CN107844126B - 方向估计装置、方向估计方法、飞行装置、飞行方法以及记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及方向估计装置、方向估计方法、飞行装置、飞行方法以及记录介质。方向估计装置(100)具备：在基板的表面使指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线(121)；配置于基板的背面的至少1个天线(121)；取得分别入射到配置于基板的表面的多个天线和配置于基板的背面的至少1个天线的电波的信号强度的电波强度取得部(111)；和基于电波强度取得部取得的电波的信号强度来估计电波的到来方向的估计部(113)。

Description

方向估计装置、方向估计方法、飞行装置、飞行方法以及记录 介质
本申请基于并主张日本专利申请第2016-183369号(申请日2016年9月20日)的优先权，并通过参考来将其完整内容并入此。
技术领域
本发明涉及方向估计装置、方向估计方法、飞行装置、飞行方法以及记录介质。
背景技术
已知一种阵列天线，规则地配置多个天线元件，能控制指向性。另外，还已知使用能控制指向性的天线来估计电波的到来方向的技术。例如在JP特开2005-109530号公报中公开了一种便携无线终端，其基于由配置于同一平面上的多个芯片天线所构成的阵列天线接收到的电波来估计电波的到来方向。
在JP特开2005-109530号公报公开的便携无线终端中，将多个天线配置于同一平面上，在各天线的指向性的主瓣的方向上延伸的直线也位于同一平面上。为此，该便携无线终端仅能对与该平面平行的方向估计电波的到来方向，而不能对与该平面垂直的方向估计到来方向。
发明内容
本发明鉴于这样的情况而提出，目的在于，提供不仅能估计同一平面上的方向、还能将与该平面垂直的方向也包括在内来估计电波的到来方向的方向估计装置、方向估计方法、飞行装置、飞行方法以及记录介质。
本发明所涉及的方向估计装置的1个方式具备：在第1面指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线；配置于与所述第1面不同且与所述第1面平行的第2面的至少1个天线，所述第1面的反向面和所述第2面的反向面对置；取得分别入射到配置于所述第1面的所述多个天线和配置于所述第2面的所述至少1个天线的电波的信号强度的电波强度取得部；和基于所述电波强度取得部取得的所述电波的所述信号强度来估计所述电波的到来方向的估计部。
另外，本发明所涉及的方向估计方法的1个方式包括：电波强度取得步骤，取得分别入射到在第1面指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线、和配置于与所述第1面不同且与所述第1面平行的第2面的至少1个天线的电波的信号强度，所述第1面的反向面和所述第2面的反向面对置；和估计步骤，基于在所述电波强度取得步骤取得的所述电波的所述信号强度来估计所述电波的到来方向。
另外，本发明所涉及的记录介质的1个方式存储程序，该程序使方向估计装置的计算机作为如下要素发挥功能：电波强度取得部，其取得分别入射到在第1面指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线、和配置于与所述第1面不同且与所述第1面平行的第2面的至少1个天线的电波的信号强度，其中所述第1面的反向面和所述第2面的反向面对置；和估计部，其基于所述电波强度取得部取得的所述电波的所述信号强度来估计所述电波的到来方向。
另外，本发明所涉及的飞行装置的1个方式具备：用于在空中飞行的驱动部；在第1面指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线；配置于与所述第1面不同且与所述第1面平行的第2面的至少1个天线，其中所述第1面的反向面和所述第2面的反向面对置；取得分别入射到配置于所述第1面的所述多个天线和配置于所述第2面的所述至少1个天线的电波的信号强度的电波强度取得部；和基于所述电波强度取得部取得的所述电波的所述信号强度来控制所述驱动部、以使本飞行装置朝向所述电波的到来方向的驱动控制部。
另外，本发明所涉及的飞行方法的1个方式包括：电波强度取得步骤，取得分别入射到在第1面指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线、和配置于与所述第1面不同且与所述第1面平行的第2面的至少1个天线的电波的信号强度，其中所述第1面的反向面和所述第2面的反向面对置；和驱动控制步骤，基于在所述电波强度取得步骤取得的所述电波的所述信号强度来控制驱动部，以使飞行装置朝向所述电波的到来方向。
另外，本发明所涉及的记录介质的1个方式存储程序，该程序使飞行装置的计算机作为如下要素发挥功能：电波强度取得部，其取得分别入射到在第1面指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线、和配置于与所述第1面不同且与所述第1面平行的第2面的至少1个天线的电波的信号强度，其中所述第1面的反向面和所述第2面的反向面对置；和驱动控制部，其基于所述电波强度取得部取得的所述电波的所述信号强度来控制飞行，以使所述飞行装置朝向所述电波的到来方向。
根据本发明，能提供不仅包括同一平面上的方向还包括与该平面垂直的方向来估计电波的到来方向的方向估计装置、方向估计方法、飞行装置、飞行方法以及记录介质。
本发明的其他目的和优点将会以下的说明中阐明，其部分将在说明中显而易见，或者可以通过发明的实践来学习到。本发明的目的和优点可以通过下文特别指出的手段和组合来理解和获取。
附图说明
作为说明书的一部分的附图对本发明的具体实施方式进行了例示，与以上给出的一般描述还有以下给出的具体实施方式的详细描述一起，来说明本发明的原理。
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的方向估计系统的构成例的图。
图2是表示实施方式1所涉及的飞行装置的结构例的底视图。
图3是表示实施方式1所涉及的飞行装置、机器人的功能构成的框图。
图4是表示实施方式1所涉及的方向估计装置的功能构成的框图。
图5A是实施方式1所涉及的方向估计装置的基板的底视图。
图5B是实施方式1所涉及的方向估计装置的基板的俯视图。
