KR102559855B1 - 3d 포지션 결정을 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오브젝트의 3차원 포지션을 결정하기 위한 디바이스와 방법에 관한 것이다. 이 디바이스는 신호를 방출하도록 적용되는 적어도 1개의 송신기; 적어도 3개의 수신기로서, 적어도 3개의 수신기와 적어도 1개의 송신기는 바람직하게는 제1 평면 내에 배치되고, 제1 수신기와 제2 수신기는 바람직하게는 제1 직선을 따라 배치되며, 제3 수신기는 바람직하게는 상기 제1 직선으로부터 거리를 두고 배치되는, 상기 적어도 3개의 수신기; 및 적어도 3개의 전파 시간을 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함하며, 각 전파 시간은 송신기로부터 오브젝트를 경유해 각 수신기까지 신호에 의해 필요로 하게 되는 시간이며, 프로세서는, 송신기와 수신기의 배치를 기초로 할 뿐만 아니라 결정된 전파 시간을 기초로 하여 오브젝트의 3차원 포지션을 결정하도록 또한 구성된다.

Description

3D 포지션 결정을 위한 방법 및 디바이스
본 발명은, 적어도 3개의 수신기와 적어도 1개의 송신기를 사용한 반사 또는 산란 오브젝트의 3차원 포지션 결정 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
예컨대 차량의 경우에서의 거리 측정과 같이 신호원에 대한 반사된 신호를 기초로 한 이 신호원까지의 오브젝트의 거리를 결정할 수 있는 기술이 종래 기술에서 알려져 있다. 그에 따라, 이들 시스템은 시스템 앞에 위치한 오브젝트까지의 거리를 단지 측정한다. 그에 따라, 이들 알려진 방법으로 3차원 공간에서 오브젝트의 포지션을 결정하는 것이 가능하지 않을 수 있다.
예컨대 GPS 포지셔닝 또는 GMS 포지셔닝과 같은 3차원 공간에서의 오브젝트의 포지션 결정(포지셔닝)을 위한 상이한 해법이 있다. 그러나 모든 이들 방법과 이들의 여러 변형은, 신호를 능동적으로 방출하는 오브젝트를 필요로 한다. 그에 따라, 신호를 능동적으로 방출하지 않는 수동 오브젝트의 포지션은 기존의 해법으로 결정될 수 없다.
WO 2006/130004A1은, 항공기 주위의 구역 내에서 적어도 1개의 추가 공중 오브젝트를 사용중 검출하기 위한 항공기용 레이더 시스템을 기재하며, 여기서 이 시스템은 전자기 프로브 신호를 송신하기 위한 적어도 1개의 송신기와, 송신된 프로브 신호의 반사를 동시에 수신하며 프로브 신호의 수신된 반사를 각각 나타내는 수신 신호를 생성하기 위한 동위상 수신기 어레이를 포함하는 적어도 1개의 서브시스템을 포함한다. 이 서브시스템은, 항공기 주위의 구역 내에서 검출된 공중 오브젝트에 대한 정보를 획득하기 위해 수신 신호 각각을 처리하기 위한 신호 처리 유닛을 더 포함한다. 신호 처리 유닛은, 수신된 반사가 유래하는, 항공기에 대한 방향을 결정하도록 배치되며, 이 방향을 결정하기 위해, 신호 처리 유닛은 수신 신호에 대한 고속 푸리에 변환을 실행하도록 배열된다.
US 2013/0172739A1은 상호 연결되는 핵 프로브와 초음파 트랜스듀서를 기재한다. 상호연결은 알려진 공간 관계로 좌표계를 정렬한다. 초음파 데이터는, 추적 센서를 사용하지 않고도 트랜스듀서의 포지션 변화나 트랜스듀서의 오프셋을 검출하는데 사용한다.
본 발명은 3차원 공간에서 오브젝트의 포지션 결정을 허용하는 방법 및 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 하며, 여기서 오브젝트는 공간의 임의의 장소에 있을 수 있으며 신호를 능동적으로 방출하지 않아야 한다. 본 발명의 추가 목적은 알려진 시스템의 전술한 단점 중 하나 이상을 제거하는 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가 장점은 다음의 기재로부터 유래할 수 있다.
이러한 목적은 독립항의 특성으로 해결된다. 종속항은 본 발명의 추가 관점에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 오브젝트의 3차원 포지션을 결정하기 위한 디바이스가 제공된다. 본 발명에 따른 디바이스는, 신호를 방출하도록 적용되는 적어도 1개의 송신기와, 적어도 3개의 수신기를 포함하며, 여기서 적어도 3개의 수신기와 적어도 1개의 송신기는 바람직하게는 본질적으로 제1 평면 내에 배치되며, 제1 수신기와 제2 수신기는 본질적으로 제1 직선을 따라 바람직하게는 서로로부터 거리를 두고 바람직하게는 배치되며, 제3 수신기는 바람직하게는 제1 직선으로부터 거리를 두고 배치된다. 더 나아가, 본 발명에 따른 디바이스는, 적어도 3개의 전파 시간을 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함하며, 여기서 이러한 프로세서는, 송신기와 수신기의 배치를 기초로 할 뿐만 아니라 결정된 전파 시간을 기초로 하여 오브젝트의 3차원 포지션을 결정하도록 또한 구성된다. 본 발명에 따른 디바이스는, 오브젝트를 형성하는 많은 점들(점 클라우드)의 3차원 포지션이 결정되는 오브젝트의 표면 조건을 결정하도록 또한 적용된다. 이런 식으로, 3차원 오브젝트의 매크로스코픽 형상뿐만 아니라 그 마이크로스코픽 표면 조건(거칠기)을 결정할 수 있다.
적어도 1개의 송신기와 적어도 3개의 수신기가 1개의 평면 내에 배치되지 않는다면, 포지션 에러가 알고리즘에서 발생한다. 출력 포지션은, 그러나 여전히 정확한 경향성을 보인다. 평면으로부터 센서의 오프셋은 더 짧거나 더 긴 전파 시간에서 그러므로 그에 따라 오브젝트의 가상의 오프셋 포지션에서 분명해진다.
용어, "거리를 두고"로 앞서 기재된 바와 같이, 2개의 수신기는, 2개의 수신기와 오브젝트를 통과하는 평면을 생성하기 위해 그 사이에 거리를 가져야 한다. 이 거리는 무한소(無限小)(infinitesimally)로 작을 수 있다. 이점은 제1 직선과 제3 수신기 사이의 거리에도 동등하게 적용된다.
공간의 오브젝트의 3차원 포지션의 결정이 이와 관련하여 의미하는 것은, 예컨대 송신기와 수신기의 배치에 대한 오브젝트의 중력 중심과 같은 오브젝트의 모든 좌표(예컨대, 직교 좌표계에서의 x-, y- 및 z-좌표)의 결정이다. 일부 실시예에서, 이러한 결정은 또한 반 공간(예컨대, z>0)에서의 포지션의 결정일 수 있다.
바람직하게, 이와 관련하여 전파 시간은 오브젝트에 의해 반사된 및/또는 산란된 신호가 수신기에서 검출되는 시간과, 송신기가 수신된 신호에 대응하는 신호를 방출한 시간 사이의 시간차로서 결정된다.
송신기와 수신기의 예컨대 미리 설정된 배치는, 다음에서 더 상세하게 기재할 바와 같이, 포지션을 결정할 목적으로 프로세서(또는 관련 메모리)에 저장할 수 있거나 측정 기술에 의해 결정할 수 있다.
송신기는 바람직하게는 제1 수신기와 제2 수신기 사이의 제1 직선 상에, 예컨대 중심에 배치한다. 그 대신에, 송신기의 포지션은 적어도 3개의 수신기 중 하나의 포지션에 본질적으로 동일할 수 있다. 이점은 예컨대 3개의 수신기 중 하나가 동시에 송신기로서 역할을 함으로써 실현될 수 있다. 다시 말해, 송신기는, 신호를 방출하도록만 적용되어 있는 독립 유닛일 수 있다. 그러나 송신기는 또한 수신기에 통합될 수 있다. 그에 따라, 송신기와 수신기의 포지션(position)은 본질적으로 동일할 수 있다. 하나의 유닛에서 송신 및 수신 기능을 가진 수신기는 또한 센서로 c참조할 수 있다. 그러나 송신 유닛과 수신 유닛을 서로의 옆에 배치하는 것으로 충분할 수 있다. 더 나아가, 송신기는 제1 직선에 수직으로 미리 결정된 거리로 배치할 수 있다. 다시 말해, 신호의 시작점은 직선에 수직으로 및/또는 평면에 수직으로 미리 결정된 거리만큼 오프셋될 수 있다.
3개의 송신기가 3개의 수신기에 통합되는 것도 가능하며, 여기서 송신기 모두는 예컨대 동시에 또는 시간-시프트된 방식으로 (상이하게 변조된 신호를) 방출할 수 있다.
송신기는 바람직하게는 모든 공간 방향으로 또는 적어도 반 공간에서 신호를 등방적으로 방출하도록 적용되거나 반원 송신기가 될 수 있도록 적용될 수 있다. 후자의 경우, 반원 송신기의 중심은 바람직하게는 제1 평면에 그리고 제1 직선 상에 있어서, 신호는 제1 직선으로부터 거리(반원의 반경)를 두고 반원 상에 그 시작점을 갖는다. 본 발명의 기재에서, 그러나 이 점은 반원 송신기가 제1 평면 내에 배치되는 것으로 이해될 것이다.
