特開 2023-38483 測角装置、及び、測角方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023038483

(43)【公開日】2023-03-17

(54)【発明の名称】測角装置、及び、測角方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/48 20060101AFI20230310BHJP

【ＦＩ】

G01S3/48

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021145240

(22)【出願日】2021-09-07

(71)【出願人】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 太樹

(72)【発明者】

【氏名】井上 允信

(72)【発明者】

【氏名】島田 尚也

(72)【発明者】

【氏名】高井 大輔

(57)【要約】      （修正有）

【課題】マルチパスがある場合でも角度の測定精度が高い測角装置、及び、測角方法を提供する。
【解決手段】第１軸及び第２軸に沿って等間隔で配置される複数のアンテナ素子を有し、送信装置から送信される信号を受信するアンテナ装置と、複数のアンテナ素子が受信する信号同士の位相差のうち、位相差の分散が所定値以下になるように複数の位相差を選択する選択部と、選択部によって選択される複数の位相差のうち、複数のアンテナ素子のうちの１つの第１アンテナ素子と、第１軸方向において所定距離の第２アンテナ素子とが受信した信号同士の第１位相差と、第１アンテナ素子と、第２軸方向において所定距離と等距離の第３アンテナ素子とが受信した信号同士の第２位相差との比から送信装置の方位角を算出する方位角算出部と、方位角算出部によって算出された方位角と、第１位相差又は第２位相差とに基づいて送信装置の仰角を算出する仰角算出部とを含む。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１軸及び第２軸に沿って等間隔で配置される複数のアンテナ素子を有し、送信装置から送信される信号を受信するアンテナ装置と、
前記複数のアンテナ素子が送信装置から受信する信号同士の位相差のうち、前記位相差の分散が所定値以下になるように複数の位相差を選択する選択部と、
前記選択部によって選択される複数の位相差のうち、前記複数のアンテナ素子のうちの１つの第１アンテナ素子と、前記第１軸方向において前記第１アンテナ素子から所定距離の第２アンテナ素子とが受信した信号同士の第１位相差と、前記複数のアンテナ素子のうちの前記第１アンテナ素子と、前記第２軸方向において前記第１アンテナ素子から前記所定距離と等距離の第３アンテナ素子とが受信した信号同士の第２位相差との比から前記送信装置の方位角を算出する方位角算出部と、
前記方位角算出部によって算出された方位角と、前記第１位相差又は前記第２位相差とに基づいて前記送信装置の仰角を算出する仰角算出部と
を含む、測角装置。

【請求項2】

前記方位角算出部は、前記選択部によって選択された複数の位相差のうち、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子が受信した信号同士の第１位相差、及び、前記第１アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子が受信した信号同士の第２位相差を選択して、前記方位角を算出する、請求項１に記載の測角装置。

【請求項3】

前記仰角算出部は、前記方位角算出部によって選択された前記第１位相差又は前記第２位相差に基づいて前記送信装置の仰角を算出する、請求項１又は２に記載の測角装置。

【請求項4】

前記複数のアンテナ素子が前記送信装置から受信する信号同士の位相差の分散を算出する分散算出部をさらに含み、
前記選択部は、前記分散算出部によって算出される分散が前記所定値以下になるように複数の位相差を選択する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測角装置。

【請求項5】

前記分散算出部は、複数の周波数の信号を前記複数のアンテナ素子が前記送信装置から受信した場合の信号同士の位相差の分散を前記信号同士の位相差の分散として算出し、
前記選択部は、前記分散が前記所定値以下の位相差を選択する、請求項４に記載の測角装置。

【請求項6】

前記所定値は、マルチパスによる前記位相差の分散の増大を抑制するための上限値である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の測角装置。

【請求項7】

前記アンテナ装置は、前記第１軸及び前記第２軸によって構成される平面が床に対して起立した状態で設置される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の測角装置。

