(57)【要約】 複数の共振装置（例えば、三台のＳＡＷデバイス）の周波数を決定する方法は、該デバイスのそれぞれの、最大電力スペクトル密度を有する最適問い合わせ周波数を決定することと、各センサーの複数の応答を集積し、三つの共振周波数を推定するためにサンプリング結果に離散フーリエ変換を実行することと、共振周波数の表示を提供するためにフーリエ変換の結果を平均化することとを備える。該平均化するステップは標準偏差と、平均周波数結果からの標準偏差の所定の倍数より大きくなるあらゆる結果の拒絶の計算を含んでよい。周波数は、センサデバイスの圧力と温度を計算するために利用されてよい方法によって決定される。センサデバイスは車両のタイヤ内に位置してよい。
2007522480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の共振装置に問い合わせ、デバイスのそれぞれの共振周波数を決定する方法であって、
（１）共振装置ごとに、最適共振周波数を決定することと、
（２）各共振装置の問い合わせを、ステップ（１）で決定されたそのそれぞれの最適問い合わせ周波数で複数回繰り返すステップと、
（３）パラメータ信号モデリングに基づいたスペクトル分析によってステップ（２）の結果として蓄積されるデータに関して周波数推定を実行するステップと、
（４）ステップ（３）から引き出される周波数の平均を決定するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
ステップ（４）が、求められた平均周波数ごとに標準偏差を決定することと、該標準偏差の所定の倍数より多く平均周波数から変化するあらゆる周波数を拒絶することと、該拒絶されたデータの排除の後に平均周波数を計算し直すこととを含むことを特徴とした請求請１記載の方法。
【請求項３】
最適問い合わせ周波数が、共振装置からの信号が最大ピーク値最大電力スペクトルを有する周波数を確立することによって求められることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
最大電力スペクトル密度が周波数ダウンコンバージョン、中間周波数での応答のサンプリングおよび離散フーリエ変換の計算によって求められることを特徴とする請求項３記載の方法。  
【請求項５】
最大電力スペクトル密度が自動利得制御付きの線形増幅器によって求められ、最適周波数がそのサイドローブの平均レベルに対するスペクトル密度のピーク値の割合を最大にするために選ばれることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
最大電力スペクトル密度が制限増幅器を使用することによって求められ、センサ応答の長さを最大にする、あるいは周波数が電力スペクトル密度の周波数とＩＦの間の差異を最小限に抑えるために選ばれる請求項３に記載の方法。
【請求項７】
最適問い合わせ周波数がＩＳＭバンドのそれぞれのサブバンド内にあることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
請求項１のステップ２の反復中に、受信される各信号は、ダウンコンバートされ、サンプリングされ、最適問い合わせ周波数のコヒーレント蓄積を実現することを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
コヒーレント蓄積が、受信機と送信機シンセサイザの両方で一つの共通したクロックジェネレータ発振器、およびＤＳＰチップ内のクロックジェネレータを使用することによって達成されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ステップ２の反復問い合わせ数およびこのような問い合わせが実施される速度が、総問い合わせ期間が問い合わせ装置を基準にしたセンサの周期的な移動などの期間と比較して小さいほどであることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
決定された周波数が圧力および温度を計算するために使用される先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
パラメータ信号リモデリングに基づいた前記スペクトル分析がＡｕｔｏｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅな方法により実施される先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記自己回帰法が、ブルグ法、ユール−ウォーカ法、共分散法、および改良された共分散法、ならびにこれらの方法の変形を備えるグループから引き出される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
