JP2021096244A - Ｒｆタグ位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦＩＤシステムに於いて、ＲＦタグの３次元的な位置を検出するＲＦタグ位置検出装置を提供する。【解決手段】筺体と、面状に配列された複数のアンテナ素子を具備するアレイアンテナ２３を複数個備えるとともに、各アレイアンテナ２３が、筺体内に同一平面内となるように配置されているアンテナユニット３と、アンテナユニット３内のそれぞれのアレイアンテナ２３について、該アレイアンテナ２３で受信されるＲＦタグ４からの到来電波の受信信号、及び該アレイアンテナ２３の受信信号に対する応答特性関数に基づき、該到来波の到来方向を推定する到来方向検出手段１１と、到来方向検出手段１１により推定される、それぞれのアレイアンテナ２３における到来電波の到来方向、及び各アレイアンテナ２３の相対的な位置座標に基づき、該到来電波を発したＲＦタグ４のアンテナユニット３に対する相対座標を算出するタグ位置算出手段１２と、を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification：電波個体識別）システムにおいて、ＲＦタグの３次元的な位置を検出する技術に関する。

一般に、ＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤリーダライタ（RFID reader/writer）又はＲＦＩＤ質問器（RFID interrogator）と呼ばれるＲＦＩＤリーダ（RFID reader）と、一乃至複数のＲＦタグ（RF tag）とを有している。そして、ＲＦＩＤリーダにより、一乃至複数のＲＦタグに対して無線周波数の電波信号である質問信号を送信し、これに対してＲＦタグは同じ周波数帯の電波信号である応答信号を返信する。ＲＦタグには、アクティブタグ（active tag）、パッシブタグ（passive tag）、半アクティブタグ（semi-active tag）がある。アクティブタグは、内部電池を有して自発的に応答信号を発信するＲＦタグである。これは、主に数十メートルという長距離通信に用いられる。パッシブタグは、内部電池を持たず、ＲＦＩＤリーダから送信される電波の一部を後方散乱（backscatter）として知られる手法により反射させると共にこれを変調することにより、反射波に応答信号を載せて発信するＲＦタグである。通信距離は１メートル程度とされる。半アクティブタグは、内部電池を内蔵し、外部からの特定の信号を検知した時にアクティブタグとして機能するＲＦタグである。パッシブタグよりも読み取り可能な通信距離が長く、アクティブタグよりも電力消費が少ない。

斯かるＲＦＩＤシステムに於いてＲＦタグの存在方向（応答信号の到来方向）を検出する技術としては、特許文献１，２に記載のものが公知である。特許文献１には、ＲＦＩＤリーダの送受信アンテナにアレイアンテナ（array antenna）を使用した構成が開示されている。

図１１に、特許文献１，２に記載のＲＦＩＤリーダ用のアレイアンテナ１００を示す。アレイアンテナ１００は、平板状の接地面１０１の表面に、９つのアンテナ素子（antenna element）Ｅ０〜Ｅ８が配置されている。各アンテナ素子は、アンテナ素子Ｅ０を対称中心としてアンテナ素子の組（Ｅ１，Ｅ５），（Ｅ２，Ｅ６），（Ｅ３，Ｅ７），（Ｅ４，Ｅ８）が、其々、４５度の角度間隔で、アンテナ素子Ｅ０を中心とする略円上に対称に配置されている（図１１（ａ）（ｂ））。各アンテナ素子の放射方向ベクトルｄは、通常、接地面１０１に垂直な方向とされる。アレイアンテナ１００から電波を送信する場合、各アンテナ素子に通電する送信波電流の位相及びゲインを調整することにより、送信波の指向性を高めるとともに、指向性曲線におけるメインローブ（main lobe）のビーム方向を自在に制御することが可能である。これを、ビームの「ステアリング（steering）」という。

送信波の位相とゲインは、合成ビームリーダ（ＳＢＲ：synthesized-beam reader）により制御される。ＳＢＲが、主にアンテナ素子Ｅ１，Ｅ０，Ｅ５を使用して送信した場合、アレイアンテナ１００のメインローブの方向は直線Ｌ_１０５を通る紙面に垂直な面上となり、主にアンテナ素子Ｅ２，Ｅ０，Ｅ６を使用して送信した場合、メインローブの方向は直線Ｌ_２０６を通る紙面に垂直な面上となり、主にアンテナ素子Ｅ３，Ｅ０，Ｅ７を使用して送信した場合、メインローブの方向は直線Ｌ_３０７を通る紙面に垂直な面上となり、主にアンテナ素子Ｅ４，Ｅ０，Ｅ８を使用して送信した場合、メインローブの方向は直線Ｌ_４０８を通る紙面に垂直な面上となる（図１１（ｂ））。さらに、直線状に並ぶ３つのアンテナ素子に加えて、それ以外のアンテナ素子の位相及びゲインを制御することにより、ビームのステアリングを任意に制御することができる。

一例として、主にアンテナ素子Ｅ２，Ｅ０，Ｅ６を使用して送信する場合を考える。この場合、図１１（ｃ）（ｄ）に示すように、アレイアンテナ１００のメインローブは直線Ｌ_２０６を通る紙面に垂直な平面Ｓ_２０６上となる。図１１（ｄ）は図１１（ｃ）を直線Ｌ_２０６で切断して真横から視た図（平面Ｓ_２０６上の図）である。アンテナ素子Ｅ２，Ｅ０，Ｅ６の位相とゲインを変化させることによって、アレイアンテナ１００のメインローブはＭＬ_１Ｌ，ＭＬ_０，ＭＬ_１Ｈのように、ビーム中心方向を平面Ｓ_２０６上で連続的に変化させることが出来る。

特許文献２では、このように、ＳＢＲによってメインローブのビーム中心方向を走査しながらＲＦタグに対して質問信号を送信し、ＲＦタグからの応答信号を受信できたビーム中心方向から、ＲＦタグ存在方向（応答信号の到来方向）を検出する手法が記載されている。図１２において、アレイアンテナ１００は接地面１０１を床面に対し平行となるように設置されている。メインローブのビーム中心方向を真下（接地面１０１に垂直）の方向Ｌ_０とすると、メインローブは図１２（ａ）のＭＬ_０のようになる。この場合、床面上でのメインローブを上から視ると、図１２（ｂ）のようになる。メインローブのビーム中心方向を真下方向Ｌ_０から角度θ_１だけ傾いた方向とすると、メインローブは図１２（ａ）のＭＬ_１のようになる。この場合、床面上でのメインローブを上から視ると、図１２（ｃ）のようになる。メインローブのビーム中心方向を真下方向Ｌ_０から角度θ_２だけ傾いた方向とすると、メインローブは図１２（ａ）のＭＬ_２のようになる。この場合、床面上でのメインローブを上から視ると、図１２（ｄ）のようになる。これらを合わせると、図１２（ｅ）のようになり。このように、メインローブのビーム中心方向を、真下方向Ｌ_０からの角度（垂直角）θを変化させるとともに、水平方向の方位角（水平角）φを変化させて、全方位に亘り走査することにより床面上のＲＦタグの方位を検出することができる。この方法は、一般的なアレイアンテナにおける到来方向推定方法であるビームフォーマ法（beamformer method）と呼ばれる手法であり、アレイアンテナの到来波の到来方向推定方法として従前より知られている手法である（非特許文献１，pp.47-48，非特許文献２参照）。

