(57)【要約】  産業環境において物体の位置を追跡するためのシステムは、インタロゲータ、トランスポンダ及びプロセッサを含む。インタロゲータは、信号を送信し、送信される信号に対応する第１の基準信号を提供する。トランスポンダは応答信号を提供する。インタロゲータは、応答信号を受信し、応答信号に対応する第２の基準信号を提供する。プロセッサは、２つの基準信号に基づいて、インタロゲータ又はトランスポンダのいずれか一方の場所を、他方に対して相対的に決定する。
2018522232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の位置を追跡するためのシステムであって、
第１の電磁信号を送信し、送信される該第１の電磁信号に対応する第１の基準信号を提供する少なくとも１つのインタロゲータと、
前記第１の電磁信号を受信し、応答信号を提供する少なくとも１つのトランスポンダと、
前記少なくとも１つのインタロゲータに含まれ、前記応答信号を受信し、前記応答信号に対応する第２の基準信号を提供する受信機と、
前記第１の基準信号及び前記第２の基準信号に応答して、前記少なくとも１つのインタロゲータ又は前記少なくとも１つのトランスポンダのうちの少なくとも１つの正確な場所を決定するプロセッサと、を含み、
追跡される前記物体は、物品、機器、及び人間のうちの１つの部分の少なくとも１つを含み、
当該システムは、前記機器又は前記物品と連携する前記人間の身体の動きの正確な位置及び場所を決定するように構成され、
前記少なくとも１つのインタロゲータ及び前記少なくとも１つのトランスポンダのうちの１つは、前記物体に取り付けられるように構成された、システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのインタロゲータは、固定位置に複数のインタロゲータを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのトランスポンダは、固定位置に複数のトランスポンダを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのインタロゲータ及び前記少なくとも１つのトランスポンダのうちの１つは、リストバンドに統合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのインタロゲータ及び前記少なくとも１つのトランスポンダのうちの１つは、パーソナルデジタルデバイスに統合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのインタロゲータ及び前記少なくとも１つのトランスポンダのうちの１つは、フィードバック機構を有して構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記フィードバック機構は、有色ＬＥＤ、スピーカ、マイクロフォン、無線ビーコン、加速度計、ジャイロスコープ、及び触覚デバイスのうちの１つを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
当該システムは、前記フィードバック機構に信号を送って、作業成果に関するリアルタイムのフィードバックを前記人間に与えるように構成された、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記フィードバック機構は、危機的フィードバックの少なくとも１つの指示と、ルーチンフィードバックの少なくとも１つの他の指示とを提供するように構成された、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
当該システムは、人間にリアルタイムの指示を提供するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
当該システムは、分析、成果監視、及び訓練のうちの１つのために前記人間の肢の作業パターンを監視及び記憶するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
当該システムは、作業環境において成果監視のために前記機器又は物品を追跡するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記作業環境は、ピックアンドパック環境、倉庫環境、及び組み立て環境のうちの１つである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記肢は人間の手であり、当該システムは、置場からの物品の選択に対する前記人間の手及び前記物品を追跡して、ピックアンドパック環境においてリアルタイムのフィードバックを提供するように構成された、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
当該システムは、前記機器に関連する１つ以上の人間の肢を正確に追跡するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
当該システムは、前記機器を作動させて、前記１つ以上の人間の肢の認識された動きに基づく、かつ連携した動作を行うように構成された、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
当該システムは、前記肢と前記機器との間の差し迫った衝突を検出し、応答として、前記機器を停止させる、又は該衝突の経路の外に移動させるように構成された、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
当該システムは、実行可能な動作として前記人間の身体の動きを解釈するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
当該システムは、前記人間の肢の動きを予測するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
当該システムは、ロボットラインのセットアップ又は変更を可能にして、産業環境において動作するロボットの干渉を除去し、移動経路を最適化するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
当該システムは、前記機器の決定された場所に基づいて前記機器についての制御モードを自動的に切り替えるように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
当該システムは、複数のサブコンポーネントを有する大規模機械の公差に収まる精密な組み立て又はセットアップを行うように構成された、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、同時係属中の２０１５年６月１５日に出願された米国仮出願第６２／１７５，８１９号、２０１５年７月２９日に出願された米国仮出願第６２／１９８，６３３号、２０１５年１０月１９日に出願された米国仮出願第６２／２４３，２６４号、２０１５年１１月１１日に出願された米国仮出願第６２／２５３，９８３号、２０１５年１２月１７日に出願された米国仮出願第６２／２６８，７２７号、２０１５年１２月１７日に出願された米国仮出願第６２／２６８,７３４号、２０１５年１２月１７日に出願された米国仮出願第６２／２６８，７３６号、２０１５年１２月１７日に出願された米国仮出願第６２／２６８，７４１号、２０１５年１２月１７日に出願された米国仮出願第６２／２６８，７４５号、２０１５年１２月２２日に出願された米国仮出願第６２／２７１，１３６号、２０１６年１月６日に出願された米国仮出願第６２／２７５，４００号、２０１６年３月１０日に出願された米国仮出願第６２／３０６，４６９号、２０１６年３月１０日に出願された米国仮出願第６２／３０６，４７８号、及び２０１６年３月１０日に出願された米国仮出願第６２／３０６，４８３号の利益を主張し、これらの各々は、全ての目的において全体として参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本開示は、概して、産業オートメーション環境において物体を追跡することに関し、より詳細には、産業機器又は従業員の動きを追跡することに関する。
【背景技術】
【０００３】
製造設備、倉庫、フルフィルメントセンター等の産業環境は、典型的には、互いが組み合わさって働く人員、機械及び機器の混合を有する。自動化された機器及び機械、人間が制御する機器及び機械、並びに人員は、すべて概ね互いに独立して動くことがあり、互いにリスクを引き起こす可能性がある、或いは効率的又は調整的な方法でその機能を果たさない可能性がある。操作を最適化し、及び/又は危険を検出する従来のシステムは、従来は、機械にある独立したセンサ及び人間に課した規則又は操作手順を伴い、これらはすべて故障、エラー又は通常から外れた動作となりやすい。したがって、産業環境における操作及び動作の自動化及び追跡の精度を向上させるための構成要素のセット、システム、及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
態様及び実施形態は、産業オートメーション環境において物体を追跡することに関し、より詳細には、産業機器又は従業員の動きを追跡することに関する。
【０００５】
一態様によれば、物体の位置を追跡するためのシステムであって、第１の電磁信号を送信し、送信される該第１の電磁信号に対応する第１の基準信号を提供する少なくとも１つのインタロゲータと、第１の電磁信号を受信し、応答信号を提供する少なくとも１つのトランスポンダと、少なくとも１つのインタロゲータに含まれ、応答信号を受信し、応答信号に対応する第２の基準信号を提供する受信機と、第１の基準信号及び第２の基準信号に応答して、少なくとも１つのインタロゲータ又は少なくとも１つのトランスポンダのうちの少なくとも１つの正確な場所を決定するプロセッサと、を含み、追跡される物体は、物品、機器、及び人間のうちの１つの部分の少なくとも１つを含み、システムは、機器又は物品と連携する人間の身体の動きの正確な位置及び場所を決定するように構成され、少なくとも１つのインタロゲータ及び少なくとも１つのトランスポンダのうちの１つは、物体に取り付けられるように構成された、システムである。
【０００６】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのインタロゲータは、固定位置に複数のインタロゲータを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのトランスポンダは、固定位置に複数のトランスポンダを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのインタロゲータ及び少なくとも１つのトランスポンダのうちの１つは、リストバンドに統合されている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのインタロゲータ及び少なくとも１つのトランスポンダのうちの１つは、パーソナルデジタルデバイスに統合されている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのインタロゲータ及び少なくとも１つのトランスポンダのうちの１つは、フィードバック機構を有して構成されている。いくつかの実施形態では、フィードバック機構は、有色ＬＥＤ、スピーカ、マイクロフォン、無線ビーコン、加速度計、ジャイロスコープ、及び触覚デバイスのうちの１つを含む。いくつかの実施形態では、システムは、フィードバック機構に信号を送って、作業成果に関するリアルタイムのフィードバックを人間に与えるように構成されている。いくつかの実施形態では、フィードバック機構は、危機的フィードバックの少なくとも１つの指示と、ルーチンフィードバックの少なくとも１つの他の指示とを提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、人間にリアルタイムの指示を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、分析、成果監視、及び訓練のうちの１つのために人間の肢の作業パターンを監視及び記憶するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、作業環境において成果監視のために機器又は物品を追跡するように構成されている。いくつかの実施形態では、作業環境は、ピックアンドパック環境、倉庫環境、及び組み立て環境のうちの１つである。いくつかの実施形態では、肢は人間の手であり、システムは、置場からの物品の選択に対する人間の手及び物品を追跡して、ピックアンドパック環境においてリアルタイムのフィードバックを提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、機器に関連する１つ以上の人間の肢を正確に追跡するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、産業機器を作動させて、１つ以上の肢の認識された動きに基づく、かつ連携した動作を行うように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、肢と機器との間の差し迫った衝突を検出し、応答として、産業機器を停止させる、又は該衝突の経路の外に移動させるように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、実行可能な動作として人間の身体の動きを解釈するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、人間の肢の動きを予測するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、ロボットラインのセットアップ又は変更を可能にして、産業環境において動作するロボットの干渉を除去し、移動経路を最適化するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、機器の決定された位置に基づいて機器についての制御モードを自動的に切り替えるように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、複数のサブコンポーネントを有する大規模機械の公差に収まる精密な組み立て又はセットアップを行うように構成されている。
