CN107045124A - 定位传感器、方向推定方法以及系统 - Google Patents

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CN107045124A CN201611014862.5A CN201611014862A CN107045124A CN 107045124 A CN107045124 A CN 107045124A CN 201611014862 A CN201611014862 A CN 201611014862A CN 107045124 A CN107045124 A CN 107045124A
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Abstract

本公开涉及定位传感器、方向推定方法以及系统。定位传感器具备：一个以上接收天线；由可变负载封端的一个以上无供电天线；设定可变负载阻抗值的控制器；接收第1信号的接收机，第1信号是将接收天线接收发送信号而得的信号和无供电天线接收发送信号而得的信号进行合成而得的信号；存储器，其在由控制器设定了可变负载的阻抗值时，存储与设定的可变负载的值对应的第1信号强度值；以及处理器，其对复传播信道设定多个候选，算出接收机接收到第2信号时的多个第2信号强度值，通过选择与第1信号强度值和多个第2信号强度值的各第2信号强度值之间的差分中的成为最小的差分对应的候选来推定复传播信道，基于复传播信道来推定第1信号的到来方向。

Description

定位传感器、方向推定方法以及系统
技术领域
本公开涉及定位传感器、方向推定方法以及系统。
背景技术
作为获知人物的位置和/或状态的方法，利用无线信号的方法正在被进行研究(例如，专利文献1)。在专利文献1中公开了如下的推定方法等方法：通过使用傅里叶变换对包含多普勒频移(doppler shift)的分量进行解析，由此能够获知成为检测对象的人物的位置和/或状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-117972号公报
专利文献2：日本特开2015-072173号公报
专利文献3：日本特开2015-119770号公报
专利文献4：日本特愿2013-558810号公报
专利文献5：日本特开2014-215200号公报
专利文献6：日本特开2015-117961号公报
专利文献7：日本特开2006-329658号公报
专利文献8：日本特开2015-175700号公报
非专利文献
非专利文献1：F.Adib，Z.Kabelac，D.Katabi，and R.Miller，“3D tracking viabody radio reflections，”11th USENIX Symp.Net.Systems Design\&Impl.(USENIXNSDI‘14)，Apr.2014.
非专利文献2：Dai Sasakawa，Keita Konno，Naoki Honma，Kentaro Nishimori，Nobuyasu Takemura，Tsutomu Mitsui，“Fast Estimation Algorithm for Living BodyRadar，”2014International Symposium on Antennas and Propagation(ISAP 2014)，FR3D，pp.583-584，Dec.2014
非专利文献3：プラプᅳス·シリル、程俊、タユフェール·エデイ、平田明史、大平孝，“エスパアンテナによるリアクタンスドメインMUSIC法(基于ESPAR天线的电抗阈值MUSIC法)”电子信息通信学会技术报告，RCS2002-147，pp.1-8，2002年8月.
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在以往技术中，诸如需要能够观测到来波的延迟时间和/或相位信息的多个天线等，为了推定人物的位置和/或方向而需要取得发送机侧的相位信息。
用于解决问题的技术方案
本公开的一个技术方案涉及的定位传感器，具备：一个以上的接收天线；由可变负载封端的一个以上的无供电天线；控制器，其设定所述可变负载的阻抗值；接收机，其接收第1信号，所述第1信号是将所述接收天线接收发送信号而得到的信号和所述无供电天线接收所述发送信号而得到的信号进行合成而得到的信号，所述发送信号是从发送机对以所述定位传感器为起点的可能存在活动物体的预定范围发送的信号，所述无供电天线接收到的信号与所设定的所述可变负载的阻抗值对应；存储器，其在由所述控制器设定了所述可变负载的阻抗值时，存储与所述设定的可变负载的值对应的表示所述第1信号的强度的第1信号强度值；以及处理器，其对表示所述发送机与所述接收机之间的信号传播特性的复传播信道设定多个候选，算出所述接收机接收到从所述发送机发送的第2信号的情况下的多个第2信号强度值，所述第2信号强度值表示所述第2信号的强度，所述多个第2信号强度值与所述多个候选对应，通过选择与所述第1信号强度值和所述多个第2信号强度值的各第2信号强度值之间的差分中的、成为最小的差分对应的候选来推定所述复传播信道，基于所述复传播信道来推定所述第1信号相对于所述定位传感器的到来方向。
此外，这些总括性或具体的技术方案既可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或记录介质来实现，也可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序和记录介质的任意组合来实现。
发明的效果
根据本公开，不用取得发送机侧的相位信息而根据在接收侧接收到的无线信号，就能够进行活动物体所在的方向等的推定。
附图说明
图1是表示实施方式1中的推定装置的结构的一例的框图。
图2是表示图1所示的推定装置的检测对象的一例的图。
图3是表示图1所示的复传播信道推定部的详细结构的一例的图。
图4是表示实施方式1中的推定装置的方向推定处理的概要的流程图。
图5是表示实施方式1中的推定装置的方向推定处理的详细情况的流程图。
图6A是表示图5所示的步骤S11的详细情况的流程图。
图6B是表示图5所示的步骤S12的详细情况的流程图。
图7A是表示实施方式1中的天线模型的图。
图7B是表示图7A所示的天线模型的电路模型的图。
图8是表示实施方式2中的方向推定部的结构的一例的图。
图9是表示实施方式2中的方向推定部的方向推定处理的流程图。
图10是表示实施方式2中的方向推定部的方向推定处理的流动的图。
图11是表示实施方式3中的方向推定部的结构的一例的图。
图12是表示实施方式3中的方向推定部的方向推定处理的流程图。
图13是表示实施方式3中的方向推定部的方向推定处理的流动的图。
图14是表示实施方式4中的强度信息记录部和复传播信道推定部的结构的一例的图。
图15是表示实施方式4中的方向推定部的结构的一例的图。
图16是表示实施方式4中的强度信息记录部的推定处理的流程图。
图17是表示实施方式4中的复传播信道推定部的推定处理的流程图。
图18是表示实施方式4中的方向推定部46的推定处理的流程图。
图19是表示使用了实施方式4中的方向推定方法的实验概念的图。
图20是表示使用了实施方式4中的推定方法的实验结果的图。
标号的说明
10 推定装置
11 可变负载
12 接收机
13 可变负载控制部
14、44 强度信息记录部
15、45 复传播信道推定部
16、26、36、46 方向推定部
20 发送机
50 生物体
111 无供电天线
121 接收天线
151 信号算出部
152 比较运算部
161 瞬时相关矩阵算出部
162、262、365 存储部
201 发送天线
261 瞬时相关矩阵算出部
263 相关矩阵算出部
264、368、462 到来角推定部
366 相位角算出部
367 相关矩阵算出部
451 差分信号算出部
452 比较运算部
461 相关矩阵算出部
具体实施方式
(成为本公开的基础的见解)
作为获知人物的位置和/或状态的方法，利用无线信号的方法正在被进行研究。
