JP2016148590A - 到来方向推定システム、測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直接波と反射波とが干渉し合う環境でも直接波の到来方向を安定にかつ精度良く測位する技術を提供する。
【解決手段】到来方向推定システム（１）は、予め設定された指定波を送信する被測定装置（２）と前記指定波の到来方向を推定する測定装置（３）とを備える。被測定装置は、複数の周波数を順次切り替えて前記指定波を繰り返し送信する。測定装置は、指定波の送信に使用される周波数毎に、該周波数での受信信号から得られる各到来波に関する情報である到来波情報を抽出し、その到来波情報に従って、被測定装置から直接到来する指定波である直接波の選定および該直接波の到来方向の推定に適した周波数である対象周波数の選定、並びに対象周波数での受信信号を用いた直接波の到来方向の推定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信信号を用いて送信元装置が存在する方位を推定する技術に関する。

従来、被測定系から送信された高ＵＨＦ帯（数ＧＨｚ）の無線通信信号を、測定系が有するアレーアンテナの各エレメントで受信し、その受信信号の受信強度や位相情報に基づいて被測定系からの無線通信信号の到来方向や、被測定系と測定系の相対位置を求める技術が知られている。そして、これら被測定系および測定系の周囲に、電波を反射する反射物が存在すると、測定系では、被測定系から直接到来する直接波だけでなく、反射物に反射してから到来する反射波も受信する。このとき、図１１，図１２に示すように、直接波と反射波とが干渉することによって、測定系と被測定系の位置関係によっては、測定系で得られる受信強度が著しく低下し、測定不能となる場合がある。

これに対して、無線通信に使用する周波数を切り替えて受信強度を測定し、各周波数における測定結果の最大値あるいは平均値を使用して測位を行う技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００８−２２４４８９号公報

従来技術では、各周波数における測定結果の最大値や平均値を用いており、このことは、直接波と反射波とが干渉し合っている状態で測定された結果が、最大値や平均値に反映される可能性があるということを意味する。その結果、正確な測位に必要な直接波のＳ／Ｎが劣化し、測位誤差を増大させてしまうという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、直接波と反射波とが干渉し合う環境でも直接波の到来方向を安定にかつ精度良く測位する技術を提供することを目的とする。

本発明の到来方向推定システムは、予め設定された指定波を送信する被測定装置と前記指定波の到来方向を推定する測定装置とを備える。被測定装置は、複数の周波数を順次切り替えて指定波を繰り返し送信する。測定装置は、指定波の送信に使用される周波数毎に、該周波数での受信信号から得られる各到来波に関する情報である到来波情報を抽出し、到来波情報に従って、被測定装置から直接到来する指定波である直接波の選定、および該直接波の到来方向の推定に適した周波数である対象周波数の選定、並びに対象周波数での受信信号を用いた直接波の到来方向の推定を行う。

このような構成によれば、周波数毎に直接波と反射波の干渉状態は変化するため、その中で直接波が十分に大きな受信強度を持つ周波数を対象周波数に選定して到来方向の推定を行うことにより、安定した測位結果を得ることができる。しかも、対象周波数を決めて到来方向を推定するため、直接波が大きく劣化した周波数の受信信号によって、直接波のＳ／Ｎを劣化させてしまうことがなく、精度の良い測位結果を得ることができる。

本発明の測定装置は、複数の周波数を順次切り替えて予め設定された指定波を繰り返し送信する被測定装置から、指定波を受信して該指定波の到来方向を推定するものであり、アレーアンテナと、信号抽出部と、周波数切替部と、到来波情報抽出部と、推定部とを備える。アレーアンテナは、複数のアンテナエレメントで構成されている。信号抽出部は、アレーアンテナを構成する各アンテナエレメントが出力する受信信号から、指定された指定周波数の信号を抽出する。周波数切替部は、被測定装置での周波数の切り替えに同期して指定周波数を切り替える。到来波情報抽出部は、信号抽出部が抽出した信号から、指定周波数毎に、該指定周波数で検出される各到来波に関する情報である到来波情報を抽出する。推定部は、到来波情報抽出部にて抽出された到来波情報に従って、被測定装置から直接到来する指定波である直接波および該直接波の到来方向の推定に適した周波数である対象周波数の選定、並びに対象周波数での受信信号を用いた前記直接波の到来方向の推定を行う。

