JP2018048852A - 方向推定装置、方向推定方法、飛行装置、飛行方法及びプログラム - Google Patents

方向推定装置、方向推定方法、飛行装置、飛行方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】同一平面上の方向だけでなくその平面に垂直な方向も含めて、電波の到来方向を推定する。【解決手段】方向推定装置１００は、基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナ１２１と、基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナ１２１と、基板の表面に配置された複数のアンテナと、基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部１１１と、電波強度取得部が取得した電波の信号強度に基づき、電波の到来方向を推定する推定部１１３と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、方向推定装置、方向推定方法、飛行装置、飛行方法及びプログラムに関する。
複数のアンテナ素子を規則的に配置し、指向性を制御可能なアレイアンテナが知られている。また、指向性を制御可能なアンテナを用いて電波の到来方向を推定する技術も知られている。例えば、特許文献１には、同一平面上に配置した複数のチップアンテナからなるアレイアンテナにより受信された電波に基づき、電波の到来方向を推定する携帯無線端末が開示されている。
特開２００５−１０９５３０号公報
特許文献１に開示されている携帯無線端末は、複数のアンテナを同一平面上に配置しており、各アンテナの指向性のメインローブの方向に伸びる直線も同一の平面上にある。このため、この携帯無線端末は、この平面と平行な方向についてのみ電波の到来方向の推定ができ、この平面と垂直な方向については到来方向の推定はできない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、同一平面上の方向だけでなくその平面に垂直な方向も含めて、電波の到来方向を推定することができる方向推定装置、方向推定方法、飛行装置、飛行方法及びプログラムを提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明に係る方向推定装置の一様態は、
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、
前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、
前記基板の前記表面に配置された前記複数のアンテナと、前記基板の前記裏面に配置された前記少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部と、
前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づき、前記電波の到来方向を推定する推定部と、
を備える、
ことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明に係る方向推定方法の一様態は、
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得ステップと、
前記電波強度取得ステップで取得した前記電波の前記信号強度に基づき、前記電波の到来方向を推定する推定ステップと、
を含む、
ことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明に係るプログラムの一様態は、
方向推定装置のコンピュータを、
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部、
前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づき、前記電波の到来方向を推定する推定部、
として機能させる、
ことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明に係る飛行装置の一様態は、
空中を飛行するための駆動部と、
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、
前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、
前記基板の前記表面に配置された前記複数のアンテナと、前記基板の前記裏面に配置された前記少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部と、
前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づいて、自装置が前記電波の到来方向を向くように前記駆動部を制御する駆動制御部と、
を備える、
ことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明に係る飛行方法の一様態は、
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得ステップと、
前記電波強度取得ステップで取得した前記電波の前記信号強度に基づいて、飛行装置が前記電波の到来方向を向くように駆動部を制御する駆動制御ステップと、
を含む、
ことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明に係るプログラムの一様態は、
飛行装置のコンピュータを、
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部、
前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づいて、前記飛行装置が前記電波の到来方向を向くように飛行を制御する駆動制御部、
として機能させる、
ことを特徴とする。
本発明によれば、同一平面上の方向だけでなくその平面に垂直な方向も含めて、電波の到来方向を推定することができる。
本発明の実施形態１に係る方向推定システムの構成例を示す図である。 実施形態１に係る飛行装置の構造例を示す底面図である。 実施形態１に係る飛行装置、ロボットの機能構成を示すブロック図である。 実施形態１に係る方向推定装置の機能構成を示すブロック図である。 （ａ）実施形態１に係る方向推定装置の基板の底面図である。（ｂ）実施形態１に係る方向推定装置の基板の平面図である。 実施形態１に係る方向推定装置の基板の内部構造を示す断面図である。 実施形態１に係る方向推定装置が備えるアンテナの指向性を示す図である。 実施形態１に係る方向推定処理のフローチャートである。 実施形態１に係る左右方向推定処理のフローチャートである。 実施形態１に係る左右比較処理のフローチャートである。 実施形態１に係る上下方向推定処理のフローチャートである。 実施形態１に係る上下比較処理のフローチャートである。 （ａ）本発明の実施形態２に係るロボットの正面図である。（ｂ）実施形態２に係るロボットの右側面図である。 実施形態２に係る上下方向推定処理のフローチャートである。 実施形態２に係る上下比較処理のフローチャートである。 （ａ）本発明の実施形態３に係る方向推定装置の基板の底面図である。（ｂ）実施形態３に係る方向推定装置の基板の平面図である。 実施形態３に係る方向推定処理のフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。
（実施形態１）
図１に示すように、本発明の実施形態１に係る方向推定システム１０００は、飛行装置１０と、電波を送信可能な端末装置２００と、を備える。飛行装置１０は、方向推定装置１００を備える。端末装置２００は、ユーザによって携帯され、方向推定装置１００が受信可能な電波を送信する。そして、方向推定装置１００は、電波の送信元である端末装置２００の存在する方向を推定する。飛行装置１０は、方向推定装置１００の推定した方向に向かって飛行することにより、端末装置２００に向かって飛行することが可能なので、端末装置２００を携帯したユーザが所在地を移動し続けていても、飛行装置１０は、ユーザに向かって飛行し続けることができる。したがって、ユーザが飛行装置１０を遠くに投げ上げた後に、どこか別の場所に移動し続けても、飛行装置１０は、端末装置２００から送信される電波に基づいて、ユーザのところに帰還することができる。このような飛行装置１０及び方向推定装置１００の詳細について、以下、図面を用いて説明する。
