JP4574945B2

JP4574945B2 - 位置測定用の方法及び装置

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Publication number: JP4574945B2
Application number: JP2002554744A
Authority: JP
Inventors: ケイ．パトワリ、ニール; ジェイ．オディ、ロバート; エイ．アレン、バーノン; アール．パーキンス、マシュー; ジェイ．ブルジョワ、モニク
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2001-01-05
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2021-12-19
Also published as: US6473038B2; WO2002054100A3; WO2002054100A2; KR20030070597A; US20020122003A1; EP1352259A4; KR100580143B1; AU2002232638A1; CN1488076A; EP1352259A2; JP2005507070A

Description

本発明は無線装置の位置を測定するためのシステムに関する。

様々なシステムが物体の位置探索の能力を求めて提案されてきた。例えば、資産管理のために、オフィスビル内において物品（ラップコンピュータなど）の位置探索することが必要とされている。携帯電話ユーザの位置探索を可能にすることもまた必要とされている。

全地球測位システム（ＧＰＳ）は複数の固定の又は既知の位置の受信機又は送信機を使用して位置を測定するための従来技術によるシステムの一例である。ＧＰＳ受信者は複数の既知位置から受信した処理信号によりその位置を測定する。ＧＰＳの欠点として建物の谷間やビル内で、ＧＰＳ衛星からの信号が遮断されてしまい得ることである。

オフィスビル等の内部の対象物を追跡するため、有る手法では、ビル内の固定位置に一群の受信機を配置し、また位置探索される各オブジェクトに対して送信機を取り付ける。固定受信機は、一又は複数群の受信機から受信した信号に基づいて各対象物の位置を測定する中央コンピュータに接続される。しかしこの種類のシステムでは、全ての固定受信機、及び受信機と基準局の間の無線接続を含むインフラの十分な設置が必要である。それ以上に、これらのシステムは位置の正確な測定を実現できない。固定受信機の間隔の＋／−２５％の精度が一般的である。

受信された信号強度は原則的に送信者と受信者間の距離を測定するために使用可能である。しかし、チャンネル減衰による不確実性は達成可能な精度を大幅に減少することが知られている。

事前に位置が知られていない装置を、他の装置の位置探索をするために使用できることが必要とされている。直通通信が確立されることが不可能な装置の位置探索をできることが必要とされている。

導入されるインフラストラクチャがより少ない位置測定のためのシステムと方法が必要とされている。
特にビルや建物の谷間内の位置判断することに問題がある。

従って、上記の従来の技術の短所を克服したシステムと方法が必要とされている。

本発明は多くの異なった実施形態が可能であり、本開示が本発明の原則の一例として考えられるという認識とともに、図示し、又は本開示内の詳細な特定実施形態内に記述した、そして図示し記述した特定の実施形態に本発明が制限されないことを意図する。さらに本開示で使用された定義や用語は、制限と考えられず、単に説明しているものである。以下の記述では、参照番号のようなものは、幾つかの図において同じ又は関連する部材を記述するために使用される。

本発明の好ましい実施形態に基づいて、システムや方法は携帯装置の位置を推定するた
めに運営される。このシステムは多大なインフラストラクチャの設置を必要としない。
それ以上に、信号（ＧＰＳ信号など）の伝播を非常に阻害する建物の谷間やビル内部の場合、本システムは他の方法では範囲外となり得る装置のために位置情報を提供する機能を可能にする。

次の十年間で急増することが期待される、無線通信装置を使用して本システムは実装可能である。一定量の装置数の増加に伴ってシステムの精度が上昇するため、位置測定のシステムの精度は装置の急増から恩得を受ける。

図１はオフィスビルの内装の間取り１００の概略図であり、相互の位置の測定に関わる複数の無線装置が配置されている。

間取りは複数のオフィスを囲む外壁１０２を有する。壁で仕切られた第一小房群１０４と、同じく壁で仕切られた第二小房群１０６は外壁１０２内部に囲まれている。壁のあるオフィスの第一小房群１０８は外壁１０２の第一側に沿って位置し、壁のあるオフィスの第二小房群１１０は外壁１０２の第二側に沿って位置する。小部屋の壁、外壁１０２、壁のあるオフィス群１０８，１１０は異なる透過性や反射率を決定する周波数依存電気特性（実及び複素屈折率など）を有する。

間取りに示された丸１１２−１３２は携帯無線装置であり、その位置が未知だが、測定される。携帯無線装置１１２―１３２は、例えば、ラップトップコンピュータなど価値のある資産に取り付けた送受信セキュリティータグや、携帯電話など後述のハードウェアからなる無線通信装置からなる。黒丸１１２−１１８は携帯基準無線装置を表している。基準装置１１２−１１８の位置は固定地点の装置や規定された位置の装置（ＧＰＳ衛星など）と通信することにより、ある程度の測定精度で測定される。様々な基準位置技術が当業者に周知である。基準無線装置１１２−１１８は、例えば、それらの位置の測定が可能なＧＰＳ受信機を備えさせられる。別の方法では、一つ又は複数の基準装置１１２−１１８の位置は３つの固定受信機１３４−１３８を使用する到来差異時間（ＴＤＯＡ）により測定可能である。各基準装置１１２−１１８はコード化シーケンスを送信し得、コード化シーケンスは３つの固定送信機１３４−１３８により受信される。各固定受信機１３４−１３８がコード化シーケンスを受信した時間と固定受信機１３４−１３８の既知の位置の間における相対時間シフトは各基準装置の位置を計算するために使用される。さらに、基準装置がその位置の測定を可能するシステムを実現する他の可能な方法として、複数の異なるコードシーケンスに基づきオフィスビル全体の異なる位置において複数の光を変調するものがある。基準装置１１２−１１８は（光検出機を使用するなど）検出した変調された光の特定のコードを識別することにより位置を確定できる。モトローラインコーポレイテッド（Ｍｏｔｏｒｏｌａ．Ｉｎｃ．，）に譲渡された、米国特許第６，５４２，２７０号や、米国特許第６，８６５，３４７号はコード変調された光を使用する位置探索システムを開示し、本願に含まれている。

白丸１２０−１３０基準装置に対して遮断された携帯無線装置を示す。本発明に開示さ
れた特有の方法は遮断された装置１２０−１３０の位置を探索することが可能であり、詳細は後述されている。点線は相互の範囲内にある装置を接続している。全ての装置が相互の範囲の内部にあるわけではないことを注意しなければならない。中央処理ノード１３２は基準装置１１２−１１８の位置と遮断された装置１２０−１３０との位置を測定するための計算を実行する。詳細は後述する。幾つかの実施形態では、処理ノード１３２が使用されず、上記の計算が一つ以上の無線装置１１２−１３０に配信される。基準装置１１８と遮断された装置１３０はビルの外部に位置していることに注意しなければならない。この上記の２つの装置は電話などの無線通信装置であり得る。これら２つの外部無線装置１１８，１３０は一つ以上の他の無線装置１１８−１３２の位置を決定するために共働できる。従って、ただ一つの携帯装置１２０が処理ノード１３２の範囲にあるとしても、他の携帯装置は一連の装置を通じてメッセージを中継し処理ノードに接続できる。別の方法でも、無線装置１１２−１３２の出力範囲は高出力送信機の使用により拡大可能であり、そのため、全ての装置１１２−１３２は信号が相互に到達可能な範囲に入り得る。

