JP2016038320A - 位置推定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電波の送信元の位置を精度良く推定する技術を提供する。
【解決手段】取得手段(S110)は、N(N≧3)個のアンテナのそれぞれについて、受信した電波に基づいて、電波の送信元が位置すると推定される方向の候補となる候補方向を取得する。推定手段(S150)は、N個のアンテナのそれぞれについて取得手段により取得された候補方向に延びる直線である到来軸を対象として、最も多くの到来軸が互いに近づく領域であって所定の許容領域より小さい領域を候補領域として、該候補領域を電波の送信元の位置を含む領域であると推定する。
【選択図】図2

Description

本発明は、電波の送信元の位置を推定する技術に関する。
従来、受信機で受信した電波に基づいて電波の送信元の位置を推定する技術が知られている。特許文献1には、送信機が送信する電波を2つの基地局で受信し、各基地局にて検出した電波の到来方向に基づいて、電波の送信元である送信機の位置を推定する技術が記載されている。
特開2013−520073号公報
しかしながら、前述の技術では、送信機から送信された電波が送信機から基地局に到達するまでに何らかの物標により反射されると、反射されることなく送信機から基地局に到達した電波と反射波とが基地局にて受信された場合、基地局は反射波の到来方向を送信機の位置する方向として誤って検出するおそれがある。これにより、電波の送信元である送信機の位置が誤って推定されるという問題が生じ得る。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電波の送信元の位置を精度良く推定する技術を提供することを目的としている。
本発明の一側面は、電波を受信するN(N≧3)個のアンテナを備え、電波の送信元の位置を推定する位置推定装置であって、取得手段と推定手段とを備える。
取得手段は、N個のアンテナのそれぞれについて、受信した電波に基づいて、電波の送信元が位置すると推定される方向の候補となる候補方向を取得する。
推定手段は、N個のアンテナのそれぞれについて取得手段により取得された候補方向に延びる直線である到来軸を対象とし、最も多くの到来軸が互いに近づく領域であって所定の許容領域より小さい領域を候補領域として、該候補領域を電波の送信元の位置を含む領域であると推定する。
このような構成によれば、電波の送信元の位置を精度良く推定することができる。
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
車載装置の構成を示すブロック図。 位置推定処理のフローチャート。 受信信号の強度分布の一例を示す図。 反射波が車載装置で受信される例を示す図。 第1実施形態の車載装置における位置推定を説明する図。 比較例の車載装置における位置推定を説明する図。 第2実施形態の車載装置における位置推定を説明する図。 比較例の車載装置における位置推定を説明する図。
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
[1.第1実施形態]
[1−1.構成]
図1は、本発明が適用された実施形態のスマートエントリシステム1の構成を表すブロック図である。図1に示すように、本実施形態のスマートエントリシステム1は、一例として、車両(自動車)に搭載された車載装置10と、車両のユーザが携帯し得るように構成された携帯機である電子キー20と、を備える。
電子キー20は、少なくとも、車両のドアのロック解除、車両のドアのロック、及び車両のエンジン始動のうち一つを行うためのものであり、車載装置10との間でデータを送受信する無線装置として構成されている。電子キー20は、図2に示すように、受信部21と送信部22と電子キー制御部23とを備える。
受信部21は、車載装置10からの所定周波数帯(例えばLF帯(約百KHz))の送信電波を受信して車載装置10からの送信データを復調する。電子キー制御部23は、受信部21にて復調されたデータに基づき、車載装置10に対する応答用のデータを生成して出力する。送信部22は、電子キー制御部23からの出力データを用いて所定周波数帯(例えばUHF帯(三百〜四百MHz帯))の送信用搬送波を変調することにより車載装置10への送信信号を生成し送信する。尚、電子キー制御部23は、CPU、ROM、RAM等を中心とするマイクロコンピュータを用いて構成されている。
車載装置10は、送信アンテナ11、送信部12、受信アンテナ13a〜13c、受信部14a〜14c、スマート制御ECU15、及び制御対象装置16を備える。なお、ECUとは、電子制御装置のことをいう。
送信部12は、一例として、スマート制御ECU15で生成されたデータに基づいて所定周波数帯(LF帯)の送信信号を生成し、該送信信号を送信アンテナ11を介して、電子キー20に対して送信する。
