JP2022028544A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度に直接波の方向を特定できる電子機器を提供する。【解決手段】電子機器（第１電子機器１）は、アレーアンテナを備え、他のアレーアンテナを備える他の電子機器から送信される検出用電波を受信する受信部１２と、検出用電波の出射・到来方向を推定する推定部１６と、検出用電波の出射・到来方向に基づいて、他の電子機器との間における電波の直接波の方向を特定する特定部１７と、を備え、検出用電波は、アレーアンテナの指向性を固定して他のアレーアンテナの指向性を切り替えて得られるビームパターンを有する。【選択図】図２

Description

本開示は、電子機器に関する。

近年、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などによる屋外における位置を検出する技術が普及している。また、例えばオフィスビル内、イベント会場、駅構内又は地下街などのような屋内においても、比較的高い精度で位置を検出できる技術が注目を集めている。特に、モノのインターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ：ＩｏＴ）のような技術の普及に伴い、このような位置検出の技術の重要性はますます高まっている。位置検出に関連する技術として、例えば、特許文献１は、アレーアンテナを用いて、コヒーレント波の直接波の方向を簡単な演算によって推定可能な装置を開示する。

特開２００６－１２５９９３号公報

電波がマルチパスを経由して直接波と反射波とが混在した状態で伝搬する環境下において、通信相手からの直接波の方向を高い精度で特定できれば、位置検出の正確さを向上させることができる。

本開示の目的は、高精度に直接波の方向を特定できる電子機器を提供することにある。

本開示の一実施形態に係る電子機器は、
アレーアンテナを備え、他のアレーアンテナを備える他の電子機器から送信される検出用電波を受信する受信部と、
前記検出用電波の出射・到来方向を推定する推定部と、
前記検出用電波の出射・到来方向に基づいて、前記他の電子機器との間における電波の直接波の方向を特定する特定部と、を備え、
前記検出用電波は、前記アレーアンテナの指向性を固定して前記他のアレーアンテナの指向性を切り替えて得られるビームパターンを有する。

本開示の一実施形態によれば、高精度に直接波の方向を特定できる電子機器を提供することができる。

一実施形態に係る電子機器の配置の例を示す図である。 一実施形態に係る第１電子機器の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 一実施形態に係る第２電子機器の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 一実施形態に係る電子機器の配置の例を示す図である。 一実施形態に係る電子機器の動作を説明する図である。 一実施形態に係る電子機器の動作を説明するフローチャートである。 一実施形態に係る電子機器による電波の直接波の方向の推定を説明する図である。 一実施形態に係る電子機器による位置検出を説明するための比較例を示す図である。 一実施形態に係る電子機器による位置検出を説明する図である。 別の実施形態に係る電子機器の動作を説明する図である。 別の実施形態に係る電子機器の動作を説明するフローチャートである。

（第１実施形態）
図１は、一実施形態（第１実施形態）に係る第１電子機器１及び第２電子機器２の配置の例を示す図である。ここで、第２電子機器２は、第１電子機器１と別の機器（他の電子機器）であって、第１電子機器１と互いに通信可能である。本実施形態において、第１電子機器１と第２電子機器２とは無線通信可能である。

図１に示すように、第１電子機器１及び第２電子機器２は、例えば屋内の空間であるスペース１００内に配置されてよい。図１において、ＸＹ平面は例えば水平面としてよい。図１は、壁などによって仕切られたスペース１００を上から俯瞰した様子を示すものとしてよい。図１に示すスペース１００は、例えば出入口及び窓などを適宜備えてよい。

図１に示すスペース１００は、例えばＸ軸方向に１０ｍとして、Ｙ軸方向に８ｍの大きさとしてよい。図１に示すスペース１００の大きさは例示である。スペース１００の大きさは限定されない。また、スペース１００は、図１に示すような矩形状に限定されず、後述のように種々の形状であり得る。図１に示すスペース１００は、説明の便宜上、Ｘ軸及びＹ軸方向と平行に、１ｍごとに破線を付してある。スペース１００は、屋外の領域であってよいし、屋内の領域であってよい。スペース１００は、例えばＧＰＳの電波が届かない屋内又は地下などであり得る。

図１に示すように、第１電子機器１は、スペース１００内に配置されてよい。図１において、スペース１００の中央よりもやや右上寄りに、第１電子機器１が１つ配置されている。ここで、第１電子機器１は、スペース１００内の任意の位置に配置され得る。以下の説明において、第１電子機器１は、静止していてよいし、動いて（移動して）いてよい。

第１電子機器１は、第２電子機器２と通信することにより、第１電子機器１と第２電子機器２との間における電波の直接波の方向を特定し得る。また、第１電子機器１は、第２電子機器２と通信することにより、第１電子機器１（自機器）の位置を算出（検出）し得る。

