JP2015036666A - Microwave sensor system - Google Patents

Microwave sensor system Download PDF

Info

Publication number
JP2015036666A
JP2015036666A JP2013168926A JP2013168926A JP2015036666A JP 2015036666 A JP2015036666 A JP 2015036666A JP 2013168926 A JP2013168926 A JP 2013168926A JP 2013168926 A JP2013168926 A JP 2013168926A JP 2015036666 A JP2015036666 A JP 2015036666A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
microwave sensor
distance
microwaves
error signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013168926A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
辻 正敏
Masatoshi Tsuji
正敏 辻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of National Colleges of Technologies Japan
Original Assignee
Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of National Colleges of Technologies Japan filed Critical Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority to JP2013168926A priority Critical patent/JP2015036666A/en
Publication of JP2015036666A publication Critical patent/JP2015036666A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-frequency CM microwave sensor system capable of detecting horizontal movement of a target with high reliability with a simple structure and a simple signal processing method.SOLUTION: A microwave sensor system of a two-frequency CM system transmits first and second microwaves having different frequencies, receives reflection waves of the first and second microwaves from a target in the case where a target is present in the transmission direction of the first and second microwaves, and measures a distance to the target by use of phase difference between IF signals after mixing the reflection waves and the transmission waves. The microwave sensor system includes a pair of microwave sensors, an A/D converter, and a computer. The computer includes means for calculating an angle error signal with respect to a horizontal position x of the target, and calculating a relation between the angle error signal and the horizontal position x of the target on the basis of an n-th order approximate curve (where n is a natural number equal to two or greater) to thereby calculate a movement distance of the target.

Description

本発明は、簡易な構造と簡易な信号処理法によりターゲットの横方向の移動を高精度に検出できる、2周波CW(連続波)方式のマイクロ波センサ装置に関する。   The present invention relates to a two-frequency CW (continuous wave) type microwave sensor device capable of detecting a lateral movement of a target with high accuracy by a simple structure and a simple signal processing method.

民生用防犯センサに、安価なCW方式のマイクロ波センサが広く用いられている。CW方式のセンサは、ドップラー効果を利用しているため、センサに近づく侵入者は検知できる。しかし、侵入者が監視エリアをセンサに対して水平に横切る場合、ターゲットがセンサに近づく移動距離は非常に小さいため、センサは侵入者を検知できず、通り抜け問題が発生することが知られている。その問題に対して、左右に並べた2台のセンサの出力レベルを比較するシーケンシャルロービング方式を用いてターゲットの横方向の位置を検出し、その検出した位置の時間の差分を取ることで移動距離を導出する手法が知られている(非特許文献1)。しかしながら、この手法では移動距離を導出するために、角度誤差信号の特性を1次の近似直線で置き換えてターゲット方向を推定しているため、測定結果は最大で2倍近くの誤差が生じることが示されている。   Inexpensive CW type microwave sensors are widely used for consumer security sensors. Since the CW sensor uses the Doppler effect, an intruder approaching the sensor can be detected. However, when the intruder crosses the monitoring area horizontally with respect to the sensor, the distance that the target approaches the sensor is so small that the sensor cannot detect the intruder, and it is known that the problem of passing through occurs. . To solve this problem, the lateral distance of the target is detected using a sequential roving method that compares the output levels of the two sensors arranged side by side, and the distance of the detected position is calculated as the distance traveled. A technique for deriving the above is known (Non-patent Document 1). However, in this method, in order to derive the moving distance, the target direction is estimated by replacing the characteristic of the angle error signal with a first-order approximation line, so the measurement result may have an error of almost twice as much as the maximum. It is shown.

公知のマイクロ波センサとしては、例えば発明者が特許文献1で提案した、検知エリアに向けて周波数の異なる複数のマイクロ波を送信し、この検知エリア内に存在する物体からの各マイクロ波の反射波に基づいて物体検知動作を行うマイクロ波センサにおいて、上記各反射波に基づいて検知エリア内に存在する物体までの相対距離の単位時間当たりの変化量を計測し、その変化量が所定量以上であるときにのみ、その物体を、検知すべき物体であると判定する物体判定手段を備えているマイクロ波センサがある。   As a known microwave sensor, for example, the inventor proposed in Patent Document 1 transmits a plurality of microwaves having different frequencies toward a detection area, and reflects each microwave from an object existing in the detection area. In a microwave sensor that performs an object detection operation based on a wave, the amount of change per unit time of the relative distance to the object existing in the detection area is measured based on each reflected wave, and the amount of change is greater than or equal to a predetermined amount There is a microwave sensor provided with an object determination means that determines that an object is an object to be detected only when

特開2003−207462号公報JP2003-207462

竹本英治・佐藤安弘・藤本卓也:「2周波ドップラー方式侵入犯検知センサ」,システム制御情報学会研究発表講演会講演論文集,Vol.48,pp.13-14(2004)Eiji Takemoto, Yasuhiro Sato, Takuya Fujimoto: "Two-frequency Doppler type intrusion detection sensor", Proceedings of the Conference on Systems Control Information Society, Vol.48, pp.13-14 (2004)

防犯センサシステムでは、より精度の高い検出方法が求められており、より詳細には、ターゲットを検知するときに用いる移動距離の閾値を狭くし、車・草木の揺れ・ノイズなどによる誤検知を減らすことが求められている。   Security sensor systems require more accurate detection methods. More specifically, the threshold for the distance traveled when detecting a target is narrowed to reduce false detections caused by car / vegetation shaking or noise. It is demanded.

