KR20180020166A - 전기 차량들 무선 유도성 충전 시스템들에서의 안내 및 정렬을 위한 시스템들, 방법들, 및 장치들 - Google Patents

전기 차량들 무선 유도성 충전 시스템들에서의 안내 및 정렬을 위한 시스템들, 방법들, 및 장치들 Download PDF

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한스 페터 비드메르
안드레아스 데트빌러
루카스 시에베르
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Abstract

무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 복수의 감지 코일들을 포함하고, 각각은 복수의 파 펄스들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 신호를 생성하도록 구성되고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생한다. 장치는 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하도록 구성된 프로세서를 더 포함한다.

Description

전기 차량들 무선 유도성 충전 시스템들에서의 안내 및 정렬을 위한 시스템들, 방법들, 및 장치들{SYSTEMS, METHODS AND APPARATUSES FOR GUIDANCE AND ALIGNMENT IN ELECTRIC VEHICLES WIRELESS INDUCTIVE CHARGING SYSTEMS}
이 출원은 일반적으로 무선 충전 전력 전송 애플리케이션들에 관련되고, 구체적으로, 무선 유도성 충전 전력 송신기들을 갖는 전기 차량들의 안내 및 정렬을 위한 시스템들, 방법들, 및 장치들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시물은 자기적 벡터 필드 (magnetic vector field) 들 (자기적 벡터링 (magnetic vectoring)) 에 기초하여 지면-기반 충전 유닛에 대한 전기 차량의 위치를 결정하는 것, 및 자기 벡터링을 위한 수신기 동기화 방법들에 관한 것이다.
무선 유도성 충전 전력 애플리케이션들에서의 효율은 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 적어도 최소 정렬 임계치를 달성하는 것에 적어도 부분적으로 종속된다. 이러한 정렬을 보조하는 하나의 방법은 자기적 벡터링의 이용이고, 여기서, 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 거리 및/또는 방향은 무선 전력 송신기 또는 무선 전력 수신기에서 또는 그 근처에서 중의 어느 하나에서 생성된 자기장의 하나 이상의 속성들을 감지하는 것에 기초하여 결정된다 (자기장은 무선 전력 전송을 위한 것이 아니라, 안내 및 정렬의 목적들을 위한 것일 수도 있음). 그러나, 자기적 벡터링을 사용하여 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 비-모호한 (non-ambiguous) 위치를 결정하는 것은 자기장 생성 시스템과의 자기장 검출 시스템의 일부 형태의 동기화를 요구한다. 따라서, 본원에서 설명된 바와 같은 무선 유도성 충전 전력 송신기들을 갖는 전기 차량들의 안내 및 정렬을 위한 시스템들, 방법들, 및 장치들이 바람직하다.
일부 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 복수의 감지 코일들을 포함하고, 각각은 복수의 파 펄스들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 신호를 생성하도록 구성되고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생한다. 장치는 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하도록 구성된 프로세서를 더 포함한다.
일부 다른 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 복수의 감지 코일들의 각각에 의해, 복수의 파 펄스들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 전압 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생한다. 방법은 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 전압 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 다른 구현예들에서, 비-일시적, 컴퓨터-판독가능 매체는 코드를 포함하고, 상기 코드는, 실행될 경우, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치로 하여금, 복수의 감지 코일들의 각각에 의해, 복수의 파 펄스들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 전압 신호를 생성하게 하고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생한다. 코드는 또한, 실행될 경우, 장치로 하여금, 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 전압 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하게 한다.
일부 다른 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 복수의 파 펄스들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 전압 신호를 생성하기 위한 복수의 수단을 포함하고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생한다. 장치는 개개의 전압 신호를 생성하기 위한 복수의 수단의 각각으로부터의 개개의 전압 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 수단을 더 포함한다.
일부 다른 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 적어도 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성하도록 구성된 구동기 회로를 포함하고, 각각은 복수의 파 펄스들의 적어도 하나의 개개의 파 펄스를 포함하고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생한다. 장치는 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호의 개개의 하나에 의해 구동되는 동안에 교번 자기장을 생성하도록 구성된 복수의 코일들을 포함한다.
일부 다른 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 적어도 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 각각은 복수의 파 펄스들의 적어도 하나의 개개의 파 펄스를 포함하고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생한다. 방법은 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호의 개개의 하나로 복수의 코일들의 각각의 코일을 구동함으로써 교번 자기장을 생성하는 단계를 포함한다.
일부 다른 구현예들에서, 비-일시적, 컴퓨터-판독가능 매체는 코드를 포함하고, 상기 코드는, 실행될 경우, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치로 하여금, 적어도 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성하게 하고, 각각은 복수의 파 펄스들의 적어도 하나의 개개의 파 펄스를 포함하고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생한다. 코드는 또한, 실행될 경우, 장치로 하여금, 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호의 개개의 하나로 복수의 코일들의 각각의 코일을 구동함으로써 교번 자기장을 생성하게 한다.
일부 다른 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 적어도 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성하기 위한 수단을 포함하고, 각각은 복수의 파 펄스들의 적어도 하나의 개개의 파 펄스를 포함하고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생한다. 장치는 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호의 개개의 하나로 구동됨으로써 교번 자기장을 생성하기 위한 복수의 수단을 포함한다.
일부 다른 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 복수의 감지 코일들을 포함하고, 각각은 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 전압 신호를 생성하도록 구성되고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조된다. 장치는 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 전압 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하도록 구성된 프로세서를 더 포함한다.
일부 다른 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 복수의 감지 코일들의 각각에 의해, 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 전압 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조된다. 방법은 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 전압 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 다른 구현예들에서, 비-일시적, 컴퓨터-판독가능 매체는 코드를 포함하고, 상기 코드는, 실행될 경우, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치로 하여금, 복수의 감지 코일들의 각각에 의해, 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 전압 신호를 생성하게 하고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조된다. 방법은 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 전압 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 다른 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 전압 신호를 생성하기 위한 복수의 수단을 포함하고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조된다. 장치는 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 전압 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 수단을 더 포함한다.
일부 다른 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 적어도 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성하도록 구성된 구동기 회로를 포함하고, 각각은 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들의 개개의 비콘 신호를 포함하고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조된다. 장치는 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호의 개개의 하나에 의해 구동되는 동안에 교번 자기장을 생성하도록 구성된 복수의 코일들을 포함한다.
일부 다른 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 적어도 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 각각은 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들의 개개의 비콘 신호를 포함하고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조된다. 방법은 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호의 개개의 하나로 복수의 코일들의 각각의 코일을 구동함으로써 교번 자기장을 생성하는 단계를 포함한다.
일부 다른 구현예들에서, 비-일시적, 컴퓨터-판독가능 매체는 코드를 포함하고, 상기 코드는, 실행될 경우, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치로 하여금, 적어도 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성하게 하고, 각각은 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들의 개개의 비콘 신호를 포함하고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조된다. 코드는 또한, 실행될 경우, 장치로 하여금, 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호의 개개의 하나로 복수의 코일들의 각각의 코일을 구동함으로써 교번 자기장을 생성하게 한다.
일부 다른 구현예들에서는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 적어도 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성하기 위한 수단을 포함하고, 각각은 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들의 개개의 비콘 신호를 포함하고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조된다. 장치는 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호의 개개의 하나로 구동됨으로써 교번 자기장을 생성하기 위한 복수의 수단을 포함한다.
도 1 은 일부 구현예들에 따른, 무선 전력 전송 시스템의 기능적인 블록도이다.
도 2 는 일부 다른 구현예들에 따른, 무선 전력 전송 시스템의 기능적인 블록도이다.
도 3 은 일부 구현예들에 따른, 송신 또는 수신 결합기를 포함하는 도 2 의 송신 회로부 또는 수신 회로부의 부분의 개략도이다.
도 4a 는 차량-기반 자기장 센서와 주차 구획에서 설치된 지면-기반 자기장 생성기 사이의 위치 관계, 생성기의 좌표 프레임에서 표현된 센서의 위치 및 회전을 예시한다.
도 4b 는 차량-기반 자기장 센서와 주차 구획에서 설치된 지면-기반 자기장 생성기 사이의 위치 관계, 센서의 좌표 프레임에서 표현된 생성기의 위치 및 회전을 예시한다.
도 4c 는 차량-기반 자기장 생성기와 주차 구획에서 설치된 지면-기반 자기장 센서 사이의 위치 관계, 센서의 좌표 프레임에서 표현된 생성기의 위치 및 회전을 예시한다.
도 4d 는 차량-기반 자기장 생성기와 주차 구획에서 설치된 지면-기반 자기장 센서 사이의 위치 관계, 생성기의 좌표 프레임에서 표현된 센서의 위치 및 회전을 예시한다.
도 5 는 차량을 위치시키고 정렬하기 위하여 이용될 수 있는 구조체들 및 주차장 마킹들을 포함하는 주차장에서의 차량의 예시도이다.
도 6 은 일부 구현예들에 따라, 배선 루프들의 직교적 배열에 기초한 3-축 자기장 생성기 및 3-축 자기장 센서를 예시한다.
도 7a 는 일부 구현예들에 따라, 주파수-분할 자기장 멀티플렉싱에서의 이용을 위한 복수의 주파수들을 예시한다.
도 7b 는 일부 구현예들에 따라, 시간-분할 자기장 멀티플렉싱에서의 이용을 위한 복수의 시간 슬롯들을 예시한다.
도 7c 는 일부 다른 구현예들에 따라, 시간-분할 자기장 멀티플렉싱에서의 이용을 위한 복수의 시간 슬롯들을 예시한다.
도 8 은 일부 구현예들에 따라, 자기장 위치-발견 시스템의 블록도를 예시한다.
도 9 는 일부 구현예들에 따라, 3-축 생성기에 의해 생성된 자기장의 자기적 모멘트 (magnetic moment) 들, 및 6 개의 상이한 온-축 (on-axis) 위치들의 각각에서의 결과적인 자기장 벡터 트리플 (vector triple) 들을 예시한다.
도 10a 는 일부 구현예들에 따라, x-y-오실로스코프를 이용하여 자기적 라디오 나침반을 예시한다.
도 10b 는 일부 구현예들에 따라, 기준 신호로부터 절대적인 위상 정보를 획득하는 자기적 라디오 나침반을 예시한다.
도 11a 는 일부 구현예들에 따라, 극성 모호성을 분석하기 위해 적당한 비-정현 (non-sinusoidal) 송신 신호를 도시한다.
도 11b 는 일부 구현예들에 따라, 동기화 정보를 수신기에 제공하기 위해 적당한 진폭-변조된 기준 신호를 도시한다.
도 12 는 일부 구현예들에 따라, 2 개의 자기장 벡터들의 방위들을 디스플레이하는 자기적 라디오 나침반을 예시한다.
도 13 은 일부 구현예들에 따라, 보충적 동기화 정보로 분석될 수도 있는 자기적 벡터 극성의 상이한 조합들을 도시한다.
도 14 는 일부 구현예들에 따라, 2-축 자기장 생성기에 의해 생성된 자기장의 필드 라인들 및 4 개의 온-축 위치들 및 4 개의 오프-축 (off-axis) 위치들에서 존재하는 자기적 벡터 쌍들을 디스플레이한다.
도 15 는 일부 구현예들에 따라, 2-축 생성기를 이용하는 시스템에서의 벡터 극성 모호성 및 오직 상대적인 위상 동기화를 예시한다.
도 16a 및 도 16b 는 일부 구현예들에 따라, 2-축 생성기를 이용하는 시스템에서의 위치 및 회전 모호성 및 오직 상대적인 위상 동기화를 예시하는 차량 주차 시나리오들을 도시한다.
도 17 은 일부 구현예들에 따라, 시간의 함수로서의 이중-톤 (double-tone) 신호의 위상차
Figure pct00001
를 디스플레이한다.
도 18 은 일부 구현예들에 따라, 자기장 위치결정 수신기의 동기 검출기의 블록도를 예시한다.
도 19 는 일부 구현예들에 따라, 도 18 의 동기 검출기들의 뱅크를 이용하는 자기장 위치결정 수신기의 부분의 블록도를 도시한다.
도 20a, 도 20b, 및 도 20c 는 일부 구현예들에 따라, 수신기 동기화의 상이한 스테이지들에서의, 그리고 동기 검출기의 서브-뱅크의 상이한 출력들에 대한 복소 페이저 (complex phasor) 들을 예시한다.
도 21 은 일부 구현예들에 따라, 3-축 자기장 위치결정 수신기의 아날로그 프론트 엔드 (analog front end; AFE) 의 블록도를 예시한다.
도 22 는 일부 구현예들에 따라, 3-축 생성기 또는 센서를 위한 직교적 코일 배열을 예시한다.
도 23 은 일부 구현예들에 따라, 주파수 분할 4-톤 자기장 송신 방식을 예시한다.
도 24 는 일부 구현예들에 따라, 동기화 시퀀스 및 멀티-톤 송신을 포함하는 송신 프레임의 변조 파형을 예시한다.
도 25 는 일부 구현예들에 따라, 상이한 시간 슬롯들 동안에 송신된 변조된 단일-캐리어 파 펄스들의 시퀀스를 도시한다.
도 26 은 일부 구현예들에 따라, 송신 채널에 의해 변경된 바와 같은 상이한 시간 슬롯들 동안에 수신된 바와 같은 도 25 의 파 펄스들의 시퀀스를 도시한다.
도 27 은 일부 구현예들에 따라, 시간-분할 모드에서 동작하는 자기장 위치결정 수신기의 동기 검출기의 블록도를 도시한다.
도 28 은 일부 구현예들에 따라, 감지된 자기장 컴포넌트 당 동기 검출기를 이용하여 시간-분할 모드에서 동작하는 3-가지 (3-branch) 자기장 위치결정 수신기의 부분의 블록도를 도시한다.
도 29a 및 도 29b 는 일부 구현예들에 따라, 페이저 회전 전 및 후의 연속 시간 슬롯들에서 x-가지 동기 검출기에 의해 순차적으로 검출된 바와 같은 복소 페이저들을 각각 도시한다.
도 30 은 일부 구현예들에 따라, 시간-분할 모드에서 동작하는 자기장 위치결정 수신기의 상관 검출기의 블록도를 도시한다.
도 31 은 일부 구현예들에 따라, 자기장 비콘 신호 당 및 감지된 자기장 컴포넌트 당 상관 검출기를 이용하여 코드-분할 모드에서 동작하는 3-가지 자기장 위치결정 수신기의 부분의 블록도를 도시한다.
도 32a 및 도 32b 는 일부 구현예들에 따라, 페이저 회전 전 및 후의 x-가지 동기 검출기에 의해 동시에 검출된 바와 같은 복소 페이저들을 각각 도시한다.
도 33 은 일부 구현예들에 따라, 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 위치를 결정하기 위한 방법을 도시하는 플로우차트이다.
도 34 는 일부 구현예들에 따라, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법을 도시하는 플로우차트이다.
도 35 는 일부 구현예들에 따라, 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 위치를 결정하기 위한 방법을 도시하는 플로우차트이다.
도 36 은 일부 구현예들에 따라, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법을 도시하는 플로우차트이다.
다음의 상세한 설명에서는, 본 개시물의 일부를 형성하는 첨부한 도면들에 대해 참조가 행해진다. 상세한 설명, 도면들, 및 청구항들에서 설명된 예시적인 구현예들은 제한하는 것으로 의도된 것은 아니다. 여기에서 제시된 발명 요지의 사상 또는 범위로부터 이탈하지 않으면서, 다른 구현예들이 사용될 수도 있고, 다른 변경들이 행해질 수도 있다. 본원에서 일반적으로 설명되고 도면들에서 예시된 바와 같은 본 개시물의 양태들은 폭넓게 다양한 상이한 구성들로 배열될 수 있고, 치환될 수 있고, 조합될 수 있고, 설계될 수 있고, 그 전부는 명시적으로 고려되어 이 개시물의 일부를 형성한다는 것이 용이하게 이해될 것이다.
무선 전력 전송은 물리적 전기 전도체들의 이용 없이 전기장들, 자기장들, 전자기장들, 또는 그 외의 것과 연관된 임의의 형태의 에너지를 송신기로부터 수신기로 전송하는 것을 지칭할 수도 있다 (예컨대, 전력은 자유 공간을 통해 전송될 수도 있음). 무선 필드 (예컨대, 자기장 또는 전자기장) 로의 전력 출력은 전력 전송을 달성하기 위하여 "수신 결합기 (receive coupler)" 에 의해 수신될 수도 있거나, 캡처 (capture) 될 수도 있거나, 결합될 수도 있다.
본원에서 이용된 용어는 특정한 구현예들을 오직 설명하는 목적을 위한 것이고, 개시물에 대해 제한적이도록 의도된 것이 아니다. 특정 수의 청구항 엘리먼트가 의도될 경우, 이러한 의도는 청구항에서 명시적으로 인용될 것이고, 이러한 인용의 부재 시에, 이러한 의도는 존재하지 않는다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 본원에서 이용된 바와 같이, 단수 형태들 "a", "an", 및 "the" 는 문맥이 이와 다르게 명확하게 표시하지 않으면, 복수 형태들을 마찬가지로 포함하도록 의도된다. 본원에서 이용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 은 연관된 열거된 항목들 중의 하나 이상의 항목의 임의의 그리고 모든 조합들을 포함한다. 용어들 "포함한다 (comprises)", "포함하는 (comprising)", "포함한다 (includes)", 및/또는 "포함하는 (including)" 은, 이 명세서에서 이용될 때, 기재된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 컴포넌트들, 및/또는 그 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다. "~ 중의 적어도 하나 (at least one of)" 와 같은 표현들은, 엘리먼트들의 리스트를 선행할 때, 엘리먼트들의 전체 리스트를 수정하고, 리스트의 개별적인 엘리먼트들을 수정하지 않는다.
도 1 은 일부 구현예들에 따른, 무선 전력 전송 시스템 (100) 의 기능적인 블록도이다. 입력 전력 (102) 은 에너지 전송을 수행하기 위한 송신 결합기 (114) 를 통해 무선 (예컨대, 자기적 또는 전자기적) 필드 (105) 를 생성하기 위하여 전력 소스 (도시되지 않음) 로부터 송신기 (104) 로 제공될 수도 있다. 수신기 (108) 가 송신기 (104) 에 의해 생성된 무선 필드 (105) 에서 위치될 때, 수신기 (108) 는 전력을 수신할 수도 있다. 무선 필드 (105) 는 송신기 (104) 에 의해 출력된 에너지가 수신기 (108) 에 의해 캡처될 수도 있는 영역에 대응한다. 수신기 (108) 는 무선 필드 (105) 에 결합될 수도 있고, 출력 전력 (110) 에 결합된 디바이스 (도면들에서 도시되지 않음) 에 의한 저장 또는 소비를 위한 출력 전력 (110) 을 생성할 수도 있다. 양자의 송신기 (104) 및 수신기 (108) 는 거리 (112) 에 의해 분리된다.
하나의 예의 구현예에서, 전력은 송신 결합기 (114) 에 의해 생성된 시간-변동 자기장을 통해 유도성으로 전송된다. 송신기 (104) 및 수신기 (108) 는 상호 공진 관계에 따라 추가로 구성될 수도 있다. 수신기 (108) 의 공진 주파수 및 송신기 (104) 의 공진 주파수가 실질적으로 동일하거나 매우 근접할 때, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이의 송신 손실들은 최소이다. 그러나, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이의 공진이 정합되지 않을 때에도, 효율이 감소될 수도 있지만, 에너지는 전송될 수도 있다. 예를 들어, 효율은 공진이 정합되지 않을 때에 더 작을 수도 있다. 에너지의 전송은 송신 결합기 (114) 로부터의 에너지를 자유 공간으로 전파하는 것이 아니라, 송신 결합기 (114) 의 무선 필드 (105) 로부터의 에너지를, 무선 필드 (105) 근처에서 존재하는 수신기 결합기 (118) 에 결합함으로써 발생한다. 이에 따라, 공진 유도성 결합 기법들은 다양한 거리들 상에서, 그리고 다양한 유도성 결합기 구성들로 개선된 효율 및 전력 전송을 허용할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 무선 필드 (105) 는 송신기 (104) 의 "근접-필드 (near-field)" 에 대응한다. 근접-필드는 송신 결합기 (114) 로부터 멀어지도록 전력을 최소로 방사하는 송신 결합기 (114) 에서의 전류들 및 전하들로부터 기인하는 강한 리액티브 필드 (reactive field) 들이 있는 영역에 대응할 수도 있다. 근접-필드는 송신 결합기 (114) 의 약 1 파장 (또는 그 분수) 내에 있는 영역에 대응할 수도 있다. 효율적인 에너지 전송은 전자기파에서의 에너지의 대부분을 원거리 필드 (far field) 로 전파하는 것이 아니라, 무선 필드 (105) 에서의 에너지의 많은 부분을 수신 결합기 (118) 에 결합함으로써 발생할 수도 있다. 무선 필드 (105) 내에 위치될 때, "결합 모드" 는 송신 결합기 (114) 와 수신 결합기 (118) 사이에서 전개될 수도 있다.
도 2 는 일부 다른 구현예들에 따른, 무선 전력 전송 시스템 (200) 의 기능적인 블록도이다. 시스템 (200) 은 도 1 의 시스템 (100) 과 유사한 동작 및 기능성의 무선 전력 전송 시스템일 수도 있다. 그러나, 시스템 (200) 은 도 1 과 비교하여, 무선 전력 전송 시스템 (200) 의 컴포넌트들에 관한 추가적인 세부사항들을 제공한다. 시스템 (200) 은 송신기 (204) 및 수신기 (208) 를 포함한다. 송신기 (204) 는 발진기 (222), 구동기 회로 (224), 및 필터 및 정합 회로 (226) 를 포함하는 송신 회로부 (206) 를 포함한다. 발진기 (222) 는 주파수 제어 신호 (223) 에 응답하여 조절될 수도 있는 희망하는 주파수에서 신호를 생성하도록 구성될 수도 있다. 발진기 (222) 는 발진기 신호를 구동기 회로 (224) 에 제공한다. 구동기 회로 (224) 는 입력 전압 신호 (VD)(225) 에 기초하여 송신 결합기 (214) 의 공진 주파수에서 송신 결합기 (214) 를 구동하도록 구성될 수도 있다.
필터 및 정합 회로 (226) 는 고조파들 또는 다른 원하지 않는 주파수들을 필터링하고, 송신 회로부 (206) 의 임피던스 (impedance) 를 송신 결합기 (214) 에 정합한다. 송신 결합기 (214) 를 구동한 결과로서, 송신 결합기 (214) 는 배터리 (236) 를 충전시키기 위하여 충분한 레벨에서 전력을 무선으로 출력하기 위하여 무선 필드 (205) 를 생성한다.
수신기 (208) 는 정합 회로 (232) 및 정류기 회로 (234) 를 포함하는 수신 회로부 (210) 를 포함한다. 정합 회로 (232) 는 수신 회로부 (210) 의 임피던스를 수신 결합기 (218) 의 임피던스에 정합할 수도 있다. 정류기 회로 (234) 는 배터리 (236) 를 충전시키기 위하여 교류 (alternate current; AC) 전력 입력으로부터 직류 (direct current; DC) 전력 출력을 생성할 수도 있다. 수신기 (208) 및 송신기 (204) 는 별도의 통신 채널 (219) (예컨대, 블루투스 (Bluetooth), 지그비 (Zigbee), 셀룰러 (cellular) 등) 상에서 추가적으로 통신할 수도 있다. 수신기 (208) 및 송신기 (204) 는 무선 필드 (205) 의 특성들을 이용하여 대역내 시그널링 (in-band signaling) 을 통해 대안적으로 통신할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 수신기 (208) 는 송신기 (204) 에 의해 송신되고 수신기 (208) 에 의해 수신된 전력의 양이 배터리 (236) 를 충전시키기 위하여 적절한지 여부를 결정하도록 구성될 수도 있다.
