特許 6063924 位置測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6063924

(24)【登録日】2016年12月22日

(45)【発行日】2017年1月18日

(54)【発明の名称】位置測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/30 20060101AFI20170106BHJP

【ＦＩ】

   G01S5/30

【請求項の数】13

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-503220(P2014-503220)

(86)(22)【出願日】2012年4月5日

(65)【公表番号】特表2014-513287(P2014-513287A)

(43)【公表日】2014年5月29日

(86)【国際出願番号】GB2012050781

(87)【国際公開番号】WO2012137017

(87)【国際公開日】20121011

【審査請求日】2015年4月6日

(31)【優先権主張番号】1105902.9

(32)【優先日】2011年4月7日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】508170852

【氏名又は名称】ソニター テクノロジーズ アクティーゼルスカブ

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ブーイユ ウィルフレッド， エドウィン

(72)【発明者】

【氏名】オルセン， オイスタイン ハウグ

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３５１８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８１９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５１２９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００６７５１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１４９２０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００６−５２１７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１５８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４５８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３６５３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２０４７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３９６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２３２０８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０７４３０２５７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０５０２９１４７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３３７１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５１６１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１４２５８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−２５８４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２７１５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００７１２００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１３３７１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２１１７８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００９０７６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６４６９６５６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２５０２９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０８０４４８３９（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０００１７８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 JIMENEZ A，FPGA-BASED IMPLEMENTATION OF AN ULTRASONIC BEACON FOR A LOCAL POSITIONING SYSTEM，32ND ANNUAL CONFERENCE ON IEEE INDUSTRIAL ELECTRONICS (IECON 2006)，米国，IEEE，２００６年１１月 １日，P4945-4950

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モバイル受信機ユニットの位置を測定するためのシステムであって、
各々が超音波信号を送信するように構成されている複数の静止送信局であって、前記超音波信号が前記静止送信局に特有の位相偏移シグニチャーを含んでいる、複数の静止送信局と、
前記複数の静止送信局のうちの１つのソース送信局から超音波信号を受信するように構成されているモバイル受信機ユニットと、
受信された前記位相偏移シグニチャーを用いてソース送信局を特定するように構成されている処理手段と、
受信された前記超音波信号および前記ソース送信局の識別情報を用いて前記モバイル受信機ユニットの位置に関する情報を求めるように構成されている処理手段と、を備え、
各送信局に特有のシグニチャーが、第一のキャリア上で２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）コード化された第１のパターンと、第二のキャリア上で２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）コード化された第２のパターンとを含み、前記第１キャリアと前記第２キャリアが同じ周波数であり、前記第一のキャリアが前記第二のキャリアと位相が９０度ずれており、
前記第２のパターンの開始は、前記第１のパターンの開始から時間がオフセットされ、この時間的なオフセットは、各静止送信局に特有のものである、システム。

【請求項2】

前記第一のパターンがバーカーコードであり、前記第二のパターンが同一のバーカーコードである、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第二のパターンの開始が、前記第一のパターンの開始よりも、前記第一のパターンの長さ未満である前もって決められたオフセット値分だけ時間がオフセットされる、請求項１乃至２のうちのいずれか一項に記載のシステム。

【請求項4】

前記処理手段が、前記モバイル受信機ユニットと前記静止送信局との間の距離に関する情報を求めるために送信時刻および受信時刻のうち少なくとも一方の時刻を用い、この距離情報を前記モバイル受信機ユニットの位置に関する情報を求める場合に用いるように構成される、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

前記モバイル受信機ユニットが、同時にまたは時間がオーバーラップして、複数の静止送信局のうち、異なるソース送信局から複数の前記信号を受信するように構成されており、前記処理手段が、受信された前記シグニチャーをソース送信局を特定するために用い、前記ソース送信局の識別情報を前記モバイル受信機ユニットの位置に関する情報を求めるために用いるように構成される、請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

前記処理手段が、同相情報および直角位相情報を含んでいる複雑な相関信号Ｚ（ｉ）を求めるために、受信された前記信号と位相偏移シグニチャー内のパターンの参照コピーとの間の相互相関を求めるように構成される、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のシステム。

【請求項7】

前記処理手段が、前記複雑な相関信号Ｚ（ｉ）と、前記複雑な相関信号と同一のであるものの時間があるオフセット値分だけ偏移されている信号Ｚ（ｉ＋ｍ）とを比較するようにさらに構成され、複数のオフセットの各々であるｍは、前記複数の静止送信局に特有のオフセットと等しいものであり、
前記処理手段は、更に、前記複数のオフセットから、マッチ基準を満たす前記比較のために、マッチングオフセットを決定し、このマッチングオフセットに従って、前記ソース送信局の識別を決定するように構成されている、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

各送信局に特有のシグニチャーが第一のパターン、第二のパターンおよび第三のパターンを含んでおり、これらのパターンがすべて同一のパターンでありえ、前記第二のパターンが前記第一のパターンおよび前記第三のパターンを時間的にオーバーラップしているものの前記第一のパターンおよび前記第三のパターンから位相が９０度ずれており、前記処理手段が、複数の送信局のシグニチャーのうちの１つについて、前記第一のパターンと前記第二のパターンとの間のオフセットおよび前記第二のパターンと前記第三のパターンとの間のオフセットに対応する二つの異なるオフセット時間を用いて前記比較を２度実行するようにさらに構成される、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

モバイル受信機ユニットの位置を測定する方法であって、
複数の静止送信局の各静止送信局から超音波信号を送信することであって、各超音波信号が前記静止送信局に特有の位相偏移シグニチャーを含んでいる、超音波信号を送信することと、
モバイル受信機ユニットで前記複数の静止送信局のうちの１つのソース送信局から超音波信号を受信することと、
前記ソース送信局を特定するために、受信された前記位相偏移シグニチャーを用いることと、
前記モバイル受信機ユニットの位置に関する情報を求めるために受信された前記信号および前記ソース送信局の識別情報を用いることと、を含み、
各送信局に特有のシグニチャーが、第一のキャリア上で２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）コード化された第１のパターンと、第二のキャリア上で２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）コード化された第２のパターンとを含み、前記第１キャリアと前記第２キャリアが同じ周波数であり、前記第一のキャリアが前記第二のキャリアと位相が９０度ずれており、
前記第２のパターンの開始は、前記第１のパターンの開始から時間がオフセットされ、この時間的なオフセットは、各静止送信局に特有のものである、方法。

【請求項10】

同相情報および直角位相情報を含んでいる複雑な相関信号Ｚ（ｉ）を求めるために、受信された前記信号と位相偏移シグニチャー内のパターンの参照コピーとの間の相互相関を求めることと、
前記複雑な相関信号Ｚ（ｉ）と、前記複雑な相関信号と同一のであるものの時間があるオフセット値分だけ偏移されている信号Ｚ（ｉ＋ｍ）とを比較することと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

超音波信号を送信するように構成された静止送信局であって、前記静止送信局を特定する位相偏移シグニチャーを含み、
前記シグニチャーが、第一のキャリア上で２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）コード化された第１のパターンと、第二のキャリア上で２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）コード化された第２のパターンとを含み、前記第１キャリアと前記第２キャリアが同じ周波数であり、前記第一のキャリアが前記第二のキャリアと位相が９０度ずれており、
前記第２のパターンの開始は、前記第１のパターンの開始から時間がオフセットされ、この時間的なオフセットは、前記静止送信局に特有のものである、静止送信局。

