CN111381230A - 估计方法、估计装置以及记录介质 - Google Patents

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CN111381230A CN201911256524.6A CN201911256524A CN111381230A CN 111381230 A CN111381230 A CN 111381230A CN 201911256524 A CN201911256524 A CN 201911256524A CN 111381230 A CN111381230 A CN 111381230A
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Abstract

能够利用无线信号评价存在于对象空间内的生物体的位置等的估计结果的可靠性的估计方法、估计装置和存储介质。方法包括：提取步骤(S3)，从所算出的多个复传递函数中提取N个接收天线元件的每一个中的生物体成分；相关矩阵算出步骤(S4)，根据所提取的各个生物体成分算出相关矩阵；计算步骤(S5)，计算所算出的相关矩阵的1个以上的固有值；可靠性估计步骤(S6)，使用对象空间内的生物体数量信息和所计算的1个以上的固有值，对估计存在于对象空间内的生物体的位置或方向时的估计结果的可靠性进行估计；及估计步骤(S7)，对应于估计结果的可靠性，根据相关矩阵以规定的方法估计生物体的位置或方向。

Description

估计方法、估计装置以及记录介质
技术领域
本公开涉及利用无线信号的估计方法、估计装置和记录介质。
背景技术
存在利用无线信号来检测对象的技术(例如参照专利文献1、2)。例如，在专利文献1中，公开了求出接收信号的自相关矩阵，根据该自相关矩阵的固有值的大小来求出目标物的数量的技术。另外，例如在专利文献2中，公开了通过对接收信号的相关矩阵进行固有值分解，对阈值以上的固有值的数量进行计数来求出目标物的数量的技术。
进而，例如在专利文献3中，公开了通过使用傅里叶变换对包含多普勒频移的成分进行解析来对成为检测对象的人物的位置或状态进行测位的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-281775号公报
专利文献2：日本特开2000-171550号公报
专利文献3：日本特开2015-117972号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，专利文献1、2所公开的技术是设备的位置检测技术，因此存在无法估计生物体的位置的问题。另外，在专利文献3所公开的技术中，存在由于外来噪声等而产生瞬时的测位误差的情况，存在无法获知该测位结果有多少可靠性的问题。
本公开是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够利用无线信号来评价存在于对象空间内的生物体的位置等的估计结果的可靠性的估计方法、估计装置以及记录介质。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本公开的一技术方案的估计方法等是估计装置的估计方法，所述估计装置使用具有至少1个发送天线元件的发送机以及具有N个接收天线元件的接收机来估计存在于对象空间内的生物体的位置或方向，其中，N为2以上的自然数，所述估计方法包括：传递函数算出步骤，根据由所述N个接收天线元件各自在规定期间接收到的接收信号，算出多个表示所述发送天线元件与所述N个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数；提取步骤，从在所述传递函数算出步骤中算出的多个复传递函数中提取作为由生物体的影响引起的生物体成分的所述N个接收天线元件的每一个中的生物体成分；相关矩阵算出步骤，根据在所述提取步骤中提取出的所述N个接收天线元件的每一个中的所述生物体成分算出相关矩阵；计算步骤，计算在所述相关矩阵算出步骤中算出的所述相关矩阵的1个以上的固有值；可靠性估计步骤，使用表示存在于所述对象空间内的生物体的数量的值的生物体数量信息和在所述计算步骤中计算的所述1个以上的固有值，对估计所述生物体的位置或方向时的估计结果的可靠性进行估计；以及估计步骤，对应于所述估计结果的可靠性，根据所述相关矩阵以规定的方法估计所述生物体的位置或方向。
另外，这些整体的或具体的技术方案也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的CD－ROM等记录介质实现，也可以由系统、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意的组合来实现。
发明效果
根据本公开的估计方法等，能够利用无线信号来评价存在于对象空间内的生物体的位置等的估计结果的可靠性。
附图说明
图1是表示实施方式1中的估计装置的结构的一例的框图。
图2是示意性地表示图1所示的估计装置中的发送波的传播的概念图。
图3是表示实施方式1中的固有值分布的一例的图。
图4是表示根据实施方式1中的固有值分布算出的比率信息的一例的图。
图5是表示实施方式1中的可靠性估计部的结构的一例的框图。
图6是表示实施方式1中的固有值分布的另一例的图。
图7是表示根据实施方式1中的固有值分布算出的比率信息的另一例的图。
图8是表示实施方式1中的估计装置的动作的一例的流程图。
图9是表示实施方式1中的估计装置的动作的另一例的流程图。
图10是表示实施方式1中的步骤S6的详细处理的一例的流程图。
图11是表示使用实施方式1的变形例中的多载波信号的情况下的测位误差分布的一例的图。
图12A是表示与图11所示的测位误差分布相同定时的第1固有值以及第2固有值的比率是否为阈值以上的分布图。
图12B是表示与图11所示的测位误差分布相同定时的第2固有值以及第3固有值的比的分布是否为阈值以上的分布图。
图13是表示实施方式2中的估计装置的结构的一例的框图。
图14是表示实施方式3中的估计装置的结构的一例的框图。
图15是表示实施方式3中的评价函数的曲线图的一例的图。
附图标记说明
1、1A、1B 估计装置
10、10A 发送机
11 接收机
12 生物体信息算出部
13 计算部
14 存储部
15、15B 可靠性估计部
16、16B 方向估计部
50 生物体
101、101A 发送天线部
102 发送部
111 接收天线部
112 接收部
121 复传递函数算出部
122 提取部
123 相关矩阵算出部
151 固有值分布算出部
152 特征判定部
153 可靠性判定部
具体实施方式
(成为本公开的基础的见解)
发明人对与利用了无线信号的生物体的位置等的估计相关的现有技术进行了详细的研究。其结果如上所述，但专利文献1～2所公开的技术是设备的位置检测技术，因此存在无法估计生物体的位置的问题。另外，在专利文献3所公开的技术中，存在由于外来噪声等而产生瞬时的测位误差的情况，存在无法获知该测位结果有多少可靠性的问题。
发明人对以上的问题反复进行了深入研究，结果发现利用由接收机接收到的无线信号，能够评价存在于对象空间内的生物体的位置等的估计结果的可靠性，从而完成了本公开。即，发明人发现，根据由接收机接收到的无线信号算出复传递函数，使用从算出的复传递函数得到的相关矩阵计算的评价函数或该相关矩阵的固有值，能够评价测定结果的可靠性。
更具体而言，为了实现上述目的，本公开的一技术方案的估计方法是估计装置的估计方法，所述估计装置使用具有至少1个发送天线元件的发送机以及具有N个接收天线元件的接收机来估计存在于对象空间内的生物体的位置或方向，其中，N为2以上的自然数，所述估计方法包括：传递函数算出步骤，根据由所述N个接收天线元件各自在规定期间接收到的接收信号，算出多个表示所述发送天线元件与所述N个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数；提取步骤，从在所述传递函数算出步骤中算出的多个复传递函数中提取作为由生物体的影响引起的生物体成分的所述N个接收天线元件的每一个中的生物体成分；相关矩阵算出步骤，根据在所述提取步骤中提取出的所述N个接收天线元件的每一个中的所述生物体成分算出相关矩阵；计算步骤，计算在所述相关矩阵算出步骤中算出的所述相关矩阵的1个以上的固有值；可靠性估计步骤，使用表示存在于所述对象空间内的生物体的数量的值的生物体数量信息和在所述计算步骤中计算的所述1个以上的固有值，对估计所述生物体的位置或方向时的估计结果的可靠性进行估计；以及估计步骤，对应于所述估计结果的可靠性，根据所述相关矩阵以规定的方法估计所述生物体的位置或方向。
