(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の多次元空間内で少なくとも１つの移動対象物の位置を連続的にリアルタイム追跡するための方法であって、
移動送信モジュールを各移動対象物に取り付け、
少なくとも１つの基準送信器を少なくとも１つの既知の位置に配設し、
該移動送信モジュールにより発信された複数の信号を受信・信号処理ネットワークの複数の受信器により受信し、かつ中央で処理し、
利用可能な周波数バンドが、フィードバックチャンネルなしの単一チャンネルとして使用され、
該移動送信モジュールと該受信・信号処理ネットワークの複数の受信器（Ｅ１〜Ｅｎ）との間の通信を、非同期擬似ランダムパターンによる擬似ランダム時分割多重の原理により行い、該移動送信モジュールが擬似ランダム時点に生ずる送信バースト（Ｂ）のシーケンスを有する特徴的送信パターンを放射すること、そして
該移動送信モジュールの特徴的送信パターンは、該受信・信号処理ネットワークに既知であり、該移動送信モジュールからの各送信バーストが該受信器によって受信された後に該受信・信号処理ネットワークは、各受信器のために、当該移動送信モジュールの特徴的送信パターンを有する次の送信バースト（Ｂ）が到着するものと期待されるサーチレンジを計算し、該サーチレンジは該送信バースト（Ｂ）の続く区間よりも実質的に長い区間を有すること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
擬似ランダム時分割多重の原理は、散発的な不規則な時点での送信（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）を含み、
各移動送信モジュールの各送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）は、送信時点に対して別の擬似ランダムシーケンスを使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記受信器（Ｅ１〜Ｅｎ）は、擬似ランダム時分割多重と既知の擬似ランダムパターン検知に基づいて、所定の送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）の前記次の送信バースト（Ｂ）の時点を推定することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
該次の送信バースト（Ｂ）のあらかじめ定めた時点で発生する信号だけを評価することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
所定の送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）の該次の送信バーストのあらかじめの計算を連続的に行うことを特徴とする請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
移動送信モジュールを、ボールにも使用できるように小型化することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記周波数バンドは約２．４ＧＨｚであることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記周波数バンドは８０ＭＨｚのバンド幅を有することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
位置固定された前記基準送信器（Ｒ１〜Ｒｎ）を、誤差最小化およびシステムの較正のために位置基準として使用し、
該基準送信器は、少なくとも１つの分析すべき対象物の少なくとも１つの移動送信モジュールの送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）と同じように、識別コードを１つのシーケンスで送信し、
当該基準送信器の信号は、それぞれの受信器における当該信号の到着時間を検出するため前記受信器（Ｅ１〜Ｅｎ）により検知されることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記基準送信器はケーブル、好ましくはグラスファイバケーブル、を介して同期化されることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
送信バースト（Ｂ）を、非同期擬似ランダムパターンを使用して送信し、
該非同期擬似ランダムパターンはアクセスメカニズムとしての時分割多重と符号分割多重の組合せであることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
擬似ランダムパターンは素数シーケンスであることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
出所の異なる少なくとも２つの送信バースト（Ｂ）が偶然的に同時に到来するときには受信器により分離を行うことを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
送信バースト（Ｂ）を、検出されない個々の値が許容される程の高いパルスレートで送信することを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの移動送信モジュールの送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）からの非同期送信バースト（Ｂ）は該送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）の受信モジュールによって同期可能であり、
当該同期により、該送信器が多数存在する場合、重なり合いの確率を低減することを特徴とする請求項１から１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
高周波（ＨＦ）フロントエンドで受信されたアナログ受信信号を評価ユニットでデジタル化し、信号の受信時点をそれぞれの送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）について検出し、記憶することを特徴とする請求項１から１５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
受信され、記憶された信号を状況に応じて処理するために、種々異なるアルゴリズムを使用することを特徴とする請求項１から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
受信された信号を処理するために、信号を、場合により重なり合う、区間（複数）に分解し、個々の区間に対してそれぞれ最適のアルゴリズム、または複数のアルゴリズムを同時に適用することを特徴とする請求項１から１７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
受信された信号を処理するために、信号を、区間（複数）に分解し、
極めて動的な過程における不連続性に対し２方向から接近するように、個々の区間を処理するために反転した時間軸をも用いることができることを特徴とする請求項１から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
所定の多次元空間内で少なくとも１つの移動対象物の位置を連続的にリアルタイム追跡するための通信システムであって、
移動送信モジュールを各移動対象物に取り付けて備え、
少なくとも１つの基準送信器を少なくとも１つの既知の位置に配設して備え、
該移動送信モジュールにより発信された複数の信号を受信・信号処理ネットワークの複数の受信器により受信し、かつ中央で処理する受信・信号処理ネットワークを備え、
利用可能な周波数バンドが、フィードバックチャンネルなしの単一チャンネルとして使用され、
該移動送信モジュールと該受信・信号処理ネットワークの複数の受信器（Ｅ１〜Ｅｎ）との間の通信を、非同期擬似ランダムパターンによる擬似ランダム時分割多重の原理により行い、該移動送信モジュールが擬似ランダム時点に生ずる送信バースト（Ｂ）のシーケンスを有する特徴的送信パターンを放射すること、そして
