方向推定装置及び方向推定方法
【課題】１次元配置であるリニアアレイアンテナを用いて３６０°方向の方向推定を行うことができるようにする。
【解決手段】少なくとも１本の指向性アンテナ素子を導入した構成のリニアアレイアンテナにおいて到来方向を推定する際に、第１の方向推定手段で指向性アンテナ素子の受信信号を使用して第１の方向推定を行い、第２の方向推定手段ではリニアアレイアンテナの全体の受信信号を使用して第２の方向推定を行い、さらに、第１の方向推定結果に基づいて、第２の方向推定で得られる２つの推定方向結果から最終的な方向推定を選択するようにして、サブアレイを配置して２次元的な広がりを持たせることなく３６０°方向の方向推定を行うことができるようにする。
【解決手段】少なくとも１本の指向性アンテナ素子を導入した構成のリニアアレイアンテナにおいて到来方向を推定する際に、第１の方向推定手段で指向性アンテナ素子の受信信号を使用して第１の方向推定を行い、第２の方向推定手段ではリニアアレイアンテナの全体の受信信号を使用して第２の方向推定を行い、さらに、第１の方向推定結果に基づいて、第２の方向推定で得られる２つの推定方向結果から最終的な方向推定を選択するようにして、サブアレイを配置して２次元的な広がりを持たせることなく３６０°方向の方向推定を行うことができるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は方向推定装置及び方向推定方法に関し、特に、リニアアレイアンテナで電波の到来方向を推定するために用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リニアアレイアンテナで電波の到来方向を推定する場合には、アレイアンテナのブロードサイド方向について虚像が発生する問題がある。この様子を図８に示す。図８は無指向性アンテナ素子６０１が直線状に並んでいる様子をアンテナ素子の上側から見た模式図であり、６０２は無指向性アンテナ素子の利得方向を示す。
【０００３】
図８で、第１の方向ａから電波が到来した場合、各アンテナ素子の受信信号を元に到来方向を推定すると、推定結果は第１の方向ａとアレイ配列について線対称である第２の方向ｂの２つが得られる。
【０００４】
これは、第１の方向ａの方向から電波が到来した場合でも第２の方向ｂの方向から電波が到来した場合でも、各アンテナ素子の強度・位相といった受信信号が同じになるため、第１の方向ａと第２の方向ｂの方向を判別できないことにより生じる。
【０００５】
このように、リニアアレイアンテナで電波の到来方向を推定する場合には、アレイの直線を軸にした線対称の方位に虚像が発生してしまうため、１８０°の範囲でしか到来方向を推定できない問題点があった。
【０００６】
したがって、アレイアンテナで３６０°方向の方向推定を行う場合には、アレイを円形配置やサブアレイを有する構造などにして、２次元的な広がりを持って配置することが行われてきた。例えば、特許文献１にて提案されている「アレイアンテナ」は、円形にアンテナ素子を配置して３６０°方向からの到来方向を推定する装置の例である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１０１３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、アレイを２次元配置すると、１次元配置であるリニアアレイアンテナよりもアンテナの形状が大きくなってしまう。アンテナの形状が大きくなることは、設置上の制約が多くなり不便である。
【０００９】
最近は、無線ＬＡＮなどの近距離無線の普及に伴い、室内などの限られた空間で到来方向を推定することや、携帯端末などに電波の到来方向の推定機能を搭載する要望は今後さらに増加していくものと考えられる。そのような場合に、容積が大きくなる２次元配列のアレイアンテナを使用することは困難である。その一方で、ビームフォーミングが行えるアレイアンテナの使用用途は広く、小型でありながら３６０°方向からの到来方向を推定する方向推定装置の実現が望まれる。
【００１０】
本発明は前述の問題点に鑑み、１次元配置であるリニアアレイアンテナを用いて３６０°方向の方向推定を行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の方向推定装置は、少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定装置であって、前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定手段と、前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定手段と、前記第１の方向推定手段による推定結果と、前記第２の方向推定手段による推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の方向推定方法は、少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定方法であって、前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定工程と、前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定工程と、前記第１の方向推定工程における推定結果と、前記第２の方向推定工程における推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のコンピュータプログラムは、少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定工程と、前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定工程と、前記第１の方向推定工程における推定結果と、前記第２の方向推定工程における推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定工程とを有する方向推定方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１４】
本発明の記録媒体は、前記に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、少なくとも１本の指向性アンテナ素子を導入した構成のリニアアレイアンテナにおいて到来方向を推定する際に、第１の方向推定手段で指向性アンテナ素子の受信信号を使用して第１の方向推定を行い、第２の方向推定手段ではリニアアレイアンテナの全体の受信信号を使用して第２の方向推定を行う。さらに、第１の方向推定結果と、第２の方向推定結果に基づいて、電波の到来方向を判定する。このような構成により、１次元配置であるリニアアレイアンテナを用いて３６０°方向の方向推定を行うことができる。これにより、小型でありながら３６０°方向の到来方向を推定することができる到来方向推定装置を提供することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、図面を使用して本発明の実施形態を説明する。
図１に、第１の実施形態を説明するために、８素子リニアアレイアンテナの一部に指向性アンテナ素子を導入した例を示す。
【００１７】
図１は、アンテナ素子が直線状に並んでいる様子を上側から見た状態を示している。また、説明を容易にするためにリニアアレイアンテナの向きを示すための角度座標も示している。図１では、中央の２本の指向性アンテナ素子１０１、１０２が指向性を有しており、それ以外は無指向性アンテナ素子２０である。
【００１８】
図１で１１、１２はそれぞれ第１の指向性アンテナ素子１０１、第２の指向性アンテナ素子１０２及び無指向性アンテナ素子２０の利得方向を示している。図１に示すように、第１の指向性アンテナ素子１０１は図１中の座標で０°〜１８０°方向の面に対して指向性を持っている。一方、第２の指向性アンテナ素子１０２は反対の１８０°〜３６０°方向に指向性を持っている。
【００１９】
本実施形態では、後述するように指向性アンテナ素子の受信信号も使用して、ビームフォーマ法などの第２の方向推定を行うため、指向性アンテナ素子は完全な指向性を持つよりも、指向性方向以外の方向の電波も受信する方が望ましい。
【００２０】
より具体的には、第１の指向性アンテナ素子１０１では０°〜１８０°方向に利得を持つが、１８０°〜３６０°方向にも弱い利得を持つ。したがって、０°〜１８０°と１８０°〜３６０°方向の受信強度に明らかな違いが表れるように設計された指向性アンテナ素子が望ましい。
【００２１】
さらに、第１の実施形態のように、１本の指向性アンテナ素子で１８０°範囲の到来方向推定を行う場合には、指向性アンテナ素子の指向性は鋭いピークのものでは無く、アレイのブロードサイド方向を広くカバーできるように、広いものであることが望ましい。
