(57)【要約】【課題】外れ値が長期間にわたって連続する場合でも安定したトラッキングを行うことができる電子装置、到来角推定システム及び信号処理方法の提供。【解決手段】電子装置１は、処理部５を備える。処理部５は、受信素子アレイからの受信信号から受信信号に対応した到来波の第１の到来角を推定し、推定した第１の到来角が外れ値であるか否かを第１の基準により判定し、第１の到来角が外れ値でないと判定された場合、第１の到来角を第２の到来角として出力し、第１の到来角が外れ値であると判定された場合、第１の到来角が受信素子アレイのサイドローブ角度であるとしたときの１つ以上のメインローブ角度を取得し、取得したメインローブ角度が外れ値であるか否かを第２の基準により判定し、メインローブ角度が外れ値でないと判定された場合、メインローブ角度を第２の到来角として出力する。【選択図】図１
2020071123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信素子アレイからの受信信号から前記受信信号に対応した到来波の第１の到来角を推定し、
推定した前記第１の到来角が外れ値であるか否かを第１の基準により判定し、
前記第１の到来角が外れ値でないと判定された場合、前記第１の到来角を第２の到来角として出力し、
前記第１の到来角が外れ値であると判定された場合、前記第１の到来角が前記受信素子アレイのサイドローブ角度であるとしたときの１つ以上のメインローブ角度を取得し、
前記メインローブ角度が外れ値であるか否かを第２の基準により判定し、
前記メインローブ角度が外れ値でないと判定された場合、前記メインローブ角度を前記第２の到来角として出力する、
処理部を具備する電子装置。
【請求項２】
前記受信素子アレイは、アンテナアレイである請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記サイドローブ角度と前記メインローブ角度との対応を示すテーブルであるサイドローブ・メインローブ対応テーブルを記憶する記憶部をさらに具備する請求項１に記載の電子装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記第１の到来角に対応する複数の前記メインローブ角度がある場合に、外れ値である確率が最も小さい前記メインローブ角度を選択し、選択した前記メインローブ角度が外れ値であるか否かを前記第２の基準により判定する請求項１に記載の電子装置。
【請求項５】
前記処理部は、前記第２の到来角をフィルタに出力する請求項１に記載の電子装置。
【請求項６】
前記フィルタは、入力された前記第２の到来角から先の時刻の前記到来波の到来角の予測値を出力し、
前記第２の基準は、前記メインローブ角度と前記受信信号を受信した時刻の到来角を予測した前記予測値との差の絶対値に対して設定される請求項５に記載の電子装置。
【請求項７】
前記フィルタは、適応トラッキングフィルタである請求項５に記載の電子装置。
【請求項８】
受信素子アレイで受信した受信信号から前記受信信号に対応した到来波の第１の到来角を推定し、
前記第１の到来角を前記受信素子アレイのサイドローブ角度であるとしたときの１つ以上のメインローブ角度を取得し、
前記第１の到来角と前記メインローブ角度とを出力する、
処理部を具備する電子装置。
【請求項９】
信号を放射する送信機と、
前記送信機から放射された前記信号を受信する受信素子アレイと、
前記受信素子アレイの受信信号から前記受信信号に対応した到来波の第１の到来角を推定し、
推定した前記第１の到来角が外れ値であるか否かを第１の基準により判定し、
前記第１の到来角が外れ値でないと判定された場合、前記第１の到来角を第２の到来角として出力し、
前記第１の到来角が外れ値であると判定された場合、前記第１の到来角が前記受信素子アレイのサイドローブ角度であるとしたときの１つ以上のメインローブ角度を取得し、
前記メインローブ角度が外れ値であるか否かを第２の基準により判定し、
前記メインローブ角度が外れ値でないと判定された場合、前記メインローブ角度を前記第２の到来角として出力する、
処理装置と、
を有する到来角推定システム。
【請求項１０】
送信素子アレイから信号を放射する送信機と、
前記送信素子アレイから放射された前記信号を受信素子によって受信し、受信素子の受信信号から前記受信信号に対応した到来波の第１の到来角を推定する電子装置と、
前記第１の到来角が外れ値であるか否かを第１の基準により判定し、
前記第１の到来角が外れ値でないと判定された場合、前記第１の到来角を第２の到来角として出力し、
前記第１の到来角が外れ値であると判定された場合、前記第１の到来角が前記送信素子アレイのサイドローブ角度であるとしたときの１つ以上のメインローブ角度を取得し、
前記メインローブ角度が外れ値であるか否かを第２の基準により判定し、
前記メインローブ角度が外れ値でないと判定された場合、前記メインローブ角度を前記第２の到来角として出力する、
処理装置と、
を有する到来角推定システム。
【請求項１１】
受信素子アレイからの受信信号から前記受信信号に対応した到来波の第１の到来角を推定し、
推定した前記第１の到来角が外れ値であるか否かを第１の基準により判定し、
前記第１の到来角が外れ値でないと判定された場合、前記第１の到来角を第２の到来角として出力し、
前記第１の到来角が外れ値であると判定された場合、前記第１の到来角が前記受信素子アレイのサイドローブ角度であるとしたときの１つ以上のメインローブ角度を取得し、
取得した前記メインローブ角度が外れ値であるか否かを第２の基準により判定し、
前記メインローブ角度が外れ値でないと判定された場合、前記メインローブ角度を前記第２の到来角として出力する、
信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、波源の角度を推定する電子装置、到来角推定システム及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩｏＴの発展により、様々な場面で無線タグの活用が期待されている。無線タグの活用に関する技術の１つとして、受信機によって無線タグの位置を検出するシステムが知られている。
【０００３】
単一の受信機によって無線タグの位置を推定するには、無線タグの方向の検出が必要である。電波を放射する機器の方向を検出する方法として、アンテナアレイのアンテナ素子間の受信信号の位相差から電波の到来方向を推定する方法が知られている。代表的な方法には、MUSIC (MUltiple SIgnal Classification)がある。
【０００４】
無線タグは、通常、屋内で使用される。このため、通常の無線タグの使用環境ではマルチパスの発生が避けられない。したがって、MUSIC等のアンテナアレイの受信信号を処理することで到来角を推定する到来方向推定方法では、推定される到来角にはマルチパスによる誤差が生じる。空間平均化等の高度な手法によってマルチパスを分離することは原理的には可能であるが、素波まで分解するためにはアンテナ素子数やアレイ形状への要求が厳しく、低価格民生品への適用は難しい。
【０００５】
