JP2005121475A - 物体検知装置及び物体の移動検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチパスフェージング等の影響や不要波の混入による誤差を低減させることができる汎用用途の物体検知装置を提供する。
【解決手段】 送信系回路１０の信号発振源として、入力電圧に応じて発振周波数が変化するＶＣＯ１０１を設け、定常時の受信検波電圧が最大レベルとなる周波数の高周波信号をＶＣＯ１０１から発振させるための電圧を制御信号生成回路３０で生成し、これをＶＣＯ１０１に入力する。判定回路４０は、受信系回路２０における受信検波電圧の定常時からの変化を検知することで、送信アンテナＡｔと受信アンテナＡｒとの間の無線伝送路に物体が入り込んだかどうかの判定を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロ波ないしミリ波のような直進性の高周波信号を使った物体検知装置及び移動する物体の移動検出システムに関する。

マイクロ波帯ないしミリ波帯のような高周波信号は、伝送空間上を直進する性質をもつ（以下、この性質を「空間伝送直進性」という）。このような空間伝送直進性を利用して、例えば、送信アンテナと受信アンテナとの間に存在する人間その他の物体を検知する防犯センサとして使用される物体検知装置が知られている。

従来のこの種の物体検知装置は、原理的には、図１２に示されるように構成される。
すなわち、送信系回路１７が接続された送信アンテナＡｔと、受信系回路２７が接続された受信アンテナＡｒとを対向させるとともに、受信系回路２７の出力側に、受信電力の変化に基づいて物体が存在するかどうかを判定する判定回路４７を接続して構成される。

送信系回路１７は、発振器１７１と、この発振器１７１で発振される高周波信号を所定レベルまで増幅する高周波増幅器１０２と、この増幅信号の方向性を定めるアイソレータ１０３とを含んで構成される。一方、受信系回路２７は、受信アンテナＡｒで受信した高周波信号を所定レベルまで増幅する高周波増幅器２０１と、増幅信号を検波して信号成分を抽出する検波器２０２と、この検波器２０２の検波出力をインピーダンス調整して出力電圧Ｖdetを得るための検波器負荷インピーダンス２０３と、この出力電圧Ｖdetを判定回路４７に供給するための出力端子２０４とを含んで構成される。

この物体検知装置を使用するときは、送信アンテナＡｔと受信アンテナＡｒ同士を対向させ、各々の有効口（アンテナとして機能し得る開口部、以下同じ）同士の軸合わせを行った後、送信系回路１７からの高周波信号を送信アンテナＡｔを通じて空間伝送させる。マイクロ波帯以上の高周波領域では、上述したように空間伝送の直進性が強いため、送信アンテナＡｔと受信アンテナＡｒとの間の無線伝送路に物体が入り込むと空間伝送中の高周波信号がこの物体に遮られるので、受信アンテナＡｒにおける受信電力が規定値以下に低下する。そのため、判定回路４７において、送信アンテナＡｔと受信アンテナＡｒとの間に物体が入り込んだことを検知することができる。

従来の物体検知装置では、実際には移動物体が存在しないにも拘わらず、受信系回路２７の受信電力が極端に低下したり、あるいは、逆に、移動物体が入り込んだにも拘わらず、受信電力があまり変化せずに誤動作することがしばしばある。この原因としては種々のものが考えられるが、主なものとしては、マルチパスフェージングと外部からの不要電波が挙げられる。

マルチパスフェージングは、図７に示されるように、送信アンテナＡｔと受信アンテナＡｒとの間の直接波ｔ１に対して、地表反射波ｔ２の逆位相成分が合成される現象であり、送信アンテナＡｔと受信アンテナＡｒの指向性が必ずしもアンテナ有効口間を結ぶ同一軸線上に限られないこと、送信アンテナＡｔと受信アンテナＡｒとの配置距離が地表反射波ｔ２を拾い易い距離になっていること、地表面の凹凸が理論値どおりでないこと等に起因して発生する。このようなマルチパスフェージングの問題を解消する手段として、例えば、受信アンテナＡｒを複数配備して空間ダイバーシティを行うことが考えられるが、空間ダイバーシティを行う場合には物体検知装置の構成が大型且つ複雑になり、汎用の用途には必ずしも適さないという問題がある。
外部からの不要波の混入は、対向するアンテナの軸合わせの困難性から上記のように指向性を多少ブロードにしているために生じる。