프로세서는, 신호가 송신기로부터 오브젝트를 경유해 제1 수신기까지 필요로 하는 제1 전파 시간을 기초로 제2 평면 내에서 제1 타원 궤도 또는 제1 반타원 궤도를 결정하며, 신호가 송신기로부터 오브젝트를 경유해 제2 수신기까지 필요로 하는 제2 전파 시간을 기초로 제2 평면 내에서 제2 타원 궤도 또는 제2 반타원 궤도를 결정하도록 또한 구성될 수 있으며, 3차원 공간에서의 오브젝트의 포지션은 제2 평면에서의 2개의 타원 궤도 또는 반타원 궤도의 교차의 포지션을 사용하여 계산한다.
x-좌표는 예컨대 제1 직선을 따른 좌표로 규정할 수 있다. 이 예시적인 좌표계에서, y-좌표는 x-좌표에 수직인 좌표일 수 있으며, 여기서 x-좌표와 y-좌표는 제1 평면을 규정한다. 그에 따라, z-좌표는 제1 평면을 수직으로 진행하는 좌표이다. 바람직하게, 좌표 원점은 송신기의 포지션 상에 놓인다. 그러나 좌표계의 포지션이 측정 원리에 영향을 미치지 않으며 자유롭게 선택할 수 있음은 분명하다.
본 발명에 따르면, 제1 타원 궤도의 제1 초점이 제1 타원 궤도의 제2 초점과 일치하며, 제2 타원 궤도의 제1 초점이 제2 타원 궤도의 제2 초점과 일치하는 것도 가능하다. 이 경우, 타원은 (타원의 특별한 경우로서) 원이다. 다시 말해, 본 발명에 따르면, 신호가 송신기로부터 오브젝트를 경유해 제1 수신기까지 필요로 하는 제1 전파 시간을 기초로 제2 평면 내에서 제1 원 궤도 또는 반원 궤도를 결정하며, 신호가 송신기로부터 오브젝트를 경유해 제2 수신기까지 필요로 하는 제2 전파 시간을 기초로 제2 평면 내에서 제2 원 궤도 또는 반원 궤도를 결정할 수 도 있으며, 3차원 공간에서의 오브젝트의 포지션은 제2 평면에서의 2개의 원 궤도 또는 반원 궤도의 교차의 포지션을 사용하여 계산한다.
바람직하게, 프로세서는, 신호가 송신기로부터 오브젝트를 경유해 제3 수신기까지 필요로 하는 제3 전파 시간을 기초로 제1 평면과 제2 평면 사이의 각도를 결정하도록 더 구성될 수도 있다. 다시 말해, (제1 평면과 비교한) 제2 평면의 포지션은 제3 전파 시간을 통해 결정한다. 제3 전파 시간이 없이, 제2 평면 내에서 포지션을 결정하는 것도 가능할 수 있다. 제3 전파 시간에 의해, 2개의 평면 사이의 각도나 경사를 결정하게 하는 선이 생성된다.
그에 따라, 3차원 포지션, 즉 예컨대 직교 좌표계의 경우 오브젝트의 포지션의 x-, y-, z-좌표는 제2 평면에서의 2개의 타원 궤도 또는 반타원 궤도의 교차 및 (제1 평면과 비교한) 제2 평면의 포지션/각도/경사를 기초로 3차원 공간에서 결정할 수 있다. 엄밀히 말해, 2개의 교차하는 타원의 2개의 교차가 있으므로, 2개의 교차 중 올바른 교차는 시스템의 배치에 대한 인지를 기초로 (예컨대, 송신기는 오직 반공간에서 신호를 방출하거나 기하학적인 이유로 오브젝트는 오직 2개의 교차 중 하나에서 존재할 수 있다는 가정을 기초로) 선택한다.
x-좌표는 예컨대 제1 직선을 따른 좌표로서 규정할 수 있다. 이 예시적인 좌표계에서, y-좌표는 x-좌표에 수직인 좌표일 수 있으며, 여기서 x-좌표와 y-좌표가 제1 평면을 규정한다. 그에 따라, z-좌표는 제1 평면을 수직으로 진행하는 좌표이다. 바람직하게, 좌표 원점은 송신기의 포지션 상에 놓인다. 그러나 좌표계의 포지션이 측정 원리에 영향을 미치지 않으며 자유롭게 선택될 수 있음은 분명하다.
반원 송신기를 사용하여 신호가 제1 직선으로부터 거리(반원의 반경(h))를 두고 반원 상의 그 시작점을 갖는다면, 반타원 궤도의 경사가 생성된다. 이 경사는 반원 송신기의 시작 신호의 거리(반경)(h)에 의해 생성한다. 신호는, 반원 송신기가 없는 방법의 경우에서보다 (제2 평면에서) 반경(h)만큼 더 높게 방출된다. 2개의 반타원 궤도의 2개의 초점은 그에 따라 거리(h)만큼 상승하며, 상부(포지티브) 반타원 궤도는 상방으로 경사져 있으며 하부(네거티브) 반타원 궤도는 하방으로 경사져 있다.
이하에서 더 상세하게 기재될 바와 같이, 이점은 반원 궤도의 경사를 수반할 수 있다. 바람직하게, 0과 같지 않은 (또는 미리 결정된 역치 초과의) 각도에서, 각각의 타원 궤도는 제1 직선을 따라 2개의 반타원 궤도로 분리될 수 있으며 포지티브 또는 네거티브 방향으로 제1 평면에 대해 각도만큼 경사져 있을 수 있다. 이 방법은 예컨대, 신호원이 반원 송신기에 대응한다면 또는 신호원이, 방출된 방사에 대해 크며 그에 따라 제1 직선에 수직인 오프셋에 대략 대응하는 연장을 갖는다면, 사용될 수 있다.
본 발명의 추가 관점에 따르면, 앞선 기재에 따른 디바이스가 제공되며, 여기서 이 디바이스는, 적어도 3개의 수신기 중 하나 이상에 의해 수신되는 하나 이상의 신호의 형상 및/또는 전파 시간을 기초로 오브젝트의 표면의 연장 및/또는 크기 및/또는 조건을 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함하며, 여기서 바람직하게는 복수의 단 펄스를 방출하여 오브젝트가 점 클라우드로서 표현되게 하여 오브젝트의 기하학적 모양을 더 양호하게 검출할 수 있게 하는 신호원이 사용된다.
본 발명의 추가 구성에 따르면, 오브젝트의 3차원 포지션을 결정하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 송신 포지션으로부터 오브젝트에 의해 적어도 부분적으로 반사되며 및/또는 산란된 신호를 방출하는 단계와, 3개 이상의 수신 포지션에서 적어도 부분적으로 반사된 및/또는 산란된 신호를 수신하는 단계를 포함하며, 여기서 적어도 3개의 수신 포지션은 바람직하게는 송신 포지션을 포함하는 제1 평면 내에서 본질적으로 배치되며, 제1 수신 포지션과 제2 수신 포지션은 본질적으로는 제1 직선을 따라, 바람직하게는 서로로부터 거리를 두고 바람직하게 배치되며, 제3 수신 포지션은 바람직하게는 제1 직선으로부터 거리를 두고 배치된다. 이 방법은 적어도 3개의 전파 시간을 결정하는 단계 - 각각의 전파 시간은 송신 포지션으로부터 오브젝트를 경유해 각각의 수신 포지션까지 신호에 의해 필요하게 되는 시간임 - 와, 송신 포지션과 수신 포지션의 배치뿐만 아니라 결정된 전파 시간을 사용하여 오브젝트의 3차원 포지션을 획득하는 단계를 더 포함한다.
송신 포지션은 바람직하게는 제1 수신 포지션과 제2 포지션 사이에서 제1 직선을 따라 배치될 수 있거나, 적어도 3개의 수신 포지션 중 하나에 본질적으로 동일할 수 있다.
오브젝트의 3차원 포지션의 제1 좌표의 결정은, 신호가 송신기로부터 오브젝트를 경유해 제1 및 제2 수신기까지 필요로 하는 제1 및 제2 전파 시간과, 제1 및 제2 수신 포지션의 송신 포지션까지의 거리를 기초로 하여 실행할 수 있으며, 제1 좌표는 제1 직선을 따른 오브젝트의 포지션을 규정한다.
바람직하게, 3차원 공간에서의 오브젝트의 포지션의 결정은 제2 평면 내에서 제1 및 제2 타원 궤도 또는 제1 및 제2 반타원 궤도의 교차를 사용하여 실행하며, 여기서 신호가 송신기로부터 오브젝트를 경유해 제1 수신기까지 필요로 하는 제1 전파 시간이 제2 평면에서의 제1 타원 궤도 또는 제1 반타원 궤도를 규정하며, 신호가 송신기로부터 오브젝트를 경유해 제2 수신기까지 필요로 하는 제2 전파 시간은 제2 평면에서의 제2 타원 궤도 또는 제2 반타원 궤도를 규정한다. 제2 평면에서 제1 및 제2 타원 궤도 또는 제1 및 제2 반타원 궤도의 교차를 사용하면, 3차원 공간에서 결정될 오브젝트의 y-좌표 및 z-좌표(앞서 기재한 예시적인 좌표계) 뿐만 아니라, 3차원 공간에서 오브젝트의 x-좌표(제1 직선을 따른 좌표)를 허용한다. 제2 평면은 이와 관련하여 제1 직선과 오브젝트에 의해 규정한다. 다시 말해, 제2 평면은, 제1 수신기, 제2 수신기 및 오브젝트에 의해 규정되는 평면이다.
앞서 기재한 바와 같이, 제1 타원 궤도의 제1 초점은 제1 타원 궤도의 제2 초점과 일치할 수 있으며, 제2 타원 궤도의 제1 초점은 제2 타원 궤도의 제2 초점과 일치할 수 있어서 원 궤도를 규정할 수 있다.
바람직하게, 3차원 공간에서 오브젝트의 포지션의 계산은 제1 평면과 제2 평면 사이의 각도를 사용하여 실행하며, 여기서 신호가 송신기로부터 오브젝트를 경유해 제3 수신기까지 필요로 하는 제3 전파 시간이 이 각도를 규정한다. 이 각도는 이와 관련하여 제2 평면에 대한 제1 평면의 가능한 경사를 규정한다(앞선 설명을 또한 참조).
