JP5309569B2

JP5309569B2 - 方向検出システム

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Publication number: JP5309569B2
Application number: JP2008004268A
Authority: JP
Inventors: 祥史川崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-01-11
Also published as: US8354961B2; US20090179799A1; JP2009168498A

Description

本発明は、電波の到来方向を検出する方向検出システム並びに方向検出装置に係り、特に、送信機及び受信機ともに固定ではなく移動体であり、又は、１つの移動体に送受信機がともに搭載される方向検出システム並びに方向検出装置に関する。

さらに詳しくは、本発明は、複数の受信アンテナを用いて受信信号の送信元を簡素に特定する方向検出システム並びに方向検出装置に係り、特に、複数の受信部を非常に近く配置するとともに位置検索用の同期信号が不要となる方向検出システム並びに方向検出装置に関する。

近年、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）を始めとして無線通信技術が広範に普及している。例えば、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの情報機器だけでなく、デジタルカメラや音楽プレーヤ、携帯電話などの小型軽量のＣＥ（ＣｏｎｓｕｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）機器にも無線ＬＡＮ機能を搭載することが一般的となりつつある。無線通信の多くは無指向アンテナにより柔軟な接続を可能にする。これに対し、携帯機器に無線ＬＡＮが搭載された場合にはアンテナが小型であることが求められ、また、指向性アンテナを用いて、比較的近い距離において機器をかざした特定の通信相手と接続するといったアプリケーションが想定される。このようなアプリケーションでは、電波の到来方向や位置をより正確に検出若しくは推定する技術が必要になってくる。また、送信機及び受信機ともに固定ではなく移動体であること、若しくは、１つの移動体に送受信機がともに搭載されることが望まれる。

例えば、発生源信号を生成する２つの信号源と、発生源信号を送信して物体からの反射信号を受信し、発生源信号又は反射信号のいずれかに位相シフトを導入して複数の信号パターンを生成するよう構成された２本のアンテナと、反射信号を受信して複数の信号パターンにおける位置情報及び位相情報に基づいて物体の方向信号を決定するようプログラムされた情報処理装置で構成され、特定レンジの外にある物体からそのレンジ内の物体を識別することができ、物体が自動車に接近する方向を決定することができるセンサシステムについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

また、クロック信号の周期よりも遅延量が短い遅延素子を設けて、クロック信号を遅延させた遅延クロック信号あるいは応答信号を遅延させた遅延応答信号を生成し、測距信号の送出時にクロック信号及び遅延クロック信号、あるいはクロック信号及び遅延応答信号を用いてカウント動作を開始して、カウント動作によって得たカウント値と応答信号、あるいはカウント値とクロック信号に基づき、クロック信号を用いたカウント動作のカウントタイミングと応答信号の受信タイミングとのタイミング差を検出して、応答信号を受信したときのカウント値と検出したタイミング差を用いて無線通信装置間の距離を算出する無線通信システムについて提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。

一般に、無線通信では、送信側からは全方向へと通信信号が放射されるため、位置検索は、（１）異なる場所から発生される複数の送信機からの信号より検出する、又は、（２）異なる位置にある複数の受信機から検出する、のいずれかの方法により実現される。

しかしながら、位置検索のためには、機器間の配置距離を離す、あるいは、信号に位置検索用の同期信号を用いる、といった対策が必要となり、コストが増大する。

また、一対のアンテナ間の位相差を位相差測定器で測定し、アンテナ間の時間差を時間差測定器で測定し、方位演算装置で上記の位相差及び時間差から到来信号の方位を演算する方位測定装置について提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。しかしながら、この方位測定装置では、平面での方向検知は可能であるが、空間での方向検知は不可能である。

