特許 6471645 位置推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6471645

(24)【登録日】2019年2月1日

(45)【発行日】2019年2月20日

(54)【発明の名称】位置推定装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/04 20060101AFI20190207BHJP

   G01S 3/46 20060101ALI20190207BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20190207BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20190207BHJP

【ＦＩ】

   G01S5/04

   G01S3/46

   H01Q21/06

   H01Q21/24

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-162229(P2015-162229)

(22)【出願日】2015年8月19日

(65)【公開番号】特開2017-40552(P2017-40552A)

(43)【公開日】2017年2月23日

【審査請求日】2018年1月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100106149

【弁理士】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 正義

(72)【発明者】

【氏名】三治 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】平尾 宜隆

【審査官】 大▲瀬▼ 裕久

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０３８４６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２５０６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０３０８３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−２９８９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３３４１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ １／００−１３／９５

Ｈ０１Ｑ ２１／０６

Ｈ０１Ｑ ２１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の被推定側装置との通信に用いられる周波数帯の電波を受信するためのものであって、予め定められた複数種類の偏波面の電波を受信可能なアンテナ部（１１Ａ、１１Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ）と、
前記複数種類の偏波面のうち、前記アンテナ部での受信の対象とする偏波面を切り替える偏波切替部（１２１、１７１）と、
前記アンテナ部が受信した信号であって、前記偏波切替部によって受信対象に設定された偏波面の信号を解析することで、前記被推定側装置が存在している方向又は前記被推定側装置との距離に関連する情報である位置関連情報を取得する情報取得部（１２３、１７３）と、を備え、
前記アンテナ部は、前記被推定側装置との通信に用いられる周波数帯の電波を受信するための複数のアンテナ素子（１１１）を備え、
前記複数のアンテナ素子はアレイ状に配置されており、
前記情報取得部は、前記偏波切替部が前記アンテナ部の受信対象とする偏波面を順次切り替える毎に、その新たに受信対象として設定された偏波面での受信信号に基づいて、前記位置関連情報を取得するものであって、
前記情報取得部が取得した前記偏波面毎の前記位置関連情報を比較することで、前記情報取得部が取得した前記位置関連情報のうち、直接波に由来する情報を特定する特定部（１２４、１７４）と、
前記特定部が特定した直接波に由来する情報に基づいて、前記被推定側装置が存在する位置を推定する位置推定部（１８）と、
前記偏波切替部が前記アンテナ部の受信対象とする偏波面を切り替える毎に、前記アンテナ部で受信した信号を解析することで前記アンテナ部が受信した電波の到来方向を検出するとともに、その検出した到来方向毎の受信強度を取得する、前記情報取得部としての到来方向取得部（１２３）と、
前記到来方向取得部が到来方向を複数取得している場合に、前記到来方向取得部が取得した複数の到来方向のうち、偏波面の切り替えに伴う受信強度の変化が最も小さい到来方向を、前記被推定側装置からの直接波が到来している方向であると特定する、前記特定部としての直接波方向特定部（１２４）と、を備え、
前記直接波方向特定部は、前記受信対象とする偏波面を切り替えていった結果、検出された到来方向の数が最も少なかった偏波面を受信対象とした時に検出された到来方向の中から、前記被推定側装置からの直接波が到来している方向を採用するように構成されている位置推定装置。

【請求項2】

請求項１において、
それぞれ異なる位置に配置された前記アンテナ部としての第１アンテナ部（１１Ａ）及び第２アンテナ部（１１Ｂ）と、
前記第１アンテナ部及び前記第２アンテナ部のそれぞれが設けられている位置を記憶部
（Ｍ１）と、を備え、
前記偏波切替部、前記到来方向取得部、及び前記直接波方向特定部を、前記第１アンテナ部及び前記第２アンテナ部のそれぞれに１つずつ対応するように備え、
前記位置推定部は、前記第１アンテナ部に対応する前記直接波方向特定部が特定した前記被推定側装置からの直接波が到来している方向と、前記第２アンテナ部に対応する前記直接波方向特定部が特定した前記被推定側装置からの直接波が到来している方向と、前記記憶部が記憶している前記第１アンテナ部及び前記第２アンテナ部の位置と、に基づき、三角測量の原理によって前記被推定側装置の位置を推定することを特徴とする位置推定装置。

【請求項3】

請求項１又は２において、
前記直接波方向特定部は、前記受信対象とする偏波面を切り替えていった結果、到来方向として検出された回数が最も多い方向を前記被推定側装置からの直接波が到来している方向であると特定することを特徴とする位置推定装置。

【請求項4】

請求項１から３の何れか１項において、
前記アンテナ素子は、前記複数種類の偏波面の電波を受信可能な構成となっていることを特徴とする位置推定装置。

【請求項5】

請求項１から３の何れか１項において、
前記位置推定装置は、車両に搭載されてあって、
前記被推定側装置は、前記車両のユーザによって携帯される携帯端末であることを特徴とする位置推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、所定の通信端末と通信することで、その通信端末の位置を推定する位置推定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両に搭載された車載機（位置推定装置とする）と、ユーザによって携帯される携帯端末とが連携し、周知の到来方向推定法によって車両に対する携帯端末の位置を推定する位置推定システムが種々提案されている。

【0003】

例えば特許文献１に開示の位置推定システムにおける携帯端末は、車両の位置を推定するためのユーザ操作に基づいて、ＵＨＦ帯の探索信号を送信する。一方、その携帯端末に対応する位置推定装置は、携帯端末から送信された探索信号をアレイアンテナで受信し、アレイアンテナで受信した信号の受信態様（位相等）を解析することによって、探索信号の到来方向を推定する。また、この位置推定装置は、受信した探索信号の受信信号強度から車両に対する携帯端末の距離を推定する。

【0004】

そして、位置推定装置は、到来方向と距離とから車両に対する携帯端末の相対的な位置を推定する。なお、電波の到来方向を推定する方法としては、例えばＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法等、周知の到来方向推定法を採用することができる。

【0005】

以降では、上述の携帯端末のように、位置推定装置によって、存在している方向や位置が推定される側の装置を被推定側装置とも記載する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−６８１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来の構成では、アレイアンテナで受信した信号の位相等を解析して、被推定側装置が存在している方向を推定する。しかしながら、無線通信の電波、例えば２．４ＧＨｚ帯の電波は、金属板（例えば他車両のボディ）で反射しやすい特性がある。

【0008】

被推定側装置から送信された信号が、仮に、他の物体で反射されてアレイアンテナで受信された場合、位置推定装置は、反射波が到来している方向もまた、電波の到来方向として検出することがある。

【0009】

そのため、電波を反射する物体が多い環境（いわゆるマルチパス環境下）に、位置推定装置及び被推定側装置が存在する場合、反射波の影響によって、電波の到来方向として複数の候補が現れてしまい、被推定側装置が存在する方向の推定精度が低下してしまう。その結果として、マルチパス環境下においては被推定側装置の位置の推定精度が低下してしまう。

【0010】

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、マルチパス環境下においても、被推定側装置の位置をより精度良く推定できる位置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】

