JP2005283543A - 不審者探知システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズを低減するとともに、さまざまな状況に対応して使い勝手を向上させる。
【解決手段】 検出用送信電波に対する反射波を受信し、受信信号の位相又は振幅変化より物体の時間的変位信号を検出する複数の不審者検出センサを備えた探知システムにおいて、各不審者検出センサに同一キャリアを供給するようにしたものである。
【選択図】 図６

Description

本発明は不審者が警戒領域内に侵入したことを探知し、必要に応じて警報を発する不審者探知システムに関する。

従来、不審な行動をする、或いは不審な行動をした人物をチェックするために監視カメラを設置することが行われているが、多数の人が出入りする場所において、迅速かつ的確に不審者か否かを弁別するのは不可能に近い。そのため、出入りを許可した人に予めＩＤを付与しておき、正しいＩＤを持っているか否かをチェックするシステムも知られているが、人の出入りする場所を限定する必要があってそのような限定が困難な場合も多く、セキュリティ上十分ではない。

そこで、本出願人は、アンテナから電波を放射し、その反射波を受信し、反射波の位相や振幅の変化から警戒スポット内における人や小動物の動き（変位）を検出するマイクロ波センサを用いて不審者が警戒領域内に侵入したことを探知するシステムを既に提案している（特許文献１）。
特開２００２−１９６０７３

上記マイクロ波センサを用いたシステムにより警戒領域内に不審者が侵入するとこれを直ちに探知することが可能であるが、複数のマイクロ波センサを使用した場合に各センサ間での発振周波数のずれやノイズをより低減して検出精度を向上させることが課題となっている。また、センサの使用態様は設置する状況によりさまざまであり、各状況に適切に対応可能であることが要請されている。

本発明は、上記課題を解決せんとするものであり、各マイクロ波センサのキャリアを同一とすることによりノイズを低減するとともに、さまざまな状況に対応して使い勝手を向上させることを目的とする。
そのために本発明は、検出用送信電波に対する反射波を受信し、受信信号の位相又は振幅変化より物体の時間的変位信号を検出する複数の不審者検出センサを備えた探知システムにおいて、各不審者検出センサに同一キャリアを供給することを特徴とする。

本発明は、各不審者検出センサのキャリアを同一とすることによりノイズを極めて低減することができる。また、各センサへ同一キャリアを伝送するケーブルとして減衰量が規定されたケーブルを使用し、この減衰量を補償する増幅器を各不審者検出センサに内蔵させることにより、各センサのキャリアの振幅を同じにして検出精度を上げることが可能である。
また、各不審者検出センサに遠隔通信手段を設け、遠隔操作によりネットワーク接続された不審者検出センサの一部または全部を動作停止可能であり、遠隔操作により各不審者検出センサの調整、動作状態のモニタが可能となる。たま、センサ群をグループに分割、または統合可能であるため、さまざまな状況に対応して使い勝手を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は不審者検出センサ（マイクロ波センサ）による警戒スポットを説明する図で、図１（ａ）は３次元的に見た図、図１（ｂ）、図１（ｃ）は警戒スポットの平面図である。
図１（ａ）において、センサ１ー１〜１ーｎはマイクロ波センサ（詳細は後述する）であり、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示す各警戒スポットＳをカバーするようにそれぞれアンテナから電波を放射し、その反射波を受信して、反射波の位相の変位から警戒スポット内における人や小動物の動き（変位）を検出するとともに、認識用の信号が検出されたか否かにより認可者か非認可者かの弁別を行う。マイクロ波センサで使用する電波は、電波法で許される範囲（例えば３０ＭＨｚ以上）である。

図１（ｂ）は図の平面内で指向性のないアンテナを用いて検知エリアを円形にした場合であり、図１（ｃ）は、楕円状に細長いライン型の検知エリアとした場合である。

図２は不審者検出センサの構成を説明するブロック図である。
不審者検出回路２で検出した信号は、信号処理装置（ＣＰＵ）３に取り込まれ、ここで人や小動物の動きの情報と、認識用電波のＩＤ情報とから不審者か否かを判別し、警報器４により警報する。例えば、荷捌き場等では多数の人が動いており、警戒スポット内にいる人や小動物の動きが検出され、同時に認識用電波のＩＤ情報が取り込まれる。各センサはホストコンピュータ等で集中管理するようにしてもよい。

