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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-04
(54)【発明の名称】同時伝送を用いた変位測定システムおよび方法
(51)【国際特許分類】
G01S 11/08 20060101AFI20221027BHJP
【ＦＩ】
G01S11/08
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021574759
(86)(22)【出願日】2020-06-16
(85)【翻訳文提出日】2022-02-14
(86)【国際出願番号】 IL2020050665
(87)【国際公開番号】W WO2020255125
(87)【国際公開日】2020-12-24
(31)【優先権主張番号】62/862,095
(32)【優先日】2019-06-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521546511
【氏名又は名称】バヤール イメージング リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＶＡＹＹＡＲ ＩＭＡＧＩＮＧ ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】２６ Ｓｈａｂａｚｉ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｙｅｈｕｄ， ５６２３０２７ ＩＳＲＡＥＬ
(74)【代理人】
【識別番号】100120662
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 桂子
(74)【代理人】
【識別番号】100216770
【弁理士】
【氏名又は名称】三品 明生
(74)【代理人】
【識別番号】100217364
【弁理士】
【氏名又は名称】田端 豊
(72)【発明者】
【氏名】モーシェ、 シェイ
(72)【発明者】
【氏名】カザン、 アレクセイ
(72)【発明者】
【氏名】バー デイビッド、 イドウ
(57)【要約】
【要約】
少なくとも２つのセンサを含むシステムにおいて少なくとも１つのセンサの変位を識別および／または測定するためのシステムおよび方法である。各センサは、信号発生器と、データ取得サブシステムと、少なくとも１つのプロセッサを備える。信号発生器によって生成された信号は、送信信号として使用され、ＩＦ(中間周波数）信号を生成するために他のセンサから受信された信号をダウンコンバートするための局部発振器として使用される。データ取得サブシステムは、複数のＩＦ信号の位相情報を含むデータサンプルを生成し、前記データサンプルを記録するように構成される。前記少なくとも１つのプロセッサは、前記少なくとも２つのセンサの各センサから記録されたデータサンプルを受信し、前記少なくとも２つのセンサの各センサから記録されたデータサンプルを共同処理して、前記少なくとも２つのセンサ間の距離に依存する位相値を抽出し、前記位相値を測定して、位相変化値を生成し、抽出された位相変化値に基づいて前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサの変位を識別するように構成される。
【選択図】図１
少なくとも２つのセンサを含むシステムにおいて少なくとも１つのセンサの変位を識別および／または測定するためのシステムおよび方法である。各センサは、信号発生器と、データ取得サブシステムと、少なくとも１つのプロセッサを備える。信号発生器によって生成された信号は、送信信号として使用され、ＩＦ(中間周波数）信号を生成するために他のセンサから受信された信号をダウンコンバートするための局部発振器として使用される。データ取得サブシステムは、複数のＩＦ信号の位相情報を含むデータサンプルを生成し、前記データサンプルを記録するように構成される。前記少なくとも１つのプロセッサは、前記少なくとも２つのセンサの各センサから記録されたデータサンプルを受信し、前記少なくとも２つのセンサの各センサから記録されたデータサンプルを共同処理して、前記少なくとも２つのセンサ間の距離に依存する位相値を抽出し、前記位相値を測定して、位相変化値を生成し、抽出された位相変化値に基づいて前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサの変位を識別するように構成される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに距離を置いて配置された少なくとも２つのセンサを含むシステムであって、各センサは、
１つ以上のＲＦ(無線周波数）信号を送受信し、前記複数の受信ＲＦ信号を複数のＩＦ(中間周波数）信号にダウンコンバートするように構成された生成・受信サブシステムと、
１つ以上のアンテナを備えるアンテナサブシステムであって、前記１つ以上のアンテナが、前記少なくとも２つのセンサのうちの他のセンサのそれぞれへ１つ以上のＲＦ信号を送信し、前記他の少なくとも２つのセンサのうちの前記他のセンサから複数のＲＦ信号を受信するように構成されたアンテナサブシステムとを含み、
前記システムはさらに、
前記複数のＩＦ信号をサンプリングし、前記複数のＩＦ信号の位相情報を含むデータサンプルを生成し、前記データサンプルを記録するように、構成され動作可能にされたデータ取得サブシステムと、
前記少なくとも２つのセンサ間の共通の時間ベースを取得し維持し、少なくとも２つのセンサの各センサによる１つ以上のＲＦ信号の同時伝送を可能にし、少なくとも２つのセンサの各センサにおける信号サンプリングの同期を可能にする、時間ベース同期サブシステムと、
少なくとも１つのプロセッサとを含み、
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記少なくとも２つのセンサの各センサから記録されたデータサンプルを受信し、前記少なくとも２つのセンサの各センサから記録されたデータサンプルを共同処理して、前記少なくとも２つのセンサ間の距離に依存する位相値を抽出し、前記位相値を経時的に測定して位相変化値を生成し、抽出された位相変化値に基づいて前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサの変位を識別する、
システム。
【請求項2】
第１のセンサおよび第２のセンサを備え、第１のセンサのデータサンプルは、以下の第１のフェーザ表現で表され、【数14】
【数15】
【請求項3】
前記データサンプルを共同処理することは、前記第１のフェーザを前記第２のフェーザと乗算することを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記第１のフェーザを前記第２のフェーザと乗算した結果が、【数16】
【数17】
【請求項5】
前記２つのセンサ間の距離変化δｄは、位相変化δφを計算することで特定され、前記位相変化δφが、【数18】
【請求項6】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記同一のセンサで同時に受信された前記信号への、前記１つ以上の送信されたＲＦ信号のリークをキャンセルするように構成され動作可能とされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記少なくとも２つのセンサの各センサにおいて一連の信号を送信および記録し、前記記録された信号を、前記リークをキャンセルするために前記記録された信号を処理する前記少なくとも１つのプロセッサに送信することによって、前記リークがキャンセルされる、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記時間ベース同期サブシステムは、ＧＰＳ受信機、センサ間の専用信号交換、有線共通クロック分配からなるグループから選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサが、前記少なくとも１つのプロセッサを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記少なくとも１つのプロセッサは中央プロセッサで構成され、前記中央プロセッサは前記少なくとも２つのプロセッサの外部にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記アンテナサブシステムは、１つ以上のアンテナアレイを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
互いに距離を置いて配置された２つ以上のセンサを含むシステムにおいて、初期位置に対する少なくとも１つのセンサの変位を測定する方法であって、前記方法は、
時間ベース同期サブシステムを使用して、各センサにおいて１つ以上のアンテナによって各センサから１つ以上のＲＦ信号を同時に送信するステップと、
各センサにおいて、他のセンサによって送信された信号を１つ以上のアンテナで受信するステップと、
