無線タグリーダおよび監視システム
【課題】無線タグの方向探知精度がよい無線タグリーダを提供する。
【解決手段】無線タグ４００の各タグアンテナ４１２、４１４、４１６からの電波から電力強度パターンと参照パターンとの相関誤差をそれぞれ算出する（Ｓ１０８）。参照パターンは、理想的な環境で、アンテナ部１が指向性を順次切り替えたときに垂直偏波を受信した場合の電力強度パターンである。よって、この参照パターンと各タグアンテナ４１２、４１４、４１６から受信した電波の受信電力強度パターンとの相関誤差Γは、受信した電波が水平偏波を主とする場合に大きな値となる。この相関誤差Γが最小となる電力強度パターンを方向推定用のパターンとして選択しているので、選択したパターンは垂直偏波を主とする電波を受信したときのパターンである可能性が高い。よって、高い精度で無線タグ４００の方向探知を行なうことができる。
【解決手段】無線タグ４００の各タグアンテナ４１２、４１４、４１６からの電波から電力強度パターンと参照パターンとの相関誤差をそれぞれ算出する（Ｓ１０８）。参照パターンは、理想的な環境で、アンテナ部１が指向性を順次切り替えたときに垂直偏波を受信した場合の電力強度パターンである。よって、この参照パターンと各タグアンテナ４１２、４１４、４１６から受信した電波の受信電力強度パターンとの相関誤差Γは、受信した電波が水平偏波を主とする場合に大きな値となる。この相関誤差Γが最小となる電力強度パターンを方向推定用のパターンとして選択しているので、選択したパターンは垂直偏波を主とする電波を受信したときのパターンである可能性が高い。よって、高い精度で無線タグ４００の方向探知を行なうことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線タグの方向を推定できる無線タグリーダ、およびこの無線タグリーダを用いる監視システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電波を利用して無線タグから情報を読み取る無線タグシステムは様々な用途で使用されつつあり、このシステムの主要素である無線タグリーダは広範な用途に適用し得るように高機能化が求められている。高機能化の例としては、例えば、無線タグの情報を単純に読み取るだけではなく、その無線タグがどの方向に存在し得るかを特定可能とし、無線タグ所持者の探索に利用したり、無線タグ所持者が適正な方向に存在するか否かの判断に利用したりすることが考えられつつある。
【０００３】
無線タグの方向の特定に関連する技術としては、例えば特許文献１のようなものが提案されている。この特許文献１では、複数のアンテナ素子を備えて指向特性を変化させることができるアレーアンテナを用いた電波到来方向探知方法が開示されており、該電波到来方向探知方法では、全方向角３６０度を１２分割したビーム切り替えにより電波の到来方向を推定している。
【０００４】
また、特許文献２には、半移動、移動局のアンテナ制御の為のシステムとして、ジャイロコンパスや加速度センサ等を用いて移動体の位置、姿勢、及び方位を検出し、これらをもとにアンテナの姿勢を制御する技術が知られていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８３６０８０号公報
【特許文献２】特許第３００２６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のアレーアンテナは、水平面走査となるように設置されるのが通常であり、この場合、垂直偏波（直線偏波）に対して良好な感度を有する。したがって、方向探知の対象となる電波が垂直偏波の場合に、精度のよい方向探知を行うことが可能となる。
【０００７】
しかし、無線タグが人に携帯される場合は、無線タグは様々な向きとなる。したがって、無線タグからのアンテナが一本であると、無線タグからの電波が水平偏波となることもある。しかし、特許文献１のアレーアンテナは、水平偏波に対しては感度が低く、また、指向性が鋭くないことから、無線タグからの電波が水平偏波である場合には方向探知精度が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、無線タグに送信アンテナを複数備え、各送信アンテナからそれぞれ電波を送信するとともに、無線タグリーダは、各送信アンテナで送信された電波から、垂直偏波を送信しているアンテナを選択する（すなわち、垂直偏波となっている電波を選択する）アンテナ選択ダイバーシティを行うことが考えられる。
【０００９】
前述のように、特許文献１のアレーアンテナは、垂直偏波に対して良好な感度を有する。そこで、上記アンテナ選択ダイバーシティとしては、送信アンテナを切り替えながら無線タグが送信した電波を、アレーアンテナを搭載した無線タグリーダで受信し、無線タグの複数の送信アンテナのうち、最も強い電力強度が得られた送信アンテナを垂直偏波を送信しているアンテナとして特定することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、電力強度が最も強い場合が偏波一致とならないケースが存在する。例えば、無線タグが後ポケットに入れられている場合には、人体影響により、人体の前方へは垂直偏波が劣化し、相対的に水平偏波が強調される。このような場合には、水平偏波であっても、垂直偏波よりも電力強度が強くなる場合があることから、水平偏波を選択してしまう可能性がある。水平偏波を選択してしまった場合には、前述のように、方向探知精度が低下してしまう。
【００１１】
また、特許文献２に記載の技術、すなわち、ジャイロコンパスや加速度センサ等のセンサを用いて移動体の姿勢を検出し、これをもとにアンテナの姿勢を制御する技術は、センサや姿勢を制御する装置が必要であることから、装置全体が高価になってしまうので、無線タグに適用することは現実的ではない。
【００１２】
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、無線タグの方向探知精度がよい無線タグリーダ、および、この無線タグリーダを用いる監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
その目的を達成するための請求項１記載の発明は、
垂直偏波に対する水平面内の指向性を複数の設定角度に切り替え可能に構成されたアレーアンテナと、
前記アレーアンテナの指向性を複数の設定角度に順次切り替える指向性切替手段とを備え、
偏波面が互いに直交する方向となっている複数のタグアンテナからそれぞれ電波を送信する無線タグからの電波を、前記指向性切替手段により指向性を切り替えつつ前記アレーアンテナで受信して、受信した電波の到来方位を推定する無線タグリーダであって、
前記アレーアンテナによって受信した電力強度を測定する受信強度測定手段と、
前記指向性切替手段が前記アレーアンテナの指向性を順次切り替えつつ前記受信強度測定手段によって測定された電力強度から、各タグアンテナから受信した前記設定角度の１周期分の電力強度であるタグアンテナ毎の電力強度パターンを決定する電力強度パターン決定手段と、
前記アレーアンテナが垂直偏波を受信した場合の基準の電力強度パターンである参照パターンを記憶する参照パターン記憶手段と、
前記電力強度パターン決定手段が決定した電力強度パターンと前記参照パターンとの相関を表すパターン相関値をタグアンテナ毎に算出する相関値算出手段と、
到来方位の推定に用いる電波として、前記複数のタグアンテナからそれぞれ受信した電波のうち、前記相関値算出手段が算出したタグアンテナ毎のパターン相関値のうち最も相関性が高い値を示した電波を選択する選択手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
このように、本発明では、受信電力強度を単純に用いてタグアンテナを選択するのではなく、連続的に取得する電波強度を、例えばタグからリーダへのデータフレームの受信成立に伴う割込みタイミングとデータフレーム内にあるアンテナ番号情報により、タグアンテナ毎に電力強度パターンを決定し、その電力強度パターンと参照パターンとの相関を表すパターン相関値を算出している。
【００１５】
前述のように、人体影響等により水平偏波が相対的に強まったとしても、アレーアンテナが切り替える指向性は垂直偏波の指向性であることから、水平偏波が主となるタグアンテナが送信する際に、受信した電波に基づいて決定された電力強度パターンは、指向性の切り替えを反映したパターンとはならない。一方、参照パターンは、アレーアンテナが垂直偏波に対する指向性を順次切り替えたときに垂直偏波を受信した場合の基準となる電力強度パターンである。よって、パターン相関値は、受信した電波が水平偏波である場合には、参照パターンとの相関性が低いことを示す値となる。したがって、タグアンテナ毎のパターン相関値のうち最も相関性が高い値を示した電波を到来方位の推定に用いる電波として選択するようにすれば、水平偏波の電波を選択してしまうことが抑制される。すなわち、垂直偏波を選択できる可能性が向上する。よって、無線タグの方向探知精度が向上する。
【００１６】
請求項２記載の発明は、この無線タグリーダが設置されている周囲環境に基づいて設定角度毎に定まる重みであって、電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する重み設定手段と、
その重み設定手段で設定された重みを用いて、前記電力強度パターン決定手段が決定した各タグアンテナの電力強度パターンにおける電力強度を補正するパターン補正手段とを備え、
前記相関値決定手段は、前記パターン補正手段により補正された後の電力強度パターンと前記参照パターンとを用いて前記パターン相関値を算出することを特徴とする。
【００１７】
無線タグリーダの周囲に電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射により、受信電力強度が大きくなってしまう可能性がある。しかし、本発明では、反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する。そして、この重みにより、タグアンテナの電力強度パターンにおける電力強度を補正する。したがって、重みによる補正後の電力強度パターンは、電波反射物からの反射の影響が軽減されたパターンとなる。そして、パターン相関値は、重みによる補正後の電力強度パターンを用いて算出する。よって、このパターン相関値も、電波反射物からの反射の影響が軽減された値となり、その結果、偏波の違いをよく反映した値となる。よって、水平偏波の電波を選択してしまうことをより抑制できる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、前記相関値決定手段は、前記電力強度パターン決定手段が決定した電力強度パターンと前記参照パターンとを用いて前記パターン相関値を算出し、
この無線タグリーダが設置されている周囲環境に基づいて設定角度毎に定まる重みであって、電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する重み設定手段と、
その重み設定手段で設定された重みを用いて、前記相関値決定手段が決定した各タグアンテナのパターン相関値を補正する相関値補正手段を備え、
前記選択手段は、前記相関値補正手段により補正された後の各タグアンテナのパターン相関値に基づいて、到来方位の推定に用いる電波を選択することを特徴とする。
【００１９】
前述のように、無線タグリーダの周囲に電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射により、受信電力強度が大きくなってしまう可能性がある。しかし、本発明では、反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する。そして、この重みにより、パターン相関値を補正する。したがって、重みによる補正後のパターン相関値は、電波反射物からの反射の影響が軽減された値となり、結果として、偏波の違いをよく反映した値となる。よって、水平偏波の電波を選択してしまうことをより抑制できる。
【００２０】
請求項４記載の発明は、前記重み設定手段で設定される重みは、前記アレーアンテナと前記電波反射物との間の距離、および、その電波反射物の電波反射率の少なくとも一方に相関した値となっていることを特徴とする。
【００２１】
アレーアンテナと電波反射物との間の距離により、電波反射物からの反射の大きさは変化する。また、電波反射物の電波反射率によっても、その電波反射物からの反射の大きさは変化する。よって、この請求項４のようにすれば、電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明は、前記重み設定手段で設定される重みは、前記アレーアンテナと前記電波反射物との間の距離に相関した値であって、その距離が短いほど小さい値に設定されることを特徴とする。
【００２３】
このように電波反射物までの距離が短いほど小さい重みに設定すれば、電波反射物が存在することによって強くなってしまっている電力強度を、電波反射物の影響を少なくした強度にすることができる。
【００２４】
請求項６記載の発明は、監視領域内の物体の距離と方向とを逐次測定するレーザセンサと、その監視領域を通信範囲として含んでいる請求項５に記載の無線タグリーダと、を備えた監視システムであって、
前記無線タグリーダは、
前記レーザセンサで検出された物体の距離と方向とを逐次取得できるようになっており、
前記重み設定手段で設定される重みは、前記レーザセンサから逐次取得した物体の方向に基づいて定まる設定角度に対して、前記レーザセンサから逐次取得した物体の距離に応じた値となっていることを特徴とする。
【００２５】
このようにすれば、レーザセンサにより逐次測定された物体の距離と方向とに基づいて重みが設定されることから、移動物体が存在する場合にも、その移動物体の存在を反映した重みを設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る監視システムの模式図である。
【図２】第１実施形態においてコントローラ３００が行う処理を示すフローチャートである。
【図３】監視システムで用いられる無線タグリーダライタ１００の構成図である。
【図４】無線タグリーダライタ１００の送信部４および受信部５の詳細構成を示すブロック図である。
【図５】無線タグ４００の構成図である。