尚、一般的なアレイアンテナにおける到来波の到来方向推定方法としては、これ以外にも、Capon法（Capon's beamformer method）（非特許文献１，pp.49-51参照）、線形予測法（Linear Prediction (LP) method）（非特許文献１，pp.51-52参照）、最尤推定法（maximum likelihood method）（非特許文献１，pp.52-54参照）、部分空間ベース法（subspace-based method）（非特許文献１，pp. 54-56参照）、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）（非特許文献１，pp. 57-61参照）、最小ノルム法（minimum norm method）（非特許文献１，p. 61参照）、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameter via Rotational Invariance Techniques）（非特許文献１，p. 62参照）などが知られている。これらは、主にＲＦタグとしてアクティブタグを用いるようなＲＦＩＤシステムに対して適用が可能と考えられる。

米国特許第９９５４２７８号明細書 米国特許第１０４３０６２３号明細書

Z.Chen, G.Gokeda, and Y.Yu, "Introduction to Direction-of-Arrival Estimation (Artech House Remote Sensing Library)", 初版, Artech House, ２０１０年２月. S. N. Bhuiya, F. Islam, and M. A. Matin, "Analysis of Direction of Arrival Techniques Using Uniform Linear Array", International Journal of Computer Theory and Engineering, 2012年12月, Vol.4, No.6, pp.931-934.

実際に、人や物の移動の探知、出入場管理など様々な用途でＲＦタグを用いる場面に於いて、ＲＦタグの位置をリアルタイムに検出する技術が求められている。特許文献２に示された技術を用いれば、ＲＦＩＤリーダのアレイアンテナに対するＲＦタグの相対的な方位を検出することが可能である。また、アレイアンテナの受信範囲がオーバーラップするようにアレイアンテナを室内に間隔をあけて複数設けることによって、連続的に移動するＲＦタグの追跡が可能となる（特許文献２，Fig.２０−２２参照）。

然し乍ら、特許文献２に記載の手法では、アレイアンテナに対するＲＦタグの相対的な方位は検出できるが、ＲＦタグの高さ（３次元空間内の位置）までは検出することができない。また、上述した、各種のアレイアンテナにおける到来波の到来方向推定方法においても、到来波の到来方向の推定は行うが、到来波の電波源までの距離の推定を行うものではない。従って、例えば、商品の管理を、ＲＦタグを用いて行う場合、ＲＦタグが付された商品がどの方向に存在するかは検出可能であるが、多数の商品棚が並んであると、どの商品棚のどの段にその商品があるのかまでは検出できない。

そこで、本発明の目的は、ＲＦＩＤシステムに於いて、ＲＦタグの３次元的な位置を検出するＲＦタグ位置検出装置を提供することにある。

本発明に係るＲＦタグ位置検出装置の第１の構成は、筺体と、面状に配列された複数のアンテナ素子を具備するアレイアンテナを複数個備えるとともに、前記各アレイアンテナが、前記筺体内に同一平面内となるように配置されているアンテナユニットと、
前記アンテナユニット内のそれぞれの前記アレイアンテナについて、該アレイアンテナで受信されるＲＦタグからの到来電波の受信信号、及び該アレイアンテナの受信信号に対する応答特性関数に基づき、該到来波の到来方向を推定する到来方向検出手段と、
前記到来方向検出手段により推定される、それぞれの前記アレイアンテナにおける前記到来電波の到来方向、及び各アレイアンテナの相対的な位置座標に基づき、該到来電波を発したＲＦタグの前記アンテナユニットに対する相対座標を算出するタグ位置算出手段と、を備えていることを特徴とする。

この方法によれば、到来方向検出手段は、アンテナユニットの筺体内に同一平面内に配置された複数のアレイアンテナの其々に対して、ＲＦタグの到来波の到来方向を推定する。到来方向は、アレイアンテナ平面（各アレイアンテナが配置された平面）に対する垂直前方向からの角度（垂直角）θ、及び水平方向の方位角（水平角）φの組として得られ、ｉ番目（ｉ＝１，…，Ｎ）（Ｎはアレイアンテナの数）のＲＦタグに対する到来方向は（θ_ｉ，φ_ｉ）として得られる。タグ位置算出手段は、これらの各アレイアンテナに対して検出される到来方向（θ_ｉ，φ_ｉ）（ｉ＝１，…，Ｎ）と、アレイアンテナ平面上での各アレイアンテナの相対的な位置座標（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）（ｉ＝１，…，Ｎ）に基づき、到来電波を発したＲＦタグのアンテナユニットに対する相対座標（３次元座標）を算出する。各アレイアンテナはアンテナユニットの筺体内に固定されているので、位置座標（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）（ｉ＝１，…，Ｎ）は既知であるため、タグ位置算出手段はＲＦタグのアンテナユニットに対する相対座標を計算することが可能であり、これにより、ＲＦタグの３次元的な位置を検出することが可能となる。

ここで、「面状に配列」とは、平面内での配列のみならず、曲面（例えば、球面）内の配列も含む。「アレイアンテナの受信信号に対する応答特性関数」とは、到来信号に対するアレイアンテナの受信信号の関係を表す応答関数（インパルス応答関数）をいう。アレイアンテナの受信信号に対する応答特性関数は、アンテナユニットの構造及び材質により一意に決まるため、各アレイアンテナに対して既知の関数である。到来方向検出手段が到来波の到来方向を推定する方法としては、前述のビームフォーマ法（特許文献１，２，非特許文献１，pp.47-48，非特許文献２参照）、Capon法（非特許文献１，pp.49-51参照）、線形予測法（非特許文献１，pp.51-52参照）、最尤推定法（非特許文献１，pp.52-54参照）、部分空間ベース法（非特許文献１，pp. 54-56参照）、ＭＵＳＩＣ（非特許文献１，pp. 57-61参照）、最小ノルム法（非特許文献１，p. 61参照）、ＥＳＰＲＩＴなどの公知の手法を使用することができる。ＲＦタグがパッシブタグ又は半アクティブタグの場合には、ビームフォーマ法が適していると考えられるが、アレイアンテナの放射ビーム方向の走査と、Capon法，線形予測法，最尤推定法，部分空間ベース法，ＭＵＳＩＣ，最小ノルム法，ＥＳＰＲＩＴなどとを組合わせて適用することも可能である。

