KR20060003897A - 물체 위치 추정 시스템, 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

방(200)안의 물체(224)의 위치를 추정하는 위치 추정 시스템(220, 226, 222)은, 초음파 수신기(226)가 적어도 반사 및 가능한 가시선(line of sight) 전송도 포함하는 초음파 신호(300)를 검출한 후, 반사 물체(232)에 대해 적어도 한번 반사된 초음파 펄스(201)를 방사하는 초음파 방사기(222)에 의해 작동한다. 방사기 또는 수신기 중 하나는 물체에 부착된다. 처리기는 초음파 신호(300)의 특성들의 따른 계산에 의하거나 물체(224) 위치들에 대한 템플릿들로 초음파 신호(300)를 매칭함으로써, 방(200)안의 초음파 펄스(201) 전송의 시뮬레이션에 의하거나 측정에 의해 얻어진 초음파 신호(300)에 기초하여 물체(224)의 위치를 추정한다.

위치 추정 시스템, 방사기, 수신기, 초음파 신호, 시뮬레이션

Description

물체 위치 추정 시스템, 장치 및 방법{Object position estimation system, apparatus and method}

본 발명은 방안의 물체의 위치를 추정하는 위치 추정 시스템에 관한 것으로서,

- 초음파 펄스를 방사하도록 배열된 초음파 방사기(emitter);

- 상기 펄스에 기초한 초음파 신호를 검출하도록 배열된 초음파 수신기; 및

- 상기 위치를 얻기 위해 상기 초음파 신호를 처리하는 처리기를 포함한다.

본 발명은 또한, 방안의 물체의 위치를 추정하는 장치에 관한 것으로서,

- 방사된 초음파 펄스에 기초한 초음파 신호를 검출하도록 배열된 초음파 수신기; 및

- 상기 위치를 얻기 위해 상기 초음파 신호를 처리하는 처리기를 포함한다.

본 발명은 또한, 방안의 물체의 위치를 추정하는 방법에 관한 것으로서,

- 초음파 펄스를 방사하는 단계;

- 상기 펄스에 기초한 초음파 신호를 검출하는 단계; 및

- 상기 위치를 얻기 위해 상기 초음파 신호를 처리하는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한, 그와 같은 방법을 상기 처리기가 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

종래 기술에서, 그와 같은 위치 추정 시스템들은 통상적으로, US-5,107,746의 변형과 같은 삼각법 시스템들로서 실현된다. 알려진 시스템 변형은 평면위의 물체의 위치를 추정하기 위해 적어도 3개의 초음파 방사기들 및 물체에 접촉된 초음파 수신기를 포함한다. 상기 시스템은 방사기들의 각각에 의해 방사된 초음파 펄스가 수신기로 이동하는데 걸리는 시간을 계산한다. 3개의 방사기들이 동일 선상에 있지 않으면, 상기 물체의 위치는 기하학의 법칙들에 의해 유도될 수 있다. 더 많은 방사기들이 정확도를 향상시키기 위해 삼각법 시스템에서 존재할 수 있다. 일부 시스템들에서 좌표들의 일부만이 측정될 수 있지만, 위치는 예컨대, 방의 모서리에 관련된 좌표 시스템에서 3차원 위치(x,y,z)가 되도록 이해된다.

알려진 시스템 변형의 단점은 초음파 위치 추정의 가능성들이 완전히 이용될 수 없다는 점이다.

본 발명의 제 1 목적은 초음파 물체 위치 추정의 가능성들을 잘 이용하도록 구성된 서두부에 기술된 종류의 시스템을 제공하는 것이다.

상기 제 1 목적은 방사기 및 수신기 중 하나가 물체에 부착되고, 처리기는 제 1 시간 기간에서 초음파 신호를 기초하여 물체의 위치를 추정하도록 배열된 평가 수단을 포함하고, 상기 제 1 시간 기간은 반사하는 물체 상의 반사하는 물체 쪽으로 이동하는 펄스의 적어도 제 1 반사의 초음파 에너지를 포함한다. 방사기로부터 수신기로의 초음파 펄스의 직접 LOS(Line Of Sight; 가시선) 전송과 별개로, 방안에서 펄스는 또한 예컨대, 벽들과 같은 물체들로 반사된다. 본 발명은 이러한 반사들의 사인이 물체의 위치를 추정하기 위해 사용될 수 있는 관점에 기초한다. 예컨대, 물체가 찬장 근처에 있으면, 상기 검출된 신호는 직접 전송에 대응하는 강한 제 1 피크, 물체 쪽으로의 벽으로의 반사에 대응하는 약한 제 1 반사 피크 및 물체 쪽으로의 찬장으로 반사에 대응하는 비교적 강한 제 2 반사 피크를 포함할 수 있다. 동일한 물체가 방안 가운에 위치하면, 제 2 반사 피크는 먼저, 나타나지 않거나 적어도 전달되지 않을 수 있고, 다음으로 직접 전송 피크에 대응하는 다른 시간에 도달할 것이다. 따라서, 피크들의 사인은 물체의 위치의 특성이다. 즉, 방안의 음향 필드는 물체의 위치에서 샘플링된다. 제 1 시간 시간은 물체로의 반사에 대응하는 적어도 하나의 피크를 포함하도록 미리 결정된다. 예컨대, 좁고 긴 테이블을 따르는 1차원 위치가 방의 천장의 반사를 통해 결정될 경우에서, 이 피크의 일시적 위치는 이미 충분할 수 있다. 일반적으로, 더 많은 정보가 피크들 중 일부의 위치, 높이 등으로부터 검색될 수 있고, 상기 기간은 통상적으로 모든 의미 있는 반사들을 포함할 정도로 클 수 있지만, 혼란만 줄 잔향은 거부한다. 예컨대, 방의 크기들 및 내용물이 다른 곳에서의 테스트들로부터 결정된 상기 기간의 대한 최적 값은 처리기에 미리 기억될 수 있다. 반사들이 상기 직접 전송 피크 대신에 또는 피크에 부가하여 사용되는 사실은 많은 장점들을 가진다. 먼저, 적어도 3개 또는 3차원 위치 추정을 위해 4개의 방사기들 대신에 방안에 적절히 위치되는 단일 방사기로 충분하고, 이것은 다른 물체 위치들이 다른 대응하는 초음파 신호 사인들을 갖기 때문이다. 종래의 시스템들을 비용이 많이 들지만, 시스템은 단순해질 수 있기 때문에, 더 많은 적용들이 실행될 수 있다. 다음으로, 삼각법은 클록 동기화를 필요로 하는데, 본 발명의 따른 시스템의 일부 변형들은 클록 없이 작동할 수 있다. 세번째로, 시스템은 더욱 견고하여, 위치가 추정될 수 있는 물체가 움직이고 움직여지는 경우에서, 방안의 물체들의 변화하는 구성들 및 복합성을 쉽게 다룰 수 있다. 방안의 물체들이 고정될 때 방사기로부터 물체쪽으로 향하고 물체가 다른 물체의 뒤에 위치할 수 있기 때문에, 일부 물체 위치들에 대한 직접 가시선이 존재하지 않을 수 있다. 이것은 일부 적용들에 관련된다. 예컨대, 잘못 놓인 물체를 발견하기 위한 적용에서, 통상적으로 잘못 놓인 물체는 물체의 면들 대부분이 선반의 옆면들에 의해 막혀진 경우 예컨대, 책꽂이에 놓일 수 있다. 하지만, 작은 균열을 통해 초음파가 통과할 것이다. 물체는 찬장 안쪽 즉, 닫힌 문 안쪽에 놓일 수도 있고, 찬장을 통과하는 어떤 초음파가 존재하면 상기 시스템은 여전히 동작할 것이다. 관련된 장점은, 방사기 또는 수신기가 예컨대, 패널 뒤나 천장 내부처럼 직접적인 시야로부터 숨겨질 수 있다는 점이다.

