JP2015520848A - 分散型位置決め及び協同的な挙動決定 - Google Patents

Abstract

物体群の間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のシステム及びその関連する方法論において、複数の物体のそれぞれに関連付けられるインタラクティブタグは、各物体に、その他の近くの物体に関する相対ポジションデータ及び状態情報を提供する。 この情報を用いて、各物体は、必要ならば挙動を修正してより効果的に目標を達成すべく、近くの物体のポジション及び動作を含む、環境の空間認識を持つようになる。

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１３年４月３０日出願の米国非仮出願第１３／８７３，６３１号、２０１２年５月１日出願の米国仮特許出願第６１／６４１，２０１号、２０１２年５月２９日出願の米国仮特許出願第６１／６５２，３４７号、及び２０１３年３月５日出願の米国仮特許出願第６１／７７３，０６３号に関し、それらの優先権の利益を主張するものであり、これら全ては、本明細書に全文が記載されたものとして、全ての目的に対してその全体が参照としてこれにより組み込まれる。

本発明の実施形態は、概して物体の相対ポジションの決定に関し、特には、とりわけアクティブな距離決定リソースを用いた協同的位置決め及び挙動決定に関する。

センサ融合とは、結果的に得られる情報が、個別に用いられた場合よりも、ある意味では、より良いものになるように、異なるソースからの感覚データまたは感覚データから得られるデータを組み合わせたものである。比べて、データ融合は、複数のデータ及び同一物体を表わす知識を統合して、整合性のある、正確で有益な表現にする処理である。どちらの場合も全体的な目標は、より正確でより完全な、またはより信頼性のある結果を提供することである。

融合処理のためのデータソースは、同質のセンサに由来すると特定されない。実際、同じ目標に関連する異なるデータソースが、より正確で、より信頼性のある結果を提供し得ると主張することもできるだろう。「より良い」データを提供すべく複数の感覚データを融合することは見事なことだが、より良いデータそれ自体が不十分であることが多い。これは、空間データまたはポジションデータの挙動使用に関して特に当てはまる。

人が正確なロケーションを知ることは、歴史上長く探究されてきた。正確な地図と組み合わされたポジションの知識を有することで、Ａ点からＢ点へ行く際の数々の困難が解決されるであろうと思うだろう。しかしＧＰＳシステムはユビキタスであるにも関わらず、人々は道に迷い続け、交通渋滞は変わらず起こり、未だに衝突の脅威にさらされている。実際、そのようなシステムは問題を悪化させていると主張する向きもあるであろう。従来技術に欠けているものは、ユーザに、挙動修正の基を形成できる、空間情報だけでなく関係情報も提供する異なるポジション決定リソースの融合である。特に欠けているものは、複数の位置決め技術を適切に組み合せて、絶対及び相対位置決めの両方の理想的な利益を同時に得る手段である。

ＧＰＳは絶対位置決めの例であり、経路計画をサポートすること、長距離の位置決めに関する通信を容易にすること、世界のどこに何があるのかについての永続的な理解の提供、の恩恵をもたらす。相対位置決めは、ロバストで、より正確であるという利点を有し、外部のソース（すなわち衛星）への接続を必要としない。先行技術の教えは、両手法の利益を得る手段を提供してこなかった。本発明の１または複数の実施形態が、これらの及び他の、先行技術の欠点に取り組む。

本発明の追加的な利点及び新規特徴は、一部が後に続く説明で記載され、一部が後に続く明細書を検討することで当業者に明らかとなり、または本発明を実施することで理解されるであろう。本発明の利点は、媒介、組み合わせ、構成の手段によって、及び添付の特許請求の範囲で特に示す方法によって、実現され、達成され得る。

これより、物体群の間での分散型位置決め及び協同的な挙動決定のシステム及びそれに関連する方法論を例示的に提示する。本発明の一実施形態において、インタラクティブタグは複数の物体のそれぞれに関連付けられ、複数の物体は各タグに対し、その他の近くの物体に関する相対ポジションデータ及び状態情報を提供する。この情報を使用して、各物体は、必要ならば挙動を修正してより効果的に目標を達成すべく、近くの物体のポジション及び動作を含む、最近隣の物体の空間認識を環境において持つようになる。

物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の一方法の実施形態は、１または複数の近くの物体の存在を特定することから始まり、それから１または複数の近くの物体のそれぞれの関係ロケーションを決定する。そのような関係ロケーションを持たせる手段は、一実施形態によると、既知のロケーションに配置された位置決めモジュールまたは検出モジュールなどのセンシングインフラストラクチャの存在に依存する。

インフラストラクチャが存在するある実施形態において、位置決めモジュールまたは検出モジュールは環境の中に組み込まれており、それぞれは、例えばＧＰＳポジションに基づき、または地図内で自身の地理空間ロケーションを知るべくプログラムされる。他の近くの物体は正確な地理空間ロケーションを知り得ない。しかしながら、自身のロケーションを知るポジションモジュールが存在する限り、ポジションモジュールを、これらの既知のロケーションを参照してその他の近くの物体の絶対ポジションの計算に利用することができる。

既知のロケーションにある各物体（ポジションモジュールに基づき、一旦そのポジションを決定するポジションモジュールまたは近くのモジュール）は、範囲内でその他の近くの物体までの距離を測定可能である。これらの物体のそれぞれは、見通し外送信を使ってこの距離データを共有するデータ通信手段をさらに含む。本発明の一実施形態によれば、それから各物体は、各物体の固有の識別及びポジションモジュールの既知のポジションを含む距離測定値をその他の物体へ同報可能である。

三角測量を用いて（複数のポジションモジュールを仮定して）、各物体はそれから自身のポジション及びその他の近くの物体のポジションを計算可能である。そうすることにより、各物体は相対ポジション及び絶対ポジションを有する。

インフラストラクチャ位置決めリソースが存在しないあるシナリオにおいては（既知のロケーションに位置決めモジュールが存在しないことを意味する）、ピアツーピア手法が用いられる。本発明のそのような実施形態において、２つ（またはそれより多い）のタグを物体に配置し、１つの物体が、自身の本体のタグの相対ロケーションが分かるように（または検知できるように）する。これにより、この物体は、自身の起点から範囲内の全ての他のタグ付けされた物体までの相対的なｘ、ｙポジションを計算できる。各物体はその他のタグ（物体）の相対ロケーションに反動的に応答して、追尾、先導、障害物回避、保護された動き、計画、物体のピックアップなどを実行する。

複数のタグを有する各物体はまた、調査対象の（固定の）ポジションモジュール（自身の絶対ポジションが分かっている）が視界に入って来たら直ぐに、その局所環境の自身の相対的理解を絶対ポジション基準へ直ちに変換可能である。これは、開発の遅れているエリア（すなわち、森林、地方の環境、野外）とインフラストラクチャが利用可能な絶対座標系（すなわち、建物、施設、都市）との間の相対的なピアツーピアの位置決めの途切れのない相互作用を可能にする。

他の近くの物体の存在が検出されれば、この方法は、その１または複数の近くの物体のそれぞれからの状態情報を含むポジションデータを受信することで続行される。その物体は、この情報／データを局所環境の空間認識を持つために、及び、１または複数の近くの物体のそれぞれからのポジションデータの優先順位付けのために用いる。これらの助けを利用して、物体はそれから優先順位付けされたポジションデータに基づきミッション挙動（ｍｉｓｓｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ）を修正する。

本発明の別の実施形態によると、分散型位置決め及び協同的な挙動決定のシステムは、１または複数の近くの物体及び受信機の存在を検出可能な超広帯域（ＵＷＢ）タグを含むことが可能で、１または複数の近くの物体の検出に応答して、受信機及び／またはタグが、検出された１または複数の近くの物体のそれぞれからの状態情報を受信可能にする。このシステムは、１または複数の近くの物体の独立した空間表現を作成可能な空間認識エンジン、及び、１または複数の近くの物体のそれぞれから受信した状態情報の優先順位付けが可能な優先順位付けエンジンをさらに含む。挙動エンジンはそれから、とりわけ優先順位付けエンジン及び空間認識エンジンから提供された情報を用いて、共通の目標を達成すべく物体群の中のミッション目標（ｍｉｓｓｉｏｎ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）及び／または調整活動を修正する。

複数の物体の中で分散型位置決め及び協同的な挙動決定をする別の実施形態において、検出モジュールは１または複数の近くの物体の存在を検出可能であり、空間認識エンジンはその複数の物体の空間表現を作成可能である。空間表現は物体中心であって、１または複数の近くの物体に関する相対ポジション情報及び相対並進情報を提供する。先の実施形態と同様に、挙動エンジンはそれから、複数の物体の空間表現に基づき、１または複数のミッション目標を修正する。

本開示内、及び以下の詳細な説明内で記載される特徴及び利点は、包括的なものではない。特徴及び利点の追加が多数あることは、図面、明細書及び特許請求の範囲を見れば当業者には明らかであろう。さらに、明細書中に用いる専門用語は、主に読みやすさ及び説明の目的を考え選択されており、発明の主題を記述または制限すべく選択されたものではあり得ないことに注意されたい。そのような発明の主題を決定するためには、特許請求の範囲を参照することが必要となる。

添付の図面と合わせて１または複数の実施形態の以下の説明を参照することにより、前述の及び他の、本発明の特徴及び目的、及びそれらを得る方法がより明らかとなり、発明自体を最もよく理解できるであろう。

本発明の一実施形態による、協同的な空間的位置決めのシステムの上位レベルのブロック図である。

本発明の一実施形態による協同的な空間的位置決めが実装され得る仮の都市環境を示す。

協同的な空間的位置決め技術を有する複数の物体の、メッシュネットワークの相互作用の上位レベルの描写を示す。

本発明による、ポジション情報の協同利用に用いられ得る方法論の例を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態による、ポジション決定及び協同的な挙動修正を用いる複数の協同的物体の上位レベルのグラフィック描写である。

本発明の一実施形態によって決定できるような、図５に示す複数の近くの物体の物体中心の関係表現である。

本発明の一実施形態による挙動修正の一実施形態を示す、図５および図６に示す複数の近くの物体の、別の物体中心の関係表現である。

本発明の一実施形態による、分散型位置決め及び協同的な挙動決定のシステムの上位レベルのブロック図である。

本発明による、分散型位置決め及び協同的な挙動決定の一方法の実施形態のフローチャートである。

図面は、説明することだけを目的として、本発明の実施形態を描写する。当業者であれば以下の議論から、本明細書で説明される構造及び方法の代替的な実施形態が本明細書に記載される発明の原理から逸脱することなく使用され得ることが容易に分かるであろう。

１または複数のポジション決定リソースから得られた異なるポジションデータは、ピアツーピアの関係データと融合されて、協同的なポジション認識を有する物体に提供される。本発明の一実施形態によれば、物体は、１または複数のポジションリソースからのポジション決定情報を集めて、独立してその空間及び関係ロケーションを決定する。その決定はそれから、ポジション決定を高めて挙動結果を修正するために使用されることが可能なピアツーピアの関係情報によって増補される。加えて、ポジション決定及び挙動修正は近くの物体間で協同的に行われることが可能なものである。優先順位付けられたミッションを行うことで、目標を進め、共通の作業を調整することが可能である。協同的な空間的位置決めのシステム及び関連する方法論の、これらの及び他の用途が可能であり、本発明の１または複数の実施形態により考慮される。

