(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023072008
(43)【公開日】2023-05-23
(54)【発明の名称】距離測定および物体測位システムならびにその使用方法
(51)【国際特許分類】
G01S 11/16 20060101AFI20230516BHJP
G01S 5/30 20060101ALI20230516BHJP
【ＦＩ】
G01S11/16
G01S5/30
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023037641
(22)【出願日】2023-03-10
(62)【分割の表示】P 2018538715の分割
【原出願日】2017-01-20
(31)【優先権主張番号】62/280,958
(32)【優先日】2016-01-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】518256739
【氏名又は名称】ゼロキー インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】ロー，マシュー ウィリアム
(72)【発明者】
【氏名】デグハニアン，ヴァヒド
(57)【要約】 （修正有）
【課題】参照物体と対象物体との間の距離を求める混合モード距離測定および物体測位システムおよび方法等を提供する。
【解決手段】距離測定および／または物体測位システム１００は、１つ以上の対象装置１０４と；前記１つ以上の対象装置と、１つ以上の無線信号セット１０８を介して通信する１つ以上の参照装置１０２とを含み、各無線信号セットは、少なくとも第１の伝送速度を有する第１の速度の信号１２４と、第２の伝送速度を有する第２の速度の信号１２６とを含み、第１の伝送速度は第２の伝送速度よりも高く、；また前記参照装置１０２と対象装置１０４との間で通信された無線信号セットの第１の速度の信号の受信時間と第２の速度の信号の受信時間との間の時間差に基づいて、１つの対象装置１０４と１つの参照装置１０２との間の少なくとも１つの距離１２８を決定するための動作を実行する少なくとも１つの処理装置を含む。
【選択図】図２
【解決手段】距離測定および／または物体測位システム１００は、１つ以上の対象装置１０４と；前記１つ以上の対象装置と、１つ以上の無線信号セット１０８を介して通信する１つ以上の参照装置１０２とを含み、各無線信号セットは、少なくとも第１の伝送速度を有する第１の速度の信号１２４と、第２の伝送速度を有する第２の速度の信号１２６とを含み、第１の伝送速度は第２の伝送速度よりも高く、；また前記参照装置１０２と対象装置１０４との間で通信された無線信号セットの第１の速度の信号の受信時間と第２の速度の信号の受信時間との間の時間差に基づいて、１つの対象装置１０４と１つの参照装置１０２との間の少なくとも１つの距離１２８を決定するための動作を実行する少なくとも１つの処理装置を含む。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
装置であって、
少なくとも１つの参照装置に送受信された少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）信号をそれぞれ送受信するための少なくとも１つのＲＦ信号送受信機と、
前記少なくとも１つの参照装置に対して少なくとも１つの音響信号をそれぞれ送受信するための少なくとも１つの音響信号送受信機と、
温度センサーと、
前記温度センサーによって得られた温度測定を使用して、第1温度調節音速を計算し、
前記少なくとも１つの参照装置における、前記第１温度調節音速および少なくとも１つの第２温度調節音速を平均することにより、前記音響信号の較正された速度を計算し、且つ、
前記ＲＦ信号の受信時間と、前記音響信号の前記受信時間との間の時間差に基づいて、前記装置と、前記少なくとも１つの参照装置の各々との間の距離を決定するために、
前記少なくとも1つのＲＦ信号送受信機、前記少なくとも１つの音響信号送受信機および前記温度センサーに結合された少なくとも1つの処理装置と
を含み、
前記少なくとも１つの処理装置が、前記装置と、前記少なくとも１つの参照装置の各々との間の前記距離を、次のように計算して、
決定することを含み、
式中、ｄは、前記装置と前記参照装置との間の前記距離であり、Δｔは、前記ＲＦ信号の前記受信時間と前記音響信号の前記受信時間との間の前記時間差であり、ｃ１は、前記ＲＦ信号の速度、ｃ２は、較正された前記音響信号の速度で、ｃ１＞ｃ２であり、ｔＳＡは前記音響信号のサンプリングが開始した時間であり、ＦＳは、受信された前記音響信号をサンプリングするサンプリングレートであり、ｔＲＦは、前記ＲＦ信号の到着時間であり、ｎ０は前記音響信号の前記到着時間とｔＳＡとの間の推定されるオフセットである、装置。
少なくとも１つの参照装置に送受信された少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）信号をそれぞれ送受信するための少なくとも１つのＲＦ信号送受信機と、
前記少なくとも１つの参照装置に対して少なくとも１つの音響信号をそれぞれ送受信するための少なくとも１つの音響信号送受信機と、
温度センサーと、
前記温度センサーによって得られた温度測定を使用して、第1温度調節音速を計算し、
前記少なくとも１つの参照装置における、前記第１温度調節音速および少なくとも１つの第２温度調節音速を平均することにより、前記音響信号の較正された速度を計算し、且つ、
前記ＲＦ信号の受信時間と、前記音響信号の前記受信時間との間の時間差に基づいて、前記装置と、前記少なくとも１つの参照装置の各々との間の距離を決定するために、
前記少なくとも1つのＲＦ信号送受信機、前記少なくとも１つの音響信号送受信機および前記温度センサーに結合された少なくとも1つの処理装置と
を含み、
前記少なくとも１つの処理装置が、前記装置と、前記少なくとも１つの参照装置の各々との間の前記距離を、次のように計算して、
【数1】
【数2】
式中、ｄは、前記装置と前記参照装置との間の前記距離であり、Δｔは、前記ＲＦ信号の前記受信時間と前記音響信号の前記受信時間との間の前記時間差であり、ｃ１は、前記ＲＦ信号の速度、ｃ２は、較正された前記音響信号の速度で、ｃ１＞ｃ２であり、ｔＳＡは前記音響信号のサンプリングが開始した時間であり、ＦＳは、受信された前記音響信号をサンプリングするサンプリングレートであり、ｔＲＦは、前記ＲＦ信号の到着時間であり、ｎ０は前記音響信号の前記到着時間とｔＳＡとの間の推定されるオフセットである、装置。
【請求項2】
ｎ０が、最尤推定量を使用して推定される、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記ＲＦ信号および前記音響信号が、同時に伝送される、請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記ＲＦ信号および前記音響信号の少なくとも１つが符号化される、請求項１に記載の装置。
【請求項5】
前記少なくとも１つのＲＦ信号送受信機及び前記少なくとも１つの音響信号送受信機が、少なくとも３つの参照装置から伝送された少なくとも３つのＲＦ信号及び音響信号のセットを受信するように構成され、かつ、前記少なくとも１つの処理装置が、前記装置と、前記少なくとも３つの参照装置の各々との間の前記距離を決定した後、前記少なくとも３つの参照装置に関する３次元（３Ｄ）空間内での前記装置の前記位置を、２つの考えられる位置のいずれか１つであると決定し、前記２つの考えられる位置は、前記装置と前記少なくとも３つの参照装置との間の前記距離に基づき、三辺測量を使用して計算されるようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項6】
前記少なくとも１つの処理装置が、２つの考えられる位置の各々に対する前記装置のアクセス可能性に基づいて、前記２つの考えられる位置から前記装置の前記位置をさらに決定するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項7】
