JP2023112418A - 制御装置および制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】信号を送受信した装置間の位置関係をより高い精度で推定する。【解決手段】少なくとも３以上のアンテナを有する通信装置と、少なくとも１以上のアンテナを有する他の通信装置との間で送受信された信号に基づき、前記通信装置と前記他の通信装置との位置関係を推定する制御を行う制御部、を備え、前記制御部は、前記通信装置が前記他の通信装置から受信した前記信号に基づき推定された前記位置関係の暫定結果のうち、矛盾した暫定結果を除外して、前記位置関係を推定する制御を行う、制御装置。【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置および制御方法に関する。
近年、装置間で無線信号を送受信した結果に従って、装置間の位置関係を推定する技術が開示されている。例えば、特許文献１では、超広帯域（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）の信号を用いて、ＵＷＢ受信機がＵＷＢ送信機からの信号の入射角を推定する技術が開示されている。
国際公開第２０１５／１７６７７６号
しかし、上記特許文献１に記載の技術は、アンテナ素子間の位相差から位置推定を行う際に、アンテナ素子の受信位相に誤差が発生することにより、位置の推定結果に対しても誤差が生じる可能性があった。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、信号を送受信した装置間の位置関係をより高い精度で推定することが可能な、新規かつ改良された制御装置および制御方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、少なくとも３以上のアンテナを有する通信装置と、少なくとも１以上のアンテナを有する他の通信装置との間で送受信された信号に基づき、前記通信装置と前記他の通信装置との位置関係を推定する制御を行う制御部、を備え、前記制御部は、前記通信装置が前記他の通信装置から受信した前記信号に基づき推定された前記位置関係の暫定結果のうち、矛盾した暫定結果を除外して、前記位置関係を推定する制御を行う、制御装置が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、少なくとも３以上のアンテナを有する通信装置と、少なくとも１以上のアンテナを有する他の通信装置との間で送受信された信号に基づき、前記通信装置と前記他の通信装置との位置関係を推定する制御を行うこと含み、前記位置関係を推定する制御を行うことは、前記通信装置が前記他の通信装置から受信した前記信号に基づき推定された前記位置関係の暫定結果のうち、矛盾した暫定結果を除外して、前記位置関係を推定する制御を行うことを含む、コンピュータにより実行される制御方法が提供される。
以上説明したように本発明によれば、信号を送受信した装置間の位置関係をより高い精度で推定することが可能である。
本発明の一実施形態に係るシステムの構成の一例を示すブロック図である。 本実施形態に係るシステムの概要例を説明するための説明図である。 本実施形態に係るシステムにおいて実行される装置間の位置関係推定に係る処理の一例を説明するためのシーケンス図である。 信号の到来角の推定に係る処理の具体例を説明するための説明図である。 位相誤差が含まれていない際における携帯機と車載器の位置関係の推定に係る一例を説明するための説明図である。 位相誤差が含まれた際における携帯機と車載器の位置関係の推定に係る一例を説明するための説明図である。 本実施形態に係るシステムの位置関係の推定に係る動作処理の一例を説明する。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットや数字を付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の要素を、必要に応じてアンテナ２２１Ａ、２２１Ｂおよび２２１Ｃのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、アンテナ２２１Ａ、２２１Ｂおよび２２１Ｃを特に区別する必要が無い場合には、単にアンテナ２２１と称する。
＜＜１．構成例＞＞
図１は、本発明の一実施形態に係るシステム１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係るシステム１は、携帯機１００と、車載器２００と、制御装置３００と、動作装置４００と、を備える。
本実施形態に係る車載器２００、制御装置３００および動作装置４００は、例えば、車両２０に搭載される。車両２０は、移動体の一例であり、例えば、ユーザが乗車を許諾された車両（例えば、ユーザが所有する車両や、ユーザに一時的に貸与された車両）である。なお、本実施形態に係る移動体は、車両２０だけでなく、航空機または船舶等も含まれる。
（携帯機１００）
携帯機１００は、他の通信装置の一例であり、車両２０を利用するユーザにより携帯される装置である。携帯機１００は、電子キー、スマートフォン、タブレット端末およびウェアラブル端末等であってもよい。図１に示すように、携帯機１００は、制御部１１０と、通信部１２０とを備える。
制御部１１０は、携帯機１００の動作全般を制御する。制御部１１０は、例えば、後述するＰｏｌｌ（Polling）信号を通信部１２０に送信させる。また、制御部１１０は、後述するＦｉｎａｌ信号を通信部１２０に送信させる。
制御部１１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）及びマイクロプロセッサ等の電子回路によって構成される。
