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1. WO2020012575 - 位置推定装置

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明 細 書

発明の名称 位置推定装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006   0007  

課題を解決するための手段

0008  

発明の効果

0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための形態

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048  

符号の説明

0049  

請求の範囲

1   2   3   4  

図面

1   2   3   4   5  

明 細 書

発明の名称 : 位置推定装置

技術分野

[0001]
 本発明は、円偏波を送信可能な無線装置の位置を推定する位置推定装置に関する。

背景技術

[0002]
 無線装置としては、RF(Radio Frequency)タグがある。RFタグは、現在、物流管理、書類管理、製品の工程管理等の様々な分野で広く用いられている。
[0003]
 RFタグのなかには、円偏波を送信可能なものがある(例えば、特許文献1参照)。円偏波を採用した場合、直線偏波を採用した場合とは異なり、RFタグとアンテナとの間の相対的な姿勢変化に対応することができる。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2012-69034号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 アンテナの受信感度は、電波の入射角度によって変化する。このことに着目し、最大の電波強度が得られる方向を特定し、特定した方向を無線装置が存在する方向と推定することが行われている。この方向を特定することにより、作業者は、無線装置、無線装置が取り付けられた構造物等をより容易に捜し出すことができる。
[0006]
 最大の電波強度が得られる方向を特定するためには、アンテナの角度を変更しつつ、電波強度を確認する必要がある。そのため、方向の特定には、アンテナの角度変更を行うこともあり、長い時間が必要である。迅速な作業を作業者が行えるようにするうえで、この時間を、短縮化することが好ましい。このような時間短縮の問題は、無線装置ではなく、アンテナ、アンテナが取り付けられた構造物等が捜索対象である場合も同様である。
[0007]
 本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その目的は、円偏波を送信する捜索対象をより迅速に捜すことを可能にする位置推定装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008]
 本発明に係る位置推定装置は、アンテナが無線装置からの円偏波を受信して得られた測定結果をする入力部と、入力部が入力した測定結果を用いて、円偏波の短軸と長軸との比である軸比を算出する軸比算出部と、軸比算出部が算出した軸比を用いて、無線装置とアンテナとの間の位置関係を推定する推定部と、を備える。

発明の効果

[0009]
 本発明によれば、円偏波を送信する捜索対象をより迅速に捜すことができる。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] 本発明の実施の形態1に係る位置推定装置の機能構成例、及びその位置推定装置を用いて構築されたシステム構成例を示すブロック図である。
[図2] 受信軸比の角度による変化例を示す図である。
[図3] 本発明の実施の形態2に係る位置推定装置の機能構成例、及びその位置推定装置を用いて構築されたシステム構成例を示すブロック図である。
[図4] アンテナ毎に選択される受信角度、選択された受信角度を用いたRFタグの位置推定方法を説明する図である。
[図5] 本発明の実施の形態3に係る位置推定装置の機能構成例、及びその位置推定装置を用いて構築されたシステム構成例を示すブロック図である。

