JP2020165696A - 距離推定装置、移動端末、距離推定方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパスフェージングによる距離推定精度の低下を抑制する。【解決手段】無線信号に含まれる連続するサブキャリア間の第１位相差及び第２位相差の差分を算出し、当該差分に基づいて位相加算処理を行うことにより、各サブキャリアの各々について位相回転量を算出する。各サブキャリアの位相回転量と周波数との関係を線形回帰分析することにより、周波数に対する位相回転量の変化率に関する特性係数を算出し、当該特性係数に基づいて距離を推定する。【選択図】図３

Description

本開示は、無線信号の送信源までの距離を推定するための距離推定装置、当該距離推定装置を搭載する移動端末、距離推定方法及びプログラムに関する。

従来、無線信号を利用した三辺測量のような距離測定技術では、既知座標を有する複数のアクセスポイントとの間で無線信号を送受信することにより、各アクセスポイントとの相対的距離に基づいて対象物の座標を求めることで距離を求めていた。そのため、このような距離測定技術を車両のような移動体に適用する場合には、複数のアクセスポイントとの通信を常に確保しておく必要がある。しかしながら、現実環境では移動体の移動経路によっては一部のアクセスポイントからの無線信号の受信が困難になり、定常的な距離測定が難しい場合がある。

このような課題に対する解決手法の一つとして、例えば特許文献１には、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号を用いることにより、単一のアクセスポイントとの通信のみで距離測定が可能な距離測定技術が開示されている。

特表２０１４−５１３２７１号公報

ところで、透過方式の無線信号を用いた距離測定技術に関する課題として、マルチパスフェージングが知られている。マルチパスフェージングは、あるアクセスポイントから送信された無線信号が建造物や自然地形によってランダムに反射、屈折、散乱されることで、複数の異なる経路を経て干渉し、受信レベルの変動などの通信劣化を引き起こすものである。上記特許文献１のように無線信号としてＯＦＤＭ信号を用いた場合においても、マルチパスフェージングによる干渉によって無線信号の受信レベルが変動することで、距離推定精度が低下することがある。またマルチパスフェージングによって無線信号の受信レベルが雑音レベルに埋もれる場合には、距離推定自体が困難となることもある。

本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、マルチパスフェージングによる距離推定精度の低下を抑制可能な距離推定装置、移動端末、距離推定方法及びプログラムを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る距離推定装置は上記課題を解決するために、
互いに異なる周波数を有し、且つ、互いに等しい、もしくは一定の差となる発振位相を有する３以上のサブキャリアを含む無線信号を受信することにより、前記無線信号の送信源までの距離を推定するための距離推定装置であって、
前記３以上のサブキャリアのうちＭ番目のサブキャリア（但しＭは１以上の整数）、Ｍ＋１番目のサブキャリア、及び、Ｍ＋２番目のサブキャリアの位相をそれぞれ取得する位相取得部と、
前記位相取得部の取得結果に基づいて、前記Ｍ番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋１番目のサブキャリア間の第１位相差、並びに、前記Ｍ＋１番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋２番目のサブキャリア間の第２位相差を算出する位相差算出部と、
前記第１位相差及び前記第２位相差の差分が閾値以上であるか否かを判定する判定部と、
前記差分が前記閾値以上である場合、前記３以上のサブキャリアのうちＮ番目のサブキャリア（但しＮはＭ＋１以上の整数）の位相に対して３６０ｄｅｇを加算する位相加算処理を行うことにより、前記３以上のサブキャリアの各々について位相回転量を算出する位相加算処理部と、
前記３以上のサブキャリアの前記位相回転量と前記周波数との関係を線形回帰分析することにより、前記周波数に対する前記位相回転量の変化率に関する特性係数を算出する特性係数算出部と、
前記特性係数に基づいて前記距離を推定する距離推定部と、
を備える。

上記（１）の構成によれば、無線信号に含まれる複数のサブキャリアのうち連続するサブキャリア間の位相差に基づいて位相の連続性が判定される。その結果、位相が不連続と判定されたサブキャリアの位相には位相加算処理が実施され、各サブキャリアの位相回転量が算出される。このように算出された位相回転量と周波数との関係は線形回帰によって分析され、距離の推定に必要なパラメータとして、周波数に対する位相回転量の変化率に関する特性係数が求められる。本構成では、サブキャリア間の連続性に応じて位相加算処理が実施された結果に対して線形回帰分析を利用することで、マルチパスフェージングによって一部のサブキャリア信号が取得できない場合においても、距離推定に必要な特性係数を精度よく得ることができる。これにより、マルチパスフェージングが生じる状況においても、信頼性の高い距離推定が可能となる。