【図６】無線タグ４００における３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６の配置を概念的に示す図である。
【図７】方向探知部７の構成を詳しく示す図である。
【図８】参照パターンの一例を示す図である。
【図９】指向角を順次変化させることで順次形成される無線タグリーダライタ１００の指向性パターンの概略図である。
【図１０】指向角を変化させつつ検出した受信電力強度により生成される電力強度パターンの一例を示す図である。
【図１１】無線タグリーダライタ１００が住宅に隣接して設置されている場合の電波の反射を説明する図である。
【図１２】図１１の配置環境における重み係数リストの一例である。
【図１３】方向探知部７が行なう方向探知処理を示すフローチャートである。
【図１４】方向探知部７が行なう方向探知処理を示すフローチャートであって、図１３に続いて実行する部分である。
【図１５】第１実施形態の監視システムで用いられるデータフレームである。
【図１６】図１４のステップＳ１００における相関誤差の計算処理の詳細フローチャートである。
【図１７】人体による電波遮蔽がない状態で、第１タグアンテナ、第２タグアンテナ、第３タグアンテナが送信し、無線タグリーダライタ１００が受信した電波の電力検出値を例示する図である。
【図１８】人体による電波遮蔽がある状態で、第１タグアンテナ、第２タグアンテナ、第３タグアンテナが送信し、無線タグリーダライタ１００が受信した電波の電力検出値を例示する図である。
【図１９】人体遮蔽がある状態で各タグアンテナ４１２、４１４、４１６が送信した電波を、無線タグリーダライタ１００が受信したときの利得を例示する図である。
【図２０】無線タグリーダライタ１００のアンテナ部１の指向性を例示する図 である。
【図２１】第２実施形態の無線タグリーダライタ１００が侵入者の無線タグ４００の方向を検出する場合の説明図である。
【図２２】第２実施形態での重み係数リストである。
【図２３】第３実施形態の無線タグリーダライタ１００が侵入者の無線タグ４００の方向を検出する場合の説明図である。
【図２４】第３実施形態に係るコントローラ３００が重み係数Ｗ（θ）を自動設定する処理を示すフローチャートである。
【図２５】第３実施形態での重み係数リストである。
【図２６】第４実施形態において実行する相関誤差の計算処理の詳細フローチャートの一部である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
[第１実施形態]
図１は、本発明の第１実施形態に係る監視システムの模式図である。この監視システムは、無線タグ４００の方向（到来方位）を推定できる無線タグリーダライタ１００と、監視領域内の物体の距離と方向とを測定するレーザセンサ２００とを併用し、監視領域内に侵入した人が無線タグ４００を携帯しているか否かをコントローラ３００が判別し、携帯していない場合に警告を行う。
【００２８】
当該監視システムでのコントローラ３００の処理について、図２のフローチャートを参照して概略を説明する。先ず、レーザセンサ２００を制御して、監視領域内に侵入者があるか否かを判断する（Ｓ１２）。この判断が否定判断であればＳ１２を繰り返す。
【００２９】
一方、肯定判断であれば、ステップＳ１４へ進み、侵入者の方向と距離を取得する。侵入者の方向はレーザセンサ２００の走査方向から取得し、侵入者までの距離はレーザセンサ２００がレーザ光を送出してから、このレーザ光の反射光を受光するまでの時間から計測する。
【００３０】
続いて、無線タグリーダライタ１００から、無線タグ４００の方向推定の結果を取得する（Ｓ１６）。なお、無線タグリーダライタ１００が行なう方向推定処理については後述する。続くステップＳ１８では、無線タグリーダライタ１００が無線タグ４００からの電波を受信できているか否かを判断する。無線タグリーダライタ１００の方向推定処理結果には、無線タグ４００からの電波を受信できているか否かを示す情報も含まれており、ステップＳ１８の判断はその方向推定処理結果を用いて行なう。
【００３１】
無線タグリーダライタ１００が無線タグ４００からの電波を受信できていない場合には（Ｓ１８：Ｎｏ）、侵入者が無線タグ４００を携帯していないと判断し、警報音等により警報を出す（Ｓ２０）。一方、無線タグリーダライタ１００が無線タグ４００からの電波を受信していた場合は（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、更に、レーザセンサ２００により検出した侵入者の方向と、無線タグリーダライタ１００で推定した無線タグ４００の方向とが一致するか否か判断する（Ｓ２２）。レーザセンサ２００により検出した侵入者の方向と、無線タグリーダライタ１００で推定した無線タグ４００の方向が一致しない場合には（Ｓ２２：Ｎｏ）、侵入者が無線タグ４００を携帯しておらず、監視領域内のいずれかに侵入者と無関係な無線タグ４００が存在していると判断し、警報を出す（Ｓ２０）。方向が一致する場合には（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、侵入した者は無線タグ４００を携帯する侵入許可者であるとして、警報を出すことなく処理を終了する。
【００３２】
次に、監視システムで用いられる無線タグリーダライタ１００の構成について、図３を参照して説明する。無線タグリーダライタ１００は、アンテナ部１、分配器３、送信部４、受信部５、電力検出回路６、方向探知部７、通信制御部８を備える。
【００３３】
アンテナ部１は、電子制御導波器アレーアンテナ装置であり、１本の励振素子１０と、その励振素子１０を中心とする半径ｒの円周上に等間隔に設けられた６本の非励振素子１１〜１６とを備えている。これらはいずれも直棒形状であり、その長さは、たとえば、いずれも約λ／４となっており、上記半径ｒもλ／４に設定されている。
【００３４】
これら励振素子１０、非励振素子１１〜１６は、接地導体１７の上に、その接地導体１７から絶縁された状態に設けられており、それらの素子は軸方向が鉛直方向となるように配置されている。その接地導体１７は、励振素子１０や非励振素子１１〜１６に対して十分に大きい広さ（たとえば半径λ／２）を有している。
【００３５】
励振素子１０の給電点は、同軸ケーブル１９を介して分配器３に接続されており、無線タグ４００から送信され励振素子１０によって受信された電波を示す受信信号は分配器３に供給される。
【００３６】
非励振素子１１〜１６には、可変リアクタンス回路１８Ａ〜１８Ｆがそれぞれ接続されている。この可変リアクタンス回路１８は、電子制御導波器アレーアンテナ装置において一般的に用いられるものと同一の回路であり、たとえば、バイアス電圧が印加されることによってリアクタンス値が変化する可変リアクタンス素子（例えば可変容量ダイオード）を含む回路として構成される。この回路は、高周波的に接地導体１７に接続され、方向探知コンピュータ６の後述する可変リアクタンス制御部７２によってリアクタンス値が電子的に変化させられる。このリアクタンス値が変化させられることにより、アンテナ部１は方位角が変化する。
【００３７】
分配器３は、励振素子１０から供給される受信信号を受信部５と電力検出回路６に分配する。送信部４は、通信制御部８から供給されるデータを符号化、変調等してアンテナ部１へ出力する。受信部５は、分配器３から供給された受信信号を復調、復号して、通信制御部８へ供給する。
【００３８】
電力検出回路６は、分配器３から供給された受信信号の電力の大きさ（電力値）を検出する回路である。この電力検出回路６は、無線信号の電力を検出する種々の公知の回路を用いることができ、たとえばダイオード検波器を含む回路構成のものである。この電力検出回路６で検出された電力値を示す電力値信号は図示しないＡＤ変換回路を介して方向探知部７に供給される。
【００３９】
方向探知部７は、可変リアクタンス回路１８を制御しつつ、電力検出回路６から供給される電力値信号に基づいて、無線タグ４００の方向探知を行なう。この方向探知部７の構成および作動については後に詳述する。
【００４０】
通信制御部８は、送信部４および受信部５を制御するものであり、送信部４からデータを送信させ、且つ、受信部５が受信した無線タグ４００からのデータを取得する。図４は、送信部４および受信部５の詳細構成を示すブロック図である。図４に示すように、送信部４は、符号部４１、変調部４２、増幅部４３を備える。
【００４１】
符号部４１は、通信制御部８から供給された信号を符号化する。変調部４２は、符号部４１にて符号化された信号を電気的デジタル信号に変換した後に、予め設定されている通信チャンネルを用いて位相偏移変調や周波数偏移変調等の所定の変調方式により変調する。増幅部４３は、変調部４２で変調された信号を増幅する。増幅された信号は、アンテナ部１から電波として送信される。
【００４２】
受信部５は、復調部５１、復号部５２、キャリアセンス部５３を備える。キャリアセンス部５３は、送信する前に通信チャンネルにて受信電力レベルを検知し、その受信電力レベルが閾値以上ある場合はそのチャンネルでの送信を見合わせ、再度キャリアセンスする。閾値以下であれば、送信可能と判定し送信を開始する。なお、本実施形態の無線タグリーダライタ１００は、２．４５ＧＨｚ、９００ＭＨｚ、４３３ＭＨｚ等のＲＦＩＤにおいて通常用いられる周波数帯の電波を用いて通信を行う。復調部５１は受信信号を復調する。復調された信号は復号部５２において符号化され、符号化された信号が通信制御部８に送られる。
【００４３】
次に、無線タグ４００の構成を説明する。図５は、無線タグ４００の構成を示す図である。この図５に示すように、無線タグ４００は、アンテナ部４１０、制御部４２０、送信部４３０、受信部４４０を備える。また、この無線タグ４００は、アクティブタグであり、内蔵電源４６０も備える。また、制御部４２０は、メモリ４２２、タイマ４２４を内蔵する。送信部４３０は、符号を生成する符号部４３２、符号を変調する変調部４３４、変調された信号を増幅する増幅部４３６から成る。受信部４４０は、受信信号を復調する復調部４４４、復調された受信信号から符号を復号する復号部４４２、無線タグリーダライタとの送受信開始の時に通信の設定を行うキャリアセンス部４４６から成る。
【００４４】
アンテナ部４１０は、偏波面が互いに直交する３つの第１〜第３タグアンテナ４１２、４１４、４１６を備える。図６は、無線タグ４００における、それら３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６の配置を概念的に説明する図である。この図６に示すように、３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６は、本実施形態では、いずれも同じ線状アンテナであり、他の２つのタグアンテナに対して直交するように配置されている。
【００４５】
図５に戻り、無線タグ４００の制御部４２０は、タイマ４２４により周期的に起動し、あるいは、振動センサが無線タグ４００に備えられている場合には、振動センサにより振動が検知された後に周期的に起動し、無線タグリーダライタ１００からのデータを受信できるかどうかの判定処理を行なう。そして、受信できた場合には、応答信号を無線タグリーダライタ１００に送信する。そして、無線タグリーダライタ１００との通信が確立した後、無線タグリーダライタ１００からの指示に従い、第１、第２、第３タグアンテナ４１２、４１４、４１６を用いて、順番に、無線タグリーダライタ１００にデータを送信する。無線タグリーダライタ１００は、無線タグ４００が送信するこのデータを用いて無線タグ４００の方向探知を行なう。
【００４６】
次に、無線タグリーダライタ１００の方向探知部７の構成を説明する。図７は、方向探知部７の構成を詳しく説明する図である。方向探知部７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等（いずれも図示せず）を備えており、ＣＰＵがＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、図７に示す各部７２〜７７として機能する。
【００４７】
記憶装置７１は、不揮発性の記憶装置であり、参照パターンが記憶されている。参照パターンとは、後述する電力強度パターンとの相関を算出する参照用の電力強度パターンである。この参照パターンの一例を図８に示す。参照パターンは、理想的な環境（人体やその他の物体などの遮蔽物がない環境）において、垂直偏波を受信したときの電力強度パターンであり、図８の例では、アンテナ部１がとり得る指向角度のうちの５つの連続する指向角度α（α＝−６０度、−３０度、０度、３０度、６０度）における受信電界強度からなる。また、記憶装置７１には、後述する重み係数Ｗ（θ）も記憶されている。
【００４８】
可変リアクタンス制御部７２は、図示しないメモリに記憶されたデジタル電圧値を参照して、内蔵した６個のＤＡ変換器（図示せず）を用いてそのデジタル電圧値をアナログのバイアス電圧値に変換し、このバイアス電圧値をリアクタンス値信号Ｃ１１（θ）〜Ｃ１６（θ）として各可変リアクタンス回路１８Ａ〜１８Ｆに出力する。上記デジタル電圧値は、予め設定された複数の指向角（本実施形態では、０°から３３０°まで３０°毎）にビームを形成する複数の指向性ビームパターンに対して記憶されている。可変リアクタンス制御部７２は、特許請求の範囲の指向性切替手段として機能し、リアクタンス値信号Ｃ１１（θ）〜Ｃ１６（θ）を切り替えることにより、指向性ビームパターンを、０°から３３０°まで、指向角を３０°ずつ順次変化させる。図９は、このようにして、指向角を順次変化させることで順次形成される指向性パターンを概略的に示す図である。
【００４９】
なお、メモリに記憶されたデジタル電圧値は、実験に基づいて予め求められた値である。たとえば、可変リアクタンス回路１８Ａの可変容量ダイオードの容量値を少なくすることで、キャパシタ性を持ち可変リアクタンス回路１８Ａは短縮コンデンサとなり、非励振素子１１の電気長が励振素子１０よりも短くなって、導波器として働く。一方、可変リアクタンス回１８Ｂ〜１８Ｆの可変容量ダイオードの容量値を大きくすることで、可変リアクタンス回路１８Ｂ〜１８Ｆはインダクタンス性を持ち、可変リアクタンス回路１８Ｂ〜１８Ｆは延長コイルとなり、非励振素子１２〜１６の電気長が励振素子１０よりも長くなり、反射器として働く。こうすることで、可変リアクタンス制御部７２は、アンテナ部１の指向角が０度方向である、励振素子１１の方向になるように調整できる。
【００５０】