도 3 은 일부 구현예들에 따른, 도 2 의 송신 회로부 (206) 또는 수신 회로부 (210) 의 부분의 개략도이다. 도 3 에서 예시된 바와 같이, 송신 또는 수신 회로부 (350) 는 결합기 (352) 를 포함할 수도 있다. 결합기 (352) 는 또한, "전도체 루프", 코일, 인덕터, 또는 "자기적" 결합기로서 지칭될 수도 있거나 구성될 수도 있다. 용어 "결합기" 는 또 다른 "결합기" 에 결합하기 위한 에너지를 무선으로 출력할 수도 있거나 수신할 수도 있는 컴포넌트를 일반적으로 지칭한다.
루프 또는 자기적 결합기들의 공진 주파수는 루프 또는 자기적 결합기의 인덕턴스 (inductance) 및 커패시턴스 (capacitance) 에 기초한다. 인덕턴스는 간단하게, 결합기 (352) 에 의해 생성된 인덕턴스일 수도 있는 반면, 커패시턴스는 희망하는 공진 주파수에서, 또는 특정한 동작들 표준에 의해 설정되거나 규정된 고정된 주파수에서 공진 구조를 만들기 위하여 커패시터 (또는 결합기 (352) 의 자체-커패시턴스) 를 통해 추가될 수도 있다. 비-제한적인 예로서, 커패시터 (354) 및 커패시터 (356) 는 공진 주파수에서 신호 (358) 를 선택하는 공진 회로를 만들기 위하여 송신 또는 수신 회로부 (350) 에 추가될 수도 있다. 더 큰 인덕턴스를 나타내는 더 큰 직경의 결합기들을 이용하는 더 큰 크기의 결합기들에 대하여, 공진을 생성하기 위하여 필요한 커패시턴스의 값은 더 낮을 수도 있다. 또한, 결합기의 크기가 증가함에 따라, 결합 효율이 증가할 수도 있다. 이것은 양자의 송신 및 수신 결합들의 크기가 증가할 경우에 주로 해당한다. 송신 결합기들에 대하여, 결합기 (352) 의 공진 주파수에 실질적으로 대응하는 주파수에서 발진하는 신호 (358) 는 결합기 (352) 로의 입력일 수도 있다. 일부 구현예들에서, 유도성 전력 전송을 위한 주파수는 20 kHz 내지 150 kHz 의 범위에 있을 수도 있다.
효율의 필수적 임계치 및 규제 표준들과의 준수성을 유지하기 위하여, 킬로와트 (kilowatt) 범위에서의 전기 차량들의 유도성 충전은 상대적으로 밀접한 결합을 요구하고; 전력 전송이 더 높을수록, 규제 표준들의 준수성 내에서 EMI 레벨들을 유지하기 위한 결합 요건이 더 밀접하다. 예를 들어, 전형적으로 70 내지 150 mm 범위에서의 에어 갭 상에서 지면-기반 충전 유닛으로부터 차량-기반 충전 유닛으로의 3 kW 의 유도성 전력 전송 (inductive power transfer; IPT) 은 이용된 결합기들의 기술 및 설계에 따라, 대략 150 mm 에 이르는 정렬 오차들을 용인할 수도 있다. 20 kW 에서 에너지를 유도성으로 전송하는 시스템들에 대하여, 용인가능한 정렬 오차는 50 mm 보다 더 작을 수도 있고, 이것은 상당히 더 높은 주차 정밀도를 요구할 수도 있다.
주차 보조 시스템들은 이러한 정렬 쟁점들을 해소하는 것을 잠재적으로 도울 수도 있음으로써, 편의성 및 사용자 경험을 증가시킬 수 있다. 이것은 특히 위치-중심적 전기 차량 충전에 대하여 특히 해당한다. 결합기 시스템의 소위 "스위트 스폿 (sweet spot)" 내에서 전지 차량을 신뢰성 있게 주차함에 있어서 운전자를 보조하는 시스템은 일반적으로 안내 및 정렬 시스템으로 칭해질 수도 있다. "스위트 스폿" 은 차량-기반 IPT 결합기와 지면-기반 IPT 결합기 사이의 정렬들의 구역을 정의할 수도 있고, 여기서, 결합 효율은 어떤 최소 값을 초과한다. 이러한 "스위트 스폿" 은 또한, 예컨대, 전기 차량이 이 "스위트 스폿" 에서 주차될 경우에 방출 (emission) 들의 측면에서 정의될 수도 있고, 차량을 둘러싸는 영역에서 측정된 바와 같은 자기장의 누설은 규제 제한들, 예컨대, 기전력 (electro-motive force; EMF) 또는 전자기 간섭 (electro-magnetic interference; EMI) 노출에 대한 ICNIRP 제한들 미만일 수도 있다.
최소의 솔루션에서, 시스템은 차량이 이러한 "스위트 스폿" 내에서 주차되었는지 아닌지의 여부를 간단하게 표시할 수도 있다. 이것은 정렬 오차들을 매우 용인하는 IPT 기술의 경우에도 항상 필요할 수도 있다.
이 출원의 주제인 더 복잡한 시스템은 기저부 기준 포인트에 대한 차량 기준 포인트의 위치를 결정한다. 이 위치 데이터는 실패한 정렬 시도들을 회피하도록 충전 시스템의 "스위트 스폿" 내에서 주차함에 있어서 전기 차량의 운전자를 보조하기 위하여, 시각적 및/또는 음향 안내 및 정렬 정보로 변환될 수도 있다. 운전자는 궤도를 실시간으로 충전 스폿을 향해 정정하고 차량을 "스위트 스폿" 내에서 정지시키기 위하여 이 피드백을 이용할 수도 있다. 이러한 안내 정보는 작은 정렬 공차들을 가지는 IPT 시스템들에 대하여, 또는 (예컨대, 야간 또는 눈 덮인 주차장들에 의해) 충전을 위한 주차를 어렵게 하는 조건들에서 특히 유용할 수도 있다. 진보된 그리고 훨씬 더 복잡한 시스템에서, 위치 정보는 운전자 개입이 없거나 오직 최소의 운전자 개입으로 (드라이브 바이 와이어 (drive by wire)) 차량을 자동으로 주차하기 위하여 이용될 수도 있다.
이러한 전기 차량의 양자의 "안내" 및 "정렬" 은 전기 차량에 탑재된 컴포넌트들 및 주차장 (예컨대, 기반구조) 에서 설치된 컴포넌트들을 가지는 로컬 위치결정 시스템에 의존할 수도 있다. 위치결정하기 위한 본원에서 개시된 시스템들, 디바이스들, 및 방법들은 바람직하게는 150 kHz 미만인 주파수에서 기저부 충전 유닛에 의해, 또는 차량 충전 유닛에 의해 중의 어느 하나로 생성될 수도 있는 저주파수 자기장을 생성하고 감지하는 것에 기초한다. 본원에서 개시된 이러한 방법들은 자기적 벡터링으로서 지칭되고, 저주파수 자기장의 소스로부터 0 내지 5 미터 사이의 거리 범위에서 위치결정하기 위하여 이용될 수도 있다.
정렬 및 특히, 안내는 충전 기저부에 대한 차량의 정확한 위치를 결정하는 것에 적어도 기초할 수도 있다. 이러한 위치결정 또는 국소화 (localization) 에 대한 몇몇 기술적 접근법들이 있을 수도 있다. 이 접근법들은 카메라들을 이용한 광학적 또는 적외선 방법들, 적절한 도로 마킹들 및/또는 레이저 스캐너들, 가속도계들 및/또는 자이로미터 (gyrometer) 들을 이용한 관성 시스템들, 전파 시간을 측정하고 음향 (초음파) 파들 또는 전자기파들 (예컨대, 마이크로파들) 의 삼각측량 (triangulation) 을 수행하는 것, 및/또는 기저부 충전 유닛, 차량 충전 유닛에 의해, 또는 다른 외부 디바이스들에 의해 생성될 수도 있는 자기적 근접-필드를 감지하는 것에 기초할 수도 있다.
위치결정/국소화 방법은 자동차 환경 실내 (GPS 수신 없음) 및 실외에서 경험된 바와 같은 실질적으로 모든 조건들에서, 상이한 계절적 날씨 조건들 (눈, 얼음, 물, 군엽 (foliage) 에서, 상이한 하루의 시간들 (햇빛 조사, 어둠) 에서, 신호 소스들 및 센서들이 오염된 상태에서 (오물, 진흙, 먼지 등), 상이한 지면 속성들 (아스팔트, 철근콘크리트) 에서, 및/또는 차량들 및 다른 반사 또는 가시선 차단 객체들 (자신의 차량의 휠들, 인접하게 주차된 차량들 등) 의 존재 시에 신뢰성 있게 기능적이어야 한다. 또한, 기반구조 설치 복잡도 및 비용들을 최소화하기 위하여, 기저부 충전 유닛 및/또는 차량 충전 유닛으로의 모든 시스템 컴포넌트들의 전체 통합을 허용하고 이 유닛들 외부의 추가적인 컴포넌트들 (예컨대, 신호 소스들, 안테나들 등) 의 설치를 요구하지 않는 방법들이 바람직하다. 상기 양태들의 전부를 고려하면, 자기적 근접 필드를 감지하는 것은 주차 구획 내에서, 그리고 주변의 영역에서의 정렬 및 안내를 위하여 특히 유망한 것으로 발견되었다.
위치결정의 목적들을 위하여 자기장을 감지하는 기본적인 방법은, 충전 기저부 또는 차량 중의 적어도 하나가, 각각 차량 충전 유닛으로 통합될 수도 있거나 충전 기저부 내로 구축될 수도 있는 어느 하나일 수도 있는 센서 시스템에 의해 감지될 수 있는 교번 자기장을 생성한다는 것을 가정한다. 일부 구현예들에서, 감지하는 자기장의 주파수는 IPT 시스템의 동작 주파수와 실질적으로 동일할 수도 있다. 일부 다른 구현예들에서, 감지하는 자기장의 주파수는 IPT 주파수와는 상이할 수도 있지만, 감지 (예컨대, 위치결정) 이 감지하는 자기장의 소위 근접-필드 (예컨대, 파장의 1/2π 또는 ~15.9 % 이내) 에서 발생하도록 충분히 낮을 수도 있다. 적당한 주파수는 (예컨대, 120 내지 140 kHz 로부터의 범위에서의) 저주파수 (low frequency; LF) 대역에 있을 수도 있지만, 그러나, (예컨대, 6.78 MHz 또는 13.56 MHz ISM-대역에서의) 고주파수 (high frequency; HF) 대역에서의 주파수가 또한 사용될 수도 있다. 게다가, 일부 구현예들에서, 감지 자기장은 IPT 를 위하여 이용되는 동일한 코일 또는 동일한 코일 배열 (예컨대, 도 2 의 송신 결합기 (274) 또는 도 3 의 송신 결합기 (352)) 을 이용하여 생성될 수도 있다. 그러나, 더 높은 정확도 및 더 넓은 응용가능성을 위하여, 구체적으로 위치결정의 목적을 위한 하나 이상의 별도의 코일들의 이용이 유리할 수도 있다.
간단한 저비용의 솔루션을 제시하는 일부 구현예들에서는, 감지 자기장을 생성하는 하나 이상의 코일과 생성된 감지 자기장을 수신하는 하나 이상의 감지 코일들 사이의 결합 강도를 나타내는 정렬 점수가 오직 결정되지만, 시스템은 임의의 더 많은 정보 (예컨대, 실제적인 정렬 오차 및/또는 운전자가 실패한 정렬 시도의 경우에 어떻게 정정해야 하는지) 를 전기 차량의 운전자에게 제공할 수 없을 수도 있다. 이러한 낮은 복잡도의 솔루션들에서, 감지 자기장은 기저부 유닛의 하나 이상의 1 차 IPT 코일들에 의해 생성될 수도 있고, 정렬 점수는 IPT 시스템을 제어하고 모니터링하기 위하여 또한 이용될 수도 있는 전류/전압 트랜스듀서들을 이용하여 예컨대, 차량의 2 차 코일 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압을 측정함으로써 결정된다. 이러한 낮은 복잡도 솔루션들에서, 정렬 모드에서 요구된 하나 이상의 1 차 코일들의 1 차 전류는 규칙적인 IPT 동작 동안에 더 낮을 수도 있다. 그러나, 생성된 자기 및/또는 전기장들은 적용가능한 규제 제한들, 예컨대, 인간 노출 표준 또는 OEM-특정된 제한을 충족시키기 위하여 여전히 너무 높을 수도 있다. 이것은 차량이 충전 기저부의 하나 이상의 1 차 코일들 상에 완전히 주차되기 전에 정렬 모드가 활성화될 경우에 특히 해당할 수도 있다.
일부 다른 더 복잡한 구현예들에서, 자기장 감지는 "스위트" 스폿 내에서 차량을 정확하게 주차함에 있어서 운전자를 보조하기 위하여 이용될 수 있는 확장된 범위 상에서 위치 정보를 제공할 수도 있다. 이러한 시스템들은 주파수 선택적이고, 전력을 무선으로 전송하기 위하여 이용된 보통의 전류 또는 전압 트랜스듀서들보다 상당히 더 민감한 전용 능동 필드 센서들을 요구할 수도 있다. 또한, 이러한 시스템은 모든 상황들에서 인간 노출 표준들을 준수하는 더 낮은 자기 및 전기장 레벨들에서 동작하기 위한 잠재력을 가진다.
또 다른 훨씬 더 복잡한 구현예들은 자기장을 생성하기 위한 하나 이상의 전용 코일들을 사용함으로써 더 높은 위치결정 정확도 및 더 넓은 응용가능성을 제공할 수도 있다. 이 생성기 코일들은 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 위치 모호성 쟁점들을 분석하기 위하여 사용될 수도 있는 더 복잡한 자기장 패턴을 생성하기 위하여 배열될 수도 있고 구성될 수도 있다. 자기적 근접 필드를 감지하는 것은 또한, 확장된 영역 내의, 예컨대, 주차 차고 내부의 주차 구획 외부에서 위치결정하기 위하여 적용될 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 자기장 소스들은 예컨대, 액세스 통로들에서 도로-내장될 수도 있다. 이러한 설계들은 또한, 동적 차도 급전 및 충전 시스템들을 위하여 이용될 수도 있다.
교번하는 (정현) 자기장을 감지하는 것에 기초한 준-정적 (quasi-static) 자기장 (근접 필드) 위치결정 기법들의 하나의 난점은 자기장 생성기와 자기장 센서 사이의 동기화를 위한 요건이다. 임의의 동기화 정보의 부재는 신호 극성 (180° 위상) 모호성 쟁점 및 결과적으로 위치 모호성으로 이어진다. 180° 위상 모호성은 예컨대, 선박 및 항공 내비게이션 시스템들에서 라디오 방향 발견을 위하여 이용되었던 자기적 라디오 나침반의 문제이다. 그것은 또한, 유도성 충전의 목적들을 위한 저기 차량의 안내 및 정렬을 위하여 이용된 자기장-기반 차량 위치결정 시스템들에서 문제이다.
본 출원은 주로 자기적 벡터 극성 쟁점, 및 멀티-축 자기장 생성기 및 멀티-축 자기장 센서를 이용하는 위치결정 시스템들에서 자기장 송신기와 수신기 사이의 필요한 동기화를 달성하기 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 본원에서의 일부 구현예들은 상이한 축들에서 자기적 비콘 신호들을 송신하기 위한 멀티-톤 방식 (FDM) 을 가정한다. FDM 의 합리적인 근거는 낮은 복잡도, 스펙트럼 효율, 간섭에 대한 강건성, 및 자기적 근접 필드 송신들에서 전형적으로 조우된 바와 같은 "근접-원거리 (near-far)" 효과들에 대처하기 위하여 필요한 바와 같은 높은 동적 범위이다.
차량 충전의 3-축 또는 2-축 생성기/3-축 센서 위치 발견 문제는 상대적인 신호 (벡터) 극성들 및 이에 따라, FDM 송신의 톤들 사이의 상대적인 위상 동기화의 지식을 오직 요구한다. 절대적인 위상과 반대로, 상대적인 위상 동기화는 협-대역 변조된 신호를 이용함으로써, 또는 생성기 축 중의 적어도 하나에서 이중-톤 송신을 이용함으로써 매우 간단한 방법으로 중의 어느 하나로 대역내에서 달성될 수 있다.
바람직하게는, 이 이중-톤은 다른 축에서 송신된 톤들의 주파수 분리와 동일한 톤 분리를 가져서, 인접한 톤 주파수들 사이에서 동일한 이격을 갖는 FDM 송신 방식으로 귀착된다. 수신기에서, 이 톤들 및 다른 위치결정 송신기들로부터 나오는 톤들은 높은 사이드-로브 (side-lobe) 및 이에 따라, 높은 크로스-토크 (cross-talk) 및 인접한 채널 감쇠를 갖는 고속 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform) 기법들을 이용하여 분리될 수도 있다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 는 지면-기반 좌표 프레임 및 차량-기판 좌표 프레임을 이용하여 충전 기저부 (예컨대, 기저부 패드) (402) 와 차량 충전 유닛 (예컨대, 차량 패드) (404) 사이의 상이한 위치 관계들을 예시한다. 도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 는 자기적 벡터링 (MV) 필드 생성기 및 MV 필드 센서가 개개의 IPT 결합기 및 MV 생성기의 자기적 중심들이 일치하도록 하는 위치들에서 기저부 패드 (402) 및 차량 (406) 의 차량 패드 (404) 에서의 IPT 결합기들과 통합된다는 것을 가정한다. 또한, 도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 는 기저부 IPT 결합기 및 차량 IPT 결합기의 임의의 자기장 편광 축이 각각 MV 필드 생성기 및 MV 필드 센서의 축들 중의 임의의 것과 동일하게 배향되어, MV 필드 생성기 및 MV 필드 센서의 각각의 관점으로부터의 단일 좌표 프레임은 기저부 IPT 결합기와 차량 IPT 결합기 사이의 위치 관계를 정의하도록 요구된다는 것을 가정한다. 또한, 도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 는 지면-기반 좌표 프레임의 축이 주차 구획 마킹에 의해 도 4a 내지 도 4d 에서 표시된 바와 같이, 주차 구획 윤곽에 대해 평행하게 배향되고, 차량-기반 좌표 프레임 축은 차량의 대칭 축에 대해 평행하게 배향된다는 것을 가정한다.
상기 가정들은 단순화 및 명확함을 위하여 행해졌고, 요건 또는 다른 구성들 및 배열들을 배제하는 것의 어느 하나로서 해석되지 않아야 한다. 예를 들어, IPT 결합기들의 좌표 프레임들은 위치 및 방위에 있어서 MV 생성기 및 센서의 좌표 프레임들과 상이할 수도 있다. 좌표 프레임들은 또한, 주차 구획 및/또는 차량 기하구조에 의해 정의된 바와 같은 임의의 대칭 축과 상이할 수도 있다. 이러한 구현예들에서는, 상이한 좌표 프레임들 사이의 추가적인 위치 관계들이 정의되어야 한다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 에 대하여, IPT 결합기들의 자기적 중심들은 기저부 IPT 결합기 (예컨대, 도 2 의 송신 결합기 (214)) 에서의 제 1 포인트 및 차량 IPT 결합기 (예컨대, 도 2 의 수신 결합기 (218)) 에서의 제 2 포인트로서 정의될 수도 있고, 여기서, 제 1 포인트 및 제 2 포인트는 IPT 결합이 IPT 결합기의 유형에 의해 기술된 제약들 내에 있는 차량 (406) 의 임의의 회전의 양에 대해 최대치에 있을 때에 서로로부터의 필수적으로 제로의 수평 (예컨대, x 또는 y 축) 오프셋을 가진다. "편광된" IPT 결합기들에 대하여, IPT 결합기들의 자기적 중심들에 대한 이 정의는 대략 ±30° 및/또는 150° - 210° 이내로 한정된 차량의 회전들에 대하여 유지될 수도 있다. 통상적으로, 특정한 IPT 결합기의 자기적 중심은 그 특정한 IPT 결합기에 의해 생성된 자기장의 대칭 축 상에서 대략 위치된다.
마찬가지로, MV 필드 생성기 및 MV 필드 센서의 자기적 중심들은 생성기에서의 제 1 포인트 및 센서에서의 제 2 포인트로서 정의될 수도 있고, 여기서, 제 1 포인트 및 제 2 포인트는 위치결정 시스템이 제 1 포인트와 제 2 포인트 사이의 필수적으로 제로인 상대적인 수평 오프셋이 센서의 임의의 방위각 회전 (azimuthal rotation) 에 대하여 도달된 것으로 결정할 때에 서로로부터 필수적으로 제로의 수평 오프셋을 가진다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 에서 도시된 바와 같이, x-축 및 y-축은 MV 필드 센서의 관점으로부터 좌표 프레임을 항상 참조하는 반면, x'-축 및 y'-축은 MV 필드 생성기의 관점으로부터 좌표 프레임을 항상 참조한다. 이것은 MV 필드 센서가 기저부 패드 (도 4c 및 도 4d 참조) 에서, 또는 차량 패드 (도 4a 및 도 4b 참조) 에서 위치되는지 여부에 관계 없이 해당한다. z-축 및 z'-축은 각각 도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 에서 도시되지 않지만, 하늘 (예컨대, 천정 (zenith)) 을 향해 지시하여, "우수 (right-handed)" 또는 "포지티브" 좌표계를 정의하는 것으로 가정된다. 이 좌표계들은 이 출원의 전반에 걸쳐 참조될 것이다.
도 4a, 도 4b 는 일부 구현예들에 따라, 지면-기반 생성기 및 차량-장착된 센서 사이의 위치 관계를 예시한다. 도 4a 에서, 센서의 위치 및 회전은 위치 벡터
Figure pct00002
에 의해 생성기 좌표들에서 표현되고, 여기서, O' 및 P' 는 각각 생성기 및 센서의 자기적 중심 포인트들을 나타내고, 여기서, P' 는 O' 에서 그 원점을 가지는 생성기의 좌표 프레임에서 표현된다. 생성기의 좌표 프레임에 대한 센서의 좌표 프레임의 회전 (예컨대, 센서의 좌표 프레임의 x-축과 생성기의 좌표 프레임의 x'-축 사이의 교차점의 각도) 은 x'-축으로부터 측정된 회전의 각도
Figure pct00003
에 의해 정의된다. 극성 좌표들을 이용하면, 센서의 위치 및 회전은 생성기의 좌표 프레임에 대하여 정의된 바와 같이, x'-축으로부터 측정된 방위각 각도 (azimuth angle)
Figure pct00004
, 거리
Figure pct00005
(
Figure pct00006
의 길이), 및
Figure pct00007
에 의해 각각 정의될 수도 있다.
도 4b 에서, 생성기의 위치 및 회전은 위치 벡터
Figure pct00008
에 의해 센서 좌표들에서 표현되고, 여기서, O 및 P 는 각각 센서 및 생성기의 자기적 중심 포인트들을 나타내고, 여기서, P 는 O' 에서 그 원점을 가지는 센서의 좌표 프레임에서 표현된다. 센서의 좌표 프레임에 대한 생성기의 좌표 프레임의 회전 (예컨대, 생성기의 좌표 프레임의 x'-축과 센서의 좌표 프레임의 x-축 사이의 교차점의 각도) 은 x-축으로부터 측정된 회전의 각도
Figure pct00009
에 의해 정의된다. 극성 좌표들을 이용하면, 생성기의 위치 및 회전은 센서의 좌표 프레임에 대하여 정의된 바와 같이, x-축으로부터 측정된 방위각 각도
Figure pct00010
, 거리
Figure pct00011
(
Figure pct00012
의 길이), 및
Figure pct00013
에 의해 각각 정의될 수도 있다.
