JP5904074B2 - 無線タグリーダ、無線タグ方位推定システム - Google Patents

Description

本発明は、無線タグの存在する方位を推定する無線タグリーダ、および、この無線タグリーダと無線タグとを備えた無線タグ方位推定システムに関する。

指向性を変化させることができる可変指向性アンテナを用いて無線タグの方位推定を行なう無線タグリーダや、この無線タグリーダと無線タグとを備えた無線タグ方位推定システムが知られている。

上記システムにおいて無線タグリーダは、可変指向性アンテナの指向性を変化させつつ無線タグが送信する電波の強度を測定する。特許文献１には、上記無線タグリーダに相当する方向探知機および無線タグに相当する発信機が開示されている。

可変指向性アンテナの指向性と無線タグの方向とが一致していれば、無線タグから受信できる電波強度の大きくなる。このことを利用して電波の到来方向すなわち無線タグの方位を推定する。

特許文献１では、無線タグ（発信機）が人に所持されており、無線タグの方位を推定することで、その無線タグを所持している人が存在している方位を推定している。また、特許文献１では、指向性を３０度ずつ変化させ、合計１２の指向性にて発信機からの電波を受信している。そのため、発信機を所持している人が存在している方位を３０度の分解能で推定することができる。

特許第４２３２６４０号公報

一つの指向性において一つの無線タグからの電波を受信する受信時間はハードウェアの要因などにより定まる最低限の時間が必要である。また、無線タグは複数存在することもあるが、複数の無線タグは同じ周波数の電波を使用することから、無線タグリーダは、同時に複数の無線タグからの電波を受信することはできない。

これらのことから、一定時間内に方位推定を行なうことができる無線タグの数には上限数がある。無線タグリーダが方位推定すべき無線タグの数がこの上限数を越えてしまうと、上記一定時間内にすべての無線タグの方位を推定することができない。

ここで、たとえば、０°、３０°、６０°・・・と３０°間隔の１２方位に設定していたものを、０°、６０°、１２０°・・・と６０°間隔の６方位に設定するなど、変化させる指向性の種類を少なくすれば、一定時間内に方位推定を行なうことができる無線タグの数は増える。しかし、この場合には方位推定の精度が低下してしまう。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、方位推定精度の低下を抑制しつつ、一定時間内に方位推定できる無線タグの数を多くすることができる無線タグリーダ、および、この無線タグリーダと無線タグとを備えた無線タグ方位推定システムを提供することにある。

その目的を達成するための請求項１記載の発明は、可変指向性アンテナを備え、その可変指向性アンテナの指向性を変化させつつ、無線タグから送信されるデータを受信することで無線タグの方位推定を行なう無線タグリーダであって、
前記可変指向性アンテナに設定する指向性を、前記無線タグの方位を推定するために設定する全指向性のうちの一部の指向性に限定して、前記無線タグからの電波を受信する一次受信手段と、
前記一次受信手段で受信した電波の強度に基づいて前記無線タグが存在する方位を推定する一次方位推定手段と、
この一次方位推定手段で前記無線タグの方位を推定した後、前記可変指向性アンテナの指向性を前記一次受信手段で設定しなかった指向性に設定して、前記無線タグからの電波を受信する二次受信手段と、
前記一次受信手段で受信した電波の強度と、前記二次受信手段で受信した電波の強度とを用いて、前記無線タグが存在する方位を推定する二次方位推定手段とを含み、
前記無線タグの方位を推定するために設定する全指向性が、３０°間隔となっている１２方位にそれぞれ最大感度がある１２の指向性であって、
前記一次受信手段は、
無線タグの方位推定を行う範囲を３等分する３つの初期方位をそれぞれ最大感度とする３つの指向性で前記無線タグからの電波を受信し、
次いで、その３つの初期方位のうちで受信電力強度が最大となった方位に隣接する２つの方位に最大感度がある２つの指向性で前記無線タグからの電波を受信し、
さらに、それら２つの方位のうちで受信電力強度が高い側に隣接する方位であって、すでに設定した指向性において最大感度になっていない側の方位を最大感度とする指向性で前記無線タグからの電波を受信することを特徴とする。

この発明によれば、一次受信手段では、可変指向性アンテナに設定する指向性を、方位推定するために設定する全指向性のうちの一部の指向性に限定して無線タグからの電波を受信する。そのため、方位推定をするための全指向性において無線タグからの電波を受信するよりも短時間で受信が終了する。そして、一次方位推定手段では、一次受信手段で無線タグから受信した電波の強度に基づいてその無線タグの方位を推定する。そのため、一つの無線タグに対して、その無線タグから電波を受信して方位を推定するのに要する時間は、全指向性で無線タグの電波を受信して方位を推定する場合よりも短くなる。したがって、一定時間内に方位推定できる無線タグの数を多くすることができる。

また、上記一次方位推定手段により方位を推定した後、一次受信手段で設定しなかった指向性に可変指向性アンテナの指向性を設定して無線タグからの電波を受信する二次受信手段を実行する。そして、二次方位推定手段では、一次受信手段で受信した電波の強度と二次受信手段で受信した電波の強度とを用いて無線タグの方位を推定する。そのため、毎回、全指向性で無線タグの電波を受信して方位を推定する場合に対する方位推定精度の低下を、一次受信手段と一次方位推定手段とを繰り返すだけの場合よりも抑制できる。

また、受信する電波の強度が強くなる方位に最大感度を有する指向性を多く用いて、無線タグからの電波を受信することができるので、無線タグからの電波を受信する指向性を一部の指向性に限定したことによる方位推定精度の低下をより抑制できる。