生成・受信サブシステムを用いて受信信号をＩＦ（中間周波数）信号にダウンコンバートするステップと、
ＩＦ信号をサンプリングして、前記ＩＦ信号の位相情報を含むデータサンプルを生成するステップと、
センサデータ収集サブシステムのそれぞれにおいて前記データサンプルを記録するステップと、
各センサの前記データサンプルを少なくとも１つのプロセッサに送信するステップと、
信号処理アルゴリズムに基づいて前記少なくとも２つのセンサの各センサのデータサンプルを共同処理して、その初期位置に対する少なくとも１つのセンサの変位を識別し測定するステップとを含む、方法。
【請求項13】
前記少なくとも２つのセンサの各センサからの記録されたデータサンプルを共同処理することが、前記少なくとも２つのセンサ間の距離に依存する位相値を抽出することと、
前記位相値を経時的に測定して位相変化値を生成することと、
抽出された位相変化値に基づいて、少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサの変位を識別することと、を含む請求項１２に記載の方法：
【請求項14】
第１のセンサおよび第２のセンサを備え、前記第１のセンサの前記データサンプルは、下記の第１のフェーザ表現で表され、【数19】
【数20】
【請求項15】
前記データサンプルを共同処理することは、前記第１および第２のフェーザを乗算することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記第１のフェーザを前記第２のフェーザと乗算した結果が、【数21】
【数22】
【請求項17】
前記２つのセンサ間の距離変化δｄは、位相変化δφを計算することで特定され、前記位相変化δφが、【数23】
【請求項18】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記同一のセンサで同時に受信された前記信号への、前記１つ以上の送信されたＲＦ信号のリークをキャンセルするように構成された、請求項１２に記載の方法。
【請求項19】
前記少なくとも２つのセンサの各センサで信号のシーケンスを送信し記録し、前記記録された信号を、前記リークをキャンセルするために前記記録された信号を処理する前記少なくとも１つのプロセッサに送信することによって、前記リークがキャンセルされる、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記時間ベース同期サブシステムが、ＧＰＳ受信機、センサ間の専用信号交換、有線共通クロック分配、または他の既知の方法もしくはシステムを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項21】
前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサが、前記少なくとも１つのプロセッサを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項22】
前記少なくとも１つのプロセッサは中央プロセッサを含み、前記中央プロセッサは、前記少なくとも２つのプロセッサの外部にある、請求項１２に記載の方法。
【請求項23】
複数のセンサを含むシステムであって、前記複数のセンサのそれぞれが、
信号発生器であって、当該信号発生器によって生成された信号が、送信信号として、および、ＩＦ(中間周波数）信号を生成するために他のセンサから受信された信号をダウンコンバートするための局部発振器として使用される、信号発生器と、
複数のＩＦ信号の位相情報を含むデータサンプルを生成し、前記データサンプルを記録するように構成されたデータ取得サブシステムと、
少なくとも１つのプロセッサとを備え、
前記少なくとも１つのプロセッサは、
前記少なくとも２つのセンサの各センサから記録されたデータサンプルを受信し、
前記少なくとも２つのセンサの各センサからの記録されたデータサンプルを共同処理して、前記少なくとも２つのセンサ間の距離に依存する位相値を抽出し、
前記位相値を経時的に測定し、位相変化値を得て、
抽出された位相変化値に基づいて、前記少なくとも２つのセンサのうち少なくとも１つのセンサの変位を識別する、システム。
【請求項24】
前記信号が、ＣＷ信号、ステップ周波数信号、チャープ信号を含む群から選択される、請求項２３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０１９年６月１６日に出願された「無線周波数波浸透によるオブジェクトの撮影のためのシステムおよび方法」という名称の米国仮出願第６２／８６２，０９５号（代理人整理番号ＶＹ０３０／ＵＳＰ）の利益を主張し、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、そのいくつかの実施形態では変位測定システムおよび方法に関し、より具体的には排他的ではないが、同時伝送を含む変位測定のためのＲＦ(無線周波数）システムおよび方法に関する。
【0003】
本明細書において言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、個々の刊行物、特許、または特許出願が参照により組み込まれるよう具体的かつ個々に示された場合と同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0004】
遠隔オブジェクトの小さな相対変位を測定することの必要性は、周知である。そのような必要性の一例は、地震、地滑り等の事象によって誘発される変位を検出するための土地工作物のモニタリングである。検出されない動きは、橋または道路の構造的完全性を損なうなど、人および構造物に危険をもたらすおそれがある。
【0005】
再帰反射器までの距離を測定するためのタイムオブフライト法および干渉測定を用いた光学的方法はよく知られているが、これらの技術は見通し線がクリアであることに依存し、霧や雨で失敗することがある。
【0006】
ＲＦベースの技術は、クリアな見通し線への依存性がより少なく、この必要性を満たすことができる。変位を測定する技術の一例が、「位置検出システムおよび位置検出センサ」と題する米国出願第２０１２０２３５８３１に記載されている。ここでは、超安定な、例えばルビジウム、時間基準発振器を用いて、両側に正確な時間基準を確立することによって電波の飛行時間（タイムオブフライト）が測定される、しかしながら、そのような発振器は非常に高価であり、最終的には、測定され、考慮される必要があるタイミングドリフトが生じる。
【0007】
レーダのような技術は、光学的方法と同様に、往復の飛行時間を測定するために使用することができる。例えば三面体再帰反射器のような再帰反射器を用いて、反射パワーを増強することができる。しかしながら、無線周波数帯域では、距離測定精度は他のオブジェクトによって妨げられないように、再帰反射器のＲＣＳがその近傍の他のオブジェクトのＲＣＳよりも実質的に大きいことを保証することは、かなり複雑である。
【0008】
他の変位測定技術は、反射信号を操作する反射器を使用する。そのようなシステムの一例は、中国特許公開第１０３７９２５３１Ａおよび中国特許公開第１０３３０８９１１Ａに記載されており、複数の反射器は、複数の反射器の異なる操作によって分解される。
【0009】
本発明の第１の実施形態によれば、互いに距離を置いて配置された少なくとも２つのセンサを含むシステムが提供される。各センサは（ｉ）１つ以上のＲＦ(無線周波数）信号を送受信し、前記複数の受信ＲＦ信号を複数のＩＦ(中間周波数）信号にダウンコンバートするように構成された生成・受信サブシステムと、（ｉｉ）アンテナサブシステムとを備える。アンテナサブシステムは、１つ以上のアンテナを備える。１つ以上のアンテナは、前記少なくとも２つのセンサのうちの他のセンサのそれぞれへ１つ以上のＲＦ信号を送信し、前記他の少なくとも２つのセンサのうちの前記他のセンサから複数のＲＦ信号を受信するように、構成される。センサは、前記複数のＩＦ信号をサンプリングし、前記複数のＩＦ信号の位相情報を含むデータサンプルを生成し、前記データサンプルを記録するように、構成され動作可能にされたデータ取得サブシステムをさらに含む。システムは、さらに、２つ以上のセンサ間の共通の時間ベースを取得し維持し、少なくとも２つのセンサの各センサによる１つ以上のＲＦ信号の同時伝送を可能にし、少なくとも２つのセンサの各センサにおける信号サンプリングの同期を可能にする、時間ベース同期サブシステムを含む。システムは、さらに、少なくとも１つのプロセッサを含む。この少なくとも１つのプロセッサは、前記少なくとも２つのセンサの各センサから記録されたデータサンプルを受信し、前記少なくとも２つのセンサの各センサから記録されたデータサンプルを共同処理して、前記少なくとも２つのセンサ間の距離に依存する位相値を抽出し、前記位相値を経時的に測定して位相変化値を生成し、抽出された位相変化値に基づいて前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサの変位を識別する。
【0010】
