(57)【要約】【課題】この発明は、従来技術による技法によって提供されるものよりも効率的な到来時間差（ＴＤＯＡ）を求める方法および装置を提供する。【解決手段】物体特定システムは、物体からの信号をそれぞれ検出することができる、異なる場所にあるセンサ装置と、センサ装置の出力に繰り返し応答して、センサ装置の部分集合を選択し、部分集合中のセンサ装置が信号を受信する時間が互いに関して遅延している量を求め、物体の現在位置を計算できるようにする制御手段と、を備える。各センサ装置は、物体からの信号から導出されるイベントを伝送するように動作可能なマスタモードと、各装置のセンサによる信号の受信に見られる時間遅延を求めるために、別のセンサ装置からのこのようなイベントに応答して各自の信号を処理するスレーブモードとの間で切り換えることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの信号をそれぞれ検出することができる、異なる場所にある４つ以上のセンサと、該センサの出力に応答して、繰り返し、前記センサの部分集合を選択し、前記部分集合中の前記センサが前記信号を受信する時間が互いに関して遅延している量を求めて、前記物体の現在位置を計算できるようにする制御手段と、を備えた物体追跡システム。
【請求項２】
前記制御手段は、センサ出力のパラメータが所定の検出しきい値レベルを上回ることの検出に応答して前記部分集合を選択する、請求項１記載の物体追跡システム。
【請求項３】
前記制御手段は、少なくとも前記センサ出力が、前記第１に述べたしきい値レベルと異なる第２のしきい値レベルを上回るパラメータを示すか否かに応じて、前記センサが前記部分集合に属しているか否かを判断するように動作可能である、請求項２記載の物体追跡システム。
【請求項４】
前記部分集合中の第１のセンサと第２のセンサによる前記信号の受信に見られる遅延を求めるために、前記第１のセンサからの出力を、所定のイベントが前記第２のセンサからの出力内で発生する時間を表す信号に従って処理する手段を備えた、先行する請求項のいずれか一項に記載の物体追跡システム。
【請求項５】
前記第１のセンサの前記出力のセグメントの合成を作成する手段であって、前記セグメントは、前記第２のセンサの前記出力におけるイベント間の遅延に対応する間隔だけ互いに関してずらされる、出力のセグメントの合成を作成する手段と、前記合成における特徴部の位置から前記時間遅延を求める手段と、を備えた、請求項４記載の物体追跡システム。
【請求項６】
前記センサはそれぞれ、マスタモードにおいて、前記イベントの発生を表すデータを送信するように動作可能であり、また、スレーブモードにおいて、前記時間遅延を求めるために、別のセンサの出力でのイベントの発生を表す受信データを使用してセンサの出力を処理するように動作可能である各センサ装置の一部をなす、請求項４または請求項５記載の物体追跡システム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記部分集合中の前記センサ装置の１つに前記マスタモードで動作させ、前記部分集合中のその他のセンサ装置を前記スレーブモードで動作させるように動作可能である、請求項６記載の物体追跡システム。
【請求項８】
異なる場所に複数のセンサ装置を含む物体特定システムにおいて使用するセンサ装置であって、センサと、受信する制御信号に応答して該センサ装置を、
（ａ）該センサ装置が、前記センサによって感知された物体からの信号から導出されるデータを送信するように動作可能なマスタモードと、
（ｂ）該センサ装置が、該センサ装置それぞれの前記センサによる信号受信に見られる時間遅延を求めるために、別のセンサ装置からのデータに従って前記センサの出力を処理するように動作可能なスレーブモードと、
の間で切り換える手段と、を備え、また、
前記求められた時間遅延を表すデータを送信する手段をさらに備えたセンサ装置。
【請求項９】
前記マスタモードにおいて、所定のイベントが前記センサの前記出力内で発生する時間を示すデータを送信するように動作可能であり、前記スレーブモードにおいて、前記受信データを使用して、第２のデータによって定義される連続イベント間の遅延に対応する間隔だけ互いに関してずらされた、前記センサの前記出力のセグメントを画定して、該セグメントの合成を作成し、該合成における特徴部の位置から前記時間遅延を求めるように動作可能である、請求項８記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記所定のイベントは、前記センサ出力のレベルが所定のレベルを上回るとき、および所定のレベルを下回るときに対応し、前記合成はサンプルを加算することによって作成される、請求項９記載のセンサ装置。
【請求項１１】
物体の位置を求めるシステムであって、
異なる場所にあり、それぞれ視野内の物体から導出される変動する信号を生成することが可能な３つ以上のセンサと、
計算手段であって、（ａ）前記センサそれぞれによって生成される信号と、前記センサの中の異なるセンサによって生成される同様の信号との間の時間差をそれぞれ表す少なくとも２つの時間測定値を導出し、（ｂ）前記時間測定値に応じて前記物体の位置を計算する、計算手段と、
を備え、
前記時間測定値はそれぞれ、
前記センサそれぞれからの前記信号の複数のセグメントを合成することであって、前記セグメントは、前記異なるセンサによって生成される信号において発生する所定イベント間の間隔に対応する間隔だけずらされる、複数のセグメントを合成すること、および前記合成における所定の特徴部の位置を求めることによって導出される、物体の位置を求めるシステム。
【請求項１２】
前記所定のイベントは、センサ出力のレベルが所定レベルを上回るとき、および所定のレベルを下回るときに対応し、前記合成はサンプルを加算することによって作成される、請求項１１記載の物体の位置を求めるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の信号間の相対的な時間遅延を求める方法および装置に関し、特に、広帯域信号間の遅延を検出することによって非共同的な音響エネルギー源を検出し特定するように設計された分散型受動センサネットワークに適用することが可能であるが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
特定のある監視エリアにおける１つまたは複数の対象とする非共同的な物体の検出、識別、特定、および追跡を行う必要がある多くの状況がある。このような作業は、こういった物体から反射または放射される信号を協働的に処理することによって有用な情報を抽出することができる、適した能動センサまたは受動センサによって行うことができる。
【０００３】
呼び掛けエネルギー波が対象とする監視領域に照射されて、物体の後方散乱リターンを得る、レーダまたはアクティブソナー等の能動センサを採用する用途とは対照的に、受動センサは物体発生信号（または、別個のソースからの物体に影響する信号）のみを捕捉する。たとえば、人々、車両、軌道車、高速モーターボート、または振動機の動きはすべて広帯域音響信号を発生することができ、この広帯域音響信号を物体の検出、特定、および追跡に利用することができる。
【０００４】
