(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のビーコン送信機（20A〜20D）であって、各ビーコン送信機（20A〜20D）が、それぞれの位置に配置され、且つ、円形構成をなすように配置された複数のアンテナ（1〜4）を含み、該各ビーコン送信機（20A〜20D）が、複数の基準データを有する識別信号を送信するように、且つ、回転アンテナをシミュレートするために前記円形構成を巡って前記アンテナ（1〜4）のうちの１つを次々と一度に選択することによって前記複数のアンテナ（1〜4）から指向性信号を送信するように構成されることからなる、複数のビーコン送信機と、
前記複数の識別信号と、前記指向性信号のうちの１つに各々が対応する複数のドップラーシフト指向性信号とを受信するように構成された受信機（30）であって、各々の受信したドップラーシフト指向性信号ごとに複数の時間データを生成するように構成され、且つ、各々の受信したドップラーシフト指向性信号と、各時間データと、各識別信号とを利用して前記受信機の位置を決定するように構成されることからなる、受信機
とを備え、
各々の前記基準データが、前記ビーコン送信機の各位置のうちの１つの位置と、基準方向と、前記アンテナのうちの１つを選択することに関連付けられた回転率とを含み、
前記受信機が、前記受信した各ドップラーシフト指向性信号の各最小ドップラーシフトを判定して、該各最小ドップラーシフトに対応する時間データを生成し、
前記受信機が、次式すなわち、角度＝Ｒａｔｅ×Ｔｙ−ｘによって、前記ビーコン送信機の各々に対する前記受信機の角度をそれぞれ決定し、
ここで、Ｒａｔｅは、前記回転率（度／秒）を表し、Ｔｙ−ｘは、最小ドップラーシフトが生じる時間Ｔｙと、前記ドップラーシフト指向性信号の開始時間Ｔｘとの間の時間差（秒）を表し、及び、
前記受信機が、求めた前記各角度と、前記ビーコン送信機の各位置とを用いて、前記受信機の位置を決定することからなる、測位システム（100）。
【請求項２】
前記受信機（30）が、アンテナ（310）、ＦＭ受信機（320）、及びタイマ（330）を含み、
前記受信機（30）が、各々の受信したドップラーシフト指向性信号を前記ＦＭ受信機（320）内へと入力するように構成されており、
前記受信機（30）が、前記ＦＭ受信機（320）の出力を利用して、各々の受信したドップラーシフト指向性信号の最小ドップラーシフトを判定するように構成されていることからなる、請求項１に記載の測位システム。
【請求項３】
受信機（30）の位置を決定する方法（500、600）であって、
ａ）第１の位置に配置された第１のビーコン送信機（20A）であって、第１の円形構成をなすように配置された第１の複数のアンテナ（1〜4）を有する該第１のビーコン送信機から、複数の第１の基準データを有する第１の識別信号を送信し、
ｂ）タイマ（330）を有する前記受信機（30）において前記第１の識別信号を受信し、
ｃ）前記タイマ（330）を起動して、第１の時間データを生成し、
ｄ）回転アンテナをシミュレートするために、前記第１の円形構成を巡って前記アンテナ（1〜4）のうちの１つを次々と一度に選択することにより、前記第１の複数のアンテナ（1〜4）から第１の指向性信号を送信し、
ｅ）前記受信機（30）において、第１のドップラーシフト指向性信号を受信し、
ｆ）前記第１のドップラーシフト指向性信号の第１の最小ドップラーシフトを判定し、及び、前記第１の最小ドップラーシフトに対応する前記第１の時間データを決定し、及び、
ｇ）前記第１の最小ドップラーシフトと、前記対応する第１の時間データと、前記第１の基準データとを利用して、前記第１のビーコン送信機（20A）に対する前記受信機（30）の第１の角度を決定する、
ことを含み、
前記第１の基準データが、前記第１の位置と、第１の基準方向と、前記アンテナのうちの１つを選択することに関連付けられた第１の回転率とを含み、
前記受信機が、次式すなわち、角度＝Ｒａｔｅ×Ｔｙ−ｘによって、前記第１のビーコン送信機に対する前記受信機の第１の角度を決定し、
ここで、Ｒａｔｅは、前記第１の回転率（度／秒）を表し、Ｔｙ−ｘは、前記第１の最小ドップラーシフトが生じる時間Ｔｙと、前記第１のドップラーシフト指向性信号の開始時間Ｔｘとの間の時間差（秒）を表し、及び、
前記受信機が、求めた前記第１の角度と、前記第１の位置とを用いて、前記受信機の位置を決定することからなる、方法
【請求項４】
ｈ）第２の位置に配置された第２のビーコン送信機（20B）であって、第２の円形構成を成すように配置された第２の複数のアンテナ（1〜4）を有する該第２のビーコン送信機から、複数の第２の基準データを有する第２の識別信号を送信し、
ｉ）前記受信機（30）において前記第２の識別信号を受信し、
ｊ）前記タイマ（330）を起動して、第２の時間データを生成し、
ｋ）前記回転アンテナをシミュレートするために、前記第２の円形構成を巡って前記アンテナ（1〜4）のうちの１つを次々と一度に選択することにより、前記第２の複数のアンテナ（1〜4）から第２の指向性信号を送信し、
ｌ）前記受信機（30）において、第２のドップラーシフト指向性信号を受信し、
