与えられれば、ここに具体的に図示、示唆又は記載されていないが、いずれかの態様の実施に有用であるソフトウェアは、従来技術であり、当該技術における通常知識の範囲内のものである。   In the following description, a mode in the case of being generally implemented as a software program is described. One skilled in the art will readily appreciate that such software equivalents can also be built in hardware, firmware or microcode. Since data manipulation algorithms and systems are well known, this specification specifically forms part of the systems and methods described herein, or algorithms and systems that cooperate more directly with said systems and methods. It is about. Although not specifically illustrated or described herein, other aspects of such algorithms and systems, as well as hardware or software, that generate or process signals associated therewith, are as such known in the art. Selected from various systems, algorithms, components and elements. Given the systems and methods described herein, software that is not specifically illustrated, suggested, or described herein, but that is useful in the implementation of any aspect, is prior art and is commonly used in the art. It is within the scope of knowledge.

ここでの各態様は、低電力マイクロコントローラを用いて迅速な位置判定を可能にする利点がある。ホットスポット又はアンテナの大規模データベースは不要である。各態様では超高速な動作追跡を可能にする。   Each aspect here has the advantage of enabling quick position determination using a low power microcontroller. A large database of hot spots or antennas is not required. Each aspect enables ultrafast motion tracking.

本開示を通じて、アンテナに言及する際に使用する「コイル」という用語は限定的ではなく、列挙した機能を発揮することができる他のタイプのアンテナを使用することができる。ここでの各態様では、低周波、例えば<1MHz又は<500kHz、〜70kHz又は〜80kHz又は〜35kHzが使用される。他の周波数、例えば>1MHzを使用することもできる。ここに記載した磁気センサには、磁界成分を測定する2以上の略直交コイルを含むセンサを含めることができる。3軸又はその他磁気抵抗センサも併せて又は代替的に使用することができる。   Throughout this disclosure, the term “coil” as used when referring to an antenna is not limiting and other types of antennas capable of performing the listed functions can be used. In each aspect here, low frequencies are used, for example <1 MHz or <500 kHz, ~ 70 kHz or ~ 80 kHz or ~ 35 kHz. Other frequencies can be used, for example> 1 MHz. The magnetic sensors described herein can include sensors that include two or more substantially orthogonal coils that measure magnetic field components. Triaxial or other magnetoresistive sensors can also be used in combination or alternatively.

本開示を通じて、地球の座標系に言及する際には、送信機及び受信機に共通する又は略共通するその他の基準座標系が含まれる。   Throughout this disclosure, reference to the earth's coordinate system includes other reference coordinate systems that are common or substantially common to the transmitter and receiver.

ある実施形態では、地球座標方位が使用され、測定された磁界をuvw座標からxyz座標に回転させ、その後、磁界の強度及び方向を検査し、送信機の近接場のどこで(どの位置で)磁界の強度及び方向が発生しているのかを判定する。この判定位置は受信機(RX)の位置と略等しい。   In one embodiment, the earth coordinate orientation is used, rotating the measured magnetic field from uvw coordinates to xyz coordinates, then examining the strength and direction of the magnetic field, and where (at what position) in the transmitter near field. It is determined whether or not the intensity and direction are generated. This determination position is substantially equal to the position of the receiver (RX).

上述したことに鑑み、各態様では、無線送信機近傍における受信機の位置を判定する。送信機からの磁界を検出し、検出した磁界を用いて受信機の位置を判定するという技術的効果がある。各態様の更なる技術的効果には、電子表示装置上に受信機の位置表示を示し、判定位置を送信機、コンピュータ又は演算ユニット又はその他装置に送信することが含まれる。   In view of the above, in each aspect, the position of the receiver in the vicinity of the wireless transmitter is determined. There is a technical effect of detecting the magnetic field from the transmitter and determining the position of the receiver using the detected magnetic field. Further technical effects of each aspect include displaying the receiver position indication on an electronic display device and transmitting the determined position to a transmitter, computer or computing unit or other device.

図1Aは、一実施形態による測位システム100の基本ブロック図である。図示したように、測位システム100は、送信機(アンテナコイル102として図示)と、少なくとも1つの受信機104とを含む。受信機104は、3軸磁気センサ106と、方位センサ108とを含む。コイル102は、二次元形状や三次元形状の円形、楕円形、長方形、四角形、ひし形、三角形等とすることができる。信号発生装置110及びドライバ112を含めることにより、波形を生成し、コイル102を駆動し、一定周波数の周期的なビーコン信号を送信するようにしてもよい。任意の周期信号を用いることができるが、送信機及び受信機の設計を簡略化するのに最も効果的な正弦波信号が好ましい。送信コイル102は、磁界の強度及び方向が空間内の位置に依存する空間磁界を生成する。図示したように、増幅器112及びA/D変換器116が動作可能に接続され、磁気センサ106の出力を演算ユニット118の入力に適したデジタル形式に増幅及び変換してもよい。演算ユニット118は、更に方位センサ108の出力を受信してもよい。   FIG. 1A is a basic block diagram of a positioning system 100 according to an embodiment. As shown, the positioning system 100 includes a transmitter (shown as an antenna coil 102) and at least one receiver 104. The receiver 104 includes a three-axis magnetic sensor 106 and an orientation sensor 108. The coil 102 can be a two-dimensional or three-dimensional circle, ellipse, rectangle, quadrangle, rhombus, triangle, or the like. By including the signal generator 110 and the driver 112, a waveform may be generated, the coil 102 may be driven, and a periodic beacon signal having a constant frequency may be transmitted. Any periodic signal can be used, but the most effective sinusoidal signal is preferred to simplify transmitter and receiver design. The transmission coil 102 generates a spatial magnetic field in which the strength and direction of the magnetic field depend on the position in space. As shown, amplifier 112 and A / D converter 116 may be operatively connected to amplify and convert the output of magnetic sensor 106 into a digital format suitable for the input of computing unit 118. The arithmetic unit 118 may further receive the output of the direction sensor 108.

図1Bには、三次元環境下におけるシステム110の動作が示されている。また、図2には、コイル102に対する受信機104の位置及び方位の判定に含まれるステップが示されている。受信機104の3軸磁気センサ106は、送信コイル102が生成した受信機104の位置(x、y、z)における磁界(H、H、H)を受信機自身の座標系(U、V、W)で測定する(ブロック202)。三次元方位センサ108は、その方位を地球座標系(αEarth、βEarth、γEarth)で測定する(ブロック204)。測定データ(H、H、H)及び(αEarth、βEarth、γEarth)は演算ユニット118に提供される。演算ユニット118は、受信機、送信機又はその他の場所に配置してもよい。演算ユニット118が受信機104内に配置されていない場合、無線回線又は有線回線を介して、受信機104外に配置された遠隔演算ユニットへ測定データを送信してもよい。地球座標系(αTx,Earth、βTx,Earth、γTx,Earth)における送信コイル102の方位は、演算ユニット118に提供される(ブロック206)。地球座標系(αTx,Earth、βTx,Earth、γTx,Earth)における送信コイル102の方位は、無線回線又は有線回線を介して、遠隔演算ユニットにも提供することができる。また、コイルを固定的に設置すれば、地球座標系(αTx,Earth、βTx,Earth、γTx,Earth)における送信コイル102の方位の既知の値を演算ユニット118に記憶することができ、記憶した値をその後の演算で使用することができる。 FIG. 1B shows the operation of the system 110 in a three-dimensional environment. Also shown in FIG. 2 are the steps involved in determining the position and orientation of the receiver 104 relative to the coil 102. The three-axis magnetic sensor 106 of the receiver 104 uses the magnetic field (H u , H v , H w ) generated by the transmitter coil 102 at the position (x, y, z) of the receiver 104 in the coordinate system (U , V, W) (block 202). The three-dimensional orientation sensor 108 measures the orientation in the earth coordinate system (α Earth , β Earth , γ Earth ) (block 204). The measurement data (H u , H v , H w ) and (α Earth , β Earth , γ Earth ) are provided to the arithmetic unit 118. The computing unit 118 may be located at the receiver, transmitter, or other location. When the arithmetic unit 118 is not arranged in the receiver 104, the measurement data may be transmitted to a remote arithmetic unit arranged outside the receiver 104 via a wireless line or a wired line. The orientation of the transmit coil 102 in the Earth coordinate system (α Tx, Earth , β Tx, Earth , γ Tx, Earth ) is provided to the arithmetic unit 118 (block 206). The direction of the transmission coil 102 in the earth coordinate system (α Tx, Earth , β Tx, Earth , γ Tx, Earth ) can be provided to the remote calculation unit via a wireless line or a wired line. If the coil is fixedly installed, a known value of the direction of the transmission coil 102 in the earth coordinate system (α Tx, Earth , β Tx, Earth , γ Tx, Earth ) can be stored in the arithmetic unit 118. The stored value can be used in subsequent calculations.

