(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が、各々に対して割り当てられたＴＤＭＡタイムスロットの期間に無線周波数信号と音響信号を同時に送信するように構成された複数のアンカーステーションと、
前記複数のアンカーステーションの内の少なくとも１つから前記無線周波数信号を受信するように構成された無線周波数受信機と前記複数のアンカーステーションの内の少なくとも１つから前記音響信号を受信するように構成された音響受信機を含む１つのモバイルステーションと、
受信された無線周波数信号と受信された音響信号に基づいて前記モバイルステーションの位置情報を決定するように構成された処理ユニットと、
を備え、
前記複数のアンカーステーションの各々に対するＴＤＭＡタイムスロットは、前記処理ユニットにより決定された位置情報により調整可能になっている屋内位置決めシステム。
【請求項２】
前記複数のアンカーステーションの各々が、
ＲＦ送信機と、
音響送信機と、
前記無線周波数信号および前記音響信号の伝送時間を決定可能にするアンカーステーション処理ユニットと、
前記ＲＦ送信機と前記音響送信機と前記アンカーステーション処理ユニットに結合され、それらの間でのインタフェースを可能にするグルー・ロジック(glue logic)を備えた請求項１の屋内位置決めシステム。
【請求項３】
前記音響送信機が、超音波送信機である請求項２の屋内位置決めシステム。
【請求項４】
前記ＲＦ送信機が、無線メッシュ送信機である請求項２の屋内位置決めシステム。
【請求項５】
前記モバイルステーションが、温度センサを含む請求項１の屋内位置決めシステム。
【請求項６】
前記音響受信機が、マイクロフォンからなる請求項１の屋内位置決めシステム。
【請求項７】
さらに、前記複数のアンカーステーションから離れていて、前記複数のアンカーステーションと通信するように構成されたセントラルステーションを備えた請求項１の屋内位置決めシステム。
【請求項８】
前記セントラルステーションは、前記複数のアンカーステーションによる伝送用にＴＤＭＡタイムスロットを割り当てるように構成されたセントラルステーション処理ユニットをさらに備え、各ＴＤＭＡタイムスロットは、１つのアンカーステーションからの１つの無線周波数信号および１つの音響信号の伝送に対して割り当てられている請求項７の屋内位置決めシステム。
【請求項９】
前記セントラルステーション処理ユニットは、決定された前記モバイルステーションの位置に基づいてメッシュネットワークのパラメータを変更するように、さらに構成された請求項８の屋内位置決めシステム。
【請求項１０】
それぞれのアンカーステーションからの各無線周波数信号と音響信号は、決められたＴＤＭＡタイムスロット内で同期化されてそれぞれのアンカーステーションから送信され、前記モバイルステーションは、前記複数のアンカーステーションの内の少なくとも３つのアンカーステーションがそれ独自の同期化された所定のＴＤＭＡタイムスロット内で送信した無線周波数信号と音響信号を受信し、受信された信号と前記複数のアンカーステーションの内の前記少なくとも３つの既知位置に基づいて前記モバイルステーションの位置を計算するように構成された請求項１の屋内位置決めシステム。
【請求項１１】
それぞれのアンカーステーションからの各無線周波数信号と音響信号は、所定のＴＤＭＡタイムスロット内で同期化されてそれぞれのアンカーステーションから送信され、前記モバイルステーションの位置について幾らかの情報が既知であり、前記モバイルステーションは、前記複数のアンカーステーションの内の少なくとも１つのアンカーステーションがそれ独自の同期化された所定のＴＤＭＡタイムスロット内で送信した無線周波数信号と音響信号を受信し、受信された信号と前記複数のアンカーステーションの内の前記少なくとも１つの既知位置と前記モバイルステーションの位置についての幾らかの既知の情報に基づいて前記モバイルステーションの位置を計算するように構成された請求項１の屋内位置決めシステム。
【請求項１２】
複数のモバイルステーションをさらに備え、各モバイルステーションは、前記複数のアンカーステーションの内の前記少なくとも１つから同時に送信された無線周波数信号と音響信号を受信するように構成された請求項１の屋内位置決めシステム。
【請求項１３】
前記処理ユニットが、前記複数のアンカーステーションの内の１つに配置された請求項１の屋内位置決めシステム。
【請求項１４】
前記処理ユニットが、前記モバイルステーションに配置された請求項１の屋内位置決めシステム。
