JP4987481B2 - 位置情報の決定 - Google Patents
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Description
「能動」送信機タグを追跡するための、知られている従来技術のシステムが、「Ultra−wideband precision asset location system」(IEEE Conference on Ultra Wideband Systems and Technologies、2002年5月)と題する論文で公開されている。このシステムでは、船内の貨物室の広く間隔の空いた隅部の場所に配置された複数の受信アンテナを使用して、貨物室内の貨物に取り付けられた送信機タグから放射される超広帯域信号を検出する。円弧近似技法では、受信アンテナの中央コンピュータとの同期を利用し、各アンテナにおける識別パルスの到着時間の知識を使用し、3次元での物体の位置を確定する。
組み込まれた送信機によって送信される信号パルスを受信するための手段であって、受信するための前記手段が、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置され、前記信号パルスが好ましくは超広帯域信号パルスである手段と、
受信手段に結合され、物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成するための検出手段とを含み、
受信するための手段が複数の受信エレメントを含み、検出手段が、複数の受信エレメントで受信された信号パルスの相対タイミングを検出し、それによって角位置を決定することができるように適合される機器が提供される。
この機器は、UWBパルスを非同期的に(すなわち、同時送受信制御の下ではなく)送信することができる。到達距離は短いことがあり、一般に50メートル未満、通常、10メートル未満である。精度は、15cm未満とすることができる。好ましくは、複数のタグを同時に扱うことができる。別々の基地局を使用して、正確な位置を決定することができる。
複数の受信エレメントは、好ましくは、電磁アンテナアレイの形であり、好ましくは、非共線的に配置される3つ(以上)の受信エレメントを含む。例えば、受信エレメントは、直角三角形の軌跡の(すなわち、L形パターンにおける)ほぼ頂点に配置することができる。また、完全に共線的な配置も可能である。
好ましくは、この機器は、検出手段の出力を処理して、物体に関する位置情報を決定するための処理手段をさらに含む。さらに、処理手段は、検出手段の出力を追加の角位置と共に処理し、その結果、物体に関連する送信機の変位を決定するように適合させることができる。
好ましくは、区別手段は、組み込まれた送信機によって送信される信号の検出を駆動するように動作可能な検出クロックと、選択された信号周波数に応じて検出クロックを設定し、それによって、選択された信号周波数を有する信号が機器によって優先的に検出されるための手段とを含む。
あるいは、またはさらに、信号は、時分割多重化することができる。好ましくは、従来のTDMAのアルゴリズム、規格、およびチップセットが使用される。FDMAおよびCDMAの規格およびチップセットを使用することもできる。有利には、変調技法の使用と周波数偏移を組み合わせて、大きな範囲の一意で識別可能な物体の「シグニチャー」を作成することができる。
一実施形態においては、間隔を決定する手段は、少なくとも1対の受信エレメントで受信される信号を相互相関させ、相互相関結果に応じて間隔を決定するように動作する。好ましくは、相互相関方法は、打切り相互相関プロセスであり、それによって、例えば、受信エレメント間の最大信号遅延の知識を使用して、相互相関計算の範囲を制限する。打切り相互相関は、国際公開第01/59473号で教示されている。
好ましくは、処理手段によって適用されるプロセスは、信号の特性、または予想される特性に依存する。好ましくは、特性、または予想される特性は、周波数、位相、帯域幅、およびパルス幅のうちの少なくとも1つである。
好ましくは、処理手段の動作は、複数の受信エレメントによって受信された信号の間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって物体の角位置を決定することを含む。
好ましくは、受信手段および検出手段は、その周波数の5%、10%、または20%よりも大きい帯域幅を有する信号を受信し検出するように適合される。
好ましくは、信号はパルス信号である。
