JP2018112468A

JP2018112468A - 距離測定システム

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Publication number: JP2018112468A
Application number: JP2017002839A
Authority: JP
Inventors: 純平冨宅; Jumpei Fuke; 岡田　広毅; Hiroki Okada; 広毅岡田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2037-01-11
Also published as: JP6880752B2

Abstract

【課題】車載通信装置と通信端末との間の距離を測定する距離測定システムにおいて、電波にノイズが含まれている場合における、測定する距離の誤差を低減させる。【解決手段】距離測定システムは、車載通信装置と、前記車載通信装置と無線通信を行う通信端末と、の間の距離を測定する距離測定システムであって、前記車載通信装置から第１の減衰特性を有する第１の電波を送信する第１の電波送信部と、前記車載通信装置から前記第１の減衰特性とは異なる第２の減衰特性を有する第２の電波を送信する第２の電波送信部と、前記通信端末における、前記第１の電波の受信レベルと前記第２の電波の受信レベルとの間のレベル差を算出するレベル差算出部と、前記レベル差算出部が算出する前記レベル差と前記距離との対応関係に基づいて、前記車載通信装置と前記通信端末との間の距離を算出する距離算出部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、距離測定システムに関する。

自動車等の車両に搭載される車載通信装置と、車載通信装置と無線通信を行う通信端末との間で送受信する電波の受信レベルに基づいて、車載通信装置と通信端末との間の距離を測定する技術がある。

例えば、車載通信装置と携帯無線端末とを含む無線通信システムにおいて、車載通信装置が、携帯無線端末から一定の強度で送信される応答信号の受信電波強度に基づいて、携帯無線端末までの距離を算出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−０７２２４４号公報

特許文献１に開示された技術では、車載通信装置は、通信端末から受信する電波の受信強度に基づいて通信端末との間の距離を測定しているので、電波にノイズが含まれている場合、測定する距離の誤差が増大するという問題がある。

本発明の実施の形態は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、車載通信装置と通信端末との間の距離を測定する距離測定システムにおいて、電波にノイズが含まれている場合における、測定する距離の誤差を低減させることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る距離測定システムは、車載通信装置と、前記車載通信装置と無線通信を行う通信端末と、の間の距離を測定する距離測定システムであって、前記車載通信装置から第１の減衰特性を有する第１の電波を送信する第１の電波送信部と、前記車載通信装置から前記第１の減衰特性とは異なる第２の減衰特性を有する第２の電波を送信する第２の電波送信部と、前記通信端末における、前記第１の電波の受信レベルと前記第２の電波の受信レベルとの間のレベル差を算出するレベル差算出部と、前記レベル差算出部が算出する前記レベル差と前記距離との対応関係に基づいて、前記車載通信装置と前記通信端末との間の距離を算出する距離算出部と、を有する。

上記の構成により、距離測定システムは、通信端末における、第１の減衰特性を有する第１の電波の受信レベルと第２の減衰特性を有する第２の電波の受信レベルとの間のレベル差と距離との対応関係に基づいて、車載通信装置と通信端末との間の距離を測定する。電波にノイズが含まれている場合でも、第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとの間のレベル差への影響は少ないので、本実施形態によれば、電波に含まれるノイズにより、測定する距離の誤差が増大することを抑制することができる。

車載通信装置と通信端末との間の距離を測定する距離測定システムにおいて、電波にノイズが含まれている場合における、測定する距離の誤差を低減させることができる。

一実施形態に係る距離測定システムの構成例を示すブロック図である。一実施形態に係る距離と受信レベルの差との関係について説明するための図である。一実施形態に係る距離の測定処理の例を示すフローチャートである。一実施形態に係る距離の測定方法の効果について説明するための図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

＜システム構成＞
図１は、一実施形態に係る距離測定システムの構成例を示すブロック図である。距離測定システム１は、例えば、自動車等の車両１０に搭載される、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１、ＥＣＵ１１の制御により無線通信を行う車載通信装置１２、及び車載通信装置１２と無線通信を行う通信端末２０を含む。

ＥＣＵ１１は、例えば、車両１０に搭載される電子制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）、及び制御インタフェース等を有する。

