JP2022536216A - 受動物体のレーダー画像を追跡又は産出するためのレーダー - Google Patents

Abstract

超広帯域（ＵＷＢ）に基づいたレーダーシステム及び方法は、反射ＵＷＢ信号パルスを使用して、検出可能なレーダー断面積を有する物体を位置特定及び／又は追跡する。該システム及び方法は、能動ＲＦタグの追跡に使用するものと同種類のＵＷＢ送受信機を使用して、監視対象区域内で非タグ付き物体の検出、位置特定、及び追跡を可能にするチャネルインパルス応答データを処理する方法を含む。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年９月２０日出願の米国仮特許出願第６２／７３３，９０８号の優先権を主張し、その記載内容を、完全な形で引用することで組み込む。

本開示は、一般的に、無線周波数（ＲＦ）タグ付き物体を追跡するためのＲＦシステム及び方法に関し、非タグ付き物体を追跡するためのレーダーシステム及び方法に関する。本発明は、より具体的には、能動のＲＦタグ付き物体を追跡するために設計されたシステム要素を使用可能で、非タグ付き又は受動の物体を追跡するシステム及び方法に関する。これに関連して、受動物体は、該物体を識別又は追跡する目的で、能動送受信機でタグ付けされない、無線周波数（ＲＦ）パルスを反射可能な物体と定義される。

先行技術の説明
能動ＲＦエミッタでタグ付けされた物体を追跡するためのシステムは、公知である。このような追跡システムは、典型的に、監視対象区域内で、ＲＦタグ付き物体の身元、状態、存在及び／又は移動を監視するように分散される複数のＲＦ送受信機デバイスを具備する。ＲＦ送受信機デバイスは、能動タグから送信信号を受信するＲＦ受信機として作動し、また、能動ＲＦタグを含む、他のＲＦ送受信機デバイスに情報を送信する場合もある。監視対象のタグ付き物体の例は、商品、人間、動物、生産ラインの部品、及び用具を含んでよい。

ＲＦタグ付き物体の位置を決める、少なくとも２つの基準送受信機を具備する超広帯域（ＵＷＢ）位置決めシステムは公知である。公知システムの基準送受信機は、固定位置に配置され、ＲＦタグ付き物体から信号を受信し、基準送受信機に対する位置を決定する。

指定の基準送受信機とタグ付き物体との間の距離は、様々な公知の到来角及び／又は到着時間差の手法を使用して、ＵＷＢ信号が、基準送受信機とタグ付き物体との間を一直線に移動する際の、ＵＷＢ信号の飛行時間から決定される。信号は、データパケットをともに形成する、連鎖パルスの形状である。各パルスは、データパケットのパルス間で分散される、プリアンブルコードの部分を含むプリアンブル部分を具備する。プリアンブルコードは、データパケットの多重パルスにわたって分散されたコード記号（－１、０、１）の連続体で、ペイロードを取得・復調するための取得補助として、また、能動タグと同期するよう使用するフレームタイミングを確立するために使用される。例えば、基準ＲＦ送受信機デバイスは、チャネルインパルス応答データを利用することで、飛行時間及び到着時間のデータ値を決定し、非見通し線、及びＲＦタグ受信機とＲＦ能動タグとの間の閾値設定問題を補正する場合がある。このようにして作動するＲＦ送受信機デバイスの１つの一般的な例は、アイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）８０２．１５．４基準の２０１１、２０１５、２０１８年版を含む、ＩＥＥＥ８０２．１５．４基準に準拠して作動するＲＦ送受信機デバイスである。

基準送受信機は、互いからまたタグから直接信号を受信するが、監視対象区域内の物体に反射する出射信号の反射光も受信する。プリアンブルコードの機能の１つは、パルス源から基準送受信機まで、線形経路を直接追跡するパルスを識別可能にすることである。飛行時間の計算に使用され、範囲を決定する反射信号は存在せず、タグの位置は、公知の位置で出射タグといくつかの基準送受信機との間の直接見通し線の範囲の組み合わせを使用して、決定される。

ＲＦタグを要する監視システム及び方法の制限又は欠点は、ＲＦ送信機でタグ付けされない物体の追跡又はマッピングができない点である。別の不具合は、タグ付けに費用や時間を要することである。いくつかの場合において、タグは、関連する物体から取外し又は脱離が可能で、システム上、物体は不可視となる。タグに基づいた監視システムのさらに別の欠点は、人間、動物、又は車両が、タグ付けされなくても監視対象区域に入場可能なことである。同様の制限及び欠点は、無線自動識別（ＲＦＩＤ）の、追跡システム及び方法に当てはまる。