ｍ）前記第２のドップラーシフト指向性信号の第２の最小ドップラーシフトを判定し、及び、前記第２の最小ドップラーシフトに対応する前記第２の時間データを決定し、
ｎ）前記第２の最小ドップラーシフトと、前記対応する第２の時間データと、前記第２の基準データとを利用して、前記第２のビーコン送信機に対する前記受信機（30）の第２の角度を決定し、及び、
ｏ）前記第１の角度と、前記第２の角度と、前記第１及び第２のビーコン送信機の前記第１及び第２の位置とを利用して、前記受信機（30）の前記位置を決定し、前記第１の基準データが、前記第１の位置を含み、前記第２の基準データが、前記第２の位置を含む
ことを更に含むことからなる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の基準データが、第２の基準方向と、前記第２の円形構成を巡って前記アンテナ（1〜4）のうちの１つを次々と一度に選択することに関連付けられた第２の回転率とを更に含むことからなる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記受信機が、ＦＭ受信機（320）を含み、
前記ステップｆ）が、
前記ＦＭ受信機（320）内へと前記第１のドップラーシフト指向性信号を入力し、及び、
前記ＦＭ受信機（320）の出力を利用して、前記第１のドップラーシフト指向性信号の前記第１の最小ドップラーシフトを判定することを含むことからなる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップｍ）が、
前記ＦＭ受信機（320）内へと前記第２のドップラーシフト指向性信号を入力し、及び、
前記ＦＭ受信機（320）の出力を利用して、前記第２のドップラーシフト指向性信号の、前記第２の最小ドップラーシフトを判定することを含むことからなる、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、測位システムに関する。とりわけ、本発明は、受信機の位置を求めることに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来の測位システムがいくつか存在する。従来の測位システムのそれぞれには、屋内用途に関連した特定の利点と欠点がある。これらの従来の測位システムは、受信機の位置を求めることを可能にするが、受信機は、任意のタイプの電子デバイスとすることができる。
【０００３】
第１の従来の測位システムでは、１つ以上の基地局を利用して、受信機の位置が求められる。第１の基地局が信号を送信する。受信機が、信号を受信して、第１の基地局に信号を送り返す。第１の基地局は、元の送信信号と送り返された信号（返送信号）との位相角の差を計算して、第１の基地局と受信機との距離を求める。受信機と他の基地局との間で同様のプロセスを実施して、受信機の位置が求められる。
【０００４】
残念ながら、屋内用途の場合、第１の従来の測位システムは、マルチパス反射問題のため、受信機の位置を正確に求めることができない。すなわち、基地局が、基地局に到達する前に、いくつかの表面で反射された第１の返送信号を受信する可能性があり（長距離経路の場合）、基地局に到達する前に、２〜３個の表面で反射された第２の返送信号を受信する可能性があり（中距離経路の場合）、基地局に到達する前に全く表面から反射されなかった第３の返送信号を受信する可能性がある（短距離経路の場合）。従って、基地局で計算される基地局と受信機との間の距離は、どの返送信号（すなわち、長距離経路の場合、中距離経路の場合、または短距離経路の場合）を受信するかに応じて、不正確になる可能性がある。
【０００５】
第２の従来の測位システムでは、赤外線（ＩＲ）技術を用いて、受信機と通信するビーコン送信機を利用して、受信機の位置が求められる。しかしながら、受信機は、ＩＲビーコン送信機に接近していなければならない。さらに、受信機とＩＲビーコン送信機との間の送信ＩＲ円錐域と受信ＩＲ円錐域が交差しなければならない。さらに、ＩＲビーコン送信機の大規模な分散は、コストが高く（ＩＲ通信は短距離でしか実行できないので）、大規模分散に必要な多数のＩＲビーコン送信機のために広域にわたる保守が必要になる。
【０００６】
さらに、第３の従来の測位システムでは、ＧＰＳ信号を利用して、受信機の位置が求められる。あいにく、ＧＰＳ信号は、屋内用途の受信機の位置を確実に求めるにはあまりにも弱く、不正確である。
【０００７】
さらに、第４の従来の測位システムでは、飛行時間技術を利用して、受信機の位置が求められる。無線周波数（ＲＦ）を利用した飛行時間測位システムが存在するが、扱いにくいタイミング相関を必要とする。さらに、標準的な変調方式の場合、マルチパス干渉によって、重大なエラーが導入される可能性がある。音響式飛行時間測位システムは、はるかに単純である。しかしながら、音の障害物のため屋内用途における使用には制限がある。安全上の懸念が音響システムの出力、ひいては範囲を制限する。本実施例には、約１．２ｍ（４フィート）のグリッドに配置された局が必要とされるが、設置及び保守コストは厖大になる。
【０００８】
