(57)【要約】  多数の既知の位置における信号特性を測定し、この測定結果を中央ノードにて処理することにより、センサーのネットワークで送信機を定位する。センサーは、測定された送信機の信号特性とともに、その位置を中央ノードへと通信し、他のセンサーと同期するよう要求されてもよい。しばしば、ＧＮＳＳ受信機は、センサーを定位および同期するのに利用される。しかしながら、ＧＮＳＳ信号が障害物により減衰されることがある。このような場合にセンサーは、ＧＮＳＳ信号を受信可能なセンサーで測距による測定を行うことで、その位置を判定する。無線バックホールの波形により、この測距が可能となる。さらに、既知の位置にある時間同期されたセンサーと直接接続されなくても、他のセンサーからの信号受信によって、多くのセンサーがその位置判定を行い、ジオロケーションネットワークと時間同期を行うことができる。
2013539010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照センサー局および１つ以上のブラインドセンサー局を含む地理的に分散したセンサー局のネットワークを使用して、関心対象送信機のジオロケーションを行うシステムであって、
複数のセンサー局と、
前記センサー局を制御するよう構成された中央ノードと、
前記センサー局および中央ノードの間の無線通信を許容するよう構成されたバックホール通信ネットワークとを備え、
少なくとも３つ以上のセンサー局は既知の位置に存在して参照クロックと同期しており、前記少なくとも３つのセンサー局は参照センサー局として有用であり、
前記システムは、１つ以上のブラインドセンサー局の同期およびジオロケーションを行うために、前記バックホール通信ネットワークおよび参照センサー局を採用するよう構成されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記システムはさらに、少なくとも３つの参照センサー局がブラインドセンサー局によって受信される無線通信波形を送信し、前記ブラインドセンサー局が、前記少なくとも３つの参照センサー局からの無線通信波形の受信に基づき、同期およびジオロケーションがなされるよう構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ブラインドセンサー局は、前記少なくとも３つのセンサー局による無線通信波形放送の到達時間（ＴＯＡ）を受信および判定するよう構成されること特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ブラインドセンサー局と関連付けられたプロセッサをさらに備え、
前記プロセッサは、前記ブラインドセンサー局のジオロケーションおよび時間同期のための参照センサー局ジオロケーション情報およびＴＯＡ情報を使用するよう構成されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ブラインドセンサー局と関連付けられたプロセッサは、参照センサー局ジオロケーション情報のデータベースに対してアクセスを行うことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記参照センサー局ジオロケーション情報は、前記少なくとも３つのセンサー局による無線通信波形放送において符号化されることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも３つの参照センサー局は、送信時間が符号化された無線通信波形の放送を行うよう構成されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムはさらに、遮断されたセンサー局が前記バックホール通信ネットワークおよび少なくとも１つの他のセンサー局を介して前記中央ノードと通信を行うことを許容するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数のセンサー局は、携帯用および固定のセンサー局を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記中央ノードは、表示装置と外部インターフェースとを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記システムはさらに、ジオロケーションのなされたセンサー局による出力測定値を使用して、関心対象送信機のジオロケーションを行うよう構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムはさらに、ジオロケーションおよび同期のなされたセンサー局による時間ベース測定値を使用して、関心対象送信機のジオロケーションを行うよう構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記システムはさらに、地上波放送信号の受信により、ブラインドセンサー局のジオロケーションを行うよう構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記地上波放送信号は、高解像度テレビ（ＨＤＴＶ）信号を含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記システムはさらに、いずれかのセンサー局が定位のトリガを掛けて中央ノードとして振舞うことを許容するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
参照センサー局および１つ以上のブラインドセンサー局を含む地理的に分散したセンサー局のネットワークを使用して、関心対象送信機のジオロケーションを行う方法であって、
参照センサー局として有用な少なくとも３つのセンサー局の位置判定を行い、前記少なくとも３つのセンサー局を参照クロックと同期させるステップと、
バックホール無線通信ネットワークを介した無線通信を採用することにより、少なくとも１つのブラインドセンサー局の同期およびジオロケーションを行うステップと、
前記少なくとも１つのブラインドセンサー局を含む、地理的に分散したセンサー局のネットワークを使用して、少なくとも１つの関心対象送信機のジオロケーションを行うステップとを備え、
前記無線通信は、前記少なくとも１つのブラインドセンサー局により受信されて同期およびジオロケーションに使用される無線通信波形の前記参照センサー局による放送を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのブラインドセンサー局は、前記少なくとも３つのセンサー局による無線通信波形放送の到達時間（ＴＯＡ）を受信および判定することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのブラインドセンサー局と関連付けられた定位プロセッサを採用して、ジオロケーションおよび時間同期のための参照センサー局ジオロケーション情報およびＴＯＡ情報を使用するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記定位プロセッサは、参照センサー局ジオロケーション情報のデータベースに対してアクセスを行うことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記参照センサー局ジオロケーション情報は、前記少なくとも３つのセンサー局による無線通信波形放送において符号化されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも３つの参照センサー局は、送信時間が符号化された無線通信波形の放送を行うことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
欠陥性センサー局が、前記バックホール通信ネットワークおよび少なくとも１つの他のセンサー局を介して前記中央ノードと通信および同期を行うことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数のセンサー局は、携帯用および固定のセンサー局を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
ジオロケーションおよび同期のなされたセンサー局による出力測定値を使用して、関心対象送信機のジオロケーションを行うことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
ジオロケーションおよび同期のなされたセンサー局による時間ベース測定値を使用して、関心対象送信機のジオロケーションを行うことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