（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記閾値の仮値を用いて位相偏差累積値を算出し、前記仮値に対する前記位相偏差累積値の変化量の最小値を含む所定範囲に含まれる前記仮値を前記閾値として決定する閾値決定部を更に備える。

上記（２）の構成によれば、各サブキャリアで取得された位相の連続性を評価するための閾値は、当該閾値を用いた判定結果に基づいて算出される位相偏差累積値の変化量の最小値を含む所定範囲に含まれるように決定される。このように決定された閾値を採用することで、信頼性の高い距離推定が可能となる。

（３）幾つかの実施形態では上記（１）又は（２）の構成において、
前記特性係数算出部は、前記特性係数を最小二乗法を用いて算出する。

上記（３）の構成によれば、最小二乗法を用いて各サブキャリアの位相回転量と周波数との関係から距離推定に必要な特性係数が求められる。

（４）幾つかの実施形態では上記（１）から（３）のいずれか一構成において、
前記無線信号は直交周波数分割多重信号である。

上記（４）の構成によれば、直交周波数分割多重信号を用いた距離推定において、マルチパスフェージングによる精度低下を効果的に抑制できる。

（５）本発明の少なくとも一実施形態に係る移動端末は上記課題を解決するために、
上記（１）から（４）のいずれか一構成の距離推定装置を備える。

上記（５）の構成によれば、移動可能な移動端末に上記装置を搭載することで、移動端末において無線信号の送信源までの距離を、マルチパスフェージングの影響を抑制しつつ、精度よく推定することが可能となる。

（６）幾つかの実施形態では上記（５）の構成において、
互いに離れて配置された２以上の受信部で前記無線信号を受信し、前記２以上の受信部で受信された前記無線信号の位相差に基づいて、前記無線信号の到来角度を推定する到来角度推定部を更に備える。

上記（６）の構成によれば、到来角度推定部を備えることで、移動端末から無線信号の送信源までの距離に加えて、無線信号の到来角度を好適に特定できる。これにより、移動端末の座標上における位置をより詳しく把握することができ、高度な位置推定が可能となる。

（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る距離推定方法は上記課題を解決するために、
互いに異なる周波数を有し、且つ、互いに等しい、もしくは一定の差となる発振位相を有する３以上のサブキャリアを含む無線信号を受信することにより、前記無線信号の送信源までの距離を推定するための距離推定方法であって、
前記３以上のサブキャリアのうちＭ番目のサブキャリア（但しＭは１以上の整数）、Ｍ＋１番目のサブキャリア、及び、Ｍ＋２番目のサブキャリアの位相をそれぞれ取得する工程と、
前記Ｍ番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋１番目のサブキャリア間の第１位相差、並びに、前記Ｍ＋１番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋２番目のサブキャリア間の第２位相差を算出する工程と、
前記第１位相差及び前記第２位相差の差分が閾値以上であるか否かを判定する工程と、
前記差分が前記閾値以上である場合、前記３以上のサブキャリアのうちＮ番目のサブキャリア（但しＮはＭ＋１以上の整数）の位相に対して３６０ｄｅｇを加算する位相加算処理を行うことにより、前記３以上のサブキャリアの各々について位相回転量を算出する工程と、
前記３以上のサブキャリアの前記位相回転量と前記周波数との関係を線形回帰分析することにより、前記周波数に対する前記位相回転量の変化率に関する特性係数を算出する工程と、
前記特性係数に基づいて前記距離を推定する工程と、
を備える。

