３次元測位システム、ノード、ホスト、およびその動作方法
【課題】 複数のノードおよび１つのホストを備える３次元（３Ｄ）測位システムを提供する。
【解決手段】 ノードは、ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信し、ノードがビーコンモードである場合、超音波レンジング技術に従って、ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を、ホストに提供すべき測定距離として測定するように構成される。ホストは、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、ビーコンモードのノードによって報告される距離、およびビーコンモードのノードの位置に基づいて、オブジェクトモードのノードの位置を算出するように構成される。ノードは、その運動状態に従ってオブジェクトモードとビーコンモードとの間で自動的に切り替わる。
【解決手段】 ノードは、ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信し、ノードがビーコンモードである場合、超音波レンジング技術に従って、ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を、ホストに提供すべき測定距離として測定するように構成される。ホストは、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、ビーコンモードのノードによって報告される距離、およびビーコンモードのノードの位置に基づいて、オブジェクトモードのノードの位置を算出するように構成される。ノードは、その運動状態に従ってオブジェクトモードとビーコンモードとの間で自動的に切り替わる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測位システムに関する。特に、本発明は、３次元（３Ｄ）測位システム、特に、超音波の到着時間または到着時間差に基づいて距離を測定する３Ｄ測位システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高精度位置決め情報は、現代の生活において非常に重要になっており、例えば人の測位や在庫管理など、多くの機会に適用されている。これらの用途は、位置決め情報の正確さに関する要求が高く、通常、許容度が１メートル未満である。いくつかの用途では、許容度がセンチ程度になることを要求するものもある。
【０００３】
精度の高さに加え、測位システムのスケーラビリティもますます重要になっている。例えば、最初の動作中、システムは、通常、例えばいくつかの元のノードや位置などのパラメータに関して手動で設定することを必要とする。しかし、スケーラビリティは、手動の介入なしに、自動構成の自動プロセスを要求し、これを採用する。システムの動作中、測位すべきノードの位置の変化は自動的に検出されなければならず、システムは自動的に較正されなければならない。さらに、システムのマルチオブジェクトの測位も、スケーラビリティの重要な側面である。
【０００４】
超音波ベースの測位システムは、ある範囲において比較的高い測位精度を提供することができ、それぞれ超音波の到着時間に基づく距離測定、および超音波の到着時間差に基づく距離測定の２つの主な技術がある。
【０００５】
関連の調査の業績がいくつかある。
【０００６】
相対測位システムの構造およびその方法を非特許文献１（Ｈａｎｓ Ｇｅｌｌｅｒｓｅｎ他「協調型相対測位（Cooperative
Relative Positioning）」（ＩＥＥＥ、パーベイシブコンピューティング（Pervasive Computing）２０１０年１０月〜１２月））に具体的に示す。
【０００７】
特許文献１（米国特許出願公開第ＵＳ２００８／０３０９５５６Ａ１号）は、ネットワークノード間の距離情報を測定することによって相対座標を使用して、対象物の３Ｄ位置情報を算出するシステムを記載する。
【０００８】
特許文献２（ＰＣＴ国際特許出願公開第ＷＯ２００７／１１０６２６Ａ２号）は、可動構成要素と固定構成要素との間で、超音波レンジングおよび三角法に基づき、超音波トランスデューサを担持している可動構成要素の位置を算出する技術を提供する。
【０００９】
非特許文献２（Ｈｕｂｅｒｔ Ｐｉｏｎｔｅｋ他「超音波ベースの定位システムの精度の向上（Improving the Accuracy of Ultrasound-Based Localisation System）」（パーソナルおよびユビキタスコンピューティング（Personal
and Ubiquitous Computing）、２００７））で超音波ベースの屋内測位システムの改良されたソリューションを提供しており、主に距離測定の精度および位置情報の更新周波数の向上に焦点を絞る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第ＵＳ２００８／０３０９５５６Ａ１号
【特許文献２】ＰＣＴ国際特許出願公開第ＷＯ２００７／１１０６２６Ａ２号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｈａｎｓ Ｇｅｌｌｅｒｓｅｎ他「協調型相対測位（Cooperative Relative Positioning）」（ＩＥＥＥ、パーベイシブコンピューティング（PervasiveComputing）２０１０年１０月〜１２月）
【非特許文献２】Ｈｕｂｅｒｔ Ｐｉｏｎｔｅｋ他「超音波ベースの定位システムの精度の向上（Improving theAccuracy of Ultrasound-Based Localisation System）」（パーソナルおよびユビキタスコンピューティング（Personaland Ubiquitous Computing）、２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した関連技術のほとんどは、スケーラビリティにおいて不十分であるか、システム性能、例えば精度または測位速度の低下を犠牲にすることによってスケーラビリティをサポートしなければならない。さらに、現在の技術は、マルチオブジェクトの測位を十分サポートすることができない。マルチオブジェクト測位システムで高精度３Ｄ位置情報をできるだけ短い待ち時間で得ることも課題である。従来のシステムは、スケーラビリティおよび適応性を欠き、待ち時間の長さおよび精度の低さを呈して、複数の可動対象物の測位を十分サポートすることができない。
【００１３】
従来技術における上記の欠点を鑑み、本発明は、複数のノードおよび１つのホストを備える３次元（３Ｄ）測位システムを提供する。ノードは、ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信し、ノードがビーコンモードである場合、ホストに提供すべき測定距離として、超音波レンジング技術に従って、ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定するように構成される。ホストは、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、ビーコンモードのノードによって報告される距離とビーコンモードのノードの位置に基づいて、オブジェクトモードのノードの位置を算出する。ノードは、その運動状態に従ってオブジェクトモードとビーコンモードとの間で自動的に切り替わる。本発明による３Ｄ測位システムは、システムの物理的なトポロジ構造の変化に従って自動的に調整することができ、短い待ち時間および高精度でマルチオブジェクトの測位をサポートすることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、３次元測位システムで使用されるように構成されたノードが提供され、ノードは、測定距離をホストに報告するためにホストと通信するように構成された通信ユニットと、ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成され、ノードがビーコンモードである場合、超音波レンジング技術に従って、ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を、通信ユニットに提供すべき測定距離として測定するように構成された超音波レンジングユニットと、ノードの運動状態に基づいて、ノードが現在オブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを決定するように構成されたモード切替ユニットとを備える。
【００１５】
好ましい態様では、通信ユニットは、ノードの現在のモードをホストに報告するようにも構成される。また、好ましい態様では、通信ユニットは、ノードがオブジェクトモードである場合、ホストによって送信される時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で決定された送信シグナリングを受信するように構成され、超音波レンジングユニットは、送信シグナリングに基づいてノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成される。
【００１６】
好ましい態様では、モード切替ユニットは、ノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、モード切替ユニットは、ノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定するように構成される。
【００１７】
好ましい態様では、モード切替ユニットは、ノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、モード切替ユニットは、ノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定するように構成される。
【００１８】
好ましい態様では、モード切替ユニットは、運動検出サブユニットを備える。
【００１９】
好ましい態様では、運動検出サブユニットは、運動センサまたは慣性センサである。
【００２０】
好ましい態様では、ノードの位置が既知であると決定するために、ノードの位置がノードとホストとの間の通信によって通知される。またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、スケーラブルな３次元（３Ｄ）測位システムで使用されるように構成されたノードを動作させる方法が提供され、この方法は、ノードの運動状態に基づいてノードの現在のモードを決定するモード決定ステップと、ノードの決定されたモードがオブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを判定するモード判定ステップと、ノードの決定されたモードがオブジェクトモードであると判定した場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信し、超音波の送信を完了した後、モード決定ステップに戻る超音波送信ステップと、ノードの決定されたモードがビーコンモードであると判定した場合、測定距離として、超音波レンジング技術に従って、ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定する超音波レンジングステップと、測定距離をホストに報告し、距離の報告を完了した後、モード決定ステップに戻る距離報告ステップとを含む。
【００２２】
好ましい態様では、この方法は、ノードの現在のモードを報告するステップをさらに含む。
【００２３】
好ましい態様では、この方法は、ホストによって送信される時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で決定された送信シグナリングを受信するステップであって、このステップにおいて、送信シグナリングが、対応する動作タイムスロットがノードに割り当てられることを示すために構成されており、超音波送信ステップで、超音波は、受信された送信シグナリングに基づいてノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って送信される。
【００２４】
好ましい態様では、モード決定ステップでノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定され、モード決定ステップでノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定される。
【００２５】
好ましい態様では、モード決定ステップでノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定され、モード決定ステップでノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定される。
【００２６】
好ましい態様では、ノードの位置が既知であると決定するために、ノードの位置がノードとホストとの間の通信によって通知される。またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す。
【００２７】
本発明の第３の態様によれば、スケーラブルな３次元（３Ｄ）測位システムで使用されるように構成されたホストが提供され、ホストは、ノードと通信して、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信するように構成された通信ユニットと（この距離は、超音波レンジング技術に従って、ビーコンモードのノードによって測定される）、通信ユニットによって受信された報告に基づいてビーコンモードのノードの数を決定し、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定するように構成されたノード数決定ユニットと、ノード数決定ユニットが、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であると決定した場合、ビーコンモードのノードによって報告される距離、およびビーコンモードのノードの位置に基づいて、オブジェクトモードのノードの位置を算出するように構成された位置算出ユニットとを備え、ビーコンモードのノードの数が所定の数未満であるとノード数決定ユニットが決定した場合、位置算出ユニットが、オブジェクトモードのノードの位置を算出するのではなく、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つように構成される。
【００２８】
また、好ましい態様では、通信ユニットは、ノードによって報告された、ノードの現在のモードを受信するように構成される。
【００２９】
好ましい態様では、ホストは、オブジェクトノード調整ユニットをさらに備える。また、ノード数決定ユニットは、オブジェクトモードのノードの数を決定するように構成される。オブジェクトノード調整ユニットは、時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するためのオブジェクトモードのノードがたった１つ存在するように、オブジェクトモードのノードの数に基づいて、オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整するように構成され、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成するように構成される。また、通信ユニットは、オブジェクトノード調整ユニットによって生成された送信シグナリングを送信するように構成される。
