(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスの位置を屋内空間の床配置図と位置合わせする方法であって、
少なくとも３つのアクセスポイント（ＡＰ）から受信されたＷｉＦｉ信号の強度を用いて前記デバイスの粗い位置を特定する、前記床配置図の一部を求めることであって、各ＡＰの位置は、前記床配置図と位置合わせされることと、
少なくとも１つの音響信号の伝播時間を用いて、前記デバイスと、前記床配置図と位置合わせされた少なくとも１つのオブジェクトとの間の少なくとも１つの距離を求めることと、
前記オブジェクトからの前記距離において前記床配置図の前記一部内の前記デバイスの前記位置を位置合わせすることと、
を含み、
前記方法の少なくとも幾つかのステップは、プロセッサを用いて行われ、
前記距離を前記求めることは、パッシブ測距を使用し、
開始時刻において前記デバイスのスピーカーから前記音響信号を送信することと、
第１の終了時刻において、前記デバイスの第１のマイクロフォンによって、前記オブジェクトから前記音響信号の第１の反射を受信することと、
第２の終了時刻において、前記デバイスの第２のマイクロフォンによって、前記オブジェクトから前記音響信号の第２の反射を受信することと、
前記開始時刻と前記第１の終了時刻との間の、前記音響信号の前記第１の反射の伝播時間を用いて前記オブジェクトへの第１の距離を求めることと、
前記開始時刻と前記第２の終了時刻との間の、前記音響信号の前記第２の反射の伝播時間を用いて前記オブジェクトへの第２の距離を求めることと、
前記第１の距離、前記第２の距離、及び前記第１のマイクロフォンと前記第２のマイクロフォンとの間の距離を用いて、前記デバイスと前記オブジェクトとの間の前記距離、及び前記デバイスから前記オブジェクトへの方向の角度を求めることと、
を含み、
前記方法は、
前記オブジェクトの表面上の異なる点から反射された前記音響信号の複数の反射を受信することと、
前記デバイスに対して前記オブジェクトの前記異なる点の位置を求めることと、
前記位置をクラスタリングして前記オブジェクトの形状を求めることと、
前記オブジェクトの前記形状を前記床配置図の前記一部の要素の形状とマッチングして、前記オブジェクトを前記床配置図と位置合わせすることと、
を更に含む、
方法。
【請求項２】
前記距離を前記求めることは、
前記デバイスと、前記床配置図と位置合わせされた第１の位置に位置する第１のオブジェクトとの間の第１の距離を求めることと、
前記デバイスと、前記床配置図と位置合わせされた第２の位置に位置する第２のオブジェクトとの間の第２の距離を求めることと、
を含み、
前記位置合わせすることは、
前記床配置図の前記一部内で、前記第１の位置を中心とする第１の半径の第１の円と前記第２の位置を中心とする第２の半径の第２の円との共通部分の位置を求めることと、
前記共通部分の前記位置において前記デバイスの前記位置を位置合わせすることと、
を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
デバイスの位置を屋内空間の床配置図と位置合わせする方法であって、
少なくとも３つのアクセスポイント（ＡＰ）から受信されたＷｉＦｉ信号の強度を用いて前記デバイスの粗い位置を特定する、前記床配置図の一部を求めることであって、各ＡＰの位置は、前記床配置図と位置合わせされることと、
少なくとも１つの音響信号の伝播時間を用いて、前記デバイスと、前記床配置図と位置合わせされた少なくとも１つのオブジェクトとの間の少なくとも１つの距離を求めることと、
前記オブジェクトからの前記距離において前記床配置図の前記一部内の前記デバイスの前記位置を位置合わせすることと、
を含み、
前記方法の少なくとも幾つかのステップは、プロセッサを用いて行われ、
前記距離を前記求めることは、アクティブ測距を使用し、
開始時刻において前記デバイスのスピーカーから第１の音響信号を送信することと、
終了時刻において前記デバイスのマイクロフォンによって第２の音響信号を受信することであって、前記第２の音響信号は、前記第１の音響信号を受信することに応答して前記オブジェクトによって送信されることと、
前記デバイスのＷｉＦｉ送受信機を介して、前記オブジェクトにおける前記第１の音響信号の受信と前記オブジェクトによる前記第２の音響信号の送信との間の時間遅延を特定する遅延期間を受信することと、
前記音響信号の前記伝播時間を、前記開始時刻と前記終了時刻との間の時間から前記遅延期間を減算した時間として求めることと、
を含む、
方法。
【請求項４】
前記デバイスの前記マイクロフォンによって前記第１の音響信号を検出する時刻において、前記開始時刻を求めることと、
前記デバイスの前記マイクロフォンによって前記第２の音響信号を検出する時刻において、前記終了時刻を求めることと、
を更に含む、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記オブジェクトは、前記粗い位置を求めるのに用いられる前記ＡＰである、
請求項３に記載の方法。
【請求項６】
デバイスの位置を屋内空間の床配置図と位置合わせするデバイスであって、
ＷｉＦｉ信号を送信及び受信し、少なくとも３つのアクセスポイント（ＡＰ）から受信した少なくとも３つのＷｉＦｉ信号の強度を求めるＷｉＦｉ送受信機であって、各ＡＰの位置は、前記床配置図と位置合わせされる、ＷｉＦｉ送受信機と、
音響信号を送信及び受信する音響送受信機であって、音響信号の伝播時間を用いて、前記デバイスと、前記床配置図と位置合わせされた少なくとも１つのオブジェクトとの間の少なくとも１つの距離を求める、音響送受信機と、
前記床配置図と位置合わせされた前記ＡＰから受信された前記受信ＷｉＦｉ信号の前記強度を用いて、前記デバイスの粗い位置を特定する前記床配置図の一部を求め、前記オブジェクトからの前記距離において、前記床配置図の前記一部内の前記デバイスの前記位置を位置合わせするプロセッサと、
を備え、
前記音響送受信機は、
開始時刻において前記デバイスのスピーカーから前記音響信号を送信するステップと、
第１の終了時刻において、前記デバイスの第１のマイクロフォンによって、前記オブジェクトから前記音響信号の第１の反射を受信するステップと、
第２の終了時刻において、前記デバイスの第２のマイクロフォンによって、前記オブジェクトから前記音響信号の第２の反射を受信するステップと、
前記開始時刻と前記第１の終了時刻との間の、前記音響信号の前記第１の反射の伝播時間を用いて前記オブジェクトへの第１の距離を求めるステップと、
前記開始時刻と前記第２の終了時刻との間の、前記音響信号の前記第２の反射の伝播時間を用いて前記オブジェクトへの第２の距離を求めるステップと、
