位置情報の決定
【課題】物体から受信機の一つへの直接信号が遅延した反射信号と比べて弱い場合でも精度良く物体の位置を決定する。
【解決手段】複数の受信エレメントを含む、受信するための手段と、受信エレメントで受信された信号１０６を検出し、受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、各受信エレメントごとに、他の任意の受信エレメントで受信される信号から生成される任意の出力信号とは別に、その受信エレメントで受信される信号から生成される出力信号にプロセスを適用し、その結果、その受信エレメントで受信される信号１０６を表すパラメータのそれぞれの値を得るように動作可能な処理手段とを含み、処理手段はさらに、こうして得られたパラメータの値を比較し、その結果、物体に関する位置情報を取得する。
【解決手段】複数の受信エレメントを含む、受信するための手段と、受信エレメントで受信された信号１０６を検出し、受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、各受信エレメントごとに、他の任意の受信エレメントで受信される信号から生成される任意の出力信号とは別に、その受信エレメントで受信される信号から生成される出力信号にプロセスを適用し、その結果、その受信エレメントで受信される信号１０６を表すパラメータのそれぞれの値を得るように動作可能な処理手段とを含み、処理手段はさらに、こうして得られたパラメータの値を比較し、その結果、物体に関する位置情報を取得する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器、放射物体を求めて検出体積内を検索するための機器、物体を位置決定するためのシステムに関し、詳細には、物体位置決めシステムにおいて物体で使用するための送信機を組み込んだ物体、位置情報を決定する方法、コンピュータ可読媒体、コンピュータプログラム製品、および信号に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、物体追跡システム、侵入検出器システム、在庫管理、車両衝突検出、ならびにセキュリティおよび作業員追跡システムの分野で具体的な用途が見出せる。
「能動」送信機タグを追跡するための、知られている従来技術のシステムが、「Ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅｂａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｓｓｅｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ」（ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、２００２年５月）と題する論文で公開されている。このシステムでは、船内の貨物室の広く間隔の空いた隅部の場所に配置された複数の受信アンテナを使用して、貨物室内の貨物に取り付けられた送信機タグから放射される超広帯域信号を検出する。円弧近似技法では、受信アンテナの中央コンピュータとの同期を利用し、各アンテナにおける識別パルスの到着時間の知識を使用し、３次元での物体の位置を確定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術のシステムでは、物体から受信機の１つへの直接信号が、遅延した反射信号と比べて弱い場合、例えば、物体と受信機の間に障害物がある場合、問題が生じる。この場合、遅延信号反射がパルス到着時間として誤って識別されることがあり、その結果、位置推定手順で劇的に大きなエラーが生じる可能性がある。また、各従来技術の受信機ユニットは比較的単純であるが、各受信機とコンピュータとを正確に同期させる必要があるので、正確で高価なタイミング回路が必要となることがある。さらに、円弧近似技法を利用すると、システムの精度が制限されることがあり、あいまいさも生じる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
従来技術で明らかになった問題を克服するために、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器が提供される。この機器は、物体における送信機から送信された信号を受信するための手段と、受信手段に結合され、物体の角位置を決定することのできる出力を生成するための検出手段とを含む。
【０００５】
密接に関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、
組み込まれた送信機によって送信される信号パルスを受信するための手段であって、受信するための前記手段が、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置され、前記信号パルスが好ましくは超広帯域信号パルスである手段と、
受信手段に結合され、物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成するための検出手段とを含み、
受信するための手段が複数の受信エレメントを含み、検出手段が、複数の受信エレメントで受信された信号パルスの相対タイミングを検出し、それによって角位置を決定することができるように適合される機器が提供される。
【０００６】
いずれの事象においても、好ましくは、受信手段が、特性パルス周波数を有するパルス列を受信するように適合され、検出手段が、受信パルス列を表す信号を出力するように適合される。
【０００７】
物体の到達距離ではなく角位置が得られる出力を生成することによって、物体の位置をより高い精度で決定することができる。
この機器は、ＵＷＢパルスを非同期的に（すなわち、同時送受信制御の下ではなく）送信することができる。到達距離は短いことがあり、一般に５０メートル未満、通常、１０メートル未満である。精度は、１５ｃｍ未満とすることができる。好ましくは、複数のタグを同時に扱うことができる。別々の基地局を使用して、正確な位置を決定することができる。
【０００８】
当機器は、広範な適用範囲を有することができ、アレイデータ処理またはビーム形成を使用せずに、時間領域プロセスにおいて、遅延を決定して、２次元ではなく３次元での角位置（または到来角）を見つけることができる。各受信機は、角位置を個別に決定することができる。マルチパスを活用して、性能を高める必要はない。この機器は、恒久的または半恒久的に固定することができる。この機器は、２つのアンテナ（必ずしも半波長の間隔を空ける必要はない）および複数の基地局を使用して、位置を決定することができる。
【０００９】
この機器は、好ましくは、在庫品目に取り付けられた能動送信機タグを追跡する在庫管理システムなどの位置決めシステム内に設けられる、受信ユニット、またはセンサである。
【００１０】
好ましくは、信号を受信する手段が、受動システムで受信される信号とは一般に異なるダイナミックレンジを有する信号を受信するように適合される。能動システムでは、信号強度は、受動システムでの１／Ｄ４に対して、１／Ｄ２（ここで、Ｄは追跡される物体までの距離）で変化する。好ましくは、受信手段は、１５ｄＢより大きいダイナミックレンジ、より好ましくは、２０ｄＢ、２５ｄＢ、２７ｄＢ、または３０ｄＢより大きいダイナミックレンジを有する。また、好ましくは、信号を受信するための手段および／または検出手段は、受動システムにおいて一般に受信されるものよりも、より広範囲の信号の形および／または周波数を、受信および／または検出するようにも適合される。この場合も、信号の形および／または周波数の生成が機器の直接制御外であり、より変化しがちであるからである。
【００１１】
好ましくは、受信手段は、超広帯域（ＵＷＢ）パルス、好ましくは０．５ＧＨｚ〜２４ＧＨｚ、好ましくは２ＧＨｚ〜１２ＧＨｚ、およびより好ましくは５．８ＧＨｚ〜７．２ＧＨｚの周波数帯域にわたるパルスを受信するように適合される。この周波数範囲は、必要なレーダ特性を伝えるのに好都合で、一方、無線規制によって指定された限界内に収まる。パルスは好ましくは、そのパルスの成形により、シヌソイド周波数における強い周波数ピークおよび大きなサイドローブを有する、成形シヌソイドの形である。しかしながら、他の周波数範囲（およびしたがって他のパルス形状）も可能である。
【００１２】
本発明では（全体を通して）、超広帯域（ＵＷＢ）という語は、好ましくはブロードバンドシステムを意味し、好ましくは０．５〜７９または８１ＧＨｚの周波数範囲を意味する。より具体的には、好ましい周波数範囲は、３．１〜１０．６ＧＨｚ、５．４６〜７．２５ＧＨｚ、５．７２５〜５．８７５ＧＨｚ、２２〜２９ＧＨｚ、７６．５〜７７．５ＧＨｚ、および７７〜８１ＧＨｚのバリエーションである。こうした範囲が正確であることがあるが、それらはプラスまたはマイナス１、２、または５ＧＨｚとなることがある。本発明のＵＷＢパルスでは、中心周波数に対する帯域幅の比は、好ましくは１０、１５、２０、２５、３０、５０、７５、または１００％よりも大きく、あるいは帯域幅は、好ましくは少なくとも１００、２５０、５００、または１，０００ＭＨｚでもある。パルスは一般に、１，０００、５００、２００、１００、５０、２５、１０、５、２、または１未満の、無線周波数の個々のサイクルを含んでいる。
【００１３】
好ましくは、この機器は、検出手段をトリガするための手段をさらに含み、トリガ手段は送信信号の生成に依存しない。トリガ手段は、例えばタイムベース制御ユニット、または（水晶発振器などの）単純なクロックでよく、物理的に検出手段内に配置されても、システムの他のコンポーネント内に配置されてもよい。好ましくは、トリガ手段は、送信信号とトリガ手段の間に（常に変化する位相または単に一定の位相オフセットなど）定義された位相関係がないように、および／またはトリガ手段および送信信号が互いに異なるクロック源によって駆動されるように、送信信号の生成とは無関係である。本発明の「トリガ」という語は、好ましくは、物体が状態を変えるように、（パルスなどの）刺激を物体に適用することを意味する。そのようなトリガ手段を提供することにより、受信機の制御を単純化し統一することができる。
【００１４】
また、この機器は好ましくは、トリガ制御信号を受信するための手段を含み、トリガ手段は、受信されるトリガ制御信号に応じて、検出手段をトリガするように適合される。トリガ制御信号を受信するための手段は、好ましくは、制御機構などの外部エージェントがトリガパラメータを指定できるようにする通信制御ユニットである。受信されるトリガ制御信号に応じて検出手段をトリガすることにより、この機器は、能動物体により容易にロックオンすることができる。
【００１５】
トリガ手段は、好ましくは、制御信号によって決定される周波数で検出手段をトリガするように適合される。これにより、（例えば）外部エージェントが、機器の制御を柔軟に行えるようになり、その結果、より広い範囲の可能な信号にロックオンすることができるようになる。具体的には、これにより、一般に１つの検出周波数に限定されている従来の受動検出システムに対して、システムの柔軟性がより高まる。
【００１６】
送信される信号が特性繰返し周波数を有する場合、トリガ手段は、特性繰返し周波数と異なるトリガ周波数で検出手段をトリガするように適合される。受信信号の特性繰返し周波数と異なる周波数で検出手段をトリガすることにより、移動する「距離ゲート」を作成することができ、これにより、受信機クロックの位相を送信機クロックの位相と整合させる必要がなくなる。好ましくは、トリガ周波数Ｆｔｒｉｇが、（Ｆｃｒ／ｎ）＋Ｆｄｉｆｆによって決まり、ここでＦｃｒは特性繰返し周波数、ｎは整数の分周比、およびＦｄｉｆｆは走査速度である。
【００１７】
ｎの値は１より大きくてよく、好ましくは２、３、４、または５より大きくてよい。整数の分周比を１より大きくすることにより、検出手段は、特性繰返し周波数よりも低い周波数で動作することができるが、（特により小さいｎの値において）情報または精度の著しい損失がない。また、Ｆｄｉｆｆは非ゼロでよく、好ましくはＦｃｒの振幅の５％、２％、または１％未満、およびより好ましくはＦｃｒの振幅の０．５％未満である。
【００１８】
好ましくは、受信するための手段は、複数の受信エレメントを含み、検出手段は、複数の場所で受信された信号の相対タイミングを検出し、それによって角位置を決定することができるように適合される。さらに好ましくは、複数の受信エレメントは、センサアレイ内の間隔を空けた場所に設けられるが、好ましくは、受信エレメント間の間隔は、機器と他の同じ機器との間の間隔と比べて小さい。例えば、受信エレメント間の距離は、好ましくは、通常の位置決めシステムにおける同じ機器間の距離の５％、１％、０．５％、または０．１％未満である。これにより、物体の角位置を検出する好都合で簡単な方法を提供することができるが、単掃引方向受信機など他の実装も可能である。
【００１９】
好ましくは、複数の受信エレメントは、方位角および仰角での位置情報が得られるように適合される。
複数の受信エレメントは、好ましくは、電磁アンテナアレイの形であり、好ましくは、非共線的に配置される３つ（以上）の受信エレメントを含む。例えば、受信エレメントは、直角三角形の軌跡の（すなわち、Ｌ形パターンにおける）ほぼ頂点に配置することができる。また、完全に共線的な配置も可能である。
【００２０】
受信エレメントは、受信する予定の放射の波長λと同じ次元の大きさである距離だけ間隔を空けることができる。例えば、受信エレメントは、距離ｍλだけ間隔を空けることができ、ここでｍは１０未満、好ましくは８、５、３、または２未満でよく、ｍは０．１よりも大きく、好ましくは０．２、０．３、または０．５より大きくすることができる。
【００２１】
エレメントの放射インピーダンスがサイズと共に減少し得るので、エレメントのサイズが減少するにしたがって、エレメントが放射できる、または放射を検出できる効率は低下する。したがって、エレメント自体を過剰に小さくすべきではない。一方、エレメントは過剰に大きくすべきではない。アレイにとって物理的に大きくなりすぎることがあり、また、エレメント間の間隔をより大きくすると格子ローブ効果が生じることがあるからである。一般に、エレメントのサイズは、好ましくは、１０λまたは４λ未満で、約λ／４より大きい。好ましい諸実施形態においては、そのサイズは、λ／４またはλ／２の近辺であるが、他の値を使用することもできる。具体的な一例においては、エレメントは、約５ｃｍの波長で約１．５ｃｍのサイズである。大きいエレメントサイズと小さいエレメント間隔の組合せは、エレメントを垂直方向に積み重ね、水平方向にオーバラップさせることによって実現することができる。
【００２２】
より有利には、当側面による電磁アンテナアレイは、非共線的に配置される４つの受信エレメントを含むことができる。例えば、受信エレメントは、四辺形の軌跡の、より具体的には、不等辺四辺形の軌跡、またはその四辺形が並行する長辺および短辺を有する長方形の軌跡のほぼ頂点に配置することができる。
【００２３】
この（または任意の）側面によれば、電磁アンテナアレイは、２つ未満（および好ましくは１つ未満）の対称軸が存在するように非共線的に配置される少なくとも３つの受信エレメントを含むことができる。
【００２４】
諸実施形態においては、軌跡が台形（すなわち、２辺だけが並行である四辺形）であり、このように配置することにより、その感度パターンにおいて異なる人為構造（例えば、格子ローブ）をもつ、並行平面内にある不ぞろいの間隔の２対のアンテナを選択することができるようになる。有利には、短辺は、長辺の長さの０．５〜１倍（または約４分の３）とすることができる。具体的な一例として、台形の軌跡が平行な長辺および短辺を有する場合、短辺の長さは、およそアレイが送受信する予定の放射の波長λでよく、長辺の長さは、およそ３λ／２でよい。そのようなアレイからの信号を適切に処理することによって、格子ローブの影響を大幅に低減することができる。
【００２５】
あるいは、四辺形は、他の２つの角は非直角でありながら、ほぼ直角な２つの対角を有することができる。この配置により、人為構造が互いに異なりながら、それぞれの主格子ローブが、正しい３次元方向を向き、したがって相殺するようにさせることができる。
【００２６】
複数の受信エレメントは、好ましくは、ほぼ平面構成で配置され、それにより受信エレメントの幾何形状により、受信エレメントで受信された信号に応じて角位置をより直接的に計算することができるようになる。また、１つまたは複数の受信エレメントを、それ以外の受信エレメントが配置された平面の外に配置させることも可能であるが、角度計算がより複雑になり、よりあいまいになる可能性がある。具体的には、エレメントが非平面の表面上に配置され、それに合致する、共形（conformal）の配置も可能である。
【００２７】
受信するための手段は、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置することができる。好ましくは、受信するための手段の全物理的大きさは、機器の最大検出距離の１０％、５％、１％、または０．５％未満であるが、より大きな物理的大きさも可能である。「受信するための手段」は、好ましくは、上記の複数の受信エレメントなど、単一の機器の受信手段を指す。単一のハウジング内に、または共通の基板上に受信するための手段（および、実際は好ましくは機器自体）を設けることにより、機器の構造をより安価でより単純にすることができる。２つ以上の受信ユニットを、別々の場所に（例えば車両上に）設けることができ、これにより、精度および感度を高めるのを補助することができる。
【００２８】
好ましくは、この機器は、処理手段と通信するための通信インターフェースをさらに含む。通信手段は、それだけには限らないが、ＲＳ２３２、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、イーサネット、および無線周波リンクを含めた接続を利用する従来の通信ポートでよい。あるいは、通信手段は、例えば処理手段が検出手段と同じハウジング内に設けられる場合、単純な電気的接続でもよい。これにより、この機器で受信される信号を表すデータを処理手段に渡すのを容易にすることができる。
【００２９】
通信インターフェースは、この機器で受信される信号を表す複数の信号を出力するように適合させることができる。また、通信インターフェースは、複数の信号を（物理的にまたはその他の点で）別々のチャネルにあるいはアナログまたはデジタル多重信号により、出力するように適合させることもできる。この機器で受信される信号を表す複数の信号を出力することにより、物体の変位を決定するのを補助するための最大量の情報を、処理手段に提供することができる。
【００３０】
好ましくは、通信手段は、処理手段から制御信号を受信するように適合される。これにより、処理手段がこの機器をより容易に制御することができるようになる。
好ましくは、この機器は、検出手段の出力を処理して、物体に関する位置情報を決定するための処理手段をさらに含む。さらに、処理手段は、検出手段の出力を追加の角位置と共に処理し、その結果、物体に関連する送信機の変位を決定するように適合させることができる。
【００３１】
また、この特徴は、独立して提供される。したがって、本発明の関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、物体に関連する送信機の角位置をそこから決定することのできる出力を検出手段から受信するための入力手段と、検出手段の出力を追加の角位置と共に処理し、その結果、物体に関連する送信機の変位を決定するための処理手段とを含む機器が提供される。
【００３２】
好ましくは、追加の角位置は、例えば同様の機器が提供される場所など、この機器から実質上遠く離れた場所に対して決定される物体の角位置である。変位は、好ましくは、デカルト式２次元または３次元での絶対変位であるが、代わりに、この機器または他の物体の場所に相対的な変位でもよい。本発明では「変位」という語は、好ましくは、（好ましくは固定の）データに対する物体の位置を表すデカルト式ベクトル量（またはその等価物）を意味する。この語は、厳密には、ある期間中の物体の相対的移動を包含するが、好ましくは、実質上瞬間的で独立している位置測定も包含する。好ましくは「変位」は、単一の角測定よりも詳細な位置情報を包含し、より好ましくは、複数の角測定とは異なるものである。
【００３３】
処理手段は、好ましくは、検出手段からの出力を処理して、物体の角位置を決定するように適合される。好ましくは、角位置は、受信するための手段において複数の場所で受信される信号の差動タイミングの関数として計算される。
【００３４】
より好ましくは、処理手段は、検出手段から受信された複数の信号の間のタイミング差を計算し、複数の信号のうちの少なくとも２つの間のタイミング差に応じて角位置を決定するように適合される。したがって、必ずしも他の情報を考慮する必要はなく、受信された信号だけを参照して角位置を決定することができる。
【００３５】
あるいは、またはさらに、処理手段は、検出手段からの出力を処理して、物体の擬似距離を決定するように適合させることができる。本発明では「擬似距離」という語は、好ましくは、ターゲットまでの最短測定経路長を意味し、しばしばターゲットまでの往復にかかる時間（この時間は行程に比例する）に即して計算される。経路反射などの影響により、擬似距離は必ずしもターゲットまでの最短距離と等しくはない。好ましくは「擬似距離」という語は、不明なタイムオフセットが組み込まれたタイミング信号から導出される到達距離の測定をさらに包含する。この不明なオフセットは、好ましくは、信号の測定に関与する送信機と受信機の間の非同期関係から生じる。
【００３６】
好ましくは、擬似距離は、受信するための手段によって受信される信号振幅の関数として計算される。一般に、マルチパスの影響、ターゲット遮蔽などにより、擬似距離の計算は、角位置の計算よりも精度が低くなり得るが、多くの用途では精度のレベルは許容可能である。
【００３７】
有利には、物体の角位置を決定する機能と、擬似距離を決定する機能を組み合わせることにより、１つのセンサ設備だけを使用して機能する能動物体追跡システムを構築することができるが、従来技術のシステムでは、あいまいでなく機能させるために少なくとも２つ（または３つも）のセンサ設備を必要とし得る。
【００３８】
処理手段は、検出手段からの出力を処理して、受信信号の振幅を決定し、振幅に応じて擬似距離を決定するように適合させることができる。これにより、必ずしも高精度ではないが、比較的迅速で容易に擬似距離を決定することができる。
【００３９】
好ましくは、この機器は、物体の変位を表す信号を出力するための手段をさらに含む。好ましくは、出力信号は、２次元または３次元のデカルト座標を含むが、代わりに、出力信号は、距離測定を含んでもよく、あるいは２次元または３次元のデカルト座標に容易に変換することのできる極座標または固有の座標を含んでもよい。
【００４０】
受信信号が特性パルス周波数を有するパルス列を含む場合、検出手段は、好ましくは、受信パルス列を表す信号を出力するように適合される。好ましくは、パルス周波数は、所定の許容限界内で変化することができる。例えば、（例えば、ピーク検出器からの出力など）パルス列を表す測定値ではなくそれから導出される測定値を出力することをせず、受信パルス列を表す信号を出力することにより、より多くの情報が後の処理段階で利用可能となり得、したがって、システムの精度を高めることができる。
【００４１】
検出手段は、受信パルスの波形を表す信号を出力するように適合させることができる。これにより、信号を最も高い精度で処理するために後の段階で必要とされる可能性のある、実質上すべての情報が得られる。
【００４２】
特性パルス周波数は、２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ、およびより好ましくは１０．５ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚでよい。一実施形態においては、約９ＭＨｚ〜１２ＭＨｚの特性パルス周波数が選択される。好ましくは、特性パルス周波数を使用時に変化させ、それによって該当する信号を柔軟に検出できるようにすることができる。
【００４３】
検出手段は、好ましくは、受信パルス列をサンプリングし、特性パルス周波数に関する特性サンプリング周波数を有する出力を生成するための手段を含む。受信パルス列をサンプリングすることにより、必要となる複雑な処理を、計算処理的に制限されたアナログ領域ではなく、デジタル領域で実施することができる。
【００４４】
サンプリング手段は、好ましくは、出力サンプリング周波数が特性パルス周波数よりも低いダウンサンプラを含む。特性パルス周波数よりも低い出力サンプリング周波数を生成することにより、高価で複雑な高速回路を使用せずに、従来の回路を後の段階で使用することができる。
【００４５】
出力サンプリング周波数は、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、好ましくは２５ｋＨｚ〜９０ｋＨｚ、およびより好ましくは６０ｋＨｚ〜８５ｋＨｚでよい。出力サンプリング周波数は、（好ましくは、人間に容易に聞こえる周波数には限らないが）音声周波数範囲内とすることができる。好ましくは、８０ｋＨｚの周波数が選択される。そのような範囲の出力サンプリング周波数は、無線周波数信号よりも、従来の回路を使用して処理する方がずっと容易である。
【００４６】
この機器は、好ましくは、実質的に所与の複数の特性パルス周波数で動作する入力サンプリングクロックと、出力サンプリング周波数で動作する出力サンプリングクロックとをさらに含み、サンプリング手段は、好ましくは、入力サンプリングクロック信号を受信し次第、信号をサンプリングし、出力サンプリングクロック信号を受信し次第、サンプル出力を生成するように適合される。これにより、信号をダウンサンプリングするための簡単で有効な基礎が得られる。
【００４７】
所与の複数の特性パルス周波数は、（１、２、３などの）整数倍でも、好ましくは（１／２、１／３、１／４などの）整数分の１でも、あるいは他の任意の非整数倍でもよい。好ましくは、０．２５の倍数が使用される。システムごとに異なる周波数オフセット／偏差が存在し得ることを除き、サンプリングクロック周波数は、一般に特性周波数の倍数であることが理解されよう。
【００４８】
サンプリング手段は、好ましくは、前の出力サンプリングクロック信号以降にとられた入力サンプルの平均としてサンプル出力を生成するように適合される。好ましくは、入力サンプルの平均を生成するためにサンプルアンドホールドユニットが設けられ、好ましくは、平均が平均値平均であるが、中央値または最頻値平均でもよい。したがって、入力サンプリングクロック周波数と一致する信号が強調され、他の（雑音）周波数は相殺する傾向となり、それによってシステムの信号対雑音比が高まり得る。好ましくは１０〜６０の入力サンプル、より好ましくは２０〜５０の入力サンプル、およびさらにより好ましくは３０〜４０の入力サンプルがとられ、使用されて、各出力サンプルが生成される。
【００４９】
好ましくは、サンプリング手段は、サンプル出力が生成された後、所定の量によって入力サンプリングクロックの位相を進めるように適合される。この機能によって、時間伸張効果が得られ、それにより、出力サンプルは、入力信号波形を時間伸張した表現となる。またこれにより、時間／空間範囲をシーケンシャルに走査することも可能にすることができる。好ましくは、所定の位相シフトは、入力サンプリングクロック周波数よりもかなり小さく、好ましくは、入力サンプリングクロック周波数の２０％、１０％、５％、または１％未満である。
【００５０】
受信手段は、物体において送信される信号に追加の少なくとも１つの信号を受信するように適合させることができ、物体において送信される信号とその追加の信号または各追加の信号とを区別するための手段をさらに含むことができる。好ましくは、区別するための手段は、信号と１、２、５、１０、２０、または５０を超える追加の信号とを区別するように適合される。
【００５１】
また、この特徴は、独立して提供される。したがって、本発明の他の一側面においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、物体に関連する送信機を含む複数の送信機によって送信される複数の信号を受信するための手段と、物体において送信される信号と任意の追加の受信信号とを区別するための手段であって、その区別が区別手段によって受信される識別情報に応じて行われる手段と、区別された信号に応じて物体の角位置を決定し、それによって物体に関する位置情報を決定することができる手段とを含む機器が提供される。区別手段は、好ましくは、信号の固有特性に応じて、信号に関して区別するように適合される。
【００５２】
本発明は、密接に関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、複数の信号を受信するための手段であって、各信号が、複数の送信機および組み込まれた送信機を含む前記複数の送信機のうちのそれぞれの送信機によって送信される手段と、組み込まれた送信機によって送信される信号のパルス繰返し周波数に応じて、組み込まれた送信機によって送信される受信信号と任意の追加の受信信号とを区別するための手段とを含み、組み込まれた送信機によって送信される前記受信信号が、好ましくは、少なくとも１つの超広帯域パルスを含む機器を提供する。
【００５３】
好ましくは、組み込まれた送信機によって送信される信号が、時分割多重化される。
好ましくは、区別手段は、組み込まれた送信機によって送信される信号の検出を駆動するように動作可能な検出クロックと、選択された信号周波数に応じて検出クロックを設定し、それによって、選択された信号周波数を有する信号が機器によって優先的に検出されるための手段とを含む。
【００５４】
このシステムは、好ましくは、パルス繰返し周波数チャネル化によって、超短パルスの複数の非同期送信を可能にする、短パルス／インパルスのシステムでよい。パルス繰返し周波数は、一般に１ｎｓ未満のパルス持続時間を有する、１〜１０ＭＨｚ、好ましくは２および６ＭＨｚより前、好ましくは約３ＭＨｚでよい。システムは、物体／タグ／ターゲットを、最低３回のベースバンド検出で位置決定することができる。
【００５５】
固有特性は、信号のパルス繰返し周波数でよい。パルス繰返し周波数は、好ましくは、固有周波数である。好ましくは、例えば６ＧＨｚの搬送周波数でｎ×２５０ｋＨｚでよい相対周波数オフセットを有する、パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）範囲が使用される。ここで、ｎは１以上の整数である。これにより、１２個までの異なる物体が同じ検出空間を占めることが可能になる。十分に高い信号対雑音比を実現することができれば、より狭い周波数ビンを提供することができ、互いに区別することのできる物体数が増え、その逆も同様である。
【００５６】
固有特性は、パルス位置変調特性でもよい。好ましくは、変調では、二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）または他の任意の適した変調技法の形で、パルスを「振動」させる。
あるいは、またはさらに、信号は、時分割多重化することができる。好ましくは、従来のＴＤＭＡのアルゴリズム、規格、およびチップセットが使用される。ＦＤＭＡおよびＣＤＭＡの規格およびチップセットを使用することもできる。有利には、変調技法の使用と周波数偏移を組み合わせて、大きな範囲の一意で識別可能な物体の「シグニチャー」を作成することができる。
【００５７】
好ましくは、区別手段は、信号の検出を駆動するように動作可能な検出クロックと、選択された信号周波数に応じて検出クロックを設定し、それによって、選択された信号周波数を有する信号が機器によって優先的に検出されるための手段とを含む。好ましくは、検出クロックは、上記の入力サンプリングクロックである。
【００５８】
この機器は、選択された信号周波数と受信信号の間の周波数誤差を検出するための手段と、周波数誤差を補償するための手段とをさらに含むことができる。好ましくは、周波数誤差を検出するための手段は、周波数推定ルーチンである。これは、短期周波数変動の影響を軽減するのに役立ち得る。
【００５９】
周波数誤差を検出するための手段は、好ましくは、連続パルスのピークに対応する受信信号中の連続ピーク間の間隔に応じて信号周波数を推定し、推定信号周波数を検出周波数と比較するように適合される。これにより、検出周波数と信号周波数の間の周波数誤差を決定するための比較的容易な方法が得られ、それを使用して、例えば、機器を粗同調することができる。
【００６０】
周波数誤差を検出するための手段は、連続したサンプルの位相差に応じて推定信号周波数を計算し、推定信号周波数を検出周波数と比較するように適合させることができる。連続したサンプルの位相差を考慮することにより（例えば、位相差を平均することにより）、周波数誤差のより正確な推定値を生成することができる。これにより、好ましくはピーク検出機能と共に、機器を微調整するのに適し得る。
【００６１】
好ましくは、周波数誤差を補償するための手段は、推定周波数誤差によってもたらされる、予想される信号の形を表す整合フィルタ原型を作成するように適合される。整合フィルタ原型は、好ましくは、後述するように、受信信号におけるいくつかの信号波形を識別する比較方法で使用するのに適している。これにより、検出周波数と選択された信号周波数が異なる場合に、検出周波数を選択された信号周波数に整合するように変更する必要がなくなり得、その結果として、サンプリング回路が簡略化され得る。
【００６２】
好ましくは、処理手段は、複数の受信エレメントにおける信号の受信の間隔を決定し、それによって物体の角位置を決定することを可能にするための手段を含む。好ましくは、受信エレメントは、上記のものであり、かつ／または機器内に設けられる。間隔は、時間差も空間差も表し得るが、好ましくは、受信エレメントで受信された信号を表すサンプリングされたデータに対するデータオフセットを表す。このデータオフセットは、該当するサンプリングレートによって、対応する時間差にリンクされている。
【００６３】
この処理は、好ましくは、周波数領域ではなく、時間領域で実行される。
一実施形態においては、間隔を決定する手段は、少なくとも１対の受信エレメントで受信される信号を相互相関させ、相互相関結果に応じて間隔を決定するように動作する。好ましくは、相互相関方法は、打切り相互相関プロセスであり、それによって、例えば、受信エレメント間の最大信号遅延の知識を使用して、相互相関計算の範囲を制限する。打切り相互相関は、国際公開第０１／５９４７３号で教示されている。
【００６４】
他の（前の実施形態と組み合わせることができる）一実施形態においては、間隔を決定するための手段は、複数の受信エレメントで受信された信号に整合フィルタを適用し、整合フィルタの出力に応じて時間差を決定するように動作する。好ましくは、整合フィルタは、整合フィルタ原型でプログラムされ、整合フィルタ原型は、好ましくは、生成されるパルス波形の少なくとも一部に対応し、好ましくは、それを使用して、フィルタ入力がフィルタ原型により近く整合するほど、フィルタ出力が大きくなるように、フィルタ係数を設定する。
【００６５】
（一般に能動追跡装置によって放射される信号などの）ブロードバンド信号のコンテキストでは理論的に適切ではないが、それにもかかわらず整合フィルタが、有用な性能レベルを実現したという、驚くべき発見がなされた。また、この重要な特徴は、独立して提供される。
【００６６】
したがって、本発明の関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定するための機器であって、複数の受信エレメントを含む、受信するための手段と、受信エレメントで受信された信号を検出し、受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、複数の受信エレメントによって受信される信号間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって物体の角位置を決定するように動作可能な処理手段とを含む機器が提供される。
【００６７】
密接に関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定するための機器であって、複数の受信エレメントを含む受信手段と、整合フィルタを含み、受信エレメントのうちの１つによって受信されたある信号と受信エレメントのうちの少なくとも１つの他の受信エレメントによって受信されたその信号またはある信号との間の間隔を検出し、それによって物体の角位置を決定するように動作可能な処理手段とを含む機器が提供される。
【００６８】
他の密接に関係する態様によれば、物体に関する位置情報を決定するための機器であって、複数の受信エレメントを含む、受信するための手段と、受信エレメントで受信された信号を検出し、受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、各受信エレメントごとに、他の任意の受信エレメントで受信される信号から生成される任意の出力信号とは別に、その受信エレメントで受信される信号から生成される出力信号にプロセスを適用し、その結果、その受信エレメントで受信される信号を表すパラメータのそれぞれの値を得るように動作可能な処理手段とを含み、処理手段はさらに、こうして得られたパラメータの値を比較し、その結果、物体に関する位置情報を取得するように動作可能な機器が提供される。
【００６９】
これらの態様のいずれにおいても、この機器は、例えば遅延線を使用するのではなく、デジタル領域における整合フィルタリングを使用して、角位置を決定することが可能となり得る。
【００７０】
好ましくは、パラメータは、位相および時間のうちの１つ（したがって、位相または時間またはその両方）である。
好ましくは、処理手段によって適用されるプロセスは、信号の特性、または予想される特性に依存する。好ましくは、特性、または予想される特性は、周波数、位相、帯域幅、およびパルス幅のうちの少なくとも１つである。
【００７１】
好ましくは、処理手段によって適用されるプロセスは、物体の特性、または予想される特性に依存し、好ましくは、受信手段からの物体の距離、または予想される距離に依存する。
【００７２】
好ましくは、この機器は、複数の可能なプロセスから、処理手段によって適用されるプロセスを選択するように適合された選択手段をさらに含む。このプロセスは、例えば信号自体の周波数範囲に最適であるように適合させることのできるフィルタリングでよい。
【００７３】
好ましくは、この機器は、複数組のプロセスデータを記憶するための手段を含み、選択手段は、複数組のプロセスデータから１組のプロセスデータを選択し、それにより処理手段によって適用されるプロセスを選択するように適合される。
【００７４】
好ましくは、この機器は、パラメータの、少なくとも１つのあらかじめ取得された値に応じて、かつ／または物体に関する、あらかじめ取得された位置情報に応じて、処理手段によって適用されるプロセスを変更するための手段をさらに含む。
【００７５】
好ましくは、このプロセスは整合フィルタを含む。整合フィルタは、好ましくは、フィルタリングされるパルスの逆応答であり、その複素数を乗算するとデルタ関数が得られる特性をもつ波形で定義される。整合フィルタは、好ましくは、電子的に合成される。
【００７６】
好ましくは、プロセスは、複数の異なる時間オフセットでフィルタを出力信号に適用すること、およびフィルタからの出力に応じて時間オフセットを選択することを含む。
好ましくは、処理手段の動作は、複数の受信エレメントによって受信された信号の間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって物体の角位置を決定することを含む。
【００７７】
好ましくは、この機器は、少なくとも１つの時変信号の形に応じて、および好ましくは少なくとも１つの時変信号の包絡線の形に応じて、整合フィルタを生成するための手段をさらに含む。
【００７８】
好ましくは、生成手段は、少なくとも１つの時変信号の形、または少なくとも１つの時変信号の包絡線を、関数、好ましくは二次関数に合わせるように適合される。
好ましくは、受信手段および検出手段は、その周波数の５％、１０％、または２０％よりも大きい帯域幅を有する信号を受信し検出するように適合される。
【００７９】
好ましくは、各信号は、０．５ＧＨｚ〜２４ＧＨｚ、好ましくは２ＧＨｚ〜１２ＧＨｚ、およびより好ましくは５．８ＧＨｚ〜７．２ＧＨｚの特性周波数を有する。
好ましくは、信号はパルス信号である。
【００８０】
好ましくは、各パルス信号は、少なくとも５サイクルを含み、好ましくは少なくとも１０、２０、５０、１００、または５００サイクルを含む。
好ましくは、各パルス信号は、２ｎｓより長い、好ましくは５ｎｓ、１０ｎｓ、２０ｎｓ、および５０ｎｓのうちの少なくとも１つよりも長いパルス長を有する。
【００８１】
好ましくは、信号は、２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、場合によっては５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ、場合によっては１０．５ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚの特性繰返し周波数を有するパルス列を含む。
【００８２】
好ましくは、位置情報は、物体の角位置である。
好ましくは、その物体または各物体は、送信機を組み込んだ物体を含むまたは備える。
好ましくは、信号は、物体と関連した送信機によって送信される信号である。
【００８３】
好ましくは、物体と関連した送信機によって送信される信号は、超広帯域（ＵＷＢ）信号である。
（少なくとも）いずれの整合フィルタ態様においても、好ましくは、受信手段および検出手段は、その周波数の５％、１０％、２０％、３０％、または４０％よりも大きい帯域幅を有する信号を受信し検出するように適合される。あるいは、受信手段および検出手段は、その周波数の５％未満の帯域幅を有する信号を受信し検出するように適合させることもできる。好ましくは、整合フィルタは、パルスの持続時間よりもかなり小さい、受信パルスの一部分に整合するように適合され、整合部分はほぼシヌソイドである。
【００８４】
この機器は、物体に向けてプローブ信号を送信するための手段をさらに含み得、受信するための手段は、物体からのプローブ信号の反射を受信するように適合される。
この特徴は、物体に関する位置情報を決定するための機器であって、信号パルスを受信するための手段であって、前記信号パルスが好ましくは超広帯域信号パルスである手段と、受信手段に結合され、物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成するための検出手段と、物体に向けてプローブ信号を送信するための手段とを含み、前記受信手段および前記送信手段が、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置され、前記信号パルスが、物体からのプローブ信号の反射および物体に関連した送信機によって送信される信号のうちの１つである機器の形で、独立に提供することもできる。
【００８５】
プローブ信号を送信するための手段は、好ましくは、物体と関連した送信機によって送信される信号と異なる信号を送信するように適合される。好ましくは、そのような異なる信号は、周波数、位相、またはパルス波形や関連周波数スペクトルなど他の信号特性において異なる。
【００８６】
この機器は、プローブ信号を符号化し、それによってそれを物体から受信された信号と区別することができるための手段をさらに含む。好ましくは、符号化するための手段は、物体に関連した送信機によって送信される信号に関して、上記のとおりである。
【００８７】
この機器は、好ましくは、プローブ信号によって照射された物体の位置情報を決定するための手段をさらに含む。これにより、この機器の周囲の環境の認識度が高まり得る。好ましくは、そのように決定される位置情報は、送信機を組み込んだ物体に関する上記の位置情報の形のうちの１つの形である。
【００８８】
好ましくは、照射された物体の検出は、放射する物体（すなわち、送信機を組み込んだ物体）の検出と同時に動作可能であるが、あるいは、（例えば、夜において）放射物体の検出が使用不可でありながら動作可能とすることもでき、その逆も同様である。
【００８９】
好ましくは（いずれの態様においても）、この機器は、照射された物体の位置情報を、少なくとも１つの既知の物体に関する位置情報と比較し、それによって異常な物体を識別することができるための手段をさらに含む。そのような異常な物体は、例えば、必要な送信タグを有していない、侵入者である可能性がある。
【００９０】
好ましくは、「既知の物体」には、この機器によって検出されたいずれかまたはすべての物体、事前プログラムされまたは前の測定から推定された（この機器の付近の構造的特徴などの）基準物体、および追加の物体を含むことも含まないこともある、事前プログラムされまたは測定された検出区域が含まれる。
【００９１】
この機器は、好ましくは、比較の結果に応じて警報信号を生成するための手段をさらに含む。これにより、最小限の改変で、侵入検出システムを提供して、物体追跡システムを補って完全にすることができる。好ましくは、その物体または各物体は、送信機を組み込んだ物体を含み、好ましくは、基準物体は、複数の既知の物体および／またはこの機器によって検出された物体を含む。
【００９２】
したがって、本発明の他の一態様においては、信号を送信する物体を求めて検出体積内を検索するための機器であって、複数の受信エレメントを含むアレイと、受信エレメントに到着する信号を検出し、受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、複数の受信エレメントで受信される信号の間の間隔を決定し、それによって物体の存在およびその角位置を決定することができるための処理手段とを含む機器が提供される。
