(57)【要約】環境圧力又は温度の変化から高度変化を分離するために、圧力センサからの圧力情報と、加速度計、ジャイロスコープ、及び地磁気センサなどの推測航法（dead reckoning）センサ又は他の動きセンサからの動き情報と、温度センサからの温度情報とを結合する方法及び装置。動き又は温度変化なしの計測された圧力の変化は、天候関連の気圧変化でなければならない。関連の温度変化があって、動きがなく、かつ、通常の天候の変化に対して変化の割合が速すぎる場合、測定された変化は、温度による圧力センサの感度の変化を表し、センサキャリブレーションを調整することができる。測定可能な垂直方向の移動がない、水平方向の動きに関連した急激な圧力変化は、異なる圧力環境への移動を表す。測定可能な垂直方向の移動に関連する圧力変化のみが、真の高度変化である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体装置の実高度と、高度計により判断された前記移動体装置の予備高度とを判断する方法であって、
少なくとも１つの環境センサを前記移動体装置に設置するステップと、
前記予備高度が、前記少なくとも１つの環境センサの出力から、環境変化又は高度変化の結果であるかを判断するステップと、
前記判断するステップに基づいて前記実高度に前記予備高度を調整するステップとを具備する方法。
【請求項２】
前記移動体装置の動きと温度とを測定するステップをさらに具備する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記動きを測定するステップは、垂直方向の移動を測定することを具備する請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのセンサを設置するステップは、動きセンサと温度センサとを設置することを具備する請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのセンサと前記高度計とからのデータを格納し、かつ、所定の期間にわたって前記センサデータの変化を判断するステップを更に具備する請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記所定の期間にわたって前記センサデータの変化を判断するステップは、温度変化を圧力変化の割合と対応させることを具備する請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記所定の期間にわたって前記センサデータの変化を判断するステップは、測定された垂直方向の移動を圧力変化の割合と対応させることを具備する請求項５記載の方法。
【請求項８】
所定のセンサデータプロファイルを格納するステップを更に具備する請求項５記載の方法。
【請求項９】
移動体装置の実高度と、高度計により測定された予備高度とを判断するシステムであって、
前記移動体装置上に配置された少なくとも１つの環境センサと、
前記少なくとも１つの環境センサからの出力と前記予備高度の測定値とを比較するプロセッサと、
前記予備高度を前記実高度に調整する前記プロセッサとを具備するシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの環境センサは、少なくとも１つの動きセンサを具備する請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのセンサは、加速度計、ジャイロスコープ、地磁気センサ、動きセンサ、及び温度センサから成る群からの少なくとも１つの要素を具備する請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのセンサは、動きセンサと温度センサとを具備する請求項９記載のシステム。
【請求項１３】
高度計データとセンサデータとを格納するメモリを更に具備する請求項９記載のシステム。
【請求項１４】
移動体装置の実高度と、高度計により判断された前記移動体装置の予備高度とを判断する方法であって、
温度センサと動きセンサとを前記移動体装置に設置するステップと、
前記圧力センサにより圧力の変化を検出するステップと、
前記動きセンサにより動きの変化を検出するステップと、
前記温度センサにより温度の変化を検出するステップと、
前記予備高度が、前記動きセンサと前記温度センサとの前記検出された変化から、高度変化又は環境変化の結果であるかを判断するステップと、
前記判断するステップに基づいて、前記予備高度を前記実高度に調整するステップと
を具備する方法。
【請求項１５】
