JP2022083289A - 携帯端末位置推定方法、携帯端末位置推定装置及び携帯端末位置推定システム - Google Patents

携帯端末位置推定方法、携帯端末位置推定装置及び携帯端末位置推定システム Download PDF

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Abstract

【課題】演算速度を高めながら測距精度を向上することが可能な携帯端末位置推定方法、携帯端末位置推定装置及び携帯端末位置推定システムを提供する。【解決手段】車両に設置された３つ以上の通信機と車両の周辺にある携帯端末とが通信することにより携帯端末の位置を推定する携帯端末位置推定方法であって、複数の通信機が携帯端末と通信して通信機及び携帯端末の間の距離情報と電波の強度情報とを取得する取得ステップと、距離情報が第一所定値以下であり、且つ、強度情報が第二所定値以上である場合に通信可であると判定する通信可否判定ステップと、通信可否判定ステップで通信可と判定された３つ以上の通信機のうち、距離情報が最も小さい通信機からの距離情報に基づいて携帯端末の検索範囲を絞り込んで、携帯端末の位置を推定する推定ステップと、を含んでいる。【選択図】図３

Description

本発明は、車両周辺にある携帯端末の位置を推定する携帯端末位置推定方法、携帯端末位置推定装置及び携帯端末位置推定システムに関する。
従来、スマートキーやスマートフォン等で構成される携帯端末の位置を推定する携帯端末位置推定方法が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。
特許文献１に記載の携帯端末位置推定方法は、車両側から送信される低周波帯の信号と、携帯端末から送信される高周波帯の信号とに基づいて、携帯端末の位置を推定する。一方、これらの信号を中継して車両ドアを開錠する盗難（所謂リレーアタック）が問題となっており、この問題を解消するために、車両近くに携帯端末本体の位置検出ができた場合のみ開錠する技術が開発されている。携帯端末の位置を正確に推定するために、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）帯の信号を用いた高速通信により測距性能を高めた携帯端末位置推定方法が知られている（例えば、特許文献２～３参照）。
特許文献１に記載の携帯端末位置推定方法は、車両に設置された送信アンテナから携帯端末までの距離と送信アンテナの軸方向に対して携帯端末が位置する方向の角度との二変数の近似式から携帯端末の位置を推定する。送信アンテナ周辺に設定した複数の候補位置に送信アンテナ別の近似式を当てはめて、所定の範囲内となる候補位置を携帯端末の位置として推定する。
特許文献２に記載の携帯端末位置推定方法は、基地局で測定された複数の測距データのうち、時系列の測距データが所定範囲内にある場合、これら測距データを代表距離データとし、各代表距離データに基づいて携帯端末の位置を推定する。
特許文献３に記載の携帯端末位置推定方法は、携帯端末と通信可能な車載通信機が３機以上であれば携帯端末の位置座標を算出し、携帯端末と通信可能な車載通信機が３機未満あればシステム作動エリアに携帯端末が存在するか否かを判定する。
特開２０１９－２１５３０３号公報 特開２０１１－９９８０９号公報 特開２０２０－１２２７２７号公報
特許文献１に記載の携帯端末位置推定方法は、携帯端末の候補位置として特数列挙した後に送信アンテナ別に近似式で演算しているため、測距精度が低い。特許文献２に記載の携帯端末位置推定方法は、時系列に並べた測距データから代表距離データを抽出しているため、迅速性に欠ける。
特許文献３に記載の携帯端末位置推定方法は、携帯端末と通信可能な車載通信機が３機以上であれば携帯端末の位置座標を算出しているが、一般的な演算方法を用いているため、演算速度を高めることができない。
そこで、演算速度を高めながら測距精度を向上することが可能な携帯端末位置推定方法が望まれている。
本発明に係る携帯端末位置推定方法の特徴は、車両に設置された３つ以上の通信機と前記車両の周辺にある携帯端末とが通信することにより前記携帯端末の位置を推定する携帯端末位置推定方法であって、複数の前記通信機が前記携帯端末と通信して前記通信機及び前記携帯端末の間の距離情報と電波の強度情報とを取得する取得ステップと、前記距離情報が第一所定値以下であり、且つ、前記強度情報が第二所定値以上である場合に通信可であると判定する通信可否判定ステップと、前記通信可否判定ステップで通信可と判定された３つ以上の前記通信機のうち、前記距離情報が最も小さい前記通信機からの前記距離情報に基づいて前記携帯端末の検索範囲を絞り込んで、前記携帯端末の位置を推定する推定ステップと、を含む点にある。
本発明に係る位置推定装置の特徴構成は、車両に設置された複数の通信機と前記車両の周辺にある携帯端末とが通信することにより前記携帯端末の位置を推定する携帯端末位置推定装置であって、複数の前記通信機が前記携帯端末と通信して前記通信機及び前記携帯端末の間の距離情報と電波の強度情報とを取得し、前記距離情報が第一所定値以下であり、且つ、前記強度情報が第二所定値以上である場合に通信可であると判定する信号処理部と、前記信号処理部で通信可と判定された３つ以上の前記通信機のうち、前記距離情報が最も小さい前記通信機からの前記距離情報に基づいて前記携帯端末の検索範囲を絞り込んで、前記携帯端末の位置を推定する推定部と、を備える点にある。