請求項２記載の発明では、前記一次方位推定手段は、
前記一次受信手段で設定した６つの指向性それぞれにおいて最大感度となる６つの方位での受信電力強度を比較して最大強度を決定し、その最大強度に対応する方位を中心として、両側２つずつの方位からなる５つの方位における受信電力強度を、予め１２方位に対してそれぞれ記憶されている基準パターンと比較することで前記無線タグの方位を推定するようになっており、
前記５つの方位のうち前記一次受信手段で指向性を設定していない方位の受信電力強度については、その方位の両側において最も近い２つの方位を最大感度とする２つの指向性でそれぞれ受信した受信電力強度を用いて補間により決定することを特徴とする。

このように、６つの方位のうちで受信電力強度が最大となる方位を中心として両側２つずつの方位からなる５つの方位における受信電力強度を用いると、受信電力強度が高い部分を重点的に用いることになるので、無線タグからの電波を受信する指向性を一部の指向性に限定したことによる方位推定精度の低下を一層抑制できる。

なお、請求項１のようにして６つの指向性を決定する場合、それら６つの指向性それぞれにおいて最大感度となる６つの方位は、必ず４つの方位が連続する方位となるのみであり、５つの方位は連続しない。そこで本発明では、５つ方位のうち一次受信手段で指向性を設定していない方位の受信電力強度については補間により求めている。

請求項３記載の発明では、前記一次受信手段、一次方位推定手段、二次受信手段、二次方位推定手段を繰り返し実行するようになっており、
前記一次受信手段は、前記二次方位推定手段により無線タグの方位が推定されている場合には、前記３つの初期方位のうちの１つの方位を、前記二次方位推定手段により推定された方位とすることを特徴とする。

このようにすれば、初期方位が、実際に無線タグが存在する方位あるいはその方位に近い方位となる可能性が高くなる。よって、一次受信手段において、実際に無線タグが存在する方位に指向性を設定して受信を行うことができる可能性が向上する。そのため、無線タグからの電波を受信する指向性を一部の指向性に限定したことによる方位推定精度の低下を一層抑制できる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項の無線タグリーダと、前記無線タグとを備えた無線タグ方位推定システムであって、
前記無線タグリーダは、
所定の方位推定周期の１周期分で指向性を前記全指向性に順次設定して、前記無線タグからの電波を受信し、各無線タグの方位を推定することができる無線タグの上限数である全方位測定上限数を記憶しており、
前記方位推定周期毎に、前記無線タグに対して方位推定用データの送信を指示する指示信号を送信する指示信号送信手段と、
この無線タグリーダと通信可能な無線タグの数が前記全方位測定上限数を越えているか否かを、前記方位推定用データを受信できた無線タグの数に基づいて判断するタグ数判断手段と、
前記可変指向性アンテナの指向性を前記全指向性に順次設定して前記方位推定用データを受信して各無線タグの方位を推定する全方位測定方位推定手段と、
前記タグ数判断手段により無線タグの数が前記全方位測定上限数を越えていると判断された場合には、前記一次受信手段、一次方位推定手段、二次受信手段、二次方位推定手段を実行するタグ多数モードとする一方、タグ数判断手段により無線タグの数が前記全方位測定上限数を越えていないと判断された場合には、前記全方位測定方位推定手段を実行する通常モードとするモード設定手段とを備え、
前記指示信号送信手段は、前記指示信号に前記タグ多数モードか前記通常モードかを示す情報を含ませて送信し、
前記無線タグは、前記指示信号を受信した場合、その指示信号から前記タグ多数モードであるか前記通常モードであるかを判断し、タグ多数モードである場合にはタグ多数モードに対して設定されている所定長さの方位推定用データを送信し、通常モードである場合には、タグ多数モード時よりも長い所定長さの方位推定用データを送信することを特徴とする。

この発明では、無線タグリーダと通信可能な無線タグの数が全方位測定上限数を越えていないと判断できる場合には、全方位測定方位推定手段を実行して無線タグの方位を推定する。そのため、無線タグの数が全方位測定上限数を越えていない場合には、方位推定周期の１周期のうちに、指向性を全指向性に設定して推定した精度のよい方位推定を行うことができる。

本発明の実施形態の無線タグ方位推定システムのシステム構成を説明する図である。 無線タグリーダ１００の構成を示す図である。 無線タグ２００の構成を示す図である。 無線タグ２００が方位推定用データを送信する期間を説明する図である。 無線タグリーダ１００が無線タグ２００の方位推定を行なう際に実行する処理のメインルーチンである。 図５のステップＳ１で実行する処理の詳細を示すフローチャートである。 図５のＳ１、Ｓ８で実行する処理の詳細を示すフローチャートである。 パターンＡ受信処理で指向性を設定する６方位を説明する図である。 図５のステップＳ１０で基準パターンとの相関誤差を求める５方位を例示する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態の無線タグ方位推定システムのシステム構成を説明する図である。この図１に示すように、本実施形態の無線タグ方位推定システムは、無線タグリーダ１００と無線タグ２００を備えており、また、図２に示すコントローラ３００も備えている。図１には、無線タグ２００は１つしか示していないが、無線タグ方位推定システムは複数の無線タグ２００を備える。

無線タグ２００は人に携帯されるものであり、無線タグリーダ１００と通信を行う。無線タグリーダ１００は、無線タグ２００からの電波を受信し、その電波の到来方位を無線タグ２００の存在する方位として推定する。

図２は、無線タグリーダ１００の構成を示す図である。図２に示す無線タグリーダ１００は、制御部１１０、送信部１２０、受信部１３０、通信アンテナ１４０、可変指向性アンテナ１５０、方位推定部１６０を備えている。