第１電子機器１は、例えばＩｏＴ向けの通信ユニットとしてよいし、スマートフォン又は携帯電話などの無線通信機能を有する各種の機器としてよい。また、第１電子機器１は、専用に設計された通信装置などとしてよい。また、第１電子機器１は、他の電子機器などの一部として組み込まれてよい。第１電子機器１は、例えばユーザに携行されることにより、ユーザとともに移動してよい。また、第１電子機器１は、例えば自走式の運搬装置のような移動装置に設置されたり、当該移動装置に搭載される荷物に含まれたりすることにより、移動してよい。第１電子機器１の構成については後述する。

第２電子機器２は、スペース１００内に少なくとも１つ配置されてよい。図１においては、スペース１００の四隅の近傍それぞれに、第２電子機器２が配置されている。具体的には、スペース１００の左下の隅部近傍には、第２電子機器２Ａが配置されている。スペース１００の右下の隅部近傍には、第２電子機器２Ｂが配置されている。スペース１００の右上の隅部近傍には、第２電子機器２Ｃが配置されている。スペース１００の左上の隅部近傍には、第２電子機器２Ｄが配置されている。

以下、第２電子機器２Ａと、第２電子機器２Ｂと、第２電子機器２Ｃと、第２電子機器２Ｄとを特に区別しない場合、単に「第２電子機器２」と記すことがある。図１においては、スペース１００の四隅の近傍それぞれに、合計４つの第２電子機器２が配置してある。ここで、少なくとも１つの任意の数の第２電子機器２が、スペース１００内の任意の位置に配置され得る。第２電子機器２の位置及び個数は、例えばスペース１００の形状に応じて決定さえてよい。また、第２電子機器２の位置及び個数は、直接波の方向を特定する際に求められる精度に応じて決定されてよい。以下の説明において、第２電子機器２は、それぞれの位置に配置されて動かない（例えば固定されている）としてよい。

第２電子機器２は、例えばＩｏＴ向けの通信ユニットとしてよいし、スマートフォン又は携帯電話などの無線通信機能を有する各種の機器としてよい。また、第２電子機器２は、専用に設計された通信装置などとしてよい。また、第２電子機器２は、他の電子機器などの一部として組み込まれてよい。また、第２電子機器２は、スペース１００の壁又は壁の近傍に取り付けられたり、埋め込まれたりしてよい。第２電子機器２の構成については後述する。

ここで、図１における第１電子機器１及び第２電子機器２は、それぞれ位置を模式的に示すものであり、実際の形状を示すものでない。また、図１において、スペース１００に対する第１電子機器１及び第２電子機器２の大きさの比率は、実際の比率に基づくものでない。

屋内における位置を検出する方法として、例えばＷｉ－Ｆｉ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の電波受信電界強度を利用するものなどが提案されている。他に、屋内における位置を検出する方法として、超音波を利用するもの又はＲＦＩＤ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）タグによるものなども提案されている。さらに、屋内における位置を検出し得る方法として、ＧＰＳ信号を利用したＩＭＥＳ（Ｉｎｄｏｏｒ ＭＥｓｓａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）又はＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｏｕｔｐｕｔ）レーダによるものなども提案されている。第１電子機器１が採用する無線通信の方式は特に限定されるものではなく、各種の無線通信方式を採用してよい。以下、第１電子機器１は、一例として、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）通信が可能なものとして説明する。ここで、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）は、例えば、２０１９年１月に発表されたバージョン５．１に準拠するものとしてよい。

図２は、第１電子機器１の構成を概略的に示す機能ブロック図である。第１電子機器１は、送信部１１と、受信部１２と、方位検出部１３と、制御部１５と、を備えてよい。また、第１電子機器１の制御部１５は、推定部１６と、特定部１７と、位置算出部１８と、を備えてよい。

送信部１１は、例えば第２電子機器２などに電波を送信する。送信部１１は、制御部１５による制御に基づいて、例えばビーコン信号を第２電子機器２に送信してよい。

受信部１２は、例えば第２電子機器２などから送信される電波を受信する。受信部１２は、第２電子機器２から送信される検出用電波ＲＤを受信する。検出用電波ＲＤは、電波の出射・到来方向を推定するために用いられる。検出用電波ＲＤは第１電波Ｒ１及び第２電波Ｒ２を含む。第１電波Ｒ１及び第２電波Ｒ２の詳細は後述する。ここで、「出射・到来方向」は出射方向又は到来方向を意味する。

Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の電波の到来角及び出射角を推定するためにアレーアンテナが用いられ得る。屋内においては、例えば壁面、天井及び床からの多重反射波が到来するため、送信された電波の出射・到来方向の推定がうまくいかない場合がある。マルチパスによる多重反射波に対処するための方策の１つとして、コヒーレントな素波を分離することが揚げられる。アレーアンテナで分離可能な素波数は、一般的にアレーの素子数に依存する。このため、アレーアンテナの素子数を増やすことにより、角度分解能を向上させて、分離可能な素波数を増やすことが可能である。