【００３０】
好ましい態様では、３次元座標のある１つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は３であり、３次元座標の状況では、所定の数は４である。
【００３１】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成される。
【００３２】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成される。
【００３３】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードの位置は、ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、ホストによって最後に取得された位置である。
【００３４】
本発明の第４の態様によれば、スケーラブルな３次元（３Ｄ）測位システムで使用されるように構成されたホストを動作させる方法が提供され、この方法は、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信する報告受信ステップと（この距離は、超音波レンジング技術に従って、ビーコンモードのノードによって測定される）、受信された報告に基づいてビーコンモードのノードの数を決定する第１のノード数決定ステップと、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定する判定ステップと、ビーコンモードのノードの数が所定の数未満である場合、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ待機ステップと、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、報告受信ステップで受信された距離、およびビーコンモードのノードの位置に基づいて、オブジェクトモードのノードの位置を算出する測位ステップとを含む。
【００３５】
また好ましい態様では、報告受信ステップにおいて、ノードによって報告されたノードの現在のモードも受信される。
【００３６】
好ましい態様では、この方法は、受信された報告に基づいてオブジェクトモードのノードの数を決定する第２のノード数決定ステップと、時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するためのオブジェクトモードのノードがたった１つ存在するように、オブジェクトモードのノードの数に基づいて、オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整し、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する調整ステップと、調整ステップで生成された送信シグナリングを送信するシグナリング送信ステップとをさらに含む。
【００３７】
好ましい態様では、３次元座標のある１つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は３であり、３次元座標の状況では、所定の数は４である。
【００３８】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる。
【００３９】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる。
【００４０】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードの位置は、ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、ホストによって最後に取得された位置である。
【００４１】
本発明の第５の態様によれば、スケーラブルな３次元（３Ｄ）測位システムが提供され、本発明の第１の態様によるノードと、本発明の第３の態様によるホストとを備える。
【発明の効果】
【００４２】
本発明による超音波ベースの３次元（３Ｄ）測位システムは、スケーラビリティを可能にするために、システムの物理的なトポロジ構造の変化に従って自動的に調整することができる。さらに、超音波ベースの３次元（３Ｄ）測位システムは、短い待ち時間および高精度でマルチオブジェクトの測位をサポートすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点は、図面と関連した本発明の実施形態の以下の説明から、より明らかになる。
【００４４】
【図１】本発明による３次元（３Ｄ）測位ステム１００の全体的なブロック図である。
【図２】本発明による３次元（３Ｄ）測位ステム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの概略構造ブロック図である。
【図３Ａ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの状態切替図である。
【図３Ｂ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの状態切替図である。
【図４Ａ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの動作フローチャート例である。
【図４Ｂ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの別の動作フローチャート例である。
【図５】本発明による３次元（３Ｄ）測位ステム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の概略構造ブロック図である。
【図６Ａ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の動作フローチャート例である。
【図６Ｂ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の別の動作フローチャート例である。
【００４５】
図面全体にわたって、同一または類似の構造またはステップは、同一または類似の参照番号によって識別される。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の理解を不明瞭にしないために、本発明にとって重要でない詳細および機能は省略する。
【００４７】
図１は、本発明による３次元（３Ｄ）測位ステム１００の全体的なブロック図である。
【００４８】
図１に示すように、本発明による３Ｄ測位システム１００は、ホスト１１０、および複数のノード１２０１〜１２０Ｎ（一般にノード１２０と呼ばれる）を備える。各ノード１２０ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）には、ビーコンモードおよびオブジェクトモードの２つのモードがある。ビーコンモードのノードは、ビーコンノード（図１の黒円として示す）と呼ばれ、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトノード（図１の白円として示す）と呼ばれる。各ノード１２０ｉは、ホスト１１０と通信する。ノード１２０とホスト１１０との間の通信は、無線とすることができる。各ノード１２０ｉは、現在どのモードであるかをそれ自体で決定し、モード間をそれ自体で切り替え、ホスト１１０との通信によって、現在のモードをホスト１１０に報告することができる。モードの報告は明示的とすることができ、この場合、例えば、各ノード１２０ｉがホスト１１０に報告する。モードの報告は暗黙的であってもよく、この場合、例えば、ビーコンノードのみが所定の時間間隔でホスト１１０に報告し、一方、オブジェクトノードは、現在のモードを報告しない。別の例として、以下に詳細に記載するように、暗黙的な報告を距離報告と結合することもできる。オブジェクトノードでなく、ビーコンノードのみが測定距離をホスト１１０に報告するので、ホスト１１０がノードによって報告される距離を受信すると、このノードはビーコンノードであると決定することができる。ビーコンノードは、超音波レンジング技術に従って、ビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定し、ホスト１１０との通信によって、測定距離をホスト１１０に報告する。超音波レンジング技術は、超音波の到着時間に基づくレンジング技術、または超音波の到着時間差に基づくレンジング技術とすることができる。オブジェクトノードは、ビーコンノードの測定についての超音波レンジング技術の要件に従って超音波を送信する。任意選択で、オブジェクトノードは、ホスト１１０との通信によって決定される動作タイムスロットに従って順次超音波を送信することができる。同時に、ホスト１１０は、オブジェクトノードの合計数を決定し、時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するオブジェクトノードがたった１つ存在するように、ノード１２０との通信によってオブジェクトノードの動作タイムスロットを調整する。ＴＤＭの利点は、超音波チャネルがＴＤＭによって共有されるように、複数のオブジェクトノードが同じ超音波チャネルを使用することである。そうでなければ、ＴＤＭが使用されない場合、複数のオブジェクトノードが同じ超音波チャネルで同時に超音波を送信することがあり、それによってシステム効率の低下を引き起こす。ホスト１１０は、オブジェクトノードを位置決めするために、オブジェクトノードの位置を算出する。この算出はビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離（即ち超音波レンジング技術に従って測定され、ビーコンノードによって報告される距離）、およびビーコンノードの位置に基づいて行われる。超音波レンジング技術によれば、ホスト１１０が２次元の座標を決定するには、少なくとも３つのビーコンノードの位置が必要であり、ホスト１１０が３次元座標を決定するには、少なくとも４つのビーコンノードの位置が必要である。本発明の平面の用途（２次元であるか１次元が一定の３次元）では、ホスト１１０は、ビーコンノードの数が３未満であると決定すると、さらなるビーコンノードからの報告を待つ、すなわち、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。ホスト１１０は、ビーコンノードの数が３以上であると決定すると、オブジェクトノードの位置を算出する。本発明のステレオ（３次元の）用途では、ホスト１１０は、ビーコンノードの数が４未満であると決定すると、さらなるビーコンノードからの報告を待つ、すなわち、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。ホスト１１０は、ビーコンノードの数が４以上であると決定すると、オブジェクトノードの位置を算出する。
【００４９】
さらに、ある条件下で、ビーコンノードとしてのみ使用されるノードがいくつかある場合があり、こうしたノードはビーコンモードのみを有し、常にビーコンモードである。ビーコンノードとしてのみ使用されるこうしたノードは、「純粋な」ビーコンノードと呼ばれる。純粋なビーコンノードが存在する状況下で、純粋なビーコンノードとホスト１１０との間の通信は、有線または無線を介することができる。
【００５０】
ビーコンノードの位置を決定する際、ホスト１１０は、まず、システム座標を確立すること、必要な所定の数の最初のビーコンノードの位置を決定することなどを含む初期化プロセスを実行する。所定の数は、２次元の場合、３であり、３次元の場合、４である。最初のビーコンノードの位置を決定する際、相対位置方法を使用することができる。まず、ノード１２０がすべてビーコンモードに切り替わる。次いで、ホスト１１０の調整中、オブジェクトモードで動作し、各時点において超音波信号を送信するノード１２０ｉがたった１つ存在し、他のノードのそれぞれはノード１２０ｉからその距離を算出する。各ノードがオブジェクトノードとして使用された後、システムの２つの任意のノードの間の距離を得ることができる。任意に選択された座標系に対するすべてのノードの相対位置は、過剰決定された方程式を解くための任意の方法によって得ることができる。あるいは、最初のビーコンノードの位置を決定する際、絶対位置方法を使用することができる。まず、ノード１２０がすべてビーコンモードに切り替わる。ユーザは、オブジェクトモードで動作するノード１２０ｉを選択し、位置が既知である４つのポイントにノードを順次配置する。４つのポイントの各々に対して、ビーコンノードのそれぞれは、既知のポイント（ノード１２０ｉ）からのその距離を算出する。４つのポイントのすべてに対する算出が完了したあと、ホスト１１０は、過剰決定された方程式を解くための任意の方法によって、ユーザによって示される座標系におけるすべてのノードの絶対位置を算出することができる。
【００５１】
初期化プロセス後の動作状態において、初期化プロセスのものと同じ方法によってビーコンノードの位置を算出することは不要である。ビーコンノードの位置は、ノードがビーコンモードに移る前に、ホスト１１０によって最後に得られたオブジェクトモードであるときの（相関または絶対）位置とすることができる。
【００５２】
説明の便宜上、本発明によるノード１２０ｉの構造は、ノード１２０ｉが２つのモードを有することを例にとることによって、下記のように説明される。純粋なビーコンノードは、常にビーコンモードであるノード１２０ｉの具体例として解釈することができる。
【００５３】
図２は、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの概略構造ブロック図である。図３Ａおよび図３Ｂは、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの状態切替図である。
【００５４】
図２に示すように、ノード１２０ｉは、通信ユニット１２１、超音波レンジングユニット１２２、およびモード切替装置１２３を備える。
【００５５】
通信ユニット１２１は、ホスト１１０と通信し、モード切替ユニット１２３によって決定されたノード１２０ｉの現在のモードをホスト１１０に（明示的にまたは暗黙的に）報告する。さらに、ノード１２０ｉがオブジェクトモードであるとき、通信ユニット１２１は、ＴＤＭの方法で決定され、ホスト１１０によって送信された送信シグナリングを受信するようにも構成される。
【００５６】
ノード１２０ｉがオブジェクトモードであるとき、超音波レンジングユニット１２２は、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。さらに、ノード１２０ｉがオブジェクトモードであるとき、通信ユニット１２１は、ホスト１１０によって送信された送信シグナリングを受信する場合、超音波レンジングユニット１２２は、送信シグナリングに従ってノード１２０ｉに割り当てられる動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。
【００５７】
ノード１２０ｉがビーコンモードであるとき、超音波レンジングユニット１２２は、測定距離として、超音波レンジング技術に従って、ノード１２０ｉと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定する。測定距離は通信ユニット１２１に提供され、通信ユニット１２１は次いで、その測定距離をホスト１１０に報告する。