图6是表示实施方式1所涉及的方向估计装置的基板的内部结构的截面图。
图7是表示实施方式1所涉及的方向估计装置所具备的天线的指向性的图。
图8是实施方式1所涉及的方向估计处理的流程图。
图9是实施方式1所涉及的左右方向估计处理的流程图。
图10是实施方式1所涉及的左右比较处理的流程图。
图11是实施方式1所涉及的上下方向估计处理的流程图。
图12是实施方式1所涉及的上下比较处理的流程图。
图13A是本发明的实施方式2所涉及的机器人的主视图。
图13B是实施方式2所涉及的机器人的右侧视图。
图14是实施方式2所涉及的上下方向估计处理的流程图。
图15是实施方式2所涉及的上下比较处理的流程图。
图16A是本发明的实施方式3所涉及的方向估计装置的基板的底视图。
图16B是实施方式3所涉及的方向估计装置的基板的俯视图。
图17是实施方式3所涉及的方向估计处理的流程图。
具体实施方式
以下参考附图对本发明的实施方式进行说明。另外，对图中相同或相当部分标注相同标号。
(实施方式1)
如图1所示那样，本发明的实施方式1所涉及的方向估计系统1000具备飞行装置10和能发送电波的终端装置200。飞行装置10具备方向估计装置100。终端装置200由用户携带，发送能由方向估计装置100接收的电波。并且方向估计装置100估计电波的发送源即终端装置200所存在的方向。飞行装置10由于能通过向方向估计装置100估计出的方向飞行来向终端装置200飞行，因此即使携带终端装置200的用户持续移动所在地，飞行装置10也能持续向用户飞行。因此，用户即使在将飞行装置10较远上抛后持续向某其他场所移动，飞行装置10也能基于从终端装置200发送的电波返回到用户处。以下使用附图来说明飞行装置10以及方向估计装置100的细节。
图2是从底面方向表示飞行装置10的结构例的图。飞行装置10具备主框架11和其周围的4个电动机框架12。各电动机框架12分别能支承1个电动机13，在电动机13的电动机轴固定有转子叶片14。飞行装置10能通过使转子叶片14旋转来产生升力，能进行在空中停留的悬停。另外，飞行装置10通过调整4个电动机13的旋转速度，使得能进行悬停中的旋转以及机体的倾斜和向前后左右上下的移动。另外，飞行装置10在主框架11的下部具备方向估计装置100。
接下来说明飞行装置10的功能构成。如图3所示那样，飞行装置10具备：驱动部15、驱动控制部16、传感器部17、信号输入输出部18和方向估计装置100。
驱动部15具备电动机13，使飞行装置10在空中飞行。驱动控制部16控制驱动部15来使飞行装置10悬停、悬停中的旋转以及机体倾斜、和向前后左右上下的移动等的飞行。
传感器部17包含陀螺仪传感器、摄像部以及录音部。陀螺仪传感器取得飞行装置10的旋转时的角度和角速度。摄像部具备摄像机，对飞行装置10的正面方向的图像进行摄像。录音部具备指向性的主瓣面向飞行装置10的正面方向的麦克风，对飞行装置10的正面方向的声音进行录音。传感器部17也可以除了包含陀螺仪传感器、摄像部以及录音部以外还包含加速度传感器、地磁传感器、气压传感器等。通过增加传感器的种类，飞行装置10以及方向估计装置100能增加决定飞行方向时所用的信息。
信号输入输出部18是与方向估计装置100进行信号的输入输出的接口。例如，信号输入输出部18若从方向估计装置100接受到控制飞行装置10的飞行的信号，就将其传递给驱动控制部16。由此飞行装置10能进行基于来自方向估计装置100的指示的飞行。另外，信号输入输出部18将传感器部17所取得的信息输出给方向估计装置100。因此，方向估计装置100能通过例如飞行装置10所具备的陀螺仪传感器取得飞行装置10的旋转时的角度和角速度。
以上说明了飞行装置10的功能构成。接下来说明方向估计装置100的功能构成。如图4所示那样，方向估计装置100具备控制部110、多个天线121、接收部122和信号输入输出部123。
控制部110具备CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等，对方向估计装置100的整体的动作进行控制。通过由CPU执行存储于ROM的程序来实现控制部110所具备的各部(电波强度取得部111、基板方向变更部112、估计部113)的功能。
天线121是具有指向性的天线。例如是具备反射器的芯片天线。方向估计装置100具备指向性的主瓣的方向不同的多个天线121。
接收部122具备RF(Radio Frequency，射频)电路、BB(Base Band，基带)电路等，接收终端装置200所发送的电波。作为该电波，例如能使用无线LAN(Local Area Network，局域网)或Bluetooth(注册商标)的电波。
信号输入输出部123是与飞行装置10进行信号的输入输出的接口。在方向估计装置100的信号输入输出部123与飞行装置10的信号输入输出部18之间进行信号的输入输出。例如信号输入输出部123能输出用于控制飞行装置10的电动机13的信号。另外，方向估计装置100能经由信号输入输出部123取得飞行装置10所具备的传感器检测到的信息。通过方向估计装置100从信号输入输出部123输出例如意味着“原地旋转”、“上升”、“前进”等的信号，飞行装置10调整4个电动机13的旋转速度，来进行悬停的同时的原地旋转、上升、前进等。
接下来说明方向估计装置100的控制部110的功能的构成。控制部110在功能上具备电波强度取得部111、基板方向变更部112、估计部113。
电波强度取得部111取得接收部122接收到分别入射到多个天线121的电波时的电波的接收信号强度(RSSI：Received Signal StrengthIndication)。电波强度取得部111能在每个天线取得接收信号强度。
基板方向变更部112生成使飞行装置10旋转或上下移动等的指示的信号，经由信号输入输出部123输出到飞行装置10，由此使基板的方向或高度变化。基板方向变更部112所生成的信号经由信号输入输出部123被输出到飞行装置10的驱动控制部16，飞行装置10进行旋转或上下移动等，由此方向估计装置100的基板的方向或高度发生变化。由此，之后入射到各天线121的电波的接收信号强度也发生变化。
估计部113基于电波强度取得部111所取得的接收信号强度来估计电波的到来方向。基于估计部113估计出的到来方向，基板方向变更部112使基板的方向或高度变化。
