本公開(kāi)涉及利用無(wú)線信號(hào)推定運(yùn)動(dòng)物體的方向和/或位置的定位傳感器以及推定方法。

背景技術(shù)：

作為獲知人物的位置等的方法，利用無(wú)線信號(hào)的方法正在被進(jìn)行研究(例如，參照專利文獻(xiàn)1～3)。專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了使用多普勒傳感器的生物體檢測(cè)的方法，專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了使用多普勒傳感器和濾波器檢測(cè)人的動(dòng)作或生物體信息的方法。專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了：通過(guò)使用傅立葉變換來(lái)解析包含多普勒頻移(dopplershift)的成分，能夠獲知成為檢測(cè)對(duì)象的人物的位置或狀態(tài)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特表2014-512526號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：國(guó)際公開(kāi)第2014/141519號(hào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)2015-117972號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4：日本特開(kāi)2015-072173號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)5：日本特開(kāi)2015-119770號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)6：日本特愿2013-558810號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)7：日本特開(kāi)2014-215200號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)8：日本特開(kāi)2015-117961號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)9：國(guó)際公開(kāi)第2012/115220號(hào)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：f.adib,z.kabelac,d.katabi,andr.miller,“3dtrackingviabodyradioreflections,”11thusenixsymp.net.systemsdesign\&impl.(usenixnsdi‘14),apr.2014.

非專利文獻(xiàn)2：daisasakawa,keitakonno,naokihonma,kentaronishimori,nobuyasutakemura,tsutomumitsui,“fastestimationalgorithmforlivingbodyradar,”2014internationalsymposiumonantennasandpropagation(isap2014),fr3d,pp.583-584,dec.2014

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

然而，在專利文獻(xiàn)1以及專利文獻(xiàn)2的方法中，存在雖然能夠檢測(cè)人物的存在、不存在，但無(wú)法檢測(cè)人物所存在的方向和/或位置的問(wèn)題。

另外，在專利文獻(xiàn)3的方法中，存在難以短時(shí)間且高精度地檢測(cè)人物等生物體所存在的方向和/或生物體所存在的位置這一問(wèn)題。其原因在于，由源于生物體活動(dòng)的多普勒效應(yīng)而引起的頻率變化是極小的，為了通過(guò)傅立葉變換來(lái)觀測(cè)該頻率變化，需要在生物體靜止的狀態(tài)下的長(zhǎng)時(shí)間(例如數(shù)十秒鐘)的觀測(cè)。另外，其原因在于，一般而言，生物體不會(huì)在數(shù)十秒鐘內(nèi)持續(xù)相同的姿勢(shì)和位置。

本發(fā)明是鑒于上述情形而做出的，其目的在于提供能夠利用無(wú)線信號(hào)短時(shí)間且高精度地進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向等的推定的推定裝置以及推定方法。

用于解決問(wèn)題的技術(shù)方案

本公開(kāi)的一個(gè)技術(shù)方案中的定位傳感器具備：發(fā)送天線元件，其向從所述定位傳感器起的運(yùn)動(dòng)物體可能存在的預(yù)定范圍發(fā)送發(fā)送信號(hào)；多個(gè)接收天線元件，所述多個(gè)接收天線元件分別接收多個(gè)接收信號(hào)的各接收信號(hào)，所述多個(gè)接收信號(hào)分別包含所述運(yùn)動(dòng)物體將所述發(fā)送信號(hào)反射而得到的反射信號(hào)；接收部，其以預(yù)定的取樣周期對(duì)所述多個(gè)接收信號(hào)的每一個(gè)進(jìn)行預(yù)定期間的觀測(cè)；處理器；以及存儲(chǔ)器，所述處理器根據(jù)所述多個(gè)接收信號(hào)的每一個(gè)，算出分別表示所述發(fā)送天線元件和所述多個(gè)接收天線元件的每一個(gè)之間的傳播特性的多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，在所述存儲(chǔ)器中，使所述多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的每一個(gè)以與觀測(cè)到與所述多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的所述多個(gè)接收信號(hào)的各個(gè)接收信號(hào)的各個(gè)時(shí)刻相對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行記錄，提取多組復(fù)變傳遞函數(shù)，每組復(fù)變傳遞函數(shù)為所述多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)中的與預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，算出分別表示所述多組的各組包含的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的差分的多個(gè)差分信息，所述多個(gè)差分信息分別由n維向量表示，基于所述多個(gè)差分信息的各差分信息，推定所述運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于所述定位傳感器所存在的方向。

本公開(kāi)的另一技術(shù)方案中的定位傳感器具備：m個(gè)發(fā)送天線元件，m是2以上的自然數(shù)，所述m個(gè)發(fā)送天線元件分別向從所述定位傳感器起的運(yùn)動(dòng)物體可能存在的預(yù)定范圍發(fā)送各發(fā)送信號(hào)；n個(gè)接收天線元件，n是2以上的自然數(shù)，所述n個(gè)接收天線元件分別接收各接收信號(hào)，所述各接收信號(hào)包含各發(fā)送信號(hào)由所述運(yùn)動(dòng)物體反射后的各反射信號(hào)；接收部，其以預(yù)定的取樣周期對(duì)所述各接收信號(hào)進(jìn)行預(yù)定期間的觀測(cè)；處理器；以及存儲(chǔ)器，所述處理器，根據(jù)所述各接收信號(hào)，算出分別表示所述m個(gè)發(fā)送天線元件的每一個(gè)和所述n個(gè)接收天線元件的每一個(gè)之間的傳播特性的m×n個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，在所述存儲(chǔ)器中，使所述m×n個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的每一個(gè)以與觀測(cè)到與所述m×n個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的所述m×n個(gè)接收信號(hào)的各個(gè)接收信號(hào)的各個(gè)時(shí)刻相對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行記錄，提取多組復(fù)變傳遞函數(shù)，每組復(fù)變傳遞函數(shù)為所述m×n個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)中的與預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，算出分別表示所述多組的各組包含的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的差分的多個(gè)差分信息，所述多個(gè)差分信息分別由m×n維矩陣表示，基于所述多個(gè)差分信息的各差分信息，推定所述運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于所述定位傳感器所存在的方向。

發(fā)明效果

根據(jù)本公開(kāi)，能夠利用無(wú)線信號(hào)短時(shí)間且高精度地進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向等的推定。

附圖說(shuō)明

圖1是表示實(shí)施方式1中的推定裝置的結(jié)構(gòu)的一例的框圖。

圖2是表示圖1所示的推定裝置的檢測(cè)對(duì)象的一例的圖。

圖3是概念性地表示圖1所示的天線部中的信號(hào)波的傳遞狀況的圖。

圖4是表示實(shí)施方式1中的在計(jì)算差分信息時(shí)所使用的預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻的一例的概念圖。

圖5是表示與圖4不同的預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻的一例的概念圖。

圖6是表示實(shí)施方式1中的推定裝置的推定處理的流程圖。

圖7是表示實(shí)施方式2中的推定裝置的結(jié)構(gòu)的一例的框圖。

圖8是表示圖7所示的推定裝置的檢測(cè)對(duì)象的一例的圖。

圖9是表示實(shí)施方式2中的推定裝置的推定處理的流程圖。

圖10是表示使用了實(shí)施方式2涉及的推定方法的實(shí)驗(yàn)的概念的圖。

圖11是表示使用了實(shí)施方式2涉及的推定方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。

圖12是表示使用了實(shí)施方式2涉及的推定方法的另一實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明

10、20：推定裝置；11：天線部；11a、21a：發(fā)送天線部；11b、21b：接收天線部；12：發(fā)送機(jī)；13、23：接收部；14、24：復(fù)變傳遞函數(shù)算出部；15、25：差分信息算出部；16：方向推定處理部；22：發(fā)送部；26：位置推定處理部；50：生物體。

具體實(shí)施方式

(成為本公開(kāi)的基礎(chǔ)的見(jiàn)解)

作為獲知人物的位置等的方法，利用無(wú)線信號(hào)的方法正在被進(jìn)行研究。

例如專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了使用多普勒傳感器的生物體檢測(cè)的方法，專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了使用多普勒傳感器和濾波器檢測(cè)人的動(dòng)作或生物體信息的方法。