ＥＣＵ１１は、制御インタフェースを介して接続される車載通信装置１２を用いて、通信端末２０と無線通信によるデータの送受信が可能である。また、ＥＣＵ１１は、車載通信装置１２を用いて、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を測定する測定処理を実行する。

車載通信装置１２は、例えば、ＥＣＵ１１の制御インタフェースに接続され、ＥＣＵ１１からの制御に従って、通信端末２０と無線通信でデータの送受信を行う。また、車載通信装置１２は、ＥＣＵ１１の制御に従って、減衰特性が異なる２つの電波を送信する。例えば、車載通信装置１２は、第１の無線通信装置１３を用いて第１の減衰特性を有する第１の電波を送信し、第２の無線通信装置１４を用いて第１の減衰特性とは異なる第２の減衰特性を有する第２の電波を送信する。

なお、ここでは、第１の無線通信装置１３と第２の無線通信装置１４が異なる無線通信装置であるものとして以下の説明を行うが、第１の無線通信装置１３と第２の無線通信装置１４は、同じ無線通信装置（１つの無線通信装置）であっても良い。また、第１の無線通信装置１３、及び第２の無線通信装置１４は、１つのアンテナを用いて電波を送信するものであっても良いし、複数のアンテナを用いて電波を送信するものであっても良い。

要するに、車載通信装置１２は、通信端末２０と無線通信によるデータの送受信が可能であり、第１の減衰特性を有する第１の電波と、第２の減衰特性を有する第２の電波を送信可能なものであれば、その構成は任意の構成であって良い。

通信端末２０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、フラッシュＲＯＭ、及び制御インタフェース等を有するマイコン２１と、マイコン２１の制御に従って車載通信装置１２と無線通信を行う第３の無線通信装置２２とを含む、例えば、スマートキー等のデバイスである。

通信端末２０は、車載通信装置１２と無線通信によるデータの送受信を行う。また、通信端末２０は、車載通信装置１２から受信した第１の電波の受信レベル、及び第２の電波の受信レベルを測定し、測定した第１の電波の受信レベル、及び第２の電波の受信レベルを、無線通信で車載通信装置１２に送信する。

なお、図１の例では、通信端末２０が車両１０の外部にある場合の例を示しているが、通信端末２０は、例えば、車両１０のスマートキー等のように、車両１０の外部にある場合もあるし、車両１０の内部にある場合もあるものとする。

＜ＥＣＵの機能構成＞
ＥＣＵ１１は、例えば、フラッシュＲＯＭ等に格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより、第１の電波送信部１１１、第２の電波送信部１１２、レベル差算出部１１３、距離算出部１１４、及び記憶部１１５等を実現している。

第１の電波送信部１１１は、車載通信装置１２を制御して、車載通信装置１２から第１の減衰特性を有する第１の電波を送信する。例えば、第１の電波送信部１１１は、車載通信装置１２に第１の電波の送信を指示し、車載通信装置１２は、第１の電波送信部１１１からの指示に従って、第１の無線通信装置１３を用いて第１電波を送信する。

第２の電波送信部１１２は、車載通信装置１２を制御して、車載通信装置１２から第１の減衰特性とは異なる第２の減衰特性を有する第２の電波を送信する。例えば、第２の電波送信部１１２は、車載通信装置１２に第２の電波の送信を指示し、車載通信装置１２は、第２の電波送信部１１２からの指示に従って、第２の無線通信装置１４を用いて第２電波を送信する。

レベル差算出部１１３は、通信端末２０から送信される第１の電波の受信レベル、及び第２の電波の受信レベルを、車載通信装置１２を介して受信し、通信端末２０における第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとの間のレベル差を算出する。

距離算出部１１４は、レベル差算出部１１３によって算出される第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとのレベル差と距離との対応関係に基づいて、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を算出（又は特定）する。例えば、距離算出部１１４は、記憶部１１５に予め記憶した、距離と受信レベル差との対応関係を示す情報を用いて、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を算出する。