さらに、第５の従来の測位システムでは、既存の無線チャネルを利用するか、またはこれから認可される無線チャネルを利用して実施される、信号フェージング方式を利用して、受信機の位置が求められる。この測位システムは、精度が低く、多くの場合、訓練を必要とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
測位システムを説明する。この測位システムには、それぞれが、それぞれの位置に配置された、複数のビーコン送信機が含まれる。各ビーコン送信機には、円形構成を成すように配置された複数のアンテナが含まれており、この場合、各ビーコン送信機は、複数の基準データを備えた識別信号を送信するように、及び回転アンテナをシミュレートするために、円形構成を巡って一度に１つずつアンテナを次々に選択することにより、複数のアンテナから指向性信号を送信するように構成される。
【００１０】
また、この測位システムには、複数の識別信号と、指向性信号のそれぞれに対応する複数のドップラーシフト指向性信号を受信するように構成された受信機がさらに含まれており、この場合、受信機は、それぞれ受信したドップラーシフト指向性信号毎に複数の時間データを生成するように構成されており、また、それぞれ受信したドップラーシフト指向性信号、各時間データ、及び各識別信号を利用して、受信機の位置を求めるように構成されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本明細書の一部に組み込まれ、その一部を形成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するために使用される。本明細書において参照される図面は、特に注釈される場合を除いて一定の縮尺に従って描かれていると理解されてはならない。
【００１２】
次に、本発明の好適な実施形態について詳細に言及することにし、そのいくつかの例が添付図面に例示されている。本発明は、好適な実施形態に関連して説明されるが、もちろん、本発明をこれらの実施形態に制限することを意図したものではない。それどころか、本発明は、特許請求の範囲によって定義されるような本発明の思想及び範囲内に包含され得る、代替案、修正案、及び等価物を網羅することを意図したものである。さらに、本発明に関する下記の詳細な説明では、本発明の完全な理解が提供されるように、多くの特定の詳細が説明される。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの特定の詳細がなくても、実施可能である。また、本発明の態様が不必要に曖昧にならないように、良く知られた方法、手順、コンポーネント、及び回路は、詳細に説明していない。
【００１３】
測位システム
図１には、本発明の一実施形態による測位システム１００が例示されている。測位システム１００は、種々の位置に配置された複数のビーコン送信機２０Ａ〜２０Ｄを利用して、受信機３０の位置を求めることを可能にする。測位システム１００は、屋内用途のような短距離用途に十分に適している。例えば、測位システム１００は、建物、構造体、または任意の屋内施設といった屋内環境１０内に配置され得る。もちろん、測位システム１００は、短距離〜中距離の屋外用途に利用されることもできるし、屋内用途と屋外用途の組み合わせにも利用され得る。さらに、測位システム１００によれば、受信機３０の位置を求めるための低コストでコンパクトな解決手段が提供される。
【００１４】
測位システム１００は、無線周波数（ＲＦ）信号を利用する。特に、各ビーコン送信機２０Ａ〜２０Ｄは、ビーコン送信機のそれぞれの位置及び基準方向（例えば、北５１）のような複数の基準データと共に符号化された識別信号を送信する。さらに、各ビーコン送信機２０Ａ〜２０Ｄは、回転アンテナをシミュレートするアンテナ構造（例えば、１、２、３、及び４）から指向性信号を発生して、送信する。指向性信号は、低パワー信号とすることができる。
【００１５】
受信機３０は、識別信号と、ビーコン送信機２０Ａ〜２０Ｄの特定の１つ（例えば、ビーコン送信機２０Ａ）から送信された指向性信号に対応するドップラーシフト指向性信号とを受信して、ドップラーシフト指向性信号に関する時間データを生成する。次に、受信機３０は、識別信号、ドップラーシフト指向性信号、及び時間データを利用して、特定のビーコン送信機に対するその角度（例えば、角度Ａ）を求めるが、この求められた角度（例えば、角度Ａ）は、基準方向（例えば、北５１）の始点側５１と、受信機３０を指す終点側５２とを有する。基準方向は、任意の方向とすることができる。同様に、受信機３０は、識別信号と、１つ以上のさらなるビーコン送信機（例えば、ビーコン送信機２０Ｂ、ビーコン送信機２０Ｃ、及びビーコン送信機２０Ｄ）から送信されたドップラーシフト指向性信号とを受信して、さらなるビーコン送信機に対するそれぞれの角度を求める。一般に、第１のビーコン送信機に対する第１の角度、及び第２のビーコン送信機に対する第２の角度を求めることによって、受信機３０は、第１及び第２の角度、並びに第１及び第２のビーコン送信機のそれぞれの位置を利用し、さらに、三角測量のような、さまざまな数学的技術の任意の１つを利用して、その位置を求めることが可能である。場合によっては、受信機３０は、その位置計算の曖昧さ、または不一致を解決するため、３つ以上のビーコン送信機によって送信される信号を利用して、その位置を求めることが必要になるかもしれない。
