ビームを形成するための方法及び装置
アンテナ配列のビームを形成するためのデバイス。デバイスは、複数の空間的に分散された素子を有するアンテナ配列と、第１及び第２の状態の間で素子を選択的に切り換えるためのプロセッサであって、第１の状態では、素子が着信信号を受信するように構成されるプロセッサと、アンテナ配列と作動的に関連付けられ、かつ基準信号を生成し、混合信号を生成するために着信信号を修正された基準信号と混合し、かつ累積信号を生成するために所定の期間にわたって混合信号を合計するためにプロセッサと作動的に関連付けられた受信機であって、基準信号が、累積信号がアンテナ配列のビームの方向及び大きさを示すことができるように受信信号と混合される前に修正される受信機とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、位置決めシステムに関し、特に、位置決め信号を受信するためのサブシステムに関する。
【０００２】
本発明は、多経路環境で位置決め信号を受信するためのビームを形成するために主に開発され、本出願に関連して以下に説明する。しかし、本発明は、この特定の使用分野に制限されないことは認められるであろう。
【背景技術】
【０００３】
本明細書全体を通した従来技術のいずれの説明も、これらの従来技術が広く公知であるか又は当分野における共通の一般的な知識の一部を形成することの承認として決して考えるべきではない。
【０００４】
当業技術で公知のように、位置決め技術は、一般的に、信号ソースから受信側デバイスまで信号が行き来するのにかかる時間を測定することによって機能する。殆どの従来技術の用途では、この測定は、信号が送信された時間と、同じ信号を受信した時間とを比較することによって行われる。ＧＰＳのような一般的な位置決めシステムは、３つ又はそれよりも多くのこのような信号を使用し、三辺測量を使用して物体の位置を計算する。測定計算が時間依存であるので、ソース及び受信機の時計が適正に同期することを保証するために、第４の信号が一般的に必要とされる。
【０００５】
多経路とは、位置決め信号が壁及び家具のような他の物体から反射される現象を指している。これは、特に、室内のような閉鎖された環境でよく見られるが、都市のような建物密集地域では大きな問題でもある。簡単に言えば、反射された信号は、ソースから受信機まで行き来するのに長い時間を消費し、従って、測定の精度に影響を与える。また、受信機は、同じソースから発生して異なるタイミング情報を有する矛盾する信号を見る。一部の最新の受信機は、位置判断に使用する最も適切な信号を判断する試みで選択アルゴリズムを使用する。しかし、受信機は、一般的に、いずれの高い精度に対しても正しい位置決め信号から多経路信号を区別することができない。
【０００６】
同じく当業技術で公知であるのは、ビームを誘導するために個々に制御することができるいくつかのアンテナ素子から構成される位相配列である。一般的な位相配列では、各素子で受信した信号は、個々に位相及び利得操作され、必要なビームの方向に依存して正確な操作が要求される。得られた各素子からの位相及び利得操作された信号は、次に、ビームの望ましい方向を取得するために合計される。
【０００７】
今日、使用されている位相配列アンテナには以下の３つの主な形式がある。
ａ）固定ビーム形成、
ｂ）連続ビーム形成、及び
ｃ）同時ビーム形成。
【０００８】
固定ビーム形成アンテナ配列は、素子間の固定位相関係を有し、単一の方向にそのビームを誘導することができるのみである。ビームの方向が固定されているので、このタイプのアンテナは、ＧＰＳ用途における衛星のような位置決めシステムの移動信号ソースを追跡するために個々に使用することができない。固定ビーム形成アンテナは、ビームを送信ソースに向けるために何らかの機械的手段と共に使用する必要がある。機械的機器の長期使用に関連付けられる信頼性の問題を除いて、この機械的な動きは、ビームが指す方向によって調整する必要がある。これは、潜在的な誤差の付加的な原因を加える。
【０００９】
連続ビーム形成位相配列アンテナは、各素子に取り付けられた個別の位相及び利得回路を使用し、複数の方向に連続的にビームを形成する。個別の回路が、各素子を個別に制御すべきであるので必要とされる。従って、各素子は、移相器、可変利得増幅器、及び関連の制御信号のような一連のその独自の電子機器へのアクセスを持たなくてはならない。必要な個別の回路の全てに対して生じる付加的なコスト、及び必要な精度によってこの回路を制御する際にもたらされる問題以外に、この方法は、一度に単一のビームを向けることができるだけであるので、位置決めシステムで使用される時に大幅に制約される。上述のように、ＧＰＳのような位置決めシステムは、少なくとも３つの信号の追跡を必要とし、最も正確な結果を得るためには、これらの信号を同時に追跡する必要がある。連続ビーム形成位相配列は、従って、同時に１つよりも多い信号を追跡することができないので、位置決めシステムにおける使用には適していない。
【００１０】
同時ビーム形成位相配列アンテナも広く使用されている。従来の同時ビーム形成アンテナは、複数の方向に同時にビームを形成する複雑な回路を備えた素子の大きな配列を使用する。これらの配列は、各素子に対するＲＦフロントエンド及びアナログ−デジタル変換器、及び素子信号の全てを互いに結合するためのベースバンドのデジタル論理の非常に複雑な配列を必要とする。このような配列のサイズ、電力消費、及びコストは、例えば軍事用途における典型的に数百の素子を使用する非常に大きな設置にその使用を制限している。これらのシステムのサイズ、複雑さ、電力消費、及びコストは、位置決めシステムでのこれらのシステムの使用を不適切なものにしているのは明らかである。
【００１１】
更に、干渉技術を使用する位置決めシステムでは、従来の同時ビーム形成アンテナ配列の大規模な並行処理によってもたらされるいずれのラインバイアス又はグループ遅延も許容できない。これらの誤差の全ては、センチメートル位置決め精度を達成するためには、システムから推定して較正すべきである。これは、これらのバイアスが回路温度、電圧、及び構成要素の公差と共に変化することになるので、重要な問題である。ここでもまた、これは、従来の同時ビーム形成アンテナ配列を高精度位置決めシステムでの使用に不適切なものにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来技術の欠点の少なくとも１つを克服又は改善するか、又は有用な代替物を提供することが本発明の目的である。
【００１３】
複数のビームを同時に作成することが、本発明の更に別の目的である。
【００１４】
複数のビームを同時に形成するために単一のＲＦフロントエンドを使用することが、本発明の更に別の目的である。
【００１５】
比較的大きな数の素子（一般的に３２より多い素子）を使用して比較的狭いビームを形成し、一方で電子的な複雑さを最小にすることが、本発明の更に別の目的である。
【００１６】
電力消費、コスト、及び複雑さを低減するために標準的な位置決め受信機構成要素／論理ブロックを再使用することが、本発明の更に別の目的である。
【００１７】
位置決めシステムに対して比較的大きな数の素子（一般的には３２より多くの素子）を使用して異なる方向に複数のビームを同時に形成し、一方で複雑な回路及び較正に対する必要性を不要にする方法を提供することが、本発明の更に別の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の態様により、アンテナ配列のビームを形成するためのデバイスを提供し、デバイスは、複数の空間的に分散された素子を有するアンテナ配列と、第１及び第２の状態の間で素子を選択的に切り換えるためのプロセッサであって、第１の状態では、素子が着信信号を受信するように構成されるプロセッサと、アンテナ配列と作動的に関連付けられ、かつ基準信号を生成し、混合信号を生成するために着信信号を修正された基準信号と混合し、かつ累積信号を生成するために所定の期間にわたって混合信号を合計するためにプロセッサと作動的に関連付けられた受信機であって、基準信号が、累積信号がアンテナ配列のビームの方向及び大きさを示すことができるように受信信号と混合される前に修正される受信機とを含む。
【００１９】
好ましくは、受信機は、相関器を有する少なくとも１つの受信チャンネルを含み、アンテナ配列との作動的関連付けは、相関器によって提供される。アンテナ配列と相関器間の作動的関連付けは、第１の状態に切り換えられる素子に実質的に同期して基準信号の位相及び／又は利得を選択的に操作することによって提供されることが好ましい。位相及び／又は利得の操作は、基準信号に位相及び／又は利得オフセットをそれぞれ適用することによって達成されるのが好ましく、位相及び／又は利得オフセットの値は、第１の状態に切り換えられる素子の１つに基づいて判断される。
【００２０】
好ましくは、相関器は、搬送波数値制御発振器（ＮＣＯ）を含み、基準信号は、搬送波ＮＣＯにおいて合成される。
【００２１】
位相及び／又は利得オフセットの値は、一実施形態では、リアルタイムでプロセッサによって判断される。代替的に、位相及び／又は利得オフセットの値は、プロセッサによってアクセス可能なデータベースに記憶された所定の値を検索することによって判断される。
【００２２】
第１の状態では、素子がアクティブであり、第２の状態では、素子が非アクティブであることが好ましい。素子は、所定のシーケンスで第１及び第２の状態間で切り換えられることが好ましい。所定のシーケンスは、１つ又はそれよりも多くの素子が第１の状態に切り換えられることを選択的に排除することが好ましい。
【００２３】
アンテナ配列の構成は、積分期間の持続時間全体にわたって１つ又はそれよりも多くの素子を第２の状態に切り換えることによって動的に調節可能であることが好ましい。
【００２４】
素子は、小積分期間にわたって第１の状態に切り換えられるのが好ましく、小積分期間は、所定の積分期間よりも短い。
【００２５】
所定の積分期間は、複数のビーム形成スロット（Ｂ−スロット）を含むことが好ましい。素子は、Ｂスロットの持続時間全体にわたって第１の状態に切り換えられることが好ましい。
【００２６】
一実施形態では、各Ｂスロットは、着信信号を記憶するためにそれぞれの累積器にアクセスするように構成され、各それぞれの累積器は、混合信号を生成するために修正された基準信号と混合される。
【００２７】
積分期間内の各Ｂスロットは、１つ又はそれよりも多くの素子が第１の状態に切り換えられることを選択的に排除されるように動的に調節可能であることが好ましい。
【００２８】
素子は、デバイスが１つ又はそれよりも多くの次元でビームを形成することができるように、３次元構成で空間的に分散されることが好ましい。
【００２９】
各受信機は、複数の受信チャンネルを含み、各受信チャンネルは、少なくとも１つのビームを形成するように適応可能であることが好ましい。
【００３０】
第２の状態に切り換えられた素子は、相互結合の影響が改善されるように、非共振性であるように構成されることが好ましい。
【００３１】
伝播遅延は、着信信号の受信と着信信号の混合との間に発生し、伝播遅延は、好ましくは、基準信号の修正の遅延によって対処される。
【００３２】
本発明の態様により、アンテナ配列のビームを形成する方法を提供し、本方法は、ａ）第２の状態から、素子が着信信号をサンプリングするように構成される第１の状態に空間的に分散されたアンテナ配列の素子を選択的に切り換える段階と、ｂ）第１の状態に切り換えられた素子で着信信号を受信する段階と、ｃ）相関器において着信信号との相関のための基準信号を生成する段階と、ｄ）第１の状態に切り換えられる素子に実質的に同期して、修正された基準信号を生成するために基準信号に所定のオフセットを適用する段階と、ｅ）混合信号を作成するために着信信号を修正された基準信号と混合する段階と、ｆ）アンテナ配列のビームの方向及び大きさを示すことができる累積信号を作成するために積分期間にわたって混合信号を累積する段階とを含む。
【００３３】
ここで、本発明の好ましい実施形態を一例として添付の図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の１つの態様により位置決め受信機に結合されたアンテナ配列を示す概略図である。
【図２】Ｂスロットと積分期間の間の関係を示すタイミング図である。
【図３】本発明の１つの態様によりビームを形成することに関わる段階を示す流れ図である。
【図４】本発明の１つに態様による修正された相関器を示す概略図である。
【図５ａ】本発明の１つの態様による２アンテナ配列を示す概略図である。
【図５ｂ】本発明の１つの態様による２アンテナ配列を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
システムの概要
本発明により、着信位置決め信号の方向にアンテナ配列のビームを形成するためのデバイス及び方法を提供する。位置決め信号のソースの方向が事前に判断されているので、アンテナ配列のビームは、着信位置決め信号の方向に形成され、その着信位置決め信号の利得を最大にし、同時に他の方向からの信号を減衰し、それによって多経路のあらゆる好ましくない影響も軽減する。
【００３６】
図１を参照すると、アンテナ配列におけるビームを形成するためのデバイス１０２は、複数の空間的に分散された素子１０６を有するアンテナ配列１０４を含む。プロセッサ１０８は、スイッチ１１０を通じて所定のパターンで第１及び第２の状態間で素子１０６を選択的に切り換えるためにアンテナ配列１０４に結合され、第１の状態では、素子は、着信位置決め信号を受信するように構成され、第２の状態では、素子は、着信位置決め信号を受信しないように構成される。
【００３７】
位置決め受信機は、アンテナ配列及び基準信号を生成するためのプロセッサと作動的に関連付けられており、そのそれぞれの第１の状態に切り換えられる各素子と実質的に同期して基準信号の位相及び／又は利得を選択的に操作することによって提供される。これは、修正された基準信号を作成し、これは、次に、受信した位置決め信号と混合されて混合信号を作成する。この混合信号は、次に、累積信号がアンテナ配列のビームの方向及び大きさを示すことができるように所定の積分期間にわたって累積される。