本発明に係るＲＦタグ位置検出装置の第２の構成は、前記第１の構成に於いて、前記アンテナユニットは、２つ以上の前記アレイアンテナが、同一直線上となるように配列されていることを特徴とする。

これにより、タグ位置算出手段によるＲＦタグのアンテナユニットに対する相対座標を計算が簡略化され、少ない計算コストで相対座標の計算を行うことが可能となる。従って、多数のＲＦタグの３次元位置をリアルタイムで検出するのに適した構成となる。

本発明に係るＲＦタグ位置検出装置の第３の構成は、前記第１の構成に於いて、前記アンテナユニットは、４つの前記アレイアンテナが、四角形の頂点上に位置するように配列されていることを特徴とする。

これにより、タグ位置算出手段によるＲＦタグのアンテナユニットに対する相対座標を計算が簡略化され、少ない計算コストで相対座標の計算を行うことが可能となる。従って、多数のＲＦタグの３次元位置をリアルタイムで検出するのに適した構成となる。また、４つのアレイアンテナを用いることによって、ＲＦタグの３次元位置の推定精度を向上させることが出来る。

以上のように、本発明のＲＦタグ位置検出装置によれば、ＲＦタグの３次元的な位置を検出することが可能となるため、移動するＲＦタグの立体空間内での追跡が可能となる。

本発明の実施例１に係るＲＦタグ位置検出装置の全体構成を表すブロック図である。 図１のアンテナユニット３（ステレオアレイアンテナ）の構造を説明する図である。 アンテナユニット３の無線通信モジュール２２の基本構成を表す図である。 Ｎ素子リニアアレイアンテナの受信側モデルを示す図である。 Ｎ＝８，θ_０＝４５度の場合のアレイファクタ｜Ｄ（θ）｜の指向性パターンを示す図である。 図６にアレイアンテナＡ_１，Ａ_２とＲＦタグ４の位置関係を示す図である。 実施例２に係るＲＦタグ位置検出装置のアンテナユニットの筺体内を表側から視た平面図である。 図７のマルチアレイアンテナの相対座標系を表す図である。 実施例３に係るＲＦタグ位置検出装置のアンテナユニット３の筺体２０内を表側から視た平面図である。 実施例４に係るＲＦタグ位置検出装置のアンテナユニット３の筺体２０内を表側から視た平面図である。 特許文献１，２に記載のＲＦＩＤリーダ用アレイアンテナである。 特許文献２に記載のＲＦＩＤリーダ

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

（１）装置構成
図１は、本発明の実施例１に係るＲＦタグ位置検出装置の全体構成を表すブロック図である。本実施例で説明するＲＦタグ位置検出装置１は、床面Ｆと天井Ｃの間の探査空間Ｒの空間内に存在する一乃至複数のＲＦタグ４の３次元位置を検出する装置である。

ＲＦタグ位置検出装置１は、リモートコンポーネント２と、１乃至複数のアンテナユニット３を備えている。其々のアンテナユニット３は、通信回線５によりリモートコンポーネント２と接続されている。各アンテナユニット３は、探査空間Ｒの上部の天井Ｃに設置されている。アンテナユニット３は、探査空間Ｒ内に存在する一乃至複数のＲＦタグ４と無線通信を行う装置である。アンテナユニット３は、筐体の内部に複数のアレイアンテナ２１、無線通信モジュール２２、及び通信回線インタフェースモジュール（以下「通信回線Ｉ／Ｆモジュール」）２３を備えている。アレイアンテナ２１は、複数のアンテナ素子により構成されており、探査空間Ｒ内に存在する一乃至複数のＲＦタグ４と無線通信を行うアンテナである。無線通信モジュール２２は、アレイアンテナ２１の各アンテナ素子の移相器のゲイン及び位相の制御を行うとともに、ＲＦタグ４との無線送受信の制御を行うモジュールである。通信回線Ｉ／Ｆモジュール２３は、通信回線５を介したリモートコンポーネント２との間のデータ通信の制御を行うモジュールである。

リモートコンポーネント２は、到来方向検出モジュール１１、タグ位置算出モジュール１２、及び通信回線Ｉ／Ｆモジュール１３を備えている。到来方向検出モジュール１１は、各アンテナユニット３内のそれぞれのアレイアンテナ２１について、該アレイアンテナ２１で受信されるＲＦタグ４からの到来電波の受信信号、及び該アレイアンテナ２１の受信信号に対する応答特性関数に基づき、該到来波の到来方向を推定するモジュールである。タグ位置算出モジュール１２は、到来方向検出モジュール１１により推定される、それぞれのアレイアンテナ２１における到来電波の到来方向、及び各アレイアンテナ２１のアンテナユニット３内での相対的な位置座標に基づき、該到来電波を発したＲＦタグ４のアンテナユニット３に対する相対座標を算出するモジュールである。通信回線Ｉ／Ｆモジュール１３は、通信回線５を介した各アンテナユニット３との間のデータ通信の制御を行うモジュールである。

尚、本実施例では、到来方向検出モジュール１１及びタグ位置算出モジュール１２を、アンテナユニット３とは別のリモートコンポーネント２に設けた例を示すが、本発明では、到来方向検出モジュール１１及びタグ位置算出モジュール１２もアンテナユニット３の筺体２０内に全て内蔵した構成とすることもできる。また、到来方向検出モジュール１１及びタグ位置算出モジュール１２は、回路としてハードウェア的に構成してもよいし、ＣＰＵやマイコンを設けプログラムを読み込ませて実行することにより機能的に構成するようにしてもよい。また、ＦＰＧＡなどの再構成可能論理回路にプログラムすることにより構成するようにしてもよい。

