(57)【要約】  無線周波数（ＲＦ）モーション・キャプチャ・システムは、静止センサ受信器と、キャプチャ域内で追跡すべき１つ以上の物体上の１個以上の送信器マーカー・タグと、少なくとも１つの静止基準タグ送信器と、受信信号を処理する処理システムとを含む。個々のタグはスペクトル拡散ＲＦ信号のバーストを送信する。送信信号は共通の同期コードと、各タグに固有のタグ識別コードを含む。擬似範囲の２重差を計算することにより、時間項がキャンセルされて、センサとタグとの間でクロックを同期する必要性なしに、キャプチャ域を移動するに従って処理システムが各タグの位置を正確に決定可能となる。本システムはＲＦ整合移動に使用可能である。
2007521474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーション・キャプチャ・システムにおいて、
限定された区域の周囲の少なくとも４台の静止無線周波受信器と、
受信器に対して決定可能な位置に配置した第１無線周数送信器と、
限定された区域の近傍内の少なくとも１つの移動可能な物体に取り付けた複数個の無線周波送信器と、
送信器により送信された無線周波信号を受信する受信器と、
送信器により受信された信号を処理して限定された区域の近傍内の移動可能な物体に関する位置情報を決定する処理システムであって、移動可能な物体に取り付けた送信器の位置を決定するため第１送信器から受信した信号を基準として使用する前記処理システムと、
を含むモーション・キャプチャ・システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、受信器に対する前記第１送信器位置を決定する装置をさらに含むシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、静止受信器は各々の受信器クロックを有し、静止受信器はある静止受信器から他へその受信器クロックを同期する回路を有しない、システム。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記決定された位置情報を使用して、動画画面内のコンピュータ発生物体を位置決めする段階をさらに含む方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、前記決定された位置情報を使用して、ビデオゲーム画面内のコンピュータ発生物体を位置決めする段階をさらに含む方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、少なくとも１つの移動可能な物体は製品製造過程内で少なくとも２つの相対的に移動する物体を含み、前記決定された位置情報を使用して、前記製品製造過程を解析する段階をさらに含む方法。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、移動可能な物体は動画カメラであり、これに取り付けた複数個の送信器は、カメラのピッチ、ヨー、及びロールを決定するのに十分なカメラ上の位置に配置された少なくとも３個の送信器を含む、システム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムにおいて、動画カメラは携帯動画カメラである、システム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムにおいて、移動可能な物体に取り付けた複数個の無線周波送信器の内の少なくとも１個は、後背層（ｂａｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）の除去により作動するパッチを含む、システム。
【請求項１０】
請求項９記載のシステムにおいて、パッチは後背層によりカバーされた接着層を有する柔軟なパッチであり、送信器は後背層を除去して接着層を露出することにより作動される、システム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムにおいて、物体に取り付けた送信器の各々は同期コードとタグ識別コードを送信し、タグ識別コードは各タグに固有であり、同期コードとタグ識別コードは搬送波周波数に変調される、システム。
【請求項１２】
請求項１１記載のシステムにおいて、同期コードは０ＥＥＤ１６進である、システム。
【請求項１３】
請求項１１記載のシステムにおいて、タグ識別コードは対の相互相関値が低いものから選択された、システム。
【請求項１４】
請求項１１記載のシステムにおいて、タグ識別コードは２進拡張２次残留コード空間のベクトルである、システム。
【請求項１５】
請求項１１記載のシステムにおいて、タグ識別コードは以下のコード発生多項式により発生される値を表す、
2007521474.tif 000047
ここで、Ｑ＝｛１、２、３、４、６、７、８、９、１２、１４、１６、１７、１８、２１、２４、２５、２７、２８、３２、３４、３６、３７、４２｝である、システム。
【請求項１６】
請求項１記載のシステムにおいて、処理システムは、地球測地システム（ＧＰＳ）データまたは物体上の送信器により送信される慣性センサ・データを使用することなく、物体上の送信器の各位置を計算する、システム。
【請求項１７】
請求項１記載のシステムにおいて、送信器の各々は、秒当たり２４送信と秒当たり３０送信の両方の整数倍数である送信レートで送信する、システム。
【請求項１８】
請求項１記載のシステムにおいて、移動可能な物体に取り付けた送信器の各々は、
後背層と、
無線周波波形を発生する後背層に取り付けた回路と、
波形を送信するアンテナと、
後背層に印加した接着剤と、
接着剤に印加した除去可能部分と、
除去可能部分を除去した時を検出するセンサと、
除去部分を除去したことをセンサが検出した時に装置に無線周波波形を送信開始させる送信器制御器と、
を含む、システム。
【請求項１９】
少なくとも１つの物体の移動をトラッキングする方法において、
センサを定義する複数個の無線周波受信器を設ける段階と、
第１無線周波送信器を設ける段階であって、第１無線周波送信器は基準タグを定義し、
少なくとも１つの物体上に複数個の無線周波送信器を設ける段階であって、送信器はマーカー・タグを定義し、
基準タグの位置を決定して基準タグ既知位置を定義する段階と、
基準タグの既知位置とマーカー・タグと基準タグとからセンサで受信した無線周波信号を処理し、基準タグからマーカー・タグの各々の位置を決定する段階と、
を含む少なくとも１つの物体の移動をトラッキングする方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法において、処理は、
基準タグとセンサとの間の各基準タグ擬似範囲測定を計算する段階と、
マーカー・タグの各々とセンサとの間の各マーカー・タグ擬似範囲測定を計算する段階と、
センサの各々に対してマーカー・タグ擬似範囲測定と基準タグ擬似範囲測定との間の各単一差を計算する段階と、
センサの対に対して単一差間の各２重差を計算する段階と、
２重差を使用して連立方程式の組を形成する段階と、
連立方程式を解いてマーカー・タグの位置を計算する段階と、
を含む方法。
【請求項２１】
請求項１９記載の方法において、マーカー・タグの各々は同期コードと各タグ識別コードを送信し、タグ識別コードは各タグに固有であり、同期コードとタグ識別コードは搬送波周波数上で変調される、方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、処理は、前記同期コードのビット位置に対応する範囲内に特定のマーカー・タグの位置を指示するコード位相を決定する段階を含む、方法。
【請求項２３】
請求項１９記載の方法において、処理は、搬送波位相をさらに決定する段階を含み、搬送波位相は搬送波周波数の１波長以下内で前記ビット位置内の特定のマーカー・タグの位置を解明する、方法。
【請求項２４】
請求項１９記載の方法において、動画画面内にコンピュータ生成画像を挿入するため本方法により作成されたデータを使用する段階をさらに含む、方法。
【請求項２５】
請求項１９記載の方法において、ビデオゲーム画面を作成するため本方法により作成されたデータを使用する段階をさらに含む、方法。
【請求項２６】
請求項１９記載の方法において、仮想現実シミュレータ内で本方法により作成されたデータを使用する段階をさらに含む、方法。
【請求項２７】
請求項１９記載の方法において、スポーツのトレーニング用に本方法により作成されたデータを使用する段階をさらに含む、方法。
【請求項２８】
請求項１９記載の方法において、スポーツ・イベントの放送時に選手の動作を図示するため本方法により作成されたデータを使用する段階をさらに含む、方法。
【請求項２９】
物体の移動をトラッキングする方法において、
少なくとも１つの物体上に少なくとも１個の送信器を配置する段階であって、該送信器は無線周波信号を送信する前記配置する段階と、
複数個の無線周波受信器で信号を受信する段階と、
信号の送信と特定の受信器での信号の受信の両方が他の受信器の任意のものに対した時間で制御されておらず、
受信器で受信した信号のタイミングを処理して物体の移動を追跡する段階と、
を含む物体の移動をトラッキングする方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法において、２５メートルかける２５メートル以上の水平寸法を有するキャプチャ域内で移動が発生し有効に追跡される、方法。
【請求項３１】
請求項２９記載の方法において、少なくとも１００メートルの対角線寸法を有するキャプチャ域内で移動が発生し有効に追跡される方法。
【請求項３２】
請求項２９記載の方法において、少なくとも１個の送信器は少なくとも１０００個の送信器を含む方法。
【請求項３３】
請求項２９記載の方法において、少なくとも１個の送信器は、送信器間の対の相互相関を最小にするよう選択された各波形で送信する複数個の送信器を含む、方法。
【請求項３４】
請求項２９記載の方法において、送信器は５パーセント以下のデューティサイクルで送信する、方法。
【請求項３５】
物体の移動をトラッキングする方法において、
キャプチャ域の周りに複数個の無線周波センサを配置する段階と、
キャプチャ域内の基準タグを定義する少なくとも１個の基準無線周波送信器を配置する段階と、
センサに対するマーカー・タグの位置を決定する段階と、
物体上にマーカー・タグを定義する複数個の無線周波送信器を配置する段階と、
センサで基準タグとマーカー・タグにより送信される信号を受信する段階と、
基準タグとマーカー・タグにより送信された信号を処理して、物体がキャプチャ域を移動する間の物体の位置を決定する段階と、
を含む物体の移動をトラッキングする方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の方法において、マーカー・タグは互いに対して、または基準タグに対して同期していない、方法。
【請求項３７】
物体の移動をトラッキングする方法において、
物体上の複数個の別々の位置の各々に各マーカー・タグを定義する無線周波送信器を配置する段階であって、各送信器は少なくとも部分的に固有のマーカー・タグ識別コードに対応する各々の波形を送信する前記配置する段階と、
送信波形を受信する段階であって、送信波形の受信版は受信波形を定義する、前記受信する段階と、
波形を各々のビット・パターンに復調することなくこれらの波形を送信した各マーカー・タグに各受信波形を関連付ける段階と、
各波形を処理して各マーカー・タグの位置を決定する段階と、
を含む物体の移動をトラッキングする方法。
【請求項３８】
請求項３７記載の方法において、波形処理は記憶したタグ識別コード波形のサンプルに対して受信波形の各々のサンプル値を相関する段階を含み、
前記特定の受信波形の前記サンプルと特定の記憶タグ識別コード波形との間の高相関を基に特定の受信波形を送信したマーカー・タグとして特定のマーカー・タグを識別する段階と、
を含む方法。
【請求項３９】
請求項３８記載の方法において、ディジタル信号処理マイクロ回路を使用して相関が実行される、方法。
【請求項４０】
請求項３８記載の方法において、記憶したタグ識別コード波形は、実際に前記センサで受信されるような理想タグ識別コード波形を近似するようフィルタされた、方法。
【請求項４１】
物体の移動をトラッキングする方法において、
物体上に複数個の送信器を配置する段階であって、送信器の各々は秒当たり２４送信と秒当たり３０送信の両方の整数倍数である送信レートで信号を送信する、前記配置する段階と、
送信信号を処理して物体の移動をトラッキングする段階と、
を含む物体の移動をトラッキングする方法。
【請求項４２】
請求項４１記載の方法において、送信レートは秒当たり２４０送信である、方法。
【請求項４３】
無線周波送信装置において、
後背層と、
後背層に取り付けられて無線周波波形を発生する回路と、
波形を送信するアンテナと、
後背層に印加した接着剤と、
接着剤に印加した除去部分と、
除去部分を除去した時を検出するセンサと、
除去部分を除去したことをセンサが検出した時に装置に無線周波波形を送信開始させる送信器制御器と、
を含む無線周波送信装置。
【請求項４４】
請求項４３記載の無線周波送信装置において、送信器制御器は、除去部分を除去したことを検出した時点で少なくとも回路の一部へ電池から電力を流すスイッチを含む、無線周波送信装置。
【請求項４５】
請求項４３記載の無線周波送信装置において、除去部分は、除去層を剥がし、これにより装置を動作させ、装置が以後接着剤により物体に接着するように、接着剤と接触する除去コーディングを塗布されたフィルムまたは紙層を含む、無線周波送信装置。
【請求項４６】
請求項４３記載の無線周波送信装置において、実質的に人体の完全な動作を可能としつつ、着衣のまたは着衣していない人体のどちらかに直接接着されるよう装置は十分小さく柔軟である、無線周波数送信装置。
【請求項４７】
無線周波送信装置において、
送信器と、
送信器に電力を与える電源と、
送信すべき波形に対応するデータを記憶するメモリと、
装置の少なくとも一部の上に配置された保護カバーと、
保護カバーの除去時に装置を自動的に動作させる装置と、
を含む無線周波送信装置。
【請求項４８】
請求項４７記載の装置において、保護カバーは、装置の接着剤塗布部分の上に配置された除去コーティングを有する除去層であり、作動装置は除去層の除去により動作するスイッチを含む、装置。
【請求項４９】
請求項４７記載の装置において、保護カバーは装置を包装する気密包装であり、作動装置は酸素センサと、酸素センサが酸素の存在を感知した時に装置を作動させるスイッチとを含む、装置。
【請求項５０】
請求項４７記載の装置において、作動装置は光スイッチであり、保護カバーは光スイッチ上に配置された不透明なカバーである、装置。
【請求項５１】
請求項４７記載の装置において、装置の少なくとも１つと保護カバー上に機械読取り可能な証印（ｉｎｄｉｃｉａ）をさらに有し、機械読取り可能証印は装置が作動した時に装置により送信されるタグ識別コードに対応する、装置。
【請求項５２】
請求項４７記載の装置において、装置の少なくとも１つと保護カバー上に人間により読取り可能な証印をさらに有し、証印は装置が作動した時に装置により送信されるタグ識別コードに対応する、装置。
【請求項５３】
請求項５１記載の装置において、機械読取り可能な証印はバーコードである、装置。
【請求項５４】
方法において、
カメラに取り付けた少なくとも３個の無線送信器を設けて、カメラ送信器を定義する段階と、
カメラ送信器から受信した信号を処理してカメラの移動を決定する段階と、
を含む方法。
【請求項５５】
請求項５４記載の方法において、カメラの移動を決定するため何らの電子機械的または光学センサを使用する段階を含まない、方法。
【請求項５６】
請求項５４記載の方法において、カメラにより記録された画面で画像のコンピュータ合成とカメラの移動を相関する段階をさらに含む方法。