演算ユニット118は、方位センサデータ(αEarth、βEarth、γEarth)及び既知のコイル方位データ(αTx,Earth、βTx,Earth、γTx,Earth)から送信コイル102に対する受信機104の方位(α、β、γ)を推定する(ブロック208)。その後、送信コイルに対する推定方位(α、β、γ)を使用し、送信コイルの座標系(X、Y、Z)に合わせるように測定磁界ベクトル(H、H、H)を回転させることができる(ブロック210)。この処理により、送信コイルの座標系(X、Y、Z)において、送信コイルにより生成される受信機位置(x、y、z)での磁界ベクトル(H、H、H)が得られる。物理モデル化によって送信コイルが生成する任意の位置(x、y、z)での予想磁界ベクトル(H、H、H)を推定することができるため、推定した磁界ベクトル(H、H、H)を利用して受信機の位置(x、y、z)を推定することができる(ブロック212)。送信コイル102に対する受信機104の方位及び位置は、その後、演算ユニット118によって出力される(ブロック214)。 The arithmetic unit 118 calculates the direction of the receiver 104 with respect to the transmission coil 102 from the direction sensor data (α Earth , β Earth , γ Earth ) and known coil orientation data (α Tx, Earth , β Tx, Earth , γ Tx, Earth ). Estimate (α x , β y , γ z ) (block 208). Then, using the estimated azimuth (α x , β y , γ z ) with respect to the transmission coil, the measured magnetic field vectors (H u , H v , H w ) are adjusted to match the coordinate system (X, Y, Z) of the transmission coil. Can be rotated (block 210). By this processing, magnetic field vectors (H x , H y , H z ) at the receiver position (x, y, z) generated by the transmission coil in the coordinate system (X, Y, Z) of the transmission coil are obtained. It is done. Since an expected magnetic field vector (H x , H y , H z ) at an arbitrary position (x, y, z) generated by the transmission coil by physical modeling can be estimated, the estimated magnetic field vector (H x , H y , H z ) may be utilized to estimate the receiver position (x, y, z) (block 212). The orientation and position of the receiver 104 relative to the transmit coil 102 is then output by the arithmetic unit 118 (block 214).

屋内RF送信の様相は、回線特性、例えば、建物の構造に大きく左右され得る。各実施形態では、例えば、壁、人体、その他屋内環境構成を介して効果的に伝播するよう1MHzより低い周波数が使用される。このような周波数は数十メートルの波長を有するため、受信機は、送信アンテナの遠方場ではなく、近接場で作動することができる。従って、各実施例において放射性効果を考慮又は補償するする必要はない。低周波数になれば、アンテナが大型化し、物体通過率が改善する。12MHz以上の周波数を用いる各実施形態では、低周波数の場合よりも壁が位置精度に与える影響がより大きくなる。ただし、12MHz以上の周波数は使用可能であり、人体を有利に通過することには変わりない。   The aspect of indoor RF transmission can be highly dependent on line characteristics, eg, building structure. In each embodiment, for example, frequencies below 1 MHz are used to effectively propagate through walls, human bodies, and other indoor environment configurations. Since such frequencies have a wavelength of several tens of meters, the receiver can operate in the near field rather than the far field of the transmitting antenna. Thus, it is not necessary to consider or compensate for radioactive effects in each embodiment. If the frequency is lowered, the antenna becomes larger and the object passing rate is improved. In each embodiment using a frequency of 12 MHz or higher, the influence of the wall on the position accuracy is greater than in the case of a low frequency. However, a frequency of 12 MHz or more can be used, and it does not change that the human body is advantageously passed.

低周波数では電磁スペクトルの使用頻度が低いため、開示する実施形態では、様々な低周波数を使用することができる。その他使用者としてアマチュア無線家が含まれる。複数の周波数を異なる送信機に使用することができ、受信機は、特定の送信機周波数に対応するノッチフィルタを備えることにより、干渉を回避することができる。   Because the frequency of use of the electromagnetic spectrum is low at low frequencies, various low frequencies can be used in the disclosed embodiments. Other users include amateur radio operators. Multiple frequencies can be used for different transmitters, and the receiver can avoid interference by providing a notch filter corresponding to a particular transmitter frequency.

各種の方位センサ108、例えば、固体方位計や加速度計装置を用いることができる。xyzからuvwへの回転の基準として地球方位が用いられる。3軸磁気センサは、地球磁界(DC場)及びTX磁界(AC場)の両方の検出に用いることができ、あるいは、別のセンサを用いることができる。   Various azimuth sensors 108, for example, a solid azimuth meter and an accelerometer device can be used. The earth orientation is used as a reference for rotation from xyz to uvw. The triaxial magnetic sensor can be used to detect both the geomagnetic field (DC field) and the TX magnetic field (AC field), or another sensor can be used.

本開示を通じて、送信機に対する受信機の位置又は方位が判定されると、当該位置又は方位は、別の座標系、例えば、WGS84のような地球相対系、若しくは、室内又は建物の座標系のような局所系に変換することができる。座標変換は、回転、スキュー、並びに、コンピュータグラフィックス及び地図製作の分野における他の周知技術によって行うことができる。   Throughout this disclosure, once the position or orientation of the receiver relative to the transmitter is determined, the position or orientation may be another coordinate system, such as an earth-relative system such as WGS84, or a room or building coordinate system. Can be transformed into a local system. Coordinate transformations can be performed by rotation, skew, and other well known techniques in the field of computer graphics and cartography.

図3には、送信機コイル102を用いて、受信機104の位置及び方位を検出するシステム100の実施例が示されている。図3の例では、送信信号周波数として、750kHzを使用し、コイル102として、28巻、22cmのコイル径、10Vのピーク間信号振幅を使用する。この例では、磁界分布モデルを使用することにより、送信コイル102が生成する空間磁界分布を推定し、受信機104を追跡してもよい。数式に基づく磁界モデルではなく、磁界分布モデルを使用するのは、数式に基づくモデルでは、特に送信コイル付近において、不正確な磁界を示す傾向があるためである。この分布モデルを使用することにより追跡精度が大幅に改善される。分布モデルを適用するために使用した方法については後述する。まず、コイル102の周回のそれぞれを複数個に分割し(この例では30セグメントを使用)、観測点における磁界ベクトルの合力は、30セグメントにより生成された磁界ベクトルを加算することによって求められる。コイル102の周回の全てについて同じことが繰り返される。あるいは、コイル102の各周回をセグメントに分割し、ビオ・サバールの法則を各周回の全セグメントに適用するという処理を行うのに代えて、1周回による磁界を算出し、それにコイル102の巻数を掛けることで全磁界を得ることができる。ここでは、コイルワイヤが極細であるものと仮定する。   FIG. 3 illustrates an embodiment of a system 100 that uses a transmitter coil 102 to detect the position and orientation of a receiver 104. In the example of FIG. 3, 750 kHz is used as the transmission signal frequency, and 28 coils, a coil diameter of 22 cm, and a peak-to-peak signal amplitude of 10 V are used as the coil 102. In this example, the receiver 104 may be tracked by estimating the spatial magnetic field distribution generated by the transmitter coil 102 by using a magnetic field distribution model. The reason why the magnetic field distribution model is used instead of the magnetic field model based on the mathematical formula is that the model based on the mathematical formula tends to show an inaccurate magnetic field particularly near the transmission coil. By using this distribution model, tracking accuracy is greatly improved. The method used to apply the distribution model will be described later. First, each of the turns of the coil 102 is divided into a plurality of parts (in this example, 30 segments are used), and the resultant magnetic field vector at the observation point is obtained by adding the magnetic field vectors generated by the 30 segments. The same is repeated for all the turns of the coil 102. Alternatively, instead of performing the process of dividing each turn of the coil 102 into segments and applying the Bio-Savart law to all segments of each turn, the magnetic field by one turn is calculated and the number of turns of the coil 102 is By multiplying, the total magnetic field can be obtained. Here, it is assumed that the coil wire is extremely fine.

