JP6218785B2 - 単一のデバイスおよび/または複数のデバイスの測距探知、配向決定、および/または測位のための方法および装置 - Google Patents
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Description
本出願は、その主題全体が参照により本明細書に組み込まれている、「A METHOD AND APPARATUS FOR RANGING FINDING, ORIENTING, AND POSITIONING OF SINGLE OR MULTIPLE DEVICES」という名称の、2009年1月27日に出願された米国仮特許出願第61/147,711号に関し、その優先権を主張するものである。
1)単一の送信機10が、信号の強度と距離範囲とを測定する単一の信号受信機12に信号14を送信する。
2)単一の送信機10が、2個の信号受信機12同士の間の隔置された関係を決定するために、それらの2個の信号受信機12のアレイ16に信号14を送信する。これは二次元測位方法である。
3)単一の送信機10が、信号受信機12の対称アレイ構成など、3個以上の受信号受信機12のアレイ16に信号14を送信する。これは、信号受信機12の配向に応じて、二次元または三次元の測位方法である。
4)単一の送信機10が、送信プロファイル60(図10)の曲率の角度を推定するため、したがって、到着角度および位置を推定するために、プロファイル60として配置された送信機の距離範囲の最小二乗法を可能にするために、多くの信号受信機12のアレイ16に信号14を送信する。
5)単一の送信機10が、送信デバイスの角度配向を三次元で決定するために、送信デバイス10の空間電力プロファイルの最小二乗法を可能にし、したがって、それぞれの前記信号受信機12における測距測定18に加えて、送信機10の位置を推定するために、曲率プロファイル150(図10)の使用を可能にする信号受信機12の少なくとも2つのアレイ16に信号14を送信する。
信号送信機と信号受信機との間の距離範囲を探知するためのシステムであって、
測距メッセージを表すデータストリームを形成し、共通の搬送周波数と比較的一定のパルス強度とを有する一連のプリアンブルパルスを含むパルストレインを有する測距信号を送信するように動作可能な信号送信機であって、一連のプリアンブルパルスが、メッセージの所定のプリアンブルセグメントに対応するパターンを有し、データストリームが、メッセージの本体区を表す一連の本体パルスを含み、本体パルスが、ヘッダパルスと共通の搬送周波数を有し、本体パルスのそれぞれが、所定のパルス強度パターンで一連の本体パルスにわたって変わるパルス強度を有する、信号送信機と、
遠隔位置に配置されるべき、パルストレインを受信するように動作可能な、1つまたは複数の信号受信機と、
所定の本体パルス強度しきい値を超える、パルストレイン中で受信された本体パルスを識別し、所定の本体パルス強度しきい値を超える、パルストレイン中で受信された本体パルスを距離範囲値と関連付けるために、受信機と通信するように動作可能な1つまたは複数の信号プロセッサとを備えるシステムが提供される。
信号送信機と信号受信機との間の距離範囲を探知するためのシステムであって、
それぞれが、測距メッセージを表すデータストリームを形成し、共通の搬送周波数と比較的一定のパルス強度とを有する一連のプリアンブルパルスを含む、対応するパルストレインを有する測距信号を送信するように動作可能な複数の信号送信機であって、一連のプリアンブルパルスが、メッセージの所定のプリアンブルセグメントに対応するパターンを有し、それぞれのプリアンブルセグメントが、対応する信号送信機の識別を表すデータを含み、データストリームが、メッセージの本体セグメントを表す一連の本体パルスを含み、それらの本体パルスが、プリアンブルパルスと共通の搬送周波数を有し、本体パルスのそれぞれが、所定のパルス強度パターンで一連の本体パルスにわたって変わるパルス強度を有する、複数の信号送信機と、
遠隔位置にまたは遠隔位置の近くに配置されるべき、パルストレインを受信するように動作可能な、1つまたは複数の信号受信機と、