【請求項５７】
請求項５４記載の方法において、
静止位置に基準送信器を定義する少なくとも１個の無線送信器を設ける段階と、をさらに含み、
処理段階は、カメラ送信器から及び基準送信器から受信した信号を処理してカメラの移動を決定する段階を含む、
方法。
【請求項５８】
請求項５４記載の方法において、送信器は無線周波送信器である、方法。
【請求項５９】
請求項５４記載の方法において、カメラは携帯動画カメラである、方法。
【請求項６０】
請求項５９記載の方法において、
携帯カメラにより記録された画像とカメラ上の送信器から受信した信号を処理して記録画像からカメラのジッタを除去する段階と、
をさらに含む、方法。
【請求項６１】
後処理用の動画画像を記録するシステムにおいて、
移動可能な動画カメラと、
カメラに取り付けた複数個の無線周波送信器と、
カメラに取り付けていない基準送信器と、
送信器により送信された信号を受信し、これからカメラの移動を決定する第１処理部分と、
を含む、後処理用の動画画像を記録するシステム。
【請求項６２】
請求項６１記載のシステムにおいて、
カメラの前記移動を基に記録した動画画像を変更する第２処理部分と、
をさらに含むシステム。
【請求項６３】
請求項６２記載のシステムにおいて、カメラに取り付けた送信器は何らの慣性センサ・データを送信しない、システム。
【請求項６４】
請求項６２記載のシステムにおいて、記録画像を変更する段階は、カメラの移動がコンピュータ生成画像の外観に対応する変化を生じさせるように、記録画像に少なくとも１つのコンピュータ生成画像を追加する段階を含む、システム。
【請求項６５】
請求項６２記載のシステムにおいて、記録画像を変更する段階は、記録画像からカメラ・ジッタを除去する段階を含む、システム。
【請求項６６】
モーション・キャプチャ・システムにおいて、
複数個の無線送信器と、
複数個の無線受信器と、
送信器または受信器のどちらのタイミング・クロックも同期する必要性なしに、受信器により送信器から受信した信号のタイミングを基に無線送信器の位置を決定する装置と、
を含むモーション・キャプチャ・システム。
【請求項６７】
請求項６６記載のモーション・キャプチャ・システムにおいて、少なくともいくつかの無線送信器は移動可能なカメラに配置されている、モーション・キャプチャ・システム。
【請求項６８】
請求項６６記載のモーション・キャプチャ・システムにおいて、
無線送信器は、基準送信器を定義する既知位置に配置された少なくとも１台の送信器を含み、
位置決定装置は、少なくとも５０メートルの対角線を有するキャプチャ域に対して１ｃｍ以内の精度で少なくとも１００個の送信器の位置を解明可能な装置を含む、
モーション・キャプチャ・システム。
【請求項６９】
請求項６８記載のモーション・キャプチャ・システムにおいて、解明装置は、少なくとも７５メートルのキャプチャ域に対して１ｃｍ以内の精度で少なくとも１０００個の送信器の位置を解明する装置を含む、モーション・キャプチャ・システム。
【請求項７０】
請求項６６記載のモーション・キャプチャ・システムにおいて、位置決定装置は、送信器クロック依存項と受信器クロック依存項を数学的にキャンセルし、これにより送信器と受信器との間の同期の必要性を不要とする装置を含む、モーション・キャプチャ・システム。
【請求項７１】
請求項７０記載のモーション・キャプチャ・システムにおいて、
受信器は互いに隔置したセンサ受信器を定義する少なくとも４台の受信器を含み、
送信器は基準送信器を定義する既知位置の少なくとも１台の送信器と、少なくとも１つの移動物体に取り付けたマーカー送信器を定義する複数個の送信器とを含み、移動物体は４台の受信器の受信範囲内のキャプチャ域内で移動し、
クロック依存項を数学的にキャンセルする装置は、
マーカー送信器受信信号パラメータと基準送信基準信号パラメータとの間の各単一差を計算する装置と、
センサ受信器の対に対して前記単一差間の各２重差を計算する装置と、
を含む、モーション・キャプチャ・システム。
【請求項７２】
請求項６８記載のモーション・キャプチャ・システムにおいて、マーカー送信器は、１％デューティサイクル以下のバーストでスペクトル拡散信号を送信する、モーション・キャプチャ・システム。
【請求項７３】
請求項６８記載のモーション・キャプチャ・システムにおいて、マーカー送信器は複数個のマーカー送信器の群を含み、第１群のマーカー送信器は第１周波数帯内のスペクトル拡散信号を送信し、第２群のマーカー送信器は第２周波数帯内のスペクトル拡散信号を送信し、第１及び第２周波数帯は保護帯により分離されている、モーション・キャプチャ・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモーション・キャプチャの分野に関係する。特に、本発明は無線周波（ＲＦ）モーション・キャプチャ・システムと方法の分野に関係する。
【背景技術】
【０００２】
モーション・キャプチャまたはモーション・トラッキングという用語は、物体または複数の物体上の1つ以上の物体または位置をトラック（追跡）し、空間を移動するときの物体の位置を量子化し記録することを指す。空間は1次元、２次元、または一般的には、３次元空間である。歩行解析のような多数の応用例で、物体上の多数の点を追跡して、関節や肢のような物体の構成部分の線形及び回転運動を有効に追跡、量子化、記録する。モーション・キャプチャは実際の演技をディジタル演技に翻訳可能とする。モーション・キャプチャは、スタントの人間のような人の多数の点や、演技者が携帯している物または演技者と関連している何らかの物体を追跡することが望ましい、エンタテイメント業界で益々重要になって来ている。人間の肢や関連物体の動きがディジタル的にキャプチャされると、移動データを使用して異なる環境で人間にディジタル的に重ね合わせたり、または異なる演技者やこれらの同様な動きを実行する生き物のような異なるキャラクタにディジタル的に再作成可能である。生成したディジタル作成画像は動画、ビデオゲーム、仮想現実システム、及び同様な応用例に使用可能である。スポーツでは、人体と付属器官の動きを正確に追跡することは、例えばある人のゴルフのスィングを解析し修正するために使用可能である。
【０００３】
多数の従来技術のモーション・トラッキング技術が存在する。モーション・キャプチャに従来使用された原理技術は光学、電磁気、電子機械システムである。いくつかのＲＦシステムも提案され使用されている。地球測地システム（ＧＰＳ）とその衛星のアレイを基にしたシステムも貨物コンテナのような地球上の物体の位置を追跡するために使用可能であるが、ＧＰＳベースのシステムは、モーション・キャプチャ・システムが通常使用される応用例にとっては相対的に遅く、不正確で、扱いにくく、高価である。
【０００４】
（光学モーション・キャプチャ・システム）
光学モーション・キャプチャ・システムは演技者の衣服に接着または縫い付けた反射パッチと演技者を照らす光線を一般的に使用する。光学カメラがパッチからの反射を記録し、処理システムがカメラにより記録された画像を処理して演技者が画面を移動する間のパッチの位置を決定する。光学モーション・キャプチャ・システムの例はアバター・アニメーションのウェーブレット・ベースの顔面モーション・キャプチャという題名の米国特許第６，５８０，５１１号と、複数物体トラッキング・システムという題名の米国特許第６，５６７，１１６号を含む。前者の特許は機能検出と追にトラッキングにウェーブレット変換を含む。光学モーション・トラッキング・システムは視界内操作に限定される。特定のパッチが演技者の動きにより視界から隠され、再度視界にパッチが現れると、操作員は手動により再現したパッチをシステムに通常識別しなければならない。
【０００５】
（電磁トラッカー）
電磁トラッカーは、タグがキャプチャ域に電磁場を生成する、または誘起された電磁場中に擾乱を誘起する原理で一般的に動作する。磁場モーション・キャプチャ・システムの例は、コード分割複数アクセスを使用した分散磁場位置決めシステムという題名の米国特許第６，５４９，００４号と、歪補償付き電磁位置及び方向トラッキングの方法と装置という題名の米国特許第６，４００，１３９号を含む。前者の特許はコード分割複数アクセス（ＣＤＭＡ）を使用してビーコン間を識別し、称するところでは、より大きなキャプチャ域と干渉の減少を可能とする。
【０００６】
（電子機械装置とスーツ）
電子機械装置とスーツは電位計のような電子機械センサを通常使用して関節の回転のような移動をキャプチャする。センサは電線により処理システムに接続されるか、またはセンサの出力は無線接続を介して送信可能である。電子機械スーツは仮想現実シミュレーション・システムで広範囲に使用されていた。電子機械モーション・トラッキング・システムの例は位相学動き測定ツールという題名の米国特許第６，５６３，１０７号と、実時間コンピュータ・アニメーションと仮想現実応用のデータスーツという題名の米国特許第６，０７０，２６９号を含む。電子機械システムはしばしば大掛かりで目立つものであり、独立した物体の相対運動を追跡するには必ずしも適合していない。
【０００７】
（無線周波システム）
いくつかの無線周波数（ＲＦ）システムも提案されている。米国特許第６，２０４，８１３号は多数の物体の識別及び位置データを決定する無線周波位置決めシステムを記載していると称している。このシステムは、少なくとも１つの送受信器が多数の物体の各々に配置されている複数個のスペクトル拡散無線送受信器を含む。少なくとも３台のスペクトル拡散無線送受信器が複数個の無線送受信器から信号を送受信する。スペクトル拡散無線送受信器に信号プロセッサが結合されて物体の識別及び位置データを決定する。
【０００８】
米国特許第５，５８３，５１７号は耐マルチパス周波数ホップスペクトル拡散移動位置システムに向けられている。周波数ホップスペクトル拡散移動車両または人間位置システムは、中央局と、複数個の基地局と、周波数ホップスペクトル拡散差分２位相シフト・キーイング（ＢＰＳＫ）通信信号を使用して通信する複数個の移動送信器から構成される。複数個の基地局の各々は受信ダイポール・アンテナのアレイを含み、雑音のあるマルチパス環境で非常に低電力の周波数ホップスペクトル拡散信号を検索する特殊なアルゴリズムを使用している。基地局は受信ダイポール・アンテナの各々の間の位相差を決定して各基地局の位置に対する送信器の方向を決定する計算アルゴリズムを使用する。各基地局での受信信号の受信角度の複数の方向は到着の最も可能性のある角度を位置決めするｎ次元曖昧空間を基に補正される。
【０００９】
米国特許第５，５１３，８５４号はフィールド上の各プレーヤが極小化した無線周波数送信器を担持しているシステムを記述している。少なくとも３台の無線周波角度測定受信器の組が送信器から送信される方向を決定する。ディジタル・プロセッサは三角法を使用して送信器の位置を決定する。
【００１０】
米国特許第５，４３８，３２１号は地中の鉱夫を追跡する位置決めシステムを記述する。このシステムは中央制御局に接続した多数の識別局を含む。鉱夫はそのヘッドランプに取付けた携帯識別モジュールを交付する。識別モジュールは固有の識別信号を定期間隔で送信し、これは識別局により拾われる。キャップランプを交付する鉱夫は最初にカードから固有の個人識別コードを読取るリーダーに識別カードを通す。このシステムは不明の鉱夫の識別モジュールにより送信される識別コードを受信し表示する方向発見受信機を含む。
【００１１】
米国特許第５，０５６，１０６号は、携帯受信装置と固定位置基準送信器とを用いて、スペクトル拡散・ベースの無線位置システムを使用し、ゴルフ・コース上のゴルファーと重要位置との間の距離と方向を決定するシステムを記述している。ゴルフ・コースの近傍を通して配置された複数個のタイミング基準送信器は、周期擬似雑音（ＰＮ）コード化または同様の列により直接変調された無線周波搬送波から構成されるスペクトル拡散搬送波信号を放送する。各送信器は同一のＲＦ信号で放送するが、固有のＰＮコード化列が各送信器に割当てられる。ゴルファーには、送信器スペクトル拡散信号を受信し基準送信器の選択された組に対する範囲評価を得るためにスペクトル拡散信号と同期する携帯受信装置が与えられる。
【００１２】
米国特許第４，６６０，０３９号はスポーツ物体を位置決めするシステムを記述している。ユーザーは無線周波送信器を担持し、スポーツ物体は信号周波数のλ／４の実効長を有する電導ストライプを有しているため、送信器がスポーツ物体に近づくにつれて電導ストライプは送信器への負荷を増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は従来技術のシステムに対して各種の利点を与える改良されたＲＦモーション・トラッキング・システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
ある面では、本発明はモーション・キャプチャ・システムである。この第１の面によると、望ましい実施例で本発明は、キャプチャ域を定義するある区域の周りまたは周辺の既知の位置に配置されたセンサを定義する少なくとも４台の静止無線周波受信器と、基準タグを定義する少なくとも１台の静止周波送信器と、追跡すべき１つ以上の物体に配置したマーカー・タグを定義する多数の無線周波送信器と、を含むことが望ましい。処理システムはセンサにより受信した信号を処理する。信号はスペクトル拡散ＲＦ信号である。センサに対する基準タグの位置は直接測定を使用して決定可能であるかまたは直接測定に依存しない各種の可能な較正処理及び技術を用いて決定可能である。キャプチャ域は少なくとも全ての受信器の受信範囲内でなければならない。
センサに対する基準タグの位置が決定されると、センサからのディジタル・サンプルが処理されて各タグと各センサとの間の擬似範囲測定を抽出する。測定は範囲ではなく擬似範囲である、何故なら距離項と共に時間項を含むからである。これらの測定はマーカー・タグと基準タグとの間で差を取られ、生成信号差はセンサ間で差を取られて２重差を形成する。２重差は各測定時に基準タグ位置に対するマーカー・タグ位置を決定する。等価的には、マーカー・タグの各々の位置は既知の数学座標変換を使用して、お互い、センサ位置、または任意の座標系を含む基準のフレーム内の位置に対して決定可能である。基準タグとマーカー・タグからの信号を処理するために使用されるアルゴリズムは時間依存項を落としてしまうため、センサ間、タグ間、またはセンサとタグ間でクロックを同期させる必要性なしにマーカー・タグの位置を非常な高精度で決定可能である。
【００１５】
タグにより送信される信号は搬送波周波数に対してコード列変調され、直接シーケンススペクトル拡散技術を使用して拡散される。コード列は、全てのタグに共通の同期コードと、各タグに固有のタグ識別コードとを含む。望ましい実施例では、同期コードは良好な自動相関特性を有する１６ビット・ノイマン−ハフマン同期ワードＯＥＥＤ  １６進である。タグ識別コードはペア間の相互相関（ｐａｉｒｗｉｓｅ  ｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）を最小とするように選択される。これらのコードは２進拡張２次残留コード空間（ｂｉｎａｒｙ  ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｑｕａｄｒａｔｉｃ  ｒｅｓｉｄｕｅ  ｃｏｄｅ  ｓｐａｃｅ）のランダムに選択されたベクトルである。処理システムはコード位相と搬送波位相決定を使用してタグの位置を波長の一部以内まで解明する。送信器は時間の５％未満で、時間の１％未満で、例示実施例では時間の約０．２％で送信するように、送信機はコードのマイクロバーストを送信する。この小さなデューティサイクルは送信器の電池の消耗を最小化し、また衝突の可能性を減少する。送信レートは秒当たり２４及び秒当たり３０の両方の整数倍であることが望ましく、特に秒当たり２４０が望ましい。これは、エンタテイメント業界内で使用されている標準のフレームレートである秒当たり２４フレームまたは秒当たり３０フレームのどちらかに等しいフレームレートでモーションをキャプチャ可能であることを保証する。