以上说明了方向估计装置100的功能构成。接下来参考图5A以及图5B来说明方向估计装置100的基板上的天线配置。如图5A所示那样，方向估计装置100在基板120的底面(第1面)的飞行装置10的正面侧的左右端具备天线121a以及天线121b。在各天线的近旁具备反射器124a以及反射器124b，将指向性的主瓣的方向设为从飞行装置10的正面方向分别左右45度旋转的方向。估计部113基于分别入射到这2个天线的电波的接收信号强度，针对与基板120的面平行的方向估计电波的到来方向。以下将与基板120的面平行的方向也称作左右方向。另外，天线121a、反射器124a、天线121b以及反射器124b既可以与基板120的底面(第1面)相接而配置，也可以离开基板120的底面(第1面)而配置。
另外，方向估计装置100如图5B所示那样，在基板120的上表面(底面的背面、第2面)的飞行装置10的反向面(背面)侧(正面侧的相反侧)的中央部具备天线121c以及反射器124c。估计部113基于分别入射到该上表面的天线121c和前述的底面的2个天线的电波的接收信号强度，来针对与基板120的面垂直的方向估计电波的到来方向。以下将与基板120的面垂直的方向也称作上下方向。另外，在总称天线121a～天线121c的情况下写作天线121，在总称反射器124a～反射器124c的情况下写作反射器124。另外，天线121c以及反射器124c既可以与基板120的上表面(底面的背面、第2面)相接而配置，也可以离开基板120的上表面(底面的背面、第2面)而配置。
图5A是从下方观察基板120的底视图，由于天线121c和反射器124c配置在上表面(底面的背面、第2面)，因此用点线示出。另外，图5B是从上方观察基板120的俯视图，由于天线121a、反射器124a、天线121b、反射器124b分别配置在底面(第1面)，因此用点线示出。
基板120如图6所示那样，在基板120的厚度方向的中央部具备接地平面125。接地平面125是遮挡电波的屏蔽板，妨碍从配置天线121的基板120的面的背侧到达的电波入射到天线121。
接下来说明方向估计装置100所具备的天线的指向性。如图7所示那样，天线121a的指向性126a是其主瓣向着飞行装置10的正面而朝向左45度的方向。另外，同样如图7所示那样，天线121b的指向性126b是其主瓣向着飞行装置10的正面而朝向右45度的方向。并且天线121c的指向性126c是其主瓣朝向与飞行装置10的正面相反的反向面方向。电波入射到天线121a和天线121b的两方的指向性的重叠区域126d朝向正面方向。该指向性的重叠区域126d的打开程度(開き具合)能通过调整天线121a以及天线121b的角度来调整。
在图7中，由于天线121a以及天线121b从正面分别左右45度旋转，因此指向性的重叠区域126d的打开程度成为90度。由于各天线的指向性的打开程度是180度，因此这能根据180-45-45＝90求取。例如，若将天线121a以及天线121b的角度从正面分别左右60度旋转，则指向性的重叠区域126d的打开程度为180-60-60＝60，成为60度。若减小该打开程度，则有关于电波的到来方向的估计，左右方向的角度的估计精度得到提高。但反过来，变得难以接收来自正面的电波。因此，基于终端装置200所发送的电波的大小和方向估计装置100需要的估计精度来设定设为哪种程度的打开程度。通常如图7所示那样设定为90度即可。
另外，通过接地平面125，关于上下方向的指向性，天线121a的指向性126a以及天线121b的指向性126b朝向基板120的下方向，天线121c的指向性126c朝向基板120的上方向。在图7中，用点线示出天线121c的上下方向的指向性126c朝向基板120的上方向。
参考图8来说明方向估计装置100通过使用这样的各天线121的指向性来估计电波的到来方向的方向估计处理。首先，方向估计装置100的控制部110通过天线121以及接收部122开始接收终端装置200发送的电波(步骤S101)。在此不接收来自终端装置200以外的电波，仅需要接收来自终端装置200的电波。因此，方向估计装置100预先存储终端装置200的ID(Identification，身份标识)。然后在步骤S101，将接收部122接收到的电波解码，直到解码的结果中所含的ID成为终端装置200的ID为止，重新进行信道选择等。作为该ID，例如能使用MAC(Media Access Control，媒体访问控制)地址。
接下来，控制部110判定是否开始电波的到来方向的估计(步骤S102)。例如判定是否发生传感器部17检测到飞行装置10被用户投掷等开始电波的到来方向的估计的触发。若未发生到来方向估计的开始触发(步骤S102“否”)，则回到步骤S102。若发生了到来方向的估计的开始触发(步骤S102“是”)，则控制部110将各种变量初始化(步骤S103)。
然后估计部113进行左右方向估计处理(步骤S104)，接下来进行上下方向估计处理(步骤S105)。后面将描述关于左右方向估计处理以及上下方向估计处理的细节。然后控制部110判定是否结束电波的到来方向的估计(步骤S106)。例如判定是否发生了传感器部17检测到飞行装置10回到用户的手边等、结束电波的到来方向的估计的触发。若未发生到来方向估计的结束触发(步骤S106“否”)，则回到步骤S104。若发生了到来方向估计的结束触发(步骤S106“是”)，则结束方向估计处理。
接下来，参考图9来说明在上述步骤S104进行的左右方向估计处理。另外，在图9以后的图中，为了简便，将天线121a记载为天线a，将天线121b记载为天线b，将天线121c记载为天线c。
首先，电波强度取得部111将接收部122接收到入射到天线121a的电波时的电波的接收信号强度(RSSI)代入到变量Sa(步骤S201)。然后电波强度取得部111将接收部122接收到入射到天线121b的电波时的电波的接收信号强度代入到变量Sb(步骤S204)。
接下来，估计部113判定是否变量Sa以及变量Sb两方都不是初始值。(步骤S205)。若变量Sa以及变量Sb两方都不是初始值(步骤S205“是”)，则估计部113进行左右比较处理(步骤S206)，结束左右方向估计处理。若变量Sa或变量Sb是初始值(步骤S205“否”)，则结束左右方向估计处理。