図２はＧＰＳ衛星により提供される都市部２００と携帯ネットワークタワー２１４−２１８を示す。図２によれば、第一ビル２０２、第二ビル２０４、第三ビル２０６、第四ビル２０８は都市部２００に位置し、無線送信信号を遮断もしくは多数の経路の干渉の可能性を有する。ＧＰＳ衛星２１０，２１２は都市部２０２の視界内におる軌道に存在する。実際的には２つ以上の衛星が都市部２０２の視界内にあり得る。少なくとも４つのＧＰＳ衛星からの信号がＧＰＳ受信機の位置を測定するために受信される必要がある。第一基準局送受信機、第二基準局送受信機２１４，２１６は第一ビル２０２と第三ビル２０６のそれぞれの上に配置されている。基準局送受信機２１４，２１６は携帯無線装置２２２−２２８の距離を測定するための測定信号を生成するために使用される。第四ビルの左に位置する第三基準局２１８は位相配列又は“強化”アンテナ２２０を備える。強化アンテナ２２０は処理電子機器と同様に複数の放射状の部材からなる。到来方向推定（ＤＯＡ）アルゴリズムを使用して、強化アンテナ２２０は受信した信号により複数の無線装置２２２−２２８への方向を測定できる。

図２で示される遮断された装置２２２は４つのビル２０２−２０８の間に位置されている。遮断された装置２２２は図１に示す遮断された装置１３０であり得る。すなわち、ビル内部の位置に関係する無線装置１１２−１３０は外部に位置する無線装置とも接続可能であり、従ってビル内部の無線装置１１２−１３０の位置は広域座標系内部で測定可能であり得る。第一、第二、第三外部基準装置２２４−２２８は４つのビル２０２−２０８の外部に配置される。外部基準装置の一つは基準装置１１８と同一の装置であり得る。

移動交換局２３０は３つの基準局送受信機２１４−２１８と接続する。移動交換局２３０は処理ノード１３２を含む。移動交換局２３０を通じて信号を受信するために、処理ノード１３２は３つの基準局２１４−２１８と電気的に接続される。処理ノード１３２は位置推定を通信する目的のために救急―９１１システム（図示せず）など外部の情報システムに接続用の通信インターフェースを実現可能である。

ビル２０２−２０８は遮断された装置２２２に到来するための一つ以上のＧＰＳ衛星２０１，２１２からの信号を妨害し、おそらく遮断された装置２２２はＧＰＳ受信機を装備されない。

基準装置２２４−２２８が特定の基準局と接続しているという事実は無線ネットワークセルとほぼ同等の領域内部に対する基準装置の位置探索のために使用させることができる。正確な測定のため、一つ以上より好ましくは三以上の基準局２１４−２１８を使用するＴＤＯＡは基準装置の位置探索のために使用され得る。ＴＤＯＡにより位置探索を可能にするためのハードウェア又はソフトウェアが提供された基準装置は一つの基準局２１４−
２１８の範囲のみにあり、従って、事実上遮断された装置になり得る。

図３は本発明の好ましい実施形態に基づく無線通信装置３００（送受信機）の回路図である。図３によれば、アンテナ３０２は送信機受信機切替器３３６の第一端に対して電気的に接続されている。送信機受信機切替器３３６の第二端は受信信号増幅器３０４の入力に対して電気的に接続されている。受信信号増幅器３０４の出力は復調器３０６に対して電気的に接続されている。局部発信機３１０は復調器３０６に対して電気的に接続されている。復調器３０６の出力はアナログ−デジタル変換器３０８の第一入力に対して電気的に接続されている。受信信号増幅器３０４内の増幅帰還ループから引き出された信号はアナログ−デジタル変換器３０８の第二入力に対して電気的に接続されている。増幅器の帰還ループからの信号は受信信号の電力を示している。このような測定は受信信号強度表示信号（ＲＳＳＩ）と呼ばれる。ＲＳＳＩを有用な距離の指標にするために、信号は前もって決めた電力で送信される。アンテナ３０２と、Ｔ／Ｒ切替器３３６と、受信信号増幅器３０４と復調器３０６とで受信機を構成する。

デジタル−アナログ変換器３１６の出力は変調器３１４に対して電気的に接続される。局部発信機３１０は変調器３１４にまた接続される。変調器３１４の出力は送信信号増幅器３１２の入力に接続される。送信信号増幅器３１２の出力は送信器受信機切替器３３６の第三端に対して電気的に接続されている。変調器３１４、送信信号増幅器３１２、Ｔ／Ｒ切替器３３６、アンテナ３０２が送信機を構成している。

アナログ−デジタル変換器３０８の出力、デジタル−アナログ変換器３１６の入力、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３１８、プログラムメモリ３２０、プロセッサ３２２、加速度計インターフェース電子機器３２４、ＧＰＳ又は他の基準位置モジュール３２６、はデジタル信号バス３２８に対して電気的に接続されている。プログラムメモリ３２０は例えば電気的消却プログラム可能型読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）の形態を取る。プロセッサ３２２は好ましくはプログラム可能なデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む。加速度計インターフェース電子機器は加速度計３３０とインターフェースする。インターフェース電子機器３２４はプロセッサ３２２の割り込みピンに対して電子的に接続されている。インターフェース電子機器３２４は、無線装置３００が移動する時に、プロセッサ３２２に適用される割り込みを引き起こす信号を出力するインターフェース電子機器３２４への入力信号を加速度計が出力することを提供され得る。割り込み要求に対する応答として実行されるプログラムには無線装置の位置の測定に関するプログラムが含まれる。このようなプログラムはより詳細に後述されている。このプログラムはプログラムメモリ３２０に格納されている。加速度計を位置探索プログラム実行のトリガーと使用されることが好ましいため、位置探索プログラムは代替的に周期的に位置を測定するように書かれ得る。

ＧＰＳ受信機だけでなく、基準位置モジュール３２６は代替的に、例えば、上記の米国特許第６，８６５，３４７号と米国特許第６，５４２，２７０号に開示されるように、受信光の変調を感知することにより事務所内部の位置を測定するモジュールを含み得る。基準位置モジュール３２６は代替的に、例えば、他の近接センサ技術を使用し得る。幾つかの無線通信装置（ＧＰＳを使用しない携帯電話など）対する場合であり得る、計画的に遮断された装置内では、基準位置モジュール３２６は存在しない。

入力アナログ信号変換器３２６はアナログ−デジタル変換器３０８の第二入力に対して電気的に接続されている。入力アナログ信号変換器３２２は例えばマイクロフォンの形態を取り得る。出力信号変換器３３４はデジタル−アナログ変換器３１６の第二出力に対して電気的に接続されている。出力信号変換器３３４は例えば、スピーカの形態を取り得る。

資産管理目的のためにビル内の移動可能な対象物タグとして使用される無線装置の場合、入力及び出力アナログ信号変換器３２２と３３４を省くことが可能である。
図３のブロックダイヤグラムは処理ノード１３２の内部アーキテクチャを記述している。しかし処理ノード１３２に対して、信号変換器３３２と３３４は必要とされない。処理ノード１３２が固定された場合、それ自身の位置座標を事前にプログラムされ、他の基準位置モジュール３２６が不要となる。さらに、処理ノード１３２が固定された場合、加速度計３３０とインターフェース電子機器３２４は不要となる。無線受信機に対して電気的に接続されたワークステーションやパーソナルコンピュータは処理ノード１３２のようにまた使用することができる。

図４は、本発明の好ましい実施形態に基づく受信信号増幅器３０４のブロックダイヤグラムである。図４の受信信号増幅器３０４では、入力４０２が第一増幅器４０４に対して電気的に接続され、第二増幅器４０６が第一増幅器４０４に対して電気的に接続され、第二増幅器４０６に対して第三増幅器４０８が電気的に接続されている。第三増幅器４０８の出力は復調器３０６と整流器４１０に対して電気的に接続されている。整流器４１０は低域通過フィルタ４１２に対して電気的に接続されている。低域通過フィルタ４１２は差動増幅器４１４の第一入力に電気的に接続される。受信信号増幅器３０４に対する電力出力設定に一致した、設定電圧は差動増幅器４１４の第二入力に適用される。差動増幅器４１４はアナログ−デジタル変換器の第二入力に対して第一増幅器４０４の利得設定入力に対して電気的に接続されている。差動増幅器の出力はＲＳＳＩである。受信信号増幅器３０４は、アナログ−デジタル変換器３０８と共働して、信号強度計量器を構成する。