このように構成された測定装置によれば、上述の到来方向推定システムを構成する際に好適に用いることができる。
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。

第１実施形態の位置推定システムの構成を示すブロック図である。 第１実施形態における直接波選定処理のフローチャートである。 第２実施形態における直接波選定処理のフローチャートである。 第３実施形態における直接波選定処理のフローチャートである。 第４実施形態の位置推定システムの構成を示すブロック図である。 第４実施形態におけるアレーアンテンの構成および部分アレーアンテナの設定を示す説明図である。 第４実施形態における直接波選定処理のフローチャートである。 第４実施形態の直接波選定処理中で実行する角度差算出処理のフローチャートである。 直接波と反射波の選別に使用する各パラメータを示す説明図である。 部分アレーアンテナの他の設定方法を示す説明図である。 直接波と反射波の干渉により直接波が減衰する様子を示す説明図である。 （ａ）は直接波および反射波の到来方向を示す説明図、（ｂ）は直接波が大きく減衰した状況で求められた到来方向推定結果を例示するグラフである。

以下に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］
位置推定システム１は、図１に示すように、被測定装置（送信側装置）２と、測定装置（受信側装置）３とを備える。被測定装置２は、例えば、携帯電話機やスマートキーなどからなり、測定装置３は、例えば車両に搭載される車載器として構成される。

被測定装置２は、アンテナ２１、送信機２２、通信制御器２３、周波数切替器２４を備える。送信機２２は、アンテナ２１を介して高ＵＨＦ帯（数ＧＨｚ）を使用し所定の通信規格（例えば、WiFi（登録商標）やBluetooth （登録商標））に従った無線通信信号を送信する。通信制御器２３は、無線通信信号を使用した通信を制御する。周波数切替器２４は、送信機２２が送信に使用する周波数を、上記高ＵＨＦ帯の中で所定のスケジュールに従って順次切り替える。なお、このような周波数の切替は、周波数ホッピングを利用するスペクトル拡散通信等において周知の技術であるため、ここでは説明を省略する。以下では、被測定装置２が送信する電波を「指定波」ともいう。

測定装置３は、第１アレーアンテナ３１と、第２アレーアンテナ３２と、第１受信部３３と、第２受信部３４と、位置推定部３５とを備える。
第１および第２アレーアンテナ３１，３２は、いずれも水平方向に配列された複数のアンテナエレメントで構成されている。また、両アレーアンテナ３１，３２は、少なくとも水平方向に異なる位置に配置される。

第１受信部３３は、第１アレーアンテナ３１からの受信信号に従って、受信した指定波の到来方向を推定し、その推定結果である第１推定方位ＤＲ１を位置推定部３５に供給する。第２受信部３４は、第２アレーアンテナ３２からの受信信号に従って、受信した指定波の到来方向を推定し、その推定結果である第２推定方位ＤＲ２を位置推定部３５に供給する。

位置推定部３５は、第１受信部３３で推定された第１推定方位ＤＲ１、第２受信部３４で推定された第２推定方位ＤＲ２、第１アレーアンテナ３１と第２アレーアンテナ３２の設置間隔等に従い、周知の三角測量の手法を用いて指定波の送信元である被測定装置２の位置を推定する。

第１受信部３３および第２受信部３４は、同様の構成をしているため、ここでは第１受信部３３の構成についてのみ説明する。
第１受信部３３は、受信機３３１、直接波選定部３３２、周波数切替器３３３を備える。受信機３３１は、第１アレーアンテナ３１を構成する各アンテナエレメントから供給される受信信号から、周波数切替器３３３によって指定された周波数（指定周波数）の信号成分を抽出し、これをサンプリングして直接波選定部３３２に供給する。周波数切替器３３３は、直接波選定部３３２からの指示に従って指定周波数を切り替える。その切り替えは、被測定装置２の周波数切替器２４と同期して、同じタイミングで同じ周波数が指定周波数となるように行われる。直接波選定部３３２は、周波数切替器３３３の設定を切り替えながら、受信機３３１から供給されるサンプリングされた受信信号（以下、受信データという）を処理することによって、到来波の中から直接波を選定し、その直接波の到来方向を推定する直接波選定処理を実行する。この直接波選定処理によって推定された直接波の到来方向が、第１推定方位ＤＲ１として位置推定部３５に供給される。なお、直接波選定部３３２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えた周知のマイクロコンピュータが実行する処理によって実現される。