図３は不審者検出回路の高周波（ＲＦ）部の例を示すブロック図である。
クリスタル発振器（ＸＣＯ）７の出力を分周器８で分周し、分周出力をパワーデバイダ（ＰＤ）９で分岐して送信側と受信側に同期信号として供給し、送信側から送信した電波の反射波を受信側で受信してヘテロダイン検波する構成になっている。

送信側では、位相検出器１０、ループフィルタ（ローパスフィルタ）１１、高周波（ＲＦ）発振器１２、分周器１３からなるＰＬＬ回路でＲＦ発振器１２をＸＣＯ５に同期させている。ＲＦ発振器１２からの出力はＰＤ（パワーデバイダ）１４で分岐し、その一方の出力は増幅器１５から検出用電波Ｔｘとして放射され、警戒スポットを形成し、他方の出力はミキサ１６に供給され、受信側のＰＤ（パワーデバイダ）２４からの信号と混合され、ローパスフィルタ１７を通して低周波成分がＩ／Ｑディテクタ３０に出力される。

受信側も、位相検出器２０、ループフィルタ（ローパスフィルタ）２１、局部発振器（ＬＶＣＯ）２２、分周器２３からなるＰＬＬ回路で局部発振器２２をＸＣＯ７に同期させている。ＬＶＣＯ２２の出力はＰＤ（パワーデバイダ）２４で分岐し、その一方の出力は、警戒スポットからの反射波Ｒｘを増幅器２５で増幅した信号とミキサ２６で混合され、ローパスフィルタ２７を通り、中間周波数に変換された信号がＩ／Ｑディテクタ３０に加えられる。ＰＤ２４の他方の出力は、送信側のミキサ１６に加えられる。なお、ＸＣＯ５の発振周波数は、例えば１００ＭＨｚ、ＲＦ発振器１２は２４５０ＭＨｚ、局部発振器２２は２３００ＭＨｚで、検波回路を構成するＩ／Ｑディテクタ３０へ加えられる送信信号、受信信号は１５０ＭＨｚである。

図４は検波回路を構成するＩ／Ｑディテクタの内部構成を示す図である。
ローパスフィルタ２７の出力（受信信号）Ｅｒは２分されて、一方は乗算器３０１に被乗数信号として供給され、他方は乗算器３０２に被乗数信号として供給される。また、ローパスフィルタ１７の出力（送信信号）Ｅｔも２分されて、一方はそのまま乗算器３０１に乗数信号として供給され、他方は９０°移相器３０３を経て乗算器３０２に乗数信号として供給される。乗算器３０１、３０２で同期検波された出力は、それぞれ低域フィルタ３０４、３０５を通って、直交成分検波出力Ｅ₁ 及びＥ₂ となる。

ここで、図３、図４に示された受信器の動作を説明する。
送信波Ｔｘと受信波Ｒｘは、
Ｔｘ＝ａ_T ｃｏｓω₀ ｔ （１）
Ｒｘ＝ａ_R ｃｏｓω₀ （ｔ−τ） （２）
ａ_T 、ａ_R ：定数
ω₀ ：角周波数＝２πｆ₀
ｆ₀ は、例えば２４５０ＭＨｚ
ｔ：時間
τ＝２Ｒ／Ｖ
Ｒ：反射体までの距離
Ｖ：電波の速度
の式で表わすことができる。

Ｉ／Ｑディテクタ３０に入力される受信信号Ｅｒは、中間周波変換後の遅延時間をあらたにτと起き直して
Ｅｒ＝ａ_r ｃｏｓω（ｔ−τ） （３）
ω：周波数変換後の中間角周波数＝２πｆ
ｆは例えば１５０ＭＨｚ
の式で表わすことができる。