【０００７】
これらの例示的な態様及び実施形態のさらに他の態様、実施形態、及び利点については、以下で詳細に論じる。本明細書で開示される実施形態は、本明細書で開示する原理の少なくとも１つと一致する任意の方法で他の実施形態と組合せてよく、「実施形態」、「いくつかの実施形態」、「代替の実施形態」、「様々な実施形態」、「一実施形態」等は、必ずしも相互に排他的ではなく、説明する特定の特徴、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを示すことを意図している。本明細書におけるそのような用語の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
少なくとも１つの実施形態の様々な態様を添付の図面を参照して論じるが、これらの図面は縮尺通りに描くことを意図していない。図面は、と様々な態様及び実施形態の絵による説明とさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、そして本明細書の一部を構成するものであるが、本発明の限界の定義を意図するものではない。図面においては、様々な図に示されている同一又はほぼ同一の構成要素は、同様の番号で表されている。明確にするために、すべての構成要素がすべての図でラベル付けされるわけではない。
【図１】直接飛行時間（ＴＯＦ：time-of-flight）を測定するための双安定測距システム構成に基づいて正確に距離を測定するためのシステムの一実施形態を示す。
【図２】周波数変調された連続波（ＦＭＣＷ）ＴＯＦ信号に基づいて正確に距離を測定するためのシステムの一実施形態を示す。
【図３】直接シーケンススペクトラム拡散（ＤＳＳＳ）ＴＯＦ信号に基づいて正確に距離を測定するシステムの一実施形態を示す。
【図４】広帯域、超広帯域パルス信号、又は任意のパルス圧縮波形に基づいて正確に距離を測定するシステムの一実施形態を示す。
【図５】ＤＳＳＳ又は周波数ホッピングスペクトラム拡散（ＦＨＳＳ）ＦＭＣＷ測距技術に基づいて正確に距離を測定するシステムの一実施形態を示す。
【図６】ＴＯＦ信号で正確に距離を測定するためのシステムであって、複数の送信機、複数のトランシーバ、又は送信機とトランシーバのハイブリッドの組合せを有するシステムの一実施形態を示す。
【図７】ＴＯＦ信号で正確に距離を測定するためのシステムであって、複数の受信機、複数のトランスポンダ、又は受信機とトランスポンダとのハイブリッドの組合せを有するシステムの一実施形態を示す。
【図８】ＴＯＦ信号で正確に距離を測定するためのシステムであって、複数の送信機、複数のトランシーバ、又は送信機とトランシーバのハイブリッドの組合せ、及び複数の受信機、複数のトランスポンダ、又は受信機とトランスポンダのハイブリッドの組合せを有するシステムの一実施形態を示す。
【図９】変調されたＴＯＦ信号で正確に位置を測定するためのシステムの一実施形態を示す。
【図１０】変調されたＴＯＦ信号で正確に位置を測定するためのシステムの別の実施形態を示す。
【図１１】線形ＦＭＣＷ双方向ＴＯＦ測距のためのインタロゲータのブロック図を示す。
【図１２】線形ＦＭＣＷ双方向ＴＯＦ測距のためのインタロゲータのブロック図の別の実施形態を示す。
【図１３】ＴＯＦ信号で正確に距離を測定するためのシステムであって、ユーザ及び／又は産業機器の動きを検出するためのシステムの一実施形態を示す。
【図１４】ＴＯＦ信号で正確に距離を測定するためのシステムであって、ユーザ及び／又は産業機器の動きを検出するためのシステムの別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書で論じられる方法及び装置の実施形態は、以下の発明を実施するための形態に記載され、又は添付の図面に示される構造の詳細及び構成要素のアレンジメントに用途が限定されないことを理解されたい。この方法及び装置は、他の実施形態で実装し、様々な方法で実施又は実行することが可能である。特定の実装の例は、説明目的でのみ本明細書に提供され、限定することを意図するものではない。また、本明細書で使用される表現及び用語は、説明のためのものであり、限定するものと見なされるべきではない。「含む（including）」、「含む（comprising）」、「有する（having）」、「含む（containing）」、「伴う（involving）」、及びそれらの変形は、それ以降に挙げられた項目及びその等価物並びに追加の項目を包含することを意味する。「又は（若しくは）」と言及することは、「又は（若しくは）」を使用して説明された任意の用語が、説明された用語の単一、複数、及びすべてのいずれかを示し得るように包括的であると解釈され得る。前後、左右、上下、上方下方、及び縦横と言及することは、説明の便宜のためであり、本システム及び方法又はそれらの構成要素をいずれか１つの位置的又は空間的志向に限定するものではない。
【００１０】
定義：
トランシーバは、共通の回路を共有する送信機（アンテナを用いて電磁信号を生成する電子デバイス）と受信機（アンテナを用いて電磁信号を受信し、それらによって搬送された情報を利用可能な形式に変換する）の両方を有するデバイスである。
送信機−受信機は、組み合わされているが、共通の回路を共有していない送信機と受信機の両方を含む装置である。
送信機は、送信専用デバイスであるが、送信機−受信機、トランシーバ、又はトランスポンダの送信コンポーネントを指してよい。
受信機は、受信専用デバイスであるが、送信機−受信機、トランシーバ、又はトランスポンダの受信コンポーネントを指してよい。
トランスポンダは、トランスポンダを識別する送信機から受信される問合せ信号を受信することに応答して信号を発するデバイスである。
レーダ（無線検出及び測距のためのもの）は、電磁信号を使用して物体の距離、高度、方向又は速度を決定する物体検出システムである。この開示の目的で、「レーダ」は、送信機が所定の方向に無線周波数信号を発し、受信機が物体から反射された信号又はエコーを聞く、基本的又は「古典的」レーダを指す。
無線周波数信号又は「ＲＦ信号」は、ＣＷ若しくはパルス状又は任意の形態とすることができるＲＦ信号スペクトルでの電磁信号を指す。
パルス圧縮又はパルス圧縮信号は、ＦＭＣＷ、リニアＦＭ、パルスＣＷ、インパルス、バーカー符号、及び任意の他の符号化波形を含む、ＴＯＦ（Time-of-Flight）測定に使用される任意の符号化、任意のもの、あるいは時間変動波形を指す。
有線とは、ケーブルなどの物理的導波管によって中央プロセッサに接続された、送信機、トランシーバ、受信機、トランスポンダ、又はそれらの任意の組合せのネットワークを指す。
無線とは、物理的導波管によってではなく、無線で送受信される電磁信号のみによって接続される送信機、トランシーバ、受信機、トランスポンダ、又はそれらの任意の組合せのネットワークを指す。
ネットワークを較正するとは、送信機、トランシーバ、受信機、トランスポンダ、又はそれらの任意の組合せの間の距離を測定することを指す。
高精度測距とは、ミリメートル又はサブミリメートルの精度で距離を測定するための電磁信号の使用を指す。
一方向移動時間又はＴＯＦは、電磁信号が送信機又はトランシーバから受信機又はトランスポンダへ移動するのにかかる時間を指す。
双方向移動時間又はＴＯＦは、電磁信号が送信機又はトランシーバからトランスポンダへ移動するのにかかる時間に、信号又は応答がトランシーバ又は受信機に戻るのにかかる時間を加えたものである。
【００１１】
図１を参照すると、本発明の正確に距離を測定するためのシステムの一実施形態の態様及び実施形態は、少なくとも１つの送信機１０と少なくとも１つの受信機１２と間で送信信号の直接飛行時間（ＴＯＦ）を測定するバイスタティック（bi-static）測距システム構成に基づく。本発明の測距システムのこの実施形態は、電磁信号１４のＴＯＦを測定するための装置として特徴付けることができる。装置のこの実施形態は、少なくとも１つの送信機１０を含み、少なくとも１つの送信機１０は電磁信号１４を少なくとも１つの受信機１２に送信し、少なくとも１つの受信機１２は送信信号１４を受信し、受信信号の飛行時間を決定する。送信機１０から送信された信号１４の送信時間から受信機１２によってその信号が受信された時間までの電磁信号１４の飛行時間が測定され、送信機と受信機との間の信号１４のＴＯＦを決定する。送信機１０及び受信機１２のうちの１つの中の信号プロセッサは、受信及びサンプリングされた信号を分析してＴＯＦを決定する。信号１４のＴＯＦは、送信機１０と受信機１２との間の距離を示し、多くの目的に使用することができる。そのいくつかの例を本明細書で説明する。
【００１２】
本発明の測距システムの好ましい実施形態を、図２を参照して図示及び説明する。特に、本発明による測距システムの一実施形態は、例えば、位置及び／又は距離が検知される物体に取り付けられ得る送信機１０を含む。送信機１０は、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）信号１４´を送信する。少なくとも１つの受信機１２は、ケーブル１６によって送信機１０に結合される。ケーブル１６は、少なくとも１つの受信機によって受信された送信信号を送信機１０に戻す。送信機１０において、送信信号１４´は、アンテナ１８に供給され、送信される前に、スプリッタ１７によって分割（split）される。スプリッタ１７によって分割された送信信号１４´の一部は、ミキサ２０の第１のポートに供給され、ミキサに対する局部発振器（ＬＯ）信号の入力信号として使用される。送信信号１４´は、受信機１２のアンテナ２２によって受信され、少なくとも１つの受信機１２によって結合器２４に出力され、結合器２４は、少なくとも１つの受信機１２からの受信信号を合成し、合成された受信信号をケーブル１６でミキサ２０の第２のポートに転送する。ミキサからの出力信号２１は、送信機１０からの送信信号と受信機１２による受信信号との間の時間差に対応するビート周波数を有する。したがって、ミキサの出力信号２１のビート周波数は、送信機と受信機との間の距離を表す。ミキサ２０の出力信号２１は、アナログ−デジタル変換器２６の入力に供給され、サンプリングされた出力信号２９を提供する。サンプリングされた信号２９は、ＴＯＦを示すビート周波数を決定するように構成されたプロセッサ２８に供給され、ＴＯＦは送信機と受信機との間の距離を示す。
【００１３】
測距システムのこの実施形態は、ＦＭＣＷで伝送された信号の送信及受信に基づいており、送信と受信信号との間のビート周波数差の決定している。ビート周波数信号は、送信機と受信機との間のＴＯＦ距離に比例する。例として、Ａ／Ｄ変換器２６からサンプリングされた信号は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）デバイス３０に供給され、サンプリングされた時間信号を周波数領域ｘ（ｔ）⇒Ｘ（ｋ）に変換する。例えば、多重信号分類器（ＭＵＳＩＣ）、回転不変性技術（ＥＳＰＲＩＴ）を介した信号パラメータの予想、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、逆フーリエ変換（ＩＦＴ）等の他の変換又はアルゴリズムを使用し得ることが理解される。ＦＦＴにより信号１４´のＴＯＦは、決定され得る。特に、Ａ／Ｄ変換器２６からのデータ出力は、なんらかの低周波ノイズを伴う、フィルタリングされた振幅のセットである。この実施形態の態様によれば、生じる物体検出のための最小振幅閾値を設定することができ、検出が最小閾値を超える振幅によってトリガされるようにする。所与の周波数でサンプリングされた信号の振幅が閾値に達しない場合、それは無視してよい。
【００１４】
図２に図示するシステムでは、任意の数の追加の受信機１２をシステムに含めることができる。追加の受信機１２からの出力信号は、スイッチ２４によって選択され、ケーブル１６によって送信機１０にフィードバックされて、追加の受信機１２での追加的な飛行時間測定信号のために追加の受信機で受信され選択された信号を提供する。代替的な実施形態では、ミキサ２０及びＡ／Ｄ変換器２６を各受信機に含めて、各受信機からデジタル信号を出力することができる。この実施形態では、デジタル信号を選択し、さらなる処理のために送信機にフィードバックすることができる。この実施形態については、ＦＦＴ処理を各受信機又は送信機のいずれかで行うことができると理解される。本発明によれば、追加の受信機１２から得られるＴＯＦ測定信号を処理して、多くの自由度及び優れた分解能で送信機１０が取り付けられた物体の位置を示すことができる。また、図８を参照して図示するように、本開示の態様及び実施形態によれば、複数の送信機を複数の受信機に結合して、高度な位置検出システムを生成することができると理解される。
【００１５】
図２の測距システムでは、少なくとも１つの送信機１０は、位置及び距離が追跡される物体上に、取り付けられ得る。各受信機は、送信機によって送信された信号１４´のＴＯＦ測定を決定するための信号を生成する。受信機１２は、プロセッサ２８に結合されて、送信機から３つの受信機のそれぞれへのＴＯＦを示すデータを生成し、３つの受信機は物体に結合された送信機１０の正確な位置検出に使用することができる。送信機が取り付けられた物体の位置を三角測量するために、送信機及び受信機の様々なアレンジメントを使用することができ、送信機１０の平行移動及び３軸回転のみならず、ｘ、ｙ、ｚ位置等の情報を提供すると理解される。
