JP5009812B2 - 合成開口を用いた無線ベースの位置決定システム - Google Patents
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Description
図1は、位置決定の第1実施例(セルフポジショニング)を示しており、
図2は、位置決定の第2実施例(セルフポジショニング)を示しており、
図3は、広帯域ホログラフィックマッピング法を用いて位置をマッピングする図を示しており、
図4は、位置決定の第4実施例(リモートポジショニング)を示しており、
図5は、広帯域ホログラフィック法の解像度を推定する図を示している。
1) 良好な繰り返し精度と、
2) 小さな位置変化についての極めて良好な精度とが得られ、
3) しかしながら比較的大きな領域にわたって自由に運動する場合に、良好でない絶対位置値も得られるのである。殊に最後の問題3)は、本発明により、上で説明した無線位置決定システムに関連して、上記の特性2)を利用することによって解決される。
使用するセンサシステムによって、すなわち、従来技術による基本的な実施例における絶対センサシステムないしは無線位置決定センサシステムおよび/または相対センサシステムによって、ふつうトランスポンダの位置を少なくとも大まかに決定することができる。第1の択一的な実施形態では、位置決定測定の予想される誤差領域を特徴付ける典型的な誤差楕円(Fehlerellipse)を推定可能である。したがって所定の確実さで前提とすることができるのは、上記のトランスポンダが、上記の測定値および誤差楕円によって表される空間区分内のどこかにあることである。つぎに計算により、あらかじめ大まかに測定したトランスポンダのある個所に上記の合成開口の送信/受信装置が配向される。開口の大きさを適切に選択することによって、また場合によっては測定信号の振幅を適切に重み付けすることによってさらに、合成開口の指向性パターンが誤差楕円の領域においてほぼ均一になり、ひいては有利にも誤差楕円の横の角度範囲において大きく減衰し、またそこにわずかなサブマキシマムしか有しないようにする。合成開口において受信信号の振幅重み付けおよび位相重み付けをすることにより、また開口の大きさにより、どのようにして所定の指向特性を得られるについては、(例えば上で挙げた刊行物により)専門家には公知である。すなわちここでは仮想アンテナが形成されるのであり、この仮想アンテナは、可能な限りに精確な方向でトランスポンダに配向されるが、誤差を有する精確でない事前情報に起因して必要な程度に全方向性にトランスポンダに配向される。無線伝送の方向の精確さを高めることによって、マルチパス誤差が格段に低減される。合成開口を用いて形成され「改善された」測定信号は、公知の従来技術による上位のふつうの位置決定アルゴズムに極めてふつうに供給することができる。ここで説明した方法は、空間的な位置決定のために少なくとも2つのトランスポンダに適用して、必要な定位データを得なければならない。上記の事前情報を改善するため、すなわち方向が一層精確になるように焦点合わせできるようにするため、過去の複数の測定から得られた情報を使用することも考えられる。予想される新たな存在個所の予測は、例えば、カルマンフィルタによって行うことができる。また上記の誤差楕円の大きさの推定も同様である。
トランスポンダの位置を決定する第2のバージョンでは、画像形成が行われる。すなわち、運動する2次レーダを用いて、空間に存在するすべてのトランスポンダを画像領域b(x,y,z)にマッピングするのである。この画像領域は、2次レーダの位置に対して既知の関係を有するため、トランスポンダをマッピングすることによって、(一定の位置にある)これらのトランスポンダに対する2次レーダの相対位置が直接決定されて、ひいてはこの空間におけるその絶対位置が推定される。ここで有利であるのは、2次レーダを適切に2次元で運動させる場合、2次レーダの3D位置を決定するために理論的には1つだけのトランスポンダをマッピングするだけで十分なことである。これは、コスト上のまたはカバー上の理由から、良好な三辺測量のベースを張ることができない応用に対しては極めて有利になり得る。上記の画像形成によって2次レーダに対する複数のトランスポンダの距離および方向が決定される場合、任意の従来技術による上位のふつうの位置決定アルゴリズムに、まったくふつうにこれらの値を供給することができる。これらのトランスポンダのマッピングを行うために、画像を形成する公知のすべての合成開口法および合成開口アルゴリズムを使用することができる。
− トランスポンダが止まることのできる測定領域は、このトランスポンダがすべての位置anから2次レーダによって検出できることが保証される空間領域に制限される。
δPos < λ/8 < c/(fm・8)
であり、fmは、測定信号の中央周波数を示す。
δlat 〜 z0・c/(D・fm)
であり、軸方向の解像度(説明については図5を参照されたい)は約
δax 〜 c/(Δf)
であり、ここで使用した変数はつぎのように定められる。すなわち、
z0:開口面と記録領域との平均距離、
