▶ トプコン ポジショニング システムズ， インク．の特許一覧
(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】
(24)【登録日】2024-09-30
(45)【発行日】2024-10-08
(54)【発明の名称】複数の同期ベースを有するレーザ測定システム
(51)【国際特許分類】
G01S 5/16 20060101AFI20241001BHJP
G01C 15/00 20060101ALI20241001BHJP
【ＦＩ】
G01S5/16
G01C15/00 103B
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2022535552
(86)(22)【出願日】2020-09-15
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-16
(86)【国際出願番号】 US2020050788
(87)【国際公開番号】W WO2021118667
(87)【国際公開日】2021-06-17
【審査請求日】2023-09-05
(31)【優先権主張番号】16/710,090
(32)【優先日】2019-12-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】505315742
【氏名又は名称】トプコン ポジショニング システムズ， インク．
(74)【代理人】
【識別番号】100187322
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 直輝
(72)【発明者】
【氏名】ニコライ ブイ ハトゥンツェフ
【審査官】東 治企
(56)【参考文献】
【文献】特表２００８－５２５８１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２１２０５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０６８７４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５６００４３６（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許第０６０５２１８１（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開平０３－０９４３１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２７４２２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平０６－５０６２９７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ １／７０
Ｇ０１Ｓ ３／７８－３／７８９
Ｇ０１Ｓ ５／１６
Ｇ０１Ｃ １／００－１／１４
Ｇ０１Ｃ ５／００－１５／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザベースステーションの動作方法であって、他のレーザベースステーションから第１のレーザ信号を検出するステップと、
前記検出された第１のレーザ信号から、前記他のレーザベースステーションに関連する座標および基準方位角と、前記他のレーザベースステーションに関連する水平角および垂直角とを含む前記他のレーザベースステーションに関連する位置情報を抽出するステップと、
前記他のレーザベースステーションに関連する前記抽出された位置情報に基づいて、前記レーザベースステーションの位置を決定するステップと、
レーザ受光器の位置を決定するために、前記レーザベースステーションの前記位置を含む第２のレーザ信号を前記レーザ受光器に投射するステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項2】
前記検出された第１のレーザ信号の振幅およびタイミングに基づいて、前記レーザベースステーションの回転を前記他のレーザベースステーションの回転と同期させるステップ、をさらに備える、ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
他のレーザベースステーションに関連する前記水平角に基づいて、前記レーザベースステーションの回転を前記他のレーザベースステーションの回転と同期させるステップ、をさらに備える、ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
レーザベースステーションであって、他のレーザベースステーションから第１のレーザ信号を検出するための光検出部と、
プロセッサと、
コンピュータプログラム指令を記憶するメモリであって、前記コンピュータプログラム指令は、前記プロセッサ上で実行されると、前記プロセッサに、
前記検出された第１のレーザ信号から、前記他のレーザベースステーションに関連する座標および基準方位角と、前記他のレーザベースステーションに関連する水平角および垂直角とで構成される前記他のレーザベースステーションに関連する位置情報を抽出するステップと、
前記他のレーザベースステーションに関連する前記抽出された位置情報に基づいて、前記レーザベースステーションの位置を決定するステップと、
を含む動作を実行させる、メモリと、
レーザ受光器の位置を決定するために、前記レーザベースステーションの前記位置を含む第２のレーザ信号を前記レーザ受光器に投射するレーザ送光部と、
を備えることを特徴とするレーザベースステーション。
【請求項5】
前記動作は、前記検出された第１のレーザ信号の振幅およびタイミングに基づいて、前記レーザベースステーションの回転を前記他のレーザベースステーションの回転と同期させるステップ、をさらに備える、
ことを特徴とする、請求項４に記載のレーザベースステーション。
【請求項6】
前記動作は、他のレーザベースステーションに関連する前記水平角に基づいて、前記レーザベースステーションの回転を前記他のレーザベースステーションの回転と同期させるステップ、をさらに備える、
ことを特徴とする、請求項４に記載のレーザベースステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０１９年９月１１日に出願された米国出願第１６／７１００９０号に基づく優先権を主張するものであり、その開示内容全体をここに参照により援用する。
【背景技術】
【0002】
本発明は、一般にレーザ測定システムに関し、より詳細には、レーザ受光器に関連する完全な位置情報を提供するための複数の同期ベースを有するレーザ測定システムに関する。
【0003】
建設作業現場や農作業現場などの作業現場の準備は、作業現場の複数の部分を所望のトポロジーに整地および掘削することを伴うことが一般的である。位置測定は、そのような整地および掘削の精度を向上するために、作業現場準備における重要な一側面である。レーザ測定システムは、位置測定を容易にするために建設機械(例えば、ブルドーザ、スクレーパ、掘削機など)によく用いられる。
【0004】
従来の一アプローチでは、位置測定を容易にするのにレーザ測定システムが利用される。このような従来のレーザ測定システムでは、レーザ送光器のレーザダイオードがレーザ信号を投射し、レーザ受光器のフォトダイオードがそのレーザ信号を受信する。レーザ送光器にはレーザダイオードを中心とする反射面が設けられ、レーザ受光器にはフォトダイオードを中心とする反射面が設けられる。反射面でのレーザ信号の反射に基づいて、レーザ送光器とレーザ受光器との間の距離が算出できる。しかしながら、このような従来のレーザ測定システムにおけるレーザ受光器のようにフォトダイオードを中心とする反射面を有する場合、そうでない場合に比べて、レーザ受光器に必要な寸法が大きくなってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
一以上の実施形態において、レーザ受光器を動作させるためのシステムおよび方法を提供する。レーザ受光器は、第１のレーザベースステーションから第１のレーザ信号を検出する。検出された第１のレーザ信号から、第１のレーザベースステーションに関連する位置情報が抽出される。レーザ受光器は、第２のレーザベースステーションから第２のレーザ信号を検出する。検出された第２のレーザ信号から、第２のレーザベースステーションに関連する位置情報が抽出される。抽出された第１のレーザベースステーションに関連する位置情報と、抽出された第２のレーザベースステーションに関連する位置情報とに基づいて、レーザ受光器の位置が決定される。
【0006】