【００９３】
密接に関係する一態様においては、信号を送信する物体を求めて検出体積内を検索するための機器であって、複数の受信エレメントを含むアレイと、受信エレメントに到着する所与の距離ゲートからの少なくとも１つの信号を検出し、少なくとも１つの受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、距離ゲートを変化させるための手段と、複数の受信エレメントのうちの１つで受信される少なくとも１つの信号と複数の受信エレメントの他の受信エレメントまたは他の各受信エレメントで受信される少なくとも１つの信号との間の間隔を決定し、それにより、物体からの信号の送信が機器と同期化されているかどうかに関係なく、物体の存在およびその角位置を決定することができるための処理手段とを含む機器が提供される。
【００９４】
したがって、ロックされていないレーダ中を検索するシステムを実施することができる。
好ましくは、送信信号を生成するのに使用されない、検出手段と結合された受信機クロックをさらに含む。
【００９５】
好ましくは、検出手段は、所与の距離ゲート内の信号を検出するように動作可能であり、この機器は、距離ゲートを変化させ、それによってこの機器と同期化されていない物体を検出することができるための手段をさらに含む。
【００９６】
好ましくは、物体がこの機器と同期化されていないことは、物体とこの機器が非同期であることを意味する。本発明では「非同期」という語は、好ましくは、具体的には（一方から他方へのパルスの送信など）物体間の対話に関して、共通のタイミングすなわち同期が存在しないことを意味する。この場合、対話に関連するエレメント（例えば、送信機および受信機）は、同じタイミング信号によって駆動されない。好ましくは、「非同期」は、そのようなタイミング信号間の任意の位相差を意味するが、周波数または（同様に）期間における任意の差も意味し得る。
【００９７】
本発明では、受動レーダシステム（すなわち、受信機がプローブパルスを送信するシステム）のコンテキストにおける「距離ゲート」という語は、好ましくは、ある時間範囲が経過した後、パルスが進むことになる距離によって規定される空間領域を意味する。例えば、従来技術の受動レーダシステムは、パルスの送信後、所定の遅延で受信機の測定値を読み取るが、例えば、ｄｃ／２、（Ｔ＋ｄ）ｃ／２、（２Ｔ＋ｄ）ｃ／２などに位置する固定の距離ゲートを有する。ここで、ｃは光の速度、ｄはパルスの送信と受信信号のサンプリングとの間の遅延、およびＴは、連続パルス間の遅延（一般にｄよりもはるかに大きい）である。
【００９８】
受信機および送信機が「ロックされていない」（すなわち、同期化されていない）、非同期信号のコンテキストにおいては、「距離ゲート」という語は、好ましくは、受信機クロックからの所与のオフセットで受信機によって検出されることになる、送信機の空間および位相オフセットの組合せを指す。したがって、パルス繰返し時間Ｐ（すなわち、送信パルス間で経過する時間）における所与のオフセットｄの場合、ｄ／Ｐ×３６０°の受信機に相対的な位相を有する、ｎ（Ｐ＋ｄ）ｃの距離にある送信機は、理論的に距離ゲート内に収まることになる。ここで、ｎは整数、およびｃは光の速度である。基本的に距離ゲートは、同期ゲートおよび非同期ゲートのどちらでも同じ方法で生成されるが、非同期のケースでは、距離ゲートはより抽象的な特性であることが注目される。
【００９９】
上記から、固定の距離ゲートが使用された場合、この機器からの距離が変化しない物体および受信機に相対的な位相が変化しない物体は、どちらも検出されないことがわかる。また、この重要な特徴は、独立して提供される。
【０１００】
好ましくは、この機器は、この機器を同じ機器（すなわち、好ましくは上記の機器）で較正するための手段をさらに含む。これにより、この機器の検出精度を高めることができる。また、この特徴は、独立して提供される。
【０１０１】
したがって、本発明の関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、物体における送信機から送信された信号を受信するための手段と、受信手段に結合され、受信手段によって受信された信号を検出し、受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、この機器を同じ機器で較正するための手段とを含む機器が提供される。
【０１０２】
較正手段は、基準送信機からの信号を受信し、受信基準信号を表す信号を出力するように適合させることができる。受信基準信号を表す信号を提供することにより、この機器は、そのような２つの機器間の信号の受信の相対タイミングなど、物体から受信される信号の追加の特性を、外部エージェントが推定することを可能にできる。この特徴は、受信ユニットに共通クロックを提供せずに、そのような相対タイミングを決定させることを可能にできるので、有利である。
【０１０３】
好ましくは、較正手段は、物体に関連する送信機からの信号の到着時間と基準送信機からの信号の到着時間との間のタイミング差を表す信号を出力するように適合される。これにより、較正を実施するのを補助することができる。
【０１０４】
あるいは、またはさらに、較正手段は、共通クロック信号に応じて検出手段をトリガするための手段を含むことができる。そのようなクロック信号は、比較的容易に生成することができ、この機器から信号データを出力する目的で既に存在する接続を介して送信することができる。好ましくは、トリガ手段は、共通クロック信号の受信からの所定の時間オフセットで受信信号の走査を開始するように適合される。
【０１０５】
好ましくは、この機器は、物体をさらに含む（物体自体を組み込む）。これにより、スタンドアロンシステムを作成することができる。この機器は、好ましくは、複数の角位置測定に応じて物体の変位を決定するための手段をさらに含み、好ましくは、遠隔の位置決定機器から角位置情報を受信するための手段を含む。
【０１０６】
本発明の他の一態様においては、送信機を組み込んだ物体を位置決定するためのシステムであって、上記の少なくとも１つの機器と、複数の決定された角位置に応じて物体の変位を決定するための手段とを含むシステムが提供される。
【０１０７】
密接に関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体を位置決定するためのシステムであって、物体から信号を受信し、受信信号を表す信号を出力するための手段を含む少なくとも１つの機器と、その機器または各機器に対する物体の角位置を決定するための手段と、決定された角位置情報に応じて物体の変位を決定するための処理手段とを含むシステムが提供される。好ましくは、その機器または各機器は、上記の他の任意の機器の、任意のまたはすべての互換性のある特徴を含んでいる。
【０１０８】
好ましくは、システムは、好ましくは４未満、および好ましくは３未満の、複数の機器を含む。機器の数は、好ましくは、円弧近似距離方法に基づいた等価システムで必要とされるものよりも、少なくとも１つ少ない。
【０１０９】
好ましくは、受信するための手段または各手段は非同期であり、好ましくは、このシステムは、少なくとも１つの物体および関連する送信機をさらに含む。
本発明の他の態様においては、上記の機器を含む車両が提供される。
【０１１０】
本発明のさらに他の態様においては、減衰媒体を介して伝送される信号を受信し検出するように動作可能な、上記の機器が提供される。好ましくは、この機器は、壁または床を通して、壁または床内で、地下から、あるいは受信するための手段と物体との間の見通しコンタクトなしで、信号を受信し検出するように動作可能である。
【０１１１】
本発明の他の態様においては、位置決め信号を送信するための機器であって、信号を生成するための手段と、信号を送信するための手段とを含み、信号生成手段が、上記の機器で使用するのに適した信号を生成するように適合される機器が提供される。
【０１１２】
好ましくは、信号生成手段は、特性繰返し周波数を有するパルス列を含む信号を生成するように適合される。特性繰返し周波数は、２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ、およびより好ましくは１０．５ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚでよい。パルスは、０．５ＧＨｚ〜２４ＧＨｚ、好ましくは２ＧＨｚ〜１２ＧＨｚ、およびより好ましくは５．８ＧＨｚ〜７．２ＧＨｚの特性周波数を有してよい。
【０１１３】
信号生成手段は、区別入力に応じて、生成される信号の固有特性を変化させるように適合させることができる。固有特性は、信号のパルス繰返し周波数でよく、あるいはパルス位置変調特性でもよい。この機器は、信号を時分割多重化する手段をさらに含むことができる。
【０１１４】
信号生成手段は、好ましくは、その周波数の５％、１０％、または２０％よりも大きい帯域幅を有する信号を生成するように適合される。
本発明の他の態様においては、物体に関する位置情報を決定する方法であって、信号を生成すること、物体から受信機器に信号を送信すること、受信機器で信号を検出すること、および受信機器に相対的な物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成することを含む方法が提供される。
【０１１５】
密接に関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定する方法であって、信号パルス、好ましくは超広帯域信号パルスを生成すること、組み込まれた送信機から、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置され、複数の受信エレメントを含む受信機器に信号パルスを送信すること、複数の受信エレメントにおいて受信された信号パルスの相対タイミングを検出すること、および受信機器に相対的な物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成することを含む方法が提供される。
【０１１６】
この方法は、受信機器で信号の検出をトリガすることをさらに含むことができ、トリガすることは、送信信号の生成に無関係である。好ましくは、この方法は、受信トリガ制御信号に応じて、信号の検出をトリガすることをさらに含む。好ましくは、信号の検出は、制御信号によって決定される周波数でトリガされる。より好ましくは、信号は、特性繰返し周波数で生成され、信号の検出は、特性繰返し周波数とは異なるトリガ周波数でトリガされる。
【０１１７】
トリガ周波数Ｆｔｒｉｇは、好ましくは、（Ｆｃｒ／ｎ）＋Ｆｄｉｆｆによって決まり、ここでＦｃｒは特性繰返し周波数、ｎは整数の分周比、およびＦｄｉｆｆは走査速度である。ｎは１より大きくてよく、好ましくは２、３、４、または５より大きい。Ｆｄｉｆｆは、好ましくは非ゼロであり、好ましくはＦｃｒの振幅の５％、２％、または１％未満、およびより好ましくはＦｃｒの振幅の０．５％未満である。
【０１１８】
この方法は、好ましくは、複数の受信エレメントで信号を受信すること、および複数の場所で受信される信号の相対タイミングを検出し、それによって受信機器に相対的な物体の角位置を決定することができることをさらに含む。また、この方法は、好ましくは、受信機器で受信された信号を表す複数の信号を出力することもさらに含む。この方法は、受信機器で制御信号を受信することをさらに含んでよく、物体から受信された信号を処理して、物体に関する位置情報を決定することをさらに含んでもよい。
【０１１９】
受信信号を処理するステップは、追加の角位置と共に信号を処理し、その結果、受信機器に相対的な物体の変位を決定することを含むことができる。この方法は、好ましくは、受信機器で受信された複数の信号間のタイミング差を計算すること、および複数の信号のうちの少なくとも２つの信号間のタイミング差に応じて角位置を決定することをさらに含む。
【０１２０】
この方法は、物体の擬似距離を決定することをさらに含むことができる。好ましくは、擬似距離を決定するステップは、受信信号の振幅を決定すること、および振幅に応じて擬似距離を決定することを含む。この方法は、物体の変位を表す信号を出力することをさらに含むことができる。
【０１２１】
好ましくは、信号を生成するステップは、特性パルス周波数を有するパルス列を生成することを含む。この方法は、受信機器で受信パルス列を表す出力を出力することをさらに含んでよく、この方法は、受信パルスの波形を表す信号を出力することをさらに含んでもよい。
【０１２２】
特性パルス周波数は、２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ、およびより好ましくは１０．５ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚでよい。
この方法は、好ましくは、受信パルス列をサンプリングすること、および特性パルス周波数に関する特性サンプリング周波数を有する出力を生成することをさらに含む。出力サンプリング周波数は、特性パルス周波数よりも低くすることができる。出力サンプリング周波数は、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、好ましくは２５ｋＨｚ〜９０ｋＨｚ、およびより好ましくは６０ｋＨｚ〜８５ｋＨｚでよい。
【０１２３】
好ましくは、実質上所与の複数の特性パルス周波数で入力サンプリングクロック信号を生成すること、出力サンプリング周波数で出力サンプリングクロック信号を生成すること、および入力サンプリングクロック信号を受信し次第、信号をサンプリングし、出力サンプリングクロック信号を受信し次第、サンプル出力を生成することをさらに含む。この方法は、好ましくは、前の出力サンプリングクロック信号以降にとられた入力サンプルの平均としてサンプル出力を生成することをさらに含み、この方法は、サンプル出力が生成された後、入力サンプリングクロックの位相を所定の量だけ進めることをさらに含んでもよい。
【０１２４】
この方法は、好ましくは、物体で送信される信号と少なくとも１つの他の信号とを受信ユニットで区別することをさらに含む。
本発明の関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定する方法であって、物体に関連する送信機を含む複数の送信機によって送信される複数の信号を受信すること、識別情報に応じて物体において送信される信号と任意の追加の受信信号とを区別すること、および区別された信号に応じて物体の角位置を決定し、それによって物体に関する位置情報を決定することができることを含む方法が提供される。
【０１２５】
密接に関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定する方法であって、各信号が複数の送信機および組み込まれた送信機を含む複数の送信機のうちのそれぞれの送信機によって送信される、複数の信号を受信すること、および組み込まれた送信機によって送信される信号のパルス繰返し周波数に応じて、組み込まれた送信機によって送信される受信信号と任意の追加の受信信号とを区別することを含み、組み込まれた送信機によって送信される受信信号が、好ましくは少なくとも１つの超広帯域パルスを含む方法が提供される。
【０１２６】
区別するステップは、好ましくは、信号の固有特性に応じて区別することを含む。固有特性は、信号のパルス繰返し周波数でよく、固有特性は、パルス位置変調特性でもよく、信号は、時分割多重化することができる。
【０１２７】
好ましくは、この方法は、検出クロックに応じて信号を検出すること、および選択された信号周波数に応じて検出クロックを設定し、それによって選択された信号周波数を有する信号が優先的に検出されることをさらに含む。この方法は、好ましくは、選択された信号周波数と受信信号との間の周波数誤差を検出すること、および周波数誤差を補償することをさらに含む。周波数誤差を検出するステップは、連続パルスのピークに対応する受信信号中の連続ピーク間の間隔に応じて信号周波数を推定すること、および推定信号周波数を検出周波数と比較することを含むことができる。周波数誤差を検出するステップはまた、あるいは代わりに、連続したサンプルの位相差に応じて推定信号周波数を計算すること、および推定信号周波数を検出周波数と比較することを含むこともできる。周波数誤差を補償するステップは、推定周波数誤差によってもたらされる、予想される信号の形を表す整合フィルタ原型を作成することを含む。
【０１２８】
この方法は、好ましくは、複数の場所における信号の受信の間隔を決定し、それによって物体の角位置を決定することを可能にすることをさらに含む。間隔を決定するステップは、少なくとも１対の場所で受信される信号を相互相関させること、および相互相関結果に応じて間隔を決定することを含むことができる。あるいは、間隔を決定するステップは、整合フィルタを複数の場所で受信される信号に適用すること、および整合フィルタの出力に応じて時間差を決定することを含むことができる。
【０１２９】
本発明の関係する一態様においては、複数の場所で信号を受信すること、受信信号を表す出力信号を生成する場所で受信された信号を検出すること、および複数の場所で受信される信号間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって物体の角位置を決定することを含む方法が提供される。受信信号は、その周波数の５％、１０％、または２０％よりも大きい帯域幅を有することができる。
【０１３０】
密接に関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定する方法であって、複数の受信エレメントを含む受信機器で信号を受信すること、および受信エレメントのうちの１つでの信号の受信と受信エレメントのうちの少なくとも１つの他の受信エレメントでの信号の受信との間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって物体の角位置を決定することを含む方法が提供される。
【０１３１】
この方法が、物体に向けてプローブ信号を送信すること、および物体からのプローブ信号の反射を受信することをさらに含む場合、プローブ信号を送信するステップは、物体で送信される信号と異なる信号を送信することを含むことができる。この方法は、プローブ信号を符号化し、それによってそれを物体から受信された信号と区別することができることをさらに含むことができる。
【０１３２】
また、この方法は、プローブ信号によって照射された物体の位置情報を決定することをさらに含むこともできる。好ましくは、この方法は、次に、照射された物体の位置情報を、少なくとも１つの既知の物体に関する位置情報と比較し、それによって異常な物体を識別することができることをさらに含む。この方法は、比較の結果に応じて警報信号を生成することをさらに含むことができる。その物体または各物体は、好ましくは、受信機器で受信される信号を送信する物体を含む。
【０１３３】
また、本発明は、物体に関する位置情報を決定する方法であって、受信手段および送信手段を、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置すること、送信手段を使用して、物体に向けてプローブ信号を送信すること、物体からのプローブ信号の反射および物体に関連する送信機によって送信される信号のうちの１つであり、好ましくは超広帯域信号パルスである信号パルスを受信手段で受信すること、および受信信号パルスに応じて、物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成することを含む方法も提供する。
【０１３４】
本発明の他の態様においては、信号を送信する物体を求めて検出体積内を検索する方法であって、複数の場所で信号を受信すること、受信信号を表す出力信号を生成する場所に到着する信号を検出すること、および複数の場所で受信される信号の間の間隔を決定し、それによって物体の存在およびその角位置を決定することができることを含む方法が提供される。
【０１３５】
密接に関係する一態様においては、信号を送信する物体を求めて検出体積内を検索する方法であって、距離ゲートを設定するステップと、少なくとも１つの信号が複数の受信エレメントを含む機器で受信された場合、かかる少なくとも１つの信号を検出するステップと、複数の受信エレメントのうちの１つで受信された少なくとも１つの信号と複数の受信エレメントのうちの他の受信エレメントまたは他の各受信エレメントで受信された少なくとも１つの信号との間の間隔を決定するステップと、距離ゲートを変化させるステップと、検出するステップおよび決定するステップを繰返し、それによって物体からの信号の送信が機器と同期化されているかどうかに関係なく、物体の存在およびその角位置を決定することができるステップとを含む方法が提供される。
【０１３６】
この方法は、所与の距離ゲート内の信号を検出すること、および距離ゲートを変化させ、それによって受信機器と同期化されていない物体を検出することができることをさらに含むことができる。
【０１３７】
この方法は、好ましくは、受信機器を同じ機器で較正することをさらに含む。
本発明の関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定する方法であって、物体で送信された信号を受信機器で検出すること、受信信号を表す出力信号を生成すること、および受信機器を同じ機器で較正することを含む方法が提供される。この方法は、好ましくは、基準送信機から信号を受信すること、および受信基準信号を表す信号を出力することをさらに含む。この方法は、物体において送信される信号の到着時間と基準送信機において送信される信号の到着時間との間のタイミング差を表す信号を出力することをさらに含むことができる。
【０１３８】
受信機器を較正するステップは、共通クロック信号に応じて検出手段をトリガすることを含むことができ、そのケースでは、この方法は、共通クロック信号の受信からの所定の時間オフセットで受信信号の走査を開始することをさらに含むことができる。
【０１３９】
好ましくは、この方法は、複数の角位置測定に応じて物体の変位を決定することをさらに含む。この方法は、減衰媒体を介して伝送される信号を受信し検出することをさらに含むことができる。
【０１４０】
本発明の他の態様においては、位置決め信号を送信する方法であって、信号を生成すること、および信号を送信することを含み、信号が、上記の機器で使用するのに適している方法が提供される。
【０１４１】
本発明のさらに他の態様においては、位置決め信号を送信する方法であって、信号を生成すること、および信号を送信することを含み、信号が、上記の方法で使用するのに適している方法が提供される。
【０１４２】
この信号は、上記の特性繰返し周波数を有するパルス列を含むことができる。
この方法は、区別入力に応じて生成信号の固有特性を変化させることをさらに含むことができる。固有特性は、上記のとおりとすることができる。この方法は、信号を時分割多重化することをさらに含むことができる。信号帯域は、上記のとおりとすることができる。
【０１４３】
本発明の他の態様においては、上記の機器で使用するのに適した信号が提供される。
本発明の関係する一態様においては、特性パルス周波数を有するパルス列を含む信号であって、特性パルス周波数が、２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ、およびより好ましくは１０．５ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚであり、パルスが、０．５ＧＨｚ〜２４ＧＨｚ、好ましくは２ＧＨｚ〜１２ＧＨｚ、およびより好ましくは５．８ＧＨｚ〜７．２ＧＨｚの特性周波数を有する信号が提供される。
【０１４４】
好ましくは、この方法は、区別入力に応じて生成信号の固有特性を変化させることをさらに含む。好ましくは、固有特性は、信号のパルス繰返し周波数である。好ましくは、固有特性は、パルス位置変調特性である。好ましくは、この方法は、信号を時分割多重化することをさらに含む。好ましくは、この信号は、その周波数の５％、１０％、または２０％よりも大きい帯域幅を有する。
【０１４５】
上記と同様に、信号は、時分割多重化を使用して符号化してよく、パルス位置変調を使用して符号化してもよい。
本発明の他の態様によれば、物体に関する位置情報を決定するためのシステムにおいて使用するための機器であって、システムの受信機によって検出されるパルスシーケンスを送信するための送信機を含み、送信機が、パルスシーケンスの特性を変化させてデータを受信機に送信するように適合される機器が提供される。
【０１４６】
送信機によって放射されるパルスシーケンスの特性を変化させることによって、送信機と受信機の間でデータを送信することが可能となる。
好ましくは、パルスシーケンスの特性を変化させる速度は、パルス周波数よりも大幅に低い。このようにして、メッセージのデータ速度は、システム自体の無線周波数よりもはるかに低くすることができる。
【０１４７】
送信機は、パルスシーケンスのパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）を変化させるように適合させることができる。例えば、２つのパルス繰返し周波数を使用することにより、「０」または「１」を送信機によって送信することができる。ＰＲＦは、好ましくは、擬似ランダムに変化させる。複数の送信機が存在し、干渉を避けるためにそれぞれが異なるＰＲＦをもつ場合、変調は、各送信機ごとに異なるようにしてよく、変調の帯域幅は、各ＰＲＦチャネルの周波数帯域よりも小さくてよい。
【０１４８】
パルスシーケンスは、周期的に中断されてよい。受信機で中断のパターンを分析することにより、送信機によって送信される情報を決定することができる。例えば、送信は、特定の符号に対応する所定の期間、オンおよびオフに切り換えることができる。
【０１４９】
したがって、受信機で受信されるパルスから決定することのできる位置情報に加えて、パルスシーケンスの特性の変化を分析することにより、送信機によって送信される追加の情報を決定することもできる。
【０１５０】
このようにして、符号化されたメッセージを、送信機によって送信することができる。
データ送信は、好ましくは、ＰＲＦ変調によって行われる。これは、例えば、複数の送信機を区別するために使用することができる。各送信機は、この方法により、送信機を識別する情報を含む情報を送信することができる。この機構は、一般に、送信機と受信機システムの間でデータを送信するために使用することができる。
【０１５１】
送信機は、物体と関連付けることができる。このようにして、物体に関する位置情報ならびに追加情報を、送信されるパルスシーケンスから決定することができる。送信機は、タグ、好ましくは、上記の本発明の態様のいずれかに対応するタグと関連付けることができる。
【０１５２】
パルスシーケンスは送信データを含み、位置情報を決定するのに使用される送信信号とほぼ同じ周波数で送信することができる。
好ましくは、データを含むパルスシーケンスは、位置情報を決定するためにも使用される。
【０１５３】
送信データは、送信機のＩＤに関する情報を含むことができる。例えば、データは、送信機の識別子を含むことができる。送信機が物体と関連する場合、この情報を使用して、物体を識別することができる。
【０１５４】
この情報は、送信機と受信機の間で通信を確立するのに使用される識別子を含むことができる。
この機器は、送信機と受信機の間で通信を行うための手段をさらに含むことができる。例えば、この機器は、追加の通信を行うために、例えば送信機システムまたは受信機システムにおいて、別個の無線送信機を含むことができる。
【０１５５】
このような通信を使用して、例えば、送信機から、例えば物体に関する追加の情報を送信することができる。代わりに、またはさらに、この通信を使用して、システムがシステム設定を変更できるようにすることができる。例えば、送信機は、物体に関連したタグを含み、通信を使用して、タグ更新レートなどのシステム設定を変更することができる。
【０１５６】
機器は、パルスシーケンスの送信を行うための、かつ送信機と受信機の間の通信を行うために使用されるコンポーネントを含むことができる。
例えば、位置決定で使用される信号を伝送する場合と、伝達情報を伝送する場合とで伝送周波数が類似または同じである場合、ほぼ同じコンポーネントをどちらの伝送にも使用することができる。これには、システムのサイズと複雑さを大幅に低減させる潜在的な利点がある。
【０１５７】
本発明によれば、物体に関する位置情報を決定するためのシステムで使用される機器であって、物体の位置を決定するのに使用される信号を送信するための送信機を含み、かつ受信機に伝達情報を送信するための送信機をさらに含み、信号を送信するための送信機のコンポーネントが、伝達情報を送信するための送信機と共通である機器が提供される。
【０１５８】
好ましくは、２つ以上のコンポーネントが送信機に共通である。アンテナ、または信号生成回路、またはフロントエンドのいずれか、またはすべてを共通とすることができる。
本発明によれば、物体に関する位置情報を決定するためのシステムで使用される機器であって、物体の位置を決定するのに使用される信号を受信するための受信機を含み、かつ送信機から伝達情報を受信するための受信機をさらに含み、信号を受信するための受信機のコンポーネントが、伝達情報を受信するための受信機と共通である機器が提供される。
【０１５９】
好ましくは、２つ以上のコンポーネントが受信機に共通である。アンテナ、または信号受信回路、またはフロントエンドのいずれか、またはすべてを共通コンポーネントとすることができる。
【０１６０】
好ましくは、信号および通信は、ほぼ同じ周波数、好ましくは無線周波数である。
好ましくは、信号は、好ましくは、場合によってはパルス繰返し周波数変調によって信号を符号化または変調した、好ましくは物体の、識別子を含む。好ましくは、識別子はＭＡＣアドレスである。
【０１６１】
好ましくは、信号および通信はＵＷＢである。好ましくは、通信では標準通信プロトコルを使用する。そのようなプロトコルの例には現在、ＤＳＲＣおよびＩＥＥＥ ８０２．１１Ａが含まれる。好ましくは、通信は両方向である。
【０１６２】
上述の機器のいずれにおいても、送信機と受信機の間の距離は、好ましくは１００ｍ未満である。
本明細書に記載の技法は、受信機と送信機装置を含めた物体の間の距離がそれほど大きくない場合に、特に有用である。好ましくは、距離は、５０ｍ未満、好ましくは２０ｍ未満である。
【０１６３】
この機器は、データを受信し、他の送受信機または受信機の特性を検出し、その特性に応じてそれらにデータを選択的に送信するように適合された送受信機を含むことができる。好ましくは、その特性は位置である。
【０１６４】
本発明のこの態様は独立して提供することができ、物体に関する位置情報を決定するためのシステムで使用される機器であって、データを受信し、他の送受信機または受信機の特性を検出し、その特性に応じてそれらにデータを選択的に送信するように適合された送受信機を含む機器が提供される。好ましくは、その特性は位置である。
【０１６５】
例えば、高速道路の１車線上の車両に搭載された送受信機は、道路の該当する側の車両とのみ、道路工事に関するデータを送受信することができる。
送信機および／または受信機は、車両に搭載することができる。
【０１６６】
記載の技法は、車両の位置および方位の決定に対して具体的に適用され、それを使用することにより、例えば、車両間、車両から固定の沿道システムに、および／または固定の沿道システムから車両に、情報を転送することもできる。
【０１６７】
この機器は、車両の特性に関するデータを送信するように適合させることもできる。
例えば、物体が車両であり、車両に送信機が搭載されている場合、送信機は、車両に関する情報、例えば駆動性能、または例えば急ブレーキをかけているとの情報を送信することができる。この情報を、例えばその情報を送信する車両に近い他の車両で使用して、駆動方針、例えばブレーキ方針または事故回避方針を決定することができる。
【０１６８】
送信機を道路に設置し、受信機を車両に搭載することもできる。車両のレーダシステムは、それによって道路端の場所を決定することができ、この情報を使用して、車両の駆動方針を変更することができる。
【０１６９】
この機器は、送信機の位置に局部的な特性に関するデータを送信するように適合させることができる。例えば、送信機は、交通状況、天気状況、ローカルラジオ局、などに関する情報を送信することができる。
【０１７０】
本発明によれば、車両に関する位置情報を決定するのに使用される機器であって、車両の位置を決定するのに使用される信号を受信するための受信機を含み、かつ車両と関連した送信機から、車両の特性に関する情報に関係した伝達情報を受信するための受信機をさらに含み、受信情報を使用して駆動方針を決定するための制御システムをさらに含む機器がさらに提供される。
【０１７１】
本発明によれば、送信機が包装品を位置決定するために使用され、送信機が包装品の特性に関するデータを送信するように適合される、上記の機器を含む在庫管理システムであって、その機器が、受信データを使用して商品をどこに格納すべきか、またはいつそれらを取り出すべきかを決定するための制御システムをさらに含む在庫管理システムがさらに提供される。
【０１７２】
本発明によれば、物体に関する位置情報を決定するための方法であって、パルスシーケンスを生成すること、データを送信するためにパルスシーケンスの特性を変化させること、およびシステムの受信機によって検出されるパルスシーケンスを送信することを含む方法がさらに提供される。
【０１７３】
本発明によれば、上記の方法を実施するように適用されるコンピュータプログラム製品、およびコンピュータプログラム製品を有形に実施するコンピュータ可読媒体が提供される。
【０１７４】
本発明によれば、上記の機器または方法で使用される信号が提供される。
本発明の上記のありとあらゆる態様において、例えば位置情報を決定するための、識別子を伝送するための、および通信するための、いくつかまたはすべての伝送は、超広帯域でよい。
【０１７５】
本発明の他の態様においては、上記の任意の方法を実施し、上記の任意の機器を実装するように適合されるコンピュータプログラム製品が提供される。本発明では「コンピュータプログラム製品」という語は、好ましくは、（マイクロプロセッサ、ＤＳＰ、カスタム集積回路、マイクロコントローラなどの）プロセッサで実行されたときに、該当する方法が実施されるようにする、コンピュータ可読形態のデータを意味する。この語は、好ましくは、（ＪＡＶＡなどの）インタープリタ言語、（コンパイルされるＣ＋＋などの）コンパイル言語、および機械語を含む。
【０１７６】
本発明の他の態様においては、上記のコンピュータプログラム製品を有形に実施するコンピュータ可読媒体が提供される。
本発明のさらに他の態様においては、上記のコンピュータプログラム製品を有形に実施する信号が提供される。
【０１７７】
本発明は、実質上、添付の図面に即して本明細書に記載される方法および／または機器を包含する。
本発明の１つの態様における任意の特徴は、任意の適切な組合せで、本発明の他の態様に適用することができる。具体的には、方法の態様は、機器の態様に適用することができ、その逆も同様である。
【０１７８】
本発明の好適な特徴を対応する図面を参照して、純粋に例示として、以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】位置決めシステムの第１の実施形態の概要図である。
【図２】３つ以上の受信ユニットが使用される位置決めシステムの略図である。
【図３】図２で示されているコンポーネントの相互接続を示す略図である。
【図４】位置決めシステムの第２の実施形態の略図である。
【図５】位置決めシステムの第３の実施形態の略図である。
【図６】位置決めシステムにおける能動物体の概要図である。
【図７】図６の物体をより詳細に示す略図である。
【図８】位置決めシステムにおける受信ユニットの概要図である。
【図９】図８の受信ユニットをより詳細に示す略図である。
【図１０】図９の受信ユニットにおける４つの受信機チャネルのうちの１つの略図である。
【図１１】位置決めシステムにおける制御ユニットの略図である。
【図１２】位置決めシステムにおける受信ユニットのための例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１３】位置決めシステムにおける受信ユニットのための代替の例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１４】送信機から等距離にある受信機のための異なる３つの信号検出シナリオを示すタイミング図である。
【図１５】図１４の１つの検出サイクルにおけるＲｘ１受信ユニットのサンプリング動作を示すタイミング図である。
【図１６】受信ユニットにおけるセンサアレイの平面図である。
【図１７】送信機コンポーネントを含む、図１６のシステムの一変形形態を示す図である。
【図１８】動作時におけるセンサアレイの側面図である。
【図１９】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２０】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２１】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２２】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２３】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２４】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２５】整合フィルタを使用した、１つのセンサからのデータに対する処理を示す図である。
【図２６】受動モードの動作で送信されるパルスの例である。
【図２７】受動モードの動作で送信されるパルスの例である。
【図２８】位置決定と通信が組み合わされたシステムの一例を示す図である。
【図２９】位置決めシステムにおいて受信ユニットで使用するための検出アルゴリズムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１８０】
能動物体（つまり、送信機、すなわち「タグ」が組み込まれている物体）の位置を決定するためのシステムについて、以下に説明する。いくつかの実施形態においては、このシステムを使用して、受動物体（すなわち、送信機が組み込まれていない物体）の位置を決定することができる。
【０１８１】
システムの構成についてまず説明してから、受信ユニット（タグ信号を検出するのに使用されるセンサ）、送信物体（タグ自体）、および制御ユニットについて説明する。
その後、システムコンポーネントの相対タイミングに関する情報、受信ユニットの較正、および送信信号のチャネル化を含めた、位置決めシステムの設計の根底となる原則について説明する。
【０１８２】
さらにその後、制御ユニットにおける信号の処理（具体的には、整合フィルタリングプロセス）、差動タイミングセンサアレイの構成、受動モードでのシステムの動作、および位置決めシステムの可能なアプリケーションの説明に関してより詳細に説明する。次に、適切な検出アルゴリズムの実装に関して詳細に説明する。最後に、検出アルゴリズムの代替機能についていくらか論じる。
【０１８３】
まず、位置決めシステムの概要について説明する。
位置決めシステムの構成
図１は、位置決めシステムの第１の実施形態の概要図である。図１を参照すると、位置決めシステム１００は、位置決定すべき物体１０２、物体１０２と関連しまたはそれに含まれ、信号１０６を出力する送信機１０４、および１対の受信機器２００、２０２、および制御ユニット３００を含む。受信機器２００、２０２は、データリンク３０２、３０４によって制御ユニット３００に接続されている。より詳細に後で論じるように、このシステムの諸変形形態は受動モードで動作させることができ、その場合、送信機は物体から離れて配置され、受信機で受信される信号は、送信された信号の物体からの反射である。
【０１８４】
受信機器２００、２０２は、リンク３０２、３０４を介して制御ユニット３００に、受信ユニットで受信された信号１０６を表すデータを渡す。次いで制御ユニットは、受信ユニットから受信したデータを処理し、その結果、各受信ユニットに関して物体の角位置が決定される。角位置は、方位角および仰角で測定される。最後に、制御ユニットは、受信ユニットの場所を知っており、角位置を三角測量し、その結果、物体１０２の３次元位置が算出される。その後の３次元位置の用途は、後述するように、システムの具体的アプリケーションに依存する。
【０１８５】
角位置情報を使用して物体の変移（例えば、３次元位置）を計算するには、（２対の方位角および仰角など）単に２つの角位置測定が必要とされ、したがって、単に２つの受信ユニットが必要とされる（図１参照のこと）。さらに、いくつかの改良を行った場合（以下参照）、１つの受信ユニットだけ必要である。ただし、２つ以上の受信ユニットを使用すれば、システムの精度および到達距離を改善することができる。
【０１８６】
図２は、２つ以上の受信ユニットが使用される位置決めシステムの略図である。図２においては、４つの受信ユニット２００、２０２、２０４、２０６が、およそ一辺１０メートルの正方形である検出区域１０８内に配置されている。検出区域において２つの能動物体１０２、１１０が示されている。受信ユニット２００、２０２、２０４、２０６の有効到達距離は１０メートルである。物体と受信ユニットの間に破線が示されており、その破線は、受信ユニットとその検出距離内に各物体が配置されていることを示している。
【０１８７】
図３は、図２で示されているコンポーネントの相互接続を示す略図である。図３を参照すると、第１の物体１０２および関連する送信機１０４、第２の物体１１０および関連する送信機１１２、４つの受信ユニット２００、２０２、２０４、２０６、およびデータリンク３０２、３０４、３０６、３０８を介して４つの受信ユニット２００、２０２、２０４、２０６にそれぞれ接続されている制御ユニット３００が示されている。
【０１８８】
受信ユニットおよび物体の幾何形状により、第１のオブジェクト１０２は、４つの受信ユニット２００、２０２、２０４、２０６すべてから検出され、第２のオブジェクト１１０は、３つの受信ユニット２００、２０２、２０４だけから検出される。どちらの場合も、少なくとも１つの角位置測定が冗長であり、それを使用して、位置決め測定全体の精度を向上させることができる。
【０１８９】
受信ユニットのその他の数および構成も、もちろん可能である。
再び図１を参照すると、受信ユニット２００、２０２を制御ユニット３００に接続するデータリンク３０２、３０４は、電線である。第１の実施形態の一変形形態においては、データリンク３０２、３０４は、受信ユニット２００、２０２と制御ユニット３００の間の無線リンクによって構成されるが、他の組合せも、もちろん可能である。
【０１９０】
図４は、位置決めシステムの第２の実施形態の略図であり、その場合、受信ユニットおよび制御ユニットが代替構成で相互接続されている。図４では、第１の受信ユニット２００が、追加の受信ユニット２０２、２０４、２０６と制御ユニット３００の間の通信ハブとして働く。第１の受信ユニット２００および追加の受信ユニット２０２、２０４、２０６および第１の受信ユニット２００と制御ユニット３００との間のデータリンク３０２の間のデータリンク３１０、３１２、３１４は、上記と同様に、電線、無線リンク、またはその他の方法でよい。
【０１９１】
図５は、位置決めシステムの第３の実施形態の略図である。図５では、制御ユニット３００が第１の受信ユニット２００内に配置され、その受信ユニット２００は、上記と同様に、データリンク３１０、３１２、３１４を介して追加の受信ユニット２０２、２０４、２０６に接続されている。
【０１９２】
制御ユニットおよび受信ユニットの動作については、さらに後で説明する。まず、図６および７を参照して、能動物体１０２についてより詳細に説明する。
能動物体の説明
図６は、位置決めシステムにおける能動物体の概要図である。図６では、物体１０２は、信号発生ユニット１２０に結合された送信機ユニット１０４を含み、これらのユニットが一緒に信号１０６を生成する。
【０１９３】
図７は、図６の物体をより詳細に示す略図である。図７を参照すると、送信機ユニット（すなわち「タグ」）１０４は、１つのアンテナ１１８を含み、１つの信号発生ユニット１２０は、水晶発振器１２２、フェーズロックループ（ＰＬＬ）回路１２４、パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）セレクタおよび電力インターフェース１２６、プログラマブルディバイダ１２８、パルス発生器１３０、フィルタ１３２、およびパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）出力ユニット１３４を含む。プログラマブルディバイダ１２８は、ＰＬＬセレクタおよび電力インターフェース１２６から供給されるＰＲＦ周波数に従って、水晶発振器１２２によって（ＰＬＬ回路１２４を介して）駆動され、次にはパルス発生器１３０を駆動し、その出力がフィルタ１３２によってフィルタリングされ、その後、アンテナから送信される。ＰＲＦ出力ユニット１３４は、物体に、その現在のＰＲＦ設定を報告する手段を提供する。好ましい実施形態においては、ＰＲＦ出力ユニット１３４は使用されず、省略することができる。
【０１９４】