これより、本発明の複数の実施形態が添付の図面に関して詳細に記載される。本発明が一定の度合いの特殊性を持って記載され、説明されるが、本開示は例としてのみ成され、当業者であれば本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、各部分の組み合わせ及び配置における多数の変更という手段をとることが可能であることが理解されよう。

特許請求及びそれと等価なものにより定義されるような本発明の例示的な実施形態の包括的な理解を助けるべく、添付の図面に関して以下の説明が提供される。それは、理解を助けるべく様々な具体的な詳細事項を含むが、それらは単なる例としてみなされるべきである。従って、当業者であれば、本発明の範囲及び趣旨を逸脱することなく、本明細書で記載される実施形態の様々な変更及び変形を加えることが可能であることが分かるであろう。また、周知の機能及び構造の説明は、明確さ及び簡潔さを考え、省く。

以下の説明及び特許請求において用いられる用語及び文言は、文献上の意味に限定されるが、本発明の明確で整合性のある理解を可能にすべく、発明者が用いているに過ぎない。従って、本発明の例示的な実施形態の以下の説明は、説明の目的にのみ提供され、添付の特許請求及びそれと等価なものによって定義されるような発明を限定する目的で提供されるのでないことは、当業者には明らかなはずである。

本明細書で用いられるように、「一実施形態」または「ある実施形態」と言う場合はいつも、その実施形態に関連して記載される特定の要素、特徴構成または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。明細書内の様々な箇所に「ある実施形態において」という言い回しがあるが、それらが全て同じ実施形態を指す必要はない。

「実質的に」という用語によって、記載された特性、パラメータ、または値が厳密に達成される必要がなく、しかし、例えば、当業者には知られている、許容差、測定誤差、測定精度限界、及び他の要因を含むズレまたは変化が、特性により提供されるべく意図される効果を損なわない量において生じ得ることを意味する。

全体にわたって、同じ数は同じ要素を示す。図面中、特定の線、層、構成要素、要素または特徴のサイズは、明確にするために誇張されることもある。

本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を記載することだけが目的であり、本発明を限定する意図はない。本明細書で使用されるように、「１つの（ａ）」「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」という単数形は、文脈がそうでないように明確に示さない限りは、複数形も同様に含むことを意図する。従って、例えば、「構成要素の表面」と言った場合は、１または複数のそのような表面を含む。

本明細書で用いられるように、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語、またはそれらの他の変化形は、非排他的な包含を網羅することを意図する。 例えば、一覧にリストされる要素を含む処理、方法、物品、または装置は、それらの要素のみに必ずしも限定はされないが、明確にはリストされない、またはそのような処理、方法、物品または装置に固有でない他の要素を含み得る。さらに、それとは逆に明確に述べられない限り、「または（ｏｒ）」は包含的ｏｒを指し、排他的ｏｒは指さない。例えば、条件ＡまたはＢは、以下に挙げるもののうちのどれか1つによって満たされる：Ａは真（または存在する）及びＢは偽（または存在しない）、Ａは偽（または存在しない）及びＢは真（または存在する）、及び、ＡとＢは真（または存在する）。

別途定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語は（技術用語及び科学用語を含む）本発明の属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。一般に使用される辞書に定義されるもののような用語は、明細書の文脈及び関連技術における意味と整合性のある意味を有するように解釈されるべきであり、本明細書中でそのように明確に定義されない限りは、理想化された、または過度に正式な意味で解釈されるべきでないことがさらに理解されよう。周知の機能または構造は、簡潔さ及び／または明確さのために詳細には記載されないこともある。

要素が、別の要素「の上にある（ｏｎ）」、に「取り付けられた（ａｔｔａｃｈｅｄ）」、に「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、に「連結された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「に接触している（ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ）」、「に取り付けられた（ｍｏｕｎｔｅｄ）」等、のように言及する場合、それは直接その他の要素上にあるか、取り付けられているか、接続されているか、連結されているか、または接触しているかである場合もあり、または、介在要素も存在し得ることがまた理解されよう。対照的に、要素が、例えば、別の要素、の「直接上にある」、に「直接取り付けられる」、に「直接接続される」、に「直接に連結される」、または「に直接接触している」のように言及される場合は、介在要素は存在しない。「隣接して」配置される構成または特徴を言う場合、別の特徴は隣接する特徴に重なり合うか、または下になる部分を有し得ることも当業者であれば分かるであろう。

「の下に（ｕｎｄｅｒ）」、「の下に（ｂｅｌｏｗ）」、「下方の（ｌｏｗｅｒ）」、「の上（ｏｖｅｒ）に」、「上方の（ｕｐｐｅｒ）」などの空間的に相対的な用語は、説明を容易にするべく本明細書中で用いられ、図面に示されているような、一要素または一特徴の、別の要素または別の特徴との関係を説明する。空間的に相対的な用語は、図面に描写される向きに加えて、使用中またはオペレーション中のデバイスの異なる向きを包含すべく意図されることが理解されよう。例えば、図面中のデバイスの位置が逆になれば、他の要素または特徴に対して「下に（ｕｎｄｅｒ）」または「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」のように記載された要素は、その他の要素または特徴に対して「上に（ｏｖｅｒ）」と方向付けられるであろう。従って、例としての用語「下に（ｕｎｄｅｒ）」は、「上に」及び「下に」の両方の向きを包含できる。デバイスは他にも方向付けされ得て（９０度回転または他の向き）、本明細書中で使用される空間的に相対的な記述語は適宜解釈され得る。同様に、「上方に」「下方に」「垂直の」「水平の」などの用語は、具体的に異なるように示さない限り、説明の目的のみのために本明細書で用いられる。

本発明の一実施形態によると、協同的ポジション決定手法は、例えば全地球測位システム（ＧＰＳ）、レーザベースの位置推定、強化した自律航法、及びローカルエリアでの相対的な向き及び距離を提供するアクティブタグ（測距）追跡技術から得られるポジションデータを構成良いバランスで含む、正確で信頼性のある位置決めを提供する。上記の本発明の一実装において、ＧＰＳは長距離の位置決めを提供し、相対位置決めをグローバル座標系と関連付ける。一方、レーザ位置推定によって、レーザマッピング手法を用いた整合性のある周辺地形の理解が得られる。強化した自律航法はズレに対処し、短間隔にわたるロボットの細かな動きを追跡してハザード検出を向上させ、タグ追跡機能は、確実に限界を誤差（＋／−6インチ（１５．２４ｃｍ）未満）上に設定可能で、反応良い、見通し外ポジション機能を可能にする。上記の例では、ポジションデータを得るための4つの手段を記載したが、当業者には、他のポジション決定リソースを本発明に等しく適応可能であり、実際、それらの用途及び実装に考えられていることが分かるであろう。例えば、ＬＩＤａＲ（光検知及び測距、またはレーザ画像検出及び測距）は視覚検出システムなどで用いられるように使用可能である。

本発明の手法の重要な利点は、各機能がその他の機能を補うという意味で、冗長を提供するという点である。この技術の最も直接的な用途の１つは、ＧＰＳが利用可能でない、または不正確であるエリアにおいてＧＰＳを拡張及び強化することである。

ＧＰＳは位置決めの解決策として使用可能であるというのが従来の常識であるが、ＧＰＳを、接近した動き、複数車両の調整、または正確なマーキング及び操作の必要性などの多岐にわたる不可欠な機能を調整する主要手段としては使用できないほどの、十分な誤差が存在する。たとえディファレンシャルＧＰＳ解決法を以てしても、このシステムは木の陰、壕内、洞窟内、建物内及び他多数の状況下では概してロバストでなく、信頼性に乏しい。ＧＰＳの限定をもっと良く理解すべく、以下で考察する。

ＧＰＳは、ユーザに適正な精度で地球上の位置を示すことのできる位置推定及びナビゲーションのシステムである。現在のＧＰＳシステムは、精密に定められた軌道で地球を回る２４基の専用の衛星のうちのいくつかから送信される信号を利用する。衛星を基準点として用いて、ＧＰＳ受信機は、異なる衛星からの信号の到着時間の差に基づき、そのポジションを計算する。ＧＰＳはそもそもミサイルをターゲットに向けて進めるべく米軍のために開発されたが、現在は航空管制システム、船舶、トラック及び乗用車、機械化農業、捜索救助、環境変化の追跡などに日常的に用いられる。

上述したように、ＧＰＳは、４基またはそれより多いＧＰＳ衛星に対する遮るものがない見通し線が存在するような地球上のまたは地球近くのいかなる場所でも、いかなる天候においても、ロケーション情報及び時間情報を提供する宇宙衛星ナビゲーションシステムである。（いくつかの場合においては、ロケーション決定は３基の衛星で成され得る。）ＧＰＳプログラムは、世界中の軍、民間及び商業のユーザに不可欠な能力を提供し、世界の航空交通システムの近代化の中枢であるが、限定がある。

地球上のロケーションを決定すべく、ＧＰＳ受信機は地球の天高くにあるＧＰＳ衛星から送られる信号の時間を精密に測り、ポジションを計算する。各衛星は、メッセージが送信された時間、及びメッセージ送信時の衛星のポジションを含むメッセージを絶えず送信する。

受信機は受信したメッセージを用いて各メッセージの送信にかかった時間を決定し、各衛星までの距離すなわちレンジを計算する。これらの距離は衛星のロケーションとともに、受信機のポジションを計算すべく用いられる。衛星のポジション及び距離は衛星を中心とする球を画定し、半径はその距離に等しい。受信機のポジションはこの球の表面上のどこかである。このようにして、４基の衛星から、ＧＰＳ受信機の示されるポジションは、４つの球の表面の交点または交点近く、ということになる。誤差の無い理想的な場合、ＧＰＳ受信機は正確にその４つの表面の交点に位置するであろう。

最も重大な誤差源の１つは、ＧＰＳ受信機の時計である。光速、ｃがあまりにも大きな値であるために、ＧＰＳ受信機から複数の衛星までの複数の推定間隔、距離、はＧＰＳ受信機の時計の誤差に非常に敏感である。例えば、１マイクロ秒（０．０００００１秒）の誤差は３００メートル（９８０フィート）の誤差に相当する。これは、ＧＰＳ受信機が正常に機能するためには、きわめて正確で高価な時計が必要であることを示唆する。しかしながら、製造者はマスマーケット向けには安価なＧＰＳ受信機を作る方を好む。このジレンマは、４つの距離があるという事実をうまく利用することで解決する。

最初の２つの球が交差してできる円は通常かなり大きく、ゆえに、３番目の球の表面はこのおおきな円を交差すると思われるので、３つの球の表面は交差するであろう。時計が正しくなければ、４番目の衛星に対応する球の表面が初めに、最初の３つの球の交差する2つの交点のどちらかと交差するという可能性は非常に低い。なぜなら、時計の誤差が原因で交点を交差し損ねるかもしれないからである。一方で、４つ全ての球の表面が、完璧な交差から少ない誤差で、少なくとも略交差するような解決策が見つかったならば、受信機のポジションの正確な推定法が見つかって、時計はかなり正確である可能性が高い。

現在のＧＰＳシステムは、宇宙セグメント、制御セグメント及びユーザセグメントの３つのセグメントを含む。宇宙セグメント（ＳＳ）は、想像の通り、軌道を回るＧＰＳ衛星から構成される。軌道は地球を中心としており、地球と共に自転せず、代わりに遠く離れた星に対して固定されている。軌道は、少なくとも６基の衛星が地球の表面上のほとんどどこからでも常に見通し線内であるように配置される。この目標の結果、４基の衛星は各軌道内で、等しい間隔（９０度）で離れていない。一般論として、各軌道における衛星間の角度差は、３０度、１０５度、１２０度、及び１０５度離れており、言うまでもなく、合計は３６０度になる。