【請求項12】

前記第１のパターンはバーカーコードであって、前記第２のパターンは同一のバーカーコードである、請求項１１に記載の静止送信局。

【請求項13】

ソース送信局からの位相偏移シグニチャーを含んでいる超音波信号を受信するように構成されているモバイル受信機ユニットであって、
受信された前記位相偏移シグニチャーを用いてソース送信局を特定するように構成されている処理手段、および、
受信された前記超音波信号および前記ソース送信局の識別情報を用いて前記モバイル受信機ユニットの位置に関する情報を求めるように構成されている処理手段のうち少なくとも一方を有し、
前記処理手段により使用されるシグニチャーが、第一のキャリア上で２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）コード化された第１のパターンと、第二のキャリア上で２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）コード化された第２のパターンとを含み、前記第１キャリアと前記第２キャリアが同じ周波数であり、前記第一のキャリアが前記第二のキャリアと位相が９０度ずれており、
前記第２のパターンの開始は、前記第１のパターンの開始から時間がオフセットされ、この時間的なオフセットは、前記ソース送信局に特有のものである、モバイル受信機ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波を用いてモバイルユニットの位置を測定するためのシステムおよび方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

病院病棟の如き領域内の人または装置のような移動可能オブジェクトの位置を測定することができると望ましい場合が多くある。

【0003】

天井または壁に取り付けられる静止基地局のネットワークを提供し、これらの基地局の１つ以上と通信する移動可能オブジェクトに超音波タグを取り付けることによって、タグを取り付けたオブジェクトの位置測定を可能とすることが知られている。この目的には、超音波が適している。というのは、超音波が人間にとって検出不能であるからである。さらに、超音波は、電波よりも非常にゆっくり伝搬し、急速に減衰するため、送信機と受信機との間の通常比較的短い距離を測定する際の処理が非常に簡単である。

【0004】

米国特許出願公開第２００５／０２３２０８１号明細書には、識別タグがタグ固有のスペクトラム拡散シーケンスを送信するようになっている屋内用の音響式位置測定システムについて開示されている。検出器ユニットは、上述のシーケンスを受信して、システム内で用いられているすべてのシーケンスと受信されたシーケンスと比較することにより、当該タグを特定（識別）するようになっている。当該タグの位置は、異なる検出器ユニットにおける上述のシーケンスの到着時刻の差に基づいて求めることができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このアプローチには制限がいくつかある。具体的にいえば、このアプローチでは、多重パスの干渉によりタグの特定および位置測定の精度に悪い影響が及ぼされる恐れがある。通常、多重パスの干渉は、壁、天井および他の面からの送信信号の反射により生じる。さらに、このアプローチでは、タグが移動して受信信号にドップラーシフトが生じるようなタグを認識することができない。さらに、このアプローチでは、タグの数が相当少数に制限される。というのは、システム全体のタグの数が増えると、シーケンスの長さを大きくして利用可能な数が十分であることを担保する必要があり、このことにより、計算の要件を増やしてしまう恐れがあるからである。さらに、合理的な更新速度を維持するため、複数のタグが同時に送信する必要があり、このことにより、認識エラーをもたらす可能性がある。

【0006】

本発明は、これらの欠点に取り組もうと努力するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第一の態様によれば、モバイル受信機ユニットの位置を測定するためのシステムは、各々が超音波信号を送信するように構成さている複数の静止送信局であって、超音波信号が静止送信局に特有の位相偏移シグニチャーを含んでいる、複数の静止送信局と、複数の静止送信局のうちの１つから超音波信号を受信するように構成されているモバイル受信機ユニットと、受信されたシグニチャーを用いてソース送信局を特定するように構成されている処理手段と、受信された信号およびソース送信局の識別情報を用いてモバイル受信機ユニットの位置に関する情報を求めるように構成されている処理手段とを備えている。

【0008】

本発明の他の態様によれば、モバイル受信機ユニットの位置を測定する方法は、複数の静止送信局の各々から超音波信号を送信することであって、各超音波信号が静止送信局に特有の位相偏移シグニチャーを含んでいる、超音波信号を送信することと、複数の静止送信局のうちの１つから超音波信号をモバイル受信機ユニットで受信することと、受信されたシグニチャーを用いてソース送信局を特定することと、受信された信号およびソース送信局の識別情報を用いてモバイル受信機ユニットの位置に関する情報を求めることとを含んでいる。

【0009】

本発明のさらなる態様では、静止送信局に特有の位相偏移シグニチャーを含む超音波信号を送信するように構成されている静止送信局が提供されている。

【0010】

したがって、当業者にとって明らかなように、本発明によれば、信号は静止送信局によりモバイルユニットへ送信される。出願人は、病院のような多くの状況においては、ある領域内の移動可能オブジェクト（人々、装置など）の数が同じ領域を網羅するのに必要な静止局の数より大きい場合が多いことを見出した。静止局から送信することにより、複雑な信号を必要とすることなく、またシステムの精度に影響を与えることなく、モバイルユニットの数を無期限に増やすことができる。

【0011】

さらに、信号の一部として位相偏移シグニチャーを送信することにより、モバイル受信機ユニットは、複数の送信局からのオーバーラップしている信号を確実に識別し、運動により誘発される位相偏移および多重パスの干渉に対処することができるようになる。このことについての詳細は後述する。

【0012】

好ましくは、各シグニチャーは、位相偏移変調（ＰＳＫ）コード化されたシーケンスまたはコードである前もって決められたパターン、たとえばＰＳＫコード化された前もって決められたバーカーコード（Ｂａｒｋｅｒ ｃｏｄｅｓ）を含んでいる。

【0013】

好ましくは、各シグニチャーは、長さが１１または１３であるＰＳＫコード化されたバーカーコードを含んでいる。好ましくは、各シグニチャーは、前もって決められた時間的な関係および位相の関係のうち少なくとも一方の関係を相互に有しているＰＳＫコード化されたバーカーコードの１つ、２つまたはそれ以上のインスタンスを含んでいる。好ましくは、この関係は各送信機に特有なものある。したがって、この関係が、送信機を特定するために受信機により用いられてもよい。

【0014】

好ましくは、各シグニチャーは、第一のＰＳＫコード化されたパターンと第二のＰＳＫコード化されたパターンとを含み、第二のパターンの位相が第二のパターンの位相からオフセットされている（ずらされている）。９０度分だけオフセットするのが便利であるが、他のオフセット値であってもよい。両方のパターンが４相ＰＳＫ（ＱＰＳＫ）コード化されてもよい。静止送信局は、２相位相偏移変調（ＢＰＳＫ）コード化を用いて第一のキャリア上の第一のパターンをコード化し、第二のキャリア上の第二のパターンをＢＰＳＫコード化するように構成されており、第一のキャリアおよび第二のキャリアが同一の周波数であるものの、第二のキャリアの位相が第一のキャリアの位相からずれている。好ましい実施形態では、第一のキャリアは第二のキャリアと位相が９０度ずれている。６相ＰＳＫまたは８相ＰＳＫの如き高次のＰＳＫコード化の使用が除外されているわけではないが、ＱＰＳＫが現在は好まれている。というのは、ＱＰＳＫでは、相関演算が比較的簡単であるからである。このことについての詳細は後述されている。第一のキャリアが正弦波であってもよいし、第二のキャリアが余弦波であってもよいし、その逆であってもよい。

