(57)【要約】基準時間を示す基準時間信号を供給するための基準時間供給手段を有する、固定位置に配置された基準送信装置（２０２）と、時間を示す時間信号を供給するための時間供給手段を有し、相互及び基準送信装置（２０２）に対して固定位置に配置された少なくとも２つの送信／受信装置（３０２）と、基準送信装置（２０２）から基準時間信号を受信するための受信手段と、時間信号及び基準時間信号を処理するための同期手段と、物体の位置を決定するための物体上の位置決定装置（５０２）とを含む、物体の位置を決定するためのシステム。
2004513372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の位置を決定するためのシステム（１００）において、
ａ）基準時間を示す基準時間信号を供給するための基準時間供給手段（２０４）と、
ｂ）前記基準時間信号から決定される第１情報信号の送信時間を少なくとも含む第１情報信号を生成するための第１信号生成手段（２０６）と、
ｃ）前記第１情報信号及び／又は前記基準時間信号を送信するための第１送信手段（２０８）であって、
ｃ１）基準送信装置（２０２）に関連付けられた第１コードを供給するための第１コード供給手段（２１０）と、
ｃ２）前記第１コードにより前記第１情報信号を符号化するための第１符号化手段（２１２）と
を含む第１送信手段（２０８）と
を含む、固定位置に配設された基準送信装置（２０２）と、
ｄ）第１時間を示す第１時間信号を供給するための第１時間供給手段（３０４）と、
ｅ）前記基準送信装置（２０２）から前記基準時間信号を受信するための第１受信手段（３０６）と、
ｆ）前記第１時間信号及び前記基準時間信号を処理するため、及び前記基準送信装置（２０２）から前記送信／受信装置（３０２）までの前記基準時間信号の通過時間を考慮して前記第１時間を前記基準時間に同期させるための同期手段（３０８）と、
ｇ）前記第１時間信号から決定された第２情報信号の送信時間を少なくとも含む第２情報信号を生成するための第２信号処理手段（３１０）と、
ｈ）前記第２情報信号を送信するための第２送信手段（３１２）であって、
ｈ１）前記送信／受信装置（３０２）に関連付けられ、かつ前記基準送信装置（２０２）の前記第１コード及び他の送信／受信装置（３０２）の第２コードとは異なる第２コードを供給するための第２コード供給手段（３１４）と、
ｈ２）前記第２コードにより前記第２情報信号を符号化するための第２符号化手段（３１６）と
を含む前記第２送信手段（３１２）と
を含む、相互及び前記基準送信装置（２０２）に対して固定位置に配設された２つ又はそれ以上の送信／受信装置（３０２）と、
ｉ）第２時間を示す第２時間信号を供給するための第２時間供給手段（５０４）と、
ｊ）前記第１情報信号及び前記第２情報信号を含む受信信号を受信するための第２受信手段（５０６）であって、
ｊ１）前記第１コード及び前記第２コードを供給するための第３コード供給手段（５１２）と、
ｊ２）前記第１情報信号及び前記第２情報信号に対応する受信情報信号を得るために、前記第３コード供給手段（５２２）から供給される前記第１コード及び前記第３コード供給手段（５２２）から供給される前記第２コードを用いて前記受信信号を復号するための復号手段（５１４）と、
ｊ３）前記第２時間供給手段（５０４）の前記第２時間信号により各受信情報信号の受信時間を決定するための受信時間決定手段（５１０）と
を含む、前記第２受信手段（５０６）と、
ｋ）前記受信情報信号を処理するための処理手段（５０８）であって、
ｋ１）前記受信情報信号から前記第１情報信号及び前記第２情報信号の送信時間を抽出するための抽出手段（５３６）と、
ｋ２）前記第１情報信号及び前記第２情報信号の前記送信時間ならびに前記受信情報信号の前記受信時間に基づいて、前記基準送信装置（２０２）及び前記送信／受信装置（３０２）それぞれから位置決定装置（５４０）までの前記第１情報信号及び前記第２情報信号の通過時間を決定するための通過時間決定手段（５３８）と、
ｋ３）前記第１情報信号及び前記第２情報信号の前記通過時間ならびに前記基準送信装置（２０２）及び前記送信／受信装置（３０２）の位置を使用して、前記物体の位置を計算するための計算手段（５２０）と
を含む前記処理手段（５０８）と
を含む、位置決定装置（５０２）を含む物体の位置を決定するための位置決定装置（５０２）と
を備えているシステム（１００）。
【請求項２】
前記第１送信手段（２０８）及び前記第２送信手段（３１２）が、
ｃ３）前記第１及び前記第２情報信号を、それぞれ搬送周波数を有する搬送波信号に変調するための変調手段（２１４、３１８）
をさらに含む、請求項１に記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項３】
前記位置決定装置（５０２）の前記処理手段（５０８）が、
ｋ４）受信情報フォーマットに同期するように、前記受信情報信号を復調し復号するため、及びおそらく情報データを前記抽出手段（５３６）に渡すためのマルチパス信号濾波及びデータ復元手段（５４２）
をさらに含む、請求項２に記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項４】
前記位置決定装置（５０２）の前記第２受信手段（５０６）が、
ｊ４）前記搬送波信号に変調された前記第１及び第２情報信号を含む受信信号を混合して中間周波数を有する中間信号にするためのミキシング手段（５４４）をさらに含む、請求項２又は３に記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項５】
前記位置決定装置（５０２）の前記第２受信手段（５０６）の前記復号手段（５１４）が、
相関受信信号を得るために、それぞれの基準送信装置（２０２）又は送信／受信装置（３０２）にそれぞれ関連付けられた前記第１及び第２コードに前記受信信号をそれぞれ相関させるための、該システム（１００）の各基準送信装置（２０２）及び各送信／受信装置（３０２）用の少なくとも１つの相関手段（５１６）と、
ある時間にわたって前記相関受信信号を積分して、それぞれの基準送信装置（２０２）又は送信／受信装置（３０２）に関連付けられた受信情報信号を得るために、各相関手段（５１６）に各々関連付けられた１つの積分手段（５１８）とをさらに含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項６】
前記相関手段（５１６）が、相関受信信号を得るために前記第１及び第２コードをそれぞれ前記受信信号と相関させるための相関器（５２０）を含み、前記積分手段（５１８）が、前記相関受信信号をある時間にわたって積分して、前記第１及び第２コードにそれぞれ関連付けられた受信情報信号を得るための、前記相関器（５２０）に関連付けられた積分器（５２６）を含む、請求項５に記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項７】
前記相関手段（５１６）が、時間シフトした第１及び第２コードをそれぞれ前記受信信号に相関させて相関受信信号を得るための追加相関器（５２２）をさらに含み、前記積分手段（５１８）が、前記相関受信信号をある時間にわたって積分して、前記第１及び第２コードにそれぞれ関連付けられかつ直接経路で前記位置決定装置（５０２）に到達した受信情報信号とは異なる時間シフト受信情報信号を得るための、前記追加相関器（５２２）に関連付けられた追加積分器（５２８）をさらに含む、請求項６に記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項８】
第１及び第２コードにそれぞれ関連付けられた各相関手段（５１６）用の少なくとも３つの追加相関器（５２２、５２４）及び関連積分器（５２８、５３０）を含む、請求項７に記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項９】
前記基準送信装置（２０２）を各送信／受信装置（３０２）と接続し、各送信／受信装置（３０２）の第１時間を各送信／受信装置（３０２）の同期手段（３０８）によって前記基準送信装置（２０２）の基準時間と同期させるために、前記基準時間信号を前記送信／受信装置（３０２）に送信するための接続手段
をさらに含む、請求項１ないし８のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項１０】
前記第１コード供給手段（２１０）、前記第２コード供給手段（３１４）、及び前記第３コード供給手段（５１２）が、擬似雑音コード（ＰＮコード）を供給するメモリ及び／又はフィードバックシフトレジスタを持つ、請求項１ないし９のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項１１】