由此，不仅能够利用无线信号进行存在于对象空间内的生物体的位置等的估计，还能够利用无线信号来评价存在于对象空间内的生物体的位置等的估计结果的可靠性。
在此，例如，在所述可靠性估计步骤中，(1)算出比率信息，所述比率信息表示将在所述计算步骤中计算的所述1个以上的固有值按值的从大到小的顺序排序时的相邻的固有值的比率或差分，(2)在由所述生物体数量信息表示的值为L时，在与所述排序时的所述第L个固有值对应的所述比率信息为规定值以上的情况下，判定为所述估计结果的可靠性高，其中，L为1以上的自然数。
由此，能够使用相关矩阵的固有值来评价该估计结果的可靠性。
另外，为了实现上述目的，本公开的一技术方案的估计方法是估计装置的估计方法，所述估计装置使用具有至少1个发送天线元件的发送机以及具有N个接收天线元件的接收机来估计存在于对象空间内的生物体的方向或位置，其中，N为2以上的自然数，所述估计方法包括：传递函数算出步骤，根据由所述N个接收天线元件各自在规定期间接收到的接收信号，算出多个表示所述发送天线元件与所述N个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数；提取步骤，从在所述传递函数算出步骤中算出的多个复传递函数中提取作为由生物体的影响引起的生物体成分的所述N个接收天线元件的每一个中的生物体成分；相关矩阵算出步骤，根据在所述提取步骤中提取出的所述N个接收天线元件的每一个中的所述生物体成分算出相关矩阵；估计步骤，使用所述相关矩阵来计算评价函数，使用所计算的评价函数来估计所述生物体的方向或位置；以及可靠性估计步骤，使用在所述估计步骤中计算的所述评价函数，对估计所述生物体的位置或方向时的估计结果的可靠性进行估计。
由此，能够使用利用相关矩阵计算的评价函数来评价该估计结果的可靠性。
在此，例如，在所述估计步骤中计算的所述评价函数是MUSIC谱。
另外，例如，在所述估计步骤中计算的所述评价函数是Capon法的谱。
另外，例如，在所述估计步骤中计算的所述评价函数是波束形成法的谱。
另外，例如，也可以是，在所述可靠性估计步骤中，在估计出的所述可靠性比阈值低的情况下，判定为所述可靠性低，在估计出的所述可靠性为所述阈值以上的情况下，判定为所述可靠性高。
另外，例如，也可以是，在所述估计步骤中，在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低的情况下，输出如下的估计结果，该估计结果是在比判定为所述可靠性低的时间点早的过去的期间的估计出所述生物体的方向或位置的估计结果中的、在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性高的过去时间点的估计结果。
由此，能够利用可靠性高的估计结果。
另外，例如，也可以是，在所述估计步骤中，在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低的情况下，输出如下的估计结果，该估计结果是判定为所述可靠性低的频率以外的频率范围的估计出所述生物体的方向或位置的估计结果中的、在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性高的频率的估计结果。
由此，能够利用可靠性高的估计结果。
另外，例如，也可以是，在所述估计步骤中，在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低的情况下，输出如下的估计结果，该估计结果是过去的规定期间和规定频率范围的估计出所述生物体的方向或位置的估计结果中的、在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性高的过去时间点及频率的估计结果。
由此，能够利用可靠性高的估计结果。
另外，例如，也可以是，在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低，并且在所述估计步骤中估计出的估计结果从紧前的估计结果偏离阈值以上的时间或频率的情况下，输出在比判定为所述可靠性低的时间点早的过去期间的估计结果中的、判定为所述可靠性高的过去时间点的估计结果。
由此，能够利用可靠性高的估计结果。
另外，例如，也可以是，还包括存储步骤，将在所述估计步骤中过去估计出的估计结果存储于存储部，在所述估计步骤中，在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低的情况下，在对应于所述可靠性的程度而设定为比基准区间长的第1区间的时间范围内，算出所述存储部中存储的过去的估计结果的平均值或中央值，并作为当前的估计结果而输出。
由此，能够利用可靠性高的估计结果。
另外，例如，也可以是，还包括存储步骤，将在所述估计步骤中过去估计出的估计结果存储于存储部，在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低的情况下，在对应于所述可靠性的程度而设定为比基准区间长的第2区间的频率范围内，算出所述存储部中存储的过去的估计结果的平均值或中央值，并作为当前的估计结果而输出。
由此，能够利用可靠性高的估计结果。
此外，本公开的一技术方案的估计装置使用具有至少1个发送天线元件的发送机以及具有N个接收天线元件的接收机来估计存在于对象空间内的生物体的位置或方向，其中，N为2以上的自然数，所述估计装置具备：传递函数算出部，根据由所述N个接收天线元件各自在规定期间接收到的接收信号，算出多个表示所述发送天线元件与所述N个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数；提取部，从在所述传递函数算出部中算出的多个复传递函数中，提取作为由生物体的影响引起的生物体成分的所述N个接收天线元件的每一个中的生物体成分；相关矩阵算出部，根据在所述提取部中提取出的所述N个接收天线元件的每一个中的所述生物体成分算出相关矩阵；计算部，计算在所述相关矩阵算出部中算出的所述相关矩阵的1个以上的固有值；可靠性估计部，使用表示存在于所述对象空间内的生物体的数量的值的生物体数量信息、和在所述计算部中计算的所述1个以上的固有值，对估计所述生物体的位置或方向时的估计结果的可靠性进行估计；以及估计部，对应于所述估计结果的可靠性，根据所述相关矩阵以规定的方法估计所述生物体的位置或方向。
此外，本公开的一技术方案的记录介质是非暂时性的计算机可读取的记录介质，记录有程序，所述程序使计算机执行估计装置的估计方法，所述估计装置使用具有至少1个发送天线元件的发送机以及具有N个接收天线元件的接收机来估计存在于对象空间内的生物体的位置或方向，其中，N为2以上的自然数，所述程序使计算机执行：传递函数算出步骤，根据由所述N个接收天线元件各自在规定期间接收到的接收信号，算出多个表示所述发送天线元件与所述N个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数；提取步骤，从在所述传递函数算出步骤中算出的多个复传递函数中提取作为由生物体的影响引起的生物体成分的所述N个接收天线元件的每一个中的生物体成分；相关矩阵算出步骤，根据在所述提取步骤中提取出的所述N个接收天线元件的每一个中的所述生物体成分算出相关矩阵；计算步骤，计算在所述相关矩阵算出步骤中算出的所述相关矩阵的1个以上的固有值；可靠性估计步骤，使用表示存在于所述对象空间内的生物体的数量的值的生物体数量信息、和在所述计算步骤中计算的所述1个以上的固有值，对估计所述生物体的位置或方向时的估计结果的可靠性进行估计；以及估计步骤，对应于所述估计结果的可靠性，根据所述相关矩阵以规定的方法估计所述生物体的位置或方向。
此外，本公开不仅能够作为装置来实现，还能够作为具备这样的装置所具备的处理单元的集成电路来实现，或者作为使构成该装置的处理单元作为步骤的方法来实现，或者作为使计算机执行这些步骤的程序来实现，或者作为表示该程序的信息、数据或者信号来实现。而且，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分发。
以下，使用附图对本公开的实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式均表示本公开的优选的一具体例。在以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接方式、步骤、步骤的顺序等是一例，并非旨在限定本公开。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，作为构成更优选的方式的任意的构成要素进行说明。此外，在本说明书和附图中，用相同的附图标记表示具有实质上相同的功能结构的构成要素，由此省略这些构成要素的重复说明。