【請求項１５】
前記処理ユニットが、セントラルステーションに配置された請求項７の屋内位置決めシステム。
【請求項１６】
請求項１の屋内位置決めシステムを用いて位置を決定する方法であって、
前記複数のアンカーステーションの内の１つから１つの無線周波数信号と１つの音響信号を同時に送信すること、
前記無線周波数信号と前記音響信号をモバイルステーションで受信すること、
前記無線周波数信号と前記音響信号の受信時間をモバイルステーションで決定すること、
前記モバイルステーションと前記複数のアンカーステーションの内の前記１つの間の距離を計算すること、
を有する方法。
【請求項１７】
前記モバイルステーションと前記複数のアンカーステーションの内の前記１つの間の距離を計算することは、
音速を前記モバイルステーションで決定すること、
前記モバイルステーションでの音速に、前記モバイルステーションでの前記無線周波数信号と前記音響信号の受信時間差を乗算すること、
を含む請求項１６の方法。
【請求項１８】
音速を前記モバイルステーションで決定することは、空気中での温度を決定すること、前記温度に基づいて音速を計算すること、を含む請求項１７の方法。
【請求項１９】
前記複数のアンカーステーションの内の少なくとも２つの追加的なアンカーステーションの各々の１つの無線周波数信号および１つの音響信号に対して、前記同時に送信すること、前記受信すること、前記決定すること、前記計算することを繰り返すこと、
計算された距離に基づいて前記モバイルステーションの位置を決定すること、
を含む請求項１６の方法。
【請求項２０】
前記モバイルステーションの位置を決定することは、
計算された少なくとも３つの距離と前記少なくとも３つのアンカーステーションの既知位置を用いて三辺測量により前記モバイルステーションを位置決めすること、
を含む請求項１９の方法。
【請求項２１】
請求項１の屋内位置決めシステムを用いて位置を決定する方法であって、
既知位置を持つ少なくとも３つのアンカーステーションの各々から同時に送信された無線周波数信号と音響信号の各々を、それ独自の同期化された所定のＴＤＭＡタイムスロット内で受信すること、
前記少なくとも３つのアンカーステーションの各々に対する前記無線周波数信号と前記音響信号の受信時間をモバイルステーションで決定すること、
前記モバイルステーションと前記少なくとも３つのアンカーステーションの間の距離を計算すること、
計算された前記少なくとも３つの距離を用いて前記モバイルステーションの位置を決定すること、を有する方法。
【請求項２２】
前記モバイルステーションと前記少なくとも３つのアンカーステーションの間の距離を計算することは、
音速を前記モバイルステーションで決定すること、
前記モバイルステーションでの音速に、前記モバイルステーションでの前記無線周波数信号と前記音響信号の受信時間差を乗算すること、
を含む請求項２１の方法。
【請求項２３】
音速を前記モバイルステーションで決定することは、
空気中での温度を決定すること、前記温度に基づいて音速を計算すること、を含む請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記モバイルステーションの位置を決定することは、
計算された少なくとも３つの距離と前記少なくとも３つのアンカーステーションの既知位置を用いて三辺測量により前記モバイルステーションを位置決めすること、
を含む請求項２１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決めシステムに関する。より具体的には、本発明は、特定区域における対象物の位置を認識したり、対象物を追跡したりするために使用されるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
屋内位置決めシステム(ＩＰＳ: Indoor Posting System)は、ビル内あるいは密集した工業区域内の対象物や人の位置を無線で見つけ出すために使用されるデバイスネットワークである。全地球測位システム(ＧＰＳ)は、４つ以上のＧＰＳ衛星に対して妨害のない視線が必要であり、屋内位置を確立するのに一般的に適さないので、特別な設計が必要になる。マイクロ波は、屋根、壁、およびその他の物体によって減衰され、散乱され、表面での多数の反射は、マルチパス伝播を引き起こして、コントロールできないエラーを与える。
【０００３】
