JP7182245B2 - Radio wave sensor and radio wave detection method - Google Patents
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Description
本開示は、電波センサ及び電波検出方法に係り、特に、移動体に対し電波を送信し、送信した電波の反射波を受信して移動体の有無を検出する電波センサ及び電波検出方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a radio wave sensor and a radio wave detection method, and more particularly to a radio wave sensor and a radio wave detection method that transmit radio waves to a mobile body and receive reflected waves of the transmitted radio waves to detect the presence or absence of the mobile body.
従来から人感センサと照明とを併設し、人感センサによって一定範囲内の人体の存否を検知して検知があった場合に照明を一定時間点灯させる照明制御システムが知られている。例えば、特許文献1では、検知エリア内で人の動きによる温度変化を検知して検出信号を出力するパッシブセンサが知られているが、温度変化の影響を受けることと、検知距離に制限があることを指摘する。そこで、自らが信号を送受信し送信信号と受信信号とに基づいて物体の有無を検出するアクティブセンサを用いることで、温度変化の影響を受けず、長距離で物体の有無の検出が可能となると述べている。かかるアクティブセンサとしては、例えば、反射波に生じたドップラーシフトに基づいて移動体の有無を検出する電波センサが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a lighting control system in which a human sensor and lighting are provided together, the presence or absence of a human body within a certain range is detected by the human sensor, and the lighting is turned on for a certain period of time when a human body is detected. For example, Patent Literature 1 discloses a passive sensor that detects a temperature change due to human movement within a detection area and outputs a detection signal. point out. Therefore, by using an active sensor that itself transmits and receives signals and detects the presence or absence of an object based on the transmitted signal and the received signal, it is possible to detect the presence or absence of an object over a long distance without being affected by temperature changes. Says. As such an active sensor, for example, a radio wave sensor that detects the presence or absence of a moving object based on a Doppler shift occurring in reflected waves is known.
特許文献2では、2つのアンテナを用いて同一のタイミングで電波を放射し、反射波をそれぞれのアンテナで受信する場合に一方から放射される放射波が他方から放射される放射波の干渉波となることを指摘する。そこで、1つのアンテナに2つの異なる方式の給電点を設け、互いに直交する偏波を同時に送受信する構成で、互いに干渉波となることを防止することが述べられている。 In Patent Document 2, when radio waves are radiated at the same timing using two antennas and the reflected waves are received by the respective antennas, the radiated waves radiated from one of the antennas interfere with the radiated waves radiated from the other. point out that Therefore, it is described that one antenna is provided with two feeding points of different methods, and mutually orthogonally polarized waves are transmitted and received at the same time, thereby preventing mutual interference waves.
電波センサを用いることで、長距離で物体の有無が検出可能になるが、電波は、建物の壁を透過し、壁の向こうの物体の有無まで検出する可能性がある。例えば、非常階段の照明を電波センサによる人体の検出に基づいて点灯するシステムの場合、人体の検出範囲である非常階段の領域を仕切る壁の向こうの人体の有無まで検出し、不要な点灯を行う可能性がある。そこで、所定の検出範囲における移動体の有無を正しく判定できる電波センサ及び電波検出方法が要望される。 By using a radio wave sensor, it is possible to detect the presence or absence of an object over a long distance. However, radio waves may penetrate the walls of a building and detect the presence or absence of an object beyond the wall. For example, in the case of a system that turns on emergency staircase lighting based on the detection of a human body by a radio wave sensor, it detects the presence or absence of a human body beyond the wall that separates the area of the emergency staircase, which is the detection range of the human body, and turns on unnecessary lighting. there is a possibility. Therefore, there is a demand for a radio wave sensor and a radio wave detection method that can correctly determine the presence or absence of a moving object within a predetermined detection range.
本開示に係る電波センサは、所定の検出範囲に対して電波を送信し、送信した電波が移動体で反射された電波を受信して、検出範囲における移動体の有無を検出する電波センサであって、互いに偏波が異なる第1偏波と第2偏波とを送受信するアンテナ部と、第1偏波の送受信と第2偏波の送受信とを切り替える偏波切替部と、偏波切替部に対し予め定めた偏波切替周期で第1偏波と第2偏波の切り替えを指示する偏波切替信号を出力する切替信号出力部と、アンテナ部の送受信信号に関する処理を行う高周波回路と、高周波回路に接続され、第1偏波の受信信号及び第2偏波の受信信号を検出した場合に、第1偏波の受信信号レベルと第2偏波の受信信号レベルとの差である信号レベル差について、電波センサが設置される環境に応じて設定された判定基準を用いて、信号レベル差が判定基準未満の場合に、検出範囲の内に移動体があると判定し、第1偏波の受信信号及び第2偏波の受信信号を検出しない場合、及び、信号レベル差が判定基準以上の場合は、検出範囲の内には移動体がいないと判定する判定部と、を含む。 A radio wave sensor according to the present disclosure is a radio wave sensor that transmits radio waves to a predetermined detection range, receives radio waves that are reflected by a moving body in the transmitted radio waves, and detects the presence or absence of a moving body within the detection range. an antenna unit that transmits and receives a first polarized wave and a second polarized wave that are different in polarization from each other; a polarization switching unit that switches between transmission and reception of the first polarized wave and transmission and reception of the second polarized wave; and a polarization switching unit. A switching signal output unit that outputs a polarization switching signal that instructs switching between the first polarized wave and the second polarized wave at a predetermined polarization switching cycle, a high frequency circuit that performs processing related to the transmission and reception signals of the antenna unit, A signal that is the difference between the received signal level of the first polarized wave and the received signal level of the second polarized wave when the received signal of the first polarized wave and the received signal of the second polarized wave are detected by being connected to a high-frequency circuit. Regarding the level difference, using a criterion set according to the environment in which the radio wave sensor is installed, if the signal level difference is less than the criterion, it is determined that there is a moving object within the detection range, and the first deviation is detected. a determination unit that determines that there is no moving object within the detection range when neither the received signal of the second polarized wave nor the received signal of the second polarized wave is detected and when the signal level difference is equal to or greater than a determination criterion.
