(57)【要約】【課題】送信機側の位相情報を取得せずに受信側で受信した無線信号から、動体が存在する方向等の推定を行うことができる方向推定方法等を提供する。【解決手段】給電回路２０およびｎ個の可変負荷３０に接続されたｍ個の受信アンテナ１０と、ｍ個の受信アンテナより第１信号を受信する受信機とを備える測位センサー１００であって、変化された可変負荷の値のときに受信機が受信する第１信号の第１信号強度値を記憶するメモリ６０と、複素伝搬チャネルから第２信号強度値を算出し、第１信号強度と第２信号強度との差分が最小となる複素伝搬チャネルの候補を探索し、探索した候補に対応する複素伝搬チャネルを、受信機が第１信号を受信したときの複素伝搬チャネルとして推定し、推定された複素伝搬チャネルから第１信号の到来方向を推定するプロセッサ７０とを備える。【選択図】図１
2018124263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位センサーであって、
ｍ個（ｍは１以上の整数）の受信アンテナと、
前記受信アンテナに接続された給電回路と、
前記給電回路に接続されたｎ個（ｎは１以上の整数）の可変負荷と、
前記給電回路を介して、前記測位センサーから動体が存在しうる所定範囲に対して送信機から送信された送信信号を前記受信アンテナが受信した信号である第１信号を受信する受信機と、
前記可変負荷のインピーダンス値を設定するコントローラと、
前記コントローラによって前記可変負荷のインピーダンス値が設定された時に、前記設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記第１信号の強度を示す第１信号強度値を記憶するメモリと、
前記送信機と前記受信機との間の信号伝搬特性を示す複素伝搬チャネルに対して複数の候補を設定し、前記送信機から送信された第２信号を前記受信機が受信した場合の複数の第２信号強度値を算出し、前記第２信号強度値は前記第２信号の強度を示し、前記複数の第２信号強度値はそれぞれ前記複数の候補に対応し、前記第１信号強度値と各前記複数の第２信号強度値との差分のうち、最小となる差分に対応する候補を選択することで前記複素伝搬チャネルを推定し、前記複素伝搬チャネルに基づいて前記測位センサーに対する前記第１信号の到来方向を推定するプロセッサと、を備える、
測位センサー。
【請求項２】
前記プロセッサは、
前記第１信号強度値の時間変動が所定値以下のとき、前記複素伝搬チャネルとして第１複素伝搬チャネルを推定し、
前記第１信号強度値の時間変動が前記所定値より大きいとき、前記複素伝搬チャネルとして第２複素伝搬チャネルを推定し、
前記第１複素伝搬チャネルに対する相関行列を示す第１相関行列を算出し、
前記第２複素伝搬チャネルに対する相関行列を示す第２相関行列を算出し、
前記第２相関行列から前記第１相関行列を減算することによって第３相関行列を算出し、
前記第３相関行列に基づいて、前記第１信号の前記測位センサーに対する到来角度を推定する、
請求項１記載の測位センサー。
【請求項３】
前記第１信号強度値の時間変動が前記所定値以下のとき、前記第１信号は前記送信信号が前記動体によって反射された反射信号を含まず、
前記第１信号強度値の時間変動が前記所定値より大きいとき、前記第１信号は前記反射信号を含む、
請求項２記載の測位センサー。
【請求項４】
前記プロセッサは、
第１時刻に、前記複素伝搬チャネルとして第１複素伝搬チャネルを推定し、
前記第１時刻より後の第２時刻に、前記複素伝搬チャネルとして第２複素伝搬チャネルを推定し、
前記第１複素伝搬チャネルと前記第２複素伝搬チャネルとを用いて、前記第１複素伝搬チャネルと前記第２複素伝搬チャネルとの位相差を算出し、
前記位相差が最小となる位相角を決定し、
前記位相角が与えられた前記第２複素伝搬チャネルから前記位相角が与えられた前記第１複素伝搬チャネルを減算することによって第３複素伝搬チャネルを算出し、
前記第３複素伝搬チャネルに対する相関行列を計算し、
前記相関行列に基づいて、前記第１信号の前記測位センサーに対する到来角度を推定する、
請求項１記載の測位センサー。
【請求項５】
互いに異なる位置に配置された、複数の請求項１記載の測位センサーを備え、
各前記複数の測位センサーにおける各前記第１信号の到来方向に基づいて、前記動体の位置を推定する、
センサー。
【請求項６】
測位センサーであって、
ｍ個（ｍは１以上の整数）の受信アンテナと、
前記受信アンテナに接続された給電回路と、
前記給電回路に接続されたｎ個（ｎは１以上の整数）の可変負荷と、
前記給電回路を介して、前記測位センサーから動体が存在しうる所定範囲に対して送信機から送信された送信信号を前記受信アンテナが受信した信号である第１信号を受信する受信機と、
前記可変負荷のインピーダンス値を設定するコントローラと、
メモリと、
プロセッサと、を備え、
前記コントローラは、前記可変負荷のインピーダンス値をＫ通り（Ｋは２以上の整数）設定し、
前記受信機は、各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した各前記第１信号をＬ回（Ｌは２以上の整数）受信し、
前記メモリは、前記第１信号の強度を示す第１信号強度値であって、前記各Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値を記憶し、
前記プロセッサは、
各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値を平均することで、各平均値を算出し、
各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値から対応する各平均値を減算することで、Ｋ×Ｌ個の第２信号強度値を算出し、
前記送信機と前記受信機との間の信号伝搬特性を示す複素伝播チャネルであって前記Ｌ個の第１信号に対応する各前記Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、Ｋ個の要素を持つＭ個（Ｍは２以上の整数）の候補を設定し、
各前記Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、前記可変負荷が前記Ｋ通りに設定された際に前記受信機が受信すると推定される信号強度値を示す前記Ｋ個の要素を持つ前記Ｍ個の第３信号強度値を算出し、
前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、前記Ｍ個の第３信号強度値と対応する前記第２信号強度値との差分のうち、最小となる差分に対応する候補を選択することで前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルを推定し、
前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルに対する相関行列を算出し、
前記相関行列に基づいて、前記第１信号の前記測位センサーに対する到来方向を推定する、
測位センサー。
【請求項７】
測位センサーにおける信号の到来方向を推定する方法であって、
前記測位センサーは、ｍ個（ｍは１以上の整数）の受信アンテナと、前記受信アンテナに接続された給電回路と、前記給電回路に接続されたｎ個（ｎは１以上の整数）の可変負荷と、受信機と、コントローラと、を備え、
前記コントローラによって前記可変負荷のインピーダンス値を設定し、
前記給電回路を介して前記受信機によって、前記測位センサーから動体が存在しうる所定範囲に対して送信機から送信された送信信号を前記受信アンテナが受信した信号である第１信号を受信し、
前記コントローラによって前記可変負荷のインピーダンス値が設定された時に、前記設定された可変負荷の値に対応した前記第１信号の強度を示す第１信号強度値を記憶し、
前記送信機と前記受信機との間の信号伝搬特性を示す複素伝搬チャネルに対して複数の候補を設定し、
前記送信機から送信された第２信号を前記受信機が受信した場合の複数の第２信号強度値を算出し、前記第２信号強度値は前記第２信号の強度を示し、前記複数の第２信号強度は前記複数の候補に対応し、
前記第１信号強度値と各前記複数の第２信号強度値との差分のうち、最小となる差分に対応する候補を選択することで前記複素伝搬チャネルを推定し、
前記複素伝搬チャネルに基づいて前記測位センサーに対する前記第１信号の到来方向を推定する、
方法。
【請求項８】
測位センサーにおける信号の到来方向を推定する方法であって、
前記測位センサーは、ｍ個（ｍは１以上の整数）の受信アンテナと、前記受信アンテナに接続された給電回路と、前記給電回路に接続されたｎ個（ｎは１以上の整数）の可変負荷と、受信機と、コントローラと、メモリと、を備え、
前記コントローラによって前記可変負荷のインピーダンス値をＫ通り（Ｋは２以上の整数）設定し、
前記給電回路を介して前記受信機によって、各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した各第１信号であって、前記測位センサーから動体が存在しうる所定範囲に対して送信機から送信された送信信号を前記受信アンテナが受信した信号である各第１信号をＬ回（Ｌは２以上の整数）受信し、
前記第１信号の強度を示す第１信号強度値であって、前記各Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値を前記メモリに記憶し、
各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値を平均することで、各平均値を算出し、
各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値から対応する各平均値を減算することで、Ｋ×Ｌ個の第２信号強度値を算出し、
前記送信機と前記受信機との間の信号伝搬特性を示す複素伝播チャネルであって前記Ｌ個の第１信号に対応する各前記Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、Ｋ個の要素を持つＭ個（Ｍは２以上の整数）の候補を設定し、
各前記Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、前記可変負荷が前記Ｋ通りに設定された際に前記受信機が受信すると推定される信号強度値を示す前記Ｋ個の要素を持つ前記Ｍ個の第３信号強度値を算出し、