【００３８】
一実施形態では、個別の構成要素／論理ブロックが、混合器、発振器、及び累積器を利用する回路で使用され、次の処理のために位置決め受信機に渡す前に必要な累積信号を生成する。
【００３９】
しかし、好ましい実施形態は、図４に示すように、本発明のビーム形成方法を標準的な位置決め受信機に組み込むことである。これは、本発明によるビーム形成のための必要な回路の殆どが、既に標準的な位置決め受信機アーキテクチャの一部であり、同時ビームの形成を可能にするための軽微な修正を必要とするのみであるからである。当業者が理解するように、相関器において実施されるこの必要な回路は、混合器、発振器、及び累積器を含む。相関器のこれらの構成要素は、個別の構成要素の代わりに利用することができる。これは、コスト及び電力節約の恩典、並びに受信機デバイスの小型化、統合、及び可搬性における付加的な恩典を提供する。
【００４０】
図１を再度参照すると、位置決めシステムで使用される位置決め受信機１１４が、好ましい実施形態に従って示されている。位置決め受信機１１４は、アンテナ配列１０４及びプロセッサ１１８に作動的に関連付けられた少なくとも１つの相関器１１８を有する少なくとも１つの受信チャンネル１１６を含む既存の構成要素を使用する。各相関器１１８は、基準信号を生成するための搬送波数値制御発振器（ＮＣＯ）を組み込んでいる。この基準信号は、その第１の状態に切り換えられる各素子と実質的に同期してプロセッサ１０８によって修正されたその位相及び／又は利得を有することができ、従って、修正された基準信号を作成する。受信した位置決め信号は、続いて、混合信号を作成するために、この修正された基準信号と混合される。次に、この混合信号は、標準的な相関器処理により符号ＮＣＯ基準信号と混合され、続いて累積信号を作成するために所定の積分期間にわたって累積される。得られる累積信号は、従って、アンテナ配列１０４からの相関器１１８内で形成されたビーム１２２の方向及び大きさを示すことができる。各々の所定の積分期間の終わりに、相関器ロックループが、位相及び／又は利得操作によって摂動を受けない通常の相関器作動に従って作動する。
【００４１】
基準信号の修正
基準信号が搬送波ＮＣＯによって合成された後、基準信号は、第１の状態に切り換えられる素子に実質的に同期して基準信号の位相及び／又は利得を選択的に操作することによって修正される。特に、位相及び／又は利得の操作は、位相及び／又は利得オフセットを基準信号に適用することによって達成され、ここで位相及び／又は利得オフセットの値は、第１の状態に切り換えられるそれぞれの素子及びビームが形成される必要な方向に基づいて判断される。
【００４２】
アンテナ配列１０４は、相関器回路内のそれぞれの位相及び／又は利得オフセットの挿入を通じて相関器１１８に作動的に関連付けられる。相関器の作動及び位相及び利得オフセットの挿入は、図４に関して以下に更に詳しく説明する。
【００４３】
実施形態では、位相及び／又は利得オフセットの値は、プロセッサによってアクセス可能なデータベース１２０に記憶されている所定の値を検索することによって判断される。以下の例示的な実施例に示されている表のようなオフセット表が、データベース１２０に記憶され、プロセッサ１０８によって選択的にアクセス可能である。所定のオフセット値の記憶されたデータベースが好ましい方法であるが、他の実施形態では、位相及び／又は利得オフセットは、プロセッサ１０８によってリアルタイムで計算されることが当業者によって理解されるであろう。
【００４４】
アンテナ素子
図１に示す実施形態では、パッチ素子が３ｘ３配列で示されている。しかし、他の実施形態では、単極、双極、又は他の適切なアンテナ素子が利用されることは当業者によって理解されるであろう。本明細書における開示は、多次元を有するアンテナ配列で配置されるアンテナ素子に等しく適用されることが更に理解されるであろう。実際に、多くの実用的な応用において、アンテナ素子は、３次元形状で空間的に分散される。
【００４５】
この明細書及び特許請求の範囲全体を通して、「第１の」状態は、素子がアクティブであることを示し、「第２の」状態は、素子が非アクティブであることを示している。非アクティブ状態の実際の実施では、共振又は相互結合の影響を軽減するために素子を非共振性にすることに重点を置くことにより、使用される素子のタイプに依存して変化する。例えば、１／４λ単極素子は、パッチ素子が第２の状態で接地に切り換えられている間は第２の状態で開に切り換えられる。一部の実施形態では、スイッチはまた、第２の状態における５０Ωのような抵抗への接続を提供する。無効負荷のような他の条件に切り換えることも第２の状態で可能であることが当業者によって理解されるであろう。
【００４６】
ビーム形成スロット
好ましい実施形態では、一度に１つの素子１０６だけが、所定の積分期間中に第１の状態にあり、一方で全ての他の素子が第２の状態にある。すなわち、形成された各ビームに対して、１つの素子１０６だけが、積分期間内のいずれの瞬間にも着信信号を受信することができる。各素子１０６は、所定の積分期間よりも短いいわゆる小積分期間にわたって第１の状態に切り換えられる。一実施形態では、これらの小積分期間は、「ビーム形成スロット」（Ｂスロット）として公知である。
【００４７】
Ｂスロットと積分期間の関係は、図２に詳しく示されている。図２の実施例では、Ｂスロット２０２は、各々が長さ１μｓであり、積分期間はＮμｓ長である。本質的に、積分期間の長さは、いずれかの等しい長さのＢスロットに単純に分割される。Ｂスロットは、従って、単に、第１の状態に切り換えられる関連の素子が着信位置決め信号を受信する期間である。
【００４８】
一実施形態では、素子１０６は、Ｂスロットに動的に割り当てられる。以下に説明するブライトサイド走査モード作動のようなある一定の用途では、アンテナ配列における素子の部分集合だけがビームを形成するのに必要とされる。これは、信号がこれらの素子から受信されず、従って、累積されないように、積分期間の持続時間全体にわたって第２の状態に切り換えられたままにするように不要な素子を設定することによって達成することができる。代替的に、Ｂスロットの長さは、延長することができ、それによって素子の部分集合のみがＢスロットを割り当てられ、従って、素子のその部分集合から受信した信号だけが累積される。
【００４９】
しかし、別の実施形態では、必要なＢスロットの最小数は、アンテナ配列１０４において空間的に分散されている素子１０６の数に対応する。例えば、アンテナ配列が２つの素子だけを含む実施では、必要なＢスロットの最小数は２である。各素子１０６は、その割り当てられたＢスロットの持続時間全体にわたって第１の状態に切り換えられる。
【００５０】
更に別の実施形態では、１０の素子が、アンテナ配列で空間的に分散され、１０のＢスロットが各素子に対して１つ提供される。標準的なＧＰＳ受信機の一般的な積分期間である１０００μｓの積分期間を使用して、素子は、所定の方式（連続的に又は疑似ランダムに）で各々１００μｓの期間にわたって第１の状態に切り換えられる。第１の素子が第１の状態に切り換えられた時に、プロセッサはまた、位置決め受信機によって必要な配列内の第１の素子の位置及びビームの方向に対応する基準信号に適用する必要がある位相及び／又は利得オフセットを判断し、かつオフセットを第１の割り当てられたＢスロットの持続時間全体にわたって基準信号に適用する。次の１００μｓＢスロットでは、第１の素子及び他の素子の全てがその第２の状態に切り換えられている間、第２の素子が第１の状態に切り換えられる。また、プロセッサは、位置決め受信機によって必要な配列内の第２の素子の位置及びビームの方向に対応する位相及び／又は利得オフセットを判断し、第２のＢスロットの持続時間全体にわたって対してその位相及び／又は利得オフセットを適用する。連続的なスイッチング方式を使用するこの実施例では、他の素子が、その積分期間内に次のＢスロットに対してその第２の状態などに切り換えられる間、第３の素子は、第３のＢスロットで第１の状態に切り換えられる。１０００μｓ積分期間の終了時に、全ての１０の１００μｓＢスロットが、必要な位相及び／又は利得オフセットによって累積されることになり、位置決め受信機によって必要なビームを生成する。
【００５１】
アンテナ配列１０４における個々の素子１０６は、第１の状態に切り換えられた時だけ受信機にアクセス可能である。形成されるビームの方向が推測的に既知であるので、素子は、必要な方向にビームを形成するために、基準信号の位相及び／又は利得の適切な操作に実質的に同期して第１の状態に切り換えなくてはならないことになる。また、割り当てられたＢスロットの全ての恩典を得るために、割り当てられたＢスロットの全てを通して位相及び／又は利得操作を基準信号に適用しなくてはならないことになる。
【００５２】
ビーム形成方法
本明細書に開示するデバイスを使用してビームを形成するための以下の段階は、図３の流れ図に示されている。用いられる段階の説明を以下に提供する。
ａ）段階３０１で、アンテナ配列に空間的に分散された素子の１つが選択され、第１Ｂスロットで第１の状態に切り換えられる。
ｂ）段階３０２で、段階３０１で第１の状態に切り換えられた素子が着信信号を受信する。
ｃ）段階３０４で、着信信号は、アンテナ配列のＲＦフロントエンドでサンプリングされる。
ｄ）段階３０８で、内部基準信号が、着信信号と混合するために相関器において生成される。
ｅ）段階３１０で、所定のオフセットが、段階３０２と実質的に同期して基準信号に適用され、修正された基準信号を作成する。
ｆ）段階３１２で、修正された基準信号が、受信した信号と混合され、混合信号を作成する。
ｇ）段階３１４で、混合信号が、累積信号を作成するために累積器に累積される。
ｈ）段階３０６で、選択された素子が、第２の状態に切り換えられ、次の素子が、次のＢスロットで第１の状態に切り換えられ、処理は、再度段階３０１から開始される。
ｉ）段階３１６で、積分期間の終わりにＢスロット全てを一緒に累積した後、ビームが、Ｂスロット信号全ての値に基づいて累積器で形成される。
ｊ）段階３１８で、搬送波及び符号ロックループが、累積されたＢスロット信号を使用して更新される。
【００５３】
相関器の作動
ＧＰＳ位置受信機は、一般的に、内部で生成された基準信号と着信位置決め信号を相関付けるために、相関器と呼ぶ論理ブロックを使用する。図４を参照すると、相関器１１８では、着信位置決め信号が、２つの内部で生成された基準信号と混合される。第１の基準信号は、搬送波ＮＣＯ４０８によって生成された搬送波基準信号である。搬送波基準信号を着信位置決め信号と混合することで、搬送波基準信号と着信信号間の位相及び周波数の差を表す誤差信号を生成する。第２の基準信号は、この実施形態では符号ＮＣＯ４１６によって生成された符号基準信号である。着信位置決め信号が搬送波基準信号と混合された状態で、着信位置決め信号は、符号基準信号と混合され、符号基準信号と着信位置決め信号間の時間遅延を表す誤差信号を生成する。
【００５４】
簡単にするために、図４は、位置決め受信機の単一の受信チャンネルだけを示している。しかし、当業者は、最新の受信機が、１つよりも多い相関器を各チャンネルが一般的に含む単一の受信チャンネルよりも多い受信チャンネルを一般的に含むことを理解するであろう。
【００５５】
図４では、着信位置決め信号が、入力４０２で受信され、混合器４０４及び４０６で着信信号を基準搬送波信号と混合することにより搬送波成分を剥ぎ取り、同相（Ｉ）及び４相（Ｑ）サンプルデータを生成する。基準搬送波信号は、搬送波ＮＣＯ４０８及び離散正弦及び余弦マッピング関数４１０及び４１２それぞれで合成される。この剥ぎ取り処理は、図のようにＩ及びＱ信号を生成する。作動において、搬送波ＮＣＯは、搬送波ロックループ４１４によって制御される。搬送波ロックループの目的は、基準信号と着信位置信号間の位相誤差をゼロに又はできるだけゼロの近くに維持することである。位相誤差がゼロである時に、信号は、「位相ロック」であるといわれ、Ｉ信号は、Ｑ信号が実質的にゼロである間は最大である。この作動はまた、「位相ロックループ」（ＰＬＬ）作動と呼ばれる。
【００５６】
次に、Ｉ及びＱ信号は、この実施形態では符号ＮＣＯ４１６で合成される基準符号信号に相関付けられる。簡単にするために、１つの基準符号信号だけがこの実施形態では合成される。しかし、当業者は、殆どの位置決め受信機で、１つよりも多い符号基準信号が合成されることを理解するであろう。例えば、１つの用途では、早期、プロンプト、及び後の信号である３つの符号基準信号は、Ｉ及びＱ信号によってそれぞれ合成され、別々に相関付けられる。
【００５７】
相関器１１８は、内部で合成された符号基準信号を混合器４１８及び４２０において着信Ｉ及びＱ信号と混合する。作動において、符号ＮＣＯ４１６は、符号ロックループ４２６によって制御される。符号ロックループの目的は、内部で生成された符号基準信号と着信符号位置決め信号間の時間誤差をゼロに又はできるだけゼロの近くに維持することである。時間誤差がゼロである時に、信号は「符号ロック」されていると呼ぶ。この作動はまた、「遅延ロックループ」（ＤＬＬ）作動と呼ばれる。
【００５８】
すなわち、符号ロックループ４２６の作動は、搬送波ロックループ４１４に類似している。基準信号符号位相が着信位置決め信号符号位相に完全に整合している時に、最大相関が達成される。
【００５９】
次に、得られる混合信号は、積分期間にわたって累積器４２２及び４２４で積分され、ループ作動を追跡するためのプロセッサによって引き続きアクセスされるＩp及びＱp信号を提供する。
【００６０】
積分期間は、受信した信号が累積される時間の長さを示し、従来、衛星の疑似ランダム符号ノイズ長又はその倍数に基づいて判断される。ＧＰＳでは、この符号期間は１ｍｓであり、従って、受信機における積分期間も、１ｍｓ又はそれよりも長く設定される場合が多い。
【００６１】
位相及び／又は利得オフセット
