JP2008545121A - オブジェクトの検出方法と装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2005年5月12日に提出された「オブジェクトの検出方法と装置」と題する米国暫定特許出願第60/680,627号の出願の利益を主張するものである。本出願はまた、2004年11月24日に提出された「オブジェクトの検出方法と装置」と題する米国特許出願第10/997,845号の一部継続出願であり、同左は2003年11月25日に提出された「偏向放射及び人工知能処理を使用するオブジェクトの検出方法と装置」と題する米国暫定特許出願第60/525,637号の出願の利益を主張するものであり、同左もまた2003年1月9日に提出された「オブジェクト検出システムのための信号処理」と題する米国特許出願第10/340,016号の一部継続出願であり、同左は2002年1月29日に提出されかつ2004年11月30日に米国特許第6,825,456号として発行される「オブジェクト検出システムのための信号処理」と題する米国特許出願第10/060,641号の一部継続出願であり、同左は1999年5月25日に提出されかつ2002年1月29日に米国特許第6,342,696号として発行された「オブジェクトの検出システム」と題する米国特許出願第09/318,196号の一部継続出願である。前記出願の明細書は全て、本参照により開示に含まれる。
dB=10log(PX/PY) (1)
ここで、PXは第1の出力レベルであり、PYは第2の出力レベルである。受信される2つの無線信号がデシベルを使用して比較される場合、より遠い距離を隔てた場所で受信される信号の出力低下は、より近いロケーションにおける出力レベルより所定数のデシベルだけ低いと言われる。
RCS(単位dBsm)=10log(AG)=10logA+10logG (2)
ここで、Aは単位平方メートルであるターゲットの面積であり、Gは反射時のターゲットの利得である。この式は、この領域が動作波長に対して平らであること、及びこの領域が電波により均一に照射されることを想定している。正方形の領域の一辺が「a」メートルであれば、その面積は「a2」平方メートルである。動作波長に対して平らである表面の場合は、
G=4πa2/λ2 (3)
になる。ここで、波長λは0.3/fメートルであり、fは単位GHzの周波数である。よって、
RCS(単位dBsm)=10log(4πa4f2/0.09) (4)
である。
S(f)=Afil(f)×A(f)e(2πft+δ(f))
ここで、
Afil(f)=周波数領域における帯域通過フィルタの振幅応答、
A(f)=周波数領域におけるクロス偏波の戻りの振幅応答、
f=単位ギガヘルツの周波数、
t=単位ナノ秒の時間、
P(t)=δ(f)=周波数領域におけるクロス偏波の戻りの位相応答、
である。特定の周波数帯域は、複数のセグメントまたはビンに割られる。ビンの数「N」は、ゼロから無限に近い数までの任意の実用的な値であってもよい。
N=測定を行う周波数サンプルの数、
F_step=サンプル間の周波数ステップのサイズ、
F_span=合計周波数スパン(N×F_step)。
A=A0ej2πθ・
k=0,1,...,M−1
であり、
A0は、チャープZの初期半径を決定し、
W0は、チャープZ変換の「ねじれ係数」を決定し、
θ0は、開始位置を区間全体の一部として決定し、
φ0は、ステップ・サイズを区間全体の一部として決定し、
Nは、入力(時間)値の数であり、
Mは、出力(周波数)値の数である。
変換の区間及び分解能は、上述の方程式を使用しかつA0、W0、θ0、φ0、N及びMの適切な値を選ぶことによって選択が可能である。本発明の場合、A0及びW0は、好適には1に設定される。
θ0=30/128(開始時間/合計時間)、及び、
φ0=(10/128)/64(時間掃引/合計時間/出力サンプル数)、
を設定する。
1.周波数規模及び位相の値を取得する。
2.該値にハミング窓を適用する。
3.該規模及び位相の値を実数値及び虚数値に変換する。
4.該複素値を共役させる。
5.チャープZ変換を実行する。
6.結果を共役させる。
7.結果を実/虚数値から規模の値に変換する。
本発明の好適な一実施形態は、パルス・レーダではなく連続波またはCWレーダを使用する。CWのオペレーションには、幾つかの優位点がある。回路の複雑さは低減され、製造は、短距離レーダに必要な狭パルスを生成するに足る速さのパルス・システム成分と共に使用されなければならないことから安価である。さらに、位相測定の精度は著しく増大し、チャープZ変換の結果として生じる時間領域出力波形はより均一で安定しかつ正確である。