前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、前記Ｍ個の第３信号強度値と対応する前記第２信号強度値との差分のうち、最小となる差分に対応する候補を選択することで前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルを推定し、
前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルに対する相関行列を算出し、
前記相関行列に基づいて、前記第１信号の前記測位センサーに対する到来方向を推定する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を用いた人物等生体の測位センサー、センサー、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人物の位置や状態を知る方法として、無線信号を利用する方法が検討されている。例えば特許文献１には、フーリエ変換を用いてドップラー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または状態を知ることができる推定方法などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１７９７２号公報
【特許文献２】特開２０１５−０７２１７３号公報
【特許文献３】特開２０１５−１１９７７０号公報
【特許文献４】特表２０１４−５１２５２６号公報
【特許文献５】特開２０１４−２１５２００号公報
【特許文献６】特開２０１５−１１７９６１号公報
【特許文献７】特開２００６−３２９６５８号公報
【特許文献８】特開２０１５−１７５７００号公報
【特許文献９】特開２００８−２４４６９７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｆ．Ａｄｉｂ，Ｚ．Ｋａｂｅｌａｃ，Ｄ．Ｋａｔａｂｉ，ａｎｄ  Ｒ．Ｍｉｌｌｅｒ，「３Ｄ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｖｉａ ｂｏｄｙ ｒａｄｉｏ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓ」，１１ｔｈ ＵＳＥＮＩＸ Ｓｙｍｐ. Ｎｅｔ. Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｄｅｓｉｇｎ  ＆  Ｉｍｐｌ．（ＵＳＥＮＩＸ  ＮＳＤＩ‘１４），Ａｐｒ．２０１４．
【非特許文献２】Ｄａｉ Ｓａｓａｋａｗａ, Ｋｅｉｔａ Ｋｏｎｎｏ, Ｎａｏｋｉ Ｈｏｎｍａ, Ｋｅｎｔａｒｏ Ｎｉｓｈｉｍｏｒｉ, Ｎｏｂｕｙａｓｕ Ｔａｋｅｍｕｒａ, Ｔｓｕｔｏｍｕ Ｍｉｔｓｕｉ, 「Ｆａｓｔ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｌｉｖｉｎｇ Ｂｏｄｙ Ｒａｄａｒ」，２０１４ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  （ＩＳＡＰ  ２０１４），ＦＲ３Ｄ，ｐｐ．５８３−５８４，Ｄｅｃ．２０１４
【非特許文献３】プラプース・シリル，程俊，タユフェール・エディ，平田明史，大平孝，「エスパアンテナによるリアクタンスドメインＭＵＳＩＣ法」，電子情報通信学会技術報告，ＲＣＳ２００２−１４７，ｐｐ．１−８，２００２年８月．
【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などに開示される従来技術では、到来波の遅延時間または位相情報を観測可能な複数のアンテナが必要になるなど、人物の位置または方向を推定するために送信機側の位相情報を取得する必要がある。
【０００６】
本発明は、上述の事情を鑑みてなされたもので、送信機側の位相情報を取得せずに受信側で受信した無線信号から、動体が存在する方向などの推定を行うことができる測位センサー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】
上記課題を解決するために本発明の一態様に係る測位センサーは、測位センサーであって、ｍ個（ｍは１以上の整数）の受信アンテナと、前記受信アンテナに接続された給電回路と、前記給電回路に接続されたｎ個（ｎは１以上の整数）の可変負荷と、前記給電回路を介して、前記測位センサーから動体が存在しうる所定範囲に対して送信機から送信された送信信号を前記受信アンテナが受信した信号である第１信号を受信する受信機と、前記可変負荷のインピーダンス値を設定するコントローラと、前記コントローラによって前記可変負荷のインピーダンス値が設定された時に、前記設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記第１信号の強度を示す第１信号強度値を記憶するメモリと、前記送信機と前記受信機との間の信号伝搬特性を示す複素伝搬チャネルに対して複数の候補を設定し、前記送信機から送信された第２信号を前記受信機が受信した場合の複数の第２信号強度値を算出し、前記第２信号強度値は前記第２信号の強度を示し、前記複数の第２信号強度値はそれぞれ前記複数の候補に対応し、前記第１信号強度値と各前記複数の第２信号強度値との差分のうち、最小となる差分に対応する候補を選択することで前記複素伝搬チャネルを推定し、前記複素伝搬チャネルに基づいて前記測位センサーに対する前記第１信号の到来方向を推定するプロセッサと、を備える。
【０００８】
また、本発明の一態様に係るセンサーは、互いに異なる位置に配置された、複数の上記測位センサーを備え、各前記複数の測位センサーにおける各前記第１信号の到来方向に基づいて、前記動体の位置を推定する。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る測位センサーは、測位センサーであって、ｍ個（ｍは１以上の整数）の受信アンテナと、前記受信アンテナに接続された給電回路と、前記給電回路に接続されたｎ個（ｎは１以上の整数）の可変負荷と、前記給電回路を介して、前記測位センサーから動体が存在しうる所定範囲に対して送信機から送信された送信信号を前記受信アンテナが受信した信号である第１信号を受信する受信機と、前記可変負荷のインピーダンス値を設定するコントローラと、メモリと、プロセッサと、を備え、前記コントローラは、前記可変負荷のインピーダンス値をＫ通り（Ｋは２以上の整数）設定し、前記受信機は、各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した各前記第１信号をＬ回（Ｌは２以上の整数）受信し、前記メモリは、前記第１信号の強度を示す第１信号強度値であって、前記各Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値を記憶し、前記プロセッサは、各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値を平均することで、各平均値を算出し、各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値から対応する各平均値を減算することで、Ｋ×Ｌ個の第２信号強度値を算出し、前記送信機と前記受信機との間の信号伝搬特性を示す複素伝播チャネルであって前記Ｌ個の第１信号に対応する各前記Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、Ｋ個の要素を持つＭ個（Ｍは２以上の整数）の候補を設定し、各前記Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、前記可変負荷が前記Ｋ通りに設定された際に前記受信機が受信すると推定される信号強度値を示す前記Ｋ個の要素を持つ前記Ｍ個の第３信号強度値を算出し、前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、前記Ｍ個の第３信号強度値と対応する前記第２信号強度値との差分のうち、最小となる差分に対応する候補を選択することで前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルを推定し、前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルに対する相関行列を算出し、前記相関行列に基づいて、前記第１信号の前記測位センサーに対する到来方向を推定する。
【００１０】
なお、これらの全般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】
本発明によれば、送信機側の位相情報を取得せずに受信側で受信した無線信号から、動体が存在する方向などの推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１の測位センサーの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１のプロセッサの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施の形態１における測位センサーの方向推定処理の概要を示すフローチャートである。
【図４】図４は、実施の形態１における測位センサーの方向推定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図４に示すステップＳ２３の詳細を示すフローチャートである。