(实施方式1)
以下，一边参照附图，一边对使用SIMO(Single Input Multiple Output，单输入多输出)结构的发送机、接收机来观测接收信号的相关矩阵，并使用相关矩阵的固有值以规定的方法对存在于对象空间内的生物体的方向进行估计的情况进行说明。
[估计装置1的结构]
图1是表示实施方式1中的估计装置1的结构的一例的框图。在图1中一并示出了作为图1所示的估计装置1的检测对象的生物体50。
实施方式1中的估计装置1使用具有1个发送天线元件的发送机10以及具有N个(N为2以上的自然数)接收天线元件的接收机11来估计存在于对象空间内的1个以上的生物体50的方向。
如图1所示，实施方式1中的估计装置1具备发送机10、接收机11、生物体信息算出部12、计算部13、存储部14、可靠性估计部15以及方向估计部16。
[发送机10]
发送机10由发送天线部101和发送部102构成。
发送天线部101具有1个发送天线元件。
发送部102生成高频的信号。发送部102从发送天线部101所具有的1个发送天线元件发送作为所生成的高频信号的发送信号。在本实施方式中，说明发送部102例如发送2.45GHz的正弦波，但不限于此。发送部102既可以发送其他频率的发送信号，也可以发送使用其他的调制方法生成的发送信号。
[接收机11]
接收机11由接收天线部111和接收部112构成。
接收天线部111具有N个接收天线元件。在本实施方式中，例如如图1所示，使接收天线部111具备#1至#MR的MR个(MR为2以上的整数)天线元件。在接收天线部111中，MR个接收天线元件分别接收包含从1个发送天线元件发送的信号、在存在生物体50的情况下由生物体50反射的信号的接收信号。
接收部112利用N个接收天线元件的每一个，以规定时间观测(即接收)接收信号。更具体而言，如图1所示，接收部112将由MR个接收天线元件各自在规定期间接收到的高频信号变换为能够进行信号处理的低频信号。接收部112将变换后的低频的信号向生物体信息算出部12传递。
[生物体信息算出部12]
如图1所示，生物体信息算出部12具备复传递函数算出部121、提取部122以及相关矩阵算出部123，根据由接收机11传递的信号算出生物体信息。
<复传递函数算出部121>
复传递函数算出部121根据由N个接收天线元件各自在规定期间接收到的接收信号，算出多个表示发送天线元件与N个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数。更具体而言，复传递函数算出部121根据从接收机11传递的低频信号，算出表示1个发送天线元件与MR个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数。以下，使用图2更具体地进行说明。
图2是示意性地表示图1所示的估计装置1中的发送波的传播的概念图。如图2所示，从发送天线部101的发送天线元件发送的发送波的一部分被生物体50反射，到达接收天线部111的接收阵列天线。在此，接收天线部111是由MR个接收天线元件构成的接收阵列天线，是元件间隔d的线性阵列。另外，将从接收天线部111的正面观察到的生物体50的方向设为θ。此外，生物体50与接收天线部111的距离足够大，到达接收天线部111的来自生物体的反射波视为平面波。
并且，复传递函数算出部121能够根据使用MR个接收天线元件观测到的复接收信号向量，算出表示发送天线元件与MR个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数向量。
<提取部122>
提取部122从在复传递函数算出部121中算出的多个复传递函数中提取N个接收天线元件的每一个中的生物体成分，即，由生物体50的影响引起的生物体成分。更具体而言，提取部122以时间序列记录复传递函数算出部121所算出的复传递函数，提取复传递函数的变化中由生物体50的影响引起的生物体成分。在此，作为提取由生物体50的影响引起的生物体成分的方法，能够使用在傅里叶变换等向频域的变换后仅提取与生物体的振动对应的成分的方法、或者计算2个不同时间的复传递函数的差分的方法等。通过执行这些方法，经由生物体50以外的固定物的复传递函数被除去，仅剩下经由生物体50的复传递函数成分。另外，由于存在多个接收天线元件，因此与接收天线元件对应的复传递函数的生物体50经由成分的数量也为多个。将它们汇总定义为生物体成分通道向量。
<相关矩阵算出部123>
相关矩阵算出部123根据在提取部122中提取出的N个接收天线元件的每一个中的生物体成分来算出相关矩阵。更具体而言，相关矩阵算出部123算出生物体成分通道向量的相关矩阵Ri，该生物体成分通道向量由作为生物体成分的经由生物体50的多个复传递函数成分构成。
[计算部13]
计算部13计算在相关矩阵算出部123中所算出的相关矩阵的1个以上的固有值。更具体而言，计算部13计算由相关矩阵算出部123所算出的相关矩阵Ri的固有值。计算部13将所计算的相关矩阵Ri的固有值存储于存储部14。
计算部13例如对相关矩阵Ri进行固有值分解来计算固有值。一般而言，固有值以及固有向量分别表示1条从发送天线部101到接收天线部111的电波(发送波)的传播路径即路径。本来，存在直接波或因墙壁等固定物而产生的反射这样的各种路径，各个路径与各固有值以及固有向量对应。但是，在本实施方式中，相关矩阵Ri由相关矩阵算出部123根据N个接收天线元件的每一个中的生物体成分算出，因此由计算部13计算的各固有值表示由生物体50反射的路径和与噪声对应的路径。
[存储部14]
存储部14由HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)或存储器等构成，存储在估计装置1的处理中使用的数据等。
例如，存储部14存储计算部13的计算结果以及可靠性估计部15的估计处理所使用的数据等。另外，存储部14存储由方向估计部16过去估计出的估计结果。
[可靠性估计部15]
可靠性估计部15使用表示存在于对象空间内的生物体50的数量的值的生物体数量信息和由计算部13所计算的1个以上的固有值，来对估计生物体50的方向时的估计结果的可靠性进行估计。在此，生物体数量信息是预先赋予的信息，表示在测定对象范围即对象空间内存在于L个人的生物体50的信息。
更具体而言，可靠性估计部15算出比率信息，该比率信息表示将由计算部13所计算的多个固有值按值从大到小排序时的相邻的固有值的比率或差分。然后，可靠性估计部15在由生物体数量信息表示的值为L(L为1以上的自然数)时，在与排序时的第L个固有值对应的比率信息为规定值以上的情况下，判定为估计结果的可靠性高。
即，可靠性估计部15根据通过将由计算部13所计算的多个固有值按值从大到小排序而得到的固有值分布的特征，评价方向估计部16进行的估计结果的可靠性。
图3是表示实施方式1中的固有值分布的一例的图。
固有值分布是在对由计算部13所计算的多个固有值按值从大到小排序时得到的分布。固有值分布如图3所示，也可以是按每行对多个固有值进行排序而排列的表。在图3所示的例子中，在固有值分布的表的第1行中，对20、18、0.15以及0.12这4个固有值进行排序而配置。更具体而言，在图3所示的表的第1行中，在第1固有值的栏中配置有最大的固有值20，在第2固有值的栏中配置有第2大的固有值18，在第3固有值的栏中配置有第3大的固有值0.15，以及在第4固有值的栏中配置有第4大的固有值0.12。此外，图3所示的表的第2行以及第3行也同样，所以省略说明。
图4是表示根据实施方式1中的固有值分布算出的比率信息的一例的图。图4还示出了根据比率信息判定的估计结果的可靠性。
比率信息是固有值分布的特征的一例，通过算出在固有值分布中相邻的固有值的比率或差分而得到。如图4所示，比率信息也可以是表示算出图3所示的每行的固有值分布中相邻的固有值的比率的结果的表。更具体而言，在图4所示的表的第1行配置有图3所示的第1行的固有值分布中第1固有值除以第2固有值时的比率1.11、第2固有值除以第3固有值时的比率120、第3固有值除以第4固有值时的比率1.25。