受信アンテナ13a〜13cは、アレイアンテナを備える。受信アンテナ13a及び受信部14aは、一例として、運転席前方のルームミラーに設けられ、受信アンテナ13b及び受信部14bは、ピラーに設けられ、受信アンテナ13c及び受信部14cは、トランクルームに設けられており、電子キー20から送信された信号を受信する。なお、受信アンテナ13a〜13cは、同一平面上に配置されている。
受信部14a〜14cは、いずれも同様に構成されており、一例として、受信部14aは、バンドパスフィルタ(BPF)141a、ダウンコンバータ142a、及びAD変換部143aを備える。つまり、受信部14a〜14cは、受信アンテナ13にて受信された受信信号をベースバンド信号に変換し、スマート制御ECU15に入力する。以下では、受信アンテナ13a〜13c、受信部14a〜14c等について、個々の構成について説明する場合には符号の後ろに添え字を付し、共通の説明をする場合は、例えば受信アンテナ13、のように符号の後ろの添え字を省略するものとする。
制御対象装置16は、制御対象の挙動を制御する複数の装置を備えるものである。制御対象には、図示しないが、運転席ドアのドアハンドルに配置されるロックスイッチ、助手席側のドアハンドルに配置されるロックスイッチ、バックドアのドアハンドルに配置されるロックスイッチ、エンジンの始動・停止の制御を行うエンジンECUが少なくとも含まれている。また、制御対象装置16を構成する各装置は、電子キー20から受信した受信信号に基づくスマート制御ECU15からの指令によって制御対象の挙動を制御することにより、例えば、電子キー20においてドアロック解除スイッチが操作された場合に各ドアのロック状態をロックからアンロックへ切り替えるアンロック制御や、電子キー20においてロアロックスイッチが操作された場合に各ドアのロック状態をアンロックからロックへ切り替えるロック制御や、電子キー20においてエンジンスタートのスイッチが操作された場合にエンジンECUによりエンジンを自動で始動させるエンジン始動制御、等の周知の車両制御を実行する。
スマート制御ECU15は、CPU51、ROM52、RAM53からなるマイクロコンピュータを中心に構成され、更に高速フーリエ変換(FFT)等の信号処理を実行するためのデジタルシグナルプロセッサ(DSP)54を備える。
スマート制御ECU15は、例えばROM52に記憶されたプログラムに従って、電子キー20より受信した受信信号に基づき、前述の制御対象の挙動を制御する指令を制御対象装置16へ出力する。
また、スマート制御ECU15は、例えばROM52に記憶されたプログラムに従って後述する位置推定処理を実行することによって、各受信アンテナ13a〜13cにて電子キー20より受信した受信信号、すなわち、各受信部14a〜14cより入力されたベースバンド信号に基づき、電子キー20の位置を推定する。
[1−2.処理]
次に、スマート制御ECU15のCPU51が実行する位置推定処理について、図2のフローチャートを用いて説明する。
はじめに、スマート制御ECU15は、各受信アンテナ14a〜14cにて電子キー20より受信した受信信号に基づいて、候補方向を検出する(S110)。候補方向とは、電子キー20が位置すると推定される方向の候補となる方向をいう。スマート制御ECU15は、受信アンテナ13a〜13cのそれぞれにおいて受信する受信信号に基づいて、すなわち受信部14a〜14cのそれぞれから出力されるベースバンド信号に基づいて、図3に示すような、所定の方位範囲において受信した電波の強度分布を取得する。スマート制御ECU15は、このような電波の強度分布を、例えば、特表WO2010/038359号公報に記載のフーリエビームスイープ等の手法により算出する。
そして、スマート制御ECU15は、具体的には、図3に一例として示す強度分布において、所定の閾値A以上の強度が検出された方向を、候補方向として取得する。すなわち、図3の例では、強度が所定の閾値A以上である方向P1、Q1の2つが、候補方向として取得される。
次に、スマート制御ECU15は、到来軸を算出する(S120)。具体的には、スマート制御ECU15は、S110にて取得された候補方向のそれぞれに対して、該候補方向が検出されたアンテナの位置を起点とし候補方向に延びる直線である到来軸を算出する。スマート制御ECU15は、受信アンテナ13a〜13cのそれぞれについて、到来軸の算出を行う。
すなわち、例えば仮に、受信アンテナ14aについて図3に示すような2つの候補方向P1、Q1が取得された場合は、受信アンテナ14aを起点として、候補方向P1、Q1に延びる直線が、それぞれ到来軸として算出される。この場合、算出される到来軸は、候補方向P1に基づく到来軸と、候補方向Q1に基づく到来軸の2つである。スマート制御ECU15は、同様に、受信アンテナ14b、14cについても、候補方向に基づいて到来軸を算出する。