通信部１２０は、車載器２００が備える通信部２２０との間で、無線による通信を行う。例えば、通信部１２０は、制御部１１０の制御に従い、Ｐｏｌｌ信号を送信する。また、通信部１２０は、送信したＰｏｌｌ信号の応答として車載器２００が備える通信部２２０から送信されたＲｅｓｐ（Response）信号を受信する。また、通信部１２０は、制御部１１０の制御に従い、受信したＲｅｓｐ信号の応答としてＦｉａｎｌ信号を送信する。
通信部１２０と、車載器２００が備える通信部２２０との間の無線による通信は、例えば、超広帯域無線通信に準拠した信号（以下、ＵＷＢ信号と表現する。）により実現される。ＵＷＢ信号による無線通信において、インパルス方式を利用すれば、ナノ秒以下の非常に短いパルス幅の電波を使用することで電波の空中伝搬時間を高精度に測定することができ、伝搬時間に基づく測位及び測距を高精度に行うことができる。通信部１２０は、例えば、ＵＷＢ信号での通信が可能な通信インタフェースとして構成される。
なお、ＵＷＢ信号は、測距用信号、及びデータ信号として送受信され得る。測距用信号とは、後述する測距処理において送受信されるＰｏｌｌ信号、Ｒｅｓｐ信号およびＦｉｎａｌ信号である。測距用信号は、データを格納するペイロード部分を有さないフレームフォーマットで構成されていてもよいし、ペイロード部分を有するフレームフォーマットで構成されていてもよい。一方で、データ信号は、データを格納するペイロード部分を有するフレームフォーマットで構成されることが好ましい。
また、通信部１２０と、車載器２００が備える通信部２２０との間の無線による通信は、ＵＷＢ信号に限定されない。例えば、通信部１２０と、通信部２２０との間の無線による通信は、ＢＴ（Blue Tooth）通信なども適用可能である。
また、通信部１２０は、少なくとも１つのアンテナ１２１を有する。そして、通信部１２０は、少なくとも１つのアンテナ１２１を介して無線信号を送受信する。
（車載器２００）
車載器２００は、通信装置の一例であり、車両２０に搭載される装置である。図１に示すように、車載器２００は、制御部２１０と、通信部２２０と、を備える。
制御部２１０は、車載器２００の動作全般を制御する。制御部２１０は、例えば、後述するＲｅｓｐ信号を通信部２２０に送信させる。
制御部２１０は、例えばＣＰＵ及びマイクロプロセッサ等の電子回路によって構成される。
通信部２２０は、携帯機１００が備える通信部１２０との間で、無線による通信を行う。通信部２２０は、携帯機１００が備える通信部１２０から送信されたＰｏｌｌ信号を受信する。また、通信部２２０は、制御部２１０の制御に従い、受信したＰｏｌｌ信号の応答としてＲｅｓｐ信号を送信する。また、通信部２２０は、送信したＲｅｓｐ信号の応答として携帯機１００が備える通信部１２０から送信されたＦｉａｎｌ信号を受信する。
また、通信部２２０は、少なくとも３以上のアンテナ２２１を有する。そして、通信部２２０は、３以上のアンテナ２２１を介して無線信号を送受信する。以下の説明では、通信部２２０が有するアンテナ２２１の本数が３本である例を主に説明する。
（制御装置３００）
制御装置３００は、携帯機１００と車載器２００との位置関係を推定する制御を行う。図１に示すように、制御装置３００は、通信部３１０と、制御部３２０と、を備える。
なお、本明細書に係る説明では、本実施形態に係る車両２０が車載器２００と制御装置３００を分離して構成する一例を説明するが、携帯機１００または車載器２００により制御装置３００の機能が実現されてもよい。
通信部３１０は、任意の通信方式を用いて、車載器２００との各種通信を行う。例えば、通信部３１０は、携帯機１００と、車載器２００との間で送受信された信号の情報を車載器２００が備える通信部２２０から受信する。なお、任意の通信方式とは有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。また、通信部３１０は、無線通信方式を用いて、携帯機１００が備える通信部１２０と各種通信を行ってもよい。
制御部３２０は、制御装置３００の動作全般を制御する。制御部３２０は、例えば、携帯機１００と車載器２００との間で送受信された信号に基づき、携帯機１００と車載器２００との位置関係を推定する制御を行う。
例えば、制御部３２０は、携帯機１００と車載器２００との間で送受信された信号に基づき、携帯機１００と車載器２００との間の距離である測距値を推定する。
また、制御部３２０は、車載器２００が携帯機１００から受信した信号に基づき、信号の到来角を推定する。より具体的には、制御部３２０は、車載器２００が有する３以上のアンテナのアンテナペア間の位相差に基づき、信号の到来角を推定する。
また、制御部３２０は、推定された測距値および信号の到来角に基づき、携帯機１００の二次元位置または三次元位置を携帯機１００と車載器２００の位置関係として推定してもよい。
例えば、制御部３２０は、車載器２００が有する３以上のアンテナの各アンテナペア間の位相差に基づき、携帯機１００と、車載器２００の位置関係の暫定結果をアンテナペア毎に推定する。
また、制御部３２０は、携帯機１００と車載器２００の位置関係の暫定結果のうち、矛盾した暫定結果を除外して、位置関係を推定する制御を行う。携帯機１００と車載器２００の位置関係の暫定結果や、当該暫定結果の矛盾に係る具体例については後述する。
制御部３２０は、例えばＣＰＵおよびマイクロプロセッサ等の電子回路によって構成される。
（動作装置４００）
動作装置４００は、制御装置３００の制御に従い、動作する装置である。動作装置４００は、例えば、車両２０が有するドアの鍵であってもよいし、車両２０が有するエンジンであってもよい。