該移動送信モジュールの特徴的送信パターンは、該受信・信号処理ネットワークに既知であり、該移動送信モジュールからの各送信バーストが該受信器によって受信された後に該受信・信号処理ネットワークは、各受信器のために、当該移動送信モジュールの特徴的送信パターンを有する次の送信バースト（Ｂ）が到着するものと期待されるサーチレンジを計算し、該サーチレンジは該送信バースト（Ｂ）の続く区間よりも実質的に長い区間を有すること、
を特徴とする通信システム。
【請求項２１】
前記基準送信器（Ｒ１〜Ｒｎ）にはトリガおよびクロックパルス信号が信号ネットワークから供給されることを特徴とする請求項２０の記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本発明は、２００２年１０月２８日出願のドイツ特許願第１０２５０２４３．９号、２００２年１０月２９日出願の同第１０２５０５００．４号、および２００２年１１月１４日出願の同第１０２５２９３４．５号の優先権を主張する。前記発明の各開示内容はここにおいて、本発明の対象となることをここに明記する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は当初請求項１のプリアンブルによる、少なくとも１つの移動対象物を所定の多次元空間で連続的にリアルタイム追跡するための方法、並びに当初請求項２０のプリアンブルに属する装置（通信システム）に関するものである。即ち、本発明の方法は、所定の多次元空間内で少なくとも１つの移動対象物の位置を連続的にリアルタイム追跡するための方法であって、少なくとも１つの移動送信モジュールを備えており、該移動送信モジュールは分析すべきシステムの少なくとも１つの移動対象物に取り付けられ、該移動送信モジュールの信号は定置受信器および信号処理ネットワークにより受信され、かつ中央で処理され、少なくとも１つの送信モジュールから放射される信号は、１つの周波数バンド領域で時分割多重方式に従い送信された電磁波である形式の方法に関する。また本発明の装置（通信システム）は、所定の多次元空間で少なくとも１つの移動対象物の位置を連続的にリアルタイム追跡する方法で使用するための、電磁波の送信装置（通信システム）であって、少なくとも１つの移動送信モジュールと、定置の受信器および信号処理ネットワークとを備え、前記移動送信モジュールは、分析すべきシステムの少なくとも１つの移動対象物に取り付けられており、前記定置の受信器および信号処理ネットワークは、送信モジュールから送信された信号を受信し処理し、該信号は、１つの周波数バンド領域で時分割多重方式に従い送信された電磁波である形式の装置（通信システム）に関する。
【背景技術】
【０００３】
しばらく前から種々の団体において、移動対象物ないし人物をその運動経過において研究し、これを追跡できるようにしたいという要望があるが、このことは対象物の位置を位置的かつ時間的に正確に指示することが前提となる。ここでの特別の興味はとりわけ商業的スポーツ形式でのボールであり、例えば３次元空間で加速するサッカーボール、同様にテニスボール、ゴルフボールである。ここで誰が遊技対象物に最後に触れたか、どのようにヒットしたか、そしてどの方向にさらに加速して行ったかという問題提起は遊技形式に依存して、遊技の結果に対して重要である。能力の高いスポーツで使用される遊技器具、例えばテニスボール、ゴルフボール、サッカーボール等は試合中に非常に高速にまで加速され、そのため運動中の対象物の検出は非常に特殊な技術を要求する。これまで使用されている技術手段、主としてカメラは上記の要求を満たすものではなく、または不十分にしか満たさない。種々の送信器／受信器組合せを使用するこれまで公知の位置検出方法も、位置指示の空間的分解能、所要の送信器／受信器要素の取り扱い、およびとりわけ送信器／受信器システムによって得られたデータの評価に関してはまだまだ不十分であり、そのためこれらのデータから得られた結果を高速に評価することはまだ不可能である。
【０００４】
移動対象物を所定の領域内で位置測定するためのシステムがＥＰ７００５２５Ｂ１に記載されている。具体的にはセルラー方式携帯電話による位置検出であり、この領域は少なくとも０．５〜２０マイル相互に離れている。この電話によるナビゲーションでの主たる問題は、ナビゲーションが必要とする能力をできるだけ小さくすべきであることである。なぜならこの能力はこのような電話の基本タスク遂行のために他の方面で、すなわち音声伝送に必要だからである。セルラー方式携帯電話では複数の送信器が同じ周波数をＴＤＭＡ方式に従って共有するが、このことは複数の送信器が同期ないし初期化されており、送信器信号間に干渉が存在しないことが前提とされる。そのためこの技術に対する適用条件は、数平方メートルのフィールド内で遊技ボールの位置検出を行うというタスクを遂行すべき場合に存在する適用条件とは基本的に異なる。ここでは高精度のシステムを提供することに注意が向けられ、このシステムは急加速される遊技対象物と共に移動されるのに適し、かつ移動されても大丈夫なように頑強なものとする。従ってＥＰ７００５２５Ｂ１に示された技術を本発明の使用目的に適合するためにスケーリングすることは問題外であり、頑強なシステムを使用しながら、３次元空間での精度を向上させることにはつながらないであろう。
【０００５】
ＥＰ５１４５１１Ｂ１にも無線電話による位置検出が記載されている。しかしこれはセルラー方式携帯電話システムでの通話伝達方法の枠内での選択肢としての基準に基づくものである。この文献は、無線信号レベル基準による特別の規格を満たすセルを見つけ、このセルに選択されたセルを迂回させることに焦点を合わせるものである。ここでも同様に非常に高速に行われる電磁波の送信、いわゆる送信バーストが使用される。ここで基本的に問題となるのは、この文献に開示された技術はフィールドで遊技球をｃｍ精度で位置検出するための課題解決には適さないことであり、ＥＰ７００５２５Ｂ１と関連して示されたものと同様である。
【０００６】
刊行物E.Kramar著：Funksysteme fuer Ortung und Navigation, 1973, Verlag Berliner Union GmbH Stuttgart, pp.91-92 には、例えば移動対象物を位置検出するためのオメガシステムに対する位置検出受信器に、ストレート（Geradeaus-Empfaenger）受信器を使用することが記載されている。
【０００７】
ＤＥ４４０９１７８Ａ１には、伝搬時間測定を介する位置検出の基本原理が説明されている。しかしこの技術は精度の向上が問題となるとき、移動対象物の位置を所定の多次元空間で連続的にリアルタイム追跡するという課題の解決には役に立たない。
【０００８】
ＵＳ６０４１０４６には、多数のユーザ局（stations）を含み、これらのユーザ局が基地局と通信するＴＤＭＡシステムが記載されている。このために同様に送信パルスが伝送される。しかしこの明細書には、送信パルスによって移動対象物、とりわけ遊技球の位置を例えば遊技場のような所定の多次元空間で連続的にリアルタイム追跡することの解決手段を示唆するものではない。
【０００９】
ＤＥ２０００４１７４Ｕ１には、遊技器具、とりわけボールの内側空間に送信器を取り付けることが記載されている。このシステムの技術は送信器と受信器との間での電磁波の反射に基づくものであり、本願の課題の解決には適さない。この技術の送受信エレメントは反射による通信のために設けられている。
【００１０】
ＥＰ０８８０７１２Ｂ１にも同様に位置検出のためのシステムが記載されている。この技術も同様に、移動対象物をｃｍ領域でリアルタイムに位置検出するのには適さない。
【００１１】
さらなるナビゲーションおよび位置検出システムとしてこれまでに以下のような技術が公知である。しかしこれらの技術は前記の適用領域には適さない。なぜならこれらの技術は反射および減衰のある環境には適さないか、または位置の指示が受信条件に依存して、前記適用に対して十分に正確ではないからである。
【００１２】
これらの技術に属するものは：