図２は、図１のアンテナユニット３の構造を説明する図である。図２（ａ）はアンテナユニット３の要部斜視図、図２（ｂ）（ｃ）はアンテナユニット３の要部平面図を表している。尚、図２では、アンテナユニット３の筐体２０及びアレイアンテナ２１のみを示しており、無線通信モジュール２２，通信回線Ｉ／Ｆモジュール２３は省略している。アンテナユニット３は、図２（ａ）に示しているように、筺体２０と、２つのアレイアンテナ２１，２１を備えている。２つのアレイアンテナ２１，２１は、筺体内に同一平面内となるように配置され、その向きも同方向となるように揃えられている。各アレイアンテナ２１は、平板状のグランド板２１ａと、グランド板２１ａ上の同一平面内に配列された９つのアンテナ素子２１ｂを具備する。グランド板２１ａは電気的に接地されている。アンテナ素子２１ｂは、パッチアンテナ（マイクロストリップアンテナ）、スロットアンテナ、ワイヤアンテナ、ホーンアンテナ、ヘリカルアンテナ等を用いることができる。アンテナユニット３の小形化の観点からは、パッチアンテナを使用するのが好適である。尚、本実施例ではグランド板２１ａは平面板としているが、グランド板２１ａは平面状以外に、凸曲面状（例えば、切断球面状）とすることもできる。また、本実施例ではアンテナ素子２１ｂの数は９つとしているが、本発明では、アンテナ素子２１ｂの数は、十分なメインローブのビーム中心方向のステアリングを可能とする数であれば、９つに限るものではない。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のアンテナユニット３を表側面の側から視た平面図である。図２（ａ），（ｂ）に示すように、２つのアレイアンテナ２１，２１の上面を含む平面をｘｙ平面とし、アレイアンテナ２１，２１の中心点Ｏ_１，Ｏ_２を結ぶ直線をｘ軸、これに直交するｘｙ平面内の軸をｙ軸とし、ｘｙ平面に垂直でアンテナユニット３を裏側面から表側面に向かう方向の軸をｚ軸とする。各アレイアンテナ２１，２１の中心点Ｏ_１，Ｏ_２の中点を原点Ｏとする。アレイアンテナ２１，２１の中心点Ｏ_１，Ｏ_２間の距離を２ａとする。図２（ｂ）では、各アレイアンテナ２１内の９つのアンテナ素子２１ｂは、３行×３列の格子状に配列されており、各アレイアンテナ２１はアンテナ素子２１ｂの行・列の向きが揃うように配置されている。各アンテナ素子２１ｂは、メインローブの方向がｚ軸方向となるように配置されている。

尚、アレイアンテナ２１内におけるアンテナ素子２１ｂの配列については、必ずしも格子状でなくてもよい。例えば、図２（ｃ）に示した様に、９つのアンテナ素子２１ｂを、其々、Ｅ_０，Ｅ_１，…，Ｅ_８とし、中心のアンテナ素子をＥ_０としたとき、８つの周辺のアンテナ素子Ｅ_１，…，Ｅ_８を中心のアンテナ素子をＥ_０に対する距離が略等しくなるように配置することもできる。このような配置とすると、其々、直線Ｌ_１０５，Ｌ_２０６，Ｌ_３０７，Ｌ_４０８上に並ぶアンテナ素子列（Ｅ_１，Ｅ_０，Ｅ_５），（Ｅ_２，Ｅ_０，Ｅ_６），（Ｅ_３，Ｅ_０，Ｅ_７），（Ｅ_４，Ｅ_０，Ｅ_８）の間で素子間隔が等しくなるので、ステアリング制御の際のアンテナ素子間の位相シフト量が、これらのアンテナ素子列間で等しくなり、無線通信モジュール２２によるステアリング制御が容易となる。

尚、複数のアンテナ素子２１ｂが並ぶ直線軸を「アレイ軸」（array axis）又は「ベースライン」（baseline）という。例えば、図２（ｂ）（ｃ）では、４つのアレイ軸Ｌ_１０５，Ｌ_２０６，Ｌ_３０７，Ｌ_４０８が存在する。アンテナ素子２１ｂが並ぶ面に対して垂直に立てられた軸の方向を「ブロードサイド」（broadside）という。

図３は、アンテナユニット３の無線通信モジュール２２の基本構成を表す図である。図３において、Ｅ_０，Ｅ_１，…，Ｅ_Ｎはアンテナ素子２１ｂである。ここでは、一般化のため、素子数をＮと表記しているが、図２に示した例ではＮ＝９である。また、図３はアンテナ素子２１ｂのフロントエンド部分のみを示しており、信号処理モジュール、物理ドライバモジュール（物理層）、メディアアクセス制御モジュール（データリンク層）、アプリケーションモジュール（アプリケーション層）については省略している（例えば、特許文献１のFig.5参照）。これら省略した各階層のモジュールは、通常のＲＦリーダの無線通信インタフェースと同様である。無線通信モジュール２２は、其々のアンテナ素子Ｅ_ｉ（ｉ＝０，１，…，Ｎ−１）に一対一に対応して、サーキュレータ、可変移相器、振幅調整器を備えている。サーキュレータは、アンテナ素子Ｅ_ｉの送信信号と受信信号を分波する。可変移相器は、アンテナ素子Ｅ_ｉへ入力する送信信号ξ_ｉ（ｔ）又はアンテナ素子Ｅ_ｉが出力する受信信号ｘ_ｉ（ｔ）の移相（phase-shift）を行う。振幅調整器は、アンテナ素子Ｅ_ｉへ入力する送信信号ξ_ｉ（ｔ）又はアンテナ素子Ｅ_ｉが出力する受信信号ｘ_ｉ（ｔ）のゲイン調整を行う。以下では、可変移相器と振幅調整器を合わせて「振幅調整移相器」と呼ぶ。本明細書では、受信信号ｘ_ｉ（ｔ）及び送信信号ξ_ｉ（ｔ）は、振幅を実数、位相をｅ（ネピア数）の複素数乗で表す複素数表示を使用する。振幅調整移相器によって、送信信号ξ_ｉ（ｔ）又は受信信号ｘ_ｉ（ｔ）には、複素ウエイト（complex weight）ｗ_ｉが乗ぜられる。また、無線通信モジュール２２は、各アンテナ素子Ｅ_ｉが出力する受信信号ｘ_ｉ（ｔ）に振幅調整移相器で複素ウエイトｗ_ｉ ^＊が乗ぜられた移相処理信号を加算する加算器を備えている。この加算器の出力が、アレイ全体のアレイ出力信号ｙ（ｔ）となる。

（２）ＲＦタグ位置検出装置１の動作
（２．１）アレイアンテナの動作の基本的事項
後で説明する到来方向検出モジュール１１，タグ位置算出モジュール１２の動作説明において必要であるため、最初に、アレイアンテナの動作の基本的な事項について簡単に説明しておく。ここでは、説明を簡単にするため、Ｎ素子リニアアレイアンテナについて説明する。図４に、Ｎ素子リニアアレイアンテナの受信側モデルを示す。図４では、図３と区別するため、アンテナ素子の符号法として、Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを用いている。リニアアレイアンテナでは、アンテナ素子は一直線（アレイ軸）上に配列している。このアレイ軸に対して垂直な方向を「ブロードサイド」(broadside)という。アレイ軸上の任意の位置に基準点Ｏを置き、各アンテナ素子Ａ_ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）の基準点Ｏからの距離をｄ_ｉとする。このＮ素子リニアアレイアンテナに対して到来する電波を「到来波」（arraival wave）と呼ぶ。到来波が到来する方向を「到来方向」（direction-of-arraival：ＤＯＡ）と呼ぶ。