地上波放送信号を使用して、ブラインドセンサー局のジオロケーションを行うことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２７】
前記地上波放送信号は、高解像度テレビ（ＨＤＴＶ）信号を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
いずれかのセンサー局が、定位のトリガを掛けて中央ノードとして振舞うことを許容することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
定位トリガは、外部実体から受信されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３０】
参照センサー局と、位置が未知で前記参照センサー局と同期しておらず、３つ以上の参照センサー局とのラジオ接続を有さない少なくとも１つの欠陥性センサー局とを含む地理的に分散したセンサー局のネットワークを使用して、関心対象送信機のジオロケーションを行う方法であって、
参照センサー局として有用な少なくとも３つのセンサー局の位置判定を行い、前記少なくとも３つのセンサー局を参照クロックと同期させるステップと、
バックホール無線通信ネットワークを介した無線通信を採用することにより、第１欠陥性センサー局の同期およびジオロケーションを行うステップとを備え、
前記無線通信は、前記第１欠陥性センサー局により受信されて同期およびジオロケーションに使用される無線通信波形の前記参照センサー局による放送を含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
前記第１欠陥性センサー局は、１つ以上の参照センサー局と少なくとも１つの他の欠陥性センサー局とを含む、無線バックホール通信ネットワークを介した直接接続を有するセンサー局毎に送信時間を測定することを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの他の欠陥性センサー局は、前記少なくとも１つの他の欠陥性センサー局が前記バックホール無線通信ネットワークを介して直接接続されるセンサー局毎に送信時間を測定することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１０年５月２４日出願の米国特許出願番号１２／７８６，１６６の利益を主張し、その開示全体を参照としてここに組み込む。
【０００２】
技術分野
本発明は、通常、アナログまたはデジタルのセルラーシステム、パーソナルコミュニケーションシステム（ＰＣＳ）、高度特殊化移動無線（ＥＳＭＲ）、およびその他の無線通信システム等において使用され、移動局（ＭＳ）とも称される無線装置の定位方法および装置に関する。特に、本発明は、ジオロケーションネットワークにおける遮断され、かつ／または、ブラインドで機能不能なセンサー局の無線センサー間通信ネットワークを介したジオロケーションと時間同期とに関するが、これに限定されるものでない。
【背景技術】
【０００３】
背景
最初に１９９８年に商業的に展開されて以来、オーバーレイネットワークベースの無線定位システムは幅広く展開され、緊急サービスの定位を含む定位ベースサービスを支持してきた。
【０００４】
ＴＤＯＡを使用した電磁波エミッタの反復ジオロケーションには、単一の携帯ジオロケーション（例えばＴＤＯＡ）センサー、一対の携帯ジオロケーションセンサー局、および３つ以上の携帯ジオロケーションセンサー局の使用が含まれる。反復プロセスに携帯ジオロケーションセンサー局を追加することにより、定位精度の向上のために要求される反復回数を減じるとともに、定位対象の信号への制約を減じる。
【０００５】
送信機の位置を受動的に判定するには、センサー局により、明確かつ既知の多数位置にてその信号特性が測定されなければならない。これには、ジオロケーションネットワーク内のセンサー局の位置が既知であり（例えば、各センサー局が自信の位置を既知であるか、または中央コントローラが各センサー局の位置を既知である）、互いに時間同期され、すなわち共通の時間ベースで作動している必要がある。この時間ベースにおいて要求される精度は、使用される定位技術による。
【０００６】
さらにセンサー局は、送信機の位置判定を行うために、自らが処理を行うことのできるコミュニケーションネットワークを介して中央ノードに、センサー局の位置とともに送信機の信号特性（例えば、タイミング、出力、角度、信号品質）を提供しなければならない。
【０００７】
センサー局の位置は、手動調査、内部全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）タイミング受信機の使用、または位置が既知である固定送信機からの送信の受信（例えば、民間または政府機関のタイミングビーコン、または高解像度テレビ（ＨＤＴＶ）送信機等からの時間および周波数の安定的送信）を含む多数の手段により判定できる。しかしながら、何らかの障害のある環境（例えば、１つ以上のセンサー局が遮断状態、すなわちブラインドである場合）においては、センサーの位置判定に以上のいずれの方法も使用することができない。無線通信ネットワークは、しばしばセンサー局間の通信に使用され、この無線通信ネットワークは、その他の技術でその位置判定を行うことができないセンサー局のために２つの役割を果たすことができる。本明細書において、ＧＮＳＳおよび全地球測位システム（ＧＰＳ）といった用語は同義で用いることとする。
【０００８】
本明細書に記載の本発明の技術および概念は、ＣＤＭＡ（ＩＳ−９５、ＩＳ−２０００）およびＷ−ＣＤＭＡとしても知られるユニバーサルモバイルテレコミュニケーションシステム（ＵＭＴＳ）等の符号分割電磁波コミュニケーションシステムに加え、広く用いられているグローバルシステムフォーモバイルコミュニケーション（ＧＳＭ（登録商標））、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、ＷｉＭＡＮ（ＩＥＥＥ−８０２．１６）、およびＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ−８０２．２０）等のＯＦＤＭ基盤無線システムを含む、広く普及した時分割多重および周波数分割多重（ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡ）電磁波通信システム等、周知の無線システムに適用される。さらなる背景情報については、２００９年１１月１０日付出願の米国特許第７，６１６，１５５号「ＲＦエミッタの携帯反復ジオロケーション」より得てもよく、その開示を全体として参照し、ここに組み込む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
概要
無線通信波形が適切に設計されると、他の技術によって自己の位置判定を行うことのできないセンサーが、自己の位置判定を行ってＧＰＳまたは既知の位置にある静的送信機からの送信の受信のいずれかによってクロックと同期したジオロケーションネットワーク内の少なくとも３つの他のセンサー局からの通信信号を受信することにより、自己の位置判定を行うことができる。センサー間通信ネットワークに亘って、一旦全センサー位置が既知となり、時間同期が達成されると、電磁波ジオロケーション技術を使用したモバイル装置の定位がジオロケーションネットワークで実施可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施例は、関心対象送信機のジオロケーションを行うシステムとの関連で採用される。同システムは、参照センサー局と１つ以上のブラインドセンサー局とを含む地理的に分散したセンサー局のネットワークを備える。同実施例では、複数のセンサー局を備え、少なくとも３つのセンサー局は既知の位置に存在し、参照クロックと同期している。前記少なくとも３つのセンサー局は、参照センサー局として有用である。さらに、中央ノードは前記センサー局を制御するよう構成され、バックホール通信ネットワークはセンサー局および中央ノード間の無線通信を許容する。このシステムは、１つ以上のブラインドセンサー局の同期およびジオロケーションのために、バックホール通信ネットワークと参照センサー局とを採用するよう構成される。
【００１１】