・ＧＰＳに類似するシステム：移動受信器が少なくとも３つの送信器の信号を同時に受信し、到着時間（ＴＯＡ）の差から受信器は自分の位置を検出することができる。上記の適用例に対しては、各受信器にトランスミッタを装備しなければならず、このトランスミッタが連続的に位置を中央コンピュータに伝送する。このために完全なナビゲーション計算が移動トランシーバモジュールで実行される。このことは高い計算能力と巨大なメモリを必要とする複雑な信号処理を意味する。このようなシステムはＵＳ−Ａ５４３８５１８に開示されている。高い位置検出精度を保証するために、観察すべきフィールドについての信号特性がデジタルで中央に記憶され、受信された信号の信号特性が記憶された情報と相関される。ここでの欠点は、このシステムを小型化することがほとんど不可能なことである（ＤＥ１００５３９５９Ａ１，ＷＯ０２／０３７１３４Ａも参照のこと）。
【００１３】
・レーダシステム：（アクティブ）トランスポンダないしタグによる伝搬時間測定。遊技場の周囲に配置された送信器がパルスを送信し、このパルスが移動対象物により受信され、移動対象物は所定時間後にエコーを反射する。信号の全体伝搬時間から、送信器と移動対象物との間の距離を検出することができる。これについてはＵＳ−Ａ４６６００３９参照のこと。高い時間分解能で多数の対象物を同時に追跡することはこの技術では非常に困難である。
【００１４】
・指向性アンテナ：移動対象物を、高い指向特性を備えるアンテナを介して追跡する。ここでこのアンテナは信号を送信し、この信号は受信アンテナに配向されている。少なくとも２つのアンテナが使用される場合、アンテナ配向の角度を介して位置を検出することができる。この原理はＵＳ−Ａ５５１３８５４に遊技場で競技者を位置測定するためのものとして記載されている。ＵＳ−Ａ５５８３５１７は同じ原理に基づくシステムを開示する。ここでは移動トランスミッタが信号を多数の異なるキャリアに拡散放射し、結果として生じた信号が受信器で再結合され、これによりマルチパス伝播に対する抵抗となる。ここでの欠点は、適切な分解能が非常に高い周波数（光程度）を使用する場合にしか達成されないことである。
【００１５】
・光学的システム：対象物を複数のカメラを介して追跡する。この追跡自体は自動的に画像処理（パターン認識）または電磁的技術（磁気センサ）を介して行うことができる。画像評価を介して位置が計算される。問題：光学的システムは、対象物が障害物により隠されていない場合しか位置検出できない。位置測定を、現在のところ自動的にオンラインで評価することはできない。
【００１６】
・ビーコン等に基づく電界強度測定：遊技場に多数の受信器（または送信器）が分散される（ビーコン）。信号の電界強度はビーコンと移動対象物との間の距離に相応する。この電界強度から位置を計算することができる。欠点は、高い分解能のためには非常に多数のビーコンを設置しなければならないことである。
【００１７】
・ＤＥ１００５４２８２Ａ１から、対象物の位置、配向、および／または変形を検出するための方法並びに装置が公知である。ここでは１つまたは複数の信号発生器が対象物に配置されており、この信号発生器は電磁的信号を送信する。信号発生器の制御は、個々の信号が相互に区別できるように行われる。信号は少なくとも１つの２次元分解位置検出器（ＰＳＤ）に投影され、そこで２次元位置座標に変換され、次に対象物の位置、配向および／または変形の情報に移行される。このシステムは非常に面倒ないし大掛かりであり、しかも実質的に２次元でしか動作しない。
【特許文献１】ＥＰ７００５２５Ｂ１
【特許文献２】ＥＰ５１４５１１Ｂ１
【特許文献３】ＤＥ４４０９１７８Ａ１
【特許文献４】ＵＳ６０４１０４６
【特許文献５】ＤＥ２０００４１７４Ｕ１
【特許文献６】ＥＰ０８８０７１２Ｂ１
【特許文献７】ＵＳ−Ａ５４３８５１８
【特許文献８】ＵＳ−Ａ４６６００３９
【特許文献９】ＵＳ−Ａ５５１３８５４
【特許文献１０】ＵＳ−５５８３５１７
【特許文献１１】ＤＥ１００５４２８２Ａ１
【非特許文献１】E.Kramar著：Funksysteme fuer Ortung und Navigation, 1973, Verlag Berliner Union GmbH Stuttgart, pp.91-92
【発明の開示】
【００１８】
本発明の課題は、少なくとも１つの移動対象物を所定の３次元空間で連続的にリアルタイム追跡するための方法を提供することであり、即ち、非常に高い位置分解能と数ｍｓの時間分解能を以て、１つまたは複数の対象物および／または人物の位置をいつでも、いかなる場所でも連続的に追跡できるようにする方法を提供することである。
【００１９】
この課題は、第１の視点の特徴を有する連続的リアルタイム追跡方法、並びに第２の視点の特徴を有する通信システムにより解決される。即ち、第１の視点の連続的リアルタイム追跡方法は、使用可能な周波数バンドを位置測定精度の最大化のためのただ１つのチャネルとして使用すること、送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）と受信器（Ｅ１〜Ｅｎ）との間の通信を、非同期擬似ランダムパターンによる擬似ランダム時分割多重の原理に基づいて行うこと、及び種々異なる送信バースト（Ｂ）の送信信号を相互相関の低いことにより特徴付けること、を特徴とする。第２の視点において、該通信システムは送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）と受信器（Ｅ１〜Ｅｎ）との間の伝送を、非同期擬似ランダムパターンによる擬似ランダム時分割多重の原理に基づいて、使用可能な周波数バンド上でただ１つのチャネルとして実行する通信手段と、該送信手段は、送信信号を相互相関の低い種々異なる送信バースト（Ｂ）として伝送する送信手段と、を備えることを特徴とする。
より詳しくは、第１の視点において、本発明は、
所定の多次元空間内で少なくとも１つの移動対象物の位置を連続的にリアルタイム追跡するための方法を提供する。該方法は、
移動送信モジュールを各移動対象物に取り付け、
少なくとも１つの基準送信器を少なくとも１つの既知の位置に配設し、
該移動送信モジュールにより発信された複数の信号を受信・信号処理ネットワークの複数の受信器により受信し、かつ中央で処理し、
利用可能な周波数バンドが、フィードバックチャンネルなしの単一チャンネルとして使用され、
該移動送信モジュールと該受信・信号処理ネットワークの複数の受信器（Ｅ１〜Ｅｎ）との間の通信を、非同期擬似ランダムパターンによる擬似ランダム時分割多重の原理により行い、該移動送信モジュールが擬似ランダム時点に生ずる送信バースト（Ｂ）のシーケンスを有する特徴的送信パターンを放射すること、そして
該移動送信モジュールの特徴的送信パターンは、該受信・信号処理ネットワークに既知であり、該移動送信モジュールからの各送信バーストが該受信器によって受信された後に該受信・信号処理ネットワークは、各受信器のために、当該移動送信モジュールの特徴的送信パターンを有する次の送信バースト（Ｂ）が到着するものと期待されるサーチレンジを計算し、該サーチレンジは該送信バースト（Ｂ）の続く区間よりも実質的に長い区間を有すること、
を特徴とする。（形態１）
第２の視点において、
所定の多次元空間内で少なくとも１つの移動対象物の位置を連続的にリアルタイム追跡するための通信システムが提供される。該通信システムは、
移動送信モジュールを各移動対象物に取り付けて備え、
少なくとも１つの基準送信器を少なくとも１つの既知の位置に配設して備え、
該移動送信モジュールにより発信された複数の信号を受信・信号処理ネットワークの複数の受信器により受信し、かつ中央で処理する受信・信号処理ネットワークを備え、
利用可能な周波数バンドが、フィードバックチャンネルなしの単一チャンネルとして使用され、
該移動送信モジュールと該受信・信号処理ネットワークの複数の受信器（Ｅ１〜Ｅｎ）との間の通信を、非同期擬似ランダムパターンによる擬似ランダム時分割多重の原理により行い、該移動送信モジュールが擬似ランダム時点に生ずる送信バースト（Ｂ）のシーケンスを有する特徴的送信パターンを放射すること、そして