今、このＮ素子リニアアレイアンテナに対してＭ個の到来波ｓ_１，…，ｓ_Ｍが入力する場合を考える。到来波ｓ_ｊの到来方向がブロードサイドと成す角θ_ｊを「到来角」（arraival angle）と呼ぶ。各アンテナ素子２１ｂは同一構造・同一向きであるとし、その指向性関数をｇ（θ）（θはブロードサイドに対する角度）とする。アレイアンテナの幅に対して各到来波ｓ_ｊが狭帯域の場合、アンテナ素子Ａ_ｉに誘起される受信信号ｘ_ｉ（ｔ）は式（１）のようになる。ここで、λは到来波の波長、ｄ_ｉは基準点Ｏからアンテナ素子Ａ_ｉまでの距離である。

図４に示した様に、各アンテナ素子Ａ_ｉに対して振幅調整移相器が設けられており、この振幅調整移相器において、受信信号ｘ_ｉ（ｔ）はｗ_ｉ ^＊倍に増幅される。ここで、（ ）^＊は複素共軛を表す。ｗ_ｉはアンテナ素子Ａ_ｉに対する重み係数であり「複素ウエイト」（complex weight）という。そして、各振幅調整移相器の出力は加算器で加算され、アレイ出力信号ｙ（ｔ）として出力される。従って、アレイ出力信号ｙ（ｔ）は式（２ａ）のように表される。

上式に於いて、ｓ_ｊ（ｔ）はｊ番目の到来波の信号である。Ｗ_ｉ，δ_ｉは、其々、振幅調整移相器のゲイン（振幅重み係数），移相量である。Ｄ（θ）は「アレイファクタ」（array factor）といい、アレイアンテナに対する固有の関数である。式（２ａ）より、アレイアンテナ全体の指向性は、アンテナ素子２１ｂの指向性関数ｇ（θ）とアレイファクタＤ（θ）の積で表されている。従って、各アンテナ素子２１ｂは同一構造・同一向きの場合、アレイファクタＤ（θ）を制御することによって、アレイアンテナ全体の指向性を調整することができる。もし、到来角θ_０の方向に対してアレイファクタＤ（θ）を最大としたい場合には、各振幅調整移相器の移相量δ_ｉを次式（３）のように設定すればよい。

このとき、到来角θ_０の方向からの到来信号に対しては、各アンテナ素子の振幅調整移相器の出力の位相が揃うため、合成すると互いに強め合いアレイ出力信号ｙ（ｔ）は最大となる。到来角が角θ_０の方向からずれると、各アンテナ素子の振幅調整移相器の出力の位相が一致せず、合成すると互いに相殺してアレイ出力信号ｙ（ｔ）は弱まる。このようにして、アレイアンテナでは、特定の方向の到来信号に対する利得が向上する。ここでは、受信信号の場合について説明したが、送信信号の場合についても全く同様のことがいえる。

一例として、図５に、Ｎ＝８，θ_０＝４５度の場合のアレイファクタ｜Ｄ（θ）｜の指向性パターンを示す。この場合、到来角θが４５度の周辺でアレイファクタ｜Ｄ（θ）｜の大きさは最大となる。図５の指向性パターンにおいて、幾つかの方向に対して｜Ｄ（θ）｜の極大値がみられるが、これらの極大値周辺の葉状曲線を「ローブ」（lobe）という。指向性パターンが最大となる方向（θ＝４５度）の周辺を「メインローブ」（main lobe）という。メインローブ以外のローブを「サイドローブ」（side lobe）という。また、ローブとローブの間の零点を「ヌル」（null）という。

尚、ここでは、簡単に説明を行うため、リニアアレイアンテナについて説明するが、アンテナ素子が一平面内に２次元状に配置された平面アレイアンテナの場合についても同様に考えることが出来る。この場合、到来角は２次元（θ，φ）となるので、アンテナ素子の指向性関数及びアレイファクタは、ｇ（θ，φ），Ｄ（θ，φ）のように表される。ここで、θは到来波ｓ_ｊの到来方向がブロードサイドと成す角、φは到来方向のｘｙ平面上の方位角（到来方向ベクトルのｘｙ平面内成分のｘ軸に対する角度）である（以下の説明ではθを「垂直角」、φを「水平角」という）。平面アレイアンテナに対して座標系を図２（ａ）のように設定した場合、アレイファクタＤ（θ，φ）は次式（４ａ）のように表される。ここで、ベクトルｄ_ｉは基準点Ｏに対するアンテナ素子Ａ_ｉの相対位置ベクトル、ベクトルｕ_ｓは到来方向の単位ベクトルである。

今、受信信号ｘ_ｉ（ｔ），複素ウエイトｗ_ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）を次式（５ａ），（５ｃ）のようにベクトルｘ（ｔ），ｗで表記し、其々、入力ベクトル（input vector），ウエイトベクトル（weight vector）と呼ぶ。

ここで、式（５ｂ）のベクトルａ（θ）は「アレイ応答ベクトル」（array response vector）という。このベクトルｘ（ｔ），ｗを用いて、アレイ出力信号ｙ（ｔ）は式（６）のように表される。ここで、（ ）^Ｔは転置、（ ）^Ｈは複素共軛転置（エルミート共軛）、（ ）^＊は複素共軛を表す。

実際の装置に於いては、各アンテナ素子の入力信号ｘ_ｉ（ｔ）は、到来信号成分と雑音成分との和で表される。従って、実際に観測されるアレイ出力信号ｙ（ｔ）を議論する場合には、期待値（アンサンブル平均）を求める必要がある。式（６）より、到来角θ_０方向（メインローブ方向）に対するアレイアンテナのアレイ出力信号ｙ（ｔ）及び出力電力Ｐ_outは次式（７ａ），（７ｂ）のようになる。

ここで、Ｅ［ ］は期待値（アンサンブル平均）を表す。ベクトルｎ（ｔ）は雑音ベクトルを表す。行列Ｒ_ｘｘは相関行列（共分散行列）である。尚、ここでは、簡略化のため１つの到来波（Ｍ＝１）の場合を考え、到来波の信号をｓ（ｔ）とした。従って、アレイアンテナの出力ＳＩＮＲ（Signal-to-Interference-pulse-Noise Ratio）は次のように表される。