電力パターン生成部７３は、可変リアクタンス制御部７２がアンテナ部１の指向角を、１周期分、すなわち、０°から３３０°まで変化させる際に、各指向角において電力検出回路６から供給された電力値を用いて電力強度パターンを生成する。この電力強度パターンは、０°〜３３０°までの指向角とそれら指向角における電力強度とのセットである。また、前述のように、無線タグ４００には、３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６が備えられており、無線タグ４００は、これら３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６からそれぞれ同じ強度の信号を送信する。電力パターン生成部７３は、各タグアンテナ４１２、４１４、４１６から送信される信号に対して、それぞれ、電力強度パターンを生成する。図１０に、このようにして生成した電力強度パターンの一例を示す。
【００５１】
反射物処理部７４は、特許請求の範囲のパターン補正手段に相当しており、電力パターン生成部７３が生成したタグアンテナ毎の電力強度パターンを、無線タグリーダライタ１００の周囲における電波反射物の存在状況に応じて補正する処理を行なう。この補正処理は、具体的には、無線タグリーダライタ１００の周囲における電波反射物の距離や材質に応じて定まる指向角毎の重み係数Ｗ（θ）を、電力強度パターンの各指向角θにおける電力強度に乗じる処理である。反射物処理部７４における具体的な重み係数は後述する。
【００５２】
相関処理部７５は、反射物処理部７４により処理された後の電力強度パターンと、記憶装置７１に記憶されている参照パターンとの相関性を示す値として相関誤差Γを算出する。この相関誤差Γは、３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６の電力強度パターンに対してそれぞれ算出する。なお、相関誤差Γの算出方法の詳細は後述する。
【００５３】
方向探知信号選択部７６は、相関処理部７５において３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６に対してそれぞれ算出した相関誤差Γのうちの最小値を決定し、その最小値に対応する電力強度パターンの信号を、方向探知に用いる信号として選択する。
【００５４】
方向推定部７７は、方向探知信号選択部７６で選択した電力強度パターンを用いて、無線タグ４００の方向推定を行なう。本実施形態では、この方向推定に最大電力法を用いる。すなわち、選択した電力強度パターンにおいて信号強度が最大となる方向を無線タグ４００の方向として推定する。
【００５５】
次に、反射物処理部７４における処理を詳しく説明する。前述したように、反射物処理部７４は、無線タグリーダライタ１００の周囲における電波反射物の距離や材質に応じて定まる指向角毎の重み係数を、電力強度パターンの各指向角における電力強度に乗じる。たとえば、図１１に示すように、無線タグリーダライタ１００が、住宅に隣接して設置されている場合を例に上記重み係数を説明する。
【００５６】
図１１に示す例では、無線タグリーダライタ１００の背面側に、電波反射物である住宅が存在している。この場合、同図に示すように、３０度方向に侵入者（無線タグ４００）があったとしても、その３０度方向に指向角を設定した場合のみならず、他の角度（たとえば、３３０度）に指向角を設定した場合にも、受信電力強度が強くなる可能性がある。そこで、電波反射物が存在する方向に対しては、その電波反射物からの電波反射の影響を低減させるため、電波反射物からの電波反射が大きいほど小さくなる重み係数を設定する。
【００５７】
図１２は、図１１の配置環境における重み係数リストの一例であり、反射障害物が無い方向は重み係数Ｗ（θ）を１とする一方、反射障害物がある方向（この例では、２１０度〜３３０度）の重み係数Ｗ（θ）を１よりも小さくする。ここでは、住宅は反射の大きい物体であるため、０．２を設定している。反射物が大きなビルである場合には、さらに小さな係数、たとえば、０．１５を設定する。この重み係数Ｗ（θ）は、たとえば、無線タグリーダライタ１００の設置時に手動操作で設定する。
【００５８】
次に、方向探知部７が行なう方向探知処理を図１３に示すフローチャートに沿って説明する。また、このフローチャートの説明において、電力パターン生成部７３、相関処理部７５、方向探知信号選択部７６、方向推定部７７の処理も説明する。
【００５９】
まず、ステップＳ３２では、参照パターンＰ（α）[α＝−６０、−３０、０、３０、６０]を設定する。続くステップＳ３４では、方向別の重み係数Ｗ（θ）[θ＝０、３０、６０・・・３３０]を設定する。これらは初期設定であり、Ｓ３２は、無線タグリーダライタ１００に製造段階で設定し、Ｓ３４は、監視システムの構成装置である無線タグリーダライタ１００を設置する際に設定する。
【００６０】
無線タグリーダライタ１００は、コマンドを周期的に送信しながら、無線タグ４００からの信号を受信できる状態で待機する（Ｓ３６）。無線タグ４００は、無線タグリーダライタ１００からのコマンドを受信した場合には、図１５（ａ）に示す通信確立要求フレームを送信する。この送信を無線タグリーダライタ１００が受信するとステップＳ３６がＹＥＳとなる。この場合、ステップＳ３８にて、測定角度θを０度に設定する。また、このステップＳ３８では、無線タグリーダライタ１００は、図１５（ｂ）に示すＡＣＫフレームを無線タグ４００に送信する。
【００６１】
続くステップＳ４０では、可変リアクタンス制御部７２が、アンテナ部１の指向性を測定角度θに切り替える。続いて、無線タグ４００へコマンドを送り、無線タグ４００からのデータを受信するための処理を行なう（Ｓ４２）。
【００６２】
無線タグ４００は、このステップＳ４２で無線タグリーダライタ１００が送信したコマンドを受信した場合には、第１タグアンテナ４１２、第２タグアンテナ４１４、第３タグアンテナ４１６を順番に用いて、図１５（ｃ）に示すデータフレームのデータを各アンテナから送信する。なお、図１５（ｃ）に示すデータフレームには、アンテナ番号が含まれており、無線タグリーダライタ１００は、データフレームに含まれるアンテナ番号から、データフレームがどのタグアンテナにより送信されたかを判断できるようになっている。
【００６３】
ステップＳ４２を実行したら、無線タグ４００からのデータ受信があったかどうかを判断する（Ｓ４４）。そして、受信があった場合には（Ｓ４４：Ｙｅｓ）、受信データからアンテナ番号βを読み取り、さらに、アンテナ部１の指向性を方位角θに設定した際に測定した受信電力Ｙ（θ）として、データ受信時の受信電波強度を設定する（Ｓ４６）。
【００６４】
他方、無線タグ４００からの受信が無かった場合には（Ｓ４４：Ｎｏ）、受信電力Ｙ（θ）として、予め設定されている最低値を設定する（Ｓ４８）。そして、測定角度θを３０度増加し（Ｓ５０）、測定角度が３６０度以上か、即ち、０度から３３０度までの全角度の受信電波強度の測定が完了したかを判断し（Ｓ５２）、測定が完了するまでは（Ｓ５２：Ｎｏ）、Ｓ４０の処理に戻る。なお、図１５（ｃ）に示すデータフレームを１回送信するのに要する時間は、ステップＳ４０からステップＳ５２を繰り返して、方位角θを０度から３３０度まで変化させて各方位角θで受信電波強度を測定するのに要する時間よりも長い時間に設定されている。
【００６５】
上記ステップＳ５２の判断は、１つのタグアンテナに対する受信電波強度の測定完了の判断である。ステップＳ５２がＹＥＳの場合、ステップＳ５３において、タグアンテナ１セット、すなわち、３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６に対して、受信電波強度の測定が完了したかを判断する。この判断がＮＯである場合にも、ステップＳ４０へ戻る。一方、この判断がＹＥＳである場合には、図１４のステップＳ１００にて相関誤差Γ（θ、β）を計算する。このステップＳ１００の詳細は後述する。
【００６６】
相関誤差Γ（θ、β）を計算したら、ステップＳ５４にて、相関誤差Γが最小のタグアンテナの電力強度パターンを、方向探知に用いる信号として選択する。そして、ステップＳ５６では、ステップＳ５４で選択した電力強度パターンのうち信号強度が最大となる方向を無線タグ４００の方向として推定し、推定した方向をコントローラ３００へ出力して処理を終了する。
【００６７】
なお、このステップＳ５６で方向推定を行った後も、無線タグリーダライタ１００は、無線タグ４００の方向推定を周期的に行う。その際には、次の２つのうちのいずれかの方法により垂直偏波を主とする電波を取得する。１つ目の方法は、ステップＳ５４で選択したタグアンテナを指定して、無線タグ４００に、その指定したタグアンテナのみで信号を送信させる。２つ目は、受信したデータに含まれるアンテナ番号から方向推定に用いる電波であるかどうかを判断する方法である。
【００６８】
図１６は、図１４のステップＳ１００における相関誤差の計算処理の詳細フローチャートである。まず、ステップＳ１０２では、測定角度θを０度に設定するとともに、アンテナ番号βを、第１タグアンテナ４１２に対応する「１」に設定する。
【００６９】
ステップＳ１０４では、誤差関数Γ（θ、β）の値を０（初期値）に設定する。続くステップＳ１０６では、参照パターンにおける角度αを−６０度（初期値）に設定する。続くステップＳ１０８では、下式を用いて相関誤差Γ（θ）を更新する。
【００７０】
Γ（θ、β）＝Γ（θ、β）＋｜Ｐ（α）−Ｙ（θ−α、β）×Ｗ（θ）｜
Ｐ（α）は、参照パターンの角度αでの電力強度
Ｙ（θ、β）は、無線タグ４００がタグアンテナβで送信した電波を、アンテナ部１の指向性を方位角θに設定して受信した際の受信電力強度
上記相関誤差Γ（θ）の算出式において、絶対値記号の中は、角度θ、αにおける相関誤差を意味している。また、受信電力強度Ｙ（θ−α、β）には、重み係数Ｗ（θ）を乗じている。この重み係数Ｗ（θ）は、記憶装置７１に保存されている重み係数リストを参照して設定する。重み係数Ｗ（θ）を乗じることにより、電波反射物からの反射を考慮した補正を、各受信電力強度Ｙ（θ−α、β）に対して行っているのである。
【００７１】
続くステップＳ１１０では角度αに３０度を加える。そして、ステップＳ１１２では、角度αが６０度超かどうかを判断する。この判断は、角度α＝−６０度〜６０度の相関誤差を全部加算し、算出が完了したかを判断するものである。ステップ１１２がＮＯであればステップＳ１０８に戻り、ＹＥＳであればステップＳ１１４へ進む。
【００７２】
ステップＳ１１４では、下式を用いて相関誤差Γ（θ、β）を求める。
【００７３】
Γ（θ、β）＝Γ（θ、β）×５／（Σ（Ｗ（θ））
続くステップＳ１１６では方位角θに３０度を加え、ステップＳ１１８では方位角θが３３０度超か、即ち、０度から３３０度までの全角度における相関誤差Γ（θ）の算出が完了したかを判断する。ステップＳ１１８がＮＯであればＳ１０４の処理に戻り、次の方位角θにおける相関誤差Γ（θ、β）を算出する。一方、ステップＳ１１８がＹＥＳであれば、ステップＳ１２０においてβに１を加える。そして、ステップＳ１２２ではβが３を超えたか否かを判断する。βが３を超えていない場合（Ｓ１２２：ＮＯ）、ステップ１２４でθを０度に設定した後、ステップＳ１０４に戻る。一方、βが３を超えていれば（Ｓ１２２：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００７４】
以上のように構成した本実施形態の効果を説明する。図１７は、人体による電波遮蔽がない状態で、無線タグ４００が第１タグアンテナ４１２、第２タグアンテナ４１４、第３タグアンテナ４１６で順番にデータを送信したときに、無線タグリーダライタ１００の電力検出回路６により検出される電力検出値を示している。なお、この図１７および次の図１８における電力検出値の検出中、無線タグリーダライタ１００は、前述した図１３で説明したに示したように、測定角度θを順次切り替えている。
【００７５】
図６に示したように、無線タグ４００の第１〜第３タグアンテナ４１２、４１４、４１６は、互いに直交する方向に配置されている。従って、いずれか１つのタグアンテナは垂直偏波を主とする電波を送信し、残りの２つのタグアンテナのうちの一方は水平偏波を主とする電波を送信する。たとえば、第３タグアンテナ４１６が垂直偏波を送信し、第２タグアンテナ４１４は水平偏波を送信する。一方、無線タグリーダライタ１００のアンテナ部１は、垂直偏波に対する受信感度がよい。従って、図１７に示すように、垂直偏波で電波を送信する第３タグアンテナ４１６からの電波を受信したときの電力検出値が最も高く、第１、第２タグアンテナ４１２、４１４からの電波を受信したときの電力検出値は低くなる。
【００７６】
しかしながら、無線タグ４００は人に携帯されるものであることから、人体により電波が遮蔽される場合もある。人体遮蔽がある場合、垂直偏波は水平偏波よりも遮蔽される程度が大きく、その結果、人体遮蔽がある場合には、図１８に示すように、水平偏波に対する電力検出値が相対的に高くなる。図１８の例は、図１７と同様に、第３タグアンテナ４１６が垂直偏波で電波を送信し、第２タグアンテナ４１４が水平偏波で電波を送信している。しかし、人体遮蔽があるため、無線タグリーダライタ１００が受信する電波の電力検出値は、第２タグアンテナ４１４からの電波を受信したときのほうが、第３タグアンテナ４１６からの電波を受信したときよりも、全体的に高くなっている。
【００７７】
図１９は、人体遮蔽がある状態で各タグアンテナ４１２、４１４、４１６が送信した電波を、無線タグリーダライタ１００が受信したときの利得を例示する図である。この図１９にも示されるように、人体遮蔽がある状態では、水平偏波を送信する第２タグアンテナ４１４の水平利得が相対的に高い値となる。その結果、この図の最下欄に示す合成利得は、第２タグアンテナ４１４が最も高くなっている。よって、電力検出回路６により検出される電力検出値は、利得以外の条件が同じであれば、前述の図１８に示すように、第２タグアンテナ４１４の電波を受信したときが最も高くなる。
【００７８】
加えて、図２０は、無線タグリーダライタ１００のアンテナ部１の指向性を例示する図であるが、このアンテナ部１の指向性は、垂直偏波に対しては比較的鋭い指向性を有するが（左図）、水平偏波に対する指向性は広い。そのため、無線タグ４００が送信する電波として水平偏波の電波を用いてしまうと、精度の良い方向探知ができない可能性が生じる。しかも、無線タグ４００は、どのような向きで人に携帯されるか分からないことから、どのタグアンテナ４１２、４１４、４１６が垂直偏波を送信するか分からない。