【００１６】
処理システムでは、タグ識別コードを表す受信波形は、１と０のビット・ストリームに復調され、検索表から検索されない。代わりに、受信タグ識別コード波形を表すディジタル・サンプルはディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）内に実装された相関器を介して処理される。タグ識別コードは受信波形に対して候補タグコード波形を自動相関することにより決定される。
【００１７】
本システムはサブミリメータの精度で、対角１２５メートルまでのキャプチャ域内の５０００個までのタグを追跡可能であることをシミュレーションは示している。より一般的には、このことは本システムが少なくとも５０メートルの対角線を有するキャプチャ域に対して１ｃｍの精度内で少なくとも１００タグの位置を解明可能であることを意味している。これはまた、本システムは少なくとも７５メートルのキャプチャ域に対して１ｃｍ未満の精度で少なくとも１０００送信器の位置を解明可能であることも意味している。
【００１８】
他の面では、本発明は柔軟なＲＦパッチ・タグで、これは、保護カバーまたは層を除去すると、自動的に自身をオンとして送信を開始する。視覚、音声、またはその他のフィードバックを与えて、タグが作動していて送信していることを実証可能である。１実施例では、パッチ送信器は、背面層、接着コーティング、電池層、回路層、アンテナ層、及び保護層を含むいくつかの薄層を有する小さな丸い柔軟なパッチである。本装置は接着層を覆う紙またはフィルム層によりカバーされ、紙層の除去により電源接点が閉鎖して装置を作動させるようにしてもよい。同時に、紙層の除去により接着剤が露出されてタグは追跡すべき物体に直接接着可能となる。パッチ・タグは人間の皮膚または衣服上の多数の位置に接着できるよう十分小さく、これにより人間の実質的に完全な動きを可能とする。
【００１９】
本発明のモーション・キャプチャ・システムは、基準フレーム内の物体の位置を知ることが望ましい任意の応用例と、特に物体または多数の別々な物体上の多数の迅速に移動する点の位置を知りたい応用例で利用可能である。
【００２０】
他の面では、本発明は、動画カメラの移動を追跡し、カメラの追跡位置と姿勢に従って記録した移動画像上で後処理を実施するよう記述したＲＦモーション・キャプチャ・システムを利用する整合移動システムである。本発明のこの観点では、携帯動画カメラのような動画カメラ上に少なくとも３個のマーカー・タグが配置される。マーカー・タグは、３個のタグの位置がカメラの空間位置と共にそのピッチ、ヨー、及びロール角を完全に決定するようにカメラ上の非同一平面位置に配置される。カメラ操作員により手動で担持されるようにして、カメラが移動している間にカメラは画面を記録する。カメラの正確な位置と姿勢がＲＦモーション・トラッキング・システムにより正確に記録されるため、生成した画像を以後に後処理して多数の所要効果を達成可能である。
【００２１】
１例では、記録画面を後処理して、ディジタル・コンピュータ生成画像（ＣＧ）イメージを画面に挿入可能である。カメラが画面で水平にまたは垂直にパンし、前後に移動し、回転し、ピッチし、またはその他任意の移動を実行すると、カメラの移動に整合するようＣＧイメージを変更可能である。ＣＧ画像の外観は、カメラが移動すると画面に物理的に存在する画像が変化するように望みどおりに正確に変化する。この結果、ある種の従来技術システムで必要であったようなＣＧ画像の手動相関と処理を実質的に減少しつつ動画内の現実的なＣＧ画像が生成される。他の例では、整合移動システムは記録した画像を後処理してカメラのジッタを除去すること、すなわち記録画像からカメラの小さな移動の効果を除去して、画面のフィルム上を介しては、多分移動しているが、観客からはカメラが固定されているように見せることが可能となる。
【００２２】
本システムはある応用例で、かつ大部分の意図した応用例で使用されるＧＰＳ、慣性センサ、電子機械センサのようなその他の位置決定技術と理論的に組合わせ可能であるが、本システムはその他の位置決定方法なしでも動作可能である。
【００２３】
本発明の例示実施例を、同一番号は同一部品を参照している、図面を参照して以下に記載する。
【実施例１】
【００２４】
図１を参照すると、本発明の第１面による無線周波（ＲＦ）位置トラッキング・システム４０は３つのサブシステム：能動ＲＦタグまたは単にタグ、受動センサ４２、処理装置または単にプロセッサ６０、から構成される。システム４０は２つの異なる型式のタグ：１個以上の基準タグ５０と１個以上のマーカー・タグ５２、を使用する。基準タグ５０とマーカー・タグ５２は構造が同一でもよい。これらは主にその配置と使用法が異なる。望ましい実施例では、図面に図示した人間や、人間により担持されている銃や剣のような何らかの付属物５６のような追跡すべき物体５４上に複数個のマーカー・タグ５２が配置されている。人間のような多数の構成部品と可能な運動を有する物体に対しては、個々のマーカー・タグ５２の追跡移動が物体の各種移動の完全なまたは殆ど完全な記録を生成するように、多数のマーカー・タグ５２を人間の各肢や関節に配置することが望ましい。複数物体にタグを取り付け追跡可能である。例えば、剣闘に係わる２人の人間を追跡し、生成したディジタル演技を記憶し、以後２人の異星生物間の剣闘技に変換可能である。物体と基準タグは、センサ４２により取囲まれた区域内の、モーション・キャプチャ域、または単にキャプチャ域内に配置される。キャプチャ域は一般にはセンサ４２により取囲まれる区域内にあるが、キャプチャ域とセンサ４２間にはバッファ域があってもよいので、必ずしも完全には占有しない。マーカー・タグ５２と基準タグ５０は、直接シーケンススペクトル拡散信号が望ましいＲＦ信号を送信する。信号センサ４２はタグにより送信されるＲＦ信号を受信する受信器である。
【００２５】
各マーカー・タグ５２と基準タグ５０からの信号は固有にコード化されて個々のタグを識別する。キャプチャ域の周辺には最小で４個のセンサ４２が配置される。センサ４２は受信信号帯をディジタル化（サンプルし量子化）する。センサ４２からのディジタル・サンプルを処理して各タグ５０または５２と各センサ４２との間の擬似範囲測定を抽出する。測定は範囲ではなく擬似範囲である、何故ならこれは時間項を含むからである。これらの擬似範囲測定はマーカー・タグ５２と基準タグ５０との間で差を取られ、生成した信号差をセンサ間で差を取って２重差を形成する。２重差を処理して基準タグ５０位置に対して各測定時間でマーカー・タグ５２位置を決定する。この未加工の位置情報を各マーカー・タグ５２に対して出力する。
【００２６】
図２は、追跡すべき物体が動画カメラ５７である本発明の１つの特殊化した応用例を図示する。カメラ５７にはこれに取り付けたまたはその他の場合これと関係する複数個のマーカー・タグ５２を有する。カメラ５７は、カメラの移動がカメラ上の少なくとも１点のｘ、ｙ、ｚ位置と共にそのピッチ、ロール、ヨーを含んで完全にキャプチャ可能となるように、少なくとも３個のマーカー・タグが非線形及び非平面空間関係に取り付けられることが望ましい。本応用例では本システムは整合移動システムの一部として使用される。整合移動システムはコンピュータ生成物体の発生またはカメラ・ジッタの除去に使用可能である。
【００２７】
（処理アルゴリズム）
以下の説明では、本明細書の特定の図面を参照することなく数式展開をする都合上、名称Ａは任意のマーカー・タグ５２、名称Ｒは基準タグ５０、及び名称ｉは任意のセンサ４２を参照する。
【００２８】
２重差測定はセンサの各々に対するマーカー・タグＡと基準タグＲからの擬似範囲測定を使用して形成される。ｎ番目の測定時間で、基準タグＲはクロックＴＲ（ｎ）で（０、０、０）に位置し、マーカー・タグＡはクロックＴＡ（ｎ）でｒＡ（ｎ）＝［ｒＡｘ（ｎ）、ｒＡｙ（ｎ）、ｒＡｚ（ｎ）］Ｔに位置する。複数センサがＡとＲからＲＦ信号を受信する。センサｉは既知の位置Ｓｉ＝［ｓｉＸ、ｓｉＹ、ｓｉＺ］Ｔに位置し、クロックＴｉ（ｎ）に対し静止している。センサｉでのマーカーＡと基準タグＲの擬似範囲（ＰＲ）の測定式は
2007521474.tif 000003
ここで
2007521474.tif 000004
【００２９】
マーカー・タグＡと基準タグＲ擬似範囲測定との間の単一差はセンサの時間項（ｓｅｎｓｏｒ  ｃｌｏｃｋ  ｔｅｒｍ）を除去する。
2007521474.tif 000005
【００３０】
センサｉとｊとの間の２重差はタグ関連の時間項（ｔａｇ  ｒｅｌａｔｅｄ  ｃｌｏｃｋｓ  ｔｅｒｍｓ）を除去する。
2007521474.tif 000006
【００３１】
左側のマーカー・タグＡ位置に独立な項を組合わせると：
2007521474.tif 000007
【００３２】
３個の未知数は時間ｎでのマーカー・タグＡの位置座標、ｒＡＸ（ｎ）、ｒＡＹ（ｎ）、ｒＡＺ（ｎ）である。４個のセンサ４２からの測定が、これらの３個の未知数の３つの独立な式を得るために必要な３つの独立な２重差を形成するのに必要である。生成した式はマーカー・タグＡ座標に対して直接解くことが可能である。または、式を近似解法により線形化し、生成線形式をマーカー・タグＡ座標に対して解くことも可能である。直接解法も線形化の近似解法として使用可能である。
【００３３】
４個のセンサからの単一差測定を与えると、直接解法は以下のように計算可能である、ここでｓ０、ｓ１、ｓ２及びｓ３は基準タグＲに対する４個のセンサの位置ベクトル、δＰＲ０１ＡＲ、δＰＲ０２ＡＲ、及びδＰＲ０３ＡＲは３個のスカラ２重差である。
2007521474.tif 000008
【００３４】
Ｍ≧３の（Ｍ＋１）センサに対しては、基準タグに対するマーカー・タグＡ位置の一般化最小２乗解法は以下で与えられる：
ｒＡ（ｎ）＝ｒ０（ｎ）＋δｒＡ
ここで
ｒ０（ｎ）はマーカー・タグＡ位置ベクトルの近似解
2007521474.tif 000009
精度を改善するため、これらの式は以下に従って繰り返し可能である：
１．初期マーカーＡ評価位置ベクトルｒ０（ｎ）、センサ位置ベクトルｓｉ、及び２重差を与えて、δＰＲｉｊＡＲを計算。
２．測定ベクトルδＺを計算。
３．線形化観察マトリクスＨｎを計算。
４．誤差状態ベクトルδｒを計算。
５．マーカー・タグＡ評価位置ベクトルｒＡ（ｎ）を更新。
６．更新した位置ベクトルを新たな評価位置ベクトルとして使用し、計算した誤差状態ベクトルが十分小さくなるまで段階２からを繰返す。
誤差状態評価の共分散は以下により与えられる。
2007521474.tif 000010
【００３５】
個々の測定誤差は分散σＭ２でｉ．ｉ．ｄ.（独立に一様分布）であると仮定すると、誤差共分散マトリクスは：
2007521474.tif 000011
で与えられ、ここで
2007521474.tif 000012
【００３６】
センサ・タグ配置の効果は精度の位置希薄化、ＰＤＯＰで、これは以下のように計算される
2007521474.tif 000013
ＰＤＯＰは垂直及び水平成分に分解可能である
ＰＤＯＰ２＝ＨＤＯＰ２＋ＶＤＯＰ２
【００３７】
図３の例示４センサ配列に図示するように、システムは少なくとも４個のセンサ４２を使用することが望ましい。図４に示す例示８センサ配列のようなより多くのセンサも可能である。一般的に言って、センサ４２の数が増加すると、ＰＤＯＰが低下する。しかしながら、より良い精度を得るために使用するセンサとタグの数は、処理パワーとスループットを含む実用的な観点からバランスしなければならない。
［０００１］５個以上のセンサからの擬似範囲測定が利用可能であると、４つの独立な２重差が一致していない時を検出可能である。６個以上のセンサからの擬似範囲測定では、１つの誤った２重差測定を識別可能である。一般に、（Ｍ＋１）センサで、（Ｍ−４）までの誤った測定を識別可能である。誤った測定は、マルチパス、無線屈折率の変動、干渉、及び装置誤差の結果として生じる。Ｍｘ１フォールト・ベクトル
2007521474.tif 000014
は以下で計算される：
2007521474.tif 000015
【００３８】
決定変数
2007521474.tif 000016
が閾値を越えた場合、Ｍ２重差測定は一致していない。Ｍが５より大きいか等しい場合、（Ｍ−４）の誤った測定が、ｆｉ２／Ｓｉｉを最大とする指数ｉを見出すことにより識別可能である。
（Ｍ＋１）センサに対する閾値Ｔは
2007521474.tif 000017
で与えられ、ここで
σＭ２は擬似範囲測定分散
ＰＦＡは受入れ可能な誤りアラームレート
Ｑ−１（ｘ、ｎ）は
2007521474.tif 000018
の逆数、誤差検出の確率は
2007521474.tif 000019
を使用して計算され、ここで
2007521474.tif 000020
Ｂは受入れ可能な測定誤差である。
【００３９】
基準タグに対してマーカー・タグ位置を決定するため２重差を処理する別のアルゴリズムは拡張カルマン・フィルタである。マーカー・タグの移動は白色雑音加速により駆動されるものとしてモデル化され、システム・モデルは：
ｘ（ｋ）＝Φｘ（ｋ−１）＋ｗ（ｋ）
ここで
ｘ（ｋ）＝［ｒ（ｋ）T  ｖ（ｋ）T  ａ（ｋ）T］T  ｛９ｘ１状態ベクトル｝
ｒ（ｋ）はマーカー・タグ位置ベクトル
ｖ（ｋ）はマーカー・タグ速度ベクトル
ａ（ｋ）はマーカー・タグ加速度ベクトル
2007521474.tif 000021
ΔＴは測定ｋとｋ＋１との間の間隔（公称０．００４１６７秒）
2007521474.tif 000022
σＡはモデル化した加速度雑音標準偏差（公称２．２５ｍ／ｓｅｃ２）
測定モデルは
δｚ（ｋ）＝Ｈ（ｋ）δｘ（ｋ）＋ｖ（ｋ）
ここで
2007521474.tif 000023
σＰＲは擬似範囲標準偏差（公称コード位相ベースの測定に対して３．５ｍ、搬送波位相ベースの測定に対して０．０００２５ｍ）
時間更新式は
2007521474.tif 000024
測定更新式は
2007521474.tif 000025
【００４０】
状態共分散マトリクスＰはマーカー・タグの位置の不確定性を基に初期化される。
【００４１】
拡張カルマン・フィルタは性能改良のため繰り返し可能である。各繰り返しの開始時に最新の状態評価を使用して誤差測定ベクトルと観察マトリクスを再計算して、３つの測定更新式が繰り返し計算される。
【００４２】
無線周波数の広範囲のスペクトルを使用して本節で記述した概念を実装可能である。しかしながら、最も可能な周波数は０．３ＧＨｚから３００ＧＨｚの範囲である。この範囲はＵＨＦ（０．３ＧＨｚ−３ＧＨｚ）、ＳＨＦ（３ＧＨｚ−３０ＧＨｚ）、及びＥＨＦ（３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ）帯を含む。擬似範囲測定を得るために本概念は多様な技術により実装可能である。
【００４３】
（第１例示システム実施例）
第１例示システム実施例では、タグ５０と５２は直接列スペクトル拡散・マイクロ波信号バーストを送信する。センサ４２は受信した信号帯をダウン変換しアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）サンプルする。センサ４２からのディジタル・サンプルを処理してタグ５０と５２の各々のコード擬似範囲と搬送波擬似範囲測定を抽出する。これらの擬似範囲測定を処理して各サンプリング時のタグ位置を決定する。
【００４４】