【0011】

その目的を達成するための本発明は、所定の被推定側装置との通信に用いられる周波数帯の電波を受信するためのものであって、予め定められた複数種類の偏波面の電波を受信可能なアンテナ部（１１Ａ、１１Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ）と、複数種類の偏波面のうち、アンテナ部での受信の対象とする偏波面を切り替える偏波切替部（１２１、１７１）と、アンテナ部が受信した信号であって、偏波切替部によって受信対象に設定された偏波面の信号を解析することで、被推定側装置が存在している方向又は被推定側装置との距離に関連する情報である位置関連情報を取得する情報取得部（１２３、１７３）と、を備え、アンテナ部は、被推定側装置との通信に用いられる周波数帯の電波を受信するための複数のアンテナ素子（１１１）を備え、複数のアンテナ素子はアレイ状に配置されており、情報取得部は、偏波切替部がアンテナ部の受信対象とする偏波面を順次切り替える毎に、その新たに受信対象として設定された偏波面での受信信号に基づいて、位置関連情報を取得するものであって、情報取得部が取得した偏波面毎の位置関連情報を比較することで、情報取得部が取得した位置関連情報のうち、直接波に由来する情報を特定する特定部（１２４、１７４）と、特定部が特定した直接波に由来する情報に基づいて、被推定側装置が存在する位置を推定する位置推定部（１８）と、偏波切替部がアンテナ部の受信対象とする偏波面を切り替える毎に、アンテナ部で受信した信号を解析することでアンテナ部が受信した電波の到来方向を検出するとともに、その検出した到来方向毎の受信強度を取得する、情報取得部としての到来方向取得部（１２３）と、到来方向取得部が到来方向を複数取得している場合に、到来方向取得部が取得した複数の到来方向のうち、偏波面の切り替えに伴う受信強度の変化が最も小さい到来方向を、被推定側装置からの直接波が到来している方向であると特定する、特定部としての直接波方向特定部（１２４）と、を備え、直接波方向特定部は、受信対象とする偏波面を切り替えていった結果、検出された到来方向の数が最も少なかった偏波面を受信対象とした時に検出された到来方向の中から、被推定側装置からの直接波が到来している方向を採用するように構成されていることを特徴とする。

【0012】

以上の構成において、情報取得部は、偏波切替部と協働し、複数種類の偏波面のそれぞれでの受信信号を解析することで、被推定側装置が存在している方向又は被推定側装置との距離に関連する位置関連情報を、偏波面毎に取得する。

【0013】

一般的に、被推定側装置からの信号を解析することで得られる位置関連情報は、直接波に由来する情報だけでなく、反射波に由来する情報も含まれ得る。例えば、仮に情報取得部が、被推定側装置が存在している方向に関連する情報として、受信した電波の到来方向を取得する構成とした場合には、直接波だけでなく、反射波が到来している方向を取得する場合がある。

【0014】

ところで、偏波切替部が受信対象とする偏波面を切り替えた場合、受信した反射波の受信信号強度が変化することが期待される。これは、被推定側装置から送信された信号が、信号の伝搬方向に対して電界が振動する方向（以降、電界方向）に存在する物体で反射された場合は、伝搬方向に対して磁界が振動する方向に存在する物体で反射された場合よりも相対的に大きく減衰されるためである。

【0015】

なお、情報取得部が所定の位置関連情報を取得する元となる受信信号は、被推定側装置２から送信された信号を、受信対象とする偏波面へ射影した成分である。そのため、偏波面の切り替えに伴って直接波自体の受信信号強度も低下することがある。しかしながら、発明者らは種々の試験により、受信対象とする偏波面の切り替えによる受信信号強度の変化量は、直接波よりも反射波のほうが大きくなることを確認した。

【0016】

このように、受信対象とする偏波面を変更すれば、受信信号における反射波の影響が変化するため、情報取得部が取得する位置関連情報に含まれる情報も、偏波面毎に変化する。したがって、特定部は、複数の偏波面を順次切り替えて受信して得られる偏波面毎の位置関連情報を比較することで、位置関連情報のうち、直接波に由来する情報を特定することができる。

【0017】

そして、上述の構成における位置推定部は、特定部によって特定された直接波に由来する位置関連情報に基づいて、被推定側装置の位置を推定する。したがって、以上の構成によれば、反射波を受信している場合であっても（つまりマルチパス環境下においても）、被推定側装置が存在している方向をより精度良く推定できる。

【0018】

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態に係る位置推定システム１００の概略的な構成の一例を示すブロック図である。

【図2】第１系統モジュール１２Ａの作動について説明するためのフローチャートである。

【図3】偏波面毎の受信強度と方向との関係を示すグラフである。

【図4】垂直偏波の受信強度について説明するための概念図である。

【図5】水平偏波の受信強度について説明するための概念図である。

【図6】第２実施形態に係る位置推定システム１００の概略的な構成の一例を示すブロック図である。

【図7】到来時間取得部１７３の作動を説明するための概念図である。

【図8】第２実施形態における系統モジュール１７の作動を説明するためのフローチャートである。

【図9】被推定側装置２から送信された電波がアンテナ部１６Ａで受信されるまでの伝播経路を示した概念図である。

【図10】到来時間取得部１７３の作動を説明するための概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

［第１実施形態］
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る位置推定システム１００の概略的な構成の一例を示す図である。図１に示すように位置推定システム１００は、位置推定装置１と被推定側装置２とを備えている。

【0021】

位置推定装置１は、例えば車両等の移動体に搭載されている。なお、位置推定装置１は任意の位置（例えば道路沿い）に設置されていてもよい。また、本実施形態における被推定側装置２は、位置推定装置１が搭載された車両のユーザによって携帯される携帯端末とする。スマートフォンや、タブレット端末、ウェアラブルデバイス、携帯用音楽プレーヤ、携帯用ゲーム機、車両用携帯機等の携帯端末を、被推定側装置２として採用することができる。ここでの車両用携帯機とは、車両と対応付けられてあって、車両と無線通信を実施することで車両のドアの施解錠等を制御する鍵として機能する通信装置を指す。

【0022】

なお、他の態様として被推定側装置２は、車両等の移動体に搭載されていてもよい。ただし、仮に位置推定装置１と被推定側装置２の両方を移動体に搭載された態様とする場合には、それぞれは別の移動体に搭載されているものとする。

【0023】

この位置推定装置１と被推定側装置２とは、通信範囲が例えば最大でも数十メートル程度となる所定の近距離無線通信規格に準拠した通信（近距離通信とする）を実施する。ここでの近距離無線通信規格としては、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈは登録商標）や、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等を採用することができる。

【0024】

もちろん、位置推定装置１と被推定側装置２との通信に用いられる通信規格は、上述した例以外の通信規格に準拠した通信を実施する態様となっていてもよい。また、位置推定装置１と被推定側装置２とは、周知のキーレスエントリーシステムやスマートエントリーシステムで採用されている通信方式によって通信を行ってもよい。

【0025】

以下、被推定側装置２及び位置推定装置１の構成の一例について、より具体的に説明する。なお、便宜上、位置推定装置１が搭載された車両を以降では自車両と称する。

【0026】

＜被推定側装置２の構成＞
まずは、被推定側装置２について述べる。被推定側装置２は、図１に示すように、アンテナ２１と、送受信部２２と、通信制御器２３とを備える。

【0027】

アンテナ２１は、送受信部２２から入力された信号を、位置推定装置１との通信に用いられる周波数帯（例えば、２．４ＧＨｚ帯）の電波に変換して空間へ放射する。また、位置推定装置１との通信に用いられる周波数帯の電波を電気信号に変換して送受信部２２に出力する。なお、アンテナ２１が送信する電波の偏波面は、被推定側装置２の姿勢によって変化するため不定となる。

【0028】

送受信部２２は、通信制御器２３から入力された信号に対して符号化、変調等の所定の処理を施してアンテナ２１へ出力する。また、アンテナ２１から入力された信号に対して、復調や復号などといった所定の受信処理を施して通信制御器２３に提供する。

【0029】

通信制御器２３は、被推定側装置２と位置推定装置１との通信において、被推定側装置２側の動作を制御する。例えば通信制御器２３は、位置推定装置１に送信すべきデータに対応するベースバンド信号を生成し、送受信部２２に出力する。これによって、被推定側装置２は位置推定装置１に対して所望のデータに対応する電波を送信することができる。