一実施形態において、前記第１のレーザベースステーションに関連する前記位置情報は、前記第１のレーザベースステーションに関連する水平角と、前記第１のレーザベースステーションに関連する垂直角と、前記第１のレーザベースステーションに関連する基準方位角と、前記第１のレーザベースステーションに関連する座標とで構成され、前記第２のレーザベースステーションに関連する前記位置情報は、前記第２のレーザベースステーションに関連する水平角と、前記第２のレーザベースステーションに関連する垂直角と、前記第２のレーザベースステーションに関連する基準方位角と、前記第２のレーザベースステーションに関連する座標とで構成される。第１のレーザベースステーションおよび第２のレーザベースステーションに関連する水平角は、それぞれ検出された第１のレーザ信号および検出された第２のレーザ信号の変調に基づいて決定されてもよい。第１および第２のレーザ信号は、Ｎ字形の複数のビームを備えてもよく、第１のレーザベースステーションおよび第２のレーザベースステーションに関連する垂直角は、それぞれ、検出された第１のレーザ信号および検出された第２のレーザ信号の複数のビームのそれぞれを受信する時間に基づいて決定されてもよい。第１のレーザベースステーションおよび第２のレーザベースステーションに関連する座標ならびに第１のレーザベースステーションおよび第２のレーザベースステーションに関連する基準方位角は、それぞれ、検出された第１のレーザ信号および検出された第２のレーザ信号内のデータストリームを復調することによって決定されてもよい。
【0007】
一実施形態において、第１のレーザベースステーションおよび第２のレーザベースステーションは、較正されることにより、基準座標系における第１のレーザベースステーションおよび第２のレーザベースステーションのそれぞれの位置を決定する。
【0008】
一実施形態によれば、レーザベースステーションを動作させるためのシステムおよび方法が提供される。他のレーザベースステーションから第１のレーザ信号が検出される。他のレーザベースステーションに関連する位置情報は、検出された第１のレーザ信号から抽出される。位置情報は、他のレーザベースステーションに関連する座標および基準方位角と、他のレーザベースステーションに関連する水平角および垂直角と、を含む。レーザベースステーションの位置は、抽出された他のレーザベースステーションに関連する位置情報に基づいて決定される。レーザベースステーションの位置を含む第２のレーザ信号は、レーザ受光器の位置を決定するためにレーザ受光器に投射される。
【0009】
一実施形態において、レーザベースステーションの回転は、検出された第１のレーザ信号の振幅およびタイミングに基づいて、他のレーザベースステーションの回転と同期される。レーザベースステーションの回転は、さらに他のレーザベースステーションに関連する水平角に基づいて、他のレーザベースステーションの回転と同期されてもよい。
【0010】
本発明のこれらおよび他の効果は、以下の詳細な説明および添付の図面を参照することにより、当業者にとって明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
図１は、一以上の実施形態におけるレーザ測定システム１００を示す上位概要図である。レーザ測定システム１００は、建設作業現場、農作業現場、倉庫や他の環境に配備してもよい。レーザ測定システム１００は、複数のレーザベースステーション１０２－Ａ、１０２－Ｂ、１０２－Ｃ（本明細書ではまとめてレーザベースステーション１０２と呼ぶ）と、レーザ受光器１０４と、を備える。なお、図１には、レーザベースステーション１０２－Ａ、１０２－Ｂ、１０２－Ｃならびにレーザ受光器１０４として示されるが、レーザベースステーション１０２が２つ又はさらに多くのレーザベースステーションを含んでもよいこと、および、レーザ受光器１０４が（レーザ受光器が影を生成したり互いに干渉したりしない限り）任意の数のレーザ受光器を含んでもよいことを理解されたい。
【0013】
まず、レーザベースステーション１０２が基準座標系に較正される。較正中、各レーザベースステーション１０２は、事前較正済みのレーザベースステーション１０２の位置情報を受信し、そこから基準座標系におけるその相対位置を決定する。実施形態によっては、例えば、各レーザベースステーション１０２は、自己整準された２つのレーザベースステーション１０２、または自己整準されていない３つの事前較正済みレーザベースステーション１０２の位置情報を受信してもよい。このような較正を目的としてレーザベースステーション１０２同士の間の通信を容易にするために、各レーザベースステーション１０２は、レーザ信号を回転照射で連続投射するレーザ送光部と、レーザ送光部の回転に起因するパルスとしてのレーザ信号を検出する光検出部との両方を含むよう構成される。動作中、較正済みレーザベースステーション１０２は、レーザ信号を回転照射でレーザ受光器１０４に投射する。レーザ受光器１０４は、較正済みレーザベースステーション１０２から受信したレーザ信号から、基準座標系におけるその位置（３次元デカルト座標）を算出（例えば、三角測量）する。
【0014】
好適には、レーザ受光器１０４は、レーザベースステーション１０２への送光を行わずにその位置を決定する。また、レーザ受光器１０４においては、その位置を決定するための反射面が不要となるため、レーザ受光器１０４の寸法は必要以上に大きくなることはない。以下に、レーザ測定システム１００の詳細を説明する。
【0015】
図２は、一以上の実施形態におけるレーザ測定システム２００の詳細を示す。一実施形態において、図２におけるレーザベースステーション２０２およびレーザ受光器２０４は、それぞれ図１におけるレーザベースステーション１０２およびレーザ受光器１０４である。なお、便宜上、図２には１つのレーザベースステーション２０２を示しているが、レーザ測定システム２００は、複数のレーザベースステーションを含んでおり、それぞれは、本明細書においてレーザベースステーション２０２について記載されているのと同様の方法で動作することを理解されたい。
【0016】
図２に例示されるように、レーザ受光器２０４は、測量ポール２０６に搭載されるように構成される。しかしながら、レーザ受光器２０４について多様な構成が考えられることを理解されたい。例えば、レーザ受光器２０４は、ローバーや建設機械（例えば、掘削機、ダンプトラック、ブルドーザなど）などの他の車両に搭載されるように構成してもよい。他の例として、レーザ受光器２０４は、携帯機器または、携帯機器の埋設部である。同様に、レーザベースステーション２０２は、図２では三脚２１４に搭載されているが、任意の適切な方法で搭載されてもよい。
【0017】
レーザベースステーション２０２は、レーザ信号を一定速度で回転照射で投射（送信）する。一実施形態において、レーザベースステーション２０２は、２００７年３月２７日発行の米国特許第７１９６３０２号明細書に記載される（その開示内容全体をここに参照により援用する）ように、Ｎ字形ビーム２０８を投射する。Ｎ字形ビーム２０８は、ビーム２０８の光束の断面がＮ字形を形成するように投射される複数の扇形ビームで構成される。図２に例示するように、Ｎ字形ビーム２０８は、垂直ビーム２１０－Ａと、垂直ビーム２１０－Ｂと、垂直ビーム２１０－Ａおよび２１０－Ｂに対して角度２１２で傾斜する傾斜ビーム２１０－Ｃとで構成されＮ字形を形成している。
【0018】
レーザベースステーション２０２は、変調（例えば、位相または周波数）されたＮ字形ビーム２０８を投射する。例えば、レーザベースステーション２０２は、レーザベースステーション２０２に関連する水平角やさらなるデータのデータストリームを送信するために、複数のサブキャリアでＮ字形ビーム２０８を変調してもよい。データストリームは、レーザベースステーション２０２の識別子、レーザベースステーション２０２の座標、レーザベースステーション２０２に関連する基準方位角、レーザベースステーション２０２のレーザヘッド較正データ、他のレーザベースステーションに関連する水平角および垂直角、それぞれの識別子や任意の他の関連情報を含んでもよい。
【0019】
なお、図２において、レーザベースステーション２０２が投射するビーム２０８は、Ｎ字形ビームとして例示されているが、レーザベースステーション２０２が投射するレーザ信号は、任意の適切な形態であってもよいことを理解されたい。一実施形態において、レーザベースステーション２０２は、単一の垂直ビームを含むＩ字形ビーム（図２には図示せず）を投射する。この実施形態において、レーザベースステーション２０２は２次元座標を提供する。
【0020】