制御セグメントは、マスター制御局（ＭＣＳ）、代替のマスター制御局、４基の地上アンテナ、及び６局の専用の監視局から構成される。衛星の飛行経路は、専用の監視局によって追跡される。そして、衛星を管理する機関は、専用の、または共有の地上アンテナを用いて各ＧＰＳ衛星とナビゲーションの更新をもって定期的に交信する。これらの更新は、衛星に搭載される原子時計を互いに数ナノ秒の範囲内で同期させ、各衛星の内部の軌道モデルの天体暦を調節する。

ユーザセグメントは、セキュアなＧＰＳ高精度測位サービス（ＧＰＳ Ｐｒｅｃｉｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ）の数十万の米軍及び連合軍のユーザ、及び、標準測位サービス（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ）の数千万の民間ユーザ、商用ユーザ及び科学ユーザから構成される。一般的にＧＰＳ受信機は、衛星から送信される周波数に合わせたアンテナ、受信機プロセッサ、及び高度に安定したクロック（水晶発振器が多い）から構成される。ＧＰＳ受信機は、ユーザにロケーション情報及び速度情報を提供するためのディスプレイも含み得る。各セグメントは式に誤差をもたらし、ＧＰＳが物体の概略のロケーションに関する信頼性のある情報を提供するも、それは正確な情報を提供できない。さらに、それは、少なくとも４基の衛星のそれぞれに対する遮るものがない見通し線を必要とするという点で、根本的に制限されている。

ＧＰＳのその限界のいくつかに対処すべく、距離情報（すなわち、ビデオデータ、レーダーデータ、ソナーデータ、またはレーザデータ）に基づく位置推定が、特に都市の状況で、または目に見える特徴を有する野外エリアでポジションの改善を提供可能なことが決定された。本発明の一実施形態によると、ＧＰＳ技術は、位置推定及びマッピングを同時に途切れなく統合してナビゲーション、探索及び検出を強化する。レーザまたは他の測距装置によって明らかになる、明確で永続的な特徴は、周囲の環境に関する非常にロバストなデータを提供可能である。永続的な物体の既知のロケーションが存在する状況において、レーザ（または他の測距装置）はＧＰＳデータと統合可能でポジション認識における分散を小さくする。例えば、ＧＰＳ信号が数メートルの範囲内でロケーションを提供し、そのロケーションを基にデバイスが既知のロケーションにある２体またはそれより多くの有力な物体を特定可能とすれば、距離情報はＧＰＳポジションの精度を上げるべく使用可能である。しかしながら、この技術には一定の限界があり、特に、システムがそこから、再び位置推定する永続的な障害物が存在しない場合、レーザまたは測距技術は一般的に、その永続的な物体に対する遮るものがない見通し線を必要とするし、特定された物体は既知のロケーションに位置しなければならない。

本発明で考慮される別のタイプのポジションセンサは、慣性センサである。ラジオビーコン及びＧＰＳと共に、慣性センサは航空機のほとんどのナビゲーションシステムの基礎を成す。慣性システムは、加速度の測定値及び既知のポジションからの変位といった動きの感知に基づき動作する。物体がスタートしたロケーションを知っている場合、直線加速度及び各加速度と、運動の法則との両方を提供するデータを用いて、物体の、その既知のロケーションからの変位を決定可能である。ジャイロスコープは、メカニカルジャイロスコープ及び光ジャイロスコープの両方とも、運動量保存の法則を応用して直線運動及び角運動を測定する。ＧＰＳまたは距離位置推定とは異なり、慣性航法システムは外界の条件に左右されない。すなわち、物体のポジションを決定するのに、他の情報源には１つも依存しないということである。例えば、慣性航法システムを備えるデバイスが、現在のロケーションから、その起点より測定される別のロケーションへ進むように命令を受けた場合、デバイスは、その起点に対して、自身のポジションと共にいつそのロケーションに到着するかを運動中いつでも知るであろう。野原にいようが、建物の地下にいようが、洞窟の中であろうが、関係ない。しかしながら、慣性航法システムは、システムに入力される初期データ（初期のロケーション）、及び経時的な装置内の任意のすりこぎ運動と同程度良いに過ぎない。全ての慣性航法システムは、積分のドリフトが問題である。加速度及び角速度の小さな測定誤差が、積分することによって速度においては累進的に大きな誤差となり、その誤差は足し合わされて、ポジションにおいてはさらに大きな誤差となる。新しいポジションは、先に計算されたポジション及び測定された加速度及び角速度から計算されるので、これらの誤差は、初期のポジションを入力した後、おおよそ計算回数に比例して累積する。故に、ポジションは、いくつかの他のタイプのナビゲーションシステムからの入力によって定期的に修正されなければならない。物体のロケーションの精度は、初期データの精度及び物体の実際のポジションが更新されたポイントによって変化する。

ポジションを決定する関連した手段で、本発明によって考慮される手段に、自律航法、すなわち経路積分がある。ナビゲーションにおいて、経路積分とは、先に決定されたポジションを用いて現在のポジションを算出し、または位置決定し、及び、既知の、または経過した時間及び進路にわたって推定した速度を基にポジションを進める処理である。動物及び人間は本能的に経路積分を行っている。例えば、デスクから立ち上がり廊下を通ってコーヒールームへ行くとき、移動距離、方向転換、及び停止を記憶する。 同じ行程を、目を閉じて行こうと試みれば、精度は確かに損なわれるであろうが、ほとんどの人は経路を再現可能であり、及び／またはポジションを理解可能であろう。

経路積分は累積誤差を受けやすい。ＧＰＳ及び他のポジションリソースを使用するようになり、シンプルな自律航法は使用されなくなったかのように思われるが、ほとんどの目的に対して自律航法は非常に正確な方向情報及びポジション情報を提供可能である。自律航法は、ポジションに関する利用可能な最良の情報を提供し得るが、正確に決定されるべきポジションに対して、いかなる瞬間も速度及び方向の両方を正確に知らなければならないために、多数の要因による誤差をかなり受けやすい。例えば、ホイールの回転数から変位を測定する場合、膨張及び摩耗の度合いからくると思われる、実際の直径と推定の直径との間の分散は誤差源になるであろう。ポジション推定のそれぞれは先のポジションに関連しているので、誤差は累積する。

自律航法はＧＰＳ技術の限界を克服するべく実装可能である。衛星のマイクロ波信号は駐車場やトンネル内では利用可能でなく、衛星への見通し線が遮られるために、またはマルチパス伝搬のために、ビルの谷間及び木々のそばではかなり精度が落ちることが多い。自律航法ナビゲーションシステムにおいて、システムは、ホイール直径が分かり、ホイール回転数及び操舵方向を記録するセンサを備える。ナビゲーションシステムはそれから、ノイズ（ランダムな変化）及び他の不正確さを含んだ、経時的に観測される一連の測定値を用い、単独の測定値それだけに基づく場合よりもより正確な値が出る傾向にある未知変数の推定をもたらし、利用可能なセンサデータと利用可能でないときもあるポジション情報とを統合して組み合わされたポジション決めをするアルゴリズムであるカルマンフィルタを使用する。この方法を用いて、車のナビゲーションシステムは、例えば、他ならばＧＰＳ信号をあいまいにするトンネルや、大きなビルの間での移動に耐えることができる。

本発明の協同的位置決め手法の別の構成要素は、超広帯域（ＵＷＢ）無線周波数（ＲＦ）識別（ＩＤ）タグ（まとめてＲＦＩＤ）などのアクティブ測距技術の利用を含む。ＲＦＩＤシステムはタグ、アンテナを有するリーダー、及びドライバ及びミドルウェアなどのソフトウェアから成る。ＲＦＩＤシステムの主要な機能は、タグ（トランスポンダとしても知られる）から情報（ＩＤ）を読み出すことである。タグは通常物品や動物などの物体に付けられ、見通し線外でおいて、どこにその物品及び動物がいるのかの位置付けが可能になる。タグは、ＩＤの他、追加的な情報を含むことが可能である。当業者には分かるように、他のアクティブ測距技術が本発明に等しく適応可能であり、その利用が考慮される。「タグ」または「ＲＦＩＤタグ」などの用語の使用は、単なる例であり、本発明の範囲を限定するものとしてとらえるべきではない。

ＲＦＩＤリーダーはアンテナと共に、タグを読み出す（またはデータを得る）。アンテナはＲＦＩＤシステムの独立した一部であるようにみなされる。しかしながら、リーダー及びタグの両方において必須の特徴であると考えるのがより適切である。なぜならアンテナはリーダーとタグとの間の通信に不可欠であるからである。リーダーとタグとの間の通信には、誘導結合及び電磁波の２つの方法がある。前者の場合、リーダーのアンテナコイルがタグのアンテナコイル内に磁場を誘導する。タグはそれから誘導された磁場エネルギーを利用して通信し、リーダーにデータを戻す。このため、誘導結合は数十センチの通信の適用に限られる。後者の場合、リーダーは電磁波の形でエネルギーを放射し、はるかに長い距離の通信機会を有する。エネルギーのいくらかの部分はタグによって吸収され、タグの回路をオンにする。タグが起動後、エネルギーのいくらかは反射され、リーダーに返される。反射されたエネルギーはタグに含まれるデータを伝えるべく変調可能である。

本発明の一実装において、ＲＦＩＤタグおよびＵＷＢタグは、既知の正確なポジションを有する1つの静止したインフラストラクチャに関連付けが可能なだけでなく、物体間のアクティブな相対位置決めを提供可能である。さらに、タグは集中型追跡システムに接続可能で、相互作用データを伝達する。移動体が既知のポジションにあるタグと相互作用すると、その物体のポジションデータの分散を改善できる。同様に、タグは物体の相対ポジションと相対運動との間を伝達し得る。そのようなタグは検出可能性が低く、見通し線に限定されず、また電波妨害に対し脆弱でもない。また、取り付けられ方及び実装される地形に応じて、タグ及び追跡システムは正確な位置決めの２００フィートから２マイル（６１メートルから３．２キロメートル）の半径のいかなる場所においてもユーザ／タグの相互作用を可能にする。現在、タグは、タグを与えられた相互作用する各物体に対して約＋／−１２センチメートルの相対ポジションの精度を提供する。当業者には分かるように、物体という用語を使用して限定することは決して意図されない。本発明が、物体が車両または携帯電話によって代表され得る例によって記載される一方で、物体は、本明細書に提示される発明概念を実装する任意のエンティティとして解釈されるべきである。例えば物体は、ロボット、車両、航空機、船舶、自転車、または他のデバイスまたは、別のものに対して移動するエンティティであり得る。本明細書中に記載される協同及び通信は、複数の媒体にわたる通信の複数の様相を含み得る。

先に議論したように、従来のセンサ融合手法は、高帯域幅通信システムを必要とする詳細な生データの絶え間ない受信及び送信を含む。高帯域幅通信システムは非常に費用がかかり、この手法は、地理的に離れたユーザに、少数であってもその様相にわたって局所的に関連した洞察を引き出すべく、ユーザまたは分析者に高い作業負荷を課すことが多い。さらに、現行の手法は、「ここからどこへ行くのか（または行かないのか）？」または「何が近づいてきているのか？」という質問に直ぐには答えられない。