地球座標系における受信機104の方位(αEarth、βEarth、γEarth)を測定するために受信機104の方位センサ108として固体方位計兼加速度計を使用する。この例では、方位センサ108の出力レートは220Hzであり、地球磁場分解能は5ミリガウス、直線加速度感度は4mg/digitである。固体方位計及び加速度計の測定出力を使用し、受信機の方位(αEarth、βEarth、γEarth)を得る方法を以下に説明する。3軸加速度計は、受信機のピッチ角及びロール角を提供する一方、方位計は、受信機のヨーを提供し、次の式を使用する:
但し、
は+x方向の加速度
は+y方向の加速度
は+z方向の加速度
は+x方向の磁界
は+y方向の磁界
は+z方向の磁界とする。
A solid compass / accelerometer is used as the orientation sensor 108 of the receiver 104 to measure the orientation (α Earth , β Earth , γ Earth ) of the receiver 104 in the earth coordinate system. In this example, the output rate of the azimuth sensor 108 is 220 Hz, the geomagnetic field resolution is 5 milligauss, and the linear acceleration sensitivity is 4 mg / digit. A method for obtaining the orientation (α Earth , β Earth , γ Earth ) of the receiver using the measurement output of the solid compass and the accelerometer will be described below. The triaxial accelerometer provides the receiver pitch and roll angles, while the compass provides the receiver yaw and uses the following formula:
However,
A x is + x direction of the acceleration A y + y direction of the acceleration A z + z-direction acceleration M x + field M y in the x direction + y direction of the magnetic field, M z and + z direction of the magnetic field.

この例の方位センサ108は、北、東、下(一般にNEDと称する)の角度変換を使用することにより、多くの航空宇宙用途において使用されている地上基準系を規定する。演算ユニット118は、方位センサからデータを受信し、上記式を適用することにより地球に対する受信機104の方位を算出する。この例では、古典的なオイラー角ではなく、(ヨー、ピッチ、ロール)角度変換を使用し、相互の変換が容易である。   The azimuth sensor 108 in this example defines a ground reference system that is used in many aerospace applications by using north, east, and down (commonly referred to as NED) angle transformations. The arithmetic unit 118 receives data from the orientation sensor and calculates the orientation of the receiver 104 with respect to the earth by applying the above formula. In this example, instead of the classic Euler angles, (yaw, pitch, roll) angle transformations are used and the mutual transformation is easy.

次に、地球座標系における送信コイル102の既知の方位(αTx,Earth、βTx,Earth、γTx,Earth)を用いて、地球座標系で測定された受信機104の方位(αEarth、βEarth、γEarth)が、送信機コイル102の座標系(X、Y、Z)における受信機104の方位(α、β、γ)に変換される。この例では、送信機コイルは直立している。このため、βTx,Earth=0かつγTx,Earth=0であることが確実であり、次のようになる。
Next, using the known orientation (α Tx, Earth , β Tx, Earth , γ Tx, Earth ) of the transmitter coil 102 in the Earth coordinate system, the orientation (α Earth , β Earth , γ Earth ) is converted into the orientation (α x , β y , γ z ) of the receiver 104 in the coordinate system (X, Y, Z) of the transmitter coil 102. In this example, the transmitter coil is upright. For this reason, it is certain that β Tx, Earth = 0 and γ Tx, Earth = 0, which is as follows.

βTx,Earth≠0又はγTx,Earth≠0の場合、正しい角度を求めるために座標変換を使用することができる。 If β Tx, Earth ≠ 0 or γ Tx, Earth ≠ 0, a coordinate transformation can be used to determine the correct angle.

例示の実施形態では、直交配置された3つの平面コイルを備える3軸コイルが、送信コイル102によって生成される磁界ベクトルを測定する磁界センサ106として用いられる。固体3軸磁気センサ(例えばHoneywell HMC1043)も使用することができる。受信機104の3軸磁気センサ106は、受信機104の位置における磁界ベクトル(H、H、H)をセンサ106(受信機)自体の座標系(U、V、W)で測定する。受信機104自体の座標系(U、V、W)で測定された磁界ベクトル(H、H、H)は、送信機コイル102の座標系(X、Y、Z)における受信機104の方位(α、β、γ)を用いて、送信機の座標系(X、Y、Z)における磁界ベクトル(H、H、H)に変換される。これは次に示すとおりである。
In the illustrated embodiment, a triaxial coil comprising three planar coils arranged orthogonally is used as a magnetic field sensor 106 that measures the magnetic field vector generated by the transmit coil 102. A solid triaxial magnetic sensor (eg, Honeywell HMC1043) can also be used. The three-axis magnetic sensor 106 of the receiver 104 measures the magnetic field vector (H u , H v , H w ) at the position of the receiver 104 in the coordinate system (U, V, W) of the sensor 106 (receiver) itself. . The magnetic field vectors (H u , H v , H w ) measured in the coordinate system (U, V, W) of the receiver 104 itself are the receiver 104 in the coordinate system (X, Y, Z) of the transmitter coil 102. Are converted into magnetic field vectors (H x , H y , H z ) in the transmitter coordinate system (X, Y, Z) using the azimuth (α x , β y , γ z ). This is as follows.

次に、推定した磁界ベクトル(H、H、H)が、送信機の磁界モデルを用いて解析され、受信機の位置が推定される。図4には、コイル102に対する受信機104の位置を推定するためのフローチャート400が示されている。まず、受信機の方位(ヨー、ピッチ及びロール)を方位センサ108から読み出し、磁界の振幅を3軸磁気センサ106から読み出す(工程402)。工程404では、演算ユニットが、(方位センサ108のデータから生成された回転マトリクスを用いて)磁気センサ106の3つのコイルから読み出した磁界ベクトルに対し角度補正を適用し、コイル102に対する受信機104の方位を判定し出力する(工程406)。 Next, the estimated magnetic field vectors (H x , H y , H z ) are analyzed using a transmitter magnetic field model to estimate the position of the receiver. FIG. 4 shows a flowchart 400 for estimating the position of the receiver 104 relative to the coil 102. First, the orientation (yaw, pitch, and roll) of the receiver is read from the orientation sensor 108, and the amplitude of the magnetic field is read from the triaxial magnetic sensor 106 (step 402). In step 404, the arithmetic unit applies angle correction to the magnetic field vectors read from the three coils of the magnetic sensor 106 (using the rotation matrix generated from the orientation sensor 108 data), and the receiver 104 for the coil 102. Are determined and output (step 406).

工程408では、演算ユニット118が、工程404で補正した角度/方位を用いて、受信機104の初期位置の近似値を求める。その内容全体が引用により本書に組み入れられるウィング−ファイ等の「放射線治療用磁気追跡システム」、IEEE Tran. Biomedical Circuits and system 2010に記載されているように、送信コイルが点状信号源であると仮定して場の方程式を用いることにより概算位置を算出してもよい。
In step 408, the arithmetic unit 118 determines an approximate value of the initial position of the receiver 104 using the angle / orientation corrected in step 404. The transmitter coil is a point signal source, as described in Wing Phi et al., “Magnetic Tracking System for Radiation Therapy”, IEEE Tran. Biomedical Circuits and system 2010, the entire contents of which are incorporated herein by reference. The approximate position may be calculated by assuming a field equation.

こうした近接場方程式は、デカルト座標では次のように記載することができる。
These near field equations can be written in Cartesian coordinates as follows:

上記式を解くと次のようになる。
(14)
但し、Kは(所定の送信機と受信機に対し)実証的に算出した比例定数である。
これらを上記式に代入して再度算出すると次のようになる。
この結果、受信機の推定位置x、y、zが得られる。
Solving the above equation gives the following.
(14)
Where K is a proportionality constant calculated empirically (for a given transmitter and receiver).
Substituting these into the above equation and calculating again gives the following.
As a result, the estimated position x, y, z of the receiver is obtained.

工程410に移り、測定した磁界データが、上述した送信コイル102用の磁界分布モデルと比較され、誤差が判定される。誤差が所定の限度内であれば、工程416に進み、x/y/zのステップサイズを所定の下限値と比較する。ステップサイズが下限値であった場合、演算ユニット118は、受信機104のx、y、z推定位置を出力する(工程420)。そうでない場合は、ステップサイズを削減、例えば半減し(工程418)、誤差を再評価する(工程410)。工程410において誤差が所定の限度内でないという結果であった場合は、工程412に進む。工程412では、推定位置周辺の複数位置について磁界予想値が求められる。一例として、27のコーナーが評価される(x−Δx:Δx:x+Δx、y−Δy:Δy:y+Δy、z−Δz:Δz:z+Δz)、ここでΔはステップサイズである。その後、磁界予想値と、27のコーナーについて算出された磁界予想値とのユークリッド距離が求められる。(27のうち)最短距離のコーナーが新開始位置として選択され(工程414)、解が収束し誤差が所定の限度内に収まるまで、この工程が繰り返される。図示した例では、対象領域の大半において、1度以下の方位の誤差と、数ミリメートル以下の位置の誤差が観測された。精度は、送信コイル102の設計(サイズ、形状、送信電力等)及び受信機104の設計(増幅感度、ノイズ特性等)を最適化することにより更に改善される。   Moving to step 410, the measured magnetic field data is compared with the magnetic field distribution model for the transmitting coil 102 described above to determine an error. If the error is within a predetermined limit, proceed to step 416 and compare the x / y / z step size with a predetermined lower limit. If the step size is the lower limit value, the arithmetic unit 118 outputs the estimated x, y, z position of the receiver 104 (step 420). If not, reduce the step size, eg, halve (step 418), and re-evaluate the error (step 410). If it is determined in step 410 that the error is not within the predetermined limit, the process proceeds to step 412. In step 412, predicted magnetic field values are obtained for a plurality of positions around the estimated position. As an example, 27 corners are evaluated (x−Δx: Δx: x + Δx, y−Δy: Δy: y + Δy, z−Δz: Δz: z + Δz), where Δ is the step size. Thereafter, the Euclidean distance between the predicted magnetic field value and the predicted magnetic field value calculated for the 27 corners is obtained. The shortest corner (out of 27) is selected as the new starting position (step 414) and this step is repeated until the solution converges and the error falls within the predetermined limits. In the illustrated example, in most of the target area, an orientation error of 1 degree or less and a position error of several millimeters or less were observed. The accuracy is further improved by optimizing the design of the transmission coil 102 (size, shape, transmission power, etc.) and the design of the receiver 104 (amplification sensitivity, noise characteristics, etc.).