另外，例如專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了：對(duì)預(yù)定的區(qū)域發(fā)送無(wú)線信號(hào)，用多個(gè)天線接收由檢測(cè)對(duì)象反射后的無(wú)線信號(hào)，從而推定收發(fā)天線間的復(fù)變傳遞函數(shù)。復(fù)變傳遞函數(shù)是表示輸入和輸出的關(guān)系的復(fù)變函數(shù)，在此，表示收發(fā)天線間的傳播特性。該復(fù)變傳遞函數(shù)的元素?cái)?shù)等于發(fā)送天線數(shù)和接收天線數(shù)之積。

專利文獻(xiàn)3中進(jìn)一步公開(kāi)了：通過(guò)使用傅立葉變換來(lái)解析包含多普勒頻移的成分，能夠獲知成為檢測(cè)對(duì)象的人物的位置或狀態(tài)。更具體而言，記錄復(fù)變傳遞函數(shù)的元素的時(shí)間變化，并對(duì)其時(shí)間波形進(jìn)行傅立葉變換。人物等生物體的呼吸、心跳等生物體活動(dòng)會(huì)對(duì)反射波引起輕微的多普勒效應(yīng)。因此，包含多普勒頻移的成分包括人物的影響。另一方面，沒(méi)有多普勒頻移的成分并未受到人物的影響，也就是與來(lái)自固定物的反射波和/或收發(fā)天線之間的直接波對(duì)應(yīng)?；谝陨显?，在專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了：通過(guò)解析包含多普勒頻移的成分，能夠獲知成為檢測(cè)對(duì)象的人物的位置或狀態(tài)。

同樣地，例如在專利文獻(xiàn)4～專利文獻(xiàn)9中，通過(guò)對(duì)觀測(cè)得到的信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，來(lái)取出源于人物(生物體)的多普勒成分。而且，公開(kāi)了：通過(guò)對(duì)此進(jìn)行解析來(lái)感測(cè)生物體的位置、生物體的心跳、呼吸等的狀態(tài)。

另外，例如在非專利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了以不進(jìn)行傅立葉變換的方式檢測(cè)人體方向和位置的方法。在非專利文獻(xiàn)1中，事先測(cè)定無(wú)人狀態(tài)的傳播響應(yīng)，并認(rèn)為無(wú)人狀態(tài)與有人狀態(tài)之間的差分是因人物而產(chǎn)生的，從而通過(guò)解析差分成分來(lái)推定人物位置。更具體而言，在非專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的位置推定方法中，觀測(cè)1ghz以上的寬頻帶的頻率響應(yīng)，計(jì)算所提取的源于人物的反射波的傳播時(shí)間，由此，推定與放置在不同地方的多個(gè)天線相距的距離，使用推定出的距離來(lái)推定人物位置。在非專利文獻(xiàn)1中，觀測(cè)有人時(shí)的復(fù)傳播信道的時(shí)間響應(yīng)，對(duì)不同的時(shí)間的復(fù)傳播信道彼此進(jìn)行減法運(yùn)算，由此，僅提取去除了來(lái)自墻壁、日常用具等固定物的反射成分后的來(lái)自人物的反射波。

另外，例如在非專利文獻(xiàn)2以及專利文獻(xiàn)6中，公開(kāi)了從有人時(shí)的復(fù)變傳遞函數(shù)中去除不需要的成分，推定生物體的方向的方法。更具體而言，為了將來(lái)自固定物的反射波和/或收發(fā)天線間的直接波從復(fù)變傳遞函數(shù)中去除，預(yù)先測(cè)定無(wú)人時(shí)的復(fù)變傳遞函數(shù)。而且，由于有人時(shí)的復(fù)變傳遞函數(shù)包含來(lái)自固定物的反射波和/或收發(fā)天線間的直接波，因此，通過(guò)從有人時(shí)的復(fù)變傳遞函數(shù)減去無(wú)人時(shí)的復(fù)變傳遞函數(shù)，來(lái)去除不需要的成分。

然而，在上述的專利文獻(xiàn)1以及專利文獻(xiàn)2的方法中，雖然能夠檢測(cè)人物的存在、不存在，但無(wú)法檢測(cè)人物所存在的方向和位置。

另外，在上述的專利文獻(xiàn)3的方法中，為了進(jìn)行傅立葉變換，需要數(shù)十秒鐘的觀測(cè)時(shí)間。因此，難以短時(shí)間且高精度地進(jìn)行人物的方向和/或位置檢測(cè)。其原因在于，由源于生物體活動(dòng)的多普勒效應(yīng)而引起的頻率變化是極小的，為了通過(guò)傅立葉變換來(lái)觀測(cè)該頻率變化，需要在生物體靜止的狀態(tài)下的長(zhǎng)時(shí)間(例如數(shù)十秒鐘)的觀測(cè)。一般而言，生物體不會(huì)在數(shù)十秒鐘內(nèi)持續(xù)相同的姿勢(shì)和/或位置，因此，一旦縮短觀測(cè)時(shí)間，則會(huì)變得無(wú)法通過(guò)傅立葉變換來(lái)準(zhǔn)確地提取源于生物體的信號(hào)，人物的方向和/或位置的推定精度會(huì)降低。

關(guān)于該問(wèn)題、即上述的專利文獻(xiàn)3的問(wèn)題，在專利文獻(xiàn)4～專利文獻(xiàn)9所示的發(fā)明中也同樣可能發(fā)生。

另外，在專利文獻(xiàn)6以及非專利文獻(xiàn)1～2的方法中，存在需要預(yù)先測(cè)定無(wú)人時(shí)的復(fù)變傳遞函數(shù)這一問(wèn)題。其原因在于，一旦諸如家具等日常用具等發(fā)生移動(dòng)等而傳播環(huán)境本身產(chǎn)生變化時(shí)，則會(huì)變得無(wú)法推定人物位置。當(dāng)考慮對(duì)人物生活的環(huán)境的應(yīng)用時(shí)，可設(shè)想椅子、桌子等會(huì)頻繁發(fā)生移動(dòng)的情況，因此，難以將上述的專利文獻(xiàn)6以及非專利文獻(xiàn)1～2的方法應(yīng)用于人物的生活環(huán)境。

這樣，在現(xiàn)有技術(shù)中，存在無(wú)法利用無(wú)線信號(hào)短時(shí)間且高精度地進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向等的推定這一問(wèn)題。

另外，近年來(lái)，利用因生物體呼吸、心跳等某種生物體活動(dòng)而使電波產(chǎn)生多普勒頻移這一特征，在多波存在的電波傳播環(huán)境中，推定生物體的存在方向等的雷達(dá)正在被進(jìn)行研究。也就是說(shuō)，如下雷達(dá)正在被進(jìn)行研究，所述雷達(dá)對(duì)生物體照射電波，通過(guò)接收信號(hào)的傅立葉變換來(lái)去除不經(jīng)由生物體的信號(hào)成分，推定從生物體反射的電波的到來(lái)方向，由此推定生物體方向。

然而，如上所述，無(wú)法使用傅立葉變換來(lái)短時(shí)間且高精度地進(jìn)行生物體方向的推定。

因此，發(fā)明人鑒于此情況，想到了能夠利用無(wú)線信號(hào)來(lái)短時(shí)間且高精度地進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向等的推定的推定裝置等。

