(57)【要約】  被験体の生理的特性を検知するための方法およびシステム。少なくとも１つの受信器アンテナを被験体の身体の一部の近傍に設けて、受信器アンテナに伝播して被験体の身体の一部によって、または一部を通して反射、回折、散乱、または伝達された少なくとも１つの送信器信号から生じる、少なくとも１つの受信器信号を得ることができる。１つまたは複数のコヒーレント信号対を形成することができる。次いで、各信号対について、複数の周波数成分の振幅および位相情報を決定することができる。信号の、それぞれの周波数成分位相およびそれぞれの周波数成分振幅を比較することによって、各信号対について、比較値の組を決定することができる。次いで、被験体の生理的特性は、これらの比較値から決定することができる。
2020505179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験体の生理的特性を検知するための方法であって、
前記被験体の身体の一部の近傍に少なくとも１つの受信器アンテナを設けるステップと、
前記受信器アンテナに伝播して前記被験体の身体の前記一部によって、または前記一部を通して反射、回折、散乱、または伝達された少なくとも１つの送信器信号から生じる、少なくとも１つの受信器信号を得るステップと、
第１の受信器信号および第１の送信器信号、または
空間的に分離した受信器アンテナから得られる第１および第２の受信器信号、または
異なる送信器信号に起因する第１および第２の受信器信号、または
１つもしくは複数の受信器アンテナの非直交偏波部から得られる第１および第２の受信器信号、または
複数の受信器アンテナに関連するビームもしくは複数の送信器アンテナに関連するビーム、または
２つ以上の送信器信号の組合せを含む組合せ送信器信号もしくは２つ以上の受信器信号の組合せを含む組合せ受信器信号
を含む、少なくとも第１の信号対を形成するステップと、
前記第１の信号対の中の各信号について、複数の周波数成分の振幅および位相情報を決定するステップと、
前記第１の信号対の中の前記信号の、それぞれの周波数成分位相およびそれぞれの周波数成分振幅を比較することによって、前記第１の信号対について、比較値の組を決定するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの送信器信号が機会の信号を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの送信器信号を提供するために、前記被験体の身体の前記一部の近傍に少なくとも１つの送信器アンテナを設けるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記比較値の組を使用して、前記被験体の前記生理的特性を分析するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記被験体の前記生理的特性を分析するステップが、所与の時における前記比較値の特性を識別するステップ、または前記比較値の時間変動する変化を識別するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記被験体の身体の前記一部が胸部を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記被験体の身体の前記一部が手足を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記被験体の前記生理的特性が、心臓または肺の活動に関連する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記被験体の前記生理的特性が、前記被験体の身体の運動に関連する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記被験体の身体の異なる部分から心臓の反応に起因するタイミング反応差を識別してパルス遅延情報を得るために、時間変動する比較値の相関関係を計算するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記比較値に基づいて、前記被験体が人間であるかどうかを決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の受信器信号が共通の送信器信号に起因するか、または異なる送信器信号に起因するかにかかわらず、前記第１および第２の受信器信号をコヒーレントに受信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１および第２の受信器信号をコヒーレントに受信するステップが、共通の局部発振器を使用して、前記第１および第２の受信器信号を周波数ダウンコンバートするステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１および第２の受信器信号をコヒーレントに受信するステップが、前記第１および第２の受信器信号の同期デジタルサンプリングを実施するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１および第２の受信器信号が、共通の送信器信号に起因するか、または異なる送信器信号に起因するかにかかわらず、１つまたは複数の受信器アンテナの同偏波部を使用して得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１および第２の受信器信号が、共通の送信器信号に起因するか、または異なる送信器信号に起因するかにかかわらず、１つまたは複数の受信器アンテナの直交偏波部を使用して得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１および第２の受信器信号が、第１および第２の送信器信号にそれぞれ起因し、前記第１の送信器信号と第２の送信器信号が、時間、周波数、符号、ビーム、または偏波で分離可能である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
分離可能な前記第１の送信器信号と前記第２の送信器信号がコヒーレントに合成される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
分離可能な前記第１の送信器信号と前記第２の送信器信号が時間的に重複する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
分離可能な前記第１の送信器信号と前記第２の送信器信号が共通の送信器アンテナの直交偏波部を使用して送信される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
分離可能な前記第１の送信器信号と前記第２の送信器信号が、空間的に分離した送信器アンテナを使用して送信される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の信号対が前記第１の受信器信号および前記第１の送信器信号を含み、前記第１の受信器信号が第２の送信器信号に起因する、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の信号対の中の前記信号の、それぞれの周波数成分の位相またはそれぞれの周波数成分の振幅を比較することが、ジョーンズベクトルまたはストークスパラメータを計算することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの受信器信号および前記少なくとも１つの送信器信号が無線周波数（ＲＦ）信号を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記特性に基づいて医療デバイスを制御するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
被験体の生理的特性を監視するためのシステムであって、
少なくとも１つの受信器アンテナと、
プロセッサであって、
前記受信器アンテナに伝播して前記被験体の身体の少なくとも一部によって、または少なくとも前記一部を通して反射、回折、散乱、または伝達された少なくとも１つの送信器信号から生じる、少なくとも１つの受信器信号を得、
第１の受信器信号および第１の送信器信号、または空間的に分離した受信器アンテナから得られる第１および第２の受信器信号、または異なる送信器信号に起因する第１および第２の受信器信号、または１つもしくは複数の受信器アンテナの非直交偏波部から得られる第１および第２の受信器信号、または複数の受信器アンテナに関連するコヒーレントビーム信号もしくは複数の送信器アンテナに関連するコヒーレントビーム信号、または２つ以上の送信器信号の組合せを含む組合せ送信器信号もしくは２つ以上の受信器信号の組合せを含む組合せ受信器信号を含む、少なくとも第１の信号対を形成し、
前記第１の信号対の中の各信号について、複数の周波数成分の振幅および位相情報を決定し、
前記第１の信号対の中の前記信号の、それぞれの周波数成分位相およびそれぞれの周波数成分振幅を比較することによって、前記第１の信号対について、比較値の組を決定する
ように構成されたプロセッサと
を備える、システム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの送信器信号が機会の信号を含む、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
少なくとも１つの送信器アンテナをさらに備える、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
モノスタティックである、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
バイスタティックである、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
前記プロセッサが、前記比較値の組を使用して、前記被験体の前記生理的特性を分析するようにさらに構成される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３２】
前記プロセッサが、所与の時における前記比較値から形成される曲線の特性を識別すること、または前記比較値の時間変動する変化を識別することによって、前記被験体の前記生理的特性を分析するようにさらに構成される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３３】
前記送信器アンテナと前記受信器アンテナのうちの少なくとも１つがベッドまたは椅子に組み込まれる、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３４】
前記第１の受信器信号と第２の受信器信号をコヒーレントに受信する受信器回路構成をさらに備える、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３５】
前記受信器回路構成が、前記第１および第２の受信器信号を周波数ダウンコンバートするための共通局部発振器、ならびに前記第１および第２の受信器信号の同期デジタルサンプリングを実施するための１つまたは複数のアナログデジタル変換器を備える、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
第１の送信器信号と第２の送信器信号をコヒーレントに合成するための送信器回路構成をさらに備える、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３７】
複数の送信器アンテナをさらに備える、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３８】
複数の受信器アンテナをさらに備える、請求項２６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
国外または国内の優先権主張が本出願とともに提出される出願データシートで識別されるあらゆるすべての出願は、米国特許法施行規則１．５７の下で参照によって本明細書に組み込まれる。本出願は、２０１５年１１月９日に出願され、「ＣＯＨＥＲＥＮＴ  ＳＩＧＮＡＬ  ＡＮＡＬＹＺＥＲ」という題名の米国特許出願第１４／９３６，５３６号の一部継続出願である。本出願は、２０１７年２月３日に出願され、「ＨＥＡＲＴ  ＡＮＤ  ＬＵＮＧ  ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ  ＷＩＴＨ  ＣＯＨＥＲＥＮＴ  ＳＩＧＮＡＬ  ＤＩＳＰＥＲＳＩＯＮ」という題名の米国仮特許出願第６２／４５４，４３７号への優先権を主張する。これらの出願の各々は、その全体がここで参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に、送信器、受信器、および／または（チャネル中にある目標物を含む）チャネルについての情報を得るために、波としてチャネルを通して送信器から受信器に伝播された信号を分析するためのシステムおよび方法に関する。より詳細には、本開示は、送信器、受信器、および／またはマルチパスチャネルなどの周波数選択性チャネルについての情報を得るために、（送信器における）コヒーレント信号合成および／または（受信器における）分析を実施することによって、患者または他の被験体について心臓および／または肺の活動を検知するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
伝統的な心臓および肺監視デバイスは、様々な技術を使用して生理的な活動を測定するが、それらは、典型的には、患者との直接の接触を必要とする。聴診器は、鼓動する心臓または呼吸する肺からの音波を増幅する。心電計（ＥＣＧ）は、皮膚に伝達されるときの心臓の電場を監視する。心エコー検査は、超音波反射を介して、心臓壁および弁の運動を評価する。肺の監視は、顔に装着するマスクおよびチューブを通して、呼吸の吸入／呼気を測定するベンチレータを介して行うことができる。
【０００４】
しかし、患者との直接の接触を行うのは、ある種の状況では、望ましくないか、困難、問題があるか、または不可能である場合さえある。たとえば、衛生兵は、戦場で、接触ベースのモニタを使用するのが困難であり得る困難な条件下で、死傷者を処置および評価し、大隊救護所（ＢＡＳ）に死傷者を後送しなければならない。また、トリアージ中の兵士など、ひどく傷ついた人は、接触ベースのモニタでは容易に監視することができない。アルツハイマーの患者は、接触ベースのモニタをはぎ取る場合がある。心的外傷後ストレス障害（ＰＴＳＤ）を有する退役軍人は、平均して、睡眠中の心拍数の増大を含む、慢性心血管覚醒の増加を呈するが、患者が睡眠中に接触ベースのモニタを着用するのは困難である。在宅医療の患者は、モニタを「着用する」のを忘れる場合がある。接触ベースの新生児用、または胎児用心拍数モニタは、監視を可能にするために固定し続けることができない。倒れた兵士または鉱山作業員は、生きている兆候を呈する場合があるが、接触ベースのモニタにアクセス可能でない場合がある。これらの場合、および他の場合に、電磁放射（たとえば、無線周波数（ＲＦ）波）を使用するものなど、遠隔検知技術を採用する監視策から恩恵を被ることができる。
【０００５】
ＲＦ波などの電磁波の伝播および我々の周りの世界と相互作用するときの電磁波の挙動は、長い間研究されてきた。この研究分野の実際の用途には、目標物に向けて波を送信すること、次いで、目標物についての情報を学習するための手段として、目標物と相互作用した後のそれらの波を検出することが含まれる。この目的のために、多くのシステムおよび技法が開発されてきた。それにもかかわらず、送信器、受信器、および／または（チャネル中にある、医療の患者などといった目標物を含む）伝播チャネルについての情報を得るために送受信した信号を使用するための、新規のシステムおよび技法が、依然として必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許公開第２０１３／０３３２１１５号
【特許文献２】米国特許出願第１５／４７８１７９号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｐｒａｔｔら、「Ａ  Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ＸＰＣ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｒｉｃ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ．  ６０，  Ｎｏ．  ７，  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２０１１，  ｐ．  ２０９０４−２０１３
【非特許文献２】Ｓｈａｒｍａら、「Ｃｕｆｆ−Ｌｅｓｓ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｂｌｏｏｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ：  ａ  Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ」、Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ２０１７，  ５（２），  ２１
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