図２は、一実施形態に係る距離と受信レベルの差との関係について説明するための図である。

図２（ａ）は、アンテナからの距離と、電波の受信レベル（磁界強度）との関係を示すグラフ２０１である。図２（ａ）において、第１の曲線２０２は、第１の電波における第１の減衰特性を示しており、第２の曲線２０３は、第２の電波における第２の減衰特性を示している。図２（ａ）の例では、第１の電波と第２の電波の減衰特性が異なるので、距離によって、第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとのレベル差２０４が変化する。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すアンテナからの距離と、受信レベルの差２０４との対応関係を示す情報（以下、対応情報と呼ぶ）２０５の例を示している。本実施形態では、例えば、図（ｂ）に示すような対応情報２０５を、予め実測（又は計算）等により作成し、記憶部１１５に記憶しておく。これにより、距離算出部１１４は、記憶部１１５に記憶した対応情報２０５を用いて、受信レベルの差２０４に対応する距離を特定することができるようになる。

図２（ｂ）において、「距離」は、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を示している。「受信レベルの差（ｄＢμＶ／ｍ）」は、第１の電波の受信レベル（ｄＢμＶ／ｍ）と、第２の電波の受信レベル（ｄＢμＶ／ｍ）との間の受信レベルの差（ｄＢ）を示している。また、「受信レベルの差（μＶ換算）」は、第１の電波の受信レベル（ｄＢμＶ／ｍ）と、第２の電波の受信レベル（ｄＢμＶ／ｍ）との受信レベルの差（ｄＢ）をμＶに換算した値を示している。

例えば、図２（ｂ）の例では、第１の電波の受信レベルと、第２の電波の受信レベルとの間の受信レベルの差が２８．０ｄＢである場合、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離は２５ｃｍであると判断することができる。

また、受信レベルの差が、図２（ｂ）の対応情報２０５と一致しない場合（例えば、２９．０ｄＢ等）、距離算出部１１４は、例えば、受信レベル差が２８．０ｄＢ〜２９．５ｄＢの範囲を、距離２５ｃｍとして判断するものであっても良い。また、別の一例として、距離算出部１１４は、受信レベルの差が、２８．０ｄＢと、２９．５ｄＢとの２点の間を補間する演算により、例えば、２８．２ｄＢに対応する距離を算出するものであっても良い。

ここで、図１に戻り、ＥＣＵ１１の機能構成の説明を続ける。

記憶部１１５は、例えば、ＥＣＵ１１のフラッシュＲＯＭ、及びＥＣＵ１１のＣＰＵで実行されるプログラム等によって実現され、例えば、図２（ｂ）に示すような対応情報２０５を記憶する。

（電波の減衰特性について）
本実施形態では、第１の減衰特性と第２の減衰特性は、異なる減衰特性であれば良く、その実現方法は特に限定されないが、ここでは、いくつかの例を示して、概要を説明する。

車両１０のスマートキー等のシステムでは、車載通信装置１２から通信端末２０に送信される電波として、ＬＦ（Low Frequency、長波）帯の電波を用いることが多い。ＬＦ帯では、電波の磁界成分を用いて通信が行われ、λ／２π（λは波長）以下の近傍界では、電波は距離の３乗に反比例して減衰する（以下、３乗減衰と呼ぶ）ことが知られている。例えば、この３乗減衰を、第１の減衰特性として用いることができる。

また、ＬＦ帯において、複数の電波を同時に送信することでジャミングを行い、近傍界における電波の減衰特性を、３乗減衰より減衰度が高い別の減衰特性に変えることができる。一例として、この複数の電波による、３乗減衰より減衰度が高い別の減衰特性を、第２の減衰特性として用いることができる。

また、別の一例として、第１の電波及び第２の電波を、電波の電界成分を用いて送信することも考えられる。電界成分を用いて通信する電波は、近傍界においても、電波の波長（周波数）によって電波の減衰特性が異なるので、互いに周波数が異なる第１の電波と第２の電波とを用いることにより、互いに異なる第１の減衰特性と第２の減衰特性とを得ることができる。

＜通信端末の機能構成＞
図１において、通信端末２０は、例えば、マイコン２１のフラッシュＲＯＭ等に格納されたプログラムをマイコン２１のＣＰＵで実行することにより、受信レベル測定部２１１、及び受信レベル送信部２１２を実現している。