前記変調手段（２１４、３１８）の搬送波信号が無線周波数搬送波信号である、請求項２ないし１０のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項１２】
前記基準送信装置（２０２）の前記第１信号生成手段（２０６）の第１情報信号が前記基準送信装置（２０２）の位置をさらに含み、各送信／受信装置（３０２）の前記第２信号生成手段（３１０）の前記第２情報信号が前記送信／受信装置（３０２）の位置をさらに含み、前記位置決定装置（５０２）の前記処理手段（５１４）の前記抽出手段（５３６）が前記受信情報信号から前記基準送信装置（２０２）及び前記送信／受信装置（３０２）の位置をさらに抽出する、請求項１ないし１１のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項１３】
前記位置決定装置（５０２）が
１）前記基準送信装置（２０２）及び前記送信／受信装置（３０２）の位置を格納するためのメモリ（５４６）
をさらに含む、請求項１ないし１２のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項１４】
前記第１送信手段（２０８）及び前記第２送信手段（３１２）の変調手段（２１４、３１８）、ならびに前記位置決定装置（５０２）の前記処理手段（５０８）の前記マルチパス信号濾波及びデータ復元手段（５４２）が、それぞれ前記第１及び第２情報信号、及び／又は基準時間信号を搬送波信号に変調し、かつ前記第１及びそれぞれ第２情報信号、及び／又は前記基準時間信号を前記搬送波信号から復調するために位相シフトキーイング変調（ＰＳＫ変調）を使用する、請求項２ないし１３のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項１５】
前記接続手段が電気又は光ケーブルである、請求項９ないし１４のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項１６】
前記基準送信装置（２０２）の前記基準時間供給手段（２０４）、前記送信／受信装置（３０２）の前記第１時間供給手段（３０４）、及び／又は前記位置決定装置（５０２）の前記第２時間供給手段（５０４）が、
前記基準時間及び／又は前記第１及び第２時間をそれぞれ供給するためのクロック
を含む、請求項１ないし１５のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項１７】
各送信／受信装置（３０２）の前記同期手段（３０８）が、
ｆ１）前記基準送信装置（２０２）の前記基準時間供給手段（２０４）の基準時間と前記送信／受信装置（３０２）の前記第１時間供給手段（３０４）の第１時間との間の時間差を表わす時間補正値を使用して、前記第１時間供給手段（３０４）の前記クロックの第１時間を補正するための時間補正手段
を含む、請求項１６に記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項１８】
前記第１情報信号及び前記第２情報信号が局所情報、局所メッセージ、特定のシステムパラメータ、同期データ、周囲のマップ又は建屋仕様図、及び／又は基準送信装置（２０２）及び／又は無線標識のディレクトリをさらに含む、請求項１２ないし１７のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項１９】
前記位置決定装置（５０２）の前記メモリ（５４６）が、建物内又は周囲における前記物体の位置を示すために、そこに格納された建屋仕様図又は周囲のマップをさらに有する、請求項１３ないし１８のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項２０】
前記位置決定装置（５０２）が、
ｍ）前記位置決定装置（５０２）の前記処理手段（５０８）の計算手段（５４０）によって決定された位置に関する情報、前記位置決定装置（５０２）の前記メモリに格納された建屋仕様図及び／又は周囲のマップ、及び／又は光学的及び音声位置確認支援、及び／又は位置確認指示を出力するための情報出力装置
をさらに含む、請求項１９に記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項２１】
前記位置決定装置（５０２）の前記処理手段（５０８）が、
ｋ５）受信情報信号に重ね合わされたマルチパス信号を相互に分離するために、前記受信情報信号を濾波するためのマルチパスモジュールフィルタ
をさらに含む、請求項３ないし２０のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【請求項２２】
前記基準送信装置（２０２）が追加送信／受信装置（３０２）である、請求項１ないし２１のいずれかに記載の物体の位置を決定するためのシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、物体の位置を決定するためのシステムに関し、特に屋内及び屋外用のナビゲーションシステムに関する。
【０００２】
屋外ナビゲーションの分野では、衛星信号を使用するナビゲーションシステムの技術開発はこの２５年間に目覚ましく進歩した。例えば航空交通又は自動車工学でアメリカのＧＰＳ信号（ＧＰＳ＝全地球測位システム）又はロシアのＧＬＯＮＡＳＳ信号を評価する受信機は世界中で使用されている。過去数年間に、両方のシステムを組み合わせ、したがってより高い位置分解能が得られる受信機（ＧＮＳＳ＝全地球ナビゲーション衛星システム）も市場で入手可能になった。達成可能な位置分解能は、北米のＷＡＡＳ又は欧州のＥＧＮＯＳなどのオーバレイシステムによって、さらに向上することができる。
【０００３】
屋外ナビゲーションシステムの一例としてのＧＰＳシステムは、ナビゲーション信号を送信する多数の部分移動衛星を含む。物体の位置は、ナビゲーション信号の受信機までの通過時間に基づき、かつ衛星の既知の位置に基づき、物体の受信機で決定される。これは、個々の衛星内の原子時計によって得られる衛星の時間同期を必要とする。ナビゲーション信号は見通し内信号であり、そのチャネルモデルは、受信機の信号電力が本質的に常時同一となるように、地球の電離層によってのみ決定される。
【０００４】
ＧＰＳシステムの欠点は、ＧＰＳシステムを働かせるためには、複雑な送信機を、この場合は衛星を、それぞれ物体の位置を決定するためのシステムとして、及びナビゲーションシステムとして必要とすることにある。それに加えて、個々の送信機は、送信機の必要な時間同期を達成するために、非常に正確かつ複雑な時計を、この場合は原子時計を各々含まなければならない。
【０００５】
ＧＰＳシステム及び衛星支援システム一般のさらなる欠点は、屋内用途、例えば建物内で、又は衛星から隠れる領域での屋外用途、例えば高層ビルの「谷間」又は通りで高度に正確なナビゲーションにそれらを使用できないことにある。
【０００６】
屋内ナビゲーションの分野では、端末装置又は受信機においてではなく、ネットワークにおいてのみ位置発見のための現在示唆されている解決法があり、システムの送信機ネットワークによって受信機の位置が決定され、かつ用途に応じて、位置標定対象の受信機又はモジュールにワイヤレス通信によって伝達される。これに関する一例として、移動通信ネットワークは、屋内用にも適したナビゲーションサービスを提供している。トランスポンダ技術に基づく他のシステムは、ロジスティックス目的のため、及び近距離識別用に使用される。距離測定による位置標定がここで主として使用される方法である。位置標定は、無線、赤外線、超音波、又はレーザ信号の通過時間の測定によって行なわれる。より正確なシステムは、適切な信号処理によってより高い分解能を得るために、変調信号をも利用する。位相制御アンテナ配列又はフェーズドアレーアンテナを装備したより複雑な基地局の場合、距離測定に加えて、電界強度測定又は受信信号角の評価など、他の方法が主として使用される。
【０００７】
屋内ナビゲーション用の現行システムは、タグによる孤立解決法（ピコセル）、距離測定に基づきかつ双方向伝送チャネルを利用する解決法、及び移動通信サービスに基づく複合システムによる解決法のいずれかを提供する。
【０００８】