【００７９】
ここで、前述の図１８を見ると分かるように、人体遮蔽状態であっても、電力強度パターンの形状は人体遮蔽がないときと同様のパターンとなる。すなわち、人体遮蔽状態であっても、第３タグアンテナ４１６で送信した電波を受信した場合の電力検出値は、無線タグ４００の存在する方向に指向性が向いたときをピークとするパターンとなる。これに対して、第２タグアンテナ４１４で送信した電波を受信した場合の電力検出値は、指向性の切り替えを反映したパターンとはならない。
【００８０】
このことに着目し、本実施形態では、各タグアンテナの電力強度パターンと参照パターンとの相関値（具体的には相関誤差Γ）をそれぞれ算出するようにした。参照パターンは、理想的な環境で、アンテナ部１が指向性を順次切り替えたときに垂直偏波を受信した場合の電力強度パターンである。よって、この参照パターンと各タグアンテナ４１２、４１４、４１６から受信した電波の受信電力強度パターンとの相関を示す相関誤差Γは、受信した電波が水平偏波を主とする場合に大きな値となる。そして、本実施形態では、この相関誤差Γが最小となる電力強度パターンを方向推定用のパターンとして選択しているので、選択したパターンは垂直偏波を主とする電波を受信したときのパターンである可能性が高い。よって、高い精度で無線タグ４００の方向探知を行なうことができる。
【００８１】
加えて、本実施形態では、無線タグリーダライタ１００の周囲に電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重み係数Ｗ（θ）を設定しており、この重み係数Ｗ（θ）を各電力強度パターンの電力強度Ｙ（θ）に乗じている（Ｓ１０８）。したがって、重み係数Ｗ（θ）を乗じた後の各電力強度Ｙ（θ）からなる電力強度パターンは、電波反射物からの反射の影響が軽減されたパターンとなる。そして、相関誤差Γは、重み係数Ｗ（θ）を乗じた後の各電力強度Ｙからなる電力強度パターンと参照パターンとの相関誤差である。よって、無線タグリーダライタ１００の周囲に電波反射物が存在していても、相関誤差Γは、電波反射物からの反射の影響が軽減されて、受信電波の偏波の違いをよく反映した値となる。よって、水平偏波の電波を選択してしまうことをより抑制できる。
【００８２】
[第２実施形態]
第２実施形態に係る無線タグリーダライタ１００について図２１、図２２を参照して説明する。図２１は、第２実施形態の無線タグリーダライタ１００が侵入者の無線タグ４００の方向を検出する場合の説明図である。
【００８３】
第１実施形態の無線タグリーダライタ１００は、住宅の正面に取り付けられ、電波反射物は該住宅しか存在していなかった。これに対して、第２実施形態では、住宅の正面側であって、無線タグリーダライタ１００の監視領域内に電波を反射するブロック壁が存在している。このため、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、住宅の方向の重み係数Ｗ（θ）を小さい値にすると共に、ブロック壁の方向の重み係数Ｗ（θ）も小さい値に設定する。
【００８４】
図２２は、第２実施形態での重み係数リストである。第１実施形態と同様に、電波反射物である住宅がある方向（２１０度〜３３０度）の重み係数Ｗ（θ）は０．２を設定しており、電波反射物であるブロック壁がある方向（３０度〜１５０度）の重み係数Ｗ（θ）は、反射角度、距離に応じて０．４、０．６、０．８を設定している。また、反射障害物が無い方向（０度、１８０度）は重み係数Ｗ（θ）を１に設定している。なお、ブロック壁の代わりに生垣が設置されている場合、電波反射率がブロック壁よりも小さいので、例えば、０．５〜０．９等の大きな値に重み係数Ｗ（θ）を設定する。
【００８５】
[第３実施形態]
第３実施形態に係る監視システムについて図２３〜図２５を参照して説明する。第１、第２実施形態では、電波反射物の影響を小さくするための重み係数Ｗ（θ）は、無線タグリーダライタ１００を設置する際に手動操作で記憶装置７１に記憶させていた。これに対して、第３実施形態では、電波反射物を検出し、自動的に重み係数Ｗ（θ）を決定する。
【００８６】
図２３は、第３実施形態の無線タグリーダライタ１００が侵入者の無線タグ４００の方向を検出する場合の説明図である。第３実施形態では、監視領域内である住宅の前にトラックが止められたとき、レーザセンサ２００（図１参照）でこれを検出し、トラックによる電波反射の影響を軽減するために、コントローラ３００が自動的に無線タグリーダライタ１００へ重み係数Ｗ（θ）を設定する。ここで、トラックが止められていない場合の重み係数Ｗ（θ）は、図１２を参照して上述した第１実施形態と同様に、住宅方向（２１０度〜３３０度）の重み係数Ｗ（θ）が０．２に設定してある。
【００８７】
図２４は、第３実施形態に係るコントローラ３００が監視領域内の電波反射物を検出して無線タグリーダライタ１００に対して重み係数Ｗ（θ）を自動設定する処理を示すフローチャートである。
【００８８】
監視システムのコントローラ３００（図１参照）は、レーザセンサ２００により、侵入者と共に電波反射物が監視領域内に入っているか監視している。ここで、侵入者とトラック等の電波反射物とは、大きさ（例えば、３０度以上の角度にまたがって検出される）、及び、移動の可否（１０分以上同じ場所に存在している）を用いて識別する。
【００８９】
コントローラ３００は、監視領域内に電波反射物があると（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、レーザセンサ２００から、電波反射物の存在する角度範囲と距離を取得する（Ｓ３０４）。そして、取得した角度範囲と距離に基づき、重み係数Ｗ（θ）を算出する（Ｓ３０６）。具体的には、レーザセンサ２００から取得した方角および距離から、まず、無線タグリーダ１００に対する電波反射物の角度範囲と距離とを演算する。そして、演算した距離、および、距離が遠くなるほど重み係数Ｗが小さくなる関係式を用いて、電波反射物の角度範囲の重み係数Ｗ（θ）を決定する。そして、決定した重み係数Ｗ（θ）を無線タグリーダライタ１００に設定する（Ｓ３０８）。
【００９０】
一方、電波反射物、例えば、トラックが監視領域外へ移動し、電波監視領域内に電波反射物が無くなると（Ｓ３０２：Ｎｏ）、該電波反射物用の重み係数Ｗ（θ）を解除するように無線タグリーダライタ１００に指示する（Ｓ３１０）。
【００９１】
図２５は、第３実施形態での重み係数リストである。ここでは、レーザセンサ２００により検出された電波反射物（トラック）の方向（１２０度及び１５０度）の重み係数Ｗは、無線タグリーダライタ１００とトラックとの距離に応じて、コントローラ３００により算出された重み係数Ｗ（１２０度：０．８、１５０度：０．６）が設定されている。
【００９２】
第３実施形態の監視システムは、レーザセンサ２００で検出された物体の角度範囲と距離に応じて重み係数Ｗ（θ）を自動的に調整する。このため、例えば、無線タグリーダライタ１００の監視領域内にトラック等が一時的に駐車した際にも、これをレーザセンサ２００で検出し、該トラックによる電波反射の影響を排除して、無線タグ４００の方向推定精度の低下を自動的に抑制できる。なお、上述した例では、住宅の方向の重み係数Ｗ（θ）については手動設定を行ったが、住宅の方向の重み係数Ｗ（θ）についても、第３実施形態の構成によれば、自動設定が可能である。
【００９３】
[第４実施形態]
次に、第４実施形態を説明する。第１実施形態では、重み係数Ｗ（θ）による補正を、電力強度パターンに対して行っていた。これに対して、第４実施形態では、重み係数Ｗ（θ）による補正を相関誤差Γに対して行う。
【００９４】
この場合、図１６のステップＳ１０８に代えて、図２６に示すステップＳ１０９を実行する。すなわち、下式を用いて相関誤差Γ（θ）を更新する。
【００９５】
Γ（θ、β）＝Γ（θ、β）＋｜｛Ｐ（α）−Ｙ（θ−α、β）｝×Ｗ（θ）｜
上記式は、電力強度の差に対して重み係数Ｗ（θ）を乗じており、電力強度の差は、各（θ、α）における相関誤差Γを意味する。よって、上記式は、相関誤差Γを重み係数Ｗ（θ）で補正していることになる。なお、このステップＳ１０９は特許請求の範囲の相関値補正手段に相当する。
【００９６】
このように、相関誤差Γを重み係数Ｗ（θ）で補正しても、電力強度パターンを補正した場合と同様に、相関誤差Γは、電波反射物からの反射の影響が軽減されて、受信電波の偏波の違いをよく反映した値となる。よって、水平偏波の電波を選択してしまうことをより抑制できる。
【００９７】
以上、本発明の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、次の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。
【００９８】
たとえば、前述の実施形態では、３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６から順次送信されて受信する電波の区別を、データフレームの受信成立タイミングおよびそのデータフレームに含まれるアンテナ番号により行っていた。しかし、これ以外にも、無線タグリーダライタ１００が、無線タグ４００に対して送信に用いるタグアンテナを指示し、無線タグ４００は指示されたタグアンテナでデータフレームを送信する構成としてもよい。このようにしても、無線タグリーダライタ１００は、受信した電波がどのタグアンテナにより送信されたかを判断することができる。
【００９９】
また、前述の実施形態では、相関値として相関誤差Γを算出していた。この場合、値（相関誤差Γ）が大きいほど相関性が低いことになる。しかし、これに限られず、相関値として、相関が高いほど値が大きくなる指標を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１：アンテナ部 ３：分配器 ４：送信部 ５：受信部 ６：電力検出回路 ７：方向探知部 ８：通信制御部 １０：励振素子 １１〜１６：非励振素子 １７：接地導体 １８：可変リアクタンス回路 １９：同軸ケーブル ４１：符号部 ４２：変調部 ４３：増幅部 ５１：復調部 ５２：復号部 ５３：キャリアセンス部 ７１：記憶装置 ７２：可変リアクタンス制御部 ７３：電力パターン生成部 ７４：反射物処理部（パターン補正手段） ７５：相関処理部 ７６：方向探知信号選択部 ７７：方向推定部 １００：無線タグリーダライタ ２００：レーザセンサ ３００：コントローラ ４００：無線タグ ４１０：アンテナ部 ４１２：第１タグアンテナ ４１４：第２タグアンテナ ４１６：第３タグアンテナ ４２０：制御部 ４２２：メモリ ４２４：タイマ ４３０：送信部 ４３２：符号部 ４３４：変調部 ４３６：増幅部 ４４０：受信部 ４４２：復号部 ４４４：復調部 ４４６：キャリアセンス部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線タグの方向を推定できる無線タグリーダ、およびこの無線タグリーダを用いる監視システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電波を利用して無線タグから情報を読み取る無線タグシステムは様々な用途で使用されつつあり、このシステムの主要素である無線タグリーダは広範な用途に適用し得るように高機能化が求められている。高機能化の例としては、例えば、無線タグの情報を単純に読み取るだけではなく、その無線タグがどの方向に存在し得るかを特定可能とし、無線タグ所持者の探索に利用したり、無線タグ所持者が適正な方向に存在するか否かの判断に利用したりすることが考えられつつある。
【０００３】
無線タグの方向の特定に関連する技術としては、例えば特許文献１のようなものが提案されている。この特許文献１では、複数のアンテナ素子を備えて指向特性を変化させることができるアレーアンテナを用いた電波到来方向探知方法が開示されており、該電波到来方向探知方法では、全方向角３６０度を１２分割したビーム切り替えにより電波の到来方向を推定している。
【０００４】
また、特許文献２には、半移動、移動局のアンテナ制御の為のシステムとして、ジャイロコンパスや加速度センサ等を用いて移動体の位置、姿勢、及び方位を検出し、これらをもとにアンテナの姿勢を制御する技術が知られていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８３６０８０号公報
【特許文献２】特許第３００２６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のアレーアンテナは、水平面走査となるように設置されるのが通常であり、この場合、垂直偏波（直線偏波）に対して良好な感度を有する。したがって、方向探知の対象となる電波が垂直偏波の場合に、精度のよい方向探知を行うことが可能となる。
【０００７】
しかし、無線タグが人に携帯される場合は、無線タグは様々な向きとなる。したがって、無線タグからのアンテナが一本であると、無線タグからの電波が水平偏波となることもある。しかし、特許文献１のアレーアンテナは、水平偏波に対しては感度が低く、また、指向性が鋭くないことから、無線タグからの電波が水平偏波である場合には方向探知精度が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、無線タグに送信アンテナを複数備え、各送信アンテナからそれぞれ電波を送信するとともに、無線タグリーダは、各送信アンテナで送信された電波から、垂直偏波を送信しているアンテナを選択する（すなわち、垂直偏波となっている電波を選択する）アンテナ選択ダイバーシティを行うことが考えられる。
【０００９】
前述のように、特許文献１のアレーアンテナは、垂直偏波に対して良好な感度を有する。そこで、上記アンテナ選択ダイバーシティとしては、送信アンテナを切り替えながら無線タグが送信した電波を、アレーアンテナを搭載した無線タグリーダで受信し、無線タグの複数の送信アンテナのうち、最も強い電力強度が得られた送信アンテナを垂直偏波を送信しているアンテナとして特定することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、電力強度が最も強い場合が偏波一致とならないケースが存在する。例えば、無線タグが後ポケットに入れられている場合には、人体影響により、人体の前方へは垂直偏波が劣化し、相対的に水平偏波が強調される。このような場合には、水平偏波であっても、垂直偏波よりも電力強度が強くなる場合があることから、水平偏波を選択してしまう可能性がある。水平偏波を選択してしまった場合には、前述のように、方向探知精度が低下してしまう。
