JP6504546B2 - 推定装置および推定方法 - Google Patents
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Description
人物の位置などを知る方法として、無線信号を利用する方法が検討されている。
以下では、図面を参照しながら、実施の形態1における推定装置10が、所定期間の異なる2つの時点に観測された複素伝達関数の差分情報を用いて、検出対象である動体(生体)の方向を推定することについて説明する。
図1は、実施の形態1における推定装置10の構成の一例を示すブロック図である。図2は、図1に示す推定装置10の検出対象の一例を示す図である。
送信機12は、生体50の方向を推定するために用いる高周波の信号を生成する。例えば、図2に示すように、送信機12は、生成した信号(送信波)を、アンテナ部11が備える1個の送信アンテナ素子から送信する。
アンテナ部11は、1個の送信アンテナ素子およびN個(Nは2以上の自然数)の受信アンテナ素子からなる。本実施の形態では、アンテナ部11は、送信アンテナ部11Aと受信アンテナ部11Bとからなり、送信アンテナ部11Aは、1素子の送信アンテナである送信アンテナ素子とMR個の受信アンテナ素子(受信アレーアンテナ)とを備える。
受信部13は、N個の受信アンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、送信アンテナ素子から送信され、動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、動体の活動に由来する周期に相当する第1期間について観測する。ここで、動体は、図2に示すような生体50である。また、動体の活動に由来する周期は、生体50の呼吸、心拍、体動の少なくとも一つを含む生体由来の周期(生体変動周期)である。
複素伝達関数算出部14は、第1期間に観測された複数の受信信号から、送信アンテナ素子とN個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する。
差分情報算出部15は、算出された複数の複素伝達関数を複数の受信信号が観測された順である時系列に逐次記録する。そして、差分情報算出部15は、当該複数の複素伝達関数のうち所定間隔の2つの時点における2つの複素伝達関数の差分を示す差分情報であってN次元のベクトルにより表現される差分情報を2以上算出する。ここで、2以上の差分情報それぞれにおける所定間隔の2つの時点のうちの始点は、異なる時刻である。また、所定間隔は生体50由来の周期(生体変動周期)の略半分であってもよい。
方向推定処理部16は、当該2以上算出された差分情報を用いて、推定装置10を方向の基準として動体の存在する方向を推定する。より具体的には、方向推定処理部16は、2以上算出された差分情報それぞれから、当該差分情報における所定間隔の2つの時点である差分時間の相関行列である瞬時相関行列を算出し、算出した当該瞬時相関行列を用いて、所定の到来方向推定手法により、反射信号の到来方向を推定する。そして、推定した反射信号の到来方向に基づいて、動体の存在する方向を推定する。ここで、所定の到来方向推定手法は、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)アルゴリズムに基づく推定手法である。
以上のよう構成された推定装置10の推定処理の動作について説明する。図6は、実施の形態1における推定装置10の推定処理を示すフローチャートである。
本実施の形態の推定装置10および推定方法によれば、上述した差分情報を算出することで、フーリエ変換を使わず、フーリエ変換を使ったときよりも早い処理時間で生体由来の成分のみが無線信号内に残る信号処理を行うことができる。また、複数の差分情報を用いることで、推定精度の向上を図ることができる。したがって、動体の活動に由来する周期に相当する短時間の観測時間により、高い精度で動体の存在する方向を推定することが可能となる。それにより、無線信号を利用して動体が存在する方向の推定を、短時間かつ高精度に行うことができる。
実施の形態1では、所定期間の異なる2つの時点に観測された複素伝達関数の差分情報を用いて、検出対象である動体(生体)の存在する方向を推定する推定装置10およびその推定方法について説明した。実施の形態2では、同様の差分情報を用いてから検出対象である動体(生体)の位置を推定する推定装置20およびその推定方法について説明する。
図7は、実施の形態2における推定装置20の構成の一例を示すブロック図である。図8は、図7に示す推定装置20の検出対象の一例を示す図である。図1および図2と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
送信部22は、生体50の方向を推定するために用いる高周波の信号を生成する。例えば、図8に示すように、送信部22は、生成した信号(送信波)を、送信アンテナ部21Aが備えるMT個の送信アンテナ素子(送信アレーアンテナ)から送信する。
送信アンテナ部21Aは、M個(Mは2以上の自然数)の送信アンテナ素子からなる。本実施の形態では、送信アンテナ部21Aは、MT個の送信アンテナ素子を備える。上述したように、MT個の送信アンテナ素子は、送信部22が生成した信号(送信波)を送信する。