더 나아가, 이 방법은 수신 포지션의 송신 포지션까지의 거리를 계산하는 단계를 또한 포함할 수 있으며, 여기서 거리의 계산은, 미리 결정된 전파 속도를 사용하여 송신 포지션으로부터 각 수신 포지션까지 직접 송신되는 신호의 전파 시간을 기초로 한다.
다시 말해, 신호의 전파 속도가 알려지게 되면, 거리는, 송신기로부터 각 수신기로의 직접 측정한 신호의 전파 시간을 기초로 본 발명에 따른 방법에 의해 결정될 수 있다. 그에 따라, 수신기 사이의 및/또는 사용 전 송신기와 수신기 사이의 거리의 결정은 생략될 수 있다. 이점으로 인해, 예컨대 수신기와 송신기의 융통성이 있는 부착이 가능할 수 있다. 즉, 요소들의 미리 결정된 거리로의 고정된 부착이 반드시 요구되지 않을 수 있다. 이점으로 인해 또한 더 낮은 제조 비용과 더 융통성이 있는 응용 분야를 초래할 수 있으며, 예컨대 수신기와 송신기는 서로로부터 분리되어 저장될 수 있으며 정확히 거리를 결정해야 하지 않는다면 상황에 따라 현재의 평면(예컨대, 집의 벽, 차량의 범퍼 등)에 부착될 수 있다. 사용 후, 수신기와 송신기는 이 평면으로부터 분리하여 다른 평면에 재부착될 수 있다. 추가 예로서, 센서에 대한 개별 수신기의 포지션은 센서 시스템의 생산 공정에서 결정될 수 있으며, 알고리즘은 각각의 개별 센서의 공차 편차에 적용될 수 있다.
그 대신에, 이 방법은 방출된 신호의 전파 속도를 계산하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 전파 속도의 계산은, 송신 포지션과 적어도 3개의 수신 포지션 중 하나 사이의 미리 결정된 거리를 사용하여 송신 포지션으로부터 적어도 3개의 수신 포지션 중 하나로 직접 송신되는 신호를 기초로 한다.
다시 말해, 수신기와 송신기 사이의 거리가 알려지게 되면, 송신 포지션으로부터 적어도 3개의 수신 포지션 중 하나까지 직접 송신되는 신호의 전파 속도는 본 발명에 의해 결정될 수 있다. 이점은 포지션 결정 전 디바이스의 시준을 제공하기에 유리하다. 더 나아가, 전파 속도는 상황에 따라 (예컨대, 주변의 온도의 변화로 인한, 상이한 전파 매체의 사용) 변할 수 있다. 그에 따라, 각각의 측정 동작 전 시준은 특히 측정 정확도를 개선할 수 있다.
본 발명의 추가 관점에 따르면, 앞서 기재한 방법이 제공될 수 있으며 추가로 3개의 수신 포지션 중 하나 이상에 의해 수신되는 하나 이상의 신호의 형상 및/또는 전파 시간을 사용하여 오브젝트의 표면의 연장 및/또는 크기 및/또는 조건을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 반복해서 수행되며, 송신 포지션은 변하며 바람직하게는 2개 이상의 수신 포지션 사이에서 변경되기에 또한 유리할 수 있다. 그리하여, 예컨대 측정 정확도는 증가될 수 있다.
본 발명은 또한 다음의 응용 중 하나 또는 조합을 위한 앞서 기재한 디바이스 및 방법의 사용에 관한 것이다: 제스쳐 인식(제스쳐 제어), 인물 인식, 오브젝트(인물, 물품 등)의 포지션 인식, 오브젝트(인물, 물품 등)의 속도 측정, 영역 모니터링(알람 시스템, 존재 감지), 볼륨 인지, 기하학적 모양의 인식(3D 스캐너), 3D 컬러 사진 생성(센서+카메라), 비파괴 소재 테스팅, 바디 스캔(예컨대, 장기, 조직 및 뼈 스캔), 어류 탐지기, 수역의 바닥 스캐닝, 현미경 검사, 매핑, 온도 흐름 및 가스 흐름의 표현, (예컨대, 자동 차량, 무인 항공기용) 환경 인식, 원자재 탐색을 위한 그라운드 스캐너 및/또는 그라운드 인프라스트럭쳐의 인식, 네비게이션, 오브젝트 스캐닝(내부 구조의 인식), (예컨대, 공항에서의) 보안 응용, 움직이는 오브젝트의 인식, 기상 관측, 기계 제어 용도, 군사 분야 용도(예컨대, 지뢰 제거기), 레벨 측정, 높이 제어, 참석자 체크, 충돌 보호, 경로 검출, 거리 측정 및/또는 분류.
본 발명은, 대응하는 송신기와 수신기가 임의 종류의 파용으로 설계될 수 있는 한은, 그러한 파에 기본적으로 응용될 수 있으며, 그러한 파는 특히 예컨대 무선파, 마이크로파, 열 방사선, 광, x-선, 감마 방사선과 같은 전자기파; 음파, 쇼크 파와 같은 압력 파; 중력파; 예컨대 분자 방사선 및 파동 방사선(undulatory radiation)과 같은 방사선; 플라스마 파; 물질파; 벤딩 파; 지진파; 자기파; 전기파를 포함한다.
본 발명에 따른 방법과 연계하여 기재한 특성은 물론 본 발명에 따른 디바이스의 각각의 수단의 각각의 속성에 대응할 수 있다. 유사하게, 본 발명의 기재한 디바이스의 특성은 방법 특성에 대응할 수 있다.
다음에서, 본 발명은 예시한 실시예와 도면에 의해 더욱 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 배치의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사에 의한 3개의 전파 시간 측정을 위한 기하학적 구조의 개략적인 3D 뷰를 도시하는 도면이다.
도 3a는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사에 의한 3개의 전파 시간 측정을 위한 기하학적 구조의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 2개의 보조 거리의 개략적인 기하학적 구조를 도시하는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 2개의 수신기를 사용하는 전파 시간 측정의 기하학적 예시를 도시하는 도면이다.
도 5a는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사에 의한 2개의 전파 시간 측정을 위한 개략적인 기하학적 구조를 도시하는 도면이다.
도 5b는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 2개의 타원 궤도 상의 오브젝트의 포지션의 결정을 위한 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반원 송신기의 가능 구조의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반원 송신기를 사용한 반사에 의한 3개의 전파 시간 측정을 위한 기하학적 구조의 개략적인 3D 뷰를 도시하는 도면이다.
도 8a는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반원 송신기를 사용한 반사에 의한 3개의 전파 시간 측정을 위한 기하학적 구조의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 8b는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 2개의 보조 거리의 기하학적 구조의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 2개의 수신기와 반원 송신기를 사용한 전파 시간 측정의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 10a는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반원 송신기를 사용한 반사에 의한 2개의 전파 시간 측정을 위한 기하학적 구조의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 10b는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 4개의 경사진 반타원 궤도 상의 오브젝트의 가능한 포지션의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 센서 배치의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 12는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반사에 의한 3개의 전파 시간 측정을 위한 기하학적 구조의 개략적인 3D 뷰를 도시하는 도면이다.
도 13a는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 도 12의 기하학적 구조의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 13b는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 도 12의 기하학적 구조의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 2개의 수신기를 사용한 전파 시간 측정을 위한 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 15a는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반사에 의한 2개의 전파 시간 측정을 위한 기하학적 구조의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 15b는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 2개의 원 궤도 상의 오브젝트의 가능 포지션의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 16은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 센서의 송신 기능을 사이를 스위칭하기 위한 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 추가 실시예에 따른 수신된 신호의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 18은 2개의 연장 오브젝트에서의 반사의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 19는 도 18에 따른 2개의 오브젝트에 의해 수신되는 신호의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 20은 도 18에 따른 2개의 오브젝트에 의해 수신되는 신호의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 21은 2개의 연장 오브젝트에서의 반사의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 22는 거친 표면의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 1은, 제1 수신기(10), 제2 수신기(20), 제3 수신기(30) 및 송신기(40)를 포함하는 본 발명의 제1 실시예의 개략적인 구조를 도시한다. 개별 구성요소 사이의 관계도 도시되며 다음에서 더 상세하게 설명될 것이다.
본 실시예에 따르면, 송신기(40)와 3개의 수신기(10, 20, 30)는 바람직하게는 동일한 높이에 (즉, 여기서 z= 0을 특징으로 하는 제1 평면 내에서) 있다. 수신기(10)와 수신기(20)는 바람직하게는 (바람직하게는 점선 상에서) 송신기(40)와 일렬로 (즉, 바람직하게는 제1 직선을 따라), 즉 여기서는 바람직하게는 x-축(즉, y= 0 및 z= 0) 상에 위치지정된다. 제1 수신기(10)는 송신기로부터 거리(2f1)를 가지며 제2 수신기(20)는 송신기(40)로부터 거리(2f2)를 또한 갖는다. 이들 거리는 동일한 크기, 즉 2f1= 2f2 뿐만 아니라 상이한 크기, 즉 2f1≠ 2f2를 가질 수 있다. x-방향으로, 수신기(30)는 좌표 원점(O)(여기서는 송신기(40)의 포지션)으로부터 거리(b)와 y-방향으로 거리(a)를 가질 수 있다. 거리(a 및 b)는 임의의 값을 가질 수 있다. 그러나 a는 바람직하게는 0과 같지 않아야 한다. 즉, 제3 수신기는 바람직하게는 x-축 상에 배치되지 않아야 한다. 다시 말해, 수신기(30)는 바람직하게는 제1 x-축으로부터 거리에 배치되어야 한다. 도 1에서 하나의 평면 내에서 또는 하나의 직선을 따른 수학적으로 정확한 위치지정이 가정되더라도, 제조 공차 등으로 인한 것일 수 있는 정확한 위치지정의 작은 편차가 본 발명의 보호 범위에서의 배제를 수반할 수 없음이 당업자에게는 분명할 것이다. 개별 시스템 구성요소의 위치지정의 정확도가 결정된 포지션의 정확도에 영향을 미치더라도, 구성요소(10, 20, 30 및 40)가 평면 내에서 본질적으로 배치된다면 및/또는 구성요소(10, 20 및 40)가 본질적으로 직선을 따라 배치된다면 오브젝트의 포지션은 심지어 충분히 정확하게 결정할 수 있다.