特開２００５−９１３６５号公報特開２００７−４７０４７号公報特開平６−２７３５０４号公報

本発明の目的は、送信機及び受信機ともに固定ではなく移動体であり、又は、１つの移動体に送受信機がともに搭載され、電波の到来方向を好適に検出することができる、優れた方向検出システム並びに方向検出装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、複数の受信アンテナを用いて受信信号の送信元を簡素に特定することができる、優れた方向検出システム並びに方向検出装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、複数の受信部を非常に近く配置するとともに位置検索用の同期信号が不要となる優れた方向検出システム並びに方向検出装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、
単一のキャリアを発生する送信機と、
それぞれ受信アンテナを備えた複数の受信機と、
各受信機の受信信号間の位相差を比較する位相比較部と、
位相差の比較結果を基に方向検出のための演算処理を行なう情報処理部と、
を具備することを特徴とする方向検出システムである。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。

例えば、比較的近い距離において機器をかざした特定の通信相手と接続するといった無線通信のアプリケーションでは、電波の到来方向や位置をより正確に検出若しくは推定する技術が必要となる。また、送信機及び受信機ともに固定ではなく移動体であること、若しくは、１つの移動体に送受信機がともに搭載されることが望まれる。

本発明に係る方向検出システムは、単一のキャリア（具体的には、ミリ波帯の周波数）を発生する送信機と、それぞれ受信アンテナを備えた複数の受信機と、各受信機の受信信号間の位相差を比較する位相比較部と、位相差の比較結果を基に方向検出のための演算処理を行なう情報処理部で構成される。

ここで、各受信機の受信アンテナは、無指向、又は同じ指向性で構成される。また、送信信号の波長λとすると、アンテナ間隔は、λ／２以下の距離で配置される。

方向検出は、各受信機で受信した複数の信号間の位相差を用いるが、位相差検知を行なう際に、各受信機において、各受信信号をそれぞれミキサで中間周波数帯に一旦ダウンコンバートし、変換された中間周波数をさらにデジタル信号に変換し、位相比較部では、複数のデジタル信号を用いて位相差を検知する。そして、情報処理部は、検知した位相差を用いて方向を計算により求める。

このように、本発明に係る方向検出システムによれば、複数のアンテナより受信した信号を中間周波数に変換し、各信号間の位相差を検出することで、簡易に送信機の方位検出を行なうことができる。

また、送信機は、単一のキャリアを発生するだけでよいので、実装が容易である。単一のキャリアとしてミリ波対の周波数を用いることで、波長自体が短いことからアンテナ自体を小さく作成することが可能であり、また、複数の受信部を非常に近く配置することが可能である。

また、受信信号をダウンコンバートするミキサは、単一の発振器からの発振周波数を用いて周波数合成を行なうことにより、受信時の発振器の同期をとる必要がなくなる。

位相比較部は、比較対象となる２つのデジタル受信信号の排他的論理和をとるＥＸＯＲで構成することができる。このＥＸＯＲの出力と、比較対象となる２つのデジタル受信信号のうち一方との論理積をとってダウンコンバートした後の受信信号の周期Ｔ_ifを求めることができる。そして、情報処理部は、前記ＥＸＯＲが出力する位相差τと、ダウンコンバートした後の受信信号の周期Ｔ_ifを基に求められる各受信アンテナでの受信時の位相差ξから、受信アンテナを結ぶ直線と送信アンテナと受信アンテナを結ぶ直線のなすアンテナ角θを計算することができる。

このようなアンテナ角θの計算方法によれば、送信機の方角θを求めることはできるが、実際の方向は受信アンテナの位置に応じて２通りが考えられる。このため、正確な方角を導出する必要がある。

送信信号の波長をλとすると、受信アンテナＡＢ間の距離はλ／２よりも小さいので、受信信号のアンテナ間における位相差は、最大で１８０度となる。つまり、一方の受信アンテナＡの受信信号を他方の受信アンテナＢの受信信号の位相と比較したときの位相差は、最大１８０度の進み乃至最大１８０度の遅れの範囲内にある。また、送受信アンテナの位置関係に応じて、一方の受信アンテナの受信信号の位相は他方の受信アンテナの受信信号の位相に対し０〜１８０度だけ進み、あるいは０〜１８０度だけ遅れる。よって、受信アンテナＡ、Ｂの受信信号の位相差を求めることができれば、送受信アンテナの位置関係を分類することが可能である。

