無線位置特定システム、アンテナ構成、およびアンテナ構成を決定する方法
第１の物体の第２の物体に対する相対位置を特定する無線位置特定システムは、第１の物体に動作可能に結合する第１の無線機を含むことができる。少なくとも高利得領域を有する第１の指向性アンテナは、高利得領域が第２の物体から全体的に外側に方向付けられ、かつ第１の検出範囲を定めるように、第２の物体に取り付けられる。少なくとも高利得領域を有する第２の指向性アンテナは、さらに第２の物体に取り付けられ、さらに高利得領域が全体的に外側に方向付けられ、かつ第２の検出範囲を定めるように方向付けられる。第１および第２の指向性アンテナに接続される第２の無線機は、第１の物体の第２の物体に対する相対位置を特定するために、少なくとも第１の無線機と無線信号を交換する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には位置特定システムに関し、より具体的には無線位置特定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なタイプの位置特定システムが技術的に知られており、それらは一方の物体の他方の物体に対する位置を特定または同定することが望まれる、幅広い種類の環境において使用することができる。１つのタイプの位置特定システムは、無線に基づいており、第１の物体（すなわち、それに結合する無線受信機を有する）の第２の物体（すなわち、それに結合する無線送信機を有する）に対する相対位置を特定するために無線信号を使用する。多くのそのような無線位置特定システムは、送信機および受信機の間の距離を特定するために送信機および受信機の間を進む無線信号の通過時間すなわち「飛行時間」を使用する。２つ以上の送信機が使用されるとき、受信機の送信機に対する相対位置をより正確に特定するために、三角測量法を使用することができる。無線飛行時間位置特定システムの例は、２００３年１２月１６日に発行された「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｔｉｍｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ ｏｆ ａ Ｓｉｇｎａｌ（信号の到着時間を特定する方法および装置）」という名称の米国特許第６，６６５，３３３号に示され、かつ説明されており、それが開示する全体は参照により本明細書に具体的に組み込まれている。
【０００３】
そのような飛行時間および／または三角測量無線位置特定システムは、広範囲の適用例および環境で使用されてきたが、それらのシステムは、いくつかの適用例および環境で実施するのは困難であることがわかった。たとえば、送信機によって生成された無線信号を反射する物体または地質特性を含む「高反射率」環境でそのようなシステムを実施するのは困難であることがわかった。より具体的には、無線反射性の物体または特徴は、いくつかの不可能な場合において、飛行時間により物体の相対位置を正確に特定するのを困難にする可能性がある、実質的な多重経路および他のタイプの干渉を作り出す。さらに他の適用例は、極めて大型の物体の相対位置を検出する能力を要求する可能性がある。そのような場合において、物体の物理的サイズは、大型物体の一部分が無線信号を隠し、または遮断する可能性があるという点で問題を作り出す場合があり、それによってそれらの信号が受信機に到達するのを妨げる。大型の物体は、さらに位置を正確に特定するのを困難または不可能にする可能性がある多重経路干渉の発生源となる場合もある。
【０００４】
それ故に、検出領域内の大型物体の存在による、干渉（多重経路干渉など）および／または信号遮断を受ける環境で利用することができる無線位置特定システムの必要性がある。
【発明の概要】
【０００５】
第１の物体の第２の物体に対する相対位置を特定する無線位置特定システムの１つの実施形態は、第１の物体に動作可能に結合する第１の無線機を含むことができる。少なくとも高利得領域を有する第１の指向性アンテナは、高利得領域が第２の物体から全体的に外側に方向付けられ、かつ第１の検出範囲を定めるように、第２の物体に取り付けられる。少なくとも高利得領域を有する第２の指向性アンテナは、さらに第２の物体に取り付けられ、さらに高利得領域が全体的に外側に方向付けられ、かつ第２の検出範囲を定めるように方向付けられる。第１および第２の指向性アンテナに接続される第２の無線機は、無線信号の飛行時間を特定することによって第１の物体の第２の物体に対する相対位置を少なくとも部分的に特定するために、少なくとも第１の無線機と無線信号を交換する。無線信号は、第１の物体が第１の検出範囲内にあるときは、主に第１の指向性アンテナを介して交換されるが、無線信号は、第１の物体が第２の検出範囲内にあるときは、主に第２の指向性アンテナを介して交換される。
【０００６】
第１の物体がその近傍の第２の物体を飛行時間無線システムにより検出し、かつ位置特定するようにするアンテナ構成も開示される。このアンテナ構成は、第１の物体に取り付けられる複数の指向性アンテナを含むことができ、それらのアンテナの各々は、少なくとも高利得領域を含む放射パターンを有する。複数の指向性アンテナは、その高利得領域が第１の物体から全体的に外側に方向付けられ、対応する検出範囲を定めるように、第１の物体に対して方向付けられる。飛行時間無線システムは、第２の物体の第１の物体に対する相対位置を特定するために、少なくとも第１の物体および第２の物体上の無線機間で無線信号を交換する。無線信号は、主に第２の物体が位置する検出範囲に対応する複数の指向性アンテナの１つを介して交換される。
【０００７】
本発明は、第２の物体が、その近傍の第１の物体を飛行時間無線システムによって検出し、かつ位置特定するようにするために、アンテナ構成を決定する方法も含む。この方法は、第２の物体の周りの１つまたは複数の検出範囲を定めるステップと、指向性アンテナの放射パターンを決定し、その放射パターンが高利得領域を有するステップと、指向性アンテナの高利得領域が、第２の物体から１つまたは複数の検出範囲の方向に全体的に外側に方向付けられるように、複数の指向性アンテナを第２の物体上に取り付けるステップとを含むことができる。
【０００８】
本発明の他の特徴、態様、および利点は、添付の図面と併せて行う、本発明の好ましい実施形態を開示する、以下の詳細な説明より当業者には明らかとなる。
本発明の現在好ましい実施形態が、例示され、添付の図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】露天採鉱環境において発破孔掘削装置と共に使用することができる位置特定システムの１つの実施形態の側面図である。
【図２】様々な指向性アンテナによって定められる検出範囲を示す、図１に示された掘削装置の平面図である。
【図３】狭角指向性アンテナの高低の利得領域の概略図である。
【図４】広角指向性アンテナの高低の利得領域の概略図である。
【図５】狭角指向性アンテナの正面図である。
【図６】図５の線６−６に沿って切り取られた狭角指向性アンテナの断面図である。
【図７】広角指向性アンテナの正面図である。
【図８】図７の線８−８に沿って切り取られた広角指向性アンテナの断面図である。
【図９】アンテナ構成を決定する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
掘削装置１４（すなわち第２の物体）に対する作業車１２（すなわち第１の物体）の位置を特定することが可能な、露天採鉱環境で使用することができる無線位置特定システム１０の１つの実施形態が、図１および２に示される。あるいは、本明細書により詳細に説明することになるように、本発明の方法および装置は、他の環境および適用例において利用することができる。
【００１１】
図１および２に示す特定の例において、作業車１２には第１の無線機１６が設けられるが、掘削装置１４には第２の無線機１８が設けられる。第２の無線機１８は、掘削装置１４上に設けられる（たとえばそれに取り付けられる）１つまたは複数の指向性アンテナ２０に動作可能に接続される。本明細書にさらに詳細に説明することになるように、様々な指向性アンテナ２０は、本明細書に説明する様々な要因および検討に応じて、互いにほぼ同一であるか、または互いに異なることができる。たとえば、図１および２に示す実施形態において、掘削装置１４上に設けられる指向性アンテナ２０は、２つの狭角アンテナ２１、２１’および２つの広角アンテナ２３、２３’を含む。狭角アンテナ２１、２１’は、掘削装置１４の前端部および後端部７４および７６に配置されるが、広角アンテナ２３、２３’は、掘削装置１４の右側面および左側面７８および８０上に配置される。
【００１２】
指向性アンテナ２０が狭角アンテナ２１、２１’または広角アンテナ２３、２３’のいずれを含むかにかかわらず、各アンテナ２０は、図３および４において最もよくわかるように、放射パターン２２と結び付く。各指向性アンテナ２０の放射パターン２２は、少なくとも高利得領域２４を含むことができる。典型的には、放射パターン２２は、１つまたは複数の低利得領域３４も含む。以下により詳細に説明することになるように、様々な指向性アンテナ２０は、それらのそれぞれの高利得領域２４が全体的に外側に方向付けられ、かつ掘削装置１４の周りにそれぞれの検出範囲２６を定めるように、掘削装置１４に取り付けられる。図１および２を参照されたい。
【００１３】
本明細書に示し、かつ説明する例示的な実施形態において、第１および第２の無線機１６および１８は、環境（たとえば露天採鉱）全体の様々な位置に設けられる複数のシステム要素すなわち「ノード」３０を有する位置特定可能メッシュネットワークシステム２８の一部分を含む。本明細書に示し、かつ説明する特定のメッシュネットワークシステム２８において、ノード３０のいくつかまたは全ては、無線信号を送信し、かつ受信することができる無線機すなわち送受信機を含むことができる。位置特定可能な無線機（たとえば１６および１８）を含むノード３０は、メッシュネットワーク２８内だけでなく、その上互いにメッシュネットワークシステム２８が位置特定可能なノード３０（たとえば無線機１６および１８）の位置を特定することができるようにする。一般的に言えば、様々な位置特定可能なノード３０の位置を特定するメッシュネットワーク２８の能力は、飛行時間測定（すなわち、少なくとも２つの無線機に結合するアンテナの間を進む無線信号に関する時間）および三角測量（３つ以上の無線機からの飛行時間情報を含む）の組合せに基づく。
【００１４】
動作中に、本発明の位置特定システム１０は、様々な無線機１６および１８に接続されるアンテナの間で少なくとも部分的に無線信号３２を交換することによって、掘削装置１４（すなわち第２の物体）に対する作業車１２（すなわち第１の物体）およびその逆の相対位置を特定するために使用することができるが、通常、メッシュネットワーク２８内の付加的な無線機（すなわちノード３０）も含むことになる。図１および２に示す実施形態において、第１の無線機１６には、単一のアンテナ（図示せず）が設けられるが、第２の無線機１８は、掘削装置１４に取り付けられる様々な指向性アンテナ２０に接続される。無線機１６および１８の間で送信され、かつ受信される無線信号３２は、第１および第２の物体１２および１４の相対位置によって、無線機１８に接続される指向性アンテナ２０の異なるアンテナを介して交換される。
【００１５】
たとえば、図１および２に示す特定の実施形態に関して、第１および第２の無線機１６および１８の間で送信され、かつ受信される無線信号３２は、車両１２（すなわち第１の物体）が狭角アンテナ２１によって定められる検出範囲２６内にあるとき、主に第１の指向性アンテナ２０（たとえば掘削装置１４の前部７４に取り付けられる狭角アンテナ２１）を介して交換される。あるいは、車両１２が、たとえば掘削装置１４の右側面７８上に取り付けられる広角アンテナ２３の検出範囲２６内などの異なる位置に位置するとき、無線機１６および１８の間を進む無線信号３２は、主に広角アンテナ２３を介して交換される。車両１２が、たとえば掘削装置１４の後部７６に取り付けられる狭角アンテナ２１’の検出範囲２６内などの、掘削装置１４に対するさらに別の位置に位置するとき、無線信号３２は、主に狭角アンテナ２１’を介して交換される。したがって、車両１２の掘削装置１４に対する位置は、掘削装置１４の周りの車両１２の位置にかかわらず容易に特定することができる。
【００１６】
