JP2016200478A - 位置推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパス環境下においてもより精度良く車両に対する携帯端末の位置を推定できる位置推定装置を提供する。
【解決手段】車載通信機１は、携帯端末からの電波を受信する第１アレイアンテナ１１Ａと、第１アレイアンテナ１１Ａが受信した電波の到来方向を推定する第１到来方向推定部１３Ａと、反射面情報を取得する反射面情報取得部１５と、携帯端末２００の位置を推定する位置推定部１６とを備える。ここでの反射面情報とは、車両周辺に存在する、携帯端末２００からの電波を反射しうる反射面の位置を示す情報である。位置推定部１６は、この反射面情報に基づいて、第１到来方向推定部１３Ａが推定した到来方向が、直接波に由来する直接到来方向であるか、反射波に由来する反射到来方向であるかの識別を行う。そして、その識別結果に基づいて携帯端末２００が存在する方向を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、到来方向推定法によって車両に対する携帯端末の位置を推定する位置推定装置に関する。

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

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

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

特開２０１２−６８１００号公報

無線通信の電波、例えば２．４ＧＨｚ帯の電波は、他車両のボディ（つまり金属板）等で反射しやすく、また、人体や水、および反射波の重ね合わせによって、大きく減衰する特性がある。

したがって、例えば自車両の周辺に他車両が駐車されている場合等といった、携帯端末から送信された電波が反射されて到達する可能性が高い環境（いわゆるマルチパス環境）下に自車両が存在する場合には、位置推定装置は、電波の到来方向として反射波が到来している方向を検出する場合がある。

そして、位置推定装置は、反射波の到来方向を携帯端末が存在する方向であると誤認識してしまうと、携帯端末の位置を誤った位置に推定することになる。つまり、マルチパス環境下においては、携帯端末の位置の推定精度が低下してしまう傾向がある。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、マルチパス環境下においてもより精度良く車両に対する携帯端末の位置を推定できる位置推定装置を提供することにある。

その目的を達成するための本発明は、車両に搭載され、車両のユーザによって携帯される携帯端末からの電波を受信する複数のアンテナ素子を備えるアレイアンテナ（１１、１１Ａ、１１Ｂ）と、アレイアンテナが受信した電波の到来方向を推定する到来方向推定部（１３、１３Ａ、１３Ｂ）と、到来方向推定部の推定結果に基づいて、車両に対する携帯端末の位置を推定する位置推定部（１６）と、車両周辺に存在する物体を検出し、その検出した物体の位置に基づいて、携帯端末からの電波を反射しうる面である反射面の、車両に対する位置及び角度を特定する反射面位置特定部（２）と、を備え、位置推定部は、到来方向推定部が推定した到来方向に、反射面位置特定部によって特定された反射面が存在するか否かを判定し、反射面が存在しない方向となっている到来方向である直接到来方向が存在する場合には、当該直接到来方向に基づいて車両に対する携帯端末の位置を推定することを特徴とする。

以上の構成では、位置推定部は、反射面位置特定部によって特定されている車両周辺の反射面の位置に基づいて、到来方向推定部が推定した到来方向に反射面が存在するか否かを判定する。

到来方向に反射面が存在するということは、その到来方向は、反射波が到来している方向（反射到来方向とする）であることを意味している。そして、反射波が到来している方向には、携帯端末が存在しない可能性が高い。

一方、到来方向に反射面が存在しないということは、その到来方向は、携帯端末から送信された電波を直接受信している方向であることを意味している。すなわち、反射面が存在しない到来方向である直接到来方向は、携帯端末が存在している方向（端末方向とする）を表している。

つまり、以上の構成において位置推定部は、反射面の位置に基づいて、到来方向推定部が推定した到来方向が、端末方向に相当する直接到来方向であるか否かを識別する。これにより、反射到来方向を端末方向であると誤判定することを抑制することができる。

したがって、以上の構成によれば、反射波が到来している方向を端末方向であると誤判定する可能性を抑制でき、その結果、マルチパス環境下においてもより精度良く車両に対する携帯端末の位置を推定できる。

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

位置推定システム１０００の概略的な構成を示すブロック図である。 第１受信部１２Ａ及び第１到来方向推定部１３Ａの概略的な構成を示すブロック図である。 位置推定部１６の作動を説明するための概念図である。 実施形態の効果を説明するための概念図である。 図４に示す状況における探索方位角θと合成受信電力の関係を示すグラフである。 変形例１における位置推定部１６の概略的な構成を示すブロック図である。 変形例１における位置推定部１６の作動を説明するための概念図である。 車載通信機１の他の態様を示すブロック図である。 変形例１の構成による効果を説明するための概念図である。

［実施形態］
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る位置推定装置を適用した位置推定システム１０００の概略的な構成の一例を示す図である。図１に示すように位置推定システム１０００は、車両に搭載されている車載システム１００と、ユーザによって携帯される携帯端末２００とを備えている。