上記（７）の方法によれば、無線信号に含まれる複数のサブキャリアのうち連続するサブキャリア間の位相差に基づいて位相の連続性が判定される。その結果、位相が不連続と判定されたサブキャリアの位相には位相加算処理が実施され、各サブキャリアの位相回転量が算出される。このように算出された位相回転量と周波数との関係は線形回帰によって分析され、距離の推定に必要なパラメータとして、周波数に対する位相回転量の変化率に関する特性係数が求められる。本構成では、サブキャリア間の連続性に応じて位相加算処理が実施された結果に対して線形回帰分析を利用することで、マルチパスフェージングによって一部のサブキャリア信号が取得できない場合においても、距離推定に必要な特性係数を精度よく得ることができる。これにより、マルチパスフェージングが生じる状況においても、信頼性の高い距離推定が可能となる。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係るプログラムは上記課題を解決するために、
互いに異なる周波数を有し、且つ、互いに等しい、もしくは一定の差となる発振位相を有する３以上のサブキャリアを含む無線信号を受信することにより、前記無線信号の送信源までの距離を推定するためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記３以上のサブキャリアのうちＭ番目のサブキャリア（但しＭは１以上の整数）、Ｍ＋１番目のサブキャリア、及び、Ｍ＋２番目のサブキャリアの位相をそれぞれ取得する工程と、
前記Ｍ番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋１番目のサブキャリア間の第１位相差、並びに、前記Ｍ＋１番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋２番目のサブキャリア間の第２位相差を算出する工程と、
前記第１位相差及び前記第２位相差の差分が閾値以上であるか否かを判定する工程と、
前記差分が前記閾値以上である場合、前記３以上のサブキャリアのうちＮ番目のサブキャリア（但しＮはＭ＋１以上の整数）の位相に対して３６０ｄｅｇを加算する位相加算処理を行うことにより、前記３以上のサブキャリアの各々について位相回転量を算出する工程と、
前記３以上のサブキャリアの前記位相回転量と前記周波数との関係を線形回帰分析することにより、前記周波数に対する前記位相回転量の変化率に関する特性係数を算出する工程と、
前記特性係数に基づいて前記距離を推定する工程と、
を実行させる。

上記（８）のプログラムによれば、無線信号に含まれる複数のサブキャリアのうち連続するサブキャリア間の位相差に基づいて位相の連続性が判定される。その結果、位相が不連続と判定されたサブキャリアの位相には位相加算処理が実施され、各サブキャリアの位相回転量が算出される。このように算出された位相回転量と周波数との関係は線形回帰によって分析され、距離の推定に必要なパラメータとして、周波数に対する位相回転量の変化率に関する特性係数が求められる。本構成では、サブキャリア間の連続性に応じて位相加算処理が実施された結果に対して線形回帰分析を利用することで、マルチパスフェージングによって一部のサブキャリア信号が取得できない場合においても、距離推定に必要な特性係数を精度よく得ることができる。これにより、マルチパスフェージングが生じる状況においても、信頼性の高い距離推定が可能となる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、マルチパスフェージングによる距離推定精度の低下を抑制可能な距離推定装置、移動端末、距離推定方法及びプログラムを提供できる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る距離推定装置によって無線信号を受信する様子を示す模式図である。 図１の距離推定装置の内部構成を示すブロック図である。 図２の距離推定装置によって実施される距離推定方法を工程毎に示すフローチャートである。 図３のステップＳ１０２で取得された各サブキャリアと位相との関係を示す一例である。 図４に示す位相変化に対して位相加算処理を実施した結果を示す位相回転量の分布例である。 図２の変形例である。 図６の閾値決定部による閾値の決定方法を工程毎に示すフローチャートである。 仮値に対する位相偏差累積値の算出例である。 本発明の少なくとも一実施形態に係る移動端末の一例を示す模式図である。 図１の距離測定装置のハードウェア構成を示す概略構成図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の少なくとも一実施形態に係る距離推定装置１００によって無線信号を受信する様子を示す模式図である。距離推定装置１００は、例えば車両のような移動体に搭載された移動端末（不図示）に備えられており、座標空間上を所定の経路で移動可能である。図１では、このような距離推定装置１００が、既知座標に設置された送信器２００から距離ｘだけ隔てた位置にある様子が示されている。

送信機２００は、例えばアクセスポイントであり、無線信号Ｓを送信する。無線信号Ｓは、空気中を伝播して距離推定装置１００によって受信される。無線信号Ｓは、互いに異なる周波数を有し、且つ、互いに等しいか、一定の位相差となる発振位相を有する複数のサブキャリアを含む。本実施形態では、無線信号ＳはＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）信号であり、例えば３１２．５ｋＨｚの周波数間隔で設定された合計５２ＣＨのサブキャリアを含むＯＦＤＭ信号である。
尚、距離推定装置１００及び送信機２００間における無線信号Ｓの伝播速度は、実質的に真空中の光速ｃ（＝３×１０^８［ｍ／ｓ］）に等しいとみなされる。
＜測定原理＞