マルチパスがある場合、誤差は、マルチパスに含まれる複数波の干渉状態によって極端に変化する。このため、推定された到来角には、外れ値が高頻度で発生する。したがって、通常、到来角は正規分布しない。また、無線タグの方向をカルマンフィルタ等でトラッキングすることがある。しかしながら、トラッキングフィルタは誤差が正規分布する前提で設計されていることが多いので、外れ値を多数含む入力では安定したトラッキング結果が得られない。そこで、トラッキングは、予め外れ値を除外してから行われることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２８３１６７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】富岡「周波数アジリティ型レーダにおける大電力パルス選択による測角誤差低減量の検証」、電子情報通信学会、技報SANE2014-3、Apr, 2014
【非特許文献２】Hewer, G.A.; Martin, R.D.; Zeh, J., “Robust Preprocessing for Kalman Filtering of Glint Noise,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-23, No.1 1987, pp.120-128
【非特許文献３】J. M. Loomis III, “Frequency-agility processing to reduce radar glint pointing error,” IEEE, Trans. Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-10, no. 6, pp.811-820, 1974
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
トラッキングフィルタへの入力から外れ値が除外されると、除外された時刻を飛ばしてトラッキングが行われる。したがって、外れ値が長期間にわたって連続した場合で、特に無線タグの方向が時々刻々に変化する場合には、正しいトラッキングは困難である。
【０００９】
このように、外れ値を単に除外するとトラッキングが不安定になる。しかし、外れ値は無線タグの方向とは全く異なる方向に対応していて、これを含む入力はトラッキングフィルタの設計の前提である正規分布する雑音から逸脱しているために、除外せずにトラッキングしてもやはり安定した結果は期待できない。
【００１０】
実施形態は、外れ値が長期間にわたって連続する場合でも安定したトラッキングを行うことができる電子装置、到来角推定システム及び信号処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態の電子装置は、処理部を備える。処理部は、受信素子アレイからの受信信号から前記受信信号に対応した到来波の第１の到来角を推定し、推定した前記第１の到来角が外れ値であるか否かを第１の基準により判定し、前記第１の到来角が外れ値でないと判定された場合、前記第１の到来角を第２の到来角として出力し、前記第１の到来角が外れ値であると判定された場合、前記第１の到来角が前記受信素子アレイのサイドローブ角度であるとしたときの１つ以上のメインローブ角度を取得し、前記メインローブ角度が外れ値であるか否かを第２の基準により判定し、前記メインローブ角度が外れ値でないと判定された場合、前記メインローブ角度を前記第２の到来角として出力する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、一つの実施の形態の到来角推定システムの第１の例の構成を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、４素子円形アンテナアレイで８０度の方位にメインローブをむけた場合のアンテナ利得パターンの例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、サイドローブ角度とメインローブ角度との対応関係の一例を示す図である。
【図３】サイドローブ・メインローブ対応テーブルの一例を示す図である。
【図４】図４は、一つの実施の形態の到来角推定システムの第２の例の構成を示す図である。
【図５】図５は、無線タグの方位推定の結果の一例を示した図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施の形態の到来角推定システムの効果を説明するための図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施の形態の到来角推定システムの効果を説明するための図である。
【図７】図７は、一つの実施の形態の到来角推定システムの第３の例の構成を示す図である。
【図８】図８は、一つの実施の形態の信号処理方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図９】図９は、一つの実施の形態の到来角推定システムの第４の例の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、一つの実施の形態の到来角推定システムの第５の例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて実施の形態を説明する。なお、以下では、実施の形態の説明において不要な部分についての図示及び説明が省略されている。
【００１４】
図１は、１つの実施の形態の到来角推定システムの第１の例の構成を示す図である。到来角推定システム１００は、電子装置１と、送信機２０とを有している。
【００１５】
送信機２０は、送信用のアンテナ２１と、送信用の信号を生成する送信部２２とを有し、信号を放射する。送信機２０が屋内にある場合等では、送信機２０から放射された信号は、壁による反射等によって複数のパスを経由することでマルチパス信号となって電子装置１に到達する。
【００１６】
電子装置１は、信号受信部２を有している。信号受信部２は、アンテナアレイ３と、受信部４とを有している。
【００１７】
アンテナアレイ３は、複数のアンテナ素子を有している。アンテナアレイ３は、送信機２０からの到来波を受信し、到来波に応じた受信信号を受信部４に出力する。
【００１８】
受信部４は、アンテナアレイ３から出力された受信信号を処理する。受信部４は、例えば、増幅処理、フィルタ処理、ベースバンド変換処理、A/D変換（アナログ−デジタル変換）処理といった各種の物理層での受信処理を行うための各種の回路を備える。また、受信部４は、必要に応じて、誤り検出及び訂正、パケットの読み出し等のデジタル信号のプロトコル層の処理を行うための回路を備えていてもよい。ここで、受信部４は、例えばアンテナ素子の数分の受信系統を有していてもよい。また、受信部４は、ブルートゥース（登録商標）規格のように１つの受信系統を有し、この受信系統に接続するアンテナ素子を時系列で切り替えてもよい。
【００１９】