以上、本実施形態に係るシステム１の構成例を説明した。続いて、図２～図６を参照し、本実施形態に係るシステム１の技術的特徴を説明する。
＜＜２．技術的特徴＞＞
＜２．１．概要＞
図２は、本実施形態に係るシステム１の概要例を説明するための説明図である。携帯機１００が備える通信部１２０は、図２に示すように、アンテナ１２１を有する。また、車載器２００が備える通信部２２０は、例えば、３素子アレーアンテナとしてアンテナ２２１Ａ、アンテナ２２１Ｂおよびアンテナ２２１Ｃを有する。
ただし、携帯機１００が備える通信部１２０および車載器２００が備える通信部２２０が有するアンテナ本数は係る例に限定されない。例えば、通信部１２０が有するアンテナ１２１の本数は、複数であってもよいし、通信部２２０が有するアンテナ２２１は、４本以上であってもよい。
また、通信部２２０および通信部２２０が有する複数のアンテナ２２１のスケール比においても図示しているスケール比に限定されない。
また、３本のアンテナの配置形状は、例えば、図２に示すような、正三角形状に配置されることが望ましい。但し、３本のアンテナの配置形状は係る例に限定されない。
例えば、アンテナ２２１Ａ、アンテナ２２１Ｂおよびアンテナ２２１Ｃは、それぞれ１／２波長以下の間隔で配置されていれば任意の配置形状で配置されてもよい。ただし、複数のアンテナ２２１は、同一直線上ではなく、平面上に配置されることが望ましい。
また、図２において、携帯機１００が有するアンテナ１２１は、携帯機１００の上側の左端に配置されているが、携帯機１００が有するアンテナ１２１が配置される位置は係る例に限定されない。例えば、アンテナ１２１は、携帯機１００の任意の位置に配置されてもよい。
図２に示すように、例えば、アンテナ１２１は、通信部２２０が有する複数のアンテナ２２１のうち少なくとも１以上のアンテナとの間で信号Ｓを送受信してもよい。
そして、制御装置３００が備える通信部３１０は、携帯機１００と車載器２００との間で送受信された信号Ｓに関する情報を通信部１２０または通信部２２０のいずれか一方から受信する。
続いて、制御装置３００が備える制御部３２０は、送受信された信号Ｓに基づき、携帯機１００と車載器２００との位置関係を推定してもよい。
続いて、本実施形態に係る携帯機１００と車載器２００との位置関係の推定に係る処理の具体例を説明する。
＜２．２．位置関係の推定＞
（１）距離推定
制御部３２０は、測距処理を行う。測距処理とは、携帯機１００と車載器２００との間の距離を推定する処理である。測距処理は、測距用信号を送受信し、測距用信号の送受信にかかる時間に基づいて携帯機１００と車載器２００との間の距離、すなわち測距値を推定することを含む。
測距処理において、携帯機１００と車載器２００との間で複数の測距用信号が送受信され得る。複数の測距用信号のうち、一方の装置から他方の装置へ送信される測距用信号をＰｏｌｌ信号と表現する。
そして、Ｐｏｌｌ信号を受信した装置から、Ｐｏｌｌ信号を送信した装置へ、Ｐｏｌｌ信号の応答として送信される測距用信号を、Ｒｅｓｐ信号と表現する。
また、Ｒｅｓｐ信号を受信した装置から、Ｒｅｓｐ信号を送信した装置へ、Ｒｅｓｐ信号の応答として送信される測距用信号をＦｉｎａｌ信号と表現する。携帯機１００および車載器２００は、測距用信号のいずれにおいても送受信可能だが、本明細書では、携帯機１００がＰｏｌｌ信号を送信する例を説明する。
（２）到来角推定
制御部３２０は、装置間で送受信された信号の到来角を推定する。本明細書において、測距用信号に含まれるＦｉｎａｌ信号を到来角推定用の信号として説明する。
以下、図３を参照し、距離推定、到来角推定、暫定位置関係推定に係る処理の一例を説明する。
図３は、本実施形態に係るシステム１において実行される装置間の位置関係推定に係る処理の一例を説明するためのシーケンス図である。
まず、携帯機１００が有するアンテナ１２１は、車載器２００が有するアンテナ２２１Ａに対して、Ｐｏｌｌ信号を送信する（Ｓ１０１）。
次に、車載器２００が有するアンテナ２２１Ａは、Ｐｏｌｌ信号に対する応答として、Ｒｅｓｐ信号を携帯機１００が有するアンテナ１２１に送信する（Ｓ１０３）。
そして、携帯機１００が有するアンテナ１２１は、Ｒｅｓｐ信号に対する応答として、Ｆｉｎａｌ信号を車載器２００が有するアンテナ２２１Ａ、アンテナ２２１Ｂおよびアンテナ２２１Ｃに送信する（Ｓ１０５）。
ここで、携帯機１００が、Ｐｏｌｌ信号を送信してからＲｅｓｐ信号を受信するまでの時間長を時間長Ｔ１とし、Ｒｅｓｐ信号を受信してからＦｉｎａｌ信号を送信するまでの時間長を時間長Ｔ２とする。そして、車載器２００が、Ｐｏｌｌ信号を受信してからＲｅｓｐ信号を送信するまでの時間長を時間長Ｔ３とし、Ｒｅｓｐ信号を送信してからＦｉｎａｌ信号を受信するまでの時間長を時間長Ｔ４とする。
携帯機１００と車載器２００との間の距離は、上述した各時間長を用いて算出されてもよい。例えば、車載器２００は、携帯機１００から時間長Ｔ１および時間長Ｔ２に関する情報を含む信号を受信してもよい。
続いて、制御装置３００は、車載器２００から時間長Ｔ１、時間長Ｔ２、時間長Ｔ３および時間長Ｔ４に関する情報を含む信号を受信してもよい。
そして、制御部３２０は、時間長Ｔ１、時間長Ｔ２、時間長Ｔ３、および時間長Ｔ４を用いて、信号の伝搬時間τを算出する。より具体的には、制御部３２０は、以下の数式１を用いて信号の伝搬時間τを算出してもよい。
τ＝（Ｔ１×Ｔ４―Ｔ２×Ｔ３）／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）
（数式１）
そして、制御部３２０は、算出した信号の伝搬時間τに既知である信号の速度を乗算して、携帯機１００と車載器２００との間の距離を推定してもよい。