無線機１６および１８の間の無線信号３２は、主に作業車１２が位置する特定の検出範囲２６に対応する指向性アンテナ２０を介して交換されるが、無線機１６および１８の間の無線信号３２は、作業車１２が位置する特定の検出範囲に対応しない他の指向性アンテナ２０の１つまたは複数の間でも交換することができることが可能である点に留意されたい。しかし、そのようなあらゆる無線信号３２は、全体的には実質的に減少した強度を有する受信信号になり、メッシュネットワークシステム２８によって、容易に除去され、または別の場合には無視されるようになる可能性がある。
【００１７】
この点において、無線信号３２は、車両１２および１４の相対位置を三角測量法によって特定することができる十分な飛行時間データを提供するために、メッシュネットワーク２８を構成する無線機１６、１８および他の無線機３０の間で交換する必要もあることに留意されたい。すなわち、無線信号３２が既に説明した方法で無線機１６および１８（および無線機１８に結合するアンテナ２０）の間で交換される事実に加えて、無線信号３２は、メッシュネットワーク２８を構成する無線機１６、１８および他のノードすなわち無線機３０の間／中でも交換される。メッシュネットワーク内の無線機１８およびそのような他の無線機３０の間で交換される無線信号３２に関して、そのような無線信号３２は、主に、そのような他の無線機３０が位置する検出範囲２６を定める、掘削装置１４上の特定のアンテナを介して交換される。たとえば、メッシュネットワーク２８内の他の無線機３０の１つが、アンテナ２３’によって定められる検出範囲２６内に位置するとき、無線機１８およびそのような他の無線機３０の間の無線信号３２は、車両１２上の無線機１６がアンテナ２３によって定められる検出範囲２６内に位置することができても、主にアンテナ２３’を介して交換される。
【００１８】
本発明の位置特定システム１０の重要な利点は、それが位置特定可能メッシュネットワークシステム２８などの無線位置特定システムをそのようなシステムの配置に適していないと現在思われている環境および適用例に使用することを可能にする点である。たとえば、本発明の位置特定システム１０は、（たとえば、無線信号を反射する地形または大きい採掘装置などの他の構造の存在によって）著しい多重経路干渉を受ける、露天採鉱などの環境で容易に使用することができる。本明細書に提供する教示は、従来の位置特定システムと比べて多重経路干渉に対して低減した感受性を有するアンテナ構成を開発するために利用することができる。
【００１９】
重度の多重経路干渉を受ける環境で位置特定システム１０を効果的に利用することができる利点に加えて、位置特定システム１０は、無線信号を遮断し、または減衰させる大型構造物または物体を含む適用例に使用することもできる。既に説明したように、無線信号を著しく減衰させ、または遮断する可能性がある環境は、しばしば無線信号が使用不可能になるまで、従来の位置検出システムの信頼性および精度に悪影響を与える死角および盲点を作り出す可能性がある。本明細書に提供する教示は、別の場合にネットワーク無線システム内に存在することになる盲点または死角を実質的に低減し、または除去するアンテナ構成を開発するために使用することができる。
【００２０】
本発明のさらに別の利点は、それが重い採掘装置などの大型可動構造物上に容易に配置することもできる点である。より具体的には、重い採掘装置などの大型構造物または車両は、（位置特定システムによって実際に位置特定されるものである）アンテナの位置に対して構造または車両の境界部を関連付ける問題をもたらす。単一のアンテナから得られる位置データに基づいて大型構造物または車両の境界部の位置を特定することは理論的には可能であるが、そのような理論的な解決法は、現場で適用するのが困難であることがわかった。
【００２１】
たとえば、単一のアンテナが大型構造物または車両の上に配置されるとき、そのアンテナは、大型構造物または車両の周りで運動する物体に結合するアンテナから見えるように、構造物または車両の上の位置に配置されなければならない。当然、大型構造物または車両の様々な機構は、そのような他の物体の検出が困難または不可能になる重大な盲点を作り出す。そのような盲点は、アンテナを高い位置に（たとえば掘削装置の櫓上に）取り付けることによって最小化することができるが、通常、車両または構造物の櫓と他の機構との間に相当な相対運動が生じ、そのような相対運動は、近傍に位置する典型的にはより小型の他の物体を正確に位置特定することができるようになる前に、補償されなければならない。
【００２２】
複数の全方向アンテナを大型車または構造物の周りの様々な位置に配置することによって、盲点の問題を解決することができるが、そのような複数アンテナ構成は、一般的には他の問題を作り出す。たとえば、２つ以上のそのようなアンテナが、検出されるべき物体のアンテナから見えるとき、検出されるべき物体の位置を特定するためにどのアンテナを使用すべきかに関して問題が生じる。一方のアンテナが、検出されるべき物体から１０メートルに位置する一方で、（同様にその物体から見える）他方のアンテナが、その物体から１５メートルに位置するとき、その相対位置を１０メートルまたは１５メートルの距離のいずれかとすることができるが、検出されるべき物体の真の相対位置を特定するのは困難である。要約すると、その場合、特に（たとえば安全性考慮の理由から）１メートル以下の範囲内の相対位置を特定する必要がある場合には、大型車または構造物の近傍の物体を検出する能力は、些末なことではない。
【００２３】
本発明の１つの実施形態による位置特定システム１０を、そのより重要な特徴および利点のいくつかと共に簡潔に説明してきたが、ここで位置特定システム１０の様々な例示的実施形態を詳細に説明することにする。しかし、説明に進める前に、位置特定システム１０は、特定の環境（露天採鉱など）において特定の車両タイプ（発破孔掘削装置およびより小型の作業車など）と共に使用することができる点を、本明細書に示し、かつ説明するが、本明細書に提供する教示に習熟した後、本発明は、広範囲の他の環境のいずれかにおいて、他のタイプの車両または物体と共に利用することができることを当業者は容易にわかる点に留意されたい。それ故に、本発明は、本明細書に示し、かつ説明する特定の環境、車両、適用例および構成に限定するものと見なされるべきでない。
【００２４】
ここで説明を進め、ここで主に図１および２に戻って参照すると、本明細書に提供する教示による位置特定システムの１つの実施形態１０は、少なくとも１つの他の物体１２の発破孔掘削装置１４に対する位置を特定するために使用することができる。より具体的には、検出されるべき物体（複数可）１２は、掘削装置１４に接近し、またはその近傍で作業する可能性がある採鉱人員または装置（作業車など）を含むことができる。検出するのが望まれる様々な物体１２（人および／または他の装置など）の各々には、無線機１６が設けられる。同様にして、発破孔掘削装置１４には、無線機１８が設けられる。
【００２５】
以上に簡潔に説明したように、無線機１６、１８は、メッシュネットワーク２８を形成するのに共に機能する複数のシステム要素すなわちノード３０を含む位置特定可能メッシュネットワークシステム２８の一部分を形成する。メッシュネットワークシステム２８の様々なノード３０は、無線信号を送信し、かつ受信することができる無線機すなわち送受信機を含むことができる。「位置特定可能」な無線機（１６および１８など）を含むノード３０は、メッシュネットワークシステム２８が、ノード３０、したがって無線機１６および１８の位置をネットワーク２８内だけでなく、その上互いに（すなわちピアツーピアで）特定することができるようにする。様々な位置特定可能なノード３０の位置を特定するネットワーク２８の能力は、飛行時間測定（すなわち、２つの無線機の間を進む無線信号に関する時間）および三角測量（すなわち、３つ以上の無線機からの飛行時間情報を含む）の組合せに基づく。
【００２６】
本発明と共に利用することができるタイプの位置特定可能メッシュネットワークシステム２８は、技術的によく知られており、すぐに商業的入手可能である。それ故に、本発明は、メッシュネットワークシステムのいずれの特定のタイプにも限定するものと見なされるべきでない。しかし、例として、１つの実施形態において、メッシュネットワークシステム２８は、Ｍｏｔｏｒｏｌａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｃｈａｕｍｂｕｒｇ、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ（ＵＳ）によって製造される複数の無線機すなわちノード３０（すなわち位置特定可能な無線機１６および１８を含む）を含むことができる。
【００２７】
簡潔に言えば、本明細書に説明するタイプの位置特定可能メッシュ無線機（すなわち１６、１８および様々な位置特定可能無線機３０）は、典型的には１メートル以下の桁数で、高精度位置特定データを提供することができる。このシステムは、好ましい条件（たとえば多重経路干渉または望ましくない信号減衰がほぼない環境）で使用されるとき、数十センチメートルの桁数で位置データを提供することができる。しかし、多重経路干渉および望ましくない信号減衰を受ける環境などの好ましくない条件で使用されるとき、位置特定精度、または精度に関係しないあらゆる位置情報を確実に得る能力さえも、システムが使用できなくなるまで低下する可能性がある。本発明は、そのような好ましくない条件で、そのような無線位置特定システムを効果的に使用することができるようにする。実際に、本明細書に提供する教示の効果的な実施形態は、そのような無線位置特定システムが達成可能な最大位置特定精度に接近し、またはそれを達成することすらできるようにすることが可能である。
【００２８】
本明細書に示し、かつ説明する例示的な実施形態において、無線位置特定システムが位置特定可能メッシュ無線ネットワーク（たとえば図１に示すネットワーク２８）の一部分を含む場合に、発破孔掘削装置１４に接近し、またはその近傍で作業することが予想される各物体１２（人または作業車など）には、理想的には、それ自体の位置特定可能メッシュ無線機１６が設けられるべきである。第１の物体１２が掘削装置１４に比べて小さい場合、たとえば第１の物体１２が人または作業車である場合には、たとえば、第１の物体１２には、全方向アンテナなどの単一のアンテナを有する無線機１６を設けることができる。しかし、第１の物体１２が大型であるとき、本明細書に提供する教示によって配置される複数の指向性アンテナを含むアンテナ配列または構成をその物体に提供することが必要とされ、または望まれる可能性がある。たとえば、監視される物体１２の１つまたは複数が、大型ブルドーザまたは運搬トラックを含むとき、掘削装置１４用に示したものと同様のタイプの複数アンテナ構成をそのような大型物体１２に提供することが一般に望ましい。
【００２９】
さらに、無線位置特定システムは、最終的に（無線機の位置ではなく）アンテナの位置に基づいて無線機の相対位置を検出するので、２つの大型物体の相対位置を特定すべきとき、または物体の１つが他の物体に対して大型である場合に、特別な考慮を必要とする。たとえば、アンテナ２０は、ほとんど、または全く盲点なく、他の物体を検出すべき領域にわたってほぼ連続的に網羅するように構成すべきである。さらに、アンテナ構成は、２つ以上のアンテナが、検出されるべき物体（たとえば１２）上に配置される無線機（たとえば１６）からの同じ信号を受信する可能性を最小化するように整えられるべきである。上述のように、２つ以上のアンテナが、検出されるべき物体（たとえば１２）上の無線機からの無線信号を受信する場合に、検出されるべき物体の位置に関する多義性を作り出す可能性がある。
【００３０】
上述の論点によれば、第２の無線機１８は、１つまたは複数の指向性アンテナ２０に動作可能に接続することができる。様々な指向性アンテナ２０は、特定の適用例、およびアンテナ２０により網羅されるべき領域すなわち範囲に応じて、互いに同一であるか、または互いに異なることができる。本明細書に示し、かつ説明する実施形態において、すなわち、ほぼ矩形構造（図２）を有する掘削装置１４の周りを網羅することが望まれる場合、および４つの別個の指向性アンテナ２０を用いて網羅することが望まれる場合に、指向性アンテナ２０の配列は、２つの狭角アンテナ２１、２１’および２つの広角アンテナ２３、２３’を含むことができる。狭角アンテナ２１、２１’は、掘削装置１４の前端部および後端部７４および７６に配置することができるが、広角アンテナ２３、２３’は、掘削装置１４の左側面および右側面７８および８０上に配置することができる。