パラメータ信号モデリングに基づいた前記スペクトル分析が固有ベクトル法を使用して実施される請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記固有ベクトル法が、ピサレンコ、調和分解、Decomposition Ｋｕｍａｒｅａｎ  Ｔｕｆｔｓ、固有ベクトル、およびＭＵＳＩＣとＥＳＰＲＩＴアルゴリズムを備えるグループから選ばれる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
該共振デバイスがＳＡＷデバイスである先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両のタイヤの中の空気の圧力と温度を測定するために使用されるような無線問い合わせ式の受動センサトランスポンダに基づきセンサシステムに問い合わせる方法に関する。さらに具体的には、本発明の好適実施形態は圧力と温度の測定の高い精度を可能にする受動センサ問い合わせアルゴリズムを提供する。
【背景技術】
【０００２】
受動圧力センサと温度センサの無線問い合わせの問題の数多くの解決策は従来の技術で既知である。センサは、他の方法も考えられる（例えば、バルク音波デバイスまたは誘電体共振器）が、好ましくはＳＡＷ技術に基づいてワンポート遅延回路またはワンポート共振器のどちらかを活用する。遅延回路［Ｆ．ＳｃｈｍｉｄｔおよびＧ．Ｓｃｈｏｌｌ無線ＳＡＷ識別およびセンサシステム（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＳＡＷ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｓｅｎｓｏｒ  ｓｙｓｔｅｍｓ）を参照すること。ワールドサイエンティフィック（Ｗｏｒｌｄ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、２００１年、２８７頁、シンガポール、編集Ｃ．Ｗ．Ｃ．  ＲｕｐｐｅｌおよびＴ．Ａ．Ｆｊｅｌｄｌｙ「弾性表面波技術、システムおよび応用における進展（Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」の中］または共振器［Ｗ．Ｂｕｆｆ、Ｓ．Ｋｌｅｔｔ、Ｍ．Ｒｕｓｋｏ、Ｊ．Ｅｈｒｅｎｆｏｒｄｔ、およびＭ．Ｇｏｒｏｌｌ。ＳＡＷ共振器デバイスを使用する温度および圧力の受動遠隔検知（Ｐａｓｓｉｖｅ  ｒｅｍｏｔｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｆｏｒ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｕｓｉｎｇ  ＳＡＷ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  ｄｅｖｉｃｅｓ）。ＩＥＥＥ議事録、超音波、強誘電体、および周波数制御（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ  ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）、第４５巻、第５号、１９９８年、１３８８〜１３９２頁］の使用は、一方では受動センサ応答、他方では環境エコー信号とともに直接フィードスルー信号を区別する必要性によって決定される。これは遅延回路および共振器のインパルス応答が任意の寄生信号よりかなり長いという事実を利用することにより達成される。
【０００３】
遅延回路に基づいた受動ＳＡＷセンサの問い合わせは通常短い（典型的には０．１μｓ）ＲＦパルスによって実行される。その結果、問い合わせシステムは、１ＧＨｚ以下の免許が必要とされない産業科学医療用（ＩＳＭ）バンドでは利用できない１０ＭＨｚあるいはそれ以上もの相対的に幅広い帯域幅を必要とする。その狭帯域応答のため、高Ｑ係数ワンポート共振器に基づくセンサの方がこれらのバンドにはより適している。この理由から、私達は、好ましくはＳＡＷ共振器に基づいた共振器型受動センサの問い合わせに焦点を合わせるものとするが、面横断派共振器（STW）、薄膜バルクアコーステック派共振器（FBAR）、又は誘電共振器を用いることもできる。問い合わせの主要な目的は、相対的に長く狭帯域のＲＦ問い合わせパルスによって励起される共振器内の固有振動の周波数（共振周波数）を測定することである。共振周波数は、温度と圧力に依存するようにすることができるため、共振周波数を知っていることにより温度と圧力を計算できる。