以下により詳細に述べるように、物体の検出および特定が有用な一例は、「音響フェンス」を作成する分散型音響センサネットワークによるセキュリティ監視の例である。車両等、対象とする物体が検出され特定されると、セキュリティカメラがこの推定物体位置を照準合わせおよびズームに利用して、記録画像の品質を向上させることができる。このようなシステムは、産業環境において監視目的で、たとえば、動く障害物を追跡するため、または送電網、発電所、ガスパイプライン、石油パイプライン、および水道を含む重要な基幹設備の改良された常時監視を提供するために設置することができる。
【０００５】
別の用途は、音響センサおよびセンサ間通信リンクを提供する低電力無線送受信器を採用した浮遊ブイ網によって、高速モーターボートおよび対象とする他の水上艦艇を検出し特定することができる沿岸警備または沿岸監視の用途である。
【０００６】
上記監視用途および偵察用途の他に、マルチメディア用途では、分散型マイクロフォン網で、明瞭さの向上およびカメラ照準合わせのキューイングのためにオーディオ信号を改善することが可能である。
【０００７】
音響源とセンサの間の距離が離れている場合、波の伝播の方向はおおよそ各センサで等しく（遠距離場状態）センサネットワーク内の伝播場は平面波からなる。遠距離場信号源の場合、異なる位置にあるセンサによって捕捉された信号の相対遅延から、センサ座標系の到来方向（ＤＯＡ）のみを直接推定することができる。このような相対遅延は一般に到来時間差、または単にＴＤＯＡと呼ばれている。
【０００８】
到来方向（ＤＯＡ）測定は、推定ＤＯＡにおけるラインに沿ってソースの位置を限定する。複数の空間的に隔てられたセンサによって複数のＤＯＡ測定が同時に行われる場合、三角測量法を使用して、これら方位線の交点にあるソースの位置を求めることができる。
【０００９】
音響源がセンサに近い（近距離場状態）場合、受信信号の波面はセンサネットワークの空間的範囲に対してかなり湾曲する。この場合、各センサにおける伝播方向ベクトルが共通のソース位置から発せられ、すべてのＴＤＯＡ測定の集合を近距離場源の特定に利用することができる。ＴＤＯＡ測定値を利用して近距離場源の位置を求める適当なアルゴリズムが当業者に既知である。
【００１０】
遠／近距離場源状態に関わりなく、ソース位置は常に、センサによって捕捉される広帯域音響信号から得る必要があるＴＤＯＡ推定値から求められる。
【００１１】
分散型センサネットワークでは、任意の２つのセンサが、同じ物体から発せられた信号ｓ（ｔ）の減衰し時間シフトした複製ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）を捕捉することになる。但し、
ｘ１（ｔ）＝Ａ１ｓ（ｔ）＋ｎ１（ｔ）
ｘ２（ｔ）＝Ａ２ｓ（ｔ−Δｔ）＋ｎ２（ｔ）
であり、Ａ１およびＡ２は各信号の振幅をスケーリングし、ΔｔはＴＤＯＡを表し、波形ｎ１（ｔ）およびｎ２（ｔ）はバックグラウンドノイズおよび他の干渉を表す。
【００１２】
到来時間差Δｔの値は通常、センサによって捕捉された広帯域信号ｘ１（ｔ）とｘ２（ｔ）を相互相関付けることによって、すなわち演算： 
【００１３】
【数１】
2004340942.tif 000003
【００１４】
を行うことによって求められる。式中、積分が観察区間期間Ｔおよび対象ＴＤＯＡ値−｜Δｔｍａｘ｜＜τ＜｜Δｔｍａｘ｜の範囲にわたって求められる。相互相関関数Ｒ１２（τ）を最大化する変数τの値により、未知のＴＤＯＡの推定値が提供される。
【００１５】
実際、相互相関に先立って、受信信号を予め適宜フィルタリングして、信号対雑音比（ＳＮＲ）が最高である周波数を強調するとともにバックグラウンドノイズを減衰し、ひいてはその結果生じる全体的なＳＮＲを増大させる。信号の事前フィルタリングを利用する相互相関器は、従来技術において一般化相互相関器として知られている。
【００１６】
相互相関プロセスは、事前フィルタリングを含め、信号の十分な標本化および量子化が用いられる場合、デジタル的に実施することも可能である。
【００１７】
図１は、信号とその時間遅延複製を相互相関付けてＴＤＯＡの値を求める既知のシステムのブロック図である。各信号ｘ１（ｔ）およびｘ２（ｔ）が各フィルタ１０２、１０４に送られる。信号ｘ１（ｔ）をフィルタリングしたものが、可変遅延線１０６を通って乗算器１０８の一方の入力に渡され、乗算器１０８の他方の入力は信号ｘ２（ｔ）をフィルタリングしたものを受け取る。乗算器１０８の出力は有限時間積分器１１０に積分される。ピーク検出器１１２が積分器１１０の出力のピークを検出する。このピークの位置が、２つの信号ｘ１（ｔ）とｘ２（ｔ）の間の遅延時間を表す。
【００１８】
物体発生音響信号は、その最低周波数成分に対する最高周波数成分の比率が比較的大きいことから広帯域信号に分類される。たとえば、可聴範囲３０Ｈｚ〜１５ｋＨｚの場合、比率は５００である。車両および軌道車の場合、主周波数成分は約２０Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲であることができ、結果として比率は１００である。
【００１９】
対象とする物体によって発せられる音響信号は、広周波数範囲を占めるだけではなく、識別可能な断続的な遷移を有する非定常的かつカオス的性質も示す。そのため、明示的または暗黙的に信号が定常である、またノイズがガウス性を有するという前提に基づく多くの既知の相互相関技法の実用性は、極めて限られている。さらに、最も実用的な実施態様では離散時間サンプルに対処する必要があるため、連続時間の枠組みで実行される最適化手順およびパフォーマンス解析は十分には適切でありえない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
したがって、従来技術による技法によって提供されるものよりも効率的な到来時間差（ＴＤＯＡ）を求める方法および装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の態様は併記の特許請求の範囲に記載されている。
【００２２】
本発明のさらなる態様によれば、対象とする物体によって発せられ、複数の空間的に分散した受動センサによって捕捉される広帯域信号がまとめて処理されて、まず、物体を検出し、それから、選択されたセンサに関して複数の到来時間差（ＴＤＯＡ）測定値を得る。次に、たとえば、当業者に既知のいくつかのアルゴリズムの１つを適用することによって、複数のＴＤＯＡ測定値を物体の特定に利用する。センサによって生成された信号に応答して、制御手段が、相対的に強い信号を受信するものに従ってセンサの異なる部分集合を繰り返し選択し、選択されたセンサ部分集合によって提供される信号から物体の位置が求められる。
【００２３】
本発明のさらなる態様によれば、検知手段（音響変換器等）をそれぞれ内蔵した複数のセンサユニットまたは装置（少なくとも２つ、好ましくはそれよりも多く）が、物理的に異なる位置に配置され、物体の検出および特定に使用される。センサ装置の１つは、信号を１つまたは複数の他のセンサ装置に送信するように動作可能であり、それによって、上記１つのセンサ装置が物体から信号を受信した時間と、その他のセンサ装置がその信号を受信した時間との間の遅延を計算できるようにする。
【００２４】
好ましい実施形態では、各センサ装置は、別のセンサ装置から受信した信号に基づいて時間遅延を求めるモードと、信号を他の装置に送信する別のモードとの間で選択的に切り換えることが可能である。このような構成は、上に述べた特徴部を有した状態で合成され、それによってセンサの異なる部分集合を物体特定のために選択することができる場合に特に有利であり、信号を送信するように選択されたセンサ装置は、（少なくとも）選択された部分集合（およびおそらく、部分集合中のセンサが受信する信号の相対強度等、他の要因）で決まることになる。