所定の本体パルス強度しきい値を超える、パルストレイン中で受信された本体パルスを識別して、所定の本体パルス強度しきい値を超える、パルストレイン中で受信された本体パルスを距離範囲値と関連付けるために、受信機と通信するように動作可能な、1つまたは複数の信号プロセッサとを備えるシステムが提供される。
ソース位置と遠隔位置との間の距離範囲を探知する方法であって、
ソース位置から、メッセージを表すデータストリームを形成し、共通の搬送周波数と比較的一定のパルス強度とを有する一連のプリアンブルパルスを含む、パルストレインを発行するステップであって、一連のプリアンブルパルスが、メッセージの所定のプリアンブルセグメントに対応するパターンを有し、データストリームが、メッセージの本体セグメントを表す一連の本体パルスを含み、それらの本体パルスが、プリアンブルパルスと共通の搬送周波数を有し、本体パルスのそれぞれが、所定のパルス強度パターンで一連の本体パルスにわたって変わるパルス強度を有する、ステップと、
遠隔位置において、パルストレインを受信するステップと、
所定の本体パルス強度しきい値を超える、パルストレイン中で受信された本体パルスを識別するステップと、
所定の本体パルス強度しきい値を超える、パルストレインをソース位置と遠隔位置との間の距離範囲値と関連付けるステップとを含む方法が提供される。
複数のソース位置と複数の遠隔位置との間の距離範囲を探知する方法であって、
それぞれのソース位置から、測距メッセージを表すデータストリームを形成し、一連のプリアンブルパルスを含むパルストレインを含む測距信号を発行するステップであって、プリアンブルパルスが、共通の搬送周波数と比較的一定のパルス強度とを有し、一連のプリアンブルパルスが、メッセージの所定のプリアンブルセグメントに対応し、かつそのソース位置に対して一意のパターンを有し、データストリームが、メッセージの本体セグメントを表す一連の本体パルスを含み、本体パルスが、ヘッダパルスと共通の搬送周波数を有し、それらの本体パルスのそれぞれが、所定のパルス強度パターンで一連の本体パルスにわたって変わるパルス強度を有する、ステップと、
それぞれの遠隔位置において測距信号を受信するステップと、
それぞれの測距信号中で、所定の本体パルス強度しきい値を超える、パルストレイン中で受信された本体パルスを識別するステップと、
それぞれの測距信号ごとに、所定の本体パルス強度しきい値を超えるパルストレインをそれぞれのソース位置とそれぞれの遠隔位置との間の距離範囲値と関連付けるステップとを含む方法が提供される。
12 信号受信機、受信機
14 放出信号、信号
16 アレイ
17 エミッタ
18 距離範囲
20 角度配向
22 ディスプレイユニット
22a 周囲
24 3D画像またはアイコン、マルチポイント画像、マルチポイントアイコン
34 デジタルプリアンブルセグメント、送信されたプリアンブル
36 デバイスID、コード
38 オペレーティングデータ、データフィールド
40 巡回冗長性コード(CRC)
42 測距セグメント、測距期間、コードパターン
44 ランプアップシーケンス、ランプ、ランプアップ電力シーケンス、コードパターン
46 ランプダウンシーケンス、減分電力制御プロファイル、減分された電力シーケンス、ランプ、コードパターン
48 電力制御のパターン化されたコード、ランダムコード、コードパターン、パターン化された電力制御コード、ランダム電力設定のシーケンス
52 キャリアコード生成装置
54 信号コード生成装置
56 マイクロプロセッサ
58 コモンクロック、同期クロック
60 デジタル変調器
64 電力レベルコントローラ
66 電力調整器
68 メモリ
70 経路
76 データ経路
78 データ経路
88 データ経路
90 データ経路
96 データ経路
106 制御された電力調整器
110 信号エネルギー変換機
112 低雑音増幅器
114 帯域通過フィルタ
116 自動利得コントローラ(AGC)
118 データ経路
120 比較器
122 しきい値設定ユニット
124 デジタル出力装置、デジタル出力ユニット
126 経路
128 マイクロプロセッサ
130 チャネルプロセッサモジュール、チャネルプロセッサ
132 距離範囲プロセッサモジュール
134 識別および位置プロセッサモジュール