估计结果的可靠性根据在由生物体数量信息表示的值为L时，从最大的固有值开始数第L个固有值中的比率信息所示的值是否为规定值以上来判定。在图4所示的例子中，由生物体数量信息表示的值是2(二人)，因此，作为从最大的固有值开始数第2个固有值中的比率信息，根据第2固有值除以第3固有值时的比率是否为例如10等的规定值以上来判定。在图4所示的表的第1行中，由于第2固有值除以第3固有值时的比率为120而大于规定值，因此判定为估计结果的可靠性高。此外，图4所示的表的第2行以及第3行也同样，所以省略说明。
另外，固有值分布不限于表现为表的情况，例如也可以用将纵轴设为固有值的大小、将横轴设为表示从该排序时的最大的固有值开始数的顺序的编号的曲线图来表现。同样地，固有值分布的比率信息不限于表现为表的情况，例如也可以用将纵轴设为固有值的比率、将横轴设为表示从该排序时的最大的固有值开始数的顺序的编号的曲线图来表现。
图5是表示实施方式1中的可靠性估计部15的详细结构的一例的框图。
在本实施方式中，如图5所示，可靠性估计部15具备固有值分布算出部151、特征判定部152以及可靠性判定部153。
<固有值分布算出部151>
固有值分布算出部151算出对由计算部13所计算的多个固有值按从大到小排序时得到的固有值分布。例如，固有值分布算出部151也可以算出如图6所示的固有值分布。
这里，图6是表示实施方式1中的固有值分布的另一例的图。图6所示的固有值分布通过图5所示的固有值分布算出部151来算出。在图6中，纵轴表示固有值的大小，横轴表示从将对多个固有值按从大到小排序的情况下的最大的固有值设为第1个时的最大的固有值开始数的固有值的编号。另外，在图6中示出了对M个固有值按从大到小排序的情况下的曲线图的一例，进而以虚线示出了与热噪声等噪声对应的值。
另外，固有值分布算出部151也可以算出后述的固有值分布的比率信息作为固有值分布。
<特征判定部152>
特征判定部152判定由固有值分布算出部151所算出的固有值分布的特征。更具体而言，特征判定部152将表示由固有值分布算出部151所算出的固有值分布中相邻的固有值的比率或差分的比率信息，作为固有值分布的特征算出。例如，作为图6所示的固有值分布的特征，特征判定部152也可以算出图7所示那样的固有值分布的比率信息。
图7是表示根据实施方式1中的固有值分布算出的比率信息的另一例的图。图7所示的固有值分布的比率信息的曲线图由图5所示的特征判定部152算出。在图7中，纵轴表示固有值比率的大小，横轴表示将多个固有值按从大到小排序的情况下的最大的固有值与接下来大的固有值的比率设为第1个时的固有值比率的编号。即，在图7所示的固有值分布的比率信息中示出了对计算部13中所计算的多个固有值按从大到小排序时的相邻的固有值的比率的分布。在此，将与固有值比率的编号i(i为自然数)对应的固有值λi作为分子，将与对应的固有值λi相邻的固有值λi+1作为分母进行除法运算，即通过λi/λi+1(i为自然数)来计算比率。
另外，特征判定部152不限于判定固有值分布的比率信息作为由固有值分布算出部151所算出的固有值分布的特征的情况，也可以判定固有值分布中的固有值的变化量。
<可靠性判定部153>
可靠性判定部153使用由特征判定部152判定出的固有值分布的特征，判定估计结果的可靠性。更具体而言，可靠性判定部153在由生物体数量信息表示的值为L的情况下，根据从最大的固有值开始数的第L个固有值中的比率信息所示的值是否为规定值以上，来判定估计结果的可靠性。
例如，特征判定部152在由生物体数量信息表示的值为L时，算出固有值分布中的第L个与第L+1个的固有值的变化量即固有值的比率作为第L个固有值中的比率信息。然后，特征判定部152通过判定所算出的第L个固有值中的固有值比率是否为规定值以上，来判定估计结果的可靠性是否高。
在图7所示的例子中，由生物体数量信息表示的值为L，因此特征判定部152判定由实线圆包围的第L个固有值中的固有值比率是否为规定值以上。在图7所示的例子中，从由实线圆包围的第L个固有值的固有值比率突出的情况也可知，特征判定部152判定为第L个固有值的固有值比率为规定值以上，判定为估计结果的可靠性高。
这样，特征判定部152能够使用由特征判定部152判定出的固有值分布的特征，判定固有值分布中的第L个和第L+1个的固有值是否急剧减少，因此能够判定方向估计部16的估计结果的可靠性是否高。
这是因为，在对象空间内存在有L个人的生物体50的情况下，经由生物体50的电波的传播路径为L条，与热噪声等噪声相比统计显著性大的固有值成为L个。
换言之，在对象空间内存在有L个人的生物体50的情况下，与噪声相比统计显著性大的固有值的数量小于L个时，存在无法进行方向估计的生物体50。另外，在对象空间内存在有L个人的生物体50的情况下，与噪声相比统计显著性大的固有值的数量为L+1个以上时，由于噪声等的影响而能够看到比实际存在的生物体50的数量多的像(生物体50)。即，在对象空间内存在有L个人的生物体50的情况下，统计显著性大的固有值应该仅为L个，因此第L个固有值与第L+1个固有值的大小应该存在差异。因此，特征判定部152通过评价第L个固有值与第L+1个固有值的差的大小，能够评价方向估计部16的估计结果的可靠性。
另外，可靠性判定部153也可以直接输出所算出的固有值比率作为方向估计部16的估计结果的可靠性的判定结果。
[方向估计部16]
方向估计部16对应于由可靠性估计部15估计出的可靠性，根据相关矩阵以规定的方法估计生物体50的方向。更具体而言，方向估计部16根据由可靠性估计部15估计出的可靠性，使用生物体信息算出部12算出的相关矩阵来估计从生物体50的接收天线部111观察的方向。
在此，方向估计部16也可以使用MUSIC(Multiple Signal Classification，多重信号选择)法或者波束形成法等进行生物体50的方向估计。
另外，方向估计部16也可以在由可靠性估计部15估计出的可靠性高的情况和低的情况下改变输出。例如，方向估计部16也可以在由可靠性估计部15估计出的可靠性低的情况下，废弃根据计算了可靠性的估计所使用的固有值的相关矩阵来估计生物体50的方向的估计结果，并输出上次的估计结果。更具体而言，方向估计部16也可以在由可靠性估计部15判定为可靠性低的情况下，输出比判定为可靠性低的时间点早的过去的期间的估计出生物体50的方向的估计结果中的、由可靠性估计部15判定为可靠性高的过去时间点的估计结果。
另外，方向估计部16也可以代替废弃估计结果，而将估计结果与表示可靠性低的记号等信息一起输出。
另外，方向估计部16也可以在由可靠性估计部15估计出的可靠性低的情况下、且从上次的方向估计部16进行的估计结果偏离了规定的阈值以上的情况下，废弃估计结果，并输出上次的估计结果。换言之，方向估计部16也可以在由可靠性估计部15判定为可靠性低、且本次估计出的估计结果从紧前的估计结果偏离阈值以上的时间的情况下，输出比判定为可靠性低的时间点早的过去期间的估计结果中的、判定为可靠性高的过去时间点的估计结果。
另外，方向估计部16也可以设定对应于由可靠性估计部15估计出的可靠性而设定的区间，算出该区间量的过去的估计结果的时间平均值或中央值，并输出作为估计结果。换言之，方向估计部16也可以在由可靠性估计部15判定为可靠性低的情况下，在对应于判定出的可靠性的程度而设定为比基准区间长的第1区间的时间范围内，算出存储于存储部14的过去的估计结果的平均值或中央值，并输出作为当前的估计结果。
另外，方向估计部16在使用MUSIC法、波束形成法或者Capon法等方法进行方向估计的情况下，得到评价函数的谱。在这样的情况下，方向估计部16也可以将各谱的最大值用于评价估计结果的可靠性，只要对应于评价出的可靠性而输出即可。
[估计装置1的动作]
接着，使用附图对如以上那样构成的估计装置1的动作进行说明。
图8是表示实施方式1中的估计装置1的动作的一例的流程图。图9是表示实施方式1中的估计装置1的动作的另一例的流程图。对与图8同样的要素标注相同的附图标记。
首先，估计装置1在规定期间观测接收信号(S1)。更具体而言，估计装置1在规定期间观测从1个发送天线元件发送并包含由存在于对象空间内的生物体50反射的反射信号的接收信号。
接着，估计装置1根据在步骤S1中观测到的接收信号，算出复传递函数(S2)。更具体而言，估计装置1根据N个接收天线元件各自在规定期间接收到的接收信号，算出多个表示发送天线元件与N个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数。详细情况如上所述，因此在此省略说明。以下也同样。
接着，估计装置1从在步骤S2中算出的复传递函数中提取作为由生物体50的影响引起的生物体成分的生物体成分(S3)。更具体而言，估计装置1从在步骤S2中算出的多个复传递函数中提取N个接收天线元件的每一个中的生物体成分，作为由生物体50的影响引起的生物体成分。