【0015】

バーカーコードとは、ゼロオフセットにおいて強い自己相関を有するもののすべての非ゼロオフセットにおいて弱い自己相関を有するビット値（＋１または−１として表わされる）からなる１組の周知の文字列のうちの一つの文字列である。２ビット、３ビット、４ビット、５ビット、７ビット、１１ビットおよび１３ビットの長さを有するバーカーコードが知られている。

【0016】

第一のパターンはバーカーコードであってもよい。第二のパターンはバーカーコードであってもよい。好ましくは、第二のパターンは、相対的位相を除いて第一のパターンと同じである。このことにより、複号を単純化することができる。

【0017】

好ましくは、第二のパターンの開始は、第一のパターンの開始から前もって決められたオフセット値分だけ時間がオフセットされている。好ましくは、このオフセット値は第一のパターンの長さ未満であり、その結果、２つのパターンは時間がオーバーラップする。

【0018】

（異なる位相の）オーバーラッピングパターンを含むシグニチャーを送信することにより、第一のパターンの開始と第二のパターンの終りとの間の時間の長さが、連続（非オーバーラッピング）送信と比較して短くなるため、この時間内に運動誘発位相変化が生じる可能性が低くなり、それにより、シグニチャーが送信機と受信機との間の相対運動の影響に対して非常にロバストなものとなる。強いピークのあるバーカーコードの自己相関特性により、非同期システムにおいてでさえ、受信されたシグニチャー内のオーバーラッピングパターンの識別ができるようになる。

【0019】

好ましくは、時間的なオフセットは各送信機に特有のものである。送信機に特有のものであるということは、システム全体にわたってその送信機に固有のものであるということを意味してもよいし、または、一群の送信機、たとえば送信信号の範囲がオーバーラップしている一群の送信機の間において固有のものであることを意味してもよい。

【0020】

好ましくは、すべての送信機のシグニチャーに単一の共通パターンが存在する。このことにより、複号プロセスを単純化することができる。好ましくは、このパターンはバーカーコードである。１１ビットまたは１３ビットのバーカーコードは、それより短いコードに比べて信号対雑音比を向上させるので好まれる。１３ビットを超える長いコードは、それらの自己相関特性が最適化されていないので好まれない（それらのコードが今日までに発見されていないバーカーコードでない限り）。それにもかかわらず、パターンはバーカーコードでない比較的短いコードを含んでいてもよい。この場合、コードは比較的短い、たとえば１６ビット未満であることが望ましい。非ゼロオフセットにおいてコードは弱い自己相関を有していることが望ましい（たとえば、自己相関値は常に２または３未満である）。

【0021】

１３ビットのバーカーコードを用いる場合、実施形態によっては、送信機に特有の異なるオフセット値を有している約５台の異なる送信機までサポートすることが可能となる場合もある。シグニチャーが、異なるオフセット値におけるさらなるバーカーコードを含む場合、この数よりもはるかに多くの数の送信機をサポートすることが可能である。ただし、長いシグニチャーによる代償、すなわち帯域幅が減少するという犠牲が伴う。

【0022】

モバイルユニットが処理手段のうちの一部を備えていてもよいしまたは全部を備えていてもよい。このことはいくつかの利点を有しうる。というのは、信号が、モバイルユニットで受信された後、どこか他のところへ送られて処理される必要がないからである。

【0023】

したがって、本発明のさらなる態様によれば、送信局からの位相偏移シグニチャーを含んでいる超音波信号を受信するように構成されているモバイル受信機ユニットは、受信された位相偏移シグニチャーを用いてソース送信局を特定するように構成されている処理手段を備えているか、または、受信された信号およびソース送信局の識別情報を用いてモバイル受信機ユニットの位置に関する情報を求めるように構成されている処理手段を備えている。

【0024】

実施形態によっては、複数の静止局のうちの１つ以上が、処理手段のうちの一部または全部を含んでいる場合もあれば、または、処理手段がモバイルユニットおよび静止局の外部、たとえば１つ以上の外部サーバーに設けられている場合もある。このことは有利である場合もある。というのは、モバイルユニットに必要とされる処理能力を最小限に抑えることにより、モバイルユニットからデータを送信する必要を考慮にいれた後でさえ、コストを削減することができかつ消費電力を削減することができるからである。このことは、それらがバッテリー駆動である場合に特に有用である。処理手段は、複数のプロセッサ、複数の場所、またはそれら両方の全体にわたって分配されていてもよい。受信機は、受信信号または受信信号から導き出される情報を遠隔処理手段へ送信するように構成されていてもよい。モバイルユニットまたは静止局は、受信信号または送信信号に関する情報を送信するために、有線送信手段またはラジオ送信機の如き無線送信機を有していてもよい。

【0025】

ラジオ送信機はタイミング情報を送信するために用いられてもよい。このように、位置測定にあたって、より複雑でかつそれほどロバストではない到着時刻の差を用いる必要がなく、到着時刻情報を用いることができるように、送信機と受信機とを同期させることが可能となる。

【0026】

好ましくは、処理手段は、モバイルユニットと静止局との間の距離に関する情報を求めるために送信時刻および受信時刻のうち少なくとも一方の時刻を用い、モバイルユニットの位置を測定する場合にこの距離情報を用いるように構成されている。

【0027】

好ましくは、受信機は、同時にまたは時間がオーバーラップして、異なる送信局から複数の信号を受信するように構成されており、処理手段は、受信されたシグニチャーを用いてソース送信機を特定し、ソース送信機の識別情報を用いてモバイルユニットの位置に関する情報を求めるように構成されている。

【0028】

処理手段は、たとえば当業者によく知られている三辺測量術計算（ｔｒｉｌａｔｅｒａｔｉｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）を実行することによりモバイルユニットの位置に関する情報を求めるために、信号強度情報、到着時刻情報、到着時刻の差情報のうちの少なくとも一つの情報を用いてもよい。モバイルユニットの位置に関する情報は、たとえば、固定された原点に対するモバイルユニットの推定位置座標であってもよい。位置情報は、二次元または三次元のモバイルユニットの位置に関するものであってもよい。

【0029】

好ましくは、受信機は、送信された信号を複数のパスに沿って受信するように構成されており、処理手段は、送信時刻および受信時刻（または、微分計算の場合、受信時刻のみ）を用いて複数のパスの各々についての距離情報を求めるように構成されている。通常、複数のパスのうちの１つは直通パスであり（このことは必ずしも正しいとは限らない）、その他のパスは、１つ以上のオブジェクトからの反射を含む。

【0030】

超音波信号が運動により誘発されて位相が変化する可能性があるため、ラジオ信号の同期処理において通常行われような、再生成されたキャリア信号を受信信号と直交変調器を用いて混合するようなことは現実的ではない。もっと正確にいえば、処理手段は、受信信号とパターンの参照コピーとの間の相互相関を求めて同相情報および直交情報を含む複雑な相関信号Ｚ（ｉ）を求めるように構成されていることが好ましい。