前記少なくとも１つのＲＦ信号送受信機及び前記少なくとも１つの音響信号送受信機が、少なくとも４つの参照装置から複数のＲＦ信号及び複数の音響信号を受信するように構成され、かつ、前記少なくとも１つの処理装置が、前記装置と、前記少なくとも４つの参照装置の各々との間の前記距離を決定した後、３Ｄ空間内での前記装置の前記位置を、前記装置と前記少なくとも４つの参照装置との間の決定された距離、および前記３Ｄ空間内の前記少なくとも４つの参照装置の各々の座標に基づき、最小二乗法を使用して決定するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項8】
測位システムであって、
関連付けられた座標系を有する複数の参照装置を有し、前記座標系において、複数の参照装置のうちの少なくとも１つが、未知の位置に配置され、前記複数の参照装置のうちの少なくとも２つの他の参照装置が、既知の位置に配置されており、
１つ以上の対象装置と、
前記座標系の前記未知の位置において、１つ以上の無線信号セットを介して、前記複数の参照装置と通信する、前記１つ以上の対象装置であって、各無線信号セットは、少なくとも第１の伝送速度を有する第１の速度の信号と、第２の伝送速度を有する第２の速度の信号とを含み、かつ前記第１の伝送速度が前記第２の伝送速度よりも高い、前記１つ以上の対象装置と、
複数の参照装置間の距離に基づいて、前記座標系における位置が未知である参照装置の位置を計算し、且つ、各対象装置について、
前記参照装置と対象装置との間で通信された前記無線信号セットの前記第１の速度の信号の受信時間と、前記第２の速度の信号の前記受信時間との間の時間差に基づいて、前記対象装置と複数の参照装置のそれぞれとの間の前記距離を決定するための動作を実行し、
決定された前記距離に基づいて前記座標系における前記対象装置の位置を決定するように構成される少なくとも１つの処理装置と
を含む、測位システム。
関連付けられた座標系を有する複数の参照装置を有し、前記座標系において、複数の参照装置のうちの少なくとも１つが、未知の位置に配置され、前記複数の参照装置のうちの少なくとも２つの他の参照装置が、既知の位置に配置されており、
１つ以上の対象装置と、
前記座標系の前記未知の位置において、１つ以上の無線信号セットを介して、前記複数の参照装置と通信する、前記１つ以上の対象装置であって、各無線信号セットは、少なくとも第１の伝送速度を有する第１の速度の信号と、第２の伝送速度を有する第２の速度の信号とを含み、かつ前記第１の伝送速度が前記第２の伝送速度よりも高い、前記１つ以上の対象装置と、
複数の参照装置間の距離に基づいて、前記座標系における位置が未知である参照装置の位置を計算し、且つ、各対象装置について、
前記参照装置と対象装置との間で通信された前記無線信号セットの前記第１の速度の信号の受信時間と、前記第２の速度の信号の前記受信時間との間の時間差に基づいて、前記対象装置と複数の参照装置のそれぞれとの間の前記距離を決定するための動作を実行し、
決定された前記距離に基づいて前記座標系における前記対象装置の位置を決定するように構成される少なくとも１つの処理装置と
を含む、測位システム。
【請求項9】
前記第１の速度の信号が無線周波数（ＲＦ）信号であり、かつ前記第２の速度の信号が音響信号であり、
少なくとも１つの対象装置及び前記少なくとも１つの参照装置のそれぞれが、温度センサーを有し、
前記少なくとも１つの処理装置は、さらに、
前記少なくとも１つの対象装置の前記温度センサーによって得られた温度測定を使用して、前記少なくとも１つの対象装置における第１温度調節音速を計算し、
前記少なくとも１つの参照装置の前記温度センサーによって得られた温度測定を使用して、前記少なくとも１つの参照装置における１つ以上の第２温度調節音速を計算し、
第１温度調節音速および第２温度調節音速を平均することにより、前記音響信号の較正された速度を計算するように構成される
請求項８に記載の測位システム。
少なくとも１つの対象装置及び前記少なくとも１つの参照装置のそれぞれが、温度センサーを有し、
前記少なくとも１つの処理装置は、さらに、
前記少なくとも１つの対象装置の前記温度センサーによって得られた温度測定を使用して、前記少なくとも１つの対象装置における第１温度調節音速を計算し、
前記少なくとも１つの参照装置の前記温度センサーによって得られた温度測定を使用して、前記少なくとも１つの参照装置における１つ以上の第２温度調節音速を計算し、
第１温度調節音速および第２温度調節音速を平均することにより、前記音響信号の較正された速度を計算するように構成される
請求項８に記載の測位システム。
【請求項10】
前記少なくとも１つの処理装置は、さらに、前記複数の参照装置間の前記距離を測定するように構成される
請求項８に記載の測位システム。
請求項８に記載の測位システム。
【請求項11】
前記１つ以上の無線信号セットは、
前記無線信号セットの前記第１の速度の信号の前記受信時間と、前記第２の速度の信号の前記受信時間との間の前記時間差に基づいて、前記対象装置と複数の参照装置のそれぞれとの間の前記距離を決定するために、1つ以上の前記対象装置の1つから送信され、前記複数の参照装置によって受信される無線信号セットである
請求項８に記載の測位システム。
前記無線信号セットの前記第１の速度の信号の前記受信時間と、前記第２の速度の信号の前記受信時間との間の前記時間差に基づいて、前記対象装置と複数の参照装置のそれぞれとの間の前記距離を決定するために、1つ以上の前記対象装置の1つから送信され、前記複数の参照装置によって受信される無線信号セットである
請求項８に記載の測位システム。
【請求項12】
前記対象装置と複数の参照装置のそれぞれとの間の前記距離が、次の計算式
にて決定され、
式中、ｄは、前記対象装置と前記参照装置との間の前記距離であり、Δｔは、前記第１の速度の信号の受信時間と前記第２の速度の信号の受信時間との間の前記時間差であり、ｃ１は、前記第１の速度、ｃ２は、前記第２の速度で、ｃ１＞ｃ２であり、ｔＳＡは前記第２の速度の信号のサンプリングが開始した時間であり、ＦＳは、受信された前記第２の速度の信号をサンプリングするサンプリングレートであり、ｔＲＦは、前記第１の速度の信号の到着時間であり、ｎ０は前記第２の速度の信号の前記到着時間とｔＳＡとの間の推定されるオフセットである、
請求項８に記載の測位システム。
【数3】
【数4】
式中、ｄは、前記対象装置と前記参照装置との間の前記距離であり、Δｔは、前記第１の速度の信号の受信時間と前記第２の速度の信号の受信時間との間の前記時間差であり、ｃ１は、前記第１の速度、ｃ２は、前記第２の速度で、ｃ１＞ｃ２であり、ｔＳＡは前記第２の速度の信号のサンプリングが開始した時間であり、ＦＳは、受信された前記第２の速度の信号をサンプリングするサンプリングレートであり、ｔＲＦは、前記第１の速度の信号の到着時間であり、ｎ０は前記第２の速度の信号の前記到着時間とｔＳＡとの間の推定されるオフセットである、
請求項８に記載の測位システム。
【請求項13】
１つ以上の対象装置と複数の参照装置との間の１つ以上の無線信号セットと、座標系を定義する前記複数の参照装置と、前記１つ以上の対象装置と、前記座標系の未知の位置に配置される前記複数の参照装置のうちの少なくとも１つと、を通信することであって、各無線信号セットは、少なくとも第１の伝送速度を有する第１の速度の信号と、第２の伝送速度を有する第２の速度の信号とを含み、かつ前記第１の伝送速度は前記第２の伝送速度よりも高くなるように、通信することと、
複数の参照装置間の距離に基づいて、前記座標系における位置が未知である参照装置の前記位置を計算し、且つ、各対象装置について、
前記対象装置と、前記複数の参照装置との間の前記距離を、前記対象装置と前記参照装置との間で通信された前記無線信号セットの前記第１の速度の信号の受信時間と、前記第２の速度の信号の受信時間との間の時間差に基づいて、決定することと、
決定された前記距離に基づいて、前記座標系における前記対象装置の前記位置を決定すること
を含む、測位方法。
複数の参照装置間の距離に基づいて、前記座標系における位置が未知である参照装置の前記位置を計算し、且つ、各対象装置について、
前記対象装置と、前記複数の参照装置との間の前記距離を、前記対象装置と前記参照装置との間で通信された前記無線信号セットの前記第１の速度の信号の受信時間と、前記第２の速度の信号の受信時間との間の時間差に基づいて、決定することと、
決定された前記距離に基づいて、前記座標系における前記対象装置の前記位置を決定すること
を含む、測位方法。
【請求項14】
前記１つ以上の対象装置と複数の参照装置との間で１つ以上の無線信号セットを通信することにおいては、
