JP2004537730A - 移動体電話局から送信される信号を用いた受動式移動体検知システム及び方法 - Google Patents

移動体電話局から送信される信号を用いた受動式移動体検知システム及び方法 Download PDF

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Abstract

受動式物体検知システム（１）は、第１及び第２のアンテナ（４、６）とプロセッサ（８）とより成る。第１のアンテナ（４）は移動体電話基地局により送信される信号を受信し、第２のアンテナ（６）は移動体電話基地局（２）より送信され物体（３）により反射される信号を受信するように構成され、プロセッサは移動体電話基地局から受信される信号と物体により反射される信号とを比較して、物体の速度または位置情報を求める。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は物体の検知、さらに詳細には、移動中の物体を検知するシステム及び方法に関する。
【０００２】
移動中の物体を検知してその物体の位置及び／または速度情報を提供すること、例えば、航空機を探知したり、交通量をモニターしたり、速度制限を超えた車両を検知したりすることが望ましい状況が多々ある。能動型レーダシステムはこれらの目的でよく使用されるが、ＲＦ送信を必要とする。ＲＦ送信には幾つかの問題点がある。ＲＦ送信信号は簡単な受信機により検出可能であるため、センサー（例えば、よく制限速度を超えて運転する者が使用する自動車用レーダ検知器）の存在が明らかになる。また、国によって相違するが無線周波数の電波送信には法的規制が多数あるため、１つの国での使用に好適なシステムであっても別の国では違法となることがある。
【０００３】
テレビジョン送信機を用いる受動式システムが提案されているが、これらにも或る問題点が存在する。それらは高出力送信機を用いるが、検知される物体が遠く離れた所にあることが多く、受信信号の電力が弱い。
【発明の概要】
【０００４】
本発明によると、受動式物体検知システムは、第１および第２のアンテナと、処理手段とより成り、第１のアンテナは移動体電話基地局から送信される信号を受信し、第２のアンテナは移動体電話基地局から送信され物体により反射される信号を受信するように構成されており、処理手段は移動体電話基地局から受信される信号と物体から反射される信号とを比較して、物体の速度または位置情報を取り出す。
【０００５】
本発明の第２の側面によると、受動式物体検知方法は、移動体電話基地局から送信される第１の信号を受信し、移動体電話基地局から送信され物体により反射される第１の信号より成る第２の信号を受信し、第１の信号を第２の信号と比較して物体の位置または移動速度に関するデータを取り出すステップより成る。
【０００６】
本発明は、移動体電話基地局からの無線周波数信号、特に、自動車、人間または動物のような物体によるそれらの電波の反射を利用してそれらの物体の位置と、移動中であれば速度とを検出する受動式電子システムを包含する。システムからの信号送信は不要であり、検知システムを１つの場所から別の場所へ運んで、近くの既存の移動体電話基地局との関連で利用することができる。車両がセンサーの存在を検知できないということは、速度制限違反を摘発する警察には特に好都合である。移動体電話基地局は町や主要道路に張り巡らされているため、必要とされるエリアでは良好なカバレッジが得られる。
【０００７】
本発明の受動式物体検知システム及び方法の一例を添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【０００８】
図１は、物体を検知する従来技術のシステム、この例ではテレビジョン送信機を用いるシステムの動作態様を示す平面図である。テレビジョン送信機２０が発する信号は、距離Ｒ1を進行した後、物体２１により反射される。反射した信号は、距離Ｒ2を進行した後、受信機２２により受信される。受信機２２が受信する信号の電力ＰRは下式で計算できる。
【０００９】
【数１】
Figure 2004537730
上式において、
ＰＴは送信電力；
Ｇ1は第１のアンテナの利得；
Ｇ2は第２のアンテナの利得；
σは対象となる物体のレーダ断面積；
λは送信信号の波長；
Ｒ1は送信機と物体の距離；
Ｒ2は受信機と物体の距離である。
【００１０】
テレビジョン送信機を用いる従来技術のシステムでは、物体が送信機から遠ざかると距離Ｒ1及びＲ2が同じ速度で増加するため、受信電力ＰRは１／Ｒ4に比例する。即ち、物体が遠ざかると受信電力が急速にまた有意に減少すると仮定できる。
【００１１】
図２は、移動体電話基地局により送信され物体３により反射される電波との関連で本発明の受動式物体検知システム１を如何に使用するかを示す。この例において、問題の物体は車両であるが、他の物体も同様に感知可能である。この物体は移動体または静止物体のいずれでもよい。システムは、基地局に直接向けられて最短経路を進行してきた電波５を検出する第１のアンテナ４を有する。第２のアンテナ６は対象となる物体の方向に向いており、物体３が反射する電波７を検出する。これらのアンテナは、八木アンテナまたはフェイズドアレイアンテナのような任意適当なタイプでよい。プロセッサ８は第１のアンテナ４及び第２のアンテナ６が受信する信号を分析し、これら２つの受信信号の位相及び周波数を比較する。図４において、これを詳述する。プロセッサはまた、２つの受信信号間の時間遅延を測定する。その後、これらの信号を表示または蓄積してもよい。
【００１２】
ディスプレイ装置９は、プロセッサの出力から、２つの信号間の周波数差及び時間遅延について得た情報を表示する。ディスプレイは、その情報を離隔距離、または移動中であれば物体の速度に変換することができる。記録装置を設けてもよい。かかるシステムは交通の流れの監視に特に有用である。
【００１３】
本発明の利点は、動作中のシステムの平面図である図３からわかるであろう。従来技術と同様に受信機２２があるが、本発明は単一の送信機に依存しない。その代わり、拡散する移動体電話の送信アンテナ２３を利用する。これには、移動体が送信機のレンジから離脱して距離Ｒ1を増加させる代わりに、１つの送信機のレンジから離脱すると別の送信機のレンジに入るため、Ｒ2は変化するが距離Ｒ1は実質的に一定の値を維持されるという効果がある。これから、ＰRを１／Ｒ2と比例すると考えることが可能であり、それにより受信電力が有意に増加する。受信機からさらに離れた送信機を利用することによりその装置のレンジは従来技術のシステムに比べて増加するが、その理由は、移動体電話送信機がテレビジョン送信機と比べて高い周波数且つ低い電力で動作するにもかかわらず目標が常に１つの送信機に近い所にあるからである。
【００１４】
図４は、信号処理を詳しく説明したものである。各アンテナ４、６が受信する信号は、前置増幅器１０、１１によりそれぞれ増幅された後、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１２、１３によりデジタル信号へ変換される。実際、受信信号は例えば図３に例示するようなＡＤＣによるサンプリング前に、恐らく混合されて低い周波数になっているであろう。
【００１５】
ＡＤＣ１２、１３からの出力信号はプロセッサ８へ送られるが、このプロセッサはデジタル信号プロセッサ、またはＦＰＧＡ、ＥＰＬＤ、ＡＳＩＣ等のアルゴリズムをハードウェアで実現したものでよい。プロセッサは、図６の流れ図に示すようにアルゴリズムを走らせるように構成されている。このアルゴリズムは２つの別個の機能を有する。先ず第１に、このアルゴリズムは２つの信号間の遅延差を求め、第２に、目標の運動によるドップラーシフトを求める。
【００１６】
時間遅延を求めるために、アルゴリズムは第１のアンテナからの信号と第２のアンテナからの信号とを相互相関する。その後、ドップラー効果を利用して目標の速度を求める。このために、連続する相互相関の結果を蓄積し、問題の遅延のあるアンテナ１及びアンテナ２からの信号の相対位相の変化を、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）またはＦＦＴ（高速フーリエ変換）もしくは同様なアルゴリズムを用いて計算する。「問題の遅延」には、相互相関により計算される想定される全ての遅延が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術のシステムの平面図である。
【図２】本発明の受動式物体検知システムの一例を示す概略図である。
【図３】図２のシステムの動作を説明するための平面図である。
【図４】図２のシステムのセンサーをさらに詳細に示す。
【図５】図２のセンサーの別の構成を示す。
【図６】図２のシステムに用いるアルゴリズムを説明する流れ図である。