本開示に係る電波検出方法は、所定の検出範囲に対して電波を送信し、送信した電波が移動体で反射された電波を受信して、検出範囲における移動体の有無を検出する電波検出方法であって、互いに偏波が異なる第1偏波と第2偏波とを予め定めた偏波切替周期で第1偏波と第2偏波を切り替えて送信し、第1偏波の受信信号及び第2偏波の受信信号を検出した場合に、第1偏波の受信信号レベルと第2偏波の受信信号レベルとの差である信号レベル差について、電波センサが設置される環境に応じて設定された判定基準を用いて、信号レベル差が判定基準未満の場合に、検出範囲の内に移動体があると判定し、第1偏波の受信信号及び第2偏波の受信信号を検出しない場合、及び、信号レベル差が判定基準以上の場合は、検出範囲の内には移動体がいないと判定する。 A radio wave detection method according to the present disclosure transmits radio waves to a predetermined detection range, receives radio waves reflected by a moving object from the transmitted radio waves, and detects the presence or absence of a moving object within the detection range. wherein a first polarized wave and a second polarized wave having different polarizations are transmitted by switching between the first polarized wave and the second polarized wave at a predetermined polarization switching cycle, and a received signal of the first polarized wave is transmitted. And when the received signal of the second polarized wave is detected, the signal level difference, which is the difference between the received signal level of the first polarized wave and the received signal level of the second polarized wave, depending on the environment in which the radio wave sensor is installed If the signal level difference is less than the criterion, it is determined that there is a moving object within the detection range, and the received signal of the first polarized wave and the received signal of the second polarized wave are If not detected, or if the signal level difference is equal to or greater than the criterion, it is determined that there is no moving object within the detection range.
上記構成の電波センサ及び電波検出方法によれば、所定の検出範囲における移動体の有無を正しく判定することができる。 According to the radio wave sensor and the radio wave detection method configured as described above, it is possible to correctly determine the presence or absence of a moving object within a predetermined detection range.
以下に図面を用いて、本開示の実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる周波数等は、説明のための例示であって、電波センサの仕様等に応じて適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. The frequencies and the like described below are examples for explanation, and can be changed as appropriate according to the specifications of the radio wave sensor. In the following, corresponding elements in all the drawings are given the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
図1は、電波センサ20を用いる照明制御システム10を示す図である。照明制御システム10は、非常階段12の各階において非常階段12に面した壁面14と踊り場15の突き当りの壁面16の適当な場所に設けられる非常灯18の点灯、消灯に関する制御を行うシステムである。非常灯18は、点灯、消灯、あるいは省電力状態である薄暗い点灯状態に制御する照明回路を有する。非常階段12は、通常時には使用しない階段であるので、非常灯18は消灯状態または省電力状態であるが、緊急事態等で人8が非常階段12を利用するときは、非常灯18を明るく点灯する。照明制御システム10は、非常灯18を点灯するか否かについて、電波センサ20を用いて、非常階段12における人8の有無を判定する。人8がいないと判定されるときは非常灯18を消灯状態または省電力状態とし、人8がいると判定されるときは非常灯18を明るく点灯する。
FIG. 1 is a diagram showing a
非常階段12は、建物の壁面14と壁面16との間の空間に設けられている。壁面14と壁面16との間の空間は、電波センサ20が配置される非常階段12の領域空間であり、電波センサ20が非常灯18の点灯及び消灯に関して、人8の有無を検出するものとして設定された範囲であるので、これを所定の検出範囲30と呼ぶ。例えば、壁面16を有する壁17の向こう側に人9がいても、非常灯18を点灯する必要が無いので、壁17の向こう側は、所定の検出範囲30の内でなく、検出範囲外32である。
The
電波センサ20は、所定の検出範囲30に対して電波22を送信し、送信した電波22が移動体である人8で反射された電波24を受信して、検出範囲30における移動体である人8の有無を検出するアクティブセンサである。非常階段12を利用する人8は、緊急事態の事情等で非常階段12を注意しながら上り下りするので、電波センサ20は、ドップラ法を利用して、人8が移動することを検出するドップラ型センサである。
The
ドップラ法は、移動体に対し送信した電波22の周波数と、移動体から反射した電波24の周波数との差である周波数差に基づいて、移動体の移動速度を求める方法である。周波数差の信号をドップラ信号と呼ぶと、移動体がないときは、ドップラ信号の振幅はバックグランドのノイズレベルで、移動体があるときは、移動体の速度に関連する周波数差のドップラ信号が現れ、その振幅はノイズレベル以上になる。したがって、電波センサ20は、送信した電波22と受信した電波24とからドップラ信号を算出し、その振幅を所定の判定基準で判定することで、非常階段12における移動体である人8の有無を検出できる。
The Doppler method is a method of determining the moving speed of a moving object based on the frequency difference between the frequency of the