前記１つ以上の対象装置から複数の無線信号セットのうち１つを送信することと、
前記複数の参照装置で前記無線信号セットを受信することと
を含む、請求項１３に記載の測位方法。
前記１つ以上の対象装置から複数の無線信号セットのうち１つを送信することと、
前記複数の参照装置で前記無線信号セットを受信することと
を含む、請求項１３に記載の測位方法。
【請求項15】
前記第１の速度の信号が無線周波数（ＲＦ）信号であり、かつ前記第２の速度の信号が音響信号であり、前記測位方法はさらに、
前記少なくとも１つの対象装置の温度測定を使用して、前記少なくとも１つの対象装置における第１温度調節音速を計算することと、
前記少なくとも１つの参照装置によって得られた前記温度測定を使用して、前記少なくとも１つの参照装置における１つ以上の第２温度調節音速を計算することと、
前記第１温度調節音速および前記１つ以上の第２温度調節音速を平均することにより、前記音響信号の較正された速度を計算すること
を含む、請求項１３に記載の測位方法。
前記少なくとも１つの対象装置の温度測定を使用して、前記少なくとも１つの対象装置における第１温度調節音速を計算することと、
前記少なくとも１つの参照装置によって得られた前記温度測定を使用して、前記少なくとも１つの参照装置における１つ以上の第２温度調節音速を計算することと、
前記第１温度調節音速および前記１つ以上の第２温度調節音速を平均することにより、前記音響信号の較正された速度を計算すること
を含む、請求項１３に記載の測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１月２０日に出願された、米国仮特許出願第６２／２８０，９５８号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１６年１月２０日に出願された、米国仮特許出願第６２／２８０，９５８号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
開示の分野
本発明は、一般に、距離測定および物体測位方法およびシステムに関し、より詳細には、参照物体と対象物体との間の距離を求める混合モード距離測定および物体測位システムおよび方法、ならびにそれを使用した物体の位置を決定する方法に関する。
本発明は、一般に、距離測定および物体測位方法およびシステムに関し、より詳細には、参照物体と対象物体との間の距離を求める混合モード距離測定および物体測位システムおよび方法、ならびにそれを使用した物体の位置を決定する方法に関する。
【背景技術】
【0003】
多くのタイプの距離計が知られており、例えば、１つのタイプの距離計は、一般に、赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）およびフォトダイオードを含む。距離計は、赤外パルスを放出し、それは、近くの物体によって反射される。距離計は、その反射された赤外線信号を受信する。強度、飛行時間、周波数および／または位相などの、反射された赤外線信号の特性が、次いで分析されて、その物体の距離を導出する。
【0004】
別のタイプの既知の距離計は、一般的なレーダーシステムである。エミッター、例えば、パラボラアンテナなどの狭ビーム幅アンテナが、高周波パルス（信号ビームと表されることもある）を放出する。信号ビーム内の物体の電波反射性材料が信号をエミッターに反射して返す。反射された信号の飛行時間およびドップラーシフトの測定値が次いで、物体の距離、およびいくつかのシステムでは、速度を計算するために使用される。
【0005】
距離測定システムおよび方法、すなわち、２つの物体間の距離を決定するためのシステムおよび方法は、多くの場合、物体測位システムおよび方法に関連する。例えば、物体測位システムは、通常、距離測定方法を使用して、まず、対象物体と１つ以上の参照物体の各々との間の距離を決定し、次いで、対象物体の位置を決定する。既知の物体測位システムの例は、米国の全地球測位システム（ＧＰＳ）、ロシアの全地球的航法衛星システム（ＧＬＯＮＡＳＳ）、欧州連合のＧａｌｉｌｅｏ測位システム、および中国の北斗衛星導航系統を含む。
【0006】
これらのシステムの難点は、実質的に光の速さである、放出された無線周波数（ＲＦ）信号の伝搬速度が、非常に速いので、飛行時間測定における小さい誤差でさえ、距離計算における大きな誤差になることであり、それは、結果として、より厳しくて費用のかかるシステム要件、例えば、正確な時刻同期、広い信号帯域幅、および同様のもの、となる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様によれば、測距装置が提供される。測距装置は、少なくとも１つの位置から伝送された少なくとも１セットの信号を受信するための少なくとも１つの信号受信機であって、少なくとも１セットの信号の各々が、少なくとも第１の伝送速度を有する第１の速度の信号と、第２の伝送速度を有する第２の速度の信号とを含み、第１の伝送速度は第２の伝送速度よりも高い、少なくとも１つの信号受信機；および装置と、少なくとも１つの位置の各々との間の距離を、前記位置から伝送された第１の速度の信号の受信時間と、前記位置から伝送された第２の速度の信号の受信時間との間の時間差に基づいて、決定するための少なくとも１つの処理装置を含む。
【0008】
いくつかの実施形態では、装置と少なくとも１つの位置の各々との間の距離は、
として決定され、式中、ｄは、装置と前記位置との間の距離であり、Δｔは、前記位置から伝送された第１の速度の信号の受信時間と前記位置から伝送された第２の速度の信号の受信時間との間の時間差であり、ｃ１は、第１の速度、ｃ２は、第２の速度で、ｃ１＞ｃ２である。
【数1】
【0009】
いくつかの実施形態では、第１の速度の信号は無線周波数（ＲＦ）信号であり、第２の速度の信号は音響信号である。音響信号は、可聴であれ不可聴であれ、気体（例えば、空気）、液体または固体などの、媒体内を、振動、音声信号、音、超音波（すなわち、超音波信号）および／または超低周波音として伝搬する、力学的な波である。以下、用語「音響（ａｃｏｕｓｔｉｃ）」および「音声（ａｕｄｉｏ）」は、簡潔にするためにほとんど同意味で使用され得る。
【0010】
いくつかの実施形態では、測距装置は、伝送された音響信号の速度を較正するために音速を決定する温度センサーをさらに含む。
【0011】
いくつかの実施形態では、測距装置は、伝送された音響信号の速度を較正するために音速を決定する温度センサーおよび湿度センサーをさらに含む。
【0012】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの信号受信機は、少なくとも第１の速度の信号を受信するための第１の信号受信機、および第２の速度の信号を受信するための第２の信号受信機を含む。
【0013】
いくつかの実施形態では、各信号セットの第１の速度の信号および第２の速度の信号は、第１の位置から実質的に同時に伝送される。
【0014】
本開示の一態様によれば、測位システムが提供される。測位システムは、１つ以上の対象装置；前記１つ以上の対象装置と、１つ以上の無線信号セットを介して、通信する複数の参照装置であって、各無線信号セットは、少なくとも第１の伝送速度を有する第１の速度の信号と、第２の伝送速度を有する第２の速度の信号とを含み、第１の伝送速度は第２の伝送速度よりも高い、複数の参照装置；ならびに前記参照装置と対象装置との間で通信された無線信号セットの第１の速度の信号の受信時間と、第２の速度の信号の受信時間との間の時間差に基づいて、１つの対象装置と、１つの参照装置との間の少なくとも１つの距離を決定するための動作を実行する少なくとも１つの処理装置；を含む。
【0015】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの処理装置は、マルチラテレーションを使用して、１つ以上の対象装置の位置を決定する。
【0016】
いくつかの実施形態では、第１の速度の信号は無線周波数（ＲＦ）信号であり、第２の速度の信号は音響信号である。
【0017】
いくつかの実施形態では、測位装置は、伝送された音響信号の速度を較正するために音速を決定する温度センサーをさらに含む。
【0018】