第一遮断された装置１２０−１３０（図１）と第二遮断された装置１２０−１３０（図１）、一つの基準局２１４−２１８（図２）、又は一つの固定受信機１３４−１３８（図１）に関する受信信号強度測定は、本発明の開示に基づき、第一遮断された装置２２２の近傍にある他の携帯無線装置の位置の測定に使用することができる。

図５は双方向到来時間測定法をするよう使用される直接シーケンス拡散スペクトラム送受信機５００である。図３で図示されたハードウェアを使用して実行可能な特定の機能を強調するために、図３で図示された特定のハードウェア要素を図５から除外している。図５では、アンテナ３０２、送信機受信機切替器３３６、受信信号増幅器３０４、送信信号増幅器３１２、復調器３０６、変調器３１４、局部発信機３１０は図３から示されている。

復調器３０６は局部発信機３１０と擬似乱数列（ＰＮ）相関計測器５０２を電気的に接続する。ＰＮ生成器５１０はＰＮ相関計測器５０２に対してまた電気的に接続する。ＰＮ相関計測器５０２は復調器３０６から受信したＰＮのバージョンとＰＮ生成器５１０に入力されたＰＮのバージョン間の相関関係の計算を実行する。ＰＮ相関計測器５０２は最大相関計算結果を与えるＰＮの２つのバージョンの間における相対位相のシフトを測定する位相測定器５０４を伴い内部作動する。ＰＮ相関計測器５０２の出力はベースバンド位相ロックループ５０８の入力に対して電気的に接続される。ベースバンド位相ロックループ５０８はクロック５０６に対して電気的に接続される。クロック５０６はＰＮ生成器５１
０に対して電気的に接続される。ＰＮ生成器５１０は変調器３１４に対して電気的に接続されている。

相関計測器５０２、位相測定器５０４、ベースバンド位相ロックループ５０８、ＰＮ生成器５１０は、プログラムメモリ３２０に格納され、プロセッサ３２２により実行される一つ以上のプログラムとして実装することができる。

同じ送受信機５００は双方向到来時間（ＴＯＡ）距離測定法に関する二つ以上装置によって使用され得る。一つの装置はイニシエータであり、もう一方の装置は応答装置である。作動中、イニシエータがＰＮを生成し送信する。応答装置がＰＮを受信し、使用される位相ロックループ５０８が時間を測定するクロックを調整し、またＰＮ生成器５１０を駆動し受信されたベースバンド信号のチップ速度を一致させるために使用される。待ち時間後、応答装置はＰＮを再送信する。応答装置の待ち時間は好ましくは以下の式で定義される。

Ｔ＝Ｒ×ＢＴ
ＢＴは擬似乱数列の存続期間であり、
Ｒは乱数である。
測定された距離の曖昧さを避けるために、光速（Ｃ）が乗算された擬似乱数列の存続期間は好ましくは送受信機の到達範囲より大きい。

同一の擬似乱数列による応答するようプログラムされた場合に、応答に偶発性を導入することは複数の応答する装置間の衝突を避けるために役だつ。
応答装置により再送信されたＰＮの受信は、相関計測器５０２内部で内部作動する位相測定器５０４を使用して、イニシエータは、イニシエータにより最初に擬似乱数列が送信された時間と擬似乱数列が応答装置から返信された時間との間の相対時間を測定する。相対時間はイニシエータと応答装置間の距離の測定を行うためにＣを乗算される。相関関係の作業は信号測定における測定された受信信号の位相である。

図６は本発明の他の実施形態に基づく強化アンテナ２２０のブロックダイヤグラムである。図６では、アンテナ列６０２は送信機受信機切替器列６０４に対して電気的に接続されている。アンテナ列６０２は位相列を含み、選択された方向から送信された信号を選択することができる。送信機受信機切替列６０４はダウン変換列６０６とアップ変換列６０８に対して電気的に接続される。ダウン変換列６０６は複数チャネルアナログ−デジタル変換器６１８に対して電気的に接続される。アップ変換列６０８複数チャネルデジタル−アナログ変換器６１０に対して電気的に接続されている。デジタル信号プロセッサ６１２は複数チャネルのアナログ−デジタル変換器６１８と複数チャネルのデジタルアナログ変換器６１０に対して電気的に接続されている。デジタル信号プロセッサ６１２はランダムアクセスメモリ６１４とプログラムメモリ６１６とを内蔵又は電気的に接続されている。到来方向推定（ＤＯＡ）アルゴリズムはプログラムメモリ６１６に格納され、デジタル信号プロセッサ６１２により実行される。ＤＯＡアルゴリズム処理信号は、アンテナ列６０２において特定の方向から到来した信号を選択するための複数チャネルアナログ−デジタル変換器６１８によりデジタル化される。ＤＯＡアルゴリズムは遠隔送信機が位置している方向を測定する。信号はアンテナ列６０２内の複数のアンテナに適用される信号の相対位相を制御するアンテナ列６０２によって特定の方向に送信可能である。

他の情報を持たない特定の携帯無線装置のための単純ＤＯＡ測定法は、単にその方向を測定するだけである。しかし、近傍の特定携帯装置と他の携帯装置に対する位置測定に貢献する本発明の開示に基づいて、このような測定を使用することが可能である。

基準局２１８に固定されるよりむしろ、強化アンテナ２２０は車両搭載無線装置などの第一携帯装置に取り付けることが可能である。第一携帯装置の挙動が未知の場合、他の携帯装置（送信携帯装置等）に対する方向は有益ではない、しかし第一装置の強化アンテナを使用した他の二つの装置の方向の差は第一携帯装置の旋回の下でも不変であり、本発明の技術に基づいて、近傍の三つの装置や他の装置の位置の測定に使用されることが可能である。

ここで説明するように、本発明は複数の携帯無線装置、好ましくは二つ以上の遮断された携帯装置を含む、の位置を、相互に到達距離内にある複数の装置の集合の間の送信信号により、測定するための方法とシステムを提供する。装置の到達距離は、複数の携帯装置の各装置から複数の装置の他の全ての装置に到達不可能なくらいに非常に小さくできる。短い到達距離を持つ設計の無線装置はバッテリの電力を節約できる。到達距離が制限されているにも関わらず、本発明は、位置測定の多くの装置の参加をさせることにより装置の位置測定精度の改善を可能にする。

本発明のいくつかの実施形態に基づき、複数の無線装置と、その到達距離内部にある複数の無線装置のうちの他の無線装置との各要素間で送信された信号は、一連の実測値を獲得するべく測定される。一群の無線装置は、測定工程の開始時にはその位置が未知の、少なくとも二つの遮断された装置を好ましくは含む。複数の座標の集合は複数の無線装置のために想定される。想定座標は、例えば、無線装置の最新の座標や、コンピュータ化された乱数生成器を使用した無作為に選択された座標、が可能である。測定結果は複数の予測測定値を獲得するための前提とされる座標に基づいて計算される。予測測定値は実測値と比較され、想定座標は実測値と予測測定値の比較の結果に基づいて修正される。測定結果を予測し、予測測定値と実測値を比較し、想定測定を修正する工程は、実測値と予測値の整合の改良が期待できなくなるまで好ましくは繰り返される。実際には、予測測定値と実測値の比較や想定測定の修正の工程は、数学関数を最適化（最小や最大を見つける）するコンピュータプログラムによって実施することができる。