136 所定のしきい値
138 受信測距セグメント
140 受信測距セグメント
142 受信測距セグメント
144 反射壁、障壁
146 角度
148 隔離壁
150 表面曲率プロファイル
160 多重化装置
162 無線コントローラ
170 ジェスチャインターフェース
172 マウス
174 ポインティングデバイス
180 6DOFコントローラ
190 汎用コンピュータ、汎用コンピュータシステム
192 情報中継モジュール
194 ディスプレイモジュール
196 ディスプレイ画面
198 キャビネット
200 キーボード
202 マウス
204 システムバス
206 マイクロプロセッサ
208 メモリ
210 固定デバイス
212 ディスプレイアダプタ
214 ネットワークインターフェース
216 プリンタ
218 サウンドカード
Claims (27)
- デバイスと受信機との間で信号が移動する距離を決定するための前記信号を伝達するためのデバイスであって、一連のパルスを送信するように動作可能な送信機を備え、
前記一連のパルスは、所定の送信パルス強度プロファイルに従って、変化する送信パルス強度パターンを有する一連の本体パルスを備え、前記変化する送信パルス強度プロファイルは、増加関数R(x)=xと、減少関数R(x)=N−xとから選択される冪関数によって定められるインターリーブされたパターンであり、
前記送信機は、比較的一定の送信パルス強度を有する一連のプリアンブルパルスと前記一連の本体パルスとを含むパルストレインを送信するように動作可能であり、
前記受信機は、前記一連の本体パルスのうち所定のしきい値より高い受信パルス強度を有するパルスをカウントし、所定の較正関数に基づき前記距離を表す距離値に前記カウントを変換する、デバイス。 - 前記送信機の搬送周波数は、近赤外線、遠赤外線、可視光線、紫外線、高周波無線、および超音波を含む群から選択される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記プリアンブルパルスは、一意の送信機識別子および同期コードのうち少なくとも1つを定める、請求項1に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、マウス、ティルト型ジョイスティック、ポインタコントローラ、6自由度インターフェース、およびジェスチャインターフェースを含む群から選択されるコンピュータインターフェースに組み込まれる、請求項1に記載のデバイス。
- 一連のパルスによって形成される信号を送信するように動作可能な送信機と、
受信機と、
前記受信機に動作可能に結合された信号プロセッサであって、前記送信機と前記受信機との間で前記一連のパルスが移動する距離を表す距離値を決定するように動作可能な信号プロセッサと
を備え、
前記一連のパルスは、所定の送信パルス強度プロファイルに従って、変化する送信パルス強度パターンを有する一連の本体パルスを備え、前記送信機は、比較的一定の送信パルス強度を有する一連のプリアンブルパルスと前記一連の本体パルスとを含むパルストレインを送信するように動作可能であり、
前記信号プロセッサは、(i)受信した前記一連の本体パルスのうち所定のしきい値より高い受信パルス強度を有するパルスをカウントし、(ii)所定の較正関数に基づき前記距離値に前記カウントを変換し、前記信号プロセッサは、前記パルストレインにおける受信パルスが前記所定のしきい値を超えたときにアクティブになり、かつ前記パルストレインにおける受信パルスが前記所定のしきい値を超えないときに非アクティブになるように構成される、システム。 - 前記信号プロセッサは、前記所定のしきい値を超える受信パルス強度を有するパルスを受信した後にオフ状態からオン状態に移行するように構成される、請求項5に記載のシステム。
- 前記信号プロセッサは、前記所定のしきい値を超えない受信パルス強度を有するパルスを受信した後にオン状態からオフ状態に移行するように構成される、請求項5に記載のシステム。
- 前記信号プロセッサは、前記パルストレインにおける少なくとも1つの本体パルスが前記所定のしきい値を超えるまでオフ状態にとどまるように構成される、請求項5に記載のシステム。