発明を実施するための形態

[0011]
 以下、本発明に係る位置推定装置の各実施の形態を、図を参照して説明する。ここでは、同じ、或いは対応する構成要素には同一の符号を付している。
[0012]
 実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1に係る位置推定装置の機能構成例、及びその位置推定装置を用いて構築されたシステムの構成例を示すブロック図である。
[0013]
 本実施の形態1に係る位置推定装置1は、例えば円偏波21を送信可能な無線装置であるRFタグ2を捜索対象として、RFタグ2が存在する位置を推定し、推定結果を表す情報を提示する装置である。位置推定装置1には、図1に示すように、測定機4、及びモニター5が接続されている。測定機4には、RFタグ2が送信する円偏波21を受信可能なアンテナ3が接続されている。それにより、システムは、位置推定装置1、アンテナ3、測定機4、及びモニター5を用いて構築された構成となっている。
[0014]
 モニター5は、情報の表示に用いられる。測定機4は、アンテナ3が受信した円偏波21の電波強度を測定し、その測定結果、つまり電波強度値をデジタル信号で位置推定装置1に出力する。なお、RFタグ2は、能動型、受動型の何れのタイプであっても良い。無線装置自体、RFタグ2に限定されない。
[0015]
 位置推定装置1は、図1に示すように、機能構成として、入力部11、軸比算出部12、角度算出部13、及び出力部14を備えている。角度算出部13は、本実施の形態1における推定部に相当する。
[0016]
 入力部11は、測定機4との間のインターフェースであり、測定機4からデジタル信号である電波強度値を入力する。軸比算出部12は、入力部11から入力した電波強度値を用いて、軸比を算出する。
[0017]
 軸比は、円偏波21の軌跡が円に近い度合いを示す指標であり、円偏波21の短軸と長軸との比である。この軸比は、RFタグ2とアンテナ3との間の位置関係によって変化する。軸比算出部12が算出する軸比は、その位置関係によって変化する軸比である。ここでは、混乱を避けるため、RFタグ2が円偏波21を送信する際の軸比を「送信軸比」、軸比算出部12が算出する軸比を「受信軸比」とそれぞれ表記して区別する。送信軸比は1、つまり短軸と長軸とは等しいと想定する。
[0018]
 アンテナ3は、例えば独立した3方向の直線偏波成分を受信可能なものである。測定機4は、直線偏波成分毎に、電波強度値、つまり振幅を測定し、その測定結果を位置推定装置1に出力する。これらの測定結果、つまり直線偏波成分毎の電波強度値は、入力部11を介して軸比算出部12に出力される。軸比算出部12は、直線偏波成分毎の電波強度値を用いて、受信軸比を算出する。受信軸比の測定に係わる参考技術文献としては、例えば特開2006-38675号公報を挙げることができる。受信軸比の測定方法は、特に限定されない。軸比をARとすると、通常、軸比ARは、20log 10|AR|のdB値で表される。
[0019]
 角度算出部13は、軸比算出部12が算出した受信軸比を用いて、アンテナ3を基準にして、円偏波21を送信したRFタグ2が存在すると推定される方向を算出する。本実施の形態1では、角度算出部13は、図1に示すように、RFタグ2が存在すると推定される方向として、その方向と、アンテナ3の正面方向8とが成す角度θを算出する。算出された角度θは、出力部14により、モニター5上に表示される。
[0020]
 図2は、受信軸比の角度による変化例を示す図である。この図2では、横軸に角度、縦軸に軸比をそれぞれ取っている。
[0021]
 アンテナ3の正面方向8から円偏波21を受信した場合、受信軸比は、送信軸比と等しくなるか、或いは略等しくなる。しかし、円偏波21を受信する方向が正面方向8から離れるほど、受信軸比は、送信軸比から異なる。言い換えれば、受信軸比は、図2に示すように、円偏波21の受信方向と、正面方向8とが成す角度θに依存して変化する。受信軸比は、その角度θが0度、つまり受信方向と、正面方向8とが一致するときに最小となり、その角度の絶対値が大きくなるほど、指数関数的に大きくなる。以降、この角度θは「受信角度θ」と表記する。
[0022]
 本実施の形態1では、このことに着目し、算出した受信軸比を用いて受信角度θを算出する。この算出は、図2に示すような受信角度θによる受信軸比の変化を近似する計算式を用意する、その変化を示すデータ、例えばテーブルを用意する、といったことにより行えるようになる。それにより、角度算出部13は、例えば受信軸比が3dBであった場合、受信角度θとして、-10度を算出することができる。図1を上面図と想定した場合、負の受信角度θは、正面方向8から右回り方向側、つまり時計回り方向側にRFタグ2が存在することを表している。正の受信角度θは、逆に、正面方向8から左回り方向側にRFタグ2が存在することを表している。
[0023]
