(57)【要約】【課題】距離推定精度の向上を可能にした電波伝搬距離推定装置を提供すること。【解決手段】周波数の異なるＮ個のサイン波を合成した測距信号を車載器２から携帯機３に無線で送信し、携帯機３はこれをそのまま送り返し、車載器２はその測距信号を受信する。車載器２が現在送信している測距信号と、車載器２が受信した測距信号との間に生じている位相回転量を周波数毎に求め、さらに隣り合う周波数における位相回転量の差を求める。周波数と位相回転量との関係における傾きが測距信号の遅延時間を示すため、遅延時間に公知の光速を乗じることで伝搬距離を算出しつつ、車載器２から携帯機３までの距離を推定することが可能となる。Ｍ個のアンテナ（上記車載器２に相当）で受信した測距信号を、位相直線性に応じて重み付けし合成することで、距離推定の精度を高める。【選択図】図１
2018048821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器と携帯機との間で往復する電波の伝搬距離を推定する電波伝搬距離推定装置において、
前記機器に搭載された複数のアンテナから送信された複数の周波数成分を含む第１の距離推定信号を前記携帯機が受信し、前記携帯機が受信した前記第１の距離推定信号に基づいて第２の距離推定信号を前記機器に搭載された前記複数のアンテナへ返信することにより前記機器は前記第２の距離推定信号を受信し、
前記機器は、送信した前記第１の距離推定信号と、受信した前記第２の距離推定信号との間に生じる各周波数における位相回転量について、異なる周波数間の位相回転量の差を算出することにより前記伝搬距離を推定する
ことを特徴とする電波伝搬距離推定装置。
【請求項２】
前記機器は、前記複数のアンテナで受信した前記複数の周波数成分を含む前記第２の距離推定信号のうち、該複数の周波数による周波数帯域内での前記周波数と前記位相回転量との関係における傾きが直線となる理想位相特性からの誤差が最小となるデータに基づいて前記伝搬距離を推定する
請求項１に記載の電波伝搬距離推定装置。
【請求項３】
前記機器は、周波数毎或いはアンテナ毎にデータを合成又は選択しつつ、前記理想位相特性からの誤差が最小となるデータを生成する
請求項２に記載の電波伝搬距離推定装置。
【請求項４】
前記機器は、前記理想位相特性からの誤差に応じて該誤差の小さいデータ程、より大きな係数による重み付けを行いつつ、他のデータとの合成に用いる
請求項３に記載の電波伝搬距離推定装置。
【請求項５】
前記機器は、前記複数のアンテナで受信した前記複数の周波数成分を含む前記第２の距離推定信号において周波数毎に一つのデータを選択する全通りの組み合わせの中から、前記理想位相特性からの誤差が最小となる組み合わせによる周波数毎に一つのデータを選択する
請求項３に記載の電波伝搬距離推定装置。
【請求項６】
前記機器は、前記複数のアンテナで受信した前記複数の周波数成分を含む前記第２の距離推定信号のうち、周波数毎にデータを合成又は選択しつつ各周波数における振幅が最大となるデータに基づいて前記伝搬距離を推定する
請求項１に記載の電波伝搬距離推定装置。
【請求項７】
前記機器は、前記振幅の大きさに応じて該振幅の大きいデータ程、より大きな係数による重み付けを行いつつ、他のデータとの合成に用いる
請求項６に記載の電波伝搬距離推定装置。
【請求項８】
前記機器は、前記複数のアンテナで受信した前記複数の周波数成分を含む前記第２の距離推定信号のうち、該複数の周波数による周波数帯域内での前記周波数と前記位相回転量との関係における傾きが直線となる理想位相特性からの誤差が最小となるデータと、各周波数における振幅が最大となるデータとに基づいて前記伝搬距離を推定する
請求項１に記載の電波伝搬距離推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器と携帯機との間で往復する電波の伝搬距離を推定する電波伝搬距離推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるスマートキーシステム（登録商標）において、中継器を使用した不正行為（リレーアタック）に対する対策のため、車載器と携帯機との間で往復する電波の伝搬時間を測定する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜２を参照）。
【０００３】