接下来，参考图10来说明在步骤S206进行的左右比较处理。在该处理中，使用2个种类的阈值。第1个阈值是用于判定是否接收到了电波的阈值Th。在接收信号强度不足阈值Th的情况下，估计部113判定为未接收到来自终端装置200的电波。第2个阈值是用于判定入射到天线121a的电波的接收信号强度Sa和入射到天线121b的电波的接收信号强度Sb是否是大致相同值的阈值ThD。若Sa与Sb之差的绝对值不足ThD，则估计部113判定为Sa和Sb是大致相同值。在该情况下，方向估计装置100估计为来自终端装置200的发送电波是从图7所示的指向性的重叠区域126d的方向到来的。
对图10所示的左右比较处理进行说明。首先，估计部113判定是否是Sa＜Th且Sb＜Th(步骤S301)。若是Sa＜Th且Sb＜Th(步骤S301“是”)，则估计部113判定是否将在后述的步骤S303开始的“原地旋转”旋转1次以上(步骤S302)。若尚未旋转1次(步骤S302“否”)，则基板方向变更部112将不移动而原地旋转的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S303)，结束左右比较处理。
若已经将“原地旋转”旋转1次以上(步骤S302“是”)，则估计部113判断为电波的到来方向不明，基于来自传感器部17的信息来决定飞行方向(步骤S304)。然后，结束左右比较处理。另外，关于将“原地旋转”旋转几次，能通过估计部113经由信号输入输出部123取得来自飞行装置10的传感器部17所具备的陀螺仪传感器的信息来判定。另外，也可以将步骤S302中的判定不是设为“旋转1次以上”，而是设为例如“旋转5次以上”，重复接收不到来自终端装置200的电波的几次“原地旋转”。
若是Sa≥Th或Sb≥Th(步骤S301“否”)，则估计部113判定Sa与Sb之差的绝对值是否不足ThD(步骤S305)。若Sa与Sb之差的绝对值不足ThD(步骤S305“是”)，则估计部113估计为电波的到来方向是飞行装置10的正面方向，基板方向变更部112将不改变朝向地前进的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S306)。然后结束左右比较处理。
若Sa与Sb之差的绝对值为ThD以上(步骤S305“否”)，则估计部113判定是否是Sa＞Sb(步骤S307)。若是Sa＞Sb(步骤S307“是”)，估计部113估计为电波的到来方向是飞行装置10的正面的右方向，基板方向变更部112将飞行装置10一边向右方向旋转一边前进的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S308)，结束左右比较处理。若飞行装置10向右方向旋转，则方向估计装置100的基板120向底面逆时针旋转，指向性的重叠区域126d变为朝向估计部113估计出的电波的到来方向。
若是Sa＜Sb(步骤S307“否”)，则估计部113估计为电波的到来方向是飞行装置10的正面的左方向，基板方向变更部112将飞行装置10一边向左方向旋转一边前进的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S309)，结束左右比较处理。若飞行装置10向左方向旋转，则方向估计装置100的基板120向底面顺时针旋转，指向性的重叠区域126d变为朝向估计部113估计出的电波的到来方向。
通过以上说明的左右方向估计处理以及左右比较处理，基板方向变更部112对飞行装置10的旋转进行控制，以使得能在图7所示的指向性的重叠区域126d的范围接收到从终端装置200发送的电波。接下来，参考图11来说明在图8的步骤S105进行的上下方向估计处理。在此，将向上下方向倾斜的给定的角度设为α。实际上α设定10度等。
对图11所示的上下方向估计处理进行说明。首先，基板方向变更部112将如下指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16，该指示使方向估计装置100的基板120以如下直线为轴将飞行装置10的正面侧的端向上方向倾斜α，该直线是垂直于在飞行装置10的正面方向上延伸的直线的平面穿过基板120的中心点与基板120相交而得到的直线(步骤S401)。接下来，电波强度取得部111将接收部122接收到入射到天线121a的电波时的电波的接收信号强度(RSSI)代入到变量Sa1(步骤S402)。然后电波强度取得部111将接收部122接收到入射到天线121b的电波时的电波的接收信号强度(RSSI)代入到变量Sb1(步骤S403)。
接下来，电波强度取得部111将接收部122接收到入射到天线121c的电波时的电波的接收信号强度(RSSI)代入到变量Su1(步骤S404)。然后，电波强度取得部111将Sa1和Sb1当中大的一方代入到变量Sd1(步骤S405)。然后，基板方向变更部112将使方向估计装置100的基板120回到水平的指示经由信号输入输出部123输入到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S406)。另外，即使飞行装置10不使倾斜度回到水平，在能进行步骤S407的处理的情况下，也能省略步骤S406的处理。
接下来，基板方向变更部112将如下指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16，该指示使方向估计装置100的基板120以如下直线为轴将飞行装置的正面侧的端向下方向倾斜α，该直线是垂直于在飞行装置10的正面方向上延伸的直线的平面穿过基板120的中心点与基板120相交而得到的直线(步骤S407)。接下来，电波强度取得部111将接收部122接收到入射到天线121a的电波时的电波的接收信号强度(RSSI)代入到变量Sa2(步骤S408)。然后，电波强度取得部111将接收部122接收到入射到天线121b的电波时的电波的接收信号强度(RSSI)代入到变量Sb2(步骤S409)。
接下来，电波强度取得部111将接收部122接收到入射到天线121c的电波时的电波的接收信号强度(RSSI)代入到变量Su2(步骤S410)。然后，电波强度取得部111将Sa2和Sb2当中大的一方代入到变量Sd2(步骤S411)。然后，基板方向变更部112将使方向估计装置100的基板120回到水平的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S412)。然后估计部113进行上下比较处理(步骤S413)，结束上下方向估计处理。后面对上下比较处理的细节进行描述。