도 2는 3차원에서의 제1 실시예의 개략적인 예시를 도시한다. 도 2에 따르면, 송신기(40), 수신기(10, 20, 30) 및 오브젝트(50)를 개략적으로 예시한다. 도 2는, 신호가 송신기(40)로부터 오브젝트(50)로 커버하는 거리(s)를 더 도시한다. 도 2에 따른 거리(e1, e2, e3)는, 오브젝트(50)에서 반사된 신호가 각 수신기로 이동하는 거리이다. 추가로 기재될 거리(x2D, y2D, d, r, a, b)가 사용되며 다음에서 더 상세하게 기재할 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 3개의 전파 시간 측정이 오브젝트(50)의 3차원 포지션을 결정하기 위해 수행된다. 3개의 전파 시간 측정은 송신기(40)와 3개의 수신기(10, 20, 30)에 의해 수행된다. 송신기(40)는, 오브젝트(50)와 충돌하며 부분적으로 반사되며 및/또는 오브젝트에서 산란할 때까지 3차원 공간에서 전파하는 신호(거리(s)는 송신기(40)로부터 오브젝트(50)로의 최고속 신호의 경로를 나타낸다. 즉, 이론적으로 파 또는 입자 스트림이 방출된다. 거리(s)는 오브젝트에서의 최단 전파 시간 및 그에 따라 제1 반사 신호이다)를 방출한다. 신호의 반사된 및/또는 산란된 부분은 (거리(e1, e2, e3)를 따라) 3개의 수신기(10, 20, 30)와 충돌한다. 이것은 3개의 전파 시간을 산출하며, 이러한 3개의 전파 시간은, 오브젝트(50)로부터 개별 수신기(10, 20, 30)(전파 시간 측정)로의 전파 시간과 함께 송신기(40)로부터 오브젝트(50)로의 전파 시간으로부터 얻는다.
신호가 송신기(40)로부터 오브젝트(50)로 이동하는 거리(s)와, 신호가 오브젝트(50)로부터 각 수신기(10, 20, 30)로 이동하는 개별 거리(e1, e2 및 e3)를 고려하여, 보조 거리(x2D, y2D, d, r, a, b)와 함께 도 2에 도시한 3차원 기하학적 구조를 얻는다.
도 3a 및 도 3b는 기하학적 구조를 평면도(도 3a: z-축의 평면도)로 그리고 측면도(도 3b: x-축의 평면도)로 예시한다. 도 3b는 또한 보조 거리(q, y) 및 좌표(z)를 도시한다.
2개의 보조 거리(y2D 및 d)는 항상 x-축에 수직이며 상단에서 오브젝트와 연결된다. 이들 보조 거리는, 거리(a)와 함께, 삼각형 구조를 형성한다(도 3a 및 도 3b 참조).
이 기하학적 구조는 다음의 수학식을 제공한다:
거리(a)에 대한 수학식 (1)은 z에 대해 해를 구하며, 다음의 수학식이 3차원 공간에서 오브젝트(50)의 z-좌표에 대해 얻어진다:
여기서, 수학식 (2)는 a>0일 때 포지티브 부호를 가지며, a<0일 때 네거티브 부호를 갖는다(오브젝트(50)의 상부 포지션, 즉 수신기(10, 20, 30 및 송신기(40)가 위치하는 평면 위에 대해). 오브젝트(50)가 수신기(10, 20, 30) 및 송신기(40)가 위치한 평면 아래에 있을 때, 부호는 반대가 된다.
수학식 (2)에서 보조 거리(d)는 다음의 수학식에 대응한다:
3차원 공간에서 오브젝트의 x-좌표의 결정은 다음의 수학식에 의해 실행된다.
거리(Use1, Use2 및 Use3)는 전파 시간에 의해 생성되는 거리(거리(s)와 각 거리(en)의 합)이다. 이들 거리는, 송신기(40)로부터 각각의 수신기(10, 20, 30)까지 신호가 필요로 하는 전파 시간(t1, t2 및 t3)과 신호의 전파 속도(c)를 통해 다음과 같이 결정된다:
3차원 공간에서 오브젝트의 y-좌표의 결정은 다음의 수학식에 의해 실행된다:
여기서, 3차원 공간에서 y-좌표에 대한 수학식 (6)은 y>q - ｜a｜ 및 a>0이며 y≤q - ｜a｜ 및 a<0일 때 포지티브 부호를 갖는다. 수학식 (6)은 모든 다른 값 범위일 때 네거티브 부호를 갖는다.
경우의 구별과 연계하여 언급한 보조 거리(q)는 다음과 같이 계산한다:
앞선 수학식들에서 언급한 보조 거리(x2D 및 y2D)는 (제2 평면에서 적용될 수 있는) 2차원 공간에서의 오브젝트(50)의 포지션 결정의 경우에 오브젝트(50)의 x-좌표 및 y-좌표이다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 송신기(40)와, 3개의 수신기(10, 20, 30) 중 2개의 수신기(10, 20)는 2차원 공간에서 오브젝트(50)의 x-좌표 및 y-좌표(x2D 및 y2D)의 결정에 필요하다. 이것은 도 4에 개략적으로 예시한다. 도 5a에 도시한 기하학적 구조가 이 배치로 생성된다. 2개의 타원 궤도(도 5b 참조)가 2개의 전파 시간 거리(e1 및 e2)에 의해 형성된다. 도 5b에 따르면, 오브젝트(50)의 포지션은 2개의 타원 궤도의 교차에 있다. 2개의 타원 궤도의 2개의 초점은 송신기(40)의 포지션(거리(s)의 원점)에 정확히 일치한다.
2개의 전파 시간 거리(Use1 및 Use2)에 대한 다음의 수학식은 도 5a 및 도 5b에 따른 기하학적 구조로부터 얻는다:
및
전파 시간 거리(Use1)에 대한 수학식 (8)은 y2D에 대해 해를 구하며, 다음의 수학식을 얻는다:
전파 시간 거리(Use2)에 대한 수학식 (9)은 y2D에 대해 해가 구해지며, 다음의 수학식이 얻어진다:
반타원 궤도에 대해, 포지티브 부호를 갖는 수학식 (10) 및 (11)은 동일하며 0이 된다.
x2D에 대해 수학식 (12)의 해를 구한 후, 특히 다음의 수학식이 획득된다:
2차원 공간에서 x-성분에 대한 수학식 (13)은 3차원 공간에서 x-성분의 수학식(수학식 (4))에 대응함을 주목해야 한다. 포지티브 반타원 궤도(+)에 대한 x2D 및 y2D에 대한 수학식이 3차원 z-좌표에 대해 수학식 (2)에 그리고 3차원 y-좌표에 대해 수학식 (6)에 삽입될 때, 다음의 수학식 (14) 및 수학식 (15)가 획득된다:
여기서 상세하게 논의한 바람직한 실시예는 물론 좌표를 계산하는 단지 예시적인 방식이다. 그러나 본 발명은 전혀 이 예로 제한되지는 않는다. 오히려 도면들에 예시한 기하학적 상황으로부터 다른 수학식을 유도할 수 도 있으며, 이러한 수학식에 의해, 당업자는 오브젝트 포지션의 개별 좌표를 계산할 수 있다. 극 좌표계에서, 모든 수학식은 완전히 상이하게 보인다고 단지 예시적으로 언급된다. 그러나 본 발명은 특히, 결정된 3개의 전파 시간 중 2개의 시간이 도 5b에 예시한 바와 같이, 2개의 교차하는 타원 궤도를 규정한다는 일반적인 기본 아이디어를 기초로 한다. 그에 따라, 프로세서는, 제2 평면 내에서 신호가 송신기로부터 오브젝트를 경유해 제1 수신기까지 필요로 하는 제1 전파 시간을 기초로 제1 타원 궤도 또는 제1 반타원 궤도를 결정하며, 제2 평면 내에서 신호가 송신기로부터 오브젝트를 경유해 제2 수신기까지 필요로 하는 제2 전파 시간을 기초로 제2 타원 궤도 또는 제2 반타원 궤도를 결정하도록 바람직하게는 구성되며, 여기서 3차원 공간에서의 오브젝트의 포지션은, 본 발명이 특정 종류의 계산으로 제한되지 않는다면, 제2 평면에서의 2개의 타원 궤도 또는 반타원 궤도의 교차의 포지션을 사용하여 계산된다.
앞서 논의한 바람직한 실시예는, 송신기(40)가 신호를 본질적으로 등방적으로 방출한다는 가정을 기초로 한다. 그러나 예컨대 도 6에 예시한 반원 송신기(60)와 같은 다른 송신기가 또한 대신 사용될 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 반원 송신기(60)는 본체(72)를 포함하며, 이 본체를 통해, (개구나 갭으로도 참조되는) 슬릿(61)이 본체(62)의 둘레 측 상에 연장한다. 신호가 슬릿(61)으로부터 유래하여 방출되어 3차원 공간에서 슬릿으로부터 전파한다. 그에 따라, 신호가 반원 상상의 규정된 시작점을 가짐, 즉 신호가 반원 송신기(60)로부터 슬릿(61)을 통해 빠져 나오며 그 후 반원 송신기(60) 위의 3차원 공간으로 전파함을 달성할 수 있다.