前記第１の距離、前記第２の距離、及び前記第１のマイクロフォンと前記第２のマイクロフォンとの間の距離を用いて、前記デバイスと前記オブジェクトとの間の前記距離、及び前記デバイスから前記オブジェクトへの方向の角度を求めるステップと、
を実行することによってパッシブ測距を用いて前記距離を求め、
前記音響送受信機は、
前記オブジェクトの表面上の異なる点から反射された前記音響信号の複数の反射を受信するステップと、
前記デバイスに対して前記オブジェクトの前記異なる点の位置を求めるステップと、
前記位置をクラスタリングして前記オブジェクトの形状を求めるステップと、
前記オブジェクトの前記形状を前記床配置図の前記一部の要素の形状とマッチングして、前記オブジェクトを前記床配置図と位置合わせするステップと、
を実行することによって前記オブジェクトを前記床配置図と位置合わせする、
デバイス。
【請求項７】
前記音響送受信機は、前記音響信号を送信するスピーカーと、前記音響信号の少なくとも１つの反射を受信するマイクロフォンとを備える、
請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
デバイスの位置を屋内空間の床配置図と位置合わせするデバイスであって、
ＷｉＦｉ信号を送信及び受信し、少なくとも３つのアクセスポイント（ＡＰ）から受信した少なくとも３つのＷｉＦｉ信号の強度を求めるＷｉＦｉ送受信機であって、各ＡＰの位置は、前記床配置図と位置合わせされる、ＷｉＦｉ送受信機と、
音響信号を送信及び受信する音響送受信機であって、音響信号の伝播時間を用いて、前記デバイスと、前記床配置図と位置合わせされた少なくとも１つのオブジェクトとの間の少なくとも１つの距離を求める、音響送受信機と、
前記床配置図と位置合わせされた前記ＡＰから受信された前記受信ＷｉＦｉ信号の前記強度を用いて、前記デバイスの粗い位置を特定する前記床配置図の一部を求め、前記オブジェクトからの前記距離において、前記床配置図の前記一部内の前記デバイスの前記位置を位置合わせするプロセッサと、
を備え、
前記音響送受信機は、
開始時刻において前記デバイスのスピーカーから第１の音響信号を送信するステップと、
終了時刻において前記デバイスのマイクロフォンによって第２の音響信号を受信するステップであって、前記第２の音響信号は、前記第１の音響信号を受信することに応答して前記オブジェクトによって送信される、ステップと、
前記デバイスのＷｉＦｉ送受信機を介して、前記オブジェクトにおける前記第１の音響信号の受信と前記オブジェクトによる前記第２の音響信号の送信との間の時間遅延を特定する遅延期間を受信するステップと、
前記音響信号の前記伝播時間を、前記開始時刻と前記終了時刻との間の時間から前記遅延期間を減算した時間として求めるステップと、
を実行することによってアクティブ測距を用いて前記距離を求める、
デバイス。
【請求項９】
前記オブジェクトは、前記粗い位置を求めるのに使用される前記ＡＰである、
請求項８に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、屋内位置同定（indoor localization：屋内測位）に関し、より詳細には、受信信号強度（ＲＳＳ）測定の拡張を用いたデバイスの教師なし（unsupervised：監督されていない）位置同定に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）等の無線ネットワークが広く用いられている。ＷＬＡＮ等の無線通信ネットワークにおいて無線機の位置を同定することによって、位置ベースサービス及び位置認識管理等の新しく高度な機能が可能になる。位置ベースサービスは、例えば、無線デバイスの位置同定又は追跡、デバイス、例えばＷＬＡＮの無線局に最も近いプリンターの指定、及びその位置に基づく無線デバイスの制御を含む。
【０００３】
衛星ベースの全地球測位システム（ＧＰＳ）を用いた正確な屋内位置同定は、実現するのが困難である。なぜならば、ＧＰＳ信号は、当該信号が屋根、床、壁及び家具等の障害物を通って伝播するときに減衰されるからである。その結果、信号強度は過度に低下し、屋内環境では位置同定ができなくなる。
【０００４】
同時に、コンピューター、スマートフォン、ステレオ、及びテレビ等の種々のデバイス内に組み込まれたＷｉＦｉ無線周波数（ＲＦ）チップセットの非常に大きな発展によって、既存のＷｉＦｉ信号、すなわち、電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）８０２．１１標準規格に基づいた任意の信号に基づく又はこの信号を利用した、ＷｉＦｉ装備デバイスの屋内位置特定（indoor location）方法の必要性が喚起されている。例えば、ＷｉＦｉ技術は、電子デバイスが、主に２．４ギガヘルツ（１２ｃｍ波長）ＵＨＦ無線帯域幅及び５．８ギガヘルツ（５．１ｃｍ波長）ＳＨＦ無線帯域幅を用いてネットワーク接続することを可能にする。
【０００５】
屋内位置同定の幾つかの方法は、信号強度測定を用い、受信信号電力が距離の可逆関数であることを前提とし、したがって、受信電力の情報が、信号の送信機からの距離を意味する。他の方法は、機械学習の進歩とともにＷｉＦｉデバイスの大規模な展開を更に利用することを試み、自己位置同定及びマッピングとともにフィンガープリンティングを提案するものである。
【０００６】
しかしながら、屋内位置同定について専ら従来のＷｉ−Ｆｉチップセットに依拠した上記方法は、Ｗｉ−Ｆｉチップセットから取得される測定された受信信号強度（ＲＳＳ）レベルを用いる。それらの方法はトレーニングを必要とし、このトレーニングは、屋内環境においてオフラインでＲＳＳレベルを測定することを含む。これらの測定値は、その後、オンラインの使用中に位置同定方法に供給される。
【０００７】
このトレーニングに伴う１つの限界は、オフライン測定が信頼できないことが多いということである。これは、環境内のＲＳＳレベルが、例えば、占有者の数、家具の配置及びＡＰの位置の変化に起因して時間とともに動的に変動するからである。これは、環境が変化するごとにトレーニングを繰り返す必要があることを意味する。そのため、トレーニングが行われた後であっても、ＲＳＳレベルに基づいて求められたＷｉＦｉデバイスの位置は、幾つかの用途の場合には不正確である。
【０００８】
したがって、教師なし方法で、すなわち、トレーニングを伴わずに、ＲＳＳベースの位置同定を行い、目標精度でのデバイスの位置同定を達成することが所望されている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の幾つかの実施の形態の目的は、屋内空間内に位置するＷｉＦｉ装備デバイスの場所を求めるのに適したシステム及び方法を提供することである。幾つかの実施の形態の更なる目的は、屋内空間の床配置図上のそのようなデバイスの場所を目標精度で求めることであり、例えば、誤差の許容範囲は、２メートル未満である。
