(57)【要約】  本発明は、センサネットワーク内で使用するための（例えば、レーダーシステムにおいて使用するための）ノードに関し、このセンサネットワークは、アレイアンテナ構成のアンテナ素子として、それぞれ別個のノード内のアンテナ素子を使用する。ノードは、等しくない伝搬速度を有する第１及び第２の通信チャネルを通じて信号を送受信する。ノードは、リセット信号が第１の通信チャネルを通じて受信された（Ｓ１０）ことを識別すると、内部クロックを調整し（Ｓ１１）、確認応答信号を送信し（Ｓ１２）、確認応答プロセスを開始する（Ｓ１７）。リセット信号が識別されなかった場合、ノードは、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信し（Ｓ１３）、１つのノードから応答信号を受信する（Ｓ１４）。応答信号が確認応答信号である場合、確認応答プロセスが開始される（Ｓ１７）、又は応答信号が非確認応答信号である場合、内部クロックが調整され（Ｓ１６）、確認応答プロセスが開始される（Ｓ１７）。確認応答プロセス（Ｓ１７）では、ノードは、第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって他のノードまでの距離を判定し（Ｓ１８）、他のノードと距離情報を交換し（Ｓ２０）、第１の通信チャネルを通じて送信するときに、各ノードの内部クロックを微調整する（Ｓ２０）。一態様によれば、ノードの送受信機回路は、電磁信号を送受信することができる無線周波数部分と、音響信号（例えば超音波）を送受信することができる音響部分とからなる。各ノードは、確認応答プロセス（Ｓ１７）において、特定のノードに信号を送信し、この送信先ノードにおける内部処理時間に関する情報を有する返送信号を受信することによって、移動時間に基づいて距離を計算することにより、距離を判定する。更に、各ノードは、複数のノード間で距離情報を相互に交換する。これにより、クロックが微調整される。順調に微調整を経たノードは、その範囲内のノードに対して同じプロセスを繰り返す。このプロセスを繰り返すと、レーダーシステムの全てのノードは、クロックを理想的に同期させることになる。
2021505920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサネットワーク内で少なくとも１つの他のノードと共に使用するためのノード（１０）であって、前記ノードは、
内部クロック（１２）と、
少なくとも１つのアンテナ素子（１６）を介して、少なくとも第１の通信チャネル及び伝搬速度が等しくない第２の通信チャネルを通じて信号を送受信するように構成された送受信機回路（１３）と、
プロセッサ（１１）と、を備え、
前記ノード（１０）は、リセット信号が前記第１の通信チャネルを通じて受信されたかどうかを識別するように構成され、
前記リセット信号が識別された場合、前記ノード（１０）は、
ａ）前記リセット信号に基づいて前記内部クロック（１２）を調整し、前記受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し、確認応答プロセスを開始するように更に構成され、又は
前記リセット信号が識別されなかった場合、前記ノード（１０）は、
ｂ）前記第１の通信チャネルを通じて前記リセット信号を送信し、前記少なくとも１つの他のノードのうちの少なくとも１つから、前記送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信するように更に構成され、かつ
ｂ１）前記応答信号が確認応答信号である場合、前記ノードは、確認応答プロセスを開始するように更に構成され、又は
ｂ２）前記応答信号が非確認応答信号である場合、前記ノードは、前記受信された非確認応答信号に基づいて前記内部クロックを調整し、確認応答プロセスを開始するように構成され、
前記確認応答プロセスを実行するために、前記ノードは、
ｃ）前記第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって前記少なくとも１つの他のノードまでの距離を判定し、前記少なくとも１つの他のノードと距離情報を交換し、前記第１の通信チャネルを通じて送信するときに、前記距離情報に基づいて各ノードの前記内部クロックを微調整するように更に構成されている、ノード。
【請求項２】
前記第１の通信チャネルの前記伝搬速度は、前記第２の通信チャネルの前記伝搬速度よりも速い、ことを特徴とする請求項１記載のノード。
【請求項３】
前記第１の通信チャネルの前記伝搬速度は、前記第２の通信チャネルの前記伝搬速度の１０００倍超である、ことを特徴とする請求項２記載のノード。
【請求項４】
前記第１の通信チャネルの前記伝搬速度は、前記第２の通信チャネルの前記伝搬速度の１０００万倍未満である、ことを特徴とする請求項２又は３記載のノード。
【請求項５】
前記第１の通信チャネルは、レーダー用途に使用されるように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載のノード。
【請求項６】
前記第２の通信チャネルは、超音波又は音響用途に使用されるように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載のノード。
【請求項７】
前記確認応答信号は、前記第１の通信チャネルを通じて通信される、ことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載のノード。
【請求項８】
特定のノードに信号を送信し、送信先ノードにおける内部処理時間に関する情報を有する返送信号を受信することによって、前記移動時間に基づいて前記距離を計算することにより、工程ｃ）の前記距離が判定される、ことを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載のノード。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれか１項記載の複数のノードを備えるセンサネットワークであって、各ノードは、固有のＩＤを有し、互いから任意の距離に位置し、各ノードは、プロセッサ、メモリ、内部クロック、送受信機回路、及び少なくとも１つのアンテナ素子を備え、前記複数のノードのうちの少なくとも１つは、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信するように構成され、前記複数のノードは、前記リセット信号に応答して送信された確認応答信号によって、各ノードの前記固有のＩＤについて知らされ、
各ノードは、第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって隣接ノードまでの距離を判定し、前記複数のノード間の距離情報を相互に交換するように構成され、
前記複数のノードのうちの前記少なくとも１つは、前記距離情報に基づいて前記内部クロックを微調整するように更に構成されている、
センサネットワーク。
【請求項１０】
前記複数のノードの全ては、前記第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信するように構成されている、ことを特徴とする請求項９記載のセンサネットワーク。
【請求項１１】
前記リセット信号を送信するように構成された各ノードは、前記リセット信号を送信するときに、各ノードの固有のＩＤを送信するように更に構成されている、ことを特徴とする請求項９又は１０記載のセンサネットワーク。
【請求項１２】
前記確認応答信号は、前記第１の通信チャネルを通じて送信される、ことを特徴とする請求項９乃至１１いずれか１項記載のセンサネットワーク。
【請求項１３】
前記リセット信号を送信する前記複数のノードのうちの前記少なくとも１つは、各ノードの前記固有のＩＤに基づいて無作為に選択される、ことを特徴とする請求項９乃至１２いずれか１項記載のセンサネットワーク。
【請求項１４】
ノードにおいて、複数のノードを備えるセンサネットワーク内でのノード間の距離を判定するための方法であって、各ノードは固有のＩＤを有し、前記複数のノードは互いから任意の距離に位置し、
各ノードは、プロセッサ、メモリ、内部クロック、及び少なくとも１つのアンテナ素子を介して少なくとも第１の通信チャネル及び伝搬速度が等しくない第２の通信チャネルを通じて信号を送受信するように構成された送受信機回路を備え、前記方法は、
リセット信号が前記第１の通信信号を通じて受信されたかどうかを識別すること（Ｓ１０）と、
前記リセット信号が識別された場合、前記リセット信号に基づいて前記内部クロックを調整し（Ｓ１１）、前記受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し（Ｓ１２）、確認応答プロセスを開始すること、又は
前記リセット信号が識別されなかった場合、前記第１の通信チャネルを通じて前記リセット信号を送信し（Ｓ１３）、前記複数のノードのうちの少なくとも１つから、前記送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信すること（Ｓ１４）と、
ｉ）前記応答信号が確認応答信号である場合、確認応答プロセスを開始すること、又は
ｉｉ）前記応答信号が非確認応答信号である場合、前記受信された非確認応答信号に基づいて前記内部クロックを調整し（Ｓ１６）、確認応答プロセスを開始することと、を含み、
前記方法は、
前記確認応答プロセスを実行すること（Ｓ１７）を更に含み、前記確認応答プロセスは、