【0031】

好ましくは、処理手段は、受信信号内に、第一のパターンから９０度分だけ位相偏移されかつ第一のパターンからオフセット値分だけ時間がオフセットされている第二のパターンの存在を求める（検出する）ように構成されている。処理手段は、複雑な相関信号Ｚ（ｉ）を、この複雑な相関信号で同一であるものの時間がオフセット値分だけ偏移されている信号、すなわちＺ（ｉ＋ｍ）と比較するように構成されていてもよい。便宜上、この比較のことをスーパー相関演算（操作）と呼ぶこととする。

【0032】

いうまでもなく、信号の実数部および虚数部を一緒に処理してもよいしまたは別々に処理してもよく、結果に影響を与えることはない。

【0033】

実施形態によっては、スーパー相関は、（ｉ）複雑な相関信号と（ｉｉ）この複雑な相関信号をオフセット値ｍ分だけ時間を偏移させた信号との外積のサインサイズ（ｓｉｇｎｅｄ ｓｉｚｅ）、すなわち│Ｚ（ｉ）ΛＺ（ｉ＋ｍ）│を求めることが含まれる。このようなスーパー相関演算は、オフセット値が送信機により用いられるオフセット値と等しくない場合、とくに偶数オフセット値および奇数オフセット値が比較される場合（これらのオフセット値は第一のパターンのチップ長（ｃｈｉｐ ｌｅｎｇｔｈ）により表される）およびとくにパターンがバーカーコードである場合には、相互相関（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）が非常に低い。また、この演算は、効率的に実行することができ、比較的簡単なハードウェアの使用が可能となる。

【0034】

処理手段は、複数の異なるオフセット時間ｍの各々についてスーパー相関を実行するように構成されてもよい。これらのオフセット値はすべての送信機または一部の送信機により用いられるオフセット値に対応している。処理手段は、受信信号を処理してスーパー相関がマッチ基準を満たすようなオフセット値を求めてもよい。マッチ基準は、スーパー相関オフセット値が、送信されたパターン間のオフセット値と同一である場合にマッチしたと見なされる基準であるのが好ましい。たとえば、マッチ基準により、１組の可能なオフセット値にわたって、スーパー相関の出力が最大となるまたは最も強いピークに達したときにマッチしたと見なすように規定されてもよい。マッチは、信号のソース送信機を特定する際に、そのオフセット値を、送信機により用いられている既知のオフセット値と比較するために用いられてもよい。

【0035】

送信機に特有のシグニチャーを送信する利点としては、モバイルユニットが受信機であるシステムに比べて、２つの位相がずれたパターンまたは好ましくはオーバーラップしているパターンを有するシグニチャーをより幅広く適用することができるということが挙げられる。具体的にいえば、このようなアプローチは、複数の静止受信機と一つのモバイル送信機とを備えたシステムにおいて効果的に用いることができる。

【0036】

したがって、本発明のさらなる態様では、モバイル送信機ユニットの位置を測定するためのシステムは、各々が超音波信号を送信するように構成されている複数のモバイル送信機ユニットであって、超音波信号が各モバイル送信機ユニットに特有の位相偏移シグニチャーを含んでおり、各シグニチャーが、第一のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第一のパターンと、第一のキャリア信号と同一の周波数を有するものの第一のキャリア信号とは位相がずれている第二のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第二のパターンとを含んでおり、第二のパターンが、送信機に特有のオフセッ値分だけ第一のパターンから時間がオフセットされている、複数のモバイル送信機ユニットと、複数のモバイル送信機ユニットのうちの１つから超音波信号を受信するように構成されている静止受信局と、受信された信号を用いてソース送信機ユニットを特定するように構成されている処理手段と、この送信機ユニットの位置に関する情報を求めるように構成されている処理手段とを備えている。

【0037】

他の態様では、モバイル送信機ユニットの位置を測定する方法は、複数のモバイル送信機ユニットの各々から超音波信号を送信することであって、各信号がその送信機ユニットに特有の位相偏移シグニチャーを含んでおり、各シグニチャーが、第一のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第一のパターンと、第一のキャリア信号と同一の周波数を有するものの第一のキャリア信号とは位相がずれている第二のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第二のパターンとを含んでおり、第二のパターンが、送信機に特有のオフセット値分だけ第一のパターンから時間がオフセットされている、超音波信号を送信することと、複数のモバイル送信機ユニットのうちの１つから超音波信号を静止受信局で受信することと、受信されたシグニチャーを用いてソース送信機ユニットを特定することと、受信されたシグニチャーを用いてソース送信機ユニットの位置に関する情報を求めることとを含んでいる。

【0038】

本発明のさらなる態様では、超音波信号を送信するように構成されているモバイル送信機ユニットは、超音波信号がモバイル送信機ユニットに特有の位相偏移シグニチャーを含んでおり、シグニチャーが、第一のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第一のパターンと、第一のキャリア信号と同一の周波数を有するものの第一のキャリア信号とは位相がずれている第二のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第二のパターンとを含んでおり、第二のパターンが、送信機ユニットに特有のオフセッ値分だけ第一のパターンから時間がオフセットされている。

【0039】

先の態様を参照して記載されている送信機、受信機、モバイルユニット、および静止ユニットの任意選択的な構成要素が、ここに記載の態様の実施形態にかかるモバイル送信機ユニットおよび静止受信局の任意選択的な構成要素であってもよい。

【0040】

好ましくは、第二のキャリアは第一のキャリアと位相が９０度ずれている。

【0041】

処理手段のうちの一部または全部が静止受信局内に設けられてもよい。したがって、本発明のさらなる態様によれば、送信機ユニットから超音波信号を受信するように構成されている静止受信局は、超音波信号が送信機ユニットに特有の位相偏移シグニチャーを含んでおり、シグニチャーが、第一のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第一のパターンと、第一のキャリア信号と同一の周波数を有するものの第一のキャリア信号とは位相がずれている第二のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第二のパターンとを含んでおり、第二のパターンが、送信機ユニットに特有のオフセッ値分だけ第一のパターンから時間がオフセットされており、受信局が、受信された信号を用いてソース送信機ユニットを特定するように構成されている処理手段、または受信された信号を用いて送信機ユニットの位置に関する情報を求めるように構成されている処理手段を有している。

【0042】

しかしながら、処理手段のうちの一部または全部が受信局の外部、たとえば１つ以上の遠隔サーバーに設けられてもよい。

【0043】

先に記載のすべての態様では、各シグネチャは、２つのパターンのみではなく３つのパターン、たとえば３つのＰＳＫコード化されたパターンを含んでいてもよい。これらのパターンは、所与のシグネチャにおいて、異なるパターンであってもよいが（相対位相を除いて）同一のパターンであることが好ましい。すべての送信機にわたって同一のパターンが用いられることが好ましく、このことにより、復号が単純なものとなる。好ましくは、シグネチャ内では、第二のパターンは、第一のパターンおよび第三のパターンと時間がオーバーラップしているものの第一のパターンおよび第三のパターンと位相がたとえば９０度ずれている。第一のパターンと第三のパターンとは、位相が同じであってもよいし、または位相が１８０度ずれていてもよい。好ましくは、第三のパターンは、第一のパターンの終了後、好ましくは第一のパターンの終了直後に開始される。

