(57)【要約】【課題】推定装置に対する生体を含む動体の方向または位置を精度よく推定することができる推定装置を提供する。【解決手段】動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、動体の動きの周期に相当する第１期間について観測する受信部１３と、第１期間に観測された複数の受信信号から、伝搬特性を表す第一複素伝達関数を複数算出する第一複素伝達関数算出部１４と、第一複素伝達関数から、揺らぎに対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出する第二複素伝達関数算出部１５と、算出された複数の第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、動体に関する成分に対応する動体情報を抽出する動体情報算出部１６と、当該動体情報を用いて、動体の存在する方向を推定する方向推定処理部１７と、を備える。【選択図】図１
2020109389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を有するアンテナ部を備える推定装置による推定方法であって、
測定対象の領域に前記送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信し、
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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、前記動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出し、
前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出し、
算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出し、
所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、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。
【請求項２】
前記第二複素伝達関数の算出では、
前記第一複素伝達関数から一つの要素を抽出し、前記第一複素伝達関数の全要素を抽出した前記一つの要素にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出する
請求項１に記載の推定方法。
【請求項３】
前記第二複素伝達関数の算出では、
前記第一複素伝達関数の全要素の平均値を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を算出した前記平均値にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出する
請求項１に記載の推定方法。
【請求項４】
前記第二複素伝達関数の算出では、
前記第一複素伝達関数の相関行列を算出し、前記相関行列を固有値分解することで固有値および固有ベクトルを算出し、前記固有値が最大となる対となる前記固有ベクトルを前記第一複素伝達関数に乗算して、直接波のチャネル成分である第三複素伝達関数を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を前記第三複素伝達関数にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出する
請求項１に記載の推定方法。
【請求項５】
前記第二複素伝達関数の算出では、
前記第一複素伝達関数を特異値分解することで左特異ベクトルおよび右特異ベクトルを算出し、前記左特異ベクトルおよび前記右特異ベクトルを前記第一複素伝達関数に乗算して、直接波のチャネル成分である第四複素伝達関数を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を前記第四複素伝達関数にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出する
請求項１に記載の推定方法。
【請求項６】
前記所定の到来方向推定手法は、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、ビームフォーマ法、およびＣａｐｏｎ法のいずれかに基づく推定手法である
請求項１から５のいずれか１項に記載の推定方法。
【請求項７】
前記受信信号は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号に変調されている信号である
請求項６に記載の推定方法。
【請求項８】
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による推定方法であって、
測定対象の領域に前記Ｍ個の送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信し、
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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、当該動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出し、
前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）前記送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出し、
算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出し、
所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、前記動体の存在する位置を推定する
推定方法。
【請求項９】
前記第二複素伝達関数の算出では、
前記第一複素伝達関数から一つの要素を抽出し、前記第一複素伝達関数の全要素を抽出した前記一つの要素にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出する
請求項８に記載の推定方法。
【請求項１０】
前記第二複素伝達関数の算出では、
前記第一複素伝達関数の全要素の平均値を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を算出した前記平均値にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出する
請求項８に記載の推定方法。
【請求項１１】
前記第二複素伝達関数の算出では、
前記第一複素伝達関数の相関行列を算出し、前記相関行列を固有値分解することで固有値および固有ベクトルを算出し、前記固有値が最大となる対となる前記固有ベクトルを前記第一複素伝達関数に乗算して、直接波のチャネル成分である第三複素伝達関数を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を前記第三複素伝達関数にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出する
請求項８に記載の推定方法。
【請求項１２】
前記第二複素伝達関数の算出では、
前記第一複素伝達関数を特異値分解することで左特異ベクトルおよび右特異ベクトルを算出し、前記左特異ベクトルおよび前記右特異ベクトルを前記第一複素伝達関数に乗算して第四複素伝達関数を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を前記第四複素伝達関数にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出する
請求項８に記載の推定方法。
【請求項１３】
前記所定の到来方向推定手法は、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、ビームフォーマ法、およびＣａｐｏｎ法のいずれかに基づく推定手法である
請求項８または１２に記載の推定方法。
【請求項１４】
前記受信信号は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号に変調されている信号である
請求項１３に記載の推定方法。
