JP7097941B2 - 車両用携帯端末位置推定システム - Google Patents
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Description
車両のユーザが所持する携帯端末から送信された電波を受信する、車両に取り付けられた複数のアンテナと、
複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記アンテナが受信した電波信号を処理して、受信電波が到来した到来角度の情報を出力する無線通信部と、
複数の前記アンテナの前記到来角度の情報に基づいて、前記携帯端末が車室内に存在するか、車室外に存在するかを判定する携帯位置推定部と、を備え、
複数の前記アンテナのそれぞれは、車室内と車室外とを隔て、電波が透過可能な複数の境界面のそれぞれに、それぞれの前記境界面の法線方向に隣接して配置され、
前記携帯位置推定部は、複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記到来角度の情報と判定閾値とを比較し、受信電波が、前記アンテナが隣接配置された前記境界面を、車室内から車室外に透過したか、車室外から車室内に透過したかを判定し、
複数の前記アンテナの透過方向の判定結果に基づいて、前記携帯端末が車室内に存在するか、車室外に存在するかを判定するものである。
実施の形態1に係る車両用携帯端末位置推定システム(以下、位置推定システムと称す)について図面を参照して説明する。図1は、位置推定システムの概略構成図である。位置推定システムは、車両1のユーザが所有する携帯端末50と通信する複数のアンテナ10と、複数のアンテナ10の受信信号を処理する無線通信部20と、無線通信部20が処理した情報に基づいて、携帯端末50の位置を推定する携帯位置推定部30と、を備えている。なお、位置推定システムは、車両に搭載されている。
<携帯端末50>
携帯端末50は、車両のユーザが所持する携帯端末である。携帯端末50は、携帯アンテナ51と携帯無線通信部52とを備えている。携帯無線通信部52は、携帯アンテナ51から電波を送信させる。また、携帯無線通信部52は、位置推定システムのアンテナ10等から送信され、携帯アンテナ51で受信した電波信号を処理する。携帯無線通信部52は、携帯アンテナ51を介して電波を送受信する送受信回路、送受信回路を制御すると共に送受信回路が送受信する信号を処理する制御回路などから構成される。
複数のアンテナ10は、車両1のユーザが所持する携帯端末50から送信された電波を受信するアンテナであり、車両に取り付けられている。本実施の形態では、4つのアンテナ10a、10b、10c、10dが設けられている。なお、アンテナ10は、2つ以上設けられればよい。
無線通信部20は、複数のアンテナ10のそれぞれについて、アンテナ10が受信した電波信号を処理して、受信電波が到来した到来角度の情報を出力する。処理内容の詳細については後述する。
携帯位置推定部30は、複数のアンテナ10の到来角度の情報に基づいて、携帯端末50が車室内に存在するか、車室外に存在するかを判定する。処理内容の詳細については後述する。
<反射波による課題>
図2に、車室3を直方体でモデル化した図を示す。車室3の4つの側面は、ガラスなどの透過面であり、上面と下面は、鉄板などの非透過面であり、電波を反射する。ここでは、比較例として、従来方法で使用されることの多い、距離を用いた多辺測量法に基づく、車室内の存否の推定方法を説明する。比較例では、各アンテナは、単一アンテナ素子により構成されており、携帯端末50との距離を測定する。4つのアンテナ15a、15b、15c、15dが、上面の四隅に設置されている。各アンテナにより検出された、アンテナと携帯端末との距離に基づいて、携帯端末50の位置2Pが推定される。このとき、携帯端末50が、全てのアンテナに対して見通しのよいLOS(Line Of Sight)環境にある場合は、携帯端末と各アンテナとの間を直接波が届き、携帯端末の位置が精度よく推定できると考えられる。しかし、車室内の通信環境は、携帯端末の位置、乗員の位置、座席シートの配置、荷物の位置などによって変化する。状況によっては、携帯端末が、1つ又は複数のアンテナに対して直接波が届かないNLOS(No Line Of Sight)環境になり、携帯端末とアンテナとの間を反射波が届く。図2の例では、第2アンテナ15bと携帯端末との間を、下面を反射した電波が届いており、直接波の場合よりも計測距離が長くなる。
そこで、図1に示すように、複数のアンテナ10のそれぞれは、車室内と車室外とを隔て、電波が透過可能な複数の境界面12(以下、透過境界面12と称す)のそれぞれに隣接して配置されている。そして、上述したように、無線通信部20は、複数のアンテナ10のそれぞれについて、アンテナ10が受信した電波信号を処理して、受信電波が到来した到来角度の情報を出力する。携帯位置推定部30は、複数のアンテナ10の到来角度の情報に基づいて、携帯端末50が車室内に存在するか、車室外に存在するかを判定する。
各アンテナ10は、直線軸11c上に間隔を空けて配置された複数のアンテナ素子を有している。本実施の形態では、図4に示すように、各アンテナ10は、直線軸11c上に間隔Dを空けて配置された2つのアンテナ素子11a、11bを有している。直線軸11cが、アンテナ10が隣接配置された透過境界面12の法線方向13に沿って延びるように、車両に取り付けられている。理想的には、直線軸11cは、法線方向13に平行であるとよい。しかし、透過境界面12に接近して携帯端末50が位置することは稀であるため、例えば、直線軸11cは、法線方向13に対して0度から10度の範囲内で傾いてもよい。2つのアンテナ素子11a、11bの間隔Dは、受信対象電波の波長λ/2以下に設定されている。