【００１６】
本明細書で開示される実施形態及び態様のいずれかについて、正確な距離測定を達成するために、送信機と受信機との間に調整されたタイミングを設けることができると理解される。このシステムの開示された実施形態は、総距離数百メートルにわたる１Ｈｚ以下の周波数において、約１ミリメートル又はサブミリメートルのオーダーでＴＯＦによる距離を測定することが可能であるとも理解される。このシステムの実施形態は、１００ドル未満の非常に低コストの構成要素を用いて実装することができる。
【００１７】
変調測距システム。
図３を参照すると、本発明に従って実装された測距システム３００の別の実施形態が示されている。高調波変調、ドップラー変調、振幅変調、位相変調、周波数変調、信号符号化、それらの組合せ等の様々な変調形態が、正確なナビゲーション及び位置特定を提供するのに使用され得ると理解される。そのような一例が図３に図示されている。図３は、距離（range  or  distance）を決定するためのパルス直接シーケンススペクトラム拡散（ＤＳＳＳ）信号３２の使用を示す。直接シーケンススペクトラム拡散測距システムでは、送信信号３２の符号変調と、受信及び再送信された信号３６の復調は、キャリア信号の位相シフト変調よって行うことができる。トランシーバ３８の送信機部分は、周波数Ｆ１を有する疑似雑音符号変調信号３２を、アンテナ４０を介して送信する。二重測距システムでは、トランシーバ３８とトランスポンダ４２は同時に動作することができると理解されたい。
【００１８】
図３に示すように、トランスポンダ４２は、周波数Ｆ１を有する送信信号３２を受信し、これは変換器３４に供給され、変換器３４によって、例えば２×Ｆ１である異なる周波数Ｆ２に変換され、トランスポンダ４２によって、周波数Ｆ２を有する符号変調信号として再送信される。トランシーバ３８の受信機サブシステムは、トランシーバ３８の送信機部分と共同で配置され、再送信信号３６を受信し、戻り信号（return  signal）に同期する。特に、送信された送信信号３２と受信信号３６との間の時間遅延を測定することによって、このシステムは、それ自体からトランスポンダまでの距離を決定することができる。この実施形態では、時間遅延は、送信信号３２と再送信信号３６との双方向伝搬遅延に対応する。
【００１９】
この実施形態の態様によれば、本システムは、トランシーバ３８の送信機及び受信機サブシステムのために２つの別個のＰＮ符号発生器４４，４６を含むことができ、それにより、トランシーバの受信機部分の符号が送信された符号と位相がずれる、又は符号が異なるようにすることができる。
【００２０】
電磁信号のＴＯＦ距離を測定するためのトランシーバ３８の送信機部分は、第１の位相シフト信号を生成するための第１の疑似雑音発生器４４と、キャリア信号５０を受信し、第１の位相シフト信号でキャリア信号を変調して、トランシーバ３８によって送信される、中心周波数Ｆ１を有する疑似雑音符号変調信号３２を提供する。トランスポンダ装置４２は、中心周波数Ｆ１を有する疑似雑音符号変調信号３２を受信し、周波数Ｆ１の疑似雑音符号変調信号を変換して、中心周波数Ｆ２を有する変換された疑似雑音符号変調信号を提供する、又はトランスポンダによってトランシーバ３８に返信される、中心周波数Ｆ１を中心とする異なる符号化信号を提供する、変換器３４を含む。トランシーバ装置３８は、第２の位相シフト信号を生成するための第２の疑似雑音発生器４６と、周波数Ｆ２で変換された疑似雑音符号変調信号３６を受信した第２の疑似雑音発生器４６からの第２の位相シフト信号５６を受信し、中心周波数Ｆ２を有する疑似相関符号変調信号３６を第２の位相シフト信号５６で変調して、戻り信号６０を提供する。この装置は、戻り信号６０を検出する検出器６２と、送信信号３２と受信信号３６との間の時間遅延を測定し、トランシーバ３８からトランスポンダ４２へ、そしてトランシーバ３８に戻るまでのへの往復距離を決定し、双方向伝搬遅延を決定する測距デバイス／カウンタ６４と、をさらに含む。いくつかの実施形態の態様によれば、第１のＰＮ発生器４４及び第２のＰＮ発生器４６は、２つの別々のＰＮ符号発生器とすることができる。
【００２１】
このシステムの実施形態の正確さは、信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）、帯域幅、及びサンプリングされた信号のサンプリングレートに依存すると理解される。このシステムの実施形態は、任意のパルス圧縮信号を使用することができることも理解される。
【００２２】
図９は、変調測距システム３０１の別の実施形態を示す。この実施形態は、インタロゲータ３８０から周波数Ｆ１の送信信号を提供し、その信号は、トランスポンダ４２０によって受信され、高調波変調されて、例えば、２×Ｆ１とすることができるＦ２の高調波戻り信号３６０が提供され、その高調波戻り信号３６０は、トランスポンダ４２０によってインタロゲータ３８０に返信され、トランスポンダ４２０の正確な位置を決定するのに使用されることができる。高調波測距システムでは、トランスポンダによる送信信号３２０の二逓倍は、再送信されたトランスポンダ信号を、例えばシーンクラッタによって反射された信号から区別するのに使用することができる。
【００２３】
上記の説明に沿って図３及び図９〜図１０に示すように、トランスポンダ４２，４２０，４２１，４２３は、受信周波数Ｆ１を応答周波数Ｆ２に変換し、応答周波数Ｆ２がＦ１と高調波的に関連してよい。そのようにすることが可能な単純な高調波トランスポンダデバイスは、１つ以上のアンテナに結合された周波数二逓倍器又は逓倍器として使用される単一のダイオードを含んでよい。図９は、受信アンテナＲＸと、単純にダイオードとすることができる逓倍器（ＭＵＬＴ）４２２と、オプションのバッテリ４２５と、オプションの補助無線受信機（ＡＵＸ  ＲＣＶＲ）４２７と、を含む単純な高調波トランスポンダ４２３を示す。図３は、トランスポンダ４２で信号の送信及び受信の両方を行うための単一のアンテナを示すが、図９は、トランスポンダ４２０，４２３で信号の送信及び受信の両方を行うための別個のアンテナ（ＲＸ、ＴＸとラベル付けされている）を示す。本明細書で開示されるトランスポンダ４２，４２０，４２１，及び４２３のいずれの実施形態も、１つの共有アンテナを有してもよく、ＴＸアンテナ及びＲＸアンテナのような複数のアンテナを有してもよく、異なるアンテナアレンジメントを含んでもよい。
【００２４】
トランスポンダ４２，４２０，４２１，４２３の実施形態は、アンテナ構造に一体化された、ダイオード（これには限定されない）等の周波数逓倍要素４２２を含むことができる。例えば、ダイオードは、パッチアンテナ、マイクロストリップアンテナ構造等の導電性構造上に置かれ、結合され、受信及び／又は送信信号のインピーダンスを整合（match）させるような構成で置かれ、受信及び応答周波数のそれぞれでのアンテナモードを励起することが可能とするようにする。
【００２５】
受動高調波トランスポンダ４２３の実施形態は、ダイオード逓倍器４２２を通常はオフに逆バイアスするのに使用することができるバッテリ４２５（例えば腕時計バッテリ）のような低電力源を含み、その低電力源は、オフにされて高調波トランスポンダをオン状態（ウェイクアップ状態）にして、受信信号の周波数を逓倍又は高調波シフトする。低電力源は、例えば本明細書で論じられるような用途において、逓倍器４２２を逆バイアスしてトランスポンダをオン及びオフにするのに使用することができる。このトランスポンダの実施形態によれば、電源４２５は、逓倍器（ダイオード）４２２を順バイアスして、感度を上げ、トランスポンダの距離をキロメートルの距離に、例えば１０〜１００メートルの距離から上げるように構成されることもできる。さらに別の実施形態では、増幅（ＬＮＡ、ＬＮＡ２、ＬＮＡ３、ＬＮＡ４）は、単独で、又は逓倍器ダイオード４２２の順方向バイアスと組合せて、トランスポンダの感度を上げるのに使用してもよく、代替的に使用してもよい。一般に、増幅は、任意のトランスポンダと共に使用されることができ、本明細書で開示する測距システムのうちのいずれかのトランスポンダの実施形態のいずれかの感度を上げるようにすると理解される。
【００２６】
態様及び実施形態によれば、ダイオードベースのトランスポンダ４２３は、ごくわずかな電力を使用するように構成され、ボタンタイプ又は時計電池を介して給電されてよく、及び／又はエネルギーハーベスティング技術によって給電され得る受動性のトランスポンダとすることができる。トランスポンダのこの実施形態は、ほとんどの時間、パワーオフモードのトランスポンダで少量のエネルギーを消費し、たまにウェイクアップ状態に切り替えられるように構成される。ダイオードの逆バイアス及びダイオードバイアスのオン／オフの切り替えはほとんど電力を消費しないと理解される。これは、受動トランスポンダ４２３の実施形態が時計電池又は他の低電力源のランオフ(run  off)、又は例えばＴＯＦ電磁信号から、若しくはピエゾ電気光源、ソレノイド、慣性発生器等から、若しくは光源、例えば太陽からの電力ハーベスティング技術を使用して、バッテリなしにさえすることができる。そのようなアレンジメントでは、インタロゲータ３８，３８０，３８１は補助無線送信機（ＡＵＸ  ＸＭＴＲ）４２９を含むことができ、トランスポンダ４２，４２０，４２１，４２３は、特に図３、９〜１０に関して、本明細書で論じたように、補助無線受信機４２７を含むことができ、その補助無線受信機４２７は、各トランスポンダをアドレスするのに使用されて、各トランスポンダにいつウェイクアップ（wake-up）するべきかを伝える。補助無線送信機４２９によって送信され、補助無線受信機４２７によって受信される補助信号は、各トランスポンダをアドレスするのに使用され、各トランスポンダにいつオンとオフにするべきかを伝える。インタロゲータに補助無線送信機４２９、そして各トランスポンダに補助無線受信機４２７を設ける利点の１つは、ＴＯＦ信号チャネルが、例えば、使用されていないトランスポンダからの通信信号のような望ましくない信号雑音によって負荷をかけられないようにすることである。ＴＯＦシステムの別の実施形態は、実際にＴＯＦ信号チャネルを使用して無線／制御メッセージをトランスポンダとの間で送受信し、トランスポンダに電源をオン又はオフすることなどを伝えることができると理解されたい。そのようなアレンジメントでは、補助無線受信機４２７はオプションである。
【００２７】
受動高調波トランスポンダ４２３の実施形態は、毎日又は数日ごとに充電する必要があるバッテリ電源を必要としないと理解される。受動高調波トランスポンダ４２３は、長寿命バッテリを有することができるか、又は短距離用途の場合、主チャネル信号によって無線給電され得るか、若しくは長距離用途の場合、補助チャネル信号によって無線給電され得る（例えば、インタロゲータ及びトランスポンダが、３〜１０ＧＨｚ範囲にわたって動作することができると同時に、電力ハーベスティングが主信号範囲及びより低い周波数範囲、例えば９００ＭＨｚ、１３ＭＨｚ等の一方又は両方の使用を生じさせることができる。）。対照的に、古典的な高調波レーダータグは、有用なタグ出力電力レベルが到来信号に対してチョッパーとして単に応答するだけのため、送信機から、タグにおいて＞−３０ｄＢｍのような非常に強い到来信号を必要とする。受動高調波トランスポンダ４２３は、ダイオードをバイアスするためのエネルギーを蓄積し、トランスポンダのダイオード感度及び距離を例えば１ｋｍスケールにまで大幅に増加させることによって、コンパクト、かつ長い／限りない寿命の長距離トランスポンダを提供すると理解される。
【００２８】
図９に示す変調測距システムの実施形態、又は本明細書で開示する測距システムの実施形態のいずれか１つの態様は、各トランスポンダ４２０は、インタロゲータ３８０によって送信され得る、例えば、ブルートゥース（登録商標）信号、Ｗｉ−Ｆｉの信号、セルラ信号、ジグビー（登録商標）信号等、補助無線送信機４２９からの補助無線信号４０１によって一意にアドレス可能となるように補助無線受信機４２７を備えて構成されることができる。したがって、インタロゲータ３８０は、特定のトランスポンダ４２０を識別し、オンにするための補助無線信号４０１を送信するための補助無線送信機４２９を備えて構成されることができる。例えば、補助無線信号４０１は、各トランスポンダのシリアル番号に基づいて各トランスポンダをオンにするように構成されることができる。このアレンジメントによれば、各トランスポンダは、インタロゲータによって提供された補助無線信号によって一意にアドレスされることができる。代替的には、トランスポンダの個々又はグループをアドレスする及び有効化するための補助信号は、送信された問合せ信号中の埋め込み制御メッセージでよく、命令プロトコル又は一意符号の形式を取ってよい。他の実施形態では、トランスポンダを有効化するための補助信号は、様々な他の形式を取ることができる。
【００２９】
図９に示すように、インタロゲータ３８０の送信機部分は、アンテナ（ＡＮＴ）４００を介して、周波数Ｆ１を有する信号３２０を送信する。トランスポンダは、補助無線信号を送信する補助無線送信機４２９によってウェイクアップするよう促され、トランスポンダが補助無線信号４０１を補助無線受信機４２７で受信することで、トランスポンダ４２０は周波数Ｆ１を有する送信信号３２０を受信するようにする。送信信号３２０は、トランスポンダによって周波数が二逓倍されて周波数Ｆ２（＝２×Ｆ１）となり、周波数Ｆ２を有する信号３６０としてトランスポンダ４２０によって再送信される。インタロゲータ３８０の送信機部分と共同で配置されたインタロゲータ３８０の受信機サブシステムは、再送された信号３６０を受信し、返信信号を同期させて、インタロゲータ３８０とトランスポンダ４２０との間の正確な距離及び位置を測定する。特に、送信された送信信号３２０と受信信号３６０との間の時間遅延を測定することによって、システムは、インタロゲータからトランスポンダまでの距離を決定することができる。この実施形態では、時間遅延は、送信信号３２０と再送信信号３６０の双方向伝搬遅延に対応する。