【００１０】
本発明の幾つかの実施の形態は、異なるＷｉＦｉ送受信機から受信されたＷｉＦｉ信号の強度を使用する位置同定方法は、不正確であり、デバイスの付近の場所しか提供することができないという認識に基づいている。しかしながら、ＷｉＦｉ送受信機の位置が屋内空間の床配置図と位置合わせされる場合、これらの位置同定方法を用いて、床配置図に対するデバイスの大域的な場所を、目標精度よりも低い精度ではあるが、推定することができる。
【００１１】
本発明の幾つかの実施の形態は、ＷｉＦｉ信号の強度を用いた位置同定の不正確性の原因は、少なくとも部分的に、僅かな到達時間の推定誤差が発生する場合であっても大きな場所／範囲の誤差をもたらす、ＷｉＦｉ信号の伝播の速度にあるという理解に基づいている。
【００１２】
したがって、幾つかの実施の形態は、ＷｉＦｉ信号よりも低速で伝播する信号を用いる位置同定方法を用いて、デバイスの場所を目標精度で推定することができるという認識に基づいている。例えば、音響信号の伝播時間（time-of-flight：飛行時間）を用いて、２つのオブジェクト間の距離を正確に推定することができる。
【００１３】
しかしながら、現行の技術水準に起因して、音響信号を用いて床配置図上のデバイスの大域的な位置を求めることは、常に実用的であるとは限らない。そのため、幾つかの実施の形態は、デバイスと、床配置図と位置合わせされた少なくとも１つのオブジェクトとの間の正確な距離を用いて、ＷｉＦｉ信号の強度を用いて求められたデバイスの粗い大域的な位置をアノテートして、床配置図上のデバイスの位置を目標精度で位置合わせすることができるという認識に基づいている。
【００１４】
したがって、本発明の１つの実施形態は、デバイスの位置を屋内空間の床配置図と位置合わせする方法を開示する。本方法は、少なくとも３つのアクセスポイント（ＡＰ）から受信されたＷｉＦｉ信号の強度を用いてデバイスの粗い位置（coarse location）を特定する、床配置図の一部を求めることであって、各ＡＰの位置は、床配置図と位置合わせされることと、少なくとも１つの音響信号の伝播時間を用いて、デバイスと、床配置図と位置合わせされた少なくとも１つのオブジェクトとの間の少なくとも１つの距離を求めることと、オブジェクトからの距離において床配置図の一部内のデバイスの位置を位置合わせすることと、を含む。本方法の少なくとも幾つかのステップは、プロセッサを用いて行われる。
【００１５】
本発明の別の実施形態は、ＷｉＦｉ信号を送信及び受信し、少なくとも３つのアクセスポイント（ＡＰ）から受信した少なくとも３つのＷｉＦｉ信号の強度を求めるＷｉＦｉ送受信機であって、各ＡＰの位置は、床配置図と位置合わせされる、ＷｉＦｉ送受信機と、音響信号を送信及び受信する音響送受信機であって、音響信号の伝播時間を用いて、デバイスと、床配置図と位置合わせされた少なくとも１つのオブジェクトとの間の少なくとも１つの距離を求める、音響送受信機と、床配置図と位置合わせされたＡＰから受信された受信ＷｉＦｉ信号の強度を用いて、デバイスの粗い位置を特定する床配置図の一部を求め、オブジェクトからの距離において、床の一部内のデバイスの位置を位置合わせするプロセッサと、を備える、デバイスを開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の幾つかの実施形態によって利用される、拡張された位置同定の幾つかの原理を示す概略図である。
【図１Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による、受信信号強度（ＲＳＳ）測定を用いる粗い位置同定の概略図である。
【図１Ｃ】本発明の１つの実施形態による、ＲＳＳレベルを用いてデバイスの位置を求める方法の概略図である。
【図１Ｄ】本発明の１つの実施形態による、粗い位置同定をアノテートするようにデバイスによって送信される音響信号の概略図である。
【図１Ｅ】本発明の１つの実施形態による、デバイスの位置を屋内空間の床配置図と位置合わせする方法のブロック図である。
【図１Ｆ】本発明の１つの実施形態による、複数のオブジェクトからデバイスへの複数の距離を求め、この複数の距離を用いてデバイスの位置を位置合わせする一例示の方法のブロック図である。
【図２】本発明の幾つかの実施形態によるデバイスのブロック図である。
【図３Ａ】面積要素のグリッドのグラフィックオーバーレイを含むユーザーインターフェースの一例である。
【図３Ｂ】閉鎖環境の建築構造を表すグラフィックオーバーレイを含む、ユーザーインターフェースの別の例である。
【図４】本発明の１つの実施形態による、アクティブ測距（active ranging）の場合のデバイスの構造の概略図である。
【図５Ａ】本発明の１つの実施形態による、アクティブ測距中に交換される信号の概略図である。
【図５Ｂ】１つの実施形態による、アクティブ測距を用いて距離を求めるための、デバイスによって行われる方法のブロック図である。
【図６】本発明の幾つかの実施形態による、パッシブ測距（passive ranging）を行うデバイスの構造の概略図である。
【図７】本発明の１つの実施形態による、パッシブ測距を用いて距離を求める方法のブロック図である。
【図８】本発明の１つの実施形態による、音響信号の反射の到達の距離及び角度の双方を探索して求める、概略図である。
【図９】本発明の幾つかの実施形態による、オブジェクトを床配置図と位置合わせする方法のブロック図である。
【図１０】１つの実施形態による、デバイスに対するオブジェクトの異なる点の位置を表す一例示のデータセットの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１Ａは、本発明の幾つかの実施形態によって利用される拡張された位置同定の幾つかの原理を示す概略図を示している。幾つかの実施形態は、ＷｉＦｉ送受信機からの受信ＷｉＦｉ信号の強度を用いてデバイスの粗い位置１０２を求める。ＷｉＦｉ送受信機の位置は、屋内空間の床配置図１０１と位置合わせされる。したがって、粗い位置１０２は、床配置図に位置合わせされた位置である。しかしながら、粗い位置は不正確であることに起因して、位置１０２は、精密な位置ではなく、床配置図の一部を画定する。例えば、床配置図１０１に従って、屋内空間は、１、２、３、４、５、６、７、８及び９と順に番号を振られた９つの部屋を含む。粗い位置１０２は、デバイスが床配置図１０１上の部屋２に位置することを示すことはできるが、デバイスが部屋２内で厳密に位置する場所を特定することはできない。
【００１８】
