CN108363038B - 定位传感器、传感器以及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及定位传感器、传感器以及方法。定位传感器具备与供电电路以及n个可变负载连接的m个接收天线、和通过m个接收天线接收第1信号的接收机，所述定位传感器具备：存储器，其接收在变化后的可变负载的值时接收机接收的第1信号的第1信号强度值；以及处理器，其根据复传播信道算出第2信号强度值，搜索第1信号强度与第2信号强度的差分成为最小的复传播信道的候选，将与所搜索出的候选对应的复传播信道推定为接收机接收到第1信号时的复传播信道，根据所推定出的复传播信道来推定第1信号的到来方向。

Description

定位传感器、传感器以及方法
技术领域
本公开涉及使用了微波的人物等生物体的定位传感器、传感器以及方法。
背景技术
作为获知人物的位置或状态的方法，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2014-512526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
专利文献9：日本特开2008-244697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：
Figure BDA0001557081780000021
程俊、
Figure BDA0001557081780000022
平田明史、大平孝，“
Figure BDA0001557081780000023
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，在专利文献1等所公开的现有技术中，诸如需要能够观测到来波的延迟时间或相位信息的多个天线等，为了推定人物的位置或方向而需要取得发送机侧的相位信息。
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种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体所在的方向等的推定的定位传感器等。
用于解决问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明的一个技术方案的定位传感器具备：m个接收天线，所述m为1以上的整数；与所述接收天线连接的供电电路；与所述供电电路连接的n个可变负载，所述n为1以上的整数；接收机，其经由所述供电电路接收第1信号，所述第1信号是所述接收天线接收发送信号而得到的信号，所述发送信号是从发送机对从所述定位传感器起算的可能存在活动体的预定范围发送的信号；控制器，其设定所述可变负载的阻抗值；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，存储与所述设定的所述可变负载的阻抗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信号强度值分别与所述多个候选对应，通过选择所述第1信号强度值与所述多个第2信号强度值的各第2信号强度值的差分中的、成为最小的差分所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。
另外，本公开的一个技术方案的传感器具备配置在互不相同的位置的多个上述定位传感器，基于各所述多个定位传感器中的各所述第1信号的到来方向，推定所述活动体的位置。
另外，本公开的一个技术方案的定位传感器具备：m个接收天线，所述m为1以上的整数；与所述接收天线连接的供电电路；与所述供电电路连接的n个可变负载，所述n为1以上的整数；接收机，其经由所述供电电路接收第1信号，所述第1信号是所述接收天线接收发送信号而得到的信号，所述发送信号是从发送机对从所述定位传感器起算的可能存在活动体的预定范围发送的信号；控制器，其设定所述可变负载的阻抗值；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，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，对于与所述L个的第1信号对应的所述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，通过选择所述M个的第3信号强度值与对应的所述第2信号强度值的差分中的成为最小的差分所对应的候选，推定所述L个的各个复传播信道，算出对于所述L个的各个复传播信道的相关矩阵，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。
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、计算机程序或计算机可读取CD-ROM等记录介质来实现，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，就能够进行活动体所在的方向等的推定。
附图说明
图1是表示实施方式1的定位传感器的结构的一例的框图。
图2是表示实施方式1的处理器的功能结构的一例的框图。
图3是表示实施方式1的定位传感器的方向推定处理的概要的流程图。
图4是表示实施方式1的定位传感器的方向推定处理的详细情况的流程图。
图5是表示图4所示的步骤S23的详细情况的流程图。
图6是表示图4所示的步骤S24的详细情况的流程图。
图7是表示实施方式1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740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向的图。
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840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840的方向推定处理的流向的图。
图14是表示实施方式4中的存储器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中的存储器600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710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940的推定处理的流程图。
图19是表示使用了实施方式4的方向推定方法的实验的概念的图。
图20是表示使用了实施方式4的推定方法的实验结果的图。
图21是表示定位传感器中的供电电路、可变负载以及接收天线的配置的一例的图。
图22是表示定位传感器中的供电电路、可变负载以及接收天线的配置的另一例的图。
标号的说明
10接收天线；10A天线；20供电电路；30可变负载；40接收机；50控制器；60、600存储器；70处理器；71复传播信道推定部；72信号算出部；73、730比较运算部；74、740、840、940方向推定部；80发送机；81发送天线；90生物体；100定位传感器；720差分信号算出部；741瞬时相关矩阵算出部；742、845存储部；743第3相关矩阵算出部；744、942到来角推定部；846相位角算出部；847、941相关矩阵算出部；848到来角推定部。