飛行時間(ＴｏＦ: Time of Flight)は、信号が送信機から受信機に伝播するのにかかる時間の量である。信号の伝播速度は、一定であり、信号の飛行時間を直接使用して距離を計算できることは知られている。多数のアンカーステーション(anchor station)に対する多数(ＧＰＳでは少なくとも４つの衛星)の測定値を組み合わせて三辺測量により位置を見つけ出すことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光の速度は、３ｘ１０８ｍ/ｓｅｃであるので、無線周波数(ＲＦ)ベースのシステムでは、クロック同期における不正確さが位置決め誤差のキー要因となる。ＧＰＳにおいて、ＴｏＦは、複数のセンサに対する信頼性のある時間源を保持するために、複雑な同期化メカニズムが一般的に必要である。
【０００５】
さらに、ＴｏＦベースの手法の正確性は、屋内位置における広範なマルチパス状態によりしばしば損なわれ、それは、複数の物体からのＲＦ信号の反射および回折により引き起こされる。
【０００６】
減衰および反射は、建築資材によって引き起こされるので、当該システムによってカバーされるべき何れの位置でも、少なくとも３つのアンカーポイントに対して妨害のない視線を有することが必要となる。その結果、より多数のアンカーステーションが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
屋内位置決めシステムは、複数のアンカーステーションを含み、それらの各々は、無線周波数信号と音響信号を送信するように構成される。モバイルステーションは、複数のアンカーステーションの内の少なくとも１つから無線周波数信号を受信するように構成された無線周波数受信機と複数のアンカーステーションの内の少なくとも１つから音響信号を受信するように構成された音響受信機を含む。処理ユニットは、受信された無線周波数信号と音響信号に基づいてモバイルユニットの位置情報を決定するように構成される。
【０００８】
以上の大略および要約は、１つの簡略化された形態における一概念を抜粋して紹介するために提供されたものであり、詳細な説明で以下にさらに記述される。以上の大略および要約は、請求される技術的事項のキーとなる特徴あるいは基本的特徴を定めることを意図するものでなく、請求される技術的事項の観点を決定する助けとして使用されることを意図するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】位置決定システムにおけるＲＦパルスを使用した時間同期化を示すグラフである。
【図２】ダイレクトエコーとマルチパス反射を示す距離(レンジ)対振幅のグラフである。
【図３】本開示の一実施形態に従う位置決定システムのブロック図である。
【図４】本開示の一実施形態に従うアンカーステーションのブロック図である。
【図５】本開示の一実施形態に従うモバイルステーションのブロック図である。
【図６】本開示の一実施形態に従う方法のフローチャートである。
【図７】本開示のもう一つの実施形態に従う方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
種々の観点において、開示の実施形態は、ハイブリッドＲＦ/音響アプローチを用いることによって、屋内位置決めシステム(ＩＰＳ)の課題に向けられている。ある１つの実施形態において、音響アプローチは、超音波のものである。これは、アドレッシング時間同期化(addressing time synchronization)およびマルチパス出現(multipath issues)を含む。より具体的には、電磁波は、１０６の係数だけ音より早い。超音波パルスのＴｏＦに比べてＲＦパルスのＴｏＦは無視できるので、ＲＦパルスを同期化パルスとして使用できる。受信側では、マルチパスは、時間がシフトされた(すなわち、等価的には、距離がシフトされた)複数のパルス(パルス列)のコンボルーション(畳み込み)である。視線を想定して、受信機は、(最速の)最初のパルスでロックする。
【００１１】
パルスの距離分解能は、２つの連続するパルスを区別する受信機の能力を左右する。物理的構造の典型的な大きさは、要求される距離分解能を左右する。工業区域における通路に対して、要求される距離分解能は、１メートル未満となる。
【００１２】
要求される距離分解能を音響パルスによって達成することは、電磁波パルスより、かなり容易である。達成可能な距離分解能は、パルスの帯域および群速度によって制限される。無線ＨＡＲＴ(登録商標)のような無線工業ネットワークの典型的な帯域を持つＲＦ信号では、距離分解能は、８０メートルのオーダーである。音響を使用すると、１ｋＨｚの帯域を持つ超音波パルスの距離分解能は、５０ｃｍ未満である。また、音響では、高性能パルス(advanced pulses)の生成およびサンプリングが、通常の低コストの電子技術で実現可能となる。