図２は、飛行装置１０の構造例を底面方向から示す図である。飛行装置１０は、メインフレーム１１と、その周りの４つのモーターフレーム１２を備える。各モーターフレーム１２は、それぞれ１つのモーター１３を支持できるようになっており、モーター１３のモーター軸にはローターブレード１４が固定されている。飛行装置１０は、ローターブレード１４を回転させることによって揚力を発生させることができ、空中で留まるホバリングが可能である。また、飛行装置１０は、４つのモーター１３の回転速度を調整することにより、ホバリング中の回転及び機体の傾かせ、並びに、前後左右上下に移動することが可能である。また、飛行装置１０は、メインフレーム１１の下部に、方向推定装置１００を備える。
次に、飛行装置１０の機能構成について説明する。図３に示すように、飛行装置１０は、駆動部１５と、駆動制御部１６と、センサ部１７と、信号入出力部１８と、方向推定装置１００と、を備える。
駆動部１５は、モーター１３を備え、飛行装置１０を空中に飛行させる。駆動制御部１６は、駆動部１５を制御して、飛行装置１０に、ホバリング、ホバリング中の回転及び機体の傾かせ、並びに、前後左右上下への移動等の飛行を行わせる。
センサ部１７は、ジャイロセンサ、撮像部及び録音部を含む。ジャイロセンサは、飛行装置１０の回転時の角度や角速度を取得する。撮像部はカメラを備え、飛行装置１０の正面方向の画像を撮像する。録音部は、指向性のメインローブが飛行装置１０の正面方向を向いているマイクを備え、飛行装置１０の正面方向の音を録音する。センサ部１７は、ジャイロセンサ、撮像部及び録音部以外に、加速度センサ、地磁気センサ、気圧センサ等を含んでも良い。センサの種類を増やすことにより、飛行装置１０及び方向推定装置１００は、飛行方向を決定する際に用いる情報を増やすことができる。
信号入出力部１８は、方向推定装置１００と信号の入出力を行うインタフェースである。例えば、信号入出力部１８は、方向推定装置１００から飛行装置１０の飛行を制御する信号を受け取ると、それを駆動制御部１６に伝える。これにより、飛行装置１０は、方向推定装置１００からの指示に基づいた飛行を行うことができる。また、信号入出力部１８は、センサ部１７が取得した情報を方向推定装置１００に出力する。したがって、方向推定装置１００は、例えば飛行装置１０の備えるジャイロセンサにより、飛行装置１０の回転時の角度や角速度を取得することができる。
以上、飛行装置１０の機能構成について説明した。次に、方向推定装置１００の機能構成について説明する。図４に示すように、方向推定装置１００は、制御部１１０と、複数のアンテナ１２１と、受信部１２２と、信号入出力部１２３と、を備える。
制御部１１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備え、方向推定装置１００の全体の動作を制御する。ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、制御部１１０が備える各部（電波強度取得部１１１、基板方向変更部１１２、推定部１１３）の機能を実現する。
アンテナ１２１は、指向性を持つアンテナである。例えば、リフレクタを備えるチップアンテナである。方向推定装置１００は、指向性のメインローブの方向が異なる複数のアンテナ１２１を備える。
受信部１２２は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路、ＢＢ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ）回路等を備え、端末装置２００が送信した電波を受信する。この電波としては、例えば無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の電波を用いることができる。
信号入出力部１２３は、飛行装置１０と信号の入出力を行うインタフェースである。方向推定装置１００の信号入出力部１２３と飛行装置１０の信号入出力部１８との間で、信号の入出力が行われる。例えば、信号入出力部１２３は、飛行装置１０のモーター１３を制御するための信号を出力することができる。また、方向推定装置１００は、飛行装置１０の備えるセンサが検出した情報を、信号入出力部１２３を介して取得することができる。方向推定装置１００が信号入出力部１２３から、例えば、「その場回転」、「上昇」、「前進」等を意味する信号を出力することにより、飛行装置１０は、４つのモーター１３の回転速度を調整して、ホバリングしながらのその場回転や、上昇、前進等を行う。
次に、方向推定装置１００の制御部１１０の機能的構成について説明する。制御部１１０は、機能的には、電波強度取得部１１１、基板方向変更部１１２、推定部１１３を備える。
電波強度取得部１１１は、複数のアンテナ１２１のそれぞれに入射した電波を受信部１２２が受信した際の電波の受信信号強度（ＲＳＳＩ：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）を取得する。電波強度取得部１１１は、受信信号強度をアンテナ毎に取得することができる。
基板方向変更部１１２は、飛行装置１０を回転又は上下移動等させる指示の信号を生成し、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０に出力することによって、基板の方向又は高度を変化させる。基板方向変更部１１２が生成した信号が信号入出力部１２３を介して飛行装置１０の駆動制御部１６に出力され、飛行装置１０が回転又は上下移動等を行うことにより、方向推定装置１００の基板の方向又は高度が変化する。これにより、その後、各アンテナ１２１に入射する電波の受信信号強度も変化することになる。
推定部１１３は、電波強度取得部１１１が取得した受信信号強度に基づいて、電波の到来方向を推定する。推定部１１３が推定した到来方向に基づき、基板方向変更部１１２は、基板の方向又は高度を変化させる。
以上、方向推定装置１００の機能構成について説明した。次に方向推定装置１００の基板上のアンテナ配置について図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、方向推定装置１００は、基板１２０の底面の、飛行装置１０の正面側の左右端に、アンテナ１２１ａ及びアンテナ１２１ｂを備える。各アンテナの近傍には、リフレクタ１２４ａ及びリフレクタ１２４ｂを備え、指向性のメインローブの方向を飛行装置１０の正面方向から左右それぞれ４５度回転した方向にしている。推定部１１３は、この２つのアンテナにそれぞれ入射した電波の受信信号強度に基づいて、基板１２０の面と平行な方向について、電波の到来方向を推定する。以下では、基板１２０の面と平行な方向のことを、左右方向とも呼ぶことにする。
また、方向推定装置１００は、図５（ｂ）に示すように、基板１２０の上面（底面の裏面）の、飛行装置１０の背面側（正面側の逆側）の中央部にアンテナ１２１ｃ及びリフレクタ１２４ｃを備える。推定部１１３は、この上面のアンテナ１２１ｃと前述した底面の２つのアンテナとにそれぞれ入射した電波の受信信号強度に基づいて、基板１２０の面と垂直な方向について、電波の到来方向を推定する。以下では、基板１２０の面と垂直な方向のことを、上下方向とも呼ぶことにする。また、アンテナ１２１ａ〜アンテナ１２１ｃを総称する場合には、アンテナ１２１と書き、リフレクタ１２４ａ〜リフレクタ１２４ｃを総称する場合には、リフレクタ１２４と書くこととする。
図５（ａ）は、基板１２０を下から見た底面図であり、アンテナ１２１ｃとリフレクタ１２４ｃは、上面（底面の裏側）に付いているため、点線で示している。また、図５（ｂ）は、基板１２０を上から見た平面図であり、アンテナ１２１ａ、リフレクタ１２４ａ、アンテナ１２１ｂ、リフレクタ１２４ｂは、それぞれ底面に付いているため、点線で示している。
基板１２０は、図６に示すように、基板１２０の厚み方向の中央部にグランドプレーン１２５を備える。グランドプレーン１２５は、電波を遮る遮蔽板であり、アンテナ１２１の配置された基板１２０の面の裏側から到達する電波がアンテナ１２１に入射するのを妨げる。