ここで、Ｐｓ＝Ｅ［|s(t)|^２］は到来波の信号電力、Ｐ_ｎは１つのアンテナ素子当たりの雑音電力である。ｗ^Ｈｗ＝const.なので、式（８ａ）の分子が最大となるときに出力ＳＩＮＲが最大となる。従って、出力ＳＩＮＲが最大となる条件は、ウエイトベクトルｗが受信波の振幅調整移相器出力の位相を揃える共相共振ベクトルとなる場合であり、次のように表される。

この共相共振のウエイトベクトルｗを用いるアレイを「フェイズドアレイ」（phased array）という。尚、平面アレイアンテナの場合には、共相条件（同相となるように位相を揃える条件）は次のように表される。

ここで、（θ_０，φ_０）はメインローブの方向を表す垂直角及び水平角である。

（２．２）各到来方向検出モジュール１１の動作
ＲＦタグ４がパッシブタグである場合、ＲＦタグ４は後方散乱の手法（アンテナユニット３から送信される電波の一部を反射させると共に、これを変調することにより反射波に応答信号を載せて発信する手法）により応答信号を送信する。従って、ＲＦタグ４が応答信号を送信するには、アレイアンテナ２１のメインローブがＲＦタグ４の方向を向いていなければならない。従って、到来方向検出モジュール１１がＲＦタグ４の方向を検出する手法としては、ビームフォーマ法を用いるのが好適であると考えられる。一方、ＲＦタグ４がアクティブタグや半アクティブタグの場合には、質問信号の電力がＲＦタグ４の受信限界電力を下回らなければ、必ずしも、アレイアンテナ２１のメインローブがＲＦタグ４の方向を向いている必要はない。従って、到来方向検出モジュール１１がＲＦタグ４の方向を検出する手法としては、アレイアンテナ２１のビーム幅、サイドローブ、及びノイズに対してよりロバストな手法である、Capon法、線形予測法、最尤推定法、部分空間ベース法、ＭＵＳＩＣ、最小ノルム法、ＥＳＰＲＩＴなどの最尤推定の手法を応用した公知の手法を使用することが好適である。これらの手法の詳細については、非特許文献１などに記載されており、既に公知であるため、ここでは説明を省略する。

本実施例では、ＲＦタグ４がパッシブタグである場合を想定し、到来方向検出モジュール１１がビームフォーマ法を用いてＲＦタグ４の方向の検出を行うものとする。この場合、到来方向検出モジュール１１は、アレイアンテナ２１のメインローブを、ステアリング範囲内で全方向に亘って走査し、アレイの出力電力が最も大きくなる方向を探査する。メインローブの走査は、基本的には、各振幅調整移相器の複素ウエイトｗ_ｉを制御することにより制御することができる。例えば、アレイアンテナ２１のメインローブを、角度（θ，φ）の方向に向けるには、ウエイトベクトルｗを式（１０）のように設定すればよい。メインローブの角度θ，φを、其々、−９０度から９０度まで変化させ、アレイアンテナ２１の出力電圧のピークを探索する。式（１０）のａ（θ，φ）は「モードベクトル」（mode vector）と呼ばれる。ウエイトベクトルをｗ＝ａ（θ，φ）の共相条件に設定したとき、アレイアンテナ２１の出力電力は次のようになる。

従って、アレイアンテナ２１の出力電力の角度スペクトラムＰ_BF（θ，φ）は、この出力電力関数を次のように正規化することで計算することが出来る。

到来方向検出モジュール１１は、入力ベクトルの相関行列Ｒ_ｘｘとモードベクトルａ（θ，φ）を用いて角度スペクトラムＰ_BF（θ，φ）を求め、角（θ，φ）を変化させたときのＰ_BF（θ，φ）のピークの位置から、応答信号の到来方向の到来角（θ_０，φ_０）を求める。

（２．３）タグ位置算出モジュール１２の動作
タグ位置算出モジュール１２は、（２．２）で説明したようにして到来方向検出モジュール１１により推定される、それぞれのアレイアンテナ２１，２１における応答信号の到来方向、及び各アレイアンテナの相対的な位置座標に基づき、該応答信号を発したＲＦタグ４のアンテナユニット３に対する３次元相対座標を推定算出する。以下、このタグ位置算出モジュール１２によるＲＦタグ４の３次元相対座標の算出方法について説明する。

今、アンテナユニット３の筺体内において、２つのアレイアンテナ２１，２１は図２に示した様に、距離２ａの間隔を開けて配置されている。図２に示した様に、アンテナユニット３に対する相対的な３次元座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を設定し、２つのアレイアンテナ２１，２１の中心の位置座標をＯ_１（−ａ，０，０），Ｏ_２（ａ，０，０）とする。以下では２つのアレイアンテナ２１，２１を区別するため、位置Ｏ_１のアレイアンテナをＡ_１、位置Ｏ_２のアレイアンテナをＡ_２と付号する。また、到来方向検出モジュール１１により応答信号の到来方向が推定されたＲＦタグ４は点Ｔにあるとし、点Ｔの座標を（ｘ_Ｔ，ｙ_Ｔ，ｚ_Ｔ）とする。

図６にアレイアンテナＡ_１，Ａ_２とＲＦタグ４の位置関係を示す。３次元座標系（ｘ，ｙ，ｚ）は図２と同様であり、アレイアンテナＡ_１，Ａ_２の表側面をｘｙ平面としている。図１に示した様にアンテナユニット３は天井Ｃに下向きに設置されるので、実際にはｚ軸は下向きとなるが、図６は上下反転して表している。ＲＦタグ４がある点Ｔよりｘｙ平面に下ろした垂線の足をＴ_０（ｘ_Ｔ，ｙ_Ｔ，０）とする。点Ｏ_１，Ｏ_２，Ｔ，Ｔ_０の位置ベクトルをａ_１，ａ_２，ｔ，ｔ_０とする。また、方向ベクトルｒ_１，ｒ_２，ｒ_１’，ｒ_２’を、其々、次のように置く。

方向ベクトルｒ_１’，ｒ_２’がｘ軸と成す角を、其々、φ_１，φ_２とする。また、方向ベクトルｒ_１，ｒ_２がブロードサイドに対して成す角をθ_１，θ_２とする。タグ位置算出モジュール１２は、２つのアレイアンテナＡ_１，Ａ_２に対して推定した応答信号の到来方向（θ_１，φ_１），（θ_２，φ_２）を出力する。ｘ，ｙ，ｚ軸方向の単位ベクトルをｉ，ｊ，ｋとすると、次の関係が成り立つ。