車載システム１００と携帯端末２００は、通信範囲が例えば最大でも数十メートル程度となる所定の近距離無線通信規格に準拠した通信（近距離通信とする）を実施する。携帯端末２００は上述の近距離通信機能を備えていればよく、例えばスマートフォン等の携帯電話機を、携帯端末２００として用いることができる。もちろん、携帯端末２００は、携帯電話機に限らず、タブレット端末、ウェアラブルデバイス、携帯用音楽プレーヤ、携帯用ゲーム機等であってもよい。

ここでの近距離無線通信規格としては、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈは登録商標）や、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等を採用することができる。

また、車載システム１００と携帯端末２００との通信に用いられる通信規格は、他の通信規格に準拠した通信を実施する態様となっていてもよく、例えば周知のキーレスエントリーシステムやスマートエントリーシステムで採用されているものであってもよい。

以下、携帯端末２００及び車載システム１００の構成の一例について、より具体的に説明する。なお、便宜上、車載システム１００が搭載された車両を自車両と称する。

＜携帯端末２００の構成＞
携帯端末２００は、図１に示すように、アンテナ２１０と、送信部２２０と、通信制御器２３０とを備える。アンテナ２１０は、送信部２２０から入力された信号を、車載システム１００との近距離通信に用いられる周波数帯（例えば、２．４ＧＨｚ帯）の電波に変換して空間へ放射する。

送信部２２０は、通信制御器２３０から入力された信号を増幅、周波数変換してアンテナ２１０へ出力する。通信制御器２３０は、携帯端末２００と車載システム１００との近距離通信において、携帯端末２００側の動作を制御する。例えば通信制御器２３０は、車載システム１００に送信すべきデータに対応するベースバンド信号を生成し、送信部２２０に出力する。これによって、携帯端末２００は車載システム１００に対して所望のデータを示す信号を送信することができる。

携帯端末２００が車載システム１００に対して信号を送信する場合とは、例えば図示しないスイッチを介して、自車両の位置を知るためのユーザ操作を受け付けた場合とすればよい。

＜車載システム１００の構成＞
車載システム１００は、図１に示すように車載通信機１と、反射面特定装置２とを備える。車載通信機１は、携帯端末２００から送信された信号を受信するとともに自車両に対する携帯端末２００の位置を特定する。この車載通信機１が請求項に記載の位置推定装置に相当する。車載通信機１と反射面特定装置２とは、ＬＡＮ（Local Area Network）を介して相互通信可能に接続されている。

車載通信機１は、より細かい構成要素として、第１アレイアンテナ１１Ａ、第２アレイアンテナ１１Ｂ、第１受信部１２Ａ、第２受信部１２Ｂ、第１到来方向推定部１３Ａ、第２到来方向推定部１３Ｂ、記憶部１４、反射面情報取得部１５、及び位置推定部１６を備える。第１受信部１２Ａ、第２受信部１２Ｂ、第１到来方向推定部１３Ａ、第２到来方向推定部１３Ｂ、反射面情報取得部１５、位置推定部１６のそれぞれは、ハードウェアによって実現されてあってもよいし、ソフトウェアによって実現されてあってもよい。

第１アレイアンテナ１１Ａは、指向性アンテナの一種であり、所定の間隔をおいて線状（又は面状）に配置された複数のアンテナ素子を備える。第１アレイアンテナ１１Ａを構成する複数のアンテナ素子はそれぞれ第１受信部１２Ａと接続されている。

ここでは一例として、各アンテナ素子は、自車両の適宜設計される位置において、その配列方向が車幅方向と平行となるように線状に配列されている。つまり、第１アレイアンテナ１１Ａは、車幅方向と平行に配置された線状アレイアンテナである。便宜上、水平面において第１アレイアンテナ１１Ａを構成する各アンテナ素子の配列方向に直交する方向を０°と規定する。なお、各アンテナ素子自体は、線状アンテナであってもよいし、平面アンテナであってもよい。また、アンテナ素子の数をＮ個とする。Ｎは２以上の自然数である。

各アンテナ素子は、携帯端末２００との近距離通信に用いられる周波数帯の電波を受信し、電気信号に変換して第１受信部１２Ａに出力する。各アンテナ素子の受信信号には、アンテナ素子間の間隔と電波の到来方向に応じた位相差が生じる。その位相差に基づいて、後述する第１到来方向推定部１３Ａは、受信した電波の到来方向を推定する。

また、第１アレイアンテナ１１Ａの指向性は、後述する第１到来方向推定部１３Ａによって動的に変更される。第１アレイアンテナ１１Ａの指向性は、０°方向を基準として−９０°から＋９０°まで変更可能な構成となっている。第１アレイアンテナ１１Ａの指向性の可動範囲と設置位置とから、第１アレイアンテナ１１Ａが携帯端末２００からの信号を受信できる範囲（受信可能範囲とする）が定まる。

第２アレイアンテナ１１Ｂは、第１アレイアンテナ１１Ａと同様の構成及び機能を有する。第１アレイアンテナ１１Ａと第２アレイアンテナ１１Ｂとを区別しない場合には単にアレイアンテナ１１と記載する。