【００２５】
本発明のさらに別の態様によれば、到来時間差（ＴＤＯＡ）は、本明細書では「クロスレーション（crosslation）」と呼ばれる技法を使用して計算される。これは、時間差測定目的で第ＷＯ−Ａ−００／３９６４３号に、また解析目的で「Signal Statistics Determination」というタイトルの欧州特許出願第０２２５４６１２．１号に開示されている。これら出願両方の内容は、参照により本明細書に援用される。
【００２６】
本明細書で使用する「クロスレーション」という用語は、１つの信号で発生する事前定義された（好ましくは、少なくともほぼ非周期的な）イベントを使用して第２の信号の時間のずれたセグメントを決め、その後時間のずれたセグメントの表現を合成する技法を言う。第１および第２の信号は、実際には同じ信号であってもよく、その場合、結果としての合成された表現は、その信号の統計的特性に関する情報、特に、事前定義されたイベントの前後の信号の平均の性状に関する情報を提供する。代替的に、第１および第２の信号は異なる信号であってもよく（「相互クロスレーション」、あるいは、一方は他方の遅延したものであってもよく、その場合、合成された表現は、それらの信号間の関係に関する情報を提供する。たとえば、合成された表現が、複数の事前定義されたイベントに関連するセグメントを合成することによって予測されるであろう特徴部を含む場合、これは、信号のうちの一方が他方に関してその特徴部の表現における位置に対応する量だけ遅延することを示す場合がある。
【００２７】
クロスレーション技法は、１つのセンサからの出力波形を、別のセンサの出力で発生する信号イベントに従って処理することによって実施することができる。したがって、必要な完全波形は１つだけである。センサが互いに離れて配置される状況では、これによってセンサが送信する必要のあるデータ量が実質的に減るため、本発明を、帯域幅が限られた単純な無線リンク等、通信性能が限られたシステムに使用することが可能になる。データ送信要件におけるさらなる削減が、上に述べた本発明の態様を用い、それによってセンサ装置がその装置のセンサの出力を別の装置のセンサが検出した信号イベントに従って処理することによってＴＤＯＡの計算が行われることによって実現される。この状況では、これら信号イベントのタイミングを表すデータを送信する必要があるだけである。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態は、対象となるある監視エリアにわたって分散した、実質的に同一の複数の受動センサ装置ＰＳＤを使用して、データ融合センターＤＦＣも含む分散型センサネットワークの主要部分を作成する。たとえば、セキュリティ監視システムでは、受動音響センサが「音響フェンス」の機能を提供することができる。物体の存在およびその位置に関する情報は、たとえば、照準合わせおよびズームの動作のためにセキュリティカメラの制御システムに渡される。
【００２９】
これより、本発明を具現する構成について、添付図面を参照して例として述べることにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図２は、規則的な配列で配置された付番された各三角形でそれぞれ示される７台の受動センサ装置ＰＳＤを有する複数センサのセンサネットワークと、適当な制御信号を２台のセキュリティカメラＣＡＭ１およびＣＡＭ２に送るデータ融合センターＤＦＣとの一例である。
【００３１】
すべての受動センサ装置ＰＳＤは分散型センサネットワークのノードとみなされ、データ融合センターＤＦＣは、別の上位レベルの情報ネットワークと見ることができる。受動センサ装置ＰＳＤの主な役割は監視エリアの検知であり、データ融合センターＤＦＣは指令、制御、および計算の機能を実行する。すべての受動センサ装置ＰＳＤとデータ融合センターＤＦＣの中での情報交換に利用することができる有線リンクまたは無線リンクの形の通信チャネルが設けられているものと想定する。また、すべての情報交換はデータ融合センターＤＦＣの制御下で実行されるものと想定する。
【００３２】
図３は、到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰを内蔵した受動センサ装置ＰＳＤのブロック図である。受動センサ装置ＰＳＤは、関連する信号調整回路を有する音響変換器ＡＴの形のセンサを備え、このセンサは、視野内の物体の存在に応答して出力を生成することができる。受動センサ装置ＰＳＤは、波形解析器ＷＡＮおよび適当な無線送受信器ＴＲＸに接続された通信インタフェースプロセッサＣＩＰも備える。
【００３３】
信号プロセッサＴＤＳＰは、波形解析器ＷＡＮに、本明細書では「クロスレーション加算（crosslation sum)」と呼ばれる信号を出力する。これについては、より詳細に以下に説明することにする。波形解析器ＷＡＮは、クロスレーション加算解析器ＣＳＡ、およびクロスレーション加算ＣＳ波形を解析する際に使用されるデータを格納する適当なメモリＣＳＴを備える。
【００３４】
受動センサ装置ＰＳＤおよびデータ融合センターＤＦＣによって協働的に行われる機能および動作について、図２に示す一般的な監視シナリオを参照して説明することにする。図２中、破線および点線はそれぞれ２つの物体ＡおよびＢの軌道を表す。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態によれば、各受動センサ装置ＰＳＤは、３つの異なるモード、すなわち検出モード、マスタモード、およびスレーブモードの中の１つで動作することができる。
【００３６】
ノイズのみの場合、各受動センサ装置ＰＳＤは検出モードのままであり、センサネットワーク全体は検出する構成で動作していると言える。
【００３７】
信号発生源の存在を検出できるようになるために、時間差到来信号プロセッサＴＤＳＰは、捕捉された信号が正の傾き（上向き交差）あるいは負の傾き（下向き交差）のいずれかで所定のレベルＬと交差する率Ｎ（Ｌ）を求める手段を有する。Ｌの値は、ノイズのみの場合において、単位時間あたりにレベルＬが交差する数、すなわち交差率が確実に小さくなるように選択される。各受動センサ装置ＰＳＤに登録されるＮ（Ｌ）の値は、通信リンクを介してデータ融合センターＤＦＣによって監視される。監視プロセスは規則的、すなわち常時もしくは周期的であっても、または不規則であってもよい。
【００３８】
データ融合センターＤＦＣは、所定の検出交差率ＮＤＥＴ（Ｌ）を定義するデータを格納する。任意の受動センサ装置ＰＳＤにおいて観察される交差率Ｎ（Ｌ）が値ＮＤＥＴ（Ｌ）を上回るとすぐに、このイベントが発生した受動センサ装置ＰＳＤに関してデータ融合センターＤＦＣが検出を宣言する。検出は、いくつかの受動センサ装置ＰＳＤに対して宣言することもできる。
【００３９】
図２の例では、初期時間Ｔ０において、センサ配列付近に信号を発する物体がなく、すべての受動センサ装置ＰＳＤは背景ノイズのみを捕捉しているものと想定する。時間Ｔ１において、接近中の物体Ａによって発せられる信号が、受動センサ装置ＰＳＤ１において交差率がＮＤＥＴ（Ｌ）を上回るに十分大きい場合、検出イベントが発生する。検出が宣言されるとすぐに、データ融合センターＤＦＣが適当な指令を受動センサ装置ＰＳＤ１および幾台かの他の選択された受動センサ装置ＰＳＤに送信して、それぞれの動作モードを変更させる。