(1)本公開(kāi)的一個(gè)技術(shù)方案中的定位傳感器具備：發(fā)送天線元件，其向從所述定位傳感器起的運(yùn)動(dòng)物體可能存在的預(yù)定范圍發(fā)送發(fā)送信號(hào)；多個(gè)接收天線元件，所述多個(gè)接收天線元件分別接收多個(gè)接收信號(hào)的各接收信號(hào)，所述多個(gè)接收信號(hào)分別包含所述運(yùn)動(dòng)物體將所述發(fā)送信號(hào)反射而得到的反射信號(hào)；接收部，其以預(yù)定的取樣周期對(duì)所述多個(gè)接收信號(hào)的每一個(gè)進(jìn)行預(yù)定期間的觀測(cè)；處理器；以及存儲(chǔ)器，所述處理器根據(jù)所述多個(gè)接收信號(hào)的每一個(gè)，算出分別表示所述發(fā)送天線元件和所述多個(gè)接收天線元件的每一個(gè)之間的傳播特性的多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，在所述存儲(chǔ)器中，使所述多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的每一個(gè)以與觀測(cè)到與所述多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的所述多個(gè)接收信號(hào)的各個(gè)接收信號(hào)的各個(gè)時(shí)刻相對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行記錄，提取多組復(fù)變傳遞函數(shù)，每組復(fù)變傳遞函數(shù)為所述多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)中的與預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，算出分別表示所述多組的各組包含的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的差分的多個(gè)差分信息，所述多個(gè)差分信息分別由n維向量表示，基于所述多個(gè)差分信息的各差分信息，推定所述運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于所述定位傳感器所存在的方向。

根據(jù)該構(gòu)成，能夠用與源于運(yùn)動(dòng)物體活動(dòng)的周期相當(dāng)?shù)亩虝r(shí)間的觀測(cè)時(shí)間，高精度地推定運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向。由此，能夠利用無(wú)線信號(hào)短時(shí)間且高精度地進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向的推定。

(2)在上述技術(shù)方案中，也可以為，所述多組的各組各自的所述預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻分別是第1時(shí)刻和第2時(shí)刻，各所述第1時(shí)刻是比各所述第2時(shí)刻早的時(shí)刻，各所述第1時(shí)刻是彼此不同的時(shí)刻。

由此，由于能夠通過(guò)取得兩個(gè)以上的差分信息的平均來(lái)削弱瞬間噪聲的影響，因此，能夠進(jìn)一步提高方向推定的精度。

(3)在上述技術(shù)方案中，也可以為，所述運(yùn)動(dòng)物體是生物體。

(4)在上述技術(shù)方案中，也可以為，所述預(yù)定期間是所述生物體的呼吸、心跳、體動(dòng)中的至少一個(gè)的周期的大致一半。

由此，通過(guò)與呼吸、心跳、體動(dòng)中的至少一個(gè)的周期對(duì)應(yīng)的期間的觀測(cè)，能夠推定生物體存在的方向。

(5)在上述技術(shù)方案中，也可以為，所述多組的各組各自的所述預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻分別是第1時(shí)刻和第2時(shí)刻，各所述第1時(shí)刻是比各所述第2時(shí)刻早的時(shí)刻，所述處理器，基于所述多個(gè)差分信息的各差分信息，算出對(duì)于各所述第2時(shí)刻和各所述第1時(shí)刻之間的各差分時(shí)間的各相關(guān)矩陣，通過(guò)對(duì)所述各相關(guān)矩陣應(yīng)用預(yù)定的方法，推定所述反射信號(hào)相對(duì)于所述定位傳感器的到來(lái)方向，基于所述到來(lái)方向，推定所述運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于所述定位傳感器所存在的方向。

(6)在上述技術(shù)方案中，也可以為，所述預(yù)定的方法是music算法，即多重信號(hào)分類(multiplesignalclassification)算法。

(7)本公開(kāi)的另一技術(shù)方案中的定位傳感器具備：m個(gè)發(fā)送天線元件，m是2以上的自然數(shù)，所述m個(gè)發(fā)送天線元件分別向從所述定位傳感器起的運(yùn)動(dòng)物體可能存在的預(yù)定范圍發(fā)送各發(fā)送信號(hào)；n個(gè)接收天線元件，n是2以上的自然數(shù)，所述n個(gè)接收天線元件分別接收各接收信號(hào)，所述各接收信號(hào)包含各發(fā)送信號(hào)由所述運(yùn)動(dòng)物體反射后的各反射信號(hào)；接收部，其以預(yù)定的取樣周期對(duì)所述各接收信號(hào)進(jìn)行預(yù)定期間的觀測(cè)；處理器；以及存儲(chǔ)器，所述處理器，根據(jù)所述各接收信號(hào)，算出分別表示所述m個(gè)發(fā)送天線元件的每一個(gè)和所述n個(gè)接收天線元件的每一個(gè)之間的傳播特性的m×n個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，在所述存儲(chǔ)器中，使所述m×n個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的每一個(gè)以與觀測(cè)到與所述m×n個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的所述m×n個(gè)接收信號(hào)的各個(gè)接收信號(hào)的各個(gè)時(shí)刻相對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行記錄，提取多組復(fù)變傳遞函數(shù)，每組復(fù)變傳遞函數(shù)為所述m×n個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)中的與預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，算出分別表示所述多組的各組包含的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的差分的多個(gè)差分信息，所述多個(gè)差分信息分別由m×n維矩陣表示，基于所述多個(gè)差分信息的各差分信息，推定所述運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于所述定位傳感器所存在的方向。

根據(jù)該構(gòu)成，能夠用與源于運(yùn)動(dòng)物體活動(dòng)的周期相當(dāng)?shù)亩虝r(shí)間的觀測(cè)時(shí)間，高精度地推定運(yùn)動(dòng)物體所存在的位置。由此，能夠利用無(wú)線信號(hào)短時(shí)間且高精度地進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)物體所存在的位置的推定。

(8)在上述技術(shù)方案中，也可以為，所述多組的各組各自的所述預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻分別是第1時(shí)刻和第2時(shí)刻，各所述第1時(shí)刻是比各所述第2時(shí)刻早的時(shí)刻，各所述第1時(shí)刻是彼此不同的時(shí)刻。

由此，由于能夠通過(guò)取得兩個(gè)以上的差分信息的平均來(lái)削弱瞬間噪聲的影響，因此，能夠進(jìn)一步提高位置推定的精度。

(9)在上述技術(shù)方案中，也可以為，所述運(yùn)動(dòng)物體是生物體。

(10)在上述技術(shù)方案中，也可以為，所述預(yù)定期間是所述生物體的呼吸、心跳、體動(dòng)中的至少一個(gè)的周期的大致一半。

由此，能夠取得兩個(gè)以上的差分信息的平均，因此能夠通過(guò)削弱瞬間噪聲的影響來(lái)進(jìn)一步提高位置推定的精度。通過(guò)與呼吸、心跳、體動(dòng)中的至少一個(gè)的周期對(duì)應(yīng)的期間的觀測(cè)，能夠推定生物體存在的位置。

此外，本公開(kāi)不僅能夠作為裝置而實(shí)現(xiàn)，而且也能夠作為集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述集成電路具備這種裝置所具備的處理單元，或作為使構(gòu)成該裝置的處理單元成為步驟的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，作為使計(jì)算機(jī)執(zhí)行這些步驟的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，作為表示該程序的信息、數(shù)據(jù)或者信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且，這些程序、信息、數(shù)據(jù)以及信號(hào)也可以通過(guò)cd-rom等記錄介質(zhì)和/或互聯(lián)網(wǎng)等通信介質(zhì)來(lái)發(fā)布。

以下，使用附圖，詳細(xì)地對(duì)本公開(kāi)的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。此外，下面說(shuō)明的實(shí)施方式均表示本公開(kāi)的優(yōu)選的一個(gè)具體例。在以下的實(shí)施方式中表示的數(shù)值、形狀、材料、構(gòu)成要素、構(gòu)成要素的配置位置以及連接方式、步驟、步驟的順序等僅為一例，并非旨在限定本公開(kāi)。另外，對(duì)于以下的實(shí)施方式中的構(gòu)成要素中的、沒(méi)有記載在表示本公開(kāi)的最上位概念的獨(dú)立權(quán)利要求中的構(gòu)成要素，作為構(gòu)成更加優(yōu)選的方式的任意的構(gòu)成要素進(jìn)行說(shuō)明。此外，在本說(shuō)明書以及附圖中，對(duì)具有實(shí)質(zhì)相同的功能結(jié)構(gòu)的構(gòu)成要素賦予相同的標(biāo)號(hào)，由此省略重復(fù)說(shuō)明。