図３は、一以上の実施形態におけるレーザベースステーションの回転ヘッド３００の詳細を示す。一実施形態において、回転ヘッド３００は、図１におけるレーザベースステーション１０２の回転ヘッドである。回転ヘッド３００は、レーザ信号を投射するためのレーザ送光部３０２と、レーザ信号を検出するための光検出部３０４とを含む。回転ヘッド３００は、時計回りの方向３１８（実施形態によっては反時計回り）に回転しながらレーザ信号をそれぞれ投射、検出することにより、レーザ信号を、回転ヘッド３００を中心に３６０度で投射、検出できる。なお、図３は、回転ヘッド３００の上位説明図であり、回転ヘッド３００は、レーザ信号の投影、検出を容易にするためのさらなる構成要素を含んでもよいことを理解されたい。
【0021】
レーザ送光部３０２は、レーザダイオード３１０と、反射部３０８－Ａ、３０８－Ｂ、および３０８－Ｃ（本明細書ではまとめて反射部３０８と呼ぶ）と、送光器レンズ３０６－Ａ、３０６－Ｂ、および３０６－Ｃ（本明細書ではまとめて送光器レンズ３０６と呼ぶ）とを備える。レーザダイオード３１０はレーザ信号３２０を生成し、レーザ信号３２０は反射部３０８－Ａ、３０８－Ｂ、および３０８－Ｃ（反射部３０８－Ｂおよび３０８－Ｃは半透明反射部および／またはビームスプリッタである）によってそれぞれレーザ信号３２２－Ａ、３２２－Ｂ、および３２２－Ｃ（本明細書ではまとめてレーザ信号３２２と呼ぶ）として反射され、これらはそれぞれ送光器レンズ３０６－Ａ、３０６－Ｂ、および３０６－Ｃを通して、例えば他のレーザベースステーションまたはレーザ受光器の光検出部に投射される。一実施形態において、レーザ信号３２２－Ａと、３２２－Ｂと、３２２－ＣとによりＮ字形ビームが形成される。
【0022】
レーザ送光部３０２は、レーザ信号３２２が共通の変調信号で変調される限り、任意の適切な構成であってもよい。例えば、一実施形態において、図３に示すように、レーザダイオード３１０は、回転ヘッド３００内に埋め込まれ、回転ヘッド３００がモータによって回転されると、回転ヘッド３００と共に回転する。他の実施形態において、レーザダイオード３１０は、レーザダイオード３１０のレーザビーム軸が回転ヘッド３００の回転軸と同軸であるように、レーザベースステーションの固定部（回転ヘッド３００の外側）に配置される。他の実施形態において、レーザダイオード３１０は、回転ヘッド３００内に埋め込まれた複数のレーザダイオード（例えば、３つのレーザダイオード）を含み、複数のレーザダイオードは、それぞれ反射部３０８を必要とせずに直接レーザ信号３２２を投射するように、それぞれの送光器レンズ３０６の後ろに配置される（各レーザダイオードは共通の変調信号を有する）。
【0023】
光検出部３０４は、フォトダイオード３１６と、反射部３１４と、受光器レンズ３１２とを備える。レーザ信号３２４は、（例えば、他のレーザベースステーションから）受光器レンズ３１２を通して検出され、分析のために反射部３１４によりフォトダイオード３１６へ向けて反射される。フォトダイオード３１６は、ＰＩＮダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）や、レーザ信号３２４の波長に適した任意の他の種類のダイオードであってもよい。
【0024】
光検出部３０４は、任意の適切な構成であってもよい。一実施形態において、図３に示すように、フォトダイオード３１６は、回転ヘッド３００内に埋め込まれ、回転ヘッド３００がモータによって回転されると、回転ヘッド３００と共に回転する。他の実施形態において、フォトダイオード３１６は、レーザ信号３２４が光学的に視準されフォトダイオード３１６へ向けて反射されるように、レーザベースステーションの固定部（回転ヘッド３００の外側）に配置される。他の実施形態において、フォトダイオード３１６は、受光器レンズ３１２を通して投射されるレーザ信号３２４を直接受信するように、回転ヘッド３００内に埋設され、受光器レンズ３１２の後ろに配置される。
【0025】
図４は、一以上の実施形態におけるレーザ受光器４００の詳細を示す。一実施形態において、レーザ受光器４００は、図１におけるレーザ受光器１０４である。なお、図４はレーザ受光器４００の上位説明図であり、レーザ受光器４００はレーザ信号の検出を容易にするためにさらなる構成要素を備えてもよいことを理解されたい。
【0026】
レーザ受光器４００は、光検出部４０２を備える。レーザ受光器４００の光検出部４０２の動作は、図３におけるレーザベースステーション３００の光検出部３０４と同様である。特に、レーザ信号４０８は、（例えば、レーザベースステーションから）受光器レンズ４０４を通して検出され、分析のためにフォトダイオード４０６（例えば、ＰＩＮダイオード、Ｐ－Ｎダイオードなど）に集束される。
【0027】
一実施形態において、光検出部４０２は、３６０度の方向からのレーザ信号４０８を検出できるように構成される。例えば、一実施形態において、レーザ受光器４００は、レーザ信号を、レーザ受光器４００を中心に３６０度で受信できるように、１つまたは複数の光学素子を含む。１つまたは複数の光学素子の例としては、円錐ミラー、魚眼レンズ、拡散球や、レーザ受光器４００の周囲のレーザ信号を収集する任意の他の方法が挙げられる。他の実施形態において、レーザ受光器４００は、レーザ受光器４００を中心とした３６０度を網羅するために（それぞれの視野は限定的である）複数のフォトダイオードを備える。なお、レーザ受光器４００が十分な数のレーザベースステーション（例えば、２つまたは３つ）からレーザ信号を受信する限り、フォトダイオードによって３６０度網羅する必要はないことを理解されたい。
【0028】
図５Ａは、一以上の実施形態におけるレーザ測定システム５００のさらなる詳細を示す上面図であり、図５Ｂは、その斜視図である。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、レーザベースステーション５０２は、時計回りに回転する回転照射で、レーザ信号５０６（例えば、Ｎ字形ビームまたはＩ字形ビーム）をレーザ受光器５０４に連続投射する。一実施形態において、レーザベースステーション５０２は、図１におけるレーザベースステーション１０２または図２におけるレーザベースステーション２０２であってもよく、レーザ受光器４０４は、図１におけるレーザ受光器１０４または図２におけるレーザ受光器２０４であってもよい。なお、図５Ａおよび図５Ｂは、レーザ測定システム５００を示す上位説明図であり、レーザ測定システム５００は、さらなる構成要素を備えてもよいことを理解されたい。
【0029】
レーザ受光器５０４の位置は、基準座標系に関するそのデカルト座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）により、最大３次元で規定されてもよい。図５Ａは、基準座標系のＸ軸５０８－ＡおよびＹ軸５０８－Ｂを示す（基準座標系におけるＺ軸は図５Ａには図示しないが、Ｘ軸５０８－ＡおよびＹ軸５０８－Ｂの両方に対して垂直である）。座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、距離Ｄ５１４、水平角θ５１２、および／または垂直角φ５１８に基づいて決定されてもよい。距離Ｄ５１４は、レーザベースステーション５０２とレーザ受光器５０４との間の距離である。水平角θ５１２は、レーザ受光器５０４が基準方向５１６（例えば、レーザベースステーション５０２のエンコーダが読み取る水平角θ５１２が０である方向）に対してとる角度であり、レーザ受光器５０４によってレーザ信号５０６から測定される。垂直角φ５１８は、レーザ受光器５０４が送光器基準水平面５２０に対してとる角度であり、Ｎ字形レーザ信号５０６における各ビームの到達時間に基づいてレーザ受光器５０４によって算出される。
【0030】
レーザベースステーション５０２の位置は、基準座標系に関する３つのデカルト座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）および３つの配向角の最大６次元で規定されてもよい。３つの配向角は、基準方位角θｒｅｆ５１０と、レーザベースステーション５０２における回転ヘッドの回転軸５２２の２つの傾斜角ＶｘおよびＶｙである。基準方位角θｒｅｆ５１０は、基準面（例えば、Ｙ軸５０８－ＢとＺ軸とによって形成される基準座標系の面）と基準方向５１６とで形成される角度である。ＶｘおよびＶｙは、回転軸５２２の傾斜角である。なお、各レーザベースステーション５０２の基準方位角θｒｅｆ５１０は、そのレーザベースステーション５０２の設置状況によって異なってもよいが、基準方位角θｒｅｆ５１０と水平角θ５１２との合計が、すべてのベースステーションにとって同じ方向を示すこととなる（ベース同士が同期している場合）ことを理解されたい。
【0031】