【００１６】
図１に例示のように、測位システム１００には、建物、構造体、または任意の屋内施設といった屋内環境１０内の種々の位置に配置された複数のビーコン送信機２０Ａ〜２０Ｄが含まれる。図１に示された測位システム１００は、４つのビーコン送信機２０Ａ〜２０Ｄを備えているが、もちろん、測位システム１００は、５つ以上または３つ以下のビーコン送信機を備えることが可能であり、しかるにビーコン送信機の数は、屋内環境１０のサイズ、及び受信機３０の位置を求めることに関した所望の精度によって決まる。
【００１７】
さらに、各ビーコン送信機２０Ａ〜２０Ｄは、円形構成をなすように配置された複数のアンテナ（例えば、１、２、３、及び４）を備えている。さらに、各ビーコン送信機２０Ａ〜２０Ｄは、複数の基準データと共に符号化された識別信号を送信するように構成されているが、識別信号は、変調ＲＦ信号である。基準データには、ビーコン送信機に対する角度（例えば、角度Ａ）を計算するための回転率（後述する）と基準方向（例えば、北５１）を含むことができる。さらに、基準データには、受信機３０が、三角測量のような、さまざまな数学的技術の任意の１つを用いて、ビーコン送信機によって送信された信号からその位置を求めることができるようにするために、ビーコン送信機のそれぞれの位置を含むことができる。さらに、基準データには、ビーコン送信機ＩＤ値と、識別信号の送信と指向性信号の送信との間の時間的ギャップを表す時間値とを含むことが可能である。
【００１８】
さらに、各ビーコン送信機２０Ａ〜２０Ｄは、回転アンテナをシミュレートするために、円形構成を巡って一度に１つずつ複数のアンテナ（例えば、１、２、３、及び４）を次々に選択することにより、指向性信号を送信するように構成されている。識別信号とは異なり、指向性信号は、非変調ＲＦ信号であり、特定の周波数またはトーンで送信される。回転率（すなわち、Ｎ度／秒）は、ビーコン送信機が、円形構成をなす個々のアンテナを掃引する速度を表している。一実施形態では、回転率は比較的低い値である。このようにして指向性信号を送信することによって、受信機３０は、指向性信号に対応するドップラーシフト指向性信号を受信する。特に、ドップラーシフト指向性信号は、回転アンテナをシミュレートするアンテナ構造によって指向性信号が送信されると、その送信周波数（またはトーン）が受信機３０の観点から増減する、指向性信号を表している。さらに、指向性信号の送信周波数の上昇及び降下は、アンテナ（例えば、１、２、３、及び４）のそれぞれが、円形構成を巡って一度に１つずつ次々に選択される際、選択された送信アンテナ（例えば、１、２、３、及び４）が受信機３０の方向に関して指し示す送信方向に関連している。
【００１９】
図２には、本発明の実施形態によるビーコン送信機２０が例示されている。もちろん、図１の各ビーコン送信機２０Ａ〜２０Ｄは、図２に例示のように実施され得る。さらに、言うまでもなく、ビーコン送信機２０は、他の構成をとることも可能である。ビーコン送信機２０には、アンテナ系２１０が含まれる。アンテナ系２１０は、４つのアンテナ１〜４を有する。もちろん、アンテナ系２１０は、５つ以上のアンテナを有することもでき、あるいは３つ以下のアンテナを有することもできる。測位システム１００（図１）の精度は、アンテナ系２１０のアンテナ数を増すことによって高められる。一実施形態において、識別信号を送信するために、アンテナ１〜４の１つが選択されるが、指向性信号は、回転アンテナをシミュレートするために、円形構成を巡って一度に１つずつアンテナ（例えば、１、２、３、及び４）を次々に選択することによって送信される。指向性信号は、その回転率で、アンテナ１〜４を１回掃引することによって送信され得る。代案として、指向性信号は、その回転率で、アンテナ１〜４を複数回掃引することによって送信されてもよい。識別信号は、同時にＮのアンテナ全てから送信され得るが、Ｎはアンテナ系２１０におけるアンテナの数である。
【００２０】
一実施形態では、ビーコン送信機２０には、アンテナスイッチャ２２０、ＦＭ送信機２３０、制御回路／マイクロプロセッサ２４０、及びメモリデバイス２５０がさらに含まれている。指向性信号を送信するために、アンテナスイッチャ２２０は、回転アンテナをシミュレートするために、円形構成を巡って一度に１つずつアンテナ（例えば、１、２、３、及び４）を次々に選択する。ＦＭ送信機２３０は、入力されたデータに基づいて、アンテナ系２１０による送信のために識別信号を出力するが、識別信号は、変調ＲＦ信号である。識別信号とは異なり、指向性信号は、非変調ＲＦ信号であり、特定の周波数またはトーンで送信される。さらに、メモリデバイス２５０によって、ビーコン送信機２０に記憶機能が提供される。さらに、制御回路／マイクロプロセッサ２４０は、ビーコン送信機２０の動作を制御するように構成されている。特に、制御回路／マイクロプロセッサ２４０は、アンテナ選択順序データをアンテナスイッチャ２２０に供給し、変調されるべきデータをＦＭ送信機２３０に送る。さらに、制御回路／マイクロプロセッサ２４０は、識別信号及び指向性信号の送信を制御する。
【００２１】