好ましくは、各パルス信号は、2nsより長い、好ましくは5ns、10ns、20ns、および50nsのうちの少なくとも1つよりも長いパルス長を有する。
好ましくは、その物体または各物体は、送信機を組み込んだ物体を含むまたは備える。
好ましくは、信号は、物体と関連した送信機によって送信される信号である。
(少なくとも)いずれの整合フィルタ態様においても、好ましくは、受信手段および検出手段は、その周波数の5%、10%、20%、30%、または40%よりも大きい帯域幅を有する信号を受信し検出するように適合される。あるいは、受信手段および検出手段は、その周波数の5%未満の帯域幅を有する信号を受信し検出するように適合させることもできる。好ましくは、整合フィルタは、パルスの持続時間よりもかなり小さい、受信パルスの一部分に整合するように適合され、整合部分はほぼシヌソイドである。
この特徴は、物体に関する位置情報を決定するための機器であって、信号パルスを受信するための手段であって、前記信号パルスが好ましくは超広帯域信号パルスである手段と、受信手段に結合され、物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成するための検出手段と、物体に向けてプローブ信号を送信するための手段とを含み、前記受信手段および前記送信手段が、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置され、前記信号パルスが、物体からのプローブ信号の反射および物体に関連した送信機によって送信される信号のうちの1つである機器の形で、独立に提供することもできる。
好ましくは、送信信号を生成するのに使用されない、検出手段と結合された受信機クロックをさらに含む。
本発明の他の態様においては、上記の機器を含む車両が提供される。
本発明の他の態様においては、物体に関する位置情報を決定する方法であって、信号を生成すること、物体から受信機器に信号を送信すること、受信機器で信号を検出すること、および受信機器に相対的な物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成することを含む方法が提供される。
この方法は、好ましくは、受信パルス列をサンプリングすること、および特性パルス周波数に関する特性サンプリング周波数を有する出力を生成することをさらに含む。出力サンプリング周波数は、特性パルス周波数よりも低くすることができる。出力サンプリング周波数は、5kHz〜100kHz、好ましくは25kHz〜90kHz、およびより好ましくは60kHz〜85kHzでよい。
本発明の関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定する方法であって、物体に関連する送信機を含む複数の送信機によって送信される複数の信号を受信すること、識別情報に応じて物体において送信される信号と任意の追加の受信信号とを区別すること、および区別された信号に応じて物体の角位置を決定し、それによって物体に関する位置情報を決定することができることを含む方法が提供される。
本発明の関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定する方法であって、物体で送信された信号を受信機器で検出すること、受信信号を表す出力信号を生成すること、および受信機器を同じ機器で較正することを含む方法が提供される。この方法は、好ましくは、基準送信機から信号を受信すること、および受信基準信号を表す信号を出力することをさらに含む。この方法は、物体において送信される信号の到着時間と基準送信機において送信される信号の到着時間との間のタイミング差を表す信号を出力することをさらに含むことができる。
この方法は、区別入力に応じて生成信号の固有特性を変化させることをさらに含むことができる。固有特性は、上記のとおりとすることができる。この方法は、信号を時分割多重化することをさらに含むことができる。信号帯域は、上記のとおりとすることができる。
本発明の関係する一態様においては、特性パルス周波数を有するパルス列を含む信号であって、特性パルス周波数が、2MHz〜20MHz、好ましくは5MHz〜15MHz、およびより好ましくは10.5MHz〜13.5MHzであり、パルスが、0.5GHz〜24GHz、好ましくは2GHz〜12GHz、およびより好ましくは5.8GHz〜7.2GHzの特性周波数を有する信号が提供される。