他の実施例によると、関心対象送信機のジオロケーションを行う方法であって、少なくとも３つのセンサー局の位置判定を行って前記少なくとも３つのセンサー局を参照クロックと同期させるステップと、バックホール無線通信ネットワークを介した無線通信を採用することによって少なくとも１つのブラインドセンサー局の同期およびジオロケーションを行うステップとを備える。前記無線通信は、前記少なくとも１つのブラインドセンサー局により受信されて同期およびジオロケーションに使用される無線通信波形の参照センサー局による放送を含む。
【００１２】
さらに他の実施形態によると、関心対象送信機のジオロケーションを行う方法であって、参照センサー局および少なくとも１つの欠陥性センサー局を含む地理的に分散したセンサー局のネットワークを備える。前記欠陥性センサー局は未知の位置にあり、前記参照センサー局と同期されておらず、３つ以上の参照センサー局との直接的な電磁波接続を有さない。本発明の方法は、少なくとも３つのセンサー局の位置判定を行ってこれらを参照クロックと同期することにより、前記少なくとも３つのセンサー局を参照センサー局として使用可能にするステップを備える。さらに同方法ではバックホール無線通信ネットワークを介した無線通信を採用して、第１欠陥性センサー局の同期およびジオロケーションを行う。これには、前記第１欠陥性センサー局により受信されて同期およびジオロケーションに使用される無線通信波形の参照センサー局による放送が含まれる。また好適な実現例では、第１欠陥性センサー局は、１つ以上の参照センサー局と少なくとも１つの他の欠陥性センサー局とを含む、無線バックホール通信ネットワークを介した直接接続を有するセンサー局毎に送信時間の測定を行う。さらに前記少なくとも１つの他の欠陥性センサー局は、前記少なくとも１つの他の欠陥性センサー局が前記バックホール無線通信ネットワークを介して直接的に接続されたセンサー局毎に送信時間の測定を行う。
【００１３】
本概要は、本明細書に記載の本発明の概念すべてをカバーすることを意図するものでないため、本発明の他の実施例については以下に述べる。
【００１４】
図面の簡単な説明
前述の概要および以下の詳細な説明は、添付の図面とあわせて読むとより理解される。本発明を説明する目的で、本発明の一例としての構成を図中に示したが、本発明は開示の特定の方法および手段に限定されるものでない。図中、
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、時間または出力によるジオロケーション技術を使用した、アップリンクまたはダウンリンク信号基盤測距による送信機ジオロケーションを図式化して描いたものである。
【図２】図２は、アップリンクまたはダウンリンク信号を介した到達時間差および／または到達出力差に基づくジオロケーション技術による送信機ジオロケーションを図式化して描いたものである。
【図３】図３は、衛星測位から妨害された、ブラインドセンサー局の定位を説明するものである。
【図４】図４は、衛星測位により測位されたセンサー局とセンサーネットワークにより測位されたセンサー局との双方を使用した、送信機の定位を描いたものである。
【図５】図５は、中央ノードとセンサー局との間の直接通信を示したものである。
【図６】図６は、中央ノードと直接通信を行うセンサー局と中間局を介して中継されるセンサー局との混合ネットワークを示したものである。
【図７】図７は、一実施形態に係る携帯センサー局の主要サブシステムを概略的に描いたものである。
【図８】図８は、センサー局のマルチチャンネル可変広帯域デジタル受信機および信号プロセッサのサブシステム内における機能要素を描いたものである。
【図９】図９は、センサー局のダイバーシティタイミング・位置・周波数同期受信機のサブシステム内の機能要素を描いたものである。
【図１０】図１０は、一実施形態に係る中央ノード内の機能要素を描いたものである。
【図１１】図１１は、ブラインドセンサー局または欠陥性センサー局の位置判定および時間同期のための数学的原理を描いたものである。
【図１２】図１２は、ジオロケーションネットワークにおけるセンサー局の初期化の一例を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施例の詳細な説明
以降、本発明の一例としての実施形態を説明する。まず問題の概略を詳細に説明した上で、その解決法につき、より詳細な説明を行う。
【００１７】
センサー局のネットワークは、ネットワーク内の３つ以上のセンサー局が送信機信号を受信し、センサー局が既知の場所に存在して時間同期されている場合に、２つの寸法を有する無線送信機のジオロケーションを行うに際して、到達出力（ＰＯＡ）、到達出力差（ＰＤＯＡ）、到達時間（ＴＯＡ）、到達時間差（ＴＤＯＡ）、またはＴＯＡ、ＰＯＡ、ＴＤＯＡ、ＰＤＯＡ、および／または到達角度（ＡＯＡ）の混成を使用することが可能である。到達時間（ＴＯＡ）または到達時間差（ＴＤＯＡ）法を含む、時間をベースとする方法を可能とするには、すべてのセンサー局間において正確に同期を行うことが求められる。比較的不正確な一般の時間ベースであっても、到達出力、到達出力差（ＰＤＯＡ）、または到達時間差（ＴＤＯＡ）法には十分である。時間および出力、時間および角度、または時間出力および角度を組み合わせた混成法は、正確な時間同期を必要とする。定位ソリューションでは、信号を受信する少なくとも３つのセンサー局を使用することにより、位置推定の精度を向上する。センサー局は、時間および周波数同期を行い、またその位置判定を行うために、ナブスター全地球測位システム（ＧＰＳ）の衛星システムのような全地球航法衛星システムを使用することが多い。しかしながら、センサー局のＧＰＳ受信機は、時間および周波数同期を行い、またその位置判定を行うためには、多数の衛星が相当に妨害なく見通せること（信号経路の減衰、反射、屈折が最小限であること）を必要とする。多くの場合、環境により十分な数のＧＰＳ衛星から受信を行うことができず、ネットワーク内のいくつかのセンサー局はその位置判定および時間同期を行うことができない。このようなセンサー局は、自身の位置が既知であり（またはその位置がシステムにより既知である）、共通クロックに時間同期された他のセンサー局からの送信を受信することができる。自身の位置が既知であり、時間同期された定位ネットワーク内のセンサー局は、「参照」センサーまたは参照センサー局として既知である。
【００１８】
自身の位置に関する知識を持ち合わせず、時間同期されていないセンサー局は、本明細書において、「ブラインド」センサー局とする。中央ノードと直接通信不可能なセンサー局は、本明細書において、「遮断された」センサー局とする。中央ノードと直接通信可能なセンサー局を「直接」局とする。「欠陥性」センサー局は「ブラインド」であり、かつ、３つ以上の参照センサー局との直接の電磁波接続を持たないセンサー局である。通信経路が遮断され、一方で電磁波経路は欠陥を持つ。
【００１９】
本発明が展開されてもよい一例としてのシステムにおいて、センサー局は、その位置判定を行い、ジオロケーションネットワーク内の他のすべてのセンサー局その時間クロックを同期することが可能である。これは、ＧＰＳ位置およびタイミング受信機をセンサーに組み込むか、または地上波信号に基づく同等の位置およびタイミング受信機により達成することができる。このような信号がセンサーによって受信不能な場合、このセンサーは「ブラインド」であり、位置判定およびジオロケーションネットワークへの時間同期を達成するために他の技術を利用しなければならない。バックホール通信ネットワークは、「参照」センサー局、すなわちその位置判定を行い、ＧＰＳまたは地上波信号を使用して時間的に同期を行うことが可能なセンサー局を使用してこの不都合を克服するように設計されている。基本的に、参照センサー局はブラインドセンサー局に対する擬似衛生として振舞う。したがって、３つ以上の参照センサー局と直接的な電磁波接続のあるブラインドセンサー局は、自身の定位を行い、ジオロケーションネットワークとの時間同期を行うことができる。３つ以上の参照センサー局と直接的な電磁波接続のないブラインドセンサー局、すなわち、欠陥性センサー局でありつつ、３つ以上の参照局と間接的な接続を有するセンサー局は、近隣の直接接続から中央ノードへの受信可能な信号に関する情報を提供することにより、定位され、またジオロケーションネットワークへ同期されてもよい。中央ノードは、ジオロケーションネットワーク内のすべてのセンサーからの情報を処理し、ブラインドセンサーの位置判定を行い、またそれらをジオロケーションネットワークへと時間同期する。結果として、無線バックホールネットワークは２つの役割を果たす。第１の役割は、ジオロケーションネットワーク内のすべてのセンサー局に対する通信接続性を提供することで、センサー局が中央ノードにより制御されてもよいようにし、センサー局が回収したデータを中央ノードに提供するようにすることである。第２の役割は、ブラインドセンサー局がその位置判定を行い、接続性によって参照センサー局に対して時間同期を行うことができるようにすることである。