【００１１】
また、特許文献２に記載の技術、すなわち、ジャイロコンパスや加速度センサ等のセンサを用いて移動体の姿勢を検出し、これをもとにアンテナの姿勢を制御する技術は、センサや姿勢を制御する装置が必要であることから、装置全体が高価になってしまうので、無線タグに適用することは現実的ではない。
【００１２】
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、無線タグの方向探知精度がよい無線タグリーダ、および、この無線タグリーダを用いる監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
その目的を達成するための請求項１記載の発明は、
垂直偏波に対する水平面内の指向性を複数の設定角度に切り替え可能に構成されたアレーアンテナと、
前記アレーアンテナの指向性を複数の設定角度に順次切り替える指向性切替手段とを備え、
偏波面が互いに直交する方向となっている複数のタグアンテナからそれぞれ電波を送信する無線タグからの電波を、前記指向性切替手段により指向性を切り替えつつ前記アレーアンテナで受信して、受信した電波の到来方位を推定する無線タグリーダであって、
前記アレーアンテナによって受信した電力強度を測定する受信強度測定手段と、
前記指向性切替手段が前記アレーアンテナの指向性を順次切り替えつつ前記受信強度測定手段によって測定された電力強度から、各タグアンテナから受信した前記設定角度の１周期分の電力強度であるタグアンテナ毎の電力強度パターンを決定する電力強度パターン決定手段と、
前記アレーアンテナが垂直偏波を受信した場合の基準の電力強度パターンである参照パターンを記憶する参照パターン記憶手段と、
前記電力強度パターン決定手段が決定した電力強度パターンと前記参照パターンとの相関を表すパターン相関値をタグアンテナ毎に算出する相関値算出手段と、
到来方位の推定に用いる電波として、前記複数のタグアンテナからそれぞれ受信した電波のうち、前記相関値算出手段が算出したタグアンテナ毎のパターン相関値のうち最も相関性が高い値を示した電波を選択する選択手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
このように、本発明では、受信電力強度を単純に用いてタグアンテナを選択するのではなく、連続的に取得する電波強度を、例えばタグからリーダへのデータフレームの受信成立に伴う割込みタイミングとデータフレーム内にあるアンテナ番号情報により、タグアンテナ毎に電力強度パターンを決定し、その電力強度パターンと参照パターンとの相関を表すパターン相関値を算出している。
【００１５】
前述のように、人体影響等により水平偏波が相対的に強まったとしても、アレーアンテナが切り替える指向性は垂直偏波の指向性であることから、水平偏波が主となるタグアンテナが送信する際に、受信した電波に基づいて決定された電力強度パターンは、指向性の切り替えを反映したパターンとはならない。一方、参照パターンは、アレーアンテナが垂直偏波に対する指向性を順次切り替えたときに垂直偏波を受信した場合の基準となる電力強度パターンである。よって、パターン相関値は、受信した電波が水平偏波である場合には、参照パターンとの相関性が低いことを示す値となる。したがって、タグアンテナ毎のパターン相関値のうち最も相関性が高い値を示した電波を到来方位の推定に用いる電波として選択するようにすれば、水平偏波の電波を選択してしまうことが抑制される。すなわち、垂直偏波を選択できる可能性が向上する。よって、無線タグの方向探知精度が向上する。
【００１６】
請求項２記載の発明は、この無線タグリーダが設置されている周囲環境に基づいて設定角度毎に定まる重みであって、電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する重み設定手段と、
その重み設定手段で設定された重みを用いて、前記電力強度パターン決定手段が決定した各タグアンテナの電力強度パターンにおける電力強度を補正するパターン補正手段とを備え、
前記相関値決定手段は、前記パターン補正手段により補正された後の電力強度パターンと前記参照パターンとを用いて前記パターン相関値を算出することを特徴とする。
【００１７】
無線タグリーダの周囲に電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射により、受信電力強度が大きくなってしまう可能性がある。しかし、本発明では、反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する。そして、この重みにより、タグアンテナの電力強度パターンにおける電力強度を補正する。したがって、重みによる補正後の電力強度パターンは、電波反射物からの反射の影響が軽減されたパターンとなる。そして、パターン相関値は、重みによる補正後の電力強度パターンを用いて算出する。よって、このパターン相関値も、電波反射物からの反射の影響が軽減された値となり、その結果、偏波の違いをよく反映した値となる。よって、水平偏波の電波を選択してしまうことをより抑制できる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、前記相関値決定手段は、前記電力強度パターン決定手段が決定した電力強度パターンと前記参照パターンとを用いて前記パターン相関値を算出し、
この無線タグリーダが設置されている周囲環境に基づいて設定角度毎に定まる重みであって、電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する重み設定手段と、
その重み設定手段で設定された重みを用いて、前記相関値決定手段が決定した各タグアンテナのパターン相関値を補正する相関値補正手段を備え、
前記選択手段は、前記相関値補正手段により補正された後の各タグアンテナのパターン相関値に基づいて、到来方位の推定に用いる電波を選択することを特徴とする。
【００１９】
前述のように、無線タグリーダの周囲に電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射により、受信電力強度が大きくなってしまう可能性がある。しかし、本発明では、反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する。そして、この重みにより、パターン相関値を補正する。したがって、重みによる補正後のパターン相関値は、電波反射物からの反射の影響が軽減された値となり、結果として、偏波の違いをよく反映した値となる。よって、水平偏波の電波を選択してしまうことをより抑制できる。
【００２０】
請求項４記載の発明は、前記重み設定手段で設定される重みは、前記アレーアンテナと前記電波反射物との間の距離、および、その電波反射物の電波反射率の少なくとも一方に相関した値となっていることを特徴とする。
【００２１】
アレーアンテナと電波反射物との間の距離により、電波反射物からの反射の大きさは変化する。また、電波反射物の電波反射率によっても、その電波反射物からの反射の大きさは変化する。よって、この請求項４のようにすれば、電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明は、前記重み設定手段で設定される重みは、前記アレーアンテナと前記電波反射物との間の距離に相関した値であって、その距離が短いほど小さい値に設定されることを特徴とする。
【００２３】
このように電波反射物までの距離が短いほど小さい重みに設定すれば、電波反射物が存在することによって強くなってしまっている電力強度を、電波反射物の影響を少なくした強度にすることができる。
【００２４】
請求項６記載の発明は、監視領域内の物体の距離と方向とを逐次測定するレーザセンサと、その監視領域を通信範囲として含んでいる請求項５に記載の無線タグリーダと、を備えた監視システムであって、
前記無線タグリーダは、
前記レーザセンサで検出された物体の距離と方向とを逐次取得できるようになっており、
前記重み設定手段で設定される重みは、前記レーザセンサから逐次取得した物体の方向に基づいて定まる設定角度に対して、前記レーザセンサから逐次取得した物体の距離に応じた値となっていることを特徴とする。
【００２５】
このようにすれば、レーザセンサにより逐次測定された物体の距離と方向とに基づいて重みが設定されることから、移動物体が存在する場合にも、その移動物体の存在を反映した重みを設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る監視システムの模式図である。
【図２】第１実施形態においてコントローラ３００が行う処理を示すフローチャートである。
【図３】監視システムで用いられる無線タグリーダライタ１００の構成図である。
【図４】無線タグリーダライタ１００の送信部４および受信部５の詳細構成を示すブロック図である。
【図５】無線タグ４００の構成図である。
【図６】無線タグ４００における３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６の配置を概念的に示す図である。
【図７】方向探知部７の構成を詳しく示す図である。
【図８】参照パターンの一例を示す図である。
【図９】指向角を順次変化させることで順次形成される無線タグリーダライタ１００の指向性パターンの概略図である。
【図１０】指向角を変化させつつ検出した受信電力強度により生成される電力強度パターンの一例を示す図である。
【図１１】無線タグリーダライタ１００が住宅に隣接して設置されている場合の電波の反射を説明する図である。
【図１２】図１１の配置環境における重み係数リストの一例である。
【図１３】方向探知部７が行なう方向探知処理を示すフローチャートである。
【図１４】方向探知部７が行なう方向探知処理を示すフローチャートであって、図１３に続いて実行する部分である。
【図１５】第１実施形態の監視システムで用いられるデータフレームである。
【図１６】図１４のステップＳ１００における相関誤差の計算処理の詳細フローチャートである。
【図１７】人体による電波遮蔽がない状態で、第１タグアンテナ、第２タグアンテナ、第３タグアンテナが送信し、無線タグリーダライタ１００が受信した電波の電力検出値を例示する図である。
【図１８】人体による電波遮蔽がある状態で、第１タグアンテナ、第２タグアンテナ、第３タグアンテナが送信し、無線タグリーダライタ１００が受信した電波の電力検出値を例示する図である。
【図１９】人体遮蔽がある状態で各タグアンテナ４１２、４１４、４１６が送信した電波を、無線タグリーダライタ１００が受信したときの利得を例示する図である。
【図２０】無線タグリーダライタ１００のアンテナ部１の指向性を例示する図 である。
【図２１】第２実施形態の無線タグリーダライタ１００が侵入者の無線タグ４００の方向を検出する場合の説明図である。
【図２２】第２実施形態での重み係数リストである。
【図２３】第３実施形態の無線タグリーダライタ１００が侵入者の無線タグ４００の方向を検出する場合の説明図である。
【図２４】第３実施形態に係るコントローラ３００が重み係数Ｗ（θ）を自動設定する処理を示すフローチャートである。
【図２５】第３実施形態での重み係数リストである。
【図２６】第４実施形態において実行する相関誤差の計算処理の詳細フローチャートの一部である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
[第１実施形態]
図１は、本発明の第１実施形態に係る監視システムの模式図である。この監視システムは、無線タグ４００の方向（到来方位）を推定できる無線タグリーダライタ１００と、監視領域内の物体の距離と方向とを測定するレーザセンサ２００とを併用し、監視領域内に侵入した人が無線タグ４００を携帯しているか否かをコントローラ３００が判別し、携帯していない場合に警告を行う。
【００２８】
当該監視システムでのコントローラ３００の処理について、図２のフローチャートを参照して概略を説明する。先ず、レーザセンサ２００を制御して、監視領域内に侵入者があるか否かを判断する（Ｓ１２）。この判断が否定判断であればＳ１２を繰り返す。
【００２９】
一方、肯定判断であれば、ステップＳ１４へ進み、侵入者の方向と距離を取得する。侵入者の方向はレーザセンサ２００の走査方向から取得し、侵入者までの距離はレーザセンサ２００がレーザ光を送出してから、このレーザ光の反射光を受光するまでの時間から計測する。
【００３０】
続いて、無線タグリーダライタ１００から、無線タグ４００の方向推定の結果を取得する（Ｓ１６）。なお、無線タグリーダライタ１００が行なう方向推定処理については後述する。続くステップＳ１８では、無線タグリーダライタ１００が無線タグ４００からの電波を受信できているか否かを判断する。無線タグリーダライタ１００の方向推定処理結果には、無線タグ４００からの電波を受信できているか否かを示す情報も含まれており、ステップＳ１８の判断はその方向推定処理結果を用いて行なう。
【００３１】
無線タグリーダライタ１００が無線タグ４００からの電波を受信できていない場合には（Ｓ１８：Ｎｏ）、侵入者が無線タグ４００を携帯していないと判断し、警報音等により警報を出す（Ｓ２０）。一方、無線タグリーダライタ１００が無線タグ４００からの電波を受信していた場合は（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、更に、レーザセンサ２００により検出した侵入者の方向と、無線タグリーダライタ１００で推定した無線タグ４００の方向とが一致するか否か判断する（Ｓ２２）。レーザセンサ２００により検出した侵入者の方向と、無線タグリーダライタ１００で推定した無線タグ４００の方向が一致しない場合には（Ｓ２２：Ｎｏ）、侵入者が無線タグ４００を携帯しておらず、監視領域内のいずれかに侵入者と無関係な無線タグ４００が存在していると判断し、警報を出す（Ｓ２０）。方向が一致する場合には（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、侵入した者は無線タグ４００を携帯する侵入許可者であるとして、警報を出すことなく処理を終了する。
【００３２】
次に、監視システムで用いられる無線タグリーダライタ１００の構成について、図３を参照して説明する。無線タグリーダライタ１００は、アンテナ部１、分配器３、送信部４、受信部５、電力検出回路６、方向探知部７、通信制御部８を備える。