したがって、幾つかの実施形態は、音響信号を用いてデバイスの位置を目標精度で求める。例えば、幾つかの実施形態は、部屋の壁からの距離１０４及び１０６に基づいてデバイスの正確な位置１０３を求めることができる。この位置１０３は正確であるがこの部屋にローカルであり、すなわち、位置１０３はこの部屋とのみ位置合わせされるが床配置図上の部屋の位置は未知である可能性がある。したがって、本発明の幾つかの実施形態は、大域的な位置１０２を局所的な位置１０３と組み合わせる（１０５）ことによって、ＷｉＦｉ位置同定を音響位置同定で拡張して、床配置図上のデバイスの位置を目標精度で求める。
【００１９】
図１Ｂは、本発明の幾つかの実施形態による、受信信号強度（ＲＳＳ）測定を用いた粗い位置同定の概略図を示している。これらの実施形態は、アクセスポイント（ＡＰ）１１０を用いて閉鎖環境１００におけるデバイス１２０の位置を求める。種々の実施形態では、デバイス１２０及びＡＰ１１０は、ＷｉＦｉ送受信機を備える。この閉鎖環境は、例えば、壁１４０、家具等の複数の障害物を有する住宅、ビル、地下空間、更にはアーバンキャニオン等の内部とすることができる。デバイスは、例えば、モバイルロボット、スマートフォン、ポータブルコンピューター及びスマートフォンとすることができる。１つの実施形態では、デバイスは、未知のパス１５０に沿って移動する。デバイスの位置が求められた後、デバイスをその現在の位置に従って制御することができ、及び／又は他のデバイスを制御するために用いることができる。
【００２０】
本発明の幾つかの実施形態は、閉鎖環境内に配置された一組のアクセスポイント（ＡＰ）によって送信された信号の受信信号強度（ＲＳＳ）レベルを測定することによって、デバイスの粗い位置同定を行う。例えば、１つの実施形態は、ＲＳＳレベルのパスロスモデルを用いる。対数距離パスロスモデルは、信号が閉鎖環境において遭遇するパスロスを距離の関数として予測する無線伝播モデルである。このモデルによれば、特定のＡＰによって送信された受信基準信号のＲＳＳレベルは、ＡＰまでの距離と、関連付けられたパスロス指数とに依存する。パスロス指数は、例えば、閉鎖環境１００のタイプに基づいて規定することができる。加えて又は代替的に、幾つかの実施形態は、ＲＳＳレベルによって規定された三辺測量共通部分円（trilateration intersecting circles）、及び／又は最小二乗法を用いて粗い位置を求める。
【００２１】
図１Ｃは、本発明の１つの実施形態による、ＡＰ１１０によって送信された基準信号のＲＳＳレベル１２１を用いてデバイス１２０の位置を求める方法を図によって示している。この基準信号は、連続して送信することもできるし、周期的に送信することもできるし、デバイスによる位置同定要求に応答して送信することもできる。デバイスは、閉鎖環境に関連付けられた任意の座標系１６０における未知の位置ｘ  １２２に位置している。この座標系は、２次元とすることもできるし、３次元とすることもできる。
【００２２】
この座標系における第ｊのＡＰ１１０の位置は、ｒｊ１１３として示されている。ここで、ｊ＝１，．．．，Ｎである。ＡＰ  ｊは、このＡＰからの半径距離ｄ０１１１における或る精度１１５を有する基準受信信号強度（ＲＳＳ）レベルＺｊＲ１１２によって特徴付けられる。位置ｒｊと、ＡＰからの距離ｄ０における基準ＲＳＳレベルＺｊＲとは既知である。閉鎖エリアに関連付けられた座標系に対するアクセスポイントの場所は、既知の３次元ベクトルｒ１，ｒ２，．．．，ｒＭである。アクセスポイントから送信された基準信号の測定された受信信号強度（ＲＳＳ）レベルから、未知の場所が推定される。或る位置ｘｎにおいて、測定されたＲＳＳレベルは、ｚ１（ｎ），ｚ２（ｎ），．．．，ｚＭ（ｎ）である。これらの測定値は収集されて、列ベクトルｚ（ｎ）にされる。ここで、ｎ＝１，２，．．．は、或るトラバースされたパスに沿った位置同定要求をインデックス付けする。
【００２３】
位置ｘｎにおけるＲＳＳレベルｚｍ（ｎ）は、パスロスモデルを用いてモデル化され、以下の式によって与えられる。
【数１】
0006573710.tif 000002
ここで、Ｚｍ（Ｒ）は、位置ｒｍにおけるアクセスポイントからの距離ｄ０における基準ＲＳＳレベルであり、ｈｍ（ｎ）は、対応するパスロス指数であり、ｖｍ（ｎ）は、ゼロ平均白色ガウス測定雑音である。複数の、例えば、３つのＡＰからの複数の距離１１１を用いて、デバイスの粗い位置を求めることができる。ＲＳＳに基づく位置推定は、例えば、パスロスモデルの不正確性に起因して、通常粗い。これらの不正確性は、ＲＦエネルギーの材料吸収及びマルチパス干渉から生じ、これらは環境に特有であることから、モデル化するのが困難である。
【００２４】
図１Ｄは、本発明の１つの実施形態による、粗い位置同定をアノテートするようにＡＰ１１０及び／又はデバイス１２０によって送信された音響信号１３０の概略図を示している。この実施形態では、音響信号は、位置特定目的で用いることができるチャープ信号である。例えば、幾つかの実施態様は、周波数が経時的に増加（アップチャープ）又は減少（ダウンチャープ）する音響信号である、線形チャープを用いる。そのような信号は、レーダー及びソナーの用途においては一般的である。しかしながら、一般的に、音響波形がリンクの両端において既知である場合、任意の音響波形が送信機と受信機との間の距離を求めるのに好適である。
【００２５】
例えば、ＡＰ及びデバイスが共通のタイミングソース、時計へのアクセスを有する場合、音響信号の伝播時間を、音響送受信機のスピーカーによって受信された音響信号と、送信音響信号のテンプレートとの相関を用いて見出すことができる。したがって、相関のピークは、距離ｄ＝τ／ｃにわたって伝播された音響信号によって被った遅延の測定値τであり、ここで、ｄは距離であり、ｃは音速である。
【００２６】
例えば、瞬時周波数ｆ（ｔ）は、時間の線形関数ｆ（ｔ）＝ｆ０＋ｋｔであり、ここで、ｆ０は信号の初期開始周波数であり、定数ｋは最終周波数ｆ１及び信号の持続時間Ｔに依存し、ｋは、ｋ＝（ｆ１−ｆ０）／Ｔのように表すことができる。
【００２７】
幾つかの実施形態は、送信音響信号の以下の定義を用いる。
【数２】
0006573710.tif 000003
ここで、φ０は任意の位相であり、この直前の式は、ｋをこのｋの定義と置き換えることによって取得される。信号ｓ（ｔ）は、その瞬時周波数を、持続時間Ｔ秒にわたってｆ０からｆ１に掃引する。例えば、ｆ１＝１０ｋＨｚの場合、ｆ０＝１００Ｈｚ及び持続時間Ｔ＝０．０１秒である。この場合、ｋ＝（ｆ１−ｆ０）／Ｔは、ｆ１＞ｆ０であるため正の値を取り、信号ｓ（ｔ）は、瞬時周波数が時間経過に伴って増加するので「アップチャープ」と称される。本発明の幾つかの実施形態は、アクティブ測距又はパッシブ測距を用いて、オブジェクト間、例えば、ＡＰ１１０とデバイス１２０との間の範囲又は距離を求める。
【００２８】