シミュレーション結果によると、本システムは１３０ｍｘ５５ｍｘ１０ｍのキャプチャ域で動作することが予見され、区域内のどこでもタグ５２の位置をキャプチャ可能である。最小の望ましいセンサ構成は８センサであり、各々がキャプチャ域の各頂点の近傍にある。さらに２４個までのセンサをキャプチャ域の周辺に配置して改良された性能を得られる。センサ４２は、センサの前面とキャプチャ域との間に約５から１５メートルあるようにセンサ４２をセットバックする。タグ５０と５２は、センサに対する最近接点でキャプチャ域に接する面とキャプチャ域の最近接点からセンサのセットバック距離の２倍だけ離れた平行面とにより定義される容積から一般的に除去される。
【００４５】
本システムはキャプチャ域中の５０００個までのタグで動作し、軸当り４．５ｍ／ｓまでの速度、軸当り０．４５ｍ／ｓ２加速度、軸当り０．４５ｍ／ｓ３ジャークのタグ・ダイナミクスの完全な精度を提供するよう設計されている。軸当り４５ｍ／ｓ、軸当り４．５ｍ／ｓ２加速度、軸当り４．５ｍ／ｓ３ジャークまでのタグ・ダイナミクスには精度を減少して与える。本システムは、最小４個のセンサに対して妨害されない視野を有するキャプチャ域内で各個々のタグをキャプチャする９０％の確率を提供する。
【００４６】
シミュレーションによると、本システムはキャプチャ域内に配置した固定基準タグ５０の位置に対してＸ、Ｙ、Ｚ局所レベル座標でマーカー・タグ位置出力を与える。位置レーテンシは０．1秒を越えない。各マーカー・タグ５２の位置出力レートは秒当り１、２、３、４、５、６、８、１０、１２、１５、１６、２０、２４、３０、４０、４８、６０、８０、１２０及び２４０から選択可能であることが望ましい。望ましい実施例では、出力レートは、エンタテインメント業界内で一般的に使用されるフレームレートとの都合のよい適合性から、２４０のような、２４と３０の両方の整数倍である。出力精度（ｏｕｔｐｕｔ  ａｃｃｕｒａｃｙ）は限定されたダイナミクスの期間では軸当り１ｍｍ１シグマであり、高速ダイナミクスの期間では軸当り１０ｍｍ１シグマである。出力精度（ｏｕｔｐｕｔ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）は軸当り１ｍｍである。
【００４７】
キャプチャ域内に５０００タグを有するシステムの全出力データレートはアンフォーマット・データで９Ｍバイト／秒、バイト境界にフォーマットしたデータでは１０．８Ｍバイト／秒である。各タグの位置データは１７ビットのＸ位置、１６ビットのＹ位置、１４ビットのＺ位置、及び１３ビットのタグＩＤとしてフォーマット可能である。バイト境界フォーマットによると、出力位置は３バイトのＸ位置、２バイトのＹ位置、２バイトのＺ位置、及び２バイトのタグＩＤから構成される。
【００４８】
センサ４２は６７マイクロ秒のタイミング精度でディジタル・サンプルを発生する。これは最小２９ｄＢ  ＲＦ入力ダイナミックレンジを有し、そのアンテナは全キャプチャ域をカバーする視野を与える。
【００４９】
図５は第１例示システム実施例が動作する周波数帯域を図示する。本実施例は５．７２５−５．８５０ＧＨｚ周波数帯で動作する。この周波数帯６０は８個のサブチャネル、ＡからＨに分割される。各動作サブチャネル６２、６４、６６、６８、７０、７２、７４、及び７６は１０ＭＨｚ幅で５ＭＨｚ保護帯域６１、６３、６５、６７、６９、７１、７３、７５及び７７により分離される。
【００５０】
図６は本実施例の送信パケット構造を図示する。各パケット８０は各タグに共通な１６ビット同期ワード８２を含む。同期ワード８２はその自動相関特性から選択される。望ましい実施例では、１６ビット・ノイマン−ホフマン同期ワード０ＥＥＤ１６進（００００１１１０１１１０１１０１  ２進）が選択され全パケットに使用される。この同期パターンは図７に示すように優秀な自己相関特性を有する。選択した特定の同期ワードの代わりにその他の同期ワードを使用可能である。さらに、全てのタグが同じ同期ワードを送信する必要はないが、同じ同期ワードを使用することは便利性の利点があり、各タグに良好な同期ワードを使用可能である。またさらに、他のビット数を有する同期ワードを選択可能である。
【００５１】
パケット８０はまた各タグに固有の４８ビット・タグＩＤフィールド８４も含む。各タグの固有のタグＩＤによりシステムは互いを識別し、個々のタグを自動的に追跡可能である。従来技術の光学反射タグでは、タグがカメラの視界から隠され、次いで再び現れた時、システム操作員が手動で処理システムに対してどのタグが再び現れてどの位置であるかを識別する必要がある。各タグに固有のタグＩＤを放射させることによりこの要件を除去する。タグＩＤはヒューズのレーザー蒸着によるような各種の技術によりダイにハード的に配線されるか、またはＥＥＰＲＯＭ、電池バックアップのＲＡＭ、ＦＲＡＭ、ＵＶＰＲＯＭ等のような各種の技術を介してプログラム可能である。
【００５２】
タグＩＤは［４８、２４、１２］２進拡張２次残留コード空間で任意のベクトルとして選択される。これは、全てのコード・ベクトルが最小でも１２ビット位置異なることを保証する。タグはエンコーダを必要としない、またはタグＩＤは予め計算されてタグに記憶される。また、タグは予め記憶したパターンとの相互相関により識別されるため、センサはデコーダを必要としない。コード生成多項式は：
2007521474.tif 000026
ここでＱ＝{１、２、３、４、６、７、８、９、１２、１４、１６、１７、１８、２１、２４、２５、２７、２８、３２、３４、３６、３７、４２｝、で、タグＩＤのＬＳＢは最初の４７ビットに加えるＬＳＢのモジューロ２和が０となるように計算される。
【００５３】
タグコードはまた書込まれたタグＩＤ、バーコード、またはその他のタグ上の人間またはマシン読取り可能なコード化機構によりタグ自体またはタグ・パッケージ上でも識別可能である。例えば、各タグ上のバーコードにより、追跡すべきどの物体のどの部分に各タグが使用されているか、を操作員が処理中に一旦識別することにより処理の一部としてタグが携帯または固定バーコード・リーダにより走査される。タグＩＤコードを表す走査バーコードもまた、システム操作員に同じタグＩＤを有する２つのタグが同じキャプチャ域内で同時に使用されていないことを保証可能とする。
【００５４】
例示システム実施例の複数アクセス構造はＦＤＭＡ（周波数分割複数アクセス）とＳＳＭＡ（スペクトル拡散複数アクセス）の組合せである。タグは８個の異なる周波数チャネル間に均等に分割される。各チャネルの全てのバーストは、良好な自動相関特性と有する同じ６４０チップ・セグメントの長い擬似雑音（ＰＮ）コードを使用して拡散される。パケット間の衝突は、あるチャネルの１バーストの第１チップがセンサで当該チャネルの他のバーストの第１チップと重なり合った場合にのみ発生する。衝突発生の確率はＰＣ＝１−ｅ−２τλで、ここでτはチップ持続時間（１００ｎｓｅｃ）でλはチャネルレート（バースト／秒）である。例えば、１チャネルでλ＝１２０万バースト／秒では、衝突確率はＰＣ＝２１％である。２チャネルではチャネル当りのバースト／秒はλ＝６０万に減少し、ＰＣ＝１１％である。４チャネルでは、λ＝３０万バースト／秒／チャネルで、ＰＣ＝５．８％である。８チャネルでは、λ＝１５万バースト／秒／チャネルで、ＰＣ＝３．１％である。従って、８チャネルでタグ当り秒当り２４０測定では、タグ当り秒当り平均７．４測定が衝突により失われる。
【００５５】
図８は６４０チップＰＮセグメントを発生する簡単なシフトレジスタ発生器を図示する。セグメントは最大長帰還多項式ｘ１９＋ｘ５＋ｘ２＋ｘで初期条件０ＥＥＤＡ１６進（０００１１１０１１１０１１０１１０１０  ２進数）によるｃａ１９段単純シフトレジスタ発生器（ＳＳＲＧ）から発生される。ＳＳＲＧは１９段、５段、２段及び１段のビットを排他ＯＲして１段への入力を発生する。次いでビットは１段左へシフトされる。最左段、１９段のビットは出力である。最初の６４０ビットが使用される。最初の４０ビットは７ＤＢＡ９８ＥＥＤＡ  １６進である。
【００５６】
図９は６４０ビットＰＮ列の自動相関を図示する。
【００５７】
搬送波は、帯域時間積（ＢＴ）＝０．３で１０Ｍｂｐｓチップ列により変調されたガウス最小シフト・キーイング（ＧＭＳＫ）である。リンク予定値は以下の表１に与えられる：
2007521474.tif 000027
【００５８】
図１０はマーカー・タグ５２、センサ４２、及びプロセッサ６２間の機能インターフェースを示すインターフェース機能線図である。各タグ５２は５．８ＧＨｚ  ＲＦ搬送波上で変調されたデータペットを周期的に放射する。センサ４２はタグ５２からのパケットを受信し復調し、これを処理してタグＩＤ、コード位相及び搬送波位相を抽出する。このデータはセンサ当り秒当り１２０万測定の速度でプロセッサ６２に与えられる。プロセッサは測定を処理して各タグのＸ、Ｙ及びＺ位置座標、全体で秒当り１２０万位置を決定する。
【００５９】
図１１は第１システム実施例の第１タグ実施例の機能ブロック線図である。水晶発振器（ＸＯ）１１１２は基準搬送波を発生する。位相／周波数検出器、低域フィルタ（ＬＰＦ）１１１６と分割器１１２０から構成される、位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用して、これをＸＯ基準搬送波にロックすることにより公称１．１６ＧＨｚ電圧制御発信器（ＶＣＯ）１１１８の出力を安定化する。安定化したＶＣＯ出力は範囲−π／５からπ／５で線形変調器１１２８により位相変調される。ＶＣＯ出力は次いでｘ５周波数乗算器１１３０へ印加される。乗算器１１３０出力は帯域フィルタ（ＢＰＦ）１１３２によりフィルタされて不要な高調波を除去する。変調信号は、積分器１１２４で制御器１１２２出力波形を積分し、次いで帯域−時間積０．３を有するガウス低域フィルタ（ＧＬＰＦ）１１２６でフィルタすることにより発生される。制御器１１２２は、共に１０Ｍｂｐｓ擬似雑音コードにより拡散された同期ヘッダとタグＩＤから構成されるデータパケットを周期的に発生する。波形はタグ・アンテナ１１３４で送信される。
【００６０】
図１２は第１システム実施例の第２タグ実施例の機能ブロック線図である。本実施例では、水晶発信器（ＸＯ）１２１２が基準クロックを発生する。位相／周波数検出器、低域フィルタ（ＬＰＦ）１２１６と分割器１２２０から構成される位相ロックループを使用して、これをＸＯ基準搬送波にロックすることにより公称５．８ＧＨｚ電圧制御発信器（ＶＣＯ）１２１８の出力を安定化する。安定化したＶＣＯ出力は範囲−πからπで線形変調器１２２８により位相変調される。変調器出力は帯域フィルタ（ＢＰＦ）１２３０によりフィルタされる。変調信号は、積分器１２２４で制御器１２２２出力波形を積分し、次いで帯域−時間積０．３を有するガウス低域フィルタ（ＧＬＰＦ）１２２６でフィルタすることにより発生される。制御器１２２２は、共に１０Ｍｂｐｓ擬似雑音コードにより拡散された同期ヘッダとタグＩＤから構成されるデータパケットを周期的に発生する。波形はタグ・アンテナ１２３４で送信される。
【００６１】
図１３はタグ制御器１１１２または１２２２の第１実装の回路概略図である。１０ＭＨｚタグ・クロック１３１２はクロック分割器１３１４により４１６６７によって除算されて２４０Ｈｚパケット・クロックを発生する。パケット・クロックは、１０ＭＨｚクロック信号がＡＮＤゲート１３１８を通過することを可能とし、かつ送信器を付勢するイネーブル・ラッチをセットする。パケット送信が完了した後、ゲートされた１０ＭＨｚクロックをクロック分割器１３２０で６４０クロックにより除算して、イネーブル・ラッチをリセットし、送信器を減勢する。
【００６２】
ゲートされた１０ＭＨｚクロックを使用して１９段シフトレジスタ１３２８をシフトする。このシフトレジスタは各パケットの開始時に０ＥＥＤＡ１６進（００００１１１０１１１０１１０１１０１０  ２進）に初期化される。１段、２段、５段、及び１９段からの出力が排他オア（ＸＯＲ）ゲート１３３０に入力される。ゲート出力は次いでシフトレジスタの第１段に入力される。シフトレジスタ出力、１９段の出力は出力排他オア（ＸＯＲ）ゲート１３３８に印加される。
【００６３】
ゲートされた１０ＭＨｚクロックはクロック分割器１３２２で１０により除算されて１ＭＨｚクロックを形成する。このクロックを使用して６段（６４による除算）カウンタ１３２４を駆動する。カウンタ状態の３つのＭＳＢを使用して、パケットデータを含む８ｘ８ＲＯＭ１３３４をアドレスする。アドレスされた８ビットＲＯＭデータは８対１ＭＵＸ１３３２に印加される。カウンタ状態の３つのＭＳＢを使用してＭＵＸ出力を選択する。ＭＵＸ出力はＤフリップフロップ１３３６を介して１０ＭＨｚゲート化クロックにより再クロックされ、次いで出力排他オア（ＸＯＲ）ゲート１３３８に印加される。
【００６４】
図１４はタグ制御器１１２２または１２２２の第２の可能な実装１１２２’または１２２２’の回路線図である。１０ＭＨｚタグ・クロック１４１２はクロック分割器１４１４で４１６６７により除算されて２４０Ｈｚパケット・クロックを発生する。このパケット・クロックは１０段（１０２４による除算）カウンタ１４２４をリセットする。カウンタ状態ＮＯＴ６４０がデコードされて１０ＭＨｚクロックをゲートするのに使用され、送信器を付勢する。ゲートされた１０ＭＨｚクロックを使用してカウンタ１４２４をクロックする。カウンタ状態が６４０に達すると、ゲート化クロックが減勢され、カウンタ１４２４を停止し、送信器が減勢される。カウンタ状態の７つのＭＳＢを使用して、６４０ビットの拡散パケットデータを含む１２８ｘ８ＲＯＭ１４３４をアドレスする。アドレスされた８ビットＲＯＭデータは８対１ＭＵＸ１４３２に印加される。カウンタ状態の３つのＬＳＢを使用して、制御器出力を与えるＭＵＸ出力を選択する。
【００６５】
図１５はセンサ４２の１つの機能ブロック線図である。センサは受信器アンテナ１５１２を介してタグから５．８ＧＨｚ信号を受信し、これを帯域フィルタ１５１４で帯域フィルタして干渉を除去し、増幅器１５１６により低雑音増幅して受信器雑音下限値を設定する。低雑音増幅信号は次いで帯域フィルタ１５１８で再度帯域フィルタされて雑音電力を制限し、各々インフェーズ及びクォドレーチャ・フェーズのベースバンド信号１５２２と１５２４に変換される。ベースバンド信号は低域フィルタ１５３６と１５３８で低域フィルタされ、増幅器１５４０と１５４２で増幅され、アナログ・ディジタル変換機１５４４と１５４６でサンプルされ量子化される。受信器クロックを構成するアナログ・ディジタル変換器１５４４と１５４６の変換クロックは送信器クロックのいずれとも、またその他の受信器クロックのいずれとも同期していないことに注意されたい。ディジタル・インフェーズ及びクォドレーチャ・フェーズ・サンプルは、マルチプレクサ１５４８で相関器１５５０のバンクに印加される単一のデータストリームに多重化される。相関器は、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１５５２により最も可能なタグＩＤ、コード位相及び搬送波位相に変換されるパラメータを決定する。これらの評価は次いで処理システム６２への転送用に１００Ｂａｓｅ−Ｔイーサネット（登録商標）・インターフェース１５５４に出力される。
【００６６】
図１６は受信したタグ信号を処理するプロセッサ６２の機能ブロック線図である。各種のセンサ４２からの１００Ｂａｓｅ−Ｔインターフェース１６１２上のデータは、コード及び搬送波位相を位置評価に変換する、測定プロセッサ１６１４に入力される。この評価は１０００Ｂａｓｅ−Ｔギガビット・イーサネット（登録商標）・インターフェース１６１６を介して出力される。
【００６７】
プロセッサ６２はセンサ４２からのコード及び搬送波擬似範囲測定を使用してサンプリング時間でのタグ位置を決定する。次いで未加工位置情報が出力される。全ての位置は基準タグ５０に対してである。もちろん、基準タグ５０の位置が既知であると、キャプチャ域内での任意の基準点またはタグに対する位置は既知の座標変換アルゴリズムを使用して計算可能である。コード擬似範囲測定は前述したように処理されて粗い位置評価を与えるコード位相測定を与える。この粗い評価を使用して曖昧探索を制約し、搬送波擬似範囲測定を使用して最終位置評価を得る。すなわち、コード位相決定は位置の粗い評価を与え、搬送波位相決定は粗い評価内での微細位置決定を与える。コード位相と搬送波位相測定はそれ自体当該技術において公知であり文献に記載されている。