【請求項8】

前記アンテナ装置は、前記第１軸及び前記第２軸によって構成される平面が天井に貼り付けられて見下ろした状態で設置される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の測角装置。

【請求項9】

前記方位角は、前記第１アンテナ素子を原点とする、前記第１軸、前記第２軸、及び第３軸を含む座標系における、前記第１軸及び前記第２軸を含む平面内における前記第１軸に対する方位角であり、
前記仰角は、前記第３軸に対する仰角である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の測角装置。

【請求項10】

前記方位角算出部は、前記選択部によって選択される前記複数の位相差を与える複数のアンテナ素子の中で、前記第１位相差及び前記第２位相差を与える複数のアンテナ素子のうちの前記信号の受信強度が上位の所定順位以内に入るアンテナ素子の中から、前記第１アンテナ素子、前記第２アンテナ素子、及び前記第３アンテナ素子を選択する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の測角装置。

【請求項11】

第１軸及び第２軸に沿って等間隔で配置される複数のアンテナ素子を有し、送信装置から送信される信号を受信するアンテナ装置と、コンピュータとを含む測角装置における測角方法であって、
前記コンピュータが、
前記複数のアンテナ素子が送信装置から受信する信号同士の位相差のうち、前記位相差の分散が所定値以下になるように複数の位相差を選択することと、
前記選択される複数の位相差のうち、前記複数のアンテナ素子のうちの１つの第１アンテナ素子と、前記第１軸方向において前記第１アンテナ素子から所定距離の第２アンテナ素子とが受信した信号同士の第１位相差と、前記複数のアンテナ素子のうちの前記第１アンテナ素子と、前記第２軸方向において前記第１アンテナ素子から前記所定距離と等距離の第３アンテナ素子とが受信した信号同士の第２位相差との比から前記送信装置の方位角を算出することと、
前記算出された方位角と、前記第１位相差又は前記第２位相差とに基づいて前記送信装置の仰角を算出することと
を実行する、測角方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測角装置、及び、測角方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、平面状に配置した複数のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を求める電波到来角測定装置がある。２軸方向における受信信号の位相差に基づいて方位角を求めている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０２－２４５６８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の電波到来角測定装置は、受信信号のマルチパスの影響を考慮しておらず、マルチパスの影響を抑制できないため、角度を測定する精度が著しく低下するおそれがある。

【0005】

そこで、マルチパスがある場合でも角度の測定精度が高い測角装置、及び、測角方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態の測角装置は、第１軸及び第２軸に沿って等間隔で配置される複数のアンテナ素子を有し、送信装置から送信される信号を受信するアンテナ装置と、前記複数のアンテナ素子が送信装置から受信する信号同士の位相差のうち、前記位相差の分散が所定値以下になるように複数の位相差を選択する選択部と、前記選択部によって選択される複数の位相差のうち、前記複数のアンテナ素子のうちの１つの第１アンテナ素子と、前記第１軸方向において前記第１アンテナ素子から所定距離の第２アンテナ素子とが受信した信号同士の第１位相差と、前記複数のアンテナ素子のうちの前記第１アンテナ素子と、前記第２軸方向において前記第１アンテナ素子から前記所定距離と等距離の第３アンテナ素子とが受信した信号同士の第２位相差との比から前記送信装置の方位角を算出する方位角算出部と、前記方位角算出部によって算出された方位角と、前記第１位相差又は前記第２位相差とに基づいて前記送信装置の仰角を算出する仰角算出部とを含む。

【発明の効果】

【0007】

マルチパスがある場合でも角度の測定精度が高い測角装置、及び、測角方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態の測角装置１００を示す図である。

【図2】方位角と仰角の計算方法を説明する図である。

【図3】アンテナ装置１１０と位相差の分散を示す図である。

【図4】位相差の分散と、算出した方位角φ及び仰角θについての角度誤差との分布を示す図である。

【図5】制御装置１２０の分散算出部１２２、選択部１２３、方位角算出部１２４、仰角算出部１２５が実行する処理を表すフローチャートを示す図である。

【図6】アンテナ装置１１０の配置の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の測角装置、及び、測角方法を適用した実施形態について説明する。