孤立解決法の欠点は、ネットワーク構造が非常に複雑であることにある。距離測定に基づく解決法の欠点は、ネットワーク又はシステム内にある位置標定対象モジュール又は受信機が多すぎる場合、非常に迅速にチャネル容量に達することである。複合システムを使用する解決法の欠点は、受信機が建物内の少なくとも２つの基地局又は送信機を受信しなければならないので、ナビゲーションの安全性が常時確保されないことにあり、さらに位置標定精度が依然として、衛星システムによる屋外用では２５ｍを超え、通信インフラストラクチャでは１００ｍを超え、したがって例えば屋内用途に適さないことにもある。屋内用途用のシステムの大部分は、一次元位置標定もしくは距離測定、又は例えばｘｙ座標の形の２次元位置標定を提供するだけである。
【０００９】
屋内ナビゲーションシステムの特定の問題は、例えば陰になる建物領域での屋外ナビゲーションシステムでも、屋内、例えば建物内に、例えば建物内部でナビゲーション信号の反射によって生じる高い信号ダイナミクス及びマルチパス信号があることにある。これらのパルチパス信号は伝送チャネルに非常に大きい歪みを引き起こし、物体の信頼できる位置標定又は位置の決定を危険にさらす。
【００１０】
ＫＲＡＭＡＲ， Ｅ．の「Ｆｕｎｋｓｙｓｔｅｍｅ ｆｕｒ Ｏｒｔｕｎｇ ｕｎｄ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ」（Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，ベルリン，Ｃｏｌｏｇｎｅ，Ｍａｉｎｚ １９７３，ｐａｇｅｓ ２７，９２〜１０４）は、位置標定システムＬｏｒａｎ−Ａ及びＬｏｒａｎ−Ｃについて記載している。Ｌｏｒａｎ−Ａシステムの場合の位置標定は主に、固定親送信機によって放出されるＭパルス及び固定子送信機によって放出されるＳパルスの評価に基づく。親送信機が最初にそのＭパルスを送信する。子送信機はｔｂ＋ｔｃの時間的ずれをおいてそのＳパルスを送信し、ｔｂは、子送信機を作動又は同期させるためにＭパルスが親送信機から子送信機までの距離をカバーするのに必要な通過時間に対応し、ｔｃは既知の固定的に設定された遅延に対応する。ＭパルスとＳパルス間の通過時間の差が、位置標定対象受信機で測定される。一方で送信の時間の間の時間的ずれならびに親及び子送信機の固定位置が分かり、他方でＭ及びＳパルスの受信時間の間の時間的ずれが分かると、受信機が存在しなければならないベースラインを決定することができる。様々な親及び子送信機対を区別するために、様々な送信機対のＭパルス及びＳパルスが異なる繰返し周波数で送信される。Ｌｏｒａｎ−Ｃシステムは、位置標定に使用されるＳパルスの数がＬｏｒａｎ−Ａシステムと異なる。各子送信機は、Ｍパルスから異なる時間的ずれをおいてＳパルスを送出する。親及び子送信機の位置標定信号を区別可能にするために、Ｌｏｒａｎ−Ｃは個々のパルスを送信するのではなく、数の異なるパルス群を送信する。様々な親及び子送信機群を区別可能とするため、パルス群のパルスは位相符号化される。Ｌｏｒａｎ−Ａで実行される粗位置標定に加えて、精密位置標定のために位相差測定が使用される。微細位置標定のために、送信されるパルスは、精確に画定された立上り縁を有する画定されたエンベロープを備え、そこに特定の測定点又は転換点が固定され、それは立上り縁の区別によって位置標定対象受信機内で精確に位置標定することができる。数台の子送信機を備えることによって、位置を、Ｌｏｒａｎ−Ａシステムの場合のように双曲線ベースラインの精度で決定することができるだけでなく、２又はそれ以上の双曲線ベースラインの交線までも決定することができる。
【００１１】
ＵＳ３，７５０，１７８は、離散無線周波数信号の源の地理的位置を決定するための位置検出システムを記載している。該システムは基本的に、逆Ｌｏｒａｎシステムの方法で作動する。それは、位置標定対象の源の無線周波数信号を受信する、既知の地理的位置に間隔をおいて配置された複数の無線周波数受信局を有し、源から決定される個々の受信局までの無線周波数信号の通過時間の差が決定される。受信局を同期させるため、受信機のデジタルストップタイミング装置を同期して始動させるためにタイミング信号を送信するタイミング送信機又はＬｏｒａｎ送信機が提供される。源の無線周波数信号が受信されたときに、ストップタイミング装置は停止される。デジタルストップ値は受信局から送信機を介して、位置決定を行なうコンピュータに伝達される。個々の受信局のストップタイミング装置が停止される時間を精確に決定するために、受信した無線周波数信号は、マーカパルスを得て通過時間の差をより正確に決定することを可能にするために、特定の操作を受ける。
【００１２】
ＤＥ２１３７８４６Ｂ２は、変調位相比較双曲線法及び表面バウンド（ｓｕｒｆａｃｅ−ｂｏｕｎｄ）車両を位置標定するための手段について記載している。位置標定のために、位置が決定される車両からの測定信号を検出する、３つの受信局が使用される。位置標定は、受信局が、受信した測定信号を、固定ケーブルを介して伝送する中央装置によって実行される。測定信号がラインを通過するために必要な既知の通過時間が分かると、中央装置は通過時間の差に基づいて位置決定を実行することができ、前記装置はこの目的のためにカウンタ及びタイマを有し、送信機の１つから最も早く到着する測定信号を受信すると、カウンタは停止する。関係する評価及び送信手段における通過時間の変動を補償するために、タイマによって中央装置で確められる通過時間は、補正メモリの補正値で補足される。補正値は、車両の代わりに既知の位置の比較送信機が測定信号を送信する比較測定から断続的に得られる。比較送信機の場合、受信局を介して中央装置までの通過時間が分かるので、中央装置によって突き止められる通過時間と比較送信機の既知の通過時間との間の差を、補正値として補正メモリに格納することができる。受信された測定信号と特定の車両又は比較送信機の明確な関連付けを可能にするため、中央装置は、本来の位置標定前に位置標定対象車両又は比較送信機に要求の範囲内の測定信号を発生するようにコマンド信号によって要求するために、符号器及び無線周波数送信機を備えている。位置標定対象車両及び比較送信機は、異なるコマンド信号に応答する選択的呼受信機を有する車両受信機を持つ。
【００１３】
ＵＳ４，４９４，１１９は、遭難送信機を位置標定するために、方向発見技術と信号強度に基づく計算を結合した遭難無線周波数信位置標定の方法及びシステムについて記載している。該システムは、位置標定すべき遭難送信機と、既知の位置に配設されて遭難信号を受信しその信号強度を中央局に報告する複数の子中継装置と、測定された信号強度及び子中継装置の既知の位置に基づいて遭難送信機の位置を計算し、救助ユニットを派遣する中央局と、方向発見装置を装備して遭難送信機に接近する救助ユニットとを備えている。遭難送信機はそれに関連付けられた標的ＩＤを有し、子中継装置は各々それに関連付けられた装置ＩＤを有し、それらは全て対応する符号器を有している。遭難送信機はその遭難信号と共に標的ＩＤを送信する。子装置は、受信した信号強度を標的ＩＤ及び装置ＩＤと共に、今度は対応する復号器を有する中央局に報告する。
【００１４】
ＵＳ５，２０８，７５６は、携帯電話網と共に作動する車両位置標定及びナビゲーションシステムに関する。車両のナビゲーションのため、車両位置標定トランシーバ、標準携帯電話、及びアンテナが設けられる。アンテナを介して、車両位置標定トランシーバは、電話局から送信されるデュアルトーンマルチ周波数又はＤＴＭＦ信号を受信する。電話局の既知の位置及び受信した信号強度に基づいて、車両位置標定トランシーバは車両の位置を決定する。突き止められた位置は外見上基地局を介して、例えば幾つかの車両が監視され航行案内される中央局に送信される。
【００１５】
ＤＥ２５２５４４６Ｃ２は、非常に安定した時間標準を持つ位置標定手段に関する。該位置標定手段は、同一周波数に同調可能な受信機と、非常に安定した時間標準、例えば原子時計とを有し、相互に同期させることができる複数の受信局から構成される。中央局は、２つの受信局各々の間の通過時間の差のみならず、突き止められた通過時間の差に対応する双曲線ベースラインの交点によって位置標定される送信機の位置をも突き止める。一方で異なる受信局で受信した２つの信号間の相互相関によって中央局で位置標定すべき送信機の受信信号の評価を実行しながら、しかし、他方では受信局から中央局に到着するまでの送信中の誤りに対する無感受性を提供するために、受信した信号は、受信局の時間標準から導出された時間基準マークが与えられ、相互相関を実行する中央局に送信される。
【００１６】
ＤＥ２８２９５５８Ａ１は、表面バウンド車両の位置を決定するための双曲線位相比較方法、及びこの方法を実行するための装置に関し、したがって本質的に前述したＤＥ２１３７８４６Ｂ２に係るシステムの開発を構成する。受信局から中央装置への受信信号の送信における障害への無感受性に備えるために、受信局で受信された各測定信号は、固定水晶発振子から局所的に生成される基準信号と比較され、基準信号との位相差が無線チャネルを介して中央装置にデジタル伝送され、そこで解析されて通過時間差が形成される。特定の間隔で、校正送信機の位置標定が実行され、局所的に生成される基準信号からのその位相差が受信局で分かる。これに基づいて、補正値が得られる。