(實(shí)施方式1)

以下，參照附圖，對(duì)實(shí)施方式1中的推定裝置10使用在預(yù)定期間的不同的兩個(gè)時(shí)刻觀測(cè)到的復(fù)變傳遞函數(shù)的差分信息來(lái)推定作為檢測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)物體(生物體)的方向進(jìn)行說(shuō)明。

[推定裝置10的結(jié)構(gòu)]

圖1是表示實(shí)施方式1中的推定裝置10的結(jié)構(gòu)的一例的框圖。圖2是表示圖1所示的推定裝置10的檢測(cè)對(duì)象的一例的圖。

圖1所示的推定裝置10具備天線部11、發(fā)送機(jī)12、接收部13、復(fù)變傳遞函數(shù)算出部14、差分信息算出部15以及方向推定處理部16，對(duì)運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向進(jìn)行推定。

[發(fā)送機(jī)12]

發(fā)送機(jī)12生成為了推定生物體50的方向所使用的高頻信號(hào)。例如，如圖2所示，發(fā)送機(jī)12將所生成的信號(hào)(發(fā)送波)通過(guò)天線部11具備的1個(gè)發(fā)送天線元件進(jìn)行發(fā)送。

[天線部11]

天線部11包括1個(gè)發(fā)送天線元件以及n個(gè)(n是2以上的自然數(shù))接收天線元件。在本實(shí)施方式中，天線部11包括發(fā)送天線部11a和接收天線部11b，發(fā)送天線部11a具備1個(gè)單元的發(fā)送天線即發(fā)送天線元件，接收天線部11b具備mr個(gè)接收天線元件(接收陣列天線)。

如上所述，1個(gè)發(fā)送天線元件對(duì)發(fā)送機(jī)12所生成的信號(hào)(發(fā)送波)進(jìn)行發(fā)送。而且，例如如圖2所示，mr個(gè)接收天線元件分別接收從該1個(gè)發(fā)送天線元件發(fā)送而由生物體50反射后的信號(hào)(接收信號(hào))。

[接收部13]

接收部13針對(duì)與源于運(yùn)動(dòng)物體活動(dòng)的周期相當(dāng)?shù)牡?期間，觀測(cè)接收信號(hào)，所述接收信號(hào)是由n個(gè)接收天線元件分別接收到的信號(hào)，包括從發(fā)送天線元件發(fā)送而由運(yùn)動(dòng)物體反射后的反射信號(hào)。在此，運(yùn)動(dòng)物體是如圖2所示的生物體50。另外，源于運(yùn)動(dòng)物體活動(dòng)的周期是源于包括生物體50的呼吸、心跳、體動(dòng)中的至少一個(gè)的源于生物體的周期(生物體變動(dòng)周期)。

在本實(shí)施方式中，接收部13包括n個(gè)(mr個(gè))接收機(jī)(接收機(jī)13－1～接收機(jī)13－n)。接收機(jī)13－1～接收機(jī)13－n分別將由對(duì)應(yīng)的接收天線元件接收到的高頻信號(hào)變換成能夠進(jìn)行信號(hào)處理的低頻信號(hào)。接收部13至少將第1期間的接收機(jī)13－1～接收機(jī)13－n分別變換得到的低頻信號(hào)傳遞給復(fù)變傳遞函數(shù)算出部14。

[復(fù)變傳遞函數(shù)算出部14]

復(fù)變傳遞函數(shù)算出部14根據(jù)在第1期間觀測(cè)到的多個(gè)接收信號(hào)，算出多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，所述復(fù)變傳遞函數(shù)表示發(fā)送天線元件和n個(gè)接收天線元件的每一個(gè)之間的傳播特性。

在本實(shí)施方式中，復(fù)變傳遞函數(shù)算出部14根據(jù)從接收部13傳遞來(lái)的低頻信號(hào)，算出表示1個(gè)發(fā)送天線元件與mr個(gè)接收天線元件之間的傳播特性的復(fù)變傳遞函數(shù)。以下，使用圖3，更具體地進(jìn)行說(shuō)明。

圖3是概念性地表示圖1所示的天線部11中的信號(hào)波的傳遞狀況的圖。如圖3所示，由發(fā)送天線部11a的發(fā)送天線元件發(fā)送的發(fā)送波由生物體50反射后，到達(dá)接收天線部11b的接收陣列天線。在此，接收陣列天線包括mr個(gè)接收天線元件，是元件間隔為d的線性陣列。另外，設(shè)從接收陣列天線的正面觀察到的生物體50的方向?yàn)棣?。設(shè)生物體50與接收陣列天線的距離足夠大，使得可將來(lái)到接收陣列天線的源于生物體的反射波視為平面波。

在該情況下，復(fù)變傳遞函數(shù)算出部14根據(jù)使用接收陣列天線觀測(cè)到的復(fù)數(shù)接收信號(hào)向量能夠算出表示發(fā)送天線元件與接收陣列天線之間的傳播特性的復(fù)變傳遞函數(shù)向量。復(fù)變傳遞函數(shù)向量例如可以通過(guò)h0＝x/s來(lái)算出。在此，s是復(fù)數(shù)發(fā)送信號(hào)，是已知的。

[差分信息算出部15]

差分信息算出部15將算出的多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)按作為觀測(cè)到多個(gè)接收信號(hào)的順序的時(shí)間序列依次進(jìn)行記錄。而且，差分信息算出部15算出兩個(gè)以上的差分信息，所述差分信息表示該多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)中的、預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的差分，該差分信息通過(guò)n維向量來(lái)表現(xiàn)。在此，兩個(gè)以上的差分信息的各差分信息中的預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻中的起始點(diǎn)是不同的時(shí)刻。另外，預(yù)定間隔可以是源于生物體50的周期(生物體變動(dòng)周期)的大致一半。

圖4是表示實(shí)施方式1中的在計(jì)算差分信息時(shí)所使用的預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻的一例的概念圖。圖5是表示與圖4不同的預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻的一例的概念圖。在圖4中，縱軸表示變動(dòng)信道值，橫軸表示時(shí)間。另外，tmeas表示接收信號(hào)的觀測(cè)時(shí)間。該觀測(cè)時(shí)間tmeas是上述的第1期間。觀測(cè)時(shí)間tmeas例如與生物體的包括呼吸、心跳、體動(dòng)中的至少一個(gè)的生物體變動(dòng)最大周期即源于生物體變動(dòng)的最大的周期相當(dāng)。在圖4所示的例子中，設(shè)觀測(cè)時(shí)間為與生物體50的呼吸活動(dòng)的周期相當(dāng)?shù)募s3秒鐘。

當(dāng)在如圖4所示的觀測(cè)時(shí)間tmeas依次記錄了根據(jù)由接收部13觀測(cè)到的接收信號(hào)而算出的多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)、即時(shí)變信道的情況下，由于觀測(cè)時(shí)間tmeas相當(dāng)于生物體變動(dòng)最大周期，因此在觀測(cè)時(shí)間tmeas內(nèi)必定包含生物體50的變動(dòng)的最大值和最小值。在此，若將生物體變動(dòng)最大周期設(shè)為tmax，將源于生物體變動(dòng)的最小的周期(生物體變動(dòng)最小周期)設(shè)為tmin，則它們的半周期即tmax/2、tmin/2的時(shí)間差分，成為與生物體50的變動(dòng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間差。因此，能夠?qū)⒂?jì)算復(fù)變傳遞函數(shù)的差分信息時(shí)的預(yù)定間隔t設(shè)在tmax/2≤t≤tmin/2的范圍。這樣，即使將預(yù)定間隔t設(shè)為源于生物體50的周期(生物體變動(dòng)周期)的大致一半，也能夠從與生物體50的一個(gè)周期相當(dāng)?shù)臅r(shí)變信道中提取源于生物體的成分(分量)。