CW方式のセンサにおいては、上述したように監視エリアを水平方向に移動する動きを検知することが難しく、非特許文献1の手法を用いても、測定結果に最大で2倍近くの誤差が生じるという問題がある。フェイズドアレー等のアンテナを機械的に動かしてビームを左右に走査する方式やモノパルス方式も知られているが、民生用途ではコストがかかり過ぎるという問題がある。   In the CW sensor, as described above, it is difficult to detect the movement of the monitoring area moving in the horizontal direction, and even if the method of Non-Patent Document 1 is used, an error of up to twice as much as the measurement result occurs. There is a problem. A method of moving the antenna mechanically such as a phased array and scanning the beam left and right and a monopulse method are also known, but there is a problem that it is too expensive for consumer use.

そこで、本発明では、簡易な構造と簡易な信号処理法によりターゲットの横方向の移動を高精度に検出できる、2周波CW方式マイクロ波センサ装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a two-frequency CW-type microwave sensor device that can detect the movement of the target in the lateral direction with a simple structure and a simple signal processing method.

発明者は、角度誤差信号のフィッティングにおいて従来用いられた近似直線を、実際の角度誤差信号に近いn次の関数を用いた近似曲線にすることでフィッティングミスを減らし、測定誤差を低減させシステムの検知精度を上げること可能とした。   The inventor reduced the fitting error and reduced the measurement error by changing the approximate straight line conventionally used in fitting the angle error signal to an approximate curve using an n-order function close to the actual angle error signal. The detection accuracy can be increased.

すなわち、本発明は、以下の技術手段から構成される。
第1の発明は、周波数の異なる第1及び第2のマイクロ波を送信し、第1及び第2のマイクロ波の送信方向にターゲットが存在する場合に、このターゲットからの第1及び第2のマイクロ波の反射波を受信し、これら反射波とその送信波とをミキシングした後のIF信号同士の位相差によりターゲットまでの距離を計測する2周波CW方式のマイクロ波センサ装置において、一対のマイクロ波センサと、A/Dコンバータと、コンピュータとを備え、コンピュータが、ターゲットの横方向の位置xに対する角度誤差信号を算出し、当該角度誤差信号とターゲットの横方向の位置xとの関係をn次近似曲線(但しnは2以上の自然数)に基づき算出することによりターゲットの移動距離を算出する手段を備えることを特徴とするマイクロ波センサ装置である。
第2の発明は、第1の発明において、前記n次近似曲線が、5次近時曲線であることを特徴とする。
第3の発明は、第1または2の発明において、さらに、コンピュータが、ターゲットの移動速度vを、サンプリング時間tごとに計算した前記位置xの差分に基づき算出する手段を備えることを特徴とする。
第4の発明は、第1ないし3のいずれかの発明において、前記マイクロ波センサが、マイクロ波センサユニットと、パルス発生器と、アンプ回路とを備えて構成され、前記マイクロ波センサユニットが、2つの異なった周波数を時分割で出力する電圧制御発振器と、ダブルバランスドミキサーと、送信アンテナと、ダブルバランスドミキサー及び送信アンテナに接続されるパワーデバイダと、ダブルバランスドミキサーと接続される受信アンテナとを備えて構成されることを特徴とする。
That is, the present invention comprises the following technical means.
The first invention transmits the first and second microwaves having different frequencies, and when the target exists in the transmission direction of the first and second microwaves, the first and second microwaves from the target In a two-frequency CW-type microwave sensor device that receives reflected microwaves and measures the distance to the target based on the phase difference between the IF signals after mixing these reflected waves and their transmitted waves, A wave sensor, an A / D converter, and a computer. The computer calculates an angle error signal with respect to the lateral position x of the target, and the relationship between the angular error signal and the lateral position x of the target is n. A microwave sensor device comprising means for calculating a moving distance of a target by calculating based on a next approximate curve (where n is a natural number of 2 or more).
A second invention is characterized in that, in the first invention, the n-th order approximate curve is a fifth-order recent curve.
According to a third invention, in the first or second invention, the computer further comprises means for calculating the moving speed v of the target based on the difference between the positions x calculated every sampling time t. .
A fourth invention is the invention according to any one of the first to third aspects, wherein the microwave sensor is configured to include a microwave sensor unit, a pulse generator, and an amplifier circuit, and the microwave sensor unit includes: Voltage-controlled oscillator that outputs two different frequencies in a time-sharing manner, a double balanced mixer, a transmission antenna, a power divider connected to the double balanced mixer and the transmission antenna, and a reception connected to the double balanced mixer And an antenna.