さらに、位相比較部としてのＥＸＯＲの出力信号と、このＥＸＯＲの出力と一方のデジタル受信信号との論理和信号との間には、受信信号の位相差（言い換えれば、送受信アンテナの位置関係）に応じて、立ち上がりタイミング又は立ち下がりタイミングが一致するという関係がある。

そこで、情報処理部は、ＥＸＯＲの出力と比較対象となる２つのデジタル受信信号のうち一方との論理積と、比較対象となる２つのデジタル受信信号のうち他方とが同時に変化するタイミングにおける各信号の立ち上がり並びに立ち下がりの状況に基づいて、比較対象となる２つのデジタル受信信号のうちいずれの位相が遅れているかを特定して、送信アンテナの方角を求めるようにすればよい。

本発明によれば、複数の受信アンテナを用いて受信信号の送信元を簡素に特定することができる、優れた方向検出システム並びに方向検出装置を提供することができる。

また、本発明によれば、複数の受信部を非常に近く配置するとともに位置検索用の同期信号が不要となる優れた方向検出システム並びに方向検出装置を提供することができる。

本発明に係る方向検出システムによれば、複数のアンテナより受信した信号を中間周波数に変換し、各信号間の位相差を検出することで、簡易に送信機の方位検出を行なうことができる。方向検波には位相情報のみを用いるので、複数の受信機間の受信信号強度のバラツキを考慮する必要はない。

また、本発明に係る方向検出システムでは、送受信機で用いる発振器の同期をとる必要がない。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

本発明の一実施形態に係る方向検出システムは、単一のキャリアを発生する送信機と、それぞれ受信アンテナを備えた複数の受信機と、各受信機の受信信号間の位相差を比較する位相比較部と、位相差の比較結果を基に方向検出のための演算処理を行なう情報処理部で構成される。

図１には、本実施形態に係る方向検出システムにおいて使用される送信機の構成を示している。図示の送信機は、発振器１０１と、アンプ１０２と、送信アンテナ１０３で構成され、発振器１０１により励起された単一の周波数からなるキャリア信号を、アンプ１０２にて電力増幅した後、送信アンテナ１０３にて空中に放出する。

発振器１０１が発振する周波数は、具体的には、ミリ波帯である。ミリ波帯の周波数は、１波長が１０ミリメートル（３０ＧＨｚ）〜１ミリメートル（３００ＧＨｚ）である周波数の電波であり、波長が非常に短い、空気中での伝搬損失が非常に大きい、電波の直進性が強い、という特徴がある。このため、ある程度の伝搬距離が必要となるシステムでは、ユーザによってアンテナの位置合わせを行なう必要がある。波長自体が短いために、アンテナ自体を小さく作成することが可能であり、また、複数の受信部を非常に近く配置することが可能である。以下では、送信信号の周波数をλとする。

なお、ミリ波を使用した無線通信技術は最近脚光を浴びており、その中でも、免許が不要で利用できる６０ＧＨｚ帯を使ったものが新たな通信手段として注目されている。送信出力が１０ｍＷ以下の範囲内であれば、１送信機当たり帯域幅２．５ＧＨｚを利用することが許される。この許容範囲を有効に生かすことで、１Ｇｂｐｓ以上という高速無線通信が可能であり、その通信速度は、現在開発が進められているＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ）をも上回る。

また、図２には、本実施形態に係る方向検出システムにおいて使用される受信機の構成を示している。図示の受信機は、２本の受信系統からなり、各受信系統で共用される発振器２０１と、一対の受信アンテナ２０２及び２０３と、各受信アンテナ２０２及び２０３に対してそれぞれ設けられたミキサ２０４及び２０５、フィルタ（ＬＰＦ）２０６及び２０７、並びに、ＡＤ変換器２０８及び２０９と、ダウンコンバートされたデジタル受信信号間の位相を比較する位相比較器２１０と、位相差から方向を演算で求める情報処理部２１１を備えている。受信アンテナ２０２及び２０３は、送信信号の波長λに対し、λ／２以下の距離で配置される。