ところで、検出範囲30の内と、検出範囲30の内でない検出範囲外32との間を仕切る壁17を電波センサ20から送信した電波23が透過することが生じ得る。この場合、壁17を透過した電波23は、検出範囲外32にいる移動体である人9で反射し、反射された電波25を電波センサ20が受信すると、移動体である人9がいる、と誤検出して非常灯18を点灯することが生じ得る。電波センサ20は、かかる誤検出を防ぐために、図2に示す構成を有する。
By the way, the
図2は、電波センサ20の構成を示すブロック図である。電波センサ20は、アンテナ部40、高周波回路50、制御回路60、及び、偏波切替部70を含む。図2において、太線は、高周波信号が通る高周波線路82,84,86であり、細線は、一般的な信号線90,92,94である。高周波信号は、導体を通ることで損失が生じるので、高周波線路82,84,86は、出来るだけ短いことが好ましい。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
アンテナ部40は、互いに偏波が異なる第1偏波と第2偏波とを独立して送受信できるアンテナである。第1偏波と第2偏波とは、互いに偏波方向が異なっていればよく、直交偏波関係でなくてもよい。かかるアンテナ部40としては、水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナとを互いの送受信方向を平行方向でない角度関係で配置する一組のアンテナで構成することができる。
The
互いの送受信方向を直交させる場合は、1つのマイクロストリップアンテナで構成することができる。例えば、誘電体基板と、その両面に印刷配線された放射素子と地導体板と、放射素子に接続され互いに直交する配置関係を有する2つの給電線を含む平面アンテナのマイクロストリップアンテナを用いることができる。2つの給電線は、水平偏波用の水平給電線と、垂直偏波用の垂直給電線である。水平給電線と垂直給電線は、平面アンテナの正方形の放射素子の4つの辺の内の互いに直交する辺において、各辺の中心を通ってその辺に直交する方向に沿った位置に設けられる。水平給電線と垂直給電線は、正方形の放射素子の中心点よりも辺の縁側に偏った位置に設けられる。 If the transmitting and receiving directions are orthogonal to each other, it can be configured with one microstrip antenna. For example, it is possible to use a microstrip antenna which is a planar antenna including a dielectric substrate, a radiating element and a ground conductor plate printed and wired on both sides of the substrate, and two feeding lines connected to the radiating element and having a mutually orthogonal arrangement relationship. can. The two feed lines are a horizontal feed line for horizontal polarization and a vertical feed line for vertical polarization. The horizontal feed line and the vertical feed line are provided along a direction orthogonal to each side through the center of each of the four sides of the square radiating element of the planar antenna that are orthogonal to each other. The horizontal feed line and the vertical feed line are provided at positions deviated from the center point of the square radiating element toward the edge side of the side.
電波は電磁波であるが、電磁波は互いに直交する方向に振動する電界と磁界とで構成される。電磁波において、電界や磁界の振動の方向が一定している場合を直線偏波と言い、 電界の振動の向きと電磁波の伝搬方向とを含む面を偏波面と言う。偏波面が大地に対して水平の場合が水平偏波であり、垂直の場合が垂直偏波である。水平偏波は、電界の振動方向が水平なので、TE(Transverse Electric)波と呼ばれ、垂直偏波は、磁界の振動方向が水平なので、TM(Transverse Magnetic)波と呼ばれる。したがって、水平給電線は、TE波の送受信用の給電線として用いられ、垂直給電線は、TM波の送受信用の給電線として用いられる。以下では、1つのマイクロストリップアンテナで構成されるアンテナ部40について述べる。
A radio wave is an electromagnetic wave, and an electromagnetic wave is composed of an electric field and a magnetic field that oscillate in mutually orthogonal directions. In an electromagnetic wave, when the direction of oscillation of the electric field or magnetic field is constant, it is called a linearly polarized wave, and the plane containing the direction of oscillation of the electric field and the propagation direction of the electromagnetic wave is called the plane of polarization. When the polarization plane is horizontal with respect to the ground, it is horizontal polarization, and when it is vertical, it is vertical polarization. The horizontally polarized wave is called a TE (Transverse Electric) wave because the electric field oscillates horizontally, and the vertically polarized wave is called a TM (Transverse Magnetic) wave because the magnetic field oscillates horizontally. Therefore, the horizontal feed line is used as a feed line for transmitting and receiving TE waves, and the vertical feed line is used as a feed line for transmitting and receiving TM waves. The
図2のアンテナ部40は、2つの給電線を含む平面アンテナのマイクロストリップアンテナである。図2において、平面アンテナを正方形の放射素子にモデル化し、互いに直交する辺のそれぞれの辺縁側に設けられる水平給電線42と垂直給電線44を示す。垂直給電線44によって送受信されるTM波を実線で示し、水平給電線42によって送受信されるTE波を破線で示す。以下では、第1偏波を水平偏波、すなわちTE波とし、第2偏波を垂直偏波、すなわちTM波とする。
The