【0030】

なお、被推定側装置２が位置推定装置１に対して信号を送信する場合とは、例えば図示しないスイッチを介して、自車両の位置を知るためのユーザ操作を受け付けた場合とすればよい。そのような場合、被推定側装置２は、位置の推定を行うように要求する要求信号を逐次（例えば５０ミリ秒毎に）送信する。要求信号は、例えば被推定側装置２に割り当てられている固有の識別番号を示す信号とすればよい。また、本実施形態においては、被推定側装置２は位置推定装置１からの信号を受信する機能を備えていなくともよい。

【0031】

＜位置推定装置１の構成＞
位置推定装置１は、図１に示すように、第１アンテナ部１１Ａ、第２アンテナ部１１Ｂ、第１アンテナ部１１Ａに接続する第１系統モジュール１２Ａ、第２アンテナ部１１Ｂに接続する第２系統モジュール１２Ｂ、位置推定部１３、及び記憶部Ｍ１を備える。第１系統モジュール１２Ａと第２系統モジュール１２Ｂとは、同様の構成となっており、それぞれ偏波切替部１２１、受信部１２２、到来方向取得部１２３、及び直接波方向特定部１２４を備えている。

【0032】

以降において、第１系統モジュール１２Ａと第２系統モジュール１２Ｂとを区別しない場合には、系統モジュール１２と記載する。また、第１系統モジュール１２Ａが備える部材と、第２系統モジュール１２Ｂが備える部材とを互いに区別する必要がある場合には、それぞれの部材名の先頭に第１、第２を付与して記載する。例えば、各系統モジュール１２が備える偏波切替部１２１をそれぞれ区別する場合には、第１系統モジュール１２Ａが備える偏波切替部１２１を第１偏波切替部１２１と記載し、第２系統モジュール１２Ｂが備える偏波切替部１２１を第２偏波切替部１２１と記載する。

【0033】

第１アンテナ部１１Ａは、指向性アンテナの一種であり、所定の間隔をおいて線状又は面状に（すなわちアレイ状に）配置された複数のアンテナ素子１１１を備える。第１アンテナ部１１Ａを構成する複数のアンテナ素子１１１はそれぞれ第１偏波切替部１２１と接続されている。

【0034】

ここでは一例として、第１アンテナ部１１Ａを構成する複数のアンテナ素子１１１は、その配列方向が車幅方向と平行となるように線状に配列されている。つまり、第１アンテナ部１１Ａは、車幅方向と平行に配置された線状のアレイアンテナである。便宜上、水平面において第１アンテナ部１１Ａを構成する各アンテナ素子１１１の配列方向に直交する方向を０°と規定する。

【0035】

各アンテナ素子１１１は、被推定側装置２との近距離通信に用いられる周波数帯の電波を受信し、電気信号に変換して第１受信部１２２に出力する。各アンテナ素子１１１の受信信号には、アンテナ素子間の間隔と電波の到来方向に応じた位相差が生じる。その位相差に基づいて、後述する第１到来方向取得部１２３は、受信した電波の到来方向を推定する。

【0036】

各アンテナ素子１１１は、線状アンテナであってもよいし、平面アンテナであってもよい。ただし、各アンテナ素子１１１は、垂直偏波と水平偏波の両方を受信できる構成となっている。各アンテナ素子１１１の受信対象とする偏波面は、後述する第１偏波切替部１２１によって、電気的又は機械的に切り替えられる。垂直偏波と水平偏波の両方を受信するための具体的な構成は周知の構成を援用すればよい。

【0037】

また、第１アンテナ部１１Ａの指向性は、後述する第１到来方向取得部１２３によって動的に変更される。第１アンテナ部１１Ａの指向性は、０°方向を基準としてアンテナ素子１１１の配列方向に−９０°から＋９０°まで変更可能な構成となっている。第１アンテナ部１１Ａの指向性の可動範囲と設置位置とから、第１アンテナ部１１Ａが被推定側装置２からの信号を受信できる範囲（受信可能範囲とする）が定まる。

【0038】

第２アンテナ部１１Ｂは、第１アンテナ部１１Ａと同様の構成となっている。第１アンテナ部１１Ａと第２アンテナ部１１Ｂは、それぞれの受信可能範囲が略一致するように、車幅方向（又は車両前後方向）において所定の間隔を有するように自車両に設置されている。ここでは一例として、自車両の前端部において、車幅方向中央部から左右にそれぞれ一定距離（例えば０．２ｍ）離れた位置に配置されているものとする。

【0039】

なお、第１アンテナ部１１Ａ及び第２アンテナ部１１Ｂの設置位置はこれに限らない。例えば自車両のフロントバンパの左右コーナー部にそれぞれ配置されていてもよいし、リアバンパの左右コーナー部にそれぞれ配置されていても良い。さらに、左右のＢピラー部分等、その他の場所に設置されていても良い。以降において第１アンテナ部１１Ａと第２アンテナ部１１Ｂとを区別しない場合には単にアンテナ部１１と記載する。第１アンテナ部１１Ａや第２アンテナ部１１Ｂの設置位置を示すデータ（設置位置データ）は記憶部Ｍ１に保存されている。記憶部Ｍ１は、ＲＯＭやフラッシュメモリ等の、不揮発性の記憶媒体によって実現されればよい。

【0040】

第１系統モジュール１２Ａは、第１アンテナ部１１Ａの受信対象とする偏波面を切り替える。また、偏波面を切り替える毎に第１アンテナ部１１Ａが受信した信号を解析することで、第１アンテナ部１１Ａに対して被推定側装置２からの電波が直接的に到来している方向（直接波方向とする）を推定する。そして、第１アンテナ部１１Ａにとっての直接波方向を位置推定部１３に提供する。

【0041】

第２系統モジュール１２Ｂも、接続先となるアンテナ部１１が異なる点を除いて第１系統モジュール１２Ａと同様の機能を有している。これら第１系統モジュール１２Ａ及び第２系統モジュール１２Ｂの具体的な構成については別途後述する。

【0042】

位置推定部１８は、第１アンテナ部１１Ａにとっての直接波方向と、第２アンテナ部１１Ｂにとっての直接波方向を、各系統モジュール１２から取得する。そして、第１アンテナ部１１Ａにとっての直接波方向と、第２アンテナ部１１Ｂにとっての直接波方向と、各アンテナ部１１の設置位置から、三角測量の原理によって、被推定側装置２の相対位置を特定する。位置推定部１３は、１つ又は複数のＩＣを用いてハードウェアとして実現されてあってもよいし、ソフトウェアによって実現されてあってもよい。

【0043】

＜各系統モジュール１２の構成について＞
次に、第１系統モジュール１２Ａを例にとって、各系統モジュール１２の構成について述べる。なお、第２系統モジュール１２Ｂも同様の構成となっているため、第２系統モジュール１２Ｂの構成についての説明は省略する。

【0044】

第１系統モジュール１２Ａは、前述の通り、偏波切替部１２１、受信部１２２、到来方向取得部１２３、及び直接波方向特定部１２４を備えている。偏波切替部１２１、受信部１２２、到来方向取得部１２３、及び直接波方向特定部１２４のそれぞれは、１つ又は複数のＩＣを用いてハードウェアとして実現されてあってもよいし、ソフトウェアによって実現されてあってもよい。

【0045】

偏波切替部１２１は、直接波方向特定部１２４からの指示に基づいて、第１アンテナ部１１Ａが備えるアンテナ素子１１１の受信対象とする偏波面、すなわち、第１アンテナ部１１Ａの受信対象とする偏波面を切り替える。受信対象とする偏波面を切り替える方法や構成は、周知の技術を援用すればよい。第１アンテナ部１１Ａが備える各アンテナ素子１１１が受信した信号は、偏波切替部１２１を介して受信部１２２に提供される。なお、被推定側装置２から送信された信号を第１アンテナ部１１Ａが受信している場合に受信部１２２へ提供される信号とは、実質的には、被推定側装置２から送信された信号を受信対象とする偏波面へ射影した成分である。