【0010】

＜実施形態＞
図１は、実施形態の測角装置１００を示す図である。ここではＸＹＺ座標系を用いて説明する。Ｘ軸は第１軸の一例であり、Ｙ軸は第２軸の一例であり、Ｚ軸は第３軸の一例である。

【0011】

図１には、測角装置１００の他にスマートフォン５０を示す。スマートフォン５０は、信号を送信する送信装置機の一例であり、測角装置１００は、スマートフォン５０から送信される信号を受信して測角装置１００に対するスマートフォン５０の方位角及び仰角を求める。スマートフォン５０から送信される信号は、一例としてＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：連続波）である。測角装置１００は、さらに測距を行って、求めた方位角及び仰角からスマートフォン５０の位置を求めてもよい。この場合には測距装置になる。

【0012】

測角装置１００は、アンテナ装置１１０、及び、制御装置１２０を含む。アンテナ装置１１０は、基板１１０Ａとアンテナ素子１～４を有する。基板１１０Ａは絶縁体製の基板である。

【0013】

アンテナ素子１～４は、制御装置１２０に接続されている。アンテナ素子１～４は、一例としてパッチアンテナであり、基板１１０Ａの＋Ｚ方向側の表面に設けられている。アンテナ素子１及びアンテナ素子２のＸ方向の間隔（距離）、アンテナ素子３及びアンテナ素子４のＸ方向の間隔（距離）、アンテナ素子１及びアンテナ素子３のＹ方向の間隔（距離）、及び、アンテナ素子２及びアンテナ素子４のＹ方向の間隔（距離）は、すべて等しく（等距離であり）、スマートフォン５０から送信される信号の波長の１／２以下である。アンテナ素子１～４は、スマートフォン５０から送信されるＣＷ信号を受信する。

【0014】

アンテナ素子１～４は、複数のアンテナ素子の一例である。４つのアンテナ素子１～４は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って配置されている。また、アンテナ素子１～４はＸ方向に等間隔で配置されるとともに、Ｙ方向に等間隔で配置されている。アンテナ装置１１０は、少なくとも３つのアンテナ素子を含めばよいが、図１には一例として４つのアンテナ素子１～４を示す。

【0015】

アンテナ素子１は、第１アンテナ素子の一例である。アンテナ素子２は、Ｘ方向においてアンテナ素子１から所定距離の第２アンテナ素子の一例である。アンテナ素子３は、Ｙ方向においてアンテナ素子１から所定距離の第３アンテナ素子の一例である。アンテナ素子１及びアンテナ素子２のＸ方向の距離は、アンテナ素子１及びアンテナ素子３のＹ方向の距離と等距離である。なお、アンテナ装置１１０は、基板１１０Ａの－Ｚ方向側の表面にグランド電位に保持されるグランド板を有していてもよい。

【0016】

制御装置１２０は、通信部１２１、分散算出部１２２、選択部１２３、方位角算出部１２４、仰角算出部１２５、メモリ１２６を有する。通信部１２１は、ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータ等を含み、スマートフォン５０から受信した信号を方位角算出部１２４に出力する。

【0017】

分散算出部１２２、選択部１２３、方位角算出部１２４、仰角算出部１２５、メモリ１２６は、一例として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び内部バス等を含むマイクロコンピュータ（コンピュータ）によって実現される。分散算出部１２２、選択部１２３、方位角算出部１２４、仰角算出部１２５は、マイクロコンピュータが実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。また、メモリ１２６は、マイクロコンピュータのメモリを機能的に表したものである。