另外，在圖4所示的例子中，差分信息算出部15例如算出表示在時(shí)間t和時(shí)間t+t這兩個(gè)不同時(shí)間、即預(yù)定間隔t的兩個(gè)時(shí)刻的復(fù)變傳遞函數(shù)的差分的差分信息。而且，差分信息算出部15按照以每次錯(cuò)開(kāi)△t的時(shí)間為起始點(diǎn)的預(yù)定間隔t，進(jìn)行多次差分信息的算出。即，差分信息算出部15進(jìn)一步以不同的兩個(gè)時(shí)刻的預(yù)定間隔t(針對(duì)不同的復(fù)變傳遞函數(shù)的組)實(shí)施這種差分信息的算出。在此，算出差分信息是為了，去除經(jīng)由生物體50以外的固定物的復(fù)變傳遞函數(shù)成分，僅剩下僅經(jīng)由生物體50的復(fù)變傳遞函數(shù)成分。

在本實(shí)施方式中，有多個(gè)(mr個(gè))接收天線元件，因此，與接收天線部11b對(duì)應(yīng)的復(fù)變傳遞函數(shù)的差分值(差分信息)的數(shù)量也為多個(gè)。將它們一并定義為復(fù)差分信道向量。若設(shè)接收天線元件的數(shù)量為mr，則復(fù)差分信道向量表示為其中，1≤l，m≤n(l≠m，n為總測(cè)定次數(shù))。另外，l、m是表示測(cè)定編號(hào)的正整數(shù)，是取樣時(shí)間。[·]^t表示轉(zhuǎn)置。此外，在圖4所示的例子中，n是信道觀測(cè)次數(shù)，與ct、ct+t等包含時(shí)間間隔t的兩個(gè)時(shí)刻的梯形的頂點(diǎn)(在運(yùn)算中所使用的數(shù)據(jù))的數(shù)量對(duì)應(yīng)。在觀測(cè)時(shí)間tmeas為3秒、測(cè)定(觀測(cè))100次的情況下，n＝300。

在復(fù)變傳遞函數(shù)算出部14算出的復(fù)變傳遞函數(shù)向量中，例如如圖3所示，包含直接波和/或源于固定物的反射波等沒(méi)有經(jīng)由生物體50的反射波。另一方面，通過(guò)兩個(gè)時(shí)刻的復(fù)變傳遞函數(shù)向量的差分運(yùn)算，能消除所有沒(méi)有經(jīng)由生物體50的反射波，復(fù)差分信道向量中僅包含源于生物體的反射波。雖然也存在當(dāng)進(jìn)行該差分運(yùn)算時(shí)源于生物體50的反射波的復(fù)變傳遞函數(shù)也會(huì)被減去這一缺點(diǎn)，但由于因呼吸和/或心跳等生物體活動(dòng)而經(jīng)由生物體50的反射波的振幅和/或相位會(huì)時(shí)常發(fā)生時(shí)變，因此，復(fù)差分信道向量不會(huì)完全變?yōu)?。也就是說(shuō)，若對(duì)不同的兩個(gè)時(shí)刻的復(fù)變傳遞函數(shù)向量彼此進(jìn)行減法計(jì)算，則將會(huì)剩余對(duì)經(jīng)由生物體50的復(fù)變傳遞函數(shù)向量乘以系數(shù)后的量。

此外，如后所述，差分信息算出部15針對(duì)多個(gè)組(不同的兩個(gè)時(shí)刻的復(fù)變傳遞函數(shù))進(jìn)行差分信息的算出的原因在于，通過(guò)求取多次的平均，來(lái)削弱瞬間噪聲的影響而提高方向推定的精度。此外，進(jìn)行差分信息的算出時(shí)的預(yù)定間隔t也可以并非如圖4所示的固定值，而是任意的預(yù)定間隔、即例如如圖5所示的時(shí)間t'和時(shí)間t'+t'等兩個(gè)時(shí)刻間的預(yù)定間隔t'。

[方向推定處理部16]

方向推定處理部16使用該兩個(gè)以上的所算出的差分信息，以推定裝置10為方向基準(zhǔn)來(lái)推定運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向。更具體而言，方向推定處理部16根據(jù)兩個(gè)以上的所算出的差分信息的各差分信息，算出瞬時(shí)相關(guān)矩陣，所述瞬時(shí)相關(guān)矩陣是該差分信息中的預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻即差分時(shí)間的相關(guān)矩陣，并使用所算出的該瞬時(shí)相關(guān)矩陣，通過(guò)預(yù)定的到來(lái)方向推定方法，推定反射信號(hào)的到來(lái)方向。而且，基于推定出的反射信號(hào)的到來(lái)方向，推定運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向。在此，預(yù)定的到來(lái)方向推定方法是基于music(multiplesignalclassification，多重信號(hào)分類)算法的推定方法。

在本實(shí)施方式中，方向推定處理部16根據(jù)差分信息算出部15算出的作為多個(gè)差分信息的復(fù)差分信道向量，算出(式1)所示的相關(guān)矩陣(以下，稱為“瞬時(shí)相關(guān)矩陣”)。由于預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻即差分時(shí)間是瞬時(shí)的，故這樣稱呼。

rv(l，m)＝h(l，m)h^h(l，m)---(式1)

在此，[·]^h表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置。

另外，方向推定處理部16也可以進(jìn)一步如(式2)所示那樣對(duì)該瞬時(shí)相關(guān)矩陣進(jìn)行平均(平均運(yùn)算)。如上所述，其原因在于，由此能夠削弱瞬間噪聲的影響而提高方向推定的精度。

在此，(式1)所示的瞬時(shí)相關(guān)矩陣的秩(rank)為1。該瞬時(shí)相關(guān)矩陣是使4×1的向量成為4×4的矩陣而得到的，不過(guò)是增加了使1個(gè)行成分倍增整數(shù)倍后得到的行的矩陣。因此，無(wú)法解聯(lián)立方程式，也就是說(shuō)，秩為1。

然而，通過(guò)瞬時(shí)相關(guān)矩陣的平均運(yùn)算能夠使相關(guān)矩陣的秩恢復(fù)。也就是說(shuō)，通過(guò)將(式1)如(式2)那樣進(jìn)行平均化，能夠增加特征值(≒秩)，因此，使求解的變量(指標(biāo))增加。由此，(式2)增加了特征值，能夠提高推定精度。而且，將在后面進(jìn)行說(shuō)明，能夠同時(shí)推定多個(gè)來(lái)波。此外，雖然利用平均運(yùn)算實(shí)現(xiàn)精度提高是在后述的music法中常常使用的方案，但是是以通常頻率成分進(jìn)行的。另一方面，在本實(shí)施方式中，不同之處在于，是在時(shí)間方向上進(jìn)行平均化。

這樣，通過(guò)在某期間以時(shí)間序列方式記錄復(fù)變傳遞函數(shù)，并利用該所記錄的多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)(全部)，能獲得在觀測(cè)期間較短的情況下(例如數(shù)秒)也能夠提高推定精度這一效果。

方向推定處理部16能夠使用如上所述算出的瞬時(shí)相關(guān)矩陣來(lái)進(jìn)行反射信號(hào)的到來(lái)方向推定。

以下，說(shuō)明使用根據(jù)復(fù)差分信道向量求得的瞬時(shí)相關(guān)矩陣來(lái)進(jìn)行方向推定的方法。在此對(duì)基于music算法的推定法進(jìn)行說(shuō)明。

當(dāng)對(duì)(式2)所示的瞬時(shí)相關(guān)矩陣進(jìn)行特征值分解時(shí)，可以寫作r＝u∧u^h、

在此，是元素?cái)?shù)為mr的特征向量，是與特征向量對(duì)應(yīng)的特征值，順序?yàn)?imgfile="bda0001161669430000154.gif"wi="524"he="73"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>l是來(lái)波的數(shù)量也就是檢測(cè)對(duì)象的生物體數(shù)。

另外，將接收陣列天線的導(dǎo)向矢量(steeringvector)(方向矢量)定義為對(duì)其應(yīng)用music法。在此，k是波數(shù)。

即，方向推定處理部16基于music法，使用接收陣列天線的導(dǎo)向矢量，搜索如下所示的評(píng)價(jià)函數(shù)pmusic(θ)的極大值，由此，能夠推定來(lái)波的方向。