従来の物体検知装置は、また、上記のような誤動作が生じたときに、それが物体検知装置自身に設定される各種条件の変動によるものか、送信系回路あるいは受信系回路の異常動作によるものか、外部からの不要波等によるものかを識別することができない。そのため、検知精度が十分でなく、しかも装置故障等に対するバックアップ機能も不十分であるという問題があった。

本発明は、このような問題を解消することができる物体検知装置及びその応用システムの提供を主たる課題とするものである。

本発明が提供する第１構成に係る物体検知装置は、直進性の高周波信号を送信アンテナを通じて送信する送信系回路と、前記送信アンテナから送信された高周波信号を前記送信アンテナと対向して設けられた受信アンテナで受信して検波する受信系回路と、定常時の前記検波出力に基づいて前記送信アンテナから送信される高周波信号の周波数を制御するための制御信号を生成し、この制御信号を前記送信系回路に入力する制御信号生成回路と、前記受信系回路による検波出力の定常時からの変化を検知することにより前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の無線伝送路に物体が入り込んだかどうかの判定を行う判定回路と、を有することを特徴とする装置である。

前記送信系回路は、より具体的には、入力電圧に応じて発振周波数が変化するＶＣＯを前記高周波信号の発振源として含むものである。この場合、前記制御信号生成回路は、定常時の検波出力が最大レベルとなる周波数の高周波信号を前記ＶＣＯから発振させるための電圧を前記制御信号として生成し、この制御信号を前記ＶＣＯに入力するように構成される。

物体検知の精度を高める観点からは、前記送信系回路を、前記送信アンテナから送信されるべき高周波信号を当該送信系回路に固有の情報で変調させる変調手段と、この変調手段で変調された高周波信号から前記固有の情報を検出する検出手段とを備えて構成する。そして、前記判定回路を、前記受信系回路による検波出力と前記検出手段で検出された固有の情報とに基づいて前記判定を行うように構成する。

上記の精度をさらに高める必要がある用途では、前記検出手段を、前記送信アンテナに向かう送信波成分から前記固有の情報を検出する第１の検波回路と、前記送信アンテナから反射された反射波成分から前記固有の情報を検出する第２の検波回路とを含んで構成する。そして、前記判定回路を、前記検波出力とこれらの検出結果との一致性に基づいて前記判定を行うように構成する。
前記変調手段は、例えば、前記高周波信号をパルス状に成形するとともに当該パルスの幅と間隔の少なくとも一方を変化させることにより前記固有の情報を形成するように構成することができる。

本発明の第２構成に係る物体検知装置は、それぞれ、相手側のものと対向して配設される送受信共用アンテナ、直進性の高周波信号を自己の送受信共用アンテナに導く送信系回路、自己の送受信共用アンテナで受信した高周波信号を検波する受信系回路、自己の送受信共用アンテナを前記送信系回路又は前記受信系回路に選択的に接続するスイッチ回路、及び、自己の受信系回路による定常時の検波出力に基づいて相手側の送受信共用アンテナから送信される高周波信号の周波数を制御するための制御信号を生成し、この制御信号を相手側の送信系回路に入力する制御信号生成回路を含んでなる一対の送受信ユニットと、いずれかの前記受信系回路による検波出力の定常時からの変化を検知することにより各送受信ユニットの送受信共用アンテナ間の無線伝送路に物体が入り込んだかどうかの判定を行う判定回路とを有することを特徴とする装置である。

第２構成に係る物体検知装置において、各送受信ユニットの前記送信系回路は、より具体的には、それぞれ、入力される制御信号の電圧値に応じて発振周波数が変化するＶＣＯを前記高周波信号の発振源として含むものである。この場合、各送受信ユニットの前記制御信号生成回路は、それぞれ、定常時の検波出力が最大レベルとなる周波数の高周波信号を相手側の前記送信系回路に含まれる前記ＶＣＯから発振させるための電圧値の制御信号を生成し、この制御信号を当該ＶＣＯに入力するように構成する。

物体検知の精度を高める観点からは、各送受信ユニットに含まれる前記送信系回路は、それぞれ、自己の送受信共用アンテナから送信されるべき高周波信号を当該送信系回路に固有の情報で変調させる変調手段と、この変調手段で変調された高周波信号から前記固有の情報を検出する検出手段とを備えて構成する。そして、前記判定回路を、前記受信系回路による検波出力と前記検出手段で検出された固有の情報とに基づいて前記判定を行うように構成する。