図１は、本発明の一実施形態による、協同的な空間的位置決めのシステム１００の上位レベルのブロック図である。本発明の一実施形態によれば、物体１１０は１または複数のポジション決定リソース１５０からポジション情報を受信して、協同的な空間的位置決めを使用できる。これらのリソースは、本発明の一実施形態において、全地球測位衛星１２０、経路積分１３０、慣性航法システム１４０、超広帯域タグ位置推定１６０、及び距離位置推定１７０を含む。

本明細書中で記載されるように、本発明は様々な形のポジションデータを組み合わせて物体の環境における空間表現に至る。一例において、表現は地球規模的に地理空間的データに基づき得て、しかしながら他の例では、異なるセットの基準指標に基づき得て、または物体は自身の座標系を生成し得る。実際、本発明は、1または複数の物体、または物体群が動作でき、または途切れなく一体であるような異なる座標系（空間認識）を生成できるシナリオを考えている。

本発明の一実装において、物体１１０は、物体の地理空間ロケーションの決定を補助するさまざまなポジション決定リソース１５０からのポジション情報またはデータを受信する。当業者ならば分かるように、及び、上で議論したように、各ポジション決定リソース１５０は長所と短所を有する。例えば、ＧＰＳ１２０は、それぞれが独立した時間の識別信号を送信する（最も望ましくは）４基の軌道衛星に対して遮るものがない見通し線を必要とする。受信した信号の受信遅延に基づき、受信機は確率的なロケーションを計算可能である。しかし、物体１１０がこれらの衛星との間の見通し線が遮られる、または不明瞭な、建物または領域に入ると、ポジション決定は不確かなものになる。さらに、ＧＰＳは一般的な位置サービスとして世界的に受け入れられているにもかかわらず、精密な移動に対して十分な精度を提供しない。

同様に、物体１１０は慣性航法システム１４０からポジション情報を受信し得る。ＧＰＳ１２０とは異なり、慣性航法システムは加速度及び時間を測定し、初期のスタートポジションからの物体１１０の相対的な変位を決定する。ゆえに、建物のなか、洞窟のなか、または木の陰への移動がそのようなシステムのオペレーションに影響を与えることはない。しかしながら、システムは、その開始点の精度のみならず安定したプラットフォームを維持する能力によっても制限を受ける。開始点のロケーションが誤っている場合、変位した動きに基づくポジションの決定もまた誤ったものになる。そのようなプラットフォームはまた、すりこぎ運動をすることが知られ、それは時間と共にシステムが次第に正確でなくなることを意味する。このすりこぎ運動は、開始点の精度が疑わしい場合に大きくなる。システムが、オペレーション中、更新されて分散に対するパラメータを提供する場合、その更新は正確なものであり、ゆえに、更新に基づく現在地からの、及び、いるべきであると考える場所からの差は、システム内のドリフトに基づくとみなすことができる。システムはそれから、そのようなドリフトを調節し続けることが可能である。しかしながら、初期のロケーションが不正確ならば、更新は誤差を除くのではなく誤差をもたらすことになり、システムは、単に放っておかれた場合より、より不正確なものになる。当業者ならば分かる通り、ＧＰＳと同じように、慣性航法システムにもまた限界がある。

本発明は複数のソースからのポジション情報を統合して物体１１０の空間ロケーションを決定するものである。ＧＰＳ１２０、慣性航法システム１４０、経路積分１３０、距離位置推定１７０、及び他のポジション決定リソース１５０は、協同的な空間的位置決め処理により統合されて最適な、信頼できる、正確なポジションに到達する。この統合は、認識された精度及び分散の履歴に基づき各ソースを比較検討する段階を含む。そうすることで、物体のポジションの決定及び精度は、任意の１つのポジション決定リソースの精度及び信頼性の度合いが変化するにもかかわらず、維持可能である。本発明の別の実施形態によると、ポジション決定リソース１５０が組み合わされる処理はまた、物体のロケーションに関するリソース間の一致、不一致に基づくことも可能である。例えば、物体のロケーションに関して、４つのポジションリソースうちの３つが一致する場合、４番目の決定は誤っている可能性があるとし破棄できる。しかしながら、どのリソースを信頼するかという決定は、異なっている物体のロケーションに関する複数の不一致または複数の一致が存在する場合、より困難になる。本発明の一実施形態によれば、ポジション決定リソースは複数の要因に基づき優先順位付けされる。個々のポジション決定間で不一致が存在する場合は、この種の優先度スケジュールを用いて、どのリソース（またはリソースの組み合わせ）を信頼するかに関する決定が成されることが可能である。例えば、物体のポジションのＧＰＳの決定（不正確ではあるが）は、一般に視覚検出システムの決定と一致し得る。しかしこれらの両方が、非常に正確ではあるが、どのターゲットを測定しているのかという点に関して曖昧さを有するレーザシステムの決定と一致しない。故に、本発明の1または複数の実施形態は、各ポジション決定リソースに値を割り当て、評価し、そしてこれらの決定を比較し最も可能性の高いロケーションに到達する。そのような方法でポジション決定リソースを組み合わせることで、ＵＷＢタグ、ＲＦＩＤタグＧＰＳなどの明確なレポートを提供するそれらのセンサは、ターゲットの「おおまかな」なロケーションを提供するために用いられることが可能で、そしてより正確さを有するリソース（時に曖昧ではあるが）はロケーション情報をより正確にするために用いられることが可能である。

例えば、一物体は、ＵＷＢタグまたはＧＰＳを用いて、別の近くの物体またはターゲットのロケーションを２メートルの範囲内で決定可能あり得る。その情報を用いて、レーザ測距装置がその大まかなロケーションに向けられ、ロケーション情報の精度をミリメータ単位にまで減すことが可能である。しかしながら、レーザが独立して用いられた場合、レーザの視野が非常に狭いときは、別のターゲットを３メートル左に特定すれば良い方であるといえる。ポジション決定リソースの協同に関して、ルールを開発及び確立可能である。

本発明は、システム１００内の他の物体のポジション認識を獲得及び使用もすることによって感覚データの融合以上のことをする。このピアツーピア通信は、さもなければ孤立した物体が、内部の感覚データのみならず１または複数の他の物体またはノードのデータ及びポジション決定に基づく正確なポジション決定を確認可能にする。

本発明の一実施形態によると、図１に示されるように、通信リンクは他の協同的な空間的位置決め物体１１０、１８０間で確立される。本発明の一実装において、ＵＷＢタグ１６０はシステム１００内で２以上の物体間でデータ及びポジション認識を交換する手段を提供する。物体間でデータ交換するという協同的性質は、各物体に独立して相対ポジションを決定させるだけでなく、別の物体のそれと連結することで追加のリソース及び精度を獲得する。さらに、各物体は他の物体に空間的な意味におけるポジションのみならず相対的なローカルポジションも提供可能である。例えば、２つの連結された物体は、その空間ロケーションを１メートルの範囲内で、ある確実性の範囲内で分かっている。しかし同時に数センチメートルの精度で相対ポジションを提供可能である。加えて、連結する物体を追加することで、１つの物体がその相対ポジション、及び、いくつかの例においては、その地理空間ポジションを決定可能にする。本発明の他の例においては、追加的なデータを提供して内部のポジション決定能力を高めるために、他の物体間のそのような通信リンクを使用可能である。さらに、伝達されるデータは特定性のさまざまなレベルで存在可能である。例えば、本発明の一実施形態においては、各物体はその空間ポジションを独立して決定できる。その物体はそれから、空間ポジションの決定を同じ座標系内の他の物体に伝達できる。代替的に、及び本発明の別の実施形態によると、物体はその空間ポジションについての特定のポジションデータを伝達でき、そのデータは、それから他の物体が任意に使用可能である。例えば、物体は、特定の座標系内で、一定の分散の度合いで、そのロケーションがＸであるということを伝達できる。代替的にまたは追加的に、それはＧＰＳ情報、慣性情報、距離三角測量情報なども伝達でき、受信エンティティがそれから、精度に基づくそのような特定の情報または自身の空間認識を高めるために必要なデータを使用または破棄できる。協同的空間ポジション決定と組み合わされた正確な相対ポジションデータのこの組み合わせによって、本発明の実施形態は、予測的な挙動及び相互作用を含む、組み合わされた動き及び活動を正確に統合可能になる。

本発明が実施形態に関して具体的に示され記載されてきた、及び、示され記載されるが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び細部におけるさまざまな他の変更が成され得ることは当業者には理解できるであろう。

本発明の協同的な空間的位置決めシステムの複雑さをもっと良く理解すべく、以下の簡略化した例を考える。図２は、本発明の一実施形態による協同的な空間的位置決めが実装され得る仮の都市環境を示す。

複数の物体２１０、２２０、２４０、２５０、２６０、２７０が存在するとする。それぞれが内部に自身の空間ロケーションを決定する１または複数のポジションリソースを使用する機能を有する。例えば、各物体はＧＰＳ受信機、慣性システム、レーザ位置推定、自律航法技術などを有し得て、双方向通信のためのＵＷＢタグも備える。それぞれは、しかしながら、リソースのそれぞれの使用に対し異なる機能を有する。例えば、２つの物体２１０、２２０は、あるロケーション内、例えば建物内、に位置し得て、ＧＰＳ信号は利用できないか、または距離位置推定の機会が制限されているが、それぞれ局所環境に対して正確なデータを有している。本質的に、それらは独立してそれらの地理空間ポジションを決定することはできない。すなわち、それらは環境のマップは有し得るが、マップ上のどこに自身が存在しているかを知らない。第３及び第４の物体２４０、２５０は、ＧＰＳロケーションを有するが、信号強度及び信号の干渉を考えると、精度は疑わしい。しかしながら、これらの物体２４０、２５０の両方は、既知のポジションマーカ２３０、２３５の範囲内である。これらのマーカは既知の地理空間ロケーションを有し、そのタグのそばのこれらの物体は、相対的位置推定技術を用いて、ＧＰＳ受信が悪いにも関わらず正確にロケーションを決定可能である。

当業者ならば分かるように、距離情報に基づく空間ポジションの決定は、３つの独立したソースを必要とする。送信機から信号を受信する物体は、自身がその送信機から一定の範囲にいることを決定できる。その送信機のロケーションが分かっていれば、受信機は、自身のポジションが、半径が送信の範囲で、かつ原点は送信機のロケーションにある球の表面上にあると結論付けることができる。２つのそのようなソースから情報を受信すれば、２つの球が交差し、それは円になる。ゆえに、この例の受信機は交差する円のどこかに存在する。理想的には、３つの交差する球が受信機の存在する点を特定する。しかしながら、物体の空間ロケーションの独立した決定を使用して、自身の位置する点の箇所を減らすことが可能である。２つの既知のポジション２３０、２３５からの距離情報を受信する物体は、それが２つの球の交差によって画定される円上に存在すると分かっている。しかし、物体それ自身が、自身の空間ロケーションをより正確にするために、受信情報と統合可能な空間ロケーションに関する情報を有する。