受信レベル測定部２１１は、第３の無線通信装置２２で受信した第１の電波、及び第２の電波の受信レベルを測定（又は取得）する。例えば、受信レベル測定部２１１は、第３の無線通信装置２２から出力される、受信レベルを表す信号、又は情報を取得し、所定の形式の受信レベルに変換する。

受信レベル送信部２１２は、受信レベル測定部２１１が測定した、第１の電波の受信レベル、及び第２の電波の受信レベルを、第３の無線通信装置２２を介して、車載通信装置に送信する。

上記の構成により、本実施形態に係る距離測定システム１では、車載通信装置１２は、第１の減衰特性を有する第１の電波と、第１の減衰特性とは異なる第２の減衰特性を有する第２の電波とを送信する。また、通信端末２０は、車載通信装置１２から送信される第１の電波の受信レベル、及び第２の電波の受信レベルを測定し、測定した第１の電波の受信レベル、及び第２の電波の受信レベルを車載通信装置１２に送信する。

さらに、車両１０のＥＣＵ１１は、車載通信装置１２を介して受信した、第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとの間のレベル差を算出し、算出したレベル差と距離との対応関係に基づいて、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を測定する。

なお、図１に示す距離測定システム１の構成は一例であり、本実施形態に係る距離測定システム１は、様々なシステム構成が可能である。例えば、レベル差算出部１１３は、通信端末２０が有しているものであっても良い。この場合、通信端末２０の受信レベル送信部２１２は、レベル差算出部１１３が算出する第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとのレベル差を、車載通信装置１２に送信する。また、ＥＣＵ１１の距離算出部１１４は、車載通信装置１２を介して、第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとのレベル差を受信し、受信したレベル差を用いて、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を算出する。

また、例えば、通信端末２０は、レベル差算出部１１３と距離算出部１１４を有し、距離算出部１１４が算出した距離を、車載通信装置１２に送信するもの等であっても良い。

さらに、距離算出部１１４は、記憶部１１５に記憶した対応情報２０５に代えて、予め定められた第１の減衰特性、及び第２の減衰特性に対応する計算式（例えば、３乗減衰、４乗減衰等）を用いて、レベル差に対応する距離を算出するものであっても良い。

＜処理の流れ＞
続いて、本実施形態に係る距離測定システム１で実行される距離測定方法の処理の流れについて説明する。

（距離の測定処理）
図３は、一実施形態に係る距離の測定処理の例を示すフローチャートである。この処理は、距離測定システム１において、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を測定する処理の例を示している。

ステップＳ３０１において、ＥＣＵ１１の第１の電波送信部１１１は、車載通信装置１２を制御して、車載通信装置１２から第１の減衰特性を有する第１の電波を送信する。

ステップＳ３０２において、ＥＣＵ１１の第２の電波送信部１１２は、車載通信装置１２を制御して、車載通信装置１２から第１の減衰特性とは異なる第２の減衰特性を有する第２の電波を送信する。

ステップＳ３０３において、レベル差算出部１１３は、通信端末２０における、第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとの間のレベル差を算出する。

例えば、通信端末２０は、第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとを測定し、測定した第１の電波の受信レベル、及び第２の電波の受信レベルを、車載通信装置１２に送信する。また、ＥＣＵ１１のレベル差算出部１１３は、車載通信装置１２を介して、通信端末２０における第１の電波の受信レベル、及び第２の電波の受信レベルを受信し、第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとの間のレベル差を算出する。

また、別の一例として、前述したように、通信端末２０が、レベル差算出部１１３を有している場合、レベル差算出部１１３は、受信レベル測定部２１１が測定した第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとの間のレベル差を測定する。この場合、通信端末２０の受信レベル送信部２１２は、算出された、第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとのレベル差を、車載通信装置１２に送信する。

ステップＳ３０４において、ＥＣＵ１１の距離算出部１１４は、ステップＳ３０３で算出された第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとの間のレベル差を用いて、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を算出する。

例えば、距離算出部１１４は、記憶部１１５に記憶した図２（ｂ）に示すような対応情報２０５から、第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとの間のレベル差に対応する距離を求める。