- 入力を受信するために前記受信機に結合されるデジタル信号受信機と、チャネルプロセッサとをさらに備え、前記チャネルプロセッサが、検出器、帯域通過フィルタ、自動利得コントローラ、および/またはしきい値プログラム可能な比較器を含み、前記チャネルプロセッサが、受信された前記デジタル信号からパルスカウント値を決定し、かつ前記パルスカウント値を出力するための信号強度データ計算機をさらに備える、請求項5に記載のシステム。
- 前記一連のパルスは、オブジェクトで反射され、前記距離値は、前記送信機、前記オブジェクト、および前記受信機間で前記一連のパルスが伝達した距離を表す、請求項5に記載のシステム。
- 各々の前記一連のパルスとそれに関連付けられた識別子とを送信するようにそれぞれ動作可能な2つまたは複数の送信機をさらに備え、前記信号プロセッサは、前記送信機毎に各々の距離値を決定するために各々の前記関連付けられた識別子から前記受信パルスのソースを識別する、請求項5に記載のシステム。
- 各々の前記送信機は、共通の送信デバイスから動作し、前記送信デバイス上の前記送信機の構成は、前記信号プロセッサにアクセス可能であり、それにより前記信号プロセッサは、前記各々の距離値それぞれから前記送信デバイスの位置および方向のうち少なくとも1つを追跡するように動作可能である、請求項11に記載のシステム。
- 2つまたは複数の受信機をさらに備え、前記信号プロセッサは、前記受信機の各々に動作可能に結合され、前記送信機と各々の前記受信機との間で前記一連のパルスが移動する各々の距離を表す各々の距離値を決定するために前記信号プロセッサによる前記カウントを同期するように動作可能である、請求項5に記載のシステム。
- 送信機から受信機へ送信した信号が移動する距離を表す距離値を決定するために、1つまたは複数の受信機に動作可能に結合するための信号プロセッサであって、前記送信した信号は、一連のパルスを備え、
前記一連のパルスは、所定の送信パルス強度プロファイルに従って、変化する送信パルス強度パターンを有する一連の本体パルスを備え、前記送信機は、比較的一定の送信パルス強度を有する一連のプリアンブルパルスと前記一連の本体パルスとを含むパルストレインを送信するように動作可能であり、
前記信号プロセッサは、
前記一連の本体パルスのうち所定のしきい値より高い受信パルス強度を有するパルスをカウントし、
所定の較正関数に基づき前記距離を表す距離値に前記カウントを変換する
ように動作可能であり、
前記信号プロセッサは、前記パルストレインにおける受信パルスが前記所定のしきい値を超えたときにアクティブになり、かつ前記パルストレインにおける受信パルスが前記所定のしきい値を超えないときに非アクティブになるように構成される、信号プロセッサ。 - 前記信号プロセッサは、前記所定のしきい値を超える受信パルス強度を有するパルスを受信した後にオフ状態からオン状態に移行するように構成される、請求項14に記載の信号プロセッサ。
- 前記信号プロセッサは、前記所定のしきい値を超えない受信パルス強度を有するパルスを受信した後にオン状態からオフ状態に移行するように構成される、請求項14に記載の信号プロセッサ。
- 前記信号プロセッサは、前記パルストレインにおける少なくとも1つの本体パルスが前記所定のしきい値を超えるまでオフ状態にとどまるように構成される、請求項14に記載の信号プロセッサ。
- 前記所定のしきい値を制御するように構成されるしきい値設定ユニットをさらに備える、請求項14に記載の信号プロセッサ。
- 前記信号プロセッサは、前記1つまたは複数の受信機から1つまたは複数の入力を受信するためのデジタル信号受信機と、チャネルプロセッサとに動作可能に結合され、前記チャネルプロセッサが、検出器、帯域通過フィルタ、自動利得コントローラ、および/またはしきい値プログラム可能な比較器を含み、前記チャネルプロセッサが、受信された前記デジタル信号からパルスカウント値を決定し、かつ前記パルスカウント値を出力するための信号強度データ計算機をさらに備える、請求項14に記載の信号プロセッサ。
- 前記信号プロセッサは、
前記送信した信号に関連して受信したソース識別子にアクセスし、
複数のソース送信機毎に各々の距離値を対応付け、
前記各々の距離値のそれぞれから前記ソース送信機の相対的な位置および方向のうち少なくとも1つを算出する