本発明の他の態様によれば、物体に関する位置情報を決定するためのシステムにおいて使用するための機器であって、システムの受信機によって検出されるパルスシーケンスを送信するための送信機を含み、送信機が、パルスシーケンスの特性を変化させてデータを受信機に送信するように適合される機器が提供される。
好ましくは、パルスシーケンスの特性を変化させる速度は、パルス周波数よりも大幅に低い。このようにして、メッセージのデータ速度は、システム自体の無線周波数よりもはるかに低くすることができる。
データ送信は、好ましくは、PRF変調によって行われる。これは、例えば、複数の送信機を区別するために使用することができる。各送信機は、この方法により、送信機を識別する情報を含む情報を送信することができる。この機構は、一般に、送信機と受信機システムの間でデータを送信するために使用することができる。
好ましくは、データを含むパルスシーケンスは、位置情報を決定するためにも使用される。
この機器は、送信機と受信機の間で通信を行うための手段をさらに含むことができる。例えば、この機器は、追加の通信を行うために、例えば送信機システムまたは受信機システムにおいて、別個の無線送信機を含むことができる。
例えば、位置決定で使用される信号を伝送する場合と、伝達情報を伝送する場合とで伝送周波数が類似または同じである場合、ほぼ同じコンポーネントをどちらの伝送にも使用することができる。これには、システムのサイズと複雑さを大幅に低減させる潜在的な利点がある。
本発明によれば、物体に関する位置情報を決定するためのシステムで使用される機器であって、物体の位置を決定するのに使用される信号を受信するための受信機を含み、かつ送信機から伝達情報を受信するための受信機をさらに含み、信号を受信するための受信機のコンポーネントが、伝達情報を受信するための受信機と共通である機器が提供される。
好ましくは、信号は、好ましくは、場合によってはパルス繰返し周波数変調によって信号を符号化または変調した、好ましくは物体の、識別子を含む。好ましくは、識別子はMACアドレスである。
本明細書に記載の技法は、受信機と送信機装置を含めた物体の間の距離がそれほど大きくない場合に、特に有用である。好ましくは、距離は、50m未満、好ましくは20m未満である。
送信機および/または受信機は、車両に搭載することができる。
例えば、物体が車両であり、車両に送信機が搭載されている場合、送信機は、車両に関する情報、例えば駆動性能、または例えば急ブレーキをかけているとの情報を送信することができる。この情報を、例えばその情報を送信する車両に近い他の車両で使用して、駆動方針、例えばブレーキ方針または事故回避方針を決定することができる。
本発明の上記のありとあらゆる態様において、例えば位置情報を決定するための、識別子を伝送するための、および通信するための、いくつかまたはすべての伝送は、超広帯域でよい。
本発明のさらに他の態様においては、上記のコンピュータプログラム製品を有形に実施する信号が提供される。
本発明の1つの態様における任意の特徴は、任意の適切な組合せで、本発明の他の態様に適用することができる。具体的には、方法の態様は、機器の態様に適用することができ、その逆も同様である。
その後、システムコンポーネントの相対タイミングに関する情報、受信ユニットの較正、および送信信号のチャネル化を含めた、位置決めシステムの設計の根底となる原則について説明する。
位置決めシステムの構成
図1は、位置決めシステムの第1の実施形態の概要図である。図1を参照すると、位置決めシステム100は、位置決定すべき物体102、物体102と関連しまたはそれに含まれ、信号106を出力する送信機104、および1対の受信機器200、202、および制御ユニット300を含む。受信機器200、202は、データリンク302、304によって制御ユニット300に接続されている。より詳細に後で論じるように、このシステムの諸変形形態は受動モードで動作させることができ、その場合、送信機は物体から離れて配置され、受信機で受信される信号は、送信された信号の物体からの反射である。
再び図1を参照すると、受信ユニット200、202を制御ユニット300に接続するデータリンク302、304は、電線である。第1の実施形態の一変形形態においては、データリンク302、304は、受信ユニット200、202と制御ユニット300の間の無線リンクによって構成されるが、他の組合せも、もちろん可能である。
能動物体の説明