一実施形態において、レーザ測定システム５００は、少なくとも１つのレーザ受光器５０４と、Ｉ字形レーザ信号５０６を投射する、少なくとも２つの自己整準されたレーザベースステーション５０２と、を備える。この実施形態におけるレーザ受光器５０４は、レーザ信号５０６からその水平角θ５１２のみを測定でき、そのため、その２次元位置のみ（高さ情報を除く）を決定できる。整準された、Ｉ字形レーザ信号５０６を投射する少なくとも２つのレーザベースステーション５０２が存在するので、レーザベースステーション５０２の位置は、３次元（２次元デカルト座標（Ｘ、Ｙ）および基準方位角θｒｅｆ５１０）で規定され、これらは、低速でレーザ信号５０６を介してレーザ受光器５０４にデジタル形式で送信される。各レーザベースステーション５０２の２次元デカルト座標（Ｘ、Ｙ）と基準方位角θｒｅｆ５１０とを知得すると、レーザ受光器５０４は、その位置を２次元で算出する。複数のレーザベースステーション５０２の好ましい座標は、（０、０）および（１、０）である。特に、第１のレーザベースステーション５０２が座標（０、０）をとる基準点となり、第２のレーザベースステーション５０２は、座標（１、０）に従ってＸ軸５０８－Ａおよび距離Ｄ５１４を規定する。
【0032】
一実施形態において、レーザ測定システム５００は、少なくとも１つの受光器と、Ｎ字形レーザ信号５０６を投射する少なくとも２つの自己整準されたレーザベースステーション５０２とを備える。この実施形態におけるレーザ受光器５０４は、その水平角θ５１２および垂直角φ５１８を測定できるため、その全３次元位置を決定できる。整準された、Ｎ字形レーザ信号５０６を投射する少なくとも２つのレーザベースステーション５０２が存在するので、レーザベースステーション５０２の位置は、４次元（３次元デカルト座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）および基準方位角θｒｅｆ５１０）で規定され、これらは、低速でレーザ信号５０６を介してレーザ受光器５０４にデジタル形式で送信される。各レーザベースステーション５０２の３次元デカルト座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準方位角θｒｅｆ５１０とを知得すると、レーザ受光器５０４は、その位置を３次元で算出する。第１のベースステーションの好ましい座標は、（０、０、０）および（１、０、Ｚ）である。レーザベースステーション５０２は自己整準されるため、基準座標系が水平Ｚ面と面一となる。第１のレーザベースステーション５０２は座標（０、０、０）をとる基準点となり、第２のレーザベースステーション５０２は座標（１、０、Ｚ）をとり、これは、基準ｚ面に対する任意の初期位置であるため、ｚ方向におけるオフセットを有する。
【0033】
一実施形態において、レーザ測定システム５００は、少なくとも１つのレーザ受光器５０４と、Ｉ字形レーザ信号５０６を投射する、少なくとも３つの整準されていないレーザベースステーション５０２と、を備える。この実施形態におけるレーザ受光器５０４は、その水平角θ５１２および垂直角φ５１８を測定できるため、その全３次元位置を決定できる。整準されていない、Ｎ字形レーザ信号５０６を投射する少なくとも３つのレーザベースステーション５０２が存在するので、レーザベースステーション５０２の位置は、４次元（３次元デカルト座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）および基準方位角θｒｅｆ５１０）で規定され、これらは、低速でレーザ信号５０６を介してレーザ受光器５０４にデジタル形式で送信される。少なくとも２つのレーザベースステーション５０２の３次元デカルト座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、基準方位角θｒｅｆ５１０、傾斜角ＶｘおよびＶｙを知得すると、レーザ受光器５０４は、その位置を３次元で算出する。第１のベースステーション５０２の好ましい座標は、（０、０、０）、（１、０、０）、（ｘ、ｙ、０）である。第１のレーザベースステーション５０２は座標（０、０、０）をとる基準点となり、第２のレーザベースステーション５０２は、座標（１、０、０）に従ってＸ軸５０８－Ａおよび距離Ｄ５１４を規定し、第３のレーザベースステーション５０２は、座標（ｘ、ｙ、０）を用いてＺ座標をゼロに固定することにより、Ｘ軸５０８－Ａに沿った回転を規定するのに用いられる。少なくとも３つのレーザベースステーション５０２の３つの中心点によりＺ面を規定するが、この場合、Ｚ面は水平でなくてもよい。Ｚ面が規定されるとき、各ベースステーションの傾斜角ＶｘおよびＶｙは、各ベースステーションによって他のベースステーションの水平角および垂直角に基づいて決定される。
【0034】
一実施形態において、例えば、レーザベースステーション５０２が整準される場合、レーザベースステーション５０２の位置は、４次元、つまり３つのデカルト座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と基準方位角θｒｅｆ５１０で規定される。他の実施形態において、例えば、レーザベースステーション５０２が整準されない場合、レーザベースステーション５０２の位置は、６次元、つまり３つのデカルト座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、基準方位角θｒｅｆ５１０、傾斜角ＶｘおよびＶｙで規定される。他の実施形態において、例えば、レーザベースステーション５０２が整準される場合、レーザベースステーション５０２の位置は、３次元、つまり２つのデカルト座標（Ｘ、Ｙ）と基準方位角θｒｅｆ５１０で規定される。そして、レーザ受光器５０４の位置は、２次元、つまり２つのデカルト座標（Ｘ、Ｙ）で規定される。
【0035】
図６は、一以上の実施形態における複数のレーザベースステーションおよびレーザ受光器を備えるレーザ測定システムの動作の方法６００を示す。
【0036】
ステップ６０２において、複数のレーザベースステーション（例えば、図１におけるレーザベースステーション１０２）は、基準座標系に較正される。複数のレーザベースステーションは、それらのデカルト座標、回転軸の傾斜角、および基準方位角が知得されるように較正される。一実施形態において、複数のレーザベースステーションは、それぞれ図７の方法７００の工程を繰り返し実行することによって較正されてもよい。他の実施形態において、複数のレーザベースステーションは、基準座標系におけるそれぞれの相対位置（例えば、座標および基準方位角）を手動で規定することにより較正されてもよい。
【0037】
ステップ６０４において、基準座標系におけるレーザ受光器（例えば、図１におけるレーザ受光器１０４）の位置が、複数の較正済みレーザベースステーションから受信されたレーザ信号から抽出された、複数の較正済みレーザベースステーションに関連する位置情報に基づいて決定される。一実施形態において、位置情報は、複数の較正済みレーザベースステーションのそれぞれに関連する座標、基準方位角、水平角、および垂直角を含む。レーザ受光器は、複数の較正済みレーザベースステーションのそれぞれの位置情報に基づいて、基準座標系におけるその相対位置を算出（例えば、三角測量）する。一実施形態において、基準座標系におけるレーザ受光器の位置は、図８の方法８００を参照して以下に記載するように決定される。
【0038】
図７は、一以上の実施形態におけるレーザ測定システムの複数のレーザベースステーションを較正するための方法７００を示す。一実施形態において、方法７００は、図６のステップ６０２で実行される。方法７００の工程は、複数のレーザベースステーションそれぞれによって反復的に繰り返され、それにより複数のレーザベースステーションは、基準座標系に較正される。
【0039】
方法７００は、ステップ７０２から始まり、ここで、１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションからのレーザ信号が各レーザベースステーションに検出されたか否かが判定される。ステップ７０２は、各ベースステーションが起動すると行うリスニングモードに相当してもよい。各レーザベースステーションに検出されたレーザ信号は、そのレーザベースステーションを較正するための方法７００の前のサイクル中に、ステップ７０６で較正済みレーザベースステーションにより投影してもよい。リスニングモード（ステップ７０２）中、各レーザベースステーションは、（ステップ７０６におけるその動作モードに比べて）低回転速度で回転する。一実施形態において、ＲＲを動作モード中の通常の回転速度とし、ＨＦＯＶを光検出部の水平受光角とするとき、リスニングモードにおける回転速度は
の範囲内である。他の実施形態において、リスニングモードにおける回転速度は