[0055] モード切替ユニット１２３は、ノード１２０ｉの運動状態に基づいて、ノード１２０ｉの現在のモードを決定するように構成される。ノード１２０ｉが可動状態にあるとき、モード切替ユニット１２３は、ノード１２０ｉがオブジェクトモードである（図３Ａおよび図３Ｂの切替矢印３１０によって示される）と決定する。ノード１２０ｉが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、モード切替ユニット１２３は、ノード１２０ｉがビーコンモードである（図３Ａの切替矢印３２０によって示される）と決定する。任意選択で、ノード１２０ｉのモード間の頻繁な切替を回避するために、モード切替時間の閾値を設定することができる。ノード１２０ｉがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、モード切替ユニット１２３は、ノード１２０ｉがビーコンモードである（図３Ｂの切替矢印３３０によって示される）と決定する。ノード１２０ｉの運動状態を決定するために、モード切替ユニット１２３は、運動センサまたは慣性センサによって実施することができる運動検出サブユニット１２３１を備え得る。ノード１２０ｉの位置が既知であると決定するために、ノード１２０ｉの位置を、ホスト１１０とノード１２０ｉとの間の通信によって通知することができる。あるいは、ノード１２０ｉの位置が既知であると決定するために、ノード１２０ｉは、ノード１２０ｉと別のビーコンノードとの間の距離を含み、前記別のビーコンノードによってホスト１１０に送信される（すなわちシステムにおけるブロードキャスト）情報通信（情報パケット、データパケット、信号など）を受信することができる。
【００５８】
図４Ａは、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの動作フローチャート例である。
【００５９】
図４Ａに示すように、ステップＳ４１０で、モード切替ユニット１２３は、ノード１２０ｉの現在のモードを決定する。
【００６０】
ステップＳ４２０で、通信ユニット１２１は、ホスト１１０と通信して、モード切替ユニット１２３によって決定されたノード１２０ｉの現在のモードをホスト１１０に（明示的にまたは暗黙的に）報告する。
【００６１】
ステップＳ４３０で、モード切替ユニット１２３によって決定されたノード１２０ｉの現在のモードがビーコンモードであるかオブジェクトモードであるかが決定される。
【００６２】
モード切替ユニット１２３によって決定されたノード１２０ｉの現在のモードがオブジェクトモードである場合、ステップＳ４４０で、超音波レンジングユニット１２２は、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。超音波の送信の後、フローは、ステップＳ４１０に戻る。
【００６３】
モード切替ユニット１２３によって決定されたノード１２０ｉの現在のモードがビーコンモードである場合、ステップＳ４５０で、超音波レンジングユニット１２２は、超音波レンジング技術に従って、ノード１２０ｉと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定距離として測定する。ステップＳ４６０で、超音波レンジングユニット１２２は、測定距離を通信ユニット１２１に提供し、通信ユニット１２１はその距離をホスト１１０に報告する。距離の報告の後、フローはステップＳ４１０に戻る。
【００６４】
図４Ｂは、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの別の動作フローチャート例である。図４Ｂは、ＴＤＭ操作の方法を導入するという点で、図４Ａと異なる。説明を簡単にするために、図４Ａのものと類似している図４Ｂのステップは、同一の参照符号によって識別され、その詳細な説明は省略する。
【００６５】
ステップＳ４７０で、通信ユニット１２１は、ＴＤＭの方法で決定され、ホスト１１０によって送信された送信シグナリングを受信する。
【００６６】
ステップＳ４４０’で、超音波レンジングユニット１２２は、ノード１２０ｉに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。
【００６７】
さらに、図４Ａおよび図４Ｂが明示的な報告に関して示されている点に留意されたい。暗黙的な報告が使用される場合、ステップＳ４２０を、ステップＳ４３０の左の分岐（ビーコン分岐）に配置することができる。あるいは、ステップＳ４３０を省略することができる。
【００６８】
図５は、本発明による３次元（３Ｄ）測位ステム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の概略構造ブロック図である。
【００６９】
図５に示すように、ホスト１１０は、通信ユニット１１１と、ノード数決定ユニット１１２と、位置算出ユニット１１３とを備える。さらに、ＴＤＭの方法を使用した技術的なソリューションでは、ホスト１１０は、オブジェクトノード調整ユニット１１４（図の点線によって示される）をさらに備える。
【００７０】
通信ユニット１１１は、ノードと通信して、ノードによって（明示的にまたは暗黙的に）報告されたノードの現在のモード、およびビーコンノードと現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を受信し、この距離は、超音波レンジング技術に従って測定され、ノードによって報告される。
【００７１】
ノード数決定ユニット１１２は、通信ユニット１１１によって受信されたモード報告に基づいてビーコンノードの数を決定し、ビーコンノードの数が必要な所定の数以上であるかどうかを判定する。２次元の場合、所定の数は３であり、３次元の場合、所定の数は４である。
【００７２】
ビーコンノードの数が必要な所定の数以上であるとノード数決定ユニット１１２が判定すると、位置算出ユニット１１３は、オブジェクトノードを位置決めするために、オブジェクトノードの位置を算出する。この算出は、ビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離（即ち超音波レンジング技術に従って測定され、ビーコンノードによって報告される距離）、およびビーコンノードの位置に基づいて行われる。
【００７３】
ビーコンノードの数が必要な所定の数未満であるとノード数決定ユニット１１２が判定すると、位置算出ユニット１１３は、オブジェクトノードの位置を算出しない。ノード数決定ユニット１１２は、さらなるビーコンノードからの報告を待つ。すなわち、ノード数決定ユニット１１２は、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。
【００７４】
ＴＤＭを使用した技術的なソリューションでは、ノード数決定ユニット１１２は、オブジェクトノードの合計数をさらに決定する。オブジェクトノード調整ユニット１１４は、ＴＤＭの方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するビーコンモードがたった１つ存在するように、オブジェクトノードの合計数に基づいて、オブジェクトノードの動作タイムスロットを調整し、オブジェクトノード調整ユニット１１４は、対応する動作タイムスロットが対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する。通信ユニット１１１は、ノードと通信して、オブジェクトノード調整ユニット１１４によって生成された送信シグナリングを送信する。
【００７５】
さらに、通信ユニット１１１は、ビーコンモードと通信して、位置算出ユニット１１３によって算出されたオブジェクトノードの位置を送信することもできる。
【００７６】
図６Ａは、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の動作フローチャート例である。
【００７７】
図６Ａに示すように、ステップＳ６００で、ホスト１１０は、システム座標を確立すること、必要な所定の数の最初のビーコンノードの位置を決定することなどを含む初期化プロセスを実行する。所定の数は、２次元の場合、３であり、３次元の場合、４である。
【００７８】
ステップＳ６１０〜Ｓ６５０は、初期化プロセス後の動作状態を示す。
【００７９】
ステップＳ６１０で、通信ユニット１１１は、ノードと通信して、ノードによって（明示的にまたは暗黙的に）報告されたノードの現在のモードを受信する。
【００８０】
ステップＳ６２０において、ノード数決定ユニット１１２は、受信されたモード報告に基づいてビーコンノードの数を決定する。
【００８１】
ステップＳ６３０において、ノード数決定ユニット１１２によって決定されたビーコンノードの数が必要な所定の数以上であるかどうかがを判定する。
【００８２】
ノード数決定ユニット１１２によって決定されたビーコンノードの数が必要な所定の数（ステップＳ６３０では「Ｎ」）未満であると判定された場合、フローは、初期化ステップＳ６００に戻り、初期化プロセスを再度実行するように、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。
【００８３】
ノード数決定ユニット１１２によって決定されたビーコンノードの数が必要な所定の数（ステップＳ６３０では「Ｙ」）以上であると判定された場合、ステップＳ６４０で、通信ユニット１１１は、ノードと通信して、ビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離であって、超音波レンジング技術に従って測定され、ビーコンノードによって報告される距離を受信する。ステップＳ６５０で、位置算出ユニット１１３は、ビーコンノードの位置、および通信ユニット１１１によって受信された距離に基づいて、オブジェクトノードを位置決めするために、オブジェクトノードの位置を算出する。
【００８４】
図６Ｂは、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の別の動作フローチャート例である。図６Ｂは、ＴＤＭ操作の方法を導入するという点で、図６Ａと異なる。説明を簡単にするために、図６Ａのステップと類似している図６Ｂのステップは、同一の参照符号によって識別され、その詳細な説明は省略する。
【００８５】
ステップＳ６３１で、ノード数決定ユニット１１２は、オブジェクトノードの合計数を決定する。
【００８６】
ステップＳ６３２で、オブジェクトノード調整ユニット１１４は、ＴＤＭの方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するビーコンモードがたった１つ存在するように、オブジェクトノードの合計数に基づいて、オブジェクトノードの動作タイムスロットを調整し、オブジェクトノード調整ユニット１１４は、対応する動作タイムスロットが対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する。
【００８７】
ステップＳ６３３で、通信ユニット１１１は、ノードと通信して、オブジェクトノード調整ユニット１１４によって生成された送信シグナリングを送信する。
【００８８】
さらに、図６Ａおよび図６Ｂが明示的な報告に関して示されている点に留意されたい。暗黙的な報告が使用される場合、ステップＳ６４０を、ステップＳ６１０とステップＳ６２０との間、またはステップＳ６２０とステップＳ６３０との間に配置することができる。暗黙的な報告が使用される場合、すなわちモードが報告されない場合、ステップＳ６１０をステップＳ６４０と置き換えることができる。
【００８９】
本発明の他の構成は、方法実施形態（最初に概要が説明され、後に詳述されている）のステップおよび操作を実行するソフトウェアプログラムを含む。より詳細には、コンピュータプログラム製品は、コード化されたコンピュータプログラムロジックを含むコンピュータ可読媒体を備えるこうした一実施形態である。コンピュータプログラムロジックは、コンピュータデバイス上で実行されると、上記の３Ｄ測位ソリューションを提供するための対応する動作を提供する。コンピュータプログラムロジックは、少なくとも１つのプロセッサ上で実行されると、コンピューティングシステムの少なくとも１つのプロセッサが本発明の実施形態の動作（方法）を実行できるようにする。本発明のこうした構成は、通常、光媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭ）、フロッピー若しくはハードディスク、または１つまたは複数のＲＯＭ、ＲＡＭ、ＰＲＯＭチップにおけるファームウェアまたはマイクロコードなどの他の媒体、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、または１つまたは複数のモジュールにおけるダウンロード可能なソフトウェア画像および共有データベースなど、コンピュータ可読媒体に設けられ、または符号化されるソフトウェア、コード、および／または他のデータ構造として提供される。ソフトウェア、ハードウェア、またはこうした構成は、コンピューティングデバイスにおける１つまたは複数のプロセッサが本発明の実施形態によって記載されている技術を実行することができるように、コンピューティングデバイスに搭載することができる。例えば一群のデータ通信デバイスまたは他のエンティティにおけるコンピューティングデバイスと組み合わせて動作するソフトウェアプロセスも本発明のノードおよびホストを提供することができる。本発明によるノードおよびホストは、複数のデータ通信デバイス上の複数のソフトウェアプロセス、一群の小型の特定のコンピュータ上で稼働するすべてのソフトウェアプロセス、または単一のコンピュータ上で稼働するすべてのソフトウェアプロセスの間に分散することもできる。
【００９０】
本発明の実施形態は、簡潔に言えばデータ処理デバイス、または個々のソフトウェア、および／または個々の回路上のソフトウェアプログラム、ソフトウェア、およびハードウェアとして実施することができる点に留意されたい。
【００９１】
以上、好ましい実施の形態をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも、上記実施の形態に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。
【００９２】
さらに、上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これに限定されない。
【００９３】
（付記１）
３次元測位システムで使用されるように構成されたノードであって、
測定距離をホストに報告するためにホストと通信するように構成された通信ユニットと、
前記ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成され、前記ノードがビーコンモードである場合、超音波レンジング技術に従って、前記ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を、前記通信ユニットに提供すべき測定距離として測定するように構成された超音波レンジングユニットと、
前記ノードの運動状態に基づいて、前記ノードが現在オブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを決定するように構成されたモード切替ユニットと
を備えることを特徴とするノード。
【００９４】
（付記２）
前記通信ユニットは、
さらに、前記ノードの現在のモードを前記ホストに報告するように構成されることを特徴とする付記１に記載のノード。
【００９５】
（付記３）
前記通信ユニットは、
前記ノードがオブジェクトモードである場合、前記ホストによって送信される時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で決定された送信シグナリングを受信するように構成され、