図１に示した送信機から放出される単一周波数からなる送信信号は、受信機側では各受信アンテナ２０２及び２０３でそれぞれ受信される。ミキサ２０４及び２０５は、各受信信号を発振器２０１からの単一の周波数により中間周波数（ＩＦ）信号にダウンコンバートする。各フィルタ（ＬＰＦ）２０６及び２０７は、これら中間周波数信号に含まれる高調波成分を除去する。そして、ＡＤ変換器２０８及び２０９は、各中間周波数信号をデジタル信号に変換する。位相比較器２１０は、このようにして別々にデジタル化された受信信号の位相を比較し、情報処理部２１１は、検知した位相差を用いて送信機のある方向を計算により求める。

図３には、送信アンテナ１０３と、受信アンテナ２０２及び２０３の配置例を示している。送信アンテナ１０３より、距離ａだけ離れた位置に配置されている複数の受信アンテナ２０２及び２０３に信号を送信する。なお、受信アンテナ間の距離ａはλ／２以下の距離である。以下の説明では、送信アンテナより遠方の受信アンテナを受信アンテナＡとし、近傍のアンテナを受信アンテナＢとする。

図示のように、各受信アンテナＡ及びＢより送信アンテナへとそれぞれ直線を引く。受信アンテナＡと送信アンテナを結ぶ直線と、受信アンテナＡＢ間を結ぶ直線とのなす角をθとする。以下では、角度θを「アンテナ角」とも呼ぶ。また、受信アンテナＡと送信アンテナを結ぶ直線に対し受信アンテナＢから垂線を下ろしたときの交点と受信アンテナＡとの距離をｂとする。

送信機から発振するミリ波は波長が短いことから、送受信アンテナ間の距離に対して、受信アンテナＡＢ間の距離ａは非常に小さくなる。したがって、角θと、各受信アンテナＡ及びＢで受信する信号の位相差ξの間には、以下の式（１）、（２）のような関係が成り立つ。但し、ｃは光速であり、ｆ_rxは受信信号の周波数である。

図４には、図２に示した受信機のうち位相比較器２１０の内部構成を詳細に示している。同図では、各ＡＤ変換器２０８及び２０９はコンパレータで構成され、位相比較器はＥＸＯＲで構成される。また、デジタル信号の周期を測定するために、ＥＸＯＲ出力とコンパレータ出力のＡＮＤをとっている。

したがって、情報処理部２１１では、ＥＸＯＲが出力する位相差τと、ダウンコンバートした後の受信信号の周期Ｔ_ifを基に求められる各受信アンテナでの受信時の位相差ξから、上記のアンテナ角θを計算することができる。

なお、この種の演算を行なう情報処理部２１１は、例えば、ＰＩＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＩＣ）、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩＣ）といったデジタル信号処理回路により構成することができる。

図５には、図４に示した受信機における各段の信号のタイミングチャートｋ〜ｐを示している。同図を参照しながら、受信機の動作、並びに位相差の計算方法について説明する。

受信アンテナＡ並びにＢが受信する信号をそれぞれ式（３）、（４）の通りとする。ここで、Ｘは受信信号強度、ψは送信信号に対する受信部の発振器の位相差、ξは受信アンテナＡＢ間の位相差である。

これら受信アンテナＡ及びＢの受信信号をミキサによりダウンコンバートした中間周波数信号は、それぞれ式（５）、（６）の通りとなる。ここで、Ｙは受信機側の発振器２０１の信号強度である。

さらにローパス・フィルタ２０６、２０７をそれぞれ通過し、高調波成分が除去されると、受信信号は式（７）、（８）の通りとなり、その波形は図５のｋ、ｌに示す通りである。