好ましい実施形態では、着信位置決め信号の位相及び／又は利得を操作するための位相及び／又は利得オフセットは、搬送波基準信号が搬送波ＮＣＯ４０８によって合成された後でかつ合成された搬送波基準信号が着信位置決め信号の搬送波成分と混合される前にポイント４２８で挿入され、搬送波ロックループ４１４を完了する。この好ましい実施形態では、位相オフセットは、基準信号と合計され、利得オフセットは、基準信号によって乗算される。着信位置決め信号の操作は、相関器の積分期間内に合成された搬送波基準信号を修正することによって達成され、従って、搬送波ＮＣＯ４０８又は搬送波ロックループ４１４の通常の作動に干渉しない。次に、修正された基準信号は、通常の方法で着信位置決め信号と混合され、混合信号は、累積信号を作成するために積分期間にわたって累積器で積分される。
【００６２】
当業者によって公知の通り、波形の積分は、単に、所定の期間、この場合は積分期間にわたるその波形のサンプルの合計である。従って、得られる混合信号の積分（着信信号と基準信号を混合して得られる）は、単に、上述の一実施形態では１ｍｓの積分期間である期間にわたるその信号のサンプルの合計である。
【００６３】
一実施形態では、着信位置決め信号は、ＲＦフロントエンドを通じて７５ＭＨｚの速度でサンプリングされ、次に、サンプルは、同じく７５ＭＨｚで合成された修正された基準信号と混合される。この結果、積分期間が１０のＢスロットから構成される１ｍｓである仮定のシステムでは、各Ｂスロットは、持続時間が１００μｓであり、従って、着信位置決め信号の７，５００サンプルを含む。これらの７，５００サンプルの各々の１つは、修正された基準信号と連続的に混合され、混合信号を形成する。修正された基準信号は、基準信号に適用される位相及び／又は利得オフセットに基づいており、基準信号は、相関器の搬送波ＮＣＯによって生成される。特に、第１の状態にあるアンテナ素子に同期化されている着信位置決め信号の７，５００サンプルの各ブロックに対して、基準信号は、位相及び／又は利得オフセットを搬送波ＮＣＯの出力に適用することによって修正される。次に、この修正された出力は、着信位置決め信号サンプルによって乗算される（混合される）。次に、これらの混合信号は、通常の相関器作動に従って符号ＮＣＯ混合器を通過し、次に、累積信号を形成するために累積器で合計される。従って、１ｍｓの全積分期間にわたって、７５，０００サンプルが、各々７，５００の修正サンプルの１０Ｂスロットブロックを組み込んで累積器で合計されて記憶される。換言すると、これらの１０のＢスロットは、７，５００修正サンプルを含み、その各々は、累積処理で互いに合計され、従って、積分期間の終わりの７５，０００累積サンプルは、必要なビームを表している。
【００６４】
位相及び／又は利得操作が基準信号に適切に適用され、それぞれの素子から受信した信号と混合された状態で、次に、得られる混合信号は、累積器で結合され（合計処理）、相関器において必要なビームを形成する累積信号を作成する。この累積信号は、次に、上述の通常のＰＬＬ作動により相関器において処理される。搬送波ＮＣＯ４０８によって合成された搬送波基準信号は、積分期間中は変化しないが、各積分期間の最後に搬送波ロックループ４１４によってのみ更新される。従って、積分期間内の基準信号の修正は、ＰＬＬ又はＤＬＬによって検出することができない。ＰＬＬ及びＤＬＬは、起こっている操作に気付かず、通常通りに作動する。
【００６５】
説明する実施形態を通して、従来の相関器の使用は、相関器チャンネル当たりの固有のビームの方向及び幅を制御するように適応可能であり、それによって複数の同時ビームを形成することができる。形成することができるビームの数は、利用可能な相関器チャンネルの数に等しい。これは、相関器が信号を混合及び積分するための論理を既に収容するためであり、これらは、単に、相関付けること以外の使用に適応されている。
【００６６】
上述の実施形態は、相関器回路においてポイント４２８で利得及び位相の両方にオフセットを適用するが、他の実施形態では、利得オフセットを適用するための付加的な乗算器が、回路の他の部分に提供される。例えば、乗算器は、搬送波ＮＣＯ混合器と符号ＮＣＯ混合器間の同相及び４相経路に追加することができ、利得操作を提供する。同様に、位相オフセットはまた、相関器回路の他の部分で適用することができる。例えば、位相オフセットは、符号ＮＣＯの出力に追加することができる。
【００６７】
好ましい実施形態では、あらゆる所定の方向にビームを形成するための位相及び／又は利得オフセットが事前に判断されており、データベース１２０に記憶され、プロセッサ１０８によってアクセス可能である。オフセットデータのフォーマットは、オフセット表のような多くの形式を取ることができる。プロセッサ１０８は、要求されたビームの方向を判断し、必要な方向にビームを形成するために積分期間にわたって各Ｂスロットにおける各素子に対する正確な位相及び／又は利得オフセットを得るためにデータベース１２０にアクセスし、ポイント４２８で必要なオフセットを挿入し、それによってビーム（図１の１２２）が、適切な着信位置決め信号の方向に形成される。説明するように、位相及び／又は利得オフセットを取得及び挿入する段階は、位相及び／又は利得が積分期間にわたって正確に操作されるように、第１の状態へのそれぞれの素子の切り換えに実質的に同期すべきである。
【００６８】
一実施形態では、アンテナ配列は、１２８の素子を有する。従って、各方向は、オフセット表で１２８の位相及び１２８の利得エントリを有する。例えば、ビームを北に向ける必要がある場合、プロセッサは、北への表エントリをルックアップし、積分期間にわたるその方向への１２８位相及び１２８利得エントリの各々を段階的に通過し、ビームを北に向ける。この実施形態では、各方向が１２８位相及び１２８利得エントリを有する２０４８方向にビームを向けることができる。勿論、他の実施形態では、より多くの方向が実行される。この理由のために、処理のオーバヘッドを軽くするために、位相及び／又は利得オフセット値を表形式で提供することが好ましい。
【００６９】
上述の段落に示す実施形態は、これが必要な処理機能を最小限にするので好ましい。しかし、当業者は、特にマイクロプロセッサ技術における最近の進歩を考えると、オフセットが要求されるのでかつその時に、位相及び／又は利得オフセットを計算するようにプロセッサ１０８を構成することができることを理解するであろう。
【００７０】
本発明の物理的な実施では、各素子は、それぞれのスイッチに送信回線１２４によって接続され、それぞれのスイッチは、次に、少なくとも１つの相関器にダウンコンバートされかつ送信されることになる単一のＲＦフロントエンド１２６にフィードする。好ましい実施形態では、素子とスイッチを相互結合する送信回線は、等しい長さであり、受信した信号がアンテナ配列フィードシステムを通じて位相干渉性であるようにすることに注意すべきである。しかし、他の実施形態では、送信回線の長さの違いは、位相及び／又は利得オフセットを適用する時に考慮に入れられて補正される。
【００７１】
アンテナ配列１０４と受信チャンネル１１６間の相互結合、並びにＲＦフロントエンド１２６、相関器１１８に含まれる電子機器、及び実際のスイッチ１１０自体は、必ず遅延を引き起こすことになる。一実施形態では、この遅延は、約９５０ｎｓであると測定されるが、勿論、当業者は、遅延の長さが、選択されたハードウエアに依存して変わることを理解するであろう。従って、相関器における位相及び／又は利得操作の作動は、この遅延を考慮に入れなくてはならないので、第１の状態への素子の切り換えと同時に実行することはできない。すなわち、相関器における位相及び／又は利得の操作は、この実施形態では９５０ｎｓまで遅らせなくてはならない。
【００７２】
他の実施形態では、各アンテナ配列は、１００μｓの領域の積分期間に６０を超える素子を収容する。このような実施形態では、Ｂスロットの期間は、僅かに１μｓ又は２μｓの領域である。従って、実質的に１μｓである９５０ｎｓの遅延は重大であり、考慮に入れなくてはならない。
【００７３】
アンテナ配列が収容する素子の数は、狭いビームを形成するための１つの基準である。他の等しく重要な基準は、オフセット表の分解能及び素子の物理的間隔を含む。各方向に対して、各素子は、位相及び／又は利得に対する関連付けられたオフセットを持たなくてはならない。例えば、６０素子を有する実施形態では、ビームが形成される各方向に対する表エントリは、記録された６０利得オフセット及び６０位相オフセットを持たなくてはならない。
【００７４】
素子の物理的分離も、素子間の位相差を作成するのに重要である。実質的に、素子の物理的分離により、本質的に異なる位相を有する位置決め信号を受信することができる。素子間の２分の１波長分離は、最小格子ローブを有する最大の位相整合を提供する。例えば、上述のように修正された基準信号と混合することによるこれらの位相の操作により、ビームを必要な方向に形成することができる。
【００７５】
特に好ましい実施形態では、素子１０６は、デバイスが２つよりも多い次元でビームを形成することができるように、２つよりも多い次元の構成で空間的に分散される。大体において、ビームを形成することができる方向は、使用される素子に依存する。例えば、パッチ素子から構成される平面配列は、半球状にビームを形成することができ、単極から構成される平面配列は、平面でビームを形成することができることになる。
【００７６】
ブライトサイド走査モード対全走査モード
以上の説明から、パッチ素子から構成される少なくとも２つの平面配列は、半球状ビームを接合して球状にビームを形成するように配置することができることになる。従って、この構成では、あらゆる方向にビームを形成することができる。
【００７７】
全走査モードでは、全ての素子が、積分期間内に少なくとも一度第１及び第２の状態間で切り換えられる。すなわち、配列の素子の全てが、各積分期間内で少なくとも一度着信信号を受信する。全走査モードは、どのくらいの数の相関器チャンネルが利用可能であるかに依存して、多くの異なる方向に同時にビームを形成することができる全体的な柔軟性を提供する。
【００７８】
しかし、信号が「ブライトサイド」と呼ぶ３次元アンテナ配列の１つの側だけに照射した時に、「ダークサイド」と呼ぶアンテナ配列の他方の側から受信した情報は、潜在的に小さな値になる。この状況は、送信機が地平線に一般的に分散されている地上位置決めシステムで頻繁に発生する。この場合、ダークサイド素子は、ブランクにされており（すなわち、これらの素子における利得はゼロに設定される）、ブライトサイド素子だけが使用される。これは、配列の相関負荷サイクルを５０％だけ効率的に低減し、アンテナ配列の相関利得の半分が浪費されることを意味する。比較的小さなエリアに跨がる位置決めシステムでは、送信された信号の信号電力が比較的高いので、アンテナからの相関利得のこの損失は許容できる。従って、最適な柔軟性のために最大相関利得を交換取引することが許容可能である小さなエリアのシステムでは、全走査モードが好ましい。
【００７９】
しかし、信号がより遠くの距離にわたって送信される大きな地理的エリアでは、相関利得は、益々重要になる。このような場合、アンテナの相関利得を増すための１つの方法は、ブライトサイド走査モードで作動することである。このモードでは、ブライトサイドにおける素子は、動的に一緒にグループ分けされ、そのそれぞれのＢスロット持続時間が増え、それによってブライトサイド素子だけが、積分期間内に累積される。これは、相関負荷サイクルにおける増加、及び従って相関利得における全体的な増加をもたらす。
【００８０】
例示的な実施形態
例示的な目的のために、ここで、本発明を最も単純なアンテナ配列、すなわち、図５ａ及び５ｂに示すように２つの素子だけを有する配列を使用して以下に説明する。しかし、当業者は、本明細書の教示を付加的な発明的機能なしに多次元形状で空間的に分散された多くの素子を有するアンテナ配列に適応させることができるであろう。
【００８１】
この例示的な実施形態では、素子５０２及び５０４は、１／４波長単極である。２つの素子は、互いに空間的に離れて１／２波長で配置され、信号は、各素子で受信される。２つの素子が互いに合計された時に、素子の２次元上面図から見て８の字のビームパターンが図５ａに示すように形成されるように、素子のそれぞれの全方向利得パターンが結合される。この構成では、素子５０２及び５０４のブロードサイド方向からの着信位置決め信号は、同相であり、従って、増幅され、一方、素子のエンド−ファイヤ方向からの信号は、位相不一致であり、従って、相殺される。
【００８２】
位相操作
本発明では、最大利得が図５ｂに示すようにエンド−ファイヤ方向に向くように、９０°だけ８の字を回転させることができる。これは、位置受信機の積分期間内に素子５０２及び素子５０４の位相及び／又は利得操作することによって達成される。素子５０２及び素子５０４の各々は、スイッチに接続され、それによってあらゆる素子を第１及び第２の状態間で切り換えることができ、信号の合計が行われる積分期間は、２つのＢスロットに分けられる。
【００８３】
素子５０２及び５０４間の位相分離が既知であるので、エンド−ファイヤ方向からの着信波が、破壊的ではなく構成的に合計されるように、素子の１つの位相を操作することができる。この場合、素子は１／２波長離れているので、素子５０４で必要な位相操作は１８０°である。各方向に対して必要な位相操作は、オフセット表を構成するために同様に計算される。単純にするために、利得オフセットは１に設定され、ビームを向けることができる方向は、ブロードサイド方向又はエンド−ファイヤ方向のいずれかに制限される。これらの制限を組み込む実施例のオフセット表を以下に示している。
【００８４】
（表）
【００８５】
エンド−ファイヤ方向にビームを形成するために、素子５０２及び５０４は、位置受信機の積分期間内で所定のＢスロットシーケンスで第１の状態に切り換えられる。第１Ｂスロットでは、素子５０２は、第１の状態に切り換えられ、位相オフセットは、累積器で累積される間は０°に維持され、この素子が既に０°であるので操作は必要ない。第２のＢスロットでは、着信信号の位相は、素子５０４で構成的に合計されることが望ましい。素子５０４は、素子５０２に対して１８０°の受信位相を有するので、１８０°の位相オフセットを累積器で累積される間に素子５０４に適用しなくてはならず、それによって素子５０４からの受信した信号は、素子５０２に干渉する位相になる。２つのＢスロットは、従って、累積処理で互いに合計され、積分期間の終わりの累積された値は、エンド−ファイヤビームを表している。
【００８６】