次に、方向推定装置１００の備えるアンテナの指向性について説明する。図７に示すように、アンテナ１２１ａの指向性１２６ａは、そのメインローブが飛行装置１０の正面に向かって左４５度の方向を向いている。また、同じく図７に示すように、アンテナ１２１ｂの指向性１２６ｂは、そのメインローブが飛行装置１０の正面に向かって右４５度の方向を向いている。そして、アンテナ１２１ｃの指向性１２６ｃは、そのメインローブが飛行装置１０の正面と反対の背面方向を向いている。アンテナ１２１ａとアンテナ１２１ｂの両方に電波が入射する指向性の重なり領域１２６ｄは、正面方向を向いている。この指向性の重なり領域１２６ｄの開き具合は、アンテナ１２１ａ及びアンテナ１２１ｂの角度を調整することにより調整可能である。
図７では、アンテナ１２１ａ及びアンテナ１２１ｂは正面からそれぞれ左右に４５度回転しているため、指向性の重なり領域１２６ｄの開き具合は９０度になっている。これは、各アンテナの指向性の開き具合が１８０度なので、１８０−４５−４５＝９０から求めることができる。例えば、アンテナ１２１ａ及びアンテナ１２１ｂの角度を正面からそれぞれ左右に６０度回転させると、指向性の重なり領域１２６ｄの開き具合は、１８０−６０−６０＝６０で、６０度となる。この開き具合を小さくすると、電波の到来方向の推定に関し、左右方向の角度の推定精度が向上する。しかし、その反面、正面からの電波を受信しづらくなる。したがって、端末装置２００が送信する電波の大きさと方向推定装置１００が必要とする推定精度とに基づいて、どの程度の開き具合にするかを設定する。通常は、図７に示すように、９０度に設定すれば良い。
またグランドプレーン１２５により、上下方向の指向性に関しては、アンテナ１２１ａの指向性１２６ａ及びアンテナ１２１ｂの指向性１２６ｂは、基板１２０の下方向を向き、アンテナ１２１ｃの指向性１２６ｃは基板１２０の上方向を向いている。図７では、アンテナ１２１ｃの上下方向の指向性１２６ｃが基板１２０の上方向を向いていることを点線で示している。
このような各アンテナ１２１の指向性を用いることにより、方向推定装置１００が、電波の到来方向を推定する方向推定処理について、図８を参照して説明する。まず、方向推定装置１００の制御部１１０は、アンテナ１２１及び受信部１２２により、端末装置２００が送信している電波の受信を開始する（ステップＳ１０１）。ここでは、端末装置２００以外からの電波は受信せず、端末装置２００からの電波だけを受信する必要がある。したがって、方向推定装置１００は、予め、端末装置２００のＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を記憶しておく。そして、ステップＳ１０１では、受信部１２２が受信した電波を復号し、復号した結果に含まれるＩＤが、端末装置２００のＩＤになるまで、チャンネル選択等をし直す。このＩＤとしては、例えばＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスを使用することができる。
次に、制御部１１０は、電波の到来方向の推定を開始するか否かを判定する（ステップＳ１０２）。これは、例えば、飛行装置１０がユーザによって投げられたことをセンサ部１７が検出した等、電波の到来方向の推定を開始するトリガーが発生したか否かを判定する。到来方向推定の開始トリガーが発生していなければ（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、ステップＳ１０２に戻る。到来方向の推定の開始トリガーが発生したら（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、各種変数を初期化する（ステップＳ１０３）。
そして、推定部１１３は、左右方向推定処理を行い（ステップＳ１０４）、次に上下方向推定処理を行う（ステップＳ１０５）。左右方向推定処理及び上下方向推定処理についての詳細は後述する。そして、制御部１１０は、電波の到来方向の推定を終了するか否かを判定する（ステップＳ１０６）。これは、例えば、飛行装置１０がユーザの手元に戻ったことをセンサ部１７が検出した等、電波の到来方向の推定を終了するトリガーが発生したか否かを判定する。到来方向推定の終了トリガーが発生していなければ（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、ステップＳ１０４に戻る。到来方向推定の終了トリガーが発生したら（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、方向推定処理を終了する。
次に、上記ステップＳ１０４で行われる左右方向推定処理について、図９を参照して説明する。なお、図９以降の図では簡便のため、アンテナ１２１ａをアンテナａ、アンテナ１２１ｂをアンテナｂ、アンテナ１２１ｃをアンテナｃと記載している。
まず、電波強度取得部１１１は、アンテナ１２１ａに入射した電波を受信部１２２が受信した際の電波の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を変数Ｓａに代入する（ステップＳ２０１）。そして、電波強度取得部１１１は、アンテナ１２１ｂに入射した電波を受信部１２２が受信した際の電波の受信信号強度を変数Ｓｂに代入する（ステップＳ２０４）。
次に推定部１１３は、変数Ｓａ及び変数Ｓｂが両方とも初期値でないか否かを判定する。（ステップＳ２０５）。変数Ｓａ及び変数Ｓｂが両方とも初期値でないなら（ステップＳ２０５；Ｙｅｓ）、推定部１１３は、左右比較処理を行い（ステップＳ２０６）、左右方向推定処理を終了する。変数Ｓａ又は変数Ｓｂが初期値なら（ステップＳ２０５；Ｎｏ）、左右方向推定処理を終了する。
次に、ステップＳ２０６で行われる左右比較処理について、図１０を参照して説明する。この処理では、２種類の閾値が使用される。１つ目の閾値は、電波を受信できたか否かを判定するための閾値Ｔｈである。受信信号強度が閾値Ｔｈ未満の場合は、推定部１１３は、端末装置２００からの電波を受信できていないと判定する。２つ目の閾値は、アンテナ１２１ａに入射した電波の受信信号強度Ｓａと、アンテナ１２１ｂに入射した電波の受信信号強度Ｓｂとが、ほぼ同じ値であるか否かを判定するための閾値ＴｈＤである。ＳａとＳｂとの差の絶対値がＴｈＤ未満であるなら、推定部１１３は、ＳａとＳｂとがほぼ同じ値であると判定する。この場合、方向推定装置１００は、端末装置２００からの送信電波が図７に示す指向性の重なり領域１２６ｄの方向から到来していると推定する。
図１０に示す左右比較処理について、説明する。まず、推定部１１３は、Ｓａ＜ＴｈかつＳｂ＜Ｔｈであるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。Ｓａ＜ＴｈかつＳｂ＜Ｔｈであるなら（ステップＳ３０１；Ｙｅｓ）、推定部１１３は、後述するステップＳ３０３で開始される「その場回転」を１回転以上したか否かを判定する（ステップＳ３０２）。まだ１回転していなければ（ステップＳ３０２；Ｎｏ）、基板方向変更部１１２は、移動せずにその場で回転する指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力し（ステップＳ３０３）、左右比較処理を終了する。
すでに「その場回転」を１回転以上しているなら（ステップＳ３０２；Ｙｅｓ）、推定部１１３は、電波の到来方向不明と判断し、センサ部１７からの情報に基づいて、飛行方向を決定する（ステップＳ３０４）。そして、左右比較処理を終了する。なお、「その場回転」を何回転したかについては、飛行装置１０のセンサ部１７が備えるジャイロセンサからの情報を、推定部１１３が信号入出力部１２３を介して取得することにより、判定できる。また、ステップＳ３０２での判定を「１回転以上」ではなく、例えば「５回転以上」とし、端末装置２００からの電波が受信できない何回か「その場回転」を繰り返しても良い。
Ｓａ≧Ｔｈ又はＳｂ≧Ｔｈであるなら（ステップＳ３０１；Ｎｏ）、推定部１１３は、ＳａとＳｂとの差の絶対値がＴｈＤ未満であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。ＳａとＳｂとの差の絶対値がＴｈＤ未満であるなら（ステップＳ３０５；Ｙｅｓ）、推定部１１３は電波の到来方向が飛行装置１０の正面方向であると推定し、基板方向変更部１１２は、向きを変えずに前進する指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力する（ステップＳ３０６）。そして、左右比較処理を終了する。