【0046】

以降では、垂直偏波を受信対象とする第１アンテナ部１１Ａの設定状態を垂直偏波モードと称し、水平偏波を受信対象とする第１アンテナ部１１Ａの設定状態を水平偏波モードと称する。

【0047】

受信部１２２は、第１アンテナ部１１Ａの各アンテナ素子１１１が受信した信号をデジタル信号へ変換（つまりアナログデジタル変換）して、到来方向取得部１２３に出力する。なお、受信部１２２は、受信信号から、規定帯域外の周波数成分を除去するための高周波フィルタや、信号を増幅するローノイズアンプ、搬送周波数帯から中間周波数帯に変換する周波数変換部等を備えていても良い。

【0048】

到来方向取得部１２３は、第１アンテナ部１１Ａが備える複数のアンテナ素子１１１の受信信号を解析することで、第１アンテナ部１１Ａが受信した電波の到来方向を推定する。電波の到来方向を推定する方法は、周知の到来方向推定法を援用すればよい。ここでは一例として、到来方向取得部１２３は、周知のビームフォーマ法によって到来方向を推定することとする。

【0049】

つまり、到来方向取得部１２３は、各アンテナ素子１１１に作用させる複素重みを調整することで、第１アンテナ部１１Ａのメインローブ（メインビーム）を走査させる。そして、各アンテナ素子１１１での受信電力を合成した電力（便宜上、受信強度と称する）が所定の閾値以上となる方向を探す。ここで用いられる複素重みは、受信信号の位相や振幅を調整するための要素である。

【0050】

メインビームを走査させる範囲（つまり探索範囲）は、第１アンテナ部１１Ａの受信可能範囲に対応してあって、ここでは−９０°から＋９０°までとなる。メインビームの走査の結果、受信強度が所定の閾値以上となる方向が、電波の到来方向に相当する。

【0051】

そして到来方向取得部１２３は、受信強度が所定の閾値以上となっている方向を到来方向として取得し、到来方向毎の受信強度を示す情報（到来方向情報とする）を直接波方向特定部１２４に提供する。

【0052】

例えば、第１アンテナ部１１Ａが、被推定側装置２から送信された電波であって、他の物体で反射されずに到来した電波（直接波とする）を受信している場合、到来方向取得部１２３は、直接波が到来した方向を到来方向として検出する。また、第１アンテナ部１１Ａが、被推定側装置２から送信された電波の反射波を受信している場合には、その反射波が到来した方向も到来方向として検出される場合がある。すなわち、到来方向情報には、直接波が到来している方向（直接波方向とする）と、反射波が到来している方向（反射波方向とする）の情報が混在している場合がある。

【0053】

なお、直接波方向とは、被推定側装置２が存在している方向である。すなわち、直接波方向の情報を含みうる到来方向情報は、請求項に記載の位置関連情報の一例に相当する。また、到来方向取得部１２３が請求項に記載の情報取得部の一例に相当する。

【0054】

なお、本実施形態では一例として到来方向取得部１２３は、ビームフォーマ法によって到来方向を取得する態様としたが、これに限らない。例えば周知のＣａｐｏｎ法を用いても良い。さらに、メインローブを走査（いわゆるビーム走査）させることを基本原理とするのではなく、ヌル点を走査（いわゆるヌル走査）させることで到来方向を推定する方法を採用してもよい。ヌル走査を基本原理とする到来方向推定法としては、最小ノルム法や、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法等がある。また、その他、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）等を採用してもよい。

【0055】

直接波方向特定部１２４は、第１アンテナ部１１Ａでの受信対象とする偏波面を順次切り替えさせることで、偏波面毎の、到来方向情報を収集する。そして、直接波方向特定部１２４は、偏波面毎の到来方向情報を比較することで、第１アンテナ部１１Ａにとっての直接波到来方向を特定する。ここでの直接波方向とは、直接波が到来している方向である。この直接波方向特定部１２４の作動については、別途図２に示すフローチャートを用いて説明する。直接波方向特定部１２４が請求項に記載の特定部の一例に相当する。

【0056】

＜第１系統モジュール１２Ａの作動について＞
次に、図２に示すフローチャートを用いて、第１系統モジュール１２Ａの作動について説明する。図２に示すフローチャートは、逐次（例えば１００ミリ秒毎に）開始されても良いし、被推定側装置２から、位置の推定を行うように要求する要求信号を受信した場合に開始されてもよい。

【0057】

まず、ステップＳ１０１では直接波方向特定部１２４が、偏波切替部１２１に対して第１アンテナ部１１Ａの受信対象を水平偏波とするように指示する制御信号を出力する。そして、偏波切替部１２１が当該制御信号に基づいて第１アンテナ部１１Ａを水平偏波モードに設定して、ステップＳ１０２に移る。

【0058】

ステップＳ１０２では到来方向取得部１２３が、第１アンテナ部１１Ａでの受信結果に基づいて、第１アンテナ部１１Ａで受信した電波（ここでは水平偏波）の到来方向を推定する。そして、水平偏波に対する到来方向情報を生成して、ステップＳ１０３に移る。

【0059】

ステップＳ１０３では直接波方向特定部１２４が、到来方向取得部１２３から、水平偏波に対する到来方向情報を取得して、ステップＳ１０４に移る。なお、取得した水平偏波に対する到来方向情報は、図示しないＲＡＭなどの記憶媒体を用いて一時的に保持される。

【0060】

ステップＳ１０４では直接波方向特定部１２４が、偏波切替部１２１に対して第１アンテナ部１１Ａの受信対象を垂直偏波とするように指示する制御信号を出力する。そして、偏波切替部１２１が当該制御信号に基づいて第１アンテナ部１１Ａを垂直偏波モードに設定して、ステップＳ１０５に移る。

【0061】

ステップＳ１０５では到来方向取得部１２３が、第１アンテナ部１１Ａでの受信結果に基づいて、第１アンテナ部１１Ａで受信した電波（ここでは垂直偏波）の到来方向を推定する。そして、垂直偏波に対する到来方向情報を生成して、ステップＳ１０６に移る。

【0062】

ステップＳ１０６では直接波方向特定部１２４が、到来方向取得部１２３から、垂直偏波に対する到来方向情報を取得して、ステップＳ１０７に移る。取得した垂直偏波に対する到来方向情報は、水平偏波に対する到来方向情報と同様に、ＲＡＭなどの記憶媒体を用いて一時的に保持する。

【0063】

図３は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６を実施することで得られる第１アンテナ部１１Ａに対する方向と受信強度との対応関係を示すグラフであり、横軸は、第１アンテナ部１１Ａに対する方向を、縦軸は受信強度を表している。実線は、第１アンテナ部１１Ａを水平偏波モードとしている状態において到来方向取得部１２３が算出した方向毎の受信強度を表しており、一点鎖線は、垂直偏波モード時において到来方向取得部１２３が算出した方向毎の受信強度を表している。

【0064】

この図３に示す結果が得られた場合、到来方向取得部１２３は、水平偏波モードと垂直偏波モードの両方において、第１アンテナ部１１Ａに対して−１０度となる方向（−１０度方向とする）と、−６２度となる方向（−６２度方向とする）のそれぞれを到来方向として取得する。なお、水平偏波モードと垂直偏波モードのそれぞれにおける受信強度は、ピークが立っていない部分での受信強度の平均値（又は中央値）が等しいレベルとなるように調整されていることが好ましい。

【0065】

そして、到来方向取得部１２３は、水平偏波モードにおける−１０度方向と−６２度方向のそれぞれの受信強度を、水平偏波に対する到来方向情報として直接波方向特定部１２４に提供する。また、垂直偏波モードにおける−１０度方向とー６２度方向のそれぞれの受信強度を、垂直偏波に対する到来方向情報として直接波方向特定部１２４に提供する。