방사기는 방안의 고정된 위치에 존재하고 수신기는 물체에 부착될 수 있다. 역으로, 방사기가 물체에 부착되고 수신기가 방안에 고정되면 정확히 같은 방식으로 시스템은 작동한다. 후자의 선택은 비교적 저렴한 물체에 대해서 바람직하다. 저렴한 물체는 통상적으로 위치 추정을 수행하기 위해 필요한 처리 능력을 포함할 수 없기 때문에, 예컨대 블루투스 또는 다른 RF, IR 등의 접속에 의해 방안의 처리기에 검출된 초음파 신호를 전송하는 것이 필요할 수 있다. 하지만, 방사기가 물체에 부착되면, 예컨대 10초마다 초음파 펄스를 방사하는 매우 단순한 구조 예컨대, 절도 방지 또는 부착된 ASIC으로 알려진 것과 유사한 라벨에 통합된 회로에 포함될 수 있다. 그때, 수신기는 사용자에 의해 방안의 어떤 곳에 놓이는 모듈 내의 처리기와 함께 포함될 수 있다. 물론, 방사기들 및 수신기들 모두는 각각 물체에 부착되거나 방안에 고정될 수 있고, 초음파 변환기들의 당업자들에 알려진 것처럼, 변환기는 방사기 및 수신기 모두로서 작동할 수 있다.

통상적으로 방사기에 가까운 수신기 쪽으로의 물체를 반사한 초음파에 의한 물체들의 위치를 정하는 종래 기술의 물체 위치 추정 시스템들이 또한 존재한다. 이러한 시스템들은 본 발명에 따른 시스템이 의도되기 위한 적용들의 일부 예컨대, 방사기를 포함한 라벨이 작은 물체 각각에 설치될 수 있어 물체의 위치를 드러내지만, 물체에서 반사된 초음파가 충분하지 않은 경우에는 그다지 양호하게 작동하지 않는다. 그리고 또한, 등방성으로 방사하는 방사기들 또는 광각(wide-angle) 방사기를 갖는 많은 시스템들에서, 돌아오는 신호가 원하는 물체 또는 다른 물체로부터 반사되었는지를 알지 못할 것이다. 예컨대 짧은 일시적 기간의 신호를 포함하는, 다양한 방사된 신호들 중 일부가 펄스 하에서 이해되어야 한다. 펄스 신호가 예컨대, 바커 시퀀스(Barker sequence) 또는 잡음 신호처럼 가파른 경사 자기상관을 갖는다면 유리하다. 본 발명에 따른 시스템의 작동은 디락 펄스(Dirac pulse) 또는 매우 짧은 기간 방사된 초음파 신호로 기술된다.

위치 추정 시스템의 일 실시예는 상기 물체의 제 1 위치에 대응하는 제 1 초음파 신호 템플릿 및 상기 물체의 제 2 위치에 대응하는 제 2 초음파 신호 템플릿을 기억하기 위해 배열된 기억 수단을 포함하고, 상기 평가 수단은 인수들로서 상기 제 1 시간 기간의 초음파 신호 및 제 1 템플릿 기간의 상기 제 1 템플릿으로 미리 결정된 매칭 함수를 평가함으로써 제 1 매칭을 계산하고, 인수들로서 상기 제 1 시간 기간의 초음파 신호 및 제 2 템플릿 기간의 상기 제 2 템플릿으로 상기 미리 결정된 매칭 함수를 평가함으로써 제 2 매칭을 계산하도록 배열되는, 기억 수단을 포함한다. 물체가 예컨대, 커피 테이블, 소파, 찬장 등에 놓일 수 있는 각 위치에 대해, 기억 수단에 나타난 적어도 하나의 템플릿이 존재할 수 있다. 평가 수단은 수신기에 의해 검출된 초음파 신호와 다른 템플릿들 각각을 비교하기 위해 예컨대 처리기 내에서 나타난다. 따라서, 미리 결정된 매칭 함수는 예컨대, 상관 관계로 평가된다. 예컨대, 평균 제곱 에러 표준과 같이 때로는 에러 함수들로 불리는 함수들 또는 검출된 초음파 신호 및 템플릿들간 유사점을 지시할 수 있는 일반적인 어떤 함수가 매칭 함수 하에서 이해되어야한다. 최적의 매칭 템플릿은 물체의 가장 적합한 위치에 대응한다. 견고함을 증가시키기 위해, 여러 매칭 함수들이 평가될 수 있고, 그에 대한 결과들이 수학에서 알려진 여러 방법으로 결합될 수 있다.

실시예의 다른 변형은 상기 수신기에 의해 초음파 신호 측정들에 기초하여 제 1 초음파 신호 템플릿 및 제 2 초음파 신호 템플릿을 상기 제 1 및 상기 제 2 위치에 대응하는 상기 방안의 위치들에 위치되는 물체로 수집하도록 배열된 수집 수단을 포함한다. 예컨대, 수신기는 방안에 통상적으로 고정된 하나 이상의 방사기들로부터의 펄스에 기초한 국부적 초음파 필드를 검출하는 경우에서 물체에 부착될 수 있거나 물체에 부착된 방사기는 방안의 고정된 위치들의 하나 이상의 수신기들이 통상적으로 방안의 물체의 특별한 위치로부터의 펄스 방사에 대한 초음파 필드 특징을 검출하는 경우에서 또한 사용될 수 있다. 사용자는 그때, 복수의 흥미있는 위치들 예컨대, 소파 위의 물체를 위치지정하고, 활성화시킴으로써 시스템을 조작할 수 있다. 물체는 예컨대, "소파(couch)"라고 말하는 사용자의 말의 음성을 픽업하는 마이크로폰을 포함할 수 있고, 이 말은 물체에 포함된 제 2 처리기에 의해 물체 내의 메모리에 기어될 수 있다. 분실한 물체를 발견하기 위한 적용에서, 추정된 특별한 물체 위치에 대해 저장된 말은 그때, 물체에 부착된 라우드스피커로 재생될 수 있다. 어떤 말의 인식도 이 물체의 실시예에서 필요치 않고, 메모리 내의 테이블만이 발음된 문장들과 초음파 신호 특징들을 링크한다. 대안으로, 사용자는 예컨대, 사용자 인터페이스 소프트웨어에 의해 컴퓨터 또는 이동 전화, 원격 조종 장치 등과 같은 다른 소비자 장치에 의해 방의 좌표들 또는 물체의 이름들을 입력함으로써 수신하는 미리 결정된 방식으로 예컨대, 위치 정보를 입력할 수 있다.

본 발명의 다른 변형은 물체의 제 1 위치 및 제 2 위치를 생성하고, 상기 펄스, 상기 방의 미리 결정된 특성들 및 상기 제 1 및 제 2 위치에 기초하여 상기 제 1 초음파 신호 템플릿 및 제 2 초음파 신호 템플릿을 계산하도록 배열된 시뮬레이션 수단을 포함한다. 초음파 신호 사인은 또한 측정되는 대신에 시뮬레이션 수단에 의해 계산될 수 있다. 이것은 사용자가 다른 위치들에 물체를 놓고 시스템을 조작하는 작업을 저장한다. 더욱이, 위치들은 조작될 수 없는 것으로 추정될 수 있다. 이를 위해, 시뮬레이션 수단은 펄스들이 방을 통해 이동하고 모든 물체들에서 반사되는 방법을 시뮬레이트한다. 방의 미리 결정된 특징들이 필요하다. 유리한 시스템 구성들로는, 예컨대, 방사기 또는 수신기는 바닥에 가깝게 위치되고 물체 위치들은 천장에서의 반사에 의해 추정된다. 이것은 방안에 존재할 수 있는 많은 물체들에 대한 복잡한 반사들을 회피한다. 대안으로, 모든 반사들의 전체 시뮬레이션은 시뮬레이션 수단에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 방의 특징적인 수단은 방의 특징들을 검색하기 위해 존재할 수 있다. 예컨대, 주사 방사선은 방안의 모든 각도들로 이동할 수 있다. 다른 시뮬레이션 모델들은 예컨대, 방사선 추적 또는 이미지 방법을 사용될 수 있다. 모든 시뮬레이트된 템플릿들은 기억 수단 예컨대, 칩 메모리 또는 착탈가능 디스크에 이후에 기억되고, 시스템의 사용 동안, 검출된 초음파 신호는 상기에서 기술된 것처럼 모든 템플릿들과 비교된다.