［１．２．処理］
ここで、直接波選定部３３２が実行する直接波選定処理の詳細を、図２に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、測定装置３への給電が行われている間、繰り返し起動される。

本処理が起動すると、直接波選定部３３２として機能するＣＰＵは、Ｓ１１０にて、到来波数をカウントする到来波数カウンタを０に初期化する。
続くＳ１２０では、周波数切替器３３３の指定周波数を選択し、続くＳ１３０では、選択した指定周波数の信号を受信するまで待機し、指定周波数の信号を受信するとＳ１４０に進む。

Ｓ１４０では、アレーアンテナを構成する各アンテナエレメントから得られる受信信号のサンプリグ値を用いて、ＭＵＳＩＣ等の高分解能な方位推定処理を実行する。これにより、到来波数Ｗおよび各到来波の到来方向（方位候補）θａ，θｂ，…を求める。

続くＳ１５０では、Ｓ１４０で求めた到来波数Ｗが到来波数カウンタＣの値より大きいか否かを判断し、Ｗ＞ＣであればＳ１６０に進み、Ｗ≦ＣであればＳ１８０に進む。
Ｓ１６０では、到来波数カウンタＣの値をＳ１４０で求めた到来波数Ｗで更新する。続くＳ１７０では、Ｓ１４０で求めた方位候補を、Ｓ１２０で選択した指定周波数と対応づけて記憶（既に記憶されている場合は更新）して、Ｓ１８０に進む。

Ｓ１８０では、全ての指定周波数について上述の処理を実行したか否かを判断する。未処理の指定周波数があればＳ１２０に戻り、全ての指定周波数について処理が完了していれば、Ｓ１９０に進む。

Ｓ１９０では、Ｓ１７０の処理で最終的に記憶されている指定周波数を対象周波数に選定する。
続くＳ２００では、対象周波数について記憶されている方位候補のうち、受信強度が最大となる到来波を直接波に選定し、その直接波の到来方向を推定方位ＤＲｋ（ｋ＝１又は２）として位置推定部３５に供給して、本処理を終了する。なお、直接波の選定は、受信強度に基づいて行う方法に限らず、対象周波数での受信信号を利用して直接波を選定する既知の手法を使用することができる。

［１．３．効果］
以上説明したように、本実施形態では、指定周波数毎に到来波数Ｗを求め、到来波数Ｗが最大となる指定周波数を対象周波数に選定し、この対象周波数での受信信号を用いて求めた到来方向を方位候補とし、その方位候補から直接波を選定している。即ち、直接波と反射波の干渉状態は通信環境が同じであっても指定周波数毎に変化する。干渉によって受信強度が大きく減衰する到来波が存在すると、検出される到来波数Ｗも減少する。換言すれば、到来波数Ｗが最大となる指定周波数では、干渉による打ち消しがなく、受信信号中に直接波が存在する可能性が高いと言える。

従って、本実施形態によれば、直接波の到来方向の測位結果を安定して得ることができる。しかも、本実施形態では、一つの指定周波数を対象周波数に決定し、その対象周波数での受信信号を処理した結果だけを使用して到来方向を推定する。このため、直接波が大きく減衰する指定周波数での受信信号の影響を除去することができ、直接波のＳ／Ｎを劣化させてしまうことがないため、精度の良い測位結果を得ることができる。

［２．第２実施形態］
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、指定周波数毎に抽出される到来波数Ｗによって対象周波数を決定している。これに対し、第２実施形態では、到来波の受信電力Ｐによって対象周波数を決定する点で第１実施形態とは相違する。