【0018】

分散算出部１２２は、Ｘ方向において隣り合うアンテナ素子１及びアンテナ素子２については、スマートフォン５０が送信する信号の周波数を１つの周波数帯域に含まれる複数の周波数に変化させたときに、アンテナ素子１及びアンテナ素子２がスマートフォン５０から受信する信号同士の位相差を各周波数において求め、複数の周波数において求まる複数の信号同士の位相差の分散を算出する。分散算出部１２２は、スマートフォン５０とアンテナ装置１１０との距離を変えて、スマートフォン５０からアンテナ装置１１０への距離が異なる複数の位置において、複数の周波数において求まる複数の信号同士の位相差の分散を算出する。

【0019】

分散算出部１２２は、Ｘ方向において隣り合うアンテナ素子３及びアンテナ素子４がスマートフォン５０から受信する信号同士の位相差、Ｙ方向において隣り合うアンテナ素子１及びアンテナ素子３がスマートフォン５０から受信する信号同士の位相差、及び、Ｙ方向において隣り合うアンテナ素子２及びアンテナ素子４がスマートフォン５０から受信する信号同士の位相差についても、同様に、スマートフォン５０からの距離が異なる複数の位置において、複数の周波数において求まる複数の信号同士の位相差の分散を算出する。なお、分散の代わりに標準偏差を算出してもよい。

【0020】

分散算出部１２２は、アンテナ素子の数がさらに多い場合は、Ｘ方向に配置される様々な２つのアンテナ素子のペアについて、同様に複数の周波数において求まる複数の信号同士の位相差の分散を算出する。また、分散算出部１２２は、Ｙ方向に配置される様々な２つのアンテナ素子のペアについて、同様に複数の周波数において求まる複数の信号同士の位相差の分散を算出する。

【0021】

選択部１２３は、分散算出部１２２によって算出される信号同士の位相差の分散が閾値以下になるように複数の位相差を選択する。より具体的には、選択部１２３は、分散算出部１２２によって算出される信号同士の位相差の分散が閾値以下の距離の位置において算出された複数の位相差を選択する。閾値は、所定値の一例である。

【0022】

アンテナ素子が４つの場合には、選択部１２３は、アンテナ素子１～４のうち、スマートフォン５０から受信する信号同士の位相差の分散が閾値以下の距離の位置において算出された複数の位相差を選択する。

【0023】

方位角算出部１２４は、アンテナ素子１～４によって受信されるＣＷ信号から通信部１２１によって取り出される信号に基づいて、スマートフォン５０の位置を表す方位角を算出する。

【0024】

方位角算出部１２４は、選択部１２３によって選択される複数の位相差を与える複数のアンテナ素子の中で、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、及び第３アンテナ素子の候補になる３つのアンテナ素子の組み合わせを選択する。３つのアンテナ素子は、１つのアンテナ素子（第１アンテナ素子の候補）に対して、Ｘ方向及びＹ方向において等距離にある２つのアンテナ素子（Ｘ方向にあるのが第２アンテナ素子の候補、Ｙ方向にあるのが第３アンテナ素子の候補）の関係を満たす３つのアンテナ素子である。

【0025】

方位角算出部１２４は、３つのアンテナ素子の組み合わせの中から、信号の受信強度が上位の所定順位以内に入るアンテナ素子を含む組み合わせに含まれる３つのアンテナ素子を第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、及び第３アンテナ素子として選択する。第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とが受信した信号同士の位相差が第１位相差であり、第１アンテナ素子と第３アンテナ素子とが受信した信号同士の位相差が第２位相差である。

【0026】

方位角算出部１２４は、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、及び第３アンテナ素子として選択した３つのアンテナ素子において得られる第１位相差及び第２位相差を用いて、方位角を算出する。算出方法については図２を用いて後述する。

【0027】

仰角算出部１２５は、方位角算出部１２４によって算出される方位角と、第１位相差又は第２位相差とに基づいてスマートフォン５０の位置を表す仰角を算出する。算出方法については図２を用いて後述する。