コード擬似範囲測定誤差標準偏差は以下で与えられる：
2007521474.tif 000028
ここでＲはコードレート（１０Ｍｃｐｓ）
Ｔは測定持続時間（４８ビット／１Ｍｂｐｓ＝４８ｘ１０−６ｓ）
Ｃ／Ｎ０は搬送波対雑音密度比（６８ｄＢ−Ｈｚ＠閾値）
これはσコード＝１，７２４ｍｍ、またはσ２重差＝√４ｘσコード＝３，４４８ｍｍの値を与える。
【００６８】
その他のコード擬似範囲位置誤差原因は１ｍセンサ位置誤差、実行に何らかの形式の軽減化を必要とする１ｍマルチパス誤差がある。センサ・アンテナ位相中心変動、及び大気屈折を含む、残りの誤差原因は小さい。誤差予定を表２に示す。
2007521474.tif 000029
【００６９】
搬送波擬似範囲測定式は
2007521474.tif 000030
ここで
ＮｉＡは基準時のタグＡとセンサｉとの間のサイクルの整数
φｉＡは基準時の部分位相プラス基準時（サイクル）からの累積測定位相変化
λは搬送波波長（メータ／サイクル）
【００７０】
２重差は同様にコード擬似範囲測定に対して以下のように形成可能である
2007521474.tif 000031
ここで
2007521474.tif 000032
【００７１】
δＮｉｊＡＲが既知である場合、処理アルゴリズムという名称の節で説明した直接法、最小２乗、拡張カルマン・フィルタ解法、及び関係するＰＤＯＰ及びフォールト検出及び分離アルゴリズムが適用可能である。整数が未知である場合、２つのエポック間で２重差の差を取ることにより、３重差を形成することで除去可能である。
2007521474.tif 000033
【００７２】
６個の未知数は時間エポックｎとｎ＋１でのマーカー・タグＡ位置ベクトルｒＡ（ｎ）とｒＡ（ｎ＋１）である。これらの６未知数で６個の独立な式を得るために必要な６つの独立な３重差を形成するため、これら２つの時間エポックでの７個のセンサからの測定が必要である。これらの式は以前のエポックからまたはコード擬似範囲解法のどちらかから近似解法で線形化可能で、生成線形式をマーカー・タグＡ座標に対して解く。
【００７３】
Ｍ≧６の（Ｍ＋１）センサと、近似解法［ｒ０（ｎ）、ｒ０（ｎ＋１）］に対して、一般化した最小２乗解法は：
ＸＡ（ｎ）＝Ｘ０（ｎ）＋δＸＡ
ここで
2007521474.tif 000034
【００７４】
最小２乗解法はｒａｎｋ（Ｈｎ）＝６の場合にのみ存在する。必要条件は、マーカー・タグＡがエポックｎとｎ＋１の間で移動することである。そうでない場合、観察マトリクスＨの最後の３列は最初の３つの負数であり、ｒａｎｋ（Ｈ）≦３である。単一エポックの間で良好な観察性を与えるようにタグが十分移動することは有りえないため、時間で十分離れた２つのエポックを使用するか、またはδＮｉｊＡＲを決定する必要がある。
【００７５】
１つのオプションは２重差を使用し２重差整数を評価することである。各２重差は３つのマーカー・タグＡの座標とそのサイクルの２重差整数の関数である。従って、（Ｍ＋１）センサに対してＭ＋３未知数のＭ式を有する。これは不定問題である。（Ｍ＋１）センサでＬエポックの場合、ＬｘＭ式でＭ＋３ｘＬ未知数を有する。従って、２つのエポック（Ｌ＝２）で７センサ（Ｍ＝６）からの測定が必要である。同様に、４エポック（Ｌ＝４）では、５センサ（Ｍ＝４）からの測定が必要である。不運なことに、これらのシステム式は３重差システムと同じ観察性問題を有する。エポック間で顕著なタグＡ移動が必要である。しかしながら、δＮｉｊＡＲを評価しているため、連続するエポックは必要なくなる。
【００７６】
２つのエポック、ｎとｎ＋ｋと、Ｍ≧６の（Ｍ＋１）センサと、近似式による線形化に対して、一般化した最小２乗解法は：
ＸＡ（ｎ）＝Ｘ０（ｎ）＋δＸＡ
ここで
2007521474.tif 000035
【００７７】
このアルゴリズムを使用する１つの方式は、マーカー・タグ２重差整数較正（ＭＴＤＤＩＣ）を実行することである。プロセッサ６２はＭＴＤＤＩＣモードに置かれる。基準タグ５０とマーカー・タグ５２がキャプチャ域に配置される。次いで、所定のＭＴＤＤＩＣパターンで、または２重差整数に良好な観察性を保証できるコード擬似範囲測定の処理を基にした十分な移動をプロセッサが観察できるまで、マーカー・タグをキャプチャ域内で移動させる。後者の場合、マーカー・タグの各々に対して十分な移動を観察した時をプロセッサは指示する。両方の場合で、状態評価を上記のように計算する。δＮｉｊＡＲが既知となると、各センサが各タグ信号への位相ロックを保持している限り、２重差位相を処理するため処理アルゴリズムという名称で上記したアルゴリズムを使用可能である。
【００７８】
較正モードを必要としない他の方式では、δＮｉｊＡＲ値を決定するまでプロセッサは２重差位相測定を記憶し、上記の処理アルゴリズムで記載したアルゴリズムを使用してこれを処理してマーカー・タグ位置の時間履歴を解く。２重差整数の良好な観察性を保証できるコード擬似範囲測定の処理を基にした十分な移動が発生するまでプロセッサは待機する。次いでプロセッサはこれを解く。整数が一旦解決されると、処理アルゴリズムで記述したアルゴリズムを使用して２重差位相を処理し、位置評価が実時間で発生される。タグまたはセンサのどれかで位相ロックが失われた場合にＭＴＤＤＩＣの後でもこの方式を適用可能である。
【００７９】
さらに他の方式は拡張カルマン・フィルタを使用することである。時間更新と測定更新式は処理アルゴリズムの節で記載したものと同一である。状態式と測定モデルの差は：
ｘ（ｋ）＝［ｒ（ｋ）T  ｖ（ｋ）T  ａ（ｋ）T  ｎＴ］T  は（９＋Ｍ）ｘ１状態ベクトル
ｒ（ｋ）は３ｘ１マーカー・タグ位置ベクトル
ｖ（ｋ）は３ｘ１マーカー・タグ速度ベクトル
ａ（ｋ）は３ｘ１マーカー・タグ加速度ベクトル
ｎは２重差整数、δＮｉｊＡＲのＭｘ１ベクトル
2007521474.tif 000036
2007521474.tif 000037
σＰＲは搬送波位相擬似範囲標準偏差（公称０．０００２５ｍ）である
【００８０】
状態共分散マトリクスＰは各マーカー・タグ位置の不確定性を基に初期化される。コード擬似範囲解法は軸当り３．５メートルの公称不確定性を与える。
【００８１】
システムからのマーカー・タグ位置出力は１００ｍｓまで遅延可能であるため、タグ位置を決定するため固定遅れ最適スムーザを使用可能である。
【００８２】
ＧＰＳ曖昧性解決には多数の方式が文献に記載されている；これらは一般的に微小な修正により２重差整数の解決に適用可能である。これは、システム識別、粒子フィルタリング、最小２乗曖昧性脱相関調整、高速曖昧性解決方式、高速曖昧性探索フィルタ、遺伝アルゴリズム、及び干渉非線形プログラミング方法を含む。
【００８３】
搬送波擬似範囲測定誤差標準偏差は
2007521474.tif 000038
で与えられ、ここで
ｃは光速（３ｘ１０８ｍ／ｓ）
Ｆは搬送波周波数（５．８ＧＨｚ）
Ｔは測定持続時間（４８ビット／１Ｍｂｐｓ＝４８ｘ１０−６ｓ）
Ｃ／Ｎ０は搬送波・雑音密度比（閾値で６８ｄＢ−Ｈｚ）
【００８４】
生成したσ搬送波は閾値０．２４ｍｍ、７３．７ｄＢ−Ｈｚ  Ｃ／Ｎ０で０．４７ｍｍで、９３．４ｄＢ−Ｈｚ  Ｃ／Ｎ０で０．０２４ｍｍである。
【００８５】
搬送波擬似範囲測定は無線屈折率で補正されなければならない。範囲は光速による伝播時間と関係している、すなわち、ａからｂへの範囲は光速かけるａからｂへの伝播時間に等しい。真空中の光速はｃ＝２．９９７９２４５８ｘ１０８ｍ／ｓである。大気中では、光速はｃ／（１＋Ｎｘ１０−６）≒ｃｘ（１−Ｎｘ１０−６）で、ここでＮは以下で評価可能な無線屈折率（Ｎ単位）で、
2007521474.tif 000039
ここで    Ｔは大気温度（℃）
Ｐは大気圧（ｈＰａ）
Ｈは相対湿度（％）
（ａ、ｂ、ｃ）は−２０℃＜Ｔ＜＋５０℃で（６．１１２１、１７．５０２、２４０．９７）で、−５０℃＜Ｔ＜−２０℃で（６．１１１５、２２．４５２、２７２．５５）に等しい。
【００８６】
評価誤差は５％以下である。表３は各種の大気条件での１５０ｍ路に必要な補正を示す。
2007521474.tif 000040
【００８７】
搬送波擬似範囲測定多重路誤差は
2007521474.tif 000041
で与えられ、ここで
λは搬送波波長
αは反射係数とコード相関（０から１）の積
【００８８】
図１７は反射係数の関数として計算された搬送波位相マルチパス誤差を示す。
【００８９】
マルチパス軽減には多様な技術が利用可能である、制限なしでは、円偏光信号、良好な軸比センサ・アンテナ、チョーク・リング・センサ・アンテナ、センサでのディジタル処理、複数素子センサ・アンテナ、ＲＦ吸収センサ接地面、及び高周波搬送波を含む。
【００９０】
その他の誤差原因は、センサ・アンテナ位相中心変動とセンサ位置誤差である。位相中心はアンテナの信号到着角の関数として変動する。５．８ＧＨｚでは、２から５ｍｍの変動が予想される。各センサ・アンテナは信号到着角の関数として位相中心変動に対して較正され、この較正値が測定から減算される。１０％モデル化誤差は０．２から０．５ｍｍの残留誤差を残す。
【００９１】
センサ位置は以下の処理を使用してサブミリメータの精度まで測定されることが望ましい：
１）センサを堅牢な支持部に設置する。
２）全てのセンサを較正モードに切り替える。
ａ）センサ受信器を非活動状態とする。
ｂ）センサ受信器からタグ状信号を放射する。
３）基準タグを堅牢な支持部に設置し、作動させる。
４）基準タグに対していくつかの既知位置に較正受信器を配置する。
５）各位置でデータを収集する。
６）データを処理して基準タグに対するセンサ位置を決定する。
【００９２】
当業者には明らかなように、その他の較正処理も可能である。
【００９３】
搬送波擬似範囲位置誤差予定値を表４に示す。設計の正当性を示すためシミュレーションを使用した。
2007521474.tif 000042
【００９４】
相関整合フィルタを使用して、時間、周波数、及び位相測定を得る。相関処理は２つのレベルで実行される。第１に、タグ波形の同期フィールドとの相関を時間と周波数同期に使用する。この相関は可能なドップラー・シフトと発信器オフセットの範囲をカバーする周波数で実行されなければならない。この周波数範囲は周波数ビンに分割され、相関は各ビンの中心周波数で実行される。全てのタグは同じ同期フィールドを有しているため、同期相関は各センサにより観察される全てのタグを検出する。
【００９５】
タグを検出し、その受信周波数ビンを識別した後、ＩＤフィールドとの相関を使用してコード位相測定と搬送波位相測定を得る。コード位相測定は１００ｎｓｅｃ相関サンプル間を内挿してピーク相関値を見出すことにより発生される。搬送波位相測定は、内挿したピーク相関値の引数を計算することにより発生される。
【００９６】
図１８はプロセッサ６２内の相関バンク機能処理とその相関バンク１５５０を示す。秒当たり１０ｘ百万サンプル（ＭＳＰＳ）の８ビット・インフェーズ（Ｉ）及び８ビット・クォドレーチャ・フェーズ（Ｑ）サンプルの各対がＦＩＦＯ（先入先出）レジスタ１８１２に入力される。サンプル対は１６ビット・ワードとして記憶される。ＦＩＦＯ１８１２は８００ワード長である。ＦＩＦＯに入力される１６０の新たなワードに対応する、６２．５ｋＨｚのレートで、ＦＩＦＯの内容は８００ワード・バッファにコピーされる。ＦＩＦＯの最も古い３２０ワードに対応する３２０ワードはバッファからコピーされる。このコピー・ブロックは、全て０から構成される１６０ワードをパッドすることにより３２０ワードから４８０ワードに拡張される。このゼロのパッディングはＦＩＦＯからの３２０ワードの最新のものの次のブロックに添付される。パッドされたブロックは４８０点複素高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部分１８１４に入力される。８ビットのＩサンプルは実数部分として処理され、８ビットのＱサンプルは虚数部分として処理される。ＦＦＴは、連続する時間フーリエ変換の離散版である、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）の高速実装である。
【００９７】
ＦＦＴ出力は乗算器１８１６で基準同期列１８１８により乗算される。４８０ワード基準同期列は予め計算されメモリ・チップに記憶される。同じ基準同期列が全てのセンサにより使用される。基準同期列はパッドした列の複素ＦＦＴを計算し、その複素共役を取る（すなわち、Ｑ部分の代数符号を変更する）ことにより発生される。パッド列の最初の１６０ワードは１０ＭＳＰＳの理想同期波形を複素サンプリングすることにより得られた１６０ワードから構成される。残りの３２０ワードはゼロ・パッディング、すなわち全て０であるワードから構成される。
複素乗算は以下のように使用される：
ＩＭ＝ＩＦｘＩＣ−ＱＦｘＱＣ
ＱＭ＝ＩＦｘＱＣ＋ＩＦｘＱＣ
ここでＩＭとＱＭは乗数出力である。
ＩＦとＱＦはＦＦＴ出力である。
ＩＣとＱＣは基準メモリ・チップからの予め計算された出力である。
【００９８】
乗算は要素毎に実行される、すなわちＦＦＴ出力ブロック１８１４の最初のワードが予め計算された基準１８１８の最初のワードにより乗算され、第２ワードに第２ワードが、等々である。
【００９９】
乗算の結果は複素数の４８０ワード・ベクトルである。このベクトルは４８０点ＩＦＦＴ（逆ＦＦＴ）機能１８２０に入力される。ＩＦＦＴの出力は複素数の別の４８０ワード・ベクトルである。これらの数の各々の大きさはＩとＱ値の２乗和の平方根を取ることにより計算される。生成した４８０の大きさのピーク値を検査する。各ピークはバッファからの３２０ワードに含まれるタグ同期フィールドに対応し、ピークの位置はタグ・パケットの開始を識別する。
【０１００】
同期フィールドはバッファの最後の３２０ワード内に含まれているため、タグＩＤフィールドはバッファ内に完全に含まれなければならない。同期相関により識別された各相関ピークに対して、４８０ワードＩＤフィールド加えることの両側の１ワードの予測位置に対応するバッファから４８２ワードがコピーされる。コピー・ブロックの中心４８０ワードはブロック１８２４で可能なタグＩＤ基準列の各々と相関される（要素毎の複素乗算を使用して）。４８０ワード基準ＩＤ列は予め計算されタグＩＤ波形ＥＥＰＲＯＭ１８２２のようなメモリ・チップに記憶される。全てのセンサにより同じ組の基準ＩＤ列が使用される。基準ＩＤ列は１０ＭＳＰＳの理想ＩＤ波形を複素サンプリングすることにより発生される。
【０１０１】
最初に、「可能なタグＩＤ基準列」の数はキャプチャ域のタグ数と等しくされる。センサのクロックにより測定される、時間ＴＡで特定のセンサがタグＡからのパケットを検出すると、これはタグＡからの次のパケットが、タグＡクロック・オフセット（１００ｐｐｍ）と移動による±４１７μｓｅｃの最大不確定性でＴＡ＋４１６７μｓｅｃに到着することが分かる。センサがタグＡからのいくつかのパケットを検出した後は、これはタグＡからの次のパケットの到着を特定のバッファに分離可能である。ついで「可能なタグＩＤ基準列」の平均数は（２４０ｘキャプチャ域中のタグ数／６２、５００）である。
【０１０２】
相関の結果は、各可能なタグＩＤ基準列に対して１つの複素数値である。ピーク相関値に対応するタグＩＤを使用してどのタグがパケットを送信しているかを決定する。識別したタグＩＤ基準列を使用して、２つの別な相関、１つはコピーの最初の４８０ワードとのもの、他方はコピーの最後の４８０ワードとのもの、を計算する。これらの数の各々により表された大きさと位相は、各々、Ｉ及びＱ値の２乗和の平方根を取ることにより、またＩ値により除算されたＱ値の逆正接、ＡＴＡＮ（Ｑ／Ｉ）を取ることにより計算される。大きさ値の内挿を使用して相関ピークを評価し、この値がコード位相測定である。相関ピークを識別すると、位相値を時間の同じ瞬間まで内挿する、この生成値が搬送波位相測定である。