本開示の一態様によれば、側距／測位方法が提供される。本方法は：１つ以上の対象装置と１つ以上の参照装置との間で、１つ以上の無線信号セットを通信することであって、各無線信号セットは、少なくとも第１の伝送速度を有する第１の速度の信号と、第２の伝送速度を有する第２の速度の信号とを含み、第１の伝送速度は第２の伝送速度よりも高い、１つ以上の無線信号セットを通信すること；および前記参照装置と対象装置との間で通信された無線信号セットの第１の速度の信号の受信時間と、第２の速度の信号の受信時間との間の時間差に基づいて、１つの対象装置と、１つの参照装置との間の少なくとも１つの距離を決定すること；を含む。
【0019】
本開示の一態様によれば、バーチャルリアリティおよび／または拡張現実側距／測位システムが提供される。本システムは、１つ以上の対象装置と１つ以上の参照装置との間で、１つ以上の無線信号セットを通信することであって、各無線信号セットは、少なくとも第１の伝送速度を有する第１の速度の信号と、第２の伝送速度を有する第２の速度の信号とを含み、第１の伝送速度は第２の伝送速度よりも高い、１つ以上の無線信号セットを通信すること；および前記参照装置と対象装置との間で通信された無線信号セットの第１の速度の信号の受信時間と、第２の速度の信号の受信時間との間の時間差に基づいて、１つの対象装置と、１つの参照装置との間の少なくとも１つの距離を決定すること；を含む。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本開示の一実施形態に従った、サイト内に１つ以上の参照装置および１つ以上の対象装置を有する測距システムを示す概略図である。
【図3A】参照装置と対象装置との間の距離を測定するステップを例示する流れ図を示す。
【図3B】参照装置と対象装置との間の距離を測定するステップを例示する流れ図を示す。
【図4】参照装置と対象装置との間の距離、および対象装置の考えられる位置を決定する例を示す。
【図5】２つの参照装置から、および三角測量を使用することによって、対象装置の位置を決定する例を示す。
【図6】３つの参照装置から、および三角測量を使用することによって、対象装置の位置を決定する例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0021】
図１を参照すると、測距システムが示されており、一般に参照番号１００によって識別される。図のように、システム１００は、サイト１０６内に配備された１つ以上の参照装置１０２および１つ以上の対象装置１０４を含む。参照装置１０２は、この実施形態では、無線信号セット１０８を伝送し、対象装置１０４が、その無線信号セット１０８を受信する。このように、参照装置１０２は、対象装置１０４の距離を決定するために、無線信号セット１０８を介して対象装置１０４と通信する。本明細書では、物体の距離は、少なくとも物体と、基準点、例えば、参照装置との間の距離を指す。
【0022】
この実施形態では、１つ以上の参照装置１０２は、サイト１０６の既知の位置、例えば、本明細書で説明する目的のために特別に設計された装置、ＷｉＦｉ（登録商標）アクセスポイント、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）アクセスポイント、および／または同様のものに配備される。以下でさらに詳細に説明するように、各参照装置１０２はスピーカーも含む。
【0023】
対象装置１０４は、サイト１０６内で動いている、人間、ショッピングカート、ロボット、ユーザーの手、および同様のものなど、それぞれの可動物体と関連付けられる。対象装置１０４は、以下で説明するような機能を有し、可動物体との関連付けに適した任意の装置、例えば、本明細書で説明する目的のために特別に設計された信号受信装置、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、Ａｎｄｒｏｉｄ（商標）フォン、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）フォンおよび他のスマートフォンなどのスマートフォン、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰａｄ（登録商標）、Ａｎｄｒｏｉｄ（商標）タブレット、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）タブレットおよび他のタブレットなどのタブレット、ラップトップ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ビデオゲームコントローラ、ヒューマンマシンインタフェース装置、バーチャルリアリティアプリケーション用の３次元（３Ｄ）インタフェース装置、および同様のものであり得る。
【0024】
参照装置１０２と対象装置１０４との間で送信される無線信号セット１０８は、少なくとも、ＲＦ信号、例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）信号、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）信号、Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔ（商標）信号または同様のものなどの、第１のタイプの高速無線信号、および音響信号などの、第２のタイプの低速無線信号を含む。
【0025】
当業者であれば分かるように、様々な実施形態では、参照装置１０２は、１つ以上の対象装置１０４と同時に通信し得、対象装置１０４は、１つ以上の参照装置１０２と同時に通信し得る。言うまでもなく、少なくとも一部の時間帯では、いずれの対象装置１０４とも通信しない１つ以上の参照装置１０２が存在し得、少なくとも一部の時間帯では、いずれの参照装置１０２とも通信しない１つ以上の対象装置１０４も存在し得る。
【0026】
周波数分割多重化、時分割多重化、符号分割多重化および同様のものなどの、適切な信号多重化技術が、１つ以上の参照装置１０２と、１つ以上の対象装置１０４との間の通信のために使用され得る。これらの信号多重化技術の多くが当技術分野で既知であり、新しい信号多重化技術が同様に、本明細書で開示する測距システムに適用可能であるので、以下の説明は、本発明を説明するための例として、１つの対象装置１０４と通信する１つの参照装置１０２だけを使用する。
【0027】
図２に示すように、参照装置１０２は、バスまたは個々の回路（図示せず）を介して、メモリ構成要素１１４Ａ、ならびにＲＦ送受信機１１６Ａおよび音響送信機１２０Ａを含む信号送信機のセットに結合されて、制御する、処理装置１１２Ａを含む。ＲＦ送受信機１１６Ａは、ＲＦ信号１２４などの高速無線信号を介した対象装置１０４との通信のために、アンテナ１１８Ａに結合される。当技術分野で周知のように、ＲＦ送受信機は、ＲＦ信号の送信および受信が可能である。
【0028】
音響送信機１２０Ａは、音響信号１２６などの低速無線信号の送信のためにスピーカー１２２Ａに結合される。この実施形態では、音響送信機１２０Ａは、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）であり、スピーカー１２２Ａを駆動して、低速無線信号１２６を生成するためにアナログ信号を生成する。
【0029】
様々な実施形態では、参照装置１０２は、実施態様に応じて、他の適切な構成要素および回路をさらに含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、参照装置１０２は、送信のためにＲＦおよび／または音響信号を処理するための適切な信号処理構成要素および回路を含み得る。別の例では、参照装置１０２は、ＤＡＣ１２０Ａの出力をフィルタ処理するための適切な信号処理構成要素および回路を含み得る。
【0030】
機能性の観点から、処理装置１１２Ａは、送信機論理層とも表される。ＲＦ送受信機１１６Ａ、アンテナ１１８Ａ、音響送信機１２０Ａおよびスピーカー１２２Ａは、ひとまとめにして、送信機物理層と表される。
【0031】