他方、ローパスフィルタ１７の出力（送信信号）Ｅｔは、
Ｅｔ＝ａ_t ｃｏｓωｔ （４）
と表わすことができる。乗算器３０１によりＥｔとＥｒを乗算すると、
Ｅｔ×Ｅｒ＝ａ_m ｃｏｓωｔｃｏｓω（ｔ−τ）
＝(1/2) ａ_m ｛ｃｏｓω（２ｔ−τ）＋ｃｏｓωτ｝ （５）
ａ_m ＝ａ_r ×ａ_t
また、Ｅｔを９０°移相した信号ＥｓとＥｒとを乗算器３０２により乗算すると、
Ｅｓ×Ｅｒ＝(1/2) ａ_m ｛ｓｉｎω（２ｔ−τ）＋ｓｉｎωτ｝ （６）
これら乗算器の出力をそれぞれ低域フィルタ３０４及び３０５を通すと、（５）式及び（６）式の右辺第１項に対応する成分が除去されて、検波出力Ｅ₁ 及びＥ₂ は、
Ｅ₁ ＝（１／２）ａ_m ｃｏｓωτ （７）
Ｅ₂ ＝（１／２）ａ_m ｓｉｎωτ （８）
となる。

以上の説明は任意の一つの反射波についてのものであり、探知対象である運動体、例えば生体からの反射波の位相（電波が往復に要する遅延時間）をτ₀ とし、それ以外の障害物、すなわち静止物からの反射波の遅延時間をτ_n で代表すれば、検波出力Ｅ₁ 及びＥ₂ は、
Ｅ₁ ＝（１／２）ａ_m ｃｏｓωτ₀ ＋（１／２）ａ_m ′ｃｏｓωτ_n （９）
Ｅ₂ ＝（１／２）ａ_m ｓｉｎωτ₀ ＋（１／２）ａ_m ′ｓｉｎωτ_n （10）
となる。

上記２式の右辺第２項は、探知対象とは無関係な不要信号で、通常、ａ_m ′はａ_m よりも著しく大きいため、このままでは、第１項、すなわち探知対象に対応する信号がノイズの中に埋もれてしまい、十分な感度が得られない。ここでは詳細な説明は省略するが、可変移相器と可変減衰器とからなる不要反射波相殺信号発生器を設けて受信信号から差し引くことにより、（９）式と（１０）式の右辺第２項の振幅を第１項に対する検知処理に支障がない程度に小さくすることができる。

探知対象である運動体とアンテナの間の距離は、生体の呼吸、心拍、身体各部の動きなどの運動体の動きに応じて、僅かであるが変動し、それに起因して、対象物からの反射波の位相τ₀ が変動する。したがって、（９）式、（１０）式の変化分を調べれば、探知対象である運動体を検知することができる。探知対象までの距離の平均値をＲ₀ で表わし、変動分をｒで表わせば、
ωτ₀ ＝ω・２（Ｒ₀ ＋ｒ）／Ｖ
＝（２ω／Ｖ）Ｒ₀ ＋（２ω／Ｖ）ｒ
２ω／ＶとＲ₀ は一定であるので（２ω／Ｖ）Ｒ₀ ＝Ａ、２ω／Ｖ＝Ｂと置けば、（９）式と（１０）式は次のように書き替えられる。ただし、前述のようにして低減された不要反射波信号の残りを△Ｅ₁ と△Ｅ₂ で表わすと、
Ｅ₁ ＝（１／２）ａ_m ｃｏｓ（Ａ＋Ｂｒ）＋△Ｅ₁
Ｅ₂ ＝（１／２）ａ_m ｓｉｎ（Ａ＋Ｂｒ）＋△Ｅ₂
となる。

ここで、Ｒ₀ は数ｍ程度であるのに対して、ｒはせいぜい数ｃｍ程度であるから、｜Ａ｜≫｜Ｂｒ｜であり、次の近似式
Ｅ₁ ≒（１／２）ａ_m ｛ｃｏｓＡ−ＢｒｓｉｎＡ｝＋△Ｅ₁ （11）
Ｅ₂ ＝（１／２）ａ_m ｛ｓｉｎＡ＋ＢｒｃｏｓＡ｝＋△Ｅ₂ （12）
が成り立つ。

これら２式の右辺を展開したときの第１項と第３項は一定で高域フィルタによって除去することができ、第２項が示す反射波信号の変化分、すなわち探知対象である運動体の動きを検知することができる。ここで、９０度位相が異なる検波出力Ｅ₁ 及びＥ₂ を発生させるので、Ａの値の如何にかかわらず、検出不能という事態を避けることができる。