本発明に係る携帯端末位置推定システムの特徴構成は、車両に設置された複数の通信機と、複数の前記通信機が前記車両の周辺にある携帯端末と通信して前記通信機及び前記携帯端末の間の距離情報と電波の強度情報とを取得し、前記距離情報が第一所定値以下であり、且つ、前記強度情報が第二所定値以上である場合に通信可であると判定する信号処理部と、前記信号処理部で通信可と判定された３つ以上の前記通信機のうち、前記距離情報が最も小さい前記通信機からの前記距離情報に基づいて前記携帯端末の検索範囲を絞り込んで、前記携帯端末の位置を推定する推定部と、を備える点にある。
本方法又は本構成では、携帯端末との距離情報が最も小さい通信機からの距離情報に基づいて携帯端末の検索範囲を絞り込んでいる。つまり、携帯端末から最も近く通信誤差の少ない通信機の距離情報を用いて携帯端末を検索する範囲を絞り込んでいるため、演算速度を高めることができる。しかも、通信誤差の少ない通信機の距離情報による検索範囲近傍に携帯端末が存在する確率が極めて高いことから、測距精度を高めることができる。
このように、演算速度を高めながら測距精度を向上することが可能な携帯端末位置推定方法、携帯端末位置推定装置及び携帯端末位置推定システムを提供できた。
他の特徴構成は、前記推定ステップは、前記距離情報が最も小さい前記通信機からの前記距離情報を半径とする球体の表面上に、複数の候補点を設けて前記携帯端末の位置を推定する点にある。
本方法のように、検索範囲を球体の表面上とし、この表面上に複数の候補点を設ければ、従来のように車両近傍の全領域に候補点を設ける場合に比べて、演算速度をより向上させることができる。
他の特徴は、前記推定ステップは、夫々の前記候補点を前記球体の表面上で所定の角度間隔で設けて前記携帯端末の位置を推定した後、推定された前記携帯端末の位置近傍の所定範囲で、前記所定の角度間隔よりも小さい角度間隔で夫々の前記候補点を設けて前記携帯端末の位置を更に推定する点にある。
本方法のように、球体の表面上で携帯端末の大まかな存在範囲を絞り込んだ後、更に細かい分解能で候補点を設けて携帯端末の位置を推定すれば、測距精度をより向上させることができる。また、最初から細かい分解能で候補点を設ける場合に比べて、演算速度を高めることができる。
他の特徴は、前記推定ステップは、前記通信可否判定ステップの判定結果と、夫々の前記通信機の通信可能範囲をマップ化した通信マップとに基づいて、前記携帯端末が存在するエリアを推定し、当該エリアに基づいて前記携帯端末の前記検索範囲を更に絞りこむ点にある。
本方法では、通信マップと通信可否判定ステップの判定結果とに基づいて携帯端末が存在するエリアを推定する。つまり、通信機の配置によって予め定められる通信マップを用いて、通信できた通信機の通信可能範囲を重ね合わせれば、携帯端末が存在するエリアを迅速に絞り込むことができる。この存在エリアを用いて携帯端末の検索範囲を更に絞り込めば、演算速度を高めながら測距精度をさらに向上させることができる。
他の特徴構成は、前記推定ステップは、前記距離情報が最も小さい前記通信機からの複数の前記距離情報のうち、最も小さい値を用いて前記携帯端末の検索範囲を絞り込む点にある。
通信方式がＵＷＢ帯の信号を用いている場合、通信機から得られる距離情報は実際の距離情報よりも大きく出る傾向がある事が判明した。そこで、本方法のように、距離情報が最も小さい値を用いて携帯端末の検索範囲を絞り込めば、測距精度をさらに向上させることができる。
通信機の設置位置を示す図である。 携帯端末位置推定システムのブロック図である。 本実施形態に係る携帯端末位置推定方法のフロー図である。 検索範囲絞り込みのサブルーチンである。 携帯端末存在エリア判定のサブルーチンである。 距離情報及び強度情報の一例である。 本実施形態に係る携帯端末の位置推定方法を説明する図である。 本実施形態に係る携帯端末の位置推定結果を示す一例である。 本実施形態に係る推定誤差を示す図である。 推定誤差の比較図である。 通信マップの一例である。 距離情報及び強度情報の他の一例である。 別実施形態に係る携帯端末の位置推定結果を示す一例である。
以下に、本発明に係る携帯端末位置推定方法、携帯端末位置推定装置及び携帯端末位置推定システムの実施形態について、図面に基づいて説明する。図１～図２に示すように、本実施形態における携帯端末位置推定方法の一例として、携帯端末位置推定システム１００を用いた携帯端末位置推定方法として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
［基本構成］
図１～図２に示すように、自動車Ａ（車両の一例）は、携帯端末位置推定システム１００と、ＥＣＵ（electronic control unit）１５と、ドア開閉機構３と、エンジン駆動機構４とを備えている。この携帯端末位置推定システム１００は、複数（本実施形態では６つ）の通信機Ｃ１～Ｃ６と、記憶部１４と、制御部２とを備えている。なお、携帯端末位置推定システム１００のうち、記憶部１４と制御部２とが携帯端末位置推定装置として構成されている。携帯端末Ｋは、端末側通信部５と制御回路６とを備えている。制御部２及びＥＣＵ１５は記憶部１４に対して所定のデータを読み書き可能に構成しており、通信機Ｃ１～Ｃ６と制御部２とＥＣＵ１５とドア開閉機構３とエンジン駆動機構４とは、例えば、ＣＡＮ（Control Area Network）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）等の車内の通信回線により双方向通信可能に電気的に接続されている。携帯端末Ｋとしては、スマートフォンやスマートキー等が挙げられるが、以下、スマートフォンとして説明する。