［２．１．処理］
以下では、直接波選定部３３２が、図２に示した処理に代えて実行する直接波選定処理を、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、図２に示した処理と比較すると、Ｓ１２０〜Ｓ１３０、Ｓ１７０〜Ｓ２００の処理は同様であり、対象周波数の選択に関わるＳ１１０，Ｓ１４０〜Ｓ１６０の処理だけが異なるため、この相違する部分を中心に説明する。

即ち、本実施形態では、図３に示すように、本処理が起動すると、Ｓ１１５にて、到来波の受信電力の最大値を記憶する受信電力レジスタＲを０に初期化して、Ｓ１２０に進む。

そして、Ｓ１２０にて選択された指定周波数の信号を受信したとＳ１３０にて判断されると、Ｓ１４５に進む。
Ｓ１４５では、アレーアンテナを構成する各アンテナエレメントから得られる受信信号のサンプリグ値を用いて、ＭＵＳＩＣ等の高分解能な方位推定処理を実行する。これにより、各到来波の到来方向（方位候補）θａ，θｂ，…求めると共に、各到来波の受信電力のうち最大のものを最大受信電力Ｐとして抽出する。

続くＳ１５５では、Ｓ１４５で求めた最大受信電力Ｐが受信電力レジスタＲの値より大きいか否かを判断し、Ｐ＞ＲであればＳ１６５に進み、Ｐ≦ＲであればＳ１８０に進む。
Ｓ１６５では、受信電力レジスタＲの値をＳ１４５で求めた最大受信電力Ｐで更新してＳ１７０に進む。以下、Ｓ１７０〜Ｓ２００の処理は、第１実施形態と同様である。

［２．２．効果］
以上説明したように、本実施形態では、指定周波数毎に到来波の最大受信電力Ｐを求め、この最大受信電力Ｐが最大となる到来波が検出された指定周波数を対象周波数に選定し、この対象周波数での受信信号を用いて求めた到来方向を方位候補とし、その方位候補から直接波を選定している。即ち、直接波は反射波よりも受信電力が大きい可能性が高く、しかも、直接波の受信電力は干渉が生じていない場合に最も大きくなる。換言すれば、最大受信電力Ｐが最も大きい指定周波数には、受信信号中に直接波が存在する可能性が高いと言える。このため、本実施形態によれば、第１実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

［３．第３実施形態］
第３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、指定周波数毎に抽出される到来波数Ｗによって対象周波数を決定している。これに対し、第３実施形態では、到来波数Ｗおよび到来波の受信電力Ｐの両方によって対象周波数を決定する点で第１実施形態とは相違する。

［３．１．処理］
以下では、直接波選定部３３２が、図２に示した処理に代えて実行する直接波選定処理を、図４のフローチャートを用いて説明する。

本処理が起動すると、直接波選定部３３２として機能するＣＰＵは、Ｓ２１０にて、到来波数をカウントする到来波数カウンタＣ、および到来波の受信電力の最大値を記憶する受信電力レジスタＲを、いずれも０に初期化する。

続くＳ２２０では、周波数切替器３３３の指定周波数を選択し、続くＳ２３０では、選択した指定周波数の信号を受信するまで待機し、指定周波数の信号を受信するとＳ２４０に進む。

Ｓ２４０では、アレーアンテナを構成する各アンテナエレメントから得られる受信信号のサンプリグ値を用いて、ＭＵＳＩＣ等の高分解能な方位推定処理を実行する。これにより、到来波数Ｗおよび各到来波の到来方向（方位候補）θａ，θｂ，…を求めると共に、各到来波の受信電力のうち最大のものを最大受信電力Ｐとして抽出する。

続くＳ２５０では、Ｓ２４０で求めた到来波数Ｗが到来波数カウンタＣの値より大きいか否かを判断し、Ｗ＞ＣであればＳ２６０に進み、Ｗ≦ＣであればＳ２８０に進む。
Ｓ２６０では、到来波数カウンタＣおよび受信電力レジスタＲの値をＳ２４０で求めた到来波数Ｗおよび最大受信電力Ｐで更新する。続くＳ２７０では、Ｓ２４０での算出結果を、Ｓ２２０で選択した指定周波数と対応づけて記憶して、Ｓ３００に進む。