また、電子装置１は、処理部５を有している。処理部５は、例えばＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ又はＤＳＰ等のデジタル信号処理器を有している。また、処理部５は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等のメモリを有していてもよい。また、処理部５は、複数のデジタル信号処理器やメモリを有していてもよい。
【００２０】
処理部５は、到来角推定部６と、外れ値判定部７と、置換部８と、サイドローブ・メインローブ対応テーブル記憶部９とを有している。到来角推定部６と、外れ値判定部７と、置換部８とは、例えばソフトウェアによって構成される。もちろん、到来角推定部６と、外れ値判定部７と、置換部８とはハードウェアによって構成されていてもよい。また、サイドローブ・メインローブ対応テーブル記憶部９は、例えば、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリで構成される。
【００２１】
到来角推定部６は、到来波の到来方向を示す到来角を推定する。到来角の推定は、例えば受信信号の復調前の複素信号を使用して行われる。到来角推定部６は、到来角推定のための全てのアンテナ素子分の複素信号を信号受信部２から受け取って無線信号の到来角を推定する。到来角推定部６は、例えばMUSIC法によって到来角を推定する。勿論、到来角推定部６は、他の方式で到来角を推定してもよい。以下、到来角推定部６で推定された到来角を第１の到来角と呼ぶ。
【００２２】
外れ値判定部７は、到来角推定部６で推定された第１の到来角が外れ値であるか否かを第１の基準により判定する。第１の基準による判定については後で詳しく説明する。外れ値判定部７は、第１の到来角が外れ値であるか否かの判定結果を第１の到来角と併せて置換部８に出力する。
【００２３】
置換部８は、第１の到来角が外れ値でなければ第１の到来角をそのまま出力する。一方、置換部８は、第１の到来角が外れ値である場合、サイドローブ・メインローブ対応テーブル記憶部９に記憶されているテーブルを参照し、第１の到来角がサイドローブ角度であるとした場合のメインローブ角度を取得する。サイドローブ角度は、アンテナアレイ３のビーム形成時のサイドローブの方向を示す角度である。メインローブ角度は、アンテナアレイ３のビーム形成時のメインローブの方向を示す角度である。そして、置換部８は、取得したメインローブ角度が外れ値であるか否かを第２の基準により判定する。置換部８は、メインローブ角度が外れ値でなければ第１の到来角に代えてメインローブ角度を出力する。以下、置換部８から出力される到来角を第２の到来角と呼ぶ。
【００２４】
サイドローブ・メインローブ対応テーブル記憶部９は、サイドローブ・メインローブ対応テーブルを記憶している。サイドローブ・メインローブ対応テーブルは、アンテナアレイ３のビーム形成時のサイドローブ角度とメインローブ角度との対応を示すテーブルである。
【００２５】
以下、到来角推定システムの動作を説明する。アンテナアレイからの受信信号を使用する例えばMUSICのような到来角推定方式では、アンテナのステアリングベクトルと受信信号の全部又は一部との相関が検出される。ステアリングベクトルは、アンテナ素子間の位相差及び振幅差を記述するベクトルであり、理想的な平面波が１波のみ到来したときに各アンテナ素子で受信される信号成分の位相差及び振幅差を示している。ステアリングベクトルは、到来角の関数である。
【００２６】
ステアリングベクトルは、既知の到来角からの理想的な平面波を受信するのに最も適したアンテナウェイトを示している。アンテナウェイトによってビームを形成すると、メインローブとは異なる角度にサイドローブが形成される。
【００２７】
図２Ａは、４素子円形アンテナアレイで８０度の方位にメインローブをむけた場合のアンテナ利得パターンの例を示す図である。図２Ａでは、８０度方向にメインローブを表すピークがある。一方で、図２Ａでは、８０度方向とは異なる３つ方向に、サイドローブを表すピークがある。具体的には、図２Ａでは２０５度、２７８度、３３７度にサイドローブを表すピークがある。サイドローブは、ビームウェイトであるステアリングベクトルとサイドローブ方向のステアリングベクトルとの相関が高くなっているために発生する。
【００２８】
図２Ａの例では仰角は０度である。以下、仰角がほぼ０度で方位のみの検出が行われるとして説明を続ける。方位と仰角の双方を検出する場合には、方位と仰角の組でサイドローブ・メインローブ対応テーブルを作成することでメインローブ角度が取得されてもよい。または、０度でない仰角から無線信号が到来した場合であっても、方位のみのテーブルを参照してメインローブ角度が取得されてもよい。
【００２９】
マルチパスがある場合、コヒーレンスがある複数波は干渉して受信される。複数波に強いコヒーレンスがある場合、MUSICのようなアルゴリズムでは、特殊な事前処理を適用しない限り、複数波は合成された１波にしか見えない。このため、マルチパスがある場合、受信波のアンテナ素子間の位相差及び振幅差は平面波とは異なる。
【００３０】
多くの場合、到来角推定で推定したい角度は送信機の方向、すなわち、マルチパスに含まれる見通し（LOS: Line of Sight）成分の方向である。MUSICのようなアルゴリズムで強いコヒーレンスを持つマルチパス受信波とステアリングベクトルとの相関（MUSICでは正確には雑音部分空間との相関の低さ）を計算しても、複数パスが合成された波としてしか受信されていないため、ＬＯＳ成分の方向のステアリングベクトルと受信信号とは明確な強い相関を示さない。ＬＯＳ成分が見通し外（NLOS: Non-Line of Sight）成分よりも強ければ、受信信号は、ＬＯＳ成分の方向のステアリングベクトルとは完全ではないものの、少なくない相関を持つ信号となっている可能性が高い。単純に、受信信号はＬＯＳ成分の角度と少し異なる角度のステアリングベクトルによく似ていることも多い。このような場合に推定される到来角は、外れ値ではなく通常の範囲の誤差を持つ。
【００３１】
マルチパスによる擾乱がより大きい場合には、受信信号はＬＯＳ成分の方向にメインローブがある場合のサイドローブ角度に対応するステアリングベクトルに似てしまうことが多い。これは、もともとメインローブ角度のステアリングベクトルとサイドローブ角度のステアリングベクトルとが似ているためである。このため、ＬＯＳ成分の方向にメインローブがある場合のサイドローブ角度の近傍の角度が推定角となって、外れ値が発生することがある。
【００３２】
実施形態の処理部５は、第１の到来角が外れ値であることが判明したときに、その第１の到来角をサイドローブ角度とした場合のメインローブ角度を取得し、取得したメインローブ角度が外れ値でなければ、第１の到来角の代わりにメインローブ角度を第２の到来角として出力する。外れ値の原因は、メインローブとサイドローブとの類似性の外に、マルチパス干渉時の波面の広範囲にわたる強い歪みによって波面に垂直な方向と波の進行方向が著しく異なってしまうことにより起こるグリント雑音もある。グリント雑音による外れ値は、メインローブ角度に置き換えることでは救済されない。しかしながら、実施形態の手法によって外れ値の頻度は減少する。