本実施形態において、第１電子機器１は、アレーアンテナの素子数を比較的安価に増やすことができるエスパ（ＥＳＰＡＲ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ ｓｔｅｅｒａｂｌｅ ｐａｒａｓｉｔｉｃ ａｒｒａｙ ｒａｄｉａｔｏｒ））アンテナを用いる。エスパアンテナは、給電素子を１素子とした電子走査導波器アレーアンテナである。エスパアンテナは複数の可変リアクタンス素子を備える。複数の可変リアクタンス素子の電圧を制御する必要があるが、可変リアクタンス素子は安価な汎用品を用いることができる。ここで、第１電子機器１が備えるアレーアンテナはエスパアンテナに限定されない。また、素子の配列は円状、直線状又は平面状であってよい。

本実施形態において、第１電子機器１の受信部１２は、１素子の給電素子を中心に６素子の無給電素子が周囲に配置された計７素子の円アレー構成のエスパアンテナを備える。ここで、エスパアンテナの素子数は７素子に限定されない。別の例として、１素子の給電素子を中心に２４素子の無給電素子が周囲に配置された計２５素子の円アレー構成のエスパアンテナが用いられてよい。また、エスパアンテナは、送信部１１と共有されていてよい。

また、受信部１２は、第２電子機器２の位置を示す情報を受信してよい。特に、第２電子機器２が複数の場合に、受信部１２は、複数の第２電子機器２それぞれの位置を示す情報を受信してよい。受信部１２は、複数の第２電子機器２それぞれの位置を示す情報を、複数の第２電子機器２のそれぞれから受信してよいし、いずれかの（例えば１つの）第２電子機器２から受信してよい。ここで、第２電子機器２の位置の情報は、検出用電波ＲＤに含まれていてよい。

方位検出部１３は、第１電子機器１の２次元的な方位を検出する。例えば、方位検出部１３は、図１に示すＸＹ平面上において、第１電子機器１の２次元的な方位を検出してよい。この場合、方位検出部１３は、例えば電子コンパスなどを備えてよい。また、第１電子機器１において、方位検出部１３は、第１電子機器１の２次元的な方位を検出可能であれば、任意のものを採用してよい。

また、方位検出部１３は、第１電子機器１の３次元的な方位を検出してよい。例えば、方位検出部１３は、図１に示すＸＹ平面にＺ軸方向の高さを加えた空間において、第１電子機器１の３次元的な方位を検出してよい。この場合、方位検出部１３は、例えば加速度センサなどを備えてよい。第１電子機器１において、方位検出部１３は、第１電子機器１の３次元的な方位を検出可能であれば、任意のものを採用してよい。

制御部１５は、第１電子機器１を構成する各機能部及び各種の動作を制御する。制御部１５は、例えば送信部１１、受信部１２及び方位検出部１３の動作を制御する。制御部１５は、少なくとも１つのプロセッサで構成されてよい。本実施形態において、制御部１５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で構成される。別の例として、制御部１５は、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）のような専用のプロセッサで構成されてよい。また、別の例として、制御部１５は、１つ又は複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）で構成されてよい。制御部１５は、制御部１５の動作に必要なメモリを含んで構成されてよい。

推定部１６は、受信部１２が受信する検出用電波ＲＤに基づいて、電波の出射方向及び到来方向を推定する。ここで、電波の出射方向及び到来方向を推定する種々の技術が提案されている。推定部１６は、特定の技術に限定されず、これらの技術を用いることができる。本実施形態において、推定部１６は、出射角（Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ｄｅｐａｒｔｕｒｅ： ＡｏＤ）によって電波の出射方向を推定し、到来角（Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ： ＡｏＡ）によって電波の到来方向を推定する。また、上記のように、検出用電波ＲＤは第１電波Ｒ１及び第２電波Ｒ２を含む。推定部１６は、第１電波Ｒ１及び第２電波Ｒ２の出射・到来方向を推定する。

本実施形態において、第１電波Ｒ１がＡｏＤを推定するための電波である。また、第２電波Ｒ２がＡｏＡを推定するための電波である。つまり、推定部１６は、第１電波Ｒ１の出射方向を推定し、第２電波Ｒ２の到来方向を推定する。ただし、第１電波Ｒ１及び第２電波Ｒ２と、ＡｏＤ及びＡｏＡとの対応付けは、この例に限定されない。別の例として、第１電波Ｒ１がＡｏＡを推定するための電波であって、第２電波Ｒ２がＡｏＤを推定するための電波であってよい。

ここで、受信部１２が検出用電波ＲＤを受信する場合に、第１電子機器１の向きが基準の向きからずれていると、推定部１６が推定する電波の出射方向及び到来方向がずれる。方位検出部１３が２次元的な方位を検出する場合に、推定部１６は、検出用電波ＲＤの到来方向を、方位検出部１３が検出する第１電子機器１の２次元的な方位に応じて補正してよい。例えば、図１において、第１電子機器１の方位検出部１３（例えば電子コンパス）は、第１電子機器１のＸＹ平面における方位として、基準の向きである真北（例えばＹ軸正方向とする）から時計回りに３０°の方位を検出したとする。この場合、推定部１６が推定する電波の出射方向及び到来方向は３０°ずれることが想定される。推定部１６は、このずれを補正して、電波の出射方向及び到来方向を正しく推定することができる。