【0028】

メモリ１２６は、分散算出部１２２、選択部１２３、方位角算出部１２４、仰角算出部１２５が上述の処理や以下で説明する処理を実行するのに必要なプログラムやデータ等を格納する。

【0029】

図２は、方位角と仰角の計算方法を説明する図である。図２には、Ｘ軸及びＹ軸に沿って配置される複数のアンテナ素子１１１を示す。アンテナ素子１１１はＸ方向に等間隔ｄｘでＭ（Ｍは２以上の整数）個配置されるとともに、Ｙ方向に等間隔ｄｙでＮ（Ｎは２以上の整数）個配置されている。間隔ｄｘと間隔ｄｙは等しい。アンテナ素子１１１は、図１に示すアンテナ素子１～４と同様であるが、ここでは簡略化して示す。

【0030】

ここでは一例として、Ｘ方向における１番目（Ｍ＝１）で、かつ、Ｙ方向における１番目（Ｎ＝１）のアンテナ素子１１１が第１アンテナ素子の一例である。また、Ｘ方向における２番目（Ｍ＝２）で、かつ、Ｙ方向における１番目（Ｎ＝１）のアンテナ素子１１１が第２アンテナ素子の一例であり、Ｘ方向における１番目（Ｍ＝１）で、かつ、Ｙ方向における２番目（Ｎ＝２）のアンテナ素子１１１が第３アンテナ素子の一例である。

【0031】

ここでは、図２における第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、第３アンテナ素子としての３つのアンテナ素子１１１がスマートフォン５０から信号を受信する場合に、スマートフォン５０の方向を表す方位角φと仰角θを算出する方法について説明する。

【0032】

第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子が受信する信号の位相差をβｘ、第１アンテナ素子及び第３アンテナ素子が受信する信号の位相差をβｙ、信号の波長をλとすると、位相差βｘ、βｙは、次式（１）、（２）で表すことができる。位相差βｘは第１位相差の一例であり、位相差βｙは第２位相差の一例である。

【0033】

【数1】

【0034】

【数2】

【0035】

式（１）、（２）をそれぞれ方位角φ，仰角θでまとめると、次式（３）～（６）が得られる。

【0036】

【数3】

【0037】

【数4】

【0038】

【数5】

【0039】

【数6】

【0040】

式（１）、（２）より、βｘに対するβｙの比は次式（７）で表される。

【0041】

【数7】

【0042】

ここで、ｄｘ＝ｄｙであるから、式（７）から式（８）が得られ、さらに式（９）のように変形して方位角φを求めることができる。

【0043】

【数8】

【0044】

【数9】

【0045】

そして、式（９）で求まった方位角φを用いれば、式（３）又は式（５）のいずれか一方から仰角θを求めることができる。式（３）から仰角θを算出する場合には位相差βｘを用いればよく、式（５）から仰角θを算出する場合には位相差βｙを用いればよい。

【0046】

図３は、アンテナ装置１１０と位相差の分散を示す図である。図３（Ａ）に示すように、水平な床Ｆの上にアンテナ装置１１０を垂直に立てて設置した。ここでは、アンテナ装置１１０が図２に示すように複数のアンテナ素子１１１を有するものとして説明する。また、図３では、アンテナ装置１１０はＸＹＺ座標の原点に位置し、＋Ｘ方向は鉛直上方であり、Ｙ方向は水平方向であり、＋Ｚ方向は床Ｆの表面に沿ってアンテナ装置１１０から離れる方向である。

【0047】

スマートフォン５０からアンテナ装置１１０までの距離が異なる複数の位置において、スマートフォン５０から送信する信号の周波数を複数の周波数に変更しながら、スマートフォン５０が送信する信号を複数のアンテナ素子１１１で受信する場合における、２つのアンテナ素子１１１のペアが受信する信号同士の位相差の分散を計算した。また、複数の周波数は、一例として２．４ＧＨｚ帯（２．４ＧＨｚ～２．４８ＧＨｚ）のうちの複数の周波数に設定した。分散は、距離が異なる複数の位置の各々において、２．４ＧＨｚ帯の複数の周波数で得た複数の位相差について算出した。