前記第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって、前記複数のノードのうちの１つまでの距離を判定すること（Ｓ１８）と、
前記複数のノードのうちの１つと距離情報を交換すること（Ｓ１９）と、
前記第１の通信チャネルを通じて送信するときに、前記距離情報に基づいて各ノードの前記内部クロックを微調整すること（Ｓ２０）と、
によって実行される、方法。
【請求項１５】
センサネットワーク内のノード間の距離を判定するためのコンピュータプログラムであって、少なくとも１つのプロセッサで実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに請求項１４記載の方法を実行させる、コンピュータプログラム。
【請求項１６】
請求項１５記載のセンサネットワーク内のノード間の距離を判定するためのコンピュータプログラムを担持するコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサネットワーク、特にレーダー用途において使用されるように適合されたノードに関する。本発明は、更に、センサネットワーク、センサネットワーク内のノード間の距離を判定するための方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ可読記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダーなどのセンサネットワークは、電波を使用して、物体の範囲、角度、又は速度を判定する物体検出システムを構成する。これは、航空機、船舶、宇宙機、誘導ミサイル、自動車、天候形態、及び地形を検出するために使用することができる。基本的なレーダーシステムは、電波領域又はマイクロ波領域で電磁波を生成する送信機、放射アンテナ、放射された信号の経路内の物体からの戻りを捕捉するための受信アンテナ（前述のアンテナと別個又は同じ）、受信機、及び物体（単数又は複数）の特性を判定するプロセッサからなる。
【０００３】
ＨＦ及びＶＨＦ周波数範囲（３〜３００ＧＨｚ）で動作するレーダーシステムの解像度を増大させるために、アレイアンテナが一般的に使用される。アレイアンテナを特徴付ける２つの特性がある。第１の特徴付けパラメータは、アンテナの位置が周期的であるか否かに応じて、規則的なアレイと不規則なアレイとにアレイをグループ化するものである。第２の分類パラメータは、アレイがグレーティングローブを示さないか否か（アレイ間の距離が波長の半分未満であり、「充填アレイ（filled array）」と称される）か否（「スパースアレイ」と称される）かである。
【０００４】
不規則なスパースアレイアンテナの場合、アレイアンテナ内のアンテナ素子間の各距離が、レーダーシステムによって検出された物体の特性を判定するために不可欠である。これは、数平方キロメートルにわたって分散された別個のアンテナ素子を有する大型アレイアンテナを有する場合に特に当てはまる。
【０００５】
大型のスパースアレイアンテナの基本的な問題は、各アンテナ素子の位置を知る必要があることである。レーダー画像を生成することができるように、（例えば、動作中の）いかなる位置の変化も、信号処理アルゴリズムに入力しなければならない。
【０００６】
下記特許文献１では、超音波及び無線周波数波を使用した測位システムが開示されている。この目的は、互いに対して固定され、かつ既知であるビーコンノードを使用して、建物内のユーザ機器（ＵＥ）の位置を確立することである。
【０００７】
下記特許文献２では、無線センサ構成要素及びＴＤＭＡ自己組織化ネットワークが開示されている。このネットワーク内のノード間の到達可能な同期精度は、マイクロ秒以内であり、選択されたハードウェアに依存する。この精度は、大型のアレイアンテナを形成するには決して十分ではない。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、上記の特定された欠点のうちの１つ以上を排除する、又は少なくとも低減するセンサネットワークを提供することである。
【０００９】
この目的は、センサネットワーク内で少なくとも１つの他のノードと共に使用するためのノードによって達成され、このノードは、内部クロックと、少なくとも１つのアンテナ素子を介して、少なくとも第１の通信チャネル及び伝搬速度が等しくない（すなわち、第１のチャネルと異なる）第２の通信チャネルを通じて信号を送受信するように構成された送受信機回路と、プロセッサと、を備える。ノードは、リセット信号が第１の通信チャネルを通じて受信されたかどうかを識別し、リセット信号が識別された場合、ノードは、リセット信号に基づいて内部クロックを調整し、受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し、確認応答プロセスを開始するように更に構成され、又はリセット信号が識別されなかった場合、ノードは、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信し、少なくとも１つの他のノードのうちの少なくとも１つから、送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信するように更に構成され、
応答信号が確認応答信号である場合、ノードは、確認応答プロセスを開始するように更に構成されている、又は
応答信号が非確認応答信号である場合、ノードは、受信した非確認応答信号に基づいて内部クロックを調整し、確認応答プロセスを開始するように構成されている。
【００１０】
確認応答プロセスを実行するために、ノードは、第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって、少なくとも１つの他のノードまでの距離を判定し、少なくとも１つの他のデバイスと距離情報を交換し、第１の通信チャネルを通じて送信するときに、距離情報に基づいて各デバイスの内部クロックを微調整するように更に構成されている。
【００１１】
この目的はまた、独立請求項９に定義されるセンサネットワーク、及び独立請求項１４に定義される方法によっても達成される。
【００１２】
本発明の利点は、センサネットワークが開始される前に各ノードにおけるアンテナ素子の位置を知る必要がないことである。
【００１３】
別の利点は、ノードが移動される（又はセンサネットワーク内のノードのアレイから除去される／そこに追加される）場合、ノードの位置が更新され、ノードが除去される又は追加されると、アレイ内のノードの数が調整されることである。したがって、柔軟な自己組織化センサネットワークが達成される。
【００１４】
別の利点は、各ノードの位置が十分に迅速に更新されている限り、センサネットワークが、風に、又は他の場合には、変位に敏感ではないことである。
【００１５】
更なる目的及び利点は、当業者による詳細な説明から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】センサネットワーク内で使用するためのノードを示す。
【図２ａ】センサネットワークの開始を示す。
【図２ｂ】センサネットワーク内のノード間の距離の判定を示す。
【図３】ノードを追加することによるセンサネットワークの拡張を示す。
【図４】２つのノード間の距離を判定するための例を示す。
【図５】センサネットワークを設定するプロセスを示すフローチャートである。
【図６】複数のアンテナ面を有するノードの例示的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示は、例えば、レーダーシステムにおいて使用するためのセンサネットワークを共に生成するノードに関し、これらのセンサネットワークは、アレイアンテナ構成のアンテナ素子として、それぞれ別個のノード内のアンテナ素子を使用する。アンテナアレイを有する基本的な側面の１つに、アンテナアレイを介して通信される信号同士を同期させるために、各アンテナ素子間の距離を知らなければならないということがある。
【００１８】
前述したように、下記特許文献１は、屋内のＵＥの位置を確立するために、異なる速度を有する波（超音波及び無線周波数波）を用いた測位システムを開示している。ビーコンノードは、互いに対して固定されており、Ｄ１の図１の黒丸によって示されるＵＥの位置の確立を可能にするには、少なくとも３つのビーコンノードが必要とされる。この事実はまた、段落［００４７］の数学的説明によっても支持される。
【００１９】
しかしながら、ノード間での位置が不明である場合には、以下に示すように、異なる手法が必要である。
【００２０】
図１は、プロセッサＣＰＵ１１と、内部クロック１２と、メモリ１５と、送受信機回路ＴＸ／ＲＸ１３と、任意選択のエネルギー源１７と、１つ以上のアンテナ１６と、を備える、センサネットワーク内で使用するためのノード１０を示す。各ノード１０は好ましくは自己完結型であり、これは、エネルギー源１７がレーダーデバイスに電力を供給する限り、ノード１０が運転可能であることを意味し、あるいはノード１０は電源に接続されてもよい。
【００２１】
送受信機回路１３は、少なくとも１つのアンテナ素子１６を介して、少なくとも第１の通信チャネル及び伝搬速度が等しくない第２の通信チャネルを通じて信号を送受信するように構成されている。一態様によれば、送受信機回路１３は、電磁信号を送受信することができる無線周波数（ＲＦ）部分と、音響信号（例えば超音波）を送受信することができる音響（ＵＳ）部分とからなる。
【００２２】