【０００４】
変化するアンテナインピーダンスの共振周波数に対する影響を除外するために、従来の技術［前記のＷ．Ｂｕｆｆ、Ｓ．Ｋｌｅｔｔ、Ｍ．Ｒｕｓｋｏ、Ｊ．ＥｈｒｅｎｐｆｏｒｄｔおよびＭ．Ｇｏｒｏｌｌを参照すること］は、一つのアンテナに接続されている（おそらく共振周波数がわずかに異なった）二つの類似した共振器の固有振動の周波数間の差異を測定することを提案している。両方の共振器とも同じ温度にあり、異なる感圧性を有する場合には、圧力は周波数の差異から検出することができ、温度の影響は大幅に削減されるだろう。二つの共振器は、両方の共振器の中の固有振動を励起するバイハーモニックＲＦパルスによって非常に効率的に同時に問い合わせることができる。［ＧＢ９９２５５３８．２を参照すること。］問い合わせパルスが終了すると、応答は急激に崩壊しているビート信号を提示し、ビート周波数は測定された周波数差異に等しい。ビート周波数は振幅検出および周期カウントによって正確に求めることができる。
【０００５】
圧力と温度の両方を同時に測定するケースでは、一つのアンテナに接続されている少なくとも三台の共振器が必要とされ、二つの未知数、つまり圧力と温度を計算するためには二つの周波数差異を測定する必要がある［Ｗ．Ｂｕｆｆ、Ｍ．Ｒｕｓｋｏ、Ｍ．Ｇｏｒｏｌｌ、Ｊ．ＥｈｒｅｎｐｆｏｒｄｔおよびＴ．Ｖａｎｄａｈｌを参照すること。無線用途のための汎用圧力および温度ＳＡＷセンサ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ａｎｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ＳＡＷ  ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）。１９９７年ＩＥＥＥ超音波シンポジウム論文集、１９９７年、３５９〜３６２頁］。ビート周波数の測定はこのケースでは不可能である。文献から次に挙げる問い合わせ技法が知られている。
【０００６】
１．  共振器は順番にＲＦパルスによって励起される。各共振器の急激に崩壊する応答はアンテナによりピックアップされ、共振周波数の変形を追跡調査するゲートＰＬＬ向けの入力信号として使用される［Ａ．  Ｐｏｈｌ、Ｇ．Ｏｓｔｅｒｍａｙｅｒ、およびＦ．  Ｓｅｉｔｆｅｒｔを参照すること。遠隔高Ｑ  ＳＡＷ共振器に固定された発振器回路を使用する無線検知（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ｌｏｃｋｅｄ  ｔｏ  ｒｅｍｏｔｅ  ｈｉｇｈ−Ｑ  ＳＡＷ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）。超音波、強誘電体、および周波数制御に関するＩＥＥＥ議事録、第４５巻、第５号、１９９８年、１１６１〜１１６８頁まで］。この技法は単一の共振器に対してはより適切であり、特にその周波数が互いに近すぎる場合、三台の共振器のケースでは扱いづらく、信頼性が低くなりすぎる。
【０００７】
２．  共振器はＲＦパルスによって順番に励起される。各共振器の急激に崩壊する応答はアンテナによりピックアップされ、さらに低い中間周波数にダウンコンバートされてから、固有振動の期間がカウントされる［ＧＢ９９２５５３８．２を参照すること］。また、この方法は単一の共振器に、あるいは共振周波数間の距離が共振器帯域幅よりはるかに大きいときのどちらかにうまく行く。しかしながら、それが（ＩＳＭバンドでのケースである）帯域幅の１０倍未満である場合には、複数の共振器がＲＦパルスによって励起され、センサ応答の寄生周波数変調を生じさせ、測定の精度を大幅に引き下げる。
【０００８】