それに応じて、対象装置１０４は、バスまたは個々の回路（図示せず）を介して、メモリ構成要素１１４Ｂ、ならびにＲＦ送受信機１１６Ｂおよび音響受信機１２０Ｂを含む信号受信機のセットに結合されて、制御する、処理装置１１２Ｂを含む。ＲＦ送受信機１１６Ｂは、ＲＦ（無線）接続１２４（すなわち、ＲＦ信号１２４；以下、用語「ＲＦ信号」および「ＲＦ接続」は簡略化のためにほとんど同じ意味でも使用され得る）を介した参照装置１０２との通信のために、アンテナ１１８Ｂにも結合される。音響受信機１２０Ｂは、参照装置１０２から伝送された音響信号を受信するためにマイクロホン１２２Ｂにも結合される。この実施形態では、音響受信機１２０Ｂは、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）であり、マイクロホン１２２Ｂの出力をさらなる処理のためにデジタル信号に変換する。いくつかの実施形態では、対象装置１０４は、温度センサー１３２をさらに含む。
【0032】
機能性の観点から、処理装置１１２Ｂは、受信機論理層とも表される。ＲＦ送受信機１１６Ｂ、アンテナ１１８Ｂ、音響受信機１２０Ｂおよびマイクロホン１２２Ｂは、ひとまとめにして、受信機物理層と表される。
【0033】
ここで、処理装置１１２Ａおよび１１２Ｂの各々は、例えば、プログラム化フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／または同様のものを使用する、特別に設計されたコントローラチップであり得る。あるうは、処理装置１１２Ａおよび１１２Ｂの各々は、１つ以上のシングルコアまたはマルチコアコンピューティングプロセッサであり得、例えば、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＩｎｔｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供されるＩｎｔｅｌ（登録商標）マイクロプロセッサ、米国カリフォルニア州サニーベール所在のＡｄｖａｎｃｅｄ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｖｉｃｅｓによって提供されるＡＭＤ（登録商標）マイクロプロセッサ、英国ケンブリッジ所在のＡＲＭ Ｌｔｄ．によって開発されたＡＲＭ（登録商標）アーキテクチャ下で様々な製造業者によって製造されるＡＲＭ（登録商標）マイクロプロセッサ、米国カリフォルニア州サンノゼ所在のＡｔｍｅｌ（登録商標）ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供されるＡＶＲ（登録商標）マイクロコントローラ、および／または同様のものである。メモリ構成要素１１４Ａおよび１１４Ｂの各々は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ソリッドステートメモリ、ハードディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ、および／または同様のものであり得る。
【0034】
参照装置１０２および対象装置１０４は、それらの間の距離１２８の測定のためにＲＦ信号１２４および音響信号１２６を使用する。この実施形態では、参照装置１０２および対象装置１０４は、コマンドおよびデータを相互に送信／相互から受信するなど、他の通信目的のためにも、ＲＦ接続１２４を使用する。しかし、当業者は、いくつかの代替実施形態では、図２に示すＲＦ接続１２４は距離測定のためにだけ使用され、参照装置１０２および対象装置１０４は他の目的のために相互に通信しないことが分かる。いくつかの他の実施形態では、図２に示すＲＦ接続１２４は、距離測定のためにだけ使用され、参照装置１０２および対象装置１０４は、コマンドおよびデータを相互に送信／相互から受信するなど、他の目的のために相互に通信するために、異なる無線手段、例えば、異なる無線チャネル、異なる無線通信技術を使用する。一例として、一実施形態では、参照装置１０２および対象装置１０４は、距離測定のためにＥｎｈａｎｃｅｄ ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔ（商標）信号をＲＦ信号１２４として使用し、コマンドおよびデータを相互に送信／相互から受信するために、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）接続を使用する。
【0035】
図３Ａは、参照装置１０２と対象装置１０４との間の距離を測定するステップを示す流れ図である。図のように、距離測定は、参照装置側から（ステップ２０２）、または対象装置側から（ステップ２０４）、イニシエータによって開始され得る。イニシエータは、例えば、参照装置１０２上または対象装置１０４上のボタンを押すことによって、手動で距離測定を開始するユーザーであり得る。
【0036】
あるいは、イニシエータは、コンピュータプログラムまたはサービスであり得、それは、必要に応じて、または所定の時間間隔で定期的に、距離測定を自動的に開始する。コンピュータプログラムまたはサービスは、参照装置１０２もしくは対象装置１０４内で実行しているプログラムもしくはサービスであり得るか、または参照装置１０２もしくは対象装置１０４と通信する外部装置内で実行しているプログラムもしくはサービスであり得る。例えば、対象装置１０４上で実行している、ユーザーが開始したマップまたはナビゲーションプログラムは、対象装置１０４の位置を更新するために、自動的かつ定期的に距離測定を要求し得る。別の例として、外部サーバー上で実行しているショッピングカート追跡サービスなどの、外部サービスは、サイト１０６内のショッピングカートを連続して追跡するために、１つ以上の参照装置１０２と通信して、ショッピングカート上にインストールされた対象装置１０４の距離測定を要求する。
【0037】
さらに、コンピュータプログラムまたはサービスは、ハードドライブ、ソリッドステートメモリ、および／または同様のものなどの、内容消去可能なメモリ内に格納されたソフトウェアコードを含み得る。あるいは、コンピュータプログラムまたはサービスは、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（その内容が、特別なプログラミング方法を使用して消去可能であり得る）、および／または同様のもの内に格納されたファームウェアコードを含み得る。
【0038】
距離測定要求が参照装置側から開始される場合、参照装置１０２はステップ２１０で距離測定プロセスを開始する。
【0039】
他方、距離測定要求が対象装置側から開始される場合、対象装置１０４は、要求を参照装置１０２に送信して、参照装置１０２が距離測定プロセスを開始するのを要求する（ステップ２０８）。参照装置側で、距離測定要求に応答して、参照装置１０２は、距離測定プロセスを開始する（ステップ２１０）。
【0040】
距離測定を開始した後、参照装置１０２は、ＲＦ信号１２４および音響信号１２６を、それぞれ、ＲＦ送受信機１１６Ａからアンテナ１１８Ａを経由して、また音響送信機１２０Ａからスピーカー１２２Ａを経由して、対象装置１０４に伝送する（それぞれ、ステップ２１２および２１４）。
【0041】
この実施形態では、送信機側における低速音響信号１２６は、ＰＡＣ［ｎ］によって表される、長さＬｐのバイナリ符号語で符号化され、次いで、伝送のために超音波周波数に変調される。以下でさらに詳細に説明するように、受信機側で、受信された音響信号が復調されて、さらなる処理のために復号される。当業者は、様々な実施形態では、ＲＦおよび音響信号１２４および１２６のいずれか、両方が、適切な符号化方式を使用して符号化され得るか、またはいずれも符号化されないことが分かる。当業者は、様々なバイナリ／Ｍ－ａｒｙ符号化方式、例えば、擬似ランダム雑音符号、ゴールド符号、バーカー符号、または同様のものを使用するものが、ＲＦ信号１２４および／または音響信号１２６を符号化するために使用され得ることが分かる。符号化は、一般に、改善された到着時間推定、誤り検出、誤り訂正、干渉抵抗および／または同様のもののために測位で使用される。符号語変調（包含）は、様々な変調方法、例えば、オンオフキーイング（ＯＯＫ）、可聴周波数シフトキーイング（ＡＦＳＫ）、バイナリ周波数シフトキーイング（ＢＦＳＫ）、振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）、連続位相周波数シフトキーイング（ＣＰＦＳＫ）、または同様のもの、を使用して行われ得る。
【0042】
好ましくは、高速な、ＲＦ信号１２４および低速な、音響信号１２６は、実質的に同時に伝送される。ＲＦおよび音響信号１２４および１２６は、それらそれぞれの媒体を通って伝搬する。空中でのＲＦ信号１２４の速度は、ほぼ光の速さであり、それは、自由空間内で、約２．９９×１０８メートル／秒（ｍ／ｓ）である。他方、音響信号１２６の速度は、音の速さであり、それは、２０℃の空気中でほぼ３４３．４ｍ／ｓである。