高周波回路50は、送受信信号に関する処理を行う回路である。高周波回路50は、所定の周波数の送信電波を出力する送信部52、受信電波を受信する受信部54、受信電波の電力レベルである受信電力レベルを測定する検波回路56、及びドップラ処理部58を含む。
The high-
送信部52が出力する送信電波の所定の周波数は、約24GHzである。受信部54は、TE波、TM波を受信して受信波の信号処理を行う回路である。検波回路56は、受信したTE波、TM波の電力レベルを測定し、信号線90を介して測定データを制御回路60に伝送する回路である。
The predetermined frequency of the transmission radio wave output by the
ドップラ処理部58は、水平給電線42から送信されるTE波の送信周波数と、水平給電線42で受信したTE波の受信周波数との差である周波数差の信号を、TE波のドップラ信号として求める。求められたTE波のドップラ信号の振幅は、信号線90を介して制御回路60に伝送される。同様に、垂直給電線44から送信されるTM波の送信周波数と、垂直給電線44で受信したTM波の受信周波数との差である周波数差の信号を、TM波のドップラ信号として求める。求められたTM波のドップラ信号の振幅は、信号線90を介して制御回路60に伝送される。
The Doppler processing unit 58 converts the frequency difference signal, which is the difference between the transmission frequency of the TE wave transmitted from the
制御回路60は、偏波切替部70に対し、予め定めた偏波切替周期で第1偏波と第2偏波の切り替えを指示する偏波切替信号を出力する切替信号出力部62を含む。偏波切替信号は、アンテナ部40において、TE波の送受信とTM波の送受信を偏波切替周期で繰り返し常時切り替えるために偏波切替部70に出力される。偏波切替周期は、同一の移動体である人8に第1偏波と第2偏波とを送受信可能な時間幅以内の周期に設定される。偏波切替周期が長すぎる場合には、TE波を人8に送受信したが、TM波は誰もいない場所に送受信する等の場合のように、移動体である人8の有無について誤検出の可能性が生じる。非常階段12における人8の移動速度に対応する周波数は、状況によるが、数10Hzであるので、偏波切替周期が10ms以下でないと、移動する人8について同じ状態におけるTE波とTM波の双方での検出ができない。好ましくは、偏波切替周期は、1ms未満に設定することがよい。
The
制御回路60は、さらに、判定部64を含む。判定部64は、検出範囲30の内における移動体である人8の有無を判定する。判定は、2段階に分けて行われる。
第1段階は、TE波の受信信号及びTM波の受信信号の有無に関する判定である。TE波の受信信号及びTM波の受信信号が無い場合は、電波を送信しても反射波が返ってこない状態であるので、検出範囲30の内に移動体である人8はいないと判定する。TE波の受信信号及びTM波の受信信号の有無は、壁面16からの反射波の影響を避けるために、TE波のドップラ信号、及び、TM波のドップラ信号の有無に基づいて行われる。以下では、第1偏波であるTE波のドップラ信号を第1ドップラ信号と呼び、第2偏波であるTM波のドップラ信号を第2ドップラ信号と呼ぶ。第1ドップラ信号及び第2ドップラ信号は、高周波回路50のドップラ処理部58において求められる。ドップラ信号の有無に対する判定基準は、予め定めたドップラ信号におけるノイズレベルに基づいて定めることができる。第1ドップラ信号の振幅レベル、及び、第2ドップラ信号の振幅レベルが、ドップラ信号におけるノイズレベル未満の場合には、TE波の受信信号及びTM波の受信信号が無いと判定される。
The first step is to determine whether or not there is a TE wave received signal and a TM wave received signal. If there is no TE wave reception signal or TM wave reception signal, no reflected wave is returned even if the radio wave is transmitted. . The presence or absence of the received TE wave signal and the received TM wave signal is determined based on the presence or absence of the Doppler signal of the TE wave and the Doppler signal of the TM wave in order to avoid the influence of the reflected wave from the
TE波の受信信号及びTM波の受信信号がある場合には、第2段階に進む。第2段階では、同一偏波切替周期内におけるTE波の受信信号レベルとTM波の受信信号レベルとの差である信号レベル差を用いる。信号レベル差としては、ドップラ処理部58によって求められた第1ドップラ信号の振幅レベルと、第2ドップラ信号の振幅レベルの差である振幅レベル差が用いられる。ドップラ信号の振幅は、電波の電力レベルが高いほど大きな振幅になるので、ドップラ信号の振幅レベル差に代えて、検波回路56によって測定されたTE波の受信電力レベルとTM波の受信電力レベルとの差である電力レベル差を用いてもよい。
If there is a TE wave received signal and a TM wave received signal, the process proceeds to the second step. In the second step, a signal level difference, which is the difference between the received signal level of the TE wave and the received signal level of the TM wave within the same polarization switching cycle, is used. As the signal level difference, an amplitude level difference, which is the difference between the amplitude level of the first Doppler signal obtained by the Doppler processing unit 58 and the amplitude level of the second Doppler signal, is used. Since the amplitude of the Doppler signal increases as the power level of the radio wave increases, instead of the amplitude level difference of the Doppler signal, the received power level of the TE wave and the received power level of the TM wave measured by the
同一偏波切替周期内における信号レベル差が予め定めた判定基準未満の場合に、判定部64は、検出範囲30の内に、移動体である人8がいると判定する。これに対し、同一偏波切替周期内における信号レベル差が予め定めた判定基準以上の場合には、検出範囲外32にいる移動体である人9を誤検出したとして、判定部64は、検出範囲30の内に、移動体である人8がいないと判定する。判定基準は、電波センサ20が設置される環境に応じて、予め設定される。
If the signal level difference within the same polarization switching cycle is less than a predetermined criterion, the