測位システム100は、異なる構成を有する種々の演算システム及びネットワークに組み込まれてもよい。図5には、受信機104が、テレビ受像機、携帯電話機、タブレット型コンピュータ、ノートブック型コンピュータ、ウェアラブル演算装置、ゲーム装置、映像ストリーミングセットトップボックスのような演算装置118に関連付けられた一実施形態が示されている。この実施形態では、演算装置が、位置/方位データを利用するアプリケーション121を実行する。受信機104は、演算装置118内に/上に/で/の下方に/の上方に/の周辺に配置してもよい。受信機104は、任意で演算装置118の一部としてもよい。受信機104を利用して、演算装置118は、その位置及び方位を推定することができる。演算装置118は、推定された位置及び方位データをそれ自身のアプリケーションに用いてもよく、あるいは、有線又は無線回線を介して、他の演算装置119とデータを共有することができる。   The positioning system 100 may be incorporated into various arithmetic systems and networks having different configurations. In FIG. 5, an implementation in which the receiver 104 is associated with a computing device 118 such as a television receiver, mobile phone, tablet computer, notebook computer, wearable computing device, game device, video streaming set-top box, etc. The form is shown. In this embodiment, the computing device executes an application 121 that uses position / orientation data. The receiver 104 may be disposed in / on / above / below / above / in the computing device 118. Receiver 104 may optionally be part of computing device 118. Using the receiver 104, the computing device 118 can estimate its position and orientation. The computing device 118 may use the estimated position and orientation data in its own application, or can share data with other computing devices 119 via a wired or wireless line.

図6には、更に他の実施形態が示されており、当該実施形態では、ベルト、衣服、メガネ等を用いて送信コイル102が人体に装着され、追尾受信機104がウェアラブル演算装置に組み込まれている。   FIG. 6 shows still another embodiment. In this embodiment, the transmission coil 102 is attached to a human body using a belt, clothes, glasses, or the like, and the tracking receiver 104 is incorporated in the wearable arithmetic unit. ing.

図7には、更に他の実施形態が示されており、当該実施形態では、送信コイル102が建物140(壁、屋根、天井、床等)に設置され、追尾受信機104が移動体演算装置に組み込まれている。   FIG. 7 shows still another embodiment. In this embodiment, the transmission coil 102 is installed in a building 140 (wall, roof, ceiling, floor, etc.), and the tracking receiver 104 is a mobile computing device. Built in.

更に他の実施形態では、送信コイル102が演算装置118と一体化され、あるいは、動作可能に接続される。この実施形態では、図8に示すように、(磁気センサ106と方位センサ108を含む)受信機104がそれ自身の座標系で磁界強度を測定し、地球座標系でその方位を測定する。受信機104内に演算ユニットがある場合、上述したとおり測定データを利用して、その位置及び方位を推定することができる。受信機104は、有線又は無線回線を介して、送信コイルに関連付けられた演算装置118又はその他の演算装置119に対し、測定データ又は位置及び方位の推定データを送ることができる。   In still other embodiments, the transmit coil 102 is integrated with the computing device 118 or is operably connected. In this embodiment, as shown in FIG. 8, receiver 104 (including magnetic sensor 106 and orientation sensor 108) measures the magnetic field strength in its own coordinate system and measures its orientation in the Earth coordinate system. When there is an arithmetic unit in the receiver 104, the position and orientation can be estimated using the measurement data as described above. The receiver 104 can send measurement data or position and orientation estimation data to the arithmetic device 118 or other arithmetic device 119 associated with the transmission coil via a wired or wireless line.

図8の実施形態では、受信機104が、送信コイル102に関連付けられた演算装置118又はその他の演算装置119に対し、受信機104の位置及び方位の推定に必要な生の測定データ又は処理済データを送ることができる。この構成は、送信コイル102が静止していない(つまり移動体である)場合に特に有用である。送信コイル102が移動体である場合、受信機104がその位置及び方位を内部で推定する必要があれば、地球座標系における送信コイル102の方位データをリアルタイムで受信機104に送る必要がある。受信機104は、その位置及び方位を内部で推定する必要がなければ、生の測定データ又は処理済データを演算装置118に送ることができ、演算装置118は、上述したように、受信機104の位置及び方位を推定することができる。   In the embodiment of FIG. 8, the receiver 104 has the raw measurement data or processed necessary to estimate the position and orientation of the receiver 104 relative to the arithmetic unit 118 or other arithmetic unit 119 associated with the transmit coil 102. You can send data. This configuration is particularly useful when the transmission coil 102 is not stationary (that is, a moving body). When the transmission coil 102 is a moving body, if the receiver 104 needs to estimate its position and orientation internally, it is necessary to send the orientation data of the transmission coil 102 in the earth coordinate system to the receiver 104 in real time. If the receiver 104 does not need to estimate its position and orientation internally, the raw measurement data or processed data can be sent to the computing device 118, which, as described above, can receive the receiver 104. Can be estimated.

図9には、図8の実施形態と類似する更に他の実施形態が示されており、当該実施形態では、送信コイル102及び演算装置118が移動体ウェアラブル演算装置(例えば、使用者の頭部)に組み込まれ、(磁気センサ106及び方位センサ108を含む)追尾受信機104が手首、腕、指等に配置される。手で制御可能なペン形状の追尾受信機を同様に使用してもよい。開示する実施形態のいずれにおいても、2以上の受信機104が同時に独立して動作することができ、送信コイル102からの同一ビーコン信号を使ってそれぞれの位置及び方位を検出することができる。   FIG. 9 shows still another embodiment similar to the embodiment of FIG. 8, in which the transmitting coil 102 and the computing device 118 are mobile wearable computing devices (e.g., the user's head). The tracking receiver 104 (including the magnetic sensor 106 and the orientation sensor 108) is placed on the wrist, arm, finger, or the like. A pen-shaped tracking receiver that can be controlled by hand may be used as well. In any of the disclosed embodiments, two or more receivers 104 can operate simultaneously and independently, and the same beacon signal from the transmit coil 102 can be used to detect their position and orientation.

図10には、図8の実施形態と類似する他の実施形態が示されており、当該実施形態では、タブレット型コンピュータ、スマートフォン、ノートブック型コンピュータ又はスマートテレビとして実現される演算装置118が、受信機104を内蔵するコントローラ123(例えば、ゲームリモコン又はテレビリモコン)から測定データ又は位置/方位の推定データを受信する。コントローラ123は、Bluetooth(登録商標)又は赤外線等の図示した有線又は無線回線を用いて、演算装置118と動作可能に通信する。ある実施形態では、演算装置118の周辺(例えば、一般的にテレビの周辺付近)に長方形の送信コイル102を形成してもよい。   FIG. 10 shows another embodiment similar to the embodiment of FIG. 8, in which the computing device 118 realized as a tablet computer, a smartphone, a notebook computer, or a smart TV is Measurement data or position / orientation estimation data is received from a controller 123 (for example, a game remote controller or a TV remote controller) incorporating the receiver 104. The controller 123 operably communicates with the computing device 118 using the illustrated wired or wireless line such as Bluetooth (registered trademark) or infrared. In some embodiments, the rectangular transmission coil 102 may be formed around the computing device 118 (eg, generally near the periphery of the television).

図11には、図8と類似する更に他の実施形態が示されており、当該実施形態では、演算装置118が、受信機104を含むコントローラ123から測定データ又は位置/方位の推定データを受信するスマートフォン(又はタブレット)として実施される。ここでも演算装置118は、コントローラ123からの受信データを利用するアプリケーション121を実行する。演算装置118は、(有線又は無線回線を介して)映像表示能力のある他の装置130(例えば、テレビ又は映像モニタ)に映像を送る。   FIG. 11 shows still another embodiment similar to FIG. 8, in which the computing device 118 receives measurement data or position / orientation estimation data from a controller 123 that includes a receiver 104. Implemented as a smartphone (or tablet). Again, the arithmetic unit 118 executes the application 121 that uses the data received from the controller 123. The computing device 118 sends the video to another device 130 (for example, a television or a video monitor) having video display capability (via a wired or wireless line).