【００２２】
次に、図１の指向性アンテナ素子を含むリニアアレイアンテナを用いて到来方向を推定する方法について説明する。
図２には，リニアアレイアンテナの各アンテナ素子で電波を受信して（ステップＳ１１）から到来方向を推定するまでの手順を示す。まず、指向性アンテナ素子の受信状態を比較して第１の方向推定を行い、電波到来方向が０°〜１８０°であるか１８０°〜３６０°であるかを判断する（ステップＳ１２）。
【００２３】
次に、他のアンテナ素子での受信信号も含めて、第２の方向推定を行う（ステップＳ１３）。第２の方向推定は、受信信号の強度や素子間での位相差を利用して到来方向を求める方法で、例えば、ビームフォーマ法、ＭＵＳＩＣ法（multiple Signal Classification）などである。
【００２４】
最後に、第２の方向推定結果はアレイの直線を軸にした線対称の方位に虚像関係にある２つの推定結果が得られるので、この内から第１の方向推定結果と一致する到来方向を選択し最終的な推定結果とする（ステップＳ１４）。以上の処理を行って到来角度の推定処理を終了する（ステップＳ１５）。
【００２５】
以下、図１と図２について、より詳細な説明を行う。
第１の方向推定では、それぞれリニアアレイアンテナのブロードサイド方向について、反対の方向に指向性を持つ２本の指向性アンテナ素子の受信状態を比較して、粗い方向推定を行う。例えば、図１で、第１の指向性アンテナ素子１０１と第２の指向性アンテナ素子１０２の受信強度を比較して、指向性アンテナ素子１０１の受信強度の方が強かった場合には、電波は０°〜１８０°の範囲の方向から到来していると推定できる。
【００２６】
受信電波が１波のみである場合や全ての受信信号がリニアアレイの同じブロードサイド方向から到来する場合には、前記のように受信強度を用いて行うことができる。しかしながら、複数波が同時に別のブロードサイド方向から到来する場合には、受信強度を用いた推定は困難な場合がある。複数波に対応するためには、到来してくる電波が時分割や周波数分割されていれば、前記と同様に指向性アンテナ素子の受信強度を使用して方向推定を行うことができる。
【００２７】
また、さらに到来してくる電波が符号分割されていれば、第１の方向推定においても、同時に複数の到来方向を推定することもできる。この場合、第１の方向推定に用いる判断基準を、受信強度でなく符号の相関値にすればよい。
【００２８】
例えば、電波のそれぞれに固有の拡散符号を乗じて送信を行い、方向推定装置の側では各指向性アンテナ素子で受信した信号に、予め用意した送信側と同じ各固有符号を掛け合わせ、その相関値を計測する。相関値は到来電波ごとに出力され、指向性アンテナ素子の指向性方向により強度は変化する。
【００２９】
すなわち、図１で０°〜１８０°の方向から到来した電波の符号相関値は指向性アンテナ素子１０２と比べ、指向性アンテナ素子１０１の方が大きな値が得られる。また、１８０°〜３６０°の方向から到来した電波の符号相関値は指向性アンテナ素子１０２と比べ、指向性アンテナ素子１０１の方が大きな値が得られる。これにより、各アンテナ素子の符号相関値を比較することで、ある符号を乗じて送信された信号がどの方向から到来しているかを推定することができる。
【００３０】
第２の方向推定は、指向性アンテナ素子以外の無指向性アンテナ素子の受信信号も使用した通常のアレイアンテナでの方向推定であり、ビームフォーマ法、ＭＵＳＩＣ法などである。これらの方向推定では、各アンテナ素子の受信強度と位相（位相差）の情報を元にアナログ処理またはディジタル処理により方向推定を行う。
【００３１】
第２の方向推定では、望ましくは全てのアンテナの受信信号を使用すればよいが、ノイズ等の影響で必ずしも全てのアンテナの受信信号を使用することが、正確な到来方向推定につながるとは限らない。したがって、ノイズの影響の強いアンテナの受信信号を第２の方向推定から除外するなど、必要に応じて第２の方向推定に使用するアンテナの受信信号を取捨選択してよい。
【００３２】
また、指向性アンテナ素子は小型で０°〜１８０°と、１８０°〜３６０°の到来方向を粗く推定できる程度に指向性を持つように設計されていれば、どのような形状のアンテナを用いてもよい。導波器や反射器を持つ指向性アンテナ素子を使用すれば、希望する指向性を作りやすく、本発明に必要な指向性アンテナ素子に好適である。
【００３３】
ただし、導波器や反射器を導入した場合には、アンテナ素子（給電素子）の前方あるいは後方に少なくとも１本の無給電素子を導入することになる。このため、使用周波数や設計方法によっては基本的なリニアアレイアンテナに比べ、２次元の広がりが出てくる問題がある。
【００３４】
また、通常、２次元アレイアンテナの素子間隔に比べて、導波器や反射器の素子間隔は短いので、導波器や反射器を使用した指向性アンテナ素子を導入することでも、従来の２次元アレイアンテナに比べ十分小型化に寄与することができる。
【００３５】
以上のように、導波器や反射器を持つ指向性アンテナ素子を使用することも本実施形態の範囲である。また、さらなるアレイアンテナの小型化のためには、地板の形状を制御したモノポールアンテナやスリーブアンテナを指向性アンテナ素子として使用するなどの方法も考慮することができる。
【００３６】
図３に、以上に説明した第１の実施形態の方向推定装置の構成を説明するブロック図を示す。本実施形態のアレイアンテナのアンテナ素子は、２本の無指向性アンテナ素子３００ａ、３００ｂと、２本の指向性アンテナ素子３１０ａ、３１０ｂの合計４本で配設した場合を示している。なお、アンテナ素子の本数が４本以外の場合でも、方向推定装置のブロック構成に特に変化はない。
【００３７】
アンテナ素子３００ａ、３００ｂ、３１０ａ、３１０ｂの後段にそれぞれ設置されている第１の受信機３３０ａ〜第４の受信機３３０ｄではダウンコンバート等の操作が行われる。さらに、各アンテナ素子３００ａ、３００ｂ、３１０ａ、３１０ｂの受信強度や位相の情報が出力される。また、前述したように、符号分割を行った電波を受信する場合には、第１の受信機３３０ａ〜第４の受信機３３０ｄで相関値を導くようにしてもよい。
【００３８】
第２の受信機３３０ｂ及び第３の受信機３３０ｃから出力された情報は、第１の方向推定部３４０に送られる。また、第１の受信機３３０ａ及び第４の受信機３３０ｄから出力された情報は第２の方向推定部３６０に送られる。第１の方向推定部３４０や第２の方向推定部３６０はアナログ回路で構成されてもよいし、ディジタル処理によって行われてもよい。方向推定をディジタル処理により行う場合には、第１の受信機３３０ａ〜第４の受信機３３０ｄの出力前にＡＤ変換部を設ければよい。
【００３９】
（第２の実施形態）
また、以上の第１の実施形態では、リニアアレイアンテナ中に２本の指向性アンテナ素子３１０ａ、３１０ｂの指向性を反対側に向けて設置した例を示したが、最小の構成として導入する指向性アンテナ素子は１本でもよい。
【００４０】
例えば、図４に示すように、１本の指向性アンテナ素子１０１の指向性を０°〜１８０°との方向に向けた場合、近隣の無指向性アンテナ２１と受信信号を比較することにより、粗い方向推定（第１の方向推定）を行うことができる。
【００４１】
すなわち、指向性アンテナ素子１０１の受信強度の方が強い場合には、電波の到来方向は０°〜１８０°の範囲と推定され、無指向性アンテナ素子２１の受信強度の方が強い場合には、電波の到来方向は１８０°〜３６０°の範囲と推定される。これにより、第１の方向推定を達成することができる。本実施形態のように、指向性アンテナ素子を１本にすることにより、３６０°方向の到来方向推定を行いつつ、構成が複雑になることを防ぐことが可能である。
【００４２】
（第３の実施形態）
また、第１の方向推定の後に、指向性アンテナ素子の受信信号を補正して第２の方向推定を行う構成にしてもよい。
【００４３】
アレイアンテナは一般的に素子数が多いほど指向性が向上する。本実施形態でも、指向性アンテナ素子も含む全てのアンテナ素子を使用して第２の方向推定を行う方が高精度に到来方向を検出することができる。
【００４４】
ところが、指向性アンテナ素子の受信信号は、第１の方向推定のために到来方向によって受信強度が異なるので、第２の方向推定の種類によっては指向性アンテナ素子の受信信号をそのまま使用して到来方向を導出することができない。
【００４５】
例えば、ビームフォーマ法では各アンテナ素子の受信信号の位相に重みを付加させた上で受信強度を足し合わせて、最大電力（最大受信強度）が得られる方向を到来方向として導出する。また、ビームフォーマ法で使用するアンテナ素子は、全て無指向性アンテナ素子、あるいは全てのアンテナ素子は同じ特性のものが使用されるため、フェージングの影響のない理想的な環境では受信強度は全てのアンテナ素子で一定となる。
【００４６】