制御部１１０は、外部へ無線送信させる信号を送信部１２０へ送るとともに、通信アンテナ１４０によって受信され、受信部１３０によって復調・復号された信号をその受信部１３０から取得する。そして、復号部１３２から取得した信号から、正常にコマンドやデータが認識できたか否かにより、受信成功したか、受信エラーとなったかの判断を行う。最初のコマンドなど一部のコマンドや、一部のコードは認識できたが、全部を認識することはできなかった場合には、受信エラーと判断する。また、制御部１１０は、内部にメモリ１１１とタイマ１１２とを備えている。メモリ１１１は後述する受信電力強度バッファとして用いる。

送信部１２０は、符号部１２１、変調部１２２、増幅部１２３を備えている。符号部１２１は、制御部１１０から供給されたビーコンを符号化する。このビーコンには方位推定コマンドとビーコンパラメータが含まれている。方位推定コマンドは、無線タグ２００に方位推定のためのデータ送信を指示するコマンドである。ビーコンパラメータは、タグ多数モードであるか通常モードであるかを示す情報である。

符号部１２１は、符号化したビーコンを変調部１２２へ出力する。変調部１２２は、符号部１２１にて符号化されたビーコンを電気的デジタル信号に変換した後に、予め設定されている通信チャンネルを用いて位相偏移変調や周波数偏移変調等の所定の変調方式により変調する。増幅部１２３は、変調部１２２で変調された信号を増幅する。増幅された信号は、通信アンテナ１４０から電波として送信される。

通信アンテナ１４０は、水平偏波を受信するためのアンテナであり、アンテナ素子が水平に配置される。無線タグ２００から送信され、この通信アンテナ１４０により受信された電波は、復調部１３１において復調される。復調された信号は復号部１３２において符号化され、符号化された信号が制御部１１０に送られる。

可変指向性アンテナ１５０は、垂直偏波を受信するためのアンテナであり、指向性を水平方向において種々の方向に変化させることができる。可変指向性アンテナ１５０は、１本の励振素子１５１と、その励振素子１５１を中心とする円周上に等間隔に設けられた６本の非励振素子１５２とを備えている。これら励振素子１５１と非励振素子１５２は、いずれも、接地導体１５３の上に鉛直に配置される。また、励振素子１５１は、電力受信部１６２に接続されている。

さらに、可変指向性アンテナ１５０の各非励振素子１５２には、図示していないが、可変リアクタンス素子を備えた可変リアクタンス回路がそれぞれ接続されており、この可変リアクタンス素子は、指向性制御部１６１によりリアクタンス値が変化させられる。

指向性制御部１６１は、可変指向性アンテナ１５０の指向性を、制御部１１０から指示された指向性とするために、可変リアクタンス素子のリアクタンス値を、指向性に基づいて定まる値に設定する。

電力受信部１６２は、可変指向性アンテナ１５０の励振素子１５１が受信した受信信号の電力強度（受信電力強度）を検出する回路である。この電力受信部１６２は、無線信号の電力を検出する種々の公知の回路を用いることができ、たとえばダイオード検波器を含む回路構成のものである。電力受信部１６２は、検出した受信電力強度を示す信号を図示しないＡＤ変換回路を介して制御部１１０へ供給する。

前述の制御部１１０は、さらに、指向性制御部１６１に指向性を指示する信号を出力する。後述する通常モードであれば、指向性を０°〜３３０°まで３０°おきに１２方位に順次変化させる。一方、後述するタグ多数モードであれば、上記１２方位のうちの６方位に限定して指向性を順次変化させて無線タグ２００からの信号を受信した後、残りの６方位に指向性を順次変化させて無線タグ２００からの信号を受信する。

さらに、制御部１１０は、指向性を指向性制御部１６１へ指示する毎に、電力受信部１６２から取得した受信電力強度を、メモリ１１１の受信電力強度バッファ領域（以下、単に受信電力強度バッファ）に逐次記憶する。

コントローラ３００は、無線タグリーダ１００を管理するものであり、複数の無線タグリーダ１００が備えられている場合には、それら複数の無線タグリーダ１００をまとめて管理する。無線タグリーダ１００の処理として後に説明する無線タグ２００の方位推定を、このコントローラ３００が行ってもよい。

次に、図３を用いて無線タグ２００の構成を説明する。図３に示す無線タグ２００は、アクティブ方式の無線タグであり、内蔵電源２１０を備えている。この内蔵電源２１０の他に、送信部２２０、受信部２３０、アンテナ部２４０、切り替えスイッチ２５０、制御部２６０を備えており、内蔵電源２１０は、これらに電力を供給する。

送信部２２０は、符号部２２１、変調部２２２を備えている。符号部２２１は制御部２６０から供給されるデータを符号化して変調部２２２に送る。変調部２２２は、符号部２２１からの符号を、たとえば、振幅変位変調などの変調方式により変調する。変調された信号は、図示しない増幅部により増幅された後、アンテナ部２４０へ出力される。

アンテナ部２４０は、第１アンテナ２４１と第２アンテナ２４２とを備えている。第１アンテナ２４１と第２アンテナ２４２は、アンテナの角度が互いに異なる角度とされており、これにより、偏波が互いに異なっている。たとえば、第１アンテナ２４１および第２アンテナ２４２には、いずれも、チップアンテナあるいはパターンアンテナを用い、互いの角度が９０°異なるようにする。なお、第１アンテナ２４１、第２アンテナ２４２のいずれか一方のみを備える構成としてもよい。

