JP2004138402A

JP2004138402A - 侵入検知装置

Info

Publication number: JP2004138402A
Application number: JP2002300894A
Authority: JP
Inventors: Kenji Inomata; 猪又　憲治; Tadamasa Fukae; 深江　唯正
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-15
Also published as: JP3878103B2

Abstract

【課題】ＬＣＸ１，２が風の影響で振動したり、降雨等によって地面等の反射率が変化すると、ＬＣＸ２により受信されるパルス信号の信号レベルが変動し、その信号レベルの変動が大きくなると侵入物体を誤検知する場合がある課題があった。
【解決手段】送信アンテナ１２から放射された電波を受信アンテナ１３が受信すると、その受信信号の実部成分と虚部成分を復調し、その実部成分と虚部成分を解析して侵入物体を検知する。これにより、自然環境が変化しても、正確に侵入物体を検知することができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、線路内の侵入者や侵入物を検知する侵入検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は例えば特開平１０−９５３３８号公報に示された従来の侵入検知装置を示す構成図であり、図において、１，２は線路の両脇に布設された漏洩同軸ケーブル（以下、ＬＣＸという）、３はＬＣＸ１に対してパルス信号を発信する送信機、４はＬＣＸ２により受信されたパルス信号の包絡線を抽出し、その包絡線と侵入物体（例えば、人間や落石などの障害物）が存在していないときの包絡線を比較して、侵入物体を検知する受信機、５はＬＣＸ２により受信されたパルス信号の包絡線を抽出するフィルタ、６は侵入物体が存在していないときの包絡線を記憶する記憶装置、７はフィルタ５により抽出された包絡線と記憶装置６に記憶されている包絡線の差分波形を求め、その差分波形から侵入物体を検知する演算器である。
【０００３】
次に動作について説明する。
線路内の侵入物体を検知する場合、送信機３がＬＣＸ１に対してパルス信号を発信する。
これにより、ＬＣＸ１からパルス信号が漏洩して、ＬＣＸ２がそのパルス信号を受信する。
【０００４】
受信機４のフィルタ５は、ＬＣＸ２がパルス信号を受信すると、そのパルス信号の包絡線を抽出し、その包絡線を演算器７に出力する。
受信機４の演算器７は、フィルタ５から包絡線を受けると、その包絡線と記憶装置６に記憶されている包絡線の差分波形を求め、その差分波形から侵入物体を検知する。即ち、フィルタ５から出力された包絡線が、侵入物体が存在しないときの包絡線と異なる場合、侵入物体の存在を検知する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の侵入検知装置は以上のように構成されているので、ＬＣＸ１，２が風の影響で振動したり、降雨等によって地面等の反射率が変化すると、ＬＣＸ２により受信されるパルス信号の信号レベルが変動し、その信号レベルの変動が大きくなると侵入物体を誤検知する場合がある課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、自然環境が変化しても、正確に侵入物体を検知することができる侵入検知装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る侵入検知装置は、送信アンテナから放射された電波を受信アンテナが受信すると、その受信信号の実部成分と虚部成分を復調し、その実部成分と虚部成分を解析して侵入物体を検知するようにしたものである。
【０００８】
この発明に係る侵入検知装置は、復調手段により復調された実部成分と虚部成分から為る複素信号を周波数データに変換し、その周波数データを構成する正の周波数と負の周波数との差分値が所定の閾値より大きい場合、侵入物体の存在を認定するようにしたものである。
【０００９】