【００１７】
ＤＥ−ＯＳ１８１３２８は、車両のそれぞれの位置を決定しかつ識別するためのシステムに関する。該システムは受信機、中央コンピュータとメモリ、及び主クロックから成る。各受信機は、主クロックと同期されるクロックを備えている。同期は、中央主クロックから様々な局所受信機クロックまでの同期信号の通過時間の差を補償する遅延を達成する遅延回路を介して実行される。車両から信号を受信すると、受信機は水晶クロックから、双曲面交点を用いて解析を実行する中央コンピュータに時間を送信する。
【００１８】
ＤＥ−ＰＳ１２４０１４６もまた車両の位置を決定する方法に関し、これは、位置決定のために送信時間（ｔｒａｎｓｍｉｔ ｔｉｍｅ）を使用するだけでなく、それに加えて、その中に固定局を有する面からの特定の車両の距離をも突き止めて補正として使用する。静止又は固定局として送信機のみならず、受信機をも使用することができる。送信機側及び受信機側の両方で、正確な時間標準の使用が必要である。
【００１９】
ＤＥ１９６４７０９８Ａ１は、電磁的に送信される信号の測定通過時間差に基づいて物体を多次元位置標定するための位置標定システム一般に関する。第１態様では、位置標定対象物体が受信又は送信装置を持つことができ、固定装置は送信又は受信装置とすることができ、固定装置が、システム時間に同期させるために共通中央タイミング発生器に接続される不正確な水晶クロックを持つことができる位置標定システムが記載されている。信号通過時間による時間同期の歪みを回避するために、発生する送信エラーが分かり、したがってそれを補償することができるように、定義された長さの信号導体又はケーブルの使用が示唆される。特に、受信機を位置標定するための送信機から成る位置標定システムが記載されている。各送信機は、既知の長さの信号導体を介して中央タイミング発生器に接続されるので、送信機はこの１つのタイミング発生器によって同期される。送信機は電磁波を送信し、その搬送波はそれにより変調されるデータストリームを有し、それは時間信号のみならず相関させることのできる送信機定義コードを含む。受信機は、局所時間標準を得るために、それ自体のクロック発生器を有する。受信機は、そこからコンピューティング装置によってそれ自体の時間標準に対する位置の速度及び時間情報を得るために、送信機によって送信される符号化電磁信号を利用する。
【００２０】
本発明の目的は、物体の位置を簡単に、確実に、かつ正確に決定することを可能にする、物体の位置を決定するためのシステムを提供することにある。
【００２１】
この目的は、請求項１に係る物体の位置を決定するためのシステムによって満たされる。
【００２２】
本発明の利点は、物体の位置を決定するためのシステムの送信機との視覚的接触が無いか限定されるナビゲーション用途の場合、すなわち建物など屋内用途、又は例えば高層ビル街通りなど陰になる戸外領域での戸外用途で、送信信号を大きく歪ませる高い信号ダイナミックス及びマルチパス信号が明らかに関係する場合、本発明が物体の高い位置標定信頼性、三次元位置標定（ｘ、ｙ、ｚ座標）、及び干渉信号に影響されないシステムによる位置標定を可能にすることにある。これは、本発明がＣＤＭＡに基づく（ＣＤＭＡ＝符号分割多元接続）システムを利用しており、ＣＤＭＡ法が、公知の屋内ナビゲーション法より、他の無線サービス、例えば移動通信サービス、例えばＴＤＭＡ又はＣＤＭＡに基づくシステム、例えば屋外用途におけるデジタル無線放送及び衛星サービスなどによる干渉に対して強いという事実により達成される。
【００２３】
本発明に係るシステムは、既存のＣＤＭＡシステムより高い位置標定分解能を可能にする。現在利用可能な技術によって実現される該システムは、１ｍ未満の位置精度に達することができる。商業用途では、当面は約１ないし５ｍの可能な分解能が期待されるが、それは理論的には、使用される搬送周波数の波長によってのみ制限される。ＩＳＭバンドの２．４ＧＨｚのＲＦ搬送波周波数の場合、最大位置分解能は６．２ｃｍ（波長の半分）とすることができる。
【００２４】
本発明の別の利点は、ＣＤＭＡ法を使用するため、信号の非拡散によるＣＤＭＡシステムに一般的な増幅利得のために、非常に低い送信電力の送信機がそれぞれ屋内及び屋外領域をサポートするので、直接又は間接的に（送信機の周波数掃引によって）信号通過時間を測定する方法に比較して、送信機ネットワークによる電磁負荷が低減されることである。ＣＤＭＡ信号は雑音レベルより低いので、位置標定のために高い送信電力を必要としない。
【００２５】
本発明の追加の利点は、位置の標定又は決定が送信機ネットワークではなく受信機又は受信機モジュールで行なわれるので、利用者、アプリケーション又は受信機モジュールの数が限定されず、ネットワーク過負荷の危険性がなく、かつ無線チャネルには送信機ネットワークによって発生する信号だけが負荷されるので、本発明に係る物体の位置を決定するためのシステムが、位置標定及びナビゲーションのための戻りチャネルを必要としないことにある。基地局は１つの送信ステージのみを必要とし、かつ端末装置は１つの受信ステージのみを必要とするので、これは、さらに、基地局又は送信機及び端末装置又は受信機の複雑さの低減を可能にする。したがって受信機は、ＰＤＡ又は移動体もしくは携帯電話などの既存のシステムに容易に組み込むことができる。
【００２６】
したがって本発明の追加の重要な利点は、衛星ナビゲーションシステムとの下方互換性もあるので、このナビゲーション方法を利用する端末装置が、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＷＡＳＳ、ＥＧＮＯＳ、及び将来の欧州システムＧＡＬＩＬＥＯなど、ＣＤＭＡベースの衛星支援屋外ナビゲーションシステムの受信用ハードウェアの本質的な部分を再利用することができることである。
【００２７】
本発明の追加の利点は、用途特定的に位置決定精度を調整する可能性にあり、かつ、したがって位置がモジュールで決定されるのでシステムのパワー入力も変化することにある。
【００２８】
本発明の別の利点は、送信機又は基地局の到達範囲が適正な距離（最高１００ｍ）内にあることである。
【００２９】
本発明のさらに別の利点は、例えば現行メッセージ又は建家仕様図など、追加の局所的情報を受信機への送信に含めることができ、あるいは基準基地局でロードすることができることである。一体化された音声符号器によって、このシステムは視覚障害者用の位置確認補助具として利用することができる。
【００３０】
以下で、添付の図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態をさらに詳しく説明する。
【００３１】
本発明は、屋外及び／又は屋内で移動体又は移動可能な物体、例えば人間の位置を標定するのに役立つ、ワイヤレスの高分解能の無線ベース及びセルラナビゲーションシステム又は物体の位置を決定するためのシステムを記載する。屋内用途では、このシステムで、位置確認補助具として例えば建家仕様図など、追加情報を提供することができる。セルラ構造のため、記載するシステムは、屋外又はフェア会場など複数の建物からなる建物複合体における物体の位置を決定するためにも使用することができる。
【００３２】
図１は、物体の位置を決定するためのシステムの実施形態を示す。システム１００は、固定位置に配設された基準送信装置２０２と、相互にかつ基準送信装置２０２に対し固定位置に配設された３つの送信／受信装置又はトランシーバ装置３０２と、物体の位置を決定するための位置決定装置５０２とを備えており、物体は位置決定装置５０２を備えている。二次元システムで位置決定装置５０２を備えた物体の位置を決定するために、システム１００は、少なくとも３つの送信装置、例えば１つの基準送信装置２０２及び２つの送信／受信装置３０２を持たなければならない。三次元システム又は空間内で位置決定装置５０２を備えた物体の位置を決定するためには、システム１００は、図１に示すように、少なくとも４つの送信装置、例えば１つの基準送信装置２０２及び３つの送信／受信装置３０２を持たなければならない。
【００３３】