本発明では８の字のビームがオフセット表の複雑さに依存していずれの方向にも形成することができることが、当業者によって理解されるであろう。
【００８７】
この単純な実施例における両方の素子に対しては、１の利得オフセット（１の利得）が着信位置決め信号と乗算され、従って、形成されたビームを修正しない。
【００８８】
上述のように、位相操作は、第１の状態への素子の切り換えに実質的に同期して適用すべきであり、そうでなければ、ビームの利得パターンは、正確に形成されない。
【００８９】
本発明の実施形態によると、例えば、ＰＲＮ１からの位置決め信号が、送信を開始する。位置決め受信機でのＰＲＮ１の取得後に、位置決め受信機相関器内の搬送波ＮＣＯは、位置決め信号に実質的に類似した基準信号を合成する。
【００９０】
位置決め受信機は、ＰＲＮ１がエンド−ファイヤ方向であると判断し、従って、その方向のビームを形成する決定が為される。プロセッサは、オフセット表をルックアップし、素子５０２に対応する積分期間中の第１Ｂスロットに対して必要なオフセットがないと判断する。同様に、プロセッサは、１８０°又は１／２λのオフセットが、素子５０４に対応する第２のＢスロット中に必要であると判断する。修正された基準信号を作成するために搬送波ＮＣＯに各オフセットを適用した後、着信位置決め信号及び修正された基準信号は、相関器の通常の作動により、混合器で混合され累積器で累積される。すなわち、図１、３、及び５に関して、素子５０２及び５０４で受信した着信位置決め信号は、スイッチを通じてＲＦフロントエンド１２６にフィードされ、続いてアナログ−デジタル変換器でダウンコンバートされてサンプリングされる。次に、受信した信号は、少なくとも１つの相関器１１８に送られる。
【００９１】
受信した位置決め信号は、受信した位置決め信号を搬送波ＮＣＯ４０８及び離散正弦及び余弦マッピング関数４１０及び４１２によって合成された搬送波基準信号と混合することにより、その同相及び４相成分に分けられる。しかし、修正された基準信号が、受信した位置決め信号と混合される前に、プロセッサは、ＰＲＮ１がエンド−ファイヤ方向であると判断する。素子５０２が第１の状態に切り換えられている第１Ｂスロットに対して、プロセッサは、搬送波ＮＣＯに対するオフセットが必要であるか否かを判断するために表を検査する。この場合、オフセットは必要なく、基準信号への修正も必要ない。従って、累積が通常の相関器作動に従って進行することが許可される。すなわち、修正されていない基準信号が、混合器４０４及び４０６で受信した位置決め信号と混合され、混合信号を作成し、次に、符号基準信号と混合され、続いて累積器４２２及び４２４で累積される。
【００９２】
第２のＢスロットに対して、プロセッサは、搬送波ＮＣＯへのオフセットが必要か否かを判断するために表を検査する。この場合、１８０°の位相オフセットが必要である。オフセットは、第２のＢスロットが始まり、素子５０４が第１の状態に切り換えられる時に、現在の搬送波基準信号位相値に適用されて修正された基準信号を作成する。位相オフセットは、Ｂスロットの持続時間全体を通して搬送波ＮＣＯ値に継続して適用される。修正された基準信号は、受信した位置決め信号と混合され、混合信号を作成し、次に、符号基準信号と混合され、続いて累積器４２２及び４２４で第１Ｂスロットの値と共に累積され、累積信号を作成する。２つのＢスロットは、従って、累積処理で互いに合計され、積分期間の終わりの累積された値は、従って、エンド−ファイヤビームを表している。
【００９３】
搬送波ＮＣＯ４０８によって合成された搬送波基準信号は、積分期間中は変化しないが、積分期間の終わりに搬送波ロックループ４１４によって更新されるだけであることに注意されたい。
【００９４】
本明細書に説明する実施形態では、累積信号は、積分期間の持続時間全体にわたって累積器で作成される。しかし、他の実施形態では、各Ｂスロットは、その独自の個々の累積器で累積され、累積器の最小数は、必要なＢスロットの最小数に対応する。これらの実施形態では、累積信号は、個々の累積器における信号を結合することから得られる。
【００９５】
説明した実施形態では、１つの素子だけが、積分期間内のいずれの瞬間にも第１の状態にあることができる。従って、素子５０４が第１の状態に切り換えられた時に、素子５０２は、同時に第２の状態に切り換えられる。
【００９６】
符号ロックループ４２６を行き来した後、混合された信号は、累積器４２２及び４２４で積分され、累積信号を作成する。信号への操作が連続して行われるので、混合信号の積分は、実際には、積分期間にわたる無限数の修正された信号の合計である。従って、累積信号は、必要な方向に形成された新しいビームを表している。
【００９７】
上述のように、アンテナ配列１０４及びスイッチング回路（スイッチ１１０）は、受信機の位置を判断するために必要なＰＶＴ解決法を実行する位置決め受信機１１４に結合される。着信位置決め信号の方向がいずれの所定の時間に対しても既知であるので、各相関器チャンネルで形成されるビームをそれらの既知の方向に対して向けて着信信号の利得を最大にし、一方、他の方向からの信号を減衰し、従って、多経路の影響を軽減することができる。
【００９８】
本発明を特定的な実施例に関して説明してきたが、本発明は、多くの他の形式で具現化することができることは当業者によって認められるであろう
【００９９】
以下の特許請求の範囲及び本明細書の説明では、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ ｏｆ」、又は「ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」のいずれも、その他を除外せずに少なくともそれに続く要素／特徴を含むことを意味する未決用語である。従って、特許請求の範囲で使用される「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は、その後に挙げる手段又は要素又は段階に制限するように解釈すべきではない。例えば、Ａ及びＢを含むデバイスの表現の範囲は、要素Ａ及びＢだけから構成されるデバイスに制限すべきではない。本明細書で使用される用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、又は「ｔｈａｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ」のいずれも、同じくその他を除外せずにその語に続く要素／特徴を少なくとも含むことを意味する未決用語である。従って、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」と同義であり、かつ同じことを意味する。
【符号の説明】
【０１００】
３０１ アンテナ配列に空間的に分散された素子の１つが選択され、第１Ｂスロットで第１の状態に切り換えられる段階
３０２ 段階３０１で第１の状態に切り換えられた素子が着信信号を受信する段階
３０４ 着信信号が、アンテナ配列のＲＦフロントエンドでサンプリングされる段階
３０８ 内部基準信号が、着信信号と混合するために相関器において生成される段階
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、位置決めシステムに関し、特に、位置決め信号を受信するためのサブシステムに関する。
【０００２】
本発明は、多経路環境で位置決め信号を受信するためのビームを形成するために主に開発され、本出願に関連して以下に説明する。しかし、本発明は、この特定の使用分野に制限されないことは認められるであろう。
【背景技術】
【０００３】
本明細書全体を通した従来技術のいずれの説明も、これらの従来技術が広く公知であるか又は当分野における共通の一般的な知識の一部を形成することの承認として決して考えるべきではない。
【０００４】
当業技術で公知のように、位置決め技術は、一般的に、信号ソースから受信側デバイスまで信号が行き来するのにかかる時間を測定することによって機能する。殆どの従来技術の用途では、この測定は、信号が送信された時間と、同じ信号を受信した時間とを比較することによって行われる。ＧＰＳのような一般的な位置決めシステムは、３つ又はそれよりも多くのこのような信号を使用し、三辺測量を使用して物体の位置を計算する。測定計算が時間依存であるので、ソース及び受信機の時計が適正に同期することを保証するために、第４の信号が一般的に必要とされる。
【０００５】
多経路とは、位置決め信号が壁及び家具のような他の物体から反射される現象を指している。これは、特に、室内のような閉鎖された環境でよく見られるが、都市のような建物密集地域では大きな問題でもある。簡単に言えば、反射された信号は、ソースから受信機まで行き来するのに長い時間を消費し、従って、測定の精度に影響を与える。また、受信機は、同じソースから発生して異なるタイミング情報を有する矛盾する信号を見る。一部の最新の受信機は、位置判断に使用する最も適切な信号を判断する試みで選択アルゴリズムを使用する。しかし、受信機は、一般的に、いずれの高い精度に対しても正しい位置決め信号から多経路信号を区別することができない。
【０００６】
同じく当業技術で公知であるのは、ビームを誘導するために個々に制御することができるいくつかのアンテナ素子から構成される位相配列である。一般的な位相配列では、各素子で受信した信号は、個々に位相及び利得操作され、必要なビームの方向に依存して正確な操作が要求される。得られた各素子からの位相及び利得操作された信号は、次に、ビームの望ましい方向を取得するために合計される。
【０００７】
今日、使用されている位相配列アンテナには以下の３つの主な形式がある。
ａ）固定ビーム形成、
ｂ）連続ビーム形成、及び
ｃ）同時ビーム形成。
【０００８】
固定ビーム形成アンテナ配列は、素子間の固定位相関係を有し、単一の方向にそのビームを誘導することができるのみである。ビームの方向が固定されているので、このタイプのアンテナは、ＧＰＳ用途における衛星のような位置決めシステムの移動信号ソースを追跡するために個々に使用することができない。固定ビーム形成アンテナは、ビームを送信ソースに向けるために何らかの機械的手段と共に使用する必要がある。機械的機器の長期使用に関連付けられる信頼性の問題を除いて、この機械的な動きは、ビームが指す方向によって調整する必要がある。これは、潜在的な誤差の付加的な原因を加える。
【０００９】
連続ビーム形成位相配列アンテナは、各素子に取り付けられた個別の位相及び利得回路を使用し、複数の方向に連続的にビームを形成する。個別の回路が、各素子を個別に制御すべきであるので必要とされる。従って、各素子は、移相器、可変利得増幅器、及び関連の制御信号のような一連のその独自の電子機器へのアクセスを持たなくてはならない。必要な個別の回路の全てに対して生じる付加的なコスト、及び必要な精度によってこの回路を制御する際にもたらされる問題以外に、この方法は、一度に単一のビームを向けることができるだけであるので、位置決めシステムで使用される時に大幅に制約される。上述のように、ＧＰＳのような位置決めシステムは、少なくとも３つの信号の追跡を必要とし、最も正確な結果を得るためには、これらの信号を同時に追跡する必要がある。連続ビーム形成位相配列は、従って、同時に１つよりも多い信号を追跡することができないので、位置決めシステムにおける使用には適していない。
【００１０】
同時ビーム形成位相配列アンテナも広く使用されている。従来の同時ビーム形成アンテナは、複数の方向に同時にビームを形成する複雑な回路を備えた素子の大きな配列を使用する。これらの配列は、各素子に対するＲＦフロントエンド及びアナログ−デジタル変換器、及び素子信号の全てを互いに結合するためのベースバンドのデジタル論理の非常に複雑な配列を必要とする。このような配列のサイズ、電力消費、及びコストは、例えば軍事用途における典型的に数百の素子を使用する非常に大きな設置にその使用を制限している。これらのシステムのサイズ、複雑さ、電力消費、及びコストは、位置決めシステムでのこれらのシステムの使用を不適切なものにしているのは明らかである。
【００１１】
更に、干渉技術を使用する位置決めシステムでは、従来の同時ビーム形成アンテナ配列の大規模な並行処理によってもたらされるいずれのラインバイアス又はグループ遅延も許容できない。これらの誤差の全ては、センチメートル位置決め精度を達成するためには、システムから推定して較正すべきである。これは、これらのバイアスが回路温度、電圧、及び構成要素の公差と共に変化することになるので、重要な問題である。ここでもまた、これは、従来の同時ビーム形成アンテナ配列を高精度位置決めシステムでの使用に不適切なものにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来技術の欠点の少なくとも１つを克服又は改善するか、又は有用な代替物を提供することが本発明の目的である。
【００１３】
複数のビームを同時に作成することが、本発明の更に別の目的である。
【００１４】
複数のビームを同時に形成するために単一のＲＦフロントエンドを使用することが、本発明の更に別の目的である。
【００１５】
比較的大きな数の素子（一般的に３２より多い素子）を使用して比較的狭いビームを形成し、一方で電子的な複雑さを最小にすることが、本発明の更に別の目的である。
【００１６】
電力消費、コスト、及び複雑さを低減するために標準的な位置決め受信機構成要素／論理ブロックを再使用することが、本発明の更に別の目的である。
【００１７】
位置決めシステムに対して比較的大きな数の素子（一般的には３２より多くの素子）を使用して異なる方向に複数のビームを同時に形成し、一方で複雑な回路及び較正に対する必要性を不要にする方法を提供することが、本発明の更に別の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の態様により、アンテナ配列のビームを形成するためのデバイスを提供し、デバイスは、複数の空間的に分散された素子を有するアンテナ配列と、第１及び第２の状態の間で素子を選択的に切り換えるためのプロセッサであって、第１の状態では、素子が着信信号を受信するように構成されるプロセッサと、アンテナ配列と作動的に関連付けられ、かつ基準信号を生成し、混合信号を生成するために着信信号を修正された基準信号と混合し、かつ累積信号を生成するために所定の期間にわたって混合信号を合計するためにプロセッサと作動的に関連付けられた受信機であって、基準信号が、累積信号がアンテナ配列のビームの方向及び大きさを示すことができるように受信信号と混合される前に修正される受信機とを含む。