したがって、判定部64は、第1偏波の受信信号及び第2偏波の受信信号を検出した場合で、同一偏波切替周期内における信号レベル差が予め定めた判定基準未満の場合に、検出範囲30の内に、移動体である人8がいると判定する。また、判定部64は、第1偏波の受信信号及び第2偏波の受信信号を検出しない場合、及び、信号レベル差が予め定めた判定基準以上の場合には、検出範囲30の内には移動体がいないと判定する。移動体である人8,9の有無に関する判定の具体例については後述する。
Therefore, when the
判定部64によって検出範囲30の内に移動体である人8がいると判定されると、信号線94を介して、非常灯18の照明回路に対し、明るく点灯する点灯指示信号が伝送される。判定部64によって検出範囲30の内に移動体である人8がいないと判定されるときは、非常灯18に対し、消灯または省電力状態の薄暗い点灯状態とする信号が出力される。
When the
かかる制御回路60としては、非常灯18と一体化されている電波センサ20への搭載に適したマイクロプロセッサが用いられる。
As the
偏波切替部70は、偏波切替信号に基づいて、高周波回路50の接続先を、アンテナ部40の水平給電線42または垂直給電線44のいずれとするかを切り替える切替手段である。偏波切替部70は、水平給電線42用の水平偏波切替部72と、垂直給電線44用の垂直偏波切替部74と、高周波回路50用の回路接続部76とを含む。
The
高周波線路82は、水平給電線42と水平偏波切替部72との間を接続し、高周波線路84は、垂直給電線44と垂直偏波切替部74との間を接続し、高周波線路86は、高周波回路50と回路接続部76との間を接続する。
The high-
上記構成の作用効果、特に制御回路60の機能について、図3から図5を用いてさらに詳細に説明する。
The effects of the above configuration, particularly the function of the
図3は、TE波とTM波がそれぞれ空気中から壁面16に入射して壁17を透過する例を示す図である。図3において、実線と破線とは、電波が検出範囲30の空気中を壁面16に向かって進み、壁17を透過して壁17の向こう側へ抜ける進行方向を示す。実線は、TM波の進行方向を示し、破線は、TE波の進行方向を示す。電波の進行方向が壁面16に入射する角度である入射角度θは、壁面16の法線と電波の進行方向とがなす角度である。壁17が地表に対し垂直に立設しているとして、水平偏波のTE波の電界のベクトル方向は地表に水平である。図3では、TE波の進行方向を示す破線に対し、丸印の中に黒丸を付すマークでそのことを示す。垂直偏波のTM波の電界のベクトル方向は地表に垂直であるが、電波の進行方向が大地に対し入射角度θで傾いているので、地表からは入射角度θの分だけ傾く。図3では、TM波の進行方向を示す実線に対し垂直方向の矢印マークでそのことを示す。
FIG. 3 is a diagram showing an example in which the TE wave and the TM wave respectively enter the
TE波とTM波が検出範囲30の空気中を進行して、空気の誘電率よりも大きな誘電率を有する壁17の壁面16に入射し、壁17を透過する特性は、周知のスネルの法則を用いて計算できる。図4は、計算結果の一例を示す図である。横軸は入射角度θであり、縦軸は透過係数である。計算に際しては、壁17がガラス壁として、ガラスの誘電率を用いた。入射角度θ=0度においては、TE波もTM波も壁面16に対し垂直に入射するので、偏波面の差が現れず、同じ透過係数になるが、入射角度θが大きくなるにつれて、TE波の透過係数とTM波の透過係数との間に差異が生じる。図4の例では、入射角度θが約15度以上において、{TM波の透過係数}>{TE波の透過係数}となる。
The characteristics of the TE wave and TM wave traveling through the air in the
図1に示す移動体である人9に対する電波の反射を考えると、電波は、電波センサ20から検出範囲30の空気中を進行して、壁17を透過し、検出範囲外32の空気中に出て、移動体である人9から反射する。移動体である人9から反射した電波は、入射方向と逆方向に、検出範囲外32の空気中を進行して壁17を透過し、検出範囲30の空気中に出て、電波センサ20に戻る。したがって、電波は、壁17を2回透過する。電波としてTM波とTE波とを使い分ける場合は、入射角度θが約15度以上において、{TM波の透過係数}>{TE波の透過係数}であるので、電波センサ20が受信する反射波としてのTE波の信号レベルはTM波の信号レベルよりも低くなる。
Considering the reflection of radio waves from a
これに対し、検出範囲30の内の非常階段12における移動体である人8からの送信波及び反射波は、いずれも空気中のみを通るので、電波センサ20が受信する反射波としてのTE波の信号レベルは、TM波の信号レベルと同じである。
On the other hand, the transmitted wave and the reflected wave from the
電波センサ20の制御回路60の判定部64は、第1段階として、TE波の受信信号及びTM波の受信信号の有無に関する判定を行う。第1段階において、TE波の受信信号及びTM波の受信信号があると判定されると、第2段階に進む。第2段階では、TE波の受信信号レベルとTM波の受信信号レベルとの差である信号レベル差を用いる。上記のように、検出範囲30の内の非常階段12における移動体である人8については、TE波の受信信号レベルとTM波の受信信号レベルは同じであるので、信号レベル差はゼロである。これに対し、検出範囲外32における移動体である人9については、TE波の受信信号レベルは、TM波の受信信号レベルよりも小さいので、信号レベル差はゼロにはならない。これを用いて、検出範囲30の内の非常階段12における移動体である人8と、検出範囲外32における移動体である人9との区別が行える。
As a first step, the
図5は、検出範囲30の内と、検出範囲外32のそれぞれについて移動体である人8,9の有無に関する判定部64の判定の例を示す図である。図5において、CASE1,CASE2,CASE3,CASE4は、検出範囲30と検出範囲外32、移動体である人8と人9に関する4つの組み合わせを示す。各CASEにおける(a)は、移動体である人8,9がどこにいるかを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of determination by the determining
(b)は、判定部64における第1段階の判定に用いられるTE波の受信信号レベルとTM波の受信信号レベルをそれぞれ破線と実線で示す図である。横軸は時間、縦軸は第1ドップラ信号の振幅ATEと第2ドップラ信号の振幅ATMである。縦軸のA0は受信信号の有無に関する判定基準であるドップラ振幅に関する所定のノイズレベルである。
(b) is a diagram showing the received signal level of the TE wave and the received signal level of the TM wave, which are used for the first-stage determination in the determining
(c)は、判定部64における第2段階の判定に用いられるTE波の受信信号レベルとTM波の受信信号レベルの差である信号レベル差を太い実線で示す図である。横軸は時間、縦軸は、第1ドップラ信号の振幅ATEと第2ドップラ信号の振幅ATMの差である信号レベル差ΔA=(ATM-ATE)である。縦軸の(ΔA)0は、ドップラ信号レベル差に関する所定の判定基準である。
(c) is a diagram showing a signal level difference, which is the difference between the received signal level of the TE wave and the received signal level of the TM wave, which is used for the second stage determination in the
(d)は、(a)の内容を示す欄で、(e)は、判定部64の判定結果に基づく非常灯18の状態を示す欄である。