ＳａとＳｂとの差の絶対値がＴｈＤ以上であるなら（ステップＳ３０５；Ｎｏ）、推定部１１３は、Ｓａ＞Ｓｂであるか否かを判定する（ステップＳ３０７）。Ｓａ＞Ｓｂなら（ステップＳ３０７；Ｙｅｓ）、推定部１１３は電波の到来方向が飛行装置１０の正面の右方向であると推定し、基板方向変更部１１２は、飛行装置１０が右方向に回転しながら前進する指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力し（ステップＳ３０８）、左右比較処理を終了する。飛行装置１０が右方向に回転すると、方向推定装置１００の基板１２０は、底面に向かって反時計回りに回転し、指向性の重なり領域１２６ｄが、推定部１１３が推定した電波の到来方向に向くようになる。
Ｓａ＜Ｓｂなら（ステップＳ３０７；Ｎｏ）、推定部１１３は電波の到来方向が飛行装置１０の正面の左方向であると推定し、基板方向変更部１１２は、飛行装置１０が左方向に回転しながら前進する指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力し（ステップＳ３０９）、左右比較処理を終了する。飛行装置１０が左方向に回転すると、方向推定装置１００の基板１２０は、底面に向かって時計回りに回転し、指向性の重なり領域１２６ｄが、推定部１１３が推定した電波の到来方向に向くようになる。
以上説明した左右方向推定処理及び左右比較処理により、端末装置２００から送信される電波を、図７に示す指向性の重なり領域１２６ｄの範囲で受信できるように、基板方向変更部１１２が飛行装置１０の回転を制御する。次に、図８のステップＳ１０５で行われる上下方向推定処理について、図１１を参照して説明する。ここでは、上下方向に傾ける所定の角度をαとしている。実際にはαは１０度等を設定する。
図１１に示す上下方向推定処理について、説明する。まず、基板方向変更部１１２は、方向推定装置１００の基板１２０を、飛行装置１０の正面方向に伸びる直線と垂直な平面が基板１２０の中心点を通って基板１２０と交わる直線を軸にして、飛行装置１０の正面側の端を上方向に、αだけ傾ける指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力する（ステップＳ４０１）。次に、電波強度取得部１１１は、アンテナ１２１ａに入射した電波を受信部１２２が受信した際の電波の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を変数Ｓａ１に代入する（ステップＳ４０２）。そして、電波強度取得部１１１は、アンテナ１２１ｂに入射した電波を受信部１２２が受信した際の電波の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を変数Ｓｂ１に代入する（ステップＳ４０３）。
次に、電波強度取得部１１１は、アンテナ１２１ｃに入射した電波を受信部１２２が受信した際の電波の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を変数Ｓｕ１に代入する（ステップＳ４０４）。そして、電波強度取得部１１１は、Ｓａ１とＳｂ１とのうちの大きい方を変数Ｓｄ１に代入する（ステップＳ４０５）。そして、基板方向変更部１１２は、方向推定装置１００の基板１２０を、水平に戻す指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力する（ステップＳ４０６）。なお、飛行装置１０が傾きを水平に戻さなくても、ステップＳ４０７の処理を行える場合には、ステップＳ４０６の処理は省略可能である。
次に、基板方向変更部１１２は、方向推定装置１００の基板１２０を、飛行装置１０の正面方向に伸びる直線と垂直な平面が基板１２０の中心点を通って基板１２０と交わる直線を軸にして、飛行装置の正面側の端を下方向に、αだけ傾ける指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力する（ステップＳ４０７）。次に、電波強度取得部１１１は、アンテナ１２１ａに入射した電波を受信部１２２が受信した際の電波の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を変数Ｓａ２に代入する（ステップＳ４０８）。そして、電波強度取得部１１１は、アンテナ１２１ｂに入射した電波を受信部１２２が受信した際の電波の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を変数Ｓｂ２に代入する（ステップＳ４０９）。
次に、電波強度取得部１１１は、アンテナ１２１ｃに入射した電波を受信部１２２が受信した際の電波の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を変数Ｓｕ２に代入する（ステップＳ４１０）。そして、電波強度取得部１１１は、Ｓａ２とＳｂ２とのうちの大きい方を変数Ｓｄ２に代入する（ステップＳ４１１）。そして、基板方向変更部１１２は、方向推定装置１００の基板１２０を、水平に戻す指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力する（ステップＳ４１２）。そして、推定部１１３は上下比較処理を行い（ステップＳ４１３）、上下方向推定処理を終了する。上下比較処理の詳細については後述する。
以上の処理によって、基板の正面側をαだけ上に傾けた時の、基板の下方向からの電波の受信信号強度がＳｄ１に代入される。そして、この時、基板の背面側はαだけ下に傾いているが、この時の基板の上方向からの電波の受信信号強度がＳｕ１に代入される。さらに、基板の正面側をαだけ下に傾けた時の、基板の下方向からの電波の受信信号強度がＳｄ２に代入される。そして、この時、基板の背面側はαだけ上に傾いているが、この時の基板の上方向からの電波の受信信号強度がＳｕ２に代入される。
次に、前記ステップＳ４１３で行われる上下比較処理について、図１２を参照して説明する。この処理では、今までに登場した閾値とはまた異なる閾値ＴｈＤ２が使用される。この閾値ＴｈＤ２は、基板の正面側を上に傾けた時の受信信号強度Ｓ１と、基板の正面側を下に傾けた時の受信信号強度Ｓ２とが、ほぼ同じ値であるか否かを判定するための閾値である。Ｓ１とＳ２との差の絶対値がＴｈＤ２未満なら、推定部１１３は、Ｓ１とＳ２とはほぼ同じ値であると判定する。この場合、推定部１１３は、端末装置２００からの送信電波が、現在の飛行装置１０の高度とほぼ同じ高度から到来していると推定する。
図１２に示す上下比較処理について、説明する。まず、推定部１１３は、Ｓｕ１とＳｕ２との差の絶対値がＴｈＤ２未満でしかもＳｄ１とＳｄ２との差の絶対値もＴｈＤ２未満であるか否かを判定する（ステップＳ５０１）。Ｓｕ１とＳｕ２との差の絶対値がＴｈＤ２未満でしかもＳｄ１とＳｄ２との差の絶対値もＴｈＤ２未満であるなら（ステップＳ５０１；Ｙｅｓ）、推定部１１３は、端末装置２００からの送信電波が現在の飛行装置１０の高度とほぼ同じ高度から到来していると推定し、基板方向変更部１１２は、飛行装置１０の高度を変化させない指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力し（ステップＳ５０２）、上下比較処理を終了する。信号入出力部１２３から指示が出されない場合に、飛行装置１０はその飛行高度を変化させないのであれば、ステップＳ５０２の処理は省略して、すぐに上下比較処理を終了しても良い。
Ｓｕ１とＳｕ２との差の絶対値がＴｈＤ２以上又はＳｄ１とＳｄ２との差の絶対値がＴｈＤ２以上であるなら（ステップＳ５０１；Ｎｏ）、推定部１１３は、Ｓｕ１とＳｕ２の差の絶対値が、Ｓｄ１とＳｄ２との差の絶対値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５０３）。Ｓｕ１とＳｕ２との差の絶対値が、Ｓｄ１とＳｄ２との差の絶対値よりも大きいなら（ステップＳ５０３；Ｙｅｓ）、推定部１１３は、Ｓｕ１＞Ｓｕ２であるか否かを判定する（ステップＳ５０４）。Ｓｕ１＞Ｓｕ２であるなら（ステップＳ５０４；Ｙｅｓ）、背面側が下に傾いている時の受信信号強度の方が、背面側が上に傾いている時の受信信号強度よりも大きいということであるから、推定部１１３は、電波の到来方向が下方向であると推定し、基板方向変更部１１２は、飛行装置１０の高度を下げる指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力し（ステップＳ５０５）、上下比較処理を終了する。