いくつかの実施形態では、被験体の生理的特性を検知するための方法は、被験体の身体の一部の近傍に少なくとも１つの受信器アンテナを設けるステップと、受信器アンテナに伝播して被験体の身体の一部によって、または一部を通して反射、回折、散乱、または伝達された少なくとも１つの送信器信号から生じる、少なくとも１つの受信器信号を得るステップと、第１の受信器信号および第１の送信器信号、または空間的に分離した受信器アンテナから得られる第１および第２の受信器信号、または異なる送信器信号に起因する第１および第２の受信器信号、または１つもしくは複数の受信器アンテナの非直交偏波部から得られる第１および第２の受信器信号、または複数の受信器アンテナに関連するビームもしくは複数の送信器アンテナに関連するビーム、または２つ以上の送信器信号の組合せを含む組合せ送信器信号もしくは２つ以上の受信器信号の組合せを含む組合せ受信器信号を含む、少なくとも第１の信号対を形成するステップと、第１の信号対の中の各信号について、複数の周波数成分の振幅および位相情報を決定するステップと、第１の信号対の中の前記信号の、それぞれの周波数成分位相およびそれぞれの周波数成分振幅を比較することによって、第１の信号対について、比較値の組を決定するステップとを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、被験体の生理的特性を監視するためのシステムは、少なくとも１つの受信器アンテナと、プロセッサであって、受信器アンテナに伝播して被験体の身体の少なくとも一部によって、または少なくとも一部を通して反射、回折、散乱、または伝達された少なくとも１つの送信器信号から生じる、少なくとも１つの受信器信号を得、第１の受信器信号および第１の送信器信号、または空間的に分離した受信器アンテナから得られる第１および第２の受信器信号、または異なる送信器信号に起因する第１および第２の受信器信号、または１つもしくは複数の受信器アンテナの非直交偏波部から得られる第１および第２の受信器信号、または複数の受信器アンテナに関連するコヒーレントビーム信号もしくは複数の送信器アンテナに関連するコヒーレントビーム信号、または２つ以上の送信器信号の組合せを含む組合せ送信器信号もしくは２つ以上の受信器信号の組合せを含む組合せ受信器信号を含む、少なくとも第１の信号対を形成し、第１の信号対の中の各信号について、複数の周波数成分の振幅および位相情報を決定し、第１の信号対の中の信号の、それぞれの周波数成分位相およびそれぞれの周波数成分振幅を比較することによって、第１の信号対について、比較値の組を決定するように構成されるプロセッサとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】マルチパスチャネルで動作する無線周波数（ＲＦ）送信器および受信器を図示する図である。
【図２】マルチパスチャネルなどのチャネルを通って伝播した後の、受信器で測定した信号中の偏波モード分散を特徴づけるためのシステムを図示する図である。
【図３Ａ】１つの送信アンテナおよび２つの空間的に分離した受信アンテナを使用する、送信器−チャネル−受信器システムを分析するためのシステムを図示する図である。
【図３Ｂ】図３Ａで示されるシステムについてコヒーレント信号分散情報を決定するために、周波数成分の位相および／または振幅を比較することができる信号対をリスト化する表である。
【図４Ａ】１つの送信アンテナおよび２つの空間的に分離した二重偏波受信アンテナを使用する、送信器−チャネル−受信器システムを分析するためのシステムを図示する図である。
【図４Ｂ】図４Ａで示されるシステムについてコヒーレント信号分散情報を決定するために、周波数成分の位相および／または振幅を比較することができる信号対をリスト化する表である。
【図５Ａ】１つの二重偏波送信アンテナおよび２つの空間的に分離した二重偏波受信アンテナを使用する、送信器−チャネル−受信器システムを分析するためのシステムを図示する図である。
【図５Ｂ】図５Ａで示されるシステムで使用することができる、分離可能な送信器信号を図示する図である。
【図５Ｃ】図５Ａで示されるシステムで使用することができる、分離可能な送信器信号を図示する図である。
【図５Ｄ】図５Ａで示されるシステムについてコヒーレント信号分散情報を決定するため、周波数成分の位相および／または振幅を比較することができる信号対をリスト化する表である。
【図６】たとえば、図５Ａのシステムから送受信した信号を使用する、コヒーレント信号分析を行うための例示的な方法を図示する図である。
【図７】球体上の例示的なコヒーレント信号分散曲線（ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｓｉｇｎａｌ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｃｕｒｖｅ）を図示する図である。
【図８】たとえば、患者の心臓および／または肺の活動に関連する生理的特性を検出できる生理検知デバイスを示す図である。
【図９Ａ】図８の生理検知デバイスが使用できる１つのアンテナ構成を図示する図である。
【図９Ｂ】図８の生理検知デバイスが使用できる別のアンテナ構成を図示する図である。
【図９Ｃ】図８の生理検知デバイスが使用できる別のアンテナ構成を図示する図である。
【図１０】図８の生理検知デバイスの実施形態により患者から集められた例示の心臓波形を図示する図である。
【図１１Ａ】図８の生理検知デバイスの実施形態により検出された、麻酔したマウスの心臓および肺の活動を図示する図である。
【図１１Ｂ】図８の生理検知デバイスの実施形態により検出された、麻酔したマウスの心臓および肺の活動を図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書に記載されるシステムおよび方法は、送信器、受信器、および／または（チャネル中にある１つまたは複数の目標物を含む）チャネルについての情報を得るために、マルチパスチャネルなどの周波数選択性チャネルを通して送信器から受信器に伝播された信号を分析するのに有用である。本明細書でさらに議論するように、チャネルは、たとえば、患者の身体の胸部などといった、医療患者の身体を含むことができる。本明細書で記載されるシステムおよび方法は、可能な生理的なプロセスの中でもとりわけ、心臓および肺の機能を検出するために使用することができる。これらのシステムおよび方法は、たとえば、マルチパスチャネルを進行した後に受信器に到達する送信信号の修正されたバージョンを生起させるマルチパス伝播効果を利用することができる。（そのようなマルチパス伝播効果は、図１に関して議論される。）受信器で検出される送信信号のこれらの修正されたバージョンは、送信器、受信器、および／またはチャネルについての情報を決定するために、互いに、および／または元々の送信信号自体と比較することができる。
【００１２】
図１は、マルチパスチャネルで動作する無線周波数（ＲＦ）送信器１１０および受信器１２０を図示する。送信器１１０は、ＲＦ波をマルチパスチャネルへと送信するアンテナＴ１を含む。ＲＦ波は、受信器アンテナＲ１によって受信される。マルチパスチャネルは、送信した無線波を、反射、屈折、回折、散乱、または他の方法でマルチパスに沿って受信器アンテナＲ１に到達させる、１つまたは複数の目標物１３０、１３２を含む。
【００１３】
図示された例では、送信器アンテナＴ１からのＲＦ波は、見通し線（ＬＯＳ）経路ならびに目標物１３０、１３２が存在することから生じる２つの他のマルチパスＭ１およびＭ２に沿って、受信器アンテナＲ１に到達する。いくつかの場合では、目標物１３０、１３２により誘起されるマルチパス効果は、時間変動する可能性がある。たとえば、マルチパスチャネル中の目標物は、物理的に移動する場合があり、または、受信器で受信されるＲＦ波に影響を及ぼす何らかの他の時間変動する特性を有する可能性がある。送信器、チャネル、および受信器からの効果からなる集合的な応答は、システム応答、システムインパルス応答、システム伝達関数、時間変動システムインパルス応答、時間変動システム伝達関数などと呼ぶ場合がある。
【００１４】
多くの用途で、マルチパス信号は、望ましくなく、しばしば障害であると考えられる。しかし、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、目標物１３０、１３２の１つまたは複数の特性における変化を含む、伝播チャネル中の変化を検出するために、マルチパス伝播効果（または、他のタイプの周波数選択性チャネルで発生する他の効果）を利用することができる。マルチパス伝播効果は、各マルチパス成分に対し、強め合うもしくは弱め合う干渉、位相偏移、時間遅延、周波数偏移、および／または偏波の変化を（散乱、反射、屈折、回折などを通して）誘起することを含む、多くの方法で送信信号を変化させる場合がある。本明細書に記載されるシステムおよび方法は、チャネル中にある目標物１３０、１３２を含むマルチパスチャネルについての情報を獲得するために、これらの効果のいずれかまたはその他を識別、測定、および／または分析するための技法を使用することができる。しかし、マルチパス伝播チャネルの文脈で本出願の様々な実施形態が記載されるが、本明細書に記載されるシステムおよび技法は、他のタイプの周波数選択性チャネルにも適用可能であることを理解されたい。たとえば、チャネルは、１つの（または多分複数の）経路が、周波数選択性媒体または周波数選択性表面反射など、それ自体が周波数選択性であるものであってよい。
【００１５】
加えて、（チャネル中にある１つまたは複数の目標物を含む）チャネルについての情報を獲得するために使用することの外に、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、送信器および／または受信器についての情報を獲得するためにも使用することができる。たとえば、本明細書で議論されるシステムおよび方法は、送信される信号の偏波状態の変化、送信器アンテナの向きまたは位置の変化、複数の送信器アンテナからの信号の組合せの変化（たとえば、複数の送信信号に適用される振幅および／または位相の重み付け係数の変化）、送信信号間の相対的な遅延の変化などを識別または特徴づけるために使用することができる。同様に、本明細書で議論されるシステムおよび方法は、受信器における同様の効果を識別または特徴づけるために使用することができる。システム応答に影響を及ぼすこれらの効果のいずれかは、送信器、受信器、および／または（チャネル中にある目標物１３０、１３２を含む）チャネルについての情報を獲得するために、識別、測定、および／または分析することができる。
【００１６】
このようにして、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、チャネルだけでなく、送信器および／または受信器も特徴づけることができる。たとえば、送信器および受信器が固定される場合、測定される信号は、チャネルの変化を特徴づけるために使用することができる。しかし、固定したチャネルおよび固定した受信器の場合には、測定される信号は、送信器の位置および／または性質の変化を特徴づけることができる。同様に、固定した送信器およびチャネルの場合には、受信信号は、受信器の位置および／または性質の変化を特徴づけることができる。または、一般的に、測定される信号は、送信器効果、チャネル効果、および受信器効果についての情報を含有する場合がある（これらの効果は、分離可能な場合もあり、そうでない場合もある）。
【００１７】
受信信号は、送信信号とチャネルとの畳み込みを表し、したがって、送信信号の関数である。送信信号がわかっているとき、その知識を受信器が使用して、典型的には送信信号がわかっていない場合よりも非常に正確にシステム応答を推定することができる。この能力には、特に、任意の時間変動するスペクトルの性質を呈するものといった、送信される特定の波形に起因する影響を制限する利点がある。
【００１８】
図２は、マルチパスチャネルなどのチャネルを通って伝播した後の、受信器で測定した信号中の偏波モード分散を特徴づけるためのシステム２００を図示する。偏波モード分散と本明細書で呼ばれる現象は、信号の周波数成分の関数としての、受信信号の偏波状態の変動として一般的に理解することができる（すなわち、偏波状態は、受信信号の異なる周波数成分に対してはっきり変わる）。偏波モード分散は、たとえば、直交偏波により搬送される信号間の遅延拡散と、偏波モード間の電力結合との両方を呈するチャネルで発生する場合がある。偏波モード分散の一例は、チャネルが、場合によっては周波数依存の様態で、垂直偏波経路に対して異なる遅延を有する経路上で垂直偏波を水平偏波へと結合することができ、逆も同様である場合である。各偏波モードで、チャネル中の複素伝達関数利得（振幅および位相）は、周波数の関数として明確な変動を呈し、偏波モード分散をもたらす場合がある。偏波モード分散は、送信器、チャネル、または受信器によって誘起される可能性がある。たとえば、偏波モード分散は、マルチパスチャネルなどの周波数選択性チャネルによって、もしくは送信器における意図的に誘起される偏波モード分散によって引き起こされる場合があり、または互いに対して遅延した受信信号を使用することによって受信器において誘起される場合がある。
【００１９】
図２に図示されるシステム２００は、偏波送信アンテナＴ１を有する送信器２１０を含む。アンテナＴ１は、任意に、垂直、水平、右円もしくは左円、±４５°傾斜などであってよいｘ偏波を有する。システム２００は、二重偏波受信アンテナＲ１を有する受信器２２０も含む。二重偏波受信アンテナＲ１は、ｕ偏波とｖ偏波であり、ここで、ｕとｖは、垂直と水平、右円と左円、＋４５°傾斜と−４５°傾斜などを含む、直交偏波の任意の対を表す。いくつかの実施形態では、ｕ偏波またはｖ偏波は、送信アンテナＴ１のｘ偏波と同偏波であるが、このことは必要ではない。
【００２０】
送信器２１０は、ＲＦ周波数ｆ０に中心がある帯域幅ＢＷの信号ＳＴ１ｘを送信する。これを達成する１つの方法は、帯域幅ＢＷのベースバンド信号を生成し、この信号をＲＦ搬送周波数ｆ０にアップコンバートすることである。結果として得られる信号を、送信器アンテナＴ１を通して送信することができる。あるいは、送信器は、周波数が離れている少なくとも２つのトーンからなる信号を送信することができ、または送信器は、トーンの周波数を掃引すること、もしくはＲＦトーンをパルス発信することができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ周波数ｆ０に中心がある帯域幅ＢＷを有する信号は、デジタル信号処理とその後のデジタルアナログ変換を使用して、直接生成することができる。信号生成の他の方法も可能である。
【００２１】
送信器アンテナＴ１から放出された送信信号は、送信信号の帯域幅ＢＷを有する周波数の全範囲にわたり、ｘ偏波ＲＦ波としてマルチパスチャネルを通して伝播を始める。ここで検討される場合では、マルチパスチャネルは、受信器２２０においてマルチパスの寄与を誘起する１つまたは複数の目標物２３０を含み、このことによって、成分間の経路遅延が十分な広がりを呈する場合、周波数選択性ベクトル伝播チャネル（すなわち、偏波モードのうちの少なくとも１つについての周波数選択性チャネル）が得られる場合がある。受信アンテナＲ１は、送信ＲＦ信号の直交偏波チャネルの修正されたバージョンを検出する。信号ＳＲ１ｕは、検出された信号のｕ偏波成分を表し、一方信号ＳＲ１ｖは、ｖ偏波成分を表す。これらの直交偏波信号は、送信器、チャネル、および／または受信器についての情報を決定するために、受信器２２０で処理することができる。たとえば、送信器および受信器が固定される場合、受信信号は、マルチパスチャネルの変化を検出および特徴づけるために使用することができる。これは、その全体の内容がここで本開示に参照によって組み込まれる、米国特許公開第２０１３／０３３２１１５号で議論される。
【００２２】
いくつかの実施形態では、受信器２２０は、受信したＲＦ信号をダウンコンバートし、アナログデジタル変換を実施する。ダウンコンバートした信号は、同相直交信号成分を含む、任意の好適な形で表すことができる。ダウンコンバートしたＳＲ１ｕ信号およびＳＲ１ｖ信号は、サブバンドごとに分析することができる。たとえば、受信器２２０は、信号を周波数領域におけるＮ個のビンへと変換するために、Ｎ点高速フーリエ変換（ＦＦＴ）または他の好適な変換を実施することができる。これらの周波数ビンの各々を（サブ周波数または副搬送波とも呼ばれる）サブバンドと考えることができる。たとえば、元々送信したベースバンド信号が２０ＭＨｚの帯域幅を有する場合、受信したＳＲ１ｕ信号およびＳＲ１ｖ信号は、２０ＭＨｚ帯域幅を任意の数のサブバンドへと分割し、これらを独立にまたは組み合わせて考えて、送信器−チャネル−受信器システムを周波数の関数として分析することができる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、ジョーンズベクトルまたは（ジョーンズコヒーレンシー行列を計算することにより得ることができる）ストークスパラメータを計算するために、受信器２２０は、ベースバンドＳＲ１ｕ信号およびＳＲ１ｖ信号の周波数領域表現を使用することにより、各サブバンドについての偏波を計算する。これらの計算は、当技術分野で知られており、本明細書に参照によって組み込まれる米国特許公開第２０１３／０３３２１１５号中に例が提供されている。二重偏波（直交偏波）アンテナからの信号を使用して計算すると、これらの計算の結果は、偏波状態の情報である。偏波情報は、アンテナＲ１で受信した、ダウンコンバートしたベースバンド信号の各サブバンドについて計算することができる。偏波は、相対的な意味で測定することができ、または、受信器アンテナＲ１の向きが知られていれば、絶対的な意味で測定することができる。偏波の度数などの偏波の統計値は、信号全体について測定することもできる。あるいは、各サブバンドについて偏波の状態の測定を繰り返すことを使用して、サブバンドと関連する偏波の度数を特徴づけることができる。
【００２４】