【００３３】
推定した到来角がサイドローブ角度である場合のメインローブ角度を取得する最も簡単な方法は、予めサイドローブ・メインローブ対応テーブルを作成しておく方法である。
【００３４】
図２Ｂは、サイドローブ角度とメインローブ角度との対応関係の一例を示す図である。図２Ｂは、４素子円形アンテナアレイの各方位にメインローブが向いている場合の対応関係の一例である。図２Ｂの横軸はサイドローブ角度であり、縦軸はメインローブ角度である。メインローブ角度に対するサイドローブ角度は、アンテナ素子の配置からシミュレーションでビームを形成し、ビームからサイドローブのピークを検出することで検出できる。図２Ｂのグラフは、このように検出されたメインローブ角度とサイドローブとの組の縦軸と横軸を入れ替えてプロットすることで得られている。
【００３５】
予め検出されたメインローブ角度とサイドローブ角度の組をサイドローブ角度から検索できるように整理することでテーブルが作成される。図３は、サイドローブ・メインローブ対応テーブルの一例である。図２Ｂに示すように、１つのサイドローブ角度に対して複数のメインローブ角度があることがあるため、サイドローブ・メインローブ対応テーブルは、図３のように、１つのサイドローブ角度に対して複数のメインローブ角度を保持できるように構成される。複数のメインローブ角度から１つを選択する手順については後で説明する。
【００３６】
サイドローブ・メインローブ対応テーブルは、図３の形態でなくてもよい。例えば、図２Ｂで示したグラフがマトリックスの形式で保持されてもよい。この場合、グラフ上でプロットされていない箇所については空欄にする等して、サイドローブ角度に対応するメインローブ角度がないことが明確になっていればよい。また、サイドローブ・メインローブ対応テーブルはメインローブ角度に対するサイドローブ角度のままのテーブルとしておき、推定された第１の到来角の値をサイドローブ角度として、対応するメインローブ角度がその場で検索、取得されてもよい。
【００３７】
また、図３のテーブルでは、メインローブ角度及びサイドローブ角度ともに１度単位で保持されている。角度の粒度は１度でなくてもよい。つまり、テーブルにおける角度の粒度は、到来角として要求される角度分解能に対応して変化されてよい。粗い単位のテーブルの場合、第１の到来角の推定がそれよりも細かい単位で行われると、推定された第１の到来角に対応するサイドローブ角度がない場合がある。このような場合、テーブルとして保持されているサイドローブ角度のうちで、推定された第１の到来角に最も近いサイドローブ角度が取得されてよい。
【００３８】
また、メインローブ角度の取得の必要性が生じるたびにアンテナアレイ３のアンテナ素子の配置（座標）の情報からサイドローブ角度とメインローブ角度との関係が計算されてもよい。この場合、予め処理部５にサイドローブ・メインローブ対応テーブルを記憶させておく必要はない。アンテナ素子の配置の情報のみを使用したシミュレーションによるサイドローブ角度とメインローブ角度との関係の計算は、比較的容易に行われ得る。
【００３９】
アンテナアレイの実際のビームパターンとアンテナ素子の配置の情報のみから計算したビームパターンとは、素子単体の放射特性、素子間の結合、有限グラウンドとの相互作用、回路パターンとの相互作用等によって異なっていることが多い。このような場合、電磁界解析又は実測で得られたアンテナ素子のデータからビームパターンを作成することによってサイドローブを検出すれば、実際の機器特性に基づいたサイドローブ・メインローブ対応テーブルを作成することもできる。
【００４０】
電磁界シミュレーション又は実測によって得られたアンテナ特性がある場合には、このアンテナ特性を利用して到来角の推定時に校正が行われ得る。校正法には、到来角推定時のステアリングベクトルをアンテナ特性に基づいて変更するものがある。このような場合、到来角推定では校正されたステアリングベクトルで信号との相関が計算されるため、サイドローブとメインローブの関係も校正されたステアリングベクトルで得られるものとなる。そのため、サイドローブ・メインローブ対応テーブルは校正されたステアリングベクトルでビームパターンを計算して求めるとよい。
【００４１】
次に、外れ値判定方法について説明する。実施形態では、第１の到来角が外れ値であるか否かが第１の基準により判定され、第１の到来角が外れ値であるとき、第１の到来角をサイドローブ角度とした場合のメインローブ角度が外れ値であるか否かが第２の基準により判定される。
【００４２】
まず、第１の到来角についての外れ値判定方法について説明する。最も単純な方法は、同じ波源があまり動かない内に複数回の到来角推定を行って、到来角推定の結果のうちの明らかに異なる到来角を外れ値とする方法である。他には、受信信号の電力が明らかに小さい到来角が外れ値として除外されてもよい。また、複数の外れ値判定のための指標が組み合わせられてもよい。
【００４３】
さらには、後述するように、トラッキングで予測値が得られる場合、予測値と第１の到来角との差の絶対値が閾値以上である場合に外れ値と判定されてもよい。閾値は、受信電力等に対応して適応的に変化されてもよい。例えば、受信信号の電力が大きい方が第１の到来角の誤差が小さい確率が高い。したがって、電力が大きいときには、予測値との差が大きくても誤差は小さい可能性が高いと見做して、閾値が大きくされてよい。
【００４４】
外れ値判定に使用される電力は、１つのアンテナ素子の受信電力でよい。ただし、マルチパス環境ではアンテナ素子間で受信電力がばらつくことが多いので、１つのアンテナ素子の受信電力が用いられるよりは、全てのアンテナ素子の合計の電力又は平均電力が用いられることがより望ましい。さらには、第１の到来角が示す方向にビームを形成して電力を抽出すれば、雑音が多い場合でも精度の高い電力が得られる。また、到来角推定に固有値分解が用いられる場合、信号部分空間の全アンテナ素子の電力又は信号部分空間に対して第１の到来角が示す方向にビームを形成することで抽出された電力が用いられてもよい。
【００４５】
次に、メインローブ角度についての外れ値判定方法について説明する。第２の基準によるメインローブ角度の外れ値判定には、主としてトラッキングフィルタの予測値が使用される。詳細は後で説明する。ここではまず、サイドローブ角度に対するメインローブ角度が複数ある場合の選択方法を説明する。
【００４６】
最も単純な方法は、特定の１つのメインローブ角度を選択せずに、複数のメインローブ角度のそれぞれが外れ値であるか否かを第２の基準で判定し、外れ値でないものを第２の到来角とする方法である。なお、第２の基準を満足するメインローブ角度が２つ以上ある場合には、それぞれの判定に使用された指標の値が最もよいもの、すなわち、最も外れ値である確率が小さいものが採用されてよい。指標の値が最もよいメインローブ角度は、例えば予測値との差が最も小さいメインローブ角度又は他の時刻で出力された到来角との差が最も小さいメインローブ角度である。このようにして１つのメインローブ角度が選択される場合、選択されたメインローブ角度は第２の基準によって既に外れ値でないと判定されている。したがって、選択されたメインローブ角度についてさらに第２の基準による判定がされる必要はない。