Ｓ２８０では、到来波数Ｗが到来波数カウンタＣの値と等しいか否かを判断する。等しければＳ２９０に進み、等しくなければＳ３００に進む。
Ｓ２９０では、Ｓ２４０で求めた最大受信電力Ｐが受信電力レジスタＲの値より大きいか否かを判断し、Ｐ＞ＲであればＳ２６０に進み、Ｐ≦ＲであればＳ３００に進む。

Ｓ３００では、全ての指定周波数について上述の処理を実行したか否かを判断する。未処理の指定周波数があればＳ２２０に戻り、全ての指定周波数について処理が完了していれば、Ｓ３１０に進む。

以下、Ｓ３１０、Ｓ３２０の処理は、Ｓ１９０、Ｓ２００での処理と同様である。
［３．２．効果］
以上説明したように、本実施形態では、指定周波数毎に求めた到来波数Ｗが最大となる指定周波数を対象周波数に選定する。但し、到来波数Ｗが最大となる指定周波数が複数存在する場合には、その中で最大受信電力Ｐが最大となる到来波が検出された指定周波数を対象周波数に選定する。そして、選定された対象周波数での受信信号を用いて求めた到来方向を方位候補とし、その方位候補から直接波を選定している。

このため本実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態の場合より、より直接波の選定や直接波の到来方向の推定に適した対象周波数を選定することができ、測位結果の精度や信頼性を更に向上させることができる。

［４．第４実施形態］
第４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同じ符号を付して説明を省略し、相違点を中心に説明する。

［４．１．構成］
位置推定システム１ａは、図５に示すように、被測定装置（送信側装置）２と、測定装置（受信側装置）３ａとを備える。被測定装置２は、第１実施形態のものと同様である。

測定装置３ａは、第１アレーアンテナ３１と、第２アレーアンテナ３２と、第１受信部３３ａと、第２受信部３４ａと、位置推定部３５とを備える。第１アレーアンテナ３１、第２アレーアンテナ３２、位置推定部３５は第１実施形態のものと同様である。

但し、第１および第２アレーアンテナ３１，３２は、図６に示すように、いずれも水平方向に配列されたｍ（ｍは３以上の正数、図ではｍ＝８）個のアンテナエレメントＥ１〜Ｅｍで構成されているものとする。

第１受信部３３ａおよび第２受信部３４ａは、同様の構成をしているため、ここでは第１受信部３３ａの構成についてのみ説明する。第１受信部３３ａは、エレメント切替器３３４と、受信機３３１ａと、直接波選定部３３２ａと、周波数切替器３３３とを備える。

エレメント切替器３３４は、第１アレーアンテナ３１を構成する各アンテナエレメントＥ１〜Ｅｍからの受信信号を入力し、直接波選定部３３２ａからの指示に従って選択されたアンテナエレメントからの受信信号を受信機３３１ａに供給する。なお、図６に示すように、全てのアンテナエレメントを選択する設定をＹ０、アレーアンテナの一端（図では左端）からｎ（図ではｎ＝４）個のアンテナエレメントを選択する設定をＹ１、アレーアンテナの他端（図では右端）からｎ個のアンテナエレメントを選択する設定をＹ２と表記する。設定Ｙ１またはＹ２によって選択されるアンテナエレメントによって構成されるアレーアンテナを、以下では、部分アレーアンテナと呼ぶ。部分アレーアンテナを構成するアンテナエレメントの数（以下「エレメント数」という）ｎは、同時に受信する可能性のある到来波（直接波と反射波の合計数）の最大数をｐとして、ｎ＝ｐ＋１に設定される。

図５に戻り、受信機３３１ａは、エレメント切替器３３４を介して供給される受信信号をサンプリングして直接波選定部３３２ａに供給する。直接波選定部３３２ａは、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えた周知のマイクロコンピュータからなり、受信機３３１ａから供給されるサンプリングされた受信信号（以下、受信データという）を処理することによって直接波の選定および選定された直接波の到来方向の推定を行う直接選定処理を実行する。

［４．２．処理］
ここで、直接波選定部３３２ａが実行する直接波選定処理の詳細を、図７に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、測定装置３を搭載する車両のバッテリからの給電がある限り繰り返し起動される。