例如在专利文献1中公开了如下方法：通过使用傅里叶变换对包含多普勒频移的分量进行解析，由此获知成为检测对象的人物的位置和/或状态。更具体而言，在专利文献1中，首先，将包括多个天线元件的阵列天线用于收发双方，对阵列天线间的复传播信道进行观测。在此，复传播信道是在阵列天线的无线通信信道中，为了推定表示发送信号承受的衰减和相位旋转的信道信息而通过接收天线取得的信息，通过具有发送天线数×接收天线数的元素的矩阵来表示。在复传播信道中，各元素(复传播信道元素)的绝对值表示振幅，复传播信道元素的偏角表示相位。接着，在对复传播信道元素的时间响应进行傅里叶变换而成为频率响应矩阵之后，仅提取交流分量。该运算与取出多普勒频移分量是等效的。此外，所提取出的交流分量也通过矩阵来表示。并且，根据频率响应矩阵的交流分量来求出相关矩阵，进行到来方向推定，由此检测出检测对象的方向和/或位置。
另外，例如在专利文献2～5中公开了如下方法：与专利文献1同样地，通过对观测到的信号进行傅里叶变换，取出源自于成为检测对象的人物(生物体)的多普勒分量，并对其进行解析，由此感知生物体的位置、生物体的心跳或呼吸等的状态。在专利文献6中公开了如下方法：通过调整可变阻抗阵列来进行高速的波束扫描，根据其反射波来推定来自对象的信号到来方向。在专利文献7中公开了如下方法：将使用了多个频率的具有指向性的传感器设置在不同的方向，根据其反射波来推定到对象的距离以及角度，由此推定对象物体的位置。另外，例如在专利文献8中公开了如下方法：具备能够观测到来波的延迟时间和/或相位信息的多个天线，推定对象物体的位置。
另外，例如在非专利文献1中公开了不使用傅里叶变换而检测人体方向和/或位置的方法。在非专利文献1中，作为不使用傅里叶变换而取出变动分量的方法，事先测定好无人状态的传播响应，考虑无人状态与有人状态的差分是因人物而产生的差分来解析差分分量，由此推定人物位置。更具体而言，通过对1GHz以上的宽频带的频率响应进行观测，计算所提取出的源自于人物的反射波的传播时间，由此推定与设置在不同场所的多个天线相距的距离，使用所推定出的距离来推定人物位置。在非专利文献1中，通过对有人时的复传播信道的时间响应进行观测，对不同时间的复传播信道彼此进行减法运算，由此仅提取除去了来自墙壁或器具等固定物的反射分量之后的源自于人物的反射波。
另外，例如在非专利文献2中公开了如下方法：从有人时的复变传递函数中除去不需要的分量，推定生物体的方向。更具体而言，为了从复变传递函数中除去来自墙壁或器具等固定物的反射波和/或收发天线间的直接波，预先测定无人时的复变传递函数。并且，对有人时的复传播信道的时间响应进行观测。因为有人时的复变传递函数包含来自固定物的反射波和/或收发天线间的直接波，所以通过从有人时的复变传递函数减去无人时的复变传递函数，将来自固定物的反射分量(不需要的分量)除去而仅提取源自于人物的反射波。
另外，例如，在非专利文献3中公开了使用无供电天线的电波的到来方向的推定方法。在非专利文献3中公开了如下装置：具备一个元件的供电天线和将其包围的多个无供电的天线，即能够观测相位的单个接收机与一个元件的接收天线(供电天线)连接，连接有可变负载的多个无供电天线呈圆形配置在接收天线的周围。接收机的接收信号根据无供电天线的可变负载的值进行变化，因此能够根据使无供电天线的可变负载的值变化后的响应(此时接收的复信号)来推定电波的到来方向。
然而，例如专利文献4～5所公开的单元件天线，虽然对于检测因人物的呼吸和/或心跳引起的多普勒频移是足够的，但为了推定人物的位置和/或方向却需要能够观测到来波的延迟时间和/或相位信息的多个天线。也即，对于专利文献4～5那样的单元件天线而言，不能进行人物的方向和/或位置的推定。
另外，专利文献1～3、6所公开的方法，进一步在非专利文献1～2所公开的方法中使用多个天线，能够推定人物的方向和/或位置。然而，为了推定人物的方向和/或位置而需要多个能够计测信号的延迟时间和/或相位的精密的接收机。这会存在导致装置的高成本化的问题。
另外，在非专利文献3所公开的方法中，如上所述，根据使无供电天线的可变负载的值变化后的响应，推定到来波的方向。然而，在非专利文献3所公开的方法中，存在如下问题：每次切换可变负载的值时都需要使相同的接收信号到来，进一步需要获知接收信号的正确的相位值。这意味着：需要使发送机和接收机的基准振荡器在相位水平上完全同步或使用共同的基准振荡器。也即，存在如下问题：例如在将发送机和接收机分离地配置的情况下不容易将其互相连接，因此需要能够在相位水平上同步的高价的基准振荡器。这是因为：由于因生物体产生的复传播信道的变动为秒级的周期，因此至少需要在该周期期间保持取得了相位水平的同步的状态。另外是为了区分复传播信道的变动是因生物体引起的还是因收发机间的基准振荡器的频率差而引起的。
此外，在专利文献6所公开的方法中，能够使用具有窄指向性的波束来进行窄范围的方向推定，但对于宽范围的方向推定而言需要具有宽指向性的波束。也即，在专利文献6所公开的方法中，存在如下问题：虽然因为不需要发送机自身而不需要发送机侧的相位信息，但是方向推定的分辨率很低。同样地，在专利文献7所公开的方法中，存在如下问题：在进行宽范围的方向推定时，若减少天线数，则天线间的重叠范围会变窄，方向推定的分辨率会降低。
另外，近年来，正在研究如下的使用了阵列天线的雷达，该雷达利用生物体通过呼吸或心跳等某些生物体活动而使电波产生多普勒频移这一特征，在存在多重波的电波传播环境中，推定生物体的存在方向等。也即，正在研究如下雷达：对生物体照射电波，通过接收信号的傅里叶变换来除去未经由生物体的信号分量，推定从生物体反射的电波的到来方向，由此推定生物体方向。
然而，为了构成这样的阵列天线，每个元件天线都需要接收机，存在硬件规模增大的问题。另外，针对接收信号需要正确地获知元件天线间的相位差，这也成为导致硬件规模增大的原因。
发明人鉴于上述情况，想到了如下的方向推定方法等方法：根据在由不取得发送机侧的相位信息的简易的硬件结构(少的接收机数)构成的接收侧接收到的无线信号，能够进行活动物体所在的方向等的推定。
(1)本公开的一个技术方案涉及的定位传感器，具备：一个以上的接收天线；由可变负载封端的一个以上的无供电天线；控制器，其设定所述可变负载的阻抗值；接收机，其接收第1信号，所述第1信号是将所述接收天线接收发送信号而得到的信号和所述无供电天线接收所述发送信号而得到的信号进行合成而得到的信号，所述发送信号是从发送机对以所述定位传感器为起点的可能存在活动物体的预定范围发送的信号，所述无供电天线接收到的信号与所设定的所述可变负载的阻抗值对应；存储器，其在由所述控制器设定了所述可变负载的阻抗值时，存储与所述设定的可变负载的值对应的表示所述第1信号的强度的第1信号强度值；以及处理器，其对表示所述发送机与所述接收机之间的信号传播特性的复传播信道设定多个候选，算出所述接收机接收到从所述发送机发送的第2信号的情况下的多个第2信号强度值，所述第2信号强度值表示所述第2信号的强度，所述多个第2信号强度值与所述多个候选对应，通过选择与所述第1信号强度值和所述多个第2信号强度值的各第2信号强度值之间的差分中的、成为最小的差分对应的候选来推定所述复传播信道，基于所述复传播信道来推定所述第1信号相对于所述定位传感器的到来方向。
(2)在上述技术方案中，也可以：所述处理器在所述第1信号强度值的时间变动为预定值以下时，将第1复传播信道推定为所述复传播信道，在所述第1信号强度值的时间变动比预定值大时，将第2复传播信道推定为所述复传播信道，算出表示与所述第1复传播信道对应的相关矩阵的第1相关矩阵，算出表示与所述第2复传播信道对应的相关矩阵的第2相关矩阵，通过从所述第2相关矩阵减去所述第1相关矩阵来算出第3相关矩阵，基于所述第3相关矩阵，推定所述第1信号相对于所述定位传感器的到来角度。
(3)在上述技术方案中，也可以：在所述第1信号强度值的时间变动为预定值以下时，所述第1信号不包含所述发送信号被所述活动物体反射而得到的反射信号，在所述第1信号强度值的时间变动比预定值大时，所述第1信号包含所述反射信号。
(4)在上述技术方案中，也可以：所述处理器在第1时刻，将第1复传播信道推定为所述复传播信道，在所述第1时刻之后的第2时刻，将第2复传播信道推定为所述复传播信道，根据所述第1复传播信道和所述第2复传播信道，算出所述第1复传播信道与所述第2复传播信道的相位差，决定所述相位差成为最小的相位角，通过从被赋予所述相位角的所述第2复传播信道减去被赋予所述相位角的所述第1复传播信道来算出第3复传播信道，计算与所述第3复传播信道对应的相关矩阵，基于所述相关矩阵，推定所述第1信号相对于所述定位传感器的到来角度。