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。复传播信道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，通过对所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。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或相位信息的多个天线，推定对象物体的位置。在专利文献9中公开了如下方法：通过将使用了倒F天线的ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator)天线由供电电路来构成，由此对天线指向性进行操作。
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的方向或位置的方法。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对差分分量进行解析，由此推定人物位置。在该方式中，为了推定位置，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2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、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或方向却需要能够观测到来波的延迟时间或相位信息的多个天线。
也就是说，对于专利文献4～5这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，在专利文献1～3、6所公开的方法中、以及非专利文献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这一问题。
另外，在非专利文献3所公开的方法中，能够观测相位的单个接收机连接于一个元件的接收天线，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。在该方法中，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准确的相位值。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。也就是说，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，因此需要在相位水平上能够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。也就是说，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。也就是说，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，存在硬件规模会增大这一问题。另外，对于接收信号需要准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，想到了如下的定位传感器、传感器以及方法：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，能够进行活动体所在的方向等的推定。
本公开的一个技术方案的定位传感器具备：m个接收天线，所述m为1以上的整数；与所述接收天线连接的供电电路；与所述供电电路连接的n个可变负载，所述n为1以上的整数；接收机，其经由所述供电电路接收第1信号，所述第1信号是所述接收天线接收发送信号而得到的信号，所述发送信号是从发送机对从所述定位传感器起算的可能存在活动体的预定范围发送的信号；控制器，其设定所述可变负载的阻抗值；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，存储与所述设定的所述可变负载的阻抗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信号强度值分别与所述多个候选对应，通过选择所述第1信号强度值与所述多个第2信号强度值的各第2信号强度值的差分中的、成为最小的差分所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。
由此，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，就能够进行活动体所在的方向的推定。另外，因为m个接收天线与供电电路连接，所以能够使m个接收天线的配置的自由度提高。
另外，例如，也可以是，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，推定第1复传播信道来作为所述复传播信道，在所述第1信号强度值的时间变动比所述预定值大时，推定第2复传播信道来作为所述复传播信道，算出表示对于所述第1复传播信道的相关矩阵的第1相关矩阵，算出表示对于所述第2复传播信道的相关矩阵的第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。
另外，例如，也可以是，在所述第1信号强度值的时间变动为所述预定值以下时，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所述预定值大时，所述第1信号包含所述反射信号。
另外，例如，也可以是，所述处理器，在第1时刻，推定第1复传播信道来作为所述复传播信道，在所述第1时刻之后的第2时刻，推定第2复传播信道来作为所述复传播信道，使用所述第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，通过从赋予了所述相位角的所述第2复传播信道减去赋予了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，计算对于所述第3复传播信道的相关矩阵，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。
另外，本公开的一个技术方案的传感器，具备配置在互不相同的位置的多个上述定位传感器，基于各所述多个定位传感器中的各所述第1信号的到来方向，推定所述活动体的位置。
另外，本公开的一个技术方案的定位传感器具备：m个接收天线，所述m为1以上的整数；与所述接收天线连接的供电电路；与所述供电电路连接的n个可变负载，所述n为1以上的整数；接收机，其经由所述供电电路接收第1信号，所述第1信号是所述接收天线接收发送信号而得到的信号，所述发送信号是从发送机对从所述定位传感器起算的可能存在活动体的预定范围发送的信号；控制器，其设定所述可变负载的阻抗值；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，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，对于与所述L个的第1信号对应的所述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，通过选择所述M个的第3信号强度值与对应的所述第2信号强度值的差分中的成为最小的差分所对应的候选，推定所述L个的各个复传播信道，算出对于所述L个的各个复传播信道的相关矩阵，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。