好ましい実施形態においては、物体１０２は、例えば在庫品や会社のスタッフの一員などの対象アイテムに取り付けられる。したがって、使用時に、接着剤や機械的取付け具などの任意の適切な手段によって、物体１０２をそのようなアイテムに取り付けることができる。あるいは、物体１０２は、そのようなアイテムを含むことができる。また、物体１０２は、他の（おそらく関係した）目的で、追加の回路を含むこともできる。
【０１９５】
送信機ユニット１０４および信号生成ユニット１２０（および具体的にはＰＲＦの使用）の動作については、後で説明する。まず、受信ユニット２００について、図８および９を参照して、より詳細に説明する。
【０１９６】
受信ユニットの説明
図８は、位置決めシステムにおける受信ユニットの概要図である。図８では、受信ユニット２００は、送信信号１０６を受信するための受信機コンポーネント２１０、信号１０６を検出するための、受信機コンポーネントに結合された検出器コンポーネント２３０、および信号を処理し、処理結果をデータリンク３０２を介して制御ユニット３００（図示せず）に出力するための受信機側処理ユニット２６０を含んでいる。
【０１９７】
図９は、図８の受信ユニットをより詳細に示す略図である。図９では、受信ユニット２００中の受信機コンポーネント２１０は、注意深く選択され間隔の空いた場所における送信信号１０６を受信するための４つのアンテナ２１２、２１４、２１６、２１８を含み、検出器コンポーネント２３０は、アンテナ２１２、２１４、２１６、２１８に結合された送信機ユニット２３２と、送信機ユニット２３２と受信機側処理ユニット２６０に結合されたタイムベースユニット２３４とを含み、その受信機側処理ユニット２６０はデータリンク３０２に接続されている。
【０１９８】
後でより詳細に説明するように、差動タイミング技法を使用して送信物体の角位置を計算する。送信物体の信号が受信ユニットで受信されると、受信ユニットは複数の受信信号を分析する必要がある。したがって、アンテナ２１２、２１４、２１６、２１８は、検出器コンポーネント２３０によって各アンテナごとに別々の出力が提供されるように、検出器コンポーネント２３０においてそれぞれ自分の別個のチャネルを有する。
【０１９９】
好ましい実施形態の諸変形形態においては、互いに異なるシステムを使用して、物体の角位置を検出する。そのような一変形形態では、検出空間を継続的に走査させる指向性アンテナが提供される。
【０２００】
図１０は、４つの受信機チャネルのうちの１つの略図である。図１０を参照すると、受信機コンポーネント２１０、送信機ユニット２３２、およびタイムベースユニット２３４におけるチャネル２４０は、アンテナ２１２と、それに直列に接続された、無線周波数（ＲＦ）バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２４２、低ノイズアンプ（ＬＮＡ）２４４、追加の無線周波数バンドパスフィルタ２４６、サンプラ２４８、音声バッファアンプ２５０、音声帯域フィルタ（ＢＰＦ）２５２、音声アンプ２５４、追加の音声帯域フィルタ２５６、サンプルアンドホールド段２５８、および受信機側処理ユニット２６０とを含む。タイムベース制御ユニット２６２は、受信パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）クロック２６４、および受信システムクロック２６６によって駆動され、サンプラ２４８、サンプルアンドホールド段２５８、および受信機側処理ユニット２６０に接続されている。
【０２０１】
好ましい実施形態の一変形形態においては、１つのクロック源が、ＰＲＦクロック２６４および受信システムクロック２６６を置き換え、その場合、クロック分割回路を使用して、各該当段階で必要なクロック周波数を得る。
【０２０２】
動作においては、アンテナ２１２に到着する無線周波数信号が音声周波数デジタル信号に変換され、データリンク３０２によって制御ユニット３００に出力される。制御ユニット３００が、受信ユニット２００のシステムステータスを問い合わせること、および必要に応じてシステム管理作業を実施することを可能にするために、主データリンク３０２に加えて低帯域幅制御データリンク（図示せず）が提供される。
【０２０３】
受信機側処理ユニット２６０は、各チャネル２４０のサンプルアンドホールド段２５８に接続され、かつ（高速マイクロコントローラおよび関連メモリなどの）処理回路にも接続されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含んでいる。処理回路は、４つのチャネルから４つの出力を受け取り、各アンテナ、すなわち２１２、２１４、２１６、２１８から受信した信号に関する該当する処理を行って、検出された信号源に関する方位角および仰角を決定する。処理ユニット２６０は、検出された角度のデジタル表現をデータリンク３０２を介して制御ユニット３００に送り、他の受信機２０２、２０４、２０６から送られた同様のデータに関連する追加の処理を行う。
【０２０４】
好ましい実施形態の一変形形態においては、受信機側処理ユニット２６０が省略され、その代わりに、サンプルアンドホールド段２５８からのアナログ信号が、リンク３０２を介して制御ユニット３００に含まれているアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）に送られる。ＡＤＣは、タイムベース制御ユニット２６２からのタイミング信号によって、または制御ユニット３００で生成されたタイミング信号によって、駆動することができる。この変形形態では、制御ユニット３００は、すべての受信機に対する、すべての方位角および仰角処理を行う。
【０２０５】
他の変形形態においては、受信機側処理ユニット２６０は、基本的に単なるアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み、その結果、各アンテナ２１２、２１４、２１６、２１８で受信された信号を表す信号が、デジタル化された形式で制御ユニットに送られる。
【０２０６】
位置決めシステムの様々な諸態様についてさらに説明する前に、図１１を参照して、制御ユニット３００についてより詳細に説明する。
制御ユニットの説明
図１１は、位置決めシステムにおける制御ユニットの略図である。図１１では、入出力インターフェース３２０が、データリンク３０２、３０４を介して２つの受信ユニット（図示せず）に接続されている。入出力インターフェース３２０は、コンピュータ３３０に結合されている。
【０２０７】
好ましい実施形態においては、コンピュータ３３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）および記憶媒体（ハードディスクおよび／またはメモリの組合せ）および入出力インターフェース３２０への接続を含んでいる。該当する処理が、ＣＰＵによってカスタム処理ソフトウェアを使用して実行され、その処理の結果が、画像表示で、あるいはコンピュータ可読形式で利用可能になる。
【０２０８】
低コストで実装するのに適した、好ましい実施形態の一変形形態においては、コンピュータ３３０は、標準ＰＣであり、入出力インターフェース３２０は、２×４チャネルのアナログデータ収集ＰＣＩカードであり、このＰＣＩカードは、例えば受信ユニット（上記参照）に必要とされるデータリンクのタイプに依存する出力機能を、有しても、有さなくてもよい。いくつかの変形形態における処理は、基本的にＰＣ上で走る（例えば、ＭＡＴＬＡＢプログラム上で走るプログラムなどのインタープリタ型プログラム、またはコンパイルされたスタンドアロンプログラムなどの）数理計画法ソフトウェアによって実行することができる。他の組合せも、もちろん可能である。異なる数の受信ユニットを有する構成では、より多くの数の入力を有するデータ収集カード、および／またはより多くの数のデータ収集カードを使用することができる。好ましい実施形態の諸変形形態においては、受信ユニットが、該当する情報を多重化し、かつ／またはそれをＰＣに送り、したがって、制御ユニット３００への物理入力の数を低減することができる。他の諸変形形態においては、受信ユニットの出力がアナログ領域で多重化され、制御ユニット３００内で逆多重化される。
【０２０９】
好ましい実施形態の他の一変形形態においては、コンピュータ３３０は、ＡＳＩＣチップなどの専用ハードウェアまたはマイクロコントローラチップと、１つまたは複数の受信機ユニットから受信された情報を処理するための関連する回路とを含む。例えば、コンピュータ３３０を使用して、１つまたは複数の物体の変位を決定し、かつ／または追加のアプリケーション固有のタスクを実行することができ、受信機ユニット２００の受信機側処理ユニット２６０において、角位置が決定される。
【０２１０】
好ましい実施形態においては、処理の結果を適切なコンテキストで共用することを可能にするために、コンピュータ３３０は、追加のコンピュータおよび／またはネットワークに接続される。
【０２１１】
４つの受信機／検出器チャネルの出力を送信するインターフェースに加えて、受信ユニットにおいて、また制御ユニットにおいても通信インターフェースが提供され、その結果、（クロック信号（以下参照）などの）制御信号を、制御ユニットと受信ユニットの間で受け渡すことが可能になる。通信インターフェースは単純なＲＳ２３２シリアルリンクであるが、好ましい実施形態の諸変形形態においては、イーサネット、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（および、その他の無線プロトコル）、および並列接続などの、プロトコルおよびシステムが使用される。
【０２１２】
次に、位置決めシステム設計の根底をなす基本原理について、以下で論じる。
位置決めシステムの設計の根底をなす原理
このシステムは、能動物体（すなわち「タグ」）の最大検出距離が１０ｍであるように設計されている。（３０ｍ以上など）より長い検出距離も可能であるが、より高い出力およびより複雑さが必要となり得るので、コストが増大し複雑化するという犠牲を伴う。
【０２１３】
効率上および性能上の理由により、タグは、自分の位置をパルスを使用して通知し、そのパルスの相対帯域幅（すなわち、パルス周波数と比べた場合のパルス帯域幅のサイズ）は、例えば１０％よりも大きく、（２０％、３０％、４０％、またはそれ以上など）さらに大きくてもよい。そのようなパルスの伝播特性は、例えば、いわゆる狭帯域パルスでは伝播性能が低くかつ／または予測が非常にしづらいことがある場合にも、屋内用途において比較的好ましくなり得る。パルスは、特性パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で放射される。等価なパルス繰返し時間（ＰＲＰ）は、ＰＲＦの逆数であり、連続したパルス間の遅延を定義する。
【０２１４】
しかしながら、比較的低い空間分解能が許容される好ましい実施形態の諸変形形態においては、パルスを、こうした「狭帯域」周波数に限定することができる。このような場合、パルスの相対帯域幅は、例えば、実質上１０％未満（およびさらには１％未満）とすることができる。
【０２１５】
差動タイミング検出システムは、送信機におけるパルスの送信と受信機におけるパルスの受信の間の時間遅延（この遅延は、送信機と受信機の間の距離を示すことになる）を考慮する必要がないが、その代わりに、個々のパルスの受信の相対タイミング（この相対タイミングにより、送信機の角位置を決定することが可能になる）を考慮する必要がある。各センサに関して異なるタイミング検出器を使用して物体の角位置を計算し、次いで測定された角位置の三角測量を行うことにより、一般的なシステムにおいては約６０〜８０ｃｍの精度まで、物体の変位を決定することができ（ただしこれは、受信ユニットの数と近さ、周波数誤差の大きさ、および受信された信号の信号対雑音比などの要因に従って変わり得る）、これは多くの追跡作業にとって十分な分解能である。
【０２１６】
しかし、システム中の各受信ユニットを同期させることによってシステムの精度を向上させ、したがって、各受信機ユニットにおける複数の受信機チャネル間の受信パルスの差動タイミングを測定することに加えて、個々の受信機ユニット間の受信パルスの差動タイミングを測定することができる。受信ユニット（以下参照）を同期させるために、どのパルスがどの受信ユニットによって受信されたかに関するあいまいさを回避すべく、送信機ＰＲＦに制約が課される。
【０２１７】
そのようなあいまいさを回避するために、パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）の逆数であるパルス繰返し時間（ＰＲＰ）が、パルスの到着時間の最大差の２倍を越える必要があり、この場合、パルスの到着時間の最大差は、最大検出距離を進むパルスにかかる時間である（すなわち、ｍ／ｃ。ただし、ｍは最大検出距離、ｃは光の速度）。
【０２１８】
システムの最大検出距離が１０メートルの場合、２つの受信機間の信号の到着時間の最大差は、約３３ナノ秒（ｎｓ）であり、したがって、解決される到達距離のあいまいさを回避するために、その送信機のパルス繰返し時間（ＰＲＰ）を、６６ｎｓよりも大きくする必要がある。
【０２１９】
システムの最大検出距離がより大きい、例えば３０メートル以上の場合、２つの受信機間の信号の到着時間がより長くなり（到達距離３０メートルの場合、約１００ナノ秒）、その結果、ＰＲＰを大きくする必要がある（例えば、到達距離３０メートルの場合、少なくとも２００ｎｓ）。ＰＲＰに応じて同様の変更を計算に加えることにより、本明細書で論じる原理を、そうしたより大きな最大到達距離にも適用することができる。
【０２２０】
システムコンポーネントの相対タイミング
図１２は、位置決めシステムにおける受信ユニットのための例示的なタイミングを示すタイミング図である。図１２では、送信パルス４００、対応する受信パルス４１０、および受信機ＰＲＦクロックパルス４２０が、時間に対して描画されている。送信パルス４０２、４０４、４０６は、ＰＲＰ４３０だけ隔てられている。受信パルス４１２、４１４、４１６は、送信パルス４０２、４０４、４０６に対して、時間オフセット４３２で受信される。可能性のある到達距離のあいまいさ４３４も示されている。下方の描画は、受信機の走査を開始するのに使用される受信機ＰＲＦクロックの出力を示す。送信機ＰＲＦクロックと受信機ＰＲＦクロックの間が非同期の関係であるので、受信機ＰＲＦクロックは、送信機クロックに対して任意の時間オフセット４３６をもつ。ＰＲＦクロックパルス４２２、４２４、４２６が送信され、同じパルス４１２、４１４、４１６が受信される間に、時間オフセット４３８が経過する。
【０２２１】
図１２では、受信機が掃引を開始した後、（時間において）最近のパルスが受信され、到達距離遅延（すなわち、送信機と受信機の間の到達距離に比例する、パルスの送信と受信の間の遅延）４３２が、測定時間４３８と時間オフセット４３６の和（すなわち、実距離＝測定＋オフセット）に等しくなることが見てとれる。
【０２２２】
図１３は、位置決めシステムにおける受信ユニットのための代替の例示的なタイミングを示すタイミング図である。図１３は、（時間において）最近のパルスが受信された後、受信機が掃引を開始することを除き、図１２と同じ構成をもつ受信ユニットのためのタイミング図を示している。図１３では、送信パルス４００、対応する受信パルス４１０、および受信機ＰＲＦクロックパルス４２０が、時間に対して再度描画されている。この場合、到達距離遅延（すなわち、送信機と受信機の間の到達距離に比例する、パルスの送信と受信の間の遅延）４３２が、測定時間４３８と時間オフセット４３６の和からＰＲＰを引いたもの（すなわち、実距離＝測定＋オフセット−ＰＲＰ）に等しくなることが見てとれる。
【０２２３】
受信ユニットが同期化されている場合、制御ユニットは、複数の受信ユニットから受信した情報を使用して、各受信ユニットごとに、当該ユニットにおけるパルスの送信とパルスの受信の間の遅延（つまり、タイムオフセット４３８、すなわち上式中の「オフセット」）を決定する。次に、この情報を使用して、上式に従って、可能な２つの到達距離遅延４３２（「実距離」）が計算される。ＰＲＰに課された制約（上記参照）があるので、計算された到達距離遅延４３２のうちの１つは、最大可能遅延（この例では３３ｎｓ）を超過し、排除することができる。（あいまいではなくなった）計算された到達距離遅延４３２を光の速度で乗算して、該当する受信ユニットと送信機の間の距離の測定値を得る。到達距離測定値を使用して、角位置情報を用いて生成された位置推定値を修正することにより、システムの分解能が、約１〜２センチメートルの精度まで高まる。
【０２２４】
精度を高めることを可能にするために、連続した受信信号間の遅延を測定することにより、追加の情報を導き出すことができる。したがって、サンプリングされたデータ内に少なくとも２つの受信パルスが含まれるように、サンプリング時間を選択する。
【０２２５】
好ましい実施形態では、マージンを十分にとるために、８３ｎｓのＰＲＰが得られる１２ＭＨｚの最大パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）が使用される。送信機の相対タイミングがわからないので（受信ユニットが同期化されていない場合）、受信機は、送信機のＰＲＦ時間全体を（上記のように、少なくとも２つのパルスをカバーするために）２回掃引し、かつ、送信パルスの一部が失われないようにするために小さな重複部分を掃引する必要がある。したがって、２３０ｎｓの時間掃引が選択される。各時間掃引後、検出コンポーネントに回復時間を与えるために、検出コンポーネントは、周波数３ＭＨｚ（すなわち、３３３ｎｓのＰＲＰに等価である）で動作する。ただし、好ましい実施形態の諸変形形態においては、検出コンポーネントは、信号ＰＲＦと同じ周波数で作動し、あるいは信号ＰＲＦの異なる倍数、例えば、信号ＰＲＦの２分の１、３分の１、または５分の１（など）で作動する。
【０２２６】
図１４は、送信機から等距離の受信機のための、異なる３つの信号検出シナリオを示すタイミング図である。図１４では、送信パルス４００、送信機から等距離の３つの受信ユニットＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３で同時に受信される対応するパルス４１０、および３つの異なる受信ユニットのサンプリング状態の表現４５０、４５２、４５４が、時間に対して描画されている。送信パルス４０２、４０４、４０６は、ＰＲＰ（図示せず）によって隔てられており、上記のとおりその長さは８３ｎｓである。受信パルス４１２、４１４、４１６は、送信パルス４０２、４０４、４０６に対して、時間オフセット４３２で受信される。受信ユニットの描画４５０、４５２、４５４は、走査開始（ＳｏＳ）位置（各受信機ごとに最初の２つの走査開始位置４６０、４６２、４６４、４６６、４６８、４７０が含まれる）を示し、各走査の持続時間を上り傾斜として表す。（サンプル走査中に発生することから）受信パルスを検出できるいくつかの点が、マーカ４８０、４８２、４８４、４８６で示されている。また、単一スキャン４９０の長さおよび単一サンプリングサイクル４９２の長さも図に示されている。
【０２２７】
サンプル走査中、３つの信号検出シナリオのそれぞれで、少なくとも２つのパルスが検出されることが見てとれる。各２３０ｎｓのサンプル掃引で、段階的に増やすことで（２３０ｎｓ×ｃ（光の速度）から導出される）距離６９メートルを事実上走査することになり、そのような各段階をレンジビンと呼ぶ。
【０２２８】
図１５は、１つの検出サイクルの過程にわたって（すなわち、制御ユニットに出力するための１組のデータを生成する過程にわたって）、図１４のＲｘ１受信ユニットのサンプリング動作を示すタイミング図である。図１５では、受信ユニットのサンプラの状態の表現４５０が示されており、（走査開始（ＳｏＳ）からの時間オフセットから導出される）走査範囲５００が描画されている。描画中に示した高さ５０２は、あるレンジビンに対応する。上記と同様に、走査の掃引が、捜査開始（ＳｏＳ）位置４６０、４６２、および傾斜を定義する走査位置５０４（等々）の最後で示されている。サンプル掃引５０８の持続時間（この場合、上記のように２３０ｎｓ）およびサンプル掃引時間５１０（この場合、上記のように３３３ｎｓ）が示されている。また、ドウェル時間５１２および全掃引時間５１４も示されている。
【０２２９】
上記のように、センサが走査しサンプルする空間内の到達距離が、レンジビンに分割される。受信ユニットは、各サンプルに小さな時間オフセットを加えることによってこの到達距離を走査し、受信機ユニットのＰＲＦクロックが事実上オフセットされ、到達距離が走査される速度がこのオフセットによって決定される。センサの更新速度は４０Ｈｚである。
【０２３０】
タイムベース制御２６２は、図１０に示したサンプラ２４８コンポーネントおよびサンプルアンドホールド２５８コンポーネントのタイミングを制御し（また、受信機側処理ユニット２６０にサンプルパルスも提供し）、上記の必要なクロック調整を実施する。
【０２３１】
検出器出力の帯域幅は４０ｋＨｚ（音声周波数と同じ次元の大きさ）である。サンプル出力帯域幅は、走査速度、受信機と送信機のクロック差（これは１ｐｐｍ（百万分率）内に抑えることができる）、および受信ユニットに相対的な送信機の移動によって生じる任意のドップラー周波数偏移によって決まる。
【０２３２】
送信機と受信機の間の最大相対速度を毎秒１０メートルと仮定すると（適用例の大多数にとって安全な仮定である）、単に４００Ｈｚのドップラー周波数偏移が生じることになり、無視することが可能である。また、サンプル出力帯域幅は、各レンジビンで費やされた時間−ドウェル時間、または１つのレンジビンでとられたサンプル数によっても決まる。好ましい実施形態では、１レンジビンあたり３６サンプルに対応するドウェル時間１２μｓを使用するが、他のドウェル時間を使用することもできる。
【０２３３】
サンプル出力帯域幅の選択に影響を与える残りの要因である、受信機と送信機の間のクロック差について、次に論じる。
タグの周波数精度（すなわち、受信機クロックと送信機クロックの間の整合の近さ）により、とりわけ、良好な信号対雑音比（ＳＮ比）を得るために所与の帯域幅信号に必要とされる処理量が決まる。ＳＮ比が高いと、精度が高まり、システムの検出距離が増大する可能性があり、一方、ＳＮ比が低いと、システムに累進的な誤差を生じさせる可能性がある。
【０２３４】
調査の後、１０メートルの検出距離を実現するのに十分な高ＳＮ比を実現し提供するためには、１ｐｐｍ（百万分率）未満の受信機と送信機の間の周波数差が可能であることが判明した。公称１２ＭＨｚのパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）では、１ｐｐｍの周波数差により、６ＧＨｚで６ｋＨｚの周波数誤差が生じる。周波数誤差の影響により、受信機のサンプラがレンジ「ビン」にいる時間中（すなわち、１２μｓのドウェル時間全体であり、その間３６のサブサンプルがとられる）、受信された（無線周波数範囲の）信号の位相が変化し、サンプラ出力が事実上変調される。
【０２３５】
例えば、信号がサンプルアンドホールドされる際の１２μｓの「統合時間」中、６ＧＨｚの入力信号の位相は、約２６°変化している。位相が変化することによる主な影響は、システムのＳＮ比が悪化する過程で、検出信号の振幅が減少することであるが、１２μｓのドウェル時間にわたる２６°の位相変化による振幅減少は、許容可能であることが判明している。例えばドウェル時間の増大によって生じる著しく大きい位相変化があると、信号がほとんど検出されなくなる程、ＳＮ比を悪化させる可能性がある。
【０２３６】
周波数ずれによって生じる別の結果は、距離誤差である。この距離誤差は、送信タグが一方のセンサに近く、他方から離れているときに明らかとなる。この距離誤差は、受信機の逐次時間サンプリングによって生じる。（１０メートルの到達距離に対応する）３３ｎｓの時間差を測定するのにかかる時間は、３．５ミリ秒（ｍｓ）である。この時間中、短距離受信機に対して、タグが３．５ｎｓ（３．５ｍｓの百万分の一）だけずれてしまうことになり、１メートルの距離誤差が生じる。この距離誤差は、目的によっては許容可能であるが、そうはいかないものもある。しかし、この誤差は、受信機データに現在存在する情報から送信機および受信機のＰＲＦの差を正確に測定することによって、補償することができる。これは、２４ｍｓの１掃引における１ｎｓよりも良好に測定することができ、０．０２ｐｐｍの周波数誤差および１．４ｃｍの距離誤差となる。
【０２３７】
次に以下に述べるように、予想される距離誤差を向上させるために、受信ユニットの較正を使用することは重要である。
受信ユニットの較正
上記の距離エラーは、システムの複数の受信ユニットによって出力されるデータに現在存在する情報から、送信機および受信機のクロック位相差を決定し、次に、得られた位相差について訂正することによって、補償することができる。
【０２３８】
好ましい実施形態においては、検出を同期化するために、すべての受信ユニットに共通クロックが提供される。図１４を参照すると、共通クロック信号によって、走査開始（ＳｏＳ）４６０、４６４、４６８、４６２、４６６、４７０などの位置がそろい、その結果、異なる受信ユニットのサンプル掃引を直接比較することができる。
【０２３９】
好ましい実施形態の一変形形態においては、少なくとも１つの参照タグが提供され、受信ユニットが非同期となる（すなわち、共通クロック信号によってリンクされない）。参照タグは、追跡すべき物体で使用されるタイプの送信機であり、既知の参照場所に固定されている。参照タグは、能動物体が追跡されるのと同じ方法で、チャネル化されている（すなわち、それらは例えば特性ＰＲＦで送信する）。各受信ユニットは、当該物体の信号に同調するだけでなく、参照タグにも同調し、すべての情報を制御ユニットに渡す。
【０２４０】
制御ユニットの制御の下、参照タグと当該物体の間で切り換えるためにＰＲＦの選択が行われるが、好ましい実施形態の諸変形形態においては、受信ユニットは、参照タグと当該物体に関する受信信号を多重化し、ほぼ同時に出力することができる。さらに他の一変形形態においては、参照タグと当該物体に関するＰＲＦが、受信ユニットの制御の下、例えば、複数の検出経路および／または検出クロックを使用して、同時に検出される。
【０２４１】
クロック信号は、制御ユニットに配置された検出クロックから提供され、所望のＰＲＦ周波数の所定の倍数で設定される。次に、受信ユニット中のタイムベース回路は、その内部クロックの位相を進める（上述のように、別のレンジビンに移動する）ように、外部の検出クロックを使用し、適切に分割し、時にはパルスを無視して、内部クロックを駆動する。
【０２４２】
参照タグおよび受信ユニットの位置がわかるので、互いに異なる受信ユニットにおける参照タグパルスの到着の間の間隔もわかる。受信ユニットから受信したデータを使用することにより、制御ユニットは、測定された間隔を理論的な間隔と比較し、各受信ユニットにおける検出クロックの相対位相／クロックオフセットを決定することができる。
【０２４３】
受信ユニットを同期させるためにどちらかの較正方法を使用することにより、各受信ユニットと送信機の間のクロックオフセットのより正確な推定値を生成することができ、各受信ユニットにおける物体の送信信号の受信間の間隔を分析することによって、二次的位置推定も得ることができる。好ましい実施形態においては、各受信ユニットと物体の送信機の間のクロックオフセットは、１ｎｓの精度で測定することができ、約０．０２ｐｐｍの周波数誤差および約１．４ｃｍの距離誤差となる。
【０２４４】
１〜２ｃｍ程度の位置決め精度は、約７０ｃｍの較正を使用しない精度よりも大幅に高く、大多数の用途にとって十分である。
次に、送信信号のチャネル化についてより詳細に説明する。
【０２４５】
送信信号のチャネル化
好ましい実施形態においては、タグ識別（すなわち、特定の物体に関連する送信機によって送信される信号の識別）は、各物体に互いに異なるパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で信号を送信させることによって実現する。次に、受信ユニットを、制御ユニットの制御の下、タイムベース回路により、任意選択で共通クロック信号（上記参照）によって、該当するＰＲＦに「同調」させる。
【０２４６】
そのＰＲＦが受信ユニットの検出クロックのものと（異なる周波数整数倍であるが）整合する、選択された物体に対応する所望のタグ信号は、通常、上述のように受信される。互いに異なる、互換性のないＰＲＦをもつ他のタグ信号は、整合した信号とは異なるベースバンド周波数を有し、こうした信号は、受信機の周波数フィルタリングによって除去される。
【０２４７】
３ＭＨｚのスペクトル線間隔が得られる、（上記説明のように、１２ＭＨｚの送信機ＰＲＦの１／４となるように選択された）３ＭＨｚの受信機ＰＲＦでは、１２までの異なるタグを区別することができ、各タグＰＲＦは、２５０ｋＨｚの周波数分離間隔を有する。約１２ＭＨｚのパルス周波数が与えられた場合、この２５０ｋＨｚの周波数分離間隔は、４０ｋＨｚのカットオフ周波数を有する３次ローパスフィルタにとって、少なくとも４８ｄＢの除去となるように設計されている。上記のように、近くに（例えば、０．５メートルのところに）妨害タグがある（１０メートルのところにある）最大到達距離タグにとって、受信機によって必要とされるダイナミックレンジは２６ｄＢである。したがって、より近いタグ間隔を選択することもできるが、ＳＮ比が犠牲になる。
【０２４８】
好ましい実施形態においては、図１０を参照すると、送信機ＰＲＦとは無関係に、タイムベース制御２６２によって３ＭＨｚの固定の受信機ＰＲＦが生成される。９ＭＨｚ〜１２ＭＨｚのＰＲＦ周波数は、サンプリングのエイリアシングの影響により、０〜３ＭＨｚのベースバンド周波数にシフトされる。上記のように、信号は次に、音声周波数範囲にダウンサンプリングされ、当該周波数帯域に同調されている、受信ユニットの音声周波数バンドパスフィルタ２５２、２５６によって、当該信号はフィルタ除去される。
【０２４９】
検出信号は、バンドパスフィルタリングされた周波数範囲に入っているが、受信ユニットおよび送信機が同期していない（その結果、上記の周波数誤差が生じる）ので、その具体的な周波数は、フィルタリングされた周波数範囲内で変動し得、信号対雑音比（ＳＮ比）が低下する恐れがある。ＳＮ比（したがって性能全体）を高めるために、処理ユニットは、周波数誤差の推定値を得て、その後、処理ルーチンを予想される信号周波数に適合させることを含めた、信号のある種の前処理を行う。前処理のさらなる詳細については後述する。
【０２５０】
好ましい実施形態の一変形形態においては、バンドパスフィルタ２５２、２５６が今度は固定され、代わりに受信機ＰＲＦを０〜３ＭＨｚの間で変化させて、送信機ＰＲＦを適合させる。使用される周波数が高いので、これは実現がより困難となり得るが、入力周波数と整合させることによって、後段で必要とされる帯域幅を低減することができる。
【０２５１】
次に、信号に対して適用される処理について説明する。
信号の処理
上記のように、各受信ユニット２００ごとの受信機側処理ユニット２６０（または、上記の変形形態においては、制御ユニット３００自体）は、その入力として、各受信機チャネルに対応する（受信機ユニットのセンサアレイにおいて１アンテナごとに１つの）、サンプリングされ、フィルタリングされ、時間伸張された複数の信号をとる。受信機側処理ユニット２６０への各信号入力は、所望のタグ信号に対応する狭帯域の周波数を含んでいる。次に、処理を完了できるようにするために、各受信ユニット２００、２０２（等々）によって制御ユニット３００に情報が渡される。
【０２５２】
受信機側処理ユニット２６０および制御ユニット３００（適宜）によって、レーダデータに検出アルゴリズムが適用され、追跡される物体の場所を指定する出力が生成される。
計算効率を高めるため、レーダデータは、同相（Ｉ）成分および直交（Ｑ）成分に分割され、複素数の対にデインターリーブされる。これにより、到達距離掃引時間を低減することができる。
【０２５３】
好ましい実施形態の諸変形形態においては、シーケンス（ＩＮ、ＱＮ、ＩＮ＋１、ＱＮ＋１、など）に対して、さらに音声周波数フィルタリングが適用される。
整合フィルタ
検出アルゴリズムの別の部分では、整合フィルタを使用して、パルス波形の検出を機能拡張する。所与の入力ｘ［ｎ］に対する整合フィルタの出力ｙ［ｎ］は以下で与えられる。
【０２５４】
【数１】
【０２５５】
ただし、ｈ［ｎ］は、フィルタのインパルス応答である。
インパルス応答ｈ［ｎ］を、予想される信号波形（すなわち、通常なら整合フィルタ原型として知られる、送信機によって送信される個々のパルスの形）の反転として設定することにより、フィルタの出力が入力信号を予想される信号波形と相互相関させたものに等しいことを示すことができる。これにより、計算的に効率的な受信パルス波形の検出方法が得られ、これを前処理方法として用いると、処理される信号の信号対雑音比が向上する。
【０２５６】
整合フィルタを使用するシステムがより狭帯域である程、ＳＮ比はより向上する。これにより、付加白色ガウス雑音において最適なＳＮ比が得られる。整合フィルタのインパルス応答の長さに等しい範囲内にオフセットが存在する。狭帯域信号の場合、到達距離の解像度が、やがて２分の１に悪化し、到達距離内の分解能が半分になる。
【０２５７】
実際には、予想される信号波形または予想される信号波形の反転を関数に適合させることによって、整合フィルタのインパルス応答が設定される。予想される信号波形の包絡線上の特定の波形、または予想される信号波形の反転に対して、いくつかの点を、例えば１０または適切な数だけ二次関数または指数関数に適合させることによって、良好な結果を得ることができる。
【０２５８】
整合フィルタは、各受信ユニットにおいてパルスの受信によって生成されるレーダデータに個々に適用される。各受信ユニットのレーダデータに対しては、レーダデータに対する一連のタイムシフトにおいて整合フィルタが適用され、各タイムシフトごとにフィルタの出力が比較される。フィルタの最大出力に対応するタイムシフトを見つけ出すことにより、受信パルスに対する受信時間、または位相が確認される。すなわち、フィルタの最大出力における位相成分および直交成分で比較することによって、受信パルスに対する位相が確認される。
【０２５９】
したがって、各受信ユニットにおける受信パルスに対する受信時間または位相が確認され、次いでそうした受信時間を使用して、上述のように、すなわち各受信機からの時間／位相のそうした時間を比較して角位置情報を決定することによって、位置情報が得られる。
【０２６０】
好ましい実施形態においては、異なるいくつかの整合フィルタ原型および／または対応するインパルス応答が記憶され、受信ユニットで受信されたパルスの予想される特性に応じて、適切な整合フィルタ原型またはインパルス応答が選択される。この技法は、プロトタイプの形が受信信号の形により類似して整合すれば、よりうまく機能する。
【０２６１】
整合フィルタリングは、システム動作の受動モードでも能動モードでも使用される。
能動モードでは、互いに異なるタグ送信機が、異なる特性をもつパルスを送信する場合、互いに異なる整合フィルタ原型は、異なるタグに対応する。
【０２６２】
以下により詳細に説明するように、受動モードでは、物体に向かって送信されるパルスのパルス長が変更され、具体的な実施形態においては、受信機からの物体の距離に応じて、またはシステムの具体的なアプリケーションに応じて変更される。整合フィルタ原型またはインパルス応答は、使用される具体的なパルス長に整合するように変更される。
【０２６３】
物体または受信機が移動している場合、いくつかの状況において、１組の測定の過程で、受信機からの物体の相対距離の変更に応じて、パルス長が変化する。対応する変更は、使用される整合フィルタ原型またはインパルス応答において行われる。
【０２６４】
例として、図１９〜２５を参照して、ＩおよびＱでサンプリングされたシステムのレーダデータに対するいくつかの整合フィルタリングの質的影響について、次に論じる。
例示の目的で、受信パルスがＩチャネルおよびＱチャネルに位相が一定（例えば、周波数オフセットがゼロ）で現れるように、ＩＱ信号がまずベースバンド化されると仮定する。次に、整合フィルタリングがＩおよびＱに並列に適用される。
【０２６５】
当例では、１つのＩチャネルまたはＱチャネルが考慮され、予想される信号波形の反転を、区間ｘ＝［０，１］において関数ｙ＝ｅｘｐ（ｘ＊ａ）＊（ｘｂ）（ただし、ａおよびｂは、立上り時間および立下り時間を調整することを可能にする整形定数）に適合させることにより、インパルス応答が得られる。サンプリングされたインパルス応答は、直流で０ｄＢの利得となるように、正規化される。
【０２６６】
図１９は、パルス中に１２サイクルを有する２ｎｓ、６ＧＨｚのパルスに対して適合させた整合フィルタインパルス応答を示している。１サンプルあたり３πラジアンのサンプリングレートを用いると、ゼロの端点を含めて８点が得られた。パルスの反転は、ｙ＝ｅｘｐ（ｘ＊ａ）＊（ｘｂ）に適合しており、図１９に描画されているように、ａ＝−８およびｂ＝１．３が得られた。
【０２６７】
図２０は、パルス中に１２サイクルを有する２ｎｓ、６ＧＨｚのパルスに対する、雑音のあるベースバンド化された入力信号（ＩまたはＱ）を示し、図２１は、図１９の整合フィルタインパルス応答を使用して整合フィルタを適用した後の、図２０の信号を示す。
【０２６８】
図２２は、パルス中に１２０サイクルを有する２０ｎｓ、６ＧＨｚのパルスに対して適合させた整合フィルタインパルス応答を示している。１サンプルあたり１２πラジアンのサンプリングレートを用いると、ゼロの端点を含めて２２点が得られた。この場合も、パルスの反転は、ｙ＝ｅｘｐ（ｘ＊ａ）＊（ｘｂ）に適合しており、図２３に描画されているように、ａ＝−６およびｂ＝０．８が得られた。
【０２６９】
図２３は、パルス中に１２０サイクルを有する２０ｎｓ、６ＧＨｚのパルスに対する、雑音のあるベースバンド化された入力信号（ＩまたはＱ）を示し、図２４は、図２２の整合フィルタインパルス応答を使用して整合フィルタを適用した後の、図２３の信号を示す。
【０２７０】
図２５は、整合フィルタ２９０および２９２を使用した１つのセンサからのデータの前処理を示す。Ｎ個のセンサでは、この図がＮ回複製されることになる。音声周波数領域にダウンコンバートされた生データ周波数は、同相および直交形式で、局部発振器２９６によって局部発振器信号が供給される複素乗算器２９４に渡される。出力は、位相情報と振幅情報をどちらも有する、ＩおよびＱでベースバンド化され、フィルタリングされたレーダデータである。
【０２７１】
好ましい実施形態の諸変形形態においては、信号受信信号に対して動作する整合フィルタは、受信信号の対の間の相互相関によって置き換えられる。１つの変形形態においては、相互相関プロセスの計算上の犠牲を制限するために、（センサアレイの幾何学的特性により測定することのできる最大間隔など）受信信号の既知の特性を用いる、打切り相互相関プロセスが使用される。
【０２７２】
検出アルゴリズムに関するさらなる詳細については、後で述べる。次に、差動タイミングセンサアレイの構成および動作について、より詳細に説明する。
差動タイミングセンサアレイの構成
図１６は、受信ユニットにおけるセンサアレイの平面図である。図１６では、アレイ基板２７０は、基板上に形成された４つのアンテナ２７２、２７４、２７６、２７８を含んでいる。角位置を測定するとき、より非対称な構成であるほど、あいまいさが生じる可能性が減少することに留意して、アンテナ２７２、２７４、２７６、２７８は、アレイ基板２７０の平面において非長方形の四辺形の形で構成されているが、それとは異なる構成も可能である。
【０２７３】
図１７は、レーダシステムが受信モードまたは能動モード（あるいはその両モード）で動作することを可能にするための、送信機コンポーネントを含む、図１６のシステムの一変形形態を示す図である。図１７では、アレイ基板２７０は、非長方形の四辺形の形で基板上に形成された５つのアンテナ２７２、２７４、２７６、２７８、２８０を含んでいる。中央のアンテナ２８０は、専用送信アンテナとして働くが、第５の受信機として働くこともできる。あるいは、第５（またはそれ以上）の受信機を設けて、受信機モードでのみ動作させることができる（受信ユニットの複雑さが増大するが、精度も向上する）。
【０２７４】
図１６のシステムに関して、次に、受信エレメント２７２、２７４、２７６、２７８からそれぞれＲｌ、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４の距離に配置された物体があると仮定する。
物体がアレイ２７０の軸（「ボアサイト」と呼ばれることもある）上に配置されている場合、４つのアンテナ２７２、２７４、２７６、２７８のいずれからも等距離であり、その結果、４つのアンテナ２７２、２７４、２７６、２７８のいずれからも同時に到着する。
【０２７５】
一方、物体が軸外に、例えば方位角φおよび仰角θで配置されている場合、アレイ２７０の垂直方向に離隔された受信エレメントに到着する信号間には約Ｄｖ ｓｉｎθ／ｃの時間差が生じ、アレイ２７０の水平方向に離隔された受信エレメントに到着する信号間には約Ｄｈ ｓｉｎφ／ｃの時間差が生じることになる。ただし、ＤｖおよびＤｈは、それぞれアレイ２７０の受信エレメントの間の縦および横の距離である。上記において、ｃは光の速度である。
【０２７６】
より具体的には、反射された信号が受信エレメントによって受信される時間をそれぞれＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４とすると、以下のようになる。
Ｔｒ１＝（２Ｒ５＋（−Ｄ１４ｓｉｎ（θ）＋Ｄ１２ｓｉｎ（φ））／２）／ｃ
Ｔｒ２＝（２Ｒ５＋（−Ｄ２３ｓｉｎ（θ）−Ｄ１２ｓｉｎ（φ））／２）／ｃ
Ｔｒ３＝（２Ｒ５＋（Ｄ２３ｓｉｎ（θ）−Ｄ３４ｓｉｎ（φ））／２）／ｃ
Ｔｒ４＝（２Ｒ５＋（Ｄ１４ｓｉｎ（θ）＋Ｄ３４ｓｉｎ（φ））／２）／ｃ
ここで、Ｄｘｙは、互いに異なるセンサｘおよびセンサｙの間の距離であり、Ｒ５は、送信機（図示せず）とセンサアレイ２７０の間の距離であり、これらの計算式は、小さな角度に対する近似である。（送信機と受信ユニットの非同期性により容易に得ることのできないＲ５がわからなくても）上記の計算式を解いて、角度θおよびφを得ることができる。
【０２７７】
図１８は、動作時におけるセンサアレイの側面図である。図１８では、アンテナ２７２、２７６がこの場合も基板２７０上に搭載されており、図示されているように物体からの信号を受信する。アンテナ間の間隔２８２は、選択された最小検出距離に比べて十分小さく、入射信号経路は基本的に並行である。信号は、受信ユニットに対する送信物体の３次元位置に応じて、アンテナ２７２、２７４、２７６、２７８に異なる時間に到着すると考えることができる。仰角θおよび（２７２および２７６の両アンテナにおける信号の受信間の時間遅延に比例する）信号経路長の差２８４が示されている。
【０２７８】
４つ以上のエレメントのアレイ２７０から受信される情報には、冗長性も認められることになる。これは、選択によって、あるいは平均化プロセスまたは重みづけプロセスによって対処することができる。
【０２７９】
また、到来角が４５度のオフボアサイトを超えると、アレイの分解能が悪化し始めることも認められる。９０度のオフボアサイトでは、（システムの幾何形状から理解できるように、この位置周辺における物体の比較的大きい角度の摂動により、差動タイミングにおいて比較的小さな変化しか生じないので）角分解能が減少する。
【０２８０】
同様に、受信ユニットのうちの１つに対して、システムの物体が９０度のオフボアサイトに近い場合、変位分解能が減少する恐れがある。この問題は、送信物体が、少なくとも２つの受信ユニットに関してできるだけ４５度のオフボアサイトより大きな値に近づけるように、システムの受信ユニットを注意深く配置し方向付けることによって克服することができる。
【０２８１】
システムの受動モードの動作
システムは、能動および受動の２つのモードのうちの１つのモードで動作するように設計されている。能動モードでは、システムは能動物体（タグ）から送信される信号がないかどうか走査し、最低２つのセンサを使用してタグの位置を決定する。受動モードでは、これは能動モードと同時に動作可能であるが、システムは、異常な受動物体、すなわちそれらに関連した能動送信機を有さない未知の物体がないかどうか走査する。好ましい実施形態の諸変形形態においては、システムは受動モードでのみ動作する。
【０２８２】
受動モードにおいては、受信ユニット２００のセンサアレイ２７０における送信エレメント２８０は、一連のパルスを放射する。この放射の一部は、侵入者から反射されて戻り、センサ中の受信エレメント２７２、２７４、２７６、２７８のアレイによって受信される。
【０２８３】
受動モードにおいて受信エレメントのアレイによって受信された放射は、能動モードにおいて受信エレメントによって受信される方法と同様の方法で処理され、角位置が同様に得られる。
【０２８４】
能動モードと受動モードにおけるシステム動作間の１つの大きな違いは、能動モードでは、放射が反射される物体の距離を、送信機からのパルスの送信と受信ユニットにおけるパルスの反射の受信との間の時間差から得ることができることである。受信ユニットからの物体の距離の測定値を角位置の測定値と組み合わせて、物体の位置を求めることができる。
【０２８５】
能動モード動作と同様に、受動モード動作でも上記の整合フィルタリングプロセスが使用される。
通常、デジタルベースバンド変換プロセスとそれに続く（デジタルローパスフィルタの形の）整合フィルタが、同相シーケンスおよび直交シーケンスに適用される。
【０２８６】
上述のように、予想される信号波形または予想される信号波形の包絡線を適合させることにより、整合フィルタインパルス応答が得られる。
予想される信号波形はもちろん送信信号の波形に依存し、送信信号は測定条件および検出すべき物体の特性に応じて変わることが、受動モードで動作する好ましい実施形態の特徴である。