図１Ｅは、本発明の１つの実施形態による、デバイスの位置を屋内空間の床配置図と位置合わせする方法のブロック図を示している。本方法のステップは、少なくとも部分的にプロセッサ１９９によって行うことができる。本方法は、少なくとも３つのアクセスポイント（ＡＰ）１７２から受信されたＷｉＦｉ信号の強度１７１を用いて、デバイスの粗い位置を特定する床配置図の一部１７５を求め（１７０）、各ＡＰの位置は、床配置図１７３と位置合わせされる（１７４）。また、本方法は、少なくとも１つの音響信号の伝播時間を用いて、デバイスと、床配置図と位置合わせされた少なくとも１つのオブジェクト１９５との間の少なくとも１つの距離１８５を求める（１８０）。
【００２９】
１つの実施形態では、オブジェクト１９５は、粗い場所を求めるのに用いられるＡＰ１７２のうちの１つである。この実施形態では、オブジェクト１９５の位置は既知である。代替的な実施形態では、オブジェクト１９５は、屋内空間の部分、例えば、部屋の壁である。この実施形態は、オブジェクトの位置を床配置図とアクティブに位置合わせすることができる。例えば、この実施形態は、オブジェクト１９５の形状を床配置図の一部１７５の要素の形状とマッチングして（１９１）、オブジェクトを床配置図と位置合わせする。位置合わせされたオブジェクトへの距離１８５及び床配置図の一部１７５を知得することにより、この実施形態は、オブジェクトからの距離において、床配置図の一部内のデバイスの位置１９２を位置合わせする（１９０）。
【００３０】
幾つかの実施形態では、距離１８５は、床配置図の一部１７５内の複数の位置を規定することができる。１つの実施形態では、複数の位置の中での変動は、位置同定の目標精度内にある。この実施形態は、複数の位置の任意の位置を位置１９２として選択することができる。加えて又は代替的に、この実施形態は、位置１９２を、複数の位置の関数、例えば、平均関数として選択することができる。
【００３１】
異なる実施形態では、距離１８５の複数の決定は、異なるオブジェクト１９５について行われる。例えば、２つ以上のＡＰ及び／又は２つ以上の壁を用いて、デバイスへの２つ以上の距離を求め、例えば、三辺測量を用いて位置１９２をより正確に求めることができる。
【００３２】
図１Ｆは、本発明の１つの実施形態による、複数のオブジェクトからデバイスへの複数の距離を求め（１８０）、複数の距離を用いてデバイスの位置を位置合わせする（１９０）、一例示の方法のブロック図を示している。本方法は、デバイスと、床配置図と位置合わせされた第１の位置に位置する第１のオブジェクトとの間の第１の距離を求め（１９６）、デバイスと、床配置図と位置合わせされた第２の位置に位置する第２のオブジェクトとの間の第２の距離を求める（１９７）。加えて、本方法は、床配置図の一部内で、第１の位置を中心とする第１の半径の第１の円と第２の位置を中心とする第２の半径の第２の円との共通部分の位置を求める（１９３）ことによって、及び、共通部分の位置においてデバイスの位置を位置合わせする（１９４）ことによって、デバイスの位置を位置合わせする（１９０）。
【００３３】
図２は、本発明の幾つかの実施形態による、デバイス２００のブロック図を示す。デバイス２００は、その位置を求め及び／又は追跡し、及び／又はこの位置に応じて様々な制御機能を実行する本発明の種々の実施形態の原理を用いることができる。
【００３４】
デバイス２００は、現在の位置において受信された信号の強度レベルを求めるように構成されたＷｉＦｉ送受信機２０５を備え、これらの信号は、環境内に配置された一組のアクセスポイント（ＡＰ）によって送信される。例えば、このデバイスは、アナログＲＦ部及び／又はデジタルモデムを含む無線送受信機２０５に結合された１つ以上のアンテナ２０３を有する無線部２０１を備えることができる。したがって、無線部は、物理層（ＰＨＹ）を実施する。ＰＨＹ２０１のデジタルモデムは、この局のＭＡＣ処理を実施する媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロセッサ２０７に結合されている。ＭＡＣプロセッサ２０７は、単一のバスサブシステム２１１としてシンボルを用いて示された１つ以上のバスを介してホストプロセッサ２１３に接続されている。ホストプロセッサは、バスに接続されたメモリサブシステム２１５、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び／又は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を備える。
【００３５】
また、デバイス２００は、音響信号を送信及び受信するように構成された音響送受信機２２１も備えることができる。音響送受信機は、音響信号の伝播時間を用いて、デバイスと、床配置図と位置合わせされた少なくとも１つのオブジェクトとの間の少なくとも１つの距離を求める。そのため、音響送受信機２２１は、１つ又は複数のスピーカー及びマイクロフォンも備えることができる。幾つかの実施形態では、音響信号は、人間の耳に可聴である、すなわち、２０キロヘルツ未満の周波数を有する信号である。代替的な実施形態では、音響信号は、２０キロヘルツ超の超音波帯域幅における音波でさえもある任意の他の音波である。
【００３６】
１つの実施形態では、ＭＡＣ処理、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣプロトコルは、ＭＡＣプロセッサ２０７において全面的に実施される。プロセッサ２０７はメモリ２０９を備え、このメモリは、ＭＡＣプロセッサ２０７が、ＭＡＣ処理と、１つの実施形態では、本発明によって用いられる追加の処理の一部又は全てとを実施するための命令を記憶する。このメモリは、必ずしもＲＯＭではないが、通常はＲＯＭであり、ソフトウェアは、通常はファームウェアの形態である。
【００３７】
ＭＡＣプロセッサは、ホストプロセッサ２１３等のプロセッサによって制御される。１つの実施形態では、ＭＡＣ処理の一部はＭＡＣプロセッサ２０７において実施され、一部はホストにおいて実施される。そのような場合、ホスト２１３が、当該ホストによって実施されるＭＡＣ処理を実施するための命令は、メモリ２１５に記憶されている。１つの実施形態では、本発明によって用いられる追加の処理の一部又は全ても、ホストによって実施される。これらの命令は、メモリの一部分２１７として示されている。
【００３８】
プロセッサは、床配置図と位置合わせされたＡＰから受信された受信ＷｉＦｉ信号の強度を用いて、デバイスの粗い位置を特定する床配置図の一部を求め、オブジェクトからの距離において、床の一部内のデバイスの位置を位置合わせすることができる。床配置図は、メモリ２１５内に記憶する（２１９）ことができる。
【００３９】
無線管理の構成要素は、管理されたＡＰ及びそれらのクライアントにおける無線測定を含む。１つの実施形態は、送信電力制御（ＴＰＣ）及び動的周波数選択（ＤＦＳ）を加えることによってＭＡＣプロトコルを変更したＩＥＥＥ８０２．１１ｈ標準規格を用いる。ＴＰＣは、最遠のユーザーに到達するのに必要とされる最小電力に送信電力を制限する。ＤＦＳは、他のシステム、例えばレーダーとの干渉を最小にするように、ＡＰにおける無線チャネルを選択する。