なお、制御部３２０は、携帯機１００が有するアンテナ１２１と、車載器２００が有するアンテナ２２１Ａとの間で送受信された信号に基づき、携帯機１００と車載器２００との間の距離を推定する一例を説明したが、車載器２００はアンテナ２２１Ａと異なるアンテナを用いて信号を送受信してもよいし、複数のアンテナ２２１を用いて信号を送受信してもよい。
また、信号の伝搬時間τは、数式１による算出方法に限定されない。例えば、信号の伝搬時間τは、時間長Ｔ１から時間長Ｔ３を差し引き、当該時間を２で割ることによっても算出し得る。
次に、信号の到来角は、車載器２００が有する複数のアンテナ２２１が受信したＦｉｎａｌ信号の各アンテナペア間の位相差から算出されてもよい。
図４は、信号の到来角の推定に係る処理の具体例を説明するための説明図である。例えば、アンテナ２２１Ａが受信したＦｉｎａｌ信号の位相を位相ＰＡとし、アンテナ２２１Ｂが受信したＦｉｎａｌ信号の位相を位相ＰＢとし、アンテナ２２１Ｃが受信したＦｉｎａｌ信号の位相を位相ＰＣとする。
例えば、アンテナ２２１Ａおよびアンテナ２２１Ｂを繋ぐ直線を軸Ａとし、アンテナ２２１Ｂおよびアンテナ２２１Ｃを繋ぐ直線を軸Ｂとし、アンテナ２２１Ａおよびアンテナ２２１Ｃを繋ぐ直線を軸Ｃとする。
また、軸Ｂと平行である方向をＹ軸とし、Ｙ軸と直交する方向をＸ軸とする座標系を定義する。
このような座標系の場合、アンテナペアの位相差ＰｄＡＢ、ＰｄＣＢおよびＰｄＣＡは、それぞれ以下の数式２を用いて表される。
ＰｄＡＢ＝（ＰＡ―ＰＢ）
ＰｄＣＢ＝（ＰＣ―ＰＢ）
ＰｄＣＡ＝（ＰＣ―ＰＡ）
（数式２）
ここで、軸Ａ、軸Ｂおよび軸Ｃと信号のなす角をなす角θと称する。ここで、なす角θは、信号の到来角であり、それぞれ数式３で表される。なお、λは電波の波長であり、ｄはアンテナ間の距離である。
θ＝ａｒｃｃｏｓ（λ×Ｐｄ／（２πｄ））
（数式３）
従って、制御部３２０は、数式２および数式３に基づき、信号の到来角をそれぞれ数式４で算出する。なお、θａは軸Ａに対する信号の到来角であり、θｂは軸Ｂに対する信号の到来角であり、θｃは軸Ｃに対する信号の到来角である。
θａ＝θＡＢ＝ａｒｃｃｏｓ（λ×（ＰＡ―ＰＢ）／（２πｄ））
θｂ＝θＣＢ＝ａｒｃｃｏｓ（λ×（ＰＣ―ＰＢ）／（２πｄ））
θｃ＝θＣＡ＝ａｒｃｃｏｓ（λ×（ＰＣ―ＰＡ）／（２πｄ））
（数式４）
なお、ｄ＜（λ／２）であった場合に位相に誤差が生じると、数式３における（λ×Ｐｄ／（２πｄ））が±１の範囲から外れる可能性があり、計算ができなくなり得る。
そこで、（λ×Ｐｄ／（２πｄ））＞１の場合、（λ×Ｐｄ／（２πｄ））＝１とし、（λ×Ｐｄ／（２πｄ））＜―１の場合、λ×Ｐｄ／（２πｄ））＝―１として、制御部３２０は、信号の到来角を推定してもよい。
また、制御部３２０は、推定された測距値およびなす角θを用いて、携帯機１００と車載器２００の暫定的な位置関係を推定してもよい。
（３）暫定位置推定
例えば、上述した座標系において、制御部３２０は、携帯機１００と車載器２００の暫定的な位置関係を推定してもよい。
例えば、制御部３２０は、測距値Ｒと、軸Ａ、軸Ｂまたは軸Ｃの各軸に対する、信号の到来角θを用いて、携帯機１００と車載器２００の暫定的な位置関係を推定する。例えば、制御部３２０は、携帯機１００が存在する位置を含む直線を示す推定値直線を、携帯機１００と車載器２００の暫定的な位置関係として推定してもよい。
より具体的には、制御部３２０は、数式５を用いて、アンテナ２２１Ａおよびアンテナ２２１Ｂのアンテナペア間の位相差に基づく推定値直線を推定する。
ｙ＝√３ｘ―２Ｒｃｏｓθａ―（ｄ／４）
（数式５）
また、制御部３２０は、数式６を用いて、アンテナ２２１Ｂおよびアンテナ２２１Ｃのアンテナペア間の位相差に基づく推定値直線を推定する。
ｙ＝Ｒ×ｃｏｓθｂ
（数式６）
また、制御部３２０は、数式７を用いて、アンテナ２２１Ａおよびアンテナ２２１Ｃのアンテナペア間の位相差に基づく推定値直線を推定する。
ｙ＝―√３ｘ―２Ｒｃｏｓθｃ＋（ｄ／４）
（数式７）
なお、数式５および数式７に含まれる（ｄ／４）の項は、複数のアンテナ２２１が１／２波長以下で配置された場合、測距誤差等と比較して軽微なため省略されてもよい。
そして、制御部３２０は、数式５、数式６および数式７の推定値直線の暫定結果のうち、矛盾した暫定結果を除外して、携帯機１００と車載器２００の位置関係を推定する。
＜２．３．最終判定＞
車載器２００が有するアンテナ２２１の位相は、外乱等の様々な影響に起因して誤差が生じる可能性がある。このような誤差が生じた場合、制御部２１０により推定される携帯機１００と車載器２００の暫定的な位置関係の推定結果にも誤差が生じる可能性がある。
例えば、あるアンテナ２２１の位相に誤差が生じた場合、当該アンテナ２２１を含むアンテナペア間の位相差が反転する場合がある。このように反転したアンテナペア間の位相差に基づき推定された推定値直線は、他の推定値直線と矛盾する場合がある。
そこで、本実施形態に係る制御部３２０は、各アンテナペアの位相差から推定された各々の位置関係の暫定結果のうち、矛盾した暫定結果を除外して、携帯機１００と車載器２００の位置関係を推定する。
まずは、図５を参照し、アンテナ２２１の位相に誤差が生じていない場合の位置関係の推定に係る一例を説明する。
図５は、位相誤差が含まれていない際における携帯機１００と車載器２００の位置関係の推定に係る一例を説明するための説明図である。
図５に示す例では、アンテナ２２１Ａの位相ＰＡは－１７１°であり、アンテナ２２１Ｂの位相ＰＢは＋６３°であり、アンテナ２２１Ｃの位相ＰＣは＋３８°である。
また、図５に示す例では、アンテナ２２１Ａの位相ＰＡの誤差ＥＰＡと、アンテナ２２１Ｂの位相ＰＢの誤差ＥＰＢと、アンテナ２２１Ｃの位相ＰＣの誤差ＥＰＣは、それぞれ０°（即ち、誤差が生じていない）である。