【００３１】
しかし、指向性アンテナ２０が狭角アンテナ２１、２１’または広角アンテナ２３、２３’のいずれを含むかにかかわらず、各アンテナ２０は、図３および４において最もよくわかるように、放射パターン２２と結び付く。
【００３２】
説明を進める前に、特定のパターンが放射パターンまたは受信パターンのいずれであるかは、アンテナが送信アンテナまたは受信アンテナのいずれで使用されるかに依存する点に留意されたい。一般的に言えば、無線周波数アンテナの放射および受信パターンは、互いにほぼ同一である（すなわち相互依存の結果として）。したがって、用語「放射パターン」および「受信パターン」は、アンテナが送信アンテナまたは受信アンテナのいずれで使用されるかに関して厳密に注意することなく、本明細書では同じ意味で使用することができる。それに加えて、本明細書に示す放射（または受信）パターンは、抽象的なだけであるが、アンテナに関連する実際の放射（または受信）パターンを表す必要がない点に留意されたい。所与の指向性アンテナの実際の放射パターンは、実験的に（たとえばアンテナレンジを介して）、計算機的に（たとえばアンテナ性能を模擬実験するコンピュータプログラムを介して）、またはさらには直感的に求めることができる。
【００３３】
ここで説明を続けると、様々なアンテナ２０の放射パターン２２は、図３および４において最もよくわかるように、少なくともそれぞれの高利得領域２４を含むことができる。本明細書に示し、かつ説明する特定の例示的実施形態において、アンテナ２０の高利得領域２４は、低利得領域３４が両側に位置する。特定の領域（高利得領域２４および低利得領域３４など）のサイズおよび形状は、アンテナ２０の側面反射体５４および５６の間に定められる特定の角度を含む様々な要素に依存する。たとえば、以下により詳細に説明することになるが、側面反射体５４、５６の間の角度が小さくなるほど、アンテナ２０の高利得領域２４はより狭くなる。したがって、図３に示す狭角アンテナ（２１、２１’など）は、より大きい、すなわちより広い高利得領域２４を有する図４に示す広角アンテナ（２３、２３’など）に比べて、より小さい、すなわちより狭い高利得領域２４を有する。それ故に、狭角アンテナ（２１、２１’など）および広角アンテナ（２３、２３’など）の両方を含むアンテナ２０の配列または構成は、いくつかの適用例で役立つように使用することができる。
【００３４】
たとえば、ここで主に図２に戻って参照すると、様々な指向性アンテナ２０が、それらのそれぞれの高利得領域２４が全体的に外側に方向付けられ、かつ掘削装置１４の周りにそれぞれの検出範囲２６を定めるように、発破孔掘削装置１４上に取り付けられる。掘削装置１４の周りをほぼ連続的に網羅するように、すなわち無線機１６を設けられる別の物体１２（人または作業車など）が掘削装置１４の周りのその位置にかかわらず検出可能であるように、４つの別個の指向性アンテナ２０が、掘削装置１４に取り付けられる。より具体的には、２つの狭角指向性アンテナ２１、２１’が、それぞれ掘削装置１４の前部７４および後部７６に取り付けられる一方、２つの広角指向性アンテナ２３、２３’が、掘削装置１４の右側面および左側面７８および８０に取り付けられる。そのような配置において、それぞれの指向性アンテナ２０の高利得領域２４（図３および４）は、図２に概略的に示すように、掘削装置１４から全体的に外側に向く検出範囲２６を定める。
【００３５】
物体１４の周りを完全に網羅することが、常に可能であるわけではない点に留意されたい。たとえば、図２に示す検出範囲２６は、様々なアンテナ２０により定められる高利得領域２４（図３および４）の外側にある、掘削装置１４の隅部３８に近接する範囲すなわち領域３６を含む。それ故に、これらの領域３６内に位置する物体（たとえば１２）を検出するのは困難である可能性がある。各領域３６のサイズまたは拡がりは、様々なアンテナ２０の位置および方向を変化させることによって低減させることができるが、近接するアンテナ２０の検出範囲２６の過度の重複を避けるために、注意が払われなければならない。たとえば、過度の重複は、両アンテナ２０の視界内に位置する物体１２上の無線機１６によって生成される無線信号を検出する２つの近接するアンテナ２０の望ましくない環境をもたらす可能性がある。
【００３６】
この問題は、１つの実施形態では、近接するアンテナ２０（狭角アンテナ２１および広角アンテナ２３など）の低利得領域３４（図３および４）が互いに近接し、またはさらにわずかに重複するように、アンテナ２０を配置することによって解決することができる。そのような配置において、近接するアンテナ２０の低利得領域３４は、領域３６と共に広がる感度低下範囲３７を定める。１つの実施形態において、指向性アンテナ２０の設計は、感度低下範囲３７が検出範囲２６内の感度よりも約６ｄＢ低い感度を有するようにする。感度低下範囲３７は、逆に問題を作り出す可能性がある検出範囲２６の過度の重複をもたらすことなく、範囲３６内に位置する物体１２の全体的に確実な検出を可能にする。
【００３７】
ここで主に図５〜８を参照すると、各指向性アンテナ２０（狭角アンテナ２１、２１’および広角アンテナ２３、２３’など）は、アンテナ要素４４および反射組立体４６を含むことができる。反射組立体４６は、全体的に平行で離間した関係で配置される、上板４８および底板５０を含むことができる。反射組立体４６は、上板および底板４８および５０の間にほぼ延在する第１および第２の側面反射体５４および５６も含むことができる。第１および第２の側面反射体５４および５６は、全体的に外側に向かって角度が付き、反射組立体４６の開放端部すなわち開口部５８を定める。開放端部すなわち開口部５８は、長さ６０を有する。第１および第２の側面反射体５４および５６は、図７および８に示す広角アンテナ実施形態２３、２３’のように、隅部５３で互いに交わることができる。あるいは、第１および第２の側面反射体５４および５６は、図５および６に示す狭角アンテナ実施形態２１、２１’に示すように、後部反射体５２によって結合することができる。アンテナ要素４４は、全方向アンテナ（双極子など）を含むことができ、第１および第２の側面反射体５４および５６からほぼ等距離の位置の反射組立体４６の開放端部５８の近傍に配置することができる。
【００３８】
上述のように、側面反射体５４、５６が交わる角度は、アンテナ２０の高利得領域２４（図３および４）が広くなるか、または狭くなるかを決定する。側面反射体５４および５６の間の狭角は、図３に示すように、比較的狭い高利得領域２４を有する指向性アンテナ２０をもたらし、本明細書では狭角アンテナ２１、２１’と呼ばれる。あるいは、側面反射体５４および５６の間の広角は、図４に示すように、比較的広い高利得領域を有する指向性アンテナ２０をもたらし、本明細書では広角アンテナ２３、２３’と呼ばれる。
【００３９】
反射組立体４６の様々な要素は、関係する特定の周波数の電波を反射するのに適した金属および金属合金などの広範囲の電波反射材料のいずれかより作ることができる。それ故に、本発明は、いずれかの特定の材料から作られる反射体に限定されるものと見なすべきでない。しかし、例として、１つの実施形態において、反射組立体４６の様々な要素は、鋼鉄から作られる。
【００４０】
一般的に言えば、反射組立体４６の様々な寸法が無線信号を含む特定の無線周波数帯または帯域の波長の４分の１（すなわちλ／４）の整数（すなわち「ｎ」）倍となるように、反射組立体４６のサイズを決めることが望ましい。より具体的には、１つの実施形態において、反射組立体４６の開放端部５８の長さ６０は、関係する特定の無線周波数帯または帯域の波長の４分の１の整数倍（すなわちｎλ／４）となるようにサイズを決めるべきである。同様に、アンテナ要素４４および後部反射体５３（すなわち隅部５３）の間の距離６４、ならびに上板および底板４８および５０の間の離間距離６６は、使用される特定の無線周波数帯または帯域の波長の４分の１の整数倍（すなわちｎλ／４）となるように選択することもできる。
【００４１】
反射組立体４６は、有利なことに、既に説明し、かつ図３および４に概略的に示したように、得られる指向性アンテナ２０が高低の利得領域２４および３４を含む放射パターン２２を有するようにする。したがって、様々なアンテナ２０は、発破孔掘削装置１４などの物体に取り付けられるとき、高利得領域２４が検出範囲２６をほぼ定めるように、近接するアンテナ２０の低利得領域３４が、さらに感度低下範囲３７を定めるために、互いに近接し、または重複するように方向付けることができる。図１および２に示す実施形態において、様々な指向性アンテナ２０は、感度低下範囲３７が掘削装置１４の各隅部３８から約１メートルの長さ８２を有するように掘削装置１４に取り付けられる。
【００４２】
ここで図９を参照すると、アンテナ構成を決定する方法６４は、ステップ６６で物体の周りに少なくとも１つの検出範囲２６を定めるステップを含む。たとえば、その物体が掘削装置１４を含む場合に、ステップ６６は、掘削装置１４の周りに検出範囲２６を定めるステップを含み、人または作業車などの別の物体１２を検出することが必要であり、または望ましい。一般的に言えば、全ての物体が、確実に掘削装置１４の周りのそれらの位置にかかわらず検出され、かつ位置特定されるようにするために、掘削装置１４の周りに完全に検出範囲２６を定めるのが望ましい。しかし、別の実施形態においては、車両または物体の周りに完全に検出範囲を定めることが必要でない場合がある。たとえば、物体が長期間にわたり壁または丘に近接して配置され、検出されるべき物体が配置されていないとき、そのような領域内に検出範囲を定めることは必要でない。
【００４３】
いずれにしても、１つまたは複数の検出範囲（たとえば２６）が定められると、使用される指向性アンテナ（複数可）２０の放射パターンは、その場合にステップ６６で決定される。たとえば、本明細書に示し、かつ説明する実施形態において、指向性アンテナ２０が反射組立体４６を含む場合に、指向性アンテナ２０の放射パターン２２は、図３および４において最もよくわかるように、低利得領域３４が両側に位置する高利得領域２４を含む。ステップ６６は、測定は可能であるが、利用される特定の指向性アンテナの放射パターンの実際の測定を含む必要がない点に留意されたい。別の構成において、放射パターンは、実際に（たとえばアンテナレンジを介して）、または計算機的に（たとえばコンピュータモデルを介して）、決定することができる。さらに別の構成において、放射パターンは、直感的に決定することができる。
【００４４】
検出範囲（複数可）が定められ（たとえばステップ６６で）、特定の指向性アンテナまたは使用されるアンテナの放射パターンが決定されると（たとえばステップ６８で）、指向性アンテナ２０（狭角アンテナ２１、２１’および／または広角アンテナ２３、２３’など）は、その場合にアンテナ（複数可）の高利得領域２４が所望の検出範囲２６と一致するように、ステップ７０で物体（掘削装置１４など）に取り付けることができる。指向性アンテナ２０が、高利得領域２４の側方に位置する低利得領域３４を含む実施形態において、近接するアンテナは、それらのそれぞれの低利得領域３４が互いに近接し、かつ感度低下範囲３７を定めるように、ステップ７２において物体（掘削装置１４など）上で方向付けることができる（図２）。近接するアンテナ２０の位置および／または方向は、それらのそれぞれの低利得領域３４が感度低下範囲３７を最小化するために重複するように、さらに調整され、または変化させることができる。
【００４５】