一実施形態では、システムが、第１および第２のセンサを含み、第１のセンサのデータサンプルは以下の第１のフェーザ表現（数１）で表され、第２のセンサのデータサンプルは以下の第２のフェーザ表現（数２）で表される。ここで、ｆ０は送信周波数であり、φＡおよびφＢは任意の初期位相である。
【数1】
【数2】
【0011】
一実施形態では、前記データサンプルの共同処理は、第１のフェーザを第２のフェーザと乗算することを含む。
【0012】
一実施形態では、前記第１および第２のフェーザの乗算結果は数３のとおりであり、結果として得られる位相値は数４のとおりである。ここで、結果の位相値は２つのセンサ間のλ／２を法とする距離ｄＡＢに依存し、λ＝ｃ／ｆ０は送信信号波長であり、計算された位相ΦＡＢは、任意の初期位相φＡおよびφＢに依存しない。
【数3】
【数4】
【0013】
一実施形態において、２つのセンサ間の距離の変化δｄは、位相変化δφを計算することによって特定される。ここで、位相変化δφは、数５のとおりである。
【数5】
【0014】
一実施形態では、少なくとも１つのプロセッサが、１つ以上の送信されたＲＦ信号の、同じセンサで同時に受信された信号へのリークをキャンセルするように構成され動作可能とされる。
【0015】
一実施形態では、リークは、少なくとも２つのセンサの各センサで一連の信号を送信して記録し、記録された信号を、記録された信号を処理してリークをキャンセルする少なくとも１つのプロセッサに送信する、ことによってキャンセルされる。
【0016】
一実施形態によると、時間ベース同期サブシステムは、ＧＰＳ受信機、センサ間の専用信号交換、有線共通クロック分配からなるグループから選択される。
【0017】
一実施形態では、前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサが、前記少なくとも１つのプロセッサを備える。
【0018】
一実施形態では、少なくとも１つのプロセッサが中央プロセッサに含まれ、前記中央プロセッサは前記少なくとも２つのプロセッサの外部にある。
【0019】
一実施形態では、アンテナサブシステムが、１つ以上のアンテナアレイを備える。
【0020】
本発明の第２の実施形態によれば、互いに距離を置いて配置された２つ以上のセンサを備えたシステムにおける少なくとも１つのセンサの初期位置からの変位を測定するための方法が提供される。この方法は、各センサからの１つ以上のＲＦ信号を、時間ベース同期サブシステムを使用して、各センサにおいて１つ以上のアンテナによって同時に送信するステップと、各センサにおいて、１つ以上のアンテナで、他のセンサによって送信された信号を受信するステップと、生成および受信サブシステムを使用して、受信された信号をＩＦ(中間周波数）信号にダウンコンバートするステップと、ＩＦ信号をサンプリングして、ＩＦ信号の位相情報を含むデータサンプルを生成するステップと、各センサデータ取得サブシステムにおいて、前記データサンプルを記録するステップと、各センサの前記データサンプルを少なくとも１つのプロセッサに送信するステップと、信号処理アルゴリズムに基づいて、前記少なくとも２つのセンサの各センサのデータサンプルを一緒に処理して、その初期位置に対する少なくとも１つのセンサの変位を識別および測定するステップとを含む。
【0021】
一実施形態では、前記少なくとも２つのセンサの各センサからの記録されたデータサンプルの共同処理が、少なくとも２つのセンサの間の距離に依存する位相値を抽出することと、前記位相値を経時的に測定して位相変化値を生成することと、抽出された位相変化値に基づいて、前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサの変位を識別することと、を含む。
【0022】
一実施形態では、前記データサンプルの共同処理が、第１および第２のフェーザを乗算することを含む。
【0023】
一実施形態では、少なくとも１つのプロセッサが、１つ以上の送信ＲＦ信号の、同じセンサで同時に受信された信号へのリークを、キャンセルするように構成される。
【0024】
一実施形態では、リークは、少なくとも２つのセンサの各センサで一連の信号を送信して記録し、記録された信号を少なくとも１つのプロセッサに送信して、記録された信号を処理してリークをキャンセルすることによって、キャンセルされる。
【0025】
一実施形態では、時間ベース同期サブシステムが、ＧＰＳ受信機、センサ間の専用信号交換、有線共通クロック分配、または他の既知の方法またはシステムから成るグループから選択される。
【0026】
一実施形態では、前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサが、前記少なくとも１つのプロセッサを備える。
【0027】
一実施形態では、少なくとも１つのプロセッサが中央プロセッサに含まれ、前記中央プロセッサは前記少なくとも２つのプロセッサの外部にある。
【0028】
本発明の第３の実施形態によれば、複数のセンサを備えるシステムが提供される。各センサは、信号発生器と、データ取得サブシステムと、少なくとも１つのプロセッサとを備える。信号発生器によって生成された信号は送信信号として使用され、かつ、ＩＦ(中間周波数）信号を生成するために他のセンサから受信された信号をダウンコンバートするための局部発振器として使用される。データ取得サブシステムは、複数のＩＦ信号の位相情報を備えるデータサンプルを生成し、前記データサンプルを記録するように構成される。前記少なくとも１つのプロセッサは、前記少なくとも２つのセンサの各センサから記録されたデータサンプルを受信し、前記少なくとも２つのセンサの各センサから記録されたデータサンプルを共同処理して、前記少なくとも２つのセンサ間の距離に依存する位相値を抽出し、前記位相値を測定して位相変化値を生成し、抽出された位相変化値に基づいて前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサの変位を識別するように構成される。一実施形態によると、信号は、ＣＷ信号、階段周波数信号、チャープ信号を含むグループから選択される。
【図面の簡単な説明】
【0029】
本開示の特徴および利点のより良好な理解は、本開示の実施形態の原理が利用される例示的な実施形態を記載する以下の詳細な説明、および添付の図面を参照することによって得られる。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下の説明では、本発明の様々な態様が説明される。説明の目的のために、本発明の完全な理解を提供するために、特定の詳細が記載される。当業者には、本発明の本質的な性質に影響を及ぼすことなく、細部が異なる本発明の他の実施形態が存在することが明らかであろう。したがって、本発明は図面に示され、明細書に記載されたものによって限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に示されたものだけに限定され、適切な範囲は前記特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定される。本明細書で開示される構成は、元の位置に対する点の空間変位を計算するための改善されたシステムおよび方法を提供するために、多くの方法のうちの１つ以上の方法によって組み合わせることができる。典型的な応用では、２つ以上のセンサが構造上の固定点に取り付けられ、１つ以上のセンサの構造的変化または歪みにより、それらの元の位置に対して変位が生じ、それらの間の距離の変化をもたらす可能性がある。距離の変化を測定することにより、センサの変位を計算することができる。システムは、ＲＦセンサのような２つ以上のセンサを備える。センサは波形信号を互いに送信するように構成され使用可能にされる。２つ以上のＲＦセンサで受信された信号は、記録され、１つ以上のプロセッサに送信される。１つ以上のプロセッサは、記録された信号（例えば、記録されたデータ）を分析し、元の位置に対するセンサの変位量を計算するためのアルゴリズムを使用する。
【0031】
本明細書で開示される構成の１つ以上の構成要素は、多くの態様によって互いに組み合わせることができる。
【0032】
本明細書で使用されるように、同様の文字は、同様の要素を指す。
【0033】
本発明の詳細な説明が記載される前に、以下で使用される特定の用語の定義を記載することが有用であろう。
【0034】
本明細書で使用されるように、「変位情報」という用語は、１つ以上のオブジェクト（例えば、センサ）の最初の位置または以前の位置に対する位置の変化を包含する。
【0035】
実施形態に従って、信号を互いに送信する少なくとも２つのセンサを使用して、往復のタイムオブフライト時間を測定する方法およびシステムが提供される。この方法は、センサのネットワークに拡張可能であり、そこでは、シーケンシャル伝送または同時伝送を使用して、複数対のセンサの間で変位を測定することができる。
【0036】
