(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗物に搭載された表面貫通レーダー（ＳＰＲ）システムを用いて位置特定を実行するためにＳＰＲの画像化範囲を拡張する方法において、
少なくとも１のＳＰＲ送信素子から少なくとも１のＳＰＲ信号を送信するステップと、
少なくとも２のＳＰＲ受信素子を介して、物体からのＳＰＲ信号の反射を少なくとも部分的に含む応答信号を受信するステップと、
前記少なくとも２のＳＰＲ受信素子で前記応答信号が受信される位相の差に基づいて、前記物体が前記ＳＰＲシステムの真下の領域の外側の関心領域にあると判断するステップと、
少なくとも部分的に前記物体に基づいて、前記ＳＰＲシステムを使用して前記乗物の位置特定を実行するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記物体に少なくとも部分的に基づいて、前記ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
トラッキングパスが、前記ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップと部分的にのみ重複する場合、前記乗物の位置特定を実行することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記物体は、前記ＳＰＲシステムのＳＰＲアンテナアレイの下にない、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＳＰＲアンテナアレイの下の領域を越えて前記ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップにより、領域のより少ないマッピングパスを実行するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップにより、位置特定を実行できる領域を拡張するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも２つのＳＰＲ受信素子を介した前記応答信号の受信に基づいて、前記物体から前記ＳＰＲシステムのＳＰＲ素子までの距離を特定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも２つのＳＰＲ受信素子を介した前記応答信号の受信に関連するデータを移行するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
乗物に搭載された表面貫通レーダー（ＳＰＲ）システムを用いて位置特定を実行するためのＳＰＲの画像化範囲を拡張する方法において、
それぞれ異なるＳＰＲ送信素子から２またはそれ以上のＳＰＲ信号を送信するステップと、
１のＳＰＲ受信素子を介して、物体からの前記２以上のＳＰＲ信号の反射を少なくとも部分的に含む２またはそれ以上の応答信号を受信するステップと、
前記２またはそれ以上の応答信号が前記ＳＰＲ受信素子で受信される位相の差に基づいて、前記物体が前記ＳＰＲシステムの真下の領域の外側の関心領域にあると判断するステップと、
少なくとも部分的に前記物体に基づいて、前記ＳＰＲシステムを使用して前記乗物の位置特定を実行するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記物体に少なくとも部分的に基づいて、前記ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
トラッキングパスが、前記ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップと部分的にのみ重複する場合、前記乗物の位置特定を実行するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記物体は、前記ＳＰＲシステムのＳＰＲアンテナアレイの下にない、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
対応するＳＰＲアンテナアレイの下の領域を越えて前記ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップにより、領域のより少ないマッピングパスを実行するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップにより、位置特定を実行できる領域を拡張するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＳＰＲ受信素子を介した２またはそれ以上の応答信号の受信に基づいて、前記物体から前記ＳＰＲシステムのＳＰＲ素子までの距離を特定するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＳＰＲ受信素子を介した応答信号の受信に関連するデータを移行するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
乗物に搭載された表面貫通レーダー（ＳＰＲ）システムで位置特定を行うためにＳＰＲの画像化範囲を拡張する方法において、
第１のＳＰＲ送信素子から第１のＳＰＲ信号を送信し、第２のＳＰＲ送信素子から第２のＳＰＲ信号を送信するステップと、
第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲ受信素子で、物体からの前記第１のＳＰＲ信号の反射を少なくとも部分的に含む第１の応答信号を受信するステップと、
前記第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲ受信素子の少なくとも１つを介して、前記物体からの前記第２のＳＰＲ信号の反射を少なくとも部分的に含む第２の応答信号を受信するステップと、
前記第１の応答信号が前記第１のＳＰＲ受信素子および前記第２のＳＰＲ受信素子で受信される位相の差と、前記第１の応答信号および前記第２の応答信号が前記第１のＳＰＲ受信素子および前記第２のＳＰＲ受信素子のうちの少なくとも１つを介して受信される位相の差とに基づいて、前記物体が前記ＳＰＲシステムの真下の領域の外側の関心領域にあると判定するステップと、
少なくとも部分的に前記物体に基づいて、前記ＳＰＲシステムを使用して前記乗物の位置特定を実行するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
乗物に搭載された表面貫通レーダー（ＳＰＲ）で位置特定を行うためのＳＰＲの画像化範囲を拡張するためのシステムにおいて、
第１のＳＰＲ信号を送信するように構成された第１のＳＰＲ送信素子と、
第２のＳＰＲ信号を送信するように構成された第２のＳＰＲ送信素子と、
物体からの前記第１のＳＰＲ信号の反射を少なくとも部分的に含む第１の応答信号を受信するように構成された第１のＳＰＲ受信素子と、
第１の応答信号を受信するように構成された第２のＳＰＲ受信素子であって、前記第１および第２のＳＰＲ受信素子の少なくとも一方が第２の応答信号を受信するように構成され、ここで第２の応答信号は前記物体からの前記第２のＳＰＲ信号の反射を少なくとも部分的に含む、第２のＳＰＲ受信素子と、
前記第１および第２のＳＰＲ受信素子と通信する１以上のプロセッサであって、
前記第１の応答信号が、前記第１のＳＰＲ受信素子および前記第２のＳＰＲ受信素子で受信される位相の差と、前記第１の応答信号および前記第２の応答信号が前記第１のＳＰＲ受信素子および前記第２のＳＰＲ受信素子のうちの少なくとも１つを介して受信される位相の差とに基づいて、前記物体がシステムの真下の領域の外側の関心領域にあると判断し、