【００１９】
好ましくは、受信機は、相関器を有する少なくとも１つの受信チャンネルを含み、アンテナ配列との作動的関連付けは、相関器によって提供される。アンテナ配列と相関器間の作動的関連付けは、第１の状態に切り換えられる素子に実質的に同期して基準信号の位相及び／又は利得を選択的に操作することによって提供されることが好ましい。位相及び／又は利得の操作は、基準信号に位相及び／又は利得オフセットをそれぞれ適用することによって達成されるのが好ましく、位相及び／又は利得オフセットの値は、第１の状態に切り換えられる素子の１つに基づいて判断される。
【００２０】
好ましくは、相関器は、搬送波数値制御発振器（ＮＣＯ）を含み、基準信号は、搬送波ＮＣＯにおいて合成される。
【００２１】
位相及び／又は利得オフセットの値は、一実施形態では、リアルタイムでプロセッサによって判断される。代替的に、位相及び／又は利得オフセットの値は、プロセッサによってアクセス可能なデータベースに記憶された所定の値を検索することによって判断される。
【００２２】
第１の状態では、素子がアクティブであり、第２の状態では、素子が非アクティブであることが好ましい。素子は、所定のシーケンスで第１及び第２の状態間で切り換えられることが好ましい。所定のシーケンスは、１つ又はそれよりも多くの素子が第１の状態に切り換えられることを選択的に排除することが好ましい。
【００２３】
アンテナ配列の構成は、積分期間の持続時間全体にわたって１つ又はそれよりも多くの素子を第２の状態に切り換えることによって動的に調節可能であることが好ましい。
【００２４】
素子は、小積分期間にわたって第１の状態に切り換えられるのが好ましく、小積分期間は、所定の積分期間よりも短い。
【００２５】
所定の積分期間は、複数のビーム形成スロット（Ｂ−スロット）を含むことが好ましい。素子は、Ｂスロットの持続時間全体にわたって第１の状態に切り換えられることが好ましい。
【００２６】
一実施形態では、各Ｂスロットは、着信信号を記憶するためにそれぞれの累積器にアクセスするように構成され、各それぞれの累積器は、混合信号を生成するために修正された基準信号と混合される。
【００２７】
積分期間内の各Ｂスロットは、１つ又はそれよりも多くの素子が第１の状態に切り換えられることを選択的に排除されるように動的に調節可能であることが好ましい。
【００２８】
素子は、デバイスが１つ又はそれよりも多くの次元でビームを形成することができるように、３次元構成で空間的に分散されることが好ましい。
【００２９】
各受信機は、複数の受信チャンネルを含み、各受信チャンネルは、少なくとも１つのビームを形成するように適応可能であることが好ましい。
【００３０】
第２の状態に切り換えられた素子は、相互結合の影響が改善されるように、非共振性であるように構成されることが好ましい。
【００３１】
伝播遅延は、着信信号の受信と着信信号の混合との間に発生し、伝播遅延は、好ましくは、基準信号の修正の遅延によって対処される。
【００３２】
本発明の態様により、アンテナ配列のビームを形成する方法を提供し、本方法は、ａ）第２の状態から、素子が着信信号をサンプリングするように構成される第１の状態に空間的に分散されたアンテナ配列の素子を選択的に切り換える段階と、ｂ）第１の状態に切り換えられた素子で着信信号を受信する段階と、ｃ）相関器において着信信号との相関のための基準信号を生成する段階と、ｄ）第１の状態に切り換えられる素子に実質的に同期して、修正された基準信号を生成するために基準信号に所定のオフセットを適用する段階と、ｅ）混合信号を作成するために着信信号を修正された基準信号と混合する段階と、ｆ）アンテナ配列のビームの方向及び大きさを示すことができる累積信号を作成するために積分期間にわたって混合信号を累積する段階とを含む。
【００３３】
ここで、本発明の好ましい実施形態を一例として添付の図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の１つの態様により位置決め受信機に結合されたアンテナ配列を示す概略図である。
【図２】Ｂスロットと積分期間の間の関係を示すタイミング図である。
【図３】本発明の１つの態様によりビームを形成することに関わる段階を示す流れ図である。
【図４】本発明の１つに態様による修正された相関器を示す概略図である。
【図５ａ】本発明の１つの態様による２アンテナ配列を示す概略図である。
【図５ｂ】本発明の１つの態様による２アンテナ配列を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
システムの概要
本発明により、着信位置決め信号の方向にアンテナ配列のビームを形成するためのデバイス及び方法を提供する。位置決め信号のソースの方向が事前に判断されているので、アンテナ配列のビームは、着信位置決め信号の方向に形成され、その着信位置決め信号の利得を最大にし、同時に他の方向からの信号を減衰し、それによって多経路のあらゆる好ましくない影響も軽減する。
【００３６】
図１を参照すると、アンテナ配列におけるビームを形成するためのデバイス１０２は、複数の空間的に分散された素子１０６を有するアンテナ配列１０４を含む。プロセッサ１０８は、スイッチ１１０を通じて所定のパターンで第１及び第２の状態間で素子１０６を選択的に切り換えるためにアンテナ配列１０４に結合され、第１の状態では、素子は、着信位置決め信号を受信するように構成され、第２の状態では、素子は、着信位置決め信号を受信しないように構成される。
【００３７】
位置決め受信機は、アンテナ配列及び基準信号を生成するためのプロセッサと作動的に関連付けられており、そのそれぞれの第１の状態に切り換えられる各素子と実質的に同期して基準信号の位相及び／又は利得を選択的に操作することによって提供される。これは、修正された基準信号を作成し、これは、次に、受信した位置決め信号と混合されて混合信号を作成する。この混合信号は、次に、累積信号がアンテナ配列のビームの方向及び大きさを示すことができるように所定の積分期間にわたって累積される。
【００３８】
一実施形態では、個別の構成要素／論理ブロックが、混合器、発振器、及び累積器を利用する回路で使用され、次の処理のために位置決め受信機に渡す前に必要な累積信号を生成する。
【００３９】
しかし、好ましい実施形態は、図４に示すように、本発明のビーム形成方法を標準的な位置決め受信機に組み込むことである。これは、本発明によるビーム形成のための必要な回路の殆どが、既に標準的な位置決め受信機アーキテクチャの一部であり、同時ビームの形成を可能にするための軽微な修正を必要とするのみであるからである。当業者が理解するように、相関器において実施されるこの必要な回路は、混合器、発振器、及び累積器を含む。相関器のこれらの構成要素は、個別の構成要素の代わりに利用することができる。これは、コスト及び電力節約の恩典、並びに受信機デバイスの小型化、統合、及び可搬性における付加的な恩典を提供する。
【００４０】
図１を再度参照すると、位置決めシステムで使用される位置決め受信機１１４が、好ましい実施形態に従って示されている。位置決め受信機１１４は、アンテナ配列１０４及びプロセッサ１１８に作動的に関連付けられた少なくとも１つの相関器１１８を有する少なくとも１つの受信チャンネル１１６を含む既存の構成要素を使用する。各相関器１１８は、基準信号を生成するための搬送波数値制御発振器（ＮＣＯ）を組み込んでいる。この基準信号は、その第１の状態に切り換えられる各素子と実質的に同期してプロセッサ１０８によって修正されたその位相及び／又は利得を有することができ、従って、修正された基準信号を作成する。受信した位置決め信号は、続いて、混合信号を作成するために、この修正された基準信号と混合される。次に、この混合信号は、標準的な相関器処理により符号ＮＣＯ基準信号と混合され、続いて累積信号を作成するために所定の積分期間にわたって累積される。得られる累積信号は、従って、アンテナ配列１０４からの相関器１１８内で形成されたビーム１２２の方向及び大きさを示すことができる。各々の所定の積分期間の終わりに、相関器ロックループが、位相及び／又は利得操作によって摂動を受けない通常の相関器作動に従って作動する。
【００４１】
基準信号の修正
基準信号が搬送波ＮＣＯによって合成された後、基準信号は、第１の状態に切り換えられる素子に実質的に同期して基準信号の位相及び／又は利得を選択的に操作することによって修正される。特に、位相及び／又は利得の操作は、位相及び／又は利得オフセットを基準信号に適用することによって達成され、ここで位相及び／又は利得オフセットの値は、第１の状態に切り換えられるそれぞれの素子及びビームが形成される必要な方向に基づいて判断される。
【００４２】
アンテナ配列１０４は、相関器回路内のそれぞれの位相及び／又は利得オフセットの挿入を通じて相関器１１８に作動的に関連付けられる。相関器の作動及び位相及び利得オフセットの挿入は、図４に関して以下に更に詳しく説明する。
【００４３】
実施形態では、位相及び／又は利得オフセットの値は、プロセッサによってアクセス可能なデータベース１２０に記憶されている所定の値を検索することによって判断される。以下の例示的な実施例に示されている表のようなオフセット表が、データベース１２０に記憶され、プロセッサ１０８によって選択的にアクセス可能である。所定のオフセット値の記憶されたデータベースが好ましい方法であるが、他の実施形態では、位相及び／又は利得オフセットは、プロセッサ１０８によってリアルタイムで計算されることが当業者によって理解されるであろう。
【００４４】
アンテナ素子
図１に示す実施形態では、パッチ素子が３ｘ３配列で示されている。しかし、他の実施形態では、単極、双極、又は他の適切なアンテナ素子が利用されることは当業者によって理解されるであろう。本明細書における開示は、多次元を有するアンテナ配列で配置されるアンテナ素子に等しく適用されることが更に理解されるであろう。実際に、多くの実用的な応用において、アンテナ素子は、３次元形状で空間的に分散される。
【００４５】
この明細書及び特許請求の範囲全体を通して、「第１の」状態は、素子がアクティブであることを示し、「第２の」状態は、素子が非アクティブであることを示している。非アクティブ状態の実際の実施では、共振又は相互結合の影響を軽減するために素子を非共振性にすることに重点を置くことにより、使用される素子のタイプに依存して変化する。例えば、１／４λ単極素子は、パッチ素子が第２の状態で接地に切り換えられている間は第２の状態で開に切り換えられる。一部の実施形態では、スイッチはまた、第２の状態における５０Ωのような抵抗への接続を提供する。無効負荷のような他の条件に切り換えることも第２の状態で可能であることが当業者によって理解されるであろう。
【００４６】
ビーム形成スロット
好ましい実施形態では、一度に１つの素子１０６だけが、所定の積分期間中に第１の状態にあり、一方で全ての他の素子が第２の状態にある。すなわち、形成された各ビームに対して、１つの素子１０６だけが、積分期間内のいずれの瞬間にも着信信号を受信することができる。各素子１０６は、所定の積分期間よりも短いいわゆる小積分期間にわたって第１の状態に切り換えられる。一実施形態では、これらの小積分期間は、「ビーム形成スロット」（Ｂスロット）として公知である。
【００４７】
Ｂスロットと積分期間の関係は、図２に詳しく示されている。図２の実施例では、Ｂスロット２０２は、各々が長さ１μｓであり、積分期間はＮμｓ長である。本質的に、積分期間の長さは、いずれかの等しい長さのＢスロットに単純に分割される。Ｂスロットは、従って、単に、第１の状態に切り換えられる関連の素子が着信位置決め信号を受信する期間である。
【００４８】
一実施形態では、素子１０６は、Ｂスロットに動的に割り当てられる。以下に説明するブライトサイド走査モード作動のようなある一定の用途では、アンテナ配列における素子の部分集合だけがビームを形成するのに必要とされる。これは、信号がこれらの素子から受信されず、従って、累積されないように、積分期間の持続時間全体にわたって第２の状態に切り換えられたままにするように不要な素子を設定することによって達成することができる。代替的に、Ｂスロットの長さは、延長することができ、それによって素子の部分集合のみがＢスロットを割り当てられ、従って、素子のその部分集合から受信した信号だけが累積される。
【００４９】
しかし、別の実施形態では、必要なＢスロットの最小数は、アンテナ配列１０４において空間的に分散されている素子１０６の数に対応する。例えば、アンテナ配列が２つの素子だけを含む実施では、必要なＢスロットの最小数は２である。各素子１０６は、その割り当てられたＢスロットの持続時間全体にわたって第１の状態に切り換えられる。
【００５０】
更に別の実施形態では、１０の素子が、アンテナ配列で空間的に分散され、１０のＢスロットが各素子に対して１つ提供される。標準的なＧＰＳ受信機の一般的な積分期間である１０００μｓの積分期間を使用して、素子は、所定の方式（連続的に又は疑似ランダムに）で各々１００μｓの期間にわたって第１の状態に切り換えられる。第１の素子が第１の状態に切り換えられた時に、プロセッサはまた、位置決め受信機によって必要な配列内の第１の素子の位置及びビームの方向に対応する基準信号に適用する必要がある位相及び／又は利得オフセットを判断し、かつオフセットを第１の割り当てられたＢスロットの持続時間全体にわたって基準信号に適用する。次の１００μｓＢスロットでは、第１の素子及び他の素子の全てがその第２の状態に切り換えられている間、第２の素子が第１の状態に切り換えられる。また、プロセッサは、位置決め受信機によって必要な配列内の第２の素子の位置及びビームの方向に対応する位相及び／又は利得オフセットを判断し、第２のＢスロットの持続時間全体にわたって対してその位相及び／又は利得オフセットを適用する。連続的なスイッチング方式を使用するこの実施例では、他の素子が、その積分期間内に次のＢスロットに対してその第２の状態などに切り換えられる間、第３の素子は、第３のＢスロットで第１の状態に切り換えられる。１０００μｓ積分期間の終了時に、全ての１０の１００μｓＢスロットが、必要な位相及び／又は利得オフセットによって累積されることになり、位置決め受信機によって必要なビームを生成する。