ここで図面を参照すると、図１は、実施形態による、現場のセンサ１１０および１２０などの２つ以上のセンサ（例えば、トランシーバ）の位置間の距離「ｄ」を経時的に測定し、センサ１１０および１２０などの１つ以上のセンサの、Ｘ－Ｙ－Ｚデカルト軸内のセンサの初期位置または以前の位置に対する変位を識別するためのシステム１００のそれぞれの図である。具体的には、システム１００が、センサ１１０と１２０の初期位置に対する変位を検出するために、センサ１１０と１２０の間の距離「ｄ」の変化を、時間の経過につれて連続的な測定を行うことによって測定するように構成される。センサ１１０および１２０は、伝送方向に沿って（例えば、Ｘ－Ｙ－Ｚデカルト軸のＸ軸に沿って）伝送されるＲＦ信号１２１、１２２、１２３および１２４のようなＲＦ信号を送受信するためのＲＦアンテナであってもよく、またはそれらを含んでもよい。
【0037】
一実施形態に従って、センサ１１０および１２０はグラウンド上に取り付けられてもよく、信号（例えば、ＲＦ信号）を送受信するように構成され動作可能にされてもよい。各センサで受信された信号は、例えばグラウンドの動きによる初期位置からのセンサ（例えば、センサ１１０および／またはセンサ１２０）の変位を、識別および／または測定するために、１つ以上の信号分析アルゴリズムに基づいて２つ（またはそれ以上）のセンサから受信された信号を分析するように構成された中央プロセッサなどの１つ以上のプロセッサにさらに送信されてもよい。別の実施形態では、センサ１１０および１２０は、シャフト１１１、シート、またはセンサを保持するための任意のデバイスなどの構造上に、例えば建物または橋などの現場の反対側に高さ「ｈ」で取り付けることができ、信号を送受信し、さらに、たとえば地震による建物の歪み等に起因してそれらの初期位置から生じた変位を評価するために、受信した信号を中央プロセッサに送信および受信するように、構成され動作可能にされる。
【0038】
センサ間の距離「ｄ」は用途に依存し、例えば１～１０メートル等の数メートルから、例えば１００～１０００メートル等の大きな距離まで、大きく変化し得る。したがって、それらの初期位置に対して測定された変位は、波長のごく一部（例えば、波長の１％）から開始してもよく、たとえば１０波長などの数波長から開始してもよい。例えば、６０ Ｇｈｚシステムの場合、１０、２０、または５０ミクロン以上、５０ｍｍ以上であってもよい。
【0039】
図２は、実施形態に従った、センサ２００のアーキテクチャを示すブロック図である。いくつかの実施形態では、図１のセンサ１１０および１２０は、センサ２００であってもよく、またはセンサ２００のユニットのすべてまたは一部を含んでもよい。センサ２００は、ＲＦ信号生成・受信サブシステム２０４、アンテナサブシステム２０２、データ取得サブシステム２０６、時間ベース同期サブシステム２１２、データ通信リンクサブシステム２１０、および任意選択で１つ以上のデータプロセッサまたは処理サブシステム２０８を含むことができる。
【0040】
ＲＦ信号生成・受信サブシステム２０４（例えば、送受信または信号発生器）は、マイクロ波信号（例えば、ＲＦ信号）を発生することと、それらをアンテナ２０２ａ～２０２ｅに結合することと、アンテナからマイクロ波信号を受信すること、を担う。ＲＦ信号は、ステップ周波数信号、チャープ信号、擬似ランダムノイズシーケンス等であり得る。生成回路は、発振器、シンセサイザ、ＮＣＯ（数値制御発振器）、ＡＷＧ（任意波形生成器）、ミキサ、およびフィルタを含むことができる。例えば、ＲＦ信号は、６０ＧＨｚまたは７７ＧＨｚ帯のマイクロ波信号であってもよい。
【0041】
実施形態に従って、受信信号はさらなる処理のために、信号生成・受信サブシステムでＩＦ周波数にダウンコンバートされる。変換プロセスは、典型的には信号対雑音比を改善し、より低いサンプリングレートを可能にするために、ローパスフィルタで平均化することを含む。一実施形態によると、ＲＦ信号生成・受信サブシステム２０４は、単一のＲＦ集積回路（ＲＦＩＣ）およびいくつかのＲＦＩＣを備えることができる。
【0042】
センサ２００（例えば、センサ１１０および１２０）は、アンテナアレイ２０２などの１つ以上のアンテナを含んでもよい。例えば、アンテナアレイ２０２は、典型的には数個から数十個（例えば３０個）のアンテナの間に複数のアンテナ２０２ａ～２０２ｅを含むことができる。アンテナとしては、プリントアンテナ、導波管アンテナ、ダイポールアンテナまたは「Ｖｉｖａｌｄｉ」広帯域アンテナのような、当技術分野で公知の多くの種類のものを用いることができる。
【0043】
データ取得サブシステム２０６は、ＲＦ信号生成・受信サブシステム２０４からのＩＦ信号を収集およびデジタル化し、さらに処理するために、複数のＩＦ信号の位相情報を含む結果データサンプルを生成および記録する。一実施形態によれば、データ取得サブシステム２０６は、同期サンプリング、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、およびデータ記憶装置を含む。他の実施形態では、データ取得サブシステム２０６が、信号平均化、テンプレートとの波形の相関、または周波数領域と時間領域との間の信号の変換などの付加的な機能を含んでもよい。
【0044】
時間ベース同期サブシステム２１２は、センサ１１０および１２０などの２つ以上のセンサ間の共通の時間ベースを取得および維持する役割を担う。これにより、したがって、２つ（またはそれ以上）のセンサによる同時伝送、センサ間で同期された信号サンプリング、および他の調整されたアクティビティなど、センサ間の調整されたアクティビティを可能にする。時間ベース同期サブシステム２１２または方法の一例は、ＧＰＳ受信機、センサ間の専用信号交換、有線共通クロック分配または他の既知の方法またはシステムであってもよく、またはそれらを含んでもよい。
【0045】
データ処理サブシステム２０８は、１つ以上のプロセッサを含むことができ、１つ以上のセンサに関連する変位情報を生成するために、１つ以上の信号処理アルゴリズムに基づいて、センサ１１０および１２０などのすべてのセンサから（たとえば、データ通信リンク２１０を介して）受信されたデータサンプルを処理、たとえば共同処理する役割を果たす。
【0046】
一実施形態によれば、データ処理サブシステム２０８は、（ＲＦ送受信サブシステム２０４およびアンテナアレイサブシステム２０２に加えて）センサ１１０および１２０などのセンサのうちの１つ以上に含めることができる。この場合、センサのうちの１つは、「中央」として指定され、データ通信リンク２１０を介して他のセンサと通信して、共同最終処理のためにそれらの記録されたデータサンプルを受信し、収集するように構成される。
【0047】
別の実施形態によれば、データ処理機能はセンサの外部にあってもよく、例えば図３に示すように、センサの外部の中央データ処理ユニットによって実施される。中央処理ユニット３００は、全てのセンサ（例えば、３１０ａおよび３１０ｂ）からの記録データサンプルを、送信リンク３２０を介して受け取り、例えば、実施形態に従って、信号処理アルゴリズムを使用して、記録データサンプルを共同処理して、変位情報を生成する。
【0048】
データ通信リンクサブシステム２１０は、取得されたデータサンプルを、１つ以上のセンサ（例えば、センサ１１０および１２０、またはセンサ３１０およびセンサ３１０ｂ）の取得されたデータサンプルを処理するために、データ処理サブシステムおよび／または中央データ処理ユニット３００などの１つ以上のプロセッサに送信する役割を担う。データ通信サブシステムは、無線または有線であってもよく、ＷｉＦｉ、セルラ、イーサネットなどの技術的方法および装置によって公知の１つ以上の方法で実現されてもよい。
【0049】
図３は、実施形態に従った、センサ３１０Ａおよびセンサ３１０Ｂのような２つのセンサと通信する中央処理ユニット３００のブロック図を示す。２つのセンサは、ＲＦ信号３２１のようなＲＦ信号を同時に送信し相互に受信し、複数のＲＦ信号の位相情報を含む受信ＲＦ信号からデータサンプルを生成し、該データサンプルを記録するように構成され動作可能にされている。中央処理ユニット３００は、データ通信リンク３０２（データサンプルを受信するように構成され動作可能とされたデータ通信リンクサブシステム２１０など）と、実施形態によれば、信号処理アルゴリズムを使用して受信した記録データサンプルを処理して変位情報を生成するように構成され動作可能とされたデータ処理サブシステム３０１とを含むことができる。
【0050】
いくつかの実施形態では、中央データ処理ユニット３００は、通信リンクを有する通信回路を用いたクラウドベースの記憶システムを備える手持ち装置またはサーバとすることができる。通信リンクは、例えば、ＷｉＦｉ、ブルートゥース（登録商標）等の無線シリアル通信リンクであってもよい。場合によっては、手持ち装置は、一方または両方のセンサからデータを受信し、クラウドベースの記憶システムのバックエンドサーバにデータを送信することができる。
【0051】
図４Ａは、実施形態に従った、センサ１１０の送信ユニット４１２（センサＡと表記）およびセンサ１２０の受信ユニット４２２（センサＢと表記）を示すブロック図である。具体的には、図４Ａは、送信ユニット４１２のアンテナ４１３から受信ユニット４２２のアンテナ４２４への１つ以上の信号４０１の送信の信号フローを示す。図は、周波数ｆＬＯの局部発振器４１５の出力を、周波数ｆＮＣＯＡの数値制御発振器ＮＣＯＡ４１６の出力、すなわち、ｆＡ＝ｆＬＯ＋ｆＮＣＯＡと混合することによって、周波数ｆＡの送信信号４０１を送信ユニット４１２において生成する典型的な方法を図示する。ＮＣＯを用いることで、周波数の微細な制御を可能にし、特に、結果として生じる受信ＩＦ周波数の微細な制御を可能にする。