【0044】

各シグネチャは、たとえば、第一のＱＰＳＫコード化された長さＬのバーカーコードと、第一のコードに対して９０度でかつ第一のコードから第一のオフセット値ｎ_１分だけオフセットされている第二のＱＰＳＫコード化されたバーカーコードと、第二のコードに対して９０度でかつ第二のコードから第二のオフセット値ｎ_２分だけオフセットされた第三のＱＰＳＫコード化されたバーカーコードとを含んでいる。ｎ_１はＬ未満であることが好ましく、ｎ_２＝Ｌ−ｎ_１であることが好ましい。

【0045】

シグネチャ内に３つ（またはそれよりも多い数の）パターンを有していることにより、スーパー相関演算において（オフセットｍと等しい主ピークからの距離に）本来生じうる副ピークを補償することが可能となる。

【0046】

異なる送信機シグネチャの可能な数は、１つ以上のポウズを含む１つ以上の送信機シグネチャずつ増やしていくことが可能である。すべての位相にわたってポウズを設けるようにしてもよいし、または１つ以上の位相にのみポウズを設けるようにしてもよい。上述の例示の実施形態では、たとえば、第一のパターンと最後のパターンとの間に長さｐのチップポウズ（ｃｈｉｐ ｐａｕｓｅ）が挿入され、ｎ_２＝Ｌ−ｎ_１＋ｐとなっている。

【0047】

好ましくは、処理手段は、シグネチャが３つのバーカーコード（これらは２対のバーカーコードと見なすことができる。たとえばこれらの２対が１つのコードを共有している場合である）を有している場合に用いることができる強化相関関数（ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を評価するように構成されている。強化相関関数は、２つの異なるオフセット値を用いた２つのスーパー相関演算の関数である。これらのオフセット値は、たとえば送信機シグネチャのうちの１つについて、第一のパターンと第二のパターンとの間のオフセット値と第二のパターンと第三のパターンとの間のオフセット値とに対応しうる。スーパー相関演算のうちの１つは、第一のパターンの長さから他のスーパー相関演算により用いられるオフセット値を引いたものに等しいオフセット値を用いてもよい。たとえば、実施形態によっては、処理手段は、オフセットｍでのスーパー相関とオフセットＬ−ｍでのスーパー相関との積を求めるようになっていてもよい。ここで、Ｌは送信機シグネチャの第一のパターンの長さである。他の実施形態では、強化相関関数は、２つのスーパー相関演算の絶対値の大きさの小さい方を出力するようになっていてもよい。

【0048】

スーパー相関の最小合成（ｍｉｎｉｍｕｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）を用いる場合、出力のサインを求めるためにサイン関数が別個に評価されるようになっていてもよい。スーパー相関のサインは、＋９０度の位相差の場合には＋１、−９０度の位相差の場合には−１と定義することができる。次いで、強化相関のサインは、スーパー相関のサイン（＋１または−１）の積として別個に取り扱うことができる。

【0049】

この強化相関関数は、複数の異なるオフセット値ｍについて評価されてもよい。複数の異なるオフセット値ｍは、複数の異なる送信機のシグネチャ内で用いられる第一のパターンと第二のパターンとの間の異なるオフセット値を含みうる。受信された信号のソース送信機の特定は、強化相関関数がマッチ基準を満たすオフセット値を求めることによりなされるようになっていてもよい。

【0050】

本発明の実施形態のある利点は、少ない処理要件でそれらを実現することができるという点である。このことにより、本発明が低価格の電池式のデバイスに適したものとなる。具体的にいえば、記載の強化相関関数は比較的限られたプロセッサ動作回数のみで実行することができる。

【0051】

マッチ基準には、ある範囲のオフセット値にわたって評価される３点式ピーク検出アルゴリズムが含まれていてもよい。たとえば、マッチは、強化相関関数の出力値が直前のオフセット値および次のオフセット値よりも高いオフセット値に対して記録されるようになっていてもよい。しきい値最小値がさらに用いられてもよい。たとえばマッチを記録するためには、オフセット値は、強化相関関数の出力値が前もって決められた最小値よりも高くなければならない。マッチ基準は、強化相関関数の二次導関数にもある条件を満たすことを要求するようになっていてもよい。このことにより、雑音からピークを良好に分離することができるようになる。たとえば、マッチ演算は、適切なｋの値について、強化相関関数演算の出力値における第一のｋ個の最大ピークと、この出力値の二次導関数における第一のｋ個の最大ピークとのインターセクションを求めるようになっていてもよい。

【0052】

１つ以上のピークから複数の送信パス（たとえば、直通パスおよび複数の反射パス）を特定することができる。

【0053】

送信信号は、送信機シグネチャの２つのコピーを含んでいてもよい。シグネチャのうちの１つにおけるパターンは、他のシグネチャにおける対応するパターンとは位相が異なっていてもよい。たとえば、１つのシグネチャ全体が他のシグネチャから９０度分だけオフセットされていてもよい。このことにより、たとえば強化相関関数演算の出力のサインを考慮することによって、２つのシグネチャを他から容易に識別することができるようになる。

【0054】

送信信号にシグネチャが二度以上現われる実施形態では、たとえば乗算（ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ）または絶対最小値合成（ａｂｓｏｌｕｔｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）により、複数の強化相関関数演算を組み合わせる総送信信号相関演算（ｗｈｏｌｅ−ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）が実行されてもよい。

【0055】

好ましくは、送信機ユニットまたは送信局のうちの少なくとも１つが位相偏移超音波メッセージを含む信号を送信するように構成されている。好ましくは、このメッセージはシグネチャと同一の送信信号で送信される。シグネチャが１つ以上のキャリア周波数の変調により生成される場合、このメッセージは、同一のキャリアのうちの１つ以上の変調により送信されることが好ましい。これらのメッセージおよびシグネチャは両方とも共通のバーカーコードを含んでいてもよい。メッセージは、シグネチャの後、好ましくは直後に続くことにより送信信号全体の長さを最小限にするようになっていてもよい。

【0056】

単一の通信において位相偏移シグネチャおよびメッセージを送信することによりメッセージを復号する際に送信機の特定が可能となるとともに、シグネチャに対して適切な相関演算を行うことによりメッセージ内の運動誘発位相変化の補正が可能となる。

【0057】

本発明のさらなる態様では、情報を送信する方法は、送信機ユニットから超音波信号を送信することであって、この超音波信号が、（ｉ）第一のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第一のパターンと、第一のキャリア信号と同一の周波数を有するものの第一のキャリア信号とは位相がずれている第二のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第二のパターンとを含んでいるシグニチャーであって、第二のパターンが、送信機に特有のオフセット値分だけ第一のパターンから時間がオフセットされている、シグニチャーと、（ｉｉ）ＰＳＫコード化されるメッセージ保持部とを有している、 超音波信号を送信することと、超音波信号を受信機ユニットで受信することと、受信された超音波信号内の第一のパターンおよび第二のパターンを用いて、受信された超音波信号内の運動誘発位相歪みを特徴づけることと、この特性づけを用いて受信されたメッセージ保持部内の運動誘発位相歪みを補償することと、補償された超音波信号からメッセージを複号することとを含んでいる。