【0043】
対象装置において、対象装置１０４は、アンテナ１１８ＢおよびＲＦ送受信機１１６Ｂを介して、ＲＦ信号１２４を受信し、受信したＲＦ信号および受信したＲＦ信号１２４の到着時間ｔＲＦをメモリ構成要素１１Ｂ内に格納する（ステップ２１８）。
【0044】
音響信号１２６の速度は、環境要因、主に温度によって影響されるので、ＲＦ信号１２４を受信すると、対象装置１０４は、温度センサー１３２（図２を参照）を使用して周囲温度ＴＳを測定し（ステップ２２０）、局所的音響信号速度ｖＡＣを
として計算し、式中ＴＳは摂氏である。言うまでもなく、様々な実施形態では、局所的音響信号速度ｖＡＣは、複数の測定値で長期間にわたって計算されて、フィルタ処理され、かつ／またはニュートン‐ラプラスの式などの、他の既知の方法を使用することによって計算され得る。
【数2】
【0045】
次いで、対象装置１０４は、マイクロホン１２２Ｂから音響信号１２６の受信を開始して、サンプルおよびサンプリング開始時間をメモリ１１４Ｂ内に格納する（ステップ２２４）。
【0046】
この実施形態では、音響信号１２６を受信することは、マイクロホン１２２Ｂの出力を、アナログ／デジタル変換器１２０Ｂを介してサンプリングすることによって実施される。サンプリング後、ステップ２２２で、離散時間領域内で表されて、本明細書でＳＡ［ｎ］として表される音響信号１２６、および音響信号のサンプリングが開始した時間、すなわち、ステップ２２２の開始時間ｔＳＡがメモリ構成要素１１４Ｂに格納される（ステップ２２４）。
【0047】
事前に定義された最大観測可能距離ｄｍａｘに対して予期される最大飛行時間ｔｍａｘに対応する期間の後、音響信号サンプリングが終了して、プロセスはステップ２２６に入る。この例では、音響信号１２６、従って、離散時間音響信号ＳＡ［ｎ］は、符号語ＰＡＣ［ｎ］を含む。
【0048】
ｔｍａｘとｄｍａｘとの間の関係の簡略化近似値は、ｔｍａｘ＝（ｄｍａｘ／ｖＡＣ）＋δであるが、（６）から導出されるもっと正確な式も使用され得る。変数「δ」は事前に定義された設計パラメータである。例えば、いくつかの実施形態では、長さＬＰ（ビット）のバイナリ符号語ＰＡＣ［ｎ］が使用される場合、任意の値δ＜ＬＰＴｂであり、式中、Ｔｂは、秒単位での符号語ＰＡＣ［ｎ］の１ビットの長さであり、音響信号１２６の切捨てとなって、信号対雑音比（ＳＮＲ）に影響を及ぼし、従って、距離推定の精度に影響を及ぼす。操作の簡潔さのため、および本明細書で開示する実施形態における一般性を失うことなく、δ＝０が事前に定義される。
【0049】
いくつかの実施形態では、高速信号ｔＲＦの飛行時間に対して、音響信号のサンプリングが開始する時間は、固定または決定された値τＳＡ＝ｔＳＡ－ｔＲＦだけ遅延し得、音響信号がサンプリングされる期間は固定または決定された窓期間ｔＷＩＮ、すなわち、
ｄｍａｘ＝ｖＡＣ（τＳＡ＋ｔＷＩＮ）
である。
ｄｍａｘ＝ｖＡＣ（τＳＡ＋ｔＷＩＮ）
である。
【0050】
これは、
ｄｍｉｎ＝τＳＡｖＡＣ
として与えられる最小観測可能距離ｄｍｉｎということになる。
ｄｍｉｎ＝τＳＡｖＡＣ
として与えられる最小観測可能距離ｄｍｉｎということになる。
【0051】
いくつかの実施形態では、τＳＡおよびｔＷＩＮは、以前の決定された距離から決定され得る。
【0052】
ステップ２２６で、対象装置１０４は、次いで、到着時間ｔＲＦとｔＡＣとの間の時間差Δｔ、すなわちΔｔ＝ｔＡＣ－ｔＲＦを計算するために、受信したＲＦおよび音響信号１２４および１２６を処理する。ここで、ｔＡＣは、受信した音響信号１２６の到着時間である。このステップで、各信号１２４、１２６の到着時間が、実施態様に応じて適切な信号処理方法を使用して決定される。例えば、図３Ｂは、離散時間領域における時間差Δｔを計算するための詳細なステップの一例を示す。
【0053】
図３Ｂに示すように、ステップ２５２で、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）が、雑音低減のために、受信した音響信号ＳＡ［ｎ］に適用されて、フィルタ処理された音響信号ＳＦ［ｎ］を生成する。受信した音響信号ＳＡ［ｎ］は、一般に、雑音を含んでいて、変形され得、例えば、伝送された音響信号からの周波数シフトを示し得ることに留意されたい。ＢＰＦ帯域幅は、対象装置１０４と参照装置１０２との間の発振器オフセット、相対運動に起因したドップラーシフト、および同様のものなどの、周波数シフト源を吸収するために音響信号帯域幅よりも広くなるように設定される。
【0054】
この実施形態では、音響信号は最初にサンプリングされ、次いでサンプリングされた音響信号が帯域通過フィルタ処理されるが、いくつかの代替実施形態では、音響信号は最初に帯域通過フィルタ処理され、フィルタ処理された音響信号がサンプリングされてフィルタ処理された音響信号ＳＦ［ｎ］が取得される。いくつかの他の実施形態では、帯域通過フィルタ処理は省略され得る。
【0055】
引き続き図３Ｂを参照すると、この実施形態では、音響信号ＳＦ［ｎ］は、ステップ２５４で復調される。当業者は、復調プロセスが、実施態様に応じて変わり、周波数推定（例えば、ＦＦＴまたは他の周波数推定法の使用）、ダウンコンバージョン、フィルタ処理（例えば、低域通過フィルタ処理）、および同様のものを含み得ることが分かる。ステップ２５３における信号復調の結果は、復調された信号Ｓｄ［ｎ］であり、それは、この実施形態では、符号語ＰＡＣ［ｎ］を含む。
【0056】
ステップ２５６で、局所レプリカ信号ＳＬ［ｎ］が対象装置１０４で生成されて、変調前の送信機側における音響信号１２６と同じ符号語ＰＡＣ［ｎ］を有する。
【0057】
いくつかの実施形態では、局所レプリカ信号ＳＬ［ｎ］は、参照装置１０２と対象装置１０４との間の推定された発振器オフセット、および／または他の周波数シフト源、例えば、ドップラーシフト、ならびに同様のものも、局所信号が生成されるサンプルレートをスケーリングすることにより、吸収するように生成される。
【0058】
ステップ２５８で、局所レプリカ信号ＳＬ［ｎ］は、次のように、復調された信号Ｓｄ［ｎ］と相互相関され：
式中、Ｎは、信号Ｓｄ［ｎ］内の総サンプル数である。次いで、ステップ２６０で、局所レプリカ信号ＳＬ［ｎ］と復調された音響信号Ｓｄ［ｎ］との間のオフセットｎ０が、適切な到着時間推定法を使用して推定される。例えば、この実施形態では、オフセットｎ０を推定するために最尤推定器が次のように使用される：
【数3】
【数4】
【0059】
この実施形態では、相関器が使用されるので、ｎ０は、従って、ＳＬ［ｎ］とＳｄ［ｎ］との間のサンプルにおけるオフセットを表す。従って、ステップ２６２で、連続時間領域における到着時間ｔＲＦとｔＡＣとの間の時間差Δｔは：
式中、ＦＳは、アナログ／デジタル変換器１２０Ｂのサンプリングレート（サンプル／秒単位）であり、従って、受信した音響信号１２６のサンプリングレートである。プロセスは次いで、図３Ａのステップ２２８に進む。
【数5】
【0060】
いくつかの代替実施形態では、ｔＡＣの推定精度を改善するために補間法が使用され得る。標準的な放物線補間法が以下で与えられるが、Ｅａｒｌｙ／Ｌａｔｅ方式などの、他の方法が知られていて、使用され得る。
【数6】
【0061】
再度図３Ａを参照すると、ステップ２２８で、対象装置１０４は、参照装置１０２と対象装置１０４との間の距離または間隔ｄを次のように計算する：
式中、ｖＲＦ＝２．９９×１０８ｍ/ｓは、ＲＦ信号速度であり、ｖＡＣは、式（１）を使用して計算された局所的音響信号速度であり、Δｔは、式（５）を使用して計算される。
【数7】
【0062】
計算された距離ｄがさらに処理される（ステップ２３０）。例えば、対象装置１０４が測定のイニシエータでない場合、計算された距離ｄがイニシエータに報告され得る。別の例として、対象装置１０４が測定のイニシエータでない代替実施形態では、それは、測定された／計算された／推定されたパラメータ、例えば、Δｔ、ｔＡＣ、計算された距離ｄ、および／または他の関連パラメータの１つ以上が、イニシエータに報告され得る。
【0063】
いくつかの実施形態では、対象装置１０４の一部は、他の補助センサー、例えば、加速度計、ジャイロスコープ、赤外線センサー、および／または同様のものを備える。かかる補助センサー（複数可）を含めることは、他の環境パラメータおよび／または装置の状態、例えば、その配向、に関する追加情報を提供し、それは、例えば、バーチャルリアリティなど、いくつかの用途に対して有用であると考えられ得る。