該移動送信モジュールの特徴的送信パターンは、該受信・信号処理ネットワークに既知であり、該移動送信モジュールからの各送信バーストが該受信器によって受信された後に該受信・信号処理ネットワークは、各受信器のために、当該移動送信モジュールの特徴的送信パターンを有する次の送信バースト（Ｂ）が到着するものと期待されるサーチレンジを計算し、該サーチレンジは該送信バースト（Ｂ）の続く区間よりも実質的に長い区間を有すること、
を特徴とする。（形態２０）
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００２０】
１つの周波数バンドをただ１つのチャネルとして使用することは、すべての送信器が同じバンドを使用することと同義であり、これにより伝送速度を上昇させることができる。このことによりサンプリングレートないし走査レート（Abtastrate）を、例えば１５０ｋｍ／ｈの速度までの対象物を検出するのに必要な位置的分解能および時間的分解能まで向上させることができる。送信器と受信器の通信のためには、最大精度達成のために使用可能な周波数バンドのバンド幅が使用される。それでもなお本発明に含まれるシステムのコンポーネントは頑強であり、小型であり、取り扱いが容易でなければならない。さらに寸法をできるだけ小さくし、機械的衝撃、または汗のような化学的負荷にも対しても抵抗力を有していなければならない。これらのコンポーネントを１つのボールに組み込むことも目的の１つである。このことを達成するために、送信器（複数）と受信器（Ｅ１,....Ｅｎ）との通信を、非同期擬似ランダムパターンと相互相関の低い送信バースト（Ｂ）による擬似ランダム時分割多重方式の原理に基づいて行う。とりわけ非同期通信により、もっとも高負荷の送信器の頑強な構成が達成される。なぜなら従来技術で同期化のために必要であるすべてのコンポーネントが省略されるからである。擬似ランダム時分割多重と非同期擬似ランダムパターンを組み合わせることにより、マルチパス伝送を回避して位置測定精度が上昇する。しかし選手およびボールを検出するために複数の送信器、例えばサッカー競技の場合には１００の送信器が必要とすれば、到来するデータ量をこのようにして相応の精度により検出し、伝送することができる。
【００２１】
ここでは移動送信モジュールからなる無線ベースのワイヤレスシステムが取り扱われる。この送信モジュールは分析すべきシステムの移動対象物に取り付けられ、その信号が定置の受信器および信号処理ネットワークにより受信され、中央（処理装置）で処理される。
【００２２】
ここで特に重要なことは、送信器と受信器の間の通信を非同期擬似ランダムパターンと相互相関の低い送信バーストによる擬似ランダム時分割多重方式のメカニズムを介して実現することである。これは例えばアクセスメカニズムとしての時分割多重と符号分割多重との組合せとして理解することができる（形態１１）。時分割多重（ＴＤＭＡ）（ＵＳ−Ａ６２０４８１３参照）の場合は、移動対象物の送信器が時分割多重で送信する。従って各送信器は、この送信器に同期パルスを提供する１つの受信器を有していれば良く、この同期パルスから送信バーストの時点が導出される。各送信器は別の擬似ランダムシーケンスを送信時点に対して使用する。これにより重なり合うのは常に異なる送信器であるか、ないしは別の時点では重なり合いが発生しない。従ってＴＤＭＡは非常に均一なパターンを使用し、このパターンは個々の送信器に対して同じ期間（Periode）を有しており、この期間を同期化する。この期間の「位相シフト」によって、送信器が同時に送信することは決してない。しかしこのことはさらに送信器が同期していることを前提にする。符号分割多重（ＣＤＭＡ）では送信器に対して直交拡散シーケンスが使用される。従って送信器を同期化する必要はない。しかし送信器の距離が異なる場合、離れた別の送信器の信号が比較的近い送信器の信号によりカバー（遮蔽）されてしまう。
【００２３】
非同期擬似ランダムパターンを使用することは送信器の構成を簡素化する。なぜなら、同期パルスを受容するための受信器が必要なくなるからである。とりわけ同期化をしないことにより、ランダムパターンが相互にシフトするようになるが、このことは同時にアクティブである送信器はできるだけ少数であるべきという条件の維持を困難にする。なぜならすべての送信器が同じバンドを使用するからである。すなわち適切なランダムシーケンスの発見が困難になる。送信器が同期していない場合に送信信号間に発生する干渉の問題は、移動電話では生じない。なぜなら信号伝送が初期化（＝同期化）されるからである。しかしこの問題は本発明では、相互相関（Kreuzkorrelation）の低いシーケンスを使用することにより解決される。このシーケンスを使用することにより、実際に少なくとも２つの送信器が同時に信号を送出する場合が生じても、送信器の識別シーケンスによって送信バーストの所定の部分に相応する信号を分離することができる。パルスレートを高くすれば、システムが個々の値を検出できない場合にはこれらの値を簡単に放棄することができる。これにより全体としてシステムの高い能力をナビゲーションのための信号伝送に使用することができる。
【００２４】
擬似ランダムパターンの同期化を、受信モジュールを介して送信器に組み込み、送信器が多数ある場合に干渉の確率を低減すると、精度をさらに高めることができる。
【００２５】
形態１６による構成では、送信器受信データ全体が検出され、記憶される。記憶されたデータに基づいて、必要な場合は後処理を行い、これにより比較的に正確なアルゴリズムを所定の、例えば結果に対して重大な状況に適用することもできる。
【００２６】
さらなる利点は従属請求項から得られる。以下、第１の視点、第２の視点を夫々形態１、２０とし、各従属請求項の特徴を夫々、「形態」と表示する。
（形態２）
擬似ランダム時分割多重の原理は、散発的な不規則な時点での送信（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）を含み、各送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）は、送信時点に対して別の擬似ランダムシーケンスを使用することを特徴とする形態１記載の方法。
（形態３）
受信器（Ｅ１〜Ｅｎ）は、擬似ランダム時分割多重と既知の擬似ランダムパターン認識に基づいて、所定の送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）の次の送信バースト（Ｂ）の時点を推定することを特徴とする形態１又は２記載の方法。
（形態４）
次の送信バースト（Ｂ）のあらかじめ定めた時点で発生する信号だけを評価することを特徴とする形態３記載の方法。
（形態５）
所定の送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）の次の送信バーストのあらかじめの計算を連続的に行うことを特徴とする形態３または４記載の方法。
（形態６）
移動送信モジュールを、ボールにも使用できるように小型化することを特徴とする形態１から５までのいずれか１項に記載の方法。
（形態７）
周波数バンドは約２．４ＧＨｚであることを特徴とする形態１から６までのいずれか１項に記載の方法。
（形態８）
周波数バンドは８０ＭＨｚのバンド幅を有することを特徴とする形態１から７までのいずれか１項に記載の方法。
（形態９）
位置固定された基準送信器（Ｒ１〜Ｒｎ）を、誤差最小化およびシステムの較正のために位置基準として使用し、該基準送信器は、少なくとも１つの分析すべき対象物の少なくとも１つの移動送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）と同じように、識別コードを１つのシーケンスで送信し、当該基準送信器の信号は、それぞれの受信器における当該信号の到着時間を検出するため受信器（Ｅ１〜Ｅｎ）により検知されることを特徴とする形態１から８までのいずれか１項に記載の方法。
（形態１０）
基準送信器はケーブル、好ましくはグラスファイバケーブル、を介して同期化されることを特徴とする形態１から９までのいずれか１項に記載の方法。
（形態１１）