【００３０】
例えば、トランスポンダ４２０の正確な位置を測定するためのインタロゲータ３８０の送信機部分は、インタロゲータ３８０によって送信される中心周波数Ｆ１を有する第１の信号３２０を提供する発振器（ＯＳＣ）３８２を含む。トランスポンダ装置４２０は、周波数高調波変換器４２２を含む。周波数高調波変換器４２２は、中心周波数Ｆ１を有する第１の信号３２０を受信し、周波数Ｆ１の信号を変換して、トランスポンダ４２０によってインタロゲータ３８０に返送される中心周波数Ｆ２、例えば２×Ｆ１の信号Ｆ１の高調波を提供する。示すように、インタロゲータ３８０は、信号Ｆ２を受信するための４つの受信チャネル３９０，３９２，３９４，３９６をさらに含む。受信チャネルはそれぞれ、周波数Ｆ２で第２の信号３６０を受信し、戻り信号３６０をダウンコンバートするミキサ（ＭＸＲ）３９１，３９３，３９５，３９７を含む。インタロゲータ装置は、戻り信号を検出する検出器と、アナログ−デジタル変換器と、送信信号３２０と受信信号３６０との間の時間遅延の正確な測定値を決定し、インタロゲータ３８０からトランスポンダ４２０に向かいインタロゲータ３８０に戻るまでの往復距離を決定し、双方向伝搬遅延を決定するためのプロセッサを含む。
【００３１】
この実施形態の態様によれば、インタロゲータは、ナビゲーション目的で、空間的に多様なアレイにおいて、再送信信号４０１の高調波戻り周波数を受信するための４つの別個の受信チャネル３９０，３９２，３９４，３９６を含むことができる。中心周波数Ｆ１を有する第１の信号３２０は、本明細書で説明する変調スキームのうちのいずれか、例えばＦＭＣＷなどに応じて周波数を変化させることができ、変調はＣＷパルス、パルス、インパルス、又は他の任意の波形とすることができると理解される。任意の数のチャネルを使用できると理解されたい。インタロゲータの４つの受信チャネルは、異なる時間に信号３６０を受信するように多重化することも、同時に動作するように構成されることもできると理解されたい。少なくとも部分的に変調が使用されているので、インタロゲータ３８０及びトランスポンダ４２０は、同時に動作するように構成されることができるとさらに理解される。
【００３２】
本明細書で開示する態様及び実施形態によれば、変調器は異なる変調形式を使用することができると理解されたい。例えば、上述したように、直接シーケンススペクトル拡散（ＤＳＳＳ）変調を使用することができる。加えて、ドップラー変調、振幅変調、位相変調、ＣＤＭＡのような符号化変調、又は他の既知の変調形式のような他の変調形式は、周波数又は高調波変換と組合せて、又は高調波若しくは周波数変換の代わりにそのいずれかを使用することができる。特に、インタロゲータの信号３２０及びトランスポンダの信号３６０は同じ周波数、すなわちＦ１であり、トランスポンダ４２０によるインタロゲータの信号の変調は、同じ周波数Ｆ１で信号３６０を提供するために行うことができる。あるいは、インタロゲータは、信号Ｆ１を変調することに加えて、Ｆ１の高調波であり得る第２の周波数Ｆ２で信号３６０を提供するために信号３２０を周波数変換することもできる。あるいは、インタロゲータは、信号３２０を周波数変換するだけで、信号３６０を提供することができる。上述したように、上述した変調技術のいずれかは、トランスポンダ信号３６０をバックグラウンドクラッタ反射信号３２０から区別する利点を提供する。いくつかの変調形式によれば、トランスポンダは、符号化変調などの変調によって一意に識別されることができ、複数のトランスポンダ４２０を同時に動作させることができるように、問合せ信号に応答すると理解されたい。さらに、本明細書で述べたように、符号化された波形を使用することにより、再送信信号３６０の周波数の変換が必要ではなく、周波数変換が不要なので安価な解決策を提供するという利点がある。
【００３３】
本明細書で開示される測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、複数のチャネルがインタロゲータ及びトランスポンダデバイスの様々なものにより使用されてよく、例えば複数の周波数チャネル、直交位相チャネル又は符号チャネルが、問合せ又は応答信号のいずれか、又はその両方に組み込まれてよい。他の実施形態では、追加のチャネルスキームを使用することができる。例えば、トランスポンダ４２，４２０，４２１，４２３の一実施形態は、ダイオードがダイオードの逆バイアスによって直角位相で変調される２つの異なるダイオードを有する同相及び９０°位相ずれ（直交）チャネルの両方を有することができる。このようなアレンジメントによれば、インタロゲータは、符号化された波形信号を異なるトランスポンダに同時に送信するように構成されることができる。さらに、偏波ダイバーシティ、時分割、各トランスポンダを一意にアドレス可能とするための一意の疑似ランダム符号を各トランスポンダが有する符号多重化スキームなど、本明細書で論じているような他の方法などは、トランスポンダの数が増加しても完全なエネルギー感度で絶え間なく監視するようにすることができる。
【００３４】
図１０は、変調測距システム３１０の別の実施形態を示す。この実施形態は、インタロゲータ３８１から周波数Ｆ１の送信信号を提供し、その信号はトランスポンダ４２１によって受信され、トランスポンダ４２１によって周波数変換されて、周波数シフトされたＦ２の戻り信号３６１を提供し、Ｆ２はインタロゲータの信号のＦ１に周波数の点で任意に関連する（高調波信号である必要はない）ことができ、その戻り信号はトランスポンダ４２１によってインタロゲータ３８１に送信されて、トランスポンダ４２１の正確な位置を決定する。図１０に示すこのアレンジメントによれば、例えばＦ１の信号３２１は５．８ＧＨｚの工業科学及び医療帯域にあり、Ｆ２の戻り信号３６１は２４ＧＨｚのＩＳＭ帯域にあることができる。変調システムのこのアレンジメントによれば、トランスポンダ４２１による送信信号３２１の周波数シフトは、例えばバックグラウンドクラッタによって反射された信号から、再送信されるトランスポンダ信号３６１を区別するのに使用することができるとも理解されたい。
【００３５】
本明細書で開示する変調測距システムのこの実施形態３１０又は測距システムの実施形態のいずれかの一態様は、各トランスポンダ４２，４２０，４２１，４２３が、各トランスポンダを起動するために、補助無線受信機４２７で、補助無線送信機４２９からのブルートゥース信号、Ｗｉ−Ｆｉ信号、セルラ信号、ジグビー信号等の補助無線信号４０１を受信することにより、一意にアドレス可能に構成され得る。補助無線信号は、インタロゲータ３８１によって送信され得る。したがって、インタロゲータ３８１は、補助無線送信機４２９を備えて構成されることができ、補助無線信号４０１を送信し、特定のトランスポンダ４２，４２０，４２１，４２３を識別し、オンにする。例えば、補助無線信号は、各トランスポンダのシリアル番号に基づいて各トランスポンダをオンにするように構成されることができる。このアレンジメントによれば、各トランスポンダは、インタロゲータ又は別のソースによって提供される補助無線信号によって一意にアドレスされることができる。
【００３６】
図１０に関して、ＯＳＣ３のような発振器は有限の推定位置誤差として現れる有限の周波数誤差を有すると理解される。ＯＳＣ３に使用される低コストのＴＣＸＯ（温度制御水晶発振器）による可能な緩和の１つは、ユーザが周期的にトランスポンダを較正ターゲットに接触させることである。この較正ターゲットは、磁気、光学、レーダ、又は他の適切な近距離高精度センサを搭載し、ＴＣＸＯ又は他の適切な低コストの高安定発振器の任意の長期又は短期ドリフトによって引き起こされる位置誤差を効果的にヌルアウトする（null  out）。ヌルアウトは、ユーザの位置精度の必要性に応じて、数分、数時間又は数日にわたって維持し得る較正定数のセットとしてレーダ及び／又はトランスポンダに保持される。
【００３７】
態様及び実施形態によれば、システムのインタロゲータ及び各トランスポンダは、単一のアンテナ（同じアンテナ）を使用して、信号の送信及び受信の両方を行うように構成されることができる。例えば、インタロゲータ３８，３８０，３８１は、１つのアンテナ４０，４００を備えて構成されることができ、それが、インタロゲータ信号３２，３２０，３２１を送信し、応答信号３６，３６０，３６１を受信する。同様に、トランスポンダは１つのアンテナで構成されることができ、それが、インタロゲータ信号３２，３２０，３２１を受信し、応答信号３６，３６０，３６１を送信する。これは、例えば、符号化された波形が信号に使用される場合に達成することができる。代替的には、信号が周波数変換されるが、周波数において近接している、例えば４．９ＧＨｚと５．８ＧＨｚなどの場合、同じアンテナを使用することができる。代替的には、又は追加的には、左手円偏波（ＬＨＣＰ）、右手円偏波（ＲＨＣＰ）、垂直偏波、水平偏波等の第１の偏波でインタロゲータ信号３２，３２０，３２１を提供し、第２の偏波でインタロゲータ信号３６，３６０，３６１を提供することが可能としてよい。異なる偏波を有する信号を提供することは、インタロゲータ及びトランスポンダがそれぞれ単一のアンテナを使用するシステムも可能にし、それによりコストを低減すると理解される。円偏波技術を使用することは、バックグラウンドクラッタからの反射を緩和し、それによりマルチパス戻り信号の影響を低減するとさらに理解される。これは、円偏波を使用するときは、反射信号は偏波反転されるので、マルチパス戻り信号は直線偏光及び／又は偏光フィルタを使用することによって減衰されるためである。
【００３８】
本明細書で開示されるシステムのいずれかの態様及び実施形態によれば、各トランスポンダを起動させるために、補助無線受信機４２７で、例えば、ブルートゥース信号、Ｗｉ−Ｆｉ信号、セルラ信号、ジグビー信号等の補助無線信号４０１を受信することによって、各トランスポンダ４２，４２０，４２１，４２３を選択的にピングし得るとさらに理解される。その信号は、インタロゲータ３８０によって送信されることができ、シーンデータ圧縮のために提供する。特に、各トランスポンダ４２，４２０，４２１，４２３を識別し、問合せるための補助無線信号を使用するときには、いくらかの待ち時間が存在し得る。トランスポンダの数が増加するにつれて、これはすべてのトランスポンダの問合せを遅くすることになる可能性がある。しかし、いくつかのトランスポンダは、他のトランスポンダほど頻繁に問合せを受ける必要がなくてもよい。例えば、いくつかのトランスポンダが動いていて、他のトランスポンダが静止している可能性がある環境においては、静止しているトランスポンダは、活発に動いているトランスポンダほど頻繁に問合せを受ける必要はない。さらに他のものは、他のトランスポンダほど速く動かない可能性がある。したがって、動いているトランスポンダ又は他のトランスポンダよりも速く動いているトランスポンダを動的に評価し、ピングすることによって、例えば変化するピクセルのみがサンプリングされるＭＰＥＧ４圧縮に類似し得る、トランスポンダ信号の圧縮とすることができる。
【００３９】
本明細書で開示される態様及び実施形態によれば、インタロゲータ及びトランスポンダは、自分独自のマイクロ位置周波数割り当てプロトコルを用いて構成されることができ、トランスポンダ及びインタロゲータが既存の割り当て周波数帯域の中に存在する未使用の周波数帯域で動作できるようにする。追加的に、インタロゲータ及びトランスポンダは、状況認識のために他の周波数でのレガシーシステムをユーザに知らせるように構成されることができ、例えば、既存の周波数帯域割り当てを使用することを保証する状況で既存の周波数割り当てを使用する。これらの態様及び実施形態のいくつかの利点は、インタロゲータ及びトランスポンダが既存のスマート乗物及び専用短距離通信（ＤＳＲＣ）、ブルートゥース低エネルギー（ＢＬＥ）無線等のスマートフォン技術と相互動作することで、既存の有線及び無線バックホールネットワーク上のすべてのモードの移動（足、車、飛行機、ボート等）の制御を可能にすることである。
【００４０】
特に、態様及び実施形態は、動的周波数選択及びイントラパルス共有によるＵ−ＮＩＩ及び周波数共有スキームの下での免許不要帯域内、例えば、５．８ＧＨｚにおける高電力インタロゲータに指向されている。ここでは、システムがシステムタイミング、負荷率等の他の負荷問題を検出し、システムが共有システム間におけるパルスを割り当てる。そのようなアレンジメントの一例は、動的イントラパルススペクトラムノッチングオンザフライ（intra  pulse  spectrum  notching  on  the  fly）である。本明細書で開示される実施形態の別の態様は、免許不要周波数帯域での低電力トランスポンダによる応答周波数の動的割り当てである（低電力は、トランスポンダ応答周波数のより広い選択を可能にする）。
【００４１】
本明細書で開示されるインタロゲータ及びトランスポンダの実施形態の別の態様は、複数のインタロゲータ（位置有効化エリア）を用いて構成されたエリアが、本明細書で注記したように、ＢＬＥ信号発信ビーコン（接続不要）で有効化された各トランスポンダを有することができる。このアレンジメントによれば、ウェアラブルトランスポンダなどのトランスポンダを有するユーザが局所エリアに入ると、トランスポンダはＢＬＥ問い合せ信号を聞き取るためにウェイクアップし、必要に応じて応答する。トランスポンダは、動的に割り当てられたチャネルのような、ＢＬＥチャネル又は別の周波数チャネルのいずれかで進行中のものに関する更新を要求するように構成されることも理解される。