도 4c 및 도 4d 는 일부 구현예들에 따라, 차량-장착된 생성기 및 지면-기반 센서 사이의 위치 관계를 예시한다. 도 4c 에서, 생성기의 위치 및 회전은 위치 벡터
Figure pct00014
에 의해 센서 좌표들에서 표현되고, 여기서, O 및 P 는 각각 센서 및 생성기의 자기적 중심 포인트들을 나타내고, 여기서, P 는 O' 에서 그 원점을 가지는 센서의 좌표 프레임에서 표현된다. 센서의 좌표 프레임에 대한 생성기의 좌표 프레임의 회전 (예컨대, 생성기의 좌표 프레임의 x'-축과 센서의 좌표 프레임의 x-축 사이의 교차점의 각도) 은 x-축으로부터 측정된 회전의 각도
Figure pct00015
에 의해 정의된다. 극성 좌표들을 이용하면, 생성기의 위치 및 회전은 센서의 좌표 프레임에 대하여 정의된 바와 같이, x-축으로부터 측정된 방위각 각도
Figure pct00016
, 거리
Figure pct00017
(
Figure pct00018
의 길이), 및
Figure pct00019
에 의해 각각 정의될 수도 있다.
도 4d 에서, 센서의 위치 및 회전은 위치 벡터
Figure pct00020
에 의해 생성기 좌표들에서 표현되고, 여기서, O' 및 P' 는 각각 생성기 및 센서의 자기적 중심 포인트들을 나타내고, 여기서, P' 는 O' 에서 그 원점을 가지는 생성기의 좌표 프레임에서 표현된다. 생성기의 좌표 프레임에 대한 센서의 좌표 프레임의 회전 (예컨대, 센서의 좌표 프레임의 x-축과 생성기의 좌표 프레임의 x'-축 사이의 교차점의 각도) 은 x'-축으로부터 측정된 회전의 각도
Figure pct00021
에 의해 정의된다. 극성 좌표들을 이용하면, 센서의 위치 및 회전은 생성기의 좌표 프레임에 대하여 정의된 바와 같이, x'-축으로부터 측정된 방위각 각도
Figure pct00022
, 거리
Figure pct00023
(
Figure pct00024
의 길이), 및
Figure pct00025
에 의해 각각 정의될 수도 있다.
일부 안내 및 정렬 구현예들에서, 생성기와 센서 사이의 위치 관계는 위치 벡터 (예컨대,
Figure pct00026
) 를 포함하지만, 회전 각도 (예컨대,
Figure pct00027
) 를 제외한다. 이 부분적으로 정의된 위치 관계는 예컨대, 구동기가 예컨대, 도 5 에서 도시된 바와 같이, 도로 마킹들, 잔디 도로변 (grass verge) 들, 연석돌 (curbstone) 들 등을 이용함으로써, 적당한 주차를 위하여 요구된 바와 같이 차량 (406) 을 주차 구획 프레임에 정렬하기 위하여 다른 정보를 이용하는 시스템에서 적용될 수도 있다.
일부 다른 안내 및 정렬 구현예들에서, 위치 관계는 차량의 주차 감지 (예컨대, 순방향 또는 역방향 주차) 를 제외한다. 이 부분적으로 정의된 위치 관계는, (예컨대, 기저부 및 차량 IPT 결합기들이 중심 장착되므로) 차량의 주차 감지가 중요하지 않거나, 주차 감지가 중요할 경우, 운전자가 예컨대, 표준 설치 규칙들의 마킹들, 부호들, 지식 등으로부터 차량을 우측 감지에서 주차하기 위하여 다른 정보를 이용하는 시스템에서 적용될 수도 있다.
도 6 은 일부 구현예들에 따라, 코일들 (602, 604, 606, 612, 614, 616) 의 직교적 배열에 기초하여 3-축 자기장 생성기 및 3-축 자기장 센서를 예시한다. 코일들 (602, 604, 606, 612, 614, 616) 은 자기적 코어를 갖거나 자기적 코어를 갖지 않는 멀티-턴 배선 루프 (multi-turn wire loop) 들일 수도 있다. 생성기 코일들 (602, 604, 606) 은 서로에 대해 직교적으로 배열되고, 예컨대, 도 4a 내지 도 4d 와 관련하여 이전에 설명된 동일한 생성기 좌표 프레임의 x'-, y'-, 및 z'-축 상에서, 직교적 방향들에서 자기적 모멘트들을 가지는 자기장들을 생성하기 위하여 개개의 전류들 Ix', Iy', 및 Iz' 에 의해 구동되도록 구성된다. 동일사항은 감지 코일들 (612, 614, 616) 에 대하여 해당한다. 개개의 전류들에 의해 구동될 경우, 그것들은 도 4a 내지 도 4d 와 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 예컨대, 생성기의 그것에 대하여 임의로 회전될 수도 있는 센서의 좌표 프레임의 x-, y-, 및 z-축 상에서 직교적 방향들에서 자기적 모멘트들을 생성할 것이다. 일부 구현예들에서, 전류들 Ix', Iy', 및 Iz' 의 발진의 주파수들은, 생성기 코일들 (602, 604, 606) 에 의해 생성된 자기장들의 파장들이 생성기를 센서로부터 분리시키는 거리보다 훨씬 더 크도록 충분히 낮을 수도 있다. 또한, 각각이 감겨져 있는 평면에서의 생성기 코일들 (602, 604, 606) 및 감지 코일들 (612, 614, 616) 의 치수들은 생성기를 센서로부터 분리시키는 거리보다 훨씬 더 작다. 그러나, 동작 시에, 생성기 코일들 (602, 604, 606) 에 의해 생성된 자기장들로부터의 자속 (magnetic flux) 은 감지 코일들 (612, 614, 616)(예컨대, 제 1 감지 코일 (612), 제 2 감지 코일 (614), 및 제 3 감지 코일 (616) 을 통해 흐를 수도 있고, 감지 코일들 (612, 614, 616) 의 각각의 단자들에 걸쳐 개개의 전압들을 생성할 수도 있다. 수학적 처리를 위하여, 이 전압 컴포넌트들은 3 차원 벡터들의 트리플로서 기록될 수도 있다:
Figure pct00028
여기서,
Figure pct00029
은 각각 x'-, y'-, 및 z'- 생성기 코일들 (602, 604, 606) 에 의해 생성된 필드에 의해 생성된 전압 벡터를 나타낸다.
x'-, y'-, 및 z'-방향에서 3 개의 자기적 모멘트들을 생성하는 코일 전류들 Ix', Iy', Iz' 은 또한, 이하로서 벡터 형태로 표현될 수도 있다:
Figure pct00030
전류들 Ix', Iy', 및 Iz' 이 모든 3 개의 직교적 방향들에서 동일한 강도의 자기적 모멘트들을 생성한다면, 수학식 (3) 이 가정될 수도 있다:
Figure pct00031
도 7a 는 일부 구현예들에 따라, 주파수-분할 자기장 멀티플렉싱에서의 이용을 위한 복수의 주파수들 (700) 을 예시한다. 도 7a 에서 도시된 바와 같이, 생성기 코일들 (602, 604, 606) 의 각각에 의해 생성된 자기장 컴포넌트들 사이를 구별하기 위하여, 생성기 코일들 (602, 604, 606) 의 각각은 개개의 주파수들 f x', f y', 및 f z' 에서 각각 발진하는 전류들로 동시에 구동될 수도 있다. 일부 구현예들에서, f x', f y', 및 f z' 는 주파수에 있어서 동일하게 이격될 수도 있다.
도 7b 는 일부 구현예들에 따라, 시간-분할 자기장 멀티플렉싱에서의 이용을 위한 복수의 시간 슬롯들 (750) 을 예시한다. 시간-분할 멀티플렉싱 방식들 (TDM) 은 상이한 축 방향들에서 자기적 모멘트들을 갖는 자기장 비콘 신호들을 생성하기 위하여 사용될 수도 있다. 주파수-분할 멀티플렉싱 (frequency-division multiplexing; FDM) 과 반대로, 자기장 비콘 신호들은 반복적인 방식으로 상이한 시간 슬롯들에서 순차적으로 생성될 수도 있고 송신될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 생성기 코일들 (602, 604, 606) 의 각각은 개개의 시간 슬롯들 동안에 순차적으로 구동된다. 예를 들어, 시간 슬롯들 (712a, 712b, 712c) 은 생성기 코일 (602) (예컨대, x' 코일) 이 그 동안에 구동되는 시간 슬롯들일 수도 있고, 시간 슬롯들 (714a, 714b, 714c) 은 생성기 코일 (604) (예컨대, y' 코일) 이 그 동안에 구동되는 시간 슬롯들일 수도 있고, 시간 슬롯들 (716a, 716b, 716c) 은 생성기 코일 (606) (예컨대, z' 코일) 이 그 동안에 구동되는 시간 슬롯들일 수도 있다. 반복 주기의 시간 슬롯들 (예컨대, 3-축 생성기에 대하여 tx', ty' 및 tz' 로서 각각 나타내어진 시간 슬롯들 (712a, 714a, 716a)) 의 그룹은 프레임으로 칭해질 수도 있다. 일부 구현예들에서, 프레임 기간은 자기장 위치결정 시스템의 위치 데이터 업데이트 주기, 예컨대, 200 ms (초 당 5 개의 위치 업데이트들) 에 대응할 수도 있다. 자기장 위치결정 수신기의 프레임 동기화는 예컨대, 때때로 의사-랜덤 시퀀스와 같은 동기화 신호를 대역내 송신함으로써 (도 24 참조), 정상적인 비콘 신호 송신들을 일시적으로 생략함으로써, 또는 상이한 캐리어를 이용하여 대역외 (out-of-band) 로 달성될 수도 있다.
대안적으로, 여분의 시간 슬롯은 프레임 동기화의 목적들을 위하여 각각의 프레임에 추가될 수도 있다. 3-축 생성기 시스템의 일부 구현예들에서, x'-, y'-, 및 z'-자기장 신호 중의 적어도 하나는 도 7c 에서 예시된 바와 같이 2 개의 시간 슬롯들에서 송신된다. 도 7c 는 일부 다른 구현예들에 따라, 시간-분할 자기장 멀티플렉싱에서의 이용을 위한 복수의 시간 슬롯들 (780) 을 예시한다. 예를 들어, 시간 슬롯들 (782a, 782b, 784a, 784b) 은 생성기 코일 (602) (예컨대, x' 코일) 이 그 동안에 구동되는 시간 슬롯들일 수도 있고, 시간 슬롯들 (786a, 786b) 은 생성기 코일 (604) (예컨대, y' 코일) 이 그 동안에 구동되는 시간 슬롯들일 수도 있고, 시간 슬롯들 (788a, 788b) 은 생성기 코일 (606) (예컨대, z' 코일) 이 그 동안에 구동되는 시간 슬롯들일 수도 있다. 시간 슬롯 (782a, 782b) 에서 송신된 신호 (예컨대,
Figure pct00032
) 는 각각의 프레임의 시작을 마킹하기 위하여 이용될 수도 있다. 이 신호는 그것이 송신 채널에 의해 어떤 방법으로 변경되더라도, 프레임의 시작으로서 수신기에 의해 구별가능하도록 하기 위하여, 다른 시간 슬롯들에서 송신된 신호들과 상이할 수도 있다.
일부 다른 구현예들에서는, 3 개의 감지 코일들 (612, 614, 616) (예컨대, 각각 x, y, 및 z 코일들) 의 각각으로 유도된 전압 컴포넌트들의 분리를 허용하는 일부 다른 멀티플렉싱된 포맷이 사용될 수도 있다. 다른 멀티플렉싱된 포맷들은 코드 분할 멀티플렉싱 (code division multiplexing; CDM), 주파수 도약, 스윕된 주파수, 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 (orthogonal frequency division multiplexing; OFDM) 등을 이용할 수도 있다.
도 8 은 일부 구현예들에 따라, 자기장 위치-발견 시스템 (800) 의 블록도를 예시한다. 시스템 (800) 은 개개의 전류 신호들로 생성기 코일들 (602, 604, 606) 의 각각을 구동하도록 구성된 3-축 생성기 (802) 를 포함한다. 시스템 (800) 은 추가적으로, 감지 코일들 (612, 614, 616) 로부터 복수의 전압 신호들을 수신하도록 구성된 3-축 센서 (804) 를 포함하고, 여기서, 전압 신호들은 감지 코일들 (612, 614, 616) 을 통과하는 생성기 코일들 (602, 604, 606) 에 의해 생성된 자속에 의해 감지 코일들 (612, 614, 616) 에서 유도된다.
예를 들어, 도 8 에서 도시된 바와 같이, 3-축 생성기 (802) 및 3-축 센서 (804) 를 이용하면, 시스템의 성능 특성들에 의해 제한되는 반경에까지 이르는 전체 3D 공간에서 양-모호한 (bi-ambiguous) 위치 및 생성기의 좌표 프레임으로부터 센서까지의 비-모호한 방향을 결정하는 것이 가능하다. 그러나, 이 양-모호성 (bi-ambiguity) 은 제 2 자기장 컴포넌트들에서 이용가능한 정보를 이용하여 추가로 분석될 수 없다.
이 양-모호성 쟁점은 도 9 에서의 예에 의해 예시된다. 도 9 는 일부 구현예들에 따라, (예컨대, 도 8 에서 도시된 것과 같은) 3-축 생성기에 의해 생성된 자기장의 자기적 모멘트들 m x' , m y' , m z' , 및 6 개의 상이한 온-축 위치들 A', B', C', D', E', F' 의 각각에서의 결과적인 자기장 벡터 트리플들 (
Figure pct00033
) 을 예시한다. 자기적 모멘트 벡터들 m x' , m y' , m z' 은 생성기 좌표 프레임 O' = (0,0,0) 의 원점에서, 그리고 결과적인 자기장 벡터 트리플들
Figure pct00034
은 6 개의 등거리의 온-축 포인트들
Figure pct00035
Figure pct00036
에서 예시되어 있다. 이 6 개의 온-축 포인트들의 각각에서, 벡터 트리플은 온-축 모멘트로부터 기인하는 방사상 방향에서의 벡터 (예컨대, 포인트 A' 에 대하여
Figure pct00037
), 및 수직인 방향들에서 지시하는 2 개의 다른 자기적 모멘트들로부터 기인하는 방사상 방향들에 대해 접하는 방향들에서의 2 개의 다른 벡터들 (예컨대, 포인트 A' 에 대하여
Figure pct00038
) 을 포함한다. 모호한 위치는 이하에서 수학식 (4) 에서의 위치 벡터들을 이용하여 수학적으로 표현될 수도 있는 2 개의 직경 방향으로 반대인 (정반대인) 위치들을 항상 포함한다는 것을 알 수 있다:
Figure pct00039
수학식 (4) 는 임의의 오프-축 위치 (도 9 에서 도시되지 않음) 에 대하여 또한 해당한다는 것으로 밝혀질 수 있다. 각각의 정반대 포인트 쌍에 대하여, 감지 코일들 (612, 614, 616) 이 직교적으로 배치된다는 것을 가정하면, H-필드 벡터들
Figure pct00040
의 측면에서, 또는 감지 코일들 (612, 614, 616) 에서 유도된 전압 벡터들
Figure pct00041
의 측면에서 표현될 수도 있는 고유한 벡터 트리플이 존재한다. 벡터 트리플은 6 개의 양 (quantity) 들, 예컨대, 스칼라 (도트) 곱셈들
Figure pct00042
로서 표현될 수도 있는 3 개의 전압 벡터 크기들, 및 3 개의 스칼라 곱셈들
Figure pct00043
로부터 획득된 바와 같은 3 개의 전압 벡터들 사이의 3 개의 각도들에 의해 정의되는 4면체 (tetrahedron) 를 형성한다.
이 3 개의 양들, 및 이에 따라, 4면체의 형상은 3-축 센서의 임의의 회전에 대해 불변인 것은 명백하다. 그러므로, 정반대 위치 쌍은 센서의 임의의 회전에 대한 6 개의 양들에 기초하여 결정될 수 있다. 3 개의 벡터 크기들
Figure pct00044
은 단독으로, 각각의 옥탄트 (octant) 에서의 하나의 솔루션을 모호한 위치에 제공할 수 있고, 이 위치 모호성들의 6 개는 표 1 에서 도시된 바와 같이, 3 개의 스칼라 곱셈들 중의 임의의 2 개의 부호 (sign) 를 이용함으로써 분석될 수 있다.
Figure pct00045
예를 들어,
Figure pct00046
및
Figure pct00047
의 부호들이 양자 모두 포지티브일 경우, 센서는 옥탄트 1 또는 옥탄트 7 의 어느 하나에서 위치된다. 표 1 로부터, 제 3 스칼라 곱셈 (표 1 의 예에서의
Figure pct00048
) 은 임의의 더 많은 정보를 가져오지 않고, 이에 따라, 그것은 중복적이라는 것을 용이하게 알 수 있다. 그러나, 그것은 잡음에 의한 전압 벡터 훼손 (voltage vector corruption) 의 경우에 위치 추정을 개선시키기 위하여 이용될 수도 있다.
잔차 양-모호성은 생성기에 대한 센서의 로케이션의 물리적 한정을 이용함으로써 제거될 수도 있다. 이러한 물리적 한정은 z' > 0 일 수도 있고, 이것은 시스템이 센서가 z' > 0 절반의 공간에서 어디에 위치되는지의 결정들을 오직 반환하도록 구성된다는 것을 의미한다. 이러한 구현예들에서, z' 가 가상적으로 제로인 x'-y'-평면 상의 또는 그 근처의 위치들을 제외한 임의의 위치는 모호하지 않게 대체로 결정될 수도 있다.
도 9 로부터, 3-축 생성기 및 3-축 센서 위치결정 시스템의 잔차 양-모호성은 센서의 방향 (회전) 을 한정함으로써, 예컨대,
Figure pct00049
으로 함으로써 분석될 수 없다는 것을 용이하게 알 수 있고, 여기서,
Figure pct00050
및
Figure pct00051
은 생성기의 프레임에 대한 센서의 롤 (roll), 피치 (pitch), 및 방위각 (요 (yaw)) 회전 각도들을 각각 나타낸다.
또한, 차량 위치결정을 위한 실제의 자기적 벡터링 시스템에서 획득된 바와 같은 자기적 벡터 필드 패턴들은 이상적인 자기적 쌍극자 (magnetic dipole) 들로 획득된 패턴들과 비교하여 상당히 왜곡될 수도 있다. 자기적 벡터 필드 패턴의 이러한 왜곡은 생성기 코일들 (602, 604, 608) 및/또는 감지 코일들 (612, 614, 616) 의 크기가 그것들 사이의 거리와 유사할 경우에 발생할 수도 있다. 차량 금속성 샤시 (하체 구조체), 전도성 접지, 예컨대, 철근콘크리트 접지, 및 생성기와 센서 사이의 경로에서 위치될 수도 있는 임의의 다른 큰 금속성 구조체들의 존재는 또한, 자기적 쌍극자 필드를 왜곡시킬 수도 있다. 그러나, 실제의 환경들에서의 실제적인 테스트들은 기본적인 필드 특성들 (필드 토폴로지 (field topology) 가 쌍극자 필드의 그것과 비슷하다는 것과, 본원에서 개시되고 논의된 위치 모호성 및 분석에 관한 일반적인 발견들이 또한, 실제의 벡터 필드들에 적용가능하다는 것을 보여주었다. 그렇지만, 위치 및 방향 발견을 위한 특수한 측정들 및 알고리즘들은 실제의 환경들의 필드 왜곡에 대처하도록 요구될 것이다.
교번 자기장을 감지하는 것에 기초한 준-정적 자기장 (예컨대, 근접 필드) 위치결정 기법들과 연관된 하나의 난점은 자기장 생성기와 자기장 센서 사이의 동기화를 위한 요건이다. 임의의 동기화 정보의 부재는 신호 극성 모호성 쟁점으로 이어질 수도 있다. 일부 상황들에서 관련되지만, 이 극성 모호성 쟁점은 위에서 설명된 위치 모호성과 혼동되지 않아야 한다.
크기, 방위, 및 감지 (극성) 는 벡터에 기인할 수도 있다. 2 개의 벡터들 a 및 b 은 동일한 길이, 동일한 방위, 그러나 반대의 감지 (극성), 예컨대, a = -b 을 가질 수도 있다. 방위 및 감지는 벡터의 방향을 함께 정의한다. 보충적 동기화 정보가 없으면, 예컨대, 도 9 에서 도시된 바와 같이, 생성되는 자기장의 자기적 모멘트의 극성에 올바르게 관련시켜서 감지된 자기장 벡터의 극성을 결정하는 것이 불가능할 수도 있다. 극성 모호성은 특히, 실질적으로 변조되지 않거나 또는 협대역 변조된 정현 (고조파) 캐리어 신호들인 자기장 송신들의 쟁점이다. 정현 캐리어 신호들에 대하여, 극성 모호성은 180°-위상 모호성으로 칭해질 수도 있다.
180° 위상 모호성은 예컨대, 선박 및 항공 내비게이션 시스템들에서 라디오 방향 발견을 위하여 이용되었던 자기적 라디오 나침반과 연관된 하나의 문제이다. 도 10a 는 일부 구현예들에 따라, x-y-오실로스코프를 이용하여 자기적 라디오 나침반 (1000) 을 예시한다. 라디오 나침반은 지니고 있는 정보를 디스플레이하기 위하여 오실로스코프를 이용한다. "과거의" 라디오 나침반의 개념은 전적으로 설명의 목적들을 위하여 본원에서 이용되고 설명된다. 도 10a 는 수학식들 (5) 및 (6) 에 따라 표현될 수도 있는, x- 및 y-감지 코일들 (예컨대, 감지 코일들 (612, 614) 내에 포함되고 이들로부터 수신된 정현 전압 신호들
Figure pct00052
및
Figure pct00053
을 도시한다:
Figure pct00054
정현 전압 신호들
Figure pct00055
및
Figure pct00056
은, 그것들이 스크린 상의 광 포인트 (light point) 를 x-방향 및 y-방향으로 각각 편향시키도록, 오실로스코프의 x- 및 y-채널에 접속된다.
Figure pct00057
및
Figure pct00058
은 감지 코일들의 영역 상에서 균질의 필드 분포를 가정하여, 서로 일반적으로 상이하고, 감지 코일들 (612, 614) 의 로케이션에서의 자기장의 x- 및 y-컴포넌트의 진폭들에 비례하는, x- 및 y-컴포넌트들의 피크 진폭을 각각 나타낸다.
스코프의 스크린 상에서 배치되고 인간의 눈에 의해 지각된 바와 같은 그래프는 타원이다. 타원은 동일한 각도 주파수
Figure pct00059
, 그러나 일반적으로 상이한 위상 각도들 (
Figure pct00060
) 을 가지는 2 개의 편향하는 신호들
Figure pct00061
및
Figure pct00062
의 조합된 효과에 의해 생성된다. 이 타원은 또한, 리사주 (Lissajous) 그래프로서 알려져 있고, 수학식들 (5) 및 (6) 에서 주어진 것들과 같은 파라미터 수학식들의 시스템으로부터 발생한다. 완벽한 감지 회로부 및 오실로스코프에 대하여, 위상 각도들은 동일하고
Figure pct00063
, 타원은 일직선 세그먼트로 붕괴한다. 감지 코일들의 단자들 및 오실로스코프의 입력들이 올바른 순서로 접속된다면, 타원의 장축은 자기장 벡터의 방위를 표시한다. 더 정밀하게, z-컴포넌트를 마찬가지로 가지는 3D 벡터를 가정하면, 타원의 장축은 센서의 좌표 프레임의 x,y-평면 상으로의 자기장 벡터의 투영을 표시한다. 그러나, 지구의 정적 자기장을 감지하는 고전적인 나침반과는 반대로, 라디오 나침반은 자기장 벡터의 극성을 나타낼 수 없고, 이에 따라, 그 방향을 결정할 수 없다. 2 차원 (2D) 자기적 라디오 나침반 개념은 x-y-z-오실로스코프 (도 10a 에서 도시되지 않음) 을 이용하여, 그리고 이하의 수학식 (7) 에 의해 정의될 수도 있는 z-컴포넌트를 추가적으로 디스플레이함으로써 3D 라디오 나침반 개념으로 확장될 수도 있다:
Figure pct00064
이러한 3D 나침반은 장축이 자기장 벡터의 방위를 표시하는 회전의 타원체의 이미지를 지금 디스플레이할 것이다. 다시,
Figure pct00065
은 이상적인 경우에 대하여 가정될 수도 있어서, 타원체는 센서의 좌표 프레임에서 자기장 벡터 크기 및 방위를 각각 표현하는 어떤 길이 및 방위를 갖는 라인 세그먼트가 된다. 그럼에도 불구하고, 자기장 벡터 극성은 센서가 외부 동기화 정보, 예컨대, 신호가 극성을 판독하기 위하여 유효한 시간 인스턴트 (time instant), 위상 값, 또는 절반 사이클 주기를 수신하지 않을 경우에는 결정될 수 없다.