本発明によれば、簡易な構造と簡易な信号処理法によりターゲットの横方向の移動を高精度に検出できる、2周波CW方式のマイクロ波センサ装置を提供することが可能である。   According to the present invention, it is possible to provide a two-frequency CW-type microwave sensor device that can detect a lateral movement of a target with high accuracy by a simple structure and a simple signal processing method.

実施例に係る2周波CW方式マイクロ波センサ装置の構成図Configuration diagram of a dual-frequency CW-type microwave sensor device according to an embodiment 実施例に係るマイクロ波センサの構成図Configuration diagram of microwave sensor according to an embodiment マイクロ波センサ正面方向に対して横移動するターゲットの反射信号Reflection signal of target moving laterally relative to microwave sensor front direction ターゲットの横方向位置に対する角度誤差信号Angular error signal for target lateral position 横方向の位置に対して測定された信号レベルMeasured signal level for lateral position 横方向の位置に対する角度誤差信号Angular error signal for lateral position 横方向の位置に対するターゲットまでの距離Distance to target for lateral position 式3の近似曲線における各次数の係数Coefficient of each order in the approximate curve of Equation 3 横方向の位置に対して計算された移動距離Calculated travel distance for lateral position 最大誤差率の最大値、平均値、最小値Maximum value, average value, and minimum value of maximum error rate

本発明は、シーケンシャルロービング方式を用いてターゲットの侵入を検知する2周波CW方式マイクロ波センサ装置を用いて、角度誤差の変化よりターゲットの横方向の移動距離を導出する技術を開示するものである。ここで、シーケンシャルロービング方式とは、隣接する2つのアンテナの角度から受信する反射波の受信レベルの割合に基づいて、ターゲットの角度を演算する手法である。
本発明のマイクロ波センサは、周波数の異なる2種類のマイクロ波を検知エリアに向けて送信し、それぞれの反射波に基づく2つの中間周波数(IF)信号の位相差を検出する。この位相差は、ターゲット(人体等の検知対象物体)までの距離に相関があるため、この位相差を求めることによりターゲットまでの距離を計測することが可能である。
The present invention discloses a technique for deriving a lateral movement distance of a target from a change in angular error using a two-frequency CW-type microwave sensor device that detects intrusion of a target using a sequential roving method. . Here, the sequential roving method is a method of calculating the angle of the target based on the ratio of the reception level of the reflected wave received from the angle of two adjacent antennas.
The microwave sensor of the present invention transmits two types of microwaves having different frequencies toward a detection area, and detects a phase difference between two intermediate frequency (IF) signals based on the respective reflected waves. Since this phase difference has a correlation with the distance to the target (detection target object such as a human body), the distance to the target can be measured by obtaining this phase difference.

本発明では、左右に並べた2周波CW方式センサの感度は同一のものを用い、角度誤差信号のフィッティングにおいて、角度誤差信号をn次近似曲線とみなした処理を行うことで測定誤差を低減させている。ここで、n次近似直線は5次近時曲線とすることが好ましい。すなわち、ターゲットの位置は、角度誤差信号の特性を5次の関数を用いて表した近似曲線で推定され、移動速度はターゲットの位置の時間差をとることで求められる。
本発明によれば、シーケンシャルロービング方式とCW方式センサを用いたシンプルな構成を保ちながら、例えば誤差を72%小さくすることが可能である
In the present invention, the sensitivity of the two-frequency CW sensor arranged on the left and right is the same, and in the fitting of the angle error signal, the measurement error is reduced by performing processing that regards the angle error signal as an nth-order approximation curve. ing. Here, it is preferable that the n-th order approximate line is a fifth-order curve. That is, the target position is estimated by an approximate curve that represents the characteristics of the angle error signal using a quintic function, and the moving speed is obtained by taking the time difference between the target positions.
According to the present invention, it is possible to reduce, for example, an error by 72% while maintaining a simple configuration using a sequential roving method and a CW method sensor.

以下では、本発明の詳細を実施例により説明するが、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。   Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.