(5)本公开的另一技术方案的定位传感器，具备：一个以上的接收天线；由可变负载封端的一个以上的无供电天线；控制器，其设定所述可变负载的阻抗值；接收机，其接收第1信号，所述第1信号是将所述接收天线接收发送信号而得到的信号和所述无供电天线接收所述发送信号而得到的信号进行合成而得到的信号，所述发送信息是从发送机对以所述定位传感器为起点的可能存在活动物体的预定范围发送的信号，所述无供电天线接收到的信号与所设定的所述可变负载的阻抗值对应；
存储器；以及
处理器，
所述控制器设定K组的所述可变负载的阻抗值，所述K为2以上的整数，
所述接收机将与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的各所述第1信号接收L次，所述L为2以上的整数，
所述存储器存储与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的所述L个的所述第1信号强度值，所述处理器，通过将与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的所述L个的所述第1信号强度值进行平均，算出各平均值，通过从与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的所述L个的所述第1信号强度值减去对应的各平均值，算出K×L个的第2信号强度值，对于所述L个的各个复传播信道，设定具有K个元素的M个候选，所述复传播信道表示所述发送机与所述接收机之间的信号传播特性，所述M为2以上的整数，对于所述L个的各个所述复传播信道，算出表示推定为在所述可变负载被设定为所述K组时所述接收机进行接收的信号强度值的具有所述K个元素的所述M个的第3信号强度值，对于所述L个的各个复传播信道，通过选择与所述M个的第3信号强度值和对应的所述第2信号强度值之间的差分中的成为最小的差分对应的候选，推定所述L个的各个复传播信道，算出与所述L个的各个复传播信道对应的相关矩阵，基于所述相关矩阵来推定所述第1信号相对于所述定位传感器的到来方向。
(6)本公开的另一技术方案的系统，所述系统具备第1定位传感器、配置在与所述第1定位传感器的位置不同的位置的第2定位传感器、和第1处理器，所述第1定位传感器具备：一个以上的第1接收天线；由第1可变负载封端的一个以上的第1无供电天线；第1控制器，其设定所述第1可变负载的阻抗值；第1接收机，其接收第1信号，所述第1信号是将所述第1接收天线接收发送信号而得到的信号和所述第1无供电天线接收所述发送信号而得到的信号进行合成而得到的信号，所述发送信号是从发送机对以所述第1定位传感器为起点的可能存在活动物体的第1预定范围发送的信号，所述第1无供电天线接收到的信号与所设定的所述第1可变负载的阻抗值对应；第1存储器，其在通过所述第1控制器设定了所述第1可变负载的阻抗值时，存储与所述设定的第1可变负载的值对应的表示所述第1信号的强度的第1信号强度值；以及第2处理器，其对表示所述发送机与所述第1接收机之间的信号传播特性的第1复传播信道设定多个候选，算出所述第1接收机接收到从所述发送机发送的第2信号的情况下的多个第2信号强度值，所述第2信号强度值表示所述第2信号的强度，所述多个第2信号强度值与所述多个候选对应，通过选择与所述第1信号强度值和所述多个第2信号强度值的各第2信号强度值之间的差分中的成为最小的差分对应的候选来推定所述第1复传播信道，基于所述第1复传播信道来推定所述第1信号相对于所述定位传感器的第1到来方向，所述第2定位传感器具备：一个以上的第2接收天线；由第2可变负载封端的一个以上的第2无供电天线；第2控制器，其设定所述第2可变负载的阻抗值；第2接收机，其接收第3信号，所述第3信号是将所述第2接收天线接收发送信号而得到的信号和所述第2无供电天线接收所述发送信号而得到的信号进行合成而得到的信号，所述发送信号是从发送机对以所述第2定位传感器为起点的可能存在所述活动物体的第2预定范围发送的信号，所述第2无供电天线接收到的信号与所设定的所述第2可变负载的阻抗值对应；第2存储器，其在通过所述第2控制器设定了所述第2可变负载的阻抗值时，存储与所述设定的第2可变负载的值对应的表示所述第3信号的强度的第3信号强度值；以及第3处理器，其对表示所述发送机与所述第2接收机之间的信号传播特性的第2复传播信道设定多个候选，算出所述第2接收机接收到从所述发送机发送的第4信号的情况下的多个第4信号强度值，所述第4信号强度值表示所述第4信号的强度，所述多个第4信号强度值与所述多个候选对应，通过选择与所述第3信号强度值和所述多个第4信号强度值的各第4信号强度值之间的差分中的成为最小的差分对应的候选来推定所述第2复传播信道，基于所述第2复传播信道来推定所述第3信号相对于所述第2定位传感器的第2到来方向，所述第1处理器基于所述第1到来方向和所述第2到来方向，推定所述活动物体相对于所述第1定位传感器以及所述第2定位传感器的相对位置。
此外，本公开不仅作为装置来实现，也可以作为具备设有如此装置的处理单元的集成电路来实现，或作为将构成该装置的处理单元设为步骤的方法来实现，或作为使计算机执行这些步骤的程序来实现，或作为表示该程序的信息、数据或信号来实现。并且，这些程序、信息、数据以及信号也可以经由CD-ROM等记录介质或互联网等通信介质来发布。
以下，使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，以下说明的实施方式都表示本发明的优选的一个具体例子。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，并非限定本发明的意思。另外，关于以下的实施方式中的构成要素中的未记载在表示本发明的最上位概念的独立权利要求中的构成要素，是作为构成较优选的实施方式的任意的构成要素而说明的。此外，在本说明书以及附图中，对具有实质上相同的功能结构的构成要素，通过标注相同的标号来省略重复说明。
(实施方式1)
以下，参照附图对实施方式1中的推定装置10推定作为检测对象的活动物体(生物体)的方向进行说明。
[推定装置10的结构]
图1是表示实施方式1中的推定装置10的结构的一例的框图。图2是表示图1所示的推定装置10的检测对象的一例的图。
图1所示的推定装置10具备分别由可变负载11封端的一个以上的无供电天线111、一个以上的接收天线121、接收机12、可变负载控制部13、强度信息记录部14、复传播信道推定部15和方向推定部16，对作为检测对象的活动物体(生物体)所在的方向进行推定。
[接收机12]
接收机12与一个以上的接收天线121连接，通过接收天线121接收第1信号。接收机12仅能够观测信号强度。分别由可变负载11封端的一个以上的无供电天线111也被称为ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator，电控无源阵列)天线。
更具体而言，如图2所示，通过与发送机20连接的一个发送天线201，发送发送机20生成的信号(发送波)。于是，到达了无供电天线111的信号(反射波)，被可变负载11散射并在再次到达无供电天线111之后因相互耦合而到达接收天线121。即，在接收机12，以除了直接到达接收天线121的信号(反射波等)之外还合成了经由无供电天线111的信号而成的状态的信号(第2信号)的强度信息(第1信号强度)被观测到。
[可变负载控制部13]
可变负载控制部13控制可变负载11。更具体而言，可变负载控制部13控制可变负载11的值(阻抗值)。
[强度信息记录部14]
强度信息记录部14对变化后的可变负载的值、以及在该可变负载的值时接收机12接收的第1信号的第1信号强度进行蓄积。更具体而言，强度信息记录部14一边与可变负载控制部13进行同步一边记录接收机12接收的第1信号的强度信息(第1信号强度)。也即，在强度信息记录部14中，按时间序列记录与可变负载11的变化相应的第1信号强度(强度信息)。此外，在本实施方式中，被记录的第1信号信息(强度信息)仅为振幅信息。即无法观测相位。
[复传播信道推定部15]
图3是表示图1所示的复传播信道推定部15的详细结构的一例的图。