このように、アンテナ２２１Ａ、アンテナ２２１Ｂおよびアンテナ２２１Ｃのいずれにおいても、位相に誤差が含まれていなかった場合、各アンテナペアの位相差に基づく位置関係の暫定結果にも矛盾が生じ得ない。
このような暫定結果の矛盾の判定方法の一例として、各アンテナペアの位相差の和に基づく方法が挙げられる。例えば、制御部３２０は、アンテナペア間の位相差の和に基づき、携帯機１００と車載器２００の位置関係の暫定結果に矛盾が生じているか否かを判定する。
そして、制御部３２０は、当該判定の結果に基づき、携帯機１００と車載器２００の位置関係を推定する制御を行ってもよい。
例えば、制御部３２０は、アンテナ２２１Ａ、アンテナ２２１Ｂおよびアンテナ２２１Ｃの各アンテナペアの位相差を一周するように足し合わせた値が「０°」付近である場合、携帯機１００と車載器２００の位置関係の暫定結果に矛盾が生じていないと判定してもよい。
以下の説明では、位相差ＰｄＡＢ、ＰｄＢＣおよびＰｄＣＡ（―ＰｄＡＣ）のようにアンテナ２２１Ａ、アンテナ２２１Ｂおよびアンテナ２２１Ｃの各アンテナぺアの位相差を一周するように足し合わせた値を位相差の和Ｐｄｓｕｍと表現する。但し、一周の起点となるアンテナや方向は限定されない。
また、位相差の和Ｐｄｓｕｍは、各アンテナペア間の位相差を±１８０°の範囲で表した場合の各位相差の和を表す。これにより、制御部３２０は、位相差の正負が反転しているか否かを判定することが可能になる。
例えば、アンテナ２２１Ａおよびアンテナ２２１Ｂのアンテナペアの位相差ＰｄＡＢと、アンテナ２２１Ｂおよびアンテナ２２１Ｃのアンテナペアの位相差ＰｄＢＣと、アンテナ２２１Ｃおよびアンテナ２２１Ａのアンテナペアの位相差ＰｄＣＡの位相差の和Ｐｄｓｕｍが「０°」付近である場合、制御部３２０は、いずれのアンテナペアの位相差も反転していないと判定する。この場合、３組のアンテナペアの位相差により推定された３つの暫定結果に矛盾は生じない。
一方、アンテナ２２１Ａおよびアンテナ２２１Ｂのアンテナペアの位相差ＰｄＡＢと、アンテナ２２１Ｂおよびアンテナ２２１Ｃのアンテナペアの位相差ＰｄＢＣと、アンテナ２２１Ｃおよびアンテナ２２１Ａのアンテナペアの位相差ＰｄＣＡの位相差の和Ｐｄｓｕｍが「３６０°」または「―３６０°」付近である場合、制御部３２０は、いずれかのアンテナペアの位相差が反転していると判定する。この場合、３組のアンテナペアの位相差により推定された３つの暫定結果に矛盾が生じ得る。暫定結果に矛盾が生じた場合については後述する。
例えば、図５に示す例では、位相差ＰｄＡＢは、―２３４°であり、±１８０°の範囲で表した場合は「＋１２６°」である。また、位相差ＰｄＢＣは「＋２５°」である。また、ＰｄＣＡは、＋２０９°であり、±１８０°の範囲で表した場合は「－１５１°」である。この場合、各アンテナペアの位相差の和Ｐｄｓｕｍが「０°」であるため、制御部３２０は、いずれのアンテナペアの位相差も反転していないと判定してもよい。
そして、制御部３２０は、３つの暫定的な位置関係に矛盾が生じていないと判定し、当該３つの暫定的な位置関係に基づき、携帯機１００と車載器２００の位置関係を推定してもよい。
例えば、制御部３２０は、位相差ＰｄＡＢに基づく推定値直線Ｆ１と、位相差ＰｄＢＣに基づく推定値直線Ｆ２と、位相差ＰｄＣＡに基づく推定値直線Ｆ３の交点を携帯機１００の位置として推定してもよい。
このように、制御部３２０は、位相差に反転が生じていない３つのアンテナペア間の位相差に基づく推定値直線Ｆ１～Ｆ３を用いることで、携帯機１００の位置をより高い精度で推定し得る。
続いて、図６を参照し、アンテナ２２１の位相に誤差が生じていた場合の位置関係の推定に係る一例を説明する。
図６は、位相誤差が含まれた際における携帯機１００と車載器２００の位置関係の推定に係る一例を説明するための説明図である。
図６に示す例では、アンテナ２２１Ａの位相ＰＡは－１７１°であり、アンテナ２２１Ｂの位相ＰＢは６３°であり、アンテナ２２１Ｃの位相ＰＣは８°である。
また、図６に示す例では、アンテナ２２１Ａの位相ＰＡの誤差ＥＰＡと、アンテナ２２１Ｂの位相ＰＢの誤差ＥＰＢはそれぞれ０°（即ち、誤差が生じていない）であり、アンテナ２２１Ｃの位相ＰＣの誤差ＥＰＣは３０°である。
アンテナ２２１Ｃの位相ＰＣに誤差が生じた場合、例えば、図６に示すように、各アンテナペアの位相差の和Ｐｄｓｕｍが「３６０°」または「－３６０°」付近の値を示す場合がある。この場合、制御部３２０は、いずれかのアンテナペアの位相差が反転していると判定してもよい。
例えば、図６に示す例では、位相差ＰｄＡＢは、―２３４°であり、±１８０°の範囲で表した場合は「＋１２６°」である。また、位相差ＰｄＢＣは「＋２５°」である。また、ＰｄＣＡは、「＋１７９°」である。この場合、各アンテナペアの位相差の和Ｐｄｓｕｍが「３６０°」であるため、制御部３２０は、いずれかのアンテナペアの位相差が反転していると判定してもよい。
例えば、制御部３２０は、アンテナペアの位相差が±１８０°に最も近いアンテナペア間の位相差が反転していると判定してもよい。図６に示す例では、制御部３２０は、位相差が±１８０°に最も近い位相差ＰｄＣＡの位相差が反転していると判定してもよい。
そして、制御部３２０は、位相差が反転していると判定された位相差ＰｄＣＡの基づく推定値直線Ｆ３が矛盾している暫定結果として除外して、携帯機１００と車載器２００との位置関係を推定してもよい。
より具体的には、制御部３２０は、位相差が反転していないと判定された位相差ＰｄＣＡに基づく推定値直線Ｆ１と、位相差ＰｄＣＡに基づく推定値直線Ｆ２の交点を携帯機１００の位置として推定してもよい。