【００４７】
他の方法として、ビームパターンを計算する際にメインローブの電力に対するサイドローブの電力を併せて検出して、メインローブの電力とサイドローブの電力との対応をテーブルに記録し、記録したテーブルの参照によってサイドローブの電力が大きいメインローブを採用する方法がある。この場合、最大の電力を有するサイドローブに対応したメインローブのメインローブ角度が選択されてよい。また、他の方法として、電力の大きい順に対応するメインローブ角度を選択していき、第２の基準を満足したところで選択を止める方法もある。
【００４８】
他の方法として、受信信号に対して複数のメインローブ角度でビームを形成して電力を抽出し、電力が大きかったメインローブ角度について第２の基準に基づく判定をする方法もある。また、他の方法として、電力の大きい順にメインローブ角度を選択し、選択したメインローブ角度について第２の基準で判定し、第２の基準を満足したところでやめる方法もある。
【００４９】
なお、第１の基準に基づく外れ値の判定方法と第２の基準に基づく外れ値の判定方法とは同じでもよいし、異なっていてもよい。外れ値の判定方法が同じである場合、判定に用いられる閾値等のパラメータは同じでもよいし、異なっていてもよい。この変形として、第１の基準に基づく判定が行われずに、第１の到来角と１つ以上のメインローブ角度とに対して同時に第２の基準に基づく判定が行われ、判定の結果、最も指標が優れていたメインローブ角度が選択されてもよい。
【００５０】
実施形態の到来角推定システム１００は、アンテナを有する電子装置と送信機とを有している。しかしながら、実施形態の到来角推定システム１００は、マルチパス環境でのアレイ素子による到来角推定の外れ値の頻度を改善する必要がある環境であれば、必ずしもアンテナを有する電子装置と送信機とを有していなくてもよい。例えば、アレイ素子による到来角推定は、音波でもほぼ同じ原理で動作する。したがって、到来角推定システム１００は、アンテナの代わりにマイク等の集音素子を含む受信素子アレイを有する電子装置を有していてもよい。この場合、例えば送信機は、スピーカや話者、振動物等の音源又は音波反射源に置き換えられてよい。
【００５１】
また、図１では、波源は送信機である。しかしながら、実施形態において適用され得る波源は、送信機のように信号を発する意図を持って構成された波源である必要はない。実施形態において適用され得る波源は、電子レンジのような雑音源であってもよいし、それ自体が信号を発することはせずに他からの電波を反射するレーダ目標物であってもよい。
【００５２】
図４は、一つの実施の形態の到来角推定システムの第２の例の構成を示す図である。図１との違いは、処理部５がトラッキングフィルタ１０を有している点と、置換部８から出力される第２の到来角がトラッキングフィルタ１０に入力される点である。トラッキングフィルタ１０に関する動作以外は、図１と同様である。したがって、それらの説明は省略する。
【００５３】
トラッキングフィルタ１０は、例えばカルマンフィルタであり、電子装置１を基準とした送信機２０の角度をトラッキングする。このトラッキングフィルタ１０は、トラッキングで得られた推定値をトラッキング結果として出力する。トラッキングでは、特に対象の角度が時々刻々と変化するような場合、入力が長期間欠損すると予測値又は推定値が本来の値から大幅にずれる、いわゆるトラッキングが外れた状態となることがある。
【００５４】
外れ値と判定された第１の到来角を除外するだけでは、トラッキングフィルタ１０に対する入力が長期間欠損してトラッキングが外れた状態となる可能性がある。そこで、前述したように、第１の到来角をただ単に外れ値として除外するのではなく、第１の到来角のうちでメインローブ角度に置換できるものを置換することで、外れ値の頻度を減らす。これにより、トラッキングフィルタ１０に対する入力が長期間欠損する可能性が低減して、トラッキング外れが抑圧され得る。
【００５５】
図４の例で、第１の基準を用いた第１の到来角に対する外れ値の判定と第２の基準を用いたメインローブ角度に対する外れ値の判定とは前述した方法と同一であってもよいが、異なっていてもよい。ここでは、別の方法として、トラッキングフィルタ１０が出力した予測値を利用して外れ値の判定をする方法を説明する。
【００５６】
カルマンフィルタ及びαβフィルタのようなトラッキングフィルタでは、入力値のトラッキングにより得られた推定値の他に、その先の時刻の予測値も出力され得る。これを利用して、第２の基準をトラッキングフィルタで得られた予測値とメインローブ角度との差の絶対値に対して設定することができる。この場合、差の絶対値が所定の範囲内、例えば３０度以内であれば、外れ値でない、３０度を超えていれば外れ値であるといった形で判定が行われる。このような判定のために、トラッキングフィルタ１０は、破線の矢印で示すようにして予測値を置換部８に入力する。置換部８は、入力された予測値とメインローブ角度との差の絶対値に基づいて、メインローブ角度の外れ値判定を行う。また、置換部８は、複数のメインローブ角度が入力されているときには、最も差の絶対値が小さいメインローブ角度を選択する。複数のメインローブ角度の全てについての差の絶対値が所定の範囲外であれば、置換部８は、トラッキングフィルタ１０に第２の到来角を入力しない。このとき、トラッキングフィルタ１０は、入力の欠損があった時間を飛ばして、前後の入力があった時刻の時間間隔で入力があったとみなしてトラッキングをする。
【００５７】
また、外れ値判定部７による第１の到来角に対する第１の基準を用いた外れ値判定もトラッキングフィルタ１０からの予測値に基づいて行われてもよい。この場合、トラッキングフィルタ１０は、外れ値判定部７にも予測値を入力する。
【００５８】
フィルタがカルマンフィルタのように入力値の性質に基づいて適応的に利得等のパラメータを変化させることができる適応トラッキングフィルタであれば、観測雑音(測定値に含まれる誤差)を、受信強度に対応して変更するとよい。到来角推定では推定角の誤差分散は電力に反比例することが知られているため、測定値（角度）の観測雑音を受信振幅（受信電力の平方根）に反比例するように変更するとよい。受信振幅を計算するもととなる受信電力の求め方は、前述と同様である。
【００５９】
外れ値と判定されずに第１の到来角がそのまま第２の到来角としてトラッキングフィルタ１０に入力される場合は、観測雑音を受信振幅に比例させることで正しい利得の調整をすることができる。一方、第１の到来角が外れ値と判定され、代わりに第２の到来角としてメインローブ角度が入力される場合でも、受信振幅が使用されて問題ない。外れ値が発生した時の受信電力は小さいことが多い。したがって、第１の到来角が外れ値である状況では、置き換えられたメインローブ角度の誤差も小さくない可能性が高い。カルマンフィルタでは、観測雑音が大きいと更新時の新規入力値の寄与を決定する利得が小さくなる。第１の到来角が外れ値である場合のメインローブ角の誤差は大きいと予想される。この場合、トラッキングが外れない程度に軌跡が維持されればよい。このため、利得が小さいことは却って望ましい。