この発明に係る侵入検知装置は、正の周波数と負の周波数の絶対値を比較して侵入物体の移動方向を判定するようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る侵入検知装置は、復調手段により復調された実部成分と虚部成分から共分散行列を計算して、その共分散行列の２次固有値と２次固有ベクトルを求め、その２次固有値と２次固有ベクトルの積が所定の閾値より大きい場合、侵入物体の存在を認定するようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る侵入検知装置は、アレーアンテナを用いて送信アンテナ及び受信アンテナを構成するようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る侵入検知装置は、漏洩同軸ケーブルを用いて送信アンテナ及び受信アンテナを構成するようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る侵入検知装置は、受信アンテナにより受信された受信信号の遅延量から侵入物体の位置を検知するようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る侵入検知装置は、侵入物体を検知すると警報を発するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による侵入検知装置を示す構成図であり、図において、１１は送信信号を送信アンテナ１２に供給する発振器（送信手段）、１２は発振器１１から送信信号を受けると電波を放射する送信アンテナ、１３は送信アンテナ１２から放射された電波を受信する受信アンテナである。なお、送信アンテナ１２及び受信アンテナ１３は、関係者以外の立ち入りを禁止する施設や領域に設置されるが、例えば、線路の両脇に設置すれば、線路内の侵入者や侵入物を検知することができる。
【００１６】
１４は発振器１１から発振された送信信号の０度成分を乗算器１５に供給し、その送信信号の９０度成分を乗算器１６に供給する９０度移相分配器、１５は受信アンテナ１３の受信信号に対して送信信号の０度成分を乗算して、その受信信号の実部成分を復調する乗算器、１６は受信アンテナ１３の受信信号に対して送信信号の９０度成分を乗算して、その受信信号の虚部成分を復調する乗算器である。なお、９０度移相分配器１４及び乗算器１５，１６から復調手段が構成されている。
【００１７】
１７は乗算器１５により復調された受信信号の実部成分から高調波成分とノイズ成分を除去する低域通過フィルタ、１８は乗算器１６により復調された受信信号の虚部成分から高調波成分とノイズ成分を除去する低域通過フィルタ、１９は受信信号の実部成分と虚部成分を蓄積するメモリ、２０はメモリ１９に蓄積されている受信信号の実部成分と虚部成分を解析して侵入物体を検知する判定器、２１は判定器２０が侵入物体を検知すると警報を発する警報器である。なお、判定器２０及び警報器２１から検知手段が構成されている。
【００１８】
図２は判定器２０の内部構成を示す構成図であり、図において、３１は受信信号の実部成分と虚部成分から為る複素信号を周波数データに変換する周波数変換器、３２は周波数変換器３１から出力された周波数データを構成する正の周波数と負の周波数との差分値を演算する演算部、３３は演算部３２により演算された差分値が所定の閾値より大きい場合、侵入物体の存在を認定する判定部である。
【００１９】
次に動作について説明する。
侵入物体を検知する場合、発振器１１が送信信号を送信アンテナ１２及び９０度移相分配器１４に供給する。
送信アンテナ１２は、発振器１１から送信信号を受けると電波を放射し、受信アンテナ１３が送信アンテナ１２から放射された電波を受信する。
【００２０】
９０度移相分配器１４は、発振器１１から送信信号を受けると、その送信信号の０度成分を乗算器１５に供給し、その送信信号の９０度成分を乗算器１６に供給する。
乗算器１５は、９０度移相分配器１４から送信信号の０度成分を受けると、受信アンテナ１３の受信信号に対して送信信号の０度成分を乗算して、その受信信号の実部成分を復調する。
また、乗算器１６は、９０度移相分配器１４から送信信号の９０度成分を受けると、受信アンテナ１３の受信信号に対して送信信号の９０度成分を乗算して、その受信信号の虚部成分を復調する。
【００２１】
低域通過フィルタ１７は、乗算器１５が受信信号の実部成分を復調すると、その受信信号の実部成分から高調波成分とノイズ成分を除去し、その実部成分をメモリ１９に格納する。
低域通過フィルタ１８は、乗算器１６が受信信号の虚部成分を復調すると、その受信信号の虚部成分から高調波成分とノイズ成分を除去し、その虚部成分をメモリ１９に格納する。
【００２２】
判定器２０は、メモリ１９に蓄積されている受信信号の実部成分と虚部成分から為る複素信号を解析して侵入物体を検知する。