前記第２構成に係る物体検知装置において、前記一対の送受信ユニットは、一方の送受信ユニットが前記高周波信号を送信しているときは他方の送受信ユニットが前記高周波信号を受信するものであり、一定時間経過する度に各々の送受信ユニットにおける前記高周波信号の送信と受信とが互いに切り替わり、これにより前記無線伝送路における前記高周波信号の伝送方向が一定時間間隔で逆転する時分割復信方式の空間伝送を行うものである。

本発明は、また、上述した第１又は第２構成の物体検知装置を応用した、物体の移動検出システムを提供する。
この移動検出システムは、少なくとも２つの前記物体検知装置と、各々の物体検知装置の判定回路による判定結果を収集する判定結果収集装置とを有するもので、各物体検知装置の一対の送受信共用アンテナは、それぞれ、対向するアンテナ有効面を結ぶ軸線同士がほぼ平行となる位置に一定間隔で配備されており、前記物体は前記軸線を遮る方向に移動するものであり、前記判定結果収集装置は、各物体検知装置の前記判定回路による判定結果の受け取りタイミングのずれに基づいて前記物体の移動方向及び／又は移動速度を検出することを特徴とするシステムである。

本発明の第１構成に係る物体検知装置は、定常時の検波出力に基づいて送信アンテナから送信される高周波信号の周波数を制御することができるので、例えば、定常時の校正時等においてマルチパスフェージングの悪影響を容易に除去することができ、装置構成を複雑にすることなく、また、コスト増を伴うことなく、装置の設置性と保守性を著しく向上させることができる。また、このような校正によって物体検知の精度を高めることができる。

また、送信系回路で変調された高周波信号から検出手段で検出した固有の情報と受信系回路による検波出力とに基づいて前記判定を行うようにすることにより、物体検知の精度をより高めることができ、しかも誤差等が生じたときに、それが送信系回路に起因するものか、受信系回路に起因するものか、あるいは外部からの不要波に起因するものかの識別が可能になる。特に、送信アンテナに向かう送信波成分から検出した固有の情報と送信アンテナから反射された反射波成分から検出した固有の情報との一致性を判定情報にすることで、上記識別の精度をより高めることができる。

本発明の第２構成に係る物体検知装置は、各送受信ユニットが、送信系回路、受信系回路及び制御信号生成回路を有し、スイッチ回路によって送信／受信の方向を切り替えることができるので、マルチフェージングの影響を緩和するとともに、装置故障等に対するバックアップ機能も万全となり、運用上の信頼性を高めることができる。

本発明の物体の移動検出システムでは、各物体検知装置の判定回路による判定結果の受け取りタイミングがずれるので、そのずれの方向によって物体の移動方向を検出することができ、またずれが生じる時間と各物体検知装置の送受信共用アンテナの配設間隔とによって移動速度を検出することができる。

次に、本発明を実施する際の好ましい形態例を図１〜図１１を参照して説明する。
＜第１実施例＞

図１は、本発明を実施するうえで最も単純な構成となる物体検知装置の構成図である。説明の便宜上、図１２に示した従来の物体検知装置と同じ機能の部品については同一符号を付してある。
図１に例示した物体検知装置は、送信系回路１０における信号発振源として、図１２に示した発振器１７１に代えて、入力される制御電圧Ｖｔによってその発振周波数が変化する電圧制御発振器（Voltage Contorl Oscillator：以下「ＶＣＯ」と略す）１０１を用いたものである。この制御電圧Ｖｔは、受信系回路２０の検波出力である受信検波電圧Ｖdetを分岐入力した制御信号生成回路３０により生成され、ＶＣＯ制御信号として、ＶＣＯ１０１の制御入力端に入力される。この実施例では、定常時、すなわち物体が無線伝送路に入り込まない状態のときに、受信系回路２０の受信検波電圧Ｖdetが最大になる周波数の高周波信号が発振されるように、ＶＣＯ１０１を制御する（そのような値の制御電圧Ｖｔを生成する）。