本発明の実施形態は、好ましくは、本明細書記載のシステム、方法、及び非一時的コンピュータ可読記憶媒体を提供することで、単独又は任意の組み合わせで、上記に列挙したもの等の当業における１つ以上の欠陥、欠点又は問題点を緩和、軽減、又は排除することを追及する。

本明細書に記載のＵＷＢレーダーシステム及び方法の利点は、任意の種類のタグを持たない受動物体を追跡する能力を追加又は代わりとして与える一方、能動タグの追跡に使用するものと同種類のＲＦ送受信機デバイス及びＵＷＢパルスを使用可能な点である。本明細書に記載のシステム及び方法の技術的特徴の１つは、複数の基準送受信機が受信するチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）データを測定することで、異なるＲＦ反射物体が位置特定、追跡、及び／又は識別可能になる方法を実行する計算装置である。驚くべきことに、本発明者は、監視対象区域内の多重表面に典型的に反射するＵＷＢパルスの非常に複雑なベクトル場に関わらず、反射ＲＦパルスを使用して、受動物体が、リアルタイムで、位置特定、追跡、及び／又は識別可能であることを見出した。

本明細書の部分に組み込まれまた形成する添付図面は、本開示のいくつかの態様を示し、該説明とともに、本開示の原理を説明するよう機能する。

図１は、ＵＷＢレーダーシステムの１つの実施形態を示す。 図２Ａは、フーリエ変換の大きさ、すなわち、図１に示すＵＷＢ ＲＦ送受信機デバイスから出射された典型的なパルスの電力密度スペクトルを示す図である。 図２Ｂは、ＦＣＣ規制限度に対して、図１に示すＵＷＢ ＲＦ送受信機デバイスが出射し得る典型的なパルスのエネルギーを示すグラフである。 図３は、グラフで強調したピーク値が、監視対象区域内の追跡物体からの遅延反射光を表す、チャネルインパルス応答データを視覚的に示すグラフである。 図４は、時間オフセットでの振幅変動が、図１のＲＦ増幅装置の１つから監視対象区域内の受動物体までの総追加光線経路に対応する、チャネルインパルス応答データを視覚的に示すグラフである。 図５は、パルスが、１対のＲＦ送受信機デバイス間にチャネルインパルス応答データを産出するように使用される、反射パルス用の光線経路を描写する視覚グラフである。 図６は、本明細書に記載の方法の２つの実施形態のステップのフローチャートである。

本発明の特定の実施形態は、添付図面を参照して記載される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形式で表現可能で、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈されるものではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が綿密かつ完全で、当業者に本発明の範囲を十分に伝達するように、提供される。実施形態の詳細な説明で使用され、添付図面で示される専門用語は、本発明を限定する意図を有さない。図面において、参照番号が同一であれば、同一の要素を指す。

以下の説明は、典型的な監視対象区域、典型的な物体、並びにシステムの構成要素の数及び／又は配列に適用可能な本発明の実施形態を重視する。しかしながら、本発明は、特定の区域、物体、及びシステム要素の数／配列に限定されないが、多くの他の区域、物体、及びシステム要素の数／配列にも当てはまり得ることを理解されたい。

本明細書で使用するすべての当業の特定の用語は、記載内容に照らして、それ以外であるとの指摘がない限り、当業で認められる意味を有するものと意図される。すべての当業以外の特定の用語は、記載内容に照らして、それ以外であるとの指摘がない限り、平易な言葉の意味を有するものと意図される。

本明細書で使用する能動物体は、物体の識別又は追跡を目的として、能動ＲＦ送信機でタグ付けされた物体であると定義される。

本明細書で使用する受動物体は、能動ＲＦ送信機又は無線周波数識別（ＲＦＩＤ）送信機でタグ付けされていないが、反射ＲＦパルスが、基準ＲＦ送受信機により検出されるのに十分なレーダー断面積及び反射性を有する物体である。一般的に、低ＲＦ反射性を備えた物体は、検出されるには大型でなければならず、高ＲＦ反射性を有する小型の物体を持つ物体は、検出可能である。例えば、受動物体は、成人又はロボット車両であり得る。

図１は、受動物体（１４）が、その内部で、追跡、レーダー画像にマッピング、及び／又は特徴づけられ得る、監視対象区域（１２）を囲うＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤとラベル付けされた４つの基準ＵＷＢ ＲＦ送受信機デバイス（１０）を具備するＵＷＢレーダーシステムの１つの実施形態を示す。送受信機（１０）は、計算装置（１６）と通信し、該計算装置は、表示装置（１８）と通信し得る。