本実施形態における携帯端末位置推定方法は、携帯端末位置推定システム１００を用いて、自動車Ａに設置された複数の通信機Ｃ１～Ｃ６と、ユーザＨが所持する携帯端末Ｋとの間で通信して自動車Ａの周辺にある携帯端末Ｋの位置を推定する。
複数の通信機Ｃ１～Ｃ６は、自動車Ａの樹脂パーツ内部に設置されている。複数の通信機Ｃ１～Ｃ６は、車室内外に存在しうる携帯端末Ｋの位置を精度よく推定するために、自動車Ａの車室内と車室外に夫々、複数設置するのが好ましい。これら通信機Ｃ１～Ｃ６を設置する位置として、車室外であれば、ドアハンドル、モール、バンパー又はエンブレムの内部が挙げられ、車室内であれば、Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄピラー、センターコンソールボックス又はフロントコンソールボックスの内部が挙げられる。本実施形態では、第一通信機Ｃ１を右ドアハンドル、第二通信機Ｃ２を左ドアハンドル、第三通信機Ｃ３を後部エンブレム、第四通信機Ｃ４を右Ｃピラー、第五通信機Ｃ５を左Ｃピラー、第六通信機Ｃ６をセンターコンソールボックスの内部に設置している。
通信機Ｃ１～Ｃ６は、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）帯の信号を用いた超広帯域無線機である。ＵＷＢ通信は、５００ＭＨｚ以上の帯域幅を使用する無線通信であり、本実施形態では３ＧＨｚ～１０ＧＨｚの周波数帯を利用する。このＵＷＢ通信は、消費電力が少なく妨害電波に強いといった特徴があり、半径１０ｍ程度の近距離通信に適している。この範囲であれば、数ｃｍ～数十ｃｍ程度の通信誤差で携帯端末Ｋの位置を推定することが可能である。
通信機Ｃ１～Ｃ６は、夫々、車両側送信回路１１と車両側受信回路１２と車両側アンテナ１３とを有している。通信機Ｃ１～Ｃ６は、制御部２により作動が制御され、制御部２と双方向通信可能に構成されている。本実施形態における「回路」とは、一つの基板上に複数の電子部品が搭載されたものや、複数の電子部品の機能がワンチップ化された所謂、集積回路（ＩＣ）である場合なども包含する一般的な形態であり、以下、同様である。
車両側送信回路１１は、携帯端末Ｋに対して応答要求信号を生成するポーリングメッセージ生成回路である。車両側送信回路１１が応答要求信号を生成するタイミングは、常時行っても良いし、他の通信（例えばbluetooth（登録商標）による無線通信）により携帯端末Ｋを検出したときに定期的に行っても良い。車両側送信回路１１は、制御部２からの入力信号を公知の変調方式で変調して、車両側アンテナ１３から応答要求信号を電波として放射させ、この応答要求信号を送信したタイミングで計時を開始する。
車両側受信回路１２は、携帯端末Ｋからの応答信号を受信する応答メッセージ受信回路である。車両側受信回路１２は、車両側アンテナ１３から受信した応答信号を復調して制御部２に送信すると共に、応答信号を受信したタイミングで計時を終了する。車両側受信回路１２が受信する応答信号には、受信した電波の強度情報と携帯端末Ｋが電波を受信してから応答信号を送信するまでに要する時間Ｔｂと携帯端末Ｋの識別情報（ＩＤ）とが含まれている。車両側受信回路１２が受信した応答信号は制御部２に伝達され、制御部２にて携帯端末Ｋを照合し、認証された携帯端末Ｋ及び各通信機Ｃ１～Ｃ６の間の距離情報の算出が実行される。
各通信機Ｃ１～Ｃ６と携帯端末Ｋとの間の距離情報は、例えばＴОＦ（Time of Flight）方式の片側双方向測距法（TWR-SS）により算出することができる。片側双方向測距法は、車両側アンテナ１３から応答要求信号を送信して応答信号を受信するまでの時間Ｔａから、携帯端末Ｋが応答要求信号を受信してから応答信号を送信するまでに要する時間Ｔｂを減算した差の半分（（Ｔａ―Ｔｂ）／２）に、電波の伝播速度Ｖを乗算（Ｖ×（Ｔａ―Ｔｂ）／２）して算出される。本実施形態では、この距離情報が制御部２にて演算されるが、各通信機Ｃ１～Ｃ６にて演算しても良い。
車両側アンテナ１３は、車両側送信回路１１が変調した応答要求信号を電波として放射し、携帯端末Ｋからの応答信号を電波として受信する。この車両側アンテナ１３は、応答要求信号を送信する送信アンテナと応答信号を受信する受信アンテナとを別々に設けても良いし、送信アンテナ及び受信アンテナを１つのアンテナ素子で共用しても良い。
記憶部１４は、ＨＤＤやＲＯＭ等のハードウェアで構成されており、制御部２やＥＣＵ１５で稼働されるプログラム、自動車Ａの任意の位置（例えば第一通信機Ｃ１の位置）を原点とした通信機Ｃ１～Ｃ６の３次元の位置座標、及び通信機Ｃ１～Ｃ６の通信可能範囲をマップ化した通信マップＭ１～Ｍ６（図１１も参照）等を記憶している。