【００１３】
図１は、位置決定システムにおいてＲＦパルスと音響パルスを使用する時間同期化を示すグラフである。ある１つの実施形態において、音響パルスは、超音波パルスである。１つの送信機または複数の送信機(以下でさらに説明される)は、ＲＦパルスと超音波パルスを同時に送信する。ＲＦパルスと超音波パルス用の共通位置の受信機は、ＲＦパルスに対しては３ｘ１０−８秒の時間で、また、超音波パルスに対しては３ｘ１０−２秒の時間で、ＲＦと音響パルスを受信する。ある１つの実施形態において、受信時間における差が使用されて、共通位置の受信機からの送信機の距離が決定される。それについては、以下でさらに説明される。
【００１４】
図２は、受信された音響パルスのダイレクトエコーとマルチパス反射を示す距離(レンジ)対振幅のグラフである。音響パルスは、反射され、散乱され、あるいは、ある場合には完全にブロックされることがある。送信機のダイレクトな視線にある受信機は、まず、大部分のダイレクトパルスを受信する。反射されたパルスは、より遅れた時間に受信される。図２では、超音波マイクロフォンで受信された超音波信号の信号振幅のプロットが、さらに以下で説明される手法で決定された距離に対してプロットされている。最初のピークは２００で示され、第２および第３のピークはそれぞれ、２０２，２０４で示されている。視線では、ピーク２００は、送信機からマイクロフォンへのダイレクトパスの距離を示している。第２および第３のピークは、パルチパスピーク、すなわち、１つ以上の物体からの反射後に受信された信号を示しており、その信号は、飛行時間の増加、それ故、距離の増加によって表されている。送信機とマイクロフォンの間の視線では、最小の飛行時間が送信機とマイクロフォンの間のダイレクト一直線ラインの距離となるであろう。
【００１５】
ある特定の実施形態において、このシステムは、無線ＨＡＲＴ(登録商標)ネットワークのような商業的に有効性が判明している工業メッシュネットワークをベースとしている。図３では、それがブロック図の形態で示されている。
【００１６】
図３は、既知位置に配設された複数のアンカーステーション３０２(図３に示されている３つのアンカーステーション３０２Ａ,３０２Ｂ,３０２Ｃ，以下でより詳細に説明される)と、決定されることが要求される位置３１０のモバイルステーション３０４(以下でより詳細に説明される)を有するシステム３００を示している。アンカーステーション３０２は、無線ＨＡＲＴ(登録商標)ネットワークのような無線ネットワークメッシュ３０６の一形態部分にある。動作では、複数のアンカーステーション３０２は、監視される区域周囲の既知位置３０８Ａ,３０８Ｂ,３０８Ｃに位置される。モバイルステーション３０４は、知ることが要求される位置の対象物の上、あるいは、それに密に近接して位置される。対象物は、在庫品の１つ、あるいは一人の人でよいが、それは例に過ぎず、限定されない。
【００１７】
アンカーステーション３０２からモバイルステーション３０４への距離を決定するために、アンカーステーション３０２は、ＲＦメッセージ３２０(すなわち、無線ＨＡＲＴ(登録商標)メッセージ)と音響パルス３３０を、実質的に同じ時間に送信する。無線ＨＡＲＴ(登録商標)信号は、同期化を提供するための同期化情報を含み、また、当該技術分野で知られているように、データの伝送を提供する。この同期化およびデータ伝送の能力は、ＲＦパルスがユニークな同期化パルスとして使用されることを可能にし、モバイルステーション３０３は、送信がなされた時に加えて、どのアンカーステーション３０２が送信しているかを知ることができる。モバイルステーション３０４でのＲＦパルスの受信と音響パルスの受信の時間差により、そのモバイルステーションと送信しているアンカーステーション３０２の間の距離を決定することができる。モバイルステーションの位置は、３つの別々のアンカーステーションからの距離計算を用いて、例えば、三辺測量を利用して決定することができる。
【００１８】