伝搬時間に光速を乗じることで伝搬距離を算出しつつ、機器から携帯機までの距離を推定することが可能となる。そして、距離推定値が閾値を超えた場合にリレーアタックと判断し、ドア施開錠やエンジン始動を不許可とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１５９６８５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マルチパス（車両による乱反射やボディに発生する電流の再輻射等）により、電波の位相が乱されることで、距離推定の精度が大幅に劣化する場合がある。この場合、携帯機が車両付近にあるにも関わらず、距離推定値が閾値を超えてしまい、ドア施開錠やエンジン始動ができなくなる可能性がある。また、携帯機が遠くにあるにも関わらず、距離推定値が閾値以下となり、携帯機が車両付近にない状況でドア施開錠やエンジン始動が許可される可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、距離推定精度の向上を可能にした電波伝搬距離推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する電波伝搬距離推定装置は、機器と携帯機との間で往復する電波の伝搬距離を推定する電波伝搬距離推定装置において、前記機器に搭載された複数のアンテナから送信された複数の周波数成分を含む第１の距離推定信号を前記携帯機が受信し、前記携帯機が受信した前記第１の距離推定信号に基づいて第２の距離推定信号を前記機器に搭載された前記複数のアンテナへ返信することにより前記機器は前記第２の距離推定信号を受信し、前記機器は、送信した前記第１の距離推定信号と、受信した前記第２の距離推定信号との間に生じる各周波数における位相回転量について、異なる周波数間の位相回転量の差を算出することにより前記伝搬距離を推定することをその要旨としている。
【０００８】
この構成によれば、周波数と位相回転量との関係における傾きが電波の遅延時間を示すため、遅延時間に公知の光速を乗じることで伝搬距離を算出しつつ、機器から携帯機までの距離を推定することが可能となる。そして、位相回転量そのものではなく位相回転量の差から距離を推定することにより、マルチパスによる位相変動の影響が小さくなり、距離推定精度が向上する。したがって、距離推定精度を向上できる。
【０００９】
上記電波伝搬距離推定装置について、前記機器は、前記複数のアンテナで受信した前記複数の周波数成分を含む前記第２の距離推定信号のうち、該複数の周波数による周波数帯域内での前記周波数と前記位相回転量との関係における傾きが直線となる理想位相特性からの誤差が最小となるデータに基づいて前記伝搬距離を推定することとしてもよい。
【００１０】
この構成によれば、マルチパスが存在しない理想状態での位相特性が理想位相特性であり、それに近いデータに基づいて距離を推定することにより、より高精度化できる。
上記電波伝搬距離推定装置について、前記機器は、周波数毎或いはアンテナ毎にデータを合成又は選択しつつ、前記理想位相特性からの誤差が最小となるデータを生成することとしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、合成又は選択によって理想位相特性に近いデータが生成される。そうしたデータに基づいて伝搬距離を精度よく求めることができる。
上記電波伝搬距離推定装置について、前記機器は、前記理想位相特性からの誤差に応じて該誤差の小さいデータ程、より大きな係数による重み付けを行いつつ、他のデータとの合成に用いることとしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、重み付けに工夫を凝らしつつ、合成によって理想位相特性により近いデータが生成される。これにより、伝搬距離をより精度よく求めることができる。
上記電波伝搬距離推定装置について、前記機器は、前記複数のアンテナで受信した前記複数の周波数成分を含む前記第２の距離推定信号において周波数毎に一つのデータを選択する全通りの組み合わせの中から、前記理想位相特性からの誤差が最小となる組み合わせによる周波数毎に一つのデータを選択することとしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、周波数毎に一つのデータを選択するにあたり、最も理想位相特性に近い組み合わせが選択される。これにより、伝搬距離をより精度よく求めることができる。
【００１４】
上記電波伝搬距離推定装置について、前記機器は、前記複数のアンテナで受信した前記複数の周波数成分を含む前記第２の距離推定信号のうち、周波数毎にデータを合成又は選択しつつ各周波数における振幅が最大となるデータに基づいて前記伝搬距離を推定することとしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、振幅が小さい部分において、位相変動が大きい傾向が見られるため、合成又は選択による振幅の大きなデータに基づいて距離を推定することにより、より高精度化できる。
【００１６】
上記電波伝搬距離推定装置について、前記機器は、前記振幅の大きさに応じて該振幅の大きいデータ程、より大きな係数による重み付けを行いつつ、他のデータとの合成に用いることとしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、重み付けに工夫を凝らしつつ、合成によって振幅のより大きいデータが得られる。これにより、伝搬距離をより精度よく求めることができる。