少なくとも部分的に前記物体に基づいて前記乗物の位置特定を実行するプロセッサと、
を具えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
［０００１］この出願は、２０１７年１月２７日に出願された「ＬＧＰＲ  Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ」という名称の米国仮特許出願第６２／４５１，３１３号、および２０１７年７月７日に出願された「Ｌｏｃａｌｉｚｉｎｇ  Ｇｒｏｕｎｄ−Ｐｅｎｅｒａｔｉｎｇ  Ｒａｄａｒ」という名称の米国仮特許出願第６２／５２９，７４０号の早い出願日の利益を請求するものであり、これらはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明における政府の権利
［０００２］本発明は、米国空軍により授与された契約番号ＦＡ８７２１−０５−Ｃ−０００２の下で政府の支援によりなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
発明の分野
［０００３］本発明は、一般に、表面特性を特定するための方法およびシステムに関する。この方法およびシステムは、乗物を制御するために使用することができる。
【０００４】
発明の背景
［０００４］車両の自律航行では、広範なマッピングとマッピングデータを取得して保存する必要がある。マッピングデータの取得と保存には多くのリソースが必要になる可能性があり、費用と時間がかかる場合がある。さらに、自律車両航行のためにマッピングデータを使用するには、正確かつ精密な送受信および／または検知装置が必要になる場合があり、これには画像の粒度と範囲の両方に制限がある場合がある。したがって、自動車両航行で使用される送受信および／または検知機器をより効率的に使用する方法およびシステムが求められていた。
【発明の概要】
【０００５】
［０００５］本技術の例示的な実施形態は、表面特性を特定する方法を含む。
【０００６】
［０００６］一実施形態において、ＳＰＲシステムで位置特定を行うために表面貫通レーダー（ＳＰＲ）フットプリントを拡張する方法は、少なくとも１つのＳＰＲ送信素子から少なくとも１つのＳＰＲ信号を送信するステップを含み得る。この方法はさらに、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子を介して、少なくとも部分的に、物体からのＳＰＲ信号の反射を含む応答信号を受信するステップを含み得る。この方法はまた、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子で応答信号が受信される位相差に基づいて、物体がＳＰＲシステムのフットプリント外の関心領域にあることを判定するステップを含み得る。この方法はさらに、物体に少なくとも部分的に基づいてＳＰＲシステムを使用して乗物の位置特定を実行するステップを含み得る。
【０００７】
［０００７］様々な実装例において、この方法は、物体に少なくとも部分的に基づいて、ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップを含み得る。この方法は、トラッキングパスが、ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップのフットプリントと部分的にのみ重複する場合に、車両の位置特定を実行するステップをさらに含み得る。物体は、ＳＰＲシステムのＳＰＲアンテナアレイの下にない場合がある。この方法はまた、ＳＰＲアンテナアレイの下の領域を越えてＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップを含み得る。この方法はさらに、ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張することにより、領域のマッピングパスをより少なく実行するステップを含み得る。さらに、この方法は、ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張することにより、位置特定を実行できる領域を拡張するステップを含み得る。さらに、この方法は、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子を介した応答信号の受信に基づいて、物体からＳＰＲシステムのＳＰＲ素子までの距離を特定するステップを含み得る。また、この方法は、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子を介した応答信号の受信に関連するデータを移行するステップを含み得る。
【０００８】
［０００８］一実施形態では、ＳＰＲシステムで位置特定を行うために表面貫通レーダー（ＳＰＲ）のフットプリントを拡張する方法は、異なるＳＰＲ送信素子からそれぞれ２以上のＳＰＲ信号を送信するステップを含み得る。この方法はさらに、ＳＰＲ受信素子を介して２以上の応答信号を受信するステップを含むことができ、応答信号は、少なくとも部分的に、物体からの２以上のＳＰＲ信号の反射を含む。この方法はまた、２以上の応答信号がＳＰＲ受信素子で受信される位相差に基づいて、物体がＳＰＲシステムのフットプリント外の関心領域にあることを判定するステップを含み得る。この方法はまた、物体に少なくとも部分的に基づいて、ＳＰＲシステムを使用して車両の位置特定を実行するステップを含み得る。
【０００９】
［０００９］様々な実装例において、この方法は、物体に少なくとも部分的に基づいてＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップを含み得る。この方法はまた、トラッキングパスがＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップのフットプリントと部分的にのみ重複する場合に、車両の位置特定を実行するステップを含み得る。物体は、ＳＰＲシステムのＳＰＲアンテナアレイの下にない場合がある。この方法はさらに、対応するＳＰＲアンテナアレイの下の領域を越えてＳＰＲシステムで位置特定を行うことに関連するマップを拡張するステップを含み得る。この方法はさらに、ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張することにより、領域のマッピングパスをより少なく実行するステップを含み得る。さらに、この方法は、ＳＰＲシステムでの位置特定の実行に関連するマップを拡張することにより、位置特定を実行できる領域を拡張するステップを含み得る。さらに、この方法は、ＳＰＲ受信素子を介した２以上の応答信号の受信に基づいて、物体からＳＰＲシステムのＳＰＲ要素までの距離を特定するステップを含み得る。また、この方法は、ＳＰＲ受信素子を介した応答信号の受信に関連するデータを移行するステップを含み得る。
【００１０】