如图3所示，复传播信道推定部15具备信号算出部151和比较运算部152。信号算出部151根据设定为预定值的试验用复传播信道来算出第2信号的第2信号强度。比较运算部152使用可变负载11的值来搜索第1信号强度与第2信号强度的差分成为最小的试验用复传播信道的值。比较运算部152将具有搜索出的值的试验用复传播信道推定为接收机12接收到第1信号时的复传播信道。如此，复传播信道推定部15根据从强度信息记录部14输出的强度信息来推定接收机12接收到第1信号时的复传播信道。
[方向推定部16]
方向推定部16根据在复传播信道推定部15中推定出的复传播信道来推定第1信号的到来方向。在本实施方式中，如图2所示，第1信号是生物体50的反射波。因此，方向推定部16能够根据在复传播信道推定部15中推定出的复传播信道来推定生物体50所在的方向。
[推定装置10的工作]
对如上那样构成的推定装置10的推定处理的工作进行说明。图4是表示实施方式1中的推定装置10的方向推定处理的概要的流程图。
首先，推定装置10对变化后的可变负载11的值、以及在该可变负载11的值时接收机12接收的第1信号的第1信号强度进行蓄积(S1)。
接着，推定装置10根据设定为预定值的试验用复传播信道来算出第2信号的第2信号强度，使用该可变负载的值来搜索第1信号强度与第2信号强度的差分成为最小的试验用复传播信道的值。并且，将具有搜索出的值的试验用复传播信道推定为接收机12接收到第1信号时的复传播信道(S2)。
接着，推定装置10根据在步骤S2中推定出的复传播信道来推定第1信号的到来方向(S3)。
以下，使用图5、图6A以及图6B对图4中说明的推定装置10的方向推定处理的详细情况进行说明。
图5是表示实施方式1中的推定装置10的方向推定处理的详细情况的流程图。图6A是表示图5所示的步骤S11的详细情况的流程图。图6B是表示图5所示的步骤S12的详细情况的流程图。
如图5所示，首先，通过发送机20开始发送信号(S10)。在本实施方式中，图2所示的发送机20从发送天线201发送信号(发送波)。
接着，推定装置10测定强度信息y(l) meas并进行蓄积(S11)。在此，强度信息y(l) meas是接收机12接收的第1信号的第1信号强度。l是索引序号，表示根据强度信息推定复传播信道的次数。
更具体而言，如图6A所示，首先，可变负载控制部13设定M个可变负载11的值(S111)。在此，推定装置10以具备分别由可变负载11封端的M个无供电天线来说明。该情况下，M个可变负载11的值(可变阻抗的值)能够使用试验次数k表示为Zk＝[zk1，…，zkM]。接着，接收机12测定强度信号|yk|(S112)。此外，推定装置10使M个可变负载11的值变化，重复进行S111以及S112的处理。推定装置10使M个可变负载变化K组并测定信号强度|yk|。K组的M个可变负载11的值Zk互不相同(Z1≠Z2…≠Zk)。并且，强度信息记录部14对使M个可变负载11的值变化了K组时由接收机12测定出的强度信息y(l) meas进行蓄积(S113)。如此得到的K个强度信息y(l) meas，可以如下所示那样由矢量来表示。
在此，l是上述的索引序号。[·]T表示转置。
接着，推定装置10根据强度信息y(l) meas来推定接收机12接收到第1信号时的复传播信道h(l)(S12)。
更具体而言，如图6B所示，首先，复传播信道推定部15设定试验用复传播信道h(l) test(S121)。在此，试验用复传播信道h(l) test以任意的值(实部，虚部)即以下所示的预定值来设定。
接着，复传播信道推定部15根据试验用复传播信道h(l) test来算出试验用强度信息y(l) test(S122)。在此，试验用强度信息y(l) test是推定为在步骤S11中在已知的可变负载时接收机12进行了接收的强度信息，与上述的第2信号的第2信号强度相当。试验用强度信息y(l) test如下所示那样来算出。
接着，复传播信道推定部15算出第1信号的第1信号强度即强度信息y(l) meas与第2信号的第2信号强度即试验用强度信息y(l) test之间的差分(误差e)(S123)。在此，差分(误差e)以如下所示的(式1)来算出。
接着，复传播信道推定部15搜索差分e变小的试验用复传播信道h(l) test，将差分e成为最小的试验用复传播信道h(l) test作为复传播信道h(l)进行输出(S124)。
以下，返回到图5来进行说明。
推定装置10进一步实施L次通过步骤S11说明的测定处理，每次都进行通过步骤S12说明的推定处理。
接着，推定装置10根据通过步骤S12推定出的复传播信道h(1)、…、h(L)来推定生物体50的方向(S13)。
[推定处理的原理]
接着，对复传播信道推定部15根据试验用复传播信道h(l) test来推定试验用强度信息y(l) test(第2信号强度)的原理进行明。
图7A是表示实施方式1中的天线模型的图。图7B是表示图7A所示的天线模型的电路模型的图。此外，在图7A中，无供电天线由分别连接有可变负载的M个无供电天线元件#1～#M构成，与推定装置10中的连接有可变负载11的一个以上的无供电天线111对应。接收天线由接收机和与其连接的接收天线元件构成，与推定装置10中的与接收机12连接的接收天线121对应。另外，发送天线由连接有发送机的发送天线元件构成，与图2所示的连接有发送机20的发送天线201对应。
如图7A所示，从发送天线元件发射的电波的一部分经由生物体50到达接收天线元件。在接收天线元件上连接有接收机，在此观测接收信号强度。M个无供电天线元件分别连接有可变负载。包括无供电天线和接收天线而称为接收阵列天线。
发送天线和接收阵列天线能够视为一个电路系统，能够对包括发送天线、接收阵列天线和传播信道的系统散射矩阵SS进行定义。图7B是将其作为等效电路而示出的图。若对发送天线端口定义参照面T、对接收天线端口定义参照面R、对无供电的天线定义参照面P，则该电路系统的散射矩阵能够由下述的(式2)来定义。将其称为系统散射矩阵。
在此，对系统散射矩阵SS的分量SXY的X和Y带入T、R、P的任一方。分量SXY是标量、矢量、矩阵的某一个，由天线数决定。另外，由于系统散射矩阵SS是对称矩阵，所以SXY＝SYX T(T是指转置)。因此，仅对系统散射矩阵SS的分量中的下三角分量进行说明。
STT是发送天线的反射系数，SRR是接收侧的供电天线的反射系数，SPP是无供电天线的散射矩阵。SPR是意味着接收侧的供电天线元件与无供电天线元件的相互耦合的矢量。在此，已知的分量是SRR、SPP、SPR，它们通过事先测定天线的S参数来获得。另一方面，未知的分量是SRT、SPT，其对应于包含上述的无供电天线的接收阵列天线的任意的复传播信道矩阵，如下述的(式3)这样来表示。
接着，对于(式2)的系统散射矩阵，考虑将无供电天线元件的端口封端的情况下的响应。若将M个无供电天线元件的封端条件定义为Z＝[z1，z2，…，zMp]，则表示封端条件的散射矩阵能够如(式4)这样来定义。
rk＝diag[「k1，···，「kM]···(式4)
在此，「km与第k组的第m个可变负载的反射系数对应，能够如(式5)这样来表示。
「km＝(zkm-z0)/(zkm+z0)···(式5)
在此，Z0是基准阻抗，以下，发送机以及接收机的内部阻抗作为与基准阻抗Z0相等的阻抗来说明。
在无供电天线的端口满足由(式4)定义的封端条件的情况下(无供电天线的端口被封端)，图7B所示的系统散射矩阵SS’如下面的(式6)这样来表示。
在此，
是实际可观测的发送天线(发送阵列天线)和接收阵列天线的供电天线(接收天线元件)之间的复传播信道。
若将来自发送机的发送信号设为S，则由接收机观测到的第2信号强度(试验用强度信息)能够通过(式7)来预测(推定)。
此外，SRT和SPT如(式3)中所述那样，是已设定的任意的复传播信道，能够通过图6B中说明的推定处理来搜索。
如上所述，能够根据已设定的试验用复传播信道来算出试验用强度信息即第2信号的第2信号强度。
[效果等]
根据本实施方式的推定装置10以及推定方法，不用取得发送机侧的相位信息而根据在接收侧接收到的无线信号，就能够进行活动物体所在的方向等的推定。
另外，根据本实施方式的推定装置10以及推定方法，不需要进行相位的测定，并且不需要在收发机间进行相位水平的同步，因此能够利用比较便宜的发送机以及接收机。另外，通过利用无供电天线而不需要进行相位的测定，因此能够减少接收机的数量。