前記動きの変化を検出するステップは、垂直方向の移動を測定することを具備する請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記動きセンサ、前記温度センサ、及び前記圧力センサからのデータを格納し、かつ、所定の期間にわたってセンサデータの変化を判断するステップを更に具備する請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記所定の期間にわたって前記センサデータの変化を判断するステップは、温度変化を圧力変化の割合に対応させることを具備する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記所定の期間にわたって前記センサデータの変化を判断するステップは、測定された垂直方向の移動を圧力変化の割合に対応させることを具備する請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記検出された圧力変化、検出された動き変化、及び検出された温度変化を、格納されたプロファイルと比較するステップを更に具備する請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つのコンピュータに高度計から移動体装置の予備高度を測定させる命令と、
少なくとも１つのコンピュータに前記移動体装置上に配置された少なくとも１つの環境センサからの出力から、前記予備高度が高度変化又は環境変化の結果であるかを判断させる命令と、
少なくとも１つのコンピュータに前記予備高度が高度変化又は環境変化の結果であるかを判断するためのコードからの結果に基づいて、前記予備高度を前記実高度に調整させる命令と、
を具備するコンピュータ可読媒体
を具備するコンピュータプログラム製品。
【請求項２１】
少なくとも１つのコンピュータに高度計から移動体装置の予備高度を測定させる命令と、
少なくとも１つのコンピュータに圧力センサにより圧力変化を検出させる命令と、
少なくとも１つのコンピュータに動きセンサにより動き変化を検出させる命令と、
少なくとも１つのコンピュータに温度センサにより温度変化を検出させる命令と、
少なくとも１つのコンピュータに、前記動きセンサ、前記圧力センサ、及び前記温度センサの前記検出された変化から、前記予備高度が高度変化又は環境変化の結果であるかを判断させる命令と、
少なくとも１つのコンピュータに、前記予備高度が高度変化又は環境変化の結果であるかを判断するための前記命令からの結果に基づいて、前記予備高度を前記実高度に調整させる命令と、
を具備するコンピュータ可読媒体
を具備するコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【米国法典第３５巻「特許法」第１１９条に基づく優先権の主張】
【０００１】
本特許出願は、２００６年３月２０日出願の、「移動体装置の改良形高度判断」という名称の米国特許仮出願第６０／７８４，６０９号の優先権を主張するものであり、この仮出願は、本出願の譲受人に譲渡されたものであり、引用により本明細書に明示的に組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、移動体装置に関するものであり、更に詳しくは、移動体装置の高度を正確に判断する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
位置判断は、携帯電話及び他のハンドヘルドの移動体装置の重要でありかつ発展中の特徴である。場所を判断する最も普及している手法は、移動体装置に全世界測位システム（ＧＰＳ）ナビゲーション受信機能を埋設することである。しかしながら、ＧＰＳに基づく位置決めには、種々の制限がある。ＧＰＳシステムは、正確に高度を分析することはできない。一部のより大きな、又はより複雑な装置においては、ＧＰＳシステムは、大気圧に基づく高度計でこれまで増強されている。これにより、高度精度の大幅な向上が実現されている。しかしながら、大気圧高度計は、圧力の変化、ならびに、高度の変化にも応答する。高度計は、人が温度と湿度とが調節された（Climate-controlled）部屋及び建物から出入りするか、又は、環境圧力の他の変化を体験したときには、だまされる可能性がある。本発明は、高度判断に及ぼす環境圧力変化の影響を最小限にするものである。
【０００４】
携帯電話などの移動体装置の場所を判断する能力は、緊急呼出し及び一般的に位置ベースのサービスと呼ばれる様々な商業的目的に望ましいものである。ＧＰＳに基づく位置判断は、信号がＧＰＳ衛星から伝わる距離を判断することに基づいているので、衛星信号が遮断されたり、歪められたり、又は、反射される可能性がある屋内環境及び他の場所ではあまり正確ではない。更に、衛星は通常はるか上空にあるために、ＧＰＳに基づく位置は、水平位置ほど高度が正確ではない。このような理由から、圧力に基づく高度計が、より複雑なＧＰＳシステムに増設されている。しかしながら、高度計の増設は、経費及びサイズのために低コスト消費者移動体装置においてはこれまで実施されていない。その他にも、上記の従来技術による解決策にはいくつかの制限がある。