【００４２】
このシステムアレンジメントが使用され得る用途のいくつかの例としては、例えば、人間又はロボットが、乗物（vehicle）又は無人機（unmanned  vehicle）では直接視線に問題がある、例えば、密集した都市エリア、森林エリア又は深い谷のエリアのいずれかを通って歩行、運転、又は操縦し、マルチパス反射によってＧＮＳＳナビゲーションソリューションが非常に不正確になるか、まったく収束しなくなることを引き起こすような場合である。人間若しくはロボット又は乗物若しくは無人機は、トランスポンダで構成されたこのようなものを搭載することができ、インタロゲータは、無線プロトコル、ブルートゥース低エネルギー、ＤＳＲＣ、及び他の適切な法的トレーサビリティ（傷害保険請求、法令遵守）を使用して、予め選択される又は動的に選択される周波数にわたる状態ベクトルのブロードキャスト認識と同様に現在の状態ベクトルでトランスポンダを更新するように構成されることができる。
【００４３】
１つの実装形態は、例えば、ＵＤＰマルチキャストを用いることとすることができ、トランスポンダは、ターゲットトランスポンダのすべての既知の状態ベクトルをＵＤＰマルチキャスト信号と通信するように構成される。ＵＤＰマルチキャスト暗号化信号は、なりすまし、サービス拒否等に対してサイバーセキュリティで保護されるように構成されることもできる。ネットワークインフラストラクチャの１つの実際の実現は、Ａｍａｚｏｎ  ＡＷＳ  ＩｏＴサービス、５１２バイトのパケット増分、ＴＣＰポート４４３、断続的なリンクに耐えられるように設計されたＭＱＴＴプロトコル、遅れて到着するユニット、及びブローカ及びトレーサビリティのためのログデータ、及び機械学習を含んでよい。
【００４４】
広帯域又は超広帯域の測距システム
図４は、広帯域又は超広帯域インパルス測距システム８００の実施形態を示す。システムは、インパルス無線送信機９００を含む。送信機９００は、周期的タイミング信号９０８を生成する時間ベース９０４を含む。時間ベース９０４は、電圧制御発振器などを含み、代表的には高いタイミング精度を有する水晶基準にロックされる。周期的タイミング信号９０８は、符号ソース９１２及び符号時間変調器９１６に供給される。
【００４５】
符号ソース９１２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等の記憶デバイスを含み、符号を記憶し、符号信号９２０として符号を出力するものである。例えば、直交ＰＮ符号は、符号ソース９１２内に記憶される。符号ソース９１２は、周期的タイミング信号９０８を監視し、符号信号が符号時間変調器９１６に同期されることを許容する。符号時間変調器９１６は符号信号９２０を使用して、最終的に出射される信号のチャネル化及び平滑化のために周期的タイミング信号９０８を変調する。符号時間変調器９１６の出力は、符号化されたタイミング信号９２４である。
【００４６】
符号化されたタイミング信号９２４は、出力ステージ９２８に提供され、その出力ステージ９２８は、符号化されたタイミング信号をトリガとして使用して、電磁パルスを生成する。電磁パルスは、伝送ライン９３６を介して送信アンテナ９３２に送られる。電磁パルスは、送信アンテナ９３２によって伝搬する電磁波９４０に変換される。電磁波は、空気などの伝搬媒体を介してインパルス無線受信機に伝搬する。
【００４７】
図４は、インパルス無線受信機１０００をさらに示す。インパルス無線受信機１０００は、伝播する電磁波９４０を受信し、それを電気的に受信信号１００８に変換する受信アンテナ１００４を含む。受信信号は、受信アンテナ１００４に結合された伝送ラインを介して相関器１０１６に提供される。
【００４８】
受信機１０００は、復号ソース１０２０及び調整可能時間ベース１０２４を含む。復号ソース１０２０は、信号９４０を送信した関連する送信機９００によって使用された符号に対応する復号信号１０２８を生成する。調整可能時間ベース１０２４は、受信信号１００８の各パルスと実質的に等価な波形を有するテンプレート信号パルス列を含む周期的タイミング信号１０３２を生成する。
【００４９】
復号信号１０２８及び周期的タイミング信号１０３２は、復号タイミング変調器１０３６によって受信される。復号タイミング変調器１０３６は、復号信号１０２８を使用して、周期的タイミング信号１０３２を時間的に位置決めし、復号制御信号１０４０を生成する。このようにして、復号制御信号１０４０は、送信機９００の既知の符号と時間的に整合され、受信信号１００８が相関器１０１６において検出され得る。
【００５０】
相関器１０１６の出力１０４４は、入力パルス１００８と信号１０４０との乗算とその結果として生じる信号の積分から生じる。これが相関プロセスである。信号１０４４はローパスフィルタ１０４８によってフィルタリングされ、信号１０５２はローパスフィルタ１０４８の出力で生成される。信号１０５２は、受信信号にロックするために調整可能時間ベース１０２４を制御するために使用される。信号１０５２は、相関器出力の平均値に対応し、信号の安定したロックを維持するために調整可能時間ベース１０２４を制御するために使用されるロックループエラー信号である。受信したパルス列がわずかに早い場合、ローパスフィルタ１０４８の出力はわずかに高くなり、時間ベース補正を生成して、入ってくるパルス列と整合するように調整可能な時間ベースをわずかに早くするようにシフトする。このようにして、受信機は入ってくるパルス列と安定した関係で保持される。
【００５１】
システムのこの実施形態は、任意のパルス圧縮信号を使用することができると理解される。送信機９００及び受信機１０００は、単一のトランシーバデバイスに組み込まれることができるとも理解される。この実施形態による第１及び第２のトランシーバデバイスが使用されて、物体への距離ｄ及びその位置を決定することができる。送信機と受信機の両方の機能に関するさらなる参照は、米国特許第６，２９７，７７３号：System  and  Method  for  Position  Determination  by  Impulse  Radioに開示されており、それは本明細書に参照により援用される。
【００５２】
線形ＦＭ及びＦＨＳＳ  ＦＭＣＷ測距システム
図５を参照すると、線形ＦＭＣＷ測距又は周波数ホッピングスペクトラム拡散（ＦＨＳＳ）ＦＭＣＷ測距信号及び技術のいずれかを使用することができる、本発明に従って実装された測距システム４００の別の実施形態が示されている。
【００５３】
線形ＦＭＣＷ測距を実施する一実施形態によれば、送信信号７４は、周波数の線形レンジを通して掃引され、送信信号７４として送信される。一方向線形ＴＯＦ  ＦＭＣＷ測距の場合、別個の受信機８０において、受信信号７４の線形復号と、線形掃引された送信信号のスプリットバージョン（split  version）が、ミキサ８２で一緒に混合され、送信信号のＴＯＦに対応するコヒーレントな受信信号を提供する。これは別個の受信機８０で行われるため、一方向ＴＯＦ測距を得る。
【００５４】
図１１は、線形ＦＭＣＷ双方向ＴＯＦ測距のためのインタロゲータの実施形態のブロック図を示す。図１１の実施形態において、インタロゲータはアンテナ１（ＡＮＴ１）を介して線形ＦＭ変調チャープ信号７４（又はＦＭＣＷ）を、例えば図５に示すようにトランスポンダ（図示せず）に向けて送信する。トランスポンダは、例えば、トランスポンダの様々な実施形態の態様について本明細書で説明するように、線形ＦＭ変調チャープ信号７４を周波数シフトし、周波数シフト信号７５を異なる周波数で再送信することができる。例えば、本明細書で論じるように、トランスポンダタグは、線形ＦＭ変調問合せ信号を受信し、増幅し、次いで周波数混合し、それを異なる周波数で再送信することによって追跡される。これにより、タグをクラッタから容易に識別することができ、言い換えると、他のレーダ反射面の中で検出することができる。周波数オフセット戻り信号７５及び任意の散乱戻り信号７４は、受信機アンテナ２（ＡＮＴ２）、アンテナ３（ＡＮＴ３）及びアンテナ４（ＡＮＴ４）に入力され、低雑音増幅器ＬＮＡ１及び増幅器ＡＭＰ１によって増幅され、ミキサＭＸＲ１のサーキュレータＣＩＲＣ２を介して供給される元のチャープ信号と乗算される。図示された実施形態では、アンテナは単極多投スイッチＳＷ１によって多重化される。この結果は、測距情報を計算することができるデジタイザに供給されるビデオ増幅器を介して増幅される。線形ＦＭはこの例で説明されるが、インパルス、バーカー符号、又は任意の種類の任意のパルス又は位相符号化波形を含む任意の波形を使用することができ、これに限定されないと理解される。インタロゲータ及びトランスポンダは、これらに限定されないが、線形ＦＭ（又はＦＭＣＷ）、インパルス、パルスＣＷ、バーカー符号、又はその信号チェーンの帯域幅内に適合する任意の他の変調技術を含む任意の波形で動作することができる。
【００５５】
図１２は、線形ＦＭＣＷ双方向ＴＯＦ測距のためのインタロゲータのブロック図の別の実施形態を示す。この実施形態は、図１１の実施形態とは異なり、主に、インタロゲータが、インタロゲータの３次元測距を可能にするための３つの送信アンテナを有し、再送信信号を受信するための４つの受信チャネルを有する点で異なる。この実施形態は試作され、試験された。送信信号は、８．５ＧＨｚから１２．５ＧＨｚまでの４ＧＨｚ帯域幅にわたって１０ｍＳチャープの線形ＦＭ変調で送信された。送信された出力電力は＋１４ｄＢｍであった。このアレンジメントによれば、精度定位が測定され、チャネル０では２７μｍ、チャネル１では４５μｍ、チャネル２では３２μｍ、チャネル３では５９μｍの精度を達成した。
【００５６】
ＦＨＳＳ  ＦＭＣＷ測距によれば、送信信号は、線形ＦＭＣＷ測距で行われるようには周波数の線形レンジを通して線形に掃引されず、その代わりに、送信信号は、特定のＰＮ符号に従うなんらかの疑似ランダム順序で順次変更され送信される一連の個々の周波数で周波数変調される。規制遵守の目的で特定の周波数帯域を除外することもある。一方向ＴＯＦ測距のための別個の受信機８０でのＦＨＳＳ  ＦＭＣＷの場合、受信信号７４の復号と、特定のＰＮ符号に従って順次変更され送信される個々の周波数のスプリットバージョンとがミキサ８２でまとめて混合され、送信信号のＴＯＦに対応するコヒーレントな受信信号を提供する。ＦＨＳＳ  ＦＭＣＷの場合、これは一方向ＴＯＦ測距のための別個の受信機８０で行われる。
【００５７】
より具体的には、線形ＦＨＳＳ  ＦＭＣＷ電磁信号を介してＴＯＦ距離を測定するための装置４００のこの実施形態は、信号７４を生成するためのローカル発振器７２と、ローカル発振器に結合され、ローカル発振器信号を掃引して、線形変調のために線形変調される送信信号７４を提供する線形ランプ発生器７６と、を含む送信機７０を含む。ＦＨＳＳ  ＦＭＣＷの実施形態によれば、線形ランプ発生器の代わりに、ローカル発振器信号を変調するために提供される信号は離散周波数信号７８に分割され、その離散周波数信号７８は、ローカル発振器信号を変調して、ローカル発振器信号を変調するための特定のＰＮ符号に従う一連の個々周波数を提供する。一連の個々の周波数で変調された変調送信信号７４は、送信信号として、特定のＰＮ符号に従って、なんらかの疑似ランダム順序で順次送信される。一方向ＴＯＦ測定の場合、送信信号のスプリットオフバージョン（split  off  version）もケーブル８８を介して受信機８０に供給される。受信機８０は送信信号をアンテナ９０で受信し、受信信号をミキサの第１のポート９１に転送する。ミキサはまた、第２のポート９２でケーブル８８上の信号を受信し、その信号を受信信号７４と混合して、線形変調（線形ＦＭＣＷの場合）又は個々の周波数のＰＮ符号（ＦＨＳＳ  ＦＭＣＷの場合）用いた変調のいずれかによる送信信号７４についての送信機７０と受信機８０との間の飛行時間距離に対応する信号をミキサの出力９４で提供する。この装置は、ミキサ８２の出力９４に結合されたアナログ／デジタル変換器８４をさらに含み、そのアナログ／デジタル変換器８４は、ミキサからの信号出力を受信し、サンプリングされた出力信号８５を提供する。サンプリングされた出力信号８５は、サンプリングされた信号にＦＦＴを実行するプロセッサ８６に供給される。この実施形態の態様によれば、測距装置は、複数の離散周波数で信号を提供するように構成された周波数発生器と、個々の周波数信号のランダムシーケンスを提供するプロセッサとをさらに含む。
【００５８】
システムのこの実施形態は、任意のパルス圧縮信号を使用することができると理解される。
【００５９】
本明細書で論じたインタロゲータ及びトランスポンダをできるだけ小さくかつできるだけ安価に作ることが望ましく、インタロゲータ及びトランスポンダを任意の場所であらゆるものに使用できるようにする。これは、チップ上で行うことができるだけのインタロゲータの構造と機能とトランスポンダの構造と機能とを実装することが望ましい。電子デバイスを製造する最も安価な形式の１つは、ＣＭＯＳ実装であると理解される。したがって、本明細書で説明するインタロゲータ及びトランスポンダの態様及び実施形態は、ＣＭＯＳとして実装されるべきである。
【００６０】
複数の送信機及び／又はトランシーバ
図６を参照すると、本発明による測距システム５００の様々な実施形態は、複数の送信機９６、複数のトランシーバ（ＸＣＶＲ）９８、又は送信機と受信機の両方の組合せを含み、それらは、本明細書で説明するいずれかの実施形態に従う信号のうちのいずれかとすることができる送信信号１０６を送信する。そのような実施形態は、本明細書で説明する測距信号及びシステムのうちのいずれかに従って、各送信機から送信信号１０６を受信する少なくとも１つの受信機１０２か、及び／又は送信信号を受信し、送信信号１０６の再送信バージョンである信号１０８を再送信して複数のトランシーバ９８に戻す少なくとも１つのトランスポンダ１０４かのいずれかを含む。