各ローパス・フィルタ２０６、２０７の出力は、コンパレータで構成されるＡＤ変換器２０８、２０９によりデジタル信号に変換する。図５に示す例では、コンパレータは、０以上となるアナログ値をデジタル値の１に変換し、０未満となるアナログ値をデジタル値の０に変換している。図５のｍ、ｎに示した波形が、上記のアナログ波形ｋ、ｌをＡＤ変換した後の出力に相当する。

図５中のｏは、デジタル変換した受信信号ｍ、ｎのＥＸＯＲをとった出力信号を示している。２つの受信信号ｍ、ｎのＥＸＯＲをとることによって、両信号の位相差τのみを抽出することができる。

また、図５中のｐは、ＥＸＯＲの出力ｏと、ＡＤ変換した受信信号の一方とのＡＮＤをとった信号波形に相当する。この信号波形ｐより、ミキサ出力後の信号の波形すなわち周期Ｔ_ifを抽出することができる。

以上の結果より、各受信アンテナＡ及びＢで受信する信号の位相差ξは、下式（９）で求めることができる。

上式（９）を前述の式（２）に代入し、さらにそれを式（１）に代入することによって、所望のアンテナ角θは下式（１０）により求めることができる。

続いて、アンテナ角の正確な検出方法について説明する。

これまで説明してきたようなアンテナ角θの計算方法によれば、送信機の方角θを求めることはできるが、図６（ａ）並びに（ｂ）に示すように、実際の方向は受信アンテナの位置関係に応じて２通りが考えられる。このため、正確な方角を導出する必要がある。

送信信号の波長をλとすると、受信アンテナＡＢ間の距離はλ／２よりも小さいので、受信信号のアンテナ間における位相差は、最大で１８０度となる。つまり、一方の受信アンテナＡの受信信号を他方の受信アンテナＢの受信信号の位相と比較したときの位相差は、最大１８０度の進み乃至最大１８０度の遅れの範囲内にある。

また、図６（ａ）、（ｂ）に示した送受信アンテナの位置と、受信アンテナＡＢ間での受信信号の位相差との対応関係を考察してみると、図６（ａ）に示すような送受信アンテナの位置関係では受信アンテナＡの受信信号の位相が受信アンテナＢの受信信号の位相よりも０〜１８０度だけ進み、また、図６（ｂ）に示すような送受信アンテナの位置関係では受信アンテナＡの受信信号の位相が受信アンテナＢの受信信号の位相よりも０〜１８０度だけ遅れることが分かる。よって、受信アンテナＡ、Ｂの受信信号の位相差を求めることができれば、送受信アンテナが図６（ａ）又は（ｂ）のいずれの位置関係にあるかを分類することが可能である。

さらに、位相比較部２１０としてのＥＸＯＲの出力信号ｏと、このＥＸＯＲの出力と一方のデジタル受信信号ｍとの論理和信号ｐとの間には、受信信号の位相差（言い換えれば、送受信アンテナの位置関係）に応じて、立ち上がりタイミング又は立ち下がりタイミングが一致するという関係がある。

そこで、情報処理部２１１は、ＥＸＯＲの出力ｏと一方のデジタル受信信号ｍとの論理積ｐと、他方のデジタル受信信号ｎが同時に変化するタイミングにおける各信号の立ち上がり並びに立ち下がりの状況に基づいて、比較対象となる２つのデジタル受信信号のうちいずれの位相が遅れているかを特定して、送信アンテナの方角を求めるようにすればよい。

図７（ａ）、（ｂ）には、図６（ａ）、（ｂ）のそれぞれに示した送受信アンテナの配置に対応した、受信機における各段の信号のタイミングチャートｋ〜ｐを示している。ここでｋが受信アンテナＡ、ｌが受信アンテナＢに対応している。図７に示したタイミングチャートのうち、ＥＸＯＲによる両デジタル受信信号ｍ及びｎ間の位相差信号ｅと一方のデジタル受信信号ｍとの論理和信号ｐと、他方のデジタル受信信号ｎに着目すると、以下のことが分かる。