【０２８７】
好ましい実施形態の諸変形形態においては、システムの様々な諸側面を変化させ、あるいは選択して、特定のアプリケーションに適合させる。そのような諸側面には、パルス長、パルス列（例えば、列の長さまたはパルス間隔）、および使用される（例えば、デジタルローパスフィルタの形の）整合フィルタが含まれる。すべてを変化させ、最適化させて、特定のレーダまたはタグ追跡の用途に適合させることができる。
【０２８８】
適切なパルスおよびその他のシステム特性の選択は、例えば、信号対雑音比の要件および所期の用途のための分解能に依存する。送信パルス幅を拡大しかつ（デジタルローパスフィルタの形の）整合フィルタを拡張して、平均送信電力を増大させ、有効雑音帯域幅を狭めることができ、あるいは局部発振器パルス幅を拡大して、実際のＲＦ雑音帯域幅を狭めることもできる。
【０２８９】
好ましい実施形態の一変形形態においては、ＦＩＲフィルタを拡大されたパルスに適用して、応答を白色化し、受信信号の立上がりを拡大することができる。
通常、短いまたは長い送信パルスが選択され、次にそれに対応する短いまたは長い局部発振器パルスおよび互いに異なる整合フィルタインパルス応答が選択される。送信パルス、局部発振器パルス、および整合フィルタインパルス応答の選択は、用途に応じて、到達距離、分解能、および精度の点で最適な応答が得られるように行う。
【０２９０】
いくつかの用途では、パルス長は、受信エレメントからの物体の距離に応じて変化させる。物体が受信エレメントから比較的遠く離れている場合（すなわち、長い到達距離の場合）、より長くより高出力のパルスを使用できることがあり、物体が受信エレメントから比較的近い場合、より短くより低出力のパルスを使用できることがある。
【０２９１】
より長くより高出力のパルスでは、一般に信号対雑音比がより高くなるが分解能がより低くなり、より短くより低出力のパルスでは、一般に分解能がより高くなるが信号対雑音比がより低くなる。
【０２９２】
例えば自動車用途のケースでは、システムを駐車支援装置として使用する場合、短いパルスを選択し、約０．５ｍ／ｓでの移動に適したパルス列およびローパスフィルタが使用される。事前衝突検知の場合、より長いパルスを使用して、到達距離分解能はより粗くなるが、７０ｍ／ｓまでの速度に対応することができる。
【０２９３】
使用される整合フィルタは、パルス特性の変化に応じて変更され、通常、使用する可能性のある様々なパルスに応じた様々な整合フィルタインパルス応答が記憶される。
様々な到達距離にある車両の存在を検出するための、システムの１つの具体的な用途で使用されるパルスのいくつかの例が、次の表１に示されている。
【０２９４】
【表１】
【０２９５】
システムの受動モード動作で送信されるパルスの例が、図２６および２７に示されている。図２６は、おおよそ２ｎｓ、６ＧＨｚのパルスであり、図２７は、パルス中に６０サイクルを有するおおよそ１０ｎｓ、６ＧＨｚのパルスである。
【０２９６】
次に、位置決めシステムの様々な用途について論じる。
位置決めシステムの用途
上述の位置決めシステムは、高セキュリティ環境に特に適しており、その場合、指定された区域周辺のスタッフおよび物体を追跡できる必要があることがある。スタッフおよび物体の追跡に加えて、システムが侵入者を検出する必要もある。
【０２９７】
上述の位置決めシステムを使用して、これらの要件を満たすことができる。このようなシステムでは、上記の設計によれば、指定された保護区域内のスタッフおよび物体にはどちらも送信タグが装備される。前に述べたように、タグは、パルスシーケンスを放射する放射エレメント１０４を有し、受信ユニット２００、２０２などは、図１７に示すような、送信エレメント２８０を組み込んでいるタイプである。
【０２９８】
システムは、能動および受動の２つのモードのうちの一方のモードで動作するように設計されている。能動モードでは、システムは能動物体（タグ）から送信される信号がないかどうか走査し、最低２つのセンサを使用してタグの位置を決定する。受動モードでは、これは能動モードと同時に動作可能であるが、システムは、異常な受動物体、すなわちそれらに関連した能動送信機を有さない未知の物体がないかどうか走査する。
【０２９９】
上記のように、受動モードにおいては、受信ユニット２００のセンサアレイ２７０中の送信エレメント２８０は、パルスシーケンスを放射する。この放射の一部は、侵入者から反射されて戻り、センサ中の受信エレメント２７２、２７４、２７６、２７８のアレイによって受信される。次に、信号が処理されて、候補の物体が識別される。次いでこうした候補の物体が、受信ユニットの近傍の固定構造など既知の物体、または送信タグによって既に識別されている物体と比較される。既知の物体の一覧に対応しない物体（すなわち、侵入者として識別される物体）が検出された場合、警報が生成される。次に、例えば侵入者がとる出口経路を突き止めることができるように、受信ユニットを取り囲んでいる検出空間の周りで、その異常な物体を追跡することができる。
【０３００】
２つ以上の受信ユニットからなるシステムを使用して、指定された区域をカバーし、タグおよび侵入者に関する位置情報を提供することができる。ただし、受動モードでは１つの受信ユニットだけが必要とされる。そのケースでは、送信機と受信機の同期がとられ、その結果、パルスの送信と受信の間の測定間隔に比例する擬似距離を決定することが可能になるからである。
【０３０１】
この例では、通信リンク上を複数のセンサが互いに通信する。この通信リンクは、各受信ユニットの具体的な場所に応じて無線または有線となる。１つの受信ユニットはマスタセンサとして働き、各受信ユニットからすべての測定情報を受信し、物体の位置を計算する。上記説明のとおり、物体タグから送信されるパルス列および受信ユニット中の送信エレメントがコード化（チャネル化）されて、他のタグとの干渉が防止される。
【０３０２】
位置決めシステムを使用する別の例は、車両の場合である。このケースでは、技術および機能的動作は、前の例と基本的に同じである。ただし、このシステムでは、後進支援として、または侵入検出システムとしてセンサが使用される。
【０３０３】
この例では、センサは受動モードで動作して（すなわち、送信機を組み込まない物体を検出する）、車両の移動中、車両の周囲の物体を追跡する。動作の第２のモードでは、これは第１のモードと同時に動作可能であるが、センサはキーホルダなどの能動タグを検出する。このケースでは、車両が駐車されており、タグを携えた運転者がその車両に近づいていることが考えられる。運転者がその車両に関する指定された区域内に入ると、車両に搭載された受信ユニットは、キーホルダの位置を検出し、それにより運転者を認証して、運転者に最も近いドアを開錠するなどの一連の機能を有効化することができる。
【０３０４】
位置決めシステムには、それだけには限らないが、場所ベースの情報送達システム、移動性ベースの商取引システム、測量および測定用の精密測定システムを含めた、さらに多くの潜在的な用途がある。また、システムは、距離ゲート制御を行い、クラッタ除去を有し、高分解能を有し、貫通結果を得、また画像装置としてもセンサとしても機能することのできる、携帯式高性能高分解能レーダシステムを可能にすることもできる。
【０３０５】
さらなる用途には、壁貫通センシング、移動を追跡するレーダセキュリティシステム、ロボット制御用の産業用センシング、衝突回避センサ用の自動車センシング、および家庭用および産業用セキュリティシステム用のモノスタティックおよびバイスタティックな安全区域などがある。
【０３０６】
さらに、受動物体および能動物体の両方に関する位置情報を決定する必要がある場合、具体的には物体と受信ユニットを接続するケーブル配線がないとき、特に受信機と送信機が非同期のときに、このシステムを使用することができる。
【０３０７】
この位置決めシステムは、システムの受信ユニット内の複数のタグおよび／または送信機など複数の送信エレメントを用いる環境で、到達距離のあいまいさを解決できる必要があるときに、使用することもできる（例えば、合成角と差動タイミング測定値を合成できるため）。別記のように、最も簡単な形態では、システムは、送信機と受信機がすべて互いに非同期して動作している能動物体の位置を解決することができる。受信機と受信機ならびに送信機と受信機の間の相対タイミングオフセットを知る必要はない。
【０３０８】
タグを用いた通信
このセクションの説明においては、いくつかの用語が他のセクションの説明とは異なる意味で使用される。位置情報が所望されるエレメントは、「物体」ではなく「タグ」と呼ばれる。位置を計算する装置は、「制御ユニット」と同様に「基地局」とも呼ばれ、「基地局」には他のセクションの説明の「受信ユニット」の機能が組み込まれている。
【０３０９】
本明細書に記載されるようなタグまたは能動物体の位置の決定に加えて、多くのケースでは、タグとの通信を確立する際に、タグとセンサ／基地局の間でメッセージを転送することができるという利点が生じる。この通信は、いくつかのケースではメッセージの片方向通信でよいが、多くの用途では、両方向通信を提供することができる。
【０３１０】
１つの用途においては、システムは、複数のタグと、ＵＷＢ送信機および受信機を装備したセンサを含む基地局とを含んでいる。ＵＷＢ送信機の送信は、時分割多重化することができる。そうすることにより、チャネル密度を高め、かつ／またはタグの電池消費電力を節約することができる。
【０３１１】
そのようなケースでは、基地局または制御ユニットは、メッセージをタグに送信することができる。そのようなメッセージは、例えば、タグが起動し、アイドル状態になり、またはＰＲＦを変更するためのコマンドを含むことができる。
【０３１２】
別の用途においては、タグを、データ、例えばタグ送信機に関連した物体に関するデータを収集するように適合されたセンサと関連付けることができる。例えば、タグを患者が着用することができる。タグは、患者に関する心電図情報を収集する装置と関連付けることができる。このＥＣＧ情報は、上述の方法を用いて、中央監視システムに中継することができる。
【０３１３】
基地局は、メッセージをタグに定期的に送信するように適合させることができ、そのメッセージは、タグがＥＣＧセンサから遠隔地に情報を送信するための命令を含んでいる。例えば、ＥＣＧデータは、基地局に、あるいは別個の制御／データ収集ユニットに、無線で送信することができる。
【０３１４】
他の用途においては、互いに異なるタグまたは制御ユニットの間の通信が所望される。この通信は、タグ、タグ制御情報、および／またはリアルタイム音声／映像データに適合したセンサから収集されたデータからなってよい。
【０３１５】
以上その他の用途では、通信を行うことを可能にするために、タグと受信機の間または１つのタグと別のタグの間の無線リンクが提供されることになる。
これを実現する１つの方法は、必要に応じてタグおよび受信ユニットまたは制御ユニットに、別個の無線送信機を適合させるようにすることである。この送信機は、位置情報を決定するのに使用されるＵＷＢ送信機とは無関係に動作することができる。用途に応じて、この送信機は、簡単なアナログ無線を含むことも、あるいは例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＺｉｇＢｅｅ技術を使用した、より複雑なデジタル無線システムを含むこともできる。この二次送信機を使用して、すべてのデータの流れ、ならびにタグと制御ユニットの間の通信を管理することができる。その間、（制御ユニットに接続された）ＵＷＢ送信機および受信機は、タグの検出、タグの位置の決定、および／またはタグの追跡を続行することになる。
【０３１６】
したがって、上述の例においては、タグを患者が着用し、タグがＥＣＧまたは他の生理学的センサと関連付けられているが、患者の場所に関する情報および患者のＥＣＧ情報の両方を得ることができる。
【０３１７】
変調または符号化を使用したＵＷＢシステムでのデータ送信
別個の無線送受信機を使用してタグとセンサ／制御ユニットの間の通信を実現するための好ましい一代替手法においては、ＵＷＢ送信機および受信機は無線リンクとしても使用される。そのような手法では、ＵＷＢ無線システムは、タグ位置決め機能とタグ追跡機能をどちらも提供し、タグと制御ユニットの間の通信を可能にする。この利点は、１つの無線標準だけが必要とされ、したがって、ハードウェアの複雑さ、タグのサイズ、コスト、および／または電力消費が低減されることである。通信が両方向である場合、タグには、ＵＷＢ送信機に加えてＵＷＢ受信機が必要となる。
【０３１８】
− ＰＲＦ変調の使用
ＵＷＢ無線システムを使用してタグと制御ユニットの間の通信を実現するには、送信機からのＵＷＢ放射が変調される。第１の例では、パルス繰返し周波数変調技法が使用されている。
【０３１９】
ＰＲＦ変調技法を使用する場合、２つ以上のＰＲＦが使用される。２つのパルス繰返し周波数を使用することにより、ＵＷＢ送信機で、「０」または「１」を一度に１ビットずつ送信することができる。さらに、４つのＰＲＦを使用することにより、２ビットを一度に送信することができる。そのようなケースでは、ＰＲＦ１は「０」を表すことができ、ＰＲＦ２は「１」を表すことができる。
【０３２０】
例えば、データ信号に応答して、ＵＷＢ送信機はＰＲＦ１またはＰＲＦ２の速度でトリガされ、したがって「０」を送信するとき、ＵＷＢ送信機は、ＰＲＦ１によって決まる速度でｎ回トリガされることになる。１ビットおよびそのＰＲＦに対して送信機がトリガされる回数ｎにより、データ速度が決まる。必ずしもそうとは限らないが一般に、２．５ＭＨｚのＰＲＦを有すると、１００ｋＨｚのデータ速度をサポートすることができる。
【０３２１】
− 代替方法
ＵＷＢ無線システムを使用してタグと制御ユニットの間の通信を実現する一代替方法においては、タグ（および／または制御ユニット）が、周期的に中断されるパルスシーケンスを送信する。上記と同様に、送信されたパルスシーケンスから位置情報を決定することができるが、送信されたパルスシーケンスから得られる方位情報に加えて、パルスシーケンス中の中断パターンを分析することによって他の情報も得ることができる。
【０３２２】
例えば、１０パルスの放射と、それに続く２０パルスに対応する期間の無送信と、それに続くさらに１０パルスの放射などを含む特定のシーケンスでパルスを送信するように、タグ送信機を構成する。制御ユニットは、タグから送信される１０００パルスの期間をサンプルして、物体の位置を追跡する。この例においては、制御ユニットは、タグから送信され、位置情報を決定することのできる最初の１０パルスを受信し、その後２０パルスに対応する期間何も検出されず、その後さらに１０パルスが検出され、その際にさらなる位置情報を決定することができる。
【０３２３】
したがって、位置情報の決定に加えて、パルスと無パルスのパターンを解析することによって追加の情報を決定することができる。このケースでは、１０パルス、２０無パルス、１０パルスのパターンにより情報を提供することができる。例えば、情報には、例えばタグの識別に関するアドレスコードを含めることができる。
【０３２４】
別の例においては、タグはまず開始ビットと、それに続く８パルスを連続して送信する。８パルスの分析から、パルス間の時間に関して正確に決定することができる。
その後、タグは、（パルス間の時間があらかじめ決まった）連続した２パルスが「１」を示し、連続した２つの欠落パルス（無パルス）が「０」を示すパルスシーケンスを送信する（すなわち、２パルスがオンを示し、２つがオフを示すように切り換える）。
【０３２５】
この代替方法によれば、名目パルス周波数は一定のままでよい。
こうした様々な方法により、タグと制御ユニットの間で情報を伝送することができる。
こうした方法の１つを使用してタグからその付近に存在し得る受信機への通信を可能にする情報の重要な一部分が、タグの識別に関するものである。したがって、タグは、その位置およびそのＩＤをどちらも決定できるようにするパルスシーケンスを送信するように、適合させることができる。
【０３２６】
典型的な識別子は、ＭＡＣアドレスまたはＩＥＥＥ ８０２．１１Ａアドレスである。そのようなプロトコルを使用して通信する各装置は、個別の識別子を有する。これらの個別の識別子は、上述の方法を使用して決定することができる。
【０３２７】
そのような識別子のケースおよびその他の例においては、ＲＦ伝送の変調または符号化を使用して通信される情報は、タグ符号化プロセス自体によって必要とされる分解能よりも、便利なことに量が大幅に少ない。したがって、ＲＦパルス繰返し速度と比べて遅い速度で情報を変調または符号化することはしばしば有用であるが、もちろんそれでもその速度は、該当する情報を送信するのに十分高速である。
【０３２８】
ＭＡＣアドレスは、システムが「ローカリゼーションモード」の場合に有用である。「ローカリゼーションモード」では、例えば、タグがＵＷＢ信号を送信していて、制御ユニットのレーダユニットが受信モードとなっており、したがって、タグの場所を正確に決定することができる。タグから送信されるＵＷＢレーダ信号は同時に、タグに関する識別子を送信するために使用される。このような理由で、信号がどこから来たかを、したがってタグの場所を、非常に正確に決定することができ、またタグに対する識別子を有することもでき、したがって、後でブロードキャストメッセージがそのタグから受信される。ただし、タグの位置は、そのメッセージから決定することができず、ＭＡＣアドレスを使用してメッセージ源を識別することができる。
【０３２９】
メッセージングおよび位置決め
概要においては、符号化（例えば上述のＰＲＦ符号化）方法を使用して、送信装置の識別情報、例えばＭＡＣアドレスを受信装置に送信する。受信装置は、ＭＡＣアドレスを含む送信を受信し、その後、その情報が復号化されて、送信装置のＭＡＣアドレスが決定される。
【０３３０】
送信装置は、ＭＡＣアドレスに関する情報を送信した後、それ自体を通信モード、例えば標準ＤＳＲＣモードに切り換え、送信装置に関する情報と共に、情報を受信装置にブロードキャストする。ＤＳＲＣは狭域通信を表す。これは５．８５０〜５．９２５ＧＨｚの帯域におけるスペクトルのブロックであり、輸送システムの安全性および生産性を向上させるためにＵＳＦＣＣによって割り当てられている。
【０３３１】
この例によれば、次の異なる２つの動作モードが存在する。
１）送信装置（タグ）の位置およびそのＭＡＣアドレスを決定することのできる、ＵＷＢローカリゼーションモード。
【０３３２】
２）送信装置からメッセージを送信することのできる、標準通信モード。
標準通信モードでは、（ＤＳＲＣやＩＥＥＥ ８０２．１１Ａなどの）標準通信プロトコルを使用することができる。プロトコルは、ＵＷＢローカリゼーションモードで使用される信号と同じスペクトルで使用される。そのようなプロトコルは、上記で提案されているＰＲＦ符号化とは異なる符号化を使用する。
【０３３３】
実装
一例においては、図２８に車両用途として図示されているが、短距離レーダ７００は、送信機７０２および多重チャネル受信機７０４を含んでおり、その視野内の物体によって散乱した信号を検出する。
【０３３４】
受信機はまた、同じ周波数帯域内で放射器７０６（タグ）の方向を測定することもできる。ただし、放射器７０６（タグ）は送信機と整合して動作していないことがある。このようにして、レーダ自体の動作とは無関係に、キータグを検出し、その方向を推定することができる。レーダの動作は、そのようなタグの存在によって中断することもできる。
【０３３５】
送信機は、送信機パルスを、パルス繰返し周波数に応じて、おそらくは（上述の）擬似ランダムシーケンスに変調することにより、送信機パルスシーケンスを、例えば遅延して変調する方法で、動作させることができる。
【０３３６】
擬似ランダムシーケンスがタグ送信機のシーケンスとは整合しない場合、タグが存在すると、その結果、符号の長さおよびタグ送信機の電力に応じて雑音が増加することになり、実際には、擬似ランダムシーケンスが受信される。
【０３３７】
擬似ランダムシーケンスが整合する場合、出力が整合することになり、したがって実際には、相関シーケンスが受信され、タグの方向を有する出力が受信機から提供されることになる。これはその後、識別および方向付け用に使用することができる。具体的には、ＩＤは媒体アクセス制御アドレス（ＭＡＣアドレス）でよく、その結果、システムがＤＳＲＣなどのプロトコルを介して通信することが可能になる。
【０３３８】
識別が行われた後、タグ送信機の（通常、異なるタイプの）次の（例えば振幅での）変調を使用して、メッセージを送信することができる。変調は、ＤＳＲＣ通信またはＩＥＥＥ ８０２．１１Ａ通信の形でよく、これは、例えば車両用の標準通信プロトコルである。送信機はそれでもまだ、位置情報を決定し、識別メッセージを送信するステップと基本的に同じ搬送周波数で送信することができる。したがって、こうしたステップのすべてについて同じ送信機を使用することができ、したがって、機器は、少なくとも同じフロントエンドおよびアンテナを使用して、こうしたステップのすべてを実行することができる。これには、機器に必要とされるコンポーネント数が低減される利点があり、そのことが特に有利である。
【０３３９】
ＤＳＲＣプロトコルでは、通信の両当事者がＭＡＣアドレスを提供する必要があり、したがって、自分のアドレスを他方の当事者に送信するために、両当事者が送信機を含む必要がある。したがって、そうした例では、タグ構成と基地局構成はどちらも送信機と受信機を含む。他の例では、通信は片方向であり、受信側は送信機を必要としない。
【０３４０】
ＤＳＲＣの例を挙げると、レーダは、（ａ）システムの干渉の影響を最小限に抑え、（ｂ）システムと通信するよう、構成することができる。
（ａ）システムの相互作用を最小限に抑えるために、レーダのパルス繰返し速度を、正確に５ＭＨｚに調整する。これにより、あいまいでない到達距離が３０メートルに制限される。
【０３４１】
（ｂ）ＤＳＲＣは、５ＭＨｚの高調波においてスペクトル零位を有する信号で動作し、レーダ信号は、固定ＰＲＦで動作するとき、ＰＲＦの高調波における超狭帯域を占有する。この方法で、ＤＳＲＣにとって十分な分離を実現することができる。
【０３４２】
ＤＳＲＣと相互運用するために、レーダアレイは、ＤＳＲＣ送信機の方向において零位に合わせるように動作させる。２つのアンテナエレメントは、同じ信号であるが、方向に応じて異なる位相だけシフトされた信号を受信する。位相を変更することにより、「零位に合わせる」と呼ばれる、そこで信号を合計するとそれらを事実上ゼロにする位相および振幅を見つけ出すことが可能となる。これにより、通常ならアレイと送信機が干渉することになるが、その干渉が除去され、分離が改善される。
【０３４３】
位相の変更は、後処理で行われる。別個の処理チャネルを動作させて、ＤＳＲＣ信号を復調／出力し、ＤＳＲＣオンボードユニットを制御して、ＤＳＲＣトランザクションを完了することができる。
【０３４４】
タグが２つの多重チャネル受信機によって同時に観測される場合、３次元の位置決めを行うことができ、別記のように、三角測量できる２つの方向が独立して得られる。車両用システムのコンテキストにおいては、多重チャネル受信機は、例えば車両のフロントバンパー上および車両の側部上でよい。好ましい諸構成においては、受信機は、車両の４つの角にそれぞれ配置される。
【０３４５】
３次元の位置決めおよび両方向メッセージングを行うために、タグには、レーダ送信機を検出し、それをロックオンする受信機が装備される。ロックは、タグが送信機からのパルスを受信するときとそれが自分のパルスを送信するときの間の遅延を変調することによって提供される。その遅延を変調することにより、受信機に信号を送信し、またその逆を行うことが可能になる。
【０３４６】
タグ送信機は、レーダと同じ擬似ランダム符号を使用することができ、メッセージングの前に確実な識別を行うことができる。あるいは、パルス繰返し周波数で符号化せずに、タグおよびレーダを動作させることもできるが、ロックされた後は、遅延変調を使用して、ＩＤを確立する（または認識なしの）メッセージを転送することができる。
【０３４７】
メッセージングおよび位置決め情報システムの使用例
上述の方法は、受信機と送信装置を含む物体との間の距離が大きくない場合に、具体的には距離が数十メートルまでの場合に、特に効果的である。
【０３４８】
好ましい具体的な１つの適用例が、車両に関するものである。最初の車両の受信機は、送信機および受信機エレメントのアレイが組み込まれ、例えば欧州特許出願公開第０ ８５３ ７６８号に記載されているように位置情報を決定するように構成された、ＵＷＢレーダシステムを含んでいる。第２の車両は、タグ／送信機装置を含んでいる。
【０３４９】
以下のステップが実行される。
１．タグを検出する
第１の車両のＵＷＢレーダシステムは、第２の車両のタグ／送信機からの信号を受信する。
【０３５０】
２．タグの位置を測定する
第１の車両のレーダシステムは次に、本明細書に記載の技法を使用して、第２の車両のタグの位置を決定する。
【０３５１】
３．識別情報を変調して送信し、受信し、確認する
第２の車両のタグによって送信された信号は、タグのＰＲＦに周波数変調されたメッセージングを含んでいる。第１の車両のシステムは、タグからの信号を分析して、第２の車両のタグのＭＡＣアドレスを決定する。
【０３５２】
４．通信モードに変更する
第１の車両のレーダシステムは次いで、第２の車両のタグに、タグが標準ＤＳＲＣまたはＩＥＥＥ ８０２．１１Ａモードに切り換わるよう求める要求を送信する。
【０３５３】
５．例えばＤＳＲＣまたはＩＥＥＥ ８０２．１１Ａプロトコルを介した通信を確立する
第１の車両のレーダシステムの要求があり次第、第２の車両のタグは、第２の車両の挙動に関する標準情報を第１の車両のレーダシステムに送信する。この情報には、例えば、車両の速度、ブレーキ状態、車両の性能、およびその他の情報に関する情報が含まれ得る。受信機システムはしたがって、ＤＳＲＣチャネルを介して受信される第２の車両に関する情報を、位置決定から得られる方位情報および位置情報と相関させることができる。したがって、第１の車両に関して、車両の挙動を調整することによるブレーキ方針および事故回避方針を開発する場合に、この情報を考慮することができる。
【０３５４】
６．ＰＤＡ、サービス情報などを同期化する
車両は、携帯電話、携帯情報端末、コンピュータなどに送信された情報を複製し、それにより、任意の関連したデータベースに保持されたデータを同期化することができる。例えば車両のタイヤがパンクした、あるいは車両がいじられたとの情報であった場合、適切な人員に警報することができる。
【０３５５】
７．位置決めモードに戻る
これは、第１の車両のレーダシステムからの要求によって開始する、あるいは、例えばＤＳＲＣモードにおける所定の時間後に、自動的に行わせることができる。
【０３５６】
車両に関する具体的な一例においては、レーダシステムによって前方の車両の存在が検出されるようになる。また、レーダシステムは、前方の車両のタグから、例えばその車両が急ブレーキをかけているということを示す緊急メッセージを受信することもできる。前方の車両の位置、ならびに２台の車両の相対速度および／またはその他の情報を知ることにより、緊急事態にどのように対応するのが最善であるかに関する方針を公式化することができる。
【０３５７】
他の例においては、タグが道路の縁部に搭載される。車両のレーダシステムは、タグの位置、したがって道の端の位置を決定する。また、沿道にあるタグは、車両のシステムに情報を送信するように適合させることもできる。そのような情報には、例えば、天気情報、交通情報、道路状況に関する情報、温度情報、および／またはその他の情報が含まれ得る。
【０３５８】
他の使用例は、車両またはその他の運搬体を、指向性中継器として使用することに関するものである。本明細書に記載の方法を使用して車両の位置を正確に決定することができるので、メッセージをいくつかの方向にまたはいくつかのモードで中継し、それ以外は中継しないようにすることが効果的に行える。例えば、高速道路上のこれより先の交通状況に関する情報を、高速道路の１つの車線に沿って中継し、情報が該当しない他の車線上には中継しないようにすることができる。この方法により、１つの車両が別の車両と通信し、次に他の車両と通信し、以下同様にすることができる。したがって、各車両が中継器になる。例えば、ＤＳＲＣビーコンを沿道に配置して、例えば、天気、温度、交通状況、または渋滞報告に関する交通警報を提供させることができる。ビーコンは一般的なメッセージを生成し、各車両は中継器となり、その結果、メッセージが道に沿って車両に送信されることになる。また、ビーコンは、道の端がどこであるかを識別する方法も含むことができる。
【０３５９】
他の使用例は、物流に関するものである。タグ式システムを、例えば倉庫内の品目に関してタグが配置されている倉庫で使用することができる。タグは、ＩＥＥＥ ８０２．１１Ａプロトコルにしたがって、レーダシステムを含む検出装置にメッセージを送信するように適合されている。品目は、この方法によって、特に密集した区域でより効率的に配置することができる。品目のタグは、例えば、要求があり次第、自分のＩＤまたはその他の特性に関する情報を検出装置に送信するように適合させることができる。例えば、倉庫内の品目が生鮮食料品を含む場合、食品種別の各群にタグを関連付けることができる。検出システムを使用することにより、食品種別の位置だけでなく、各群に関する情報、例えばその「賞味期限」日付を容易に決定することができる。この方法を用いて、生鮮食料品の効率的な在庫管理を実現することができる。また、タグ式システムを、品目を検索するためだけでなく、品目を検索してから、その品目に関する情報を更新するために使用するように、システムを構成することもできる。８０２．１１などのメッセージングシステムを使用して、高度に複雑なメッセージをタグに送信することができる。この技法を用いると、必要な品目を容易に検索することができる。
【０３６０】
他の使用例は、病院環境における、例えば患者の血圧またはＥＣＧ（ならびに患者の位置）を監視し、それを基地局に中継する場合である。
上記のシステムにおいては、情報の取得に関して時間の制約がある場合に、特に利点がある。本明細書に記載の方法は、一般に時間および位置がクリティカルな状況に対して適用可能である。いくつかの例においては、メッセージングモード（例えばＤＳＲＣモード）と場所決定モードを高速に切り換えることが可能であり、情報を送信エレメントと受信エレメントの間で、必要なら中断できる情報のパケットで送信することができるように、システムを構成することができる。
【０３６１】
次に、図２９を参照して、制御ユニット３００（または処理ユニットと等価物）によって使用される検出アルゴリズムについて説明する。
検出アルゴリズム
図２９は、上述の位置決めシステムで使用するための検出アルゴリズム６００を構成するコンポーネントの、階層リストである。検出アルゴリズムは、共通／中核機能６０２、検出アルゴリズム本体６０４、および較正機能６０６、を含んでおり、すべて「メインループ」機能６０８の下にグループ化されている。
【０３６２】
次に、検出アルゴリズムの各要素について説明する。
機能６０８は、初期設定の、永続的に実行するタイプの、プログラムのメインループである。
【０３６３】
共通／中核機能６０２は、以下のとおりである。
機能６１０は、特定のレーダタイプを指定する１つの引数をとり、レーダに対する基本的なシステムパラメータをすべて含むレコードを返す。
【０３６４】
機能６１２は、ｘの関数であるｙのデータに、二次方程式を適合させる。データｘおよびｙが±１の平方に正規化されて、広範囲の入力にわたる良好な数値的挙動が確保される。
【０３６５】
機能６１４は、予想される生データパルス包絡線（一般に、約１０サンプル）の近似値を返す。この近似の生データパルス包絡線は、タグパルスの存在を検出するために整合フィルタによって使用される、整合フィルタの原型である。
【０３６６】
機能６１６は、レーダからの最新の走査を返す。各走査は、（一般に）Ｎ行×４列のマトリックスであり、最上部から走査が開始される。この機能は、レーダ走査の際に直流バイアスがあればそれを検出し除去する前処理ステップを含む。
【０３６７】
機能６１６は事実上、検出アルゴリズムと入出力インターフェース３２０または受信機側処理ユニット２６０（図示せず）のデータ取得システムとの間のインターフェースである。
【０３６８】
主検出アルゴリズムのコンポーネントは、以下のとおりである。
上位の機能６１８は、機能６１６によって提供される生レーダ掃引を入力としてとり、検出アルゴリズムの結果全体を含む実装固有の結果を返す。この機能は、中核の検出アルゴリズム機能をカプセル化し、後述の特定の検出機能の多くを呼び出す。
【０３６９】
機能６２０は、機能６１６によって提供される生レーダ掃引をその入力としてとる。この機能は、生レーダ掃引をとり、データを訂正しローパスフィルタリングすることによって、計算上効率的な検出機能を適用する。この機能は、レーダ掃引の左手側における最大ピークを検出し、次いでレーダ掃引の右手側における最大ピークを検出する。この技法は、送信クロックと受信クロックの間の最大誤り（例えば、百万分率で）の知識が与えられた場合、当該の２つのピークを選び出すことができる。２３０ｎｓの１回の走査および８３ｎｓの送信パルス繰返し間隔の間、２つまたは３つのピークが検出される。
【０３７０】
機能６２２は、供給された記述子に基づいてｘで多項式を評価する。機能６１２と同様に、（ｙ，ｘ）の値は、±１の平方（ｙ’，ｘ’）に正規化される。この正規化は、広範囲の入力にわたる良好な数値的挙動を実現するために行われるが、この正規化ステップは必須ではない。機能６２２は、曲線の当てはめ動作の際に使用することができる。
【０３７１】
機能６２４は、レーダデータに対する一般的な任意選択のいくつかの拡張を実行する。まず、レーダデータが、発振器サンプルの復調テーブルを使用して復調される。次に、このベースバンド化データが、パルス複製に対して整合フィルタリングされる。この機能の効果は、信号の信号対雑音比（ＳＮ比）が向上し、その結果、後続の検出アルゴリズムの精度が向上することである。
【０３７２】
機能６２６は、すべてのサンプル対に対してＩ２＋Ｑ２を計算することにより、フィルタリングされたレーダデータから正規化された検出機能を生成する。ここで、ＩおよびＱは、同相サンプル対および直交サンプル対である。基本的にこれにより、後続の段階を動作させることのできる、信号の振幅の測定値が得られる。
【０３７３】
機能６２８は、機能６２０（上記参照）から得られた粗いピーク推定値を使用して、当該サブウィンドウ内の正規化された検出データ中の直接パスのピーク検出に焦点を合わせる。この機能は、マルチパスが存在しリングダウンが長い際に、最も可能性の高い直接パスの帰路を識別する。この機能は、サブウィンドウ内で最大値を検索しようと試み、サブウィンドウ内で右から左に動作し、しきい値を超えたと見られる最新のピーク特性を記録する。こうして、最も可能性の高い直接パスの候補が選択される。
【０３７４】
機能６３０は、アレイの幾何形状および波長情報を使用して、受信信号の到着の方位角方向（Ａｚ）を推定する。到着の仰角方向（Ｅｚ）も同様に推定される。出力は、ラジアンで得られる。この機能は基本的に、１つの受信ユニットに対する角位置情報を提供し、次いでその角位置情報は、該当する物体の変位（すなわち、２次元または３次元での場所）を決定するために、他の位置情報と組み合わされる。
【０３７５】
上述の方法を使用して、機能６３２は、好ましくは推定値を修正するために、異なる受信ユニットにおいて受信された信号の相対タイミングの知識およびその他の関連情報を使用して、角位置情報を三角測量する。
【０３７６】
好ましい実施形態の諸変形形態においては、機能６３２は、他の出力を生成し、例えば、推定値の不確実性の指示、あるいは物体の速度および／または（以前の位置測定値など追加の関連位置情報が与えられた場合）予想される将来位置の測定を提供する。他の変形形態においては、場所出力（本明細書では変位と呼ぶ）を２次元で、あるいは極座標で行うことができる。
【０３７７】
機能６３４は、チャネルの分離、信号の波長、およびチャネルの位相差を考慮して、チャネル対に対して到着の可能性のある方向を計算する。
合計２Ｎ＋１の可能性のある遅延が返され、その場合、アークサイン（遅延）により、到着の方向がラジアンで得られる。遅延＋１は、波面が受信機対、受信機Ａおよび受信機Ｂの軸に沿って、例えばＡからＢに伝播することを表す。遅延０は、波面がこの軸に垂直に伝播することを表し、遅延−１は、波面がこの軸に沿ってＢからＡに伝播することを表す。「遅延領域」処理を使用して、角度計算を行う。
【０３７８】
機能６４０は較正機能であり、その入力として、便宜上、デインターリーブされた複素数の形で基本的にレーダ走査データを含むレコードをとり、（サンプル間位相差の形で）レーダデータサンプルセットの周波数の推定値を表す複素数を返す。
【０３７９】
要約すると、本明細書に記載の実施形態は、逆角度検出／位置決めシステム、タグの符号化、整合フィルタ、能動／受動の組合せ（好ましくは、その場合にレーダが位置決めシステムと組み合わされる）、ロックされていないレーダ中の検索、受信機の同期化／較正、ＵＷＢシステムにおけるＰＲＦ復調によるデータ送信、例えば通信目的の無線リンクタグ、ならびにメッセージングおよび位置決めの組合せを含んでいる。
【０３８０】
基線に対するＵＷＢ送信機の角度を測定することのできるシステムが提供され、この場合の基線は、２つの受信エレメントの間に引いた線である。符号化されたパルス列を送信してチャネル化を行うこともできるが、オフセットＰＲＦ周波数を使用するのが好ましい。
【０３８１】
また、受信エレメントとインパルス無線の間で既知の遅延を指定することができるが、この遅延は（各受信エレメントからパルスを時間で分離できるようにし、したがって、システムが同じ検出器回路を使用できるようにするために）各受信エレメントごとに一義的に異なるが、システムは好ましくは、受信エレメントと無線受信機の間で同じ遅延を有する。システムは、受信パルスを時間で分離する必要はない。
【０３８２】
他の例として、角度を測定するときに、較正技法を指定することができる。このケースでは、受信エレメントとインパルス無線の間で遅延は同様である。２つのインパルス無線が必要になり、角度を決定するために共通クロックおよびバックプレーンに接続されることがある。しかし、好ましくは、受信エレメントと検出器の間で同様の遅延が存在する。同じ受信機ユニットが、角度を決定することができる。また、同じ受信エレメントおよび検出器が同じ基板上に配置され、その場合、受信エレメントの分離がＵＷＢ波長の小さい倍数である。したがって、共通クロックが必要になることがあるが、角度だけを決定するときは、バックプレーンを必要としない。
【０３８３】
また、システムをレーダとして使用することができ、物体上にＵＷＢ送信機が存在しないケースにおいて、受動物体の位置を、単に１つの受信機ユニットを使用して、検出し、かつ／または追跡することができる。
【０３８４】
以上、本発明を純粋に例示として説明してきたが、本発明の範囲内で細部を改変することもできることが理解されよう。
本明細書、ならびに（適切な場合には）特許請求の範囲および図面で開示された各特徴は、独立して、または任意の適切な組合せで、提供することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器、放射物体を求めて検出体積内を検索するための機器、物体を位置決定するためのシステムに関し、詳細には、物体位置決めシステムにおいて物体で使用するための送信機を組み込んだ物体、位置情報を決定する方法、コンピュータ可読媒体、コンピュータプログラム製品、および信号に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、物体追跡システム、侵入検出器システム、在庫管理、車両衝突検出、ならびにセキュリティおよび作業員追跡システムの分野で具体的な用途が見出せる。
「能動」送信機タグを追跡するための、知られている従来技術のシステムが、「Ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅｂａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｓｓｅｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ」（ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、２００２年５月）と題する論文で公開されている。このシステムでは、船内の貨物室の広く間隔の空いた隅部の場所に配置された複数の受信アンテナを使用して、貨物室内の貨物に取り付けられた送信機タグから放射される超広帯域信号を検出する。円弧近似技法では、受信アンテナの中央コンピュータとの同期を利用し、各アンテナにおける識別パルスの到着時間の知識を使用し、３次元での物体の位置を確定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術のシステムでは、物体から受信機の１つへの直接信号が、遅延した反射信号と比べて弱い場合、例えば、物体と受信機の間に障害物がある場合、問題が生じる。この場合、遅延信号反射がパルス到着時間として誤って識別されることがあり、その結果、位置推定手順で劇的に大きなエラーが生じる可能性がある。また、各従来技術の受信機ユニットは比較的単純であるが、各受信機とコンピュータとを正確に同期させる必要があるので、正確で高価なタイミング回路が必要となることがある。さらに、円弧近似技法を利用すると、システムの精度が制限されることがあり、あいまいさも生じる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
従来技術で明らかになった問題を克服するために、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器が提供される。この機器は、物体における送信機から送信された信号を受信するための手段と、受信手段に結合され、物体の角位置を決定することのできる出力を生成するための検出手段とを含む。
【０００５】
密接に関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、
組み込まれた送信機によって送信される信号パルスを受信するための手段であって、受信するための前記手段が、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置され、前記信号パルスが好ましくは超広帯域信号パルスである手段と、
受信手段に結合され、物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成するための検出手段とを含み、
受信するための手段が複数の受信エレメントを含み、検出手段が、複数の受信エレメントで受信された信号パルスの相対タイミングを検出し、それによって角位置を決定することができるように適合される機器が提供される。
【０００６】
いずれの事象においても、好ましくは、受信手段が、特性パルス周波数を有するパルス列を受信するように適合され、検出手段が、受信パルス列を表す信号を出力するように適合される。
【０００７】
物体の到達距離ではなく角位置が得られる出力を生成することによって、物体の位置をより高い精度で決定することができる。
この機器は、ＵＷＢパルスを非同期的に（すなわち、同時送受信制御の下ではなく）送信することができる。到達距離は短いことがあり、一般に５０メートル未満、通常、１０メートル未満である。精度は、１５ｃｍ未満とすることができる。好ましくは、複数のタグを同時に扱うことができる。別々の基地局を使用して、正確な位置を決定することができる。
【０００８】
当機器は、広範な適用範囲を有することができ、アレイデータ処理またはビーム形成を使用せずに、時間領域プロセスにおいて、遅延を決定して、２次元ではなく３次元での角位置（または到来角）を見つけることができる。各受信機は、角位置を個別に決定することができる。マルチパスを活用して、性能を高める必要はない。この機器は、恒久的または半恒久的に固定することができる。この機器は、２つのアンテナ（必ずしも半波長の間隔を空ける必要はない）および複数の基地局を使用して、位置を決定することができる。
【０００９】
この機器は、好ましくは、在庫品目に取り付けられた能動送信機タグを追跡する在庫管理システムなどの位置決めシステム内に設けられる、受信ユニット、またはセンサである。
【００１０】
好ましくは、信号を受信する手段が、受動システムで受信される信号とは一般に異なるダイナミックレンジを有する信号を受信するように適合される。能動システムでは、信号強度は、受動システムでの１／Ｄ４に対して、１／Ｄ２（ここで、Ｄは追跡される物体までの距離）で変化する。好ましくは、受信手段は、１５ｄＢより大きいダイナミックレンジ、より好ましくは、２０ｄＢ、２５ｄＢ、２７ｄＢ、または３０ｄＢより大きいダイナミックレンジを有する。また、好ましくは、信号を受信するための手段および／または検出手段は、受動システムにおいて一般に受信されるものよりも、より広範囲の信号の形および／または周波数を、受信および／または検出するようにも適合される。この場合も、信号の形および／または周波数の生成が機器の直接制御外であり、より変化しがちであるからである。
【００１１】
好ましくは、受信手段は、超広帯域（ＵＷＢ）パルス、好ましくは０．５ＧＨｚ〜２４ＧＨｚ、好ましくは２ＧＨｚ〜１２ＧＨｚ、およびより好ましくは５．８ＧＨｚ〜７．２ＧＨｚの周波数帯域にわたるパルスを受信するように適合される。この周波数範囲は、必要なレーダ特性を伝えるのに好都合で、一方、無線規制によって指定された限界内に収まる。パルスは好ましくは、そのパルスの成形により、シヌソイド周波数における強い周波数ピークおよび大きなサイドローブを有する、成形シヌソイドの形である。しかしながら、他の周波数範囲（およびしたがって他のパルス形状）も可能である。