また、方位検出部１３が３次元的な方位を検出する場合に、推定部１６は、検出用電波ＲＤの到来方向を、方位検出部１３が検出する第１電子機器１の３次元的な方位に応じて補正してよい。例えば、図１において、第１電子機器１の方位検出部１３（例えば加速度センサ）は、第１電子機器１のＸＹ平面における方位として、真北（例えばＹ軸正方向とする）から時計回りに３０°の方位を検出したとする。また、第１電子機器１の方位検出部１３は、仰角として水平方向から１５°の方位を検出したとする。この場合、推定部１６が推定する電波の出射方向及び到来方向は、真北から３０°、さらに水平方向から１５°ずれることが想定される。推定部１６は、このずれを補正して、電波の出射方向及び到来方向を正しく推定することができる。

特定部１７は、第１電子機器１と第２電子機器２との間における電波の直接波の方向を特定する。第１電子機器１と第２電子機器２との間における電波には、直接波以外にも多数の反射波が含まれ得る。特定部１７は、第１電波Ｒ１の出射・到来方向と、第２電波Ｒ２の出射・到来方向とに基づいて、第２電子機器２との間における電波の直接波の方向を特定する。本実施形態において、特定部１７は、推定部１６によって推定された第１電波Ｒ１の出射方向と第２電波Ｒ２の到来方向とに基づいて電波の直接波の方向を特定する。第１電子機器１と第２電子機器２との間における電波の直接波の方向を特定する動作の詳細については後述する。

位置算出部１８は、複数の第２電子機器２のそれぞれの位置と、特定部１７によって特定される電波の直接波の方向と、に基づいて、第１電子機器１（自機器）の位置を算出する。位置算出部１８が算出する第１電子機器１の位置は、例えばＧＰＳによって得られる情報のように、絶対的な位置を表す座標であってよい。また、位置算出部１８が算出する第１電子機器１の位置は、例えばスペース１００における相対的な位置を表す情報であってよい。

ここで、推定部１６、特定部１７及び位置算出部１８の少なくとも一部は、例えばＣＰＵで実行されるプログラムで構成されてよい。図２に示すように、推定部１６、特定部１７及び位置算出部１８は、制御部１５の一部であってよい。別の例として、推定部１６、特定部１７及び位置算出部１８の少なくとも一部は、制御部１５と別の機能部として構成されてよい。

図３は、第２電子機器２の構成を概略的に示す機能ブロック図である。第２電子機器２は、送信部２１と、受信部２２と、制御部２５と、を備えてよい。

送信部２１は、例えば第１電子機器１などに電波を送信する。送信部２１は、制御部２５による制御に基づいて、第１電子機器１に検出用電波ＲＤを送信する。また、送信部２１は、制御部２５による制御に基づいて、第２電波Ｒ２（自機器）の位置を示す情報を、第１電子機器１に送信してよい。上記のように、検出用電波ＲＤが第２電波Ｒ２の位置の情報を含んでよい。送信部２１は、検出用電波ＲＤを（検出用電波ＲＤが位置の情報を含まない場合、検出用電波ＲＤ及び位置の情報を）定期的に又は連続して送信してよい。このような送信動作によって、例えばユーザとともに移動する第１電子機器１が、第２電波Ｒ２からの電波を受信可能な領域に入った場合に、直ちに検出用電波ＲＤを受信できる。

第２電子機器２の送信部２１はアレーアンテナ（第１電子機器１のアレーアンテナとの区別のため、他のアレーアンテナとも称される）を備える。本実施形態において、送信部２１は、第１電子機器１と同様に、１素子の給電素子を中心に６素子の無給電素子が周囲に配置された計７素子の円アレー構成のエスパアンテナを備える。ここで、第２電子機器２が備えるアレーアンテナはエスパアンテナに限定されない。また、エスパアンテナの素子数は７素子に限定されない。また、エスパアンテナは、受信部２２と共有されていてよい。

受信部２２は、例えば第１電子機器１などから送信される電波を受信する。受信部２２は、例えば第１電子機器１の送信部１１から送信されるビーコン信号を受信してよい。

制御部２５は、第２電子機器２を構成する各機能部及び各種の動作を制御する。制御部２５は、例えば送信部２１及び受信部２２の動作を制御する。制御部２５は、少なくとも１つのプロセッサで構成されてよい。本実施形態において、制御部２５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で構成される。別の例として、制御部２５は、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）のような専用のプロセッサで構成されてよい。また、別の例として、制御部２５は、１つ又は複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）で構成されてよい。制御部２５は、制御部２５の動作に必要なメモリを含んで構成されてよい。

図１に示したスペース１００において、図２に示した第１電子機器１及び図３に示した第２電子機器２が配置されてよい。図１に示すような状況において、第１電子機器１は、第２電子機器２と通信することにより、第２電子機器２との間における電波の直接波の方向を特定し得る。また、図１に示すような状況において、第１電子機器１は、第２電子機器２と通信することにより、第１電子機器１の位置を算出（検出）し得る。