アンテナ部２４０と送信部２２０との間には、切り替えスイッチ２５０が配置されている。切り替えスイッチ２５０は、送信部２２０或いは受信部２３０を、第１アンテナ２４１に接続する状態と、第２アンテナ２４２に接続する状態とを切り替えるスイッチであり、制御部２６０により、接続状態が切り替えられる。

送信部２２０から出力された信号は、切り替えスイッチ２５０の導通状態に応じて定まるアンテナ２４１、２４２から外部に送信される。また、切り替えスイッチ２５０により受信部２３０と接続状態となっている側のアンテナ２４１、２４２により受信された電波は、電気信号として受信部２３０に供給される。

受信部２３０は、アンテナ部２４０が受信した電波を復調する復調部２３１と、復調部２３１が復調した信号を復号する復号部２３２とを備えている。復号部２３２は、復号した信号を制御部２６０へ供給する。

制御部２６０は、送信部２２０および受信部２３０を制御する。また、制御部２６０は、タイマ２６１、メモリ２６２を備えている。タイマ２６１は、クロック発振器（図示せず）のクロックを計数することで計時を行う。メモリ２６２には、この無線タグ２００のＩＤが記憶されている。

制御部２６０は周期的に起動して無線タグリーダ１００から電波を受信するための作動を行なう。無線タグリーダ１００からビーコンを受信できた場合には、そのビーコンにて指示されているモード（すなわちタグ多数モードおよび通常モードのいずれか）において自身に割り当てられているタイミングで、ＩＤを含む方位推定用データを無線タグリーダ１００に送信する。

上記方位推定用データの送信開始時点は、無線タグリーダ１００が送信するビーコンを受信した時点を基準としている。無線タグ２００のメモリ２６１あるいは別の記憶部には、ビーコンを受信してから方位推定用データを送信するまでの時間が予め記憶されている。

ビーコンを受信してから方位推定用データを送信するまでの時間は、スロットを単位として定められており、どのスロットで送信するかは無線タグ２００のＩＤに応じて定まっている。なお、無線タグ２００のＩＤは、この無線タグ方位推定システムに属している複数の無線タグ２００に対して、１から順番に付与されている連続番号である。

ビーコン送信周期の間に無線タグリーダ１００が方位推定を行なうことができる無線タグ２００の数を上限タグ数とすると、無線タグ２００のＩＤを上限タグ数で割ったときの余りの数に対応するスロットで、各無線タグ２００は方位推定用データを送信する。たとえば、無線タグ２００のＩＤが２、上限タグ数が３であれば、２÷３＝０・・・２となるため、２番目のスロットがデータを送信するスロットとなる。なお、上限タグ数は、タグ多数モードと通常モードとでは異なり、それぞれのモードにおける上限タグ数は予めしょていの記憶部に記憶されている。

方位推定用データには無線タグ２００のＩＤが含まれており、データの送信時間が上記スロットの１つ分の長さとなるように、適宜、上記ＩＤにデータが追加されている。

無線タグリーダ１００が送信するビーコンにて示されるモードがタグ多数モードである場合には、１回のビーコン受信で上記方位推定用データを１回のみ送信する。よって、データ送信時間は１スロット分である。しかし、通常モードである場合には、上記方位推定用データを２回連続して送信する。結果として、通常モードでは、タグ多数モードよりも長い長さのデータを送信することになる。
ただし、ビーコンを受信してから方位推定用データを送信するまでの時間は、タグ多数モードの場合と同じである。

図４は無線タグ２００（図４ではタグと表記）が方位推定用データを送信する期間を説明する図である。図４には、従来のデータ送信期間も比較として示している。また、図４において、Ｔの後の数字は無線タグ２００のＩＤを示している。また、無線タグリーダ１００（図４においてリーダと表記）の「Ａ」「Ｂ」は、無線タグリーダ１００が行う受信処理のパターンを示している。Ｔ１、Ｔ２の文字を囲んでいる四角が、無線タグ２００が方位推定用データを送信している期間を示しており、Ａ、Ｂ、全方位の文字を囲んでいる四角が、無線タグリーダ１００が可変指向性アンテナ１５０の指向性を変化させつつデータ受信を行なっている期間である。斜線部分は、無線タグリーダ１００が方位判定処理を行う期間である。

図４に示すように、通常モードでは、ＩＤ＝１の無線タグ２００は連続して２回、方位推定用データを送信している。これに対して、タグ多数モードでは、ＩＤ＝１の無線タグ２００がデータを送信した後、ＩＤ＝２の無線タグ２００がデータを送信する。

ビーコン送信周期の間に各無線タグ２００がデータを送信する時間は、タグ多数モードでは通常モードの半分である。また、従来と比較しても、タグ多数モードでのデータ送信時間は従来のデータ送信時間の半分である。そのため、タグ多数モードでは、１回のビーコン送信周期で、従来技術や通常モードに比較して多くの無線タグ２００がデータを送信することができる。

次に、本実施形態において無線タグリーダ１００の制御部１１０が、無線タグ２００の方位を推定するために実行する処理を図５〜図７を用いて説明する。

図５は、無線タグリーダ１００が無線タグ２００の方位推定を行なう際に実行する処理のメインルーチンを示している。無線タグリーダ１００は図５に示す処理をコントローラ３００からの指示あるいは電源投入により開始する。