【００３３】
アンテナ部１は、電子制御導波器アレーアンテナ装置であり、１本の励振素子１０と、その励振素子１０を中心とする半径ｒの円周上に等間隔に設けられた６本の非励振素子１１〜１６とを備えている。これらはいずれも直棒形状であり、その長さは、たとえば、いずれも約λ／４となっており、上記半径ｒもλ／４に設定されている。
【００３４】
これら励振素子１０、非励振素子１１〜１６は、接地導体１７の上に、その接地導体１７から絶縁された状態に設けられており、それらの素子は軸方向が鉛直方向となるように配置されている。その接地導体１７は、励振素子１０や非励振素子１１〜１６に対して十分に大きい広さ（たとえば半径λ／２）を有している。
【００３５】
励振素子１０の給電点は、同軸ケーブル１９を介して分配器３に接続されており、無線タグ４００から送信され励振素子１０によって受信された電波を示す受信信号は分配器３に供給される。
【００３６】
非励振素子１１〜１６には、可変リアクタンス回路１８Ａ〜１８Ｆがそれぞれ接続されている。この可変リアクタンス回路１８は、電子制御導波器アレーアンテナ装置において一般的に用いられるものと同一の回路であり、たとえば、バイアス電圧が印加されることによってリアクタンス値が変化する可変リアクタンス素子（例えば可変容量ダイオード）を含む回路として構成される。この回路は、高周波的に接地導体１７に接続され、方向探知コンピュータ６の後述する可変リアクタンス制御部７２によってリアクタンス値が電子的に変化させられる。このリアクタンス値が変化させられることにより、アンテナ部１は方位角が変化する。
【００３７】
分配器３は、励振素子１０から供給される受信信号を受信部５と電力検出回路６に分配する。送信部４は、通信制御部８から供給されるデータを符号化、変調等してアンテナ部１へ出力する。受信部５は、分配器３から供給された受信信号を復調、復号して、通信制御部８へ供給する。
【００３８】
電力検出回路６は、分配器３から供給された受信信号の電力の大きさ（電力値）を検出する回路である。この電力検出回路６は、無線信号の電力を検出する種々の公知の回路を用いることができ、たとえばダイオード検波器を含む回路構成のものである。この電力検出回路６で検出された電力値を示す電力値信号は図示しないＡＤ変換回路を介して方向探知部７に供給される。
【００３９】
方向探知部７は、可変リアクタンス回路１８を制御しつつ、電力検出回路６から供給される電力値信号に基づいて、無線タグ４００の方向探知を行なう。この方向探知部７の構成および作動については後に詳述する。
【００４０】
通信制御部８は、送信部４および受信部５を制御するものであり、送信部４からデータを送信させ、且つ、受信部５が受信した無線タグ４００からのデータを取得する。図４は、送信部４および受信部５の詳細構成を示すブロック図である。図４に示すように、送信部４は、符号部４１、変調部４２、増幅部４３を備える。
【００４１】
符号部４１は、通信制御部８から供給された信号を符号化する。変調部４２は、符号部４１にて符号化された信号を電気的デジタル信号に変換した後に、予め設定されている通信チャンネルを用いて位相偏移変調や周波数偏移変調等の所定の変調方式により変調する。増幅部４３は、変調部４２で変調された信号を増幅する。増幅された信号は、アンテナ部１から電波として送信される。
【００４２】
受信部５は、復調部５１、復号部５２、キャリアセンス部５３を備える。キャリアセンス部５３は、送信する前に通信チャンネルにて受信電力レベルを検知し、その受信電力レベルが閾値以上ある場合はそのチャンネルでの送信を見合わせ、再度キャリアセンスする。閾値以下であれば、送信可能と判定し送信を開始する。なお、本実施形態の無線タグリーダライタ１００は、２．４５ＧＨｚ、９００ＭＨｚ、４３３ＭＨｚ等のＲＦＩＤにおいて通常用いられる周波数帯の電波を用いて通信を行う。復調部５１は受信信号を復調する。復調された信号は復号部５２において符号化され、符号化された信号が通信制御部８に送られる。
【００４３】
次に、無線タグ４００の構成を説明する。図５は、無線タグ４００の構成を示す図である。この図５に示すように、無線タグ４００は、アンテナ部４１０、制御部４２０、送信部４３０、受信部４４０を備える。また、この無線タグ４００は、アクティブタグであり、内蔵電源４６０も備える。また、制御部４２０は、メモリ４２２、タイマ４２４を内蔵する。送信部４３０は、符号を生成する符号部４３２、符号を変調する変調部４３４、変調された信号を増幅する増幅部４３６から成る。受信部４４０は、受信信号を復調する復調部４４４、復調された受信信号から符号を復号する復号部４４２、無線タグリーダライタとの送受信開始の時に通信の設定を行うキャリアセンス部４４６から成る。
【００４４】
アンテナ部４１０は、偏波面が互いに直交する３つの第１〜第３タグアンテナ４１２、４１４、４１６を備える。図６は、無線タグ４００における、それら３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６の配置を概念的に説明する図である。この図６に示すように、３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６は、本実施形態では、いずれも同じ線状アンテナであり、他の２つのタグアンテナに対して直交するように配置されている。
【００４５】
図５に戻り、無線タグ４００の制御部４２０は、タイマ４２４により周期的に起動し、あるいは、振動センサが無線タグ４００に備えられている場合には、振動センサにより振動が検知された後に周期的に起動し、無線タグリーダライタ１００からのデータを受信できるかどうかの判定処理を行なう。そして、受信できた場合には、応答信号を無線タグリーダライタ１００に送信する。そして、無線タグリーダライタ１００との通信が確立した後、無線タグリーダライタ１００からの指示に従い、第１、第２、第３タグアンテナ４１２、４１４、４１６を用いて、順番に、無線タグリーダライタ１００にデータを送信する。無線タグリーダライタ１００は、無線タグ４００が送信するこのデータを用いて無線タグ４００の方向探知を行なう。
【００４６】
次に、無線タグリーダライタ１００の方向探知部７の構成を説明する。図７は、方向探知部７の構成を詳しく説明する図である。方向探知部７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等（いずれも図示せず）を備えており、ＣＰＵがＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、図７に示す各部７２〜７７として機能する。
【００４７】
記憶装置７１は、不揮発性の記憶装置であり、参照パターンが記憶されている。参照パターンとは、後述する電力強度パターンとの相関を算出する参照用の電力強度パターンである。この参照パターンの一例を図８に示す。参照パターンは、理想的な環境（人体やその他の物体などの遮蔽物がない環境）において、垂直偏波を受信したときの電力強度パターンであり、図８の例では、アンテナ部１がとり得る指向角度のうちの５つの連続する指向角度α（α＝−６０度、−３０度、０度、３０度、６０度）における受信電界強度からなる。また、記憶装置７１には、後述する重み係数Ｗ（θ）も記憶されている。
【００４８】
可変リアクタンス制御部７２は、図示しないメモリに記憶されたデジタル電圧値を参照して、内蔵した６個のＤＡ変換器（図示せず）を用いてそのデジタル電圧値をアナログのバイアス電圧値に変換し、このバイアス電圧値をリアクタンス値信号Ｃ１１（θ）〜Ｃ１６（θ）として各可変リアクタンス回路１８Ａ〜１８Ｆに出力する。上記デジタル電圧値は、予め設定された複数の指向角（本実施形態では、０°から３３０°まで３０°毎）にビームを形成する複数の指向性ビームパターンに対して記憶されている。可変リアクタンス制御部７２は、特許請求の範囲の指向性切替手段として機能し、リアクタンス値信号Ｃ１１（θ）〜Ｃ１６（θ）を切り替えることにより、指向性ビームパターンを、０°から３３０°まで、指向角を３０°ずつ順次変化させる。図９は、このようにして、指向角を順次変化させることで順次形成される指向性パターンを概略的に示す図である。
【００４９】
なお、メモリに記憶されたデジタル電圧値は、実験に基づいて予め求められた値である。たとえば、可変リアクタンス回路１８Ａの可変容量ダイオードの容量値を少なくすることで、キャパシタ性を持ち可変リアクタンス回路１８Ａは短縮コンデンサとなり、非励振素子１１の電気長が励振素子１０よりも短くなって、導波器として働く。一方、可変リアクタンス回１８Ｂ〜１８Ｆの可変容量ダイオードの容量値を大きくすることで、可変リアクタンス回路１８Ｂ〜１８Ｆはインダクタンス性を持ち、可変リアクタンス回路１８Ｂ〜１８Ｆは延長コイルとなり、非励振素子１２〜１６の電気長が励振素子１０よりも長くなり、反射器として働く。こうすることで、可変リアクタンス制御部７２は、アンテナ部１の指向角が０度方向である、励振素子１１の方向になるように調整できる。
【００５０】
電力パターン生成部７３は、可変リアクタンス制御部７２がアンテナ部１の指向角を、１周期分、すなわち、０°から３３０°まで変化させる際に、各指向角において電力検出回路６から供給された電力値を用いて電力強度パターンを生成する。この電力強度パターンは、０°〜３３０°までの指向角とそれら指向角における電力強度とのセットである。また、前述のように、無線タグ４００には、３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６が備えられており、無線タグ４００は、これら３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６からそれぞれ同じ強度の信号を送信する。電力パターン生成部７３は、各タグアンテナ４１２、４１４、４１６から送信される信号に対して、それぞれ、電力強度パターンを生成する。図１０に、このようにして生成した電力強度パターンの一例を示す。
【００５１】
反射物処理部７４は、特許請求の範囲のパターン補正手段に相当しており、電力パターン生成部７３が生成したタグアンテナ毎の電力強度パターンを、無線タグリーダライタ１００の周囲における電波反射物の存在状況に応じて補正する処理を行なう。この補正処理は、具体的には、無線タグリーダライタ１００の周囲における電波反射物の距離や材質に応じて定まる指向角毎の重み係数Ｗ（θ）を、電力強度パターンの各指向角θにおける電力強度に乗じる処理である。反射物処理部７４における具体的な重み係数は後述する。
【００５２】
相関処理部７５は、反射物処理部７４により処理された後の電力強度パターンと、記憶装置７１に記憶されている参照パターンとの相関性を示す値として相関誤差Γを算出する。この相関誤差Γは、３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６の電力強度パターンに対してそれぞれ算出する。なお、相関誤差Γの算出方法の詳細は後述する。
【００５３】
方向探知信号選択部７６は、相関処理部７５において３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６に対してそれぞれ算出した相関誤差Γのうちの最小値を決定し、その最小値に対応する電力強度パターンの信号を、方向探知に用いる信号として選択する。
【００５４】
方向推定部７７は、方向探知信号選択部７６で選択した電力強度パターンを用いて、無線タグ４００の方向推定を行なう。本実施形態では、この方向推定に最大電力法を用いる。すなわち、選択した電力強度パターンにおいて信号強度が最大となる方向を無線タグ４００の方向として推定する。
【００５５】
次に、反射物処理部７４における処理を詳しく説明する。前述したように、反射物処理部７４は、無線タグリーダライタ１００の周囲における電波反射物の距離や材質に応じて定まる指向角毎の重み係数を、電力強度パターンの各指向角における電力強度に乗じる。たとえば、図１１に示すように、無線タグリーダライタ１００が、住宅に隣接して設置されている場合を例に上記重み係数を説明する。
【００５６】
図１１に示す例では、無線タグリーダライタ１００の背面側に、電波反射物である住宅が存在している。この場合、同図に示すように、３０度方向に侵入者（無線タグ４００）があったとしても、その３０度方向に指向角を設定した場合のみならず、他の角度（たとえば、３３０度）に指向角を設定した場合にも、受信電力強度が強くなる可能性がある。そこで、電波反射物が存在する方向に対しては、その電波反射物からの電波反射の影響を低減させるため、電波反射物からの電波反射が大きいほど小さくなる重み係数を設定する。
【００５７】
図１２は、図１１の配置環境における重み係数リストの一例であり、反射障害物が無い方向は重み係数Ｗ（θ）を１とする一方、反射障害物がある方向（この例では、２１０度〜３３０度）の重み係数Ｗ（θ）を１よりも小さくする。ここでは、住宅は反射の大きい物体であるため、０．２を設定している。反射物が大きなビルである場合には、さらに小さな係数、たとえば、０．１５を設定する。この重み係数Ｗ（θ）は、たとえば、無線タグリーダライタ１００の設置時に手動操作で設定する。
【００５８】
次に、方向探知部７が行なう方向探知処理を図１３に示すフローチャートに沿って説明する。また、このフローチャートの説明において、電力パターン生成部７３、相関処理部７５、方向探知信号選択部７６、方向推定部７７の処理も説明する。
【００５９】
まず、ステップＳ３２では、参照パターンＰ（α）[α＝−６０、−３０、０、３０、６０]を設定する。続くステップＳ３４では、方向別の重み係数Ｗ（θ）[θ＝０、３０、６０・・・３３０]を設定する。これらは初期設定であり、Ｓ３２は、無線タグリーダライタ１００に製造段階で設定し、Ｓ３４は、監視システムの構成装置である無線タグリーダライタ１００を設置する際に設定する。
【００６０】
無線タグリーダライタ１００は、コマンドを周期的に送信しながら、無線タグ４００からの信号を受信できる状態で待機する（Ｓ３６）。無線タグ４００は、無線タグリーダライタ１００からのコマンドを受信した場合には、図１５（ａ）に示す通信確立要求フレームを送信する。この送信を無線タグリーダライタ１００が受信するとステップＳ３６がＹＥＳとなる。この場合、ステップＳ３８にて、測定角度θを０度に設定する。また、このステップＳ３８では、無線タグリーダライタ１００は、図１５（ｂ）に示すＡＣＫフレームを無線タグ４００に送信する。