(d) is a column showing the content of (a), and (e) is a column showing the state of the
図6は、所定の検出範囲30に対して電波を送信し、送信した電波が移動体で反射された電波を受信して、検出範囲30における移動体である人8の有無を検出する電波検出方法の手順を示すフローチャートである。電波センサ20は、互いに偏波が異なる第1偏波と第2偏波とを予め定めた偏波切替周期で第1偏波と第2偏波を切り替えて送信する(S10)。この工程は次の手順で進められる。すなわち、電波センサ20における制御回路60の切替信号出力部62から偏波切替信号が偏波切替部70に出力される。偏波切替部70は、偏波切替信号に基づいて、高周波回路50の接続先を、アンテナ部40の水平給電線42または垂直給電線44のいずれとするかを切り替える。切替は、例えば、1msの偏波切替周期で行われる。高周波回路50の送信部52は、約24GHzの送信周期の送信電波を出力する。偏波切替部70において、高周波回路50用の回路接続部76が水平給電線42に接続される期間は、アンテナ部40から第1偏波としてのTE波が送信される。高周波回路50用の回路接続部76が垂直給電線44に接続される期間は、アンテナ部40から第2偏波としてのTM波が送信される。
FIG. 6 shows radio wave detection for detecting the presence or absence of a
次に、検出範囲30の内における移動体である人8の有無の判定が行われる。この判定は、2段階に分けて行われる。第1段階は、TE波の受信信号及びTM波の受信信号の有無に関する判定である。TE波の受信信号及びTM波の受信信号の有無は、TE波のドップラ信号である第1ドップラ信号の振幅レベルATE及びTM波のドップラ信号である第2ドップラ信号の振幅レベルATMと、ドップラ信号の有無に対する所定の判定基準A0との比較で行われる。判定基準A0は、ドップラ振幅に関する所定のノイズレベルである。
Next, it is determined whether or not there is a
すなわち、第1段階では、{(ATE,ATM)≧A0か否かが判定される(S12)。第1ドップラ信号の振幅レベルATE及び第2ドップラ信号の振幅レベルATMは、高周波回路50の受信部54で受信した受信信号をドップラ処理部58で信号処理して制御回路60の判定部64に出力される。S12の手順は、判定部64によって実行される。S12の判定が肯定される場合は、第2段階の判定としてS14に進む。S12の判定が否定される場合は、電波を送信しても反射波が返ってこない状態であるので、検出範囲30の内に移動体である人8はいないとしてS16に進む。
That is, in the first step, it is determined whether or not {(A TE , ATM )≧A 0 (S12). The amplitude level ATE of the first Doppler signal and the amplitude level ATM of the second Doppler signal are obtained by signal processing of the received signal received by the receiving
S12の判定が肯定され、TE波の受信信号及びTM波の受信信号がある場合には、第2段階の判定として、同一偏波切替周期内におけるTE波の受信信号レベルとTM波の受信信号レベルとの差である信号レベル差が予め定めた判定基準未満か否かが判定される。TE波の受信信号レベルとTM波の受信信号レベルとして、第1ドップラ信号の振幅レベルATE及び第2ドップラ信号の振幅レベルATMを用いることができる。この場合は、[{ΔA=(ATM-ATE)}≧(ΔA)0]か否かが判定される(S14)。(ΔA)0は、ドップラ信号レベル差に関する所定の判定基準である。S12の手順は、判定部64によって実行される。
If the determination in S12 is affirmative and there are the received signal of the TE wave and the received signal of the TM wave, the level of the received signal of the TE wave and the received signal of the TM wave within the same polarization switching period are determined as the second stage determination. It is determined whether or not the signal level difference, which is the difference from the level, is less than a predetermined criterion. As the received signal level of the TE wave and the received signal level of the TM wave, the amplitude level ATE of the first Doppler signal and the amplitude level ATM of the second Doppler signal can be used. In this case, it is determined whether or not [{ΔA=(A TM −A TE )}≧(ΔA) 0 ] (S14). (ΔA) 0 is the predetermined criterion for the Doppler signal level difference. The procedure of S<b>12 is executed by the
S14の判定が肯定される場合は、検出範囲外32にいる移動体である人9を誤検出した場合であるので、検出範囲30の内には移動体である人8がいないとして、S16に進む。S14の判定が否定される場合は、検出範囲30の内に、移動体である人8がいるとされて、S20に進む。
If the determination in S14 is affirmative, it means that the moving
このように、2段階の判定によって、第1偏波の受信信号及び第2偏波の受信信号を検出した場合で、同一偏波切替周期内における信号レベル差が予め定めた判定基準未満の場合に、検出範囲30の内に、移動体である人8がいると判定する(S20)。また、第1偏波の受信信号及び第2偏波の受信信号を検出しない場合、及び、信号レベル差が予め定めた判定基準以上の場合には、検出範囲30の内には移動体がいないと判定する(S16)。S20において、検出範囲30の内に移動体である人8がいると判定されると、信号線94を介して、非常灯18の照明回路に対し、明るく点灯する点灯指示信号が伝送される(S22)。S16において、検出範囲30の内に移動体である人8がいないと判定されるときは、非常灯18に対し、消灯または省電力状態の薄暗い点灯状態とする信号が出力される(S18)。
In this way, when the received signal of the first polarized wave and the received signal of the second polarized wave are detected by the two-stage determination, and the signal level difference within the same polarization switching cycle is less than the predetermined determination criterion Then, it is determined that there is a
図5に戻り、CASE1は、検出範囲30の内に移動体である人8がいない状態で、さらに検出範囲外32にも移動体である人9がいない場合である。この場合、(b)において、第1ドップラ信号の振幅ATEと第2ドップラ信号の振幅ATMはいずれもA0未満となり、図6のフローチャートにおいては、S12の判定が否定される。そこで、判定部64は、「検出範囲30の内に移動体である人8がいない」と判定し、非常灯18を消灯または省電力状態にする。