【００４０】
検出が宣言された受動センサ装置ＰＳＤ、検討している例では受動センサ装置ＰＳＤ１はマスタモードに切り換えられ、他の幾台かの選択された受動センサ装置ＰＳＤはスレーブモードに切り換えられる一方で、配列中の残りの受動センサ装置ＰＳＤは引き続き検出モードで動作することになる。しかし、検出が幾台かの隣接する受動センサ装置ＰＳＤで同時に宣言された場合は、観察される交差率が最大の受動センサ装置ＰＳＤのみがマスタモードに切り換えられることになる。
【００４１】
スレーブ受動センサ装置ＰＳＤの選択は、マスタ受動センサ装置ＰＳＤに対するそれぞれの地理的位置およびそれぞれの受動センサ装置ＰＳＤで観察される交差率が大きいことの両方に基づく。マスタ受動センサ装置ＰＳＤおよびスレーブ受信センサ装置ＰＳＤを含むネットワークの部分はここで特定する(LOCALIZE)構成で動作しているが、ネットワークの残りの部分は引き続き検出する(DETECT)構成で動作する。
【００４２】
分散型センサネットワークの別個の部分は、たとえば、監視エリアにいくつかの信号発生物体が存在する場合、特定する構成で同時に独立して動作することができることに留意されたい。しかし、常に各特定サブネットワーク（サブネット）につき１台のマスタ受動センサ装置ＰＳＤがあることになる。
【００４３】
図２に示す例では、時間Ｔ１において、受動センサ装置ＰＳＤ１、受動センサ装置ＰＳＤ２、および受動センサ装置ＰＳＤ３が特定サブネットを作成することになり、受動センサ装置ＰＳＤ１がマスタになり、残りの受動センサ装置ＰＳＤが検出サブネットを作成することになる。
【００４４】
時間Ｔ２において、受動センサ装置ＰＳＤ２が再構成された特定サブネットのマスタになり、受動センサ装置ＰＳＤ１および受動センサ装置ＰＳＤ３、そしておそらく受動センサ装置ＰＳＤ６がスレーブになる。
【００４５】
時間Ｔ３において、受動センサ装置ＰＳＤ５を第２の特定サブネットのマスタにすることができ、受動センサ装置ＰＳＤ７がスレーブになる。しかし、受動センサ装置ＰＳＤ４は物体ＡおよびＢの両方から等しく強い信号を受信している可能性があるため、データ融合センターＤＦＣは、各種センサ構成のパフォーマンスを連続して比較することにより、時間的に交互に動作する２つの特定サブネットを作成しようとする：
１．特定サブネット１  マスタ：受動センサ装置ＰＳＤ５、スレーブ：受動センサ装置ＰＳＤ４および受動センサ装置ＰＳＤ７
２．特定サブネット２  マスタ：受動センサ装置ＰＳＤ２、スレーブ：受動センサ装置ＰＳＤ４および受動センサ装置ＰＳＤ６。
したがって、交替で動作している期間中、スレーブ受動センサ装置ＰＳＤ４は異なるマスタからデータイベントを受信することになる。
【００４６】
データ融合センターＤＦＣは、個々の受動センサ装置ＰＳＤにて観察される交差率、それぞれの地理的位置、また以下に考察する他の考慮事項に応じてセンタネットワーク全体を動的に再構成可能なことに留意されたい。
【００４７】
検出の宣言およびネットワーク再構成の決定はすべて、観察されるレベル交差率の値に依存するため、例１に、ノイズのみの場合と信号にノイズが加わった場合に予想される交差率の違いについてより詳細に述べる。
【００４８】
実施例１
σｎが、０Ｈｚ〜２ｋＨｚにまで及ぶ矩形周波数スペクトルを有する背景ノイズのｒｍｓ値であると想定する。背景ノイズがガウス分布を有する場合、予測される交差レートは、交差レベルＬ＝０、すなわちゼロ交差レートの場合、その最大が２３１０交差／秒に達する。レベルＬがＬ＝σｎ、Ｌ＝２σｎおよびＬ＝３σｎまで徐々に上昇する場合、予測される交差レートは１３４０，３１２および２５交差／秒まで低下する。Ｌ＝４σｎである場合、平均すると、１交差／秒未満となる。
【００４９】
ここで、交差レベルＬがＬ＝４σｎで設定されており、誤った出力の確率が非常に小さい値になるように、検出交差レートＮＤＥＴ（Ｌ）が１３４０に等しい、と仮定する。また、例示の目的で、物体が生成した信号が、背景ノイズと同じ矩形スペクトルを有するものと想定する。この場合、信号のｒｍｓ値σｓがおよそノイズのものの少なくとも４倍である場合にのみ、検出が宣言される。
【００５０】
マスタ受動センサ装置ＰＳＤに隣接する受動センサ装置ＰＳＤにおいて観察される交差率の増大は、選択された検出交差率ＮＤＥＴ（Ｌ）未満であっても、これら受動センサ装置ＰＳＤの中の少なくとも幾台かが物体を特定する共同作業に貢献する可能性があることを示し得る。したがって、特定する構成での効率的なネットワーク動作のために、別の決定交差率、すなわち特定交差率ＮＬＯＣ（Ｌ）を選択する必要がある。たとえば、観察される交差率Ｎ（Ｌ）が、たとえばＮＤＥＴ（Ｌ）／４に等しいＮＬＯＣ（Ｌ）よりも大きなすべての受動センサ装置ＰＳＤを、スレーブモードに切り換えるべき可能性が高い候補としてみなすことができ、したがって特定サブネット中に組み込むことができる。
【００５１】
センサネットワークが特定する構成で動作しているときに、個々の受動センサ装置ＰＳＤで観察されている交差率がいずれももはや、選択された検出交差率ＮＤＥＴ（Ｌ）を上回る交差率ではなくなるということが起こり得る。分散型センサネットワークは、たとえ物体の特定を実行することができなくとも、たとえば、選択された隣接する受動センサ装置ＰＳＤにおいて観察される交差率の加算が他のある所定の値ＮＳＵＭ（Ｌ）を上回る場合に共同物体検出を宣言するために使用することができる。
【００５２】
ネットワーク動作中に、各特定する構成につきマスタ受動センサ装置ＰＳＤは１台のみ、というネットワーク規則に従って新たなマスタ受動センサ装置ＰＳＤが旧マスタ受動センサ装置ＰＳＤに取って代わることも起こりうる。
【００５３】
さらに、極めて低い交差率を有する受動センサ装置ＰＳＤ自体を、もはや信頼のおける情報をデータ融合センターＤＦＣに提供することができないため、共同特定作業から除外することもできる。
【００５４】
データ融合センターＤＦＣは、各種センサで検出された交差率を表す信号を各しきい値と比較するコンパレータの出力に応答する単純な論理ゲートを使用することによって、上に述べた各種再構成動作を制御することが可能である。適した構造は当業者によって容易に設計することができる。
【００５５】
これより、受動センサ装置ＰＳＤモードの検出、マスタ、およびスレーブ、ならびにネットワーク構成の検出および特定についてより詳細に説明することにする。
【００５６】
モード／構成に関わりなく、各受動センサ装置ＰＳＤは常に、捕捉された信号から求められる交差率Ｎ（Ｌ）に関する情報をデータ融合センターＤＦＣに送信する。
【００５７】
検出モードにあるとき、各受動センサ装置ＰＳＤは、捕捉した信号に加えてノイズ、またはノイズのみがレベルＬと交差する率Ｎ（Ｌ）を求める単一機能のみを実行する。
【００５８】
特定する構成でのマスタ受動センサ装置ＰＳＤは、以下の動作および機能を実行する。
１．捕捉した信号が所定のレベルＬを交差する時間瞬間を検出し、それからレベルＬの上向き交差と下向き交差が交替する瞬間によって画定される一連の連続した時間間隔を作成する。以下、こういった特定の瞬間を有意瞬間と呼ぶことにする。有意瞬間は、通信リンクを介してすべてのスレーブ受動センサ装置ＰＳＤに、ＴＤＯＡの決定を実行できるようにするために提供される。