【００２０】
無線ジオロケーションネットワークは、センサー局の制御、および、中央ノードが実施を命令した測定結果を受信するために、中央ノードを採用する。中央ノードは、位置推定を行うために、これら測定結果に基づいて動作する。中央ノードはまた、ジオロケーションのトリガとなって結果としての位置推定を表示する外部システムに対するインターフェースとして振舞う。いずれかの特定のセンサー局もまた、中央ノードとして振舞うことができる。中央ノードとしてのセンサー局は、時間により交代可能である。
【００２１】
無線ジオロケーションシステムは、送信機信号の位置判定のために通常トリガが掛けられる。通常このトリガは、センサー局が受信機信号を獲得する時間および周波数を特定する。また、関心対象の信号を識別するためのほかのパラメータも特定してもよい。例えば、ＣＤＭＡシステムにおいて、これは拡散符号であり得る。このトリガは、外部ソースに由来し得る。例えば、送信機が作動している無線ネットワークが挙げられる。定位トリガは、中央ノードまたはセンサー局の１つによっても判定され得る。他の例として、特定の出力レベルを超える特定の周波数および期限の信号を受信したセンサーは、ジオロケーションネットワーク内の他のすべてのセンサー局に対するトリガを生成し得る。例えば、２００５年６月１０日付出願の米国特許出願第２００６／０００３７７５Ａ１「無線定位システムにおける位置基盤サービスアプリケーションのための高度トリガ」を参照されたい。
【００２２】
固定参照センサー局の位置は、手動調査によって判定することもできる。固定参照センサーは、少なくとも１つのＧＮＳＳ衛星、静止広域補強システム（ＷＡＡＳ）、または既知の位置からの地上ベースの地上波タイミング信号からの送信を受信することにより時間同期される。ＧＮＳＳ受信機は、このような機能を提供する。ＧＮＳＳ受信機は、４つの未知の事項、すなわち緯度、経度、高度、および時間を解決する。４つ未満の衛星放送が可能な場合、ＧＮＳＳ（例えばＧＰＳ）受信機は、依然として高精度のタイミング信号を生成することができ、１つの衛星信号（ＧＮＳＳまたはＷＡＡＳ）による周波数の参照が可能となり、受信機の位置および高度が正確にわかる。
【００２３】
到達出力差（ＰＤＯＡ）および到達時間差（ＴＤＯＡ）は、この明細書全体を通じて有効な例として使用され、センサー局の一部またはすべてが、到達角度（ＡＯＡ）装備および機能をも備えていてもよい。センサー局または関心対象モバイル（ＭＯＩ）のいずれかの位置計算において、ＡＯＡ、到達時間（ＴＯＡ）、および到達出力（ＰＯＡ）技術の使用も、除外されるものではない。（本明細書中、「関心対象モバイル」および「関心対象送信機」といった用語は、例えば無線ジオロケーションシステムによりその位置判定を行う送信機を指して用いる。「モバイル」という用語は、同送信機が必ずしも固定位置になくていいことを示す。場合によっては、モバイル送信機は携帯ユニットであってもよいし、また間欠的に使用される固定ユニットであってもよい。）以上に述べた定位技術すべての混成が、展開されたジオロケーションネットワーク内では実現される可能性が高い。到達周波数差（ＦＤＯＡ）は、移動中のセンサー局および移動中の関心対象モバイルを補償するために実現されるであろう。さらに、ＰＯＡおよびＰＤＯＡ等のジオロケーション技術によっては、センサー局間に極めて正確な時間同期を要求しないものもある。
【００２４】
「セルサイト」という用語は、信号回収がモバイル装置（ダウンリンク基盤定位システム）で行われる際に使用される送信サイトすなわちビーコンを表すのに使用される一般的な用語である。セルサイトは、専用設備、すなわち無線通信ネットワーク（ＷＣＮ）の電磁波アクセスネットワーク（ＲＡＮ）サブシステムであってもよい。セルサイトは、アップリンク信号無線定位技術のための信号回収用の協働または一体型センサー局を有してもよい。
【００２５】
図１は、到達出力（ＰＯＡ）または到達時間（ＴＯＡ）ジオロケーション技術によるモバイル送信機の独自の位置判定を地理的に描いたものである。モバイル装置１０１の独自定位が、３つの円１０２、１０３、および１０４の共通交差部分によって描かれている。この範囲を表す円１０２、１０３、および１０４はそれぞれ、地理的に離間した３つのセンサー局１０５、１０６、および１０７のそれぞれを中心としている。各円１０２、１０３、および１０４の外周は、各センサー局１０５、１０６、および１０７からの範囲（一定距離の輪郭）を表す。
【００２６】
ＰＯＡの範囲および送信機の位置は、出力を測定し、送信機が各センサー局から離間した半径距離を計算するための伝播モデルを使用することにより、導き出される。
【００２７】
ＴＯＡジオロケーション範囲および位置は、時間遅延を測定し、送信機が各センサー局から離間した半径距離を計算するための電磁波伝播スピードを使用することにより、導き出される。センサー局が正確に同期されていると、（ＧＰＳシステムで使用されるような）一定の時間オフセットによるＴＯＡ基盤のジオロケーションが可能となる。
【００２８】
図２は、ＰＤＯＡまたはＴＤＯＡに基づくジオロケーション技術によるモバイル送信機の独自の位置判定について図式的に描いたものである。地理的に離れたセンサー局２０５、２０６、および２０７のセットが示されている。移動体装置２０１すなわち送信機の独自の定位が、双曲線の共通交差部分により描かれている。各双曲線２０２、２０３、および２０４は、双曲線の焦点に位置づけられたセンサー局のペアからの一定の距離差の輪郭を表している。ＰＤＯＡでは、これは、焦点におけるセンサー局ペア間の出力差を測定し、この出力差を伝播モデルとの距離差に変換することにより導き出される。ＴＤＯＡにおいては、これは、焦点におけるセンサー局ペアにてモバイル信号が測定される時間差を測定し、電磁波伝播スピードを使用してこれを距離に変換することにより導き出される。
【００２９】
図３は、単一の「ブラインド」センサー３０１がどのようにして、自身の位置が既知であり、かつ、ジオロケーションネットワークと時間同期した少なくとも３つの「参照」センサー局３０２、３０３、および３０４から無線信号３０５、３０６、および３０７を受信することにより、その位置判定を行い、ネットワーク３０２、３０３、および３０４内の他のセンサー局と時間同期を行うことができるかを描いたものである。図３において、時間同期および自己位置は、衛星系３１４より提供された無妨害衛星放送航法信号３０９より、各参照局３０２、３０３、および３０４にて判定されることが描かれている。
【００３０】
ブラインドセンサー３０１は、衛星系３１４より提供された、衛星提供電磁波信号３１０が減衰されたり妨害された場合にアクセスできず、その位置判定および時間同期を行うために代替技術に頼らざるを得ない。結果として「参照」センサー局は、無線バックホールにより「ブラインド」センサーに対する擬似衛星として振舞うこととなる。
【００３１】
本明細書に記載の一例としての無線ジオロケーションシステムにおけるセンサー局の２つの基本的要件は、その位置が既知であること、および時間同期されていることである。各センサーを備えたＧＰＳタイミング受信機を含むことによって、これら要件をともに満たすことができる。ＧＰＳタイミング受信機は、地球を周回するＧＰＳ衛星からの信号を受信することにより、その位置を判定し、時間および周波数の参照を行えるようにする。しかしながら、ＧＰＳ衛星の信号レベルは低く、障害物によって減衰される可能性があり、その使用を妨げることになる。センサー間通信のために採用される無線通信システムを使用して、ＧＰＳ信号を受信できず、かつ、時間同期を行えないセンサーの位置判定を行うことができる。
【００３２】
擬似衛星の概念は、米国特許整理番号６，７７１，６２５および米国特許整理番号６，１０１，１７８の共通タイトル、「無線電話定位のための擬似衛星補強ＧＰＳ」に教示されている。同特許はともに、本出願と同一の出願人により保持されている。
【００３３】