【図６】図６は、図４に示すステップＳ２４の詳細を示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態１のアンテナモデルの回路モデルを示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２における方向推定部の構成の一例を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態２における方向推定部７４０の方向推定処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施の形態２における方向推定部の方向推定処理の流れを示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３における方向推定部の構成の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３における方向推定部８４０の方向推定処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、実施の形態３における方向推定部８４０の方向推定処理の流れを示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態４におけるメモリと複素伝搬チャネル推定部の構成の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態４における方向推定部の構成の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態４におけるメモリ６００の推定処理を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、実施の形態４における複素伝搬チャネル推定部７１０の推定処理を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、実施の形態４における方向推定部９４０の推定処理を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、実施の形態４における方向推定方法を用いた実験の概念を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態４における推定方法を用いた実験結果を示す図である。
【図２１】図２１は、測位センサーにおいて、給電回路、可変負荷および受信アンテナの配置の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、測位センサーにおいて、給電回路、可変負荷および受信アンテナの配置の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本発明の基礎となった知見）
人物の位置または状態を知る方法として、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ー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または状態を知る方法が開示されている。より具体的には、特許文献１では、まず、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを送受信双方に用い、アレーアンテナ間の複素伝搬チャネルを観測する。複素伝搬チャネルは、送信アンテナ数×受信アンテナ数の要素を持つ行列によって表される。複素伝搬チャネルにおいて、各要素（複素伝搬チャネル要素）の絶対値は振幅、複素伝搬チャネル要素の偏角は位相を表す。次に、複素伝搬チャネル要素の時間応答をフーリエ変換し周波数応答行列としたのち、交流成分だけを抽出する。この演算はドップラーシフト成分を取り出していることと等価である。なお、抽出した交流成分も行列によって表される。そして、周波数応答行列の交流成分から相関行列を求め、到来方向推定を行うことで検出対象の方向や位置を検出する。
【００１５】
また、例えば、特許文献２〜５には、特許文献１と同様に、観測された信号をフーリエ変換することによって、検出対象となる人物（生体）に由来するドップラー成分を取り出し、これを解析することによって生体の位置や生体の心拍や呼吸などの状態を感知する方法が開示されている。特許文献６には、可変インピーダンスアレイを調整することで高速なビーム走査を行い、その反射波により対象からの信号到来方向を推定する方法が開示されている。特許文献７には、複数の周波数を用いた指向性を持つセンサーを異なる方向に設置し、その反射波により対象までの距離および角度を推定することで、対象物体の位置を推定する方法が開示されている。特許文献８には、到来波の遅延時間または位相情報が観測可能な複数のアンテナを備え、対象物体の位置を推定する方法が開示されている。特許文献９では、逆Ｆアンテナを用いたエスパアンテナを給電回路により構成することで、アンテナ指向性を操作する方法が開示されている。
【００１６】
また、例えば非特許文献１には、フーリエ変換を行わずに人体の方向または位置を検出する方法が開示されている。非特許文献１では、フーリエ変換を行わずに変動成分を取り出す方法として、事前に無人状態の伝搬応答を測定しておき、無人状態と有人状態との差分は人物によって生じたものと考えて差分成分を解析することで人物位置を推定する。この方式では、位置を推定するために、１ＧＨｚ以上の広い帯域の周波数応答を観測し、抽出された人物由来の反射波の伝搬時間を計算することで、異なる場所に置かれた複数アンテナからの距離を推定し、推定した距離を用いて人物位置を推定する。非特許文献２では、有人時の複素伝搬チャネルの時間応答を観測し、異なる時間の複素伝搬チャネル同士を減算することで、壁、什器等の固定物からの反射成分が除去された人物由来の反射波だけを抽出する。
【００１７】
また、例えば非特許文献３には、無給電アンテナを用いた電波の到来方向の推定方法が開示されている。非特許文献３では、１素子の給電アンテナとそれを取り囲む複数無給電のアンテナを具備する装置、すなわち、位相を観測可能な単一の受信機が１素子の受信アンテナ（給電アンテナ）に接続されており、可変負荷が接続された複数の無給電アンテナが受信アンテナの周囲に円形に配置される装置が開示されている。受信機の受信信号は、無給電アンテナの可変負荷の値に応じて変化するため、無給電アンテナの可変負荷の値を変化させた応答（その時に受信される複素信号）から電波の到来方向を推定することができる。
【００１８】
しかしながら、例えば特許文献４〜５に開示される単素子アンテナは、人物の呼吸または心拍に起因するドップラーシフトを検出するだけなら十分であるものの、人物の位置または方向を推定するためには到来波の遅延時間または位相情報を観測可能な複数のアンテナが必要になる。
【００１９】
つまり、特許文献４〜５のような単素子アンテナでは、人物の方向や位置の推定は不可能である。
【００２０】
また、特許文献１〜３、６に開示される方法、さらに非特許文献１〜２に開示される方法では、複数アンテナを用いており、人物の方向や位置を推定することが可能である。しかしながら、人物の方向または位置を推定するためには信号の遅延時間や位相を計測可能な精密な受信機が複数必要になる。これは装置の高コスト化を招くという問題がある。
【００２１】
また、非特許文献３に開示される方法では、位相を観測可能な単一の受信機が１素子の受信アンテナに接続されており、可変負荷が接続された複数の無給電アンテナが受信アンテナの周囲に円形に配置されている。この方法では、無給電アンテナの可変負荷の値を変化させた応答から、到来波の方向を推定する。しかしながら、非特許文献３に開示される方法では、可変負荷の値を切り替えるたびに同一の受信信号が到来する必要があり、さらに受信信号の正確な位相値を知る必要があるという問題がある。これは、送信機と受信機の基準発振器が位相レベルで完全に同期するか、共通の基準発振器を用いる必要があることを意味する。つまり、例えば送信機と受信機とを離して配置する場合は互いに接続することが困難であるため、位相レベルで同期が可能な高価な基準発振器が必要になるという問題がある。生体によって生ずる複素伝搬チャネルの変動は１秒オーダの周期となるため、少なくともその間に位相レベルの同期が取れた状態を保持する必要があるからである。また、複素伝搬チャネルの変動が、生体によるものか送受信機間の基準発振器の周波数差によるものなのかの区別するためである。
【００２２】
なお、特許文献６に開示される方法では、狭い指向性を持つビームを用いて狭い範囲の方向推定を行うことができるが、広い範囲の方向推定には広い指向性を持つビームが必要となる。つまり、特許文献６に開示される方法では、送信機自体が不要であるので送信機側の位相情報は不要であるものの、方向推定の分解能が低いという課題がある。同様に、特許文献７に開示される方法では、広範囲の方向推定に際し、アンテナ数を減らすと、アンテナ間の重複範囲が狭くなり、方向推定の分解能が低くなるという課題がある。
【００２３】
また、近年では、生体が呼吸や心拍等の何らかの生体活動によって電波にドップラーシフトを生じさせるという特徴を利用し、多重波が存在する電波伝搬環境において、生体の存在方向等を推定するアレーアンテナを用いたレーダが検討されている。つまり、生体に電波を照射し、受信信号のフーリエ変換によって生体を経由しない信号成分を除去し、生体から反射する電波の到来方向を推定することで生体方向を推定するレーダが検討されている。
【００２４】
しかしながら、このようなアレーアンテナを構成するためには素子アンテナ毎に受信機が必要となり、ハードウェア規模が増大するという問題がある。また、受信信号について素子アンテナ間の位相差を正確に知る必要があり、これもハードウェア規模を増大させる原因となる。
【００２５】
発明者らは、これらのことを鑑み、送信機側の位相情報を取得しない簡易なハードウェア構成（少ない受信機数）からなる受信側で受信した無線信号から、動体が存在する方向等の推定を行うことができる測位センサー、センサー、および方法を想到した。
【００２６】
本発明の一態様に係る測位センサーは、測位センサーであって、ｍ個（ｍは１以上の整数）の受信アンテナと、前記受信アンテナに接続された給電回路と、前記給電回路に接続されたｎ個（ｎは１以上の整数）の可変負荷と、前記給電回路を介して、前記測位センサーから動体が存在しうる所定範囲に対して送信機から送信された送信信号を前記受信アンテナが受信した信号である第１信号を受信する受信機と、前記可変負荷のインピーダンス値を設定するコントローラと、前記コントローラによって前記可変負荷のインピーダンス値が設定された時に、前記設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記第１信号の強度を示す第１信号強度値を記憶するメモリと、前記送信機と前記受信機との間の信号伝搬特性を示す複素伝搬チャネルに対して複数の候補を設定し、前記送信機から送信された第２信号を前記受信機が受信した場合の複数の第２信号強度値を算出し、前記第２信号強度値は前記第２信号の強度を示し、前記複数の第２信号強度値はそれぞれ前記複数の候補に対応し、前記第１信号強度値と各前記複数の第２信号強度値との差分のうち、最小となる差分に対応する候補を選択することで前記複素伝搬チャネルを推定し、前記複素伝搬チャネルに基づいて前記測位センサーに対する前記第１信号の到来方向を推定するプロセッサと、を備える。
