JP2017053647A - 電波到来方向推定装置、電波到来方向推定システム - Google Patents
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往復直線運動する往復直線運動体(111、131、151)と、往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる駆動部(113、133、153)と、往復直線運動体に固定されて無線タグが送信する電波を受信するアンテナ(112、132、152)とを備え、アンテナが受信した電波に基づいて定まる信号である測定信号を出力する受信部(100、100A)と、
無線タグが送信する電波を平面波とする近似を用いて測定信号を表すモデルであって、未知パラメータとして、基準方位と電波が到来する方位との間の角度である方位角および位相を含む近似測定信号モデルと、受信部が出力する測定信号との一致度を、近似測定信号モデルの未知パラメータを変化させつつ算出することで、測定信号と最も一致する近似測定信号モデルにおける方位角を決定する方向決定部(230、230A)と、を備えることを特徴とする。
往復直線運動体として、往復直線運動の方向が互いに交差する第1往復直線運動体(111)と第2往復直線運動体(131)を備え、
駆動部として、第1往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる第1駆動部(113)と、第2往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる第2駆動部(133)を備え、
アンテナとして、第1往復直線運動体に固定されている第1アンテナ(112)と、第2往復直線運動体に固定されている第2アンテナ(132)を備え、
方向決定部は、
第1アンテナが受信した電波に基づいて定まる測定信号である第1測定信号と、近似測定信号モデルとの一致度を、近似測定信号モデルの未知パラメータを変化させつつ算出し、第1測定信号と最も一致する近似測定信号モデルにおける方位角であって、互いに絶対値が同じで符号が異なる少なくとも一組の方位角を決定するとともに、
第2アンテナが受信した電波に基づいて定まる測定信号である第2測定信号と、近似測定信号モデルとの一致度を、近似測定信号モデルの未知パラメータを変化させつつ算出し、第2測定信号と最も一致する近似測定信号モデルにおける方位角であって、互いに絶対値が同じで符号が異なる少なくとも一組の方位角を決定し、
第1測定信号を用いて決定した各組の方位角のうち、第2測定信号を用いて決定した方位角と同じ方向を表している方位角を、実際に電波が到来している方位角として推定する。
近似測定信号モデルは、複数の到来波の合成波を中間周波数の信号に変換したモデルであって、無線タグが送信する電波の周波数をfRF、中間周波数をfIF、時刻をt、光速をvc、アンテナの移動中心からのアンテナまでの距離をxv、各到来波の方位角をφm、各到来波の振幅をAm、各到来波の位相をΨm、到来波の数をN、近似測定信号モデルをVrefとしたとき、式1または式2と、式3、式4、式5で表されるモデルであり、
往復直線運動体として、往復直線運動の方向が同一平面上において互いに交差する第1往復直線運動体(111)と第2往復直線運動体(131)を備え、
駆動部として、第1往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる第1駆動部(113)と、第2往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる第2駆動部(133)を備え、
アンテナとして、第1往復直線運動体に固定されている第1アンテナ(112)と、第2往復直線運動体に固定されている第2アンテナ(132)を備え、
近似測定信号モデルは、未知パラメータとして、方位角、位相に加えて、往復直線運動体の移動方向を含んでいる平面に対する電波の進行方向の仰角を含んでおり、
方向決定部は、
近似測定信号モデルにおける方位角と仰角を、方位角と仰角を合成した角度である合成角に変更したモデルである合成角近似モデルと、第1アンテナが受信した電波に基づいて定まる測定信号である第1測定信号との一致度を、合成角近似モデルの未知パラメータを変化させつつ算出し、第1測定信号と最も一致する合成角近似モデルにおける合成角を決定するとともに、