【００５１】
アンテナ配列１０４における個々の素子１０６は、第１の状態に切り換えられた時だけ受信機にアクセス可能である。形成されるビームの方向が推測的に既知であるので、素子は、必要な方向にビームを形成するために、基準信号の位相及び／又は利得の適切な操作に実質的に同期して第１の状態に切り換えなくてはならないことになる。また、割り当てられたＢスロットの全ての恩典を得るために、割り当てられたＢスロットの全てを通して位相及び／又は利得操作を基準信号に適用しなくてはならないことになる。
【００５２】
ビーム形成方法
本明細書に開示するデバイスを使用してビームを形成するための以下の段階は、図３の流れ図に示されている。用いられる段階の説明を以下に提供する。
ａ）段階３０１で、アンテナ配列に空間的に分散された素子の１つが選択され、第１Ｂスロットで第１の状態に切り換えられる。
ｂ）段階３０２で、段階３０１で第１の状態に切り換えられた素子が着信信号を受信する。
ｃ）段階３０４で、着信信号は、アンテナ配列のＲＦフロントエンドでサンプリングされる。
ｄ）段階３０８で、内部基準信号が、着信信号と混合するために相関器において生成される。
ｅ）段階３１０で、所定のオフセットが、段階３０２と実質的に同期して基準信号に適用され、修正された基準信号を作成する。
ｆ）段階３１２で、修正された基準信号が、受信した信号と混合され、混合信号を作成する。
ｇ）段階３１４で、混合信号が、累積信号を作成するために累積器に累積される。
ｈ）段階３０６で、選択された素子が、第２の状態に切り換えられ、次の素子が、次のＢスロットで第１の状態に切り換えられ、処理は、再度段階３０１から開始される。
ｉ）段階３１６で、積分期間の終わりにＢスロット全てを一緒に累積した後、ビームが、Ｂスロット信号全ての値に基づいて累積器で形成される。
ｊ）段階３１８で、搬送波及び符号ロックループが、累積されたＢスロット信号を使用して更新される。
【００５３】
相関器の作動
ＧＰＳ位置受信機は、一般的に、内部で生成された基準信号と着信位置決め信号を相関付けるために、相関器と呼ぶ論理ブロックを使用する。図４を参照すると、相関器１１８では、着信位置決め信号が、２つの内部で生成された基準信号と混合される。第１の基準信号は、搬送波ＮＣＯ４０８によって生成された搬送波基準信号である。搬送波基準信号を着信位置決め信号と混合することで、搬送波基準信号と着信信号間の位相及び周波数の差を表す誤差信号を生成する。第２の基準信号は、この実施形態では符号ＮＣＯ４１６によって生成された符号基準信号である。着信位置決め信号が搬送波基準信号と混合された状態で、着信位置決め信号は、符号基準信号と混合され、符号基準信号と着信位置決め信号間の時間遅延を表す誤差信号を生成する。
【００５４】
簡単にするために、図４は、位置決め受信機の単一の受信チャンネルだけを示している。しかし、当業者は、最新の受信機が、１つよりも多い相関器を各チャンネルが一般的に含む単一の受信チャンネルよりも多い受信チャンネルを一般的に含むことを理解するであろう。
【００５５】
図４では、着信位置決め信号が、入力４０２で受信され、混合器４０４及び４０６で着信信号を基準搬送波信号と混合することにより搬送波成分を剥ぎ取り、同相（Ｉ）及び４相（Ｑ）サンプルデータを生成する。基準搬送波信号は、搬送波ＮＣＯ４０８及び離散正弦及び余弦マッピング関数４１０及び４１２それぞれで合成される。この剥ぎ取り処理は、図のようにＩ及びＱ信号を生成する。作動において、搬送波ＮＣＯは、搬送波ロックループ４１４によって制御される。搬送波ロックループの目的は、基準信号と着信位置信号間の位相誤差をゼロに又はできるだけゼロの近くに維持することである。位相誤差がゼロである時に、信号は、「位相ロック」であるといわれ、Ｉ信号は、Ｑ信号が実質的にゼロである間は最大である。この作動はまた、「位相ロックループ」（ＰＬＬ）作動と呼ばれる。
【００５６】
次に、Ｉ及びＱ信号は、この実施形態では符号ＮＣＯ４１６で合成される基準符号信号に相関付けられる。簡単にするために、１つの基準符号信号だけがこの実施形態では合成される。しかし、当業者は、殆どの位置決め受信機で、１つよりも多い符号基準信号が合成されることを理解するであろう。例えば、１つの用途では、早期、プロンプト、及び後の信号である３つの符号基準信号は、Ｉ及びＱ信号によってそれぞれ合成され、別々に相関付けられる。
【００５７】
相関器１１８は、内部で合成された符号基準信号を混合器４１８及び４２０において着信Ｉ及びＱ信号と混合する。作動において、符号ＮＣＯ４１６は、符号ロックループ４２６によって制御される。符号ロックループの目的は、内部で生成された符号基準信号と着信符号位置決め信号間の時間誤差をゼロに又はできるだけゼロの近くに維持することである。時間誤差がゼロである時に、信号は「符号ロック」されていると呼ぶ。この作動はまた、「遅延ロックループ」（ＤＬＬ）作動と呼ばれる。
【００５８】
すなわち、符号ロックループ４２６の作動は、搬送波ロックループ４１４に類似している。基準信号符号位相が着信位置決め信号符号位相に完全に整合している時に、最大相関が達成される。
【００５９】
次に、得られる混合信号は、積分期間にわたって累積器４２２及び４２４で積分され、ループ作動を追跡するためのプロセッサによって引き続きアクセスされるＩp及びＱp信号を提供する。
【００６０】
積分期間は、受信した信号が累積される時間の長さを示し、従来、衛星の疑似ランダム符号ノイズ長又はその倍数に基づいて判断される。ＧＰＳでは、この符号期間は１ｍｓであり、従って、受信機における積分期間も、１ｍｓ又はそれよりも長く設定される場合が多い。
【００６１】
位相及び／又は利得オフセット
好ましい実施形態では、着信位置決め信号の位相及び／又は利得を操作するための位相及び／又は利得オフセットは、搬送波基準信号が搬送波ＮＣＯ４０８によって合成された後でかつ合成された搬送波基準信号が着信位置決め信号の搬送波成分と混合される前にポイント４２８で挿入され、搬送波ロックループ４１４を完了する。この好ましい実施形態では、位相オフセットは、基準信号と合計され、利得オフセットは、基準信号によって乗算される。着信位置決め信号の操作は、相関器の積分期間内に合成された搬送波基準信号を修正することによって達成され、従って、搬送波ＮＣＯ４０８又は搬送波ロックループ４１４の通常の作動に干渉しない。次に、修正された基準信号は、通常の方法で着信位置決め信号と混合され、混合信号は、累積信号を作成するために積分期間にわたって累積器で積分される。
【００６２】
当業者によって公知の通り、波形の積分は、単に、所定の期間、この場合は積分期間にわたるその波形のサンプルの合計である。従って、得られる混合信号の積分（着信信号と基準信号を混合して得られる）は、単に、上述の一実施形態では１ｍｓの積分期間である期間にわたるその信号のサンプルの合計である。
【００６３】
一実施形態では、着信位置決め信号は、ＲＦフロントエンドを通じて７５ＭＨｚの速度でサンプリングされ、次に、サンプルは、同じく７５ＭＨｚで合成された修正された基準信号と混合される。この結果、積分期間が１０のＢスロットから構成される１ｍｓである仮定のシステムでは、各Ｂスロットは、持続時間が１００μｓであり、従って、着信位置決め信号の７，５００サンプルを含む。これらの７，５００サンプルの各々の１つは、修正された基準信号と連続的に混合され、混合信号を形成する。修正された基準信号は、基準信号に適用される位相及び／又は利得オフセットに基づいており、基準信号は、相関器の搬送波ＮＣＯによって生成される。特に、第１の状態にあるアンテナ素子に同期化されている着信位置決め信号の７，５００サンプルの各ブロックに対して、基準信号は、位相及び／又は利得オフセットを搬送波ＮＣＯの出力に適用することによって修正される。次に、この修正された出力は、着信位置決め信号サンプルによって乗算される（混合される）。次に、これらの混合信号は、通常の相関器作動に従って符号ＮＣＯ混合器を通過し、次に、累積信号を形成するために累積器で合計される。従って、１ｍｓの全積分期間にわたって、７５，０００サンプルが、各々７，５００の修正サンプルの１０Ｂスロットブロックを組み込んで累積器で合計されて記憶される。換言すると、これらの１０のＢスロットは、７，５００修正サンプルを含み、その各々は、累積処理で互いに合計され、従って、積分期間の終わりの７５，０００累積サンプルは、必要なビームを表している。
【００６４】
位相及び／又は利得操作が基準信号に適切に適用され、それぞれの素子から受信した信号と混合された状態で、次に、得られる混合信号は、累積器で結合され（合計処理）、相関器において必要なビームを形成する累積信号を作成する。この累積信号は、次に、上述の通常のＰＬＬ作動により相関器において処理される。搬送波ＮＣＯ４０８によって合成された搬送波基準信号は、積分期間中は変化しないが、各積分期間の最後に搬送波ロックループ４１４によってのみ更新される。従って、積分期間内の基準信号の修正は、ＰＬＬ又はＤＬＬによって検出することができない。ＰＬＬ及びＤＬＬは、起こっている操作に気付かず、通常通りに作動する。
【００６５】
説明する実施形態を通して、従来の相関器の使用は、相関器チャンネル当たりの固有のビームの方向及び幅を制御するように適応可能であり、それによって複数の同時ビームを形成することができる。形成することができるビームの数は、利用可能な相関器チャンネルの数に等しい。これは、相関器が信号を混合及び積分するための論理を既に収容するためであり、これらは、単に、相関付けること以外の使用に適応されている。
【００６６】
上述の実施形態は、相関器回路においてポイント４２８で利得及び位相の両方にオフセットを適用するが、他の実施形態では、利得オフセットを適用するための付加的な乗算器が、回路の他の部分に提供される。例えば、乗算器は、搬送波ＮＣＯ混合器と符号ＮＣＯ混合器間の同相及び４相経路に追加することができ、利得操作を提供する。同様に、位相オフセットはまた、相関器回路の他の部分で適用することができる。例えば、位相オフセットは、符号ＮＣＯの出力に追加することができる。
【００６７】
好ましい実施形態では、あらゆる所定の方向にビームを形成するための位相及び／又は利得オフセットが事前に判断されており、データベース１２０に記憶され、プロセッサ１０８によってアクセス可能である。オフセットデータのフォーマットは、オフセット表のような多くの形式を取ることができる。プロセッサ１０８は、要求されたビームの方向を判断し、必要な方向にビームを形成するために積分期間にわたって各Ｂスロットにおける各素子に対する正確な位相及び／又は利得オフセットを得るためにデータベース１２０にアクセスし、ポイント４２８で必要なオフセットを挿入し、それによってビーム（図１の１２２）が、適切な着信位置決め信号の方向に形成される。説明するように、位相及び／又は利得オフセットを取得及び挿入する段階は、位相及び／又は利得が積分期間にわたって正確に操作されるように、第１の状態へのそれぞれの素子の切り換えに実質的に同期すべきである。
【００６８】
一実施形態では、アンテナ配列は、１２８の素子を有する。従って、各方向は、オフセット表で１２８の位相及び１２８の利得エントリを有する。例えば、ビームを北に向ける必要がある場合、プロセッサは、北への表エントリをルックアップし、積分期間にわたるその方向への１２８位相及び１２８利得エントリの各々を段階的に通過し、ビームを北に向ける。この実施形態では、各方向が１２８位相及び１２８利得エントリを有する２０４８方向にビームを向けることができる。勿論、他の実施形態では、より多くの方向が実行される。この理由のために、処理のオーバヘッドを軽くするために、位相及び／又は利得オフセット値を表形式で提供することが好ましい。
【００６９】
上述の段落に示す実施形態は、これが必要な処理機能を最小限にするので好ましい。しかし、当業者は、特にマイクロプロセッサ技術における最近の進歩を考えると、オフセットが要求されるのでかつその時に、位相及び／又は利得オフセットを計算するようにプロセッサ１０８を構成することができることを理解するであろう。
【００７０】
本発明の物理的な実施では、各素子は、それぞれのスイッチに送信回線１２４によって接続され、それぞれのスイッチは、次に、少なくとも１つの相関器にダウンコンバートされかつ送信されることになる単一のＲＦフロントエンド１２６にフィードする。好ましい実施形態では、素子とスイッチを相互結合する送信回線は、等しい長さであり、受信した信号がアンテナ配列フィードシステムを通じて位相干渉性であるようにすることに注意すべきである。しかし、他の実施形態では、送信回線の長さの違いは、位相及び／又は利得オフセットを適用する時に考慮に入れられて補正される。
【００７１】
アンテナ配列１０４と受信チャンネル１１６間の相互結合、並びにＲＦフロントエンド１２６、相関器１１８に含まれる電子機器、及び実際のスイッチ１１０自体は、必ず遅延を引き起こすことになる。一実施形態では、この遅延は、約９５０ｎｓであると測定されるが、勿論、当業者は、遅延の長さが、選択されたハードウエアに依存して変わることを理解するであろう。従って、相関器における位相及び／又は利得操作の作動は、この遅延を考慮に入れなくてはならないので、第１の状態への素子の切り換えと同時に実行することはできない。すなわち、相関器における位相及び／又は利得の操作は、この実施形態では９５０ｎｓまで遅らせなくてはならない。
【００７２】
他の実施形態では、各アンテナ配列は、１００μｓの領域の積分期間に６０を超える素子を収容する。このような実施形態では、Ｂスロットの期間は、僅かに１μｓ又は２μｓの領域である。従って、実質的に１μｓである９５０ｎｓの遅延は重大であり、考慮に入れなくてはならない。
【００７３】
アンテナ配列が収容する素子の数は、狭いビームを形成するための１つの基準である。他の等しく重要な基準は、オフセット表の分解能及び素子の物理的間隔を含む。各方向に対して、各素子は、位相及び／又は利得に対する関連付けられたオフセットを持たなくてはならない。例えば、６０素子を有する実施形態では、ビームが形成される各方向に対する表エントリは、記録された６０利得オフセット及び６０位相オフセットを持たなくてはならない。