【0066】

再び図２に戻り、ステップＳ１０７では直接波方向特定部１２４が、水平偏波に対する到来方向情報に示される到来方向毎の受信強度と、垂直偏波に対する到来方向情報に示される到来方向毎の受信強度と、を比較し、到来方向毎に偏波面の変更に起因する受信強度の変化量を評価してステップＳ１０８に移る。

【0067】

そしてステップＳ１０８では直接波方向特定部１２４が、到来方向取得部１２３が取得した到来方向のうち、偏波面の変更に起因する受信強度の変化量が最も小さい到来方向を、直接波方向として採用する。

【0068】

これは、到来方向取得部１２３が取得しうる種々の到来方向のうち、偏波面の変更に起因する受信強度の変動が最も小さい到来方向が、直接波が到来している方向である可能性が相対的に高いためである。以下、この直接波方向と、偏波面の変更に起因する受信強度の変動の関係について、図４、図５を用いて説明する。

【0069】

図４は、被推定側装置２から送信された信号の垂直偏波成分が、直接的に第１アンテナ部１１Ａに到達する場合と、水平な姿勢となっている金属板３で反射されて到達する場合の、種々の伝搬過程における信号強度の変化を矢印の太さで示す概念図である。また、図５は、被推定側装置２から送信された信号の水平偏波成分が、第１アンテナ部１１Ａに直接到達する場合と、水平な金属板３で反射されて到達する場合の、種々の伝搬過程における信号強度の変化を矢印の太さで示した概念図である。

【0070】

一般的に電波は、伝搬方向に対して電界が振動する方向（以降、電界方向）に存在する物体で反射された場合、伝搬方向に対して磁界が振動する方向（以降、磁界方向）に存在する物体で反射された場合よりも、大きく減衰される傾向がある。例えば水平に設置された金属板３は、垂直偏波にとっては、電界方向に存在する物体である。したがって、図４に示すように垂直偏波が、伝搬過程において金属板３で反射された場合、その信号強度は相対的に大きく減衰されるため、直接波Ｓｄに対して反射波Ｓｒの受信強度は十分に小さくなる。

【0071】

一方、水平偏波にとっては、水平に設置された金属板３は、電界方向に存在する物体ではなく、磁界方向に存在する物体である。したがって、水平偏波は、伝搬過程において金属板３で反射された場合であっても減衰されにくく、直接波Ｓｄに対する反射波Ｓｒの減衰量は、偏波面が垂直である場合に比べて小さくなる。

【0072】

もちろん、被推定側装置２の姿勢によって、被推定側装置２から送信された電波の垂直偏波成分と水平偏波成分の比率は異なるため、各偏波面での直接波自体の信号強度は異なってくる。しかしながら、発明者らは、受信対象とする偏波面の変更に起因する直接波の受信信号強度の変化量と、反射波の受信信号強度の変化量とを比較した場合、反射波の受信信号強度の変化量のほうが、直接波の受信信号強度の変化量よりも大きくなることを種々の試験によって確認した。

【0073】

そして、反射波の受信信号強度の変化量のほうが直接波の受信信号強度の変化量よりも大きくなるため、到来方向取得部１２３が取得する到来方向が複数存在する場合、偏波面の変更による受信強度の変化量が相対的に大きい到来方向とは、反射波方向である可能性が高い。言い換えれば、偏波面の変更による受信強度の変化量が最も小さい到来方向は、直接波方向である可能性が高い。

【0074】

したがって、偏波面の変更による受信強度の変化量が最も小さい到来方向を、直接波方向として採用することで、より精度良く直接波方向を特定することができる。例えば、図３に示す例では、−１０度方向の受信強度の変化量ΔＲ（−１０）と、６２度方向の受信強度の変化量ΔＲ（６２）とを比較して、小さい方（ここでは６２度方向）を直接波方向として採用する。

【0075】

なお、以上では、水平偏波モードと垂直偏波モードの両方で、同様の方向を到来方向として検出した場合を想定して、直接波方向特定部１２４の作動を説明したが、水平偏波モードで検出された到来方向が、垂直偏波モードでも到来方向として検出されるとは限らない。例えば、垂直偏波モードにおいて−１０度方向は、到来方向として検出されない場合も生じうる。その逆も同様である。

【0076】

そのように、或る偏波面を受信対象とした場合には到来方向として検出された一方、別の偏波面を受信対象とした場合には到来方向として検出されなかった方向については、変化量が十分に大きい到来方向であると見なせばよい。すなわち、そのような到来方向については直接波方向として採用しない構成とすればよい。

【0077】

以上では第１系統モジュール１２Ａの作動について具体的に説明したが、第２系統モジュール１２Ｂについても同様に作動する。すなわち、第２直接波方向特定部１２４も、偏波面の変更に由来する受信強度の変化量に基づいて、種々の到来方向のうち、第２アンテナ部１１Ｂにおける直接波方向を特定する。

【0078】

そして、位置推定部１８は、第１直接波方向特定部１２４が特定した第１アンテナ部１１Ａにとっての直接波方向と、第２直接波方向特定部１２４が特定した第２アンテナ部１１Ｂにとっての直接波方向と、に基づいて被推定側装置２の位置を推定する。

【0079】

したがって以上の構成によれば、位置推定部１８は、被推定側装置２の位置推定を行う際に、反射波方向ではなく直接波方向を用いている可能性を向上させることができるため、マルチパス環境下においてもより精度良く被推定側装置２の位置を推定できるようになる。

【0080】

以上、本発明の第１実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、以降で述べる種々の変形例や実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

【0081】

［変形例１−１］
第１実施形態では、アンテナ部１１が受信対象とする偏波面を、垂直方向と水平方向とする態様を例示したが、これに限らない。アンテナ部１１が受信対象とする偏波面は、水平面から重力が作用する方向に４５度傾いた方向と、１３５度傾いた方向の２種類としてもよい。また、その他の方向を受信対象とする偏波面として採用してもよい。アンテナ部１１は、複数種類の偏波面を受信可能な構成となっていればよい。

【0082】

さらに、アンテナ部１１が受信対象とする偏波面の種類は２種類に限らない。３種類以上を対象としてもよい。例えば、垂直方向、水平方向、水平面から重力作用方向に４５度傾いた方向、水平面から重力作用方向に１３５度傾いた方向の、４種類の偏波面を受信可能な構成としても良い。

【0083】

［変形例１−２］
また、受信対象とする偏波面を切り替えていった結果、偏波面毎に検出された到来方向の組み合わせが変化する場合も生じうる。例えば、水平偏波を受信対象とした場合には、−１０度と６２度の２つの方向を到来方向として検出した一方、垂直偏波を受信対象とした場合には、６２度の方向しか到来方向として検出されなかった場合などである。

【0084】

一方で、真に直接波が到来している方向であれば、受信対象とする偏波面を変更しても、その方向は到来方向として検出される可能性が高い。

【0085】

そのような傾向を鑑みると、受信対象とする偏波面を切り替えていった結果、種々の方向のうち、到来方向として検出された回数が多いほど、その方向が真に直接波方向である可能性は高いと言える。

【0086】

したがって、直接波方向特定部１２４は、偏波面の変更に由来する受信強度の変化量が同程度の到来方向が複数存在する場合、それら到来方向のうち、到来方向として検出された回数が多い方を直接波方向として採用してもよい。このような態様によれば、直接波方向をより精度良く特定する事ができる。

【0087】

また、直接波方向特定部１２４は、受信対象とする偏波面を順次切り替えていった結果として得られる複数の到来方向のうち、到来方向として検出された回数が多い方向を直接波方向として採用してもよい。そのような場合も、偏波面毎の受信強度の変化量が最も小さい方向を直接波方向として採用することに相当するためである。

【0088】

なお、或る到来方向に対して＋５度〜−５度程度の範囲となる到来方向は、同一の到来方向と見なせばよい。同一方向であるとみなす範囲（すなわち許容される誤差）は、到来方向取得部１２３の分解能などに応じて決定されれば良い。