第１アレイアンテナ１１Ａと第２アレイアンテナ１１Ｂは、それぞれの受信可能範囲が略一致するように、車幅方向（又は車両前後方向）において所定の間隔を有するように自車両に設置されている。ここでは一例として、自車両の前端部において、車幅方向中央部から左右にそれぞれ一定距離（例えば０．２ｍ）離れた位置に配置されているものとする。また、各アレイアンテナ１１の受信可能範囲は、自車両の正面方向を０°方向とし、自車両の前端部から水平方向に−９０°〜＋９０°までの範囲とする。

なお、第１アレイアンテナ１１Ａ及び第２アレイアンテナ１１Ｂの設置位置はこれに限らない。例えば自車両のフロントバンパの左右コーナー部にそれぞれ配置されていてもよいし、リアバンパの左右コーナー部にそれぞれ配置されていても良い。さらに、その他の場所に設置されていても良い。自車両における各アレイアンテナ１１の設置位置を示すデータ（設置位置データ）は、記憶部１４に格納されている。記憶部１４は、例えばＲＯＭやフラッシュメモリ等の、不揮発性の記憶媒体である。

第１受信部１２Ａは、第１アレイアンテナ１１Ａの各アンテナ素子が受信した信号をデジタル信号へ変換（つまりアナログデジタル変換）して、第１到来方向推定部１３Ａに出力する。なお、第１受信部１２Ａは、受信信号から、規定帯域外の周波数成分を除去するための高周波フィルタや、信号を増幅するローノイズアンプ、搬送周波数帯から中間周波数帯に変換する周波数変換部等を備えていても良い。

第２受信部１２Ｂは、第１受信部１２Ａと同様の構成及び機能を有してあって、第２アレイアンテナ１１Ｂが受信した信号をデジタル信号へ変換して、第２到来方向推定部１３Ｂに出力する。第１受信部１２Ａと第２受信部１２Ｂとを区別しない場合には受信部１２と記載する。

第１到来方向推定部１３Ａは、周知の到来方向推定法を援用し、第１アレイアンテナ１１Ａが備える各アンテナ素子の受信信号を解析することで、第１アレイアンテナ１１Ａが受信した電波の到来方向を推定する。ここでは一例として、第１到来方向推定部１３Ａは、周知のビームフォーマ法によって到来方向を推定することとする。

つまり、第１到来方向推定部１３Ａは、各アンテナ素子に作用させる複素重みを調整することで、第１アレイアンテナ１１Ａのメインローブ（メインビーム）を走査させ、各アンテナ素子の受信信号の合成した出力電力が所定の閾値以上となる方向を探す。各アンテナ素子の受信信号の合成出力電力が所定の閾値以上となる方向が、電波の到来方向に相当する。なお、メインビームを走査させる範囲を探索範囲は、第１アレイアンテナ１１Ａを構成する各アンテナ素子の配列方向に直交する方向を基準（０°）として、−９０°から＋９０°までとする。また、複素重みとは、受信信号の位相や振幅を調整するための要素である。

以上で概略的に述べたビームフォーマ法による到来方向の推定を行うための機能ブロックとして、第１到来方向推定部１３Ａは、図２に示すように、複素重み付与部１３１Ａと、重み付け指令部１３２Ａと、相関演算部１３３Ａと、到来方向取得部１３４Ａを備える。複素重み付与部１３１Ａは、各アンテナ素子の受信信号に対して、重み付け指令部１３２Ａによって指示された複素重みを与える。なお、複素重み付与部１３１Ａは、各アンテナ素子の受信信号の振幅を調整する振幅調整器や、各アンテナ素子の受信信号の位相を調整する位相調整器を含む。

重み付け指令部１３２Ａは、複素重み付与部１３１Ａが付与すべき複素重みを調整する。複素重み付与部１３１Ａが付与すべき複素重みは、−９０°から＋９０°までの探索範囲において順に設定（変更）される角度（探索方位角とする）に応じて定まる。探索方位角は、メインローブを向ける方向に相当する。探索方位角をθとした時の、各アンテナ素子に付加する複素重みをＷ（θ）として表す場合、探索方位角θと複素重みＷ（θ）との関係は予め設定されていればよい。なお、探索方位角θは、探索範囲において一定角度ずつ変更されればよい。ここでは−９０°から＋９０°まで２°ずつ増加させることで、メインローブを探索範囲において走査させる。

相関演算部１３３Ａは、複素重みを掛けた受信信号を合成した合成出力電力を算出する。探索方位角を或る角度θとした時の合成出力電力は、メインローブをその方向θに向けた時の第１アレイアンテナ１１Ａでの受信電力に相当するものである。

到来方向取得部１３４Ａは、合成出力電力が所定の閾値以上となっている方向を到来方向として取得する。到来方向は、第１アレイアンテナ１１Ａから見て携帯端末２００が存在する方向（端末方向とする）の候補に相当する。なお、反射波が到来した方向も到来方向として検出されるため、到来方向は必ずしも端末方向とは限らない。到来方向取得部１３４Ａが取得した到来方向、すなわち端末方向の候補を示す情報を、便宜上、第１到来方向情報と称する。第１到来方向情報は、位置推定部１６に提供される。