更具体而言，在本实施方式的推定装置10中，具备分别与可变负载连接的一个以上的无供电天线即一个以上的ESPAR天线，由单独的接收机观测接收信号。因为ESPAR天线周围的特性是已知的，所以通过变动ESPAR天线的负载条件并由接收机取得接收强度(RSSI：Received Signal Strength Indicator，接收信号的强度指示)，不用取得发送机侧的相位信息就能够推定复传播信道。换言之，通过使ESPAR天线的可变负载(阻抗值)变化，反射率发生改变，接收天线的指向性人为地发生改变。因此，多次(复传播信道的未知数以上的次数)人为地改变接收天线的指向性，根据此时接收机接收的接收信号的接收强度，能够制作联立方程式。并且，通过利用最速下降法来求解该联立方程式，能够推定复传播信道。
如此，不用准备多个接收机而仅根据接收强度就能够推定从推定装置10的外部的发送天线到达与接收机连接的接收天线和无供电天线的复传播信道。另外，仅根据接收强度就能够进行方向推定，并且不需要进行相位信息的观测，因此在本实施方式的推定装置10中，能够使用不取得发送机侧的相位信息的简易的硬件结构即便宜的已有的发送机以及接收机。
(实施方式2)
在实施方式1中的推定装置10接收的信号中，除了从发送机20发送出的信号(发送波)被生物体50反射后的反射波之外，还包含直接波和/或源自于固定物的反射波等未经由生物体50的反射波。在实施方式2中，对考虑了也包含未经由生物体50的反射波这一情况的生物体50的方向的推定方法进行说明。以下，与实施方式1相同之处省略说明，以不同之处为中心来进行说明。
[推定装置的结构]
本实施方式涉及的推定装置(未图示)相对于实施方式1中的推定装置10，方向推定部26的结构不同。
[方向推定部26]
图8是表示实施方式2中的方向推定部26的结构的一例的图。
方向推定部26根据在复传播信道推定部15中推定出的复传播信道来推定第1信号的到来方向。在本实施方式中，如图8所示，方向推定部26具备瞬时相关矩阵算出部261、存储部262、第3相关矩阵算出部263和到来角推定部264。
瞬时相关矩阵算出部261通过由复传播信道推定部15推定出的第1复传播信道来算出第1相关矩阵，并使其存储于存储部262。另外，瞬时相关矩阵算出部261通过由复传播信道推定部15推定出的第2复传播信道来算出第2相关矩阵。
在本实施方式中，复传播信道推定部15在接收机12接收到的第1信号的第1信号强度的时间变动为预定值以下时，将第1复传播信道推定为复传播信道。另外，复传播信道推定部15在接收机12接收到的第1信号的第1信号强度的时间变动比预定值大时，将第2复传播信道推定为复传播信道。在此，在第1信号强度的时间变动为预定值以下的第1信号中，不包含从发送天线201发送并被生物体50反射后的反射信号。因为：在第1信号强度的时间变动为预定值以下的情况下，相当于在无人状态(不存在生物体50的状态)下接收机12接收第1信号。另一方面，在第1信号强度的时间变动比预定值大的第1信号中，包含从发送天线201发送并被生物体50反射后的反射信号。因为：在第1信号强度的时间变动比预定值大的情况下，相当于在有人状态(存在生物体50的状态)下接收机12接收第1信号。
存储部262例如通过HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)、非易失性存储器等存储装置来实现，存储由瞬时相关矩阵算出部261算出的第1相关矩阵。
第3相关矩阵算出部263将从由瞬时相关矩阵算出部161算出的第2相关矩阵减去存储在存储部162中的第1相关矩阵而得到的差分矩阵算出为第3相关矩阵。
到来角推定部264根据第3相关矩阵算出部263算出的第3相关矩阵来推定第1信号的到来角。
[推定装置的工作]
对如以上那样构成的实施方式2中的推定装置10的方向推定处理的工作进行说明。图9是表示实施方式2中的方向推定部26的方向推定处理的流程图。图10是表示实施方式2中的方向推定部26的方向推定处理的流动的图。
首先，在复传播信道推定部15进行生物体50的方向推定之前，由复传播信道推定部15推定可知无人的状态(无人状态)的第1复传播信道。方向推定部26通过由复传播信道推定部15推定出的第1复传播信道来算出第1相关矩阵，并存储于存储部262(S321)。
更具体而言，瞬时相关矩阵算出部261根据由复传播信道推定部15推定出的无人状态下的第1复传播信道h，如下述的(式8)这样来算出瞬时相关矩阵R01。在(式8)中，{·}H表示复共轭转置。
R01＝hhH···(式8)
并且，瞬时相关矩阵算出部261如(式9)所示那样，算出将(式8)表示的瞬时相关矩阵求出L次并进行平均而得到的矩阵。将其定义为第1相关矩阵R1。
接着，复传播信道推定部15推定可知有人的状态(有人状态)下的第2复传播信道。方向推定部26通过由复传播信道推定部15推定出的第2复传播信道来算出第2相关矩阵(S322)。
更具体而言，瞬时相关矩阵算出部261根据由复传播信道推定部15推定出的有人状态下的第2复传播信道h，同样地如下述的(式10)这样来算出瞬时相关矩阵R02。
R02＝hhH···(式10)
并且，瞬时相关矩阵算出部261如(式11)所示那样，算出将(式10)表示的瞬时相关矩阵求出L次并进行平均而得到的矩阵。将其定义为第2相关矩阵R2。
接着，方向推定部26将从通过步骤S322算出的第2相关矩阵减去存储在存储部262中的第1相关矩阵而得到的差分矩阵算出为第3相关矩阵(S323)。
更具体而言，第3相关矩阵算出部263从(式11)所示的第2相关矩阵R2减去(式9)所示的第1相关矩阵R1，得到第3相关矩阵R3(R3＝R2-R1)。
接着，方向推定部26根据算出的第3相关矩阵来推定第1信号的到来角，由此推定第1信号的到来方向(S324)。
在此，如上所述，第1相关矩阵R1是根据在无人时推定出的第1复传播信道而算出的矩阵，例如与直接波和/或来自墙壁的反射波等生物体50以外的复传播信道分量对应。另一方面，第2相关矩阵R2是根据在有人时观测到的复传播信道而算出的矩阵，是将经由生物体50的分量和未经由生物体50的固定分量合计而得到的。
因此，通过从第2相关矩阵R2减去第1相关矩阵R1，理想上仅剩下经由了生物体50的分量。也即，到来角推定部264通过使用第3相关矩阵R3，即使在室内等的多重波环境下也能够推定第1信号的到来角即生物体50的方向。
[效果等]
根据本实施方式的推定装置以及推定方法，即使在室内等的多重波环境下，也能够不用取得发送机侧的相位信息而根据在接收侧接收到的无线信号来进行活动物体所在的方向等的推定。
(实施方式3)
在实施方式2中，对例如将直接波和/或来自墙壁的反射波等生物体50以外的复传播信道分量除去来推定生物体50的方向的方法进行了说明，但不限于此。在实施方式3中，对通过与实施方式2不同的方法将生物体50以外的复传播信道分量除去来推定生物体50的方向的方法进行说明。以下，与实施方式1相同之处省略说明，以不同之处为中心来进行说明。
[推定装置的结构]
本实施方式涉及的推定装置(未图示)，相对于实施方式1中的推定装置10，方向推定部36的结构不同。
[方向推定部36]
图11是表示实施方式3中的方向推定部36的结构的一例的图。
方向推定部36根据在复传播信道推定部15中推定出的复传播信道来推定第1信号的到来方向。在本实施方式中，如图11所示，方向推定部36具备存储部365、相位角算出部366、相关矩阵算出部367和到来角推定部368。
存储部365例如通过HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)、非易失性存储器等存储装置来实现，存储由复传播信道推定部15推定出的第1复传播信道。在本实施方式中，存储部365存储通过复传播信道推定部15在预定时刻推定为复传播信道的第1复传播信道。
相位角算出部366对存储在存储部365中的第1复传播信道与在复传播信道推定部15中推定出的第2复传播信道的相位差进行比较。在此，第2复传播信道是通过复传播信道推定部15在预定时刻之后的时刻推定为复传播信道的。
并且，相位角算出部366搜索该相位差的平均成为最小的相位旋转(相位角)，算出从被赋予所搜索出的相位旋转(相位角)的第2复传播信道减去第1复传播信道而得到的差分即第3复传播信道。