다른 실시예는 상기 물체의 예측된 위치를 예측하고, 상기 펄스, 상기 방의 미리 결정된 특성들 및 상기 예측된 위치에 기초하여 제 3 초음파 신호 템플릿을 평가하기 위해 배열된 최적화 수단을 포함한다. 템플릿들을 미리 기억하는 대신에, 이러한 템플릿들은 바로 시뮬레이션에 의해 계산될 수 있다. 예컨대, 단순한 시뮬레이션 시스템으로 몇 개의 템플릿들을 시뮬레이트하는데 걸리는 시간이 기억 수단 내의 모든 템플릿들을 비교하는데 걸리는 시간보다 짧으면 시스템을 더 빠르게 유도한다. 물체의 위치의 양호한 초기 추정이 이미 존재할 수 있다. 그때, 최대 하강법은 최적화 이론으로 알려진 방법들 중 일부 예컨대, 최대 하강법(steepest descent)으로 다수의 예측 단계들로 유도될 수 있다. 매니폴드는 사인으로부터 추출된 축들 상의 파라미터 값들 예컨대, 피크들의 위치들 및 진폭들을 갖는 N 차원 공간으로 모델링될 수 있다. 정확한 위치는 예컨대, 반사들의 피크들의 위치들에 기초하여, 또한 정확히 계산될 수 있다.

실시예의 유리한 변형은 물체의 가상 위치에 대한 하나 이상의 초음파 신호 템플릿을 포함하는 상기 기억 수단을 갖도록 배열되고, 상기 처리기는 상기 물체의 위치를 제외한 다른 파라미터를 추정하도록 배열된다. 물체가 테이블 위에 있다면, 검출된 초음파 신호의 사인은 문이 열려있거나 닫혀있을 때 다르다. 문이 열려져 있을 정도인 다른 파라미터는 실제로 시스템의 적용에서 사용될 수도 아닐 수도 있지만, 적어도 위치의 추정은 에러가 적은 편이데, 이는 검출된 초음파 신호가 부정확한 위치의 템플릿으로 더 양호한 매칭을 초래할 수 없기 때문이다. 이것은 또한 예컨대, 최적화 수단으로 실시예에서 본 발명의 자체에 따른 시스템의 변형일 수 있고, 각 예측된 위치에 대해, 기억 수단 없이, 복수의 시뮬레이션들이 다른 파라미터들 예컨대, 방의 구성들로 수행될 수 있다.

바로 위의 변형의 다른 변형에서, 처리기는 다른 파라미터로서 물체의 방향을 추정하도록 배열된다. 물체가 단일 수신기를 가지면, 다른 사인들을 갖는 초음파 신호들은 물체의 방향에 따라 검출될 수 있다. 예컨대, 수신기가 찬장에서의 반사들 쪽으로 향하면, 즉, 각 민감도 함수가 찬장 반사의 방향에서 가장 크면, 강한 피크가 검출될 것이지만, 수신기가 다른 방향 쪽을 가리키면, 다르게 나타날 것이다. 최적 매칭 템플릿으로 어떤 물체 방향에 대응하는 템플릿을 식별함으로써, 물체가 어떤 방향을 가리키는지를 안다. 물체가 예컨대, 원격 조종 장치라면, 가리키는 것이 예컨대 텔레비전 또는 스테레오 세트인지에 따라 다른 명령을 전송할 수 있다. 방향은 공간에서의 3개의 각도들 예컨대, 피치-롤-요우(pitch-roll-yaw)(p, r, a)으로 표현될 수 있는 것으로 이해된다. 테이블 위의 원격 조종 장치와 같은 물체에 대해, 단지 요우의 추정만이 요구될 수 있다.

다중 수신기 변형에서, 수신기 또는 방사기는 상기 물체에 부착되고, 제 2 수신기 및 제 2 물체 방사기는 상기 물체에 각각 부착되며, 상기 처리기는 상기 수신기에 의해 검출가능한 상기 초음파 신호 및 상기 제 2 수신기에 의해 검출가능한 제 2 초음파 신호에 기초하고, 상기 방사기에 의해 방사된 상기 펄스의 기초하여 검출가능한 상기 초음파 신호 및 상기 제 2 물체 방사기에 의해 방사된 제 2 펄스에 기초하여 검출가능한 상기 제 2 초음파 신호에 각각 기초한 상기 물체의 위치를 추정하도록 배열된다. 예컨대, 물체가 직각 6면체이고, 수신기가 바닥에 접촉되지 않은 다섯 면들의 각각에 부착될 수 있으면, 다른 방향들로부터 수신된 초음파 신호들의 매칭들을 결합함으로써, 비교적 견고한 추정이 얻어질 수 있다.

유사하게 다른 다중수신기 변형은 물체의 방향을 쉽게 추정할 수 있다. 단일 수신기가 등방성이 아니면, 방향을 또한 추정할 수 있지만, 다른 방향들로부터 물체 상에 작용하는 신호들을 분석함으로써, 방향 추정이 더욱 견고하거나 정확하게 행해질 수 있다.

빔 주사 변형에서, 복수의 방사기들 또는 수신기들은, 다른 방향들로부터 그리고 다른 입체각들로 수신기들의 배열상에 작용하는 펄스들을 각각 수신하기 위해 복수의 다른 형태들 및 방향들의 펄스들을 생성하도록 적어도 하나의 어레이로 배열되어 포함된다. 빔형성의 종래의 공지된 기술들은 예컨대, 미리 결정된 방향으로 좁은 폭의 빔을 방사할 수 있는 물체 상의 방사기들의 배열을 만들 수 있도록 사용될 수 있다. 다른 방향들은 신호들의 위상들을 변형시킴으로써 다른 방사기들로 스캔될 수 있다. 유사하게, 물체 상의 수신기들의 배열은 다른 방향들로부터 접근하는 초음파 신호들에 대해 더욱 민감해질 수 있다. 빔 형성은 공지되어 있지만, 본 발명에 따른 시스템에서의 적용은, 다른 각도들 하에서 물체로부터 도달하는 반사들을 사용함으로써 더 많은 정보들을 얻을 수 있다는 견지에 기초한다. 더욱이, 이런 방향의 반사들은 더욱 특징적일 수 있고, 가장 특징적인 반사들만 매칭을 위해 선택될 수 있으며, 예컨대, 현저한 피크들의 수, 중간피크 진폭 변형 등을 포함하는, 미리 결정된 특징화 능력 식별 기준에 따라 덜 특징적인 반사들이 폐기를 위해 선택될 수 있다.

물체 식별 변형에서, 상기 방사기는 상기 물체에 부착되고, 상기 물체에 대한 적어도 하나의 미리 결정된 주파수 대역 특성의 주파수들을 포함하는 상기 펄스를 방사하도록 배열된다. 첫번째 물체는 좁은 대역폭 예컨대, 수 Hz에서 수kHz, 대략 40kHz에서 주파수를 방사함으로써 예컨대, 자신을 식별할 수 있는 반면에, 두번째 물체는 대략 45kHz에서 주파수를 방사한다. 이런 방식으로, 물체의 위치가 쉽게 식별될 뿐 아니라, 작은 변형들로도 물체의 신원이 식별된다. 시간, 주파수, 위상 등의 정보를 사용하는 다른 코딩 기법들과 마찬가지로, 다중주파수대역 코드들도 사용될 수 있다.

추적 변형에서, 추적 수단은 상기 물체의 위치를 궤도를 따라 추적하도록 배열되어 포함된다.