一方、本実施形態で使用する指向性アンテナ素子では、第１の方向推定を行うために、到来方向によって受信強度が異なるので、受信信号を足し合わせるビームフォーマ法など使用して方向推定を行うと大きな誤差を生じることになる。そこで、この第３の実施形態では、第１の方向推定の後に、指向性アンテナ素子の受信信号に補正を行って第２の方向推定を行うようにして例を示す。
【００４７】
図５には、第３の実施形態で行われる処理のフローを示す。まず、リニアアレイアンテナの各アンテナ素子で電波を受信して（ステップＳ２１）、指向性アンテナ素子の受信状態を比較する第１の方向推定にて、電波到来方向が０°〜１８０°であるか、或いは１８０°〜３６０°であるかを判断する（ステップＳ２２）。
【００４８】
次に、指向性アンテナ素子の受信信号の補正を行う（ステップＳ２３）。そして、補正を行った指向性アンテナ素子の受信信号と他のアンテナ素子により、第２の方向推定を行う（ステップＳ２４）。第３の実施形態では、先に述べたように、受信信号を使用して到来方向を推定する第２の方向推定に好適な方法であり、その方法は例えばビームフォーマ法である。
【００４９】
最後に、第２の方向推定結果はアレイの直線を軸にした線対称の方位に虚像関係にある２つの推定結果が得られる。この内から、第１の方向推定結果と一致する到来方向を選択して最終的な推定結果とし（ステップＳ２５）、到来角度の推定終了とする（ステップＳ２６）。
【００５０】
さらに、指向性アンテナ素子の受信信号の補正について説明する。
第３の実施形態でも、アンテナ素子部分に関しては他の実施形態と変化が無いため、第１の実施形態を示した図１を用いて説明する。
【００５１】
例えば、図１で到来した電波が９０°の方向からであった場合、指向性アンテナ素子１０１と１０２の受信信号がそれぞれ異なる。具体的には、周囲の無指向性アンテナ素子２０と比較した場合、指向性アンテナ素子１０１の受信強度は強く、指向性アンテナ素子１０２の受信強度は弱い。この受信信号の強弱により、第１の方向推定を行い、０°〜１８０°方向と１８０°〜３６０°方向を判別する。
【００５２】
ここで、第２の方向推定の前に補正を行う方法として、例えば、指向性アンテナ素子の受信強度を仮想的に無指向性アンテナ素子で受信した場合の受信強度にする。仮想的に無指向性アンテナ素子の受信信号とする方法も様々な方法があるが、ひとつの例としては、周囲の無指向性アンテナ素子２０の信号の値に合わせることである。
【００５３】
すなわち、指向性アンテナ素子１０１の受信強度を、近傍の無指向性アンテナ素子２０の受信強度の値に合わせて小さくしてやればよく、指向性アンテナ素子１０２の受信強度は近傍の無指向性アンテナ素子２０の受信強度の値に合わせて大きくしてやればよい。また、近傍の無指向性アンテナ素子２０の受信強度を使用して補正する方法としては、無指向性アンテナ素子２０の受信強度を基に算出した値をそれぞれの指向性アンテナ素子の補正した受信強度としてもよい。
【００５４】
図６には、以上の第３の実施形態の方向推定装置のブロック図を示す。アレイアンテナのアンテナ素子は２本の無指向性アンテナ素子３００ａ及び３００ｂと、２本の指向性アンテナ素子３１０ａ及び３１０ｂの合計４本の場合で示している。アンテナの本数が４本以外の場合でも、方向推定装置のブロック構成に特に変化はない。
【００５５】
これらの各アンテナ素子の後段に設置されている第１の受信機３３０ａ〜第４の受信機３３０ｄではダウンコンバート等の操作が行われ、さらに各アンテナ素子の受信強度や位相の情報が出力される。
【００５６】
第２の受信機３３０ｂ及び第３の受信機３３０ｃから出力された情報は第１の方向推定部３４０に送られ、第１の方向推定が行われる。これにより、指向性アンテナ素子３１０ａ及び３１０ｂの情報は第１の方向推定部３４０の後に配設された第１の補正部３５０ａ及び第２の補正部３５０ｂを経由して受信強度の補正が行われた後に第２の方向推定部３６０へと送られる。一方、２本の無指向性アンテナ素子３００ａ及び３００ｂの情報は第１の方向推定部３４０を経由することなく、第１及び第２の補正部３５０ａ及び３５０ｂ、第２の方向推定部３６０へと送られる。
【００５７】
図６では、前述したような、近傍の無指向性アンテナ素子３００ａ及び３００ｂの受信強度と比較して、指向性アンテナ素子３１０ａ及び３１０ｂの受信強度を補正する例について示している。図６においては、近傍の無指向性アンテナ素子３００ａ及び３００ｂ情報が第１の補正部３５０ａ及び第２の補正部３５０ｂに導入される構成となっている。補正された指向性アンテナ素子３１０ａの情報と、無指向性アンテナ素子３００ａの情報は第２の方向推定部３６０へと送られる。理想的には、全てのアンテナの情報を使用して第２の方向推定を行う。第２の方向推定は、第１実施形態で記述したように必要に応じて使用するアンテナ素子を変化させてよい。
【００５８】
なお、前記のように受信強度について補正が必要な場合があるが、位相については指向性アンテナ素子を使用した場合でも無指向性アンテナ素子を使用した場合でも、特に変化しない（アンテナ素子の場所のみに依存する）。したがって、補正を行わなくても第２の方向推定に使用することができる。
【００５９】
（第４の実施形態）
また、方向推定の精度を向上させるため、導入する指向性アンテナ素子の数を増やし、それぞれ異なる方向に指向性を向ける構成としてもよい。図７には、複数の指向性アンテナ素子１１１〜１１６を、それぞれ別の方向に指向性を向けて設置したリニアアレイアンテナを上から見た図を示している。
【００６０】
なお、図７では無指向性アンテナ素子２０を２本含んだ例を示しているが、任意の順序や数で指向性アンテナ素子と無指向性アンテナ素子を配列してよい。指向性アンテナ素子１１１〜１１６の数を増やすことにより、第１の方向推定で推定される到来方向が前記実施形態に比べ正確になる。さらに、指向性アンテナ素子の指向性範囲とその配置方法によっては、第１の方向推定で推定される到来方向の分解能が向上する。これにより、アレイの直線に線対称に現れる方向推定結果を排除する効果に加え、第２の方向推定で誤った推定結果が得られた場合にも、その結果を分離して排除することができる。
【００６１】
（本発明に係る他の実施形態）
前述した本発明の実施形態における方向推定装置を構成する各手段、並びに方向推定方法の各ステップは、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本発明に含まれる。
【００６２】
また、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施形態も可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
【００６３】
なお、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（実施形態では図２及び図５に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システムあるいは装置に直接、あるいは遠隔から供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータが前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。
【００６４】
したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、前記コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【００６５】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であってもよい。
【００６６】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどがある。また、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などもある。
【００６７】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続する。そして、前記ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。
【００６８】
また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。