ここで距離推定装置１００による無線信号Ｓを用いた距離推定方法の基本的な測定原理について概略的に説明する。図１に示すように、送信器２００から送信される無線信号Ｓに含まれる一つのサブキャリアが、振幅Ａ［ｍ］、周波数ｆ［Ｈｚ］、波数ｋ［１／ｍ］、時間ｔ［ｓ］を用いてＡｅ^{−ｊ（２πｆｔ）}で表される場合、距離推定装置１００で受信される無線信号Ｓの位相Φは、次式で表される。
Φ＝−（２πｆｔ＋ｋｘ） （１）
尚、ここでは便宜上、距離ｘによる無線信号Ｓの振幅減衰はないものとみなしている。

上記（１）式の第二項から距離ｘと位相Φとの関係は次式となる。

ところで透過方式では起点が明確となっていないため、上記（２）式で位相Φが距離推定装置１００及び送信機２００間の位相差を表していないことが問題となる。便宜上、起点を示す距離推定装置１００及び送信機２００間の位相差Φ_ｄを導入すると、位相Φは距離推定装置１００及び送信機２００間の位相変化量Φ’と位相差Φ_ｄとの和となるため、上記（２）式は以下のように表される。

ここで周波数ｆ１における位相変化量Φ’１、周波数ｆ２における位相変化量Φ’２とすると、上記（３）式は以下のように表される。

この２式から位相差Φ_ｄを消去して距離ｘについてまとめると、次式が得られる。

上記（５）式によれば、距離推定装置１００及び送信機２００間の位相差Φ_ｄが未知であったとしても、周波数ｆに対する位相の変化率（すなわちサブキャリア間における位相変化量）を計測することで、距離ｘが算出される。

続いて前述の測定原理を利用した、距離推定方法の具体的な実施形態について説明する。図２は図１の距離推定装置１００の内部構成を示すブロック図であり、図３は図２の距離推定装置１００によって実施される距離推定方法を工程毎に示すフローチャートである。

図２に示す実施形態では、距離推定装置１００は、位相取得部１１２と、位相差算出部１１４と、判定部１１６と、位相加算処理部１１８と、特性係数算出部１２０と、距離推定部１２２と、を備える。以下、これら距離推定装置１００の各構成要素の具体的機能、及び、これら構成要素によって実施される距離推定方法を、図３に沿って説明する。

まず距離推定装置１００は送信機２００から送信されたＯＦＤＭ信号である無線信号Ｓを受信し（ステップＳ１００）、無線信号Ｓに含まれる各サブキャリアを抽出する（ステップＳ１０１）。無線信号Ｓは、互いに異なる周波数を有し、且つ、互いに等しい発振位相を有する複数のサブキャリアを含む。本実施形態では、無線信号Ｓには一定間隔で分布する互いに異なる周波数を有する合計５２のサブキャリアが含まれており、ステップＳ１０１では、これらのサブキャリがそれぞれ抽出される。尚、以下の説明において無線信号Ｓに含まれる各サブキャリアについて個別に言及する場合には、低周波側から順に１番目のサブキャリア、２番目のサブキャリア、・・・、５２番目のサブキャリアと称する。

続いて位相取得部１１２は、ステップＳ１０１で抽出された各サブキャリアの位相Φをそれぞれ取得する（ステップＳ１０２）。つまり、１番目のサブキャリア、２番目のサブキャリア、・・・、５２番目のサブキャリアにそれぞれ対応する位相Φ１、Φ２、・・・、Φ５２がそれぞれ取得される。図４は図３のステップＳ１０２で取得された各サブキャリアと位相Φとの関係を示す一例である。

続いて位相差算出部１１４は、ステップＳ１０２で取得した各サブキャリアの位相Φに基づいて、連続するサブキャリア間の位相差ΔΦを算出する（ステップＳ１０３）。ここで連続するサブキャリアとは、１番目のサブキャリア、２番目のサブキャリア、・・・、５２番目のサブキャリアのうち隣り合うサブキャリアの組み合わせ（例えば、１番目のサブキャリア及び２番目のサブキャリアの組み合わせ、２番目のサブキャリア及び３番目のサブキャリアの組み合わせ、・・・）をいう。ステップＳ１０３では、このような連続するサブキャリアの組み合わせについて位相差がそれぞれ算出される。