送信バースト（Ｂ）を、非同期擬似ランダムパターンを使用して送信し、該非同期擬似ランダムパターンはアクセスメカニズムとしての時分割多重と符号分割多重の組合せであることを特徴とする形態１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
（形態１２）
擬似ランダムパターンは素数シーケンスであることを特徴とする形態１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
（形態１３）
送信バースト（Ｂ）の場合に、出所の異なる少なくとも２つの信号が偶然的に同時に到来するときには受信器により分離を行うことを特徴とする形態１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
（形態１４）
送信バースト（Ｂ）を、検出されない個々の値が許容される程の高いパルスレートで送信することを特徴とする形態１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
（形態１５）
送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）の少なくとも１つの移動送信モジュールからの非同期送信バースト（Ｂ）は送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）の受信モジュールによって同期可能であり、当該同期により、該送信器が多数存在する場合、重なり合いの確率を低減することを特徴とする形態１から１４までのいずれか１項に記載の方法。
（形態１６）
高周波（ＨＦ）フロントエンドで受信されたアナログ受信信号を評価ユニットでデジタル化し、信号の受信時点をそれぞれの送信器（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂ）について検出し、記憶することを特徴とする形態１から１５までのいずれか１項に記載の方法。
（形態１７）
受信され、記憶された信号を状況に応じて処理するために、種々異なるアルゴリズムを使用することを特徴とする形態１から１６までのいずれか１項に記載の方法。
（形態１８）
受信された信号を処理するために、信号を、場合により重なり合う、区間（複数）に分解し、個々の区間に対してそれぞれ最適のアルゴリズム、または複数のアルゴリズムを同時に適用することを特徴とする形態１から１７までのいずれか１項に記載の方法。
（形態１９）
受信された信号を処理するために、信号を、区間（複数）に分解し、極めて動的な過程における不連続性に対し２方向から接近するように、個々の区間を処理するために反転した時間軸をも用いることができることを特徴とする形態１から１８までのいずれか１項に記載の方法。
（形態２１）
基準送信器（Ｒ１〜Ｒｎ）にはトリガおよびクロックパルス信号が信号ネットワークから供給されることを特徴とする形態２０に記載の通信システム。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
有利な実施例の説明
図面には少なくとも１つの移動対象物の位置を所定の多次元空間、ここでは３次元空間で連続的にリアルタイム追跡するための方法が示されている。移動対象物として図１には遊技球、ここではサッカーボールがその送信器Ｓｂにより示されており、選手がその送信器Ｓｐにより示されている。以下では、サッカー競技のサッカーボールと選手を移動対象物として説明するが、他の適用領域も可能である。移動対象物を高い位置測定精度と時間的分解能を以て検出する適用領域、すなわちダイナミックな運動経過を検出する適用領域に本発明を使用することができる。以下の説明により、スポーツに使用領域を限定するものでもない。
【００２８】
少なくとも１つの移動対象物は、サッカーボールの運動を検出すべき場合には、サッカーボール内の送信器Ｓｂとすることができる。しかし競技経過を評価し、または選手の動きを研究するためには補完的に選手自体も運動対象物とし、例えば脛当に送信器Ｓｐを配置し、選手の運動および運動方向を検出することも効果的である。これにより例えば選手の走行経過または選手およびボールの速度について統計的に評価可能なデータが得られる。例えばどれほどの程度に近くボールがゴールを外れたかを計算することができる。これらのデータに基づいて、新たなビデオゲームモデルを開発することもできる。さらに競技戦略やトレーニングコンセプトを最適化するための補助手段とすることもできる。データは選手個別に存在するから、客観的な能力データバンクまたは個人的なトレーニングコンセプトを作成することもできる。また遊技器具をその特性についてさらに詳細に観察し、最適化することもできる。
【００２９】
このことにより大規模なネットワークが必要となり、このネットワークは例えば８つの受信器Ｅ，Ｅ１〜Ｅｎからなる。受信器は受信器ネットワークＲＮを形成し、１００個までの送信器Ｓ，Ｓｂ，Ｓｐ，Ｓ１〜Ｓ６の伝搬時間データを含む。さらに基準送信器Ｒ１〜Ｒｎが、例えば施設を較正するために必要である。移動対象物、ここではサッカーボールは１５０ｋｍ／ｈまでの速度で運動することがあるから、少なくともボール送信器に対しては０．５ｍｓの送信バーストの高い反復率が必要である。このことはボールが１５０ｋｍ／ｈで運動する場合、２ｃｍの位置分解能に相当する。この送信バーストは送信器を識別し、位置測定するために必要なすべてのデータを含んでいる。これついては後で説明する。従ってこのシステムは高精度でのリアルタイム能力を有し、連続的かつ即時的に審判員の補助およびテレビジョン画像のためにデータを送出することができる。しかし最終的決定は審判員に任される。
【００３０】
好ましくはデータの伝送は２．４ＧＨｚの周波数バンド領域で行われる。このバンド領域のうちできれば８０ＭＨｚのバンド幅が位置測定精度を最大にするためにただ１つのチャネルとして使用されることが望ましい。このために移動対象物には移動送信モジュールが取り付けられ、この送信モジュールの信号は定置受信器および信号処理ネットワークにより受信され、中央（演算処理装置ＣＰＵ）で処理される。送信モジュールから放射された信号は（非同期擬似ランダム）時分割多重方式で送信された電磁波である。伝送可能性と位置測定精度を高めるために、送信器Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂと受信器Ｅ１〜Ｅｎとの間の通信は、非同期擬似ランダムパターンと相互相関の低い送信バーストＢによる擬似ランダム時分割多重方式の原理に基づいて行われる。位置測定精度はこのことにより改善され、関連のローデータ（未処理データ）は記憶され、ナビゲーションアルゴリズムに適合して使用される。記憶することにより、例えば精度を反復的に改善することができ、または特別の興味のあるデータ、例えばゴールシュートのデータを高級なアルゴリズムにより分析することができる。
【００３１】
伝搬時間測定の高い精度に相当する高い位置分解能を得るために、できるだけ大きなバンド幅を備える信号が使用される。しかし使用可能なバンド幅は制限されているから、送信器は使用可能なスペクトルを符号分割多重および時分割多重の原理に従って共有する。受信時間は好ましくは同期化されないから、送信器はランダムまたは擬似ランダムに散発的時点で送信する。この送信時点のシーケンスは、ＴＤＭＡを単独で使用する場合とは異なり同期化されない。各送信器は別の擬似ランダムシーケンスを送信時点に対して使用する。その結果、重なり合うのは常に異なる送信器（からの信号）であるか、ないしは別の時点では重なり合いが発生しない。偶然的な重なり合いは甘受される。このことはとりわけ図４に示されている。詳細部Ｄｘによれば、２つの送信器Ｓ２，Ｓ３が同時に送信を開始するが、（次の送信バーストを示す）詳細部Ｄｙによればこれらは時間的にずれている。この種の重なり合いは生じ得るが、サンプリングレートが適当であれば送信器の頑強性を高め、その構造をコンパクトにするために許容できる。すべての送信器は同じ周波数を共有しており、従って各送信器に対して全バンド幅が使用される。なぜなら１つの送信器で使用可能なバンド幅が精度を定めるからである。「すべての送信器が同じバンドを使用する」ことと「送信器が同期されていない」ことの組合せにより同時にシステムの所望の精度と頑強性が得られる。