位置決定装置５０２を備えた物体の位置を三次元決定するためには、送信装置２０２、３０２の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４、ならびに送信装置２０２、３０２から位置決定装置５０２へのナビゲーション信号又は情報信号の通過時間Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４が必要である。この目的のために、送信装置２０２、３０２は時間同期して作動しなければならない。すなわち、それらのクロックが同期して作動しなければならない。情報信号の通過時間Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、位置決定装置５０２における情報信号の受信時間と送信装置２０２、３０２からの情報信号の送信時間の差に基づいて決定される。送信装置２０２、３０２は時間同期して作動するので、位置決定装置５０２自体は正確な時間ベース又はそれ自体の正確なクロックを必要としない。位置決定装置５０２は、特定の時間ドメインで時間の間隔を相対的に測定できるタイマ又は時間供給手段が必要なだけである。
【００３４】
二次元（及び三次元それぞれの）位置決定のために、すなわち平面内（又は空間内それぞれ）の物体の位置を決定するために、３つ（又は４つ）の送信機又は送信装置２０２、３０２が必要である。しかし、二次元位置決定の場合、残りの２つの送信機、すなわち基準送信装置２０２及び残りの送信／受信装置３０２の周りに作成される円は、物体の位置決定が明瞭になるように、ナビゲーション信号の通過時間の半径との２つの交点を持つが、第３送信機又は本例の場合第２送信／受信装置３０２は省くことができる。これは、第３送信装置２０２、３０２が無くても、適切な交点又は物体の正しい位置が位相を介して決定することもできるためである。しかし二次元位置決定では、位置決定装置５０２への情報信号の通過時間を正しく計算することができるように、受信機又は位置決定装置５０２における情報信号の実際の受信時間を決定するために、第３送信装置が必要である。したがって、位置決定装置５０２は時間供給手段、たとえばクロックを単に必要とするが、その時間供給手段は送信装置２０２、２０３と完全には時間同期しておらず、追加の送信装置の情報を介して送信装置２０２、２０３と同期することができる。この状況は三次元の場合も同様である。ここでもまた、位置の決定は位相によって可能であるので、第４送信装置は必要でない。しかし、図１の第４送信装置２０２、３０２及び第３送信／受信装置３０２はそれぞれ、位置決定装置５０２内で情報信号の受信時間を正確に決定するのに役立つ。
【００３５】
図１の送信装置２０２、３０２のネットワークにおける時間同期は２段階で実行される。インフラストラクチャのスイッチ投入後、プログラマブル遅延又は時間補正値によりネットワークの同期が確立され、動作中、この時間同期はそれぞれ規則正しい間隔で検査され補正される。送信装置２０２、３０２の同期はそれらの間の接続を介して得られ、それを介して装置は相互に連絡される。これに関して、例えば基準送信装置２０２は基準時間信号の形で基準時間を供給し、それにより送信／受信装置３０２は前記接続を介して時間的に同期する。この接続は、例えば電気又は光ケーブルを介してワイヤ結合又はケーブル結合することができ、あるいはワイヤレス型とすることができる。固定配置された基準送信装置２０２から固定配置された送信／受信装置３０２への基準時間信号の送信は直接であり、接続に対し既知の通過時間を有しており、クロックを同期させる際にはそれを考慮しなければならないので、ワイヤ結合接続が好ましい。それとは対照的に、ワイヤレス通信は、クロックを同期させることができるためには見通し内信号が要求される。この場合、見通し内信号以外にマルチパス信号が発生することがあり、すなわち、例えば基準送信装置２０２の基準時間信号が特定の送信／受信装置３０２への経路上の壁で反射することがあり、それは送信／受信装置３０２への基準時間信号の通過時間の決定を悪化させる。基準時間信号のワイヤ結合及びワイヤレス伝送のどちらでも、送信／受信装置３０２のクロック又は時間供給手段は、基準時間信号を供給する基準送信装置２０２のクロック又は基準時間供給手段と同期する。
【００３６】
図１のシステム１００はまた、システムの構造及び環境に応じて、送信／受信装置３０２の１つを基準送信／受信装置又は基準送信装置と決定して、送信装置２０２、３０２として送信／受信装置３０２だけを持つこともできる。例えば、そのような決定は、複数の送信／受信装置３０２のうちの１つの送信／受信装置３０２が最も正確なクロックを持ち、したがって基準時間の供給源とすることができ、それに全ての他の送信／受信装置３０２を同期させることができることに依存する。
【００３７】
それに加えて、各システム１００は、例えば専用送信／受信装置である非常に多数の送信装置２０２、３０２を持つことができる。例えば送信装置の到達範囲が限定され、システムがそこに形成された階層構造をもつことができる場合、この多数の送信装置は、建物複合体の建物、建物内の部屋等のような非常に多くのサブグループに分配することができる。各サブグループ、例えば部屋が今度は、そこに形成されたそれ自体の送信装置の階層構造を持つことができる。その場合、１つの送信装置を基準送信装置又は基準送信／受信装置と決定し、この基準送信装置は例えば最も正確なクロックを持つか、あるいはそれ自体上位グループの送信装置と同期しているので、そこにサブグループの他の全ての送信装置を同期させることができる。上位グループ、例えばフロア又は建物は、例えばフロア又は建物等の選択された基準送信装置と同期しているそれ自体のサブグループ、例えば部屋を持つことができる。
【００３８】
図２は、図１に示した本発明に係るシステムの基準送信装置の実施形態を示す。基準送信装置２０２は、第１基準時間を示す基準時間信号を供給するための基準時間供給手段２０４と、基準時間信号に基づいて決定される情報信号の送信時間を含む情報信号又はナビゲーション信号を生成するための信号生成手段２０６と、情報信号及び／又は基準時間信号を送信するための送信手段２０８とを備えている。
【００３９】
基準時間供給手段２０２は、時間又は時間の瞬間、この場合は基準時間を決定するための時間ベースを供給するタイマ又はクロック等であることが好ましい。信号生成手段２０６はアナログ又はデジタル信号生成手段、例えばなかんずく情報信号自体の送信時間を含む情報信号を生成する処理手段であることが好ましい。さらに、信号生成手段２０６は、基準送信装置２０２の位置、基準送信装置２０２及び送信／受信装置３０２のネットワークの距離範囲又は位置決定装置５０２の物体を含む距離範囲のための局所情報、局所メッセージ、特定のシステムパラメータ、同期データ、周囲のマップ又は建家仕様図及び／又は基準送信装置２０２のディレクトリ及び／又は無線標識をさらに含む情報信号を生成するように構成することができる。
【００４０】
基準送信装置２０２の送信手段２０８は、基準送信装置２０２に関連付けられたコードを供給するためのコード供給手段２１０、及びコード供給手段２１０のコードにより情報信号を符号化するための符号化手段２１２を備えていることが好ましい。コード供給手段２１０は、コードを表わす連続（アナログ）又は値離散（デジタル）信号を含むメモリであることが好ましい。これに関し、雑音状信号又は擬似雑音コード（ＰＮコード）は、送信装置２０２、３０２及び位置決定装置５０２の両方で相互に独立して復元することのできるものであることが好ましい。これらのコードはなかんずく最長のコード（ｍ系列）を含む。他の可能なコードとして例えばゴールド系列がある。
【００４１】
送信手段２０８の符号化手段２１２は、情報信号にコードを加算し、それによって情報信号の帯域拡散を行なう同期演算又は排他的論理和手段であることが好ましい。擬似雑音信号又はコードの使用により、拡散周波数帯域全体における情報信号の信号電力の均等な分布が達成される。例えば位置決定手段５０２で情報信号を復元するために、この情報信号は、拡散に用いられたコードと相関される。この目的のために、基準送信装置２０２で生成されたコードは位相補正方式で受信コードに同期させられ、受信信号により乗算される。次いで情報信号は逆相関されて元の帯域幅に戻る。信号に重ね合わされた干渉はスペクトル拡散され、帯域幅比に従って、例えばその後の信号累積又は低域濾波によってその振幅を低減される。
【００４２】
基準送信装置２０２の送信手段２０８はさらに、搬送周波数ｆＴＲを有する搬送波信号に情報信号及び／又は基準時間信号を変調するための変調手段２１４を含むことができる。変調手段２１４は、情報信号を搬送波信号に変調するミキシング手段又は乗算手段であることが好ましく、搬送波信号は無線周波数搬送波信号であることが好ましい。変調手段２１４は、情報信号を搬送波信号に変調するために位相シフトキーイング変調（ＰＳＫ変調又はＢＰＳＫ変調）を実行することが好ましい。しかし、他の公知の変調方法も同様に使用することができる。