図6は、位置決めシステムにおける能動物体の概要図である。図6では、物体102は、信号発生ユニット120に結合された送信機ユニット104を含み、これらのユニットが一緒に信号106を生成する。
図8は、位置決めシステムにおける受信ユニットの概要図である。図8では、受信ユニット200は、送信信号106を受信するための受信機コンポーネント210、信号106を検出するための、受信機コンポーネントに結合された検出器コンポーネント230、および信号を処理し、処理結果をデータリンク302を介して制御ユニット300(図示せず)に出力するための受信機側処理ユニット260を含んでいる。
制御ユニットの説明
図11は、位置決めシステムにおける制御ユニットの略図である。図11では、入出力インターフェース320が、データリンク302、304を介して2つの受信ユニット(図示せず)に接続されている。入出力インターフェース320は、コンピュータ330に結合されている。
位置決めシステムの設計の根底をなす原理
このシステムは、能動物体(すなわち「タグ」)の最大検出距離が10mであるように設計されている。(30m以上など)より長い検出距離も可能であるが、より高い出力およびより複雑さが必要となり得るので、コストが増大し複雑化するという犠牲を伴う。
図12は、位置決めシステムにおける受信ユニットのための例示的なタイミングを示すタイミング図である。図12では、送信パルス400、対応する受信パルス410、および受信機PRFクロックパルス420が、時間に対して描画されている。送信パルス402、404、406は、PRP430だけ隔てられている。受信パルス412、414、416は、送信パルス402、404、406に対して、時間オフセット432で受信される。可能性のある到達距離のあいまいさ434も示されている。下方の描画は、受信機の走査を開始するのに使用される受信機PRFクロックの出力を示す。送信機PRFクロックと受信機PRFクロックの間が非同期の関係であるので、受信機PRFクロックは、送信機クロックに対して任意の時間オフセット436をもつ。PRFクロックパルス422、424、426が送信され、同じパルス412、414、416が受信される間に、時間オフセット438が経過する。
タグの周波数精度(すなわち、受信機クロックと送信機クロックの間の整合の近さ)により、とりわけ、良好な信号対雑音比(SN比)を得るために所与の帯域幅信号に必要とされる処理量が決まる。SN比が高いと、精度が高まり、システムの検出距離が増大する可能性があり、一方、SN比が低いと、システムに累進的な誤差を生じさせる可能性がある。
受信ユニットの較正
上記の距離エラーは、システムの複数の受信ユニットによって出力されるデータに現在存在する情報から、送信機および受信機のクロック位相差を決定し、次に、得られた位相差について訂正することによって、補償することができる。
次に、送信信号のチャネル化についてより詳細に説明する。
好ましい実施形態においては、タグ識別(すなわち、特定の物体に関連する送信機によって送信される信号の識別)は、各物体に互いに異なるパルス繰返し周波数(PRF)で信号を送信させることによって実現する。次に、受信ユニットを、制御ユニットの制御の下、タイムベース回路により、任意選択で共通クロック信号(上記参照)によって、該当するPRFに「同調」させる。
信号の処理
上記のように、各受信ユニット200ごとの受信機側処理ユニット260(または、上記の変形形態においては、制御ユニット300自体)は、その入力として、各受信機チャネルに対応する(受信機ユニットのセンサアレイにおいて1アンテナごとに1つの)、サンプリングされ、フィルタリングされ、時間伸張された複数の信号をとる。受信機側処理ユニット260への各信号入力は、所望のタグ信号に対応する狭帯域の周波数を含んでいる。次に、処理を完了できるようにするために、各受信ユニット200、202(等々)によって制御ユニット300に情報が渡される。
計算効率を高めるため、レーダデータは、同相(I)成分および直交(Q)成分に分割され、複素数の対にデインターリーブされる。これにより、到達距離掃引時間を低減することができる。
整合フィルタ
検出アルゴリズムの別の部分では、整合フィルタを使用して、パルス波形の検出を機能拡張する。所与の入力x[n]に対する整合フィルタの出力y[n]は以下で与えられる。
インパルス応答h[n]を、予想される信号波形(すなわち、通常なら整合フィルタ原型として知られる、送信機によって送信される個々のパルスの形)の反転として設定することにより、フィルタの出力が入力信号を予想される信号波形と相互相関させたものに等しいことを示すことができる。これにより、計算的に効率的な受信パルス波形の検出方法が得られ、これを前処理方法として用いると、処理される信号の信号対雑音比が向上する。