即ち、送信アンテナ１２から放射された電波が侵入物体に当たると電波が散乱するため、複素信号の位相と振幅が、侵入物体が存在しないときの値を中心に円形に変化する。これに対して、送信アンテナ１２及び受信アンテナ１３の揺れや、降雨等による地面等の反射率の変動では円形には変化せず、細い楕円か直線的な振動変化となる。判定器２０は、このような変化の違いを利用して、侵入物体を検知する。
具体的には次の通りである。
【００２３】
判定器２０の周波数変換器３１は、メモリ１９に蓄積されている受信信号の実部成分と虚部成分から為る複素信号を周波数データＺ（）に変換する。
判定器２０の演算部３２は、周波数変換器３１が複素信号を周波数データＺ（）に変換すると、演算上、正の周波数Ｚ（ｆ）と負の周波数Ｚ（−ｆ）が得られるので、正の周波数Ｚ（ｆ）と負の周波数Ｚ（−ｆ）の差分値を演算する。
差分値＝Σ｜Ｚ（ｆ）−Ｚ（−ｆ）｜
【００２４】
判定器２０の判定部３３は、演算部３２が差分値を演算すると、その差分値と所定の閾値を比較し、その差分値の方が大きい場合には、侵入物体の存在を認定する。
即ち、正と負の周波数分布に偏りがある場合、侵入物体に当った電波の散乱波によって生じる振幅と位相の変化を意味する。例えば、ＦＦＴの結果、ピーク周波数が１ＫＨｚである場合、＋１ＫＨｚと−１ＫＨｚ成分を比べ、値の差が大きいと侵入物体による電界変動であり、侵入物体成分を検知したことになる。
【００２５】
なお、判定器２０の判定部３３は、正の周波数Ｚ（ｆ）と負の周波数Ｚ（−ｆ）を比較し、正の周波数Ｚ（ｆ）の方が大きい場合には、受信アンテナ１３から見て侵入物体が遠ざかる方向に移動しているものと判断し、負の周波数Ｚ（−ｆ）の方が大きい場合には、受信アンテナ１３から見て侵入物体が近づく方向に移動しているものと判断する。
警報器２１は、上記のようにして判定器２０が侵入物体を検知すると警報を発する。
【００２６】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、送信アンテナ１２から放射された電波を受信アンテナ１３が受信すると、その受信信号の実部成分と虚部成分を復調し、その実部成分と虚部成分を解析して侵入物体を検知するように構成したので、自然環境が変化しても、正確に侵入物体を検知することができる効果を奏する。即ち、風の影響で送信アンテナ１２や受信アンテナ１３が揺れたり、降雨等によって地面等の反射率が変動しても、侵入物体の誤検知を防止することができる効果を奏する。
【００２７】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による侵入検知装置の判定器を示す構成図であり、図において、３４はメモリ１９に蓄積されている受信信号の実部成分と虚部成分から共分散行列を計算する行列計算部、３５は行列計算部３４により計算された共分散行列の固有値を演算するとともに、その固有値に対応する固有ベクトルを演算する演算部、３６は演算部３５により演算された固有値のうち、２番目に大きい固有値（以下、２次固有値という）と、その２次固有値に対応する２次固有ベクトルとの積を計算し、その積が所定の閾値より大きい場合、侵入物体の存在を認定する判定部である。
【００２８】
上記実施の形態１では、判定器２０が実部成分と虚部成分から為る複素信号を周波数データに変換し、その周波数データを構成する正の周波数と負の周波数との差分値が所定の閾値より大きい場合、侵入物体の存在を認定するものについて示したが、判定器２０が実部成分と虚部成分から共分散行列を計算して、その共分散行列の２次固有値と２次固有ベクトルを求め、その２次固有値と２次固有ベクトルの積が所定の閾値より大きい場合、侵入物体の存在を認定するようにしてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００２９】
具体的には、判定器２０の行列計算部３４が、メモリ１９に蓄積されている受信信号の実部成分と虚部成分から共分散行列を計算する。
判定器２０の演算部３５は、行列計算部３４が共分散行列を計算すると、その共分散行列の固有値を演算するとともに、その固有値に対応する固有ベクトルを演算する。なお、値が大きい順に１次固有値、２次固有値とする。
【００３０】
ここで、侵入物体が存在する場合、１次固有値と１次固有ベクトルの積が大きくなるとともに、２次固有値と２次固有ベクトルの積が大きくなるが、アンテナの揺れや地面反射率の変化では、１次固有値と１次固有ベクトルの積のみが大きくなり、２次固有値と２次固有ベクトルの積は大きくならない。