方向推定處理部16通過(guò)這樣對(duì)瞬時(shí)相關(guān)矩陣進(jìn)行特征值分解，并適用music法，從而能夠推定反射信號(hào)的到來(lái)方向，因此，能夠根據(jù)推定出的反射信號(hào)的到來(lái)方向來(lái)推定生物體50所存在的方向。其原因在于，推定出的反射信號(hào)的到來(lái)方向與以推定裝置10為基準(zhǔn)的生物體50所存在的方向大致一致。

[推定裝置10的工作]

對(duì)如上所述構(gòu)成的推定裝置10的推定處理的工作進(jìn)行說(shuō)明。圖6是表示實(shí)施方式1中的推定裝置10的推定處理的流程圖。

首先，推定裝置10針對(duì)與源于生物體50活動(dòng)的周期相當(dāng)?shù)牡?期間，觀測(cè)包含從1個(gè)發(fā)送天線元件發(fā)送而由生物體50反射的反射信號(hào)的接收信號(hào)(s10)。

接著，推定裝置10根據(jù)在第1期間觀測(cè)到的多個(gè)接收信號(hào)，算出多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，所述復(fù)變傳遞函數(shù)表示1個(gè)發(fā)送天線元件和mr個(gè)接收天線元件的每一個(gè)之間的傳播特性(s20)。詳細(xì)內(nèi)容如上所述，因此，在此省略說(shuō)明。以下也是同樣的。

接著，推定裝置10算出兩個(gè)以上的差分信息，所述差分信息表示該多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)中的預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的差分(s30)。

然后，推定裝置10使用兩個(gè)以上的差分信息，推定生物體50所存在的方向(s40)。

[效果等]

根據(jù)本實(shí)施方式的推定裝置610以及推定方法，能夠通過(guò)算出上述的差分信息，從而不使用傅立葉變換，而以比使用傅立葉變換時(shí)短的處理時(shí)間進(jìn)行使無(wú)線信號(hào)內(nèi)僅剩下源于生物體的成分的信號(hào)處理。另外，通過(guò)使用多個(gè)差分信息，能夠?qū)崿F(xiàn)推定精度的提高。因此，能夠使用與源于運(yùn)動(dòng)物體活動(dòng)的周期相當(dāng)?shù)亩虝r(shí)間的觀測(cè)時(shí)間，高精度地推定運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向。由此，能夠利用無(wú)線信號(hào)短時(shí)間且高精度地進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)物體存在的方向的推定。

(實(shí)施方式2)

在實(shí)施方式1中，說(shuō)明了使用在預(yù)定期間的不同的兩個(gè)時(shí)刻觀測(cè)到的復(fù)變傳遞函數(shù)的差分信息，推定作為檢測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)物體(生物體)所存在的方向的推定裝置10及其推定方法。在實(shí)施方式2中，說(shuō)明在使用同樣的差分信息后推定作為檢測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)物體(生物體)的位置的推定裝置20及其推定方法。

[推定裝置20的結(jié)構(gòu)]

圖7是表示實(shí)施方式2中的推定裝置20的結(jié)構(gòu)的一例的框圖。圖8是表示圖7所示的推定裝置20的檢測(cè)對(duì)象的一例的圖。對(duì)與圖1以及圖2同樣的要素賦予相同的標(biāo)號(hào)，并省略詳細(xì)的說(shuō)明。

圖7所示的推定裝置20具備發(fā)送天線部21a、接收天線部21b、發(fā)送部22、接收部23、復(fù)變傳遞函數(shù)算出部24、差分信息算出部25以及位置推定處理部26，對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的位置進(jìn)行推定。圖7所示的推定裝置20與圖1所示的推定裝置10相比，至少發(fā)送天線元件的數(shù)量不同，由此，能夠推定運(yùn)動(dòng)物體的位置。

[發(fā)送部22]

發(fā)送部22生成為了推定生物體50的方向所使用的高頻信號(hào)。例如，如圖8所示，發(fā)送部22將所生成的信號(hào)(發(fā)送波)通過(guò)發(fā)送天線部21a具備的mt個(gè)發(fā)送天線元件(發(fā)送陣列天線)進(jìn)行發(fā)送。

[發(fā)送天線部21a]

發(fā)送天線部21a包括m個(gè)(m是2以上的自然數(shù))發(fā)送天線元件。在本實(shí)施方式中，發(fā)送天線部21a具備mt個(gè)發(fā)送天線元件。如上所述，mt個(gè)發(fā)送天線元件對(duì)發(fā)送部22所生成的信號(hào)(發(fā)送波)進(jìn)行發(fā)送。

[接收天線部21b]

接收天線部21b包括n個(gè)(n是2以上的自然數(shù))接收天線元件(接收陣列天線)。在本實(shí)施方式中，與實(shí)施方式1同樣地，接收天線部21b具備mr個(gè)接收天線元件(接收陣列天線)。而且，例如如圖8所示，mr個(gè)接收天線元件分別接受從該mt個(gè)發(fā)送天線元件(發(fā)送陣列天線)發(fā)送的信號(hào)被生物體50反射后的信號(hào)(接收信號(hào))。

[接收部23]

接收部23針對(duì)與源于該運(yùn)動(dòng)物體活動(dòng)的周期相當(dāng)?shù)牡?期間，觀測(cè)接收信號(hào)，所述接收信號(hào)是由n個(gè)接收天線元件分別接收到的信號(hào)，包括從m個(gè)發(fā)送天線元件分別發(fā)送而由運(yùn)動(dòng)物體反射后的反射信號(hào)。在此，運(yùn)動(dòng)物體是如圖8所示的生物體50。與源于運(yùn)動(dòng)物體活動(dòng)的周期相當(dāng)。另外，源于運(yùn)動(dòng)物體活動(dòng)的周期是包括生物體50的呼吸、心跳、體動(dòng)中的至少一個(gè)的源于生物體的周期(生物體變動(dòng)周期)。

在本實(shí)施方式中，接收部23包括mr個(gè)接收機(jī)。mr個(gè)接收機(jī)分別將由對(duì)應(yīng)的接收天線元件接收到的高頻信號(hào)變換成能夠進(jìn)行信號(hào)處理的低頻信號(hào)。接收部23至少將第1期間的mr個(gè)接收機(jī)分別變換得到的低頻信號(hào)傳遞給復(fù)變傳遞函數(shù)算出部24。

[復(fù)變傳遞函數(shù)算出部24]

復(fù)變傳遞函數(shù)算出部24根據(jù)在第1期間觀測(cè)到的多個(gè)接收信號(hào)，算出多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，所述復(fù)變傳遞函數(shù)表示m個(gè)發(fā)送天線元件和n個(gè)接收天線元件各自之間的傳播特性。

在本實(shí)施方式中，復(fù)變傳遞函數(shù)算出部24根據(jù)從接收部23傳遞來(lái)的低頻信號(hào)，算出表示mt個(gè)發(fā)送天線元件與mr個(gè)接收天線元件之間的傳播特性的復(fù)變傳遞函數(shù)。以下，使用圖8，更具體地進(jìn)行說(shuō)明。

在圖8中，設(shè)發(fā)送陣列天線以及接收陣列天線均為元件間隔為d的線性陣列，從發(fā)送陣列天線以及接收陣列天線各自的正面觀察到的生物體50的方向?yàn)棣萾、θr。假定生物體與收發(fā)陣列天線之間的距離和陣列天線的開(kāi)口寬度相比足夠大，使得可將從發(fā)送陣列天線出發(fā)的以及來(lái)到接收陣列天線的經(jīng)由生物體的信號(hào)視為平面波。

如圖8所示，以角度θt從發(fā)送天線部21a的mt個(gè)發(fā)送天線元件(發(fā)送陣列天線)發(fā)送的發(fā)送波由生物體50反射，以角度θr到達(dá)接收陣列天線。