偏波状態の情報は、チャネルまたは他の要因によって引き起こされる、偏波モード分散、すなわち偏波モード偏移の周波数依存性を特徴づける。各サブバンドについての偏波の値（たとえば、ストークスパラメータ）を正規化することができ、信号が偏波の単位度数を有するのか有さないのかに依存して、Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３ストークスパラメータをスケーリングして単位量のベクトルが作られる。（十分に小さいサブバンド間隔を使用すると、一般的に、各サブバンド中で、単位元に近い偏波の度数が得られる。）結果として得られる偏波の値を、視覚的な補助として、ポアンカレ球上、またはポアンカレ球の周りにプロットすることができる。たとえば、各サブバンドについて正規化したＳ１、Ｓ２、およびＳ３ストークスパラメータを座標と考えて、点として（単位半径を有する）ポアンカレ球上にプロットすることができる。ポアンカレ球上の各位置は、異なる偏波状態に対応する。複数のサブバンドについてのストークスパラメータがプロットされると、その結果、偏波モード分散（ＰＭＤ）曲線と呼ぶことができる、点の軌跡が得られる。米国特許公開第２０１３／０３３２１１５号で議論されるように、ＰＭＤ曲線を分析して、マルチパスチャネルについての情報を決定することができる。ＰＭＤ曲線は、任意の他のタイプの周波数選択性チャネルについて、または送信器−チャネル−受信器システムの任意の部分についての情報も提供できる。
【００２５】
Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３ストークスパラメータの単位ベクトルへの正規化はいくつかの実施形態で有利であるが、他の実施形態では、パラメータ中の振幅情報を保持することが望ましく、この場合には、Ｓ０値が、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とともに維持されることになる。完全なストークスベクトル［Ｓ０  Ｓ１  Ｓ２  Ｓ３］から取った正規化していないパラメータＳ１、Ｓ２、およびＳ３も３Ｄ空間にプロットすることができるが、一般的に、単位球上に存在する軌跡にとどまることはない。それでも、結果として得られる曲線を分析して、送信器−チャネル−受信器システムについての情報を決定することが依然としてできる。また、ストークスパラメータの形成で使用される信号のＲＦ位相情報を保持することも有用となる場合がある。
【００２６】
図２は、偏波モード分散を分析するためのシステムを図示するが、他のシステムアーキテクチャおよび方法を使用して、送信器−チャネル−受信器システムからの効果を分析することができる。これらの他のシステムアーキテクチャおよび方法は、送信器−チャネル−受信器システムの任意の部分について、価値のある追加情報をもたらすことができる。これらの他のシステムアーキテクチャの例は、図３Ａ、図４Ａ、および図５Ａに図示される。
【００２７】
図３Ａは、１つの送信アンテナおよび２つの空間的に分離した受信アンテナを使用する、送信器−チャネル−受信器システムを分析するためのシステム３００を図示する。システム３００は、送信アンテナＴ１を有する送信器３１０を含む。送信アンテナＴ１は、任意に偏波することができる。システム３００は、２つの空間的に分離した受信アンテナＲ１、Ｒ２を有する受信器３２０も含む。いくつかの実施形態では、受信アンテナＲ１、Ｒ２は、典型的には、送信器３１０により使用されるＲＦ搬送周波数の、少なくとも０．５波長だけ分離される。受信アンテナＲ１、Ｒ２は、互いに同じである必要がない、または送信アンテナＴ１の偏波と同じである必要がない、任意の偏波をそれぞれ有することができる。
【００２８】
送信器３１０は、ＲＦ周波数ｆ０に中心がある帯域幅ＢＷを有する信号ＳＴ１をアンテナＴ１を介して送信する。送信器信号は、たとえば、本明細書に開示される任意の方法で生成することができる。信号は、受信アンテナＲ１、Ｒ２において周波数選択性応答を作り出す１つまたは複数の目標物３３０を有する、マルチパスチャネルなどの周波数選択性チャネルを通して伝播する。たとえば、チャネルは、空間的に分離した受信アンテナＲ１、Ｒ２で受信される、送信信号ＳＴ１の異なる修正されたバージョンを引き起こすことができる。信号ＳＲ１はＲ１で受信した信号を表し、一方信号ＳＲ２はＲ２で受信した信号を表す。受信器３２０は、これらの信号をダウンコンバートして、アナログデジタル変換を実施することができる。本明細書でさらに議論されるように、受信信号ＳＲ１およびＳＲ２は、コヒーレントに受信すること（たとえば、コヒーレントにサンプリングして処理すること）ができる。加えて、これらの信号についての２つの受信器チャネルは、位相および／または利得を一致させることができる。
【００２９】
ＳＲ１信号およびＳＲ２信号がダウンコンバートされてサンプリングされると、ベースバンドのＳＲ１信号およびＳＲ２信号の周波数成分の位相および振幅を比較することができる。これは、（たとえば、フィルタバンクを介して）時間領域で、または周波数領域で行うことができる。たとえば、受信信号の各々を、Ｎ点ＦＦＴ演算を使用して、周波数領域へと変換することができる。この演算は、ダウンコンバートしたＳＲ１信号およびＳＲ２信号の各々の帯域幅を、Ｎ個の周波数ビンへと分割する。ＳＲ１信号およびＳＲ２信号の周波数成分のそれぞれの振幅および位相を、次いで、各サブバンドについて比較することができる。たとえば、信号のうちの一方の周波数成分の振幅は、それぞれの振幅間の差、または振幅比を計算することによって、他方のものと比較することができる。同様に、信号のうちの一方の周波数成分の位相は、それぞれの位相間の差を計算することによって、他方のものと比較することができる。これらは、それぞれの振幅および／または位相を比較するために実施することができる計算のほんのいくつかの例である。多くの他の計算も可能である。たとえば、いくつかの実施形態では、ＳＲ１信号およびＳＲ２信号の周波数成分のそれぞれの振幅および位相を、各サブバンドについてＳＲ１／ＳＲ２信号対を使用して、ジョーンズベクトルまたは（正規化した、または正規化していない）ストークスパラメータを計算することによって、比較することができる。２つの信号の周波数成分の位相および／または振幅を比較するために、他の数学的計算を使用することもできる。
【００３０】
ＳＲ１信号およびＳＲ２信号が二重偏波アンテナから得られた場合、この計算の結果は、（図２に関して上で既に議論したように）偏波情報となる。しかし、受信アンテナＲ１およびＲ２が実質的に共設されない、または必ずしも送信信号の直交偏波成分をサンプリングしないために、ジョーンズベクトルまたはストークスパラメータ計算の結果が偏波を定量化しないことになる。実際には、結果として得られる値は、何ら特定の知られている物理量を記述しない。しかしながら、各周波数サブバンドについての、空間的に分離したアンテナで受信した信号の、それぞれの振幅および／位相の比較は、依然として、送信器−チャネル−受信器システムについての有用な情報を提供することができる。結果として得られる値は偏波値でないが、それらは、依然として、視覚的な補助として、（ポアンカレ球と同様に）単位球上または単位球の周りの各サブバンドについてプロットすることができる。（正規化が適用されている場合、信号は、単位球上に収まり、そうでなければ、一般的に信号は単位球にとどまらないことになる。）しかし、結果として得られる点の軌跡は、偏波モード分散（ＰＭＤ）曲線ではない。その代わり、結果として得られる曲線は、コヒーレント信号分散曲線（ＣＳＤＣ）と呼ぶことができる。さらに、受信信号が互いに比較されること以外に、受信信号ＳＲ１およびＳＲ２の周波数成分の振幅および／または位相を、元々の送信信号ＳＴ１のものと比較することもできる。また、受信信号の周波数成分の振幅および／または位相と元々の送信信号のものとのこの比較は、サブバンドベースで実行することができる。
【００３１】
図３Ｂは、図３Ａで示されるシステム３００についてコヒーレント信号分散情報を決定するために、周波数成分の位相および／または振幅を比較することができる信号対をリスト化する表である。既に議論したように、図３Ａのシステム３００は、１つの送信器チャネル、および空間的に分離したアンテナから得られる２つの受信器チャネルを含む。図３Ｂの表に示されるように、送信器−チャネル−受信器システムについての情報を決定するために、それぞれの周波数成分の位相および／振幅を比較することができる３つの信号対をシステムが提供する。すなわち、２つの受信信号ＳＲ１およびＳＲ２のそれぞれの周波数成分の位相および／振幅を互いに比較することができる。これが、図３Ｂの表中に示される第１の信号対である。加えて、これら２つの受信信号ＳＲ１およびＳＲ２のそれぞれの周波数成分の位相および／振幅を、元々の送信信号ＳＴ１のものと各々比較することもできる。これらが、図３Ｂの表中に示される第２および第３の信号対である。したがって、図３Ａに図示されるシステム３００は、３つのコヒーレント信号分散曲線を提供することができる。これらの曲線の各々を、本明細書で議論されるように分析し、送信器、受信器、および／または（チャネル中の１つまたは複数の目標物の特性を含む）チャネルについての情報を決定することができる。
【００３２】
直前で言及したように、これらの信号対の各々の、それぞれの周波数成分の振幅および／または位相を（たとえば、各サブバンドについて）比較することができる。（既に開示したように、計算することができる比較値の一例は、各信号対の各サブバンドについてのストークスパラメータである。各サブバンドについてのストークスパラメータ（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３）は、以下の式、すなわち、
【００３３】
【数１】
2020505179.tif 000003
【００３４】
、
【００３５】
【数２】
2020505179.tif 000004
【００３６】
、
【００３７】
【数３】
2020505179.tif 000005
【００３８】
、および
【００３９】
【数４】
2020505179.tif 000006
【００４０】
に従って計算することができ、上式で、Ｙ１は、比較される信号の対における第１の信号についての振幅および／または位相情報を有する複素数であり、Ｙ２は、比較される信号の対における第２の信号についての振幅および／または位相情報を有する複素数である。）位相は、受信器３２０において、互いに対する、または局部発振器に対する相対的な意味でのみ測定することができる。代替的に、および／または追加として、位相は、送信器３１０における位相基準（たとえば、局部発振器）に対して測定することができる。（偏波の度数になぞらえられる）周波数分散の統計値は、各サブバンドについて決定することができる。前述または同様の情報を推定するための他の計算は、Ｐｒａｔｔらの、「Ａ  Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ＸＰＣ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｒｉｃ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ．  ６０，  Ｎｏ．  ７，  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２０１１，  ｐ．  ２０９０４−２０１３に記載されるような電力測定から計算することができる。この参照文献では偏波特性を記載するが、前述の技法は、偏波情報をもたらさないものの、本明細書に開示される信号対に適用することができる。したがって、この参照文献は、そのような分析技法を開示するために、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、受信器３２０は、追加の受信信号を得るために、３つ以上の受信アンテナを含むことができる。加えて、いくつかの実施形態では、システム３００のアーキテクチャは示されているものと逆にすることができ、代わりに、２つ以上の送信器信号を送信するための２つ以上の送信器アンテナおよび受信器信号を得るための１つのみの受信器アンテナを含むことができる。（２つ以上の送信器信号を有する実施形態では、送信器信号は、本明細書でさらに議論されるように、コヒーレントに合成することができる。）または、システム３００は、（２つ以上の送信器信号を送信するための）２つ以上の送信器アンテナおよび（２つ以上の受信器信号を得るための）２つ以上の受信器アンテナを含むことができる。いずれの場合も、本明細書に開示されるように、結果として得られる信号対のすべてを使用して、システムを分析することができる。
【００４２】
図４Ａは、１つの送信アンテナおよび２つの空間的に分離した二重偏波受信アンテナを使用する、送信器−チャネル−受信器システムを分析するためのシステム４００を図示する。システム４００は、送信アンテナＴ１を有する送信器４１０を含む。送信アンテナＴ１は、任意に偏波することができる。システム４００は、２つの空間的に分離した受信アンテナＲ１、Ｒ２を有する受信器４２０も含む。いくつかの実施形態では、受信アンテナＲ１、Ｒ２は、典型的には、送信器４１０により使用されるＲＦ搬送周波数の、少なくとも０．５波長だけ分離される。受信アンテナＲ１、Ｒ２は、両方とも二重偏波される。二重偏波受信アンテナＲ１は、ｕ偏波とｖ偏波であり、ここで、ｕとｖは、垂直と水平、右円と左円、＋４５°傾斜と−４５°傾斜などを含む、直交偏波の任意の対を表す。いくつかの実施形態では、ｕ偏波またはｖ偏波は、送信アンテナＴ１の偏波と同偏波であるが、このことは必要ではない。いくつかの実施形態では、第２の二重偏波受信アンテナＲ２もやはりｕ偏波およびｖ偏波される。しかし他の実施形態では、第２の二重偏波受信アンテナＲ２の直交偏波は、第１の受信アンテナＲ１のものと異なってよい。
【００４３】
送信器４１０は、ＲＦ搬送周波数ｆ０に中心がある帯域幅ＢＷを有する信号ＳＴ１をアンテナＴ１を介して送信する。信号ＳＴ１は、本明細書で開示される任意の技法または任意の他の好適な技法を使用して生成することができる。チャネルは、受信アンテナＲ１、Ｒ２への１つまたは複数の信号経路を作る１つまたは複数の目標物４３０を含むことができる。これらの信号経路は、典型的には、空間的に分離した二重偏波受信アンテナＲ１、Ｒ２で受信される、送信信号ＳＴ１の異なる修正されたバージョンを引き起こす、周波数選択性伝播効果をもたらす。第１の受信アンテナＲ１は、送信ＲＦ信号のチャネルの修正されたバージョンの直交偏波成分を検出する。信号ＳＲ１ｕは、第１の受信アンテナＲ１で検出された信号のｕ偏波成分を表し、一方信号ＳＲ１ｖは、ｖ偏波成分を表す。第２の受信アンテナＲ２は、同様に、送信ＲＦ信号のチャネルの修正されたバージョンの直交偏波成分を検出する。信号ＳＲ２ｕは、第２の受信アンテナＲ２で検出された信号のｕ偏波成分を表し、一方信号ＳＲ２ｖは、ｖ偏波成分を表す。
【００４４】
受信アンテナＲ１、Ｒ２の各々からの直交偏波信号成分を、送信器−チャネル−受信器システムについての情報を決定するために、受信器４２０で処理することができる。受信器４２０は、これらの信号をダウンコンバートして、アナログデジタル変換を実施することができる。本明細書でさらに議論されるように、受信信号ＳＲ１ｕ、ＳＲ１ｖ、ＳＲ２ｕ、およびＳＲ２ｖは、コヒーレントに受信すること（たとえば、コヒーレントにサンプリングして処理すること）ができる。加えて、これらの信号についての４つの受信器チャネルは、位相および／または利得を一致させることができる。ＳＲ１ｕ信号、ＳＲ１ｖ信号、ＳＲ２ｕ信号、およびＳＲ２ｖ信号がダウンコンバートされてサンプリングされると、様々な信号対の周波数成分の位相および振幅を比較することができる。これらの異なる信号対については図４Ｂに関して下で記載される。加えて、各信号対についての（何らかの基準に対する）絶対値の周波数成分の位相および振幅を測定することができ、偏波の度数に相当するものなどの信号の統計値も計算することができる。
【００４５】
受信信号ＳＲ１ｕ、ＳＲ１ｖ、ＳＲ２ｕ、およびＳＲ２ｖの各々を、Ｎ点ＦＦＴ演算を使用して周波数領域へと変換することができる。この演算は、ベースバンドのＳＲ１ｕ、ＳＲ１ｖ、ＳＲ２ｕ、およびＳＲ２ｖ信号の各々の帯域幅を、Ｎ個の周波数ビンへと分割する。信号の様々な対のそれぞれの周波数成分の振幅および位相を、次いで、本明細書で議論される任意の計算または任意の他の好適な計算を使用して、各サブバンドについて比較することができる。いくつかの実施形態では、特定の信号対について、それぞれの周波数成分の振幅および位相を、たとえば各サブバンドについてジョーンズベクトルまたは（正規化した、もしくは正規化していない）ストークスパラメータを計算することによって、比較することができる。加えて、絶対値の位相および振幅情報ならびに統計値も測定することができる。
【００４６】
図４Ｂは、図４Ａで示されるシステム４００についてコヒーレント信号分散情報を決定するために、周波数成分の位相および／または振幅を比較することができる信号対をリスト化する表である。既に議論したように、図４Ａのシステム４００は、１つの送信器チャネル、および空間的に分離した二重偏波アンテナから得られる４つの受信器チャネルを含む。図４Ｂの表に示されるように、送信器−チャネル−受信器システムについての情報を決定するために、システム４００は、それぞれの周波数成分の位相および／振幅を比較することができる１０個の信号対を提供する。最初の６個の信号対は、受信信号ＳＲ１ｕ、ＳＲ１ｖ、ＳＲ２ｕ、およびＳＲ２ｖの様々な組合せによって形成される。第１の信号対は、第１のアンテナＲ１で検出されたＲＦ信号から作られる。これらは、ＳＲ１ｕおよびＳＲ１ｖである。第２の信号対は、第２のアンテナＲ２で検出されたＲＦ信号から作られる。これらは、ＳＲ２ｕおよびＳＲ２ｖである。これらの場合の両方で、各対における信号の位相および／または振幅を比較することによって、偏波情報を得ることができる。
【００４７】