 受信方向と、正面方向8とが一致しない場合、受信軸比により、図2に示すように、実際には正負の2つの受信角度θが算出される。そのため、算出された受信角度θの絶対値が比較的に大きい場合、作業者にとっては、RFタグ2を捜すべき方向を特定するのが困難となる。しかし、アンテナ3の正面方向8を1回、変化させることにより、作業者は、RFタグ2が存在する方向を一意的に特定することができる。
[0024]
 例えば、受信角度θとして±10°が算出された状況において、正面方向8を右回り方向に動かし、算出された受信角度θが±5°に変化した場合を想定する。この想定では、右回り方向側に動かすことにより、RFタグ2が存在する方向に正面方向8が近づいたことになる。そのため、右回り方向側に動かした後にRFタグ2が存在する方向、つまり正しい受信角度θは、-5°であると特定することができる。逆に正面方向8を左回り方向に動かし、算出された受信角度θが±15°に変化したのであれば、左回り方向側に動かした後にRFタグ2が存在すると推定される方向、つまり正しい受信角度θは、+15°であると特定することができる。
[0025]
 RFタグ2が存在すると推定される方向は、電波強度値が最大となる正面方向8を特定することにより、確認することができる。しかし、そのような正面方向8を特定する従来の手法では、数多くの測定を行わなければならない。
[0026]
 そのため、本実施の形態1では、従来の手法と比較して、作業者は、RFタグ2が存在すると推定される方向を、より迅速に確認することができる。この結果、作業者にとっては、RFタグ2、そのRFタグ2が取り付けられた構造物、或いはそのRFタグ2を所持する人である捜索対象をより迅速に捜し出すことができる。従って、作業効率も向上することとなる。
[0027]
 なお、アンテナ3の指向性は、アンテナ3によって異なる。アンテナ3によっては、正面方向8が最大感度方向と一致しない。しかし、指向性自体は、事前に確認することができる。このことから、受信角度θは、正面方向8ではなく、最大感度方向と成す角度であっても良い。
[0028]
 実施の形態2.
 上記実施の形態1は、基本的に、携帯型であることを想定している。例えば上記実施の形態1に係る位置推定装置1は、RFタグ2と通信が可能なリーダに搭載させ、作業者のより効率的な作業を支援させるようにすることもできる。これに対し、本実施の形態2は、基本的に、位置推定装置1を据え置き型として用いることを想定したものである。なお、リーダに搭載させた位置推定装置1は、アンテナ3、及び測定機4を備えた構成となる。
[0029]
 図3は、本発明の実施の形態2に係る位置推定装置の機能構成例、及びその位置推定装置を用いて構築されたシステム構成例を示すブロック図である。
[0030]
 本実施の形態2では、図3に示すように、測定機4は、少なくとも2つのアンテナ3a、3bと接続されている。この2つのアンテナ3a、3bは、同じRFタグ2が送信する円偏波21を受信可能な位置に配置されている。それにより、位置推定装置1は、測定機4から、アンテナ3a、3bの各測定結果を入力するようになっている。以降、2つのアンテナ3a、3bを区別する必要のないような場合、符号として「3」を用いる。アンテナ3a、3bの各受信角度は、それぞれθ1、θ2とし、区別する必要のないような場合、「θ」を用いる。
[0031]
 本実施の形態2に係る位置推定装置1は、図3に示すように、機能構成として、入力部11、軸比算出部12、角度算出部13、距離算出部31、及び出力部14を備えている。角度算出部13、及び距離算出部31は共に、本実施の形態2における推定部に相当する。
[0032]
 入力部11は、アンテナ3a、3bの各測定結果を測定機4から入力する。それにより、軸比算出部12は、アンテナ3毎に受信軸比を算出し、角度算出部13は、アンテナ3毎に受信角度θを算出する。
[0033]
 本実施の形態2では、RFタグ2が送信する円偏波21をアンテナ3a、3bのそれぞれが受信する状況となった場合に、受信角度θを算出するようにしている。このため、上記実施の形態1とは異なり、角度算出部13は、アンテナ3毎に2つの受信角度θを算出した後、1つの受信角度θのみを選択する。この結果、距離算出部31には、アンテナ3毎に、1つの受信角度θが出力される。
[0034]
 図4は、アンテナ毎に選択される受信角度、および選択された受信角度を用いたRFタグの位置推定方法を説明する図である。アンテナ3aの正面方向8aと、アンテナ3aとRFタグ2とを結ぶ直線で示す受信方向とが成す角度が受信角度θ1であり、アンテナ3bの正面方向8bと、アンテナ3bとRFタグ2とを結ぶ直線で示す受信方向とが成す角度が受信角度θ2である。
[0035]
 RFタグ2が送信する円偏波21をアンテナ3a、3bのそれぞれが受信する状況を想定することにより、各受信角度θ1、θ2の正負を特定することができる。これは、その想定では、正しい受信角度θ1はアンテナ3b側の角度であり、正しい受信角度θ2はアンテナ3a側の角度であるためである。図4に示す例では、受信角度θ1は正の値、受信角度θ2は負の値となる。