図３には、本発明の実施形態による受信機３０が例示されている。一実施形態において、受信機３０には、アンテナ３１０、ＦＭ受信機３２０、タイマ３３０、制御回路／マイクロプロセッサ３４０、及びメモリデバイス３５０が含まれている。アンテナ３１０は、識別信号と、ビーコン送信機２０Ａ〜２０Ｄ（図１）の任意の１つによって送信された指向性信号に対応するドップラーシフト指向性信号とを受信する。さらに、ＦＭ受信機３２０は、アンテナ３１０に結合されている。ＦＭ受信機３２０は、復調された識別信号を出力するが、その識別信号は基準データと共に符号化されていたものである。さらに、ＦＭ受信機３２０は、ドップラーシフト指向性信号の復調された表現を出力するが、この復調された表現は、ドップラーシフト指向性信号の最小ドップラーシフトの位置を示す。ドップラーシフト指向性信号が受信機３０によって受信される前に、タイマ３３０を起動して、ドップラーシフト指向性信号に関する時間データが生成される。さらに、メモリデバイス３５０によって、受信機３０に記憶機能が提供される。一実施形態では、受信機３０は、ホスト装置と接続して動作できる。
【００２２】
制御回路／マイクロプロセッサ３４０は、識別信号に符号化されている基準データを復号できる。さらに、ドップラーシフト指向性信号の最小ドップラーシフトを判定し、ドップラーシフト指向性信号の最小ドップラーシフトに関連した時間データを求めることによって、制御回路／マイクロプロセッサ３４０は、受信識別信号及び受信ドップラーシフト指向性信号を送信したビーコン送信機に対する受信機３０の角度を求めることができる。特に、ビーコン送信機に対する受信機３０の角度（例えば、図１の角度Ａ）と、ビーコン送信機のアンテナ系の回転率（Rate）と、ドップラーシフト指向性信号の開始に関連した時間データとドップラーシフト指向性信号の最小ドップラーシフトに関連した時間データとの時間差（Ｔ）との間における関係は、次の通りである：
（式１）    角度＝（Rate）（Ｔ）
ここで、角度は度で表され、回転率は、Ｎ度／秒で表され、時間差は秒で表される。もちろん、受信機３０は、他の構成をとることもできる。
【００２３】
実際、受信機３０は、測位システム１００（図１）を利用して、測位システム１００（図１）が配置される建物、構造体、または任意の屋内施設といった屋内環境１０内におけるその位置を求める。まず、受信機３０は、第１のビーコン送信機から基準信号を受信する。次に、受信機３０は、第１のビーコン送信機によって送信された指向性信号に対応するドップラーシフト指向性信号を受信するが、受信機３０は、受信ドップラーシフト指向性信号に関する複数の時間データを生成する。受信機３０は、受信ドップラーシフト指向性信号、時間データ、及び基準データを提供する識別信号を用いて、第１のビーコン送信機に対する受信機３０の第１の角度を求める。同様に、受信機３０は、１つ以上のさらなるビーコン送信機に対する受信機３０の角度を求める。さらに、受信機３０は、いくつかのビーコン送信機に関して求められた角度及びビーコン送信機のそれぞれの位置を利用して、その位置を求める。
【００２４】
図４には、本発明の一実施形態による測位システムによって送信される複数の信号が例示されている。図４に例示のように、ＩＤ送信段階４１０の間、ビーコン送信機４０２は、アンテナ１を利用して識別信号を送信する。ビーコン送信機４０２は、ドップラー送信段階４２０の間、指向性信号を送信する。時間的ギャップ４４５によって、受信機４０４が指向性信号の送信周波数にロックするのに十分な時間が提供される。ＩＤ送信段階４１０とドップラー送信段階４２０との間の時間的ギャップ４４５は、なくすことが可能である。上述のように、ビーコン送信機４０２は、回転アンテナをシミュレートするために、円形構成を巡って一度に１つずつ次々にアンテナ（１、２、３、及び４）を選択することにより、指向性信号を送信する。特に、ビーコン送信機４０２は、まず、アンテナ１を用いて、指向性信号を送信する。次に、ビーコン送信機は、アンテナ２にスイッチして、アンテナ２から指向性信号を送信する。指向性信号は、他のアンテナからの場合と同様に送信される。指向性信号は、その回転率で、アンテナ１〜４を１回掃引することによって送信され得る。代案として、指向性信号は、その回転率で、アンテナ１〜４を複数回掃引することによって送信されてもよい。
【００２５】
図４に例示のように、ＩＤ受信段階４３０の間、受信機４０４は、そのアンテナを用いて、識別信号を受信する。受信機４０４は、ドップラー受信段階４４０の間、そのアンテナを用いて、ドップラーシフト指向性信号を受信する。時間的ギャップ４４６によって、受信機４０４が指向性信号の送信周波数にロックするのに十分な時間が提供される。ＩＤ受信段階４３０とドップラー受信段階４４０との間の時間的ギャップ４４６は、なくすことができる。
【００２６】
図５には、本発明の一実施形態に従って受信機３０の位置を求めることができるようにする方法５００を示すフローチャートが例示されている。図１〜図４を参照する。特に、受信機３０は、測位システム１００（図１）が配置される建物、構造体、または任意の屋内施設のような、屋内環境１０内で測位システム１００（図１）の範囲内に配置されている。
【００２７】