【請求項１５】
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を有するアンテナ部と、
測定対象の領域に前記送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信する送信部と、
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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、前記動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出する第一複素伝達関数算出部と、
前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と前記受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出する第二複素伝達関数算出部と、
算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出する動体情報算出部と、
所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、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。
【請求項１６】
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を有するアンテナ部を備える推定装置による推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
測定対象の領域に前記送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信し、
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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、前記動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出し、
前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出し、
算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出し、
所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、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
推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線信号を利用することで動体の方向または位置を推定する推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１または特許文献２では、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開示されている。特許文献１には、無線機の複素伝達関数の周波数応答を利用して検出対象となる人物の位置を知る方法が開示されている。また、特許文献２には無線機の複素伝達関数のうち、所定の間隔の２つの時点における２つの複素伝達関数の差分情報を利用して検出対象となる人物の位置や状態を知る方法が開示されている。
【０００３】
また、特許文献３には複数のセンサ間でタイマー補正命令によりタイミング補正を行う方法が開示されている。特許文献４には２つのセンサの統計結果に基づいて疲労度を測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７２１７３号公報
【特許文献２】特開２０１７−１２９５５８号公報
【特許文献３】特開２０１４−２１６７８６号公報
【特許文献４】特開２０１１−０１９８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜４のような技術では、推定装置に対する生体の方向または位置を精度よく推定することが難しいという課題がある。
【０００６】
本開示は、上述の事情を鑑みてなされたもので、推定装置に対する生体を含む動体の方向または位置を精度よく推定することができる推定方法など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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本開示の一形態に係る推定方法は、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を有するアンテナ部を備える推定装置による推定方法であって、測定対象の領域に前記送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信し、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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、前記動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出し、前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出し、算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出し、所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、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。
【０００８】
また、本開示の他の一態様に係る推定方法は、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による推定方法であって、測定対象の領域に前記Ｍ個の送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信し、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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、当該動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出し、前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）前記送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出し、算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出し、所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、前記動体の存在する位置を推定する。
【０００９】
また、本開示の一態様に係る推定装置は、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を有するアンテナ部と、測定対象の領域に前記送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信する送信部と、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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、前記動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出する第一複素伝達関数算出部と、前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と前記受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出する第二複素伝達関数算出部と、算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出する動体情報算出部と、所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、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。