次に、この実施例による物体検知装置の動作原理を説明する。
まず、物体検知装置の校正時に考慮すべき点として、上述したマルチフェージングによる影響を、図７及び図８を参照して定量的に説明する。
図７において、送信アンテナＡｔから発射された送信波が直接波ｔ１と地表面反射波ｔ２に分離され、それぞれ受信アンテナＡｒに入射される際に、直接波ｔ１と地表面反射波ｔ２とが互いに伝送路に応じた位相を有して合成され、これが判定回路４０における精度に大きな誤差を与える場合があることは、上述したとおりである。
いま、直接波ｔ１の伝送線路長をＬ１、地表面反射波ｔ２の伝送線路長をＬ２とすると、受信アンテナＡｒに到達したときの直接波t1の電界Ｅ1と地表面反射波ｔ２の電界Ｅ2は、それぞれ式１、式２で表される。

Ｅ1＝Ａ1・exp(-jΦ1) … 式１
Ｅ2＝Ａ2・exp(-jΦ2) … 式２

Ａ1は直接波ｔ１の振幅、Ａ2は地表面反射波ｔ２の振幅、Φ1は直接波ｔ１の位相角である。位相角Φ１は下記の式３で表される。Φ2は地表面反射波ｔ２の位相角であり、下記の式４で表される。受信アンテナＡｒで合成される際のこれらの波ｔ１，ｔ２の位相差ΔΦは、下記の式５で表される。

Φ1＝２πＬ1／λ＝２πｆＬ1／Ｃ …… 式３
Φ2＝２πＬ2／λ＝２πｆＬ2／Ｃ …… 式４
ΔΦ＝Φ1−Φ2 …… 式５

ｆは送信周波数、λは伝送周波数の自由空間波長、Ｃは光速である。
電界Ｅ1、電界Ｅ2の直接波ｔ１及び地表面反射波ｔ２を受信系回路２０で合成したときの総合の受信電力の周波数特性は、図８に示されるものとなる。図８において、受信電力の最大点（ｆ1、ｆ2、ｆ3）は、位相差ΔΦが０又は２πラジアンの整数倍（同位相）になった場合であり、受信電力の最小点（ｆ01、ｆ02）は、位相差ΔΦが、πラジアンの奇数倍（逆位相）になった場合である。この実施例では、無線伝送路に入り込む物体の検知機能に特化しており、送信電力は極めて微弱である。そのため、電波法で許される範囲内で発振周波数を調整することができる。この点に着目して、定常時の信号発振源の発振周波数、すなわち無線伝送路を伝送する高周波信号の送信周波数を可変にすることで、受信検波電圧Ｖdetの最大点を得るようにしたものである。

制御信号生成回路３０は、そのための制御電圧Ｖｔを生成する回路である。そこで、次に、制御信号生成回路３０の動作原理を図１１を参照して説明する。
図１１の上段は、制御電圧Ｖt（ｖ）に対するＶＣＯ１０１の発振周波数（ＧＨｚ）の関係を示した図（特性Ａ）、下段は、制御電圧Ｖｔ（ｖ）に対する受信系回路２０における受信検波電圧（Ｖ）の関係を示した図（特性Ｂ）である。図１１の上段における発振周波数ｆ01、ｆ2、ｆ02は、図８に示した送信周波数f01、f2、f02とそれぞれ同じ値である。すなわち、発振周波数ｆ01とｆ02は、マルチパスフェージングの影響を受けて、受信検波電圧が極端に低下するときの周波数（そのときの電圧がＶｔ01、Ｖｔ02となる）であり、同じく図１１の上段における発振周波数ｆ2は、マルチパスフェージングの影響が最小限となる周波数（そのときの受信検波電圧がＶdet maxとなる）である。

特性Ａは、制御電圧Ｖtに対して発振周波数がほぼ線形に変化することを示している。特性Ｂは、特性Ａにおける発振周波数において、図８の特性を示す場合の受信検波電圧の値の関係を示している。特性Ｂは、図８の特性と、ほぼ相似形となる。制御信号生成回路３０の機能は、この特性Ｂにおける制御電圧Ｖt2を自動的に設定することにある。