【００３２】
各送信器は１つの送信時点では１つの短い送信バーストＢしか送信せず、この送信バーストが受信器Ｅ１〜Ｅｎにより検出される。位置固定（定置）された基準送信器Ｒ１〜Ｒｎないし図３のＲｘ１〜Ｒｘｎは誤差を最小にし、システムを較正するための位置基準として用いられる。これらの基準送信器も移動対象物の少なくとも１つの移動送信器Ｓｂ，Ｓｐと同じように識別コードと信号を送信し、これが伝搬時間測定のために受信器により検出される。基準信号は実施例では２５０ＭＨｚの信号周波数ＳＦ２を介して同期される。さらに受信器は図６によれば、図６の実施例で２５ＭＨｚである信号周波数ＳＦ１を介して同様に相互に同期されている。従って、図３では受信器ネットワークＲＮに配置された受信器はクロック線路１３を介して第１の情報を、線路１４を介して時間マーク（Zeitmarke）を、線路１５を介してエネルギーを受け取る。この情報に基づいて検出されたデータは検出された信号と共にデータ線路１７を介して中央演算処理装置ＣＰＵのデータポートＤＰに伝送され、検出された信号から移動対象物の位置が検出される。図３の（右）横のブロックＲｘｎはマトリクスを示し、ここでδｔｍａは各受信された送信器ＩＤごとに、最後の時間マークに対する相対的時間差を表し、ａｍｎはコントローラでのハード的／ソフト的決定のための相関品質についての情報を表す。競技開始前に、コントローラＣは受信器Ｒｘの交互の伝送時間を較正し、受信器ネットワークＲＮを同期化する。コントローラＣによって、Ｒｘの相対的に交互の伝送時間の位置が検出される。
【００３３】
３次元空間で対象物の位置測定をするためには少なくとも４つの受信器が必要である。伝搬時間差はそれぞれの受信器で検出される。位置検出の幾何学（３次元）的解は双曲線等式系の解を介して求められる。基準信号はケーブル、好ましくはグラスファイバを介して分配される。送信器Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂの移動送信モジュールは時間制限（zeitbegrenzt）された送信信号を送信バーストＢとして放射する。この送信バーストＢは非同期擬似ランダムパターンを使用して送信される。この非同期擬似ランダムパターンは時分割多重と符号分割多重のアクセスメカニズムの組合せであり、これにより既存のバンド幅をできるだけ完全に広範囲に使用することができる。重なり合いを低減するために擬似ランダムパターンが使用され、このパターンは有利には素数シーケンスである。ここでは比較的小さな素数が高速に移動する送信器、実施例ではボールの送信器Ｓｂに配属され、比較的大きな素数が緩慢に移動する送信器Ｓｐに配属される。
【００３４】
偶然的に同時に発生する２つの信号の分離は、これについて検出されない（nicht erfasst）個別値を許容（tolerieren）する受信器により行われる。このことはパルスレートが高いため可能である。非同期送信バーストは送信器にある受信モジュールによって補足的に同期化することができる。高周波（ＨＦ）フロントエンドで受信されたアナログ受信信号は評価ユニットでデジタル化され、それぞれの送信器からの信号の受信時点が基準時間に対して検出される。受信された信号を処理し、受信された信号を複数の信号源（異なる送信器）に分離し、瞬時の運動経過の各送信信号に対して特徴を検出のために、所定の技法を備えるソフトウエアを使用する。このソフトウエアは可変パラメータを備える複数のアルゴリズムを使用する。これらのパラメータは各状況に相互に適合され、組み合わされる。
【００３５】
リアルタイム伝送を実現するために送信器と受信器はハードウエアを有し、このハードウエアによりデータ記録のためのトリガ時点を正確に検出することができる。さらに評価ユニットには同期信号を処理するためのハードウエアが設けられており、同期信号は相応のインタフェースを介して供給される。
【００３６】
システムが通常の動作モードに移行する前に、重要なデータが較正フェーズで獲得される。これはシステムの較正に必要であり、例えばこれによりグラスファイバ・ネットワークにおける伝搬時間を考慮することができる。ここではシステムチェックも実行され、場合により構成部材における問題、例えば受信器等の問題が識別される。このフェーズの後、相関関数によって送信器への同期化が行われる。基本的に送信器は時間的に等間隔でデータパケットを送信するので、割り当てないし配属（Zuordnung）が可能である。同期化ルーチンはそれぞれの送信器に対して一度、データパケットを「発見」していなければならず、その場合に次の送信時点を所定の精度を以て予測することができる。なぜなら送信パターンが既知だからである。相応にしてトリガ論理回路が制御され、これによりデジタル化されたデータをメモリで再び見つけることができる。メモリ内の位置と、相関ルーチンで検出された目標時点からの偏差に基づいて、このルーチンは伝搬時間計算の際に図２に従い、予期される送信時点ｔ０からの距離データを検出する。これにより次の信号が発生するに違いない探索領域ｓが得られる。（図２に示すとおり、探索領域ｓは次の送信バースト（Ｂ）の区間（時間幅）より実質的に長い。）
【００３７】
ナビゲーション等式を解くための代数的方法には欠点がある。この方法は、インフラストラクチャ（施設）、幾何構造、および受信器における個々の測定品質に依存して非常に変化しやすいものであり、多くの場合、十分な位置精度を提供することができない。従って代数的アルゴリズムは初期化と他のアルゴリズムの監視のためにだけ使用される。平均化法を使用することにより、位置計算の頻度依存性が格段に改善される。さらに確率論的に特徴的な測定の品質情報を考慮することにより、位置精度を付加的に最適化することができる。具体的な実施例ではカルマンフィルタが使用される。このカルマンフィルタ（KALMAN-filter）は前記２つの改善を組合せ、運動の適切な予測モデルにより瞬時の状況を付加的に考慮することができる（状況認識）。
【００３８】
追跡すべき対象物が極めて動的（ダイナミック）に移動する特別の場合、例えばボールがゴールポストによりはじかれた場合、解決すべき特別の問題が生じる。この問題を解決するためには、極めて動的な場合を検出するために付加的なアルゴリズムを導入する必要がある。このために検査すべき位置での時間的に前後の運動状況が比較される。両方の運動フェーズ（前と後）での差を検出することにより、状況のダイナミクスを推定することができる。これによりこの状況を反転した時間軸で相応に後処理（ないし追従処理Nachverarbeitung）することができる。
【００３９】
位置精度をさらに改善するために、個々の空間座標の曲線平滑化方法が使用される。一方では、所定の時間的遅延を許容してシステムのリアルタイム枠に適するアルゴリズムが使用される。ここでは領域的な曲線平滑化が実行される。前もってダイナミックな場合が検出されていれば、この方法は状況に応じて適合される。曲線平滑化はこの場合、このダイナミックな時点を越えて実行されるのではなく、この時点への両側接近により実行される。欠けていて、平滑化されない領域は論理的性質または数学的性質の適切な補間アルゴリズムにより補充することができる。結果としてダイナミックな場合での位置精度が格段に改善される。
【００４０】
このアルゴリズムの最適化が必要な場合には、平滑化すべき空間座標間に、ダイナミックな場合の検出確実性を向上させる組合せが導入される。
【００４１】
必要な場合には、後処理方法を使用することができる。この後処理方法は、計算時間の制限を受けず、他の場所で適用することもできる。この後処理方法は、リアルタイム能力のあるアルゴリズムと比較して、付加的に高められた位置精度を提供する。なぜなら、曲線平滑化のために比較的に大きな領域を利用することができるからである。この場合でも、検出されたダイナミックな場合が適切に考慮されることが保証される。
【００４２】
受信器ではデータが次のように処理される：
データ収集フェーズ中に送信時点シーケンスが同期化される。このために時間分解能の低減されたアルゴリズムが使用される。目的は単に、将来の送信時点を推定することである。