【０１０３】
同期相関処理の数学説明は以下の通りである。受信した波形複素サンプルはｓｗ（ｎ）により表され、ここでｎ＝０から３１９であり、基準波形複素サンプルはｒｗ（ｎ）で表され、ここでｎ＝０から１５９である。パッドされた複素サンプル列、ｓとｒは以下のように発生される：
ｋ＝０から１５９に対してｓ（ｋ）＝０で、ｋ＝１６０から４７９に対してｓ（ｋ）＝ｓｗ（ｋ−１６０）
ｋ＝０から１５９に対してｒ（ｋ）＝ｒｗ（ｋ）で、ｋ＝１６０から４７９に対してｒ（ｋ）＝０
この時処理は以下のように進行する：
Ｓはｓの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）として計算される
ＲはｒのＦＦＴとして計算される
Ｒ＊はＲの共役として計算される
ＤはＳとＲ＊の要素毎の積、Ｄ（ｋ）＝Ｓ（ｋ）ｘＲ＊（ｋ）として計算される
相関ベクトルＣはＤの逆ＦＦＴとして計算される
【０１０４】
テキサス州ダラスのテキサス・インスツルメンツ社（「ＴＩ」）から利用可能なＴＩ  ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３−２００ＤＳＰマイクロ回路をセンサ処理の例示実施例に使用する。ＴＩのＴＭＳ３２０Ｃ６７ｘＤＳＰライブラリを利用し、単精度浮動小数点を使用した、同期相関の所要クロック・サイクル数を表５に示す。各ＤＳＰは秒当たり２００ミリオン・クロックを与えるため、各センサに全部で７個のプロセッサが必要である。プロセッサは並列に動作し、各々が利用され終わるまで、各々が１つのサンプル・バッファを処理し、この時点で第１のプロセッサはフリーとなり、サイクルが繰返される。従って、各プロセッサは７番目毎のサンプル・バッファを処理する。
2007521474.tif 000043
【０１０５】
センサがタグを追跡していると、タグＩＤ相関処理は３つの４８０点複素相関と各タグからの各パケットの内挿ピーク値と位相の計算から構成される。ＩＤ相関の所要クロック数は表６に示される。キャプチャ域の５０００タグと秒当たり２４０パケットでは、３７プロセッサが必要である。
2007521474.tif 000044
【０１０６】
（第２システム実施例）
第２のシステム実施例は第１システム実施例と同様であるが、いくつかの異なる技術を使用している。第２システム実施例は第１システム実施例に対して幾分望ましいものと一般的に決定されるため、第２世代設計と考えられる。
【０１０７】
キャプチャ域は最大対角線が１５０メートルまでの長方形平行四辺形である。本システムはこのキャプチャ域内のどこでもタグ位置をキャプチャする。本システムは４から３２までの任意の数のセンサ４２で動作する。センサの前面とキャプチャ域との間の距離がキャプチャ域の最大対角線の５パーセントから１５パーセントの間にあるようにセンサは配置される。
【０１０８】
各センサのバッファ域は当該センサへのその最近接点でキャプチャ域に接する面とキャプチャ域からそのセンサへ離れる２倍のセットバック距離の平行面とにより定義される容積である。バッファ域からタグは排除される。本システムはキャプチャ域内の１０００タグをキャプチャ可能である。本システムは軸当たり４５ｍ／ｓ速度、軸当たり４５ｍ／ｓ２加速度及び軸当たり４５ｍ／ｓ３のジャークのダイナミクスでタグをキャプチャ可能である。
【０１０９】
タグ位置は固定基準タグ５０の位置に対してＸ、Ｙ、Ｚ座標で与えられる。座標フレームの方向は較正中に決定される。タグ位置出力は０．１秒以上のレーテンシを有しない。各タグの位置は秒当たりＮ回の速度で出力され、ここでＮは集合｛１、２、３、４、５、６、８、１０、１２、１５、１６、２０、２４、３０、４０、４８、６０、８０、１２０、及び２４０｝から選択可能である。
【０１１０】
同じタグでもよい２つのタグＡとＢで、同じ時間でもよい２つの時間ｔ１とｔ２に対して、時間ｔ２でのタグＢの報告位置に対する時間ｔ１でのタグＡの報告位置の軸誤差当たりの１−σは以下を超えない；タグへの明白な視界を有しているセンサのみを使用して計算された基準タグ５０、Ａタグ、Ｂタグの各々の精度の位置希薄（ｄｉｌｕｔｉｏｎ）化（ＰＤＯＰ）は１．７３を超えない：
ε＝１ｍｍ＋ＦＶ（ＶＡＢ）＋ＦＴ（ｔ２−ｔ１）＋ＦＤ（δＡＢ）
ここで
ＶＡＢ＝ＭＡＸ［ＶＡ（ｔ１）、ＶＡ（ｔ２）、ＶＢ（ｔ１）、ＶＢ（ｔ２）］
ＶＸ（ｔｋ）は時間ｔｋでのタグＸの実際の速度
δＡＢ＝｜ＰＡ（ｔ１）−ＰＢ（ｔ２）｜
ＰＸ（ｔｋ）は時間ｔｋでのタグＸの実際の位置ベクトル
ｖ＜１ｍ／ｓの場合、ＦＶ（ｖ）＝０ｍｍ、それ以外はＦＶ（ｖ）＝１ｍｍｘｖ／（１ｍ／ｓ）
ｔ＜２１、６００秒の場合、ＦＴ（ｔ）＝０ｍｍ、それ以外はＦＴ（ｔ）＝１ｍｍｘｔ／（２１、６００ｓ）
ｄ＜３ｍの場合、ＦＤ（ｄ）＝０ｍｍ、それ以外はＦＤ（ｄ）＝１ｍｍｘｄ／（３ｍ）
タグ位置出力は０．１ｍｍ、またはそれ以上の精度を有する。
【０１１１】
システム出力は１０００Ｂａｓｅ−Ｔインターフェースに与えられる。これは、ＵＤＰを使用してＩＰマルチキャスト・アドレス２１４．０．０．２上でポート３０３０へブロードキャストされる。表７に示すフォーマットで選択された出力レートで各タグに１つのＵＤＰパケットが発生される。
2007521474.tif 000045
【０１１２】
タグは５７２５ＭＨｚから５８７５ＭＨｚ帯に送信される。これは５７３０＋ｎｘ１０ＭＨｚ、ｎ＝０、１、…、１４の中心周波数で１５チャネルに分割される。各チャネルに１０００までのタグが配置され、帯域では１５、０００タグの全体容量がある。
【０１１３】
タグは４００ビット・パケットを送信する。特定の周波数チャネルで動作するよう設計された各タグは長い最大長列（ＰＮ列）の部分ストリングとして得られる固有の４００ビット・パターンを割当てられる。１０００タグを収容するため、４００、０００ビットの最小列長が必要である。これは１９以上の段のＳＳＲＧと適切な帰還タップにより与えられる。または、ゴールド・コードのような、良好な相互相関特性を有するコード族を使用可能である。
【０１１４】
図１９はタグ内で使用される単純なシフトレジスタ発生器を示す。１０００個の４００ビット・パターンが最大長帰還多項式ｘ１９＋ｘ５＋ｘ２＋ｘと初期条件０７ＦＦＦＦ１６進（１１１１１１１１１１１１１１１１１１１  ２進）のＳＳＲＧから発生される。２１９−１＝５２４、２８７はメルセンヌ素数であるため、Ｚ２に対する全ての１９次非既約多項式は最大長列を生成する。また、全て０を除いた任意の初期条件で、最大長列を発生する。ＳＳＲＧは第１９段、第５段、第２段、及び１段のビットを排他ＯＲして第１段への入力を発生する。次いでビットは左方へ１段シフトされる。最左方段、第１９段のビットが出力される。タグｋのビット・パターンは、ｋ＝０、１、…、９９９に対して、出力列のビット４００ｘｋから４００ｘｋ＋３９９である。
【０１１５】
タグ送信信号変調レートは１０Ｍｂｐｓである。従って、その４００ビット・パケットが送信される度に、タグは４０μ秒バーストを送信する。バースト繰返しレートは５０Ｈｚであり、従ってバースト間の時間は約２０、０００μ秒である。このように各タグは０．２％の送信デューティサイクルを有する。タグ間の送信クロックには意図的に同期はない。このことは、センサの各々で見出される、異なるタグからのバースト間の重なりは最小化されることを保証する。
【０１１６】
図２０はタグの機能ブロック線図である。１０ＭＨｚ水晶発振器（ＸＯ）２０１２は基準クロックを発生する。位相／周波数検出器、低域フィルタ（ＬＰＦ）２０１６、及び分割器２０２０から構成される位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用して、これをＸＯ基準クロックにロックすることにより公称５．８ＧＨｚ電圧制御発信器（ＶＣＯ）２０１８の出力を安定化する。分割比は所要の周波数チャネルに対応して５７３、５７４、…、５８７の内の１つに設定される。安定化されたＶＣＯ出力は変調器２０２８によりＢＰＳＫ変調される。変調信号は、ロールオフ係数α＝０．３５で隆起余弦（ＲＣ）ＬＰＦ２０２５により制御器２０２２出力波形をパルス整形することにより発生される。制御器２０２２は秒当たり５０回、１０Ｍｂｐｓでタグの４００ビット列を出力する。
【０１１７】
図２１は１つの可能なタグ制御器回路の概略線図である。１０ＭＨｚタグ・クロック２１１２は分割器２１１４で２００、０００により除算されて５０Ｈｚパケット・クロック２１１６を発生する。このパケット・クロックは付勢フリップフロップ２１１８をセットし、９段（５１２除算）カウンタ２１２２をリセットする。付勢フリップフロップ状態を使用して１０ＭＨｚクロックをゲートし、送信付勢信号２１３２を介して送信器を付勢する。ゲートされた１０ＭＨｚクロックを使用してカウンタ２１２２をクロックする。カウンタ２１２２が４００状態に到達すると、付勢フリップフロップ２１１８はリセットされ、ゲート化クロックは減勢され、カウンタ２１２２を停止し、送信器を減勢する。カウンタ状態の７ＭＳＢを使用して、４００ビットのパケットデータを含む６４ｘ８ＲＯＭ２１２４をアドレスする。アドレスされた８ビットＲＯＭデータを８対１ＭＵＸ２１２６に印加する。カウンタ状態の３ＬＳＢを使用して、制御器出力２１３０を与えるＭＵＸ出力を選択する。
【０１１８】
図２７は１つの可能なパッチ・タグ実施例によるパッチ・タグの側面斜視図である。タグ２７１０は人間の持続性薬品に使用するものと同様の、貼付けパッチとしてパッケージされる。これは平らで、柔軟な、直径約４０ｍｍで、複数層を含む。これらの層は上面保護層２７１２、フィルムまたはプリント・アンテナでよいアンテナ２７１５を含むアンテナ層、ＡＳＩＣ回路ダイまたはその他の回路を含む回路ダイ層２７１６、プリント電池のような電池を含む電池層２７１４、保護層２７２０、及び接着層２７２２を含む。除去可能層２７２４は、タグが使用可能となるまで接着層をカバーし保護する引き剥がし可能な紙層またはフィルム層である。装置が使用可能となると、ユーザーは除去可能層２７２４を剥がして、タグ２７１０を人間の皮膚、衣服、または何らかのその他の表面に貼り付けるために使用される接着部を露出する。この背面部（ｂａｃｋｉｎｇ）２７２４の除去はまた、電池接続を閉鎖することによりタグ２７１０を動作させる。１実施例では、電池層２７１８は、３１ｍＡ／時間保持力と１．５ＶＤＣで６３ｍＡピークパルス放電電流を与えるプリント・オープンセル電池である。回路ダイ層２７１６上のダイはＲＦ及びディジタル・タグ機能の両方を包含するＳｉＧｅ  ＢｉＣＭＯＳ  ＡＳＩＣ素子でよい。その０．２％デューティサイクルでは、各タグ２７１０は６３ｍＡピークパルス放電電流で１０日間動作可能である。
【０１１９】
除去層２７２４の除去は多数の異なる方法のどれかでタグ２７１０を動作可能である。除去層２７２４は、除去層２７２４の除去によりタブが接点間から引抜かれ、従って電池回路が閉鎖して素子に電力を与えるまたはこれを動作させるように、パッチ・アンテナ２７１０の面から内方に伸び、２つのスプリング装着電池接点の間に配置されたタブを含むことが可能である。これは通常開の配置である。通常閉の配置も代わりに使用可能であり、この場合除去層２７２４は、非常な低アンペア電流が流れる２つの電気接点間を通常カバーし、従って閉鎖する導電部分を有する。除去層が除去されると、接点が開放され、装置は現在開の回路を検出し、装置の残りの部分に電力を与えて送信を開始することにより応答する。
【０１２０】
使用可能となった時に素子を動作させるその他の機構も可能である。少なくとも１つの不透明部分を有する除去層２７２４を除去して光ダイオードまたはその他の光レセプタを露光し、素子をオンさせる。除去層２７２４を除去して、酸素センサを大気に露出して素子をオン出来る。フォイル・ラッパーのようなラッパーでタグ２７１０を包んで、ラッパーを除去するとタグ２７１０上のセンサを光、酸素、またはその他の環境条件に露出させて、タグ２７１０を動作させる。その他の検出方法が公知であり、使用可能である。
【０１２１】
タグ２７１０はまた視覚、音声またはその他のフィードバックを与えて、これが動作していることを指示し、ある種の状態情報を与える。例えば、素子の動作時に、小さな発光ダイオード（ＬＥＤ）が何回か発光し、または素子が何回か音声を出し、素子が現在送信していることを指示する。状態情報もまた各種の方法で提供可能である。ＬＥＤ発光パターンまたは音声パターンが、組込み自己検査（ＢＩＳＴ）に通過したまたは失敗した、電池が完全充電しているまたは低充電である、またはその他の条件を指示可能である。ＢＩＳＴ結果及びその他の診断及び状態情報も、初期作動時及び／または周期的にＲＦ送信を介して送信可能である。
【０１２２】
図２２は１実施例によるセンサ４２の機能ブロック線図である。センサはタグから受信アンテナ２２１２を介して５．８ＧＨｚ信号を受信し、帯域フィルタ２２１４で信号を帯域フィルタして干渉を除去し、増幅器２２１６で低雑音増幅して受信器雑音下限値を設定する。低雑音増幅信号は次いで帯域フィルタ２２１８で再度帯域フィルタされて雑音電力を制限し、乗算器２２２４で１０５ＭＨｚＩＦ信号にダウン変換される。ＩＦ信号は８ＭＨｚ帯域によりＢＰＦブロック２２２６で帯域フィルタされ、増幅器２２２８で増幅され、Ａ−Ｄ変換器２２３０で２０Ｍｓｐｓでサンプルされ量子化される。サンプルレートＦＳとＩＦ周波数ＦＩＦは、ある整数ｋに対して４ｘＦＳ＝（２ｋ＋１）ｘＦＳとなるように選択される。ＦＩＦ＝１０５ＭＨｚでＦＳ＝２０Ｍｓｐｓでは、ｋ＝１０で（２ｋ＋１）＝２１である。ディジタル・サンプルは、Ｉ、Ｑ、−Ｉ、−Ｑに従う交番のインフェーズ（Ｉ）とクォドレーチャ・フェーズ（Ｑ）サンプルを表す。これらのサンプルはＤＳＰ２２３２に入力され、ここで複素サンプルに組み合わされて交番符号が訂正される。ＤＳＰ２２３２は相関バンクを実装して最もそれらしいタグＩＤ、コード位相、及び搬送波位相に変換されるパラメータを決定する。これらの評価は次いで１００Ｂａｓｅ−Ｔイーサネット（登録商標）・インターフェース２２３４を介して処理システムに転送される。
【０１２３】
図２３はセンサＤＳＰ処理機能ブロック線図である。１０Ｍｓｐｓ複素サンプル２３１０はＦＩＦＯレジスタ２３１２に入力される。各サンプルは１６ビット・ワードとして記憶される。ＦＩＦＯは６００ワード長である。ＦＩＦＯに入力される２００新規ワードに対応する、５０ｋＨｚのレートで、ＦＩＦＯ内容は６００ワード・バッファ２３１４にコピーされる。バッファ・データはセンサ・モード、獲得または追跡に従って処理される。
【０１２４】
獲得モードでは、全て０から構成される４２４ワードをパッドすることにより、バッファは６００ワードから１０２４ワードに拡張される。ゼロ・パッディングはＦＩＦＯ２３１２からの最新のワードの隣のブロックに追加される。パッドされたバッファは１０２４点複素ＦＦＴ部分２３３４に入力される。
【０１２５】
ＦＦＴ出力は乗算器２３３６で順次１０００基準ＩＤ列の各々により乗算される。１０２４ワード基準ＩＤ列は予め計算されメモリ・チップに記憶される。同じ基準ＩＤ列が全てのセンサにより使用される。基準ＩＤ列はパッドした列の複素ＦＦＴを計算し、その複素共役（すなわち、Ｑ部分の代数符号を変更する）を取ることにより発生される。各パッド列の最初の４００ワードは１０Ｍｓｐｓの理想タグ波形を複素サンプリングすることにより得られた４００ワードから構成される。これらの理想タグ波形は、記憶された波形が実際にセンサで受信されたものであるように理想化タグ識別コードを近似するように、送信波形に影響するであろうフィルタのような全てのタグ成分のモデルを含む。残りの６２４ワードはゼロ・パッディング、すなわち全て０であるワードから構成される。結果はＥＥＰＲＯＭ２３３２に記憶される。
【０１２６】
複素乗算は以下のように使用される：
ＩＭ＝ＩＦｘＩＣ−ＱＦｘＱＣ
ＱＭ＝ＩＦｘＱＣ＋ＩＦｘＱＣ