도 10b 는 일부 구현예들에 따라, 기준 신호로부터 절대적인 위상 정보를 획득하는 자기적 라디오 나침반 (1050) 을 예시한다. 이론적으로, 정현 시간 동기화 기준 신호
Figure pct00066
는 그 위상이 센서의 좌표 프레임의 위치 및 회전에 의해 영향을 받지 않는 별도의 채널을 통해 송신될 수도 있다. 도 10b 에서의
Figure pct00067
및
Figure pct00068
에 대한 파형들 상의 파선 라인들 및 연관된 원들에 의해 예시된 바와 같이, 기준 신호의 진폭이 예컨대, 포지티브인 특정 시간 인스턴스들에서
Figure pct00069
및
Figure pct00070
을 마킹 (또는 측정) 하는 것은 자기장 벡터의 진정한 극성과, 이에 따라, 방향을 나타낼 것이다.
일부 다른 구현예들에서, 강건한 대역내 동기화는 그 유도된 전압 파형 (시간에 대한 미분) 이 임의의 시간 시프트에 대하여, 그리고 잡음에 의해 훼손될 경우에도, 그 반전된 복제본과 용이하게 구별가능한 자기장 파형을 이용하여 달성될 수도 있다. 용이하게 구별가능하다는 것은 임의의 시간 시프트에 대한 예컨대, 0.5 보다 작은 상관 계수에 의해 객관적으로 수량화될 수도 있다. 도 11a 는 일부 구현예들에 따라, 극성 모호성을 분석하기 위해 적당한 비-정현 송신 신호 (1100) 를 도시한다. 이러한 신호 (1100) (또는 임의의 시간 시프트에 대하여 그 반전된 복제본을 갖는 유사하게 낮은 상관 계수를 가지는 파형) 를 이용하는 것은 시스템이 센서의 위치, 회전, 또는 잡음에 대한 노출에 관계 없이 신호 극성을 분석하는 것을 허용할 수도 있다. 그러나, 이 속성을 갖는 파형들은, 이러한 비-정현 신호들이 고조파 주파수들의 넓은 범위에서 비-무시가능한 신호 에너지들을 본래 포함하므로, 자기적 벡터링을 위하여 이용가능한 오직 제한된 스펙트럼, 예컨대, 120 내지 140 kHz 가 있을 경우에 불리한 것으로 보일 수도 있는 비-정현이다.
또 다른 구현예들에서, 자기장 송신들은 정현일 수도 있지만, 자기장 주파수보다 상당히 더 높은 캐리어 주파수에서의 보충적 대역외 기준 신호가 송신된다. 도 11b 는 일부 구현예들에 따라, 동기화 정보를 수신기에 제공하기 위해 적당한 진폭-변조된 기준 신호 (1150) 를 도시한다. 이 기준 신호 (1150) 는 주파수 및 위상에 대하여 정현 자기장 송신과 동일한 파형으로 진폭 변조 (AM) 될 수도 있다. 당해 분야의 당업자들은 AM 신호 포락선이 전형적인 신호 전파 효과들 및 안테나의 위치 및 방위에 의해 크게 영향받지 않은 채로 유지된다는 것을 인식할 것이다. 그 다음으로, 수신기는 요구된 동기화 정보를 획득하기 위하여 간단한 포락선 검출을 채용할 수도 있다. 그러나, 여분의 하드웨어 및 안테나들을 요구하는 변조된 대역외 기준 신호에 대한 필요성은 시스템 복잡도, 비용, 및 추가적인 주파수 스펙트럼에 대한 요건에 대하여 불리하게 보여질 수도 있다. 또한, 이용가능한 표준 RF 데이터 통신들은 이 목적을 위해 적당하지 않을 수도 있다.
3-축 생성기/3-축 센서 문제를 분석하면, 3 개의 전압 벡터들
Figure pct00071
사이의 상대적인 극성들이 대체로 분석가능한 모호성을 분석하기 위하여 오직 필요하다는 것이 탐지되었다. 양-모호한 위치는 상기 표 1 에서 도시된 바와 같이, 3 개의 벡터 크기들
Figure pct00072
및 2 개의 벡터 쌍들의 스칼라 곱셈의 부호에 의해 결정될 수 있다. 크기들은 센서의 회전뿐만 아니라, 벡터들의 극성에도 종속되지 않지만, 스칼라 곱셈들의 부호는 종속된다. 더 정밀하게, 그것들은 벡터들
Figure pct00073
및
Figure pct00074
의 상대적인 극성에 종속된다. 스칼라 곱셈, 예컨대,
Figure pct00075
의 부호는 벡터들 중의 하나의 극성이 변경되었을 경우, 예컨대,
Figure pct00076
일 경우에 변경될 것이다. 그러나, 그것은 양자의 벡터들의 극성이 변경되었을 경우, 예컨대,
Figure pct00077
일 경우에 변경되지 않을 것이다. 그러므로, 정현 송신들을 이용하는 3-축 생성기/3-축 센서 시스템에 대하여, 수신기는 x'-, y'-, 및 z'-자기장 신호들 사이의 상대적인 위상들에 대한 정보 (예컨대, 그 절대적인 위상들이 아니라, 어떤 위상들이 서로에 대해 상대적인지) 를 오직 필요로 한다. 절대적인 위상 정보가 필요하지 않을 수도 있다. 그러나, 이것은 예컨대, 잡음의 존재 시에 위치 추정을 개선시키기 위하여, 절대적인 위상 정보가 이용되는 구현예들을 제외하지 않는다.
3 개의 신호들 사이의 상대적인 위상 관계가 확립된다면, 예컨대, 180° 절대적인 위상 모호성에 대하여 존재하는 바와 같은 모든 신호들의 극성을 뒤집는 것은 동일한 위치 추정으로 귀착될 것이다. 모든 신호 극성들을 동시에 변경하는 것은 미러링된 4면체를 형성하는 전체 벡터 트리플을 미러링하는 것으로서 보일 수도 있다. 제 1 위치에서 생성된 바와 같은 벡터 트리플들이 제 2 위치에서의 벡터 트리플의 미러링된 버전인 3D 공간에서는 위치 쌍이 존재하지 않는 것으로 밝혀질 수 있다. 또한, 미러링된 벡터 트리플은 임의의 축 주위에서의 센서의 회전에 의해 생성될 수 없다. 이것은 회전에 의해 좌측 3D 프레임으로 변경될 수 없는 우측 3D 좌표 프레임과 유사하다. 그러나, 이것은 이하에서 설명되는 바와 같이, 2-축 생성기/3-축 센서 시스템에 대하여 반드시 항상 해당하지 않을 수도 있다.
상대적인 및 절대적인 위상 (극성) 동기화 사이의 차이는 도 12 에서 도시된 바와 같이, "과거의" 라디오 나침반의 개념을 이용하여 예시될 수 있다. 도 12 는 일부 구현예들에 따라, 2 개의 자기장 벡터들의 방위들을 디스플레이하는 자기적 라디오 나침반 (1200) 을 예시한다. 도 10a 에서 예시된 라디오 나침반과 반대로, 도 12 의 라디오 나침반은 4 개의 출력들을 가지는 아날로그 회로부에 접속된 4-채널 오실로스코프를 이용한다. 아날로그 회로부는 예컨대, 상이한 주파수들에서 생성된 바와 같은 x'- 및 y'- 자기장에 의해 각각 x-감지 코일 (예컨대, 코일 (612)) 로 유도된 바와 같은 전압 신호들
Figure pct00078
및
Figure pct00079
을 분리시키고 증폭시킨다. 마찬가지로, 이 아날로그 회로부는 x'- 및 y'- 자기장에 의해 각각 y-감지 코일 (예컨대, 코일 (614)) 로 유도된 바와 같은 전압 신호들
Figure pct00080
및
Figure pct00081
을 분리시키고 증폭시킨다. 4 채널 오실로스코프는 신호들
Figure pct00082
및
Figure pct00083
이 x-방향에서 광 포인트를 편향시키고 신호들
Figure pct00084
및
Figure pct00085
이 y-방향에서 그러하도록 구성된다. 올바르게 배선될 경우, z-컴포넌트는 무시되므로, 인간의 눈에 의해 지각된 바와 같은 디스플레이된 그래프는 x'- 및 y'-자기장 벡터들의 방위를 별도로, 그리고 더 정밀하게는, xy-평면 상으로의 그 투영을 표시한다.
보충적 동기화 정보의 부재 시에, 2-신호 라디오 나침반 (1200) 은 2 개의 벡터들 중의 어느 하나의 방향 (극성) 을 표시할 수 없다. 각각의 벡터는 모호한 극성을 가지므로, 도 13 에서 예시된 바와 같이, 방향들의 4 개의 가능한 조합들이 존재한다. 도 13 은 일부 구현예들에 따라, 보충적 동기화 정보로 분석될 수도 있는 자기적 벡터 극성의 상이한 조합들 (1300) 을 도시한다. 도 13 은 도 13 과 관련하여 이전에 설명된 2 개의 벡터들의 머리 (head) 를 표시하기 위하여 원들을 이용하는 케이스 A, 케이스 B, 케이스 C, 및 케이스 D 를 도시한다. 절대적인 위상 정보를 라디오 나침반 (1200) 에 제공하면, 케이스들 A 내지 D 의 각각에서 도시된 리사주 그래프들은 모든 4 개의 케이스들이 구별될 수 있도록 하는 방식으로 마킹된다. 그러나, 오직 상대적인 위상 정보를 제공하는 것은 예를 들어, 케이스 C 로부터가 아니라, 케이스들 B 및 D 와 케이스 A 의 구별을 여전히 허용할 것이다. 다시 말해서, 상대적인 위상 정보는 벡터들 사이에서 둔각
Figure pct00086
을 가지는 것들로부터, 예각
Figure pct00087
을 가지는 그 벡터 쌍들의 구별을 허용한다. 벡터 이론은 예각 및 둔각이 포지티브 스칼라 곱셈 및 네거티브 스칼라 곱셈과 각각 동등하다는 것을 규정한다. 스칼라 곱셈의 부호, 및 이에 따라, 상대적인 위상 (극성) 정보는 각각 제 1 위치 및 제 2 위치에서의 벡터들 사이에서 예각과 둔각 사이의 모호한 위치를 분석하기 위하여 충분하다.
상이한 동기화 요건들은 이하에서 논의되는 바와 같이, 2-축 생성기/2-축 센서 또는 3-축 생성기/2-축 센서 시스템에 대하여 적용될 수도 있다. 이러한 구성들에서, 절대적인 위상의 지식은 모호성들을 분석하는 것을 도울 수 있고, 이것은 무선 충전을 위한 차량 위치결정의 애플리케이션에 대하여 도시될 것이다. 도 14 는 일부 구현예들에 따라, 자기적 모멘트들
Figure pct00088
및
Figure pct00089
을 가지는 2-축 자기장 생성기에 의해 생성된 자기장 (1400) 의 필드 라인들을 디스플레이한다. 도 14 는 또한, 4 개의 온-축 위치들 및 4 개의 오프-축 위치들에서 존재하는 자기적 벡터 쌍들을 디스플레이한다. 도시된 필드 패턴은 x'-y'-평면에 대해 평행하고 높이
Figure pct00090
에 의해 오프셋된 차단 평면을 지칭한다. 차량 위치결정의 일부 이용 경우들에는, x'-y'-평면은 차량 장착된 센서가 위치되고 그것이 이동하고 있는
Figure pct00091
수평 평면에서 지면 (또는 바닥) 및 오프셋 평면으로 고려될 수도 있다. 자기적 모멘트들
Figure pct00092
및
Figure pct00093
은 기저부 패드로 통합된 바와 같은 x'- 및 y'-생성기 코일들 (602, 604) 의 자기적 모멘트들을 각각 지칭할 수도 있다.
도 14 는 또한, 각각 x'-, y'-자기장의 자기장 벡터들
Figure pct00094
및
Figure pct00095
의 수평 (x'-, y'-) 컴포넌트들뿐만 아니라, 8 개의 선택된 포인트들에서의 2 개의 벡터들 사이의 각도
Figure pct00096
를 도시한다. 원으로 둘러싸인 ± 부호는 x'-y'-평면에 수직인 벡터의 z'-컴포넌트의 부호를 표시한다. + 부호는 페이지의 전방으로 연장되는 z'-컴포넌트를 표시하는 반면, - 부호는 페이지의 후방으로 연장되는 z'-컴포넌트를 표시한다. 8 개의 선택된 포인트들은 원점 O' 으로부터 동일한 거리들에서의 A', B', C', D' 로 지정된 4 개의 온-축 포인트들, 및 원점 O' 으로부터 또한 동일한 거리들이고 쌍별로 정반대 (예컨대, 직경) 인 4 개의 오프-축 포인트들 E', F', G', H' 을 포함한다. 도 14 에서 알 수 있는 바와 같이, 온-축 포인트들에서의 벡터 쌍들은 각도
Figure pct00097
를 형성하는 반면, 오프-축 포인트들에서의 벡터 쌍들은 예각 또는 둔각의 어느 하나를 쌍별로 도시한다 (예컨대, 각각 90° 미만 및 90° 초과). 차량 애플리케이션에 대하여, 이동에 대한 오직 3 개의 자유도들: x'-y'-위치 및 방위각 (요) 회전 각도
Figure pct00098
가 통상적으로 있고, 이 때문에, 센서의 좌표 프레임에 대한 다음의 물리적 한정들이 적용될 수도 있다:
Figure pct00099
여기서,
Figure pct00100
및
Figure pct00101
은 실질적으로 제로로 고려될 수도 있는 차량의 롤 및 피치 각도들을 각각 지칭한다.
도 14 를 검사함으로써, 상기 물리적 한정들이 적용된다면, 모호하지 않은 위치는 2-축 생성기/3-축 센서 시스템을 이용하여 결정될 수 있다는 것이 발견될 수 있다. 비-정반대 (non-antipodal) 벡터 쌍들은 벡터의 크기들
Figure pct00102
및/또는 각도
Figure pct00103
에 의해 구별될 수 있는 반면, 그 수평 컴포넌트들 (예컨대,
Figure pct00104
및
Figure pct00105
) 이 동일한 정반대 벡터 쌍들은 그 수직 (z'-)컴포넌트에 의해 구별될 수 있다. 벡터의 진정한 방향 (극성) 이 예컨대, 절대적인 위상 정보에 기초하여 결정될 수 있다면, 구분은 생성기에 대한 센서의 임의의 방위각 회전
Figure pct00106
에 대하여 가능하다는 것이 또한 발견될 수 있다. 벡터 쌍은 z'-컴포넌트로 인해 임의의 방위각 각도
Figure pct00107
만큼 회전될 경우에 또 다른 벡터 쌍과 정합하지 않는다는 것이 발견될 수 있다.
도 15 는 일부 구현예들에 따라, 2-축 생성기를 이용하는 시스템 (1500) 에서의 벡터 극성 모호성 및 오직 상대적인 위상 동기화를 예시한다. 도 15 에서, 벡터 극성은 반대 방향들로의 이중-화살표들에 의해 표시된 바와 같이 모호하다. 이 표현을 이용하면, 하나의 벡터 쌍은
Figure pct00108
=180° 만큼 회전될 때에 정반대의 포인트에서 또 다른 벡터 쌍과 정합한다는 것이 명백해진다. 이 때문에, 양-모호성이 있고, 예컨대, 위치 A' 는 C' 과 구별될 수 없다. 절대적인 위상 정보가 없다면, 이 양-모호성은 센서의 위치, 예컨대, x' < 0, 또는 센서의 회전, 예컨대,
Figure pct00109
의 어느 하나에 대한 추가의 물리적 한정을 도입함으로써 오직 분석될 수 있다. 차량 위치결정의 일부 애플리케이션들에서는, 이 양-모호성을 분석하기 위한 필요성이 없을 수도 있다. 이것은 안내 및 정렬의 목적들을 위하여, 차량으로부터 보여진 바와 같이, 예컨대, 대시보드 디스플레이 (dashboard display) 상에서 충전 스폿의 위치를 디스플레이하는 시스템들에 대하여 해당할 수도 있다. 이러한 주차 보조 애플리케이션들에 대하여, 사용자들이 2 개의 시나리오들을 구별할 수 없다는 것이 수용가능할 수도 있다.
도 16a 및 도 16b 는 일부 구현예들에 따라, 2-축 생성기를 이용하는 시스템에서의 위치 및 회전 모호성 및 오직 상대적인 위상 동기화를 예시하는 차량 주차 시나리오들 (1600, 1650) 을 도시한다. 도 16a 는 기저부 패드 (402) 에 대한 차량 (406) 의 2 개의 위치들: 기저부 패드 (402) 를 향해 필수적으로 향하게 하는 포인트 A' (
Figure pct00110
), 및 기저부 패드 (402) 를 행해 필수적으로 향하게 하는 정반대 위치 C' (
Figure pct00111
) 를 도시한다. 상기 논의에 따라, 관하여, 포인트들 A' 또는 C' 중의 어느 하나에서 위치되는 차량 (406) 은 정렬 디스플레이 상에서 동일하게 보일 것이다. 그러나, 도 16b 에서는, 사용자가 2 개의 포인트들 A' 및 C' 에 대한 상이한 뷰를 얻을 것이다. 도 16a 의 모호한 시나리오 및 도 16b 의 모호한 시나리오 사이를 구별할 수 있는 것은 사용자가 최적의 정렬의 위치가 차량 (406) 의 모션의 순방향에 대하여 차량 (406) 의 (예컨대, 도 16a 에서와 같이) 전방 또는 (예컨대, 도 16a 에서와 같이) 후방에 위치되는지 여부를 알 필요가 있으므로 실제적으로 가장 중요하다. 이 구분은 자기장의 z'-컴포넌트가 감지될 수 있는 한, (절대적인 위상 동기화는 반대로) 오직 상대적인 위상 동기화로 가능하다. 이 개념은 위에서 설명된 바와 같이 부분적으로 정의된 위치 관계로 고려될 수도 있고, 여기서, 운전자는 기저부 패드 (402) 에 대한, 그리고 이에 따라, 주차 구획에 대한 차량 (406) 의 방향에 신경을 쓴다.
상이한 자기장 신호들 사이의 상대적인 위상 동기화는 절대적인 위상 동기화보다 덜 요구되고 덜 중요할 수도 있다. 이것은 시스템이 정현 주파수 멀티플렉싱된 자기장 송신들을 이용할 경우와, 대역외 동기화 시그널링이 옵션이 아닐 경우에 특히 해당할 수도 있다. 정현 (예컨대, 멀티-톤) 송신들을 이용하는 것은 예컨대, 거리 3제곱 법칙 (third-power distance law)(예컨대, 여기서, 자기장 강도는 거리의 3제곱에 비례함) 을 따르는 자기장 송신들에 대하여 공통인 바와 같은 소위 "근접-원거리" 효과들에 대처하기 위하여, 낮은 복잡도, 높은 스펙트럼 효율, 및 큰 동적 범위 등을 시스템에 제공할 수 있다.
멀티-톤 신호들을 이용하는 시스템에서, 절대적인 위상 동기화는 사이클 주기의 분수 (fraction) 내의 타이밍 정확도를 요구할 수도 있는 반면, 상대적인 위상 동기화는 송신된 톤들의 실제적인 주파수 분리, 신호-대-잡음 비율, 및 다른 동기화 요건들에 따라, 다수의 사이클 주기들 내의 더 낮은 정확도를 요구할 수도 있다. 이것은 각도 주파수 차이
Figure pct00112
가
Figure pct00113
또는
Figure pct00114
보다 훨씬 더 작다면, 각도 주파수
Figure pct00115
를 갖는 신호와 각도 주파수
Figure pct00116
를 갖는 신호 사이의 상대적인 위상
Figure pct00117
이 절대적인 위상
Figure pct00118
보다 훨씬 더 느리게 진전된다는 사실에 의해 설명될 수 있다. 이것은 수학식 8에서 도시된 바와 같이, 수학적 항들로 표현될 수도 있다.
Figure pct00119
임의의
Figure pct00120
에 대하여
2 개의 신호들의 위상들이 시간에 대하여 상이하게 진전되므로, 상이한 주파수들을 갖는 정현 신호들 사이의 상대적인 위상 (상대적인 극성) 을 결정하는 것은 어떤 시간들에서, 그리고 더 정밀하게는, 주기적으로 재발생하는 어떤 시간 간격들 동안에 오직 수행될 수 있다. 이것은 일부 구현예들에 따라, 시간의 함수로서 이중-톤 신호의 위상차
Figure pct00121
를 디스플레이하는 도 17 에서의 그래프 (1700) 에 의해 예시된다.
Figure pct00122
의 형태로 상대적인 위상
Figure pct00123
의 시간-함수를 디스플레이하고, 여기서, mod 는 모듈로 함수 (modulo function) 를 나타낸다. 도 17 은 상대적인 위상
Figure pct00124
이 동일한 값으로 주기적으로 복귀한다는 것, 예컨대,
Figure pct00125
의 주기를 갖는
Figure pct00126
을 도시한다.
다음에서는, 수학식 (9) 및 (10) 에서 도시된 바와 같이, 상이한 각도 주파수들 및 그 피크 진폭들
Figure pct00127
및
Figure pct00128
에 의해 표현된 알려지지 않은 극성을 갖는 2 개의 정현 신호들 및 복소 신호 표현을 가정함으로써, 상대적인 위상 동기화가 지금부터 추가로 논의될 것이다.
Figure pct00129
상대적인 극성은 수학식 (11) 에서 도시된 바와 같이 표현된
Figure pct00130
및
Figure pct00131
의 공액 복소수의 곱셈의 부호로부터 획득될 수도 있다.
Figure pct00132
특정한 송신 방식에 대하여 요구된 바와 같은 동기화 정확도에 종속되는 기간을 갖는 주기적으로 발생하는 간격들에서의 시간들
Figure pct00133
에서, 주파수들 및 채널 SNR 의 선택이 있다.