図12には、更に他の実施形態が示されており、当該実施形態では、送信コイル102及び受信機104が、演算装置の一部としてではなく、スタンドアロンの構成要素として動作する。(磁気センサ106及び方位センサ108を含む)受信機104は、その位置における磁界をそれ自身の座標系で測定し、その方位を地球座標系で測定する。受信機104が演算ユニットを内蔵する場合、その位置及び方位を上述した方法により送信機の座標系で推定することができる。測定データ又は位置及び方位の推定データは、有線又は無線回線を介して、1つの演算装置118(例えば、テレビ、携帯電話機、タブレット型コンピュータ、ノートブック型コンピュータ、デスクトップ型コンピュータ、ウェアラブル装置、ゲーム装置、映像ストリーミングボックス等)又は複数の演算装置(例えば、演算装置119)と共有される。この実施形態では、地球座標系における送信コイル102の方位が演算システムに知られているものと仮定し、受信機は、受信機104の位置及び方位の推定に必要な生の測定データ又は処理済データを演算装置(118又は119)に送るだけで、演算装置は、受信機104の位置及び方位を推定することができる。   FIG. 12 shows yet another embodiment in which the transmit coil 102 and receiver 104 operate as stand-alone components rather than as part of a computing device. The receiver 104 (including the magnetic sensor 106 and the orientation sensor 108) measures the magnetic field at that position in its own coordinate system and measures its orientation in the earth coordinate system. When the receiver 104 has a built-in arithmetic unit, its position and orientation can be estimated in the transmitter coordinate system by the method described above. The measurement data or the estimation data of the position and orientation is sent to one arithmetic device 118 (for example, a television, a mobile phone, a tablet computer, a notebook computer, a desktop computer, a wearable device, a game device via a wired or wireless line. , Video streaming box, etc.) or a plurality of arithmetic devices (for example, arithmetic device 119). In this embodiment, it is assumed that the orientation of the transmit coil 102 in the earth coordinate system is known to the computing system, and the receiver is responsible for the raw measurement data or processed data required to estimate the position and orientation of the receiver 104. By simply sending data to the computing device (118 or 119), the computing device can estimate the position and orientation of the receiver 104.

図13には、図12と類似する実施形態が示されており、当該実施形態では、送信コイル102が、ベルト、衣服、メガネ等を用いて人体に装着され、追尾受信機104が、手首、腕、指等に配置される。手で制御可能なペン形状の追尾受信機104を同様に用いてもよい。   FIG. 13 shows an embodiment similar to FIG. 12, in which the transmitter coil 102 is attached to the human body using a belt, clothes, glasses, etc., and the tracking receiver 104 is connected to the wrist, Arranged on arms, fingers, etc. A pen-shaped tracking receiver 104 that can be controlled by hand may be used similarly.

図14には、図12と類似する更に他の実施形態が示されており、当該実施形態では、送信コイル102が、建物140(壁、屋根、天井、床等)に固定的に設置され、移動体追尾受信機104は、コイル102が送信するビーコン信号を用いてその位置及び方位を推定し、位置及び方位の推定データを有線又は無線ネットワークを介して演算装置118に送ることができる。   FIG. 14 shows still another embodiment similar to FIG. 12, in which the transmission coil 102 is fixedly installed in a building 140 (wall, roof, ceiling, floor, etc.) The mobile tracking receiver 104 can estimate the position and orientation using the beacon signal transmitted by the coil 102, and can send the estimated data of the position and orientation to the computing device 118 via a wired or wireless network.

図15には、図12と類似する更に他の実施形態が示されており、当該実施形態では、受信機104を含むペン形状のコントローラ123が、Bluetooth(登録商標)又はWi−Fi回線を介して、測定データ又は位置/方位の推定データを演算装置118(テレビ、携帯電話機、タブレット、ノートブック、デスクトップ等)に送る。演算装置118は、コントローラ123から受信したデータを利用するアプリケーション121を実行する。   FIG. 15 shows still another embodiment similar to FIG. 12, in which a pen-shaped controller 123 including a receiver 104 is connected via a Bluetooth (registered trademark) or Wi-Fi line. Then, the measurement data or the position / orientation estimation data is sent to the arithmetic device 118 (TV, mobile phone, tablet, notebook, desktop, etc.). The arithmetic device 118 executes an application 121 that uses data received from the controller 123.

図16には、図12と類似する更に他の実施形態が示されており、当該実施形態では、受信機104を含むペン形状のコントローラ123が、Bluetooth(登録商標)又はWi−Fi回線を介して、測定データ又は位置/方位の推定データを演算装置118(携帯電話機、タブレット、ノートブック、デスクトップ等)に送る。演算装置118は、コントローラ123から受信したデータを利用するアプリケーション121を実行する。演算装置118は、(有線又は無線回線を介して)映像及び/又は音声を映像表示装置142(例えば、テレビ、モニタ、プロジェクタ等)に送る。   FIG. 16 shows still another embodiment similar to FIG. 12, in which a pen-shaped controller 123 including a receiver 104 is connected via a Bluetooth (registered trademark) or Wi-Fi line. Then, the measurement data or the estimated position / orientation data is sent to the arithmetic device 118 (mobile phone, tablet, notebook, desktop, etc.). The arithmetic device 118 executes an application 121 that uses data received from the controller 123. The computing device 118 sends video and / or audio (via a wired or wireless line) to the video display device 142 (eg, television, monitor, projector, etc.).

図17には、位相に基づく象限判別の処理工程1700が示されている。つまり、処理工程1700によってシステム100は受信機が位置するXYZ座標系のXY平面における4つの候補象限のいずれかを判定することができる。送信機コイル102が送信機の座標系(X、Y及びZ座標系)のXY平面にあると仮定すると、3軸センサ106のコイルが受信する信号間の相対位相によってその象限が得られる。最も実用的な応用では、受信機104が(送信機102の片側の)+Z方向に位置しているので、このような設定における象限検出方法をここで説明する。この方法を8つの象限システムに拡大し、送信機102の任意方向に位置する装置の場所を見つけるようにしてもよい。処理工程1700は、磁界信号が磁気センサ106によって検出される工程1702から始まり、その相対位相が記憶される(工程1704)。図示した例では、実施ブロック1702において信号H−Hは位相がずれており、信号H−Hも位相がずれている。工程1706において、4つの候補位置(各xy象限に1つ)は、地球のU、V、W座標系から送信機のX、Y、Z座標系へ信号を変換することによって求められる。4つの候補位置が分かれば、候補の受信機位置における信号間の予想相対位相が算出され(これも工程1706)、観測された相対位相と比較される(工程1708)。この相対位相が正確に一致することにより、受信機の正確な象限が分かり、受信機の正確な位置が分かる(工程1710で出力)。図17に示した例では、H−H及びH−Hのペアは、象限3においてのみ位相がずれた関係にあるため、受信機は実際には象限3にある。 FIG. 17 shows a processing step 1700 for determining a quadrant based on the phase. That is, processing step 1700 allows system 100 to determine one of four candidate quadrants in the XY plane of the XYZ coordinate system where the receiver is located. Assuming that the transmitter coil 102 is in the XY plane of the transmitter coordinate system (X, Y and Z coordinate systems), the quadrant is obtained by the relative phase between the signals received by the coils of the triaxial sensor 106. In the most practical application, the receiver 104 is located in the + Z direction (on one side of the transmitter 102), so a quadrant detection method in such a setting will now be described. This method may be extended to an eight quadrant system to locate a device located in any direction of the transmitter 102. Processing step 1700 begins at step 1702 where a magnetic field signal is detected by magnetic sensor 106, and the relative phase is stored (step 1704). In the illustrated example, the signal H u -H w is out of phase in the implementation block 1702 and the signal H u -H w is also out of phase. In step 1706, four candidate locations (one in each xy quadrant) are determined by transforming the signal from the earth's U, V, W coordinate system to the transmitter's X, Y, Z coordinate system. Once the four candidate positions are known, the expected relative phase between the signals at the candidate receiver position is calculated (also step 1706) and compared to the observed relative phase (step 1708). This relative phase matches exactly so that the exact quadrant of the receiver is known and the exact position of the receiver is known (output at step 1710). In the example shown in FIG. 17, the pair of H u -H w and H v -H w is in a phase-shifted relationship only in quadrant 3, so the receiver is actually in quadrant 3.