Ｓｕ１＜Ｓｕ２であるなら（ステップＳ５０４；Ｎｏ）、背面側が下に傾いている時の受信信号強度の方が、背面側が上に傾いている時の受信信号強度よりも小さいということであるから、推定部１１３は、電波の到来方向が上方向であると推定し、基板方向変更部１１２は、飛行装置１０の高度を上げる指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力し（ステップＳ５０６）、上下比較処理を終了する。
Ｓｕ１とＳｕ２との差の絶対値が、Ｓｄ１とＳｄ２との差の絶対値以下なら（ステップＳ５０３；Ｎｏ）、推定部１１３は、Ｓｄ１＞Ｓｄ２であるか否かを判定する（ステップＳ５０７）。Ｓｄ１＞Ｓｄ２であるなら（ステップＳ５０７；Ｙｅｓ）、正面側が上に傾いている時の受信信号強度の方が、正面側が下に傾いている時の受信信号強度よりも大きいということであるから、推定部１１３は、電波の到来方向が上方向であると推定し、基板方向変更部１１２は、飛行装置１０の高度を上げる指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力し（ステップＳ５０６）、上下比較処理を終了する。
Ｓｄ１＜Ｓｄ２であるなら（ステップＳ５０７；Ｎｏ）、正面側が上に傾いている時の受信信号強度の方が、正面側が下に傾いている時の受信信号強度よりも小さいということであるから、推定部１１３は、電波の到来方向が下方向であると推定し、基板方向変更部１１２は、飛行装置１０の高度を下げる指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力し（ステップＳ５０５）、上下比較処理を終了する。
なお、高度の上下移動の速度ｖは、ｔａｎ（α）の大きさに比例した値、例えば、ｖ＝ｔａｎ（α）×３ｍ／ｓのように設定するのが望ましい。この例の場合、α＝１０度の時は上下移動の速度ｖ≒０．５３ｍ／ｓとなり、α＝２０度の時はｖ≒１．０９ｍ／ｓとなる。上下移動の速度ｖをこのように設定することにより、端末装置２００が上下に高速に移動している場合でも、αを大きな値にすれば、飛行装置１０は、端末装置２００を追尾可能になる。逆に、端末装置２００の上下移動速度が小さい場合は、αを小さな値にすることによって、飛行装置１０は、少しずつ高度を調整することが可能になり、端末装置２００の高度の推定をより正確に行えるようになる。
以上で、方向推定処理のすべての処理を説明した。この処理により、推定部１１３は、左右方向については、図７に示すアンテナ１２１ａとアンテナ１２１ｂとによる指向性の重なり領域１２６ｄに基づいて、電波の到来方向の推定を行うことができる。このため、この指向性の重なり領域１２６ｄの開き具合を変更することにより、左右方向の推定精度を変更することができる。また、上下方向については、推定部１１３は、基板１２０の正面側を上方向に傾けた時と下方向に傾けた時との受信信号強度の差に基づき、電波の到来方向の推定を行うことができる。したがって、推定部１１３は、左右方向だけでなく、上下方向も含めた電波の到来方向の推定を行うことができる。
また、アンテナ１２１ａとアンテナ１２１ｂとによる指向性の重なり領域１２６ｄの方向と、アンテナ１２１ｃの指向性の方向とが逆向きになっているため、左右方向推定処理において、端末装置２００がアンテナ１２１ａ及びアンテナ１２１ｂの指向性の死角に入ってしまった場合でも、上下方向推定処理においてはアンテナ１２１ｃに端末装置２００からの電波が入射することになる。これにより、方向推定装置１００は、高度を端末装置２００の位置まで上下移動させることになるので、その後の左右方向推定処理において、端末装置２００からの電波がアンテナ１２１ａ又はアンテナ１２１ｂに入射するようになる。
そして、方向推定装置１００は、飛行装置１０に回転及び移動の指示を出しつつ、受信信号強度を取得して、電波の到来方向の推定を行っているため、端末装置２００が移動している場合でも、端末装置２００を追跡する形で電波の到来方向の推定を行うことができる。
また、アンテナ１２１はリフレクタ１２４を有するチップアンテナなので、配置面積を小さくでき、複数のアンテナ１２１を配置しても、方向推定装置１００を小さな基板１２０上に製造することができる。
そして、方向推定装置１００を備えた飛行装置１０は、センサ部１７として撮像部及び録音部を備えるので、方向推定装置１００が推定した方向を向いて、撮像部による画像の撮像や、録音部による音の録音を行うことができる。また、飛行装置１０は、方向推定装置１００が推定した方向に向かって飛行し続けることによって、端末装置２００に近づくことができる。したがって、端末装置２００を携帯したユーザが飛行装置１０を投げ上げた後、飛行装置１０は、撮像部のカメラの撮像方向及び録音部のマイクの指向性のメインローブの方向をユーザの方に向けつつ、ユーザのところに帰還するように飛行することができる。
（実施形態１の変形例）
実施形態１の上下方向推定処理では、推定部１１３は、基板１２０の正面側を上方向に傾けた時と下方向に傾けた時との受信信号強度の差に基づき、電波の到来方向を推定している。しかし、基板１２０はグランドプレーン１２５を有するため、基板１２０を傾けなくても、上面に配置されているアンテナ１２１ｃと、底面に配置されているアンテナ１２１ａ及びアンテナ１２１ｂと、にそれぞれ入射される電波の受信信号強度を比較することによって、推定部１１３は、電波が上下どちらから到来しているかを推定することができる。このような実施形態１の変形例について説明する。
実施形態１の変形例の上下方向推定処理は、図１１のステップＳ４０２〜ステップＳ４０５のみを行った後に、上下比較処理を行う。そして、実施形態１の変形例の上下比較処理は、Ｓｕ１とＳｄ１との比較を行う。この上下比較処理では、Ｓｕ１とＳｄ１との差の絶対値が閾値ＴｈＤ未満であれば、推定部１１３は、端末装置２００からの送信電波が、現在の飛行装置１０の高度とほぼ同じ高度から到来していると推定し、基板方向変更部１１２は、飛行装置１０の高度を変化させない。また、Ｓｕ１＞Ｓｄ１なら、推定部１１３は、電波が下方から到来していると推定し、基板方向変更部１１２は、飛行装置１０の高度を下げる。そして、Ｓｕ１＜Ｓｄ１なら、推定部１１３は、電波が上方から到来していると推定し、基板方向変更部１１２は、飛行装置１０の高度を上げる。
以上説明した実施形態１の変形例では、基板の上面に配置されたアンテナと底面に配置されたアンテナとにそれぞれ入射された電波の信号強度の大小を比較する。上面と底面とはグランドプレーン１２５で遮蔽されているため、端末装置２００が方向推定装置１００の上方にある場合でも、下方にある場合でも、どちらのアンテナに入射した電波の信号強度が大きいかによって、方向推定装置１００は、電波の到来方向が上下どちらであるかを推定できる。
（実施形態２）
実施形態１は、飛行装置１０が方向推定装置１００を備える構成である。しかし、飛行装置１０に限らず、移動可能な装置であれば、方向推定装置を備えて、電波の到来方向を推定すること及び電波の到来方向に移動することが可能である。ここでは、ロボット２０が方向推定装置１０１を備える実施形態２を説明する。
本発明の実施形態２に係る方向推定システム１００１のシステム構成は、図１に示される実施形態１に係る方向推定システム１０００において、飛行装置１０をロボット２０に置き換えたものとなる。
図１３は、実施形態２に係るロボット２０の外観を示す図である。図１３（ａ）はロボット２０の正面図、図１３（ｂ）はロボット２０の右側面図である。ロボット２０は、脚部２１、頭部２２、首部２３、胴部２４を備え、脚部２１により回転及び移動が可能である。そして、頭部２２の上部に方向推定装置１０１を備える。また、頭部２２と胴部２４とを接続する首部２３を備え、首部２３は、頭部２２を左右に回転させることと上下に傾けることとが可能である。ただし、脚部２１等により、方向推定装置１０１を回転させること及び傾けることが可能な場合は、首部２３は無くても良い。また、脚部２１も、人間の脚を模した脚部２１でなくてもよく、モーターを用いて回転や移動を行えるようにしたものであっても良い。