【００４０】
別の実施形態は、ＡＰにおけるタスク、更にはクライアントにおけるタスクがスケジュールに従って無線測定を自律的に行うことを規定することによって、現在の８０２．１１標準規格と異なるプロトコルを用いる。１つの実施形態では、報告される情報は、検出されたＡＰごとに、検出についての情報と、ビーコン／プローブ応答の内容についての情報又はこの内容から取得された情報とを含む。
【００４１】
ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格は、相対的なＲＳＳ示度（ＲＳＳＩ）が物理レベル（ＰＨＹ）において求められることを明記しているが、本発明の１つの態様は、多くの現代の無線機が比較的正確な絶対的ＲＳＳ測定を提供するＰＨＹを含むということを用いる。１つの実施形態では、ＰＨＹにおいて測定されたＲＳＳレベルが、位置を求めるのに用いられる。
【００４２】
本発明の幾つかの実施形態は、デバイス２００が位置している屋内環境のモデル、例えば、ビルの床配置図を用いる。全領域内の管理されるいずれのＡＰの位置も既知であり、本方法に提供される。例えば、本発明の１つの実施形態は、対象エリア内の既知のアクセスポイントの位置を含むユーザーインターフェースを構築又は使用する。
【００４３】
図３Ａは、面積要素のグリッドのグラフィックオーバーレイ３０３を含む１つのユーザーインターフェース３００を示している。ユーザーインターフェース３００は、ＡＰ１（３０５）、ＡＰ２（３０７）及びＡＰ３（３０９）として示された３つの管理されるＡＰの位置を示すグラフィック表示を含む。
【００４４】
図３Ｂは、グリッドのグラフィックオーバーレイ３０３と、管理されるＡＰ３０５、３０７、及び３０９の位置を示す表示とに加えて、建築構造を、例えば内部の建築プラン、例えばビルの床配置図として表すグラフィックオーバーレイ３１１を含む別のユーザーインターフェース３５０を示している。別のユーザーインターフェース（図示せず）は、グリッドを有しない床構造のグラフィック表示を示すことができる。したがって、１つの実施形態は、２次元画面上でＡＰの位置を視認することを可能にする。
【００４５】
アクティブ測距を用いた拡張された位置同定の例
本発明の幾つかの実施形態は、音響信号のアクティブ測距を用いて、ＷｉＦｉ信号の強度を用いて求められた粗い位置特定を拡張する。アクティブ測距の原理に従って、２つのオブジェクト間の距離は、双方のデバイスによって送信された音響信号の交換を介して求められる。例えば、１つの実施形態では、アクティブ測距は、デバイス１２０と、粗い位置を求めるのに用いられる１つ又は複数のＡＰ１１０との間で行われる。
【００４６】
図４は、本発明の１つの実施形態による、アクティブ測距のためのＡＰ及び／又はデバイスの構造４１０の概略図を示している。構造は、音響信号の相関、並びに音響信号の生成及び送信に関する他の信号処理動作を行う役割を担うプロセッサ４０１を含む。プロセッサは、マイクロフォン４０２に接続され、マイクロフォン４０２は、マイクロフォンセンサーによって検出された音のデジタル化されたバージョンへのアクセスを、例えば、Ｄ／Ａ変換器４０３を通して提供する。加えて、プロセッサは、スピーカー４０４を駆動して音響信号を送信することができる。プロセッサは、ＷｉＦｉ無線機４０６へのアクセスを有し、ＷｉＦｉ無線機４０６を用いて無線チャネル上で送信されたメッセージを介して測距プロトコルにおいて用いられるデータ及びタイムスタンプを提供することができる。
【００４７】
本発明の幾つかの実施形態は、音響信号を用いて２方向到達時間（ＴＷ−ＴＯＡ）測距方法を用いて、信号ｓ（ｔ）の伝播時間を、測距デバイスの発信元（source）と発信先（destination）との間の距離を往来する信号として推定する。
【００４８】
図５Ａは、本発明の１つの実施形態による、２つのデバイス間、例えば、デバイスＡ  ５１０とデバイスＢ  ５２０との間で、アクティブ測距中に交換される信号の概略図を示している。各デバイスは、図４に示すハードウェア及び処理能力を有する。デバイスのうちの１つ、例えば、デバイス５１０は、音響信号ｓ（ｔ）を、自身のスピーカーから送信する（５１２）ことによってＴＷ−ＴＯＡ測定を開始する。デバイス５１０は、このデバイス５１０がデバイス５２０から応答を受信するまで、持続時間を測定するローカルタイマーを同時に開始する（５１４）。デバイス５１０がデバイス５２０から応答を受信した瞬間、デバイス５１０は、タイマーを停止する（５１６）。
【００４９】
１つの実施形態では、デバイス５１０は、デバイスのマイクロフォンによって第１の音響信号を検出する時刻において開始時刻を求め（５１４）、デバイスのマイクロフォンによって第２の音響信号を検出する時刻において終了時刻を求める（５１６）。そのような決定は、デバイス５１０のマイクロフォン（複数の場合もある）が信号を受信するのを可能にする一方で、スピーカーが音響信号を同時に送信することによって達成することができる。このように、デバイス５１０は、自身のマイクロフォンから受信した任意の信号を、送信信号ｓ（ｔ）と相関することによって、処理することができる。
【００５０】
例えば、デバイス５１０は、このデバイスがオーディオのピークを検出したとき、自身のタイマーを開始する。例えば、マイクロフォン及びＡ／Ｄ変換器から到来する信号がシーケンスｙｎによって表される場合、プロセッサ４０１は、以下に従ってｓ（ｔ）のデジタルバージョンｓｎとの相互相関を計算することができる。
【数３】
0006573710.tif 000004
ここで、ｒｎは相関器出力を表し、Ｎは、応答が予想される受信信号ｙｎの一部にわたって相関が計算されることを確実にするように、十分に大きな値に設定することができる。したがって、相関器出力は、信号ｓ（ｔ）の到達に関する情報を含む。
【００５１】
デバイス５１０から音響信号を受信すると、デバイス５２０は、ｓ（ｔ）のローカルで生成されたバージョンをデバイス５１０に返送する（５２４）。加えて、デバイス５２０は、自身のローカルタイマーを開始し（５２２）、その目的は、デバイス５１０からの信号の到達と、その応答の送信との間の遅延の測定を提供することである。デバイス５１０と同様に、デバイス５２０は、自身の送信をオーバーヒアすることができ、自身のローカルタイマーを停止してこの遅延を測定することができる。また、この遅延は、デバイス５１０に、例えば、ＷｉＦｉチャネルを介して送信される。
【００５２】