【００２７】
これにより、送信機側の位相情報を取得せずに受信側で受信した無線信号から、動体が存在する方向の推定を行うことができる。また、ｍ個の受信アンテナは給電回路に接続されているので、ｍ個の受信アンテナの配置の自由度を向上させることができる。
【００２８】
また、例えば、前記プロセッサは、前記第１信号強度値の時間変動が所定値以下のとき、前記複素伝搬チャネルとして第１複素伝搬チャネルを推定し、前記第１信号強度値の時間変動が前記所定値より大きいとき、前記複素伝搬チャネルとして第２複素伝搬チャネルを推定し、前記第１複素伝搬チャネルに対する相関行列を示す第１相関行列を算出し、前記第２複素伝搬チャネルに対する相関行列を示す第２相関行列を算出し、前記第２相関行列から前記第１相関行列を減算することによって第３相関行列を算出し、前記第３相関行列に基づいて、前記第１信号の前記測位センサーに対する到来角度を推定してもよい。
【００２９】
また、例えば、前記第１信号強度値の時間変動が前記所定値以下のとき、前記第１信号は前記送信信号が前記動体によって反射された反射信号を含まず、前記第１信号強度値の時間変動が前記所定値より大きいとき、前記第１信号は前記反射信号を含んでもよい。
【００３０】
また、例えば、前記プロセッサは、第１時刻に、前記複素伝搬チャネルとして第１複素伝搬チャネルを推定し、前記第１時刻より後の第２時刻に、前記複素伝搬チャネルとして第２複素伝搬チャネルを推定し、前記第１複素伝搬チャネルと前記第２複素伝搬チャネルとを用いて、前記第１複素伝搬チャネルと前記第２複素伝搬チャネルとの位相差を算出し、前記位相差が最小となる位相角を決定し、前記位相角が与えられた前記第２複素伝搬チャネルから前記位相角が与えられた前記第１複素伝搬チャネルを減算することによって第３複素伝搬チャネルを算出し、前記第３複素伝搬チャネルに対する相関行列を計算し、前記相関行列に基づいて、前記第１信号の前記測位センサーに対する到来角度を推定してもよい。
【００３１】
また、本発明の一態様に係るセンサーは、互いに異なる位置に配置された、複数の上記測位センサーを備え、各前記複数の測位センサーにおける各前記第１信号の到来方向に基づいて、前記動体の位置を推定する。
【００３２】
また、本発明の一態様に係る測位センサーは、測位センサーであって、ｍ個（ｍは１以上の整数）の受信アンテナと、前記受信アンテナに接続された給電回路と、前記給電回路に接続されたｎ個（ｎは１以上の整数）の可変負荷と、前記給電回路を介して、前記測位センサーから動体が存在しうる所定範囲に対して送信機から送信された送信信号を前記受信アンテナが受信した信号である第１信号を受信する受信機と、前記可変負荷のインピーダンス値を設定するコントローラと、メモリと、プロセッサと、を備え、前記コントローラは、前記可変負荷のインピーダンス値をＫ通り（Ｋは２以上の整数）設定し、前記受信機は、各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した各前記第１信号をＬ回（Ｌは２以上の整数）受信し、前記メモリは、前記第１信号の強度を示す第１信号強度値であって、前記各Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値を記憶し、前記プロセッサは、各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値を平均することで、各平均値を算出し、各前記Ｋ通りに設定された前記可変負荷のインピーダンス値に対応した前記Ｌ個の第１信号強度値から対応する各平均値を減算することで、Ｋ×Ｌ個の第２信号強度値を算出し、前記送信機と前記受信機との間の信号伝搬特性を示す複素伝播チャネルであって前記Ｌ個の第１信号に対応する各前記Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、Ｋ個の要素を持つＭ個（Ｍは２以上の整数）の候補を設定し、各前記Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、前記可変負荷が前記Ｋ通りに設定された際に前記受信機が受信すると推定される信号強度値を示す前記Ｋ個の要素を持つ前記Ｍ個の第３信号強度値を算出し、前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルに対して、前記Ｍ個の第３信号強度値と対応する前記第２信号強度値との差分のうち、最小となる差分に対応する候補を選択することで前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルを推定し、前記各Ｌ個の複素伝搬チャネルに対する相関行列を算出し、前記相関行列に基づいて、前記第１信号の前記測位センサーに対する到来方向を推定する。
【００３３】
なお、これらの全般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。
【００３４】
以下、本発明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、いずれも本発明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、本発明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、本発明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。
【００３５】
（実施の形態１）
［１−１．測位センサーの構成］
図１は、実施の形態１の測位センサーの構成の一例を示すブロック図である。図２は、実施の形態１のプロセッサの機能構成の一例を示すブロック図である。
【００３６】
図１に示す測位センサー１００は、ｍ個（ｍは１以上の整数）の受信アンテナ１０と、ｍ個の受信アンテナ１０に接続された給電回路２０と、給電回路２０に接続されたｎ個（ｎは１以上の整数）の可変負荷３０と、受信機４０と、コントローラ５０と、メモリ６０と、プロセッサ７０とを備える。測位センサー１００は、さらに、送信アンテナ８１が接続されている送信機８０を備えていてもよい。測位センサー１００は、検出対象である生体９０の存在する方向θＲを推定する。
【００３７】
ｍ個の受信アンテナ１０は、第１方向に並ぶことで、アレーアンテナを構成している。ｍ個の受信アンテナ１０は、第１方向および第２方向に並ぶことで、アレーアンテナを構成してもよい。
【００３８】
受信機４０は、給電回路２０を介して、第１信号を受信する。受信機４０が受信する第１信号は、測位センサー１００から動体が存在しうる所定範囲に対して送信機８０から送信された送信信号を受信アンテナ１０が受信した信号である。
【００３９】
例えば、送信機８０に接続される１つの送信アンテナ８１により、送信機８０が生成した信号（つまり送信波）が送信される。すると、ｍ個の受信アンテナ１０に到達した信号（つまり反射波）は、給電回路２０に接続されたｎ個の可変負荷３０によって変調され再度給電回路２０を経由して受信機４０で観測される。
【００４０】
コントローラ５０は、ｎ個の可変負荷３０を制御する。より具体的には、コントローラ５０は、ｎ個の可変負荷３０のインピーダンス値を設定する。
【００４１】
メモリ６０は、コントローラ５０によってｎ個の可変負荷３０のインピーダンス値が設定された時に、設定されたｎ個の可変負荷３０のインピーダンス値に対応した第１信号の強度を示す第１信号強度値を記憶する。つまり、メモリ６０は、コントローラ５０によってｎ個の可変負荷３０のインピーダンス値が第１の値に設定された時に受信機４０が受信する第１信号の第１信号強度値を、第１の値と共に記憶する。より具体的には、メモリ６０は、コントローラ５０と同期しながら受信機４０が受信する第１信号の第１信号強度値を記憶する。よって、メモリ６０では、ｎ個の可変負荷３０の変化に応じた第１信号強度値が時系列的に記憶される。メモリ６０は、第１信号強度値を強度情報として記憶する。なお、本実施の形態において、記憶される第１信号強度値は、振幅のみである。つまり位相は観測できない。
【００４２】
プロセッサ７０は、メモリ６０に記憶された第１信号強度値を用いて各種処理を行う。プロセッサ７０の機能的な構成について、図２を用いて説明する。
【００４３】
図２に示すように、プロセッサ７０は、機能的には、複素伝搬チャネル推定部７１と、方向推定部７４とを備える。
【００４４】
複素伝搬チャネル推定部７１は、信号算出部７２と比較演算部７３とを備える。
【００４５】
信号算出部７２は、所定の値に設定された試行用複素伝搬チャネルから第２信号の第２信号強度値を算出する。具体的には、信号算出部７２は、送信機８０と受信機４０との間の信号伝搬特性を示す複素伝搬チャネルに対して複数の候補を設定し、送信機８０から送信された第２信号を受信機４０が受信したと仮定した場合の複数の第２信号強度値を算出する。ここで、第２信号強度値は、第２信号の強度を示す。また、複数の第２信号強度値は、それぞれ複数の候補に対応する。
【００４６】
比較演算部７３は、可変負荷３０の値を用いて第１信号強度値と各複数の第２信号強度値との差分のうち、最小となる差分に対応する候補を選択することで複素伝搬チャネルの値を探索する。つまり、比較演算部７３は、複数の第２信号強度値のそれぞれについて、第１信号強度値と当該第２信号強度値との差分を算出することで、複数の差分を算出する。そして、比較演算部７３は、算出した複数の差分のうち、最小となる差分が得られた第２信号強度値に対応する候補を選択する。比較演算部７３は、選択した候補に対応する複素伝搬チャネルを受信機４０が第１信号を受信したときの複素伝搬チャネルとして推定する。このようにして、複素伝搬チャネル推定部７１は、メモリ６０から出力される第１強度信号値から受信機１２が第１信号を受信したときの複素伝搬チャネルを推定する。
【００４７】
方向推定部７４は、複素伝搬チャネル推定部７１において推定された複素伝搬チャネルに基づいて測位センサー１００に対する第１信号の到来方向θＲを推定する。本実施の形態では、図１に示すように第１信号は生体９０の反射波である。したがって、方向推定部７４は、複素伝搬チャネル推定部７１において推定された複素伝搬チャネルから生体９０が存在する方向を推定することができる。
【００４８】
［１−２．測位センサーの動作］