유한한 SNR 을 가정하면, 수학식 (11) 에서의 시간들
Figure pct00134
의 주기성은 이하의 수학식 (12) 의 부등식에 의해 정의된 것만큼 클 수도 있다:
Figure pct00135
우리는 수학식 (13) 에서 도시된 바와 같은 모듈로 함수를 이용함으로써, 그리고 수학식 (12) 를 이용함으로써 위상차
Figure pct00136
를 정의할 수 있고, 수학식 (13) 은 수학식 (14) 로 단순화될 수도 있다:
Figure pct00137
낮은 SNR 조건들에서, 용인가능한 위상차
Figure pct00138
의 절대 값은
Figure pct00139
의 오직 분수일 수도 있다. 이에 따라, 용인가능한 위상차
Figure pct00140
에 대한 범위는 이하의 수학식 (15) 로서 표현될 수도 있다:
Figure pct00141
수학식 (15) 에 기초하여,
Figure pct00142
과
Figure pct00143
사이의 상대적인 극성이 결정될 수 있는 시간들
Figure pct00144
은 이하의 수학식 (16) 에서 도시된 바와 같이 표현될 수도 있다:
Figure pct00145
여기서,
Figure pct00146
은 이하의 수학식 (17) 에 따라 허용된 바와 같은 값들을 가지는 동기화 오차 공차를 나타낸다:
Figure pct00147
수학식 (16) 은
Figure pct00148
인 시간들
Figure pct00149
에서 주기적으로 발생하는 시간 간격들을 정의한다. 가상적으로 제로 공차
Figure pct00150
에 대하여, 상대적인 극성은 이하의 수학식 (18) 을 충족시키는 주기적인 별개의 시간 인스턴스들에서 오직 결정될 수 있다.
Figure pct00151
일부 구현예들에서, 이중-톤 신호는 3-축 생성기 시스템의 x'-, y'-, 및 z'-자기장들 중의 적어도 하나를 생성하기 위하여 이용된다. 이중 톤 송신에 대한 x'-필드를 예로서 선택하면, 이중-톤 여기 전류
Figure pct00152
는 이하의 수학식 (19) 에 의해 표현될 수도 있다:
Figure pct00153
여기서,
Figure pct00154
은 피크 진폭들을 나타내고,
Figure pct00155
및
Figure pct00156
은 톤 "a" 및 톤 "b" 의 각도 주파수들을 각각 나타낸다. 다른 자기장 송신들에 대한 단일-톤 송신을 가정하면, y'- 및 z'-필드를 생성하기 위한 여기 전류들은 이하의 수학식들 (20) 및 (21) 에 의해 표현될 수도 있다:
Figure pct00157
이중-톤 송신의 양자의 톤들은 송신 채널에 의해, 그리고 이에 따라, 센서의 위치 및 회전에 의해 동일하게 영향받으므로, 위치결정 수신기는 x'-, y'-, 및 z'-자기장 송신들 사이의 상대적인 위상 동기화를 확립하기 위하여 필요한 바와 같은 동기화 정보를 유도하기 위하여 이 적어도 하나의 이중-톤 신호를 이용할 수도 있다. 이 동기화 정보는 (16) 내지 (18) 에 의해 정의된 바와 같이,
Figure pct00158
에 대한 시간 인스턴스들 및 시간 간격들을 포함할 수도 있다.
x'-필드는 이중-톤에 의해 생성되므로, 일부 구현예들에서, 진폭들
Figure pct00159
및
Figure pct00160
은 3 개의 생성된 자기적 (합) 모멘트들이 동일한 r.m.s. 진폭들을 가지도록
Figure pct00161
배만큼 감소될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 톤 주파수들은 인접한 주파수들이
Figure pct00162
에 의해 분리되고 적어도 하나의 이중-톤의 주파수들이 서로 인접하도록 선택된다. (19) 내지 (21) 에 의해 주어진 바와 같은 예시적인 4-톤 방식 및 톤 주파수들의 상기 설명된 선택을 이용하면, 수학식들 (22) 내지 (24) 에 의해 설명된 톤 주파수들의 세트가 획득될 수도 있다:
Figure pct00163
각도 주파수 이격
Figure pct00164
은 포지티브 또는 네거티브 값을 가질 수도 있다. (16) 내지 (18) 에 의해 정의된 바와 같은 시간 인스턴스들에서의 완벽한 수신기 동기화를 가정하고 복소 신호 표현을 이용하면, 상이한 송신 주파수들에서 예컨대, x-감지 코일 (예컨대, 감지 코일 (612)) 로 유도된 전압들의 세트는 수학식들 (25) 내지 (28) 에 따라 표현될 수도 있다:
Figure pct00165
Figure pct00166
여기서, 시간 인덱스는
Figure pct00167
이다.
4 개의 페이저들을
Figure pct00168
과 승산하는 것은 그것들 전부를 실수 축 상으로 회전시켜서, 최종적으로, x'-, y'-, 및 z'-전압 벡터들의 x-컴포넌트를 산출한다.
Figure pct00169
수신기의 신호 필터링 요건들에 관련되는, 멀티-톤 송신의 각도 주파수 분리
Figure pct00170
의 최적의 선택은 이 개시물의 또 다른 양태이다. 수신된 신호들이 전형적으로 잡음성이고 복수의 주파수들에서의 다수의 자기장 송신들이 있을 수도 있는 실제의 시스템에서는, 수신된 톤 신호들이 최적으로 필터링되는 것이 바람직하다. 최소 필터 대역폭은 위치 업데이트 레이트
Figure pct00171
(위치결정 수신기가 단위 시간 당 연산할 필요가 있는 위치들의 수) 에 의해 주어질 수도 있는 샘플링 레이트에 의해 주로 기술된다. 정지식 무선 전기 차량 충전에서의 위치결정 애플리케이션들에 대하여, 적당한 위치 업데이트 레이트는 초 당 10 업데이트들일 수도 있다.
불확실성 원리에 따르면, 위치 업데이트 레이트 및 최소 필터 대역폭은 관련된다. 가우시안-형상 (Gaussian-shaped) 필터 임펄스 응답에 대하여, 시간에서의 펄스 폭은 가우시안 펄스의 표준 유도의 2 배
Figure pct00172
로서 정의될 수도 있고, 펄스 (대역) 폭은
Figure pct00173
으로서 정의될 수도 있고, 따라서, 시간-대역폭 곱셈은 수학식 (32) 에 제약된다:
Figure pct00174
Figure pct00175
샘플 (위치 업데이트) 주기를 갖는 펄스 폭
Figure pct00176
을 가정하는 것은 수학식 (33) 에 따라 최소 필터 대역폭을 제공한다:
Figure pct00177
가우시안 필터 및
Figure pct00178
의 예에 대하여, 최소 대역폭은 BF = 20 Hz 로 된다.
고려하기 위한 다른 인자들은 발진기 불안정성 및 열 드리프트 (thermal drift) 들로 인한 톤 주파수 오차들이다. 이 효과들은 상기 계산된 이론적인 값들보다 다소 더 큰 필터 대역폭을 요구할 수도 있다.
충분한 주파수 선택성을 얻기 위하여, 필터 대역폭
Figure pct00179
에 의해 주어진 것보다 더 큰 주파수 분리는 인접한 주파수 톤들로브의 크로스-토크 (cross-talk) 를 회피하기 위하여 필요할 수도 있다. 동일한 위치결정 송신기의 톤들 사이의 최소 주파수 분리는
Figure pct00180
(위에서 주어진 예에서는 100 Hz) 일 수도 있다. 약 10 BF (위에서 주어진 예에서는 200 Hz) 가 상이한 위치결정 송신기들 (상이한 자기적 비코닝 채널 (magnetic beaconing channel) 들) 의 인접한 주파수 톤들 사이에서 요구될 수도 있다.
다른 필터 함수들이 가우시안 함수 대신에 이용될 수도 있다. 스펙트럼 분석을 위한 윈도우 함수, 예컨대, 직사각형 윈도우 (rectangular window), 해닝 윈도우 (Hanning window), 카이저-베셀 윈도우 (Kaiser-Bessel window), 블랙맨-해리스 윈도우 (Blackman-Harris window) 등으로서 알려진 임의의 함수가 이용될 수도 있다. 인접한 주파수 톤 신호들 사이에 충분한 주파수 분리가 있다면, 일부 윈도우들, 예컨대, 블랙맨-해리스 윈도우는 인접한 주파수 톤 신호들의 매우 높은 감쇠를 제공할 수 있다.
하나의 시스템에서, 위치결정 수신기는 각각의 감지 코일에 의해 수신된 바와 같은 각각의 송신된 톤의 복소 전압 컴포넌트들의 각각을 필터링하고 검출하기 위하여 동기 검출기들의 뱅크를 이용할 수도 있다. 도 18 은 일부 구현예들에 따라, 자기장 위치결정 수신기의 동기 검출기 (1800) 의 블록도를 예시한다. 동기 검출기 (1800) 는 x-감지 코일 (예컨대, 감지 코일 (612)) 에 의해 수신된 바와 같은, 각도 주파수
Figure pct00181
에서 송신된 톤을 필터링하고 검출하도록 구성될 수도 있다. 동기 검출기 (1800) 는 그 2 개의 출력들에서, 복소 전압
Figure pct00182
의 실수 및 허수 부분들 (I-컴포넌트 및 Q-컴포넌트) 을 각각 제공한다.
동기 검출기 (1800) 는 직교 혼합기 (quadrature mixer) (다운-변환기) 및 제 1 및 제 2 적분기 (integrator) 들 (1806, 1808) 을 각각 포함한다. 직교 혼합기는 I-컴포넌트를 제공하기 위하여 입력 신호를
Figure pct00183
과 승산하도록 구성된 제 1 혼합기 (1802), 및 Q-컴포넌트를 제공하기 위하여 입력 신호를
Figure pct00184
과 승산하도록 구성된 제 2 혼합기 (1804) 를 포함한다. 제 1 및 제 2 혼합기들 (1802, 1804) 의 출력들은 제 1 및 제 2 적분기들 (1806, 1808) 로 각각 입력된다. 양자의 적분기들 (1806, 1808) 은 기저대역 신호를 필터 임펄스 응답 (윈도우 함수)
Figure pct00185
으로 가중화함으로써 FIR 저역 통과 필터와 동일한 기능을 수행한다. 적분은 수학식 (34) 에 의해 표시된 시간 간격에 대하여
Figure pct00186
의 레이트에서 수행된다:
Figure pct00187
여기서,
Figure pct00188
은 스텝별 이동 적분 간격의 중심 시간을 정의한다. 적분기들은 매
Figure pct00189
초에 하나의 복소 출력 값을 전달한다. 적분 시간은 필터 함수
Figure pct00190
의 길이
Figure pct00191
이다. 연속 적분 간격들은
Figure pct00192
일 경우에 중첩할 수도 있다.
본 출원에 따른 시스템에서, 필터링 및 검출은 톤 주파수에 대하여 준-동기식으로, 그러나 이하의
Figure pct00193
에 의해 나타내어진 송신기의 시간에 대하여 비동기식으로 수행된다. 송신기의 시간 베이스 (time base) 와 수신기의 시간 베이스 사이의 임의적인 (랜덤) 시간 오프셋
Figure pct00194
과, 또한, 송신기 및 수신기의 기준 클록들과 연관된 부정확성의 결과로 계수 (1 에 근접한
Figure pct00195
) 에 의해 정의된 작은 상대적인 시간 드리프트가 있을 수도 있다. 송신기 및 수신기의 시간 베이스들 사이의 관계는 수학식 (35) 에서 도시된 바와 같이 표현될 수도 있다:
Figure pct00196
수학식 (35), 위에서 행해진 정의들, 및 복소 신호 표현을 이용하면, 도 18 에서 도시된 바와 같은 동기 검출기의 동작은 수학식 (36) 에 따라 표현될 수도 있다:
Figure pct00197
수학식들 (19) 내지 (21) 에 의해 정의된 바와 같은 톤 신호들의 세트 및 임의의 잡음 컴포넌트의 부재를 가정하면, x-감지 코일 (612) 에 의해 전달된 바와 같은 입력 신호는 수학식 (37) 에 따라 정의될 수도 있다:
Figure pct00198
또한, 동기 검출기 (1800) 가 각도 주파수
Figure pct00199
를 갖는 신호들을 충분히 억압하는 것으로 가정하면, 오직
Figure pct00200
이 유지된다. 시간 변수
Figure pct00201
를 (36) 으로 치환하면, 관련된 입력 신호는 수학식 (38) 에 의해 표현될 수도 있다:
Figure pct00202
(36) 에서 (38) 을 치환하는 것은 수학식 (39) 에 의해 표현된, 동기 검출기의 복소 출력 (검출된 전압 페이저) 을 산출한다:
Figure pct00203
Figure pct00204
및 정규화된 필터 함수
Figure pct00205
의 가정들,
Figure pct00206
및 일부 재배열들을 이용하면, 수학식 (39) 는 이하의 수학식 (41) 로 단순화될 수도 있다:
Figure pct00207
x-감지 코일 (612) 에 접속된 다른 동기 검출기들의 무잡음 출력들은 이에 따라, 이하의 수학식들 (42) 내지 (44) 에서 표현된 바와 같이 획득될 수도 있다:
Figure pct00208
상기 표현들은 3 개의 항들: 크기, 일정한 위상 각도, 및 시간 인덱스 n 이 증분됨에 따라 진전되는 스텝별 회전하는 페이저를 도시한다. 일정한 위상 오프셋은 상대적인 시간 오프셋
Figure pct00209
에 기인할 수 있는 반면, 회전하는 페이저는 작은 상대적인 주파수 오프셋에서 분명해지는 상대적인 시간 드리프트에 기인할 수 있다.
수학식 (41) 에서의
Figure pct00210
및 수학식 (42) 에서의
Figure pct00211
에 대한 표현들과 반대로, 극성 불확실성
Figure pct00212
은 수학식 (43) 에서의
Figure pct00213
및 수학식 (44) 에서의
Figure pct00214
에 대한 표현들에서 도입되었다. 이 극성 불확실성은
Figure pct00215
또는
Figure pct00216
과
Figure pct00217
사이, 및
Figure pct00218
또는
Figure pct00219
과
Figure pct00220
사이의 상대적인 극성 불확실성으로서 이해될 것이다. 이 컴포넌트들은 x'-자기장을 통해 송신된 바와 같은 이중-톤 신호로부터 획득되고 이에 따라, 송신 채널에 의해 동일하게 영향받으므로, 정의에 의한
Figure pct00221
과
Figure pct00222
사이의 상대적인 극성 불확실성은 없다.
일부 구현예들에서, 수신기는 첫째, 페이저들
Figure pct00223
및
Figure pct00224
사이의 위상차 (상대적인 페이저) 를 결정함으로써, 둘째, (회전하는) 모든 출력 페이저들을 상대적인 페이저에 의해 주어진 각도에 의해 정정함으로써, 상대적인 위상 동기화를 수행한다. 위상 정정의 이 동작은 예컨대, 수학식들 (16), (17) 에 의해 정의된 바와 같은 수신기의 타이밍을 조절하는 것과 동등한 것으로 더욱 아래에서 밝혀질 것이다.
수신기는 수학식 (45) 에 의해 표현된 다음의 복소 페이저 동작을 이용함으로써, 적어도 출력 페이저들
Figure pct00225
및
Figure pct00226
로부터 위상차 (상대적인 페이저) 를 유도한다:
Figure pct00227
이것은 복소수 표기에서 정규화된 스칼라 곱셈으로서 고려될 수도 있다. (41) 및 (42) 를 (45) 로 치환하는 것과, 약간의 조작들은 수학식 (46) 에 따라, 시간 간격 n 에서의 상대적인 페이저에 대한 표현을 제공한다:
Figure pct00228
수학식들 (22) 내지 (24) 의
Figure pct00229
의 정의를 이용하면, 수학식 (46) 은 수학식 (47) 에서 도시된 바와 같이 재기록될 수도 있다:
Figure pct00230
항
Figure pct00231
은 송신기의 시간 베이스에 대한 수신기의 시간 베이스의 타이밍 드리프트를 표현한다.
Figure pct00232
은 전형적으로 매우 작은 인자 (예컨대, ± 100 ppm) 이므로, 이 타이밍 드리프트는 상대적인 페이저가 시간이 진행됨에 따라 거의 일정하게 머무르도록 고려될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 수신기는 상대적인 위상 동기화를 달성하기 위하여 추정된 상대적인 페이저를 모든 동기 검출기 출력들에 적용한다. 수학식들 (22) 내지 (24) 의 예시적인 톤 주파수 정의들에 대하여, 이것은 다음에서 도시된 바와 같이, 검출기 출력
Figure pct00233
을
Figure pct00234
과, 검출기 출력
Figure pct00235
을
Figure pct00236
과, 그리고 검출기 출력
Figure pct00237
을
Figure pct00238
과 승산함으로써 달성될 수도 있다:
수학식 (47) 과, 수학식들 (22) 내지 (24) 의 예시적인 정의들을 이용하면, 컴포넌트
Figure pct00239
의 상대적인 위상 정정은 수학식 (48) 에서 도시된 바와 같이 표현될 수도 있다.
Figure pct00240
따라서, 컴포넌트들
Figure pct00241
및
Figure pct00242
의 상대적인 위상 정정들은 각각 수학식들 (49) 내지 (50) 으로 된다.
Figure pct00243
수학식들 (48) 내지 (50) 은,
Figure pct00244
을 포함하는 결과적인 (위상 정정된) 출력 페이저들이 복소 평면에서 모두 동일하게 배향 (그러나 반드시 동일하게 지향되는 것은 아님) 되고, 시간이 진전됨에 따라, 그리고
Figure pct00245
일 경우에, 준-위상 동기식으로 회전하고 있다는 것을 보여준다.
다음에서는, 상대적인 위상 정정이 (16), (17), 및 (25) 내지 (28) 에 따른 시간 동기화와 동등한 것으로 밝혀질 것이다. 동기 검출기의 복소 출력을 별개의 주파수
Figure pct00246
에서의 윈도우 처리된 (windowed) 시간-도메인 입력 신호
Figure pct00247
의 푸리에 변환 (Fourier transform) 으로서 고려하고 (38) 을 이용하는 것은 수학식 (51) 을 제공한다:
Figure pct00248
(35) 에서 정의된 바와 같은 변수 t' 는 수학식 (52) 에 따라 t 의 함수인 시간 시프트
Figure pct00249
의 형태로 재기록될 수도 있다:
Figure pct00250
제한된 적분 간격
Figure pct00251
상에서, 입력 신호
Figure pct00252
는 다음에 의해 비-드리프팅 (non-drifting) 으로서, 그러나 시간에 있어서 전적으로 시프트된 것으로서 고려될 수도 있다:
Figure pct00253
(52) 에서 (53) 을, 그리고 (51) 에서 (52) 를 치환하고, 푸리에 변환들의 시프트 이론을 적용하는 것은 수학식 (54) 를 제공한다:
(54)
Figure pct00254
수학식 (54) 는 송신기의 것에 대한 수신기의 시간 베이스를
Figure pct00255
만큼 시프트하는 것은 검출기 복소 출력의 위상을
Figure pct00256
만큼 시프트하는 것과 동등하다는 것을 보여주고, 여기서,
Figure pct00257
은 검출기의 각도 주파수를 나타낸다. 그러므로, 상이한 톤 주파수들 사이의 상대적인 위상 동기화는 검출기의 출력 페이저들을 각도
Figure pct00258
만큼 회전시킴으로써 달성될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 이것은 수신기의 시간 베이스를 시프트하는 것보다 더 편리할 수도 있다.
일부 전압 컴포넌트들은 매우 약할 수도 있거나 심지어 널 (null) 일 수도 있다는 것이 주목될 것이다. 생성기에 대한 센서의 회전에 따라, 예컨대, x-감지 코일 (612) 에 의해 감지된 바와 같은 x-컴포넌트들 상에서의 상대적인 페이저를 결정하는 것은 불가능할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 수신기는 x-, y-, 및 z-감지 코일들 (612, 614, 616) 로 각각 유도된 전압을 지칭하는 바와 같은, 모든 컴포넌트들의 페이저 곱셈들
Figure pct00259
및
Figure pct00260
을 조합함으로써 상대적인 페이저를 결정하기 위한 다이버시티 (diversity) 를 이용한다. 조합하는 것은 페이저 제곱들을 단지 합산함으로써 경험적으로 수행될 수도 있다. 그 다음으로, 상대적인 페이저는 수학식 (55) 에서 도시된 바와 같이 곱셈 합 (sum product) 을 정규화함으로써 획득될 수도 있다:
Figure pct00261
다른 구현예들에서, 수신기는 예컨대, 조합하기 이전에 컴포넌트들을 SNR 의 추정치로 가중화함으로써, 최대 비율 다이버시티 조합 기법을 채용할 수도 있다. 또 다른 구현예들에서, 수신기는 가장 큰 크기를 갖거나 가장 높은 추정된 SNR (품질) 을 갖는 곱셈을 선택함으로써, 선택 다이버시티를 채용할 수도 있다.
동기화 정확도를 추가로 개선시키거나 잡음 및 간섭에 대한 강건성을 증가시키기 위하여, 상대적인 페이저의 추정은 연속으로 검출된 출력 페이저들 (시간 시퀀스들) 에 대한 평균화 기법들을 이용함으로써 추가로 개량될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 수신기는 연속 시간 간격들에서 획득된 바와 같은 상대적인 페이저들
Figure pct00262
의 이동 평균에 기초하여 상대적인 페이저를 결정할 수도 있다. 시간 시퀀스들
Figure pct00263
에 기초한 다른 평균화 기법들이 마찬가지로 적용될 수도 있다.
포스트 프로세싱의 추가의 단계에서, 그리고 수학식들 (25) 내지 (28) 에 의해 위에서 이미 개시된 바와 같이, 수신기는 모든 출력들을,
Figure pct00264
의 추정치일 수도 있는 페이저
Figure pct00265
와 승산함으로써, 모든 검출된 페이저들을 공통 각도만큼 실수 축을 향해 회전시킬 수도 있다. 위에서 이미 설명된 바와 같이, 이 페이저는 시간이 진전됨에 따라 (n 증분들) 일반적으로 느리게 회전할 것이다. 이 회전을 실수 축을 향해 적용한 후, 수신기는 그것들이 위치를 결정하기 위하여 요구될 수도 있을 때에 벡터들
Figure pct00266
의 모든 컴포넌트들의 추정치들을 최종적으로 얻기 위하여 모든 정류된 출력들의 실수 부분을 선택할 수도 있다. 실수 부분을 오직 선택하는 것은 허수 부분 상의 잡음 컴포넌트를 제거할 것이고, 이 때문에, 벡터 추정치, 및 최종적으로 위치 추정치를 일반적으로 개선시킬 것이다.
(48) 을 예로서 이용하면, 실수 부분의 회전 및 선택의 이 동작은 수학식 (56) 에 의해 표현될 수도 있다:
Figure pct00267
Figure pct00268
및
Figure pct00269
과 같은 다른 x-컴포넌트들뿐만 아니라, 모든 y- 및 z-컴포넌트들도 이에 따라 획득될 수도 있다.
도 20a 내지 도 20c 는 4 개의 검출기 출력들 (x'ax, x'bx, y'x, 및 z'x-컴포넌트) 의 각각에 대한 복소 평면들을 도시하는, 상대적인 위상 동기화 및 실수 축을 향한 회전의 이 프로세스를 추가로 예시한다. 도 20a 는 임의의 동기화 이전의 4 개의 검출기 출력들 (각각 x'ax, x'bx, y'x, 및 z'x-컴포넌트) 의 복소 페이저들 (2002, 2004, 2006, 2008) 을 도시한다. 도 20b 는 상대적인 위상 동기화 후의 복소 페이저들 (2012, 2014, 2016, 2018) 을 도시하고, 도 20c 는 실수 축을 향한 공통 회전 후의 복소 페이저들 (2022, 2024, 2026, 2028) 을 도시한다.
페이저 추정치
Figure pct00270
는 x'-, y'-, 및 z'-자기장들 중의 적어도 하나의 수신된 x-, y-, 및 z-컴포넌트들 중의 적어도 하나로부터 얻어질 수도 있다. 컴포넌트들은 생성기에 대한 센서의 위치 및 회전에 따라 상이한 극성들을 가질 수도 있으므로, 수신기는 컴포넌트들 x'x, x'y, x'z, y'x, y'y 등에 대해 개별적으로, 그리고 그 다음으로, 상대적인 페이저
Figure pct00271
를 결정하기 위하여 위에서 제안된 바와 같은 조합 방법을 궁극적으로 이용하여
Figure pct00272
을 결정할 수도 있다.