ステップＳ１ではビーコンパラメータを決定する。このステップＳ１の処理は図６に詳しく示している。図６においてステップＳ１０１では、タグ多数モードがＯＮであるか否かを判断する。初期設定ではこのタグ多数モードはＯＦＦであり、次に説明するステップＳ１０２やＳ１０３の判断を経てステップＳ１０４やＳ１０５を実行することで、タグ多数モードのＯＮ／ＯＦＦが切り替わる。タグ多数モードがＯＮであれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）ステップＳ１０３へ進み、ＯＦＦであれば（Ｓ１０１：ＮＯ）ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、前回の受信処理において受信しきれない無線タグ２００が存在したか否かを判断する。受信しきれない無線タグ２００が存在したか否かは、受信エラーが生じたか否かで判断する。

前述したように、各無線タグ２００が方位推定用データを送信するスロットは、各無線タグ２００のＩＤを上限タグ数で割ったときの余りの数に対応するスロットである。したがって、無線タグリーダ１００のビーコンを受信することができる範囲に存在する無線タグ２００の数が上限タグ数よりも多い場合には、複数の無線タグ２００が同じスロットで方位推定用データを送信する。その結果、無線タグリーダ１００では受信エラーが生じる。よって、受信エラーが生じたかどうかで、受信しきれない無線タグ２００が存在したか否かが判断できるのである。ステップＳ１０２の判断がＹＥＳであればステップＳ１０４へ進み、ＮＯであればステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０３では、前回の受信処理において、方向推定用データを受信した無線タグ２００の数がタグ多数モードで受信できる無線タグ２００の数の半分以下であるか否かを判断する。ステップＳ１０２、Ｓ１０３がタグ数判断手段に相当する。

本実施形態では、通常モードで受信できる無線タグ２００の数はタグ多数モードで受信できる無線タグ２００の数の半分である。よって、このステップＳ１０３は、通常モードで全ての無線タグ２００の方位推定が可能かどうかを判断していることになる。なお、ここでの判断に用いる数が全方位測定上限数である。ステップＳ１０３の判断がＮＯであればステップＳ１０４へ進み、ＹＥＳであればステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０４ではタグ多数モードをＯＮにする。一方、ステップＳ１０５では、タグ多数モードをＯＦＦにする。これらステップＳ１０４、Ｓ１０５がモード設定手段に相当する。

説明を図５に戻す。ステップＳ２ではビーコンを送信する。このビーコンには、前述したように、方位推定コマンドとビーコンパラメータ（タグ多数モードか通常モードかを示す情報）が含まれている。ビーコンは指示信号に相当し、ステップＳ２は指示信号送信手段に相当する。

上記ビーコンを受信した無線タグ２００は、ビーコンパラメータで示されているモードにおいて自身に割り当てられているタイミングで、ＩＤを含む方位推定用データを無線タグリーダ１００に送信する。

ステップＳ３では、現時点でタグ多数モードがＯＮであるかＯＦＦであるかを判断する。ＯＮであればステップＳ４〜Ｓ１２を実行し、ＯＦＦ（すなわち通常モード）であればステップＳ１３〜Ｓ１６を実行する。まず、ステップＳ４〜Ｓ１２を説明する。

ステップＳ４は一次受信手段に相当する。このステップＳ４では、スロットの開始時点と一致させてパターンＡ受信処理を開始する。パターンとは、可変指向性アンテナ１５０の指向性を変化させるパターンを意味している。本実施形態では、指向性を全部で１２方位に変化させ、そのうちの半分をパターンＡで設定する指向性とし、残りの半分をパターンＢで設定する指向性としている。

パターンＡでは、受信電力強度（以下、RSSI値）を測定する指向性を６方位に限定しながらも、その６方位によりできるだけ精度のよい方位推定ができるようにするため、どの６方位とするかをRSSI値に基づいて都度決定する。詳しくは図７に示す処理を行なう。

図７において、まず、ステップＳ４１では、初期方位でRSSI値を取得して、このRSSI値を（１）とする。RSSI値は、電力受信部１６２のダイナミックレンジ内において、できるだけ広い距離範囲の検出精度を向上させるため対数に変換する。なお、受信電力[dBm]をそのまま対数に変換してもよいが、特定のオフセットを加えてもよい。

また、初期方位は、前回の方位判定（ステップＳ１１あるいはステップＳ１５）で判定した方位とする。なお、初回の実行時の初期方位は、たとえば、無線タグリーダ１００が無線タグ２００の方位を推定する範囲の中央となる方位とする。図８に示す白丸はステップＳ４１で設定した初期方位の一例である。

ステップＳ４２では、初期方位の＋６０°の方位および−６０°の方位に順番に指向性を変化させ、各方位でRSSI値をそれぞれ取得して（２）、（３）とする。図８に示す２つの黒丸がこのステップＳ４２で設定する方位を示している。

ステップＳ４３では、ステップＳ４１、Ｓ４２で取得した３つのRSSI値（１）、（２）、（３）の中で最大のRSSI値を決定し、これを３MAXとする。図８では、黒丸のうちの一方が３MAXとなっている。

ステップＳ４４では、３MAXの＋６０°の方位および−６０°の方位に順番に指向性を変化させ、各方位でRSSI値をそれぞれ取得する。これらを（４）、（５）とする。

ステップＳ４５では、上記（４）と（５）を比較してRSSI値が大きい方の方位をbigとする。図８では白三角で示されている方位がbigである。

ステップＳ４６では、上記bigの＋３０°の方位および−３０°の方位のうち、ステップＳ４３で決定した３MAXでない側（図８で黒三角で示されている方位）に指向性を変化させてRSSI値を取得する。このRSSI値を（６）とする。