【0064】
いくつかの実施形態では、参照装置１０２および対象装置１０４は、実質的に同じ高さである。その結果、図４に示すように、ｄの計算後、対象装置１０４は、参照装置１０２を中心として、約ｄの半径を有する円２８２上の地点にあると決定される。参照装置１０２はサイト１０６内の既知の位置にあるので、対象装置１０４の位置は、その結果、円周２８２に沿ったどこかである。対象装置１０４の正確な位置が要求されないいくつかの実施形態では、対象装置１０４の位置を計算された円の外周に沿ったどこかであると決定することは十分であり得る。
【0065】
図５Ａに示すように、いくつかの実施形態では、対象装置１０４と、２つの参照装置１０２Ａおよび１０２Ｂの各々との間の距離を決定するために、図３Ａおよび図３Ｂに示す距離測定が実施され、参照装置１０２Ａと１０２Ｂとの間の距離Ｄが分かっている。図３Ａおよび図３Ｂの対象装置のプロセス２００に続いて、参照装置１０２Ａと対象装置１０４との間の距離がｄ１であり、参照装置１０２Ｂと対象装置１０４との間の距離がｄ２であることが推定される。この例では、参照装置１０２Ａおよび１０２Ｂならびに対象装置１０４は実質的に同じ高さであるとさらに仮定する。その結果、対象装置１０４の位置は、２つの位置１０４－１および１０４－２のいずれか１つで周知の三角測量を使用して決定され得る。対象装置１０４の正確な位置が要求されない、いくつかの実施形態では、対象装置１０４の位置を２つの考えられる位置の１つであると決定することは十分であり得る。
【0066】
図５Ｂに示すように、対象装置１０４が２つの参照装置１０２と同一線上にあるいくつかの実施形態では、対象装置１０４と２つの参照装置１０２の各々との間の距離を決定した後、対象装置１０４の位置が、対象装置１０４と２つの参照装置１０２との間の決定された距離に基づいて、２つの参照装置１０２の線に沿った１次元（１Ｄ）位置として決定され得る。
【0067】
いくつかの他の実施形態では、システムは、対象装置の位置をさらに正確にするために、他の適切な情報を使用し得る。例えば、対象装置１０４が、参照装置１０２Ａおよび１０２Ｂを結ぶ線の一方の側にだけあり得る、例えば、他の側は、対象装置１０４がアクセスできない領域または部屋であることをシステムが知っている場合、システムは、対象装置１０４の位置を、それがアクセス可能な位置１０４－１および１０４－２の１つであるようにさらに正確にすることができる。
【0068】
図６に示すような別の実施形態では、３つの参照装置１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃを使用して、対象装置１０４と、参照装置１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃ、それぞれとの間の距離、ｄ１、ｄ２、およびｄ３を計算した後、対象装置１０４の位置が領域１０４－３内であると決定し得る。この実施形態では、システムは、対象装置１０４ならびに３つの参照装置１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃが同じ高さにあると仮定する。
【0069】
代替実施形態では、システムは、対象装置１０４および参照装置１０２が同じ高さにあると考えない。例えば、図７Ａ～図７Ｃは、同じ高さ３０２にある３つの参照装置１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃ、ならびに参照装置１０２Ａ～１０２Ｃとは必ずしも同じ高さにない対象装置１０４を示している。参照装置１０２Ａと１０２Ｂとの間の距離ｒ０、参照装置１０２Ａと１０２Ｃとの間の距離ｒ１、および参照装置１０２Ａと１０２Ｂとの間の距離ｒ２は分かっている。
【0070】
この例では、局所右手座標系が、参照装置１０２Ａを中心（すなわち、ｘａ＝０，ｙａ＝０，ｚａ＝０）として定義される（図７Ｃに示す通り）。さらに、参照装置１０２Ｂが正のｘ軸上にあり（すなわち、ｘｂ＝ｒ０＞０，ｙｂ＝０）、参照装置１０２Ｃが、ｘ軸上を除いて（すなわち、ｙｃ＞０）座標系のｘ－ｙ平面上の第１または第２の象限上にあると仮定する。これらの仮定の下、参照装置１０２Ｃの位置（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）が、この座標系に対して、次の周知の三辺測量式から計算され得る：
【数8】
【0071】
図３Ａおよび図３Ｂのプロセス２００に続いて、対象装置１０４と、それぞれ、参照装置１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃとの間の距離ｕ０、ｕ１、およびｕ２が決定される。次いで、周知の三辺測量式を使用して、対象装置１０４の位置が、前に対象装置を定義した座標系に対して次のように計算され得る：
従って、対象装置１０４の位置は、（ｘｍ，ｙｍ，
または（ｘｍ，ｙｍ，
にあり得る。対象装置１０４の正確な位置が要求されない、いくつかの実施形態では、対象装置１０４の位置を２つの考えられる位置のいずれか１つにあると決定することは、以後の相対測位に対して十分であり得る。
【数9】
【数10】
【数11】
【0072】
いくつかの実施形態では、システムは、対象装置１０４の位置をさらに正確にするために、他の適切な情報をさらに使用し得る。例えば、位置（ｘｍ，ｙｍ，
に対象装置がアクセスできない場合、または、参照装置が部屋のフロア上にあり、かつ対象装置１０４がフロア３０２上もしくはその上側にあることをシステムが知っている場合、システムは、対象装置の位置が（ｘｍ，ｙｍ，
にあると決定する。代替として、システムは、対象装置１０４の位置をさらに正確に決定するために、４つ以上の同一平面上にない参照装置１０２を使用し得る。
【数12】
【数13】
【0073】
参照装置１０２が同一平面上にある限界事例に対して、三辺測量、またはより一般的には、マルチラテレーションを使用して計算された対象装置の位置が曖昧であり得、システムは他の適切な情報、例えば、対象装置１０４の領域へのアクセス可能性またはアクセス不可能性をさらに使用して、可能性が低い位置を除外して曖昧さを解決し得る。
【0074】
他の適切な位置推定法が代替として使用できる。例えば、一実施形態では、３Ｄ空間内の対象装置１０４の３Ｄ座標（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）を、４つ以上の参照装置１０２の、任意であるが他の方法で既知の座標系に対する、既知の位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、．．．、（ｘＮ，ｙＮ，ｚＮ）を使用して計算するために、最小二乗法が使用され得る。この例では、参照装置１０２の少なくとも１つが他の参照装置１０２に対して同一平面上にないとさらに仮定する。図３Ａおよび図３Ｂのプロセス２００に続いて、対象装置１０４と、Ｎ個の参照装置１０２との間の距離Ｒ１、Ｒ２、．．．、およびＲＮが：
Ｒｎ＝（ｘｍ－ｘｎ）２＋（ｙｍ－ｙｎ）２＋（ｚｍ－ｚｎ）２ （１３）
として、ｎ＝１，２、．．．、Ｎに対して決定される。
Ｒｎ＝（ｘｍ－ｘｎ）２＋（ｙｍ－ｙｎ）２＋（ｚｍ－ｚｎ）２ （１３）
として、ｎ＝１，２、．．．、Ｎに対して決定される。
【0075】
【数14】
【数15】
【0076】
次いで、参照装置に対する対象装置１０４の位置が、定義された座標系に関して次のように表現でき：
式中、（・）Ｔは行列転置を表し、（・）－１は逆行列を表し、
および
【数16】
【数17】
【数18】
【0077】
いくつかの実施形態では、参照装置１０２の全部またはサブセットの位置が、較正中に調査され得る。
【0078】
当業者は、参照装置および対象装置１０２および１０４における遅延が、距離決定において誤差を生じ得ることが分かる。本明細書では、遅延は、音声遅延、すなわち、音声信号１２６の遅延、およびＲＦ信号遅延、すなわち、ＲＦ信号１２４の遅延を含む。
【0079】
参照装置１０２における音声遅延は、処理装置１１２Ａが、音声信号１２６を伝送するために、デジタル／アナログ変換器１２０Ａに信号通知する時間から、音声信号１２６がスピーカー１２２Ａから実際に伝送された時間までの遅延または時間差を指す。参照装置１０２におけるＲＦ信号遅延は、処理装置１１２Ａが、ＲＦ信号１２６を伝送するために、ＲＦ送受信機１１６Ａに信号通知する時間から、ＲＦ信号１２４のアンテナ１１８Ａからの伝送の開始までの遅延を指す。