図２に示される例で続けて、２つの近くの物体２４０、２５０がお互いに通信し、どちらも固定マーカー（街灯）２３０、２３５と通信すると更に仮定しよう。しかし先に示した通り、２つの物体２４０、２５０の独立した地理空間的リソース（ＧＰＳ）は不確かである。しかしながら、それぞれは、より正確で精密な空間ロケーションに到達すべく他方を支援するポジションデータの第３のソースとして作用する。上述の通り、固定されたロケーションマーカ２３０、２３５から受信したデータは円の交差ロケーションを提供する。第１の物体２３０の視点からは、他方の物体２５０からの距離情報は結果的に最も信頼のおける地理空間ロケーションとなることができる。内部の分散と組み合わされたその情報は、物体２３０に、ロケーションについてのより良い、より正確な決定を提供できる。このタイプのピアツーピア空間ロケーションは、固定マーカーと少しも通信しない物体のロケーションの決定に使用可能である。物体が相互作用すればするほど、正確なロケーションが得られる。

本発明の一実施形態によると、一部はマーカ２３０、２３５及びＧＰＳ（または他の物体との相互作用）によって確認された一物体２４０のポジション情報は、ピアツーピア通信を介して他の物体２７０、２５０、２２０へ伝達されることが可能である。マーカ２３０、２３５の隣に位置する車２５０は、マーカ２３０、２３５及び他の近くの物体によって確認される正確なポジションデータも有するであろう。しかしながら、交差点に位置する車２７０、さらに重大なことには、建物内に位置する物体２２０は、別の物体が有するそのポジションデータが非常に有用なものであると知り得る。そのような相対ポジションデータを用いて、他方の物体２２０は空間ロケーションを決定でき、それはその後、ポジション認識を補助すべく内部のシステムによって増補される。さらに、建物内にいる、遠く孤立した物体２１０は、デイジーチェーンまたはメッシュネットワークを介してリレーされる情報を用いて正確なポジション情報を取得できる。

同様にして、ＧＰＳまたは他のソースからポジションを独立して決定できない個人は、近くの物体の既知の空間データを活用できる。本発明の一実施形態によると、建物のロビーにいる人は、いかなるＧＰＳデータをも受信できないにも関わらず、自身のロケーションを決定できる。なぜなら、ポジションが分かっている他の近くの物体２７０、２９０、２４０、２３０、２３５からデータを受信できるからである。自身のポジションを知り、及び局所環境のマップを有することで、いずれの従来型の地理空間的なサポートもなしで、かなりの精度をもって、エリアへナビゲートできる。今やロビーにいる人２２０は自身の地理空間ロケーションを知っているので、他の孤立した物体２１０へその情報を伝達できる。例えば、３階にいる人２１０がロビーにいる人２２０及び他２つからのデータを受信できる場合、その人もまた自身の空間ロケーションを決定できる。この処理は、ソースに基づき空間ロケーションを提供すべくデイジーチェーン方式で連結できる。ソースはそれ自身、間接的なソースから空間ロケーションを決定した。

空間及び相対ポジションデータは他の孤立した物体から、及び他の孤立した物体間で伝達可能である。例えば、駐車場２６０に位置する車は、協同的な空間的位置決め装置またはシステムを含むことができるし、ドライバが持ち運ぶ携帯電話も含むことができる。運転中は、車はＧＰＳ信号を取得でき、ガレージに入る際は、経路積分または慣性ナビゲーションを用いてガレージ内の自身のポジションを概して確認可能である。固定された物体、または他の近くの物体のいずれかからのデータを用いて、これらの物体は空間ロケーションを決定、及びより正確にすることができる。さらに、建物内の個人２１０は、一日の終わりに再会する必要があるならば、車２６０と相対的なロケーションデータを確立することもできる。

本発明の別の態様は、空間及び関係データを協同的に共有及び使用できる。図３は、協同的な空間的位置決め技術を有する複数の物体の、メッシュネットワークの相互作用の上位レベルの描写を示す。図３の上部において、４つの物体３１０、３２０、３３０、３４０は、お互いの協同的範囲内にあり、当業者がメッシュネットワークとして認識するものを形成しながら通信可能に連結している。

各物体３１０、３２０、３３０、３４０を囲んでいる輪３１５、３２５、３３５、３４５は各物体の空間ポジションの独立した決定の分散すなわち誤差を表している。加えて、各物体はその相対運動を表す矢印３５０、３６０、３７０、３８０を含む。複数の物体がお互いの通信範囲内に入って来ると、新しい物体が現在のメッシュに加わる一方で、他の物体はそのネットワークから出る。メッシュネットワークを無限の数のノードであると抽象的にみなすこともできるが、そのようなネットワークが実現可能である可能性は低い。より可能性のあるシナリオは、限定された数のノードを有する、中央的または局所的な制御ノード、または自律的なメッシュに基づくメッシュネットワークである。後者の例においては、一ノードは、制御ノードとして確立され、有限の数のクライアントまたはスレーブノードがメッシュを形成する。新しいノードが関係に入ってくると、またはノードが関係から出ていくと、メッシュの制御は、メッシュネットワークの相互作用及びオーバーラップと同様に再評価される。さらに、ノードは２またはそれより多いメッシュネットワーク内に存在可能で、それはデータ伝送のオーバーラップを生じさせる。ネットワーク内のパケット及びデータの衝突が解決されなければならないのは明らかであり、この議論の範囲を超えたものである。本発明の目的として、図３に示す物体はネットワーク内のノード間のデータの相互作用をサポート可能なメッシュネットワークを形成及び維持できると仮定する。

そうすると、関連する空間データは一物体から別の物体へ伝達可能である。図３のメッシュネットワークの下部の描写は、新しく獲得した空間及び関係データに基づく、物体３１０、３２０、３３０、３４０それぞれに対する修正された分散３１５、３２５、３３５、３４５を示す。例えば、物体３１０の分散３１５は、新しく獲得した情報に基づき小さくできて、新しい分散３１７を形成する。ネットワークが変更されると、分散は３３７と同様に大きくなる場合もある。新しいノード３９０（及びそれらの分散３９５）がネットワークの中に入ってくると、関係データ及び空間データの交換によって、各物体の能力の継続的な修正が可能になり、協同的な空間ポジションを決定し、一実施形態においては、その挙動に影響を与える。

図４は本発明による、ポジション情報の協同利用に用いられ得る方法論の一例を示すフローチャートである。フローチャート図の各ブロック、及びフローチャート図（及び本願の他のフローチャート図）内のブロックの組み合わせが、コンピュータプログラム命令により実装可能であることが当業者には理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上にロードされてもよく、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行する命令が、フローチャートのブロックまたは複数のブロックで特定される機能を実施する手段を作成するようなマシンを生成する。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置に命令して、コンピュータ可読メモリに格納された命令が、フローチャートのブロックまたは複数のブロックで特定される機能を実施する命令手段を含む製造物品を生成するような特定の方法で機能させるコンピュータ可読メモリにも格納され得る。そのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上にロードされ得て、コンピュータ内またはその他のプログラム可能な装置上で実行される一連のオペレーションの段階に、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行する命令がフローチャートのブロックまたは複数のブロックで特定される機能を実装する段階を提供するように、コンピュータに実装された処理を生成させる。

したがって、フローチャート図のブロック図は、特定される機能を実行する手段の組み合わせ、及び特定される機能を実行する段階の組み合わせをサポートする。フローチャートの各ブロック及びフローチャート図のブロックの組み合わせが、特定される機能または段階を実行する専用のハードウェアまたはファームウェアベースのコンピュータシステムによって、または専用のハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせによって実装可能であることもまた理解されよう。

本明細書のいくつかの部分は、マシンメモリ（例えば、コンピュータメモリ）内のビットまたはバイナリデジタル信号として格納されるデータについてのオペレーションのアルゴリズムまたは記号的な表現で提示される。これらのアルゴリズムまたは記号的な表現は、データ処理技術における当業者が、他の当業者にかれらの研究の内容を伝達するために用いる技術の例である。本明細書中で用いられるように、「アルゴリズム」とは、オペレーション、または所望の結果に導く同様の処理の自己矛盾していないシーケンスである。この文脈において、アルゴリズム及びオペレーションは情報要素の操作を伴う。一般的に、必要ではないが、そのような要素はマシンによって格納、アクセス、伝送、組み合わせ、比較、または操作されることが可能な電気、磁気または光信号の形を取り得る。主に共通使用の理由で、「データ（ｄａｔａ）」、「コンテンツ（ｃｏｎｔｅｎｔ）」、「ビット（ｂｉｔｓ）」、「値（ｖａｌｕｅｓ）」、「要素（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）」、「シンボル（ｓｙｍｂｏｌｓ）」、「キャラクタ（ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ）」、「用語（ｔｅｒｍｓ）」、「数（ｎｕｍｂｅｒｓ）」、「数字（ｎｕｍｅｒａｌｓ）」、「単語（ｗｏｒｄｓ）」などの単語を用いてそのような信号を示すと便利なときもある。これらの特定の単語は、しかしながら、単に便利なラベルに過ぎず、適切な情報要素に関連付けられるものである。

具体的にそうでないように述べられない限り、「処理（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、「コンピューティング（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」、「算出（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」、「決定（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」、「提示（ｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ）」、「表示（ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ）」などの単語を用いる本明細書中の議論は、１または複数のメモリ（例えば、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、またはそれらの組み合わせ）、レジスタ、または情報を受信、格納、送信、または表示する他のマシン構成要素内で物理（例えば、電子、磁気または光）量として表わされるデータを操作または変形させるマシン（例えば、コンピュータ）の動作または処理について言及し得る。

本発明による協同的な空間的位置決めの例示的処理は、１または複数の、異なるポジション決定技術、またはリソースからのポジション情報の収集４１０と共に４０５から始まる。これらのリソースは、慣性システム、ＧＰＳ、経路積分、距離位置推定などを含むことができる。物体に対して、各ポジション情報リソースのポジションの分散が４３０において決定され、各リソースが提供する情報は、物体によって比較検討され評価される。精度及び信頼性が高い分散は、精度及び信頼性の低いものに比べて通常、より良く比較検討され評価される。これらの分散は、継続的にモニタされ、更新されて、算出された空間ポジションが最適化される。

ポジション情報は、一旦評価され比較検討されるとその後、４５０において組み合わされて、物体についてその空間ポジションを決定する。各情報ソースの個々の分散に加えて、ポジションの総合的な決定は、物体がそのポジションを伝達する精度の度合いを他の物体に伝達するために束縛される。

物体は４７０において通信可能に連結され、４９０において、後に各物体の空間ロケーションをより正確なものにするために用いることが可能な空間及び関係ポジション情報を交換する。この情報の精度及び信頼性もまた、受信する物体が伝達された情報の値を決定できるように伝達される。

本発明は、位置推定された関係ポジションデータを空間位置決めに関係する融合されたセンサデータと統合する。そうすることによって、物体は様々な環境において空間ロケーションをより正確に決定できるだけでなく、必要ならば、近くの物体のロケーション及び相対運動に基づき自身の挙動を修正することもできる。

図５は、本発明の一実施形態による、分散型空間ポジション決定及び協同的な挙動決定を用いる複数の物体の上位レベルの描写である。図５の描画において、６つの物体５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０は同じ地理的ロケーションにおいて動作している。「ローカルな」地理的ロケーションは、本発明の目的のために、通信技術によってのみ限定されることを当業者ならば理解するであろう。一例において、物体はお互いに数メートルの範囲内に存在し得て、他の例においては、数マイル離れて存在し得る。