ＲＦ送受信機デバイス（１０）は、能動ＲＦタグを追跡し、能動ＲＦタグの追跡に使用するものと同種類のＵＷＢパルスを出射するように設計された種類のものであり得る。監視対象区域（１２）の大きさと形状は、送受信機（１０）の数及び配置により決定され、送受信機（１０）が囲む区域内に位置特定される。送受信機（１０）の数は、変更可能であるが、好ましくは、少なくとも３つ、より好ましくは、少なくとも４つである。送受信機（１０）の設置台数を増やし、及び／又は送受信機（１０）の間隔を狭くすることで、装置の信頼性が高まり、アーティファクト応答が減少し、及び／又は感度限界が高まる。送受信機の間隔は、好ましくは、約５０メートル未満である。監視ＲＦの導入が所望でない用途に対して、ＲＦ送受信機（１０）は、能動タグに基づいた監視システム用に使用するものよりも小型のプリアンブルシーケンス及びペイロードを有するパルスを生成するように構成してもよい。

図１に示す実施形態に対して、ＲＦ送受信機デバイス（１０）は、物体のレーダー断面積にしたがって物体に反射するＵＷＢ ＲＦパルスからなるデータパケットを送信する。ＲＦ送受信機デバイス（１０）は、１対で作動し、対のうち１つは、データパケットのエミッタとして機能し、対のうちもう１つは、受信機として機能する。反射パルスは、チャネルインパルス応答（ＣＩＲ）データとして、受信装置により受信・記録される（図３及び図４）。チャネルインパルス応答データは、１対のＲＦ送受信機デバイスのうちもう１つが送信するパルスに由来するＣＩＲを測定する。以下さらに詳細に説明する通り、ＣＩＲデータを記録し、その後、ＲＦ送受信機デバイス（１０）により計算装置（１６）（例：サーバー）に送信して、受動物体を識別、追跡若しくは分類するか、又は受動物体のレーダー画像を産出する、追跡アルゴリズム及び／又はレーダー撮像アルゴリズムを実行する。

ＲＦ送受信機デバイス（１０）の各々は、特定の位置に位置決めされる。例えば、ＲＦ送受信機Ａは、指定されるデカルト座標位置（ｘａ，ｙａ，ｚａ）に配置され、ＲＦ送受信機Ｂは、座標位置（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）に配置され、ＲＦ送受信機Ｃは、座標位置（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）に配置され、ＲＦ送受信機Ｄは、座標位置（ｘｄ，ｙｄ，ｚｄ）に配置される。４つの座標間の区域は、ＲＦ送受信機デバイス（１０）により監視される区域（１２）である。監視対象区域（１２）の周囲に沿った異なる位置にいくつかのＲＦ送受信機デバイス（１０）を設置することで、ＲＦ送受信機デバイス（１０）は、幾何学的多様性が与えられて、受動物体（１４）の追跡及びＣＩＲデータによるレーダー画像の産出が容易になる。

各ＲＦ送受信機（１０）は、ＲＦパルスからなるデータパケットを送信し、データパケットを受信する。データパケットの受信は、環境中の物体に反射するものを含めて、パケットの出射ＲＦパルス由来のＣＩＲデータを測定する機構として使用される。反射ＲＦパルスは、少なくとも１つの他のＲＦ送受信機デバイスにより受信され、反射パルスから反射ＣＩＲデータを産出・記録する。ＣＩＲデータは、受信用送受信機（１０）から、ＣＩＲデータをＲＦ送受信機デバイスの各々から経時的に利用して、受動物体（１４）を追跡及び／又は受動物体のレーダー画像を形成する計算装置（１６）まで送信される。連鎖ＵＷＢパルスに含まれるプリアンブル信号コードは、ＣＩＲデータを反射パルスから識別し、反射パルスが送受信機に到達するのに要する時間を決定し、出射送受信機から反射物体、受信用送受信機、光線と称される経路までの距離を計算するために使用される。

図１に示す実施形態において、チャネルは、ＲＦ信号が、１つのＲＦ装置から送信され、別のＲＦ装置により受信される際に、ＲＦ信号がとり得る経路として定義される。これには、ＲＦ装置間の直接経路、及び信号が経時的にＲＦ装置間でとり得るすべての反射経路の総数が含まれる。このため、図１に示すＲＦ送受信機デバイス間に６つのチャネル（ＡとＢと、ＡとＣと、ＡとＤと、ＢとＣと、ＢとＤと、及びＣとＤとの間）が存在する。使用可能な各１対の送受信機（１０）間の移動方向が２つの可能性があり、指向性を考慮すると、チャネルの数は２倍になる。