ノード１０は、リセット信号が第１の通信チャネルを通じて受信されたかどうかを識別するように構成されている。いくつかの態様によれば、第１の通信チャネルの伝搬速度は、第２の通信チャネルの伝搬速度よりも早く、それによって、マルチパス又は多媒体データ転送に基づいて距離情報を抽出することが可能になる。
【００２３】
いくつかの態様によれば、第１の通信チャネル（例えば、レーダー用途に適合されたマイクロ波信号）の伝搬速度は、第２の通信チャネル（例えば超音波信号）の伝搬速度の１０００倍超であり、第１の通信チャネルによってリセット信号を転送するときと比較して、第２の通信チャネルを通じてリセット信号を転送するときには、０．１％未満の誤差の想定が可能になる。
【００２４】
いくつかの態様によれば、第１の通信チャネルの伝搬速度は、第２の通信チャネルの伝搬速度の１０００万倍未満である。
【００２５】
一例として、第１の通信チャネルは、２９９，７９２，４５８ｍ／秒の伝搬速度で動作するレーダー用途に使用されるように構成され、第２の通信チャネルは、３３０ｍ／秒の伝搬速度で動作する超音波又は音響用途に使用されるように構成されており、したがって、第１の通信チャネルの伝搬速度よりも約１００万倍遅い。
【００２６】
あるいは、伝搬速度の差を達成するために、異なる媒体を使用してもよい。例えば、所与の媒体を通る音の速度は、その媒体の密度に反比例し、また剛性に正比例する。超音波は、水又は石などの剛性媒体をより速く通って移動する。音波は３３０ｍ／秒の速度で空気を通過し、水中での音の速度は、１４８０ｍ／秒である。
【００２７】
ノード１０内でリセット信号が識別された場合、ノードは、ターゲットノードモードで動作し、リセット信号に基づいて内部クロック１２を調整し、受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し、確認応答プロセスを開始するように更に構成されている。内部クロック１２の調整は、（低速チャネルの精度への）粗いリセットであり、リセット信号を送信したノードの内部クロックを、リセット信号を受信したノードと粗く同期させるために、クロックを「００００」にハードリセットすることを含み得る。
【００２８】
ノード１０内でリセット信号が識別されなかった場合、ノードは、ソースノードモードで動作し、第１の通信チャネルを通じてリセット信号（例えば、マイクロ波信号）を送信し、少なくとも１つの他のノードのうちの少なくとも１つから、送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信するように更に構成されており、以下の２つの種類の応答信号が受信され得る。
【００２９】
確認応答信号
応答信号が確認応答信号である場合、ノード（１０）は、確認応答プロセスを開始するように更に構成されている。これは、ノードがリセット信号を最初に送信したノードであり、他のノードが応答して確認応答信号を送信した場合に当てはまる。
【００３０】
非確認応答信号
応答信号が非確認応答信号（すなわち、確認応答信号ではない任意の種類の信号）である場合、ノードは、受信した非確認応答信号に基づいて内部クロックを調整し、確認応答プロセスを開始するように構成されている。内部クロック１２の調整は、粗いリセットであり、非確認応答信号を送信するノードの内部クロックを、非確認応答信号を受信するノードと粗く同期させるために、クロックを「００００」にハードリセットすることを含み得る。これは、通常、ノードがリセット信号を送信する最初のノードではないため、確認応答信号を受信しない場合に当てはまる。ノードは、この非確認応答信号を別のノードからのリセット信号と解釈し、確認応答プロセスを開始する前に内部クロックをそれに従って調整する。
【００３１】
いくつかの態様によれば、確認応答信号及び／又は非確認応答信号は、第１の通信チャネルを通じて通信される。
【００３２】
確認応答プロセスを実行するために、ノード１０は、第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって少なくとも１つの他のノードまでの距離を判定し、その少なくとも１つの他のデバイスと距離情報を交換し、第１の通信チャネルを通じて送信するときに、その距離情報に基づいて各デバイスの内部クロックを微調整するように更に構成されている。
【００３３】
ノード間の距離を判定する方法の説明が、図４に関連して示される。
【００３４】
図２ａは、複数のノードを備えるセンサネットワークの開始を示す。このプロセスは、いくつかの工程で示すことができる。
【００３５】
１）１つの無作為に選択されたノード、例えば、１０−３が、全ての他のノード内の内部クロックをリセットするコマンドを含むリセット信号２１を第１の通信チャネルを通じて一斉送信する。例示的な実施形態では、リセット信号は、３×１０８ｍ／秒の速度で移動する。この概念は、手動による選択又は選出プロセスを意味しない。各ノードは、例えば、製造中に設定された大きなバイナリストリングの形態の固有のＩＤを有する。各ノードでは、そのＩＤを種変数として使用して乱数が生成される。この乱数は、（例えば、好適なモジュロ動作及び追加の擬似ランダム手順によって）別のノードのリセットコマンドを受信しない限り、このノードがリセットコマンドを送信するまでの待機時間に変換される。１つのノードの乱数が最小になると、待機時間が最小になる。このノードは「同等物中の同等物（pares inter paribus）」タイムマスターとして最初に動作するように電源が投入される。複数のリセットコマンドが同時に送信された場合、ノードは、１つの単一のリセットコマンドが厳密に１つのノードによって発行されるまで、次の乱数を選択する。いくつかの態様によれば、リセット信号は、送信するノードの固有のＩＤを含む。
【００３６】
２）このリセット信号は、他のノード（例えば、１０−１、１０−２、１０−４、及び１０−５）で受信され、それらノードのそれぞれの内部クロックが、それらのクロックをノード１０−３の内部クロックに粗調整するようにリセットされる。
【００３７】
３）各ノードは、確認応答信号２２−１、２２−１、２２−４、及び２２−５としてそれぞれのＩＤを一斉送信する。この確認応答電信は、個別にランダム化された遅延の後に送信される。これにより、これらの電信が、統計的には有限量の試行の後に、ノードの受信部に１つずつ到着することが確実になる。（図はリセット信号を送信したノード１０−３への矢印のみを示すが）各ノードから送信された信号は全てのノードによって受信され、それによって、ネットワーク内のノードにそれぞれのＩＤを知らせることに留意されたい。
【００３８】
この時点で、通信到達範囲内の全てのノードのＩＤが、全てのノードに知られ、全ての内部クロックが互いに粗調整される。しかしながら、ノード間の時間差は、ノード間のいまだ不明な移動時間によって判定される。
【００３９】
図２ｂは、ネットワーク内のノード間の距離を判定するプロセスを示す。
【００４０】
４）全てのノードが、第２の通信チャネルを通じて、既知のＩＤを有するノードのそれぞれに信号を送信し始める。いくつかの態様によれば、信号は、低速度、例えば、３３０ｍ／秒で送信される。送信先ノードは、図４に関連して説明されるように、それ自身の処理時間に関する情報を追加してその信号を返送する。この往復時間から、各ノードと他のノードとの間の距離が計算される。
【００４１】
５）ノード間の距離に関する情報は、信号伝達によってノード間で相互に交換され、２つのノード間の距離データ、例えば、ｄ１２が、他のノードに一斉送信される。この時点で、全てのノードは、全ての他のノード間の距離に関する情報を有する。いくつかの態様によれば、到達範囲内のノードに関する情報が、必要とされ、それぞれのノードに保存される。
【００４２】
６）ノード１０−３から開始して、１０−３の範囲内にあるノードの内部クロックが調整される。クロック読取値からレーダー移動時間を減算する。このレーダー移動時間は、既に分かっているノード１０−３までの距離によって判定される。このプロセスは、クロックの微調整と呼ばれる。順調に微調整を経たノードは、その範囲内にあるノードに対して同じプロセスを繰り返す。このプロセスを繰り返すと、レーダーシステムの全てのノードが、１０−３に理想的に同期したクロックを有することになる。
【００４３】
したがって、センサネットワークのアンテナアレイは、様々に異なる用途で使用できる状態になり、例えば、レーダー画像処理を、レーダーノード１０−３によって開始することができる。その後、任意のサイズのアブソリュート同期アンテナ構造体が、高解像度物体検出（例えば、空港で鳥を識別し、予測するため）に使用されるように、又は長距離にわたる量子もつれを測定する若しくはアインシュタイン−ポドルスキー−ローゼン問題を評価する手段として、作成される。
【００４４】
いくつかの態様によれば、工程１〜６は、必要に応じて、センサネットワーク内のノード間の距離情報を更新するために、定期的に繰り返される。
【００４５】
図３は、ノードを追加することによるセンサネットワークの拡張を示す。新しいノード１０−６がセンサネットワークに導入されると、このノードは、別のノードによってリセット信号が送信されたかどうかを識別するためにリッスンする。リセット信号が識別された場合、新しいノード１０−６は、受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信することになり、確認応答プロセスが、上記の工程２〜６に従ってその新しいノードに対して実行される。
【００４６】