【0058】

本発明のさらなる態様によれば、情報を送信するためのシステムは、超音波信号を送信するように構成されている送信機ユニットであって、この超音波信号が、（ｉ）第一のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第一のパターンと、第一のキャリア信号と同一の周波数を有するものの前記第一のキャリア信号とは位相がずれている第二のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第二のパターンとを含んでいるシグニチャーであって、第二のパターンが、送信機に特有のオフセット値分だけ第一のパターンから時間がオフセットされている、シグニチャーと、（ｉｉ）ＰＳＫコード化されるメッセージ保持部とを有している、送信機ユニットと、送信機ユニットから超音波信号を受信するように構成されている受信機ユニットと、受信された信号内の第一のパターンおよび第二のパターンを用いて受信された信号内の運動誘発位相歪みを特徴づけし、この特性づけを用いて受信されたメッセージ保持部内の運動誘発位相歪みを補償し、補償された信号からメッセージを複号するように構成されている処理手段とを備えている。

【0059】

本発明の他の様相では、超音波信号を送信するように構成されている送信機ユニットは、この超音波信号が、（ｉ）第一のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第一のパターンと、第一のキャリア信号と同一の周波数を有するものの第一のキャリア信号とは位相がずれている第二のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第二のパターンとを含んでいるシグニチャーであって、第二のパターンが、送信機に特有のオフセット値分だけ第一のパターンから時間がオフセットされている、シグニチャーと、（ｉｉ）ＰＳＫコード化されているメッセージ保持部とを有している。

【0060】

処理手段のうちの一部または全部が受信機ユニット内に設けられてもよい。したがって、本発明のさらなる態様によれば、送信ユニットから超音波信号を受信するように構成されている受信機ユニットは、この超音波信号が、（ｉ）第一のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第一のパターンと、第一のキャリア信号と同一の周波数を有するものの第一のキャリア信号とは位相がずれている第二のキャリア信号上でＰＳＫコード化される第二のパターンとを含んでいるシグニチャーであって、第二のパターンが、送信機に特有のオフセット値分だけ第一のパターンから時間がオフセットされている、シグニチャーと、（ｉｉ）ＰＳＫコード化されるメッセージ保持部とを備えており、受信機ユニットが、受信された信号内の第一のパターンおよび第二のパターンを用いて受信された信号内の運動誘発位相歪みを特徴づけするように構成されている処理手段を有している。さらに、受信機ユニットは、上述の特徴づけを用いて受信メッセージ保持部内の運動誘発位相歪みを補償する構成、および、補償された信号からメッセージを復号する構成のうち少なくとも一方の処理を行うように構成されてもよい。

【0061】

しかしながら、処理手段のうちの一部または全部が、受信機ユニットの外部、たとえば１つ以上の外部サーバーに設けられるようになっていてもよい。

【0062】

先に記載の態様の任意選択的要素が、これらの態様の任意選択的な要素であってもよい。具体的にいえば、実施形態によっては、シグネチャは、３つの同一のバーカーコードの如き３つのＰＳＫコード化されたパターンを含んでいる場合もある。

【0063】

好ましくは、第二のキャリアは第一のキャリアと位相が９０度ずれている。

【0064】

本発明のこれらの態様および先に記載の態様の好ましい実施形態では、送信信号は、送信機シグネチャの２つのコピーを、１つ目はメッセージのプリアンブルとして、２つ目はメッセージのポストアンブルとして含みうる。このシグネチャは、メッセージ内に存在してもよい。

【0065】

シグネチャを送信信号の開始位置および終了位置に有していることは有利であることが分かっている。というのは、これらの位置における信号条件が潜在的に非常に異なるためである。

【0066】

メッセージは、直交信号スペクトラム拡散（ＤＳＳＳ）を用いて、好ましくはシグネチャ内で用いられているものと同一のバーカーコードでありうる１つ以上のバーカーコードを用いてコード化されるようになっていてもよい。たとえば、各メッセージビットは１３ビットのバーカーコードとしてコード化されてもよい。メッセージ内において、１ビットはバーカーコードの１３チップ（１３ ｃｈｉｐｓ）としてコード化され、０ビットは同様に１３チップとしてコード化されるもの１ビットのものとは１８０度分だけ位相がずれている。メッセージのデータ部に対する拡散コードと同じものをシグネチャに対しても用いることが非常に好ましい。というのは、好ましい実施形態で用いられる短いコード長に対する直交コード（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｃｏｄｅｓ）は存在しないからである。したがって同じコードを用いることは、たとえばエコーや、他のデバイスの送信信号などからの干渉が存在する場合に良好な信号対雑音比を得るために有益である。

【0067】

また、メッセージは、ＢＰＳＫコード化されてもよいし、またはＱＰＳＫコード化されてもよい。それらは両方とも、送信エラーが少ないことが分かっている。ただし、他の適切なコード化手法を用いてもよい。データは、参照値として送信信号内の１つ以上のシグネチャの位相を用いて効果的に区別してコード化されるようになっていてもよい。

【0068】

シグネチャはメッセージと比較して比較的短いものであってもよい。たとえば、シグネチャが２６チップ長さ（すなわち、２つの隣接する１３ビットのバーカーコード）であり、８ビットのメッセージが１０４チップ長さ（すなわち、８つの１３ビットのバーカーコード）であってもよい。メッセージに比べてシグネチャが短いということは、総チャネル容量のほとんどをメッセージ情報に用いることができるということを意味する。

【0069】

メッセージで１つ以上の位相参照要素（ｐｈａｓｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を送信するようになっていてもよい。このことのより、とくに長いメッセージ（たとえば、８ビットのメッセージより長い）場合の復号精度を向上させることができるようになる。位相参照要素が、既知の位置の既知の値のデータビッツ（コード化前）のメッセージを含めることにより生成されるようになっていてもよい。それに代えて、位相参照要素が、既知の位置の既知のパターン（たとえば、バーカーコード）を含んでいてもよい。この位相参照要素は、コード化されたメッセージからオフセットされたある位相で送信されてもよい。たとえば、メッセージがＢＰＳＫコード化されたキャリアに対して９０度にあるキャリア上でＢＰＳＫコード化される。受信された送信信号を処理する場合、このような位相参照要素を用いて、運動誘発位相変化（ドップラーシフト）を補償すること、および送信パスの品質指標を得ることのうちの少なくとも一つを実現することができる。

【0070】

このメッセージは誤差補正コードを用いてコード化されるようになっていてもよい。

【0071】

送信機から受信機までの信号の伝送時間が求められるようになっていてもよい。信号の異なる送信パスに沿った複数の伝送時間が求められるようになっていてもよい。

【0072】

信号強度が求められてもよい。異なる送信パスに沿った信号の複数の強度が求められてもよい。

【0073】

実施形態によっては、受信された位相参照要素からある時間にわたって得られた位相情報に対して最良適合カーブが求められるようになっている場合もある。このカーブは、受信信号の運動誘発位相歪みを特徴づけするために用いられてもよい。

【0074】

処理手段は、ある時間にわたる受信信号からの位相情報を分析して、受信機に対する送信機の相対的位相オフセット、速さ、速度および加速度のうちの１つ以上を求めるように構成されてもよい。

【0075】

最良適合カーブについて相関係数を求め、１組の送信パスの各々の信頼量（ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅ）を求めるために用いてもよい。信号対雑音比を向上させてメッセージを正確に復号するために、異なる送信パスの受信信号への貢献度を、レイク受信（ｒａｋｅ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ）を用いて組み合わせて（合成して）もよい。レイクアルゴリズム（ｒａｋｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）への各パスの貢献度は当該パスの信頼度に応じて重み付けされてもよい。