制御部２は、通信機Ｃ１～Ｃ６の作動を制御すると共に、通信機Ｃ１～Ｃ６から受信した信号を処理して、携帯端末Ｋの位置を推定し、推定結果をＥＣＵ１５に出力する。また、ＥＣＵ１５は、制御部２が推定した携帯端末Ｋの位置に基づいて、ドア開閉機構３やエンジン駆動機構４の作動を制御する（所謂キーレスエントリーシステム）。この制御部２の詳細構成は後述する。
ドア開閉機構３は、ユーザＨが車両ドアを開錠又は施錠するためのキードアボタンやタッチセンサ等を有している。ドア開閉機構３は、ユーザＨがキードアボタンを押下又はタッチセンサに手を接触させることにより、車両ドアを開錠又は施錠させる公知の機構であるため、詳細な説明を省略する。本実施形態では、制御部２にて推定された携帯端末Ｋの位置に基づいて、ＥＣＵ１５がドア開閉機構３に作動信号を送信することにより、ユーザＨがキードアボタンを押下等することなく、携帯端末Ｋ近傍の車両ドアを開錠又は施錠することができる。また、制御部２にて推定された携帯端末Ｋの位置に基づいて、ＥＣＵ１５がドア開閉機構３に作動信号を送信することにより、携帯端末Ｋ近傍の車両ドアを開閉することができる。
エンジン駆動機構４は、ユーザＨが自動車Ａのエンジンを駆動させるための携帯式スターターやプッシュスイッチ等を有している。エンジン駆動機構４は、ユーザＨがスターターやプッシュスイッチを押下することにより、セルモータによりエンジンを駆動させる公知の機構であるため、詳細な説明を省略する。本実施形態では、制御部２にて携帯端末Ｋが車室内に存在すると推定されたとき、ＥＣＵ１５がエンジン駆動機構４に作動信号を送信することにより、エンジンが駆動可能な待機状態となる。
上述したように、携帯端末Ｋは、端末側通信部５と制御回路６とを備えている。端末側通信部５は、端末側送信回路５１と端末側受信回路５２と端末側アンテナ５３とを有している。
端末側受信回路５２は、端末側アンテナ５３を介して車両側アンテナ１３から送信された応答要求信号を受信し、端末側送信回路５１は、端末側アンテナ５３を介して車両側アンテナ１３に応答信号を送信する。端末側受信回路５２は、端末側アンテナ５３から受信した応答信号を復調して制御回路６に送信する。端末側送信回路５１は、制御回路６からの入力信号を公知の変調方式で変調した応答信号を、端末側アンテナ５３から車両側アンテナ１３に送信する。制御回路６は、携帯端末Ｋが電波を受信してから応答信号を送信するまでに要する時間Ｔｂと携帯端末Ｋの識別情報（ＩＤ）とを含む入力信号を生成する。なお、携帯端末Ｋが電波を受信してから応答するまでに要する時間Ｔｂは、予め設定された時間であっても良いし、電波を受信する都度、計時した時間であっても良い。
［制御部の詳細］
制御部２は、信号処理部２１とエリア判定部２２と推定部２３とを有している。制御部２の各機能部は、各種処理を実行するＣＰＵやメモリを中核としたソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの協働により構成されている。なお、エリア判定部２２を省略しても良い。
信号処理部２１は、各通信機Ｃ１～Ｃ６との間で送受信される電気信号を処理する。この信号処理部２１は、各通信機Ｃ１～Ｃ６のポーリング制御を実行すると共に、上述した各通信機Ｃ１～Ｃ６と携帯端末Ｋとの間の距離情報を演算して取得し、各通信機Ｃ１～Ｃ６が受信した携帯端末Ｋからの強度情報も取得する（取得ステップ、図６も参照）。
信号処理部２１は、各通信機Ｃ１～Ｃ６からの距離情報が第一所定値以下であり、且つ、各通信機Ｃ１～Ｃ６からの強度情報が第二所定値以上である場合、該当する通信機Ｃ１～Ｃ６は通信可であると判定する（通信可否判定ステップ）。一方、信号処理部２１は、各通信機Ｃ１～Ｃ６からの距離情報が第一所定値を超える場合、又は、各通信機Ｃ１～Ｃ６からの強度情報が第二所定値未満である場合、該当する通信機Ｃ１～Ｃ６は通信不可であると判定する（通信可否判定ステップ）。第一所定値は、測距値が理論上非現実的なほど大きい値（例えば１０ｍ）として設定されており、各通信機Ｃ１～Ｃ６の設置場所に応じて設定しても良いし、一律としても良い。第二所定値は、ノイズレベルと見做せる値（例えば－１０５ｄＢｍ）として設定されており、各通信機Ｃ１～Ｃ６の設置場所に応じて設定しても良いし、一律としても良い。
エリア判定部２２は、信号処理部２１にて通信可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信マップＭ１～Ｍ６、及び、信号処理部２１にて通信不可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信マップＭ１～Ｍ６を重ね合わせることにより、携帯端末Ｋが存在するエリアを判定する。本実施形態における通信マップＭ１～Ｍ６は、各通信機Ｃ１～Ｃ６の設置位置に応じて予め設定された２次元座標で形成されており、携帯端末Ｋとの距離を、通信誤差が少なく、又は、小さな電波損失で計測できる範囲を通信可能範囲として設定している。なお、通信マップＭ１～Ｍ６は、３次元座標であっても良い。ここで、通信誤差とは、通信機Ｃ１～Ｃ６で計測可能な距離のうち、真の距離と計測される距離情報との差のことであり、以下、測距誤差として説明する。