【００６０】
電力として特定の到来角方向の電力が利用される場合には、メインローブ角度の方向にビームを作って、メインローブ角度の電力が抽出されてもよい。この場合、第１の到来角の電力よりもメインローブ角度の電力の方が低い確率が高いので、より新規の入力値の寄与は小さくなる。
【００６１】
なお、フィルタは予測値を出力できるトラッキングフィルタでなくてもよい。トラッキングフィルタの代わりに、移動平均値を出力するフィルタ等の時不変のインパルス応答で記述されるフィルタが用いられてもよい。予測値を出力できないフィルタの場合、波源の動きが小さければ１つ前の推定値が予測値の代わりに利用されてもよい。あるいは、予測値を出力できないフィルタの場合、電力による判定等の、予測値との差を必要と使用しない外れ値判定が使用されてもよい。
【００６２】
また、適応トラッキングフィルタでなく、αβフィルタのように固定係数のフィルタが使用されてもよい。また、粒子フィルタのように非線形モデルに対応できるフィルタが使用されてもよい。
【００６３】
トラッキングフィルタ１０で得られた予測値を利用して外れ値判定が行われる場合、予測値はある程度に正しい必要がある。予測値が正しくなく、軌跡が外れ値に追従しているときには外れ値判定が正しく行われないためである。したがって、トラッキングの初期値は外れ値にならないように作る必要がある。例えば、次のようにする。
【００６４】
トラッキングの開始時に、到来角推定部６は、波源が大きく動かない短期間で複数の第１の到来角を推定する。そして、外れ値判定部７は、到来角推定部６で得られた複数の第１の到来角の統計処理、例えば、最近傍法を用いた第１の到来角のグループ化、第１の到来角のヒストグラムの算出、第１の到来角の平均値及び標準偏差の算出等を利用することで、第１の到来角を外れ値と外れ値でないものとに分ける。トラッキングフィルタ１０は、外れ値でない第１の到来角のみを利用してトラッキングの初期軌跡を生成する。第１の到来角が外れ値のグループと外れ値でないグループとほぼ均等に分かれてしまうような場合には、外れ値判定部７は、電力等の外れ値判定の指標に使用できるパラメータでそれぞれの第１の到来角に重み付けをしてより外れ値でない確率が高いグループを選択する。または、外れ値判定部７は、複数の第１の到来角のうち、良い指標の値に対応した第１の到来角のみを選択してトラッキングの初期軌跡を生成してもよい。指標に対してできるだけ外れ値を含まないように閾値が設定されると、残るサンプルの数が非常に少なくなることがある。その場合、通常のトラッキングではなく、１次関数又は２次関数で軌跡を近似する等の方法により、サンプルの間隔が開いても軌跡を作成できるようにするとよい。また、良い指標に対応する第１の到来角であっても外れ値である可能性はあるので、外れ値判定部７は、指標に基づいて第１の到来角を選択した後で統計的処理をすることで外れ値を除外してもよい。
【００６５】
また、トラッキングの予測値との差に対して第１の基準が設定される場合、第１の到来角が外れ値であるとの判定又は第１の到来角からメインローブ角度への置き換えが長期間連続する場合には、予測値が正しく得られておらず、外れ値判定が正常に行われていない可能性がある。このような場合に備え、トラッキングフィルタ１０は、外れ値が所定の数を超えて連続したら又は所定の入力数の内の外れ値の割合が所定の値を超えたら、正しい予測値が得られてないと判断して、初期値作成からトラッキングをやり直してもよい。
【００６６】
図５は、図１の送信機２０の一例としての無線タグの方位推定の結果の一例を示した図である。図５の実線は第１の到来角に相当する推定値を示す。図５の丸印はそれぞれの第１の到来角をサイドローブ角度としたときのメインローブ角度を示す。図５の実線で示すように、第１の到来角の推定値は、主として０度から１００度の間で推移している。したがって、無線タグは電子装置１から見て概ね０度から１００度の方向にあることが分かる。一方、図５において一部の推定値は１５０度から３００度の値を示している。これらの推定値は外れ値と考えることができる。ここで、図５において、外れ値が出力されているタイミングにおいてメインローブ角度を示す丸印が本来の無線タグのある方向に近い角度に現れている場合がある。特に、図５の破線で囲われているサンプル番号５０〜１２０とサンプル番号２００〜２６０とでは、外れ値のタイミングでメインローブ角度が本来の無線タグの方向を示している。この場合、外れ値がメインローブ角度で置き換えられることによって、到来角は正しい値に近い角度を示すことになる。
【００６７】
図６Ａ及び図６Ｂは、実施形態の到来角推定システムの効果を説明するための図である。ここで、図６Ａ及び図６Ｂは、図５のデータに対して第１の基準及び第２の基準の両方が予測値との差の絶対値に対して設定されるとして外れ値判定と置換判定とを行ってからカルマンフィルタでトラッキングをした結果を示している。
【００６８】
図６Ａは、第１の到来角について外れ値判定がされて外れ値と判定された点をただ単に除外した場合のトラッキング結果を示している。一方、図６Ｂは、第１の到来角をサイドローブ角度としたときのメインローブ角度が外れ値でなければ第１の到来角をメインローブ角度に置き換えた場合のトラッキング結果を示している。図６Ａ及び図６Ｂの丸印は、第１の到来角を示している。一般に、方位角は０度と３６０度とが繋がった円上に定義される。したがって、図６Ａ及び図６Ｂでは、予測値との差の絶対値が最も小さくなるようにそれぞれの推定された第１の到来角に３６０度を加算又は減算している。また、図６Ａ及び図６Ｂにおいて、丸印に重なるようにプロットされているバツ印は、対応する第１の到来角が外れ値と判定されたことを示す。したがって、図６Ａでは、バツ印の点をスキップしてトラッキングが行われている。一方、図６Ｂの三角印は、第２の基準によって外れ値でないと判定されて置換された第１の到来角に対応するメインローブ角度である。図６Ｂでは、複数のメインローブ角度が得られているときには、複数のメインローブ角度のうちで予測値との差の絶対値が最も小さいメインローブ角度が選択されている。また、図６Ａ及び図６Ｂの実線はトラッキングによって得られた予測値である。カルマンフィルタによる推定値は、予測値の時刻を状態遷移行列の逆行列を用いて戻したものである。この推定値は、予測値と殆ど同じ線になるため、図６Ａ及び図６Ｂでは省略されている。
【００６９】
また、図６Ａ及び図６Ｂにおいて、図５において破線で囲われているサンプル番号５０〜１２０とサンプル番号２００〜２６０は、破線で囲われている。サンプル番号５０〜１２０について、図６Ｂの予測値は、図６Ａの予測値よりも推定値に沿っている。また、サンプル番号２００〜２６０について、図６Ａの予測値は、外れ値の連続により本来の値から大幅にずれている。つまり、図６Ａのサンプル番号２００〜２６０では、トラッキングが外れた状態となっている。一方、図６Ｂの予測値は、自然な曲線でサンプル番号２６１以降につながっている。
【００７０】