地上参照センサー局は、ＴＤＭＡシステムによりインターリーブされたＣＤＭＡ信号を送信することにより、センサー位置の正確な判定を支持する擬似衛星として振舞う。擬似衛星は、信号送信を、ＧＰＳ衛星から導き出すことができるような正確なタイミング参照と同期させる。隣接する擬似衛星は異なる時にＣＤＭＡ信号の放送を行い、擬似衛星間の遠近信号干渉を削減する。ブラインドセンサー局は、擬似衛星信号のＴＯＡを受信し、判定を行う。このブラインドセンサーに関連付けられた定位プロセッサは、擬似衛星位置の内部データベースにアクセスしてもよく、あるいは、擬似衛星のジオロケーション情報が擬似衛星送信中に符号化されていてもよい。定位プロセッサは、擬似衛星ジオロケーション情報およびＴＯＡを使用して、センサーの位置判定を行い、それらをジオロケーションネットワークへと時間同期する。ＴＤＭＡ擬似衛星基盤システムは、ＧＮＳＳ（ＧＰＳ等）を補強することにより、ＧＮＳＳのみから有効なジオロケーション情報より正確なジオロケーション情報を提供してもよい。
【００３４】
図４は、参照センサー局およびブラインドセンサー局の混在する携帯反復ジオロケーションシステムの展開例を描いたものである。図４は、ＧＰＳ信号を受信可能な参照センサー局と、ＧＰＳ信号を受信できないものの、３つの参照センサー局により、自身の位置判定を行い、その無線バックホールを介して受信可能な時間に同期することができるブラインドセンサーとを描いたものである。さらに同図は、外部定位トリガを取得する中央ノードと、関心対象信号（ＳＯＩ）を受信し、かつ、位置計算および表示を行ってその位置を外部実体に提供する中央ノード（図示せず）に対してその特性を提供するジオロケーションネットワーク内のすべてのセンサー局とを示している。
【００３５】
地理的領域周辺には多数のセンサー局が分布しており、ターゲットより送信された信号を受信する。定位対象の送信機、すなわちターゲットに対するこれらのセンサー局の幾何学的配置は、ターゲットの定位精度に影響を与える。これは、精密度の幾何学的希釈（ＧＤＯＰ）と称される。センサー局が完全にターゲットを包囲している場合に、最も高い精度が得られる。送信機からの信号を受信すべきセンサー局の最少数は、二次元位置推定においては３つであり、３次元位置推定においては４つである（モバイル送信機の送信時間が未知の場合）。最小限必要なセンサー局の数より多いセンサー局が送信機の信号を受信可能であり、重層的に決定したソリューションを使用することで定位に関与することができれば、定位精度をさらに向上させることができる。ターゲット信号の取得に際して、センサー局は自身の位置が既知でなければならない。静的センサー局の位置は手動で調査することができ、また正確に位置判定を行うためにＧＰＳ受信機をセンサー内に組み込むこともできる。デジタルテレビ放送を使用したその他のジオロケーション受信機も同様に使用可能である。したがって、自身の位置判定にこのような補助的受信機を利用するセンサー局は、携帯可能である。時間基盤のジオロケーション技術において、センサー局は正確に時間同期されていなければならず、同時または反復的にターゲットからの信号を取得しなければならない（米国特許第７，６１６，１５５号に開示）。センサー局内の補助受信機もまた、センサー局を時間同期可能である。
【００３６】
図４において、ＧＮＳＳ系４０１が衛星放送４０８を提供することにより、展開されているセンサー局４０２、４０３、４０４、および４０５の多くは自己定位を行い、グリニッジ標準時（ＧＭＴ）または協定世界時（ＵＴＣ）からのオフセット等、共通のシステム時間に同期することができるようにする。一部のセンサー局４０７は（本例では、建造物４０６により）妨害され、自己定位および時間同期を行うのに十分な数の衛星信号４０９を受信することができない。このようなブラインド局４０７は、（図３に示すような）ネットワーク手段により定位可能であり、無線通信ネットワーク４１４内でのモバイル送信機４１０の定位に依然として貢献することができる。図４において、都会の環境においてより優れた性能を発揮するＴＤＯＡが、モバイル装置４１０の地理的位置で交差するＴＤＯＡ双曲線４１１、４１２、および４１３とともに示されている。
【００３７】
無線ジオロケーションネットワークの展開例は図４に示されており、多数の参照センサー局と、ブラインドセンサー局（自己位置判定を行うのに十分の電磁波信号と、ＧＮＳＳ系、ＷＡＡＳ、または地上波放送ネットワークからのタイミングを有さないあらゆるセンサー局）と、バックホール通信システムと、中央処理ノード／外部インターフェースと、表示／制御装置とが含まれている。
【００３８】
無線ジオロケーションシステム内のセンサー局は、特定の時に送信機からの信号を受信し、受信した信号の特性を送信機の位置判定のために処理可能な共通の中央ノードへと提供すべく、制御すなわち命令されるような通信方法を備えていなければならない。図５に示すような「星型」通信トポロジーが、固定センサー局５１２、５１５、５１８、および５１９、モバイルセンサー局５１３、５１４、５１６、および５１７、および中央ノード５０１の間で通信信号送信５０４、５０５、５０６、５０７、５０８、５０９、５１０、および５１１を提供するのが理想的である。ここで中央ノード５０１は、中央ホスト演算プラットフォーム５０２、およびサーバ５０２を無線送受信機局５０３に対して局所的または遠隔的に定位することのできる無線送受信機局５０３として示されている。中央ノードにて利用可能な表示、データベース保存内容、および付随情報については図示されていない。例えば、中央ノードは、局所的または遠隔的で、かつ、広域ネットワークを介して接続された関連ロケーションインテリジェンス管理システム（ＬＩＭＳ）（２００９年１２月１８日付出願の米国特許出願第１２／６４２，０５８号「ロケーションインテリジェンス管理システム」参照）を有する。ＬＩＭＳは、位置認識インテリジェンスを作成するために多数のユーザおよび実体に亘る無線定位リソースの利用（計画および選択）を最適化すべく、多数のソース（無線ネットワーク、無線位置ネットワーク等、およびネットワーク情報、地理的情報、手動入力情報、地理空間データ等のオフラインソース）からの有効なデータ（過去およびリアルタイムのデータ両方）を利用する、データ獲得、保管、および決定サポートシステムである。ＬＩＭＳは、多数のソースから取得した過去およびリアルタイムのデータを組み合わせて、あるいは個別に解析し、合理的かつ容易に取得できないメタデータの形式でインテリジェンスを生成するための、アルゴリズム、制御ロジック、およびデータの保管、プロセッサ、および入出力装置を含む。これらのアルゴリズムは、新たな解析に自動貢献する以前に生成されたメタデータを反復使用することができ、実データ（過去およびリアルタイム）とメタデータとの双方を使用する。このような分析によって、関心対象の潜在態度の識別、そのような関心対象の潜在態度と関連付けられた特定のモバイルユーザの識別、利用可能な公的ＩＤがない場合（プリペイドモバイル装置等）のモバイル装置ユーザとモバイル装置ユーザ識別子との関連性といった情報を生成する。
【００３９】
しかしながら、携帯性のために無線通信バックホールが利用され、中央ノードがセンサー局すべてと直接的な無線接続性を有さなくてもよい場合が往々にしてある。この不都合は、図６に示すような、中央ノードおよび中央ノードを眺望できないセンサー局の双方との接続性を有するセンサー局が中継として振舞うことのできるメッシュ通信ネットワークを使用することにより克服することができる。
【００４０】
図６は、現実世界の環境において、中央ノードがいかにジオロケーションネットワーク内のすべてのセンサー局と直接通信を行うことができないことがあるか、すなわち、センサー局の一部がいかに遮断されるかを描いたものである。しかしながら、メッシュ通信ネットワークは、遮断されたセンサー局と中央ノードとの間のデイジーチェーン通信を提供する、中央ノードが直接通信の接続を持ったセンサー局を介した中継による経路を提供する。
【００４１】
図示の展開例によると、中央ノード６０１のサーバ６０２は、展開されたセンサー局との通信にその関連送受信機設備６０３を使用している。直接リンク６１２、６１３、６１４、６１５、および６１６が中央局６０１と非遮断局６０４、６０７、６０８、６０９、および６１１との間に形成されている。展開されたセンサー局に係るデータベース化された知識と直接的な電磁波リンクとを使用して、中央サーバ６０２は、所在不明の推定遮断センサー局６０５、６０６、および６１０の空気界面による調査を実施するために、直接接続された全センサー局６０４、６０７、６０８、６０９、および６１１に指令を送る。所在不明の遮断センサー局６０５、６０６、および６１０が一旦発見されると、発見したセンサーは、中央ノード６０１と以前所在不明であったセンサー局との間の中継として振舞う。中継は、遮断局６１０と中央ノードとの間の唯一の媒介として発見した局６０９を伴うワンホップであってもよい。また中継は、遮断局６０５および中央ノード６０１とで、多数の中間局６０７および６０６を伴うマルチホップであってもよい。中継は、遮断局６０５が多数の中継接続６１８、６２０、および６２１の最適なものから使用または選択可能な多数の接続を有してもよい。