前記超音波レンジングユニットは、
送信シグナリングに基づいて前記ノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成される
ことを特徴とする付記２に記載のノード。
【００９６】
（付記４）
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成され、
或いは
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成される
ことを特徴とする付記１から付記３の何れか１項に記載のノード。
【００９７】
（付記５）
前記モード切替ユニットが、
運動検出サブユニットを備えることを特徴とする付記４に記載のノード。
【００９８】
（付記６）
前記運動検出サブユニットが、
運動センサまたは慣性センサであることを特徴とする付記５に記載のノード。
【００９９】
（付記７）
前記ノードの位置が既知であると決定するために、前記ノードの位置が前記ノードと前記ホストとの間の通信によって通知され、
或いは、
またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す
ことを特徴とする付記４から付記６の何れか１項に記載のノード。
【０１００】
（付記８）
３次元測位システムで使用されるように構成されたホストであって、
ノードと通信して、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信するように構成された通信ユニットと、
前記通信ユニットによって受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定し、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定するように構成されたノード数決定ユニットと、
前記ノード数決定ユニットが、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であると決定した場合、前記ビーコンモードのノードによって報告される距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するように構成された位置算出ユニットとを備え、
前記位置算出ユニットが、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満であるとノード数決定ユニットが決定した場合、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するのではなく、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つように構成され、
前記通信ユニットが受信する前記距離は、
超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とするホスト。
【０１０１】
（付記９）
前記通信ユニットが、
前記ノードによって報告された、前記ノードの現在のモードを受信するように構成される
ことを特徴とする付記８に記載のホスト。
【０１０２】
（付記１０）
オブジェクトノード調整ユニットをさらに備え、
前記ノード数決定ユニットが、
前記オブジェクトモードのノードの数を決定するように構成され、
前記オブジェクトノード調整ユニットが、
時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するための前記オブジェクトモードのノードがたった１つ存在するように、前記オブジェクトモードのノードの数に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整するように構成され、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成するように構成され、
前記通信ユニットが、
前記オブジェクトノード調整ユニットによって生成された送信シグナリングを送信するように構成される
ことを特徴とする付記９に記載のホスト。
【０１０３】
（付記１１）
３次元座標のある１つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は３であり、３次元座標の状況では、所定の数は４である
ことを特徴とする付記８から付記１０の何れか１項に記載のホスト。
【０１０４】
（付記１２）
前記ビーコンモードのノードは、
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、
前記オブジェクトモードのノードは、
前記オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成され、
或いは、
前記ビーコンモードのノードは、
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、
前記オブジェクトモードのノードは、
前記オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成される
ことを特徴とする付記８から付記１１の何れか１項に記載のホスト。
【０１０５】
（付記１３）
前記ビーコンモードのノードの位置は、
ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、前記ホストによって最後に取得された位置である
ことを特徴とする付記１２に記載のホスト。
【０１０６】
（付記１４）
３次元測位システムで使用されるように構成されたホストを動作させる方法であって、
現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信する報告受信ステップと、
受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定する第１のノード数決定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定する判定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満である場合、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ待機ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、前記報告受信ステップで受信された距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出する測位ステップとを含み、
前記報告受信ステップで受信する距離は、超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とする方法。
【０１０７】
（付記１５）
前記報告受信ステップにおいて、
前記ノードによって報告された前記ノードの現在のモードも受信されることを特徴とする付記１４に記載の方法。
【０１０８】
（付記１６）
受信された報告に基づいて前記オブジェクトモードのノードの数を決定する第２のノード数決定ステップと、
時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するための前記オブジェクトモードのノードがたった１つ存在するように、前記オブジェクトモードのノードの数に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整し、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する調整ステップと、
前記調整ステップで生成された送信シグナリングを送信するシグナリング送信ステップとをさらに含む
ことを特徴とする付記１５に記載の方法。
【０１０９】
（付記１７）
３次元座標のある１つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は３であり、３次元座標の状況では、所定の数は４である
ことを特徴とする付記１４から付記１６の何れか１項に記載の方法。
【０１１０】
（付記１８）
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、前記ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、
前記オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、前記オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる
或いは、
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、前記ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、
前記オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる
ことを特徴とする付記１４から付記１７の何れか１項に記載の方法。
【０１１１】
（付記１９）
前記ビーコンモードのノードの位置は、ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、ホストによって最後に取得された位置である
ことを特徴とする付記１８に記載の方法。
【０１１２】
（付記２０）
付記１から付記７の何れか１項に記載のノードと、
付記８から付記１３の何れか１項に記載のホストと
を備えることを特徴とする３次元測位システム。
【符号の説明】
【０１１３】
１２０ｉ：ノード
１２１：通信ユニット
１２２：超音波レンジングユニット
１２３：モード切替ユニット
３１０：可動状態
３２０：静止状態、および位置が既知
３３０：静止状態の時間≧モード切替時間の閾値、および位置が既知
１１０：ホスト
１１１：通信ユニット
１１２：ノード数決定ユニット
１１３：位置算出ユニット
１１４：オブジェクトノード調整ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測位システムに関する。特に、本発明は、３次元（３Ｄ）測位システム、特に、超音波の到着時間または到着時間差に基づいて距離を測定する３Ｄ測位システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高精度位置決め情報は、現代の生活において非常に重要になっており、例えば人の測位や在庫管理など、多くの機会に適用されている。これらの用途は、位置決め情報の正確さに関する要求が高く、通常、許容度が１メートル未満である。いくつかの用途では、許容度がセンチ程度になることを要求するものもある。
【０００３】
精度の高さに加え、測位システムのスケーラビリティもますます重要になっている。例えば、最初の動作中、システムは、通常、例えばいくつかの元のノードや位置などのパラメータに関して手動で設定することを必要とする。しかし、スケーラビリティは、手動の介入なしに、自動構成の自動プロセスを要求し、これを採用する。システムの動作中、測位すべきノードの位置の変化は自動的に検出されなければならず、システムは自動的に較正されなければならない。さらに、システムのマルチオブジェクトの測位も、スケーラビリティの重要な側面である。
【０００４】
超音波ベースの測位システムは、ある範囲において比較的高い測位精度を提供することができ、それぞれ超音波の到着時間に基づく距離測定、および超音波の到着時間差に基づく距離測定の２つの主な技術がある。
【０００５】
関連の調査の業績がいくつかある。
【０００６】
相対測位システムの構造およびその方法を非特許文献１（Ｈａｎｓ Ｇｅｌｌｅｒｓｅｎ他「協調型相対測位（Cooperative
Relative Positioning）」（ＩＥＥＥ、パーベイシブコンピューティング（Pervasive Computing）２０１０年１０月〜１２月））に具体的に示す。
【０００７】
特許文献１（米国特許出願公開第ＵＳ２００８／０３０９５５６Ａ１号）は、ネットワークノード間の距離情報を測定することによって相対座標を使用して、対象物の３Ｄ位置情報を算出するシステムを記載する。
【０００８】
特許文献２（ＰＣＴ国際特許出願公開第ＷＯ２００７／１１０６２６Ａ２号）は、可動構成要素と固定構成要素との間で、超音波レンジングおよび三角法に基づき、超音波トランスデューサを担持している可動構成要素の位置を算出する技術を提供する。
【０００９】
非特許文献２（Ｈｕｂｅｒｔ Ｐｉｏｎｔｅｋ他「超音波ベースの定位システムの精度の向上（Improving the Accuracy of Ultrasound-Based Localisation System）」（パーソナルおよびユビキタスコンピューティング（Personal
and Ubiquitous Computing）、２００７））で超音波ベースの屋内測位システムの改良されたソリューションを提供しており、主に距離測定の精度および位置情報の更新周波数の向上に焦点を絞る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第ＵＳ２００８／０３０９５５６Ａ１号
【特許文献２】ＰＣＴ国際特許出願公開第ＷＯ２００７／１１０６２６Ａ２号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｈａｎｓ Ｇｅｌｌｅｒｓｅｎ他「協調型相対測位（Cooperative Relative Positioning）」（ＩＥＥＥ、パーベイシブコンピューティング（PervasiveComputing）２０１０年１０月〜１２月）
【非特許文献２】Ｈｕｂｅｒｔ Ｐｉｏｎｔｅｋ他「超音波ベースの定位システムの精度の向上（Improving theAccuracy of Ultrasound-Based Localisation System）」（パーソナルおよびユビキタスコンピューティング（Personaland Ubiquitous Computing）、２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した関連技術のほとんどは、スケーラビリティにおいて不十分であるか、システム性能、例えば精度または測位速度の低下を犠牲にすることによってスケーラビリティをサポートしなければならない。さらに、現在の技術は、マルチオブジェクトの測位を十分サポートすることができない。マルチオブジェクト測位システムで高精度３Ｄ位置情報をできるだけ短い待ち時間で得ることも課題である。従来のシステムは、スケーラビリティおよび適応性を欠き、待ち時間の長さおよび精度の低さを呈して、複数の可動対象物の測位を十分サポートすることができない。
【００１３】
