JP3518725B2 - レーダ装置および物体探知方法 - Google Patents
レーダ装置および物体探知方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーダ装置および
物体探知方法に関し、特に、人間が保持している金属を
探知できるようにした、レーダ装置および物体探知方法
に関する。
物体探知方法に関し、特に、人間が保持している金属を
探知できるようにした、レーダ装置および物体探知方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、研究所など、秘密を保持する必
要がある施設の出入口において、人がカメラなどを隠し
持っているか否かを監視することは、機密保持上必要と
なる。このような機密保持の分野において使用される金
属体検知方法としては、例えば、X線を利用したもの、
高周波発振を利用したもの、磁気を利用したものなどが
知られている。
要がある施設の出入口において、人がカメラなどを隠し
持っているか否かを監視することは、機密保持上必要と
なる。このような機密保持の分野において使用される金
属体検知方法としては、例えば、X線を利用したもの、
高周波発振を利用したもの、磁気を利用したものなどが
知られている。
【0003】しかしながら、このような従来の金属探知
装置は、金属体まで充分近づかないと検知することが困
難である課題があった。そこで、検知対象としての金属
体までそれ程近づかずに、金属体を探知することができ
る装置として、例えば、特開平10−20025号公報
に開示されているような、ミリ波レーダ装置が注目され
ている。
装置は、金属体まで充分近づかないと検知することが困
難である課題があった。そこで、検知対象としての金属
体までそれ程近づかずに、金属体を探知することができ
る装置として、例えば、特開平10−20025号公報
に開示されているような、ミリ波レーダ装置が注目され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た公報に提案されているミリ波レーダ装置は、車載用の
ものであり、レーダ装置から数十メートル離れた地点に
存在する金属製の検知対象物としての車両を検知するこ
とを主眼としている。従って、原理的に検知対象物の近
傍には、電波を反射する他の物体(背景)が存在しない
ことを想定している。
た公報に提案されているミリ波レーダ装置は、車載用の
ものであり、レーダ装置から数十メートル離れた地点に
存在する金属製の検知対象物としての車両を検知するこ
とを主眼としている。従って、原理的に検知対象物の近
傍には、電波を反射する他の物体(背景)が存在しない
ことを想定している。
【0005】その結果、例えば、出入り口において、人
間が隠し持っている金属などを検知しようとすると、人
間自体からの反射波も同時に検出されるため、金属を所
持している人間と、金属を所持していない人間とを識別
することが困難である課題があった。
間が隠し持っている金属などを検知しようとすると、人
間自体からの反射波も同時に検出されるため、金属を所
持している人間と、金属を所持していない人間とを識別
することが困難である課題があった。
【0006】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、金属を所持している人間と、金属を所持し
ていない人間とを識別して探知することができるように
するものである。
ものであり、金属を所持している人間と、金属を所持し
ていない人間とを識別して探知することができるように
するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載のレーダ
装置は、三角波により周波数変調された電波を発生する
発生手段と、発生手段により発生された電波を送信する
送信手段と、送信手段により送信された電波の対象物か
らの反射波を受信する受信手段と、送信手段により送信
された電波と、受信手段により受信された反射波のビー
ト成分を検出するビート検出手段と、ビート検出手段に
より検出されたビート成分の周波数スペクトラムの、時
間的変化のパターンを解析する解析手段と、互いに異な
る2つの基準パターンを予め記憶する記憶手段と、解析
手段により解析された結果を、記憶手段に記憶されてい
る2つの基準パターンのそれぞれと比較し、結果が、2
つの基準パターンのいずれに近いかを比較判定する比較
判定手段とを備えることを特徴とする。
装置は、三角波により周波数変調された電波を発生する
発生手段と、発生手段により発生された電波を送信する
送信手段と、送信手段により送信された電波の対象物か
らの反射波を受信する受信手段と、送信手段により送信
された電波と、受信手段により受信された反射波のビー
ト成分を検出するビート検出手段と、ビート検出手段に
より検出されたビート成分の周波数スペクトラムの、時
間的変化のパターンを解析する解析手段と、互いに異な
る2つの基準パターンを予め記憶する記憶手段と、解析
手段により解析された結果を、記憶手段に記憶されてい
る2つの基準パターンのそれぞれと比較し、結果が、2
つの基準パターンのいずれに近いかを比較判定する比較
判定手段とを備えることを特徴とする。
【0008】請求項7に記載の物体探知方法は、三角波
により周波数変調された電波を発生する発生ステップ
と、発生ステップの処理により発生された電波を送信す
る送信ステップと、送信ステップの処理により送信され
た電波の対象物からの反射波を受信する受信ステップ
と、送信ステップの処理により送信された電波と、受信
ステップの処理により受信された反射波のビート成分を
検出するビート検出ステップと、ビート検出ステップの
処理により検出されたビート成分の周波数スペクトラム
の、時間的変化のパターンを解析する解析ステップと、
互いに異なる2つの基準パターンを予めメモリに記憶す
る記憶ステップと、解析ステップの処理により解析され
た結果を、メモリに記憶されている2つの基準パターン
