Movable object search apparatus

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、可動物体の遠隔監視及び位置探索のための装置に関する。 本発明は、これに限定されるわけではないが、特に本発明は、テーマ公園、商店街、空港、又はその他のレクリエーション領域など、特定領域の等の遠隔監視及び位置探索、倉庫内にある特定の在庫品の位置探索及び工場団内での人と車の位置探索に関する。

発明の背景 親が雑踏の中で子供を見失ったときに感じる緊張と不安は、よく知られている。 ところが、テーマ公園のようなレクリエーション領域や商店街で子供とはぐれた時、
一般には、親が子供の所在を突き止めれる電子機器装置は、適所には存在しない。 同時に、生徒の集団を預かる先生が、混雑した場合で生徒の安全を確保するのは非常に難しいことがある。 また、レクリエーション領域において一定時間友達と別れて、特定の場所で再会したいと思うこともある。 スキー場でも同じような状況が存在する。 倉庫集団では、在庫品の流れ分析で同様の問題が存在する。 すなわち、現在庫品の正確な実時間統計を維持し、倉庫内各所から必要な物を検索する最小時間手順を設定するのは容易ではない。 また、化学品精製所や木材置場などの産業団体では、作業員と車の位置を確認するのに時間がかかることがよくある。 また、空港で離れたところから物及び人の位置を突き止めて対象物を識別する能力により、安全性が飛躍的に向上するだろう。 現在の装置には、こうした問題を解決するであろう総合的に便宜を提供できるものがない。

従来技術の説明 譲受人のボールドウィン（Baldwin）他の米国特許第
4,075,632号は、家畜を離れた場所から識別する装置を開示している。 ボールドウィンの特許は、無変調無線周波信号を送受信装置から受け取る埋め込み型トランスポンダから成る電子識別装置を示す。 トランスポンダが、
あらかじめ個別に符号化された情報を持つ信号を振幅変調し、それを送受信装置に反射或いは再送信する。 反射信号を復号することで、トランスポンダを識別できる。
米国特許第4,075,632号は、位置探索装置というよりはむしろ識別装置である。

オーストラリア・ミート・アンド・ライプストック・
コーポレーション（Australia Meat and Live−Stock C
orporation）の欧州特許出願第0056726号は、家畜の遠隔識別用の更に進んだ装置を開示している。 この装置は、符号化したトランスポンダを使って特定の動物を識別する利点があるが、トランスポンダの呼掛は、一個の可動呼掛器を使って行われる。 位置探索機として、この装置は指定した動物が範囲内にいれば、該動物の方向に可動装置を向けることができる。

英国特許出願第2,193,359号は、可動要素の位置情報を提供できる領域内通信装置を開示している。 この装置は継続的な位置監視で機能する。 使用可能領域内の一区域或いは複数区域へのアクセス・ポイント（accesspoin
t）に設置した呼掛器が、中央装置と交信し、可動要素の区域内位置の継続的位置監視を行う。 どの特定の可動要素に関する位置情報も呼掛器を経由して得られるので、この装置には限度がある。 呼掛器の作動範囲は限られているので、実際に関連する区域に入ってくる可動要素の位置状態を呼掛けて更新するのみである。 継続的に位置監視を続けるには、いかなる特定の要素の位置関係をも常に更新していなくてはならない。 よって、必要になる処理能力を考えると数千個の可動要素に適さないと思われる。 さらに、この装置は区域を限定する物理的な境界がない場所で用いるのは不適当である。

発明の概要 本発明は、広い領域で可動要素の位置を探索する装置に関する。 各可動要素はトランスポンダを装備する。 各トランスポンダを独特の識別コードに関連づける。 この装置は、可動要素の位置を探索するために、一個の識別コードをもって領域全体で呼び出しを行なう。 通信局のネットワークを監視領域全体に隔置する。 通信局は、トランスポンダにより監視領域内から送られてくる応答信号を受信できる。 主局は、どの通信局が応答信号を受信したかを知ることで可動要素の位置を探索するために個々の通信局と交信する。

本発明によれば少なくとも三個の無線周波数を使うことが好ましい。 第一周波数は、識別コードを含む呼び出し信号を監視領域全体に送信するのに用いる。 トランスポンダが、この第一無線周波数を第二周波数によって搬送される応答信号に変換する。 第三周波数は、主局がそれぞれの通信局と交信する際に使われる。 主局は、継続的及び周期的にそれぞれの通信局に呼掛ける。 通信局は呼掛に応答して主局とのみ交信を行う。 こうして、本発明によれば一個の利用者無線バスが機能する。