図１１には、外乱が無い状態の理想的な測距誤差を加味した各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信マップＭ１～Ｍ６が示されている。同図では、測距誤差が５０ｃｍ以下の範囲を濃い黒色の実線丸印、測距誤差が５０ｃｍ超～１ｍ以下の範囲を濃いグレーの丸印、測距誤差が１ｍ超～３ｍ以下の範囲を薄いグレーの実線丸印、測距誤差が３ｍ超の範囲を破線丸印とし、各通信機Ｃ１～Ｃ６の位置を三角印で示している。つまり、本実施形態における通信マップＭ１～Ｍ６は、通信誤差（測距誤差）の程度によって通信可能範囲のランクを区分している。
第一通信機Ｃ１は、携帯端末Ｋが車両右側方及び車室内の運転席周辺に存在するとき、僅かな測距誤差で通信できる（通信マップＭ１参照）。第二通信機Ｃ２は、携帯端末Ｋが車両左側方及び車室内の助手席周辺に存在するとき、僅かな測距誤差で通信できる（通信マップＭ２参照）。第三通信機Ｃ３は、携帯端末Ｋが車両後方に存在するとき、僅かな測距誤差で通信できる（通信マップＭ３参照）。第四通信機Ｃ４は、携帯端末Ｋが車両左右側方及び車室内に存在するとき、僅かな測距誤差で通信できるが、携帯端末Ｋが車両右側方にある方が外乱の少ない状態で通信できる（通信マップＭ４参照）。第五通信機Ｃ５は、携帯端末Ｋが車両左右側方及び車室内に存在するとき、僅かな測距誤差で通信できるが、携帯端末Ｋが車両左側方にある方が外乱の少ない状態で通信できる（通信マップＭ５参照）。第六通信機Ｃ６は、携帯端末Ｋが車室内に存在するとき、僅かな測距誤差で通信できる（通信マップＭ６参照）。
例えば、信号処理部２１により第一通信機Ｃ１が通信可と判定され、第二通信機Ｃ２とはノイズレベルの通信しかできず信号処理部２１により通信不可と判定された場合、エリア判定部２２は、第一通信機Ｃ１の通信マップＭ１の通信可能範囲から第二通信機Ｃ２の通信マップＭ２の通信可能範囲を除外する。その結果、携帯端末Ｋは、車両右側方に位置すると推定することができる。このように、全ての通信マップＭ１～Ｍ６を重ね合わせることにより、通信可能範囲の重複領域が収束され、携帯端末Ｋの存在エリアを精度よく特定することができる。つまり、エリア判定部２２は、信号処理部２１により通信可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信可能範囲の論理積から、信号処理部２１により通信不可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信可能範囲の論理積を除外すると良い。
推定部２３は、信号処理部２１で通信可と判定された３つ以上の通信機Ｃ１～Ｃ６のランク付けを実行する。ランク付けの一例として、携帯端末Ｋと通信機Ｃ１～Ｃ６との間の測距値が小さい順に高い優先順位を付ける。つまり、実際の距離が小さいほど、正確な測距値が取得可能であり、最も信頼性が高い。そこで、通信機Ｃ１～Ｃ６のうち最も測距値が小さい通信機を「キー通信機」とする。そして、推定部２３は、３つ以上の通信機Ｃ１～Ｃ６のうち、キー通信機からの距離情報に基づいて携帯端末Ｋの検索範囲を絞り込んで、携帯端末Ｋの位置を推定し、推定結果をＥＣＵ１５に出力する（推定ステップ）。推定部２３が車両右側方の位置に携帯端末Ｋが存在すると推定した場合、ＥＣＵ１５は、右ドアを開錠又は施錠又は開閉するようにドア開閉機構３に作動信号を送信する。推定部２３が車両左側方の位置に携帯端末Ｋが存在すると推定した場合、ＥＣＵ１５は、左ドアを開錠又は施錠又は開閉するようにドア開閉機構３に作動信号を送信する。推定部２３が車両後方の位置に携帯端末Ｋが存在すると推定した場合、ＥＣＵ１５は、バックドアを開錠又は施錠又は開閉するようにドア開閉機構３に作動信号を送信する。推定部２３が車室内の位置に携帯端末Ｋが存在すると推定した場合、ＥＣＵ１５は、エンジン駆動機構４に作動信号を送信することにより、エンジンが駆動可能な待機状態となる。
図７に示すように、推定部２３は、キー通信機からの距離情報を半径とする球体の表面上に、複数の候補点を設けて携帯端末Ｋの位置を推定する。携帯端末Ｋが存在する範囲（検索範囲）は、最も信頼性の高いキー通信機の測距値を半径とする球体の表面上にあると想定しているため、演算に用いる候補点の数を大幅に減らすことが可能となる。推定部２３は、キー通信機からの複数の距離情報が得られた場合には、そのうち最も小さい値を用いて携帯端末Ｋの検索範囲を絞り込むことが好ましい。これは、通信方式がＵＷＢ帯の信号を用いている場合、通信機Ｃ１～Ｃ６から得られる距離情報には、直接波による小さい値と遮蔽物を迂回する迂回波による大きい値とを含んでおり、実際の距離に最も近いのは、直接波による小さい値であるからである。
また、推定部２３は、エリア判定部２２が判定した携帯端末Ｋの存在エリアに基づいて携帯端末Ｋの検索範囲を更に絞りこんでも良い。例えば、キー通信機からの距離情報を半径とする球体の表面のうち、携帯端末Ｋの２次元の存在エリアをｚ方向（自動車Ａの上下方向）に投影した部分のみ検索範囲とすることができる。さらに、推定部２３は、検索範囲としての球体のうち、自動車Ａの車室底面以下のように非現実的な範囲（例えばｚが０以下）を除外しても良い。以下、自動車Ａの前後方向をｘ方向、左右方向をｙ方向、上下方向をｚ方向として説明する。