이동하는 물체들을 추적할 수 있는 시스템은 물체를 인도하기 위한 물체 인도 수단 예컨대, 방을 자동적으로 청소할 수 있는 진공 청소기 또는 로봇을 가질 수 있다. 모든 다른 물체들의 위치들이 예컨대, 찬장의 4개의 모서리들의 수신기들로 알 수 있다는 사실은 물체들 주변에 진공 청소기를 인도하기에 유리하고, 바닥의 모든 부분을 청소하도록 하는 랜덤 청소 전략과는 다르다. 더욱이, 움직이는 물체는 다른 위치들의 초음파 사인들을 갖기 때문에, 높은 위치 측정 정확성 및/또는 견고함이 얻어질 수 있다. 예컨대, 처리기는 한 위치 부근의 다수의 템플릿들을 결합하기 위해 배열되거나 추적 수단은 궤도에 관한 정보 예컨대, 궤도의 유사성 또는 궤도를 따라 검출된 사인들의 어떤 조합을 고려하여 현재 물체 위치를 유도하기 위해 배열될 수 있다. 테이블의 부근의 위치에 대응하는 사인을 검출하고 찬장 부근의 위치에 대응하는 사인을 이후에 검출함으로써, 처리기는 물체가 움직이고 있는 방의 일부 및 물체가 존재할 수 없는 부분을 식별할 수 있다.

방안의 물체의 위치를 추정하는 장치로서,

- 방사된 초음파 펄스에 기초한 초음파 신호를 검출하도록 배열된 초음파 수신기; 및

- 상기 위치를 얻기 위해 상기 초음파 신호를 처리하는 처리기를 포함하는, 상기 위치 추정 장치에 있어서,

상기 처리기는 제 1 시간 기간에서 상기 초음파 신호에 기초하여 상기 물체의 방향을 추정하도록 배열된 평가 수단을 포함하는 것을 특징으로 하고, 반사 물체 상에 대한 상기 펄스의 적어도 제 1 반사의 초음파 에너지를 포함하는 상기 제 1 시간 기간이 또한 개시된다.

본 발명의 제 2 목적은 초음파 물체 위치 추정의 가능성들을 잘 이용하도록 구성된 서두부에 기술된 종류의 방법을 제공하는 것이다.

상기 제 2 목적은,

- 상기 펄스는 상기 물체에 근접한 위치로부터 방사되거나 상기 초음파 신호는 상기 물체의 부근에서 검출되고,

- 상기 처리는 반사 물체에 대한 상기 펄스의 적어도 제 1 반사의 초음파 에너지를 포함하는 제 1 시간 기간에서 상기 초음파 신호의 평가를 포함하는 것으로 실현된다. 이 방법 즉, 상기 단계들 및 행위들은 예컨대, 생산 라인을 따라 물체를 추적하거나 빌딩 곳곳으로 로봇을 인도하는 것 같은 다른 적용들의 일부를 형성할 수 있다.

상기 방법을 처리기가 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 제품이 또한 개시된다.

본 발명에 따른 위치 추정 시스템 및 장치의 여러 특징들은 제한하지 않는 예시들의 목적으로만 제공하는 첨부된 도면들 및 이후에 기술된 구현들 및 실시예들을 참조하여 명백해지고 명료해질 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 삼각법의 예들을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 위치 추정 시스템을 갖는 방을 개략적으로 도시한 도면.

도 3a은 수신기에 의해 검출된 초음파 신호를 개략적으로 도시한 도면.

도 3b는 2개의 초음파 신호 템플릿들을 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 1차원 물체 위치를 추정하기 위한 시스템의 단순한 구성을 개략적으 로 도시한 도면.

도 5는 2개의 고정된 수신기들을 갖는 시스템의 다른 구성을 도시한 도면.

도 6은 빔형성이 가능한 다중수신기 시스템을 도시한 도면.

이들 도면들에서, 점선으로 그려진 요소들은 선택이고, 원하는 실시예에 의존한다.

도 1a에서, 제 1 삼각법 방사기(triangulation emitter; 112) 및 제 2 삼각법 방사기(114)는 방(110)을 통해 원형 파형으로 등방성으로 이동하는 짧은 일시적 기간의 제 1 및 제 2 펄스 초음파 신호를 방사한다. 거리 d1에 대응하는 시간 t1에서, 제 1 펄스는 물체(130)에 부착된 초음파 수신기에 의해 검출되고 거리 d2에 대응하는 시간 t2에서 제 2 펄스가 검출된다. 이러한 거리들로, 원들은 기점들인 방사기들의 알려진 위치들로 그려질 수 있고, 원들의 다른 교차가 방(100) 밖에 존재하기 때문에, 기하학적 계산들을 통해 물체의 위치는 계산될 수 있다. 하지만 일반적으로, 도 1b에 도시된 것처럼 물체(130)의 위치를 고스트 위치(132)와 혼동하지 않도록 3개의 방사기들이 필요하다. 사실은 각 원의 교차점이 잘못된 거리이기 때문에, 실제로 더 많은 예컨대, 4개의 방사기들이 정확도를 향상시키기 위해 사용된다. 또한 2차원 위치 추정보다는 3차원 위치 추정에 대해, 적어도 4개의 방사기들이 일반적으로 필요하다. 이것은, 3개의 방사기들이 항상 한 평면에 위치하고 물체(130)의 진정한 위치가 상기 평면에 관해 반사된 고스트와 분별할 수 없기 때문이다. 하지만, 센서를 영리하게 위치시키고 바닥 또는 천장과 같은 방의 제약들을 사 용함으로써, 3개의 방사기들은 3차원 위치에 대해서는 충분할 수 있다. 종래 기술에 따른 삼각법의 이러한 짧은 요약을 결론내린 후, 텍스트의 나머지는 본 발명에 따른 위치 추정 시스템의 특징들을 설명한다.

도 2에서, 위치 추정 시스템은 개략적으로 방(200) 내에 도시된다. 또한 용어 "방(room)"은 넓은 공간으로 이해되어야 한다. 예컨대, 정원에서 하나의 벽은 시스템이 도 4에서 설명된 위치 추정과 유사한 방식으로 작동하도록 필요한 반사들을 도입하기에 충분할 수 있다. 그때, 정원은 방으로서 이해될 것이고, 물체는 예컨대 인도된 잔디 깎는 기계가 될 수 있다. 슈퍼마켓에서 예컨대, 본 발명에 따른 시스템은 특정 유형의 모든 물체들이 선반들 또는 아직 상자들 안에 있는지를 살펴보기 위해 사용될 수 있다. 로봇은, 이전에 치워진 물체의 위치 정보에 기초하여 자동적으로 선반을 채울 수 있다. 공장에서, 시스템은 생산 라인 등을 따라 물체들을 추적하는데 사용될 수 있다. 실제로, 방은 상기 시스템을 통합하기에 충분히 큰 어떤 (부분적으로) 패쇄된 막힌 곳이다.

위치 추정 시스템(220, 226, 222)는 초음파 펄스(201)를 방사하도록 배열된 초음파 방사기(220)를 포함함으로써 방(220)에 물체(224)의 위치를 추정하도록 배열된다. 방사기가 등방성이면, 동일한 펄스 형은 방안의 모든 방향들로 이동한다. 더 강력한 펄스가 일부 방향들로 방사되는 경우에서 방사기는 비-등방성일 수도 있고, 어떤 펄스도 다른 방향들로 방사되지 않도록 구성될 수도 있다. 방사기들의 배열에 의해 방사된 펄스들의 간섭으로 사용함으로써, 강한 지향성의 펄스가 생성될 수 있고, 상기 펄스가 제어될 수 있다. 즉, 다른 방향들이 스캔될 수 있다. 마이크 론 폰들(602, 604, 606 및 608)의 배열을 포함하는 유사한 시스템은 도 6에서 도시되고, 예컨대 "S.Haykin 저, 적응형 필터 이론(Adative filter theory), Prentice Hall 2001. ISBN 013091261."인 책으로부터 잘 알려진 빔 형성기(beamformer)는 입체각(620) 내에서 도달하는 신호들에 대해 배열을 더 민감하게 하도록 사용된다.