（１）送受信アンテナが図６（ａ）に示した位置関係のときには、他方のデジタル受信信号ｎの立ち上がりと論理和信号ｐの立ち下がりのタイミングが一致する。
（２）送受信アンテナが図６（ｂ）に示した位置関係のときには、他方のデジタル受信信号ｎの立ち下がりと論理和信号ｐの立ち上がりのタイミングが一致する。

なお、図７中のデジタル信号ｍと論理和信号ｐのタイミングチャートに着目した場合にも同様の規則性があることが判り、送受信アンテナの位置関係を分類することが可能である。但し、この場合は、以下の通りとなる。

（１）送受信アンテナが図６（ａ）に示した位置関係のときには、一方のデジタル受信信号ｍの立ち上がりと論理和信号ｐの立ち上がりのタイミングが一致する。
（２）送受信アンテナが図６（ｂ）に示した位置関係のときには、一方のデジタル受信信号ｍの立ち下がりと論理和信号ｐの立ち下がりのタイミングが一致する。

したがって、図４に示した受信機構成において、情報処理部２１１内では、信号ｎとｐ（若しくは、信号ｍとｐ）の立ち上がり及び立下りタイミングをチェックすることによって、送信アンテナの方向を確定することができる。

ここで、受信アンテナＡ、Ｂそれぞれの受信信号間の位相差と、図７中の信号ｎとｐが同時に変化するタイミングとの対応関係を、以下の表にまとめておく。

これまでの説明より、どの方位の電波を受信した場合であっても、アンテナの方角を正確に求めることが可能になる。また、送受信アンテナの位置関係を特定するために、送信機側から方位測定用のパルス変調されたＲＦ信号（特許文献３を参照のこと）を送信する必要はなく、単純にキャリア周波数信号（ミリ波帯）を発生するだけでよく、また、受信機側では各受信アンテナにＲＦ信号が到来する時間差を直接測定する時間差測定装置（特許文献３を参照のこと）は必要でない。

図２並びに図４に示した受信機は２本の受信アンテナを用いたものであり、平面上での方向検知は可能であるが、空間での方向検出には３本以上の受信アンテナが必要になる。

図８には、空間での方向検知を行なう場合の送信アンテナ８０１と３本の受信アンテナ８０２〜８０４の配置例を示している。また、図９には、図８に示した送受信アンテナの配置からなる方向検出システムにおいて方向検出に使用される受信機の構成を示している。また、上述と同様、送信機からは、ミリ波帯の単一の周波数からなるキャリア信号を、各受信アンテナに送出しているものとする。

図９に示す受信機は、それぞれ受信アンテナと、ミキサと、フィルタ（ＬＰＦ）と、ＡＤ変換器からなる３つの受信系統を持ち、その後段の位相比較器ではダウンコンバートされたデジタル受信信号間の位相を比較し、情報処理部では位相差から空間での方向を演算で求める。但し、図４と同様に、ＡＤ変換器はコンパレータで構成され、位相比較器はＥＸＯＲで構成されている。また、各受信アンテナは、送信信号の波長λに対し、λ／２以下の距離で配置される。

図１に示した送信機から放出される単一周波数からなる送信信号は、受信機側では各受信アンテナＡ〜Ｃ（８０２〜８０４）でそれぞれ受信される。それぞれのミキサは、各受信信号を、発振器２０１からの単一の周波数により中間周波数（ＩＦ）信号にダウンコンバートする。各フィルタ（ＬＰＦ）は、これら中間周波数信号に含まれる高調波成分を除去し、各コンパレータは、各中間周波数信号をデジタル信号に変換する。２つの位相比較器は、受信アンテナＡとＢ、並びに、ＡとＣからのデジタル化された受信信号の位相をそれぞれ比較し、情報処理部２１１は、検知した位相差を用いて送信機のある方向を計算により求める。