次に、認可者の弁別について説明する。
図５は認可者用帽子やタグに設けられた認識用機器の回路構成を示す図である。受信アンテナ５２で受信された検出用電波は増幅器５３で増幅され、ミクサ５１でＲＯＭ５０に記憶されたＩＤ信号と乗算され、増幅器５４を経てアンテナ５５から認識用電波として放射される。増幅器５３、５４のゲインをＧ₁ 、Ｇ₂ 、ＩＤ信号をｍ（ｔ）で表し、マイクロ波センサから放射される電波が（１）式に示されるように、角周波数ω₀ であるとき、認識用機器から反射されてマイクロ波センサで受信される認識用電波ｅは、システムでの遅延を無視し、
ｅ＝ｋG₁G₂ｍ（ｔ−τ／２）ｃｏｓω₀ （ｔ−τ） （13)
で表される。そして、マイクロ波センサ内で中間周波数ωに変換されるとすると、（３）式の導出と同様に新たにτとおき直して、Ｉ／Ｑディテクタの検波出力のｃｏｓ成分のみに着目すると、
Ｅｔ×ｅ
＝ｋ′G₁G₂ｍ（ｔ−τ／２）ｃｏｓωｔｃｏｓω（ｔ−τ） （14)
となり、低域フィルタ３０４または３０５の出力Ｅ₃ は、
Ｅ₃ ＝（ｋ′Ｇ₁ Ｇ₂ ／２）ｍ（ｔ−τ／２）ｃｏｓωτ （15)
となる。（ｋ′Ｇ₁ Ｇ₂ ／２）、ｃｏｓωτの変化は無視でき、ＩＤ信号ｍ（ｔ−τ／２）と区別できるのでＩＤ信号に応じた信号が得られる。

一方、ＩＤを持たない人の信号の場合の出力Ｅ₄ は（１５）式において、ｍ（ｔ−τ／２）＝１に相当し、
Ｅ₄ ＝（ｋ′Ｇ₁ Ｇ₂ ／２）ｃｏｓωτ （16)
と表され、（１１）、（１２）式の場合と同様、低域フィルタを通すことにより変位信号成分ｃｏｓωτが得られる。こうして、認可者か否かを弁別することができる。従って、図２のＣＰＵ３に動きの検出フラグＦ１（動きが検出されたとき「１」、それ以外は「０」）と、ＩＤ情報検出フラグＦ２（正しいＩＤ情報が検出されたとき「１」、それ以外は「０」）を設定することにより、Ｆ１、Ｆ２ともに「１」のときは認可者、Ｆ１が「１」、Ｆ２が「０」のときは不審者（あるいは小動物）、Ｆ１が「０」、Ｆ２が「１」のときは、例えば認可者用帽子が放置されていると判別することができる。

ところで、図３に示したマイクロ波センサを多数近隣に設置した場合、各センサごとに少しずつ違う発振周波数の差（ビート周波数）が出力され、またその振幅が大きいために、通信に支障をきたしてしまう。発振周波数の差は数ＫＨｚから１ＭＨｚ程度あり、時間的にもドリフトし、不安定となってしまう。そこで、１つのセンサにのみ同期発振器をもたせ、各センサにはその同期信号を供給することが考えられる。このような構成により、中心周波数付近においては各マイクロ波センサでの同期はとれるが、周辺周波数領域では各センサごとのノイズが発生し、これが検波回路に出力され、通信の支障となるので好ましくない。

図６は１個の発振器出力を各センサに供給する場合のブロック図である。
Ｓ１、Ｓ２……は図３に示したと同様の構成のマイクロ波センサであるが、センサ１−１のみ送信用の発振器を有し、他のセンサへは１−１の発振器の出力を分配する。すなわち、マイクロ波センサ１−１の発振器１２の出力を、ＰＤ４０で分岐し、一方を検出用電波Ｔｘの放射に、他方を増幅器４１で増幅してセンサ１−２へ伝送する。センサ１−２は受信した信号をＰＤ４０で分岐して、一方を検出用電波Ｔｘの放射に、他方を増幅器４１で増幅して次のセンサへ伝送する。以下同様にして、各センサには同一キャリアが伝送され、同一の検出用電波が放射されるので、ノイズを極めて低減することができる。なお、図ではセンサ１−２、１−３……において、送信側のＰＬＬ回路がないように図示しているが、各センサともＰＬＬ回路を有する同一の構成としておき、キャリアを受信するセンサの送信側ＰＬＬ回路を不動作に設定できるようにしてもよい。