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、计算机程序或计算机可读取CD-ROM等记录介质来实现，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。
以下，使用附图对本公开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公开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，并非限定本公开的意思。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公开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)
[1-1.定位传感器的结构]
图1是表示实施方式1的定位传感器的结构的一例的框图。图2是表示实施方式1的处理器的功能结构的一例的框图。
图1所示的定位传感器100具备：m个(m为1以上的整数)接收天线10、与m个接收天线10连接的供电电路20、与供电电路20连接的n个(n为1以上的整数)可变负载30、接收机40、控制器50、存储器60、以及处理器70。定位传感器100还可以具备连接有发送天线81的发送机80。定位传感器100推定作为检测对象的生物体90所在的方向θR。
m个接收天线10通过在第1方向上排列来构成阵列天线。m个接收天线10也可以通过在第1方向以及第2方向上排列来构成阵列天线。
接收机40经由供电电路20接收第1信号。接收机40所接收的第1信号是接收天线10接收从发送机80对从定位传感器100起算的可能存在活动体的预定范围发送的发送信号而得到的信号。
例如，通过与发送机80连接的一个发送天线81，可发送由发送机80生成的信号(即发送波)。于是，到达了m个接收天线10的信号(即反射波)，通过与供电电路20连接的n个可变负载30进行调制而再次经由供电电路20被接收机40观测。
控制器50控制n个可变负载30。更具体而言，控制器50设定n个可变负载30的阻抗值。
存储器60在由控制器50设定了n个可变负载30的阻抗值时，存储与所设定的n个可变负载30的阻抗值对应的表示第1信号的强度的第1信号强度值。也就是说，存储器60在由控制器50将n个可变负载30的阻抗值设定为第1值时，将接收机40所接收的第1信号的第1信号强度值与第1值一起进行存储。更具体而言，存储器60一边与控制器50进行同步一边存储接收机40所接收的第1信号的第1信号强度值。由此，在存储器60中，与n个可变负载30的变化相应的第1信号强度值被按时间序列进行存储。存储器60将第1信号强度值作为强度信息进行存储。此外，在本实施方式中，被存储的第1信号强度值仅为振幅。即无法观测相位。
处理器70使用存储器60所存储的第1信号强度值来进行各种处理。关于处理器70的功能性结构，使用图2进行说明。
如图2所示，处理器70在功能方面具备复传播信道推定部71和方向推定部74。
复传播信道推定部71具备信号算出部72和比较运算部73。
信号算出部72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信号强度值。具体而言，信号算出部72对表示发送机80与接收机40之间的信号传播特性的复传播信道设定多个候选，算出假设接收机40接收到从发送机80发送的第2信号的情况下的多个第2信号强度值。在此，第2信号强度值表示第2信号的强度。另外，多个第2信号强度值分别与多个候选对应。
比较运算部73使用可变负载30的值来选择第1信号强度值与多个第2信号强度值的各第2信号强度值的差分中的成为最小的差分所对应的候选，由此搜索复传播信道的值。也就是说，比较运算部73针对多个第2信号强度值的各第2信号强度值，算出第1信号强度值与该第2信号强度值的差分，由此算出多个差分。然后，比较运算部73选择与可得到所算出的多个差分中的成为最小的差分的第2信号强度值对应的候选。比较运算部73将与所选择出的候选对应的复传播信道推定为接收机40接收到第1信号时的复传播信道。如此，复传播信道推定部71根据从存储器60输出的第1强度信号值来推定接收机40接收到第1信号时的复传播信道。
方向推定部74基于在复传播信道推定部71中推定出的复传播信道来推定第1信号相对于定位传感器100的到来方向θR。在本实施方式中，如图1所示，第1信号是生物体90的反射波。因此，方向推定部74能够根据在复传播信道推定部71中推定出的复传播信道来推定生物体90所在的方向。
[1-2.定位传感器的工作]
对如上述那样构成的定位传感器100的推定处理的工作进行说明。图3是表示实施方式1的定位传感器的方向推定处理的概要的流程图。
首先，在定位传感器100中，控制器50设定可变负载30的阻抗值(S11)。
接收机40接收第1信号(S12)。
存储器60在由控制器50设定了n个可变负载30的阻抗值时，存储与所设定的n个可变负载30的阻抗值对应的表示第1信号的强度的第1信号强度值(S13)。
在处理器70中，对表示发送机80与接收机40之间的信号传播特性的复传播信道，设定多个候选(S14)。
处理器70算出假设接收机40接收到从发送机80发送的第2信号的情况下的多个第2信号强度值(S15)。
处理器70通过选择第1信号强度值与多个第2信号强度值的各第2信号强度值的差分中的成为最小的差分所对应的候选，由此推定复传播信道(S16)。
处理器70基于复传播信道来推定第1信号相对于定位传感器100的到来方向(S17)。
以下，使用图4、图5以及图6对图3中说明的定位传感器100的方向推定处理的详细情况进行说明。
图4是表示实施方式1的定位传感器的方向推定处理的详细情况的流程图。图5是表示图4所示的步骤S23的详细情况的流程图。图6是表示图4所示的步骤S24的详细情况的流程图。
如图4所示，首先，通过发送机80开始发送信号(S21)。在本实施方式中，图1所示的发送机80从发送天线81发送信号(发送波)。
在此，从包括m个接收天线10的阵列天线观察，生物体90在方向θR上静止。
另外，定位传感器100测定并储存强度信息y(l) meas(S22)。在此，强度信息y(l) meas是接收机40接收的第1信号的第1信号强度。l是索引编号，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5所示，首先，控制部50设定n个可变负载30的值(S31)。在此，对定位传感器100具备分别由可变负载30封端的m个接收天线10的情况进行说明。该情况下，n个可变负载30的值(可变阻抗的值)能够使用试验次数k表示为Zk＝[zk1，…，zkN]。接着，接收机40测定强度信号|yk|(S32)。此外，定位传感器100使n个可变负载30的值变化，反复进行S31以及S32的处理。定位传感器100使n个可变负载30变化K组并测定信号强度|yk|。K组的n个可变负载30的值Zk互不相同(Z1≠Z2…≠Zk)。并且，存储器60对使n个可变负载30的值变化了K组时由接收机40测定出的强度信息y(l) meas进行储存(S33)。如此得到的K个强度信息y(l) meas，可以如下所示由矢量来表示。