【００６１】
この実施形態によるシステムの一例は、少なくとも１つのトランスポンダ１０４に第１の問合せ信号１０６を送信する１つのトランシーバ９８（インタロゲータ）を含み、トランスポンダは、追跡されている物体に取り付けられ得る。少なくとも１つのトランスポンダは、例えば第２、第３及び第４のトランシーバ９８によって受信される第２の再送信信号１０８を再送信して、トランスポンダ及び追跡されている物体の位置及び距離を決定する。例えば、２つのトランシーバをペアにして双曲線測位を行うことができ、３つのトランシーバをグループにして、トランスポンダ／物体への三角測量測位を行うことができる。トランシーバ９８のうちのいずれも、第１の送信問合せ信号をトランスポンダ１０４に送信するインタロゲータに変更することができ、トランシーバ９８のうちのいずれも、レスポンダからの再送信信号を受信するように変更することができると理解される。トランスポンダへの測距がトランシーバで決定される場合、距離及び位置の決定は、トランスポンダ１０４によって送信される信号と少なくとも２つのトランシーバ９８によって受信された信号との間の飛行時間測定であると理解される。
【００６２】
この実施形態によるシステムの別の例は、追跡されている物体に取り付けることができる少なくとも１つのトランスポンダ１０４を含む。少なくとも１つのトランスポンダ１０４は、少なくとも第１、第２、第３及び第４のトランシーバ９８（インタロゲータ）のうちのいずれかによって送信された信号１０６を受信する。信号は、トランスポンダのうちの少なくとも１つをピング（ping）するように符号化され得る。２つ以上のトランスポンダ１０４が提供され得ると理解される。各トランスポンダは、送信信号１０６の異なるピングに応答するように符号され得ると理解される。複数のトランスポンダが、送信信号１０６の同じピングに応答するように符号され得ると理解される。このように、１つのトランスポンダ又は複数のトランスポンダのうちのいずれか若しくは複数のトランスポンダが、トランシーバ９８のうちの少なくとも１つによって送信された信号１０６によってピングされ得ると理解される。複数のトランシーバが、同じ符号／ピングを有する信号１０６を送信するように構成され得ると理解される。各トランシーバが、異なる符号／ピングを有する送信信号を送信するように構成され得るとも理解される。トランシーバのうちのペア又はそれ以上が、同じ符号／ピングを有する信号を送信するように構成され得ると理解される。トランスポンダのうちのペア又はそれ以上が、同じ符号／ピングを有する信号に応答するように構成され得るとも理解される。トランスポンダ（追跡されているデバイス）でトランスポンダへの距離が決定される場合、距離決定は、トランシーバ９８のうちの少なくとも２つによって送信される信号間の到着時間差測定であると理解される。例えば、トランスポンダがトランシーバ９８のうちの２つによってピングされる場合、トランスポンダ（物体）の双曲線測位が決定され得る。トランスポンダがトランシーバ９８のうちの３つによってピングされる場合、トランスポンダ（物体）の三角測量測位が決定され得る。
【００６３】
代替的には、各信号をピングで符号化する代わりに、いくつかの実施形態によれば、送信機及び／又はトランシーバによって送信される信号間に正確な時間遅延が導入され得ると理解される。代替的には、送信信号の受信に応答した、少なくとも１つのトランスポンダによって再送信される信号間に正確な時間遅延が導入され得る。このアレンジメントでは、本明細書で説明する信号のうちのいずれかに従って、トランシーバのペアを使用して３Ｄ又は双曲線測位を達成することができ、又は少なくとも３つのトランシーバを使用して、三角測量測位を実行することができる。
【００６４】
この実施形態によるシステムの別の例は、波形を提供する基準送信機である１つの送信機９６を含み、その波形により受信機１０２及び／又はトランスポンダ１０４が相関して、基準送信機９６に対する到着時間差（ＴＤＯＡ）信号の時間におけるデルタを測定する。システムのこの実施形態は、任意のパルス圧縮信号を使用することができるとも理解されたい。
【００６５】
複数の受信機及び／又はトランスポンダ
本発明によるシステムの様々な実施形態は、本明細書で説明する測距システム及び信号のうちのいずれかに従って、送信信号１０６を送信する少なくとも１つの送信機９６又はトランシーバ９８と、各送信機又はトランシーバからの送信信号を受信する複数の受信機１０２又はトランスポンダ１０４と、を含むことができる。そのような実施形態は、本明細書で説明する測距信号及びシステムのいずれかに従って、送信信号１０６を送信する少なくとも１つの送信機９６又はトランシーバ９８と、送信信号１０６を受信するか、又は送信信号１０６を受信し、送信信号１０６の再送信バージョンである信号１０８を再送信して少なくとも１つのトランシーバ９８に戻すかのいずれかを行う複数の受信機１０２又はトランスポンダ１０４と、を含む。
【００６６】
この実施形態の態様によれば、送信機９６を追跡されている物体に取り付けることができ、第１の信号１０６を複数の受信機１０２に送信して、送信機から受信機までの飛行時間測位及び測距を行うことができる。例えば、２つの受信機が送信信号を受信する場合、送信機／物体の双曲線測位を達成することができる。代替的又は追加的には、少なくとも３つの受信機が送信信号１０６を受信する場合、送信機９６及び物体への三角測量測位を達成することができる。
【００６７】
別の実施形態の態様によれば、少なくとも１つのトランシーバ９８を追跡されている物体に取り付けることができ、第１の信号１０６を複数のトランスポンダ１０４に送信して、送信機から受信機までの測位及び測距を行うことができる。例えば、２つのトランスポンダが送信信号１０６を受信して再送信する場合、送信機／物体の双曲線測位を達成することができる。代替的又は追加的には、少なくとも３つのトランスポンダ１０４が送信信号１０６を受信して再送信する場合、トランシーバ９８及び物体への三角測量測位を達成することができる。
【００６８】
トランスポンダ１０４のうちのいずれかは、第１の送信問合せ信号をトランスポンダ１０４に送信するインタロゲータに応答するように変更することができると理解される。少なくとも１つのトランスポンダ１０４は、トランシーバ９８（インタロゲータ）によって送信された信号１０６を受信すると理解される。信号は、トランスポンダのうちの少なくとも１つをピングするように符号化されることができる。各トランスポンダは、送信信号１０６の異なるピングに応答するように符号され得ると理解される。複数のトランスポンダが、送信信号１０６の同じピングに応答するように符号され得ると理解される。１つのトランスポンダ又は複数のトランスポンダのうちのいずれか若しくは複数のトランスポンダが、少なくとも１つのトランシーバ９８によって送信された信号１０６によってピングされ得ると理解される。トランスポンダのうちのペア又はそれ以上は、同じ符号／ピングを有する信号に応答するように構成され得るとも理解される。
【００６９】
代替的には、ピングで各信号を符号化する代わりに、いくつかの実施形態によれば、送信信号の受信に応じてトランスポンダ１０４によって再送信される信号間に正確な時間遅延が導入され得ると理解される。このアレンジメントによれば、本明細書で説明する信号のうちのいずれかに従って、トランスポンダのペアを使用して少なくとも１つのトランシーバの双曲線測位を達成することができる、又は少なくとも３つのトランスポンダを使用して、三角測量測位を実行することができる。システムのこの実施形態は、任意のパルス圧縮信号を使用することができることも理解される。
【００７０】
ハイブリッド測距システム
図８を参照すると、本発明によるシステムの様々な実施形態は、本明細書で説明する測距システム及び信号のうちのいずれかに従って、送信信号を送信する複数の送信機と、送信信号を受信する複数の受信機を含むことができる。本発明によるシステムの様々な実施形態は、本発明で説明する測距信号及び測距システムのいずれかに従って、送信信号を送信する複数のトランシーバ９８と、送信信号１０６を受信し、送信信号１０８を再送信する複数のトランスポンダ１０４と、を含むことができる。複数の送信機９６又はトランシーバ９８は、ケーブル又は複数のケーブルのいずれかによってまとまって結合されて例えば、送信機又はトランシーバの有線メッシュを作成する又は、無線でまとまって結合されて、送信機又はトランシーバの無線メッシュを作成することができるとさらに理解される。複数の受信機１０２又はトランスポンダ１０４は、ケーブル又は複数のケーブルのいずれかによってまとまって結合されて、例えば、受信機又はトランスポンダの有線メッシュを作成する又は、無線でまとまって結合されて、受信機又はトランスポンダの無線メッシュを作成することができるとも理解されたい。さらに、システムは、複数の送信機及びトランシーバの混合及び／又は複数の受信機又はトランスポンダの混合を含むことができることが理解される。複数の送信機及びトランシーバの混合及び／又は複数の受信機又はトランスポンダの混合は、１つ以上のケーブル若しくは無線、又は１つ以上のケーブルと無線の組合せのいずれかによってまとまって結合され得ると理解される。そのような実施形態は、本明細書で説明した信号及びシステムのいずれかに従って、少なくとも１つの物体に対する測距及び測位を決定するように構成され得る。
【００７１】
開示したＴＯＦ測距システムのいずれかに関する上記の開示によれば、ＴＯＦ測距システムは、前述のＴＯＦ測距うちのいずれかに関連する信号を送信、受信、応答、又は処理し得るデバイスのうちのいずれかで構成され得ることは明らかである。態様及び実施形態では、任意のトランシーバ、インタロゲータ、トランスポンダ又は受信機が、開示したＴＯＦ測距システムのいずれかに従って上述した方法のうちの１つ以上でＴＯＦ情報を決定してよい。任意の送信機、トランシーバ、インタロゲータ又はトランスポンダが、開示したＴＯＦ測距システムのいずれかに従って上述した方法のうちの１つ以上でＴＯＦ情報を決定するために必要な信号発信元とすることができる。
【００７２】
実施形態では、信号生成及び信号処理の構成要素の正確な位置が重要であるとしなくてよいが、アンテナの位置は正確な測距、すなわち電磁信号が送信又は受信される位置及び場所に密接に関連していると理解される。したがって、本明細書で開示するＴＯＦ測距システムの場所は、代表的には、ＴＯＦ測距によってアンテナの位置及び場所を決定するように構成される。例えば、図２及び図９〜図１２に関して上記で論じた例示的な実施形態はマルチアンテナの構成要素を有し、図１〜図１２に開示したインタロゲータ及びトランスポンダの実施形態のうちのいずれかが、複数のアンテナを有することができる。そのような例示的な実施形態及びそれらのような他のものでは、複数の構成要素が複数のアンテナ間で共有され、ＴＯＦ測距は複数のアンテナ構成要素に対して行われ得る。例えば、単一の発振器、変調器、結合器、相関器、増幅器、デジタイザ又は他の構成要素は、複数のアンテナに対する機能性を提供してよい。そのような場合において、複数のアンテナのそれぞれは、関連する位置情報がそのようなアンテナに対して決定され得る限り、個別のＴＯＦ送信機、受信機、インタロゲータ、又はトランスポンダとみなされてよい。
【００７３】
態様及び実施形態では、空間ダイバーシティを利用するために単一デバイス内に複数のアンテナを設けてよい。例えば、ＴＯＦ測距の構成要素のうちのいずれかが埋め込まれた物体は、複数のアンテナを有してよく、例えば、物体の向きが変化するときに、少なくとも１つのアンテナが任意の所与の時間において妨げられないようにすることを保証する。一実施形態では、リストバンドが周方向に間隔を置いて配置された複数のアンテナを有し得ることで、１つのアンテナが着用者の手首によって妨害されることなく常に受信できるようにすることを保証する。
【００７４】
態様及び実施形態では、例えば、ＴＯＦ情報に基づく距離及びＴＯＦデバイスの位置を決定するための計算などの信号又は他の処理は、ＴＯＦデバイス上で実行されてもよく、又は他の適切な場所若しくは、これらに限定はされないが、中央処理装置、リモート若しくはネットワークコンピューティングデバイス等の他の適切な装置によって実行されてもよい。
【００７５】
他の例
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、システムは、正確な距離測定を達成するため、マルチラテレーション（multilateration）のための複数の距離測定を達成するため、正確な絶対ＴＯＦ測定を達成するため、複数のトランスポンダ、トランシーバ若しくは受信機の高精度な位置特定を達成するため、若しくは双曲線的到着時間差方法論を用いた測距を達成するため、又はＴＯＦ測定が使用され得る任意の他の測距又は位置特定機能に使用されることができる。
【００７６】
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、システムは、任意のパルス圧縮信号を使用することができる。
【００７７】
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、各トランスポンダは、一意符号（unique  code）の信号を検出し、その一意符号にのみ応答するように構成されることができる。
【００７８】
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、複数の送信機又はトランシーバはまとめてネットワーク化されて、規則的で正確な時間間隔で送信するように構成されることができ、複数のトランスポンダ又は受信機は、送信を受信し、双曲線的到着時間差方法論を介して自らの位置を特定するように構成されることができる。