デバイス５１０は、音響信号がデバイス５２０からリターンするのを検出すると、自身のタイマーを停止する。このように、デバイス５１０は、２方向ラウンドトリップ時間及びその応答のためにデバイス５２０において被った任意の遅延によってもたらされた値を、自身のタイマー内で求める。アクティブ測距時間ｔＡは、ｔＡ＝２＊τｆ＋τｄｅｌａｙのように表すことができる。ここで、τｆは空気中を通る信号ｓ（ｔ）の実際の伝播時間であり、τｄｅｌａｙは、信号の到達を検出し、その応答を生成してデバイス５１０に返送するのにデバイス５２０が費やした時間である。したがって、デバイス５１０は、ｄＡＢ＝（ｔＡ−τｄｅｌａｙ）／２ｃｓに従ってデバイス５１０とデバイス５２０との間の距離ｄＡＢを求めることができる。ここで、ｃｓは音響信号の伝播の速度である。
【００５３】
図５Ｂは、１つの実施形態による、アクティブ測距を用いて距離を求めるための、デバイスによって行われる方法のブロック図を示している。この実施形態は、開始時刻においてデバイスのスピーカーから第１の音響信号を送信し（５３０）、終了時刻においてデバイスのマイクロフォンによって第２の音響信号を受信する（５４０）。第２の音響信号は、第１の音響信号を受信したことに応答して、オブジェクトによって送信される。また、この実施形態は、デバイスのＷｉＦｉ送受信機を介して、オブジェクトにおける第１の音響信号の受信とオブジェクトによる第２の音響信号の送信との間の時間遅延を特定する遅延期間を受信し（５５０）、音響信号の伝播時間を、開始時刻と終了時刻との間の時間から遅延期間を減算した時間として求める（５６０）。
【００５４】
パッシブ測距を用いた拡張された位置同定の例
本発明の幾つかの実施形態は、複数のデバイスの協調的な処理を要するアクティブ測距に依存することが常に可能であるとは限らないという認識に基づいている。したがって、本発明の幾つかの実施形態は、音響信号を送信し、送信側デバイス付近の壁及び他の構造物からリターンするエコーを検出することによって達成されるパッシブ測距を用いる。この場合、音響信号の使用は、デバイスの位置同定の精度を改善するのに用いられる壁、出入口及び廊下の位置を提供する。しかしながら、通常、単一のデバイス（送信機及び受信機がコロケートされる）のみが存在することに起因して、単一の（全方向性）マイクロフォンを用いて反射体の正確な位置を取得することは困難である。したがって、幾つかの実施形態は、複数のマイクロフォンを用いて、反射オブジェクトへの距離及び角度の双方の測定を可能にする。
【００５５】
図６は、本発明の幾つかの実施形態による、パッシブ測距を行うデバイスの構造６１０の概略図を示している。構造は、音響信号、並びに音響信号の生成及び送信に関する動作を処理する他の信号の相関を行う役割を担うプロセッサ６０１を含む。プロセッサは、音響信号を送信するスピーカー４０４を駆動することができ、ＷｉＦｉ無線機４０６へのアクセスを有する。プロセッサは、マイクロフォン６０２及び６１２に接続されており、マイクロフォン６０２及び６１２は、マイクロフォンセンサーによって検出された音のデジタル化されたバージョンへのアクセスを、例えば、Ｄ／Ａ変換器６０３及び６１３を通して提供する。２つのマイクロフォン間の距離ｄｍ６２０は既知である。
【００５６】
拡張ＷｉＦｉデバイスの構造６１０は、複数の受信機チェーン（マイクロフォン及びＡ／Ｄ変換器）の付加を除くと、構造４１０と同様である。他の実施形態が３つ以上のマイクロフォンのアレイを用いる一方、１つの実施形態は、２つのマイクロフォンのみで音波の入射角の合理的な精度を求めることができる。具体的には、３度〜１０度の誤差を予想することができる。
【００５７】
図７は、本発明の１つの実施形態による、パッシブ測距を用いて距離を求める方法のブロック図を示している。本方法は、開始時刻において、デバイスのスピーカーから音響信号を送信する（７１０）。本方法は、デバイスの第１のマイクロフォンによって、第１の時刻において、オブジェクトから音響信号の第１の反射を受信し（７２０）、デバイスの第２のマイクロフォンによって、第２の時刻において、オブジェクトから音響信号の第２の反射を受信する（７３０）。
【００５８】
本方法は、開始時刻と第１の終了時刻との間の、音響信号の第１の反射の伝播時間を用いてオブジェクトへの第１の距離を求め（７４０）、また、開始時刻と第２の終了時刻との間の、音響信号の第２の反射の伝播時間を用いてオブジェクトへの第２の距離を求める（７５０）。次に、本方法は、第１の距離、第２の距離、及び第１のマイクロフォンと第２のマイクロフォンとの間の距離を用いて、デバイスとオブジェクトとの間の距離、及びデバイスからオブジェクトへの方向の角度を求める（７６０）。
【００５９】
例えば、送信された（７１０）信号ｓ（ｔ）は、幾つかのオブジェクトから反射され、２つのマイクロフォンによって受信される（７２０及び７３０）。第ｉのマイクロフォン（ｉ＝１，２）における受信信号は、以下によって与えられる。
【数４】
0006573710.tif 000005
ここで、ｄｉは反射オブジェクトから第ｉのマイクロフォンへの距離であり、ｃは、ここでもまた、音の伝播速度である。各マイクロフォンアレイ要素における遅延
【数５】
0006573710.tif 000006
は、距離に依存する。マイクロフォン要素間の間隔に起因して、各遅延は異なり、それによって受信信号ｙｉ（ｔ）間の位相シフトがもたらされる。
【００６０】
一般的に、環境内の各壁及びオブジェクトがマイクロフォンアレイに向かって戻るように音波エネルギーのうちの幾分かを反射するため、受信される多くのエコーが存在する可能性がある。そのため、１つの実施形態は、以下のように、各マイクロフォンにおける受信信号を、多くのエコーの重ね合わせとして表す。
【数６】
0006573710.tif 000007
ここで、変数ｎはエコーをインデックス付けする。とりわけ、エコーが移動した距離ｄｎは、アレイの中心からの距離と各マイクロフォンにおけるエコーの到達の角度との双方の関数である。
【００６１】
図８は、本発明の１つの実施形態による、マイクロフォンにおいて受信された各エコーの到達の距離及び角度の双方を探索して求める概略図を示している。図８は、各オブジェクトが極座標グリッド内に位置することができる面積８００を示しており、格子の中心点８１０はマイクロフォンのリニアアレイの中心、例えば、中心からｄｍ／２メートルの距離において、０度及びπラジアン（＝１８０度）の角度に位置する２つのマイクロフォン６０２及び６１２間の中心である。グリッドは、Δｒのステップサイズを有する距離及びΔθのステップサイズを有する角度の双方で離散化される。グリッドの各位置は、中心からの距離とアレイの軸からの角度とに対応して、ペア値（ｒ，θ）を用いて表現することができる。
【００６２】
音響信号の反射がグリッド上の位置において発生する場合、各マイクロフォンは、（ｒ，θ）値に応じて僅かに異なる時間においてその反射を検出する。反射間の位相差は、異なるパス長にのみ依存する。したがって、グリッド位置（ｒ，θ）に位置する反射オブジェクトについて、アレイの中心からマイクロフォン６０２へ移動した総パスは、