［０００１０］一実施形態では、ＳＰＲシステムで位置特定を行うための表面貫通レーダー（ＳＰＲ）のフットプリントを拡張する方法は、第１のＳＰＲ送信素子から第１のＳＰＲ信号を送信し、第２のＳＰＲ送信素子から第２のＳＰＲ信号を送信するステップを含み得る。この方法はさらに、第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲ受信素子で第１の応答信号を受信するステップをさらに含むことができ、第１の応答信号は、少なくとも部分的に、物体からの第１のＳＰＲ信号の反射を含む。この方法はまた、第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲ受信素子の少なくとも一方を介して、物体からの第２のＳＰＲ信号の反射を少なくとも部分的に含む第２の応答信号を受信するステップを含み得る。この方法はさらに、第１の応答信号が第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲ受信素子で受信される位相差と、第１の応答信号および第２の応答信号が、第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲ受信素子の少なくとも一方を介して受信される位相差とに基づいて、物体がＳＰＲシステムのフットプリント外の関心領域にあることを特定するステップを含み得る。さらに、この方法は、物体に少なくとも部分的に基づいてＳＰＲシステムを使用して乗物の位置特定を実行するステップを含み得る。
【００１１】
［０００１１］一実施形態において、ＳＰＲで位置特定を行うために表面貫通レーダー（ＳＰＲ）のフットプリントを拡張するシステムは、第１のＳＰＲ信号を送信するように構成された第１のＳＰＲ送信素子を含み得る。システムはまた、第２のＳＰＲ信号を送信するように構成された第２のＳＰＲ送信素子を含み得る。システムはさらに、第１の応答信号を受信するように構成された第１のＳＰＲ受信素子を含むことができ、第１の応答信号は、物体からの第１のＳＰＲ信号の反射を少なくとも部分的に含む。システムはさらに、第１の応答信号を受信するように構成された第２のＳＰＲ受信素子を含むことができ、第１および第２のＳＰＲ受信素子の少なくとも一方は、第２の応答信号を受信するように構成され、第２の応答信号は、少なくとも部分的に、物体からの２番目のＳＰＲ信号の反射を含む。さらに、システムは、第１および第２のＳＰＲ受信素子と通信する１以上のプロセッサを含み得る。１以上のプロセッサは、第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲで第１の応答信号が受信される位相差と、第１の応答信号および第２の応答信号が第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲ受信素子の少なくとも一方を介して受信される位相差とに基づいて、物体がシステムに関連するフットプリント外の関心領域にあることを判定するように構成され得る。１以上のプロセッサはさらに、物体に少なくとも部分的に基づいて乗物の位置特定を実行するように構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
［００１０］本発明の上記およびさらなる利点は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより、よりよく理解することができ、同様の数字は、様々な図の同様の構造要素および特徴を示している。明確のために、すべての要素がすべての図において符号付けされているわけではない。図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに本発明の原理を説明することに重点が置かれている。
【図１】［００１１］図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、表面貫通レーダー（ＳＰＲ）システムで位置特定を実行するためのＳＰＲフットプリントを拡張する方法の実施形態のフローチャートである。
【図２】［００１２］図２は、本開示によるＧＰＲシステムを装備した車両の側面図を示す。
【図３】［００１３］図３は、本開示によるＧＰＲシステムを装備した車両の正面図を示す。
【図４】［００１４］図４は、本開示によるＧＰＲシステムを装備した車両の底面図を示す。
【図５】［００１５］図５は、本開示による例示的なＧＰＲシステムを示す。
【図６】［００１６］図６は、本開示による例示的なマッピングパスの図を示す。
【図７】［００１７］図７は、本開示による例示的なトラッキングパスの図を示す。
【図８】［００１８］図８は、本開示による例示的なマッピングパスおよび例示的なトラッキングパスの図を示す。
【図９】［００１９］図９は、本開示による例示的なマッピングパスの図を示す。
【図１０】［００２０］図１０は、本開示による例示的なトラッキングパスの図を示す。
【図１１】［００２１］図１１は、ダイポール素子のシミュレートされた電界（Ｅ面）のプロットを示す。
【図１２】［００２２］図１２は、ダイポール素子のシミュレートされた電界（Ｈ平面）のプロットを示す。
【図１３】［００２３］図１３は、シミュレートされた電界対深度のプロットを示す。
【図１４】［００２４］図１４は、シミュレートされた電界対周波数のプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［００２５］以下で説明する様々な実施形態では、地面（ground）および表面（surface）に言及している。地面には、土壌、アスファルト層やコンクリート層、砂利、砂などの路面または舗道が含まれ、表面とは空気、配列物、流体、雪、雨、スラッジ、泥、または自由空間との界面であることが理解されよう。場合によっては、表面には、トンネル、坑道、および乗物が移動する他の通路を囲む面も含まれる。
【００１４】
［００２６］より一般的には、本明細書では、表面貫通レーダー（ＳＰＲ）および地面貫通レーダー（ＧＰＲ）に言及する。本書で用いられる場合、ＳＰＲは、表面下領域からデータを取得するように構成されたレーダーシステムを意味する。ＳＰＲは、壁面、天井、床面、またはトンネルや通路に沿った１以上の表面の背後にある表面下領域のデータを取得するように構成および方向付けすることができる。場合によっては、ＳＰＲは表面のデータも取得することができる。ＧＰＲシステムは、地下領域からデータを取得するように構成されたＳＰＲシステムの一種であり、地表のデータも取得できることが認識されよう。本書で使用される表面下領域とは、地表の下の地下領域など、表面の裏の領域をいう。あるいは、表面下領域は、壁や天井構造の内部および／または背後の領域など、構造物の表面の背後の領域であり得る。
【００１５】
［００２７］簡単な概要では、本開示は、ＳＰＲシステムで位置特定を実行するためのＳＰＲのフットプリントを拡張する方法およびシステムに関する。この方法は、少なくとも１つのＳＰＲ送信素子から少なくとも１つのＳＰＲ信号を送信するステップを含み得る。この方法はさらに、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子を介して応答信号を受信するステップを含むことができ、応答信号は、少なくとも部分的に、物体からのＳＰＲ信号の反射を含む。この方法はまた、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子で応答信号が受信される位相の差に基づいて、物体がＳＰＲシステムのフットプリント外の関心領域にあることを判定するステップを含み得る。この方法はさらに、物体に少なくとも部分的に基づいてＳＰＲシステムを使用して乗物の位置特定を実行することを含み得る。
【００１６】
［００２８］ＳＰＲまたはＧＰＲを用いた乗物の位置特定方法およびシステムは、例えば、「表面貫通レーダーを用いた車両の位置特定方法およびシステム」という名称の米国特許出願第１５／８３０，３９８号と、米国特許第８，９４９，０２４号の「表面貫通レーダーを使用した車両位置特定」に記載されており、その開示は両方ともその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００１７】