≪構成≫
図1は、本実施例に係る2周波CW方式マイクロ波センサ装置1の構成図である。
本実施例の2周波CW方式マイクロ波センサ装置1は、2個のマイクロ波センサ10L、10Rと、A/Dコンバータ20と、コンピュータ30とを備えて構成される。
マイクロ波センサ10L、10Rは、それぞれ角度θだけ外側に向けられている。
マイクロ波センサ10Lからのドップラー出力信号をvd1L、vd2Lとし、マイクロ波センサ10Rからのドップラー出力信号をvd1R、vd2Rとする。これらドップラー出力信号は、A/Dコンバータ20でデジタル信号に変換され、コンピュータ(PC)30に取り込まれ、そこでvd1Lとvd2Lの位相検出と、vd1Lとvd1Rの振幅検出が行われる。
≪Configuration≫
FIG. 1 is a configuration diagram of a two-frequency CW type microwave sensor device 1 according to the present embodiment.
The two-frequency CW type microwave sensor device 1 of the present embodiment includes two microwave sensors 10L and 10R, an A / D converter 20, and a computer 30.
The microwave sensors 10L and 10R are each directed outward by an angle θ.
The Doppler output signals from the microwave sensor 10L are v d1L and v d2L, and the Doppler output signals from the microwave sensor 10R are v d1R and v d2R . These Doppler output signal is converted into a digital signal by the A / D converter 20 is taken into the computer (PC) 30, where v and d1L and v d2L phase detection, v d1L and v d1R amplitude detection.

図2は、マイクロ波センサ10の構成図である。
マイクロ波センサ10は、マイクロ波センサユニット11と、パルス発生器12と、アンプ回路13とを備えて構成される。
マイクロ波センサユニット11は、電圧制御発振器(Voltage-controlled oscillator、以下「VCO」という)101と、パワーデバイダ102と、ダブルバランスドミキサー(Double balanced mixer)103と、送信アンテナ104Txと、受信アンテナ105Rxとを備えて構成される。VCO101より2つの異なった周波数f1とf2が時分割で出力され、送信アンテナ104Txより放射されるとともにその一部はミキサー103に入力される。ターゲットより反射された電波は受信アンテナ105Rxで受信し、ミキサー103に入力される。ミキサー103の出力はアンプ回路13に取り込まれ、f1の反射波はアンプAMP1で、f2の反射波はアンプAMP2で増幅され、それぞれvd1、vd2として出力される。各アンプの特性は、帯域1〜100Hz、ゲイン90dBである。
FIG. 2 is a configuration diagram of the microwave sensor 10.
The microwave sensor 10 includes a microwave sensor unit 11, a pulse generator 12, and an amplifier circuit 13.
The microwave sensor unit 11 includes a voltage-controlled oscillator (hereinafter referred to as “VCO”) 101, a power divider 102, a double balanced mixer 103, a transmission antenna 104T x, and a reception antenna. 105R x is configured. VCO101 output at from two different frequencies f 1 and f 2 are time division, some of which are input to the mixer 103 while being radiated from the transmission antenna 104T x. Electric wave reflected from the target is received by the receiving antenna 105R x, is input to the mixer 103. The output of the mixer 103 is taken to the amplifier circuit 13, the reflected wave f 1 in the amplifier AMP1, a reflected wave f 2 is amplified by the amplifier AMP2, is output as v d1, v d2, respectively. The characteristics of each amplifier are a band of 1 to 100 Hz and a gain of 90 dB.

表1に実施例で用いたマイクロ波センサ10L、10Rのスペックを示す。これは欧州の無線規格に基づいて設定されている。
[表1]
Table 1 shows the specifications of the microwave sensors 10L and 10R used in the examples. This is set based on European wireless standards.
[table 1]

≪横方向移動物体の検出方法≫
コンピュータ30は、演算装置と記憶装置を備え、記憶装置には横方向移動物体を検出するための演算を行うプログラムが記憶されている。このプログラムは、ターゲットの横方向の位置xに対する角度誤差信号を算出し、当該角度誤差信号とターゲットの横方向の位置xとの関係をn次近似曲線(但しnは2以上の自然数)に基づき算出することによりターゲットの移動距離を算出する手段を備えている。
≪Detection method of laterally moving object≫
The computer 30 includes a calculation device and a storage device, and a program for performing a calculation for detecting a laterally moving object is stored in the storage device. This program calculates the angle error signal for the lateral position x of the target, and the relationship between the angular error signal and the lateral position x of the target is based on an nth order approximation curve (where n is a natural number of 2 or more). Means are provided for calculating the movement distance of the target by calculation.

図3は、ターゲットが2周波マイクロ波センサの正面方向で横移動したときの一般的な出力信号である。図3中、点線がセンサ10Lの反射信号のレベルLvLを、実線がセンサ10Rの反射信号のレベルをLvRを表している。感度が同一のセンサを用いることで、2つのセンサ出力を左右対称とすることができる。また、左右のセンサは、正面方向に対して各々角度θだけ開いて設けられていることで、ターゲットまでの正面方向の距離yが大きくなるに従い、各々のセンサ出力のピークの間隔は広くなる。 FIG. 3 is a general output signal when the target moves laterally in the front direction of the dual-frequency microwave sensor. In FIG. 3, the dotted line represents the reflected signal level Lv L of the sensor 10L, and the solid line represents the reflected signal level Lv R of the sensor 10R. By using sensors with the same sensitivity, the two sensor outputs can be made symmetrical. Further, since the left and right sensors are provided to be opened at an angle θ with respect to the front direction, the peak interval between the sensor outputs becomes wider as the distance y in the front direction to the target increases.