【０００５】
局所的な大気圧は、３つの理由から、つまり、真の大気圧の変化（天候に関連した大気圧の変化）、環境の変化（高め又は低めの圧力を維持する換気システムの建物に入る）、及び、高度の変化のために変化する可能性がある。上記の他の影響を分離して高度の真の変化を測定することは、困難である。更に、低コスト大気圧センサの感度は、それらの温度と共に変動するので、温度の変化は、高度の変化と誤って解釈される可能性がある。
【０００６】
移動体装置内での大気圧センサの使用を可能にするような上記の諸問題の解決策が必要とされている。
【発明の開示】
【発明の概要】
【０００７】
本方法及び装置は、高度の判断における環境の圧力変化及び温度変化の影響を最小限にする。他の方法及び装置では、この問題は解決されておらず、圧力に基づく高度計の限界と考えられている。本方法及び装置は、環境の圧力又は温度の変化から高度の変化を成すものを分離するために、加速度計、ジャイロスコープ、及び地磁気センサなどの推測航法（dead reckoning）センサからの情報による圧力情報と、温度センサからの情報とを結合することから成る。
【０００８】
最も単純な実装は、装置が停止中であるかを証明するために動きセンサを使用することから成る。停止中である場合、測定された圧力の一切の変化は、高度変化ではなくて環境変化であるに違いなく、したがって、高度計をキャリブレーションし直すために使用すべきである。これにより、本システムは、高度測定において大気圧（気象）及び温度の変化を自動的に最小化する。より高度化された実装は、１つの環境から別の環境への移動（例えば、加圧された建物に入ること）としての関連する垂直方向の移動のない急激な圧力変化を解釈するアルゴリズムを含むと共に、圧力変化により高度計をキャリブレーションし直す。同様に、垂直方向の加速が検出されたとき、垂直方向の加速の割合は、圧力変化の割合と比較することができ、報告された高度に適当な調整を行うことができる。
【０００９】
本発明の目的は、環境変化を考慮して、移動体装置の高度を正確に判断することである。
【００１０】
本発明の利点は、どういう種類の環境変化が発生しているか判断し、かつ、実際の高度変化から、この環境変化を分離する単純かつ廉価な方法であることである。本発明は、高度センサとして使用される低コストの圧力センサの有効性を改善する。
【００１１】
本発明の適用性の更なる範囲、他の目的、利点、及び新規な特徴は、添付図面に関連して行った、以下の詳細な説明である程度述べ、また、以下を検証時に当業者にある程度明らかになろうし、あるいは、本発明の実践によって習得されるであろう。本発明の目的及び利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘する手段及び組み合わせの方法により実現かつ達成することができる。
【００１２】
本明細書に組み込まれて本明細書の一部を成す添付図面は、本発明のいくつかの実施形態を例示し、かつ、説明と共に、本発明の原理を説明する役目をする。図面は、本発明の好適な実施形態を例示することを目的としたにすぎず、本発明を限定するものとして解釈すべきではない。
【詳細な説明】
【００１３】
本明細書で使用されるとき、「移動体装置」は、携帯電話、他の無線通信装置、ラップトップコンピュータ又は他の移動体位置決め装置などの装置を指す。
【００１４】
任意の与えられた場所において、大気圧は、天候条件によって最大２％まで、一般的に変動する（低圧システム：高圧システム）。局所的な大気圧も、高度に対して指数関数的に変動する。地表面近くでは、高さの比率（scale height）ｈ０は、約９ｋｍである。基準場所を超える高さｈについて、圧力は、以下により与えられる。
【数１】
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【００１５】
ここで、ｐ０は、基準場所での大気圧である。大気圧が一定であれば、圧力センサは、高度の変化を正確に測定するために使用することができる。他の要素も圧力に影響を与えるため、これは、直接に適用することはできない。例えば、±２％の圧力の天候に関連する変動は、±１８２ｍの高度の変化と同等である。明らかに、例えば、移動体装置を持った人が建物の何階にいるかを特定する際に望まれるような、１ｍの分解能まで高度を分析するために、圧力センサだけを使用することはできない。
【００１６】