【0080】
同様に、対象装置１０４における音声遅延は、音声信号１２６がマイクロホン１２２Ｂによって受信される時間、および受信された音声信号１２６が処理のために処理装置１１２Ｂによって受信された時間からの遅延を指す。対象装置１０４におけるＲＦ信号遅延は、ＲＦ信号１２４がアンテナ１１８Ｂで受信される時間、および受信されたＲＦ信号１２４が送受信機によって時間タグ付けされた時間からの遅延を指す。
【0081】
いくつかの実施形態では、全体的な遅延は小さいと考えられ、従って、無視される。しかし、これらの実施形態では、計算された距離の精度、およびその結果として、計算された対象装置位置の精度が低下し得る。
【0082】
いくつかの実施形態では、システムは、距離測定および／または物体測位精度を向上させるために、較正プロセスを使用して全体的な遅延を推定する。
【0083】
代替実施形態では、任意であるが、既知の遅延
が、例えば、プライバシー／セキュリティ目的のために、音響信号１２４の伝送に導入される。従って、正しい距離の計算では、追加の項
の特定の知識を必要とする。実施態様に応じて、
が、ＨＭＡＣベースのワンタイムパスワード（ＨＯＴＰ）アルゴリズム、時間ベースのワンタイムパスワード（ＴＯＴＰ）アルゴリズムもしくは同様のものなどを用いて、事前共有鍵から生成され得るか、または中央サーバーによって事前に生成され得るか、またはＲＳＡもしくは同様のものなど、公開鍵暗号方式を使用して、ランダムに生成されて、受信機に通信され得る。
【数19】
【数20】
【数21】
【0084】
代替実施形態では、いくつかの参照装置１０２は各々、ＲＦ送受信機ではなく、ＲＦ信号送信機を含み得る。これらの参照装置１０２は、従って、信号送信機としてのみ機能できる。
【0085】
代替実施形態では、いくつかの対象装置１０４は各々、ＲＦ送受信機ではなく、ＲＦ信号受信機を含み得る。これらの対象装置１０４は、従って、ＲＦ信号を受信できるだけである。
【0086】
図８に示すような代替実施形態では、いくつかの参照装置１０２は各々、温度センサー１３２Ａを含み得る。この実施形態では、音速も参照装置１０２で計算され、精度を向上させるために、平均音速が、参照装置１０２および対象装置１０４の両方で計算された音速を平均することによって計算される。
【0087】
代替実施形態では、高速無線信号１２４は、光信号である。この実施形態における本システムの欠点は、障害物が光信号経路を遮断し得、従って、距離推定を妨げることである。
【0088】
前述の実施形態では、温度センサーは、音速を較正するために使用される。いくつかの代替実施形態では、局所音速または周囲温度を測定するために他の既知の方法が使用され得る。
【0089】
いくつかの代替実施形態では、対象装置１０４および参照装置１０２のいずれも温度センサーを含まない。この実施形態では、概算の事前に定義された値が使用され得る。当業者は、測距誤差がかかる概算に起因し得ることが分かる。
【0090】
いくつかの実施形態では、高速なＲＦ信号１２４および低速な音響信号１２６が、実質的に同時に、または可能な限り小さい時間間隔内に伝送される。代替実施形態では、ＲＦ信号１２４および音響信号１２６の一方が、その他方の伝送後、開始装置に既知の事前に定義された時間遅延で、異なる時刻に伝送される。
【0091】
いくつかの実施形態では、参照装置１０２が、無線信号セット１０８を伝送し、対象装置が、無線信号セット１０８を受信する。いくつかの代替実施形態では、対象装置１０２が、無線信号セット１０８を伝送し得、参照装置が、無線信号セット１０８を受信し得る。
【0092】
例えば、図９に示すように、いくつかの代替実施形態では、測位システム１００は、バーチャルリアリティ（ＶＲ）システムおよび／または拡張現実（ＡＲ）システムの一部であり得る。
【0093】
図９の例では、バーチャルリアリティ（ＶＲ）システムは、３次元（３Ｄ）入力システムである。３Ｄ入力システム１００は、タブレット、スマートフォン、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、または同様のものなどの、コンピューティング装置（図示せず）、各々が対象装置１０４と結合されたグローブ５００（図１０Ａおよび図１０Ｂを参照）などの１つ以上のウェアラブルデバイス、および既知の位置における複数の参照装置１０４を含む。コンピューティング装置は、適切な無線接続、例えば、ＡＮＴ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、または同様のものを使用して、グローブ５００および参照装置１０２と通信して、様々なユーザー入力、例えば、様々なジェスチャまたはコマンド、を可能にする。他の無線または有線通信方法、例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢ、光接続、シリアルケーブル、パラレルケーブル、または同様のものが、コンピューティング装置、グローブ５００および参照装置１０４を機能的に接続するために代替として使用され得る。
【0094】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、それぞれ、右手の位置検知グローブ５００の下面（掌）および上面（手の甲）図を示す。左手の位置検知グローブは、図１５Ａおよび図１５Ｂのそれと同様であるが、おおまかに鏡映構成である。
【0095】
グローブ５００は、ユーザーの器用さの妨げを最小限にするために、軽量の繊維およびメッシュで作られている。図のように、グローブ５００は、ユーザーの手の５本の指および手首に対応して、５本の指部分５０４～５１２および手首部分５１４を含む。複数の角度符号器５２０が、それぞれの関節の角度を検出するために、人間の指の関節に対応する位置（すなわち、指先から、手に接合している指の指関節までの指全体の関節上）でグローブ５００の上面上に取り付けられる。角度符号器５２２も、手首の角度を検出するために手首位置５１４でグローブ５００上に取り付けられる。対象装置１０４は、１つ以上の参照装置１０４に対するグローブ５００の測距情報を提供するためにグローブ５００に取り付けられる。測距情報は次いで、３Ｄ空間内での手のジェスチャまたはコマンドなどの、様々なユーザー入力を解釈するために、グローブ５００上の角度符号器によって検出された測定された角度と融合され得る。３Ｄ入力システム１００および位置検知グローブ５００は、２０１６年５月１２日に公開されて、本主題出願の出願者に譲渡された、米国特許公開第２０１６／０１３２１１1 Ａ１号に記載されているものに類似しており、その内容が全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【0096】
グローブ５００の３Ｄ位置を決定した後、３Ｄ空間内での各指の位置が決定され得る。ジェスチャおよび／またはコマンドが次いで、取得された位置に基づいて決定できる。
【0097】
他のＶＲ機器も、３Ｄ空間内でのその距離／位置を決定するために、１つ以上の対象装置１０４を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、ヘッドマウント式ディスプレイは、仮想環境内での距離推定または相対位置推定のために、それに取り付けられた対象装置１０４を含み得る。
【0098】
当業者は、必ずしも、全ての参照装置が無線信号セットを伝送するための送信装置である必要はなく、全ての対象装置が無線信号セットを受信するための受信装置である必要はなく、また、全ての対象装置が送信装置である必要はなく、全ての対象装置が受信装置である必要もないことが分かる。実際のところ、いくつかの実施形態では、いくつかの参照装置が、送信装置であり得、他の参照装置は受信装置であり得る。それに応じて、いくつかの対象装置が受信装置であり得、他の対象装置は送信装置であり得る。
【0099】
実施形態は、添付の図面を参照して上で説明してきたが、当業者は、変形および修正が、添付のクレームによって定義される、その範囲から逸脱することなく、行われ得ることを理解するであろう。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】