通信局のネットワークは、三個の分散した副配列（su
barray）で構成することができる。 たいていの場合、トランスポンダからの応答信号は、それぞれの副配列のなかの一個の通信局によってのみ受信される。 主局は通常、各副配列の中の一個の通信局の位置を突き止めるだけでよいから、主局はトランスポンダの位置をより迅速に突き止めることができる。 トランスポンダの位置は、
当該トランスポンダから応答信号を受信した三個の通信局によって画成される区域内にあるものとして識別される。

本発明は、本発明を実施している大規模な公園で離れ離れになってしまった親子の不安を有利に除去する。 本発明は、異なった周波数を使用することで、呼び出しと新規の呼び出し要請が同時に起こることを都合よく可能にする。 本発明は、ネットワーク中で通信局の副配列を使うことで、処理を高速化した。

本発明の他の目的と利点については、以下に述べる本発明の詳しい説明と添付の図面と共に考察することにより明らかになろう。

図面の簡単な説明 図１は本発明の位置探索装置のブロック線図である。

図２は通信局の三個の配列の関係を示した監視領域の一部の概略図である。

図3Aと図3Bは本発明の位置探索能力を示す概略図である。

図４は本発明の通信局のブロック線図である。

図５は本発明に使う主局のブロック線図である。

図６は本発明に使うトランスポンダのブロック線図である。

好ましい実施例の説明 図１は本発明の位置探索装置の多様な構成部分間の関係を図解したものである。 主局30がこの装置の運転を制御する。 通信局のネットワークは、この装置が実施される全領域に広がる。 例えばテーマ公園では、園内のどこに位置する可動要素でも探索できるよう、通信局を公園全域に分散する。 通信局を別個の配列40に細分化してもよい。 ある所与の地点における最寄りの三個の通信局が、それぞれ違う配列に属するように当該配列を分散させる。

本装置の監視領域内で、可動要素の位置を探索するため、それぞれの要素にトランスポンダ50を装備する。 それぞれのトランスポンダは関連づけられた識別コードに反応する。 それぞれのトランスポンダはそれに関連づけられた異なったコードを持つ。 従って、ある特定の識別コードを含んだ呼び出しが領域全体に送られ、該識別コードに関連づけたトランスポンダにより受信される。 この好ましい実施例に従い呼び出しの要請があると、主局
30は、それぞれの通信局と順々に交信しながら、或いはネットワーク全体に対する一度の発信により、通信局のネットワークを作動状態にする。 呼び出すべきトランスポンダの独特のコードを通信局に提供することにより通信局を作動状態にする。 通信局が作動状態になると、主局から第一の周波数（F1）で呼び出し発信が行われる。
呼び出し信号は、監視領域全体のトランスポンダに受信されるよう、十分強いものである。

呼び出しで自体の識別コードを識別したトランスポンダ50は、TF1で応答信号を作るために、該信号の周波数を応答周波数（TF1）に変換する。 応答信号は、呼び出された独特の識別コードから成り、TG1周波数で放送される。 通信局は、この周波数で放送される信号を受信するよう調整されている。 トランスポンダの応答信号は、
呼び出し信号に比べて非常に弱い。 そのため、応答しているトランスポンダ50に最も近い通信局だけが、該応答信号を受信する。 現在好ましいと考えられることだが、
通信局がTF1で受信したトランスポンダの識別コードを、主局より作動状態にされた時に受信したコードと比較する。 こうして通信局自体が、探索中のトランスポンダを実際に識別したかどうか見極めることができる。 また、様々な通信局の感度は、好ましくは最寄りの三個の通信局だけが応答信号を受信したことを示すような水準で維持される。

通信局はF1及びTF1と異なる第三の周波数F2で周期的に主局30により呼掛を受ける。 こうして主局は、通信局のいずれかで呼び出しが要請されているか、通信局のいずれかがトランスポンダ50の応答信号を受信したかどうか知る。 主局30は、呼び出されたトランスポンダから応答受信を受信した通信局を識別することで、該トランスポンダの位置を、受信した通信局で画成される一区域内で識別することができる。

通信局が三個の副配列に分けられている場合は、それぞれの副配列から一個の通信局だけが応答信号を受信したことを示すのが好ましい。 主局は、各配列の中で一個の通信局だけが応答信号の明確な識別をするものと期待しているため、通信局のネットワークを、分散された三個の配列として扱うことにより、応答信号の明確な識別が一度なされると、主局は直ちに他の配列の通信局に呼掛けることができる。 この処理をさらに高速化するため、最初に主局は、一番早く明確に識別した通信局近辺の他の配列に呼掛をする。 別の実施例によれば、それぞれの異なった配列用に一個ずつ三個の異なった周波数で、主局と通信局の間の交信が行なえる。 この場合、全配列の同時並行呼掛が可能になることで、処理が高速化するだろう。