通过以上的处理，使基板的正面侧上倾α时的来自基板的下方向的电波的接收信号强度代入到Sd1。然后，虽然这时基板的反向面侧下倾α，但将这时的来自基板的上方向的电波的接收信号强度代入到Su1。进而，将使基板的正面侧下倾α时的来自基板的下方向的电波的接收信号强度代入到Sd2。然后，这时虽然基板的反向面侧上倾α，但将这时的来自基板的上方向的电波的接收信号强度代入到Su2。
接下来参考图12来说明在所述步骤S413进行的上下比较处理。在该处理中使用不同于到目前为止出现的阈值的阈值ThD2。该阈值ThD2是用于判定使基板的正面侧上倾时的接收信号强度S1和使基板的正面侧下倾时的接收信号强度S2是否是大致相同值的阈值。若S1与S2之差的绝对值不足ThD2，则估计部113判定为S1和S2是大致相同值。在该情况下，估计部113估计为来自终端装置200的发送电波是从与当前的飞行装置10的高度大致相同的高度到来的。
对图12所示的上下比较处理进行说明。首先，估计部113判定是否Su1与Su2之差的绝对值不足ThD2且Sd1与Sd2之差的绝对值也不足ThD2(步骤S501)。若Su1与Su2之差的绝对值不足ThD2且Sd1与Sd2之差的绝对值也不足ThD2(步骤S501“是”)，则估计部113估计为来自终端装置200的发送电波是从与当前的飞行装置10的高度大致相同的高度到来的，基板方向变更部112将不使飞行装置10的高度变化的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S502)，结束上下比较处理。在未从信号输入输出部123发出指示的情况下，若飞行装置10不使其飞行高度发生变化，则也可以省略步骤S502的处理而立即结束上下比较处理。
若Su1与Su2之差的绝对值为ThD2以上或Sd1与Sd2之差的绝对值为ThD2以上(步骤S501“否”)，则估计部113判定Su1与Su2之差的绝对值是否大于Sd1与Sd2之差的绝对值(步骤S503)。若Su1与Su2之差的绝对值大于Sd1与Sd2之差的绝对值(步骤S503“是”)，则估计部113判定是否是Su1＞Su2(步骤S504)。若是Su1＞Su2(步骤S504“是”)，则由于反向面侧下倾时的接收信号强度大于反向面侧上倾时的接收信号强度，因此，估计部113估计为电波的到来方向是下方向，基板方向变更部112将降低飞行装置10的高度的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S505)，结束上下比较处理。
若是Su1＜Su2(步骤S504“否”)，则由于反向面侧下倾时的接收信号强度小于反向面侧上倾时的接收信号强度，因此估计部113估计为电波的到来方向是上方向，基板方向变更部112将提高飞行装置10的高度的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S506)，结束上下比较处理。
若Su1与Su2之差的绝对值为Sd1与Sd2之差的绝对值以下(步骤S503“否”)，则估计部113判定是否是Sd1＞Sd2(步骤S507)。若是Sd1＞Sd2(步骤S507“是”)，则由于正面侧上倾时的接收信号强度大于正面侧下倾时的接收信号强度，因此，估计部113估计为电波的到来方向是上方向，基板方向变更部112将提高飞行装置10的高度的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S506)，结束上下比较处理。
若是Sd1＜Sd2(步骤S507“否”)，则由于正面侧上倾时的接收信号强度小于正面侧下倾时的接收信号强度，因此估计部113估计为电波的到来方向是下方向，基板方向变更部112将降低飞行装置10的高度的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S505)，结束上下比较处理。
另外，高度的上下移动的速度v期望设定成与tan(α)的大小成正比的值，例如设定为v＝tan(α)×3m/s那样。在该示例的情况下，在α＝10度时成为上下移动的速度
Figure BDA0001355900700000141
在α＝20度时成为
Figure BDA0001355900700000142
通过如此设定上下移动的速度v，即使在终端装置200上下高速移动的情况下，也是只要将α设为大的值，飞行装置10就能追踪终端装置200。反之，在终端装置200的上下移动速度小的情况下。通过将α设为小的值，飞行装置10能一点一点调整高度，能更正确地进行终端装置200的高度的估计。
以上说明了方向估计处理的全部处理。通过该处理，估计部113针对左右方向，能基于图7所示的天线121a和天线121b的指向性的重叠区域126d来进行电波的到来方向的估计。由此，通过变更该指向性的重叠区域126d的打开程度，能变更左右方向的估计精度。另外，针对上下方向，估计部113能基于使基板120的正面侧向上方向倾斜时与向下方向倾斜时的接收信号强度之差来进行电波的到来方向的估计。因此，估计部113不仅能估计左右方向，还能估计包括上下方向的电波的到来方向。
另外，由于天线121a和天线121b的指向性的重叠区域126d的方向与天线121c的指向性的方向成为相反朝向，因此在左右方向估计处理中，即使在终端装置200进入到天线121a以及天线121b的指向性的死角的情况下，在上下方向估计处理中，来自终端装置200的电波也会入射到天线121c。由此，方向估计装置100由于使高度上下移动到终端装置200的位置，因此在之后的左右方向估计处理中，来自终端装置200的电波会入射到天线121a或天线121b。
而且，由于方向估计装置100对飞行装置10发出旋转以及移动的指示并取得接收信号强度，来进行电波的到来方向的估计，因此即使在终端装置200移动的情况下，也能以追踪终端装置200的形式进行电波的到来方向的估计。
另外，由于天线121是具有反射器124的芯片天线，因此能减小配置面积，即使配置多个天线121，也能将方向估计装置100制造在小的基板120上。