【００４３】
例えばＲＦ搬送波信号を使用する場合、基準送信装置２０２は、なかんずくＲＦ信号を送信するために使用できるアンテナ２１６を持つことができる。
【００４４】
図３は、図１に示す本発明に係るシステムの送信／受信装置の実施形態を示す。送信／受信装置３０２は、時間を示す時間信号を供給するための時間供給手段３０４と、基準送信装置２０２からの基準時間信号を受信するため、又は別の送信／受信装置からの時間信号を基準時間信号として受信するための受信手段３０６と、時間信号及び基準時間信号を処理するため、及び送信／受信装置３０２の時間を基準時間と同期させるための同期手段３０８と、時間信号に基づいて決定された情報信号の送信時間を含む情報信号を生成するための信号生成手段３１０と、情報信号を送信するための送信手段３１２とを備えることが好ましい。
【００４５】
本書で前に指摘した通り、図１に係る送信装置２０２、３０２のシステムは、送信／受信装置３０２のみから構成することもでき、システムの構造に従って、１つ又はそれ以上の送信／受信装置３０２をそれぞれ基準送信装置及び基準送信／受信装置とするように決定することができる。そうすると時間供給手段３０４から供給される時間信号が基準時間信号であり、他の送信／受信装置３０２はそれと同期させられる。そのような構造は、システムの外部条件に従ってシステムのより高い柔軟性をもたらし、例えば送信／受信装置が基準送信／受信装置として作動しなくなったときに、より高い信頼性をもたらす。基準送信装置となるように決定された送信／受信装置３０２において、それは次にそれ自体を例えば上位グループの基準送信装置でもある上位送信／受信装置３０２と同期させることができるので、受信手段３０６及び同期手段３０８はどちらも余計ではない。これが階層構造を可能にする。
【００４６】
図３に戻ると、時間供給手段３０４は、時間又は時間の瞬間を決定するための時間ベース、この例ではクロックの時間を供給するタイマ又はクロック等であることが好ましい。
【００４７】
受信手段３０６は、基準時間信号を処理する基準送信装置２０２から接続を介して到着する基準時間信号を処理するための手段であることが好ましい。受信手段３０６は、ワイヤ結合又はワイヤレス接続を介して伝達される基準時間信号を処理するために整合させることができる。
【００４８】
送信／受信装置３０２の同期手段３０８は、基準送信装置２０２の基準時間供給手段２０４の基準時間と送信／受信装置３０２の時間供給手段３０４の時間との間の時間差を表わす遅延又は時間補正値を利用して、時間信号又は時間供給手段３０４の時間を補正するための時間補正手段を持つことが好ましい。この時間補正値は、例えばシステムの設置後測定され、時間の間隔をおいて新しく決定される補正電界（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ）とすることができる。したがって、単純な送信機ネットワークの場合、基準送信装置２０２は必ずしも常時送信／受信装置３０２と連絡している必要はない。送信／受信装置３０２が基準送信装置２０２と同期する、より複雑なシステムの場合、基準送信装置２０２と送信／受信装置３０２との間の規則的時間整合の可能性をもたらすことができる。
【００４９】
情報信号を生成するための信号生成手段３１０は、アナログ又はデジタル処理手段、例えば情報信号の送信時間を含む情報信号を生成する処理手段であることが好ましい。信号生成手段３１０はさらに、送信／受信装置３０２の位置をさらに含む情報信号を生成するように構成することができる。さらに、情報信号は、基準送信装置２０２及び送信／受信装置３０２のネットワークの領域、又は位置決定装置５０２の物体が存在するか移動している領域の局所情報、局所メッセージ、特定のシステムパラメータ、同期データ、周囲のマップ及び建家仕様図、及び／又は基準送信装置２０２のディレクトリ、及び／又は無線標識を含むことができる。
【００５０】
送信／受信装置３０２の送信手段３１２は、送信／受信装置３０２に関連付けられかつ他の送信装置２０２、３０２のコードとは異なるコードを供給するためのコード供給手段３１４、及びコードにより情報信号を符号化するための符号化手段３１６を持つことが好ましい。
【００５１】
送信手段３１２のコード供給手段３１４は、コードを表わすアナログ又はデジタルコード信号を含むメモリであることが好ましい。このコードは、それぞれの送信／受信装置３０２及び位置決定装置５０２の両方で相互に独立して復元することのできる擬似雑音コードであることが好ましい。擬似雑音コードはいわゆる最長のコード（ｍ系列）を含む。他の可能なコードとして例えばゴールド系列がある。
【００５２】
送信手段３１２の符号化手段３１６は、コード供給手段３１４のコードを送信／受信装置３０２の情報信号に加算又は結合する同期演算又は排他的論理和手段であることが好ましい。情報信号にコードを乗算することにより、情報信号は拡散され、拡散周波数全体の信号電力の均等な分布が達成される。拡散情報信号を回復するため、この情報信号は位置決定装置５０２で拡散に使われたコードと相関される。この目的のために、基準送信／受信装置３０２で生成されたコードは位相補正的に受信コードと同期させられ、受信信号によって乗算される。拡散受信情報信号は次いで逆相関されて元の帯域幅に戻る。信号に重ね合わされた干渉は、対照的に、スペクトル拡散し、帯域幅比に従って、例えばその後の信号累積又は低域濾波によってその振幅を低減することができる。
【００５３】
送信／受信装置３０２の送信手段３１２はさらに、基準送信装置２０２の搬送周波数に等しいことが好ましい搬送周波数ｆＴＲを有する搬送波信号に情報信号を変調するための変調手段３１８を含むことができる。変調手段３１８は、情報信号を搬送波信号に変調するミキシング手段及び乗算手段であることが好ましく、搬送波信号は無線周波数搬送波信号（ＲＦ搬送波信号）であることが好ましい。変調手段３１８は、情報信号を搬送波信号に変調するために、位相シフトキーイング変調（ＰＳＫ変調又はＢＰＳＫ変調）を実行できることが好ましい。しかし、他の公知の変調方法も同様に使用することができる。
【００５４】
送信／受信装置はさらに、なかんずくＲＦ搬送波信号を送信するために使用できるアンテナ３２０を持つことが好ましい。
【００５５】
図４は、図１に示す本発明に係るシステムの位置決定装置の概括表現を示す。位置決定装置４０２は、送信装置２０２、３０２の情報信号、例えばＲＦ情報信号を（ＲＦ）受信信号として受信するためのアンテナ４０４を含む。この受信信号は、アンテナ４０４から無線フロントエンド４０６又は無線入力ステージに渡される。この無線フロントエンド４０６は例えば、無線周波数受信信号をベースバンドに混合するミキシング手段を含む。そのような混合は、中間周波数標本化装置又はＩＦサンプラを使用してアナログ又はアナログ／デジタル形式で実現することができる。次いでさらなる処理がデジタルで行なわれる。ベースバンドで、受信信号は定義された数のコードと相関され、これらのコードの各々は送信装置２０２、３０２（図１）に関連付けられる。これらのコードは、送信装置のコードに従ってコード生成器４０８で生成される。送信装置の情報信号に関連付けられた離散受信情報信号を相関によって受信信号から得るために、各コードに対し、受信信号は相関部４１０及び第１処理部４１２の１つ又はそれ以上の相関器で相関される。相関部４１０で個々のコードと相関された受信信号は、位置決定装置４０２の第１処理部４１２に供給され、そこでコードの受信信号との最終相関及び関連受信情報信号の導出が行なわれる。これを目的として、各送信装置２０２、３０２に対し、直接経路で位置決定装置に伝搬した情報信号を得るために、送信装置２０２、３０２によって送信された情報信号の壁からの反射によって生じるマルチパス信号を見通し内信号から分離しなければならない。この信号だけが、それぞれの情報信号の正確な通過時間決定及び物体の位置決定を可能にする。位置決定装置４０２の第１処理部４１２はさらに、相関部４１０におけるコードの受信信号との相関を制御するために、コードに対してコード生成器４０８を制御し、かつ、位置決定装置４０２の環境の性質に応じて、すなわち主としてマルチパス信号及び干渉の発生に応じて、異なる大きさでありかつ高いダイナミックスを有する受信信号の増幅又は利得を、自動利得制御装置（ＡＣＧ）４１８を介してさらに制御する。受信された受信情報信号は位置決定装置４０２の第２処理部４１４に渡される。第２処理部４１４は、マルチパス信号無しでそれぞれの受信情報信号を追跡し、それを他の受信情報信号と時間同期し、追加情報とは別にそれぞれの受信情報信号から受信情報信号に関連付けられた情報信号の送信時間を得るために、及び好ましくは、特定の瞬間における物体の位置を決定するための送信装置２０２、３０２の位置も得るために、それぞれの受信情報信号を復号する。位置決定手段４０２の第２処理部４１４はさらに、ナビゲーション命令を発することによって、物体のナビゲーションのために、第２処理部４１４からナビゲーション信号等を供給し、例えばデジタル信号プロセッサとすることができる。コード生成器４０８は、それぞれのコードに関連付けられた受信情報信号を識別できるようにするために、第２処理部４１４と連絡する。位置決定装置４０２はさらに、無線フロントエンド４０６、コード生成器４０８、及び位置決定装置４０２の第２処理部４１４の時間制御を支配する、周波数ｆｃを有するシンセサイザ又は周波数発生器４１６を含む。