ブロック５０５では、ビーコン送信機（例えば、ビーコン送信機２０Ａ）が、複数の基準データを有する識別信号を送信する。上述のように、ビーコン送信機２０Ａは、円形構成をなすように配置された複数のアンテナを備えている。基準データは、アンテナ系２１０（図２）の回転率と、ビーコン送信機２０Ａに対する角度（例えば、図１の角度Ａ）を計算するための基準方向（例えば、図１の北５１）とを含むことが可能である。さらに、基準データは、受信機３０が、三角測量のような、さまざまな数学的技術の任意の１つを用いて、ビーコン送信機２０Ａによって送信された信号からその位置を求めることができるようにするために、ビーコン送信機２０Ａのそれぞれの位置を含むことが可能である。さらに、基準データは、ビーコン送信機ＩＤ値と、識別信号の送信と指向性信号の送信との間の時間的ギャップを表す時間値とを含むことが可能である。
【００２８】
図７には、本発明の一実施形態による複数の送信信号が例示されている。図７に示されているように、ビーコン送信機２０Ａによって送信された識別信号７１０は、変調信号である。
【００２９】
ブロック５１０では、受信機３０が、識別信号を受信する。図８には、本発明の一実施形態による複数の受信信号が例示されている。図８には、受信機３０のＦＭ受信機３２０（図３）に送られる前の、受信識別信号８１０Ａが描かれており、受信識別信号８１０Ａが中心周波数に関して変調されることを示している。さらに、識別信号８１０Ｂは、ＦＭ受信機３２０の出力を表している。
【００３０】
続いてブロック５１５では、受信機３０は、タイマ３３０（図３）を起動し、ビーコン送信機２０Ａによって送信された指向性信号に対応するドップラーシフト指向性信号に関する時間データを生成する。一実施形態では、ビーコン送信機２０Ａは、指向性信号を送信する前の時間的ギャップ７２０（図７）を提供する。代案として、ビーコン送信機２０Ａは、識別信号７１０（図７）の送信直後に指向性信号を送信する。
【００３１】
ブロック５２０では、ビーコン送信機２０Ａが、回転アンテナをシミュレートするために、円形構成を巡って一度に１つずつ次々にアンテナ（例えば、１、２、３、及び４）を選択することにより指向性信号７３０を送信する。図７に示されているように、ビーコン送信機２０Ａによって送信される指向性信号７３０は、中心周波数で送信される非変調信号である。指向性信号７３０は、第１のアンテナ回転７３０Ａによって表される回転率で、アンテナ１〜４を１回掃引することによって送信され得る。代案として、指向性信号は、第１のアンテナ回転７３０Ａ及び後続のアンテナ回転７３０Ｂによって表される回転率で、アンテナ１〜４を複数回掃引することによって送信され得る。
【００３２】
さらに、ブロック５２５では、受信機３０が、時間的ギャップ８１５Ａの後、ビーコン送信機２０Ａによって送信された指向性信号に対応するドップラーシフト指向性信号を受信する。図８には、受信機３０のＦＭ受信機３２０（図３）に送られる前の、受信ドップラーシフト指向性信号８２０Ａが描かれており、受信ドップラーシフト指向性信号８２０Ａの周波数が、ドップラーシフト効果のため、中心周波数に関してドリフトすることを示している。さらに、ドップラーシフト指向性信号８２０Ｂは、ＦＭ受信機３２０の出力を表している。
【００３３】
ブロック５３０では、受信機３０が、その制御回路／マイクロプロセッサ３４０（図３）を利用して、ドップラーシフト指向性信号８２０Ｂ（図８）の最小ドップラーシフトを判定し、最小ドップラーシフトに対応する時間データを求める。図８に示すように、ＦＭ受信機３２０の出力におけるドップラーシフト指向性信号８２０Ｂ（図８）のピークは、ドップラーシフト指向性信号８２０Ｂ（図８）の最小ドップラーシフトに対応する。さらに、最小ドップラーシフトの時間は、受信ドップラーシフト指向性信号８２０Ａ（図８）の周波数が中心周波数に最も近い時間にも対応する。さらに、最小ドップラーシフトは、ビーコン送信機２０Ａの選択された送信アンテナが、ほぼ受信機３０の方に向いている場合に対応する。時間Ｔｙは、最小ドップラーシフトが生じる時間を表している。時間Ｔｘは、ドップラーシフト指向性信号８２０Ｂ（図８）の開始時間を表している。さらに、時間差Ｔｙ−ｘは、下記の方程式を用いて、ビーコン送信機２０Ａに対する受信機３０の角度を求めるために利用可能である：
（式２）    角度＝（Rate）（Ｔｙ−ｘ）
ここで、角度は、度で表され、回転率（Rate）は、Ｎ度／秒で表され、時間差（Ｔｙ−ｘ）は、秒で表される。
【００３４】
さらに、ブロック５３５では、受信機３０が、最小ドップラーシフト、対応する時間データ、及び識別信号の基準データを用いて、ビーコン送信機２０Ａに対する受信機３０の角度（例えば、図１の角度Ａ）を求めるために制御回路／マイクロプロセッサ３４０（図３）と式２を使用するが、基準データには、回転率（Rate）、及び基準方向（例えば、図１の北５１）が含まれている。予測されるように、角度は、９００ＭＨｚ帯域または２．４ＧＨｚ帯域を利用して送信し、４つのアンテナと、数百フィート（百フィート＝約３０．５ｍ）の無線範囲とを備えたビーコン送信機に関して、３〜５度の精度で求めることが可能である。さらに、予測されるように、このビーコン送信機は、コーヒー缶サイズのパッケージ内に収容可能な約２０ｃｍ×約２０ｃｍ（８”×８”）のボードで実施可能である。
【００３５】