能動モードでは、互いに異なるタグ送信機が、異なる特性をもつパルスを送信する場合、互いに異なる整合フィルタ原型は、異なるタグに対応する。
例示の目的で、受信パルスがIチャネルおよびQチャネルに位相が一定(例えば、周波数オフセットがゼロ)で現れるように、IQ信号がまずベースバンド化されると仮定する。次に、整合フィルタリングがIおよびQに並列に適用される。
差動タイミングセンサアレイの構成
図16は、受信ユニットにおけるセンサアレイの平面図である。図16では、アレイ基板270は、基板上に形成された4つのアンテナ272、274、276、278を含んでいる。角位置を測定するとき、より非対称な構成であるほど、あいまいさが生じる可能性が減少することに留意して、アンテナ272、274、276、278は、アレイ基板270の平面において非長方形の四辺形の形で構成されているが、それとは異なる構成も可能である。
物体がアレイ270の軸(「ボアサイト」と呼ばれることもある)上に配置されている場合、4つのアンテナ272、274、276、278のいずれからも等距離であり、その結果、4つのアンテナ272、274、276、278のいずれからも同時に到着する。
Tr1=(2R5+(−D14sin(θ)+D12sin(φ))/2)/c
Tr2=(2R5+(−D23sin(θ)−D12sin(φ))/2)/c
Tr3=(2R5+(D23sin(θ)−D34sin(φ))/2)/c
Tr4=(2R5+(D14sin(θ)+D34sin(φ))/2)/c
ここで、Dxyは、互いに異なるセンサxおよびセンサyの間の距離であり、R5は、送信機(図示せず)とセンサアレイ270の間の距離であり、これらの計算式は、小さな角度に対する近似である。(送信機と受信ユニットの非同期性により容易に得ることのできないR5がわからなくても)上記の計算式を解いて、角度θおよびφを得ることができる。
システムは、能動および受動の2つのモードのうちの1つのモードで動作するように設計されている。能動モードでは、システムは能動物体(タグ)から送信される信号がないかどうか走査し、最低2つのセンサを使用してタグの位置を決定する。受動モードでは、これは能動モードと同時に動作可能であるが、システムは、異常な受動物体、すなわちそれらに関連した能動送信機を有さない未知の物体がないかどうか走査する。好ましい実施形態の諸変形形態においては、システムは受動モードでのみ動作する。
通常、デジタルベースバンド変換プロセスとそれに続く(デジタルローパスフィルタの形の)整合フィルタが、同相シーケンスおよび直交シーケンスに適用される。
予想される信号波形はもちろん送信信号の波形に依存し、送信信号は測定条件および検出すべき物体の特性に応じて変わることが、受動モードで動作する好ましい実施形態の特徴である。
通常、短いまたは長い送信パルスが選択され、次にそれに対応する短いまたは長い局部発振器パルスおよび互いに異なる整合フィルタインパルス応答が選択される。送信パルス、局部発振器パルス、および整合フィルタインパルス応答の選択は、用途に応じて、到達距離、分解能、および精度の点で最適な応答が得られるように行う。
様々な到達距離にある車両の存在を検出するための、システムの1つの具体的な用途で使用されるパルスのいくつかの例が、次の表1に示されている。
位置決めシステムの用途
上述の位置決めシステムは、高セキュリティ環境に特に適しており、その場合、指定された区域周辺のスタッフおよび物体を追跡できる必要があることがある。スタッフおよび物体の追跡に加えて、システムが侵入者を検出する必要もある。
このセクションの説明においては、いくつかの用語が他のセクションの説明とは異なる意味で使用される。位置情報が所望されるエレメントは、「物体」ではなく「タグ」と呼ばれる。位置を計算する装置は、「制御ユニット」と同様に「基地局」とも呼ばれ、「基地局」には他のセクションの説明の「受信ユニット」の機能が組み込まれている。
これを実現する1つの方法は、必要に応じてタグおよび受信ユニットまたは制御ユニットに、別個の無線送信機を適合させるようにすることである。この送信機は、位置情報を決定するのに使用されるUWB送信機とは無関係に動作することができる。用途に応じて、この送信機は、簡単なアナログ無線を含むことも、あるいは例えばBluetoothやZigBee技術を使用した、より複雑なデジタル無線システムを含むこともできる。この二次送信機を使用して、すべてのデータの流れ、ならびにタグと制御ユニットの間の通信を管理することができる。その間、(制御ユニットに接続された)UWB送信機および受信機は、タグの検出、タグの位置の決定、および/またはタグの追跡を続行することになる。