【００１０】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、推定装置に対する生体を含む動体の方向または位置を精度よく推定することができる推定方法などを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１における推定装置の構成、および、検出対象の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示すアンテナ部における信号波の伝達の様子を概念的に示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１における受信I,Q信号の周波数成分の一例を示す概念図である。
【図４】図４は、実施の形態１における推定装置の推定処理を示すフローチャートである。
【図５】図５は、実施の形態２における推定装置の構成、および、検出対象の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、実施の形態２における推定装置の推定処理を示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態２に係る推定方法を用いた実験の概念を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係る推定方法を用いた実験の条件を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態２に係る推定方法を用いた実験結果を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る推定方法を用いた別の実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本開示の基礎となった知見）
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。
【００１４】
例えば特許文献１には、フーリエ変換を用いてドップラシフトを含む成分を解析することで検出対象となる人物の位置や状態を知る方法が開示されている。より具体的には、複素伝達関数の要素の時間変化を記録し、その時間波形をフーリエ変換する。人物などの生体は呼吸や心拍などの生体活動は、反射波に僅かなドップラ効果を与える。したがって、ドップラシフトを含む成分は人物の影響を含んでいる。一方、ドップラシフトの無い成分は人物の影響を受けていない、つまり固定物からの反射波や送受信アンテナ間の直接波に対応する。以上のことから、特許文献１では、ドップラシフトを含む成分を解析することで検出対象となる人物の位置や状態を知ることができることが開示されている。
【００１５】
また特許文献２には無線機の複素伝達関数のうち、所定の間隔の２つの時点における２つの複素伝達関数の差分情報を利用して検出対象となる人物の位置や状態を知る方法が開示されている。
【００１６】
しかしながら、上述した特許文献１および２の方法は、送信機および受信機を用いて、または、複数の無線機を用いて推定装置を構成しているが、送信機と受信機との間のクロック周波数誤差、ＡＤ変換機およびＤＡ変換機内で使われるサンプリングクロック周波数誤差など、送信機および受信機由来の周波数変動に関する記載がない。そして無線機の複素伝達関数、またはそれに順ずる情報の時系列データを扱い生体の方向や位置を推定する場合、人により発生したドップラシフトと前記クロック周波数誤差の区別がつかないという課題がある。
【００１７】
また、特許文献３には複数のセンサ間にタイマー補正命令を送りタイミング補正する方法が開示されているが、無線機のＲＦ信号の位相調整をコマンドで行うのは難しい。また、特許文献４は加速度センサを対象とした技術であって、無線機に適用することは難しい。
【００１８】
発明者らは、以上の課題に対して研究を重ねた結果、図３に示すように受信信号には、送信アンテナから送信される送信信号１００、送信機および受信機由来の周波数変動１０２、生体由来のドップラシフト１０１などの成分が含まれることを見出した。その中でも、送信信号１００が空間を伝播することによる減衰または位相回転は周波数変動が少なく、送信機および受信機由来の周波数変動と生体由来のドップラシフトは周波数変動が大きいことが分かった。更に、発明者らは、送信信号１００が空間を伝播することによる減衰または位相回転と、前記送信機および受信機由来の周波数変動とは、受信アンテナ毎に成分の差分が小さいことと、生体由来のドップラシフトは受信アンテナ毎に成分の差分が大きい事を見出した。これにより、例えば、前記複素伝達関数の任意の１成分を抽出し当該抽出された成分などのような、受信信号に含まれる直接波のチャネル成分（直接波のチャネル成分とも言う）にて前記複素伝達関数の全要素を除算することで、前記送信機および受信機由来の周波数変動の成分を抑制し、送信機および受信機のクロック周波数誤差が発生する場合でも無線信号を利用して推定装置に対する動体が存在する方向または位置等の推定を精度よく行うことができる推定方法等を見出すことに至った。
【００１９】
すなわち、本開示の一態様に係る推定方法は、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を有するアンテナ部を備える推定装置による推定方法であって、測定対象の領域に前記送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信し、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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、前記動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出し、前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出し、算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出し、所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、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。
【００２０】
これによれば、受信信号から動体を経由しない直接波成分を抽出し、周波数誤差によって生じる位相回転を検出し、複素伝達関数から送信部および受信部間のクロック揺らぎ、および、周波数誤差由来の位相回転を除去するため、動体の存在する方向を精度よく推定することが可能となる。
【００２１】
また、前記第二複素伝達関数の算出では、前記第一複素伝達関数から一つの要素を抽出し、前記第一複素伝達関数の全要素を抽出した前記一つの要素にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出してもよい。
【００２２】
また、前記第二複素伝達関数の算出では、前記第一複素伝達関数の全要素の平均値を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を算出した前記平均値にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出してもよい。
【００２３】
また、前記第二複素伝達関数の算出では、前記第一複素伝達関数の相関行列を算出し、前記相関行列を固有値分解することで固有値および固有ベクトルを算出し、前記固有値が最大となる対となる前記固有ベクトルを前記第一複素伝達関数に乗算して、直接波のチャネル成分である第三複素伝達関数を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を前記第三複素伝達関数にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出してもよい。
【００２４】