ここでＩＭとＱＭは乗数出力である。
ＩＦとＱＦはＦＦＴ出力である。
ＩＣとＱＣは基準メモリ・チップからの予め計算された出力である。
【０１２７】
乗算は要素毎に実行される、すなわちＦＦＴ出力ブロックの最初のワードが予め計算された基準の最初のワードにより乗算され、第２ワードに第２ワードが、等々である。
【０１２８】
乗算の結果は複素数の１０２４ワード・ベクトルである。このベクトルは１０２４点ＩＦＦＴ（逆ＦＦＴ）機能２３３８に入力される。ＩＦＦＴの出力２３４０は複素数の別の１０２４ワード・ベクトルである。これらの数の各々の大きさはＩとＱ値の２乗和の平方根を取ることにより計算される。ピーク値と対応する指数が１０００タグ基準列の各々に対して決定される。ピークが閾値を越えた場合、対応するタグが受信される。
【０１２９】
これらのピーク指数の各々により表された大きさと位相は、各々、Ｉ及びＱ値の２乗和の平方根を取ることにより、またＩ値により除算されたＱ値の逆正接、ＡＴＡＮ（Ｑ／Ｉ）を取ることにより計算される。大きさ値の内挿を使用して相関ピークを評価し、この値がコード位相測定である。コード位相測定は粗い位置評価を与える。相関ピークを識別すると、位相値を時間の同じ瞬間まで内挿する、この生成値が搬送波位相測定である。搬送波位相測定はコード位相測定の範囲内で微細な位置評価を与える。
【０１３０】
獲得モード処理の数学説明は以下の通りである。受信した波形複素サンプルはｓｗ（ｎ）により表され、ここでｎ＝０から５９９であり、基準波形複素サンプルはｒｗ（ｎ）で表され、ここでｎ＝０から３９９である。パッドされた複素サンプル列、ｓとｒは以下のように発生される：
ｋ＝０から４２３に対してｓ（ｋ）＝０で、ｋ＝４２４から１０２３に対してｓ（ｋ）＝ｓｗ（ｋ−４２４）
ｋ＝０から３９９に対してｒ（ｋ）＝ｒｗ（ｋ）で、ｋ＝４００から１０２３に対してｒ（ｋ）＝０
この時処理は以下のように進行する：
Ｓはｓの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）として計算される
ＲはｒのＦＦＴとして計算される
Ｒ＊はＲの共役として計算される
ＤはＳとＲ＊の要素毎の積、Ｄ（ｋ）＝Ｓ（ｋ）ｘＲ＊（ｋ）として計算される
相関ベクトルＣはＤの逆ＦＦＴとして計算される
【０１３１】
追跡モードでは、バッファ中にあるものと予測される各パケットに対して、このパケットと関連する４００ワードがセンサに予め記憶された３つの４００ワード基準波形と相関される。３つの相関波形はオンタイム・パケットと１／２ビット前に、１／２ビット後にシフトしたパケットである。相関はバッファから抽出した４００ワード・ベクトルとオンタイム、早期、後期の予め記憶した基準波形との間の複素ベクトル内積として計算される。従って、追跡モードでは処理は３つの４００点複素ベクトル内積と各タグからの各パケットの内挿ピーク値と位相の計算から構成される。
【０１３２】
ＴＩ  ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３−２００ＤＳＰをセンサ処理に使用してもよい。ＴＩのＴＭＳ３２０Ｃ６７ｘＤＳＰライブラリを利用し、単精度浮動小数点を使用すると、キャプチャ域の５００タグに対して、期待される所要クロック・サイクル数を表８に示す。各ＤＳＰは秒当たり２００ミリオン・クロックを与えるため、各センサに単一のプロセッサが必要である。
2007521474.tif 000046
【０１３３】
図２４は本実施例に従って受信タグ信号を処理するプロセッサの機能ブロック線図である。センサ・インターフェース２４１４を介した各種のセンサからの１００Ｂａｓｅ−Ｔインターフェース上のデータ２４１２は測定プロセッサ２４１６に入力され、このプロセッサはコード及び搬送波位相を位置評価に変換する。評価２４２０は１０００Ｂａｓｅ−Ｔギガビット・イーサネット（登録商標）・インターフェース２４１８を介して出力される。
【０１３４】
プロセッサはセンサからのコード及び搬送波擬似範囲測定を使用してサンプリング瞬間のタグ位置を決定する。全ての位置は基準タグに対してである。コード擬似範囲測定は処理アルゴリズムの題名の節で記載したように処理されて粗い位置評価を与える。この粗い位置評価を使用して曖昧探索の範囲を限定し、搬送波擬似範囲測定を処理して最後の位置評価を得る。
【０１３５】
プロセッサはタグ位置測定を再サンプルして所要位置出力レート（１Ｈｚから２４０Ｈｚ）に整合させる。プロセッサは許容可能な１００ｍｓｅｃのレーテンシを利用して図２５に示すように位置を平滑化する。測定レートと出力レートが同一だとしても、タグ送信時間が非同期であるため再サンプリングが望ましい。
【０１３６】
図２６は、上記の技術を使用して如何に拡張キャプチャ域を作成するかを図示する。拡張キャプチャ域２６１０は複数個の分離しているが、重なり合ったキャプチャ域２６１２、２６１４、２６１６を含む。センサ２６２０は個々のキャプチャ域間に配置される。重なり合ったキャプチャ域空間のセンサ２６２０は線形ではないまたは殆ど線形ではないことが望ましい。
【０１３７】
（応用例）
上記の基本システムを、ビデオゲーム、テレビ、漫画、コマーシャル、音楽ビデオ、機能フィルム、ディジタル・エキストラ、ディジタル・スタント、ディジタル群集のモーション・キャプチャを含む多数の応用例に使用可能である。本発明は、各種の欠点（膨大な事後処理、高価なハードウェア、隠匿マーカーのキャプチャ不能、制御環境の必要性）なしで、光学システムの多数の利点（非常に正確、多数のマーカー、マーカー構成を容易に変更、演技者がケーブルにより拘束されない、大きな演技区域）を提供する。
【０１３８】
モーション・キャプチャ・トラッキング・ソフトウェアはプロセッサからマーカー・タグ座標を受信し、これを処理して必要に応じてデータ雑音を減少させる。この減少は、各種の隣接サンプルの平均化、座標上の最大変動値の制限、履歴を基にした位置の予測、のような異なる方法により実現可能である。この目的のためその他の雑音減少アルゴリズムも使用可能である。減少後、モーション・キャプチャ・トラッキング・ソフトウェアは未利用データを再構築する。この再構築は、既存の軌跡を解析し完了させることによりなされる。
【０１３９】
生物機械ソルバ・プログラムはモーション・キャプチャ・トラッキング・ソフトウェア出力データを取って主題の動きを再構成するために使用される階層構造を構築する。この過程は、３つまでのマーカー・タグの位置を組み合わせて離散部品の回転をその親の周りに再構築する。生成した階層チェーンは、人間の場合は、局所軸のまわりの各肢の回転のような、単一の全体並進と一連の回転から構成される。システムは次いで生物機械ソルバ・プログラムにより発生されたデータを出力する。
【０１４０】
（ＲＦ整合移動）
本システムは整合移動応用に使用可能である。整合移動は２Ｄフィルムまたはビデオ画像による３Ｄ仮想画像の自動登録である。コンピュータ作成（ＣＧ）物体を見る仮想カメラは実際のカメラ位置、回転、焦点距離、及び絞りを緊密に整合しなければならない。これは、監督の柔軟性に制限を与える、移動制御カメラを使用することにより、またはカメラを実時間で追跡することにより達成可能である。いずれの場合でも、カメラ設定を記録しなければならない。
【０１４１】
最小４個の静止基準タグをキャプチャ域に配置して基準座標系を確立する。タグは共平面でない、または殆ど共平面でないことが望ましい。角度精度は、センチメートルで表示した基準タグ間の分離距離により割り算した１１°に大体等しい。従って、３００ｃｍ、１０フィートの分離では、０．０５°より良好な角度精度が達成可能である。
【０１４２】
図２は整合移動用にタグをカメラ上に有するカメラを図示する。最小３個のマーカー・タグが各カメラに取り付けられてその空間位置と回転を追跡する。タグは共線形でないまたは殆ど共線形でないことが望ましい。角度精度は、センチメートルで表示した基準タグ間の分離距離により割り算した１１°に大体等しい。従って、３０ｃｍ、１フィートの分離では、０．５°より良好な角度精度が達成可能である。
【０１４３】
静止マーカー・タグがキャプチャ域に配置されてＣＧ物体の座標フレームを定義する。３個のタグを選択して各物体の座標フレームをロックする。さらに、ＣＧ物体は最小で３個のマーカー・タグを取り付けたキャプチャ域の非固定「活動」物体にロック可能である。いずれの場合でも、３個のタグは共線形でないまたは殆ど共線形でないことが望ましい。
【０１４４】
所要の基準タグとマーカー・タグがキャプチャ域に配置され、カメラに取り付けられ、所要の活動物体に取り付けられると、ＣＧ物体は以下のように生の演技画像と組合される：
・ビデオカメラを使用して生の演技を記録する。
・キャプチャ域の全てのマーカー・タグを追跡する。
・カメラの焦点距離と絞り設定を記録する。
・ＲＦ位置トラッキング・システム時間コードとカメラ時間コードを記録する。
・各ＣＧ物体に座標フレーム・ロック用の３個のタグを割当てる。
・もしこれが「生の」な物体である場合、ビデオカメラによりキャプチャされたように各ＣＧ物体が発生される。
・全てのＣＧ物体が「生の」ビデオと表示用の合成物と組み合わされる。
【０１４５】
カメラから見える静止タグを使用してカメラ・レンズ歪やその他の効果を補正可能である。
【０１４６】
（遊園地／モール／空港／集合域のアセット・トラッキング・システム）
本システムをアセット・トラッキングに使用可能である。アセット・トラッキングは、高密度の人間、動物、またはその他の移動または固定物体がある可能性のある、遊園地、モール、空港、またはその他の屋内または屋外位置のような任意の区域で人間またはその他の物体の位置と移動をキャプチャする。この使用例は、遊園地での迷子の発見の能力、空港に入った人間が使用する路の追跡能力を含む。マーカー・タグが各アセットに取り付けられる。子供には、子供がマーカー・タグを自分で取り外すことが万一にもないようにマーカー・タグは腕輪または衣服の下に印加される。本システムは任意のマーカー・タグを発見し及び／または時間でのその移動を追跡可能である。本システムを使用して、数千人の子供を遊園地内または同様の集合点でピンポイントの精度で瞬間的かつ同時に追跡可能である。付き添いの両親もマーカー・タグを担持している場合、子供と両親のマーカー・タグを走査により対として登録し、子供が両親の付き添いなく公園を離れた場合に警報が鳴る及び／または保安員に警告することも可能である。誘拐状況の可能性が解決されるまで、子供は駐車ロットまたはその他の外部周辺地を離れることは許されない。
【０１４７】
アセット・トラッキング・システムでは、アセット・トラッキング・ソフトウェアはプロセッサからマーカー・タグ座標を受信し、これをさらに処理して必要に応じてデータ雑音を減少させる。この減少は、各種の隣接サンプルの平均化、座標上の最大変動値の制限、履歴を基にした位置の予測、のような異なる方法により実現可能である。この目的のためその他の雑音減少アルゴリズムも使用可能である。減少後、アセット・キャプチャ・トラッキング・ソフトウェアは未利用データを再構築する。この再構築は、既存の軌跡を解析し完了させることによりなされる。
【０１４８】
トレース及びキャプチャ・プログラムはアセット・トラッキング・ソフトウェア出力データを取り、任意の特定時間における被験者の移動と位置を再構築するのに使用される階層構造を構築する。このデータは、建物／構造物／環境詳細を提供する地図、青焼き、ＧＩＳまたはその他のソフトウェアと組み合わせ可能である。この組み合わせデータをコンピュータ・システム上で監視し、ＰＤＡや公衆キオスクへストリーム可能である。
【０１４９】
（ドライビング・レンジのゴルフ・スィング解析ツール）
位置トラッキング・システムの応用例は個人の再生と解析用にゴルフ・スィングをキャプチャする能力を含む。マーカー・タグとセンサを使用して移動データをキャプチャするドライビング・レンジに本システムを設定可能である。データは実時間で処理されて現実的な３Ｄ動画で高精度に表示される。この動画は無限の方法で見て処理可能であり、個人のゴルフ・スィングに考察と解析を提供する。各スィングからのデータセットを保存し、プロのゴルフ・スィング、以前のゴルフ・スィング等と比較可能である。他の部分に対するある人体部分の回転のような、人体部分の移動を分離して見ることが可能である。被験者を一連のワイヤフレームにより表示し、焦点を合わせた解析を与えることも可能である。さらに、データセットをビデオゲームに入力して、個人が自分の実際のスィングと画像をゲームで見ることが可能である。このような応用にはマーカー・タグの数は相対的に少ないため、マーカー・タグ・バースト・レート、従って実効キャプチャ・レートは秒当たり３０フレームを優に超過可能であり、標準のビデオ録画装置のものより高速なフレームレートに到達できる。データセットは本質的にディジタルであるため、コンピュータ・システムは瞬間の定量的及び定性的解析を提供可能である。例えば、ゴルフ・スィングの直後に、処理システムはゴルファーに、ボールのインパクトの前に手首を１０％回しすぎていることを教え、モデル・ゴルファーと対比して手首のスローモーション画像を提供できる。
【０１５０】
同様に、ランニングのストライド、ピッチングの運動、棒高跳び、及びその他の活動のようなその他のスポーツ活動をキャプチャし、解析し、処理するために本システムを使用可能である。
【０１５１】
（工業応用）
上述したアセット・トラッキングに加えて、高速度の異なる部品の高精度整合移動を必要とする高速工業製品製造過程を含む工業過程のような、非人間移動を追跡し解析するために本システムを使用可能である。本システムは、記録されたシーケンスを通して正確な距離、速度、及び回転測定を提供する能力を含む、前記過程を解析するため過去に使用されてきた工業過程の高速フィルムに対して各種の利点を提供する。
【０１５２】
（ビデオゲーム作成で使用するフィルム作成またはスポーツ・イベントからの移動データのキャプチャ）
正確なトラッキング・システムはフィルムまたはテレビでの視覚効果用に運動をキャプチャするために使用可能である。フィルム上で作成された同じデータセットを、ビデオゲーム用の演技者を模倣する生きているかのような動きの発生に使用可能である。このデータをビデオゲーム・ソフトウェアに使用して、ビデオゲーム用の映画のフィルムから実際の人体の動きと相互作用を再作成可能である。
【０１５３】
正確なトラッキング・システムを使用して、バスケットボールやフットボールのような実際のスポーツ・イベント時の選手、重要な人物と物体の動きをキャプチャし、ビデオゲーム用の３Ｄ動画を作成するために使用可能な位置データを提供可能である。さらに、正確なトラッキング・システムによりキャプチャされたゲームのデータセットをダウンロードし、既存のビデオゲームに入れてプレーヤ体験を強化できる。このデータをビデオゲーム動画ソフトウェアに使用してビデオゲーム用のスポーツ・イベントからの実際の人体の動きや相互作用を再作成できる。
【０１５４】
（スポーツ放送を強化するためスポーツ・イベント全体をトラッキング）
本システムはまた、プレーヤ、審判／レフェリー／フィールド・ジャッジ、プレーヤ、設備（球、バット、クラブ、等）、及びゲームに重要な静止物体を含む、スポーツ・イベントに係る全ての要素を実時間でキャプチャするために使用可能である。３Ｄ動画を使用して実際の動作を再現するため、センサにより収集された動きデータを使用可能である。次いでこの動画を使用して、インターネットを介した観察者制御の視点のような、正確な再生、解析、視覚広告、仮想画像及び相互作用を提供可能である。
【０１５５】
複数のタグをプレーヤと追跡すべきその他の物体に取り付けることが可能である。ソフトウェアは画像を再構築し、これを動画と併合し、操作員により処理可能な動作の正確な再現を表示し、テレビまたはストリームされるオンラインに放送可能である。
【０１５６】
（スポーツ演技解析と再生ツール）