【００４３】
トラッキングモードでは、送信バーストが連続的に比較的に高い精度で検出され、瞬時の状況が計算される。推定された、ないしは前もって計算された送信時点ないし受信時点でだけ到来する信号が評価される。さらに次の送信時点の推定が行われる。
【００４４】
オプションとしてズームモードでは、記憶されたデータをさらに付加的アルゴリズムにより処理することができる。ズームモードでは例えばデータを反対の時間的順序で処理し、例えば両側から不連続点（例えばボールがゴールポストで反跳する）に接近することもできる。
【００４５】
従って受信器はデータを高いサンプリング周波数により検出し、これを中間記憶する。推定された送信時点に相応して、関連のデータだけがさらに処理され、オプションとしてさらに記憶される。これによりこのデータを例えばズームモードのアルゴリズムで使用することができる。
【００４６】
精度は、データの後処理と例えば加速度センサのような外部センサをボールに包み込むことにより、または画像データにより向上させることができる。このシステムは例えば１秒毎に動作中のすべての送信器の位置データを送出する。
【００４７】
伝送領域として例えば２．４ＧＨｚバンドが提案されたが、基本的には他の比較的低いバンド領域を使用することもでき、これにより電流消費を低く保つことができる。しかし比較的に高い周波数領域、例えば５．８Ｇｈｚ，９．４ＧＨｚ、２４ＧＨｚでの使用も考えられる。この場合、到達範囲は狭くなるが、距離分解能は向上する。受信器は送信器から送信された信号を検知し、その伝搬時間差を検出するから、これらの受信器（複数）は非常に正確に相互に同期していなければならない。このことはクロック線路１３、実施例ではグラスファイバケーブルを介する安定性の高い基準信号により達成できる。受信されたデータを受信器Ｅ１〜Ｅｎはデータネットワークを介して中央演算処理装置（ＣＰＵ）に送出し、この中央演算処理装置（ＣＰＵ）はそこから個々の送信器の位置を計算し、受信されたデータの交換と同期化を行う。これらのデータは受信された信号の伝搬時間並びに品質評価からなる。移動送信器Ｓ，Ｓｐ，Ｓｂと定置受信器Ｅ１〜Ｅｎとの間の戻りチャネルは位置検出自体には必ずしも必要ないが、位置検出を改善することができる。しかし一方では、システムを複雑にし、従ってコストを増大させることとなる。
【００４８】
直交送信バーストと非同期擬似ランダムパターンを用いた擬似ランダム時分割多重の原理に基づいて伝送することにより、受信器は信号を明確に分離することができる。実際に２つの送信器が同時に送信すると、「不所望の」送信器はノイズとして現れる。少なくとも信号の検知が問題なしに可能である程度のＳ／Ｎ比が得られる。
【００４９】
このコンセプトの利点は、送信器が短時間の間だけアクティブであり、従って電流消費が小さいことである。これらの送信器は同期している必要はない。従って送信器側の受信モジュールを省略することができる。これにより送信器は格段に簡素化され、かつさらに頑強になる。素数形態の擬似ランダムシーケンスによって、１つの送信期間の間に同じ送信器が重なり合うことがなくなる。これにより、比較的に離れた送信器が比較的に近い送信器と常時重なり合うという望ましくない状況が基本的に回避される。従って「遠近」問題を統計的に除去することができる。送信器バーストＢのコリジョン確率は低下される。
【００５０】
送信信号は式
ｓ（ｔ）＝ｇ（ｔ）ｅj(2πf・t)
により記述することができる。ここでｇ（ｔ）はベースバンド信号を表し、ｆは搬送波周波数である。
【００５１】
種々異なる受信器に対する受信信号は、
ｅυ（ｔ）＝ｈ（ｔ）・（ｇ（ｔ−τ）ｅj(2πf・(t-τ))）
により記述され、ここでｈ（ｔ）は伝送チャネルによる歪み（減衰、周波数特性）を表し、τは送信器と受信器との間の伝搬時間を表す。
【００５２】
伝搬時間τの検出には次の方法が考えられる。
・ベースバンド信号ｇ（ｔ）だけを使用する。
・搬送波位相も共に評価する。
【００５３】
搬送波位相も共に評価すべき場合には以下の状況が生じる：
問題となるＩＳＭバンドに対して搬送波周波数は約２．４ＧＨｚである。従って１周期期間は０．４ｎｓである。そのため搬送波位相評価は０．４ｎｓの曖昧さを有することとなる。従って搬送波位相評価は、別の方法により０．４ｎｓよりも改善された精度が達成される場合にだけ、精度向上のために利用することができる。
【００５４】
受信器におけるベースバンド信号は式
ｅυ（ｔ）＝ｈ（ｔ）・（ｇ（ｔ−τ）ｅj(2πΔf・t+φυ)）
により表される。Δｆは非同期発振器が送信器で使用された場合の周波数オフセットであり、φυは発振器間の位相オフセットを表す。
【００５５】
伝搬時間τは既知の送信信号ｇ（ｔ）との相関ｅυ（ｔ）を介して検出することができる。この相関の精度は位置精度に対するキーパラメータである。相関の精度は、信号の自己相関特性、相関の計算に使用される方法および干渉の影響によって決められる。
【００５６】
精度を妨害する基本的問題には、マルチパス伝播および／または物体減衰がある。これらは、受信器に直接的に到達しなかった信号ないし対象物での反射後に受信器に到達した信号によって生じ得る。従って受信器Ｅ１〜Ｅｎでは最も早く到達した信号を、たとえこれが最強の信号でなくても距離計算のために使用しなくてはならない。このことは具体的実施例では、受信器においてすべての送信器の時間的な送信バースト間隔が既知であり、従って送信信号が受信器で「予期」される時点もほぼ既知であることにより容易になる。
【００５７】
送信バーストＢは２５μｓ持続し、ここで５μｓが送信出力段のオン・オフに対するガード期間として意図されている。送信器ＩＤシーケンスは１５μｓ持続し、７５０ビットを含んでいる。残りの５μｓは２５０ビット情報をデータとして伝送する。従って５０Ｍバイト／ｓのデータ速度が得られる。従って実施例で使用される２．４ＧＨｚのＩＳＭバンドで８０ＭＨｚの全体バンド幅の場合、ビットシーケンスの高周波伝送に対してα＝０．６の減衰係数がベースバンドフィルタリングで生じる。ボールに対しては、０．５ｍｓのバースト反復周波数が予定され、一方、選手に使用されている送信器は４ｍｓの反復周波数を有する。ここから、６７．５％の時間効率（Zeitausnutzung）が得られる。このことによりランダムシーケンスにより駆動される非同期送信器制御の他に、場合により高周波戻りチャネルによる同期送信器制御も可能であるが、これには前記の欠点がある。結果としてボールの場合は２０ｍｍまで、選手の送信器の場合は４４ｍｍまでの最小位置分解能が１つの送信バーストごとに得られる。
【００５８】
図７は送信器モジュールのブロック回路図を示す。このモジュールはフロー制御部８０，送信データ形成部８１および送信バースト形成部８２からなる。フロー制御部８０は連続的に回路での時間経過をコントロールする。フロー制御部８０は、送信バースト形成部８２から送出されるシステムクロックパルスを受け取り、送信データ形成部８１および送信バースト形成部８２の双方をトリガする。送信データは送信データ形成部８１で発生され、このときセンサデータと共に処理することができる。このデータは次に送信バースト形成部８２で高周波搬送波に重畳変調される。これに続いて送信バーストはアンテナ８３を介して放射される。
【００５９】
送信データ形成部８１はデータバースト形成部８１ａ、送信器ＩＤブロック８１ｂおよびセンサデータ処理部８１ｃからなる。データバースト形成部８１ａは、センサデータ処理部８１ｃから送出されたセンサデータを、送信器ＩＤブロック８１ｂからの送信器識別子により処理する。この送信器識別子は各送信器に対して固有のビットシーケンスである。こうして形成されたデータバーストは送信バースト形成部８２にさらに供給される。センサデータＳＤはボールの送信器の場合、加速度センサから発生し、選手の送信器の場合は医学的データを含むことができる。送信バースト形成部８２は基準発振器，高周波生成部、変調器８２ｂ並びに出力段８２ｃを有する。送信データはまずデータフィルタ８２ｄを介してフィルタリングされ、バンド幅を制限される。これに続いて変調器８２ｂで送信データを高周波搬送波に重畳変調することができる。