続いて判定部１１６は、ステップＳ１０３で算出された連続するサブキャリア間の位相差のうち、連続する第１位相差ΔΦ１及び第２位相差ΔΦ２の各組み合わせについて差分の絶対値｜ｄ｜を算出し（ステップＳ１０４）、各差分の絶対値｜ｄ｜が閾値ｄｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。１以上の任意の整数Ｍを用いると、第１位相差ΔΦ１は、連続するＭ番目のサブキャリアとＭ＋１番目のサブキャリアとの位相差であり、第２位相差ΔΦ２は、連続するＭ＋１番目のサブキャリアとＭ＋２番目のサブキャリアとの位相差である。

ステップＳ１０５では、このような連続する第１位相差ΔΦ１及び第２位相差ΔΦ２の組み合わせについてそれぞれ差分の絶対値｜ｄ｜を算出し、閾値ｄｒｅｆとの比較が行われる。閾値ｄｒｅｆは、連続するサブキャリア間の位相Φの連続／不連続を判断するための基準値であり、０ｄｅｇから３６０ｄｅｇの範囲で適宜設定される。ステップＳ１０５では、差分の絶対値｜ｄ｜が閾値ｄｒｅｆ以上である場合、当該差分の絶対値｜ｄ｜に対応するサブキャリア間の位相は不連続であると判定される（ステップＳ１０６）。一方、差分の絶対値｜ｄ｜が閾値ｄｒｅｆ未満である場合、当該差分の絶対値｜ｄ｜に対応するサブキャリア間の位相は連続であると判定される（ステップＳ１０７）。

続いて位相加算処理部１１８は、ステップＳ１０５の判定結果に応じて位相加算処理を実施し（ステップＳ１０８）、各サブキャリアの位相回転量を算出する（ステップＳ１０９）。例えば、Ｍ番目のサブキャリア及びＭ＋１番目のサブキャリア間の第１位相差ΔΦ１と、Ｍ＋１番目のサブキャリア及びＭ＋２番目のサブキャリア間の第２位相差ΔΦ２との差分の絶対値｜ｄ｜が閾値ｄｒｅｆ以上である場合、無線信号ＳのうちＮ番目のサブキャリア（但しＮはＭ＋１以上の整数）の位相Φに対して３６０ｄｅｇを加算する位相加算処理が行われる。すなわちＮ番目のサブキャリアより高周波側にある各サブキャリアの位相Φに対して位相加算処理が実施される。図５は図４に示す位相変化に対して位相加算処理を実施した結果を示す位相回転量の分布例である。

続いて特性係数算出部１２０は、ステップＳ１０９で算出された各サブキャリアの位相回転量に対して線形回帰分析を実施し（ステップＳ１１０）、周波数に対する位相回転量の変化率に関する特性係数を算出する（ステップＳ１１１）。図５に示す実施形態では、線形回帰分析の一例として最小二乗法によって、各サブキャリアの位相回転量に基づく一次関数が求められている。この場合、ステップＳ１１１で算出される特性係数は、当該一次関数の傾きとして求められる。

続いて距離推定部１２２は、ステップＳ１１１で算出された特性係数（一次関数の傾き）に基づいて、送信機２００までの距離ｘを推定する（ステップＳ１１２）。前述したように、ステップＳ１１１で算出された特性係数は周波数に対する位相回転量の変化率であるため、距離推定部１２２は、上記（５）式の右辺の（ｄΦ´／ｄｆ）として特性係数を代入することで、距離ｘが算出される。

このように本実施形態では、サブキャリア間の連続性に応じて位相加算処理が実施された結果に対して線形回帰分析を利用することで、マルチパスフェージングによって一部のサブキャリア信号が取得できない場合においても、距離推定に必要な特性係数を精度よく得ることができる。これにより、マルチパスフェージングが生じる状況においても、信頼性の高い距離推定が可能となる。

図６は図２の変形例である。図６に示す実施形態では、図２と比較して、閾値決定部１２４を更に備える点で異なる。閾値決定部は、図３のステップＳ１０５において判定基準値として用いられる閾値ｄｒｅｆを決定するための構成要素である。

ここで閾値決定部１２４による閾値ｄｒｅｆの決定方法について具体的に説明する。図７は図６の閾値決定部１２４による閾値ｄｒｅｆの決定方法を工程毎に示すフローチャートである。

まず閾値決定部１２４は、閾値ｄｒｅｆの仮値ｄｒｅｆ´を設定する（ステップＳ２００）。仮値ｄｒｅｆ´は、０ｄｅｇ〜３６０ｄｅｇの範囲で任意に選択可能であるが、ここではまず仮値ｄｒｅｆ´の初期値として、例えば５ｄｅｇが選択される。