そこで、判定器２０の判定部３６は、演算部３５により演算された２次固有値と２次固有ベクトルとの積を計算し、その積が所定の閾値より大きいとき、侵入物体の存在を認定する。
これにより、アンテナの揺れや地面反射率の変化による侵入物体の誤検知を防止することができる。
【００３１】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による侵入検知装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
４１はＰＮ符号を発生するＰＮ符号発生器、４２は発振器１１から発振された送信信号に対してＰＮ符号発生器４１から発生されたＰＮ符号を乗算して、その送信信号をスペクトル拡散する乗算器、４３は乗算器４２によりスペクトル拡散された送信信号を受けると電波を放射する送信用アレーアンテナ（送信アンテナ）、４４は送信用アレーアンテナ４３に取り付けられ、送信用アレーアンテナ４３により放射されずに残った電波を吸収する終端器である。なお、終端器４４を取り付けず、意図的に残りの電波を反射させて再放射させるようにしてもよい。
【００３２】
４５はＰＮ符号発生器４１から発生されたＰＮ符号を遅延させる遅延回路、４６は送信用アレーアンテナ４３から放射された電波を受信する受信用アレーアンテナ（受信アンテナ）、４７は受信用アレーアンテナ４６により受信された電波のうち、乗算器４８と反対側に進行する電波を吸収する終端器、４８は受信用アレーアンテナ４６の受信信号に対して遅延回路４５により遅延されたＰＮ符号を乗算して、その受信信号を逆拡散する乗算器、４９は乗算器４８により逆拡散された受信信号のみを通過させる帯域通過フィルタである。
【００３３】
次に動作について説明する。
乗算器４２は、発振器１１から送信信号を受けると、その送信信号に対してＰＮ符号発生器４１から発生されたＰＮ符号を乗算して、その送信信号をスペクトル拡散する。
送信用アレーアンテナ４３は、乗算器４２からスペクトル拡散された送信信号を受けると電波を放射し、受信用アレーアンテナ４６が送信用アレーアンテナ４３から放射された電波を受信する。
【００３４】
ここで、送信用アレーアンテナ４３から放射された電波は任意の伝搬遅延をもって受信用アレーアンテナ４６により受信されるため、ＰＮ符号発生器４１から発生されたＰＮ符号を直接乗算器４８に出力すると、受信用アレーアンテナ４６の受信信号に含まれるＰＮ符号とＰＮ符号発生器４１から発生されたＰＮ符号の不一致を招くことになる。そこで、遅延回路４５は、送受信アンテナ間の伝播遅延を考慮して、ＰＮ符号発生器４１から発生されたＰＮ符号を遅延させる。
【００３５】
乗算器４８は、受信用アレーアンテナ４６の受信信号に対して遅延回路４５により遅延されたＰＮ符号を乗算して、その受信信号を逆拡散する。
なお、乗算器４８により逆拡散された受信信号は、帯域通過フィルタ４９を通過して乗算器１５，１６に入力される。
以降、上記実施の形態１と同様にして、判定器２０が侵入物体の存在を検知するが、判定器２０は、遅延回路４５の遅延量を適宜調整し、侵入物体の存在を検知したとき（例えば、演算部３２の差分値が所定の閾値より大きいとき）の遅延量から侵入物体の位置を特定する。例えば、受信用アレーアンテナ４６の左端から侵入物体までの距離を特定する。
【００３６】
この実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、侵入物体の位置を特定することができる効果を奏する。また、上記実施の形態１よりも侵入物体の検知エリアを拡大することができる効果を奏する。
なお、この実施の形態３では、送受信アンテナとしてアレーアンテナを用いるものについて示したが、送受信アンテナとして漏洩同軸ケーブルを用いるようにしてもよい。
漏洩同軸ケーブルは多くのスリットが開いており、この一つ一つがアンテナとして機能するため、アレーアンテナの一種と見なすことができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、送信アンテナから放射された電波を受信アンテナが受信すると、その受信信号の実部成分と虚部成分を復調し、その実部成分と虚部成分を解析して侵入物体を検知するように構成したので、自然環境が変化しても、正確に侵入物体を検知することができる効果がある。
【００３８】