なお、ここでは一例として、第１到来方向推定部１３Ａはビームフォーマ法によって到来方向を取得する態様としたが、これに限らない。例えば周知のＣａｐｏｎ法を用いても良い。さらに、メインローブを走査（いわゆるビーム走査）させることを基本原理とするのではなく、ヌル点を走査（いわゆるヌル走査）させることで到来方向を推定する方法を採用してもよい。ヌル走査を基本原理とする到来方向推定法としては、最小ノルム法や、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法等がある。また、その他、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）等を採用してもよい。

第２到来方向推定部１３Ｂは、第１到来方向推定部１３Ａと同様の構成及び機能を有する。つまり、第２到来方向推定部１３Ｂは、第２アレイアンテナ１１Ｂが備える各アンテナ素子に対する複素重みを調整することで、第２アレイアンテナ１１Ｂのメインローブを走査させ、第２アレイアンテナ１１Ｂでの受信電力が所定の閾値以上となる方向を到来方向として取得する。なお、第２アレイアンテナ１１Ｂでの受信電力とは、複素重みが付与された、第２アレイアンテナ１１Ｂが備える各アンテナ素子での受信信号を合成した合成出力電力に相当する。

便宜上、第２到来方向推定部１３Ｂが取得した到来方向を示す情報を、第２到来方向情報とする。なお、第１到来方向推定部１３Ａと第２到来方向推定部１３Ｂとを区別しない場合には到来方向推定部１３と記載する。

反射面情報取得部１５は、反射面特定装置２から反射面情報を取得する。反射面情報は、受信可能範囲に存在する反射面の位置を表す情報である。この反射面情報については、別途後述する。

位置推定部１６は、反射面情報、第１到来方向情報、第２到来方向情報、及び記憶部１４に格納されている設置位置データに基づいて、自車両に対する携帯端末２００の相対位置を推定する。この位置推定部１６についての詳細は、別途後述する。

反射面特定装置２は、自車両周辺の所定の範囲（検出範囲とする）に存在する所定の検出対象を検出する。また、その検出した物体の自車両に対する相対位置を特定する。

ここでの検出対象物は、例えば車両のボディや、金属製の看板、金属壁といった、携帯端末２００からの電波を反射しうる物体（電波反射体とする）を含む。なお、ここで例示した全てを検出対象とする必要はなく、その一部（例えば車両のボディ）だけを検出対象物としてもよい。

この反射面特定装置２は、例えばレーザレーダ、ミリ波レーダ、ソナー、車載カメラ、又はそれらの組み合わせによって実現されればよい。例えば、反射面特定装置２は、車載カメラとミリ波レーダの組み合わせによって実現されれば良い。そのような場合には、車載カメラの撮影画像に対して周知の画像認識処理を施して所定の検出対象物を検出するとともに、ミリ波レーダの検出結果に基づいて、その物体の相対位置を特定する。また、その際、画像認識処理の結果から、検出対象物の向きを特定することで、携帯端末２００からの信号を反射しうる面（つまり反射面）の、自車両に対する位置及び角度を特定する。

なお、レーザレーダは、レーザ光を間欠的に放射させることにより、水平方向及び高さ方向それぞれの所定角度の範囲にレーザ光を掃引照射（つまり、スキャン）することで、自車両周辺に存在する物体の相対位置及びその表面形状を特定できる。したがって、反射面特定装置２としてレーザレーダを採用する場合には、その検出結果に基づいて反射面の特定することができる。ただし、検出された表面形状から、周知のパターンマッチング処理によって、その検出物が電波反射体に属する物体であるか否かの識別をするものとする。

反射面特定装置２の検出範囲は適宜設計されれば良いが、少なくとも第１アレイアンテナ１１Ａ及び第２アレイアンテナ１１Ｂの受信可能範囲を含むように決定される。すなわち、本実施形態において反射面特定装置２の検出範囲は、自車両の正面方向を０°として、水平方向に−９０°〜＋９０°までの範囲を含む。

また、反射面特定装置２は、自車両において上記検出範囲を形成するように、適宜設計される位置に配置されればよい。例えば、反射面特定装置２は、自車両の前端部（フロントバンパやグリル）やフロントガラスの上端部付近に設けられればよい。

反射面特定装置２が特定した自車両周辺に存在する反射面の相対位置を示す情報は、反射面情報として、車載通信機１に提供される。自車両に対する反射面の相対位置は、例えば、自車両の前端部中央を原点とし、Ｘ軸とＹ軸とを水平面内にとったＸＹ座標系上の座標、又はその座標群を表す関数で表されればよい。例えば、Ｙ軸は車両前後方向に平行であって後方から前方に向かう方向を正方向とし、Ｘ軸は車幅方向に平行であって左から右に向かう方向を正方向とすればよい。この反射面特定装置２が請求項に記載の反射面位置特定部に相当する。

反射面特定装置２が反射面を検出し、反射面情報を生成する場合とは、例えば車載通信機１が携帯端末２００からの信号を受信した場合とすればよい。また、他の態様として反射面特定装置２は、自車両が駐車される時点において反射面情報を生成して車載通信機１に提供しておいてもよい。その場合、車載通信機１は、取得した反射面情報を記憶部１４に格納しておき、携帯端末２００からの信号を受信した場合に、記憶部１４から反射面情報を読み出せばよい。