다시 말해, 반원 송신기(60)는 반원 갭(61)의 형태로 신호원을 갖는 송신기이다. 신호는 신호원으로부터 3차원 반공간으로 동시에 방출된다. 신호원의 반원 형상은 오브젝트가 반원 송신기(60) 위에서, 즉 z>0에 대해 검출되게 한다(도 7과 비교). 신호원이 180도보다 작거나 큰 반원 송신기(60)의 변경도 확실히 가능하다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상황의 3차원 예시를 도시한다. 반원 송신기(60)에 의해 방출되는 신호는 오브젝트(50)에 의해 반사되어 3개의 수신기(10, 20, 30)에 검출된다. 도 2로부터 알려져있는 거리(s, e1, e2, e3, d, a, b, r, y2D, x2D) 외에, 반원 송신기(60)의 반경(h)이 도 7에 나타내진다.
수신기(10, 20, 30) 및 송신기, 여기서는 반원 송신기(60)의 배치는 바람직하게는 도 1에 도시한 배치와 유사하다. 주목해야 할 점은, 반원 송신기(60)가 사용될 때, 반원의 중심이 도 1에 따른 송신기(40)의 포지션에 대응한다는 점, 즉 반원의 중심이 바람직하게는 한편 수신기(10, 20, 30)와 동일 평면 내에 있으며, 다른 한편으로 수신기(10, 20)와 직선 상에 있다는 점이다. 그에 따라, 신호의 원점은 미리 결정된 거리(h)(좌표 시스템의 원점으로부터의 반원 송신기(60)의 반경)에 있다(도 7).
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 3개의 전파 시간 측정은 오브젝트(50)의 3차원 포지션의 결정을 위해 실행된다. 3개의 전파 시간 측정은 반원 송신기(60)와 3개의 수신기(10, 20, 30)에 의해 실행된다. 오브젝트(50)(거리(s))와 충돌하여 부분적으로 반사될 때까지 3차원 공간으로 전파하는 신호가 앞서 기재한 바와 같이 반원 송신기(60)에 의해 방출된다. 신호의 반사된 부분은 3개의 수신기(10, 20, 30(거리(e1, e2, e3))와 충돌한다. 이것은, 오브젝트(50)로부터 개별 수신기(10, 20, 30)로의 전파 시간(신호가 각 거리(e1, e2, e3)에 대해 필요로 하는 시간)(전파 시간)과 함께 반원 송신기(60)로부터 오브젝트(50)로의 전파 시간(신호가 거리(s)에 대해 필요로 하는 시간)으로부터 초래되는 3개의 전파 시간을 산출한다.
3개의 수신기(10, 20, 30)와 반원의 중심(반경 원점)은 바람직하게는 하나의 평면에(동일 높이로) 배치 또는 고정된다. 수신기(10)와 수신기(20)는 반원 송신기(60)와 함께 (바람직하게는 점선 상에서), 즉 바람직하게는 x-축 상에 직접 직선 상에 바람직하게 위치지정된다. 수신기(30)는 좌표 원점(O)으로부터 x-방향으로 거리(b)와 y-방향으로 거리(a)를 가질 수 있다. 거리(a 및 b)는 임의의 값을 가질 수 있다. 바람직하게, a는 0과 같지 않아야 한다.
신호가 반원 송신기(60)로부터 오브젝트(50)로 이동하는 거리(s)와, 신호가 오브젝트(50)로부터 각 수신기(10, 20, 30)로 이동하는 개별 거리(e1, e2 및 e3)를 고려하면, 도시한 보조 거리와 함께 도 7에 도시한 3차원 기하학적 구조를 얻는다.
도 8a는 도 7의 기하학적 구조를 평면도(z-축의 평면도)로 예시하며, 도 8b는 도 7의 기하학적 구조를 측면도(x-축의 평면도)로 예시한다.
2개의 보조 거리(y2D 및 d)는 항상 x-축에 수직이며 상단에서 오브젝트(50)와 연결된다. 이들 보조 거리는, 거리(a)와 함께, 도 8a 및 도 8b에 따른 삼각형 구조를 형성한다.
이 기하학적 구조는 다음의 수학식을 제공한다:
거리(a)에 대한 수학식 (16)이 z에 대해 해가 구해질 때, 다음의 수학식이 3차원 공간에서 오브젝트(50)의 z-좌표에 대해 획득된다:
여기서, 수학식 (17)은 a>0일 때 포지티브 부호를 가지며, a<0일 때 네거티브 부호를 갖는다(오브젝트(50)의 상부 포지션에 대해). 하부 포지션에 대해, 부호는 반대가 된다. 상부 포지션은, 오브젝트(50)가 3개의 수신기(10, 20, 30)에 의해 규정되는 평면 위에 있음을 의미한다. 하부 포지션은 그에 따라, 오브젝트(50)가 3개의 수신기(10, 20, 30)에 의해 규정되는 평면 아래에 있음을 의미한다.
수학식 (17)에서 보조 거리(d)는 다음의 수학식에 대응한다:
3차원 공간에서 오브젝트(50)의 x-좌표의 결정은 수학식 (19) 및 수학식 (20)에 의해 실행된다. 수학식 (19)는 Use1≥Use2일 때 전파 시간 거리에 대해 오브젝트(50)의 x-좌표를 나타내며, 수학식 (20)는 Use1<Use2일 때 전파 시간 거리에 대한 x-좌표를 나타낸다. 완벽하게 하기 위해, Use1>Use2와 Use1≤Use2로 또한 읽을 수 있다고 언급된다.
거리(Use1, Use2 및 Use3)는 전파 시간에 의해 생성된 거리(거리(s)와 각 거리(en)의 합)이다. 이들 거리는 신호의 전파 속도(c)와 신호의 전파 시간(t1, t2 및 t3)을 통해 다음과 같이 결정된다:
3차원 공간에서 오브젝트(50)의 y-좌표의 결정은 다음의 수학식에 의해 실행된다:
여기서, 3차원 공간에서 y-좌표에 대한 수학식 (22)은 y>q - ｜a｜ 및 a>0이며 y≤q - ｜a｜ 및 a<0일 때 포지티브 부호를 갖는다. 수학식 (22)는 모든 다른 값 범위일 때 네거티브 부호를 갖는다.
경우의 구별과 연계하여 언급한 보조 거리(q)는 다음과 같이 계산된다:
앞선 수학식들에서 언급한 보조 거리(x2D 및 y2D)는 2차원 공간에서의 오브젝트(50)의 포지션 결정의 경우에 오브젝트(50)의 x-좌표 및 y-좌표이다.
도 9는 2차원의 오브젝트(50)의 x-좌표 및 y-좌표(x2D 및 y2D)의 결정을 위한 반원 송신기(60)와 2개의 수신기(10, 20)를 도시한다.
도 9를 기초로, 도 10a에 따른 기하학적 구조가 생성될 수 있다. 더 나아가, 도 10b에 따른 4개의 교차 반타원 궤도가 이 배치에 의해 생성된다.
본 발명, 특히 제2 실시예에 따르면, 오브젝트(50)의 포지션은 2개의 타원 궤도(반타원 궤도)의 교차에 있다. 반원 송신기의 신호가 이 평면 위로 전파하는 조건을 기초로, 오브젝트(50)의 포지션을 결정하는 교차는 마찬가지로 도 9에 따라 2차원 구조 위(x2D 축 위)에 위치된다. 반원 송신기(60)가 또한 이 예에서의 방향과는 다른 임의의 방향으로 송신할 수 있음이 분명하다. 어느 경우에도, 반원 송신기(60)의 제한된 송신 영역으로 인해, 오브젝트의 포지션에 관련된 교차가 규정됨이 분명하다.
2개의 전파 시간 거리(Use1 및 Use2)에 대한 다음의 수학식이 이 기하학적 구조로부터 얻어진다:
및
전파 시간 거리(Use1)에 대한 수학식 (24)가 y2D에 대해 해가 구해질 때, 다음의 수학식이 획득된다:
전파 시간 거리(Use2)에 대한 수학식 (25)가 y2D에 대해 해가 구해질 때, 다음의 수학식이 획득된다:
수학식 (26) 및 수학식 (27)이, 포지티브 부호를 가질 경우, 동일하고, 0이며 x2D에 대해 해를 구하게 될 때, x2D 좌표에 대한 수학식이 획득된다. 이것은 x-좌표에 대한 수학식과 동일하며 그에 따라 수학식 (19) 및 수학식 (20)에 대응한다.
수학식들의 복잡함으로 인해 제2 실시예에 대한 개별 결과의 삽입은 삼가한다. 당업자에게는, 이것이 3차원 공간에서 오브젝트(50)의 좌표에 대한 "임시 수학식"을 획득하기 위해 제1 실시예를 기초로 하여 기재한 방식과 본질적으로 유사하게 될 수 있음이 분명하다. 그러나 앞서 기재한 계산 단계들의 연속적인 계산이 3차원 공간에서 오브젝트(50)의 포지션을 결정하기에 충분하므로, "임시 수학식"을 셋업하기에 절대적으로 필요하지는 않음을 또한 명시적으로 주목해야 한다.
도 11은 3개의 센서(100, 200, 300)를 포함하는 본 발명의 제3 실시예를 도시한다. 센서(100, 200, 300) 각각은, 송신 기능과 수신 기능 모두를 갖는 구성요소일 수 있다. 본 발명에 따르면, 수신 기능을 갖는 적어도 3개의 센서(100, 200, 300)가 제공되며, 적어도 3개의 센서(100, 200, 300) 중 적어도 하나는 추가로 송신 기능에 제공될 수 있다. 그러나 적어도 3개의 센서(100, 200, 300) 모두가 송신 및 수신 기능이 제공되어 시스템을 스위칭하여 예컨대 상이한 송신 포지션으로부터 (동시에 또는 시간-시프트된 방식 중 어느 하나로) 송신됨도 가능하다.
제3 실시예에 따르면, 오브젝트(50)의 3차원 포지션의 결정은 3개의 전파 시간 측정을 기초로 또한 실행될 수 있다. 3개의 전파 시간 측정은 3개의 센서(100, 200, 300)에 의해 제3 실시예에 따라 실행되며, 여기서 적어도 하나의 센서(예컨대, 센서(100))는 송신 및 수신할 수 있다. 또한, 별도의 송신 및 수신 디바이스는 어느 정도 동일한 포지션으로부터 전송 및 수신하기 위해 서로 밀접하게 설치됨이 가능하다. 다시 말해, 센서(100, 200, 300) 각각은 또한 서로 직접 근접하게 배치되는 2개의 별도의 송신 및 수신 디바이스로 구성될 수 있다.