受信アンテナ部21Bは、N個(Nは2以上の自然数)の受信アンテナ素子(受信アレーアンテナ)からなる。本実施の形態では、実施の形態1と同様に、受信アンテナ部21Bは、MR個の受信アンテナ素子(受信アレーアンテナ)を備える。そして、例えば図8に示すように、MR個の受信アンテナ素子のそれぞれは、当該MT個の送信アンテナ素子(送信アレーアンテナ)から送信された信号は、生体50によって反射された信号(受信信号)を受信する。
受信部23は、N個の受信アンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、M個の送信アンテナ素子のそれぞれから送信され、動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、当該動体の活動に由来する周期に相当する第1期間について観測する。ここで、動体は、図8に示すような生体50である。動体の活動に由来する周期に相当する。また、動体の活動に由来する周期は、生体50の呼吸、心拍、体動の少なくとも一つを含む生体由来の周期(生体変動周期)である。
複素伝達関数算出部24は、第1期間に観測された複数の受信信号ら、M個の送信アンテナ素子とN個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する。
差分情報算出部25は、算出された複数の複素伝達関数を、複数の受信信号が観測された順である時系列に逐次記録する。そして、差分情報算出部25は、当該複数の複素伝達関数のうち所定間隔の2つの時点における2つの複素伝達関数の差分を示す差分情報であってM×N次元の行列により表現される差分情報を2以上算出する。ここで、2以上の差分情報それぞれにおける所定間隔の2つの時点のうちの始点は、異なる時刻である。また、所定間隔は生体50由来の周期(生体変動周期)の略半分であってもよい。
位置推定処理部26は、当該2以上算出された差分情報を用いて、動体の存在する位置を推定する。より具体的には、まず、位置推定処理部26は、2以上算出された差分情報それぞれから、当該差分情報における所定間隔の2つの時点である差分時間の相関行列である瞬時相関行列を算出する。次に、位置推定処理部26は、算出した当該瞬時相関行列を用いて、所定の到来方向推定手法により、送信アンテナ部21Aから動体に送信された送信信号の送信方向と、反射信号の到来方向とを推定する。そして、位置推定処理部26は、推定した送信信号の送信方向と推定した反射信号の到来方向とに基づき、動体の存在する位置を推定する。ここで、所定の到来方向推定手法は、MUSICアルゴリズムに基づく推定手法である。
以上のよう構成された推定装置20の推定処理の動作について説明する。図9は、実施の形態2における推定装置20の推定処理を示すフローチャートである。
本実施の形態の推定装置20および推定方法によれば、上述した差分情報を算出することで、フーリエ変換を使わず、フーリエ変換を使ったときよりも早い処理時間で生体由来の成分のみが無線信号内に残る信号処理を行うことができる。また、複数の差分情報を用いることで、推定精度の向上を図ることができる。したがって、動体の活動に由来する周期に相当する短時間の観測時間により、高い精度で動体の存在する方向を推定することが可能となる。それにより、無線信号を利用して動体が存在する位置の推定を、短時間かつ高精度に行うことができる。
11 アンテナ部
11A、21A 送信アンテナ部
11B、21B 受信アンテナ部
12 送信機
13、23 受信部
14、24 複素伝達関数算出部
15、25 差分情報算出部
16 方向推定処理部
22 送信部
26 位置推定処理部
50 生体
Claims (14)
- 動体の存在する方向を推定する推定装置であって、
1個の送信アンテナ素子およびN個(Nは2以上の自然数)の受信アンテナ素子からなるアンテナ部と、
前記N個の受信アンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、前記送信アンテナ素子から送信され、動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、前記動体の活動に由来する周期に相当する第1期間について観測する受信部と、
前記第1期間に観測された複数の前記受信信号から、前記送信アンテナ素子と前記N個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する複素伝達関数算出部と、
(i)算出された複数の前記複素伝達関数を前記複数の受信信号が観測された順である時系列に逐次記録し、(ii)当該複数の複素伝達関数のうち所定間隔の2つの時点における2つの複素伝達関数の差分を示す差分情報であってN次元のベクトルにより表現される差分情報を2以上算出する差分情報算出部と、
当該2以上算出された差分情報を用いて、前記推定装置を方向の基準として前記動体の存在する方向を推定する方向推定処理部と、を備える、
推定装置。 - 前記2以上の差分情報それぞれにおける前記所定間隔の2つの時点のうちの始点は、異なる時刻である、
請求項1に記載の推定装置。 - 前記動体は、生体である、
請求項1または2に記載の推定装置。 - 前記周期は、前記生体の呼吸、心拍、体動の少なくとも一つを含む生体由来の周期であり、前記所定間隔は当該生体由来の周期の略半分である、
請求項3に記載の推定装置。 - 前記方向推定処理部は、
前記2以上算出された差分情報それぞれから、当該差分情報における所定間隔の2つの時点である差分時間の相関行列である瞬時相関行列を算出し、
算出した当該瞬時相関行列を用いて、所定の到来方向推定手法により、前記反射信号の到来方向を推定し、