［００１０］以前に取得されたＳＰＲ画像は、車両の航行を支援するための表面下マップとして使用することができる。マップは、様々な精度と表面下深度で作成することができる。精度の低いマップは、マッピングされた表面下領域を車両が通過する際の粗い位置追跡に使用される。例えば、低精度のマップをＳＰＲ画像の第１セットで使用して低精度の位置データを取得し、その後に高精度のマップを粗い位置データと組み合わせて使用して、ＳＰＲ画像の第２セットから精密な位置データを取得することができる。粗い位置特定は、精密な位置特定にかかる検索量を削減し、最終的に決定された位置データの堅牢性と精度を向上させるのに役立つ。さらに、複数のマップに基づいて各車両位置について取得された複数の見当一致（registration matches）を用いると、堅牢性と精度がさらに向上する。ある状況では、米国特許第８，９４９，０２４号に記載の技術を使用して、マップ内の重要な特徴セットのサブセットを抽出して、粗い位置特定として車両の迅速なグローバル位置特定を実現することができる。削減された処理セットは、グローバル基準（global reference）で車両を迅速に「再配置」するために使用される。この技術は、車両が追跡できなくなり、正確なグローバル位置推定ができない場合などの、ＧＰＳが使えない環境で役立つ。
【００１８】
［００１１］以前に取得したＳＰＲ参照画像を組み合わせ、またはつなぎ合わせて、モバイルＳＰＲシステムの１回のパス（通過）で取得できるものよりも多くの参照画像データを提供することができる。例えば、複数車線の高速道路のＧＰＲ参照画像データを、モバイルＧＰＲシステムの複数の通過によって取得することができ、ここで各パスは高速道路の単一車線に対応する。車線のＧＰＲ参照画像をシームレスに組み合わせて、高速道路の幅全体の画像データを提供することができる。したがって、車両の航行システムは、参照画像を使用して、任意の車線を走行したり、隣接する車線間を移動したりすることができる。あるいは、車両の表面下領域と高速道路について保存されたＧＰＲ参照画像に表された表面下領域との間に十分な重複が存在する限り、高速道路の幅の一部（例えば、中央車線）のみが保存されたＧＰＲ参照画像に表されてもよい。車両のトリップ経路は、ＳＰＲ参照画像を取得するのに用いられた参照車両の経路を特に参照することなく、グローバル経路によって定義することができる。あるいは、実際の車両軌跡とＧＰＲ参照画像に関連する経路との間の望ましい横方向オフセットを維持することにより、中央車線に隣接する車線を使用してトリップ経路を定義することも可能である。車両が収集した他のデータ（経路を辿る途中であっても）を使用して、参照画像データを更新してもよい。
【００１９】
［００１２］いくつかの実施形態では、ＳＰＲ画像は、表面データ、すなわち、表面下領域と大気またはローカル環境との境界に関するデータも含む。ＳＰＲアンテナアレイが表面と接触していない場合、受信される最も強い戻り信号は通常、表面により生じる反射に基づく。
【００２０】
［００１３］本明細書で説明される方法およびシステムは、自律的な地上車両の航行を容易にするという文脈で議論されるが、この方法およびシステムは他のタイプの航行（navigation）に有用であり得る。自動車両航行の円滑化は、陸上を走行する自動車および他の形態の地上車両に限定されない。代わりに、本開示に記載される自律車両航行の促進のための技術および特徴は、水上、水中、地下、屋内、または飛行による航行に適用されてもよい。
【００２１】
［００１４］図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃを参照すると、本開示によるＳＰＲシステムで位置特定を実行するためにＳＰＲフットプリントを拡張する方法１００Ａ、１００Ｂ、および１００Ｃのフローチャートを示している。図２を参照すると、本開示によるＳＰＲシステム２０２を装備した車両２００の側面図が示されている。本開示で説明されるＳＰＲシステム２０２および他のＳＰＲシステムは、地面または表面を貫通するレーダー動作を実行し、表面下画像のデータを収集するように設計され得ることに留意されたい。
【００２２】
［００１５］車両２００は自動車として示されているが、非限定的な例として、乗客または機器、センサおよび他の物体などの荷物を輸送するためのプラットフォームを含む、任意の移動式プラットフォームまたは構造であり得る。車両２００は、方向転換（すなわち、操縦）能力、加速および減速する能力を有し得る。図中の車両２００は、その制御可能な自由度が総自由度よりも小さいことから一般に非ホロノミックであると解されるが、全方向車輪を有する車両などのホロノミック車両も考えられる。他の実施形態では、車両２００は、その高さ（または地面からの距離）、ピッチ、ヨー、およびロールのうちの１つまたは複数を変更することができてもよい。車両２００は、ＳＰＲベースの航行システムを含み、自律モードで動作することができる。言い換えれば、車両２００の乗客の操作は制限されるか、または不要で、航行のために車両２００によって受信されるリモートコマンドが存在しない場合がある。一例として、操作の制限には、乗客による速度制御が含まれてもよいが、他の操作は自律的な制御下にあるものとする。
【００２３】
［００１６］図１Ａを参照すると、一実施形態では、方法１００Ａは、少なくとも１つのＳＰＲ送信素子から少なくとも１つのＳＰＲ信号（例えば、ＳＰＲ信号２０４）を送信するステップ１０２Ａを含み得る。ＳＰＲシステム２０２は、車両２０２の下側に固定されたアンテナアレイを含み得る。ＳＰＲアンテナアレイは、レーダー信号を送信および受信するための空間的に不変の送信および受信アンテナ素子の線形構成を含み得る。信号２０４は、ＳＰＲアンテナアレイの送信アンテナ素子のうちの１つによって送信され得る。他の実施形態では、ＳＰＲアンテナアレイは、車両２０２の他の場所に配置されてもよいし（例えば、車両の前部に固定され）、送信および受信アンテナ素子は直線的に配置されなくてもよい。ＳＰＲアンテナアレイは、地面２０６に名目上または実質的に平行であってもよく、進行方向に平行または垂直に延在してもよい。ＳＰＲ信号（例えば、信号２０４）は、送信アンテナ素子から車両２０２の下の路面２０６へ、および／またはそれを通って下向きに伝搬する。ＳＰＲ信号は、表面２０６より下および表面２０６から上方向に後方散乱され、受信アンテナ素子によって検出され得る。
【００２４】
［００１７］様々な実装例において、ＳＰＲ信号は、表面や表面下の特性に対する感度に基づいて選択され得る周波数または周波数範囲を有し得る。周波数応答を分析して、ＳＰＲ信号に適した周波数を決定することができる。例えば、周波数の選択は、様々な表面または表面下の特性からの反射に関連するため、各周波数の応答に基づくことができる。特定の深度範囲または特徴種類、安定性、散乱レベル、および特徴サイズがデータで強調または非強調されるように、周波数を選択することができる。したがって、周波数の選択により、特定の表面特性を強調することができる。
【００２５】