【００６９】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせる。そして、ダウンロードした鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【００７０】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される。その他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【００７１】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、指向性アンテナ素子を含むリニアアレイアンテナを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示し、各アンテナ素子で電波を受信してから到来方向を推定するまでの手順を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態を示し、方向推定装置の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示し、指向性アンテナ素子を１本のみとした最小の構成のリニアアレイアンテナを示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示し、各アンテナ素子で電波を受信してから到来方向を推定するまでの手順を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第３の実施形態を示し、方向推定装置の一例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を示し、２本以上の指向性アンテナ素子を含み、異なる方向に指向性アンテナ素子の指向性を向けたリニアアレイアンテナを示す図である。
【図８】従来のリニアアレイアンテナの問題点について説明する図である。
【符号の説明】
【００７３】
１１、１２ 指向性アンテナ素子の利得方向
２０ 無指向性アンテナ素子
２１ 無指向性アンテナ素子の利得方向
１０１、１０２、１１１〜１１６ 指向性アンテナ素子
３００ａ 第１の無指向性アンテナ素子
３００ｂ 第２の無指向性アンテナ素子
３０１ 無指向性アンテナ素子の利得方向
３１０ａ 第１の指向性アンテナ素子
３１０ｂ 第２の指向性アンテナ素子
３１１ 指向性アンテナ素子の利得方向
３３０ａ 第１の受信機
３３０ｂ 第２の受信機
３３０ｃ 第３の受信機
３３０ｄ 第４の受信機
３４０ 第１の方向推定部
３５０ａ 第１の補正部
３５０ｂ 第２の補正部
３６０ 第２の方向推定部
３７０ 判断部
６０１ 無指向性アンテナ素子
６０２ 無指向性アンテナ素子の利得方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は方向推定装置及び方向推定方法に関し、特に、リニアアレイアンテナで電波の到来方向を推定するために用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リニアアレイアンテナで電波の到来方向を推定する場合には、アレイアンテナのブロードサイド方向について虚像が発生する問題がある。この様子を図８に示す。図８は無指向性アンテナ素子６０１が直線状に並んでいる様子をアンテナ素子の上側から見た模式図であり、６０２は無指向性アンテナ素子の利得方向を示す。
【０００３】
図８で、第１の方向ａから電波が到来した場合、各アンテナ素子の受信信号を元に到来方向を推定すると、推定結果は第１の方向ａとアレイ配列について線対称である第２の方向ｂの２つが得られる。
【０００４】
これは、第１の方向ａの方向から電波が到来した場合でも第２の方向ｂの方向から電波が到来した場合でも、各アンテナ素子の強度・位相といった受信信号が同じになるため、第１の方向ａと第２の方向ｂの方向を判別できないことにより生じる。
【０００５】
このように、リニアアレイアンテナで電波の到来方向を推定する場合には、アレイの直線を軸にした線対称の方位に虚像が発生してしまうため、１８０°の範囲でしか到来方向を推定できない問題点があった。
【０００６】
したがって、アレイアンテナで３６０°方向の方向推定を行う場合には、アレイを円形配置やサブアレイを有する構造などにして、２次元的な広がりを持って配置することが行われてきた。例えば、特許文献１にて提案されている「アレイアンテナ」は、円形にアンテナ素子を配置して３６０°方向からの到来方向を推定する装置の例である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１０１３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、アレイを２次元配置すると、１次元配置であるリニアアレイアンテナよりもアンテナの形状が大きくなってしまう。アンテナの形状が大きくなることは、設置上の制約が多くなり不便である。
【０００９】
最近は、無線ＬＡＮなどの近距離無線の普及に伴い、室内などの限られた空間で到来方向を推定することや、携帯端末などに電波の到来方向の推定機能を搭載する要望は今後さらに増加していくものと考えられる。そのような場合に、容積が大きくなる２次元配列のアレイアンテナを使用することは困難である。その一方で、ビームフォーミングが行えるアレイアンテナの使用用途は広く、小型でありながら３６０°方向からの到来方向を推定する方向推定装置の実現が望まれる。
【００１０】
本発明は前述の問題点に鑑み、１次元配置であるリニアアレイアンテナを用いて３６０°方向の方向推定を行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の方向推定装置は、少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定装置であって、前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定手段と、前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定手段と、前記第１の方向推定手段による推定結果と、前記第２の方向推定手段による推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の方向推定方法は、少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定方法であって、前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定工程と、前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定工程と、前記第１の方向推定工程における推定結果と、前記第２の方向推定工程における推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のコンピュータプログラムは、少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定工程と、前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定工程と、前記第１の方向推定工程における推定結果と、前記第２の方向推定工程における推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定工程とを有する方向推定方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１４】
本発明の記録媒体は、前記に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、少なくとも１本の指向性アンテナ素子を導入した構成のリニアアレイアンテナにおいて到来方向を推定する際に、第１の方向推定手段で指向性アンテナ素子の受信信号を使用して第１の方向推定を行い、第２の方向推定手段ではリニアアレイアンテナの全体の受信信号を使用して第２の方向推定を行う。さらに、第１の方向推定結果と、第２の方向推定結果に基づいて、電波の到来方向を判定する。このような構成により、１次元配置であるリニアアレイアンテナを用いて３６０°方向の方向推定を行うことができる。これにより、小型でありながら３６０°方向の到来方向を推定することができる到来方向推定装置を提供することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、図面を使用して本発明の実施形態を説明する。
図１に、第１の実施形態を説明するために、８素子リニアアレイアンテナの一部に指向性アンテナ素子を導入した例を示す。
【００１７】
図１は、アンテナ素子が直線状に並んでいる様子を上側から見た状態を示している。また、説明を容易にするためにリニアアレイアンテナの向きを示すための角度座標も示している。図１では、中央の２本の指向性アンテナ素子１０１、１０２が指向性を有しており、それ以外は無指向性アンテナ素子２０である。
【００１８】