도 12에 따르면, 오브젝트(50)(거리(s))와 충돌하며 부분적으로 반사될 때까지 3차원 공간으로 전파하는 신호는 센서(100)에 의해 방출된다. 신호의 반사된 부분이 3개의 센서(100, 200, 300)(거리(e1, e2, e3))와 충돌한다. 이것은, 오브젝트(50)로부터 개별 센서(100, 200, 300)(전파 시간 측정)로의 전파 시간과 함께 센서(100)로부터 오브젝트(50)로의 전파 시간으로 인해 얻게 되는 3개의 전파 시간을 산출한다.
3개의 센서(100, 200, 300)는 바람직하게는 하나의 평면에 (즉, 동일 높이에) 배치된다. 센서(300)는 좌표 원점(O)으로부터 x-방향으로 거리(b)와 y-방향으로 거리(a)를 가질 수 있다. 거리(a 및 b)는 임의의 값을 가질 수 있으며, 여기서 거리(a)는 바람직하게는 0과 같지 않다. 좌표 원점(O)은 바람직하게는 센서(100와 200) 사이에서 연장하는 직선 상에 바람직하게는 있다. 그러나 좌표 원점(O)의 포지션은 본 발명의 작업성에 영향을 미치지 않음이 분명하다.
신호가 센서(100)로부터 오브젝트(50)로 이동하는 거리(s)와, 신호가 오브젝트(50)로부터 각 센서(100, 200, 300)로 이동하는 개별 거리(e1, e2 및 e3)를 고려하면, 도시한 보조 거리(x2D, y2D, a, b, r, d)와 함께 도 12에 도시한 3차원 기하학적 구조를 얻게 된다.
도 12에 따른 기하학적 구조의 평면도(z-축의 평면도)는 보조 거리와 함께 도 13a에 따른 기하학적 구조를 산출한다. 도 12에 따른 기하학적 구조의 측면도(x-축의 평면도)는 보조 거리와 함께 도 13b에 따른 기하학적 구조를 산출한다.
2개의 보조 거리(y2D 및 d)는 항상 x-축에 수직이며 상단에서 오브젝트와 연결된다. 이들은 거리(a)와 함께 도 13a 및 도 13b에 삼각형 구조를 형성한다.
이 기하학적 구조는 다음의 수학식을 제공한다:
거리(a)에 대한 수학식 (28)이 z에 대해 해가 구해질 때, 다음의 수학식이 3차원 공간에서 오브젝트(50)의 z-좌표에 대해 획득된다:
여기서, 수학식 (29)는 a>0일 때 포지티브 부호를 가지며 a<0일 때 네거티브 부호를 가지며(오브젝트(50)의 상부 포지션의 경우), 하부 포지션의 경우, 부호는 반대가 된다.
수학식 (29)에서 보조 거리(d)는 다음의 수학식에 대응한다:
3차원 공간에서 오브젝트(50)의 x-좌표의 결정은 다음의 수학식에 의해 실행된다:
거리(Use1, Use2 및 Use3)는 전파 시간에 의해 생성되는 거리(거리(s)와 각 거리(en)의 합)이다. 이들 거리는, 신호의 전파 시간(t1, t2 및 t3)과 신호의 전파 속도(c)를 통해 다음과 같이 결정된다:
3차원 공간에서의 오브젝트(50)의 y-좌표의 결정은 다음의 수학식에 의해 실행된다:
여기서, 3차원 공간에서 y-좌표에 대한 수학식 (33)은 y>q - ｜a｜ 및 a>0이며 y≤q - ｜a｜ 및 a<0일 때 포지티브 부호를 갖는다. 수학식 (33)은 모든 다른 값 범위일 때 네거티브 부호를 갖는다.
경우의 구별과 연계하여 언급한 보조 거리(q)는 다음과 같이 계산된다:
앞선 수학식들에서 언급한 보조 거리(x2D 및 y2D)는 (제2 평면에서 적용될 수 있는) 2차원 공간에서의 오브젝트(50)의 포지션 결정의 경우에 오브젝트(50)의 x-좌표 및 y-좌표이다.
송신기(100)와 2개의 수신기(100, 200)가 2차원 공간에서의 오브젝트(50)의 x-좌표 및 y-좌표(x2D 및 y2D)의 결정에 요구된다(도 14 참조). 도 15a의 기하학적 구조는 도 14를 기초로 하여 유도된다. 도 15b에 따르면, 2개의 원 궤도 또는 반원 궤도는 2개의 전파 시간 거리에 의해 형성한다. 원 궤도에 대한 수학식 (37) 및 수학식 (38)의 포지티브 결과가 상부 반원 궤도를 기재하며 네거티브 결과가 하부 반원 궤도를 기재한다.
오브젝트(50)의 포지션은 2개의 원 궤도의 교차에 있다. 2개의 전파 시간 거리(Use1 및 Use2)에 대한 다음의 수학식들을 기하학적 구조로부터 얻는다(도 15b):
및
전파 시간 거리(Use1)에 대한 수학식 (35)가 y2D에 대해 해가 구해질 때, 다음의 수학식이 획득된다:
전파 시간 거리(Use1)에 대한 수학식 (36)가 y2D에 대해 해가 구해질 때, 다음의 수학식이 획득된다:
포지티브(+) 반원 궤도에 대한 수학식 (37) 및 (38)은 동일하며 0이다:
수학식 (39)가 x2D에 대해 해가 구해질 때, 다음의 수학식이 획득된다:
포지티브 반원 궤도에 대한 x2D 및 y2D에 대한 수학식이 3차원 z-좌표에 대한 수학식 (29)와 3차원 y-좌표에 대한 수학식 (33)에 삽입될 때, 수학식 (41) 및 수학식 (42)가 획득된다:
2개의 전파 시간에 의해 생성되는 2개의 타원 궤도 또는 반타원 궤도는 또한 모두 타원체로 교체될 수 있다. 오브젝트는 이때 2개의 교차하는 타원체에 의해 생성되는 궤도 상의 어느 곳에 있다. 원 궤도인 경우에, 2개의 전파 시간에 의해 생성되는 원 궤도 또는 반원 궤도는 그에 따라 또한 모두 구로 교체될 수 있다. 오브젝트는 이때 2개의 교차하는 궤도 상의 어느 곳에 있다.
(2개의 제1 타원체/구의 교차에 의해 생성되는) 궤도와 교차하는 제3 타원체/구가 이때 제3 전파 시간에 의해 형성된다. 오브젝트의 3차원 포지션에 대응하는 2개의 교차는 포지티브 영역에서 상부에 그리고 네거티브 영역에서 바닥에 형성된다. 2개의 교차 중 하나는, 예컨대 송신기 및/또는 수신기의 지향성에 의해 오브젝트의 정확한 포지션으로 선택될 수 있다.
2개의 전파 시간에 의해 형성되는 2개의 타원 궤도/원 궤도 또는 반타원 궤도/반원 궤도 중 하나만 타원체/구로 교체할 수 도 있다. 타원 궤도/원 궤도 또는 반타원 궤도/반원 궤도는 이때 타원체/구와 교차하여, 2개의 교차가 제2 평면에서 형성된다(이 평면에서, 타원 궤도/원 궤도 또는 반타원 궤도가 놓인다). 그에 따라, 오브젝트의 3차원 포지션은, (하나의 타원 궤도/원 궤도 또는 반타원 궤도/반타원 궤도에 의해 생성되는) 제2 평면에서 이 교차(즉, 360°로 송신할 수 있으며 검출할 수 있는 송신기 및 수신기의 경우에 포지티브 영역의 상단에서 및 네거티브 영역의 바닥에서의 교차들)의 포지션 및 3차원 공간에서의 (제1 평면과 비교한) 제2 평면의 포지션/각도/경사를 기초하여 또한 결정될 수 도 있으며, 이들 포지션/각도/경사는 제3 전파 시간에 의해 생성된다.
제2 평면에서의 교차(즉, 교차들, 앞선 내용 참조)와 교차하는 타원체/구는 또한 제3 전파 시간에 의해 형성될 수 있으며, 그에 따라 3차원 포지션이 결정될 수 있다.
도 16은, 여러 센서(100, 200, 300)의 송신 기능을 스위칭하는 앞서 언급한 가능성을 예시적으로 도시한다. 예시한 경우 1에서, 센서(200)는 송신 및 수신 기능을 가지며, 여기서 센서(100, 300)는 오직 수신기로서 역할을 한다. 경우 2에서, 센서(100)는 송신 및 수신 기능을 가지며, 센서(200, 300)는 오직 수신기로서 역할을 한다. 경우 3에서, 센서(300)는 송신 및 수신 기능을 가지며 센서(100, 200)는 오직 수신기로서 역할을 한다. 이 기능이 요건에 따라 제어될 수 있다면 유리할 수 있다. 즉, 각각의 새로운 측정으로, 다른 센서(100, 200, 300)가 송신기로서 그리고 동시에 수신기로서 역할을 할 수 있다.
도 17은 수신기 중 하나에서 측정한 예시적인 신호를 개략적으로 예시한다. 동기화 펄스(도 1에서 펄스 시퀀스의 시작에서 직사각형 신호)가 전파 시간의 정밀한 측정을 보장하기 위한 동기화 목적으로 미리 송신될 수 있다. 도 17은, (송신기로부터 직접 수신기로 신호를 방출한) 직접 픽-업을 나타내는 제1 신호 1(t1,p1)를 도시한다. 후속한 펄스 2 내지 5는 상이한 오브젝트(1-n)에 의해 반사된 신호이다.