ＲＦ送受信機デバイスＡは、パルスを送信し、ＲＦ送受信機デバイスＢ、Ｃ、Ｄの各々は、ＲＦ送受信機デバイスＡとＲＦ送受信機デバイスＢ、Ｃ、Ｄとの間のそれぞれのチャネルに沿ってそれぞれのチャネルインパルス応答を測定するＣＩＲデータを記録する。ＲＦ送受信機デバイスＢは、パルスを送信し、ＲＦ送受信機デバイスＡ、Ｃ、Ｄの各々は、ＲＦ送受信機デバイスＢとＲＦ送受信機デバイスＡ、Ｃ、Ｄとの間のそれぞれのチャネルに沿ってそれぞれのチャネルインパルス応答を測定するＣＩＲデータを記録する。ＲＦ送受信機デバイスＣは、パルスを送信し、ＲＦ送受信機デバイスＡ、Ｂ、Ｄの各々は、ＲＦ送受信機デバイスＣとＲＦ送受信機デバイスＡ、Ｂ、Ｄとの間のそれぞれのチャネルに沿ってそれぞれのチャネルインパルス応答を測定するＣＩＲデータを記録する。ＲＦ送受信機デバイスＤは、パルスを送信し、ＲＦ送受信機デバイスＡ、Ｂ、Ｃの各々は、ＲＦ送受信機デバイスＤとＲＦ送受信機デバイスＡ、Ｂ、Ｃとの間のそれぞれのチャネルに沿ってそれぞれのチャネルインパルス応答を測定するＣＩＲデータを記録する。

ＲＦ送受信機デバイス（１０）は、任意の公知の及び適切な配列を有し得る。例えば、ＲＦ送受信機デバイスの各々は、１つ以上のアンテナと、ＲＦフロントエンド回路と、１つ以上のＲＦ送受信機チェーンと、ベースバンド回路と、１つ以上のマイクロコントローラと、ネットワーキングインターフェースと、を具備し得る。１つ以上のマイクロコントローラは、外部コマンドを受信・処理し、さらに、高レベルのＲＦデータアプリケーションを実行するために、提供可能である。データレジスタ又はメモリも、測定時間間隔全体にわたって、ＲＦ送受信機デバイスにより産出されるチャネルインパルス応答データをバッファーリングするために、提供可能である。１つの実施例において、ＲＦ送受信機デバイスは、ＲＦフロントエンド回路と、ＲＦ送受信機チェーンと、ベースバンド回路と、を具備するＤｅｃａｗａｖｅ（登録商標）チップを具備する。１つの特定の実施形態において、Ｄｅｃａｗａｖｅ（登録商標）チップは、ＤＷＭ１０００モジュールであって、ＩＥＥＥ８０２．１５．４基準の２０１６年版にしたがって、作動するように構成される。

ネットワークインターフェースは、ＲＦ送受信機デバイスが、計算装置と通信可能な１つ以上のネットワークインターフェースのコンポーネントを具備可能である。ネットワークインターフェースは、任意の公知の無線技術（ＷｉＦｉ、３Ｇ、Ｌ ＴＥ、ｌｏＴ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、及び／若しくは同種のもの等のＩＥＥＥ８０２．１１基準にしたがって通信する任意のインターフェース）又はＴＣＰ／ＩＰ技術、イーサネット、ＵＳＢ、ＳＰＩ、及び／若しくは同種のもの等のより従来型の有線コンピュータネットワーク技術により、計算装置と通信可能である。

監視対象区域内の受動物体（１４）を特に監視する方法によれば、図１に示すＲＦ送受信機デバイス（１０）は、ＲＦタグリーダーや能動ＲＦタグとして作動しない。その代わりに、複数のＲＦ送受信機デバイス（１０）は、対象となる潜在的な受動標的を含む環境中の物体に反射される、プリアンブルコードを含むＲＦ信号を送信する。各ＲＦ送受信機デバイス（１０）は、パケットを受信する場合、他のＲＦ送受信機デバイス（１０）が送信するＲＦ信号由来のＣＩＲを測定するＣＩＲデータを記録するようにさらに構成される。ＲＦ送受信機デバイス（１０）の各々は、プリアンブルコードでＲＦ信号を交互に送信し、又はパケットを受信し、一部の時間間隔にわたって他のＲＦ送受信機デバイス（１０）のＲＦ信号由来のＣＩＲデータを記録し得る。ＣＩＲデータは、ＲＦ送受信機デバイス（１０）により、計算装置（１６）に送信される。