另外，由于具备方向估计装置100的飞行装置10具备摄像部以及录音部作为传感器部17，因此能朝向方向估计装置100估计出的方向进行摄像部的图像的摄像、录音部的声音的录音。另外，飞行装置10能通过向方向估计装置100估计出的方向持续飞行来靠近终端装置200。因此，携带终端装置200的用户在将飞行装置10上抛后，飞行装置10能将摄像部的摄像机的摄像方向以及录音部的麦克风的指向性的主瓣的方向持续朝向用户方向并向用户处返回，如此进行飞行。
(实施方式1的变形例)
在实施方式1的上下方向估计处理中，估计部113基于使基板120的正面侧向上方向倾斜时与向下方向倾斜时的接收信号强度之差来估计电波的到来方向。但由于基板120具有接地平面125，因此即使将基板120倾斜，也能通过比较分别入射到配置于上表面的天线121c和配置于底面的天线121a以及天线121b的电波的接收信号强度，由估计部113估计电波是从上下哪一边到来的。对这样的实施方式1的变形例进行说明。
实施方式1的变形例的上下方向估计处理在仅进行图11的步骤S402～步骤S405后进行上下比较处理。然后实施方式1的变形例的上下比较处理进行Su1和Sd1的比较。在该上下比较处理中，若Su1与Sd1之差的绝对值不足阈值ThD，则估计部113估计为来自终端装置200的发送电波从与当前的飞行装置10的高度大致相同高度到来，基板方向变更部112不使飞行装置10的高度变化。另外，若是Su1＞Sd1，则估计部113估计为电波从下方到来，基板方向变更部112降低飞行装置10的高度。并且若是Su1＜Sd1，则估计部113估计为电波从上方到来，基板方向变更部112提高飞行装置10的高度。
在以上说明的实施方式1的变形例中，比较分别入射到配置于基板的上表面的天线和配置于底面的天线的电波的信号强度的大小。由于上表面和底面被接地平面125屏蔽，因此不管在终端装置200位于方向估计装置100的上方的情况下还是位于下方的情况下，都能根据入射到哪一者的天线的电波的信号强度大，由方向估计装置100估计电波的到来方向是上下哪一方。
(实施方式2)
实施方式1是飞行装置10具备方向估计装置100的构成。但并不限于飞行装置10，只要是能移动的装置，就能具备方向估计装置来估计电波的到来方向并向电波的到来方向移动。在此说明机器人20具备方向估计装置101的实施方式2。
本发明的实施方式2所涉及的方向估计系统1001的系统构成是在图1所示的实施方式1所涉及的方向估计系统1000中将飞行装置10置换成机器人20。
图13A以及图13B是表示实施方式2所涉及的机器人20的外观的图。图13A是机器人20的主视图，图13B是机器人20的右侧视图。机器人20具备腿部21、头部22、颈部23、躯干部24，能通过腿部21进行旋转以及移动。并且在头部22的上部具备方向估计装置101。另外具备将头部22和躯干部24连接的颈部23，颈部23能使头部22左右旋转和上下倾斜。但在能通过腿部21等使方向估计装置101旋转以及倾斜的情况下，也可以没有颈部23。另外，腿部21也可以不是模仿人的腿的腿部21而是能使用电动机来进行旋转和移动的腿部。
实施方式2所涉及的方向估计装置101的功能构成与实施方式1所涉及的方向估计装置100相同，在图3中示出。但信号输入输出部123不是输出控制飞行装置10的信号，而是输出控制机器人20的信号。通过从信号输入输出部123输出意味着“原地旋转”、“使头部向上倾斜”、“前进”等的信号，机器人20通过腿部21等进行原地旋转、头部的倾斜、前进等。
实施方式2所涉及的机器人20的功能构成也与实施方式1所涉及的飞行装置10相同，在图4中示出。但驱动部15是对机器人20的颈部23以及腿部21进行驱动。通过对驱动部15进行驱动，机器人20能将头部22旋转或倾斜，另外，能通过腿部21进行旋转以及移动。
在图13A以及图13B所示的方向估计装置101中，图5A以及图5B所示的方向估计装置100的基板上的天线121的配置位置在上表面和反向面相反。这是因为，在飞行装置10的情况下，来自终端装置200的电波从方向估计装置100的下方到来的可能性高，但在机器人20的情况下，来自终端装置200的电波从方向估计装置101的上方到来的可能性高。在机器人20的身高低于终端装置200的位置的情况下，在来自机器人20的正面方向的电波的左右方向的估计时，可以如图13A以及图13B所示那样，天线121a和天线121b配置在基板120的上部。即使如此配置天线，方向估计装置101所进行的左右方向估计处理也会成为与图9以及图10所示的方向估计装置100的左右方向估计处理相同的处理。
机器人20不同于飞行装置10，不能在上下方向上移动。但能通过使颈部23上下倾斜来进行上下方向的估计。参考图14来说明该机器人20的上下方向估计处理。在此导入表示机器人20的颈部23的上下的倾斜度的变量β。初始值成为β＝0，这是颈部23朝向水平方向。若β为正，则表示颈部23朝上，若β为负，则表示颈部23朝下。另外，与实施方式1同样，在上下方向估计处理中，将向上下方向倾斜的给定的角度用α(例如10度)表征。
对图14所示的上下方向估计处理进行说明。该处理由于除了一部分以外其他都是与图11所示的上下方向估计处理相同的处理，因此仅说明不同的部分。首先，基板方向变更部112将使方向估计装置101的基板120的机器人20的正面侧的端从现状向上方向倾斜α的指示经由信号输入输出部123输出到机器人20的驱动控制部16(步骤S414)。之后的步骤S402～步骤S405的处理与图11所示的处理相同。
紧接着步骤S405，基板方向变更部112将使方向估计装置101的基板120的机器人20的正面侧的端从现状向下方向倾斜α的指示经由信号输入输出部123输出到机器人20的驱动控制部16(步骤S415)。之后的步骤S408～步骤S411的处理与图11所示的处理相同。然后，不进行步骤S412的处理(使基板回到水平的处理)而在步骤S413进行上下比较处理，结束上下方向估计处理。
接下来，参考图15来说明机器人20的上下比较处理。该处理也由于除了一部分以外其他都与图12所示的上下比较处理相同，因此仅说明不同的部分。首先，步骤S501、步骤S503、步骤S504以及步骤S507与图12所示的处理相同。在步骤S501的判定结果为“是”的情况下，不进行步骤S502的处理(不使高度发生变化)而结束上下比较处理。