続いて閾値決定部１２４は、ステップＳ２００で設定された仮値ｄｒｅｆ´を用いて位相偏差累積値を算出する（ステップＳ２０１）。位相偏差累積値の算出は、（ｉ）まず５２ＣＨ分の各サブキャリアの位相Φに対して最小二乗法処理を適用することで、近似関数（例えば一次近似関数Φ＝ａｆ＋ｂ（ａは傾き、ｂは切片）である場合、その傾きａは、５２ＣＨ分の各サブキャリアの位相Φの共分散値及び分散値を用いて、共分散値／分散値により得られる）を求める。（ｉｉ）続いて５２ＣＨ分の各サブキャリアについて、（ｉ）で求められた近似関数を用いて算出される位相Φと、実際に計測された各サブキャリアの位相Φ´との位相偏差の絶対値（＝｜Φ−Φ´｜）を算出する（例えば、１ＣＨ目の周波数をｆ１とすると、最小二乗法から得られた一次近似関数Φ＝ａｆ＋ｂを用いて、１ＣＨに対応する位相Φ１はΦ１＝ａ・ｆ１＋ｂと計算される。そして１ＣＨのサブキャリアの計測位相をΦ１´とすると、１ＣＨに対応する位相偏差の絶対値は｜Φ１−Φ１´｜と求、められる）。（ｉｉｉ）続いて（ｉｉ）で算出した５２ＣＨ分の位相偏差の絶対値を積算することで位相偏差累積値が求められる。

続いて閾値決定部１２４は、仮値ｄｒｅｆ´の変更要否を判定する（ステップＳ２０２）。具体的には、０ｄｅｇ〜３６０ｄｅｇの範囲で、仮値ｄｒｅｆ´を変更しながら位相偏差累積値の算出が十分実施されたか否かが判定される。例えば、仮値ｄｒｅｆ´が初期値５ｄｅｇである場合の位相偏差累積値しか算出されていない場合には、０ｄｅｇ〜３６０ｄｅｇの範囲で仮値ｄｒｅｆ´が十分に変更されていないため（ステップＳ２０２：ＮＯ）、閾値決定部１２４は仮値ｄｒｅｆ´を次の値に変更し（ステップＳ２０３）、変更後の仮値ｄｒｅｆ´に基づいて再び位相偏差累積値が算出される。

このような仮値ｄｒｅｆ´の変更と位相偏差累積値の算出は、０ｄｅｇ〜３６０ｄｅｇの範囲で仮値ｄｒｅｆ´が十分に変更されるまで繰り返される。例えば仮値ｄｒｅｆ´が初期値５ｄｅｇである場合、５ｄｅｇずつ加算されながら３６０ｄｅｇに至るまで繰り返される。その結果、０ｄｅｇ〜３６０ｄｅｇの範囲で仮値ｄｒｅｆ´に対応する各位相偏差累積値が算出されると（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、閾値決定部１２４は仮値ｄｒｅｆ´に対する位相偏差累積値の変化量の最小値を含む所定範囲に含まれる仮値ｄｒｅｆ´を閾値として決定する（ステップＳ２０４）。

図８は仮値ｄｒｅｆ´に対する位相偏差累積値の算出例である。図８では、仮値ｄｒｅｆ´を５ｄｅｇから３５５ｄｅｇの範囲で変化させた際に、各仮値で算出された位相偏差累積値がそれぞれプロットされている（尚、図８では各仮値ｄｒｅｆ´に対して算出される特性係数が参考に示されている）。この例では、仮値が６０〜２００ｄｅｇの範囲で位相偏差累積値が小さくなっているため、ステップＳ２０４では、当該範囲に含まれる仮値が最終的な閾値ｄｒｅｆとして決定される。本実施形態では、このように決定された閾値ｄｒｅｆを用いて距離推定を行うことで、信頼性の高い距離推定が可能となる。

続いて上記構成を有する距離推定装置１００を備える移動端末３００の応用例について説明する。図９は本発明の少なくとも一実施形態に係る移動端末３００の一例を示す模式図である。

移動端末３００は、前述の距離推定装置１００（図９において不図示）に加えて、到来角度推定部３１０を備える。到来角度推定部３１０は、図９に示すように、移動端末３００で受信される無線信号Ｓの到来角度θを推定する。この到来角度推定部３１０のハードウェアは、所定間隔で配置された２以上のアンテナ素子を含んで構成される。図９では、移動端末３００のケーシング（不図示）上において、互いに所定距離ｄを隔てた位置にそれぞれ設置された第１アンテナ素子３１０Ａ及び第２アンテナ素子３１０Ｂが示されている。