実施形態２に係る方向推定装置１０１の機能構成は、実施形態１に係る方向推定装置１００と同じであり、図３に示される。ただし、信号入出力部１２３は、飛行装置１０ではなくロボット２０を制御する信号を出力する。信号入出力部１２３から、例えば、「その場回転」、「頭部を上に傾ける」、「前進」等を意味する信号を出力することにより、ロボット２０は、脚部２１等により、その場回転、頭部の傾け、前進等を行う。
実施形態２に係るロボット２０の機能構成も、実施形態１に係る飛行装置１０と同じであり、図４に示される。ただし、駆動部１５は、ロボット２０の首部２３及び脚部２１を駆動する。駆動部１５を駆動することにより、ロボット２０は、頭部２２を回転したり傾けたりでき、また、脚部２１によって回転及び移動を行うことができる。
図１３に示す方向推定装置１０１は、図５に示す方向推定装置１００の基板上におけるアンテナ１２１の配置位置が上面と背面とで逆になっている。飛行装置１０の場合は、端末装置２００からの電波が方向推定装置１００の下方から到来する可能性が高いが、ロボット２０の場合は、端末装置２００からの電波が方向推定装置１０１の上方から到来する可能性が高いためである。ロボット２０の背の高さが端末装置２００の位置よりも低い場合には、ロボット２０の正面方向からの電波の左右方向の推定の際には、図１３に示すように、アンテナ１２１ａとアンテナ１２１ｂとが、基板１２０の上部に配置されている方が良い。このようにアンテナを配置しても、方向推定装置１０１による左右方向推定処理は、図９及び図１０に示す方向推定装置１００の左右方向推定処理と同じ処理となる。
ロボット２０は、飛行装置１０と異なり、上下方向に移動することはできない。しかし、首部２３を上下に傾けることによって、上下方向の推定を行うことが可能である。この、ロボット２０による上下方向推定処理について、図１４を参照して説明する。ここでは、ロボット２０の首部２３の上下の傾きを示す変数βを導入する。初期値はβ＝０となっており、この時、首部２３は水平方向を向いている。βが正であれば首部２３が上を向いていることを示し、βが負であれば首部２３は下を向いていることを示す。また、実施形態１と同様に、上下方向推定処理において、上下方向に傾ける所定の角度をα（例えば１０度）で表す。
図１４に示す上下方向推定処理について説明する。この処理は、一部を除き、図１１に示す上下方向推定処理と同じ処理であるため、異なる部分のみを説明する。まず、基板方向変更部１１２は、方向推定装置１０１の基板１２０を、ロボット２０の正面側の端を、現状から上方向にαだけ傾ける指示を、信号入出力部１２３を介して、ロボット２０の駆動制御部１６に出力する（ステップＳ４１４）。その後の、ステップＳ４０２〜ステップＳ４０５の処理は、図１１に示す処理と同じである。
ステップＳ４０５の次に、基板方向変更部１１２は、方向推定装置１０１の基板１２０を、ロボット２０の正面側の端を、現状から下方向にαだけ傾ける指示を、信号入出力部１２３を介して、ロボット２０の駆動制御部１６に出力する（ステップＳ４１５）。その後の、ステップＳ４０８〜ステップＳ４１１の処理は、図１１に示す処理と同じである。そして、ステップＳ４１２の処理（基板を水平に戻す処理）は行わずに、ステップＳ４１３で上下比較処理を行い、上下方向推定処理を終了する。
次に、ロボット２０による上下比較処理を、図１５を参照して説明する。この処理も、一部を除き、図１２に示す上下比較処理と同じため、異なる部分のみを説明する。まず、ステップＳ５０１、ステップＳ５０３、ステップＳ５０４及びステップＳ５０７は、図１２に示す処理と同じである。ステップＳ５０１の判定結果がＹｅｓだった場合、ステップＳ５０２の処理（高度を変化させない）を行わずに、上下比較処理を終了する。
そして、ステップＳ５０５の処理（高度を下げる）の代わりに、推定部１１３は現在向いている方向よりα／２だけ下方向から電波が到来していると推定してβからα／２を減算し、基板方向変更部１１２は、基板１２０を、正面側の端を、現状から下方向にα／２だけ傾ける指示を、信号入出力部１２３を介して、ロボット２０の駆動制御部１６に出力する（ステップＳ５０８）。また、ステップＳ５０６の処理（高度を上げる）の代わりに、推定部１１３は現在向いている方向よりα／２だけ上方向から電波が到来していると推定してβにα／２を加算し、基板方向変更部１１２は、基板１２０を、正面側の端を現状から上方向にα／２だけ傾ける指示を、信号入出力部１２３を介して、ロボット２０の駆動制御部１６に出力する（ステップＳ５０９）。
以上の処理により、上下方向に関しても、端末装置２００からの電波の到来方向を向くように、推定部１１３はβの値を推定する。したがって、ユーザが端末装置２００をユーザの顔の付近に携帯すれば、ロボット２０は、ユーザの顔の方向を見上げることができる。また、ロボット２０は、センサ部１７として、撮像部及び録音部を備えるので、方向推定装置１０１が推定した方向を向いて、撮像部による画像の撮像や、録音部による音の録音を行うことができる。そして、ロボット２０は、方向推定装置１０１が推定した方向に、移動し続けることによって、端末装置２００に近づくことができる。したがって、端末装置２００を携帯したユーザが散歩したり走り回ったりすると、ロボット２０は、撮像部のカメラの撮像方向及び録音部のマイクの指向性のメインローブの方向をユーザの方に向けつつ、ユーザを追いかけるように移動することができる。
（実施形態３）
実施形態１及び実施形態２では、方向推定装置１００，１０１は、アンテナ１２１を３個備える構成になっているが、アンテナ１２１の個数は３に限られるわけではない。より多くのアンテナ１２１を備えることによって、電波の死角をなくした実施形態３について説明する。
本発明の実施形態３に係る方向推定システム１００２のシステム構成は、図１に示される実施形態１に係る方向推定システム１０００と同じである。実施形態３に係る方向推定装置１０２の機能構成も図３に示す実施形態１に係る方向推定装置１００の機能構成と同じである。
実施形態３に係る方向推定装置１０２の基板上のアンテナ配置は、図１６に示すように、底面側に１２０度ずつ離れた位置に３個のアンテナ１２１ｅ、アンテナ１２１ｆ及びアンテナ１２１ｇを備え、上面側にも１２０度ずつ離れた位置に３個のアンテナ１２１ｈ、アンテナ１２１ｉ及びアンテナ１２１ｊを備える。そして、底面側と上面側とはアンテナ１２１の位置が６０度回転した関係になっている。このような配置にすることにより、左右方向に関して６０度の精度で方向の推定が可能になる。
次に、実施形態３に係る方向推定装置１０２の方向推定処理について、図１７を参照して説明する。この処理は、一部を除き、図８に示す実施形態１に係る方向推定処理と同じため、異なる部分のみを説明する。まず、ステップＳ１０１〜ステップステップＳ１０３は、図８に示す処理と同じである。次に、電波強度取得部１１１は、各アンテナ１２１に入射した電波を受信部１２２が受信した際の電波の受信信号強度を取得する（ステップＳ１０７）。
次に、推定部１１３は、電波の到来方向を、電波強度取得部１１１が取得した受信信号強度のうちの大きい方から１番目と２番目とに対応する２つのアンテナのそれぞれの指向性のメインローブの方向の中間の方向であると推定し、基板方向変更部１１２は、推定部１１３が推定した方向を正面にするように回転する指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力する（ステップＳ１０８）。そして、推定部１１３は、この２つのアンテナの配置位置が、両方とも基板１２０の上面であれば電波が上方から到来していると推定し、両方とも基板１２０の底面であれば電波が下方から到来していると推定し、基板１２０の上面と底面とであれば現在の飛行装置１０の高度とほぼ同じ高度から電波が到来していると推定する。そして、基板方向変更部１１２は、推定部１１３の推定した方向が上方であれば高度を上げる指示を、下方であれば高度を下げる指示を、ほぼ同じ高度であれば高度を変更しない指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力する（ステップＳ１０９）。これら以外の処理は、図８に示す方向推定処理と同じである。