Claims (6)

  1. 第１および第２のアンテナと、処理手段とより成り、第１のアンテナは移動体電話基地局から送信される信号を受信し、第２のアンテナは移動体電話基地局から送信され物体により反射される信号を受信するように構成されており、処理手段は移動体電話基地局から受信される信号と物体から反射される信号とを比較して、物体の速度または位置情報を取り出す受動式物体検知システム。
  2. 物体は移動体である請求項１のシステム。
  3. 物体の正確な速度を求める請求項１または２のシステム。
  4. 移動体電話基地局から送信される第１の信号を受信し、移動体電話基地局から送信され物体により反射される第１の信号より成る第２の信号を受信し、第１の信号を第２の信号と比較して物体の位置または移動速度に関するデータを取り出すステップより成る受動式物体検知方法。
  5. 第１のアンテナからの信号と第２のアンテナからの信号とを相互相関して第１の信号の受信と第２の信号の受信との間の時間遅延を求め、ドップラー効果により目標の速度を求め、相互相関を連続して行った結果を蓄積し、問題の遅延がある第１のアンテナからの信号と第２のアンテナからの信号との間の相互位相の変化を計算するステップをさらに含む請求項４の方法。
  6. 相互位相の変化を離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）または同様なアルゴリズムを用いて計算する請求項５の方法。
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