【0052】
受信ユニット４２２において、周波数ｆＡの受信信号は、周波数ｆＢの信号をその局部発振器として使用して、ダウンコンバータ４２４によって中間周波数ｆＩＦにダウンコンバートされる。ここで、ｆＩＦ＝｜ｆＡ－ｆＢ|である。
【0053】
周波数ｆＢは、周波数ｆＬＯの局部発振器４２５の出力を周波数ｆＮＣＯＢのＮＣＯＢ４２６の出力と混合することによって生成される。ここで、ｆＢ＝ｆＬＯ＋ｆＮＣＯＢである。従って、ダウンコンバータ４２４の変換周波数としてｆＢを使用することにより、ＩＦ周波数ｆＩＦは、ｆＩＦ＝｜ｆＮＣＯＡ－ｆＮＣＯＢ｜、すなわち、２つのＮＣＯ間の差異（絶対値）である。局部発振器４１５および４２５の出力は、好ましくは同じ周波数ｆＬＯであるが、実用的な理由（独立した基準水晶発振器の使用など）のために、発振器周波数がわずかに異なる場合、これはＮＣＯによって容易に調整され得ることに留意されたい。
【0054】
このＩＦ信号は、サンプルクロック４２９によってＡＤ変換器４２７によってサンプリングされ、中央処理ユニットによるさらなる処理のためにメモリ４２８に記憶される。
【0055】
実施形態に従って、センサは同一であり、したがって、各々のセンサは、送信ユニットと受信ユニットの両方を有する。
【0056】
図４Ｂは、実施形態に従った、両方向の信号フローを示す。具体的には、図４Ｂは、センサ１１０の送受信ユニット４４０（センサＡ）から送信され、センサ１２０の送受信ユニット４５０（センサＢ）によって受信される信号と、センサ１２０の送受信ユニット４５０（センサＢ）から同時伝送され、センサ１１０の送受信ユニット４４０（センサＡ）によって受信される信号とを示す。
【0057】
局部発振器４１５の出力をＮＣＯ＿Ａ４１６の出力と混合することによる、周波数ｆＡ＝ｆＬ０＋ｆＮＣＯＡでの送受信ユニット４４０（センサＡ）の送信信号の生成が示されている。周波数ｆＡは、４５０（センサＢ）から送信された周波数ｆＢの受信信号のダウンコンバート周波数（局部発振器）として使用され、周波数ｆＩＦ＝｜ｆＡ－ｆＢ｜のＩＦ信号を生成する。ダウンコンバートは、ダウンコンバータ４１４によって行われる。ＩＦ信号は、サンプリングクロック４１９を使用してＡＤ変換器４１７でサンプリングされ、さらなる処理のためにメモリ４１８に格納される。
【0058】
同様に、４５０（センサＢ）によって送信される信号は、局部発振器４２５出力とＮＣＯ＿Ｂ４２６出力とを混合することによって、周波数ｆＢ＝ｆＬ０＋ｆＮＣＯＢで生成される。周波数ｆＢは、４４０（センサＡ）から送信される周波数ｆＡの受信信号のダウンコンバート周波数（局部発振器）として使用され、周波数ｆＩＦ＝｜ｆＡ－ｆＢ｜のＩＦ信号を生成する。ダウンコンバートは、ダウンコンバータ４２４によって行われる。ＩＦ信号は、サンプリングクロック４２９を使用してＡＤ変換器４２７でサンプリングされ、さらなる処理のためにメモリ４２８に記憶される。
【0059】
局部発振器４１５および４２５は、好ましくは同一の出力周波数ｆＬ０を有する。また、サンプリングクロック４１９、４２９はサンプリング周波数が同じであり、サンプリングが同期している。
【0060】
実施形態によれば、１つ以上のセンサによって送信される信号の任意の位相をキャンセルしながら、それらの初期位置に対する１つ以上のセンサ変位を検出し、計算する方法およびシステムが提供される。このシステムは少なくとも２つのセンサを含み、ここではＡおよびＢと表記される。各センサ（ＡおよびＢ）は、他のセンサによって受信され得る信号を送信する。実施形態に従って、測定および変位識別の前に、センサは時間同期され、すなわち、共通の時間ベースを有する。したがって、センサ間の協調が可能となり、それに応じて、一方から他方へ信号を同時に送信することが可能となる。
【0061】
単純化のために、ＣＷ信号の送信が想定されることが強調される。また、以下に図示するように、導出（ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ）は信号位相に依存するので、信号の振幅成分は無視することができる。導出は以下の通りである：
初期時刻ｔ＝０で、センサＡは以下の式（１）に従ってＣＷ信号を送信する。ここで、ｆ０は送信周波数であり、φＡはｔ＝０における任意の位相である。
信号は、式（２）に示すように時刻τＡＢにおいてセンサＢで受信される。ここで、τＡＢはセンサＡからセンサＢへの信号伝播時間である。
受信された信号は、センサＢにおいて中間周波数ｆＩＦにダウンコンバートされ、式（３）で表される信号が得られる。ここで、φＢは、Ｂ局部発振器のｔ＝０における任意の位相である。
問題の情報は、信号の位相、すなわち、（－２πｆ０τＡＢ＋φＡ－φＢ）にある。便宜上、問題の信号位相は、式（４）によるフェーザ（複素）表現を使用して提示される。
このフェーザによって表される情報は、サンプリングされ、記憶され、例えば、センサのうちの１つにおいて１つ以上のプロセッサを備える中央位置または前記プロセッサの外部に送信される。同時に、ｔ＝０と同時に、センサＢは、センサＡによって受信されるＣＷ信号を（センサＡの送信と同時に）送信する。正確に同じ計算で、フェーザ表現におけるセンサＢからセンサＡへの送信から生じる関心のある位相は、式（５）のとおりである。
初期時刻ｔ＝０で、センサＡは以下の式（１）に従ってＣＷ信号を送信する。ここで、ｆ０は送信周波数であり、φＡはｔ＝０における任意の位相である。
【数6】
【数7】
【数8】
【数9】
【数10】
【0062】
このフェーザによって表現される情報は、結合処理のためにサンプリングされ、記憶され、（専用データリンクを介して）中央位置に送られる。中央位置は、例えば、中央データ処理ユニット（例えば、データ処理サブシステム２０８または中央処理ユニット３００）であってもよい。中央位置でプロセッサによって実行されるアルゴリズムは、２つのフェーザを乗算し、結果として得られる位相を抽出することを含む。得られたフェーザは式（６）のとおりである。
したがって、その位相は式（７）のとおりである。式（７）は、２つのセンサ間のλ／２を法とする距離ｄＡＢに（のみに）依存し、λ＝ｃ／ｆ０は送信信号波長である。計算された位相ΦＡＢは、任意の初期位相φＡおよびφＢに依存しない。すなわち、任意の位相のキャンセルはこの方法によって達成される。
後の時間に、センサの変位値δｄ(例えば、位相変化値）が発生する場合、ＡからＢへ、およびＢからＡへの信号の新たな伝送は、変位値δφの位相変化をもたらす。
【数11】
【数12】
【数13】
【0063】
実施形態に従って、変位値δｄが半波長より小さい限り、この位相から変位を評価することができる。変位測定の範囲は、複数の周波数、例えば、チャープ信号またはステップＣＷ信号のいずれかで送信を使用することによって、増加させることができる。送信と受信を同時に行うと（同じ周波数で）、送信信号の受信信号への高いリークが発生する。
【0064】
いくつかの実施形態に従って、システムおよび方法は任意に、各センサ（例えば、センサ３１０Ａおよびセンサ３１０Ｂ）で一連の信号を協調させて送信および記録することによって、送信信号自体の受信機へのリーク（例えば、結果として生じる高いリーク）をキャンセルすることと、記録された信号を処理してリークをキャンセルすることとを含んでもよい。この処理は、各センサによって別々に、または中央処理ユニットに信号を送ることによって、実行することができる。
【0065】
導出を簡単にするために、上記の導出（式（１）～（８））はこのリークを無視していることを強調しておく。
【0066】
図５は、２つのセンサＡおよびＢを含むシステムにおけるリーク測定およびキャンセルのための方法５００を図示する。各センサは、実施形態に従った送信機および受信機を含み、３つの測定ステップのシーケンスは、協調された方法でセンサによって実行され、次いで、キャンセル計算が実行される。測定のステップ１において、信号は各センサから他のセンサに同時に送信され、センサＡの受信機はそれ自体の送信（すなわち、リーク）ＴＸＡによって破損されたセンサＢの送信信号ＴＸＢを受信し、同様に、受信機Ｂは、それ自体の送信ＴＸＢによって破損されたセンサＡからの信号ＴＸＡを受信する。したがって、各センサは適切なフェーザ（式（４）および式（５）と同様）を記録するが、今回はリークによって破損している。
【0067】
ステップ１：時点ｔ＝０でセンサＡによって記録されたリーク破損信号は（ＴＸＡ．ＴＸＢ→ＲＸＡ）で示され、センサＢによって同時に記録されたリーク破損信号は（ＴＸＢ．ＴＸＡ→ＲＸＢ）で示される。
【0068】
ステップ２：後続の例では、例えばｔ＝１の場合、センサＡのみが、適切に記録されている（ＴＸＡ→ＲＸＡ）と示された独自のリーク信号を送受信する。Ｂからの送信はない。
【0069】
ステップ３：後続の例（ｔ＝２など）ではセンサＢのみが、（ＴＸＢ→ＲＸＢ）と示され適切に記録された独自のリーク信号を送受信する。Ａからの送信はない。
【0070】