従来技術における上記の欠点を鑑み、本発明は、複数のノードおよび１つのホストを備える３次元（３Ｄ）測位システムを提供する。ノードは、ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信し、ノードがビーコンモードである場合、ホストに提供すべき測定距離として、超音波レンジング技術に従って、ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定するように構成される。ホストは、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、ビーコンモードのノードによって報告される距離とビーコンモードのノードの位置に基づいて、オブジェクトモードのノードの位置を算出する。ノードは、その運動状態に従ってオブジェクトモードとビーコンモードとの間で自動的に切り替わる。本発明による３Ｄ測位システムは、システムの物理的なトポロジ構造の変化に従って自動的に調整することができ、短い待ち時間および高精度でマルチオブジェクトの測位をサポートすることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、３次元測位システムで使用されるように構成されたノードが提供され、ノードは、測定距離をホストに報告するためにホストと通信するように構成された通信ユニットと、ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成され、ノードがビーコンモードである場合、超音波レンジング技術に従って、ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を、通信ユニットに提供すべき測定距離として測定するように構成された超音波レンジングユニットと、ノードの運動状態に基づいて、ノードが現在オブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを決定するように構成されたモード切替ユニットとを備える。
【００１５】
好ましい態様では、通信ユニットは、ノードの現在のモードをホストに報告するようにも構成される。また、好ましい態様では、通信ユニットは、ノードがオブジェクトモードである場合、ホストによって送信される時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で決定された送信シグナリングを受信するように構成され、超音波レンジングユニットは、送信シグナリングに基づいてノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成される。
【００１６】
好ましい態様では、モード切替ユニットは、ノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、モード切替ユニットは、ノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定するように構成される。
【００１７】
好ましい態様では、モード切替ユニットは、ノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、モード切替ユニットは、ノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定するように構成される。
【００１８】
好ましい態様では、モード切替ユニットは、運動検出サブユニットを備える。
【００１９】
好ましい態様では、運動検出サブユニットは、運動センサまたは慣性センサである。
【００２０】
好ましい態様では、ノードの位置が既知であると決定するために、ノードの位置がノードとホストとの間の通信によって通知される。またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、スケーラブルな３次元（３Ｄ）測位システムで使用されるように構成されたノードを動作させる方法が提供され、この方法は、ノードの運動状態に基づいてノードの現在のモードを決定するモード決定ステップと、ノードの決定されたモードがオブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを判定するモード判定ステップと、ノードの決定されたモードがオブジェクトモードであると判定した場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信し、超音波の送信を完了した後、モード決定ステップに戻る超音波送信ステップと、ノードの決定されたモードがビーコンモードであると判定した場合、測定距離として、超音波レンジング技術に従って、ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定する超音波レンジングステップと、測定距離をホストに報告し、距離の報告を完了した後、モード決定ステップに戻る距離報告ステップとを含む。
【００２２】
好ましい態様では、この方法は、ノードの現在のモードを報告するステップをさらに含む。
【００２３】
好ましい態様では、この方法は、ホストによって送信される時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で決定された送信シグナリングを受信するステップであって、このステップにおいて、送信シグナリングが、対応する動作タイムスロットがノードに割り当てられることを示すために構成されており、超音波送信ステップで、超音波は、受信された送信シグナリングに基づいてノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って送信される。
【００２４】
好ましい態様では、モード決定ステップでノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定され、モード決定ステップでノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定される。
【００２５】
好ましい態様では、モード決定ステップでノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定され、モード決定ステップでノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定される。
【００２６】
好ましい態様では、ノードの位置が既知であると決定するために、ノードの位置がノードとホストとの間の通信によって通知される。またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す。
【００２７】
本発明の第３の態様によれば、スケーラブルな３次元（３Ｄ）測位システムで使用されるように構成されたホストが提供され、ホストは、ノードと通信して、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信するように構成された通信ユニットと（この距離は、超音波レンジング技術に従って、ビーコンモードのノードによって測定される）、通信ユニットによって受信された報告に基づいてビーコンモードのノードの数を決定し、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定するように構成されたノード数決定ユニットと、ノード数決定ユニットが、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であると決定した場合、ビーコンモードのノードによって報告される距離、およびビーコンモードのノードの位置に基づいて、オブジェクトモードのノードの位置を算出するように構成された位置算出ユニットとを備え、ビーコンモードのノードの数が所定の数未満であるとノード数決定ユニットが決定した場合、位置算出ユニットが、オブジェクトモードのノードの位置を算出するのではなく、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つように構成される。
【００２８】
また、好ましい態様では、通信ユニットは、ノードによって報告された、ノードの現在のモードを受信するように構成される。
【００２９】
好ましい態様では、ホストは、オブジェクトノード調整ユニットをさらに備える。また、ノード数決定ユニットは、オブジェクトモードのノードの数を決定するように構成される。オブジェクトノード調整ユニットは、時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するためのオブジェクトモードのノードがたった１つ存在するように、オブジェクトモードのノードの数に基づいて、オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整するように構成され、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成するように構成される。また、通信ユニットは、オブジェクトノード調整ユニットによって生成された送信シグナリングを送信するように構成される。
【００３０】
好ましい態様では、３次元座標のある１つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は３であり、３次元座標の状況では、所定の数は４である。
【００３１】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成される。
【００３２】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成される。
【００３３】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードの位置は、ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、ホストによって最後に取得された位置である。
【００３４】
本発明の第４の態様によれば、スケーラブルな３次元（３Ｄ）測位システムで使用されるように構成されたホストを動作させる方法が提供され、この方法は、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信する報告受信ステップと（この距離は、超音波レンジング技術に従って、ビーコンモードのノードによって測定される）、受信された報告に基づいてビーコンモードのノードの数を決定する第１のノード数決定ステップと、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定する判定ステップと、ビーコンモードのノードの数が所定の数未満である場合、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ待機ステップと、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、報告受信ステップで受信された距離、およびビーコンモードのノードの位置に基づいて、オブジェクトモードのノードの位置を算出する測位ステップとを含む。
【００３５】
また好ましい態様では、報告受信ステップにおいて、ノードによって報告されたノードの現在のモードも受信される。
【００３６】
好ましい態様では、この方法は、受信された報告に基づいてオブジェクトモードのノードの数を決定する第２のノード数決定ステップと、時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するためのオブジェクトモードのノードがたった１つ存在するように、オブジェクトモードのノードの数に基づいて、オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整し、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する調整ステップと、調整ステップで生成された送信シグナリングを送信するシグナリング送信ステップとをさらに含む。
【００３７】
好ましい態様では、３次元座標のある１つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は３であり、３次元座標の状況では、所定の数は４である。
【００３８】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる。
【００３９】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる。
【００４０】
好ましい態様では、ビーコンモードのノードの位置は、ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、ホストによって最後に取得された位置である。
【００４１】
本発明の第５の態様によれば、スケーラブルな３次元（３Ｄ）測位システムが提供され、本発明の第１の態様によるノードと、本発明の第３の態様によるホストとを備える。
【発明の効果】
【００４２】
本発明による超音波ベースの３次元（３Ｄ）測位システムは、スケーラビリティを可能にするために、システムの物理的なトポロジ構造の変化に従って自動的に調整することができる。さらに、超音波ベースの３次元（３Ｄ）測位システムは、短い待ち時間および高精度でマルチオブジェクトの測位をサポートすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点は、図面と関連した本発明の実施形態の以下の説明から、より明らかになる。
【００４４】
【図１】本発明による３次元（３Ｄ）測位ステム１００の全体的なブロック図である。
【図２】本発明による３次元（３Ｄ）測位ステム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの概略構造ブロック図である。
【図３Ａ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの状態切替図である。
【図３Ｂ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの状態切替図である。
【図４Ａ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの動作フローチャート例である。
【図４Ｂ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの別の動作フローチャート例である。
【図５】本発明による３次元（３Ｄ）測位ステム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の概略構造ブロック図である。
【図６Ａ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の動作フローチャート例である。
【図６Ｂ】本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の別の動作フローチャート例である。
【００４５】
図面全体にわたって、同一または類似の構造またはステップは、同一または類似の参照番号によって識別される。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の理解を不明瞭にしないために、本発明にとって重要でない詳細および機能は省略する。
【００４７】
図１は、本発明による３次元（３Ｄ）測位ステム１００の全体的なブロック図である。
【００４８】