【００６０】
ＢＰＳＫ変調の後、信号が増幅され、引き続きバンドパスフィルタ８２ｅでフィルタリングされ、これにより不要輻射が抑圧される。アンテナ８３を介して送信バーストは最終的に放射される。フロー制御部８０はデータバーストの時間的発生と、出力段８２ｃのスイッチングを時分割多重方式に相応してコントロールする。クロックパルス発生器は基準送信器８４と関連している。この基準送信器８４は同期クロックパルス８４ｂを受信し、フィルタおよびクロック信号処理部８４ｄを備えるグラスファイバ受信器８４ｃおよび増幅器８４ａを含み、水晶発振器８５ａ、トランジスタおよびクォーツ８５ｂを備える送信器Ｓｐ，Ｓｂと接続されている。クロック信号は同様に変調器８２ｂを、ＰＩＣ ８２ｊ、ＰＤ＆ディバイダ８２ｋおよびループフィルタ８２ｉを介して調整する。ループフィルタはローパスフィルタを含む。
【００６１】
図８は受信器Ｅの機能ブロックを示す。アンテナ９０を介して受信された高周波信号は中間周波数に変換され、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル化される。デジタルプロセスユニット９５は個々の送信器から受信された送信信号の時間的間隔を、同期パルスを基準にして検出する。同期パルスは、ＬＷＬ受信器を含む受信ブロック９４から受信器Ｅ内のすべてのコンポーネントに分配される。さらに発生された「未処理（roh）の伝搬時間データ」には、品質マークが付される。この品質マークは相応の測定値の受信電界強度ないし中央演算処理装置にさらに供給される前の測定値の妥当性を含んでいる。受信された無線信号は低雑音増幅器により増幅され、それからバンドパスフィルタリングされる。再度の増幅とフィルタリングが行われた後、中間周波数領域へのミキシングが行われる。デジタル化はアンダーサンプリングにより行われるから、ここではＡ／Ｄ変換器での一定レベルのために可変増幅を行う前に再度、フィルタリングを実行しなければならない。両方の同期信号はデジタル信号処理部へクロックパルス信号として供給され、２０ＭＨｚクロックパルス信号ＳＦ２はサンプリング周波数としてもＡ／Ｄ変換器に送出される。デジタルプロセスユニットはデータ速度を伝搬時間データ９６として伝送するためにネットワークカード９５ａを有している。周波数増幅器がＬＷＬ受信器９４ａと高周波セクション９１との間に配置されている。
【００６２】
広いバンド幅を考慮に入れて、約２００ＭＨｚのサンプリングレートにより動作する。それぞれの受信器のベースバンドセクション９２では、送出されたサンプリング値がリングバッファ構造を有するメモリにまず記憶される。送信信号に同期するため、まず既知の送信期間が受信信号で探索され、次に送信パターンとメモリの予測される個所で関連付けられる。このことにより受信時点を正確に検出できるようになる。ボールおよび選手に対しては、関連付けに必要な計算（演算処理）ユニットが複数並列的に存在する。これらのユニットは中央演算処理装置から探索すべき送信パターンの通知を受ける。ここでは好ましくない状況でもすべての信号が評価されることが保証される。関連付けユニットからはそれぞれ評価された送信信号に対して、測定値の品質を評価するために品質マークの付された受信時点が発生する。この品質マークは制御ＰＣおよびデータネットワーク・インフラストラクチャを介して中央演算処理装置（ＣＰＵ）に伝送される。
【００６３】
中央演算処理装置（ＣＰＵ）では受信器のすべての測定値（送信器−受信時点−品質マーク）が収集される。これらの測定値は送信器識別番号によって分類され、グループ分けされ、これにより各送信器に対して位置の計算を相応のアルゴリズムにより実行する。検出された座標は所定のインタフェースを介して呼び出し、さらに処理することができる。
【００６４】
位置検出は、送信信号の受信器への非常に正確な伝搬時間差測定を前提にしているから、２つの基準信号が必要である。これらの基準信号はシステムの中央部で、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）で形成され、すべての受信器並びに中央演算処理装置に分配される。所要の２つの周波数信号の周波数は１５〜２５ＭＨｚ並びに１５０〜２５０ＭＨｚの領域にある。これらの信号は矩形信号として構成されており、一義的な時間マークを得ることができ、線路１４を介して受信器に供給される。
【００６５】
基準送信器Ｒ１〜Ｒｎは、信号ネットワークから供給されるトリガ信号およびクロックパルス信号により動作する。受信器は好ましくは同期周波数により動作するストレート（Geradeaus）受信器である。しかし受信器はシンプル・スーパーヘテロダイン受信器として構成することもできる。ここでは第２の混合段で混合されて出力周波数となり、さらにローパスフィルタリングしなければならない中間周波数が使用される。この構成の利点は、出力周波数を完全に自由に選択できることである。前記の８０ＭＨｚのバンド幅の場合、これは１６０ＭＨｚの理論的サンプリングレートが条件となる。しかし効率とバンド幅は所定の伝送特性を備えるアナログ前置フィルタにより決められる。
【００６６】
前記説明には、従属請求項と等価の領域内で種々の変形、変更および適合を加えることができることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、受信器と送信機を備える遊技場の概略的平面図である。
【図２】図２は、送信バーストのサンプリングに対する探査領域を示す線図である。
【図３】図３は、受信器ネットワークを示す図である。
【図４】図４は、種々の異なる送信器の送信器順序を示す図である。
【図５】図５は、受信器の配置構成を示す図である。
【図６】図６は、送信器と受信器の結合ネットワークを示す図である。
【図７】図７は、送信器バースト形成装置を概略的に示す図である。
【図８】図８は、受信器の概略図である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｂ  送信バースト
ＣＰＵ  中央演算処理装置
ＤＰ  データポート
ＤＰＥ  データ処理および評価部
Ｄｘ，Ｄｙ  詳細部Ｘ，Ｙ
Ｅ１〜Ｅｎ  受信器（較正、デコード、同期）
Ｍｔ  伝送手段、例えばイーサネット（登録商標）／無線／ＲＳ４８５...
Ｒ１〜Ｒｎ，Ｒｘ１〜ｎ  基準送信器
ＲＮ  受信器ネットワーク
ｓ  探索領域
Ｓ，Ｓ１〜Ｓ６  送信器
Ｓｂ  移動目標対象物内の送信器  例：ボール
Ｓｐ  移動対象物内の送信器  例：選手
ＳＤＤ  信号／データ分配器
ＳＦ１，ＳＦ２  同期周波数ＬＷＬ
Ｔ０  伝送時点
δｔｍa  時間差
ａｍn  情報品質
１０  遊技場
１１  １６ｍゾーン
１３  基準クロックパルス用のクロック線
１４  時間マーク線
１５  電力供給線
１７  データ線路
８０  フロー制御部
８０ａ  クロックパルス
８１  送信データ形成部
８１ａ  データバースト形成部
８１ｂ  送信器ＩＤブロック
８１ｃ  送信データ処理部
８１ｄ  送信データ
８２  送信バースト形成部
８２ａ  発振器
８２ｂ  変調器
８２ｃ  出力段
８２ｄ  データフィルタ
８２ｅ  バンドパスフィルタ
８２ｆ  レベル調整器
８２ｇ  抵抗器
８２ｉ  ループフィルタ
８３  アンテナ
８４ａ  整流器
８４ｂ  クロック信号プロセッサ
８４ｃ  グラスファイバ受信器
８４ｄ  同期化クロック信号
８５ａ  水晶発振器
９０  アンテナ
９１  受信器Ｅでの高周波セクションＨＦ
９２  ベースバンドセクション
９３  周波数増幅器
９４  受信器ブロック
９４ａ  ＬＷＬ受信器ブロック
９５  制御用ＰＣ
９５ａ  ネットワークカード
９６  伝搬時間データ
【図１】
0004405924.tif 000002
【図２】
0004405924.tif 000003
【図３】
0004405924.tif 000004
【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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