【0048】

Ｍ×Ｎ個のアンテナ素子１１１の中から、Ｘ方向に配置される２つで構成される複数のペアと、Ｙ方向に配置される２つで構成される複数のペアとを抽出し、ペア毎における信号同士の位相差の分散を算出した。

【0049】

図３（Ｂ）には、比較用に、床Ｆが存在しない場合の信号同士の位相差の分散を示す。分散は距離に応じて殆ど変化せず、略一定値を示した。これに対して、図３（Ｃ）に示すように、床Ｆが存在する場合には、位相差の分散が距離に応じて周期的に増減した。

【0050】

図３（Ｃ）に示す計算結果において、位相差の分散が大きくなったペアは、Ｘ方向に配置される２つのアンテナ素子１１１のペアが多かった。Ｙ方向に配置される２つのアンテナ素子１１１が受信した信号同士の位相差の分散は、比較的小さいことが分かった。これは、スマートフォン５０から送信される信号が床Ｆの表面で反射されてからアンテナ素子１１１によって受信されるマルチパスが生じていることを示していると考えられる。床Ｆの表面で反射したマルチパスの信号がＸ方向に配置される２つのアンテナ素子１１１によって受信されることにより、信号同士の位相差の分散が大きくなったと考えられる。

【0051】

測角装置１００が配置される場所には、多くの場合において床が存在する。床が存在する場合にはマルチパス影響によって信号同士の位相差が大きくなり、位相差が大きくなると、最終的に求まる方位角φ及び仰角θの角度誤差が大きくなるおそれがある。

【0052】

このため、測角装置１００は、方位角φ及び仰角θを求める際に、信号同士の位相差の分散が閾値以下の位相差を用いることとする。選択部１２３は、Ｘ方向に配置される様々な２つのアンテナ素子のペアで受信される信号同士の位相差と、Ｙ方向に配置される様々な２つのアンテナ素子のペアで受信される信号同士の位相差とのうち、信号同士の位相差の分散が閾値以下の位相差を選択する。

【0053】

そして、方位角算出部１２４は、選択部１２３によって選択されたＸ方向に配置される２つのアンテナ素子のペアで受信される信号同士の位相差と、Ｙ方向に配置される２つのアンテナ素子のペアで受信される信号同士の位相差とのうち、Ｘ方向において所定距離の第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子で受信される信号同士の位相差と、Ｙ方向において所定距離と等距離の第１アンテナ素子及び第３アンテナ素子で受信される信号同士の位相差とを用いて、方位角を算出する。

【0054】

ここで、Ｘ方向において所定距離の第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子で受信される信号同士の位相差は、第１位相差の一例である。また、Ｙ方向において所定距離と等距離の第１アンテナ素子及び第３アンテナ素子で受信される信号同士の位相差は、第２位相差の一例である。

【0055】

さらに、仰角算出部１２５は、方位角算出部１２４によって算出された方位角と、第１位相差の一例としての位相差又は第２位相差の一例としての位相差とに基づいて仰角を算出する。

【0056】

図４は、位相差の分散と、算出した方位角φ及び仰角θについての角度誤差との分布を示す図である。図４（Ａ）には、距離に対する位相差の分散の分布を示す。図４（Ｂ）には、図４（Ａ）に示す位相差の分散の算出に用いられた位相差から算出した方位角φ及び仰角θの角度誤差の距離に対する分布を示す。角度誤差は、算出した方位角φ及び仰角θと実際の方位角φ及び仰角θとの誤差である。