この発明によれば、復調手段により復調された実部成分と虚部成分から為る複素信号を周波数データに変換し、その周波数データを構成する正の周波数と負の周波数との差分値が所定の閾値より大きい場合、侵入物体の存在を認定するように構成したので、アンテナの揺れや地面反射率の変化による侵入物体の誤検知を招くことなく、侵入物体の存在を認定することができる効果がある。
【００３９】
この発明によれば、正の周波数と負の周波数の絶対値を比較して侵入物体の移動方向を判定するように構成したので、侵入物体の追跡の容易化を図ることができる効果がある。
【００４０】
この発明によれば、復調手段により復調された実部成分と虚部成分から共分散行列を計算して、その共分散行列の２次固有値と２次固有ベクトルを求め、その２次固有値と２次固有ベクトルの積が所定の閾値より大きい場合、侵入物体の存在を認定するように構成したので、アンテナの揺れや地面反射率の変化による侵入物体の誤検知を招くことなく、侵入物体の存在を認定することができる効果がある。
【００４１】
この発明によれば、アレーアンテナを用いて送信アンテナ及び受信アンテナを構成するようにしたので、侵入物体の検知エリアを拡大することができる効果がある。
【００４２】
この発明によれば、漏洩同軸ケーブルを用いて送信アンテナ及び受信アンテナを構成するようにしたので、侵入物体の検知エリアを拡大することができる効果がある。
【００４３】
この発明によれば、受信アンテナにより受信された受信信号の遅延量から侵入物体の位置を検知するように構成したので、侵入物体の追跡の容易化を図ることができる効果がある。
【００４４】
この発明によれば、侵入物体を検知すると警報を発するように構成したので、侵入物体が存在する旨を知らしめることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による侵入検知装置を示す構成図である。
【図２】判定器の内部構成を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２による侵入検知装置の判定器を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による侵入検知装置を示す構成図である。
【図５】従来の侵入検知装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１１　発振器（送信手段）、１２　送信アンテナ、１３　受信アンテナ、１４９０度移相分配器（復調手段）、１５　乗算器（復調手段）、１６　乗算器（復調手段）、１７　低域通過フィルタ、１８　低域通過フィルタ、１９　メモリ、２０　判定器（検知手段）、２１　警報器（検知手段）、３１　周波数変換器、３２　演算部、３３　判定部、３４　行列計算部、３５　演算部、３６　判定部、４１　ＰＮ符号発生器、４２　乗算器、４３　送信用アレーアンテナ（送信アンテナ）、４４　終端器、４５　遅延回路、４６　受信用アレーアンテナ（受信アンテナ）、４７　終端器、４８　乗算器、４９　帯域通過フィルタ。

Claims

送信信号を送信アンテナに供給する送信手段と、上記送信アンテナから放射された電波を受信アンテナが受信すると、その受信信号の実部成分と虚部成分を復調する復調手段と、上記復調手段により復調された実部成分と虚部成分を解析して侵入物体を検知する検知手段とを備えた侵入検知装置。
検知手段は、復調手段により復調された実部成分と虚部成分から為る複素信号を周波数データに変換し、その周波数データを構成する正の周波数と負の周波数との差分値が所定の閾値より大きい場合、侵入物体の存在を認定することを特徴とする請求項１記載の侵入検知装置。
検知手段は、正の周波数と負の周波数の絶対値を比較して侵入物体の移動方向を判定することを特徴とする請求項２記載の侵入検知装置。
検知手段は、復調手段により復調された実部成分と虚部成分から共分散行列を計算して、その共分散行列の２次固有値と２次固有ベクトルを求め、その２次固有値と２次固有ベクトルの積が所定の閾値より大きい場合、侵入物体の存在を認定することを特徴とする請求項１記載の侵入検知装置。
アレーアンテナを用いて送信アンテナ及び受信アンテナを構成することを特徴とする請求項１記載の侵入検知装置。
漏洩同軸ケーブルを用いて送信アンテナ及び受信アンテナを構成することを特徴とする請求項１記載の侵入検知装置。
検知手段は、受信アンテナにより受信された受信信号の遅延量から侵入物体の位置を検知することを特徴とする請求項５または請求項６記載の侵入検知装置。
検知手段は、侵入物体を検知すると警報を発することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の侵入検知装置。