以上のよう構成された測位センサー１００の推定処理の動作について説明する。図３は、実施の形態１における測位センサーの方向推定処理の概要を示すフローチャートである。
【００４９】
まず、測位センサー１００では、コントローラ５０が可変負荷３０のインピーダンス値を設定する（Ｓ１１）。
【００５０】
受信機４０は、第１信号を受信する（Ｓ１２）。
【００５１】
メモリ６０は、コントローラ５０によってｎ個の可変負荷３０のインピーダンス値が設定された時に、設定されたｎ個の可変負荷３０のインピーダンス値に対応した第１信号の強度を示す第１信号強度値を記憶する（Ｓ１３）。
【００５２】
プロセッサ７０では、送信機８０と受信機４０との間の信号伝搬特性を示す複素伝搬チャネルに対して複数の候補を設定する（Ｓ１４）。
【００５３】
プロセッサ７０は、送信機８０から送信された第２信号を受信機４０が受信したと仮定した場合の複数の第２信号強度値を算出する（Ｓ１５）。
【００５４】
プロセッサ７０は、第１信号強度値と各複数の第２信号強度値との差分のうち、最小となる差分に対応する候補を選択することで複素伝搬チャネルを推定する（Ｓ１６）。
【００５５】
プロセッサ７０は、複素伝搬チャネルに基づいて測位センサー１００に対する第１信号の到来方向を推定する（Ｓ１７）。
【００５６】
以下、図４、図５および図６を用いて、図３で説明した測位センサー１００の方向推定処理の詳細について説明する。
【００５７】
図４は、実施の形態１における測位センサーの方向推定処理の詳細を示すフローチャートである。図５は、図４に示すステップＳ２３の詳細を示すフローチャートである。図６は、図４に示すステップＳ２４の詳細を示すフローチャートである。
【００５８】
図４に示すように、まず、送信機８０により信号が送信開始される（Ｓ２１）。本実施の形態では、図１に示す送信機８０が送信アンテナ８１から信号（送信波）を送信する。
【００５９】
ここで、生体９０は、ｍ個の受信アンテナ１０からなるアレーアンテナから見て方向θＲに静止している。
【００６０】
ところで、測位センサー１００は、強度情報ｙ（ｌ）ｍｅａｓを測定して蓄積する（Ｓ２２）。ここで、強度情報ｙ（ｌ）ｍｅａｓは、受信機４０が受信する第１信号の第１信号強度値である。ｌはインデックス番号であり、強度情報から複素伝搬チャネルを推定する回数を示す。
【００６１】
より具体的には、図５に示すように、まず、コントローラ５０は、ｎ個の可変負荷３０の値を設定する（Ｓ３１）。ここで、測位センサー１００は、それぞれ可変負荷３０により終端されたｍ個の受信アンテナ１０を備えるとして説明する。この場合、ｎ個の可変負荷３０の値（可変インピーダンスの値）は、試行回数ｋを用いて、Ｚｋ＝［ｚｋ１，…、ｚｋｎ］と表すことができる。続いて、受信機４０は、信号強度｜ｙｋ｜を測定する（Ｓ３２）。なお、測位センサー１００は、ｎ個の可変負荷３０の値を変化させて、Ｓ３１およびＳ３２の処理を繰り返す。測位センサー１００は、ｎ個の可変負荷３０をＫ通りに変化させて信号強度｜ｙｋ｜を測定する。Ｋ通りのｎ個の可変負荷３０の値Ｚｋは互いに異なる（Ｚ１≠Ｚ２…≠Ｚｋ）。そして、メモリ６０は、ｎ個の可変負荷３０の値をＫ通りに変化させたときに受信機４０で測定した強度情報ｙ（ｌ）ｍｅａｓを蓄積する（Ｓ３３）。このようにして得られたＫ個の強度情報ｙ（ｌ）ｍｅａｓは、以下に示すようにベクトルで表すことができる。
【００６２】
【数１】
2018124263.tif 000003
【００６３】
ここで、ｌは上述したインデックス番号である。［・］Ｔは転置を表す。
【００６４】
なお、この受信信号の信号強度ｙ（ｌ）ｋは、生体から反射する信号をｓとすると、
【数２】
2018124263.tif 000004
で表すことができる。
【００６５】
ΓＰｋはｋ番目の可変負荷のインピーダンス値の組み合わせに対応する反射係数を表す。式１および式２で表される強度情報は、第１信号として、複素伝搬チャネル推定部７１に出力される。
【００６６】
次に、測位センサー１００は、強度情報ｙ（ｌ）ｍｅａｓから受信機４０が第１信号を受信したときの複素伝搬チャネルｈ（ｌ）を推定する（Ｓ２３）。
【００６７】
より具体的には、図６に示すように、まず、複素伝搬チャネル推定部７１は、試行用複素伝搬チャネルｈ（ｌ）ｔｅｓｔを設定する（Ｓ４１）。ここで、試行用複素伝搬チャネルｈ（ｌ）ｔｅｓｔは任意の値（実部、虚部）すなわち以下に示す所定の値で設定される。
【００６８】
【数３】
2018124263.tif 000005
【００６９】
続いて、複素伝搬チャネル推定部７１は、試行用複素伝搬チャネルｈ（ｌ）ｔｅｓｔから試行用強度情報ｙ（ｌ）ｔｅｓｔを算出する（Ｓ４２）。ここで、試行用強度情報ｙ（ｌ）ｔｅｓｔはステップＳ２２において既知の可変負荷のときに受信機４０が受信したと推定される強度情報であり、上記の第２信号の第２信号強度値に該当する。試行用強度情報ｙ（ｌ）ｔｅｓｔは以下に示すように算出される。
【００７０】
【数４】
2018124263.tif 000006
【００７１】
続いて、複素伝搬チャネル推定部７１は、第１信号の第１信号強度値である強度情報ｙ（ｌ）ｍｅａｓと第２信号の第２信号強度値である試行用強度情報ｙ（ｌ）ｔｅｓｔとの差分（誤差ｅ）を算出する（Ｓ４３）。ここで、差分（誤差ｅ）は、以下に示す式５で算出される。
【００７２】
【数５】
2018124263.tif 000007
【００７３】
続いて、複素伝搬チャネル推定部７１は、差分ｅが小さくなる試行用複素伝搬チャネルｈ（ｌ）ｔｅｓｔを探索し、差分ｅが最小になる試行用複素伝搬チャネルｈ（ｌ）ｔｅｓｔを複素伝搬チャネルｈ（ｌ）として出力する（Ｓ４４）。
【００７４】
以下、図４に戻って説明する。
【００７５】
測位センサー１００は、ステップＳ２２で説明した測定処理をさらにＬ回実施し、都度、ステップＳ２３で説明した推定処理を行う。
【００７６】
次に、測位センサー１００は、ステップＳ２３で推定された複素伝搬チャネルｈ（１），…，ｈ（ｌ）から生体９０の方向を推定する（Ｓ２４）。
【００７７】
［１−３．推定処理の原理］
次に、複素伝搬チャネル推定部７１が試行用複素伝搬チャネルｈ（ｌ）ｔｅｓｔから試行用強度情報ｙ（ｌ）ｔｅｓｔ（第２信号強度）を推定する原理について説明する。
【００７８】
図７は、実施の形態１のアンテナモデルの回路モデルを示す図である。
【００７９】
ここで、ＳＡ、ＳＦ、ΓＰはそれぞれアンテナ１０Ａと給電回路２０と可変負荷３０のＳパラメータ行列を示し、以下の式６〜式８のように表される。
【００８０】
【数６】
2018124263.tif 000008
【００８１】
【数７】
2018124263.tif 000009
【００８２】
【数８】
2018124263.tif 000010
【００８３】
ここで、ＳＦＦ、ＳＦＡ、ＳＦＰ、ＳＡＦ、ＳＡＡ、ＳＡＰ、ＳＰＦ、ＳＰＡ、ＳＰＰは、ＳＦの区分行列である。また、ＳＦＦ、ＳＦＡ、ＳＦＰ、ＳＡＦ、ＳＡＡ、ＳＡＰ、ＳＰＦ、ＳＰＡ、ＳＰＰの添え字のＦ、Ａ、およびＰは、はそれぞれ給電ポート、アンテナポート、可変負荷ポートを示す。
【００８４】
また、ΓＰは、可変負荷３０の反射係数を表す対角行列である。
【００８５】
＃ｉ番目の可変負荷３０の反射係数は、以下の式９のように表される。
【００８６】
【数９】
2018124263.tif 000011
【００８７】
ここで、ｚＰｉ、ｚ０は、それぞれ可変負荷３０のインピーダンス値および基準インピーダンス値を示す。
【００８８】
なお、アンテナ１０Ａおよび給電回路２０のＳパラメータは、回路の製作時に決定するため、事前に測定可能である。また、可変負荷３０のインピーダンス値も事前に測定可能である。よって、式６〜式８に示したＳパラメータ行列、要素、および、可変負荷のインピーダンス値は全て既知である。
【００８９】
このとき、給電回路２０からアンテナ１０Ａへ入射する信号をａＡとし、アンテナ１０Ａから給電回路２０へ入射する信号をｂＡとし、給電回路２０から可変負荷３０へ入射する信号をａＰとし、可変負荷３０から給電回路２０へ入射する信号をｂＰとし、給電端から給電回路２０へ入射する信号をａＰとし、給電回路２０から給電端へ反射する信号をｂＦとする。
【００９０】
このとき、以下の関係式が成立する。
【００９１】
【数１０】
2018124263.tif 000012
【００９２】
【数１１】
2018124263.tif 000013
【００９３】
【数１２】
2018124263.tif 000014
【００９４】
式１０〜式１２より、
【数１３】
2018124263.tif 000015
【数１４】
2018124263.tif 000016
【数１５】
2018124263.tif 000017
【数１６】
2018124263.tif 000018
【数１７】
2018124263.tif 000019
と書ける。式１６および式１７より、
【数１８】
2018124263.tif 000020
【数１９】
2018124263.tif 000021
式１９を式１４に代入すると、
【数２０】
2018124263.tif 000022
が得られる。式２０を整理すると、
【数２１】
2018124263.tif 000023
【数２２】
2018124263.tif 000024
となる。ここで、
【数２３】
2018124263.tif 000025
である。式２２および式２３を用いることによって、給電端に入力した信号ａＦに対してアンテナ１０Ａに入射する信号ａＡを計算することができる。
【００９５】
＃ｉ番目のアンテナ１０Ａの複素指向性をＤｉ（θ）とすると、観測される合成された指向性は、以下の式２４で表される。
【００９６】
【数２４】
2018124263.tif 000026
【００９７】
これによって、任意の可変負荷３０でポートＰを終端した場合の指向性を計算することができる。ここで、アンテナ１０Ａの複素指向性は事前に測定可能であるため、既知である。なお、ここでは説明のために給電端Ｆに信号ａＦを入力する送信時の指向性、つまり、アンテナ１０Ａを送信アンテナとして利用する場合について述べたが、アンテナは可逆性が成立するため、式２４の指向性は受信時についても同様に言える。つまり、上記のことは、アンテナ１０Ａを受信アンテナ１０に置き換えた場合にも同様に言える。
【００９８】
［１−４．効果など］
本実施の形態の測位センサー１００および測位センサー１００を用いた方法によれば、送信機側の位相情報を取得せずに受信側で受信した無線信号から、動体が存在する方向等の推定を行うことができる。また、ｍ個の受信アンテナ１０は給電回路２０に接続されているので、ｍ個の受信アンテナ１０の配置の自由度を向上させることができる。