無線通信部20は、1つのアンテナ10に設けられた複数のアンテナ素子が受信した電波信号の間の位相差又は時間差に基づいて、直線軸11cに対する受信電波の到来角度θを算出する。図5に示すように、電波が、直線軸11cに対して角度θを有して到来する場合、電波の送信源である携帯端末50から、各アンテナ素子11a、11bに電波が伝搬する距離の間に距離差Pが生じる。この距離差Pは、第1アンテナ素子11aと第2アンテナ素子11bにおいて同時刻で受信する電波の位相差Δφとして観測される。無線通信部20は、受信電波の波形からこの位相差Δφを計測する。位相差Δφと到来角度θとの間には、式(1)の関係が成り立つ。
P=D・cosθ=Δφ・λ/(2π) ・・・(1)
θ=cos-1{Δφ・λ/(2πD)} ・・・(2)
P=D・cosθ=ΔT・C ・・・(3)
θ=cos-1(ΔT・C/D) ・・・(4)
携帯位置推定部30は、複数のアンテナ10のそれぞれについて、到来角度の情報と判定閾値とを比較し、受信電波が、アンテナ10が隣接配置された透過境界面12を、車室内から車室外に透過したか、車室外から車室内に透過したかを判定する。
図9から図11に、車室3及びアンテナ配置のバリエーションを示す。いずれも、車室3を、平面で構成された立体でモデル化しており、ハッチングしている平面は、電波を遮断する非透過境界面であり、ハッチングしていない平面は、透過境界面である。図9は、1つの平面の一部が遮蔽されている場合であり、図10と図11は、一部の平面が傾斜している例である。図10は、1つの側面が、非透過境界面であり、アンテナが設けられておらず、合計3つのアンテナが設けられている。図10は、フロントガラスのように平面が傾斜している場合である。これらの図に示すように、各透過境界面に、1つのアンテナ10が隣接して配置されている。そして、各アンテナ10の直線軸11cは、アンテナ10が隣接配置された透過境界面12の法線方向13に沿って延びるように、車両に取り付けられている。
次に、実施の形態2に係る位置推定システムについて説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る位置推定システムの基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、到来角度の情報に加えて、携帯端末とアンテナとの距離Rの情報も用いて、携帯端末50の位置を推定する点が実施の形態1と異なる。
無線通信部20は、複数のアンテナ10のそれぞれについて、アンテナ10が受信した電波信号を処理して、携帯端末50とアンテナ10との距離Rの情報を出力する。
TOF=(TA-TB)/2 ・・・(5)
R=TOF×C ・・・(6)
携帯位置推定部30は、複数のアンテナの到来角度の情報及び距離の情報に基づいて、携帯端末50の位置を推定する。この構成によれば、携帯端末50が車室内又は車室外に存在するかだけでなく、携帯端末50の詳細な位置も判定することができる。
次に、実施の形態3に係る位置推定システムについて説明する。上記の実施の形態2と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る位置推定システムの基本的な構成は実施の形態2と同様であるが、位置推定システムは、到来角度θを算出可能でなく、距離を算出可能である単数又は複数の距離用アンテナ16を更に備えている点が実施の形態2と異なる。
上記の各実施の形態では、通信方式として、Bluetooth (登録商標) Low Energy、又はUltra Wide Bandの通信方式が用いられる場合を例として説明した。しかし、通信方式として、到来角度を算出可能な他の通信方式が用いられてもよい。
Claims (11)
- 車両のユーザが所持する携帯端末から送信された電波を受信する、車両に取り付けられた複数のアンテナと、
複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記アンテナが受信した電波信号を処理して、受信電波が到来した到来角度の情報を出力する無線通信部と、
複数の前記アンテナの前記到来角度の情報に基づいて、前記携帯端末が車室内に存在するか、車室外に存在するかを判定する携帯位置推定部と、を備え、
複数の前記アンテナのそれぞれは、車室内と車室外とを隔て、電波が透過可能な複数の境界面のそれぞれに、それぞれの前記境界面の法線方向に隣接して配置され、
前記携帯位置推定部は、複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記到来角度の情報と判定閾値とを比較し、受信電波が、前記アンテナが隣接配置された前記境界面を、車室内から車室外に透過したか、車室外から車室内に透過したかを判定し、
複数の前記アンテナの透過方向の判定結果に基づいて、前記携帯端末が車室内に存在するか、車室外に存在するかを判定する車両用携帯端末位置推定システム。 - 前記携帯位置推定部は、複数の前記アンテナの全てについて、車室内から車室外に透過したと判定した場合は、前記携帯端末が車室内に存在すると判定し、1つ以上の前記アンテナについて、車室外から車室内に透過したと判定した場合は、前記携帯端末が車室外に存在すると判定する請求項1に記載の車両用携帯端末位置推定システム。
- 車両のユーザが所持する携帯端末から送信された電波を受信する、車両に取り付けられた複数のアンテナと、