また、制御部３２０は、数式８を用いて、上述した方法により推定した携帯機１００の二次元位置（ｘｙ座標位置）および測距値Ｒに基づく携帯機１００のｚ座標を推定してもよい。
ｚ＝±√（Ｒ２―ｘ２―ｙ２）
（数式８）
このように、携帯機１００と車載器２００の位置関係の暫定結果のうち、矛盾した暫定結果を除外することで、制御部３２０は、携帯機１００と車載器２００の位置関係をより高い精度で推定し得る。
なお、アンテナペア間の位相差の和が「０°」付近であるか、「±３６０°」付近であるかによって、暫定結果の矛盾が生じているか否かを判定する方法を説明した。ここでの付近とは、例えば「０±５°」や「±３６０±１０°」等の所定の範囲を表すものである。
また、位置関係の暫定結果に矛盾が生じているか否かの判定方法は係る例に限定されない。例えば、制御部３２０は、３つの推定値直線Ｆ１～Ｆ３の各交点に基づき、位置関係の暫定結果に矛盾が生じているか否かを判定してもよい。
例えば、図６に示す例では、推定値直線Ｆ１および推定値直線Ｆ２の交点と、推定値直線Ｆ２および推定値直線Ｆ３の交点と、推定値直線Ｆ１および推定値直線Ｆ３の交点は、それぞれ異なる位置を表している。そこで、制御部３２０は、各交点が示す位置が所定値以上離れた際に、位置関係の暫定結果に矛盾が生じていると判定してもよい。
例えば、図５に示す例では、推定値直線Ｆ１および推定値直線Ｆ２の交点と、推定値直線Ｆ２および推定値直線Ｆ３の交点と、推定値直線Ｆ１および推定値直線Ｆ３の交点は、それぞれ同一または類似する位置を表している。この場合、制御部３２０は、位置関係の暫定結果に矛盾が生じていないと判定してもよい。
また、制御部３２０は、３つの推定値直線Ｆ１～Ｆ３の各交点を繋いだ図形の大きさが所定値以上の際に、位置関係の暫定結果に矛盾が生じていると判定してもよい。ここで、図形の大きさを示す指標は、例えば、当該図形に対応する外接円の大きさや、各交点を繋ぐ直線の辺の長さの和や、図形の面積などの各種パラメータが示す値であってもよいし、各種パラメータを組み合わせてて算出された値であってもよい。
また、制御部３２０は、Ｎ個の推定値直線の各交点を繋いだ図形の大きさと、Ｎ個の推定値直線のうち、１つを反転させた際の各交点を繋いだ反転図形の大きさとを比較し、反転図形の方が小さかった際に、暫定的な位置関係に矛盾が生じていると判定してもよい。なお、Ｎ個の推定値直線のうち、反転させる推定値直線は、位相差が±１８０°に最も近いアンテナペア間の位相差に基づく推定値直線であってもよい。
例えば、制御部３２０は、推定値直線Ｆ１～Ｆ３の各交点を繋いだ図形の大きさと、推定値直線Ｆ１およびＦ２と、推定値直線Ｆ３を反転させた推定値直線Ｆ３´の各交点を繋いだ反転図形の大きさを比較する。
そして、制御部３２０は、推定値直線Ｆ１～Ｆ３の各交点を繋いだ図形の大きさよりも、反転図形の大きさの方が小さかった際に、暫定的な位置関係に矛盾が生じていると判定してもよい。
ここで、推定値直線Ｆ３は、アンテナ２２１Ａ及びアンテナ２２１Ｃのアンテナペア間の位相差ＰｄＣＡを用いて推定された信号の到来角θＣ（数式４参照）に基づく直線である。また、推定値直線Ｆ３´は、アンテナ２２１Ａおよびアンテナ２２１Ｃのアンテナペア間の位相差ＰｄＣＡを反転させた位相差を用いて推定された信号の到来角θｃ´に基づく直線である。
ここで、例えば、位相ＰＣが位相ＰＡより大きい（ＰＣ―ＰＡ＞０）場合、信号の到来角θｃ´は、数式９により算出される。
θｃ´＝θＡＣ´＝ａｒｃｃｏｓ（λ×（―π）／（２πｄ））
（数式９）
また、位相ＰＣが位相ＰＡより小さい（ＰＣ―ＰＡ＜０）場合、信号の到来角θｃ´は、数式１０により算出される。
θｃ´＝θＡＣ´＝ａｒｃｃｏｓ（λ×（π）／（２πｄ））
（数式１０）
また、制御部３２０は、推定値直線Ｆ１および推定値直線Ｆ２の交点と、推定値直線Ｆ２および推定値直線Ｆ３の交点と、推定値直線Ｆ１および推定値直線Ｆ３の交点のうち、測距値Ｒを半径とする円外部にあり、且つ、測距値Ｒから規定値以上離れた交点（ｘ２＋ｙ２＞＞Ｒ２）がある場合、矛盾が生じていると判定し、当該交点を除外して、携帯機１００の二次元位置または三次元位置を推定してもよい。
また、制御部３２０は、位置関係の暫定結果に矛盾が生じていると判定した場合、位置関係の推定は行わず、再度、携帯機１００と車載器２００との間で測距用の信号を送受信させてもよい。この場合、制御部３２０は、位置関係の暫定結果に矛盾が生じていないとは判定されるまで携帯機１００と車載器２００との間で繰り返し測距用の信号を送受信させてもよい。
また、制御部３２０は、複数回に亘って送受信された測距用の信号の各々から、暫定的な位置関係を推定してもよい。そして、制御部３２０は、推定された位置関係の暫定結果のうち、矛盾が生じていると判定された暫定結果を除外して、携帯機１００と車載器２００の位置関係の最終判定を行ってもよい。
制御部３２０は、例えば５回に亘って送受信された信号の各々から、それぞれ携帯機１００の二次元座標位置（ｘｙ座標位置）または三次元座標位置（ｘｙｚ座標位置）を暫定的に推定する。ここで、例えば２回目および３回目の推定値に矛盾があると判定されていた場合、制御部３２０は、矛盾が生じていないと判定された（即ち、１、４および５回目）推定値の中央値や平均値等の統計値を最終的な携帯機１００の位置として推定してもよい。
また、本明細書では、暫定的な位置関係として推定値直線を主に説明したが、本実施形態に係る暫定的な位置関係は係る例に限定されない。図４を例に説明すると、まず、制御部３２０は、測距値Ｒおよびアンテナ２２１Ａおよびアンテナ２２１Ｂの信号の到来角θａを推定する。ここで、測距値Ｒは、図４に示した破線である。