上記の処理により、ＥＣＵ１１は、通信端末２０における、第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとの間のレベル差に基づいて、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を測定することができる。

（効果）
図４は、一実施形態に係る距離の測定方法の効果について説明するための図である。ここでは、説明用の一例として、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離が５０ｃｍであり、電波に２０ｄＢのノイズが混入するものとして、以下の説明を行う。

図４（ａ）は、例えば、車載通信装置１２が、通信端末２０から受信する電波の受信レベルに基づいて、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を測定する場合の例を示している。図４（ａ）の例では、通信端末２０が受信する電波の受信レベルは、ノイズの影響により約２０ｄＢ高くなるので、実際の受信レベル４１１より２０ｄＢ高い受信レベル４１２が、車載通信装置１２で測定される。この場合、車載通信装置１２と通信端末２０との間の実際の距離は５０ｃｍであるにもかかわらず、車載通信装置１２は、距離が２５ｃｍとして測定してしまうことになる。このように、車載通信装置１２が、通信端末２０から受信する電波の受信レベルに基づいて、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を測定する場合、電波に含まれるノイズの影響により、測定する距離の誤差が増大するという問題がある。

図４（ｂ）は、例えば、車載通信装置１２が、電波の減衰特性が同じ２つの電波の送信し、通信端末２０から受信する２つの電波の受信レベルを用いて、ＥＣＵ１１が、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を測定する場合の例を示している。

図４（ｂ）に示すように、第１の電波の受信レベル４２１、及び第２の電波の受信レベル４２２に２０ｄＢのノイズを重畳しても、第１の電波の受信レベル４２１と第２の電波の受信レベル４２２との間のレベル差（１０ｄＢ）への影響は少ない。しかし、図４（ｂ）の例では、距離が変化しても、第１の電波の受信レベル４２１と第２の電波の受信レベル４２２との間のレベル差は変化しないので、ＥＣＵ１１は、このレベル差を、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離の測定に用いることができない。従って、図４（ｂ）に示す例においても、電波に含まれるノイズの影響により、測定する距離の誤差が増大するという問題を解決することができない。

図４（ｃ）は、本実施形態に係る距離測定システム１において、電波の減衰特性が異なる２つの電波を送信し、通信端末２０における２つの電波のレベル差を用いて、ＥＣＵ１１が、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を測定する場合の例を示している。

図４（ｃ）の例では、第１の電波の受信レベル４３１、及び第２の電波の受信レベル４３２に２０ｄＢのノイズを重畳しても、第１の電波の受信レベル４３１と第２の電波の受信レベル４２２との間のレベル差（３４ｄＢ）への影響は少ない。さらに、本実施形態に係る距離測定システム１では、第１の電波における第１の減衰特性と、第２の電波のおける第２の減衰特性とが異なるので、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離に応じて、第１の電波と第２の電波との間のレベル差が異なっている。従って、ＥＣＵ１１は、例えば、図２（ｂ）に示すような対応情報２０５と、第１の電波の受信レベルと第２の電波の受信レベルとの間のレベル差と、を用いて車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を推定することができる。

このように、本実施形態によれば、車載通信装置１２と通信端末２０との間の距離を測定する距離測定システム１において、電波にノイズが含まれている場合における、測定する距離の誤差を低減させることができる。

１距離測定システム
１２車載通信装置
２０通信端末
１１１第１の電波送信部
１１２第２の電波送信部
１１３レベル差算出部
１１４距離算出部

Claims

車載通信装置と、前記車載通信装置と無線通信を行う通信端末と、の間の距離を測定する距離測定システムであって、
前記車載通信装置から第１の減衰特性を有する第１の電波を送信する第１の電波送信部と、
前記車載通信装置から前記第１の減衰特性とは異なる第２の減衰特性を有する第２の電波を送信する第２の電波送信部と、
前記通信端末における、前記第１の電波の受信レベルと前記第２の電波の受信レベルとの間のレベル差を算出するレベル差算出部と、
前記レベル差算出部が算出する前記レベル差と前記距離との対応関係に基づいて、前記車載通信装置と前記通信端末との間の距離を算出する距離算出部と、
を有する距離測定システム。