制御電圧Ｖt2は、受信検波電圧Ｖdetが最大値（最大受信検波電圧Ｖdet max）になるときの電圧であり、このポイントを見つけるために、制御電圧Ｖtを図１１下段のＶt01、Ｖt2、Ｖt02を含む範囲で掃引し、この範囲に対応した受信検波電圧を受信系回路２０から制御信号生成回路３０に分岐入力する。受信検波電圧はアナログ電圧なので、制御信号生成回路３０で、これをディジタル変換して比較判定することにより、最大受信検波電圧Ｖdet maxとなる制御電圧Ｖt2を容易に見つけるることができる。この制御電圧Ｖt2を定常時の発振周波数を定める電圧を表す制御信号としてＶＣＯ１０１の制御入力端に入力する。
判定回路４０には、このときの受信検波電圧の値を設定しておく。空間伝送路に対して物体が存在しないときは、判定回路４０には、この受信検波電圧が入力されることになるが、物体が無線伝送路に入り込んで送信アンテナＡｔから送信された高周波信号を遮断すると、受信検波電圧が低下する。この電圧変化により、判定回路４０は、物体が無線伝送路に入り込んだと判定し、その旨を表す信号を図示しない監視機構へ出力する。
＜第２実施例＞

本発明の第２実施例による物体検知装置の構成例を図２に示す。
この実施例の物体検知装置は、第１実施例の物体検知装置の構成を一部変更したものである。そのため、図１に示したものと同じ機能の部品については、図２においても同一符号を付してある。
この実施例による物体検知装置が第１実施例のものと異なるのは、ＶＣＯ１０１で発振された高周波信号に、変調機能付の高周波増幅器１１２の直前でパルス変調をかけるとともに、この変調された高周波信号を進行波モニタ１１４で検波し、モニタ出力端１１５から出力されるこの検波出力と受信検波電圧とを判定回路４１に入力することにより、これらを判定回路４１における判定情報、すなわち、送信アンテナＡｔと受信アンテナＡｒとの間の無線伝送路に物体が入り込んだかどうかを判定するための判定情報として用いるようにした点である。判定回路４１には、進行波モニタ１１４の検波出力の内容をデコードするための公知のパルスデコーダを備えておく。

パルス変調は、パルス幅及びパルス間隔の少なくとも一方によって送信系回路１１に固有の情報を搬送波に重畳するために行う。例えば、所定幅のパルスを所定のパルス間隔でｎ個形成したものを送信系回路１１の識別情報として、他の物体検知装置の送信系回路から送信されたもの、あるいはその他の外来波と区別できるようにする。
送信アンテナＡｔから送信された高周波信号を受信アンテナＡｒで受信して検波すると、その振幅に関わらず、受信検波電圧の波形は、送信系回路１１で生成され、進行波モニタ１１４で検波されたパルス波形と同じになる。そのため、判定回路４１で、進行波モニタ１１４で検波された変調波の検波出力のデコードを行うとともに、この検波出力の波形と受信検波電圧の波形との一致性を見ることで、装置故障や外来不要波の影響など、誤動作の原因をも容易に識別できるようになる。受信検波電圧は、好ましくはアナログ／デジタル変換器等でディジタル変換する。これにより、進行波モニタ１１４一致性の判別がより容易になる効果がある。

図９及び図１０に、パルス状送信波を生成するための回路の例を示す。
図９に示す回路の例では、送信アンプとなる高周波増幅器１１２を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のドレインＤに対して増幅動作時のドレイン電圧Ｖdsを定常的に印加しつつ、ゲートＧに対しては増幅動作時のゲート電圧とピンチオフ電圧の２種類の電圧をＶgsとし、これをパルス的に印加して生成する。このとき、前者の電圧Ｖgsは、パルス−Ｈｉｇｈレベル、後者の電圧Ｖgsはパルス−Ｌｏｗレベルに対応する。
図１０に示す回路の例では、ＦＥＴのゲートＧに対して増幅動作時のゲート電圧Ｖgsを定常的に印加しつつ、ドレインＤに対しては増幅動作時のドレイン電圧と０ボルトの２種類の電圧をＶdsとし、これをパルス的に印加する。前者の電圧Ｖdsはパルス−Highレベル、後者の電圧Ｖdsはパルス−Lowレベルに対応する。
＜第３実施例＞

本発明の第３実施例に係る物体検知装置の構成例を図３に示す。
この実施例による物体検知装置は、第２実施例の物体検知装置に構成要素を一部追加したものである。そのため、図２に示したものと同じ機能の部品については、図３においても同一符号を付してある。