D:開口の長さ、
c:波の伝搬速度、
fm:測定信号の中央周波数、
Δf:測定信号の帯域幅
である。
Claims (19)
- 移動局および少なくとも1つの位置固定局を有する無線ベースの位置決定システムの測定精度を高める方法において、
該方法は、
− スタート位置から出発した前記移動局の運動を絶対センサシステムおよび相対センサシステムの測定データによって検出し、
− 当該の絶対センサシステムおよび相対センサシステムの測定データを用いて、絶対センサシステムに関する、合成開口の形態の仮想アンテナを形成し、
− 当該の合成開口を使用することによって、前記の移動局を位置固定局におよび/またはこの逆に互いに焦点合わせする、
ただし前記の絶対センサシステムの測定データは、少なくとも1つの2次レーダのトランスポンダから返送される信号として受信されることを特徴とする、
移動局および少なくとも1つの位置固定局を有する無線ベースの位置決定システムの測定精度を高める方法。 - 前記の合成開口を使用し、前記の絶対センサシステムの測定データの振幅重み付けおよび/または位相重み付けおよび/または開口の大きさを適切に選択することにより、前記の合成開口の指向特性を形成して、先行して行った任意の位置測定の誤差楕円の領域にて指向性パターンがほぼ均一になるようにした、
請求項1に記載の方法。 - 合成開口によるマッピング法を用いて前記の位置固定局の既知の位置から移動局の未知の位置を逆算するため、前記の合成開口を使用する、
請求項1に記載の方法。 - 前記の合成開口によるマッピング法は、広帯域ホログラフマッピング法である、
請求項3に記載の方法。 - 前記の移動局の既知の位置を逆算して位置固定局の未知の位置を求めるため、前記の合成開口を使用する、
請求項1に記載の方法。 - 移動局と、位置固定局との間の距離および角度情報を計算する、
請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の移動局は2次レーダによって構成され、前記の少なくとも1つの位置固定局はトランスポンダによって構成される、
請求項6に記載の方法。 - 前記の移動局はトランスポンダによって構成され、前記の少なくとも1つの位置固定局は2次レーダによって構成される、
請求項6に記載の方法。 - 前記の位置固定局を受動的な後方散乱タグとして実施し、
前記の移動局を基準にした距離および角度にしたがって絶対位置を決定する、
請求項6から8までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記のステップの並びを繰り返して、前記の移動局の位置決定を改善する、
請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の絶対センサシステムおよび/または相対センサシステムの測定値を用いて最初の大まかな焦点合わせを行う、
請求項2に記載の方法。 - 先行して行った測定の情報を用いて最初の大まかな焦点合わせを行う、
請求項2または11に記載の方法。 - 第1の局の点b(x,y,z)を逆算するため、測定した受信信号En(ω)と、理論上の関数Fn(an,r,ω)とを相関させ、
該関数は、理想的には点状の波源と見なされる第1の局により、位置r=(x,y,z)Tにて第2の局の測定点an=(xn,yn,zn)Tから見て形成される、
請求項3から12までのいずれか1項に記載の方法。 - 移動局および少なくとも1つの位置固定局を有する無線ベースの位置決定システムの測定精度を高める装置において、
a) 少なくとも1つの2次レーダと少なくとも1つのトランスポンダから構成される絶対センサシステムと、
b) 元の位置を基準にした移動局の位置変化の大きさおよび方向を数量化するために設けられた少なくとも1つの相対センサシステムと、
c) 前記の絶対センサシステムおよび相対センサシステムを用いて検出した測定データを共通に処理して、絶対センサシステムに関する、合成開口の形態の仮想アンテナを形成する信号処理装置と、
d) 該合成開口に基づいて、移動局を位置固定局におよび/またはこの逆に互いに焦点合わせする焦点合わせ装置とを有しており、
ただし前記の絶対センサシステムの測定データは、少なくとも1つの2次レーダのトランスポンダから返送される信号として受信されることを特徴とする、
無線ベースの位置決定システムの測定精度を高める装置。 - 前記の移動局は2次レーダによって構成され、前記の少なくとも1つの位置固定局はトランスポンダによって構成される、
請求項16に記載の装置。 - 前記の移動局はトランスポンダによって構成され、前記の少なくとも1つの位置固定局は2次レーダによって構成される、
請求項16に記載の装置。 - 前記の位置決定システムはRTOF(round trip time of flight)またはTOA(time of arrival)式の無線位置決定システムである、
請求項16から18までのいずれか1項に記載の装置。
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