接着，估计装置1算出在步骤S3中提取出的生物体成分的相关矩阵(S4)。更具体而言，估计装置1根据在步骤S3中提取出的N个接收天线元件的每一个中的生物体成分来算出相关矩阵。
接着，估计装置1计算在步骤S4中算出的相关矩阵的固有值(S5)。更具体而言，估计装置1计算在步骤S4中算出的相关矩阵的1个以上的固有值。
接着，估计装置1使用在步骤S5中计算的固有值对估计结果的可靠性进行估计(S6)。更具体而言，估计装置1使用表示存在于对象空间内的生物体50的数量的值的生物体数量信息和在步骤S4中计算的1个以上的固有值，对估计生物体50的方向时的估计结果的可靠性进行估计。
接着，估计装置1对应于在步骤S6中估计出的可靠性，根据在步骤S4中算出的相关矩阵来估计生物体50的方向(S7)。在此，估计装置1也可以根据在步骤S4中算出的相关矩阵，使用MUSIC法等进行生物体50的估计。
另外，估计装置1也可以在步骤S6中估计出的可靠性高的情况和低的情况下变更输出。以下，使用图9进行具体说明。
即，在步骤S7中，首先，估计装置1也可以判定在步骤S6中估计出的可靠性是否高(S7A)。更具体而言，估计装置1也可以根据在步骤S6中估计出的可靠性是否为预定值以上来判定该可靠性是高还是低。
在步骤S7A中，在判定为可靠性高的情况下(S7A中为是)，估计装置1也可以根据在步骤S4中算出的相关矩阵来估计生物体50的方向，并输出其估计结果(S7B)。
另一方面，在步骤S7A中，在判定为可靠性低的情况下(S7A中为否)，估计装置1可以跳过根据在步骤S4中算出的相关矩阵估计出的本次的估计结果，也可以将本次的估计结果废弃而输出上次估计出的估计结果(S7C)。
图10是表示实施方式1中的步骤S6的详细处理的一例的流程图。
在步骤S6中，首先，估计装置1算出固有值分布(S61)。更具体而言，估计装置1算出对在步骤S5中计算的多个固有值按从大到小排序而得到的固有值分布。例如，估计装置1可以算出如图6所示那样的固有值分布的曲线图。
接着，估计装置1判定在步骤S61中算出的固有值分布的特征(S62)。更具体而言，估计装置1算出表示在步骤S61中算出的固有值分布中相邻的固有值的比率或差分的比率信息作为固有值分布的特征。例如，作为图6所示的固有值分布的特征，估计装置1也可以算出如图7所示那样的固有值分布的比率信息的曲线图。
接着，估计装置1使用在步骤S62中判定出的固有值分布的特征，对估计结果的可靠性进行估计(S63)。更具体而言，估计装置1在由生物体数量信息表示的值为L的情况下，根据从最大的固有值开始数的第L个固有值中的比率信息所示的值是否为规定值以上，对估计结果的可靠性进行估计。即，估计装置1在步骤S61中算出的固有值分布中，使用由生物体数量信息表示的生物体数量的值L，判定第L个和第L+1个固有值是否急剧减少，由此对估计结果的可靠性进行估计。
(变形例)
在上述实施方式1中，作为一例，说明了发送机10发送2.45GHz的正弦波，但不限于此。发送机10也可以发送例如OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)信号等多载波信号作为发送波(电波)。以下，将发送机10发送OFDM信号等多载波信号作为发送波的情况作为变形例进行说明。
[本变形例的估计装置1的结构]
相对于实施方式1的估计装置1，本变形例的估计装置1的处理多载波信号这一点不同。以下，使用图1，以与实施方式1的不同点为中心进行说明。
[发送机10]
如上所述，本变形例的发送机10例如生成OFDM信号等多载波信号，从发送天线部101所具有的1个发送天线元件发送。
[接收机11]
本变形例的接收机11与实施方式1同样，由接收天线部111和接收部112构成。本变形例的接收机11与实施方式1相比，接收部112接收的信号不同。
接收部112在具有N个接收天线元件的接收天线部111中观测规定期间多载波信号。更具体而言，接收部112将由MR个接收天线元件各自在规定期间接收到的多载波信号变换为能够进行信号处理的低频的信号，并且按每个副载波分解多载波信号。例如，在多载波信号由s个副载波构成的情况下，接收部112分解为s个低频信号并传递给生物体信息算出部12。
[生物体信息算出部12]
生物体信息算出部12根据由接收部112传递出的s个低频信号来算出s个生物体信息。具体而言，生物体信息算出部12并列进行s个生物体信息的算出处理(s并列进行)，最终算出s个相关矩阵。
[计算部13]
计算部13基于由生物体信息算出部12算出的s个相关矩阵来计算s组的固有值。
[可靠性估计部15]
可靠性估计部15使用由计算部13计算的s组的固有值，来估计方向估计部16估计生物体50的方向时的s组的估计结果的可靠性。可靠性估计部15使用表示存在于对象空间内的生物体50的数量的值的生物体数量信息和由计算部13计算的s组的固有值，来对估计生物体50的方向时的s组的估计结果的可靠性进行估计。在此，生物体数量信息是预先赋予的信息，表示在作为测定对象范围的对象空间内存在L个人的生物体50的信息。
更具体而言，可靠性估计部15算出s组将由计算部13计算的固有值按值的从大到小排序时的相邻的固有值中的比率信息。然后，可靠性估计部15在s组的比率信息的每一个中，在由生物体数量信息表示的值为L时，在与排序时的第L组的固有值对应的比率信息为阈值以上的情况下，判定为估计结果的可靠性高。
另外，各个副载波中的可靠性估计的方法与实施方式1同样，因此省略详细的说明。
这样，可靠性估计部15能够使用从由计算部13计算的s组各自的固有值得到的固有值分布的特征，判定方向估计部16的s组的估计结果的可靠性是否高。
这是因为，与实施方式1同样，在能够很好地估计存在于对象空间内的生物体50的方向等的情况下，统计显著性大的固有值按照生物体50的数量出现。另一方面，在由于噪声而无法很好地估计存在于对象空间内的生物体50的方向等的情况下，统计显著性大的固有值按照生物体50的数量以上地出现。即，由于在对象空间内的测位点(路径)中的某一测位点(路径)的周围的测位误差和固有值具有相似的倾向，所以可知是否能够使用固有值来很好地估计存在于对象空间内的生物体50的方向等。
图11是表示使用实施方式1的变形例中的多载波信号的情况下的测位误差分布的一例的图。横轴示出了副载波，纵轴示出了时间。
图11所示的测位误差分布通过使用OFDM信号，在多个时刻对所有副载波进行基于MUSIC法的生物体50的位置估计而得到。图11的被描绘成黑色的点表示误差为一定的阈值以下。
图12A是表示与图11所示的测位误差分布相同定时的第1固有值以及第2固有值的比率是否为阈值以上的分布图。图12B是表示与图11所示的测位误差分布相同定时的第2固有值以及第3固有值的比的分布是否为阈值以上的分布图。此外，与实施方式1同样，意味着第1固有值是最大的固有值，第2固有值是第2大的固有值，第3固有值是第3大的固有值。另外，该定时意味着在图11所示的时间方向以及副载波方向上相同。
在图12A中，在与图11相同的纵轴和横轴上，第1固有值与第2固有值的比率为一定的阈值以下的点被描绘成黑色。并且，若将图12A与图11进行比较，则在图12A中，与第1固有值与第2固有值的比率在阈值以上的点集中的区域相对应的图11的区域(即相同区域)中，能够确认测位误差为一定的阈值以下的倾向。
另外，在图12B中，在与图11相同的纵轴和横轴上，第2固有值与第3固有值的比率在一定的阈值以下的点被描绘成黑色。并且，若将图12B和图11进行比较，则在图12B中，与第2固有值与第3固有值的比率在阈值以上的点集中的区域相对应的图11的区域(即相同区域)中，能够确认测位误差为一定的阈值以上的倾向。
因此，根据图11～图12B可知，可靠性估计部15通过使用固有值比率的分布作为由计算部13计算的s组的固有值得到的固有值分布的特征，能够判定方向估计部16的估计结果的可靠性是否高。
[方向估计部16]
方向估计部16对应于由可靠性估计部15估计出的可靠性，根据相关矩阵以规定的方法估计生物体50的方向。更具体而言，方向估计部16基于生物体信息算出部12所算出的s个相关矩阵和可靠性估计部15估计出的s个可靠性来估计生物体50的方向。在此，方向估计部16通过对各个副载波的相关矩阵使用MUSIC法等，来估计生物体50的方向。
在本变形例中，方向估计部16将生物体50的方向的估计结果和由可靠性估计部15估计出的可靠性以规定的方法进行组合，作为最终的估计结果。在此，例如，方向估计部16可以输出s个估计结果中可靠性最高的估计结果作为最终的估计结果，也可以输出可靠性的值为阈值以上的估计结果的平均值或中央值作为最终的估计结果。