図５はさらに、各物体が、物体を中心にした一定の範囲の認識を有することを示している。例えば、中央の物体５１０が残りの物体５２０、５３０、５４０、５５０、５６０のそれぞれを認識しているとする。左下の象限の物体５６０は、３つの近くの物体５１０、５４０、５５０の知識を得るのに十分に過ぎない認識範囲５８０を有する。本発明の一実施形態によると、これらの近くの物体５１０、５４０、５５０は、遠くの物体５６０に情報をリレーして、その物体の空間認識を決定する能力を高める。

近くの物体の検出及び近くの物体との相互作用は、各物体が周囲の空間表現を持つことを可能にする。図５に示すように、及び本発明の一実施形態によると、各物体による近くの物体の認識は、相対ポジションのみならずその物体の状態をも含む。それは物体の相対運動、速度、ミッション目標、能力などである。各物体の動きは、図５において、大矢印５１５、５２５、５３５、５４５、５５５、５６５として示される。物体が相互作用し、空間ポジションをより正確なものにするとき、物体はさらに、近くの物体の進行の速度及び方向などの情報を収集する。これにより、各物体はその環境のローカルな空間表現または認識を作成できる。

図６は、本発明の一実施形態によって決定できるような、図５に示す複数の近くの物体の物体中心の関係表現である。図６に示される描画は、図５の最も左に位置する物体５４０について物体中心である。すなわち図６の描画は、一物体５４０の視点からみた、近くの物体に関する関係情報を提供する。各物体の空間表現は同じデータを表し得るが、それぞれは異なり、及び独立しているであろう。さらに、それぞれは、ポジションの信頼性および精度において異なる分散を有し得る。図６を見ると、中央の物体５４０は５つの他の近くの物体を検出する。その視点からは、３つの物体５１０、５２０、５３０は自身の左側に位置し、２つの物体５５０、５６０は右側に位置する。これら物体の全ては、そのポジションと並んで位置するか、そのポジションの前方に位置するかのいずれかである。このように、空間表現は中央の物体５４０に、それぞれの近くの物体に関する関係ポジションデータを提供する。

それぞれの近くの物体５１０、５２０、５３０、５５０、５６０の表現はさらに、物体の動きを含む物体の属性を含む。本発明のこの実施形態において、それぞれの近くの物体の相対運動は、矢印６１５、６２５、６３５、６５５、６６５で示される。矢印の長さは中央の物体の速度及び方向６４５に対する速度を表す。例えば、最も左の物体５３０の動き及び中央の物体５４０の動きは基本的に平行である。しかしながら、２本の、方向を示す矢印６３５、６４５のサイズを比較して分かるように、最も左の物体５３０は、中央の物体５４０よりもかなりゆっくりと移動している。同様に、中央の物体５４０及び右下の物体５６０の速度は似ているが、それぞれは異なる方向に方向付けされている。本発明の別の実施形態において、図６に示す空間表現は、完全な物体中心であることが可能で、また別の実施形態においては、共通の座標系を使用することができる。

図６に示す空間表現はまた、本発明の他の実施形態においては、物体が別の物体に比べて高いミッション優先度を有するかどうか、または各物体のポジションの信頼性の表示などの追加的な情報を含む。例えば、物体は円の中の点として示される。点は物体の決定された空間ポジションを表し、円のサイズはその決定の分散を表す。点を囲む円が小さければ、そのロケーションは信頼性及び精度が高く、円が大きければ、実際のポジションは、円の中心に存在するように表されてはいるものの、円内のいかなる場所にも位置し得ることを意味する。

図７は、本発明の一実施形態による、挙動修正の一実施形態を示す、図５および図６に示す複数の近くの物体の、別の物体中心の関係表現である。この場合において、示される空間表現は図５の中央の物体５１０に基づいている。従って、３つの物体５４０、５５０、５６０は中央の物体５１０の後方に位置し、２つの物体５２０、５３０は物体５１０の前方に位置する。図７は、異なる物体５１０に対する関係表現ではあるが、図６と整合性のある動きベクトルを含む。

相対ポジション情報（距離及び方角）及び移動速度に加えて、図７は挙動情報も含む。この場合において、中央の物体５１０のミッション目標は星印７２０として表され、目標７７０への提案ルートは破線７１０で表される。提案ルート７１０に並んでいるのは中央の物体の動きベクトル７１５である。図７はさらに、近くの物体５２０のミッション目標を五角形７８０として描写し、物体の動きベクトルを７２５として描写している。

本発明の一実施形態によると、各物体はその近くの物体のそれぞれから受信した状態情報を優先順位付けする。この例の目的のために、予め定義された基準によって、近くの物体５２０のミッション目標７８０は、現在の物体５１０のミッション目標７７０よりも優先度が高いと仮定する。本発明の一実施形態によると、各物体において空間認識エンジンと協調して挙動エンジンは独立に、その物体が現在のコース及び速度を維持するとすれば物体間の衝突が起こりであろうと決定する。物体の相互作用及び伝達された状態情報に基づいて、各物体はそれぞれの目標７７０、７８０を優先順位付けする。図７の中央の物体は衝突が起こりそうであること、及び目標の優先度が低いことに気づく。ゆえに、挙動エンジンは提案コースを第２のルート７５０へ修正し、または代替的に、衝突の可能性が回避されるまで停止する。その他の近くの物体５２０は、高い優先度の目標を有し、目標７８０への提案ルートを維持する。意義深いことに、この決定は、一方で協調して行われながら、各物体によって独立して成される。

当業者であれば分かるであろうが、複数の物体が移動して、それらの空間的な関係が変化すれば、個々の優先順位付け及び挙動修正も当然変化する。物体のそれぞれがピアツーピアのデータ統合を提供する一方、それぞれは独立して挙動決定をする。独立した、相対的なポジション認識は、高められたポジションの精度と組み合わされて、複数の物体がともに働き、集団性のタスクを達成可能にする。例えば、有用なものを探索して、分散型検索及び検出などのグループ挙動を成し遂げること、または効率的な輸送を可能とする護衛を確立することが可能である。一実施形態によると、各物体は、ＵＷＢタグを使用して、他の物体を退ける、または取り付くように作用する信号を発することができる。アトラクションモードで用いられる信号は、受信する物体の目標がソースに近づくことを意味し、物体が集合、または互いに追尾し合うように仕向ける。力が退けるべく用いられると、物体は散り散りになる。この特徴は、調整されたミッション目標と組み合わされて、挙動を検索または護衛できるようにする。空間認識が挙動修正及び優先順位付けと組み合わされて、結果的に意味のある集団挙動を可能にする。

協同の一態様は、本発明によると、各ロボット及び人のチームメンバの相対的な空間認識である。本発明により、人々、ＵＡＳ、ＵＧＶ、ＵＳＶ及びＵＵＶ、及び、有人車両または物体は、取り付け及び取り外しが簡単なタグ（または他の手段）を用いて共通の枠組み内で協調可能である。本発明はディファレンシャルＧＰＳタワーまたは基準マーカについてインフラストラクチャを必要としない。各システムがポジション情報を明確に共有すべく修正される必要もない。各車両（物体）は、自身の空間認識（地図）、自身の位置決めスキーム、及び自身の視点を維持できる。可能な間はこれらをマージしたり、または関係付けたりする必要はない。代わりに必要なのは、隣接相互作用を展開可能にすることだけである。また、隣接相互作用のおかげで、本発明のシステムはフォールトトレラントであり、集中化した攻撃または故障に耐えられる。

本発明の別の実施形態によると、複数の物体はそれらの挙動を調整でき、集団動作を最適化する、及び／または共通の結果を得るべくふるまう。例えば、本発明の一実施形態によると、様々なミッションを行うべく、変化に富んだ地形を移動する際は、物体は互いに協調し合うことができる。本発明の複数の実施形態は、即席爆発装置を探索、検出、確認、マーク及び解除する能力を含ませるべく、または戦闘区域に物資を供給すべく実装可能である。本発明はまた、先導及び追尾のオペレーションを行うために、または様々なロケーションに物資を供給するために使用可能である。物体及び能力が不均一なことで、ミッションペース、距離及び期間、カバレッジ、効率、検出安全性の確率及び適応性の点における利点が得られる。

図８は、本発明の一実施形態による、分散型位置決め及び協同的な挙動決定のシステムの上位レベルのブロック図である。本発明の一実施形態によると、1または複数の物体はそれぞれ、空間認識エンジン８２０及び挙動エンジン８５０と通信可能に連結される検出モジュール８１０を有する。検出モジュールは、1または複数の近くの物体の存在を検知でき、それらの物体から、物体の関係ポジション（距離及び方角）のみならず特定の状態情報をも確認することが可能である。その情報は、物体の持つ能力、物体の物理属性、ミッションパラメータなどと共に物体の相対運動（速度および方向）を含むことができる。検出モジュールは、また、物体から空間情報を得ることができ、その情報を物体の相対ロケーションの確立のためだけでなく、依頼主の物体の自身の空間データを更によくするためにも使用する。物体の検出及び関係データの決定は、一実施形態においては、超広帯域タグ（本明細書中ではＲＦＩＤタグとも呼ぶ）によって取得可能である。これらのタグの相互作用及び統合は、様々な物体間の情報データの通信に用いることができる。

検出エンジンが取得した情報は、一実施形態においては、空間認識エンジン８２０へ伝達される。 空間認識エンジン８２０は、物体が動作する環境の関係表現を持つようになる。一実施形態において、空間表現は物体中心であり、物体にそのごく近傍における複数の物体の継続的な情報を提供する。各物体は自身の位置決めスキームと共に、自身の空間表現または地図を生成し、維持する。様々な物体間の表現を共通の地図にマージさせる必要がない間、表現は、その地図及び各物体のポジションの関係付けを支援する共通のアーチファクトまたは基準マーカを含むことができる。例えば、固定基準点のロケーションは、数個の物体の地図内に表されることが可能で、そして共通の基準点としてそれぞれが使用可能である。これらの固定基準点は、照明器具、入口または出口の近くの標示、煙探知器及び非常灯、アラームシステム、人感センサ、消火器などの非常用装置などに位置付けることができる。

空間認識エンジン８２０及び検出モジュール８１０の両方は、データを伝達し、挙動エンジン８５０と通信可能に連結される。挙動エンジン８５０及び空間認識エンジン８２０はまた、優先順位付けエンジン８３０にも通信可能に連結される。優先順位付けエンジン８３０は、ホスト物体の挙動属性と共に、検出された近くの物体それぞれの相対ポジション及び状態を評価してポジションデータ及びミッション特定（状態）データを優先順位付けする。例えば、優先順位付けエンジンは空間表現に基づき、近くの物体のうちの１つが、別の物体とは対照的に、ホスト物体の現在の経路と衝突するであろうと決定する。別の実施形態においては、優先順位付けエンジン８３０は、受信した状態情報及び相対ロケーションの両方に基づき、他の近くの物体のミッション目標のランキングを評価し提供できる

挙動エンジン８５０は、共通の作業を達成すべくホスト及び／または近くの物体の動作を調整するそのような情報を使用できる。挙動エンジンはさらに、既知のミッション目標に基づき、近くの物体間の活動を選択的に調整できる。例えば、優先順位付けエンジンは、４つの近くの物体のうち、１つの物体のミッションがホスト物体のそれに優先するべきであると決定し得る。それはまた、しかしながら、別の物体が急速に近づいてきており、自己防衛のためにホスト物体は一定の行動を取るべきであるということを示し得る。このように、優先順位付けエンジンは、挙動エンジンとともに、ホスト及び近くの物体の空間環境及びミッション目標を絶えず評価する。