なお、ステップＳ１０８では、推定部１１３は、２つのアンテナのそれぞれの指向性のメインローブの方向のちょうど中間ではなく、この２つのアンテナに入射した電波の受信信号強度に応じて内分した方向を電波の到来方向と推定し、基板方向変更部１１２は、その方向を正面にするように回転する指示を、信号入出力部１２３を介して、飛行装置１０の駆動制御部１６に出力しても良い。例えば、正面を基準にして、最も大きい受信信号強度の電波が入射したアンテナの指向性のメインローブの角度をθ１、その受信信号強度をＳ１、２番目に大きい受信信号強度の電波が入射したアンテナの指向性のメインローブの角度をθ２、その受信信号強度をＳ２、とする。この場合、推定部１１３は、下記の式（１）で表される角度の方向から電波が到来していると推定し、基板方向変更部１１２は、この方向を正面にするように回転する指示を出力する。
（Ｓ１×θ１＋Ｓ２×θ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）…（１）
ただし、式（１）を適用する際、θ１とθ２との差の絶対値が１８０度を超える場合は、差の絶対値が１８０度以下になるように、θ１とθ２とのどちらか大きい方から３６０度を減算した値を式（１）に適用する。
実施形態３に係る方向推定装置１０２は、左右方向及び上下方向において、死角が生じないようにアンテナ１２１を配置しているため、図１７のステップＳ１０７で取得した電波の受信信号強度に基づいて、その時点における端末装置２００の方向を推定することができる。このため、端末装置２００が高速度で動き回っていても、方向推定装置１０２は、端末装置２００から送信される電波を取りこぼすことなく、端末装置２００の方向を推定することができる。
以上で、各実施形態の説明を終了するが、これらの実施形態は変形例も含め適宜組み合わせることができる。例えば、実施形態２のロボット２０が、実施形態１の変形例の上下方向推定処理を行い、その上下比較処理においては、高度を変更するのではなく、頭部２２の角度βを変更する処理にしても良い。また、実施形態２のロボット２０が、実施形態３のアンテナ配置で構成した方向推定装置１０２を備え、図１７のステップＳ１０９では、高度を変更するのではなく、頭部２２の角度βを変更する処理にしても良い。
また、本発明に係る方向推定装置１００，１０１，１０２は、例えば、コンピュータがプログラムを実行することにより、方向推定装置１００，１０１，１０２の機能を実現してもよい。方向推定装置１００，１０１，１０２の機能を実現するためのプログラムは、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されてもよいし、ネットワークを介してコンピュータにダウンロードされてもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲とが含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
（付記１）
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、
前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、
前記基板の前記表面に配置された前記複数のアンテナと、前記基板の前記裏面に配置された前記少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部と、
前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づき、前記電波の到来方向を推定する推定部と、
を備える、
ことを特徴とする方向推定装置。
（付記２）
前記基板の方向を変更する基板方向変更部を更に備え、
前記基板方向変更部は、前記基板の前記表面に配置された２つのアンテナのそれぞれの指向性のメインローブの方向の中間の方向が、前記推定部が推定した前記電波の前記到来方向になるように前記基板の方向を変更する、
ことを特徴とする付記１に記載の方向推定装置。
（付記３）
前記基板の前記裏面に配置された１つのアンテナの指向性のメインローブの方向は、前記基板の前記表面に配置された２つのアンテナのそれぞれの指向性のメインローブの方向の前記中間の方向と逆方向である、
ことを特徴とする付記２に記載の方向推定装置。
（付記４）
前記基板の前記表面に配置された２つのアンテナのそれぞれの指向性のメインローブの方向の前記中間の方向に伸びる直線と垂直な平面が前記基板の中心点を通って前記基板と交わる直線を軸にして、前記基板方向変更部が前記基板を傾けた時の、前記基板の方向と、前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度と、に基づき、前記推定部が前記電波の前記到来方向を推定する、
ことを特徴とする付記２又は３に記載の方向推定装置。
（付記５）
前記基板の前記表面と前記裏面とに互い違いに、指向性のメインローブの方向が所定の角度ずつ異なるように前記基板の全周に渡って配置されたアンテナを備え、
前記推定部は、前記信号強度が最大となる前記電波が入射したアンテナの配置位置と、前記信号強度が２番目に大きい前記電波が入射したアンテナの配置位置と、に基づいて、前記電波の前記到来方向を推定する、
ことを特徴とする付記１に記載の方向推定装置。
（付記６）
前記アンテナは、リフレクタを有するチップアンテナである、
ことを特徴とする付記１から５のいずれか１つに記載の方向推定装置。
（付記７）
前記基板は、厚み方向の中央部に、前記裏面からの前記電波の入射を防ぐ遮蔽板を備える、
ことを特徴とする付記１から６のいずれか１つに記載の方向推定装置。
（付記８）
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得ステップと、
前記電波強度取得ステップで取得した前記電波の前記信号強度に基づき、前記電波の到来方向を推定する推定ステップと、
を含む、
ことを特徴とする方向推定方法。
（付記９）
方向推定装置のコンピュータを、
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部、
前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づき、前記電波の到来方向を推定する推定部、
として機能させる、
ことを特徴とするプログラム。
（付記１０）
空中を飛行するための駆動部と、
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、
前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、
前記基板の前記表面に配置された前記複数のアンテナと、前記基板の前記裏面に配置された前記少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部と、
前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づいて、自装置が前記電波の到来方向を向くように前記駆動部を制御する駆動制御部と、
を備える、
ことを特徴とする飛行装置。
（付記１１）
画像を撮像する撮像部をさらに備え、
前記駆動制御部は、前記撮像部の備えるカメラの撮像方向が、前記電波の前記到来方向を向くように前記駆動部を制御する、
ことを特徴とする付記１０に記載の飛行装置。
（付記１２）
音を録音する録音部をさらに備え、
前記駆動制御部は、前記録音部の備えるマイクの指向性のメインローブの方向が、前記電波の前記到来方向を向くように前記駆動部を制御する、
ことを特徴とする付記１０又は１１に記載の飛行装置。
（付記１３）
前記駆動制御部は、前記自装置が前記電波の前記到来方向を向きながら、前記電波を送信している端末装置に向かって飛行するように前記駆動部を制御する、
ことを特徴とする付記１０から１２のいずれか１つに記載の飛行装置。
（付記１４）
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得ステップと、
前記電波強度取得ステップで取得した前記電波の前記信号強度に基づいて、飛行装置が前記電波の到来方向を向くように駆動部を制御する駆動制御ステップと、
を含む、
ことを特徴とする飛行方法。
（付記１５）
飛行装置のコンピュータを、