異なるアンテナで検出された信号からの、それぞれの周波数成分の位相および／または振幅をやはり比較することによって、送信器−チャネル−受信器システムについての追加情報を得ることができる。全部で４つの信号対を形成して、これらの「アンテナ間」比較を行うことができる。これらは、図４Ｂに示される表における信号対３〜６である。それらは、２つのｕ偏波信号、ＳＲ１ｕとＳＲ２ｕ、２つのｖ偏波信号、ＳＲ１ｖとＳＲ２ｖ、第１のアンテナからのｕ偏波信号と第２のアンテナからのｖ偏波信号、ＳＲ１ｕとＳＲ２ｖ、最後に第１のアンテナからのｖ偏波信号と第２のアンテナからのｕ偏波信号、ＳＲ１ｖとＳＲ２ｕからなる。それぞれの周波数成分の位相および／または振幅のこれらのアンテナ間比較から生じる値（すなわち、図４Ｂに示される表における信号対３〜６から計算される値）は、偏波値ではない。それにもかかわらず、それらは、送信器−チャネル−受信器システムについての（チャネル内の１つまたは複数の目標物に起因する効果を含む）重要な情報を含むことができる。
【００４８】
図４Ｂに示される表における最初の６個の信号対は、受信信号だけから作られる。しかし、受信信号ＳＲ１ｕ、ＳＲ１ｖ、ＳＲ２ｕ、およびＳＲ２ｖの各々を元々の送信信号ＳＴ１と比較することによって、送信器−チャネル−受信器システムについてのさらなる追加情報を得ることができる。これらは、図４Ｂに示される表における信号対７〜１０である。
【００４９】
本明細書で議論されるように、図４Ｂに示される表から、信号対の各々についてのそれぞれの周波数成分の位相および／または振幅を、様々な方法で比較することができる。たとえば、これは、各サブバンドについてジョーンズベクトルまたはストークスパラメータを（たとえば本明細書で開示される式を使用して）計算することによって、サブバンドごとに各信号対について行うことができる。結果として得られる計算値の大部分は偏波値ではないが、それらは、依然として、視覚的な補助として、ポアンカレ球と同様の単位球上または単位球の周りにプロットすることができる。結果として得られる１０個の曲線のうちの２つ（すなわち、図４Ｂの表における信号対１および２から得られるもの）が偏波モード分散（ＰＭＤ）曲線である。他の８個の曲線（すなわち、図４Ｂの表における信号対３〜１０から得られるもの）は、コヒーレント信号分散曲線（ＣＳＤＣ）として記載することができる。これらの曲線の各々を、本明細書で議論されるように分析して、チャネル中の１つまたは複数の目標物の特性を含む、送信器−チャネル−受信器システムについての情報を決定することができる。加えて、各信号対についての絶対値の位相および／または振幅情報ならびに統計値も測定することができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、受信器４２０は、追加の受信信号を得るために、３つ以上の二重偏波受信アンテナを含むことができる。加えて、いくつかの実施形態では、システム４００のアーキテクチャは示されているものと逆にすることができ、代わりに、２つ以上の送信器信号を送信するための２つ以上の（空間的に分離した、および／または二重偏波であってよい）送信器アンテナおよび受信器信号を得るための１つのみの（二重偏波であってよい）受信器アンテナを含むことができる。または、システム４００は、（２つ以上の送信器信号を送信するための）２つ以上の送信器アンテナおよび（２つ以上の受信器信号を得るための）２つ以上の受信器アンテナを含むことができる。いずれの場合も、本明細書に開示されるように、結果として得られる信号対のすべてを使用して、システムを分析することができる。
【００５１】
図５Ａは、１つの二重偏波送信アンテナおよび２つの空間的に分離した二重偏波受信アンテナを使用する、送信器−チャネル−受信器システムを分析するためのシステム５００を図示する。システム５００は、二重偏波である、送信アンテナＴ１を有する送信器５１０を含む。（システム５００は、単一の送信アンテナで図示されるが、複数の空間的に分離した送信アンテナも使用することができる。）二重偏波受信アンテナＴ１は、ｘ偏波とｙ偏波であり、ここで、ｘとｙは、垂直と水平、右円と左円、＋４５°傾斜と−４５°傾斜などを含む、直交偏波の任意の対を表す。システム５００は、２つの空間的に分離した受信アンテナＲ１、Ｒ２を有する受信器５２０も含む。いくつかの実施形態では、受信アンテナＲ１、Ｒ２は、典型的には、送信器５１０により使用されるＲＦ搬送周波数の、少なくとも０．５波長だけ分離される。２つの受信アンテナＲ１、Ｒ２は、二重偏波であってよい。第１の二重偏波受信アンテナＲ１は、ｕ偏波とｖ偏波であり、ここで、ｕとｖは、垂直と水平、右円と左円、＋４５°傾斜と−４５°傾斜などを含む、直交偏波の任意の対を表す。いくつかの実施形態では、ｕ偏波またはｖ偏波は、送信アンテナＴ１のｘ偏波またはｙ偏波と同偏波であるが、このことは必要ではない。いくつかの実施形態では、第２の二重偏波受信アンテナＲ２もやはりｕ偏波およびｖ偏波される。しかし他の実施形態では、第２の受信アンテナＲ２の直交偏波は、第１の受信アンテナＲ１のものと異なってよい。
【００５２】
送信器５１０は、コヒーレントに合成され、搬送周波数ｆ０に中心があり、送信アンテナＴ１を介して送信されるベースバンド波形ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙをそれぞれ提供することができる、２つの波形発生器５０４ａ、５０４ｂを含む。波形発生器５０４ａ、５０４ｂは、以下の波形すなわち、シングルトーン連続波、広帯域雑音、帯域制限雑音、チャープ、ステップ周波数、マルチトーン、パルス、パルスチャープ、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、二相位相変調（ＢＰＳＫ）、リニアＦＭオンパルス（ＬＦＭＯＰ）などのうちのいずれかを提供することができる。しかし、これらは単なる例示の波形であり、所与の用途に適する可能性があるいずれかの所望の任意の波形を含む、多種多様な他の波形を使用することもできることを理解されたい。波形発生器５０４ａ、５０４ｂの各々は独立に動作することができ、任意の所与の時間に異なる波形を提供することができる。いくつかの実施形態では、送信信号は、互いのスケーリングしたバージョン、および／または互いの位相偏移したバージョンであってよい。たとえば、二重偏波送信チャネルを使用するとき、直交偏波チャネル間の相対的な位相および振幅を制御することによって、送信される偏波状態に対する制御がもたらされる。他の実施形態では、たとえば意図的に分散を誘起するために、直交偏波チャネル間で制御した相対的なスケーリングおよび／または偏移をそれぞれが有する、時間遅延した信号を生成することも可能である。
【００５３】
波形発生器５０４ａ、５０４ｂにより作成されたベースバンド波形は、アップコンバータ５０２ａ、５０２ｂに提供されて、ＲＦ搬送周波数ｆ０が中心にされる。ＲＦ搬送周波数は、局部発振器５０８によって提供される。搬送周波数は、局部発振器５０８からアップコンバータ５０２ａ、５０２ｂに信号線５０６ａ、５０６ｂを介して供給される。いくつかの実施形態では、信号線５０６ａ、５０６ｂは、アップコンバータ５０２ａ、５０２ｂにおける搬送周波数の位相コヒーレンシーを維持するために、整合した信号線である。図５Ａに見られるように、単一の局部発振器５０８が両方のアップコンバータ５０２ａ、５０２ｂに供給することができる。あるいは、異なる局部発振器がアップコンバータ５０２ａ、５０２ｂにそれぞれ供給することができる。異なる局部発振器が使用される場合、それらは、位相および周波数が同期していることが好ましい。いくつかの実施形態では、送信器５１０は、送信信号ＳＴ１ｘとＳＴ１ｙがコヒーレントに合成されるように、コヒーレントに動作する。図５Ａは、送信信号をコヒーレントに合成するための１つのシステムを図示するが、他のものも使用することができる。たとえば、送信器５１０は、２つ以上のコヒーレントな連続波またはパルス状（または他のやり方で変調した）ＲＦトーンからなる信号を送信することができる。または、２つ以上のコヒーレントな信号を、デジタル信号処理とその後に続くデジタルアナログ変換を使用して直接生成することができる。コヒーレントな信号生成の他の方法も可能である。
【００５４】
直前で議論したように、いくつかの実施形態では、送信信号はコヒーレントである。様々な送信信号間で位相情報を保持することができる。送信信号間でコヒーレンシーを達成する１つの方法は、アップコンバート処理で使用される共通の局部発振器５０８を共有することである。共通の局部発振器は、マルチチャネル送信器で有利な場合がある。というのは、局部発振器中の任意の障害は、すべてのチャネルに相対的に等しく影響を及ぼす可能性があり、したがって、相対的なチャネル間比較に実質的に影響を及ぼさないためである。いくつかの事例では、局部発振器の位相の制御は、たとえば、各送信信号についての開始位相基準が実質的に同一であることを確実にするのに有利な場合がある（同一でない場合にはわかるので、送信信号間の差異を補償することができる）。いくつかの実施形態では、送信器は、送信器で使用される様々な生成した信号間で、位相、振幅、サンプリング、および周波数の正確な制御を有利に達成することができる。さらに、いくつかの実施形態では、隣接するサブバンドに結合する１つのサブバンド中の所望の信号のエネルギーが、その隣接するバンドで検出される信号よりも著しく小さい（たとえば、２桁以上小さい）ので、局部発振器５０８の位相雑音は無視できる。
【００５５】
加えて、いくつかの実施形態では、送信器中の各信号チャネルは、位相および利得が互いに実質的に一致することができる。この一致を達成するために、補償回路を含むことができる。たとえば、送信器が各チャネルにおいて異なる増幅器回路を含む場合、送信信号および各チャネルにおける増幅器の非線形挙動に応じて、（たとえば、１つのチャネル上の効果が他のチャネルと同一でないといった）非対称な信号歪が発生する可能性がある。そのような挙動は、コヒーレントな一致したシステムに有害である可能性があり、そのため、チャネルにおける位相および振幅の不一致を減少または最小化させるために補償回路を使用することができる。
【００５６】
図５Ａ中の送信器５１０は、前の図中の送信器よりも詳細に示されているが、本明細書で議論される送信器の各々は、送信信号をコヒーレントに合成するために、送信器５１０に関して議論されるものと同様の要素および特徴を含むことができる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、送信信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙは、有利に分離可能である。これは、送信信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙが、受信器５２０によって互いに区別できる性質を有することを意味する。たとえば、送信器で生成される異なる信号は、信号間のクロストークをほとんど生じずに信号を受信器で分離できるように、何らかの意味でほぼ直交することができる。送信器で生成される複数の信号は、各アンテナで異なる信号を使用して、または各信号を送信するために複数のアンテナの異なる線形結合を使用することによって送出することができる。加えて、送信信号は、たとえば、符号間干渉を減少させるのを助ける巡回プレフィックスを採用することができる（非直交副搬送波）。
【００５８】
送信信号の分離特性は、たとえば、時分割多重、周波数分割多重、および／または符号分割多重を使用することを含む、いくつかの異なる方法で達成することができる。固有分解または特異値分解に基づく方法も使用することができる。他の方法も可能な場合がある。時分割多重の場合には、信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙは、受信器が送信信号の各々に対する受信アンテナの各々の応答を区別できるように、異なるタイムスロット期間に送信することができる。しかし、多くの場合、システム５００は、マルチパスチャネルの時間変動する性質を検出するために使用される。したがって、時間変動する性質をより完全に特徴づけるために、信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙの両方を同時に、または重複する時間で送信することが望ましい場合がある。これは、送信信号についてのタイムスロットの長さと比較して短いタイムスケールで監視される変化が発生する場合に、特に成り立つ。信号ＳＴ１ｘとＳＴ１ｙが同時に（または重複する時間期間に）送信されるのが望ましい場合、周波数分割多重、符号分割多重、固有分解、特異値分解、および／または他の方法を使用することができる。
【００５９】
図５Ｂおよび図５Ｃは、図５Ａで示されるシステムで使用することができる、２つの分離可能な送信信号を図示する。図示される例では、２つの送信信号は、周波数分割多重に基づいて分離可能である。図５Ｂは、周波数領域における送信信号ＳＴ１ｘの抽象的表現を示す。信号ＳＴ１ｘの帯域幅（ＢＷ）は、８個のセグメントへと分割されて示されている。斜線領域は、ＳＴ１ｘにより利用される周波数帯を示す。この場合、ＳＴ１ｘは、奇数の周波数サブバンド（すなわち、周波数サブバンド１、３、５、および７）を利用する。一方、図５Ｃは、周波数領域における送信信号ＳＴ１ｙの抽象的表現を示す。今度の場合も、信号ＳＴ１ｙの帯域幅（ＢＷ）は、８個のセグメントへと分割されて示されており、斜線領域は、ＳＴ１ｙにより利用される周波数帯を示す。この場合、ＳＴ１ｙは、偶数の周波数サブバンド（すなわち、周波数サブバンド２、４、６、および８）を利用する。信号ＳＴ１ｘとＳＴ１ｙは周波数が重複しないので、受信アンテナにおけるこれらの送信信号の各々に対する応答は、信号が同時に送信される可能性があるという事実にもかかわらず、別個に決定することができる。送信信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙのこの分離特性は、送信器−チャネル−受信器システムを特徴づけるために取得して分析できる信号対（したがって、コヒーレント信号分散曲線）の数を、著しく増加することを可能にする。図５Ｂおよび図５Ｃが周波数分割多重方式のほんの１つの理想的な例を図示することを理解されたい。多くの他のものを使用することができる。さらに、符号分割多重は図示されていないが、同時または重複する時間に分離可能な信号を送信するために、符号分割多重も使用することができる。
【００６０】
送信器５１０は、アンテナＴ１を介して、ＲＦ搬送周波数にアップコンバートされた、分離可能なベースバンド信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙを送信する。ＳＴ１ｘ信号が送信アンテナＴ１のｘ偏波成分を介して送信される一方、ＳＴ１ｙ信号は送信アンテナのｙ偏波成分を介して送信される。（信号は、ｘ偏波モードとｙ偏波モードの異なる重み付けの組合せを使用して送信できることも可能である。）周波数選択性チャネル（この例では、マルチパスチャネル）は、受信アンテナＲ１、Ｒ２への複数の信号経路を作る１つまたは複数の目標物５３０を含む。これらの複数の信号経路は、空間的に分離した二重偏波受信アンテナＲ１、Ｒ２で受信される、分離可能な送信信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙの異なる変調バージョンを引き起こす、マルチパス伝播効果をもたらす。
【００６１】
第１の受信アンテナＲ１は、受信ＲＦ信号の直交偏波成分を検出する。送信信号ＳＴ１ｘに起因する第１の受信アンテナＲ１における検出信号のｕ偏波成分を表すために信号表記
【００６２】
【数５】
2020505179.tif 000007
【００６３】
を使用することができる一方、信号
【００６４】
【数６】
2020505179.tif 000008
【００６５】
が、送信信号ＳＴ１ｘに起因する第１の受信アンテナＲ１における検出信号のｖ偏波成分を表す。この表記では、任意の所与の受信信号について、下付文字が受信アンテナおよび偏波チャネルを示し、一方上付文字は、その特定の受信信号を励起した送信信号を示す。この表記を使用して、送信信号ＳＴ１ｙに起因するＲ１で検出されたｕ偏波成分およびｖ偏波成分は、それぞれ
【００６６】
【数７】
2020505179.tif 000009
【００６７】
および
【００６８】
【数８】
2020505179.tif 000010
【００６９】
と書くことができる。同様に、送信信号ＳＴ１ｘに起因するＲ２で検出されたｕ偏波成分およびｖ偏波成分は、それぞれ
【００７０】
【数９】
2020505179.tif 000011
【００７１】
および
【００７２】
【数１０】
2020505179.tif 000012
【００７３】
と書くことができる。また、送信信号ＳＴ１ｙに起因するＲ２で検出されたｕ偏波成分およびｖ偏波成分は、それぞれ
【００７４】
【数１１】
2020505179.tif 000013
【００７５】
および
【００７６】
【数１２】
2020505179.tif 000014
【００７７】
と書くことができる。
【００７８】
これらの信号を、送信器−チャネル−受信器システムについての情報を決定するために、受信器５２０で処理することができる。受信器５２０によって実施することができる処理の部分は、送信信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙの各々に起因する、４つのアンテナ入力の各々における信号応答を分離することである。たとえば、第１の受信器アンテナＲ１のｕ偏波成分における応答は、一般的に、それぞれ、ｘ偏波とｙ偏波の両方で送信された送信信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙのチャネルの修正されたバージョンの重ね合わせからなることになる。同じことが、一般的に、第１の受信アンテナＲ１のｖ偏波成分における応答および第２の受信アンテナＲ２のｕ偏波成分およびｖ偏波成分について当てはまる。受信器５２０は、送信信号の各々に起因する、各受信器入力における応答を分離するための、信号分離動作を実施することができる。