図６には、本発明の一実施形態による受信機３０の位置を求める方法６００を示すフローチャートが例示されている。図１〜図５及び図７〜図８を参照する。特に、受信機３０は、測位システム１００（図１）が配置される建物、構造体、または任意の屋内施設のような屋内環境１０内にある、測位システム１００（図１）の範囲内に配置されている。
【００３６】
ブロック６０５では、受信機３０が、図５に示した方法を利用して、第１のビーコン送信機に対する受信機３０の角度を求める。さらに、ブロック６１０では、受信機３０が、図５に示した方法を利用して、第２のビーコン送信機に対する受信機３０の角度を求める。
【００３７】
さらに、ブロック６１５では、受信機３０が、第１及び第２の角度、基準データで提供される第１及び第２のビーコン送信機のそれぞれの位置、基準データで提供される第１及び第２のビーコン送信機の基準方向（例えば、北）、及び三角測量のような、さまざまな数学的技術の任意の１つを利用して、その位置を求める。場合によっては、受信機３０は、その位置の計算における曖昧さ、または不一致を解消するために、３つ以上のビーコン送信機によって送信される信号を利用してその位置を求めることが必要になるかもしれない。こうしたケースは、受信機３０が、２つのビーコン送信機間の直線上に位置する場合に生じる可能性がある。予測されるように、位置は、円形構成をなすように配置された４つのアンテナをそれぞれ備える、４つのビーコン送信機を利用して、約５５８２ｍ２（６００００平方フィート）の屋内環境１０内で、２．５メートルの分解能で計算され得る。
【００３８】
本発明の特定の実施形態に関する以上の説明は、例示及び説明を目的として提示されている。このような説明は、本発明を網羅的にしようとか、あるいは開示の形態にそっくりそのまま制限することを意図したものではなく、上記教示に鑑みて、多くの修正及び変更が可能であることは明白である。実施形態は、本発明の原理及びその実用に則した適用例を最も分りやすく説明することによって、他の当業者が、その企図する特定の用途に合うようにさまざまな修正を施して、本発明及びさまざま実施形態を最も有効に活用できるように選択され、説明されている。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその等価物によって定義されるものとする。
【００３９】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。
１．測位システム（100）であって、
複数のビーコン送信機（20A〜20D）であって、各ビーコン送信機（20A〜20D）が、それぞれの位置に配置され、円形構成をなすように配置された複数のアンテナ（1〜4）を含んでおり、各ビーコン送信機（20A〜20D）が、複数の基準データを備えた識別信号を送信するように、及び回転アンテナをシミュレートするために、前記円形構成を巡って一度に１つずつ前記アンテナ（1〜4）を次々に選択することにより、前記複数のアンテナ（1〜4）から指向性信号を送信するように構成されている、複数のビーコン送信機（20A〜20D）と、及び
前記複数の識別信号と、前記指向性信号のそれぞれに対応する複数のドップラーシフト指向性信号を受信するように構成された受信機（30）であって、その受信機（30）が、各受信ドップラーシフト指向性信号に関する複数の時間データを生成するように構成され、各受信ドップラーシフト指向性信号、各時間データ、及び各識別信号を利用して、前記受信機の位置を求めるように構成されている受信機（30）とからなる、測位システム（100）。
２．前記受信機（30）が、前記受信ドップラーシフト指向性信号のそれぞれの最小ドップラーシフトを判定するように、及び前記最小ドップラーシフトに対応する各時間データを求めるように構成され、前記受信機（30）が、各最小ドップラーシフト、対応する各時間データ、及び各基準データを利用して、各ビーコン送信機（20A〜20D）に対する前記受信機の複数の角度を求めるように構成され、前記受信機（30）が、求められた各角度及び前記ビーコン送信機（20A〜20D）のそれぞれの各位置を利用して、前記受信機（30）の前記位置を求めるように構成されており、各基準データが、前記ビーコン送信機（20A〜20D）の前記それぞれの位置の１つを含む、上記１の測位システム（100）。
３．各基準データが、前記ビーコン送信機の前記それぞれの位置の１つ、基準方向、及び前記円形構成を巡って一度に１つずつ前記アンテナ（1〜4）を次々に選択することに関連した回転率を含む、上記１の測位システム（100）。
４．前記受信機（30）が、アンテナ（310）、ＦＭ受信機（320）、及びタイマ（330）を含み、前記受信機（30）が、各受信ドップラーシフト指向性信号を前記ＦＭ受信機（320）に入力するように構成され、前記受信機（30）が、前記ＦＭ受信機（320）の出力を利用して、各受信ドップラーシフト指向性信号の最小ドップラーシフトを判定するように構成されている、上記１の測位システム（100）。
５．受信機（30）の位置を求める方法（500、600）であって、
ａ）第１の位置に配置され、第１の円形構成をなすように配置された第１の複数のアンテナ（1〜4）を備える第１のビーコン送信機（20A）から、複数の第１の基準データを有する第１の識別信号を送信するステップと、