【0076】

送信された信号は、複数のパスに沿って受信されてもよいし、受信された信号はレイク合成（ｒａｋｅ ｃｏｍｂｉｎｅ）されてもよい。このレイク合成されたものからメッセージが復号される。

【0077】

メッセージは、信号の送信時刻に関する情報を含んでいてもよい。この情報は、送信機と受信機との間の距離に関する情報を求めるために用いられてもよい。

【0078】

実施形態によっては、送信機により用いられるキャリア周波数が干渉に応じて調節されるようになっている場合もある。この調節は自動的であってもよい。すなわち、システムは、ある周波数において干渉の有無を求め、それに応じて送信機のキャリア周波数を調節するように構成されている処理手段を備えていてもよい。たとえば、送信機および受信機は、３８ｋＨｚおよび４２ｋＨｚのキャリア周波数で、（それぞれ）ＰＳＫコード化およびＰＳＫ復号化されるように構成されてもよい。システムが室内で用いられ、干渉領域ある周波数の周辺に集中する場合、キャリア周波数を切り替える機能は非常に有用なものとなりうる。

【0079】

超音波信号とは、正常な人が聞くことができる範囲よりも高い周波数を有した音響信号のことである。通常、これは、２０ｋＨｚよりも高い周波数、たとえば３０〜１００ｋＨｚの周波数を有する信号のことを意味する。

【0080】

添付の図面を参照して、本発明のいくつかの好ましい実施形態が例示のみを意図して記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0081】

【図1】本発明を具象化する位置測定システムを示す概略図である。

【図2】静止送信局およびモバイル受信機ユニットを示す模式図である。

【図3】静止送信局により送信されたシグネチャを示すフェーザ図である。

【図4】静止送信局により送信されたメッセージを示すフェーザ図である。

【発明を実施するための形態】

【0082】

図１には、第一の静止送信局４および第二の静止送信局６が壁に固定されている部屋２が示されている。この部屋内の人８はモバイル受信機ユニット１０を装着している。ネットワークケーブル１２により２つの送信局４、６がサーバー１４に接続されている。

【0083】

図２には、超音波音響器２０と、超音波音響器２０に超音波信号を送信させるための処理ロジック２２とを備えている第一の送信局４が示されている。第二の送信局６は同一の構成を有している。図２にはモバイル受信機ユニット１０が示されている。モバイル受信機ユニット１０は、送信局４から超音波信号を受信することができるマイクロホン２４と、受信信号をサンプリングして処理するための処理ロジック２６とを有している。

【0084】

使用時、サーバー１４は各送信局４、６にその送信局に特有なシグネチャを間隔を置いて送信させる。また、サーバー１４は、モバイル受信機ユニット１０へ情報、たとえばモバイル受信ユニットの位置について（たとえば、モバイル受信機ユニットの別個の無線送信機を用いて）サーバー１４へ通知する旨のモバイル受信機ユニット１０への指示を送信するように一方または両方の送信局４、６に命じるようになっていてもよい。

【0085】

図３には送信局４に特有のシグネチャが示されている。シグネチャは、第一の４０ｋＨｚキャリア上でＢＰＳＫ変調された２つの連続する１１ビットのバーカーコード「＋１＋１＋１−１−１−１＋１−１−１＋１−１」（これらは、第一のインスタンス３０および第三のインスタンス３２と呼ぶ。その理由は下記に説明されている）を有している。また、シグネチャは、第一のキャリアに対して位相が９０度オフセットされている第二の４０ｋＨｚキャリア上で変調されている同一コードの他のインスタンス３４（第二のインスタンス）をさらに有している。この第二のインスタンス３４は、時間的に第一のインスタンス３０および第三のインスタンス３２とオーバーラップしている。第二のインスタンス３４の開始は、第一のインスタンス３０の開始から３チップ（送信ビット）だけオフセットされている。この３チップ分のオフセットは送信局４に特有のものである。

【0086】

送信局６は、１１ビットのバーカーコードの第二のインスタンスの開始と、１１ビットのバーカーコードの第一のインスタンスの開始との間の６チップのオフセットを有していること以外は同一の固有のシグネチャを有している。

【0087】

送信局４、６が、送信すべき情報を有していない時には、間隔をおいてそれぞれのシグネチャを送信するようにしてもよい。これらの送信は、時間的に別々であってもよいし、またはオーバーラップしていてもよい。

【0088】

モバイル受信機ユニット１０は、第一のコードインスタンスと第二のコードインスタンスとの間のあるオフセット値を有するシグネチャの存在を判断するために受信信号に下記の相関演算を実行するようになっている。このオフセット値から、モバイル受信機ユニット１０は、受信信号を送信した送信局を特定することができる。

【0089】

また、モバイル受信機ユニット１０は、受信信号内に同一のシグネチャの複数のインスタンスの存在を検出し、各インスタンスの到着時刻の如き各インスタンスに関するタイミング情報を求めるようになっていてもよい。このタイミング情報から、モバイル受信機ユニット１０は、静止送信局４とモバイル受信機ユニット１０との間の１つ以上の信号パスの長さを求めるようにしてもよい。モバイル受信機ユニット１０は、これらの信号パスのうちの最も短いパス（通常、直通パス）に関するタイミング情報、および任意選択的に他の間接パスに関するタイミング情報を用いることにより、たとえば球状または楕円形の交差計算で（ｉｎ ａ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｏｒ ｅｌｌｉｐｓｏｉｄａｌ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）静止送信局のうちの３つの静止送信局に関するこのような情報を組み合わせることにより、部屋内のモバイル受信機ユニット１０の位置を測定するようになっていてもよい。

【0090】

モバイル受信機ユニット１０は、それ自体の処理ロジック２６を用いてすべての処理を実行するのではなく、たとえば、超音波または無線機を用いて必要なデータを遠隔のデバイスへ送信することによって、サーバー１４の如き遠隔コンピュータと処理を共有するようにしてもよい。

【0091】

図４には、送信局４からの長い送信信号が示されている。この送信信号は３ビットのメッセージを含んでいる。送信信号は、図３を参照して記載されたシグネチャ４０で始まっている。シグネチャ４０の後にはメッセージビット４４が続いている。メッセージビット４４は、シグネチャに用いられているのと同じ１１ビットバーカーコードで、ＢＰＳＫ直接スペクトル拡散方式（ＤＳＳＳ）を用いてコード化されている。メッセージビット４４の後には修正シグネチャ４２が続いている。修正シグネチャ４２は、元のシグネチャ４０と同じタイミングオフセットを用いているが、バーカーコードの第二のインスタンスおよび第三のインスタンスの位相を１８０度だけ回転させている（このことにより、修正シグネチャ４２を区別することが可能となる）。メッセージビット４４の中で挟まれているのが位相参照ビット（ｐｈａｓｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｉｔｓ）４６である。位相参照ビット４６の各々は、１１ビットのＢＰＳＫコード化された、既知の位置および既知の交互位相（ａｌｔｅｒｎａａｔｉｎｇ ｐｈａｓｅ）を有するバーカーコードである。