しかしながら、（工程１に記載されるように）ＩＤに基づく所定の時間間隔で、リセット信号が検出されない場合、新しいノードは、リセット信号２１を送信し、このリセット信号２１は、この例では、隣接ノード１０−２、１０−４、及び１０−５によって受信される。各隣接ノードは、このリセット信号に応答して非確認応答信号２３を送信し、新しいノード１０−６は、受信された情報に基づいて内部クロックを調整し、工程４〜６に記載されるように確認応答プロセスを開始する。いくつかの態様によれば、非確認応答信号は、送信するノードのＩＤと、送信するノードの内部クロックにクロックを調整するための情報と、を含む。
【００４７】
図４は、２つのノード間の距離を判定するための例を示す、この例では、２つのノードは、ノード１及びノード２で表される。ノード２の内部処理時間ｔ１に関する情報を要求する信号がノード１から送信される。この信号は時間＝ｔ０に送信され、ノード２内の内部処理時間ｔ１に関する情報は、時間ｔ２において受信される。ノード２は、時間ｔ’において要求を受信し、時間ｔ”において情報をノード１に送り返す。これは、内部処理時間ｔ１＝ｔ”−ｔ’であることを意味する。時間ｔ２においてノード１で受信された情報は、内部処理時間ｔ１を含み、ノード間の移動時間ｔｔｒａｖｅｌは、次式によって判定することができる。
ｔｔｒａｖｅｌ＝（ｔ２−ｔ０−ｔ１）／２
式中、ｔ１＝ｔ”−ｔ’である。
【００４８】
これにより、信号の伝搬速度が既知であるとき、ノード間の距離が特定される。
【００４９】
したがって、いくつかの態様によれば、各ノード１０は、確認応答プロセスにおいて、特定のノードに信号を送信し、この送信先ノードにおける内部処理時間ｔ１に関する情報を有する返送信号を受信することによって、移動時間ｔｔｒａｖｅｌに基づいて距離を計算することにより、距離を判定するように構成されている。
【００５０】
本開示はまた、上述の機能を有する複数のノードを備えるセンサネットワークにも関する。各ノードは、固有のＩＤを有し、互いから任意の距離に位置し、プロセッサ、メモリ、内部クロック、送受信機回路、及び少なくとも１つのアンテナ素子を備える。複数のノードのうちの少なくとも１つは、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信するように構成され、複数のノードは、このリセット信号に応答して送信された確認応答信号によって、各ノードの固有のＩＤについて知らされる。センサネットワーク内の１つのノードがリセット信号を送信するように構成されていれば十分であり、いくつかの態様によれば、全てのノードがその可能性を有することになる。
【００５１】
更に、各ノードは、第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって隣接ノードまでの距離を判定し、複数のノード間で距離情報を相互に交換するように構成され、複数のノードのうちの少なくとも１つは、その距離情報に基づいて内部クロックを微調整するように更に構成されている。
【００５２】
いくつかの態様によれば、複数のノードの全ては、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信するように構成されている。
【００５３】
ノードのうちの２つ以上がリセット信号を送信するように構成されている場合、送信するノードは、上述のように、各ノードの固有のＩＤに基づいて無作為に選択される。更に、各ノードは、リセット信号を送信するときに、各ノードの固有のＩＤを送信するように構成されてもよい。
【００５４】
確認応答信号は、信号がリセット信号を送信したノードに到達する限り、任意の通信チャネルを通じて送信されてよい。いくつかの態様によれば、確認応答信号は、第１の通信チャネルを通じて送信される。
【００５５】
図５は、ノード内で実行されるプロセスを示すフローチャートである。このプロセスの目的は、複数のノードを備えるセンサネットワーク内のノード間の距離を判定することである。各ノードは固有のＩＤを有し、ノード同士は互いに任意の距離に位置し、
各ノードは、プロセッサ、メモリ、内部クロック、少なくとも１つのアンテナ素子を介して、少なくとも第１の通信チャネル及び伝搬速度が等しくない第２の通信チャネルを通じて信号を送受信するように構成された送受信機回路を備える。
【００５６】
このプロセスにおける第１の工程は、リセット信号が第１の通信信号を通じて受信されたかどうかを識別すること（Ｓ１０）であり、リセット信号が識別された場合、プロセスは、リセット信号に基づいて内部クロックを調整し（Ｓ１１）、受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し（Ｓ１２）、その後、確認応答プロセスを開始すること（工程Ｓ１７と関連して説明される）へと続く。
【００５７】
一方、リセット信号が識別されなかった場合、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信し（Ｓ１３）、複数のノードのうちの少なくとも１つから、送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信すること（Ｓ１４）へと続く。
【００５８】
この応答信号が確認応答信号である場合、プロセスは、確認応答処理を開始すること（工程Ｓ１７と関連して説明される）へと続き、又は応答信号が非確認応答信号である場合、プロセスは、受信された非確認応答信号に基づいて内部クロックを調整し（Ｓ１６）、確認応答プロセスを開始すること（工程Ｓ１７と関連して説明される）へと続く。
【００５９】
ネットワーク内のノードは、リセット信号及び応答信号（確認応答／非確認応答信号）を送信するのと同時に、又は内部クロックの粗調整が達成されたときに別個の通信を使用して、それらのノードのＩＤに関する情報を交換する。この時点で、通信の到達範囲内の全てのノードのＩＤが、当該のノードに知られており、全ての内部クロックは、互いに粗調整されている。しかしながら、ノード間の時間差は、ノード間のいまだ不明な移動時間によって判定される。
【００６０】
プロセスは、到達範囲内の各ノードについて確認応答プロセスを実行すること（Ｓ１７）へと続き、これは３つの工程、
第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって、複数のノードのうちの１つまでの距離を判定すること（Ｓ１８）と、
複数のノードのうちの１つと距離情報を交換すること（Ｓ１９）と、
第１の通信チャネルを通じて送信するときに、その距離情報に基づいて各ノードの内部クロックを微調整すること（Ｓ２０）と、を含む。
【００６１】
フローチャートにおける上述のプロセスは、センサネットワーク内のノード間の距離を判定するためのコンピュータプログラムとして実装され得、このコンピュータプログラムは、少なくとも１つのプロセッサで実行されると、少なくとも１つのプロセッサに、
リセット信号が第１の通信信号を通じて受信されたかどうかを識別すること（Ｓ１０）と、
リセット信号が識別された場合、リセット信号に基づいて内部クロックを調整し（Ｓ１１）、受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し（Ｓ１２）、確認応答プロセスを開始すること、又は
リセット信号が識別されなかった場合、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信し（Ｓ１３）、複数のノードのうちの少なくとも１つから、送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信すること（Ｓ１４）と、
ｉ）応答信号が確認応答信号である場合、確認応答プロセスを開始すること、又は
ｉｉ）応答信号が非確認応答信号である場合、受信された非確認応答信号に基づいて内部クロックを調整し（Ｓ１６）、確認応答プロセスを開始することと、を含む方法を実行させ、
この方法は、更に、
確認応答プロセスを実行すること（Ｓ１７）を更に含み、確認応答プロセスは、
第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって、複数のノードのうちの１つまでの距離を判定すること（Ｓ１８）と、
複数のノードのうちの１つと距離情報を交換すること（Ｓ１９）と、
第１の通信チャネルを通じて送信するときに、その距離情報に基づいて各ノードの内部クロックを微調整すること（Ｓ２０）と、によって実行される。
【００６２】
上記のように、センサネットワーク内のノード間の距離を判定するためのコンピュータプログラムは、コンピュータプログラムを担持する、メモリ、ＣＤ、ＤＶＤなどのコンピュータ可読記憶媒体からアクセスすることができる。
【００６３】
図６は、複数のアンテナ面α、β、γ、及びδをそれぞれ有する球形ノード６０の例示的な実施形態を示す。球形ノード６０は、アンテナ面に加えて、プロセッサＣＰＵ、内部クロック、メモリ、送受信機回路ＴＸ／ＲＸ、任意選択のエネルギー源を更に含む。ただし、アンテナ面のみが図６に示されている。
【００６４】
ノードが球体として形成されているので、このことは、アンテナ面の向きが任意であり、ノードが起動されたときの位置に応じて異なる場合があることを意味する。いくつかの態様によれば、ノードは、信号を送受信するための１つ以上のアンテナ面を、アンテナ面の向きに基づいて選択するように構成されている。良好な送信／受信特性を有するアンテナ面を選択することにより、電力消費が低減され、それにより、ローカルエネルギー源（電池など）で動作する場合のノードの動作時間が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０６２９１４６８（Ａ）号