本処理が起動すると、直接波選定部３３２ａとして機能するＣＰＵは、Ｓ４１０にて、周波数切替器３３３の指定周波数を選択し、続くＳ４２０では、エレメント切替器３３４の設定をＹ０に初期化する。

続くＳ４３０では、選択した指定周波数の信号を受信するまで待機し、指定周波数の信号を受信するとＳ４４０に進む。
Ｓ４４０では、アレーアンテナを構成する各アンテナエレメントから供給される受信信号のサンプリグ値（受信データ）を用いて、ＭＵＳＩＣ等の高分解能な方位推定処理を実行する。これにより、全ての到来波の到来方向（方位候補）を求める。

続くＳ４５０では、Ｓ４４０での処理によって求められた方位候補をメモリに保存する。
続くＳ４６０では、同一到来波について、各部分アレーアンテナで検出される到来方向の角度差を求める角度差算出処理（後述する）を実行する。

続くＳ４７０では、周波数切替器３３３にて切替可能な全ての周波数について、Ｓ４１０〜Ｓ４６０の処理を実行済であるか否かを判断する。未処理の周波数があればＳ４１０に戻り、全周波数について処理済みであればＳ４８０に進む。

Ｓ４８０では、先のＳ４８０により各周波数かつ各到来波について算出された角度差のうち、最大となるものを抽出する。その最大角度差に対応する到来波を選定到来波、最大角度差が検出された周波数を対象周波数という。

続くＳ４９０では、対象周波数についてＳ４５０で保存された方位候補のうち、選定到来波の到来方向に最も近いものを直接波の到来方向に決定し、これを推定方位ＤＲｋ（ｋ＝１又は２）として位置推定部３５に供給して、本処理を終了する。

ここで、先のＳ４６０で実行する角度差算出処理の詳細を、図８，図９を参照して説明する。
本処理では、図８に示すように、まずＳ５１０にて、エレメント切替器３３４の切替設定に使用するパラメータｉを１に初期化する。

続くＳ５２０では、エレメント切替器３３４の設定をＹｉにする。
続くＳ５３０では、指定波を受信するまで待機する。指定波を受信すると、Ｓ５４０にて、設定Ｙｉに対応する部分アレーアンテナを構成する各アンテナエレメントからの受信信号を用いて、指定波の到来方向θｉａ，θｉｂ，…を推定する。なお、到来波の違いをａ，ｂ，ｃ，…で表すものとする（図９参照）。

続くＳ５５０では、パラメータｉをインクリメントする。
続くＳ５６０では、パラメータｉがエレメント切替器３３４の切替設定の数、即ち、部分アレーアンテナの種類の数であるＩｍａｘ（ここではＩｍａｘ＝２）以上であるか否かを判断する。

ｉ＜Ｉｍａｘであれば、未処理の切替設定があるものとしてＳ５２０に戻り、ｉ≧Ｉｍａｘであれば、全ての切替設定について処理が終了しているものとして、Ｓ５７０に進む。

Ｓ５７０は、検出された到来波ａ，ｂ，…毎に、各部分アレーアンテナで検出された到来方向の角度差Δθａ，Δθｂ，…を算出する（図９参照）。なお、異なる切替設定で検出された二つの到来方向が、同一到来波によるものであるか否かは、両到来方向の角度差が所定範囲内にあるか否かによって判断する。

なお、Ｉｍａｘ≧３の場合は、ｉ，ｊ＝１〜Ｉｍａｘ、ｉ≠ｊ、ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，…として、切替設定の全ての組み合わせ（ｉ，ｊ）について、角度差Δθｉｊｘ＝｜θｉｘ−θｊｘ｜を算出し、到来波ｘ毎に得られた複数の角度差Δθｉｊｘの平均値または多数決によって決めた値を、その到来波ｘの角度差Δθｘとする。