［００１８］図５を参照すると、本開示による例示的なＳＰＲシステムが示されている。ＳＰＲシステム５００は、モバイルＳＰＲシステムであり、ＳＰＲアンテナアレイ５０２を含み得る。例えば、ＳＰＲアンテナアレイ５０２は、車両の下側に固定されてもよい。ＳＰＲアンテナアレイ５０２は、レーダー信号を送信および受信するための１以上の送信および受信アンテナ素子を含み得る。さらに、ＳＰＲアンテナアレイ５０２は、ＳＰＲアンテナアレイ５０２を制御し得るＳＰＲプロセッサ５０４と通信し得る。例えば、ＳＰＲプロセッサ５０４は、ＳＰＲアンテナアレイ５０２またはその中の１以上の送信および受信アンテナ素子の送信動作を制御し得る。ＳＰＲプロセッサ５０４は、ＳＰＲアンテナアレイ５０２またはその中の１以上のアンテナ素子から戻りレーダー信号を受信し得る。図２のＳＰＲシステム２０２は、ＳＰＲシステム５００と同一、類似、またはその一実装例であり得る。
【００２６】
［００１９］一実装例において、ＳＰＲシステム５００はまた、車両の位置特定動作を実行するための１以上の構成要素を含み得る。例えば、ＳＰＲシステム５００は、上述の米国特許出願第１５／８３０，３９８号により詳細に説明されているように、位置合わせモジュール（registration module）、変換モジュール、ユーザインターフェース、および／または参照画像ソースを含み得る。このようにして、ＳＰＲシステムは、乗物（例えば、車両２００）の位置特定アプリケーションで使用することができる。
【００２７】
［００２０］図３、４を参照すると、車両２００の正面図および底面図が示されている。ＳＰＲシステム２０２は、ＳＰＲアンテナアレイ２０８を含み得る。ＳＰＲアンテナアレイ２０８は、アンテナ素子ａ〜ｌを含み得る。このＳＰＲアンテナアレイ２０８は１２個のアンテナ素子ａ〜ｌを含むが、この構成は例示目的のみのために示され、ＳＰＲアンテナアレイ２０８は他の数のアンテナ素子または他の構成を含むことができる。アンテナ要素ａ〜ｌは、１１個のチャネル（例えば、チャネル１〜１１）を形成し得る。各チャネルには、送信素子と受信素子、または送受信対が含まれる。例えば、運転席側から助手席側まで車両を横切って配置されたＳＰＲアンテナアレイ２０８にわたって１２個の素子があり得る。
【００２８】
［００２１］一実装例では、チャネル１は、車両２００の運転者側の前タイヤ２１０またはその近くに配置され得る。チャネル１１は、車両２００の乗客側の前タイヤ２１２またはその近くに配置され得る。アンテナのセット（アンテナａ、ｂなど）は、約２フィートの長さである。各アンテナは、車両２００の前タイヤと後タイヤの間に配置されてもよい。チャネルの１つのアンテナ（アンテナａなど）で送信され、１つのアンテナ（アンテナｂなど）で受信されてもよい。アンテナは棒状であってもよく、互いに５インチ離れていてもよい。例えば、アンテナａは、運転席側の前タイヤ２１０の隣にあり、アンテナｂは、助手席側の前タイヤ２１２に５インチ近くてもよい。さらなるアンテナｃ〜ｌが助手席側に向かって５インチ間隔で配置され、最後のアンテナ（ｌ）は助手席側の前タイヤ２１２の近くにくる。このように、本明細書で説明されるＳＰＲシステムは、車両の下に配置された複数のＳＰＲアンテナおよびチャネルを含むことができ、各チャネルは少なくとも１つの送信素子と少なくとも１つの受信素子を含み得る。
【００２９】
［００２２］図１Ａと図６を参照すると、少なくとも１つのＳＰＲ送信素子から少なくとも１つのＳＰＲ信号を送信するステップ１０２Ａは、送信素子６０２からＳＰＲ信号を送信することを含み得る。送信素子６０２は、車両２００に関連して図３、４に示されるアンテナ要素ａ〜ｌの１つと同様であってもよい。送信素子６０２は、車両２００に関連して図３、４に示されるＳＰＲアンテナアレイ２０８と同様であり得るアレイ６００ａの一部であり得る。図６は、本開示による乗物（図示せず）の例示的なマッピングパスを示す。アレイ６００は、送信素子６０２を含み、受信素子６０４ａおよび６０４ｂを使用して、車両が表面６０６および表面下の地中の上を走行する際にマッピングパスを実行することができる。
【００３０】
［００２３］さらに、方法１００は、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子（例えば、ＳＰＲ受信素子６０４ａ、６０４ｂ）を介して応答信号を受信するステップ１０４Ｂを含み得る。応答信号は、少なくとも部分的に、物体（例えば、物体６１０ａまたは６１０ｂ）からのＳＰＲ信号の反射（例えば、反射６０８）を含み得る。本例では、物体６１０ａはアレイ６００のフットプリント外の関心領域にある。
【００３１】
［００２４］本書で使用される「物体」という用語は、ＳＰＲ信号の反射または吸収を引き起こす、調査対象の表面下のあらゆるものを指す場合があることに留意されたい。例えば、本書で使用する物体という用語は、岩などの物理的な物体に限定されず、土壌タイプ、密度、物体、水、塩分などの変化も含む。信号は、様々な素材を様々な速度で通る。信号が境界を越える場合の信号の変化には、反転、分散、減衰、反射などが含まれる。したがって、応答信号は、土壌タイプ、密度、物体、水、塩分などの変化に基づいたＳＰＲ信号の反射を含み、本書で使用する物体という用語はそれを含むことを企図している。
【００３２】
［００２５］ここで図７も参照すると、少なくとも１つのＳＰＲ送信素子から少なくとも１つのＳＰＲ信号を送信するステップ１０２Ａは、送信素子７０２からＳＰＲ信号を送信することを含み得る。送信素子７０２は、車両２００に関連する図３、４に示されるアンテナ要素ａ〜ｌの１つと同様であってもよい。送信素子７０２は、車両２００に関連する図３、４に示されるＳＰＲアンテナアレイ２０８と同様であり得るアレイ７００ａの一部であってもよい。図７は、本開示による乗物（図示せず）の例示的なトラッキングパスを示す。アレイ７００は、送信素子７０２を含み、受信素子７０４ａおよび７０４ｂを使用して、車両が表面６０６および表面下の地中の上を運転するときにトラッキングパスを実行することができる。
【００３３】
［００２６］さらに、方法１００は、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子（例えば、ＳＰＲ受信素子７０４ａ、７０４ｂ）を介して応答信号を受信するステップ１０４Ａを含み得る。応答信号は、少なくとも部分的に、物体（例えば、物体６１０ａまたは６１０ｂ）からのＳＰＲ信号の反射（例えば、反射７０８）を含み得る。本例では、物体６１０ａはアレイ７００のフットプリント外の領域にある。アレイ６００とアレイ７００は、反対方向に移動する同じ車両上の同じアレイであるか、異なる車両上の同様のアレイであるが一方の車両と比較して他方の車両にミラーリング配置されていることに留意されたい。
【００３４】
［００２７］方法１００はまた、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子（例えば、ＳＰＲ受信素子６０４ａと６０４ｂ、またはＳＰＲ受信素子７０４ａと７０４ｂ）で応答信号が受信される位相の差に基づいて、物体（例えば、物体６１０ａ）がＳＰＲシステムのフットプリント外の関心領域にあることを判定するステップ１０６Ａを含み得る。例えば、図６を参照すると、物体６１０ａはアレイ６００の下にはないが、物体６１０からの反射６０８（１０２ａで送信されるＳＰＲ信号に対応）は、アレイ６００の受信素子６０４ａおよび６０４ｂに到達する。同様に、図７を参照すると、物体６１０ａはアレイ７００の下にないが、反射７０８（１０２Ａで送信されたＳＰＲ信号に対応）はアレイ７００の受信素子７０４ａおよび７０４ｂに到達する。反射（例えば、反射６０８または７０８）に対応する応答信号は、受信素子（例えば、ＳＰＲ受信素子６０４ａと６０４ｂ、またはＳＰＲ受信素子７０４ａと７０４ｂ）に到達し、応答信号が受信される受信素子での位相差を特定することができる。応答信号が受信素子（ＳＰＲ受信素子６０４ａおよび６０４ｂまたはＳＰＲ受信素子７０４ａおよび７０４ｂなど）に到達したときの応答信号の位相に対応する位相測定値を使用して、物体とそのおよその位置を特定することができる。位相差は、事実上、信号が送信機から受信機に到達するのにかかる時間の違いである。このタイミングの差の測定は、所定の位置で実行することができる。