図２は通信局の配列間の幾何学的関係を示している。
三角、四角、円は通信局のそれぞれ異なった配列を表している。 この図は三個の通信局の配列を示すものである。 それぞれの配列中の通信局は、すべて同じ重要要素を含んでいる。 通信局については、以下に図４との関連でより詳しく扱う。 通信局が一個の領域を三角の複数区域に分割する。 それぞれの区域は、異なった配列のそれぞれに属する三個の通信局によって境界がつけられる。

トランスポンダが主局に呼び出されると、たいていの場合それは、該トランスポンダが位置する区域の境界をなす三個の通信局によって受信される応答信号を出す。
図３−Ａに示されるように、トランスポンダQ1が応答しているのを通信局Ａ、Ｂ、Ｃが聴くことになるだろう。
これら三個の通信局が、呼び出されたトランスポンダからの応答信号を受信したことを主局に知らせると、主局はこのトランスポンダの位置を一区域内に示すことができる。 そして該区域が呼び出しを要請した使用者に識別される。 トランスポンダがちょうど二区域の中間に位置していて、図３−Ｂで示すように、四個の通信局が応答信号の受信を知らせることが時々有り得る。 その場合主局は、該トランスポンダの位置を菱形WXYZで輪郭を示してある二区域と識別するだろう。 例えばＷとＹなどの二個の通信局が同じ配列のものであれば、主局は、該トランスポンダが恐らく局ＸからＺへと菱形を横着る線を取り巻く領域に位置することを示すことができるであろう。

通信局のネットワークは、テーマ公園の中で人間が多く集まる場所では通信局を蜜に隔置できるように距離の面で変化を持たせることができる。 これに応じて検波（探索）通信局の数が依然として三乃至四となるようにこれらの局の感度が下げられることになるだろう。 人が密集する領域における区域の面積を小さくすることにより、これらの領域で本装置の感度が高められる。

通信局には、送受信（T/R）アンテナ１が装備される。 このアンテナは、第三搬送周波数で放送される信号を送受信し、通信局が主局と交信することを可能にするよう調整してある。 変復調装置２は、アンテナ１で受信した主局からの符号化信号を復調する。 該変復調装置２
は、通信局による主局30への送信のため、符号化信号を第三搬送周波数に変調する。 出入力装置３は、局の中央処理装置４と送受信インターフェースとの間の交信を可能にする。 情報記憶装置５は、通信局内部のオペレーティングシステム、表示装置ソフトウェア、さらに探索要請や呼び出し・検波されたトランスポンダの識別コードなどネットワークに関するデータを記憶する。

通信局は、トランスポンダからの応答信号を受信する装置も含んでいなくてはならない。 第二のアンテナ６
は、これらの変調信号を受信するために装備されている。 このアンテナは、第二周波数、TF1に変調された、
トランスポンダからの信号だけを受信するように調整されてている。 現在好ましいとされる実施例によると、呼び出しは主局から送信されるので、この好ましい実施例の通信局では、呼び出しをトランスポンダに送信するための送信装置を内蔵していない。 復調器７は、トランスポンダからアンテナ６で受信した符号化信号を復調するために、装備されている。 この復調器には、信号振幅動作限界（閾値）があり、該限界を下回ると周波数TF1で受信した信号を識別できない。 通信局が応答信号を検波できるトランスポンダと通信局の距離を変えるために復調器の感度は調節できる。 入出力装置３は、アンテナで受信した復調信号を通信局の中央処理装置４に送り、さらに中央処理装置からの信号を、アンテナ１による送信のため、変復調装置２に送る。 中央処理装置４は、復調信号からの識別コードを作動状態中にデータ記憶装置５
に記憶された識別コードと比較する。 これらが一致すると、アンテナ１によって受信信号が主局に送信される。

入出力装置８は、中央処理装置４と周辺装置の間の交信を可能にする。 通信局には、通信局の問い合わせ用のキーボード９を装備することもできる。 キーボード９
は、呼び出す識別コードを指定するための手段になり得る。 或いは、呼び出し操作を開始するのに、磁気カード読み取り装置10を使ってもよい。 呼び出す識別コードを入力するための第三案は、携帯無線呼び出し要請装置からの呼び出し要請を受信する手段を備えた、受信モジュール11である。 受信モジュール11は、独自のアンテナ及び復調装置、並びにそれ専用の中央処理装置及び第四搬送周波数で受信した探索要請データ分析用のデータ記憶装置を含有してもよい。 呼び出し要請を入力する周辺装置の選択は、所与の実施状況により判断される問題である。