なお、角度差の比較によって直接波と反射波を選別できることは、例えば、特開２００６−１２５９９３号公報に詳述されているため、ここでは説明を省略する。
［４．３．効果］
以上説明したように、本実施形態では、指定周波数毎に同一到来波について各部分アレーアンテナで検出される到来方向の角度差Δθｘを求め、その角度差Δθｘが最大となる到来波を直接波、その到来波が検出された指定周波数を対象周波数に選定する。更に、この対象周波数での受信信号を用いて求めた到来方向を方位候補とし、その方位候補から直接波を選定している。即ち、角度差Δθｘは、直接波の方が反射波より大きくなるため、角度差Δθｘが最大となる到来波は、直接波であり、また、その到来波が検出される指定周波数は、直接波を良好に受信できている可能性が高いと言える。このため、本実施形態によれば、第１実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、単一のアレーアンテナ３１を、中心位置が互いに異なるように設定された複数の部分アンテナとして使用することにより、位置の異なる複数地点での受信信号を得るようにされているため、測定装置３を移動させることなく、直接波と反射波の選別を実現することができる。

更に、本実施形態では、部分アレーアンテナからの受信信号を用いて推定した低解像度の到来方向によって直接波を選定し、その直接波の到来方向としては、全てのアレーアンテナからの受信信号を用いて推定した高解像度の到来方向を用いている。これにより、精度の高い到来方向の推定結果を得ることができる。

［５．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。

（１）上記実施形態では、直接波選定部３３２，３３２ａの機能を、マイクロコンピュータが実行する処理によって実現している。ただし、この機能をソフトウェアによって実現することはあくまでも一例であり、その全体または一部を例えばロジック回路等のハードウェアにて実現してもよい。

（２）上記第４実施形態では、部分アレーアンテナとして、ｍ個のアレーアンテナの一端からｎ個のアンテナエレメントを選択するもの、および他端からｎ個のアンテナエレメントを選択するものを使用している。図６では、ｎ＝ｍ／２の関係を有するように設定されているが、これに限定されるものではなく、図１０（ａ）や（ｂ）に示すように、２≦ｎ≦ｍ−１の範囲で任意に設定することができる。但し、ｎを大きくするほど、両部分アレーアンテナの位置差が小さくなるため、角度差の分解能が劣化するが、エレメント数が増えるため検出可能な到来波の数が増大し、逆に、ｎを小さくするほど、角度差の分解能が劣化するが、検出可能な到来波数が減少する。

また、部分アレーアンテナは、必ずしも両端に設定する必要はなく、アンテナエレメントの配列方向に沿った中心位置が互いに異なっていればよい。図１０（ｃ）に示すように、アレーアンテナの全エレメント数がｍ、部分アレーアンテナのエレメント数がｎであれば、（ｍ−ｎ＋１）種類の部分アレーアンテナを設定することができ、そのうちの任意の二つ以上を使用することができる。

（３）上記第４実施形態では、アレーアンテナ全体を使用して求めた到来方向を直接波の到来方向としているが、部分アレーアンテナを使用して求めた到来方向を、そのまま直接波の到来方向としてもよい。

（４）上記第４実施形態では、使用する部分アレーアンテナの設定に応じてエレメント切替器３３４を切り替えて、設定毎に受信信号を取得し直しているが、アレーアンテナを構成する全てのアンテナエレメントの受信信号を一括して取得してメモリに記憶し、部分アレーアンテナに関する処理を実行する際には、対応するアンテナエレメントからの受信信号の記憶値を読み出して処理するようにしてもよい。この場合、エレメント切替器３３４を省略できるため装置構成を簡略化することができる。

（５）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。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または置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって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。

１，１ａ…位置推定システム ２…被測定装置 ３，３ａ…測定装置 ２１…アンテナ２２…送信機 ２３…通信制御器 ２４…周波数切替器 ３１…第１アレーアンテナ ３２…第２アレーアンテナ ３３，３３ａ…第１受信部 ３４，３４ａ…第２受信部 ３５…位置推定部 ３３１，３３１ａ…受信機 ３３２，３３２ａ…直接波選定部 ３３３…周波数切替器 ３３４…エレメント切替器 Ｅ１〜Ｅｍ…アンテナエレメント

Claims (8)