【００６１】
続くステップＳ４０では、可変リアクタンス制御部７２が、アンテナ部１の指向性を測定角度θに切り替える。続いて、無線タグ４００へコマンドを送り、無線タグ４００からのデータを受信するための処理を行なう（Ｓ４２）。
【００６２】
無線タグ４００は、このステップＳ４２で無線タグリーダライタ１００が送信したコマンドを受信した場合には、第１タグアンテナ４１２、第２タグアンテナ４１４、第３タグアンテナ４１６を順番に用いて、図１５（ｃ）に示すデータフレームのデータを各アンテナから送信する。なお、図１５（ｃ）に示すデータフレームには、アンテナ番号が含まれており、無線タグリーダライタ１００は、データフレームに含まれるアンテナ番号から、データフレームがどのタグアンテナにより送信されたかを判断できるようになっている。
【００６３】
ステップＳ４２を実行したら、無線タグ４００からのデータ受信があったかどうかを判断する（Ｓ４４）。そして、受信があった場合には（Ｓ４４：Ｙｅｓ）、受信データからアンテナ番号βを読み取り、さらに、アンテナ部１の指向性を方位角θに設定した際に測定した受信電力Ｙ（θ）として、データ受信時の受信電波強度を設定する（Ｓ４６）。
【００６４】
他方、無線タグ４００からの受信が無かった場合には（Ｓ４４：Ｎｏ）、受信電力Ｙ（θ）として、予め設定されている最低値を設定する（Ｓ４８）。そして、測定角度θを３０度増加し（Ｓ５０）、測定角度が３６０度以上か、即ち、０度から３３０度までの全角度の受信電波強度の測定が完了したかを判断し（Ｓ５２）、測定が完了するまでは（Ｓ５２：Ｎｏ）、Ｓ４０の処理に戻る。なお、図１５（ｃ）に示すデータフレームを１回送信するのに要する時間は、ステップＳ４０からステップＳ５２を繰り返して、方位角θを０度から３３０度まで変化させて各方位角θで受信電波強度を測定するのに要する時間よりも長い時間に設定されている。
【００６５】
上記ステップＳ５２の判断は、１つのタグアンテナに対する受信電波強度の測定完了の判断である。ステップＳ５２がＹＥＳの場合、ステップＳ５３において、タグアンテナ１セット、すなわち、３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６に対して、受信電波強度の測定が完了したかを判断する。この判断がＮＯである場合にも、ステップＳ４０へ戻る。一方、この判断がＹＥＳである場合には、図１４のステップＳ１００にて相関誤差Γ（θ、β）を計算する。このステップＳ１００の詳細は後述する。
【００６６】
相関誤差Γ（θ、β）を計算したら、ステップＳ５４にて、相関誤差Γが最小のタグアンテナの電力強度パターンを、方向探知に用いる信号として選択する。そして、ステップＳ５６では、ステップＳ５４で選択した電力強度パターンのうち信号強度が最大となる方向を無線タグ４００の方向として推定し、推定した方向をコントローラ３００へ出力して処理を終了する。
【００６７】
なお、このステップＳ５６で方向推定を行った後も、無線タグリーダライタ１００は、無線タグ４００の方向推定を周期的に行う。その際には、次の２つのうちのいずれかの方法により垂直偏波を主とする電波を取得する。１つ目の方法は、ステップＳ５４で選択したタグアンテナを指定して、無線タグ４００に、その指定したタグアンテナのみで信号を送信させる。２つ目は、受信したデータに含まれるアンテナ番号から方向推定に用いる電波であるかどうかを判断する方法である。
【００６８】
図１６は、図１４のステップＳ１００における相関誤差の計算処理の詳細フローチャートである。まず、ステップＳ１０２では、測定角度θを０度に設定するとともに、アンテナ番号βを、第１タグアンテナ４１２に対応する「１」に設定する。
【００６９】
ステップＳ１０４では、誤差関数Γ（θ、β）の値を０（初期値）に設定する。続くステップＳ１０６では、参照パターンにおける角度αを−６０度（初期値）に設定する。続くステップＳ１０８では、下式を用いて相関誤差Γ（θ）を更新する。
【００７０】
Γ（θ、β）＝Γ（θ、β）＋｜Ｐ（α）−Ｙ（θ−α、β）×Ｗ（θ）｜
Ｐ（α）は、参照パターンの角度αでの電力強度
Ｙ（θ、β）は、無線タグ４００がタグアンテナβで送信した電波を、アンテナ部１の指向性を方位角θに設定して受信した際の受信電力強度
上記相関誤差Γ（θ）の算出式において、絶対値記号の中は、角度θ、αにおける相関誤差を意味している。また、受信電力強度Ｙ（θ−α、β）には、重み係数Ｗ（θ）を乗じている。この重み係数Ｗ（θ）は、記憶装置７１に保存されている重み係数リストを参照して設定する。重み係数Ｗ（θ）を乗じることにより、電波反射物からの反射を考慮した補正を、各受信電力強度Ｙ（θ−α、β）に対して行っているのである。
【００７１】
続くステップＳ１１０では角度αに３０度を加える。そして、ステップＳ１１２では、角度αが６０度超かどうかを判断する。この判断は、角度α＝−６０度〜６０度の相関誤差を全部加算し、算出が完了したかを判断するものである。ステップ１１２がＮＯであればステップＳ１０８に戻り、ＹＥＳであればステップＳ１１４へ進む。
【００７２】
ステップＳ１１４では、下式を用いて相関誤差Γ（θ、β）を求める。
【００７３】
Γ（θ、β）＝Γ（θ、β）×５／（Σ（Ｗ（θ））
続くステップＳ１１６では方位角θに３０度を加え、ステップＳ１１８では方位角θが３３０度超か、即ち、０度から３３０度までの全角度における相関誤差Γ（θ）の算出が完了したかを判断する。ステップＳ１１８がＮＯであればＳ１０４の処理に戻り、次の方位角θにおける相関誤差Γ（θ、β）を算出する。一方、ステップＳ１１８がＹＥＳであれば、ステップＳ１２０においてβに１を加える。そして、ステップＳ１２２ではβが３を超えたか否かを判断する。βが３を超えていない場合（Ｓ１２２：ＮＯ）、ステップ１２４でθを０度に設定した後、ステップＳ１０４に戻る。一方、βが３を超えていれば（Ｓ１２２：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００７４】
以上のように構成した本実施形態の効果を説明する。図１７は、人体による電波遮蔽がない状態で、無線タグ４００が第１タグアンテナ４１２、第２タグアンテナ４１４、第３タグアンテナ４１６で順番にデータを送信したときに、無線タグリーダライタ１００の電力検出回路６により検出される電力検出値を示している。なお、この図１７および次の図１８における電力検出値の検出中、無線タグリーダライタ１００は、前述した図１３で説明したに示したように、測定角度θを順次切り替えている。
【００７５】
図６に示したように、無線タグ４００の第１〜第３タグアンテナ４１２、４１４、４１６は、互いに直交する方向に配置されている。従って、いずれか１つのタグアンテナは垂直偏波を主とする電波を送信し、残りの２つのタグアンテナのうちの一方は水平偏波を主とする電波を送信する。たとえば、第３タグアンテナ４１６が垂直偏波を送信し、第２タグアンテナ４１４は水平偏波を送信する。一方、無線タグリーダライタ１００のアンテナ部１は、垂直偏波に対する受信感度がよい。従って、図１７に示すように、垂直偏波で電波を送信する第３タグアンテナ４１６からの電波を受信したときの電力検出値が最も高く、第１、第２タグアンテナ４１２、４１４からの電波を受信したときの電力検出値は低くなる。
【００７６】
しかしながら、無線タグ４００は人に携帯されるものであることから、人体により電波が遮蔽される場合もある。人体遮蔽がある場合、垂直偏波は水平偏波よりも遮蔽される程度が大きく、その結果、人体遮蔽がある場合には、図１８に示すように、水平偏波に対する電力検出値が相対的に高くなる。図１８の例は、図１７と同様に、第３タグアンテナ４１６が垂直偏波で電波を送信し、第２タグアンテナ４１４が水平偏波で電波を送信している。しかし、人体遮蔽があるため、無線タグリーダライタ１００が受信する電波の電力検出値は、第２タグアンテナ４１４からの電波を受信したときのほうが、第３タグアンテナ４１６からの電波を受信したときよりも、全体的に高くなっている。
【００７７】
図１９は、人体遮蔽がある状態で各タグアンテナ４１２、４１４、４１６が送信した電波を、無線タグリーダライタ１００が受信したときの利得を例示する図である。この図１９にも示されるように、人体遮蔽がある状態では、水平偏波を送信する第２タグアンテナ４１４の水平利得が相対的に高い値となる。その結果、この図の最下欄に示す合成利得は、第２タグアンテナ４１４が最も高くなっている。よって、電力検出回路６により検出される電力検出値は、利得以外の条件が同じであれば、前述の図１８に示すように、第２タグアンテナ４１４の電波を受信したときが最も高くなる。
【００７８】
加えて、図２０は、無線タグリーダライタ１００のアンテナ部１の指向性を例示する図であるが、このアンテナ部１の指向性は、垂直偏波に対しては比較的鋭い指向性を有するが（左図）、水平偏波に対する指向性は広い。そのため、無線タグ４００が送信する電波として水平偏波の電波を用いてしまうと、精度の良い方向探知ができない可能性が生じる。しかも、無線タグ４００は、どのような向きで人に携帯されるか分からないことから、どのタグアンテナ４１２、４１４、４１６が垂直偏波を送信するか分からない。
【００７９】
ここで、前述の図１８を見ると分かるように、人体遮蔽状態であっても、電力強度パターンの形状は人体遮蔽がないときと同様のパターンとなる。すなわち、人体遮蔽状態であっても、第３タグアンテナ４１６で送信した電波を受信した場合の電力検出値は、無線タグ４００の存在する方向に指向性が向いたときをピークとするパターンとなる。これに対して、第２タグアンテナ４１４で送信した電波を受信した場合の電力検出値は、指向性の切り替えを反映したパターンとはならない。
【００８０】
このことに着目し、本実施形態では、各タグアンテナの電力強度パターンと参照パターンとの相関値（具体的には相関誤差Γ）をそれぞれ算出するようにした。参照パターンは、理想的な環境で、アンテナ部１が指向性を順次切り替えたときに垂直偏波を受信した場合の電力強度パターンである。よって、この参照パターンと各タグアンテナ４１２、４１４、４１６から受信した電波の受信電力強度パターンとの相関を示す相関誤差Γは、受信した電波が水平偏波を主とする場合に大きな値となる。そして、本実施形態では、この相関誤差Γが最小となる電力強度パターンを方向推定用のパターンとして選択しているので、選択したパターンは垂直偏波を主とする電波を受信したときのパターンである可能性が高い。よって、高い精度で無線タグ４００の方向探知を行なうことができる。
【００８１】
加えて、本実施形態では、無線タグリーダライタ１００の周囲に電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重み係数Ｗ（θ）を設定しており、この重み係数Ｗ（θ）を各電力強度パターンの電力強度Ｙ（θ）に乗じている（Ｓ１０８）。したがって、重み係数Ｗ（θ）を乗じた後の各電力強度Ｙ（θ）からなる電力強度パターンは、電波反射物からの反射の影響が軽減されたパターンとなる。そして、相関誤差Γは、重み係数Ｗ（θ）を乗じた後の各電力強度Ｙからなる電力強度パターンと参照パターンとの相関誤差である。よって、無線タグリーダライタ１００の周囲に電波反射物が存在していても、相関誤差Γは、電波反射物からの反射の影響が軽減されて、受信電波の偏波の違いをよく反映した値となる。よって、水平偏波の電波を選択してしまうことをより抑制できる。
【００８２】
[第２実施形態]
第２実施形態に係る無線タグリーダライタ１００について図２１、図２２を参照して説明する。図２１は、第２実施形態の無線タグリーダライタ１００が侵入者の無線タグ４００の方向を検出する場合の説明図である。
【００８３】
第１実施形態の無線タグリーダライタ１００は、住宅の正面に取り付けられ、電波反射物は該住宅しか存在していなかった。これに対して、第２実施形態では、住宅の正面側であって、無線タグリーダライタ１００の監視領域内に電波を反射するブロック壁が存在している。このため、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、住宅の方向の重み係数Ｗ（θ）を小さい値にすると共に、ブロック壁の方向の重み係数Ｗ（θ）も小さい値に設定する。
【００８４】
図２２は、第２実施形態での重み係数リストである。第１実施形態と同様に、電波反射物である住宅がある方向（２１０度〜３３０度）の重み係数Ｗ（θ）は０．２を設定しており、電波反射物であるブロック壁がある方向（３０度〜１５０度）の重み係数Ｗ（θ）は、反射角度、距離に応じて０．４、０．６、０．８を設定している。また、反射障害物が無い方向（０度、１８０度）は重み係数Ｗ（θ）を１に設定している。なお、ブロック壁の代わりに生垣が設置されている場合、電波反射率がブロック壁よりも小さいので、例えば、０．５〜０．９等の大きな値に重み係数Ｗ（θ）を設定する。
【００８５】
[第３実施形態]
第３実施形態に係る監視システムについて図２３〜図２５を参照して説明する。第１、第２実施形態では、電波反射物の影響を小さくするための重み係数Ｗ（θ）は、無線タグリーダライタ１００を設置する際に手動操作で記憶装置７１に記憶させていた。これに対して、第３実施形態では、電波反射物を検出し、自動的に重み係数Ｗ（θ）を決定する。
【００８６】
図２３は、第３実施形態の無線タグリーダライタ１００が侵入者の無線タグ４００の方向を検出する場合の説明図である。第３実施形態では、監視領域内である住宅の前にトラックが止められたとき、レーザセンサ２００（図１参照）でこれを検出し、トラックによる電波反射の影響を軽減するために、コントローラ３００が自動的に無線タグリーダライタ１００へ重み係数Ｗ（θ）を設定する。ここで、トラックが止められていない場合の重み係数Ｗ（θ）は、図１２を参照して上述した第１実施形態と同様に、住宅方向（２１０度〜３３０度）の重み係数Ｗ（θ）が０．２に設定してある。
【００８７】
図２４は、第３実施形態に係るコントローラ３００が監視領域内の電波反射物を検出して無線タグリーダライタ１００に対して重み係数Ｗ（θ）を自動設定する処理を示すフローチャートである。
【００８８】
監視システムのコントローラ３００（図１参照）は、レーザセンサ２００により、侵入者と共に電波反射物が監視領域内に入っているか監視している。ここで、侵入者とトラック等の電波反射物とは、大きさ（例えば、３０度以上の角度にまたがって検出される）、及び、移動の可否（１０分以上同じ場所に存在している）を用いて識別する。
【００８９】