ＴＤＭＡは、信号を複数のタイムスロットの中に分割することによって、ネットワーク上で周波数チャネルを共用(sharing)する既知標準である。ここで説明されたアンカーステーション３０２のような各ステーションは、周波数を共用し、その周波数は、パルスが伝送用の特定タイムスロットに割り当てられるようにして使用される。ある１つの実施形態において、セントラルステーション３１２は、１つ以上のモバイルステーション３０４から受信される、それ/それらの位置に関する情報を有し、決定された位置を使用して、ＴＤＭＡのタイムスロッティング(slotting)を調整する。セントラルステーション３１２は、システム３００で使用され、メッシュ３０６に結合されて１つ以上のモバイルステーション３０４から情報を受信する。アンカーステーション３０２に対するタイムスロットは、セントラルステーション３１２によって割り当てられる。ＣＤＭＡ技術、他の時間および/または周波数スロッティングあるいはシェアリング技術を含むどのような適当な通信技術が採用されてもよい。
【００１９】
ある１つの実施形態において、１つ以上のモバイルステーション３０４に対する位置情報が使用されて、種々のアンカーステーションに対するタイムスロットが調整される。例えば、モバイルステーションの位置３１０が、幾つかのアンカーステーション３０２に、他のアンカーステーションより近い時、より遠距離のアンカーステーション３０２に対するタイムスロットが広げられて、距離に起因する他のアンカーステーション３０２からのオーバーラップなしにパルス伝播および受信が可能にされる。ある１つの実施形態において、セントラルステーション３１２は、アンカーステーション３０２の各視線から各モバイルステーション３０４への距離を監視し、予期される伝播時間に応じてアンカーステーションに対するタイムスロットを調整し、アンカーステーション３０２間のクロストークを低減する。さらに、パルス符号化および拡散スペクトル技術を含む別々の周波数を使用して、近いアンカーステーション３０２間、あるいは他のアンカーステーション間のクロストークを低減してもよい。
【００２０】
アンカーシステムステーション３０２は、ネットワーク上に登録された全てのデバイスであり、したがって、各アンカー点３０２は、ＲＦ送信機４０２を持つ無線ＨＡＲＴ(登録商標)デバイスである。加えて、アンカーステーション３０２は、超音波送信機４０４およびあるグルー(glue)論理４０６を含む。
【００２１】
アンカーステーション３０２の詳細が図４に示されている。ある１つの実施形態において、各アンカーステーション３０２は、ＲＦ送信機(すなわち、無線ＨＡＲＴ(登録商標)))４０２、音響送信機４０４、ＲＦ送信機および音響送信機のような、より複雑な種々の論理回路間のインタフェースを可能とするグルー(glue)論理４０６、処理ユニット４０８、またはアンカーステーション３０２内のそのようなもの、およびクロック４１０を含む。ある１つの実施形態において、音響送信機４０４は、超音波送信機である。グルー(glue)論理は、当該技術で知られているので、詳細な説明を省略する。また、無線ＨＡＲＴ(登録商標)は、高速アドレス可能遠隔変換器(ＨＡＲＴ(登録商標))プロトコルをベースとした無線センサネットワーク用の既知標準である。ある１つの実施形態において、アンカーステーション３０２は、メッシュすなわちネットワーク６０３の部分、デバイスの部分であり、各アンカーステーション３０２は、無線メッシュネットワーク３０６上の無線ＨＡＲＴ(登録商標)デバイスである。ある１つの実施形態において、クロック４１０は、処理ユニット４０６に動作的に結合され、処理ユニット４０６が、ＲＦ信号３２０および音響信号３３０のような信号の伝送時間を決定可能にする。もう１つの実施形態において、クロック４１０は、処理ユニット４０６の一部であってもよい。
【００２２】
ある態様において、モバイルステーション３０４も、全方向性超音波マイクロフォン５０２、温度センサ５０４、小規模の処理ユニット５０６、およびＲＦ受信機５０８を持つ無線ＨＡＲＴ(登録商標)デバイスである。
【００２３】
ある１つの実施形態において、モバイルステーション３０４は、全方向性マイクロフォン５０２、温度センサ５０４、処理ユニット５０６、ＲＦ受信機５０８、およびクロック５１０を含む。ある１つの実施形態において、マイクロフォン５０２は、超音波マイクロフォンであり、処理ユニット５０６に動作的に結合される。ＲＦ受信機５０８も処理ユニット５０６に動作的に結合される。温度センサ５０４は、モバイルステーション３０４の温度を検知するために用いられ、処理ユニット５０６に動作的に結合されて、処理ユニット５０６に温度情報を送出する。以下に詳細に説明されるように、処理ユニット５０６は、温度センサ５０４によって決定された温度を用いて音速を決定し、パルスの受信時間を決定された音速と一緒に用いて、アンカーステーション３０２とモバイルステーション３０４の間の距離を決定する。ある１つの実施形態において、クロック５１０は、処理ユニット５０６に動作的に結合され、処理ユニット５０６が、ＲＦ信号３２０および音響信号３３０のような信号の受信時間を決定できるようにする。もう１つの実施形態において、クロック５１０は、処理ユニット４０８の一部であってもよい。