尚、第１アンテナ素子３１０Ａ及び第２アンテナ素子３１０Ｂは、到来角度推定部３１０として機能するとともに、前述の距離推定装置１００で無線信号Ｓを受信するための機能を兼任していてもよい。

ここで図９に示すように、移動端末３００で取得される無線信号Ｓが、第１アンテナ素子３１０Ａ及び第２アンテナ素子３１０Ｂに対して到来角度θで受信されている状況を想定する。この場合、無線信号Ｓの波長λ、第１アンテナ素子３１０Ａ及び第２アンテナ素子３１０Ｂで受信される無線信号Ｓの位相差Φは、次式で表される。
Φ＝（２π／λ）ｄｓｉｎθ （６）
従って、上記（６）を変形することにより、到来角度θは次式により得られる。
θ＝ｓｉｎ^−１（（Φ／λ）／（２πｄ）） （７）

このように移動端末３００は、距離推定装置１００による距離推定に加えて、到来角度推定部３１０を備えることで、移動端末３００に対する無線信号Ｓの到来角度を特定できる。これにより、移動端末３００の空間座標上における位置をより詳しく把握することができ、高度な位置推定が可能となる。

尚、上記構成を有する距離測定装置１００は、コンピュータのような電子演算装置として構成されていてもよい。具体的には、図１０に示すように、距離測定装置１００は、ＣＰＵ４００（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ４１０（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ４２０（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ４３０（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、入力Ｉ／Ｆ４４０、出力Ｉ／Ｆ４５０、ＦＰＧＡ４６０、変復調器４７０および受信アンテナ４８０を含み、これらがバス４９０を介して互いに接続されて構成される。
尚、距離測定装置１００のハードウェア構成は上記に限定されない。

またクラウドや記憶媒体に、距離測定装置１００の機能を実現するためのプログラム（距離測定プログラム）を格納しておいてもよい。そして距離測定装置１００は、例えば４Ｇ、５Ｇ回線通信機やＷｉ−Ｆｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮ通信機のような外部通信機を備え、ＣＰＵ４００が外部通信機を介してクラウドからプログラムを読み込み、ＲＡＭ４１０にロードして実行してもよい。また距離測定装置１００は、記憶媒体のデータを読み取るためのドライバを備え、ＣＰＵ４００が記憶媒体からプログラムを読み込み、ＲＡＭ４１０にロードして実行してもよい。記憶媒体の種類は問わず、例えばＳＤカード、ＵＳＢメモリ、外付けＨＤＤ等、プログラムの容量に応じた様々な記憶媒体を用いることができる。

以上説明したように上述の実施形態によれば、マルチパスフェージングによる距離推定精度の低下を抑制可能な距離推定装置、移動端末、距離推定方法及びプログラムを提供できる。

本発明の少なくとも一実施形態は、無線信号の送信源までの距離を推定するための距離推定装置、当該距離推定装置を搭載する移動端末、距離推定方法及びプログラムに利用可能である。

１００ 距離推定装置
１１２ 位相取得部
１１４ 位相差算出部
１１６ 判定部
１１８ 位相加算処理部
１２０ 特性係数算出部
１２２ 距離推定部
１２４ 閾値決定部
２００ 送信機
３００ 移動端末
３１０ 到来角度推定部
３１０Ａ 第１アンテナ素子
３１０Ｂ 第２アンテナ素子
４００ ＣＰＵ
４１０ ＲＡＭ
４２０ ＲＯＭ
４３０ ＨＤＤ
４４０ 入力Ｉ／Ｆ
４５０ 出力Ｉ／Ｆ４５０
４６０ バス

Claims (8)