【００７９】
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、少なくとも１つのトランシーバは乗物に搭載される。
【００８０】
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、少なくとも１つのトランシーバは、人若しくは動物に、若しくは衣類に固定される、若しくは衣類、腕時計若しくはリストバンドに埋め込まれる、又は携帯電話若しくはスマートフォン若しくは他のパーソナル電子デバイス、若しくは携帯電話若しくはスマートフォン若しくは他のパーソナル電子デバイスのためのケースに埋め込まれてよい。
【００８１】
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、トランシーバは互いを発見して、他のトランシーバの存在に関する警告を出すことができる。このような発見及び／又は警報は、問い合わせ信号に対する応答によってトリガされてもよく、又は論じたように補助無線信号を介してトランシーバを使用可能にすることによってトリガされてもよい。例えば、乗物は、経路内の任意のＴＯＦトランシーバを作動させるＢＬＥ信号をブロードキャストし、それにより、その経路内の人間、動物、乗物、又は他の物体を発見することができる。同様に、経路内の人間、動物又は乗物は、接近する車両に警告することができる。別のシナリオでは、トランシーバを備えた人は、グループに参加する、部屋に入る、そうでなければ近くに来るとき等、他の人の存在を知らせることができる。このようなシナリオでは、距離及び位置情報が１人以上の人に提供されてよい。
【００８２】
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、システムは、固定位置にある無線トランスポンダの無線ネットワークを含むことができ、追跡される要素は、符号パルスで無線トランスポンダにピングする少なくとも１つのトランシーバを含み、無線トランスポンダは、正確な符号パルスで応答及び返答するだけにする。
【００８３】
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、システムは、ネットワークを構成するためにトランシーバ又はトランスポンダ間のベースラインを測定する目的で、互いに送信・問い合わせをし、応答する固定位置にある無線トランシーバ又はトランスポンダの無線ネットワークをさらに含む。
【００８４】
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、追跡される物体は、第１の信号を送信して、ネットワーク内の複数のトランスポンダのうちの１つに問い合わせるように構成された少なくとも１つのトランシーバを含み、少なくとも１つのトランスポンダは、第１の信号に応答し、ネットワーク内の１つ以上の他のトランスポンダに問い合わせるための信号を送信するように構成され、１つ以上の他のトランスポンダは、較正の目的で元のインタロゲータ−トランシーバによって受信される第２の信号を発する。
【００８５】
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、システムは、データのバースト及びそのタイミング送信を送信するようにプログラムされ、温度、バッテリ寿命、他のセンサデータ、その他トランスポンダの特性のうちのいずれかを明らかにする目的のデータを含む少なくとも１つのトランスポンダを含む。
【００８６】
本明細書で開示されるＴＯＦ測距システムのいずれかの態様及び実施形態によれば、システムは、トランスポンダ間の距離を測定するためにトランスポンダの各々の間に測距信号を送信するように構成された無線トランスポンダを含むことができる。
【００８７】
測距システムの様々な実施形態のピックアンドパックアプリケーション
図１３を参照すると、本開示の様々な態様及び／又は実施形態に従う、産業オートメーション環境と連携したユーザの身体の動きを検出するためのシステム７１０及び方法の例が示されている。また、システムは、産業機械１１２と連動する、あるいは、例えば、フルフィルメントセンター及び倉庫又はそれらの組み合わせにおけるピックアンドパック作業のような、産業機械と連動しない様々な環境で使用できることも理解されたい。システム及び方法は、本明細書で説明したように、複数のＴＯＦ送信機９６又はトランシーバ／インタロゲータ９８（アンテナによって図示）の使用を含み、それらは、ユーザの身体の一部に取り付けられたトランスポンダ１１４の動きを検出する信号１１０を送信及び／又は受信する。本明細書で説明したインタロゲータ、トランスポンダ、送信機、及びトランシーバの様々な実施形態のうちのいずれかを使用してよい。以下、ＴＯＦセンサとも呼ばれるトランスポンダは、ユーザの身体の一部の動きを検出すること、身体の一部の動きが認識された身体の一部の動きに合致するかどうかを確認すること、認識された身体の一部の動きを実行可能な動作として解釈すること、産業機械を作動させて、認識された身体の一部の動きに基づく、かつ連携する実行可能な動作を行うこと、及び／又は作業成果（task  performance）についてのリアルタイムのフィードバックを作業者に与えることのいずれか又はそれらの組合せのために、身体の一部に取り付けられることができる。
【００８８】
システムは、本明細書で説明したように、複数のＴＯＦ送信機９６又はトランシーバ／インタロゲータ９８（アンテナによって図示）を含み、それらは、ユーザの身体の一部に取り付けられたトランスポンダ１１４の動きを測定するための信号１１０を送信する及び／又は送信及び受信する。システムは、ピックアンドパック環境におけるユーザの位置、又はロボットアームのような産業機械１１２に近接かつ協働し、ＴＯＦセンサ９６／９８に近接するユーザの腕のようなユーザの位置を測定するのに使用することができる。システムは、ロボットアームのような産業機械１１２に取り付けられる、ＴＯＦセンサ９６／９８に近接した少なくとも１つのトランスポンダ１１８をさらに含んでよい。この実施形態の態様によれば、コントローラは、送信機又はトランシーバ／インタロゲータ９６／９８によって測定されるような受信機又はトランスポンダ１１４、１１８の動きの測定値を受信し、身体の一部の動きが認識された身体の一部の動きに合致するかどうかの決定の一部又は全てを行い、受信機又はトランスポンダ１１４，１１８の正確な位置及び場所を決定し、人間の肢の動きを予測し、ピックアンドパック環境などにおけるユーザの動き及び性能を監視し、ユーザにフィードバックを提供し、ロボットアーム１１２などの産業機械を制御して、産業用コントローラから受信した命令及びユーザに取り付けられた受信機又はトランスポンダ１１４，１１８の位置に少なくとも部分的に基づいた動作を行わせ、ロボットアームを制御して、産業用コントローラから受信した命令のいずれか及び受信機又はトランスポンダ１１４，１１８の位置に少なくとも部分的に基づいた動作を行わさせて、人間及びロボットアームが、人間に危害や危険を及ぼすことなく連携して作業することができるようにする。システムは、ロボットアーム上の送信機又はトランシーバ／インタロゲータと、人間の肢又は付属器官上のトランスポンダ又はトランシーバ／インタロゲータとを有するように構成され、ロボットアームと人間の腕や肢との直接の飛行時間測距を有するようにするとも理解される。
【００８９】
態様及び実施形態によれば、作業者は、例えば、トランスポンダ１１４として構成された小さなリストバンド又は他のパーソナルデジタルデバイスを備えることができる。トランスポンダデバイスは、ユーザにフィードバックを提供するための、有色ＬＥＤ、単純なマイクロホン、無線ビーコン、触覚フィードバックシステム（例えば、ジャイロスコープ）等のフィードバック機構を有して構成されることができる。例えば、現代のピックアンドパックシステムでは、デバイスは作業成果についてのリアルタイムのフィードバックを作業者に与えることができる。ピックアンドパックシステムは、例えば、作業者が置く又はピックアップする置場を作業者に指示するレーザ・ポインタのような様々な通信機構を有して構成されることができる。システムは、例えば、作業者が正しい又は間違った運動に向けて動くにつれて、リストバンド（又は他のデバイス）がフィードバック機構（例えば、緑色／赤色の光が点滅、ジャイロスコープの遅く弱い／早く強いパルス）のいずれかを介してユーザにこのことの信号を送るように構成されることができる。いくつかの信号を危機的フィードバック（例えば、安全でない状態）のために予約することができ、他のフィードバック信号をルーチン作業フィードバック（例えば、正しい／間違った配置）のために使用することができると理解される。また、システムは、システムからのフィードバックにもかかわらず、ユーザが何らかの間違った又は安全でない行動をしている場合、システムは、関連する機器と相互作用することもできる（例えば、機器を停止させる、ユーザ空間からそれをどかす等）とも理解される。システム及びトランスポンダデバイスは、ユーザが（システムオペレータによって決定される）ある程度、好ましいフィードバックパターンをカスタマイズできるように構成されることができるとも理解される。さらに、システムは、分析、訓練等の様々な目的のいずれかに対してユーザのパフォーマンスを監視し、カタログ化するのに使用できることがさらに理解される。
【００９０】
図１４を参照すると、本開示の様々な態様及び／又は実施形態に従う、産業機器及び／又はユーザの身体の動きを決定するための環境のさらなる例が示されている。図１４の例示的な環境は、フルフィルメントセンター、倉庫等でのピックアンドパック作業に特に指向されている。システム及び方法は、本明細書で説明したように、複数のＴＯＦ送信機９６又はトランシーバ／インタロゲータ９８（アンテナによって図示）を使用することを含み、それらは、ユーザ又は産業機械１１２の一部に固定されたトランスポンダ１１４の動きを検出するための信号を送信及び／又は受信する。
【００９１】
図１４の例において、追跡される作業は、置場１２０からの物品の選択（ピッキング）と、物品の梱包（パッキング）である。ユーザの身体の動き及び産業機械１１２の動きを追跡し、分析して、どの置場１２０から物品が取られたかを決定し、それにより、どの置場１２０にどの物品が格納されているかのデータベースを参照してピッキングされた物品を識別することができる。さらに、トランスポンダ１１４をコンベアベルト上のノッチに固定することができ、それにより、システムは、物品がどこに置かれたか、したがって、どのボックスにそれが置かれたかを決定することができる。さらに、どの物品がどのボックスに置かれたかを知ることにより、システムは、バックエンドデータベース及び注文処理情報の助けを借りて、どの注文がどのボックスにあるかを決定することができ、それにより、さらに、例えば、適切な出荷ラベルをボックスに貼り付けるなど、処理を自動化することができる。
【００９２】
この例示的な環境についての多くの変形が考えられると理解される。物品、ユーザ、及び機械の動きを知ることにより、システムは安全性、正確性、効率性等を監視することができる。トランスポンダ１１４は、コンベアベルトに加えて、又はこれの代わりに個々のボックスに固定されることができ、あるいはシステムはコンベヤベルトの動きを交互に追跡することができる。置場からの物品を追跡しながら、システムは置場にある物品を追跡する、及び／又は在庫を管理することもできる。トランスポンダ１１４は個々の物品に添付することができ、密封された後でさえボックスの中身の識別を可能にすることができる。
【００９３】
この特定の例は、ピッキング及びパッキングのためのものであるが、追跡される作業は任意の環境又は用途を含むことができると理解される。例えば、監視される作業は組立ライン機能とすることができる。システムは、安全性、正確性、効率性のために組立ラインの通常の動作を監視することができ、特定の製品製造などにインストール又は組み込まれたオプションを制御又は監視することもできる。
【００９４】
さらなる態様又は実施形態によれば、システムは、任意の組合せで飛行時間送信機及び／又はトランシーバ／インタロゲータ及び飛行時間受信機又はトランスポンダ（飛行時間センサ）を含み、本明細書で開示される信号のうちのいずれかを使用して、ピックアンドパック環境などにおいて、ユーザにより行われる動きを絶えず監視する、ユーザにより行われる適切な動きを検出する、人間の肢の動きを予測する、ユーザの動きと成果を監視するためのものであり、ユーザより行われる適切な動きのために産業機器の周囲の安全ゾーンを画定し、産業機器と連携するために、ユーザの動きと組み合わせて産業機器を制御する、産業機器を制御及び作動させて、安全ゾーンを回避させ、及び／又はユーザの動きと連携及び相互作用させるためのものであり、ユーザにフィードバックを提供するものである。
【００９５】