の範囲内である。レーザ信号は、各レーザベースステーションの光検出部（例えば、図３における光検出部３０４）を用いて検出してもよい。ステップ７０２で検出されたレーザ信号は、（方法７００の前のサイクル中に）既に較正済みの複数のレーザベースステーションのうちの少なくとも１つのレーザベースステーションが存在することを示し、ステップ７０２において検出されなかったレーザ信号は、各レーザベースステーションが、較正対象の複数のレーザベースステーションのうちの第１のレーザベースステーションであることを示す。
【0040】
ステップ７０２において、所定の期間内に１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションからレーザ信号が検出されない場合、方法７００はステップ７０４に進み、基準座標系における各レーザベースステーションの位置が基準位置として規定される。一実施形態において、各レーザベースステーションの位置は、座標（０、０、０）として規定されるが、基準方位角は、第２のレーザベースステーションが基準方位角を規定するのに利用可能になるまで規定されない。また、他の基準位置も考えられる。各レーザベースステーションの位置がステップ７０４で規定されると、各レーザベースステーションはステップ７０５に進み、その基準方位角を除く座標（０、０、０）を送信するレーザ信号を投射する。ステップ７０５中、各レーザベースステーションは、他のレーザベースステーションのレーザ信号を検出するまで待機する。各レーザベースステーションは、検出されたレーザ信号のデータストリームからそれぞれの水平角を復調し、それを、その基準方位角信号を算出し、較正を完了するのに用いる。較正後、方法７００はステップ７０６に進む。
【0041】
ステップ７０６において、較正済み各レーザベースステーションはレーザ信号を投射する。ステップ７０６は、レーザ信号を投射する各レーザベースステーションの動作モードに相当してもよい。動作モード中、較正済み各レーザベースステーションは、（ステップ７０２におけるリスニングモードに比べて）例えば１０Ｈｚ、２０Ｈｚなど高回転速度で動作し、例えば１つまたは複数のレーザベースステーションまたはレーザ受光器にレーザ信号を回転照射で連続投射する。例えば、較正済み各レーザベースステーションは、レーザ信号を投射でき、レーザ信号は、そのレーザベースステーションを較正するための方法７００の後のサイクル中に、ステップ７０２で１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションにより検出される。他の例として、各較正済みレーザベースステーションはレーザ信号を投射してもよく、それらは図６のステップ６０４において基準座標系におけるその位置を決定するために（レーザ測定システムの）レーザ受光器によって検出される。レーザ信号は、各レーザベースステーションのレーザ送光部（例えば、図３におけるレーザ送光部３０２）を用いて投影してもよい。
【0042】
一実施形態において、較正済み各レーザベースステーションが投射するレーザ信号は、Ｎ字形ビームである。例えば、レーザ信号は、垂直ビーム２１０－Ａ、垂直ビーム２１０－Ｂ、および角度θ２１２で傾斜したビーム２１０－Ｃを含む図２に示されるＮ字形ビーム２０８であってもよい。
【0043】
一実施形態において、較正済み各レーザベースステーションが投射するレーザ信号は、さらなるデータのデータストリームと共に、較正済み各レーザベースステーションの水平角を送信するために変調される。レーザ信号は、例えば周波数変調や位相変調などの任意の適切な変調技術を用いて変調してもよい。例えば、一実施形態において、レーザ信号は、周波数領域符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）変調で変調される。一実施形態において、レーザ信号は、２０１８年１２月４日に発行された米国特許第１０１４５６７１号明細書に記載される（その開示内容全体をここに参照により援用する）ように変調される。
【0044】
レーザ信号は、複数のサブキャリアを用いて変調できる。一実施形態において、レーザ信号は、２０１９年１０月２８日に出願された米国特許出願第１６／６６５１１８号明細書に記載される（その開示内容全体をここに参照により援用する）ように、複数のサブキャリア（副搬送波）を用いて変調される。複数のサブキャリアは、レーザ信号を変調するために使用される搬送波（キャリア）の側波帯である。複数のサブキャリアは、任意の適切な数のサブキャリアを含んでもよい。１つの仮想チャネルは、較正済み各レーザベースステーションにおける、概略的ではあるが漠然とはしていない水平角を用いて変調されてもよい（例えば、倍数１ｘで抽出される）。例えば、レーザ信号は、較正済み各レーザベースステーションの水平角に比例する位相または周波数で変調されてもよい。また、一実施形態において、１つまたは複数のさらなる仮想チャネルは、較正済み各レーザベースステーションにおける、簡潔ではあるが漠然としている水平角を用いて変調（例えば、４ｘ、２０ｘなどの１ｘより高い倍数で抽出）されてもよい。このような「漠然としていること」は、上述した「概略的ではあるが漠然とはしていない水平角」を基準として用いれば解消され得る。
【0045】
また、レーザ信号は、さらなるデータのデータストリームを用いて変調された仮想チャネルを用いて、変調されてもよい。データストリームは、較正済み各レーザベースステーションの識別子、較正済み各レーザベースステーションの座標、較正済み各レーザベースステーションの基準方位角、較正済み各レーザベースステーションのレーザヘッド較正データ、他のレーザベースステーションから受信されたレーザ信号の水平角および垂直角、該レーザベースステーションの識別子や任意の他の関連情報を含んでもよい。
【0046】
一実施形態において、較正済み各レーザベースステーションを中心とした任意の角度からデータストリームを復調するために、変調のボーレートは、較正済み各レーザベースステーションの回転速度の半分に設定される。これにより、変調されたレーザ信号をシンボルあたり２回確実にサンプリングできる。任意の既知の位相変調技術が用いられてもよい。また、一実施形態において、レーザ信号は、較正済み各レーザベースステーションからのある距離で所望される最小信号雑音比（ＳＮＲ）に応じて、例えば、二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）、四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）、８－ＰＳＫ、１６－ＰＳＫなどの位相偏移変調（ＰＳＫ）で変調される。１つの例では、ＱＰＳＫ変調を用いることにより、較正済み各レーザベースステーションの回転速度でデータレートが得られる。例えば、較正済み各レーザベースステーションの１０Ｈｚの回転により、１０ビット／秒（ｂｐｓ）のデータレートが得られる。高度な変調を用いると、データレートが向上する。
【0047】
一実施形態において、変調におけるボーレートは、レーザベースステーションの回転速度と一致するように設定され、シンボルあたり１回のサンプル数が得られる。トレリス符号化および差動位相シフトキーイング変調を用いると、レーザベースステーションを中心とした３６０度内のすべての受光器がデータストリームを確実に復調できる。
【0048】
ステップ７０２において、レーザ信号が所定の期間内に１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションから検出された場合、方法７００はステップ７０８に進み、検出されたレーザ信号に基づいて、各レーザベースステーションの回転を１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションの回転と大まかに同期させる。一実施形態において、各レーザベースステーションの光検出部によって検出されたレーザ信号は、回転を大まかに同期させるためのフィードバックに用いられる。例えば、各レーザベースステーションは、それぞれの光検出部によって検出される信号の振幅を最大化するために、その回転を調整してもよい。レーザベースステーションは、較正済みベースステーションと大まかに同期している間、較正済みベースステーションが送信したデータストリームを復調できる。
【0049】
ステップ７１０において、検出されたレーザ信号から、１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションの位置情報が抽出される。位置情報は、基準座標系における１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションの座標と、較正済みレーザベースステーションの基準方位角とを含んでもよい。位置情報は、検出されたレーザ信号を復調することによって、検出されたレーザ信号のデータストリームから抽出されてもよい。
【0050】