３．  三台すべての共振器が一度の進行で励起される。センサ応答のスペクトルは離散フーリエ変換によって受信機内で分析され、すべての共振周波数が測定される［Ｌ．  Ｒｅｉｎｄｌ、Ｇ．  Ｓｃｈｏｌｌ、Ｔ．  Ｏｓｔｅｒｔａｇ、Ｈ．  ＳｃｈｅｒｒおよびＦ．Ｓｃｈｍｉｄｔを参照すること。センサとしての受動ＳＡＷ無線トランスポンダの理論および応用例（Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐａｓｓｉｖｅ  ＳＡＷ  ｒａｄｉｏ  ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒｓ  ａｓ  ｓｅｎｓｏｒｓ）。超音波、強誘電体、および周波数制御に関するＩＥＥＥ議事録、第４５巻、第５号、１９９８年、１２８１〜１２９１頁］。この方法により、大多数の共振器の問い合わせが可能になる。しかしながら、それはセンサの動作の周波数範囲全体をカバーするブロードバンドＲＦパルスの使用を必要とする。問い合わせパルスのピーク電力がＩＳＭバンド（通常１０ｍＷ未満）に制限されることを念頭に入れていると、パルスのスペクトルの拡散により共振器励起の効率が削減されることは明らかである。それは信号対雑音比（ＳＮＲ）、ひいては測定の精度に悪影響を及ぼす。
【特許文献１】英国特許第９９２５５３８．２号
【非特許文献１】［Ｆ．ＳｃｈｍｉｄｔおよびＧ．Ｓｃｈｏｌｌ無線ＳＡＷ識別およびセンサシステム（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＳＡＷ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｓｅｎｓｏｒ  ｓｙｓｔｅｍｓ）
【非特許文献２】ワールドサイエンティフィック（Ｗｏｒｌｄ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、２００１年、２８７頁、シンガポール、編集Ｃ．Ｗ．Ｃ．  Ｒｕｐｐｅｌ
【非特許文献３】Ｔ．Ａ．Ｆｊｅｌｄｌｙ「弾性表面波技術、システムおよび応用における進展（Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」の中
【非特許文献４】ＩＥＥＥ議事録、超音波、強誘電体、および周波数制御（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ  ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）、第４５巻、第５号、１９９８年、１３８８〜１３９２頁］
【非特許文献５】Ｗ．Ｂｕｆｆ、Ｍ．Ｒｕｓｋｏ、Ｍ．Ｇｏｒｏｌｌ、Ｊ．ＥｈｒｅｎｐｆｏｒｄｔおよびＴ．Ｖａｎｄａｈｌを参照すること。無線用途のための汎用圧力および温度ＳＡＷセンサ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ａｎｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ＳＡＷ  ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
【非特許文献６】１９９７年ＩＥＥＥ超音波シンポジウム論文集、１９９７年、３５９〜３６２頁
【非特許文献７】Ａ．  Ｐｏｈｌ、Ｇ．Ｏｓｔｅｒｍａｙｅｒ、およびＦ．  Ｓｅｉｔｆｅｒｔを参照すること。遠隔高Ｑ  ＳＡＷ共振器に固定された発振器回路を使用する無線検知（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ｌｏｃｋｅｄ  ｔｏ  ｒｅｍｏｔｅ  ｈｉｇｈ−Ｑ  ＳＡＷ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ
【非特許文献８】超音波、強誘電体、および周波数制御に関するＩＥＥＥ議事録、第４５巻、第５号、１９９８年、１１６１〜１１６８頁
【非特許文献９】Ｌ．  Ｒｅｉｎｄｌ、Ｇ．  Ｓｃｈｏｌｌ、Ｔ．  Ｏｓｔｅｒｔａｇ、Ｈ．  ＳｃｈｅｒｒおよびＦ．Ｓｃｈｍｉｄｔを参照すること。センサとしての受動ＳＡＷ無線トランスポンダの理論および応用例（Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐａｓｓｉｖｅ  ＳＡＷ  ｒａｄｉｏ  ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒｓ  ａｓ  ｓｅｎｓｏｒｓ
【非特許文献１０】超音波、強誘電体、および周波数制御に関するＩＥＥＥ議事録、第４５巻、第５号、１９９８年、１２８１〜１２９１頁  本発明の目的はスペクトラル分析の優位点を保ち、と同時に共振器励起の高い効率および測定の高い精度を提供する問い合わせ方法を提供することである。
【０００９】
本発明のある態様に従って、デバイスのそれぞれの共振周波数を求めるために複数の共振周波数を問い合わせる方法は、
（１）共振デバイスごとに最適問い合わせ周波数を決定するステップと、
（２）ステップ（１）によって決定されるようにそのそれぞれの最適問い合わせ周波数で複数回各共振装置の問い合わせを繰り返すステップと、