選択された実施形態のみが本発明を示すために選ばれてきたが、添付する特許請求の範囲に規定する本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に様々な変更および修正を加えることができることは本開示より当業者には明らかである。たとえば、様々な要素のサイズ、形状、位置、または方向は、必要に応じて、および／または望むように変更することができる。互いに直接接続され、または接触するように示される要素は、それらの間に配置される中間構造を含むことができる。１つの要素の機能は、２つで実施することができ、その逆も同様である。１つの実施形態の構造および機能は、別の実施形態において採用することができる。全ての利点が、特定の実施形態において同時に存在する必要はない。さらに、先行技術とは異なる全ての特徴は、単独で、または他の特徴と共に、そのような特徴が実施される構造上および／または機能上の技術思想を含む、出願者によるさらなる発明の別個の説明と見なされるべきである。したがって、本発明による実施形態の上述の説明は、例示のためだけに提供され、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって規定される発明を限定するために提供するものではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には位置特定システムに関し、より具体的には無線位置特定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なタイプの位置特定システムが技術的に知られており、それらは一方の物体の他方の物体に対する位置を特定または同定することが望まれる、幅広い種類の環境において使用することができる。１つのタイプの位置特定システムは、無線に基づいており、第１の物体（すなわち、それに結合する無線受信機を有する）の第２の物体（すなわち、それに結合する無線送信機を有する）に対する相対位置を特定するために無線信号を使用する。多くのそのような無線位置特定システムは、送信機および受信機の間の距離を特定するために送信機および受信機の間を進む無線信号の通過時間すなわち「飛行時間」を使用する。２つ以上の送信機が使用されるとき、受信機の送信機に対する相対位置をより正確に特定するために、三角測量法を使用することができる。無線飛行時間位置特定システムの例は、２００３年１２月１６日に発行された「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｔｉｍｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ ｏｆ ａ Ｓｉｇｎａｌ（信号の到着時間を特定する方法および装置）」という名称の米国特許第６，６６５，３３３号に示され、かつ説明されており、それが開示する全体は参照により本明細書に具体的に組み込まれている。
【０００３】
そのような飛行時間および／または三角測量無線位置特定システムは、広範囲の適用例および環境で使用されてきたが、それらのシステムは、いくつかの適用例および環境で実施するのは困難であることがわかった。たとえば、送信機によって生成された無線信号を反射する物体または地質特性を含む「高反射率」環境でそのようなシステムを実施するのは困難であることがわかった。より具体的には、無線反射性の物体または特徴は、いくつかの不可能な場合において、飛行時間により物体の相対位置を正確に特定するのを困難にする可能性がある、実質的な多重経路および他のタイプの干渉を作り出す。さらに他の適用例は、極めて大型の物体の相対位置を検出する能力を要求する可能性がある。そのような場合において、物体の物理的サイズは、大型物体の一部分が無線信号を隠し、または遮断する可能性があるという点で問題を作り出す場合があり、それによってそれらの信号が受信機に到達するのを妨げる。大型の物体は、さらに位置を正確に特定するのを困難または不可能にする可能性がある多重経路干渉の発生源となる場合もある。
【０００４】
それ故に、検出領域内の大型物体の存在による、干渉（多重経路干渉など）および／または信号遮断を受ける環境で利用することができる無線位置特定システムの必要性がある。
【発明の概要】
【０００５】
第１の物体の第２の物体に対する相対位置を特定する無線位置特定システムの１つの実施形態は、第１の物体に動作可能に結合する第１の無線機を含むことができる。少なくとも高利得領域を有する第１の指向性アンテナは、高利得領域が第２の物体から全体的に外側に方向付けられ、かつ第１の検出範囲を定めるように、第２の物体に取り付けられる。少なくとも高利得領域を有する第２の指向性アンテナは、さらに第２の物体に取り付けられ、さらに高利得領域が全体的に外側に方向付けられ、かつ第２の検出範囲を定めるように方向付けられる。第１および第２の指向性アンテナに接続される第２の無線機は、無線信号の飛行時間を特定することによって第１の物体の第２の物体に対する相対位置を少なくとも部分的に特定するために、少なくとも第１の無線機と無線信号を交換する。無線信号は、第１の物体が第１の検出範囲内にあるときは、主に第１の指向性アンテナを介して交換されるが、無線信号は、第１の物体が第２の検出範囲内にあるときは、主に第２の指向性アンテナを介して交換される。
【０００６】
第１の物体がその近傍の第２の物体を飛行時間無線システムにより検出し、かつ位置特定するようにするアンテナ構成も開示される。このアンテナ構成は、第１の物体に取り付けられる複数の指向性アンテナを含むことができ、それらのアンテナの各々は、少なくとも高利得領域を含む放射パターンを有する。複数の指向性アンテナは、その高利得領域が第１の物体から全体的に外側に方向付けられ、対応する検出範囲を定めるように、第１の物体に対して方向付けられる。飛行時間無線システムは、第２の物体の第１の物体に対する相対位置を特定するために、少なくとも第１の物体および第２の物体上の無線機間で無線信号を交換する。無線信号は、主に第２の物体が位置する検出範囲に対応する複数の指向性アンテナの１つを介して交換される。
【０００７】
本発明は、第２の物体が、その近傍の第１の物体を飛行時間無線システムによって検出し、かつ位置特定するようにするために、アンテナ構成を決定する方法も含む。この方法は、第２の物体の周りの１つまたは複数の検出範囲を定めるステップと、指向性アンテナの放射パターンを決定し、その放射パターンが高利得領域を有するステップと、指向性アンテナの高利得領域が、第２の物体から１つまたは複数の検出範囲の方向に全体的に外側に方向付けられるように、複数の指向性アンテナを第２の物体上に取り付けるステップとを含むことができる。
【０００８】
本発明の他の特徴、態様、および利点は、添付の図面と併せて行う、本発明の好ましい実施形態を開示する、以下の詳細な説明より当業者には明らかとなる。
本発明の現在好ましい実施形態が、例示され、添付の図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】露天採鉱環境において発破孔掘削装置と共に使用することができる位置特定システムの１つの実施形態の側面図である。
【図２】様々な指向性アンテナによって定められる検出範囲を示す、図１に示された掘削装置の平面図である。
【図３】狭角指向性アンテナの高低の利得領域の概略図である。
【図４】広角指向性アンテナの高低の利得領域の概略図である。
【図５】狭角指向性アンテナの正面図である。
【図６】図５の線６−６に沿って切り取られた狭角指向性アンテナの断面図である。
【図７】広角指向性アンテナの正面図である。
【図８】図７の線８−８に沿って切り取られた広角指向性アンテナの断面図である。
【図９】アンテナ構成を決定する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
掘削装置１４（すなわち第２の物体）に対する作業車１２（すなわち第１の物体）の位置を特定することが可能な、露天採鉱環境で使用することができる無線位置特定システム１０の１つの実施形態が、図１および２に示される。あるいは、本明細書により詳細に説明することになるように、本発明の方法および装置は、他の環境および適用例において利用することができる。
【００１１】
図１および２に示す特定の例において、作業車１２には第１の無線機１６が設けられるが、掘削装置１４には第２の無線機１８が設けられる。第２の無線機１８は、掘削装置１４上に設けられる（たとえばそれに取り付けられる）１つまたは複数の指向性アンテナ２０に動作可能に接続される。本明細書にさらに詳細に説明することになるように、様々な指向性アンテナ２０は、本明細書に説明する様々な要因および検討に応じて、互いにほぼ同一であるか、または互いに異なることができる。たとえば、図１および２に示す実施形態において、掘削装置１４上に設けられる指向性アンテナ２０は、２つの狭角アンテナ２１、２１’および２つの広角アンテナ２３、２３’を含む。狭角アンテナ２１、２１’は、掘削装置１４の前端部および後端部７４および７６に配置されるが、広角アンテナ２３、２３’は、掘削装置１４の右側面および左側面７８および８０上に配置される。
【００１２】
指向性アンテナ２０が狭角アンテナ２１、２１’または広角アンテナ２３、２３’のいずれを含むかにかかわらず、各アンテナ２０は、図３および４において最もよくわかるように、放射パターン２２と結び付く。各指向性アンテナ２０の放射パターン２２は、少なくとも高利得領域２４を含むことができる。典型的には、放射パターン２２は、１つまたは複数の低利得領域３４も含む。以下により詳細に説明することになるように、様々な指向性アンテナ２０は、それらのそれぞれの高利得領域２４が全体的に外側に方向付けられ、かつ掘削装置１４の周りにそれぞれの検出範囲２６を定めるように、掘削装置１４に取り付けられる。図１および２を参照されたい。
【００１３】
本明細書に示し、かつ説明する例示的な実施形態において、第１および第２の無線機１６および１８は、環境（たとえば露天採鉱）全体の様々な位置に設けられる複数のシステム要素すなわち「ノード」３０を有する位置特定可能メッシュネットワークシステム２８の一部分を含む。本明細書に示し、かつ説明する特定のメッシュネットワークシステム２８において、ノード３０のいくつかまたは全ては、無線信号を送信し、かつ受信することができる無線機すなわち送受信機を含むことができる。位置特定可能な無線機（たとえば１６および１８）を含むノード３０は、メッシュネットワーク２８内だけでなく、その上互いにメッシュネットワークシステム２８が位置特定可能なノード３０（たとえば無線機１６および１８）の位置を特定することができるようにする。一般的に言えば、様々な位置特定可能なノード３０の位置を特定するメッシュネットワーク２８の能力は、飛行時間測定（すなわち、少なくとも２つの無線機に結合するアンテナの間を進む無線信号に関する時間）および三角測量（３つ以上の無線機からの飛行時間情報を含む）の組合せに基づく。
【００１４】
動作中に、本発明の位置特定システム１０は、様々な無線機１６および１８に接続されるアンテナの間で少なくとも部分的に無線信号３２を交換することによって、掘削装置１４（すなわち第２の物体）に対する作業車１２（すなわち第１の物体）およびその逆の相対位置を特定するために使用することができるが、通常、メッシュネットワーク２８内の付加的な無線機（すなわちノード３０）も含むことになる。図１および２に示す実施形態において、第１の無線機１６には、単一のアンテナ（図示せず）が設けられるが、第２の無線機１８は、掘削装置１４に取り付けられる様々な指向性アンテナ２０に接続される。無線機１６および１８の間で送信され、かつ受信される無線信号３２は、第１および第２の物体１２および１４の相対位置によって、無線機１８に接続される指向性アンテナ２０の異なるアンテナを介して交換される。
【００１５】
たとえば、図１および２に示す特定の実施形態に関して、第１および第２の無線機１６および１８の間で送信され、かつ受信される無線信号３２は、車両１２（すなわち第１の物体）が狭角アンテナ２１によって定められる検出範囲２６内にあるとき、主に第１の指向性アンテナ２０（たとえば掘削装置１４の前部７４に取り付けられる狭角アンテナ２１）を介して交換される。あるいは、車両１２が、たとえば掘削装置１４の右側面７８上に取り付けられる広角アンテナ２３の検出範囲２６内などの異なる位置に位置するとき、無線機１６および１８の間を進む無線信号３２は、主に広角アンテナ２３を介して交換される。車両１２が、たとえば掘削装置１４の後部７６に取り付けられる狭角アンテナ２１’の検出範囲２６内などの、掘削装置１４に対するさらに別の位置に位置するとき、無線信号３２は、主に狭角アンテナ２１’を介して交換される。したがって、車両１２の掘削装置１４に対する位置は、掘削装置１４の周りの車両１２の位置にかかわらず容易に特定することができる。
【００１６】
無線機１６および１８の間の無線信号３２は、主に作業車１２が位置する特定の検出範囲２６に対応する指向性アンテナ２０を介して交換されるが、無線機１６および１８の間の無線信号３２は、作業車１２が位置する特定の検出範囲に対応しない他の指向性アンテナ２０の１つまたは複数の間でも交換することができることが可能である点に留意されたい。しかし、そのようなあらゆる無線信号３２は、全体的には実質的に減少した強度を有する受信信号になり、メッシュネットワークシステム２８によって、容易に除去され、または別の場合には無視されるようになる可能性がある。