図８に示した送受信アンテナの配置例は、図３に示した送受信アンテナの配置例を２つ組み合わせたものに相当する。すなわち、図３に示した送受信アンテナの配置では平面上での方向検知のみが可能であるが、これを２つ組み合わせると、それぞれの平面上での方向検知が得られ、これらの結果を合成することで、空間での方向検知が実現する。

図８に示す配置例では、受信アンテナ８０２及び８０３は距離ａだけ離間し、受信アンテナ８０２及び８０４は距離ａ´だけ離間している。また、受信アンテナ８０２及び８０３、受信アンテナ８０２及び８０４をそれぞれ結ぶ直線は角度Ψで交わっている。

各受信アンテナ８０２及び８０３より送信アンテナ８０１へとそれぞれ直線を引く。受信アンテナ８０２と送信アンテナ８０１を結ぶ直線と、受信アンテナ８０２及び８０３間を結ぶ直線とのなすアンテナ角をθとする。また、受信アンテナ８０２と送信アンテナ８０１を結ぶ直線に対し受信アンテナ８０３から垂線を下ろしたときの交点と受信アンテナＡとの距離をｂとする。このとき、角θと、各受信アンテナ８０２及び８０３で受信する信号の位相差ξの間には、上式（１）、（２）と同様の関係が成り立つ。

また、各受信アンテナ８０２及び８０４より送信アンテナ８０１へとそれぞれ直線を引く。受信アンテナ８０２と送信アンテナ８０１を結ぶ直線と、受信アンテナ８０２及び８０４間を結ぶ直線とのなすアンテナ角をΘとする。また、受信アンテナ８０２と送信アンテナ８０１を結ぶ直線に対し受信アンテナ８０４から垂線を下ろしたときの交点と受信アンテナＡとの距離をｂ´とする。このとき、角Θと、各受信アンテナ８０２及び８０４で受信する信号の位相差Ξの間には、上式（１）、（２）と同様の関係が成り立つ。

情報処理部では、一方のＥＸＯＲが出力するダウンコンバートした後の受信アンテナ８０２及び８０３の各受信信号の位相差τと、ダウンコンバートした後の受信信号の周期Ｔ_ifを基に求められる各受信アンテナ８０２及び８０３での受信時の位相差ξから、上記のアンテナ角θを計算する。また、他方のＥＸＯＲが出力するダウンコンバートした後の受信アンテナ８０２及び８０４の各受信信号の位相差Τと、ダウンコンバートした後の受信信号の周期Ｔ_if´を基に求められる各受信アンテナ８０２及び８０４での受信時の位相差Ξから、上記のアンテナ角Θを計算する。

さらに、情報処理部では、一方のＥＸＯＲの出力とこのＥＸＯＲへの２入力のうち一方のデジタル受信信号８０３（Ｂ）の論理積と、このＥＸＯＲへの２入力のうち他方のデジタル受信信号８０２（Ａ）との間の立ち上がりタイミング又は立ち下がりタイミングとの一致関係に応じて、受信アンテナ８０２（Ａ）及び８０３（Ｂ）に対する送信アンテナ８０１の正確な方角を導出する。同様に、他方のＥＸＯＲの出力とこのＥＸＯＲへの２入力のうち一方のデジタル受信信号８０４（Ｃ）の論理積と、このＥＸＯＲへの２入力のうち他方のデジタル受信信号８０２（Ａ）との間の立ち上がりタイミング又は立ち下がりタイミングとの一致関係に応じて、受信アンテナ８０２（Ａ）及び８０４（Ｃ）に対する送信アンテナ８０１の正確な方角を導出する。