この実施例による物体検知装置は、送信系回路１２に固有となる情報を表すパルス状の変調波形で変調した高周波信号を送信アンテナＡｔから送信する直前の部位に、送信アンテナＡｔからの反射波を検出するための反射波モニタ１２５を付加し、モニタ出力端１２６から出力されるモニタ出力をも判定回路４２における判定情報として用いるようにした点が第２実施例の物体検知装置と異なる。判定回路４２の構成は、基本的には第２実施例の物体検知装置の判定回路４１と同じであり、判定情報が増えたことによってパルスデコーダが追加された点だけが異なる。
反射波モニタ１２５で検波される波形は、通常は送信アンテナＡｔと受信アンテナＡｒとの間の無線伝送路に存する物体からの反射波であることから、これを判定回路４２における判定情報に加えることで、第２実施例の物体検知装置よりも、物体検知の精度と誤動作による認識性能をより向上させることができる。
＜第４実施例＞

本発明の第４実施例に係る物体検知装置の構成例を図４に示す。
この実施例による物体検知装置は、それぞれ、第１実施例の送信系回路１０と受信系回路２０とをスイッチ回路の一例となるＳＰＤＴ（single pole double throw：単極双投）スイッチＳ１１、Ｓ２２の分岐端に接続し、ＳＰＤＴスイッチＳ１１、Ｓ２２の共通端に、送受信共用アンテナＡ１，Ａ２を接続するとともに、各々の受信系回路２０と他方の送信系回路１０とを制御信号生成回路３０−１、３０−２を介して接続することで、送信系回路と受信系回路の両方の機能を保有する一対の送受信ユニットを構成し、さらに、いずれかの送受信ユニットの受信系回路２０による受信検波電圧の定常時からの変化を検知することにより各送受信ユニットの送受信共用アンテナＡ１，Ａ２間の無線伝送路に物体が入り込んだかどうかの判定を行う判定回路４３を設けたものである。

ＳＰＤＴスイッチＳ１１とＳＰＤＴスイッチＳ２２とは連動しており、一方が送信系回路１０と送受信共用アンテナとを接続しているときは、他方が送受信共用アンテナと受信系回路とを接続する。
判定回路４３は、第１実施例の物体検知装置の判定回路４０と基本的には同じ構成要素を有し、さらに、ＳＰＤＴスイッチＳ１１，Ｓ２２を一定間隔で周期的に切り替えるための制御信号を生成して、この制御信号をＳＰＤＴスイッチＳ１１，Ｓ２２に供給する機能が付加されている。

使用時は、これらの送受信ユニットの送受信共用アンテナＡ１，Ａ２同士をその軸線をほぼ共通にして対向させ、判定回路４３からの制御信号（図示の※１）によって、時分割複信動作のＳＰＤＴ切り替えを行い、双方向の空間伝送を行う。
このように構成することで、方向性を有する外来不要波の悪影響が有効に避けられるほか、送受信ユニットの一系統が故障しても他の系統の検知機能が保存されるため、装置のバックアップ機能の向上を図ることができる。これは、いわゆる冗長機能を付加したものと等価になる。
＜第５実施例＞

本発明の第５実施例に係る物体検知装置の構成例を図５に示す。
この実施例による物体検知装置は、第４実施例の物体検知装置の送信系回路の構成に、第２実施例で述べた進行波モニタ１１４を付加したものである。そのため、図２及び図４に示したものと同じ機能の部品については、図５においても同一の符号を付してある。判定回路４４の機能は、接続状況は異なるものの、実質的には、第２実施例で述べた判定回路４１と同じとなる。
このような構成を採用することにより、検知精度を向上しつつ方向性を有する外来不要波の悪影響除去と装置のバックアップ機能の向上をも図ることができる。
なお、図５の送信系回路に、さらに、第３実施例で述べた反射波モニタ１２５を設けるようにしてもよい。このようにすれば、物体検知の精度をさらに高めることができる。
＜物体の移動検出システム＞

図６は、本発明の物体検知装置を応用した物体の移動検出システムの説明図であり、列車の踏み切り警報機に応用した場合の例を示している。
この例の移動検出システムは、第１〜第５実施例、好ましくは第３〜第５実施例で述べた物体検知装置を２台（送信系−１、受信系−１／送信系−２、受信系−２）備えている。線路を指向する各物体検知装置の一対のアンテナ（Ａｔ１−Ａｒ１、Ａｔ２−Ａｒ２）は、それぞれ、対向するアンテナ有効面を結ぶ軸線同士がほぼ平行となる位置に一定の間隔Ｌ（ｍ）で配備されている。検出対象となる物体である列車は、各アンテナの軸線を遮る方向、すなわち、線路上を下り方向に走行するものとする。