携帯端末Ｋの存在候補位置の３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、キー通信機から得た測距値ｒ、仰角θ、方位角φの３つのパラメータから演算される。仰角θ、方位角φは任意の値であり、夫々所定の角度間隔（例えば１０度ごと）に設定することができる。推定部２３は、夫々の候補点を球体の表面上で所定の角度間隔で設けて携帯端末Ｋの大まかな位置を推定した後、推定された携帯端末Ｋの位置近傍の所定範囲で、仰角θと方位角φの夫々を所定の角度間隔よりも小さい角度間隔（例えば１度ごと）で複数の候補点を設けて携帯端末Ｋの位置を推定しても良い。また、推定部２３は、キー通信機から得た測距値に応じて、角度間隔を設定しても良い。例えば、キー通信機から得た測距値が小さいほど球体の体積が小さくなるため、角度間隔を小さく設定しても良い。
推定部２３は、この絞り込んだ検索範囲において、携帯端末Ｋの存在位置の３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）を、例えば最小二乗法のアルゴリズムを用いて推定する。同図の下方（ｘ座標のみ表示）に示すように、信号処理部２１により通信可と判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６から得た測距値ｒｉ（ｉは通信機番号）と、存在候補位置の３次元座標と記憶部１４に記憶された各通信機Ｃ１～Ｃ６の３次元座標との差分絶対値との差の２乗和が最小となる３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）を携帯端末Ｋの存在位置と推定する。各通信機Ｃ１～Ｃ６から測距値ｒｉは、１回の計測から得た値でも良いし、複数回の計測から得た統計値であっても良い。複数回の計測から得た統計値は、平均値であっても良いし最小値であっても良いが、最小値を使用した方が好ましい。
［携帯端末位置推定方法］
図３～図１３を用いて、携帯端末位置推定方法の実施形態を説明する。
各通信機Ｃ１～Ｃ６の車両側送信回路１１が応答要求信号を生成し、車両側アンテナ１３を介して携帯端末Ｋに応答要求信号を順に送信する。各通信機Ｃ１～Ｃ６が応答要求信号を送信する順番は、他の通信により携帯端末Ｋを検出した何れかの通信機Ｃ１～Ｃ６を優先して決定しても良いし、任意に設定しても良い。応答要求信号を受信した携帯端末Ｋは、制御回路６が、携帯端末Ｋが電波を受信してから応答するまでに要する時間Ｔｂと携帯端末Ｋの識別情報（ＩＤ）とを含む入力信号を生成して端末側通信部５に伝達し、端末側通信部５が電気信号を変調することにより生成された応答信号を、端末側アンテナ５３を介して車両側アンテナ１３に送信する（図３の♯３１）。そして、車両側受信回路１２は、車両側アンテナ１３から受信した応答信号を復調して制御部２に送信し、制御部２にて携帯端末Ｋを照合し、認証された携帯端末Ｋ及び各通信機Ｃ１～Ｃ６の間の距離情報及び電波の強度情報を取得する（図３の♯３２、取得ステップ）。
図６及び図１２には、制御部２が取得した距離情報（測距値）を横軸とし、制御部２が取得した電波の強度情報（電波強度）を縦軸とした一例が示されている。図６には、自動車Ａの運転席に座ったユーザＨが上着の胸ポケット内に携帯端末Ｋを収納した条件での測距値及び電波強度が示されている。同図に示す例において、第三通信機Ｃ３以外は通信可能であった。図１２には、ユーザＨが携帯端末Ｋを手にして自動車Ａの右側（第一通信機Ｃ１に対して右２ｍ、後１ｍ）の位置に立った条件での測距値及び電波強度が示されている。このときは、同図に示すように、第一通信機Ｃ１及び第四通信機Ｃ４のみ通信可能であった。同図に示す例において、測距誤差が１ｍ以下である第五通信機Ｃ５及び第六通信機Ｃ６が通信不可となったのは、外乱によるものであると推測される。
図３に戻り、信号処理部２１は、距離情報が第一所定値以下であり、且つ、強度情報が第二所定値以上である通信を成功した（通信可である）通信機Ｃ１～Ｃ６が３つ以上あるか否かを判定する（図３の♯３３、通信可否判定ステップ）。♯３３の判定の結果、通信機Ｃ１～Ｃ６が３つ未満であれば（図３の♯３３Ｎｏ判定）、再度、通信機Ｃ１～Ｃ６と携帯端末Ｋとの間で通信を試みる（図３の♯３１～♯３２）。
なお、通信機Ｃ１～Ｃ６が３つ未満であれば、エリア判定部２２の判定結果に基づいて、携帯端末Ｋの位置を推定しても良い。この場合、信号処理部２１により通信可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信可能範囲の論理積から、信号処理部２１により通信不可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信可能範囲の論理積を除外することにより、携帯端末Ｋの位置を推定することができる。