図4はターゲットの横方向の位置xに対する角度誤差信号εを示すグラフである。角度誤差信号εは、ターゲットの位置がセンサ正面からどれだけずれているかを示しており、LvLとLvRを、以下の式1に代入することで求めることができる。 FIG. 4 is a graph showing the angle error signal ε with respect to the horizontal position x of the target. The angle error signal ε indicates how much the target position is deviated from the front of the sensor, and can be obtained by substituting Lv L and Lv R into Equation 1 below.

[式1]
[Formula 1]

2つのセンサがターゲットに反応するとき、式1の値は−1から+1の範囲で変化するように正規化されている。センサの指向性を考慮するとLvLとLvRは、それぞれのセンサの正面で最大値を取るので、ターゲットが中央より左側に位置するときεは-、中央に位置するときεは0、右側に位置するときεは+となる。また、ターゲットとセンサ10L、10Rの正面方向の距離yが大きくなるほどピークの間隔は左右に広がる。そのため角度誤差信号を1次近似直線とみなすと、yが大きくなるにつれて、εの傾きは小さくなる。角度誤差信号を1次近似直線としてみなしたときに、近似直線の傾きの逆数をgとすると、ターゲットの横方向の位置xは以下の式2で近似することができる。傾きの逆数gの値はセンサ固有であり、既知の値である。 When the two sensors respond to the target, the value of Equation 1 is normalized to vary from -1 to +1. Considering the directivity of the sensor, Lv L and Lv R take the maximum value in front of each sensor, so ε is-when the target is located on the left side of the center, ε is 0 when located on the center, and ε is on the right side. When positioned, ε becomes +. Further, as the distance y in the front direction between the target and the sensors 10L and 10R is increased, the peak interval is widened to the left and right. Therefore, if the angle error signal is regarded as a linear approximation line, the slope of ε decreases as y increases. When the angle error signal is regarded as a first-order approximation line, if the reciprocal of the inclination of the approximation line is g, the lateral position x of the target can be approximated by the following equation 2. The value of the reciprocal g of the inclination is unique to the sensor and is a known value.

[式2]
[Formula 2]

次に、角度誤差信号と横方向の位置xの関係を精度よく近似するために、n次の近似曲線を求める。xはεと係数giを用いて以下の式3で表される。
[式3]
Next, in order to accurately approximate the relationship between the angle error signal and the horizontal position x, an n-th order approximate curve is obtained. x is expressed by Equation 3 below using ε and coefficient g i .
[Formula 3]

このときの係数giの値はセンサ固有の値であり、最小二乗法によって測定値とフィッティングさせて求める。ここで、距離yが大きくなるにつれて、εの曲線は変化するので、距離yによって係数giは異なる値をとる。 The value of the coefficient g i at this time is a value unique to the sensor, and is obtained by fitting with the measured value by the least square method. Here, since the curve of ε changes as the distance y increases, the coefficient g i takes a different value depending on the distance y.

式3のxの近似曲線を距離yのパラメータを含んだ関数とすると、以下の式4で表される。ここで、ai、bi、ciは、距離yに対する係数giの近似曲線を最小二乗法で求めた係数である。 When the approximate curve of x in Expression 3 is a function including the parameter of distance y, it is expressed by Expression 4 below. Here, a i , b i , and c i are coefficients obtained by obtaining an approximate curve of the coefficient g i with respect to the distance y by the least square method.

[式4]
[Formula 4]

2周波CW方式マイクロ波センサを用いたときのターゲットまでの距離Rは以下の式5で求めることができる。ここでΔφはvd1とvd2の位相差、Δfは2つの周波数f1とf2の差、cは光速である。 The distance R to the target when a two-frequency CW type microwave sensor is used can be obtained by the following formula 5. Where Δφ is the phase difference between v d1 and v d2 , Δf is the difference between the two frequencies f 1 and f 2 , and c is the speed of light.

[式5]
また、ターゲットまでの距離Rの横方向の位置xと正面方向の距離yとの関係は以下の式6で表される。
[Formula 5]
Further, the relationship between the lateral position x of the distance R to the target and the distance y in the front direction is expressed by Equation 6 below.