＜位置推定部１６の作動について＞
位置推定部１６は、反射面情報に基づいて、第１到来方向情報に示される到来方向が、直接波に由来して検出された到来方向であるか、反射波に由来して検出された到来方向であるかを識別する。より具体的には、反射面情報を参照し、識別の対象とする到来方向の方位に反射面が存在している場合には、その到来方向を、反射波に由来して検出された到来方向であると判定する。また、到来方向の方位に反射面が存在していない場合には、その到来方向を、直接波に由来して検出された到来方向であると判定する。

直接波に由来して検出された到来方向とは、携帯端末２００が存在する方向（つまり端末方向）に相当する。便宜上、直接波に由来して検出された到来方向を直接到来方向と称し、反射波に由来して検出された到来方向を反射到来方向と称する。反射面情報に示される到来方向が複数存在する場合には、それぞれに対して上記識別を実施する。

また、位置推定部１６は、第２到来方向情報に示される到来方向に対しても、反射面情報に基づいて、その到来方向が直接到来方向であるか反射到来方向であるかを識別する。

図３は、位置推定部１６の作動を説明するための概念図であって、携帯端末２００から送信された電波がアレイアンテナ１１で受信されるまでの伝搬環境を表している。図中の一点鎖線は、反射面情報に示される反射面３０１の位置を表している。また、便宜上、電波の送信源である携帯端末２００の位置を丸印で表す。

この図３に示す状況において、各アレイアンテナ１１は、反射面３０１で反射されて到来した電波（つまり反射波）と、直接到来した電波（直接波）のそれぞれを受信する。実線矢印は、携帯端末２００から送信された信号が直接アレイアンテナ１１に到達する経路を表しており、破線矢印は、携帯端末２００から送信された信号が反射面３０１で反射されてアレイアンテナ１１に到達する経路を表している。

一例として、第１アレイアンテナ１１Ａにおける反射波の到来方向をθ１１とし、直接波の到来方向をθ１２とする。また、第２アレイアンテナ１１Ｂにおける反射波の到来方向をθ２１とし、直接波の到来方向をθ２２とする。

その結果、位置推定部１６は、第１到来方向情報として、直接波に由来するθ１１と反射波に由来するθ１１の２つの到来方向を取得する。また、第２到来方向情報として、直接波に由来するθ２１と反射波に由来するθ２２の２つの到来方向を取得する。

第１到来方向情報を取得すると、位置推定部１６は、反射面情報を参照し、第１アレイアンテナ１１Ａからみて到来方向θ１１の方位に反射面が存在するか否かを判定する。図３においては到来方向θ１１の方位に反射面が存在していないため、到来方向θ１１を直接到来方向であると判定する。また、位置推定部１６は、第１アレイアンテナ１１Ａからみて到来方向θ１２の方位に反射面が存在するか否かを判定する。到来方向θ１２の方位に反射面３０１が存在しているため、到来方向θ１２を反射到来方向であると判定する。

なお、位置推定部１６は、記憶部１４に格納されている設置位置データに基づいて、第１アレイアンテナ１１Ａと第２アレイアンテナ１１Ｂの位置を、前述のＸＹ座標系の点として表し、各アレイアンテナ１１と反射面との位置関係を、ＸＹ座標系で認識すればよい。そして、そのＸＹ座標系において第１アレイアンテナ１１Ａからみた到来方向θ１１の方位や到来方向θ１２の方位に反射面３０１が存在するか否かを判定すればよい。

また、位置推定部１６は、第２到来方向情報に示される到来方向θ２１、θ２２のそれぞれに対しても同様に、反射面情報を参照して、到来方向θ１１を直接到来方向、到来方向θ１２を反射到来方向であると判定する。

そして、位置推定部１６は、第１到来方向情報に示される直接到来方向θ１１と第２到来方向情報に示される直接到来方向θ２１と、各アレイアンテナ１１の設置位置から、三角測量の原理によって、携帯端末２００の相対位置を特定する。

なお、本実施形態では一例として各アレイアンテナ１１に由来する直接到来方向θ１１、θ２１に基づいて携帯端末２００の相対位置を推定する態様とするがこれに限らない。後述する変形例１のように、携帯端末２００の相対位置を特定するために反射到来方向を利用してもよい。

＜本実施形態の効果＞
ここでは図４及び図５を用いて、従来技術における課題について述べ、その後、本実施形態の効果について説明する。図４は、携帯端末２００から送信された電波がアレイアンテナ１１で受信されるまでの伝搬経路の一例を示す概念図である。図４に示す３００は、他車両のボディ等の金属体（すなわち電波反射体）を表しており、４００は、人体等の電波を減衰させる物体（電波減衰体とする）を表している。電波減衰体は電波を透過させるものの、その信号強度を低下させる。電波反射体３００は、携帯端末２００から送信された電波をアレイアンテナ１１が存在する方向に反射するような位置及び形状で存在しており、また、電波減衰体４００は、携帯端末２００とアレイアンテナ１１とを結ぶ直線上に存在している。