【0057】

また、図４（Ｃ）には、図４（Ａ）に示す位相差の分散のうち閾値以下のものを示す。図４（Ｄ）には、図４（Ｃ）に示す位相差の分散の算出に用いられた位相差から算出した方位角φ及び仰角θの角度誤差の距離に対する分布を示す。閾値は、所定値の一例であり、スマートフォン５０から送信される信号が床で反射することによって生じるマルチパスによる位相差の分散の増大を抑制するための上限値である。なお、ここでは床での反射によって生じるマルチパスについて説明するが、マルチパスは床での反射に限らず、壁や天井等によって生じるものであってもよい。

【0058】

図４（Ａ）に示すように、位相差の分散の分布は、距離に応じて周期的に増減している。これは、図３（Ｃ）に示すものと同一である。分散が大きい距離における位相差を用いて方位角φ及び仰角θを算出すると、図４（Ｂ）に示すように角度誤差が大きくなる。３つの四角で囲んだ区間は、図４（Ａ）において位相差の分散が閾値以上になった区間である。

【0059】

これに対して、図４（Ｃ）では、位相差の分散が閾値以下のものだけが選択されている。このような選択は、選択部１２３が行う。具体的には、選択部１２３は、閾値よりも大きい位相差の分散が算出された距離における位相差を間引いており、閾値以下の位相差の分散が算出された距離における位相差を選択している。

【0060】

そして、図４（Ｃ）に示す位相差の分散の算出に用いられた位相差から方位角算出部１２４及び仰角算出部１２５が算出した方位角φ及び仰角θの角度誤差は、図４（Ｄ）に示すように、図４（Ｂ）に比べて、図４（Ａ）において位相差の分散が閾値以上になった３つの区間における方位角φ及び仰角θの値が間引かれることによって、角度誤差が低減されている。

【0061】

図５は、制御装置１２０の分散算出部１２２、選択部１２３、方位角算出部１２４、仰角算出部１２５が実行する処理を表すフローチャートを示す図である。図５に示す処理は、実施形態の測角方法によって実現される。

【0062】

分散算出部１２２は、処理がスタートすると位相差の分散を算出する（ステップＳ１）。これにより、例えば図４（Ａ）に示す位相差の分散のデータが作成される。

【0063】

選択部１２３は、ステップＳ２で算出された位相差の分散のうち、閾値以下の距離の位相差の分散の算出に用いられた位相差を選択する（ステップＳ２）。これにより、例えば図４（Ａ）に示す位相差のデータから図４（Ｃ）に示すように閾値以下の位相差の分散のデータが選択される。

【0064】

方位角算出部１２４は、選択部１２３によって選択された位相差の分散のデータに基づいて、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、及び第３アンテナ素子を選択し、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子で受信される信号同士の位相差（第１位相差の一例）と、第１アンテナ素子及び第３アンテナ素子で受信される信号同士の位相差（第２位相差の一例）との比から方位角φを算出する（ステップＳ３）。

【0065】

仰角算出部１２５は、ステップＳ３で算出された方位角φと、ステップＳ３で算出に用いられた位相差（第１位相差の一例）又は位相差（第２位相差の一例）のいずれか一方とに基づいて、仰角θを算出する（ステップＳ４）。以上で方位角φ及び仰角θが求まり、一連の処理が終了する。

【0066】

以上のように、実施形態によれば、選択部１２３は、分散算出部１２２によって算出された位相差の分散のうち、閾値以下の分散の算出に用いられた位相差を選択し、方位角算出部１２４は、選択部１２３によって選択された位相差のデータに基づいて、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、及び第３アンテナ素子を選択し、第１位相差及び第２位相差に基づいて方位角φを算出する。さらに、仰角算出部１２５は、算出された方位角φと、第１位相差又は第２位相差のいずれか一方とに基づいて仰角θを算出する。