図７は、一つの実施の形態の到来角推定システムの第３の例の構成を示す図である。電子装置１がブルートゥース機器等の低価格品である場合等では、電子装置１はあまり高度な処理をすることができない可能性がある。その場合、トラッキングは、電子装置１とは別の場所にある又は別の機材である処理装置、例えば処理用のサーバで行われてよい。この場合、図７に示すように、電子装置１は、第１の到来角とそれに対応するメインローブ角度を出力するだけの構成であってもよい。図７の電子装置１は、候補取得部１１を有している。候補取得部１１は、到来角推定部６で推定された全ての第１の到来角に対応したメインローブ角度を、サイドローブ・メインローブ対応テーブルを参照することで抽出する。そして、候補取得部１１は、抽出したメインローブ角度を第１の到来角とセットにして、サーバ等の処理装置に出力する。
【００７１】
第３の例の変形例として、電子装置１は、候補取得部１１とサイドローブ・メインローブ対応テーブル記憶部９を有していなくてもよい。この場合、電子装置１とは別の処理装置が、候補取得部１１とサイドローブ・メインローブ対応テーブル記憶部９とを有する。そして、この処理装置は、外れ値判定からトラッキングまでの処理を行う。さらには、電子装置１の信号受信部２と処理部５とは、互いに離れた場所にあってもよいし、互いに異なる機材に設けられていてもよい。
【００７２】
図８は、一つの実施の形態の信号処理方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。図８の処理は、処理部５において行われる。なお、以下で説明する処理部５による処理は必ずしもメモリに記憶されたプログラムに従って実行されるものに限らない。処理部５による処理は、ＡＳＩＣ及びＦＰＧＡ等のようにハードウェアに実装されたアルゴリズムに従って実行されるものであってもよい。
【００７３】
処理部５は、アンテナアレイ３のそれぞれのアンテナ素子からの情報に基づく到来角推定によって第１の到来角を推定する（Ｓ２００）。
【００７４】
次に、処理部５は、第１の基準により、第１の到来角が外れ値か否か判定する（Ｓ２０１）。ステップＳ２０１において、第１の到来角が外れ値でない場合には処理はＳ２０６に移行する。このとき、処理部５は、第１の到来角を第２の到来角として出力する（Ｓ２０６）。
【００７５】
ステップＳ２０１において、第１の到来角が外れ値である場合には処理はＳ２０２に移行する。このとき、処理部５は、サイドローブ・メインローブ対応テーブルを参照することで、第１の到来角をサイドローブ角度としたときのメインローブ角度を取得する（Ｓ２０２）。
【００７６】
次に、処理部５は、第２の基準により、メインローブ角度が外れ値か否か判定する（Ｓ２０３）。ステップＳ２０３において、メインローブ角度が外れ値でない場合には処理はＳ２０５に移行する。このとき、処理部５は、メインローブ角度を第２の到来角とする（Ｓ２０５）。その後、処理部５は、メインローブ角度を第２の到来角として出力する（Ｓ２０６）。
【００７７】
ステップＳ２０３において、メインローブ角度が外れ値である場合には処理はＳ２０４に移行する。このとき、処理部５は、第２の到来角を出力しない（Ｓ２０４）。
【００７８】
図８のように処理することにより、外れ値が連続することによって出力が長期間途切れる頻度を減らすことができる。なお、図７で説明したように、図８で示した処理は必ずしも同一の処理部５において行われる必要はない。図８で示した処理は、複数の分散された機器で行われてもよい。
【００７９】
図９は、一つの実施の形態の到来角推定システムの第４の例の構成を示す図である。第４の例では、アンテナアレイは受信側ではなく送信側に設けられている。しかしながら、到来角推定は受信側で行われる。このような到来角推定方法はAoD (Angle-of-Departure)推定と呼ばれている。
【００８０】
図９において、送信機２０は、アンテナアレイ２１ａを有している。送信機２０の送信部２２は、アンテナアレイ２１ａの各アンテナ素子から互いに直交した信号を出力する。送信部２２は、例えば無変調波（CW: Continuous Wave）又はパイロット等の既知信号を、アンテナ素子を一定時間毎に切り替えながら送ったり、アンテナ素子毎に直交する符号で変調してから送ったり、アンテナ素子毎に異なる周波数の信号にして送ったりする。
【００８１】
一方、受信側である電子装置１は、どのアンテナ素子からどのような種類の信号が来るかを予め送信機２０からの通知等により知っている。そして、電子装置１は、受信した信号から、アンテナ素子毎の複素信号を分離する。また、到来角推定部６が到来角を推定するためには、アンテナアレイ２１ａの配置又はアンテナ特性情報が必要であり、図示しない位置推定部がアンテナ３ａを有する機器の送信機２０を基準とした位置を推定するためには、送信機２０の位置が必要である。これらの、アンテナ素子の配置又はアンテナ特性情報や送信機２０の位置は予め、通知されていたり、記憶部に保持されていたりする等して既知であるように構成されている。
【００８２】
前述したように、サイドローブ・メインローブ対応テーブルは、アンテナ素子の配置の情報及びアンテナ素子の特性情報から作成することも可能である。したがって、受信側の処理能力が高い場合には、サイドローブ・メインローブ対応テーブルは、前述のテーブル作成方法と同様の方法でその場で作成されてもよい。サイドローブ・メインローブ対応テーブルを通信によって他から取得する場合、アンテナ特性が理想的であるとの仮定に基づいてアンテナ素子の配置の情報のみからサイドローブ・メインローブ対応テーブルが作成されているならば、テーブルの通知量を減らすことができる。
【００８３】
例えば、等間隔円形アレイであれば、アンテナ素子の配置は円の中心に対して回転対称であるので、１つのアンテナ素子の円の中心からの方向から隣接するアンテナ素子の方向までの半分の角度の情報があれば、全角度のテーブルを作成することができる。例えば、図２Ｂでは、アンテナアレイは４素子円形アレイである。このとき、アンテナ素子間の角度は９０度であるので、４５度分の情報があればアンテナアレイの全角度のテーブルを作成することができる。具体的には、縦軸である０度〜９０度までのメインローブ角度と対応するサイドローブ角度に９０度が足されると、９０度〜１８０度までのメインローブ角度と対応するサイドローブ角度になる。このように、４素子円形アレイであれば、メインローブ角度とサイドローブ角度とにそれぞれ９０度を順に足していけば良いことが分かる。さらには、４素子円形アレイでは、メインローブ角度が０度〜４５度のメインローブと９０度〜４５度のメインローブとは線対称である。したがって、例えば、メインローブ角度が３０度のときに１２２度に現れているサイドローブは、メインローブ角度が６０度の時には６０−（１２２−３０）＝−３２度、すなわち、３２８度に現れている。
【００８４】
このようにアンテナ素子の対称性を利用してアンテナ素子間の角度の半分のメインローブ角度とサイドローブ角度の組から、アンテナアレイの全角度のメインローブ角度とサイドローブ角度の組を生成できる。この全角度の組をソートすることで、サイドローブ・メインローブ対応テーブルが生成されてもよい。また、アンテナ素子の対称性によるメインローブ角度及びサイドローブ角度の対称性は、縦軸と横軸とを入れ替えても成立する。したがって、サイドローブ・メインローブ対応テーブルのアンテナ素子間の角度の半分のデータを通信等によって取得し、取得したアンテナ素子間の半分の角度のデータから全角度のテーブルが生成されてもよい。