【００２４】
アンカーステーション３０２は、ＲＦ(無線ＨＡＲＴ(登録商標))メッセージ３２０と超音波パルス３３０を同時に送信する。各アンカーステーション３０２は、予め定義されたタイムスロットで送信を行う。タイムスロットの配分は、近いアンカーステーション３０２間で超音波クロストークが生じないような方法でなされる。アンカーステーション３０２は、また、別々の周波数スロットとパルス符号化を使用して、近いアンカーステーション３０２間でクロストークが生じないようにしてもよい。
【００２５】
モバイルステーション３０４は、ＲＦメッセージ３２０と超音波パルス３３０の受信時間を記録する。音速が既知(以下で説明されるように決定される)であれば、パルス受信の間の時間遅れは、モバイルステーション３０４とアンカーステーション３０２の間の距離を与える。
【００２６】
モバイルステーション３０４上の全方向性マイクロフォン５０２は、ダイレクトパスのパルスとマルチパスの１つまたは複数を示している１つ以上の音響パルス信号を受信する。ＲＦ受信機５０８は、ＲＦパルスを受信する。ＲＦ信号は、音響パルスより多オーダーの大きさだけ早く(１０５倍のオーダーで早く)伝わるので、ＲＦパルスは、音響パルスより前にモバイルステーションで受信される。この実施形態において、ＲＦパルスは、アンカーステーションとモバイルステーションを同期化するために伝送される同期化パルスとして使用される。ＲＦパルスは、パルスの飛行時間(ＴｏＦ)の差異によって音響パルスから区別される。モバイルステーション上の温度センサ５０４は、温度を決定し、その温度を処理ユニット５０６に送出し、処理ユニット５０６は、既知の等式を用いて、温度センサ５０４によって決定された温度での音速を決定する。海面での比較的乾燥した空気に対して、温度に基づく音速(ｃ)の１つの計算法は、下記の等式で示される。
【００２７】
【数１】
0006698029.tif 000002
【００２８】
ここで、ｃは、音速(ｍ/s)であり、Ｔは、温度センサ５０４によって測定された温度(℃)である。空気は、ほぼ理想気体であるので、空気中での音速の測定値は、ほぼ完全に温度に依存する。ある１つの実施形態において、より正確な測定値が要求されるならば、種々のセンサによってさらなる変数、例えば、湿度および密度が測定され、それらがモバイルステーションで使用されてもよい。
【００２９】
ＲＦパルス３２０がモバイルステーションのＲＦ受信機５０８で受信されると、その受信時間が決定される。音響パルスがマイクロフォン５０２で受信されると、その受信時間が決定される。ある１つの実施形態では、モバイルステーション３０４でのＲＦパルス３２０の受信とモバイルステーション３０４での音響パルス３３０の受信の時間差が、温度を用いて決定された音速と一緒に使用されて、音響パルスによって伝播された距離が決定される。ある１つの実施形態での距離の測定は、計算であり、そこでの距離は、ＲＦパルス３２０と音響パルス３３０の間の受信時間差が乗算された現在温度での音速に等しい。
【００３０】
距離を正確に決定するために、アンカーステーション３０２とモバイルステーション３０４の間の視線が必要である。アンカーステーション３０２とモバイルステーション３０４の間のダイレクトの視線がないと、飛行時間は、アンカーステーション３０２とモバイルステーション３０４の間の実際の距離を反映せず、その代わりにダイレクトでないパスに沿った飛行時間を反映するものとなる。そこで、適切な距離決定のために、アンカーステーション３０２とモバイルステーション３０４との間の視線が必要となる。
【００３１】