ステップＳ４７では、上記（１）〜（６）のRSSI値を、そのRSSI値を測定した方位とともにメモリ１１１に保存する。

説明を図５に戻す。ステップＳ４のパターンＡ受信処理を実行したら、ステップＳ５に進み、再びパターンＡ受信処理を行う。このステップＳ５も一次受信手段に相当する。

なお、ビーコンにてタグ多数モードであることを無線タグ２００に通知しているので、無線タグ２００もタグ多数モードで自身に割り当てられているタイミングで方位推定用データを送信する。よって、図４で説明したように、ＩＤ＝１の無線タグ２００が第１スロットで方位推定用データを送信した後、ＩＤ＝２の無線タグ２００が第２スロットで方位推定用データを送信する。ステップＳ５の開始時点は、ステップＳ４を実行している期間に対応するスロットの次のスロットの開始時点である。

一次方位推定手段に相当するステップＳ６では方位判定を行う。まず、ステップＳ４、Ｓ５で取得した６方位のRSSI値のうちの最大値が得られた方位（６MAXとする）を中心にして、両側２方位ずつの合計５方位で形成されるRSSI値の変化パターンを作成する。そして、この５方位のRSSI値の変化パターンを５方位分の基準パターンと比較して相関誤差を求める。

ただし、図４からも分かるように、パターンＡ受信処理で取得するRSSI値は４方位が連続しているだけである。したがって、５方位目のRSSI値は補間により求める。補間にはたとえば線形補間を用いる。

図９には、線形補間により作成した５点目を含めたマッチング範囲、すなわち、基準パターンとの相関誤差を求める範囲が例示してある。図９の例では、図７のステップＳ４５で決定したbigが６MAXとなっている。この場合、図９にも示すように、黒三角と黒丸との間の方位におけるRSSI値を線形補間で求めることになる。なお、６MAXとなる可能性がある方位は、３MAX（＝黒丸）、big（＝白三角）、黒三角のいずれかである。いずれの場合にも、１方位のみ補間で求めれば連続する５方位のRSSI値を決定することができる。

５方位のRSSI値の変化パターンと５方位分の基準パターンとの相関誤差を求めた後は、最も相関誤差が小さくなった基準パターンに対応する方位を無線タグ２００が存在する方位とする。ステップＳ６では、上述の処理をステップＳ４、Ｓ５でRSSI値を取得した２つの無線タグ２００に対してそれぞれ行う。

ステップＳ７では、規定回数の受信が終了したか否かを判断する。規定回数とは、ビーコンを出してから次のビーコンを出すまでの間に無線タグ２００から方位推定用データを受信できる回数であり、前述の上限タグ数と同じ数である。規定回数の受信が終了していない場合（Ｓ７：ＮＯ）にはステップＳ４に戻り、パターンＡ受信処理（Ｓ４、Ｓ５）、方位判定（Ｓ６）を行う。なお、２回目以降のステップＳ４は、スロットの開始時点（換言すれば第２スロット以降のスロットで無線タグ２００が方位推定用データの送信を開始する時点）と一致させて実行する。

タグ多数モードでは、図４からも分かるように、従来技術や通常モードと方位判定のタイミングは同じであるが、その方位判定で２つの無線タグ２００の方位を判定する。よって、従来技術や通常モードと同じ時間でそれらの２倍の無線タグ２００の方位を判定することができる。

規定回数の受信が終了し、ステップＳ７の判断がＹＥＳとなった場合にはステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、ビーコンを出す。このステップＳ８でのビーコンは直前のステップＳ２のものと同じである。したがって、このビーコンを受信した各無線タグ２００は、タグ多数モードにおいて自身に割り当てられているタイミングで、ＩＤを含む方位推定用データを無線タグリーダ１００に送信する。

ステップＳ９ではパターンＢ受信処理を行う。パターンＢ受信処理とは、パターンＡ受信処理（Ｓ４）で測定していない６方位（図８の例では記号が示されていない方位）に順番に指向性を設定して、各方位でRSSI値を取得・保存する処理である。続くステップＳ１０でもパターンＢ受信処理を行い、ステップＳ５で測定していない６方位に順番に指向性を設定して、各方位でRSSI値を取得・保存する。これらステップＳ９、Ｓ１０は二次受信手段に相当する。

ステップＳ１１は二次方位推定手段に相当しており、無線タグ２００の方位判定を行う。ここでの方位判定では、ステップＳ４あるいはステップＳ５で保存しておいたパターンＡの６方位のRSSI値と、ステップＳ９あるいはステップＳ１０で保存しておいたパターンＢの６方位のRSSI値、合計１２方位のRSSI値を用いる。１２方位のRSSI値により形成されるRSSI値の変化パターンを、１２方位それぞれに対して予め用意してある基準パターンと比較し相関誤差を求める。そして、相関誤差が最も小さくなった基準パターンに対応する方位を無線タグ２００が存在する方位として推定する。一度のステップＳ１１の実行で、ステップＳ４、Ｓ９で取得した１２方位のRSSI値、ステップＳ５、Ｓ１０で取得した１２方位のRSSI値を別々に用いて２つの無線タグ２００の方位を判定する。

ステップＳ１２では、規定回数の受信が終了したか否かを判断する。ここでの規定回数はステップＳ７と同じ値である。規定回数の受信が終了していない場合（Ｓ１２：ＮＯ）にはステップＳ９に戻り、パターンＢ受信処理（Ｓ９、Ｓ１０）、方位判定（Ｓ１１）を行う。２回目以降のステップＳ９は、ステップＳ７がＮＯとなった場合と同様、スロットの開始時点と一致させて実行する。規定回数の受信が終了し、ステップＳ１２の判断がＹＥＳとなった場合にはステップＳ１へ戻る。