図１３には、図１２に示す通信可能な第一通信機Ｃ１及び第四通信機Ｃ４の測距誤差０．５ｍ以下の通信可能範囲の論理積から、通信不可であった第二通信機Ｃ２～第三通信機Ｃ３及び第五通信機Ｃ５～第六通信機Ｃ６の測距誤差０．５ｍ以下～３ｍ超の通信可能範囲の論理積を除外した結果が示されている。本実施例では、第三通信機Ｃ３の通信可能範囲が後部に偏り過ぎているため、携帯端末Ｋが車室内外に存在するエリア判定となった。このため、推定部２３は、エリア判定部２２で絞り込まれた携帯端末Ｋの存在エリア内において、距離情報が最も小さい通信機Ｃ１～Ｃ６からの距離情報を半径とする推定円のうち、エリア内に存在する範囲を携帯端末Ｋの位置として推定する。図１３に示す例では、携帯端末Ｋの存在エリア内において、距離情報が最も小さい第一通信機Ｃ１からの距離情報を半径とする推定円（図では一点鎖線の円）を描き、この推定円のうちエリア内に存在する範囲（図では黒丸）が示されている。推定円の半径となる第一通信機Ｃ１からの距離情報としては、第一通信機Ｃ１からの複数の距離情報のうち、最も小さい値とすることが好ましい。同図に示すように、携帯端末Ｋの推定位置は、実際の携帯端末Ｋの存在位置（図では斜線塗の四角印）に対して、自動車Ａの前後方向３ｍの誤差範囲に含まれており、携帯端末Ｋが右ドアの車室外に存在することを正確に推定できた。
図３に戻り、♯３３の判定の結果、通信を成功した通信機Ｃ１～Ｃ６が３つ以上であれば（図３の♯３３Ｙｅｓ判定）、推定部２３は、通信機Ｃ１～Ｃ６のランク付けを実行する（図３の♯３４）。具体的には、図６に示すように、携帯端末Ｋと通信機Ｃ１～Ｃ６との間の測距値が小さい順に高い優先順位を付け、優先順位が高い順に、第六通信機Ｃ６，第一通信機Ｃ１，第四通信機Ｃ４，第二通信機Ｃ２，第五通信機Ｃ５とする。このランク付けで、測距値が同一の通信機Ｃ１～Ｃ６が２つ以上あった場合は、電波強度の高い通信機Ｃ１～Ｃ６ほど優先順位を高くする。
次いで、推定部２３は、携帯端末Ｋの検索範囲を絞り込む（図３の♯３５、推定ステップ）。検索範囲の絞り込みは、まず、通信機Ｃ１～Ｃ６のうち携帯端末Ｋとの間の測距値が最も小さい通信機Ｃ１～Ｃ６を「キー通信機」として選定する（図４の♯４１）。図６に示す例では、ランク付け１位の第六通信機Ｃ６がキー通信機である。次いで、選定されたキー通信機である第六通信機Ｃ６から取得した距離情報のうち最も測距値の小さい値を半径とする球体を生成する（図４の♯４２）。次いで、この球体の表面上に、仰角θと方位角φの夫々を所定の角度間隔（例えば１０度ごと）として複数の候補点を設定する（図４の♯４３）。次いで、検索範囲を更に絞り込む場合（図４の♯４４Ｙｅｓ判定）は、通信マップＭ１～Ｍ６を用いて、エリア判定部２２が判定した携帯端末Ｋの存在エリアに基づいて携帯端末Ｋの検索範囲を更に絞り込む（♯４５）。
携帯端末Ｋの存在エリア判定は、まず、図１１に示すような２次元の通信マップＭ１～Ｍ６を記憶部１４から読み出し、エリア判定部２２は、信号処理部２１により通信可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信可能範囲の論理積から、信号処理部２１により通信不可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信可能範囲の論理積を除外して携帯端末Ｋの存在エリアを判定する（図５の♯５１～♯５３）。そして、エリア判定部２２は、キー通信機からの距離情報を半径とする球体の表面のうち、携帯端末Ｋの２次元の存在エリアを出力し、推定部２３は、この存在エリアをｚ方向に投影した部分のみ検索範囲とする（図５の♯５４）。
図３に戻り、設定された携帯端末Ｋの検索範囲において、夫々の候補点を球体の表面上で所定の角度間隔で設けて最小二乗法等により携帯端末Ｋの位置を推定する（図３の♯３６）。この位置推定にあたり、所定範囲に設定された夫々の候補点において、信号処理部２１により通信可と判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６から得た測距値と、存在候補位置の３次元座標と記憶部１４に記憶された各通信機Ｃ１～Ｃ６の３次元座標との差分絶対値との差の２乗和が最小となる３次元座標を携帯端末Ｋの存在位置と推定する（図７の右下の式参照）。なお、♯３６で推定された携帯端末Ｋの位置近傍の所定範囲で、仰角θと方位角φの夫々について所定の角度間隔よりも小さい角度間隔（例えば１度ごと）で複数の候補点を更に設定し、携帯端末Ｋの精緻な位置を最小二乗法等により更に推定しても良い。
図８には、推定部２３が、選定されたキー通信機である第六通信機Ｃ６から取得した距離情報を半径（図示の一点鎖線）とする球体を生成し、この球体の表面上に、所定の角度間隔（１０度ごと）で複数の候補点を設定して最小二乗法により携帯端末Ｋの存在位置を推定した結果が示されている。同図に示すように、携帯端末Ｋの推定位置（図では白丸）は、実際の携帯端末Ｋの存在位置（図では黒塗四角）と近似した位置にあり、携帯端末Ｋが車室内の運転席に存在することを正確に推定できた。
図３に戻り、推定部２３は携帯端末Ｋの存在位置をＥＣＵ１５に出力し、この存在位置に基づいて、ＥＣＵ１５は、左ドアを開錠又は施錠又は開閉するようにドア開閉機構３に作動信号を送信するなどの信号処理を実行する（図３の♯３７）。
図９～図１０には、携帯端末Ｋが車室内外に存在する場合（母数が１００以上）に、上述した携帯端末位置推定方法を用いた推定結果が示されている。本推定結果では、推定部２３が、選定されたキー通信機から取得した距離情報を半径とする球体を生成し、この球体の表面上に、仰角θと方位角φの夫々について所定の角度間隔（１０度ごと）で複数の候補点を設定して最小二乗法により携帯端末Ｋの存在位置を推定した。図９に示されるように、左／右ドア及びトランクから約０．７ｍ以内の領域においては、良好な推定結果（ランクＡ）であることが分かる。この推定結果から、キーレスエントリーシステムに重要な領域において、携帯端末Ｋの位置推定が十分な精度を有していることが分かる。また、図１０には、本実施形態のように推定部２３が球体を生成せずに演算した従来法と、本実施形態の携帯端末位置推定方法を用いた推定誤差が示されている。同図に示されるように、推定誤差が従来法に比べて向上している点が理解できる。なお、本実施形態における推定速度は、従来法に比べて１２０倍の推定速度であった。