図１で１１、１２はそれぞれ第１の指向性アンテナ素子１０１、第２の指向性アンテナ素子１０２及び無指向性アンテナ素子２０の利得方向を示している。図１に示すように、第１の指向性アンテナ素子１０１は図１中の座標で０°〜１８０°方向の面に対して指向性を持っている。一方、第２の指向性アンテナ素子１０２は反対の１８０°〜３６０°方向に指向性を持っている。
【００１９】
本実施形態では、後述するように指向性アンテナ素子の受信信号も使用して、ビームフォーマ法などの第２の方向推定を行うため、指向性アンテナ素子は完全な指向性を持つよりも、指向性方向以外の方向の電波も受信する方が望ましい。
【００２０】
より具体的には、第１の指向性アンテナ素子１０１では０°〜１８０°方向に利得を持つが、１８０°〜３６０°方向にも弱い利得を持つ。したがって、０°〜１８０°と１８０°〜３６０°方向の受信強度に明らかな違いが表れるように設計された指向性アンテナ素子が望ましい。
【００２１】
さらに、第１の実施形態のように、１本の指向性アンテナ素子で１８０°範囲の到来方向推定を行う場合には、指向性アンテナ素子の指向性は鋭いピークのものでは無く、アレイのブロードサイド方向を広くカバーできるように、広いものであることが望ましい。
【００２２】
次に、図１の指向性アンテナ素子を含むリニアアレイアンテナを用いて到来方向を推定する方法について説明する。
図２には，リニアアレイアンテナの各アンテナ素子で電波を受信して（ステップＳ１１）から到来方向を推定するまでの手順を示す。まず、指向性アンテナ素子の受信状態を比較して第１の方向推定を行い、電波到来方向が０°〜１８０°であるか１８０°〜３６０°であるかを判断する（ステップＳ１２）。
【００２３】
次に、他のアンテナ素子での受信信号も含めて、第２の方向推定を行う（ステップＳ１３）。第２の方向推定は、受信信号の強度や素子間での位相差を利用して到来方向を求める方法で、例えば、ビームフォーマ法、ＭＵＳＩＣ法（multiple Signal Classification）などである。
【００２４】
最後に、第２の方向推定結果はアレイの直線を軸にした線対称の方位に虚像関係にある２つの推定結果が得られるので、この内から第１の方向推定結果と一致する到来方向を選択し最終的な推定結果とする（ステップＳ１４）。以上の処理を行って到来角度の推定処理を終了する（ステップＳ１５）。
【００２５】
以下、図１と図２について、より詳細な説明を行う。
第１の方向推定では、それぞれリニアアレイアンテナのブロードサイド方向について、反対の方向に指向性を持つ２本の指向性アンテナ素子の受信状態を比較して、粗い方向推定を行う。例えば、図１で、第１の指向性アンテナ素子１０１と第２の指向性アンテナ素子１０２の受信強度を比較して、指向性アンテナ素子１０１の受信強度の方が強かった場合には、電波は０°〜１８０°の範囲の方向から到来していると推定できる。
【００２６】
受信電波が１波のみである場合や全ての受信信号がリニアアレイの同じブロードサイド方向から到来する場合には、前記のように受信強度を用いて行うことができる。しかしながら、複数波が同時に別のブロードサイド方向から到来する場合には、受信強度を用いた推定は困難な場合がある。複数波に対応するためには、到来してくる電波が時分割や周波数分割されていれば、前記と同様に指向性アンテナ素子の受信強度を使用して方向推定を行うことができる。
【００２７】
また、さらに到来してくる電波が符号分割されていれば、第１の方向推定においても、同時に複数の到来方向を推定することもできる。この場合、第１の方向推定に用いる判断基準を、受信強度でなく符号の相関値にすればよい。
【００２８】
例えば、電波のそれぞれに固有の拡散符号を乗じて送信を行い、方向推定装置の側では各指向性アンテナ素子で受信した信号に、予め用意した送信側と同じ各固有符号を掛け合わせ、その相関値を計測する。相関値は到来電波ごとに出力され、指向性アンテナ素子の指向性方向により強度は変化する。
【００２９】
すなわち、図１で０°〜１８０°の方向から到来した電波の符号相関値は指向性アンテナ素子１０２と比べ、指向性アンテナ素子１０１の方が大きな値が得られる。また、１８０°〜３６０°の方向から到来した電波の符号相関値は指向性アンテナ素子１０２と比べ、指向性アンテナ素子１０１の方が大きな値が得られる。これにより、各アンテナ素子の符号相関値を比較することで、ある符号を乗じて送信された信号がどの方向から到来しているかを推定することができる。
【００３０】
第２の方向推定は、指向性アンテナ素子以外の無指向性アンテナ素子の受信信号も使用した通常のアレイアンテナでの方向推定であり、ビームフォーマ法、ＭＵＳＩＣ法などである。これらの方向推定では、各アンテナ素子の受信強度と位相（位相差）の情報を元にアナログ処理またはディジタル処理により方向推定を行う。
【００３１】
第２の方向推定では、望ましくは全てのアンテナの受信信号を使用すればよいが、ノイズ等の影響で必ずしも全てのアンテナの受信信号を使用することが、正確な到来方向推定につながるとは限らない。したがって、ノイズの影響の強いアンテナの受信信号を第２の方向推定から除外するなど、必要に応じて第２の方向推定に使用するアンテナの受信信号を取捨選択してよい。
【００３２】
また、指向性アンテナ素子は小型で０°〜１８０°と、１８０°〜３６０°の到来方向を粗く推定できる程度に指向性を持つように設計されていれば、どのような形状のアンテナを用いてもよい。導波器や反射器を持つ指向性アンテナ素子を使用すれば、希望する指向性を作りやすく、本発明に必要な指向性アンテナ素子に好適である。
【００３３】
ただし、導波器や反射器を導入した場合には、アンテナ素子（給電素子）の前方あるいは後方に少なくとも１本の無給電素子を導入することになる。このため、使用周波数や設計方法によっては基本的なリニアアレイアンテナに比べ、２次元の広がりが出てくる問題がある。
【００３４】
また、通常、２次元アレイアンテナの素子間隔に比べて、導波器や反射器の素子間隔は短いので、導波器や反射器を使用した指向性アンテナ素子を導入することでも、従来の２次元アレイアンテナに比べ十分小型化に寄与することができる。
【００３５】
以上のように、導波器や反射器を持つ指向性アンテナ素子を使用することも本実施形態の範囲である。また、さらなるアレイアンテナの小型化のためには、地板の形状を制御したモノポールアンテナやスリーブアンテナを指向性アンテナ素子として使用するなどの方法も考慮することができる。
【００３６】
図３に、以上に説明した第１の実施形態の方向推定装置の構成を説明するブロック図を示す。本実施形態のアレイアンテナのアンテナ素子は、２本の無指向性アンテナ素子３００ａ、３００ｂと、２本の指向性アンテナ素子３１０ａ、３１０ｂの合計４本で配設した場合を示している。なお、アンテナ素子の本数が４本以外の場合でも、方向推定装置のブロック構成に特に変化はない。
【００３７】
アンテナ素子３００ａ、３００ｂ、３１０ａ、３１０ｂの後段にそれぞれ設置されている第１の受信機３３０ａ〜第４の受信機３３０ｄではダウンコンバート等の操作が行われる。さらに、各アンテナ素子３００ａ、３００ｂ、３１０ａ、３１０ｂの受信強度や位相の情報が出力される。また、前述したように、符号分割を行った電波を受信する場合には、第１の受信機３３０ａ〜第４の受信機３３０ｄで相関値を導くようにしてもよい。
【００３８】
第２の受信機３３０ｂ及び第３の受信機３３０ｃから出力された情報は、第１の方向推定部３４０に送られる。また、第１の受信機３３０ａ及び第４の受信機３３０ｄから出力された情報は第２の方向推定部３６０に送られる。第１の方向推定部３４０や第２の方向推定部３６０はアナログ回路で構成されてもよいし、ディジタル処理によって行われてもよい。方向推定をディジタル処理により行う場合には、第１の受信機３３０ａ〜第４の受信機３３０ｄの出力前にＡＤ変換部を設ければよい。
【００３９】
（第２の実施形態）
また、以上の第１の実施形態では、リニアアレイアンテナ中に２本の指向性アンテナ素子３１０ａ、３１０ｂの指向性を反対側に向けて設置した例を示したが、最小の構成として導入する指向性アンテナ素子は１本でもよい。
【００４０】
例えば、図４に示すように、１本の指向性アンテナ素子１０１の指向性を０°〜１８０°との方向に向けた場合、近隣の無指向性アンテナ２１と受信信号を比較することにより、粗い方向推定（第１の方向推定）を行うことができる。
【００４１】
すなわち、指向性アンテナ素子１０１の受信強度の方が強い場合には、電波の到来方向は０°〜１８０°の範囲と推定され、無指向性アンテナ素子２１の受信強度の方が強い場合には、電波の到来方向は１８０°〜３６０°の範囲と推定される。これにより、第１の方向推定を達成することができる。本実施形態のように、指向性アンテナ素子を１本にすることにより、３６０°方向の到来方向推定を行いつつ、構成が複雑になることを防ぐことが可能である。
【００４２】
（第３の実施形態）
また、第１の方向推定の後に、指向性アンテナ素子の受信信号を補正して第２の方向推定を行う構成にしてもよい。