上記電波伝搬距離推定装置について、前記機器は、前記複数のアンテナで受信した前記複数の周波数成分を含む前記第２の距離推定信号のうち、該複数の周波数による周波数帯域内での前記周波数と前記位相回転量との関係における傾きが直線となる理想位相特性からの誤差が最小となるデータと、各周波数における振幅が最大となるデータとに基づいて前記伝搬距離を推定することとしてもよい。
【００１８】
この構成によれば、理想位相特性からの誤差を最小とする方法と、振幅を最大とする方法とを組み合わせて距離を推定することにより、より高精度化できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、距離推定精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電波伝搬距離推定装置の概念図。
【図２】周波数と位相回転量との関係を示す理想位相特性。
【図３】マルチパスの影響を受けた位相特性。
【図４】第１の実施の形態による距離推定の原理図。
【図５】第２の実施の形態による距離推定の原理図。
【図６】第３の実施の形態による距離推定の原理図。
【図７】第４の実施の形態による距離推定の原理図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施の形態）
以下、電波伝搬距離推定装置の第１の実施の形態について説明する。
図１に示すように、電波伝搬距離推定装置１は、周波数の異なるＮ個のサイン波を合成した測距信号を車載器２から携帯機３に無線で送信し、携帯機３はこれをそのまま送り返し、車載器２はその測距信号を受信する。車載器２から携帯機３への測距信号が第１の距離推定信号に相当し、携帯機３から車載器２への測距信号が第２の距離推定信号に相当する。車両が機器に相当する。
【００２２】
図２に示すように、車載器２が現在送信している測距信号と、車載器２が受信した測距信号との間に生じている位相回転量を周波数毎に求め、さらに隣り合う周波数における位相回転量の差を求める。周波数と位相回転量との関係における傾きが測距信号の遅延時間を示すため、遅延時間に公知の光速ｃを乗じることで伝搬距離を算出しつつ、車載器２から携帯機３までの距離を推定することが可能となる。そして、距離推定値が閾値以下の場合にドア施開錠やエンジン始動を許可し、距離推定値が閾値を超えた場合にリレーアタックと判断し、ドア施開錠やエンジン始動を不許可とする。
【００２３】
車載器２から送信する時刻ｔにおける測距信号をｘ（ｔ）とすると、
【００２４】
【数１】
2018048821.tif 000003
と表される。
【００２５】
同様に、車載器２が受信した測距信号をｘ’（ｔ）とすると、
【００２６】
【数２】
2018048821.tif 000004
と表される。
【００２７】
車載器２が受信した測距信号から、ｎ番目の周波数ｆｎにおける位相回転量θｎを求めるには、次式により求められる。
【００２８】
【数３】
2018048821.tif 000005
さらに、隣り合う周波数における位相回転量の差から、次式により距離ｄを求める。
【００２９】
【数４】
2018048821.tif 000006
上記のように、周波数の異なるＮ個のサイン波を合成した測距信号を送受信することで、距離を推定することが可能となる。
【００３０】
しかし、上記は自由空間での伝搬の場合である。自由空間では位相回転量は伝搬距離、周波数に比例し増大する（図２参照）。
ところが、図３に示すように、車両に取り付けたアンテナを用いて送受信する場合には、車体に流れる不要電流等の影響により、位相回転量は伝搬距離、周波数に比例しなくなってしまい、距離推定結果に誤差が生じてしまう。
【００３１】
そこで、Ｍ個のアンテナ（上記車載器２に相当）で受信した測距信号ｘ’（ｔ）を、位相直線性に応じて重み付けし合成することで、距離推定の精度を高める。ｍ番目のアンテナにおける位相直線性に関する二乗誤差（全ての点から最も近い直線である近似直線からの誤差を二乗して加えた値）をＲｍとすると、
【００３２】
【数５】
2018048821.tif 000007
と表される。
【００３３】
各アンテナの測距信号の合成信号をＸ’（ｔ）とすると、上記Ｒｍに基づき、
【００３４】
【数６】
2018048821.tif 000008
と表される。
【００３５】
合成信号Ｘ’（ｔ）を用いて、上記ｘ’（ｔ）と同様に処理することで、高い距離推定精度を得ることが可能となる。
次に、電波伝搬距離推定装置１の作用について説明する。
【００３６】
図４に示すように、車両にＭ個のアンテナとして２個のアンテナ（便宜上、アンテナＡとアンテナＢ）が搭載され、アンテナＡで受信した測距信号の二乗誤差が便宜上「１０」であり、アンテナＢで受信した測距信号の二乗誤差が便宜上「５」である場合を想定する。つまり、アンテナＡで受信した測距信号の二乗誤差（「１０」）がアンテナＢで受信した測距信号の二乗誤差（「５」）の２倍であり、アンテナＡで受信した測距信号よりもアンテナＢで受信した測距信号の方が位相直線性が高い（より直線に近い）ことになる。