본 발명에 따르면, 오브젝트의 크기는 펄스 높이(진폭)과 측정된 전파 시간(t1,p2, t1,p3, t1,p4, t1,pn)에 의해 결정될 수 있다. 진폭이 높아지고 전파 시간이 짧아질수록, 오브젝트는 더 커진다.
신호 2 및 5의 비교는 특히, 2개의 신호가 본질적으로 동일한 진폭을 갖지만 신호 5는 상당히 긴 전파 시간(t1,pn>t1,p2)을 가짐을 보인다. 이로부터, n번째 오브젝트가 제1 오브젝트보다 더 큼이 틀림없다는 결론이 내려질 수 있다.
오브젝트의 연장은 신호의 폭에 의해 결정될 수 있다. 신호가 더 넓을수록(길수록), 오브젝트는 더 연장된다. 예컨대 신호 3을 보게 될 때, 이것은 다른 신호보다 상당히 넓음을 알 수 있다. 이로부터, 제2 오브젝트가 다른 오브젝트보다 더 큰 연장을 가진다는 결론이 내려질 수 있다. 제2 오브젝트는 예컨대 파이프(작은 반사 영역, 더 큰 연장)일 수 있다.
본 발명의 이 실시예는 특히, 예컨대 신호 3과 같은 신호, 바람직하게는 더 넓은 신호를, (대응하는 평가 알고리즘과 하드웨어에 의해) 여러 짧은 펄스에 의해, 나타내도록 구성될 수 있다. 이로 인해, 오브젝트의 기하학적 모양을 이런 식으로 더 잘 이해하기 위해 오브젝트를 점 클라우드로서 나타낼 수 있다.
본 발명에 의해, 또한, 도플러 효과에 의해 결정한 개별 오브젝트나 점의 속도를 결정할 수 있다. 오브젝트 또는 여러 오브젝트의 3D 포지션/위치, 오브젝트 또는 오브젝트들의 조건, 오브젝트 또는 오브젝트들의 속도 및/또는 개별 점(점 클라우드)은 (하나의 측정을 기초로 하여) 동시에 결정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예의 알고리즘이 명료성 및 용이한 이해를 위해 스몰 투 펑티폼(small to punctiform) 오브젝트에 의해 기재되었을지라도, 본 발명이 그에 제한되지 않음이 당업자에게 분명하다. 연장 오브젝트의 포지션 결정을 위한 방법은 예를 들어 다음에서 기재된다.
파가 구형파(예컨대, 무선파, 마이크로파, 열 방사선, 광, x-선, 감마 방사선과 같은 전자기파; 음파, 쇼크 파와 같은 압력 파; 중력파; 예컨대 분자 방사선 및 파동 방사선과 같은 방사선; 플라스마 파; 물질파; 벤딩 파; 지진파; 자기파; 전기파)와 같은 구형파로서 연장 오브젝트와 충돌한다. 그에 따라, 영역은 그 중심에서 먼저 스캔된 후 그 에지에서 스캔된다.
도 18은, 센서 유닛(100)(송신기 및 수신기)으로부터 방출된 신호를 반사하는 2개의 영역(51, 52)(연장 오브젝트)을 또한 예시적으로 도시한다. 명료성을 위해, 반사된 신호만 도 18에 도시된다.
영역(51)은 센서 유닛(100)의 왼쪽에 있으며 그에 따라 신호를 오른편(연속선) 상에 반사한다. 끝에서, 영역(51)의 왼편(점선)은 신호를 센서(100)에 반사한다.
영역(52)은 이 예에서 왼쪽에 약간 오프셋되어 센서 유닛(100) 아래에 있으며, 영역(52)으로부터 제1 신호(연속선)를 반사한다. 영역(52)의 오른편의 반사된 신호는 센서(100)에 다소 늦게 도착한다. 즉, 더 긴 시간(점선)이 걸린다. 끝에서, 영역(52)의 왼편(점선)은 신호를 센서(100)에 반사한다. 영역(51, 52)은 전체 영역 상에서 신호를 반사한다. 그러나 명료성을 위해, 개별 반사된 신호만 도 18에 도시된다.
도 19는 (예컨대, 도 18의 센서(100)와 같은 수신기 중 하나로) 영역(51, 52)에서 반사되는 수신된 신호의 시간 프로파일을 도시한다. 도 17과 비교하여, 개별 영역(51, 52)의 반사된 신호가, 개별 점 오브젝트에서의 반사된 신호(도 17의 신호 1 내지 5)와 비교하여, 시간 연장(tpn)을 가짐이 자명하다. 영역/오브젝트의 크기 및/또는 반사도는 펄스의 높이(진폭) 및/또는 (신호 파형을 통해 통합되는) 신호 파형 아래의 표면, 측정된 전파 시간(tn) 및/또는 펄스 지속기간(tpn)에 의해 결정될 수 있다. 다시 말해, 표면에서 반사된 개별 신호가 중첩되며 연장 신호가 형성된다.
도 20에 도시한 3개의 수신기의 신호 파형을 볼 때(연속선은 제1 수신기에서의 신호에 대응하고, 점선은 제2 수신기에서의 신호에 대응하며, 더 미세한 점선은 제3 수신기에서의 신호에 대응함), 개별, 시간-시프트된 반사된 신호를 볼 수 있다.
제1 영역(51)에서의 반사에 관한 신호 파형은, 반사된 신호가 공간에 배치된 수신기로 인해 시간-시프트된 방식으로 도착함을 드러낸다. 제2 영역(52)에서의 반사에 관한 신호 파형은, 신호가 먼저 정확히 송신기 아래에서 반사되며 수신기가 이 예에서 송신기에 동일한 거리를 갖기 때문에, 반사된 신호가 개별 수신기에 동시에 도착함을 드러낸다. 제2 영역(52)에서의 신호 파형의 끝에서, 신호는 시간-시프트된 방식으로 정지하며, 이는 영역(52)이 정확히 센서 유닛(100) 아래에 있기 보다는 왼쪽에 약간 오프셋되기 때문이다.
포지션이 전파 시간(tn)을 기초로 결정될 때, 영역(51, 52) 상의 점의 포지션이 획득되며, 이 포지션으로부터 신호가 먼저 반사되었다. 포지션이 신호의 끝까지의 시간(전파 시간(tn) + 펄스 지속기간(tpn))을 기초로 측정될 때, 영역(51, 52) 상의 점의 포지션이 획득되며, 이 포지션으로부터 신호가 마지막으로 반사되었다. 송신기(100) 아래에 있지 않은 영역(51, 52)에 대해, 이들 2개의 포지션 값은 영역(51, 52)의 시작 포지션과 끝 포지션과, 그에 따라 공간에서 연장 오브젝트의 포지션과 연장을 산출한다.
영역(51, 52)이 송신기 아래에 있을 때, 신호가 먼저 반사되었던 영역(51, 52) 상의 지점의 포지션과, 신호가 마지막으로 반사되었던 영역(51, 52) 상의 지점의 포지션이 앞서 기재한 바와 같이 결정될 수 있다. 그러나 영역(51, 52)의 시작점과 끝점을 결정할 수 있기 위해, 예컨대 측정은 영역(51, 52) 위에 있지 않은 송신기로 다시 한번 실행되어야 하거나(여기서, 송신기는 다른 (제1) 송신기의 포지션으로의 1 파장보다 큰 파장의 거리를 가져야 함), 예컨대 3개의 모든 센서가 상이한 코드(상이한 주파수나 인코딩된 신호)로 송신하며 그 후 수신하도록 조정되는 방법(2개의 센서 사이의 거리는 이와 관련하여 영역(51, 52)의 연장보다 커야 하며, 그리하여 센서들 중 하나가 영역(51, 52) 위에 결코 있지 않음을 보장할 수 있어야 함)이 사용되어야 한다.
도 20은 또한 개별 반사 신호가 개별 영역(51, 52)에 할당될 수 있음을 드러낸다. 오브젝트에 속한 반사 신호의 할당은 예컨대 다음을 통해 이뤄질 수 있다:
- 서로에 대한 시간적 근접성(센서의 공간 분포에 의해 생성되는 개별 반사 신호 사이의 시간-시프트),
- 유사한 신호 프로파일(각 반사된 신호는, 오브젝트에 특정되는 신호 프로파일을 가지며, 이 신호 파일에 의해, 동일한 오브젝트에서 반사된 적어도 3개의 신호는 서로에게 할당될 수 있다),
- 유사한 진폭(그 크기, 기하학적 모양 및 반사도로 인해, 각 오브젝트는 다른 진폭을 가지며, 이를 기초로 오브젝트로부터 반사된 개별 신호가 서로에게 할당될 수 있다),
- 반사 지속기간(반사 지속기간은 오브젝트의 연장에 의존하며, 이런 이유로 상이한 크기를 갖는 개별 오브젝트에 할당될 수 있다; 반사 지속기간은 특히 1 파장보다 큰 연장을 갖는 영역인 경우에 높은 정확도로 결정될 수 있다).
이들 기준이 수신된 신호에 적용될 때, 이러한 신호는 개별 오브젝트에 할당될 수 있다(영역(51, 52)).
이와 관련하여, 수신된 신호는 그러나 중첩하지 않아야 한다. 이것이 의미하는 점은, 개별 영역(51, 52)이 2개의 개별 영역(51, 52)으로 인식되기 위해 서로와 1 파장보다 큰 파장의 최소 거리를 가져야 한다(영역(51, 52)이 1 이하의 파장의 거리를 가져야 한다면, 이들 영역은 하나의 연속 영역(51, 52)으로서 인식된다)는 점이다.
센서(100)에 동일한 거리(±1 파장)를 갖지만 상이한 방향으로 오프셋된 2개의 오브젝트/영역(53, 54)이 특별한 경우를 이룬다(도 21 참조).