図４は、第１電子機器１及び第２電子機器２の配置の他の例を示す図である。例えば、第１電子機器１及び第２電子機器２は、図４に示すようなスペース２００内に配置されてよい。第１電子機器１は、静止していてよいし、動いて（移動して）いてよい。図４においては、スペース２００の各所に、第２電子機器２が６つ配置されている。具体的には、スペース２００において、第２電子機器２Ａ、第２電子機器２Ｂ、第２電子機器２Ｃ、第２電子機器２Ｄ、第２電子機器２Ｅ及び第２電子機器２Ｆが配置されている。ただし、図１の場合と同様に、少なくとも１つの任意の数の第２電子機器２が、スペース２００内の任意の位置に配置され得る。

図４に示すように、第１電子機器１及び第２電子機器２は、例えば屋内の空間であるスペース２００内に配置されてよい。図４において、図１と同様に、ＸＹ平面は例えば水平面としてよい。図４は、壁などによって一部が仕切られたスペース２００を上から俯瞰した様子を示すものとしてよい。スペース２００は、図４に示すように、通路のような形状としてよい。また、図４に示すスペース２００は、例えば一部が壁などによって仕切られ、一部が例えば出入口などとして開放されていてよい。図４に示すような状況においても、第１電子機器１は、第２電子機器２と通信することにより、第１電子機器１の位置を算出（検出）し得る。

図５は、第１電子機器１及び第２電子機器２の動作の一例を説明する図である。また、図６は、第１電子機器１及び第２電子機器２の動作の一例を説明するフローチャートである。

図５及び図６に示す動作が開始する時点において、スペース１００又はスペース２００のような空間に、第１電子機器１及び第２電子機器２が配置されているものとする。図５及び図６は、１つの第１電子機器１に着目した動作を示している。また、図５及び図６は、少なくとも１つの第２電子機器２に着目した動作を示している。すなわち、スペース１００又はスペース２００のような空間に複数の第２電子機器２が配置されている場合、図５及び図６は、複数の第２電子機器２それぞれの動作を示している。

図５には、第１電子機器１及び第２電子機器２のそれぞれのエスパアンテナが示されている。エスパアンテナの１～６の数字が付された楕円は、１～６番目の指向性を例示する。図５の例において、第１の指向性は０°方向の利得を最大にし、第２～第６の指向性に順に切り換えると、反時計周りに６０°ずつ利得を最大にする方向が変化する。指向性の切り替えは、６素子の無給電素子に装荷された可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることで行われる。

第２電子機器２は、角度Φの方向に位置する第１電子機器１に対して検出用電波ＲＤを送信する。本実施形態において、第２電子機器２は定期的に又は連続して検出用電波ＲＤを送信する。第１電子機器１は、検出用電波ＲＤを受信すると、予め定められた動作によって送信元の第２電子機器２と同期をとる。予め定められた動作は、エスパアンテナの１～６番目の指向性を例えば１番目に切り替えることである。

図５に示すように、検出用電波ＲＤは第１電波Ｒ１及び第２電波Ｒ２を含む。第１電波Ｒ１及び第２電波Ｒ２の１～６の数字は、第１電子機器１又は第２電子機器２のエスパアンテナの指向性が何番目であるかを示す。図５に示すように、第１電子機器１又は第２電子機器２のエスパアンテナは、例えば１番目の指向性の状態で一定時間が経過すると、それよりも短い時間のガードタイム（斜線部分）を挟んで、２番目の指向性に切り替わる。そして、第１電子機器１又は第２電子機器２のエスパアンテナは、２番目の指向性の状態で一定時間が経過すると、ガードタイムを挟んで、３番目の指向性に切り替わる。ここで、上記の一定時間及びガードタイムは予め定められている。そのため、第１電子機器１及び第２電子機器２は、最初の検出用電波ＲＤで同期をとった後、それぞれのエスパアンテナの指向性を切り替えるタイミングを合わせることが可能である。

第１電波Ｒ１及び第２電波Ｒ２の一方は、第１電子機器１のエスパアンテナの指向性を例えば１番目に固定して、第２電子機器２のエスパアンテナの指向性を１～６番目に順に切り替えて得られるビームパターンを有している。また、第１電波Ｒ１及び第２電波Ｒ２の他方は、第２電子機器２のエスパアンテナの指向性を例えば１番目に固定して、第１電子機器１のエスパアンテナの指向性を１～６番目に順に切り替えて得られるビームパターンを有している。本実施形態において、第１電子機器１の受信部１２は、第１電波Ｒ１の後で第２電波Ｒ２を受信する。そして、上記のように、本実施形態における第１電波Ｒ１は、推定部１６がＡｏＤを推定するための電波であって、第１電子機器１のエスパアンテナの指向性を固定して第２電子機器２のエスパアンテナの指向性を切り替えて得られるビームパターンを有する。また、本実施形態における第２電波Ｒ２は、推定部１６がＡｏＡを推定するための電波であって、第２電子機器２のエスパアンテナの指向性を固定して、第１電子機器１のエスパアンテナの指向性を切り替えて得られるビームパターンを有する。