ようにさらに動作可能である、請求項14に記載の信号プロセッサ。 - 前記送信した信号は、2つまたは複数の受信機によって同時に受信され、前記信号プロセッサは、
2つまたは複数の受信機の各々によって前記送信した信号に関連して受信された同期コードにアクセスし、
前記2つまたは複数の受信機の各々に対し前記信号が移動する距離を表す各々の距離値を決定するために、前記同期コードを介して前記同時に受信した信号に対する前記信号プロセッサによる前記カウントを同期し、
前記各々の距離値から前記送信機の位置および方向のうち少なくとも1つを算出する
ようにさらに動作可能である、請求項14に記載の信号プロセッサ。 - 前記移動した距離は、所定のソース送信機から反射オブジェクトへ、および前記反射オブジェクトから前記1つまたは複数の受信機への前記信号が移動する距離を含み、前記信号プロセッサは、
前記所定のソース送信機に関する前記1つまたは複数の受信機の所定の位置を特定し、
前記距離値および前記所定の位置に基づき前記1つまたは複数の受信機および所定のソース送信機に関する前記反射オブジェクトの位置および方向のうち少なくとも1つを算出する
ように動作可能である、請求項14に記載の信号プロセッサ。 - 送信機と受信機との間で信号が移動する距離を決定するための方法であって、
一連のパルスによって形成された信号を生成するステップであって、前記一連のパルスは、所定の送信パルス強度プロファイルに従って、変化する送信パルス強度パターンを有する一連の本体パルスを備え、前記送信機は、比較的一定の送信パルス強度を有する一連のプリアンブルパルスと前記一連の本体パルスとを含むパルストレインを送信するように動作可能である、ステップと、
前記送信機を介して前記信号を送信するステップと、
前記受信機で前記一連の本体パルスの少なくともサブセットを受信するステップと、
前記受信したサブセットに含まれる前記一連の本体パルスの受信パルス強度を検出するステップと、
前記サブセットにおける本体パルスが所定のしきい値を超えるパルス強度で受信された後に、前記所定のしきい値より高い受信パルス強度を有する前記サブセットにおける前記パルスをカウントするステップと、
前記サブセットにおける本体パルスが所定のしきい値を超えないパルス強度で受信された後に、前記所定のしきい値を超えない前記本体パルスをカウントしないステップと、
前記カウントするステップからのカウントを作成し、所定の較正関数に基づき前記距離を表す距離値に前記カウントを変換するステップと
を含む方法。 - 前記送信したパルス強度プロファイルは、漸進的に増大するパターンおよび漸進的に減少するパターンから選択されるパターン化されたパルス強度プロファイルを備える、請求項23に記載の方法。
- 2つまたは複数の受信機に対し前記信号が移動する距離が決定され、
前記受信機の各々で前記一連のパルスの各々のサブセットを受信するステップと、
前記受信機毎に前記受信した前記サブセットに含まれる前記一連の本体パルスに対する前記カウントを同期するステップと、
所定の較正関数に基づき各々の前記距離を表す距離値に前記カウントを変換するステップと
をさらに含む、請求項23に記載の方法。 - 2つまたは複数の送信機から前記信号が移動する距離を決定するために、
各々の識別コードと共に前記送信機の各々から前記信号を送信するステップと、
前記送信機の各々から前記受信機で前記一連のパルスの対応するサブセットおよび前記各々の識別コードをそれぞれ受信するステップと、
前記送信機の各々に対する各々の受信した前記一連の本体パルスの受信パルス強度を検出するステップと、
前記一連の本体パルスのうち所定のしきい値より高い受信パルス強度を有するパルスをカウントし、所定の較正関数に基づき各々の前記距離を表す距離値に前記カウントを変換するステップと
をさらに含む、請求項23に記載の方法。 - 前記送信した信号は、反射オブジェクトを介して前記送信機から前記受信機へ伝達し、前記距離から前記反射オブジェクトの位置および方向のうち少なくとも1つを決定するステップをさらに含む、請求項23に記載の方法。
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