【0089】

［変形例１−３］
また、他の態様として直接波方向特定部１２４は、偏波面毎の到来方向情報を取得した結果、検出された到来方向の数が偏波面毎に異なる場合には、検出された到来方向の数が最も少ない偏波面を受信対象とした状態において検出された到来方向を、直接波方向の候補として採用する構成としてもよい。

【0090】

例えば位置推定装置１が、第１、第２、第３、第４の偏波面に対応している場合であって、第２、第３、第４の偏波面を受信対象とした場合には３つの到来方向が検出されている一方、第１の偏波面を受信対象とした場合には２つの到来方向しか検出されなかった場合には、第１の偏波面を受信対象とした場合に検出された２つの到来方向を直接波方向の候補として採用する。そして、その２つの到来方向のそれぞれの受信強度を、他の偏波面を受信対象とした時の受信強度と比較して、偏波面の変更に起因する受信強度の変化量が最も小さい方向を直接波方向として採用すればよい。

【0091】

これは検出された到来方向の数が最も少なくなる偏波面とは、最も反射波の影響を受けていない偏波面に相当するためである。すなわち、検出された到来方向の数が最も少ない偏波面を受信対象とした状態において検出された到来方向を直接波方向の候補とすることで、真の直接波方向を直接波方向として採用する可能性を高めることができる。

【0092】

［変形例１−４］
以上では、１つのアンテナ素子１１１が複数種類の偏波面に対応するものとしたが、これに限らない。１つのアンテナ素子１１１が複数種類の偏波面に対応しているのではなく、１つのアンテナ素子１１１は、１つの偏波面に対応する構成としてもよい。その場合、各アンテナ部１１は、受信対象とする偏波面毎に１組のアレイアンテナを備える構成となる。また、偏波切替部１２１は、受信対象とする偏波面に応じたアンテナ素子１１１からの信号を取得する構成とすればよい。

【0093】

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について、図を用いて説明する。なお、以降において前述の第１実施形態の構成の部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、構成の一部のみに言及している場合、他の部分については先に説明した第１実施形態や種々の変形例を適用することができる。

【0094】

第２実施形態における位置推定システム１００は、位置推定装置１Ｘと、被推定側装置２を備えている。位置推定装置１Ｘは、先に説明した第１実施形態における位置推定装置１に対応する装置であり、被推定側装置２との通信に基づいて、被推定側装置２の位置を推定する。第１実施形態と第２実施形態との相違点は主として、位置推定装置１Ｘにある。以下、この位置推定装置１Ｘの構成について具体的に説明する。

【0095】

本実施形態に係る位置推定装置１Ｘは、図６に示すように、送信用アンテナ１４、送信部１５、第１アンテナ部１６Ａ、第２アンテナ部１６Ｂ、第３アンテナ部１６Ｃ、第１系統モジュール１７Ａ、第２系統モジュール１７Ｂ、第３系統モジュール１７Ｃ、位置推定部１８、及び、記憶部Ｍ１を備えている。

【0096】

第１系統モジュール１７Ａは第１アンテナ部１６Ａと接続されており、第２系統モジュール１７Ｂは第２アンテナ部１６Ｂと接続されている。第３系統モジュール１７Ｃは第３アンテナ部１６Ｃと接続されている。

【0097】

第１アンテナ部１６Ａ、第２アンテナ部１６Ｂ、第３アンテナ部１６Ｃは何れも同様の構成となっており、それぞれを区別しない場合には、アンテナ部１６とも記載する。第１系統モジュール１７Ａ、第２系統モジュール１７Ｂ、第３系統モジュール１７Ｃもまた、接続するアンテナ部１６が異なる点を除いて同様の構成となっており、それぞれを区別しない場合には系統モジュール１７と記載する。各系統モジュール１７は、それぞれ偏波切替部１７１、受信部１７２、到来時間取得部１７３、及び、直接波時間特定部１７４を備えている。

【0098】

送信用アンテナ１４は、被推定側装置２に信号を送信するためのアンテナである。送信用アンテナ１４は送信部１５と接続されてあって、送信部１５から入力された信号を電波に変換して空間に放射させる。なお、後述するアンテナ部１６Ａ〜１６Ｃの何れか１つを送信用アンテナ１４として用いても良い。

【0099】

送信部１５は、被推定側装置２に送信すべきデータに対応するベースバンド信号を生成し、当該信号に対して符号化や変調などの所定の処理を施した信号を生成して、送信用アンテナ１４に出力する。これによって、位置推定装置１は被推定側装置２に対して所望のデータに対応する電波を送信することができる。ここでは一例として、送信部１５は、所定の周期（例えば１００ミリ秒間隔）で被推定側装置２対して応答を要求する応答要求信号を送信するものとする。

【0100】

また、応答要求信号を送信した際には、その旨を各到来時間取得部１７３に通知する。なお、到来時間取得部１７３は、送信部１５によって応答要求信号が送信された時点を認識できればよく、その認識方法は上述した方法に限らない。例えば、到来時間取得部１７３と送信部１５とが共通のクロックを用いる構成となっている場合には、所定のクロック数毎に、送信部１５が応答要求信号を送信することを予め各到来時間取得部１７３に登録しておく構成とすればよい。このような構成によれば、到来時間取得部１７３は、送信部１５からの通知を受けなくとも、応答要求信号が送信された時点を特定することができる。

【0101】

アンテナ部１６は、何れも被推定側装置２からの信号を受信するためのアンテナ素子１１１を少なくとも１つ備えている。ここでは一例として、各アンテナ部１６は、アンテナ素子１１１を１つずつ備える態様とするが、これに限らない。アンテナ部１６は、それぞれ複数のアンテナ素子１１１を備えていても良い。また、それらの複数のアンテナ素子１１１はアレイ状に配置されていてもよい。

【0102】

なお、ここでのアンテナ素子１１１は前述の第１実施形態で述べたアンテナ素子１１１と同様のものであり、垂直偏波と水平偏波の両方を受信可能な構成となっているものとする。

【0103】

各アンテナ部１６が備えるアンテナ素子１１１は、それぞれ対応する系統モジュール１７の偏波切替部１７１と接続されている。また、各アンテナ部１６が受信した信号は、偏波切替部１７１を介して受信部１７２に提供される。

【0104】

各系統モジュール１７は、接続しているアンテナ部１６の受信対象とする偏波面を切り替える。また、偏波面を切り替える毎にアンテナ部１６が受信した信号を解析することで、送信部１５が応答要求信号を送信してから、アンテナ部１６が被推定側装置２から送信された直接波を受信するまでの時間（直接波時間とする）を特定する。そして、その特定した直接波時間を位置推定部１８に提供する。この系統モジュール１７の詳細な説明は別途後述する。

【0105】

位置推定部１８は、３つの系統モジュール１７のそれぞれが特定した、複数のアンテナ部１６のそれぞれに対応する直接波時間を取得する。また、複数のアンテナ部１６のそれぞれに対応する直接波時間に基づいて、各アンテナ部１６から被推定側装置２までの距離を推定する。つまり、直接波時間を距離に換算する。

【0106】

そして、各アンテナ部１６から被推定側装置２までの距離と、各アンテナ部１６の設置位置から、三辺測量の原理によって、被推定側装置２の相対位置を特定する。この位置推定部１８は、１つ又は複数のＩＣを用いてハードウェア的に実現されてあってもよいし、ソフトウェアによって実現されてあってもよい。

【0107】

なお、直接波時間には、被推定側装置２から送信された応答信号が各アンテナ部１６に到達するために要する時間（復路時間）に加えて、位置推定装置１から送信された信号が被推定側装置２まで伝搬するために要する時間（往路時間）と、応答要求信号を受信した被推定側装置２が応答信号を生成して送信するために要する時間（応答処理時間）も含まれる。したがって、直接波時間から距離を推定する際には、これらの成分を考慮する必要がある。