（３）ステップ（２）の結果として蓄積されるデータに対してパラメータモデリングを実行するステップと、および
（４）ステップ（３）から引き出される周波数の平均を求めるステップと、
を備える。
【００１０】
周波数情報を含むパラメータを推定するスペクトル推定のためのパラメータモデリングは種々の形を取ることがある。ユール−ウォーカ方法は、時系列データの自動相関関数の推定値を使用してパラメータを推定し、最小二乗という意味で前方予測誤差を最小限に抑え、安定したモデルを作り出す優位点を有している。ブルグ（Ｂｕｒｇ）方法は、レビンソン−ダービン（Ｌｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎ）再帰を満たすために抑制される自己回帰（ＡＲ）係数で前方予測誤差および後方予測誤差を最小限に抑え、短いデータレコードに高分解能を生じさせる優位点を有している。共分散法は最小二乗という意味で前方予測誤差を最小限に抑え、多くのシヌソイドを区別できる。改良された共分散法も最小二乗という意味で後方予測誤差を最小限に抑え、スペクトル線分裂に悩まされない。これらの方法は特定の信号状態のための周波数推定分解能での改善のための基礎を提供する。
【００１１】
付加白色雑音における複数のシヌソイドの周波数を推定するのに特に適した特殊なクラスのスペクトル推定器は部分空間法の見出しの下に記載されている。特に関連性があるのは、複数信号分類（ＭＵＳＩＣ）及び固有ベクトル法、およびこれらに基づいた方法である。ＭＵＳＩＣアルゴリズムはシュミットの方法を使用して固有空間分析を実行することによって信号または相関行列から擬似スペクトル（ｐｓｅｕｄｏｓｐｅｃｔｒｕｍ）を推定する。固有ベクトル法はＭＵＳＩＣアルゴリズムの加重バージョンを使用し、相関行列が使用できない場合には、固有値および固有ベクトルが特異値分解（ＳＶＤ）を使用して推定できる。パラメータ法と部分空間法の両方ともパラメータ（パラメータ技法）または固有ベクトル（部分空間技法）からスペクトル密度を推定するためにフーリエ技法を使用してよいが、これは変換が時系列から直接的に周波数成分を推定するために使用されるピリオドグラム法におけるフーリエ変換使用とは異なる。
【００１２】
本発明で使用されるパラメータモデリングは、フーリエ分析等の既存のシステムに比較して共振周波数推定を強化するためにセンサにより発生する信号に適していることがある。好ましいパラメータモデリングシステムの例は自己回帰モデリングおよびＫｕｍａｒｅｓａｎ−Ｔｕｆｆｓ法である。
【００１３】
本発明は、参照が添付図面に対して行われる例によってだけ示されるその好適実施形態に関する以下の説明からさらによく理解されるだろう。
【００１４】
まず図１を参照すると、本発明は車両のタイヤの中の温度と圧力を監視するシステムに特に適用できる。しかしながら、本発明がこの応用例に制限されることなく、圧力と温度が監視される他の環境に、あるいは複数の他のパラメータが受動センサシステムによって測定されることになる事実上他の環境に適用してよいことが理解されなければならない。本発明の好適実施形態は、一つの共通アンテナ１２に接続される三つの弾性表面波デバイスＳＡＷ１、ＳＡＷ２、およびＳＡＷ３を含む。ＳＡＷデバイスの使用は検知された状態を示す信号を発生させる手段として好ましいが、発明がこのようなデバイスに制限されず、共振周波数によって適切な表示を提供することができる他の受動センサが利用されてよいことが理解されなければならない。
【００１５】
本発明の特に好ましい応用例（車両のタイヤの圧力と温度の検知）では、ＳＡＷデバイスＳＡＷ１、ＳＡＷ２、ＳＡＷ３およびアンテナ１２が装置Ａとして車両のタイヤの中に取り付けられる。励起および監視装置Ｂは、タイヤに装着された装置に励起信号を提供し、それから応答信号を受信するために車両に設置されている。この目的のため、装置Ｂは、パッケージＡのアンテナ１２と通信するためのアンテナ１１を含む。
【００１６】