図2に戻り説明を続ける。続いて、スマート制御ECU15は、候補領域を算出する(S130)。候補領域とは、電子キー20が位置すると推定される領域の候補となる領域をいう。具体的には、スマート制御ECU15は、S120で算出された全ての到来軸を対象として、最も多くの数の到来軸が互いに近づく領域であって、所定の許容領域より小さい領域、を候補領域として算出する。
次に、スマート制御ECU15は、S130で算出された候補領域が1つであるか否かを判断する(S140)。ここで、スマート制御ECU15は、候補領域が1つである場合に、処理をS150へ移行させる。一方、スマート制御ECU15は、候補領域が複数である場合に、処理をS160へ移行させる。
S150では、スマート制御ECU15は、S130で算出した候補領域に電子キー20が存在する位置すると推定する。一例として本実施形態では、候補領域の中央を電子キー20が存在する位置(推定位置)として算出し、算出した推定位置を位置推定結果としてRAM53に記録する。
S160では、スマート制御ECU15は、電子キー20の存在する位置(推定位置)を特定することができないとして、位置推定不能という結果を位置推定結果としてRAM53に記録する。
最後にスマート制御ECU15は、RAM53に記録された位置推定結果を、例えば後段の制御対象装置16へ出力し(S170)、本位置推定処理を終了する。
ここで、一例として、図4に示すように、電子キー20から送信された電波が、物標101、102に反射され、受信アンテナ13a〜13cに到達する例について説明する。図4に示す例では、受信アンテナ13aでは、物標101に反射された電波である方向P1からの電波と、物標101に反射されず電子キー20から直接到達した電波である方向Q1からの電波と、が受信されている。受信アンテナ13bでは、物標101に反射された電波である方向R1からの電波と、物標101に反射されず電子キー20から直接到達した電波である方向S1からの電波と、が受信されている。受信アンテナ13cでは、物標102に反射された電波である方向U1からの電波と、物標102に反射されずに電子キー20から直接到達した電波である方向T1からの電波と、が受信されている。
このような場合、スマート制御ECU15は、図5に示すように、受信アンテナ13aについて候補方向P1、Q1に基づく到来軸ZP1、ZQ1を算出し、受信アンテナ13bについて候補方向R1、S1に基づく到来軸ZR1、ZS1を算出し、受信アンテナ13cについて候補方向T1、U1に基づく到来軸ZT1、ZU1を算出する(S120)。
そして、スマート制御ECU15は、算出された全ての到来軸を対象として、最も多くの到来軸が互いに近づく領域であって所定の大きさの許容領域Kより小さい領域を候補領域として算出する(S130)。図5の例では、許容領域Kを実線で表した円で示している。なお、他の図においても同様に、許容領域Kを実線で表した円で示すものとする。
スマート制御ECU15は、最も多くの到来軸、すなわち、到来軸ZQ1、ZS1、ZT1の3つの到来軸が互いに近づく領域201を候補領域として算出する。図5の例では、候補領域は領域201の1つであるため、スマート制御ECU15は、領域201の中央を電子キー20が存在する位置(推定位置)G1として算出する。
[1−3.効果]
以上詳述した第1実施形態によれば、以下の効果が得られる。
[1A]電波を受信するN(N≧3)個のアンテナを備え、N個のアンテナのそれぞれについて、電波の送信元が位置すると推定される候補方向に延びる直線(到来軸)を対象として、最も多くの直線(到来軸)が互いに近づく領域であって、所定の許容領域より小さい領域に、電子キー20が位置していると推定する。従って、反射されることなく受信側である車載装置10(受信アンテナ13)へ到達した電波と共に、反射されて受信側である車載装置10へ到達した電波が車載装置10で受信されたか否かに関わらず、電波の送信元である電子キー20の位置を精度良く推定することができる。
一例として示す図6は、受信アンテナ91a、91bを2つ備える比較例としての車載装置90における位置推定を説明する図である。図6の例では、受信アンテナ91aにおける受信信号に基づいて候補方向P1、Q1が算出され、到来軸ZP1、ZQ1が算出されている。また、受信アンテナ91bにおける受信信号に基づいて候補方向R1、S1が算出されている。このような比較例としての車載装置90の場合、到来軸ZP1、ZR1が互いに近づく領域301、及び到来軸ZQ1、ZS1が互いに近づく領域302の2つの領域が候補領域として算出されるため、電子キー20の位置を特定することができない。
これに対し、車載装置10は、少なくとも3つの受信アンテナ13a〜13cを備えるため、2つの受信アンテナ91a、91bを備える比較例としての車載装置90と比較して、1つの候補領域を特定し易くなり、電子キー20の位置を精度良く推定することができる。
[1B]候補領域に含まれる位置を電波の送信元の位置として特定する(S150)ため、電子キー20の位置を精度良く特定することができる。