３つの計測ステップに続いて、それぞれのセンサのリークは、以下のようにキャンセルされる。まず、センサＡについては、そのリーク専用信号（ＴＸＡ→ＲＸＡ）に関連する量（ステップ１の）が、受信されたリーク破損信号（ＴＸＡ．ＴＸＢ→ＲＸＡ）に関連する量（ステップ２の）から減算され、センサＢからのリークのない受信信号（ＴＸＢ→ＲＸＡ）をもたらす
（１０）センサＡについて、（ＴＸＡ．ＴＸＢ→ＲＸＡ）－（ＴＸＡ→ＲＸＡ）＝（ＴＸＢ→ＲＸＡ）。
センサＢについては、そのリーク専用信号（ＴＸＡ→ＲＸＢ）に関連する量（ステップ１の）が、受信したリーク破損信号（ＴＸＢ．ＴＸＡ→ＲＸＢ）に関連する量（ステップ３の）から減算され、センサＡ（ＴＸＡ→ＲＸＢ）からのリークのない受信信号が生じる。
（１１）ユニットＢについて、（ＴＸＢ．ＴＸＡ→ＲＸＢ）－（ＴＸＢ→ＲＸＢ）＝（ＴＸＡ→ＲＸＢ）。
（１０）センサＡについて、（ＴＸＡ．ＴＸＢ→ＲＸＡ）－（ＴＸＡ→ＲＸＡ）＝（ＴＸＢ→ＲＸＡ）。
センサＢについては、そのリーク専用信号（ＴＸＡ→ＲＸＢ）に関連する量（ステップ１の）が、受信したリーク破損信号（ＴＸＢ．ＴＸＡ→ＲＸＢ）に関連する量（ステップ３の）から減算され、センサＡ（ＴＸＡ→ＲＸＢ）からのリークのない受信信号が生じる。
（１１）ユニットＢについて、（ＴＸＢ．ＴＸＡ→ＲＸＢ）－（ＴＸＢ→ＲＸＢ）＝（ＴＸＡ→ＲＸＢ）。
【0071】
実施形態によれば、キャンセルは、各センサにおいてそれぞれのセンサ自身で実行されるか、または、各センサに対するリーク破損信号とリーク専用信号との両方を送ることによって中央処理ユニットに委ねることもできる。
【0072】
任意選択ステップ（ステップ４）は、ｔ＝３で実行され、両方のセンサが内部ループバックを実行する。ｔ＝３で記録された任意選択の信号は、チップ内信号リークに対処するため、または信号歪みを補正するために使用することができる。
【0073】
図６は、実施形態に従った、現場の２つ以上のセンサを含むシステム内の、その初期位置に対する少なくとも１つのセンサの変位を測定する方法６００を示すフローチャートである。ステップ６１０は、センサを時間同期させるステップを含む。異なるセンサ間の時間同期は、送信および受信記録ウィンドウを同期させるために必須であり、例えば、全てのセンサ（例えば、図１のセンサ１１０およびセンサ１２０、または図３のセンサ３１０Ａおよびセンサ３１０Ｂ）が、同期された方法で、それらの信号送信、受信、データサンプリングを実行する。同期ステップは、ＲＦ信号などの１つ以上の信号を１つのセンサから他のセンサに送信することを含んでもよく、したがって、すべてのセンサは同時に稼働する（例えば、同時に送信する）。いくつかの実施形態では、同期ステップは、有線トリガ、無線トリガ、または非常に正確なグローバルクロック（例えば、ＧＰＳクロック）のうちの１つ以上を使用して実行される。いくつかの実施形態によれば、同期は、時間ベース同期サブシステム２１２によって実行される。
【0074】
ステップ６２０は、例えばアンテナシステム２０２の１つ以上のアンテナによって、各センサから１つ以上のＲＦ信号を同時に送信することを含み、ステップ６２５は、各センサで、すなわち各センサのアンテナシステムで、他のセンサによって送信された信号などの１つ以上の信号を受信することと、１つ以上の受信信号を記録することとを含む。実施形態に従って、送信インスタンスはすべてのセンサにわたって同期され、例えば、２つのセンサは、一方から他方への同時伝送を開始する（同時に送信する）。
【0075】
ステップ６３０は、例えば、実施形態に従って、生成・受信サブシステム２０４を使用して、受信信号をＩＦ(中間周波数）信号にダウンコンバートするステップを含む。
【0076】
ステップ６３５は、さらなる処理のためのデータサンプルを生成するＩＦ信号をサンプリングし、記録することを含む。場合によっては、サンプリングおよび記録がデータ取得サブシステム２０６によって実行される。実施形態に従って、センサ（例えば、すべてのセンサ）は共通の同じ時間ベースを使用して、例えばすべてのセンサにわたる同期サンプリングを使用して、信号をサンプリングする。
【0077】
［リークの影響の測定およびキャンセル］
同時送受信の過程において、各センサでの受信信号は、そのセンサ自身の送信からの高い干渉、即ち、高いリークを受けることがある。実施形態に従って、センサ（例えば、すべてのセンサ）からの調整された一連の送信および受信によって、このリークの影響をキャンセルする処理が提供され、各センサがそれ自体のリークを検出し、記録されたデータの一部として、検出したリークをさらなる処理のために記録することを可能にする。送信および受信の調整されたシーケンスの特定の例は、図５の上述の測定ステップ１、２、および３、ならびに関連する詳細な説明に示される。
同時送受信の過程において、各センサでの受信信号は、そのセンサ自身の送信からの高い干渉、即ち、高いリークを受けることがある。実施形態に従って、センサ（例えば、すべてのセンサ）からの調整された一連の送信および受信によって、このリークの影響をキャンセルする処理が提供され、各センサがそれ自体のリークを検出し、記録されたデータの一部として、検出したリークをさらなる処理のために記録することを可能にする。送信および受信の調整されたシーケンスの特定の例は、図５の上述の測定ステップ１、２、および３、ならびに関連する詳細な説明に示される。
【0078】
いくつかの実施形態によれば、ステップ６３５は、リーク効果をキャンセルすることをさらに含んでもよい。例えば、各センサは、ステップ１、２および３の中間測定値を生成するために送信シーケンスを実行する（例えば、図５および関連する説明）。リーク効果は、式１０および式１１（任意で）に従ってキャンセルされる。
【0079】
別の実施形態では、リークのキャンセルは延期され、中央プロセッサ（例えば、中央処理サブシステム）で実行される。これにより、以前のステップ６１０、６２０、６２５、および６３０の中間測定値は記録されるだけであり、その後、式１０および式１１に従ってさらなるリークのキャンセルのために中央プロセッサに送信される。
【0080】
ステップ６４０は、実施形態によれば、例えば、各センサデータ取得サブシステム２０６として、データサンプルを記録することを含む。
【0081】
ステップ６４５は、実施形態によれば、データサンプル（例えば、各センサにおいて記録されたデータサンプルであるＩＦ信号データサンプル）を、記録された信号データサンプルに基づいて、初期位置に対するセンサの変位を識別および／または測定するように構成された中央処理サブシステム３００に配置されたプロセッサ３０１などの１つ以上のプロセッサに送信することを含む。
【0082】
その代わりに、またはそれと組み合わせて、記録されたデータサンプルを、記録された信号データサンプルに基づいてセンサの変位を識別および／または測定するために、１つ以上のプロセッサ（例えば、データ処理サブシステム２０８）を含むセンサのうちの１つに送信してもよい。
【0083】
ステップ６５０は、実施形態に従って、信号処理方法７００などの信号処理方法を使用して、すべてのセンサ（例えば、センサ１１０および１２０）の受信信号（例えば、記録されたデータサンプル）を処理して、１つ、２つ、またはすべてのセンサの変位を識別および／または測定することを含む。
【0084】
具体的には、ステップ６５０は、各センサからの記録されたデータサンプルを同時に処理して、少なくとも２つのセンサ間の距離に依存する位相値を抽出するステップと、位相値を経時的に測定して、位相変化値を生成するステップと、抽出された位相変化値に基づいて、少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサの変位を識別するステップと、を含む。
【0085】
図７は、実施形態による、記録されたデータサンプル（例えば、２つ以上のセンサの受信信号）を処理して、現場の１つ以上のセンサの変位を識別および／または測定するための信号処理方法７００を示すフローチャートである。方法７００は、変位を検出および測定するために、中央位置のプロセッサによって外部で、および／または、「中央」センサの２つ以上のプロセッサのうちの１つにおいて内部で、実行されてもよい。
【0086】
ステップ７０５は、少なくとも２つのセンサのそれぞれのセンサからの記録データサンプルを共同処理して、少なくとも２つのセンサの間の距離に依存する位相値を抽出するステップを含む。
【0087】
具体的には、ステップ７０５は、２つのステップの位相キャンセル（ステップ７１０）および位相回復（ステップ７２０）を含む。位相キャンセル（ステップ７１０）：位相キャンセルは、センサ局部発振器の任意の初期位相の影響をキャンセルすることを含む。これは、例えば、式（６）に関して上述したように、センサから受信した記録データサンプル、例えば、２つの同時伝送（ＡからＢ、およびＢからＡ）をフェーザ表現で乗算することによって実行される。ステップ７１０の出力は、位相が距離／変位に依存する信号（例えば、フェーザ表現）を含む。
【0088】
位相回復（ステップ７２０）：任意の初期位相のキャンセル処理の後、結果として得られた信号は、センサの距離／変位に比例する位相を有する。具体的には、ステップ７２０は、信号を処理して位相値を生成することを含む。