[0036]
 アンテナ3a、3b間の距離Dは、アンテナ3a、3bの配置時、或いはその配置の決定時に確定する。受信角度θ1、θ2が算出されることにより、アンテナ3a、3b、及びRFタグ2をそれぞれ頂点とする三角形が特定される。このことから、距離算出部31は、例えばアンテナ3aとRFタグ2との間の距離、或いはアンテナ3bとRFタグ2との間の距離を算出する。これらの距離の算出は、アンテナ3aとアンテナ3bとの間の距離、受信角度θ1、θ2、及び三角関数を用いて行うことができる。
[0037]
 出力部14は、距離算出部31から、例えば受信角度θ1、θ2、及び算出した各距離を入力し、それらの情報をモニター5上に表示させる。
[0038]
 受信角度θ1、θ2のうちの一方、及び各距離のうちの一方を情報として提供することにより、作業者は、RFタグ2、そのRFタグ2が取り付けられた構造物等である捜索対象が存在すると推定される場所を高精度に特定することができる。そのため、作業者は、上記実施の形態1と比較し、捜索対象をより迅速に捜し出すことができる。このことから、作業者は、より高い作業効率をより容易に実現できるようになる。
[0039]
 上記のように、本実施の形態2では、基本的に据え置き型を想定している。言い換えれば、捜索対象は、基本的に移動することを想定している。据え置き型では、製品の工程管理、各工程に配置されたロボットの制御、入退室管理、施設での照明連携、サービスの提供管理、等の用途に用いることができる。そのために、アンテナ3は、少なくとも2つ設置する必要がある。アンテナ3の数は特に限定されない。
[0040]
 実施の形態3.
 一般的に、受信時の電波強度は、無線装置からの距離が長くなるほど低下する。本実施の形態3は、このことに着目し、電波強度からアンテナとRFタグとの間の距離を併せて推定するようにしたものである。本実施の形態3でも上記実施の形態1と同様に、基本的には、携帯型であることを想定している。
[0041]
 図5は、本発明の実施の形態3に係る位置推定装置の機能構成例、及びその位置推定装置を用いて構築されたシステム構成例を示すブロック図である。
[0042]
 本実施の形態3に係る位置推定装置1は、図5に示すように、機能構成として、入力部11、軸比算出部12、角度算出部13、距離算出部51、位置推定部52及び出力部14を備えている。角度算出部13、距離算出部51、及び位置推定部52の何れも、本実施の形態3における推定部に相当する。
[0043]
 入力部11は、上記のように、測定機4から、アンテナ3が受信した円偏波21の測定結果として、電波強度値を入力する。本実施の形態3では、入力された電波強度値は、軸比算出部12の他に、距離算出部51に出力される。上記実施の形態1と同様に、軸比算出部12は、電波強度値を用いて受信軸比を算出し、角度算出部13は、受信軸比を用いて受信角度θを算出する。
[0044]
 距離算出部51は、電波強度値から、アンテナ3とRFタグ2との間の推定される距離を算出する。この距離の算出は、例えば電波強度値と距離との間の関係を示すデータ、例えばテーブルを用いて行うことができる。算出した距離は、位置推定部52に出力される。図5では、RFタグ2の位置で得られる電波強度値と等しい電波強度値が得られる位置を曲線60により示している。
[0045]
 位置推定部52は、角度算出部13が算出した受信角度θ、及び距離算出部51が算出した距離から特定される位置を、捜索対象が存在する位置として推定する。この推定結果は、出力部14を介して、モニター5上に表示される。
[0046]
 受信角度θの他に、距離を表示させた場合、作業者は、上記実施の形態1と比較し、捜索対象をより迅速に探し出せるようになる。そのため、作業者にとっては、作業効率をより向上させることができる。
[0047]
 位置推定装置1の位置の変化を位置推定部52が認識できる場合、例えば3軸加速度センサーを位置推定部52が備えているような場合、位置推定部52は、角度算出部13が算出する2つの受信角度θのなかで適切な方を選択することができる。これは、上記のように、位置推定部1の姿勢を含む位置毎の受信角度θの変化から、正しい受信角度θを特定できるからである。その場合、位置推定部52は、2つの受信角度θではなく、1つの受信角度θのみをモニター5に表示させる。1つの受信角度θのみを表示させることにより、作業者は、捜索対象をより迅速、且つより容易に探し出せるようになる。
[0048]
 なお、上記実施の形態1~3では、RFタグ2、そのRFタグ2が取り付けられた構造物、そのRFタグ2を所持する人等を捜索対象としているが、捜索対象は逆であっても良い。つまりRFタグ2の位置が既知であり、且つアンテナ3の円偏波21の受信による測定結果が得られるような環境では、アンテナ3、そのアンテナ3が取り付けられた構造物、そのアンテナ3を所持する人等を捜索対象としても良い。受信角度θは、RFタグ2の正面方向、或いは最大放射方向と、アンテナ3が円偏波21を受信した方向とが成す角度であっても良い。