【００１７】
この点において、無線信号３２は、車両１２および１４の相対位置を三角測量法によって特定することができる十分な飛行時間データを提供するために、メッシュネットワーク２８を構成する無線機１６、１８および他の無線機３０の間で交換する必要もあることに留意されたい。すなわち、無線信号３２が既に説明した方法で無線機１６および１８（および無線機１８に結合するアンテナ２０）の間で交換される事実に加えて、無線信号３２は、メッシュネットワーク２８を構成する無線機１６、１８および他のノードすなわち無線機３０の間／中でも交換される。メッシュネットワーク内の無線機１８およびそのような他の無線機３０の間で交換される無線信号３２に関して、そのような無線信号３２は、主に、そのような他の無線機３０が位置する検出範囲２６を定める、掘削装置１４上の特定のアンテナを介して交換される。たとえば、メッシュネットワーク２８内の他の無線機３０の１つが、アンテナ２３’によって定められる検出範囲２６内に位置するとき、無線機１８およびそのような他の無線機３０の間の無線信号３２は、車両１２上の無線機１６がアンテナ２３によって定められる検出範囲２６内に位置することができても、主にアンテナ２３’を介して交換される。
【００１８】
本発明の位置特定システム１０の重要な利点は、それが位置特定可能メッシュネットワークシステム２８などの無線位置特定システムをそのようなシステムの配置に適していないと現在思われている環境および適用例に使用することを可能にする点である。たとえば、本発明の位置特定システム１０は、（たとえば、無線信号を反射する地形または大きい採掘装置などの他の構造の存在によって）著しい多重経路干渉を受ける、露天採鉱などの環境で容易に使用することができる。本明細書に提供する教示は、従来の位置特定システムと比べて多重経路干渉に対して低減した感受性を有するアンテナ構成を開発するために利用することができる。
【００１９】
重度の多重経路干渉を受ける環境で位置特定システム１０を効果的に利用することができる利点に加えて、位置特定システム１０は、無線信号を遮断し、または減衰させる大型構造物または物体を含む適用例に使用することもできる。既に説明したように、無線信号を著しく減衰させ、または遮断する可能性がある環境は、しばしば無線信号が使用不可能になるまで、従来の位置検出システムの信頼性および精度に悪影響を与える死角および盲点を作り出す可能性がある。本明細書に提供する教示は、別の場合にネットワーク無線システム内に存在することになる盲点または死角を実質的に低減し、または除去するアンテナ構成を開発するために使用することができる。
【００２０】
本発明のさらに別の利点は、それが重い採掘装置などの大型可動構造物上に容易に配置することもできる点である。より具体的には、重い採掘装置などの大型構造物または車両は、（位置特定システムによって実際に位置特定されるものである）アンテナの位置に対して構造または車両の境界部を関連付ける問題をもたらす。単一のアンテナから得られる位置データに基づいて大型構造物または車両の境界部の位置を特定することは理論的には可能であるが、そのような理論的な解決法は、現場で適用するのが困難であることがわかった。
【００２１】
たとえば、単一のアンテナが大型構造物または車両の上に配置されるとき、そのアンテナは、大型構造物または車両の周りで運動する物体に結合するアンテナから見えるように、構造物または車両の上の位置に配置されなければならない。当然、大型構造物または車両の様々な機構は、そのような他の物体の検出が困難または不可能になる重大な盲点を作り出す。そのような盲点は、アンテナを高い位置に（たとえば掘削装置の櫓上に）取り付けることによって最小化することができるが、通常、車両または構造物の櫓と他の機構との間に相当な相対運動が生じ、そのような相対運動は、近傍に位置する典型的にはより小型の他の物体を正確に位置特定することができるようになる前に、補償されなければならない。
【００２２】
複数の全方向アンテナを大型車または構造物の周りの様々な位置に配置することによって、盲点の問題を解決することができるが、そのような複数アンテナ構成は、一般的には他の問題を作り出す。たとえば、２つ以上のそのようなアンテナが、検出されるべき物体のアンテナから見えるとき、検出されるべき物体の位置を特定するためにどのアンテナを使用すべきかに関して問題が生じる。一方のアンテナが、検出されるべき物体から１０メートルに位置する一方で、（同様にその物体から見える）他方のアンテナが、その物体から１５メートルに位置するとき、その相対位置を１０メートルまたは１５メートルの距離のいずれかとすることができるが、検出されるべき物体の真の相対位置を特定するのは困難である。要約すると、その場合、特に（たとえば安全性考慮の理由から）１メートル以下の範囲内の相対位置を特定する必要がある場合には、大型車または構造物の近傍の物体を検出する能力は、些末なことではない。
【００２３】
本発明の１つの実施形態による位置特定システム１０を、そのより重要な特徴および利点のいくつかと共に簡潔に説明してきたが、ここで位置特定システム１０の様々な例示的実施形態を詳細に説明することにする。しかし、説明に進める前に、位置特定システム１０は、特定の環境（露天採鉱など）において特定の車両タイプ（発破孔掘削装置およびより小型の作業車など）と共に使用することができる点を、本明細書に示し、かつ説明するが、本明細書に提供する教示に習熟した後、本発明は、広範囲の他の環境のいずれかにおいて、他のタイプの車両または物体と共に利用することができることを当業者は容易にわかる点に留意されたい。それ故に、本発明は、本明細書に示し、かつ説明する特定の環境、車両、適用例および構成に限定するものと見なされるべきでない。
【００２４】
ここで説明を進め、ここで主に図１および２に戻って参照すると、本明細書に提供する教示による位置特定システムの１つの実施形態１０は、少なくとも１つの他の物体１２の発破孔掘削装置１４に対する位置を特定するために使用することができる。より具体的には、検出されるべき物体（複数可）１２は、掘削装置１４に接近し、またはその近傍で作業する可能性がある採鉱人員または装置（作業車など）を含むことができる。検出するのが望まれる様々な物体１２（人および／または他の装置など）の各々には、無線機１６が設けられる。同様にして、発破孔掘削装置１４には、無線機１８が設けられる。
【００２５】
以上に簡潔に説明したように、無線機１６、１８は、メッシュネットワーク２８を形成するのに共に機能する複数のシステム要素すなわちノード３０を含む位置特定可能メッシュネットワークシステム２８の一部分を形成する。メッシュネットワークシステム２８の様々なノード３０は、無線信号を送信し、かつ受信することができる無線機すなわち送受信機を含むことができる。「位置特定可能」な無線機（１６および１８など）を含むノード３０は、メッシュネットワークシステム２８が、ノード３０、したがって無線機１６および１８の位置をネットワーク２８内だけでなく、その上互いに（すなわちピアツーピアで）特定することができるようにする。様々な位置特定可能なノード３０の位置を特定するネットワーク２８の能力は、飛行時間測定（すなわち、２つの無線機の間を進む無線信号に関する時間）および三角測量（すなわち、３つ以上の無線機からの飛行時間情報を含む）の組合せに基づく。
【００２６】
本発明と共に利用することができるタイプの位置特定可能メッシュネットワークシステム２８は、技術的によく知られており、すぐに商業的入手可能である。それ故に、本発明は、メッシュネットワークシステムのいずれの特定のタイプにも限定するものと見なされるべきでない。しかし、例として、１つの実施形態において、メッシュネットワークシステム２８は、Ｍｏｔｏｒｏｌａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｃｈａｕｍｂｕｒｇ、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ（ＵＳ）によって製造される複数の無線機すなわちノード３０（すなわち位置特定可能な無線機１６および１８を含む）を含むことができる。
【００２７】
簡潔に言えば、本明細書に説明するタイプの位置特定可能メッシュ無線機（すなわち１６、１８および様々な位置特定可能無線機３０）は、典型的には１メートル以下の桁数で、高精度位置特定データを提供することができる。このシステムは、好ましい条件（たとえば多重経路干渉または望ましくない信号減衰がほぼない環境）で使用されるとき、数十センチメートルの桁数で位置データを提供することができる。しかし、多重経路干渉および望ましくない信号減衰を受ける環境などの好ましくない条件で使用されるとき、位置特定精度、または精度に関係しないあらゆる位置情報を確実に得る能力さえも、システムが使用できなくなるまで低下する可能性がある。本発明は、そのような好ましくない条件で、そのような無線位置特定システムを効果的に使用することができるようにする。実際に、本明細書に提供する教示の効果的な実施形態は、そのような無線位置特定システムが達成可能な最大位置特定精度に接近し、またはそれを達成することすらできるようにすることが可能である。
【００２８】
本明細書に示し、かつ説明する例示的な実施形態において、無線位置特定システムが位置特定可能メッシュ無線ネットワーク（たとえば図１に示すネットワーク２８）の一部分を含む場合に、発破孔掘削装置１４に接近し、またはその近傍で作業することが予想される各物体１２（人または作業車など）には、理想的には、それ自体の位置特定可能メッシュ無線機１６が設けられるべきである。第１の物体１２が掘削装置１４に比べて小さい場合、たとえば第１の物体１２が人または作業車である場合には、たとえば、第１の物体１２には、全方向アンテナなどの単一のアンテナを有する無線機１６を設けることができる。しかし、第１の物体１２が大型であるとき、本明細書に提供する教示によって配置される複数の指向性アンテナを含むアンテナ配列または構成をその物体に提供することが必要とされ、または望まれる可能性がある。たとえば、監視される物体１２の１つまたは複数が、大型ブルドーザまたは運搬トラックを含むとき、掘削装置１４用に示したものと同様のタイプの複数アンテナ構成をそのような大型物体１２に提供することが一般に望ましい。
【００２９】
さらに、無線位置特定システムは、最終的に（無線機の位置ではなく）アンテナの位置に基づいて無線機の相対位置を検出するので、２つの大型物体の相対位置を特定すべきとき、または物体の１つが他の物体に対して大型である場合に、特別な考慮を必要とする。たとえば、アンテナ２０は、ほとんど、または全く盲点なく、他の物体を検出すべき領域にわたってほぼ連続的に網羅するように構成すべきである。さらに、アンテナ構成は、２つ以上のアンテナが、検出されるべき物体（たとえば１２）上に配置される無線機（たとえば１６）からの同じ信号を受信する可能性を最小化するように整えられるべきである。上述のように、２つ以上のアンテナが、検出されるべき物体（たとえば１２）上の無線機からの無線信号を受信する場合に、検出されるべき物体の位置に関する多義性を作り出す可能性がある。
【００３０】
上述の論点によれば、第２の無線機１８は、１つまたは複数の指向性アンテナ２０に動作可能に接続することができる。様々な指向性アンテナ２０は、特定の適用例、およびアンテナ２０により網羅されるべき領域すなわち範囲に応じて、互いに同一であるか、または互いに異なることができる。本明細書に示し、かつ説明する実施形態において、すなわち、ほぼ矩形構造（図２）を有する掘削装置１４の周りを網羅することが望まれる場合、および４つの別個の指向性アンテナ２０を用いて網羅することが望まれる場合に、指向性アンテナ２０の配列は、２つの狭角アンテナ２１、２１’および２つの広角アンテナ２３、２３’を含むことができる。狭角アンテナ２１、２１’は、掘削装置１４の前端部および後端部７４および７６に配置することができるが、広角アンテナ２３、２３’は、掘削装置１４の左側面および右側面７８および８０上に配置することができる。
【００３１】
しかし、指向性アンテナ２０が狭角アンテナ２１、２１’または広角アンテナ２３、２３’のいずれを含むかにかかわらず、各アンテナ２０は、図３および４において最もよくわかるように、放射パターン２２と結び付く。
【００３２】