【００７４】
素子の物理的分離も、素子間の位相差を作成するのに重要である。実質的に、素子の物理的分離により、本質的に異なる位相を有する位置決め信号を受信することができる。素子間の２分の１波長分離は、最小格子ローブを有する最大の位相整合を提供する。例えば、上述のように修正された基準信号と混合することによるこれらの位相の操作により、ビームを必要な方向に形成することができる。
【００７５】
特に好ましい実施形態では、素子１０６は、デバイスが２つよりも多い次元でビームを形成することができるように、２つよりも多い次元の構成で空間的に分散される。大体において、ビームを形成することができる方向は、使用される素子に依存する。例えば、パッチ素子から構成される平面配列は、半球状にビームを形成することができ、単極から構成される平面配列は、平面でビームを形成することができることになる。
【００７６】
ブライトサイド走査モード対全走査モード
以上の説明から、パッチ素子から構成される少なくとも２つの平面配列は、半球状ビームを接合して球状にビームを形成するように配置することができることになる。従って、この構成では、あらゆる方向にビームを形成することができる。
【００７７】
全走査モードでは、全ての素子が、積分期間内に少なくとも一度第１及び第２の状態間で切り換えられる。すなわち、配列の素子の全てが、各積分期間内で少なくとも一度着信信号を受信する。全走査モードは、どのくらいの数の相関器チャンネルが利用可能であるかに依存して、多くの異なる方向に同時にビームを形成することができる全体的な柔軟性を提供する。
【００７８】
しかし、信号が「ブライトサイド」と呼ぶ３次元アンテナ配列の１つの側だけに照射した時に、「ダークサイド」と呼ぶアンテナ配列の他方の側から受信した情報は、潜在的に小さな値になる。この状況は、送信機が地平線に一般的に分散されている地上位置決めシステムで頻繁に発生する。この場合、ダークサイド素子は、ブランクにされており（すなわち、これらの素子における利得はゼロに設定される）、ブライトサイド素子だけが使用される。これは、配列の相関負荷サイクルを５０％だけ効率的に低減し、アンテナ配列の相関利得の半分が浪費されることを意味する。比較的小さなエリアに跨がる位置決めシステムでは、送信された信号の信号電力が比較的高いので、アンテナからの相関利得のこの損失は許容できる。従って、最適な柔軟性のために最大相関利得を交換取引することが許容可能である小さなエリアのシステムでは、全走査モードが好ましい。
【００７９】
しかし、信号がより遠くの距離にわたって送信される大きな地理的エリアでは、相関利得は、益々重要になる。このような場合、アンテナの相関利得を増すための１つの方法は、ブライトサイド走査モードで作動することである。このモードでは、ブライトサイドにおける素子は、動的に一緒にグループ分けされ、そのそれぞれのＢスロット持続時間が増え、それによってブライトサイド素子だけが、積分期間内に累積される。これは、相関負荷サイクルにおける増加、及び従って相関利得における全体的な増加をもたらす。
【００８０】
例示的な実施形態
例示的な目的のために、ここで、本発明を最も単純なアンテナ配列、すなわち、図５ａ及び５ｂに示すように２つの素子だけを有する配列を使用して以下に説明する。しかし、当業者は、本明細書の教示を付加的な発明的機能なしに多次元形状で空間的に分散された多くの素子を有するアンテナ配列に適応させることができるであろう。
【００８１】
この例示的な実施形態では、素子５０２及び５０４は、１／４波長単極である。２つの素子は、互いに空間的に離れて１／２波長で配置され、信号は、各素子で受信される。２つの素子が互いに合計された時に、素子の２次元上面図から見て８の字のビームパターンが図５ａに示すように形成されるように、素子のそれぞれの全方向利得パターンが結合される。この構成では、素子５０２及び５０４のブロードサイド方向からの着信位置決め信号は、同相であり、従って、増幅され、一方、素子のエンド−ファイヤ方向からの信号は、位相不一致であり、従って、相殺される。
【００８２】
位相操作
本発明では、最大利得が図５ｂに示すようにエンド−ファイヤ方向に向くように、９０°だけ８の字を回転させることができる。これは、位置受信機の積分期間内に素子５０２及び素子５０４の位相及び／又は利得操作することによって達成される。素子５０２及び素子５０４の各々は、スイッチに接続され、それによってあらゆる素子を第１及び第２の状態間で切り換えることができ、信号の合計が行われる積分期間は、２つのＢスロットに分けられる。
【００８３】
素子５０２及び５０４間の位相分離が既知であるので、エンド−ファイヤ方向からの着信波が、破壊的ではなく構成的に合計されるように、素子の１つの位相を操作することができる。この場合、素子は１／２波長離れているので、素子５０４で必要な位相操作は１８０°である。各方向に対して必要な位相操作は、オフセット表を構成するために同様に計算される。単純にするために、利得オフセットは１に設定され、ビームを向けることができる方向は、ブロードサイド方向又はエンド−ファイヤ方向のいずれかに制限される。これらの制限を組み込む実施例のオフセット表を以下に示している。
【００８４】
（表）
【００８５】
エンド−ファイヤ方向にビームを形成するために、素子５０２及び５０４は、位置受信機の積分期間内で所定のＢスロットシーケンスで第１の状態に切り換えられる。第１Ｂスロットでは、素子５０２は、第１の状態に切り換えられ、位相オフセットは、累積器で累積される間は０°に維持され、この素子が既に０°であるので操作は必要ない。第２のＢスロットでは、着信信号の位相は、素子５０４で構成的に合計されることが望ましい。素子５０４は、素子５０２に対して１８０°の受信位相を有するので、１８０°の位相オフセットを累積器で累積される間に素子５０４に適用しなくてはならず、それによって素子５０４からの受信した信号は、素子５０２に干渉する位相になる。２つのＢスロットは、従って、累積処理で互いに合計され、積分期間の終わりの累積された値は、エンド−ファイヤビームを表している。
【００８６】
本発明では８の字のビームがオフセット表の複雑さに依存していずれの方向にも形成することができることが、当業者によって理解されるであろう。
【００８７】
この単純な実施例における両方の素子に対しては、１の利得オフセット（１の利得）が着信位置決め信号と乗算され、従って、形成されたビームを修正しない。
【００８８】
上述のように、位相操作は、第１の状態への素子の切り換えに実質的に同期して適用すべきであり、そうでなければ、ビームの利得パターンは、正確に形成されない。
【００８９】
本発明の実施形態によると、例えば、ＰＲＮ１からの位置決め信号が、送信を開始する。位置決め受信機でのＰＲＮ１の取得後に、位置決め受信機相関器内の搬送波ＮＣＯは、位置決め信号に実質的に類似した基準信号を合成する。
【００９０】
位置決め受信機は、ＰＲＮ１がエンド−ファイヤ方向であると判断し、従って、その方向のビームを形成する決定が為される。プロセッサは、オフセット表をルックアップし、素子５０２に対応する積分期間中の第１Ｂスロットに対して必要なオフセットがないと判断する。同様に、プロセッサは、１８０°又は１／２λのオフセットが、素子５０４に対応する第２のＢスロット中に必要であると判断する。修正された基準信号を作成するために搬送波ＮＣＯに各オフセットを適用した後、着信位置決め信号及び修正された基準信号は、相関器の通常の作動により、混合器で混合され累積器で累積される。すなわち、図１、３、及び５に関して、素子５０２及び５０４で受信した着信位置決め信号は、スイッチを通じてＲＦフロントエンド１２６にフィードされ、続いてアナログ−デジタル変換器でダウンコンバートされてサンプリングされる。次に、受信した信号は、少なくとも１つの相関器１１８に送られる。
【００９１】
受信した位置決め信号は、受信した位置決め信号を搬送波ＮＣＯ４０８及び離散正弦及び余弦マッピング関数４１０及び４１２によって合成された搬送波基準信号と混合することにより、その同相及び４相成分に分けられる。しかし、修正された基準信号が、受信した位置決め信号と混合される前に、プロセッサは、ＰＲＮ１がエンド−ファイヤ方向であると判断する。素子５０２が第１の状態に切り換えられている第１Ｂスロットに対して、プロセッサは、搬送波ＮＣＯに対するオフセットが必要であるか否かを判断するために表を検査する。この場合、オフセットは必要なく、基準信号への修正も必要ない。従って、累積が通常の相関器作動に従って進行することが許可される。すなわち、修正されていない基準信号が、混合器４０４及び４０６で受信した位置決め信号と混合され、混合信号を作成し、次に、符号基準信号と混合され、続いて累積器４２２及び４２４で累積される。
【００９２】
第２のＢスロットに対して、プロセッサは、搬送波ＮＣＯへのオフセットが必要か否かを判断するために表を検査する。この場合、１８０°の位相オフセットが必要である。オフセットは、第２のＢスロットが始まり、素子５０４が第１の状態に切り換えられる時に、現在の搬送波基準信号位相値に適用されて修正された基準信号を作成する。位相オフセットは、Ｂスロットの持続時間全体を通して搬送波ＮＣＯ値に継続して適用される。修正された基準信号は、受信した位置決め信号と混合され、混合信号を作成し、次に、符号基準信号と混合され、続いて累積器４２２及び４２４で第１Ｂスロットの値と共に累積され、累積信号を作成する。２つのＢスロットは、従って、累積処理で互いに合計され、積分期間の終わりの累積された値は、従って、エンド−ファイヤビームを表している。
【００９３】
搬送波ＮＣＯ４０８によって合成された搬送波基準信号は、積分期間中は変化しないが、積分期間の終わりに搬送波ロックループ４１４によって更新されるだけであることに注意されたい。
【００９４】
本明細書に説明する実施形態では、累積信号は、積分期間の持続時間全体にわたって累積器で作成される。しかし、他の実施形態では、各Ｂスロットは、その独自の個々の累積器で累積され、累積器の最小数は、必要なＢスロットの最小数に対応する。これらの実施形態では、累積信号は、個々の累積器における信号を結合することから得られる。
【００９５】
説明した実施形態では、１つの素子だけが、積分期間内のいずれの瞬間にも第１の状態にあることができる。従って、素子５０４が第１の状態に切り換えられた時に、素子５０２は、同時に第２の状態に切り換えられる。
【００９６】
符号ロックループ４２６を行き来した後、混合された信号は、累積器４２２及び４２４で積分され、累積信号を作成する。信号への操作が連続して行われるので、混合信号の積分は、実際には、積分期間にわたる無限数の修正された信号の合計である。従って、累積信号は、必要な方向に形成された新しいビームを表している。
【００９７】
上述のように、アンテナ配列１０４及びスイッチング回路（スイッチ１１０）は、受信機の位置を判断するために必要なＰＶＴ解決法を実行する位置決め受信機１１４に結合される。着信位置決め信号の方向がいずれの所定の時間に対しても既知であるので、各相関器チャンネルで形成されるビームをそれらの既知の方向に対して向けて着信信号の利得を最大にし、一方、他の方向からの信号を減衰し、従って、多経路の影響を軽減することができる。
【００９８】
本発明を特定的な実施例に関して説明してきたが、本発明は、多くの他の形式で具現化することができることは当業者によって認められるであろう
【００９９】
以下の特許請求の範囲及び本明細書の説明では、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ ｏｆ」、又は「ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」のいずれも、その他を除外せずに少なくともそれに続く要素／特徴を含むことを意味する未決用語である。従って、特許請求の範囲で使用される「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は、その後に挙げる手段又は要素又は段階に制限するように解釈すべきではない。例えば、Ａ及びＢを含むデバイスの表現の範囲は、要素Ａ及びＢだけから構成されるデバイスに制限すべきではない。本明細書で使用される用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、又は「ｔｈａｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ」のいずれも、同じくその他を除外せずにその語に続く要素／特徴を少なくとも含むことを意味する未決用語である。従って、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」と同義であり、かつ同じことを意味する。
【符号の説明】
【０１００】
３０１ アンテナ配列に空間的に分散された素子の１つが選択され、第１Ｂスロットで第１の状態に切り換えられる段階
３０２ 段階３０１で第１の状態に切り換えられた素子が着信信号を受信する段階
３０４ 着信信号が、アンテナ配列のＲＦフロントエンドでサンプリングされる段階
３０８ 内部基準信号が、着信信号と混合するために相関器において生成される段階
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ配列のビームを形成するためのデバイスであって、
複数の空間的に分散された素子を有するアンテナ配列と、
第１及び第２の状態の間で前記素子を選択的に切り換えるためのプロセッサであって、該第１の状態では、該素子が着信信号を受信するように構成される前記プロセッサと、
前記アンテナ配列と作動的に関連付けられ、かつ基準信号を生成し、混合信号を生成するために前記着信信号を修正された基準信号と混合し、かつ累積信号を生成するために所定の期間にわたって該混合信号を合計するために前記プロセッサと作動的に関連付けられた受信機であって、該基準信号が、該累積信号が該アンテナ配列のビームの方向及び大きさを示すことができるように前記受信した信号と混合される前に修正される前記受信機と、