개선된 성능 및 강건성을 위하여, 페이저 추정치
Figure pct00273
는 예컨대, 페이저의 회전을 먼저 보상하기 위하여 위상 드리프트 (주파수 오프셋) 추정기를 이용함으로써, 그 다음으로, 상대적인 페이저
Figure pct00274
를 결정하기 위하여 위에서 제안된 바와 같은 평균화 기법들을 제 2 동작으로서 이용함으로써, 연속 잡음성 검출기 출력들에 기초하여 결정될 수도 있다. 회전 보상은 수신기의 포스트-검출 미세 주파수 튜닝으로 고려될 수도 있다. 위상 드리프트 추정, 회전 보상, 및 평균화는 이동 동작 (예컨대, 이동 평균) 으로서 달성될 수도 있다. 대안적으로, 모듈로 2π 프로세스로 수정된 선형 회귀 방법 (linear regression method) 이 적용될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 개량된 수신기는 예컨대, 위상 드리프트 추정, 회전 보상 (주파수 미세 튜닝) 및 평균화, 또는 대안적으로, 모듈로 2π 상의 선형 회귀를 수행하기 위하여, 적어도 2 개의 컴포넌트들을 조합하는 것에 의한 다이버시티 기법의 하나를 이용함으로써, 그리고 추가적으로, 연속으로 검출되고 상대적인 위상 정정된 잡음성 페이저들의 시퀀스들을 이용함으로써 추정치
Figure pct00275
를 결정한다.
송신기와 수신기 사이의 상대적인 시간 드리프트가 예컨대, 검출기의 출력 페이저들의 너무 빠른 회전에서 분명해질 수도 있는 극단적인 온도 드피프트로 인해 실제로 일어날 수도 있는 어떤 용인가능한 제한을 초과한 경우, 수신기 또는 송신기는 개략적인 주파수 정정 (coarse frequency correction) 을 수행할 수도 있다. 너무 빠른 위상 회전은 수신된 톤 신호가 더 이상 필터의 중심에 두어지지 않고, 이에 따라, 검출된 진폭에서, 그리고 궁극적으로 위치 추정에서 오차를 유도할 수 있는 감쇠를 겪을 수도 있다는 것을 표시한다.
그러므로, 일부 구현예들에서, 수신기는 잔차 회전이 용인가능한 제한 미만으로 유지되도록, 그 출력들에서 비-용인가능한 빠른 페이저 회전을 나타내는 그 동기 검출기들의 국부 발진기 (local oscillator) 주파수들을 개략적으로 조절할 수도 있다. 대안적으로, 수신기는 자기장 송신 주파수들을 어떤 양만큼 오프셋하기 위하여 데이터 통신 링크를 통해 관심 있는 송신기에 명령할 수도 있다.
다이버시티 조합/선택 및 위치결정의 목적들을 위하여, 수신기는 다양한 컴포넌트들에서 수신된 신호들의 품질을 평가하기 위한 기능들을 포함할 수도 있다. 품질은 SNR 을 추정함으로써, 또는 다른 신호 무결성 및 일관성 체크들에 의해 평가될 수도 있다. 자기적 벡터링을 위하여 이용된 바와 같은 신호들의 세트는 품질 평가를 위하여 이용될 수 있는 상당한 중복성을 포함할 수도 있다. 각각의 수신된 신호 컴포넌트의 SNR 은 검출된 페이저들의 시간 시퀀스들에 대한 평균화를 수행할 대의 부산물로서 떨어져 나올 수도 있는 잡음 분산 통계로부터 획득될 수도 있다.
그러므로, 또 다른 자기적 벡터링 송신 (공동-채널 또는 인접한 채널 간섭) 에 의한, 또는 다른 소스들 (IPT 시스템들, 스위칭-모드 전력 공급장치들 등) 로부터 나오는 의심스러운 방사들에 의한 수신된 톤 신호들의 간섭은 예컨대, 신호들
Figure pct00276
및
Figure pct00277
사이의 진폭 및/또는 위상 차이가 어떤 임계치들을 초과하였을 경우에, 신호 일관성 체크들에 의해 검출될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 수신기는 위에서 설명된 바와 같이 신호 일관성 체크들을 수행하고, 동기 검출기의 각각의 복소 출력에 대한 SNR 을 추정한다.
도 19 는 일부 구현예들에 따라, 도 18 의 동기 검출기들의 뱅크를 이용하는 자기장 위치결정 수신기 (1900) 의 부분의 블록도를 도시한다. 블록도는 산재된 박스들에 의해 표시된 바와 같은 x-, y-, z-동기 검출기 서브-뱅크들로 그룹화된, 예컨대, 도 18 에 의해 추가로 상세하게 나타낸 바와 같은 동기 검출기들 (1902) 의 뱅크를 도시한다. 각각의 서브-뱅크는 감지 코일 (612, 614, 616) 의 아날로그 출력
Figure pct00278
,
Figure pct00279
, 및
Figure pct00280
중의 하나에 연관된다. 위에서 설명된 바와 같이, 복수의 감지 코일들 (612, 614, 616) 의 각각에 의해 생성된 개개의 신호는 적어도, 2 개의 주파수들 f x'a , f x'b 의 제 1 f x'a 에서 발진하는 제 1 교번 자기장에 의해 야기된 제 1 부분, 2 개의 주파수들 f x'a , f x'b 의 제 2 f x'b 에서 발진하는 제 1 교번 자기장에 의해 야기된 제 2 부분, 및 하나의 다른 주파수 f y' 에서 발진하는 제 2 교번 자기장에 의해 야기된 제 3 부분을 포함한다. 프로세서는 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 상대적인 위상 각도
Figure pct00281
를 추정하도록 구성된다. 예를 들어, 도 19 는 위치결정하는 수신기의 포스트 프로세싱의 일부로서 위상 동기화 유닛 (1904) 을 도시한다. 위상 동기화 유닛 (1904) 는 입력들에 대하여, 동기 검출기들 (1800) 의 모든 복소 (직교) 출력들을 가진다. 위상 동기화 유닛 (1904) 은 그것들이 위치 및 방향 발견 유닛 (도 19 에서 도시되지 않음) 에서 위치를 결정하기 위하여 요구될 수도 있을 때, 출력들에 대하여, 벡터들
Figure pct00282
의 위상 정정된 컴포넌트들을 생성한다. 위상 동기화 유닛 (1904) 은 상대적인 페이저
Figure pct00283
의 추정치를 결정하고, 상대적인 위상 동기화를 확립한다. 이에 따라, 일부 구현예들에서, 프로세서 (예컨대, 위상 동기화 유닛 (1904)) 는 제 2 교번 자기장의 하나의 다른 주파수 f y' 및 제 1 교번 자기장의 2 개의 주파수들 f xa' , f xb' 중의 적어도 하나 사이의 주파수 분리 및 상대적인 위상 각도의 함수인 양만큼 검출 시간 인스턴트를 시프트함으로써, 복수의 감지 코일들 (612, 614, 616) 의 각각에 의해 생성된 개개의 신호의 제 1 부분, 제 2 부분, 및 제 3 부분 사이에서 시간 도메인에서의 상대적인 위상 동기화를 확립하도록 구성된다. 유사하게, 프로세서 (예컨대, 위상 동기화 유닛 (1904)) 는 상대적인 위상 각도
Figure pct00284
또는 상대적인 위상 각도
Figure pct00285
의 정수배에 대응하는 각도만큼 제 1 부분, 제 2 부분, 및 제 3 부분 중의 적어도 하나의 위상 각도를 시프프트함으로써, 복수의 감지 코일들 (612, 614, 616) 의 각각에 의해 생성된 개개의 신호의 제 1 부분, 제 2 부분, 및 제 3 부분 사이에서 주파수 도메인에서의 상대적인 위상 동기화를 확립하도록 구성될 수도 있다.
위상 동기화 유닛 (1904) 은 회전하는 페이저
Figure pct00286
의 추정치를 추가로 결정하고, 잔차 주파수 오프셋 (위상 드리프트) 을 보상하고, 예컨대, 벡터 추정치들의 컴포넌트들
Figure pct00287
을 최종적으로 얻기 위하여 실수 축을 향해 공통 각도만큼 모든 페이저들을 회전시킨다. 또한, 위상 동기화 유닛 (1904) 은 벡터 추정치들의 각각의 컴포넌트
Figure pct00288
의 품질을 평가할 수도 있고, 이 정보를 위치 및 방향 발견 유닛 (도 19 에서 도시되지 않음) 으로 별도로 전달할 수도 있다.
바람직한 구현예에서, 도 19 에서 도시된 바와 같은 전체 블록은 디지털 신호 프로세서에서 구현되고, 입력 신호들
Figure pct00289
,
Figure pct00290
, 및
Figure pct00291
은 (이산-시간 (discrete-time) 디지털 신호들이다. 또 다른 구현예에서, 위치결정 수신기는 (상이한 비코닝 채널들에서의) 상이한 주파수들에서 송신하는 상이한 송신기들로부터 나오는 자기적 벡터링 신호들을 수신하고 프로세싱하도록 인스턴스화 (instantiate) 될 수 있고 배정될 수 있는, 도 19 에서 도시된 바와 같은 다수의 블록들을 구현한다. 또 다른 구현예에서, 고속-푸리에-변환 (Fast-Fourier-Transform; FFT) 기법들 또는 유사한 알고리즘들은 동기 검출기들의 뱅크들을 구현하고 디지털 신호 프로세서의 연산 복잡도 (부담) 를 감소시키기 위하여 이용된다.
도 21 은 일부 구현예들에 따라, 3-축 자기장 위치결정 수신기의 아날로그 프론트 엔드 (AFE) (2100) 의 블록도를 예시한다.
AFE (2100) 는 도 19 에서 도시된 바와 같은 동기 검출기 서브-뱅크들의 3 개의 입력 신호들을 표현할 수도 있는 디지털 신호들
Figure pct00292
,
Figure pct00293
, 및
Figure pct00294
을 그 3 개의 출력들에서 제공할 수도 있다. 3 개의 AFE 채널들의 각각은 입력 보호기 (제한기) (2102), 전치증폭기 (2104), 필터 (2106), 가변 이득 증폭기 (2108), 및 임의적으로 아날로그-대-디지털 (analog-to-digital; A/D) 변환기 (2110) 를 포함한다.
입력 보호기 (2102) 는 자기장 센서 (예컨대, 감지 코일들 (612, 614, 616)) 가 예컨대, IPT 시스템으로부터의 능동 전력 전송 동안에 강한 자기장에 노출될 때, 전치증폭기 (2104) 가 손상되는 것을 보호하도록 작용한다. 입력 보호기 (2102) 는 입력 전압을 제한하고, 회로가 실질적인 전력 손실 및 가열 효과들이 없도록 제한하고 있을 때에 실질적인 전류 흐름이 없도록 하는 방식으로 설계된다. 전치증폭기 (2104) 는 이득 (예컨대, 20 dB), 및 임피던스 입력 (> 100 kΩ), 및 뒤따르는 필터 (2106) 를 구동하기 위한 상대적으로 낮은 출력 임피던스 (예컨대, < 50 오옴 (Ohm)) 를 가질 수도 있다.
필터 (2106) 는, 그것이 자기적 벡터링을 위하여 특정될 수도 있을 때에 전체 주파수 대역을 커버하기 위하여 합리적으로 낮은 리플 (ripple) 을 갖는 통과대역 (passband) 및 충분한 폭을 가지며, 특히, IPT 동작 주파수들, 예컨대, 85 kHz 에서 대역외로 수신된 신호들의 충분한 억압 (예컨대, > 60 dB) 을 가지는 대역통과 필터일 수도 있다. 필터 (2106) 는 또한, A/D 변환기 (2110) 에서 신호를 샘플링하기 위하여 필요한 바와 같은 안티-에일리어싱 필터 (anti-aliasing filter) 로서 작동할 수도 있다.
가변 이득 증폭기 (2108) 는, A/D 변환기 (2110) 가 큰 동적 범위 상의 호의적인 범위에서 항상 동작하고, 그것들이 소위 "근접-원거리" 효과로 인해 실제의 시나리오들에서 발생할 수도 있을 때에 큰 수신 신호 레벨 변동들을 보상하는 것을 보장한다. 가변 이득 증폭기 (2108) 는 자동 이득 제어 기능을 제어하는, AFE (2100) 를 뒤따르는 디지털 프로세싱 유닛 (도 21 에서 도시되지 않음) 에 의해 제어될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 적어도 3 개의 공통-평면형 (co-planar) 감지 코일들은 조합하여 적어도 2-축 센서를 제공하도록 구성될 수도 있다. 또 다른 구현예들에서, 4 개의 공통-평면형 감지 코일들은 조합하여 3-축 센서를 제공하도록 구성될 수도 있고, 페라이트 기판 (ferrite substrate) 상에 적당하게 배치될 수도 있고, 자기적 벡터링을 위하여 필요한 바와 같은 3 개의 교번 자기장들을 감지하기 위하여 이용될 수도 있다. 이러한 4-코일 배열은 3-축 센서로서 작동할 수도 있다. 4-코일 센서에 대하여, 도 21 의 AFE (2100) 는 4 개의 아날로그 입력들 및 4 개의 디지털 출력들을 가지는 4-채널 AFE 로 확장될 수도 있다. 그 다음으로, 3 개의 신호들
Figure pct00295
,
Figure pct00296
, 및
Figure pct00297
을 제공하는 요구된 선형 조합들은 도 19 와 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 동기 검출 이전의 블록에서 디지털 도메인에서 수행될 수도 있다.
도 22 는 일부 구현예들에 따라, 3-축 생성기 또는 센서를 위한 직교적 코일 배열 (2200) 을 예시한다. 그것은 3 개의 직교적 생성기 코일들 (602, 604, 606) 을 이용한다. 전형적으로, 코일들 (602, 604, 606) 은 0.2 mm2 보다 작은 단면을 갖는 몇몇 턴 (turn) 들의 상대적으로 얇은 구리 배선을 가질 수도 있다. x'- 및 y'-코일들 (602, 604) 은 페라이트 구조체 (2202) 주위에 감긴다. z'-코일 (606) 은 페라이트 구조체 (2202) 의 에지들 근처의 외곽선 (contour) 들을 따라 배치된 직사각형 코일일 수도 있다. 대안적으로, z'-코일 (606) 은 페라이트 구조체 (2202) 의 완전히 에지들에서 긴 둘레 주위에 감길 수도 있다. 바람직한 구현예에서, 페라이트 구조체 (2202) 는 IPT 및 MV 시스템들에 의해 공유된다. 이것은 더 큰 양들의 자속을 캡처하고 이에 따라, 생성기와 센서 사이의 정렬의 더 정확한 표시를 제공하기 위하여 큰 용량의 페라이트 구조체 (2202) 를 허용한다.
일부 다른 구현예들에서, 도 22 의 3-코일 배열은 3-축 센서에 적용된다. 이러한 구현예들에서, 축 지정 x', y', 및 z' 은 x, y, 및 z 로 각각 변경될 것이다. x'- 및 y'-자기적 모멘트를 생성하는 차량 위치결정 애플리케이션들을 위한 2-축 생성기는 도 22 에서 도시된 z'-코일 (606) 으르 생략함으로써, 또는 실질적으로 제로-전류로 z'-코일을 구동함으로써 달성될 수도 있다.
다른 구현예들에서, 멀티-축 생성기 또는 센서는 적어도 하나의 IPT 코일 및 적어도 하나의 자기적 벡터링 코일의 조합을 이용한다. 일부 구현예들에서, x'-코일 (602) 은 IPT 코일, 예컨대, "이중-D (Double-D)" 코일, "솔레노이드 (Solenoid)"-코일, "양극성 (Bi-polar)"-코일을 재이용함으로써 형성되고, y'-코일 (604) 은 보충적 전용 자기적 벡터링 코일이다.
도 23 은 일부 구현예들에 따라, 주파수 분할 4-톤 자기장 송신 방식 (2300) 을 예시한다. 제 1 변형은 주파수들
Figure pct00298
및
Figure pct00299
을 갖는 이중-톤이 x'-코일 (602) 을 여기시키기 위하여 이용되고 단일 톤들이 y'-코일 및 z'-코일들에 대하여 주파수들
Figure pct00300
및
Figure pct00301
을 각각 갖는 3-축 생성기에 적용된다. 인접한 톤들은
Figure pct00302
(톤 주파수 이격) 만큼 분리된다. 제 2 변형은 이중-톤
Figure pct00303
및 이중-톤
Figure pct00304
이 각각의 x'-코일 (602) 및 y'-코일 (604) 을 각각 여기시키기 위하여 이용되는 2-축 생성기에 적용된다. y'-코일 (604) 을 통해 송신된 제 2 이중-톤은 기본적인 기능을 위하여 필요할 수도 있는 것이 아니라, 그것이 동기화의 결정을 위한 더 많은 중복성을 제공하므로, 시스템의 강건성을 개선시킬 수도 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 송신된 신호들에서의 임의의 중복성은 개량된 신호 일관성 및 무결성 체크들을 위하여 이용될 수도 있다. 그러나, 훨씬 더 중요하게는, 시스템은 상대적인 위상 동기화를 확립할 수도 있고, 4 개의 톤들 중의 하나가 협대역 간섭 신호에 의해 재밍 (jamming) 되더라도 위치를 결정할 수도 있다.
또한, 도 23 은 2 개의 인접한 자기적 비코닝 채널들 (예컨대, 채널 n 및 채널 n+1) 의 각각에서의 4-톤 송신을 도시한다. 2 개의 상이한 채널들의 인접한 톤들은 위에서 이미 설명된 바와 같은 목적들을 위하여 인접한 채널들 사이의 보호 대역 (guard band) 을 제공하는
Figure pct00305
에 의해 분리될 수도 있다.
개시물의 또 다른 양태에서, 특정한 위치결정 송신기가 배정되는 채널 번호 n 은 명시적 ID 의 송신이 필요하지 않도록, 식별자로서 묵시적으로 작용할 수도 있다. (예컨대, UHF WLAN 을 통한) 병렬인 대역외 데이터 통신들뿐만 아니라, 중앙 조정기 (central coordinator) 를 가정하면, ID 들은 대역외로 통신될 수도 있고, 중앙 조정기는 채널 n 상에서의 송신들이 통신된 ID 와 정합하는 송신기에 속한다는 것을 위치결정 수신기에 통지할 수도 있다.
개시물의 추가의 양태에서는, 멀티-톤 송신 방식의 피크-대-평균 (peak-to-average) 비율 (파고율 (crest factor)) 을 최소화하는 것이 바람직할 수도 있다. 멀티-톤 송신들의 합 신호는, 모든 톤들이 동일한 위상을 가지고 이에 따라, 건설적으로 합산되는 시간 인스턴스들이 존재할 경우에, 높은 피크-투-평균 레벨 비율을 나타낼 수도 있다는 것이 주목될 것이다. 높은 파고율은 예컨대, 송신 레벨들이 피크 검출에 기초한 규제적 제한들, 예컨대, ICNIRP EMF 노출 제한들에 의해 제약되는 시스템에서 불리할 수도 있다. 2 개를 초과하는 톤들을 이용하는 송신 방식에서, 파고율은 그 위상이 유지되는 제 1 톤의 위상에 대한 적어도 하나의 제 2 톤의 위상을 오프셋함으로써 최소화될 수도 있다. 여기에서 재기록된 수학식들 (19) 내지 (21) 에 의해 주어진 바와 같은 예시적인 멀티-톤 송신 방법에 적용될 경우,
Figure pct00306
파고율은 위상 오프셋들
Figure pct00307
및
Figure pct00308
을 최적화함으로써 최소화될 수도 있다. 위상 오프셋들은 송신 동안에 고정된 채로 유지될 수도 있고 수신기에 알려질 수도 있으므로, 이 위상 오프셋들은 동기화의 프로세스에서 참작될 수 있다.
일부 구현예들에서, 멀티-톤 송신은 그 위상이 유지되는 제 1 톤의 위상에 대한 적어도 하나의 제 2 톤의 위상을 오프셋함으로써 파고율에 대하여 최적화된다. 또 다른 구현예들에서, 상대적인 극성 모호성 분석을 위하여 필요한 바와 같은 상대적인 위상 정보는 전용 동기화 신호를 이용함으로써 수신기에 제공된다. 이 동기화 신호는 톤 신호들의 적어도 하나 상에서 변조되는 동기화 시퀀스일 수도 있다. 이 동기화 시퀀스는 변조 (심볼, 데이터) 레이트를 참작하여, 요구된 정확도로 수신기를 신뢰성 있게 동기화하기 위하여 필요한 바와 같은 적합한 자동 및/또는 교차-상관 속성들에 의해 특징지어진, "m"-시퀀스, 골드-시퀀스 (Gold-sequence) 등과 같은 의사-랜덤 시퀀스 (pseudo-random sequence) 일 수도 있다. 진폭 및 위상 변조 중의 적어도 하나가 적용될 수도 있다. 변조 신호는 이용가능한 스펙트럼의 효율적인 이용 및 최소의 인접한 채널 간섭에 관하여 적합하게 필터링될 수도 있다. 동기화 시퀀스는 주기적으로, 예컨대, 적어도 매
Figure pct00309
초 또는 그 정수배들에서 송신될 수도 있고, 여기서,
Figure pct00310
은 위에서 도입된 바와 같은 위치 업데이트 주기를 정의한다.
동기화 시퀀스는 또한, 그것이 송신기를 식별하기 위한 일부 시스템 구현예들에서 필요할 수도 있으므로, ID 로서 작용할 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 송신기는 상이한 동기화 시퀀스들의 미리 정의된 세트, 예컨대, 골드-시퀀스들의 세트 중의 하나를 이용할 것이다. 선험적 지식이 없다면, 수신기는 특정한 송신의 동기화 시퀀스를 식별하기 위하여 수신된 신호를 먼저 복조할 수도 있고, 그 다음으로, 그 시퀀스를, 동기화 시간 인스턴스를 발견하기 위하여 수신된 신호를 상관시키기 위한 국부적 복제본으로서 이용할 수도 있다.
이러한 예시적인 송신 포맷은 도 24 에서 도시되어 있다. 도 24 는 일부 구현예들에 따라, 동기화 시퀀스 (2400) 및 멀티-톤 송신을 포함하는 송신 프레임 (2402) 의 변조 파형을 예시한다. 송신 프레임 (2402) 은 기간
Figure pct00311
또는 그 배수들을 가질 수도 있고, 동기화 시퀀스 간격 (2404) 및 멀티-톤 주파수 간격 (2406) 으로 재분할된다. 동기화 시퀀스 (2400) 는 필터링된 (펄스-성형된) "리턴-투-제로 (return-to-zero)" 정반대 변조 방식을 이용하여 변조되는 예시적인 2 진 데이터 시퀀스
Figure pct00312
에 의해 표시된다. 예를 들어, "1" 은 위로 상승하고 그 다음으로, 제로 크기로 다시 정착하는 스파이크 또는 임펄스에 의해 표시될 수도 있는 반면, "0" 은 아래로 하강하고 그 다음으로, 제로 크기로 다시 정착하는 스파이크 또는 임펄스에 의해 표시될 수도 있다. 변조 레이트는 멀티-톤 송신의 주파수 이격
Figure pct00313
과 동일하다. 결과적인 변조된 동기화 신호는
Figure pct00314
의 작은 분수 내의 정확도로 수신기를 동기화하기 위하여 요구된 바와 같은 상관 속성들을 제공할 수도 있다. 이에 따라, 일부 구현예들에서, 프로세서 (예컨대, 위상 동기화 유닛 (1904)) 는 (예컨대, 생성기 코일 (602) 에 의한) 제 1 교번 자기장 또는 (예컨대, 생성기 코일 (604) 에 의한) 제 2 교번 자기장 중의 적어도 하나에서 송신되는 동기화 시퀀스 (2400) 를 이용함으로써, 복수의 감지 코일들 (612, 614, 616) 의 각각에 의해 생성된 개개의 신호의 제 1 부분, 제 2 부분, 및 제 3 부분 사이에서 상대적인 위상 동기화를 확립하도록 구성될 수도 있다.