複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記アンテナが受信した電波信号を処理して、受信電波が到来した到来角度の情報を出力する無線通信部と、
複数の前記アンテナの前記到来角度の情報に基づいて、前記携帯端末が車室内に存在するか、車室外に存在するかを判定する携帯位置推定部と、を備え、
複数の前記アンテナのそれぞれは、車室内と車室外とを隔て、電波が透過可能な複数の境界面のそれぞれに、それぞれの前記境界面の法線方向に隣接して配置され、
複数の前記アンテナのそれぞれは、直線軸上に間隔を空けて配置された複数のアンテナ素子を有し、前記直線軸が、前記アンテナが隣接配置された前記境界面の法線方向に沿って延びるように、車両に取り付けられている車両用携帯端末位置推定システム。 - 前記アンテナの前記複数のアンテナ素子は、2個のアンテナ素子である請求項3に記載の車両用携帯端末位置推定システム。
- 前記無線通信部は、複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記複数のアンテナ素子が受信した電波信号の間の位相差又は時間差に基づいて、車室内に向かう前記直線軸に対する受信電波の到来角度を算出し、
前記携帯位置推定部は、複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記到来角度が0度から90度の範囲にあるか、90度から180度の範囲にあるかに基づいて、受信電波が、前記アンテナが隣接配置された前記境界面を、車室内から車室外に透過したか、車室外から車室内に透過したかを判定し、
複数の前記アンテナの透過方向の判定結果に基づいて、前記携帯端末が車室内に存在するか、車室外に存在するかを判定する請求項3又は4に記載の車両用携帯端末位置推定システム。 - 前記無線通信部は、複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記アンテナが受信した電波信号を処理して、前記携帯端末と前記アンテナとの距離の情報を出力し、
前記携帯位置推定部は、複数の前記アンテナの前記到来角度の情報及び前記距離の情報に基づいて、前記携帯端末の位置を推定する請求項1から5のいずれか一項に記載の車両用携帯端末位置推定システム。 - 車両のユーザが所持する携帯端末から送信された電波を受信する、車両に取り付けられた複数のアンテナと、
複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記アンテナが受信した電波信号を処理して、受信電波が到来した到来角度の情報を出力する無線通信部と、
複数の前記アンテナの前記到来角度の情報に基づいて、前記携帯端末が車室内に存在するか、車室外に存在するかを判定する携帯位置推定部と、を備え、
複数の前記アンテナのそれぞれは、車室内と車室外とを隔て、電波が透過可能な複数の境界面のそれぞれに、それぞれの前記境界面の法線方向に隣接して配置され、
複数の前記アンテナのそれぞれは、直線軸上に間隔を空けて配置された複数のアンテナ素子を有し、前記直線軸が、前記アンテナが隣接配置された前記境界面の法線方向に沿って延びるように、車両に取り付けられ、
前記無線通信部は、複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記複数のアンテナ素子が受信した電波信号の間の位相差又は時間差に基づいて、前記直線軸に対する受信電波の到来角度を算出し、
複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記アンテナが受信した電波信号を処理して、前記携帯端末と前記アンテナとの距離を出力し、
前記携帯位置推定部は、複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記アンテナの位置を頂点とし、前記直線軸を回転軸とし、前記回転軸との角度が前記到来角度であり、長さが前記距離である母線から形成される円錐の底面の外周円を算出し、
複数の前記アンテナの前記外周円に近い位置を、前記携帯端末の位置として算出する車両用携帯端末位置推定システム。 - 前記到来角度を算出可能でなく、前記距離を算出可能である単数又は複数の距離用アンテナを更に備え、
前記携帯位置推定部は、前記到来角度及び前記距離を算出可能な複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記円錐の底面の前記外周円を算出し、単数又は複数の前記距離用アンテナのそれぞれについて、前記距離用アンテナの位置を中心とし、前記距離を半径とした球面を算出し、
複数の前記外周円、及び単数又は複数の前記球面に近い位置を、前記携帯端末の位置として算出する請求項7に記載の車両用携帯端末位置推定システム。 - 前記境界面は、車室内と車室外とを隔てる窓ガラスであり、前記アンテナは、前記窓ガラスの車室内側に配置されている請求項1から8のいずれか一項に記載の車両用携帯端末位置推定システム。
- 前記携帯端末と複数の前記アンテナとの通信方式は、Bluetooth (登録商標) Low Energy、又はUltra Wide Bandの通信方式である請求項1から9のいずれか一項に記載の車両用携帯端末位置推定システム。
- 前記携帯端末は、スマートフォンを含む携帯情報端末である請求項1から10のいずれか一項に記載の車両用携帯端末位置推定システム。
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