ステップＳ１でビーコンパラメータを再決定した結果、タグ多数モードがＯＦＦになった場合には、ステップＳ３の判断を経てステップＳ１３へ進む。また、ステップＳ１３へ進む場合には、ステップＳ２で送信しているビーコンに含まれているビーコンパラメータもタグ多数モードになっている。

ステップＳ１３では、前述のステップＳ４と同じパターンＡ受信処理を行う。ただし、その次のステップＳ１４はステップＳ５とは異なる。ステップＳ１４ではパターンＢ受信処理を行なう。すなわち、ステップＳ１３で測定していない６方位に順番に指向性を設定して、各方位でRSSI値を取得・保存する。

続くステップＳ６では無線タグ２００の方位判定を行う。ここでの方位判定には、ステップＳ１３で保存しておいたパターンＡの６方位のRSSI値およびステップＳ１４で保存しておいたパターンＢの６方位のRSSI値、合計１２方位のRSSI値を用いる。１２方位のRSSI値により形成されるRSSI値の変化パターンを、１２方位それぞれに対して予め用意してある基準パターンと比較し相関誤差を求める。そして、相関誤差が最も小さくなった基準パターンに対応する方位を無線タグ２００が存在する方位として推定する。

ステップＳ１６では、規定回数の受信が終了したか否かを判断する。規定回数の受信が終了していない場合（Ｓ１６：ＮＯ）にはステップＳ１３に戻り、パターンＡ受信処理（Ｓ１３）、パターンＢ受信処理（Ｓ１４）、方位判定（Ｓ１５）を行う。なお、２回目以降のステップＳ１３は、ステップＳ７がＮＯとなってステップＳ４を実行する場合と同様、スロットの開始時点と一致させて実行する。

ここでの規定回数はステップＳ１１と同じく上限タグ数と同じ値になる。ただし、通常モードでの上限タグ数はタグ多数モードの半分になる。従って、ここでの規定回数もステップＳ１１の規定回数の半分となる。無線タグ２００が複数存在している場合には、ステップＳ１３〜Ｓ１６を繰り返すことにより、複数の無線タグ２００の方位を推定する。なお、ステップＳ１３〜Ｓ１６が全方位測定方位推定手段に相当する。

以上、説明した本実施形態では、タグ多数モードである場合、可変指向性アンテナ１５０に設定する指向性を、無線タグ２００の方位を推定するために設定する全指向性（１２方位）の半分である６方位に限定したパターンＡ受信処理を行う（Ｓ４、Ｓ５）。そのため、１２方位の全てで無線タグ２００からの電波を受信するよりも短時間で受信処理が終了する。そして、このパターンＡ受信処理により取得した６方位のRSSI値により無線タグ２００の存在する方位を判定する（Ｓ６）。よって、一つの無線タグ２００に対して方位を判定するために必要な受信時間は、１２方位の全てで無線タグ２００からの電波を受信する場合の半分になる。したがって、ビーコン送信周期（方位推定周期）の１周期の間に方位を推定できる無線タグ２００の数を２倍にできる。

また、ステップＳ６で無線タグ２００の方位を判定した後、パターンＡ受信処理（Ｓ４、Ｓ５）で設定しなかった残りの指向性に可変指向性アンテナ１５０の指向性を設定して無線タグ２００からの電波を受信するパターンＢ受信処理（Ｓ９、Ｓ１０）を実行する。そして、パターンＡ受信処理とパターンＢ受信処理で取得した１２方位のRSSI値を用いて無線タグ２００の方位判定を行うので（Ｓ１１）、方位推定精度の低下も抑制できる。

しかも、パターンＡ受信処理（Ｓ４、Ｓ５）では、固定した６方位に指向性を設定しているのではなく、RSSI値を測定しつつ、そのRSSI値に基づいて６方位を逐次決定している。そのため、RSSI値が高くなる指向性を多く用いることができる。よって、パターンＡで設定する指向性を一部の指向性に限定したことによる方位推定精度の低下をより抑制できる。

さらに、方位判定（Ｓ６）では、パターンＡで設定した６つの方位のうちでRSSI値が最大となる方位を中心として両側２つずつの方位からなる５つの方位におけるRSSI値の変化パターンを用いて方位判定を行っている。これによりRSSI値が高い部分を重点的に用いることになるので、パターンＡ受信処理（Ｓ４、Ｓ５）で設定する指向性を一部の指向性に限定したことによる方位推定精度の低下を一層抑制できる。

また、パターンＡ受信処理での初期方位は、前回の方位判定（ステップＳ１１あるいはステップＳ１５）で判定した方位としているので、この初期方位は、実際に無線タグ２００が存在する方位あるいはその方位に近い方位となる可能性が高くなる。これにより、パターンＡ受信処理で、実際に無線タグ２００が存在する方位に指向性を設定して受信を行うことができる可能性が向上する。これによっても、パターンＡ受信処理で設定する指向性を一部の指向性に限定したことによる方位推定精度の低下を抑制できる。

また、本実施形態では、無線タグリーダ１００と通信可能な無線タグ２００の数が、タグ多数モードで受信できるタグ数の半分以下（すなわち通常モードで方位判定を行うことができる上限数以下）であると判断できる場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、通常モード（タグ多数モードＯＦＦ）で無線タグ２００の方位判定を行う。この通常モードでは、ビーコン送信周期の１周期内で、１２方位に指向性を順次設定してRSSI値を測定する。そのため、無線タグ２００の数が通常モードで方位判定を行うことができる上限数以下の場合には、ビーコン送信周期の１周期で、指向性を全指向性に設定して推定した精度のよい方位推定を行うことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