問い合わせパルスは送信機シンセサイザ１０によって励起される電力増幅器８によって生成される。パルスは、ＲＦスイッチ１を通って問い合わせ装置Ｂのアンテナに移動する。放射された電磁波がセンサ装置Ａのアンテナ１２によってピックアップされ、このようにしてセンサの中の三台のＳＡＷ共振器を励起する。放射し直されたセンサ応答はセンサアンテナによって送信され、アンテナ１１によって受信される。信号はフロントエンド低雑音増幅器２を通って、それが受信機シンセサイザ３の信号と混合される周波数変換器に移動する。受信機シンセサイザ３と送信機シンセサイザ１０間の周波数差異は中間周波数、例えば、１ＭＨｚに等しい。ミキサは、位相差が９０°の二つのＩＦ信号を発生させるＩＱミキサである場合がある。ＩＦ信号（またはＩ信号とＱ信号）は、フィルタ４と（受信機の動的範囲を増大する）制限増幅器を通って、例えば１０ＭＨｚまたは２０ＭＨｚなどのＩＦと比較してサンプリングレートが十分に高い８ビットまたは１０ビットのアナログ／デジタル変換器６に移動する。デジタルフォーマットのセンサ応答は、それが問い合わせプロセスの間にコヒーレントに記憶されるＤＳＰチップ７の内部メモリに記憶される。次に、チップは三台すべてのＳＡＷ共振器に対してデータのスペクトル分析を実行し、三つの共振周波数を計算し、平均化手順を実行し、圧力と温度を計算する。ＤＳＰチップ７は、シンセサイザ３と１０、ＲＦスイッチ１、およびＡＤＣ６の動作も制御する。さらに、それは受信機と送信機間の隔離を増大するために電力増幅器８およびＬＮＡ２をイネーブル、ディスエーブルすることもできる。センサ応答のコヒーレントな蓄積を確実するための手段の１つとして、同じ水晶発振器９が、好ましくはシンセサイザとＤＳＰチップ両方のために基準として使用される。
【００１７】
前記システムは、画像チャネル拒絶を強化する二重周波数変換受信機を使用して実現することもできる。代替受信機アーキテクチャは直接周波数変換に基づくことができる。これにより、直角位相チャネルを生成するために、シンセサイザの内の一台の取り外し、および第二のミキサとＡＤＣの追加が行われるだろう。
【００１８】
ここで図２を参照すると、本発明の好ましい方法が説明される。三台の共振器ＳＡＷ１、ＳＡＷ２、ＳＡＷ３は、わずかに異なる共振周波数、および異なる温度敏感性と感圧性を有している。周波数は、それらの間の最小距離が任意の圧力と温度での共振器帯域幅以上となるように選ばれる。その結果、全体的な操作周波数バンド（例えばＩＳＭバンド）は三台の共振器によって占められる三つのサブバンドに分割される。
【００１９】
センサＡは、スペクトル幅が共振器帯域幅以下である矩形ＲＦパルスによって問い合わされる。これにより、問い合わせ周波数が共振器の共振周波数に近い場合には共振器の効率的な励起が保証される。各サブバンドでは、その間の距離が共振器の帯域幅以下になるように選ばれる複数の離散問い合わせ周波数がある。離散問い合わせ周波数の数はＳＡＷ共振器のＱ係数に依存している。例えば、アンロードされたｑ＝５０００のケースでは、４３４  ＭＨｚのＩＳＭバンドの中では九つの問い合わせ周波数を有することで十分だろう。
【００２０】
その結果、温度と圧力がどうであれ、三台の共振器の最適励起を保証する選ばれた離散周波数の集合からつねに三つの問い合わせ周波数が存在するだろう。励起は、共振器内の振動の振幅が問い合わせパルスの最後まで指定の励起振幅について考えられる最大の振幅に近くなるという意味で最適である。
【００２１】
問い合わせ手順は、図２のフローチャートによって図解されるような五つの主要な段階から構成されている。
【００２２】
１．  センサ応答の電力スペクトル密度を最大化する三つの最適問い合わせ周波数の決定
この段階では、センサはすべての離散問い合わせ周波数で次々に問い合わせされる。毎回、問い合わせパルスを起動した後に、センサ応答が受信され、そのスペクトル密度が分析される。それは、例えば、周波数ダウンコンバージョン、中間周波数での応答のサンプリングおよび信号ピーク値の推定または離散フーリエ変換の計算のどちらかによって実行することができる。その後、各サブバンドに一つづつ三つの最適周波数が選ばれ、そのスペクトル密度のどちらかの信号自体の最大ピーク値を与える。代わりに、自動利得制御付きの線形増幅器が受信機で使用される場合には、そのサイドローブの平均レベルに対するスペクトル密度のピーク値の割合を最大にするか、あるいはスペクトル密度のピークの位置と中間周波数の名目値の間の差異を最小限に抑える該三つの周波数が選ばれる。代わりに、制限増幅器が受信機で使用されると、センサ応答の長さを最大化する該三つの周波数が選択できる。
【００２３】
この段階で、私達はスペクトル密度のピーク周波数を測定することによってすでに三つの共振周波数を求めることができる。しかしながら、これは私達に雑音の存在およびフーリエ分析の有限解像度のために固有振動の実際の周波数の粗い推定値を示すに過ぎないだろう。
【００２４】
２．  センサ応答のコヒーレント蓄積