在該情況下，復(fù)變傳遞函數(shù)算出部24根據(jù)使用接收陣列天線觀測(cè)到的復(fù)數(shù)接收信號(hào)向量，能夠算出復(fù)變傳遞函數(shù)向量。復(fù)變傳遞函數(shù)向量成為矩陣形式，但可以與實(shí)施方式1同樣地算出。此外，如上所述，在算出的復(fù)變傳遞函數(shù)矩陣中含有直接波和/或源于固定物的反射波等沒(méi)有經(jīng)由生物體50的反射波。

[差分信息算出部25]

差分信息算出部25將算出的多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)按作為觀測(cè)到多個(gè)接收信號(hào)的順序的時(shí)間序列依次進(jìn)行記錄。而且，差分信息算出部25算出兩個(gè)以上的差分信息，所述差分信息表示該多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)中的、預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的差分，通過(guò)m×n維的矩陣來(lái)表現(xiàn)。在此，兩個(gè)以上的差分信息的各差分信息中的預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻中的起始點(diǎn)是不同的時(shí)刻。另外，預(yù)定間隔可以是源于生物體50的周期(生物體變動(dòng)周期)的大致一半。

此外，關(guān)于在計(jì)算差分信息時(shí)所使用的預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻，如使用圖4等在實(shí)施方式1中所說(shuō)明的，因此，省略這里的說(shuō)明。

在本實(shí)施方式中，差分信息算出部25也算出表示由復(fù)變傳遞函數(shù)算出部24算出的復(fù)變傳遞函數(shù)中的預(yù)定間隔t的兩個(gè)不同的時(shí)刻的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的差分的差分信息。另外，差分信息算出部25也進(jìn)一步針對(duì)不同的兩個(gè)時(shí)刻(不同的復(fù)變傳遞函數(shù)的組)實(shí)施差分信息的算出。在此，與實(shí)施方式1同樣地，算出差分信息是為了去除經(jīng)由生物體50以外的固定物的復(fù)變傳遞函數(shù)成分，僅剩下僅經(jīng)由生物體50的復(fù)變傳遞函數(shù)成分。

在本實(shí)施方式中，發(fā)送天線元件和接收天線元件的數(shù)量均為多個(gè)。因此，與發(fā)送天線部21a、接收天線部21b對(duì)應(yīng)的復(fù)變傳遞函數(shù)的差分值(差分信息)的數(shù)量為發(fā)送天線元件×接收天線元件數(shù)(mr×mt)，將它們一并定義為復(fù)差分信道矩陣h(l，m)。差分信息算出部25算出如下所示的復(fù)差分信道矩陣h(l，m)，作為差分信息。由于通過(guò)差分運(yùn)算消除了所有沒(méi)有經(jīng)由生物體50的反射波，因此該復(fù)差分信道矩陣h(l，m)中僅包含源于生物體50的反射波。

在此，1≤l，m≤n(l≠m，n為總測(cè)定次數(shù))。另外，l、m是表示測(cè)定編號(hào)的正整數(shù)，是取樣時(shí)間。

[位置推定處理部26]

位置推定處理部26使用該兩個(gè)以上的所算出的差分信息，推定運(yùn)動(dòng)物體所存在的位置。更具體而言，首先，位置推定處理部26根據(jù)兩個(gè)以上的被算出的差分信息的各差分信息，算出瞬時(shí)相關(guān)矩陣，所述瞬時(shí)相關(guān)矩陣是該差分信息中的預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻即差分時(shí)間的相關(guān)矩陣。接著，位置推定處理部26使用所算出的該瞬時(shí)相關(guān)矩陣，通過(guò)預(yù)定的到來(lái)方向推定方法，推定從發(fā)送天線部21a向運(yùn)動(dòng)物體發(fā)送的發(fā)送信號(hào)的發(fā)送方向、以及反射信號(hào)的到來(lái)方向。而且，位置推定處理部26基于推定出的發(fā)送信號(hào)的發(fā)送方向以及推定出的反射信號(hào)的到來(lái)方向，推定運(yùn)動(dòng)物體所存在的位置。在此，預(yù)定的到來(lái)方向推定方法是基于music算法的推定方法。

在本實(shí)施方式中，位置推定處理部26根據(jù)差分信息算出部25算出的作為多個(gè)差分信息的復(fù)差分信道矩陣，算出瞬時(shí)相關(guān)矩陣。

更具體而言，位置推定處理部26對(duì)差分信息算出部25算出的上述的復(fù)差分信道矩陣h(l，m)的元素進(jìn)行重新排列，算出變?yōu)?式3)所示的mrmt×1的向量的復(fù)差分信道。

在此，vec(·)意味著矩陣向向量的變換。

接著，位置推定處理部26根據(jù)該復(fù)差分信道向量算出(式4)所示的瞬時(shí)相關(guān)矩陣。

ri(l，m)＝hv(l，m)hv^h(l，m)---(式4)

另外，位置推定處理部26也可以進(jìn)一步如(式5)所示那樣對(duì)該瞬時(shí)相關(guān)矩陣進(jìn)行平均(平均運(yùn)算)。如上所述，其原因在于，由此能夠削弱瞬間噪聲的影響而提高方向推定的精度。

在此，(式4)的瞬時(shí)相關(guān)矩陣的秩為1，但是，如在實(shí)施方式1中說(shuō)明的那樣，也能夠通過(guò)瞬時(shí)相關(guān)矩陣的平均運(yùn)算來(lái)使相關(guān)矩陣的秩恢復(fù)。由此，不僅能夠改善推定精度，而且能夠同時(shí)推定多個(gè)來(lái)波。

這樣，通過(guò)在某期間以時(shí)間序列方式記錄復(fù)變傳遞函數(shù)，并利用該所記錄的多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)(全部)，能獲得在觀測(cè)期間較短的情況下(例如數(shù)秒)也能夠提高推定精度這一效果。

位置推定處理部26能夠使用如上所述算出的瞬時(shí)相關(guān)矩陣來(lái)進(jìn)行生物體50的位置推定。

接著，說(shuō)明使用根據(jù)復(fù)差分信道矩陣求得的瞬時(shí)相關(guān)矩陣來(lái)進(jìn)行方向推定的方法。在本實(shí)施方式中也對(duì)基于music算法的推定法進(jìn)行說(shuō)明。

當(dāng)對(duì)(式5)所示的瞬時(shí)相關(guān)矩陣進(jìn)行特征值分解時(shí)，可以寫作r＝u∧u^h、

在此，是元素?cái)?shù)為mr的特征向量，是與特征向量對(duì)應(yīng)的特征值，順序?yàn)?imgfile="bda0001161669430000214.gif"wi="613"he="70"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>l是來(lái)波的數(shù)量也就是檢測(cè)對(duì)象的生物體數(shù)。

另外，將發(fā)送陣列天線的導(dǎo)向矢量(方向矢量)定義為將接收陣列天線的導(dǎo)向矢量(方向矢量)定義為在此，k是波數(shù)。進(jìn)而，將這些導(dǎo)向矢量相乘，將考慮到收發(fā)陣列天線雙方的角度信息的導(dǎo)向矢量定義為對(duì)其應(yīng)用music法。

即，位置推定處理部26基于music法，使用相乘得到的導(dǎo)向矢量，以如下所示的評(píng)價(jià)函數(shù)pmusic(θ)搜索極大值，由此，能夠推定來(lái)波的方向。

在本實(shí)施方式中，需要對(duì)兩個(gè)角度(θt，θr)進(jìn)行評(píng)價(jià)函數(shù)的極大值的搜索，因此，實(shí)施二維的搜索處理。而且，位置推定處理部26根據(jù)如此獲得的兩個(gè)角度(θt，θr)來(lái)推定發(fā)送波向生物體50的發(fā)送方向和來(lái)自生物體50的反射波的到來(lái)方向，根據(jù)推定出的兩個(gè)方向的交點(diǎn)來(lái)推定生物體50的位置。

[推定裝置20的工作]

對(duì)如上所述構(gòu)成的推定裝置20的推定處理的工作進(jìn)行說(shuō)明。圖9是表示實(shí)施方式2中的推定裝置20的推定處理的流程圖。