別個の無線送受信機を使用してタグとセンサ/制御ユニットの間の通信を実現するための好ましい一代替手法においては、UWB送信機および受信機は無線リンクとしても使用される。そのような手法では、UWB無線システムは、タグ位置決め機能とタグ追跡機能をどちらも提供し、タグと制御ユニットの間の通信を可能にする。この利点は、1つの無線標準だけが必要とされ、したがって、ハードウェアの複雑さ、タグのサイズ、コスト、および/または電力消費が低減されることである。通信が両方向である場合、タグには、UWB送信機に加えてUWB受信機が必要となる。
UWB無線システムを使用してタグと制御ユニットの間の通信を実現するには、送信機からのUWB放射が変調される。第1の例では、パルス繰返し周波数変調技法が使用されている。
UWB無線システムを使用してタグと制御ユニットの間の通信を実現する一代替方法においては、タグ(および/または制御ユニット)が、周期的に中断されるパルスシーケンスを送信する。上記と同様に、送信されたパルスシーケンスから位置情報を決定することができるが、送信されたパルスシーケンスから得られる方位情報に加えて、パルスシーケンス中の中断パターンを分析することによって他の情報も得ることができる。
その後、タグは、(パルス間の時間があらかじめ決まった)連続した2パルスが「1」を示し、連続した2つの欠落パルス(無パルス)が「0」を示すパルスシーケンスを送信する(すなわち、2パルスがオンを示し、2つがオフを示すように切り換える)。
こうした様々な方法により、タグと制御ユニットの間で情報を伝送することができる。
こうした方法の1つを使用してタグからその付近に存在し得る受信機への通信を可能にする情報の重要な一部分が、タグの識別に関するものである。したがって、タグは、その位置およびそのIDをどちらも決定できるようにするパルスシーケンスを送信するように、適合させることができる。
概要においては、符号化(例えば上述のPRF符号化)方法を使用して、送信装置の識別情報、例えばMACアドレスを受信装置に送信する。受信装置は、MACアドレスを含む送信を受信し、その後、その情報が復号化されて、送信装置のMACアドレスが決定される。
1)送信装置(タグ)の位置およびそのMACアドレスを決定することのできる、UWBローカリゼーションモード。
標準通信モードでは、(DSRCやIEEE 802.11Aなどの)標準通信プロトコルを使用することができる。プロトコルは、UWBローカリゼーションモードで使用される信号と同じスペクトルで使用される。そのようなプロトコルは、上記で提案されているPRF符号化とは異なる符号化を使用する。
一例においては、図28に車両用途として図示されているが、短距離レーダ700は、送信機702および多重チャネル受信機704を含んでおり、その視野内の物体によって散乱した信号を検出する。
(a)システムの相互作用を最小限に抑えるために、レーダのパルス繰返し速度を、正確に5MHzに調整する。これにより、あいまいでない到達距離が30メートルに制限される。
上述の方法は、受信機と送信装置を含む物体との間の距離が大きくない場合に、具体的には距離が数十メートルまでの場合に、特に効果的である。
1.タグを検出する
第1の車両のUWBレーダシステムは、第2の車両のタグ/送信機からの信号を受信する。
第1の車両のレーダシステムは次に、本明細書に記載の技法を使用して、第2の車両のタグの位置を決定する。
第2の車両のタグによって送信された信号は、タグのPRFに周波数変調されたメッセージングを含んでいる。第1の車両のシステムは、タグからの信号を分析して、第2の車両のタグのMACアドレスを決定する。
第1の車両のレーダシステムは次いで、第2の車両のタグに、タグが標準DSRCまたはIEEE 802.11Aモードに切り換わるよう求める要求を送信する。
第1の車両のレーダシステムの要求があり次第、第2の車両のタグは、第2の車両の挙動に関する標準情報を第1の車両のレーダシステムに送信する。この情報には、例えば、車両の速度、ブレーキ状態、車両の性能、およびその他の情報に関する情報が含まれ得る。受信機システムはしたがって、DSRCチャネルを介して受信される第2の車両に関する情報を、位置決定から得られる方位情報および位置情報と相関させることができる。したがって、第1の車両に関して、車両の挙動を調整することによるブレーキ方針および事故回避方針を開発する場合に、この情報を考慮することができる。