【００７９】
送信信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙが、（図５Ｂおよび図５Ｃに示されるように）周波数分割多重を使用して分離可能にする場合、第１の受信アンテナＲ１のｕ偏波成分で受信されるそれぞれの信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙは、送信信号の各々によってそれぞれ使用された周波数成分を分離することによって得ることができる。同じことを、他の３つの受信器入力で受信される信号に行うことができる。もちろん、実施される特定の信号分離動作は、送信信号を分離可能にするため送信器５１０で使用される技法（たとえば、時分割多重、周波数分割多重、および／または符号分割多重）に依存することになる。これらの多重化技法、ならびに固有分解または特異値分解技法などの他の技法を使用して組み合わされた信号を分離するための技法が当技術分野で知られている。任意のそのような分離技法を、受信器５２０が採用することができる。
【００８０】
要約すれば、送信器５１０が複数の信号を送信する場合（特に、複数の送信信号が時間的に一致する場合）、受信器５２０の各入力ポートにおいて検出される応答は、一般的に、複数の送信信号の各々の、送信器、受信器、および／またはチャネルの修正されたバージョンの重ね合わせからなることになる。受信器５２０によって実施される信号分離動作は、各送信信号に起因する、各受信器アンテナの各偏波成分における個別の応答を決定するために、これらの重ね合わされた信号を分離する。図５Ａのシステム５００の場合、信号分離動作の出力は、
【００８１】
【数１３】
2020505179.tif 000015
【００８２】
および
【００８３】
【数１４】
2020505179.tif 000016
【００８４】
信号となる。本明細書で議論されるように、受信器５２０は、チャネル中の１つまたは複数の目標物を含む、送信器−チャネル−受信器システムについての情報を決定するために、これらの信号をコヒーレントにサンプリングおよび処理することができる。
【００８５】
受信器５２０は、
【００８６】
【数１５】
2020505179.tif 000017
【００８７】
および
【００８８】
【数１６】
2020505179.tif 000018
【００８９】
信号をダウンコンバートし、アナログデジタル変換を実施することができる。これは、ダウンコンバータ５２２ａ〜５２２ｄおよびアナログデジタル変換器５２４ａ〜５２４ｄを使用して実行される。これらの構成要素の各々は、一貫した位相および／またはタイミング基準を維持するために、（回路構成に応じて適用可能であるが）共通の局部発振器５２８および／またはクロック信号に接続されて制御することができる。たとえば、信号を一貫した位相基準を使用してダウンコンバートすることができ、アナログデジタル変換器が同期したサンプルを取得することができる。これは、入力信号間の相対的な位相情報がデジタル化した信号で確実に保持されるのを助ける。加えて、受信器で位相のコヒーレンシーを維持するのにさらに助けとなるように、局部発振器５２８からこれらの信号構成要素への信号線５２６ａ〜５２６ｄを整合することができる。図５Ａは、単一の局部発振器５２８を図示するが、複数の発振器が同期する場合には、複数の発振器を使用することができる。アナログデジタル変換器５２４ａ〜５２４ｄから出力されるデジタル信号をメモリ５４０に保存し、分析のためにプロセッサ５５０に送信することができる。図示されないが、受信器５２０は、増幅器、フィルタなどの、信号調整回路構成も含むことができる。加えて、受信器５２０は、中間周波数（ＩＦ）処理ステージを含むことができる。
【００９０】
いくつかの実施形態では、受信信号は、コヒーレントに受信されて分析される。様々な受信信号間で位相情報を保持することができる。たとえば、ダウンコンバート処理で使用した共通の局部発振器５２８を受信信号が共有することができ、デジタル変換の期間に信号を同期してサンプリングすることができる。受信器におけるコヒーレンスは、位相同期、周波数同期、サンプリング同期、ならびに周波数、時間および／または位相での局部発振器同期を含むことができる様々な形で、信号チャネルの同期を必要とする。いくつかの実施形態では、受信器５２０は、送信器５１０ともコヒーレントである場合がある。たとえば、送信器５１０と受信器５２０は、（送信器と受信器が一緒に収容されるモノスタティック実施形態でのように）局部発振器などの共通の位相基準を共有することができる。（これは、たとえば、システムに誘起されるドップラーの広がり特性を可能にすることによって、送信器−チャネル−受信器システムを特徴づけるさらなる方法を提供することができる。）さらに、対象のすべての周波数成分にわたって、（アンテナからアナログデジタル変換器への）受信器信号チャネルで利得および位相が一致すること、および各チャネルへの局部発振器信号利得が実質的に一致することが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、受信器５２０は、様々な受信器チャネル間で、位相、振幅、サンプリング、および周波数の正確な制御を有利に達成することができる。
【００９１】
既に言及したように、受信器チャネルは、位相および／または利得を一致させることができる。いくつかの場合、位相および／または利得の一致は、動的に調整することができる。これは、各受信器チャネルで位相シフト要素および／または増幅器を使用して達成することができる。いくつかの実施形態では、これらの位相シフト要素および／または増幅器を、たとえば較正制御入力に基づいて調整可能とすることができる。較正制御入力は、較正信号を様々な受信器処理チャネルを通過させることにより得ることができる。較正信号に対する各処理チャネルの効果を、ここで決定することができる。各処理チャネルが較正信号に対して有する効果間の差異を減少または除去するために、較正制御入力を生成することができる。たとえば、受信器チャネルのそれぞれの利得間の差異を減少または除去するため、および／またはチャネル間の位相の差異を低減または除去するために、較正制御入力を生成することができる。加えて、異なる動作温度で誘起される場合がある、位相および／または利得の不一致の減少を助けるために、位相および／または利得の一致を温度補償することができる。位相および／または利得の一致を達成するために、デジタル化した信号のデジタル補償も採用することができる。
【００９２】
図５Ａ中の受信器５２０は、前の図中の受信器よりも詳細に示されているが、本明細書で議論される受信器の各々は、受信信号をコヒーレントに受信および分析するために、受信器５２０に関して議論されるものと同様の要素および特徴を含むことができる。
【００９３】
一旦、
【００９４】
【数１７】
2020505179.tif 000019
【００９５】
および
【００９６】
【数１８】
2020505179.tif 000020
【００９７】
信号がダウンコンバートされてサンプリングされると、様々な信号対についてのそれぞれの周波数成分の位相および振幅を、送信器−チャネル−受信器システムについての情報を学ぶ手段として、比較することができる。それらの異なる信号対については、図５Ｄに関して下で記載される。
【００９８】
図５Ｄは、図５Ａで示されるシステム５００についてコヒーレント信号分散情報を決定するため、周波数成分の位相および／または振幅を比較することができる信号対をリスト化する表である。既に議論したように、図５Ａのシステム５００は、（１つの二重偏波送信アンテナからの）２つの送信器チャネル、および（空間的に分離した二重偏波アンテナから得られる）４つの受信器チャネルを含む。図５Ｄの表に示されるように、システム５００は、送信器−チャネル−受信器システムについての情報を決定するために、それぞれの周波数成分の位相および／振幅を比較することができる４４個もの信号対を提供する。
【００９９】
図５Ｄにおける最初の６個の信号対は、第１の送信信号ＳＴ１ｘに起因する、第１の受信器アンテナＲ１および第２の受信器アンテナＲ２における受信信号の様々な組合せによって形成される。これらは、
【０１００】
【数１９】
2020505179.tif 000021
【０１０１】
および
【０１０２】
【数２０】
2020505179.tif 000022
【０１０３】
である。信号対１〜２は、受信アンテナＲ１、Ｒ２のうちの１つで検出された直交偏波成分からそれぞれ作られる。これらの場合の両方で、各対における信号について、それぞれの周波数成分の位相および／または振幅を比較することによって偏波情報を得ることができる。
【０１０４】
異なるアンテナで検出された信号からの、それぞれの周波数成分の位相および／または振幅をやはり比較することによって、マルチパスチャネルについての追加の非偏波情報を得ることができる。図５Ｄにおける信号対３〜６を形成して、これらのアンテナ間比較を行うことができる。それらは、第１の送信信号ＳＴ１ｘから生じ、
【０１０５】
【数２１】
2020505179.tif 000023
【０１０６】
および
【０１０７】
【数２２】
2020505179.tif 000024
【０１０８】
である２つのｕ偏波信号、第１の送信信号ＳＴ１ｘから生じ、
【０１０９】
【数２３】
2020505179.tif 000025
【０１１０】
および
【０１１１】
【数２４】
2020505179.tif 000026
【０１１２】
である２つのｖ偏波信号、第１の送信信号ＳＴ１ｘから生じ、
【０１１３】
【数２５】
2020505179.tif 000027
【０１１４】
および
【０１１５】
【数２６】
2020505179.tif 000028
【０１１６】
である第１のアンテナからのｕ偏波信号と第２のアンテナからのｖ偏波信号、最後に第１の送信信号ＳＴ１ｘから生じ、
【０１１７】
【数２７】
2020505179.tif 000029
【０１１８】
および
【０１１９】
【数２８】
2020505179.tif 000030
【０１２０】
である第１のアンテナからのｖ偏波信号と第２のアンテナからのｕ偏波信号からなる。同じ送信信号ＳＴ１ｘから生じる受信信号のそれぞれの周波数成分の位相および／または振幅のこれらのアンテナ間比較から生じる値（すなわち、図５Ｄに示される表における信号対３〜６から計算される値）は、偏波値ではない。それにもかかわらず、それらは、チャネル内の１つまたは複数の目標物を含む、送信器−チャネル−受信器システムについての重要な情報を含むことができる。
【０１２１】
図５Ｄにおける第２の６個の信号対は、第２の送信信号ＳＴ１ｙに起因する、第１の受信器アンテナＲ１および第２の受信器アンテナＲ２における受信信号の様々な組合せによって形成される。これらは、
【０１２２】
【数２９】
2020505179.tif 000031
【０１２３】
および
【０１２４】
【数３０】
2020505179.tif 000032
【０１２５】
である。共通アンテナ信号対は、受信アンテナＲ１、Ｒ２のうちの１つで検出された直交偏波成分からそれぞれ作られるものである。これらは、図５Ｄ中の信号対７および８である。これらの信号対について、それぞれの周波数成分の位相および／または振幅を比較することによって、偏波情報を得ることができる。しかし、追加の非偏波情報を、アンテナ間信号対から得ることもできる。これらは、図５Ｄ中の信号対９〜１２である。
【０１２６】
図５Ｄにおける次の１６個の信号対（すなわち、信号対１３〜２８）は、第１の送信信号（すなわち、
【０１２７】
【数３１】
2020505179.tif 000033
【０１２８】
）に起因する４つの受信信号の各々を、第２の送信信号（すなわち、
【０１２９】
【数３２】
2020505179.tif 000034
【０１３０】
および
【０１３１】
【数３３】
2020505179.tif 000035
【０１３２】
）に起因する４つの受信信号の各々と個別に対にすることによって形成される。具体的には、信号対１３〜１６は、第１の送信信号ＳＴ１ｘに起因する第１の受信アンテナＲ１で検出されたｕ偏波成分と、第２の送信信号ＳＴ１ｙに起因する（第１の受信アンテナＲ１および第２の受信アンテナＲ２の両方で検出された）受信信号の各々との比較を表す。信号対１７〜２０は、第１の送信信号ＳＴ１ｘに起因する第１の受信アンテナＲ１で検出されたｖ偏波成分と、第２の送信信号ＳＴ１ｙに起因する（第１の受信アンテナＲ１および第２の受信アンテナＲ２の両方で検出された）受信信号の各々との比較を表す。信号対２１〜２４は、第１の送信信号ＳＴ１ｘに起因する第２の受信アンテナＲ２で検出されたｕ偏波成分と、第２の送信信号ＳＴ１ｙに起因する（第１の受信アンテナＲ１および第２の受信アンテナＲ２の両方で検出された）受信信号の各々との比較を表す。最後に、信号対２５〜２８は、第１の送信信号ＳＴ１ｘに起因する第２の受信アンテナＲ２で検出されたｖ偏波成分と、第２の送信信号ＳＴ１ｙに起因する（第１の受信アンテナＲ１および第２の受信アンテナＲ２の両方で検出された）受信信号の各々との比較を表す。したがって、これらの信号対の各々が、「送信信号間」比較と呼ぶことができるものを表す。しかし、いくつかが共通アンテナ、送信信号間比較である一方、他のものは、アンテナ間、送信信号間比較である。それぞれの周波数成分の振幅および／または位相を比較するとき、これらの信号対は、偏波情報をもたらさない。それにもかかわらず、それらは、チャネル中にある目標物を含む、送信器−チャネル−受信器システムについての有用な情報をもたらす場合がある。
【０１３３】
図５Ｄに示される表における最初の２８個の信号対は、受信信号だけから作られる。しかし、８個の受信信号
【０１３４】
【数３４】
2020505179.tif 000036
【０１３５】
および
【０１３６】
【数３５】
2020505179.tif 000037
【０１３７】
の各々を２つの元々の送信信号ＳＴ１ｘおよびＳＴ１ｙの各々と比較することによって、マルチパスチャネルについてのさらなる追加の非偏波情報を得ることができる。これらは、図５Ｄに示される表における信号対２９〜４４である。具体的には、信号対２９〜３０は、第１の送信信号ＳＴ１ｘとそれに起因する４つの受信信号の各々（すなわち、
【０１３８】
【数３６】
2020505179.tif 000038
【０１３９】
および
【０１４０】
【数３７】
2020505179.tif 000039
【０１４１】
）との比較を表す。信号対３３〜３６は、第１の送信信号ＳＴ１ｘと他の送信信号ＳＴ１ｙに起因する４つの受信信号の各々（すなわち、
【０１４２】
【数３８】
2020505179.tif 000040
【０１４３】
および
【０１４４】
【数３９】
2020505179.tif 000041
【０１４５】
）との比較を表す。信号対３７〜４０は、第２の送信信号ＳＴ１ｙと他の送信信号ＳＴ１ｘに起因する４つの受信信号の各々（すなわち、
【０１４６】
【数４０】
2020505179.tif 000042
【０１４７】
および
【０１４８】
【数４１】
2020505179.tif 000043
【０１４９】
）との比較を表す。最後に、信号対４１〜４４は、第２の送信信号ＳＴ１ｙとそれに起因する４つの受信信号の各々（すなわち、
【０１５０】
【数４２】
2020505179.tif 000044
【０１５１】
および
【０１５２】
【数４３】
2020505179.tif 000045
【０１５３】
）との比較を表す。
【０１５４】
図５Ａは、単一の二重偏波アンテナからの２つの送信器チャネルを有するシステム５００を図示するが、２つの送信器チャネルは、代わりに、２つの空間的に分離したアンテナに接続することができる。実際に、システムは、任意の数の空間的に分離した送信器アンテナを含むことができ、それらの各々が、二重偏波であって、各々２つの送信器チャネルを提供することができる。さらに、図５Ａに図示されるシステム５００は２つの受信器アンテナを含むが、システム５００は、単一の受信器アンテナを含む、任意の数の空間的に分離した受信器アンテナを含むことができる。また、それらの各々が二重偏波であって、各々２つの受信器チャネルを提供することができる。多数の送信器チャネルおよび受信器チャネルを有するシステムは、多数のコヒーレント信号分散曲線を提供することができる。たとえば、４送信器チャネル×４受信器チャネルシステムは、分析のために、１００以上のコヒーレント信号分散曲線を提供することができる。しかし、本明細書に図示されるものなどのシステムは、任意の数のコヒーレントな送信器チャネルおよび任意の数のコヒーレントな受信器チャネルを含むことができることを理解されたい。加えて、任意の方向からの電場の送信または受信を可能にするように、送信器および／または受信器によって、三重偏波（ｔｒｉ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）アンテナを使用することができる。
【０１５５】
本明細書では、別個の送信器および／または受信器信号が、別個のアンテナポートの個々の出力と関係するとして記載してきたが、各送信信号が単一のアンテナを介して送信されるものとだけ対応する、または各受信信号が単一のアンテナを介して受信されるものとだけ対応する必要はない。たとえば、基本量としてアンテナポートを採用する代わりに、（送信器側および／または受信器側の）アンテナ素子の重み付けを行った組合せから導出されるビームを代わりに使用することができる。そのような場合、各ビームを、本明細書に記載される分析のための送信器／受信器信号のうちの１つとして取り扱うことができる。これは、コヒーレントシステムの利益の１つである。実施に、これらのビームは周波数依存性であってさえよい。空間的に分離したアンテナの線形な組合せでは、周波数依存性の重みが、周波数の関数として、異なるビームステアリング方向に対応することができる。単一の二重偏波アンテナの線形な組合せでは、周波数依存性の重みは、一般的に、周波数の関数として、異なる偏波に対応することになる。空間と偏波の両方で分離した素子を有するアンテナシステムでは、空間および偏波の次元を含む重み付けした組合せを使用することができる。