そのような状況において、アレイアンテナ１１は、電波反射体３００で反射されて到来した電波（つまり反射波）と、電波減衰体４００を透過して到来した電波（透過波）のそれぞれを受信する。一例として、電波反射体３００からの反射波は、アレイアンテナ１１にとって４５°の方向から到来し、透過波は、０°の方向から到来するものとする。なお、透過波は、その到来方向は携帯端末２００が存在する方向と一致するという観点から、直接波に属するものとする。

図５は、図４に示す状況において到来方向推定部１３が取得する、探索方位角と合成受信電力との関係を示すグラフである。電波反射体３００からの反射波が十分な強度を保ったままアレイアンテナ１１で受信された場合、アレイアンテナ１１にとって４５°方向から到来するため、４５°方向において到来方向を検出する。

なお、複数回反射された電波は十分に減衰されて、閾値Ｔｈ以下となるため、無視することができる。つまり、ここでの反射波としては、携帯端末２００から送信されてから１回だけ反射されて到来する電波を想定すればよい。

また、透過波が十分な強度を保ったままアレイアンテナ１１で受信された場合、この透過波はアレイアンテナ１１にとって０°方向から到来するため、０°方向において到来方向を検出する。

一般的には、携帯端末２００から送信された電波が、反射体で反射されずに、直接アレイアンテナ１１で受信された時の到来した電波の合成受信電力は、反射波の合成受信電力よりも大きくなる傾向が強い。しかしながら、直接波であっても、透過波となっていたり、反射波の干渉を受けたりしている場合には、その合成受信電力が、反射波の合成受信電力よりも小さくなることがある。図５は一例として、直接波が透過波となっていることにより、その合成受信電力が反射波の合成受信電力よりも小さくなっている場合を表している。

つまり、この図５に示すように、合成受信電力が最も大きくなる方向が、直接到来方向とは限らない。したがって、到来方向が複数検出された場合、合成受信電力の大小関係に基づいて、それらの複数の到来方向が直接到来方向を示しているか否かを識別することは困難といえる。そして、反射到来方向を直接到来方向と誤判定してしまった場合には、携帯端末２００の位置を実際の位置とは異なる位置に推定してしまう。

このようなことから従来技術においては、携帯端末２００から送信された信号が反射されてアレイアンテナ１１に到達する可能性が高い環境（いわゆるマルチパス環境）下に自車両が存在する場合には、位置推定精度が低下してしまうといった課題があった。

一方、本実施形態の構成によれば、位置推定部１６は、反射面情報に基づいて、到来方向が、直接到来方向であるか反射到来方向であるかを識別する。したがって、反射到来方向を、端末方向に相当する直接到来方向であると誤認識する恐れを低減でき、それに伴って、自車両がマルチパス環境下であっても、より精度よく携帯端末２００の位置を推定することができる。

また、反射面が複数存在し、複数の反射波を受信している場合であっても、反射波と反射面上の点（反射点）との組み合わせは、１対１に対応付けることができる。したがって、反射面（言い換えれば電波反射体）が複数存在することに起因して、位置推定精度が低下することはない。また、次に述べる変形例１や変形例２の概念を本実施形態に導入した態様とすれば、反射面が複数存在するということは、携帯端末２００の位置を推定するための情報が増加することになり、より精度よく位置を推定できるようになる。

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、以降の変形例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。

［変形例１］
以上では、２つのアレイアンテナ１１のそれぞれにおける直接到来方向に基づいて携帯端末２００の相対位置を推定する態様を例示した。つまり、携帯端末２００の相対位置を推定する上で、反射到来方向を利用しない態様を例示したが、これに限らない。この変形例１では、携帯端末２００の相対位置を特定するために、反射到来方向を利用する態様を例示する。

この変形例１における位置推定部１６は、機能ブロックとして図６に示すように、反射点特定部１６１と、間接端末方向特定部１６２を備える。

反射点特定部１６１は、反射到来方向と反射面情報とから、携帯端末２００から送信された電波がアレイアンテナ１１で受信されるまでの過程において反射された位置を特定する。反射点の位置は例えばＸＹ座標系における座標として表されればよい。また、間接端末方向特定部１６２は、反射点における反射面の角度と反射到来方向とから、反射点からみて携帯端末２００が存在する方向（間接端末方向とする）を特定する。

この反射点特定部１６１と間接端末方向特定部１６２の作動について、図７を用いてより具体的に説明する。図７は、図３と同様に、携帯端末２００から送信された電波がアレイアンテナ１１で受信されるまでの伝搬環境を表す概念図である。図中の一点鎖線は、反射面情報に示される反射面３０１の位置を表している。また、実線矢印は携帯端末２００から送信された電波が直接第１アレイアンテナ１１Ａに到達するまでの経路を、破線矢印は携帯端末２００から送信された電波が反射面３０１で反射されて直接第１アレイアンテナ１１Ａに到達するまでの経路を、それぞれ表している。角度θ１１は、第１アレイアンテナ１１Ａにおける直接到来方向を表しており、角度θ１２は、第１アレイアンテナ１１Ａにおける反射到来方向を表している。また、角度θ３は、反射面３０１上の反射点３０２における第１アレイアンテナ１１Ａの０°方向（ここではＹ軸）に対する角度を表している。