この段階では、順番にランの中の各最適問い合わせ周波数でＮ回センサの問い合わせを繰り返す。受信機によりピックアップされる信号はダウンコンバートされ、サンプリングされ、システムメモリ内の三つのデータアレイにコヒーレントに蓄積される。コヒーレント蓄積の目的は、√Ｎという係数でＳＮＲを増加することである。コヒーレント蓄積は、例えば受信機と送信機シンセサイザの両方で、ＤＳＰチップ内のクロックジェネレータとして一つの共通の水晶安定化発振機を使用することによって確実にすることができる。言い換えると、問い合わせパルス間の時間は中間周波数での問い合わせ信号の期間の整数となるように選ばれると同時に、それはサンプリング期間の整数である必要がある（代わりに、サンプリングの開始は問い合わせパルスと同期する必要がある）さらに、蓄積されるパルスＮの数は、コヒーレント蓄積に必要とされる総時間（約１…２ｍｓ）が車両タイヤの回転の期間と比較して十分に小さく（例えば１／４０）なるように十分に小さく（Ｎ＝１０…３０）ように選ばれる。その結果、センサアンテナの位置の変化は、蓄積中のセンサ応答の位相の大きな変動を引き起こさない。それは、タイヤの回転の結果のアンテナインピーダンス変動によって引き起こされる三台の共振器間の周波数差異の変動を最小限に抑えるという観点からも重要である。
【００２５】
コヒーレント蓄積を実行する前に、三つの最適問い合わせ周波数のそれぞれで干渉の存在もチェックされる。これは、例えば問い合わせパルスがない場合に受信される信号のスペクトル密度の最大を適切な閾値レベルに比較することによって実行できる。それが閾値レベルを上回る場合には、システムはなんらかの遅延の後に問い合わせを繰り返す。コヒーレント蓄積サイクルの中ではさらに単純な干渉検出手順も使用することができる。このケースでは、干渉は、各問い合わせパルスを起動する前に１から２μｓの間受信信号のピーク値を測定することによって検出できる。
【００２６】
３．周波数成分のパラメータ推定  
この段階では、コヒーレント蓄積の結果として獲得された三つのデータアレイが、パラメータ推定によって周波数コンテンツを計算するために使用される。他の二つの共振器の励起に起因する他の周波数成分もあってよいが、各アレイは単一共振器の応答に起因する周波数成分とともに時系列を含む。しかしながら、主要周波数成分をマイナーな成分から減結合することができ、これらのマイナーな成分を破棄することができる。主要な周波数成分は固有振動の関連する周波数に相当する。
【００２７】
パラメータ法は通常六個（減衰する正弦波ごとに二つがＳＡＷセンサ応答に相当する）のＡＲパラメータを推定することを必要とする自己回帰（ＡＲ）モデリングに基づいてよい。ＡＲパラメータを時系列自己相関に関連付けるパラメータの数に等しい次数ｐの方程式の仕組みが解かれる。ｚドメイン多項式がこれらのパラメータから構築でき、ルートが時系列に存在する周波数成分に関する情報を生じさせる。加法白色雑音が存在する場合、ＡＲモデリングを使用するときの周波数推定値の中の関連付けられるバイアスと共分散は高い（それは離散フーリエ変換のケースより悪い）が、移動平均の自動回帰（ＡＲＭＡ）手順の使用、あるいは例えば再帰フィルタリングを通して移動平気に成分を削除するための時系列の操作を含む数多くの方法により削減できる。
【００２８】
（ブルグ法、ユール−ウォーカ法、共分散、および改良された共分散法等の）自己回帰（ＡＲ）方法は、フィルタが白色雑音により駆動され、正しいモデル次数が、存在するシヌソイドの数の二倍となるときに時系列を正確に再生するフィルタの全極（分母）パラメータを推定する。データが移動平均の自動回帰（ＡＲＭＡ）である場合、つまり線形予測子が過去の出力だけではなく過去の入力も必要とする場合には、ＡＲモデリングを使用する高モデル次数が同じ周波数推定を達成し、したがってＡＲＭＡモデルは同じ見出しの下に含まれる。
【００２９】
ＡＲ法は通常、ダンプされないデータとともに使用される。さらに、これらの方法を制限された信号とともに使用することは例外的である。モデル構造が仮定されていないために、補間されたＤＦＴが制限されたデータに優れた結果をだすことを期待する可能性があり、ＡＲ法が実際にうまく実行する場合には、高次のモデルはより優れた性能を示すと期待される可能性がある。
【００３０】
ＡＲモデリングが、このケースでは改良された共分散法を使用して、ＤＦＴを使用するよりさらに優れた結果、つまりさらに低いルート平均平方誤差（ＲＭＳＥ）を出すことができることが示されている。図３は、短い信号長での最大の改善がＡＲ次数４で出されることを示している。さらに低い次数または高い次数はＤＦＴによって得られるものを上回るルート平均二乗誤差を迅速に生じさせる。
【００３１】