Figure BDA0001557081780000151
在此，l是上述的索引编号。[·]T表示转置。
此外，若设从生物体反射的信号为s，则该接收信号的信号强度yk (l)可以由下述(式2)来表示。
Figure BDA0001557081780000152
ΓPk表示与第k个的可变负载的阻抗值的组合对应的反射系数。由(式1)以及(式2)表示的强度信息，被作为第1信号输出到复传播信道推定部71。
接着，定位传感器100根据强度信息y(l) meas来推定接收机40接收到第1信号时的复传播信道h(l)(S23)。
更具体而言，如图6所示，首先，复传播信道推定部71设定试验用复传播信道h(l) test(S41)。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。
Figure BDA0001557081780000153
接着，复传播信道推定部71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(S42)。在此，试验用强度信息y(l) test是推定为在步骤S22中在已知的可变负载时接收机40进行了接收的强度信息，相当于上述的第2信号的第2信号强度。试验用强度信息y(l) test如下所示来算出。
Figure BDA0001557081780000154
接着，复传播信道推定部71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)(S43)。在此，差分(误差e)通过如下所示的(式5)来算出。
Figure BDA0001557081780000155
接着，复传播信道推定部71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(S44)。
下面，返回到图4来进行说明。
定位传感器100将步骤S22中说明的测定处理进一步实施L次，每次都进行步骤S23中说明的推定处理。
接着，定位传感器100根据通过步骤S23推定出的复传播信道h(1)、…、h(L)来推定生物体90的方向(S24)。
[1-3.推定处理的原理]
接着，对复传播信道推定部71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7是表示实施方式1的天线模型的电路模型的图。
在此，SA、SF、ΓP分别表示天线10A、供电电路20和可变负载30的S参数矩阵，如以下的式6～式8这样来表示。
Figure BDA0001557081780000161
Figure BDA0001557081780000162
Figure BDA0001557081780000163
在此，SFF、SFA、SFP、SAF、SAA、SAP、SPF、SPA、SPP是SF的分块矩阵。另外，SFF、SFA、SFP、SAF、SAA、SAP、SPF、SPA、SPP的下标F、A以及P分别表示供电端口、天线端口、可变负载端口。
另外，ΓP是表示可变负载30的反射系数的对角矩阵。
第#i个可变负载30的反射系数如以下的式9这样来表示。
Figure BDA0001557081780000164
在此，zPi、z0分别表示可变负载30的阻抗值以及基准阻抗值。
此外，对于天线10A以及供电电路20的S参数，由于在电路制作时决定而能够事先测定。另外，可变负载30的阻抗值也能够事先测定。由此，式6～式8所示的S参数矩阵、元素以及可变负载的阻抗值全都已知。
此时，将从供电电路20向天线10A入射的信号设为aA，将从天线10A向供电电路20入射的信号设为bA，将从供电电路20向可变负载30入射的信号设为aP，将从可变负载30向供电电路20入射的信号设为bP，将从供电端向供电电路20入射的信号设为aP，将从供电电路20向供电端反射的信号设为bF。
此时，以下的关系式成立。
bA＝SAaA (式10)
bP＝ΓPaP (式11)
Figure BDA0001557081780000171
根据式10～式12，能写成式13～式17。
aA＝SAFaF+SAAbA+SAPbP (式13)
＝SAFaF+SAASAaA+sAPbP (式14)
Figure BDA0001557081780000172
根据式16以及式17，有如下式18以及式19。
Figure BDA0001557081780000175
Figure BDA0001557081780000173
将式19带入到式14中，可得到式20。
Figure BDA0001557081780000174
对式20进行整理，成为式21以及式22。
Figure BDA0001557081780000181
在此，成为式23。
Figure BDA0001557081780000182
通过使用式22以及式23，能够计算相对于输入到供电端的信号aF而向天线10A入射的信号aA。
若将第#i个天线10A的复指向性设为Di(θ)，则可观测的合成后的指向性由以下的式24来表示。
Darray(θ)＝[D1(θ),…，Dm(θ)φ(Γp) （式24）
由此，能够计算用任意的可变负载30将端口P封端的情况下的指向性。在此，天线10A的复指向性由于能够事先测定而已知。此外，在此，为了便于说明，对向供电端F输入信号aF的发送时的指向性、即利用天线10A来作为发送天线的情况进行了叙述，但由于天线具有可逆性，因此式24的指向性在接收时也可以说是同样的。也就是说，对于上述的内容，在将天线10A替换为接收天线10的情况下也可以说是同样的。
[1-4.效果等]
根据本实施方式的定位传感器100以及使用了定位传感器100的方法，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，就能够进行活动体所在的方向等的推定。另外，因为m个接收天线10与供电电路20连接，所以能够使m个接收天线10的配置的自由度提高。
另外，根据本实施方式的定位传感器100以及使用了定位传感器100的方法，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个数。