【００１２】
本発明では（全体を通して）、超広帯域（ＵＷＢ）という語は、好ましくはブロードバンドシステムを意味し、好ましくは０．５〜７９または８１ＧＨｚの周波数範囲を意味する。より具体的には、好ましい周波数範囲は、３．１〜１０．６ＧＨｚ、５．４６〜７．２５ＧＨｚ、５．７２５〜５．８７５ＧＨｚ、２２〜２９ＧＨｚ、７６．５〜７７．５ＧＨｚ、および７７〜８１ＧＨｚのバリエーションである。こうした範囲が正確であることがあるが、それらはプラスまたはマイナス１、２、または５ＧＨｚとなることがある。本発明のＵＷＢパルスでは、中心周波数に対する帯域幅の比は、好ましくは１０、１５、２０、２５、３０、５０、７５、または１００％よりも大きく、あるいは帯域幅は、好ましくは少なくとも１００、２５０、５００、または１，０００ＭＨｚでもある。パルスは一般に、１，０００、５００、２００、１００、５０、２５、１０、５、２、または１未満の、無線周波数の個々のサイクルを含んでいる。
【００１３】
好ましくは、この機器は、検出手段をトリガするための手段をさらに含み、トリガ手段は送信信号の生成に依存しない。トリガ手段は、例えばタイムベース制御ユニット、または（水晶発振器などの）単純なクロックでよく、物理的に検出手段内に配置されても、システムの他のコンポーネント内に配置されてもよい。好ましくは、トリガ手段は、送信信号とトリガ手段の間に（常に変化する位相または単に一定の位相オフセットなど）定義された位相関係がないように、および／またはトリガ手段および送信信号が互いに異なるクロック源によって駆動されるように、送信信号の生成とは無関係である。本発明の「トリガ」という語は、好ましくは、物体が状態を変えるように、（パルスなどの）刺激を物体に適用することを意味する。そのようなトリガ手段を提供することにより、受信機の制御を単純化し統一することができる。
【００１４】
また、この機器は好ましくは、トリガ制御信号を受信するための手段を含み、トリガ手段は、受信されるトリガ制御信号に応じて、検出手段をトリガするように適合される。トリガ制御信号を受信するための手段は、好ましくは、制御機構などの外部エージェントがトリガパラメータを指定できるようにする通信制御ユニットである。受信されるトリガ制御信号に応じて検出手段をトリガすることにより、この機器は、能動物体により容易にロックオンすることができる。
【００１５】
トリガ手段は、好ましくは、制御信号によって決定される周波数で検出手段をトリガするように適合される。これにより、（例えば）外部エージェントが、機器の制御を柔軟に行えるようになり、その結果、より広い範囲の可能な信号にロックオンすることができるようになる。具体的には、これにより、一般に１つの検出周波数に限定されている従来の受動検出システムに対して、システムの柔軟性がより高まる。
【００１６】
送信される信号が特性繰返し周波数を有する場合、トリガ手段は、特性繰返し周波数と異なるトリガ周波数で検出手段をトリガするように適合される。受信信号の特性繰返し周波数と異なる周波数で検出手段をトリガすることにより、移動する「距離ゲート」を作成することができ、これにより、受信機クロックの位相を送信機クロックの位相と整合させる必要がなくなる。好ましくは、トリガ周波数Ｆｔｒｉｇが、（Ｆｃｒ／ｎ）＋Ｆｄｉｆｆによって決まり、ここでＦｃｒは特性繰返し周波数、ｎは整数の分周比、およびＦｄｉｆｆは走査速度である。
【００１７】
ｎの値は１より大きくてよく、好ましくは２、３、４、または５より大きくてよい。整数の分周比を１より大きくすることにより、検出手段は、特性繰返し周波数よりも低い周波数で動作することができるが、（特により小さいｎの値において）情報または精度の著しい損失がない。また、Ｆｄｉｆｆは非ゼロでよく、好ましくはＦｃｒの振幅の５％、２％、または１％未満、およびより好ましくはＦｃｒの振幅の０．５％未満である。
【００１８】
好ましくは、受信するための手段は、複数の受信エレメントを含み、検出手段は、複数の場所で受信された信号の相対タイミングを検出し、それによって角位置を決定することができるように適合される。さらに好ましくは、複数の受信エレメントは、センサアレイ内の間隔を空けた場所に設けられるが、好ましくは、受信エレメント間の間隔は、機器と他の同じ機器との間の間隔と比べて小さい。例えば、受信エレメント間の距離は、好ましくは、通常の位置決めシステムにおける同じ機器間の距離の５％、１％、０．５％、または０．１％未満である。これにより、物体の角位置を検出する好都合で簡単な方法を提供することができるが、単掃引方向受信機など他の実装も可能である。
【００１９】
好ましくは、複数の受信エレメントは、方位角および仰角での位置情報が得られるように適合される。
複数の受信エレメントは、好ましくは、電磁アンテナアレイの形であり、好ましくは、非共線的に配置される３つ（以上）の受信エレメントを含む。例えば、受信エレメントは、直角三角形の軌跡の（すなわち、Ｌ形パターンにおける）ほぼ頂点に配置することができる。また、完全に共線的な配置も可能である。
【００２０】
受信エレメントは、受信する予定の放射の波長λと同じ次元の大きさである距離だけ間隔を空けることができる。例えば、受信エレメントは、距離ｍλだけ間隔を空けることができ、ここでｍは１０未満、好ましくは８、５、３、または２未満でよく、ｍは０．１よりも大きく、好ましくは０．２、０．３、または０．５より大きくすることができる。
【００２１】
エレメントの放射インピーダンスがサイズと共に減少し得るので、エレメントのサイズが減少するにしたがって、エレメントが放射できる、または放射を検出できる効率は低下する。したがって、エレメント自体を過剰に小さくすべきではない。一方、エレメントは過剰に大きくすべきではない。アレイにとって物理的に大きくなりすぎることがあり、また、エレメント間の間隔をより大きくすると格子ローブ効果が生じることがあるからである。一般に、エレメントのサイズは、好ましくは、１０λまたは４λ未満で、約λ／４より大きい。好ましい諸実施形態においては、そのサイズは、λ／４またはλ／２の近辺であるが、他の値を使用することもできる。具体的な一例においては、エレメントは、約５ｃｍの波長で約１．５ｃｍのサイズである。大きいエレメントサイズと小さいエレメント間隔の組合せは、エレメントを垂直方向に積み重ね、水平方向にオーバラップさせることによって実現することができる。
【００２２】
より有利には、当側面による電磁アンテナアレイは、非共線的に配置される４つの受信エレメントを含むことができる。例えば、受信エレメントは、四辺形の軌跡の、より具体的には、不等辺四辺形の軌跡、またはその四辺形が並行する長辺および短辺を有する長方形の軌跡のほぼ頂点に配置することができる。
【００２３】
この（または任意の）側面によれば、電磁アンテナアレイは、２つ未満（および好ましくは１つ未満）の対称軸が存在するように非共線的に配置される少なくとも３つの受信エレメントを含むことができる。
【００２４】
諸実施形態においては、軌跡が台形（すなわち、２辺だけが並行である四辺形）であり、このように配置することにより、その感度パターンにおいて異なる人為構造（例えば、格子ローブ）をもつ、並行平面内にある不ぞろいの間隔の２対のアンテナを選択することができるようになる。有利には、短辺は、長辺の長さの０．５〜１倍（または約４分の３）とすることができる。具体的な一例として、台形の軌跡が平行な長辺および短辺を有する場合、短辺の長さは、およそアレイが送受信する予定の放射の波長λでよく、長辺の長さは、およそ３λ／２でよい。そのようなアレイからの信号を適切に処理することによって、格子ローブの影響を大幅に低減することができる。
【００２５】
あるいは、四辺形は、他の２つの角は非直角でありながら、ほぼ直角な２つの対角を有することができる。この配置により、人為構造が互いに異なりながら、それぞれの主格子ローブが、正しい３次元方向を向き、したがって相殺するようにさせることができる。
【００２６】
複数の受信エレメントは、好ましくは、ほぼ平面構成で配置され、それにより受信エレメントの幾何形状により、受信エレメントで受信された信号に応じて角位置をより直接的に計算することができるようになる。また、１つまたは複数の受信エレメントを、それ以外の受信エレメントが配置された平面の外に配置させることも可能であるが、角度計算がより複雑になり、よりあいまいになる可能性がある。具体的には、エレメントが非平面の表面上に配置され、それに合致する、共形（conformal）の配置も可能である。
【００２７】
受信するための手段は、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置することができる。好ましくは、受信するための手段の全物理的大きさは、機器の最大検出距離の１０％、５％、１％、または０．５％未満であるが、より大きな物理的大きさも可能である。「受信するための手段」は、好ましくは、上記の複数の受信エレメントなど、単一の機器の受信手段を指す。単一のハウジング内に、または共通の基板上に受信するための手段（および、実際は好ましくは機器自体）を設けることにより、機器の構造をより安価でより単純にすることができる。２つ以上の受信ユニットを、別々の場所に（例えば車両上に）設けることができ、これにより、精度および感度を高めるのを補助することができる。
【００２８】
好ましくは、この機器は、処理手段と通信するための通信インターフェースをさらに含む。通信手段は、それだけには限らないが、ＲＳ２３２、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、イーサネット、および無線周波リンクを含めた接続を利用する従来の通信ポートでよい。あるいは、通信手段は、例えば処理手段が検出手段と同じハウジング内に設けられる場合、単純な電気的接続でもよい。これにより、この機器で受信される信号を表すデータを処理手段に渡すのを容易にすることができる。
【００２９】
通信インターフェースは、この機器で受信される信号を表す複数の信号を出力するように適合させることができる。また、通信インターフェースは、複数の信号を（物理的にまたはその他の点で）別々のチャネルにあるいはアナログまたはデジタル多重信号により、出力するように適合させることもできる。この機器で受信される信号を表す複数の信号を出力することにより、物体の変位を決定するのを補助するための最大量の情報を、処理手段に提供することができる。
【００３０】
好ましくは、通信手段は、処理手段から制御信号を受信するように適合される。これにより、処理手段がこの機器をより容易に制御することができるようになる。
好ましくは、この機器は、検出手段の出力を処理して、物体に関する位置情報を決定するための処理手段をさらに含む。さらに、処理手段は、検出手段の出力を追加の角位置と共に処理し、その結果、物体に関連する送信機の変位を決定するように適合させることができる。
【００３１】
また、この特徴は、独立して提供される。したがって、本発明の関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、物体に関連する送信機の角位置をそこから決定することのできる出力を検出手段から受信するための入力手段と、検出手段の出力を追加の角位置と共に処理し、その結果、物体に関連する送信機の変位を決定するための処理手段とを含む機器が提供される。
【００３２】
好ましくは、追加の角位置は、例えば同様の機器が提供される場所など、この機器から実質上遠く離れた場所に対して決定される物体の角位置である。変位は、好ましくは、デカルト式２次元または３次元での絶対変位であるが、代わりに、この機器または他の物体の場所に相対的な変位でもよい。本発明では「変位」という語は、好ましくは、（好ましくは固定の）データに対する物体の位置を表すデカルト式ベクトル量（またはその等価物）を意味する。この語は、厳密には、ある期間中の物体の相対的移動を包含するが、好ましくは、実質上瞬間的で独立している位置測定も包含する。好ましくは「変位」は、単一の角測定よりも詳細な位置情報を包含し、より好ましくは、複数の角測定とは異なるものである。
【００３３】
処理手段は、好ましくは、検出手段からの出力を処理して、物体の角位置を決定するように適合される。好ましくは、角位置は、受信するための手段において複数の場所で受信される信号の差動タイミングの関数として計算される。
【００３４】
より好ましくは、処理手段は、検出手段から受信された複数の信号の間のタイミング差を計算し、複数の信号のうちの少なくとも２つの間のタイミング差に応じて角位置を決定するように適合される。したがって、必ずしも他の情報を考慮する必要はなく、受信された信号だけを参照して角位置を決定することができる。
【００３５】
あるいは、またはさらに、処理手段は、検出手段からの出力を処理して、物体の擬似距離を決定するように適合させることができる。本発明では「擬似距離」という語は、好ましくは、ターゲットまでの最短測定経路長を意味し、しばしばターゲットまでの往復にかかる時間（この時間は行程に比例する）に即して計算される。経路反射などの影響により、擬似距離は必ずしもターゲットまでの最短距離と等しくはない。好ましくは「擬似距離」という語は、不明なタイムオフセットが組み込まれたタイミング信号から導出される到達距離の測定をさらに包含する。この不明なオフセットは、好ましくは、信号の測定に関与する送信機と受信機の間の非同期関係から生じる。
【００３６】
好ましくは、擬似距離は、受信するための手段によって受信される信号振幅の関数として計算される。一般に、マルチパスの影響、ターゲット遮蔽などにより、擬似距離の計算は、角位置の計算よりも精度が低くなり得るが、多くの用途では精度のレベルは許容可能である。
【００３７】
有利には、物体の角位置を決定する機能と、擬似距離を決定する機能を組み合わせることにより、１つのセンサ設備だけを使用して機能する能動物体追跡システムを構築することができるが、従来技術のシステムでは、あいまいでなく機能させるために少なくとも２つ（または３つも）のセンサ設備を必要とし得る。
【００３８】
処理手段は、検出手段からの出力を処理して、受信信号の振幅を決定し、振幅に応じて擬似距離を決定するように適合させることができる。これにより、必ずしも高精度ではないが、比較的迅速で容易に擬似距離を決定することができる。
【００３９】
好ましくは、この機器は、物体の変位を表す信号を出力するための手段をさらに含む。好ましくは、出力信号は、２次元または３次元のデカルト座標を含むが、代わりに、出力信号は、距離測定を含んでもよく、あるいは２次元または３次元のデカルト座標に容易に変換することのできる極座標または固有の座標を含んでもよい。
【００４０】
受信信号が特性パルス周波数を有するパルス列を含む場合、検出手段は、好ましくは、受信パルス列を表す信号を出力するように適合される。好ましくは、パルス周波数は、所定の許容限界内で変化することができる。例えば、（例えば、ピーク検出器からの出力など）パルス列を表す測定値ではなくそれから導出される測定値を出力することをせず、受信パルス列を表す信号を出力することにより、より多くの情報が後の処理段階で利用可能となり得、したがって、システムの精度を高めることができる。
【００４１】
検出手段は、受信パルスの波形を表す信号を出力するように適合させることができる。これにより、信号を最も高い精度で処理するために後の段階で必要とされる可能性のある、実質上すべての情報が得られる。
【００４２】
特性パルス周波数は、２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ、およびより好ましくは１０．５ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚでよい。一実施形態においては、約９ＭＨｚ〜１２ＭＨｚの特性パルス周波数が選択される。好ましくは、特性パルス周波数を使用時に変化させ、それによって該当する信号を柔軟に検出できるようにすることができる。
【００４３】
検出手段は、好ましくは、受信パルス列をサンプリングし、特性パルス周波数に関する特性サンプリング周波数を有する出力を生成するための手段を含む。受信パルス列をサンプリングすることにより、必要となる複雑な処理を、計算処理的に制限されたアナログ領域ではなく、デジタル領域で実施することができる。
【００４４】
サンプリング手段は、好ましくは、出力サンプリング周波数が特性パルス周波数よりも低いダウンサンプラを含む。特性パルス周波数よりも低い出力サンプリング周波数を生成することにより、高価で複雑な高速回路を使用せずに、従来の回路を後の段階で使用することができる。
【００４５】
出力サンプリング周波数は、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、好ましくは２５ｋＨｚ〜９０ｋＨｚ、およびより好ましくは６０ｋＨｚ〜８５ｋＨｚでよい。出力サンプリング周波数は、（好ましくは、人間に容易に聞こえる周波数には限らないが）音声周波数範囲内とすることができる。好ましくは、８０ｋＨｚの周波数が選択される。そのような範囲の出力サンプリング周波数は、無線周波数信号よりも、従来の回路を使用して処理する方がずっと容易である。
【００４６】
この機器は、好ましくは、実質的に所与の複数の特性パルス周波数で動作する入力サンプリングクロックと、出力サンプリング周波数で動作する出力サンプリングクロックとをさらに含み、サンプリング手段は、好ましくは、入力サンプリングクロック信号を受信し次第、信号をサンプリングし、出力サンプリングクロック信号を受信し次第、サンプル出力を生成するように適合される。これにより、信号をダウンサンプリングするための簡単で有効な基礎が得られる。
【００４７】
所与の複数の特性パルス周波数は、（１、２、３などの）整数倍でも、好ましくは（１／２、１／３、１／４などの）整数分の１でも、あるいは他の任意の非整数倍でもよい。好ましくは、０．２５の倍数が使用される。システムごとに異なる周波数オフセット／偏差が存在し得ることを除き、サンプリングクロック周波数は、一般に特性周波数の倍数であることが理解されよう。
【００４８】
サンプリング手段は、好ましくは、前の出力サンプリングクロック信号以降にとられた入力サンプルの平均としてサンプル出力を生成するように適合される。好ましくは、入力サンプルの平均を生成するためにサンプルアンドホールドユニットが設けられ、好ましくは、平均が平均値平均であるが、中央値または最頻値平均でもよい。したがって、入力サンプリングクロック周波数と一致する信号が強調され、他の（雑音）周波数は相殺する傾向となり、それによってシステムの信号対雑音比が高まり得る。好ましくは１０〜６０の入力サンプル、より好ましくは２０〜５０の入力サンプル、およびさらにより好ましくは３０〜４０の入力サンプルがとられ、使用されて、各出力サンプルが生成される。
【００４９】
好ましくは、サンプリング手段は、サンプル出力が生成された後、所定の量によって入力サンプリングクロックの位相を進めるように適合される。この機能によって、時間伸張効果が得られ、それにより、出力サンプルは、入力信号波形を時間伸張した表現となる。またこれにより、時間／空間範囲をシーケンシャルに走査することも可能にすることができる。好ましくは、所定の位相シフトは、入力サンプリングクロック周波数よりもかなり小さく、好ましくは、入力サンプリングクロック周波数の２０％、１０％、５％、または１％未満である。
【００５０】
受信手段は、物体において送信される信号に追加の少なくとも１つの信号を受信するように適合させることができ、物体において送信される信号とその追加の信号または各追加の信号とを区別するための手段をさらに含むことができる。好ましくは、区別するための手段は、信号と１、２、５、１０、２０、または５０を超える追加の信号とを区別するように適合される。
【００５１】
また、この特徴は、独立して提供される。したがって、本発明の他の一側面においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、物体に関連する送信機を含む複数の送信機によって送信される複数の信号を受信するための手段と、物体において送信される信号と任意の追加の受信信号とを区別するための手段であって、その区別が区別手段によって受信される識別情報に応じて行われる手段と、区別された信号に応じて物体の角位置を決定し、それによって物体に関する位置情報を決定することができる手段とを含む機器が提供される。区別手段は、好ましくは、信号の固有特性に応じて、信号に関して区別するように適合される。
【００５２】
本発明は、密接に関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、複数の信号を受信するための手段であって、各信号が、複数の送信機および組み込まれた送信機を含む前記複数の送信機のうちのそれぞれの送信機によって送信される手段と、組み込まれた送信機によって送信される信号のパルス繰返し周波数に応じて、組み込まれた送信機によって送信される受信信号と任意の追加の受信信号とを区別するための手段とを含み、組み込まれた送信機によって送信される前記受信信号が、好ましくは、少なくとも１つの超広帯域パルスを含む機器を提供する。
【００５３】
好ましくは、組み込まれた送信機によって送信される信号が、時分割多重化される。
好ましくは、区別手段は、組み込まれた送信機によって送信される信号の検出を駆動するように動作可能な検出クロックと、選択された信号周波数に応じて検出クロックを設定し、それによって、選択された信号周波数を有する信号が機器によって優先的に検出されるための手段とを含む。
【００５４】
このシステムは、好ましくは、パルス繰返し周波数チャネル化によって、超短パルスの複数の非同期送信を可能にする、短パルス／インパルスのシステムでよい。パルス繰返し周波数は、一般に１ｎｓ未満のパルス持続時間を有する、１〜１０ＭＨｚ、好ましくは２および６ＭＨｚより前、好ましくは約３ＭＨｚでよい。システムは、物体／タグ／ターゲットを、最低３回のベースバンド検出で位置決定することができる。
【００５５】
固有特性は、信号のパルス繰返し周波数でよい。パルス繰返し周波数は、好ましくは、固有周波数である。好ましくは、例えば６ＧＨｚの搬送周波数でｎ×２５０ｋＨｚでよい相対周波数オフセットを有する、パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）範囲が使用される。ここで、ｎは１以上の整数である。これにより、１２個までの異なる物体が同じ検出空間を占めることが可能になる。十分に高い信号対雑音比を実現することができれば、より狭い周波数ビンを提供することができ、互いに区別することのできる物体数が増え、その逆も同様である。
【００５６】
固有特性は、パルス位置変調特性でもよい。好ましくは、変調では、二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）または他の任意の適した変調技法の形で、パルスを「振動」させる。
あるいは、またはさらに、信号は、時分割多重化することができる。好ましくは、従来のＴＤＭＡのアルゴリズム、規格、およびチップセットが使用される。ＦＤＭＡおよびＣＤＭＡの規格およびチップセットを使用することもできる。有利には、変調技法の使用と周波数偏移を組み合わせて、大きな範囲の一意で識別可能な物体の「シグニチャー」を作成することができる。
【００５７】
好ましくは、区別手段は、信号の検出を駆動するように動作可能な検出クロックと、選択された信号周波数に応じて検出クロックを設定し、それによって、選択された信号周波数を有する信号が機器によって優先的に検出されるための手段とを含む。好ましくは、検出クロックは、上記の入力サンプリングクロックである。
【００５８】
この機器は、選択された信号周波数と受信信号の間の周波数誤差を検出するための手段と、周波数誤差を補償するための手段とをさらに含むことができる。好ましくは、周波数誤差を検出するための手段は、周波数推定ルーチンである。これは、短期周波数変動の影響を軽減するのに役立ち得る。
【００５９】
周波数誤差を検出するための手段は、好ましくは、連続パルスのピークに対応する受信信号中の連続ピーク間の間隔に応じて信号周波数を推定し、推定信号周波数を検出周波数と比較するように適合される。これにより、検出周波数と信号周波数の間の周波数誤差を決定するための比較的容易な方法が得られ、それを使用して、例えば、機器を粗同調することができる。
【００６０】
周波数誤差を検出するための手段は、連続したサンプルの位相差に応じて推定信号周波数を計算し、推定信号周波数を検出周波数と比較するように適合させることができる。連続したサンプルの位相差を考慮することにより（例えば、位相差を平均することにより）、周波数誤差のより正確な推定値を生成することができる。これにより、好ましくはピーク検出機能と共に、機器を微調整するのに適し得る。
【００６１】
好ましくは、周波数誤差を補償するための手段は、推定周波数誤差によってもたらされる、予想される信号の形を表す整合フィルタ原型を作成するように適合される。整合フィルタ原型は、好ましくは、後述するように、受信信号におけるいくつかの信号波形を識別する比較方法で使用するのに適している。これにより、検出周波数と選択された信号周波数が異なる場合に、検出周波数を選択された信号周波数に整合するように変更する必要がなくなり得、その結果として、サンプリング回路が簡略化され得る。
【００６２】
好ましくは、処理手段は、複数の受信エレメントにおける信号の受信の間隔を決定し、それによって物体の角位置を決定することを可能にするための手段を含む。好ましくは、受信エレメントは、上記のものであり、かつ／または機器内に設けられる。間隔は、時間差も空間差も表し得るが、好ましくは、受信エレメントで受信された信号を表すサンプリングされたデータに対するデータオフセットを表す。このデータオフセットは、該当するサンプリングレートによって、対応する時間差にリンクされている。
【００６３】
この処理は、好ましくは、周波数領域ではなく、時間領域で実行される。
一実施形態においては、間隔を決定する手段は、少なくとも１対の受信エレメントで受信される信号を相互相関させ、相互相関結果に応じて間隔を決定するように動作する。好ましくは、相互相関方法は、打切り相互相関プロセスであり、それによって、例えば、受信エレメント間の最大信号遅延の知識を使用して、相互相関計算の範囲を制限する。打切り相互相関は、国際公開第０１／５９４７３号で教示されている。
【００６４】
他の（前の実施形態と組み合わせることができる）一実施形態においては、間隔を決定するための手段は、複数の受信エレメントで受信された信号に整合フィルタを適用し、整合フィルタの出力に応じて時間差を決定するように動作する。好ましくは、整合フィルタは、整合フィルタ原型でプログラムされ、整合フィルタ原型は、好ましくは、生成されるパルス波形の少なくとも一部に対応し、好ましくは、それを使用して、フィルタ入力がフィルタ原型により近く整合するほど、フィルタ出力が大きくなるように、フィルタ係数を設定する。
【００６５】
（一般に能動追跡装置によって放射される信号などの）ブロードバンド信号のコンテキストでは理論的に適切ではないが、それにもかかわらず整合フィルタが、有用な性能レベルを実現したという、驚くべき発見がなされた。また、この重要な特徴は、独立して提供される。
【００６６】
したがって、本発明の関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定するための機器であって、複数の受信エレメントを含む、受信するための手段と、受信エレメントで受信された信号を検出し、受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、複数の受信エレメントによって受信される信号間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって物体の角位置を決定するように動作可能な処理手段とを含む機器が提供される。
【００６７】
密接に関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定するための機器であって、複数の受信エレメントを含む受信手段と、整合フィルタを含み、受信エレメントのうちの１つによって受信されたある信号と受信エレメントのうちの少なくとも１つの他の受信エレメントによって受信されたその信号またはある信号との間の間隔を検出し、それによって物体の角位置を決定するように動作可能な処理手段とを含む機器が提供される。
【００６８】
他の密接に関係する態様によれば、物体に関する位置情報を決定するための機器であって、複数の受信エレメントを含む、受信するための手段と、受信エレメントで受信された信号を検出し、受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、各受信エレメントごとに、他の任意の受信エレメントで受信される信号から生成される任意の出力信号とは別に、その受信エレメントで受信される信号から生成される出力信号にプロセスを適用し、その結果、その受信エレメントで受信される信号を表すパラメータのそれぞれの値を得るように動作可能な処理手段とを含み、処理手段はさらに、こうして得られたパラメータの値を比較し、その結果、物体に関する位置情報を取得するように動作可能な機器が提供される。
【００６９】
これらの態様のいずれにおいても、この機器は、例えば遅延線を使用するのではなく、デジタル領域における整合フィルタリングを使用して、角位置を決定することが可能となり得る。
【００７０】
好ましくは、パラメータは、位相および時間のうちの１つ（したがって、位相または時間またはその両方）である。
好ましくは、処理手段によって適用されるプロセスは、信号の特性、または予想される特性に依存する。好ましくは、特性、または予想される特性は、周波数、位相、帯域幅、およびパルス幅のうちの少なくとも１つである。
【００７１】
好ましくは、処理手段によって適用されるプロセスは、物体の特性、または予想される特性に依存し、好ましくは、受信手段からの物体の距離、または予想される距離に依存する。
【００７２】
好ましくは、この機器は、複数の可能なプロセスから、処理手段によって適用されるプロセスを選択するように適合された選択手段をさらに含む。このプロセスは、例えば信号自体の周波数範囲に最適であるように適合させることのできるフィルタリングでよい。
【００７３】
好ましくは、この機器は、複数組のプロセスデータを記憶するための手段を含み、選択手段は、複数組のプロセスデータから１組のプロセスデータを選択し、それにより処理手段によって適用されるプロセスを選択するように適合される。
【００７４】
好ましくは、この機器は、パラメータの、少なくとも１つのあらかじめ取得された値に応じて、かつ／または物体に関する、あらかじめ取得された位置情報に応じて、処理手段によって適用されるプロセスを変更するための手段をさらに含む。
【００７５】
好ましくは、このプロセスは整合フィルタを含む。整合フィルタは、好ましくは、フィルタリングされるパルスの逆応答であり、その複素数を乗算するとデルタ関数が得られる特性をもつ波形で定義される。整合フィルタは、好ましくは、電子的に合成される。
【００７６】
好ましくは、プロセスは、複数の異なる時間オフセットでフィルタを出力信号に適用すること、およびフィルタからの出力に応じて時間オフセットを選択することを含む。
好ましくは、処理手段の動作は、複数の受信エレメントによって受信された信号の間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって物体の角位置を決定することを含む。
【００７７】
好ましくは、この機器は、少なくとも１つの時変信号の形に応じて、および好ましくは少なくとも１つの時変信号の包絡線の形に応じて、整合フィルタを生成するための手段をさらに含む。
【００７８】
好ましくは、生成手段は、少なくとも１つの時変信号の形、または少なくとも１つの時変信号の包絡線を、関数、好ましくは二次関数に合わせるように適合される。
好ましくは、受信手段および検出手段は、その周波数の５％、１０％、または２０％よりも大きい帯域幅を有する信号を受信し検出するように適合される。
【００７９】
好ましくは、各信号は、０．５ＧＨｚ〜２４ＧＨｚ、好ましくは２ＧＨｚ〜１２ＧＨｚ、およびより好ましくは５．８ＧＨｚ〜７．２ＧＨｚの特性周波数を有する。
好ましくは、信号はパルス信号である。
【００８０】
好ましくは、各パルス信号は、少なくとも５サイクルを含み、好ましくは少なくとも１０、２０、５０、１００、または５００サイクルを含む。
好ましくは、各パルス信号は、２ｎｓより長い、好ましくは５ｎｓ、１０ｎｓ、２０ｎｓ、および５０ｎｓのうちの少なくとも１つよりも長いパルス長を有する。
【００８１】
好ましくは、信号は、２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、場合によっては５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ、場合によっては１０．５ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚの特性繰返し周波数を有するパルス列を含む。
【００８２】
好ましくは、位置情報は、物体の角位置である。
好ましくは、その物体または各物体は、送信機を組み込んだ物体を含むまたは備える。
好ましくは、信号は、物体と関連した送信機によって送信される信号である。
【００８３】
好ましくは、物体と関連した送信機によって送信される信号は、超広帯域（ＵＷＢ）信号である。
（少なくとも）いずれの整合フィルタ態様においても、好ましくは、受信手段および検出手段は、その周波数の５％、１０％、２０％、３０％、または４０％よりも大きい帯域幅を有する信号を受信し検出するように適合される。あるいは、受信手段および検出手段は、その周波数の５％未満の帯域幅を有する信号を受信し検出するように適合させることもできる。好ましくは、整合フィルタは、パルスの持続時間よりもかなり小さい、受信パルスの一部分に整合するように適合され、整合部分はほぼシヌソイドである。
【００８４】
この機器は、物体に向けてプローブ信号を送信するための手段をさらに含み得、受信するための手段は、物体からのプローブ信号の反射を受信するように適合される。
この特徴は、物体に関する位置情報を決定するための機器であって、信号パルスを受信するための手段であって、前記信号パルスが好ましくは超広帯域信号パルスである手段と、受信手段に結合され、物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成するための検出手段と、物体に向けてプローブ信号を送信するための手段とを含み、前記受信手段および前記送信手段が、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置され、前記信号パルスが、物体からのプローブ信号の反射および物体に関連した送信機によって送信される信号のうちの１つである機器の形で、独立に提供することもできる。
【００８５】
プローブ信号を送信するための手段は、好ましくは、物体と関連した送信機によって送信される信号と異なる信号を送信するように適合される。好ましくは、そのような異なる信号は、周波数、位相、またはパルス波形や関連周波数スペクトルなど他の信号特性において異なる。
【００８６】
この機器は、プローブ信号を符号化し、それによってそれを物体から受信された信号と区別することができるための手段をさらに含む。好ましくは、符号化するための手段は、物体に関連した送信機によって送信される信号に関して、上記のとおりである。
【００８７】
この機器は、好ましくは、プローブ信号によって照射された物体の位置情報を決定するための手段をさらに含む。これにより、この機器の周囲の環境の認識度が高まり得る。好ましくは、そのように決定される位置情報は、送信機を組み込んだ物体に関する上記の位置情報の形のうちの１つの形である。
【００８８】
好ましくは、照射された物体の検出は、放射する物体（すなわち、送信機を組み込んだ物体）の検出と同時に動作可能であるが、あるいは、（例えば、夜において）放射物体の検出が使用不可でありながら動作可能とすることもでき、その逆も同様である。
【００８９】
好ましくは（いずれの態様においても）、この機器は、照射された物体の位置情報を、少なくとも１つの既知の物体に関する位置情報と比較し、それによって異常な物体を識別することができるための手段をさらに含む。そのような異常な物体は、例えば、必要な送信タグを有していない、侵入者である可能性がある。
【００９０】
好ましくは、「既知の物体」には、この機器によって検出されたいずれかまたはすべての物体、事前プログラムされまたは前の測定から推定された（この機器の付近の構造的特徴などの）基準物体、および追加の物体を含むことも含まないこともある、事前プログラムされまたは測定された検出区域が含まれる。
【００９１】
この機器は、好ましくは、比較の結果に応じて警報信号を生成するための手段をさらに含む。これにより、最小限の改変で、侵入検出システムを提供して、物体追跡システムを補って完全にすることができる。好ましくは、その物体または各物体は、送信機を組み込んだ物体を含み、好ましくは、基準物体は、複数の既知の物体および／またはこの機器によって検出された物体を含む。
【００９２】
したがって、本発明の他の一態様においては、信号を送信する物体を求めて検出体積内を検索するための機器であって、複数の受信エレメントを含むアレイと、受信エレメントに到着する信号を検出し、受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、複数の受信エレメントで受信される信号の間の間隔を決定し、それによって物体の存在およびその角位置を決定することができるための処理手段とを含む機器が提供される。
【００９３】
密接に関係する一態様においては、信号を送信する物体を求めて検出体積内を検索するための機器であって、複数の受信エレメントを含むアレイと、受信エレメントに到着する所与の距離ゲートからの少なくとも１つの信号を検出し、少なくとも１つの受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、距離ゲートを変化させるための手段と、複数の受信エレメントのうちの１つで受信される少なくとも１つの信号と複数の受信エレメントの他の受信エレメントまたは他の各受信エレメントで受信される少なくとも１つの信号との間の間隔を決定し、それにより、物体からの信号の送信が機器と同期化されているかどうかに関係なく、物体の存在およびその角位置を決定することができるための処理手段とを含む機器が提供される。
【００９４】
したがって、ロックされていないレーダ中を検索するシステムを実施することができる。
好ましくは、送信信号を生成するのに使用されない、検出手段と結合された受信機クロックをさらに含む。
【００９５】
好ましくは、検出手段は、所与の距離ゲート内の信号を検出するように動作可能であり、この機器は、距離ゲートを変化させ、それによってこの機器と同期化されていない物体を検出することができるための手段をさらに含む。
【００９６】
好ましくは、物体がこの機器と同期化されていないことは、物体とこの機器が非同期であることを意味する。本発明では「非同期」という語は、好ましくは、具体的には（一方から他方へのパルスの送信など）物体間の対話に関して、共通のタイミングすなわち同期が存在しないことを意味する。この場合、対話に関連するエレメント（例えば、送信機および受信機）は、同じタイミング信号によって駆動されない。好ましくは、「非同期」は、そのようなタイミング信号間の任意の位相差を意味するが、周波数または（同様に）期間における任意の差も意味し得る。
【００９７】
本発明では、受動レーダシステム（すなわち、受信機がプローブパルスを送信するシステム）のコンテキストにおける「距離ゲート」という語は、好ましくは、ある時間範囲が経過した後、パルスが進むことになる距離によって規定される空間領域を意味する。例えば、従来技術の受動レーダシステムは、パルスの送信後、所定の遅延で受信機の測定値を読み取るが、例えば、ｄｃ／２、（Ｔ＋ｄ）ｃ／２、（２Ｔ＋ｄ）ｃ／２などに位置する固定の距離ゲートを有する。ここで、ｃは光の速度、ｄはパルスの送信と受信信号のサンプリングとの間の遅延、およびＴは、連続パルス間の遅延（一般にｄよりもはるかに大きい）である。
【００９８】
受信機および送信機が「ロックされていない」（すなわち、同期化されていない）、非同期信号のコンテキストにおいては、「距離ゲート」という語は、好ましくは、受信機クロックからの所与のオフセットで受信機によって検出されることになる、送信機の空間および位相オフセットの組合せを指す。したがって、パルス繰返し時間Ｐ（すなわち、送信パルス間で経過する時間）における所与のオフセットｄの場合、ｄ／Ｐ×３６０°の受信機に相対的な位相を有する、ｎ（Ｐ＋ｄ）ｃの距離にある送信機は、理論的に距離ゲート内に収まることになる。ここで、ｎは整数、およびｃは光の速度である。基本的に距離ゲートは、同期ゲートおよび非同期ゲートのどちらでも同じ方法で生成されるが、非同期のケースでは、距離ゲートはより抽象的な特性であることが注目される。
【００９９】
上記から、固定の距離ゲートが使用された場合、この機器からの距離が変化しない物体および受信機に相対的な位相が変化しない物体は、どちらも検出されないことがわかる。また、この重要な特徴は、独立して提供される。
【０１００】
好ましくは、この機器は、この機器を同じ機器（すなわち、好ましくは上記の機器）で較正するための手段をさらに含む。これにより、この機器の検出精度を高めることができる。また、この特徴は、独立して提供される。
【０１０１】
したがって、本発明の関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、物体における送信機から送信された信号を受信するための手段と、受信手段に結合され、受信手段によって受信された信号を検出し、受信信号を表す出力信号を生成するための検出手段と、この機器を同じ機器で較正するための手段とを含む機器が提供される。
【０１０２】
較正手段は、基準送信機からの信号を受信し、受信基準信号を表す信号を出力するように適合させることができる。受信基準信号を表す信号を提供することにより、この機器は、そのような２つの機器間の信号の受信の相対タイミングなど、物体から受信される信号の追加の特性を、外部エージェントが推定することを可能にできる。この特徴は、受信ユニットに共通クロックを提供せずに、そのような相対タイミングを決定させることを可能にできるので、有利である。
【０１０３】
好ましくは、較正手段は、物体に関連する送信機からの信号の到着時間と基準送信機からの信号の到着時間との間のタイミング差を表す信号を出力するように適合される。これにより、較正を実施するのを補助することができる。
【０１０４】
あるいは、またはさらに、較正手段は、共通クロック信号に応じて検出手段をトリガするための手段を含むことができる。そのようなクロック信号は、比較的容易に生成することができ、この機器から信号データを出力する目的で既に存在する接続を介して送信することができる。好ましくは、トリガ手段は、共通クロック信号の受信からの所定の時間オフセットで受信信号の走査を開始するように適合される。
【０１０５】
好ましくは、この機器は、物体をさらに含む（物体自体を組み込む）。これにより、スタンドアロンシステムを作成することができる。この機器は、好ましくは、複数の角位置測定に応じて物体の変位を決定するための手段をさらに含み、好ましくは、遠隔の位置決定機器から角位置情報を受信するための手段を含む。
【０１０６】
本発明の他の一態様においては、送信機を組み込んだ物体を位置決定するためのシステムであって、上記の少なくとも１つの機器と、複数の決定された角位置に応じて物体の変位を決定するための手段とを含むシステムが提供される。
【０１０７】
密接に関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体を位置決定するためのシステムであって、物体から信号を受信し、受信信号を表す信号を出力するための手段を含む少なくとも１つの機器と、その機器または各機器に対する物体の角位置を決定するための手段と、決定された角位置情報に応じて物体の変位を決定するための処理手段とを含むシステムが提供される。好ましくは、その機器または各機器は、上記の他の任意の機器の、任意のまたはすべての互換性のある特徴を含んでいる。
【０１０８】
好ましくは、システムは、好ましくは４未満、および好ましくは３未満の、複数の機器を含む。機器の数は、好ましくは、円弧近似距離方法に基づいた等価システムで必要とされるものよりも、少なくとも１つ少ない。
【０１０９】
好ましくは、受信するための手段または各手段は非同期であり、好ましくは、このシステムは、少なくとも１つの物体および関連する送信機をさらに含む。
本発明の他の態様においては、上記の機器を含む車両が提供される。
【０１１０】
本発明のさらに他の態様においては、減衰媒体を介して伝送される信号を受信し検出するように動作可能な、上記の機器が提供される。好ましくは、この機器は、壁または床を通して、壁または床内で、地下から、あるいは受信するための手段と物体との間の見通しコンタクトなしで、信号を受信し検出するように動作可能である。
【０１１１】
本発明の他の態様においては、位置決め信号を送信するための機器であって、信号を生成するための手段と、信号を送信するための手段とを含み、信号生成手段が、上記の機器で使用するのに適した信号を生成するように適合される機器が提供される。
【０１１２】