[式6]
[Formula 6]

ターゲットがセンサ正面方向に位置するとき、yとRの値はほぼ等しくなるのでyをRに置き換えると、式4は以下の式7で表される。
[式7]
When the target is located in the front direction of the sensor, the values of y and R are almost equal. Therefore, when y is replaced with R, Equation 4 is expressed by Equation 7 below.
[Formula 7]

式7は角度誤差信号が変化する範囲で成立する。この範囲を検出可能範囲と定義する。検出可能範囲は、センサの出力パワー、受信感度、ターゲットにより異なる。ターゲットの移動速度vはサンプリング時間tごとに計算した横方向の位置xの差分を取ることによって求められ、以下の式8で表される。   Equation 7 holds in the range where the angle error signal changes. This range is defined as a detectable range. The detectable range varies depending on the output power of the sensor, reception sensitivity, and target. The moving speed v of the target is obtained by taking the difference between the horizontal positions x calculated at every sampling time t, and is expressed by the following formula 8.

[式8]
≪測定方法と結果≫
[Formula 8]
≪Measurement method and result≫

実施例(図1)のシステム構成に係る2周波CW方式マイクロ波センサ装置1を用いて、人の横方向移動の検出を行った。
A/D変換はNI USB-6009(ナショナルインスツルメンツ)を用いた、位相検出と振幅検出の信号処理は計測ソフトLabVIEW(ナショナルインスツルメンツ)を用いた。信号収録のサンプリングレートは4kHzであり、信号レベルはサンプリング数4000個を平均して計算される。
センサの放射方向に対する角度は、角度誤差信号が線形に近くなるθ=10°とする。
測定方法は、以下のとおりである。
Using the two-frequency CW-type microwave sensor device 1 according to the system configuration of the example (FIG. 1), detection of lateral movement of a person was performed.
NI USB-6009 (National Instruments) was used for A / D conversion, and measurement software LabVIEW (National Instruments) was used for signal processing for phase detection and amplitude detection. The sampling rate for signal recording is 4 kHz, and the signal level is calculated by averaging 4000 samples.
The angle with respect to the radiation direction of the sensor is θ = 10 ° at which the angle error signal is nearly linear.
The measuring method is as follows.

身長1.7mの人が秒速1.4m/sでセンサに対して横に40m移動する。移動するときの正面方向の距離yは10、15、20mの3種類とする。移動方向は左から右とし、各距離において3回ずつ測定する。
角度誤差信号を近似曲線として表すときの式3における次数nは、5次以上で角度誤差信号とよくフィッティングするためにn=5とし、式2における次数n=1の場合(近似直線)の結果と比較する。
A person with a height of 1.7m moves 40m horizontally to the sensor at a speed of 1.4m / s per second. The distance y in the front direction when moving is 10, 15, or 20m. The direction of movement is from left to right and is measured three times at each distance.
The order n in Equation 3 when representing the angle error signal as an approximate curve is n = 5 in order to fit well with the angle error signal at 5th order or more, and the result when the order n = 1 in Equation 2 (approximate straight line) Compare with

図5に、測定された各距離における標準的な横方向の位置に対する左右2つのセンサ10R、10Lの出力信号レベルを示す。図6に図5のデータを式1に代入して得られた各距離における角度誤差信号を示す。マーカーが測定値である。測定したy=10、15、20mにおける角度誤差信号を式3で表される近似曲線にしたときに求まる係数を表2に示す。
[表2]
FIG. 5 shows the output signal levels of the two left and right sensors 10R and 10L with respect to the standard lateral position at each measured distance. FIG. 6 shows the angle error signal at each distance obtained by substituting the data of FIG. The marker is the measurement value. Table 2 shows coefficients obtained when the measured angle error signals at y = 10, 15, and 20 m are approximated by the equation 3.
[Table 2]

図7に各距離における標準的な横方向の位置に対するターゲットまでの距離の測定結果と、式6を用いて計算した実際のターゲットまでの距離の理論値を示す。図6及び図7から、測定値は理論値に概ね一致していることが確認できる。   FIG. 7 shows the measurement result of the distance to the target with respect to the standard lateral position at each distance, and the theoretical value of the distance to the actual target calculated using Equation 6. From FIG. 6 and FIG. 7, it can be confirmed that the measured values almost coincide with the theoretical values.

次に、式4を用いて係数ai、bi、ci (i=0,1,2,...,5)を求める。図8は表2のデータをプロットしたものである。プロットした点をフィットするように2次の関数で近似させたときの係数の値を表3に示す。
[表3]
Next, coefficients a i , b i , and c i (i = 0, 1, 2,..., 5) are obtained using Equation 4. FIG. 8 is a plot of the data in Table 2. Table 3 shows the coefficient values when approximated by a quadratic function to fit the plotted points.
[Table 3]

図6のグラフの実線部は、表3のai、bi、ciの値と距離y値として10、15、20をそれぞれ式4に代入し、求まる角度誤差信号の近似曲線x(ε,y)である。近似曲線は測定値によくフィッティングしていることが分かる。 The solid line portion of the graph of FIG. 6 represents the approximate curve x (ε of the angular error signal obtained by substituting the values of a i , b i , and c i in Table 3 and the distance y values of 10, 15, and 20 into Equation 4, respectively. , y). It can be seen that the approximate curve fits well to the measured values.