【0089】
ステップ７２５は、位相変化値を得るために位相値を経時的に測定することを含む。具体的には、ステップ７２５は、進行中の受信データサンプルに基づいてステップ７０５の計算を繰り返すことを含む
【0090】
ステップ７３０は、抽出された位相変化値に基づいて、少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つのセンサの変位を識別および／または測定するステップを含む。ある場合には、ステップ７３０は、測定された位相値に基づいてセンサ間の距離を測定するステップをさらに含むことができる。実施形態に従って、距離／変位は、式（７）および式（８）に従って、信号の位相ラップアラウンドによる変位の潜在的な曖昧さを考慮しながら計算される。
【0091】
一実施形態では、方法７００は、距離／変位の範囲を分割することと、曖昧さを避けるために、最大要求測定範囲の２倍である周波数ステップをさらに使用することを含む。
【0092】
その代わりに、またはそれと組み合わせて、方法７００は、元の位相を導出するために、すべてのフェーザの平方根を計算することを含むことができる。いくつかの実施形態では、動的プログラミング手法を使用して、曖昧さを解決することができる。距離／変位の範囲の初期の粗い値から出発して、十分に小さい周波数ステップに対しては測定された位相の周波数にわたる値が連続であると仮定して、解を見いだした。
【0093】
［マルチパスの除去］
実施形態による方法およびシステムの本質は、信号のマルチパス（多重経路）が見通し線信号に時間的に非常に近くなることにある。これにより、センサの正確な変位を測定することが困難になる可能性がある。マルチパス効果を低減するために、複数の方法を使用することができる。
実施形態による方法およびシステムの本質は、信号のマルチパス（多重経路）が見通し線信号に時間的に非常に近くなることにある。これにより、センサの正確な変位を測定することが困難になる可能性がある。マルチパス効果を低減するために、複数の方法を使用することができる。
【0094】
［受信機ダイバーシチ］
いくつかの実施形態では、単一のアンテナを使用する代わりに、各センサは、マルチパス信号に対する抵抗を改善するために受信機として使用されるアンテナのアレイを含んでもよい。各アンテナはわずかに見通し線が異なり、マルチパスも異なる。実施形態に従ったシステムおよび方法は、複数のアンテナからのデータ（例えば、受信および送信信号）を使用して、信号の品質およびマルチパス干渉の量によって重み付けされた測定を実行することを含む。従って、使用されるアンテナが多いほど（典型的には、３～１０のアンテナ）、本実施形態のシステムおよび方法の性能は向上するであろう。
いくつかの実施形態では、単一のアンテナを使用する代わりに、各センサは、マルチパス信号に対する抵抗を改善するために受信機として使用されるアンテナのアレイを含んでもよい。各アンテナはわずかに見通し線が異なり、マルチパスも異なる。実施形態に従ったシステムおよび方法は、複数のアンテナからのデータ（例えば、受信および送信信号）を使用して、信号の品質およびマルチパス干渉の量によって重み付けされた測定を実行することを含む。従って、使用されるアンテナが多いほど（典型的には、３～１０のアンテナ）、本実施形態のシステムおよび方法の性能は向上するであろう。
【0095】
［方向性とビームステアリング］
上記の代替として、または上記と組み合わせて、実施形態によるマルチパス除去システムおよび方法は、送信および／または受信ビームを狭めることを含む。ビームが狭いほど、マルチパスからの干渉が少なくなる。狭ビームおよびビームステアリングは、アンテナアレイを含む各センサによって容易に実装される。
上記の代替として、または上記と組み合わせて、実施形態によるマルチパス除去システムおよび方法は、送信および／または受信ビームを狭めることを含む。ビームが狭いほど、マルチパスからの干渉が少なくなる。狭ビームおよびビームステアリングは、アンテナアレイを含む各センサによって容易に実装される。
【0096】
［偏光］
上記の代わりに、または上記と組み合わせて、実施形態に従ったマルチパス除去システムおよび方法のために、アンテナ偏波を使用して、マルチパス信号強度も低減することができる。具体的には直線偏波を使用することによって、反射信号はアンテナ偏波にほぼ平行な表面に最小化され得る。したがって、より良好な性能を提供する方向を見出すことができる。直線偏波ソリューションの別の変形例は、２つの異なる直線偏波（互いに垂直）を有する複数のアンテナを使用することを含み得る。両方の極性を測定することにより、見通し線信号をシングルアウト（マルチパスとは異なる同一の応答を持つ）とすることができる。
上記の代わりに、または上記と組み合わせて、実施形態に従ったマルチパス除去システムおよび方法のために、アンテナ偏波を使用して、マルチパス信号強度も低減することができる。具体的には直線偏波を使用することによって、反射信号はアンテナ偏波にほぼ平行な表面に最小化され得る。したがって、より良好な性能を提供する方向を見出すことができる。直線偏波ソリューションの別の変形例は、２つの異なる直線偏波（互いに垂直）を有する複数のアンテナを使用することを含み得る。両方の極性を測定することにより、見通し線信号をシングルアウト（マルチパスとは異なる同一の応答を持つ）とすることができる。
【0097】
［代替波形］
実施形態に従って、位置情報を生成するために種々のタイプの波形発生器を使用してもよい。いくつかの実施形態では、広帯域階段状ＣＷ信号を使用して、周波数当たりの位相を測定し、距離（広帯域情報のフーリエ変換による）および変位（ここで説明されたような位相測定による）を導出することができる。他のオプションとしては、ＩＦ演算による変位測定を可能とするチャープ信号や、周波数範囲にわたるＰＲＢＳ信号が含まれる。
実施形態に従って、位置情報を生成するために種々のタイプの波形発生器を使用してもよい。いくつかの実施形態では、広帯域階段状ＣＷ信号を使用して、周波数当たりの位相を測定し、距離（広帯域情報のフーリエ変換による）および変位（ここで説明されたような位相測定による）を導出することができる。他のオプションとしては、ＩＦ演算による変位測定を可能とするチャープ信号や、周波数範囲にわたるＰＲＢＳ信号が含まれる。
【0098】
［マルチセンサネットワーク］
複数のセンサのネットワークを使用して、複数のセンサ対にわたる変位を測定し、例えば、センサの初期位置または以前の位置に対する経度および幅変位などの２次元変位測定を可能にすることができる。異なるペア間の変位測定は、順次行うことができる。代替的に、センサは異なる周波数で送信を行うことができ、他のセンサの信号を同時に受信することができる。異なる中間周波数（例えば｜ｆＢ－ｆＡ｜および｜ｆＣ－ｆＡ｜）を有することによって、信号はフーリエ技術によって分離され、それらの位相を独立して測定することができる。センサのより大きなグループについては、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１６／７０４，００９号が、各受信機において周波数間の差異の絶対値が異なるように送信周波数のグループを選択する方法を記載している。例えば、４つのセンサの送信周波数ｆＡ、ｆＢ＝ｆＡ＋ｄｆ、ｆＣ＝ｆＡ＋３＊ｄｆ、ｆＤ＝ｆＡ＋４＊ｄＦを使用して、この特性を保証することができる。
複数のセンサのネットワークを使用して、複数のセンサ対にわたる変位を測定し、例えば、センサの初期位置または以前の位置に対する経度および幅変位などの２次元変位測定を可能にすることができる。異なるペア間の変位測定は、順次行うことができる。代替的に、センサは異なる周波数で送信を行うことができ、他のセンサの信号を同時に受信することができる。異なる中間周波数（例えば｜ｆＢ－ｆＡ｜および｜ｆＣ－ｆＡ｜）を有することによって、信号はフーリエ技術によって分離され、それらの位相を独立して測定することができる。センサのより大きなグループについては、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１６／７０４，００９号が、各受信機において周波数間の差異の絶対値が異なるように送信周波数のグループを選択する方法を記載している。例えば、４つのセンサの送信周波数ｆＡ、ｆＢ＝ｆＡ＋ｄｆ、ｆＣ＝ｆＡ＋３＊ｄｆ、ｆＤ＝ｆＡ＋４＊ｄＦを使用して、この特性を保証することができる。
【0099】
さらなる実施形態では、処理ユニットは、装置の機能を実行する１つ以上のハードウェア中央処理ユニット（ＣＰＵ）を含むデジタル処理装置とすることができる。さらに別の実施形態では、デジタル処理装置は、実行可能命令を実行するように構成されたオペレーティングシステムをさらに備える。いくつかの実施形態では、デジタル処理装置は、任意選択でコンピュータネットワークに接続される。さらなる実施形態では、デジタル処理装置は、ワールドワイドウェブにアクセスするように、インターネットに任意選択で接続される。さらに別の実施形態では、デジタル処理装置は、任意選択的に、クラウドコンピューティングインフラストラクチャに接続される。他の実施形態では、デジタル処理装置は、任意選択的に、イントラネットに接続される。他の実施形態では、デジタル処理装置は、任意選択的に、データ記憶装置に接続される。