방사기(220)를 위한 유리한 위치들은 천장 반사들에서 먼 바닥이거나 바닥 및 벽 반사들에서 먼 천장이 될 수 있고, 이 경우에서 다른 물체들에서 먼 통상적으로 덜 높은 진폭 반사들이 존재한다. 이것은 특정 신호들을 공급하기에 유리할 뿐아니라 반사들에 대응하는 피크들의 도달 시간에 기초하여 위치 추정들을 얻기에 더 유리할 수 있는데, 이러한 반사들이 더욱 쉽게 식별될 것이기 때문이다. 또한, LOS(Line Of Sight; 가시선) 전송의 가능성은 천장의 방사기/수신기에 대해 더 높다. 고정된 제 2 방사기(250) 및 다른 방사기들은 향상된 정확도를 위해 존재할 수 있다. 그와 같은 고정된 방사기(250)는 물체(224)에 부착된 제 2 물체 방사기(630)와 혼동되지 않아야 한다. 전자의 경우, 물체 상의 수신기(228)는 동일한 위치 및 방향에 있고, 그와 같은 샘플들은 다른 방향들에서 초음파로 방(220)을 여기시키는 것에 대응하는 2개의 다른 음향 필드들이다. 어떤 음향 필드에 기초하여 검출된 초음파 신호는 위치 추정에 대해 충분하지만, 일부 물체(224) 위치들의 서명들은 너무 유사하여 혼동 및 그에 따른 잘못된 위치 추정이 발생할 수 있는 경우에서, 제 2 음향 필드는 이 문제를 해결할 수 있다. 하지만, 물체(224)에 부착된 수신기(228)는 동일한 위치 및 동일한 방향으로부터 음향 필드들 모두를 샘플링한다. 물체(224)에 다수의 방사기들을 부착하는 것은 예컨대, 상기 물체의 다른 부분들의 위치를 추정하고, 및/또는 적어도 하나의 LOS 추정을 보장하기 위해 다른 방향들에서 방(200)을 통해 펄스들을 전송하는 것이 가능하다.

상기 펄스는 제 1 반사(230)로서 벽 또는 천장과 같은 물체(232)에서 반사되고 초음파 신호(300)를 검출하도록 배열된 초음파 수신기(226) 쪽으로 이동한다. 도 3a에서, 이것은 시간 예 t2에서 제 2 피크(314)를 나타낸다. 다른 반사들 예컨대, 찬장(208) 및 그 후 수신기(226)로의 다른 반사들 또는 먼저 벽, 찬장(208) 및 그 후 수신기(226)로의 다른 반사들이 존재할 수 있다. 이것은 도 3a에서 시간 예 t3에서 수신기(226)에 도달하는 제 3 피크(316)에 의해 기호화된다. 제 1 반사는 다른 방향들로부터의 기본적인 방사선들을 실질적으로 포함하는 경우에서 등방성으로 방사된 펄스(201)의 반사가 될 수 있다. 대안으로, 펄스가 특정 방향으로부터 방사되거나 수신기가 특정 방향으로부터 스캔하면, 상기 특정 방향에 대응하여 검출된 방사선들이거나 비-반사 표면에 대한 추가 반사(231)는 방사기 및 수신기 배열 기술에 의해 다른 방향 또는 링크된 스캐닝에서 2개로부터 수신 또는 방사함으로써 다른 시간의 예에서 검출될 수 있다.

처리기(222)는 또한, 초음파 신호의 제 1 시간 기간(320)에 기초하여 물체(224)의 위치를 추정하기 위해 배열된 평가 수단(223)을 포함하고, 상기 제 1 시간(318)은 반사하는 물체에 대한 적어도 하나의 제 1 반사(230)의 초음파 에너지를 포함하는 것으로 나타내어진다. 물체 위치를 추정하는 것이 가능한 다른 알고리즘들이 존재한다.

첫번째 알고리즘은 방향 계산이다. 이것은 도 4에서 도시되고, 1-차원 공간 에 대충 위치되는 여러 물체들 예를 들어, 길고 좁은 테이블(402)상의 오리(420), 펜(424) 및 꽃병(424)의 위치는 천장의 반사에 의해 추정되고, 특히, 물체가 테이블(402)의 중심 위치(430) 내에 있는지 결정되어야 한다. 방사기(404)(역으로 방사기들이 물체들에 부착되면 방사기가 수신기가 됨)는 물체(406) 뒤에 숨겨지게 되어 직접 LOS 전송(410)이 존재하지 않는다. 제 1 천장 반사(412)가

인 시간 지연 △ｔ후에, 오리(420)에 도달하고, 여기서 c는 음향의 속도이고, xE 및 yE는 방사기의 알려진 위치 좌표들이며, xR 및 yR은 물체(224), 이 경우에서는 오리(420)의 추정된 위치이다.

이 식은

으로 간략화될 수 있다.

이 알고리즘에서의 방의 알려진 파라미터들은 방(200)의 높이 H 및 테이블의 높이 yR 뿐이다. 또한 방사기의 위치(xE, yE)도 알려진다. 상기 시스템의 이러한 변형에서 방사기 및 수신기 둘 다에 대한 동기화된 클록이 필요하다. 하지만, 직접 LOS 전송(410)이 나타나는 경우에서, 펄스(201)를 방출하는 알려지지 않은 시간의 문제를 해결하는 것이 사용될 수 있다. 천장 반사를 이용함으로써, 상기 시스템은 천장 반사 점(440)에서 어떤 물리적 방사기도 갖지 않는 도 1a의 2개의 방사기 시스템으로서 고려될 수 있다.

다른 유리한 알고리즘은 많은 반사들을 사용하고, 적어도 반사들은 여전히 충분한 특성 즉, 잔향 말미에서는 작은 반사들이 거의 없는 특성이 존재한다. 상기 알고리즘에서 이용된 원리는 적어도 관심있는 각각의 위치에서 예컨대, 찬장(208)의 선반, 커피 테이블(204) 또는 소파(202)에서, 시간 기간 동안 수신기(206)에 의해 검출된 초음파 신호(300)는 피크들의 특징적 사인을 가질 것이다. 따라서 검출된 사인은 복수의 위치들에서 검출되는 것처럼 초음파 신호의 통상적인 사인을 갖는 복수의 템플릿들로 매칭될 수 있다. 다른 알고리즘 조합들은 다음의 변형들에 관해 만들어질 수 있다.

첫번째 변형은 템플릿들이 미리기록되거나 계산되는 즉, 시뮬레이션 수단(227) 예컨대, 처리기(222) 내의 하드웨어 회로 또는 하드웨어 회로 상에서 구동하는 소프트웨어에 의해 시뮬레이트 되는 것이다. 템플릿들이 미리기록된 경우에서, 사용자는 위치들이 추정되는 물체(224) 예컨대, 원격 조종 장치 또는 이동 전화를 다른 위치들 예컨대, 커피 테이블(204) 상의 5개의 위치들, 찬장(208)의 다른 선반들 사의 일부 위치들 등에 두고, 초음파 신호를 예컨대, 물체가 또한 회전되거나 다수의 수신기들 및 방사기들이 물체에 부착되면 다른 각도들 하에서 초음파를 기록한다. 사용자는 또한 위치의 특성 예컨대, 물체의 이름을 물체가 존재하는 곳에 마크한다. 모든 이러한 측정된 템플릿들은 기억 수단에 기억된다. 평가 수단은 다른 방법들로 위치 추정을 얻기 위해 템플릿들을 매칭할 수 있다. 직접적인 방법으로, 특별한 물체 위치, 방향 및 문(212)이 개패되는지의 여부와 같은 가능한 다른 파라미터들에 대응하는 각각의 템플릿은 위치 추정 동안 검출된 초음파 신호(300)에 매칭된다. 이것은 예컨대, 상기 템플릿의 전력 밀도 스펙트럼과 초음파 신호 (300), 제곱 평균 에러, 상호 상관, 피크 위치들의 함수 등간 가간섭성(coherence)과 같은 다양한 미리 결정된 매칭 함수들에 따를 수 있다. 제 1 템플릿 피크(322) 등의 피크들이 상기 검출된 초음파 신호(300)의 피크들과 더욱 유사하기 때문에, 제 1 초음파 신호 템플릿(320)은 제 2 초음파 신호 템플릿(330)보다 상기 검출된 초음파 신호(300)와 더 잘 매칭될 것이다. 개략적인 예에서, 상기 매칭이 제 1 템플릿 시간 시간(328) 및 제 2 템플릿 시간 기간(338)에 대응하는 시간 기간(318)에 제한되더라도 더욱 그러할 것이다.