【００４３】
アレイアンテナは一般的に素子数が多いほど指向性が向上する。本実施形態でも、指向性アンテナ素子も含む全てのアンテナ素子を使用して第２の方向推定を行う方が高精度に到来方向を検出することができる。
【００４４】
ところが、指向性アンテナ素子の受信信号は、第１の方向推定のために到来方向によって受信強度が異なるので、第２の方向推定の種類によっては指向性アンテナ素子の受信信号をそのまま使用して到来方向を導出することができない。
【００４５】
例えば、ビームフォーマ法では各アンテナ素子の受信信号の位相に重みを付加させた上で受信強度を足し合わせて、最大電力（最大受信強度）が得られる方向を到来方向として導出する。また、ビームフォーマ法で使用するアンテナ素子は、全て無指向性アンテナ素子、あるいは全てのアンテナ素子は同じ特性のものが使用されるため、フェージングの影響のない理想的な環境では受信強度は全てのアンテナ素子で一定となる。
【００４６】
一方、本実施形態で使用する指向性アンテナ素子では、第１の方向推定を行うために、到来方向によって受信強度が異なるので、受信信号を足し合わせるビームフォーマ法など使用して方向推定を行うと大きな誤差を生じることになる。そこで、この第３の実施形態では、第１の方向推定の後に、指向性アンテナ素子の受信信号に補正を行って第２の方向推定を行うようにして例を示す。
【００４７】
図５には、第３の実施形態で行われる処理のフローを示す。まず、リニアアレイアンテナの各アンテナ素子で電波を受信して（ステップＳ２１）、指向性アンテナ素子の受信状態を比較する第１の方向推定にて、電波到来方向が０°〜１８０°であるか、或いは１８０°〜３６０°であるかを判断する（ステップＳ２２）。
【００４８】
次に、指向性アンテナ素子の受信信号の補正を行う（ステップＳ２３）。そして、補正を行った指向性アンテナ素子の受信信号と他のアンテナ素子により、第２の方向推定を行う（ステップＳ２４）。第３の実施形態では、先に述べたように、受信信号を使用して到来方向を推定する第２の方向推定に好適な方法であり、その方法は例えばビームフォーマ法である。
【００４９】
最後に、第２の方向推定結果はアレイの直線を軸にした線対称の方位に虚像関係にある２つの推定結果が得られる。この内から、第１の方向推定結果と一致する到来方向を選択して最終的な推定結果とし（ステップＳ２５）、到来角度の推定終了とする（ステップＳ２６）。
【００５０】
さらに、指向性アンテナ素子の受信信号の補正について説明する。
第３の実施形態でも、アンテナ素子部分に関しては他の実施形態と変化が無いため、第１の実施形態を示した図１を用いて説明する。
【００５１】
例えば、図１で到来した電波が９０°の方向からであった場合、指向性アンテナ素子１０１と１０２の受信信号がそれぞれ異なる。具体的には、周囲の無指向性アンテナ素子２０と比較した場合、指向性アンテナ素子１０１の受信強度は強く、指向性アンテナ素子１０２の受信強度は弱い。この受信信号の強弱により、第１の方向推定を行い、０°〜１８０°方向と１８０°〜３６０°方向を判別する。
【００５２】
ここで、第２の方向推定の前に補正を行う方法として、例えば、指向性アンテナ素子の受信強度を仮想的に無指向性アンテナ素子で受信した場合の受信強度にする。仮想的に無指向性アンテナ素子の受信信号とする方法も様々な方法があるが、ひとつの例としては、周囲の無指向性アンテナ素子２０の信号の値に合わせることである。
【００５３】
すなわち、指向性アンテナ素子１０１の受信強度を、近傍の無指向性アンテナ素子２０の受信強度の値に合わせて小さくしてやればよく、指向性アンテナ素子１０２の受信強度は近傍の無指向性アンテナ素子２０の受信強度の値に合わせて大きくしてやればよい。また、近傍の無指向性アンテナ素子２０の受信強度を使用して補正する方法としては、無指向性アンテナ素子２０の受信強度を基に算出した値をそれぞれの指向性アンテナ素子の補正した受信強度としてもよい。
【００５４】
図６には、以上の第３の実施形態の方向推定装置のブロック図を示す。アレイアンテナのアンテナ素子は２本の無指向性アンテナ素子３００ａ及び３００ｂと、２本の指向性アンテナ素子３１０ａ及び３１０ｂの合計４本の場合で示している。アンテナの本数が４本以外の場合でも、方向推定装置のブロック構成に特に変化はない。
【００５５】
これらの各アンテナ素子の後段に設置されている第１の受信機３３０ａ〜第４の受信機３３０ｄではダウンコンバート等の操作が行われ、さらに各アンテナ素子の受信強度や位相の情報が出力される。
【００５６】
第２の受信機３３０ｂ及び第３の受信機３３０ｃから出力された情報は第１の方向推定部３４０に送られ、第１の方向推定が行われる。これにより、指向性アンテナ素子３１０ａ及び３１０ｂの情報は第１の方向推定部３４０の後に配設された第１の補正部３５０ａ及び第２の補正部３５０ｂを経由して受信強度の補正が行われた後に第２の方向推定部３６０へと送られる。一方、２本の無指向性アンテナ素子３００ａ及び３００ｂの情報は第１の方向推定部３４０を経由することなく、第１及び第２の補正部３５０ａ及び３５０ｂ、第２の方向推定部３６０へと送られる。
【００５７】
図６では、前述したような、近傍の無指向性アンテナ素子３００ａ及び３００ｂの受信強度と比較して、指向性アンテナ素子３１０ａ及び３１０ｂの受信強度を補正する例について示している。図６においては、近傍の無指向性アンテナ素子３００ａ及び３００ｂ情報が第１の補正部３５０ａ及び第２の補正部３５０ｂに導入される構成となっている。補正された指向性アンテナ素子３１０ａの情報と、無指向性アンテナ素子３００ａの情報は第２の方向推定部３６０へと送られる。理想的には、全てのアンテナの情報を使用して第２の方向推定を行う。第２の方向推定は、第１実施形態で記述したように必要に応じて使用するアンテナ素子を変化させてよい。
【００５８】
なお、前記のように受信強度について補正が必要な場合があるが、位相については指向性アンテナ素子を使用した場合でも無指向性アンテナ素子を使用した場合でも、特に変化しない（アンテナ素子の場所のみに依存する）。したがって、補正を行わなくても第２の方向推定に使用することができる。
【００５９】
（第４の実施形態）
また、方向推定の精度を向上させるため、導入する指向性アンテナ素子の数を増やし、それぞれ異なる方向に指向性を向ける構成としてもよい。図７には、複数の指向性アンテナ素子１１１〜１１６を、それぞれ別の方向に指向性を向けて設置したリニアアレイアンテナを上から見た図を示している。
【００６０】
なお、図７では無指向性アンテナ素子２０を２本含んだ例を示しているが、任意の順序や数で指向性アンテナ素子と無指向性アンテナ素子を配列してよい。指向性アンテナ素子１１１〜１１６の数を増やすことにより、第１の方向推定で推定される到来方向が前記実施形態に比べ正確になる。さらに、指向性アンテナ素子の指向性範囲とその配置方法によっては、第１の方向推定で推定される到来方向の分解能が向上する。これにより、アレイの直線に線対称に現れる方向推定結果を排除する効果に加え、第２の方向推定で誤った推定結果が得られた場合にも、その結果を分離して排除することができる。
【００６１】
（本発明に係る他の実施形態）
前述した本発明の実施形態における方向推定装置を構成する各手段、並びに方向推定方法の各ステップは、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本発明に含まれる。
【００６２】
また、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施形態も可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
【００６３】
なお、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（実施形態では図２及び図５に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システムあるいは装置に直接、あるいは遠隔から供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータが前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。
【００６４】
したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、前記コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【００６５】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であってもよい。