另外，方向估计部16也可以输出如下的估计结果，该估计结果是比由可靠性估计部15判定为可靠性低的时间点早的过去的期间的估计生物体50的方向而得的估计结果中的、由可靠性估计部15判定为可靠性高的过去时间点的估计结果。
例如，若使用图12A进行说明，则方向估计部16也可以输出在由可靠性估计部15判定为可靠性低的某个时间点以外的时间方向的估计结果中的、判定为可靠性高的时间点的估计结果。
另外，方向估计部16也可以输出如下估计结果，该估计结果是由可靠性估计部15判定为可靠性低的频率以外的频率范围的估计生物体50的方向的估计结果中的、由可靠性估计部15判定为可靠性高的频率的估计结果。
例如，若使用图12A进行说明，则方向估计部16也可以输出由可靠性估计部15判定为可靠性低的1个副载波以外的副载波的估计结果中的、判定为可靠性高的副载波的估计结果。
另外，方向估计部16在由可靠性估计部15判定为可靠性低的情况下，也可以将上述组合。即，方向估计部16也可以输出如下估计结果，该估计结果是过去的规定期间和规定频率范围的估计生物体50的方向的估计结果中的、由可靠性估计部15判定为可靠性高的过去时间点及频率的估计结果。
例如，若使用图12A进行说明，则设为可靠性估计部15将1个副载波的某个时间点(第1时间点)的可靠性判定为低。在该情况下，方向估计部16也可以输出由可靠性估计部15判定为可靠性高的某个副载波以外的副载波的该第1时间点以外的时间点的估计结果。
另外，方向估计部16也可以在由可靠性估计部15判定为可靠性低、且本次估计出的估计结果从紧前的估计结果偏离阈值以上的时间的情况下，输出比判定为可靠性低的时间点早的过去期间的估计结果中的、判定为可靠性高的过去时间点的估计结果。
例如使用图12A进行说明。首先，设为由方向估计部16估计出的该1个副载波的第1时间点的估计结果为本次估计的估计结果，该1个副载波的第1时间点紧前的第2时间点的估计结果为紧前的估计结果。然后，设为由可靠性估计部15判定为1个副载波的某个第1时间点的可靠性低，本次估计出的估计结果从紧前估计的估计结果偏离了阈值以上的时间。
在该情况下，方向估计部16也可以输出比由可靠性估计部15判定为可靠性高的第1时间点早的过去期间的该1个副载波的估计结果中的、判定为可靠性高的过去时间点的该1个副载波的估计结果。
另外，也可以对应于可靠性而设定比基准区间长的第2区间，算出过去的估计结果中第2区间所包含的估计结果的频率方向的平均值或中央值，并作为估计结果输出。换言之，方向估计部16也可以在由可靠性估计部15判定为可靠性低的情况下，在对应于判定出的可靠性的程度而设定为比基准区间长的第2区间的频率范围内，算出存储部14中存储的过去的估计结果的平均值或中央值，并作为当前的估计结果输出。
另外，方向估计部16也可以在由可靠性估计部15判定为可靠性低的情况下，在对应于判定出的可靠性的程度而设定为比基准区间长的第1区间的时间范围内，算出存储部14中存储的过去的估计结果的平均值或中央值，并作为当前的估计结果输出。
这样，将可靠性低的区间的长度相比基准延长后算出平均值或中央值，实现估计精度的提高。
[效果等]
根据实施方式1以及变形例的估计装置1以及估计方法，能够利用无线信号进行存在于对象空间内的生物体50的方向估计和其可靠性的评价。更具体而言，从1个发送天线元件与N个接收天线元件各自之间的复传递函数中提取由生物体50的影响引起的生物体成分，根据提取出的生物体成分算出相关矩阵和其固有值。然后，在使用所算出的固有值以规定的方法估计出测定结果的可靠性的基础上，估计生物体50的方向，由此，能够在利用无线信号进行存在于对象空间内的生物体50的方向估计的同时获知该估计结果的可靠性。
另外，根据实施方式1以及变形例的估计装置1以及估计方法，由于从接收信号中仅提取与生物体50有关的成分，因此即使不使成为检测对象的生物体50持有发送机等特别的装置，也能够估计生物体50的方向。
另外，通过依次进行这样的方向估计的处理，还能够追踪生物体50的人数以及生物体50的位置。由此，能够利用无线信号实时地掌握存在于对象空间内的生物体50的生物体位置。
另外，根据变形例的估计装置1以及估计方法，不仅能够在时间方向上进行测定，而且也能够同时在副载波方向即频率方向上进行多个测定，还能够进行可靠性判定。由此，能够搜索并输出在频率方向上可靠性高的估计结果，能够提高估计精度。
(实施方式2)
在实施方式1中，以使用SIMO结构的发送机、接收机的情况为例进行了说明，但不限于此。也可以使用MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)结构的发送机、接收机观测接收信号的相关矩阵，使用相关矩阵的固有值以规定的方法估计存在于对象空间内的生物体的位置。以下，将该情况作为实施方式2进行说明。
以下，以与实施方式1不同之处为中心进行说明。
[估计装置1A的结构]
图13是表示实施方式2中的估计装置1A的结构的一例的框图。图13所示的估计装置1A相对于实施方式1的估计装置1，发送机10A的结构不同。通过该结构，能够估计存在于对象空间内的生物体50的位置，并且能够评价对该位置的估计结果的可靠性。
[发送机10A]
发送机10A由发送天线部101A和发送部102构成。
发送天线部101A具有多个发送天线元件。在本实施方式中，发送天线部101A例如如图13所示，具备#1至#MT的MT个(MT为2以上的整数)天线元件。
然后，发送部102从发送天线部101A具有的MT个发送天线元件发送所生成的信号即发送信号。
[复传递函数算出部121]
在实施方式2中的复传递函数算出部121中，虽然结构与实施方式1相同，但通过发送天线部101A具有多个发送天线元件，与实施方式1相比，一部分的处理不同。具体而言，本实施方式中的估计装置1A由于具备MT个发送天线元件、MR个接收天线元件，所以由复传递函数算出部121算出的复传递函数H成为MR行MT列的矩阵。
本实施方式中的复传递函数算出部121首先使用(式1)将MR行MT列的复传递函数变换为MR×MT行1列的向量。由此，本实施方式中的复传递函数算出部121能够以与实施方式1同样的方法进行以后的处理即复传递函数的计算。
【数式1】
Figure BDA0002310411820000241
[方向估计部16]
实施方式2中的方向估计部16对应于由可靠性估计部15估计出的可靠性，根据相关矩阵以规定的方法估计生物体50的位置。更具体而言，实施方式2中的方向估计部16对应于由可靠性估计部15估计出的可靠性，使用生物体信息算出部12算出的相关矩阵来估计从生物体50的接收天线部111观察的多个方向，由此估计生物体50的位置。
另外，实施方式2中的方向估计部16也可以与实施方式1同样，在由可靠性估计部15估计出的可靠性高的情况和低的情况下改变输出。例如，实施方式2中的方向估计部16也可以在由可靠性估计部15估计出的可靠性低的情况下，废弃根据计算了可靠性的估计所使用的固有值的相关矩阵来估计生物体50的位置的估计结果，并输出上次的估计结果。更具体而言，实施方式2中的方向估计部16也可以在由可靠性估计部15判定为可靠性低的情况下，输出比判定为可靠性低的时间点早的过去的期间的估计出生物体50的位置的估计结果中的、由可靠性估计部15判定为可靠性高的过去时间点的估计结果。
另外，实施方式2中的方向估计部16也可以代替废弃估计结果，而与表示可靠性低的记号等信息一起输出估计结果。
另外，实施方式2中的方向估计部16也可以在由可靠性估计部15估计出的可靠性低的情况下、且从上次的方向估计部16进行的估计结果偏离了规定的阈值以上的情况下，废弃估计结果，并输出上次的估计结果。换言之，该方向估计部16也可以在由可靠性估计部15判定为可靠性低、且本次估计出的估计结果从紧前的估计结果偏离阈值以上的时间的情况下，输出比判定为可靠性低的时间点早的过去期间的估计结果中的、判定为可靠性高的过去时间点的估计结果。
另外，实施方式2中的方向估计部16也可以设定对应于由可靠性估计部15估计出的可靠性而设定的区间，算出该区间量的过去的估计结果的时间平均值或中央值，并输出作为估计结果。换言之，该方向估计部16也可以在由可靠性估计部15判定为可靠性低的情况下，在对应于判定出的可靠性的程度而设定为比基准区间长的第1区间的时间范围内，算出存储部14中存储的过去的估计结果的平均值或中央值，并输出作为当前的估计结果。