ステップ７１２において、基準座標系における各レーザベースステーションの位置が、１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションの位置情報ならびに１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションの垂直角および水平角に基づいて決定される。一実施形態において、各レーザベースステーションの位置は、２つ以上の較正レーザベースステーションの位置情報（例えば、１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションの座標や１つまたは複数の較正済みレーザベースステーション上の各レーザベースステーションの水平角）から三角測量される。この時点で較正済みベースステーションが１つしかない場合、各ベースステーションは、距離単位および基準方位角を規定する座標（１、０、０）または（１、０、Ｚ）をとる第２のベースステーションとなる。三角測量からは、レーザベースステーション間の距離は得られない。その代わりに相対距離が用いられる。一実施形態において、最初の２つの較正済みレーザベースステーション間の相対距離を１．０と規定し、これに対して他のすべてのレーザベースステーション間の相対距離が規定される。三角測量は、レーザ受光器について以下に記載するのと同様の方法で各レーザベースステーションにより実行される。
【0051】
ステップ７１４において、各レーザベースステーションの回転は、抽出された１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションの位置情報に基づいて、１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションの回転と正確に同期される。各ベースステーションは、基準方位角を除くその位置に関する情報のみを送信するレーザ信号の投射を開始する。他のすべての較正済みベースステーションは、各ベースステーションから水平角および垂直角を受信し、１つまたは複数の仮想チャネルを介してデジタル形式でそれらの角度を返送する。各ベースステーションが（較正済みベースステーションから）その垂直角および水平角の情報を復調するとき、その基準方位角を算出し、回転を正確に同期させる。各レーザベースステーションの回転を１つまたは複数の較正済みレーザベースステーションの回転と同期させることにより、（例えば、複数のレーザベースステーションまたはレーザ受光器による）レーザ信号の検出のための時間領域信号分離が可能となる。レーザベースステーションは、ある任意の瞬間、θを水平角、θｒｅｆを基準方位角としたとき、それらの瞬間基準方位角（θ－θｒｅｆ）が同じ場合は正確に同期される。
【0052】
基準座標系における各レーザベースステーションの位置が決定され（ステップ７１２）、各レーザベースステーションの回転が正確に同期されると（ステップ７１４）、各レーザベースステーションが較正される。次に、方法７００はステップ７０６に進み、較正済み各レーザベースステーションが、動作モードでその位置および基準方位角を送信するレーザ信号を投射する。
【0053】
一実施形態において、複数のレーザベースステーションのうちの１つ以上（例えば、すべて）は、レーザ測定システムの完全性を損なうことなく、新たな位置（例えば、フィールド、作業現場など）に再配置されてもよい。いったん複数のレーザベースステーションが較正されると、複数のレーザベースステーションのいずれかは、新たな位置に一度に１つずつ再配置されてもよい。再配置は、一度に静止しているベースステーションが少なくとも２つ存在する場合に可能となる。いったん再配置されると、再配置されたレーザベースステーションは、方法７００の工程を実行して、元の基準座標系内におけるその新たな位置を決定してもよい。
【0054】
図８は、一以上の実施形態におけるレーザ測定システム内の複数のレーザベースステーションから受信されたレーザ信号に基づいてレーザ測定システム内のレーザ受光器の位置を決定するための方法８００を示す。一実施形態において、方法８００は、図６のステップ６０４において実行される。方法８００の各ステップは、レーザ受光器（例えば、図１におけるレーザ受光器１０４）によって実行されてもよい。一実施形態において、複数のレーザベースステーションは、例えば図７の方法７００に従って事前較正済みの第１のレーザベースステーションと第２のレーザベースステーションとを含む。なお、複数のレーザベースステーションは２つ以上のレーザベースステーションを含んでもよく、方法８００が第１および第２のレーザベースステーションに限定されないことを理解されたい。
【0055】
ステップ８０２において、第１のレーザベースステーションから第１のレーザ信号が検出される。第１のレーザ信号は、第１のレーザベースステーションに関連する水平角やデータストリームを用いて（例えば、位相または周波数）変調されてもよい。データストリームは、第１のレーザベースステーションの識別子、第１のレーザベースステーションの座標、第１のレーザベースステーションの基準方位角、第１のレーザベースステーションのレーザヘッド較正データ、他のレーザベースステーションから受信されたレーザ信号の水平角および垂直角、該レーザベースステーションの識別子や任意の他の関連情報を含んでもよい。一実施形態において、第１のレーザ信号は、複数のＮ字形ビーム（例えば、図２におけるＮ字形ビーム２０８）を含む。
【0056】
ステップ８０４において、検出された第１のレーザ信号から、基準座標系における第１のレーザベースステーションに関連する位置情報が抽出される。第１のレーザベースステーションに関連する位置情報は、第１のレーザベースステーションに関連する水平角と、第１のレーザベースステーションに関連する垂直角と、第１のレーザベースステーションに関連する基準方位角と、第１のレーザベースステーションに関連する座標と、を含んでもよい。一実施形態において、第１のレーザベースステーションに関連する位置情報は、２０１９年１０月２８日に出願された米国特許出願第１６／６６５１１８号明細書に記載される（その開示内容全体をここに参照により援用する）ように決定できる。
【0057】
一実施形態において、第１のレーザベースステーションに関連する垂直角φは、Ｎ字形の第１のレーザ信号の複数のビームのそれぞれの受光時間に基づいて決定される。例えば、垂直角φは、以下の式１に従って算出してもよい。
（式１）
ここで、ｋを複数のＮ字形のビームの物理的アライメント（例えば、中間傾斜ビームの角度（例えば、図２におけるビーム２１０－Ｃの角度２１２））を示す係数とし、ｔ１２を、複数のＮ字形のビームのうちの第１のビームと中間傾斜ビーム（例えば、ビーム２１０－Ａと２１０－Ｃ）との間の検出時間差とし、ｔ２３を複数のＮ字形のビームのうちの中間傾斜ビームと第３のビーム（例えば、ビーム２１０－Ｃと２１０－Ｂ）との間の検出時間差とする。
ここで、ｋを複数のＮ字形のビームの物理的アライメント（例えば、中間傾斜ビームの角度（例えば、図２におけるビーム２１０－Ｃの角度２１２））を示す係数とし、ｔ１２を、複数のＮ字形のビームのうちの第１のビームと中間傾斜ビーム（例えば、ビーム２１０－Ａと２１０－Ｃ）との間の検出時間差とし、ｔ２３を複数のＮ字形のビームのうちの中間傾斜ビームと第３のビーム（例えば、ビーム２１０－Ｃと２１０－Ｂ）との間の検出時間差とする。
【0058】
一実施形態において、第１のレーザベースステーションに関連する水平角θは、Ｎ字形の第１のレーザ信号の変調に基づいて決定される。例えば、第１のレーザベースステーションは、４つのサブキャリアを用いてレーザ信号を変調してもよい。変調された信号（ＴｘＳｉｇｎａｌ）は、以下の式２で表される。このとき、Ａを第１のレーザベースステーションの送光器（そのエンコーダから）の瞬間ヘッド回転角とし、Ｃをキャリア位相とし、Ｓをサブキャリア位相とし、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を変調されたサブキャリア信号の位相とする。
（式２）
ここで、
、
、
、および
とする。水平角θは、以下の式３に従って算出してもよい。
（式３）
ここで、
【0059】
一実施形態において、第１のレーザベースステーションに関連する座標（例えば、３次元デカルト座標）は、第１のレーザ信号を復調することによって決定される。特に、第１のレーザ信号を復調することにより、第１のレーザベースステーションに関連する座標を含むデータストリームを抽出してもよい。
【0060】