【００９９】
また、本実施の形態の測位センサー１００および測位センサー１００を用いた方法によれば、位相の測定が不要であり送受信機間で位相レベルの同期が不要であるため、比較的安価な送信機および受信機の利用が可能になる。また、無給電アンテナを利用することにより位相の測定が不要となることから、受信機の数を減らすことが可能になる。
【０１００】
より具体的には、本実施の形態の測位センサー１００では、給電回路２０およびｎ個の可変負荷３０に接続されたｍ個の受信アンテナ１０を備え、単独の受信機４０で受信信号を観測する。ｍ個の受信アンテナ１０の特性はわかっていることから、受信アンテナ１０の負荷条件を振って受信機で受信強度（ＲＳＳＩ：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を取得することで、送信機側の位相情報を取得せずに複素伝搬チャネルを推定することができる。換言すると、受信アンテナの可変負荷（インピーダンス値）を変化させることにより、反射率が変わり、疑似的に受信アンテナの指向性が変わる。そのため、複数回（複素伝搬チャネルの未知数以上の回数）、疑似的に受信アンテナの指向性を変え、その際に受信機が受信する受信信号の受信強度から、連立方程式を作成できる。そして、最急降下法によりその連立方程式を解くことで、複素伝搬チャネルを推定することができる。
【０１０１】
このようにして、測位センサー１００の外部の送信アンテナから、受信機に接続される受信アンテナと無給電アンテナとに到達する複素伝搬チャネルを、受信機を複数用意することもなく受信強度のみから推定することができる。また、受信強度のみから方向推定を行うことができ位相情報の観測が不要であることから、本実施の形態の測位センサー１００では、送信機側の位相情報を取得しない簡易なハードウェア構成すなわち安価な既存の送信機および受信機を用いることが可能になる。
【０１０２】
（実施の形態２）
実施の形態１における測位センサー１００が受信する信号には、送信機８０から送信された信号（送信波）が生体９０で反射された反射波に加えて、直接波や固定物由来の反射波など、生体９０を経由しない反射波も含まれている。実施の形態２では、生体９０を経由しない反射波も含まれることを考慮した生体９０の方向の推定方法について説明する。以下では、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１０３】
［２−１．測位センサーの構成］
本実施の形態に係る測位センサー（不図示）は、実施の形態１における測位センサー１００に対して、方向推定部７４０の構成が異なる。
【０１０４】
図８は、実施の形態２における方向推定部の構成の一例を示す図である。
【０１０５】
方向推定部７４０は、複素伝搬チャネル推定部７１において推定された複素伝搬チャネルから第１信号の到来方向を推定する。本実施の形態では、方向推定部７４０は、図８に示すように、瞬時相関行列算出部７４１と、記憶部７４２と、第３相関行列算出部７４３と、到来角推定部７４４とを備える。
【０１０６】
瞬時相関行列算出部７４１は、複素伝搬チャネル推定部７１で推定された第１複素伝搬チャネルより第１相関行列を算出して、記憶部７４２に記憶させる。また、瞬時相関行列算出部７４１は、複素伝搬チャネル推定部７１で推定された第２複素伝搬チャネルより第２相関行列を算出する。
【０１０７】
本実施の形態では、複素伝搬チャネル推定部７１は、受信機４０が受信した第１信号の第１信号強度の時間変動が所定の値以下のとき、複素伝搬チャネルとして、第１複素伝搬チャネルを推定する。また、複素伝搬チャネル推定部７１は、受信機４０が受信した第１信号の第１信号強度の時間変動が所定の値より大きいとき、複素伝搬チャネルとして、第２複素伝搬チャネルを推定する。ここで、第１信号強度の時間変動が所定の値以下の第１信号には、送信アンテナ８１から送信され、生体９０によって反射された反射信号を含まない。第１信号強度の時間変動が所定の値以下の場合、無人状態（生体９０が存在しない状態）で第１信号を受信機４０が受信することに該当するからである。一方、第１信号強度の時間変動が所定の値より大きい第１信号には、送信アンテナ８１から送信され、生体９０によって反射された反射信号を含む。第１信号強度の時間変動が所定の値より大きい場合、有人状態（生体９０が存在する状態）で第１信号を受信機４０が受信することに該当するからである。
【０１０８】
記憶部７４２は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、不揮発性のメモリなどの記憶装置により実現され、瞬時相関行列算出部７４１により算出された第１相関行列を記憶する。
【０１０９】
第３相関行列算出部７４３は、瞬時相関行列算出部７４１により算出された第２相関行列から記憶部７４２に記憶されている第１相関行列を減算することで得られる差分行列を第３相関行列として算出する。
【０１１０】
到来角推定部７４４は、第３相関行列算出部７４３が算出した第３相関行列から第１信号の到来角を推定する。
【０１１１】
［２−２．測定センサーの動作］
以上のよう構成された実施の形態２における測位センサー１００の方向推定処理の動作について説明する。図９は、実施の形態２における方向推定部の方向推定処理を示すフローチャートである。図１０は、実施の形態２における方向推定部の方向推定処理の流れを示す図である。
【０１１２】
まず、複素伝搬チャネル推定部７１は、生体９０の方向推定を行う前に、複素伝搬チャネル推定部７１で無人であることが分かっている状態（無人状態）の第１複素伝搬チャネルを推定する。方向推定部７４０は、複素伝搬チャネル推定部７１で推定された第１複素伝搬チャネルより第１相関行列を算出し、記憶部７４２に記憶する（Ｓ５１）。
【０１１３】
より具体的には、瞬時相関行列算出部７４１は、複素伝搬チャネル推定部７１により推定された無人状態での第１複素伝搬チャネルｈから、瞬時相関行列Ｒ０１を下記の式２５のように算出する。式２５において、｛・｝Ｈは複素共役転置を表す。
【０１１４】
【数２５】
2018124263.tif 000027
【０１１５】
そして、瞬時相関行列算出部７４１は、式２６に示すように、式２５に表される瞬時相関行列をＬ回求めて平均した行列を算出する。これを第１相関行列Ｒ１と定義する。
【０１１６】
【数２６】
2018124263.tif 000028
【０１１７】
次に、複素伝搬チャネル推定部７１は、有人であることが分かっている状態（有人状態）の第２複素伝搬チャネルを推定する。方向推定部７４０は、複素伝搬チャネル推定部７１で推定された第２複素伝搬チャネルより第２相関行列を算出する（Ｓ５２）。
【０１１８】
より具体的には、瞬時相関行列算出部７４１は、複素伝搬チャネル推定部７１により推定された有人状態での第２複素伝搬チャネルｈから、同様に瞬時相関行列Ｒ０２を下記の式２７のように算出する。
【０１１９】
【数２７】
2018124263.tif 000029
【０１２０】
そして、瞬時相関行列算出部７４１は、式２７に示すように、式２８に表される瞬時相関行列をＬ回求め平均した行列を算出する。これを第２相関行列Ｒ２と定義する。
【０１２１】
【数２８】
2018124263.tif 000030
【０１２２】
次に、方向推定部７４０は、ステップＳ５２で算出された第２相関行列から記憶部７４２に記憶されている第１相関行列を減算した差分行列を第３相関行列として算出する（Ｓ５３）。
【０１２３】
より具体的には、第３相関行列算出部７４３は、式２６に示される第１相関行列Ｒ１から式２８に示される第２相関行列Ｒ２を減算し、第３相関行列Ｒ３（Ｒ３＝  Ｒ２−Ｒ１）を得る。
【０１２４】
次に、方向推定部７４０は、算出した第３相関行列から第１信号の到来角を推定するにより第１信号の到来方向を推定する（Ｓ５４）。
【０１２５】
ここで、上述したように、第１相関行列Ｒ１は無人時に推定された第１複素伝搬チャネルから算出されたものであり、例えば直接波や壁からの反射波など生体９０以外の複素伝搬チャネル成分に対応する。一方、第２相関行列Ｒ２は有人時に観測された複素伝搬チャネルから算出されたものであり、生体９０を経由する成分と、生体９０を経由しない固定成分が合算されている。
【０１２６】
したがって、第２相関行列Ｒ２から第１相関行列Ｒ１を減算することで、理想的には生体９０を経由した成分だけが残る。つまり、到来角推定部７４４は、第３相関行列Ｒ３を用いることで、屋内などの多重波環境においても第１信号の到来角すなわち生体９０の方向を推定することができる。
【０１２７】
［２−３．効果など］
本実施の形態の測位センサーおよび測位センサーを用いた方法によれば、屋内などの多重波環境においても、送信機側の位相情報を取得せずに受信側で受信した無線信号から、動体が存在する方向等の推定を行うことができる。
【０１２８】
（実施の形態３）
実施の形態２では、例えば直接波や壁からの反射波など生体９０以外の複素伝搬チャネル成分を除去して生体９０の方向を推定する方法について説明したが、これに限らない。実施の形態３では、実施の形態２と異なる方法で、生体９０以外の複素伝搬チャネル成分を除去して生体９０の方向を推定する方法について説明する。以下では、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１２９】
［３−１．測位センサーの構成］
本実施の形態に係る測位センサー（不図示）は、実施の形態１における測位センサー１００に対して、方向推定部８４０の構成が異なる。
【０１３０】
図１１は、実施の形態３における方向推定部の構成の一例を示す図である。
【０１３１】
方向推定部８４０は、複素伝搬チャネル推定部７１において推定された複素伝搬チャネルから第１信号の到来方向を推定する。本実施の形態では、方向推定部８４０は、図１１に示すように、記憶部８４５と、位相角算出部８４６と、相関行列算出部８４７と、到来角推定部８４８とを備える。
【０１３２】
記憶部８４５は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、不揮発性のメモリなどの記憶装置により実現され、複素伝搬チャネル推定部７１で推定された第１複素伝搬チャネルを記憶する。本実施の形態では、記憶部８４５は、複素伝搬チャネル推定部７１により、所定時刻に、複素伝搬チャネルとして推定された第１複素伝搬チャネルが記憶される。