【０１５６】
図１、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、および図５Ａのすべてがバイスタティック送信器／受信器構成を図示するが、他の実施形態では、それらは各々モノスタティック構成であってよい。さらに、送信器および受信器は、それぞれ異なるアンテナを使用すると本明細書では記載してきたが、（たとえば、モノスタティックシステム中のように）送信器と受信器の両方で、１つまたは複数のアンテナを共通に共有することができる。これらの場合では、同時に動作するときの送信器と受信器との間の分離を改善するために、サーキュレータ（または、受信器での送信の影響を緩和する他の回路）を採用することができる。複数の分離可能な送信器信号が採用される場合、各受信器信号は、（分離回路により減衰される）共通アンテナに結合される送信器信号からの干渉にさらされるが、他の送信器信号からの対象の信号が直交し、それによって、受信器において分離可能な信号の受信を容易にすることができる。
【０１５７】
加えて、図２、図３Ａ、図４Ａ、および図５Ａは本明細書に記載される測定を実行するためＲＦ信号を使用するが、本概念は、赤外線もしくは可視光信号、紫外線信号、またはｘ線信号など、様々なタイプの電磁放射により搬送される信号を含む、他のタイプの信号に等しく適用できることを理解されたい。加えて、本明細書に記載される概念は、音響信号など、電磁気力以外の他のタイプの波動現象により搬送される送信線または信号に適用することができる。さらに、電場を測定するアンテナの代わり、または電場を測定するアンテナに加えて、磁場を測定するため、代替センサを採用することができる。したがって、本明細書に記載されるシステムは、異なるタイプの信号を使用して動作するように適用することができる。
【０１５８】
図６は、たとえば、図５Ａのシステム５００から送受信した信号を使用して、コヒーレント信号分析を行うための例示的な方法６００を図示する。方法６００は、ブロック６１０で開始し、ここで、たとえば図５Ａに関連して議論されたように、複数の送信信号がコヒーレントに合成される。これらの送信信号は、チャネルを通して受信器（たとえば、受信器５２０）に送信することができる。ブロック６２０で、複数の信号は、マルチパスチャネルなどのチャネルを通して伝播された後に受信される。本明細書でさらに議論するように、いくつかの実施形態では、送信器および／または受信器アンテナは、伝播チャネルが患者または他の被験体の身体の少なくとも部分を含むように、医療患者または他の被験体の身体の近傍に位置することができる。信号は、２つ以上の空間的に分離した受信器アンテナを使用して受信することができる。受信器アンテナは、二重偏波であってよい。受信信号は、（たとえば、送信器５１０を使用して）１つまたは複数の送信信号から生じる場合がある。受信信号は、たとえば図５Ａに関連して議論されたように、コヒーレントに受信および分析すること（たとえば、コヒーレントにダウンコンバートし、同期してサンプリングすること）ができる。受信信号が複数の分離可能な送信信号から生じる場合、この処理は、各送信信号に起因する受信信号を分離するための信号分離動作を実施することを含むことができる。コヒーレントなサンプリングおよび処理は、様々な受信信号間の位相情報を保持することが好ましい。加えて、（モノスタティック構成で共有される局部発振器を使用して可能であるような）位相基準が送信器と受信器の両方の間で共有される場合、位相情報を送受信信号間で保持することができる。
【０１５９】
ブロック６３０で、ブロック６１０および６２０からの送受信信号を、それぞれ、周波数サブバンドに分離することができる。これは、たとえば、フーリエ変換または他の処理を使用して行うことができる。
【０１６０】
ブロック６４０で、送受信信号の複数の対が形成される。図５Ｄは、これらの信号対の例を図示する。一般的に、信号対は、受信信号のみの間、または受信信号と送信信号の間で形成することができる。受信信号と送信信号の間で信号対が形成されると、これらは、受信信号と受信信号が起因する特定の送信信号とを含む対、または受信信号と受信信号が起因するもの以外の送信信号とを含む対を含むことができる。信号対は、同じアンテナまたは異なるアンテナで検出された受信信号間で形成することができる。信号対は、同じ偏波または異なる偏波を有する受信信号間で形成することができる。加えて、信号対は、同じ送信信号に起因する受信信号間、または異なる送信信号に起因する受信信号間で形成することができる。
【０１６１】
ブロック６５０で、ブロック６４０からの各信号対、およびブロック６３０からの各周波数サブバンドについて、周波数成分の位相および／または振幅の比較データを計算することができる。たとえば、信号のうちの一方の周波数成分の振幅は、それぞれの振幅間の差、または振幅比を計算することによって、他方のものと比較することができる。同様に、信号のうちの一方の周波数成分の位相は、それぞれの位相間の差を計算することによって、他方のものと比較することができる。これらの振幅および位相を比較するのに、他の計算も有用な場合がある。たとえば、いくつかの実施形態では、位相および／または振幅比較データの計算は、各信号対の各サブバンドについて、ジョーンズベクトルまたは（正規化した、または正規化していない）ストークスパラメータを計算することによって達成される。（この場合も、各サブバンドについてのストークスパラメータ（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３）は、以下の式、すなわち、
【０１６２】
【数４４】
2020505179.tif 000046
【０１６３】
、
【０１６４】
【数４５】
2020505179.tif 000047
【０１６５】
、
【０１６６】
【数４６】
2020505179.tif 000048
【０１６７】
、および
【０１６８】
【数４７】
2020505179.tif 000049
【０１６９】
に従って計算することができ、上式で、Ｙ１は、比較される信号の対における第１の信号についての振幅および／または位相情報を有する複素数であり、Ｙ２は、比較される信号の対における第２の信号についての振幅および／または位相情報を有する複素数である。）これらの計算は、従来では偏波状態を決定するために使用されているが、これらの計算は、計算が偏波情報をもたらさないような信号対である場合でさえも、解析ツールとして適用することができる。本明細書で議論したように、各信号対のサブバンド比較値ごとの組を、具体的な信号対に応じて、コヒーレント信号分散（ＣＳＤ）曲線または偏波モード分散（ＰＭＤ）と呼ぶことができる。
【０１７０】
直前で言及したように、本明細書に記載される任意のシステムアーキテクチャから得られる各信号対について、ジョーンズベクトルまたはストークスベクトルを形成することができる。前者の表現は、単位ジョーンズベクトルを乗算する複素スケールファクタ（振幅および位相）として書くことができる。相対的な振幅および相対的な位相のみが（単位球上の偏波状態を特徴づけることなどで）対象である場合は複素スケールファクタを無視することができるが、複素スケールファクタにより提供される振幅および位相情報は、検知および他の用途で潜在的に有用な可能性がある。たとえば本明細書に提供される式を使用して、［Ｓ０  Ｓ１  Ｓ２  Ｓ３］という形のストークスベクトルを、各信号対について形成することができる。ストークスベクトルのこの正規化されていない形は、単位元の偏波の度数を有して（すなわち、Ｓ０の二乗が、Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３の二乗の和に等しくて）もよく、有さなくてもよい。しかし、いくつかの実施形態では、偏波の度数が単位元に近くなるように、サブバンド間隔を選択することができる。いくつかの場合では、（たとえば、Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３の二乗の和がＳ０の二乗に等しく、このことによって、本質的に、偏波の単位度数を有する状態が「強制される」ように）、［Ｓ１  Ｓ２  Ｓ３］ベクトルを正規化するのが適切な場合がある。これらの場合のいずれかで、ＣＳＤ曲線またはＰＭＤ曲線をプロットするとき、３Ｄの軌跡は単位球に束縛されないことになるが、いくつかの場合では、ＣＳＤ曲線またはＰＭＤ曲線が単位球に束縛されるように［Ｓ１  Ｓ２  Ｓ３］ベクトルを正規化して単位振幅を持たせるのが有用な場合がある。ＰＭＤの場合、これは、偏波状態（すなわち、信号対に関連する信号間の相対的な振幅および相対的な位相）を考慮することに等しい。これらの表現は、主に相対的な振幅および相対的な位相情報を扱うために、いくつかの振幅および位相情報（複素スケールファクタ）は、この表現を通して保持されない。これらの場合すべてについて、特定の表現で失われる可能性がある信号対に関連する振幅および／または位相情報を保持することが有用である場合がある。振幅および位相は、これらの値を測定するために使用される何らかの基準と相対的であってよい。
【０１７１】
各サブバンドについてのストークスパラメータの組の計算は、各サブバンドについてのストークスベクトルをもたらす。（この場合も、ＣＳＤ信号対についてのストークスベクトルを計算するために、ＰＭＤ信号対についてと同じ式を使用することができるが、ＣＳＤ信号対についてのストークスベクトルは、偏波情報からなるわけではない。）ストークスベクトル（したがって曲線）が単位大きさに正規化されない場合、ベクトルは、信号を分析するのに位相情報に加えて利用できる振幅情報（たとえば、ストークスベクトル中のＳ０項が振幅情報を提供する）を含有する。正規化されていないストークスベクトルから得られたＣＳＤ（またはＰＭＤ）曲線は、必ずしも単位球上に存在するように束縛されないことになる。いくつかの場合では、ＣＳＤおよびＰＭＤ曲線が連続的となる場合がある。しかし、いくつかの場合では、結果として得られる曲線は、連続的でない場合がある点の軌跡である。たとえば、送信偏波がサブバンドで変わる場合、またはより一般的に、送信ポート間の相対的な振幅および位相がサブバンドで変わる場合、結果として得られる曲線は、不連続性を呈する場合がある。
【０１７２】
各信号対について、（たとえば、１つまたは複数のサンプリングによって信号のうちの１つが遅延される）異なる相対遅延について、または（たとえば、２つの信号の副搬送波が同じでなく、意図的にオフセットされる）異なる周波数オフセットについて信号間で周波数成分の振幅および／または位相比較を行うことができる。遅延および周波数におけるこれらのオフセットは、同時に（たとえば、遅延におけるオフセットおよび周波数におけるオフセットを）考慮することもできる。そのような特性は、非相関時間および非相関周波数を確立するのに有用な場合がある。さらに、受信器信号および送信器信号からなる信号対は、比較のため信号を時間的に整合させるために、信号についての遅延差を使用することができる。たとえば、信号の相互相関を使用して、送信器信号を受信器信号と整合させるために使用されるべき遅延を識別することができる。
【０１７３】
ダイナミックＣＳＤ曲線は、直前で記載した技法を時間的に繰り返して適用することによって、決定することができる。これは、受信信号／送信信号の対から、所望の長さのデータの時間窓を抽出することによって行うことができる。次いで、各時間窓について、周波数成分の位相および／または振幅の比較データは、各周波数サブバンドについて計算することができる。次いで時間窓を進めることができ、サブバンドごとの比較値をもう一度計算することができる。このプロセスは、ＣＳＤ曲線の時間領域の挙動を決定するために、求められる限り繰り返すことができる。これらの繰り返しの各々についての時間窓の長さは、たとえば、分析されるべき時間変動する効果のタイムスケールに基づいて選択することができる。
【０１７４】
ブロック６６０で、ブロック６５０からの周波数成分の位相および／または振幅の比較データ（たとえば、コヒーレント信号分散（ＣＳＤ）曲線）を、チャネル中にある目標物の特性を含む、送信器、受信器、および／またはチャネルの特性を決定するために、分析することができる。いくつかの実施形態では、この分析は、球体もしくは他の多様体上またはその周りに各信号対についてのサブバンドごとの比較データをプロットすることによる視覚化を含むことができる。図７は、球体７００上の例示的なコヒーレント信号分散曲線７１０、７２０、７３０を図示する。本明細書で以前に議論したように、偏波状態を視覚化するために、従来ではポアンカレ球が使用されてきた。ポアンカレ球上の各点は、従来では、異なる偏波状態に対応する。球体の反対側の点は、従来では、直交偏波状態に対応する。しかし、偏波情報をもたらさない信号対では、本表現は異なる量に対応する。本明細書に記載されるコヒーレント信号分散曲線７１０、７２０、７３０が偏波情報に関係しないという事実ににもかかわらず、有用な視覚化技法として、ポアンカレ球７００と同様の単位球上または単位球の周りにコヒーレント信号分散曲線７１０、７２０、７３０をプロットすることが依然としてできる。
【０１７５】
ブロック６６０における分析は、所与の時間におけるブロック６６０からの比較データの特性（たとえば、ＣＳＤ曲線の球体上の長さ、形状、位置など）を識別することを含むことができる。対象の特性は、たとえば、比較データを較正データまたは以前に引き出された比較データと関係づけることにより識別することができる。加えて、分析は、時間の関数として、比較データの特性（たとえば、ＣＳＤ曲線の球体上の長さ、形状、位置など）の変化を識別することを含むことができる。比較データの特性は、システムの物理特性に対応することができる。たとえば、ＣＳＤ曲線の長さは、チャネル間の時間的な分散を反映することができ、ＣＳＤ曲線の複雑さは、マルチパス構成を表すことができ、周期的な発振は、送信器−チャネル−受信器システム中の周期的なプロセスを反映することができる。比較データのこれらの性質のいずれか、または他のものを分析することができる。これらの分析は、時間領域、空間領域、および／または周波数領域で行うことができる。たとえば、チャネル内の目標物が周波数ｆｖで振動するが、送信器および受信器は静止を保つと仮定する。ＰＭＤまたはＣＳＤデータから計算されるダイナミックストークスパラメータのうちの１つまたは複数の、おそらく離散フーリエ変換を介したスペクトル分析が、ｆｖにおける周波数成分の存在を表すはずである。他の周波数成分が存在する可能性と、このｆｖ成分の強度が、前記振動する目標物についての有用な情報を提供することができる。したがって、スペクトル分析は、たとえば、ブロック６６０からの比較データの１つまたは複数のスペクトル成分の強度を決定することを含むことができる。マルチパスチャネルについての有用な情報を得るため偏波モード分散曲線を分析するために、多くの技法が、米国特許公開第２０１３／０３３２１１５号で開示される。偏波モード分散曲線とコヒーレント信号分散曲線との間の差異にもかかわらず、本明細書に開示されるＣＳＤ曲線に対して同じＰＭＤ曲線分析技法を適用することができる。したがって、米国特許公開第２０１３／０３３２１１５号は、そのような分析技法の開示のために、その全体が本明細書に参照によって組み込まれる。
【０１７６】
これらの分析の部分としてコヒーレント信号分散曲線に実施することができる様々な演算としては、フィルタ処理、平均化、統計分析、除去、統合、回転、平滑化、相関、固有分解、フーリエ分析、および多くの他のものが挙げられる。
【０１７７】
いくつかの分析では、各コヒーレント信号分散曲線を、全体として曲線を表す単一の値に単純化することが有利な場合がある。これは、たとえば、質量中心演算を使用して行うことができる。コヒーレント信号分散曲線の質量中心が、不要な雑音を効率的、効果的に低減する一方、送信器−チャネル−受信器システムについての有用な情報を依然として提供できることを実験が示している。
【０１７８】
測定されるＣＳＤ曲線におけるばらつきを減少させるために、推定技法を適用することができる。これは、典型的には曲線中の隣接するサブバンドについての値間に相関があるために、実行することができる（すなわち、コヒーレンス信号分散情報は、一般的に、１つのサブバンドから次のもので不連続性を呈すると予想されない）。コヒーレント信号分散曲線のこの性質は、ＣＳＤ曲線推定の品質を改善する技法の使用を可能にする。
【０１７９】
目標物体の物理的な運動についての有用な情報を得るため偏波モード分散曲線を分析するために、多くの技法が、米国特許公開第２０１３／０３３２１１５号で開示される。偏波モード分散曲線とコヒーレント信号分散曲線との間の差異にもかかわらず、本明細書に開示されるＣＳＤ曲線に対して同じＰＭＤ曲線分析技法を適用することができる。したがって、米国特許公開第２０１３／０３３２１１５号は、そのような分析技法の開示のために、その全体が本明細書に参照によって組み込まれる。
【０１８０】
本明細書に記載されるＣＳＤ曲線が米国特許公開第２０１３／０３３２１１５号に記載されるＰＭＤ曲線を超える１つの利益は、ＰＭＤ曲線をはるかに凌駕するＣＳＤ曲線の豊かな多様性である。ＣＳＤ曲線の豊かな多様性のために、チャネル中の目標物体を含む、マルチパスチャネルの所与の時間変動する特性がＣＳＤ曲線のうちの少なくとも１つで明らかになる可能性がはるかに高くなる。
【０１８１】