특정 위치의 근접한 복수의 템플릿 예컨대, 커피 테이블(204) 상의 위치들의 모든 템플릿은 매칭 기준과 조합하여 사용될 수 있다. 예컨대, 다중 차원 공간은 템플릿들의 특성들 예컨대, 제 1 축, 제 2 축, 제 3 축 등의 제 1 피크, 제 2 피크, 제 3 피크 등의 시간 지연에 기초하여 구성될 수 있고, 그때 패턴 인식으로부터의 기술들은 초음파 신호(300)를 특징짓기 위해 적용될 수 있다. 예컨대, N 최근접 이웃 분류가 사용될 수 있다. 대안으로, 템플릿들은 수신기, 방사기 및 방의 특성들 및 펄스에 기초하여 또한 계산될 수 있을 것이다. 예컨대, 방사선 추적 알고리즘은 모든 반사들 및 그에 따른 각 위치에서의 사인들을 시뮬레이트하도록 사용될 수 있다. 반사들에 대한 유사 소스들을 구성하는 이미지 방법은 또한 사용될 수 있다("J.B. Allen 및 D.A. Berkely 저, 작은 방의 음향들을 효율적으로 시뮬레이트하는 이미지 방법{Image method for efficiently simulating small-room acoustic}. Journal of the Acoustical Society of America, vol. 65, no 4, April 1979, pp.943-950."). 방의 특성들은 동일한 시스템에 의해 얻어질 수 있다. 예컨 대, 방사기 배열들이 나타나는 경우에서, 방은 스캔될 수 있거나 다른 수단을 거쳐 예컨대, 실험들이 수행되는 공장 바닥 또는 환풍기인 방의 내용물들은 다른 방식으로 측정되거나 기입될 수 있다.

제 2 변형은 LOS 전송이 나타나는지 여부이다. LOS 전송이 나타나지 않으면, 방의 모든 위치들이 가능한 위치들이거나 적어도 첫번째 측정된 피크에 대응하는 반지름 내의 위치들이 가능한 위치인데, 이것은 물체(224)가 구의 반지름보다 방사기(220)에 더 가까운 경우에서 LOS 전송 또는 반사가 될 수 있기 때문이지만, LOS 전송이 나타나면, LOS 피크의 시간 지연에 대응하는 반지름을 갖는 구 상의 위치들만이 가능한 위치들이다. 이것은 잘못된 위치 추정의 가능성을 감소시킨다.

기억 수단(225)의 미리결정되거나 미리계산된 템플릿들을 매칭하는 대신에, 위치들은 활동중인 것으로 예견될 수 있고, 대응하는 초음파 템플릿들은 최적 수단(229) 예컨대, 처리기(222) 내의 전용 하드웨어 또는 하드웨어에서 구동하는 소프트웨어에 의해 계산될 수 있다. 예컨대, 특히 움직이는 물체가 추적되면 초기 위치가 알려질 수 있고, 새로운 위치가 예측될 수 있다. 매칭을 다른 방향들의 위치 편이들과 비교함으로써, 더 양호한 추정이 얻어질 수 있다. 매칭 함수가 N 차원의 매니폴드로서 나타나면, 최대 하강법(steepest descent)과 같은 다른 최적화 전략들이 사용될 수 있지만, 예컨대 유전적 알고리즘과 같은 다른 기술들이 사용될 수 있다. 피크들은 방(200)의 영역들에 대한 매개 함수들 예컨대 가우스들에 의해 모델링될 수 있다. 모드의 위치 및 가우시안의 높이는 물체(224)의 위치 및 방향의 함수이고, 수신기(226) 주변의 반사들 및 특성들로 주어진 복수의 위치들 및 방향들 에 대해 계산될 수 있다. 예컨대, 제 1 방향(a1)이 높이(h11)의 제 1 피크 및 높이(h21)의 제 2 피크로 사인을 가지고, 제 2 방향(a2)이 높이(h12)의 제 1 피크 및 높이(h22)의 제 2 피크로 사인을 가지면, 물체의 중간 실제 방향은 실제로 측정된 피크 높이들의 차들 및 제 1 및 제 2 방향에 대응하는 기억되거나 계산된 신호의 차들을 계산함으로써 추정될 수 있다. 상기 사인들은, 예컨대, 몇 개의 떨어진 위치들이 식별될 필요가 있는 경우에서 정확도에 비해 속도가 요구되는 변형에서 개략적으로 계산될 수 있고, 예컨대, 방의 영역이 특징적인 반사 피크들을 식별함으로써 먼저 결정되는 곳에서 계층적인 접근이 사용될 수 있으며, 그 후 더 정확한 위치는 상기 영역에 대한 템플릿들에 기초하여 결정된다.

도 2의 기술이 지금 계속된다. 시스템은 물체(224)에 부착된 방사기(220) 및 방에 고정된 수신기(226)나 물체(224)에 부착된 수신기(226) 중 하나와 유사하게 기능한다. 전자의 경우, 방사기는 초음파 변환기 예컨대, 압전 소자에 접속된 펄스를 발생시키기 위해 배열된 전자 소자들을 구성하는 단순 회로가 될 수 있고, 상기 회로는 베터리 또는 태양 전지에 의해 전원을 공급받는다. 상기 회로는 IC 예컨대, 블루투스 IC의 일부가 될 수 있다. 회로는 예컨대, 고용인의 행위를 추적하기 위한 배지에 통합될 수 있다. 방사기가 고정되면, 예컨대, 청취자를 배치하기 위한 초음파 방사기를 현재 이미 가질 수 있는 라디오 또는 텔레비전과 같은 소비자 전자 장치에 통합될 수 있다.

처리기(222)는 가정용 PC에 포함될 수 있다. 예컨대, 범용 처리기에서 구동하는 시스템의 공급자에 의해 공급된 소프트웨어에 의해 소프트웨어에 의해 실현될 수 있지만, 대안으로 전용 장치일 수 있다.

이동 전화와 같은 물체(224)의 정교한 변형은 여러 물체 위치들에서 초음파 신호(300)를 검출함으로써 템플릿들을 수집하는 수집 수단(255)을 포함할 수 있다. 수집 수단은 수신기를 활성화하기 위해 눌러질 수 있는 버튼 또는 구어 텍스트의 존재를 검출하고 기억하기 위한 마이크로폰과 같은 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 물체(224)가 단순하면, 수집 수단(225)은 예컨대, 처리기(222)에 부착된 방에 고정될 수 있다. 단순한 물체(224)는 예컨대, 위치 추정의 요구된 일시적인 정확성 및 베터리 수명들에 의존하여 특정 시간들에서 몇 초 또는 몇 분 마다 펄스를 방사할 수 있고, 고정된 수집 수단은 음성 명령에 의해 활성화될 수 있다. 통신 모듈(260)은 또한 검출된 초음파 신호의 전송 또는 전자기 신호가 동시적으로 이동하는 음향의 속도와 비교된 시간 동기화를 가능케하는 물체(224) 예컨대, 블루투스 링크에 부착될 수 있다.

집 안의 다른 애플리케이션들은 예컨대, "발견(find in)" 애플리케이션의 시스템으로부터 이익을 얻을 수 있고, 원격 조종 장치는 소파 위의 쿠션 뒤에 숨겨질 수 있다. 원격 조종 장치의 위치를 추정할 때, 시스템을 단어 "소파(couch)"를 말하거나 디스플레이 스크린(210) 상에 디스플레이된 방의 이미지상에 원격 제어의 아이콘을 보여줄 수 있다.