【００３７】
そして、位相直線性に応じて該位相直線性の高いデータ程、より大きな係数による重み付けを行いつつ、他のデータとの合成に用いる。本例では、位相直線性の高さに比例して、アンテナＡで受信した測距信号における周波数毎のデータを比率「１」で用いるとともに、アンテナＢで受信した測距信号における周波数毎のデータを比率「２」で用いつつ、周波数毎にデータを合成し、合成信号Ｘ’（ｔ）を生成する。アンテナＡで受信した測距信号に与えられる重み付けの係数は約０．３３であり、アンテナＢで受信した測距信号に与えられる重み付けの係数は約０．６７ということになる。
【００３８】
そして、合成信号Ｘ’（ｔ）における周波数毎のデータ（点）に基づく近似直線の傾きを遅延時間とし、その遅延時間に光速ｃを乗じることで往復の伝搬距離（距離ｄ）を算出し、この伝搬距離の１／２を車載器２から携帯機３までの距離として推定する。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）位相回転量そのものではなく位相回転量の差から距離ｄを推定することにより、マルチパスによる位相変動の影響が小さくなり、距離推定精度が向上する。したがって、距離推定精度を向上できる。
【００４０】
（２）マルチパスが存在しない理想状態での位相特性が理想位相特性であり、それに近いデータである合成信号Ｘ’（ｔ）に基づいて距離ｄを推定することにより、より高精度化できる。
【００４１】
（３）合成によって理想位相特性に近いデータが生成される。そうしたデータに基づいて距離ｄを精度よく求めることができる。
（４）重み付けに工夫を凝らしつつ、合成によって理想位相特性により近いデータが生成される。これにより、距離ｄをより精度よく求めることができる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
次に、電波伝搬距離推定装置の第２の実施の形態について説明する。
本例では、周波数毎にデータを合成する上記第１の実施の形態とは異なり、周波数毎にデータを選択しつつ、理想位相特性からの誤差が最小となるデータを生成する。
【００４３】
図５に示すように、車両にＭ個のアンテナとして２個のアンテナ（便宜上、アンテナＡとアンテナＢ）が搭載され、周波数の異なるＮ個のサイン波として４個のサイン波（便宜上、周波数ｆ１〜ｆ４）を合成した測距信号を用いる場合を想定する。
【００４４】
そして、２個のアンテナで受信した測距信号ｘ’（ｔ）において周波数毎に一つのデータを選択する全通りの組み合わせの中から、理想位相特性からの誤差が最小となる組み合わせによる周波数毎に一つのデータを選択する。本例では、アンテナの個数に由来して周波数毎に２個のデータが存在し、且つ、周波数の個数に由来して周波数帯域内に４個の周波数が存在するため、周波数毎に一つのデータを選択する全通りの組み合わせは１６通りとなる。
【００４５】
そして、組み合わせ毎に近似直線を作成した上で、その近似直線からの二乗誤差を算出し、二乗誤差が最小となる組み合わせを選定する。これにより、理想位相特性からの誤差が最小となる組み合わせによる周波数毎に一つのデータを選択しつつ、理想位相特性からの誤差が最小となるデータを生成することになる。そして、該組み合わせによる上記近似直線の傾きを遅延時間とし、その遅延時間に光速ｃを乗じることで往復の伝搬距離（距離ｄ）を算出し、この伝搬距離の１／２を車載器２から携帯機３までの距離として推定する。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（５）選択によって理想位相特性に近いデータが生成される。そうしたデータに基づいて距離ｄを精度よく求めることができる。
【００４７】
（６）周波数毎に一つのデータを選択するにあたり、最も理想位相特性に近い組み合わせが選択される。これにより、距離ｄをより精度よく求めることができる。
（第３の実施の形態）
次に、電波伝搬距離推定装置の第３の実施の形態について説明する。
【００４８】
本例では、Ｍ個のアンテナで受信した測距信号の振幅と位相変動との間に相関関係があることを踏まえ、周波数毎にデータを合成しつつ、各周波数における振幅が最大となるデータを生成する。
【００４９】
図６に示すように、車両にＭ個のアンテナとして２個のアンテナ（便宜上、アンテナＡとアンテナＢ）が搭載され、アンテナＡで受信した測距信号の振幅が便宜上「１ｍＶ」であり、アンテナＢで受信した測距信号の振幅が便宜上「２ｍＶ」である場合を想定する。つまり、アンテナＢで受信した測距信号の振幅（「２ｍＶ」）がアンテナＡで受信した測距信号の振幅（「１ｍＶ」）の２倍ということになる。
【００５０】