好ましい実施形態において、計算装置（１６）は、グラフィックスカードを具備する。１つの好ましい実施において、計算装置（１０）は、ＣＩＲデータをＲＦ送受信機デバイス（１０）の各々から受信するサーバーである。計算装置（１６）は、時間間隔にわたって各ＲＦ送受信機デバイス（１０）から送信されたＣＩＲデータから決定されるように、チャネルインパルス応答の変化を時間の関数として検出・測定し、受動物体を追跡し、又は受動物体の３次元レーダー画像等のレーダー画像を提供するように構成される。例えば、受動物体（１４）を追跡するために、計算装置（１６）は、時間遅延により示される距離に一致する時間遅延で現れるチャネルインパルス応答の変動を検出し得る。

データパケットが通常、プリアンブルコードを含んで、プリアンブルコードを、本明細書に記載の方法を実行し、本明細書に記載のシステムを使用するのに便利にする一方、プリアンブルコードに代えて、他種類のコード化されたシーケンスを使用可能である。

計算装置（１６）は、例として、パソコン、ワークステーション、サーバー、クライアント、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、ラップトップコンピュータ、若しくは１つ以上の個々のコンピュータ、携帯端末機、携帯用コンピュータ、手持ち式コンピュータ、パームトップ型コンピュータのネットワーク、又はそれらの任意の組み合わせ等のプロセッサ制御装置でよい。計算装置（１６）は、ユニプロセッサ又はマルチプロセッサ機でよい。したがって、計算装置は、１つ以上のプロセッサを具備可能である。プロセッサの例は、シーケンシャル状態機械、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（ＧＰＵ）、中央処理装置（ＣＰＵ）、アプリケーションプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）プロセッサ、システム・オン・チップ（ＳｏＣ）、ベースバンドプロセッサ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、ゲーテッド論理、離散的なハードウェア回路、及び本開示全体にわたって記載される様々な機能を実行するように構成された他の適切なハードウェアを含む。さらに、計算装置は、１つ以上のメモリを含んでよい。メモリは、例として、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセメモリ（ＤＲＡＭ）、電気的消却・プログラム可能型読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、プログラム可能型読取専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラム可能型読取専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、ハードディスク、光メモリ記憶、電子ネットワーク、及び／又はプログラムやデータ等の電子的コンテンツを送信若しくは記憶する他のデバイス若しくは他の技術を含む場合がある、メモリ記憶デバイス又はアドレス可能な記憶媒体を含む場合がある。

特に、１つ以上のメモリは、１つ以上のプロセッサにより実行される場合、１つ以上のプロセッサに、本明細書に記載の通り、追跡又はレーダー撮像のための計算を実行させるコンピュータ実行可能命令を記憶可能である。１つ以上のプロセッサは、コンピュータ実行可能命令が実行用に１つ以上のプロセッサに提供可能なように、１つ以上のメモリと動作可能に関連し得る。例えば、１つ以上のプロセッサは、１つ以上のバスにより、１つ以上のメモリと動作可能に関連し得る。さらに、計算装置は、入力装置（例：キーボード、キーパッド、制御装置、マウス、マイク、タッチスクリーン、センサ）及び出力装置（例：コンピュータ画面、プリンタ、又はスピーカー）を所有又は動作可能に関連し得る。計算装置は、Ｌｉｎｕｘ、Ｕｎｉｘ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）９５、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）９８、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＮＴ、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ＭａｃＯＳ（登録商標）、ＩＢＭ（登録商標）ＯＳ／２（登録商標）、ａｎｄ Ｐａｌｍ（登録商標）ＯＳ等の適切なオペレーティングシステム、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＣＥ又は類するもの等の埋め込みオペレーティングシステムを実行可能である。計算装置は、ネットワークインターフェースカード、モデム、又は１つ以上のネットワークに接続するのに適する他のネットワーク接続装置等のネットワーク通信装置に有利に装備可能である。