1. 予め設定された指定波を送信する被測定装置（２）と前記指定波の到来方向を推定する測定装置（３，３ａ）とを備えた到来方向推定システム（１，１ａ）であって、
   前記被測定装置は、複数の周波数を順次切り替えて前記指定波を繰り返し送信し、
   前記測定装置は、前記指定波の送信に使用される周波数毎に、該周波数での受信信号から得られる各到来波に関する情報である到来波情報を抽出し、前記到来波情報に従って、前記被測定装置から直接到来する前記指定波である直接波の選定、および該直接波の到来方向の推定に適した周波数である対象周波数の選定、並びに前記対象周波数での受信信号を用いた前記直接波の到来方向の推定を行うことを特徴とする到来方向推定システム。
2. 複数の周波数を順次切り替えて予め設定された指定波を繰り返し送信する被測定装置から、前記指定波を受信して該指定波の到来方向を推定する測定装置（３）であって、
   複数のアンテナエレメントで構成されたアレーアンテナ（３１，３２）と、
   前記アレーアンテナを構成する各アンテナエレメントが出力する受信信号から、指定された指定周波数の信号を抽出する信号抽出部（３３１）と、
   前記被測定装置での周波数の切り替えに同期して前記指定周波数を切り替える周波数切替部（３３３）と、
   前記信号抽出部が抽出した信号から、前記指定周波数毎に、該指定周波数で検出される各到来波に関する情報である到来波情報を抽出する到来波情報抽出部（３３２：Ｓ１１０〜Ｓ１８０，Ｓ２１０〜Ｓ３００，３３２ａ：Ｓ４１０〜Ｓ４７０）と、
   前記到来波情報抽出部にて抽出された到来波情報に従って、前記被測定装置から直接到来する前記指定波である直接波の選定、および該直接波の到来方向の推定に適した周波数である対象周波数の選定、並びに前記対象周波数での受信信号を用いた前記直接波の到来方向の推定を行う推定部（３３２：Ｓ１９０〜Ｓ２００，Ｓ３１０〜Ｓ３２０、３３２ａ：Ｓ４８０〜Ｓ４９０）と、
   を備えることを特徴とする測定装置。
3. 前記推定部（３３２：Ｓ１９０〜Ｓ２００，Ｓ３１０〜Ｓ３２０）は、前記到来波情報に従って前記対象周波数を選択し、該対象周波数の受信信号から前記直接波の選定および該直接波の到来方向の推定を行うことを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
4. 前記到来波情報抽出部（３３２：Ｓ１１０〜Ｓ１８０）は、前記到来波情報として到来波数を使用し、
   前記推定部は、前記到来波数が最大となる指定周波数を前記対象周波数に選定することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 前記到来波情報抽出部（３３２：Ｓ１１５〜Ｓ１８０）は、前記到来波情報として各到来波の受信強度を使用し、
   前記推定部は、前記受信強度が最大となる到来波が検出された指定周波数を前記対象周波数に選定することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
6. 前記到来波情報抽出部（３３２：Ｓ２１０〜Ｓ３００）は、前記到来波情報として到来波数および各到来波の受信強度を使用し、
   前記推定部（３３２：Ｓ３１０〜Ｓ３２０）は、前記到来波数が最大となる指定周波数のうち、前記受信強度が最大となる到来波が検出された指定周波数を前記対象周波数に選定することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
7. 前記到来波情報抽出部（３３２ａ：Ｓ４１０〜Ｓ４７０）は、前記アレーアンテナを、それぞれがｎ（１＜ｎ＜ｍ）個の前記アンテナエレメントからなり、かつ該アンテナエレメントの配列方向の中心位置が互いに異なるように選択した複数の部分アレーアンテナのそれぞれについて到来波の到来方向を求め、同じ到来波に基づく任意の二つの部分アレーアンテナ間での到来方向の角度差を、前記到来波情報として抽出し、
   前記推定部（３３２ａ：Ｓ４８０〜Ｓ４９０）は、前記角度差が最大となる到来波を直接波に選定し、該到来波が検出された指定周波数を前記対象周波数に選定することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
8. 前記推定部は、前記部分アレーアンテナを構成するアンテナエレメントより多くのアンテナエレメントによる前記対象周波数での受信信号から推定された前記到来波の到来方向を方位候補とし、該方位候補のうち、前記部分アレーアンテナからの受信信号から求められた前記直接波の到来方向に最も近いものを、前記直接波の到来方向の推定結果とすることを特徴とする請求項７に記載の測定装置。

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