【００５６】
例えば屋内では建物の内壁、又は陰になる戸外領域では建物の外壁における送信装置２０２、３０２の情報信号の反射であるマルチパス信号の伝搬、及び離散受信情報信号からなり、例えば反射、減衰に関する異なる環境条件等による受信信号の異なる振幅による位置決定装置４０２の受信信号の信号ダイナミックスは、位置決定装置に最大限の要求をする。屋内領域又は部屋の異なる構造のため、情報信号一般の伝搬条件を定義することは概して非常に難しい。情報信号は距離によって、フラットフェーディング（ｆｌａｔ ｆａｄｉｎｇ）によって、固定及び時変障害によって様々に減衰する。減衰は最高８０ｄＢになることがある。したがってマルチパス伝搬は、ダイナミックスにおける差が非常に大きいことが特徴である。位置決定装置４０２における高いダイナミックス要件は、第１処理部４１２によって制御される制御ループ（ＡＧＣ）４１８によって、かつ約１０ビットの分解能及び解決しようとする通過時間差より短い期間の標本化速度を持つＡＤ変換器の使用によって満たされる。次いでマルチパス信号は整合決定手段を使用して分離される。
【００５７】
ナビゲーションデータ及び情報データは非常に低いデータレート（ｆＩＮＦ）を有することに注目されたい。しかし、充分な処理利得を確実にするために、情報データのデータレートｆＩＮＦは情報信号の帯域幅より明らかに低くなければならない。次いで情報信号は、位相固定方式で搬送周波数（ｆＴＲ）に直接変調される。情報信号の伝送チャネルを効率的に利用できるようにするために、ＢＰＳＫ変調技術などのＰＳＫ変調技術が特に適している。
【００５８】
図５は、図１に示す本発明に係るシステムの位置決定装置５０２の実施形態を示す。位置決定装置５０２は、時間を示す時間信号を供給するための時間供給手段５０２と、送信装置２０２、３０２の受信情報信号を含む受信信号を受信するための受信手段５０６と、受信情報信号を処理するための処理手段５０８と、時間供給手段５０４の時間信号によって各受信情報信号の受信時間を決定するための受信時間決定手段５１０とを含むことが好ましい。
【００５９】
時間供給手段５０４は、時間又は時間の瞬間を決定するための時間ベースを供給するタイマ又はクロック等であることが好ましい。
【００６０】
位置決定装置５０２の受信手段５０６は、送信装置２０２、３０２のコードを供給するためのコード供給手段５１２と、受信信号から送信装置２０２、３０２の情報信号に対応する受信情報信号を得るために、コード供給手段５１２によって供給された送信装置２０２、３０２のコードを使用して受信信号を復号するための復号手段５１４とを含むことが好ましい。
【００６１】
受信手段５０６のコード供給手段５１２は、送信装置２０２、３０２のコードを表わすアナログ又はデジタルコード信号を含むメモリであることが好ましく、コードは擬似雑音コード（ＰＮコード）であることが好ましい。これらはいわゆる最長のコード（ｍ系列）又は他の可能なコード、例えばゴールド系列を含む。
【００６２】
それぞれの送信装置２０２、３０２に関連付けられた受信情報信号が得られるように、受信手段５０６の復号手段５１４は、システム１００の各送信装置２０２、３０２に対し、相関受信信号を得るために受信信号をそれぞれの送信装置２０２、３０２に関連付けられかつコード供給手段５１２で得られるコードと相関させるための少なくとも１つの相関手段５１６と、各相関手段５１６に関連付けられ、それぞれの関連コードをもつ受信信号の相関の各相関結果を好ましくはコード系列の期間に対応する時間にわたって積分する１つの積分手段５１８を含むことが好ましい。
【００６３】
相関手段５１６で、受信信号は１クロックだけシフトされ、次いでコード供給手段５１２の各コードと並行して相関される。このコード供給手段５１２は、関連シフトレジスタ内に送信装置２０２、３０２に関連付けられた各コードを含み、コードはそこで、チッピングレートより大きい高速クロックレートでシフトされる。入力信号をシフトレジスタのそれぞれの中身と同期させる場合、積分手段５１８の出力に相関ピークが形成される。
【００６４】
ネットワークで送信／受信装置３０２だけが使用されるか、それとも基準送信装置２０２も使用されるかに関係なく、受信手段５０６にとって、各送信装置２０２、３０２は衛星である。それぞれの送信装置２０２、３０２に関係なく、受信手段での評価で、三次元位置標定の場合、４つの異なる信号を考慮しなければならず、二次元位置標定の場合、３つの異なる信号だけを考慮しなければならない。これは、受信信号内の異なる送信装置２０２、３０２からの４つ又はそれぞれ３つの信号をより高い安全性をもって復号できるようにするために、それぞれ５つ又は４つ以上の相関手段５１６及び関連積分手段５１８を設けることが好ましいことを意味する。したがって、受信される各送信装置２０２、３０２に対し、少なくとも１つの相関手段５１６及び関連積分回路５１８を復号手段５１４に設ける必要がある。より高速の相関のために、送信装置２０２、３０２毎に２つ以上の相関手段５１６及び積分手段５１８を設けることもできる。
【００６５】
図６は、図５の復号手段５１４の相関手段５１６及び積分手段５１８の実施形態を示す。コード又は送信装置２０２、３０２に関連付けられた各相関手段５１６は、相関受信信号が得られるように、コードを受信信号と相関させるための相関器５２０を含み、コード又は送信装置２０２、３０２に関連付けられた各積分手段５１８は、コード又は送信装置２０２、３０２に関連付けられた受信情報信号が得られるように、相関器５２０の相関受信信号をある期間にわたって積分するための、相関器５２０に関連付けられた積分器５２６を含む。送信装置２０２、３０２に関連付けられた各相関手段５１６は、相関受信信号を得るために、時間シフトコードを受信信号と相関させるための追加相関器５２２をさらに含み、送信装置２０２、３０２に関連付けられた各積分手段５１８は、直接経路で位置決定装置５０２に到達した受信情報信号とは異なる時間シフトコード関連受信情報信号又はマルチパス信号が得られるように、相関受信信号をある期間にわたって積分するための、前記追加相関器５２２に関連付けられた積分器５２８をさらに含む。各相関手段５１６は、少なくとも３つ、好ましくは４つ以上の追加相関器５２２、．．．５２４、及び前記追加相関器５２２、．．．５２４に関連する積分手段５１８内の少なくとも３つ、好ましくは４つ以上の追加積分器５２８、．．．５３０を持つ。相関器及び関連積分器の数を増加すると、エッジのより細かい分解能及び相関ピークの可能な二次極大が得られる。二次極大はマルチパス信号の受信により、又はマルチパス受信で発生する。したがって図６の実施形態は、図７に時間に関連して描く見通し内信号及びマルチパス信号の決定を可能にする。
【００６６】
例えばＧＰＳシステム（早期、現在、後期：ＥＰＬ構造）とは異なる相関器の数及び関連積分器の数はそれぞれ、固定的に定義されず、システムがマルチパス信号を認識して復号する時間に依存し、言い換えると、システムが使用される環境、例えば建物又は部屋、の特性に強く依存する。相関器の数は、特定の環境又は建物によっては非常に大きくなることがある。また、各個別建物の各部屋に異なる数の相関器が要求され、あるいは使用されること、及び建物の入力後に、無線標識、無線、手動入力等を介して、この数をシステムパラメータとしてナビゲーション端末に変数として引き渡すことも考えられる。次いで端末装置はソフトウェア等を介して自動的に正しい構成を調整する。必要な又は利用される相関器の数はしたがって可変とすることができる。
【００６７】