その配置を計算するため、モバイルステーション３０４は、少なくとも３つのアンカーステーション３０２に対する距離を測定する。３つのアンカーステーション３０２は、各アンカーステーション３０２の視線内にあるモバイルステーション３０４に対して、例えば三辺測量によって適当に位置決定できるが、区域内により多くのアンカー点３０２がある場合には、冗長性を使用して、測定のロバスト性を改善できる。図３にはアンカーステーション３０２(それぞれ３０２Ａ,３０２Ｂ,３０２Ｃ)が示されているが、位置３１０決定の正確性を高めるため、そして、システム３００によってカバーされる区域全体に対してより多くの潜在的な視線オプションを提供するために、区域を完全にカバーするように、追加のアンカーステーションが使用されてもよいことが理解されるべきである。また、１つのモバイルステーション３０４が示されているが、複数のモバイルステーション３０４が監視される区域内に配置されてもよく、システム３００は、ＲＦおよび音響信号を送信する同じ複数のアンカーステーション３０２を使用して、複数のモバイルステーション３０４の複数の位置３１０を決定してもよい。モバイルステーション３０４は、取得した情報を、ネットワーク３０６を介してセントラルステーション３１２に報告する。セントラルステーション３１２は、アルゴリズムを進行させて、モバイルステーション３０４の現在位置３１０に従ってＴＤＭＡタイムスロットを最適化することができ、それに応じてネットワークパラメータを変更できる。メッシュネットワークでは、アンカーステーション３０２の配置がネットワーク上に送信されるので、様々な実施形態において、アンカーステーション３０２、モバイルステーション３０４、またはセントラルステーション３１２は、モバイルステーション３０４の位置を決定できる。
【００３２】
ある状況において、モバイルステーションの位置は、３つより少ないアンカーステーションを使用して決定できる。そのような状況は、例えば、モバイルステーションが通路内または他の既知の限定区域に配置されているなどといった、モバイルステーションについての幾らかの既知の外部情報がある場合、あるいは、モバイルステーションに対する他の追跡情報が既知である場合を含むが、それに限定されない。そのような状況では、例えば、少ない１つのアンカーステーションで、位置を決定できる。
【００３３】
動作において、システム３００は、以下のように作用する。アンカーステーション３０２のような複数のアンカーステーションは、監視されるべき区域全体が、少なくとも３つのアンカーステーションからの視線でカバーされるように、区域内の既知位置に配設される。モバイルステーション３０４のようなモバイルステーションは、監視および/または決定される必要がある品目または人の上に付与される。各アンカーステーションは、上述されたように、ある１つの実施形態では、セントラルステーション３１２のようなセントラルステーションによって割り当てられたＴＤＭＡタイムスロットの予め決められたタイムスロットでＲＦおよび音響パルスを送信する。モバイルステーション３０４は、上述されたように、ＲＦおよび音響パルスを受信し、上述されたように、少なくとも３つのアンカーステーションからの距離を計算する。モバイルステーションのセントラルステーションは、上述したように、モバイルステーションの位置を決定できる。
【００３４】
既知位置の複数のアンカーステーションを用いてモバイルステーションの位置を決定する方法６００の一実施形態が、図６のフローチャートの形態で示されている。ある１つの実施形態において、方法６００は、ブロック６０２において、複数のアンカーステーションの１つから無線周波数パルスと音響パルスを同時に送信すること、ブロック６０４において、モバイルステーションで無線周波数パルスと音響パルスを受信すること、ブロック６０６において、モバイルステーションで無線周波数パルスと音響パルスの受信時間を決定すること、ブロック６０８において、モバイルステーションと複数のアンカーステーションの１つの間の距離を計算すること、を含む。複数のアンカーステーションの少なくとも３つの各々に対して、この処理が繰り返されて、モバイルステーションからアンカーステーションへの少なくとも３つの距離が決定され、そして、この少なくとも３つの距離は、モバイルステーションの位置を決定するために使用される。
【００３５】
モバイルステーションの位置を決定する方法７００の、もう１つの実施形態が、図７のフローチャートの形態で示されている。ある１つの実施形態において、方法７００は、ブロック７０２において、既知位置を持つ少なくとも３つのアンカーステーションの各々から同時に送信された無線周波数パルスと音響パルスの各々を受信すること、ブロック７０４において、少なくとも３つのアンカーステーションの各々に対して、モバイルステーションでの無線周波数パルスと音響パルスの受信時間を決定すること、ブロック７０６において、モバイルステーションと少なくとも３つのアンカーステーションの各々の間の距離を計算すること、ブロック７０８において、計算された少なくとも３つの距離を使用して、モバイルステーションの位置を決定すること、を含む。
【００３６】