更具体而言，在本实施方式的定位传感器100中，具备与供电电路20以及n个可变负载30连接的m个接收天线10，由单独的接收机40观测接收信号。因为m个接收天线10的特性是已知的，所以通过使接收天线10的负载条件变动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)，由此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，通过使接收天线的可变负载(阻抗值)变化，由此反射率发生改变，接收天线的指向性模拟地发生改变。因此，多次(复传播信道的未知数以上的次数)模拟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定位传感器100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定位传感器100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的定位传感器100所接收的信号中，除了从发送机80发送出的信号(发送波)被生物体90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90的反射波。在实施方式2中，对考虑了也包含未经由生物体90的反射波这一情况的生物体90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。
[2-1.定位传感器的结构]
本实施方式的定位传感器(未图示)相对于实施方式1的定位传感器100，方向推定部740的结构不同。
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。
方向推定部740根据在复传播信道推定部71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740具备瞬时相关矩阵算出部741、存储部742、第3相关矩阵算出部743和到来角推定部744。
瞬时相关矩阵算出部741根据由复传播信道推定部71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742。另外，瞬时相关矩阵算出部741根据由复传播信道推定部71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71在接收机40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，推定第1复传播信道来作定为复传播信道。另外，复传播信道推定部71在接收机40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，推定第2复传播信道来作为复传播信道。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81发送并被生物体90反射后的反射信号。这是因为：第1信号强度的时间变动为预定值以下的情况，相当于在无人状态(不存在生物体90的状态)下接收机40接收第1信号这一情况。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81发送并被生物体90反射后的反射信号。这是因为：第1信号强度的时间变动比预定值大的情况，相当于在有人状态(存在生物体90的状态)下接收机40接收第1信号这一情况。
存储部742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741算出的第1相关矩阵。
第3相关矩阵算出部743算出从由瞬时相关矩阵算出部741算出的第2相关矩阵减去存储在存储部742中的第1相关矩阵而得到的差分矩阵来作为第3相关矩阵。
到来角推定部744根据第3相关矩阵算出部743算出的第3相关矩阵来推定第1信号的到来角。
[2-2.定位传感器的工作]
对如以上那样构成的实施方式2的定位传感器100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向的图。
首先，复传播信道推定部71在进行生物体90的方向推定之前，由复传播信道推定部71推定获知是无人的状态(无人状态)的第1复传播信道。方向推定部740通过由复传播信道推定部71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742(S51)。
更具体而言，瞬时相关矩阵算出部741根据由复传播信道推定部71推定出的无人状态下的第1复传播信道h，如下述的式25这样来算出瞬时相关矩阵R01。在(式25)中，{·}H表示复共轭转置。
R01＝hhH (式25)
并且，瞬时相关矩阵算出部741如式26所示，算出将式25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。
Figure BDA0001557081780000211
接着，复传播信道推定部71推定获知是有人的状态(有人状态)的第2复传播信道。方向推定部740根据由复传播信道推定部71推定出的第2复传播信道来算出第2相关矩阵(S52)。
更具体而言，瞬时相关矩阵算出部741根据由复传播信道推定部71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27这样来算出瞬时相关矩阵R02。
R02＝hhH (式27)
并且，瞬时相关矩阵算出部741如式28所示那样，算出将式27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。
Figure BDA0001557081780000221
接着，方向推定部740将从通过步骤S52算出的第2相关矩阵减去存储在存储部742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(S53)。
更具体而言，第3相关矩阵算出部743从式28所示的第2相关矩阵R2减去式26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740根据所算出的第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(S54)。
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90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90的分量和未经由生物体90的固定分量合计在一起的。
因此，通过从第2相关矩阵R2减去第1相关矩阵R1，理想上仅剩下经由生物体90的分量。也就是说，到来角推定部744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90的方向。
[2-3.效果等]
根据本实施方式的定位传感器以及使用了定位传感器的方法，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90以外的复传播信道分量除去来推定生物体90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90以外的复传播信道分量除去来推定生物体90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。
[3-1.定位传感器的结构]
本实施方式的定位传感器(未图示)，相对于实施方式1的定位传感器100，方向推定部840的结构不同。
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。