合成角近似モデルと第2アンテナが受信した電波に基づいて定まる測定信号である第2測定信号との一致度を、合成角近似モデルの未知パラメータを変化させつつ算出し、第2測定信号と最も一致する合成角近似モデルにおける合成角を決定し、
第1測定信号を用いて決定した合成角と、第2測定信号を用いて決定した合成角とに基づいて、方位角および仰角を決定する。
第1往復直線運動体および第2往復直線運動体が運動する平面に対して直交する方向に往復直線運動する第3往復直線運動体(151)と、
第3往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる第3駆動部(153)と、
第3往復直線運動体に固定されている第3アンテナ(152)を備え、
方向決定部(230A)は、
第1測定信号と合成角近似モデルの一致度、および、第2測定信号と合成角近似モデルの一致度を算出することに加えて、合成角近似モデルと第3アンテナが受信した電波に基づいて定まる測定信号である第3測定信号との一致度を、合成角近似モデルの未知パラメータを変化させつつ算出し、第3測定信号と最も一致する合成角近似モデルにおける合成角を決定し、
第1測定信号を用いて決定した合成角と第2測定信号を用いて決定した合成角とに基づいて、互いに絶対値が同じで符号が異なる2つの仰角を決定するとともに、
第1測定信号および第2測定信号のいずれか一方を用いて決定した合成角と第3測定信号を用いて決定した合成角とに基づいて、互いに絶対値が同じで符号が異なる2つの仰角を決定し、
第1測定信号を用いて決定した合成角と第2測定信号を用いて決定した合成角とから決定した2つの仰角のうち、第1測定信号および第2測定信号のいずれか一方を用いて決定した合成角と第3測定信号を用いて決定した合成角とから決定した仰角を、実際に電波が到来している仰角として推定する。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の電波到来方向推定システムは、図1に示す無線タグリーダ1と無線タグ300とを含んで構成される。無線タグリーダ1は、請求項の電波到来方向推定装置の一例である。
第1アンテナ部110は、第1往復直線運動体111、第1アンテナ112、第1駆動部113を備える。第1往復直線運動体111は、直線の両方向に所定の範囲で往復直線運動する移動体である。この第1往復直線運動体111には、往復スライダ機構など、往復直線運動をする種々の周知の機構を用いることができる。第1往復直線運動体111は、地面など、所定の設置面に設置され、その設置面に対して平行に移動する。第1往復直線運動体111の大きさは、長さが十センチから数十センチの範囲である。
第1周波数変換部120は、ローノイズアンプ121、RF/IF部122、AD変換器(以下、ADC)123を備える。ローノイズアンプ121は、公知のローノイズアンプであり、第1アンテナ112で受けた微弱な電波をノイズの付加を少なくしつつ増幅しRF/IF部122へ送る。
第2アンテナ部130は、第1アンテナ部110に近接して配置されており、第2往復直線運動体131、第2アンテナ132、第2駆動部133を備える。これら、第2往復直線運動体131、第2アンテナ132、第2駆動部133は、それぞれ、第1アンテナ部110が備える第1往復直線運動体111、第1アンテナ112、第1駆動部113と同じ構成である。
周波数変換部140は、第1周波数変換部120が備えるローノイズアンプ121、RF/IF部122、ADC123と同じ構成であるローノイズアンプ141、RF/IF部142、ADC143を備える。
信号処理部200は、信号取得部210、記憶部220、方向決定部230を備える。信号取得部210は、ADC123、143から信号を取得して、取得した信号を記憶部220あるいは図示しないRAMなどの所定の記憶部に格納する。信号取得部210がADC123から取得した信号を、以下、第1測定信号Vget1とし、信号取得部210がADC143から取得した信号を、第2測定信号Vget2とする。また、第1測定信号Vget1、第2測定信号Vget2を区別しないときは、単に測定信号Vgetとする。
この近似測定信号モデルを、無線タグ300からの電波を受信するアンテナが第1アンテナ112である例で説明する。無線タグ300からの電波を受信するアンテナが第2アンテナ132であっても、近似測定信号モデルは同じである。