コード供給手段５１２は各関連コードに対し、各々ｎｒビットの１つのシフトレジスタを持ち、それがコードの時間シフトを実現する。ｎｒビットの幅を有するシフトレジスタ５１２で、コードはクロックレート（ｆｓｒ）で各々チップ長（ＣＣ）の１増分づつシフトされる。受信信号をシフトレジスタ５０８の中身と相関させた後、相関受信信号は積分手段５２８で積分される。シフトレジスタの長さ（ｎｒ）又は相関器及び関連積分器の数、及びクロックレート（ｆｓｒ）は、マルチパス信号を相互に別個に復号できる期間、及びこれを行なうことのできる分解能を画定する。搬送周波数がチッピングレートと同期するという条件で、搬送周波数の波長の２分の１の精度の位置分解能を達成することができる。したがって搬送波信号の位相位置の情報は、下方混合、標本化、及び処理にもかかわらず保持される。相関手段５１６の各相関器５２０、．．．５２４で、例えばベースバンド信号５３２が１ビットづつそれぞれの相関器５２０、．．．５２４の入力に印加され、それぞれの送信装置２０２、３０２のコードは、情報信号及び関連マルチパス信号の相関ピークの「先端」又は高さを得るために、クロックレートｆｓｒで信号全体にわたってシフト（相関）される。これらの相関結果を図６にＳＩＧ１、ＳＩＧ２、．．．ＳＩＧＮとして示す。積分手段５１８に続くデジタル処理手段５３４で、見通し内信号のピークを見出すために、信号の追跡が行なわれる。情報信号は必ずしも最強又は最高ピークを持つ必要がないことに注目されたい。
【００６８】
図７は、積分手段５１８による積分後の時間的経過を示し、この経過は受信情報信号及びそのマルチパス信号の個々のピークを有する。図７は、ｔ０における受信情報信号ならびにｔ０＋δｔ、ｔ０＋２δｔ、ｔ０＋３δｔ、及びｔ０＋４δｔにおけるマルチパス信号を示す。これらのピークは、受信信号を送信装置の関連コードと相関させた結果得られ、それによって受信情報信号及びマルチパス信号それぞれの非拡散を達成するので、図７に同様に示したそれぞれの雑音から突出するピークが生成される。分解能が得られる相関ピーク間の時間δの最小距離は、アナログデジタル変換器を動作するために使用されるクロック信号の周期の長さに対応する。
【００６９】
図５に戻ると、位置決定装置５０２の受信時間決定手段５１０は、時間供給手段５０４の時間信号と受信信号内の受信情報信号の検出のイベントから、受信情報信号の受信時間を決定する手段をさらに含むことが好ましい。
【００７０】
位置決定装置５０２の処理手段５０８は、受信情報信号から送信装置２０２、３０２の情報信号の送信時間を抽出するための抽出手段５３６と、情報信号の送信時間及び受信情報信号の受信時間に基づいて送信装置２０２、３０２から位置決定装置５０２までの情報信号の通過時間を決定するための通過時間決定手段５３８と、情報信号の通過時間及び送信装置２０２、３０２の位置を使用して物体の位置を計算するための計算手段５４０とを含むことが好ましい。
【００７１】
情報信号の送信時間を抽出するための抽出手段５３６は、情報信号から情報信号の送信時間を抽出する処理手段を持つことが好ましい。情報信号が送信装置２０２、３０２の位置などの追加情報を含む場合、その処理手段はさらに、それぞれの情報信号からそのような情報を収集するように構成される。
【００７２】
情報信号の通過時間を決定するための通過時間決定手段５３８は、情報信号又は受信情報信号の受信時間から情報信号の送信時間の差を決定する処理手段を持つことが好ましい。上述の通り、これに関して、位置決定装置５０２の内部時間供給手段５０４が特定の範囲内の受信情報信号の正確な受信時間を示せば充分であるので、位置決定装置５０２の時間供給手段５０４が送信装置２０２、３０２の時間供給手段２０４、３０４と同期しているかどうかは関係ない。受信情報信号の受信時間と送信装置２０２、３０２の時間供給手段２０４、３０４との時間同期は、計算によって、例えば計算手段５４０に供給される方程式系によって得られ、例えば三次元位置決定では、第４送信装置２０２、３０２が第４条件によって方程式系から正確な受信時間を決定することを可能にする。
【００７３】
処理手段５０８の計算手段５４０は、例えば情報信号の通過時間Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４及び送信装置２０２、３０２の既知の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４（図１）の方程式系を確立しかつ解くように構成された処理手段を持つことが好ましい。
【００７４】
処理手段５０８は、受信情報フォーマット又はナビゲーションデータフォーマットで同期するために、かつ必要ならば情報データを抽出手段５３６に渡すために、受信情報信号を抽出するため、及び受信情報信号をそれぞれ復調しかつ復号するためのマルチパス信号濾波及びデータ復元手段５４２をさらに含むことが好ましい。同期は任意選択的に保存して維持され、データは復号のために渡される。マルチパス信号濾波及びデータ復元手段５４２の入力で、積分手段５１８からデータ値ＳＩＧ１、ＳＩＧ２、．．．ＳＩＧＮ（図６）が印加され、送信装置２０２、３０２の各コードに対し、マルチパス信号の相関ピークが並行して認識される。さらなるデータ処理のために適切な信号が選択され、評価のために渡される。各コードに対し、信号がその同期に関して検査され、必要ならば情報データが抽出される。
【００７５】
位置決定装置５０２の受信手段５０６は、搬送波信号でそれぞれ変調された、送信装置２０２、３０２の受信情報信号を有する受信信号を混合してそれぞれ中間信号又はベースバンドにするためのミキシング手段５４４をさらに含むことが好ましい。アナログ／デジタル変換器はデジタル複素数データを復号手段５１４に供給する。
【００７６】
位置決定装置５０２はさらに、送信装置２０２、３０２の位置を格納するため、又は送信装置２０２、３０２の位置のみならず、建物内もしくは周囲における物体の位置が示されるように建家仕様図もしくは周囲のマップをも格納するためのメモリ５４６を含むことが好ましい。この格納された情報を、受信情報信号によって供給された情報と同様に出力するために、位置決定装置５０２はさらに、位置決定装置５０２の処理手段５０８の計算手段５４０によって決定された位置に関する情報、位置決定装置５０２のメモリ５４６に格納された建家仕様図もしくは周囲のマップ、及び／又は光学的もしくは音声位置確認支援、及び／又は位置確認指示もしくはナビゲーション指示を出力するための情報出力装置を含むことができる。
【００７７】
位置決定装置５０２はさらに、受信信号を受信してそれをミキシング手段５４４に渡すためのアンテナ５４８を含むことが好ましく、位置決定装置５０２の処理手段５１４は、受信情報信号に重ね合わされ同一周波数帯に載っている干渉信号及びマルチパス信号を互いに分離するために、受信情報信号を濾波するためのマルチパスモジュールフィルタをさらに含むことができる。
【００７８】
すでに述べた通り、物体の位置を決定するためのシステム１００は、各送信／受信装置３０２の同期手段３０８によって各送信／受信装置３０２の時間を基準送信装置２０２の基準時間と同期させるために、基準送信装置２０２の送信手段２０８を各送信／受信装置３０２の受信手段３０６に接続し、かつ基準時間信号を送信／受信装置３０２に伝達するための接続手段をさらに含むことが好ましい。その接続手段は、例えば無線周波数信号を介するワイヤレス接続、又は例えば電気もしくは光ケーブルを介するワイヤ結合もしくはケーブル結合接続とすることができる。同じく前述した通り、システム２００を送信／受信装置３０２だけで構成し、そこから個々の送信／受信装置３０２を基準送信装置又は基準送信／受信装置としてそれぞれ決定することができる。この場合、例えば送信／受信装置３０２の送信手段３１２と従属送信／受信装置３０２等の受信手段３０６との間に接続手段を設ける。
【００７９】
本発明は、屋外及び屋内で物体の位置を簡単かつ非常に正確に決定することを可能にし、特に建物内又は建物複合体でナビゲーション及び位置標定のために有利に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る物体の位置を決定するためのシステムの実施形態を示す図である。
【図２】図１に示した本発明に係るシステムの基準送信装置の実施形態を示す図である。
【図３】図１に示した本発明に係るシステムの送信／受信装置の実施形態を示す図である。
【図４】図１に示した本発明に係るシステムの位置決定装置の概括表現図である。
【図５】図１に示した本発明に係るシステムの位置決定装置の実施形態を示す図である。
【図６】図５の位置決定装置の相関手段及び積分手段の実施形態を示す図である。
【図７】図６の積分手段の出力信号を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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