説明を進める前に、特定のパターンが放射パターンまたは受信パターンのいずれであるかは、アンテナが送信アンテナまたは受信アンテナのいずれで使用されるかに依存する点に留意されたい。一般的に言えば、無線周波数アンテナの放射および受信パターンは、互いにほぼ同一である（すなわち相互依存の結果として）。したがって、用語「放射パターン」および「受信パターン」は、アンテナが送信アンテナまたは受信アンテナのいずれで使用されるかに関して厳密に注意することなく、本明細書では同じ意味で使用することができる。それに加えて、本明細書に示す放射（または受信）パターンは、抽象的なだけであるが、アンテナに関連する実際の放射（または受信）パターンを表す必要がない点に留意されたい。所与の指向性アンテナの実際の放射パターンは、実験的に（たとえばアンテナレンジを介して）、計算機的に（たとえばアンテナ性能を模擬実験するコンピュータプログラムを介して）、またはさらには直感的に求めることができる。
【００３３】
ここで説明を続けると、様々なアンテナ２０の放射パターン２２は、図３および４において最もよくわかるように、少なくともそれぞれの高利得領域２４を含むことができる。本明細書に示し、かつ説明する特定の例示的実施形態において、アンテナ２０の高利得領域２４は、低利得領域３４が両側に位置する。特定の領域（高利得領域２４および低利得領域３４など）のサイズおよび形状は、アンテナ２０の側面反射体５４および５６の間に定められる特定の角度を含む様々な要素に依存する。たとえば、以下により詳細に説明することになるが、側面反射体５４、５６の間の角度が小さくなるほど、アンテナ２０の高利得領域２４はより狭くなる。したがって、図３に示す狭角アンテナ（２１、２１’など）は、より大きい、すなわちより広い高利得領域２４を有する図４に示す広角アンテナ（２３、２３’など）に比べて、より小さい、すなわちより狭い高利得領域２４を有する。それ故に、狭角アンテナ（２１、２１’など）および広角アンテナ（２３、２３’など）の両方を含むアンテナ２０の配列または構成は、いくつかの適用例で役立つように使用することができる。
【００３４】
たとえば、ここで主に図２に戻って参照すると、様々な指向性アンテナ２０が、それらのそれぞれの高利得領域２４が全体的に外側に方向付けられ、かつ掘削装置１４の周りにそれぞれの検出範囲２６を定めるように、発破孔掘削装置１４上に取り付けられる。掘削装置１４の周りをほぼ連続的に網羅するように、すなわち無線機１６を設けられる別の物体１２（人または作業車など）が掘削装置１４の周りのその位置にかかわらず検出可能であるように、４つの別個の指向性アンテナ２０が、掘削装置１４に取り付けられる。より具体的には、２つの狭角指向性アンテナ２１、２１’が、それぞれ掘削装置１４の前部７４および後部７６に取り付けられる一方、２つの広角指向性アンテナ２３、２３’が、掘削装置１４の右側面および左側面７８および８０に取り付けられる。そのような配置において、それぞれの指向性アンテナ２０の高利得領域２４（図３および４）は、図２に概略的に示すように、掘削装置１４から全体的に外側に向く検出範囲２６を定める。
【００３５】
物体１４の周りを完全に網羅することが、常に可能であるわけではない点に留意されたい。たとえば、図２に示す検出範囲２６は、様々なアンテナ２０により定められる高利得領域２４（図３および４）の外側にある、掘削装置１４の隅部３８に近接する範囲すなわち領域３６を含む。それ故に、これらの領域３６内に位置する物体（たとえば１２）を検出するのは困難である可能性がある。各領域３６のサイズまたは拡がりは、様々なアンテナ２０の位置および方向を変化させることによって低減させることができるが、近接するアンテナ２０の検出範囲２６の過度の重複を避けるために、注意が払われなければならない。たとえば、過度の重複は、両アンテナ２０の視界内に位置する物体１２上の無線機１６によって生成される無線信号を検出する２つの近接するアンテナ２０の望ましくない環境をもたらす可能性がある。
【００３６】
この問題は、１つの実施形態では、近接するアンテナ２０（狭角アンテナ２１および広角アンテナ２３など）の低利得領域３４（図３および４）が互いに近接し、またはさらにわずかに重複するように、アンテナ２０を配置することによって解決することができる。そのような配置において、近接するアンテナ２０の低利得領域３４は、領域３６と共に広がる感度低下範囲３７を定める。１つの実施形態において、指向性アンテナ２０の設計は、感度低下範囲３７が検出範囲２６内の感度よりも約６ｄＢ低い感度を有するようにする。感度低下範囲３７は、逆に問題を作り出す可能性がある検出範囲２６の過度の重複をもたらすことなく、範囲３６内に位置する物体１２の全体的に確実な検出を可能にする。
【００３７】
ここで主に図５〜８を参照すると、各指向性アンテナ２０（狭角アンテナ２１、２１’および広角アンテナ２３、２３’など）は、アンテナ要素４４および反射組立体４６を含むことができる。反射組立体４６は、全体的に平行で離間した関係で配置される、上板４８および底板５０を含むことができる。反射組立体４６は、上板および底板４８および５０の間にほぼ延在する第１および第２の側面反射体５４および５６も含むことができる。第１および第２の側面反射体５４および５６は、全体的に外側に向かって角度が付き、反射組立体４６の開放端部すなわち開口部５８を定める。開放端部すなわち開口部５８は、長さ６０を有する。第１および第２の側面反射体５４および５６は、図７および８に示す広角アンテナ実施形態２３、２３’のように、隅部５３で互いに交わることができる。あるいは、第１および第２の側面反射体５４および５６は、図５および６に示す狭角アンテナ実施形態２１、２１’に示すように、後部反射体５２によって結合することができる。アンテナ要素４４は、全方向アンテナ（双極子など）を含むことができ、第１および第２の側面反射体５４および５６からほぼ等距離の位置の反射組立体４６の開放端部５８の近傍に配置することができる。
【００３８】
上述のように、側面反射体５４、５６が交わる角度は、アンテナ２０の高利得領域２４（図３および４）が広くなるか、または狭くなるかを決定する。側面反射体５４および５６の間の狭角は、図３に示すように、比較的狭い高利得領域２４を有する指向性アンテナ２０をもたらし、本明細書では狭角アンテナ２１、２１’と呼ばれる。あるいは、側面反射体５４および５６の間の広角は、図４に示すように、比較的広い高利得領域を有する指向性アンテナ２０をもたらし、本明細書では広角アンテナ２３、２３’と呼ばれる。
【００３９】
反射組立体４６の様々な要素は、関係する特定の周波数の電波を反射するのに適した金属および金属合金などの広範囲の電波反射材料のいずれかより作ることができる。それ故に、本発明は、いずれかの特定の材料から作られる反射体に限定されるものと見なすべきでない。しかし、例として、１つの実施形態において、反射組立体４６の様々な要素は、鋼鉄から作られる。
【００４０】
一般的に言えば、反射組立体４６の様々な寸法が無線信号を含む特定の無線周波数帯または帯域の波長の４分の１（すなわちλ／４）の整数（すなわち「ｎ」）倍となるように、反射組立体４６のサイズを決めることが望ましい。より具体的には、１つの実施形態において、反射組立体４６の開放端部５８の長さ６０は、関係する特定の無線周波数帯または帯域の波長の４分の１の整数倍（すなわちｎλ／４）となるようにサイズを決めるべきである。同様に、アンテナ要素４４および後部反射体５３（すなわち隅部５３）の間の距離６４、ならびに上板および底板４８および５０の間の離間距離６６は、使用される特定の無線周波数帯または帯域の波長の４分の１の整数倍（すなわちｎλ／４）となるように選択することもできる。
【００４１】
反射組立体４６は、有利なことに、既に説明し、かつ図３および４に概略的に示したように、得られる指向性アンテナ２０が高低の利得領域２４および３４を含む放射パターン２２を有するようにする。したがって、様々なアンテナ２０は、発破孔掘削装置１４などの物体に取り付けられるとき、高利得領域２４が検出範囲２６をほぼ定めるように、近接するアンテナ２０の低利得領域３４が、さらに感度低下範囲３７を定めるために、互いに近接し、または重複するように方向付けることができる。図１および２に示す実施形態において、様々な指向性アンテナ２０は、感度低下範囲３７が掘削装置１４の各隅部３８から約１メートルの長さ８２を有するように掘削装置１４に取り付けられる。
【００４２】
ここで図９を参照すると、アンテナ構成を決定する方法６４は、ステップ６６で物体の周りに少なくとも１つの検出範囲２６を定めるステップを含む。たとえば、その物体が掘削装置１４を含む場合に、ステップ６６は、掘削装置１４の周りに検出範囲２６を定めるステップを含み、人または作業車などの別の物体１２を検出することが必要であり、または望ましい。一般的に言えば、全ての物体が、確実に掘削装置１４の周りのそれらの位置にかかわらず検出され、かつ位置特定されるようにするために、掘削装置１４の周りに完全に検出範囲２６を定めるのが望ましい。しかし、別の実施形態においては、車両または物体の周りに完全に検出範囲を定めることが必要でない場合がある。たとえば、物体が長期間にわたり壁または丘に近接して配置され、検出されるべき物体が配置されていないとき、そのような領域内に検出範囲を定めることは必要でない。
【００４３】
いずれにしても、１つまたは複数の検出範囲（たとえば２６）が定められると、使用される指向性アンテナ（複数可）２０の放射パターンは、その場合にステップ６６で決定される。たとえば、本明細書に示し、かつ説明する実施形態において、指向性アンテナ２０が反射組立体４６を含む場合に、指向性アンテナ２０の放射パターン２２は、図３および４において最もよくわかるように、低利得領域３４が両側に位置する高利得領域２４を含む。ステップ６６は、測定は可能であるが、利用される特定の指向性アンテナの放射パターンの実際の測定を含む必要がない点に留意されたい。別の構成において、放射パターンは、実際に（たとえばアンテナレンジを介して）、または計算機的に（たとえばコンピュータモデルを介して）、決定することができる。さらに別の構成において、放射パターンは、直感的に決定することができる。
【００４４】
検出範囲（複数可）が定められ（たとえばステップ６６で）、特定の指向性アンテナまたは使用されるアンテナの放射パターンが決定されると（たとえばステップ６８で）、指向性アンテナ２０（狭角アンテナ２１、２１’および／または広角アンテナ２３、２３’など）は、その場合にアンテナ（複数可）の高利得領域２４が所望の検出範囲２６と一致するように、ステップ７０で物体（掘削装置１４など）に取り付けることができる。指向性アンテナ２０が、高利得領域２４の側方に位置する低利得領域３４を含む実施形態において、近接するアンテナは、それらのそれぞれの低利得領域３４が互いに近接し、かつ感度低下範囲３７を定めるように、ステップ７２において物体（掘削装置１４など）上で方向付けることができる（図２）。近接するアンテナ２０の位置および／または方向は、それらのそれぞれの低利得領域３４が感度低下範囲３７を最小化するために重複するように、さらに調整され、または変化させることができる。
【００４５】
選択された実施形態のみが本発明を示すために選ばれてきたが、添付する特許請求の範囲に規定する本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に様々な変更および修正を加えることができることは本開示より当業者には明らかである。たとえば、様々な要素のサイズ、形状、位置、または方向は、必要に応じて、および／または望むように変更することができる。互いに直接接続され、または接触するように示される要素は、それらの間に配置される中間構造を含むことができる。１つの要素の機能は、２つで実施することができ、その逆も同様である。１つの実施形態の構造および機能は、別の実施形態において採用することができる。全ての利点が、特定の実施形態において同時に存在する必要はない。さらに、先行技術とは異なる全ての特徴は、単独で、または他の特徴と共に、そのような特徴が実施される構造上および／または機能上の技術思想を含む、出願者によるさらなる発明の別個の説明と見なされるべきである。したがって、本発明による実施形態の上述の説明は、例示のためだけに提供され、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって規定される発明を限定するために提供するものではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物体の第２の物体に対する相対位置を特定する無線位置特定システムであって、