以上、説明した本実施形態では、無線タグリーダ1の小型化が可能である。その理由は次の通りである。すでに説明したように、Pseudo-doppler法では、ある程度の大きさのドップラーシフトが生じる速度でアンテナ112、132を運動させる必要がある。
次に、第2実施形態を説明する。この第2実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
図11に、第3実施形態の電波到来方向推定システムが備える無線タグリーダ2の構成を示している。第2実施形態の電波到来方向推定システムは、この無線タグリーダ2と、第1実施形態と同じ無線タグ300とを備える。無線タグリーダ2は、第2実施形態と異なり、仰角δがxy平面に対していずれか一方に限定できる位置に配置されている必要はない。
前述の実施形態では、1つの到来波を示すモデルを式18としていたが、式18におけるcosをsinとしてもよい。周知のように、sinとcosは、互いに90度位相が異なっているのみで、形状は互いに同じだからである。
第1実施形態において、第2アンテナ部130、第2周波数変換部140を備えず、第1アンテナ部110と第1周波数変換部120のみを受信部100が備える構成としてもよい。
Claims (8)
- 無線タグ(300)が送信する予め設定された一定周波数の電波の到来方向を推定する電波到来方向推定装置であって、
往復直線運動する往復直線運動体(111、131、151)と、前記往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる駆動部(113、133、153)と、前記往復直線運動体に固定されて前記無線タグが送信する電波を受信するアンテナ(112、132、152)とを備え、前記アンテナが受信した電波に基づいて定まる信号である測定信号を出力する受信部(100、100A)と、
前記無線タグが送信する電波を平面波とする近似を用いて前記測定信号を表すモデルであって、未知パラメータとして、基準方位と前記電波が到来する方位との間の角度である方位角および位相を含む近似測定信号モデルと、前記受信部が出力する前記測定信号との一致度を、前記近似測定信号モデルの前記未知パラメータを変化させつつ算出することで、前記測定信号と最も一致する前記近似測定信号モデルにおける前記方位角を決定する方向決定部(230、230A)と、を備えることを特徴とする電波到来方向推定装置。 - 請求項1において、
前記受信部は、
前記往復直線運動体として、往復直線運動の方向が互いに交差する第1往復直線運動体(111)と第2往復直線運動体(131)を備え、
前記駆動部として、前記第1往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる第1駆動部(113)と、前記第2往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる第2駆動部(133)を備え、
前記アンテナとして、前記第1往復直線運動体に固定されている第1アンテナ(112)と、前記第2往復直線運動体に固定されている第2アンテナ(132)を備え、
前記方向決定部は、
前記第1アンテナが受信した電波に基づいて定まる前記測定信号である第1測定信号と、前記近似測定信号モデルとの一致度を、前記近似測定信号モデルの未知パラメータを変化させつつ算出し、前記第1測定信号と最も一致する前記近似測定信号モデルにおける前記方位角であって、互いに絶対値が同じで符号が異なる少なくとも一組の前記方位角を決定するとともに、
前記第2アンテナが受信した電波に基づいて定まる前記測定信号である第2測定信号と、前記近似測定信号モデルとの一致度を、前記近似測定信号モデルの未知パラメータを変化させつつ算出し、前記第2測定信号と最も一致する前記近似測定信号モデルにおける前記方位角であって、互いに絶対値が同じで符号が異なる少なくとも一組の方位角を決定し、
前記第1測定信号を用いて決定した各組の前記方位角のうち、前記第2測定信号を用いて決定した前記方位角と同じ方向を表している前記方位角を、実際に電波が到来している方位角として推定することを特徴とする電波到来方向推定装置。 - 請求項1において、
前記受信部は、前記アンテナが受信した電波を、前記電波の周波数よりも低い中間周波数の信号に変換する周波数変換部(120、140、160)を備え、前記測定信号として、前記周波数変換部が周波数を変換した信号を出力し、