首先，推定裝置20針對(duì)與源于生物體50活動(dòng)的周期相當(dāng)?shù)牡?期間，觀測(cè)包含從mt個(gè)發(fā)送天線元件發(fā)送而由生物體50反射后的反射信號(hào)的接收信號(hào)(s10a)。

接著，推定裝置20根據(jù)在第1期間觀測(cè)到的多個(gè)接收信號(hào)，算出多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)，所述復(fù)變傳遞函數(shù)表示mt個(gè)發(fā)送天線元件和mr個(gè)接收天線元件的各自之間的傳播特性(s20a)。詳細(xì)內(nèi)容如上所述，因此，在此省略說(shuō)明。以下也是同樣的。

接著，推定裝置20算出兩個(gè)以上的差分信息，所述差分信息表示該多個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)中的預(yù)定間隔的兩個(gè)時(shí)刻的兩個(gè)復(fù)變傳遞函數(shù)的差分(s30a)。

然后，推定裝置20使用兩個(gè)以上的差分信息，推定生物體50所存在的位置(s40a)。

[效果等]

根據(jù)本實(shí)施方式的推定裝置20以及推定方法，能夠通過(guò)算出上述的差分信息，從而不使用傅立葉變換，而以比使用傅立葉變換時(shí)短的處理時(shí)間進(jìn)行使無(wú)線信號(hào)內(nèi)僅剩下源于生物體的成分的信號(hào)處理。另外，通過(guò)使用多個(gè)差分信息，能夠?qū)崿F(xiàn)推定精度的提高。因此，能夠使用與源于運(yùn)動(dòng)物體活動(dòng)的周期相當(dāng)?shù)亩虝r(shí)間的觀測(cè)時(shí)間，高精度地推定運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向。由此，能夠利用無(wú)線信號(hào)短時(shí)間且高精度地進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)物體存在的位置的推定。

在此，為了驗(yàn)證與實(shí)施方式2相關(guān)的效果，進(jìn)行了基于實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)，因此，以下進(jìn)行說(shuō)明。

圖10是表示使用了實(shí)施方式2涉及的推定方法的實(shí)驗(yàn)的概念的圖。

圖10所示的發(fā)送陣列天線(tx陣列(array))和接收陣列天線(rx陣列(array))雙方是使用了4個(gè)元件貼片陣列天線(patcharrayantenna)的4×4mimo(multipleinputmultipleoutput：多入多出)結(jié)構(gòu)。另外，發(fā)送側(cè)使用了sp4t(single-pole-4-throw：?jiǎn)蔚端臄S)開(kāi)關(guān)，接收側(cè)使用了4系統(tǒng)接收機(jī)。而且，在本實(shí)驗(yàn)中，使用這些設(shè)備進(jìn)行了mimo信道的測(cè)定。

在此，設(shè)定收發(fā)天線的陣列元件間隔為0.5波長(zhǎng)、收發(fā)間距離d為4.0m、天線高h(yuǎn)為人(living-body：生物體)直立時(shí)的胸的高度即1.0m。由發(fā)送機(jī)發(fā)送2.47125ghz的非調(diào)制連續(xù)波(cw：continuouswave)，取樣頻率(信道的取得速度)為7.0hz，信道測(cè)定時(shí)間為3.3秒。在信道測(cè)定時(shí)，除被實(shí)驗(yàn)者以外沒(méi)有其他人，被實(shí)驗(yàn)者為正面朝向天線側(cè)的墻壁的狀態(tài)。

圖11是表示使用了實(shí)施方式2涉及的推定方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。在圖11中，表示了被實(shí)驗(yàn)者為兩個(gè)人的情況下的生物體位置推定的結(jié)果。關(guān)于實(shí)驗(yàn)時(shí)被實(shí)驗(yàn)者的站立位置，被實(shí)驗(yàn)者1為(x＝1.0m，y＝2.5m)，被實(shí)驗(yàn)者2為(x＝3.0m，y＝2.0m)。在圖11中，用〇記號(hào)表示了實(shí)際的被實(shí)驗(yàn)者的位置，用◇記號(hào)表示了通過(guò)搜索評(píng)價(jià)函數(shù)的極大值而推定出的被實(shí)驗(yàn)者的位置。如圖11所示，在被實(shí)驗(yàn)者為兩個(gè)人的情況下，通過(guò)搜索評(píng)價(jià)函數(shù)的極大值而推定出的被實(shí)驗(yàn)者的位置也出現(xiàn)在實(shí)際的被實(shí)驗(yàn)者(生物體)的附近。因此，可知通過(guò)實(shí)施方式2涉及的推定方法能夠進(jìn)行多人的生物體位置推定。

圖12是表示使用了實(shí)施方式2涉及的推定方法的另一實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。圖12的實(shí)線a表示對(duì)被實(shí)驗(yàn)者為兩個(gè)人的情況下的生物體位置推定進(jìn)行了1500次實(shí)驗(yàn)時(shí)的位置推定誤差的累積概率分布(cdf：cumulativedistributionfunction)。此外，關(guān)于圖12的虛線b，作為比較例一并表示了對(duì)作為本實(shí)驗(yàn)條件的3.28秒的時(shí)間變動(dòng)信道使用了原有方法即傅立葉變換的生物體位置推定法(上述專利文獻(xiàn)3)的結(jié)果(位置推定誤差的累積概率分布)。

根據(jù)圖12可知，使用了傅立葉變換的比較例的情況下的cdf90％值為1.12m，使用了實(shí)施方式2涉及的推定方法的情況下的cdf90％值為0.39m。因此，可知實(shí)施方式2涉及的推定方法能夠以高出0.73m的精度進(jìn)行推定。由此，示出了通過(guò)本實(shí)施方式即使觀測(cè)時(shí)間短也能夠高精度地推定生物體位置這一情況。

如上所述，根據(jù)本公開(kāi)，能夠通過(guò)算出預(yù)定期間的兩個(gè)不同時(shí)刻的傳播信道的差分即差分信息，從而不使用傅立葉變換，而以比使用傅立葉變換時(shí)短的處理時(shí)間進(jìn)行使無(wú)線信號(hào)內(nèi)僅剩下源于生物體的成分的信號(hào)處理。另外，通過(guò)使用多個(gè)差分信息，能夠?qū)崿F(xiàn)推定精度的提高。由此，能夠用與源于運(yùn)動(dòng)物體活動(dòng)的周期相當(dāng)?shù)亩虝r(shí)間的觀測(cè)時(shí)間，高精度地推定運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)能利用無(wú)線信號(hào)短時(shí)間且高精度地進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)物體所存在的方向和/或位置的推定的推定裝置以及推定方法。

以上，基于實(shí)施方式說(shuō)明了本公開(kāi)的一個(gè)技術(shù)方案涉及的定位傳感器以及方向推定方法，但本公開(kāi)并不限定于這些實(shí)施方式。只要不脫離本公開(kāi)的宗旨，將本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的各種變形應(yīng)用于本實(shí)施方式，或者將不同的實(shí)施方式中的構(gòu)成要素組合而構(gòu)成的形態(tài)也包含在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。

例如，在實(shí)施方式1以及實(shí)施方式2中，以生物體50的方向推定和/或位置推定為例進(jìn)行了說(shuō)明，但并不限于生物體50。能夠適用于在被照射高頻的信號(hào)的情況下，由其活動(dòng)對(duì)反射波引起多普勒效應(yīng)的各種運(yùn)動(dòng)物體(機(jī)器等)。

另外，本公開(kāi)不僅可以作為具備這種特征性構(gòu)成要素的定位傳感器而實(shí)現(xiàn)，而且也可以作為推定方法等而實(shí)現(xiàn)，所述推定方法以定位傳感器所包含的特征性構(gòu)成要素為步驟。另外，還能夠作為計(jì)算機(jī)程序而實(shí)現(xiàn)，所述計(jì)算機(jī)程序使計(jì)算機(jī)執(zhí)行這種方法所包含的特征性的各個(gè)步驟。而且，毫無(wú)疑問(wèn)也可以通過(guò)cd-rom等計(jì)算機(jī)可讀的非暫時(shí)性的記錄介質(zhì)或者互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)使這種計(jì)算機(jī)程序流通。