図１に示すように、本発明による３Ｄ測位システム１００は、ホスト１１０、および複数のノード１２０１〜１２０Ｎ（一般にノード１２０と呼ばれる）を備える。各ノード１２０ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）には、ビーコンモードおよびオブジェクトモードの２つのモードがある。ビーコンモードのノードは、ビーコンノード（図１の黒円として示す）と呼ばれ、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトノード（図１の白円として示す）と呼ばれる。各ノード１２０ｉは、ホスト１１０と通信する。ノード１２０とホスト１１０との間の通信は、無線とすることができる。各ノード１２０ｉは、現在どのモードであるかをそれ自体で決定し、モード間をそれ自体で切り替え、ホスト１１０との通信によって、現在のモードをホスト１１０に報告することができる。モードの報告は明示的とすることができ、この場合、例えば、各ノード１２０ｉがホスト１１０に報告する。モードの報告は暗黙的であってもよく、この場合、例えば、ビーコンノードのみが所定の時間間隔でホスト１１０に報告し、一方、オブジェクトノードは、現在のモードを報告しない。別の例として、以下に詳細に記載するように、暗黙的な報告を距離報告と結合することもできる。オブジェクトノードでなく、ビーコンノードのみが測定距離をホスト１１０に報告するので、ホスト１１０がノードによって報告される距離を受信すると、このノードはビーコンノードであると決定することができる。ビーコンノードは、超音波レンジング技術に従って、ビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定し、ホスト１１０との通信によって、測定距離をホスト１１０に報告する。超音波レンジング技術は、超音波の到着時間に基づくレンジング技術、または超音波の到着時間差に基づくレンジング技術とすることができる。オブジェクトノードは、ビーコンノードの測定についての超音波レンジング技術の要件に従って超音波を送信する。任意選択で、オブジェクトノードは、ホスト１１０との通信によって決定される動作タイムスロットに従って順次超音波を送信することができる。同時に、ホスト１１０は、オブジェクトノードの合計数を決定し、時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するオブジェクトノードがたった１つ存在するように、ノード１２０との通信によってオブジェクトノードの動作タイムスロットを調整する。ＴＤＭの利点は、超音波チャネルがＴＤＭによって共有されるように、複数のオブジェクトノードが同じ超音波チャネルを使用することである。そうでなければ、ＴＤＭが使用されない場合、複数のオブジェクトノードが同じ超音波チャネルで同時に超音波を送信することがあり、それによってシステム効率の低下を引き起こす。ホスト１１０は、オブジェクトノードを位置決めするために、オブジェクトノードの位置を算出する。この算出はビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離（即ち超音波レンジング技術に従って測定され、ビーコンノードによって報告される距離）、およびビーコンノードの位置に基づいて行われる。超音波レンジング技術によれば、ホスト１１０が２次元の座標を決定するには、少なくとも３つのビーコンノードの位置が必要であり、ホスト１１０が３次元座標を決定するには、少なくとも４つのビーコンノードの位置が必要である。本発明の平面の用途（２次元であるか１次元が一定の３次元）では、ホスト１１０は、ビーコンノードの数が３未満であると決定すると、さらなるビーコンノードからの報告を待つ、すなわち、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。ホスト１１０は、ビーコンノードの数が３以上であると決定すると、オブジェクトノードの位置を算出する。本発明のステレオ（３次元の）用途では、ホスト１１０は、ビーコンノードの数が４未満であると決定すると、さらなるビーコンノードからの報告を待つ、すなわち、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。ホスト１１０は、ビーコンノードの数が４以上であると決定すると、オブジェクトノードの位置を算出する。
【００４９】
さらに、ある条件下で、ビーコンノードとしてのみ使用されるノードがいくつかある場合があり、こうしたノードはビーコンモードのみを有し、常にビーコンモードである。ビーコンノードとしてのみ使用されるこうしたノードは、「純粋な」ビーコンノードと呼ばれる。純粋なビーコンノードが存在する状況下で、純粋なビーコンノードとホスト１１０との間の通信は、有線または無線を介することができる。
【００５０】
ビーコンノードの位置を決定する際、ホスト１１０は、まず、システム座標を確立すること、必要な所定の数の最初のビーコンノードの位置を決定することなどを含む初期化プロセスを実行する。所定の数は、２次元の場合、３であり、３次元の場合、４である。最初のビーコンノードの位置を決定する際、相対位置方法を使用することができる。まず、ノード１２０がすべてビーコンモードに切り替わる。次いで、ホスト１１０の調整中、オブジェクトモードで動作し、各時点において超音波信号を送信するノード１２０ｉがたった１つ存在し、他のノードのそれぞれはノード１２０ｉからその距離を算出する。各ノードがオブジェクトノードとして使用された後、システムの２つの任意のノードの間の距離を得ることができる。任意に選択された座標系に対するすべてのノードの相対位置は、過剰決定された方程式を解くための任意の方法によって得ることができる。あるいは、最初のビーコンノードの位置を決定する際、絶対位置方法を使用することができる。まず、ノード１２０がすべてビーコンモードに切り替わる。ユーザは、オブジェクトモードで動作するノード１２０ｉを選択し、位置が既知である４つのポイントにノードを順次配置する。４つのポイントの各々に対して、ビーコンノードのそれぞれは、既知のポイント（ノード１２０ｉ）からのその距離を算出する。４つのポイントのすべてに対する算出が完了したあと、ホスト１１０は、過剰決定された方程式を解くための任意の方法によって、ユーザによって示される座標系におけるすべてのノードの絶対位置を算出することができる。
【００５１】
初期化プロセス後の動作状態において、初期化プロセスのものと同じ方法によってビーコンノードの位置を算出することは不要である。ビーコンノードの位置は、ノードがビーコンモードに移る前に、ホスト１１０によって最後に得られたオブジェクトモードであるときの（相関または絶対）位置とすることができる。
【００５２】
説明の便宜上、本発明によるノード１２０ｉの構造は、ノード１２０ｉが２つのモードを有することを例にとることによって、下記のように説明される。純粋なビーコンノードは、常にビーコンモードであるノード１２０ｉの具体例として解釈することができる。
【００５３】
図２は、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの概略構造ブロック図である。図３Ａおよび図３Ｂは、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの状態切替図である。
【００５４】
図２に示すように、ノード１２０ｉは、通信ユニット１２１、超音波レンジングユニット１２２、およびモード切替装置１２３を備える。
【００５５】
通信ユニット１２１は、ホスト１１０と通信し、モード切替ユニット１２３によって決定されたノード１２０ｉの現在のモードをホスト１１０に（明示的にまたは暗黙的に）報告する。さらに、ノード１２０ｉがオブジェクトモードであるとき、通信ユニット１２１は、ＴＤＭの方法で決定され、ホスト１１０によって送信された送信シグナリングを受信するようにも構成される。
【００５６】
ノード１２０ｉがオブジェクトモードであるとき、超音波レンジングユニット１２２は、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。さらに、ノード１２０ｉがオブジェクトモードであるとき、通信ユニット１２１は、ホスト１１０によって送信された送信シグナリングを受信する場合、超音波レンジングユニット１２２は、送信シグナリングに従ってノード１２０ｉに割り当てられる動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。
【００５７】
ノード１２０ｉがビーコンモードであるとき、超音波レンジングユニット１２２は、測定距離として、超音波レンジング技術に従って、ノード１２０ｉと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定する。測定距離は通信ユニット１２１に提供され、通信ユニット１２１は次いで、その測定距離をホスト１１０に報告する。
[0055] モード切替ユニット１２３は、ノード１２０ｉの運動状態に基づいて、ノード１２０ｉの現在のモードを決定するように構成される。ノード１２０ｉが可動状態にあるとき、モード切替ユニット１２３は、ノード１２０ｉがオブジェクトモードである（図３Ａおよび図３Ｂの切替矢印３１０によって示される）と決定する。ノード１２０ｉが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、モード切替ユニット１２３は、ノード１２０ｉがビーコンモードである（図３Ａの切替矢印３２０によって示される）と決定する。任意選択で、ノード１２０ｉのモード間の頻繁な切替を回避するために、モード切替時間の閾値を設定することができる。ノード１２０ｉがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、モード切替ユニット１２３は、ノード１２０ｉがビーコンモードである（図３Ｂの切替矢印３３０によって示される）と決定する。ノード１２０ｉの運動状態を決定するために、モード切替ユニット１２３は、運動センサまたは慣性センサによって実施することができる運動検出サブユニット１２３１を備え得る。ノード１２０ｉの位置が既知であると決定するために、ノード１２０ｉの位置を、ホスト１１０とノード１２０ｉとの間の通信によって通知することができる。あるいは、ノード１２０ｉの位置が既知であると決定するために、ノード１２０ｉは、ノード１２０ｉと別のビーコンノードとの間の距離を含み、前記別のビーコンノードによってホスト１１０に送信される（すなわちシステムにおけるブロードキャスト）情報通信（情報パケット、データパケット、信号など）を受信することができる。
【００５８】
図４Ａは、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの動作フローチャート例である。
【００５９】
図４Ａに示すように、ステップＳ４１０で、モード切替ユニット１２３は、ノード１２０ｉの現在のモードを決定する。
【００６０】
ステップＳ４２０で、通信ユニット１２１は、ホスト１１０と通信して、モード切替ユニット１２３によって決定されたノード１２０ｉの現在のモードをホスト１１０に（明示的にまたは暗黙的に）報告する。
【００６１】
ステップＳ４３０で、モード切替ユニット１２３によって決定されたノード１２０ｉの現在のモードがビーコンモードであるかオブジェクトモードであるかが決定される。
【００６２】
モード切替ユニット１２３によって決定されたノード１２０ｉの現在のモードがオブジェクトモードである場合、ステップＳ４４０で、超音波レンジングユニット１２２は、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。超音波の送信の後、フローは、ステップＳ４１０に戻る。
【００６３】
モード切替ユニット１２３によって決定されたノード１２０ｉの現在のモードがビーコンモードである場合、ステップＳ４５０で、超音波レンジングユニット１２２は、超音波レンジング技術に従って、ノード１２０ｉと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定距離として測定する。ステップＳ４６０で、超音波レンジングユニット１２２は、測定距離を通信ユニット１２１に提供し、通信ユニット１２１はその距離をホスト１１０に報告する。距離の報告の後、フローはステップＳ４１０に戻る。
【００６４】
図４Ｂは、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたノード１２０ｉの別の動作フローチャート例である。図４Ｂは、ＴＤＭ操作の方法を導入するという点で、図４Ａと異なる。説明を簡単にするために、図４Ａのものと類似している図４Ｂのステップは、同一の参照符号によって識別され、その詳細な説明は省略する。
【００６５】
ステップＳ４７０で、通信ユニット１２１は、ＴＤＭの方法で決定され、ホスト１１０によって送信された送信シグナリングを受信する。
【００６６】
ステップＳ４４０’で、超音波レンジングユニット１２２は、ノード１２０ｉに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。
【００６７】
さらに、図４Ａおよび図４Ｂが明示的な報告に関して示されている点に留意されたい。暗黙的な報告が使用される場合、ステップＳ４２０を、ステップＳ４３０の左の分岐（ビーコン分岐）に配置することができる。あるいは、ステップＳ４３０を省略することができる。
【００６８】
図５は、本発明による３次元（３Ｄ）測位ステム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の概略構造ブロック図である。
【００６９】
図５に示すように、ホスト１１０は、通信ユニット１１１と、ノード数決定ユニット１１２と、位置算出ユニット１１３とを備える。さらに、ＴＤＭの方法を使用した技術的なソリューションでは、ホスト１１０は、オブジェクトノード調整ユニット１１４（図の点線によって示される）をさらに備える。
【００７０】
通信ユニット１１１は、ノードと通信して、ノードによって（明示的にまたは暗黙的に）報告されたノードの現在のモード、およびビーコンノードと現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を受信し、この距離は、超音波レンジング技術に従って測定され、ノードによって報告される。
【００７１】
ノード数決定ユニット１１２は、通信ユニット１１１によって受信されたモード報告に基づいてビーコンノードの数を決定し、ビーコンノードの数が必要な所定の数以上であるかどうかを判定する。２次元の場合、所定の数は３であり、３次元の場合、所定の数は４である。
【００７２】
ビーコンノードの数が必要な所定の数以上であるとノード数決定ユニット１１２が判定すると、位置算出ユニット１１３は、オブジェクトノードを位置決めするために、オブジェクトノードの位置を算出する。この算出は、ビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離（即ち超音波レンジング技術に従って測定され、ビーコンノードによって報告される距離）、およびビーコンノードの位置に基づいて行われる。
【００７３】
ビーコンノードの数が必要な所定の数未満であるとノード数決定ユニット１１２が判定すると、位置算出ユニット１１３は、オブジェクトノードの位置を算出しない。ノード数決定ユニット１１２は、さらなるビーコンノードからの報告を待つ。すなわち、ノード数決定ユニット１１２は、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。
【００７４】
ＴＤＭを使用した技術的なソリューションでは、ノード数決定ユニット１１２は、オブジェクトノードの合計数をさらに決定する。オブジェクトノード調整ユニット１１４は、ＴＤＭの方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するビーコンモードがたった１つ存在するように、オブジェクトノードの合計数に基づいて、オブジェクトノードの動作タイムスロットを調整し、オブジェクトノード調整ユニット１１４は、対応する動作タイムスロットが対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する。通信ユニット１１１は、ノードと通信して、オブジェクトノード調整ユニット１１４によって生成された送信シグナリングを送信する。