また、前記第二複素伝達関数の算出では、前記第一複素伝達関数を特異値分解することで左特異ベクトルおよび右特異ベクトルを算出し、前記左特異ベクトルおよび前記右特異ベクトルを前記第一複素伝達関数に乗算して、直接波のチャネル成分である第四複素伝達関数を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を前記第四複素伝達関数にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出してもよい。
【００２５】
また、前記所定の到来方向推定手法は、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、ビームフォーマ法、およびＣａｐｏｎ法のいずれかに基づく推定手法であってもよい。
【００２６】
また、前記受信信号は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号に変調されている信号であってもよい。
【００２７】
また、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による推定方法であって、測定対象の領域に前記Ｍ個の送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信し、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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、当該動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出し、前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）前記送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出し、算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出し、所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、前記動体の存在する位置を推定してもよい。
【００２８】
これによれば、受信信号から動体を経由しない直接波成分を抽出し、周波数誤差によって生じる位相回転を検出し、複素伝達関数から送信部および受信部間のクロック揺らぎ、および、周波数誤差由来の位相回転を除去するため、動体の存在する位置を精度よく推定することが可能となる。
【００２９】
また、前記第二複素伝達関数の算出では、前記第一複素伝達関数から一つの要素を抽出し、前記第一複素伝達関数の全要素を抽出した前記一つの要素にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出してもよい。
【００３０】
また、前記第二複素伝達関数の算出では、前記第一複素伝達関数の全要素の平均値を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を算出した前記平均値にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出してもよい。
【００３１】
また、前記第二複素伝達関数の算出では、前記第一複素伝達関数の相関行列を算出し、前記相関行列を固有値分解することで固有値および固有ベクトルを算出し、前記固有値が最大となる対となる前記固有ベクトルを前記第一複素伝達関数に乗算して、直接波のチャネル成分である第三複素伝達関数を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を前記第三複素伝達関数にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出してもよい。
【００３２】
また、前記第二複素伝達関数の算出では、前記第一複素伝達関数を特異値分解することで左特異ベクトルおよび右特異ベクトルを算出し、前記左特異ベクトルおよび前記右特異ベクトルを前記第一複素伝達関数に乗算して第四複素伝達関数を算出し、前記第一複素伝達関数の全要素を前記第四複素伝達関数にて除算することで、前記第二複素伝達関数を算出してもよい。
【００３３】
また、前記所定の到来方向推定手法は、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、ビームフォーマ法、およびＣａｐｏｎ法のいずれかに基づく推定手法であってもよい。
【００３４】
また、前記受信信号は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号に変調されている信号であってもよい。
【００３５】
また、本開示の一態様に係る推定装置は、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を有するアンテナ部と、測定対象の領域に前記送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信する送信部と、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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、前記動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出する第一複素伝達関数算出部と、前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と前記受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出する第二複素伝達関数算出部と、算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出する動体情報算出部と、所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、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。
【００３６】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【００３７】
以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。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。
【００３８】
（実施の形態１）
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。
【００３９】
［推定装置１０の構成］
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１には、図１に示す推定装置１０の検出対象である生体が合わせて示されている。
【００４０】
図１に示す推定装置１０は、アンテナ部１１と、送信機１２と、受信部１３と、第一複素伝達関数算出部１４と、第二複素伝達関数算出部１５と、動体情報算出部１６と、方向推定処理部１７とを備える。推定装置１０は、推定装置１０に対する、動体の存在する方向を推定する。
【００４１】
［送信機１２］
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、送信機１２内部クロックｆＴＸを用いて生成する。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。
【００４２】
［アンテナ部１１］
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を有する。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とを有する。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を有し、受信アンテナ部１１Ｂ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。
【００４３】
上述したように、１個の送信アンテナ素子は、送信機１２が生成した信号（送信波）を送信する。そして、例えば図２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１個の送信アンテナ素子から送信され、生体５０によって反射された信号（受信信号）を受信する。