データ公園でキーボードを使用する際は、それぞれの親に自分の子供の識別コードを与えることになるだろう。 それぞれの子供には、迷子になったときに位置探索ができるよう、トランスポンダを持たせることになるだろう。 親は最寄りの通信局に行き、行方不明になった子供の識別コードをキーボードで入力するだけでよい。 別の方法は、それぞれの子供用の磁気カードをそれぞれの親に渡しておくことだろう。 子供が迷子になった時、親は最寄りの通信局でカード読み取り装置10を使って、該磁気カードを入力することになるだろう。 これで、一連の呼び出し操作が始まる。

代案として、受信モジュール11を使った場合、親が通信局を探す必要がなくなる。 親は携帯無線機を携帯する。 キーボード９の時と同様に、迷子になった子供の番号を該無線機に入力すればよい。 無線機が、第四搬送周波数を使って呼び出し要請を最寄りの受信モジュール11
に送り、主局30が呼び出し要請を感知した時、一連の呼び出し操作が開始する。 この携帯機は、近隣使用者との信号衝突を避けるため、異なった間隔で数回呼び出し要請を発信する。 呼び出しを受信した通信局のからの確認信号が、呼び出しが進行中であることを使用者に示す。
この機器には、液晶ディスプレイ読み取りが付いていて、呼び出されたトランスポンダが見つかった時、該トランスポンダの位置がそこに表示される。

この位置探索装置が呼び出されたトランスポンダの位置を識別すると、呼び出しを要請した当事者に場所を知らせるため、表示装置12を使うことも考えられる。 こうして、表示装置12にテーマ公園の見取り図を装着することもある。 親が、呼び出し要請を出している通信局のところにいるとき、表示装置12は、呼び出されてトランスポンダが見つかった公園内の区域を表示する。 特定された区域内で子供を見つけるには、公園の係員が親を手伝うものと想定される。

図５を参照すると、ここでは主局の基本的な機能を説明する。 主局は、第三周波数で通信局と交信するための送受信アンテナ13を含有する。 変復調装置14は、アンテナ13で受信した符号化信号を復調し、符号化信号が主局から送信される時は、これを第三搬送周波数に変調する。 これで、主局と通信局の間に通信チャンネルが設けられる。 入出力装置15は、主局の中央処理装置16と送受信機器の間の通信を可能にする。 データ記憶装置17は、
主局の内部オプレーティングシステム、視覚表示ソフトウエア、探索要請や呼び出し・検波されたトランスポンダの識別コード等ネットワークに関連するデータを記憶する。 主局は、第一搬送周波数で呼び出しを送信するための、第二のアンテナ18を装備している。 Ｔ印があるブロックは、該アンテナが送信にだけ使用されることを示している。 変調装置19は、符号化された識別信号を、この位置探索装置が扱う監視領域全体に送信するために第二搬送周波数に変調するのに用いられる。 入出力装置15
は、主局の中央処理装置16と、送信アンテナ18及び変調装置19などの呼び出し機器との間にインターフェースを提供する。

入出力装置20は、中央処理装置16と、キーボード21、
表示端末装置22、或いはプリンター23など周辺補助装置との間の交信に備える。 図６を参照すると、トランスポンダは、第１の周波数で受信し、第２の周波数で該信号を再送信する装置である。 トランスポンダには、様々な形・大きさのものがあり、そのため例えばテーマ公園にいる子供のような可動要素にトランスポンダを装着するには数々の方法が考えられる。 一般にトランスポンダは、第一搬送周波数に変調された信号を受信するのに適したアンテナ24を内臓している。 Ｒ印が付いている配線略図ブロックは、該アンテナが受信専用アンテナであることを示している。 復調装置25は、第一搬送周波数に変調された符号化信号を復調する。 その結果として生じる、アンテナ24が受信する符号化信号は、内部記憶されている該トランスポンダの識別コードと、比較器回線26
を使って比較される。 もし、受信した信号がそのトランスポンダの記憶されている識別コードを含有していれば、比較回路26は、該コードを含んだ信号を、送信のため変調装置27に送る。 変調装置27は、第二搬送周波数TF
1で応答信号を提供するため、符号化された信号を変調する。 該応答信号は、送信アンテナ28により送信される。 最寄りの通信局による明確な受信の可能性を高めるためにトランスポンダを多重送波形とするのが望ましい。