【００７５】
さらに、通信ユニット１１１は、ビーコンモードと通信して、位置算出ユニット１１３によって算出されたオブジェクトノードの位置を送信することもできる。
【００７６】
図６Ａは、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の動作フローチャート例である。
【００７７】
図６Ａに示すように、ステップＳ６００で、ホスト１１０は、システム座標を確立すること、必要な所定の数の最初のビーコンノードの位置を決定することなどを含む初期化プロセスを実行する。所定の数は、２次元の場合、３であり、３次元の場合、４である。
【００７８】
ステップＳ６１０〜Ｓ６５０は、初期化プロセス後の動作状態を示す。
【００７９】
ステップＳ６１０で、通信ユニット１１１は、ノードと通信して、ノードによって（明示的にまたは暗黙的に）報告されたノードの現在のモードを受信する。
【００８０】
ステップＳ６２０において、ノード数決定ユニット１１２は、受信されたモード報告に基づいてビーコンノードの数を決定する。
【００８１】
ステップＳ６３０において、ノード数決定ユニット１１２によって決定されたビーコンノードの数が必要な所定の数以上であるかどうかがを判定する。
【００８２】
ノード数決定ユニット１１２によって決定されたビーコンノードの数が必要な所定の数（ステップＳ６３０では「Ｎ」）未満であると判定された場合、フローは、初期化ステップＳ６００に戻り、初期化プロセスを再度実行するように、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。
【００８３】
ノード数決定ユニット１１２によって決定されたビーコンノードの数が必要な所定の数（ステップＳ６３０では「Ｙ」）以上であると判定された場合、ステップＳ６４０で、通信ユニット１１１は、ノードと通信して、ビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離であって、超音波レンジング技術に従って測定され、ビーコンノードによって報告される距離を受信する。ステップＳ６５０で、位置算出ユニット１１３は、ビーコンノードの位置、および通信ユニット１１１によって受信された距離に基づいて、オブジェクトノードを位置決めするために、オブジェクトノードの位置を算出する。
【００８４】
図６Ｂは、本発明による３次元（３Ｄ）測位システム１００で使用されるように構成されたホスト１１０の別の動作フローチャート例である。図６Ｂは、ＴＤＭ操作の方法を導入するという点で、図６Ａと異なる。説明を簡単にするために、図６Ａのステップと類似している図６Ｂのステップは、同一の参照符号によって識別され、その詳細な説明は省略する。
【００８５】
ステップＳ６３１で、ノード数決定ユニット１１２は、オブジェクトノードの合計数を決定する。
【００８６】
ステップＳ６３２で、オブジェクトノード調整ユニット１１４は、ＴＤＭの方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するビーコンモードがたった１つ存在するように、オブジェクトノードの合計数に基づいて、オブジェクトノードの動作タイムスロットを調整し、オブジェクトノード調整ユニット１１４は、対応する動作タイムスロットが対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する。
【００８７】
ステップＳ６３３で、通信ユニット１１１は、ノードと通信して、オブジェクトノード調整ユニット１１４によって生成された送信シグナリングを送信する。
【００８８】
さらに、図６Ａおよび図６Ｂが明示的な報告に関して示されている点に留意されたい。暗黙的な報告が使用される場合、ステップＳ６４０を、ステップＳ６１０とステップＳ６２０との間、またはステップＳ６２０とステップＳ６３０との間に配置することができる。暗黙的な報告が使用される場合、すなわちモードが報告されない場合、ステップＳ６１０をステップＳ６４０と置き換えることができる。
【００８９】
本発明の他の構成は、方法実施形態（最初に概要が説明され、後に詳述されている）のステップおよび操作を実行するソフトウェアプログラムを含む。より詳細には、コンピュータプログラム製品は、コード化されたコンピュータプログラムロジックを含むコンピュータ可読媒体を備えるこうした一実施形態である。コンピュータプログラムロジックは、コンピュータデバイス上で実行されると、上記の３Ｄ測位ソリューションを提供するための対応する動作を提供する。コンピュータプログラムロジックは、少なくとも１つのプロセッサ上で実行されると、コンピューティングシステムの少なくとも１つのプロセッサが本発明の実施形態の動作（方法）を実行できるようにする。本発明のこうした構成は、通常、光媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭ）、フロッピー若しくはハードディスク、または１つまたは複数のＲＯＭ、ＲＡＭ、ＰＲＯＭチップにおけるファームウェアまたはマイクロコードなどの他の媒体、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、または１つまたは複数のモジュールにおけるダウンロード可能なソフトウェア画像および共有データベースなど、コンピュータ可読媒体に設けられ、または符号化されるソフトウェア、コード、および／または他のデータ構造として提供される。ソフトウェア、ハードウェア、またはこうした構成は、コンピューティングデバイスにおける１つまたは複数のプロセッサが本発明の実施形態によって記載されている技術を実行することができるように、コンピューティングデバイスに搭載することができる。例えば一群のデータ通信デバイスまたは他のエンティティにおけるコンピューティングデバイスと組み合わせて動作するソフトウェアプロセスも本発明のノードおよびホストを提供することができる。本発明によるノードおよびホストは、複数のデータ通信デバイス上の複数のソフトウェアプロセス、一群の小型の特定のコンピュータ上で稼働するすべてのソフトウェアプロセス、または単一のコンピュータ上で稼働するすべてのソフトウェアプロセスの間に分散することもできる。
【００９０】
本発明の実施形態は、簡潔に言えばデータ処理デバイス、または個々のソフトウェア、および／または個々の回路上のソフトウェアプログラム、ソフトウェア、およびハードウェアとして実施することができる点に留意されたい。
【００９１】
以上、好ましい実施の形態をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも、上記実施の形態に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。
【００９２】
さらに、上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これに限定されない。
【００９３】
（付記１）
３次元測位システムで使用されるように構成されたノードであって、
測定距離をホストに報告するためにホストと通信するように構成された通信ユニットと、
前記ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成され、前記ノードがビーコンモードである場合、超音波レンジング技術に従って、前記ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を、前記通信ユニットに提供すべき測定距離として測定するように構成された超音波レンジングユニットと、
前記ノードの運動状態に基づいて、前記ノードが現在オブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを決定するように構成されたモード切替ユニットと
を備えることを特徴とするノード。
【００９４】
（付記２）
前記通信ユニットは、
さらに、前記ノードの現在のモードを前記ホストに報告するように構成されることを特徴とする付記１に記載のノード。
【００９５】
（付記３）
前記通信ユニットは、
前記ノードがオブジェクトモードである場合、前記ホストによって送信される時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で決定された送信シグナリングを受信するように構成され、
前記超音波レンジングユニットは、
送信シグナリングに基づいて前記ノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成される
ことを特徴とする付記２に記載のノード。
【００９６】
（付記４）
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成され、
或いは
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成される
ことを特徴とする付記１から付記３の何れか１項に記載のノード。
【００９７】
（付記５）
前記モード切替ユニットが、
運動検出サブユニットを備えることを特徴とする付記４に記載のノード。
【００９８】
（付記６）
前記運動検出サブユニットが、
運動センサまたは慣性センサであることを特徴とする付記５に記載のノード。
【００９９】
（付記７）
前記ノードの位置が既知であると決定するために、前記ノードの位置が前記ノードと前記ホストとの間の通信によって通知され、
或いは、
またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す
ことを特徴とする付記４から付記６の何れか１項に記載のノード。
【０１００】
（付記８）
３次元測位システムで使用されるように構成されたホストであって、
ノードと通信して、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信するように構成された通信ユニットと、
前記通信ユニットによって受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定し、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定するように構成されたノード数決定ユニットと、
前記ノード数決定ユニットが、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であると決定した場合、前記ビーコンモードのノードによって報告される距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するように構成された位置算出ユニットとを備え、
前記位置算出ユニットが、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満であるとノード数決定ユニットが決定した場合、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するのではなく、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つように構成され、
前記通信ユニットが受信する前記距離は、
超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とするホスト。
【０１０１】
（付記９）
前記通信ユニットが、
前記ノードによって報告された、前記ノードの現在のモードを受信するように構成される
ことを特徴とする付記８に記載のホスト。
【０１０２】
（付記１０）
オブジェクトノード調整ユニットをさらに備え、
前記ノード数決定ユニットが、
前記オブジェクトモードのノードの数を決定するように構成され、
前記オブジェクトノード調整ユニットが、
時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するための前記オブジェクトモードのノードがたった１つ存在するように、前記オブジェクトモードのノードの数に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整するように構成され、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成するように構成され、
前記通信ユニットが、
前記オブジェクトノード調整ユニットによって生成された送信シグナリングを送信するように構成される
ことを特徴とする付記９に記載のホスト。
【０１０３】
（付記１１）
３次元座標のある１つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は３であり、３次元座標の状況では、所定の数は４である
ことを特徴とする付記８から付記１０の何れか１項に記載のホスト。
【０１０４】
（付記１２）
前記ビーコンモードのノードは、
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、
前記オブジェクトモードのノードは、
前記オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成され、
或いは、
前記ビーコンモードのノードは、
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、
前記オブジェクトモードのノードは、
前記オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成される
ことを特徴とする付記８から付記１１の何れか１項に記載のホスト。
【０１０５】
（付記１３）
前記ビーコンモードのノードの位置は、
ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、前記ホストによって最後に取得された位置である
ことを特徴とする付記１２に記載のホスト。
【０１０６】
（付記１４）
３次元測位システムで使用されるように構成されたホストを動作させる方法であって、
現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信する報告受信ステップと、
受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定する第１のノード数決定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定する判定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満である場合、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ待機ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、前記報告受信ステップで受信された距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出する測位ステップとを含み、
前記報告受信ステップで受信する距離は、超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とする方法。
【０１０７】
（付記１５）
前記報告受信ステップにおいて、
前記ノードによって報告された前記ノードの現在のモードも受信されることを特徴とする付記１４に記載の方法。
【０１０８】
（付記１６）
受信された報告に基づいて前記オブジェクトモードのノードの数を決定する第２のノード数決定ステップと、