米国特許公開第２０１３／０３３２１１５号は、ＰＭＤ分析の多くの他の実際の用途を記載する。ＣＳＤを実施するために本明細書に記載されるシステムおよび方法は、おそらくは改善された結果を伴って、それらの用途のいずれにも適用することができることを理解されたい。このようにして、米国特許公開第２０１３／０３３２１１５号は、すべてのそのような実際の用途の開示のために、本明細書に参照によって組み込まれる。
【０１８２】
ＰＭＤおよび／またはＣＳＤ信号を使用する医療監視
（たとえば、図１、図２、図３Ａ、図４Ａ、および／または図５Ａに示されるような）本明細書に記載されるシステムの実施形態は、生理検知デバイスとして使用することができる。これは、たとえば、患者の心臓および／または肺の活動に関連する生理的特性を検出できる生理検知デバイス８００を示す図８に図示される。人間の患者が図示されているが、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、動物の被験体を含む、他の被験体で使用することもできる。生理検知デバイスは、送信器８１０および受信器８２０を含むことができる。送信器８１０は、本明細書に記載される、関連する送信アンテナを有する他の送信器のいずれかのようであってよい。同様に、受信器８２０は、本明細書に記載される、関連する受信アンテナを有する他の受信器のいずれかのようであってよい。生理検知デバイス８００は、ＰＭＤおよび／またはＣＳＤ波形を得るため、本明細書に記載される他のシステムと同様に機能することができる。
【０１８３】
図８に示されるように、送信器８１０は、ＲＦ波を被験体の身体に向けて送信することができ、ＲＦ波は、身体によって、少なくとも部分的に反射、回折、散乱、および／または伝達される。ＲＦ信号は、生物組織に少なくとも部分的に貫通することができ、被験体の身体の内部または外部の生体構造の運動によって変調され得る。変調ＲＦ信号は、次いで受信器８２０によって検出される。図８は、バイスタティック構成を示すが、ＲＦ波の一部が被験体の生体構造によって反射される場合があるために、モノスタティック構造を使用することもできる。いくつかの実施形態では、送信アンテナと受信アンテナの両方を、被験体の身体から１５フィート以内、または被験体の身体から１０フィート以内、または被験体の身体から５フィート以内、または被験体の身体から２フィート以内に配置することができる。いくつかの実施形態では、送信アンテナと受信アンテナは、１２０〜１８０度分離して、身体のおよそ反対側に配置することができる。他の実施形態では、送信アンテナと受信アンテナは、０〜１２０度分離して、身体のおよそ同じ側に配置することができる。
【０１８４】
生理検知デバイス８００は、ＲＦ波を使用して、生体構造の運動を検出することができるため、被験体の身体との直接の接触を必要とすることなく、衣類および他の一般的な障害物を通して、遠くから離れて動作することができる。図８では、ＲＦ波が人間の被験体の胸部に向けて送信されている様子が示される。ＲＦ波を使用して、生理検知デバイス８００は、被験体の鼓動する心臓および／または肺の呼吸に関連する、胸部の中の物理的な運動を検出する。臓器、筋肉、手足、または他の身体部分の運動を含む、これらおよび他の物理的な運動を生理検知デバイス８００が検出することができる。というのは、これらの運動が被験体の身体の内側で発生するときでさえ、そのような運動は、送信器８１０と受信器８２０との間のマルチパスチャネルを変えるためである。マルチパスチャネルに対するそれらの変化は、本明細書に記載されるように、ＰＭＤおよびＣＳＤ応答の変化を誘起する。
【０１８５】
心臓および肺の活動に関連する物理的な運動を検出することによって、生理検知デバイス８００は、いくつかの場合では、典型的な住宅環境において、または臨床の場であっても、従来型手段により取得可能でない場合がある心臓および肺の機能についての有用な医療情報を提供することができ、それにより医療処置および全般的な健康評価の役に立つ。たとえば、生理検知デバイス８００は、医者が、心拍数、心拍リズム、血圧、心臓不整脈、非同期収縮、うっ血性心不全、新生児心拍数、胎児心拍数、血管弾性、僧帽弁逸脱、心臓収縮および弛緩機能、ならびに、肺呼吸数、肺容量、および肺の中の癌検出を監視するのに有益な場合がある情報を提供することができる。したがって、生理検知デバイス８００は、これらおよび他の生理的特性に関連する健康状態を診断および／または処置するのに有益な情報を提供することができる。加えて、生理検知デバイス８００は、従来型医療器具（たとえば、心電計（ＥＣＧ）、心エコー、血圧モニタリング、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）、コンピュータ断層撮影スキャン、Ｘ線スキャンなど）から得ることができるものを補完し、比較することができるデータを提供することができる。これらの実施形態では、デバイス８００からの波形を、従来型医療器具からの波形と同期させて、異なる器具からのデータ間でより良好な比較を可能にすることができる。このことは、たとえば、波形のうちの１つを、他に対して時間シフトすることによって行うことができる。この補完情報は、電気パルスを実際の心臓の運動とリンクさせること、または撮像スキャンを心臓収縮の正確な位相と同期させること、または場合によっては、スキャン／撮像機器の動作を補うことなど、多くの目的で使用することができる。
【０１８６】
生理検知デバイス８００は、被験体との物理的な接触を必要としないため、セットアップして使用するのが簡単である。検知デバイス８００は、いくつか例を挙げると、家庭、病院、医院、作業環境、老人介護施設、刑務所、ベッド、車／飛行機／トラック、動物園、動物愛護センター、医療研究施設（たとえば、マウスおよび他の動物で）、運動競技、運動、およびトレーニングで使用することができる。非接触の生理検知デバイス８００は、数フィート以上離れて被験体を監視することが可能な場合がある。デバイスは、機能するために、被験体と物理的な接触を必要としないために、ＲＦアンテナを様々な位置に配置して、たとえば、検査室の中、病院のベッド上、または待合室の中にいる被験体からさえ実時間データを医療スタッフに提供することができる。生理検知デバイス８００は、座っているまたは眠っているときの、被験体の入院または自宅での監視も可能にすることができる。いくつかの実施形態では、これを達成するために、生理的検知デバイスのための送信および／または受診アンテナは、椅子、ベッド、壁、床、天井、車両などに組み込むことができる。
【０１８７】
上で記載したように、生理検知デバイス８００によって採用された技術を使用して、（たとえば、図３Ｂ、図４Ｂ、および図５Ｄの中の信号対により表されるような）多くの種々の信号を同時に得ることができ、その各々が、特定の生理的特性を検知するのに好適であり得る。さらに、これらのコヒーレントな多様な応答の線形結合を使用して、応答のいくつかの部分を強調または抑制して、心臓および／または肺の診断を助けることができる。このことは、たとえば、本明細書、または、参照によって本明細書にその全体が組み込まれる、２０１７年４月３日に出願され、「ＬＩＮＥＡＲ  ＣＯＭＢＩＮＡＴＩＯＮＳ  ＯＦ  ＴＲＡＮＳＭＩＴ  ＳＩＧＮＡＬＳ  ＢＹ  Ａ  ＲＥＣＥＩＶＥＲ」という題名の米国特許出願第１５／４７８１７９号に記載された技法の組合せのいずれかを使用して達成することができる。
【０１８８】
図９Ａ〜図９Ｃは、生理検知デバイス８００が使用できる様々なアンテナ構成を図示する。これらのアンテナアーキテクチャは、同偏波アレイ（ＣＰ）（図９Ａ）、二重偏波（ＤＰ）アーキテクチャ（図９Ｂ）、および空間偏波（ＳＰ）アーキテクチャ（図９Ｃ）を含む。ＤＰアーキテクチャは、共通の位相中心を共有する直交偏波アンテナ要素を搭載することができる。図９Ｂの図示された実施形態では、各放射体から各受信器へのチャネルは、通常は相関関係がないチャネル応答を有する、２×２の多入力多出力（ＭＩＭＯ）周波数依存性チャネルを含む。図９Ａの中のＣＰアーキテクチャは、空間的に分離され、各発生源についてやはり２×２の周波数依存性ＭＩＭＯチャネルをもたらす、同偏波アンテナ要素を搭載することができる。しかし、ＣＰアーキテクチャの場合には、チャネル利得は、マルチパス構造、特に角拡散に依存して相関関係がある場合もあり、ない場合もある。図９Ｃに図示されるＳＰアーキテクチャは、２つの空間的に分離された、二重偏波アンテナを搭載して、空間と偏波の両方でチャネルの多様性をもたらす。結果として得られるチャネルは、４×４の周波数依存性ＭＩＭＯチャネルであり、ここでも、チャネル相関、特に空間成分は、マルチパス構造に依存することになる。加えて、送信器８１０および受信器８２０が複数のアンテナを含むことができるため、送信器８１０および受信器８２０は、ビーム形成技法を採用して、指向性ビームとして、本明細書で議論される信号のいずれかを送信または受信することができる。これは、複数のセンサからの振動応答を被験体の位置特定のために使用できる用途で有用となる場合がある。これは、たとえばセンサのアレイを使用して可能であり、各振動周波数（心拍数および／または呼吸数）に対して、各ノードからの到着方向を、三角測量で決定することができる。
【０１８９】
ＣＰアーキテクチャの実施形態が図９Ａに描かれ、空間的に分離された同偏波アンテナを組み込んでいる。チャネル応答は、システム中の（送信器から各受信アンテナへの）２つのリンクによって特徴づけられ、受信信号ベクトルは、送信信号と、時間でインデックス付けされたそれぞれのチャネルインパルス応答との畳み込みからなる。
【０１９０】
ＤＰアーキテクチャの実施形態が図９Ｂに描かれる。偏波ベースのアーキテクチャは、ＣＰアーキテクチャを越える潜在的な利点を示す。第１に、空間的に制限される用途では、配備できるアンテナの数に制限がある場合があり（たとえば、１つまたは２つの空間的に分離されたアンテナ）、所与の配備におけるチャネルの数を限定する。そのような場合に、センサチャネルの数を増やすための１つの戦略は、各アンテナ位置に、二重偏波アンテナを採用することである。加えて、偏波チャネル応答は、ほとんど独立であり、このことは、いくつかの用途について有利となる場合がある。ＣＰアーキテクチャとは異なり、チャネル応答成分の平均電力は、典型的には、同一でない。サブチャネル間のフェーディング統計値および相関は、ＣＰアーキテクチャとはやはり異なる場合がある。
【０１９１】
ＳＰアーキテクチャの実施形態が図９Ｃに描かれる。ＳＰアーキテクチャは、ＤＰアーキテクチャとＣＰアーキテクチャの両方に関連する多様性を実現する。
【０１９２】
送信器８１０、送信アンテナ、受信器８２０、および受信アンテナに加えて、生理検知デバイス８００は、１つまたは複数の処理デバイス、メモリデバイス、および／または記憶デバイスも含むことができる。処理デバイスは、たとえば、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、中央処理装置（ＣＰＵ）、画像処理ユニット（ＧＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、または、集めたデータに信号処理アルゴリズムを実行するように構成されている他の処理デバイスであってよい。いくつかの実施形態では、集めたデータは、後で分析するために記憶することができ、一方他の実施形態では、処理デバイスがデータの実時間分析を実行することができる。たとえば、データをバッファに入れて、測定した応答の特徴を強調または識別するための調査を可能にすることができる。これは、（たとえば、看護師または内科医によって）手動で、または処理デバイスによって自動で達成して、対象の特徴を見いだすことができる。生理検知デバイス８００は、ユーザコマンドを受信する、および／または結果を出力するための、１つまたは複数の入出力デバイスを含むこともできる。
【０１９３】
生理検知デバイス８００の様々な特徴は、たとえば、ユーザ入力または自動化したアルゴリズムに基づいて再構成可能であってよい。たとえば、デバイスは、ＲＦ送信電力レベル、アンテナ−被験体スタンドオフ距離および／もしくは相対的な位置関係、ＲＦ搬送波周波数、信号帯域幅およびサブバンド、サンプルレート、送信波形タイプもしくは形状、アンテナ構成（送信アンテナおよび受信アンテナの数およびタイプならびに任意のビーム形成を含む）、受信器データ分析技法（たとえば、デジタルフィルタ）、サブバンド組合せ、サブチャネル組合せなどを指定するためのパラメータを受け入れることができる。いくつかの実施形態では、搬送波周波数は、１０ＭＨｚと６ＧＨｚの間の範囲にわたって調整できるが、他の実施形態では、６ＧＨｚを越える周波数にわたって周波数調節が可能な場合がある。生理検知デバイス８００が複数の周波数で動作できるという事実によって、被験体の身体の中にＲＦ波が貫通する深さにおける多様性、ならびに結果として得られる応答における多様性が実現される。異なる周波数について貫通する深さが異なることによって、異なる応答を利用する画像形成を可能にすることができる。いくつかの実施形態では、生理検知デバイス８００は、産業科学医療用（ＩＳＭ）帯域（たとえば、９１７ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、および５ＧＨｚ近く）で動作することができる。送信信号の帯域幅は、たとえば、６．２５ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲にわたって構成可能であってもよい。デバイス８００は、８０ｄＢ以上のダイナミックレンジを有することもできる。
【０１９４】
図１０は、生理検知デバイス８００の実施形態により患者から集められた例示の心臓波形を図示する。データ収集実験は、人間の被験体から約３フィートの送信器アンテナおよび受信器アンテナを使用することを含んでいる。ＲＦ波が患者の胸部へと向けられると、心臓および肺の応答が一緒に、ＲＦ応答に寄与することができる。いくつかの場合では、心臓および肺の応答を切り離すことが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、これは、累積した受信応答の心臓の部分と肺の部分を分離するために、広い範囲のフィルタ処理オプションを容易にするように送信波形および受信データ処理を設計することによって達成することができる。コヒーレントＭＩＭＯ生理検知デバイス８００で達成される高レベルの多様性は、様々な信号の一部が患者の心臓の活動をより優位に反映することができる一方、他のものは患者の肺の活動をより優位に反映することができるので、この点について極めて貴重である。他の実施形態では、心臓の応答と肺の応答は、測定が行われる間、患者に呼吸を止めるように命令することによって切り離すことができる。図１０に示される測定の場合では、患者は、２ｘ２システムから測定が行われる間、約２０秒の期間、呼吸を止めるように命令されている。患者に呼吸を止めるように命令することによって、心臓の活動に関係する信号を、肺の活動から切り離すことができる。いくつかの実施形態では、生理検知デバイス８００は、患者に命令を出して、測定値を取り込む前に呼吸を止め、測定プロセスが一旦完了したら呼吸の停止を終了することができる。
【０１９５】
図１０は、いくつかの測定パラメータ対時間を描く。各トレースの周期性は、様々な測定が心拍数によって引き起こされることを示している。図１０の中の一番上の波形は、ＥＣＧ波形であり、これが、デバイス８００によって得られた６つのＰＭＤ／ＣＳＤ信号と比較される。心拍数は、信号のすべてで観察することができる。また、親指ベースの単一チャネルＥＣＧシステムと組み合わせた追加測定によって、周期性が心臓の活動によって引き起こされたことが確認された。図において、一部のトレースは、ＥＣＧ波形に対して何らかの類似性を持ち、一方他のものは、同様の周期性を呈するが、異なるテクスチャーを有することに留意されたい。信号の各々は、利用可能な多様性を使用して、心臓が引き起こした応答の異なる「外見」を表す。信号の変化は、様々な異なる生理的または解剖学的特徴に起因することができる。これらの信号は、たとえば、本明細書に開示される技法のいずれかを使用して分析し、生理的特性に関する情報を抽出することができる。心拍数または呼吸数を決定するため、処理は、ＰＭＤ／ＣＳＤ応答における１つまたは複数の対象の周波数成分（たとえば、基本周波数、または優位周波数）を決定するための周波数ドメイン変換のアプリケーションを含むことができる。図１０に図示されるもののような、デバイス８００で生理的特性を検知するために使用される測定パラメータ（時間的に変化するもの、あるいはそうでないもの）としては、以下、すなわち、時間、周波数、または他のドメインにおいて測定される場の成分（電気または磁気）、信号電力、偏波および／またはコヒーレンスパラメータ（ストークスパラメータを含む）、各チャネルについて測定された伝達関数、固有モードパラメータ、およびたとえば、線形結合または非線形演算子などの信号に演算する関数を使用して、受信信号から導出できる任意の他の有用なパラメータが挙げられる。
【０１９６】
いくつかの実施形態では、生理検知デバイス８００は、血圧を離れて測定するために使用することができる。血圧を測定する１つの方法は、（たとえば、参照によって本明細書にその全体が組み込まれる、Ｓｈａｒｍａらによる、Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ２０１７，  ５（２），  ２１の中の「Ｃｕｆｆ−Ｌｅｓｓ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｂｌｏｏｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ：  ａ  Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ」に議論されるような）脈遷移時間（ＰＴＴ）測定の使用することである。これは、生理検知デバイス８００を使用して、被験体の身体の異なる部分から生成される時間ドメインのＰＭＤ／ＣＳＤ信号の相関を計算し、次いで、脈遅延時間を得るために、被験体の身体の異なる部分からの心臓応答に起因するタイミング応答の差異を識別することによって達成することができる。測定した時間ドメインパラメータに、自動相関関数および相互相関関数を実施することによって、時間遅延を推定して、血圧の推定をもたらすことができる。血圧監視のための、この脈遷移時間（ＰＴＴ）技法は、被験体の胸からの応答と、手首などの付属器官からの応答とを比較することを含むことができる。また、頭、首、および／または身体の他の部分からの（応答の比較を含む）情報を使用することもできる。