図示を省略しているが、各物体検知装置（送信系−１、受信系−１／送信系−２、受信系−２）からは、各々が有する判定回路から判定結果が判定結果収集装置に収集される。判定結果収集装置は、これらの物体検知装置とのインタフェース機構及びプロセッサを有する一種のコンピュータであり、その内部記憶装置に、速度検出用のプログラム、各物体検知装置のアンテナの配置情報（アンテナ特性、取付位置、取付間隔Ｌ（ｍ）等）、列車の移動速度を求めるためのパラメータ（時間、距離、速度の対応表）等が記録されている。また、各物体検知装置から通知された時刻データを一時的に記録するための領域が用意されている。

運用時には、プロセッサが速度検出用のプログラムを読み出して実行することにより、移動方向検出機能、移動速度演算機能、検出履歴蓄積機能等を形成する。
物体検知装置が設けられた踏み切りに列車が接近した場合、まず、一方の物体検知装置（送信系−１、受信系−１）が、列車が入り込んだと判定した時刻を判定結果として、判定結果収集装置に通知する。その後、一定時間遅れで、他方の物体検知装置（送信系−２、受信系−２）が、列車が入り込んだと判定した時刻を判定結果として、判定結果収集装置に通知する。判定結果収集装置では、これらの判定結果の受け取りタイミングのずれに基づいて列車の進行方向を識別する。また、アンテナの取付間隔Ｌ（ｍ）及び上記のパラメータと、上記のタイミングの時刻差とから、列車の移動速度を算出する。

なお、２台の物体検知装置が、それぞれ高周波信号を固有の情報でパルス変調して送信することにより、高周波信号の干渉による誤差を低減することができる。

本発明の第１実施例による物体検知装置の構成図。 本発明の第２実施例による物体検知装置の構成図。 本発明の第３実施例による物体検知装置の構成図。 本発明の第４実施例による物体検知装置の構成図。 本発明の第５実施例による物体検知装置の構成図。 物体の移動検出システムの実施例を表す説明図。 マルチパスフェージングの原理説明図。 マルチパスフェージングの影響を受けた受信電力特性を説明するための図。 送信波をパルス状に変調する第一の方法を示す回路図。 送信波をパルス状に変調する第二の方法を示す回路図。 ＶＣＯに対する制御信号生成回路の動作原理を説明するための図。 従来の物体検知装置の構成図。

符号の説明

Ａｒ，Ａｒ１，Ａｒ２ 受信アンテナ
Ａｔ，Ａｔ１，Ａｔ２ 送信アンテナ
Ａ１，Ａ２ 送受信共用アンテナ
Ｓ１１,Ｓ２２ スイッチ
１０，１１，１２，１７ 送信系回路
２０，２７ 受信系回路
３０，３０−１，３０−２ 制御信号生成回路
４０〜４４，４７ 判定回路
１０１ ＶＣＯ
１０２，２０１ 高周波増幅器
１０３ アイソレータ
１１２ 変調機能付高周波増幅器
１１４ 進行波モニタ
１１５，１２６ モニタ出力端
１２５ 反射波モニタ
１７１ 発振器
２０２ 検波器
２０３ 検波器負荷インピーダンス
２０４ 出力端子

Claims (10)