を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記受信機は、相関器を有する少なくとも１つの受信チャンネルを含み、
前記アンテナ配列との前記作動的関連付けは、前記相関器によって提供される、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記アンテナ配列と前記相関器間の前記作動的関連付けは、前記第１の状態に切り換えられる素子に実質的に同期して前記基準信号の位相及び／又は利得を選択的に操作することによって提供されることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記位相及び／又は利得の前記操作は、前記基準信号に位相及び／又は利得オフセットをそれぞれ適用することによって達成され、
前記位相及び／又は利得オフセットの値が、前記第１の状態に切り換えられる前記素子の１つに基づいて判断される、
ことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記相関器は、搬送波数値制御発振器（ＮＣＯ）を含み、前記基準信号は、該搬送波ＮＣＯにおいて合成されることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項６】
前記位相及び／又は利得オフセットの値が、前記プロセッサによってリアルタイムで判断されることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項７】
前記位相及び／又は利得オフセットの値が、前記プロセッサによってアクセス可能なデータベースに記憶された所定の値を検索することによって判断されることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１の状態では、前記素子は、アクティブであり、前記第２の状態では、該素子は、非アクティブであることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記素子は、所定のシーケンスで前記第１及び第２の状態間で切り換えられることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記所定のシーケンスは、１つ又はそれよりも多くの素子が前記第１の状態に切り換えられることを選択的に排除することを特徴とする請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記アンテナ配列の構成が、前記積分期間の持続時間全体にわたって１つ又はそれよりも多くの素子を前記第２の状態に切り換えることによって動的に調節可能であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記素子の各々が、小積分期間にわたって前記第１の状態に切り換えられ、
前記小積分期間は、前記所定の積分期間よりも短い、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記所定の積分期間は、複数のビーム形成スロット（Ｂスロット）を含むことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
素子が、前記Ｂスロットの持続時間全体にわたって前記第１の状態に切り換えられることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
各Ｂスロットが、前記着信信号を記憶するためのそれぞれの累積器にアクセスするように構成され、
前記それぞれの累積器の各々が、前記修正された基準信号と混合されて前記混合信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
積分期間内の各Ｂスロットの前記持続時間は、１つ又はそれよりも多くの素子が前記第１の状態に切り換えられることを選択的に排除されるように動的に調節可能であることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記素子は、デバイスが１つ又はそれよりも多くの次元でビームを形成することができるように３次元構成で空間的に分散されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
各受信機が、複数の受信チャンネルを含み、
各受信チャンネルが、少なくとも１つのビームを形成するように適応可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第２の状態に切り換えられた素子が、相互結合の影響が改善されるように非共振性であるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
伝播遅延が、前記着信信号の受信と該着信信号の混合との間に発生し、該伝播遅延は、前記基準信号の前記修正を遅延することによって対処されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
アンテナ配列のビームを形成する方法であって、
ａ）空間的に分散されたアンテナ配列の素子を第２の状態から該素子が着信信号をサンプリングするように構成される第１の状態に選択的に切り換える段階と、
ｂ）前記第１の状態に切り換えられた前記素子において着信信号を受信する段階と、
ｃ）前記着信信号との相関のために相関器において基準信号を生成する段階と、
ｄ）前記第１の状態に切り換えられる前記素子に実質的に同期して前記基準信号に所定のオフセットを適用し、修正された基準信号を作成する段階と、
ｅ）前記着信信号を前記修正された基準信号と混合して混合信号を作成する段階と、
ｆ）積分期間にわたって前記混合信号を累積し、前記アンテナ配列のビームの方向及び大きさを示す累積信号を作成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１】
アンテナ配列のビームを形成するためのデバイスであって、
複数の空間的に分散された素子を有するアンテナ配列と、
第１及び第２の状態の間で前記素子を選択的に切り換えるためのプロセッサであって、該第１の状態では、該素子が着信信号を受信するように構成される前記プロセッサと、
前記アンテナ配列と作動的に関連付けられ、かつ基準信号を生成し、混合信号を生成するために前記着信信号を修正された基準信号と混合し、かつ累積信号を生成するために所定の期間にわたって該混合信号を合計するために前記プロセッサと作動的に関連付けられた受信機であって、該基準信号が、該累積信号が該アンテナ配列のビームの方向及び大きさを示すことができるように前記受信した信号と混合される前に修正される前記受信機と、
を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記受信機は、相関器を有する少なくとも１つの受信チャンネルを含み、
前記アンテナ配列との前記作動的関連付けは、前記相関器によって提供される、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記アンテナ配列と前記相関器間の前記作動的関連付けは、前記第１の状態に切り換えられる素子に実質的に同期して前記基準信号の位相及び／又は利得を選択的に操作することによって提供されることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記位相及び／又は利得の前記操作は、前記基準信号に位相及び／又は利得オフセットをそれぞれ適用することによって達成され、
前記位相及び／又は利得オフセットの値が、前記第１の状態に切り換えられる前記素子の１つに基づいて判断される、
ことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記相関器は、搬送波数値制御発振器（ＮＣＯ）を含み、前記基準信号は、該搬送波ＮＣＯにおいて合成されることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項６】
前記位相及び／又は利得オフセットの値が、前記プロセッサによってリアルタイムで判断されることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項７】
前記位相及び／又は利得オフセットの値が、前記プロセッサによってアクセス可能なデータベースに記憶された所定の値を検索することによって判断されることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１の状態では、前記素子は、アクティブであり、前記第２の状態では、該素子は、非アクティブであることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記素子は、所定のシーケンスで前記第１及び第２の状態間で切り換えられることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記所定のシーケンスは、１つ又はそれよりも多くの素子が前記第１の状態に切り換えられることを選択的に排除することを特徴とする請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記アンテナ配列の構成が、前記積分期間の持続時間全体にわたって１つ又はそれよりも多くの素子を前記第２の状態に切り換えることによって動的に調節可能であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記素子の各々が、小積分期間にわたって前記第１の状態に切り換えられ、
前記小積分期間は、前記所定の積分期間よりも短い、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記所定の積分期間は、複数のビーム形成スロット（Ｂスロット）を含むことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
素子が、前記Ｂスロットの持続時間全体にわたって前記第１の状態に切り換えられることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
各Ｂスロットが、前記着信信号を記憶するためのそれぞれの累積器にアクセスするように構成され、
前記それぞれの累積器の各々が、前記修正された基準信号と混合されて前記混合信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
積分期間内の各Ｂスロットの前記持続時間は、１つ又はそれよりも多くの素子が前記第１の状態に切り換えられることを選択的に排除されるように動的に調節可能であることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記素子は、デバイスが１つ又はそれよりも多くの次元でビームを形成することができるように３次元構成で空間的に分散されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
各受信機が、複数の受信チャンネルを含み、
各受信チャンネルが、少なくとも１つのビームを形成するように適応可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第２の状態に切り換えられた素子が、相互結合の影響が改善されるように非共振性であるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
伝播遅延が、前記着信信号の受信と該着信信号の混合との間に発生し、該伝播遅延は、前記基準信号の前記修正を遅延することによって対処されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
アンテナ配列のビームを形成する方法であって、
ａ）空間的に分散されたアンテナ配列の素子を第２の状態から該素子が着信信号をサンプリングするように構成される第１の状態に選択的に切り換える段階と、
ｂ）前記第１の状態に切り換えられた前記素子において着信信号を受信する段階と、
ｃ）前記着信信号との相関のために相関器において基準信号を生成する段階と、
ｄ）前記第１の状態に切り換えられる前記素子に実質的に同期して前記基準信号に所定のオフセットを適用し、修正された基準信号を作成する段階と、
ｅ）前記着信信号を前記修正された基準信号と混合して混合信号を作成する段階と、
ｆ）積分期間にわたって前記混合信号を累積し、前記アンテナ配列のビームの方向及び大きさを示す累積信号を作成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【公表番号】特表２０１２−５３１５９７（Ｐ２０１２−５３１５９７Ａ）
【公表日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１７９８１（Ｐ２０１２−５１７９８１）
【出願日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＵ２０１０／０００８３９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００００４９
【国際公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（５１２００１８８７）ロケイタ コーポレイション プロプライエタリー リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＵ２０１０／０００８３９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００００４９
【国際公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（５１２００１８８７）ロケイタ コーポレイション プロプライエタリー リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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