挙動エンジン８５０はさらに、さまざまな動作を生じさせる、ホスト物体へ送るコマンドを開始する制御モジュール８７０に連結される。これらのコマンド及び動作はまた、検出モジュールへ伝達され、適切な場合には他の物体へ伝達される。

図９は、本発明による、分散型位置決め及び協同的な挙動決定の一方法の実施形態のフローチャートである。そのような処理は９０５から始まり、９１０において近くの物体の存在を特定する。本明細書内で記載されるさまざまな技術及び当業者に知られる技術を用いて、各物体は近くの物体の存在及び相対ポジションを検知する。このデータを用いて、近くの物体のそれぞれの関係ロケーションを９２０において持つようになる。加えて、空間ポジション情報及び状態情報は９３０において、近くの物体から受信される。例えば、ホストは、物体が方角１２０度に10メートル離れて存在すると決定し得る。その物体はその後、ホスト物体にその正確な空間ロケーション及び動きを伝達し得る。これに基づき、ホストは空間ロケーションを更新可能であり得て、物体の経路が交差及び衝突しそうでないか決定し得る。

このようにして、複数の物体と共に共通の基準も含むことができる局所環境の空間認識を９４０において持つ。ポジション及び／または挙動（状態）情報は、一実施形態において、予め定義されたパラメータに基づき優先順位付けされる。この優先順位付けされたデータは、現在のミッション目標及び空間認識と共に、９８０において物体の挙動を修正すべく挙動エンジンを支援できる、これらの修正は、ミッションの重要なサービスに対する自己防衛などの様々な基準に基づくことが可能である。物体の挙動の修正は、９９５において挙動決定をおそらくは完了するが、本明細書で記載される処理は、複数の物体のそれぞれ間で継続的に成され統合されることを当業者は認識するであろう。

例えば、この手法を用いて、数個の物体がそれぞれ、先導する物体を追尾し、同時にお互いの物体から一定の距離を維持する目標を有することが可能である。先導する物体が動くと、追尾する物体のそれぞれは反応して動くが、同時に追尾する挙動は維持する。このように本発明の１または複数の実施形態を用いる物体は、鳥の群れまたは魚の群れに似た挙動を見せる。例えば、航空機または編隊飛行の回避挙動を参照されたい。

本発明の別の態様は、進行ルートを特定するための、距離決定信号の生成機能を有するデバイスを用いることができる。そのようなデバイスまたはタグは、物体がナビゲートできるロケーションを特定すべく用いることが可能である。前に記載したように、本発明により物体は、他の物体及び／またはその環境に対する空間ポジションを決定可能にする。物体が、既知のポジションデータを有する固定されたロケーションである状況においては、その物体またはタグを、共通の座標系を形成する、複数の移動体の共通の基準点として用いることができる。同様に、数個のタグを、所望の進行ルート上の、または所望の進行ルートに沿った、固定されたロケーションに位置させるまたは配置することができる。

これらのロケーションに対して相対ポジションを決定できる物体は、これらの固定されたロケーションを用いて、所望のルートを表す１または複数の仮想の中間地点を作成することができる。代替的に、物体はそのルートに沿って、１つのタグから別のタグへ単に進むことができる。物体が別個のルートを作成すべく、固定されたロケーションに位置するデバイスから送信されたデータを用いるシナリオにおいて、そのようなルートは、ルート上の潜在的な危険または衝突に関する新しく得た情報に応答して修正可能である。同様に物体は、戻る必要があれば、固定されたデバイスの近くのロケーションに基づき、進行ルートを記録できる。

例として、不穏で過酷な環境を横切って危険物を配送するように設計された機械装置を考えよう。例えば、地雷があると思われる地域を横切って軍の部隊へ命令の交付をする場合。環境それ自体は進行ルートに沿った正確なタグ（測距装置）の配置を阻む。ゆえにタグはその地域の近辺に配置されるが、過酷な環境そのものの中には配置されない。命令を交付する物体は、一定の距離の範囲内では危険物を検出するが（この場合は地雷）、これらの危険物の広範囲の検出及び識別は、不可能または実現困難である。本発明の概念を用いれば、デバイスは、他の固定された送信機及び他の既知の危険物または障害物に対する自身の相対ロケーションを含む環境の空間認識を持つようになる。例えば、環境の特定の部分を横切ることができないという土地の特徴が存在する。所望の目的地も分かっている。

空間的理解を利用して、物体は仮想の中間地点を用いて目的地へ到達する経路を持つことができる。デバイスが前進すれば、その予定のコースの範囲内で危険物を特定し得る。本発明の一実施形態によれば、物体は動作のコースを修正して危険物をうまく回避する。同時に危険物のロケーションは記録され、他の近くの物体に伝達されることが可能である。一旦経路が発見されたら、本発明のシステムは正確にその経路を複製可能で、ローカルネットワークの範囲内の他の物体にその経路を通信できる。そのような手法は、ＧＰＳ、レーザ測距装置などの他のポジションデータツールで強化されることが可能であるが、ローカルな規模では、本発明は、ミッション目標を達成すべくローカルな空間認識を独立して決定でき、その情報を使用できる。本質的に本発明によって、物体はアクティブ測距技術を利用して他の近く物体に対する自身のロケーションを独立して決定可能になる。この場合、固定されたタグは、物体がそのポジションを連続して決定することができる距離データ群を提供する。

本発明が、一定の特殊性を持って記載され、説明されてきたが、本開示は例としてのみ成されてきたのであり、当業者であれば本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、各部分の組み合わせ及び配置における多数の変更という手段をとることが可能であることが理解されよう。

本発明の好適な実施形態を以下に要約する。物体による分散型位置決め及び協同的な決定の一方法の実施形態は、
１または複数の近くの物体の存在を特定する段階と、
１または複数の近くの物体のそれぞれの関係ロケーションを決定する段階と、
１または複数の近くの物体のそれぞれからポジションデータを受信する段階と、
１または複数の近くの物体を含む、局所環境の空間認識を持つ段階と、
１または複数の近くの物体のそれぞれからのポジションデータを優先順位付けする段階と、
優先順位付けされたポジションデータに基づきミッション挙動を修正する段階と、を含む。

物体による分散型位置決め及び協同的な決定の方法の他の好適な特徴として、以下を含むことが可能である。
１または複数の近くの物体のそれぞれは超広帯域（ＵＷＢ）識別タグを含む。
関係ロケーションは１または複数の近くの物体のそれぞれに対する距離または方角の情報を含む。
請求項1に記載の、物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法において、ポジションデータは１または複数の近くの物体のそれぞれについての状態情報を含む。
状態情報は物体のミッション目標を含む。
状態情報は速度情報及び方向情報を含む。
状態情報は物体の属性を含む。
局所環境は１または複数の近くの物体間で共通の枠組みを確立する。
局所環境は共通の基準点を含む。
空間認識は各物体が独立して持つ。
優先順位付けする段階は、予め確立されたミッション挙動ロジックに基づく。
優先順位付けする段階は、１または複数の近くの物体から受信されるミッション目標に基づく。
共通の作業を達成すべく、１または複数の近くの物体のそれぞれのミッション挙動の優先順位付けを調整する段階をさらに備える。
１または複数の近くの物体間の活動を選択的に調整する段階をさらに備える。

複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定の好適なシステムの実施形態において、複数の物体のそれぞれは、
１または複数の近くの物体の存在を検出可能な測距装置と、
１または複数の近くの物体の検出に応答して、検出された１または複数の近くの物体のそれぞれからの状態情報を受信可能な受信機と、
１または複数の近くの物体の独立した空間表現を作成可能な空間認識エンジンと、
１または複数の近くの物体のそれぞれから受信した状態情報を優先順位付け可能な優先順位付けエンジンと、
一部は、１または複数の近くの物体の優先順位付けされた状態情報及び空間表現に基づき、ミッション目標を修正可能な挙動エンジンと、を含むことが可能である。

複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のシステムの他の特徴として以下を含むことが可能である。
測距装置は、1または複数の近くの物体のそれぞれの相対ポジションを決定可能な超広帯域（ＵＷＢ）タグである。
状態情報は関係情報を含む。
関係情報は、1または複数の近くの物体のそれぞれの距離情報、方角情報及び相対速度情報を含む。
状態情報は物体の属性を含む。
状態情報は物体のミッション目標を含む。
独立した空間表現は物体中心である。
独立した空間表現は共通の座標系を含む。
優先順位付けエンジンは、予め定義された基準に基づきミッション目標を優先順位付けする。
共通の作業を達成すべく、複数の物体間のミッション目標の優先順位付けを修正可能な調整エンジンをさらに備える。
調整エンジンは、複数の物体のうちの１または複数間のミッション目標の優先順位付けを選択的に修正可能である。

本発明の別の実施形態において、複数の物体の中の各物体は、分散型位置決め及び協同的な挙動決定のために、
１または複数の近くの物体の存在を検出可能な検出モジュールと、
複数の物体の、物体中心であって１または複数の近くの物体についての相対ポジション情報及び相対並進情報を提供する空間表現を作成可能な空間認識エンジンと、
複数の物体の空間表現に基づき、１または複数のミッション目標を修正可能な挙動エンジンと、を含むことができる。

各物体はそのようなシステム内で、さらに以下を含むことができる。
検出モジュールは受信機及び送信機を含む。
検出モジュールは、１または複数の近くの物体の相対ポジションを決定可能である。
検出モジュールは超広帯域タグからポジション情報を受信する。

本開示を読み、本明細書中に開示された原理を通して、協同的な空間的位置決めのためのシステム及び処理のさらに追加的な代替の構造的設計及び機能的設計を当業者は認識するであろう。このように本願の特定の実施形態が例示され、記載されてきたが、開示された実施形態は、本明細書中に開示された、まさにその構造及び構成要素に限定されるものではない。当業者には明らかとなるであろう、さまざまな変形、変更、及び変化が、添付の特許請求の範囲において定義される趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書中に開示された方法及び装置の配置、オペレーション及び詳細において成され得る。

本発明が、趣旨またはその本質的特性から逸脱することなく、他の特定の形で実施され得ることもまた、当業者は理解するであろう。同様に、モジュール、マネージャ、機能、システム、エンジン、層、特徴、属性、方法論及び他の態様の特定の名称及び区分は絶対的または重要なものではなく、本発明を実装するメカニズムまたはその特徴は異なる名称、区分、及び／または形式を有し得る。さらに、当業者には明らかなように、本発明のモジュール、マネージャ、機能、システム、エンジン、層、特徴、属性、方法論及び他の態様は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェアまたはその３つの任意の組み合わせとして実装可能である。言うまでもなく、本発明の構成要素がソフトウェアとしてどこに実装されようとも、その構成要素は、スクリプトとして、スタンドアローンのプログラムとして、より大きなプログラムの一部として、複数の別個のスクリプト及び／またはプログラムとして、静的または動的にリンクしたライブラリとして、カーネルロード可能モジュールとして、デバイスドライバとして、及び／または、コンピュータプログラミングにおける当業者が現在または将来において既知の全ての及び任意の他の方法で実装可能である。更に、本発明は、どの特定のプログラミング言語による実装にも、またはどの特定のオペレーティングシステムまたは環境に対する実装にも、決して限定されない。したがって、本発明の開示は、以下の特許請求の範囲に記載される発明の範囲を説明することを意図し、限定することは意図しない。