【００４４】
［受信部１３］
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。
【００４５】
本実施の形態では、受信部１３は、Ｎ個（ＭＲ個）の受信機（受信機１３−１〜受信機１３−Ｎ）からなる。受信機１３−１〜受信機１３−Ｎのそれぞれは、対応する受信アンテナ素子で受信された高周波の信号を、受信機内部クロックｆＲＸを用いて信号処理が可能な低周波の信号に変換する。受信部１３は、少なくとも第１期間、受信機１３−１〜受信機１３−Ｎのそれぞれが変換した低周波の信号を、第一複素伝達関数算出部１４に伝達する。
【００４６】
［第一複素伝達関数算出部１４］
第一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。
【００４７】
本実施の形態では、第一複素伝達関数算出部１４は、受信部１３から伝達された低周波の信号から、１個の送信アンテナ素子とＭＲ個の受信アンテナ素子との間の伝搬特性を表す複素伝達関数を算出する。以下、図２を用いてより具体的に説明する。
【００４８】
図２は、図１に示すアンテナ部１１における信号波の伝達の様子を概念的に示す図である。図２に示すように、送信アンテナ部１１Ａの送信アンテナ素子から送信される送信波は、生体５０によって反射され、受信アンテナ部１１Ｂの受信アレーアンテナに到達する。ここで、受信アレーアンテナは、ＭＲ個の受信アンテナ素子からなり、素子間隔ｄのリニアアレーである。また、受信アレーアンテナの正面から見た生体５０の方向をθとする。生体５０と受信アレーアンテナとの距離は十分に大きく、受信アレーアンテナに到来する生体由来の反射波は平面波と見なせるものとする。
【００４９】
この場合、第一複素伝達関数算出部１４は、受信アレーアンテナを使って観測された複素受信信号ベクトル
【数１】
2020109389.tif 000003
から、送信アンテナ素子と受信アレーアンテナとの間の伝搬特性を表す第一複素伝達関数ベクトルを算出することができる。第一複素伝達関数ベクトルｈ０は、例えば、
【数２】
2020109389.tif 000004
により算出できる。ここで、sは複素送信信号であり、既知であるものとする。なお、第一複素伝達関数ベクトルｈ０は、第一複素伝達関数の一例である。
【００５０】
［第二複素伝達関数算出部１５］
ここで第一複素伝達関数ベクトルｈ０には、送信機および受信機由来の周波数変動成分と、生体由来のドップラシフトとが含まれる。送信機および受信機由来の周波数変動成分には、例えば、（ｉ）送信信号の空間伝播による減衰または位相回転、（ｉｉ）送信機および受信機間のクロック周波数誤差（ｆＲＸ−ｆＴＸ）、（ｉｉｉ）ＤＡ変換など無線機内にて用いられるサンプリングクロック周波数誤差などが含まれる。第一複素伝達関数ベクトルｈ０から送信機および受信機由来の周波数変動成分の位相回転を除去するために、第二複素伝達関数算出部１５は、直接波成分としてｈ０内の任意の一つの要素ｈｌを抽出する。
【００５１】
【数３】
2020109389.tif 000005
【００５２】
そして、第二複素伝達関数算出部１５は、（式１）に示されるように第一複素伝達関数ベクトルｈ０の全要素を直接波成分として抽出した一つの要素ｈｌにて除算することで、第二複素伝達関数ベクトルｈ′を算出する。ここで、直接波成分の要素は、要素ｈ１など、第一複素伝達関数ベクトルｈ０のうちの一つの要素であればどの要素を用いても良い。なお、第二複素伝達関数ベクトルｈ′は、第二複素伝達関数の一例である。
【００５３】
このように、第二複素伝達関数算出部１５は、第一複素伝達関数ベクトルｈ０の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、第一複素伝達関数ベクトルｈ０から、（１）送信アンテナ部１１Ａから送信する送信信号を生成する送信部を含む送信機１２と受信部１３との間のクロック揺らぎ、および、（２）送信信号のデジタル−アナログ変換または受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数ベクトルｈ′を算出する。
【００５４】
［動体情報算出部１６］
動体情報算出部１６は、算出された第二複素伝達関数ベクトルｈ′を用い、特許文献１に記載の差分情報算出部と同様に所定間隔の２つの時点における２つの第二複素伝達関数ベクトルｈ′の差分情報を算出することで、動体情報を算出する。つまり、動体情報算出部１６は、算出された複数の第二複素伝達関数ベクトルｈ′における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、動体に関する成分に対応する動体情報を抽出する。例えば、動体情報算出部１６は、動体情報として、生体の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する動体情報を抽出する。
【００５５】
なお、この動体情報は第二複素伝達関数ベクトルｈ′より生体由来の成分を算出すればよく、周波数応答を用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５６】
本実施の形態では、受信アンテナ素子は複数（ＭＲ個）あるため受信アンテナ部１１Ｂに対応する第二複素伝達関数ベクトルｈ′の差分値（差分情報）の数も複数となる。これらをまとめて複素差分チャネルベクトルと定義する。受信アンテナ素子の数をＭＲとすると複素差分チャネルベクトルは、
【数４】
2020109389.tif 000006
と表せ、
【数５】
2020109389.tif 000007
である。また、ｌ、ｍは測定番号を表す正の整数であり、サンプル時間である。なお、
【数６】
2020109389.tif 000008
は転置を表す。
【００５７】
［方向推定処理部１７］
方向推定処理部１７は、第二複素伝達関数ベクトルｈ′より抽出した当該動体情報を用いて、所定の到来方向推定手法により、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、所定の到来方向推定手法は、特許文献１記載の方向推定処理部のようなＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムに基づく推定手法であってもよいし、ビームフォーマ法またはＣａｐｏｎ法に基づく推定手法であってもよい。
【００５８】
なお、送信機１２より送信される信号は、連続信号（ＣＷ信号）であっても良いし、ＯＦＤＭ信号のような符号化された信号でもよい。
【００５９】
［直接波成分の他の例］
なお、実施の形態１の第二複素伝達関数算出部１５は、第一複素伝達関数ベクトルｈ０を、直接波成分として第一複素伝達関数ベクトルｈ０内の任意の一つの要素ｈｌにて除算することで、第二複素伝達関数ベクトルｈ′を算出したが、一つの要素ｈｌにて除算することに限らない。
【００６０】
例えば、第一複素伝達関数ベクトルｈ０の除算に用いる直接波成分には、任意の一つの要素ｈｌの代わりに、｜ｈｌ｜の時変動が最も小さい要素ｈｌｍｉｎを用いてもよい。要素ｈｌｍｉｎは、以下の（式２）を用いて算出され、第二複素伝達関数ベクトルｈ′は、算出された要素ｈｌｍｉｎおよび（式３）を用いて算出される。（式２）に示されるように、第一複素伝達関数ベクトルｈ０の各要素の時間的変化について分散を算出し、算出した分散が最も小さい要素をｈｌｍｉｎとして算出してもよい。
【００６１】
【数７】
2020109389.tif 000009
【００６２】
【数８】
2020109389.tif 000010
【００６３】
また、例えば、第一複素伝達関数ベクトルｈ０の除算に用いる直接波成分には、第一複素伝達関数ベクトルｈ０の全要素の平均値を用いてもよい。つまり、この場合、第二複素伝達関数算出部１５は、第一複素伝達関数ベクトルｈ０の全要素を算出した平均値にて除算することで、第二複素伝達関数ベクトルｈ′を算出する。
【００６４】
また、例えば、除算に用いる直接波成分は、複素伝達関数を一定期間観測することでｈ０（ｔ）を取得し、任意の時間ｔの複素伝達関数を特異値分解し、（式４）より特異ベクトルを求め、これにより、（式５）のように第二複素伝達関数ベクトルｈ′を算出してもよい。
【００６５】
【数９】
2020109389.tif 000011
【００６６】
【数１０】
2020109389.tif 000012
【００６７】