本発明の幾つかの実施形態に基づいて、（Ａ）想定座標によって決まる予測測定信号値と（Ｂ）実測定信号値とによって決まる数学関数は、関数の（少なくとも大よその）最大又は最小化をする想定座標値の測定により最適化される。座標の最適化された値は推定された位置と一致する。上記の数学的関数は今後グラフ関数（ＧＦ）と記述する。数学的な表記法ではグラフ関数はこのような形の部分式を好ましくは含む。

Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿１＝ｆ１（ＡＳＭ，ｆ２（ＰＣ））
ＡＳＭは実測定信号の集合であり、ＰＣは想定座標変数の集合であり、ｆ１とｆ２は数学的関数又はコンピュータプログラムのサブルーチンである。

ｆ２はＰＣに基づいた予想測定信号値を与える。ＰＣは好ましくは少なくとも二つの遮断された携帯装置の座標を含み、ＡＳＭは好ましくは二つの遮断された携帯装置間の測定信号を含む。ｆ２は好ましくは閉じた式で記述が可能である（サブルーチンの形式など）数学的な式として実施される。別の方法では、ｆ２は例えば、第二位置からの送信された信号に基づくある位置における測定信号値を予測するレイトレーシングプログラムからなり得る。

グラフ関数は、多くの遮断された装置と極めて少数の（好ましくは少なくとも二つ、より好ましくは少なくとも三つ）基準装置からなり、その装置の間の多くの測定信号値によって決まる。極めて少数の基準装置しか存在し得なく、測定信号が大量の誤差を含み得るにも関わらず、多くの測定を使用することにより、本発明の方法は非常に正確に多くの遮断された装置の位置探索を可能にする。グラフ関数の項は各辺が二つの装置間で行われた
信号測定に一致し、辺の長さが二つの装置の離間した距離に一致する送受信機の位置のグラフにより表示可能な他の装置の到達距離内にある一部の送受信機がある送受信機の配列に適している。ここで使用されるように、部分式の用語は項、指数、因数、引数の超越関数やそれらの一部を含む。本発明の幾つかの実施形態に基づいて、少なくとも二つの遮断された無線装置の座標によって決まる少なくとも一つのグラフ関数はそれらの座標を測定するために最適化される。本発明により、計算が実行されるまで位置が未知であっても、多くの遮断された無線装置の位置が測定可能である。

実測定信号により測定され、予測測定信号により予測された信号は好ましくはＴＯＡのために使用される信号である。図５で示す送受信機は、双方向ＴＯＡ距離測定に使用される送受信信号として使用することができる。別の方法では、信号はＲＳＳＩのために使用される信号である。ＲＳＳＩを使用する際、二つの送信機間の距離はチャンネルの減衰モデルに基づいて引き出すことができる。

グラフ関数は好ましくは以下の形の部分式を含む
Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿２＝ｆ３（ＡＳＭ１−ｆ４（ＰＣ１，ＰＣ２））
ＡＳＭ１は実測定信号値であり、ＰＣ１は実測定信号を行う第一無線装置に一致する想定座標の集合であり、ＰＣ２は実測定信号を行う第二無線装置に一致する想定座標の集合であり、ｆ３は関数であり、ｆ４はＰＣ１とＰＣ２に基づく実測定信号値を予想する関数であり、実測定信号が受信信号強度表示信号の場合、ｆ４は受信装置と送信装置の距離に基づいて受信装置に到達した信号強度を予測するチャンネル減衰モデルを好ましくは含む。チャネル減衰モデル（ＣＨ＿Ａ＿１）は好ましくはこのような形を取る。

Ｐ_ｉ，ｊは他からのｉ番目とｊ番目の装置に到達するために予測されるデシベルの電力であり、ｄ０は基準測定を行うために使用される基準距離であり、Ｐ_０は距離ｄ_０により送信装置から離間した受信装置に到達するデシベルの電力である。

（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ，Ｚ_ｉ）はｉ番目の装置の想定座標の集合であり、（Ｘ_ｊ，Ｙ_ｊ，Ｚ_ｊ）はｊ番目の装置の想定座標の集合であり、ｎは所与の環境のために実験的に定めたパラメータであり、距離関数として電力の減少を特徴付けている。

詳細は後述するように、基準装置間の測定信号に基づいてｎを選択することができる。
グラフ関数は（各辺のための）一組の装置間の各測定の信号のために、Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿２形式の複数の部分式を好ましくは備える。Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿２内の関数又は処理手順ｆ３は、実測定信号ＡＳＭ１がｆ４により予測された測定信号と等しい場合、好ましくは極値を備えるように属性を持つ。グラフ関数を最適化する想定座標値はグラフ関数内の式
Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿２の各部分式を最適化する必要がない。後者は測定信号が別個に部分式を最適化し得る想定座標内に不一致を導く誤差を有するという事実のためである。信号装置の想定座標によって決まる複数の部分式に関するグラフ関数を使用することが好ましい。想定座標は上記の状態の下で最適化される。そうすることによって、独立した実測定信号の誤差の効果を減少させられる。最適化はグラフ関数の極値に一致した想定座標値の位置測定の精度を増加させる。

好ましくは想定座標の変数の集合は、その位置は最適化を行う前は未知である少なくとも二つの遮断された装置ための座標変数を備える。
さらに好ましくは、グラフ関数は実際の測定と予測測定の間の差を引数とする誤差確率関数を有する部分式を含む。数学的表記は
Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿３＝ＰＥ（ＡＳＭ１−ｆ４（ＰＣ１，ＰＣ２））
ＡＳＭ１、ＰＣ１、ＰＣ２、ｆ４は上記に定義され、ＰＥは誤差確率関数である。誤差確率関数は連続的な確率密度関数が好ましい。

好ましくは、複数のグラフの辺に対するＳｕｂ＿Ｅｘｐ＿３形式の部分式がある。好ましくは、各装置の座標に関するグラフ関数内に少なくとも二つの部分式がある。
さらにより好ましくは、誤差確率関数はガウス分布関数の部分式を含む。ガウス分布部分式は好ましくは以下の式であり、

ＡＳＭ、ＰＣ１、ＰＣ２、ｆ４は上記に定義され、δはＡＳＭを獲得するために使用する測定工程の標準偏差であり、複数のガウス部分式が、各々グラフの単一の辺に一致し、好ましくはグラフ関数同士で互いに乗算される。グラフ関数は好ましくはガウス因数の積の負の自然対数により導かれる。後の工程はグラフ関数から指数関数を除き、積を合計に変換し、関数と導関数の計算のための計算コストを減少させる。グラフ関数の導関数の計算は、共役勾配法など、幾つかの種類の最適化アルゴリズムでは必要である。

本発明に関連し使用可能であり、特に測定信号の誤差分布のモデル化に側に適している他の誤差確率関数は、レーリ分布、ワイブル分布、スズキ分布からなる。上記の各誤差確率関数は関数の形を決定する一つ以上の統計的パラメータを有する。レーリ分布はレーリパラメータを含む。ワイブル分布は形態パラメータと測定信号のＲＭＳ値を含む。スズキ分布はガウス分布の標準偏差に類似した役割を果たす二つのパラメータを含む。

各無線装置に対する複数の測定に関する関数を使用することは各無線装置に対する位置測定の誤った測定の一つの影響を減少する利点を有する。ガウスの誤差確率関数使用することにより、各測定は測定の標準偏差の観点から所定の重み付けされるという利点を有する。Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿４は実測定信号が予測測定信号と同一の時に最大（一致）を有する。従って、実測定信号が大きな誤差を有したとしても、本発明の技術に基づき、個々の誤差の影響は関連する標準偏差に基づいて重み付けされた測定信号を有するグラフ関数の構成により減少する。

別の方法では、誤差関数のレーリ確率が使用され得る。誤差関数確率はガウス確率誤差関数の場合は標準偏差δなど、一つ以上の統計モデルパラメータを含む。
グラフ関数はまた好ましくは基準装置の位置の推定値を含む複数の部分関数を含む。基準装置の部分式は好ましくはこのような式を取る。

Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿５＝ｆ５（ＰＣ３，ＲＣ３）
ＰＣ３は基準装置ための想定座標であり、ＲＣ３は基準ロケーション技術（ＧＰＳ、固定送受信機を使用したＴＤＯＡ）により測定された基準装置の座標であり、ｆ５は基準ロケーション技術座標ＲＣ３が想定座標ＰＣ３と一致する場合、極値（最大又は最小）を有する関数である。

より好ましくは、基準装置部分式は、想定座標と基準ロケーション技術により測定された座標との間の差異を引数とした、誤差確率関数を含む部分式を好ましくは有する。それは
Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿６＝ＰＥ（ＰＣ４−ＲＣ４）
ＰＣ４は基準装置のための想定座標であり、ＲＣ４はＰＣ４に対応する基準ロケーション技術（ＧＰＳ、固定送受信機を使用したＴＤＯＡ）により測定された基準装置の座標であり、さらにより好ましくは、グラフ関数は以下の式の部分式を有する。

ＰＣ４とＲＣ４の定義は上記され、δ_Ｂは基準ロケーション技術によりＲＣ４の測定に関連した標準偏差であり、グラフ関数はより好ましくはこの式の部分式を含み、

ｉは位置測定計算に関連する無線装置を表示する第一指標であり、ｊは位置測定計算に関連する無線装置を表示する第二指標であり、Ｎは相互の位置測定に関連する無線装置の数であり、Ｈｉはｉ番目の無線装置の到達距離内の全ての無線装置の集合であり、Ｐ’_ｉ，ｊは他の装置からｉ番目とｊ番目の装置の一つに到達した電力の測定（デシベルで表される）であり、Ｐ_ｉ，ｊはチャネル減衰モデルに基づく他の装置からｉ番目とｊ番目の装置の一つに到達した電力の測定（デシベルで表される）であり、δ_ｄＢはＰ_ｉ，ｊを測定するために使用される測定工程に起因する標準偏差である。デシベルで表現される電力の誤差はガウス分布に基づく分布であるため、δ_ｄＢをＰ_ｉ，ｊに適用することは注目に値する。絶対単位によって表現すると、電力測定の誤差の適合はガウス分布のように上手く適合し得ない。

Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿８に入力する電力測定に関連する無線装置の集合は固定装置、非固定基準装置、遮断された装置からなる。
ＣＨ＿Ａ＿１などのチャネル減衰モデルは、推定された各他の装置の座標とＮ装置の想定座標を有する測定信号から解釈された距離により決定される数式を獲得すべく、Ｐ’_ｉ，ｊとＰ_ｉ，ｊの代わりにＳｕｂ＿Ｅｘｐ＿８内へ置き換えることが可能である。方程式の結果の最大値と一致するＮ無線装置の想定位置の値は本発明に基づくＮ装置のための位置推定値と一致する。多変量関数最適化の変数の値を決定するための周知の様々なアルゴリズムがある。Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿８は複数の因数（部分式の一種）の積である。各ｉ番目の装置のための座標に関する一連の因数があることに注意すること。

相互の装置の位置を測定に関連する全ての装置が相互の到達距離にあるわけではない。本発明の好ましい実施形態に基づいて、グラフ関数は好ましくは、一つ又はそれ以上の組の装置が相互の到達距離内部に無いという情報を考慮に入れた到達距離外の部分式を有する。到達距離外の部分式は、相互に到達距離外にある既知の二つの装置間の距離（二つの装置のために想定座標の組を使用して測定）によって決まる。第一装置から応答を要求する送信信号が第二装置により応答されない場合、第一及び第二装置が相互に到達距離外であると測定されることが可能である。到達距離外部分式は好ましくは、相互に到達距離外である二つの装置間の想定距離が増加する傾向がある。例えば、推定座標に一致するグラフ関数の極値が最大の場合（最小とは対照的に）、到達距離外の部分式は好ましくは相互に到達距離外と測定される二つの装置の間の想定距離と同様に単調に増加する。一方、グラフ関数の推定座標の極値が最小の場合、到達距離外の部分式は好ましくは二つの装置の間の距離が増加するにつれ、単調に減少する。より好ましくは、到達距離外の部分式は相互の到達距離の外の二つの装置の想定距離が増加するように漸近的に固定値に近似する。

グラフ関数は好ましくは以下の到達距離外の部分式を有する。

Ｐ_{ｔｈｒｅｓｈ}は無線装置により検出される閾値電力である。上記の部分式の場合のように、チャネル減衰モデルのための式はＮ装置の想定座標の数学的関数を獲得するためにＰ_ｉ，ｊの代わりにＳｕｂ＿Ｅｘｐ＿９へ置換されることが可能である。Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿９は他の無線装置の到達領域の外側に装置がある事に基づく無線装置の位置の確率的な推測により記述される。Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿８は相互に到達距離内にある無線装置間に送信される信号の強度の測定に基づき、Ｎ無線装置の位置を推定するために使用されるのに対し、Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿９は相互の到達範囲外の無線装置の特定の組の情報に基づき位置推定を向上するために使用される。Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿９はまた各ｉ番目の無線装置の想定座標に関連する一連の因数を有する。各Ｓｕｂ−Ｅｘｐ−９の指数関数因数は相互に到達距離外にある２つの装置間の想定距離の増加につれ、単調に増加する（Ｐ_ｉ，ｊは単調に減少していくと過程される。）。さらに各指数関数因数は漸近的に固定値に近似する。見出された極値が最大値であるグラフ関数を使用する場合、相互の到達距離の外にある装置の想定座標を別々に増大する傾向があり、この増大の合計は距離の増加と共に減少していく。

別の方法では、相互の到達距離外と測定された二つの装置の想定座標の距離により到達距離外の部分式が決められ、二つの距離間の通信用の閾値の距離より一部の値が大きい距離の場合に極値を有する。到達距離外の部分式の極値は、例えば、単一以上の規定因数を乗算した閾値距離があり得る。規定因数は好ましくは１―１０であり、より好ましくは１．５―５である。

好ましくはグラフ関数はまたこの部分式を有する

（Ｘ’_ｉ，Ｙ’_ｉ，Ｚ’_ｉ）は基準ロケーションシステム（ＧＰＳ，ＴＤＯＡ等）を使用したｉ番目の基準装置の座標推定の集合であり、（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ，Ｚ_ｉ）はｉ番目無線装置の想定座標の集合である。

Ｒは基準ロケーション技術を備え各相互の位置の測定を行う無線装置の部分集合であり、δ_ｘ，δ_ｙ，δ_ｚはそれぞれ、基準装置のｘ、ｙ、ｚ座標を測定可能な基準ロケーションシステムに伴う標準偏差である。

本発明の好ましい実施例に基づいて、グラフ関数はＳｕｂ＿Ｅｘｐ＿８にＰ’_ｉ，ｊとＰ_ｉ，ｊの代わりにチャネル減衰モデル（ＣＨ＿Ａ＿１）の右手側を代入し、Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿８、Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿９、Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿１０の積の負の自然対数を取ることにより獲得される。代数的な簡略化後、グラフ関数の結果は以下のような形を取る。

ここで

ｄ’_ｉ，ｊは、チャネル減衰モデルＣＨ＿Ａ＿１内に使用し、ｄ’_ｉ，ｊを解くことにより、他の装置からある装置に到達する測定された電力を代入することにより測定される、ｉ番目とｊ番目の装置間の距離であり、（Ｘ’_ｉ，Ｙ’_ｉ，Ｚ’_ｉ）は基準ロケーション（ＧＰＳ等）から獲得したｉ番目の座標であり、ｄ_ｉ，ｊはｉ番目とｊ番目の装置の想定座標間の距離であり、例えば、