図4の工程408に関する上述した受信機位置の初期近似の方法の代わりに、利用可能な送信機磁界分布モデルを用いて受信機104の初期位置の近似を行ってもよい。送信機102周辺の(一定の粗い空間を隔てた)様々な位置における磁界ベクトルが、予め算出され、テーブルに記憶されている。この参照テーブルを使用して、受信機104の位置を送信機の座標系に直接マッピングすることができる。あるいは、このテーブルを用いて、曲線近似を行い、受信機104の近似位置を算出するために使用される多項式(図4の工程408と同様)を生成してもよい。多項式の係数は、特定の送信機102に特化したものであり、別の送信機のために一般化することはできない。上述した方法のいずれか(又はこれらの方法の組み合わせ)を用いることにより受信機の近似位置座標が分かれば、送信機102の分布モデルを用いて、受信機104の位置が正確に算出される。この手法は、演算時間の短縮と精度の向上に役立つ。   As an alternative to the initial receiver position approximation method described above with respect to step 408 of FIG. 4, an approximation of the initial position of the receiver 104 may be performed using an available transmitter magnetic field distribution model. Magnetic field vectors at various positions around the transmitter 102 (apart from a certain rough space) are calculated in advance and stored in a table. This lookup table can be used to map the location of the receiver 104 directly into the transmitter coordinate system. Alternatively, this table may be used to perform a curve approximation and generate a polynomial (similar to step 408 in FIG. 4) used to calculate the approximate position of the receiver 104. The coefficients of the polynomial are specific to a particular transmitter 102 and cannot be generalized for another transmitter. If the approximate position coordinates of the receiver are known by using any of the above-described methods (or a combination of these methods), the position of the receiver 104 is accurately calculated using the distribution model of the transmitter 102. This technique is useful for shortening calculation time and improving accuracy.

ある実施形態では、送信コイル102によって送信されるビーコン信号に、位置及び方位を推定するために受信機104によって使用される周期信号が含まれる。更に他の実施形態では、ビーコン信号に、受信機104に別の情報を提供する別の信号が含まれてもよい。送信コイル102が送信可能な別の情報には、送信コイル識別番号、送信コイル方位、送信コイル位置、送信信号周波数、送信コイルの大きさ及び形状等が含まれる。図18に示したように、別の情報を含む別の信号は、時分割で送信することができる。図示したように、ビーコン信号152の第1部分150は測位信号であり、第2部分154は別の情報を含む補助信号である。あるいは、図19に示したように、補助信号(156)は、位相変調又は周波数変調を用いて、変調器160により周期信号(158)とともに送信される。   In some embodiments, the beacon signal transmitted by the transmit coil 102 includes a periodic signal used by the receiver 104 to estimate position and orientation. In still other embodiments, the beacon signal may include another signal that provides other information to the receiver 104. Other information that can be transmitted by the transmission coil 102 includes a transmission coil identification number, a transmission coil orientation, a transmission coil position, a transmission signal frequency, the size and shape of the transmission coil, and the like. As illustrated in FIG. 18, another signal including other information can be transmitted in a time division manner. As shown, the first portion 150 of the beacon signal 152 is a positioning signal, and the second portion 154 is an auxiliary signal containing other information. Alternatively, as shown in FIG. 19, the auxiliary signal (156) is transmitted with the periodic signal (158) by the modulator 160 using phase modulation or frequency modulation.

複数のシステム100(つまり、複数組の送信機/受信機)が同じ近辺で動作している場合、ある特定の受信機104が複数の送信機からの送信信号を拾う場合があり、それによって受信機の位置を適切に推定することができなくなる。ある実施形態では、異なる送信機コイル102が異なる周波数で送信する。そして、図20に示したように、個別の受信機104は、狭帯域回路又はフィルタリングを用いて、それぞれ対応する対象送信機102の特定周波数に同調される。図20では、受信機2がf1に同調した狭帯域回路を使用するため、送信コイル1が送信するビーコン信号を拾う。その結果、受信機2は、その位置及び方位を送信コイル1の座標系で推定する。   When multiple systems 100 (ie, multiple sets of transmitters / receivers) are operating in the same vicinity, a particular receiver 104 may pick up transmission signals from multiple transmitters and thereby receive The position of the aircraft cannot be estimated properly. In some embodiments, different transmitter coils 102 transmit at different frequencies. Then, as shown in FIG. 20, each receiver 104 is tuned to a specific frequency of the corresponding target transmitter 102 using a narrowband circuit or filtering. In FIG. 20, since the receiver 2 uses a narrow band circuit tuned to f1, the beacon signal transmitted by the transmission coil 1 is picked up. As a result, the receiver 2 estimates its position and orientation in the coordinate system of the transmission coil 1.

ある実施形態では、アンテナコイル102を最適化して品質を向上させてもよい。一実施例では、図21(A)に示したような単純なコイルを使用する。図21(B)に示したような構成のLC共振器162を用いることにより送信信号の品質を改善することができる。図21(C)に示したように、送信コイル102を駆動する励振コイル164を用いることにより送信信号の品質を更に改善することができる。図21(B)及び図21(C)に示したコンデンサ163は、電圧制御又は機械式制御の可変コンデンサであってもよい。可変コンデンサを用いることにより、LCタンク162の共振周波数を調整し、送信信号の周波数に一致させることができる。図21に示した例では、シングルエンドドライバを使用している。シングルエンドドライバを用いる代わりに、差動ドライバを任意に使用してもよい。   In some embodiments, the antenna coil 102 may be optimized to improve quality. In one embodiment, a simple coil as shown in FIG. 21 (A) is used. By using the LC resonator 162 configured as shown in FIG. 21B, the quality of the transmission signal can be improved. As shown in FIG. 21C, the quality of the transmission signal can be further improved by using the excitation coil 164 that drives the transmission coil 102. The capacitor 163 shown in FIGS. 21B and 21C may be a voltage-controlled or mechanically-controlled variable capacitor. By using the variable capacitor, the resonance frequency of the LC tank 162 can be adjusted to match the frequency of the transmission signal. In the example shown in FIG. 21, a single end driver is used. Instead of using a single-ended driver, a differential driver may optionally be used.

演算ユニット118又は119のいずれか、受信機104、磁気センサ106、方位センサ108、信号発生装置110、ドライバ112及びコントローラ123には、1又は2以上の演算プロセッサ、メモリ、並びに、データ解析用及びここに記載したその他の解析実行用のデータ記憶装置、並びに、関連部品が含まれてもよい。各プロセッサには、1又は2以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブルロジックデバイス(PLD)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)、プログラマブルアレイロジックデバイス(PAL)又はデジタル信号処理装置(DSP)を含めることができる。データ記憶ユニットは、プロセッサアクセス可能な1又は2以上の情報記憶メモリを含み、あるいは、前記情報記憶メモリに通信可能に接続される。メモリは、例えば筐体内にあってもよいし、分散システムの一部であってもよい。「プロセッサアクセス可能なメモリ」という表現には、プロセッサ186がデータを送信又は受信することができる全てのデータ記憶装置が含まれるものとし、揮発性又は不揮発性メモリ、リムーバブルメモリ又は固定メモリ、電子メモリ、磁気メモリ、光メモリ、化学メモリ、機械メモリ又はその他メモリが含まれる。プロセッサアクセス可能なメモリの例としては、レジスタ、フロッピーディスク、ハードディスク、テープ、バーコード、コンパクトディスク、DVD、読み出し専用メモリ(ROM)、消去可能でプログラム可能な読み取り専用メモリ(EPROM、EEPROM又はFlash)及びランダムアクセスメモリ(RAM)が含まれるが、これらに限定されない。データ記憶システム140におけるプロセッサアクセス可能なメモリの1つとして、有体の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体、つまり、プロセッサに提供される実行のための指令を記憶することに関与する非一時的装置又は製品があり得る。   Either the arithmetic unit 118 or 119, the receiver 104, the magnetic sensor 106, the azimuth sensor 108, the signal generator 110, the driver 112 and the controller 123 include one or more arithmetic processors, memory, and data analysis and Other data storage devices for performing analysis described herein, and related parts may be included. Each processor includes one or more microprocessors, microcontrollers, field programmable gate arrays (FPGA), application specific integrated circuits (ASIC), programmable logic devices (PLD), programmable logic arrays (PLA), programmable array logic. A device (PAL) or digital signal processor (DSP) can be included. The data storage unit includes one or more information storage memories accessible to the processor, or is communicably connected to the information storage memory. The memory may be in a housing, for example, or may be part of a distributed system. The expression “processor accessible memory” includes all data storage devices that the processor 186 can send or receive data to, such as volatile or non-volatile memory, removable or fixed memory, electronic memory , Magnetic memory, optical memory, chemical memory, mechanical memory or other memory. Examples of processor accessible memory include registers, floppy disks, hard disks, tapes, barcodes, compact disks, DVDs, read only memories (ROM), erasable programmable read only memories (EPROM, EEPROM or Flash) And random access memory (RAM). One of the processor-accessible memories in data storage system 140 is a tangible, non-transitory computer-readable storage medium, i.e., a non-transitory involved in storing instructions for execution provided to the processor There can be a mechanical device or product.