Returning to FIG. 5, CASE 1 is a case where there is no
CASE2は、検出範囲30の内に移動体である人8がいるが、検出範囲外32には移動体である人9がいない場合である。この場合、(b)において、第1ドップラ信号の振幅ATEと第2ドップラ信号の振幅ATMはいずれもA0以上となるが、(c)においてΔA=(ATM-ATE)は、(ΔA)0未満となる。図6のフローチャートにおいては、S12の判定が肯定され、S14の判定が否定される。そこで、判定部64は、「検出範囲30の内に移動体である人8がいる」と判定し、非常灯18を明るく点灯する。
CASE 2 is a case where a moving
CASE3は、検出範囲30の内に移動体である人8がいて、さらに検出範囲外32にも移動体である人9がいる場合で、図1に示す状態である。この場合、(b)において、第1ドップラ信号の振幅ATEと第2ドップラ信号の振幅ATMは、検出範囲30の内の移動体である人8からのドップラ信号と、検出範囲外32の移動体である人9からのドップラ信号が重畳した信号の振幅となる。検出範囲外32の移動体である人9からのドップラ信号は、壁17を2回透過してくるので、電波センサ20が配置されている領域である検出範囲30の内の移動体である人8からのドップラ信号に比べはるかに小さい。そこで、(b)における重畳した第1ドップラ信号の振幅ATEと重畳した第2ドップラ信号の振幅ATMは、実質的に、検出範囲30の内の移動体である人8からの第1ドップラ信号の振幅ATEと第2ドップラ信号の振幅ATMと考えてよい。したがって、(c)においてΔA=(ATM-ATE)は、CASE2とほぼ同じで、(ΔA)0未満となる。図6のフローチャートにおいては、S12の判定が肯定され、S14の判定が否定される。そこで、判定部64は、「検出範囲30の内に移動体である人8がいる」と判定し、非常灯18を明るく点灯する。
CASE 3 is the state shown in FIG. 1 when there is a
CASE4は、検出範囲30の内に移動体である人8がいないが、検出範囲外32には移動体である人9がいる場合である。この場合、(b)において、第1ドップラ信号の振幅ATEと第2ドップラ信号の振幅ATMはいずれもA0以上となる。そして、壁17を透過する場合のTE波の透過係数とTM波の透過係数の差により、(c)においてΔA=(ATM-ATE)は、(ΔA)0以上になる。図6のフローチャートにおいては、S12の判定が肯定され、S14の判定も肯定される。そこで、判定部64は、「検出範囲30の内に移動体である人8はいない」と判定し、非常灯18を消灯または省電力状態にする。
CASE 4 is a case where there is no moving
上記構成の電波センサ20によれば、検出範囲外32に移動体である人9がいても、所定の検出範囲30における移動体である人8の有無を正しく判定することができる。これにより、非常灯18の照明状態について、消灯あるいは省電力状態、及び点灯を適切なものとし、誤検出による無駄な点灯をなくせる。
According to the
8,9 (移動体である)人、10 照明制御システム、12 非常階段、14,16 壁面、15 踊場、17 壁、18 非常灯、20 電波センサ、22,23,24,25 電波、30 検出範囲、32 検出範囲外、40 アンテナ部、42 水平給電線、44 垂直給電線、50 高周波回路、52 送信部、54 受信部、56 検波回路、58 ドップラ処理部、60 制御回路、62 切替信号出力部、64 判定部、70 偏波切替部、72 水平偏波切替部、74 垂直偏波切替部、76 回路接続部、82,84,86 高周波線路、90,92,94 信号線。
8, 9 person (moving object), 10 lighting control system, 12 emergency stairs, 14, 16 wall, 15 landing, 17 wall, 18 emergency light, 20 radio wave sensor, 22, 23, 24, 25 radio wave, 30
Claims (3)
互いに偏波が異なる第1偏波と第2偏波とを送受信するアンテナ部と、
前記第1偏波の送受信と前記第2偏波の送受信とを切り替える偏波切替部と、
前記偏波切替部に対し予め定めた偏波切替周期で前記第1偏波と前記第2偏波の切り替えを指示する偏波切替信号を出力する切替信号出力部と、
前記アンテナ部の送受信信号に関する処理を行う高周波回路と、
前記高周波回路に接続され、
前記電波センサが設置される環境に応じて設定された判定基準を用いて、前記第1偏波の送受信信号に基づく第1ドップラ信号及び前記第2偏波の送受信信号に基づく第2ドップラ信号の検出結果と、前記第1ドップラ信号の振幅レベルと前記第2ドップラ信号の振幅レベルとの差である信号レベル差に基づき、前記検出範囲における前記移動体の有無を判定する判定部と、
を含み、
前記偏波切替周期は、同一の前記移動体に前記第1偏波と前記第2偏波とを送受信可能な時間幅以内であり、
前記判定部は、
前記第1ドップラ信号及び前記第2ドップラ信号を検出しない場合、前記検出範囲の内には前記移動体がいないと判定し、
前記第1ドップラ信号及び前記第2ドップラ信号を検出した場合において、
前記信号レベル差が前記判定基準未満の場合に、前記検出範囲の内に前記移動体があると判定し、
前記信号レベル差が前記判定基準以上の場合には、前記検出範囲外に移動体があり、前記検出範囲の内には前記移動体がいないと判定する、
電波センサ。 Installed on a first wall surface, facing the first wall surface, incident on the second wall surface with respect to a predetermined detection range that is a spatial region between the second wall surface of the radio wave transparent wall A radio wave sensor that transmits radio waves with an angle of 15 degrees or more, receives radio waves that are reflected by a moving object, and detects the presence or absence of the moving object within the detection range,
an antenna unit that transmits and receives a first polarized wave and a second polarized wave that are polarized differently from each other;
a polarization switching unit that switches between transmission and reception of the first polarized wave and transmission and reception of the second polarized wave;
a switching signal output unit that outputs a polarization switching signal that instructs the polarization switching unit to switch between the first polarized wave and the second polarized wave at a predetermined polarization switching cycle;
a high-frequency circuit that performs processing related to transmission/reception signals of the antenna unit;