1. 直進性の高周波信号を送信アンテナを通じて送信する送信系回路と、
   前記送信アンテナから送信された高周波信号を前記送信アンテナと対向して設けられた受信アンテナで受信して検波する受信系回路と、
   定常時の前記検波出力に基づいて前記送信アンテナから送信される高周波信号の周波数を制御するための制御信号を生成し、この制御信号を前記送信系回路に入力する制御信号生成回路と、
   前記受信系回路による検波出力の定常時からの変化を検知することにより前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の無線伝送路に物体が入り込んだかどうかの判定を行う判定回路と、を有することを特徴とする、
   物体検知装置。
2. 前記送信系回路は、入力電圧に応じて発振周波数が変化するＶＣＯを前記高周波信号の発振源として含むものであり、
   前記制御信号生成回路は、定常時の検波出力が最大レベルとなる周波数の高周波信号を前記ＶＣＯから発振させるための電圧を前記制御信号として生成し、この制御信号を前記ＶＣＯに入力するように構成されていることを特徴とする、
   請求項１記載の物体検知装置。
3. 前記送信系回路は、前記送信アンテナから送信されるべき高周波信号を当該送信系回路に固有の情報で変調させる変調手段と、
   この変調手段で変調された高周波信号から前記固有の情報を検出する検出手段とを備えており、
   前記判定回路は、前記受信系回路による検波出力と前記検出手段で検出された固有の情報とに基づいて前記判定を行うことを特徴とする、
   請求項１記載の物体検知装置。
4. 前記検出手段は、前記送信アンテナに向かう送信波成分から前記固有の情報を検出する第１の検波回路と、前記送信アンテナから反射された反射波成分から前記固有の情報を検出する第２の検波回路とを含んで構成されるものであり、
   前記判定回路は、前記検波出力とこれらの検出結果との一致性に基づいて前記判定を行うことを特徴とする、
   請求項３記載の物体検知装置。
5. 前記変調手段は、前記高周波信号をパルス状に成形するとともに当該パルスの幅と間隔の少なくとも一方を変化させることにより前記固有の情報を形成することを特徴とする、
   請求項３記載の物体検知装置。
6. それぞれ、相手側のものと対向して配設される送受信共用アンテナ、直進性の高周波信号を自己の送受信共用アンテナに導く送信系回路、自己の送受信共用アンテナで受信した高周波信号を検波する受信系回路、自己の送受信共用アンテナを前記送信系回路又は前記受信系回路に選択的に接続するスイッチ回路、及び、自己の受信系回路による定常時の検波出力に基づいて相手側の送受信共用アンテナから送信される高周波信号の周波数を制御するための制御信号を生成し、この制御信号を相手側の送信系回路に入力する制御信号生成回路を含んでなる一対の送受信ユニットと、
   いずれかの前記受信系回路による検波出力の定常時からの変化を検知することにより各送受信ユニットの送受信共用アンテナ間の無線伝送路に物体が入り込んだかどうかの判定を行う判定回路とを有することを特徴とする、
   物体検知装置。
7. 各送受信ユニットの前記送信系回路は、それぞれ、入力される制御信号の電圧値に応じて発振周波数が変化するＶＣＯを前記高周波信号の発振源として含むものであり、
   各送受信ユニットの前記制御信号生成回路は、それぞれ、定常時の検波出力が最大レベルとなる周波数の高周波信号を相手側の前記送信系回路に含まれる前記ＶＣＯから発振させるための電圧値の制御信号を生成し、この制御信号を当該ＶＣＯに入力するように構成されていることを特徴とする、
   請求項６記載の物体検知装置。
8. 各送受信ユニットに含まれる前記送信系回路は、それぞれ、自己の送受信共用アンテナから送信されるべき高周波信号を当該送信系回路に固有の情報で変調させる変調手段と、この変調手段で変調された高周波信号から前記固有の情報を検出する検出手段とを備えており、
   前記判定回路は、前記受信系回路による検波出力と前記検出手段で検出された固有の情報に基づいて前記判定を行うことを特徴とする、
   請求項６記載の物体検知装置。
9. 前記一対の送受信ユニットは、一方の送受信ユニットが前記高周波信号を送信しているときは他方の送受信ユニットが前記高周波信号を受信するものであり、一定時間経過する度に各々の送受信ユニットにおける前記高周波信号の送信と受信とが互いに切り替わり、これにより前記無線伝送路における前記高周波信号の伝送方向が一定時間間隔で逆転する時分割復信方式の空間伝送を行うものであることを特徴とする、
   請求項６記載の物体検知装置。
10. 少なくとも２つの請求項１ないし９のいずれかの項記載の物体検知装置と、
    各物体検知装置の判定回路による判定結果を収集する判定結果収集装置とを有し、
    各物体検知装置の一対の送受信共用アンテナは、それぞれ、対向するアンテナ有効面を結ぶ軸線同士がほぼ平行となる位置に一定間隔で配備されており、
    前記物体は前記軸線を遮る方向に移動するものであり、
    前記判定結果収集装置は、各物体検知装置の前記判定回路による判定結果の受け取りタイミングのずれに基づいて前記物体の移動方向及び／又は移動速度を検出することを特徴とする、
    物体の移動検出システム。
    

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