ステップ８０６において、第２のレーザベースステーションから第２のレーザ信号が検出される。第２のレーザ信号は、第２のレーザベースステーションに関連する水平角やデータストリームを用いて（例えば、位相または周波数）変調されてもよい。データストリームは、第２のレーザベースステーションの識別子、第２のレーザベースステーションの座標、第２のレーザベースステーションの基準方位角、第２のレーザベースステーションのレーザヘッド較正データ、他のレーザベースステーションから受信されたレーザ信号の水平角および垂直角、該レーザベースステーションの識別子や任意の他の関連情報を含んでもよい。一実施形態において、第２のレーザ信号は、複数のＮ字形のビーム（例えば、図２におけるＮ字形ビーム２０８）を含む。
【0061】
ステップ８０８において、基準座標系における第２のレーザベースステーションに関連する位置情報が、検出された第２のレーザ信号から抽出される。第２のレーザベースステーションに関連する前記位置情報は、第２のレーザベースステーションに関連する水平角と、第２のレーザベースステーションに関連する垂直角と、第２のレーザベースステーションに関連する座標と、を含んでもよい。位置情報は、ステップ８０４において第１のレーザベースステーションに関連する位置情報について述べたように、検出された第２のレーザ信号から抽出されてもよい。
【0062】
ステップ８１０において、基準座標系におけるレーザ受光器の位置は、第１のレーザベースステーションに関連する復調された位置情報、第１のレーザベースステーションから測定された水平角および垂直角、第２のレーザベースステーションに関連する復調された位置情報、ならびに第２のレーザベースステーションから測定された水平角および垂直角に基づいて決定される。レーザ受光器の位置（座標）は、式４を用いて２つのレーザベースシステムから算出できる。
（式４）
ここで、
、
となるように
および
を各レーザベースステーションからの方向線に沿った受光器側投射点とする。
および
は、それぞれレーザベースステーションＡおよびＢの座標であり、ＤａおよびＤｂは、レーザベースステーションから投影点までの距離であり、
および
は、レーザベースステーションＡおよびＢからレーザ受光器への法線または方向である
および
である。ここで、ａ、ｂ、およびｃは、
、
、
の補助スカラーであり、
、
であり、θａおよびθｂは複数のサブキャリアから測定された水平角であり、φａおよびφｂはＮビームの信号の時間差比から算出された垂直角である。レーザベースステーション座標
、
およびベースステーション基準方位角θＡｒｅｆ、θＢｒｅｆは、両方のレーザベースステーションから送信されたデータストリームから復調される。
ここで、
【0063】
２つ以上のベースステーションを有するシステムの場合、レーザ受光器の位置はすべてのペアの組合せ位置から平均化できる、または、最良適合勾配探索を結果として得られる位置を見出すのに用いることができる。
【0064】
図９は、一以上の実施形態におけるレーザ受光器がレーザベースステーションＡ、Ｂ、およびＣから受信した信号を示すタイミング図９００である。タイミング図９００は、図１を参照して説明するが、ここでレーザベースステーションＡはレーザベースステーション１０２－Ａに相当し、レーザベースステーションＢはレーザベースステーション１０２－Ｂに相当し、レーザベースステーションＣはレーザベースステーション１０２－Ｃに相当し、レーザ受光器はレーザ受光器１０４に相当する。
【0065】
タイミング図９００に示すように、レーザ受光器は、すべてのレーザベースステーションからレーザ信号を受信する。ベースステーション送光器が同期回転することにより、レーザ受光器は、信号を、時間領域で分離されたパルスとして受信する。レーザ受光器は、レーザ信号９０４から直接その水平角θＡおよび垂直角φＡ（レーザベースステーションＡに対する）を測定し、レーザ信号９０４から復調されたデータストリーム９０２を受信する。データストリーム９０２は、レーザベースステーションＡの識別子ｉｄ（「Ａ」）と、レーザベースステーションＡの座標
と、レーザベースステーションＡに関連する基準方位角θＡｒｅｆと、（レーザベースステーションＡに対する）レーザベースステーションＢの水平角θＢＡおよび（レーザベースステーションＡに対する）レーザベースステーションＣの水平角θＣＡと、（レーザベースステーションＡに対する）レーザベースステーションＢの垂直角φＢＡおよび（レーザベースステーションＡに対する）レーザベースステーションＣの垂直角φＣＡとを含む。レーザベースステーションＢおよびレーザベースステーションＣからのレーザ信号から測定されて復調されたデータは、上述のレーザベースステーションＡからのレーザ信号から測定されて復調されたデータと同様である。期間Ｔ９０６は、レーザ受光器がすべてのレーザベースステーションＡ、Ｂ、およびＣの座標および基準方位角を収集するための時間を示すレーザ受光器初期化時間である。
【0066】
図１０は、一以上の実施形態による、レーザ受光器１００２を示す上位ブロック図である。一実施形態において、レーザ受光器１００２は、図１におけるレーザ受光器１０４であってもよい。なお、図１０が例示を目的としてレーザ受光器１００２の機能的演算要素を概略的に示すレーザ受光器１００２の上位表現であること、レーザ受光器１００２がさらなる構造的または機能的要素とともに実施されてもよいことを理解されたい。
【0067】
レーザ受光器１００２は、１つまたは複数のレーザ信号１０１６（例えば、図２におけるＮ字形ビーム２０８）を検出して受信するための光検出部１００８を含む。一実施形態において、光検出部１００８は、図４の光検出部４０２であってもよい。光検出部１００８は、例えば、１つまたは複数の光検出器、フォトダイオードや他の任意の好適なデバイスを備えてもよい。レーザ信号１０１６を受信すると、光検出信号プロセッサ１００６への入力として光検出信号が提供され、そこで、レーザ受光器１００２によって光が受光されたか否かが判定される。当然のことながら、例えばアナログ－デジタル変換などの任意の必要な信号処理は、周知の方法で実行されてもよく、レーザ信号１０１６に重畳された任意の変調データは、プロセッサ１００４と連動する光検出信号プロセッサ１００６によって抽出され、分析される。電源１０１４は、周知の方法でレーザ受光器１００２に電力を供給する。電源１０１４は、例えば、充電式電池（例えば、ＮｉＭＨ）またはアルカリ電池であってもよく、あるいは、例えば、レーザ受光器１００２と関連する建設機械などの外部電源により電力供給されてもよい。メモリ１０１２は、プロセッサ１００４によって実行されると、例えば図８の方法８００の各ステップなどの動作を実行するコンピュータプログラム指令（例えばコード）を記憶する。なお、当業者であれば、レーザ受光器１００２が他の構造および構成要素（例えば、トランスインピーダンス増幅器、帯域通過フィルタ、復調器、アナログ－デジタル変換器）を有して実施されてもよいこと、図１０が例示を目的としたそのようなレーザ受光器の構成要素の上位表現であることを理解されるであろう。
【0068】
図１１は、一以上の実施形態におけるレーザベースステーション１１０２を示す上位ブロック図である。一実施形態において、レーザベースステーション１１０２は、図１におけるレーザベースステーション１０２であってもよい。なお、図１１が例示を目的としてレーザベースステーション１１０２の機能的演算要素を概略的に示すレーザベースステーション１１０２の上位表現であること、および、レーザベースステーション１１０２がさらなる構造的または機能的要素とともに実施されてもよいことを理解されたい。
【0069】
レーザベースステーション１１０２は、１つまたは複数のレーザ信号１１１４を回転照射（例えば、図２におけるＩ字形ビームのＮ字形ビーム２０８）で投射するためのレーザ送光部１１０６を含む。一実施形態において、レーザ送光部１１０６は、図３におけるレーザ送光部３０２であってもよい。レーザベースステーション１１０２は、レーザ信号１１１４上のデータを変調してもよい。ロータリエンコーダ１１０８は、レーザベースステーション１１０２におけるヘッドの瞬間角度（水平角）を測定する。また、レーザベースステーション１１０２は１つまたは複数のレーザ信号１１２０（例えば、図２におけるＮ字形ビーム２０８）を検出し、受信するための光検出部１１１８を含む。一実施形態において、光検出部１１１８は、図３における光検出部３０４であってもよい。レーザ信号１１２０を受信すると、光検出信号プロセッサ１１１６への入力として光検出信号が提供され、そこで、レーザ受光器１１０２によって光が受光されたか否かが判定される。
【0070】
電源１１１２は、周知の方法でレーザベースステーション１１０２に電力を供給する。電源１１１２は、例えば、充電式電池（例えば、ＮｉＭＨ）またはアルカリ電池であってもよく、あるいは、例えば、レーザベースステーション１１０２に関連する建設機械などの外部電源により電力供給されてもよい。メモリ１１１０は、プロセッサ１１０４によって実行されると、例えば図７の方法７００の各ステップなどの動作を実行するコンピュータプログラム指令（例えばコード）を記憶する。なお、当業者であれば、レーザベースステーション１１０２が他の構造を有してもよいこと、他の構成要素を含んで実施されてもよいこと、および、図１１がそのようなレーザベースステーションのいくつかの構成要素を上位表現で例示することを目的としていることは理解されるであろう。