（式４）に示されるように、第二複素伝達関数算出部１５は、第一複素伝達関数ベクトルｈ０（ｔ）を特異値分解することで左特異ベクトルＵ（ｔ）および右特異ベクトルＶ（ｔ）を算出する。次に、第二複素伝達関数算出部１５は、（式４）で算出された結果を用いて、（式５）に示されるように、左特異ベクトルＵ（ｔ）および右特異ベクトルＶ（ｔ）を第一複素伝達関数ベクトルｈ０（ｔ）に乗算して、直接波のチャネル成分である第四複素伝達関数ｕ１Ｈｈ０（ｔ）ｖ１を算出し、第一複素伝達関数ベクトルｈ０（ｔ）の全要素を第四複素伝達関数ｕ１Ｈｈ０（ｔ）ｖ１にて除算することで、第二複素伝達関数ベクトルｈ′を算出する。
【００６８】
また、例えば、除算に用いる直接波成分は、複素伝達関数を一定期間観測することでｈ０（ｔ）を取得し、当該観測時間全体の相関行列を固有値分解し、（式６）および（式７）より固有ベクトルを求め、これにより、（式８）のように第二複素伝達関数ベクトルｈ′を算出してもよい。
【００６９】
【数１１】
2020109389.tif 000013
【００７０】
【数１２】
2020109389.tif 000014
【００７１】
【数１３】
2020109389.tif 000015
【００７２】
（式６）および（式７）に示されるように、第二複素伝達関数算出部１５は、第一複素伝達関数ベクトルｈ０（ｔ）の相関行列ＲＲ、ＲＴを算出し、算出した相関行列ＲＲ、ＲＴのそれぞれを固有値分解することで、固有値Ｄ、Ｄおよび固有ベクトルＵ、Ｖを算出する。次に、第二複素伝達関数算出部１５は、（式６）および（式７）で算出された結果を用いて、（式８）で示されるように、固有値Ｄ、Ｄが最大となる対となる固有ベクトルｕ１、ｖ１を第一複素伝達関数ベクトルｈ０（ｔ）に乗算して、直接波のチャネル成分である第三複素伝達関数ｕ１Ｈｈ０（ｔ）ｖ１を算出し、第一複素伝達関数ベクトルｈ０の全要素を第三複素伝達関数ｕ１Ｈｈ０（ｔ）ｖ１にて除算することで、第二複素伝達関数ベクトルｈ′を算出する。
【００７３】
なお、当該直接波成分は、前記観測時間全体の相関行列を固有値分解し、（式６）、（式７）より固有ベクトルを求め、これにより（式９）のように第二複素伝達関数ベクトルｈ′を算出してもよい。
【００７４】
【数１４】
2020109389.tif 000016
【００７５】
なお、送信機１２、受信部１３、第一複素伝達関数算出部１４、第二複素伝達関数算出部１５、動体情報算出部１６および方向推定処理部１７は、推定装置１０が備えるメモリに格納されているプログラムを、１以上のプロセッサが実行することにより実現されてもよいし、１以上の専用回路により実現されてもよい。つまり、上記の構成要素は、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアにより実現されてもよい。
【００７６】
［推定装置１０の動作］
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４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。
【００７７】
まず、推定装置１０は、測定対象の領域に送信信号を送信し、第１期間、受信信号を観測する（Ｓ１０）。より具体的には、推定装置１０は、１個の送信アンテナ素子から送信され、生体５０によって反射された反射信号を含む受信信号を、生体５０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。
【００７８】
次に、推定装置１０は、ステップＳ１０において第１期間に観測された複数の受信信号から、１個の送信アンテナ素子とＭＲ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第一複素伝達関数を複数算出する（Ｓ２０）。詳細は上述した通りであるため、ここでの説明は省略する。以下も同様である。
【００７９】
次に、推定装置１０は、当該第一複素伝達関数を直接波成分にて除算することで、第二複素伝達関数を算出する（Ｓ３０）。
【００８０】
次に、推定装置１０は、当該第二複素伝達関数より動体情報を算出する（Ｓ４０）。
【００８１】
そして、推定装置１０は、２以上の動体情報を用いて、生体５０の存在する方向を推定する（Ｓ５０）。
【００８２】
［効果等］
本実施の形態の推定装置１０および推定方法によれば、受信信号から生体を経由しない直接波成分を抽出し、周波数誤差によって生じる位相回転を検出し、チャネル全体から送信部および受信部間のクロック揺らぎ、および、周波数誤差由来の位相回転を除去するため、動体の存在する方向を精度よく推定することが可能となる。このため、推定装置１０は、推定装置１０に対する動体が存在する方向を精度よく推定することができる。
【００８３】
（実施の形態２）
実施の形態１では、受信信号より生体を経由しない直接波を抽出し、周波数誤差によって生じる位相回転を検出し、チャンネル全体から周波数誤差由来の位相回転を除去することで、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行う推定装置１０等について説明した。実施の形態２では、同様に直接波成分を用いて検出対象である動体（生体）の位置を推定する推定装置２０等について説明する。
【００８４】
［推定装置２０の構成］
図５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１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。実施の形態２において、実施の形態１と同じ要素については特に言及が無い限り、同様の動作、バリエーションがあるとし、重複した説明は省略する。
【００８５】
図５に示す推定装置２０は、送信アンテナ部２１Ａと、受信アンテナ部２１Ｂと、送信部２２と、受信部２３と、第一複素伝達関数算出部２４と、第二複素伝達関数算出部２５と、動体情報算出部２６と、位置推定処理部２７とを備える。推定装置２０は、動体の位置を推定する。図５に示す推定装置２０は、図１に示す推定装置１０と比較して、少なくとも送信アンテナ素子の数が異なり、それにより、動体の位置を推定することができる。
【００８６】
［送信部２２］
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、送信機１２内部クロックｆＴＸを用いて生成する。例えば、図５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。
【００８７】
［送信アンテナ部２１Ａ］
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を有する。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。
【００８８】
［受信アンテナ部２１Ｂ］
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）を有する。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５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。
【００８９】
［受信部２３］
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５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。
【００９０】
本実施の形態では、受信部２３は、ＭＲ個の受信機からなる。ＭＲ個の受信機のそれぞれは、対応する受信アンテナ素子で受信された高周波の信号を、信号処理が可能な低周波の信号に変換する。受信部２３は、少なくとも第１期間、ＭＲ個の受信機のそれぞれが変換した低周波の信号を、第一複素伝達関数算出部２４に伝達する。
【００９１】
［第一複素伝達関数算出部２４］
第一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。
【００９２】
本実施の形態では、第一複素伝達関数算出部２４は、受信部２３から伝達された低周波の信号から、ＭＴ個の送信アンテナ素子とＭＲ個の受信アンテナ素子との間の伝搬特性を表す複素伝達関数を算出する。以下、図５を用いてより具体的に説明する。
【００９３】