【0100】
本明細書に記載するとおり、適切なデジタル処理装置は、限定的ではない例として、サーバコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、サブノートブックコンピュータ、ネットブックコンピュータ、ネットパッドコンピュータ、セットトップコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、インターネットアプライアンス、モバイルスマートフォン、タブレットコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント、ビデオゲームコンソール、および車両を含む。当業者は、多くのスマートフォンが、本明細書で説明されるシステムでの使用に適していることを認識するであろう。当業者は、任意選択のコンピュータネットワーク接続性を有する選択されたテレビが、本明細書で説明されるシステムでの使用に適していることも認識するであろう。適切なタブレットコンピュータには、当業者に知られている、ブックレット、スレート、および互換可能な構成を有するものが含まれる。
【0101】
いくつかの実施形態では、デジタル処理デバイスは、実行可能命令を実行するように構成されたオペレーティングシステムを含む。オペレーティングシステムは、例えば、プログラムおよびデータを含むソフトウェアであり、これは、装置のハードウェアを管理し、アプリケーションの実行のためのサービスを提供する。
【0102】
いくつかの実施形態では、装置は、記憶装置および／またはメモリ装置を含む。記憶装置および／またはメモリ装置は、データまたはプログラムを一時的または永久的に記憶するために使用される１つ以上の物理装置である。いくつかの実施形態では、装置は揮発性メモリであり、記憶された情報を維持するために電力を必要とする。いくつかの実施形態では、装置は不揮発性メモリであり、デジタル処理装置に電力が供給されていないときに、記憶された情報を保持する。
【0103】
いくつかの実施形態では、本明細書で開示されるシステムは、ソフトウェア、サーバ、および／またはデータベースモジュール、またはそれらの使用を含む。本明細書で提供される開示を考慮すると、ソフトウェアモジュールは、当業者に知られているマシン、ソフトウェア、および言語を使用して、当業者に知られている技術によって作成される。本明細書で開示されるソフトウェアモジュールは、様々な方法で実装される。様々な実施形態では、ソフトウェアモジュールは、ファイル、コードのセクション、プログラミングオブジェクト、プログラミング構造、またはそれらの組合せを含む。さらなる様々な実施形態では、ソフトウェアモジュールは、複数のファイル、複数のコードセクション、複数のプログラミングオブジェクト、複数のプログラミング構造、またはそれらの組合せを含む。様々な実施形態では、１つ以上のソフトウェアモジュールは、非限定的な例として、ウェブアプリケーション、モバイルアプリケーション、およびスタンドアロンアプリケーションを備える。ある実施形態では、ソフトウェアモジュールは、１つのコンピュータプログラムまたはアプリケーション内にある。他の実施形態では、ソフトウェアモジュールは、複数のコンピュータプログラムまたはアプリケーション内にある。いくつかの実施形態では、ソフトウェアモジュールは、１つのマシン上で提供される。他の実施形態では、ソフトウェアモジュールは、２つ以上のマシン上で提供される。さらなる実施形態では、ソフトウェアモジュールは、クラウドコンピューティングプラットフォーム上で提供される。ある実施形態では、ソフトウェアモジュールは、１つの場所の１つ以上のマシン上で提供される。他の実施形態では、ソフトウェアモジュールは、１つ以上の場所の１つ以上のマシン上で提供される。
【0104】
いくつかの実施形態では、本明細書で開示されるシステムは、１つ以上のデータベース、またはその使用を含む。本明細書で提供される開示を考慮すると、当業者は、本明細書で説明されるように、多くのデータベースが情報の記憶および検索に適していることを認識するであろう。
【0105】
上記の説明では、実施形態が、本発明の一例または実施態様である。「１つの実施形態」、「一実施形態」または「いくつかの実施形態」の様々な表現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すわけではない。
【0106】
本発明の様々な特徴は、単一の実施形態の文脈で説明することができるが、特徴は別々に、または任意の適切な組み合わせで提供することもできる。逆に、本発明は、明確にするために、本明細書では別個の実施形態の文脈で説明することができるが、本発明は単一の実施形態で実施することもできる。
【0107】
本明細書における「いくつかの実施形態」、「実施形態」、「１つの実施形態」または「他の実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくともいくつかの実施形態に含まれるが、必ずしもすべての実施形態に含まれるわけではないことを意味する。
【0108】
本明細書で使用される語法および用語は、限定するものとして解釈されるべきではなく、説明の目的のためだけのものであることを理解されたい。
【0109】
本発明の教示の原理および使用は、添付の説明、図面、および実施例を参照することにより、より良く理解され得る。
【0110】
本明細書に記載される詳細は、本発明の応用に対する限定を解釈するものではないことを理解されたい。
【0111】
さらに、本発明は、様々な方法で実施または実施することができ、本発明は、上記の説明で概説した実施形態以外の実施形態で実施することができることを理解されたい。
【0112】
「含む」、「備える」、「からなる」、およびそれらの文法的変形は、１つ以上の構成要素、特徴、ステップ、またはそれらの整数またはグループの追加を排除するものではなく、それらの用語は構成要素、特徴、ステップ、または整数を指定するものとして解釈されるべきであることを理解されたい。
【0113】
本明細書または特許請求の範囲が「追加の」要素を指す場合、それは、追加の要素のうちの２つ以上が存在することを排除しない。
【0114】
特許請求の範囲または明細書が「１つの（ａまたはａｎ）」要素に言及する場合、そのような言及は、その要素が１つだけ存在すると解釈されないことを理解されたい。本明細書が、構成要素、特徴、構造、または特性が含まれる可能性（ｍａｙ、ｍｉｇｈｔ、ｃａｎ、またはｃｏｕｌｄ）を述べている場合、特定の構成要素、特徴、構造、または特性が含まれている必要はないことを理解されたい。適用可能な場合、状態図、フロー図、またはその両方を使用して実施形態を説明することができるが、本発明はそれらの図または対応する説明に限定されない。例えば、フローは、図示された各ボックスまたは状態を通って、または図示され説明されたものと全く同じ順序で、進行する必要はない。本発明の方法は、選択されたステップまたはタスクを、手動で、自動的に、またはそれらの組合せで実行または完了することによって実施することができる。
【0115】
特許請求の範囲および明細書に提示される説明、例、方法および材料は、限定として解釈されるべきではなく、むしろ例示としてのみ解釈されるべきである。本明細書で使用される技術用語および科学用語の意味は、別段の定義がない限り、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものとする。本発明は、本明細書に記載されたものと同等または類似の方法および材料を用いた試験または実施において実施することができる。
【0116】
本発明を限られた数の実施形態に関して説明してきたが、これらは本発明の範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、むしろ、好ましい実施形態のいくつかの例示として解釈されるべきである。他の可能な変形、修正、および応用もまた、本発明の範囲内である。したがって、本発明の範囲は、これまでに説明されたものによって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物によって限定されるべきである。
【0117】
本明細書において言及される全ての刊行物、特許および特許出願は、あたかも個々の刊行物、特許または特許出願が参照により本明細書に組み込まれるように具体的かつ個別に示されたかのように、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。さらに、本出願における任意の参考文献の引用または特定は、そのような参考文献が本発明の先行技術として利用可能であることを容認するものとして解釈されるべきではない。セクション見出しが使用される限り、それらは必ずしも限定の意図で解釈されるべきではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】