車両は、携帯電話、携帯情報端末、コンピュータなどに送信された情報を複製し、それにより、任意の関連したデータベースに保持されたデータを同期化することができる。例えば車両のタイヤがパンクした、あるいは車両がいじられたとの情報であった場合、適切な人員に警報することができる。
これは、第1の車両のレーダシステムからの要求によって開始する、あるいは、例えばDSRCモードにおける所定の時間後に、自動的に行わせることができる。
上記のシステムにおいては、情報の取得に関して時間の制約がある場合に、特に利点がある。本明細書に記載の方法は、一般に時間および位置がクリティカルな状況に対して適用可能である。いくつかの例においては、メッセージングモード(例えばDSRCモード)と場所決定モードを高速に切り換えることが可能であり、情報を送信エレメントと受信エレメントの間で、必要なら中断できる情報のパケットで送信することができるように、システムを構成することができる。
検出アルゴリズム
図29は、上述の位置決めシステムで使用するための検出アルゴリズム600を構成するコンポーネントの、階層リストである。検出アルゴリズムは、共通/中核機能602、検出アルゴリズム本体604、および較正機能606、を含んでおり、すべて「メインループ」機能608の下にグループ化されている。
機能608は、初期設定の、永続的に実行するタイプの、プログラムのメインループである。
機能610は、特定のレーダタイプを指定する1つの引数をとり、レーダに対する基本的なシステムパラメータをすべて含むレコードを返す。
上位の機能618は、機能616によって提供される生レーダ掃引を入力としてとり、検出アルゴリズムの結果全体を含む実装固有の結果を返す。この機能は、中核の検出アルゴリズム機能をカプセル化し、後述の特定の検出機能の多くを呼び出す。
合計2N+1の可能性のある遅延が返され、その場合、アークサイン(遅延)により、到着の方向がラジアンで得られる。遅延+1は、波面が受信機対、受信機Aおよび受信機Bの軸に沿って、例えばAからBに伝播することを表す。遅延0は、波面がこの軸に垂直に伝播することを表し、遅延−1は、波面がこの軸に沿ってBからAに伝播することを表す。「遅延領域」処理を使用して、角度計算を行う。
本明細書、ならびに(適切な場合には)特許請求の範囲および図面で開示された各特徴は、独立して、または任意の適切な組合せで、提供することができる。
Claims (25)
- 送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、
単一のハウジング内あるいは共通の基板上に有る複数の受信エレメントを含み、前記組み込まれた送信機によって送信された特性繰返し周波数を有する信号を受信するための手段と、
前記受信エレメントで受信された信号を検出するための検出手段と、
前記検出手段をトリガする手段であって、当該トリガ手段が前記送信された信号の生成と独立であるトリガ手段と、
トリガ制御信号を受信する手段であって、前記トリガ手段が前記特性繰返し周波数と異なるトリガ周波数F trig =(F cr /n)+F diff で前記検出手段をトリガするように適合され、ここでF cr は前記特性繰返し周波数であり、nは整数の分周比であり、F diff は走査速度であるものと、
前記受信エレメントごとに、その受信エレメントで受信される前記信号にプロセスを適用し、その結果、その受信エレメントで前記信号が受信されたそれぞれのタイミングを得るように動作可能な処理手段と、を含み、
前記処理手段はさらに、こうして得られた前記タイミングを比較し、その結果、前記物体に関する角位置情報を取得するように動作可能な機器。 - 前記処理手段によって適用される前記プロセスが、前記信号の周波数、位相、帯域幅、およびパルス幅のうちの少なくとも1つに依存する、請求項1に記載の機器。
- 前記処理手段によって適用される前記プロセスが、前記受信手段からの前記物体の距離、または予想される距離に依存する、前記請求項のいずれかに記載の機器。
- 複数の可能なプロセスから、前記処理手段によって適用される前記プロセスを選択するように適合された選択手段をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