ここで、別の例として、第１電波Ｒ１が、第２電子機器２のエスパアンテナの指向性を固定して、第１電子機器１のエスパアンテナの指向性を切り替えて得られるビームパターンであってよい。ただし、第１電子機器１の受信部１２は、第２電波Ｒ２より先に第１電波Ｒ１を受信する。そのため、本実施形態のように、第１電波Ｒ１が第１電子機器１のエスパアンテナの指向性を固定するビームパターンであると、第１電子機器１はエスパアンテナの指向性の切り替えを始めるまでに時間的な余裕を有する。第１電子機器１のタイミングが取りやすくなるため、第１電波Ｒ１が第１電子機器１のエスパアンテナの指向性を固定するビームパターンであることが好ましい。

以下、図６を参照して、上記の検出用電波ＲＤに関する処理を時系列に沿って説明し、特定部１７が実行する処理について説明する。第２電子機器２の送信部２１は、検出用電波ＲＤを送信する（ステップＳ１１）。検出用電波ＲＤは、上記のように第１電波Ｒ１及び第２電波Ｒ２を含むが、図６の例において、さらに第２電子機器２（自機器）の位置の情報を含む。

第１電子機器１の受信部１２は、第１電波Ｒ１、第２電波Ｒ２及び第２電子機器２の位置の情報を含む検出用電波ＲＤを受信する（ステップＳ１２）。

第１電子機器１の推定部１６は、第１電波Ｒ１の出射・到来方向（本実施形態において出射方向）を推定する（ステップＳ１３）。

第１電子機器１の推定部１６は、第２電波Ｒ２の出射・到来方向（本実施形態において到来方向）を推定する（ステップＳ１４）。

第１電子機器１の特定部１７は、第１電波Ｒ１の出射方向と、第２電波Ｒ２の到来方向とに基づいて、第２電子機器２との間における電波の直接波の方向を特定する（ステップＳ１５）。

第１電子機器１の位置算出部１８は、第２電子機器２の位置と、特定された直接波の方向すなわち第２電子機器２の方向とに基づいて、第１電子機器１（自機器）の位置を算出する（ステップＳ１６）。ここで、ステップＳ１６は、複数の第２電子機器２の位置及び方向が得られた場合に実行されてよい。このとき、位置算出部１８は、例えば複数の直線群の交点を求める要領で、精度よく第１電子機器１の位置を算出することができる。

第１電子機器１は、このような処理を複数の第２電子機器２のそれぞれに対して実行してよい。つまり、第１電子機器１の受信部１２は、複数の第２電子機器２のそれぞれから送信される複数の検出用電波ＲＤを受信してよい。第１電子機器１の特定部１７は、複数の第２電子機器２のそれぞれについて、第１電波Ｒ１の出射方向と、第２電波Ｒ２の到来方向とに基づいて、直接波の方向すなわち複数の第２電子機器２のそれぞれの方向を特定してよい。そして、位置算出部１８は、複数の第２電子機器２の位置及び方向の情報に基づいて、第１電子機器１の位置を算出してよい。

図７は、第１電子機器１による電波の直接波の方向の推定を説明する図である。図６のステップＳ１３において、推定部１６は、第１電波Ｒ１の出射方向を例えば角度θ１と推定する。角度θ１は例えば３０°である。

図６のステップＳ１４において、推定部１６は、第２電波Ｒ２の到来方向を例えば角度θ２と推定する。角度θ２は例えば２１０°である。

ここで、電波がマルチパスを経由して直接波と反射波とが混在した状態で伝搬する環境下において、推定部１６は、複数の主要な素波について推定を行うため、複数の第１電波Ｒ１の出射方向及び複数の第２電波Ｒ２の到来方向を推定する。つまり、上記の角度θ１は、第１電波Ｒ１の直接波の候補の１つについて推定された出射方向である。また、上記の角度θ２は、第２電波Ｒ２の直接波の候補の１つについて推定された到来方向である。

図６のステップＳ１５において、特定部１７は電波の直接波の方向を特定する。その特定は、推定された複数の第１電波Ｒ１の出射方向及び複数の第２電波Ｒ２の到来方向の中から、直接波に対応する１組を選択することによって行われる。ここで、第１電波Ｒ１の直接波と、第２電波Ｒ２の直接波とは、互いに同じ方向で逆向きの関係になる。すなわち、第１電波Ｒ１の直接波の出射方向と第２電波Ｒ２の直接波の到来方向との差は１８０°になる。特定部１７は、この関係を利用して照合を行って、直接波に対応する１組を選択する。