（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ，Ｚ_ｉ）はｉ番目の装置の想定座標の集合であり、（Ｘ_ｊ，Ｙ_ｊ，Ｚ_ｊ）はｊ番目の装置の想定座標の集合であり、ｄｔｈは検出のための閾値レベルの受信される信号となり得る送信無線装置から離間した受信無線装置の距離である。ｄｔｈはシステム内で使用される受信機の閾値電力レベルを考慮したチャネル減衰モデルを使用して測定される。

簡略化（指数関数と自然対数演算子の組合せを有する）後、Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿８、Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿９、Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿１０を有するグラフ関数ＧＦ１は容易に発見できない。しかし、代数的な簡略化はＧＦ１の属性を替えるわけではない。

例えば共役勾配法など、ある種類の最適化のルーチンのために、変数に対するグラフ関数の導関数が必要である。計算によりＧＦ１のための数式から導き出すことができる。
ＴＯＡ測定がＲＳＳＩの変りに使用された場合、以下の部分式がＳｕｂ＿Ｅｘｐ＿８の代わりにグラフ関数に含まれ、

ｄ_ｉ，ｊは想定座標に関するｉ番目とｊ番目の無線装置間の距離であり、ｄ’_ｉ，ｊは好ましくはｉ番目とｊ番目の装置間の測定された修正距離であり、δ_ｄは二つの装置間の測定を特徴付ける不確実性であり、ＴＯＡ測定は複数の経路の影響による距離を過大評価
する傾向がある。測定された距離に測定された距離より小さい値を返す式を使用する操作をすることによりｄ_ｉ，ｊは修正される。
ＴＯＡ測定の場合、ｄ_ｉ，ｊは測定される距離より小さな値を返す式を使用して測定された距離上で作動することにより修正された。より好ましくは、ｄ_ｉ，ｊは測定された距離から規定の定数を代入することにより獲得される。別の方法では、ｄ_Ｎｉ，ｊは測定された距離それ自体である。全ての場合においてｄ_ｉ，ｊは測定された距離によって決まる。

強化アンテナがシステムに供給され、その方向が既知の場合（基準局のような固定位置に取り付けられたことによる長所により）、グラフ関数は好ましくは以下の形の式を有する。

Ｘ_ｉはｉ番目の装置の想定ｘ座標であり、Ｙ_ｉはｉ番目の装置の想定ｙ座標であり、Ｘ_ｓは強化アンテナを備えた装置のｘ座標であり、Ｙ_ｓは強化アンテナを備えた装置のｙ座標であり、Θｉは強化アンテナのＤＯＡアルゴリズムにより測定されたｉ番目の装置に対する角度であり、δ_ΘはΘ_ｉの測定内の誤差を特徴付ける標準偏差である。
Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿１２はｉ番目の装置の想定座標とｉ番目の装置に対する測定された角度Θｉによって決まる。ａｒｃｔａｎ（（ｙ_ｉ−ｙ_ｓ）／（ｘ_ｉ−ｘ_ｓ））部分式は想定座標に基づいて測定される角度を予測する。想定座標に基づいて予測された角度測定と測定された角度が一致した場合に、Ｓｕｂ＿Ｅｘｐ＿１１は（最大）極値を有する。

強化アンテナを提供された携帯装置の場合、第二と第三装置からの第一装置における受信信号角度の差の測定は、近傍の他の装置と同様に、第一、第二、第三装置の位置の推定に使用することができる。強化アンテナに到来した信号における角度の差の測定を組込むことにより、グラフ関数は好ましくは以下の形の部分式を含む。

ａｎｇｌｅ＿ｍｅａｓ（ｉ，ｊ，ｋ）は、ｊ番目の装置に向かう方向とｋ番目の装置に向かう方向の間のｉ番目の装置に位置する強化アンテナを使用して測定された差異であり（ａｎｇｌｅ＿ｍｅａｓ（ｉ，ｊ，ｋ）はｊ番目とｋ番目の装置からの受信された信号に基づいてｉ番目の装置で測定される。）、δ_{ａｎｇｌｅ}はａｎｇｌｅ＿ｍｅａｓ（ｉ，ｊ，ｋ）の測定における誤差の標準偏差であり、ｍ（ｉ）はｉ番目の装置の到達距離内部の無線装置の数であり、ａｎｇｌｅ＿ｐｏｓｔ（ｉ，ｊ，ｋ）は余弦の法則を使用して見出
され、

（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ，Ｚ_ｉ）（Ｘ_ｊ，Ｙ_ｊ，Ｚ_ｊ）（Ｘ_ｋ，Ｙ_ｋ，Ｚ_ｋ）はそれぞれｉ番目、ｊ番目，ｋ番目の無線装置の想定座標である。
多くの手法がグラフ関数を最大化する想定座標の値を見つけるために適用されることが可能な関数の極値の測定法として周知である。それらの中には、１９８６年にプレス，Ｗ．Ｈ（Ｐｒｅｓｓ，Ｗ．Ｈ）などによりＮｕｍｅｒｉｃｃａｌＲｅｃｉｐｅｓ，Ｎ．Ｙ．，ＣａｍｂｒｉｇｅＵｎｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓのｐ３０２−３０７で開示された共役勾配法、ＮｕｍｅｒｉｃｃａｌＲｅｃｉｐｅｓのｐ３２６−３３４で同じく開示された擬似強化法（ＳｉｍｕｌａｔｅｄＡｎｎｅａｌｉｎｇＭｅａｔｈｏｄ）、フォーゲル、Ｄ．Ｂ．がＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ．Ｖｏｌ．５Ｎｏ．１（１９９４年１月）擬似的な進化の最適化の導入（ＡｎＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＳｉｍｕｌａｔｅｄＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）、で開示した遺伝的アルゴリズムがある。単式グラフ関数を導くというよりは、グラフ関数はサブルーチンを階層的に実施される。例えば、グラス関数の各部分式はプログラムのサブルーチンとして表されることができる。処理ノード１３２は好ましくは、グラフ関数の極値を導き出すために最適化ルーチンを実装したプログラムメモリ３２０に格納されたプログラムを提供される。他の方法として、最適化のルーチンは無線装置１１２−１３２などの複数のノードにより実行される。最適化ルーチンが複数の装置により実行される場合、各装置は、特定の項やグラフ関数の導関数を評価し、他の装置と結果を共有する。

図７は近傍の無線装置からの距離を測定する無線装置によって実行される処理７００のフローダイヤグラムである。処理７００はｉ番目の無線装置の観点から見たものである。工程ブロック７０２ではｉ番目の無線装置が認証要求を送信する。認証要求は認証要求が送信される電力と、ｉ番目の無線装置の近傍にある本来の及び配置された障害物とにより影響を受けるｉ番目の無線装置の到達距離の限界内にある他の無線装置に到達する。工程ブロック７０４はディシジョンブロックであり、ｉ番目の装置により受信された信号内に衝突が検出されるかどうかに出力が依存する。衝突が検出された場合、処理ループは工程ブロック７０２に戻る。衝突が検出されなければ、処理はｉ番目の無線装置の近傍の無線装置から認証応答を受信する工程ブロック７０６に進む。工程ブロック７０８では、工程ブロック７０６内の応答され、その応答を受信した、装置のＩＤはｉ番目の装置内のメモリに記憶される（ＲＡＭ３１８（図３）など）。