1. 互いに異なる周波数を有し、且つ、互いに等しい、もしくは一定の差となる発振位相を有する３以上のサブキャリアを含む無線信号を受信することにより、前記無線信号の送信源までの距離を推定するための距離推定装置であって、
   前記３以上のサブキャリアのうちＭ番目のサブキャリア（但しＭは１以上の整数）、Ｍ＋１番目のサブキャリア、及び、Ｍ＋２番目のサブキャリアの位相をそれぞれ取得する位相取得部と、
   前記位相取得部の取得結果に基づいて、前記Ｍ番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋１番目のサブキャリア間の第１位相差、並びに、前記Ｍ＋１番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋２番目のサブキャリア間の第２位相差を算出する位相差算出部と、
   前記第１位相差及び前記第２位相差の差分が閾値以上であるか否かを判定する判定部と、
   前記差分が前記閾値以上である場合、前記３以上のサブキャリアのうちＮ番目のサブキャリア（但しＮはＭ＋１以上の整数）の位相に対して３６０ｄｅｇを加算する位相加算処理を行うことにより、前記３以上のサブキャリアの各々について位相回転量を算出する位相加算処理部と、
   前記３以上のサブキャリアの前記位相回転量と前記周波数との関係を線形回帰分析することにより、前記周波数に対する前記位相回転量の変化率に関する特性係数を算出する特性係数算出部と、
   前記特性係数に基づいて前記距離を推定する距離推定部と、
   を備える、距離推定装置。
2. 前記閾値の仮値を用いて前記位相偏差累積値を算出し、前記仮値に対する前記位相偏差累積値の変化量の最小値を含む所定範囲に含まれる前記仮値を前記閾値として決定する閾値決定部を更に備える、請求項１に記載の距離推定装置。
3. 前記特性係数算出部は、最小二乗法を用いて前記特性係数を算出する、請求項１又は２に記載の距離推定装置。
4. 前記無線信号は直交周波数分割多重信号である、請求項１から３のいずれか一項に記載の距離推定装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の距離推定装置を備える、移動端末。
6. 互いに離れて配置された２以上の受信部で前記無線信号を受信し、前記２以上の受信部で受信された前記無線信号の位相差に基づいて、前記無線信号の到来角度を推定する到来角度推定部を更に備える、請求項５に記載の移動端末。
7. 互いに異なる周波数を有し、且つ、互いに等しい、もしくは一定の差となる発振位相を有する３以上のサブキャリアを含む無線信号を受信することにより、前記無線信号の送信源までの距離を推定するための距離推定方法であって、
   前記３以上のサブキャリアのうちＭ番目のサブキャリア（但しＭは１以上の整数）、Ｍ＋１番目のサブキャリア、及び、Ｍ＋２番目のサブキャリアの位相をそれぞれ取得する工程と、
   前記Ｍ番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋１番目のサブキャリア間の第１位相差、並びに、前記Ｍ＋１番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋２番目のサブキャリア間の第２位相差を算出する工程と、
   前記第１位相差及び前記第２位相差の差分が閾値以上であるか否かを判定する工程と、
   前記差分が前記閾値以上である場合、前記３以上のサブキャリアのうちＮ番目のサブキャリア（但しＮはＭ＋１以上の整数）の位相に対して３６０ｄｅｇを加算する位相加算処理を行うことにより、前記３以上のサブキャリアの各々について位相回転量を算出する工程と、
   前記３以上のサブキャリアの前記位相回転量と前記周波数との関係を線形回帰分析することにより、前記周波数に対する前記位相回転量の変化率に関する特性係数を算出する工程と、
   前記特性係数に基づいて前記距離を推定する工程と、
   を備える、距離推定方法。
8. 互いに異なる周波数を有し、且つ、互いに等しい、もしくは一定の差となる発振位相を有する３以上のサブキャリアを含む無線信号を受信することにより、前記無線信号の送信源までの距離を推定するためのプログラムであって、
   コンピュータに、
   前記３以上のサブキャリアのうちＭ番目のサブキャリア（但しＭは１以上の整数）、Ｍ＋１番目のサブキャリア、及び、Ｍ＋２番目のサブキャリアの位相をそれぞれ取得する工程と、
   前記Ｍ番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋１番目のサブキャリア間の第１位相差、並びに、前記Ｍ＋１番目のサブキャリア及び前記Ｍ＋２番目のサブキャリア間の第２位相差を算出する工程と、
   前記第１位相差及び前記第２位相差の差分が閾値以上であるか否かを判定する工程と、
   前記差分が前記閾値以上である場合、前記３以上のサブキャリアのうちＮ番目のサブキャリア（但しＮはＭ＋１以上の整数）の位相に対して３６０ｄｅｇを加算する位相加算処理を行うことにより、前記３以上のサブキャリアの各々について位相回転量を算出する工程と、
   前記３以上のサブキャリアの前記位相回転量と前記周波数との関係を線形回帰分析することにより、前記周波数に対する前記位相回転量の変化率に関する特性係数を算出する工程と、
   前記特性係数に基づいて前記距離を推定する工程と、
   を実行させる、プログラム。

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