このようにして、受信アンテナ８０２（Ａ）及び８０３（Ｂ）に対する送信アンテナ８０１の平面上での方向、並びに、受信アンテナ８０２（Ａ）及び８０４（Ｃ）に対する送信アンテナ８０１の方向が検出される。そして、これら各平面上での方向情報と、図８に示した受信アンテナ８０２及び８０３、受信アンテナ８０２及び８０４をそれぞれ結ぶ直線のなす角Ψを処理することによって、空間での送信アンテナ８０１の方向を検知することができる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、２本の受信アンテナを用いた受信機からなる方向検出システムを例にとって説明してきたが、本発明の要旨は特定の受信アンテナ本数に限定されるものではなく、受信機が３本以上の受信アンテナを備えていても、同様に本発明を適用することができる。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

図１は、本発明に係る方向検出システムにおいて使用される送信機の構成を示した図である。図２は、本発明に係る方向検出システムにおいて方向検出に使用される受信機の構成を示した図である。図３は、送信アンテナ１０３と、受信アンテナ２０２及び２０３の配置例を示した図である。図４は、図２に示した受信機のうち位相比較器２１０の内部構成を詳細に示した図である。図５は、図４に示した受信機における各段の信号のタイミングチャートｋ〜ｐを示した図である。図６は、アンテナ角θの影響を考慮した、送受信アンテナの２通りの配置を示した図である。図７は、図６（ａ）、（ｂ）のそれぞれに示した送受信アンテナの配置に対応した、受信機における各段の信号のタイミングチャートｋ〜ｐを示した図である。図８は、空間での方向検知を行なう場合の送信アンテナ８０１と３本の受信アンテナ８０２〜８０４の配置例を示した図である。図９は、図８に示した送受信アンテナの配置からなる方向検出システムにおいて方向検出に使用される受信機の構成を示した図である。

符号の説明

１０１…発振器
１０２…アンプ
１０３…送信アンテナ
２０１…発振器
２０２、２０３…受信アンテナ
２０４、２０５…ミキサ
２０６、２０７…フィルタ（ＬＰＦ）
２０８、２０９…ＡＤ変換器
２１０…位相比較器
２１１…情報処理部
８０１…送信アンテナ
８０２〜８０４…受信アンテナ

Claims

単一のキャリアを発生する送信機と、
それぞれ受信アンテナを備え、受信信号をそれぞれミキサで中間周波数帯に一旦ダウンコンバートし、変換された中間周波数をさらにデジタル信号に変換する、複数の受信機と、
比較対象となる２つのデジタル受信信号の排他的論理和をとるＥＸＯＲで構成され、前記デジタル信号に変換された各受信機の受信信号間の位相差を比較する位相比較部と、
比較対象となる２つのデジタル受信信号のうち一方との論理積をとってダウンコンバートした後の受信信号の周期Ｔ _if を求め、前記ＥＸＯＲが出力する位相差τと、ダウンコンバートした後の受信信号の周期Ｔ _if を基に求められる各受信アンテナでの受信時の位相差ξから、受信アンテナを結ぶ直線と送信アンテナと受信アンテナを結ぶ直線のなすアンテナ角θを計算する
位相差の比較結果を基に方向検出のための演算処理を行なう情報処理部と、
を具備し、
前記情報処理部は、前記ＥＸＯＲの出力と比較対象となる２つのデジタル受信信号のうち一方との論理積と、比較対象となる２つのデジタル受信信号のうち他方とが同時に変化するタイミングにおける各信号の立ち上がり並びに立ち下がりの状況に基づいて、比較対象となる２つのデジタル受信信号のうちいずれの位相が遅れているかを特定して、送信アンテナの方角を求める、
ことを特徴とする方向検出システム。
前記送信機は、ミリ波帯の周波数を発生する、
ことを特徴とする請求項１に記載の方向検出システム。
各受信機の受信アンテナは、無指向、又は同じ指向性で構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方向検出システム。
送信信号の波長λに対し、各受信アンテナはλ／２以下の距離で配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方向検出システム。
各受信機のミキサは、単一の発振器からの発振周波数を用いて周波数合成を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の方向検出システム。