態様又は実施形態によれば、本明細書で論じたようなＴＯＦシステムは、ロボットラインの初期及び継続的な工学を提供し、産業環境において動作する産業規模のロボットの干渉を排除し、移動経路を最適化するのに使用することができる。組立ライン上では大型の産業用ロボットを正確に置く必要がある、つまり、ロボットが動作中に衝突することなく、経路が生産能力を最大化するように最適化されていることを保証するには多大な統合労力と時間を必要とするのであるが、ＴＯＦシステムは、そのようなシステムにわたる改善をもたらす。ＴＯＦシステムは、定期的にロボットの正確な場所がチェックされ、調整される（fixed）必要があるシステムであって、ラインにわずかな変更が生じた場合でも、ソリューション全体のほぼ完全なリエンジニアリングが必要となる可能性があるシステムにわたる改善をもたらす。本明細書で論じたようなＴＯＦシステムによれば、インタロゲータ及びトランスポンダは、各多軸ロボット上の用途によって異なる複数のポイント（すなわち、エンドエフェクタ、１つ以上のジョイント）で統合されることができる。これらのセンサからのデータは、最適化及び機械学習ソフトウェアスイートに供給されることができ、そのスイートは、ラインのワークフローを最適化する１つ以上の干渉解決（interference  resolution）を提供することができる。ユーザインターフェイス及びステートマシンが提供されることができ、ユーザは状況に応じた方法でこの処理を計画し実行することができる。システムは、ＴＯＦ測定値に基づいて干渉を解決し、自らを最適化するように構成されることができ、ユーザが処理を制御することができるように構成されることもできる。システムは、進行しているライン構成に対する変更及びロボット技術が必要とされるにつれて、自らを動的に最適化するようにも構成されることができ、システムは、統合とセットアップの労力を軽減してこれらの変更に対して動的に最適化する。
【００９６】
態様又は実施形態によれば、本明細書で論じたようなＴＯＦシステムは、産業オートメーション環境において場所認識を提供するのに使用されることができると理解される。本明細書で論じたようなＴＯＦシステムによれば、重要な作業領域の近くにベースラインＴＯＦインタロゲータインフラストラクチャを設置することができ、トランスポンダを様々なデバイス（例えば、ドリル、動力外骨格、輸送車両）に統合することができる。ツールの場所に応じてデバイスの制御モードの自動切り替えを行うソフトウェアを提供することができる。例えば、ワークステーションから２メートル以上離れたところにドリルを持っていくとドリルを非作動にしてよく、自動生産施設において特定の領域に対する近接度に応じて車両が異なる速度制限に切り替わってよく、特定のワークステーションの近接度に応じて動力外骨格が異なる動作モードを許容してよい。ソフトウェアはさらに、ユーザが、システム内の権限者（例えば、マネージャ）よって設定されるように、このモードの切り替えをある程度調整することを可能にすることができ、システムは、システム内の権限者へ提示するために現在の制御スキームでのユーザの調整／フィードバックを収集することもできる。分析エンジンは、制御モードの切り替え、エラー状態、最適化の機会に関してユーザがより情報を得たうえでの意思決定を行うための報告と可視化を生成することができる。
【００９７】
態様又は実施形態によれば、本明細書で論じたようなＴＯＦシステムは、複数のサブコンポーネントを有する大型機械（例えば、１００メートルの長さの成形及び組み立て機械）の正確な組み立てを提供するシステムを提供するのに使用することができると理解される。いくつかの利点は、そのようなシステムが、ミリメートルスケールの公差に収まるそのような機械の組み立てを提供し、ユーザが組み立て処理を直観的かつ円滑に管理することを可能にし得ることである。組織は、本明細書に開示されたＴＯＦシステムを使用して、施設への配送のために分解される前後に、大型（１００ｍ＋）機械を公差と仕様に収まるように組み立てることができる。このようなアレンジメントにより、機器が到着するとき、現場で数週間にわたって集中的かつ費用のかかる労力を伴う処理と比較して、組み立てが容易であるという利点を提供することができる。
【００９８】
機械の各サブコンポーネントは、これらのサブコンポーネント間の正確な距離をキーポイントで測定するインタロゲータ及び／又はトランスポンダを搭載することができる。ソフトウェアは、正確な距離データを分析、提示して、リアルタイムでユーザに組み立て処理を案内し、組み立て品質についての評価を行い、組み立てプロセスについての情報を得た上での決定を行い、マイクロ−位置情報と分析に基づいた公差に収まる再組み立てのための機械の各サブコンポーネントについてのデータを記憶する。
【００９９】
一実施形態の態様によれば、本明細書で開示された飛行時間センサは、大規模な産業オートメーション環境や、遠隔又は圧倒的な周囲の雑音により、声による命令が役に立たず、作業を行うための産業機器の制御において、身体の動き（例えば、手のジェスチャ、腕の動き等）を使用して人間に指示することがまれではない場所で使用することができる。例えば、フォークリフト操縦者に対して保管棚に物品のパレットを積載するように指示する、オーバーヘッドガントリー操縦者に対して航空機の胴体の取り付けのために特大又は重い構成部分（例えば、ウィングスパー又はエンジン）を上下、左右、前後に移動させる等を指示するなどである。これらの人間の手、腕、身体のジェスチャ、及び／又は手の指の盛んなジェスチャは、人間の観察者にとって普遍的な意味を有することができ、それらが直ちに理解されない場合でも、訓練に多大な投資をせずとも容易に習うことができる程度に通常は十分に直感的なものであり、さらに、ほとんどの場合、かなりの均一性及び／又は精度で繰り返すことができるものである。人間の観察者が二次的な意味を伝えるための一貫して繰り返し可能な身体の動き又は運動を理解し得るのと同様のやり方で、システム７１０も、命令の形で意味のある情報を持った身体の動き、身体のジェスチャ、及び／又は指の盛んなジェスチャを利用し、それにより、解釈された身体の動き及びその根底にある命令に少なくとも部分的に基づいて後続の動作を実行することができる。
【０１００】
一実施形態によれば、ＴＯＦセンサは、ＴＯＦセンサに近接して配置されたユーザの胴体に関連する動きを監視又は検出することができる。別の実施形態によれば、ＴＯＦセンサは、ＴＯＦセンサの視線内に位置するユーザの手及び／又は腕に関連する動きを検出又は監視することができる。別の実施形態によれば、ＴＯＦセンサは、自動機械に近接して位置付けられたユーザの手及び／又は指（例えば、手の指）に関連する動きを検出又は監視することができる。
【０１０１】
他の構成要素（例えば、コントローラ及び論理構成要素）と協働又は連携するＴＯＦセンサは、少なくとも３次元で物体の動きをとらえることができると理解される。実施形態によれば、ＴＯＦセンサは、その視線内で生じる横方向の身体の動き（例えば、ｘ−ｙ平面における動き）を知覚し、ｚ軸における身体の動きも同様に認識することができる。
【０１０２】
さらに、コントローラ、関連する論理構成要素等のさらなる構成要素と連携して、本明細書で開示されるＴＯＦセンサは、身体の動き、盛んなジェスチャ又はジェスチャが行われる速度を正確に測定することができると理解される。例えば、１つ以上のＴＯＦセンサをユーザが、ある勢い又は速度で手を動かしている場合、コントローラ及び／又は論理構成要素と連携した飛行時間センサは、ユーザが緊急性や積極性を暗示するために手を動かしている勢い及び／又は速度を把握することができる。したがって、一実施形態では、ＴＯＦセンサは、身体の動きの勢い及び／又は速度を知覚することができる。例えば、フォークリフト操縦者が同僚からの指示を受けている産業オートメーション環境では、その同僚は、腕を前後に静かに振ることによって最初に自分の指示（フォークリフトを後退させることがはっきりしていることをフォークリフト操縦者に指示）を開始させることができる。同僚は、フォークリフト操縦者があまりにも急速に後退していること及び／又は近づいてくる通行と衝突する可能性を知覚したら、腕を大きな速度で前後に振り始める（例えば、フォークリフト操縦者に急ぐことを指示）又は急激な衝突を避けるために強調して腕を上げる（フォークリフト操縦者に急停止するように指示）ことのいずれかを行うことができる。本開示の実施形態の態様によれば、本明細書で開示するシステムは、そのような手の命令を解釈し、例えば、フォークリフト操縦者が指示を出している人からの指示を見ることや聞くことができない可能性がある場合に、そのフォークリフト操縦者に指示を送信するのに使用することができる。
【０１０３】
そのような実施形態の態様によれば、ＴＯＦセンサは、コントローラ及び／又は論理構成要素と連携して、飛行時間センサを備えたユーザが手を動かしているときの鈍さ又は慎重さを検出することができる。そのような鈍さ、慎重さ、又は強調の欠如の飛行時間測定は、不確実性、警告、又は注意深さを伝えるためのコントローラ及び／又は論理構成要素によって解釈することができ、以前に知覚された身体の動き又は将来の身体の動きについての指示をもう一度提供することができる。したがって、前述のフォークリフト操縦者の例を続けると、同僚は、腕を大きな速度、勢い及び又は強調で前後に振った後、はるかに弱く又は暫定的な方法で腕を動かしはじめることができ、警告はフォークリフトを後退させるために使用されるべきであることをフォークリフト操縦者に指示する。
【０１０４】
一般性の制限又は喪失なしに、ＴＯＦセンサ、コントローラ（及び関連する論理構成要素）、及び産業機械１１２は、産業オートメーション環境内で異なる場所に配置することができると理解される。例えば、実施形態によれば、ＴＯＦセンサ及び産業機械１１２は、互いに近接して位置することができつつ、コントローラ及び関連する論理構成要素は、環境的に制御された環境（例えば、空調された、無塵等）に配置することができる。さらなる実施形態によれば、飛行時間センサ、コントローラ及び論理構成要素は、環境的に制御された安全環境（例えば、安全制御室）に配置することができつつ、産業機械は、環境的に危険な環境に位置付けることができる。
【０１０５】
前述のことから、本用途によって利用される身体／動作、信号、ジェスチャ、又は盛んなジェスチャのシーケンス及び／又はシリーズは無限にあることができ、このため複雑な命令構造又は命令セットを倉庫及び／又は産業環境での使用のために開発することができる。さらに、確立された手話（例えば、アメリカ手話）を考えることが必要なだけで、かなり複雑な情報を手の動きを使用するだけで伝えることを実現する。したがって、前述と関連して観察されるように、特定の状況では、シーケンス又は一連の命令における特定のジェスチャ、動き、運動等は、以前又は将来のジェスチャ、動き、運動、盛んなジェスチャ等に対する修正子として機能することができる。
【０１０６】
特定の実施形態の態様によれば、コントローラ及び／又は論理構成要素は、情報を伝達することを意図していない無効な身体の動き（又は身体の動きのパターン）から意味を伝えることを意図した有効な身体の動き（又は身体の動きのパターン）を区別し、認識された及び／又は有効な身体の動き（又は身体の動きのパターン）を解析及び／又は解釈し、認識された及び／又は有効な身体の動き（又は身体の動きのパターン）を、作業を行う産業機械を作動又は有効化するのに必要な命令又は命令若しくは指示のシーケンスに変換するようにさらに構成されることができる。有効な身体の動きを無効な又は認識されない身体の動きから区別する際に、コントローラ及び／又は関連する論理構成要素を補助するため、ＴＯＦセンサから供給され、受信した身体の動きと、認識された身体の動きと確認する又は関連付けるために、コントローラ及び／又は論理構成要素は、予め確立された、又は認識された身体の動き（例えば、個々の手のジェスチャ、指の動きのシーケンス等）の持続性ライブラリ又は辞書を調べ、そして、認識された身体の動きを利用して、認識された身体の動きが倉庫において、及び／又は産業機械１１２と連携して１つ以上の実行可能な動作とすること可能であるかどうかを解釈する。
【０１０７】
一般性の制限又は喪失なしに、予め確立された、又は認識された身体の動きのライブラリ又は辞書と、命令又は命令シーケンスに対するそれらの翻訳又は関連付けは、メモリ又は記憶媒体に保持されることができると留意すべきである。したがって、記憶デバイス（例えば、メモリ、記憶媒体等）は図示されていないが、これらのデバイスの代表的な例は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能なリードオンリメモリ）、メモリスティック等を含み、これらに限られないものを含むコンピュータ読み取り可能媒体を含む。
【０１０８】
本明細書で開示するシステムのうちのいずれかの様々に異なって配置された構成要素部分間の通信を容易にするために、ネットワークトポロジ又はネットワークインフラストラクチャを利用することができる。代表的には、ネットワークトポロジ及び／又はネットワークインフラストラクチャは、任意の実行可能な通信及び／又はブロードキャスト技術を含むことができ、例えば、有線及び／又は無線のモダリティ及び／又は技術を利用して本用途を実現することができる。さらに、ネットワークトポロジ及び／又はネットワークインフラストラクチャは、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、キャンパスエリアネットワーク（ＣＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、エクストラネット、イントラネット、インターネット、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）の利用、つまり、集中型及び／又は分散型の両方を含み、及び／又はそれらの任意の組合せ、並び替え、及び／又は集約を含むことができる。
【０１０９】
少なくとも１つの実施形態のうちのいくつかの態様を上記に説明したが、当業者であれば様々な変更、修正、及び改良が容易に思い付くであろうことを理解されたい。そのような変更、修正、及び改良は、本開示の一部であると意図しており、本発明の範囲内にあると意図している。したがって、前述の説明及び図面は例示的なものにすぎず、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の適切な構成から決定されるべきである。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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