【0067】

このため、マルチパスがある場合でも角度の測定精度が高い方位角φ及び仰角θを求めることができる。

【0068】

したがって、マルチパスがある場合でも角度の測定精度が高い（角度誤差が小さい）測角装置１００、及び、測角方法を提供することができる。

【0069】

また、方位角算出部１２４は、選択部１２３によって選択された複数の位相差のうち、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子が受信した信号同士の第１位相差、及び、第１アンテナ素子及び第３アンテナ素子が受信した信号同士の第２位相差を選択して、方位角φを算出する。このため、小さい角度誤差で方位角φを算出することができる。

【0070】

また、仰角算出部１２５は、方位角算出部１２４によって選択された第１位相差又は第２位相差のいずれか一方に基づいてスマートフォン５０の仰角θを算出するので、方位角φの算出に利用した第１位相差又は第２位相差を用いることによって、より容易に仰角θを算出することができる。

【0071】

また、複数のアンテナ素子がスマートフォン５０から受信する信号同士の位相差の分散を算出する分散算出部１２２をさらに含み、選択部１２３は、分散算出部１２２によって算出される分散が閾値以下になるように複数の位相差を選択するので、分散算出部１２２によって算出された位相差の中から分散が閾値以下の分散の算出に用いられた位相差を選択することができる。

【0072】

また、分散算出部１２２は、スマートフォン５０からの距離が異なる複数の位置において、複数の周波数の信号を複数のアンテナ素子がスマートフォン５０から受信した場合の複数の位置の各々における信号同士の位相差の分散を信号同士の位相差の分散として算出する。そして、選択部１２３は、分散が閾値以下の距離の位置において算出された複数の位相差を選択するので、マルチパスの影響が大きい距離の位置における位相差を排除して、角度誤差の小さい方位角φ及び仰角θを計算することができる。

【0073】

また、閾値は、スマートフォン５０から送信される信号が床で反射することによって生じるマルチパスによる位相差の分散の増大を抑制するための値であるので、閾値以下の位相差を選択することによって、効果的にマルチパスの影響を低減することができる。

【0074】

また、アンテナ装置１１０は、Ｘ軸及びＹ軸によって構成される平面が床に対して起立した状態で設置されるので、マルチパスが生じやすいが、床での反射に起因するマルチパスの影響を低減することができる。

【0075】

また、アンテナ装置１１０を上述のように床に対して起立した状態で天井に配置して、アンテナ装置１１０の真下を通る人のスマートフォン５０から受信する信号に基づいて測角装置１００に対するスマートフォン５０の方位角及び仰角を求めてもよい。

【0076】

また、方位角φは、第１アンテナ素子を原点とする、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を含む座標系における、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面内におけるＸ軸に対する方位角であり、仰角θは、Ｚ軸に対する仰角であるため、ＸＹＺ座標の原点と同一の原点を有する極座標における方位角と仰角を算出することができる。

【0077】

なお、以上では、分散算出部１２２が位相差の分散を算出する形態について説明したが、位相差の分散の代わりに位相差の分布を算出してもよい。

【0078】

また、アンテナ装置１１０は、図６に示すように配置されてもよい。図６は、アンテナ装置１１０の配置の変形例を示す図である。図６には、水平な床Ｆと、床Ｆに平行な天井Ｃを示す。アンテナ装置１１０は、Ｘ軸及びＹ軸によって構成される平面が天井Ｃに貼り付けられて見下ろした状態で設置されている。このように配置したアンテナ装置１１０を用いて、アンテナ装置１１０の下方にあるスマートフォン５０の方位角及び仰角を求めてもよい。

【0079】

以上、本発明の例示的な実施形態の測角装置、及び、測角方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0080】

１～４ アンテナ素子
５０ スマートフォン
１００ 測角装置
１１０ アンテナ装置
１１１ アンテナ素子
１２０ 制御装置
１２１ 通信部
１２２ 分散算出部
１２３ 選択部
１２４ 方位角算出部
１２５ 仰角算出部
１２６ メモリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】