【００６６】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどがある。また、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などもある。
【００６７】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続する。そして、前記ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。
【００６８】
また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。
【００６９】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせる。そして、ダウンロードした鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【００７０】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される。その他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【００７１】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、指向性アンテナ素子を含むリニアアレイアンテナを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示し、各アンテナ素子で電波を受信してから到来方向を推定するまでの手順を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態を示し、方向推定装置の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示し、指向性アンテナ素子を１本のみとした最小の構成のリニアアレイアンテナを示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示し、各アンテナ素子で電波を受信してから到来方向を推定するまでの手順を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第３の実施形態を示し、方向推定装置の一例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を示し、２本以上の指向性アンテナ素子を含み、異なる方向に指向性アンテナ素子の指向性を向けたリニアアレイアンテナを示す図である。
【図８】従来のリニアアレイアンテナの問題点について説明する図である。
【符号の説明】
【００７３】
１１、１２ 指向性アンテナ素子の利得方向
２０ 無指向性アンテナ素子
２１ 無指向性アンテナ素子の利得方向
１０１、１０２、１１１〜１１６ 指向性アンテナ素子
３００ａ 第１の無指向性アンテナ素子
３００ｂ 第２の無指向性アンテナ素子
３０１ 無指向性アンテナ素子の利得方向
３１０ａ 第１の指向性アンテナ素子
３１０ｂ 第２の指向性アンテナ素子
３１１ 指向性アンテナ素子の利得方向
３３０ａ 第１の受信機
３３０ｂ 第２の受信機
３３０ｃ 第３の受信機
３３０ｄ 第４の受信機
３４０ 第１の方向推定部
３５０ａ 第１の補正部
３５０ｂ 第２の補正部
３６０ 第２の方向推定部
３７０ 判断部
６０１ 無指向性アンテナ素子
６０２ 無指向性アンテナ素子の利得方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定装置であって、
前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定手段と、
前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定手段と、
前記第１の方向推定手段による推定結果と、前記第２の方向推定手段による推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする方向推定装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記第２の方向推定手段が一つの到来電波に対して複数の到来方向を示した場合に、前記第１の方向推定手段の方向推定結果と一致する到来方向を最終的な方向推定結果として選択することを特徴とする請求項１に記載の方向推定装置。
【請求項３】
前記第１の方向推定手段は、前記指向性アンテナ素子の受信状態と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信状態とを比較して到来方向を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の方向推定装置。
【請求項４】
前記第１の方向推定手段は、前記指向性アンテナ素子の受信強度と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信強度とを比較して到来方向を推定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方向推定装置。
【請求項５】
前記第１の方向推定手段は、前記指向性アンテナ素子の受信状態と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信状態とを比較して到来方向を推定する際に、拡散符号により拡散されて送信された電波信号を逆拡散する時の相関値を比較して推定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の方向推定装置。
【請求項６】
前記第１の方向推定手段で第１の方向推定を行った後に、前記指向性アンテナ素子の受信信号の受信強度を補正する受信強度補正手段を有し、
前記指向性アンテナ素子が設置された場所での無指向性アンテナ素子の受信信号を仮想的に作成し、前記指向性アンテナ素子の受信信号を第２の方向推定用に使用することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の方向推定装置。
【請求項７】
前記受信強度補正手段は、前記リニアアレイアンテナ中の無指向性アンテナ素子の受信強度に基づいて前記指向性アンテナ素子の受信強度を補正することを特徴とする請求項６に記載の方向推定装置。
【請求項８】
前記リニアアレイアンテナは前記指向性アンテナ素子を２本以上の複数本有し、前記複数本の指向性アンテナ素子のうち、少なくとも１本の指向性アンテナ素子の指向性を前記リニアアレイアンテナのブロードサイドの片側に向け、少なくとも１本の指向性アンテナ素子の指向性を前記リニアアレイアンテナのブロードサイドの逆方向に向けることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の方向推定装置。
【請求項９】
少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定方法であって、
前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定工程と、
前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定工程と、
前記第１の方向推定工程における推定結果と、前記第２の方向推定工程における推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定工程と、を有することを特徴とする方向推定方法。
【請求項１０】
前記判定工程は、前記第２の方向推定工程が一つの到来電波に対して複数の到来方向を示した場合に、前記第１の方向推定工程の方向推定結果と一致する到来方向を最終的な方向推定結果として選択することを特徴とする請求項９に記載の方向推定方法。
【請求項１１】
前記第１の方向推定工程は、前記指向性アンテナ素子の受信状態と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信状態とを比較して到来方向を推定することを特徴とする請求項９または１０に記載の方向推定方法。
【請求項１２】
前記第１の方向推定工程は、前記指向性アンテナ素子の受信強度と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信強度とを比較して到来方向を推定することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項に記載の方向推定方法。
【請求項１３】
前記第１の方向推定工程は、前記指向性アンテナ素子の受信状態と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信状態とを比較して到来方向を推定する際に、拡散符号により拡散されて送信された電波信号を逆拡散する時の相関値を比較して推定することを特徴とする請求項９乃至１２の何れか１項に記載の方向推定方法。