方法６００と７００の各々において、モバイルステーションと送信しているアンカーステーションの間の距離を計算することは、ある１つの実施形態では、モバイルステーションで音速を決定すること、モバイルステーションで決定された音速に、モバイルステーションでの無線周波数パルスと音響パルスの受信の間の時間差を乗算すること、含む。モバイルステーションで音速を決定することは、ある１つの実施形態では、モバイルステーションで温度を決定すること、温度に基づいて音速を計算すること、を含む。モバイルステーションの位置を決定することは、ある１つの実施形態では、計算された少なくとも３つ距離および少なくとも３つのアンカーステーションの既知位置を使用して、三辺測量によってモバイルステーションの位置を見つけ出すこと、を含む。
【００３７】
種々の観点では以下を含む。
・超音波信号とＲＦ信号の両者を組み合わせた屋内位置決めシステム
・超音波パルスのＴｏＦ計測を同期化するためにＲＦ信号を使用すること
・アンカーステーションデバイスが無線メッシュネットワークを通して交差接続された位置決めシステム
・モバイルデバイスが無線メッシュネットワークを通してアンカーステーションに接続された位置決めシステム
・セントラルステーションが、モバイルデバイスの現在位置に従ってＴＤＭＡタイムスロットを最適化し、それに従ってネットワークパラメータを変更することができるアルゴリズムを進行させる位置決めシステム
【００３８】
本発明は、好ましい実施形態を参照して記述されたが、当業者には、本発明の精神および見地から逸脱することなく、形状および詳細を変更してもよいことが認識されるであろう。屋内位置決めシステムが一般的に記述されたが、本発明は、屋外でも使用することができる。通信は、どのような標準に従ってもよく、メッシュネットワークタイプの通信システムに限定されない。ここで使用されたように、"音響(acoustic)"の用語は、超音波を含む如何なる周波数の音響信号を含む。同様に、"ＲＦ"の用語は、適当な如何なる波長の無線周波数に向けられたものとして解釈される。ここで使用されたように、"アンカー(anchor)"の用語は、位置が既知であり、位置を決定するのに参照位置として使用される基地送信機に向けられたものとして解釈される。"モバイルデバイス(mobile device)"の用語は、モバイルステーションのような、その位置が見分けられるデバイスに向けられたものとして解釈される。ここではマイクロフォンが示されたが、どのようなタイプの音響受信機が採用されてもよい。その音響受信機は、実際に無指向性のものでも指向性のものでもよい。指向性音響受信機が使用される場合、受信された音響信号の方向に関する情報を位置決定に使用できる。また、モバイルステーションは、１つ以上の音響受信機を含んでもよい。複数の音響受信機が単一のモバイルステーションに具備される場合、ある形態では、それらを使用して位置情報が提供される。例えば、２つの指向性音響受信機は、音響信号が受信された方向に関する情報を提供することができる。音響信号は、振幅または周波数パルスあるいは変化、デジタル情報などのような、あるタイプのタイミング情報を持った連続信号であってもよい。音響信号は、要求に従って、１以上の頻度で送信されてもよい。位置を決定するために用いられる処理ユニットは、モバイルステーション、１以上のアンカーステーション、セントラルステーション、またはある他の位置に存在してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
３００・・・位置決定システム、３０２，３０２Ａ，３０２Ｂ，３０２Ｃ・・・アンカーステーション、３０４・・・モバイルステーション、３０６・・・無線ネットワークメッシュ、３０８Ａ，３０８Ｂ，３０８Ｃ・・・監視される区域周囲の既知位置、３１２・・・セントラルステーション、３２０・・・ＲＦメッセージ、３３０・・・音響パルス、４０２・・・ＲＦ送信機、４０４・・・音響送信機、４０６・・・グルー(glue)論理、４０８，５０６・・・処理ユニット、４１０，５１０・・・クロック、５０２・・・全方向性(超音波)マイクロフォン、５０４・・・温度センサ、５０８・・・ＲＦ受信機
【図１】
0006698029.tif 000003
【図２】
0006698029.tif 000004
【図３】
0006698029.tif 000005
【図４】
0006698029.tif 000006
【図５】
0006698029.tif 000007
【図６】
0006698029.tif 000008
【図７】
0006698029.tif 000009