方向推定部840根据在复传播信道推定部71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840具备存储部845、相位角算出部846、相关矩阵算出部847和到来角推定部848。
存储部845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71推定出的第1复传播信道。在本实施方式中，存储部845存储通过复传播信道推定部71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846对存储在存储部845中的第1复传播信道与在复传播信道推定部71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71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846搜索该相位差的平均成为最小的相位旋转(相位角)，算出从赋予了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847根据相位角算出部846算出的第3复传播信道来算出相关矩阵。
到来角推定部848根据由相关矩阵算出部847算出的相关矩阵来推定第1信号的到来角。
[3-2.定位传感器的工作]
对如以上那样构成的实施方式3的定位传感器100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向的图。
首先，复传播信道推定部71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845。在此，将以后(预定时刻之后的时刻)推定的复传播信道作为第2复传播信道h(l)。在此，l是与观测时间(推定时刻)对应的测定编号。
接着，方向推定部740对存储在存储部845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(S61)，搜索该相位差的平均成为最小的相位旋转(相位角)(S62)。
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的定位传感器100推定出的第1复传播信道以及第2复传播信道乘有随机的相位。这是因为：定位传感器100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。无法推定信道的绝对相位。
因此，相位角算出部846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时，只要搜索下述的式29所示的△p(l)成为最小的修正相位θl来进行决定即可。
Figure BDA0001557081780000243
接着，方向推定部740算出从给赋了通过步骤S62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(S63)。
更具体而言，相位角算出部846利用使用式29搜索出的修正相位θl，如下述的式30这样来算出差分信道。将该差分信道称为第3复传播信道△h(l)。
Figure BDA0001557081780000242
接着，方向推定部740根据通过步骤S63算出的第3复传播信道来算出相关矩阵(S64)。
更具体而言，相关矩阵算出部847根据式30所示的第3复传播信道△h(l)，如下述的式31这样来算出相关矩阵R。
Figure BDA0001557081780000241
在此，如上所述，由于在使用了式30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31所示的相关矩阵R总是消除了固定的分量，仅剩下因生物体90产生的分量。
因此，只要弄清楚式31所示的相关矩阵R，就能够适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，即使在日用用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90的方向。
[3-3.效果等]
根据本实施方式的定位传感器以及使用了定位传感器的方法，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40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90的方向推定进行了说明，但不限于此。也可以根据使接收机40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90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。
[4-1.定位传感器的结构]
本实施方式的定位传感器(未图示)，相对于实施方式1等的定位传感器100，存储器600、复传播信道推定部45和方向推定部940的结构不同。此外，定位传感器100中的控制器50如上述那样控制可变负载30的阻抗值。以下，作为控制器50将m个接收天线10的可变负载30的阻抗值的组合控制为K组(K为2以上的整数)这一情况来进行说明。
图14是表示实施方式4中的存储器和复传播信道推定部的结构的一例的图。
存储器600将可变负载30的阻抗值的K组的组合各自的接收机40接收的第1信号的第1信号强度储存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。存储器600算出从K组的组合各自的L次的第1信号强度即所储存的第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储存。
在本实施方式中，如图14所示，存储器600记录K组的可变负载30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。也就是说，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，由于本实施方式的定位传感器进行L次观测，因此存储器600储存第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，存储器600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，从所储存的第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，存储器600除了储存接收机40接收的K×L个的第1信号的第1信号强度之外，还储存使第1信号强度最佳化后的K×L个的第1差分信号强度。
如图14所示，复传播信道推定部710具备差分信号算出部720和比较运算部730。