好ましくは、信号生成手段は、特性繰返し周波数を有するパルス列を含む信号を生成するように適合される。特性繰返し周波数は、２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ、およびより好ましくは１０．５ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚでよい。パルスは、０．５ＧＨｚ〜２４ＧＨｚ、好ましくは２ＧＨｚ〜１２ＧＨｚ、およびより好ましくは５．８ＧＨｚ〜７．２ＧＨｚの特性周波数を有してよい。
【０１１３】
信号生成手段は、区別入力に応じて、生成される信号の固有特性を変化させるように適合させることができる。固有特性は、信号のパルス繰返し周波数でよく、あるいはパルス位置変調特性でもよい。この機器は、信号を時分割多重化する手段をさらに含むことができる。
【０１１４】
信号生成手段は、好ましくは、その周波数の５％、１０％、または２０％よりも大きい帯域幅を有する信号を生成するように適合される。
本発明の他の態様においては、物体に関する位置情報を決定する方法であって、信号を生成すること、物体から受信機器に信号を送信すること、受信機器で信号を検出すること、および受信機器に相対的な物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成することを含む方法が提供される。
【０１１５】
密接に関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定する方法であって、信号パルス、好ましくは超広帯域信号パルスを生成すること、組み込まれた送信機から、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置され、複数の受信エレメントを含む受信機器に信号パルスを送信すること、複数の受信エレメントにおいて受信された信号パルスの相対タイミングを検出すること、および受信機器に相対的な物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成することを含む方法が提供される。
【０１１６】
この方法は、受信機器で信号の検出をトリガすることをさらに含むことができ、トリガすることは、送信信号の生成に無関係である。好ましくは、この方法は、受信トリガ制御信号に応じて、信号の検出をトリガすることをさらに含む。好ましくは、信号の検出は、制御信号によって決定される周波数でトリガされる。より好ましくは、信号は、特性繰返し周波数で生成され、信号の検出は、特性繰返し周波数とは異なるトリガ周波数でトリガされる。
【０１１７】
トリガ周波数Ｆｔｒｉｇは、好ましくは、（Ｆｃｒ／ｎ）＋Ｆｄｉｆｆによって決まり、ここでＦｃｒは特性繰返し周波数、ｎは整数の分周比、およびＦｄｉｆｆは走査速度である。ｎは１より大きくてよく、好ましくは２、３、４、または５より大きい。Ｆｄｉｆｆは、好ましくは非ゼロであり、好ましくはＦｃｒの振幅の５％、２％、または１％未満、およびより好ましくはＦｃｒの振幅の０．５％未満である。
【０１１８】
この方法は、好ましくは、複数の受信エレメントで信号を受信すること、および複数の場所で受信される信号の相対タイミングを検出し、それによって受信機器に相対的な物体の角位置を決定することができることをさらに含む。また、この方法は、好ましくは、受信機器で受信された信号を表す複数の信号を出力することもさらに含む。この方法は、受信機器で制御信号を受信することをさらに含んでよく、物体から受信された信号を処理して、物体に関する位置情報を決定することをさらに含んでもよい。
【０１１９】
受信信号を処理するステップは、追加の角位置と共に信号を処理し、その結果、受信機器に相対的な物体の変位を決定することを含むことができる。この方法は、好ましくは、受信機器で受信された複数の信号間のタイミング差を計算すること、および複数の信号のうちの少なくとも２つの信号間のタイミング差に応じて角位置を決定することをさらに含む。
【０１２０】
この方法は、物体の擬似距離を決定することをさらに含むことができる。好ましくは、擬似距離を決定するステップは、受信信号の振幅を決定すること、および振幅に応じて擬似距離を決定することを含む。この方法は、物体の変位を表す信号を出力することをさらに含むことができる。
【０１２１】
好ましくは、信号を生成するステップは、特性パルス周波数を有するパルス列を生成することを含む。この方法は、受信機器で受信パルス列を表す出力を出力することをさらに含んでよく、この方法は、受信パルスの波形を表す信号を出力することをさらに含んでもよい。
【０１２２】
特性パルス周波数は、２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ、およびより好ましくは１０．５ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚでよい。
この方法は、好ましくは、受信パルス列をサンプリングすること、および特性パルス周波数に関する特性サンプリング周波数を有する出力を生成することをさらに含む。出力サンプリング周波数は、特性パルス周波数よりも低くすることができる。出力サンプリング周波数は、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、好ましくは２５ｋＨｚ〜９０ｋＨｚ、およびより好ましくは６０ｋＨｚ〜８５ｋＨｚでよい。
【０１２３】
好ましくは、実質上所与の複数の特性パルス周波数で入力サンプリングクロック信号を生成すること、出力サンプリング周波数で出力サンプリングクロック信号を生成すること、および入力サンプリングクロック信号を受信し次第、信号をサンプリングし、出力サンプリングクロック信号を受信し次第、サンプル出力を生成することをさらに含む。この方法は、好ましくは、前の出力サンプリングクロック信号以降にとられた入力サンプルの平均としてサンプル出力を生成することをさらに含み、この方法は、サンプル出力が生成された後、入力サンプリングクロックの位相を所定の量だけ進めることをさらに含んでもよい。
【０１２４】
この方法は、好ましくは、物体で送信される信号と少なくとも１つの他の信号とを受信ユニットで区別することをさらに含む。
本発明の関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定する方法であって、物体に関連する送信機を含む複数の送信機によって送信される複数の信号を受信すること、識別情報に応じて物体において送信される信号と任意の追加の受信信号とを区別すること、および区別された信号に応じて物体の角位置を決定し、それによって物体に関する位置情報を決定することができることを含む方法が提供される。
【０１２５】
密接に関係する一態様においては、送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定する方法であって、各信号が複数の送信機および組み込まれた送信機を含む複数の送信機のうちのそれぞれの送信機によって送信される、複数の信号を受信すること、および組み込まれた送信機によって送信される信号のパルス繰返し周波数に応じて、組み込まれた送信機によって送信される受信信号と任意の追加の受信信号とを区別することを含み、組み込まれた送信機によって送信される受信信号が、好ましくは少なくとも１つの超広帯域パルスを含む方法が提供される。
【０１２６】
区別するステップは、好ましくは、信号の固有特性に応じて区別することを含む。固有特性は、信号のパルス繰返し周波数でよく、固有特性は、パルス位置変調特性でもよく、信号は、時分割多重化することができる。
【０１２７】
好ましくは、この方法は、検出クロックに応じて信号を検出すること、および選択された信号周波数に応じて検出クロックを設定し、それによって選択された信号周波数を有する信号が優先的に検出されることをさらに含む。この方法は、好ましくは、選択された信号周波数と受信信号との間の周波数誤差を検出すること、および周波数誤差を補償することをさらに含む。周波数誤差を検出するステップは、連続パルスのピークに対応する受信信号中の連続ピーク間の間隔に応じて信号周波数を推定すること、および推定信号周波数を検出周波数と比較することを含むことができる。周波数誤差を検出するステップはまた、あるいは代わりに、連続したサンプルの位相差に応じて推定信号周波数を計算すること、および推定信号周波数を検出周波数と比較することを含むこともできる。周波数誤差を補償するステップは、推定周波数誤差によってもたらされる、予想される信号の形を表す整合フィルタ原型を作成することを含む。
【０１２８】
この方法は、好ましくは、複数の場所における信号の受信の間隔を決定し、それによって物体の角位置を決定することを可能にすることをさらに含む。間隔を決定するステップは、少なくとも１対の場所で受信される信号を相互相関させること、および相互相関結果に応じて間隔を決定することを含むことができる。あるいは、間隔を決定するステップは、整合フィルタを複数の場所で受信される信号に適用すること、および整合フィルタの出力に応じて時間差を決定することを含むことができる。
【０１２９】
本発明の関係する一態様においては、複数の場所で信号を受信すること、受信信号を表す出力信号を生成する場所で受信された信号を検出すること、および複数の場所で受信される信号間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって物体の角位置を決定することを含む方法が提供される。受信信号は、その周波数の５％、１０％、または２０％よりも大きい帯域幅を有することができる。
【０１３０】
密接に関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定する方法であって、複数の受信エレメントを含む受信機器で信号を受信すること、および受信エレメントのうちの１つでの信号の受信と受信エレメントのうちの少なくとも１つの他の受信エレメントでの信号の受信との間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって物体の角位置を決定することを含む方法が提供される。
【０１３１】
この方法が、物体に向けてプローブ信号を送信すること、および物体からのプローブ信号の反射を受信することをさらに含む場合、プローブ信号を送信するステップは、物体で送信される信号と異なる信号を送信することを含むことができる。この方法は、プローブ信号を符号化し、それによってそれを物体から受信された信号と区別することができることをさらに含むことができる。
【０１３２】
また、この方法は、プローブ信号によって照射された物体の位置情報を決定することをさらに含むこともできる。好ましくは、この方法は、次に、照射された物体の位置情報を、少なくとも１つの既知の物体に関する位置情報と比較し、それによって異常な物体を識別することができることをさらに含む。この方法は、比較の結果に応じて警報信号を生成することをさらに含むことができる。その物体または各物体は、好ましくは、受信機器で受信される信号を送信する物体を含む。
【０１３３】
また、本発明は、物体に関する位置情報を決定する方法であって、受信手段および送信手段を、単一のハウジング内に、または共通の基板上に配置すること、送信手段を使用して、物体に向けてプローブ信号を送信すること、物体からのプローブ信号の反射および物体に関連する送信機によって送信される信号のうちの１つであり、好ましくは超広帯域信号パルスである信号パルスを受信手段で受信すること、および受信信号パルスに応じて、物体の角位置をそこから決定することができる出力を生成することを含む方法も提供する。
【０１３４】
本発明の他の態様においては、信号を送信する物体を求めて検出体積内を検索する方法であって、複数の場所で信号を受信すること、受信信号を表す出力信号を生成する場所に到着する信号を検出すること、および複数の場所で受信される信号の間の間隔を決定し、それによって物体の存在およびその角位置を決定することができることを含む方法が提供される。
【０１３５】
密接に関係する一態様においては、信号を送信する物体を求めて検出体積内を検索する方法であって、距離ゲートを設定するステップと、少なくとも１つの信号が複数の受信エレメントを含む機器で受信された場合、かかる少なくとも１つの信号を検出するステップと、複数の受信エレメントのうちの１つで受信された少なくとも１つの信号と複数の受信エレメントのうちの他の受信エレメントまたは他の各受信エレメントで受信された少なくとも１つの信号との間の間隔を決定するステップと、距離ゲートを変化させるステップと、検出するステップおよび決定するステップを繰返し、それによって物体からの信号の送信が機器と同期化されているかどうかに関係なく、物体の存在およびその角位置を決定することができるステップとを含む方法が提供される。
【０１３６】
この方法は、所与の距離ゲート内の信号を検出すること、および距離ゲートを変化させ、それによって受信機器と同期化されていない物体を検出することができることをさらに含むことができる。
【０１３７】
この方法は、好ましくは、受信機器を同じ機器で較正することをさらに含む。
本発明の関係する一態様においては、物体に関する位置情報を決定する方法であって、物体で送信された信号を受信機器で検出すること、受信信号を表す出力信号を生成すること、および受信機器を同じ機器で較正することを含む方法が提供される。この方法は、好ましくは、基準送信機から信号を受信すること、および受信基準信号を表す信号を出力することをさらに含む。この方法は、物体において送信される信号の到着時間と基準送信機において送信される信号の到着時間との間のタイミング差を表す信号を出力することをさらに含むことができる。
【０１３８】
受信機器を較正するステップは、共通クロック信号に応じて検出手段をトリガすることを含むことができ、そのケースでは、この方法は、共通クロック信号の受信からの所定の時間オフセットで受信信号の走査を開始することをさらに含むことができる。
【０１３９】
好ましくは、この方法は、複数の角位置測定に応じて物体の変位を決定することをさらに含む。この方法は、減衰媒体を介して伝送される信号を受信し検出することをさらに含むことができる。
【０１４０】
本発明の他の態様においては、位置決め信号を送信する方法であって、信号を生成すること、および信号を送信することを含み、信号が、上記の機器で使用するのに適している方法が提供される。
【０１４１】
本発明のさらに他の態様においては、位置決め信号を送信する方法であって、信号を生成すること、および信号を送信することを含み、信号が、上記の方法で使用するのに適している方法が提供される。
【０１４２】
この信号は、上記の特性繰返し周波数を有するパルス列を含むことができる。
この方法は、区別入力に応じて生成信号の固有特性を変化させることをさらに含むことができる。固有特性は、上記のとおりとすることができる。この方法は、信号を時分割多重化することをさらに含むことができる。信号帯域は、上記のとおりとすることができる。
【０１４３】
本発明の他の態様においては、上記の機器で使用するのに適した信号が提供される。
本発明の関係する一態様においては、特性パルス周波数を有するパルス列を含む信号であって、特性パルス周波数が、２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ、およびより好ましくは１０．５ＭＨｚ〜１３．５ＭＨｚであり、パルスが、０．５ＧＨｚ〜２４ＧＨｚ、好ましくは２ＧＨｚ〜１２ＧＨｚ、およびより好ましくは５．８ＧＨｚ〜７．２ＧＨｚの特性周波数を有する信号が提供される。
【０１４４】
好ましくは、この方法は、区別入力に応じて生成信号の固有特性を変化させることをさらに含む。好ましくは、固有特性は、信号のパルス繰返し周波数である。好ましくは、固有特性は、パルス位置変調特性である。好ましくは、この方法は、信号を時分割多重化することをさらに含む。好ましくは、この信号は、その周波数の５％、１０％、または２０％よりも大きい帯域幅を有する。
【０１４５】
上記と同様に、信号は、時分割多重化を使用して符号化してよく、パルス位置変調を使用して符号化してもよい。
本発明の他の態様によれば、物体に関する位置情報を決定するためのシステムにおいて使用するための機器であって、システムの受信機によって検出されるパルスシーケンスを送信するための送信機を含み、送信機が、パルスシーケンスの特性を変化させてデータを受信機に送信するように適合される機器が提供される。
【０１４６】
送信機によって放射されるパルスシーケンスの特性を変化させることによって、送信機と受信機の間でデータを送信することが可能となる。
好ましくは、パルスシーケンスの特性を変化させる速度は、パルス周波数よりも大幅に低い。このようにして、メッセージのデータ速度は、システム自体の無線周波数よりもはるかに低くすることができる。
【０１４７】
送信機は、パルスシーケンスのパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）を変化させるように適合させることができる。例えば、２つのパルス繰返し周波数を使用することにより、「０」または「１」を送信機によって送信することができる。ＰＲＦは、好ましくは、擬似ランダムに変化させる。複数の送信機が存在し、干渉を避けるためにそれぞれが異なるＰＲＦをもつ場合、変調は、各送信機ごとに異なるようにしてよく、変調の帯域幅は、各ＰＲＦチャネルの周波数帯域よりも小さくてよい。
【０１４８】
パルスシーケンスは、周期的に中断されてよい。受信機で中断のパターンを分析することにより、送信機によって送信される情報を決定することができる。例えば、送信は、特定の符号に対応する所定の期間、オンおよびオフに切り換えることができる。
【０１４９】
したがって、受信機で受信されるパルスから決定することのできる位置情報に加えて、パルスシーケンスの特性の変化を分析することにより、送信機によって送信される追加の情報を決定することもできる。
【０１５０】
このようにして、符号化されたメッセージを、送信機によって送信することができる。
データ送信は、好ましくは、ＰＲＦ変調によって行われる。これは、例えば、複数の送信機を区別するために使用することができる。各送信機は、この方法により、送信機を識別する情報を含む情報を送信することができる。この機構は、一般に、送信機と受信機システムの間でデータを送信するために使用することができる。
【０１５１】
送信機は、物体と関連付けることができる。このようにして、物体に関する位置情報ならびに追加情報を、送信されるパルスシーケンスから決定することができる。送信機は、タグ、好ましくは、上記の本発明の態様のいずれかに対応するタグと関連付けることができる。
【０１５２】
パルスシーケンスは送信データを含み、位置情報を決定するのに使用される送信信号とほぼ同じ周波数で送信することができる。
好ましくは、データを含むパルスシーケンスは、位置情報を決定するためにも使用される。
【０１５３】
送信データは、送信機のＩＤに関する情報を含むことができる。例えば、データは、送信機の識別子を含むことができる。送信機が物体と関連する場合、この情報を使用して、物体を識別することができる。
【０１５４】
この情報は、送信機と受信機の間で通信を確立するのに使用される識別子を含むことができる。
この機器は、送信機と受信機の間で通信を行うための手段をさらに含むことができる。例えば、この機器は、追加の通信を行うために、例えば送信機システムまたは受信機システムにおいて、別個の無線送信機を含むことができる。
【０１５５】
このような通信を使用して、例えば、送信機から、例えば物体に関する追加の情報を送信することができる。代わりに、またはさらに、この通信を使用して、システムがシステム設定を変更できるようにすることができる。例えば、送信機は、物体に関連したタグを含み、通信を使用して、タグ更新レートなどのシステム設定を変更することができる。
【０１５６】
機器は、パルスシーケンスの送信を行うための、かつ送信機と受信機の間の通信を行うために使用されるコンポーネントを含むことができる。
例えば、位置決定で使用される信号を伝送する場合と、伝達情報を伝送する場合とで伝送周波数が類似または同じである場合、ほぼ同じコンポーネントをどちらの伝送にも使用することができる。これには、システムのサイズと複雑さを大幅に低減させる潜在的な利点がある。
【０１５７】
本発明によれば、物体に関する位置情報を決定するためのシステムで使用される機器であって、物体の位置を決定するのに使用される信号を送信するための送信機を含み、かつ受信機に伝達情報を送信するための送信機をさらに含み、信号を送信するための送信機のコンポーネントが、伝達情報を送信するための送信機と共通である機器が提供される。
【０１５８】
好ましくは、２つ以上のコンポーネントが送信機に共通である。アンテナ、または信号生成回路、またはフロントエンドのいずれか、またはすべてを共通とすることができる。
本発明によれば、物体に関する位置情報を決定するためのシステムで使用される機器であって、物体の位置を決定するのに使用される信号を受信するための受信機を含み、かつ送信機から伝達情報を受信するための受信機をさらに含み、信号を受信するための受信機のコンポーネントが、伝達情報を受信するための受信機と共通である機器が提供される。
【０１５９】
好ましくは、２つ以上のコンポーネントが受信機に共通である。アンテナ、または信号受信回路、またはフロントエンドのいずれか、またはすべてを共通コンポーネントとすることができる。
【０１６０】
好ましくは、信号および通信は、ほぼ同じ周波数、好ましくは無線周波数である。
好ましくは、信号は、好ましくは、場合によってはパルス繰返し周波数変調によって信号を符号化または変調した、好ましくは物体の、識別子を含む。好ましくは、識別子はＭＡＣアドレスである。
【０１６１】
好ましくは、信号および通信はＵＷＢである。好ましくは、通信では標準通信プロトコルを使用する。そのようなプロトコルの例には現在、ＤＳＲＣおよびＩＥＥＥ ８０２．１１Ａが含まれる。好ましくは、通信は両方向である。
【０１６２】
上述の機器のいずれにおいても、送信機と受信機の間の距離は、好ましくは１００ｍ未満である。
本明細書に記載の技法は、受信機と送信機装置を含めた物体の間の距離がそれほど大きくない場合に、特に有用である。好ましくは、距離は、５０ｍ未満、好ましくは２０ｍ未満である。
【０１６３】
この機器は、データを受信し、他の送受信機または受信機の特性を検出し、その特性に応じてそれらにデータを選択的に送信するように適合された送受信機を含むことができる。好ましくは、その特性は位置である。
【０１６４】
本発明のこの態様は独立して提供することができ、物体に関する位置情報を決定するためのシステムで使用される機器であって、データを受信し、他の送受信機または受信機の特性を検出し、その特性に応じてそれらにデータを選択的に送信するように適合された送受信機を含む機器が提供される。好ましくは、その特性は位置である。
【０１６５】
例えば、高速道路の１車線上の車両に搭載された送受信機は、道路の該当する側の車両とのみ、道路工事に関するデータを送受信することができる。
送信機および／または受信機は、車両に搭載することができる。
【０１６６】
記載の技法は、車両の位置および方位の決定に対して具体的に適用され、それを使用することにより、例えば、車両間、車両から固定の沿道システムに、および／または固定の沿道システムから車両に、情報を転送することもできる。
【０１６７】
この機器は、車両の特性に関するデータを送信するように適合させることもできる。
例えば、物体が車両であり、車両に送信機が搭載されている場合、送信機は、車両に関する情報、例えば駆動性能、または例えば急ブレーキをかけているとの情報を送信することができる。この情報を、例えばその情報を送信する車両に近い他の車両で使用して、駆動方針、例えばブレーキ方針または事故回避方針を決定することができる。
【０１６８】
送信機を道路に設置し、受信機を車両に搭載することもできる。車両のレーダシステムは、それによって道路端の場所を決定することができ、この情報を使用して、車両の駆動方針を変更することができる。
【０１６９】
この機器は、送信機の位置に局部的な特性に関するデータを送信するように適合させることができる。例えば、送信機は、交通状況、天気状況、ローカルラジオ局、などに関する情報を送信することができる。
【０１７０】
本発明によれば、車両に関する位置情報を決定するのに使用される機器であって、車両の位置を決定するのに使用される信号を受信するための受信機を含み、かつ車両と関連した送信機から、車両の特性に関する情報に関係した伝達情報を受信するための受信機をさらに含み、受信情報を使用して駆動方針を決定するための制御システムをさらに含む機器がさらに提供される。
【０１７１】
本発明によれば、送信機が包装品を位置決定するために使用され、送信機が包装品の特性に関するデータを送信するように適合される、上記の機器を含む在庫管理システムであって、その機器が、受信データを使用して商品をどこに格納すべきか、またはいつそれらを取り出すべきかを決定するための制御システムをさらに含む在庫管理システムがさらに提供される。
【０１７２】
本発明によれば、物体に関する位置情報を決定するための方法であって、パルスシーケンスを生成すること、データを送信するためにパルスシーケンスの特性を変化させること、およびシステムの受信機によって検出されるパルスシーケンスを送信することを含む方法がさらに提供される。
【０１７３】
本発明によれば、上記の方法を実施するように適用されるコンピュータプログラム製品、およびコンピュータプログラム製品を有形に実施するコンピュータ可読媒体が提供される。
【０１７４】
本発明によれば、上記の機器または方法で使用される信号が提供される。
本発明の上記のありとあらゆる態様において、例えば位置情報を決定するための、識別子を伝送するための、および通信するための、いくつかまたはすべての伝送は、超広帯域でよい。
【０１７５】
本発明の他の態様においては、上記の任意の方法を実施し、上記の任意の機器を実装するように適合されるコンピュータプログラム製品が提供される。本発明では「コンピュータプログラム製品」という語は、好ましくは、（マイクロプロセッサ、ＤＳＰ、カスタム集積回路、マイクロコントローラなどの）プロセッサで実行されたときに、該当する方法が実施されるようにする、コンピュータ可読形態のデータを意味する。この語は、好ましくは、（ＪＡＶＡなどの）インタープリタ言語、（コンパイルされるＣ＋＋などの）コンパイル言語、および機械語を含む。
【０１７６】
本発明の他の態様においては、上記のコンピュータプログラム製品を有形に実施するコンピュータ可読媒体が提供される。
本発明のさらに他の態様においては、上記のコンピュータプログラム製品を有形に実施する信号が提供される。
【０１７７】
本発明は、実質上、添付の図面に即して本明細書に記載される方法および／または機器を包含する。
本発明の１つの態様における任意の特徴は、任意の適切な組合せで、本発明の他の態様に適用することができる。具体的には、方法の態様は、機器の態様に適用することができ、その逆も同様である。
【０１７８】
本発明の好適な特徴を対応する図面を参照して、純粋に例示として、以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】位置決めシステムの第１の実施形態の概要図である。
【図２】３つ以上の受信ユニットが使用される位置決めシステムの略図である。
【図３】図２で示されているコンポーネントの相互接続を示す略図である。
【図４】位置決めシステムの第２の実施形態の略図である。
【図５】位置決めシステムの第３の実施形態の略図である。
【図６】位置決めシステムにおける能動物体の概要図である。
【図７】図６の物体をより詳細に示す略図である。
【図８】位置決めシステムにおける受信ユニットの概要図である。
【図９】図８の受信ユニットをより詳細に示す略図である。
【図１０】図９の受信ユニットにおける４つの受信機チャネルのうちの１つの略図である。
【図１１】位置決めシステムにおける制御ユニットの略図である。
【図１２】位置決めシステムにおける受信ユニットのための例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１３】位置決めシステムにおける受信ユニットのための代替の例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１４】送信機から等距離にある受信機のための異なる３つの信号検出シナリオを示すタイミング図である。
【図１５】図１４の１つの検出サイクルにおけるＲｘ１受信ユニットのサンプリング動作を示すタイミング図である。
【図１６】受信ユニットにおけるセンサアレイの平面図である。
【図１７】送信機コンポーネントを含む、図１６のシステムの一変形形態を示す図である。
【図１８】動作時におけるセンサアレイの側面図である。
【図１９】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２０】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２１】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２２】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２３】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２４】整合フィルタの動作を示す様々な信号の図である。
【図２５】整合フィルタを使用した、１つのセンサからのデータに対する処理を示す図である。
【図２６】受動モードの動作で送信されるパルスの例である。
【図２７】受動モードの動作で送信されるパルスの例である。
【図２８】位置決定と通信が組み合わされたシステムの一例を示す図である。
【図２９】位置決めシステムにおいて受信ユニットで使用するための検出アルゴリズムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１８０】
能動物体（つまり、送信機、すなわち「タグ」が組み込まれている物体）の位置を決定するためのシステムについて、以下に説明する。いくつかの実施形態においては、このシステムを使用して、受動物体（すなわち、送信機が組み込まれていない物体）の位置を決定することができる。
【０１８１】
システムの構成についてまず説明してから、受信ユニット（タグ信号を検出するのに使用されるセンサ）、送信物体（タグ自体）、および制御ユニットについて説明する。
その後、システムコンポーネントの相対タイミングに関する情報、受信ユニットの較正、および送信信号のチャネル化を含めた、位置決めシステムの設計の根底となる原則について説明する。
【０１８２】
さらにその後、制御ユニットにおける信号の処理（具体的には、整合フィルタリングプロセス）、差動タイミングセンサアレイの構成、受動モードでのシステムの動作、および位置決めシステムの可能なアプリケーションの説明に関してより詳細に説明する。次に、適切な検出アルゴリズムの実装に関して詳細に説明する。最後に、検出アルゴリズムの代替機能についていくらか論じる。
【０１８３】
まず、位置決めシステムの概要について説明する。
位置決めシステムの構成
図１は、位置決めシステムの第１の実施形態の概要図である。図１を参照すると、位置決めシステム１００は、位置決定すべき物体１０２、物体１０２と関連しまたはそれに含まれ、信号１０６を出力する送信機１０４、および１対の受信機器２００、２０２、および制御ユニット３００を含む。受信機器２００、２０２は、データリンク３０２、３０４によって制御ユニット３００に接続されている。より詳細に後で論じるように、このシステムの諸変形形態は受動モードで動作させることができ、その場合、送信機は物体から離れて配置され、受信機で受信される信号は、送信された信号の物体からの反射である。
【０１８４】
受信機器２００、２０２は、リンク３０２、３０４を介して制御ユニット３００に、受信ユニットで受信された信号１０６を表すデータを渡す。次いで制御ユニットは、受信ユニットから受信したデータを処理し、その結果、各受信ユニットに関して物体の角位置が決定される。角位置は、方位角および仰角で測定される。最後に、制御ユニットは、受信ユニットの場所を知っており、角位置を三角測量し、その結果、物体１０２の３次元位置が算出される。その後の３次元位置の用途は、後述するように、システムの具体的アプリケーションに依存する。
【０１８５】
角位置情報を使用して物体の変移（例えば、３次元位置）を計算するには、（２対の方位角および仰角など）単に２つの角位置測定が必要とされ、したがって、単に２つの受信ユニットが必要とされる（図１参照のこと）。さらに、いくつかの改良を行った場合（以下参照）、１つの受信ユニットだけ必要である。ただし、２つ以上の受信ユニットを使用すれば、システムの精度および到達距離を改善することができる。
【０１８６】
図２は、２つ以上の受信ユニットが使用される位置決めシステムの略図である。図２においては、４つの受信ユニット２００、２０２、２０４、２０６が、およそ一辺１０メートルの正方形である検出区域１０８内に配置されている。検出区域において２つの能動物体１０２、１１０が示されている。受信ユニット２００、２０２、２０４、２０６の有効到達距離は１０メートルである。物体と受信ユニットの間に破線が示されており、その破線は、受信ユニットとその検出距離内に各物体が配置されていることを示している。
【０１８７】
図３は、図２で示されているコンポーネントの相互接続を示す略図である。図３を参照すると、第１の物体１０２および関連する送信機１０４、第２の物体１１０および関連する送信機１１２、４つの受信ユニット２００、２０２、２０４、２０６、およびデータリンク３０２、３０４、３０６、３０８を介して４つの受信ユニット２００、２０２、２０４、２０６にそれぞれ接続されている制御ユニット３００が示されている。
【０１８８】
受信ユニットおよび物体の幾何形状により、第１のオブジェクト１０２は、４つの受信ユニット２００、２０２、２０４、２０６すべてから検出され、第２のオブジェクト１１０は、３つの受信ユニット２００、２０２、２０４だけから検出される。どちらの場合も、少なくとも１つの角位置測定が冗長であり、それを使用して、位置決め測定全体の精度を向上させることができる。
【０１８９】
受信ユニットのその他の数および構成も、もちろん可能である。
再び図１を参照すると、受信ユニット２００、２０２を制御ユニット３００に接続するデータリンク３０２、３０４は、電線である。第１の実施形態の一変形形態においては、データリンク３０２、３０４は、受信ユニット２００、２０２と制御ユニット３００の間の無線リンクによって構成されるが、他の組合せも、もちろん可能である。
【０１９０】
図４は、位置決めシステムの第２の実施形態の略図であり、その場合、受信ユニットおよび制御ユニットが代替構成で相互接続されている。図４では、第１の受信ユニット２００が、追加の受信ユニット２０２、２０４、２０６と制御ユニット３００の間の通信ハブとして働く。第１の受信ユニット２００および追加の受信ユニット２０２、２０４、２０６および第１の受信ユニット２００と制御ユニット３００との間のデータリンク３０２の間のデータリンク３１０、３１２、３１４は、上記と同様に、電線、無線リンク、またはその他の方法でよい。
【０１９１】
図５は、位置決めシステムの第３の実施形態の略図である。図５では、制御ユニット３００が第１の受信ユニット２００内に配置され、その受信ユニット２００は、上記と同様に、データリンク３１０、３１２、３１４を介して追加の受信ユニット２０２、２０４、２０６に接続されている。
【０１９２】
制御ユニットおよび受信ユニットの動作については、さらに後で説明する。まず、図６および７を参照して、能動物体１０２についてより詳細に説明する。
能動物体の説明
図６は、位置決めシステムにおける能動物体の概要図である。図６では、物体１０２は、信号発生ユニット１２０に結合された送信機ユニット１０４を含み、これらのユニットが一緒に信号１０６を生成する。
【０１９３】
図７は、図６の物体をより詳細に示す略図である。図７を参照すると、送信機ユニット（すなわち「タグ」）１０４は、１つのアンテナ１１８を含み、１つの信号発生ユニット１２０は、水晶発振器１２２、フェーズロックループ（ＰＬＬ）回路１２４、パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）セレクタおよび電力インターフェース１２６、プログラマブルディバイダ１２８、パルス発生器１３０、フィルタ１３２、およびパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）出力ユニット１３４を含む。プログラマブルディバイダ１２８は、ＰＬＬセレクタおよび電力インターフェース１２６から供給されるＰＲＦ周波数に従って、水晶発振器１２２によって（ＰＬＬ回路１２４を介して）駆動され、次にはパルス発生器１３０を駆動し、その出力がフィルタ１３２によってフィルタリングされ、その後、アンテナから送信される。ＰＲＦ出力ユニット１３４は、物体に、その現在のＰＲＦ設定を報告する手段を提供する。好ましい実施形態においては、ＰＲＦ出力ユニット１３４は使用されず、省略することができる。
【０１９４】
好ましい実施形態においては、物体１０２は、例えば在庫品や会社のスタッフの一員などの対象アイテムに取り付けられる。したがって、使用時に、接着剤や機械的取付け具などの任意の適切な手段によって、物体１０２をそのようなアイテムに取り付けることができる。あるいは、物体１０２は、そのようなアイテムを含むことができる。また、物体１０２は、他の（おそらく関係した）目的で、追加の回路を含むこともできる。
【０１９５】
送信機ユニット１０４および信号生成ユニット１２０（および具体的にはＰＲＦの使用）の動作については、後で説明する。まず、受信ユニット２００について、図８および９を参照して、より詳細に説明する。
【０１９６】
受信ユニットの説明
図８は、位置決めシステムにおける受信ユニットの概要図である。図８では、受信ユニット２００は、送信信号１０６を受信するための受信機コンポーネント２１０、信号１０６を検出するための、受信機コンポーネントに結合された検出器コンポーネント２３０、および信号を処理し、処理結果をデータリンク３０２を介して制御ユニット３００（図示せず）に出力するための受信機側処理ユニット２６０を含んでいる。
【０１９７】
図９は、図８の受信ユニットをより詳細に示す略図である。図９では、受信ユニット２００中の受信機コンポーネント２１０は、注意深く選択され間隔の空いた場所における送信信号１０６を受信するための４つのアンテナ２１２、２１４、２１６、２１８を含み、検出器コンポーネント２３０は、アンテナ２１２、２１４、２１６、２１８に結合された送信機ユニット２３２と、送信機ユニット２３２と受信機側処理ユニット２６０に結合されたタイムベースユニット２３４とを含み、その受信機側処理ユニット２６０はデータリンク３０２に接続されている。
【０１９８】
後でより詳細に説明するように、差動タイミング技法を使用して送信物体の角位置を計算する。送信物体の信号が受信ユニットで受信されると、受信ユニットは複数の受信信号を分析する必要がある。したがって、アンテナ２１２、２１４、２１６、２１８は、検出器コンポーネント２３０によって各アンテナごとに別々の出力が提供されるように、検出器コンポーネント２３０においてそれぞれ自分の別個のチャネルを有する。
【０１９９】
好ましい実施形態の諸変形形態においては、互いに異なるシステムを使用して、物体の角位置を検出する。そのような一変形形態では、検出空間を継続的に走査させる指向性アンテナが提供される。
【０２００】
図１０は、４つの受信機チャネルのうちの１つの略図である。図１０を参照すると、受信機コンポーネント２１０、送信機ユニット２３２、およびタイムベースユニット２３４におけるチャネル２４０は、アンテナ２１２と、それに直列に接続された、無線周波数（ＲＦ）バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２４２、低ノイズアンプ（ＬＮＡ）２４４、追加の無線周波数バンドパスフィルタ２４６、サンプラ２４８、音声バッファアンプ２５０、音声帯域フィルタ（ＢＰＦ）２５２、音声アンプ２５４、追加の音声帯域フィルタ２５６、サンプルアンドホールド段２５８、および受信機側処理ユニット２６０とを含む。タイムベース制御ユニット２６２は、受信パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）クロック２６４、および受信システムクロック２６６によって駆動され、サンプラ２４８、サンプルアンドホールド段２５８、および受信機側処理ユニット２６０に接続されている。
【０２０１】
好ましい実施形態の一変形形態においては、１つのクロック源が、ＰＲＦクロック２６４および受信システムクロック２６６を置き換え、その場合、クロック分割回路を使用して、各該当段階で必要なクロック周波数を得る。
【０２０２】
動作においては、アンテナ２１２に到着する無線周波数信号が音声周波数デジタル信号に変換され、データリンク３０２によって制御ユニット３００に出力される。制御ユニット３００が、受信ユニット２００のシステムステータスを問い合わせること、および必要に応じてシステム管理作業を実施することを可能にするために、主データリンク３０２に加えて低帯域幅制御データリンク（図示せず）が提供される。
【０２０３】
受信機側処理ユニット２６０は、各チャネル２４０のサンプルアンドホールド段２５８に接続され、かつ（高速マイクロコントローラおよび関連メモリなどの）処理回路にも接続されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含んでいる。処理回路は、４つのチャネルから４つの出力を受け取り、各アンテナ、すなわち２１２、２１４、２１６、２１８から受信した信号に関する該当する処理を行って、検出された信号源に関する方位角および仰角を決定する。処理ユニット２６０は、検出された角度のデジタル表現をデータリンク３０２を介して制御ユニット３００に送り、他の受信機２０２、２０４、２０６から送られた同様のデータに関連する追加の処理を行う。
【０２０４】
好ましい実施形態の一変形形態においては、受信機側処理ユニット２６０が省略され、その代わりに、サンプルアンドホールド段２５８からのアナログ信号が、リンク３０２を介して制御ユニット３００に含まれているアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）に送られる。ＡＤＣは、タイムベース制御ユニット２６２からのタイミング信号によって、または制御ユニット３００で生成されたタイミング信号によって、駆動することができる。この変形形態では、制御ユニット３００は、すべての受信機に対する、すべての方位角および仰角処理を行う。
【０２０５】
他の変形形態においては、受信機側処理ユニット２６０は、基本的に単なるアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み、その結果、各アンテナ２１２、２１４、２１６、２１８で受信された信号を表す信号が、デジタル化された形式で制御ユニットに送られる。
【０２０６】
位置決めシステムの様々な諸態様についてさらに説明する前に、図１１を参照して、制御ユニット３００についてより詳細に説明する。
制御ユニットの説明
図１１は、位置決めシステムにおける制御ユニットの略図である。図１１では、入出力インターフェース３２０が、データリンク３０２、３０４を介して２つの受信ユニット（図示せず）に接続されている。入出力インターフェース３２０は、コンピュータ３３０に結合されている。
【０２０７】
好ましい実施形態においては、コンピュータ３３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）および記憶媒体（ハードディスクおよび／またはメモリの組合せ）および入出力インターフェース３２０への接続を含んでいる。該当する処理が、ＣＰＵによってカスタム処理ソフトウェアを使用して実行され、その処理の結果が、画像表示で、あるいはコンピュータ可読形式で利用可能になる。
【０２０８】
低コストで実装するのに適した、好ましい実施形態の一変形形態においては、コンピュータ３３０は、標準ＰＣであり、入出力インターフェース３２０は、２×４チャネルのアナログデータ収集ＰＣＩカードであり、このＰＣＩカードは、例えば受信ユニット（上記参照）に必要とされるデータリンクのタイプに依存する出力機能を、有しても、有さなくてもよい。いくつかの変形形態における処理は、基本的にＰＣ上で走る（例えば、ＭＡＴＬＡＢプログラム上で走るプログラムなどのインタープリタ型プログラム、またはコンパイルされたスタンドアロンプログラムなどの）数理計画法ソフトウェアによって実行することができる。他の組合せも、もちろん可能である。異なる数の受信ユニットを有する構成では、より多くの数の入力を有するデータ収集カード、および／またはより多くの数のデータ収集カードを使用することができる。好ましい実施形態の諸変形形態においては、受信ユニットが、該当する情報を多重化し、かつ／またはそれをＰＣに送り、したがって、制御ユニット３００への物理入力の数を低減することができる。他の諸変形形態においては、受信ユニットの出力がアナログ領域で多重化され、制御ユニット３００内で逆多重化される。
【０２０９】
好ましい実施形態の他の一変形形態においては、コンピュータ３３０は、ＡＳＩＣチップなどの専用ハードウェアまたはマイクロコントローラチップと、１つまたは複数の受信機ユニットから受信された情報を処理するための関連する回路とを含む。例えば、コンピュータ３３０を使用して、１つまたは複数の物体の変位を決定し、かつ／または追加のアプリケーション固有のタスクを実行することができ、受信機ユニット２００の受信機側処理ユニット２６０において、角位置が決定される。
【０２１０】