位置トラッキング・システムの応用例は、実時間での選手の演技をキャプチャし、監視し、解析する能力を含む。演技中、動きデータはマーカー・タグとセンサの使用によりキャプチャされる。このデータを実時間で処理して高精度に写真精度３Ｄ動画で表示する。この動画は無限の方法で見て処理し、選手の演技の洞察と解析を提供可能である。データセットと動画シーケンスは、判断、選手の医療状態の監視、及び訓練用に使用可能である。
【０１５７】
複数のマーカー・タグをプレーヤと追跡すべきその他の物体に取り付け可能である。ソフトウェアは画像を再構築し、これを動画と併合して、操作員により無限の方法で処理可能な動作の正確な再現を表示する。
【０１５８】
（完全人体ビデオゲーム・コントローラ）
正確なトラッキング・システムは、既存の手動コントローラが現在行っているものと同じ方法でビデオゲームの動きを実時間で制御する、ビデオゲーム・プレーヤの動きをキャプチャするために使用可能である。プレーヤは、マーカー・タグを身体に取り付けてビデオゲームをプレイし、センサはその動きデータをキャプチャしてこれを処理表示するためビデオゲーム・コンソールに送信する。プレーヤは自分の身体の動きが画面上に再現されるのを見ることができる。
【０１５９】
手首、かかと、及び腰のような、プレーヤの身体の重要点上に複数のマーカー・タグを取り付ける。ビデオゲーム・コンソールは既存のビデオゲーム・コントローラによるもののようにその動作を解釈し描画する。
【０１６０】
本明細書で使用するように、用語「無線周波」（ＲＦ）は、マイクロ波を含む、約１０ｋＨｚから約３００ＧＨｚのスペクトル範囲を包含する意図である。
【０１６１】
以上の説明で、基準タグは固定または静止しているものとして特徴付けられている。基準タグは必ずしも厳格に静止または固定する必要はないことが認められる。基準タグの位置が決定可能であれば、基準タグは本発明の意味内で固定または静止しているものと理解される。例えば、基準タグを既知または知られている距離だけ既知のまたは知られている方向に移動した場合、方向と距離は処理システムにより知られている、または決定できる。処理システムは単に既知の移動を考慮に入れてこれに従ってタグ擬似範囲測定の処理を続行し、追跡しているマーカー・タグの正確な相対及び／または絶対位置を決定する。本明細書に与える請求の範囲はこのような本質的でない変更を望ましい実施例でカバーする意図である。従って、基準タグを参照する時に本明細書で使用している単語「静止」または「固定」は、地球表面に対して絶対的に静止している場合のみならず、たとえ決定可能な位置がある瞬間から次の瞬間に移動しているものとしても、所要の座標系に対して決定可能な位置に配置されている場合もカバーするものと理解すべきである。
【０１６２】
本明細書で使用する用語「本発明」は、単一の基本要素または要素の群を有する単一の発明のみが与えられていることを意味しているものと認めるべきでないことが認められる。同様に、用語「本発明」は、各々が別々の発明と考えることが可能な多数の別々な新規発想を包含していることも認められる。本発明を望ましい実施例とその図面に関して詳細に説明してきたが、本発明の要旨と範囲から逸脱することなく本発明の各種の適合や修正を実施できることは当業者には明らかである。例えば、他のハードウェア構造やマイクロ回路技術を使用可能である、アルゴリズムの変更が使用可能である、異なるメモリ型式を使用可能である、異なるビット長、コード・ワード、コード型式を使用可能である、異なる周波数、周波数配置、変調型式、及び送受信技術を使用可能である。従って、上記の詳細な説明と添付の図面は本発明の範囲を制限する意図のものではなく、これは以下の請求の範囲とその適切に認められた法的等価物からのみ推論すべきものであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】本発明のモーション・キャプチャ・システムの全体システム線図。
【図２】整合移動システムの一部として本発明が動画カメラと共に如何に使用可能であるかを図示する線図。
【図３】例示４センサ実施例のセンサの配置を示す。
【図４】例示８センサ実施例のセンサの配置を示す。
【図５】タグ送信用の周波数平面図。
【図６】送信パケット構造を図示する。
【図７】望ましい実施例で使用する同期ワードの自動相関を示す自動相関図。
【図８】送信列を発生するために使用される単純なシフトレジスタ発生器を図示する。
【図９】本発明の１実施例のタグにより送信される６４０ビットＰＮ列の自動相関を示す自動相関図。
【図１０】システム・インターフェース機能線図。
【図１１】第１タグ実施例の機能線図。
【図１２】第２タグ実施例の機能線図。
【図１３】第１タグ制御器実施例による例示タグ制御器回路の概略線図。
【図１４】第２タグ制御器実施例による例示タグ制御器回路の概略線図。
【図１５】センサの機能ブロック線図。
【図１６】受信したタグ信号を処理するプロセッサの機能ブロック線図。
【図１７】望ましい実施例の予測搬送波位相マルチパス誤差を図示する線図。
【図１８】プロセッサ内に実装した相関バンクの機能ブロック線図。
【図１９】第２システム実施例によりタグ送信を発生するために使用する単純なシフトレジスタ発生器。
【図２０】第２システム実施例で使用する第３タグ実施例によるタグの機能ブロック線図。
【図２１】第２システム実施例で使用する第３タグ制御器実施例による例示タグ制御器回路の概略図。
【図２２】第２システム実施例によるセンサの機能ブロック線図。
【図２３】第２システム実施例によるセンサＤＳＰ処理機能ブロック線図。
【図２４】第２システム実施例による受信したタグ信号を処理するプロセッサの機能ブロック線図。
【図２５】タグ位置再サンプリング・プロット。
【図２６】個々のキャプチャ域を重ね合わせることにより本システムを使用して如何に拡張したキャプチャ域を生成可能であるかを図示する。
【図２７】本発明の１面によるパッチ・タグの側面斜視図。
【図１】
2007521474.tif 000048
【図２】
2007521474.tif 000049
【図３】
2007521474.tif 000050
【図４】
2007521474.tif 000051
【図５】
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【図６】
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【図７】
2007521474.tif 000054
【図８】
2007521474.tif 000055
【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１４】
2007521474.tif 000060
【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
2007521474.tif 000063
【図１７】
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【図１８】
2007521474.tif 000065
【図１９】
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【図２０】
2007521474.tif 000067
【図２１】
2007521474.tif 000068
【図２２】
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【図２３】
2007521474.tif 000070
【図２４】
2007521474.tif 000071
【図２５】
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【図２６】
2007521474.tif 000073
【図２７】
2007521474.tif 000074
【手続補正書】
【提出日】平成18年2月21日(2006.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーション・キャプチャ・システムにおいて、
限定された区域の周囲の少なくとも４台の静止無線周波受信器と、
受信器に対して任意の位置に配置した第１無線周波送信器と、
限定された区域の近傍内の少なくとも１つの移動可能な物体に取り付けた複数個の無線周波送信器と、
送信器により送信された無線周波信号を受信する受信器と、
送信器により受信された信号から位相情報を抽出し、限定された区域の近傍内の移動可能な物体に関する位置情報を決定するため前記位相情報を処理する処理システムであって、前記任意位置の第１送信器の位置に対する移動可能な物体に取り付けた送信器の位置を決定するため第１送信器から受信した信号を基準として使用する前記処理システムと、
を含むモーション・キャプチャ・システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、静止受信器は各々の受信器クロックを有し、静止受信器はある静止受信器から他へその受信器クロックを同期する回路を有さず、
処理システムは、少なくとも５０メートルの対角線を有するキャプチャ域に対して１ｃｍ以内の精度で少なくとも１００個の送信器の位置を解明する装置を含む、システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、移動可能な物体は動画カメラであり、これに取り付けた複数個の送信器は、カメラのピッチ、ヨー、及びロールを決定するのに十分なカメラ上の位置に配置された少なくとも３個の送信器を含む、システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、物体に取り付けた送信器の各々は、２進拡張２次残留コード空間のベクトルである各タグ識別コードを送信する、システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、物体に取り付けた送信器の各々は、以下のコード発生多項式により発生される値を表す各タグ識別コードを送信し、
2007521474.tif 000075
ここで、Ｑ＝｛１、２、３、４、６、７、８、９、１２、１４、１６、１７、１８、２１、２４、２５、２７、２８、３２、３４、３６、３７、４２｝である、システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、送信器の各々は、秒当たり１２０送信の整数倍数である送信レートで送信する、システム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、処理システムは、送信器クロック依存項と受信器クロック依存項を数学的にキャンセルし、これにより送信器と受信器との間の同期の必要性を不要とする装置を含み、前記キャンセル装置は、
マーカー送信器受信信号パラメータと基準送信基準信号パラメータとの間の各単一差を計算する装置と、
センサ受信器の対に対して前記単一差間の各２重差を計算する装置と、
を含むシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、移動可能な物体に取り付けた送信器の各々は、
後背層（ｂａｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）と、
無線周波波形を発生する後背層に取り付けた回路と、
波形を送信するアンテナと、
後背層に印加した接着剤と、
接着剤に印加した除去可能部分と、
除去可能部分を除去した時を検出するセンサと、
除去部分を除去したことをセンサが検出した時に装置に無線周波波形を送信開始させる送信器制御器と、を含み、
除去部分を送信器から除去した時に、接着剤を介して送信器を物体に接着する準備が出来るように、送信器と接着層を残す、
システム。
【請求項９】
少なくとも１つの物体の移動をトラッキングする方法において、
センサを定義する複数個の無線周波受信器を設ける段階と、
第１無線周波送信器を設ける段階であって、第１無線周波送信器は基準タグを定義し、
少なくとも１つの物体上に複数個の無線周波送信器を設ける段階であって、送信器はマーカー・タグを定義し、
センサで、基準タグから受信した信号とマーカー・タグから受信した信号との間の相対位相情報を決定する段階と、
センサで決定した相対位相情報を処理してマーカー・タグの各位置を決定する段階と、
を含む少なくとも１つの物体の移動をトラッキングする方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、前記決定した位置情報を使用して動画画面内でコンピュータ生成物体を位置決めする段階をさらに含む、方法。
【請求項１１】
請求項９記載の方法において、処理は、
基準タグとセンサとの間の各基準タグ擬似範囲測定を計算する段階と、
マーカー・タグの各々とセンサとの間の各マーカー・タグ擬似範囲測定を計算する段階と、
センサの各々に対してマーカー・タグ擬似範囲測定と基準タグ擬似範囲測定との間の各単一差を計算する段階と、
センサの対に対して単一差間の各２重差を計算する段階と、
２重差を使用して連立方程式の組を形成する段階と、
連立方程式を解いてマーカー・タグの位置を計算する段階と、
を含む方法。
【請求項１２】
請求項９記載の方法において、処理は、搬送波位相をさらに決定する段階を含み、搬送波位相は搬送波周波数の１波長以下内で前記ビット位置内の特定のマーカー・タグの位置を解明する、方法。
【請求項１３】
物体の移動をトラッキングする方法において、
キャプチャ域の周りの正確には制御していない位置に複数個の無線周波センサを配置する段階と、
キャプチャ域内の正確には制御していない位置に基準タグを定義する少なくとも１個の基準無線周波送信器を配置する段階と、
物体上にマーカー・タグを定義する複数個の無線周波送信器を配置する段階と、
センサで基準タグとマーカー・タグにより送信される信号を受信しディジタル化する段階と、
基準タグとマーカー・タグにより送信された信号を処理して、物体がキャプチャ域を移動する間の基準タグに対する物体の位置を決定する段階と、を含み、
マーカー・タグは互いにまたは基準タグに対してどちらも同期されておらず、センサで実行される受信段階は他のセンサに対して同期されていない、
物体の移動をトラッキングする方法。
【請求項１４】
物体の移動をトラッキングする方法において、
物体上の複数個の別々の位置の各々に各マーカー・タグを定義する無線周波送信器を配置する段階であって、各送信器は少なくとも部分的に固有のマーカー・タグ識別コードに対応する各々の波形を送信する前記配置する段階と、
送信波形を受信する段階であって、送信波形の受信版は受信波形を定義する、前記受信する段階と、
波形を各々のビット・パターンに復調することなくこれらの波形を送信した各マーカー・タグに各受信波形を関連付ける段階と、
各波形を処理して各マーカー・タグの位置を決定する段階であって、
記憶したタグ識別コード波形のサンプルに対して受信波形の各々のサンプル値を相関する段階と、
前記特定の受信波形の前記サンプルと特定の記憶波形との間の高相関を基に特定の受信波形を送信したマーカー・タグとして特定のマーカー・タグを識別する段階と、により、
決定する前記段階と、
を含む物体の移動をトラッキングする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、記憶したタグ識別コード波形は、実際に前記センサで受信されるような理想タグ識別コード波形を近似するようフィルタされた、方法。
【国際調査報告】
2007521474.tif 000076
2007521474.tif 000077
2007521474.tif 000078
2007521474.tif 000079
2007521474.tif 000080
2007521474.tif 000081
2007521474.tif 000082