オブジェクトの検出ケイパビリティを向上させるために、本発明の2つ以上の検出器は同一のターゲットに対してほぼ同時に、または極めて短い時間フレーム内(例えば、ミリ秒単位)で連続して使用されてもよい。例えば、複数のユニットはターゲットを囲んで異なる視点を提供するように異なる位置に設置されてもよく、よって、1つの検出器からは反対側になるターゲットの側面に隠されている武器または他のオブジェクトは異なる検出器に暴露される。例えば、複数のユニットは同じ高さに配置されても、異なる高さであって対象物を異なる方位角から見るように配置されてもよい。このような複数の検出器は、互いに独立して決定を下してもよい。
検出用に試験したターゲットは、.22口径拳銃、グロック9mmセミオート拳銃、ウジのアサルト・ライフル及び散榴弾弾子として釘を備えるもの、散榴弾弾子としてスリングショット弾を備えるもの及び散榴弾弾子なしの爆発物シミュレーション・パケットを備えるものを含む様々なテロリスト型爆弾を含む様々な武器である。表2は、本発明に従って、9.5から10.7GHzの周波数帯域を使用して水平偏波により照射された様々な武器の検出に関するサンプル試験データを示す。データは、正面の視点からのみ得たものである。このデータは、体重約100ポンドから220ポンド、身長約5フィートから6フィート2インチまでの異なる12名から取得された。表が示すように、システムは安全であった116件のうち115件を正解し、武器が存在する283件のうち、誤検出は僅かに1件、検出漏れはゼロ件であった(NAは、該当なしを意味する)。
Claims (18)
- ターゲット上に隠されたオブジェクトを検出するための方法であって、
連続波電磁放射線を該ターゲットへ周波数範囲内の選択された周波数で送信するステップと、
選択された各周波数で該ターゲットから反射される2つの直交偏波信号を受信するステップと、
該反射される信号の振幅及び位相を測定するステップと、
周波数領域波形を発生させるステップと、
該波形を、時間窓における該ターゲットまでの距離に対応する時間領域へ変換するステップと、
該時間領域波形を処理して、該ターゲット上にオブジェクトが隠されているかどうかを決定するステップ、を含む方法。 - 該周波数領域波形を濾波するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 該濾波するステップはハミング・フィルタを使用することを含む、請求項2記載の方法。
- 該変換するステップはチャープZ変換を使用することを含む、請求項1記載の方法。
- 該変換するステップの結果、該信号がレンジ・ゲーティングされる、請求項1記載の方法。
- 複数のユニットを使用し、各ユニットは該送信するステップ及び受信するステップを実行する、請求項1記載の方法。
- 該複数のユニットは該送信するステップを順次実行する、請求項6記載の方法。
- 各ユニットによる連続波送信は、他のユニットが放射線を送信できるように中断される、請求項7記載の方法。
- 各ユニットによる連続波送信の時間は、該放射線が該ユニットから該ターゲットへ送信されて該ユニットへ戻る送信時間より長い、請求項8記載の方法。
- 該複数のユニットは該受信するステップを順次実行する、請求項6記載の方法。
- 各ユニットは、その固有の送信機によってのみ送信される信号を受信する、請求項9記載の方法。
- 各ユニットは、別のユニットの送信機によって送信される信号を受信する、請求項6記載の方法。
- 該複数のユニットにより受信される反射信号は比較される、請求項6記載の方法。
- 各ユニットにより受信される信号の振幅は平均される、請求項6記載の方法。
- 該複数のユニットは該ターゲットに対して異なる高さに配置される、請求項6記載の方法。
- 該複数のユニットは該ターゲットを異なる視点から照射するように配向される、請求項6記載の方法。
- 該オブジェクトは、武器、銃火器、爆弾、自爆ベスト、爆発物、商品、タグ、仕掛品、在庫品及び工業製品より成るグループから選択される、請求項1記載の方法。
- 万引きまたは在庫品の窃盗を防止するために実行される、請求項1記載の方法。
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