ここに記載した各態様は、システム又は方法として具体化してもよい。従って、ここに記載の各態様は、全てがハードウェアの態様、全てがソフトウェアの態様(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む)又はソフトウェア態様とハードウェア態様を組み合わせた態様の形態をとってもよい。これらの態様の全てが、ここでは「サービス」、「回路」、「回路構成」、「モジュール」又は「システム」と一般的に称され得る。   Each aspect described here may be embodied as a system or method. Accordingly, each aspect described herein may take the form of all hardware, all software (including firmware, resident software, microcode, etc.), or a combination of software and hardware aspects. . All of these aspects may be generically referred to herein as “services”, “circuits”, “circuit configurations”, “modules”, or “systems”.

また、ここに記載の各態様は、コンピュータプログラム製品として具体化してもよく、有体の非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体上に記憶されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードが含まれる。このような媒体は、当該製品における従来の通りに、例えば、CD−ROMのプレスによって、製造することができる。プログラムコードには、プロセッサに(可能であれば他のプロセッサにも)読み込み可能なコンピュータプログラム指令が含まれ、プロセッサによって実行されるここに記載の各態様の機能、動作又は操作工程の要因となる。ここに記載した各態様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、1又は2以上のプログラム言語を任意に組み合わせて記載されていてもよい。   Also, each aspect described herein may be embodied as a computer program product, including computer readable program code stored on a tangible non-transitory computer readable medium. Such a medium can be produced, for example, by pressing a CD-ROM as is conventional in the product. The program code includes computer program instructions that are readable by the processor (and possibly by other processors) and contribute to the functions, operations or operational steps of each aspect described herein that are executed by the processor. . The computer program code for executing the operation of each aspect described herein may be described in any combination of one or two or more program languages.

本発明は、ここに記載した態様の組み合わせを含んでいる。「特定の態様」又は「実施形態」等の言及は、本発明の少なくとも1つの態様に存在する構成を指している。「ある態様」(又は「実施形態」)又は「複数の特定態様」等の異なる言及は、必ずしも同一の態様又は複数態様を指しているわけではないが、そのように表示されている場合や、その技術分野の知識の一つであることが当然に明らかである場合を除き、こうした態様は相互排他的ではない。「方法」又は「複数の方法」等に言及する際の単数形又は複数形の使用は限定的なものではない。他に明示的な記載がなければ、「又は」という用語は、本開示では非排他的な意味で用いられている。   The present invention includes combinations of the embodiments described herein. References such as “specific aspects” or “embodiments” refer to configurations that are present in at least one aspect of the invention. Different references such as “an aspect” (or “embodiment”) or “a plurality of specific aspects” do not necessarily refer to the same aspect or aspects, These aspects are not mutually exclusive unless it is obvious that it is one of knowledge in the technical field. The use of the singular or plural form when referring to “a method” or “a plurality of methods” is not limiting. Unless otherwise expressly stated, the term “or” is used in this disclosure in a non-exclusive sense.

特定の好ましい態様を特に参照して本発明を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲の中において、変更、組み合わせ及び修正が当業者によって行われ得ることが理解されるであろう。
なお、本発明による測位システム及び方法は、例えば、以下のように構成される。
[1]
a) 地球座標系における方位が既知であり、測位イベント中に周期信号を送信する送信コイルと、
b) 前記送信コイルによって生成された磁界ベクトルと、地球座標系における受信機の方位とを測定する検出ユニットを有する少なくとも一つの受信機と、
c) 前記測定された磁界ベクトル、地球座標系における前記測定された方位、及び、地球座標系における前記送信コイルの前記既知の方位を用いて、前記送信機の座標系における前記受信機の位置及び方位を推定するように構成される少なくとも一つの演算ユニットとを備える測位システム。
[2]
前記検出ユニットは、磁界を測定する3軸磁気センサと、方位を測定する方位センサとを含む上記[1]に記載の測位システム。
[3]
前記送信コイルは、移動体電子装置に組み込まれ、送信コイル及び位置センサの両方が同時に移動するとともに、地球座標系における前記送信コイルの前記方位は、前記受信機内の前記演算ユニットにリアルタイムで供給される上記[1]に記載の測位システム。
[4]
同時に独立して動作する複数の受信機を備える上記[1]に記載の測位システム。
[5]
前記演算ユニットが前記受信機に組み込まれている上記[1]に記載の測位システム。
[6]
前記演算ユニットは、前記受信機から離間され、前記受信機が、有線又は無線回線を介して、測定された前記磁界ベクトルと、地球座標系における前記方位とを前記演算ユニットに送信する上記[1]に記載の測位システム。
[7]
前記磁気センサは、向きが互いに直交する3つの平面コイルを含む上記[1]に記載の測位システム。
[8]
前記受信機は、前記送信コイルの前記磁界を測定する複数の3軸磁気センサを備える上記[1]に記載の測位システム。
[9]
前記送信コイルは、前記演算ユニットに組み込まれ、前記受信機の位置データが、前記演算ユニットに送信される上記[1]に記載の測位システム。
[10]
前記演算ユニットは、テレビ受像機、携帯電話機、タブレット型コンピュータ、ノートブック型コンピュータ、デスクトップ型コンピュータ、ウェアラブル装置及びビデオゲーム装置の少なくとも一つを備える上記[1]に記載の測位システム。
[11]
前記受信機は、前記演算ユニットに組み込まれ、前記送信コイルに対する前記演算ユニットの位置が判定可能である上記[1]に記載の測位システム。
[12]
前記受信機は、スタンドアロンユニットとして構成され、前記受信機が、有線又は無線回線を介して、位置及び方位データを前記演算ユニットに送信する上記[1]に記載の測位システム。
[13]
前記送信コイルは、ビーコン信号を送信するように構成され、当該ビーコン信号は、前記受信機の位置を判定するための周期信号部と、補助信号部とを含む上記[1]に記載の測位システム。
[14]
前記補助信号部は、コイル識別情報、コイル方位、送信信号周波数、送信コイルサイズ及び送信コイル形状の少なくとも一つを含む上記[13]に記載の測位システム。
[15]
それぞれが異なる周波数で送信するように構成された複数の送信コイルと、
それぞれが前記送信コイルの一つから信号を受信する複数の受信機とを更に備える上記[1]に記載の測位システム。
[16]
前記演算ユニットは、位相ベース象限検出を用いて、前記コイルに対する前記受信機位置の象限を判定するように構成される上記[1]に記載の測位システム。
[17]
前記演算ユニットは、前記受信機位置及び前記受信機の方位の初期推定を行い、その後に初期推定された位置の周辺の複数の位置を評価する上記[1]に記載の測位システム。
[18]
前記演算ユニットは、更に、前記複数の位置について測定されたフィールド値と、推定されたフィールド値との誤差を評価する上記[17]に記載の測位システム。
[19]
前記演算ユニットは、更に、前記複数の位置から第2の推定位置を選択するように構成され、当該第2の推定位置が、他の複数の位置に比べてフィールド誤差が最も小さい上記[18]に記載の測位システム。
[20]
送信コイルを用いて測位イベント中に周期信号を送信し、
受信機を用いて、前記送信コイルによって生成される磁界ベクトルと、地球に対する前記受信機の方位とを検出し、
演算ユニットを用いて、測定された前記磁界ベクトル、地球座標系における測定された前記方位及び地球座標系における前記送信コイルの既知の方位を用いて送信機の座標系における前記受信機の位置及び方位を推定する、送信コイルに対する受信機の位置を判定する方法。
Although the invention has been described in detail with particular reference to certain preferred embodiments, it will be understood that variations, combinations and modifications can be made by those skilled in the art within the spirit and scope of the invention.
In addition, the positioning system and method by this invention are comprised as follows, for example.
[1]
a) a transmission coil having a known orientation in the earth coordinate system and transmitting a periodic signal during a positioning event;
b) at least one receiver having a detection unit for measuring the magnetic field vector generated by the transmitter coil and the orientation of the receiver in the earth coordinate system;
c) using the measured magnetic field vector, the measured orientation in the earth coordinate system, and the known orientation of the transmitter coil in the earth coordinate system, the position of the receiver in the transmitter coordinate system, and A positioning system comprising at least one computing unit configured to estimate a bearing.
[2]
The positioning system according to [1], wherein the detection unit includes a three-axis magnetic sensor that measures a magnetic field and an orientation sensor that measures an orientation.
[3]
The transmission coil is incorporated in a mobile electronic device, and both the transmission coil and the position sensor move simultaneously, and the orientation of the transmission coil in the earth coordinate system is supplied in real time to the arithmetic unit in the receiver. The positioning system according to [1] above.
[4]
The positioning system according to the above [1], comprising a plurality of receivers operating independently at the same time.
[5]
The positioning system according to [1], wherein the arithmetic unit is incorporated in the receiver.
[6]
The arithmetic unit is separated from the receiver, and the receiver transmits the measured magnetic field vector and the azimuth in the earth coordinate system to the arithmetic unit via a wired or wireless line. ] The positioning system described in the above.
[7]
The positioning system according to [1], wherein the magnetic sensor includes three planar coils whose directions are orthogonal to each other.
[8]
The positioning system according to [1], wherein the receiver includes a plurality of three-axis magnetic sensors that measure the magnetic field of the transmission coil.
[9]
The positioning system according to [1], wherein the transmission coil is incorporated in the arithmetic unit, and position data of the receiver is transmitted to the arithmetic unit.
[10]
The positioning system according to [1], wherein the arithmetic unit includes at least one of a television receiver, a mobile phone, a tablet computer, a notebook computer, a desktop computer, a wearable device, and a video game device.
[11]
The positioning system according to [1], wherein the receiver is incorporated in the arithmetic unit, and the position of the arithmetic unit with respect to the transmission coil can be determined.
[12]
The positioning system according to [1], wherein the receiver is configured as a stand-alone unit, and the receiver transmits position and orientation data to the arithmetic unit via a wired or wireless line.
[13]
The positioning system according to [1], wherein the transmission coil is configured to transmit a beacon signal, and the beacon signal includes a periodic signal unit for determining a position of the receiver and an auxiliary signal unit. .
[14]
The positioning system according to [13], wherein the auxiliary signal unit includes at least one of coil identification information, coil orientation, transmission signal frequency, transmission coil size, and transmission coil shape.
[15]
A plurality of transmit coils each configured to transmit at a different frequency;
The positioning system according to [1], further including a plurality of receivers each receiving a signal from one of the transmission coils.
[16]
The positioning system according to [1], wherein the arithmetic unit is configured to determine a quadrant of the receiver position relative to the coil using phase-based quadrant detection.
[17]
The positioning system according to [1], wherein the arithmetic unit performs initial estimation of the receiver position and the azimuth of the receiver, and then evaluates a plurality of positions around the initially estimated position.
[18]
The positioning system according to [17], wherein the arithmetic unit further evaluates an error between the field value measured for the plurality of positions and the estimated field value.
[19]
The arithmetic unit is further configured to select a second estimated position from the plurality of positions, and the second estimated position has the smallest field error compared to the other plurality of positions [18]. The positioning system described in.
[20]
Send a periodic signal during a positioning event using the transmit coil,
Using a receiver to detect the magnetic field vector generated by the transmitter coil and the orientation of the receiver with respect to the earth;
Using the arithmetic unit, the measured magnetic field vector, the measured orientation in the earth coordinate system and the known orientation of the transmitter coil in the earth coordinate system, the position and orientation of the receiver in the transmitter coordinate system A method of determining a position of a receiver with respect to a transmission coil.