工程ブロック７１０では、応答が処理ブロック７０６で受信された各無線装置のために、信号測定が行われる。各信号測定は好ましくは双方向ＴＯＡ到来測定からなる。双方向ＴＯＡ測定の実行するため、ｉ番目の装置は好ましくは擬似乱数を使用してメッセージを送信し、応答として応答形にされる特定装置の認証をコード化する。認証は直接シーケンス符号多重分割接続（ＤＳＣＤＭＡ）技術に基づいた擬似乱数を使用してコード化される。応答はｉ番目の装置で受信され、応答の受信の遅れはｉ番目の装置と応答装置の間の距離を測定するために使用される。他の方法では、各測定信号はｉ番目の装置と応答装置の間の距離を計算するためにチャネルモデル（ＣＨ＿Ａ＿１等）と連動して使用されるＲＳＳＩ測定信号を有することができる。他の方法では、各信号測定はＤＯＡ測定を有することができる。測定信号はＤＯＡ，ＲＳＳＩ，ＴＯＡなどを含む方法群から選択された信号測定法の異なる種類の組合せを含む。また工程ブロック７０６で受信された認証信号の信号測定から行うことも可能である。

ｉ番目の装置がＧＰＳなど基準ロケーション技術を備えた場合、基準位置推定が獲得され得る。工程ブロック７１２では、基準ロケーション技術を備えたｉ番目の装置の場合、測定信号の結果や、ｉ番目の装置のための基準位置推定が処理ノード１３２に通信可能に接続される。測定信号や基準位置推定の結果は、処理ノード１３２に直接送信され、しかし、好ましくはその結果は、処理ノード１３２に到達する前に、一連の他の無線装置１１２−１３２（図１）、２２２−２２８（図２）を通じて経由される。処理ノード間で一連の送信内の情報の中継することは送信のため必要とされる電力を減少させるという利点を有する。アドホックネットワークが処理ノード１３２（図１）に測定情報を通信する目的のために相互の位置を測定する装置間で確立されることができる。アドホックネットワークでは、メッセージが直接目的に送信されるのではなく、近傍の装置に送信されるために送信電力が節約される。送信されるメッセージは複数のホップを経由し、アドホックネットワークで実行されるように、メッセージが近傍の装置を経由される場合、直接に到達できない装置に（処理ノードなど）到達可能になり得る。近傍の装置を経由する経路は、直線視野方向の送信の障害物を回避し得る。

処理７００はｉ番目の装置により保持される加速度計３３０により引き起こされる割り込みの検出に対する応答として実行するプログラムを実施する。割り込みに対する応答は、ｉ番目の装置がまた処理７００を実行するという要求をする他の無線装置にメッセージをまた送信し得る。代替的には、割り込みに対する応答として、ｉ番目の装置は処理ノード１３２（図１）にメッセージを送信でき、その移動を示し、そのメッセージの受信に対する応答として、処理ノード１３２（図１）は処理７００を同様に実行を要求する選択された他の無線装置にメッセージを送信する。他の無線装置の選択は最後に知り得た位置に基づくｉ番目の無線装置からの想定距離内部にあるであろう装置に基づいて行う。最後に知られた位置の装置はＲＡＭ３１８（図３）により記憶されることができる。

図８は図７で示される処理に対する応答として無線装置によって実行される処理８００のフローダイヤグラムである。図８はｊ番目の装置からの観点から示されたものである。工程ブロック８０２では、認証の要求はｉ番目の装置からｊ番目の装置により受信されたものである。工程ブロック８０４は送信時の遅延を避ける目的のための第一乱遅延である。工程ブロック８０６では、認証メッセージがｊ番目の装置からｉ番目の装置に送信される。（上記の信号測定は工程ブロック８０６で送信されたメッセージを利用することができる。）処理ブロック８０８では、位置推定に使用される信号が受信される。工程ブロック８０８で受信された信号は、例えば、擬似乱数に基づくＤＳ−ＤＡＭＡ信号を含む。工程ブロック８１０は第二乱遅延である（図５に関連する上記の間隔Ｔ）。工程ブロック８１２では、位置推定に使用される信号はｊ番目の装置からｉ番目の装置に戻るよう送信される。工程ブロック８０８で受信される信号と工程ブロック８１０で送信される信号は図５で示される送受信機に関連して記述された双方向到来時間測定を使用される信号であり
得る。

相互の位置を測定するために関連する各Ｎ装置での処理７００の実行は、各辺（辺の両端における各ノードのからの一つ）のために獲得された二つの冗長測定の結果である。実測定値は好ましくは二つの冗長測定の平均値である。

図９は複数の無線装置の位置を推定するための処理ノード１３２（図１）により実行される処理のフローダイヤグラムである。工程ブロック９０２では、測定信号と基準位置推定（工程ブロック７１２（図７）で送信されるように）の結果が複数（Ｎ）の無線装置から受信される。工程ブロック９０４では、距離は測定された距離を使用した測定信号に基づいて計算される。工程ブロック９０４は好ましくは、各辺のための冗長測定を平均化する副工程を備える。工程ブロック９０４の代わりに、測定信号に関する無線装置は測定に基づいて距離を計算可能であり、処理ノード１３２（図１）に距離情報を伝送可能である。工程ブロック９０６では、測定信号とロケーション技術位置推定に基づく距離はグラフ関数（ＧＦ１など）に入力される。工程ブロック９０８では、無線装置に関連する角度測定の結果はグラフ関数（グラフ関数が角度測定によって決まる部分関数を含む場合）に入力される。処理ブロック９０６と９０８は基準位置推定技術を伴うグラフ関数最適化サブルーチンを呼び出すことにより達成され、距離と角度測定は呼出しのパラメータである。処理ブロック９０４は処理ブロック９０６と組み合わせることが可能であり、測定信号を明確に表示するグラフ関数の最適化のサブルーチンが、呼出しパラメータとして測定信号の結果を呼び出せ得る。上記のように、グラフ関数は測定信号を明示的に伴うこともできる。後者の場合、測定信号はグラフ関数の最適化サブルーチンのための呼出しパラメータとして使用される。処理ブロック９１０ではグラフ関数は最適化され、グラフ関数の極値に一致した想定座標は複数の無線装置間の携帯無線装置の少なくとも一部のための位置推定として返される。図９で示される処理を実行するプログラムは図３で示されるプログラムメモリ（３２０）等、コンピュータ読取可能媒体に格納される。

上記のチャネル減衰モデル（ＣＨ＿Ａ＿１）は送信元からの距離の関数として電力の低下を特徴付けるパラメータｎを含む。本発明の更なる特徴に基づき、パラメータｎや、他のチャネルモデルの他のパラメータの値は基準装置間の送信電力の一つ以上の測定と、電力測定をするために使用される基準装置の位置推定に基づいて選択される。パラメータの値の選択は第一基準装置と第二基準装置間で行われる単一電力測定を基にすることができ、より好ましくは、２つ以上の基準局を含む１つ以上の単一電力測定を基にする。チャネルモデルは基準装置間の位置推定と電力測定を含むデータに適合させることにより最適化される。本発明の好ましい実施形態に基づいて、チャネルモデルは上記のデータに最小２乗法を行うことにより適合される。一度チャネルモデルのパラメータが基準度装置間で測定を使用して最適化されると、最適化に基づいて設定されたパラメータを伴うチャネルモデルは遮断された装置と基準装置の間、遮断された装置の組の間の測定信号の予測のためのグラフ関数として使用され得る。

上記のチャネル減衰モデル（ＣＨ＿Ａ＿１）は無線装置間の距離の測定に基づくＲＳＳＩととの関連において特に有用である。しかしながら本発明はこのチャネルモデルでの使用に制限されるものではない。既知の減衰属性を持つ障害物の既知の配列がある環境内の位置推定の場合のため、以下のチャネル減衰モデル（ＣＨ＿Ａ＿２）は距離測定に基づくＲＳＳＩと関連して有用である。

Ｍは特定の環境の障害物の種類の数であり、Ｘｌは環境内の障害物のｌ番目の障害の減衰であり、Ａ^ｌ _ｉ，ｊはｉ番目とｊ番目の想定位置の間の直線における妨害するｌ番目の種類の障害物の数であり、他の記号は上記している。