另外，实施方式2中的方向估计部16在使用MUSIC法、波束形成法或者Capon法等方法进行位置估计的情况下，得到评价函数的谱。在这样的情况下，方向估计部16也可以将各谱的最大值用于评价估计结果的可靠性，对应于评价出的可靠性进行输出即可。
此外，发送机10A也可以与实施方式1的变形例同样，使用例如OFDM信号等多载波信号作为发送波(电波)。关于该情况下的结构和效果，除了不仅能够估计生物体的方向还能够估计生物体的位置作为估计结果这一点以外，与实施方式1的变形例同样，因此省略说明。
[效果等]
根据实施方式2的估计装置1A以及估计方法，能够利用无线信号进行存在于对象空间内的生物体50的位置估计。更具体而言，从多个发送天线元件与N个接收天线元件各自之间的复传递函数中提取由生物体50的影响引起的生物体成分，根据提取出的生物体成分算出相关矩阵和其固有值。然后，使用所算出的固有值，以规定的方法进行生物体50的位置估计和其估计结果的可靠性评价。这样，能够利用无线信号进行存在于对象空间内的生物体位置的估计。
另外，实施方式2的估计装置1A以及估计方法也与实施方式1的估计装置1等同样，由于从接收信号中仅提取与生物体50有关的成分，即使不使成为检测对象的生物体50持有发送机等特别的装置，也能够估计生物体位置和其测定结果的可靠性。
另外，在实施方式2中，由于发送机10A具有2个以上的发送天线元件，因此不仅能够估计生物体50存在的方向，还能够估计位置。
并且，通过持续规定时间地进行这样的位置估计，能够持续规定时间地追踪1个以上的生物体的位置。
(实施方式3)
在实施方式1以及实施方式2中，使用观测到的接收信号的固有值来估计生物体的方向或位置的估计结果的可靠性，但不限于此。也可以使用以MUSIC法或Capon法为代表的到来方向估计法的评价函数谱来估计生物体的方向或位置的估计结果的可靠性。以下，将该情况作为实施方式3进行说明。以下，以与实施方式1的不同之处为中心进行说明。
[估计装置1B的结构]
图14是表示实施方式3中的估计装置1B的结构的一例的框图。图14所示的估计装置1B与实施方式1的估计装置1相比，方向估计部16B和可靠性估计部15B的结构不同。
[方向估计部16B]
方向估计部16B使用由相关矩阵算出部123算出的相关矩阵，计算评价函数，使用所计算的评价函数，估计生物体50的方向或位置。在此，在方向估计部16B中计算的评价函数可以是MUSIC谱，也可以是Capon法的谱，还可以是波束形成法的谱。
在本实施方式中，方向估计部16B使用由计算部13计算并存储于存储部14的固有值以及固有向量，与实施方式1同样地使用MUSIC法、Capon法或者波束形成法等到来方向估计法来进行方向估计。另外，方向估计部16B将在到来方向估计法中使用的评价函数的谱向可靠性估计部15B传递。
在使用MUSIC法、Capon法以及波束形成法中的任1个的情况下，也能够同样地估计生物体50的方向或者位置，因此以下，列举使用MUSIC法的情况作为一例进行说明。
即，方向估计部16B根据计算部13算出的固有值Λ以及固有向量【数式2】
Figure BDA0002310411820000271
和存在于估计装置1B的对象空间内(感测范围内)的生物体的数量L，算出相对于由(式2)表示的评价函数Pmusic(θ)的角度θ的谱。该谱被称为MUSIC谱。
【数式3】
Figure BDA0002310411820000272
方向估计部16B搜索由(式2)表示的MUSIC谱的高位L个极大值，将对应的θ估计为生物体的方向。另外，方向估计部16B输出与高位L个极大值对应的Pmusic(θ)的值。
[可靠性估计部15B]
可靠性估计部15B使用在方向估计部16B中所计算的评价函数，对估计生物体50的位置或方向时的估计结果的可靠性进行估计。可靠性估计部15B在估计出的可靠性比阈值低的情况下，判定为估计结果的可靠性低，在估计出的可靠性为阈值以上的情况下，判定为估计结果的可靠性高。
在本实施方式中，可靠性估计部15B根据方向估计部16B算出的评价函数Pmusic(θ)的极大值，估计方向估计部16B的估计结果的可靠性。在此，可靠性估计部15B可以直接使用评价函数Pmusic(θ)的极大值，也可以计算评价函数Pmusic(θ)的极大值与极小值的比率而使用其比率。以下，对使用极大值与极小值的比率的例子进行说明。
即，可靠性估计部15B针对评价函数Pmusic(θ)的L个极大值分别判定是否为阈值以上。可靠性估计部15B在判定为该L个极大值中的一部分极大值为阈值以上的情况下，估计为取得该一部分极大值的θ是正确的生物体50的方向的可能性高。即，可靠性估计部15B判定为与取该一部分的极大值的θ对应的估计结果的可靠性高。在此，阈值例如可以使用2dB等固定的值，也可以在L为2的情况下使用2dB、在L为1的情况下使用3dB等由L的值决定的值。
图15是表示实施方式3中的评价函数的曲线图的一例的图。在图15中，作为评价函数，示出了L为3的情况下的MUSIC谱501的曲线图。如图15所示，MUSIC谱501具有3个极大值502A、502B、502C。
可靠性估计部15B在使用图15所示的评价函数的曲线图估计方向估计部16B的估计结果的可靠性的情况下，判定3个极大值502A、502B、502C是否为阈值503以上。在图15所示的例子中，可靠性估计部15B判定为极大值502A和极大值502C为阈值以上，估计为与极大值502A和极大值502C对应的估计结果的可靠性高。另一方面，可靠性估计部15B判定为极大值502B小于阈值，估计为与极大值502B对应的估计结果的可靠性低。
此外，发送机10也可以与实施方式1的变形例同样，使用例如OFDM信号等多载波信号作为发送波(电波)。关于该情况下的结构及效果，由于与实施方式1的变形例同样，因此省略说明。
另外，关于如以上那样构成的估计装置1B的动作，除了不仅能够估计生物体的方向还能够估计生物体50的位置作为估计结果这一点和利用估计位置时使用的评价函数来评价针对估计结果的可靠性这一点以外，与在实施方式1中说明的相同，因此省略说明。
[效果等]
根据实施方式3的估计装置1B以及估计方法，能够利用无线信号进行存在于对象空间内的生物体50的位置估计。更具体而言，从1个发送天线元件与N个接收天线元件各自之间的复传递函数中提取由生物体50的影响引起的生物体成分，根据提取出的生物体成分算出相关矩阵和其固有值。然后，在使用所算出的固有值以规定的方法估计测定结果的可靠性的基础上，通过估计生物体50的方向，能够利用无线信号，在进行存在于对象空间内的生物体50的位置估计的同时获知该估计结果的可靠性。
另外，根据实施方式3的估计装置1B以及估计方法，由于从接收信号中仅提取与生物体50有关的成分，因此即使不使成为检测对象的生物体50持有发送机等特别的装置，也能够估计生物体50的位置。
另外，实施方式3的估计装置1B以及估计方法也与实施方式1的估计装置1等同样，由于从接收信号中仅提取与生物体50有关的成分，因此即使不使成为检测对象的生物体50持有发送机等特别的装置，也能够估计生物体位置和其测定结果的可靠性。
另外，通过依次进行这样的位置估计的处理，还能够追踪生物体50的人数以及生物体50的位置。由此，能够利用无线信号实时地掌握存在于对象空间内的生物体50的生物体位置。
另外，根据实施方式3的估计装置1B以及估计方法，不仅能够在时间方向上进行测定，而且也能够同时在副载波方向即频率方向上进行多个测定，还能够进行可靠性判定。由此，能够搜索并输出在频率方向上可靠性高的估计结果，能够提高估计精度。
以上，基于实施方式说明了本公开的一技术方案的估计装置以及估计方法，但本公开并不限定于这些实施方式。只要不脱离本公开的主旨，本领域技术人员能够想到的各种变形在本实施方式中实施的方式、或者将不同的实施方式中的构成要素组合而构建的方式也包含在本公开的范围内。
另外，本公开不仅能够作为具备这样的特征构成要素的估计装置来实现，还能够作为将估计装置所包含的特征性的构成要素设为步骤的估计方法等来实现。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。而且，当然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者互联网等通信网络而流通。
工业实用性
本公开能够利用于利用无线信号来估计生物体方向或者生物体位置的估计方法以及估计装置等，尤其能够利用于在检测生物体的侵入的监视装置等中使用的估计方法以及估计装置。

Claims (15)

1.一种估计装置的估计方法，所述估计装置使用具有至少1个发送天线元件的发送机以及具有N个接收天线元件的接收机来估计存在于对象空间内的生物体的位置或方向，其中，N为2以上的自然数，所述估计方法包括：
