JP4803970B2 - 分散型センサネットワークにおける到来時間差の決定 - Google Patents
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Description
x1(t)=A1s(t)+n1(t)
x2(t)=A2s(t−Δt)+n2(t)
であり、A1およびA2は各信号の振幅をスケーリングし、ΔtはTDOAを表し、波形n1(t)およびn2(t)はバックグラウンドノイズおよび他の干渉を表す。
1.特定サブネット1 マスタ:受動センサ装置PSD5、スレーブ:受動センサ装置PSD4および受動センサ装置PSD7
2.特定サブネット2 マスタ:受動センサ装置PSD2、スレーブ:受動センサ装置PSD4および受動センサ装置PSD6。
したがって、交替で動作している期間中、スレーブ受動センサ装置PSD4は異なるマスタからデータイベントを受信することになる。
σnが、0Hz〜2kHzにまで及ぶ矩形周波数スペクトルを有する背景ノイズのrms値であると想定する。背景ノイズがガウス分布を有する場合、予測される交差レートは、交差レベルL=0、すなわちゼロ交差レートの場合、その最大が2310交差/秒に達する。レベルLがL=σn、L=2σnおよびL=3σnまで徐々に上昇する場合、予測される交差レートは1340,312および25交差/秒まで低下する。L=4σnである場合、平均すると、1交差/秒未満となる。
1.捕捉した信号が所定のレベルLを交差する時間瞬間を検出し、それからレベルLの上向き交差と下向き交差が交替する瞬間によって画定される一連の連続した時間間隔を作成する。以下、こういった特定の瞬間を有意瞬間と呼ぶことにする。有意瞬間は、通信リンクを介してすべてのスレーブ受動センサ装置PSDに、TDOAの決定を実行できるようにするために提供される。
2.所定数Nの有意瞬間が検出された時間間隔を画定する時間瞬間を求める。こういった時間瞬間は、サイクル終了パルスECと呼ばれ、通信リンクを介してすべてのスレーブ受動センサ装置PSDに、それぞれの内部データの更新を同期させるために送信される。ECパルスが発生する瞬間は、有意瞬間の「デシメーション」の結果として見ることができる。
3.クロスレーション加算解析器CSAが使用すべきクロスレーション加算CS波形の形状を求めて、マスタ受動センサ装置PSDが捕捉した信号を発生している物体を最もよく表す特定クラスOCを示す。このような分類は、波形解析器WANのメモリCSTに格納されているデータを使用して、決定されたクロスレーション加算CSの適当な表現を解析することによって実行することができる。
1.マスタ受動センサ装置PSDによって提供される有意瞬間において、捕捉信号の重複セグメントを加算してクロスレーション加算CS波形を求める。
この特定の場合では、クロスレーション動作は実際に処理されている信号とは別の信号から抽出される有意瞬間に実行されるため、このクロスレーション動作を相互クロスレーションと呼ぶことにする。
2.加算から得られるクロスレーション加算CS波形を、マスタ受動センサ装置PSDによって提供されるサイクル終了ECパルスと合致する時間瞬間に波形解析器WANに転送する。
1.計算負荷:相互クロスレーションは、乗算を必要とせず、機能全体を並列に求めるため、可変遅延線が不要である。
2.通信リンク要件:空間的に分離したセンサにおいて受信されるクロス相関信号により到来時間差TDOAが取得される場合、それらの信号のうちの1つの高忠実度コピーをクロス相関器に送出しなければならないが、相互クロスレータは、その補正操作に対し有意瞬間のシーケンスのみを必要とする。データ送信の目的で、有意瞬間を、その有意瞬間においてその2つの極値間で非同期に交替するバイポーラバイナリ波形によって都合よく表すことができる。
処理されている信号が、0Hz〜2kHzにまでおよぶ矩形周波数スペクトルを有するものと想定する。
1.各受動センサ装置PSDから、そのモードに関わりなく:受動センサ装置PSDが捕捉する信号がレベルLを交差する率N(L)
2.マスタ受動センサ装置PSDから:マスタ受動センサ装置PSDによって捕捉されている信号を発している物体を表す可能性が最も高いクラスを示すインデックスOCの値
3.スレーブ受動センサ装置PSDから:スレーブ受動センサ装置PSDによって捕捉された信号を表す各クロスレーション加算CS波形について、最大値およびこの最大の時間的位置
1.検出モードのままである少なくとも1台の受動センサ装置PSDにおいて、検出交差率NDET(L)を上回る場合、検出(1つまたは複数)を宣言。検出は、隣接する受動センサ装置PSDにおいて観察されている交差率の合計が所定値NSUM(L)を上回った場合にも宣言することができる。
2.特定する構成で動作する各サブネットに対して、マスタ受動センサ装置PSDおよびスレーブ受動センサ装置PSDを動的に選択