[1C]候補領域が複数ある場合には電子キー20の位置を推定不能であると判断する(S160)ため、電子キー20の位置について推定誤りを抑制することができる。また、これにより、誤った推定位置に基づいて制御対象装置16にて制御が行われることを抑制できる。
[1D]受信した電波の強度が予め定められた閾値A以上である場合に、受信した電波が到来した方向を候補方向としている。例えば周囲の状況によっては、反射されることなく電子キー20から車載装置10へ到達した電波より、反射されて車載装置10へ到達した電波の方が受信強度が大きくなる場合も生じうる。このような場合であっても、受信強度が閾値A以上である電波の到来方向を全て候補方向とし、これらの候補方向に基づいて電子キー20の位置を推定するため、例えば受信した電波の強度が最大値となる方向のみに基づいて電子キー20の位置を推定する場合と比べて、電子キー20の推定位置を精度よく特定することができる。
[1E]N個の受信アンテナが同一平面上に設置されているため、同一平面上に設置されていない場合と比べて、より精度よく電子キー20の位置を推定することができる。
なお、第1実施形態では、スマート制御ECU15が位置推定装置の一例に相当する。また、S110が取得手段としての処理の一例に相当し、S150が推定手段としての処理の一例に相当し、S160が推定不能判断手段としての処理の一例に相当する。
[2.第2実施形態]
[2−1.構成]
第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。
前述した第1実施形態では、同一平面上に配置された3つの受信アンテナ13a〜13c及び各受信アンテナ13a〜13cに接続される3つの受信部14a〜14cを備えていた。これに対し、第2実施形態の車載装置30では、同一平面上に配置された4つの受信アンテナ13a〜13d、及び各受信アンテナ13a〜13dに接続される4つの受信部14a〜14c(図示せず)を備える点で、第1実施形態と相違する。また、車載装置30が備えるスマート制御ECU15は、位置推定処理において受信アンテナ13ごとに1つの候補方向を取得する点で、第1実施形態と相違する。
[2−2.処理]
スマート制御ECU15は、図2に示す位置推定処理のS110において、第1実施形態とは異なり、各受信アンテナ13a〜13dについて、一例として、受信信号の強度が最大値となる方向を候補方向として取得する。スマート制御ECU15は、続くS120〜S160では、第1実施形態と同様の処理を実行する。
ここで、本実施形態の候補方向及び到来軸の一例を図7に示す。図7の例では、受信アンテナ13aにおける受信信号の強度が最大となる方向に基づいて候補方向P2が算出され、到来軸ZP2が算出される。また、受信アンテナ13bにおける受信信号の強度が最大となる方向に基づいて候補方向Q2が算出され、到来軸ZQ2が算出される。また、受信アンテナ13cにおける受信信号の強度が最大となる方向に基づいて候補方向R2が算出され、到来軸ZR2が算出される。また、受信アンテナ13dにおける受信信号の強度が最大となる方向に基づいて候補方向S2が算出され、到来軸ZS2が算出される。
スマート制御ECU15は、最も多くの到来軸が互いに近づく領域であって所定の大きさの許容領域Kより小さい領域を候補領域として算出し、その中央の位置G2を電子キー20の位置として特定する。このとき、各受信アンテナ13a〜13dにおける候補方向は、必ずしも電子キー20の位置する方向であるとは限らない。物標に反射されることなく電子キー20から到来した電波と反射波とを比較した場合、反射波の方が強度が大きくなる場合も有り得るため、候補方向のいくつかは反射波の到来した方向であるおそれがある。
図7に示した例の場合、受信アンテナ13bにおける受信信号の強度が最大となる候補方向Q2が、電子キー20の位置する方向とは異なり、誤った方向を検出している。ただし、本実施形態の車載装置30は、4つの受信アンテナ13a〜13dを備えているため、候補方向が1つ誤っている場合は、残りの3つの受信アンテナ13a、13c、13dによって、候補領域を算出することができるようになっている。従って、本実施形態では、到来軸ZP2、ZR2、ZS2が向かう領域203の中央の位置G2が、電子キー20推定位置として特定される。
[2−3.効果]
以上詳述した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果[1B]〜[1E]に加え、以下の効果が得られる。