前記近似測定信号モデルは、複数の到来波の合成波を前記中間周波数の信号に変換したモデルであって、前記無線タグが送信する電波の周波数をfRF、前記中間周波数をfIF、時刻をt、光速をvc、前記アンテナの移動中心からの前記アンテナまでの距離をxv、各到来波の方位角をφm、各到来波の振幅をAm、各到来波の位相をΨm、到来波の数をN、前記近似測定信号モデルをVrefとしたとき、式1または式2と、式3、4、5で表されるモデルであり、
- 請求項1において、
前記受信部は、
前記往復直線運動体として、往復直線運動の方向が同一平面上において互いに交差する第1往復直線運動体(111)と第2往復直線運動体(131)を備え、
前記駆動部として、前記第1往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる第1駆動部(113)と、前記第2往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる第2駆動部(133)を備え、
前記アンテナとして、前記第1往復直線運動体に固定されている第1アンテナ(112)と、前記第2往復直線運動体に固定されている第2アンテナ(132)を備え、
前記近似測定信号モデルは、前記未知パラメータとして、前記方位角、前記位相に加えて、前記往復直線運動体の移動方向を含んでいる平面に対する前記電波の進行方向の仰角を含んでおり、
前記方向決定部は、
前記近似測定信号モデルにおける前記方位角と前記仰角を、前記方位角と前記仰角を合成した角度である合成角に変更したモデルである合成角近似モデルと、前記第1アンテナが受信した電波に基づいて定まる前記測定信号である第1測定信号との一致度を、前記合成角近似モデルの未知パラメータを変化させつつ算出し、前記第1測定信号と最も一致する前記合成角近似モデルにおける前記合成角を決定するとともに、
前記合成角近似モデルと前記第2アンテナが受信した電波に基づいて定まる前記測定信号である第2測定信号との一致度を、前記合成角近似モデルの未知パラメータを変化させつつ算出し、前記第2測定信号と最も一致する前記合成角近似モデルにおける前記合成角を決定し、
前記第1測定信号を用いて決定した前記合成角と、前記第2測定信号を用いて決定した前記合成角とに基づいて、前記方位角および前記仰角を決定することを特徴とする電波到来方向推定装置。 - 請求項6において、
前記受信部は、さらに、
前記第1往復直線運動体および前記第2往復直線運動体が運動する平面に対して直交する方向に往復直線運動する第3往復直線運動体(151)と、
前記第3往復直線運動体を予め設定した速度で運動させる第3駆動部(153)と、
前記第3往復直線運動体に固定されている第3アンテナ(152)を備え、
前記方向決定部(230A)は、
前記第1測定信号と前記合成角近似モデルの一致度、および、前記第2測定信号と前記合成角近似モデルの一致度を算出することに加えて、前記合成角近似モデルと前記第3アンテナが受信した電波に基づいて定まる前記測定信号である第3測定信号との一致度を、前記合成角近似モデルの未知パラメータを変化させつつ算出し、前記第3測定信号と最も一致する前記合成角近似モデルにおける前記合成角を決定し、
前記第1測定信号を用いて決定した前記合成角と前記第2測定信号を用いて決定した前記合成角とに基づいて、互いに絶対値が同じで符号が異なる2つの前記仰角を決定するとともに、
前記第1測定信号および前記第2測定信号のいずれか一方を用いて決定した前記合成角と前記第3測定信号を用いて決定した前記合成角とに基づいて、互いに絶対値が同じで符号が異なる2つの前記仰角を決定し、
前記第1測定信号を用いて決定した前記合成角と前記第2測定信号を用いて決定した前記合成角とから決定した2つの前記仰角のうち、前記第1測定信号および前記第2測定信号のいずれか一方を用いて決定した前記合成角と前記第3測定信号を用いて決定した前記合成角とから決定した前記仰角を、実際に電波が到来している仰角として推定することを特徴とする電波到来方向推定装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の電波到来方向推定装置と、前記無線タグとを備えた電波到来方向推定システム。
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