【００８５】
また、円形アレイではなく、等間隔リニアアレイの場合には、このような対称性はアレイの線に垂直な方向に対する線対称性のみとなる。この場合、正面（０度）〜片側９０度のサイドローブ・メインローブ対応テーブルのデータから、残りのデータが生成されればよい。
【００８６】
図９において、受信側の装置は、電子装置３０と、処理装置４０とを有している。電子装置３０は、アンテナ３ａと、受信部４と、到来角推定部６とを有している。処理装置４０は、外れ値判定部７と、置換部８と、サイドローブ・メインローブ対応テーブル記憶部９とを有している。処理装置４０は、トラッキングフィルタ１０を有していてもよい。
【００８７】
アンテナ３ａは、図１とは異なって単独のアンテナ素子であり、送信機２０から送信された信号を受信する。
【００８８】
図９の例の受信部４は、各種の物理層での受信処理及びプロトコル層の処理を行い、到来角推定に使用する受信信号を複素信号に変換する。この変換に際して、図９の例の受信部４は、受信された信号をアンテナアレイ２１ａのアンテナ素子毎の信号に分離する。例えば、受信部４は、アンテナ素子が切り替えられながら時分割で信号が送信されているのであれば、受信された信号を時間毎に分けて分離する。また、受信部４は、受信信号が直交符号変調されているのであれば、アンテナ素子毎に予め定められた符号で逆拡散する。
【００８９】
到来角推定部６は、第１の到来角を推定する。到来角推定部６における到来角推定方法は、基本的には前述したアンテナアレイが電子装置に設けられている場合と同様でよい。ただし、到来角推定に際しては送信側のアンテナアレイ２１ａのアンテナ素子の配置情報又はアンテナ特性情報が使用される。
【００９０】
図９において推定される第１の到来角は、送信機２０から電子装置１を見た角度である。一般にアンテナアレイを使用する到来角推定ではアンテナ素子間の位相差及び振幅差の情報が利用される。位相差や振幅差は送受が逆転してもほぼ同じ値となるので、図９のような構成であっても到来角推定をすることができる。すなわち、送信機２０が有するアンテナアレイ２１ａから送信された信号を電子装置１が有するアンテナ３ａで受信した場合に推定される到来角と、電子装置１が有するアンテナ３ａから送信された信号を送信機２０が有するアンテナアレイ２１ａで受信した場合に推定される到来角とはほぼ同等になる。したがって、マルチパスによって到来角が外れ値となるなり方は、図１の場合と図９の場合とで同等になる。
【００９１】
ここで、図９において、図１と同様に処理装置４０は、電子装置３０と一体であってもよいし、電子装置３０とは別体で通信を介して電子装置３０と接続されていてもよい。さらに、処理装置４０は、送信機２０と一体でもよい。
【００９２】
電子装置３０が無線タグのような低コストかつ低消費電力の機器である場合、電子装置３０はあまり多くの機能を持てない。そこで、電子装置３０は、到来角推定結果を処理能力の高い処理装置４０に委託する。この場合の電子装置３０と処理装置４０との間の通信は、有線でも無線でもよい。つまり、通信は、電子装置３０及び処理装置４０の両方がサポートしている方式で行われればよい。
【００９３】
また、電子装置３０がスマートフォンのようなやや高い処理能力を有する機器であっても、それが送信機２０の側を一瞬だけ通り過ぎるだけであるならば、サイドローブ・メインローブ対応テーブルを送信機２０から取得するときの通信量は少なくない。サイドローブ・メインローブ対応テーブルをやりとりしてもよいが、望ましくは、送信機２０そのものか、送信機２０の近くに半固定的に存在する他の処理装置か、又は送信機２０の近くに存在する他のノードを介して接続された他の処理装置が予めサイドローブ・メインローブ対応テーブルを記憶しておくことが望ましい。
【００９４】
アンテナアレイを有する機器の規模は、アンテナアレイを持たない機器の規模よりも大きくなりやすい。また、アンテナアレイを有する機器の価格は、アンテナアレイを持たない機器の価格よりも高くなりやすい。無線タグに対する適用例として、図１０に示す第５の例の到来角推定システムが用いられてもよい。
【００９５】
図１０では、アンテナアレイ２１ａを有する送信機２０は比較的に大きい電力で到来角推定用の信号を送信し続ける。電力が大きければ比較的に広い範囲まで信号が到達する。一方、角度検出の対象である無線タグ５０は、送信機２０からの信号を受信し、第１の到来角を推定する。そして、無線タグ５０は、第１の到来角をノード３０１、３０２、３０３のいずれか１以上に送る。無線タグ５０は、第１の到来角を推定しなくてもよい。この場合、無線タグ５０は、アンテナ素子毎の複素信号をそのまま他の到来角推定部を有する機器に送る。
【００９６】
ノード３０１、３０２、３０３は、送信機２０よりも高密度に配置され、かつ、低電力の通信を行うように構成されている。処理装置４０と、ノード３０１、３０２、３０３とは例えば有線で接続される。処理装置４０と、ノード３０１、３０２、３０３とは例えばメッシュ型の通信網を形成していてもよい。また、図１０では、３つのノードが示されているが、ノードの数は３つに限るものではない。
【００９７】
ノード３０１、３０２、３０３は、無線タグ５０から第１の到来角を受信し、受信した第１の到来角を処理装置４０に送信する。処理装置４０は、前述した外れ値判定等の処理を行って、必要に応じて到来角をメインローブ角度に置き換える。処理装置４０で得られる第２の到来角の情報は、処理装置４０から、無線タグ５０の角度の情報を使用する他の機器に通知される。なお、処理装置４０は、単独であってもよいし、ノード３０１、３０２、３０３の何れかと一体であってもよいし、送信機２０と一体であってもよい。
【００９８】
このような第５の例では、アンテナアレイを有する機器の数を減らすことができる。これにより、無線タグの消費電力及び装置規模の増大を抑圧しつつ、外れ値の影響の小さい角度検出を行うことができる。
【００９９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１  電子装置、２  信号受信部、３  アンテナアレイ、３ａ  アンテナ、４  受信部、５  処理部、６  到来角推定部、７  外れ値判定部、８  置換部、９  サイドローブ・メインローブ対応テーブル記憶部、１０  トラッキングフィルタ、１１  候補取得部、２０  送信機、２１  アンテナ、２１ａ  アンテナアレイ、２２  送信部、３０  電子装置、４０  処理装置、５０  無線タグ、１００  到来角推定システム、３０１，３０２，３０３  ノード。
【図１】
2020071123.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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