[2A]例えばスマートエントリシステム1のように、電波の送信側と受信側とが近距離に存在しており、所謂近距離無線通信が行われる様なシステムの場合、電波の送信元の位置は、受信信号の強度が最大値となる方向であり得る場合が多いと考えられる。そこで、本実施形態のように受信信号の強度が最大値となる方向を候補方向として1つ検出するように構成してもよい。これにより、電子キー20の位置を推定するための演算負荷を低下させることができる。なお、一例として図8に示すように、3つの受信アンテナ93a〜93cを備える比較例としての車載装置92では、受信アンテナ93bによる候補方向が誤っている場合、複数の候補領域(領域303、304)が算出されるため、電子キー20の位置を特定することができない。なお、受信アンテナ13の数が多いほど、電子キー20の位置をより精度よく推定することができる。
[3.他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
[3A]上記実施形態では、候補領域の中央の位置を電子キー20の推定位置として特定していたが、推定位置の特定方法はこれに限るものではない。例えば、到来軸が1点で交わる位置である交点が算出できる場合は、到来軸の交点を電子キー20の推定位置として特定してもよい。
[3B]上記実施形態では、電子キーを電波の送信元とし、電子キー20から送信されるMHz帯の信号を受信する受信部14を車載装置10が備えるスマートエントリシステム1について説明したが、スマートエントリシステムの構成は、これに限るものではない。例えば、電子キー20に代えてスマートフォン等の携帯電話を電波の送信元として、送信元の携帯電話と通信可能な通信装置を受信部として車載装置に備えた、携帯電話を用いたスマートエントリシステムを構成しても良い。
[3C]上記実施形態では、本発明を車両のスマートエントリシステム1に適用した例を説明したが、本発明の適用例はこれに限るものではない。例えば、携帯電話と基地局との間で通信を行う通信システムなど、電波の送信元の位置を推定する機能を備える種々のシステムに本発明を適用することができる。
[3D]上記実施形態では、受信アンテナ13はアレイアンテナを備えていたが、受信アンテナ13はこれに限るものではない。受信アンテナ13は、所定の方位範囲において受信した電波の強度分布を検出可能なアンテナであればよい。例えば、受信アンテナ13は、所定の方位範囲を走査可能なパラボラアンテナ等であってもよい。また、上記実施形態では、N個の受信アンテナ13は、同一平面上に配置されていたが、これに限るものではない。N個のアンテナは、異なる平面上に配置されていてもよい。
[3E]上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
[3F]本発明は、前述した車載装置10、スマート制御ECU15の他、スマート制御ECU15を機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、位置推定方法など、種々の形態で実現することができる。
1…スマートエントリシステム 10…車載装置 13…受信アンテナ 15…スマート制御ECU15、30…車載装置 51…CPU

Claims (6)

  1. N(N≧3)個のアンテナのそれぞれについて、受信した電波に基づいて、電波の送信元が位置すると推定される方向の候補となる候補方向を取得する取得手段(S110)と、
    前記N個のアンテナのそれぞれについて前記取得手段により取得された前記候補方向に延びる直線である到来軸を対象とし、最も多くの前記到来軸が互いに近づく領域であって所定の許容領域より小さい領域を候補領域として、該候補領域を電波の送信元の位置を含む領域であると推定する推定手段(S150)と、
    を備えることを特徴とする位置推定装置。
  2. 請求項1に記載の位置推定装置であって、
    前記推定手段は、前記候補領域が1つである場合に、該候補領域を電波の送信元の位置を含む領域であると特定する
    ことを特徴とする位置推定装置。
  3. 請求項2に記載の位置推定装置であって、
    前記推定手段は、前記候補領域に含まれる位置を前記電波の送信元の位置として特定する
    ことを特徴とする位置推定装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の位置推定装置であって、
    前記候補領域が複数である場合に、前記電波の送信元の位置を推定不能であると判断する推定不能判断手段(S160)
    を備えることを特徴とする位置推定装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の位置推定装置であって、
    前記取得手段は、前記受信した電波の強度が予め定められた閾値以上である場合に、前記受信した電波が到来した方向を前記候補方向とする
    ことを特徴とする位置推定装置。
  6. 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の位置推定装置であって、
    前記N個のアンテナが同一平面上に設置されている
    ことを特徴とする位置推定装置。
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