传递函数算出步骤，根据由所述N个接收天线元件各自在规定期间接收到的接收信号，算出多个表示所述发送天线元件与所述N个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数；
提取步骤，从在所述传递函数算出步骤中算出的多个复传递函数中提取作为由生物体的影响引起的生物体成分的所述N个接收天线元件的每一个中的生物体成分；
相关矩阵算出步骤，根据在所述提取步骤中提取出的所述N个接收天线元件的每一个中的所述生物体成分算出相关矩阵；
计算步骤，计算在所述相关矩阵算出步骤中算出的所述相关矩阵的1个以上的固有值；
可靠性估计步骤，使用表示存在于所述对象空间内的生物体的数量的值的生物体数量信息和在所述计算步骤中计算的所述1个以上的固有值，对估计所述生物体的位置或方向时的估计结果的可靠性进行估计；以及
估计步骤，对应于所述估计结果的可靠性，根据所述相关矩阵以规定的方法估计所述生物体的位置或方向。
2.根据权利要求1所述的估计方法，其中，
在所述可靠性估计步骤中，
(1)算出比率信息，所述比率信息表示将在所述计算步骤中计算的所述1个以上的固有值按值的从大到小的顺序排序时的相邻的固有值的比率或差分，
(2)在由所述生物体数量信息表示的值为L时，在与所述排序时的所述第L个固有值对应的所述比率信息为规定值以上的情况下，判定为所述估计结果的可靠性高，其中，L为1以上的自然数。
3.一种估计装置的估计方法，所述估计装置使用具有至少1个发送天线元件的发送机以及具有N个接收天线元件的接收机来估计存在于对象空间内的生物体的方向或位置，其中，N为2以上的自然数，所述估计方法包括：
传递函数算出步骤，根据由所述N个接收天线元件各自在规定期间接收到的接收信号，算出多个表示所述发送天线元件与所述N个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数；
提取步骤，从在所述传递函数算出步骤中算出的多个复传递函数中提取作为由生物体的影响引起的生物体成分的所述N个接收天线元件的每一个中的生物体成分；
相关矩阵算出步骤，根据在所述提取步骤中提取出的所述N个接收天线元件的每一个中的所述生物体成分算出相关矩阵；
估计步骤，使用所述相关矩阵来计算评价函数，使用所计算的评价函数来估计所述生物体的方向或位置；以及
可靠性估计步骤，使用在所述估计步骤中计算的所述评价函数，对估计所述生物体的位置或方向时的估计结果的可靠性进行估计。
4.根据权利要求3所述的估计方法，其中，
在所述估计步骤中计算的所述评价函数是MUSIC谱。
5.根据权利要求3所述的估计方法，其中，
在所述估计步骤中计算的所述评价函数是Capon法的谱。
6.根据权利要求3所述的估计方法，其中，
在所述估计步骤中计算的所述评价函数是波束形成法的谱。
7.根据权利要求3～6中任一项所述的估计方法，其中，
在所述可靠性估计步骤中，
在估计出的所述可靠性比阈值低的情况下，判定为所述可靠性低，在估计出的所述可靠性为所述阈值以上的情况下，判定为所述可靠性高。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的估计方法，其中，
在所述估计步骤中，
在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低的情况下，输出如下的估计结果，该估计结果是在比判定为所述可靠性低的时间点早的过去期间的估计出所述生物体的方向或位置的估计结果中的、在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性高的过去时间点的估计结果。
9.根据权利要求1～6中任一项所述的估计方法，其中，
在所述估计步骤中，
在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低的情况下，输出如下的估计结果，该估计结果是判定为所述可靠性低的频率以外的频率范围的估计出所述生物体的方向或位置的估计结果中的、在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性高的频率的估计结果。
10.根据权利要求1～6中任一项所述的估计方法，其中，
在所述估计步骤中，
在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低的情况下，输出如下的估计结果，该估计结果是过去的规定期间和规定频率范围的估计出所述生物体的方向或位置的估计结果中的、在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性高的过去时间点及频率的估计结果。
11.根据权利要求1～6中任一项所述的估计方法，其中，
在所述估计步骤中，
在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低，并且在所述估计步骤中估计出的估计结果从紧前的估计结果偏离阈值以上的时间或频率的情况下，输出在比判定为所述可靠性低的时间点早的过去期间的估计结果中的、判定为所述可靠性高的过去时间点的估计结果。
12.根据权利要求1～6中任一项所述的估计方法，其中，
还包括存储步骤，将在所述估计步骤中过去估计出的估计结果存储于存储部，
在所述估计步骤中，
在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低的情况下，在对应于所述可靠性的程度而设定为比基准区间长的第1区间的时间范围内，算出所述存储部中存储的过去的估计结果的平均值或中央值，并作为当前的估计结果而输出。
13.根据权利要求1～6中任一项所述的估计方法，其中，
还包括存储步骤，将在所述估计步骤中过去估计出的估计结果存储于存储部，
在所述可靠性估计步骤中判定为所述可靠性低的情况下，在对应于所述可靠性的程度而设定为比基准区间长的第2区间的频率范围内，算出所述存储部中存储的过去的估计结果的平均值或中央值，并作为当前的估计结果而输出。
14.一种估计装置，使用具有至少1个发送天线元件的发送机以及具有N个接收天线元件的接收机来估计存在于对象空间内的生物体的位置或方向，其中，N为2以上的自然数，所述估计装置具备：
传递函数算出部，根据由所述N个接收天线元件各自在规定期间接收到的接收信号，算出多个表示所述发送天线元件与所述N个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数；
提取部，从在所述传递函数算出部中算出的多个复传递函数中，提取作为由生物体的影响引起的生物体成分的所述N个接收天线元件的每一个中的生物体成分；
相关矩阵算出部，根据在所述提取部中提取出的所述N个接收天线元件的每一个中的所述生物体成分算出相关矩阵；
计算部，计算在所述相关矩阵算出部中算出的所述相关矩阵的1个以上的固有值；
可靠性估计部，使用表示存在于所述对象空间内的生物体的数量的值的生物体数量信息、和在所述计算部中计算的所述1个以上的固有值，对估计所述生物体的位置或方向时的估计结果的可靠性进行估计；以及
估计部，对应于所述估计结果的可靠性，根据所述相关矩阵以规定的方法估计所述生物体的位置或方向。
15.一种非暂时性的计算机可读取的记录介质，记录有程序，所述程序使计算机执行估计装置的估计方法，所述估计装置使用具有至少1个发送天线元件的发送机以及具有N个接收天线元件的接收机来估计存在于对象空间内的生物体的位置或方向，其中，N为2以上的自然数，所述程序使计算机执行：
传递函数算出步骤，根据由所述N个接收天线元件各自在规定期间接收到的接收信号，算出多个表示所述发送天线元件与所述N个接收天线元件各自之间的传播特性的复传递函数；
提取步骤，从在所述传递函数算出步骤中算出的多个复传递函数中提取作为由生物体的影响引起的生物体成分的所述N个接收天线元件的每一个中的生物体成分；
相关矩阵算出步骤，根据在所述提取步骤中提取出的所述N个接收天线元件的每一个中的所述生物体成分算出相关矩阵；
计算步骤，计算在所述相关矩阵算出步骤中算出的所述相关矩阵的1个以上的固有值；
可靠性估计步骤，使用表示存在于所述对象空间内的生物体的数量的值的生物体数量信息、和在所述计算步骤中计算的所述1个以上的固有值，对估计所述生物体的位置或方向时的估计结果的可靠性进行估计；以及
估计步骤，对应于所述估计结果的可靠性，根据所述相关矩阵以规定的方法估计所述生物体的位置或方向。
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