続いて、制御部３２０は、軸Ａを中心に、測距値Ｒを示す破線を回転させることにより、円錐を生成する。そして、制御部３２０は、生成された円錐の底面の円周上に携帯機１００が存在するとして推定してもよい。即ち、制御部３２０は、生成した円錐の底面の円である推定値円を、携帯機１００と車載器２００の暫定的な位置関係として推定してもよい。
なお、アンテナ２２１Ａおよびアンテナ２２１Ｂのアンテナペア間の位相差に基づく推定値円は、図４に示すＸＹ平面では、上述した（数式５）の直線式になる。
そのため、制御部３２０は、各アンテナペア間の位相差と測距値Ｒに基づき、３以上の推定値円を推定し、各アンテナペア間の位相差の和に基づき矛盾が生じていないと判定された推定値円の交点を携帯機１００の二次元位置または三次元位置として推定してもよい。
以上、本実施形態に係る技術的詳細を説明した。続いて、本実施形態に係る制御装置３００の動作処理例を説明する。
＜＜３．動作処理例＞＞
図７は、本実施形態に係るシステム１の位置関係の推定に係る動作処理の一例を説明する。まず、携帯機１００が備える通信部１２０は、Ｐｏｌｌ信号を送信し、車載器２００が備える通信部２２０はＰｏｌｌ信号を受信する（Ｓ２０１）。
続いて、通信部２２０は、Ｐｏｌｌ信号に対する応答として、Ｒｅｓｐ信号を送信し、通信部１２０は、Ｒｅｓｐ信号を受信する（Ｓ２０３）。
そして、通信部１２０は、Ｒｅｓｐ信号に対する応答として、Ｆｉｎａｌ信号を送信し、通信部２２０は、Ｆｉｎａｌ信号を受信する（Ｓ２０５）。ここで、通信部２２０は、通信部１２０との間で送受信した信号に関する各種情報を制御装置３００が備える通信部３１０に送信する。
続いて、制御部３２０は、携帯機１００および車載器２００間で送受信された信号に基づき、測距値を算出する（Ｓ２０７）。
続いて、制御部３２０は、アンテナペア間の位相差に基づき、携帯機１００から受信した信号の到来角を推定する（Ｓ２０９）。
そして、制御部３２０は、アンテナペア毎に推定された信号の到来角に基づき、推定値直線を推定する（２１１）。
そして、制御部３２０は、３つの推定値直線に矛盾が生じているか否かを判定する（Ｓ２１３）。矛盾が生じていないと判定された場合（Ｓ２１３／Ｎｏ）、処理はＳ２１５に進められ、矛盾が生じていると判定された場合（Ｓ２１３／Ｙｅｓ）、処理はＳ２１７に進められる。
矛盾が生じていないと判定された場合（Ｓ２１３／Ｎｏ）、制御部３２０は、３つの推定値直線の交点を携帯機１００の位置として推定する（Ｓ２１５）。
矛盾が生じていると判定された場合（Ｓ２１３／Ｙｅｓ）、制御部３２０は、アンテナ間位相差が±１８０°に最も近いアンテナペアが位相差反転していると判定する（Ｓ２１７）。
そして、制御部３２０は、位相差反転していないアンテナペアの位相差に基づき推定された２つの推定値直線の交点を携帯機１００の位置として推定する（Ｓ２１９）。
そして、制御部３２０は、制御部３２０により算出された携帯機１００の位置が所定の基準を満たすか否かを判定する（Ｓ２２１）。所定の基準を満たす場合（Ｓ２２１／Ｙｅｓ）、制御部３２０は処理をＳ２２３に進め、所定の基準を満たさない場合（Ｓ２２１／Ｎｏ）、制御部３２０は処理を終了する。
所定の基準を満たす場合（Ｓ２２１／Ｙｅｓ）、制御部３２０は、動作装置４００の一例であるエンジンの始動または停止に係る動作制御を行い（Ｓ２２３）、制御部３２０は処理を終了する。
以上説明した本実施形態に係る制御部３２０の制御によれば、アンテナに生じ得る位相の誤差の影響を低減することが可能になり、携帯機１００と車載器２００との位置関係をより高い精度で推定し得る。
＜＜４．補足＞＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、本発明書において説明した各装置による一連の処理は、ソフトウェア、ハードウェア、およびソフトウェアとハードウェアとの組み合わせのいずれかを用いて実現されてもよい。ソフトウェアを構成するプログラムは、例えば、各装置の内部または外部に設けられる記録媒体（非一時的な媒体：non-transitory media）に予め格納される。そして、各プログラムは、例えば、コンピュータによる実行時にＲＡＭに読み込まれ、ＣＰＵなどのプロセッサにより実行される。上記記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。
また、本実施形態に係るシステム１の動作の処理におけるステップは、必ずしも説明図として記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、システム１の動作の処理における各ステップは、説明図として記載した順序と異なる順序で処理されてもよく、並列的に処理されてもよい。
１：システム、１００：携帯機、１１０：制御部、１２０：通信部、１２１：アンテナ、２０：車両、２００：車載器、２１０：制御部、２２０：通信部、２２１：アンテナ、３００：制御装置、３１０：通信部、３２０：制御部、４００：動作装置

Claims (25)

  1. 少なくとも３以上のアンテナを有する通信装置と、少なくとも１以上のアンテナを有する他の通信装置との間で送受信された信号に基づき、前記通信装置と前記他の通信装置との位置関係を推定する制御を行う制御部、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記通信装置が前記他の通信装置から受信した前記信号に基づき推定された前記位置関係の暫定結果のうち、矛盾した暫定結果を除外して、前記位置関係を推定する制御を行う、
    制御装置。
  2. 前記制御部は、
    前記通信装置が有する３以上のアンテナの各アンテナペア間の位相差に基づき、前記位置関係の暫定結果を推定する制御を行う、
    請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記制御部は、