【００４２】
ジオロケーションネットワーク内のセンサーは通常、定位対象送信機の信号取得に際して、自身の位置が既知であり、かつ、ジオロケーションネットワーク内の他のセンサー局と時間同期している必要がある。センサーのブロック図を図７に示す。携帯センサー７０１は、多数のアンテナ７０２、７０３、および７０４と、受信機７０７および７０６と、送受信機７０５と、サブシステム７０８、７０９、７１１、７１２、および７１３間の内部通信リンクと、内部デジタル通信リンク７１０を介したサブシステム間の相互接続を有する選択的コントローラおよび表示装置７１１とからなる。高感度ダイバーシティタイミング受信機／サーバ７０７は、地球上の衛星から、または、（特設システムであるか、または、高解像度テレビ（ＨＤＴＶ）局等、サービスの稼動品質が高い）地上波放送局からのＧＮＳＳ信号を受信し、これらの信号が有効である場合に、センサーの位置判定を可能にし、センサーの時間および周波数同期を可能にする。定位対象送信機からのＲＦ信号が信号アンテナで受信され、マルチチャンネル可変広帯域デジタル受信機および信号プロセッサへと提供される。信号が一旦取得されると、信号プロセッサによる処理が可能であり、結果は中央ノードへ提供される。メッシュネットワーク通信送受信機は、同センサーと、中央ノードを含む他のセンサー局との間の通信を提供する。あるセンサーが、自身の位置が既知であり、ジオロケーションネットワークの共通クロックと時間同期されている場合、直接通信可能なブラインドセンサー局のための擬似衛星としての役割を果たすことができる。コントローラおよび表示装置は、センサーの制御と、マップまたはその他のオーバーヘッドイメージ上におけるその位置、他のセンサー局の位置、およびターゲットの位置の表示を可能にする。
【００４３】
マルチチャンネル可変広帯域デジタル受信機および信号プロセッサは、センサー局の中央サブシステムであるＬセンサー局の代表的なマルチチャンネル可変広帯域デジタル受信機および信号プロセッササブシステム８０１における機能要素のブロック図を図８に描く。図示された機能要素は、電磁波周波数／中間周波数（ＲＦ／ＩＦ）サブシステム８０３、アナログ・デジタル変換サブシステム（Ａ／Ｄ）８０４、第１メモリバッファサブシステム８０５、デジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）サブシステム８０６、第２メモリバッファサブシステム８０７、デジタル信号処理（ＤＳＰ）サブシステム８０８、制御プロセッササブシステム８０９、およびクロック分布サブシステム８１０である。受信機アンテナ接続８０２は図示されているが、受信機アンテナは図示されていない。
【００４４】
ＲＦ／ＩＦサブシステム８０３は、マルチチャンネルのＲＦ信号８０２を中間周波数（ＩＦ）信号８１１へと変換する。ＲＦ／ＩＦサブシステム８０３は、アンテナからＲＦ信号８０２を受け取り、それらが動作中の適切なＲＦ帯域外の信号を排除するために帯域通過フィルターを掛け、その後、残余信号を増幅することによって変換を行う。残余信号はその後、中間周波数へと周波数変換されて、再び帯域通過フィルターによりフィルターを掛けられることで望ましくない混合要素およびノイズを排除する。結果としての信号は再び、次の段階へと入力される前に、バッファ増幅器により増幅される。マルチチャンネルは、多数のアンテナから同一のＲＦ周波数セットを受信してもよく、また１つ以上のアンテナから異なるＲＦ周波数セットを受信してもよい。これにより、例えば、無線テレコミュニケーションネットワークのアップリンクおよびダウンリンク信号の双方の受信が可能となる。しばしば、無線テレコミュニケーションネットワークのダウンリンク信号がそのタイミングと同期するようにモニタリングされる。ＲＦ／ＩＦサブシステムは、周波数参照により駆動される単一の局所発振器、または周波数の安定のために周波数参照に再び結び付けられた１チャンネルあたり１以上の多数の局所発振器を所持してもよい。
【００４５】
ＲＦ／ＩＦサブシステム８０３からの処理済信号８１１は、アナログ・デジタル変換（Ａ／Ｄ）サブシステム８０４へと入力される。Ａ／Ｄサブシステム８０４は、各受信電磁波チャンエル毎にＡ／Ｄコンバータを所持する。全Ａ／Ｄは、周波数および時間参照により導き出されたサンプリングクロックと同時にクロック設定されている。各Ａ／Ｄは、ＲＦ／ＩＦサブシステム８０３のチャンネルからのアナログ信号を、各サンプルが数ビットであるデジタル形式へと変換する。デジタルサンプル８１２のマルチチャンネルは、その入出力間で設定可能な量の遅延を与えることのできる第１メモリーバッファ８０５へと提供される。選択的に、第１メモリバッファ８０５は、循環環状バッファとして構成することができる。
【００４６】
デジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）サブシステム８０６は、中間周波数を中心とするマルチチャンネルの広帯域デジタルサンプル８１３を受け取り、それらを、さらに帯域通過フィルターが掛けられ、かつ、周波数変換されてその出力サンプルレートが低減されたベースバンド同相直交サンプルへと変換する。結果としてＤＤＣは、チャンネルの帯域幅とより一致するように低減されたサンプルレートを有する特定帯域幅の特定チャンネルへの調整を可能とする。ＤＤＣサブシステム８０６は、多数のＤＤＣを所持する。ＤＤＣの数とＲＦ／ＩＦチャンネルとの間には一対一の対応関係があってもよい。あるいは、単一の帯域ＲＦ／ＩＦチャンネルから導き出された多数の狭帯域周波数チャンネルの受信を許容する単一のＲＦ／ＩＦチャンネルへ多数のＤＤＣを割り当てることもできる。ＤＤＣサブシステム８０６のデジタル出力８１４は、第２メモリバッファ８０７を入力する。デジタルサンプル８１４のマルチチャンネルは、その入出力間で設定可能な量の遅延を与えることのできる第２メモリバッファ８０７へと提供される。それは選択的に、過渡信号発生後のジオロケーションを許容する循環バッファとして振舞うことができる。
【００４７】
ＤＳＰサブシステム８０８は、ＤＤＣサブシステム８０６により生成されるようなバッファメモリ８０７からのデジタルサンプル８１５を取得し、種々の方法でそのサンプルを処理する。その処理種別には、以下を含むことができる。
○検知
○復調
○相互関連付け
○拡散／逆拡散
○符号化／復号化
○等化
○信号再構築
○位置判定
制御プロセッササブシステム８０９は、センサー局のための外部世界への外部インターフェース８２０として振る舞い、受信機の内部デジタルインタフェース８１７、８１８、および８１９を介して指令および情報の送受信を行う。さらに制御プロセッササブシステム８０９は、受信機８０１内の各サブシステムおよびセンサー局内のその他のサブシステムを構成する。
【００４８】
センサー局間の時間同期、および選択的に周波数同期を行うことがジオロケーションにおいて重要である。クロック同期サブシステム８１０は、参照センサーの場合にはタイミング受信機により提供され、ブラインドセンサーの場合はメッシュ通信送受信機を介して中央ノードから提供される時間および周波数参照を受け取り、受信機８０１内のその他のサブシステムのために必要なタイミング信号８１６を生成する。
【００４９】
さらに制御プロセッササブシステム８０９は、受信機、タイミング受信機／サーバ、およびメッシュ通信送受信機内の各サブシステムを構成する。
【００５０】
センサー局および中央ノードの双方で使用されるダイバーシティタイミング、位置、および周波数同期受信機サブシステムの主要な機能要素を図９に描いた。ダイバーシティ受信機（時間および周波数同期ユニット）９０１は、ジオロケーションネットワーク内のセンサー局の定位および同期に使用する場所、時間、および周波数参照を生成する。図９に示すように、ダイバーシティ受信機９０１は、関連アンテナ９０４を備えた衛星放送受信機９０２、関連アンテナ９０５を備えた地上波放送受信機９０３を有する第２受信機サブシステム、コントロール９１１およびデータ９１２デジタルリンクを介して衛星放送受信機９０２に連結され、コントロール９１３およびデータ９１４デジタルリンクを介して地上波放送受信機９０３に連結された共通プロセッサプラットフォーム（ＣＰＰ）９０６とを含む。さらにＣＰＰは、ＣＰＰが制御リンク９１５を介して繋がり、データリンク９１６を介して読取を行う参照発振器９０７と関連付けられる。
【００５１】