図9に式7と式8を用いて計算されたy=10、15、20mにおける横方向の位置に対する物体の移動距離の3回測定分の結果をまとめて示す。計算された移動距離の最大値と最小値(閾値)は破線で示されている。計算された移動距離の閾値の上限と下限は近似直線を用いた場合2.59m/s、0.46m/sであり、その範囲は2.13m/sであることが分かる。近似曲線を用いた場合の上限と下限は2.13m/s、0.89m/sであり、閾値の範囲は1.24m/sである。
この結果から、5次の近似曲線を用いることで閾値の範囲を72%狭めることができ、誤差の精度が向上することが分かる。
FIG. 9 summarizes the results of three measurements of the moving distance of the object with respect to the lateral position at y = 10, 15, and 20 m calculated using Equations 7 and 8. The maximum value and the minimum value (threshold value) of the calculated movement distance are indicated by broken lines. When the approximate straight line is used, the upper and lower limits of the calculated moving distance threshold are 2.59 m / s and 0.46 m / s, and the range is 2.13 m / s. When using an approximate curve, the upper and lower limits are 2.13 m / s and 0.89 m / s, and the threshold range is 1.24 m / s.
From this result, it can be seen that the threshold range can be narrowed by 72% by using a fifth-order approximation curve, and the accuracy of error is improved.

また、測定においての検出可能範囲での移動距離の計算値と理論値(実際に歩いた移動距離1.4m)との差が一番大きい値を理論値で割ったものを最大誤差率と定義する。各距離においての最大誤差率の3回測定分の最大値、平均値、最小値を近似直線と近似曲線の場合でそれぞれ求めた結果を図10に示す。3回測定分の最大誤差率の平均値は、近似直線の場合、y=10、15、20mのとき61.6%、58.5%、72.9%であるのに対し、近似曲線の場合、33.0%、38.1%、32.2%である。
従来と実施例を比較すると誤差はy=10、15、20mにおいて28.6%、20.4%、40.7%減少しており、近似曲線を用いたフィッティングにより、誤差を軽減できることが確認できた。
以上に説明した実施例の2周波CW方式マイクロ波センサ装置1は、簡易な構造と簡易な信号処理法で、ターゲットの横方向の移動を高精度に検出できるので、民生用途の屋外防犯マイクロ波センサとしての利用が大いに期待できるものである。
Also, the maximum error rate is defined as the difference between the calculated value of the travel distance in the detectable range in measurement and the theoretical value (the actual travel distance of 1.4m) divided by the theoretical value. . FIG. 10 shows the results obtained by obtaining the maximum value, average value, and minimum value of the maximum error rate at each distance for three measurements in the case of an approximate line and an approximate curve. The average value of the maximum error rate for three measurements is 61.6%, 58.5%, and 72.9% when y = 10, 15, and 20m for the approximate line, whereas 33.0% and 38.1% for the approximate curve. %, 32.2%.
Comparing the conventional example and the example, the errors decreased by 28.6%, 20.4%, and 40.7% at y = 10, 15, and 20 m, and it was confirmed that the error could be reduced by fitting using an approximate curve.
The two-frequency CW-type microwave sensor device 1 of the embodiment described above can detect the lateral movement of the target with high accuracy with a simple structure and a simple signal processing method. Use as a sensor can be greatly expected.

1 2周波CW方式マイクロ波センサ装置
10 マイクロ波センサ
20 A/Dコンバータ
30 コンピュータ(PC)
11 マイクロ波センサユニット
12 パルス発生器
13 アンプ回路
101 電圧制御発振器(VCO)
102 パワーデバイダ
103 ダブルバランスドミキサー
104 送信アンテナTx
105 受信アンテナRx
1 Dual frequency CW type microwave sensor device
10 Microwave sensor
20 A / D converter
30 Computer (PC)
11 Microwave sensor unit
12 Pulse generator
13 Amplifier circuit
101 Voltage controlled oscillator (VCO)
102 Power divider
103 double balanced mixer
104 Transmit antenna Tx
105 Receive antenna Rx

Claims (4)