【００３５】
［００２８］上記のマッピングおよびトラッキングパスを、図８に集合的に見ることができる。図示のように、物体６１０ａはアレイ６００の下にはないが、物体６１０からの反射６０８（１０２ａで送信されたＳＰＲ信号に対応）は、アレイ６００の受信素子６０４ａおよび６０４ｂに到達する。同様に、図７を参照すると、物体６１０ａはアレイ７００の下にないが、反射７０８（１０２Ａで送信されたＳＰＲ信号に対応）はアレイ７００の受信素子７０４ａおよび７０４ｂに到達する。反射（例えば、反射６０８、７０８）に対応する応答信号は、受信素子（例えば、ＳＰＲ受信素子６０４ａおよび６０４ｂまたはＳＰＲ受信素子７０４ａおよび７０４ｂ）に到達し、応答信号が受信される受信素子における位相の差を特定することができる。
【００３６】
［００２９］方法１００Ａはまた、物体に少なくとも部分的に基づいてＳＰＲシステムを使用して車両の位置特定を実行するステップ１０８Ａを含み得る。例えば、マッピングパス中に、アレイ６００は、物体６１０ａを識別するのに十分なデータを取得し得る。その後、トラッキングパスで、アレイ７００は、物体６１０ａを識別するのに十分なデータを取得し、本明細書および、米国特許出願番号第１５／８３０，３９８および米国特許第８，９４９，０２４号（上記参照）のうちの１以上に記載された技術および特徴を使用して、車両の位置特定を行うことができる。
【００３７】
［００３０］このようにして、方法１００Ａは、物体（例えば、物体６１０ａ）に少なくとも部分的に基づいて、ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップ１１０Ａを含み得る。図８を参照すると、物体６１０ａはマッピングパス（例えば、素子６０４ａおよび６０４ｂ）およびトラッキングパス（例えば、素子７０４ａおよび７０４ｂ）の両方の受信（またはリスニング）素子の検出内にあるため、アレイ（例えば、アレイ６００）のフットプリントの外側の物体６１０ａを有する関心領域を実際に一度も通過しなかったにも拘わらず、これが実現する。同様に、方法１００Ａは、トラッキングパスがＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップのフットプリントと部分的にのみ重複する場合に車両の位置特定を実行するステップ１１２Ａを含み得る。
【００３８】
［００３１］このように、本開示に記載の技術および特徴を使用して、方法１００Ａは、ＳＰＲアンテナアレイ（例えば、アレイ６００）の下の領域を超えてＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップ１１４Ａを含み得る。マップには、ＳＰＲアンテナアレイ（アレイ６００など）の下の領域を超えたものが含まれ得るため、方法１００Ａは、ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張することにより、この領域のマッピングパスを少なく実行するステップ１１６Ａを含み得る。さらに、マップはＳＰＲアンテナアレイ（例えば、アレイ６００）の下にある領域を超えたものが含まれ得るため、方法１００Ａは、ＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張することにより、位置特定を実行できる領域を拡張するステップ１１８Ａを含み得る。
【００３９】
［００３２］上述のように、反射（例えば、反射６０８または７０８）に対応する応答信号は、受信素子（例えば、ＳＰＲ受信素子６０４ａおよび６０４ｂまたはＳＰＲ受信素子７０４ａおよび７０４ｂ）に到達し、応答信号が受信された応答素子での位相の差を特定することができる。これらの位相差は、物体（例えば物体６１０ａ）からＳＰＲシステムのＳＰＲ素子までの距離を特定するステップ１２０Ａに用いることができる。この距離は、他の情報または要素を使用して、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子を介して応答信号を受信することに基づいて決定することもできる。
【００４０】
［００３３］２以上のＳＰＲリスニング素子または受信素子（例えば、ＳＰＲ受信素子６０４ａおよび６０４ｂまたはＳＰＲ受信素子７０４ａおよび７０４ｂ）を使用して、１のＳＰＲ送信素子からの送信に基づく応答信号を受信し、そこから様々な判断を行うことは、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）アレイの使用として参照することができる。ＭＩＭＯ技術は、バイスタティック移行手法（bi-static migration technique）を使用して、対応するアレイ（例えば、アレイ６００または７００）のフットプリントのすぐ外側を含む反射源を位置特定することができる。応答信号が２つの異なる受信機（例えば、ＳＰＲ受信素子６０４ａおよび６０４ｂまたはＳＰＲ受信素子７０４ａおよび７０４ｂ）で受信される位相差の測定により、どの反射がアレイのフットプリントの外側の関心領域にあるかを判断することができる（例えば、物体６１０ａからの反射）。例えば、素子１（例えば、素子６０４ａまたは７０４ａ）および素子２（例えば、素子６０４ｂまたは７０４ｂ）までの距離を位相差に基づいて特定することができ、表面下の特徴が関心領域の外側にあった場合は（物体６１０ｂ）、各パスの距離が異なり得る。これにより、アレイのフットプリントの外側に配置された場合でも、ＳＰＲ表面下マップの正しい部分へのマッピングおよび位置特定技術が可能となる。トラッキングパスのフットプリントがマップのフットプリントと重ならない場合、関心領域の位置特定が可能となるため、この手法を使用してＳＰＲシステムの位置特定用の有用なマップを拡張することができる。このように、方法１００Ａは、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子（例えば、ＳＰＲ受信素子６０４ａおよび６０４ｂまたはＳＰＲ受信素子７０４ａおよび７０４ｂ）を介した応答信号の受信に関連するデータを移行するステップ１２２Ａを含み得る。
【００４１】
［００３４］取られたパスに沿ったいくつかの移行方法には、双曲線加算、キルヒホッフ移行、位相シフト移行、ストルト移行、および逆投影フォーカシングが含まれる。ＭＩＭＯ  ＧＰＲシステムは、修正キルヒホッフ移行など、これらの手法のバリエーションを有してもよい。
【００４２】
［００３５］ここで図１Ｂを参照すると、ＳＰＲシステムで位置特定を実行するための表面貫通レーダー（ＳＰＲ）のフットプリントを拡張する方法１００Ｂである。方法１００Ｂには、方法１００Ａにいくぶん似た動作が記載されているが、方法１００Ｂは、単一入力複数出力（ＳＦＭＯ）構成であり得る。ここで図９を参照すると、本開示によるＳＰＲシステムのアレイ９００のマッピングパスが示されている。方法１００Ｂは、それぞれ異なるＳＰＲ送信素子（例えば、送信素子９０２Ａ、９０２Ｂ）から２またはそれ以上のＳＰＲ信号を送信するステップ１０２Ｂを含み得る。方法１００Ｂはまた、ＳＰＲ受信素子（例えば、リスニング素子または受信素子９０４）を介して２またはそれ以上の応答信号を受信するステップ１０４Ｂを含み得る。応答信号は、少なくとも部分的に、物体（例えば、物体９１０ａ）からの２以上のＳＰＲ信号の反射を含み得る。アレイ９００、送信素子９０２ａと９０２ｂ、および受信素子９０４は、それぞれ図３および図４のアレイ２０８またはアンテナ素子ａ〜ｌと同一または類似であってもよい。