    前記各アンテナペア間の位相差に基づき推定された前記信号の到来角に基づき、前記位置関係の暫定結果を推定する制御を行う、
    請求項２に記載の制御装置。
  4. 前記制御部は、
    前記各アンテナペア間の位相差または前記信号の到来角と、前記信号に基づく前記通信装置と前記他の通信装置の間の距離に基づき、前記位置関係の暫定結果を推定する制御を行う、
    請求項３に記載の制御装置。
  5. 前記通信装置が有する３以上のアンテナは、各アンテナペアの間隔が１／２波長以下になるように配置される、
    請求項４に記載の制御装置。
  6. 前記制御部は、
    前記各アンテナペア間の位相差の和に基づき、前記位置関係の暫定結果に矛盾が生じているか否かを判定する制御を行う、
    請求項５に記載の制御装置。
  7. 前記アンテナペア間の位相差の和は、前記３以上のアンテナの各アンテナペアの位相差を一周するように足し合わせた値を含む、
    請求項６に記載の制御装置。
  8. 前記アンテナペア間の位相差の和は、±１８０の範囲で表した各位相差の和を含む、
    請求項７に記載の制御装置。
  9. 前記制御部は、
    前記他の通信装置が存在する位置を含む直線を示す推定値直線を前記位置関係の暫定結果として推定する制御を行う、
    請求項６から請求項８までのうちいずれか一項に記載の制御装置。
  10. 前記制御部は、
    前記通信装置が有する３以上のアンテナの各アンテナペア間の位相差の和が０°付近であった際に、前記各アンテナペア間の位相差ごとに推定された前記推定値直線に矛盾が生じていないと判定し、前記各アンテナペア間の位相差ごとに推定された前記推定値直線に基づき、前記位置関係を推定する制御を行う、
    請求項９に記載の制御装置。
  11. 前記制御部は、
    前記通信装置が有する３以上のアンテナの各アンテナペア間の位相差の和が±３６０°付近であった際に、前記各アンテナペア間の位相差ごとの推定された前記推定値直線に矛盾が生じていると判定し、前記判定の結果に基づく矛盾した推定値直線を除外して、前記位置関係を推定する制御を行う、
    請求項１０に記載の制御装置。
  12. 前記制御部は、
    前記各アンテナペア間の位相差のうち±１８０°に最も近い位相差に基づく推定値直線を、矛盾した推定値直線として除外して、前記位置関係を推定する制御を行う、
    請求項１１に記載の制御装置。
  13. 前記制御部は、
    前記他の通信装置の二次元位置または三次元位置を前記位置関係として推定する制御を行う、
    請求項１２に記載の制御装置。
  14. 前記制御部は、
    矛盾が生じていないと判定された少なくとも２以上の推定値直線の交点を前記他の通信装置の位置として推定する制御を行う、
    請求項１３に記載の制御装置。
  15. 前記制御部は、
    ３以上の前記推定値直線の交点が示す前記他の通信装置の位置に基づき、前記暫定結果に矛盾が生じているか否かを判定する制御を行う、
    請求項９に記載の制御装置。
  16. 前記制御部は、
    前記３以上の推定値直線の各交点を繋いだ図形の大きさが所定値以上か否かに基づき、前記暫定結果に矛盾が生じているか否かを判定する制御を行う、
    請求項１３に記載の制御装置。
  17. 前記制御部は、
    複数の推定値直線の各交点を繋いだ図形の大きさと、前記複数の推定値直線のうち、いずれか一つの推定値直線を反転させて各交点を繋いだ図形の大きさとを比較し、比較の結果に基づき、前記暫定結果に矛盾が生じているか否かを判定する制御を行う、
    請求項１５に記載の制御装置。
  18. 前記制御部は、
    前記３以上の推定値直線の交点のうち、前記信号に基づく前記通信装置と前記他の通信装置の間の距離を半径とする円外部にあり、且つ、前記円から規定値以上離れた交点を矛盾した暫定結果として除外して、前記位置関係を推定する制御を行う、
    請求項９に記載の制御装置。
  19. 前記制御部は、
    前記距離および前記信号の到来角に基づく円錐の底面であり、前記他の通信装置が存在する位置を含む円を示す推定値円を前記位置関係の暫定結果として推定する制御を行う、
    請求項６から請求項８までのうちいずれか一項に記載の制御装置。
  20. 前記３以上のアンテナは、３つのアンテナである、
    請求項５から請求項１９までのうちのいずれか一項に記載の制御装置。
  21. 前記３つのアンテナは、正三角形状に配置される、
    請求項２０に記載の制御装置。
  22. 前記通信装置は、移動体に搭載される、
    請求項１から請求項２１までのうちいずれか一項に記載の制御装置。
  23. 前記他の通信装置は、前記移動体を利用するユーザにより携帯される、
    請求項２２に記載の制御装置。
  24. 前記信号は、超広帯域無線通信に準拠した無線信号を含む、
    請求項１から請求項２３までのうちいずれか一項に記載の制御装置。
  25. 少なくとも３以上のアンテナを有する通信装置と、少なくとも１以上のアンテナを有する他の通信装置との間で送受信された信号に基づき、前記通信装置と前記他の通信装置との位置関係を推定する制御を行うこと含み、
    前記位置関係を推定する制御を行うことは、
    前記通信装置が前記他の通信装置から受信した前記信号に基づき推定された前記位置関係の暫定結果のうち、矛盾した暫定結果を除外して、前記位置関係を推定する制御を行うことを含む、
    コンピュータにより実行される制御方法。
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