なお、便宜上、第２アレイアンテナ１１Ｂに関連する部分は省略し、第１アレイアンテナ１１Ａが受信する電波の到来方向に関わる部分について説明する。もちろん、第２アレイアンテナ１１Ｂについても、以降で述べる概念を適用することができる。

図７に示す状況において、反射点特定部１６１は、ＸＹ座標系における第１アレイアンテナ１１Ａの位置と、反射到来方向θ１２と、反射面３０１を構成する座標群（又は関数）とから、反射点３０２の位置を特定する。

次に、間接端末方向特定部１６２は、反射点特定部１６１が特定した反射点３０２における反射面３０１の接線とＹ軸との角度θ３を算出する。そして、角度θ３と反射到来方向θ１２とから、反射点３０２から見た携帯端末２００が存在する方向（つまり間接端末方向）θ４を特定する。なお、間接端末方向θ４は、反射到来方向θ１２に、角度θ３を２倍した値を加えた値となる。つまり、θ４＝θ１２＋２＊θ３となる。

以上のようにして反射点３０２の位置、間接端末方向θ４、第１アレイアンテナ１１Ａの位置、第１アレイアンテナ１１Ａにおける直接到来方向θ１１は何れも既知となる。したがって、反射点３０２と第１アレイアンテナ１１Ａの設置位置を結ぶ線分を基線として、三角測量の原理を適用することで、間接端末方向θ４と直接到来方向θ１１とから携帯端末２００の相対位置を推定することができる。つまり、位置推定部１６は、第１アレイアンテナ１１Ａにおける反射到来方向を利用することで、第２アレイアンテナ１１Ｂにおける直接到来方向（及び反射到来方向）を用いなくても、携帯端末２００の相対位置を特定することができる。

従来技術や上述の実施形態においては、三角測量の原理を利用して携帯端末２００の相対位置を特定するためには、２つのアレイアンテナ１１を必要とする。一方、この変形例１の構成によれば、１つのアレイアンテナ１１によって、携帯端末２００の位置を推定することができる。

したがって、この変形例１の構成によれば、車載通信機１がアレイアンテナ１１を１つしか備えていない構成であっても（図８参照）、そのアレイアンテナ１１が直接波と反射波を受信できている場合には携帯端末２００の位置を推定できるようになる。また、変形例１の構成によれば、複数のアレイアンテナ１１を備えているものの、１つのアレイアンテナ１１でしか携帯端末２００からの電波を受信できていない場合であっても、そのアレイアンテナ１１が直接波と反射波を受信できている場合には、携帯端末２００の位置を推定できる。

さらに、この変形例１の構成によれば、図９に示すように、携帯端末２００からの直接波を受信できていない場合であっても、複数の方向からの反射波を受信できている場合には、携帯端末２００の相対位置を推定することができる。具体的には、反射点特定部１６１が、複数の反射到来方向のそれぞれに対応する反射点を特定し、間接端末方向特定部１６２は、それぞれの反射点に対応する間接端末方向を特定する。そして、複数の反射点と間接端末方向の組み合わせから、三角測量の原理によって携帯端末２００の位置を特定する。

なお、携帯端末２００からの直接波を受信できない場合とは、携帯端末２００とアレイアンテナ１１とを結ぶ直線上に電波反射体３００等が存在する場合や、直接波の信号強度を十分に減衰しうる電波減衰体４００が存在する場合等である。図９における３０１Ａ及び３０１Ｂは、反射面情報に示されている反射面を表しており、θ１２及びθ１３は、反射到来方向を表している。

［変形例２］
上記変形例１では、第１アレイアンテナ１１Ａにおける直接到来方向と、第１アレイアンテナ１１Ａにおける反射到来方向から定まる反射点３０２にとっての間接到来方向とから、携帯端末２００の相対位置を推定する態様を例示したが、これに限らない。

第１アレイアンテナ１１Ａにおける直接到来方向と、第２アレイアンテナ１１Ｂにおける反射到来方向から定まる反射点にとっての間接到来方向とから、携帯端末２００の相対位置を推定してもよい。また、その逆に、第２アレイアンテナ１１Ｂにおける直接到来方向と、第１アレイアンテナ１１Ａにおける反射到来方向から定まる反射点にとっての間接到来方向とから、携帯端末２００の相対位置を推定してもよい。

さらに、第１アレイアンテナ１１Ａにおける反射到来方向から定まる反射点にとっての間接到来方向と、第２アレイアンテナ１１Ｂにおける反射到来方向から定まる反射点にとっての間接到来方向とに基づいて、携帯端末２００の相対位置を推定してもよい。

また、第１アレイアンテナ１１Ａにおける直接到来方向と第２アレイアンテナ１１Ｂにおける直接到来方向とから定まる携帯端末２００の位置を、任意の反射点からみた携帯端末２００が存在する方向に基づいて補正してもよい。