さらに複雑なことに、建物又は建物内の部屋は、汚染物質の流れを管理するために、又は、暖房もしくは冷房を管理するために、外又は他の部屋に対して若干の負圧又は正圧に維持される可能性がある。例えば、開口部又は漏れがある場合、圧力が若干正である部屋は、常に空気が部屋から流れ出ている。これにより、開口部を介して外の塵が中に入ることが防止される。この技法は、製造において使用されるクリーンルームにおいて一般的に用いられる。逆に、有毒ガス又はバイオハザード（biological hazards）が使用されているような密閉室は、通常、周囲より若干低い圧力に維持されることで、漏れが発生した場合にも空気が内方に流れて、危険物が室内に閉じ込められた状態に保たれる。これらの特化された用途の範囲を超えると、圧力差は、建物内の温度を最適化するため、計画された方向に暖気又は冷気の流れを維持するために、建物内で利用される。建物内の圧力の上昇も、ドアが開けられたときに埃、スモッグ、冷風が建物内に入るのを防止するために利用される。上記の故意の圧力差は、一般的に、４．４ｍの高度の変化と同等の標準的な大気圧の約０．０５％である。これは、天候関連の変化よりもずっと小さいが、建物の一般的な床部の３ｍという高さと比較すると、なお著しいものである。
【００１７】
低コスト圧力センサにおいては、比率の要素（電圧／大気）も、センサの温度が変わるにつれて、最大１％まで変動する可能性がある。これは、９０ｍの更なる同等の高さ変動を加える可能性がある。したがって、これらの要素の補正がなければ、１ｍに近づく分解能で高度を測定するための圧力センサを使用することは不可能である。
【００１８】
高度計として圧力センサを使用するのは、少なくとも航空の初期の時代に遡るが、この技法は、地表面での現在の大気圧がいくらであったかがわかり、その後に、地表面で測定した圧力と標準圧力との差を手作業で補正することに常に依存してきている。ハイカーにより使用されたもののような他の高度計は、ユーザが既知の場所にいるときにいつでも、高度を正確な値に戻すことに依存するものである。これにより、局所的な圧力の天候により引き起こされる変化が一時的に補正される。これらの高度計は、一般的に、３０ｍから１００ｍ程度の精度が要求され、屋外で使用されるので、温度及び環境圧力による外来の影響は、重大なものではない。現在では、屋内で高度を分析するように、かつ、３ｍ未満の分解能に設計されている製品は存在せず、それで、屋内の圧力の問題は対処されていない。
【００１９】
本発明は、圧力センサからの読み取りにおける変化に対してこれらの様々な発生源を認識して、高度の変化に真に対応するそれらの変化を分離するための方法を提供する。図１に示すように、他のセンサからの情報は、測定された圧力の変化の発生源を分離するために使用される。図１は、移動体装置内に含まれる典型的なシステムを示す。典型的なシステムの構成部品は、様々なセンサからデータを収集及び操作するプロセッサ１０から成る。プロセッサ１０は、専用プロセッサ又は共有プロセッサとすることができ、これらの両方は、当分野で周知のものである。センサは、１つ又はそれ以上の圧力センサ１２と、１つ又はそれ以上の温度センサ１４と、１つ又はそれ以上の動きセンサ１６とを含む。更に、期間にわたって所定の環境の変化を測定するためにセンサデータを格納するためにメモリ構成部品１８が必要とされる。さらに、この構成部品は、専用又は共有の構成部品とすることができる。
【００２０】
図２は、実際の高度変化の判断に関係する論理を示す流れ図である。本明細書で使用されるとき、「実高度」という語句は、１つ又はそれ以上の圧力センサによる予備的測定から取得されたものよりも正確な高度の測定値を指す。このプロセスの第１のステップは、圧力変化が測定されるかを判断することである２０。圧力が変化しなかった場合２２、システムのデフォルトは、高度が変化していないと判断し、圧力変化が検出されるまでこのプロセスを繰り返す。圧力変化が検出された場合２４、動きセンサが移動体装置の移動を測定したかを判断する２６。動きセンサが移動を検出した場合２８、次のステップは、この動きが垂直方向であるかを判断する３０。この移動が垂直方向の成分を含む場合３２、圧力変化を高度変化として処理し３４、このプロセスが終了する３６。動きセンサが垂直方向の移動を検出しなかった場合５６、圧力変化を異なる環境への移動であるとみなして５８、このプロセスは、高度を変更せずに終了する３６。
【００２１】
動きセンサが移動を検出しなかった場合３８、プロセッサは、温度変化が温度センサによって検出されたかを判断する４０。温度変化がなかった場合４２、圧力変化２４を天候条件の変化であるとみなして４４、このプロセスは終了する３６。温度変化自体は確定的なものではないことから、更なる予防手段を設ける。温度変化があった場合４６、温度変化の割合が圧力変化の割合に対応するものであるかを判断する４８。これらの変化の割合が対応しない場合５０、圧力変化２４は、天候条件の変化であるとみなして４４、このプロセスは終了する３６。例えば、圧力センサの読み取り値が１度の温度変化当たり、０．１％変化することがわかっており、かつ、温度センサが１０分にわたって１０°の温度変化を報告した場合、圧力読み取り値は、温度変化のために１０分にわたって約１％変化するはずである。圧力変化の割合が、温度変化が誘発するはずである変化の割合におおよそ等しくない場合、圧力変化は、温度以外の何かによるものである。