図５において、送信アレーアンテナおよび受信アレーアンテナは共に素子間隔ｄのリニアアレーとし、送信アレーアンテナおよび受信アレーアンテナそれぞれの正面から見た生体５０の方向をθＴ，θＲとしている。生体５０と送受信アレーアンテナの距離は、アレーアンテナの開口幅と比べて十分に大きいものと仮定し、送信アレーアンテナから出発および受信アレーアンテナに到来する生体経由の信号は平面波と見なせるものとする。
【００９４】
図５に示すように、送信アンテナ部２１ＡのＭＴ個の送信アンテナ素子（送信アレーアンテナ）から角度θＴで送信される送信波は、生体５０によって反射され、受信アレーアンテナに角度θＲで到達する。
【００９５】
この場合、第一複素伝達関数算出部２４は、受信アレーアンテナを使って観測された複素受信信号ベクトルから第一複素伝達関数ベクトルを算出することができる。第一複素伝達関数ベクトルは行列形式となるが実施の形態１と同様に算出できる。なお、算出した第一複素伝達関数行列には、上述したように、直接波や固定物由来の反射波など、生体５０を経由しない反射波が含まれている。
【００９６】
［第二複素伝達関数算出部２５］
ここで、第一複素伝達関数には、実施例１と同様に送信機および受信機由来の周波数変動成分と、生体由来のドップラシフトとが含まれる。第二複素伝達関数算出部２５は、直接波成分としてＨ０内の任意の要素ｈｋｌを抽出し、（式１０）で示される第一複素伝達関数行列Ｈ０を、（式１１）に示されるように直接波成分にて除算し第二複素伝達関数行列Ｈ′を算出する。
【００９７】
【数１５】
2020109389.tif 000017
【００９８】
【数１６】
2020109389.tif 000018
【００９９】
ここで、直接波成分の要素はｈ１１など、第一複素伝達関数行列Ｈ０のうちの一つの要素であればのどの要素を用いても良い。また、実施の形態１で説明した直接波成分の他の例を用いてもよい。
【０１００】
このように、第二複素伝達関数算出部２５は、第一複素伝達関数行列Ｈ０の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、第一複素伝達関数行列Ｈ０から、（１）送信アンテナ部２１Ａから送信する送信信号を生成する送信部２２と受信部２３との間のクロック揺らぎ、および、（２）送信信号のデジタル−アナログ変換または受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数行列Ｈ′を算出する。
【０１０１】
［動体情報算出部２６］
動体情報算出部２６は、算出された複数の第二複素伝達関数行列Ｈ′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、動体情報算出部２６は、当該複数の第二複素伝達関数行列Ｈ′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動体情報であってＭ×Ｎ次元の行列により表現される動体情報を２以上算出する。ここで、２以上の動体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。
【０１０２】
このように、動体情報算出部２６は、算出された複数の第二複素伝達関数行列Ｈ′における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、動体に関する成分に対応する動体情報を抽出する。例えば、動体情報算出部２６は、動体情報として、生体の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する動体情報を抽出する。
【０１０３】
なお、ここでは動体情報を２つの複素伝達関数の差分より求めたが、周波数応答により生体由来の成分を抽出可能なことはいうまでもない。
【０１０４】
本実施の形態では、送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の数は共に複数ある。そのため、送信アンテナ部２１Ａ、受信アンテナ部２１Ｂに対応する第二複素伝達関数の差分値（動体情報）の数は送信アンテナ素子×受信アンテナ素子数（ＭＲ×ＭＴ）となり、これらをまとめて複素差分チャネル行列Ｈ（ｌ，ｍ）と定義する。第二複素伝達関数算出部２５は、差分情報として、（式１１）のように表せる複素差分チャネル行列Ｈ（ｌ，ｍ）を算出する。この複素差分チャネル行列Ｈ（ｌ，ｍ）には、差分演算によって生体５０を経由しない全ての反射波が消去されるため、生体５０由来の反射波のみが含まれる。
【０１０５】
【数１７】
2020109389.tif 000019
【０１０６】
ここで、（式１３）の関係がなりたつ。
【０１０７】
【数１８】
2020109389.tif 000020
【０１０８】
また、ｌ、ｍは、測定番号を表す正の整数であり、サンプル時間である。
【０１０９】
［位置推定処理部２７］
位置推定処理部２７は、第二複素伝達関数行列Ｈ′より抽出した当該動体情報を用いて、所定の到来方向推定手法により、動体の存在する位置を推定する。より具体的には、所定の到来方向推定手法は、特許文献１に記載の位置推定部のようなＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムに基づく推定手法であってもよいし、ビームフォーマ法またはＣａｐｏｎ法に基づく推定手法であってもよい。
【０１１０】
なお、送信部２２、受信部２３、第一複素伝達関数算出部２４、第二複素伝達関数算出部２５、動体情報算出部２６および位置推定処理部２７は、推定装置２０が備えるメモリに格納されているプログラムを、１以上のプロセッサが実行することにより実現されてもよいし、１以上の専用回路により実現されてもよい。つまり、上記の構成要素は、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアにより実現されてもよい。
【０１１１】
［推定装置２０の動作］
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６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。
【０１１２】
まず、推定装置２０は、測定対象の領域に送信信号を送信し、第１期間、受信信号を観測する（Ｓ１０Ａ）。より具体的には、推定装置２０は、ＭＴ個の送信アンテナ素子から送信され、生体５０によって反射された反射信号を含む受信信号を、生体５０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。
【０１１３】
次に、推定装置２０は、ステップＳ１０Ａにおいて第１期間に観測された複数の受信信号から、ＭＴ個の送信アンテナ素子とＭＲ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第一複素伝達関数を複数算出する（Ｓ２０Ａ）。詳細は上述した通りであるため、ここでの説明は省略する。以下も同様である。
【０１１４】
次に、推定装置２０は、当該第一複素伝達関数を直接波成分にて除算することで、第二複素伝達関数を算出する（Ｓ３０Ａ）。
【０１１５】
次に、推定装置２０は、当該複数の第二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動体情報を２以上算出する（Ｓ４０Ａ）。
【０１１６】
そして、推定装置２０は、２以上の動体情報を用いて、生体５０の存在する位置を推定する（Ｓ５０Ａ）。
【０１１７】
［効果等］
本実施の形態の推定装置２０および推定方法によれば、受信信号から生体を経由しない直接波成分を抽出し、周波数誤差によって生じる位相回転を検出し、チャネル全体から送信部および受信部間のクロック揺らぎ、および、前記周波数誤差由来の位相回転を除去するため、動体の存在する位置を精度よく推定することが可能となる。
【０１１８】
ここで、実施の形態２に係る効果を確かめるために実験による評価を行った。以下に、実験について説明する。
【０１１９】
（実験）
図７は、実施の形態２に係る推定方法を用いた実験の概念を示す図である。図８は、実施の形態２に係る推定方法を用いた実験の条件を示す図である。
【０１２０】
図７に示す送信アレーアンテナ（Ｔｘ  ａｒｒａｙ）と受信アレーアンテナ（Ｒｘ  ａｒｒａｙ）との双方は、４素子パッチアレーアンテナを用いた４×４ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）構成である。また、送信側にＳＰ４Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ−４−Ｔｈｒｏｗ）スイッチ、受信側には４系統の受信機を用いた。そして、本実験では、これらの機器を用いてＭＩＭＯチャネルの測定を行った。