計算装置（１６）は、制御論理、若しくはプログラム論理、又は、計算装置に、本明細書に記載の特定かつ所定の方法で作動させるデータ及び命令を表す他の基板構成を有利に含み得る。特に、コンピュータプログラムは、実行される場合、制御プロセッサに、本開示の特徴の遂行を実行及び／又は実行させることが可能である。制御論理は、１つ以上のモジュールとして有利に実行可能である。モジュールは、コンピュータメモリに存在し、１つ以上のプロセッサで実行されるように有利に構成され得る。モジュールは、特定のタスクを実行するソフトウェア又はハードウェアのコンポーネントを含むが、これらに限定されない。このため、モジュールは、例として、ソフトウェアコンポーネント、プロセス、機能、サブルーチン、手順、属性、クラスコンポーネント、タスクコンポーネント、オブジェクト指向ソフトウェアコンポーネント、プログラムコードのセグメント、ドライバー、ファームウェア、マイクロコード、回路、データ、及び／又はそれらに類するもの等のコンポーネントを含んでよい。本明細書に記載のプログラム、モジュール、プロセス、方法等は、典型的な実施であるが、任意の特定のコンピュータ、装置、又はコンピュータ言語に関連又は限定されない。却って、様々な種類の汎用計算機又は装置は、本明細書に記載の教示にしたがって構築されたプログラムで使用可能である。同様に、例として、読取専用メモリ（ＲＯＭ）等の不揮発性メモリに記憶される配線論理又はプログラムを備えた専用コンピュータにより、本明細書に記載の方法ステップを実行する専用装置を構築するのは有利であることが判明し得る。

図２Ａ及び図２Ｂは、本開示に係るＲＦ送受信機デバイス（１０）により送信され得る１種類のパルスの特性の１例を示す。より具体的には、図２Ａは、フーリエ変換の大きさ、すなわち、ＵＷＢ ＲＦ送受信機デバイス（１０）から出射される電力密度スペクトルを示す時間領域内の典型的なパルスを示す。図２Ｂは、周波数領域内の典型的なパルスを示し、ＦＣＣ規制限度に対するパルスのエネルギーを示す。ＲＦ送受信機デバイス（１０）の各々は、各々が図２Ａ及び図２Ｂに記載されるもののようなパルスでＲＦ信号を産出して、他のＲＦ送受信機デバイス（１０）が、パルス由来のＣＩＲを測定するチャネルインパルス応答データを記録するように構成可能である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すパルスは、ＵＷＢ無線パルスであり、短く、低いデューティサイクルのパルスを有する波形を指す。最広帯域幅を有する実施において、結果生じる波形は、中心周波数（本実施例において約４．１ＧＨｚ）で１パルス当たり１つのサイクルに近づく。より狭帯域の実施形態において、各パルスは、通常いくつかのスペクトル形成を備えたサイクルのバーストからなり、帯域幅を制御して、帯域外発射若しくは帯域内スペクトルの平坦化、又は時間領域ピーク電力若しくはバーストオフ時間減衰等の所望の特性を満たす。所望の特性を有するそのような１つの波形モデルは、図２Ａ及び図２Ｂに示す通り、ガウス単一サイクルである。この波形は、ＵＷＢアンテナが出射する階段関数により作成される送信パルスの典型例である。波形のこの例が４．１ＧＨｚの中心周波数を有する一方、該パルスの他の実施は、約５００ＭＨｚ～１０．６ＧＨｚ、例えば３．１～１０．６ＧＨｚの範囲の中心周波数を有する場合がある。該パルスの帯域幅は、５００ＭＨｚ近傍又はそれを超過し得、このため、超広帯域パルスである。

図３は、１対のアンカー又は基準のＲＦ送受信機（１０）の第１の送受信機から送信されたパルスに応答して、該１対のＲＦ送受信機（１０）の第２の送受信機に記録された、ＣＩＲデータの１例の視覚グラフである。各サンプルインデックスは、約１ｎｓの時間増分を表し、該サンプルインデックスは、ＵＷＢ送受信機（１０）の内部のクロックに対する。「第１の経路」とラベル付けされたピークは、第１から第２の送受信機（１０）までのパルスの直接見通し線経路を表す。第１と第２の送受信機（１０）との間の距離は、２つの送受信機のクロックが同期され、送信時間が公知であれば、第２の送受信機によるパルスの送信とパルスの受信との間の時間遅延から決定し得る。「ピーク経路」とラベル付けされたピークは、監視対象区域（１２）内の受動物体（１４）に反射したパルス信号を表す。第１の送受信機（１０）から第２の送受信機（１０）までの光線経路長は、パルスの送信と反射信号の検出との間の時間遅延から計算し得る。第１及び第２の送受信機の間の距離が公知であれば、第１の経路とピーク経路の検出との間の時間遅延は、反射光線の経路長を計算するのに十分である。反射光の数は、監視対象区域（１２）内の環境により、図示の数より増減があり得る。複数の受動物体は、検出、追跡、及び／又はレーダー画像にマッピングされ得る。ＣＩＲデータのピークの数は、ノイズ閾値以下の振幅を有するピーク、すなわち図の「ノイズレベル」を除去することで低減可能である。監視対象区域外の距離を表す時間遅延は、当然ながら使用しない。