これを成分表示すると次の連立方程式になる。

これを解くことにより、座標ｘ_Ｔ，ｙ_Ｔ，ｚ_Ｔは次のように算出される。

尚、ｚは式（１５ａ）又は式（１５ｂ）の何れか一方のみを用いても計算できるが、θ_１，θ_２の検出誤差があることを考慮して、ここではθ_１，θ_２の両方を用いて計算するようにしている。

以上より、タグ位置算出モジュール１２は、次のようなアルゴリズムに従ってＲＦタグ４の相対座標（ｘ_Ｔ，ｙ_Ｔ，ｚ_Ｔ）の推定を実行する。

（アルゴリズム１）
［１］ まず、タグ位置算出モジュール１２が出力する推定到来方向（θ_１，φ_１），（θ_２，φ_２）がタグ位置算出モジュール１２に入力される。
［２］ 次に、ａ，（θ_１，φ_１），（θ_２，φ_２）に基づき、次式により（ｘ_Ｔ，ｙ_Ｔ）を推定する。

［３］ 最後に、ａ，ｘ_Ｔ，ｙ_Ｔ，θ_１，θ_２により、式（１６ｃ）によりｚ_Ｔを決定する。
（アルゴリズム終わり）

本実施例では、アンテナユニット３が３つのアレイアンテナ２１を備えた例について説明する。図７は、実施例２に係るＲＦタグ位置検出装置のアンテナユニット３の筺体２０内を表側から視た平面図である。尚、ＲＦタグ位置検出装置の全体構成は図１と同様であるとする。本実施例では、アンテナユニット３では、筺体２０内に３つのアレイアンテナ２１，２１，２１が、其々同一平面内となるように設けられている。３つのアレイアンテナ２１，２１，２１は、原点Ｏを重心とする正三角形の頂点Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３の位置に其々配置されている。点Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３のｘｙ平面上の座標は、其々、（ｘ_１，ｙ_１），（ｘ_２，ｙ_２），（ｘ_３，ｙ_３）である。以下、頂点Ａ_１のアレイアンテナ２１をアレイアンテナＡ_１，頂点Ａ_２のアレイアンテナ２１をアレイアンテナＡ_２，頂点Ａ_３のアレイアンテナ２１をアレイアンテナＡ_３と呼ぶ。また、図７において、点Ａ_１，Ａ_２の中点をＯ_１２，点Ａ_２，Ａ_３の中点をＯ_２３，点Ａ_３，Ａ_１の中点をＯ_３１とする。

この場合、到来方向検出モジュール１１は、其々のアレイアンテナＡ_１，Ａ_２，Ａ_３について、ＲＦタグ４の応答信号の到来方向（θ_１，φ_１），（θ_２，φ_２），（θ_３，φ_３）を推定し出力する。そして、タグ位置算出モジュール１２は、アンテナ対（Ａ_１，Ａ_２），（Ａ_２，Ａ_３），（Ａ_３，Ａ_１）の其々のアンテナ素子のペアに対して、（アルゴリズム１）と同様の手順により、中点Ｏ_１２，Ｏ_２３，Ｏ_３１を原点とする局所座標系に対するＲＦタグ４の３次元相対座標（ｘ_T ⁽¹⁾，ｙ_T ⁽¹⁾，ｚ_T ⁽¹⁾），（ｘ_T ⁽²⁾，ｙ_T ⁽²⁾，ｚ_T ⁽²⁾），（ｘ_T ⁽³⁾，ｙ_T ⁽³⁾，ｚ_T ⁽³⁾）を決定し、これらを原点Ｏに対する相対座標にアフィン変換し、アフィン変換した各座標値の平均値をアンテナユニット３（原点Ｏ）に対するＲＦタグ４の相対位置座標（ｘ_T，ｙ_T，ｚ_T）として出力する。

この場合、３つの中点Ｏ_１２，Ｏ_２３，Ｏ_３１に対する相対座標系（ｘ⁽¹⁾，ｙ⁽¹⁾），（ｘ⁽²⁾，ｙ⁽²⁾），（ｘ⁽³⁾，ｙ⁽³⁾）は、其々、図８に示した様に設定される。尚、ｚ軸は、何れもブロードサイド方向である。ここで、各アレイアンテナＡ_１，Ａ_２，Ａ_３は、一辺の長さが２ａの正三角形の頂点に配置されているとし、（ｘ_１，ｙ_１）＝（−ａ，−ａ／√３），（ｘ_２，ｙ_２）＝（ａ，−ａ／√３），（ｘ_３，ｙ_３）＝（０，２ａ／√３）とする。この場合、相対座標系（ｘ⁽¹⁾，ｙ⁽¹⁾，ｚ）は、原点Ｏの相対座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に対して（０，−ａ／√３，０）だけ平行移動した相対座標系である。相対座標系（ｘ⁽²⁾，ｙ⁽²⁾，ｚ）は、原点Ｏの相対座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に対して（ａ／２，ａ／２√３，０）だけ平行移動し、ｚ軸を回転軸として２π／３［rad］だけ回転した相対座標系である。相対座標系（ｘ⁽³⁾，ｙ⁽³⁾，ｚ）は、原点Ｏの相対座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に対して（−ａ／２，ａ／２√３，０）だけ平行移動し、ｚ軸を回転軸として４π／３［rad］だけ回転した相対座標系である。

アンテナ対（Ａ_１，Ａ_２）により相対座標系（ｘ⁽¹⁾，ｙ⁽¹⁾，ｚ）におけるＲＦタグ４がある点Ｔの相対位置座標（ｘ_T ⁽¹⁾，ｙ_T ⁽¹⁾，ｚ_T ⁽¹⁾）が得られる。アンテナ対（Ａ_２，Ａ_３）により相対座標系（ｘ⁽²⁾，ｙ⁽²⁾，ｚ）におけるＲＦタグ４がある点Ｔの相対位置座標（ｘ_T ⁽²⁾，ｙ_T ⁽²⁾，ｚ_T ⁽²⁾）が得られる。アンテナ対（Ａ_３，Ａ_１）により相対座標系（ｘ⁽³⁾，ｙ⁽³⁾，ｚ）におけるＲＦタグ４がある点Ｔの相対位置座標（ｘ_T ⁽³⁾，ｙ_T ⁽³⁾，ｚ_T ⁽³⁾）が得られる。

ｘｙ平面内の其々の相対座標（ｘ⁽¹⁾，ｙ⁽¹⁾），（ｘ⁽²⁾，ｙ⁽²⁾），（ｘ⁽³⁾，ｙ⁽³⁾）を、原点Ｏの相対座標系（ｘ，ｙ）の相対座標（ｘ⁽¹⁾’，ｙ⁽¹⁾’），（ｘ⁽²⁾’，ｙ⁽²⁾’），（ｘ⁽³⁾’，ｙ⁽³⁾’）に変換するには、次のようなアフィン変換を行えばよい。