【特許文献２】中国特許出願公開第１０３７９６３３８（Ａ）号
【図１】
2021505920.tif 000003
【図２ａ】
2021505920.tif 000004
【図２ｂ】
2021505920.tif 000005
【図３】
2021505920.tif 000006
【図４】
2021505920.tif 000007
【図５】
2021505920.tif 000008
【図６】
2021505920.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月7日(2019.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサネットワーク、特にレーダー用途において使用されるように適合されたノードに関する。本発明は、更に、センサネットワーク、センサネットワーク内のノード間の距離を判定するための方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ可読記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダーなどのセンサネットワークは、電波を使用して、物体の範囲、角度、又は速度を判定する物体検出システムを構成する。これは、航空機、船舶、宇宙機、誘導ミサイル、自動車、天候形態、及び地形を検出するために使用することができる。基本的なレーダーシステムは、電波領域又はマイクロ波領域で電磁波を生成する送信機、放射アンテナ、放射された信号の経路内の物体からの戻りを捕捉するための受信アンテナ（前述のアンテナと別個又は同じ）、受信機、及び物体（単数又は複数）の特性を判定するプロセッサからなる。
【０００３】
ＨＦ及びＶＨＦ周波数範囲（３〜３００ＧＨｚ）で動作するレーダーシステムの解像度を増大させるために、アレイアンテナが一般的に使用される。アレイアンテナを特徴付ける２つの特性がある。第１の特徴付けパラメータは、アンテナの位置が周期的であるか否かに応じて、規則的なアレイと不規則なアレイとにアレイをグループ化するものである。第２の分類パラメータは、アレイがグレーティングローブを示さないか否か（アレイ間の距離が波長の半分未満であり、「充填アレイ（filled array）」と称される）か否（「スパースアレイ」と称される）かである。
【０００４】
不規則なスパースアレイアンテナの場合、アレイアンテナ内のアンテナ素子間の各距離が、レーダーシステムによって検出された物体の特性を判定するために不可欠である。これは、数平方キロメートルにわたって分散された別個のアンテナ素子を有する大型アレイアンテナを有する場合に特に当てはまる。
【０００５】
大型のスパースアレイアンテナの基本的な問題は、各アンテナ素子の位置を知る必要があることである。レーダー画像を生成することができるように、（例えば、動作中の）いかなる位置の変化も、信号処理アルゴリズムに入力しなければならない。
【０００６】
下記特許文献１では、超音波及び無線周波数波を使用した測位システムが開示されている。この目的は、互いに対して固定され、かつ既知であるビーコンノードを使用して、建物内のユーザ機器（ＵＥ）の位置を確立することである。
【０００７】
下記特許文献２では、無線センサ構成要素及びＴＤＭＡ自己組織化ネットワークが開示されている。このネットワーク内のノード間の到達可能な同期精度は、マイクロ秒以内であり、選択されたハードウェアに依存する。この精度は、大型のアレイアンテナを形成するには決して十分ではない。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、上記の特定された欠点のうちの１つ以上を排除する、又は少なくとも低減するセンサネットワークを提供することである。
【０００９】
この目的は、センサネットワーク内で少なくとも１つの他のノードと共に使用するためのノードによって達成され、このノードは、内部クロックと、少なくとも１つのアンテナ素子を介して、少なくとも第１の通信チャネル及び伝搬速度が等しくない（すなわち、第１のチャネルと異なる）第２の通信チャネルを通じて信号を送受信するように構成された送受信機回路と、プロセッサと、を備える。ノードは、リセット信号が第１の通信チャネルを通じて受信されたかどうかを識別し、リセット信号が識別された場合、ノードは、リセット信号に基づいて内部クロックを調整し、受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し、確認応答プロセスを開始するように更に構成され、又はリセット信号が識別されなかった場合、ノードは、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信し、少なくとも１つの他のノードのうちの少なくとも１つから、送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信するように更に構成され、
応答信号が確認応答信号である場合、ノードは、確認応答プロセスを開始するように更に構成されている、又は
応答信号が非確認応答信号である場合、ノードは、受信した非確認応答信号に基づいて内部クロックを調整し、確認応答プロセスを開始するように構成されている。
【００１０】
確認応答プロセスを実行するために、ノードは、第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって、少なくとも１つの他のノードまでの距離を判定し、少なくとも１つの他のデバイスと距離情報を交換し、第１の通信チャネルを通じて送信するときに、距離情報に基づいて各デバイスの内部クロックを微調整するように更に構成されている。
【００１１】
この目的はまた、独立請求項９に定義されるセンサネットワーク、及び独立請求項１４に定義される方法によっても達成される。
【００１２】
本発明の利点は、センサネットワークが開始される前に各ノードにおけるアンテナ素子の位置を知る必要がないことである。
【００１３】
別の利点は、ノードが移動される（又はセンサネットワーク内のノードのアレイから除去される／そこに追加される）場合、ノードの位置が更新され、ノードが除去される又は追加されると、アレイ内のノードの数が調整されることである。したがって、柔軟な自己組織化センサネットワークが達成される。
【００１４】
別の利点は、各ノードの位置が十分に迅速に更新されている限り、センサネットワークが、風に、又は他の場合には、変位に敏感ではないことである。
【００１５】
更なる目的及び利点は、当業者による詳細な説明から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】センサネットワーク内で使用するためのノードを示す。
【図２ａ】センサネットワークの開始を示す。
【図２ｂ】センサネットワーク内のノード間の距離の判定を示す。
【図３】ノードを追加することによるセンサネットワークの拡張を示す。
【図４】２つのノード間の距離を判定するための例を示す。
【図５】センサネットワークを設定するプロセスを示すフローチャートである。
【図６】複数のアンテナ面を有するノードの例示的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示は、例えば、レーダーシステムにおいて使用するためのセンサネットワークを共に生成するノードに関し、これらのセンサネットワークは、アレイアンテナ構成のアンテナ素子として、それぞれ別個のノード内のアンテナ素子を使用する。アンテナアレイを有する基本的な側面の１つに、アンテナアレイを介して通信される信号同士を同期させるために、各アンテナ素子間の距離を知らなければならないということがある。
【００１８】
前述したように、下記特許文献１は、屋内のＵＥの位置を確立するために、異なる速度を有する波（超音波及び無線周波数波）を用いた測位システムを開示している。ビーコンノードは、互いに対して固定されており、Ｄ１の図１の黒丸によって示されるＵＥの位置の確立を可能にするには、少なくとも３つのビーコンノードが必要とされる。この事実はまた、段落［００４７］の数学的説明によっても支持される。
【００１９】
しかしながら、ノード間での位置が不明である場合には、以下に示すように、異なる手法が必要である。
【００２０】
図１は、プロセッサＣＰＵ１１と、内部クロック１２と、メモリ１５と、送受信機回路ＴＸ／ＲＸ１３と、任意選択のエネルギー源１７と、１つ以上のアンテナ１６と、を備える、センサネットワーク内で使用するためのノード１０を示す。各ノード１０は好ましくは自己完結型であり、これは、エネルギー源１７がレーダーデバイスに電力を供給する限り、ノード１０が運転可能であることを意味し、あるいはノード１０は電源に接続されてもよい。
【００２１】
送受信機回路１３は、少なくとも１つのアンテナ素子１６を介して、少なくとも第１の通信チャネル及び伝搬速度が等しくない第２の通信チャネルを通じて信号を送受信するように構成されている。一態様によれば、送受信機回路１３は、電磁信号を送受信することができる無線周波数（ＲＦ）部分と、音響信号（例えば超音波）を送受信することができる音響（ＵＳ）部分とからなる。
【００２２】
ノード１０は、リセット信号が第１の通信チャネルを通じて受信されたかどうかを識別するように構成されている。いくつかの態様によれば、第１の通信チャネルの伝搬速度は、第２の通信チャネルの伝搬速度よりも早く、それによって、マルチパス又は多媒体データ転送に基づいて距離情報を抽出することが可能になる。