２．所定数Ｎの有意瞬間が検出された時間間隔を画定する時間瞬間を求める。こういった時間瞬間は、サイクル終了パルスＥＣと呼ばれ、通信リンクを介してすべてのスレーブ受動センサ装置ＰＳＤに、それぞれの内部データの更新を同期させるために送信される。ＥＣパルスが発生する瞬間は、有意瞬間の「デシメーション」の結果として見ることができる。
３．クロスレーション加算解析器ＣＳＡが使用すべきクロスレーション加算ＣＳ波形の形状を求めて、マスタ受動センサ装置ＰＳＤが捕捉した信号を発生している物体を最もよく表す特定クラスＯＣを示す。このような分類は、波形解析器ＷＡＮのメモリＣＳＴに格納されているデータを使用して、決定されたクロスレーション加算ＣＳの適当な表現を解析することによって実行することができる。
【００５９】
クロスレーション加算ＣＳ波形の形状は、信号発生物体のクラス「未知」を含むいくつかのクラスを見分けるために使用される「指紋」署名とみなすことができる。
【００６０】
代表物体クラスを示すインデックスＯＣの値は、通信インタフェースプロセッサＣＩＰおよび送受信器ＴＲＸを介してデータ融合センターＤＦＣに送信される。
【００６１】
図４は、マスタ受動センサ装置ＰＳＤが捕捉した信号の重複セグメントからクロスレーション加算ＣＳ波形を作成するプロセスを概略的に示す。
【００６２】
図４（ａ）は、各間隔中の変換器ＡＴの出力をそれぞれ表す波形セグメント群を示す。セグメントは、信号レベルが所定のしきい値Ｌを交差する（上向き交差および下向き交差の両方）前後の所定間隔の信号を表すように、このようなイベント（「有意イベント」）を標本化プロセスのトリガとして使用することによって選択される。「クロスレーション加算」は、波形セグメントを加算することによって得られる。結果得られた波形は次に、好ましくは、加算された波形セグメントの数で振幅を除算することによって正規化される。（これはもちろん、波形セグメントの平均化と同等であり、本明細書での加算への参照は平均化を包含することを意図する）。正規化されたクロスレーション加算の一例を図４（ｂ）に示す。
【００６３】
上記機能および動作は、信号対雑音比ＳＮＲが高い場合、マスタ受動センサ装置ＰＳＤによってのみ確実に行うことができる。この条件により、最大観察交差率に基づいてマスタ受動センサ装置ＰＳＤを選択することが正当化される。
【００６４】
特定する構成において、スレーブ受動センサ装置ＰＳＤは以下の動作を実行する。
１．マスタ受動センサ装置ＰＳＤによって提供される有意瞬間において、捕捉信号の重複セグメントを加算してクロスレーション加算ＣＳ波形を求める。
この特定の場合では、クロスレーション動作は実際に処理されている信号とは別の信号から抽出される有意瞬間に実行されるため、このクロスレーション動作を相互クロスレーションと呼ぶことにする。
２．加算から得られるクロスレーション加算ＣＳ波形を、マスタ受動センサ装置ＰＳＤによって提供されるサイクル終了ＥＣパルスと合致する時間瞬間に波形解析器ＷＡＮに転送する。
【００６５】
波形解析器ＷＡＮは、受信した各クロスレーション加算ＣＳ波形の極値（この場合では最大値）およびこの値の時間位置の両方を求める。この情報は、通信インタフェースプロセッサＣＩＰおよび送受信器ＴＲＸを介してデータ融合センターＤＦＣに送信される。
【００６６】
クロスレーション加算ＣＳ波形の最大値の時間位置は、マスタ受動センサ装置ＰＳＤとクロスレーション加算ＣＳ波形をクロスレーション加算解析器ＣＳＡに提供しているスレーブ受動センサ装置ＰＳＤとの間の到来時間差ＴＤＯＡの測定値である。最大値は、時間差測定値の信頼度を示すものである。
【００６７】
図５は、マスタ受動センサ装置ＰＳＤによって提供される有意瞬間における捕捉信号の重複セグメントを平均化することによって、スレーブ受動センサ装置ＰＳＤにおいて相互クロスレーション加算ＣＳ波形を作成するプロセスを概略的に示す。
【００６８】
図５（ａ）は、センサ出力信号（好ましくは連続信号）の各セグメントを示し、各セグメントは、マスタセンサ装置において検知されたレベルＬの各交差（上向き交差および下向き交差）を含む所定の間隔にわたってとられた連続サンプルを含む。こうして生成されたセグメントは次に合成され、得られる波形が正規化されて（図４を参照して述べた手順と同様に）、正規化された相互クロスレーション加算を提供し、この一例を図５（ｂ）に示す。これは特定の時間（横軸上）に振幅ピークを示すことになり、この振幅ピークは、各マスタセンサ装置の信号の到来とスレーブセンサ装置の信号の到来の間の遅延を表す。（信号の種類によっては、ピークが求めるべき時間遅延と厳密には一致しない場合もあるが、誤差は大抵ごくわずかである可能性が高い）。「ピーク」という用語は、本明細書において、局所最大値を有する波形および局所最小値（すなわち「谷」）を有する波形の両方を指すために使用される。たとえば、レベルＬに負の値を選択することにより、正規化されたクロスレーション加算は、負の局所最小値に対応する極値を有するピークになる。
【００６９】
したがって、スレーブ受動センサ装置ＰＳＤによって求められるクロスレーション加算ＣＳ波形の極値は、マスタ受動センサ装置ＰＳＤによって捕捉された信号の時間シフトした複製である捕捉信号のこの部分のレベルの測定値である。この属性は、対応するマスタ受動センサ装置ＰＳＤによって求められる有意瞬間における信号セグメントをスレーブ受動センサ装置ＰＳＤが加算することから得られる。単純な時間シフトにより有意瞬間が抽出される主要信号に関連のない他の信号またはノイズはいずれも、有意瞬間によって作成されるものとは実質的に異なるレベル交差パターンを有する。
【００７０】
したがって、スレーブ受動センサ装置ＰＳＤによって報告された交差率が高いにもかかわらず、そのスレーブ受動センサ装置ＰＳＤによって求められるクロスレーション加算ＣＳ波形の極値が比較的小さいかまたはごくわずかになる場合は、スレーブ受動センサ装置ＰＳＤが、マスタ受動センサ装置ＰＳＤによって観察されている物体以外の物体によって発せられる信号も捕捉している可能性がある。したがって、スレーブ受動センサ装置ＰＳＤにおける交差率が検出交差率ＮＤＥＴ（Ｌ）を上回ると即座に、データ融合センターＤＦＣは新たな特定サブネットを作成しようとすることができ、「旧」スレーブ受動センサ装置ＰＳＤがここではマスタ受動センサ装置ＰＳＤの役割を果たし、幾台かの隣接する受動センサ装置ＰＳＤがこの新たなサブネットにおけるスレーブ受動センサ装置ＰＳＤになる。
【００７１】
ＴＤＯＡアプリケーションでは、相互クロスレーションは、以下の２つの主な理由で従来のクロス相関に対して優れている。
１．計算負荷：相互クロスレーションは、乗算を必要とせず、機能全体を並列に求めるため、可変遅延線が不要である。
２．通信リンク要件：空間的に分離したセンサにおいて受信されるクロス相関信号により到来時間差ＴＤＯＡが取得される場合、それらの信号のうちの１つの高忠実度コピーをクロス相関器に送出しなければならないが、相互クロスレータは、その補正操作に対し有意瞬間のシーケンスのみを必要とする。データ送信の目的で、有意瞬間を、その有意瞬間においてその２つの極値間で非同期に交替するバイポーラバイナリ波形によって都合よく表すことができる。
【００７２】
これら２つの場合における送信されたデータフォーマット間の相違を、実施例２によって例示する。
【００７３】
実施例２
処理されている信号が、０Ｈｚ〜２ｋＨｚにまでおよぶ矩形周波数スペクトルを有するものと想定する。
【００７４】
信号が４ｋＨｚにおいてのみサンプリングされ、各サンプルが１０ビット値によって表される場合、１秒間の信号セグメントは、４０，０００ビットのセットによって表される。このデータセットを、ＴＤＯＡを求めるために適当な通信リンクを介してクロス相関器に送出しなければならない。