ｂ）タイマ（330）を備える前記受信機（30）において前記第１の識別信号を受信するステップと、
ｃ）前記タイマ（330）を起動して、第１の時間データを生成するステップと、ｄ）回転アンテナをシミュレートするために、前記第１の円形構成を巡って一度に１つずつ前記アンテナ（1〜4）を次々に選択することにより、前記第１の複数のアンテナ（1〜4）から第１の指向性信号を送信するステップと、
ｅ）前記受信機（30）において、第１のドップラーシフト指向性信号を受信するステップと、
ｆ）前記第１のドップラーシフト指向性信号の第１の最小ドップラーシフトを判定して、前記第１の最小ドップラーシフトに対応する前記第１の時間データを求めるステップと、及び
ｇ）前記第１の最小ドップラーシフト、前記対応する第１の時間データ、及び前記第１の基準データを利用して、前記第１のビーコン送信機（20A）に対する前記受信機（30）の第１の角度を求めるステップとからなる、方法。
６．ｈ）第２の位置に配置され、第２の円形構成を成すように配置された第２の複数のアンテナ（1〜4）を備える第２のビーコン送信機（20B）から、複数の第２の基準データを有する第２の識別信号を送信するステップと、
ｉ）前記受信機（30）において前記第２の識別信号を受信するステップと、
ｊ）前記タイマ（330）を起動して、第２の時間データを生成するステップと、
ｋ）回転アンテナをシミュレートするために、前記第２の円形構成を巡って一度に１つずつ前記アンテナ（1〜4）を次々に選択することにより、前記第２の複数のアンテナ（1〜4）から第２の指向性信号を送信するステップと、
ｌ）前記受信機（30）において、第２のドップラーシフト指向性信号を受信するステップと、
ｍ）前記第２のドップラーシフト指向性信号の第２の最小ドップラーシフトを判定して、前記第２の最小ドップラーシフトに対応する前記第２の時間データを求めるステップと、
ｎ）前記第２の最小ドップラーシフト、前記対応する第２の時間データ、及び前記第２の基準データを利用して、前記第２のビーコン送信機に対する前記受信機（30）の第２の角度を求めるステップと、及び
ｏ）前記第１の角度、前記第２の角度、及び前記第１及び第２のビーコン送信機の前記第１及び第２の位置を利用して、前記受信機（30）の前記位置を求めるステップとをさらに含み、前記第１の基準データが、前記第１の位置を含み、前記第２の基準データが、前記第２の位置を含む、上記５の方法（500、600）。
７．前記第１の基準データが、第１の基準方向、及び前記第１の円形構成を巡って一度に１つずつ前記アンテナ（1〜4）を次々に選択するステップに関連した第１の回転率をさらに含む、上記６の方法（500、600）。
８．前記第２の基準データが、第２の基準方向、及び前記第２の円形構成を巡って一度に１つずつ前記アンテナ（1〜4）を次々に選択するステップに関連した第２の回転率をさらに含む、上記６の方法（500、600）。
９．前記受信機が、ＦＭ受信機（320）を含み、前記ステップｆ）が、
前記ＦＭ受信機（320）に前記第１のドップラーシフト指向性信号を入力するステップと、及び
前記ＦＭ受信機（320）の出力を利用して、前記第１のドップラーシフト指向性信号の前記第１の最小ドップラーシフトを判定するステップとを含む、上記６の方法（500、600）。
１０．前記ステップｍ）が、
前記ＦＭ受信機（320）に前記第２のドップラーシフト指向性信号を入力するステップと、及び
前記ＦＭ受信機（320）の出力を利用して、前記第２のドップラーシフト指向性信号の前記第２の最小ドップラーシフトを判定するステップとを含む、上記９の方法（500、600）。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、屋内用途に適した、低コストでコンパクトな測位システムが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による測位システムを例示した図である。
【図２】本発明の実施形態によるビーコン送信機を例示した図である。
【図３】本発明の実施形態による受信機を例示した図である。
【図４】本発明の実施形態による測位システムによって送信される複数の信号を例示した図である。
【図５】本発明の実施形態に従って受信機の位置を求めることができるようにする方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に従って受信機の位置を求める方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態による複数の送信信号を例示した図である。
【図８】本発明の実施形態による複数の受信信号を例示した図である。
【符号の説明】
1〜4  アンテナ
20A〜20D  ビーコン送信機
30  受信機
100  測位システム
310  アンテナ
320  ＦＭ受信機
330  タイマ
【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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