例えば、第１電波Ｒ１の直接波の複数の候補として、第１電波Ｒ１の直接波の出射方向は３０°及び９０°であったとする。また、第２電波Ｒ２の直接波の複数の候補として、第２電波Ｒ２の直接波の到来方向は、１２０°と２１０°と３００°であったとする。この場合、特定部１７は、差が１８０°となる３０°（角度θ１）及び２１０°（角度θ２）を、第１電子機器１と第２電子機器２との間における電波の直接波の方向として特定することができる。

ここで、第１電波Ｒ１の直接波の出射方向の角度と第２電波Ｒ２の直接波の到来方向の角度との差が厳密に１８０°となる場合を条件に直接波の方向を特定すると、例えば少しの測定誤差の影響で特定されないことがあり得る。そこで、特定部１７は、第１電波Ｒ１の出射方向と第２電波Ｒ２の到来方向とのずれ（角度の差）が所定の範囲内にある場合、直接波の方向を特定してよい。例えば、特定部１７は、角度の差が１８０°から例えば５°以内（１７５°～１８５°）、１０°以内（１７０°～１９０°）、１５°以内（１６５°～１９５°）などの誤差を含んでいた場合でも、第１電子機器１と第２電子機器２との間における電波の直接波の方向を特定してよい。

図８は、比較例として、第１電波Ｒ１のみに基づいて算出された第１電子機器１の位置と、実際の第１電子機器１の位置との誤差を示す図である。すなわち、比較例は、第１電波Ｒ１の直接波の出射方向と第２電波Ｒ２の直接波の到来方向との差が１８０°になることに基づく照合をせずに、電波の直接波の方向を推定する。図８は、図１に示したスペース１００のような屋内において、第１電子機器１を０．５ｍ間隔で移動させた際に算出された位置と、第１電子機器１の実際の位置との誤差を、等高線表示で示したものである。図８において、第１電子機器１の算出された位置と、実際の位置との誤差が大きいところほど、濃いハッチングを付して示してある。図８では、濃いハッチングの部分が多く、大きな誤差が点在している。

図９は、比較例と同様の条件で、本実施形態に係る第１電子機器１及び第２電子機器２を動作させた結果を示す図である。図９は、図８とは異なり、濃いハッチングの部分がほとんど見られない。つまり、大きな誤差がほとんどない。

比較例との比較結果から明らかなように、本実施形態に係る第１電子機器１は、上記の構成によって、高精度に直接波の方向を特定できる。このため、第１電子機器１は、自機器の位置を検出する際に有益である。

ここで、例えば第２電子機器２からの第１電波Ｒ１を受け取った第１電子機器１が移動し、相対位置が変化してから第２電子機器２に第２電波Ｒ２を送り返す場合、第１電波Ｒ１の直接波の出射方向と第２電波Ｒ２の直接波の到来方向との差は１８０°から許容範囲を超えてずれることがあり得る。本実施形態に係る第１電子機器１では、直接波の方向を特定するための検出用電波ＲＤを第２電子機器２から受け取るだけであり、第２電子機器２に送り返すことがない。そのため、第１電子機器１が移動しても、第１電波Ｒ１の直接波の出射方向と第２電波Ｒ２の直接波の到来方向との関係（差は１８０°）が保たれ、高精度に直接波の方向を特定できる。

（第２実施形態）
図１０及び図１１は、別の実施形態（第２実施形態）に係る第１電子機器１及び第２電子機器２について説明するための図である。本実施形態の第１電子機器１及び第２電子機器２の構成は第１実施形態と同じである。また、図１０及び図１１は、それぞれ第１実施形態で説明した図５及び図６に対応する。図１０及び図１１において、図５及び図６と同じ要素及びステップには同じ符号が付されており、以下において説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態の第１電子機器１は、第２電子機器２に対してトリガ電波を送信する。第２電子機器２の送信部２１は、検出用電波ＲＤの送信動作を、第１電子機器１からのトリガ電波の受信に応じて実行する。ここで、トリガ電波は、電波の出射・到来方向の推定に用いられるものでなく、例えば固定指向性のビーコン信号であってよい。

図１１に示すように、第１電子機器１の送信部１１は、第２電子機器２に検出用電波ＲＤを送信させるトリガ電波を送信する（ステップＳ１）。

第２電子機器２の受信部２２はトリガ電波を受信する（ステップＳ２）。第２電子機器２は、トリガ電波を受信してから、検出用電波ＲＤに関する処理を開始する。以後のステップＳ１１～ステップＳ１６は第１実施形態と同じである。本実施形態においても、上記の照合を含む一連の処理が実行されて、第１電子機器１は高精度に直接波の方向を特定できる。このため、第１電子機器１は、自機器の位置を検出する際に有益である。

ここで、第１実施形態において第２電子機器２は定期的に又は連続して検出用電波ＲＤを送信する。例えば第１電子機器１が移動する場合に、第２電子機器２と通信可能な範囲（例えばスペース１００又はスペース２００）に入った第１電子機器１が直ちに検出用電波ＲＤを受信できるようにするためである。本実施形態において、第２電子機器２は通信可能な範囲に入った第１電子機器１からのトリガ電波を受信してから検出用電波ＲＤを送信すればよいため、定期的に又は連続して検出用電波ＲＤを送信する必要がない。そのため、本実施形態において第２電子機器２はトリガ電波を受信するまで例えば待機状態（スリープ状態）であってよく、システムの電力消費を低減することが可能である。