【００２２】
温度変化の割合が圧力変化の割合に対応する場合５２、圧力変化を温度変化と処理して、センサを相応にキャリブレーションして５４、このプロセスは終了する３６。
【００２３】
アルゴリズムは、更なる変化の割合の情報を組み込むことにより更に洗練することができる。例えば、天候の変化は、一般的にまったく緩やかであり、何時間もの期間にわたって緩やかな変化を示し、その後、新しい値で安定する。ドアを通って建物又は加圧室に入ることは、数秒のうちに発生するものであり、それで、圧力と時間のプロファイルであれば、数秒のうちに２つの値間の急激な遷移を伴う、２つの異なる一定の値から成る。同様に、垂直方向での動きを測定する加速度計であれば、特定の加速度と時間のプロファイルを示す。これであれば、階段を上ったり、エスカレータもしくはエレベータに乗ったり、又は山々をドライブしたりする人に関して異なる。しかし、全ての場合、圧力から引き起こされる高度は、時間と共に対応するプロファイルを示すはずである。それらが良好に対応するほど、圧力に引き起こされる高度は、より正確になることが予想される。本発明は、温度補正が内蔵された高度計にも使用することができ、その結果、温度センサの必要性が緩和される。動きセンサは、尚も、圧力に基づく高度測定を洗練するために使用することができる。
【００２４】
本明細書で説明する種々の方法は、用途によって様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの方法は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせにおいて実装することができる。ハードウェアの実装例については、処理装置は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明する諸機能を実行するように設計された他の電子装置又はこれらの組み合わせ内で実装することができる。
【００２５】
ファームウェア及び／又はソフトウェアの実装例については、種々の方法は、本明細書で説明する諸機能を実行するモジュール（例えば、手順、諸関数など）で実装することができる。本明細書で説明する種々の方法を実装する際には、各種命令を明白に（tangibly）包含する任意の機械可読媒体を使用することができる。例えば、ソフトウェアコードは、移動体装置のメモリなどの、メモリ内に格納して、プロセッサ又はマイクロプロセッサにより実行することができる。メモリは、プロセッサ内又はプロセッサ外部に実装することができる。本明細書で使用される「メモリ」という用語は、任意のタイプの長期、短期、揮発性、非揮発性、又はその他のメモリを指し、かつ、いずれの特定のタイプのメモリもしくはメモリの数又はメモリが格納される媒体のタイプに限定されるものではない。
【００２６】
ＧＰＳナビゲーションシステムが全体を通して参照されているが、位置決め機能は、この特定の方法に限定されるものではない。移動体装置は、位置場所を測定する際に使用するために、Ｇａｌｉｌｅｏ（今後に実施予定）、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＮＡＶＳＴＡＲ、ＧＮＳＳによるナビゲーションシステム衛星、これらのシステムの組み合わせにより衛星を使用するシステム又は任意の今後の衛星位置決めシステム（「ＳＰＳ」）からの信号を受信することができる。本明細書で使用されるとき、ＳＰＳは、擬似衛星システムを含むことも理解されるであろう。支援（assisted）ＧＰＳ技術も、移動体装置位置を測定するのによく使用される。更に、衛星位置決めシステムは、単独で又は地上の位置決めシステム及び種々の方法と組み合わせて使用することができる。
【００２７】
本発明は、上記の好適な実施形態を特に参照して詳細に説明したが、他の実施形態も同じ結果を達成することができる。本発明の各種変形及び改変は、当業者に明らかであろうし、かつ、全ての当該の改変及び均等物を添付の特許請求の範囲に包含することを意図する。全ての参考文献、出願、特許、及び冒頭に引用した出版物の開示内容全体は、引用により本明細書に組み入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、好適な実施形態の各種構成部品を描画するブロック図である。
【図２】図２は、一般的な携帯装置の高度の実際の変化を判断するために関与する諸ステップを示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
2009530647.tif 000006
2009530647.tif 000007
2009530647.tif 000008