周波数の異なる第1及び第2のマイクロ波を送信し、第1及び第2のマイクロ波の送信方向にターゲットが存在する場合に、このターゲットからの第1及び第2のマイクロ波の反射波を受信し、これら反射波とその送信波とをミキシングした後のIF信号同士の位相差によりターゲットまでの距離を計測する2周波CW方式のマイクロ波センサ装置において、
一対のマイクロ波センサと、A/Dコンバータと、コンピュータとを備え、
コンピュータが、ターゲットの横方向の位置xに対する角度誤差信号を算出し、当該角度誤差信号とターゲットの横方向の位置xとの関係をn次近似曲線(但しnは2以上の自然数)に基づき算出することによりターゲットの移動距離を算出する手段を備えることを特徴とするマイクロ波センサ装置。
When the first and second microwaves having different frequencies are transmitted and the target exists in the transmission direction of the first and second microwaves, the reflected waves of the first and second microwaves from the target are transmitted. In the two-frequency CW type microwave sensor device that receives and measures the distance to the target by the phase difference between the IF signals after mixing these reflected waves and their transmitted waves,
A pair of microwave sensors, an A / D converter, and a computer;
The computer calculates an angle error signal for the target position x in the horizontal direction, and calculates the relationship between the angle error signal and the target position x in the horizontal direction based on an nth-order approximation curve (where n is a natural number of 2 or more). And a means for calculating a moving distance of the target.
前記n次近似曲線が、5次近時曲線であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波センサ装置。   2. The microwave sensor device according to claim 1, wherein the n-th order approximate curve is a fifth-order recent curve. さらに、コンピュータが、ターゲットの移動速度vを、サンプリング時間tごとに計算した前記位置xの差分に基づき算出する手段を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロ波センサ装置。   3. The microwave sensor device according to claim 1, further comprising a computer that calculates a moving speed v of the target based on a difference between the positions x calculated every sampling time t. 前記マイクロ波センサが、マイクロ波センサユニットと、パルス発生器と、アンプ回路とを備えて構成され、
前記マイクロ波センサユニットが、2つの異なった周波数を時分割で出力する電圧制御発振器と、ダブルバランスドミキサーと、送信アンテナと、ダブルバランスドミキサー及び送信アンテナに接続されるパワーデバイダと、ダブルバランスドミキサーと接続される受信アンテナとを備えて構成されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のマイクロ波センサ装置。
The microwave sensor includes a microwave sensor unit, a pulse generator, and an amplifier circuit.
The microwave sensor unit includes a voltage-controlled oscillator that outputs two different frequencies in a time division manner, a double balanced mixer, a transmission antenna, a power divider connected to the double balanced mixer and the transmission antenna, and a double balance. 4. The microwave sensor device according to claim 1, further comprising a receiving antenna connected to the mixer.
JP2013168926A 2013-08-15 2013-08-15 Microwave sensor system Pending JP2015036666A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013168926A JP2015036666A (en) 2013-08-15 2013-08-15 Microwave sensor system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013168926A JP2015036666A (en) 2013-08-15 2013-08-15 Microwave sensor system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015036666A true JP2015036666A (en) 2015-02-23

Family

ID=52687218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013168926A Pending JP2015036666A (en) 2013-08-15 2013-08-15 Microwave sensor system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015036666A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705930C1 (en) * 2019-04-17 2019-11-12 Общество с ограниченной ответственностью "АФС 52" Microwave interferometer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705930C1 (en) * 2019-04-17 2019-11-12 Общество с ограниченной ответственностью "АФС 52" Microwave interferometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7307575B2 (en) Through-the-wall frequency stepped imaging system utilizing near field multiple antenna positions, clutter rejection and corrections for frequency dependent wall effects
US8159344B2 (en) Microwave motion detectors utilizing multi-frequency ranging and target angle detection
US20060250294A1 (en) Through the wall ranging with triangulation using multiple spaced apart radars
US11422251B2 (en) Angle-resolving broadband radar sensor for motor vehicles
Lindner et al. Dual tone approach for unambiguous six-port based interferometric distance measurements
JP4396436B2 (en) Target detection device
CN110651197A (en) Radar system with function of monitoring frequency positions of similar transmitting signal sequences
JP4901833B2 (en) Radar equipment
US7528764B2 (en) Through the wall ranging with triangulation using multiple spaced apart radars
EP3811040A1 (en) Radar level gauge
JP2015148577A (en) Radio wave sensor and detection method
JP2015036666A (en) Microwave sensor system
RU2669016C2 (en) Doppler ground velocity meter
RU2667484C1 (en) Method for determining the trajectory of movement of low-flying targets
JP5379312B2 (en) Distance measuring device
Kaminski et al. K-band FMCW radar module with interferometic capability for industrial applications
JP7396630B2 (en) Distance measuring device and method
RU2584332C1 (en) Device for determining motion parameters of target
KR102059689B1 (en) Angle Estimation Method and Apparatus for Automotive Radars
Mecatti et al. A novel ground based multi bistatic radar for interferometric measurement of displacement vector
RU2321015C1 (en) Mode of direction finding and direction finder for its realization
Nanzer et al. Time-frequency measurement of moving objects using a 29.5 GHz dual interferometric-Doppler radar
TWI440876B (en) Radar detectors detect the speed of the method
RU2714672C1 (en) Device for determination of target movement parameters
RU2699079C1 (en) Direction finding method and broadband direction finder for realizing said method