然后，取代步骤S505的处理(降低高度)，估计部113估计为电波从与当前所朝向的方向成α/2的下方向到来，从而从β减去α/2，基板方向变更部112将使基板120的正面侧的端从现状向下方向倾斜α/2的指示经由信号输入输出部123输出到机器人20的驱动控制部16(步骤S508)。另外，取代步骤S506的处理(提高高度)，估计部113估计为电波从与当前所朝向的方向成α/2的上方向到来，从而在β加上α/2，基板方向变更部112将使基板120的正面侧的端从现状向上方向倾斜α/2的指示经由信号输入输出部123输出到机器人20的驱动控制部16(步骤S509)。
通过以上的处理，针对上下方向，为了朝向来自终端装置200的电波的到来方向，也由估计部113估计β的值。因此，若用户将终端装置200携带在用户的脸的附近，机器人20就能仰视用户的脸的方向。另外，机器人20由于具备摄像部以及录音部作为传感器部17，因此能朝向方向估计装置101估计出的方向进行摄像部的图像的摄像或录音部的声音的录音。并且，机器人20能通过在方向估计装置101估计出的方向上持续移动来靠近终端装置200。因此，若携带终端装置200的用户散步或来回走动，则机器人20能使摄像部的摄像机的摄像方向以及录音部的麦克风的指向性的主瓣的方向朝向用户并进行移动以追逐用户。
(实施方式3)
在实施方式1以及实施方式2中，方向估计装置100、101成为具备3个天线121的构成，但天线121的个数并不限于3。对具备更多天线121来消除电波的死角的实施方式3进行说明。
本发明的实施方式3所涉及的方向估计系统1002的系统构成与图1所示的实施方式1所涉及的方向估计系统1000相同。实施方式3所涉及的方向估计装置102的功能构成也与图3所示的实施方式1所涉及的方向估计装置100的功能构成相同。
实施方式3所涉及的方向估计装置102的基板上的天线配置如图16A以及图16B所示那样，在底面侧，在分别相隔120度的位置具备3个天线121e、天线121f以及天线121g，在上表面侧，也在分别相隔120度的位置具备3个天线121h、天线121i以及天线121j。并且底面侧和上表面侧的天线121的位置成为旋转60度的关系。通过进行这样的配置，关于左右方向能以60度的精度进行方向的估计。
接下来参考图17来说明实施方式3所涉及的方向估计装置102的方向估计处理。该处理由于除了一部分以外其他都与图8所示的实施方式1所涉及的方向估计处理相同，因此仅说明不同的部分。首先，步骤S101～步骤S103与图8所示的处理相同。接下来，电波强度取得部111取得接收部122接收到入射到各天线121的电波时的电波的接收信号强度(步骤S107)。
接下来，估计部113将电波的到来方向估计为是与电波强度取得部111取得的接收信号强度当中对应于第1大和第2大的强度的2个天线各自的指向性的主瓣的方向的中间的方向，基板方向变更部112将使估计部113估计出的方向成为正面那样进行旋转的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S108)。若这2个天线的配置位置两方都是基板120的上表面，则估计部113估计为电波是从上方到来的，若两方都是基板120的底面，则估计部11估计为电波是从下方到来的，若是基板120的上表面和底面，则估计部113估计为电波是从与当前的飞行装置10的高度大致相同的高度到来的。然后，若估计部113估计出的方向是上方，则基板方向变更部112将提高高度的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16，若估计部113估计出的方向是下方，则基板方向变更部112将降低高度的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16，若估计部113估计出的方向是大致相同高度，则基板方向变更部112将不变更高度的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16(步骤S109)。这些以外的处理与图8所示的方向估计处理相同。
另外，在步骤S108，估计部113也可以将按照入射到这2个天线的电波的接收信号强度而内分的方向估计为电波的到来方向，而不是2个天线各自的指向性的主瓣的方向的正好中间，基板方向变更部112将使该方向成为正面那样进行旋转的指示经由信号输入输出部123输出到飞行装置10的驱动控制部16。例如以正面为基准，将最大的接收信号强度的电波所入射的天线的指向性的主瓣的角度设为θ1，将其接收信号强度设为S1，将第2大的接收信号强度的电波所入射的天线的指向性的主瓣的角度设为θ2，将其接收信号强度设为S2。在该情况下，估计部113估计为电波是从下述的式(1)表征的角度的方向到来的，基板方向变更部112输出使该方向成为正面那样进行旋转的指示。
(S1×θ1+S2×θ2)/(S1+S2)...(1)
但在运用式(1)时，在θ1与θ2之差的绝对值超过180度的情况下，将从θ1和θ2的任意大的一方减去360度的值运用到式(1)，以使差的绝对值成为180度以下。
实施方式3所涉及的方向估计装置102由于在左右方向以及上下方向上不产生死角地配置天线121，因此能基于在图17的步骤S107取得的电波的接收信号强度来估计该时间点的终端装置200的方向。为此，即使终端装置200高速到处移动，方向估计装置102也能没有遗漏地取得从终端装置200发送的电波，能估计终端装置200的方向。
以上结束了各实施方式的说明，但这些实施方式能包括变形例适宜组合。例如实施方式2的机器人20进行实施方式1的变形例的上下方向估计处理，在该上下比较处理中，也可以不变更高度而进行变更头部22的角度β的处理。另外，实施方式2的机器人20也可以具备以实施方式3的天线配置构成的方向估计装置102，在图17的步骤S109，不变更高度，而进行变更头部22的角度β的处理。
另外，本发明所涉及的方向估计装置100、101、102例如也可以通过计算机执行程序来实现方向估计装置100、101、102的功能。用于实现方向估计装置100、101、102的功能的程序既可以存储在USB(Universal SerialBus，通用串行总线)存储器、CD-ROM(CompactDisc-Read Only Memory，只读光盘)、DVD(Digital Versatile Disc，数字多媒体盘)、HDD(HardDisk Drive，硬盘驱动器)等计算机可读的记录介质中，也可以经由网络下载到计算机。
以上说明了本发明的优选的实施方式，但本发明并不限定于相关的特定的实施方式，在本发明中包含权利要求的范围所记载的发明和其等同的范围。