差分信号算出部720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730与差分信号算出部720合作，搜索在存储器600中储存的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730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40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720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2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40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730用由差分信号算出部720算出的K个试验用差分信号强度(第2差分信号强度)分别减去在存储器600算出的K个的第1差分信号强度并进行比较。在此，对于减法运算，在负载的组合相同时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730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来进行评价，将评价结果反馈给差分信号算出部720。
于是，差分信号算出部720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730再次进行上述的比较运算。
复传播信道推定部710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710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。
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。
方向推定部940具备相关矩阵算出部941和到来角推定部942，根据在复传播信道推定部710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941根据在复传播信道推定部710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942根据由相关矩阵算出部941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941将在复传播信道推定部710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941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942根据由相关矩阵算出部941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90的方向。
[4-2.定位传感器的工作]
对如以上那样构成的存储器600、复传播信道推定部710以及方向推定部940各自的工作进行说明。
图16是表示实施方式4中的存储器的推定处理的流程图。
首先，存储器600将可变负载30的阻抗值的K组的组合各自的接收机40接收的第1信号的第1信号强度储存L次(L为2以上的整数)(S71)。
接着，存储器600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(S72)。
接着，存储器600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储存(S73)。
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。
首先，复传播信道推定部710设定分别具有预定值的L个试验用差分复传播信道(S81)。
接着，复传播信道推定部710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(S82)。
接着，复传播信道推定部710搜索存储器600所储存的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(S83)。
然后，复传播信道推定部710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40接收到第1信号时的L个复差分传播信道(S84)。
图18是表示实施方式4中的方向推定部的推定处理的流程图。
首先，方向推定部940根据在复传播信道推定部710中推定出的L个复差分传播信道来算出相关矩阵(S91)。
接着，方向推定部940根据通过步骤S91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(S92)。
[4-3.效果等]
以上，根据本实施方式的定位传感器以及使用了定位传感器的方法，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体所在的方向等的推定。
更具体而言，在本实施方式的定位传感器中，具备与供电电路以及n个可变负载连接的m个接收天线，通过单独的接收机来观测接收信号。因为m个接收天线的特性是已知的，所以通过使接收天线的负载条件变动为K组并由接收机取得接收强度(RSSI：ReceivedSignal 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。也就是说，通过使接收天线的可变负载(阻抗值)变化，由此反射率发生改变，接收天线的指向性模拟地发生改变。因此，多次(复传播信道的未知数以上的次数)模拟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。
对于图19所示的实验系统中的天线结构，对发送天线使用了2.47GHz频带的单元件方形贴片天线(patch antenna)，对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定位传感器以及基于定位传感器的方法进行了说明，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，举出进行生物体90的方向推定的例子进行了说明，但不限于生物体90。也能够适用于在被照射了高频信号的情况下通过其活动对反射波产生多普勒效果的各种活动体(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的定位传感器的传感器，基于两个以上的定位传感器分别推定的第1信号的到来方向，推定活动体的位置。更具体而言，也可以是，一种对在不同的场所具备两个以上的实施方式1～4的定位传感器的传感器的位置进行推定的方法，在第1信号中包含从发送天线发送并被活动体反射后的反射信号，基于由两个以上的定位传感器分别推定的第1信号的到来方向，例如使用三角法等来推定活动体的位置。这是因为能够将由两个以上的定位传感器分别推定的第1信号的到来方向交叉的位置推定为活动体的位置。
此外，在定位传感器中，n个可变负载30在个数与m个接收天线10的个数相同的情况下，也可以如图21所示那样配置在阵列天线附近。另外，n个可变负载30在个数比m个接收天线10的个数多的情况下，也可以如图22所示那样配置在分支配线上。图21是表示定位传感器中的供电电路、可变负载以及接收天线的配置的一例的图。图22是表示定位传感器中的供电电路、可变负载以及接收天线的配置的另一例的图。