図４は、２つの送受信機間の直接の、直線距離と比較した場合、総追加光線経路長が１３フィートとなる、特定の受動物体（１４）に対応するピークを示す視覚グラフである。物体からの反射光は、第１の経路ピークの１３ｎｓ後に第２の送受信機（１０）に到達し、「ＣＩＲ振幅変動＠１３ｎｓ」として識別される。各サンプルインデックスは、約１ｎｓの時間増分を表す。追跡物体は、受動物体から反射するパルスを出射する第１のＲＦ送受信機デバイス（１０）からの総追加光線経路の距離に対応する時間オフセットで、振幅変動を導入する。本実施例において、該変動は、１３ｎｓの時間オフセットで産出され、このため、距離測定として使用可能である。ＲＦ送受信機デバイスの各々からこれらの距離測定を使用して、計算装置は、ＣＩＲデータを使用して受動物体を追跡可能である。さらに、これらの変動を使用して、３次元レーダー画像を作成可能である。

図５は、送受信機Ａにより出射され、受動物体から反射し、送受信機Ｂで受信して、対応するＣＩＲデータを産出する、パルス用の可能な多重光線経路を描写する視覚グラフである。すべての光線は、同一の総光線経路長を有し、反射面が図示の楕円体表面上にあることを意味する。監視対象区域内で受動物体を追跡するための方法において、３次元レーダー画像は、各対のＲＦ送受信機デバイス（１０）からＣＩＲ変動を使用し、変動を集積して、それをボクセルにマッピングすることを含んで、形成可能である。４つの送受信機を有するシステムに対して、６対の送受信機（１０）を配置する。

ＣＩＲ変動の時間オフセットの軌跡は、対のＲＦ送受信機デバイス（本実施例において、ＲＦ送受信機デバイスＡ及びＲＦ送受信機デバイスＢ）の見通し線に表面アラインされる楕円容積、すなわち図５に示すフレネルゾーンを作成するために使用可能である。該変動は、１組の同心楕円表面、又はその重ね合わせ３次元解の空間ボクセルに直接マッピング可能である。最も集積された変動を有する解の空間ボクセルは、物体の位置と相関する。

受動物体の位置を示すマップは、静的又は動的であり得る。マップは、すべての反射する受動物体を示して産出可能で、又はマップは、移動物体のみを示して産出可能である。時間上連続する瞬間で捕捉されるチャネルインパルス応答の変化は、監視対象区域（１２）内の受動物体の移動を追跡するために使用可能である。移動物体は、ＣＩＲデータのピーク振幅の経時的分布となる。受動物体を追跡するための方法において、静止物体を排除する計算アルゴリズムを使用することは所望であり得、それにより、ＣＩＲデータのピークが、経時的に一定となる。これらのピークをさらなる処理から除去すると、移動物体の追跡が簡略化される。

図６は、監視対象区域（１２）内の受動物体（１４）を示すレーダーマップを作成する同心楕円表面を使用して、計算装置（１６）が実行する方法ステップの２つの実施形態を示すフローチャートである。計算装置（１６）は、計算装置に、システムで能動である対のＲＦ送受信機（１０）の各々からＣＩＲデータを受信するように命令するプログラミングを含む。左側の経路は、移動する受動物体を表し、又は静止受動物体を排除する、ＣＩＲデータを選択しない。ＣＩＲデータの受信後、楕円表面は、監視対象区域内の受動物体からの反射光を示すＣＩＲデータの変動に対応して産出される。これらの表面は、仮想３次元空間のボクセルにマッピング可能で、ボクセルに配置された表面の交点又は交点の位置は、計算され、３次元空間のボクセルにマッピング可能である。最も集積された変動を有するボクセルは、受動物体（１４）を含むものと識別される。受動物体（１４）の位置を示す３次元マップは、ディスプレイ（１８）に表示可能である。

図６の右側の経路は、移動受動物体を表すＣＩＲデータを選択し、及び／又は静止受動物体を排除する。設定時間にわたってＣＩＲデータを受信後、設定時間で分散されない振幅を持つ変動は、排除可能である。代わり又は追加として、設定時間中に分散される振幅を持つ変動は、選択可能である。楕円表面は、ＣＩＲデータの残りの及び／又は選択された変動に対応して産出される。これらの表面は、仮想３次元空間のボクセルにマッピング可能で、ボクセルに配置された表面の交点又は交点の位置は、計算され、３次元空間のボクセルにマッピング可能である。最も集積された変動を有するボクセルは、受動物体（１４）を含むものと識別される。受動物体（１４）の時間に依存する位置を示す３次元マップは、ディスプレイ（１８）に表示可能である。