Claims (15)

1.一种方向估计装置，具备：
在基板的表面使指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线；
配置在所述基板的背面的至少1个天线；
接收信号强度取得部，分别取得：由配置在所述表面的所述多个天线取得的以与所述基板平行的方向作为入射方向的电波的接收信号强度、以及由配置在所述表面的所述多个天线的至少一个和配置在所述背面的天线分别取得的以与所述基板垂直的方向作为入射方向的电波的接收信号强度；和
基于所述接收信号强度取得部分别取得的所述电波的接收信号强度来估计所述基板的水平的方向以及垂直的方向的所述电波的到来方向的估计部。
2.根据权利要求1所述的方向估计装置，其中，
所述方向估计装置还具备：
变更所述基板的方向的基板方向变更部，
所述基板方向变更部变更所述基板的方向，以使配置于所述基板的所述表面的2个天线各自的指向性的主瓣的方向的中间的方向成为所述估计部估计出的所述电波的所述到来方向。
3.根据权利要求2所述的方向估计装置，其中，
配置于所述基板的所述背面的1个天线的指向性的主瓣的方向是与配置于所述基板的所述表面的2个天线各自的指向性的主瓣的方向的所述中间的方向相反的方向。
4.根据权利要求2所述的方向估计装置，其中，
所述估计部基于以下述直线为轴由所述基板方向变更部使所述基板倾斜时的所述基板的方向和所述接收信号强度取得部取得的所述电波的所述信号强度来估计所述电波的所述到来方向，所述直线是垂直于在配置于所述基板的所述表面的2个天线各自的指向性的主瓣的方向的所述中间的方向上延伸的直线的平面穿过所述基板的中心点与所述基板相交而得到的直线。
5.根据权利要求1所述的方向估计装置，其中，
所述方向估计装置具备：
在所述基板的所述表面和所述背面相互错开、指向性的主瓣的方向各相差给定的角度那样遍布所述基板的全周配置的天线，
所述估计部基于所述信号强度最大的所述电波所入射的天线的配置位置和所述信号强度第2大的所述电波所入射的天线的配置位置来估计所述电波的所述到来方向。
6.根据权利要求1所述的方向估计装置，其中，
所述天线是具有反射器的芯片天线。
7.根据权利要求1所述的方向估计装置，其中，
所述基板在厚度方向的中央部具备防止来自所述背面的所述电波的入射的屏蔽板。
8.一种方向估计方法，包括：
接收信号强度取得步骤，分别取得：由在基板的表面使指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线取得的以与所述基板平行的方向作为入射方向的电波的接收信号强度；以及由配置在所述表面的所述多个天线的至少一个和配置在所述基板的背面的天线分别取得的以与所述基板垂直的方向作为入射方向的电波的接收信号强度；
估计步骤，基于在所述接收信号强度取得步骤分别取得的所述电波的接收信号强度来估计所述基板的水平的方向以及垂直的方向的所述电波的到来方向。
9.一种记录介质，其存储程序，该程序使方向估计装置的计算机作为如下部发挥功能：
接收信号强度取得部，分别取得：由在基板的表面使指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线取得的以与所述基板平行的方向作为入射方向的电波的接收信号强度；以及由配置在所述表面的所述多个天线的至少一个和配置在所述基板的背面的天线分别取得的以与所述基板垂直的方向作为入射方向的电波的接收信号强度，
估计部，基于在所述接收信号强度取得部分别取得的所述电波的接收信号强度来估计所述基板的水平的方向以及垂直的方向的所述电波的到来方向。
10.一种飞行装置，具备：
驱动部，用于在空中飞行；
多个天线，在基板的表面该多个天线被配置成指向性的主瓣的方向相互不同；
至少1个天线，配置于所述基板的背面；
接收信号强度取得部，分别取得：由配置在所述表面的所述多个天线取得的以与所述基板平行的方向作为入射方向的电波的接收信号强度、以及由配置在所述表面的所述多个天线的至少一个和配置在所述背面的天线分别取得的以与所述基板垂直的方向作为入射方向的电波的接收信号强度；和
驱动控制部：基于所述接收信号强度取得部分别取得的所述电波的接收信号强度来控制所述驱动部，以使本飞行装置朝向所述基板的水平的方向以及垂直的方向的所述电波的到来方向。
11.根据权利要求10所述的飞行装置，其中，
所述飞行装置还具备：
对图像进行摄像的摄像部，
所述驱动控制部对所述驱动部进行控制，以使所述摄像部所具备的摄像机的摄像方向朝向所述电波的所述到来方向。
12.根据权利要求10所述的飞行装置，其中，
所述飞行装置还具备：
对声音进行录音的录音部，
所述驱动控制部对所述驱动部进行控制，以使所述录音部所具备的麦克风的指向性的主瓣的方向朝向所述电波的所述到来方向。
13.根据权利要求10所述的飞行装置，其中，
所述驱动控制部对所述驱动部进行控制，以使所述本飞行装置一边朝向所述电波的所述到来方向一边向发送所述电波的终端装置飞行。
14.一种飞行方法，包括：
接收信号强度取得步骤，分别取得：由在基板的表面使指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线取得的以与所述基板平行的方向作为入射方向的电波的接收信号强度、以及由配置在所述表面的所述多个天线的至少一个和配置在所述基板的背面的天线分别取得的以与所述基板垂直的方向作为入射方向的电波的接收信号强度；和
驱动控制步骤，基于在所述接收信号强度取得步骤分别取得的所述电波的接收信号强度来对驱动部进行控制，以使飞行装置朝向所述基板的水平的方向以及垂直的方向的所述电波的到来方向。
15.一种记录介质，其存储程序，该程序使飞行装置的计算机作为如下的部件发挥功能：
接收信号强度取得部，分别取得：由在基板的表面使指向性的主瓣的方向相互不同而配置的多个天线取得的以与所述基板平行的方向作为入射方向的电波的接收信号强度、以及由配置在所述表面的所述多个天线的至少一个和配置在所述基板的背面的天线分别取得的以与所述基板垂直的方向作为入射方向的电波的接收信号强度；和
驱动控制部，其基于所述接收信号强度取得部分别取得的所述电波的接收信号强度来控制飞行，以使所述飞行装置朝向所述基板的水平的方向以及垂直的方向的所述电波的到来方向。
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