なお、図６で各センサ間の接続に同一ロットのケーブルを使用し、厳密に同じ長さにすることによって減衰量をそろえることができる。すなわち、ケーブルの長さをそろえ、キャリア入力の直後のデバイダ４０の一方の出力をケーブルの減衰量に等しいゲインをもつ増幅器４１を通すようにする。例えば、１０ｍのケーブルで減衰量が６ｄｂであったとき、増幅器４１のゲインを６ｄｂにしておく。このように構成することで、すべてのセンサに全く同じパワーのキャリアが入力されることになるので、無限にセンサを接続することができる。

図７は遠隔操作によって各センサを制御する場合の説明図で、図７（ａ）は個々のセンサの構成を示す図、図７（ｂ）はネットワーク接続した状態を示す図である。
マイクロ波センサ１は、不審者検出回路２、ＣＰＵ３、警報手段４のほかにネットワーク接続Ｉ／Ｆ５を有していてネットワーク６に接続されている。このように、各センサをネットワークに接続して制御する場合、ネットワーク中のどれかのセンサを親機として稼働させる、或いはネットワークにホストコンピュータを接続して稼働させるなどの方法が考えられるが、現場において一時的または継続的に一部のセンサの稼働を停止したい場合があり、これをいちいち親機やホストコンピュータからコントロールするのは手間がかかる。

そこで、本実施形態では、各センサ１に遠隔通信手段６０を設け、リモートコントローラ６１を用いて個別に動作、不動作等を制御可能にしている。リモートコントローラ６１は光、赤外線、電波、超音波、レーザなどを放射する送信機からなり、例えば、各センサの遠隔通信手段６０に警報などの停止信号を送ると、各センサのＣＰＵ３が応答し、センサの動作の一部または全部を停止する。なお、一部のセンサが動作を停止しても、図３で説明した同一のキャリアは全センサに供給される。このように各センサを個別に動作、不動作等を制御可能とすることにより、荷捌き場などのような検知エリア状況が荷物状態によって変化する場合に特に有利である。

図８はセンサの動作状態のモニタ方法を説明する図である。
電波式不審者検出センサを設置するに際して、現場の設置条件に合わせて調整を行う必要がある。この場合、センサは天井、壁などの高所に設置されており、センサに直接触れて調整を行うことは困難である。そこで、各センサ１の遠隔通信手段６０と、モニタ７０の遠隔通信手段７１とを双方向通信可能に無線で接続する。

このような構成とすることにより、容易に各センサごとの動作の調整やモニタが可能となる。また、このような通信を親機と接続すると、容易にネットワーク全体の動作状態をもモニタすることができる。また、このような遠隔通信手段は、図７で説明したリモートコントロール用通信手段と共用することも可能であり、これにより簡易なコントロールを実現できる。

図９はネットワークの分割・統合を説明する図で、図９（ａ）は分割前の状態を説明する図、図９（ｂ）は分割後を説明する図である。
図７に示したようにネットワーク接続して一体的に稼働しているセンサ群を、例えば、検知エリアの変更等に伴って、いくつかのグループに分割したり、単独で稼働させたい場合が生ずる。図６に示したものは、１つのセンサの発振器出力を各センサに供給する形をとっており、各センサは同一構成とすることができる。従って、任意のセンサを親機として設定することが可能である。親機は他のセンサからのキャリア入力から切り離され、自身の高周波発振機が動作し、これに接続された各子機に対してその発振出力を供給する。こうすることにより、一体的に稼働しているセンサ群をいくつかのグループに分割することができる。親機としての設定は、例えばセンサ内のディップスイッチ等によってアドレスＦＦに指定した場合が親機となるような構成にすればよい。こうすることにより、図９（ａ）に示したように６台のセンサでネットワークを構成していたものを、図６（ｂ）に示すように３台づづのグループに分割することができる。もちろん、単独で稼働を行わせるように設定することもできる。