１０００ 位置推定システム、１００ 車載システム、１ 車載通信機（位置推定装置）、１１ アレイアンテナ、１１Ａ 第１アレイアンテナ、１１Ｂ 第２アレイアンテナ、１２ 受信部、１２Ａ 第１受信部、１２Ｂ 第２受信部、１３ 到来方向推定部、１３Ａ 第１到来方向推定部、１３Ｂ 第２到来方向推定部、１４ 記憶部、１５ 反射面情報取得部、１６ 位置推定部、１３１Ａ 複素重み付与部、１３２Ａ 重み付け指令部、１３３Ａ 相関演算部、１３４Ａ 到来方向取得部、１６１ 反射点特定部、１６２ 間接端末方向特定部、２ 反射面特定装置（反射面位置特定部）、２００ 携帯端末

Claims (6)

1. 車両に搭載され、
   前記車両のユーザによって携帯される携帯端末からの電波を受信する複数のアンテナ素子を備えるアレイアンテナ（１１、１１Ａ、１１Ｂ）と、
   前記アレイアンテナが受信した電波の到来方向を推定する到来方向推定部（１３、１３Ａ、１３Ｂ）と、
   前記到来方向推定部の推定結果に基づいて、前記車両に対する前記携帯端末の位置を推定する位置推定部（１６）と、
   前記車両の周辺の所定範囲に存在する物体を検出し、その検出した物体の位置に基づいて、前記携帯端末からの電波を反射しうる面である反射面の、前記車両に対する位置及び角度を特定する反射面位置特定部（２）と、を備え、
   前記位置推定部は、
   前記到来方向推定部が推定した前記到来方向に、前記反射面位置特定部によって特定された前記反射面が存在するか否かを判定し、前記反射面が存在しない方向となっている前記到来方向である直接到来方向が存在する場合には、当該直接到来方向に基づいて前記車両に対する前記携帯端末の位置を推定することを特徴とする位置推定装置。
2. 請求項１において、
   前記位置推定部は、前記到来方向推定部が推定した前記到来方向に前記反射面が存在する場合には、その到来方向を、前記携帯端末から送信された電波が反射されて到来している方向である反射到来方向として認識し、
   前記反射到来方向と前記反射面の位置とから、前記携帯端末から送信された電波が前記アレイアンテナで受信されるまでの過程において反射された位置である反射点を特定する反射点特定部（１６１）と、
   前記反射点特定部が特定した前記反射点における前記反射面の角度と、前記反射到来方向とに基づいて、前記反射点からみて前記携帯端末が存在する方向である間接端末方向を特定する間接端末方向特定部（１６２）と、を備え、
   前記位置推定部は、前記反射点特定部が特定した前記反射点の位置と、前記間接端末方向特定部が特定した前記間接端末方向とに基づいて、前記携帯端末の位置を推定できることを特徴とする位置推定装置。
3. 請求項２において、
   前記位置推定部は、前記アレイアンテナの前記車両における設置位置と、前記アレイアンテナにおける前記直接到来方向と、前記反射点の位置と、前記間接端末方向特定部が特定した前記間接端末方向とに基づいて前記携帯端末の位置を推定することを特徴とする位置推定装置。
4. 請求項２又は３において、
   前記アレイアンテナとして、それぞれ異なる位置に設けられている第１アレイアンテナ及び第２アレイアンテナを備え、
   前記到来方向推定部は、前記第１アレイアンテナ及び前記第２アレイアンテナのそれぞれにおいて受信されている電波の到来方向を推定し、
   前記位置推定部は、
   前記第１アレイアンテナにおける前記直接到来方向と、前記第２アレイアンテナにおける前記直接到来方向を取得できている場合には、それら各前記アレイアンテナにおける当該直接到来方向に基づいて前記車両に対する前記携帯端末の位置を推定することを特徴とする位置推定装置。
5. 請求項４において、
   前記第１アレイアンテナ及び前記第２アレイアンテナの何れか一方における前記直接到来方向が取得できておらず、かつ、前記第１アレイアンテナ及び前記第２アレイアンテナの少なくとも何れか一方において前記反射到来方向を取得できている場合には、
   前記反射点特定部は、その取得できている前記反射到来方向から前記反射点を特定し、
   前記間接端末方向特定部は、前記反射点特定部が特定した前記反射点における前記反射面の角度と前記反射到来方向とに基づいて前記間接端末方向を特定し、
   前記位置推定部は、前記直接到来方向が取得できているほうの前記アレイアンテナの設置位置と、その取得できている前記直接到来方向と、前記反射点の位置と、前記反射点にとっての前記間接端末方向とに基づいて、前記携帯端末の位置を推定することを特徴とする位置推定装置。
6. 請求項２から４の何れか１項において、
   複数の前記反射到来方向を取得できている場合、
   前記反射点特定部は、それぞれの前記反射到来方向に対応する前記反射点を特定し、
   前記間接端末方向特定部は、前記反射点特定部が特定した前記反射点のそれぞれに対応する前記間接端末方向を特定し、
   前記位置推定部は、複数の前記反射点の位置と、各前記反射点に対応する前記間接端末方向に基づいて、前記携帯端末の位置を推定することを特徴とする位置推定装置。

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