本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能である。複数の機能部等は、１つに組み合わせられたり、分割されたりしてよい。上記した本開示に係る各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施され得る。

例えば、図２の第１電子機器１の構成は一例である。第１電子機器１は図２に示される構成要素の一部を含まなくてよい。また、第１電子機器１は図２に示される構成要素と異なる構成要素を備えてよい。例えば第１電子機器１は、方位検出部１３を備えない構成であってよい。また、例えば第１電子機器１は、位置算出部１８を備えない構成であってよい。

例えば、受信部１２は、第２電子機器２の位置を示す情報を、第２電子機器２と異なる他の電子機器から受信してよい。受信部１２は、周辺に存在する複数の第２電子機器２の位置情報を、例えば位置情報サーバから受信してよい。位置情報サーバは、第１電子機器１と通信可能であって、複数の第２電子機器２の位置を示す情報を集約するサーバである。

図５では第１電子機器１及び第２電子機器２の各々が指向性切り替え可能なエスパアンテナを備える例を示したが、これに限定されない。第１電子機器１は、例えば７つの素子が線状に並ぶアレイアンテナ（指向性変化しない）であってよい。この場合、第１電波はなくてよい。第１電子機器１は、当該アレイアンテナで第２電子機器２から送信される上記第２電波を受信して出射・到来方向の推定及び直接波の方向の特定を行ってよい。

１ 第１電子機器
２ 第２電子機器
１１ 送信部
１２ 受信部
１３ 方位検出部
１５ 制御部
１６ 推定部
１７ 特定部
１８ 位置算出部
２１ 送信部
２２ 受信部
２５ 制御部

Claims (9)

1. アレーアンテナを備え、他のアレーアンテナを備える他の電子機器から送信される検出用電波を受信する受信部と、
   前記検出用電波の出射・到来方向を推定する推定部と、
   前記検出用電波の出射・到来方向に基づいて、前記他の電子機器との間における電波の直接波の方向を特定する特定部と、を備え、
   前記検出用電波は、前記アレーアンテナの指向性を固定して前記他のアレーアンテナの指向性を切り替えて得られるビームパターンを有する、電子機器。
2. 前記検出用電波は、第１電波及び第２電波を含み、
   前記推定部は、前記第１電波及び前記第２電波の出射・到来方向を推定し、
   前記特定部は、前記第１電波の出射・到来方向と、前記第２電波の出射・到来方向とに基づいて、前記他の電子機器との間における電波の直接波の方向を特定し、
   前記第１電波及び前記第２電波の一方は、前記アレーアンテナの指向性を固定して前記他のアレーアンテナの指向性を切り替えて得られるビームパターンを有し、
   前記第１電波及び前記第２電波の他方は、前記他のアレーアンテナの指向性を固定して前記アレーアンテナの指向性を切り替えて得られるビームパターンを有する、請求項１に記載の電子機器。
3. 前記受信部は、前記第１電波の後で前記第２電波を受信し、
   前記第１電波は、前記アレーアンテナの指向性を固定して前記他のアレーアンテナの指向性を切り替えて得られるビームパターンを有する、請求項２に記載の電子機器。
4. 前記他の電子機器に前記検出用電波を送信させるトリガ電波を送信する送信部を備える、請求項２又は３に記載の電子機器。
5. 前記特定部は、前記第１電波の出射・到来方向と前記第２電波の出射・到来方向とのずれが所定の範囲内にある場合、前記直接波の方向を特定する、請求項２から４のいずれか一項に記載の電子機器。
6. 前記受信部は、複数の前記他の電子機器のそれぞれから送信される複数の検出用電波を受信し、
   前記特定部は、複数の前記他の電子機器のそれぞれについて、前記第１電波の出射・到来方向と、前記第２電波の出射・到来方向とに基づいて、前記直接波の方向を特定する、請求項２から５のいずれか一項に記載の電子機器。
7. 前記検出用電波は、前記他の電子機器の位置の情報を含み、
   複数の前記他の電子機器のそれぞれの位置と前記直接波の方向とに基づいて、前記電子機器の位置を算出する位置算出部を備える、請求項６に記載の電子機器。
8. 前記電子機器の２次元的な方位を検出する方位検出部を備え、
   前記推定部は、前記検出用電波の到来方向を、前記方位検出部が検出する前記電子機器の２次元的な方位に応じて補正する、請求項２から７のいずれか一項に記載の電子機器。
9. 前記電子機器の３次元的な方位を検出する方位検出部を備え、
   前記推定部は、前記検出用電波の到来方向を、前記方位検出部が検出する前記電子機器の３次元的な方位に応じて補正する、請求項２から７のいずれか一項に記載の電子機器。

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