逆に検知エリアの都合等によって複数のネットワークを１つのネットワークに統合する場合もある。この場合は、親機としての設定を１台だけとして他のセンサを子機として接続すればよい。

なお、上記の例では各センサが発振器を持つ同一構成で、任意のセンサを親機として設定し、センサ群をいくつかのグループに分割する例を説明したが、各センサは発振器を持たず、発振器を内蔵したユニットを取り付けたセンサのみが親機として機能するようにしてもよい。この場合は、ユニットを取付けない各子機は検波用の発振器も一切もたず、親機から受信する発振器出力のみで動作するようにもできるし、局部発振器を持たせることもできる。このような構成とすることにより、どのセンサにユニットを取り付けるかでセンサ群を任意のグループに分割することが可能である。

なお、親機センサから同一キャリアを各子機センサへ分配する場合、各子機では受信したキャリアを分周してＰＬＬ回路の基準信号（図６のＸＣＯ７に対応）とし、ＰＬＬ回路の局部発振器（図６の２２）出力によりヘテロダイン検波するようにしてもよく、また、各子機では受信したキャリアを分周した後、適宜逓倍して各センサの発振器出力として使用し、その出力でヘテロダイン検波して局部発振器（図６の２２）を省略するようにしてもよい。

本発明は、各マイクロ波センサのキャリアを同一とすることによりノイズを極めて低減することができるとともに、使い勝手が良いので産業上の利用可能性が大きい。

不審者検出センサによる警戒スポットを説明する図である。 不審者検出センサの構成を説明するブロック図である。 不審者検出回路の高周波部の例を示すブロック図である。 検波回路を構成するＩ／Ｑディテクタの内部構成を示す図である。 認識用機器の回路構成を示す図である。 １個の発振器出力を各センサに供給する場合のブロック図である。 遠隔操作によって各センサを制御する場合の説明図である。 センサの動作状態のモニタ方法を説明する図である。 ネットワークの分割・統合を説明する図である。

符号の説明

１ー１〜１ーｎ…不審者検出センサ、Ｓ…警戒スポット、２…不審者検出回路、３…ＣＰＵ、４……警報器、７…クリスタル発振器、１２…高周波発振器、２２…局部発振器、２６…混合器、３０…Ｉ／Ｑディテクタ。

Claims (8)

1. 検出用送信電波に対する反射波を受信し、受信信号の位相又は振幅変化より物体の時間的変位信号を検出する複数の不審者検出センサを備えた探知システムにおいて、
   各不審者検出センサに同一キャリアを供給することを特徴とする不審者探知システム。
2. 各不審者検出センサへ同一キャリアを伝送するケーブルとして、減衰量が規定されたケーブルを使用し、前記減衰量を補償する増幅器を各不審者検出センサに内蔵させたことを特徴とする請求項１記載の不審者探知システム。
3. 不審者検出センサをネットワーク接続するとともに、各不審者検出センサに遠隔通信手段を設け、遠隔操作によりネットワーク接続された不審者検出センサの一部または全部を動作停止可能にしたことを特徴とする請求項１記載の不審者探知システム。
4. 各不審者検出センサに遠隔通信手段を設け、遠隔操作により各不審者検出センサの調整を可能にしたことを特徴とする請求項１記載の不審者探知システム。
5. 各不審者検出センサに遠隔通信手段を設けてモニタ装置と無線で接続し、各不審者検出センサの動作状態をモニタ装置により監視可能にしたことを特徴とする請求項１記載の不審者探知システム。
6. 任意の不審者検出センサを親機として設定可能にし、センサ群をグループに分割、または統合可能にしたことを特徴とする請求項１記載の不審者探知システム。
7. 親機として設定したセンサから同一キャリアをグループ内の各子機センサへ送信し、前記キャリアを受信した各子機センサはキャリアを分周してＰＬＬ回路の基準信号とし、ＰＬＬ回路の局部発振器出力によりヘテロダイン検波することを特徴とする請求項６記載の不審者探知システム。
8. 親機として設定したセンサから同一キャリアをグループ内の各子機センサへ送信し、前記キャリアを受信した各子機センサはキャリアを分周した後、適宜逓倍して各センサの発振器出力として使用し、その出力でヘテロダイン検波することを特徴とする請求項６記載の不審者探知システム。

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