【００４３】
［００３６］ここで図１０を参照すると、本開示によるＳＰＲシステムのアレイ１０００のトラッキングパスが示されている。方法１００Ｂは、それぞれ異なるＳＰＲ送信素子（例えば、送信素子１００２Ａ、１００２Ｂ）から２以上のＳＰＲ信号を送信するステップ１０２Ｂを含み得る。方法１００Ｂはまた、ＳＰＲ受信素子（例えば、リスニング素子または受信素子１００４）を介して２以上の応答信号を受信するステップ１０４Ｂを含み得る。応答信号は、少なくとも部分的に、物体（例えば、物体９１０ａ）からの２以上のＳＰＲ信号の反射を含み得る。アレイ１０００、送信素子１００２ａと１００２ｂ、および受信素子１００４は、それぞれ、図３および図４のアレイ２０８またはアンテナ要素ａ〜ｌと同一または類似であってもよい。
【００４４】
［００３７］方法１００Ｂは、少なくとも２つのＳＰＲ受信素子（リスニング素子または受信素子９０４または１００４）で応答信号が受信される位相の差に基づいて、物体（例えば、物体９１０ａ）がＳＰＲシステムのフットプリント外の関心領域にあることを判定するステップ１０６Ｂを含み得る。１つのＳＰＲリスニングまたは受信素子（例えば、リスニングまたは受信素子９０４または１００４）を使用して、複数のＳＰＲ送信素子（例えば、送信素子９０２ａおよび９０２ｂまたは送信素子１００２ａおよび１００２ｂ）からの送信に基づく応答信号を受信し、様々な判定を行うことは、単一入力複数出力（ＳＦＭＯ）の使用と呼ぶことがある。ＳＩＭＯ技術は、バイスタティック移行手法を使用して、対応するアレイ（例えば、アレイ９００または１０００）のフットプリントのすぐ外側を含む反射源を位置特定することができる。応答信号がこれらのＳＰＲ受信素子（例えば、ＳＰＲ受信素子９０４または１００４）で受信される位相差を特定することにより、どの反射がアレイのフットプリントの外側の関心領域にあるか（例えば、反射物体６１０ａからの反射）を判定することができる。例えば、表面下の特徴が関心領域（物体９１０ｂ）の外側にある場合、各パスでの素子１（例えば素子９０４）および素子９（例えば素子１００４）までの距離は異なり得る。これにより、アレイ（例えば、アレイ９００または１０００）のフットプリントの外側に配置されている物体の、ＳＰＲ表面下マップの正しい部分へのマッピングおよび位置特定技術が可能になる。トラッキングパスのフットプリントがセンサのフットプリント（例えば、センサの真下）と重ならない場合、関心領域の位置特定が可能となるため、この手法を使用して位置特定用のＳＰＲシステムの有用なマップを拡張することができる。このように、方法１００Ｂは、ＳＰＲ受信（例えば、ＳＰＲ受信素子９０４または１００４）を介した応答信号の受信に関連するデータを移行するステップ１２２Ｂデータを含み得る。
【００４５】
［００３８］方法１００Ｂはまた、物体（例えば、物体９１０ａ）に少なくとも部分的に基づいてＳＰＲシステムを使用して車両の位置特定を実行するステップ１０８Ｂを含み得る。例えば、マッピングパス中に、アレイ９００は物体６１０ａを同定するのに十分なデータを取得することができる。その後、トラッキングパスで、アレイ１０００が、物体６１０ａを同定するのに十分なデータを取得し、本書および出願番号１５／８３０，３９８および米国特許第８，９４９，０２４号の１以上の米国特許出願（上記で参照済）に記載の技術と特徴を用いて、車両の位置特定を実行することができる。
【００４６】
［００３９］このようにして、方法１００Ｂは、物体（例えば、物体９１０ａ）に少なくとも部分的に基づいてＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップ１１０Ｂを含み得る。図９および図１０を参照すると、物体９１０ａはマッピングパス（例えば素子９０４）とトラッキングパス（例えば素子１００４）の双方の受信（リスニング）素子の検知内であるため、図９のマッピングパスがアレイ（例えばアレイ９００）のフットプリントの外側の物体９１０ａを有する関心領域の上を一度も通らないにも拘わらず、これが実現する。同様に、方法１００Ｂは、トラッキングパスがＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップのフットプリントと部分的にのみ重複する場合、車両の位置特定を実行するステップ１１２Ｂを含み得る。
【００４７】
［００４０］したがって、本開示で説明する手法および特徴を使用して、方法１００Ｂは、ＳＰＲアンテナアレイ（例えば、アレイ９００または１０００）の下の領域を超えてＳＰＲシステムを用いた位置特定の実行に関連するマップを拡張するステップ１１４Ｂを含み得る。マップには、ＳＰＲアンテナアレイ（例えば、アレイ９００または１０００）の下にあるものを超えた領域を含み得るため、方法１００Ｂは、ＳＰＲシステムでの位置特定の実行に関連するマップを拡張することにより、この領域のマッピングパスを少なく実行するステップ１１６Ｂを含み得る。さらに、マップはＳＰＲアンテナアレイ（例えば、アレイ９００または１０００）の下にあるものを超えた領域を含み得るため、方法１００Ｂは、ＳＰＲシステムでの位置特定の実行に関連するマップを拡張することにより、位置特定を実行できる領域を拡張するステップ１１８Ｂを含み得る。
【００４８】
［００４１］上述のように、反射（例えば、反射９０８ａまたは１００８）に対応する応答信号は、受信素子（例えば、ＳＰＲ受信素子９０４または１００４）に到達し、応答信号が受信される受信素子での位相の差が特定される。これらの位相差を使用して、１２０Ｂで、物体（例えば、物体９１０ａ）からＳＰＲシステムのＳＰＲ素子（例えば、ＳＰＲ受信素子９０４または１００４）までの距離を特定することができる。この距離は、他の情報または要素を使用することにより、ＳＰＲ受信素子（例えば、ＳＰＲ受信素子９０４または１００４）を介した応答信号の受信に基づいて特定されてもよい。
【００４９】
［００４２］方法１００Ａ（例えば、ＭＩＭＯ手法）および方法１００Ｂ（例えば、ＳＩＭＯ）の技術を本書で個別に説明したが、ＳＰＲアレイのフットプリントの外側の物体の認識をさらに強化するために、両方の技術を一緒に使用してもよい。例えば、図１Ｃを参照すると、方法１００Ｃが示されている。方法１００Ｃでは、上記のＭＩＭＯおよびＳＩＭＯ技術を組み合わることができる。
【００５０】
［００４３］方法１００Ｃは、第１のＳＰＲ送信素子からの第１のＳＰＲ信号と、第２のＳＰＲ送信素子からの第２のＳＰＲ信号とを送信するステップ１０２Ｃを含み得る。方法１００Ｃはさらに、第１の応答信号を、第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲ受信素子で受信するステップ１０４Ｃを含み得る。第１の応答信号は、少なくとも部分的に、物体からの第１のＳＰＲ信号の反射を含み得る。方法１００Ｃはまた、第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲ受信素子の少なくとも１つを介して、物体からの第２のＳＰＲ信号の反射を少なくとも部分的に含む第２の応答信号を受信するステップ１０６Ｃを含み得る。方法１００Ｃはさらに、第１の応答信号が第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲ受信素子で受信される位相の差と、第１の応答信号および第２の応答信号が、第１のＳＰＲ受信素子および第２のＳＰＲ受信素子の少なくとも一方を介して受信される位相の差とに基づいて、物体がＳＰＲシステムのフットプリントの外側の関心領域にあることを特定するステップ１０８Ｃを含み得る。方法１００Ｃはまた、物体に少なくとも部分的に基づいて、ＳＰＲシステムを使用した車両の位置特定を実行するステップ１１０Ｃを含み得る。