【0092】

すべてのバーカーコードインスタンスは、プリ−アンブル４０またはポスト−アンブル４２の一部として送信される中間の第二のインスタンスバーカーコードを除いて、１１ビットのチップセパレーションを有している。中間の第二のインスタンスバーカーコードについては、第一のインスタンスバーカーコードに対して３チップ分だけ遅れている。

【0093】

チップ速度は４０ｋＨｚキャリア上で４ｋＨｚである。したがって、各１１ビットバーカーコードは２．７５ｍｓの持続時間を有している。本システムは、空気中の音速での８．５ｃｍに相当する０．２５ｍｓ未満の時間分解能を有している。それは、最大約１０ｍ／ｓのドップラーシフトに対する耐性を有する。

【0094】

図３のシグネチャを考慮すれば、バーカーコードの第一のインスタンス３０と第二のインスタンス３４との間の経過時間がチップ持続時間程度なので、運動誘発位相変化は比較的わずかである（位相時間分解能は、コード速度ではなくチップ速度程度である）。したがって、運動に起因する相対位相変化は、無視することができると考えることができる。

【0095】

受信機側でこのシグネチャを特定するために、インスタンス３０、３４の時間周期性および位相相関の両方が用いられる。受信信号は、複雑なデータストリームＺ_ｉを出力する１１ビットバーカーコード相関器に送信される。これは次のアルゴリズムを用いて分析される：

【0096】

【数1】

この式では、複素数値Ｚ_ｉおよびＺ_ｉ−ｎの極座標（ｒ、θ）が採用されている。

【0097】

この式は、相関器信号とそのｎサンプルシフトされたコピー（ｎ ｓａｍｐｌｅ ｓｈｉｆｔｅｄ ｃｏｐｙ ｏｆ ｉｔ）とのベクトル内積と等価である：

【0098】

【数2】

この操作は、各信号の実数部分および虚数部分の２つのスカラー積と合計とに分解することができるので、複雑度の低いハードウェアを用いて容易に実行することができる。

【0099】

得られた「スーパー相関」は、とくに偶数値および非偶数値が比較される場合、ｎのさまざまな値に対して非常に低い相互相関を有している。

【0100】

このスーパー相関関数は、主ピークから距離ｎにおいてサブピークを生じやすい。このことは、シグネチャのバーカーコードの第三のインスタンス３２により対処されている。このことにより、分離ｎおよびＬｓ−ｎにおける３つのバーカーコードがもたらされる。

【0101】

スーパー相関３０〜３４および３４〜３２の積または絶対最小強度３０〜３４および３４〜３２の積をとることによって、これらの式において「スーパーデューパー相関」と呼ばれる高度な相関関数を得ることができる。スーパーデューパー相関は相互相関の挙動がほぼ完全なものである：

【0102】

【数3】

スーパーデューパー相関のサインは別々に処理することができる。

【0103】

信号対雑音比を向上させるために、データ送信信号においてシグネチャを繰り返すことができる。繰り返されたシグネチャの総合的な相関は乗算または絶対最小値合成を用いて得ることができる。

【0104】

いったん総合的なスーパーデューパー相関が特定されたならば、ピーク解析を用いて複数のパスを容易に特定することができる。スーパーデューパー相関のサインが入手可能なので、プリアンブル４０の有効位相サイン（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｈａｓｅ ｓｉｇｎ）とポストアンブル４２の有効位相サインを区別することができる。パスの初期段階での特定のために、しきい値（Ａ）を用いた単純な３点ピーク発見アルゴリズムによりピークの発見を行うことができる：

【0105】

【数4】

必要ならば、雑音からピークをさらにうまく分離するために、スーパーデューパー相関の二次導関数をさらに用いることができる。信号と二次導関数ピークとを組み合わせるのによい方法は、信号およびその二次導関数から得られる最初のｎ個の最大ピークの断面を用いることである。

【0106】

データビットは、離散的な位相偏移を備えている単一のバーカーコードを用いてプリアンブルとポストアンブルとの間で送信される。原理的には、用いられるデータをコード化するためにいかなる数の離散的な位相偏移が用いられてもよい。しかしながら、２位相偏移変調（２つの位相偏移、ＢＰＳＫ）および４位相偏移変調（４つの位相偏移、ＱＰＳＫ）は有効な低誤差送信をもたらす。メッセージデータは、参照値としてプリアンブルおよびポストアンブルの位相を用いて効果的にかつ特異的にコード化される。

【0107】

長いデータの送信（例えば８ビットよりも長い）の場合、送信の品質を担保するために、さらなる位相参照値を送信信号に含めるのが有利である。位相参照値は、送信信号内の既知の位置の既知のビット値を備えたデータビットであることが効果的である。これらは２つの目的のために用いることができる。（ｉ）位相参照レベルを運動誘発位相変化（ドップラー）について補償する目的と、（ｉｉ）各送信パスについて運動補正位相参照の誤差量（ｅｒｒｏｒ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｐｈａｓｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）を取得し、この誤差量を用いてレイク合成およびデータ回復における各パスの影響を重み付けする目的とである。

【0108】

到着時刻、振幅、位相およびドップラーの点から全てのパスが特定されると、送信機と受信機との間に相対速度が存在しない慣性系に対する補正データ値を得ることができる。次いで、異なるパスによるデータ値を合成することにより高い受信信頼度を担保することができる。この合成は、各パスをその誤差確率で縮小拡大される係数で重み付けすることにより向上させることができる。

【0109】

レイク合成後のデータメッセージの復号には、位相変調スキームにおいて用いられる位相配置点（ｐｈａｓｅ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔｓ）に対する近さについてデータ値を評価することが含まれる。

【0110】

３つのバーカーチャープ（Ｂａｒｋｅｒ ｃｈｉｒｐｓ）からなる複数の異なるシグネチャを異なる相対位相および時間オフセットで送信することができるということが明らかになっている。中間のバーカーインスタンスおよび５つの対応する送信機について、１、２、３、４および５のオフセットを有する１１ビットのバーカーコードの場合、これらの信号がほとんど直交（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）していることを示すことができるので、これらの信号を受信機で容易に分離することができる。このことは、これらの信号を同時にまたはほとんど同時に送信することができ、受信機が、（到着時刻、振幅、位相およびドップラーの点で）送信機と受信機との間に存在するすべてのパスを特定し、特徴づけすることができることを意味する。直交の組み合わせの数は、異なる数のバーカーコード、時間オフセットおよび位相を用いて拡張することができる。

【0111】

いうまでもなく、人８により装着され、図４の送信信号の如き送信信号を送信するモバイル送信機ユニットにも同一の原理を適用することができる。この送信信号を複数の受信局で受信することができる。これら複数の受信局は、潜在的には直接パスおよび間接パスについて、メッセージ情報を復号することができ、シグネチャから到着時刻情報を求めることができる。このタイミング情報を静止局の場所についての知識と組み合わせることにより、モバイル受信機ユニットの位置の推定が可能となる。

【0112】

適切ならば、１つの実施形態または態様の構成要素が他の実施形態または態様で用いられてもよい。適切ならば、方法ステップは、いかなる順番で実行されてもよい。また適切ならば、方法ステップは、１つのプロセッサもしくはユニットに組み入れられてもよいし、または複数のプロセッサもしくはユニット全体に分散されてもよい。ステップは、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらを組み合わせたもので実現されてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】