前記第１の物体に動作可能に結合する第１の無線機と、
前記第２の物体に取り付けられ、高利得領域を含む放射パターンを有し、前記高利得領域が前記第２の物体から全体的に外側に方向付けられ、かつ第１の検出範囲を定めるように方向付けられる、第１の指向性アンテナと、
前記第２の物体に取り付けられ、高利得領域を含む放射パターンを有し、前記高利得領域が前記第２の物体から全体的に外側に方向付けられ、かつ第２の検出範囲を定めるように方向付けられる、第２の指向性アンテナと、
前記第１および第２の指向性アンテナに接続される第２の無線機であって、前記第１および第２の無線機は、無線信号の飛行時間を特定することによって前記第１の物体の前記第２の物体に対する相対位置を少なくとも部分的に特定するために無線信号を交換し、前記無線信号は、前記第１の物体が前記第１の検出範囲内にあるときは、前記第１の指向性アンテナを介して交換されるが、前記無線信号は、前記第１の物体が前記第２の検出範囲内にあるときは、前記第２の指向性アンテナを介して交換される、第２の無線機とを含む、位置特定システム。
【請求項２】
前記第１の指向性アンテナの前記高利得領域は両側に、低利得領域が位置し、前記第２の指向性アンテナの前記高利得領域は両側に、低利得領域が位置し、前記第１の指向性アンテナの側方に位置する低利得領域が前記第２の指向性アンテナの側方に位置する低利得領域に近接して配置されるように、前記第１および第２の指向性アンテナが、互いに方向付けられ、前記第１および第２の指向性アンテナの前記近接する側方に位置する低利得領域が、前記第１および第２の検出範囲の間に感度低下範囲を定める、請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項３】
前記第１の指向性アンテナの前記側方に位置する低利得領域が、前記第２の指向性アンテナの前記高利得領域に実質的に重複し、前記第２の指向性アンテナの前記側方に位置する低利得領域が、前記第１の指向性アンテナの前記高利得領域に実質的に重複し、前記第１および第２の検出範囲の間の前記感度低下範囲の拡がりを最小化する、請求項２に記載の位置特定システム。
【請求項４】
前記感度低下範囲は、前記第１の検出範囲の感度よりも約６ｄＢ低い感度を有する、請求項２に記載の位置特定システム。
【請求項５】
前記第１および第２の指向性アンテナは、感度低下範囲が前記第１の検出範囲および前記第２の検出範囲の間に存在するように、互いに方向付けられる、請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項６】
前記第１および第２の指向性アンテナは、感度低下範囲の拡がりが最小化されるように、互いに方向付けられる、請求項５に記載の位置特定システム。
【請求項７】
前記第１および第２の指向性アンテナは、前記第１および第２の検出範囲が互いに実質的に隣接するが実質的に重複しないように、互いに方向付けられる、請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項８】
前記第１の指向性アンテナおよび前記第２の指向性アンテナは各々、全方向アンテナ、および前記全方向アンテナに動作可能に結合する反射組立体を含む、請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項９】
前記反射組立体は、
上板と、
前記上板と全体的に平行で離間した関係で配置される底板と、
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する第１の側面反射体と、
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する第２の側面反射体とをさらに含み、
前記上板および前記底板、ならびに前記第１および第２の側面反射体は、前記反射組立体の開放端部を定め、前記反射組立体の前記開放端部は、長さを有する、請求項８に記載の位置特定システム。
【請求項１０】
前記反射組立体の前記開放端部の前記長さは、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項９に記載の位置特定システム。
【請求項１１】
前記全方向アンテナは、前記第１および第２の側面反射体からほぼ等距離の位置の前記反射組立体の前記開放端部の近傍に取り付けられる、請求項９に記載の位置特定システム。
【請求項１２】
前記全方向アンテナは、長さを有し、前記上板および前記底板の間の離間距離は、前記全方向アンテナの前記長さに実質的に等しい、請求項９に記載の位置特定システム。
【請求項１３】
前記第１および第２の側面反射体は、ある角度で互いに交わり、隅部を定める、請求項９に記載の位置特定システム。
【請求項１４】
前記全方向アンテナおよび前記隅部の間の距離は、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項１３に記載の位置特定システム。
【請求項１５】
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する後部反射体をさらに含み、前記後部反射体は、前記第１および第２の側面反射体に交わる、請求項９に記載の位置特定システム。
【請求項１６】
前記全方向アンテナおよび前記後部反射体の間の距離は、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項１５に記載の位置特定システム。
【請求項１７】
前記第１および第２の無線機は、位置特定可能なメッシュネットワーク無線機を含む、請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項１８】
第１の物体の近傍の第２の物体を飛行時間無線システムによって検出し、かつ位置特定するようにする第１の物体のためのアンテナ構成であって、前記アンテナ構成は、前記第１の物体に取り付けられる複数の指向性アンテナを含み、前記複数の指向性アンテナの各々は、高利得領域を含む放射パターンを有し、前記複数の指向性アンテナは、その前記高利得領域が前記第１の物体から全体的に外側に方向付けられ、かつ対応する検出範囲を定めるように、前記第１の物体に対して方向付けられ、前記飛行時間無線システムは、前記第２の物体の前記第１の物体に対する前記相対位置を特定するために、少なくとも前記第１の物体および前記第２の物体上の無線機間で無線信号を交換し、前記無線信号は、前記第２の物体が位置する前記検出範囲に対応する前記複数の指向性アンテナの１つを介して交換される、アンテナ構成。
【請求項１９】
前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナは、感度低下範囲が、対応する近接した検出範囲の間に存在するように、互いに方向付けられる、請求項１８に記載のアンテナ構成。
【請求項２０】
前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナは、前記感度低下範囲の拡がりを最小化するように、互いに方向付けられる、請求項１９に記載のアンテナ構成。
【請求項２１】
前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナは、対応する近接した検出範囲が互いに実質的に隣接するが実質的に重複しないように、互いに方向付けられる、請求項１８に記載のアンテナ構成。
【請求項２２】
前記複数の指向性アンテナの少なくとも１つは、全方向アンテナ、および前記全方向アンテナに動作可能に結合する反射組立体を含む、請求項１８に記載のアンテナ構成。
【請求項２３】
前記反射組立体は、
上板と、
前記上板と全体的に平行で離間した関係で配置される底板と、
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する第１の側面反射体と、
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する第２の側面反射体とをさらに含み、
前記上板および前記底板、ならびに前記第１および第２の側面反射体は、前記反射組立体の開放端部を定め、前記反射組立体の前記開放端部は、長さを有する、請求項２２に記載のアンテナ構成。
【請求項２４】
前記反射組立体の前記開放端部の前記長さは、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項２３に記載のアンテナ構成。
【請求項２５】
前記全方向アンテナは、前記第１および第２の側面反射体から実質的に等距離の位置の前記反射組立体の前記開放端部の近傍に取り付けられる、請求項２３のアンテナ構成。
【請求項２６】
前記全方向アンテナは、長さを有し、前記上板および前記底板の間の離間距離は、前記全方向アンテナの前記長さに実質的に等しい、請求項２３に記載のアンテナ構成。
【請求項２７】
前記第１および第２の側面反射体は、ある角度で互いに交わり、隅部を定める、請求項２３に記載のアンテナ構成。
【請求項２８】
前記全方向アンテナは、前記第１および第２の側面反射体の交差によって定められる隅部と実質的に並ぶ位置の前記反射組立体の前記開放端部の近傍に取り付けられる、請求項２７に記載のアンテナ構成。
【請求項２９】
前記全方向アンテナと、前記第１および第２の側面反射体の交差によって定められる前記隅部との間の距離は、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項２７に記載のアンテナ構成。
【請求項３０】
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する後部反射体をさらに含み、前記後部反射体は、前記第１および第２の側面反射体に交わる、請求項２３に記載のアンテナ構成。
【請求項３１】
前記全方向アンテナおよび前記後部反射体の間の距離は、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項３０に記載のアンテナ構成。
【請求項３２】
第１の物体の近傍の第２の物体を飛行時間無線システムにより検出し、かつ位置特定するようにする第１の物体のためのアンテナ構成を決定する方法であって、
前記第２の物体の周りの少なくとも１つの検出範囲を定めるステップと、
指向性アンテナの放射パターンを決定し、前記放射パターンが高利得領域を有するステップと、
前記指向性アンテナの前記高利得領域が、前記第２の物体から前記少なくとも１つの検出範囲の方向に全体的に外側に方向付けられるように、複数の前記指向性アンテナを前記第２の物体上に取り付けるステップとを含む、方法。
【請求項３３】
前記取付けステップは、前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナを、感度低下範囲が、対応する近接した検出範囲の間に存在するように、互いに方向付けるステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記感度低下範囲の拡がりを最小化するように、前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナを互いに方向付けるステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記取付けステップは、前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナを、対応する近接した検出範囲が互いに実質的に隣接するが実質的に重複しないように方向付けるステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項１】
第１の物体の第２の物体に対する相対位置を特定する無線位置特定システムであって、
前記第１の物体に動作可能に結合する第１の無線機と、
前記第２の物体に取り付けられ、高利得領域を含む放射パターンを有し、前記高利得領域が前記第２の物体から全体的に外側に方向付けられ、かつ第１の検出範囲を定めるように方向付けられる、第１の指向性アンテナと、
前記第２の物体に取り付けられ、高利得領域を含む放射パターンを有し、前記高利得領域が前記第２の物体から全体的に外側に方向付けられ、かつ第２の検出範囲を定めるように方向付けられる、第２の指向性アンテナと、