データはモデル次数２が適切であること、あるいは例外的な包絡線形状のために、非常に高い次数が優れた結果を出すであろうことを示唆している。予想外に、データ長７μｓの場合、中間モデル次数は最低のルート平均二乗誤差を示し、ＤＦＴより３５％うまく機能する。
【００３２】
（ピサレンコ調和分解（Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、固有ベクトルアルゴリズムおよびＭＵＳＩＣアルゴリズムおよびＥＳＰＲＩＴアルゴリズム等の）固有ベクトル法が代わりに本発明の中で使用されてよく、データ相関行列の固有分解、および信号部分空間と雑音部分空間への分割に基づいている。このために、該方法は部分空間法としても知られている。制限された減衰信号の場合、非パラメータ法がさらにうまく機能すると予想されるであろう。これは、固有ベクトル法が、複雑な指数の集合が白色雑音の中に存在すると仮定し、構造が、モデルが制限された減衰信号のケースにはあまり適していないことを意味するためである。非パラメータ技法はより柔軟であり、信号特性に仮定を立てない。
【００３３】
しかしながら、最初の三つのサイクルがほぼ一定の振幅を有する制限された減衰信号のケースでは、固有ベクトル法は優秀な結果―新規で、予想外の両方である結果を示す。図２は、固有ベクトル法がＤＦＴよりうまく機能することを示している。比較のために、固有ベクトル方法とともに使用されるデータの改良された共分散の結果も示される。
【００３４】
特定の時系列特性の場合、例えばセンサからの受信信号が弱く、対応する中間周波数信号が制限増幅器にいおって制限されないとき、Ｋｕｍａｒｅｓａｎ−Ｔｕｆｔｓ法に基づく技法を使用することが望ましい。これには、過去の時系列値を予測される将来の値に関連付ける線形予測方程式の仕組みをセットアップすることが必要になる。次に、ｐがモデル次数であるｐ個の優勢な値を保持することにより、存在する雑音成分を削減し、周波数推定値の精度を高めるために特異値分解（ＳＶＤ）が使用される。周波数推定をさらに強化するために、Ｋｕｍａｒｅｓａｎ−Ｔｕｆｓ法に対する改善を行うことができる。
【００３５】
４．  共振周波数データの統計処理および分析  
段階１から３（あるいは共振周波数変動が低速であり、段階１の頻繁な反復が必要とされない場合にだけ２と３）は連続的に繰り返され、三つの共振周波数に関するデータはシステムメモリ内の三つのデータアレイに記憶される。問い合わせのＭ個のサイクル（Ｍは、例えば１０から３００などの広範囲で変化することがある）の後、三つの共振周波数のそれぞれの平均値ｆ１，２，３と標準偏差σ１，２，３が計算される。その結果、ｆ１，２，３の標準偏差はσ１，２，３と比較して約√Ｍという係数分さらに減少している。その結果、以下の条件
2007522480.tif 000003
（この場合ｋは１から３の値を有してよい）を満たさない関連するアレイのすべての周波数ｆiは考慮から除外され、平均周波数は再び計算し直される。最後の手順は、共振周波数で大まかなエラーを引き起こすコヒーレント蓄積の間の干渉と信号振幅の突然の減少の考えられる影響を排除するために実行される。標準偏差σ１，２，３は共振周波数についての情報の妥当性検査の基準として使用することもできる。
【００３６】
５．  圧力と温度の計算
平均化の後、二つの差異周波数が計算され、圧力と温度が例えば参考資料［４］に説明される方法を使用して検出される。
【００３７】
提案された問い合わせ方法は、５×１０−６より優れた共振周波数測定の精度を達成することを目的としている。４３４  ＭＨｚ  ＩＳＭバンドで動作するＳＡＷ共振器のケースでは、それは１ｐｓｉより優れた圧力測定の精度、および１℃より優れた温度測定の精度を示す必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】車両のタイヤの中で使用するための圧力と温度の監視システムを概略で示す。
【図２】本発明によって提案される問い合わせアルゴリズムを示す。
【図３】改良された共分散法とルート平均平方誤差との関係を示すグラフ図
【図４】信号時間と周波数推定値標準誤差との関係を示すグラフ図
【図１】
2007522480.tif 000004
【図２】
2007522480.tif 000005
【図３】
2007522480.tif 000006
【図４】
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【国際調査報告】
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