【００２３】
いくつかの態様によれば、第１の通信チャネル（例えば、レーダー用途に適合されたマイクロ波信号）の伝搬速度は、第２の通信チャネル（例えば超音波信号）の伝搬速度の１０００倍超であり、第１の通信チャネルによってリセット信号を転送するときと比較して、第２の通信チャネルを通じてリセット信号を転送するときには、０．１％未満の誤差の想定が可能になる。
【００２４】
いくつかの態様によれば、第１の通信チャネルの伝搬速度は、第２の通信チャネルの伝搬速度の１０００万倍未満である。
【００２５】
一例として、第１の通信チャネルは、２９９，７９２，４５８ｍ／秒の伝搬速度で動作するレーダー用途に使用されるように構成され、第２の通信チャネルは、３３０ｍ／秒の伝搬速度で動作する超音波又は音響用途に使用されるように構成されており、したがって、第１の通信チャネルの伝搬速度よりも約１００万倍遅い。
【００２６】
あるいは、伝搬速度の差を達成するために、異なる媒体を使用してもよい。例えば、所与の媒体を通る音の速度は、その媒体の密度に反比例し、また剛性に正比例する。超音波は、水又は石などの剛性媒体をより速く通って移動する。音波は３３０ｍ／秒の速度で空気を通過し、水中での音の速度は、１４８０ｍ／秒である。
【００２７】
ノード１０内でリセット信号が識別された場合、ノードは、ターゲットノードモードで動作し、リセット信号に基づいて内部クロック１２を調整し、受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し、確認応答プロセスを開始するように更に構成されている。内部クロック１２の調整は、（低速チャネルの精度への）粗いリセットであり、リセット信号を送信したノードの内部クロックを、リセット信号を受信したノードと粗く同期させるために、クロックを「００００」にハードリセットすることを含み得る。
【００２８】
ノード１０内でリセット信号が識別されなかった場合、ノードは、ソースノードモードで動作し、第１の通信チャネルを通じてリセット信号（例えば、マイクロ波信号）を送信し、少なくとも１つの他のノードのうちの少なくとも１つから、送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信するように更に構成されており、以下の２つの種類の応答信号が受信され得る。
【００２９】
確認応答信号
応答信号が確認応答信号である場合、ノード（１０）は、確認応答プロセスを開始するように更に構成されている。これは、ノードがリセット信号を最初に送信したノードであり、他のノードが応答して確認応答信号を送信した場合に当てはまる。
【００３０】
非確認応答信号
応答信号が非確認応答信号（すなわち、確認応答信号ではない任意の種類の信号）である場合、ノードは、受信した非確認応答信号に基づいて内部クロックを調整し、確認応答プロセスを開始するように構成されている。内部クロック１２の調整は、粗いリセットであり、非確認応答信号を送信するノードの内部クロックを、非確認応答信号を受信するノードと粗く同期させるために、クロックを「００００」にハードリセットすることを含み得る。これは、通常、ノードがリセット信号を送信する最初のノードではないため、確認応答信号を受信しない場合に当てはまる。ノードは、この非確認応答信号を別のノードからのリセット信号と解釈し、確認応答プロセスを開始する前に内部クロックをそれに従って調整する。
【００３１】
いくつかの態様によれば、確認応答信号及び／又は非確認応答信号は、第１の通信チャネルを通じて通信される。
【００３２】
確認応答プロセスを実行するために、ノード１０は、第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって少なくとも１つの他のノードまでの距離を判定し、その少なくとも１つの他のデバイスと距離情報を交換し、第１の通信チャネルを通じて送信するときに、その距離情報に基づいて各デバイスの内部クロックを微調整するように更に構成されている。
【００３３】
ノード間の距離を判定する方法の説明が、図４に関連して示される。
【００３４】
図２ａは、複数のノードを備えるセンサネットワークの開始を示す。このプロセスは、いくつかの工程で示すことができる。
【００３５】
１）１つの無作為に選択されたノード、例えば、１０−３が、全ての他のノード内の内部クロックをリセットするコマンドを含むリセット信号２１を第１の通信チャネルを通じて一斉送信する。例示的な実施形態では、リセット信号は、３×１０８ｍ／秒の速度で移動する。この概念は、手動による選択又は選出プロセスを意味しない。各ノードは、例えば、製造中に設定された大きなバイナリストリングの形態の固有のＩＤを有する。各ノードでは、そのＩＤを種変数として使用して乱数が生成される。この乱数は、（例えば、好適なモジュロ動作及び追加の擬似ランダム手順によって）別のノードのリセットコマンドを受信しない限り、このノードがリセットコマンドを送信するまでの待機時間に変換される。１つのノードの乱数が最小になると、待機時間が最小になる。このノードは「同等物中の同等物（pares inter paribus）」タイムマスターとして最初に動作するように電源が投入される。複数のリセットコマンドが同時に送信された場合、ノードは、１つの単一のリセットコマンドが厳密に１つのノードによって発行されるまで、次の乱数を選択する。いくつかの態様によれば、リセット信号は、送信するノードの固有のＩＤを含む。
【００３６】
２）このリセット信号は、他のノード（例えば、１０−１、１０−２、１０−４、及び１０−５）で受信され、それらノードのそれぞれの内部クロックが、それらのクロックをノード１０−３の内部クロックに粗調整するようにリセットされる。
【００３７】
３）各ノードは、確認応答信号２２−１、２２−１、２２−４、及び２２−５としてそれぞれのＩＤを一斉送信する。この確認応答電信は、個別にランダム化された遅延の後に送信される。これにより、これらの電信が、統計的には有限量の試行の後に、ノードの受信部に１つずつ到着することが確実になる。（図はリセット信号を送信したノード１０−３への矢印のみを示すが）各ノードから送信された信号は全てのノードによって受信され、それによって、ネットワーク内のノードにそれぞれのＩＤを知らせることに留意されたい。
【００３８】
この時点で、通信到達範囲内の全てのノードのＩＤが、全てのノードに知られ、全ての内部クロックが互いに粗調整される。しかしながら、ノード間の時間差は、ノード間のいまだ不明な移動時間によって判定される。
【００３９】
図２ｂは、ネットワーク内のノード間の距離を判定するプロセスを示す。
【００４０】
４）全てのノードが、第２の通信チャネルを通じて、既知のＩＤを有するノードのそれぞれに信号を送信し始める。いくつかの態様によれば、信号は、低速度、例えば、３３０ｍ／秒で送信される。送信先ノードは、図４に関連して説明されるように、それ自身の処理時間に関する情報を追加してその信号を返送する。この往復時間から、各ノードと他のノードとの間の距離が計算される。
【００４１】
５）ノード間の距離に関する情報は、信号伝達によってノード間で相互に交換され、２つのノード間の距離データ、例えば、ｄ１２が、他のノードに一斉送信される。この時点で、全てのノードは、全ての他のノード間の距離に関する情報を有する。いくつかの態様によれば、到達範囲内のノードに関する情報が、必要とされ、それぞれのノードに保存される。
【００４２】
６）ノード１０−３から開始して、１０−３の範囲内にあるノードの内部クロックが調整される。クロック読取値からレーダー移動時間を減算する。このレーダー移動時間は、既に分かっているノード１０−３までの距離によって判定される。このプロセスは、クロックの微調整と呼ばれる。順調に微調整を経たノードは、その範囲内にあるノードに対して同じプロセスを繰り返す。このプロセスを繰り返すと、レーダーシステムの全てのノードが、１０−３に理想的に同期したクロックを有することになる。
【００４３】
したがって、センサネットワークのアンテナアレイは、様々に異なる用途で使用できる状態になり、例えば、レーダー画像処理を、レーダーノード１０−３によって開始することができる。その後、任意のサイズのアブソリュート同期アンテナ構造体が、高解像度物体検出（例えば、空港で鳥を識別し、予測するため）に使用されるように、又は長距離にわたる量子もつれを測定する若しくはアインシュタイン−ポドルスキー−ローゼン問題を評価する手段として、作成される。
【００４４】
いくつかの態様によれば、工程１〜６は、必要に応じて、センサネットワーク内のノード間の距離情報を更新するために、定期的に繰り返される。
【００４５】
図３は、ノードを追加することによるセンサネットワークの拡張を示す。新しいノード１０−６がセンサネットワークに導入されると、このノードは、別のノードによってリセット信号が送信されたかどうかを識別するためにリッスンする。リセット信号が識別された場合、新しいノード１０−６は、受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信することになり、確認応答プロセスが、上記の工程２〜６に従ってその新しいノードに対して実行される。
【００４６】
しかしながら、（工程１に記載されるように）ＩＤに基づく所定の時間間隔で、リセット信号が検出されない場合、新しいノードは、リセット信号２１を送信し、このリセット信号２１は、この例では、隣接ノード１０−２、１０−４、及び１０−５によって受信される。各隣接ノードは、このリセット信号に応答して非確認応答信号２３を送信し、新しいノード１０−６は、受信された情報に基づいて内部クロックを調整し、工程４〜６に記載されるように確認応答プロセスを開始する。いくつかの態様によれば、非確認応答信号は、送信するノードのＩＤと、送信するノードの内部クロックにクロックを調整するための情報と、を含む。