この結果得られた3つの相対座標の平均をとることで、最終的な、アンテナユニット３（原点Ｏ）に対するＲＦタグ４の相対座標（ｘ_T，ｙ_T，ｚ_T）が次のように得られる。

このように、３つのアレイアンテナ２１を用いることで、２つの場合（実施例１）に比べて、ＲＦタグ４の相対座標の推定誤差を小さくすることができる。

本実施例では、アンテナユニット３が３つのアレイアンテナ２１を備えた例について説明する。図９は、実施例３に係るＲＦタグ位置検出装置のアンテナユニット３の筺体２０内を表側から視た平面図である。本実施例では、アレイアンテナＡ_１，Ａ_２，Ａ_３は同一直線上に等間隔で配置されている。この場合も、実施例２と同様に、到来方向検出モジュール１１は、其々のアレイアンテナＡ_１，Ａ_２，Ａ_３について、ＲＦタグ４の応答信号の到来方向（θ_１，φ_１），（θ_２，φ_２），（θ_３，φ_３）を推定し出力する。そして、タグ位置算出モジュール１２は、アンテナ対（Ａ_１，Ａ_２），（Ａ_２，Ａ_３），（Ａ_３，Ａ_１）の其々のアンテナ素子のペアに対して、（アルゴリズム１）と同様の手順により、中点Ｏ_１２，Ｏ_２３，Ｏ_３１を原点とする局所座標系に対するＲＦタグ４の３次元相対座標（ｘ_T ⁽¹⁾，ｙ_T ⁽¹⁾，ｚ_T ⁽¹⁾），（ｘ_T ⁽²⁾，ｙ_T ⁽²⁾，ｚ_T ⁽²⁾），（ｘ_T ⁽³⁾，ｙ_T ⁽³⁾，ｚ_T ⁽³⁾）を決定し、これらを原点Ｏに対する相対座標にアフィン変換し、アフィン変換した各座標値の平均値をアンテナユニット３（原点Ｏ）に対するＲＦタグ４の相対位置座標（ｘ_T，ｙ_T，ｚ_T）として出力する。図９のように、アレイアンテナＡ_１，Ａ_２，Ａ_３を同一直線上に配置することにより、実施例２のような複雑な座標回転を伴う座標変換は必要なくなり、単純な平行移動の座標変換のみとなるので、計算コストが小さくなり、リアルタイムでＲＦタグの位置検出を行う際には有利である。

本実施例では、アンテナユニット３が４つのアレイアンテナ２１を備えた例について説明する。図１０は、実施例４に係るＲＦタグ位置検出装置のアンテナユニット３の筺体２０内を表側から視た平面図である。本実施例では、アレイアンテナＡ_１，Ａ_２，Ａ_３，Ａ_４は、原点Ｏを中心とした方形の頂点上に配置されている。この場合も、実施例２と同様に、到来方向検出モジュール１１は、其々のアレイアンテナＡ_１，Ａ_２，Ａ_３，Ａ_４について、ＲＦタグ４の応答信号の到来方向（θ_１，φ_１），（θ_２，φ_２），（θ_３，φ_３），（θ_４，φ_４）を推定し出力する。そして、タグ位置算出モジュール１２は、アンテナ対（Ａ_１，Ａ_２），（Ａ_２，Ａ_３），（Ａ_３，Ａ_４），（Ａ_４，Ａ_１）の其々のアンテナ素子のペアに対して、（アルゴリズム１）と同様の手順により、中点Ｏ_１２，Ｏ_２３，Ｏ_３４，Ｏ_４１を原点とする局所座標系に対するＲＦタグ４の３次元相対座標（ｘ_T ⁽¹⁾，ｙ_T ⁽¹⁾，ｚ_T ⁽¹⁾），（ｘ_T ⁽²⁾，ｙ_T ⁽²⁾，ｚ_T ⁽²⁾），（ｘ_T ⁽³⁾，ｙ_T ⁽³⁾，ｚ_T ⁽³⁾），（ｘ_T ⁽⁴⁾，ｙ_T ⁽⁴⁾，ｚ_T ⁽⁴⁾）を決定し、これらを原点Ｏに対する相対座標にアフィン変換し、アフィン変換した各座標値の平均値をアンテナユニット３（原点Ｏ）に対するＲＦタグ４の相対位置座標（ｘ_T，ｙ_T，ｚ_T）として出力する。図１０のように、アレイアンテナＡ_１，Ａ_２，Ａ_３，Ａ_４を方形の頂点上に配置することにより、実施例２のような複雑な座標回転を伴う座標変換は必要なくなり、単純な平行移動の座標変換及びｘ座標とｙ座標の入れ替え（９０度回転）のみとなるので、計算コストが小さくなり、リアルタイムでＲＦタグの位置検出を行う際には有利である。また、４つのアレイアンテナ２１を用いることで、２つの場合（実施例１）や３つの場合（実施例２，３）に比べて、ＲＦタグ４の相対座標の推定誤差をより小さくすることができる。

１ ＲＦタグ位置検出装置
２ リモートコンポーネント
１１ 到来方向検出モジュール
１２ タグ位置算出モジュール
１３ 通信回線インタフェースモジュール
３ アンテナユニット
２０ 筐体
２１ アレイアンテナ
２１ａ グランド板
２１ｂ アンテナ素子
２２ 無線通信モジュール
２３ 通信回線インタフェースモジュール
４ ＲＦタグ
５ 通信回線

Claims (3)

1. 筺体と、面状に配列された複数のアンテナ素子を具備するアレイアンテナを複数個備えるとともに、前記各アレイアンテナが、前記筺体内に同一平面内となるように配置されているアンテナユニットと、
   前記アンテナユニット内のそれぞれの前記アレイアンテナについて、該アレイアンテナで受信されるＲＦタグからの到来電波の受信信号、及び該アレイアンテナの受信信号に対する応答特性関数に基づき、該到来波の到来方向を推定する到来方向検出手段と、
   前記到来方向検出手段により推定される、それぞれの前記アレイアンテナにおける前記到来電波の到来方向、及び各アレイアンテナの相対的な位置座標に基づき、該到来電波を発したＲＦタグの前記アンテナユニットに対する相対座標を算出するタグ位置算出手段と、を備えていることを特徴とする、ＲＦタグ位置検出装置。
2. 前記アンテナユニットは、２つ以上の前記アレイアンテナが、同一直線上となるように配列されていることを特徴とする請求項１記載のＲＦタグ位置検出装置。
3. 前記アンテナユニットは、４つの前記アレイアンテナが、四角形の頂点上に位置するように配列されていることを特徴とする請求項１記載のＲＦタグ位置検出装置。

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