好適な実施形態において、本発明はソフトウェアに実装可能である。本発明を実現するソフトウェアプログラミングコードは、一般的にフラッシュドライブまたはハードドライブなどの、あるタイプの長期、持続的記憶媒体からマイクロプロセッサがアクセスする。ソフトウェアプログラミングコードは、ディスケット、ハードドライブ、ＣＤ−ＲＯＭなどのデータ処理システムと共に使用する様々な既知の媒体のいずれにおいても実現され得る。コードはそのような媒体上に配置されてもよいし、または、あるタイプのネットワークを介して、一コンピュータシステムのメモリまたは記憶装置から、他のコンピュータシステムが使用すべく、そのようなシステムへ配信されてもよい。または、プログラミングコードはデバイスのメモリ内で実施されてよく、内部バスによりマイクロプロセッサがアクセスしてもよい。物理的媒体上のメモリ内でソフトウェアプログラミングコードを実施する技術及び方法、及び／または、ネットワークを介してソフトウェアコードを配信する技術及び方法は周知であり、本明細書中でこれ以上議論しない。

一般的にプログラムモジュールは、特定のタスクを実行、または特定の抽象データタイプを実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造体などを含む。さらに、本発明は、ハンドヘルドデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースまたはプログラム可能家電製品、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータなどを始めとする他のコンピュータシステム構成で実施可能であることが当業者には分かるであろう。本発明は、タスクを、通信ネットワークを介してリンクされるリモート処理デバイスが実行する、分散型のコンピューティング環境においても実施され得る。分散型のコンピューティング環境においては、プログラムモジュールは、ローカルのメモリ記憶装置及びリモートのメモリ記憶装置の両方に位置させてもよい。

本発明を実装する例示的システムは、プロセッシングユニット、システムメモリ及び、システムメモリのプロセッシングユニットへの連結を含む、様々なシステムの構成要素を連結するシステムバスを含む、従来のパーソナルコンピュータ、パーソナル通信デバイスの形などの汎用コンピューティングデバイスを含む。システムバスは、様々なバスアーキテクチャの何れかを用いる、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、及びローカルバスを含む幾つかのタイプのバス構造のうちの何れかであり得る。システムメモリは一般的にリードオンリメモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含む。起動時などの、パーソナルコンピュータ内の要素間での情報のやり取りを助ける基本的なルーチンを含む基本入出力システム（ＢＩＯＳ）は、ＲＯＭに格納される。パーソナルコンピュータは、ハードディスクからの読出し及びハードディスクへの書込みをするハードディスクドライブ、リムーバブル磁気ディスクからの読出し及びリムーバブル磁気ディスクへの書込みをする磁気ディスクドライブをさらに含む。ハードディスクドライブ及び磁気ディスクドライブはそれぞれ、ハードディスクドライブインタフェース及び磁気ディスクドライブインタフェースでシステムバスに接続される。それらのドライブ及び関連付けられるコンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造体、プログラムモジュール及びパーソナルコンピュータ用の他のデータを不揮発的に格納する。本明細書中に記載の例示的環境は、ハードディスク及びリムーバブル磁気ディスクを採用しているが、コンピュータがアクセスできるデータを格納可能な他のタイプのコンピュータ可読媒体も、例示的動作環境で用いられ得ることを当業者は理解するべきである。

本明細書中で記載されてきたような本発明の実施形態は、様々な無線ネットワーク及びそれらの関連付けられる通信デバイスに関して実装され得る。ネットワークは、ゲートウェイコンピュータまたは（データ保存場所にアクセスし得る）アプリケーションサーバなどのメインフレームコンピュータまたはサーバを含みもする。ゲートウェイコンピュータは、各ネットワークへの入口のポイントとしての役割を果たす。ゲートウェイは通信リンクによって別のネットワークに連結され得る。ゲートウェイはまた、通信リンクを用いて１または複数のデバイスに直接的に連結され得る。さらに、ゲートウェイは１または複数のデバイスに間接的に連結され得る。ゲートウェイコンピュータはまた、データ保存場所などの記憶デバイスに連結され得る。

本発明の実装はまた、Ｗｅｂ環境において実行され得る。Ｗｅｂ環境では、ソフトウェアインストールパッケージは、ハイパーテキスト転送プロトコル（ＨＴＴＰ）などのプロトコルを用いて、Ｗｅｂサーバから、インターネットを介して接続される1または複数の対象のコンピュータ（デバイス、物体）へダウンロードされる。または、本発明の実装は、他の非Ｗｅｂネットワーキング環境において（インターネット、企業内イントラネットまたはエクストラネット、または任意の他のネットワークを用いて）実行され得る。非Ｗｅｂネットワーキング環境では、ソフトウェアパッケージは、遠隔方法呼出し（「ＲＭＩ」）または共通オブジェクトリクエストブローカアーキテクチャ（「ＣＯＲＢＡ」）などの技術を用いてインストールのため配信される。環境のための構成は、多層環境と同様クライアント／サーバネットワークを含む。さらに、特定の設置のクライアント及びサーバの両方が、同じ物理デバイスに存在し、この場合ネットワーク接続は必要ないということも起こり得る。（したがって、問われる対象候補のシステムは、本発明の実装が実施されるローカルデバイスであり得る。）

協同的な空間的位置決めの技術と併せて本発明の原理が上述されてきたが、先の説明は単なる例としてであって、本発明の範囲を限定するものではないことを明確に理解されたい。特に、前述の開示の教えは、当業者に他の変形形態を提案するであろうことが認知される。そのような変形形態は、本明細書中ですでに記載された特徴のかわりに、または付け加えて用いられ得る、それ自体がすでに既知である特徴を含み得る。特許請求の範囲が本願において複数の特定の特徴の組み合わせに組み立てられてきたが、本明細書中の開示の範囲はまた、明示的にまたは暗示的に開示される、新規の特徴または任意の新規の特徴の組み合わせ、または当業者にとっては明らかであろう任意のそれらの一般化または変更を含むが、それらはここで何れかの請求項において請求されるものと同じ発明に関していようがいまいが、または本発明が直面するものと同じ技術課題の何れかまたは全てを軽減していようがいまいが関係ないことを理解されたい。出願人はこれにより、本願または本願から派生する任意の更なる出願の遂行中に、新規の特許請求の範囲をそのような特徴及び／またはそのような特徴の組み合わせに組み立てる権利を有する。

Claims (29)

1. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、
   １または複数の近くの物体の存在を特定する段階と、
   前記１または複数の近くの物体のそれぞれの関係ロケーションを決定する段階と、
   前記１または複数の近くの物体のそれぞれからポジションデータを受信する段階と、
   前記１または複数の近くの物体を含む局所環境の空間認識を持つ段階と、
   前記１または複数の近くの物体のそれぞれからのポジションデータを優先順位付けする段階と、
   優先順位付けされたポジションデータに基づきミッション挙動を修正する段階と、を含む
   方法。
2. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、前記１または複数の近くの物体のそれぞれは超広帯域（ＵＷＢ）識別タグを含む
   請求項１に記載の方法。
3. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、前記関係ロケーションは前記１または複数の近くの物体のそれぞれに対する距離及び方角の情報を含む
   請求項１または２に記載の方法。
4. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、ポジションデータは前記１または複数の近くの物体のそれぞれについての状態情報を含む
   請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
5. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、状態情報は物体のミッション目標を含む
   請求項４に記載の方法。
6. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、状態情報は速度及び方向の情報を含む
   請求項４または５に記載の方法。
7. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、状態情報は物体の属性を含む
   請求項４から６の何れか一項に記載の方法。
8. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、前記局所環境は前記１または複数の近くの物体間で共通の枠組みを確立する
   請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
9. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、前記局所環境は共通の基準点を含む
   請求項１から８の何れか一項に記載の方法。
10. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、前記空間認識は各物体が独立して持つ
    請求項１から９の何れか一項に記載の方法。
11. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、優先順位付けする段階は、予め確立されたミッション挙動ロジックに基づく
    請求項１から１０の何れか一項に記載の方法。
12. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、優先順位付けする段階は、前記１または複数の近くの物体から受信されたミッション目標に基づく
    請求項１から１１の何れか一項に記載の方法。
13. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、共通の作業を達成すべく前記１または複数の近くの物体のそれぞれのミッション挙動の優先順位付けを調整する段階をさらに備える
    請求項１から１２の何れか一項に記載の方法。
14. 物体による分散型位置決め及び協同的な挙動決定の方法であって、前記１または複数の近くの物体間の活動を選択的に調整する段階をさらに含む
    請求項１から１３の何れか一項に記載の方法。
15. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、
    前記複数の物体のそれぞれは、
    １または複数の近くの物体の存在を検出する測距装置と、
    １または複数の近くの物体の検出に応答して、前記検出された１または複数の近くの物体のそれぞれから状態情報を受信する受信機と、
    前記１または複数の近くの物体の独立した空間表現を作成する空間認識エンジンと、
    前記１または複数の近くの物体のそれぞれから受信された状態情報を優先順位付けする優先順位付けエンジンと、
    一部は、前記１または複数の近くの物体の前記優先順位付けされた状態情報及び前記空間表現に基づき、ミッション目標を修正する挙動エンジンと、を含む
    システム。
16. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、前記測距装置は、前記１または複数の近くの物体のそれぞれの相対ポジションを決定する超広帯域（ＵＷＢ）タグである
    請求項１５に記載のシステム。
17. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、状態情報は関係情報を含む
    請求項１５または１６に記載のシステム。
18. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、関係情報は、前記１または複数の近くの物体のそれぞれの距離、方角及び相対速度の情報を含む
    請求項１７に記載のシステム。
19. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、状態情報は物体の属性を含む
    請求項１５から１８の何れか一項に記載のシステム。
20. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、状態情報は物体のミッション目標を含む
    請求項１５から１９の何れか一項に記載のシステム。
21. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、前記独立した空間表現は物体中心である
    請求項１５から２０の何れか一項に記載のシステム。
22. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、前記独立した空間表現は共通の座標系を含む
    請求項１５から２１の何れか一項に記載のシステム。
23. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、前記優先順位付けエンジンは予め定義された基準に基づきミッション目標を優先順位付けする
    請求項１５から２２の何れか一項に記載のシステム。
24. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、共通の作業を達成すべく、前記複数の物体間のミッション目標の優先順位付けを修正する調整エンジンをさらに備える
    請求項１５から２３の何れか一項に記載のシステム。
25. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、前記調整エンジンは前記複数の物体のうちの1または複数間のミッション目標の優先順位付けを選択的に修正する
    請求項２４に記載のシステム。
26. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、前記複数の物体のそれぞれは、
    １または複数の近くの物体の存在を検出する検出モジュールと、
    前記複数の物体の空間表現を作成する空間認識エンジンと、
    前記複数の物体の前記空間表現に基づき、1または複数のミッション目標を修正する挙動エンジンと、を含み、
    前記空間表現は物体中心であり、前記１または複数の近くの物体についての相対ポジション情報及び相対並進情報を提供する
    システム。
27. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、前記検出モジュールは受信機及び送信機を含む
    請求項２６に記載のシステム。
28. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、前記検出モジュールは前記１または複数の近くの物体の相対ポジションを決定する
    請求項２６または２７に記載のシステム。
29. 複数の物体間の分散型位置決め及び協同的な挙動決定のためのシステムであって、前記検出モジュールは超広帯域タグからポジション情報を受信する
    請求項２６から２８の何れか一項に記載のシステム。

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