【００７５】
実施例１から分るように、レベルＬのあり得る最低値、すなわちＬ＝０の場合であっても、１秒間隔中に送信する必要のある有意瞬間の数は、２３１０に等しい。それらの有意瞬間を表すバイナリ波形を、バイポーラフェーズまたは周波数変調を適用することにより都合のよい方法で送信することができる。
【００７６】
したがって、相互クロスレーションは、たとえば低コストの無線送受信機によって提供される通信リンクにおいて単純な変調方式を使用することができる。
【００７７】
データ融合センターＤＦＣは以下の情報を受信する。
１．各受動センサ装置ＰＳＤから、そのモードに関わりなく：受動センサ装置ＰＳＤが捕捉する信号がレベルＬを交差する率Ｎ（Ｌ）
２．マスタ受動センサ装置ＰＳＤから：マスタ受動センサ装置ＰＳＤによって捕捉されている信号を発している物体を表す可能性が最も高いクラスを示すインデックスＯＣの値
３．スレーブ受動センサ装置ＰＳＤから：スレーブ受動センサ装置ＰＳＤによって捕捉された信号を表す各クロスレーション加算ＣＳ波形について、最大値およびこの最大の時間的位置
【００７８】
クロスレーション加算ＣＳ波形の最大値は、マスタ受動センサ装置ＰＳＤによって捕捉される信号の時間シフトした複製である捕捉信号のこの部分のレベルの測定値である。
【００７９】
クロスレーション加算ＣＳ波形の最大の位置は、マスタ受動センサ装置ＰＳＤとクロスレーション加算ＣＳ波形を決定したスレーブ受動センサ装置ＰＳＤの間の到来時間差ＴＤＯＡの測定値である。
【００８０】
受動センサ装置ＰＳＤから受信した情報は、以下の動作を実行する際にデータ融合センターＤＦＣによって利用される。
１．検出モードのままである少なくとも１台の受動センサ装置ＰＳＤにおいて、検出交差率ＮＤＥＴ（Ｌ）を上回る場合、検出（１つまたは複数）を宣言。検出は、隣接する受動センサ装置ＰＳＤにおいて観察されている交差率の合計が所定値ＮＳＵＭ（Ｌ）を上回った場合にも宣言することができる。
２．特定する構成で動作する各サブネットに対して、マスタ受動センサ装置ＰＳＤおよびスレーブ受動センサ装置ＰＳＤを動的に選択
３．ＴＤＯＡ測定値の集合に従来技術から既知のいくつかの数値アルゴリズムのうちの１つ（たとえば、Y. T. Chan等著「A Simple and Efficient Estimator for Hyperbolic Location」IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 42, NO. 8, August 1994を参照のこと）を適用することによって物体位置を求める
４．検出された物体のクラスおよび／または位置に応じて、カメラＣＡＭ１およびカメラＣＡＭ２、警報装置等、適当な作動装置の動作を開始、かつ／または最も確度の高い物体の分類および位置についての情報をマルチセンサ情報融合ネットワークの別のノードに送信
【００８１】
提案されたセンサネットワークによって提供される情報を、受動赤外線センサ等他のセンサを含むネットワークによって提供される補足情報と合成する、または「融合」することによって、監視下領域の認識度を高めることができることに留意されたい。
【００８２】
提案されるセンサネットワークは、そのアーキテクチャおよび動作モードを含め、対象とする物体がいずれのセンサとも同じ場所にない照明源によって照明されるものであることができる。照明源自体は、地上ベース、航空機搭載、または宇宙機搭載であれ、システムに使用される能動照明源であっても、または商業ラジオまたはＴＶ送信機等「臨機照明源（source of opportunity）」であってもよい。
【００８３】
図６は、図３の受動センサ装置ＰＳＤのより詳細なブロック図である。
【００８４】
到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰは、複数のタップを有するタップ付きアナログ遅延線ＴＤＬ、レベル交差検出器ＬＣＤ、２つのパルス遅延回路Ｄ１およびＤ２、パルスカウンタＰＣＴ、交差率モニタＣＲＭ、２つのマルチプレクサＭＸ１およびＭＸ２、モード選択回路ＭＩＤ、複数のサンプル−ホールド回路ＳＨＣ、複数の累算器ＡＣＣ、ならびに記憶レジスタＳＲＧを備える。記憶レジスタＳＲＧは適した波形補間回路も備えることができる。
【００８５】
レベル交差検出器ＬＣＤは、音響変換器ＡＴによって提供され、到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰの入力ＩＰに与えられる入力信号によるレベルＬの上向き交差および下向き交差の両方を検出する。所望の交差レベルＬは、適したしきい値をレベル交差検出器ＬＣＤの入力ＬＶに提供することによって設定される。
【００８６】
図６に示す構成では、アナログ遅延線ＴＤＬのＭ個のタップそれぞれが、入力ＩＰに現れる信号の時間遅延された複製を提供する。いつの時間瞬間でも、アナログ遅延線ＴＤＬのＭ個のタップにおいて観察される信号サンプルはまとまって、アナログ遅延線ＴＤＬに沿って伝播する信号の有限セグメントの離散時間表現を作成する。好ましくは、アナログ遅延線ＴＤＬの連続したタップ間の相対的な遅延は一定の値を有する。
【００８７】
図７は、到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰを変更したものを組み込んだ受動センサ装置ＰＳＤのブロック図である。この構成では、複数のタップを有するアナログ遅延線ＴＤＬが、適したクロック発生器ＣＧを有するアナログまたはデジタルの直列入力並列出力シフトレジスタＳＩＰＯで置き換えられている。また、レベル交差検出器ＬＣＤは、ここでは、１つではなく２つの入力を有し、これについては以下に述べる。それぞれの相互接続を有する他のブロックは同じままである。
【００８８】
音響変換器ＡＴによって捕捉されたアナログ信号は、信号調整回路を使用して適したアナログ形態またはデジタル形態に変換され、それからシフトレジスタＳＩＰＯの直列入力ＩＰに与えられる。
【００８９】
シフトレジスタＳＩＰＯは、Ｍ個の記憶セルＣ１、Ｃ２、・・・、ＣＭからなる。各セルは、入力端子、出力端子、およびクロック端子ＣＰを有する。セルは、最初のセルＣ１および最後のセルＣＭを除く各セルの入力端子が前のセルの出力端子に接続され、かつ出力端子が次のセルの入力端子に接続されるように直列接続される。セルＣ１の入力端子は、シフトレジスタＳＩＰＯの直列入力ＩＰとして使用される。Ｍ個のセルすべての出力端子は、シフトレジスタＳＩＰＯの並列出力端子とみなされる。セルのクロック端子ＣＰはすべて共に接続されて、シフトレジスタのクロック端子を作成する。
【００９０】
一連の適したクロックパルスがクロック発生器ＣＧによって提供される。クロックパルスがシフトレジスタのクロック端子に与えられると、各セルに格納されている信号サンプルが次のセルに転送されて格納される。シフトレジスタＳＩＰＯは、デジタル装置として、あるいは離散時間アナログ装置、たとえば「バケツリレー」電荷結合素子ＣＣＤの形のものとして実施することが可能である。
【００９１】
シフトレジスタＳＩＰＯの並列出力は、Ｍ個のサンプル−ホールド回路ＳＨＣそれぞれに接続される。２つの選択された隣接するシフトレジスタＳＩＰＯ出力もレベル交差検出器ＬＣＤの２つの入力に接続される。図７に示すシステムでは、選択された出力はセルＣＹおよびセルＣＺの出力である。