도 7b 및 도 7c 와 관련하여 이전에 설명된 TDM 구현예들에 대하여, 펄스 변조된 단일-캐리어 신호들 (예컨대, 공통 캐리어 주파수 파 펄스들) 은 도 25 에서 예시적으로 도시된 바와 같이 매 시간 슬롯에서 송신될 수도 있다. 펄스 형상은 스펙트럼 효율과, 예컨대, 송신기 피크 전력 제약 하의 평균 송신 전력 사이의 설계 절충의 결과일 수도 있다. 일부 다른 구현예들에서, 추가적인 보호 간격들은 예컨대, 이하에서 추가로 설명된 바와 같은 시간 동기화 오차들로 인해, 슬롯간 간섭이 발생하지 않는다는 것을 보장하기 위하여 파 펄스들 (도 25 에서 도시되지 않음) 사이에서 삽입된다.
3 또는 2-축 생성기/3-축 센서 시스템에 대하여 이전에 도시된 바와 같이, 차량 충전의 위치 발견 문제는 검출된 전압 벡터들의 상대적인 극성들의 지식을 오직 요구한다. 펄스 변조된 단일-캐리어 TDM 시스템에서, 상대적인 극성은 상이한 센서들로 상이한 시간 슬롯들에서 감지된 바와 같은 신호 컴포넌트들 사이의 상대적인 위상을 의미한다. x'-, y'-, 및 z'-자기장 신호의 신호 크기 및 극성을 올바르게 검출하기 위하여, 자기적 위치결정 수신기의 타이밍은 송신된 파 펄스들 (2502, 2504, 2506, 2508) 의 시퀀스에 의해 정의된 바와 같은 시간 슬롯들 (예컨대, 도 7c 의 시간 슬롯들 (782a, 784a, 786a, 788a)) 로 조절된다. 이 시간 슬롯 동기화는 자기적 위치결정 수신기에 의해 검출된 바와 같은 크기 및 극성을 위조하는 실질적인 슬롯간 간섭이 없다는 것을 보장할 것이다.
일부 구현예들에서, 시간 슬롯
Figure pct00315
에서의 프레임 파 펄스 (2502) 의 시작을 제외한 모든 파 펄스들은 동일한 위상, 예컨대, 0° 로 송신된다. 일부 구현예들에서, 시간 슬롯
Figure pct00316
(예컨대, 시간 슬롯 (782a)) 이 모든 상황들에서, 예컨대, 하나 이상의 파 펄스들의 위상 (극성) 이 생성기 및 센서 프레임의 상대적인 위치 및 회전에 의해 결정된 바와 같은 송신 채널에 의해 변경될 경우에, 다른 시간 슬롯들 (예컨대, 시간 슬롯들 (784a, 786a, 788a)) 과 구별가능할 수도 있도록, 프레임 파 펄스 (2502) 의 시작은 다른 파 펄스들 (2504, 2506, 2508) 의 위상들에 대한 90° 위상 시프트로 송신된다. 따라서, 제 1 파 펄스 (2502) 는 복수의 파 펄스들의 각각의 뒤따르는 파 펄스 (2504, 2506, 2508) 에 대한 미리 결정된 위상 시프트 (예컨대, 90 도) 를 가진다. 일반적으로, 상이한 시간 슬롯들에서 송신된 바와 같은 x'-, y'-, 및 z'-자기장 신호들의 크기 및 위상 (극성) 은 파 펄스들 (2502, 2504, 2506, 2508) 의 각각을 예시하는 도 26 에서 예시적으로 도시된 바와 같이 변경될 수도 있다.
상이한 시간 슬롯들에서 송신되고 도 25 에서 도시된 바와 같은 자기장 비콘 신호들을 생성하는 코일 여기 전류들의 세트는 다음과 같이 수학적으로 설명될 수도 있다:
Figure pct00317
여기서,
Figure pct00318
은 코일 전류
Figure pct00319
의 피크 진폭을 나타내고,
Figure pct00320
은 시간 슬롯
Figure pct00321
에서 위치된 펄스 포락선 함수를 나타내고,
Figure pct00322
은 캐리어 각도 주파수를 나타낸다. 다른 신호들 x'b, y', 및 z' 을 정의하는 양들에 대한 표시들은 (26) 내지 (28) 에 따라 도시되어 있다. 시간 슬롯 기간
Figure pct00323
을 정의하면, 펄스 위치들은 다음으로서 표현될 수도 있다:
Figure pct00324
그러나, 본원에서 개시된 기본적인 방법에 대하여 필요하지 않은 일부 구현예들에서는, 시간 슬롯 기간
Figure pct00325
이 다음으로서 표현될 수도 있는 캐리어 파 주기의 정수배 k 이다:
Figure pct00326
또 다른 구현예에서, 프레임은 도 7b 에 따른 오직 3 개의 시간 슬롯들 (예컨대, 712a, 714a, 716b) 을 포함하고, 프레임의 하나의 파 펄스, 예컨대, 파 펄스
Figure pct00327
는 특정 시간 슬롯, 예컨대, 시간 슬롯
Figure pct00328
을 마킹하기 위하여, 그리고 이 시간 슬롯이 모든 상황들에서, 예컨대, 하나 이상의 파 펄스들의 위상 (극성) 이 생성기 및 센서 프레임의 상대적인 위치 및 회전에 의해 결정된 바와 같은 송신 채널에 의해 변경될 경우에, 다른 시간 슬롯들로부터 구별가능할 수도 있도록, 다른 2 개의 파 펄스들의 위상에 대한 90° 위상 시프트로 송신된다.
일부 구현예들에 따른 시스템에서, 자기장 위치결정 수신기는 각각의 시간 슬롯에서 각각의 감지 코일에 의해 수신된 바와 같은 전압 신호 컴포넌트들의 각각을 필터링하고 검출하기 위하여 복수의 검출기들을 이용한다. 도 27 은 각도 주파수
Figure pct00329
에서 송신되고 시간 슬롯 n 에서 감지 코일들 (612, 614, 616) 중의 임의의 것에 의해 수신된 바와 같은 파 펄스들 (2502, 2504, 2506, 2508) 을 최적으로 필터링하고 검출하기 위하여 이용될 수도 있는 예시적인 동기 검출기 (2700) 의 블록도를 도시하고, 여기서, n 은 시간 슬롯 카운터를 나타낸다. 시간 슬롯 n 에서, 동기 검출기 (2700) 는 올바르게 타이밍이 정해질 경우, 그 2 개의 출력들에서, 특정한 감지 코일에 의해 수신된 바와 같은 신호의 복소 전압
Figure pct00330
을 표현할 수도 있는 복소 값의 실수 및 허수 부분 (I- 및 Q-컴포넌트) 을 각각 제공한다.
Figure pct00331
은 또한, 다음에서 페이저로 칭해진다.
복소 신호 표현을 이용하고 완벽한 캐리어 주파수 동기화를 가정하면, 도 27 에서 도시된 바와 같은 동기 검출기 (2700) 의 동작은 다음으로서 표현될 수도 있다:
Figure pct00332
여기서,
Figure pct00333
은 윈도우 함수이고,
Figure pct00334
은 센서 출력들 중의 하나로부터, 예컨대, x-센서 출력
Figure pct00335
으로부터 수신된 바와 같은 입력 전압 신호이고,
Figure pct00336
은 시간 슬롯 동기화 프로세스의 일부로서 동기 검출기 (2700) 의 타이밍을 조절하기 위하여 이용된 시간 오프셋 파라미터이다.
일부 구현예들에서, 윈도우 함수는 출력들
Figure pct00337
에서 신호-대-잡음 비율 (SNR) 을 최대하도록 송신 펄스에 정합된다. 다른 구현예들에서, 윈도우 함수는 다른 기준들, 예컨대, 캐리어 주파수 오프셋 공차, 인접한 채널 억압 등에 대하여 최적화된다.
도 28 은 일부 구현예들에 따라, 3-축 센서 시스템을 위한 TDM 자기장 3-가지 수신기 (2800) 의 부분의 블록도를 도시한다. 블록도는 3 개의 동기 검출기들 (2700a, 2700b, 2700c) (도 27 참조) 을 이용하는 3-가지 수신기 (2800) 를 도시한다. 각각의 동기 검출기 (2700a 내지 2700c) (가지) 는 이하에서 추가로 상세하게 설명된 바와 같이 감지 코일 (612, 614, 616) 의 아날로그 출력 중의 하나에 연관된다. 또한, 도 28 은 각각의 수신기 가지에서의 순차적으로 수신된 페이저들의 프레임 동기화, 시간 슬롯 동기화, 페이저 회전, 및 디멀티플렉싱 (직렬 투 병렬 (serial to parallel) 변환) 을 적어도 수행하는 포스트 프로세싱 유닛 (2802) 을 도시한다. 포스트 프로세싱 유닛 (2802) 은 그것들이 위치 및 방향 발견 유닛 (도 28 에서 도시되지 않음) 에서 위치를 결정하기 위하여 요구될 수도 있을 때에 적어도 3 개의 복소 (직교) 입력들
Figure pct00338
및
Figure pct00339
, 벡터들
Figure pct00340
의 컴포넌트들인 9 개의 스칼라 출력들을 제공한다.
일부 구현예들에서, 포스트 프로세싱 유닛 (2802) 은 도 7c 에 따라 TDM 방식을 가정하여, 모든 수신기 가지들에서 예컨대, 시간 슬롯들
Figure pct00341
에서 수신된 바와 같은 동기화 신호들을 검출한다. 포스트 프로세싱 유닛 (2802) 은 연속 시간 슬롯들에서 수신된 신호들의 올바른 디멀티플렉싱을 위하여 요구되는 프레임 동기화를 확립한다. 그것은 또한, 시간 오프셋을 결정함으로써, 그리고 송신기의 시간 슬롯들을 정합하기 위하여 검출기들의 공통 타이밍 파라미터
Figure pct00342
를 조절함으로써, 시간 슬롯 동기화를 수행한다.
일부 구현예들에서, 포스트 프로세싱 유닛 (2802) 은 도 7c 에 따른 TDM 방식을 가정하여, (예컨대, 시간 슬롯들
Figure pct00343
에서) 수신된 바와 같은 동기화 신호, 및 타이밍 오프셋을 추정하고 시간 슬롯 동기화를 확립하기 위하여 또 다른 시간 슬롯에서 수신된 적어도 하나의 신호를 이용한다.
일부 구현예들에서는, 수학식 (29) 가 유지되고, 수신기는 시간 슬롯 기간
Figure pct00344
을 정밀하게 알고 있다. 또한, 송신-측 및 수신-측 시간 및 주파수 베이스들은 충분히 정확하여, 수신기 가지에서의 연속으로 검출된 페이저들
Figure pct00345
은 상당한 수의 시간 슬롯들 상에서 실질적으로 동일하게 배향된다 (그러나 일반적으로 동일하게 지향되지 않음). 어떤 조건들 하에서, 이것은 또한, 다른 수신기 가지들에서 동시에 검출된 페이저들에 적용될 수도 있어서, 모든 검출된 페이저들은 실질적으로 동일한 배향, 그러나 일반적으로 동일하지 않은 감지를 나타낸다.
그러므로, 수학식들 (22) 내지 (25) 에 따른 일부 구현예들에서, 포스트 프로세싱 유닛 (2802) 은 시간 슬롯들
Figure pct00346
및
Figure pct00347
동안에, 그리고 모든 수신기 가지들에서 검출된 페이저들에 기초하여 페이저 각도
Figure pct00348
를 추정하고, 시간 슬롯들
Figure pct00349
및
Figure pct00350
에서 검출된 모든 페이저들을 실수 축을 향해 각도
Figure pct00351
만큼 회전시키고, 그 출력들에서 벡터 추정치들
Figure pct00352
을 최종적으로 제공하기 위하여 실수 부분을 선택한다. 페이저 회전의 이 프로세스는 또한, 시간 슬롯들
Figure pct00353
및
Figure pct00354
에서 검출된 페이저들을, 시간 슬롯들
Figure pct00355
및
Figure pct00356
에서 수신된 페이저들을 검출하기 위한 위상 기준으로서 이용하는 것으로 고려될 수도 있다. 이것은 상대적인 위상 (극성) 정보를 오직 요구하는 위치결정 접근법과 부합한다.
일부 다른 구현예들에서, 페이저 각도
Figure pct00357
는 예컨대, 공동의 상대적인 극성 검출 및 위상 추정 접근법을 이용하여, 모든 시간 슬롯들에서 그리고 모든 수신기 가지들에서 검출된 바와 같은 모든 페이저들에 의하여 추정된다.
일부 다른 구현예들에서, 송신-측 및 수신-측 시간 및 주파수 베이스들은 실질적인 회전이 연속으로 검출된 페이저들로 귀착되도록 충분히 정확하지 않을 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 포스트 프로세싱 유닛 (2802) 은 추가적으로, 캐리어 주파수 오프셋을 추정하고 정정함으로써 캐리어 주파수 동기화를 수행할 수도 있다. 주파수 오프셋 정정은 검출된 페이저들을 역회전함으로써, 동기 검출기들의 주파수
Figure pct00358
를 조절함으로써, 또는 송신 캐리어 주파수를 조절하기 위하여 주파수 제어 커맨드들을 자기장 위치결정 송신기로 전송함으로써 수행될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 포스트 프로세싱 유닛 (2802) 은 추가적으로, 이용가능한 신호 에너지를 완전히 사용하기 위하여, 그리고 개선된 신호-대-잡음 비율을 갖는 벡터 추정치
Figure pct00359
를 생성하기 위하여, 시간 슬롯들
Figure pct00360
및
Figure pct00361
에서 검출된 출력들을 조합한다. 송신 신호 정의들 (22) 및 (23) 을 가정하면, 조합하는 것은 시간 슬롯
Figure pct00362
에서 검출된 페이저를 90°만큼 회전시킴으로써, 그리고 그것을 시간 슬롯
Figure pct00363
에서 검출된 페이저에 건설적으로 추가함으로써, 그리고 합을 0.5 배만큼 스케일링함으로써 달성될 수도 있다. 조합된 페이저는 개별적인 페이저들과 대략 동일한 크기, 그러나 평균적으로 더 적은 잡음을 가질 것이다. 이 동작은 매 수신기 가지에서 검출된 페이저들에 적용될 수도 있다.
도 29a 및 도 29b 는 완벽한 시간 및 캐리어 주파수 동기화의 경우에 대하여, 그리고 잡음의 부재 시에, 실수 축을 향한 페이저 회전, 페이저 조합, 및 복소 평면들에서의 실수 부분 선택의 프로세스를 추가로 예시한다. 도 29a 는 3-가지 수신기 (2800) 의 x-가지에서 연속 시간 슬롯들
Figure pct00364
및
Figure pct00365
에서 검출된 바와 같은 페이저들 (2902, 2904, 2906, 2908) 의 시퀀스를 도시한다. 도 29b 는 실수 축을 향한 공통 회전 후의 3 개의 관련된 페이저들 (2910, 2912, 2914) 을 도시한다. 파선 화살표는 시간 슬롯
Figure pct00366
및
Figure pct00367
에서 검출된 페이저들의 상대적인 극성들 (감지들) 이 센서 프레임에 대한 생성기 프레임의 위치 및 회전에 따라 일반적으로 상이할 수도 있다는 것을 표시할 것이다.
또 다른 구현예들에서, 이 출원은 또한, 상이한 축 방향들에서의 자기적 모멘트들을 갖는 자기장 비콘 신호들을 생성하기 위한 코드-분할 멀티플렉싱 방식 (CDM) 을 고려한다. 시간-분할 멀티플렉싱 (TDM) 과 반대로, 자기장 비콘 신호들은 상이한 확산 코드들을 이용하여 동시에 (동일한 시간 간격에서) 송신된다. 이에 따라, 생성기 코일들 (602, 604, 606) 에 의해 생성된 교번 자기장뿐만 아니라, 그 자기장에 의해 감지 코일들 (612, 614, 616) 에서 유도된 전압은 적어도, 복수의 비콘 신호들의 제 1 비콘 신호에 의해 야기된 제 1 부분, 복수의 비콘 신호들의 제 2 비콘 신호에 의해 야기된 제 2 부분, 및 복수의 비콘 신호들의 제 3 비콘 신호에 의해 야기된 제 3 부분을 포함한다. 일부 구현예들에서, 당해 분야에서 알려진 직교적 확산 코드들은 수신기에서 x'-, y'-, 및 z'-자기장 비콘 신호들을 구별하기 위하여 이용된다. 직교성을 보존하기 위하여, 이 코드들 신호들은 동기식으로 (예컨대, 시간 오프셋 없이) 송신되어야 할 수도 있다. 확산 코드들, 예컨대, 임의의 시간 오프셋에 대한 비-제로이지만 낮은 교차-상관을 갖는 코드들의 다른 세트들은 수신기에서의 상이한 소스들로부터 나오는 자기장 비콘 신호들, 예컨대, 송신의 방향에 따라 상이한 충전 베이스들 또는 차량들로부터 나오는 신호들을 분리하기 위하여 이용될 수도 있다. 이 코드 신호들은 랜덤 시간 기점들에서 비동기식으로 송신될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 동일한 소스의 자기장 비콘 신호들의 코드-분할 멀티플렉싱을 위하여 이용된 바와 같은 확산 코드들의 길이 (예컨대, 직교적 코드들의 길이) 는 자기장 위치결정 시스템의 위치 데이터 업데이트 주기, 예컨대, 200 ms (초 당 5 위치 업데이트들) 에 대응한다.
자기적 위치결정 수신기는 일단 수신기가 수신된 코드 신호들과 동기화되면, 상관에 의해 수신된 신호들을 검출하기 위한 송신된 확산 코드 신호들의 국부적 복제본들을 이용한다.
일부 구현예들에 따른 3-축 생성기 시스템에서, 확산 코드들은 전형 캐리어 신호 상으로 변조된다. 이 경우, 상이한 코드 시퀀스들과 동시에 송신된 바와 같은 자기장 비콘 신호들을 생성하는 코일 여기 전류들의 세트는 다음과 같이 수학적으로 설명될 수도 있다:
Figure pct00368
여기서,
Figure pct00369
는 코일 전류
Figure pct00370
의 피크 진폭을 나타내고,
Figure pct00371
은 스펙트럼 성형의 목적들을 위한 확산 코드 변조 및 일부 필터링으로부터 기인하는 복소 포락선을 나타낸다. 다른 신호들 y' 및 z' 를 정의하는 양들에 대한 표시들은 이에 따른다.
일부 구현예들에서, 자기장 위치결정 송신기는 추가적으로, 감지 코일로 유도된 전압이 주파수와 함께 선형적으로 증가함에 따라 주파수와 함께 선형적 증가를 보일 수도 있는, 송신 채널의 주파수 응답을 보상하기 위하여 송신 신호들에 대한 사전-강조 (pre-emphasis) 를 적용한다. 사전-강조는 스펙트럼 확산의 분수 대역폭 (fractional bandwidth) 이 높을 경우에 특히 유용할 수도 있다.
자기장 위치결정 수신기는 각각의 감지 코일 (612, 614, 616) 에 의해 수신되고 상이한 확산 코드들을 이용하여 송신된 바와 같은 전압 신호 컴포넌트들의 각각을 필터링하고 검출하기 위한 복수의 상관 검출기들을 이용할 수도 있다. 도 30 은 그것이 예컨대, x-감지 코일 (612) 을 통해 수신될 수도 있을 때에 신호
Figure pct00372
를 검출하기 위한 예시적인 상관 검출기 (3000) 의 블록도를 도시한다. 그것은 송신 파형들의 공액 복소수를 국부적 복제본들로서 이용한다. 상관 검출기 (3000) 는 다운-변환 및 역-화산 (de-spreading) 을 위한 직교 혼합기 및 제 1 및 제 2 적분기들 (3006, 3008) 을 각각 포함한다. 직교 혼합기는 I-컴포넌트를 제공하기 위하여 입력 신호를 복소 국부적 복제본의 실수 부분과 승산하도록 구성된 제 1 혼합기 (3002), 및 Q-컴포넌트를 제공하기 위하여 입력 신호를 복소 국부적 복제본의 허수 부분과 승산하도록 구성된 제 2 혼합기 (3004) 를 포함한다. 제 1 및 제 2 혼합기들 (3002, 3004) 의 출력들은 제 1 및 제 2 적분기들 (3006, 3008) 로 각각 입력된다. 양자의 적분기들 (3006, 3008) 은 기저대역 신호를 필터 임펄스 응답 (윈도우 함수) 에서 가중화함으로써 FIR 저역 통과 필터와 동일한 기능을 수행한다. 적분은 위치 업데이트 주기 또는 그 임의의 분수와 대응하는 시간 주기
Figure pct00373
상에서 수행될 수도 있다. 일부 구현예들에서,
Figure pct00374
은 코드 시퀀스, 예컨대 ,직교적 코드 시퀀스들의 세트의 반복 주기와 대응할 수도 있다. 상관 검출기 (3000) 는, 코드 동기일 경우, 감지 코일에 의해 수신된 신호의 복소 전압
Figure pct00375
Figure pct00376
을 표현할 수도 있는 복소 값들 (페이저들) 을 출력하고, 여기서, n 은 검출 시간 간격 카운터이다.
도 31 은 일부 구현예들에 따라, 3-축 센서 시스템을 위한 CDM 자기장 위치결정 3-가지 수신기 (3100) 의 부분의 블록도를 도시한다. 블록도는 산재된 박스들로 표시된 바와 같은 x-, y-, z-검출기 서브-뱅크들 (가지들) 로 그룹화된, 상관 검출기들 (3000) 의 뱅크 (3104) (도 30 참조) 를 이용하는 3-가지 수신기 (3100) 를 도시한다. 각각의 서브-뱅크 (가지) 는 감지 코일 (612, 614, 616) 의 아날로그 출력 (vx(t), vy(t), vz(t)) 중의 하나에 연관된다. 도 31 은 각각의 수신기 가지에서 코드 동기화 및 순차적으로 수신된 페이저들의 페이저 회전을 적어도 수행하는 포스트-프로세싱 유닛 (3102) 을 도시한다. 포스트-프로세싱 유닛 (3102) 은 입력들에 대하여, 상관 검출기들의 모든 복소 (직교) 출력들을 가진다. 포스트-프로세싱 유닛은 그것들이 위치 및 방향 발견 유닛 (도 31 에서 도시되지 않음) 에서 위치를 결정하기 위하여 사용될 수도 있을 때, 출력들에 대하여, 벡터들
Figure pct00377
의 위상 정정된 컴포넌트들을 생성한다.
일부 구현예들에서, 포스트 프로세싱 유닛 (3102) 은 모든 수신기 가지들에서 수신된 바와 같은 모든 CDM 신호들과의 코드 동기화를 확립하고, 시간 오프셋을 결정함으로써, 그리고 송신된 코드 시퀀스들을 정합하기 위하여 상관 검출기들 (3000) 의 공통 타이밍 파라미터
Figure pct00378
를 조절함으로써 코드 동기화 추적을 수행한다.