【０１３３】
位相角算出部８４６は、記憶部８４５に記憶された第１複素伝搬チャネルと、複素伝搬チャネル推定部７１において推定された第２複素伝搬チャネルとの位相差を比較する。ここで、第２複素伝搬チャネルは、複素伝搬チャネル推定部７１により、所定時刻の後の時刻に、複素伝搬チャネルとして推定されたものである。
【０１３４】
そして、位相角算出部８４６は、当該位相差の平均が最小となる位相回転（位相角）を探索し、探索した位相回転（位相角）が与えられた第２複素伝搬チャネルから第１複素伝搬チャネルを減算することで得られる差分である第３複素伝搬チャネルを算出する。
【０１３５】
相関行列算出部８４７は、位相角算出部８４６が算出した第３複素伝搬チャネルから相関行列を算出する。
【０１３６】
到来角推定部８４８は、相関行列算出部８４７で算出された相関行列から第１信号の到来角を推定する。
【０１３７】
［３−２．測位センサーの動作］
以上のよう構成された実施の形態３における測位センサー１００の方向推定処理の動作について説明する。図１２は、実施の形態３における方向推定部の方向推定処理を示すフローチャートである。図１３は、実施の形態３における方向推定部の方向推定処理の流れを示す図である。
【０１３８】
まず、複素伝搬チャネル推定部７１は、ある時点（所定時刻）において推定された複素伝搬チャネルを第１複素伝搬チャネルｈ（１）として記憶部８４５に記憶する。ここで、以降（所定時刻の後の時刻）に推定される複素伝搬チャネルを第２複素伝搬チャネルｈ（ｌ）とする。ここで、ｌは観測時間（推定時刻）に対応する測定番号である。
【０１３９】
次に、方向推定部７４０は、記憶部８４５に記憶された第１複素伝搬チャネルと、所定時刻の後の時刻に推定された第２複素伝搬チャネルとの位相差を比較し（Ｓ６１）、当該位相差の平均が最小となる位相回転（位相角）を探索する（Ｓ６２）。
【０１４０】
より具体的には、一般的な多重波環境では、直接波や壁経由の反射波は生体を経由する信号よりも遥かに信号強度が高いものと考えられる。よって、全ての複素伝搬チャネル要素の位相は大きく変動しないものと考えることができる。一方、実施の形態３における測位センサー１００により推定された第１複素伝搬チャネルおよび第２複素伝搬チャネルにはランダムな位相が乗じられていると考えられる。これは、測位センサー１００が強度情報のみから第１複素伝搬チャネルおよび第２複素伝搬チャネルを推定するからである。絶対的なチャネルの位相は推定できない。
【０１４１】
そこで、位相角算出部８４６は、第１複素伝搬チャネルｈ（１）と第２複素伝搬チャネルｈ（ｌ）との主成分である固定成分に変化が無いものと仮定すると、下記の式２９に示される△ｐ（ｌ）が最小になる補正位相θｌを探索して決定すればよい。
【０１４２】
【数２９】
2018124263.tif 000031
【０１４３】
次に、方向推定部７４０は、ステップＳ６２で探索した位相回転（位相角）が与えられた第２複素伝搬チャネルにから第１複素伝搬チャネルを減算して得た第３複素伝搬チャネルを算出する（Ｓ６３）。
【０１４４】
より具体的には、位相角算出部８４６は、式２９を用いて探索した補正位相θｌを用いて、差分チャネルを下記の式３０のように算出する。この差分チャネルを第３複素伝搬チャネル△ｈ（ｌ）と呼称する。
【０１４５】
【数３０】
2018124263.tif 000032
【０１４６】
次に、方向推定部７４０は、ステップＳ６３で算出した第３複素伝搬チャネルから相関行列を算出する（Ｓ６４）。
【０１４７】
より具体的には、相関行列算出部８４７は、式３０に示される第３複素伝搬チャネル△ｈ（ｌ）から相関行列Ｒを、下記の式３１のように算出する。
【０１４８】
【数３１】
2018124263.tif 000033
【０１４９】
ここで、上述したように、式３０を用いた減算処理の過程で差分チャネル（第３複素伝搬チャネル）としているため、式３１に示される相関行列Ｒは、常に固定の成分が消去され、生体９０由来の成分だけが残る。
【０１５０】
したがって、式３１に示される相関行列Ｒが判明すれば様々な方向推定処理を適用可能である。このような方向推定方法によれば、別途無人時に第１複素伝搬チャネルの推定を行う必要が無く、什器が移動しているなど伝搬環境が変化した場合でも生体９０の方向を推定できる。
【０１５１】
［３−３．効果など］
本実施の形態の測位センサーおよび測位センサーを用いた方法によれば、屋内などの多重波環境において伝搬環境が変化した場合でも、送信機側の位相情報を取得せずに受信側で受信した無線信号から、動体が存在する方向等の推定を行うことができる。
【０１５２】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、受信機４０が受信した第１信号の第１信号強度から複素伝搬チャネルを推定し、生体９０の方向推定を行うことについて説明したが、それに限らない。受信機４０が受信した第１信号の第１信号強度を最適化した信号強度から複素伝搬チャネルを推定し、生体９０の方向推定を行ってもよい。以下、実施の形態４として、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１５３】
［４−１．測位センサーの構成］
本実施の形態に係る測位センサー（不図示）は、実施の形態１等における測位センサー１００に対して、メモリ６００と、複素伝搬チャネル推定部４５と、方向推定部９４０の構成が異なる。なお、測位センサー１００におけるコントローラ５０は、上述したように、可変負荷３０のインピーダンス値を制御する。以下では、コントローラ５０は、ｍ個の受信アンテナ１０の可変負荷３０のインピーダンス値の組み合わせを、Ｋ通り（Ｋは２以上の整数）に制御するとして説明する。
【０１５４】
図１４は、実施の形態４におけるメモリと複素伝搬チャネル推定部の構成の一例を示す図である。
【０１５５】
メモリ６００は、可変負荷３０のインピーダンス値のＫ通りの組み合わせそれぞれにおける受信機４０が受信する第１信号の第１信号強度をＬ回（Ｌは２以上の整数）蓄積し、Ｋ通りの組み合わせそれぞれにおけるＬ回の第１信号強度の平均値である第１平均信号強度を算出する。メモリ６００は、Ｋ通りの組み合わせそれぞれにおけるＬ回の第１信号強度であって蓄積した第１信号強度から第１平均信号強度を減算したＫ×Ｌ個の第１差分信号強度を算出して蓄積する。
【０１５６】
本実施の形態では、メモリ６００は、図１４に示すように、Ｋ通りの可変負荷３０のインピーダンス値（図で負荷）の組み合わせそれぞれにおける第１信号の強度情報（第１信号強度）を記録し、さらにこれをＬ回観測する。つまり、Ｋ×Ｌ個の第１信号の強度情報（第１信号強度）を記録する。
【０１５７】
ここで、１番目の負荷の組み合わせに注目して説明すると、本実施の形態に係る測位センサーはＬ回の観測を行うため、メモリ６００は、第１信号＃１−１〜第１信号＃１−Ｌの合計Ｌ個の強度情報（第１信号強度＃１−１〜第１信号強度＃１−Ｌ）を蓄積する。そして、メモリ６００は、Ｌ個の強度情報（第１信号強度）の平均値である平均信号強度＃１を算出し、蓄積した第１信号強度＃１−１〜第１信号強度＃１−Ｌから平均信号強度＃１を減算する。これにより、第１差分信号強度＃１−１〜第１差分信号強度＃１−Ｌを得る。
【０１５８】
同様の処理をＫ通りの負荷の組み合わせすべてについて実施する。
【０１５９】
このように、メモリ６００は、受信機４０が受信するＫ×Ｌ個の第１信号の第１信号強度を蓄積するのに加えて、第１信号強度を最適化した、Ｋ×Ｌ個の第１差分信号強度を蓄積する。
【０１６０】
複素伝搬チャネル推定部７１０は、図１４に示すように、差分信号算出部７２０と比較演算部７３０とを備える。
【０１６１】
差分信号算出部７２０は、それぞれ所定の値を有するＬ個の試行用差分複素伝搬チャネルを設定し、設定したＬ個の試行用差分複素伝搬チャネルそれぞれにおいて、Ｋ通りの第２差分信号強度を算出する。
【０１６２】
比較演算部７３０は、差分信号算出部７２０と連携して、メモリ６００において蓄積されたＫ通りの第１差分信号強度と算出した第２差分信号強度との差が最小になる試行用差分複素伝搬チャネルの値を探索する。そして、比較演算部７３０は、探索した値を有するＬ個の試行用差分複素伝搬チャネルを受信機４０が第１信号を受信したときのＬ個の複素差分伝搬チャネルとして推定する。
【０１６３】
本実施の形態では、差分信号算出部７２０は、まず１回目の観測に対応する試行用差分複素伝搬チャネル（＃１）を任意の値に設定する。この試行用差分複素伝搬チャネル（＃１）が正しいものとして、式２により負荷の組み合わせに対応する試行用差分信号強度＃１−１〜試行用差分信号強度＃Ｋ−１（合計Ｋ個）を算出する。ここで、試行用差分信号強度は、対応する負荷の組み合わせのときに受信機４０が受信したと推定される強度情報であり、上記の第２差分信号強度に該当する。
【０１６４】
続いて、比較演算部７３０は、メモリ６００で算出したＫ個の第１差分信号強度を、差分信号算出部７２０で算出したＫ個の試行用差分信号強度（第２差分信号強度）でそれぞれ減算して比較する。ここで、減算は、負荷の組み合わせが同じである差分信号強度どうしで行う。これにより、Ｋ個の差分値が得られる。比較演算部７３０は、得られたＫ個の差分値の絶対値を合算する等の評価関数を用いて評価し、評価結果を差分信号算出部７２０にフィードバックする。
【０１６５】
すると、差分信号算出部７２０は、フィードバック結果をもとに試行用差分複素伝搬チャネル（＃１）を再設定し、これからＫ個の試行用差分信号強度（第２差分信号強度）を算出する。そして、比較演算部７３０は、再度、上述した比較演算を行う。
【０１６６】
複素伝搬チャネル推定部７１０は、このような手順を比較演算結果が最小になるよう何度も繰り返すことで、複素差分伝搬チャネルを推定する。また、複素差分伝搬チャネルの推定には、例えば最急降下法を用いることができる。複素伝搬チャネル推定部７１０はこのような処理をさらにＬ回繰り返すことで、Ｌ個の時系列な複素差分伝搬チャネルを推定する。
【０１６７】
図１５は、実施の形態４における方向推定部の構成の一例を示す図である。
【０１６８】
方向推定部９４０は、相関行列算出部９４１と到来角推定部９４２とを備え、複素伝搬チャネル推定部７１０において推定された複素差分伝搬チャネルから第１信号の到来方向を推定する。相関行列算出部９４１は、複素伝搬チャネル推定部７１０において推定された、Ｌ個の複素差分伝搬チャネルから相関行列を算出する。到来角推定部９４２は、相関行列算出部９４１で算出した相関行列から第１信号の到来角を推定することにより第１信号の到来方向を推定する。