【００９２】
シフトレジスタＳＩＰＯ出力の数Ｍが奇数の場合、好ましくは、２つの選択された出力のうちの一方は中間出力、すなわち、シフトレジスタＳＩＰＯ出力の出力Ｍ＋１／２である。しかし、シフトレジスタＳＩＰＯ出力の数が偶数の場合、２つの選択された出力は、好ましくは、出力Ｍ／２および出力Ｍ／２＋１である。
【００９３】
シフトレジスタＳＩＰＯは、クロック発生器ＣＧによって提供されるクロックパルスで定められる離散時間で動作しているため、信号サンプルによる所定レベルＬの交差を検出することは、連続時間の場合よりもわずかに複雑である。しかし、交差検出は、以下の決定基準を適用することによって実現することができる。
ＣＹの出力がＬより小さく、かつＣＺの出力がＬより大きい場合、またはＣＹの出力がＬより大きく、かつＣＺの出力がＬより小さい場合、レベル上向き交差がセルＣＹとセルＣＺの「間に配置された」「仮想」セルＶＣで発生している。その他の場合、レベル交差は発生していない。
【００９４】
統計学的な側面の検討からは、処理中の信号の時間ばらつきと比較してクロック発生器の期間が小さい場合、仮想セルＶＣの「時間」位置はそのクロック期間にわたって均等に分散することになる。したがって、仮想セルＶＣはセルＣＹとセルＣＺの中間に「配置されている」と想定される。
【００９５】
上に示したように、到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰは、３つの異なるモード、すなわち検出モード、マスタモード、およびスレーブモードのうちの１つで動作する。データ融合センターＤＦＣによって要求されるモードは、通信インタフェースプロセッサＣＩＰの出力ＭＳに現れる制御信号によって選択され、モード選択回路ＭＩＤに与えられる。制御信号は、通信インタフェースプロセッサＣＩＰおよび無線送受信器ＴＲＸを介してデータ融合センターＤＦＣから得られる。
【００９６】
モード選択回路ＭＩＤは、適切な制御信号を２つのマルチプレクサＭＸ１およびＭＸ２に送り、これらマルチプレクサが、到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰが要求されたモードで正しく動作するために使用する各種信号に適したパスを選択する。到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰの現在モードについての情報が、通信インタフェースプロセッサＣＩＰの入力ＭＩおよび無線送受信器ＴＲＸを介してデータ融合センターＤＦＣに送られる。
【００９７】
これより、３つのモードそれぞれで到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰによって行われる動作および機能についてより詳細に説明する。
【００９８】
検出モード
このモードでは、ＭＸ１およびＭＸ２の出力がディセーブルされる。到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰは、捕捉された信号にノイズが加わったもの、またはノイズのみの交差率を監視するという単一機能のみを実行する。
【００９９】
図８は、検出モードで動作している到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰの機能ブロック図である。各レベル交差イベントはレベル交差検出器ＬＣＤによって検出され、レベル交差検出器ＬＣＤはその出力のパルスを発生する。交差率モニタＣＲＭが、受信したパルスの平均率Ｎ（Ｌ）を求める。好ましくは、交差率モニタＣＲＭは、「時間枠」が適宜選択された移動平均カウンタである。求められた平均交差率の値は、通信インタフェースプロセッサＣＩＰの入力ＣＲに与えられる。平均交差率は、無線送受信器ＴＲＸを介してデータ融合センターＤＦＣによって監視される。監視プロセスは規則的、すなわち連続的もしくは周期的であっても、または不規則的であってもよい。
【０１００】
マスタモード
このモードでは、到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰは、捕捉された信号の交差率を求め、また、その信号に対してクロスレーションを実行する。
【０１０１】
データ融合センターＤＦＣの要求に応答して、モード選択回路ＭＩＤはＭＸ１およびＭＸ２を介して、図９に機能ブロック図を示す到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰ構成を生成するのに適した信号接続を設定する。
【０１０２】
所定レベルＬの交差がレベル交差検出器ＬＣＤによって検出されると、短いトリガパルスＴＰがレベル交差検出器ＬＣＤの出力に発生する。トリガパルスＴＰは、共通のＴＰＳ入力を介して、すべてのサンプル−ホールド回路ＳＨＣの同時演算を開始する。各サンプル−ホールド回路ＳＨＣは、その入力に現れる信号の瞬間値を取り込み、この値を各累算器ＡＣＣに供給する。
【０１０３】
トリガパルスＴＰは、対応する特定サブネット中のスレーブ受動センサ装置ＰＳＤによって要求される有意瞬間を画定する。トリガパルスＴＰは通信インタフェースプロセッサＣＩＰの入力ＴＰに与えられ、それから無線送受信器ＴＲＸを介してスレーブ受動センサ装置ＰＳＤにブロードキャストされ、相互クロスレーションの各プロセスを同期させる。
【０１０４】
ＴＰはまた、パルスカウンタＰＣＴの現状態を１だけ増分させる。ＰＣＴの容量は、レベル交差の所定数Ｎに等しい。ＴＰは、好ましくは遅延がサンプル−ホールド回路ＳＨＣのセトリングタイムに等しい適したパルス遅延回路Ｄ１にも与えられる。
【０１０５】
遅延回路Ｄ１から得られた遅延トリガパルスＤＴは、共通の入力ＤＴを介して、各サンプル−ホールド回路ＳＨＣによって駆動されるすべての累算器ＡＣＣの同時演算を開始する。各累算器ＡＣＣの機能は、クロスレーションプロセスの完全な１つの演算サイクル中に入力に連続して現れるＮ個のサンプルすべての加算または平均化を実行することである。
【０１０６】
レベル交差の所定数Ｎがレベル交差検出器ＬＣＤによって検出され、パルスカウンタＰＣＴによって登録されると、サイクル終了ＥＣパルスがＰＣＴの出力に生ずる。ＥＣパルスは、入力ＲＴを介してＰＣＴをリセットし、また、入力ＥＣＳを介して累算器の中味の記憶レジスタＳＲＧへの転送を開始する。パルス遅延回路Ｄ２によって適宜遅延した各ＥＣパルスは、共通の入力ＲＳを介して全ての累算器ＡＣＣをそれぞれの初期ゼロ状態に設定する。ＥＣが発生した直後に、求められたクロスレーション加算ＣＳ波形の離散時間版が記憶レジスタＳＲＧの出力ＣＳＦに提供される。
【０１０７】
波形補間がレジスタＳＲＧで使用されない場合、求められたクロスレーション加算ＣＳ波形はＭ個の値で表される。しかし、いくつかの追加信号処理をレジスタＳＲＧで実行して、累算器ＡＣＣによって供給されるＭ個の主要値よりも多くを含むＣＳ波形の補間（平滑化）表現を生成することができる。
【０１０８】
ＣＳ波形は、出力が通信インタフェースプロセッサＣＩＰの入力ＯＣに接続された波形解析器ＷＡＮに転送され、送受信器ＴＲＸを介してデータ融合センターＤＦＣに送信される。上に述べたように、インデックスＯＣの値は、マスタ受動センサ装置ＰＳＤによって捕捉された信号を発生している物体を最もよく表す特定のクラスを示す。
【０１０９】