【0108】

応答処理時間は、例えば、実試験やシミュレーションによって予め決定されていればよい。すなわち、応答処理時間は、一定値と見なすことができ、直接波時間から応答処理時間を減算することで、直接波時間のうち、信号が空間を伝搬している時間を抽出する事ができる。

【0109】

また、往路時間に関しては、復路時間と同一と見なせばよい。したがって、直接波時間から予め定められた応答処理時間を減算した時間を２で割った時間を、復路時間として採用すればよい。また、復路時間に電波の伝搬速度を乗算した距離をアンテナ部１６から被推定側装置２までの距離とすればよい。

【0110】

＜系統モジュール１７の構成について＞
次に、第１系統モジュール１７Ａを例にとって、各系統モジュール１７の構成について説明する。第１系統モジュール１７Ａは、前述の通り、偏波切替部１７１、受信部１７２、到来時間取得部１７３、及び直接波時間特定部１７４を備えている。これらの部材、すなわち、偏波切替部１７１、受信部１７２、到来時間取得部１７３、及び直接波時間特定部１７４のそれぞれは、１つ又は複数のＩＣを用いてハードウェア的に実現されてあってもよいし、ソフトウェアによって実現されてあってもよい。

【0111】

偏波切替部１７１は、直接波時間特定部１７４からの指示に基づいて、第１アンテナ部１６Ａが備えるアンテナ素子１１１の受信対象とする偏波面、すなわち、第１アンテナ部１６Ａの受信対象とする偏波面を切り替える。第１アンテナ部１６Ａが備える各アンテナ素子１１１が受信した信号は、偏波切替部１７１を介して受信部１７２に提供される。

【0112】

受信部１７２は、第１アンテナ部１６Ａのアンテナ素子１１１が受信した信号に対して検波を行い、受信信号から搬送波成分を除去した信号を取得する。そして、検波して得られる信号のピークを検出した場合、到来時間取得部１７３に対して被推定側装置２から送信された信号の受信を検出した旨を通知する。

【0113】

受信信号のピークの検出方法は、周知の方法によって検出すればよい。例えば、観測している受信電圧が、その直前の一定時間当りの平均値に対して所定の閾値以上となったことに基づいてピークを検出してもよい。また、直前の一定時間当りの平均値に対する現在の観測値の比率が所定の閾値以上となった場合に、ピークを検出してもよい。

【0114】

なお、受信部１７２は、その他、受信信号から規定帯域外の周波数成分を除去するための高周波フィルタや、信号を増幅するローノイズアンプ等を備えていても良い。また、アナログ信号からデジタル信号への変換処理や、復調処理、復号処理を実施しても良い。

【0115】

到来時間取得部１７３は、送信部１５が応答要求信号を送信してから、最初に受信部１７２によって被推定側装置２から送信された信号の受信が検出されるまでの時間を計測する。そして、その計測した時間を到来時間として直接波時間特定部１７４に提供する。

【0116】

到来時間は、位置推定装置１と被推定側装置２との間で信号が１往復するために要する時間に相当する。この到来時間が請求項に記載の応答時間に相当し、到来時間取得部１７３が請求項に記載の応答時間取得部に相当する。また、到来時間は、後述するように第１アンテナ部１６Ａとの距離を推定するために用いられる情報である。すなわち、到来時間は、請求項に記載の位置関連情報の一例に相当するとともに、到来時間取得部１７３は請求項に記載の情報取得部の一例に相当する。

【0117】

ここで、受信部１７２と到来時間取得部１７３の作動について、図７を用いて説明する。図７は、受信部１７２が取得する受信電圧の時間変化の一例を概念的に示すグラフであり、横軸は時間を、縦軸は受信電圧を表している。時刻Ｔ１０は、送信部１５が応答要求信号を送信した時点を、時刻Ｔ１１、時刻Ｔ１２は、受信電圧のピークが検出される時点をそれぞれ表している。

【0118】

到来時間取得部１７３は、前述の通り、送信部１５が応答要求信号を送信してから、最初に受信部１７２によって被推定側装置２から送信された信号の受信が検出されるまでの時間を計測する。すなわち、図７の例においては、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１までの時間を、到来時間として取得する。なお、時刻Ｔ１１に示すピークは、直接波の受信に伴うピークであり、時刻Ｔ１２に示すピークは、反射波の受信に伴うピークである。

【0119】

直接波時間特定部１７４は、第１アンテナ部１１Ａでの受信対象とする偏波面を順次切り替えさせることで、偏波面毎の到来時間を収集する。そして、直接波時間特定部１７４は、偏波面毎の到来時間を比較することで、第１アンテナ部１６Ａにおける直接波時間を特定する。この直接波時間特定部１７４の作動については、別途図８に示すフローチャートを用いて説明する。直接波時間特定部１７４が請求項に記載の特定部の一例に相当する。

【0120】

＜各系統モジュール１７の作動について＞
次に、図８に示すフローチャートを用いて、第１系統モジュール１７Ａを例にとって、各系統モジュール１７の作動について説明する。なお、図８に示すフローチャートは、逐次（例えば２００ミリ秒毎に）開始されても良いし、被推定側装置２から送信された、位置の推定を行うように要求する要求信号を受信した場合に開始されてもよい。

【0121】

まず、ステップＳ２０１では直接波時間特定部１７４が、偏波切替部１７１に対し、第１アンテナ部１６Ａの受信対象を水平偏波とするように指示する制御信号を出力する。そして、偏波切替部１７１が当該制御信号に基づいて第１アンテナ部１６Ａを水平偏波モードに設定して、ステップＳ２０２に移る。

【0122】

ステップＳ２０２では、到来時間取得部１７３が受信部１７２と協働して、水平偏波モードにおける到来時間を取得する。そして、その取得した水平偏波モードにおける到来時間を直接波時間特定部１７４に提供してステップＳ２０３に移る。なお、直接波時間特定部１７４は、取得した水平偏波モードにおける到来時間は、図示しないＲＡＭなどの記憶媒体を用いて一時的に保持する。

【0123】

ステップＳ２０３では直接波時間特定部１７４が、偏波切替部１７１に対し、第１アンテナ部１６Ａの受信対象を垂直偏波とするように指示する制御信号を出力する。そして、偏波切替部１７１が当該制御信号に基づいて第１アンテナ部１６Ａを垂直偏波モードに設定して、ステップＳ２０４に移る。

【0124】

ステップＳ２０４では、到来時間取得部１７３が受信部１７２と協働して、垂直偏波モードにおける到来時間を取得する。そして、その取得した垂直偏波モードにおける到来時間を直接波時間特定部１７４に提供してステップＳ２０５に移る。なお、直接波時間特定部１７４は、取得した垂直偏波モードにおける到来時間を、水平偏波モードにおける到来時間と同様に、ＲＡＭなどの記憶媒体を用いて一時的に保持する。

【0125】

ステップＳ２０５では、水平偏波モードにおける到来時間と、垂直偏波モードにおける到来時間とを比較して、短い方の到来時間を、直接波時間として採用してステップＳ２０６に移る。ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５で特定した直接波時間を位置推定部１８に提供して本フローを終了する。

【0126】

ここで、上述した処理の作動による効果を図９及び図１０を用いて説明する。図９は、被推定側装置２から送信された電波が第１アンテナ部１６Ａで受信されるまでの伝搬環境を表している。図中の実線は、被推定側装置２から送信された信号が直接第１アンテナ部１６Ａに到達する経路を表しており、一点鎖線は、被推定側装置２から送信された信号が金属板３で反射されて第１アンテナ部１６Ａに到達する経路を表している。すなわち、図９は、第１アンテナ部１６Ａが、金属板３で反射されて到来した電波（つまり反射波）と、直接到来した電波（直接波）の両方を受信する状況を示している。