【００４７】
図４は、２つのノード間の距離を判定するための例を示す、この例では、２つのノードは、ノード１及びノード２で表される。ノード２の内部処理時間ｔ１に関する情報を要求する信号がノード１から送信される。この信号は時間＝ｔ０に送信され、ノード２内の内部処理時間ｔ１に関する情報は、時間ｔ２において受信される。ノード２は、時間ｔ’において要求を受信し、時間ｔ”において情報をノード１に送り返す。これは、内部処理時間ｔ１＝ｔ”−ｔ’であることを意味する。時間ｔ２においてノード１で受信された情報は、内部処理時間ｔ１を含み、ノード間の移動時間ｔｔｒａｖｅｌは、次式によって判定することができる。
ｔｔｒａｖｅｌ＝（ｔ２−ｔ０−ｔ１）／２
式中、ｔ１＝ｔ”−ｔ’である。
【００４８】
これにより、信号の伝搬速度が既知であるとき、ノード間の距離が特定される。
【００４９】
したがって、いくつかの態様によれば、各ノード１０は、確認応答プロセスにおいて、特定のノードに信号を送信し、この送信先ノードにおける内部処理時間ｔ１に関する情報を有する返送信号を受信することによって、移動時間ｔｔｒａｖｅｌに基づいて距離を計算することにより、距離を判定するように構成されている。
【００５０】
本開示はまた、上述の機能を有する複数のノードを備えるセンサネットワークにも関する。各ノードは、固有のＩＤを有し、互いから任意の距離に位置し、プロセッサ、メモリ、内部クロック、送受信機回路、及び少なくとも１つのアンテナ素子を備える。複数のノードのうちの少なくとも１つは、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信するように構成され、複数のノードは、このリセット信号に応答して送信された確認応答信号によって、各ノードの固有のＩＤについて知らされる。センサネットワーク内の１つのノードがリセット信号を送信するように構成されていれば十分であり、いくつかの態様によれば、全てのノードがその可能性を有することになる。
【００５１】
更に、各ノードは、第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって隣接ノードまでの距離を判定し、複数のノード間で距離情報を相互に交換するように構成され、複数のノードのうちの少なくとも１つは、その距離情報に基づいて内部クロックを微調整するように更に構成されている。
【００５２】
いくつかの態様によれば、複数のノードの全ては、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信するように構成されている。
【００５３】
ノードのうちの２つ以上がリセット信号を送信するように構成されている場合、送信するノードは、上述のように、各ノードの固有のＩＤに基づいて無作為に選択される。更に、各ノードは、リセット信号を送信するときに、各ノードの固有のＩＤを送信するように構成されてもよい。
【００５４】
確認応答信号は、信号がリセット信号を送信したノードに到達する限り、任意の通信チャネルを通じて送信されてよい。いくつかの態様によれば、確認応答信号は、第１の通信チャネルを通じて送信される。
【００５５】
図５は、ノード内で実行されるプロセスを示すフローチャートである。このプロセスの目的は、複数のノードを備えるセンサネットワーク内のノード間の距離を判定することである。各ノードは固有のＩＤを有し、ノード同士は互いに任意の距離に位置し、
各ノードは、プロセッサ、メモリ、内部クロック、少なくとも１つのアンテナ素子を介して、少なくとも第１の通信チャネル及び伝搬速度が等しくない第２の通信チャネルを通じて信号を送受信するように構成された送受信機回路を備える。
【００５６】
このプロセスにおける第１の工程は、リセット信号が第１の通信信号を通じて受信されたかどうかを識別すること（Ｓ１０）であり、リセット信号が識別された場合、プロセスは、リセット信号に基づいて内部クロックを調整し（Ｓ１１）、受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し（Ｓ１２）、その後、確認応答プロセスを開始すること（工程Ｓ１７と関連して説明される）へと続く。
【００５７】
一方、リセット信号が識別されなかった場合、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信し（Ｓ１３）、複数のノードのうちの少なくとも１つから、送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信すること（Ｓ１４）へと続く。
【００５８】
この応答信号が確認応答信号である場合、プロセスは、確認応答処理を開始すること（工程Ｓ１７と関連して説明される）へと続き、又は応答信号が非確認応答信号である場合、プロセスは、受信された非確認応答信号に基づいて内部クロックを調整し（Ｓ１６）、確認応答プロセスを開始すること（工程Ｓ１７と関連して説明される）へと続く。
【００５９】
ネットワーク内のノードは、リセット信号及び応答信号（確認応答／非確認応答信号）を送信するのと同時に、又は内部クロックの粗調整が達成されたときに別個の通信を使用して、それらのノードのＩＤに関する情報を交換する。この時点で、通信の到達範囲内の全てのノードのＩＤが、当該のノードに知られており、全ての内部クロックは、互いに粗調整されている。しかしながら、ノード間の時間差は、ノード間のいまだ不明な移動時間によって判定される。
【００６０】
プロセスは、到達範囲内の各ノードについて確認応答プロセスを実行すること（Ｓ１７）へと続き、これは３つの工程、
第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって、複数のノードのうちの１つまでの距離を判定すること（Ｓ１８）と、
複数のノードのうちの１つと距離情報を交換すること（Ｓ１９）と、
第１の通信チャネルを通じて送信するときに、その距離情報に基づいて各ノードの内部クロックを微調整すること（Ｓ２０）と、を含む。
【００６１】
フローチャートにおける上述のプロセスは、センサネットワーク内のノード間の距離を判定するためのコンピュータプログラムとして実装され得、このコンピュータプログラムは、少なくとも１つのプロセッサで実行されると、少なくとも１つのプロセッサに、
リセット信号が第１の通信信号を通じて受信されたかどうかを識別すること（Ｓ１０）と、
リセット信号が識別された場合、リセット信号に基づいて内部クロックを調整し（Ｓ１１）、受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し（Ｓ１２）、確認応答プロセスを開始すること、又は
リセット信号が識別されなかった場合、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信し（Ｓ１３）、複数のノードのうちの少なくとも１つから、送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信すること（Ｓ１４）と、
ｉ）応答信号が確認応答信号である場合、確認応答プロセスを開始すること、又は
ｉｉ）応答信号が非確認応答信号である場合、受信された非確認応答信号に基づいて内部クロックを調整し（Ｓ１６）、確認応答プロセスを開始することと、を含む方法を実行させ、
この方法は、更に、
確認応答プロセスを実行すること（Ｓ１７）を更に含み、確認応答プロセスは、
第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって、複数のノードのうちの１つまでの距離を判定すること（Ｓ１８）と、
複数のノードのうちの１つと距離情報を交換すること（Ｓ１９）と、
第１の通信チャネルを通じて送信するときに、その距離情報に基づいて各ノードの内部クロックを微調整すること（Ｓ２０）と、によって実行される。
【００６２】
上記のように、センサネットワーク内のノード間の距離を判定するためのコンピュータプログラムは、コンピュータプログラムを担持する、メモリ、ＣＤ、ＤＶＤなどのコンピュータ可読記憶媒体からアクセスすることができる。
【００６３】
図６は、複数のアンテナ面α、β、γ、及びδをそれぞれ有する球形ノード６０の例示的な実施形態を示す。球形ノード６０は、アンテナ面に加えて、プロセッサＣＰＵ、内部クロック、メモリ、送受信機回路ＴＸ／ＲＸ、任意選択のエネルギー源を更に含む。ただし、アンテナ面のみが図６に示されている。
【００６４】
ノードが球体として形成されているので、このことは、アンテナ面の向きが任意であり、ノードが起動されたときの位置に応じて異なる場合があることを意味する。いくつかの態様によれば、ノードは、信号を送受信するための１つ以上のアンテナ面を、アンテナ面の向きに基づいて選択するように構成されている。良好な送信／受信特性を有するアンテナ面を選択することにより、電力消費が低減され、それにより、ローカルエネルギー源（電池など）で動作する場合のノードの動作時間が増加する。
【００６５】
下記特許文献３は、関連する通信手段を使用して能動物体をそして通信手段なしで受動物体を短距離局在化する方法を開示している。この方法は別のノードのネットワーク内の存在そしてこのネットワークに対する距離を定めるために無線測距および超音波測距の両方を使用する。
【００６６】