【数７】
0006573710.tif 000008
である。
【００６３】
同様に、アレイの中心からマイクロフォン６１２へ移動した総パスは、
【数８】
0006573710.tif 000009
である。
【００６４】
したがって、各マイクロフォン間の位相差は、パス差
【数９】
0006573710.tif 000010
に正比例し、ここで、ｄｍはマイクロフォン間の隔離距離である。
【００６５】
位相差と角度オフセットとの間のこの依存性を用いて、幾つかの実施形態は、グリッド８００上の複数の反射オブジェクトを位置特定する。例えば、１つの実施形態は、まず、遅延と、アンテナ要素において実際に受信された信号との最も高度な相関をもたらす（合成）到来信号の角度とを見出す。次に、この遅延及び角度は、最も強力なマルチパス成分の遅延及び角度として解釈される。次に、そのようなマルチパス成分の寄与は、受信信号から除外され、プロセスは、改変された（「クリーンアップされた（cleaned up）」）信号との相関ピークを見出すことによって繰り返される。このプロセスは、残りの信号が、或る特定の閾値を下回るエネルギーを有する等の或る特定の基準を満たすまで繰り返される。音響信号が非常に大きな相対帯域幅（例えば、１０Ｈｚ〜１０ＫＨｚ）を有する場合、この実施形態は、マイクロフォン及び／又はラウドスピーカーの数が非常に小さい（例えば、２つ）場合でさえも、遅延領域においてのみでなく、角度領域においても高分解能を達成することができる。
【００６６】
本発明の幾つかの実施形態は、オブジェクトの表面上の異なる点から反射された音響信号の複数の反射を受信する。処理の結果、反射により、反射オブジェクトの位置及び角度（ｒ，θ）のセットが生成される。このデータをクラスタリングして用いて、壁、テーブル、机等の大きな構造物の位置を求めることができる。クラスタリングは、ｋ平均クラスタリング又はＳＶＭ（サポートベクトルマシン）法を完遂して、いずれのデータ点のサブセットが同じオブジェクトからのものであるかを分類することができる。データセット（ｒ，θ）は、オブジェクトの形状を反映するクラスターに区分することができる。
【００６７】
図９は、本発明の幾つかの実施形態による、オブジェクトを床配置図と位置合わせする方法のブロック図を示している。本方法は、オブジェクトの表面上の異なる点から反射された音響信号の複数の反射を受信し（９１０）、デバイスに対するオブジェクトの異なる点の位置を求める（９２０）。本方法は、位置をクラスタリングしてオブジェクトの形状を求め（９３０）、オブジェクトの形状を床配置図の一部の要素の形状とマッチングして（９４０）、オブジェクトを床配置図と位置合わせする。
【００６８】
例えば、壁等のオブジェクトの位置は、回帰方法を介して求めることができる。オブジェクトは、種々の基準に従って区分されたデータから識別することができる。１つのそのような基準は、クラスターに割り当てられたデータ点の割合である。例えば、元のデータセットのサイズがＳである場合、クラスターに対応するデータのサブセットは、比Ｓｉ／Ｓが或る閾値よりも大きい場合、大きなオブジェクトに属するものとみなすことができ、ここで、Ｓｉは、第ｉのクラスターのサイズである。
【００６９】
図１０は、１つの実施形態による、デバイスに対するオブジェクトの異なる点の位置を表す一例示のデータセットを示している。この例では、デバイスは、部屋内の、右（東）壁から３メートルの距離、かつ上（北）壁から３．５メートルの距離に位置している。データは、２つのサブセットＳ１  １０１０、及びＳ２  １０２０にクラスタリングすることができる。データがクラスタリングされてオブジェクトが識別された後、回帰を各クラスター上で行い、データのサブセットに最も良好に適合するラインを求めることができる。
【００７０】
本発明の上記で説明した実施形態は、多数の方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを用いて実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピューターに設けられるのか又は複数のコンピューター間に分散されるのかにかかわらず、任意の適したプロセッサ又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは、１つ以上のプロセッサを集積回路部品に有する集積回路として実装することができる。ただし、プロセッサは、任意の適したフォーマットの回路類を用いて実装することができる。
【００７１】
また、本発明の実施形態は、例が提供された方法として実施することができる。この方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法で順序付けすることができる。したがって、動作が示したものと異なる順序で実行される実施形態を構築することができ、これには、例示の実施形態では一連の動作として示されたにもかかわらず、幾つかの動作を同時に実行することを含めることもできる。
【００７２】
請求項の要素を修飾する、特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の序数の使用は、それ自体で、１つの請求項の要素の別の請求項の要素に対する優先順位も、優位性も、順序も暗示するものでもなければ、方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものでもなく、請求項の要素を区別するために、単に、或る特定の名称を有する１つの請求項の要素を、同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素と区別するラベルとして用いられているにすぎない。
【図１Ａ】
0006573710.tif 000011
【図１Ｂ】
0006573710.tif 000012
【図１Ｃ】
0006573710.tif 000013
【図１Ｄ】
0006573710.tif 000014
【図１Ｅ】
0006573710.tif 000015
【図１Ｆ】
0006573710.tif 000016
【図２】
0006573710.tif 000017
【図３Ａ】
0006573710.tif 000018
【図３Ｂ】
0006573710.tif 000019
【図４】
0006573710.tif 000020
【図５Ａ】
0006573710.tif 000021
【図５Ｂ】
0006573710.tif 000022
【図６】
0006573710.tif 000023
【図７】
0006573710.tif 000024
【図８】
0006573710.tif 000025
【図９】
0006573710.tif 000026
【図１０】
0006573710.tif 000027