例えば、間取り１００（図１）の場合、Ｍ＝３、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３はそれぞれ図１に示された個室の壁、外壁１０２（図１）、壁に囲まれたオフィス１０８の壁を通過させられた減衰と一致する。チャネル減衰モデルＣＨ＿Ａ＿２は図１で示される間取りなど、地図に表示されるコンピュータのデータと同時に使用される。地図や間取りのコンピュータの表示はグラフ関数やグラフ関数の導関数を最適化や位置推定のためや評価するためにＣＨ＿Ａ＿２を伴い使用される。地図のコンピュータ表示は２つの装置の交差の想定位置間の直線の障害物の数や種類を測定するために使用される。障害物の数や種類はＣＨ＿Ａ＿２の合計を評価のために使用され、従って予想電力を想定座標に基づいてＣＨ＿Ａ＿２を使用して測定可能である。

ＣＨ＿Ａ＿２は２つの無線装置間の送信電力を測定するｎパラメータＸ_ｌに加えて幾つかのパラメータを持つ。また信号の環境を特徴付けること、別の言い方をすれば、基準装置間の複数の測定の結果にＣＨ＿Ａ＿２を適合させることによってチャネルモデルｎ，Ｘ_ｌのパラメータを最適化することが可能である。基準装置のための位置推定と、基準装置間の送信される信号の測定チャネルは減衰モデルのパラメータ（ｎ，Ｘ_ｌ）ための値の選択に使用されることができる。このパラメータの値の選択するための一つの方法は最小２乗法測定データのチャネルモデル式に適合する。最小２乗法の場合、チャネルモデルで測定されるパラメータよりも多くの測定の適合が行われる。好ましくは少なくともＭ＋２測定では、各関連する異なる組の基準装置はパラメータ（ｎ，Ｘ_ｌ）の値を選択するために使用される。ＣＨ＿Ａ＿２がＸ_ｌやｎに線形であると同程度に、線形代数はこれらのパラメータの最小２乗法の解を測定するために使用される。明確には開示されていないが、最小２乗法による適合や、基準装置測定に基づき、他のチャネルモデルのパラメータも又最適化され得る。

上記のシステムは、測定される位置推定が位置推定に関連する装置の数が増加するにつれ精度がより上昇する傾向という利点を有する。特に後者は無線装置が次の数十年で増大すると期待されている事実の点から有望である。

上記のシステムの更なる利点は範囲信号を各無線通信装置から送信する電力が低下する、なぜなら一連の信号は少数の最も近い近傍の無線通信装置に単に到達すればよく、遠隔にある固定基準局に到達する必要がないためである。同様の理由で、別の方法では必要とされ得る各装置の合理的な電力レベルの範囲内の固定基準局を保証するための大量の固定基準局の必要性を不要とする。また正確な位置推定を獲得するために、大量の固定基準局を必要としなくなる。

相互の位置の測定に関わる複数の無線装置を配置したオフィスビルの内部の間取り図。本発明の好ましい実施形態に基づいたＧＰＳ衛星と携帯電話ネットワークタワーによって供給される都市部で、相互の位置測定する無線装置が配置されている概略図。本発明の好ましい実施形態に基づいた無線装置のブロックダイヤグラム。本発明の好ましい実施形態に基づいた受信信号増幅器のブロックダイヤグラム。本発明の好ましい実施形態に基づいた双方向到来時間距離測定法を行うための直接シーケンススペクトラム拡散方式のブロックダイヤグラム。本発明の別実施形態に基づいた高性能アンテナのブロックダイヤグラム。本発明の好ましい実施形態に基づいた近接した無線装置から距離を測定するための無線装置により実行される処理のフローダイヤグラム。図７で図示された処理の応答として無線装置により実行される処理のフローダイヤグラム。本発明の好ましい実施形態に基づいた無線装置の位置を推定するために処理ノードにより実行される処理のフローダイヤグラム。

Claims

測定信号を獲得するため、未知の位置を有する第一無線装置及び未知の位置を有する第二無線装置の間で送信された測定の第一信号を受信する工程と、
測定信号、第一無線装置の想定座標の集合、及び第二無線装置の想定座標の集合により決められ、以下の部分式

上記式において、S=P _i,j -P' _i,j であり、
ｉは位置推定計算に関連するｉ番目の装置を意味する第一指数であり、
ｊは位置推定計算に関連するｊ番目の装置を意味する第二指数であり、
Ｎは相互の位置の推定に関連する無線装置の数であり、
Ｈ _ｉはｉ番目の無線装置の到達距離内の全ての無線装置の集合であり、
Ｐ’ _ｉ，ｊはｉ番目無線装置とｊ番目無線装置の間にて送信される電力の測定値であり、
Ｐ _ｉ，ｊはチャネル減衰モデルと、ｉ番目無線装置及びｊ番目無線装置の想定座標に基づくＰ’ _ｉ，ｊの推定であり、
δ _ｄＢはＰ’ _ｉ，ｊの測定に使用される測定工程による標準偏差であり、
Ｐ _{ｔｈｒｅｓｈ} は無線装置によって検出された閾値電力である、
部分式を含む関数において、極値を求める工程と、
前記関数の極値に基づいて前記第一無線装置及び第二無線装置の位置を推定する工程とからなる、無線装置の未知の位置を推定するための方法。
測定信号を受信する工程が、
第一装置から第二装置に第二信号が送信された第一時間と、第二信号に対する応答として第二装置から送信された後に第一装置で第一信号が受信される第二時間との差により決まる相対時間の測定を受信する副工程を有する請求項１に記載の方法。
測定信号を獲得するため、未知の位置を有する第一無線装置及び未知の位置を有する第二無線装置の間で送信された測定の第一信号を受信する工程と、
測定信号、第一無線装置の想定座標の集合、及び第二無線装置の想定座標の集合により決められ、以下の部分式

ｉは位置推定計算に関連するｉ番目の無線装置を意味する第一指数であり、
ｊは位置推定計算に関連するｊ番目の無線装置を意味する第二指数であり、
Ｎは相互の位置の推定に関連する無線装置の数であり、
Ｈ _ｉはｉ番目の無線装置の到達距離内の無線装置の集合であり、
Ｐ’ _ｉ，ｊはｉ番目無線装置とｊ番目無線装置の間にて送信される電力の測定値であり、
Ｐ _ｉ，ｊはチャネル減衰モデルとｉ番目無線装置とｊ番目無線装置の想定座標に基づくＰ’ _ｉ，ｊの推定値であり、
δ _ｄＢはＰ’ _ｉ，ｊの測定に使用される測定工程による標準偏差である、
部分式を含む関数において極値を求める工程と、
前記関数の極値に基づいて前記第一無線装置及び第二無線装置の位置を推定する工程とからなる、無線装置の未知の位置を推定するための方法。
測定信号を受信する工程が、
第一装置から第二装置に第二信号が送信された第一時間と、第二信号に対する応答として第二装置から送信された後に第一装置で第一信号が受信される第二時間との差により決まる相対時間の測定を受信する副工程を有する請求項３に記載の方法。
関数において極値を求める前記工程は、

（ｘ’_ｉ，ｙ’_ｉ，ｚ’_ｉ）は基準ロケーション技術を使用して測定されたｉ番目の基準装置の座標の集合であり、
（ｘ _ｉ，ｙ _ｉ，ｚ _ｉ）はｉ番目の無線装置の想定座標の集合であり、
Ｒは基準ロケーション技術を備え相互位置を測定することに関連する無線装置の部分集合であり、
δｘ，δｙ，δｚはそれぞれ、基準装置のｘ、ｙ、ｚ座標の測定が可能な基準ロケーション技術による標準偏差である、
部分式を含む関数において極値を求める副工程を有する請求項３に記載の方法。