Claims (15)

a) 地球座標系における方位が既知であり、測位イベント中に周期信号を送信する送信コイルと、
b) 前記送信コイルによって生成された磁界ベクトルと、地球座標系における受信機の方位とを測定する検出ユニットを有する少なくとも一つの受信機と、
c) 前記測定された磁界ベクトル、地球座標系における前記測定された方位、及び、地球座標系における前記送信コイルの前記既知の方位を用いて、前記送信機の座標系における前記受信機の位置及び方位を推定するように構成される少なくとも一つの演算ユニットとを備える測位システム。
a) a transmission coil having a known orientation in the earth coordinate system and transmitting a periodic signal during a positioning event;
b) at least one receiver having a detection unit for measuring the magnetic field vector generated by the transmitter coil and the orientation of the receiver in the earth coordinate system;
c) using the measured magnetic field vector, the measured orientation in the earth coordinate system, and the known orientation of the transmitter coil in the earth coordinate system, the position of the receiver in the transmitter coordinate system, and A positioning system comprising at least one computing unit configured to estimate a bearing.
前記検出ユニットは、磁界を測定する3軸磁気センサと、方位を測定する方位センサとを含む請求項1に記載の測位システム。   The positioning system according to claim 1, wherein the detection unit includes a three-axis magnetic sensor that measures a magnetic field and an orientation sensor that measures an orientation. 前記送信コイルは、移動体電子装置に組み込まれ、送信コイル及び位置センサの両方が同時に移動するとともに、地球座標系における前記送信コイルの前記方位は、前記受信機内の前記演算ユニットにリアルタイムで供給される請求項1に記載の測位システム。   The transmission coil is incorporated in a mobile electronic device, and both the transmission coil and the position sensor move simultaneously, and the orientation of the transmission coil in the earth coordinate system is supplied in real time to the arithmetic unit in the receiver. The positioning system according to claim 1. 同時に独立して動作する複数の受信機を備える請求項1に記載の測位システム。   The positioning system according to claim 1, comprising a plurality of receivers operating independently at the same time. 前記演算ユニットが前記受信機に組み込まれている請求項1に記載の測位システム。   The positioning system according to claim 1, wherein the arithmetic unit is incorporated in the receiver. 前記演算ユニットは、前記受信機から離間され、前記受信機が、有線又は無線回線を介して、測定された前記磁界ベクトルと、地球座標系における前記方位とを前記演算ユニットに送信する請求項1に記載の測位システム。   The arithmetic unit is separated from the receiver, and the receiver transmits the measured magnetic field vector and the orientation in the earth coordinate system to the arithmetic unit via a wired or wireless line. The positioning system described in. 前記磁気センサは、向きが互いに直交する3つの平面コイルを含む請求項1に記載の測位システム。   The positioning system according to claim 1, wherein the magnetic sensor includes three planar coils whose directions are orthogonal to each other. 前記受信機は、前記送信コイルの前記磁界を測定する複数の3軸磁気センサを備える請求項1に記載の測位システム。   The positioning system according to claim 1, wherein the receiver includes a plurality of three-axis magnetic sensors that measure the magnetic field of the transmission coil. 前記送信コイルは、前記演算ユニットに組み込まれ、前記受信機の位置データが、前記演算ユニットに送信される請求項1に記載の測位システム。   The positioning system according to claim 1, wherein the transmission coil is incorporated in the arithmetic unit, and position data of the receiver is transmitted to the arithmetic unit. 前記演算ユニットは、テレビ受像機、携帯電話機、タブレット型コンピュータ、ノートブック型コンピュータ、デスクトップ型コンピュータ、ウェアラブル装置及びビデオゲーム装置の少なくとも一つを備える請求項1に記載の測位システム。   The positioning system according to claim 1, wherein the arithmetic unit includes at least one of a television receiver, a mobile phone, a tablet computer, a notebook computer, a desktop computer, a wearable device, and a video game device. 前記受信機は、前記演算ユニットに組み込まれ、前記送信コイルに対する前記演算ユニットの位置が判定可能である請求項1に記載の測位システム。   The positioning system according to claim 1, wherein the receiver is incorporated in the arithmetic unit, and the position of the arithmetic unit with respect to the transmission coil can be determined. 前記受信機は、スタンドアロンユニットとして構成され、前記受信機が、有線又は無線回線を介して、位置及び方位データを前記演算ユニットに送信する請求項1に記載の測位システム。   The positioning system according to claim 1, wherein the receiver is configured as a stand-alone unit, and the receiver transmits position and orientation data to the arithmetic unit via a wired or wireless line. 前記送信コイルは、ビーコン信号を送信するように構成され、当該ビーコン信号は、前記受信機の位置を判定するための周期信号部と、補助信号部とを含む請求項1に記載の測位システム。   The positioning system according to claim 1, wherein the transmission coil is configured to transmit a beacon signal, and the beacon signal includes a periodic signal unit for determining a position of the receiver and an auxiliary signal unit. 前記補助信号部は、コイル識別情報、コイル方位、送信信号周波数、送信コイルサイズ及び送信コイル形状の少なくとも一つを含む請求項13に記載の測位システム。   The positioning system according to claim 13, wherein the auxiliary signal unit includes at least one of coil identification information, coil orientation, transmission signal frequency, transmission coil size, and transmission coil shape. それぞれが異なる周波数で送信するように構成された複数の送信コイルと、
それぞれが前記送信コイルの一つから信号を受信する複数の受信機とを更に備える請求項1に記載の測位システム。
A plurality of transmit coils each configured to transmit at a different frequency;
The positioning system according to claim 1, further comprising a plurality of receivers each receiving a signal from one of the transmission coils.
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