符号の説明

[0049]
 1 位置推定装置、2 RFタグ(無線装置)、3、3a、3b アンテナ、4 測定機、5 モニター、11 入力部、12 軸比算出部、13 角度算出部(推定部)、14 出力部、31、51 距離算出部(推定部)、52 位置推定部(推定部)。

請求の範囲

[請求項1]
 アンテナが無線装置からの円偏波を受信して得られた測定結果をする入力部と、
 前記入力部が入力した前記測定結果を用いて、前記円偏波の短軸と長軸との比である軸比を算出する軸比算出部と、
 前記軸比算出部が算出した軸比を用いて、前記無線装置と前記アンテナとの間の位置関係を推定する推定部と、
 を備える位置推定装置。
[請求項2]
 前記推定部は、前記位置関係として、前記アンテナの正面方向、及び前記無線装置の最大放射方向のうちの一方と、前記アンテナが前記円偏波を受信した方向とが成す角度を推定する、
 請求項1に記載の位置推定装置。
[請求項3]
 前記推定部は、前記位置関係として、前記無線装置と前記アンテナとの間の距離を推定する、
 請求項1または2に記載の位置推定装置。
[請求項4]
 前記アンテナとして、異なる位置に配置された第1のアンテナ、及び第2のアンテナが存在する場合に、
 前記入力部は、前記第1のアンテナの測定結果である第1の測定結果、及び前記第2のアンテナの測定結果である第2の測定結果をそれぞれ入力し、
 前記軸比算出部は、前記第1の測定結果を用いて第1の軸比、及び前記第2の測定結果を用いて第2の軸比をそれぞれ算出し、
 前記推定部は、前記角度として、前記第1の軸比を用いて第1の角度、及び前記第2の軸比を用いて第2の角度をそれぞれ推定すると共に、前記第1のアンテナと前記第2のアンテナとの間の距離、前記第1の角度、及び前記第2の角度を用いて、前記第1のアンテナと前記無線装置との間の距離、及び前記第2のアンテナと前記無線装置との間の距離のうちの少なくとも一方を推定する、
 請求項2に記載の位置推定装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]