３次元レーダー画像を形成するために、各対のＲＦ送受信機デバイス間の変動は、マッピングされたボクセルに集積される。図から判明する通り、１組の同心楕円表面は、送受信機（１０）のすべてが、同一平面上に位置決めされても、３次元解となる。方法ステップは、パルスが反射される、受動物体の位置を決定及び／又は追跡するためのアルゴリズムにおけるステップとみなし得る。アルゴリズムを実行するための命令を含むプログラムは、スカラー場解法、またオプションとして、ボクセル内の反射面の存在に信頼値を与えるライス統計モデル又はレイリー若しくはナカガミ統計モデルを含み得る。

所望であれば、３次元空間は、１つの軸、例えば、垂直軸又はｚ軸に沿って変動を積分することで、２次元表示に次元降下可能である。これは、受動物体が、１つの軸が別の軸よりも長い物体と非対称である場合、利点になり得る。この例は、監視対象区域（１２）を歩いて通過する人間であり得る。該システム及び方法は、当然ながら、単一の受動物体ではなく、任意の数の受動物体（１４）を位置特定及び／又は追跡するために使用可能である。

Claims (5)

1. 監視対象区域（１２）内で受動物体（１４）を位置特定及び／又は追跡するためのシステム（１００）であって、
   少なくとも３つの超広帯域（ＵＷＢ）送受信機（１０）と前記少なくとも３つのＵＷＢ送受信機（１０）と通信する計算装置（１６）と、を具備し、
   前記少なくとも３つのＵＷＢ送受信機（１０）は、少なくとも２つの異なる対のＵＷＢ送受信機（１０）を形成し、各対が、第１のＵＷＢ送受信機と第２のＵＷＢ送受信機と、を具備するように構成され、
   各対における各第１のＵＷＢ送受信機（１０）は、プリアンブルコードを含むＵＷＢパルスを、各第２のＵＷＢ送受信機に送信するように構成され、
   各対における各第２のＵＷＢ送受信機（１０）は、各第１のＵＷＢ送受信機からの前記送信された直接見通し線のＵＷＢパルスと、前記監視対象区域（１２）内の前記受動物体（１４）から反射されたＵＷＢパルスとを受信するように構成され、
   各対における各第２のＵＷＢ送受信機（１０）は、前記直接見通し線のパルスと前記受動物体（１４）から反射された前記パルスとの両方から得られたチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）データを記憶し、記憶されたＣＩＲデータを前記計算装置（１６）に送信するように構成され、
   前記計算装置（１６）は、前記受動物体（１４）の位置を特定及び／又は追跡するために、直接見通し線により受信されたプリアンブルコードの飛行時間と反射されたプリアンブルコードの飛行時間との間の時間遅延を使用して、前記計算装置に、各第２のＵＷＢ送受信機（１０）から送信された前記ＣＩＲデータを受信し、前記ＣＩＲを処理するように命令する、コード化された命令を含む、システム（１００）。
2. 前記計算装置（１６）は、前記計算装置に、各対のＵＷＢ送受信機（１０）の前記見通し線に表面アラインされる楕円容積を作成し、前記受信されたＣＩＲデータの変動を、前記楕円容積内の１組の同心楕円表面にマッピングするように命令する、コード化された命令を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記計算装置（１６）と通信するディスプレイ（１８）をさらに具備し、前記受動物体（１４）の位置及び／又は追跡を表示するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 複数のＵＷＢ送受信機（１０）を使用して、監視対象区域（１２）内で受動物体（１４）を位置特定及び／又は追跡するための方法であって、
   計算装置（１６）において、少なくとも２つのチャネルの対のＵＷＢ送受信機（１０）の少なくとも２つの受信用ＵＷＢ送受信機（１０）からのチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）データを処理すること、を含み、前記処理は、
   前記少なくとも２つの受信用ＵＷＢ送受信機（１０）の各々に対する直接見通し線により受信されたプリアンブルコードの飛行時間と前記受動物体（１４）から反射されたプリアンブルコードパルスの飛行時間との間の時間遅延を使用して、前記反射されたプリアンブルパルスの総光線長に基づいて、前記少なくとも２つの対のＵＷＢ送受信機（１０）の前記見通し線にアラインされた１組の同心楕円表面を産出することと、
   前記楕円表面を、３次元解の空間ボクセル上にマッピングすることと、
   前記受動物体（１４）の位置及び／又は経路を、最も集積された変動を有する解の空間ボクセルと相関させることと、を含む、方法。
5. 請求項４に記載の方法を実行するためのソフトウェアを含むコードを含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

Images