位置探索装置の速度と呼び出されたトランスポンダが位置する区域を特定する速度は、主局の問い合わせ手順を変更することで改良し得る。 呼び出し要請が通信局にもたらされ、続いて該通信局から主局にもたらされると、該呼び出しは主局によって発信される。 応答時間を改良し呼び出されたトランスポンダの位置を識別するために、主局は、監視領域の全通信局を循環し続けるよりはむしろ、最初に呼び出し要請を受信した通信局の近辺から通信局の呼掛を開始することができる。 これは、子供が公園の反対側へは行かず親の近辺にいる可能性が高いテーマ公園などでは特に意味がある。

本発明の位置探索装置は、一個或いはそれ以上の主局で実施することができる。 複数の主局が使用された場合、局は、監視領域で呼掛をするために、共同して或いは単体で機能することになるだろう。

本発明発明によれば、通信局で受信された信号が単純な理論上の「受信した」あるいは「受信しなかった」に還元されるように、トランスボンダの信号強度は、通信局の受信能力と共に最適化される。 前もって設定される限界は、望ましい目標を達成するために、それぞれの通信局で実行されることになるだろう。 この方法では、信号強度の比較が必要とされることはない。 この装置は、
トランスボンダが位置している区域の境界をなすネットワーク内の通信局での応答信号の受信に依存している。

本発明の位置探索装置が作動中、主局は継続的そして周期的にネットワークのそれぞれの通信局に問い合わせている。 これで、通信局の全ネットワークとの、ほぼ継続的な通信の輪が維持される。 この通信の輪は、各通信局の状態が監視されること、呼び出し探索要請の識別と開始、どの通信局が応答呼び出し識別コードを受信したかを確定するためにネットワークに対する呼掛を可能にし、また主局が、呼び出されたトランスボンダの位置を通信局に返信するのを可能にする。 通信輪はまた、間も無く呼び出された送信されることになる識別コードをすべての通信局に与えるのに用いられる。 主局と通信局の間の交信は、無線バスによって行われる。 バスは、競合する数々の局によって使われる通信チャンネルに過ぎない。 本発明のプロトコール（仕様）は、一時に一人の使用者だけに無線バスの仕様を認めるものである。 単一ユーザーバスを実現する一つの方法は、巡回アドレッシング（アドレス指定）を採用することである。 主局は一時に一個の通信局だでアドレス指定をする。 通信局は、主局からの呼掛に答えて、そうするよう指示された時だけ、バスにアクセスできる。 こうして通信局は、主局が該通信局をアドレス指定をするまで、該状態と呼び出し要請信号の情報を提供できない。 主局がネットワーク内のすべての通信局に受信されるメッセージを放送することにより作動状態にする方式に対しては、別の構成を使うこともできる。 これは、すべての通信局が受け入れるアドレスフォーマットを含むことによって、或いは作動状態にする信号をすべての通信局に送信するための、別の搬送周波を加えることによって達成できる。

有利なことに、本発明の装置は三個の無線バスによって作動する。 主局30が第一のバスで監視領域を呼び出す。 トランスボンダ50が第二のバスで通信局に応答を出し、そして主局を第三のバスで通信局40と交信する。 それぞれのバスが異なった周波数によるので交信は三個のバスすべてで同時に行える。 それぞれの無線のバスでのすべての送信は、標準無線バスプロトコールに従わなければならない。 すべての送信は送信開始コードで開始する。 同時に、プロトコールは、すべてのメッセージが送信終了コードで終わることで、メッセージ状態の終わりを暗示することを求めている。 このような方法で、各無線バスの使用者は、いつ送信が開始し、いつそれらが終了するかを画定する機構を持つ。 このようなプロトコールを採用することで、使用者はメッセージの全体を確認することができ、データの衝突が検知された時には、再送信を要請できる。 符号化信号は、それを送った機器を指示するコードも含有している。 通信局は、それ自体の識別コードを含有している信号を発信し、それによってどの局が特定の送信を行っているかを主局に確認する。

この位置探索装置は、無線に基づく装置に関して説明されてきたが、本位置探索装置は、上述の無線輪よりはむしろ、通信局と主局の間に光ファイバー或いは有機接続を使って実施してもよいことを理解されたい。

上述のことから当発明の改造や変形は、この他にも数々可能であることは明らかである。 例えば、受動的トランスボンダでも能動的トランスボンダでも使える。 建物の内部或いはそれ以外の理由でアクセスが難しい区域があれば、主局との交信でためそれらの建物中に別の通信局を設置し、屋外にアンテナを装備することもできるだろう。 こうしたすべての改造と変形は、添付の請求の範囲に定めた本発明の範囲に入ることが意図されている。