이 경우, 반사된 신호는 중첩되며 개별 영역에 할당되지 않을 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 이것은, 예컨대 정확히 영역(53, 54) 사이에 있지 않는 송신기(송신기는 다른 (제1 ) 송신기의 포지션까지 1보다 큰 파장의 거리를 가져야 함)에 의한 반복된 측정에 의해서 실행될 수 있거나, 예컨대 3개의 모든 센서가 상이한 코드(상이한 주파수나 인코딩된 신호)로 송신한 다음 수신하도록 조정되는 방법(이와 관련하여, 개별 센서는 서로 1 파장보다 큰 파장의 거리를 가져야 함)이 사용될 수 있다.
이것은 개별 오브젝트/점(펑티폼 오브젝트)에도 유사하게 응용될 수 있다. 이들 오브젝트/점은 바람직하게는 2개의 오브젝트/점(펑티폼 오브젝트)로서 명백히 인식되기 위해 서로에게 1 파장보다 큰 파장의 최소 거리를 가져야 한다.
도 22는 거친 표면의 개략적인 예시를 도시한다. 거칠기는 팁(점)과 영역으로 구성된다. 개별 팁과 영역의 포지션은 앞서 기재한 바와 같이 결정될 수 있으며, 오브젝트의 조건 및 특히 표면 조건(표면/표면의 점 클라우드의 3D 스캔)은 결정될 수 있다. 이 경우에, 검사할 표면의 거칠기의 분해능 제한치를 결정하는 것은 또한 파장이다.
앞서 기재한 방법은 예컨대 또한 진공 중에, 가스(예컨대, 공기) 중에, 액체(예컨대, 물) 중에, 고체 상태 물체(예컨대, 독립형 조건의 철) 또는 또한 플라스마 환경 중에 사용될 수 있다.
본 발명은 그 바람직한 실시예를 참조하여 여기서 기재하고 예시하였지만, 당업자에게는, 보호 범위에서 벗어나지 않는다면 그에 대한 여러 수정과 변화가 이루어질 수 있음이 자명하다. 그에 따라, 본 발명에 대한 수정과 변화가 첨부한 청구범위와 그 등가물의 보호 범위에 의해 커버되는 한, 본 발명은 이들 수정과 변화를 커버하고자 한다. 더 나아가, 특정 실시예와 연계하여 기재한 특성은 이 실시예의 다른 특성과 연계하여서만 이해되어야 하는 것은 아니다. 오히려, 상이한 실시예로부터의 특성의 조합도 가능함이 분명하다. 게다가, 또 다른 특성과 연계하여 기재한 특성은 다른 특성이 없는 본 명명에 따른 가능 실시예에도 존재할 수 있다.

Claims (15)

  1. 오브젝트의 3차원 포지션을 결정하기 위한 디바이스로서,
    신호를 방출하도록 적용되는 적어도 1개의 송신기;
    적어도 3개의 수신기로서, 상기 적어도 3개의 수신기와 상기 적어도 1개의 송신기는 제1 평면 내에 배치되고, 제1 수신기와 제2 수신기는 제1 직선을 따라 배치되며, 제3 수신기는 상기 제1 직선으로부터 거리를 두고 배치되는, 상기 적어도 3개의 수신기; 및
    3개의 전파 시간을 결정하도록 구성되는 프로세서로서, 상기 프로세서는, 상기 송신기와 상기 수신기들의 배치를 기초로 할 뿐만 아니라 결정된 상기 전파 시간들을 기초로 하여 상기 오브젝트의 3차원 포지션을 결정하도록 더 구성되는, 상기 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는, 신호가 상기 송신기로부터 상기 오브젝트를 경유해 상기 제1 수신기까지 필요로 하는 제1 전파 시간을 기초로 제2 평면 내에서 제1 타원 궤도 또는 제1 반타원 궤도를 결정하며, 신호가 상기 송신기로부터 상기 오브젝트를 경유해 상기 제2 수신기까지 필요로 하는 제2 전파 시간을 기초로 상기 제2 평면 내에서 제2 타원 궤도 또는 제2 반타원 궤도를 결정하도록 구성되고, 3차원 공간에서의 상기 오브젝트의 포지션은 상기 제2 평면에서의 상기 2개의 타원 궤도 또는 반타원 궤도의 상기 교차의 포지션을 사용하여 계산되며,
    상기 프로세서는, 신호가 상기 송신기로부터 상기 오브젝트를 경유해 상기 제3 수신기까지 필요로 하는 제3 전파 시간을 기초로 상기 제1 평면과 상기 제2 평면 사이의 각도를 결정하도록 더 구성되는,
    상기 송신기는 상기 제1 직선 상에, 상기 제1 수신기와 상기 제2 수신기 사이에서 배치되는 3차원 포지션 결정 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신기는 반원 송신기이고, 3차원 반공간으로 신호를 방출하는 3차원 포지션 결정 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반원 송신기는 반원 갭 형태의 신호원을 포함하는
    3차원 포지션 결정 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 다음을 더 포함함 - 상기 오브젝트의 3차원 포지션의 제1 좌표의 결정은, 신호가 상기 송신기로부터 상기 오브젝트를 경유해 제1 및 제2 수신기까지 필요로 하는 제1 및 제2 전파 시간과, 상기 제1 수신 포지션 및 상기 제2 수신 포지션의 송신 포지션까지의 거리를 기초로 하여 실행되며, 상기 제1 좌표는 상기 제1 직선을 따른 상기 오브젝트의 포지션을 규정함 -
    3차원 포지션 결정 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 다음을 더 포함함 - 수신 포지션의 송신 포지션까지의 거리들을 계산하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 거리들의 계산은, 미리 결정된 전파 속도를 사용하여 상기 송신 포지션으로부터 각 수신 포지션까지 직접 송신되는 신호의 전파 시간을 기초로 함 -
    3차원 포지션 결정 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 다음을 더 포함함 - 방출된 상기 신호의 전파 속도를 계산하고, 여기서 상기 전파 속도의 계산은, 송신 포지션과 상기 적어도 3개의 수신 포지션 중 하나 사이의 미리 결정된 거리를 사용하여 상기 송신 포지션으로부터 상기 적어도 3개의 수신 포지션 중 하나까지 직접 송신되는 신호를 기초로 함 -
    3차원 포지션 결정 디바이스.
  7. 오브젝트의 3차원 포지션을 결정하기 위한 방법으로서,
    송신 포지션으로부터 오브젝트에 의해 적어도 부분적으로 반사되는 신호를 방출하는 단계;
    3개의 수신 포지션에서 적어도 부분적으로 반사되는 상기 신호를 수신하는 단계로서, 상기 3개의 수신 포지션은 상기 송신 포지션을 포함하는 제1 평면 내에 배치되고, 제1 수신 포지션과 제2 수신 포지션이 제1 직선을 따라 배치되며, 제3 수신 포지션이 상기 제1 직선으로부터 거리를 두고 배치되는, 상기 수신 단계;
    3개의 전파 시간을 결정하는 단계; 및
    상기 송신 포지션과 상기 수신 포지션들의 배치뿐만 아니라 결정된 상기 전파 시간들을 사용하여 상기 오브젝트의 3차원 포지션을 검출하는 단계를 포함하고,
    3차원 공간에서의 상기 오브젝트의 포지션의 결정은, 제2 평면 내에서 제1 및 제2 타원 궤도 또는 제1 및 제2 반타원 궤도의 교차를 사용하여 실행되고, 신호가 상기 송신 포지션으로부터 상기 오브젝트를 경유해 제1 수신 포지션까지 필요로 하는 제1 전파 시간이 상기 제2 평면에서의 상기 제1 타원 궤도 또는 상기 제1 반타원 궤도를 규정하고, 신호가 상기 송신 포지션으로부터 상기 오브젝트를 경유해 제1 수신 포지션까지 필요로 하는 제2 전파 시간이 상기 제2 평면에서의 상기 제2 타원 궤도 또는 상기 제2 반타원 궤도를 규정하고,
    3차원 공간에서의 상기 오브젝트의 포지션의 계산은 상기 제1 평면과 상기 제2 평면 사이의 각도를 사용하여 실행되며, 신호가 상기 송신 포지션으로부터 상기 오브젝트를 경유해 제3 수신기까지 필요로 하는 제3 전파 시간이 상기 각도를 규정하는,
    상기 송신 포지션은 상기 제1 직선을 따라 상기 제1 수신 포지션과 상기 제2 포지션 사이에서 배치되거나, 상기 적어도 3개의 수신 포지션 중 하나에 본질적으로 동일한
    3차원 포지션 결정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 신호를 방출하는 단계는, 3차원 반공간으로 신호를 방출하는 반원 송신기를 사용하는 것인,
    3차원 포지션 결정 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 오브젝트의 3차원 포지션의 제1 좌표의 결정은, 신호가 상기 송신 포지션으로부터 상기 오브젝트를 경유해 제1 및 제2 수신 포지션까지 필요로 하는 제1 및 제2 전파 시간과, 상기 제1 수신 포지션 및 상기 제2 수신 포지션의 상기 송신 포지션까지의 거리를 기초로 하여 실행되며, 상기 제1 좌표는 상기 제1 직선을 따른 상기 오브젝트의 포지션을 규정하는,
    3차원 포지션 결정 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 수신 포지션의 상기 송신 포지션까지의 거리들을 계산하는 단계를 더 포함하며, 여기서 상기 거리들의 계산은, 미리 결정된 전파 속도를 사용하여 상기 송신 포지션으로부터 각 수신 포지션까지 직접 송신되는 신호의 전파 시간을 기초로 하는, 3차원 포지션 결정 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 송신 포지션으로부터 방출된 상기 신호의 전파 속도를 계산하는 단계를 더 포함하며, 여기서 상기 전파 속도의 계산은, 상기 송신 포지션과 상기 3개의 수신 포지션 중 하나 사이의 미리 결정된 거리를 사용하여 상기 송신 포지션으로부터 상기 3개의 수신 포지션 중 하나까지 직접 송신되는 신호를 기초로 하는, 3차원 포지션 결정 방법.
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