好ましい実施形態においては、処理の結果を適切なコンテキストで共用することを可能にするために、コンピュータ３３０は、追加のコンピュータおよび／またはネットワークに接続される。
【０２１１】
４つの受信機／検出器チャネルの出力を送信するインターフェースに加えて、受信ユニットにおいて、また制御ユニットにおいても通信インターフェースが提供され、その結果、（クロック信号（以下参照）などの）制御信号を、制御ユニットと受信ユニットの間で受け渡すことが可能になる。通信インターフェースは単純なＲＳ２３２シリアルリンクであるが、好ましい実施形態の諸変形形態においては、イーサネット、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（および、その他の無線プロトコル）、および並列接続などの、プロトコルおよびシステムが使用される。
【０２１２】
次に、位置決めシステム設計の根底をなす基本原理について、以下で論じる。
位置決めシステムの設計の根底をなす原理
このシステムは、能動物体（すなわち「タグ」）の最大検出距離が１０ｍであるように設計されている。（３０ｍ以上など）より長い検出距離も可能であるが、より高い出力およびより複雑さが必要となり得るので、コストが増大し複雑化するという犠牲を伴う。
【０２１３】
効率上および性能上の理由により、タグは、自分の位置をパルスを使用して通知し、そのパルスの相対帯域幅（すなわち、パルス周波数と比べた場合のパルス帯域幅のサイズ）は、例えば１０％よりも大きく、（２０％、３０％、４０％、またはそれ以上など）さらに大きくてもよい。そのようなパルスの伝播特性は、例えば、いわゆる狭帯域パルスでは伝播性能が低くかつ／または予測が非常にしづらいことがある場合にも、屋内用途において比較的好ましくなり得る。パルスは、特性パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で放射される。等価なパルス繰返し時間（ＰＲＰ）は、ＰＲＦの逆数であり、連続したパルス間の遅延を定義する。
【０２１４】
しかしながら、比較的低い空間分解能が許容される好ましい実施形態の諸変形形態においては、パルスを、こうした「狭帯域」周波数に限定することができる。このような場合、パルスの相対帯域幅は、例えば、実質上１０％未満（およびさらには１％未満）とすることができる。
【０２１５】
差動タイミング検出システムは、送信機におけるパルスの送信と受信機におけるパルスの受信の間の時間遅延（この遅延は、送信機と受信機の間の距離を示すことになる）を考慮する必要がないが、その代わりに、個々のパルスの受信の相対タイミング（この相対タイミングにより、送信機の角位置を決定することが可能になる）を考慮する必要がある。各センサに関して異なるタイミング検出器を使用して物体の角位置を計算し、次いで測定された角位置の三角測量を行うことにより、一般的なシステムにおいては約６０〜８０ｃｍの精度まで、物体の変位を決定することができ（ただしこれは、受信ユニットの数と近さ、周波数誤差の大きさ、および受信された信号の信号対雑音比などの要因に従って変わり得る）、これは多くの追跡作業にとって十分な分解能である。
【０２１６】
しかし、システム中の各受信ユニットを同期させることによってシステムの精度を向上させ、したがって、各受信機ユニットにおける複数の受信機チャネル間の受信パルスの差動タイミングを測定することに加えて、個々の受信機ユニット間の受信パルスの差動タイミングを測定することができる。受信ユニット（以下参照）を同期させるために、どのパルスがどの受信ユニットによって受信されたかに関するあいまいさを回避すべく、送信機ＰＲＦに制約が課される。
【０２１７】
そのようなあいまいさを回避するために、パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）の逆数であるパルス繰返し時間（ＰＲＰ）が、パルスの到着時間の最大差の２倍を越える必要があり、この場合、パルスの到着時間の最大差は、最大検出距離を進むパルスにかかる時間である（すなわち、ｍ／ｃ。ただし、ｍは最大検出距離、ｃは光の速度）。
【０２１８】
システムの最大検出距離が１０メートルの場合、２つの受信機間の信号の到着時間の最大差は、約３３ナノ秒（ｎｓ）であり、したがって、解決される到達距離のあいまいさを回避するために、その送信機のパルス繰返し時間（ＰＲＰ）を、６６ｎｓよりも大きくする必要がある。
【０２１９】
システムの最大検出距離がより大きい、例えば３０メートル以上の場合、２つの受信機間の信号の到着時間がより長くなり（到達距離３０メートルの場合、約１００ナノ秒）、その結果、ＰＲＰを大きくする必要がある（例えば、到達距離３０メートルの場合、少なくとも２００ｎｓ）。ＰＲＰに応じて同様の変更を計算に加えることにより、本明細書で論じる原理を、そうしたより大きな最大到達距離にも適用することができる。
【０２２０】
システムコンポーネントの相対タイミング
図１２は、位置決めシステムにおける受信ユニットのための例示的なタイミングを示すタイミング図である。図１２では、送信パルス４００、対応する受信パルス４１０、および受信機ＰＲＦクロックパルス４２０が、時間に対して描画されている。送信パルス４０２、４０４、４０６は、ＰＲＰ４３０だけ隔てられている。受信パルス４１２、４１４、４１６は、送信パルス４０２、４０４、４０６に対して、時間オフセット４３２で受信される。可能性のある到達距離のあいまいさ４３４も示されている。下方の描画は、受信機の走査を開始するのに使用される受信機ＰＲＦクロックの出力を示す。送信機ＰＲＦクロックと受信機ＰＲＦクロックの間が非同期の関係であるので、受信機ＰＲＦクロックは、送信機クロックに対して任意の時間オフセット４３６をもつ。ＰＲＦクロックパルス４２２、４２４、４２６が送信され、同じパルス４１２、４１４、４１６が受信される間に、時間オフセット４３８が経過する。
【０２２１】
図１２では、受信機が掃引を開始した後、（時間において）最近のパルスが受信され、到達距離遅延（すなわち、送信機と受信機の間の到達距離に比例する、パルスの送信と受信の間の遅延）４３２が、測定時間４３８と時間オフセット４３６の和（すなわち、実距離＝測定＋オフセット）に等しくなることが見てとれる。
【０２２２】
図１３は、位置決めシステムにおける受信ユニットのための代替の例示的なタイミングを示すタイミング図である。図１３は、（時間において）最近のパルスが受信された後、受信機が掃引を開始することを除き、図１２と同じ構成をもつ受信ユニットのためのタイミング図を示している。図１３では、送信パルス４００、対応する受信パルス４１０、および受信機ＰＲＦクロックパルス４２０が、時間に対して再度描画されている。この場合、到達距離遅延（すなわち、送信機と受信機の間の到達距離に比例する、パルスの送信と受信の間の遅延）４３２が、測定時間４３８と時間オフセット４３６の和からＰＲＰを引いたもの（すなわち、実距離＝測定＋オフセット−ＰＲＰ）に等しくなることが見てとれる。
【０２２３】
受信ユニットが同期化されている場合、制御ユニットは、複数の受信ユニットから受信した情報を使用して、各受信ユニットごとに、当該ユニットにおけるパルスの送信とパルスの受信の間の遅延（つまり、タイムオフセット４３８、すなわち上式中の「オフセット」）を決定する。次に、この情報を使用して、上式に従って、可能な２つの到達距離遅延４３２（「実距離」）が計算される。ＰＲＰに課された制約（上記参照）があるので、計算された到達距離遅延４３２のうちの１つは、最大可能遅延（この例では３３ｎｓ）を超過し、排除することができる。（あいまいではなくなった）計算された到達距離遅延４３２を光の速度で乗算して、該当する受信ユニットと送信機の間の距離の測定値を得る。到達距離測定値を使用して、角位置情報を用いて生成された位置推定値を修正することにより、システムの分解能が、約１〜２センチメートルの精度まで高まる。
【０２２４】
精度を高めることを可能にするために、連続した受信信号間の遅延を測定することにより、追加の情報を導き出すことができる。したがって、サンプリングされたデータ内に少なくとも２つの受信パルスが含まれるように、サンプリング時間を選択する。
【０２２５】
好ましい実施形態では、マージンを十分にとるために、８３ｎｓのＰＲＰが得られる１２ＭＨｚの最大パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）が使用される。送信機の相対タイミングがわからないので（受信ユニットが同期化されていない場合）、受信機は、送信機のＰＲＦ時間全体を（上記のように、少なくとも２つのパルスをカバーするために）２回掃引し、かつ、送信パルスの一部が失われないようにするために小さな重複部分を掃引する必要がある。したがって、２３０ｎｓの時間掃引が選択される。各時間掃引後、検出コンポーネントに回復時間を与えるために、検出コンポーネントは、周波数３ＭＨｚ（すなわち、３３３ｎｓのＰＲＰに等価である）で動作する。ただし、好ましい実施形態の諸変形形態においては、検出コンポーネントは、信号ＰＲＦと同じ周波数で作動し、あるいは信号ＰＲＦの異なる倍数、例えば、信号ＰＲＦの２分の１、３分の１、または５分の１（など）で作動する。
【０２２６】
図１４は、送信機から等距離の受信機のための、異なる３つの信号検出シナリオを示すタイミング図である。図１４では、送信パルス４００、送信機から等距離の３つの受信ユニットＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３で同時に受信される対応するパルス４１０、および３つの異なる受信ユニットのサンプリング状態の表現４５０、４５２、４５４が、時間に対して描画されている。送信パルス４０２、４０４、４０６は、ＰＲＰ（図示せず）によって隔てられており、上記のとおりその長さは８３ｎｓである。受信パルス４１２、４１４、４１６は、送信パルス４０２、４０４、４０６に対して、時間オフセット４３２で受信される。受信ユニットの描画４５０、４５２、４５４は、走査開始（ＳｏＳ）位置（各受信機ごとに最初の２つの走査開始位置４６０、４６２、４６４、４６６、４６８、４７０が含まれる）を示し、各走査の持続時間を上り傾斜として表す。（サンプル走査中に発生することから）受信パルスを検出できるいくつかの点が、マーカ４８０、４８２、４８４、４８６で示されている。また、単一スキャン４９０の長さおよび単一サンプリングサイクル４９２の長さも図に示されている。
【０２２７】
サンプル走査中、３つの信号検出シナリオのそれぞれで、少なくとも２つのパルスが検出されることが見てとれる。各２３０ｎｓのサンプル掃引で、段階的に増やすことで（２３０ｎｓ×ｃ（光の速度）から導出される）距離６９メートルを事実上走査することになり、そのような各段階をレンジビンと呼ぶ。
【０２２８】
図１５は、１つの検出サイクルの過程にわたって（すなわち、制御ユニットに出力するための１組のデータを生成する過程にわたって）、図１４のＲｘ１受信ユニットのサンプリング動作を示すタイミング図である。図１５では、受信ユニットのサンプラの状態の表現４５０が示されており、（走査開始（ＳｏＳ）からの時間オフセットから導出される）走査範囲５００が描画されている。描画中に示した高さ５０２は、あるレンジビンに対応する。上記と同様に、走査の掃引が、捜査開始（ＳｏＳ）位置４６０、４６２、および傾斜を定義する走査位置５０４（等々）の最後で示されている。サンプル掃引５０８の持続時間（この場合、上記のように２３０ｎｓ）およびサンプル掃引時間５１０（この場合、上記のように３３３ｎｓ）が示されている。また、ドウェル時間５１２および全掃引時間５１４も示されている。
【０２２９】
上記のように、センサが走査しサンプルする空間内の到達距離が、レンジビンに分割される。受信ユニットは、各サンプルに小さな時間オフセットを加えることによってこの到達距離を走査し、受信機ユニットのＰＲＦクロックが事実上オフセットされ、到達距離が走査される速度がこのオフセットによって決定される。センサの更新速度は４０Ｈｚである。
【０２３０】
タイムベース制御２６２は、図１０に示したサンプラ２４８コンポーネントおよびサンプルアンドホールド２５８コンポーネントのタイミングを制御し（また、受信機側処理ユニット２６０にサンプルパルスも提供し）、上記の必要なクロック調整を実施する。
【０２３１】
検出器出力の帯域幅は４０ｋＨｚ（音声周波数と同じ次元の大きさ）である。サンプル出力帯域幅は、走査速度、受信機と送信機のクロック差（これは１ｐｐｍ（百万分率）内に抑えることができる）、および受信ユニットに相対的な送信機の移動によって生じる任意のドップラー周波数偏移によって決まる。
【０２３２】
送信機と受信機の間の最大相対速度を毎秒１０メートルと仮定すると（適用例の大多数にとって安全な仮定である）、単に４００Ｈｚのドップラー周波数偏移が生じることになり、無視することが可能である。また、サンプル出力帯域幅は、各レンジビンで費やされた時間−ドウェル時間、または１つのレンジビンでとられたサンプル数によっても決まる。好ましい実施形態では、１レンジビンあたり３６サンプルに対応するドウェル時間１２μｓを使用するが、他のドウェル時間を使用することもできる。
【０２３３】
サンプル出力帯域幅の選択に影響を与える残りの要因である、受信機と送信機の間のクロック差について、次に論じる。
タグの周波数精度（すなわち、受信機クロックと送信機クロックの間の整合の近さ）により、とりわけ、良好な信号対雑音比（ＳＮ比）を得るために所与の帯域幅信号に必要とされる処理量が決まる。ＳＮ比が高いと、精度が高まり、システムの検出距離が増大する可能性があり、一方、ＳＮ比が低いと、システムに累進的な誤差を生じさせる可能性がある。
【０２３４】
調査の後、１０メートルの検出距離を実現するのに十分な高ＳＮ比を実現し提供するためには、１ｐｐｍ（百万分率）未満の受信機と送信機の間の周波数差が可能であることが判明した。公称１２ＭＨｚのパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）では、１ｐｐｍの周波数差により、６ＧＨｚで６ｋＨｚの周波数誤差が生じる。周波数誤差の影響により、受信機のサンプラがレンジ「ビン」にいる時間中（すなわち、１２μｓのドウェル時間全体であり、その間３６のサブサンプルがとられる）、受信された（無線周波数範囲の）信号の位相が変化し、サンプラ出力が事実上変調される。
【０２３５】
例えば、信号がサンプルアンドホールドされる際の１２μｓの「統合時間」中、６ＧＨｚの入力信号の位相は、約２６°変化している。位相が変化することによる主な影響は、システムのＳＮ比が悪化する過程で、検出信号の振幅が減少することであるが、１２μｓのドウェル時間にわたる２６°の位相変化による振幅減少は、許容可能であることが判明している。例えばドウェル時間の増大によって生じる著しく大きい位相変化があると、信号がほとんど検出されなくなる程、ＳＮ比を悪化させる可能性がある。
【０２３６】
周波数ずれによって生じる別の結果は、距離誤差である。この距離誤差は、送信タグが一方のセンサに近く、他方から離れているときに明らかとなる。この距離誤差は、受信機の逐次時間サンプリングによって生じる。（１０メートルの到達距離に対応する）３３ｎｓの時間差を測定するのにかかる時間は、３．５ミリ秒（ｍｓ）である。この時間中、短距離受信機に対して、タグが３．５ｎｓ（３．５ｍｓの百万分の一）だけずれてしまうことになり、１メートルの距離誤差が生じる。この距離誤差は、目的によっては許容可能であるが、そうはいかないものもある。しかし、この誤差は、受信機データに現在存在する情報から送信機および受信機のＰＲＦの差を正確に測定することによって、補償することができる。これは、２４ｍｓの１掃引における１ｎｓよりも良好に測定することができ、０．０２ｐｐｍの周波数誤差および１．４ｃｍの距離誤差となる。
【０２３７】
次に以下に述べるように、予想される距離誤差を向上させるために、受信ユニットの較正を使用することは重要である。
受信ユニットの較正
上記の距離エラーは、システムの複数の受信ユニットによって出力されるデータに現在存在する情報から、送信機および受信機のクロック位相差を決定し、次に、得られた位相差について訂正することによって、補償することができる。
【０２３８】
好ましい実施形態においては、検出を同期化するために、すべての受信ユニットに共通クロックが提供される。図１４を参照すると、共通クロック信号によって、走査開始（ＳｏＳ）４６０、４６４、４６８、４６２、４６６、４７０などの位置がそろい、その結果、異なる受信ユニットのサンプル掃引を直接比較することができる。
【０２３９】
好ましい実施形態の一変形形態においては、少なくとも１つの参照タグが提供され、受信ユニットが非同期となる（すなわち、共通クロック信号によってリンクされない）。参照タグは、追跡すべき物体で使用されるタイプの送信機であり、既知の参照場所に固定されている。参照タグは、能動物体が追跡されるのと同じ方法で、チャネル化されている（すなわち、それらは例えば特性ＰＲＦで送信する）。各受信ユニットは、当該物体の信号に同調するだけでなく、参照タグにも同調し、すべての情報を制御ユニットに渡す。
【０２４０】
制御ユニットの制御の下、参照タグと当該物体の間で切り換えるためにＰＲＦの選択が行われるが、好ましい実施形態の諸変形形態においては、受信ユニットは、参照タグと当該物体に関する受信信号を多重化し、ほぼ同時に出力することができる。さらに他の一変形形態においては、参照タグと当該物体に関するＰＲＦが、受信ユニットの制御の下、例えば、複数の検出経路および／または検出クロックを使用して、同時に検出される。
【０２４１】
クロック信号は、制御ユニットに配置された検出クロックから提供され、所望のＰＲＦ周波数の所定の倍数で設定される。次に、受信ユニット中のタイムベース回路は、その内部クロックの位相を進める（上述のように、別のレンジビンに移動する）ように、外部の検出クロックを使用し、適切に分割し、時にはパルスを無視して、内部クロックを駆動する。
【０２４２】
参照タグおよび受信ユニットの位置がわかるので、互いに異なる受信ユニットにおける参照タグパルスの到着の間の間隔もわかる。受信ユニットから受信したデータを使用することにより、制御ユニットは、測定された間隔を理論的な間隔と比較し、各受信ユニットにおける検出クロックの相対位相／クロックオフセットを決定することができる。
【０２４３】
受信ユニットを同期させるためにどちらかの較正方法を使用することにより、各受信ユニットと送信機の間のクロックオフセットのより正確な推定値を生成することができ、各受信ユニットにおける物体の送信信号の受信間の間隔を分析することによって、二次的位置推定も得ることができる。好ましい実施形態においては、各受信ユニットと物体の送信機の間のクロックオフセットは、１ｎｓの精度で測定することができ、約０．０２ｐｐｍの周波数誤差および約１．４ｃｍの距離誤差となる。
【０２４４】
１〜２ｃｍ程度の位置決め精度は、約７０ｃｍの較正を使用しない精度よりも大幅に高く、大多数の用途にとって十分である。
次に、送信信号のチャネル化についてより詳細に説明する。
【０２４５】
送信信号のチャネル化
好ましい実施形態においては、タグ識別（すなわち、特定の物体に関連する送信機によって送信される信号の識別）は、各物体に互いに異なるパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で信号を送信させることによって実現する。次に、受信ユニットを、制御ユニットの制御の下、タイムベース回路により、任意選択で共通クロック信号（上記参照）によって、該当するＰＲＦに「同調」させる。
【０２４６】
そのＰＲＦが受信ユニットの検出クロックのものと（異なる周波数整数倍であるが）整合する、選択された物体に対応する所望のタグ信号は、通常、上述のように受信される。互いに異なる、互換性のないＰＲＦをもつ他のタグ信号は、整合した信号とは異なるベースバンド周波数を有し、こうした信号は、受信機の周波数フィルタリングによって除去される。
【０２４７】
３ＭＨｚのスペクトル線間隔が得られる、（上記説明のように、１２ＭＨｚの送信機ＰＲＦの１／４となるように選択された）３ＭＨｚの受信機ＰＲＦでは、１２までの異なるタグを区別することができ、各タグＰＲＦは、２５０ｋＨｚの周波数分離間隔を有する。約１２ＭＨｚのパルス周波数が与えられた場合、この２５０ｋＨｚの周波数分離間隔は、４０ｋＨｚのカットオフ周波数を有する３次ローパスフィルタにとって、少なくとも４８ｄＢの除去となるように設計されている。上記のように、近くに（例えば、０．５メートルのところに）妨害タグがある（１０メートルのところにある）最大到達距離タグにとって、受信機によって必要とされるダイナミックレンジは２６ｄＢである。したがって、より近いタグ間隔を選択することもできるが、ＳＮ比が犠牲になる。
【０２４８】
好ましい実施形態においては、図１０を参照すると、送信機ＰＲＦとは無関係に、タイムベース制御２６２によって３ＭＨｚの固定の受信機ＰＲＦが生成される。９ＭＨｚ〜１２ＭＨｚのＰＲＦ周波数は、サンプリングのエイリアシングの影響により、０〜３ＭＨｚのベースバンド周波数にシフトされる。上記のように、信号は次に、音声周波数範囲にダウンサンプリングされ、当該周波数帯域に同調されている、受信ユニットの音声周波数バンドパスフィルタ２５２、２５６によって、当該信号はフィルタ除去される。
【０２４９】
検出信号は、バンドパスフィルタリングされた周波数範囲に入っているが、受信ユニットおよび送信機が同期していない（その結果、上記の周波数誤差が生じる）ので、その具体的な周波数は、フィルタリングされた周波数範囲内で変動し得、信号対雑音比（ＳＮ比）が低下する恐れがある。ＳＮ比（したがって性能全体）を高めるために、処理ユニットは、周波数誤差の推定値を得て、その後、処理ルーチンを予想される信号周波数に適合させることを含めた、信号のある種の前処理を行う。前処理のさらなる詳細については後述する。
【０２５０】
好ましい実施形態の一変形形態においては、バンドパスフィルタ２５２、２５６が今度は固定され、代わりに受信機ＰＲＦを０〜３ＭＨｚの間で変化させて、送信機ＰＲＦを適合させる。使用される周波数が高いので、これは実現がより困難となり得るが、入力周波数と整合させることによって、後段で必要とされる帯域幅を低減することができる。
【０２５１】
次に、信号に対して適用される処理について説明する。
信号の処理
上記のように、各受信ユニット２００ごとの受信機側処理ユニット２６０（または、上記の変形形態においては、制御ユニット３００自体）は、その入力として、各受信機チャネルに対応する（受信機ユニットのセンサアレイにおいて１アンテナごとに１つの）、サンプリングされ、フィルタリングされ、時間伸張された複数の信号をとる。受信機側処理ユニット２６０への各信号入力は、所望のタグ信号に対応する狭帯域の周波数を含んでいる。次に、処理を完了できるようにするために、各受信ユニット２００、２０２（等々）によって制御ユニット３００に情報が渡される。
【０２５２】
受信機側処理ユニット２６０および制御ユニット３００（適宜）によって、レーダデータに検出アルゴリズムが適用され、追跡される物体の場所を指定する出力が生成される。
計算効率を高めるため、レーダデータは、同相（Ｉ）成分および直交（Ｑ）成分に分割され、複素数の対にデインターリーブされる。これにより、到達距離掃引時間を低減することができる。
【０２５３】
好ましい実施形態の諸変形形態においては、シーケンス（ＩＮ、ＱＮ、ＩＮ＋１、ＱＮ＋１、など）に対して、さらに音声周波数フィルタリングが適用される。
整合フィルタ
検出アルゴリズムの別の部分では、整合フィルタを使用して、パルス波形の検出を機能拡張する。所与の入力ｘ［ｎ］に対する整合フィルタの出力ｙ［ｎ］は以下で与えられる。
【０２５４】
【数１】
【０２５５】
ただし、ｈ［ｎ］は、フィルタのインパルス応答である。
インパルス応答ｈ［ｎ］を、予想される信号波形（すなわち、通常なら整合フィルタ原型として知られる、送信機によって送信される個々のパルスの形）の反転として設定することにより、フィルタの出力が入力信号を予想される信号波形と相互相関させたものに等しいことを示すことができる。これにより、計算的に効率的な受信パルス波形の検出方法が得られ、これを前処理方法として用いると、処理される信号の信号対雑音比が向上する。
【０２５６】
整合フィルタを使用するシステムがより狭帯域である程、ＳＮ比はより向上する。これにより、付加白色ガウス雑音において最適なＳＮ比が得られる。整合フィルタのインパルス応答の長さに等しい範囲内にオフセットが存在する。狭帯域信号の場合、到達距離の解像度が、やがて２分の１に悪化し、到達距離内の分解能が半分になる。
【０２５７】
実際には、予想される信号波形または予想される信号波形の反転を関数に適合させることによって、整合フィルタのインパルス応答が設定される。予想される信号波形の包絡線上の特定の波形、または予想される信号波形の反転に対して、いくつかの点を、例えば１０または適切な数だけ二次関数または指数関数に適合させることによって、良好な結果を得ることができる。
【０２５８】
整合フィルタは、各受信ユニットにおいてパルスの受信によって生成されるレーダデータに個々に適用される。各受信ユニットのレーダデータに対しては、レーダデータに対する一連のタイムシフトにおいて整合フィルタが適用され、各タイムシフトごとにフィルタの出力が比較される。フィルタの最大出力に対応するタイムシフトを見つけ出すことにより、受信パルスに対する受信時間、または位相が確認される。すなわち、フィルタの最大出力における位相成分および直交成分で比較することによって、受信パルスに対する位相が確認される。
【０２５９】
したがって、各受信ユニットにおける受信パルスに対する受信時間または位相が確認され、次いでそうした受信時間を使用して、上述のように、すなわち各受信機からの時間／位相のそうした時間を比較して角位置情報を決定することによって、位置情報が得られる。
【０２６０】
好ましい実施形態においては、異なるいくつかの整合フィルタ原型および／または対応するインパルス応答が記憶され、受信ユニットで受信されたパルスの予想される特性に応じて、適切な整合フィルタ原型またはインパルス応答が選択される。この技法は、プロトタイプの形が受信信号の形により類似して整合すれば、よりうまく機能する。
【０２６１】
整合フィルタリングは、システム動作の受動モードでも能動モードでも使用される。
能動モードでは、互いに異なるタグ送信機が、異なる特性をもつパルスを送信する場合、互いに異なる整合フィルタ原型は、異なるタグに対応する。
【０２６２】
以下により詳細に説明するように、受動モードでは、物体に向かって送信されるパルスのパルス長が変更され、具体的な実施形態においては、受信機からの物体の距離に応じて、またはシステムの具体的なアプリケーションに応じて変更される。整合フィルタ原型またはインパルス応答は、使用される具体的なパルス長に整合するように変更される。
【０２６３】
物体または受信機が移動している場合、いくつかの状況において、１組の測定の過程で、受信機からの物体の相対距離の変更に応じて、パルス長が変化する。対応する変更は、使用される整合フィルタ原型またはインパルス応答において行われる。
【０２６４】
例として、図１９〜２５を参照して、ＩおよびＱでサンプリングされたシステムのレーダデータに対するいくつかの整合フィルタリングの質的影響について、次に論じる。
例示の目的で、受信パルスがＩチャネルおよびＱチャネルに位相が一定（例えば、周波数オフセットがゼロ）で現れるように、ＩＱ信号がまずベースバンド化されると仮定する。次に、整合フィルタリングがＩおよびＱに並列に適用される。
【０２６５】
当例では、１つのＩチャネルまたはＱチャネルが考慮され、予想される信号波形の反転を、区間ｘ＝［０，１］において関数ｙ＝ｅｘｐ（ｘ＊ａ）＊（ｘｂ）（ただし、ａおよびｂは、立上り時間および立下り時間を調整することを可能にする整形定数）に適合させることにより、インパルス応答が得られる。サンプリングされたインパルス応答は、直流で０ｄＢの利得となるように、正規化される。
【０２６６】
図１９は、パルス中に１２サイクルを有する２ｎｓ、６ＧＨｚのパルスに対して適合させた整合フィルタインパルス応答を示している。１サンプルあたり３πラジアンのサンプリングレートを用いると、ゼロの端点を含めて８点が得られた。パルスの反転は、ｙ＝ｅｘｐ（ｘ＊ａ）＊（ｘｂ）に適合しており、図１９に描画されているように、ａ＝−８およびｂ＝１．３が得られた。
【０２６７】
図２０は、パルス中に１２サイクルを有する２ｎｓ、６ＧＨｚのパルスに対する、雑音のあるベースバンド化された入力信号（ＩまたはＱ）を示し、図２１は、図１９の整合フィルタインパルス応答を使用して整合フィルタを適用した後の、図２０の信号を示す。
【０２６８】
図２２は、パルス中に１２０サイクルを有する２０ｎｓ、６ＧＨｚのパルスに対して適合させた整合フィルタインパルス応答を示している。１サンプルあたり１２πラジアンのサンプリングレートを用いると、ゼロの端点を含めて２２点が得られた。この場合も、パルスの反転は、ｙ＝ｅｘｐ（ｘ＊ａ）＊（ｘｂ）に適合しており、図２３に描画されているように、ａ＝−６およびｂ＝０．８が得られた。
【０２６９】
図２３は、パルス中に１２０サイクルを有する２０ｎｓ、６ＧＨｚのパルスに対する、雑音のあるベースバンド化された入力信号（ＩまたはＱ）を示し、図２４は、図２２の整合フィルタインパルス応答を使用して整合フィルタを適用した後の、図２３の信号を示す。
【０２７０】
図２５は、整合フィルタ２９０および２９２を使用した１つのセンサからのデータの前処理を示す。Ｎ個のセンサでは、この図がＮ回複製されることになる。音声周波数領域にダウンコンバートされた生データ周波数は、同相および直交形式で、局部発振器２９６によって局部発振器信号が供給される複素乗算器２９４に渡される。出力は、位相情報と振幅情報をどちらも有する、ＩおよびＱでベースバンド化され、フィルタリングされたレーダデータである。
【０２７１】
好ましい実施形態の諸変形形態においては、信号受信信号に対して動作する整合フィルタは、受信信号の対の間の相互相関によって置き換えられる。１つの変形形態においては、相互相関プロセスの計算上の犠牲を制限するために、（センサアレイの幾何学的特性により測定することのできる最大間隔など）受信信号の既知の特性を用いる、打切り相互相関プロセスが使用される。
【０２７２】
検出アルゴリズムに関するさらなる詳細については、後で述べる。次に、差動タイミングセンサアレイの構成および動作について、より詳細に説明する。
差動タイミングセンサアレイの構成
図１６は、受信ユニットにおけるセンサアレイの平面図である。図１６では、アレイ基板２７０は、基板上に形成された４つのアンテナ２７２、２７４、２７６、２７８を含んでいる。角位置を測定するとき、より非対称な構成であるほど、あいまいさが生じる可能性が減少することに留意して、アンテナ２７２、２７４、２７６、２７８は、アレイ基板２７０の平面において非長方形の四辺形の形で構成されているが、それとは異なる構成も可能である。
【０２７３】
図１７は、レーダシステムが受信モードまたは能動モード（あるいはその両モード）で動作することを可能にするための、送信機コンポーネントを含む、図１６のシステムの一変形形態を示す図である。図１７では、アレイ基板２７０は、非長方形の四辺形の形で基板上に形成された５つのアンテナ２７２、２７４、２７６、２７８、２８０を含んでいる。中央のアンテナ２８０は、専用送信アンテナとして働くが、第５の受信機として働くこともできる。あるいは、第５（またはそれ以上）の受信機を設けて、受信機モードでのみ動作させることができる（受信ユニットの複雑さが増大するが、精度も向上する）。
【０２７４】
図１６のシステムに関して、次に、受信エレメント２７２、２７４、２７６、２７８からそれぞれＲｌ、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４の距離に配置された物体があると仮定する。
物体がアレイ２７０の軸（「ボアサイト」と呼ばれることもある）上に配置されている場合、４つのアンテナ２７２、２７４、２７６、２７８のいずれからも等距離であり、その結果、４つのアンテナ２７２、２７４、２７６、２７８のいずれからも同時に到着する。
【０２７５】
一方、物体が軸外に、例えば方位角φおよび仰角θで配置されている場合、アレイ２７０の垂直方向に離隔された受信エレメントに到着する信号間には約Ｄｖ ｓｉｎθ／ｃの時間差が生じ、アレイ２７０の水平方向に離隔された受信エレメントに到着する信号間には約Ｄｈ ｓｉｎφ／ｃの時間差が生じることになる。ただし、ＤｖおよびＤｈは、それぞれアレイ２７０の受信エレメントの間の縦および横の距離である。上記において、ｃは光の速度である。
【０２７６】
より具体的には、反射された信号が受信エレメントによって受信される時間をそれぞれＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４とすると、以下のようになる。
Ｔｒ１＝（２Ｒ５＋（−Ｄ１４ｓｉｎ（θ）＋Ｄ１２ｓｉｎ（φ））／２）／ｃ
Ｔｒ２＝（２Ｒ５＋（−Ｄ２３ｓｉｎ（θ）−Ｄ１２ｓｉｎ（φ））／２）／ｃ
Ｔｒ３＝（２Ｒ５＋（Ｄ２３ｓｉｎ（θ）−Ｄ３４ｓｉｎ（φ））／２）／ｃ
Ｔｒ４＝（２Ｒ５＋（Ｄ１４ｓｉｎ（θ）＋Ｄ３４ｓｉｎ（φ））／２）／ｃ
ここで、Ｄｘｙは、互いに異なるセンサｘおよびセンサｙの間の距離であり、Ｒ５は、送信機（図示せず）とセンサアレイ２７０の間の距離であり、これらの計算式は、小さな角度に対する近似である。（送信機と受信ユニットの非同期性により容易に得ることのできないＲ５がわからなくても）上記の計算式を解いて、角度θおよびφを得ることができる。
【０２７７】
図１８は、動作時におけるセンサアレイの側面図である。図１８では、アンテナ２７２、２７６がこの場合も基板２７０上に搭載されており、図示されているように物体からの信号を受信する。アンテナ間の間隔２８２は、選択された最小検出距離に比べて十分小さく、入射信号経路は基本的に並行である。信号は、受信ユニットに対する送信物体の３次元位置に応じて、アンテナ２７２、２７４、２７６、２７８に異なる時間に到着すると考えることができる。仰角θおよび（２７２および２７６の両アンテナにおける信号の受信間の時間遅延に比例する）信号経路長の差２８４が示されている。
【０２７８】
４つ以上のエレメントのアレイ２７０から受信される情報には、冗長性も認められることになる。これは、選択によって、あるいは平均化プロセスまたは重みづけプロセスによって対処することができる。
【０２７９】
また、到来角が４５度のオフボアサイトを超えると、アレイの分解能が悪化し始めることも認められる。９０度のオフボアサイトでは、（システムの幾何形状から理解できるように、この位置周辺における物体の比較的大きい角度の摂動により、差動タイミングにおいて比較的小さな変化しか生じないので）角分解能が減少する。
【０２８０】
同様に、受信ユニットのうちの１つに対して、システムの物体が９０度のオフボアサイトに近い場合、変位分解能が減少する恐れがある。この問題は、送信物体が、少なくとも２つの受信ユニットに関してできるだけ４５度のオフボアサイトより大きな値に近づけるように、システムの受信ユニットを注意深く配置し方向付けることによって克服することができる。
【０２８１】
システムの受動モードの動作
システムは、能動および受動の２つのモードのうちの１つのモードで動作するように設計されている。能動モードでは、システムは能動物体（タグ）から送信される信号がないかどうか走査し、最低２つのセンサを使用してタグの位置を決定する。受動モードでは、これは能動モードと同時に動作可能であるが、システムは、異常な受動物体、すなわちそれらに関連した能動送信機を有さない未知の物体がないかどうか走査する。好ましい実施形態の諸変形形態においては、システムは受動モードでのみ動作する。
【０２８２】
受動モードにおいては、受信ユニット２００のセンサアレイ２７０における送信エレメント２８０は、一連のパルスを放射する。この放射の一部は、侵入者から反射されて戻り、センサ中の受信エレメント２７２、２７４、２７６、２７８のアレイによって受信される。
【０２８３】
受動モードにおいて受信エレメントのアレイによって受信された放射は、能動モードにおいて受信エレメントによって受信される方法と同様の方法で処理され、角位置が同様に得られる。
【０２８４】
能動モードと受動モードにおけるシステム動作間の１つの大きな違いは、能動モードでは、放射が反射される物体の距離を、送信機からのパルスの送信と受信ユニットにおけるパルスの反射の受信との間の時間差から得ることができることである。受信ユニットからの物体の距離の測定値を角位置の測定値と組み合わせて、物体の位置を求めることができる。
【０２８５】
能動モード動作と同様に、受動モード動作でも上記の整合フィルタリングプロセスが使用される。
通常、デジタルベースバンド変換プロセスとそれに続く（デジタルローパスフィルタの形の）整合フィルタが、同相シーケンスおよび直交シーケンスに適用される。
【０２８６】
上述のように、予想される信号波形または予想される信号波形の包絡線を適合させることにより、整合フィルタインパルス応答が得られる。
予想される信号波形はもちろん送信信号の波形に依存し、送信信号は測定条件および検出すべき物体の特性に応じて変わることが、受動モードで動作する好ましい実施形態の特徴である。
【０２８７】
好ましい実施形態の諸変形形態においては、システムの様々な諸側面を変化させ、あるいは選択して、特定のアプリケーションに適合させる。そのような諸側面には、パルス長、パルス列（例えば、列の長さまたはパルス間隔）、および使用される（例えば、デジタルローパスフィルタの形の）整合フィルタが含まれる。すべてを変化させ、最適化させて、特定のレーダまたはタグ追跡の用途に適合させることができる。
【０２８８】
適切なパルスおよびその他のシステム特性の選択は、例えば、信号対雑音比の要件および所期の用途のための分解能に依存する。送信パルス幅を拡大しかつ（デジタルローパスフィルタの形の）整合フィルタを拡張して、平均送信電力を増大させ、有効雑音帯域幅を狭めることができ、あるいは局部発振器パルス幅を拡大して、実際のＲＦ雑音帯域幅を狭めることもできる。
【０２８９】
好ましい実施形態の一変形形態においては、ＦＩＲフィルタを拡大されたパルスに適用して、応答を白色化し、受信信号の立上がりを拡大することができる。
通常、短いまたは長い送信パルスが選択され、次にそれに対応する短いまたは長い局部発振器パルスおよび互いに異なる整合フィルタインパルス応答が選択される。送信パルス、局部発振器パルス、および整合フィルタインパルス応答の選択は、用途に応じて、到達距離、分解能、および精度の点で最適な応答が得られるように行う。
【０２９０】
いくつかの用途では、パルス長は、受信エレメントからの物体の距離に応じて変化させる。物体が受信エレメントから比較的遠く離れている場合（すなわち、長い到達距離の場合）、より長くより高出力のパルスを使用できることがあり、物体が受信エレメントから比較的近い場合、より短くより低出力のパルスを使用できることがある。
【０２９１】
より長くより高出力のパルスでは、一般に信号対雑音比がより高くなるが分解能がより低くなり、より短くより低出力のパルスでは、一般に分解能がより高くなるが信号対雑音比がより低くなる。
【０２９２】
例えば自動車用途のケースでは、システムを駐車支援装置として使用する場合、短いパルスを選択し、約０．５ｍ／ｓでの移動に適したパルス列およびローパスフィルタが使用される。事前衝突検知の場合、より長いパルスを使用して、到達距離分解能はより粗くなるが、７０ｍ／ｓまでの速度に対応することができる。
【０２９３】
使用される整合フィルタは、パルス特性の変化に応じて変更され、通常、使用する可能性のある様々なパルスに応じた様々な整合フィルタインパルス応答が記憶される。
様々な到達距離にある車両の存在を検出するための、システムの１つの具体的な用途で使用されるパルスのいくつかの例が、次の表１に示されている。
【０２９４】
【表１】
【０２９５】
システムの受動モード動作で送信されるパルスの例が、図２６および２７に示されている。図２６は、おおよそ２ｎｓ、６ＧＨｚのパルスであり、図２７は、パルス中に６０サイクルを有するおおよそ１０ｎｓ、６ＧＨｚのパルスである。
【０２９６】
次に、位置決めシステムの様々な用途について論じる。
位置決めシステムの用途
上述の位置決めシステムは、高セキュリティ環境に特に適しており、その場合、指定された区域周辺のスタッフおよび物体を追跡できる必要があることがある。スタッフおよび物体の追跡に加えて、システムが侵入者を検出する必要もある。
【０２９７】
上述の位置決めシステムを使用して、これらの要件を満たすことができる。このようなシステムでは、上記の設計によれば、指定された保護区域内のスタッフおよび物体にはどちらも送信タグが装備される。前に述べたように、タグは、パルスシーケンスを放射する放射エレメント１０４を有し、受信ユニット２００、２０２などは、図１７に示すような、送信エレメント２８０を組み込んでいるタイプである。
【０２９８】
システムは、能動および受動の２つのモードのうちの一方のモードで動作するように設計されている。能動モードでは、システムは能動物体（タグ）から送信される信号がないかどうか走査し、最低２つのセンサを使用してタグの位置を決定する。受動モードでは、これは能動モードと同時に動作可能であるが、システムは、異常な受動物体、すなわちそれらに関連した能動送信機を有さない未知の物体がないかどうか走査する。
【０２９９】
上記のように、受動モードにおいては、受信ユニット２００のセンサアレイ２７０中の送信エレメント２８０は、パルスシーケンスを放射する。この放射の一部は、侵入者から反射されて戻り、センサ中の受信エレメント２７２、２７４、２７６、２７８のアレイによって受信される。次に、信号が処理されて、候補の物体が識別される。次いでこうした候補の物体が、受信ユニットの近傍の固定構造など既知の物体、または送信タグによって既に識別されている物体と比較される。既知の物体の一覧に対応しない物体（すなわち、侵入者として識別される物体）が検出された場合、警報が生成される。次に、例えば侵入者がとる出口経路を突き止めることができるように、受信ユニットを取り囲んでいる検出空間の周りで、その異常な物体を追跡することができる。
【０３００】
２つ以上の受信ユニットからなるシステムを使用して、指定された区域をカバーし、タグおよび侵入者に関する位置情報を提供することができる。ただし、受動モードでは１つの受信ユニットだけが必要とされる。そのケースでは、送信機と受信機の同期がとられ、その結果、パルスの送信と受信の間の測定間隔に比例する擬似距離を決定することが可能になるからである。
【０３０１】
この例では、通信リンク上を複数のセンサが互いに通信する。この通信リンクは、各受信ユニットの具体的な場所に応じて無線または有線となる。１つの受信ユニットはマスタセンサとして働き、各受信ユニットからすべての測定情報を受信し、物体の位置を計算する。上記説明のとおり、物体タグから送信されるパルス列および受信ユニット中の送信エレメントがコード化（チャネル化）されて、他のタグとの干渉が防止される。
【０３０２】
位置決めシステムを使用する別の例は、車両の場合である。このケースでは、技術および機能的動作は、前の例と基本的に同じである。ただし、このシステムでは、後進支援として、または侵入検出システムとしてセンサが使用される。
【０３０３】
この例では、センサは受動モードで動作して（すなわち、送信機を組み込まない物体を検出する）、車両の移動中、車両の周囲の物体を追跡する。動作の第２のモードでは、これは第１のモードと同時に動作可能であるが、センサはキーホルダなどの能動タグを検出する。このケースでは、車両が駐車されており、タグを携えた運転者がその車両に近づいていることが考えられる。運転者がその車両に関する指定された区域内に入ると、車両に搭載された受信ユニットは、キーホルダの位置を検出し、それにより運転者を認証して、運転者に最も近いドアを開錠するなどの一連の機能を有効化することができる。
【０３０４】
位置決めシステムには、それだけには限らないが、場所ベースの情報送達システム、移動性ベースの商取引システム、測量および測定用の精密測定システムを含めた、さらに多くの潜在的な用途がある。また、システムは、距離ゲート制御を行い、クラッタ除去を有し、高分解能を有し、貫通結果を得、また画像装置としてもセンサとしても機能することのできる、携帯式高性能高分解能レーダシステムを可能にすることもできる。
【０３０５】
さらなる用途には、壁貫通センシング、移動を追跡するレーダセキュリティシステム、ロボット制御用の産業用センシング、衝突回避センサ用の自動車センシング、および家庭用および産業用セキュリティシステム用のモノスタティックおよびバイスタティックな安全区域などがある。
【０３０６】
さらに、受動物体および能動物体の両方に関する位置情報を決定する必要がある場合、具体的には物体と受信ユニットを接続するケーブル配線がないとき、特に受信機と送信機が非同期のときに、このシステムを使用することができる。
【０３０７】
この位置決めシステムは、システムの受信ユニット内の複数のタグおよび／または送信機など複数の送信エレメントを用いる環境で、到達距離のあいまいさを解決できる必要があるときに、使用することもできる（例えば、合成角と差動タイミング測定値を合成できるため）。別記のように、最も簡単な形態では、システムは、送信機と受信機がすべて互いに非同期して動作している能動物体の位置を解決することができる。受信機と受信機ならびに送信機と受信機の間の相対タイミングオフセットを知る必要はない。
【０３０８】
タグを用いた通信
このセクションの説明においては、いくつかの用語が他のセクションの説明とは異なる意味で使用される。位置情報が所望されるエレメントは、「物体」ではなく「タグ」と呼ばれる。位置を計算する装置は、「制御ユニット」と同様に「基地局」とも呼ばれ、「基地局」には他のセクションの説明の「受信ユニット」の機能が組み込まれている。