時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するための前記オブジェクトモードのノードがたった１つ存在するように、前記オブジェクトモードのノードの数に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整し、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する調整ステップと、
前記調整ステップで生成された送信シグナリングを送信するシグナリング送信ステップとをさらに含む
ことを特徴とする付記１５に記載の方法。
【０１０９】
（付記１７）
３次元座標のある１つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は３であり、３次元座標の状況では、所定の数は４である
ことを特徴とする付記１４から付記１６の何れか１項に記載の方法。
【０１１０】
（付記１８）
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、前記ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、
前記オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、前記オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる
或いは、
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、前記ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、
前記オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる
ことを特徴とする付記１４から付記１７の何れか１項に記載の方法。
【０１１１】
（付記１９）
前記ビーコンモードのノードの位置は、ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、ホストによって最後に取得された位置である
ことを特徴とする付記１８に記載の方法。
【０１１２】
（付記２０）
付記１から付記７の何れか１項に記載のノードと、
付記８から付記１３の何れか１項に記載のホストと
を備えることを特徴とする３次元測位システム。
【符号の説明】
【０１１３】
１２０ｉ：ノード
１２１：通信ユニット
１２２：超音波レンジングユニット
１２３：モード切替ユニット
３１０：可動状態
３２０：静止状態、および位置が既知
３３０：静止状態の時間≧モード切替時間の閾値、および位置が既知
１１０：ホスト
１１１：通信ユニット
１１２：ノード数決定ユニット
１１３：位置算出ユニット
１１４：オブジェクトノード調整ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元測位システムで使用されるように構成されたノードであって、
測定距離をホストに報告するためにホストと通信するように構成された通信ユニットと、
前記ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成され、前記ノードがビーコンモードである場合、超音波レンジング技術に従って、前記ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を、前記通信ユニットに提供すべき測定距離として測定するように構成された超音波レンジングユニットと、
前記ノードの運動状態に基づいて、前記ノードが現在オブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを決定するように構成されたモード切替ユニットと
を備えることを特徴とするノード。
【請求項２】
前記通信ユニットは、
さらに、前記ノードの現在のモードを前記ホストに報告するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のノード。
【請求項３】
前記通信ユニットは、
前記ノードがオブジェクトモードである場合、前記ホストによって送信される時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で決定された送信シグナリングを受信するように構成され、
前記超音波レンジングユニットは、
送信シグナリングに基づいて前記ノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成される
ことを特徴とする請求項２に記載のノード。
【請求項４】
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成され、
或いは
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成される
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のノード。
【請求項５】
前記モード切替ユニットが、
運動検出サブユニットを備えることを特徴とする請求項４に記載のノード。
【請求項６】
前記運動検出サブユニットが、
運動センサまたは慣性センサであることを特徴とする請求項５に記載のノード。
【請求項７】
前記ノードの位置が既知であると決定するために、前記ノードの位置が前記ノードと前記ホストとの間の通信によって通知され、
或いは、
またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す
ことを特徴とする請求項４から請求項６の何れか１項に記載のノード。
【請求項８】
３次元測位システムで使用されるように構成されたホストであって、
ノードと通信して、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信するように構成された通信ユニットと、
前記通信ユニットによって受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定し、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定するように構成されたノード数決定ユニットと、
前記ノード数決定ユニットが、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であると決定した場合、前記ビーコンモードのノードによって報告される距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するように構成された位置算出ユニットとを備え、
前記位置算出ユニットが、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満であるとノード数決定ユニットが決定した場合、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するのではなく、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つように構成され、
前記通信ユニットが受信する前記距離は、
超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とするホスト。
【請求項９】
３次元測位システムで使用されるように構成されたホストを動作させる方法であって、
現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信する報告受信ステップと、
受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定する第１のノード数決定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定する判定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満である場合、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ待機ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、前記報告受信ステップで受信された距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出する測位ステップとを含み、
前記報告受信ステップで受信する距離は、超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載のノードと、
請求項８に記載のホストと
を備えることを特徴とする３次元測位システム。
【請求項１】
３次元測位システムで使用されるように構成されたノードであって、
測定距離をホストに報告するためにホストと通信するように構成された通信ユニットと、
前記ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成され、前記ノードがビーコンモードである場合、超音波レンジング技術に従って、前記ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を、前記通信ユニットに提供すべき測定距離として測定するように構成された超音波レンジングユニットと、
前記ノードの運動状態に基づいて、前記ノードが現在オブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを決定するように構成されたモード切替ユニットと
を備えることを特徴とするノード。
【請求項２】
前記通信ユニットは、
さらに、前記ノードの現在のモードを前記ホストに報告するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のノード。
【請求項３】
前記通信ユニットは、
前記ノードがオブジェクトモードである場合、前記ホストによって送信される時分割多重化（ＴＤＭ）の方法で決定された送信シグナリングを受信するように構成され、
前記超音波レンジングユニットは、
送信シグナリングに基づいて前記ノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成される
ことを特徴とする請求項２に記載のノード。
【請求項４】
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成され、
或いは
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成される
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のノード。
【請求項５】
前記モード切替ユニットが、
運動検出サブユニットを備えることを特徴とする請求項４に記載のノード。
【請求項６】
前記運動検出サブユニットが、
運動センサまたは慣性センサであることを特徴とする請求項５に記載のノード。
【請求項７】
前記ノードの位置が既知であると決定するために、前記ノードの位置が前記ノードと前記ホストとの間の通信によって通知され、
或いは、
またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す
ことを特徴とする請求項４から請求項６の何れか１項に記載のノード。
【請求項８】
３次元測位システムで使用されるように構成されたホストであって、
ノードと通信して、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信するように構成された通信ユニットと、
前記通信ユニットによって受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定し、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定するように構成されたノード数決定ユニットと、
前記ノード数決定ユニットが、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であると決定した場合、前記ビーコンモードのノードによって報告される距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するように構成された位置算出ユニットとを備え、
前記位置算出ユニットが、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満であるとノード数決定ユニットが決定した場合、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するのではなく、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つように構成され、
前記通信ユニットが受信する前記距離は、
超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とするホスト。
【請求項９】
３次元測位システムで使用されるように構成されたホストを動作させる方法であって、
現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信する報告受信ステップと、
受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定する第１のノード数決定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定する判定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満である場合、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ待機ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、前記報告受信ステップで受信された距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出する測位ステップとを含み、
前記報告受信ステップで受信する距離は、超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載のノードと、
請求項８に記載のホストと
を備えることを特徴とする３次元測位システム。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−２０８１０９（Ｐ２０１２−２０８１０９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２４４２３９（Ｐ２０１１−２４４２３９）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．フロッピー
【出願人】（５０５４１８８７０）エヌイーシー（チャイナ）カンパニー， リミテッド (108)
【氏名又は名称原語表記】ＮＥＣ（Ｃｈｉｎａ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４２３９（Ｐ２０１１−２４４２３９）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．フロッピー
【出願人】（５０５４１８８７０）エヌイーシー（チャイナ）カンパニー， リミテッド (108)
【氏名又は名称原語表記】ＮＥＣ（Ｃｈｉｎａ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
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