たとえば、前述の実施形態では、パターンＡ受信処理（Ｓ４、Ｓ５）での６方位をRSSI値に基づいて決定していたが、この６方位を固定した方位としてもよい。

また、前述の実施形態では、初期方位を前回の方位判定（ステップＳ１１あるいはステップＳ１５）で判定した方位としていたが、この初期方位を固定しておいてもよい。

１００：無線タグリーダ １２０：送信部 １３０：受信部 １４０：通信アンテナ １５０：可変指向性アンテナ １６０：方向推定部 ２００：無線タグ ２１０：内蔵電源 ２２０：送信部 ２３０：受信部 ２４０：アンテナ部 ２５０：切り換えスイッチ ２６０：制御部 ３００：コントローラ Ｓ２：指示信号送信手段 Ｓ４：一次受信手段 Ｓ５：一次受信手段 Ｓ６：一次方位推定手段 Ｓ９：二次受信手段 Ｓ１０：二次受信手段 Ｓ１１：二次方位推定手段 Ｓ１３〜Ｓ１６：全方位測定方位推定手段 Ｓ１０２，１０３：タグ数判断手段 Ｓ１０４、Ｓ１０５：モード設定手段

Claims (4)

1. 可変指向性アンテナを備え、その可変指向性アンテナの指向性を変化させつつ、無線タグから送信されるデータを受信することで無線タグの方位推定を行なう無線タグリーダであって、
   前記可変指向性アンテナに設定する指向性を、前記無線タグの方位を推定するために設定する全指向性のうちの一部の指向性に限定して、前記無線タグからの電波を受信する一次受信手段と、
   前記一次受信手段で受信した電波の強度に基づいて前記無線タグが存在する方位を推定する一次方位推定手段と、
   この一次方位推定手段で前記無線タグの方位を推定した後、前記可変指向性アンテナの指向性を前記一次受信手段で設定しなかった指向性に設定して、前記無線タグからの電波を受信する二次受信手段と、
   前記一次受信手段で受信した電波の強度と、前記二次受信手段で受信した電波の強度とを用いて、前記無線タグが存在する方位を推定する二次方位推定手段とを含み、
   前記無線タグの方位を推定するために設定する全指向性が、３０°間隔となっている１２方位にそれぞれ最大感度がある１２の指向性であって、
   前記一次受信手段は、
   無線タグの方位推定を行う範囲を３等分する３つの初期方位をそれぞれ最大感度とする３つの指向性で前記無線タグからの電波を受信し、
   次いで、その３つの初期方位のうちで受信電力強度が最大となった方位に隣接する２つの方位に最大感度がある２つの指向性で前記無線タグからの電波を受信し、
   さらに、それら２つの方位のうちで受信電力強度が高い側に隣接する方位であって、すでに設定した指向性において最大感度になっていない側の方位を最大感度とする指向性で前記無線タグからの電波を受信することを特徴とする無線タグリーダ。
2. 請求項１において、
   前記一次方位推定手段は、
   前記一次受信手段で設定した６つの指向性それぞれにおいて最大感度となる６つの方位での受信電力強度を比較して最大強度を決定し、その最大強度に対応する方位を中心として、両側２つずつの方位からなる５つの方位における受信電力強度を、予め１２方位に対してそれぞれ記憶されている基準パターンと比較することで前記無線タグの方位を推定するようになっており、
   前記５つの方位のうち前記一次受信手段で指向性を設定していない方位の受信電力強度については、その方位の両側において最も近い２つの方位を最大感度とする２つの指向性でそれぞれ受信した受信電力強度を用いて補間により決定することを特徴とする無線タグリーダ。
3. 請求項１または２において、
   前記一次受信手段、一次方位推定手段、二次受信手段、二次方位推定手段を繰り返し実行するようになっており、
   前記一次受信手段は、前記二次方位推定手段により無線タグの方位が推定されている場合には、前記３つの初期方位のうちの１つの方位を、前記二次方位推定手段により推定された方位とすることを特徴とする無線タグリーダ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の無線タグリーダと、前記無線タグとを備えた無線タグ方位推定システムであって、
   前記無線タグリーダは、
   所定の方位推定周期の１周期分で指向性を前記全指向性に順次設定して、前記無線タグからの電波を受信し、各無線タグの方位を推定することができる無線タグの上限数である全方位測定上限数を記憶しており、
   前記方位推定周期毎に、前記無線タグに対して方位推定用データの送信を指示する指示信号を送信する指示信号送信手段と、
   この無線タグリーダと通信可能な無線タグの数が前記全方位測定上限数を越えているか否かを、前記方位推定用データを受信できた無線タグの数に基づいて判断するタグ数判断手段と、
   前記可変指向性アンテナの指向性を前記全指向性に順次設定して前記方位推定用データを受信して各無線タグの方位を推定する全方位測定方位推定手段と、
   前記タグ数判断手段により無線タグの数が前記全方位測定上限数を越えていると判断された場合には、前記一次受信手段、一次方位推定手段、二次受信手段、二次方位推定手段を実行するタグ多数モードとする一方、タグ数判断手段により無線タグの数が前記全方位測定上限数を越えていないと判断された場合には、前記全方位測定方位推定手段を実行する通常モードとするモード設定手段とを備え、
   前記指示信号送信手段は、前記指示信号に前記タグ多数モードか前記通常モードかを示す情報を含ませて送信し、
   前記無線タグは、前記指示信号を受信した場合、その指示信号から前記タグ多数モードであるか前記通常モードであるかを判断し、タグ多数モードである場合にはタグ多数モードに対して設定されている所定長さの方位推定用データを送信し、通常モードである場合には、タグ多数モード時よりも長い所定長さの方位推定用データを送信することを特徴とする無線タグ方位推定システム。

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