相关矩阵算出部367根据相位角算出部366算出的第3复传播信道来算出相关矩阵。
到来角推定部368根据由相关矩阵算出部367算出的相关矩阵来推定第1信号的到来角。
[推定装置的工作]
对如以上那样构成的实施方式3中的推定装置10的方向推定处理的工作进行说明。图12是表示实施方式3中的方向推定部36的方向推定处理的流程图。图13是表示实施方式3中的方向推定部36的方向推定处理的流动的图。
首先，复传播信道推定部15将在某时刻(预定时刻)推定出的复传播信道作为第1复传播信道h(1)存储于存储部365。在此，将以后(预定时刻之后的时刻)推定的复传播信道设为第2复传播信道h(l)。在此，l是与观测时间(推定时刻)对应的测定序号。
接着，方向推定部26对存储在存储部365中的第1复传播信道与在预定时刻之后的时刻推定出的第2复传播信道的相位差进行比较(S331)，搜索该相位差的平均成为最小的相位旋转(相位角)(S332)。
更具体而言，在通常的多重波环境下，认为直接波和/或经由墙壁的反射波的信号强度远比经由生物体的信号的信号强度高。由此，可以认为全部的复传播信道元素的相位是不发生大变动的相位。另一方面，认为在由实施方式3中的推定装置10推定出的第1复传播信道以及第2复传播信道上乘以随机的相位。这是因为：推定装置10仅根据强度信息来推定第1复传播信道以及第2复传播信道。无法推定绝对的信道的相位。
因此，相位角算出部366假设为作为第1复传播信道h(1)和第2复传播信道h(l)的主要分量的固定分量没有变化，只要搜索下述的(式12)所示的Δp(l)成为最小的修正相位θl来进行决定即可。
接着，方向推定部26算出从被赋予通过步骤S332搜索出的相位旋转(相位角)的第2复传播信道减去第1复传播信道而得到的第3复传播信道(S333)。
更具体而言，相位角算出部366利用使用(式12)搜索出的修正相位θl，如下述的(式13)这样来算出差分信道。将该差分信道称为第3复传播信道Δh(l)。
接着，方向推定部26根据通过步骤S333算出的第3复传播信道来算出相关矩阵(S334)。
更具体而言，相关矩阵算出部367根据(式13)所示的第3复传播信道Δh(l)，如下述的(式14)这样来算出相关矩阵R。
在此，如上所述，由于在使用了(式13)的减法处理的过程中得到了差分信道(第3复传播信道)，因此(式14)所示的相关矩阵R始终删除了固定的分量，仅剩下因生物体50产生的分量。
因此，只要弄清楚(式14)所示的相关矩阵R，就能够应用各种方向推定处理。根据这样的方向推定方法，不需要另行在无人时进行第1复传播信道的推定，即使在器具发生移动等传播环境发生了变化的情况下也能够推定生物体50的方向。
[效果等]
根据本实施方式的推定装置以及推定方法，即使在室内等的多重波环境下传播环境发生了变化的情况下，也能够不用取得发送机侧的相位信息而根据在接收侧接收到的无线信号来进行活动物体所在的方向等的推定。
(实施方式4)
在实施方式1～3中，对根据接收机12接收到的第1信号的第1信号强度来推定复传播信道、并进行生物体50的方向推定进行了说明，但不限于此。也可以根据使接收机12接收到的第1信号的第1信号强度最佳化后的信号强度来推定复传播信道、并进行生物体50的方向推定。以下，作为实施方式4，与实施方式1相同之处省略说明，以不同之处为中心来进行说明。
[推定装置的结构]
本实施方式涉及的推定装置(未图示)，相对于实施方式1等中的推定装置10，强度信息记录部44、复传播信道推定部45和方向推定部46的结构不同。此外，如上所述，推定装置10中的可变负载控制部13控制可变负载11的阻抗值。以下，可变负载控制部13将一个以上的无供电天线111的可变负载11的阻抗值的组合控制为K组(K为2以上的整数)来进行说明。
[强度信息记录部44]
图14是表示实施方式4中的强度信息记录部44和复传播信道推定部45的结构的一例的图。
强度信息记录部44将可变负载11的阻抗值的K组的组合各自的接收机12接收的第1信号的第1信号强度蓄积L次(L为2以上的整数)，算出K组的组合各自的L次的第1信号强度的平均值即第1平均信号强度。强度信息记录部44算出从K组的组合各自的L次的第1信号强度即所蓄积的第1信号强度减去第1平均信号强度而得到的K×L个的第1差分信号强度并进行蓄积。
在本实施方式中，如图14所示，强度信息记录部44记录K组的可变负载11的阻抗值(图中为负载)的组合各自的第1信号的强度信息(第1信号强度)，进一步对其观测L次。也即，记录K×L个的第1信号的强度信息(第1信号强度)。
在此，着眼于第一个的负载组合来进行说明，由于本实施方式涉及的推定装置进行L次观测，因此强度信息记录部44蓄积第1信号#1-1～第1信号#1-L共计L个强度信息(第1信号强度#1-1～第1信号强度#1-L)。然后，强度信息记录部44算出作为L个强度信息(第1信号强度)的平均值的平均信号强度#1，从所蓄积的第1信号强度#1-1～第1信号强度#1-L减去平均信号强度#1。由此，得到第1差分信号强度#1-1～第1差分信号强度#1-L。
对K组的负载组合全都实施同样的处理。
如此，强度信息记录部44除了蓄积接收机12接收的K×L个的第1信号的第1信号强度之外，还蓄积使第1信号强度最佳化后的K×L个的第1差分信号强度。
[复传播信道推定部45]
如图14所示，复传播信道推定部45具备差分信号算出部451和比较运算部452。
差分信号算出部451设定分别具有预定值的L个试验用差分复传播信道，对所设定的L个试验用差分复传播信道分别算出K组的第2差分信号强度。
比较运算部452与差分信号算出部451合作，搜索在强度信息记录部44中蓄积的K组的第1差分信号强度与所算出的第2差分信号强度之差成为最小的试验用差分复传播信道的值。然后，比较运算部452将具有所搜索出的值的L个试验用差分复传播信道推定为接收机12接收到第1信号时的L个复差分传播信道。
在本实施方式中，差分信号算出部451首先将与第一次观测对应的试验用差分复传播信道(#1)设定为任意的值。作为该试验用差分复传播信道(#1)是正确的这一情况，通过(式7)来算出与负载的组合对应的试验用差分信号强度#1-1～试验用差分信号强度#K-1(共计K个)。在此，试验用差分信号强度是推定为在对应的负载的组合时接收机12进行了接收的强度信息，相当于上述的第2差分信号强度。
接着，比较运算部452用由差分信号算出部451算出的K个试验用差分信号强度(第2差分信号强度)分别减去由强度信息记录部44算出的K个的第1差分信号强度并进行比较。在此，减法在负载的组合相同的差分信号强度彼此之间进行。由此，得到K个差分值。比较运算部452使用对得到的K个差分值的绝对值进行合计等的评价函数进行评价，将评价结果反馈给差分信号算出部451。
于是，差分信号算出部451基于反馈结果来再次设定试验用差分复传播信道(#1)，根据该试验用差分复传播信道(#1)来算出K个试验用差分信号强度(第2差分信号强度)。然后，比较运算部452再次进行上述的比较运算。
复传播信道推定部45将这样的步骤反复进行多次以使比较运算结果成为最小，由此推定复差分传播信道。另外，在复差分传播信道的推定中，例如可以使用最速下降法。复传播信道推定部45将这样的处理进一步反复进行L次，由此推定L个的时间序列的复差分传播信道。
[方向推定部46]
图15是表示实施方式4中的方向推定部46的结构的一例的图。
方向推定部46具备相关矩阵算出部461和到来角推定部462，根据在复传播信道推定部45中推定出的复差分传播信道来推定第1信号的到来方向。相关矩阵算出部461根据在复传播信道推定部45中推定出的L个复差分传播信道来算出相关矩阵。到来角推定部462根据由相关矩阵算出部461算出的相关矩阵来推定第1信号的到来角，由此推定第1信号的到来方向。
在本实施方式中，相关矩阵算出部461将在复传播信道推定部45中推定出的复差分传播信道分别转换成瞬时相关矩阵。相关矩阵算出部461通过按各个元素对转换后的共计L个瞬时相关矩阵进行平均化，由此算出相关矩阵。到来角推定部462根据由相关矩阵算出部461算出的相关矩阵来推定第1信号的到来角。如上所述，第1信号的到来角相当于作为检测对象的生物体50的方向。
[推定装置的工作]