connected to the high-frequency circuit;
Using a criterion set according to the environment in which the radio wave sensor is installed, a first Doppler signal based on the transmitted and received signal of the first polarization and a second Doppler signal based on the transmitted and received signal of the second polarization a determination unit that determines the presence or absence of the moving object in the detection range based on the detection result and a signal level difference that is the difference between the amplitude level of the first Doppler signal and the amplitude level of the second Doppler signal;
including
the polarization switching cycle is within a time width in which the same mobile object can transmit and receive the first polarized wave and the second polarized wave;
The determination unit
If the first Doppler signal and the second Doppler signal are not detected, determining that the moving object is not within the detection range;
When detecting the first Doppler signal and the second Doppler signal,
determining that the moving object is within the detection range when the signal level difference is less than the determination criterion;
If the signal level difference is equal to or greater than the determination criterion, determining that there is a moving object outside the detection range and that the moving object is not within the detection range;
radio sensor.
互いに偏波が異なる第1偏波と第2偏波とを予め定めた偏波切替周期で前記第1偏波と前記第2偏波を切り替えて送信し、
前記電波センサが設置される環境に応じて設定された判定基準を用いて、前記第1偏波の送受信信号に基づく第1ドップラ信号及び前記第2偏波の送受信信号に基づく第2ドップラ信号の検出結果と、前記第1ドップラ信号の振幅レベルと前記第2ドップラ信号の振幅レベルとの差である信号レベル差に基づき、
前記第1ドップラ信号及び前記第2ドップラ信号を検出しない場合、前記検出範囲の内には前記移動体がいないと判定し、
前記第1ドップラ信号及び前記第2ドップラ信号を検出した場合において、
前記信号レベル差が前記判定基準未満の場合に、前記検出範囲の内に前記移動体があると判定し、
前記信号レベル差が前記判定基準以上の場合には、前記検出範囲外に移動体があり、前記検出範囲の内には前記移動体がいないと判定する、
電波検出方法。 Installed on a first wall surface, facing the first wall surface, incident on the second wall surface with respect to a predetermined detection range that is a spatial region between the second wall surface of the radio wave transparent wall A radio wave detection method using a radio wave sensor that transmits radio waves with an angle of 15 degrees or more, receives radio waves that are reflected by a moving object, and detects the presence or absence of the moving object within the detection range,
transmitting a first polarized wave and a second polarized wave having different polarizations from each other by switching between the first polarized wave and the second polarized wave at a predetermined polarization switching cycle;
Using a criterion set according to the environment in which the radio wave sensor is installed, a first Doppler signal based on the transmitted and received signal of the first polarization and a second Doppler signal based on the transmitted and received signal of the second polarization Based on the detection result and the signal level difference, which is the difference between the amplitude level of the first Doppler signal and the amplitude level of the second Doppler signal,
If the first Doppler signal and the second Doppler signal are not detected, determining that the moving object is not within the detection range;
When detecting the first Doppler signal and the second Doppler signal,
determining that the moving object is within the detection range when the signal level difference is less than the determination criterion;
If the signal level difference is equal to or greater than the determination criterion, determining that there is a moving object outside the detection range and that the moving object is not within the detection range;
Radio wave detection method.
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