【０１６９】
本実施の形態では、相関行列算出部９４１は、複素伝搬チャネル推定部７１０において推定された複素差分伝搬チャネルそれぞれを瞬時相関行列に変換する。相関行列算出部９４１は、変換した合計Ｌ個の瞬時相関行列を要素ごとに平均化することで、相関行列を算出する。到来角推定部９４２は、相関行列算出部９４１により算出された相関行列から第１信号の到来角を推定する。第１信号の到来角は、上述したように検出対象である生体９０の方向に該当する。
【０１７０】
［４−２．測位センサーの動作］
以上のよう構成されたメモリ６００、複素伝搬チャネル推定部７１０および方向推定部９４０それぞれの動作について説明する。
【０１７１】
図１６は、実施の形態４におけるメモリの推定処理を示すフローチャートである。
【０１７２】
まず、メモリ６００は、可変負荷３０のインピーダンス値のＫ通りの組み合わせそれぞれにおける受信機４０が受信する第１信号の第１信号強度をＬ回（Ｌは２以上の整数）蓄積する（Ｓ７１）。
【０１７３】
次に、メモリ６００は、Ｋ通りの組み合わせそれぞれにおけるＬ回の第１信号強度の平均値である第１平均信号強度を算出する（Ｓ７２）。
【０１７４】
次に、メモリ６００は、Ｋ通りの組み合わせそれぞれにおけるＬ回の第１信号強度であって蓄積した第１信号強度から第１平均信号強度を減算したＫ×Ｌ個の第１差分信号強度を算出して蓄積する（Ｓ７３）。
【０１７５】
図１７は、実施の形態４における複素伝搬チャネル推定部の推定処理を示すフローチャートである。
【０１７６】
まず、複素伝搬チャネル推定部７１０は、それぞれ所定の値を有するＬ個の試行用差分複素伝搬チャネルを設定する（Ｓ８１）。
【０１７７】
次に、複素伝搬チャネル推定部７１０は、設定したＬ個の試行用差分複素伝搬チャネルそれぞれにおいて、Ｋ通りの第２差分信号強度を算出する（Ｓ８２）。
【０１７８】
次に、複素伝搬チャネル推定部７１０は、メモリ６００に蓄積されたＫ通りの第１差分信号強度と算出した第２差分信号強度との差が最小になる試行用差分複素伝搬チャネルの値を探索する（Ｓ８３）。
【０１７９】
そして、複素伝搬チャネル推定部７１０は、探索した値を有するＬ個の試行用差分複素伝搬チャネルを受信機４０が第１信号を受信したときのＬ個の複素差分伝搬チャネルとして推定する（Ｓ８４）。
【０１８０】
図１８は、実施の形態４における方向推定部の推定処理を示すフローチャートである。
【０１８１】
まず、方向推定部９４０は、複素伝搬チャネル推定部７１０において推定された、Ｌ個の複素差分伝搬チャネルから相関行列を算出する（Ｓ９１）。
【０１８２】
次に、方向推定部９４０は、ステップＳ９１で算出した相関行列から第１信号の到来度を推定することにより第１信号の到来方向を推定する（Ｓ９２）。
【０１８３】
［４−３．効果など］
以上、本実施の形態の測位センサーおよび測位センサーを用いた方法によれば、屋内などの多重波環境においても、送信機側の位相情報を取得せずに受信側で受信した無線信号から、動体が存在する方向等の推定を行うことができる。
【０１８４】
より具体的には、本実施の形態の測位センサーでは、給電回路およびｎ個の可変負荷に接続されたｍ個の受信アンテナを備え、単独の受信機で受信信号を観測する。ｍ個の受信アンテナの特性はわかっていることから、受信アンテナの負荷条件をＫ通りに振って受信機で受信強度（ＲＳＳＩ：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を取得することで、送信機側の位相情報を取得せずに、最急降下法などにより複素差分伝搬チャネルを推定することができる。つまり、受信アンテナの可変負荷（インピーダンス値）を変化させることにより、反射率が変わり、疑似的に受信アンテナの指向性が変わる。そのため、複数回（複素伝搬チャネルの未知数以上の回数）、疑似的に受信アンテナの指向性を変え、その際に受信機が受信する受信信号の受信強度から、連立方程式を作成できる。そして、最急降下法によりその連立方程式を解くことで、複素差分伝搬チャネルを推定することができる。
【０１８５】
なお、実施の形態４に係る効果を確かめるために実験による評価を行ったので、以下説明する。
【０１８６】
図１９は、実施の形態４における方向推定方法を用いた実験の概念を示す図である。
【０１８７】
図１９に示す実験系におけるアンテナ構成は、送信アンテナに２．４７ＧＨｚ帯の１素子方形パッチアンテナを、受信アンテナに１素子方形パッチアンテナと２素子無給電アンテナによる３素子パッチアレーアンテナを用いた。送信アンテナおよび受信アンテナの高さは、被験者（生体）の腹部の高さに合わせた１．０５ｍに設定した。送信アンテナおよび受信アンテナの間の距離は３．５ｍに、受信アンテナおよび被験者の間の距離は１．５ｍに設定した。また、被験者は、アンテナ正面を基準として−２０°の位置に直立かつ静止した状態とした。観測時間は１２．８秒、可変負荷の値の組み合わせ数はＫ＝１６、観測回数はＬ＝１２８とした。
【０１８８】
図２０は、実施の形態４における推定方法を用いた実験結果を示す図である。図２０では、方向推定処理に、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ  ＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法を用いている。
【０１８９】
図２０において横軸はアンテナ正面を基準とした角度、縦軸はＭＵＳＩＣスペクトラムの強度である。また、ＭＵＳＩＣスペクトラムの最大値が到来方向に対応する。実線Ａは実施の形態４に係る推定方法を用いた実験結果を示している。また、比較例として、点線Ｂに従来の推定方法を用いた実験結果を示している。ここで、従来法とは、送信機側の位相情報を取得して行う方法である。点線Ｂに示される実験結果は、３素子の方形パッチアレーアンテナを用いて全複素伝搬チャネルの観測を行い、１２．８秒の観測データから固定である反射成分を除外した後で方向推定を行ったものである。
【０１９０】
図２０に示される結果より、実施の形態４に係る推定方法により、高い精度で生体方向が推定できていることが分かる。角度誤差は０．７°であった。
【０１９１】
このようにして、従来法と比較してもそん色ない精度で生体方向を推定できることが確認された。
【０１９２】
以上、本発明の一態様に係る測位センサーおよび測位センサーによる方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明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、本発明の範囲内に含まれる。
【０１９３】
例えば、実施の形態１〜４では、生体９０の方向推定を行う場合の例を挙げて説明したが、生体９０に限らない。高周波の信号が照射された場合に、その活動によって反射波にドップラー効果を与える種々の動体（機械等）にも適用可能である。
【０１９４】
また、例えば、実施の形態１〜４における測位センサーを異なる場所に２つ以上具備するセンサーを用いて、２つ以上の測位センサーがそれぞれ推定する第１信号の到来方向に基づいて、動体の位置を推定するとしてもよい。より具体的には、実施の形態１〜４における測位センサーを異なる場所に２つ以上具備するセンサーの位置を推定する方法であって、第１信号には、送信アンテナから送信され、動体によって反射された反射信号を含まれ、２つ以上の測位センサーそれぞれから推定される第１信号の到来方向に基づいて、例えば三角法などを用いて動体の位置を推定してもよい。２つ以上の測位センサーそれぞれから推定される第１信号の到来方向が交差する位置が動体の位置と推定できるからである。
【０１９５】
なお、測位センサーにおいて、ｎ個の可変負荷３０は、ｍ個の受信アンテナ１０の数と同じ場合、図２１に示すように、アレーアンテナ付近に配置されてもよい。また、ｎ個の可変負荷３０は、ｍ個の受信アンテナ１０の数よりも多い数である場合、図２２に示すように分岐配線上に配置されてもよい。図２１は、測位センサーにおいて、給電回路、可変負荷および受信アンテナの配置の一例を示す図である。図２２は、測位センサーにおいて、給電回路、可変負荷および受信アンテナの配置の他の一例を示す図である。
【０１９６】
また、本発明は、このような特徴的な構成要素を備える、測位センサーとして実現することができるだけでなく、測位センサーに含まれる特徴的な構成要素をステップとする推定方法などとして実現することもできる。また、そのような方法に含まれる特徴的な各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなコンピュータプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータで読取可能な非一時的な記録媒体あるいはインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１９７】
本発明は、無線信号を利用した動体の方向や位置を推定する方向推定方法、位置推定方法および方向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方向推定方法、並びに、方向推定方法、位置推定方法および散乱断面積を用いた方向推定装置に利用できる。
【符号の説明】
【０１９８】
１０    受信アンテナ
１０Ａ    アンテナ
２０    給電回路
３０    可変負荷
４０    受信機
５０    コントローラ
６０、６００    メモリ
７０    プロセッサ
７１    複素伝搬チャネル推定部
７２    信号算出部
７３、７３０    比較演算部
７４、７４０、８４０、９４０    方向推定部
８０    送信機
８１    送信アンテナ
９０    生体
１００    測位センサー
７２０    差分信号算出部
７４１    瞬時相関行列算出部
７４２、８４５    記憶部
７４３    第３相関行列算出部
７４４、９４２    到来角推定部
８４６    位相角算出部
８４７、９４１    相関行列算出部
８４８    到来角推定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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