물체는 방안에서 위치를 결정할 수 있고, 물체가 지시하는(예컨대, 물체의 IR 원격 조종 장치, 카메라 또는 마이크로폰이 지시하는) 장치에 의존하여, 물체는 다르게 행동할 수 있다. 예컨대, 물체가 이동 전화이면, 물체는 텔레비전(206) 또 는 디스플레이 스크린(210) 상에 디스플레이된 이미지를 다른 이동 전화에 전송할 수 있다.

도 4에서 도시된 것처럼, 테이블 상의 물체들의 위치는 추정될 수 있다. 이것들은 기념품들일 수 있다. 꽃병(422)이 중심부(430)에 위치되면, 그리스 휴일의 홈 비디오 영화 또는 슬라이드 프리젠테이션이 시작될 수 있다.

단일 등방성 방사기(220)만이 방안에 고정되면, 상기 방사기의 위치에 대해 주의해야 한다. 예컨대, 상기 방사기가 텅빈 방의 모서리에 존재하면, 방의 대각선에 관해 반사된 위치들의 혼동이 일어날 수 있다. 유사한 추론이 고정된 수신기(226)에 적용될 수 있다.

제 2 수신기(228) 또는 방사기는 물체에 부착될 수 있다. 따라서, 다른 방향들로부터 검출된 초음파 신호들은 물체의 위치 및/또는 방향을 더욱 신뢰성있게 추정하는데 사용될 수 있다. 각 물체 또는 일반적으로 각 방사기는 다른 신호 예컨대, 하나 이상의 좁은 스펙트럼 대역들의 주파수들을 방사할 수 있어 각 방사기는 쉽게 인식될 수 있다. 대안으로, 방사기들은 다른 지정된 시간 기간들에서 신호들을 방사할 수 있다.

추적 수단(270)은 예컨대, 처리기(222) 상에서 구동하는 소프트웨어처럼 물체의 위치를 궤도를 따라 추적하도록 배열되어 나타날 수 있다. 예컨대, 칼맨 필터링(Kalman filtering)은 궤도를 따라 위치들을 예측하도록 사용될 수 있다. 추적 수단은 매칭을 위해 후보 템플릿들을 공급할 수 있거나 물체(224)가 안에 있는 방(200)의 일부에 의존하는 다른 매칭 함수를 선택할 수 있다.

도 3a는 검출된 초음파 신호(300)를 개략적으로 도시한다. 상기 초음파 신호는 실질적으로 초음파 신호의 진폭 포락선을 나타내는 전자 신호이다. 이 포락선은 초음파 캐리어 상에 변조된 수신기(226)에 도달한다. 통상적으로, 필터링은 중요한 주파수 대역, 복조 및 아날로그 디지털 변환 밖의 잡음을 제거하기 위해 발생한다. 방사기(220) 및 수신기(226)의 특성들을 고려하여 매칭된 필터링이 또한 존재 수 있다. 본문에서 피크들은 진폭 피크들이고, 예컨대, 상관 관계의 피크들과 혼동되지 말아야 한다.

도 3b는 2개의 예시적인 템플릿들을 개략적으로 도시한다. 제 1 초음파 신호 템플릿(320)은 어떤 물체(224) 위치에서 측정된 초음파 신호(300)와 매우 유사하여, 물체(224)는 아마도 예컨대, 방안의 약간 다른 조건들과 같은 측정 오류들로부터의 2개의 발신들 간의 차들인, 이 위치들에 매우 근접하거나 이 위치상에 존재한다. 제 2 템플릿(330)은 완전히 다른 물체(224) 위치에 대응한다. t1은 LOS 전송이 방사기로부터 수신기로 이동하는데 걸리는 시간의 합임을 주목하라. 클록으로부터의 시간 참조는 템플릿 매칭으로 동작하는 시스템의 실시예들에서 항상 요구되지는 않고, LOS 피크 전에 검출된 초음파 에너지가 거의 없는 기간에 관련이 없기 때문에, 피크들은 실질적으로 매칭한다. 첫번째 LOS 피크가 존재하지 않을 때라도, 다른 피크들이 여전히 상대적으로 양호하게 매칭한다.

도 5는 도 4에 기술된 변형의 2차원 변형에서 2개의 방사기들의 사용을 도시한다. 이제 또한 오리(420)가 존재하는 깊이 평면(501)의 위치가 결정될 수 있다. 즉, 알려지지 않은 위치 좌표들을 발견하는데 요구되는 많은 수신기들이 존재한다. 다른 펄스들에 기초한 초음파 신호들의 다른 피크들의 도착 시간들에 대한 공식이 기입될 수 있다.

컴퓨터 프로그램 하에서, 상기 처리기에 명령들을 제공하는 일련의 로딩 단계들 후에, 범용 또는 특수용 처리기가 본 발명에 개시된 특징적인 기능들 중 일부를 실행하도록 하는 명령들 수집의 어떤 물리적인 실현이 이해되어야 한다. 특히, 컴퓨터 프로그램 제품은 예컨대, 디스크 또는 테이프와 같은 캐리어 상의 데이터, 메모리에 나타난 데이터, 네트워크 접속, 무선 또는 유선, 또는 종이 상의 프로그램 코드를 통해 이동하는 데이터로서 실현될 것이다. 프로그램 코드와는 별개로, 프로그램에 대해 요구된 특징적인 데이터는 또한 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다.

상기 언급된 실시예들은 본 발명을 제한하기보다는 설명하고 당업자들은 청구항들의 범위들을 벗어나지 않고 대안들을 설계할 수 있음을 주목해야 한다. 청구항들에서 결합된 본 발명의 요소들의 조합들과는 별개로, 당업자에 의해 인식된 본 발명의 범위 내의 요소들의 다른 조합들은 본 발명에 의해 커버된다. 요소들의 어떤 조합은 단일 전용 요소에서 실현될 수 있다.

특히, 방안에 고정되고 물체에 부착된 수신기들과 방사기들의 어떤 조합이 사용될 수 있는 것은 당업자에게 자명해야한다. 방의 구성 및 수신기들과 방사기들의 구성이 적어도 중요한 위치들은 구별될 수 있는 것이라면, 시스템은 물체들의 상대적 위치를 식별하기 위해 고정된 방사기들 또는 수신기들 없이 2개의 (움직이거나 움직일 수 있는) 물체들로 사용될 수 있다. 예컨대, 2개의 운송 수단들의 상 대적 위치가 결정되는 경우에서, 공장에서 공급 제품들을 운반하는 제 1 운송 수단은 다른 운송 수단을 따르거나 피할 수 있다. 그때, 예컨대, 제 2 운송 수단에 부착된 방사기가 어떤 상대적 위치에 주어지고, 운송 수단이 따라 움직이는 선형 트랙 상의 제 1 운송 수단의 어떤 상대적 위치에서 검출될 수 있는 초음파 신호들의 템플릿들을 기억 수단이 포함한다. 운송 수단들의 이전 위치들에 관한 지식 또는 다른 지식 예컨대, 지면 위의 비컨들(beacons), 광전지들 또는 유선들에 의해 시스템을 추정하는 대강의 위치가 잘못된 위치 추정들에 대한 위험을 감소시킬 수 있다. 어떤 구성이 위치 및/또는 각 추정에 대해 사용될 수 있다. 이들 시스템 중 일부에서, 각 요구된 위치, 방향에 대한 특징적인 초음파 신호 템플릿들 및 다른 상대적 파라미터들은 어떤 측정 또는 계산에 의해 얻어질 수 있다. 이전 시스템들 중 일부에서, 추정들은 검출된 초음파 신호의 계산 특성들에 의하거나 어떤 미리 결정된 또는 급히 결정된 어떤 매칭 또는 오류 함수를 갖는 템플릿들의 조합으로 매칭함으로써 획득될 수 있다. 상기 기술된 시스템들 중 일부에 대해, 어떤 적합한 초음파 신호가 방사될 수 있고, 추가 처리가 더 양호한 품질 신호를 얻기 위해 수신기 측에서 행해질 수 있다.

청구항에서 괄호 사이의 어떤 참조 신호는 청구항을 제한하도록 의도되지 않는다. 단어 "포함하는(comprising)"은 청구항에서 열거되지 않은 요소들 또는 특징들의 존재를 배제하지 않는다. 한 요소 앞의 단어 "하나(a 또는 an)"는 복수의 그와 같은 요소들의 존재를 배제하지 않는다.