【0127】

そのような状況において、直接波が相対的に強い信号強度を保持したまま第１アンテナ部１６Ａに到達した場合には、図７に示したように、反射波に対応する時点でもピークが検出される。そして、到来時間として、直接波時間を取得することになる。

【0128】

また、反射波が相対的に強い信号強度を保持したまま第１アンテナ部１６Ａに到達した場合には、反射波が到来した時点でもピークが検出される。ただし、反射波は、金属板３を経由してから第１アンテナ部１６Ａへ到達するため、必然的に、直接波よりも遅れて受信されることになる。

【0129】

ところで、直接波が必ずしも強い信号強度を保持したまま第１アンテナ部１６Ａまで到達するとは限らず、直接波の受信強度よりも反射波の受信強度をほうが高くなってしまう場合もある。例えば、複数の方向から複数の反射波が同時に（時間軸上で重なるように）到来した場合には、図１０に示すように、直接波が到来した時点Ｔ２１の受信強度よりも、反射波が到来した時点Ｔ２２の受信強度のほうが高くなってしまうことがある。

【0130】

そして、直接波が到来した時点Ｔ２１の受信強度が定常的なノイズレベルに対する差分が相対的に小さい場合には、直接波が到来している時点ではピークを検出できず、反射波が到来した時点で初めて、送信部１５が応答要求信号を送信してからピークが検出されることがある。すなわち、到来時間取得部１７３が取得する到来時間は、直接波の受信時点に対応する時間となっているとは限らない。

【0131】

しかしながら、直接波に対する反射波の強度は、第１実施形態で述べた通り、受信対象とする偏波面に応じて変化する。したがって、或る偏波面において取得した到来時間が、反射波の受信時点に対応する時間となっていたとしても、他の偏波面においては、直接波の受信時点に対応する時間を到来時間として取得できていることが期待できる。また、反射波を受信する時点は必ず直接波を受信する時点よりも後になる。したがって、複数種類の偏波面のそれぞれを順次受信対象として取得した、偏波面毎の到来時間のうち、最も到来時間が短いものが、直接波の受信時点に対応する時間となっている可能性が高い。

【0132】

つまり、以上の構成によれば、直接波時間特定部１７４は、位置推定装置１が応答要求信号を送信してから被推定側装置２からの直接波を第１アンテナ部１６Ａで受信するまでの時間（つまり直接波時間）を、より精度良く取得することができる。

【0133】

また、位置推定部１８は、第１アンテナ部１６Ａでの直接波時間に基づいて、第１アンテナ部１６Ａから被推定側装置２までの距離を推定する。そのため、上記構成によれば、第１アンテナ部１６Ａから被推定側装置２までの推定距離に含まれる反射波の受信に起因する誤差を抑制することができる。その結果、より精度良く被推定側装置の位置を推定することができる。

【0134】

［変形例２−１］
第２実施形態では、アンテナ部１６が受信対象とする偏波面を、垂直方向と水平方向とする態様を例示したが、これに限らない。アンテナ部１６が受信対象とする偏波面は、水平面から重力作用方向に４５度傾いた方向と、１３５度傾いた方向の２種類としてもよい。また、その他の方向を受信対象とする偏波面として採用してもよい。アンテナ部１６は、複数種類の偏波面を受信可能な構成となっていればよく、その偏波面の組み合わせは適宜設計されればよい。

【0135】

また、アンテナ部１１が受信対象とする偏波面の種類は２種類に限らない。３種類以上を対象としてもよい。例えば、垂直方向と、水平方向と、水平面から重力作用方向に４５度傾いた方向と、水平面から重力作用方向に１３５度傾いた方向の４種類を受信対象としても良い。

【0136】

［変形例２−２］
以上では、アンテナ部１６と系統モジュール１７の組み合わせを３組備える態様を例示したがこれに限らない。２組であってもよいし、４組以上であっても良い。

【0137】

［変形例２−３］
第２実施形態では、１つのアンテナ素子１１１が複数種類の偏波面に対応するものとしたが、これに限らない。１つのアンテナ素子１１１が複数種類の偏波面に対応しているのではなく、１つのアンテナ素子１１１は、１つの偏波面に対応する構成としてもよい。その場合、各アンテナ部１６は、受信対象とする各偏波面に対応するアンテナ素子１１１を備える構成となる。

【0138】

［変形例２−４］
上述の第２実施形態では、アンテナ部１６とは別途、送信用アンテナ１４を備える態様としたが、これに限らない。複数のアンテナ部１６の何れか１つと送信部１５と接続し、その送信部１５と接続するアンテナ部１６から応答要求信号を送信する態様としてもよい。

【0139】

このような態様によれば、位置推定装置１Ｘから送信される応答要求信号の偏波面もまた、偏波切替部１７１によって設定されている偏波面となる。つまり、送信信号の偏波面と、受信対象とする偏波面とが整合する。

【0140】

その結果、位置推定装置１Ｘから送信された応答要求信号が被推定側装置２へ伝搬する過程において受ける反射の影響と、被推定側装置２から返送された信号が位置推定装置１Ｘに到達するまでに受ける反射の影響とは等しくなる。したがって、位置推定装置１が被推定側装置２から送信された直接波に対応する到来時間を取得している場合、被推定側装置２は、位置推定装置１から送信された直接波に対して信号を返送したことになる。

【0141】

これにより、直接波時間に含まれる往路時間と復路時間がいずれもが、位置推定装置１Ｘと被推定側装置２との直接的な距離に対応する時間となり、より精度良く位置推定装置１Ｘと被推定側装置２との距離を推定できるようになる。

【0142】

特に、応答要求信号を送信したアンテナ部１６に対応する直接波時間特定部１７４が特定した直接波時間は、そのアンテナ部１６から被推定側装置２までの直接的な距離に対応する時間である。

【0143】

例えば第１アンテナ部１６Ａから応答要求信号を送信させた場合、第１アンテナ部１６Ａに対応する直接波時間特定部１７４が特定した直接波時間は、第１アンテナ部１６Ａから被推定側装置２までの直接的な距離に対応している。したがって、位置推定部１８は、第１アンテナ部１６Ａに対応する直接波時間特定部１７４が特定した直接波時間から応答処理時間を差し引いた値に、電波の伝搬速度を乗じた値を２で割ることで、第１アンテナ部１６Ａから被推定側装置２までの距離を特定することができる。

【0144】

一方、第１アンテナ部１６Ａ以外のアンテナ部１６（例えば第２アンテナ部１６Ｂ）に対応する直接波時間特定部１７４が特定する直接波時間から応答処理時間を差し引いた時間に、電波の伝搬速度を乗じて定まる距離は、厳密には、第１アンテナ部１６Ａから被推定側装置２までの距離と、被推定側装置２から第２アンテナ部１６Ｂまでの距離の和に相当する。

【0145】

そのため、位置推定部１８は、第１アンテナ部１６以外のアンテナ部１６から被推定側装置２までの距離に関しては、そのアンテナ部１６に対応する直接波時間から応答処理時間を差し引いた時間に、電波の伝搬速度を乗じた値から、第１アンテナ部１６から被推定側装置２までの距離を差し引くことで求めることが好ましい。

【符号の説明】

【0146】

１００ 位置推定システム、１・１Ｘ 位置推定装置、２ 被推定側装置、３ 金属板、１１Ａ・１１Ｂ・１６Ａ・１６Ｂ・１６Ｃ アンテナ部、１２１・１７１ 偏波切替部、１２２・１７２ 受信部、１２３ 到来方向取得部（情報取得部）、１２４ 直接波方向特定部（特定部）、１３・１８ 位置推定部、１７３ 到来時間取得部（情報取得部、応答時間取得部）、１７４ 直接波時間特定部（特定部）、１５ 送信部、Ｍ１ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】