下記特許文献４は、レーダー画像処理システムを開示し、このシステムは目標にレーダーを送信するように構成されたレーダー送信機と、それぞれが目標からレーダーエコーを受信するように構成された物理的に独立した空中キャリアーの列を含む開口部と、空中キャリアーそれぞれと通信するベースステーションとを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６７】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０６２９１４６８（Ａ）号
【特許文献２】中国特許出願公開第１０３７９６３３８（Ａ）号
【特許文献３】国際公開第２０１５／０９２８２５号
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１７／００５２２４７号
【手続補正２】
【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】
センサネットワーク内で少なくとも１つの他のノードと共に使用するためのノード（１０）であって、各ノードは、アレイアンテナ内のアンテナ素子として使用されるように構成された少なくとも１つのアンテナ素子（１６）を有し、前記ノードは、
内部クロック（１２）と、
前記少なくとも１つのアンテナ素子（１６）を介して、少なくとも第１の通信チャネル及び伝搬速度が等しくない第２の通信チャネルを通じて信号を送受信するように構成された送受信機回路（１３）と、
プロセッサ（１１）と、を備え、
前記ノード（１０）は、リセット信号が前記第１の通信チャネルを通じて受信されたかどうかを識別するように構成され、
前記リセット信号が識別された場合、前記ノード（１０）は、
ａ）前記リセット信号に基づいて前記内部クロック（１２）を調整し、前記受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し、確認応答プロセスを開始するように更に構成され、又は
前記リセット信号が識別されなかった場合、前記ノード（１０）は、
ｂ）前記第１の通信チャネルを通じて前記リセット信号を送信し、前記少なくとも１つの他のノードのうちの少なくとも１つから、前記送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信するように更に構成され、かつ
ｂ１）前記応答信号が確認応答信号である場合、前記ノードは、確認応答プロセスを開始するように更に構成され、又は
ｂ２）前記応答信号が非確認応答信号である場合、前記ノードは、前記受信された非確認応答信号に基づいて前記内部クロックを調整し、確認応答プロセスを開始するように構成され、
前記確認応答プロセスを実行するために、前記ノードは、
ｃ）前記第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって前記少なくとも１つの他のノードまでの距離を判定し、前記少なくとも１つの他のノードと距離情報を交換し、前記第１の通信チャネルを通じて送信するときに、前記距離情報に基づいて各ノードの前記内部クロックを微調整するように更に構成されている、ノード。
【請求項２】
前記第１の通信チャネルの前記伝搬速度は、前記第２の通信チャネルの前記伝搬速度よりも速い、ことを特徴とする請求項１記載のノード。
【請求項３】
前記第１の通信チャネルの前記伝搬速度は、前記第２の通信チャネルの前記伝搬速度の１０００倍超である、ことを特徴とする請求項２記載のノード。
【請求項４】
前記第１の通信チャネルの前記伝搬速度は、前記第２の通信チャネルの前記伝搬速度の１０００万倍未満である、ことを特徴とする請求項２又は３記載のノード。
【請求項５】
前記第１の通信チャネルは、レーダー用途に使用されるように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載のノード。
【請求項６】
前記第２の通信チャネルは、超音波又は音響用途に使用されるように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載のノード。
【請求項７】
前記確認応答信号は、前記第１の通信チャネルを通じて通信される、ことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載のノード。
【請求項８】
特定のノードに信号を送信し、送信先ノードにおける内部処理時間に関する情報を有する返送信号を受信することによって、前記移動時間に基づいて前記距離を計算することにより、工程ｃ）の前記距離が判定される、ことを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載のノード。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれか１項記載の複数のノード（１０）を備えるセンサネットワークであって、各ノード（１０）は、アレイアンテナ内のアンテナ素子として使用されるように構成された少なくとも１つのアンテナ素子（１６）及び固有のＩＤを有し、前記複数のノードは互いから任意の距離に位置し、
各ノードは、プロセッサ（１１）、メモリ（１５）、内部クロック（１２）、送受信機回路（１３）、及び前記少なくとも１つのアンテナ素子（１６）を備え、
前記複数のノードのうちの少なくとも１つは、第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信するように構成され、前記複数のノードは、前記リセット信号に応答して送信された確認応答信号によって、各ノードの前記固有のＩＤについて知らされ、
各ノード（１０）は、第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって隣接ノードまでの距離を判定し、前記複数のノード間の距離情報を相互に交換するように構成され、
前記複数のノードのうちの前記少なくとも１つは、前記距離情報に基づいて前記内部クロックを微調整するように更に構成されている、
センサネットワーク。
【請求項１０】
前記複数のノード（１０）の全ては、前記第１の通信チャネルを通じてリセット信号を送信するように構成されている、ことを特徴とする請求項９記載のセンサネットワーク。
【請求項１１】
前記リセット信号を送信するように構成された各ノード（１０）は、前記リセット信号を送信するときに、各ノードの固有のＩＤを送信するように更に構成されている、ことを特徴とする請求項９又は１０記載のセンサネットワーク。
【請求項１２】
前記確認応答信号は、前記第１の通信チャネルを通じて送信される、ことを特徴とする請求項９乃至１１いずれか１項記載のセンサネットワーク。
【請求項１３】
前記リセット信号を送信する前記複数のノードのうちの前記少なくとも１つは、各ノード（１０）の前記固有のＩＤに基づいて無作為に選択される、ことを特徴とする請求項９乃至１２いずれか１項記載のセンサネットワーク。
【請求項１４】
ノードにおいて、複数のノードを備えるセンサネットワーク内でのノード間の距離を判定するための方法であって、
各ノードは、アレイアンテナ内のアンテナ素子として使用されるように構成された少なくとも１つのアンテナ素子及び固有のＩＤを有し、前記複数のノードは互いから任意の距離に位置し、
各ノードは、プロセッサ、メモリ、内部クロック、及び前記少なくとも１つのアンテナ素子を介して少なくとも第１の通信チャネル及び伝搬速度が等しくない第２の通信チャネルを通じて信号を送受信するように構成された送受信機回路を備え、前記方法は、
リセット信号が前記第１の通信チャネルを通じて受信されたかどうかを識別すること（Ｓ１０）と、
前記リセット信号が識別された場合、前記リセット信号に基づいて前記内部クロックを調整し（Ｓ１１）、前記受信されたリセット信号に応答して確認応答信号を送信し（Ｓ１２）、確認応答プロセスを開始すること、又は
前記リセット信号が識別されなかった場合、前記第１の通信チャネルを通じて前記リセット信号を送信し（Ｓ１３）、前記複数のノードのうちの少なくとも１つから、前記送信されたリセット信号に応答した応答信号を受信すること（Ｓ１４）と、
ｉ）前記応答信号が確認応答信号である場合、確認応答プロセスを開始すること、又は
ｉｉ）前記応答信号が非確認応答信号である場合、前記受信された非確認応答信号に基づいて前記内部クロックを調整し（Ｓ１６）、確認応答プロセスを開始することと、を含み、
前記方法は、
前記確認応答プロセスを実行すること（Ｓ１７）を更に含み、前記確認応答プロセスは、
前記第２の通信チャネルを通じた信号の移動時間を測定することによって、前記複数のノードのうちの１つまでの距離を判定すること（Ｓ１８）と、
前記複数のノードのうちの１つと距離情報を交換すること（Ｓ１９）と、
前記第１の通信チャネルを通じて送信するときに、前記距離情報に基づいて各ノードの前記内部クロックを微調整すること（Ｓ２０）と、
によって実行される、方法。
【請求項１５】
センサネットワーク内のノード間の距離を判定するためのコンピュータプログラムであって、少なくとも１つのプロセッサで実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに請求項１４記載の方法を実行させる、コンピュータプログラム。
【請求項１６】
請求項１５記載のセンサネットワーク内のノード間の距離を判定するためのコンピュータプログラムを担持するコンピュータ可読記憶媒体。
【国際調査報告】
2021505920.tif 000010
2021505920.tif 000011