- 前記プロセスが整合フィルタを含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
- 前記プロセスが、複数の異なる時間オフセットでフィルタを前記出力信号に適用すること、および前記フィルタからの前記出力に応じて時間オフセットを選択することを含む、請求項5に記載の機器。
- 前記処理手段の動作が、複数の前記受信エレメントによって受信された信号の間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって前記物体の角位置を決定することを含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
- 前記信号がパルス信号である、前記請求項のいずれかに記載の機器。
- 前記物体に向けてプローブ信号を送信するための手段をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
- プローブ信号を送信するための前記手段が、前記物体と関連した送信機によって送信される信号と異なる信号を送信するように適合される、請求項9に記載の機器。
- 前記プローブ信号を符号化し、それによってそれを前記物体から受信された信号と区別することができる手段をさらに含む、請求項9または10に記載の機器。
- 前記物体と関連した前記送信機によって送信される前記信号が、超広帯域(UWB)信号である、前記請求項のいずれかに記載の機器。
- 前記送信された信号が特定のパルス繰返し周波数で送信され、前記機器が当該周波数のパルスを受信するための同調手段を含む、請求項1乃至11に記載の機器。
- 前記周波数が複数の周波数分離を有する多重周波数からなる、請求項13に記載の機器。
- nが1より大きい、請求項1乃至11、又は13乃至14に記載の機器。
- Fdiffが非ゼロである、請求項15に記載の機器。
- FdiffがFcrの振幅の5%未満である、請求項15又は16に記載の機器。
- 更に前記処理手段と通信するための通信インターフェースを含む、請求項1乃至11又は13乃至17に記載の機器。
- 前記通信インターフェースが前記機器で受信された信号を表わす複数の信号を出力するように適合される、請求項18に記載の機器。
- 前記通信手段が前記処理手段から制御信号を受信するように適合される、請求項18又は19に記載の機器。
- 前記処理手段が更なる角位置に関連して前記検出手段の出力を処理するように適合され、その結果、前記物体に関する送信機の変位を決定する、請求項1乃至11又は13乃至18に記載の機器。
- 前記処理手段が前記検出手段から受信された複数の信号間のタイミング差を計算し、前記複数の信号の少なくとも2つの間のタイミング差に従属する角位置を決定するように適合される、請求項21に記載の機器。
- 前記受信手段が特性パルス周波数を有するパルス列を受信するように適合され、前記検出手段が前記受信されたパルス列を表わす信号を出力するように適合される、請求項1乃至11又は13乃至22に記載の機器。
- 前記検出手段が前記受信されたパルス波形を表わす信号を出力するように適合される、請求項23に記載の機器。
- 送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定する方法であって、
単一のハウジング内あるいは共通の基板上にある複数の受信エレメントを含む受信手段で、前記組み込まれた送信機によって送信された特性繰返し周波数を有する信号を受信するステップと、
検出手段で、前記受信エレメントで受信された信号を検出するステップと、
前記検出手段をトリガする手段で、前記送信された信号の生成と独立にトリガするステップと、
トリガ制御信号を受信し、前記特性繰返し周波数と異なるトリガ周波数F trig =(F cr /n)+F diff で前記検出手段をトリガするステップであって、ここでF cr は前記特性繰返し周波数であり、nは整数の分周比であり、F diff は走査速度であるものと、
前記受信エレメントごとに、その受信エレメントで受信される前記信号にプロセスを適用し、その結果、その受信エレメントで前記信号が受信されたそれぞれのタイミングを取得し、更にこうして得られた前記タイミングを比較し、その結果、前記物体に関する角位置情報を取得するステップと、を含む方法。
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