일부 구현예들에서, 송신-측 및 수신-측 시간 및 주파수 베이스들은 충분히 정확하여, 모든 수신기 가지들에서의 연속으로 검출된 페이저들
Figure pct00379
은 상당한 수의 시간 슬롯들 상에서 실질적으로 동일하게 배향된다 (그러나 일반적으로 동일하게 지향되지 않음). 그러므로, 수학식들 (31) 내지 (33) 에 따른 일부 구현예들에서, 포스트 프로세싱 유닛은 검출된 페이저들에 기초하여, 예컨대, 확산 코드 변조
Figure pct00380
와 함께 송신되고 모든 감지 코일들 (612, 614, 616) 에 의해 감지된 바와 같은 x'-자기장의 모든 수신 신호 컴포넌트들에 기초하여 페이저 각도
Figure pct00381
를 추정한다. 포스트 프로세싱 유닛 (3102) 은 모든 수신기 가지들에서의 모든 상관 검출기들 (3000) 에 의해 검출된 모든 페이저들을 실수 축을 향해 각도
Figure pct00382
만큼 회전시키고, 그 출력들에서 벡터 추정치들
Figure pct00383
을 최종적으로 제공하기 위하여 실수 부분을 선택한다. 페이저 회전의 이 프로세스는 또한, 확산 코드 변조
Figure pct00384
와 함께 송신된 신호들의 검출된 페이저들을, 확산 코드 변조
Figure pct00385
및
Figure pct00386
와 함께 송신된 신호들의 페이저들을 검출하기 위한 위상 기준으로서 이용하는 것으로서 고려될 수도 있다. 이것은 상대적인 위상 (극성) 정보를 오직 요구하는 위치결정 접근법과 부합한다.
일부 다른 구현예들에서, 페이저 각도
Figure pct00387
의 추정치는 예컨대, 공동의 상대적인 극성 검출 및 위상 추정 접근법을 이용하여, 상이한 확산 코드들과 함께 송신되고 모든 수신기 가지들에서 수신된 바와 같은 모든 신호들의 모든 검출된 페이저들에 의하여 결정된다.
일부 다른 구현예들에서, 송신-측 및 수신-측 시간 및 주파수 베이스들은 실질적인 회전이 연속으로 검출된 페이저들로 귀착되도록 충분히 정확하지 않을 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 포스트 프로세싱 유닛 (3102) 은 추가적으로, 캐리어 주파수 오프셋을 추정하고 정정함으로써 캐리어 주파수 동기화를 수행할 수도 있다. 주파수 오프셋 정정은 검출된 페이저들을 역회전함으로써, 동기 검출기들의 주파수
Figure pct00388
를 조절함으로써, 또는 송신 캐리어 주파수를 조절하기 위하여 주파수 제어 커맨드들을 자기장 위치결정 송신기로 전송함으로써 수행될 수도 있다.
도 32a 및 도 32b 는 완벽한 시간 및 캐리어 주파수 동기화의 경우에 대하여, 그리고 잡음의 부재 시에, 실수 축을 향한 페이저 회전 및 복소 평면들에서의 실수 부분 선택의 프로세스를 추가로 예시한다. 도 32a 는 3-가지 수신기 (3100) 의 x-가지에서 상이한 코드 신호들
Figure pct00389
및
Figure pct00390
상에서 검출된 바와 같은 페이저들 ( 3202, 3204, 3206) 을 도시한다. 도 32b 는 실수 축을 향한 공통 회전 후의 페이저들 (3210, 3212, 3214) 을 도시한다. 파선 화살표는 코드 신호들
Figure pct00391
및
Figure pct00392
상에서 검출된 바와 같은 페이저들의 상대적인 극성들 (감지들) 이 센서 프레임에 대한 생성기 프레임의 위치 및 회전에 따라 일반적으로 상이할 수도 있다는 것을 표시할 것이다.
3-축 생성기/3-축 센서 시스템에 대하여 설명된 상기 방법들 및 시스템은, 이에 따라 수정될 경우, 2-축 생성기/3-축 센서에, 또는 3-축 생성기/2-축 센서 시스템에, 또는 적어도 2 개의 상이한 자기장들을 송신하는 임의의 다른 시스템에 또한 적용할 수도 있다.
도 33 은 일부 구현예들에 따라, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법을 도시하는 플로우차트 (3300) 이다. 플로우차트 (3300) 는 적어도 도 4 내지 32 를 참조하여 이전에 설명된 TDM 방법에 대응하고, 자기적 벡터링 필드 센서에 대응할 수도 있다. 플로우차트 (3300) 는 특정한 순서를 참조하여 본원에서 설명되어 있지만, 다양한 구현예들에서, 본원에서의 블록들은 상이한 순서로 수행될 수도 있거나 생략될 수도 있고, 추가적인 블록들이 추가될 수도 있다.
블록 (3302) 은 복수의 감지 코일들의 각각에 의해, 복수의 파 펄스들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 전압 신호를 생성하는 것을 포함하고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생한다. 예를 들어, 적어도 도 6 과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 복수의 감지 코일들 (612, 614, 616) 은 복수의 파 펄스들 (예컨대, 제 1 파 펄스 (2502), 제 2 파 펄스 (2504), 제 3 파 펄스 (2506), 및 제 4 파 펄스 (2508)) (도 25 내지 도 29b 참조) 의 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 전압 신호를 생성하도록 각각 구성될 수도 있고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯 (782a, 784a, 786a) (도 7c 참조) 에서 발생한다.
블록 (3304) 은 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 전압 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 적어도 도 4 내지 도 32 와 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 포스트 프로세싱 유닛 (2802) (도 28 참조) 으로부터의 다운스트림의, 및/또는 포스트 프로세싱 유닛 (2802) 을 포함하는 프로세서 또는 제어기는 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 전압 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하도록 구성될 수도 있다.
도 34 는 일부 구현예들에 따라, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법을 도시하는 플로우차트 (3400) 이다. 플로우차트 (3400) 는 이전에 설명된 TDM 방법들에 대응한다. 플로우차트 (3400) 는 도 4 내지 도 32 를 참조하여 본원에서 설명되어 있고, 자기적 벡터링 필드 생성기에 대응할 수도 있다. 플로우차트 (3400) 는 특정한 순서를 참조하여 본원에서 설명되어 있지만, 다양한 구현예들에서, 본원에서의 블록들은 상이한 순서로 수행될 수도 있거나 생략될 수도 있고, 추가적인 블록들이 추가될 수도 있다.
블록 (3402) 은 적어도 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성하는 것을 포함하고, 각각은 복수의 파 펄스들의 적어도 하나의 개개의 파 펄스 중의 하나를 포함하고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생한다. 예를 들어, 적어도 도 6 과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 구동기 회로는 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성할 수도 있고, 각각은 복수의 파 펄스들 (2502, 2504, 2506, 2508) (도 25 내지 도 29b 참조) 의 적어도 하나의 개개의 파 펄스 중의 하나를 포함하고, 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯 (782a, 784a, 786a) (도 7c 참조) 에서 발생한다.
블록 (3404) 은 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호의 개개의 하나로 복수의 코일들의 각각의 코일을 구동함으로써 교번 자기장을 생성하는 것을 포함한다. 예를 들어, 적어도 도 6 과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 교번 자기장은 제 1 신호 (예컨대, 파 펄스들 (2502 및 2504)) 로 코일 (602) 을 구동함으로써, 제 2 신호 (예컨대, 파 펄스 (2506)) 로 코일 (604) 을 구동함으로써, 그리고 제 3 신호 (예컨대, 파 펄스 (2508)) 로 코일 (606) 을 구동함으로써 생성될 수도 있다. 코일들 (602, 604, 606) 이 파 펄스들 (2502, 2504, 2506, 2508) 로 구동될 경우, 파 펄스들 (2502 및 2504) 은 제 1 시간 슬롯 (예컨대, 도 7c 의 시간 슬롯 (782a)) 에서 발생할 수도 있고, 파 펄스 (2506) 는 제 2 시간 슬롯 (예컨대, 도 7c 의 시간 슬롯 (784a)) 에서 발생할 수도 있고, 파 펄스 (2508) 는 제 3 시간 슬롯 (예컨대, 도 7c 의 시간 슬롯 (786a)) 에서 발생할 수도 있다. 이에 따라, 코일들 (602, 604, 606) 의 각각은 그 개개의 시간 슬롯들 동안에 교번 자기장을 생성하는 것에 기여할 수도 있다.
도 35 는 일부 구현예들에 따라, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법을 도시하는 플로우차트 (3500) 이다. 플로우차트 (3500) 는 적어도 도 4 내지 32 를 참조하여 이전에 설명된 CDM 방법에 대응하고, 자기적 벡터링 필드 센서에 대응할 수도 있다. 플로우차트 (3500) 는 특정한 순서를 참조하여 본원에서 설명되어 있지만, 다양한 구현예들에서, 본원에서의 블록들은 상이한 순서로 수행될 수도 있거나 생략될 수도 있고, 추가적인 블록들이 추가될 수도 있다.
블록 (3502) 은 복수의 감지 코일들의 각각에 의해, 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 전압 신호를 생성하는 것을 포함하고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조된다. 예를 들어, 적어도 도 6 과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 복수의 감지 코일들 (612, 614, 616) 은 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 전압 신호를 생성하도록 각각 구성될 수도 있고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드 (예컨대, cx'(t), cy'(t), cz'(t)) (도 30 내지 도 32b 참조) 로 변조될 수도 있다.
블록 (3504) 은 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 전압 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 적어도 도 4 내지 도 32 와 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 포스트 프로세싱 유닛 (3102) (도 31 참조) 으로부터의 다운스트림의, 및/또는 포스트 프로세싱 유닛 (3102) 을 포함하는 프로세서 또는 제어기는 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 개개의 전압 신호에 기초하여 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하도록 구성될 수도 있다.
도 36 은 일부 구현예들에 따라, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법을 도시하는 플로우차트 (3600) 이다. 플로우차트 (3600) 는 이전에 설명된 CDM 방법들에 대응한다. 플로우차트 (3600) 는 도 4 내지 도 32 를 참조하여 본원에서 설명되어 있고, 자기적 벡터링 필드 생성기에 대응할 수도 있다. 플로우차트 (3600) 는 특정한 순서를 참조하여 본원에서 설명되어 있지만, 다양한 구현예들에서, 본원에서의 블록들은 상이한 순서로 수행될 수도 있거나 생략될 수도 있고, 추가적인 블록들이 추가될 수도 있다.
블록 (3602) 은 적어도 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성하는 것을 포함하고, 각각은 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들의 개개의 비콘 신호를 포함하고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조된다. 예를 들어, 적어도 도 6 과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 구동기 회로는 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호를 생성할 수도 있고, 각각은 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들의 개개의 비콘 신호를 포함할 수도 있고, 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드 (예컨대, cx'(t), cy'(t), cz'(t)) (도 30 내지 도 32b 참조) 로 변조될 수도 있다.
블록 (3604) 은 제 1 신호, 제 2 신호, 및 제 3 신호의 개개의 하나로 복수의 코일들의 각각의 코일을 구동함으로써 교번 자기장을 생성하는 것을 포함한다. 예를 들어, 적어도 도 6 과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 교번 자기장은 제 1 신호 (예컨대, 확산 코드 cx'(t) 로 변조된 비콘 신호) 로 코일 (602) 을 구동함으로써, 제 2 신호 (예컨대, 확산 코드 cy'(t) 로 변조된 비콘 신호) 로 코일 (604) 을 구동함으로써, 그리고 제 3 신호 (예컨대, 확산 코드 cz'(t) 로 변조된 비콘 신호) 로 코일 (606) 을 구동함으로써 생성될 수도 있다. 코일들 (602, 604, 606) 이 개개의 비콘 신호들로 구동될 경우, 각각은 고유한 확산 코드들 cx'(t), cy'(t), 및 cz'(t) 중의 하나로 변조되고, 모든 비콘 신호들은 동시에 송신될 수도 있다.
위에서 설명된 방법들의 다양한 동작들은 다양한 하드웨어 및/또는 소프트웨어 컴포넌트 (들), 회로들, 및/또는 모듈 (들) 과 같이, 동작들을 수행할 수 있는 임의의 적당한 수단에 의해 수행될 수도 있다. 일반적으로, 도면들에서 예시된 임의의 동작들은 동작들을 수행할 수 있는 대응하는 기능적 수단에 의해 수행될 수도 있다.
정보 및 신호들은 다양한 상이한 기술들 및 기법들 중의 임의의 것을 이용하여 표현될 수도 있다. 예를 들어, 상기 설명의 전반에 걸쳐 참조될 수도 있는 데이터, 명령들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 입자들, 광학 필드들 또는 입자들, 또는 그 임의의 조합에 의해 표현될 수도 있다.
본원에서 개시된 구현예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리적 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양자의 조합들로서 구현될 수도 있다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이 교환가능성을 명확하게 예시하기 위하여, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들은 일반적으로 그 기능성의 측면에서 위에서 설명되었다. 이러한 기능성이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 특정한 애플리케이션과, 전체적인 시스템에 부과된 설계 제약들에 종속된다. 설명된 기능성은 각각의 특정한 애플리케이션을 위한 다양한 방법들로 구현될 수도 있지만, 이러한 구현 판정들은 구현예들의 범위로부터의 이탈을 야기시키는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본원에서 개시된 구현예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 블록들, 모듈들, 및 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (Digital Signal Processor; DSP), 애플리케이션 특정 집적 회로 (Application Specific Integrated Circuit; ASIC), 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이 (Field Programmable Gate Array; FPGA) 또는 다른 프로그래밍가능한 로직 디바이스, 개별 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본원에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 그 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수도 있다. 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안적으로, 프로세서는 임의의 기존의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신 (state machine) 일 수도 있다. 프로세서는 또한, 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예컨대, DSP 및 마이크로프로세서, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 함께 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성의 조합으로서 구현될 수도 있다.
본원에서 개시된 구현예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들 및 기능들은 하드웨어로, 프로세서에 의해 실행된 소프트웨어 모듈로, 또는 이 둘의 조합으로 직접 구체화될 수도 있다. 소프트웨어로 구현될 경우, 기능들은 유형의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 상에서 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장될 수도 있거나 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 송신될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 플래시 메모리, 판독 전용 메모리 (ROM), 전기적 프로그래밍가능한 ROM (EPROM), 전기적 소거가능 프로그래밍가능한 ROM (EEPROM), 레지스터들, 하드 디스크, 분리가능한 디스크, CD-ROM, 또는 당해 분야에서 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 저장 매체는, 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 정보를 저장 매체에 기록할 수 있도록 프로세서에 커플링된다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 일체적일 수도 있다. 본원에서 이용된 바와 같은 디스크 (disk) 및 디스크 (disc) 는 컴팩트 디스크 (compact disc; CD), 레이저 디스크 (laser disc), 광학 디스크 (optical disc), 디지털 다기능 디스크 (digital versatile disc; DVD), 플로피 디스크 (floppy disk) 및 블루레이 디스크 (blu-ray disc) 를 포함하고, 여기서, 디스크 (disk) 들은 통상 데이터를 자기적으로 재생하는 반면, 디스크 (disc) 들은 데이터를 레이저로 광학적으로 재생한다. 상기의 조합들은 또한 컴퓨터 판독가능 매체들의 범위 내에 포함되어야 한다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC 내에 상주할 수도 있다.
개시물을 요약하기 위하여, 어떤 양태들, 장점들, 및 신규한 특징들이 본원에서 설명되었다. 이러한 모든 장점들이 임의의 특정한 구현예들에 따라 반드시 달성되지는 않을 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 이에 따라, 하나 이상의 구현예들은 본원에서 교시되거나 제안될 수도 있는 바와 같은 다른 장점들을 반드시 달성하지 않고도, 본원에서 교시된 바와 같은 하나의 장점 또는 장점들의 그룹을 달성하거나 최적화한다.
상기 설명된 구현예들의 다양한 변형들은 용이하게 명백할 것이고, 본원에서 정의된 일반적인 원리들은 출원의 사상 또는 범위로부터 이탈하지 않으면서 다른 구현예들에 적용될 수도 있다. 이에 따라, 본 출원은 본원에서 도시된 구현예들에 제한되도록 의도된 것이 아니라, 본원에서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 가장 넓은 범위를 따르도록 하기 위한 것이다.

Claims (30)

  1. 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치로서,
    복수의 감지 코일들로서, 상기 복수의 감지 코일들의 각각은 복수의 파 펄스들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 복수의 파 펄스들의 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생하는, 상기 복수의 감지 코일들; 및
    상기 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 상기 개개의 신호에 기초하여 상기 무선 전력 수신기로부터의 상기 무선 전력 송신기의 상기 상대적인 위치를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들은 적어도 2-축 센서를 제공하기 위하여 서로에 대해 직교적으로 배향된 적어도 제 1 감지 코일 및 제 2 감지 코일을 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들은 조합하여 적어도 2-축 센서를 제공하도록 구성된 적어도 3 개의 공통-평면형 감지 코일들을 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 파 펄스들의 각각의 파 펄스는 공통 캐리어 주파수를 가지는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 1 파 펄스는 상기 복수의 파 펄스들의 각각의 뒤따르는 파 펄스에 대한 미리 결정된 위상 시프트를 가지는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들의 각각에 의해 생성된 상기 개개의 신호는 적어도,
    상기 복수의 시간 슬롯들의 제 1 시간 슬롯에서 발생하는 상기 복수의 파 펄스들의 제 1 파 펄스에 의해 야기된 제 1 부분;
    상기 복수의 시간 슬롯들의 제 2 시간 슬롯에서 발생하는 상기 복수의 파 펄스들의 제 2 파 펄스에 의해 야기된 제 2 부분; 및
    상기 복수의 시간 슬롯들의 제 3 시간 슬롯에서 발생하는 상기 복수의 파 펄스들의 제 3 파 펄스에 의해 야기된 제 3 부분을 포함하고; 그리고
    상기 프로세서는 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이의 상대적인 위상 각도를 추정하도록 구성되는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이의 상기 상대적인 위상 각도의 함수인 양만큼 검출 시간 인스턴트를 시프트함으로써, 상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 3 부분 사이에서 시간 도메인에서의 상대적인 위상 동기화를 확립하도록 구성되는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 상대적인 위상 각도만큼 상기 제 2 부분 및 상기 제 3 부분의 위상 각도를 시프트함으로써, 상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 3 부분 사이에서 주파수 도메인에서의 상대적인 위상 동기화를 확립하도록 추가로 구성되는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  9. 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법으로서,
    복수의 감지 코일들의 각각에 의해, 복수의 파 펄스들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 신호를 생성하는 단계로서, 상기 복수의 파 펄스들의 각각의 파 펄스는 복수의 시간 슬롯들의 개개의 시간 슬롯에서 발생하는, 상기 개개의 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 상기 개개의 신호에 기초하여 상기 무선 전력 수신기로부터의 상기 무선 전력 송신기의 상기 상대적인 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들은 적어도 2-축 센서를 제공하기 위하여 서로에 대해 직교적으로 배향된 적어도 제 1 감지 코일 및 제 2 감지 코일을 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들은 조합하여 적어도 2-축 센서를 제공하도록 구성된 적어도 3 개의 공통-평면형 감지 코일들을 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 파 펄스들의 각각의 파 펄스는 공통 캐리어 주파수를 가지는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    제 1 파 펄스는 상기 복수의 파 펄스들의 각각의 뒤따르는 파 펄스에 대한 미리 결정된 위상 시프트를 가지는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들의 각각에 의해 생성된 상기 개개의 신호는 적어도,
    상기 복수의 시간 슬롯들의 제 1 시간 슬롯에서 발생하는 상기 복수의 파 펄스들의 제 1 파 펄스에 의해 야기된 제 1 부분;
    상기 복수의 시간 슬롯들의 제 2 시간 슬롯에서 발생하는 상기 복수의 파 펄스들의 제 2 파 펄스에 의해 야기된 제 2 부분; 및
    상기 복수의 시간 슬롯들의 제 3 시간 슬롯에서 발생하는 상기 복수의 파 펄스들의 제 3 파 펄스에 의해 야기된 제 3 부분을 포함하고; 그리고
    상기 방법은 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이의 상대적인 위상 각도를 추정하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이의 상기 상대적인 위상 각도의 함수인 양만큼 검출 시간 인스턴트를 시프트함으로써, 상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 3 부분 사이에서 시간 도메인에서의 상대적인 위상 동기화를 확립하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 상대적인 위상 각도만큼 상기 제 2 부분 및 상기 제 3 부분의 위상 각도를 시프트함으로써, 상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 3 부분 사이에서 주파수 도메인에서의 상대적인 위상 동기화를 확립하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  17. 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치로서,
    복수의 감지 코일들로서, 상기 복수의 감지 코일들의 각각은 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 복수의 비콘 신호들의 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조되는, 상기 복수의 감지 코일들; 및
    상기 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 상기 개개의 신호에 기초하여 상기 무선 전력 수신기로부터의 상기 무선 전력 송신기의 상기 상대적인 위치를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들은 적어도 2-축 센서를 제공하기 위하여 서로에 대해 직교적으로 배향된 적어도 제 1 감지 코일 및 제 2 감지 코일을 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들은 조합하여 적어도 2-축 센서를 제공하도록 구성된 적어도 3 개의 공통-평면형 감지 코일들을 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 신호들의 각각의 비콘 신호는 공통 캐리어 주파수를 가지는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들의 각각에 의해 생성된 상기 개개의 신호는 적어도,
    상기 복수의 비콘 신호들의 제 1 비콘 신호에 의해 야기된 제 1 부분;
    상기 복수의 비콘 신호들의 제 2 비콘 신호에 의해 야기된 제 2 부분; 및
    상기 복수의 비콘 신호들의 제 3 비콘 신호에 의해 야기된 제 3 부분을 포함하고; 그리고
    상기 프로세서는 상기 제 1 부분의 상대적인 위상 각도를 추정하도록 구성되는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이의 상기 상대적인 위상 각도의 함수인 양만큼 검출 시간 인스턴트를 시프트함으로써, 상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 3 부분 사이에서 시간 도메인에서의 상대적인 위상 동기화를 확립하도록 구성되는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 상대적인 위상 각도만큼 상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 3 부분의 각각의 위상 각도를 시프트함으로써, 상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 3 부분 사이에서 주파수 도메인에서의 상대적인 위상 동기화를 확립하도록 추가로 구성되는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 장치.
  24. 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법으로서,
    복수의 감지 코일들의 각각에 의해, 동시에 발생하는 복수의 비콘 신호들을 포함하는 교번 자기장의 영향 하에서 개개의 신호를 생성하는 단계로서, 상기 복수의 비콘 신호들의 각각의 비콘 신호는 고유한 확산 코드로 변조되는, 상기 개개의 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 감지 코일들의 각각으로부터의 상기 개개의 신호에 기초하여 상기 무선 전력 수신기로부터의 상기 무선 전력 송신기의 상기 상대적인 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들은 적어도 2-축 센서를 제공하기 위하여 서로에 대해 직교적으로 배향된 적어도 제 1 감지 코일 및 제 2 감지 코일을 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들은 조합하여 적어도 2-축 센서를 제공하도록 구성된 적어도 3 개의 공통-평면형 감지 코일들을 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 신호들의 각각의 비콘 신호는 공통 캐리어 주파수를 가지는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 감지 코일들의 각각에 의해 생성된 상기 개개의 신호는 적어도,
    상기 복수의 비콘 신호들의 제 1 비콘 신호에 의해 야기된 제 1 부분;
    상기 복수의 비콘 신호들의 제 2 비콘 신호에 의해 야기된 제 2 부분; 및
    상기 복수의 비콘 신호들의 제 3 비콘 신호에 의해 야기된 제 3 부분을 포함하고; 그리고
    상기 방법은 상기 제 1 부분의 상대적인 위상 각도를 추정하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이의 상기 상대적인 위상 각도의 함수인 양만큼 검출 시간 인스턴트를 시프트함으로써, 상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 3 부분 사이에서 시간 도메인에서의 상대적인 위상 동기화를 확립하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 상대적인 위상 각도만큼 상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 3 부분의 각각의 위상 각도를 시프트함으로써, 상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 3 부분 사이에서 주파수 도메인에서의 상대적인 위상 동기화를 확립하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 무선 전력 송신기의 상대적인 위치를 결정하기 위한 방법.
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