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定位传感器来实现，也能够作为将定位传感器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瞬时性记录介质或互联网等通信网络进行流通。
产业上的可利用性
本公开能够利用于基于无线信号推定活动体的方向和/或位置的方向推定方法、位置推定方法以及方向推定装置，特别是，能够利用于测定包括生物体和机器的活动体的方向和/或位置的测定器、进行与活动体的方向和/或位置相应的控制的家电设备、检测活动体的侵入的监视装置等中所搭载的方向推定方法；以及使用了方向推定方法、位置推定方法以及散射截面积的方向推定装置。

Claims (8)

1.一种定位传感器，具备：
m个接收天线，所述m为1以上的整数；
与所述接收天线连接的供电电路；
与所述供电电路连接的n个可变负载，所述n为1以上的整数；
接收机，其经由所述供电电路接收第1信号，所述第1信号是所述接收天线接收发送信号而得到的信号，所述发送信号是从发送机对从所述定位传感器起算的可能存在活动体的预定范围发送的信号；
控制器，其设定所述可变负载的阻抗值；
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，存储与所述设定的所述可变负载的阻抗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信号强度值分别与所述多个候选对应，通过选择所述第1信号强度值与所述多个第2信号强度值的各第2信号强度值的差分中的、成为最小的差分所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，推定第1复传播信道来作为所述复传播信道，
在所述第1信号强度值的时间变动比所述预定值大时，推定第2复传播信道来作为所述复传播信道，
算出表示对于所述第1复传播信道的相关矩阵的第1相关矩阵，
算出表示对于所述第2复传播信道的相关矩阵的第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所述预定值以下时，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所述预定值大时，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，推定第1复传播信道来作为所述复传播信道，
在所述第1时刻之后的第2时刻，推定第2复传播信道来作为所述复传播信道，
使用所述第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，
通过从赋予了所述相位角的所述第2复传播信道减去赋予了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，
计算对于所述第3复传播信道的相关矩阵，
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。
5.一种传感器，
具备配置在互不相同的位置的多个权利要求1所述的定位传感器，
基于各所述多个定位传感器中的各所述第1信号的到来方向，推定所述活动体的位置。
6.一种定位传感器，具备：
m个接收天线，所述m为1以上的整数；
与所述接收天线连接的供电电路；
与所述供电电路连接的n个可变负载，所述n为1以上的整数；
接收机，其经由所述供电电路接收第1信号，所述第1信号是所述接收天线接收发送信号而得到的信号，所述发送信号是从发送机对从所述定位传感器起算的可能存在活动体的预定范围发送的信号；
控制器，其设定所述可变负载的阻抗值；
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，
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，
对于与所述L个的第1信号对应的所述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，通过选择所述M个的第3信号强度值与对应的所述第2信号强度值的差分中的成为最小的差分所对应的候选，推定所述L个的各个复传播信道，
算出对于所述L个的各个复传播信道的相关矩阵，
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。
7.一种方法，是推定定位传感器中的信号的到来方向的方法，
所述定位传感器具备m个接收天线、与所述接收天线连接的供电电路、与所述供电电路连接的n个可变负载、接收机以及控制器，所述m为1以上的整数，所述n为1以上的整数，
所述方法包括：
通过所述控制器设定所述可变负载的阻抗值；
通过所述接收机经由所述供电电路接收第1信号，所述第1信号是所述接收天线接收发送信号而得到的信号，所述发送信号是从发送机对从所述定位传感器起算的可能存在活动体的预定范围发送的信号；
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；
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；
通过选择所述第1信号强度值与所述多个第2信号强度值的各第2信号强度值的差分中的成为最小的差分所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。
8.一种方法，是推定定位传感器中的信号的到来方向的方法，
所述定位传感器具备m个接收天线、与所述接收天线连接的供电电路、与所述供电电路连接的n个可变负载、接收机、控制器以及存储器，所述m为1以上的整数，所述n为1以上的整数，
所述方法包括：
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；
通过所述接收机经由所述供电电路将与设定为所述K组的各组所述可变负载的阻抗值对应的各第1信号接收L次，所述L为2以上的整数，所述第1信号是所述接收天线接收发送信号而得到的信号，所述发送信号是从发送机对从所述定位传感器起算的可能存在活动体的预定范围发送的信号；
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个的第1信号强度值存储于所述存储器，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；
对于与所述L个的第1信号对应的所述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，通过选择所述M个的第3信号强度值与对应的所述第2信号强度值的差分中的成为最小的差分所对应的候选，推定所述L个的各个复传播信道；
算出对于所述L个的各个复传播信道的相关矩阵；
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。
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