【００５１】
［００４４］方法１００Ａ、１００Ｂ、および１００Ｃで説明されている１または複数の動作は、フットプリントの外側にある物体の特定／識別、位置特定の実行、およびデータ移行が、本書記載のＳＰＲシステムに含まれるか、これと通信するか、あるいはその一部である１またはそれ以上のプロセッサを介して実行されることを含むがこれらに限定されないことに留意されたい。例えば、１以上のプロセッサは、図５のＳＰＲプロセッサ５０４と類似であってもよく、ＳＰＲシステム５００は、方法１００Ａ、１００Ｂ、および１００Ｃのうちの１以上の動作を実行するように構成された複数のプロセッサを含んでもよい。
【００５２】
［００４５］本書で説明される技術および特徴の１またはそれ以上は、部分的に、ＳＰＲアレイの電磁モデリングの使用を通じて達成可能であることが示されている。半無限体にわたるＳＰＲキャビティ付きダイポールアレイのモーメントシミュレーションの１つまたは複数の方法を使用することができる。土壌は、誘電率６．０、導電率０．０１Ｓ／ｍと考えることができる。２５０ＭＨｚで、対応する減衰定数は０．７７ネパー／ｍであると計算され、１メートルあたり６．７ｄＢの平面波減衰を生ずる。モデリングでは、中央の放射ダイポール素子での１Ｗの送信電力と、５０Ωの抵抗負荷で終端された周囲の素子の給電端子を想定している。電界強度を土壌で計算し、ダイポール素子と共分極してもよい。
【００５３】
［００４６］図１１を参照すると、アレイ１１０２（配向を示す）の中央放射ダイポール素子の電界（Ｅ面）のシミュレーションがプロット１１００に示されている。アレイ１１０２の周りの小さな画像は、シミュレーションにおける地面を示し、ｘ、ｙ、ｚ座標フレームを提供する。本書記載のものなどのアンテナは、アレイ１１０２の一部であり、例えば車両の下部キャリッジの下に配置することができる。
【００５４】
［００４７］プロット１１００は、アレイ内の中央アンテナから放出される様々な周波数（上記モデルの出力を見る）について、特定の深度とその素子から離れた特定の位置が与えられた場合の電界電位を示す。電位は、ｘ位置が１ｍの深度（例えば、ｘ軸に沿って進む放射線）でプラスマイナス１．５ｍについて示されている。深度１ｍにおいて、プロット１１００の上部に示されている様々な周波数で送出される信号について、ｄＢＶ／ｍで測定された電界強度の範囲が示されている。
【００５５】
［００４８］図１２を参照すると、プロット１２００に、ｙ軸またはｙ位置での電界（Ｈ面）のシミュレーションが示されている。プロット１２００は、アレイ１１０２に直交する電界振幅の範囲を示す。Ｈ面またはＹ軸に沿った拡張範囲に、上記の反射を提供するために利用可能なエネルギーがあることがわかる。
【００５６】
［００４９］図１３を参照すると、電界対土壌深度のシミュレーションがプロット１３００に示されている。プロット１３００は、ｚ位置での電界振幅の範囲を示す（つまり、深度が下がり、地面は右の垂直の赤線である）。言い換えれば、アレイの下の深度と振幅は深度の関数として示されている。例えば、４００ＭＨｚで表面下約−１．２メートルでは、電界振幅は約−３．０ｄＢＶ／ｍである。
【００５７】
［００５０］図１４を参照すると、電界対周波数のシミュレーションがプロット１４００に示されている。プロット１４００は、電界振幅が周波数に基づくことを示している。プロット１４００では、電界強度は地中の物体に当たるエネルギー量を示している。
【００５８】
［００５１］プロット１１００〜１４００を用いてこのモデルの結果を表示し、様々な深度または位置でのエネルギーと電界強度を特定することができる。ある意味では、アレイのフットプリントがどのように見えるか、アレイのフットプリントを超えてどれだけのエネルギーが拡がるかを考えることができる。深さが増すにつれてフットプリントは増加するが、エネルギー量は深さとともに減少する。例えば、ｘ位置では（プロット１１００）、−１．５ｍから＋１．５ｍの軸が、ｘ方向のアレイのフットプリントの拡張を表す。
【００５９】
［００５２］一実装例では、本開示で説明する技術および特徴のうちの１つまたは複数は、乗物（例えば、車両２００）の制御を促進し得る。車両の制御には、車両の速度、加速度、配向、角速度および／または角加速度の制御が含まれ、車両をトリップ経路に沿って所望の位置に維持するか、車両または車両内の乗客の安全性を維持するために、例えば、車両の位置確認に一部基づいて、車両は１以上の車両航行コマンドを介して継続的に制御され得る。一実施例において、自律車両航行システムによって生成されるコマンドが、本書記載の位置特定ステップおよび／または関連データを使用して、車両軌道とトリップ経路との差を低減または最小化するために、車両経路の変更に影響を与える。例えば、車両の速度をトリップ経路の区画に沿って修正して、安全な動作を維持し、速度制限に対応し、トリップ経路を通り抜けるための所望の完了時間を達成することができる。
【００６０】
［００５３］一実装例では、ステアリング、方向、速度、ポーズ、加速／減速を、本書で説明する表面特性または状態データに基づいて、車両またはその乗客の安全を維持するように制御することができる。例えば、車両制御システムは、ステアリングおよび速度制御を達成するために、車両内の電気的、機械的、および空気圧的装置を含むか、それらと協働してもよい。様々なタイプの推進および制御機構を有する他の実施形態では、車両制御システムはまた、１以上の油圧、タービン、プロペラ、制御面、形状変化、および化学システムまたは装置を含むか、それらと協働し得る。
【００６１】
［００５４］上記のさまざまな実施形態は、道路網の航行に関するものであり、したがって一般に屋外の地上環境と呼ばれるものに関する。代替的に、建物内または建物複合体内などの屋内環境で乗物を制御することもできる。乗物は、廊下、倉庫、製造エリアなどを航行することができる。他の代替例では、原子力施設やバイオハザードがある可能性のある病院や研究施設など、人体に有害な可能性のある領域の構造物内で乗物を制御することができる。様々な実施形態において、ＳＰＲは、床、天井、または壁の中および／または背後の表面下領域を含むＳＰＲ画像を取得するために使用される。したがって、モバイルＳＰＲシステムは、所望の方向にレーダー信号を送信し、レーダー信号を受信するように方向付けることができる。
【００６２】
［００５５］別の代替環境は、例として、地下トンネルや鉱山の通路を含む地下環境である。したがって、採掘車両は、以前に取得されたＳＰＲ参照画像が利用可能な車両の進行方向に直交する任意の方向で送受信するように構成されたＳＰＲアンテナアレイを設けて構成することができる。任意で、採掘車両は、対応するＳＰＲ参照画像への位置合わせ後に車両によって取得されたＳＰＲ画像の差分を特定することにより、トンネルまたは通路構造の変化や内容について検査することができる。
【００６３】
［００５６］特定の実施形態を参照して本発明を示し説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく形態および詳細の様々な変更を行うことができることを当業者は理解すべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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