前記第１および第２の指向性アンテナに接続される第２の無線機であって、前記第１および第２の無線機は、無線信号の飛行時間を特定することによって前記第１の物体の前記第２の物体に対する相対位置を少なくとも部分的に特定するために無線信号を交換し、前記無線信号は、前記第１の物体が前記第１の検出範囲内にあるときは、前記第１の指向性アンテナを介して交換されるが、前記無線信号は、前記第１の物体が前記第２の検出範囲内にあるときは、前記第２の指向性アンテナを介して交換される、第２の無線機とを含む、位置特定システム。
【請求項２】
前記第１の指向性アンテナの前記高利得領域は両側に、低利得領域が位置し、前記第２の指向性アンテナの前記高利得領域は両側に、低利得領域が位置し、前記第１の指向性アンテナの側方に位置する低利得領域が前記第２の指向性アンテナの側方に位置する低利得領域に近接して配置されるように、前記第１および第２の指向性アンテナが、互いに方向付けられ、前記第１および第２の指向性アンテナの前記近接する側方に位置する低利得領域が、前記第１および第２の検出範囲の間に感度低下範囲を定める、請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項３】
前記第１の指向性アンテナの前記側方に位置する低利得領域が、前記第２の指向性アンテナの前記高利得領域に実質的に重複し、前記第２の指向性アンテナの前記側方に位置する低利得領域が、前記第１の指向性アンテナの前記高利得領域に実質的に重複し、前記第１および第２の検出範囲の間の前記感度低下範囲の拡がりを最小化する、請求項２に記載の位置特定システム。
【請求項４】
前記感度低下範囲は、前記第１の検出範囲の感度よりも約６ｄＢ低い感度を有する、請求項２に記載の位置特定システム。
【請求項５】
前記第１および第２の指向性アンテナは、感度低下範囲が前記第１の検出範囲および前記第２の検出範囲の間に存在するように、互いに方向付けられる、請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項６】
前記第１および第２の指向性アンテナは、感度低下範囲の拡がりが最小化されるように、互いに方向付けられる、請求項５に記載の位置特定システム。
【請求項７】
前記第１および第２の指向性アンテナは、前記第１および第２の検出範囲が互いに実質的に隣接するが実質的に重複しないように、互いに方向付けられる、請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項８】
前記第１の指向性アンテナおよび前記第２の指向性アンテナは各々、全方向アンテナ、および前記全方向アンテナに動作可能に結合する反射組立体を含む、請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項９】
前記反射組立体は、
上板と、
前記上板と全体的に平行で離間した関係で配置される底板と、
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する第１の側面反射体と、
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する第２の側面反射体とをさらに含み、
前記上板および前記底板、ならびに前記第１および第２の側面反射体は、前記反射組立体の開放端部を定め、前記反射組立体の前記開放端部は、長さを有する、請求項８に記載の位置特定システム。
【請求項１０】
前記反射組立体の前記開放端部の前記長さは、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項９に記載の位置特定システム。
【請求項１１】
前記全方向アンテナは、前記第１および第２の側面反射体からほぼ等距離の位置の前記反射組立体の前記開放端部の近傍に取り付けられる、請求項９に記載の位置特定システム。
【請求項１２】
前記全方向アンテナは、長さを有し、前記上板および前記底板の間の離間距離は、前記全方向アンテナの前記長さに実質的に等しい、請求項９に記載の位置特定システム。
【請求項１３】
前記第１および第２の側面反射体は、ある角度で互いに交わり、隅部を定める、請求項９に記載の位置特定システム。
【請求項１４】
前記全方向アンテナおよび前記隅部の間の距離は、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項１３に記載の位置特定システム。
【請求項１５】
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する後部反射体をさらに含み、前記後部反射体は、前記第１および第２の側面反射体に交わる、請求項９に記載の位置特定システム。
【請求項１６】
前記全方向アンテナおよび前記後部反射体の間の距離は、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項１５に記載の位置特定システム。
【請求項１７】
前記第１および第２の無線機は、位置特定可能なメッシュネットワーク無線機を含む、請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項１８】
第１の物体の近傍の第２の物体を飛行時間無線システムによって検出し、かつ位置特定するようにする第１の物体のためのアンテナ構成であって、前記アンテナ構成は、前記第１の物体に取り付けられる複数の指向性アンテナを含み、前記複数の指向性アンテナの各々は、高利得領域を含む放射パターンを有し、前記複数の指向性アンテナは、その前記高利得領域が前記第１の物体から全体的に外側に方向付けられ、かつ対応する検出範囲を定めるように、前記第１の物体に対して方向付けられ、前記飛行時間無線システムは、前記第２の物体の前記第１の物体に対する前記相対位置を特定するために、少なくとも前記第１の物体および前記第２の物体上の無線機間で無線信号を交換し、前記無線信号は、前記第２の物体が位置する前記検出範囲に対応する前記複数の指向性アンテナの１つを介して交換される、アンテナ構成。
【請求項１９】
前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナは、感度低下範囲が、対応する近接した検出範囲の間に存在するように、互いに方向付けられる、請求項１８に記載のアンテナ構成。
【請求項２０】
前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナは、前記感度低下範囲の拡がりを最小化するように、互いに方向付けられる、請求項１９に記載のアンテナ構成。
【請求項２１】
前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナは、対応する近接した検出範囲が互いに実質的に隣接するが実質的に重複しないように、互いに方向付けられる、請求項１８に記載のアンテナ構成。
【請求項２２】
前記複数の指向性アンテナの少なくとも１つは、全方向アンテナ、および前記全方向アンテナに動作可能に結合する反射組立体を含む、請求項１８に記載のアンテナ構成。
【請求項２３】
前記反射組立体は、
上板と、
前記上板と全体的に平行で離間した関係で配置される底板と、
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する第１の側面反射体と、
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する第２の側面反射体とをさらに含み、
前記上板および前記底板、ならびに前記第１および第２の側面反射体は、前記反射組立体の開放端部を定め、前記反射組立体の前記開放端部は、長さを有する、請求項２２に記載のアンテナ構成。
【請求項２４】
前記反射組立体の前記開放端部の前記長さは、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項２３に記載のアンテナ構成。
【請求項２５】
前記全方向アンテナは、前記第１および第２の側面反射体から実質的に等距離の位置の前記反射組立体の前記開放端部の近傍に取り付けられる、請求項２３のアンテナ構成。
【請求項２６】
前記全方向アンテナは、長さを有し、前記上板および前記底板の間の離間距離は、前記全方向アンテナの前記長さに実質的に等しい、請求項２３に記載のアンテナ構成。
【請求項２７】
前記第１および第２の側面反射体は、ある角度で互いに交わり、隅部を定める、請求項２３に記載のアンテナ構成。
【請求項２８】
前記全方向アンテナは、前記第１および第２の側面反射体の交差によって定められる隅部と実質的に並ぶ位置の前記反射組立体の前記開放端部の近傍に取り付けられる、請求項２７に記載のアンテナ構成。
【請求項２９】
前記全方向アンテナと、前記第１および第２の側面反射体の交差によって定められる前記隅部との間の距離は、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項２７に記載のアンテナ構成。
【請求項３０】
前記上板および前記底板の間に実質的に延在する後部反射体をさらに含み、前記後部反射体は、前記第１および第２の側面反射体に交わる、請求項２３に記載のアンテナ構成。
【請求項３１】
前記全方向アンテナおよび前記後部反射体の間の距離は、前記無線信号の波長の４分の１の整数倍である、請求項３０に記載のアンテナ構成。
【請求項３２】
第１の物体の近傍の第２の物体を飛行時間無線システムにより検出し、かつ位置特定するようにする第１の物体のためのアンテナ構成を決定する方法であって、
前記第２の物体の周りの少なくとも１つの検出範囲を定めるステップと、
指向性アンテナの放射パターンを決定し、前記放射パターンが高利得領域を有するステップと、
前記指向性アンテナの前記高利得領域が、前記第２の物体から前記少なくとも１つの検出範囲の方向に全体的に外側に方向付けられるように、複数の前記指向性アンテナを前記第２の物体上に取り付けるステップとを含む、方法。
【請求項３３】
前記取付けステップは、前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナを、感度低下範囲が、対応する近接した検出範囲の間に存在するように、互いに方向付けるステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記感度低下範囲の拡がりを最小化するように、前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナを互いに方向付けるステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記取付けステップは、前記複数の指向性アンテナの少なくとも２つの近接するアンテナを、対応する近接した検出範囲が互いに実質的に隣接するが実質的に重複しないように方向付けるステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１１−５３００６４（Ｐ２０１１−５３００６４Ａ）
【公表日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２１１４８（Ｐ２０１１−５２１１４８）
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４８６５４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１４３２２
【国際公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（５１１０２６７４０）フリーポート・マックモラン・コッパー・アンド・ゴールド・インコーポレーテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４８６５４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１４３２２
【国際公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（５１１０２６７４０）フリーポート・マックモラン・コッパー・アンド・ゴールド・インコーポレーテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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