［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態における推定部２３は、距離情報が最も小さい通信機Ｃ１～Ｃ６からの距離情報を半径とする球体を作成したが、統計的手法により半径を演算して球体を作成しても良い。また、この球体は、深層学習などを用いて作成しても良い。
（２）上述した実施形態では、エリア判定部２２は、信号処理部２１により通信可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信可能範囲の論理積から、信号処理部２１により通信不可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信可能範囲の論理積を除外した。これに代えて、エリア判定部２２は、信号処理部２１により通信可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信可能範囲の論理積と、信号処理部２１により通信不可であると判定された各通信機Ｃ１～Ｃ６の通信不可範囲の論理和との論理積により、携帯端末Ｋの存在エリアを判定しても良い。
本発明は、車両周辺にある携帯端末の位置を推定する携帯端末位置推定方法、携帯端末位置推定装置及び携帯端末位置推定システムに利用可能である。
Ａ 自動車（車両）
Ｃ１～Ｃ６ 通信機
Ｋ 携帯端末
２１ 信号処理部
２３ 推定部
１００ 携帯端末位置推定システム

Claims (7)

  1. 車両に設置された３つ以上の通信機と前記車両の周辺にある携帯端末とが通信することにより前記携帯端末の位置を推定する携帯端末位置推定方法であって、
    複数の前記通信機が前記携帯端末と通信して前記通信機及び前記携帯端末の間の距離情報と電波の強度情報とを取得する取得ステップと、
    前記距離情報が第一所定値以下であり、且つ、前記強度情報が第二所定値以上である場合に通信可であると判定する通信可否判定ステップと、
    前記通信可否判定ステップで通信可と判定された３つ以上の前記通信機のうち、前記距離情報が最も小さい前記通信機からの前記距離情報に基づいて前記携帯端末の検索範囲を絞り込んで、前記携帯端末の位置を推定する推定ステップと、を含む携帯端末位置推定方法。
  2. 前記推定ステップは、前記距離情報が最も小さい前記通信機からの前記距離情報を半径とする球体の表面上に、複数の候補点を設けて前記携帯端末の位置を推定する請求項１に記載の携帯端末位置推定方法。
  3. 前記推定ステップは、夫々の前記候補点を前記球体の表面上で所定の角度間隔で設けて前記携帯端末の位置を推定した後、推定された前記携帯端末の位置近傍の所定範囲で、前記所定の角度間隔よりも小さい角度間隔で夫々の前記候補点を設けて前記携帯端末の位置を更に推定する請求項２に記載の携帯端末位置推定方法。
  4. 前記推定ステップは、前記通信可否判定ステップの判定結果と、夫々の前記通信機の通信可能範囲をマップ化した通信マップとに基づいて、前記携帯端末が存在するエリアを推定し、当該エリアに基づいて前記携帯端末の前記検索範囲を更に絞りこむ請求項１～３の何れか一項に記載の携帯端末位置推定方法。
  5. 前記推定ステップは、前記距離情報が最も小さい前記通信機からの複数の前記距離情報のうち、最も小さい値を用いて前記携帯端末の検索範囲を絞り込む請求項１～４の何れか一項に記載の携帯端末位置推定方法。
  6. 車両に設置された複数の通信機と前記車両の周辺にある携帯端末とが通信することにより前記携帯端末の位置を推定する携帯端末位置推定装置であって、
    複数の前記通信機が前記携帯端末と通信して前記通信機及び前記携帯端末の間の距離情報と電波の強度情報とを取得し、前記距離情報が第一所定値以下であり、且つ、前記強度情報が第二所定値以上である場合に通信可であると判定する信号処理部と、
    前記信号処理部で通信可と判定された３つ以上の前記通信機のうち、前記距離情報が最も小さい前記通信機からの前記距離情報に基づいて前記携帯端末の検索範囲を絞り込んで、前記携帯端末の位置を推定する推定部と、を備える位置推定装置。
  7. 車両に設置された複数の通信機と、
    複数の前記通信機が前記車両の周辺にある携帯端末と通信して前記通信機及び前記携帯端末の間の距離情報と電波の強度情報とを取得し、前記距離情報が第一所定値以下であり、且つ、前記強度情報が第二所定値以上である場合に通信可であると判定する信号処理部と、
    前記信号処理部で通信可と判定された３つ以上の前記通信機のうち、前記距離情報が最も小さい前記通信機からの前記距離情報に基づいて前記携帯端末の検索範囲を絞り込んで、前記携帯端末の位置を推定する推定部と、を備える携帯端末位置推定システム。
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