そして、振幅の大きさに応じて該振幅の大きいデータ程、より大きな係数による重み付けを行いつつ、他のデータとの合成に用いる。本例では、振幅の大きさに比例して、アンテナＡで受信した測距信号における周波数毎のデータを比率「１」で用いるとともに、アンテナＢで受信した測距信号における周波数毎のデータを比率「２」で用いつつ、周波数毎にデータを合成し、合成信号を生成する。アンテナＡで受信した測距信号に与えられる重み付けの係数は約０．３３であり、アンテナＢで受信した測距信号に与えられる重み付けの係数は約０．６７ということになる。
【００５１】
そして、合成信号における周波数毎のデータ（点）に基づく近似直線の傾きを遅延時間とし、その遅延時間に光速ｃを乗じることで往復の伝搬距離（距離ｄ）を算出し、この伝搬距離の１／２を車載器２から携帯機３までの距離として推定する。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（７）振幅が小さい部分において、位相変動が大きい傾向が見られるため、合成による振幅の大きなデータに基づいて距離ｄを推定することにより、より高精度化できる。
【００５３】
（８）重み付けに工夫を凝らしつつ、合成によって振幅のより大きいデータが得られる。これにより、距離ｄをより精度よく求めることができる。
（第４の実施の形態）
次に、電波伝搬距離推定装置の第４の実施の形態について説明する。
【００５４】
本例では、周波数毎にデータを選択しつつ、各周波数における振幅が最大となるデータを生成する。
図７に示すように、車両にＭ個のアンテナとして２個のアンテナ（便宜上、アンテナＡとアンテナＢ）が搭載され、周波数の異なるＮ個のサイン波として４個のサイン波（便宜上、周波数ｆ１〜ｆ４）を合成した測距信号を用いる場合を想定する。尚、アンテナＡで受信した測距信号のうち、周波数ｆ１の振幅が便宜上「１ｍＶ」であり、周波数ｆ２の振幅が便宜上「２ｍＶ」であり、周波数ｆ３の振幅が便宜上「３ｍＶ」であり、周波数ｆ４の振幅が便宜上「３ｍＶ」であるとする。また、アンテナＢで受信した測距信号のうち、周波数ｆ１の振幅が便宜上「２ｍＶ」であり、周波数ｆ２の振幅が便宜上「１ｍＶ」であり、周波数ｆ３の振幅が便宜上「１ｍＶ」であり、周波数ｆ４の振幅が便宜上「２ｍＶ」であるとする。
【００５５】
そして、周波数毎に振幅が最大のデータを選択する。本例では、周波数ｆ１のデータとしてアンテナＢのデータが選択され、周波数ｆ２〜ｆ４のデータとしてアンテナＡのデータが選択されることになる。そして、該選択したデータ（点）に基づく近似直線の傾きを遅延時間とし、その遅延時間に光速ｃを乗じることで往復の伝搬距離（距離ｄ）を算出し、この伝搬距離の１／２を車載器２から携帯機３までの距離として推定する。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（９）振幅が小さい部分において、位相変動が大きい傾向が見られるため、選択による振幅の大きなデータに基づいて距離ｄを推定することにより、より高精度化できる。
【００５７】
尚、上記各実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・車両に３個以上のアンテナを搭載し、各アンテナで受信した測距信号を合成又は選択しつつ、上記各実施の形態と同様の原理で距離推定を行ってもよい。
【００５８】
・隣り合う周波数間の位相回転量の差を算出することにより測距信号の伝搬距離を推定する代わりに、周波数帯域内で隣り合わない異なる周波数間の位相回転量の差を算出することにより測距信号の伝搬距離を推定してもよい。
【００５９】
・理想位相特性からの誤差が最小となるデータと、各周波数における振幅が最大となるデータとに基づいて測距信号の伝搬距離を推定してもよい。この構成によれば、上記第１又は第２の実施の形態による理想位相特性からの誤差を最小とする方法と、上記第３又は第４の実施の形態による振幅を最大とする方法とを組み合わせて距離ｄを推定することにより、より高精度化できる。
【００６０】
・機器は車両に限定されない。建物のドア等に複数のアンテナを搭載し、携帯機との間で往復する電波の伝搬距離を推定する電波伝搬距離推定装置に本発明を適用してもよい。そして、距離推定値が閾値を超えた場合にリレーアタックと判断し、ドア施開錠や電化製品の動作を不許可としてもよい。車両用或いは建物用の電子キーシステムに応用できることになる。
【符号の説明】
【００６１】
１…電波伝搬距離推定装置、２…車載器（Ｍ個のアンテナ）、３…携帯機。
【図１】
2018048821.tif 000009
【図２】
2018048821.tif 000010
【図３】
2018048821.tif 000011
【図４】
2018048821.tif 000012
【図５】
2018048821.tif 000013
【図６】
2018048821.tif 000014
【図７】
2018048821.tif 000015