【請求項１４】
前記第１の方向推定工程で第１の方向推定を行った後に、前記指向性アンテナ素子の受信信号の受信強度を補正する受信強度補正工程を有し、
前記指向性アンテナ素子が設置された場所での無指向性アンテナ素子の受信信号を仮想的に作成し、前記指向性アンテナ素子の受信信号を第２の方向推定用に使用することを特徴とする請求項９乃至１３の何れか１項に記載の方向推定方法。
【請求項１５】
前記受信強度補正工程は、前記リニアアレイアンテナ中の無指向性アンテナ素子の受信強度に基づいて前記指向性アンテナ素子の受信強度を補正することを特徴とする請求項１４に記載の方向推定方法。
【請求項１６】
少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定工程と、
前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定工程と、
前記第１の方向推定工程における推定結果と、前記第２の方向推定工程における推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定工程と、を有する方向推定方法をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１７】
前記請求項１６に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１】
少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定装置であって、
前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定手段と、
前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定手段と、
前記第１の方向推定手段による推定結果と、前記第２の方向推定手段による推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする方向推定装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記第２の方向推定手段が一つの到来電波に対して複数の到来方向を示した場合に、前記第１の方向推定手段の方向推定結果と一致する到来方向を最終的な方向推定結果として選択することを特徴とする請求項１に記載の方向推定装置。
【請求項３】
前記第１の方向推定手段は、前記指向性アンテナ素子の受信状態と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信状態とを比較して到来方向を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の方向推定装置。
【請求項４】
前記第１の方向推定手段は、前記指向性アンテナ素子の受信強度と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信強度とを比較して到来方向を推定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方向推定装置。
【請求項５】
前記第１の方向推定手段は、前記指向性アンテナ素子の受信状態と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信状態とを比較して到来方向を推定する際に、拡散符号により拡散されて送信された電波信号を逆拡散する時の相関値を比較して推定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の方向推定装置。
【請求項６】
前記第１の方向推定手段で第１の方向推定を行った後に、前記指向性アンテナ素子の受信信号の受信強度を補正する受信強度補正手段を有し、
前記指向性アンテナ素子が設置された場所での無指向性アンテナ素子の受信信号を仮想的に作成し、前記指向性アンテナ素子の受信信号を第２の方向推定用に使用することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の方向推定装置。
【請求項７】
前記受信強度補正手段は、前記リニアアレイアンテナ中の無指向性アンテナ素子の受信強度に基づいて前記指向性アンテナ素子の受信強度を補正することを特徴とする請求項６に記載の方向推定装置。
【請求項８】
前記リニアアレイアンテナは前記指向性アンテナ素子を２本以上の複数本有し、前記複数本の指向性アンテナ素子のうち、少なくとも１本の指向性アンテナ素子の指向性を前記リニアアレイアンテナのブロードサイドの片側に向け、少なくとも１本の指向性アンテナ素子の指向性を前記リニアアレイアンテナのブロードサイドの逆方向に向けることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の方向推定装置。
【請求項９】
少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定方法であって、
前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定工程と、
前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定工程と、
前記第１の方向推定工程における推定結果と、前記第２の方向推定工程における推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定工程と、を有することを特徴とする方向推定方法。
【請求項１０】
前記判定工程は、前記第２の方向推定工程が一つの到来電波に対して複数の到来方向を示した場合に、前記第１の方向推定工程の方向推定結果と一致する到来方向を最終的な方向推定結果として選択することを特徴とする請求項９に記載の方向推定方法。
【請求項１１】
前記第１の方向推定工程は、前記指向性アンテナ素子の受信状態と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信状態とを比較して到来方向を推定することを特徴とする請求項９または１０に記載の方向推定方法。
【請求項１２】
前記第１の方向推定工程は、前記指向性アンテナ素子の受信強度と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信強度とを比較して到来方向を推定することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項に記載の方向推定方法。
【請求項１３】
前記第１の方向推定工程は、前記指向性アンテナ素子の受信状態と、前記リニアアレイアンテナ中の他のアンテナ素子との受信状態とを比較して到来方向を推定する際に、拡散符号により拡散されて送信された電波信号を逆拡散する時の相関値を比較して推定することを特徴とする請求項９乃至１２の何れか１項に記載の方向推定方法。
【請求項１４】
前記第１の方向推定工程で第１の方向推定を行った後に、前記指向性アンテナ素子の受信信号の受信強度を補正する受信強度補正工程を有し、
前記指向性アンテナ素子が設置された場所での無指向性アンテナ素子の受信信号を仮想的に作成し、前記指向性アンテナ素子の受信信号を第２の方向推定用に使用することを特徴とする請求項９乃至１３の何れか１項に記載の方向推定方法。
【請求項１５】
前記受信強度補正工程は、前記リニアアレイアンテナ中の無指向性アンテナ素子の受信強度に基づいて前記指向性アンテナ素子の受信強度を補正することを特徴とする請求項１４に記載の方向推定方法。
【請求項１６】
少なくとも一つの指向性アンテナ素子を有するリニアアレイアンテナで受信する電波の到来方向を推定する方向推定方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
前記指向性アンテナ素子により到来方向を推定する第１の方向推定工程と、
前記リニアアレイアンテナにより到来方向を推定する第２の方向推定工程と、
前記第１の方向推定工程における推定結果と、前記第２の方向推定工程における推定結果とに基づいて、電波の到来方向を判定する判定工程と、を有する方向推定方法をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１７】
前記請求項１６に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１０４０８６（Ｐ２００７−１０４０８６Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８８４１９（Ｐ２００５−２８８４１９）
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]