3.TDOA測定値の集合に従来技術から既知のいくつかの数値アルゴリズムのうちの1つ(たとえば、Y. T. Chan等著「A Simple and Efficient Estimator for Hyperbolic Location」IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 42, NO. 8, August 1994を参照のこと)を適用することによって物体位置を求める
4.検出された物体のクラスおよび/または位置に応じて、カメラCAM1およびカメラCAM2、警報装置等、適当な作動装置の動作を開始、かつ/または最も確度の高い物体の分類および位置についての情報をマルチセンサ情報融合ネットワークの別のノードに送信
CYの出力がLより小さく、かつCZの出力がLより大きい場合、またはCYの出力がLより大きく、かつCZの出力がLより小さい場合、レベル上向き交差がセルCYとセルCZの「間に配置された」「仮想」セルVCで発生している。その他の場合、レベル交差は発生していない。
このモードでは、MX1およびMX2の出力がディセーブルされる。到来時間差信号プロセッサTDSPは、捕捉された信号にノイズが加わったもの、またはノイズのみの交差率を監視するという単一機能のみを実行する。
このモードでは、到来時間差信号プロセッサTDSPは、捕捉された信号の交差率を求め、また、その信号に対してクロスレーションを実行する。
このモードでは、到来時間差信号プロセッサTDSPは、捕捉信号の交差率を求め、また、適当なマスタ受動センサ装置PSDによって提供される有意瞬間およびサイクル終了パルスを利用することによってその信号に対して相互クロスレーション演算を実行する。
Claims (9)
- 物体からの信号をそれぞれ検出することができる、異なる場所にある4つ以上のセンサと、該センサの出力に応答して、繰り返し、前記センサの部分集合を選択し、前記部分集合中の前記センサが前記信号を受信する時間が互いに関して遅延している量を求めて、前記物体の現在位置を計算できるようにする制御手段と、を備え、
前記制御手段は、センサ出力のパラメータが所定の検出しきい値レベルを上回ることの検出に応答して前記部分集合を選択する物体追跡システム。 - 前記制御手段は、少なくとも前記センサ出力が、前記第1に述べたしきい値レベルと異なる第2のしきい値レベルを上回るパラメータを示すか否かに応じて、前記センサが前記部分集合に属しているか否かを判断するように動作可能である請求項1記載の物体追跡システム。
- 前記部分集合中の第1のセンサと第2のセンサによる前記信号の受信に見られる遅延を求めるために、前記第1のセンサからの出力を、所定のイベントが前記第2のセンサからの出力内で発生する時間を表す信号に従って処理する手段を備えた請求項1または請求項2記載の物体追跡システム。
- 前記第1のセンサの前記出力のセグメントの合成を作成する手段であって、前記セグメントは、前記第2のセンサの前記出力におけるイベント間の遅延に対応する間隔だけ互いに関してずらされる、出力のセグメントの合成を作成する手段と、前記合成における特徴部の位置から前記時間遅延を求める手段と、を備えた請求項3記載の物体追跡システム。
- 前記センサはそれぞれ、マスタモードにおいて、前記イベントの発生を表すデータを送信するように動作可能であり、また、スレーブモードにおいて、前記時間遅延を求めるために、別のセンサの出力でのイベントの発生を表す受信データを使用してセンサの出力を処理するように動作可能である各センサ装置の一部をなす請求項3または請求項4記載の物体追跡システム。
- 前記制御手段は、前記部分集合中の前記センサ装置の1つに前記マスタモードで動作させ、前記部分集合中のその他のセンサ装置を前記スレーブモードで動作させるように動作可能である請求項5記載の物体追跡システム。
- 異なる場所に複数のセンサ装置を含む物体特定システムにおいて使用するセンサ装置であって、センサと、受信する制御信号に応答して該センサ装置を、
(a)該センサ装置が、前記センサによって感知された物体からの信号から導出されるデータを送信するように動作可能なマスタモードと、
(b)該センサ装置が、該センサ装置それぞれの前記センサによる信号受信に見られる時間遅延を求めるために、別のセンサ装置からのデータに従って前記センサの出力を処理するように動作可能なスレーブモードと、
の間で切り換える手段と、を備え、また、
前記求められた時間遅延を表すデータを送信する手段をさらに備えたセンサ装置。 - 前記マスタモードにおいて、所定のイベントが前記センサの前記出力内で発生する時間を示すデータを送信するように動作可能であり、前記スレーブモードにおいて、前記受信データを使用して、第2のデータによって定義される連続イベント間の遅延に対応する間隔だけ互いに関してずらされた、前記センサの前記出力のセグメントを画定して、該セグメントの合成を作成し、該合成における特徴部の位置から前記時間遅延を求めるように動作可能である請求項7記載のセンサ装置。
- 前記所定のイベントは、前記センサ出力のレベルが所定のレベルを上回るとき、および所定のレベルを下回るときに対応し、前記合成はサンプルを加算することによって作成される請求項8記載のセンサ装置。
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