【０１２１】
ここで、図８に示すように、送受信アンテナのアレー素子間隔を０．５波長、送受信間距離Ｄを４．０  ｍ、アンテナ高ｈを人間（Ｌｉｖｉｎｇ−Ｂｏｄｙ）の直立時の胸の高さである１．０  ｍに設定した。送信機からは２．４７１２５ＧＨｚの無変調連続波（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）が送信され、チャネル測定時間は３３秒とした。チャネル測定時、被験者以外無人とし、被験者はアンテナ側の壁に対して正面を向いた状態とした。
【０１２２】
図９は、実施の形態２に係る推定方法を用いた実験結果を示す図である。図９の（ａ）は送信機と受信機のクロックを同期接続して測定した結果を示し、図９の（ｂ）は送信機と受信機のクロックを同期接続無しで測定した結果を示し、図９の（ｃ）は送信機と受信機のクロックを同期接続無し、かつ、実施の形態２の方法を適用して測定した結果を示している。図９では、被験者が１人の場合の生体位置推定の結果が示されている。実験時の被験者の立ち位置は、被験者１が（Ｘ＝２．０ｍ，Ｙ＝１．０ｍ）であった。図９では、実際の被験者の位置が印で示され、評価関数の値がドットの疎密のグラデーションで示されている。図９では、評価関数の値は、大きい方ほどドットが疎となるように表されている。図９の（ｃ）より送信機と受信機のクロックの同期接続無しの場合でも、実施の形態２に係る推定方法により人の生体位置推定が可能であることが分かる。
【０１２３】
図１０は、実施の形態２に係る推定方法を用いた別の実験結果を示す図である。図１０には、被験者が１人の場合の位置推定誤差の累積確率分布（ＣＤＦ：Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が示されている。図１０の実線１１０は送信機と受信機のクロックを同期接続して測定した結果を示し、点線１１１は送信機と受信機のクロックを同期接続無し、かつ、実施の形態２の方法で測定した結果を示し、破線１１２は送信機と受信機のクロックを同期接続無しの従来の手法で測定した結果を示す。
【０１２４】
図１０より、測位誤差１ｍのＣＤＦ値は、実線１１０で示される同期した場合の結果では９０％であり、点線１１１で示される実施の形態２による結果では７５％であり、破線１１２で示される同期接続無しの従来の手法による結果では１０％である。したがって、実施の形態２に係る推定方法の方が、従来の手法よりも、送信機と受信機のクロック同期接続を無しにした時に精度よく推定できていることが分かる。これにより、本実施の形態によって送信機と受信機のクロック同期接続無しであっても高い精度で生体位置を推定できることが示された。
【０１２５】
以上のように、本開示によれば、受信信号から生体を経由しない直接波成分を抽出し、周波数誤差によって生じる位相回転を検出し、チャネル全体から送信部および受信部間のクロック揺らぎ、および、前記周波数誤差由来の位相回転を除去するため、動体の存在する位置を精度よく推定することが可能となる。
【０１２６】
以上、本開示の一態様に係る推定装置および推定方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態に施したもの、あるいは異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【０１２７】
例えば、実施の形態１および２では、生体５０の方向推定や位置推定を例として説明したが、推定処理の対象は生体５０に限らない。推定処理の対象は、高周波の信号が照射された場合に、その活動または動きによって反射波にドップラ効果を与える種々の動体（機械等）に適用可能である。
【０１２８】
なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態の画像復号化装置などを実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。
【０１２９】
すなわち、このプログラムは、コンピュータに、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を有するアンテナ部を備える推定装置による推定方法であって、測定対象の領域に前記送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信し、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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、前記動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出し、前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出し、算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出し、所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、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を実行させる。
【０１３０】
また、このプログラムは、コンピュータに、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による推定方法であって、測定対象の領域に前記Ｍ個の送信アンテナ素子を用いて送信信号を送信し、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た前記送信信号が動体によって反射された反射信号を含む受信信号を、当該動体の動きの周期に相当する第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を用いて、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第一複素伝達関数を複数算出し、前記第一複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一複素伝達関数から、（１）前記送信アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル−アナログ変換または前記受信信号のアナログ−デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二複素伝達関数を算出し、算出された複数の前記第二複素伝達関数における所定周波数範囲に対応する動体情報を抽出することで、前記動体に関する成分に対応する前記動体情報を抽出し、所定の到来方向推定手法により、当該動体情報を用いて、前記動体の存在する位置を推定する推定方法を実行させる。
【０１３１】
以上、一つまたは複数の態様に係る推定装置および推定方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本開示は、無線信号を利用した動体の方向や位置を推定する推定装置に利用でき、特に、生体と機械を含む動体の方向や位置を測定する測定器、動体の方向や位置に応じた制御を行う家電機器、動体の侵入を検知する監視装置などに搭載される推定装置等に利用できる。
【符号の説明】
【０１３３】
１０、２０  推定装置
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
１３−１〜１３−Ｎ  受信機
１４、２４  第一複素伝達関数算出部
１５、２５  第二複素伝達関数算出部
１６、２６  動体情報算出部
１７  方向推定処理部
２２  送信部
２７  位置推定処理部
５０  生体
【図１】
2020109389.tif 000021
【図２】
2020109389.tif 000022
【図３】
2020109389.tif 000023
【図４】
2020109389.tif 000024
【図５】
2020109389.tif 000025
【図６】
2020109389.tif 000026
【図７】
2020109389.tif 000027
【図８】
2020109389.tif 000028
【図９】
2020109389.tif 000029
【図１０】
2020109389.tif 000030