ダイバーシティ受信機９０１は、少なくとも１つのアンテナ列、好ましくは受信機９０２および９０３のそれぞれにつき１つずつのアンテナ９０４および９０５が備えられる。
【００５２】
衛星放送受信機サブシステム９０２は、データ９１２デジタルリンクを介してＣＣＰへ、測位に使用する安定的な時間参照と信号情報とを提供する。地上波放送受信機９０３もまた、関連のデジタルデータリンク９１４を使用してＣＣＰへ、測位に使用する時間参照と信号情報とを提供する。
【００５３】
さらにＣＣＰは、衛星９０２および地上波受信機９０３により提供された信号情報を使用して、ダイバーシティ受信機９０１のためのシステム時間、周波数参照、および位置データを定式化する。データリンクは、システム時間９０８、周波数参照９０９、および位置データ９１０をセンサー局または中央ノードのその他のサブシステムへと出力する。
【００５４】
ダイバーシティ受信機のより具体的な実施例において、地上波放送受信機はＨＤＴＶ受信機を備える。地上波放送受信機サブシステムは、放送局位置、チャンネル割り当て、およびタイミング特性とパラメータを含む補助情報を通信する補助信号を受信するためのアンテナを有してもよい。代替または追加として、地上波放送受信機は、放送局位置、チャンネル割り当て、およびタイミング特性とパラメータを含む補助情報を受信するための補助情報インターフェースを有してもよい。本例において、補助情報インターフェースは、地上波受信機を地上側補助サーバまたはネットワークに連結するよう構成されている。
【００５５】
さらに他の実施例において、ダイバーシティ受信機はさらに、第３リンク手段を介してＣＰＰに対して動作可能に連結されたＧＮＳＳ受信機を備えた第２受信機サブシステムを備える。第２受信機サブシステムは、第３リンク手段を介してＣＰＰに、第２安定時間、周波数参照、および位置情報を提供する。ＧＮＳＳ受信機は、ＧＮＳＳ受信機の位置推定と時間および周波数参照との精度に係る感度、初期位置参照時間ＴＦＦＦ、および精度を向上させるために使用される、衛星群軌道情報と、クロックドリフト、大気信号遅延、および電離層遅延の補正に使用されるその他の情報とを提供するＧＮＳＳ補助信号を受信するための補助情報インターフェースを有してもよい。またＧＮＳＳ受信機は、地上側補助サーバまたはネットワークからの補助情報を受信するための補助情報インターフェースを有してもよい。さらに、ＧＮＳＳ受信機は、センサーが自身の位置につき既知である場合におそらく手動調査によって時間および周波数参照が提供され、ただ１つのＧＮＳＳ衛星信号が有効である静的タイミングモードで動作するよう構成されてもよく、ＣＰＰは、固定時間、信号品質、またはオペレータの選択に基づいて一次および二次受信機サブシステムを指定するよう構成されてもよい。
【００５６】
さらに他の実施例において、ダイバーシティ受信機は、ＣＰＰにたいして動作可能に連結された参照発振器を有し、ＣＰＰは、第１および第２受信機サブシステムと通信して受信機サブシステムから安定時間信号を受信し、少なくとも１つの時間信号を参照発振器の規制に使用するよう構成される。またＣＰＰはさらに、第１および第２受信機サブシステムの一方を選択するか、または同受信機サブシステムにより提供された情報を混成してセンサーに提供すべき最適時間参照、周波数参照、およびタイムスタンプを生成するよう構成される。
【００５７】
図１０は、中央ノード１００１の主要な機能サブシステムの詳細を概略的に描いたものである。中央ノード１００１の主要機能は、ジオロケーションネットワークにおけるセンサー局の主要コントローラである。中央ノード１００１は、その内部のセンサー局と設計上非常に類似しており、高感度ダイバーシティタイミング受信機１００６と、タイミングサーバ１００３と、メッシュネットワーク通信送受信機／擬似衛星要素１００４とを所持する。
【００５８】
定位プロセッサゲートウェイ（ＬＰＧ）サブシステム１００２は、直接的な無線接続か、または直接的な無線接続を有さない場合には他のセンサー局を介した中継によってジオロケーションネットワーク内の各センサーと通信を維持する、中央ノード１００１に特有のものである。ＬＰＧ１００２は、展開された各センサー局の状態をモニターして、以下の判定を行う。
−参照センサーであるか、ブラインドセンサーであるか。
−中央ノードに対して直接的に接続されるか、間接的に接続されるか。
−３つ以上の参照センサーに対して直接的に接続されるか。
−自身の位置について既知であるか。
−時間同期されているか。
−受信機および信号処理リソースの状態はどうか。
【００５９】
定位プロセッサゲートウェイ１００２は、その他外部ノードからの外部インターフェースから、または、自己トリガリング機構によりネットワーク内のセンター局のいずれかからのメッセージにより、特定送信機のジオロケーションを始動する。例えば信号レベル閾値は、１つ以上のセンサー局に対する特定のＲＦチャンネルに設定可能である。センサー局により検知された信号レベルがセンサーにおいて事前設定した閾値を超える場合、メッセージは中央ノードへ送付され、同送信機のジオロケーションのトリガを掛ける。中央ノードの定位プロセッサゲートウェイは、そのステータスに応じて適切なセンサー局にタスクを課す。
【００６０】
ジオロケーションのトリガが外的または内的に掛けられると、中央ノード１００１は、適切なセンサー局にタスクを課し、関心対象送信機の信号を取得させ、収集された信号の特性を測定させ、中央ノード１００２に対して収集した信号およびタイミング情報を返させる。中央ノード１００１は、関心対象送信機の位置計算を行い、外部実体に対して計算した位置を提供し、局所的にそれを表示し、かつ／または、後の後処理のためにそれをデータベース（図示せず）に記録する。
【００６１】
ブラインドセンサーの位置判定および時間同期は、３つ以上の参照センサー局からの同ブラインドセンサーまでの距離を把握することによって達成される。この情報により、これらの距離をブラインドセンサーの位置に係る関数として同時に表現する数式セットを解くことができる。これらの距離は、Ｎが３より大きい場合にＮ個の参照センサー局について、以下の数式で表現可能である。
【００６２】
【数１】
2013539010.tif 000003
【００６３】
参照センサー局の位置は、１からＮまでのｉについて（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）である。ブラインドセンサーの位置は（ｘ、ｙ、ｚ）である。この数式セットを同時に解く方法は多くある。ある一般的な方法としては、測定距離ｄｉと位置（ｘ、ｙ、ｚ）の関数である距離モデルとの間の差の二乗の和を最小化する方法がある。その量、すなわち（ｘ、ｙ、ｚ）を判定するために最小化される計量値は、以下の数式で表現される。
【００６４】
【数２】
2013539010.tif 000004
【００６５】
図式的には、この式の解は、代表参照センサーからブラインドセンサーまでの距離として半径を与えられた各参照センサー局を中心とする３つの球の唯一の交差として視覚化することができる。
【００６６】
参照センサーからブラインドセンサーまでの距離は、参照センサーにより送信された信号からブラインドセンサーまでの伝播時間を測定することにより判定することができる。これは、ＧＮＳＳ（米国における既存の全地球測位システム（ＧＰＳ）端末等の全地球航法衛星システム）端末により、ＧＮＳＳ衛星および擬似衛星が端末に送信された無線波形に自らの位置および送信時間を組み込んだ位置を使用する技術である。ＧＮＳＳ端末はその後、自身の局所クロックについて、送信を受信した時間に着目する。電磁波は一定速度で伝播するため、測定した伝播時間は、電磁波の伝播速度としてｃと表権された光速により乗じることで距離に変換することができる。この変換された距離は、衛星クロックと端末クロックとが時間同期されている場合、同衛星から同端末までの補正距離となる。しかしそれらは時間同期されていないため、測定値から求めるべき変数に対してクロックオフセットが加算されなければならない。このクロックオフセットは、全測定値に共通である。さらに、クロックオフセットを解くことにより、効果的にブラインドセンサーを参照センサー局へと時間同期する。式は以下の通りである。
【００６７】
【数３】
2013539010.tif 000005
【００６８】
また、ブラインドセンサーの位置（ｘ、ｙ、ｚ）および局所クロックオフセットＣＯを解くべく、以上の式を同時に解くことのできる方法は多い。１つの一般的な方法として、測定距離およびクロックオフセットの和ＣＴｉと、センサーの位置（ｘ、ｙ、ｚ）およびそのクロックオフセットＣＯの関数である距離モデルとの間の差の二乗の和を最小化する方法がある。その量、すなわち、（ｘ、ｙ、ｚ）およびＣＯを判定するために最小化される計量値は、以下の数式により表現される。