基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部、
前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づいて、前記飛行装置が前記電波の到来方向を向くように飛行を制御する駆動制御部、
として機能させる、
ことを特徴とするプログラム。
１０…飛行装置、１１…メインフレーム、１２…モーターフレーム、１３…モーター、１４…ローターブレード、１５…駆動部、１６…駆動制御部、１７…センサ部、１８，１２３…信号入出力部、２０…ロボット、２１…脚部、２２…頭部、２３…首部、２４…胴部、１００，１０１，１０２…方向推定装置、１１０…制御部、１１１…電波強度取得部、１１２…基板方向変更部、１１３…推定部、１２０…基板、１２１，１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｅ，１２１ｆ，１２１ｇ，１２１ｈ，１２１ｉ，１２１ｊ…アンテナ、１２２…受信部、１２４，１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｅ，１２４ｆ，１２４ｇ，１２４ｈ，１２４ｉ，１２４ｊ…リフレクタ、１２５…グランドプレーン、１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ…指向性、１２６ｄ…指向性の重なり領域、２００…端末装置、１０００…方向推定システム

Claims (15)

  1. 基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、
    前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、
    前記基板の前記表面に配置された前記複数のアンテナと、前記基板の前記裏面に配置された前記少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部と、
    前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づき、前記電波の到来方向を推定する推定部と、
    を備える、
    ことを特徴とする方向推定装置。
  2. 前記基板の方向を変更する基板方向変更部を更に備え、
    前記基板方向変更部は、前記基板の前記表面に配置された２つのアンテナのそれぞれの指向性のメインローブの方向の中間の方向が、前記推定部が推定した前記電波の前記到来方向になるように前記基板の方向を変更する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方向推定装置。
  3. 前記基板の前記裏面に配置された１つのアンテナの指向性のメインローブの方向は、前記基板の前記表面に配置された２つのアンテナのそれぞれの指向性のメインローブの方向の前記中間の方向と逆方向である、
    ことを特徴とする請求項２に記載の方向推定装置。
  4. 前記基板の前記表面に配置された２つのアンテナのそれぞれの指向性のメインローブの方向の前記中間の方向に伸びる直線と垂直な平面が前記基板の中心点を通って前記基板と交わる直線を軸にして、前記基板方向変更部が前記基板を傾けた時の、前記基板の方向と、前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度と、に基づき、前記推定部が前記電波の前記到来方向を推定する、
    ことを特徴とする請求項２又は３に記載の方向推定装置。
  5. 前記基板の前記表面と前記裏面とに互い違いに、指向性のメインローブの方向が所定の角度ずつ異なるように前記基板の全周に渡って配置されたアンテナを備え、
    前記推定部は、前記信号強度が最大となる前記電波が入射したアンテナの配置位置と、前記信号強度が２番目に大きい前記電波が入射したアンテナの配置位置と、に基づいて、前記電波の前記到来方向を推定する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方向推定装置。
  6. 前記アンテナは、リフレクタを有するチップアンテナである、
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方向推定装置。
  7. 前記基板は、厚み方向の中央部に、前記裏面からの前記電波の入射を防ぐ遮蔽板を備える、
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方向推定装置。
  8. 基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得ステップと、
    前記電波強度取得ステップで取得した前記電波の前記信号強度に基づき、前記電波の到来方向を推定する推定ステップと、
    を含む、
    ことを特徴とする方向推定方法。
  9. 方向推定装置のコンピュータを、
    基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部、
    前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づき、前記電波の到来方向を推定する推定部、
    として機能させる、
    ことを特徴とするプログラム。
  10. 空中を飛行するための駆動部と、
    基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、
    前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、
    前記基板の前記表面に配置された前記複数のアンテナと、前記基板の前記裏面に配置された前記少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部と、
    前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づいて、自装置が前記電波の到来方向を向くように前記駆動部を制御する駆動制御部と、
    を備える、
    ことを特徴とする飛行装置。
  11. 画像を撮像する撮像部をさらに備え、
    前記駆動制御部は、前記撮像部の備えるカメラの撮像方向が、前記電波の前記到来方向を向くように前記駆動部を制御する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の飛行装置。
  12. 音を録音する録音部をさらに備え、
    前記駆動制御部は、前記録音部の備えるマイクの指向性のメインローブの方向が、前記電波の前記到来方向を向くように前記駆動部を制御する、
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の飛行装置。
  13. 前記駆動制御部は、前記自装置が前記電波の前記到来方向を向きながら、前記電波を送信している端末装置に向かって飛行するように前記駆動部を制御する、
    ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の飛行装置。
  14. 基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得ステップと、
    前記電波強度取得ステップで取得した前記電波の前記信号強度に基づいて、飛行装置が前記電波の到来方向を向くように駆動部を制御する駆動制御ステップと、
    を含む、
    ことを特徴とする飛行方法。
  15. 飛行装置のコンピュータを、
    基板の表面に指向性のメインローブの方向が互いに異なるように配置された複数のアンテナと、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つのアンテナと、にそれぞれ入射した電波の信号強度を取得する電波強度取得部、
    前記電波強度取得部が取得した前記電波の前記信号強度に基づいて、前記飛行装置が前記電波の到来方向を向くように飛行を制御する駆動制御部、
    として機能させる、
    ことを特徴とするプログラム。
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