【０３０９】
本明細書に記載されるようなタグまたは能動物体の位置の決定に加えて、多くのケースでは、タグとの通信を確立する際に、タグとセンサ／基地局の間でメッセージを転送することができるという利点が生じる。この通信は、いくつかのケースではメッセージの片方向通信でよいが、多くの用途では、両方向通信を提供することができる。
【０３１０】
１つの用途においては、システムは、複数のタグと、ＵＷＢ送信機および受信機を装備したセンサを含む基地局とを含んでいる。ＵＷＢ送信機の送信は、時分割多重化することができる。そうすることにより、チャネル密度を高め、かつ／またはタグの電池消費電力を節約することができる。
【０３１１】
そのようなケースでは、基地局または制御ユニットは、メッセージをタグに送信することができる。そのようなメッセージは、例えば、タグが起動し、アイドル状態になり、またはＰＲＦを変更するためのコマンドを含むことができる。
【０３１２】
別の用途においては、タグを、データ、例えばタグ送信機に関連した物体に関するデータを収集するように適合されたセンサと関連付けることができる。例えば、タグを患者が着用することができる。タグは、患者に関する心電図情報を収集する装置と関連付けることができる。このＥＣＧ情報は、上述の方法を用いて、中央監視システムに中継することができる。
【０３１３】
基地局は、メッセージをタグに定期的に送信するように適合させることができ、そのメッセージは、タグがＥＣＧセンサから遠隔地に情報を送信するための命令を含んでいる。例えば、ＥＣＧデータは、基地局に、あるいは別個の制御／データ収集ユニットに、無線で送信することができる。
【０３１４】
他の用途においては、互いに異なるタグまたは制御ユニットの間の通信が所望される。この通信は、タグ、タグ制御情報、および／またはリアルタイム音声／映像データに適合したセンサから収集されたデータからなってよい。
【０３１５】
以上その他の用途では、通信を行うことを可能にするために、タグと受信機の間または１つのタグと別のタグの間の無線リンクが提供されることになる。
これを実現する１つの方法は、必要に応じてタグおよび受信ユニットまたは制御ユニットに、別個の無線送信機を適合させるようにすることである。この送信機は、位置情報を決定するのに使用されるＵＷＢ送信機とは無関係に動作することができる。用途に応じて、この送信機は、簡単なアナログ無線を含むことも、あるいは例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＺｉｇＢｅｅ技術を使用した、より複雑なデジタル無線システムを含むこともできる。この二次送信機を使用して、すべてのデータの流れ、ならびにタグと制御ユニットの間の通信を管理することができる。その間、（制御ユニットに接続された）ＵＷＢ送信機および受信機は、タグの検出、タグの位置の決定、および／またはタグの追跡を続行することになる。
【０３１６】
したがって、上述の例においては、タグを患者が着用し、タグがＥＣＧまたは他の生理学的センサと関連付けられているが、患者の場所に関する情報および患者のＥＣＧ情報の両方を得ることができる。
【０３１７】
変調または符号化を使用したＵＷＢシステムでのデータ送信
別個の無線送受信機を使用してタグとセンサ／制御ユニットの間の通信を実現するための好ましい一代替手法においては、ＵＷＢ送信機および受信機は無線リンクとしても使用される。そのような手法では、ＵＷＢ無線システムは、タグ位置決め機能とタグ追跡機能をどちらも提供し、タグと制御ユニットの間の通信を可能にする。この利点は、１つの無線標準だけが必要とされ、したがって、ハードウェアの複雑さ、タグのサイズ、コスト、および／または電力消費が低減されることである。通信が両方向である場合、タグには、ＵＷＢ送信機に加えてＵＷＢ受信機が必要となる。
【０３１８】
− ＰＲＦ変調の使用
ＵＷＢ無線システムを使用してタグと制御ユニットの間の通信を実現するには、送信機からのＵＷＢ放射が変調される。第１の例では、パルス繰返し周波数変調技法が使用されている。
【０３１９】
ＰＲＦ変調技法を使用する場合、２つ以上のＰＲＦが使用される。２つのパルス繰返し周波数を使用することにより、ＵＷＢ送信機で、「０」または「１」を一度に１ビットずつ送信することができる。さらに、４つのＰＲＦを使用することにより、２ビットを一度に送信することができる。そのようなケースでは、ＰＲＦ１は「０」を表すことができ、ＰＲＦ２は「１」を表すことができる。
【０３２０】
例えば、データ信号に応答して、ＵＷＢ送信機はＰＲＦ１またはＰＲＦ２の速度でトリガされ、したがって「０」を送信するとき、ＵＷＢ送信機は、ＰＲＦ１によって決まる速度でｎ回トリガされることになる。１ビットおよびそのＰＲＦに対して送信機がトリガされる回数ｎにより、データ速度が決まる。必ずしもそうとは限らないが一般に、２．５ＭＨｚのＰＲＦを有すると、１００ｋＨｚのデータ速度をサポートすることができる。
【０３２１】
− 代替方法
ＵＷＢ無線システムを使用してタグと制御ユニットの間の通信を実現する一代替方法においては、タグ（および／または制御ユニット）が、周期的に中断されるパルスシーケンスを送信する。上記と同様に、送信されたパルスシーケンスから位置情報を決定することができるが、送信されたパルスシーケンスから得られる方位情報に加えて、パルスシーケンス中の中断パターンを分析することによって他の情報も得ることができる。
【０３２２】
例えば、１０パルスの放射と、それに続く２０パルスに対応する期間の無送信と、それに続くさらに１０パルスの放射などを含む特定のシーケンスでパルスを送信するように、タグ送信機を構成する。制御ユニットは、タグから送信される１０００パルスの期間をサンプルして、物体の位置を追跡する。この例においては、制御ユニットは、タグから送信され、位置情報を決定することのできる最初の１０パルスを受信し、その後２０パルスに対応する期間何も検出されず、その後さらに１０パルスが検出され、その際にさらなる位置情報を決定することができる。
【０３２３】
したがって、位置情報の決定に加えて、パルスと無パルスのパターンを解析することによって追加の情報を決定することができる。このケースでは、１０パルス、２０無パルス、１０パルスのパターンにより情報を提供することができる。例えば、情報には、例えばタグの識別に関するアドレスコードを含めることができる。
【０３２４】
別の例においては、タグはまず開始ビットと、それに続く８パルスを連続して送信する。８パルスの分析から、パルス間の時間に関して正確に決定することができる。
その後、タグは、（パルス間の時間があらかじめ決まった）連続した２パルスが「１」を示し、連続した２つの欠落パルス（無パルス）が「０」を示すパルスシーケンスを送信する（すなわち、２パルスがオンを示し、２つがオフを示すように切り換える）。
【０３２５】
この代替方法によれば、名目パルス周波数は一定のままでよい。
こうした様々な方法により、タグと制御ユニットの間で情報を伝送することができる。
こうした方法の１つを使用してタグからその付近に存在し得る受信機への通信を可能にする情報の重要な一部分が、タグの識別に関するものである。したがって、タグは、その位置およびそのＩＤをどちらも決定できるようにするパルスシーケンスを送信するように、適合させることができる。
【０３２６】
典型的な識別子は、ＭＡＣアドレスまたはＩＥＥＥ ８０２．１１Ａアドレスである。そのようなプロトコルを使用して通信する各装置は、個別の識別子を有する。これらの個別の識別子は、上述の方法を使用して決定することができる。
【０３２７】
そのような識別子のケースおよびその他の例においては、ＲＦ伝送の変調または符号化を使用して通信される情報は、タグ符号化プロセス自体によって必要とされる分解能よりも、便利なことに量が大幅に少ない。したがって、ＲＦパルス繰返し速度と比べて遅い速度で情報を変調または符号化することはしばしば有用であるが、もちろんそれでもその速度は、該当する情報を送信するのに十分高速である。
【０３２８】
ＭＡＣアドレスは、システムが「ローカリゼーションモード」の場合に有用である。「ローカリゼーションモード」では、例えば、タグがＵＷＢ信号を送信していて、制御ユニットのレーダユニットが受信モードとなっており、したがって、タグの場所を正確に決定することができる。タグから送信されるＵＷＢレーダ信号は同時に、タグに関する識別子を送信するために使用される。このような理由で、信号がどこから来たかを、したがってタグの場所を、非常に正確に決定することができ、またタグに対する識別子を有することもでき、したがって、後でブロードキャストメッセージがそのタグから受信される。ただし、タグの位置は、そのメッセージから決定することができず、ＭＡＣアドレスを使用してメッセージ源を識別することができる。
【０３２９】
メッセージングおよび位置決め
概要においては、符号化（例えば上述のＰＲＦ符号化）方法を使用して、送信装置の識別情報、例えばＭＡＣアドレスを受信装置に送信する。受信装置は、ＭＡＣアドレスを含む送信を受信し、その後、その情報が復号化されて、送信装置のＭＡＣアドレスが決定される。
【０３３０】
送信装置は、ＭＡＣアドレスに関する情報を送信した後、それ自体を通信モード、例えば標準ＤＳＲＣモードに切り換え、送信装置に関する情報と共に、情報を受信装置にブロードキャストする。ＤＳＲＣは狭域通信を表す。これは５．８５０〜５．９２５ＧＨｚの帯域におけるスペクトルのブロックであり、輸送システムの安全性および生産性を向上させるためにＵＳＦＣＣによって割り当てられている。
【０３３１】
この例によれば、次の異なる２つの動作モードが存在する。
１）送信装置（タグ）の位置およびそのＭＡＣアドレスを決定することのできる、ＵＷＢローカリゼーションモード。
【０３３２】
２）送信装置からメッセージを送信することのできる、標準通信モード。
標準通信モードでは、（ＤＳＲＣやＩＥＥＥ ８０２．１１Ａなどの）標準通信プロトコルを使用することができる。プロトコルは、ＵＷＢローカリゼーションモードで使用される信号と同じスペクトルで使用される。そのようなプロトコルは、上記で提案されているＰＲＦ符号化とは異なる符号化を使用する。
【０３３３】
実装
一例においては、図２８に車両用途として図示されているが、短距離レーダ７００は、送信機７０２および多重チャネル受信機７０４を含んでおり、その視野内の物体によって散乱した信号を検出する。
【０３３４】
受信機はまた、同じ周波数帯域内で放射器７０６（タグ）の方向を測定することもできる。ただし、放射器７０６（タグ）は送信機と整合して動作していないことがある。このようにして、レーダ自体の動作とは無関係に、キータグを検出し、その方向を推定することができる。レーダの動作は、そのようなタグの存在によって中断することもできる。
【０３３５】
送信機は、送信機パルスを、パルス繰返し周波数に応じて、おそらくは（上述の）擬似ランダムシーケンスに変調することにより、送信機パルスシーケンスを、例えば遅延して変調する方法で、動作させることができる。
【０３３６】
擬似ランダムシーケンスがタグ送信機のシーケンスとは整合しない場合、タグが存在すると、その結果、符号の長さおよびタグ送信機の電力に応じて雑音が増加することになり、実際には、擬似ランダムシーケンスが受信される。
【０３３７】
擬似ランダムシーケンスが整合する場合、出力が整合することになり、したがって実際には、相関シーケンスが受信され、タグの方向を有する出力が受信機から提供されることになる。これはその後、識別および方向付け用に使用することができる。具体的には、ＩＤは媒体アクセス制御アドレス（ＭＡＣアドレス）でよく、その結果、システムがＤＳＲＣなどのプロトコルを介して通信することが可能になる。
【０３３８】
識別が行われた後、タグ送信機の（通常、異なるタイプの）次の（例えば振幅での）変調を使用して、メッセージを送信することができる。変調は、ＤＳＲＣ通信またはＩＥＥＥ ８０２．１１Ａ通信の形でよく、これは、例えば車両用の標準通信プロトコルである。送信機はそれでもまだ、位置情報を決定し、識別メッセージを送信するステップと基本的に同じ搬送周波数で送信することができる。したがって、こうしたステップのすべてについて同じ送信機を使用することができ、したがって、機器は、少なくとも同じフロントエンドおよびアンテナを使用して、こうしたステップのすべてを実行することができる。これには、機器に必要とされるコンポーネント数が低減される利点があり、そのことが特に有利である。
【０３３９】
ＤＳＲＣプロトコルでは、通信の両当事者がＭＡＣアドレスを提供する必要があり、したがって、自分のアドレスを他方の当事者に送信するために、両当事者が送信機を含む必要がある。したがって、そうした例では、タグ構成と基地局構成はどちらも送信機と受信機を含む。他の例では、通信は片方向であり、受信側は送信機を必要としない。
【０３４０】
ＤＳＲＣの例を挙げると、レーダは、（ａ）システムの干渉の影響を最小限に抑え、（ｂ）システムと通信するよう、構成することができる。
（ａ）システムの相互作用を最小限に抑えるために、レーダのパルス繰返し速度を、正確に５ＭＨｚに調整する。これにより、あいまいでない到達距離が３０メートルに制限される。
【０３４１】
（ｂ）ＤＳＲＣは、５ＭＨｚの高調波においてスペクトル零位を有する信号で動作し、レーダ信号は、固定ＰＲＦで動作するとき、ＰＲＦの高調波における超狭帯域を占有する。この方法で、ＤＳＲＣにとって十分な分離を実現することができる。
【０３４２】
ＤＳＲＣと相互運用するために、レーダアレイは、ＤＳＲＣ送信機の方向において零位に合わせるように動作させる。２つのアンテナエレメントは、同じ信号であるが、方向に応じて異なる位相だけシフトされた信号を受信する。位相を変更することにより、「零位に合わせる」と呼ばれる、そこで信号を合計するとそれらを事実上ゼロにする位相および振幅を見つけ出すことが可能となる。これにより、通常ならアレイと送信機が干渉することになるが、その干渉が除去され、分離が改善される。
【０３４３】
位相の変更は、後処理で行われる。別個の処理チャネルを動作させて、ＤＳＲＣ信号を復調／出力し、ＤＳＲＣオンボードユニットを制御して、ＤＳＲＣトランザクションを完了することができる。
【０３４４】
タグが２つの多重チャネル受信機によって同時に観測される場合、３次元の位置決めを行うことができ、別記のように、三角測量できる２つの方向が独立して得られる。車両用システムのコンテキストにおいては、多重チャネル受信機は、例えば車両のフロントバンパー上および車両の側部上でよい。好ましい諸構成においては、受信機は、車両の４つの角にそれぞれ配置される。
【０３４５】
３次元の位置決めおよび両方向メッセージングを行うために、タグには、レーダ送信機を検出し、それをロックオンする受信機が装備される。ロックは、タグが送信機からのパルスを受信するときとそれが自分のパルスを送信するときの間の遅延を変調することによって提供される。その遅延を変調することにより、受信機に信号を送信し、またその逆を行うことが可能になる。
【０３４６】
タグ送信機は、レーダと同じ擬似ランダム符号を使用することができ、メッセージングの前に確実な識別を行うことができる。あるいは、パルス繰返し周波数で符号化せずに、タグおよびレーダを動作させることもできるが、ロックされた後は、遅延変調を使用して、ＩＤを確立する（または認識なしの）メッセージを転送することができる。
【０３４７】
メッセージングおよび位置決め情報システムの使用例
上述の方法は、受信機と送信装置を含む物体との間の距離が大きくない場合に、具体的には距離が数十メートルまでの場合に、特に効果的である。
【０３４８】
好ましい具体的な１つの適用例が、車両に関するものである。最初の車両の受信機は、送信機および受信機エレメントのアレイが組み込まれ、例えば欧州特許出願公開第０ ８５３ ７６８号に記載されているように位置情報を決定するように構成された、ＵＷＢレーダシステムを含んでいる。第２の車両は、タグ／送信機装置を含んでいる。
【０３４９】
以下のステップが実行される。
１．タグを検出する
第１の車両のＵＷＢレーダシステムは、第２の車両のタグ／送信機からの信号を受信する。
【０３５０】
２．タグの位置を測定する
第１の車両のレーダシステムは次に、本明細書に記載の技法を使用して、第２の車両のタグの位置を決定する。
【０３５１】
３．識別情報を変調して送信し、受信し、確認する
第２の車両のタグによって送信された信号は、タグのＰＲＦに周波数変調されたメッセージングを含んでいる。第１の車両のシステムは、タグからの信号を分析して、第２の車両のタグのＭＡＣアドレスを決定する。
【０３５２】
４．通信モードに変更する
第１の車両のレーダシステムは次いで、第２の車両のタグに、タグが標準ＤＳＲＣまたはＩＥＥＥ ８０２．１１Ａモードに切り換わるよう求める要求を送信する。
【０３５３】
５．例えばＤＳＲＣまたはＩＥＥＥ ８０２．１１Ａプロトコルを介した通信を確立する
第１の車両のレーダシステムの要求があり次第、第２の車両のタグは、第２の車両の挙動に関する標準情報を第１の車両のレーダシステムに送信する。この情報には、例えば、車両の速度、ブレーキ状態、車両の性能、およびその他の情報に関する情報が含まれ得る。受信機システムはしたがって、ＤＳＲＣチャネルを介して受信される第２の車両に関する情報を、位置決定から得られる方位情報および位置情報と相関させることができる。したがって、第１の車両に関して、車両の挙動を調整することによるブレーキ方針および事故回避方針を開発する場合に、この情報を考慮することができる。
【０３５４】
６．ＰＤＡ、サービス情報などを同期化する
車両は、携帯電話、携帯情報端末、コンピュータなどに送信された情報を複製し、それにより、任意の関連したデータベースに保持されたデータを同期化することができる。例えば車両のタイヤがパンクした、あるいは車両がいじられたとの情報であった場合、適切な人員に警報することができる。
【０３５５】
７．位置決めモードに戻る
これは、第１の車両のレーダシステムからの要求によって開始する、あるいは、例えばＤＳＲＣモードにおける所定の時間後に、自動的に行わせることができる。
【０３５６】
車両に関する具体的な一例においては、レーダシステムによって前方の車両の存在が検出されるようになる。また、レーダシステムは、前方の車両のタグから、例えばその車両が急ブレーキをかけているということを示す緊急メッセージを受信することもできる。前方の車両の位置、ならびに２台の車両の相対速度および／またはその他の情報を知ることにより、緊急事態にどのように対応するのが最善であるかに関する方針を公式化することができる。
【０３５７】
他の例においては、タグが道路の縁部に搭載される。車両のレーダシステムは、タグの位置、したがって道の端の位置を決定する。また、沿道にあるタグは、車両のシステムに情報を送信するように適合させることもできる。そのような情報には、例えば、天気情報、交通情報、道路状況に関する情報、温度情報、および／またはその他の情報が含まれ得る。
【０３５８】
他の使用例は、車両またはその他の運搬体を、指向性中継器として使用することに関するものである。本明細書に記載の方法を使用して車両の位置を正確に決定することができるので、メッセージをいくつかの方向にまたはいくつかのモードで中継し、それ以外は中継しないようにすることが効果的に行える。例えば、高速道路上のこれより先の交通状況に関する情報を、高速道路の１つの車線に沿って中継し、情報が該当しない他の車線上には中継しないようにすることができる。この方法により、１つの車両が別の車両と通信し、次に他の車両と通信し、以下同様にすることができる。したがって、各車両が中継器になる。例えば、ＤＳＲＣビーコンを沿道に配置して、例えば、天気、温度、交通状況、または渋滞報告に関する交通警報を提供させることができる。ビーコンは一般的なメッセージを生成し、各車両は中継器となり、その結果、メッセージが道に沿って車両に送信されることになる。また、ビーコンは、道の端がどこであるかを識別する方法も含むことができる。
【０３５９】
他の使用例は、物流に関するものである。タグ式システムを、例えば倉庫内の品目に関してタグが配置されている倉庫で使用することができる。タグは、ＩＥＥＥ ８０２．１１Ａプロトコルにしたがって、レーダシステムを含む検出装置にメッセージを送信するように適合されている。品目は、この方法によって、特に密集した区域でより効率的に配置することができる。品目のタグは、例えば、要求があり次第、自分のＩＤまたはその他の特性に関する情報を検出装置に送信するように適合させることができる。例えば、倉庫内の品目が生鮮食料品を含む場合、食品種別の各群にタグを関連付けることができる。検出システムを使用することにより、食品種別の位置だけでなく、各群に関する情報、例えばその「賞味期限」日付を容易に決定することができる。この方法を用いて、生鮮食料品の効率的な在庫管理を実現することができる。また、タグ式システムを、品目を検索するためだけでなく、品目を検索してから、その品目に関する情報を更新するために使用するように、システムを構成することもできる。８０２．１１などのメッセージングシステムを使用して、高度に複雑なメッセージをタグに送信することができる。この技法を用いると、必要な品目を容易に検索することができる。
【０３６０】
他の使用例は、病院環境における、例えば患者の血圧またはＥＣＧ（ならびに患者の位置）を監視し、それを基地局に中継する場合である。
上記のシステムにおいては、情報の取得に関して時間の制約がある場合に、特に利点がある。本明細書に記載の方法は、一般に時間および位置がクリティカルな状況に対して適用可能である。いくつかの例においては、メッセージングモード（例えばＤＳＲＣモード）と場所決定モードを高速に切り換えることが可能であり、情報を送信エレメントと受信エレメントの間で、必要なら中断できる情報のパケットで送信することができるように、システムを構成することができる。
【０３６１】
次に、図２９を参照して、制御ユニット３００（または処理ユニットと等価物）によって使用される検出アルゴリズムについて説明する。
検出アルゴリズム
図２９は、上述の位置決めシステムで使用するための検出アルゴリズム６００を構成するコンポーネントの、階層リストである。検出アルゴリズムは、共通／中核機能６０２、検出アルゴリズム本体６０４、および較正機能６０６、を含んでおり、すべて「メインループ」機能６０８の下にグループ化されている。
【０３６２】
次に、検出アルゴリズムの各要素について説明する。
機能６０８は、初期設定の、永続的に実行するタイプの、プログラムのメインループである。
【０３６３】
共通／中核機能６０２は、以下のとおりである。
機能６１０は、特定のレーダタイプを指定する１つの引数をとり、レーダに対する基本的なシステムパラメータをすべて含むレコードを返す。
【０３６４】
機能６１２は、ｘの関数であるｙのデータに、二次方程式を適合させる。データｘおよびｙが±１の平方に正規化されて、広範囲の入力にわたる良好な数値的挙動が確保される。
【０３６５】
機能６１４は、予想される生データパルス包絡線（一般に、約１０サンプル）の近似値を返す。この近似の生データパルス包絡線は、タグパルスの存在を検出するために整合フィルタによって使用される、整合フィルタの原型である。
【０３６６】
機能６１６は、レーダからの最新の走査を返す。各走査は、（一般に）Ｎ行×４列のマトリックスであり、最上部から走査が開始される。この機能は、レーダ走査の際に直流バイアスがあればそれを検出し除去する前処理ステップを含む。
【０３６７】
機能６１６は事実上、検出アルゴリズムと入出力インターフェース３２０または受信機側処理ユニット２６０（図示せず）のデータ取得システムとの間のインターフェースである。
【０３６８】
主検出アルゴリズムのコンポーネントは、以下のとおりである。
上位の機能６１８は、機能６１６によって提供される生レーダ掃引を入力としてとり、検出アルゴリズムの結果全体を含む実装固有の結果を返す。この機能は、中核の検出アルゴリズム機能をカプセル化し、後述の特定の検出機能の多くを呼び出す。
【０３６９】
機能６２０は、機能６１６によって提供される生レーダ掃引をその入力としてとる。この機能は、生レーダ掃引をとり、データを訂正しローパスフィルタリングすることによって、計算上効率的な検出機能を適用する。この機能は、レーダ掃引の左手側における最大ピークを検出し、次いでレーダ掃引の右手側における最大ピークを検出する。この技法は、送信クロックと受信クロックの間の最大誤り（例えば、百万分率で）の知識が与えられた場合、当該の２つのピークを選び出すことができる。２３０ｎｓの１回の走査および８３ｎｓの送信パルス繰返し間隔の間、２つまたは３つのピークが検出される。
【０３７０】
機能６２２は、供給された記述子に基づいてｘで多項式を評価する。機能６１２と同様に、（ｙ，ｘ）の値は、±１の平方（ｙ’，ｘ’）に正規化される。この正規化は、広範囲の入力にわたる良好な数値的挙動を実現するために行われるが、この正規化ステップは必須ではない。機能６２２は、曲線の当てはめ動作の際に使用することができる。
【０３７１】
機能６２４は、レーダデータに対する一般的な任意選択のいくつかの拡張を実行する。まず、レーダデータが、発振器サンプルの復調テーブルを使用して復調される。次に、このベースバンド化データが、パルス複製に対して整合フィルタリングされる。この機能の効果は、信号の信号対雑音比（ＳＮ比）が向上し、その結果、後続の検出アルゴリズムの精度が向上することである。
【０３７２】
機能６２６は、すべてのサンプル対に対してＩ２＋Ｑ２を計算することにより、フィルタリングされたレーダデータから正規化された検出機能を生成する。ここで、ＩおよびＱは、同相サンプル対および直交サンプル対である。基本的にこれにより、後続の段階を動作させることのできる、信号の振幅の測定値が得られる。
【０３７３】
機能６２８は、機能６２０（上記参照）から得られた粗いピーク推定値を使用して、当該サブウィンドウ内の正規化された検出データ中の直接パスのピーク検出に焦点を合わせる。この機能は、マルチパスが存在しリングダウンが長い際に、最も可能性の高い直接パスの帰路を識別する。この機能は、サブウィンドウ内で最大値を検索しようと試み、サブウィンドウ内で右から左に動作し、しきい値を超えたと見られる最新のピーク特性を記録する。こうして、最も可能性の高い直接パスの候補が選択される。
【０３７４】
機能６３０は、アレイの幾何形状および波長情報を使用して、受信信号の到着の方位角方向（Ａｚ）を推定する。到着の仰角方向（Ｅｚ）も同様に推定される。出力は、ラジアンで得られる。この機能は基本的に、１つの受信ユニットに対する角位置情報を提供し、次いでその角位置情報は、該当する物体の変位（すなわち、２次元または３次元での場所）を決定するために、他の位置情報と組み合わされる。
【０３７５】
上述の方法を使用して、機能６３２は、好ましくは推定値を修正するために、異なる受信ユニットにおいて受信された信号の相対タイミングの知識およびその他の関連情報を使用して、角位置情報を三角測量する。
【０３７６】
好ましい実施形態の諸変形形態においては、機能６３２は、他の出力を生成し、例えば、推定値の不確実性の指示、あるいは物体の速度および／または（以前の位置測定値など追加の関連位置情報が与えられた場合）予想される将来位置の測定を提供する。他の変形形態においては、場所出力（本明細書では変位と呼ぶ）を２次元で、あるいは極座標で行うことができる。
【０３７７】
機能６３４は、チャネルの分離、信号の波長、およびチャネルの位相差を考慮して、チャネル対に対して到着の可能性のある方向を計算する。
合計２Ｎ＋１の可能性のある遅延が返され、その場合、アークサイン（遅延）により、到着の方向がラジアンで得られる。遅延＋１は、波面が受信機対、受信機Ａおよび受信機Ｂの軸に沿って、例えばＡからＢに伝播することを表す。遅延０は、波面がこの軸に垂直に伝播することを表し、遅延−１は、波面がこの軸に沿ってＢからＡに伝播することを表す。「遅延領域」処理を使用して、角度計算を行う。
【０３７８】
機能６４０は較正機能であり、その入力として、便宜上、デインターリーブされた複素数の形で基本的にレーダ走査データを含むレコードをとり、（サンプル間位相差の形で）レーダデータサンプルセットの周波数の推定値を表す複素数を返す。
【０３７９】
要約すると、本明細書に記載の実施形態は、逆角度検出／位置決めシステム、タグの符号化、整合フィルタ、能動／受動の組合せ（好ましくは、その場合にレーダが位置決めシステムと組み合わされる）、ロックされていないレーダ中の検索、受信機の同期化／較正、ＵＷＢシステムにおけるＰＲＦ復調によるデータ送信、例えば通信目的の無線リンクタグ、ならびにメッセージングおよび位置決めの組合せを含んでいる。
【０３８０】
基線に対するＵＷＢ送信機の角度を測定することのできるシステムが提供され、この場合の基線は、２つの受信エレメントの間に引いた線である。符号化されたパルス列を送信してチャネル化を行うこともできるが、オフセットＰＲＦ周波数を使用するのが好ましい。
【０３８１】
また、受信エレメントとインパルス無線の間で既知の遅延を指定することができるが、この遅延は（各受信エレメントからパルスを時間で分離できるようにし、したがって、システムが同じ検出器回路を使用できるようにするために）各受信エレメントごとに一義的に異なるが、システムは好ましくは、受信エレメントと無線受信機の間で同じ遅延を有する。システムは、受信パルスを時間で分離する必要はない。
【０３８２】
他の例として、角度を測定するときに、較正技法を指定することができる。このケースでは、受信エレメントとインパルス無線の間で遅延は同様である。２つのインパルス無線が必要になり、角度を決定するために共通クロックおよびバックプレーンに接続されることがある。しかし、好ましくは、受信エレメントと検出器の間で同様の遅延が存在する。同じ受信機ユニットが、角度を決定することができる。また、同じ受信エレメントおよび検出器が同じ基板上に配置され、その場合、受信エレメントの分離がＵＷＢ波長の小さい倍数である。したがって、共通クロックが必要になることがあるが、角度だけを決定するときは、バックプレーンを必要としない。
【０３８３】
また、システムをレーダとして使用することができ、物体上にＵＷＢ送信機が存在しないケースにおいて、受動物体の位置を、単に１つの受信機ユニットを使用して、検出し、かつ／または追跡することができる。
【０３８４】
以上、本発明を純粋に例示として説明してきたが、本発明の範囲内で細部を改変することもできることが理解されよう。
本明細書、ならびに（適切な場合には）特許請求の範囲および図面で開示された各特徴は、独立して、または任意の適切な組合せで、提供することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、
単一のハウジング内あるいは共通の基板上にある複数の受信エレメントを含み、前記組み込まれた送信機によって関連する送信特性繰返し周波数で送信された信号パルスを受信するための手段と、
前記受信エレメントで受信された信号パルスを検出するための検出手段であって、受信機走査がトリガされる関連するトリガ周波数を有し、前記特性繰返し周波数が前記受信機トリガ周波数と実質的に同一又は、前記受信機トリガ周波数の実質的に整数倍であるものと、
前記受信エレメントごとに、その受信エレメントで受信される各信号パルスにプロセスを適用し、その結果、その受信エレメントで前記信号パルスが受信されたそれぞれのタイミングを得るように動作可能な処理手段と、を含み、
前記処理手段はさらに、こうして得られた前記タイミングを比較し、その結果、前記物体に関する角位置情報を取得するように動作可能な機器。
【請求項２】
前記処理手段によって適用される前記プロセスが、前記信号の特性又は、予想される特性に依存する、請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記処理手段によって適用される前記プロセスが、前記物体の特性又は予想される特性に依存しかつ、好ましくは前記受信手段からの前記物体の距離、または予想される距離に依存する、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項４】
複数の可能なプロセスから、前記処理手段によって適用される前記プロセスを選択するように適合された選択手段をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項５】
前記プロセスが整合フィルタを含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項６】
前記プロセスが、複数の異なる時間オフセットでフィルタを前記出力信号に適用すること、および前記フィルタからの前記出力に応じて時間オフセットを選択することを含む、請求項５に記載の機器。
【請求項７】
前記処理手段の動作が、複数の前記受信エレメントによって受信された信号の間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって前記物体の角位置を決定することを含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項８】
前記物体に向けてプローブ信号を送信するための手段をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項９】
プローブ信号を送信するための前記手段が、前記物体と関連した送信機によって送信される信号と異なる信号を送信するように適合される、請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
前記プローブ信号を符号化し、それによってプローブ信号を前記物体から受信された信号と区別することができる手段をさらに含む、請求項８または９に記載の機器。
【請求項１１】
前記物体と関連した前記送信機によって送信される前記信号が、超広帯域（ＵＷＢ）信号である、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項１２】
前記送信された信号が特定のパルス繰返し周波数で送信され、前記機器が当該周波数のパルスを受信するための同調手段を含む、請求項１乃至１０に記載の機器。
【請求項１３】
前記周波数が複数の周波数分離を有する多重周波数からなる、請求項１２に記載の機器。
【請求項１４】
前記トリガ周波数に従って、検出手段をトリガする手段を更に含み、当該トリガ手段が、前記送信された信号の発生と独立である、請求項１乃至１０、又は１２乃至１３に記載の機器。
【請求項１５】
トリガ制御信号を受信する手段を更に含み、前記トリガ手段が、前記受信されたトリガ制御信号に従って、前記検出手段をトリガする、請求項１４に記載の機器。
【請求項１６】
前記トリガ手段が、前記制御信号に基づいて前記トリガ周波数で前記検出手段をトリガする、請求項１５に記載の機器。
【請求項１７】
前記トリガ周波数が、前記特性繰返し周波数と異なる、請求項１４乃至１６に記載の機器。
【請求項１８】
前記整数倍数（ｎ）が１より大きい、好ましくは２，３，４又は５より大きい、請求項１に記載の機器。
【請求項１９】
更に前記処理手段と通信するための通信インターフェースを含む、請求項１乃至１０又は１２乃至１８に記載の機器。
【請求項２０】
前記通信インターフェースが前記機器で受信された信号を表わす複数の信号を出力するように適合される、請求項１９に記載の機器。
【請求項２１】
前記通信手段が前記処理手段から制御信号を受信するように適合される、請求項１９又は２０に記載の機器。
【請求項２２】
前記処理手段が更なる角位置に関連して前記検出手段の出力を処理するように適合され、その結果、前記物体に関する送信機の変位を決定する、請求項１乃至１０又は１２乃至１９に記載の機器。
【請求項２３】
前記処理手段が前記検出手段から受信された複数の信号間のタイミング差を計算し、前記複数の信号の少なくとも２つの間のタイミング差に従属する角位置を決定するように適合される、請求項２２に記載の機器。
【請求項２４】
前記受信手段が特性パルス周波数を有するパルス列を受信するように適合され、前記検出手段が前記受信されたパルス列を表わす信号を出力するように適合される、請求項１乃至１０又は１２乃至２３に記載の機器。
【請求項２５】
前記検出手段が前記受信されたパルスの波形を表わす信号を出力するように適合される、請求項２４に記載の機器。
【請求項２６】
前記送信機を含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項２７】
送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定する方法であって、
単一のハウジング内あるいは共通の基板上にある複数の受信エレメントを含む受信手段で、前記組み込まれた送信機によって関連する特性繰返し周波数で送信された信号パルスを受信するステップと、
前記受信エレメントで受信された信号を、受信機走査がトリガされる関連するトリガ周波数に従って検出するステップであって、前記特性繰返し周波数が前記受信機トリガ周波数と実質的に同一又は、前記受信機トリガ周波数の実質的に整数倍であるものと、
前記受信エレメントごとに、その受信エレメントで受信される前記信号にプロセスを適用し、その結果、その受信エレメントで前記信号が受信されたそれぞれのタイミングを取得し、更にこうして得られた前記タイミングを比較し、その結果、前記物体に関する角位置情報を取得するステップと、を含む方法。
【請求項１】
送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定するための機器であって、
単一のハウジング内あるいは共通の基板上にある複数の受信エレメントを含み、前記組み込まれた送信機によって関連する送信特性繰返し周波数で送信された信号パルスを受信するための手段と、
前記受信エレメントで受信された信号パルスを検出するための検出手段であって、受信機走査がトリガされる関連するトリガ周波数を有し、前記特性繰返し周波数が前記受信機トリガ周波数と実質的に同一又は、前記受信機トリガ周波数の実質的に整数倍であるものと、
前記受信エレメントごとに、その受信エレメントで受信される各信号パルスにプロセスを適用し、その結果、その受信エレメントで前記信号パルスが受信されたそれぞれのタイミングを得るように動作可能な処理手段と、を含み、
前記処理手段はさらに、こうして得られた前記タイミングを比較し、その結果、前記物体に関する角位置情報を取得するように動作可能な機器。
【請求項２】
前記処理手段によって適用される前記プロセスが、前記信号の特性又は、予想される特性に依存する、請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記処理手段によって適用される前記プロセスが、前記物体の特性又は予想される特性に依存しかつ、好ましくは前記受信手段からの前記物体の距離、または予想される距離に依存する、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項４】
複数の可能なプロセスから、前記処理手段によって適用される前記プロセスを選択するように適合された選択手段をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項５】
前記プロセスが整合フィルタを含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項６】
前記プロセスが、複数の異なる時間オフセットでフィルタを前記出力信号に適用すること、および前記フィルタからの前記出力に応じて時間オフセットを選択することを含む、請求項５に記載の機器。
【請求項７】
前記処理手段の動作が、複数の前記受信エレメントによって受信された信号の間の間隔を検出するように整合フィルタを適用し、それによって前記物体の角位置を決定することを含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項８】
前記物体に向けてプローブ信号を送信するための手段をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項９】
プローブ信号を送信するための前記手段が、前記物体と関連した送信機によって送信される信号と異なる信号を送信するように適合される、請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
前記プローブ信号を符号化し、それによってプローブ信号を前記物体から受信された信号と区別することができる手段をさらに含む、請求項８または９に記載の機器。
【請求項１１】
前記物体と関連した前記送信機によって送信される前記信号が、超広帯域（ＵＷＢ）信号である、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項１２】
前記送信された信号が特定のパルス繰返し周波数で送信され、前記機器が当該周波数のパルスを受信するための同調手段を含む、請求項１乃至１０に記載の機器。
【請求項１３】
前記周波数が複数の周波数分離を有する多重周波数からなる、請求項１２に記載の機器。
【請求項１４】
前記トリガ周波数に従って、検出手段をトリガする手段を更に含み、当該トリガ手段が、前記送信された信号の発生と独立である、請求項１乃至１０、又は１２乃至１３に記載の機器。
【請求項１５】
トリガ制御信号を受信する手段を更に含み、前記トリガ手段が、前記受信されたトリガ制御信号に従って、前記検出手段をトリガする、請求項１４に記載の機器。
【請求項１６】
前記トリガ手段が、前記制御信号に基づいて前記トリガ周波数で前記検出手段をトリガする、請求項１５に記載の機器。
【請求項１７】
前記トリガ周波数が、前記特性繰返し周波数と異なる、請求項１４乃至１６に記載の機器。
【請求項１８】
前記整数倍数（ｎ）が１より大きい、好ましくは２，３，４又は５より大きい、請求項１に記載の機器。
【請求項１９】
更に前記処理手段と通信するための通信インターフェースを含む、請求項１乃至１０又は１２乃至１８に記載の機器。
【請求項２０】
前記通信インターフェースが前記機器で受信された信号を表わす複数の信号を出力するように適合される、請求項１９に記載の機器。
【請求項２１】
前記通信手段が前記処理手段から制御信号を受信するように適合される、請求項１９又は２０に記載の機器。
【請求項２２】
前記処理手段が更なる角位置に関連して前記検出手段の出力を処理するように適合され、その結果、前記物体に関する送信機の変位を決定する、請求項１乃至１０又は１２乃至１９に記載の機器。
【請求項２３】
前記処理手段が前記検出手段から受信された複数の信号間のタイミング差を計算し、前記複数の信号の少なくとも２つの間のタイミング差に従属する角位置を決定するように適合される、請求項２２に記載の機器。
【請求項２４】
前記受信手段が特性パルス周波数を有するパルス列を受信するように適合され、前記検出手段が前記受信されたパルス列を表わす信号を出力するように適合される、請求項１乃至１０又は１２乃至２３に記載の機器。
【請求項２５】
前記検出手段が前記受信されたパルスの波形を表わす信号を出力するように適合される、請求項２４に記載の機器。
【請求項２６】
前記送信機を含む、前記請求項のいずれかに記載の機器。
【請求項２７】
送信機を組み込んだ物体に関する位置情報を決定する方法であって、
単一のハウジング内あるいは共通の基板上にある複数の受信エレメントを含む受信手段で、前記組み込まれた送信機によって関連する特性繰返し周波数で送信された信号パルスを受信するステップと、
前記受信エレメントで受信された信号を、受信機走査がトリガされる関連するトリガ周波数に従って検出するステップであって、前記特性繰返し周波数が前記受信機トリガ周波数と実質的に同一又は、前記受信機トリガ周波数の実質的に整数倍であるものと、
前記受信エレメントごとに、その受信エレメントで受信される前記信号にプロセスを適用し、その結果、その受信エレメントで前記信号が受信されたそれぞれのタイミングを取得し、更にこうして得られた前記タイミングを比較し、その結果、前記物体に関する角位置情報を取得するステップと、を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２０１２−１０８１４１（Ｐ２０１２−１０８１４１Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−７４０（Ｐ２０１２−７４０）
【出願日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【分割の表示】特願２００６−５３８９２２（Ｐ２００６−５３８９２２）の分割
【原出願日】平成１６年１１月３日（２００４．１１．３）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
２．イーサネット
３．ＪＡＶＡ
４．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（５００２９２４８２）ケンブリッジ コンサルタンツ リミテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【分割の表示】特願２００６−５３８９２２（Ｐ２００６−５３８９２２）の分割
【原出願日】平成１６年１１月３日（２００４．１１．３）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
２．イーサネット
３．ＪＡＶＡ
４．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（５００２９２４８２）ケンブリッジ コンサルタンツ リミテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
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