推定した前記反射信号の到来方向に基づいて、前記動体の存在する方向を推定する、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の推定装置。 - 前記所定の到来方向推定手法は、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)アルゴリズムに基づく推定手法である、
請求項5に記載の推定装置。 - 動体の存在する位置を推定する推定装置であって、
M個(Mは2以上の自然数)の送信アンテナ素子からなる送信アンテナ部と、
N個(Nは2以上の自然数)の受信アンテナ素子からなる受信アンテナ部と、
前記N個の受信アンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、前記M個の送信アンテナ素子のそれぞれから送信され、動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、当該動体の活動に由来する周期に相当する第1期間について観測する受信部と、
前記第1期間に観測された複数の前記受信信号から、前記M個の送信アンテナ素子のそれぞれと前記N個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する複素伝達関数算出部と、
(i)算出された複数の前記複素伝達関数を、前記複数の受信信号が観測された順である時系列に逐次記録し、(ii)当該複数の複素伝達関数のうち所定間隔の2つの時点における2つの複素伝達関数の差分を示す差分情報であってM×N次元の行列により表現される差分情報を2以上算出する差分情報算出部と、
当該2以上の差分情報を用いて、前記動体の存在する位置を推定する位置推定処理部と、を備える、
推定装置。 - 前記2以上の差分情報それぞれにおける前記所定間隔の2つの時点のうちの始点は、異なる時刻である、
請求項7に記載の推定装置。 - 前記動体は、生体である、
請求項7または8に記載の推定装置。 - 前記周期は、前記生体の呼吸、心拍、体動の少なくとも一つを含む生体由来の周期であり、
前記所定間隔は、当該生体由来の周期の略半分である、
請求項9に記載の推定装置。 - 前記位置推定処理部は、
前記2以上算出された差分情報それぞれから、当該差分情報における所定間隔の2つの時点である差分時間の相関行列である瞬時相関行列を算出し、
算出した当該瞬時相関行列を用いて、所定の到来方向推定手法により、前記送信アンテナ部から前記動体に送信された送信信号の送信方向と、前記反射信号の到来方向とを推定し、
前記送信信号の前記送信方向と前記反射信号の前記到来方向とに基づき、前記動体の存在する位置を推定する、
請求項7〜10のいずれか1項に記載の推定装置。 - 前記所定の到来方向推定手法は、MUSICアルゴリズムに基づく推定手法である、
請求項11に記載の推定装置。 - 1個の送信アンテナ素子およびN個(Nは2以上の自然数)の受信アンテナ素子からなるアンテナ部を備える推定装置が行う推定方法であって、
前記N個の受信アンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、前記送信アンテナ素子から送信され、動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、前記動体の活動に由来する周期に相当する第1期間について観測し、
前記第1期間に観測された複数の前記受信信号から、前記送信アンテナ素子と前記N個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出し、
(i)算出された複数の前記複素伝達関数を前記複数の受信信号が観測された順である時系列に逐次記録し、(ii)当該複数の複素伝達関数のうち所定間隔の2つの時点における2つの複素伝達関数の差分を示す差分情報であってN次元のベクトルにより表現される差分情報を2以上算出し、
当該2以上算出された差分情報を用いて、前記推定装置を方向の基準として前記動体の存在する方向を推定する、
推定方法。 - M個(Mは2以上の自然数)の送信アンテナ素子からなる送信アンテナ部と、N個(Nは2以上の自然数)の受信アンテナ素子からなる受信アンテナ部とを備える推定装置の推定方法であって、
前記N個の受信アンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、前記M個の送信アンテナ素子のそれぞれから送信され、動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、当該動体の活動に由来する周期に相当する第1期間について観測し、
前記第1期間に観測された複数の前記受信信号から、前記M個の送信アンテナ素子のそれぞれと前記N個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を算出し、
(i)算出された複数の前記複素伝達関数を、前記複数の受信信号が観測された順である時系列に逐次記録し、(ii)当該複数の複素伝達関数のうち所定間隔の2つの時点における2つの複素伝達関数の差分を示す差分情報であってM×N次元の行列により表現される差分情報を少なくとも2以上算出し、
当該2以上の差分情報を用いて、前記動体の存在する位置を推定する、
推定方法。
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