【００６９】
【数４】
2013539010.tif 000006
【００７０】
一部のブラインドセンサー局は、３つ以上の参照センサー局と直接的な無線バックホール接続を有さないことがある。このような場合、これらは「欠陥性」のセンサー局と呼ぶ。しかしながら、欠陥性（欠陥性センサー局とは、３つ未満の電磁波接続という制約の加えられたブラインドセンサー局である）センサー局の位置は依然として、その他のセンサー局からの無線バックホール送信を受信してその送信時間を測定することにより判定を行い、ジオロケーションネットワークへと時間同期されてもよい。
【００７１】
この欠陥性センサーの状況は、図１１において２次元ＴＤＯＡの場合が描かれている。３次元定位が望まれる場合、または混成ＴＤＯＡ／ＡｏＡ技術が使用される場合、追加のセンサー局および／または特別なアンテナ装備が必要である。
【００７２】
図１１において、参照センサー局は群１１０１、１１０２、および１１０３として描かれている。センサー局同士の無線接続、すなわち無線バックホールも、１１０７、１１０８、１１０９、１１１０、１１１１、１１１２、１１１３、１１１４、および１１１５として示されている。図１１を参照して説明すると、ジオロケーションネットワーク内のセンサー局総数は６であり、３つの参照センサー局と３つのブラインドセンサー局とがある。各欠陥性センサーは、図１１に示されるような直接接続を有するすべてのセンサーからの送信時間測定を行う。参照センサーのクロックオフセットは０となる。
【００７３】
例えば、センサー「δ」１１０６が欠陥性センサーであり、参照センサー局「α」１１０１および「β」１１０２と直接接続１１０８および１１０９を有し、欠陥性センサー局「ε」１１０４および「φ」１１０５と直接接続１１１４および１１１５を有する。したがって、このセンサー１１０６と、位置およびクロックオフセットに関連して導きだされた式とで、４つの測定を行うことができる。それらは、以下のとおりである。
【００７４】
【数５】
2013539010.tif 000007
【００７５】
センサー局「α」１１０１および「β」１１０２は参照センサー局であり、その位置（ｘα、ｙα）および（ｘβ、ｙβ）が既知で、そのクロックオフセットはゼロである。センサー局「δ」１１０６、「ε」１１０４、および「φ」１１０５は欠陥性センサー局であるため、その位置（ｘδ、ｙδ）（ｘε、ｙε）および（ｘφ、ｙφ）が未知であり、またそのクロックオフセットＣδ、Ｃε、およびＣφも未知である。この４つの式／測定セットにおいて９つの未知数があることに注目する。これらの未知数を一意的に判定するのに十分な式がない。これは、直接的な無線バックホール接続のあるセンサー局で、欠陥性センサー局「ε」１１０４および「φ」１１０５の想定を行うことにより改善できる。このようにすると、さらに８つの式をもたらすことになっていくらか冗長ではあるものの、これ以上の未知数を導くことがないため、その未知数を一意的に解くのに十分な情報を提供することができる。
【００７６】
未知数を求めるべく、この数式セットを同時に解くことができる方法は多い。１つの一般的な方法として、測定距離およびクロックオフセットの和ＣＴｉ、ｊと、位置（ｘｊ、ｙｊ）およびクロックオフセットＣｊの関数である距離モデルとの差の二乗の和を最小化する方法がある。数学的には、Ｍ個の参照センサー局とＮ個の欠陥性センサー局との総数Ｍ＋Ｎ個のセンサー局がある場合、最小化されるこの計量値は以下のように書くことができる。
【００７７】
【数６】
2013539010.tif 000008
【００７８】
ここでｊ∈Ｐ（ｉ）は、直接的な無線バックホール接続のあるセンサー局ｊのセットを表す。
【００７９】
図１２は、センサー局初期化の一例を描いたものである。センサー局は、オンライン１２０１になると、保存された構成データ１２０２のチェックを行う。保存された構成データ１２０２は、静的位置でもよいし、または前回の既知位置であってもよい。前回の既知位置の利用可能性、すなわち有効性がテストされる１２０３。
【００８０】
保存された構成データが有効と見做されると、センサー局は、利用可能な衛星（例えばＧＰＳシステム／ＷＡＡＳ）放送または地上波航法放送から現在のシステム時刻１２０７の判定を試みる。保存された構成データがテストにより無効とされた場合（オペレータによるフラグ付け、古い、不十分、入力されていない等）、センサー局は、自身の位置受信機および利用可能な衛生放送を使用して自己定位を試みる１２０４。保存した構成から、または衛星および地上波航法放送により有効な位置が取得できない場合１２０５、代替定位手段１２０９が試みられる。代替定位手段１２０９は、（民間の高解像度テレビ（ＨＤＴＶ）放送または／またはその他の地上波ビーコンの使用等）無線手段、またはセンサー局位置の手動入力リクエストの双方を含む。センサー局は選択的に、補助情報を取得し、衛星放送１２０６（支援全地球航法衛星システム測位（Ａ−ＧＮＳＳ））および地上波航法放送（広域補強システム（ＷＡＡＳ））を使用して自己定位を再試行する。
【００８１】
保存した構成データ、衛星および／または地上波航法放送、または代替定位手段を使用してセンサー局位置を見出すことができ、時間同期がなされた場合、そのセンサー局は参照局２０１０と見做されるか、さもなければ、自身の位置に関する知識を持ち合わせず、ジオロケーションネットワークと時間同期されていないブラインド局と見做される１２１７。
【００８２】
参照局と見做した場合、そのセンサー局は自身の無線送受信機を初期化し、その他のセンサー局のスキャンを行う１２１２。そして発見されたその他すべての局が、直接接続によってセットアップされる１２１３。その後、センサー局は中央ノードへと接続する１２１４。中央ノードは、センサー局のジオロケーションリソースのステータス（例えば、自己定位精度、直接接続の信号品質）を査定する１２１５。その後、中央ノードは、センサー局がオンラインであり、定位の試行を行う準備ができていると見做す。
【００８３】
センサー局がブラインドセンサーであると見做された場合１２１７、そのブラインドセンサー局はその無線送受信機を初期化し１２１８、その他のセンサー局のスキャンを行う。同ブラインドセンサーによって発見されたいずれの局も、直接接続によってセットアップされる１２１９。ブラインドセンサーは、参照センサー局と見做されたセンサー局につき、発見されたセンサー局のポーリングを行う。
【００８４】
３つ以上の参照局との直接接続が存在するためタイミング参照および各参照局の位置が既知である場合に、ブラインドセンサーは、参照センサー局からの信号を受信し１２２１、参照局の信号送信を使用して自己定位を試みる１２２２。ブラインドセンサーは、参照局の信号送信を使用して自己定位に成功した場合、自らを参照センサーと見做す１２２３。その後、参照センサーは、中央ノードへの接続を確立する１２１４。中央ノードは、センサー局のジオロケーションリソースのステータスを査定する１２１５。そして中央ノードは、センサー局がオンラインであり１２１６、定位試行を行う準備ができているものと見做す。
【００８５】
センサー局がブラインドであると見做された場合１２１７、無線バックホールを初期化し１２１８、自己定位１２２０に必要な３つ以上の参照局を除く他のセンサー局への直接接続を確立することができ１２１９、ブラインドセンサーは、全接続を測定し１２２４、中央ノードへの接続を確立する１２２５。そしてブラインドセンサー局は、各直接接続にかかる測定値を中央ノードへと提供する１２２６。中央ノードが各センサー局のタイミングおよび位置に係る知識を使用してブラインドセンサー局の定位および時間オフセットを展開できない場合、同局はオフラインと見做される１２２８。ブラインドセンサー局の定位および時間オフセットが判定できる場合、中央ノードは、センサー局のジオロケーションリソースのステータス１２１５を査定する。そして中央ノードは、センサー局がオンラインであり１２１６、定位試行を行う準備ができているものと見做す。
【００８６】
まとめ
本発明の真の範囲は、本明細書に開示した現段階での好適な実施形態に限定されるものでない。したがって限定する旨の明示のない限り、以下の請求項の保護範囲は、以上に述べた特定の実施形態に限定されることを意図するものでない。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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