对如以上那样构成的强度信息记录部44、复传播信道推定部45以及方向推定部46各自的工作进行说明。
图16是表示实施方式4中的强度信息记录部44的推定处理的流程图。
首先，强度信息记录部44将可变负载11的阻抗值的K组的组合各自的接收机12接收的第1信号的第1信号强度蓄积L次(L为2以上的整数)(S401)。
接着，强度信息记录部44算出K组的组合各自的L次的第1信号强度的平均值即第1平均信号强度(S402)。
接着，强度信息记录部44算出从K组的组合各自的L次的第1信号强度即所蓄积的第1信号强度减去第1平均信号强度而得到的K×L个的第1差分信号强度并进行蓄积(S403)。
图17是表示实施方式4中的复传播信道推定部45的推定处理的流程图。
首先，复传播信道推定部45设定分别具有预定值的L个试验用差分复传播信道(S411)。
接着，复传播信道推定部45对所设定的L个试验用差分复传播信道分别算出K组的第2差分信号强度(S412)。
接着，复传播信道推定部45搜索强度信息记录部44所蓄积的K组的第1差分信号强度与所算出的第2差分信号强度之差成为最小的试验用差分复传播信道的值(S413)。
然后，复传播信道推定部45将具有所搜索出的值的L个试验用差分复传播信道推定为接收机12接收到第1信号时的L个复差分传播信道(S414)。
图18是表示实施方式4中的方向推定部46的推定处理的流程图。
首先，方向推定部46根据在复传播信道推定部45中推定出的L个复差分传播信道来算出相关矩阵(S421)。
接着，方向推定部46根据通过步骤S421算出的相关矩阵来推定第1信号的到来角度，由此推定第1信号的到来方向(S422)。
[效果等]
以上，根据本实施方式的推定装置以及推定方法，即使在室内等的多重波环境下，也能够不用取得发送机侧的相位信息而根据在接收侧接收到的无线信号来进行活动物体所在的方向等的推定。
更具体而言，在本实施方式的推定装置中，具备分别与可变负载连接的一个以上的无供电天线即一个以上的ESPAR天线，通过单独的接收机来观测接收信号。因为ESPAR天线周围的特性是已知的，所以通过使ESPAR天线的负载条件变动为K组并由接收机取得接收强度(RSSI：Received Signal Strength Indicator)，由此不用取得发送机侧的相位信息，能够通过最速下降法等来推定复差分传播信道。也即，通过使ESPAR天线的可变负载(阻抗值)变化，反射率发生改变，接收天线的指向性人为地发生改变。因此，多次(复传播信道的未知数以上的次数)人为地改变接收天线的指向性，根据此时接收机接收的接收信号的接收强度，能够制作联立方程式。并且，通过利用最速下降法来求解该联立方程式，能够推定复差分传播信道。
此外，为了确认实施方式4涉及的效果而进行了基于实验的评价，下面进行说明。
图19是表示使用了实施方式4中的方向推定方法的实验概念的图。
图19所示的实验系统中的天线结构，对于发送天线使用了2.47GHz频带的单元件方形贴片天线(patch antenna)，对于接收天线使用了由单元件方形贴片天线和2元件无供电天线构成的3元件贴片阵列天线。发送天线以及接收天线的高度设定为与被测试者(生物体)的腹部的高度一致的1.05m。发送天线和接收天线之间的距离设定为3.5m，接收天线和被测试者之间的距离设定为1.5m。另外，被测试者处于以天线正面为基准在-20°的位置处站立且静止的状态。观测时间设为12.8秒，可变负载的值的组合数设为K＝16，观测次数设为L＝128。
图20是表示使用了实施方式4中的推定方法的实验结果的图。在图20中，对于方向推定处理使用了MUSIC(Multiple Signal Classification，多重信号分类)法。在图20中，横轴是以天线正面为基准的角度，纵轴是MUSIC波谱的强度。另外，MUSIC波谱的最大值对应于到来方向。实线A示出了使用了实施方式4涉及的推定方法的实验结果。另外，作为比较例，虚线B示出了使用了以往的推定方法的实验结果。在此，以往的方法是取得发送机侧的相位信息来进行推定的方法。虚线B所示的实验结果是以如下方式得到的：使用3元件的方形贴片阵列天线进行全部复传播信道的观测，根据12.8秒的观测数据在将固定的反射分量除去之后进行了方向推定。
根据图20所示的结果，可知：通过实施方式4涉及的推定方法，能够高精度地推定生物体方向。角度误差为0.7°。
如此，确认了能够以不逊于以往方法的精度来推定生物体方向。
以上，基于实施方式对本公开的一个技术方案涉及的方向推定方法以及方向推定装置进行了说明，但本公开并不限定于这些实施方式。在不脱离本公开的主旨的范围内，在本实施方式中实施本领域技术人员能想到的各种变形而得到的方式、或者组合不同实施方式中的构成要素而构成的方式，也包含在本公开的范围内。
例如，在实施方式1～4中，举例进行生物体50的方向推定来进行了说明，但不限于生物体50。在被照射了高频信号的情况下，也能够适用于通过该活动对反射波产生多普勒效果的各种活动物体(机器等)。
另外，例如，也可以使用在不同的场所具备两个以上的实施方式1～4的推定装置的位置推定装置，基于两个以上的推定装置分别推定的第1信号的到来方向来推定活动物体的位置。更具体而言，也可以是在不同的场所具备两个以上的实施方式1～4的推定装置的位置推定方法，在该位置推定方法中，在第1信号中包含从发送天线发送并被活动物体反射后的反射信号，基于由两个以上的推定装置分别推定的第1信号的到来方向来推定活动物体的位置。这是因为能够将由两个以上的推定装置分别推定的第1信号的到来方向交叉的位置推定为活动物体的位置。
另外，本公开不仅能够作为具备这样的特征性的构成要素的推定装置来实现，也能够作为将推定装置所包含的特征性的构成要素设为步骤的推定方法等来实现。另外，也能够作为使计算机执行这样的方法所包含的特征性的各步骤的计算机程序来实现。并且，当然也能够使这样的计算机程序经由CD-ROM等计算机可读取的非暂时性的记录介质或互联网等通信网络进行流通。

Claims (8)

1.一种定位传感器，具备：
一个以上的接收天线；
由可变负载封端的一个以上的无供电天线；
控制器，其设定所述可变负载的阻抗值；
接收机，其接收第1信号，所述第1信号是将所述接收天线接收发送信号而得到的信号和所述无供电天线接收所述发送信号而得到的信号进行合成而得到的信号，所述发送信号是从发送机对以所述定位传感器为起点的可能存在活动物体的预定范围发送的信号，所述无供电天线接收到的信号与所设定的所述可变负载的阻抗值对应；
存储器，其在由所述控制器设定了所述可变负载的阻抗值时，存储与所述设定的可变负载的值对应的表示所述第1信号的强度的第1信号强度值；以及
处理器，其对表示所述发送机与所述接收机之间的信号传播特性的复传播信道设定多个候选，算出所述接收机接收到从所述发送机发送的第2信号的情况下的多个第2信号强度值，所述第2信号强度值表示所述第2信号的强度，所述多个第2信号强度值与所述多个候选对应，通过选择与所述第1信号强度值和所述多个第2信号强度值的各第2信号强度值之间的差分中的、成为最小的差分对应的候选来推定所述复传播信道，基于所述复传播信道来推定所述第1信号相对于所述定位传感器的到来方向。
2.根据权利要求1所述的定位传感器，
所述处理器，
在所述第1信号强度值的时间变动为预定值以下时，将第1复传播信道推定为所述复传播信道，
在所述第1信号强度值的时间变动比预定值大时，将第2复传播信道推定为所述复传播信道，
算出表示与所述第1复传播信道对应的相关矩阵的第1相关矩阵，
算出表示与所述第2复传播信道对应的相关矩阵的第2相关矩阵，
通过从所述第2相关矩阵减去所述第1相关矩阵来算出第3相关矩阵，
基于所述第3相关矩阵，推定所述第1信号相对于所述定位传感器的到来角度。
3.根据权利要求2所述的定位传感器，
在所述第1信号强度值的时间变动为预定值以下时，所述第1信号不包含所述发送信号被所述活动物体反射而得到的反射信号，
在所述第1信号强度值的时间变动比预定值大时，所述第1信号包含所述反射信号。
4.根据权利要求1所述的定位传感器，
所述处理器，
在第1时刻，将第1复传播信道推定为所述复传播信道，
在所述第1时刻之后的第2时刻，将第2复传播信道推定为所述复传播信道，
根据所述第1复传播信道和所述第2复传播信道，算出所述第1复传播信道与所述第2复传播信道的相位差，
决定所述相位差成为最小的相位角，