サイクル終了パルスＥＣは、対応する特定サブネットを作成しているスレーブ受動センサ装置ＰＳＤによって必要とされる。ＥＣパルスは、通信インタフェースプロセッサＣＩＰの入力ＥＣに与えられ、それから、それぞれの内部データの更新を同期させるために、無線送受信器ＴＲＸを介してスレーブ受動センサ装置ＰＳＤに同報通信される。
【０１１０】
マスタモードにある間、到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰは、検出モードと同じように、捕捉信号の交差率も監視している。求められた交差率は、通信インタフェースプロセッサＣＩＰの入力ＣＲに与えられる。
【０１１１】
スレーブモード
このモードでは、到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰは、捕捉信号の交差率を求め、また、適当なマスタ受動センサ装置ＰＳＤによって提供される有意瞬間およびサイクル終了パルスを利用することによってその信号に対して相互クロスレーション演算を実行する。
【０１１２】
データ融合センターＤＦＣの要求に応答して、モード選択回路ＭＩＤは、ＭＸ１およびＭＸ２を介して、機能ブロック図を図１０に示す到来時間差信号プロセッサＴＤＳＰ構成を生成するに適した信号接続を設定する。
【０１１３】
通信インタフェースプロセッサＣＩＰのＴＰＲ出力から受け取った各有意瞬間は、共通のＴＰＳ入力を介して、すべてのサンプル−ホールド回路ＳＨＣの同時演算を開始する。各サンプル−ホールド回路ＳＨＣは、その入力に現れる信号の瞬間値を取り込み、この値を各累算器ＡＣＣに供給する。
【０１１４】
遅延回路Ｄ１から得られる遅延トリガパルスＤＴは、共通の入力ＤＴを介して、各サンプル−ホールド回路ＳＨＣによって駆動されるすべての累算器ＡＣＣの同時演算を開始する。各累算器ＡＣＣの機能は、相互クロスレータシステムの１つの完全な演算サイクル中に入力に連続して現れるすべてのサンプルの加算または平均化を実行することである。
【０１１５】
通信インタフェースプロセッサＣＩＰの出力ＥＣＲで受け取られた各サイクル終了パルスは、入力ＥＣＳを介して、累算器の中味の記憶レジスタＳＲＧへの転送を開始する。パルス遅延回路Ｄ２によって適宜遅延した各ＥＣＲパルスは、共通の入力ＲＳを介してすべての累算器ＡＣＣをそれぞれの初期ゼロ状態に設定する。ＥＣＲが発生した直後に、求められた相互クロスレーション加算波形の離散時間版が記憶レジスタＳＲＧの出力ＣＳＦに提供される。
【０１１６】
波形補間がレジスタＳＲＧで使用されない場合、求められた相互クロスレーション加算波形はＭ個の値で表される。しかし、しかし、いくつかの追加信号処理をレジスタＳＲＧで実行して、累算器ＡＣＣによって供給されるＭ個の主要値よりも多くを含む相互クロスレーション加算波形の補間（平滑化）表現を生成することができる。
【０１１７】
相互クロスレーション加算波形は、出力が通信インタフェースプロセッサＣＩＰの入力ＭＰおよびＳＭに接続された波形解析器ＷＡＮに転送され、送受信器ＴＲＸを介してデータ融合センターＤＦＣに送られる。
【０１１８】
上に述べたように、波形中の最大値の位置ＭＰは、マスタ受動センサ装置ＰＳＤと、波形解析器ＷＡＮにその波形を供給するスレーブ受動センサ装置ＰＳＤとの間のＴＤＯＡの測定値である。波形の最大値ＳＭは、マスタ受動センサ装置ＰＳＤによって捕捉された信号の時間シフトした複製である捕捉信号のこの部分のレベルの測定値である。
【０１１９】
求められた平均交差率はモード選択回路ＭＩＤに供給されて、極めて低い交差率を有する受動センサ装置ＰＳＤがもはや信頼のおける情報をデータ融合センターＤＦＣに供給することができないことから、これら受動センサ装置ＰＳＤを共同特定作業から除外することができる。
【０１２０】
上記実施形態では、物体の検出および特定は音波を使用して実現された。これは、音響周波数を考慮して、代表信号イベントの送信の際に発生する遅延がごくわずかであるため特に有利である。しかし、本発明は他の種類の信号にも適用することが可能である。
【０１２１】
上記実施形態では、イベントデータを、たとえばイベントストリームの形で生成するために、所定レベルを交差する時間を求める際に１つの信号が解析される。このデータは第２の信号のセグメント化に使用され、第１の信号における上向き交差イベントおよび下向き交差イベントの両方に対応する、導出された信号セグメントが加算される。得られる波形は実質的に単極形状を示し、ここから２つの信号間の遅延に対応する位置を容易に求めることができる。好ましい実施形態では、この位置は得られる波形のピークを特定することによって見つけられ、このピークは、２つの信号間の遅延に対応する位置および遅延測定値の信頼度を表す振幅を有する。しかし、遅延を発見するために、形状の重心または中間値（形状のエリアが２つに等しく分割される位置に対応する）の特定等、他の様々な技法を使用することも可能である。
【０１２２】
上に示したように、本発明は物体の検出、特定、および／または追跡に使用することができる。本発明は、物体の方位を求めるシステムならびに物体の実際の位置を検出するシステムに適用することが可能であり、「特定」という用語はそれに応じて解釈すべきである。
【０１２３】
本発明について、水平面等の平面内で移動可能な物体を特定するという状況の中で説明したが、もちろん、本発明は、三次元のどこに配置された物体の検出および／または追跡にも適用することが可能である。
【０１２４】
本発明はもちろん、音響信号以外の信号に応答するセンサを使用するシステムに適用することも可能である。たとえば、適したノイズの様な電磁信号を発する、または反射する物体を検出する電磁センサを使用することも可能である。
【０１２５】
本発明の好ましい実施形態の上述した説明は、例示および説明の目的のために提示した。それは、網羅的であるようにも、本発明を開示した厳密な形態に限定するようにも、意図されていない。上述した説明に鑑みて、多くの代替形態、変更形態および変形形態により、当業者が、企図される特定の使用に適したあらゆる実施形態において本発明を利用することができる、ということが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】２つの信号間の相対時間遅延を求める従来技術により構成された、一般化相互相関器のブロック図である。
【図２】規則的な配列で配置された７台の受動装置、データ融合センター、および２台のセキュリティカメラを含むセンサネットワークを示す図である。
【図３】本発明による受動センサ装置のブロック図である。
【図４】受動センサ装置が取り込む信号の重複部分からクロスレーション加算波形を作成する概略的なプロセスを示す図である。
【図５】別の受動センサ装置によって提供される有意瞬間における捕捉信号の重複部分を平均することによって、受動センサ装置において相互クロスレーション加算波形を作成する概略的なプロセスを示す図である。
【図６】受動センサ装置のより詳細なブロック図である。
【図７】変更された受動センサ装置の詳細なブロック図である。
【図８】検出モードで動作する、図７の構成の到来時間差信号プロセッサの機能ブロック図である。
【図９】マスタモードで動作する、図７の構成の到来時間差信号プロセッサの機能ブロック図である。
【図１０】スレーブモードで動作する、図７の構成の到来時間差信号プロセッサの機能ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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