【０１９７】
いくつかの実施形態では、生理検知デバイス８００を使用して、被験体の運動活動（たとえば、頭、腕、足、胴などの動き）を検出および監視することができる。これらの動きがＰＭＤおよびＣＳＤ応答に変化を誘起し、変化をデバイス８００が検知することができる。これを使用して、たとえば、睡眠時無呼吸を監視する、睡眠品質を評価する、または、被験体が生きているかを評価することができる（被験体が生きているかは、もちろん、心拍または呼吸を監視することに基づいて評価することもできる）。
【０１９８】
いくつかの実施形態では、生理検知デバイス８００を使用して、被験体が人間か動物かを決定することができる。これは、人間と動物の間の、１つまたは複数の異なっている生理的特性を検知することによって行うことができる。たとえば、デバイス８００を使用して、被験体の心拍数を検出することができる。心拍数が人間の心拍数の予想範囲内である場合、デバイス８００は、被験体が人間であると決定することができる。心拍数が人間の心拍数の予想範囲外である場合、デバイス８００は、被験体が何らかの他の生物であると決定することができる。
【０１９９】
デバイスが集めることができる多様なＰＭＤおよび／またはＣＳＤ信号を、ディープラーニング技法を使用して分析し、多様な信号中に存在する可能性がある、異なる生理的または解剖学的情報を識別することができる。たとえば、知られている心臓または肺の異常を有する被験体のグループを確立することができる（たとえば、２段または３段である心房性または心室性異所性拍動などのベースライン無症候性不整脈を有する被験体、収縮不全および弁機能不全を有する被験体のグループなど）。この場合、生理検知デバイス８００を使用して、各被験体から多様なＰＭＤおよび／またはＣＳＤ波形の組を集めることができる。これらの波形は、人工のニューラルネットワークのための訓練データとして使用することができる。この訓練データを使用して、人工のニューラルネットワークを訓練し、心臓または肺の異常の各々に関連する信号の特徴を識別することができる。生理検知デバイス８００が提供する高いレベルの多様性によって可能にされるこのタイプの処理によって、他の方法では認識することがおそらくできない心臓または肺の状態の検出を可能にすることができる。
【０２００】
加えて、生理検知デバイス８００を使用して、心臓電気生理学者の指示および助言の下で、持続的に速度制御した心房細動および人工ペースメーカーを有する被験体からのＰＭＤおよび／またはＣＳＤ波形を集めることができる。不整脈調査で使用することができる、ペースメーカーを有する被験体の例は、心臓の挙動を調べて制御するための埋込型ペースメーカー（たとえば、経カテーテルペースメーカー）を有する羊の使用である。ベースライン慢性不整脈は、拍動間の心臓の動きにおける変動に反映されるべき可変電気機械結合を有し、これを使用して、デバイス８００からの処理済みＲＦ信号の感受性および特異性を評価することができる。人工ペースメーカーのような埋込型デバイスは、他の被験体では可能でないレベルの心臓への直接制御を可能にする。速度、右心室、左心室または両心室の心臓調整などといった変化が埋込型デバイスに行われるとき、生理検知デバイスの測定を観察することを使用して、因果関係を強調することができる。また、さらに、証拠を裏付けるために、埋込型デバイスから直接得られた心臓監視データを、デバイス８００からの測定された応答に相関させることができる。デバイス８００の測定を使用して、左心室駆出率が正常な被験体と低下した被験体の間の、信号強度または信号パターンにおける任意の差異を評価することもできる。
【０２０１】
生理検知デバイス８００によって集められる波形から直接的または間接的に導出することができる伝統的な医学的特性および非伝統的な医学的特性としては、心拍数および心拍リズム、不整脈のＥＣＧ整合、心臓収縮機能、心臓弁機能、心臓弛緩／拡張期学、新生児心拍数、胎児心拍数／リズム、呼吸数および呼吸リズム、肺の中の振動応答、呼吸容量が挙げられる。他のものも可能である。
【０２０２】
図１１Ａは、生理検知デバイス８００の実施形態により検出された、麻酔したマウスの心臓および肺の活動を図示する。特に、図１１Ａは、マウスの心臓の鼓動および呼吸を示す。
【０２０３】
分離可能な送信波形および本明細書で議論される他の技法ならびに米国特許出願第１５／４７８１７９号（既に、その全体が参照によって組み込まれている）に起因して、任意の複合重み付けで受信器信号を線形に組み合わせ、それによって、所望の現象の検出を改善することが可能である。線形重み付けの例が、図１１Ｂに示される。
【０２０４】
図１１Ｂは、受信信号の線形の組合せがどのようにして受信信号のある態様を強調できるのかを示す。図１１Ａに図示されるものなどの、受信信号の線形の組合せを適用することによって、図１１Ｂのプロットは、各呼吸サイクルの開始を強調している。
【０２０５】
ＣＳＤ曲線は、チャネル内の任意の目標物の状態を含む、送信器−チャネル−受信器システムに著しく依存すると考えられる。（たとえば、分析される帯域幅にわたって送信信号が適切な信号強度を有する限り、ＣＳＤ曲線は、送信信号の特定の内容または性質に対してより低く、潜在的にははるかに低く依存する場合がある。）言い換えれば、ＣＳＤ曲線は、送信器に影響を及ぼす要因（送信アンテナ位置／動き、送信偏波、ビームパターンなど）、受信器に影響を及ぼす要因（受信器アンテナ位置／動きおよびビームパターンなど）、およびチャネル応答をもたらす要因に強く依存すると考えられる。ＣＳＤ曲線は、送信アンテナおよび受信アンテナの位置に関する、散乱体目標物の物理的な運動を含む、周波数選択性環境における物理的な変化に応じて変わることになる。これは、時間的に所与の瞬間におけるＣＳＤ曲線の特性を使用して、潜在的にＣＳＤ曲線を作った送信信号の知識なしに、チャネル中にある目標物（たとえば、患者または他の被験体）の具体的な状態を含む、具体的なマルチパスチャネルを識別することができる。
【０２０６】
この性質の１つの応用は、チャネル中にある患者などの目標物についての有用な情報を決定するために、送信信号が必ずしも知られている必要がないことである。その代わり、送信信号として、機会の信号（たとえば、生理検知デバイス８００以外の被験体の環境中のデバイスによって送信される信号）を使用することができる。そのような実施形態では、生理検知デバイス８００は、送信器８１０または送信アンテナを必ずしも含む必要がない。機会の信号としては、たとえば、セルラー電話信号、インターネットホットスポットからのＷｉ−Ｆｉ信号、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ使用可能デバイスからのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ信号、および多くの他のものが挙げられる。機会の信号の別の例は、ベビービデオモニタにより送信されるものである。これらのデバイスは、乳児の心臓の活動、肺の活動、および／または運動活動（および／または近くの被験体の存在）を監視するために、生理検知デバイス８００が使用することができる無線周波数信号を放出する。別の応用は、目標を区別するため検出した心拍数を使用することである。たとえば、成人の心拍数対乳児の心拍数もしくは胎児の心拍数、または齧歯動物もしくは犬。これは、乳児を監視する用途で、またおそらくは周囲の安全対策でも関心対象となるものである。これらの信号は、被験体の心臓または肺の活動についての情報を知るために本明細書で議論したシステムおよび技法を使用して受信および分析することができる。病院または他の診療環境は、ワイヤレス信号の送信に関する厳格な規制がある場合がある。したがって、生理検知デバイス８００がそれ自体の送信器を必要とせず、既存の機会の信号の使用を代わりに行うことができる場合、有利になることができる。システムは、本明細書で議論されるように、それらの既存の送信信号を受信して処理することによって、１つまたは複数のＣＳＤ曲線を生成することができる。受信器と知られていない機会の送信信号との間の伝播チャネル中に被験体の心臓または肺が存在する場合、ＣＳＤ曲線のうちの１つまたは複数は、心臓または肺の活動によって引き起こされる運動についての情報を含む可能性がある。この運動（心拍数または呼吸数または関連するリズムなど）は、たとえば、ＣＳＤ情報の周波数内容を分析することによって決定することができる。
【０２０７】
ＲＦ波を遠隔検知のため効果的にさせるその特性が、その性能を劣化させる可能性−浸透性をも有している。ＲＦベースの生理検知デバイスの有効検知ゾーンは、アンテナの視界によって規定されることになる。したがって、このゾーン内の任意の検出可能レベルの運動が、被験体の心臓および肺の応答と分離可能であることが有利となる。これは、以下の方法で対処することができる。（１）妨害の影響を減少または最小化するため、たとえば、被験体近くにアンテナを配置することといった、慎重な物理的配備による方法。（２）検出される速度に関連する通過帯域の外の環境の変化をデジタル信号処理、フィルタ処理することによる方法。（３）デジタル信号処理において、不要な応答をフィルタ除去し、背景雑音から所望の信号を引き出すため、サブチャネル間でコヒーレンスを活用する方法。（４）異なる範囲で応答を減少させるための整合フィルタ処理を使用する方法（これは、バイスタティックレーダのようなものである）。
【０２０８】
生理検知デバイス８００の配備によって、軍医療に劇的な影響を及ぼす可能性がある。というのは、看護の４つの役割にわたって実施および適用できるためである。役割１の状況では、デバイス８００は、看護のいくつかの点で重要な情報を提供することができる。第１は、戦場で死傷者を処置および評価して、大隊救護所（ＢＡＳ）に死傷者を後送する衛生兵を支援することであってよい。デバイス８００は、モジュール式（潜在的に手持ち式）であって、軍用ジープ（Ｈｕｍｖｅｅ）の救急車の後部において、担架に縛られた患者の上で整えることができる。この状況では、衛生兵は、厄介すぎて戦場の状況で配備することができないＥＫＧを使用することなく、患者が心不全を起こしているかが迅速にわかることになる。同じことが、ＢＡＳにおける使用について当てはまる。ＢＡＳでは、ＥＫＧは、同様に実用的でないことになる。患者の非侵襲的な心臓監視は常に望ましい一方で、ＢＡＳにおけるその使用によって、大量の死傷者がいる状況でのトリアージをも容易にすることになる。役割２の医療処置シナリオでは、デバイス８００は、それぞれの「診療所」を運営する衛生兵および医師助手を助けることができ、特に、前線外科チーム（ＦＳＴ）で配備される外科医を助けることができる。外科医が、ＥＫＧを設定するのではなくデバイス８００を使用して６０〜１２０秒早く手術を始めることが可能な場合、より効果的で、いくつかの場合には命を救う看護が可能となる。役割３および役割４の医療看護のシナリオでは、デバイス８００は、手術の期間に、ＥＫＧに対して補完する役割を担当することができる。デバイス８００は、担持領域中の患者の、幅広い心臓監視における固有の新しい機能を担当することもできる。たとえば、戦闘支援病院の担持領域中の患者にまれであるが重大な心臓のイベントが生じた場合、デバイス８００は、検出して、医療スタッフに警告することができる。まとめると、生理検知デバイス８００が医療看護の役割を通して行うために、生理検知デバイス８００は、軍の医療に劇的な影響を及ぼし、戦場の死傷者の効果的な処置において究極の助けとなることができる。
【０２０９】
実施形態は、添付図面に関して記載されてきた。しかし、図は、原寸に比例して描かれていないと理解されたい。距離、角度などは、単に例示であり、図示されるデバイスの実際の寸法およびレイアウトに対し必ずしも正確な関係を持たない。加えて、上記の実施形態は、当業者が本明細書に記載されるデバイス、システムなどを作って使用することが可能な詳細さのレベルで記載されてきた。多種多様な変形形態が可能である。構成要素、要素、および／またはステップは、変更、追加、除去、または再配置することができる。ある実施形態が明示的に記載されている一方で、この開示に基づいて、当業者には他の実施形態が明らかとなろう。
【０２１０】
本明細書に記載されるシステムおよび方法は、たとえば、コンピュータソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またなソフトウェア、ハードウェア、およびファームウェアの任意の組合せを使用して有利に実装することができる。ソフトウェアモジュールは、本明細書に記載される機能を実施するためのコンピュータ実行可能なコードを含むことができる。いくつかの実施形態では、コンピュータ実行可能なコードは、１つまたは複数の汎用コンピュータによって実行される。しかし、当業者は、本開示に鑑みて、汎用コンピュータ上で実行されるソフトウェアを使用して実装され得る任意のモジュールを、ハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアの異なる組合せを使用して実装することもできることを理解されよう。たとえば、そのようなモジュールは、集積回路の組合せを使用して、完全にハードウェアで実装することができる。代替または追加として、そのようなモジュールは、汎用コンピュータによってではなく、むしろ本明細書に記載された具体的な機能を実施するように設計された専用コンピュータを完全にまたは部分的に使用して実装することができる。加えて、少なくとも部分的にコンピュータソフトウェアによって実行される、または実行することができる方法が記載されているが、そのような方法は、コンピュータまたは他の処理デバイスによって読み取られると、コンピュータまたは他の処理デバイスに方法を実行させる非一時的コンピュータ可読媒体（たとえば、ＣＤまたはＤＶＤなどの光学ディスク、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、ディスケットなど）上で提供することができることを理解されたい。
【０２１１】
当業者は、本開示に鑑みて、複数の分散コンピューティングデバイスが、本明細書に説明される任意の１つのコンピューティングデバイスを代替することができることも理解されよう。そのような分散型の実施形態では、１つのコンピューティングデバイスの機能は、いくつかの機能が分散コンピューティングデバイスの各々で実施されるように分散される。
【０２１２】
ある実施形態が明示的に記載されている一方で、この開示に基づいて、当業者には他の実施形態が明らかとなろう。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照することにより規定されることが意図され、明示的に記載されている実施形態に単純に関係して規定されることは意図されない。
【符号の説明】
【０２１３】
１１０  無線周波数（ＲＦ）送信器
１２０  受信器
１３０  目標物
１３２  目標物
２００  システム
２１０  送信器
２２０  受信器
２３０  目標物
３００  システム
３１０  送信器
３２０  受信器
３３０  目標物
４００  システム
４１０  送信器
４２０  受信器
５００  システム
５０２ａ  アップコンバータ
５０２ｂ  アップコンバータ
５０４ａ  波形発生器
５０４ｂ  波形発生器
５０６ａ  信号線
５０６ｂ  信号線
５０８  局部発振器
５１０  送信器
５２０  受信器
５２２ａ  ダウンコンバータ
５２２ｂ  ダウンコンバータ
５２２ｃ  ダウンコンバータ
５２２ｄ  ダウンコンバータ
５２４ａ  アナログデジタル変換器
５２４ｂ  アナログデジタル変換器
５２４ｃ  アナログデジタル変換器
５２４ｄ  アナログデジタル変換器
５２６ａ  信号線
５２６ｂ  信号線
５２６ｃ  信号線
５２６ｄ  信号線
５２８  局部発振器
５３０  目標物
５４０  メモリ
５５０  プロセッサ
７００  ポアンカレ球
７１０  コヒーレント信号分散曲線
７２０  コヒーレント信号分散曲線
７３０  コヒーレント信号分散曲線
８００  生理検知デバイス
８１０  送信器
８２０  受信器
【図１】
2020505179.tif 000050
【図２】
2020505179.tif 000051
【図３Ａ】
2020505179.tif 000052
【図３Ｂ】
2020505179.tif 000053
【図４Ａ】
2020505179.tif 000054
【図４Ｂ】
2020505179.tif 000055
【図５Ａ】
2020505179.tif 000056
【図５Ｂ】
2020505179.tif 000057
【図５Ｃ】
2020505179.tif 000058
【図５Ｄ】
2020505179.tif 000059
【図６】
2020505179.tif 000060
【図７】
2020505179.tif 000061
【図８】
2020505179.tif 000062
【図９Ａ】
2020505179.tif 000063
【図９Ｂ】
2020505179.tif 000064
【図９Ｃ】
2020505179.tif 000065
【図１０】
2020505179.tif 000066
【図１１Ａ】
2020505179.tif 000067
【図１１Ｂ】
2020505179.tif 000068
【国際調査報告】
2020505179.tif 000069