通过从被赋予所述相位角的所述第2复传播信道减去被赋予所述相位角的所述第1复传播信道来算出第3复传播信道，
计算与所述第3复传播信道对应的相关矩阵，
基于所述相关矩阵，推定所述第1信号相对于所述定位传感器的到来角度。
5.一种定位传感器，具备：
一个以上的接收天线；
由可变负载封端的一个以上的无供电天线；
控制器，其设定所述可变负载的阻抗值；
接收机，其接收第1信号，所述第1信号是将所述接收天线接收发送信号而得到的信号和所述无供电天线接收所述发送信号而得到的信号进行合成而得到的信号，所述发送信息是从发送机对以所述定位传感器为起点的可能存在活动物体的预定范围发送的信号，所述无供电天线接收到的信号与所设定的所述可变负载的阻抗值对应；
存储器；以及
处理器，
所述控制器设定K组的所述可变负载的阻抗值，所述K为2以上的整数，
所述接收机将与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的各所述第1信号接收L次，所述L为2以上的整数，
所述存储器存储与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的所述L个的所述第1信号强度值，
所述处理器，
通过将与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的所述L个的所述第1信号强度值进行平均，算出各平均值，
通过从与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的所述L个的所述第1信号强度值减去对应的各平均值，算出K×L个的第2信号强度值，
对于所述L个的各个复传播信道，设定具有K个元素的M个候选，所述复传播信道表示所述发送机与所述接收机之间的信号传播特性，所述M为2以上的整数，
对于所述L个的各个所述复传播信道，算出表示推定为在所述可变负载被设定为所述K组时所述接收机进行接收的信号强度值的具有所述K个元素的所述M个的第3信号强度值，
对于所述L个的各个复传播信道，通过选择与所述M个的第3信号强度值和对应的所述第2信号强度值之间的差分中的成为最小的差分对应的候选，推定所述L个的各个复传播信道，
算出与所述L个的各个复传播信道对应的相关矩阵，
基于所述相关矩阵来推定所述第1信号相对于所述定位传感器的到来方向。
6.一种方向推定方法，是定位传感器的推定信号的到来方向的方法，
所述定位传感器具备一个以上的接收天线、由可变负载封端的一个以上的无供电天线、控制器和接收机，
通过所述控制器设定所述可变负载的阻抗值，
通过所述接收机接收第1信号，所述第1信号是将所述接收天线接收发送信号而得到的信号和所述无供电天线接收所述发送信号而得到的信号进行合成而得到的信号，所述发送信号是从发送机对以所述定位传感器为起点的可能存在活动物体的预定范围发送的信号，所述无供电天线接收到的信号与所设定的所述可变负载的阻抗值对应，
算出表示所述第1信号的强度的第1信号强度值，
对表示所述发送机与所述接收机之间的信号传播特性的复传播信道设定多个候选，
算出所述接收机接收到从所述发送机发送的第2信号的情况下的多个第2信号强度值，所述第2信号强度值表示所述第2信号的强度，所述多个第2信号强度与所述多个候选对应，
通过选择与所述第1信号强度值和所述多个第2信号强度值的各第2信号强度值之间的差分中的成为最小的差分对应的候选来推定所述复传播信道，
基于所述复传播信道来推定所述第1信号相对于所述定位传感器的到来方向。
7.一种方向推定方法，是定位传感器的推定信号的到来方向的方法，
所述定位传感器具备一个以上的接收天线、由可变负载封端的一个以上的无供电天线、控制器和接收机，
通过所述控制器设定K组的所述可变负载的阻抗值，所述K为2以上的整数，
通过所述接收机将与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的各所述第1信号接收L次，所述L为2以上的整数，
存储与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的所述L个的所述第1信号强度值，所述第1信号强度值表示所述第1信号的强度，
通过将与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的所述L个的所述第1信号强度值进行平均，算出各平均值，
通过从与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的所述L个的所述第1信号强度值减去对应的各平均值，算出K×L个的第2信号强度值，
对于所述L个的各个复传播信道，设定具有K个元素的M个候选，所述复传播信道表示所述发送机与所述接收机之间的信号传播特性，所述M为2以上的整数，
对于所述L个的各个所述复传播信道，算出表示推定为在所述可变负载被设定为所述K组时所述接收机进行接收的信号强度值的具有所述K个元素的所述M个的第3信号强度值，
对于所述L个的各个复传播信道，通过选择与所述M个的第3信号强度值和对应的所述第2信号强度值之间的差分中的成为最小的差分对应的候选，推定所述L个的各个复传播信道，
算出与所述L个的各个复传播信道对应的相关矩阵，
基于所述相关矩阵来推定所述第1信号相对于所述定位传感器的到来方向。
8.一种系统，
所述系统具备第1定位传感器、配置在与所述第1定位传感器的位置不同的位置的第2定位传感器、和第1处理器，
所述第1定位传感器具备：
一个以上的第1接收天线；
由第1可变负载封端的一个以上的第1无供电天线；
第1控制器，其设定所述第1可变负载的阻抗值；
第1接收机，其接收第1信号，所述第1信号是将所述第1接收天线接收发送信号而得到的信号和所述第1无供电天线接收所述发送信号而得到的信号进行合成而得到的信号，所述发送信号是从发送机对以所述第1定位传感器为起点的可能存在活动物体的第1预定范围发送的信号，所述第1无供电天线接收到的信号与所设定的所述第1可变负载的阻抗值对应；
第1存储器，其在通过所述第1控制器设定了所述第1可变负载的阻抗值时，存储与所述设定的第1可变负载的值对应的表示所述第1信号的强度的第1信号强度值；以及
第2处理器，其对表示所述发送机与所述第1接收机之间的信号传播特性的第1复传播信道设定多个候选，算出所述第1接收机接收到从所述发送机发送的第2信号的情况下的多个第2信号强度值，所述第2信号强度值表示所述第2信号的强度，所述多个第2信号强度值与所述多个候选对应，通过选择与所述第1信号强度值和所述多个第2信号强度值的各第2信号强度值之间的差分中的成为最小的差分对应的候选来推定所述第1复传播信道，基于所述第1复传播信道来推定所述第1信号相对于所述定位传感器的第1到来方向，
所述第2定位传感器具备：
一个以上的第2接收天线；
由第2可变负载封端的一个以上的第2无供电天线；
第2控制器，其设定所述第2可变负载的阻抗值；
第2接收机，其接收第3信号，所述第3信号是将所述第2接收天线接收发送信号而得到的信号和所述第2无供电天线接收所述发送信号而得到的信号进行合成而得到的信号，所述发送信号是从发送机对以所述第2定位传感器为起点的可能存在所述活动物体的第2预定范围发送的信号，所述第2无供电天线接收到的信号与所设定的所述第2可变负载的阻抗值对应；
第2存储器，其在通过所述第2控制器设定了所述第2可变负载的阻抗值时，存储与所述设定的第2可变负载的值对应的表示所述第3信号的强度的第3信号强度值；以及
第3处理器，其对表示所述发送机与所述第2接收机之间的信号传播特性的第2复传播信道设定多个候选，算出所述第2接收机接收到从所述发送机发送的第4信号的情况下的多个第4信号强度值，所述第4信号强度值表示所述第4信号的强度，所述多个第4信号强度值与所述多个候选对应，通过选择与所述第3信号强度值和所述多个第4信号强度值的各第4信号强度值之间的差分中的成为最小的差分对应的候选来推定所述第2复传播信道，基于所述第2复传播信道来推定所述第3信号相对于所述第2定位传感器的第2到来方向，
所述第1处理器基于所述第1到来方向和所述第2到来方向，推定所述活动物体相对于所述第1定位传感器以及所述第2定位传感器的相对位置。
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