コントローラ３００は、監視領域内に電波反射物があると（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、レーザセンサ２００から、電波反射物の存在する角度範囲と距離を取得する（Ｓ３０４）。そして、取得した角度範囲と距離に基づき、重み係数Ｗ（θ）を算出する（Ｓ３０６）。具体的には、レーザセンサ２００から取得した方角および距離から、まず、無線タグリーダ１００に対する電波反射物の角度範囲と距離とを演算する。そして、演算した距離、および、距離が遠くなるほど重み係数Ｗが小さくなる関係式を用いて、電波反射物の角度範囲の重み係数Ｗ（θ）を決定する。そして、決定した重み係数Ｗ（θ）を無線タグリーダライタ１００に設定する（Ｓ３０８）。
【００９０】
一方、電波反射物、例えば、トラックが監視領域外へ移動し、電波監視領域内に電波反射物が無くなると（Ｓ３０２：Ｎｏ）、該電波反射物用の重み係数Ｗ（θ）を解除するように無線タグリーダライタ１００に指示する（Ｓ３１０）。
【００９１】
図２５は、第３実施形態での重み係数リストである。ここでは、レーザセンサ２００により検出された電波反射物（トラック）の方向（１２０度及び１５０度）の重み係数Ｗは、無線タグリーダライタ１００とトラックとの距離に応じて、コントローラ３００により算出された重み係数Ｗ（１２０度：０．８、１５０度：０．６）が設定されている。
【００９２】
第３実施形態の監視システムは、レーザセンサ２００で検出された物体の角度範囲と距離に応じて重み係数Ｗ（θ）を自動的に調整する。このため、例えば、無線タグリーダライタ１００の監視領域内にトラック等が一時的に駐車した際にも、これをレーザセンサ２００で検出し、該トラックによる電波反射の影響を排除して、無線タグ４００の方向推定精度の低下を自動的に抑制できる。なお、上述した例では、住宅の方向の重み係数Ｗ（θ）については手動設定を行ったが、住宅の方向の重み係数Ｗ（θ）についても、第３実施形態の構成によれば、自動設定が可能である。
【００９３】
[第４実施形態]
次に、第４実施形態を説明する。第１実施形態では、重み係数Ｗ（θ）による補正を、電力強度パターンに対して行っていた。これに対して、第４実施形態では、重み係数Ｗ（θ）による補正を相関誤差Γに対して行う。
【００９４】
この場合、図１６のステップＳ１０８に代えて、図２６に示すステップＳ１０９を実行する。すなわち、下式を用いて相関誤差Γ（θ）を更新する。
【００９５】
Γ（θ、β）＝Γ（θ、β）＋｜｛Ｐ（α）−Ｙ（θ−α、β）｝×Ｗ（θ）｜
上記式は、電力強度の差に対して重み係数Ｗ（θ）を乗じており、電力強度の差は、各（θ、α）における相関誤差Γを意味する。よって、上記式は、相関誤差Γを重み係数Ｗ（θ）で補正していることになる。なお、このステップＳ１０９は特許請求の範囲の相関値補正手段に相当する。
【００９６】
このように、相関誤差Γを重み係数Ｗ（θ）で補正しても、電力強度パターンを補正した場合と同様に、相関誤差Γは、電波反射物からの反射の影響が軽減されて、受信電波の偏波の違いをよく反映した値となる。よって、水平偏波の電波を選択してしまうことをより抑制できる。
【００９７】
以上、本発明の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、次の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。
【００９８】
たとえば、前述の実施形態では、３つのタグアンテナ４１２、４１４、４１６から順次送信されて受信する電波の区別を、データフレームの受信成立タイミングおよびそのデータフレームに含まれるアンテナ番号により行っていた。しかし、これ以外にも、無線タグリーダライタ１００が、無線タグ４００に対して送信に用いるタグアンテナを指示し、無線タグ４００は指示されたタグアンテナでデータフレームを送信する構成としてもよい。このようにしても、無線タグリーダライタ１００は、受信した電波がどのタグアンテナにより送信されたかを判断することができる。
【００９９】
また、前述の実施形態では、相関値として相関誤差Γを算出していた。この場合、値（相関誤差Γ）が大きいほど相関性が低いことになる。しかし、これに限られず、相関値として、相関が高いほど値が大きくなる指標を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１：アンテナ部 ３：分配器 ４：送信部 ５：受信部 ６：電力検出回路 ７：方向探知部 ８：通信制御部 １０：励振素子 １１〜１６：非励振素子 １７：接地導体 １８：可変リアクタンス回路 １９：同軸ケーブル ４１：符号部 ４２：変調部 ４３：増幅部 ５１：復調部 ５２：復号部 ５３：キャリアセンス部 ７１：記憶装置 ７２：可変リアクタンス制御部 ７３：電力パターン生成部 ７４：反射物処理部（パターン補正手段） ７５：相関処理部 ７６：方向探知信号選択部 ７７：方向推定部 １００：無線タグリーダライタ ２００：レーザセンサ ３００：コントローラ ４００：無線タグ ４１０：アンテナ部 ４１２：第１タグアンテナ ４１４：第２タグアンテナ ４１６：第３タグアンテナ ４２０：制御部 ４２２：メモリ ４２４：タイマ ４３０：送信部 ４３２：符号部 ４３４：変調部 ４３６：増幅部 ４４０：受信部 ４４２：復号部 ４４４：復調部 ４４６：キャリアセンス部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直偏波に対する水平面内の指向性を複数の設定角度に切り替え可能に構成されたアレーアンテナと、
前記アレーアンテナの指向性を複数の設定角度に順次切り替える指向性切替手段とを備え、
偏波面が互いに直交する方向となっている複数のタグアンテナからそれぞれ電波を送信する無線タグからの電波を、前記指向性切替手段により指向性を切り替えつつ前記アレーアンテナで受信して、受信した電波の到来方位を推定する無線タグリーダであって、
前記アレーアンテナによって受信した電力強度を測定する受信強度測定手段と、
前記指向性切替手段が前記アレーアンテナの指向性を順次切り替えつつ前記受信強度測定手段によって測定された電力強度から、各タグアンテナから受信した前記設定角度の１周期分の電力強度であるタグアンテナ毎の電力強度パターンを決定する電力強度パターン決定手段と、
前記アレーアンテナが垂直偏波を受信した場合の基準の電力強度パターンである参照パターンを記憶する参照パターン記憶手段と、
前記電力強度パターン決定手段が決定した電力強度パターンと前記参照パターンとの相関を表すパターン相関値をタグアンテナ毎に算出する相関値算出手段と、
到来方位の推定に用いる電波として、前記複数のタグアンテナからそれぞれ受信した電波のうち、前記相関値算出手段が算出したタグアンテナ毎のパターン相関値のうち最も相関性が高い値を示した電波を選択する選択手段とを備えることを特徴とする無線タグリーダ。
【請求項２】
請求項１において、
この無線タグリーダが設置されている周囲環境に基づいて設定角度毎に定まる重みであって、電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する重み設定手段と、
その重み設定手段で設定された重みを用いて、前記電力強度パターン決定手段が決定した各タグアンテナの電力強度パターンにおける電力強度を補正するパターン補正手段とを備え、
前記相関値決定手段は、前記パターン補正手段により補正された後の電力強度パターンと前記参照パターンとを用いて前記パターン相関値を算出することを特徴とする無線タグリーダ。
【請求項３】
請求項１において、
前記相関値決定手段は、前記電力強度パターン決定手段が決定した電力強度パターンと前記参照パターンとを用いて前記パターン相関値を算出し、
この無線タグリーダが設置されている周囲環境に基づいて設定角度毎に定まる重みであって、電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する重み設定手段と、
その重み設定手段で設定された重みを用いて、前記相関値決定手段が決定した各タグアンテナのパターン相関値を補正する相関値補正手段を備え、
前記選択手段は、前記相関値補正手段により補正された後の各タグアンテナのパターン相関値に基づいて、到来方位の推定に用いる電波を選択することを特徴とする無線タグリーダ。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記重み設定手段で設定される重みは、前記アレーアンテナと前記電波反射物との間の距離、および、その電波反射物の電波反射率の少なくとも一方に相関した値となっていることを特徴とする無線タグリーダ。
【請求項５】
請求項４において、
前記重み設定手段で設定される重みは、前記アレーアンテナと前記電波反射物との間の距離に相関した値であって、その距離が短いほど小さい値に設定されることを特徴とする無線タグリーダ。
【請求項６】
監視領域内の物体の距離と方向とを逐次測定するレーザセンサと、その監視領域を通信範囲として含んでいる請求項５に記載の無線タグリーダと、を備えた監視システムであって、
前記無線タグリーダは、
前記レーザセンサで検出された物体の距離と方向とを逐次取得できるようになっており、
前記重み設定手段で設定される重みは、前記レーザセンサから逐次取得した物体の方向に基づいて定まる設定角度に対して、前記レーザセンサから逐次取得した物体の距離に応じた値となっていることを特徴とする監視システム。
【請求項１】
垂直偏波に対する水平面内の指向性を複数の設定角度に切り替え可能に構成されたアレーアンテナと、
前記アレーアンテナの指向性を複数の設定角度に順次切り替える指向性切替手段とを備え、
偏波面が互いに直交する方向となっている複数のタグアンテナからそれぞれ電波を送信する無線タグからの電波を、前記指向性切替手段により指向性を切り替えつつ前記アレーアンテナで受信して、受信した電波の到来方位を推定する無線タグリーダであって、
前記アレーアンテナによって受信した電力強度を測定する受信強度測定手段と、
前記指向性切替手段が前記アレーアンテナの指向性を順次切り替えつつ前記受信強度測定手段によって測定された電力強度から、各タグアンテナから受信した前記設定角度の１周期分の電力強度であるタグアンテナ毎の電力強度パターンを決定する電力強度パターン決定手段と、
前記アレーアンテナが垂直偏波を受信した場合の基準の電力強度パターンである参照パターンを記憶する参照パターン記憶手段と、
前記電力強度パターン決定手段が決定した電力強度パターンと前記参照パターンとの相関を表すパターン相関値をタグアンテナ毎に算出する相関値算出手段と、
到来方位の推定に用いる電波として、前記複数のタグアンテナからそれぞれ受信した電波のうち、前記相関値算出手段が算出したタグアンテナ毎のパターン相関値のうち最も相関性が高い値を示した電波を選択する選択手段とを備えることを特徴とする無線タグリーダ。
【請求項２】
請求項１において、
この無線タグリーダが設置されている周囲環境に基づいて設定角度毎に定まる重みであって、電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する重み設定手段と、
その重み設定手段で設定された重みを用いて、前記電力強度パターン決定手段が決定した各タグアンテナの電力強度パターンにおける電力強度を補正するパターン補正手段とを備え、
前記相関値決定手段は、前記パターン補正手段により補正された後の電力強度パターンと前記参照パターンとを用いて前記パターン相関値を算出することを特徴とする無線タグリーダ。
【請求項３】
請求項１において、
前記相関値決定手段は、前記電力強度パターン決定手段が決定した電力強度パターンと前記参照パターンとを用いて前記パターン相関値を算出し、
この無線タグリーダが設置されている周囲環境に基づいて設定角度毎に定まる重みであって、電波反射物が存在する角度については、その電波反射物からの反射が大きいほど小さくなる重みを設定する重み設定手段と、
その重み設定手段で設定された重みを用いて、前記相関値決定手段が決定した各タグアンテナのパターン相関値を補正する相関値補正手段を備え、
前記選択手段は、前記相関値補正手段により補正された後の各タグアンテナのパターン相関値に基づいて、到来方位の推定に用いる電波を選択することを特徴とする無線タグリーダ。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記重み設定手段で設定される重みは、前記アレーアンテナと前記電波反射物との間の距離、および、その電波反射物の電波反射率の少なくとも一方に相関した値となっていることを特徴とする無線タグリーダ。
【請求項５】
請求項４において、
前記重み設定手段で設定される重みは、前記アレーアンテナと前記電波反射物との間の距離に相関した値であって、その距離が短いほど小さい値に設定されることを特徴とする無線タグリーダ。
【請求項６】
監視領域内の物体の距離と方向とを逐次測定するレーザセンサと、その監視領域を通信範囲として含んでいる請求項５に記載の無線タグリーダと、を備えた監視システムであって、
前記無線タグリーダは、
前記レーザセンサで検出された物体の距離と方向とを逐次取得できるようになっており、
前記重み設定手段で設定される重みは、前記レーザセンサから逐次取得した物体の方向に基づいて定まる設定角度に対して、前記レーザセンサから逐次取得した物体の距離に応じた値となっていることを特徴とする監視システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
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【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１３−６１１５１（Ｐ２０１３−６１１５１Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７７４４（Ｐ２０１１−１９７７４４）
【出願日】平成２３年９月１０日（２０１１．９．１０）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１０日（２０１１．９．１０）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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