【0071】
本明細書に記載のシステム、装置、および方法は、デジタル回路を用いて、または周知のコンピュータプロセッサ、メモリユニット、記憶装置、コンピュータソフトウェアや他の構成要素を用いる１つまたは複数のコンピュータを用いて実現できる。通常、コンピュータは、指令を実行するためのプロセッサと、指令およびデータを記憶するための１つまたは複数のメモリとを備える。コンピュータはまた、１つまたは複数の磁気ディスク、内部ハードディスクおよびリムーバブルディスク、光磁気ディスク、光ディスクなどの１つまたは複数の大容量記憶装置を含んでもよく、それらに結合されてもよい。
【0072】
本明細書に記載のシステム、装置、および方法は、クライアントーサーバ関係において動作するコンピュータを用いて実現してもよい。通常、そのようなシステムでは、クライアントコンピュータはサーバコンピュータの遠隔に配置され、ネットワークを介して通信する。クライアントーサーバ関係は、それぞれのクライアントおよびサーバコンピュータ上で実行されるコンピュータプログラムによって規定され、制御されてもよい。
【0073】
本明細書に記載のシステム、装置、および方法は、ネットワークベースのクラウドコンピューティングシステム内で実現されてもよい。このようなネットワークベースのクラウドコンピューティングシステムでは、ネットワークに接続されたサーバまたは他のプロセッサが、ネットワークを介して１つまたは複数のクライアントコンピュータと通信する。クライアントコンピュータは、例えば、クライアントコンピュータ上に常駐して動作するネットワークブラウザアプリケーションを介してサーバと通信してもよい。クライアントコンピュータは、サーバ上にデータを記憶し、ネットワークを介してデータにアクセスしてもよい。クライアントコンピュータは、データの要求またはオンラインサービスの要求をネットワークを介してサーバに送信してもよい。サーバは、要求されたサービスを実行し、クライアントコンピュータにデータを提供してもよい。サーバはまた、クライアントコンピュータに指定された機能を実行させ（例えば、演算を実行させ）、指定のデータを画面上に表示させるのに適したデータを送信してもよい。例えば、サーバは、クライアントコンピュータに、本明細書に記載の方法およびワークフローの各ステップまたは機能のうちの１つ以上（図６～図８の機能のうちの１つ以上を含む）をクライアントコンピュータに実行させるのに適した要求を送信してもよい。本明細書に記載の方法およびワークフローの特定の各ステップまたは機能（図６～図８のステップまたは機能のうちの１つ以上を含む）は、ネットワークベースのクラウドコンピューティングシステム内のサーバまたは他のプロセッサによって実行されてもよい。本明細書に記載の方法およびワークフローの特定の各ステップまたは機能（図６～図８のステップのうちの１つ以上を含む）は、ネットワークベースのクラウドコンピューティングシステム内のクライアントコンピュータによって実行されてもよい。本明細書に記載の方法およびワークフローの各ステップまたは機能（図６～図８のステップのうちの１つ以上を含む）は、任意の組合せで、ネットワークベースのクラウドコンピューティングシステム内のサーバおよび／またはクライアントコンピュータによって実行されてもよい。
【0074】
本明細書に記載のシステム、装置、および方法は、プログラマブルプロセッサに実行されるように、情報担体（例えば、非一時的機械読み取り可能な記憶装置）において有形具現化されたコンピュータプログラム製品を用いて実施されてもよく、 本明細書に記載の方法およびワークフローにおける各ステップ（図６～図８のステップまたは機能のうちの１つ以上を含む）は、そのようなプロセッサによって実行できる１つまたは複数のコンピュータプログラムを用いて実施されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにおいて直接的または間接的に使用できる１組のコンピュータプログラム指令であり、それにより特定の動作を行う、または特定の結果をもたらす。コンピュータプログラムは、任意の方式のプログラミング言語（コンパイラ型言語やインタープリタ型言語を含む）で記載でき、任意の方式（スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、構成要素、サブルーチンや任意の演算環境での利用に適した他のユニットとしての方式を含む）で展開できる。
【0075】
なお、当業者であれば、図１０におけるレーザ受光器１００２および図１１におけるレーザベースステーション１１０２が他の構造を有してもよいこと、他の構成要素を含んで実施されてもよいこと、ならびに、図１０および図１１がそのようなレーザ受光器およびレーザベースステーションのいくつかの構成要素を上位表現で例示することを目的としていることは理解されるであろう。例えば、レーザ受光器１００２およびレーザベースステーション１１０２はまた、ネットワークを介して他のデバイスと通信するための１つまたは複数のネットワークインターフェースと、他のコンピュータまたはシステムとのユーザ通信を可能にする１つまたは複数の入出力装置（例えば、ディスプレイ、キーボード、マウス、スピーカ、ボタンなど）とを含んでもよい。そのような入出力装置は、プリンタ、スキャナ、ディスプレイ画面などの周辺機器を備えてもよい。例えば、入出力装置は、ユーザに情報を表示するための陰極線管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モニタなどの表示装置と、キーボードと、ユーザが入力できるマウスやトラックボールなどのポインティングデバイスと、を備えてもよい。
【0076】
プロセッサ１００４および１１０４は、汎用マイクロプロセッサおよび専用マイクロプロセッサの両方を含んでもよく、単一のプロセッサまたは複数のプロセッサのうちの１つであってもよい。プロセッサ１００４、１１０４は、例えば、１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）を含んでもよい。プロセッサ１００４および１１０４ならびに／またはメモリ１０１２および１１１０は、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／または１つもしくは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を備えてもよく、それらにより補完されてもよく、それらに組み込まれてもよい。
【0077】
メモリ１０１２および１１１０はそれぞれ、有形の非一時的コンピュータ読み取り記憶媒体を含み、それぞれ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダブルデータレートシンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＤＲ ＲＡＭ）や他のランダムアクセスソリッドステートメモリデバイスなどの高速ランダムアクセスメモリを含んでもよく、内部ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの１つまたは複数の磁気ディスク記憶装置、光磁気ディスク記憶装置、光ディスク記憶装置、フラッシュメモリ、消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク読み取り専用メモリ（ＤＶＤ－ＲＯＭ）ディスクなどの半導体記憶装置や他の不揮発性ソリッドステートストレージデバイスなどの不揮発性メモリを含んでもよい。
【0078】
上記の詳細な説明は、あらゆる点で非限定的であり、例証的かつ例示的なものであることを理解されたい。本明細書に開示される本発明の範囲は、詳細な説明からではなく、特許法によって許容される最も広い範囲に従って解釈される請求項から判断されるべきである。ここにおいて記載及び示された実施形態は、本発明の原理を例示するものにすぎず、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく当業者が種々の変更を実施し得ることを理解されたい。当業者であれば、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、様々な他の特徴の組み合わせを実施することが可能であろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】