본 발명은 하드웨어 또는 컴퓨터상에서 구동하는 소프트웨어에 의해 구현되 고 이전에 데이터 캐리어에 기억되거나 신호 전송 시스템을 통해 전송될 수 있다.

Claims (15)

1. 방(200)안의 물체(224)의 위치를 추정하는 위치 추정 시스템(220, 226, 222)으로서,

   초음파 펄스(201)를 방사하도록 배열된 초음파 방사기(ultrasound emitter; 220)

   상기 펄스(201)에 기초한 초음파 신호(300)를 검출하도록 배열된 초음파 수신기(226); 및

   상기 위치를 얻기 위해 상기 초음파 신호(300)를 처리하는 처리기(222)를 포함하는, 상기 위치 추정 시스템에 있어서,

   상기 방사기(220) 및 상기 수신기(226) 중 하나는 상기 물체(224)에 부착되고,

   상기 처리기는 제 1 시간 기간(318)에서 상기 초음파 신호(300)에 기초하여 상기 물체(224)의 위치를 추정하도록 배열된 평가 수단(223)을 포함하고, 제 1 시간 기간(318)은 반사 물체(232)에 대한 펄스(201)의 적어도 제 1 반사(230)의 초음파 에너지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 위치 추정 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 물체(224)의 제 1 위치에 대응하는 제 1 초음파 신호 템플릿(320) 및 상기 물체(224)의 제 2 위치에 대응하는 제 2 초음파 신호 템플릿(330)을 기억하기 위해 배열된 기억 수단(225)을 포함하고, 상기 평가 수단(223)은 인수들로서 상기 제 1 시간 기간(318)의 초음파 신호(300) 및 제 1 템플릿 기간(328)의 상기 제 1 템플릿(318)으로 미리 결정된 매칭 함수를 평가함으로써 제 1 매칭을 계산하고, 인수들로서 상기 제 1 시간 기간(318)의 초음파 신호(300) 및 제 2 템플릿 기간(338)의 상기 제 2 템플릿(330)으로 상기 미리 결정된 매칭 함수를 평가함으로써 제 2 매칭을 계산하도록 배열된, 위치 추정 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 수신기(226)에 의해 초음파 신호 측정들에 기초하여 상기 제 1 템플릿(320) 및 상기 제 2 템플릿(330)을 상기 제 1 및 상기 제 2 위치에 대응하는 상기 방(220)안의 위치들에 위치되는 물체로 수집하도록 배열된 수집 수단(255)을 포함하는, 위치 추정 시스템.
4. 제 2 항에 있어서,

   물체(224)의 후보자 제 1 및 제 2 위치를 생성하고, 상기 펄스(201), 상기 방(220)의 미리 결정된 특성들 및 상기 제 1 및 제 2 위치에 기초하여 상기 제 1 템플릿(320) 및 제 2 템플릿(330)을 계산하도록 배열된 시뮬레이션 수단(227)을 포함하는, 위치 추정 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 물체(224)의 예측된 위치를 예측하고, 상기 펄스(201), 상기 방(220)의 미리 결정된 특성들 및 상기 예측된 위치에 기초하여 제 3 초음파 신호 템플릿을 평가하기 위해 배열된 최적화 수단(229)을 포함하는, 위치 추정 시스템.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 물체의 가상 위치에 대한 하나 이상의 초음파 신호 템플릿을 포함하는 상기 기억 수단(225)을 갖도록 배열되고, 상기 처리기(222)는 상기 물체(224)의 위치를 제외한 다른 파라미터를 추정하도록 배열된, 위치 추정 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 처리기(222)는 상기 다른 파라미터로서 상기 물체(224)의 방향(a)을 추정하도록 배열된, 위치 추정 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,

   제 2 수신기(228) 및 제 2 물체 방사기(630) 중 하나는 상기 물체(224)에 부착되고, 상기 처리기(222)는 상기 수신기(226)에 의해 검출된 상기 초음파 신호(300) 및 상기 제 2 수신기(228)에 의해 검출된 제 2 초음파 신호에 기초하고, 상기 방사기(220)에 의해 방사된 상기 펄스(201)의 기초하여 검출된 상기 초음파 신호(300) 및 상기 제 2 물체 방사기(630)에 의해 방사된 제 2 펄스에 기초하여 검출된 상기 제 2 초음파 신호에 각각 기초한 상기 물체(224)의 위치를 추정하도록 배 열되는, 위치 추정 시스템.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 수신기(226) 또는 상기 방사기(220)는 상기 물체(224)에 부착되고, 제 2 수신기(228) 및 제 2 물체 방사기(630)는 상기 물체(224)에 각각 부착되며, 상기 처리기(222)는 상기 수신기(226)에 의해 검출가능한 상기 초음파 신호(300) 및 상기 제 2 수신기(228)에 의해 검출가능한 제 2 초음파 신호에 기초하고, 상기 방사기(220)에 의해 방사된 상기 펄스(201)의 기초하여 검출가능한 상기 초음파 신호(300) 및 상기 제 2 물체 방사기(630)에 의해 방사된 제 2 펄스에 기초하여 검출가능한 상기 제 2 초음파 신호에 각각 기초한 상기 물체(224)의 방향(a)을 추정하도록 배열되는, 위치 추정 시스템.
10. 제 1 항에 있어서,

    복수의 방사기들 또는 수신기들은, 다른 방향들로부터 그리고 다른 입체각들로 수신기들의 어레이에 작용하는 펄스들을 각각 수신하기 위해 복수의 다른 형태들 및 방향들의 펄스들을 생성하도록 상기 물체(224)에 부착되거나 상기 방(220)에 고정되고 적어도 하나의 어레이로 배열되어 포함되는, 위치 추정 시스템.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 방사기(220)는 상기 물체(224)에 부착되고, 상기 물체(224)에 대한 적 어도 하나의 미리 결정된 주파수 대역 특성의 주파수들을 포함하는 상기 펄스(201)를 방사하도록 배열된, 위치 추정 시스템.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 물체(224)는 이동하거나 이동될 수 있고, 추적 수단(270)은 상기 물체(224)의 위치를 궤도를 따라 추적하도록 배열되어 포함되는, 위치 추정 시스템.
13. 방(200)안의 물체(224)의 위치를 추정하는 장치로서,

    방사된 초음파 펄스(201)에 기초한 초음파 신호(300)를 검출하도록 배열된 초음파 수신기(226); 및

    상기 위치를 얻기 위해 상기 초음파 신호(300)를 처리하는 처리기(222)를 포함하는, 상기 위치 추정 장치에 있어서,

    상기 처리기는 제 1 시간 기간(318)에서 상기 초음파 신호(300)에 기초하여 상기 물체(224)의 위치를 추정하도록 배열된 평가 수단(223)을 포함하고, 상기 제 1 시간 기간(318)은 반사 물체(232)에 대한 상기 펄스(201)의 적어도 제 1 반사(230)의 초음파 에너지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 위치 추정 장치.
14. 방(200)안의 물체(224)의 위치를 추정하는 방법으로서,

    초음파 펄스(201)를 방사하는 단계;

    상기 펄스(201)에 기초한 초음파 신호(300)를 검출하는 단계; 및

    상기 위치를 얻기 위해 상기 초음파 신호(300)을 처리하는 단계를 포함하는, 상기 위치 추정 방법에 있어서,

    상기 펄스는 상기 물체(224)에 근접한 위치로부터 방사되거나 상기 초음파 신호(300)는 상기 물체(224)의 부근에서 검출되고,

    상기 처리 단계는 반사 물체(232)에 대한 상기 펄스(201)의 적어도 제 1 반사(230)의 초음파 에너지를 포함하는 제 1 시간 기간(318)에서 상기 초음파 신호(300)의 평가를 포함하는 것을 특징으로 하는, 위치 추정 방법.
15. 제 14 항에서 청구된 방법을 상기 처리기(222)가 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 제품.

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