のそれぞれと比較し、結果が、2つの基準パターンのい
ずれに近いかを比較判定する比較判定ステップとを含む
ことを特徴とする。
により周波数変調された電波を発生する発生ステップ
と、発生ステップの処理により発生された電波を送信す
る送信ステップと、送信ステップの処理により送信され
た電波の対象物からの反射波を受信する受信ステップ
と、送信ステップの処理により送信された電波と、受信
ステップの処理により受信された反射波のビート成分を
検出するビート検出ステップと、ビート検出ステップの
処理により検出されたビート成分の周波数スペクトラム
の、時間的変化のパターンを解析する解析ステップと、
互いに異なる2つの基準パターンを予めメモリに記憶す
る記憶ステップと、解析ステップの処理により解析され
た結果を、メモリに記憶されている2つの基準パターン
のそれぞれと比較し、結果が、2つの基準パターンのい
ずれに近いかを比較判定する比較判定ステップとを含む
ことを特徴とする。
【0009】請求項1に記載のレーダ装置および請求項
7に記載の物体探知方法においては、送信された、三角
波により周波数変調された電波と、その電波の反射波と
のビート成分のスペクトラムの時間的変化のパターンが
解析され、その解析された結果が、予め記憶されてい
る、互いに異なる2つの基準パターンのそれぞれと比較
され、いずれに近いかが比較判定される。
7に記載の物体探知方法においては、送信された、三角
波により周波数変調された電波と、その電波の反射波と
のビート成分のスペクトラムの時間的変化のパターンが
解析され、その解析された結果が、予め記憶されてい
る、互いに異なる2つの基準パターンのそれぞれと比較
され、いずれに近いかが比較判定される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を説明する
が、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と以下の実施
例との対応関係を明らかにするために、各手段の後の括
弧内に、対応する実施例(但し一例)を付加して本発明
の特徴を記述すると、次のようになる。但し勿論この記
載は、各手段を記載したものに限定することを意味する
ものではない。
が、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と以下の実施
例との対応関係を明らかにするために、各手段の後の括
弧内に、対応する実施例(但し一例)を付加して本発明
の特徴を記述すると、次のようになる。但し勿論この記
載は、各手段を記載したものに限定することを意味する
ものではない。
【0011】請求項1に記載のレーダ装置は、三角波に
より周波数変調された電波を発生する発生手段(例え
ば、電圧制御発振器)と、発生手段により発生された電
波を送信する送信手段(例えば、アンテナ)と、送信手
段により送信された電波の対象物からの反射波を受信す
る受信手段(例えば、アンテナ)と、送信手段により送
信された電波と、受信手段により受信された反射波のビ
ート成分を検出するビート検出手段(例えば、乗算器)
と、ビート検出手段により検出されたビート成分の周波
数スペクトラムの、時間的変化のパターンを解析する解
析手段(例えば、FFT演算器および一時記録装置)と、
互いに異なる2つの基準パターンを予め記憶する記憶手
段(例えば、記録装置)と、解析手段により解析された
結果を、記憶手段に記憶されている2つの基準パターン
のそれぞれと比較し、結果が、2つの基準パターンのい
ずれに近いかを比較判定する比較判定手段(例えば、比
較装置)とを備えることを特徴とする。
より周波数変調された電波を発生する発生手段(例え
ば、電圧制御発振器)と、発生手段により発生された電
波を送信する送信手段(例えば、アンテナ)と、送信手
段により送信された電波の対象物からの反射波を受信す
る受信手段(例えば、アンテナ)と、送信手段により送
信された電波と、受信手段により受信された反射波のビ
ート成分を検出するビート検出手段(例えば、乗算器)
と、ビート検出手段により検出されたビート成分の周波
数スペクトラムの、時間的変化のパターンを解析する解
析手段(例えば、FFT演算器および一時記録装置)と、
互いに異なる2つの基準パターンを予め記憶する記憶手
段(例えば、記録装置)と、解析手段により解析された
結果を、記憶手段に記憶されている2つの基準パターン
のそれぞれと比較し、結果が、2つの基準パターンのい
ずれに近いかを比較判定する比較判定手段(例えば、比
較装置)とを備えることを特徴とする。
【0012】請求項4に記載のレーダ装置は、対象物の
相対速度を演算する演算手段(例えば、相対速度検出装
置)と、演算手段により演算された相対速度に基づい
て、解析手段により解析される周波数スペクトラムを補
正する補正手段(例えば、スペクトラム補正回路)とを
さらに備えることを特徴とする。
相対速度を演算する演算手段(例えば、相対速度検出装
置)と、演算手段により演算された相対速度に基づい
て、解析手段により解析される周波数スペクトラムを補
正する補正手段(例えば、スペクトラム補正回路)とを
さらに備えることを特徴とする。
【0013】請求項5に記載のレーダ装置は、解析手段
により解析された周波数スペクトラムのピーク周波数を
検出するピーク周波数検出手段(例えば、ピーク周波数
検出装置)をさらに備え、比較判定手段は、ピーク周波
数検出手段により検出されたピーク周波数のスペクトラ
ムのレベルの変化のパターンを、記憶手段に記憶されて
いる2つの前記基準パターンのそれぞれと比較し、前記
ピーク周波数のスペクトラムのレベルの変化のパターン
が、2つの前記基準パターンのいずれに近いかを比較判
定することを特徴とする。
により解析された周波数スペクトラムのピーク周波数を
検出するピーク周波数検出手段(例えば、ピーク周波数
検出装置)をさらに備え、比較判定手段は、ピーク周波
数検出手段により検出されたピーク周波数のスペクトラ
ムのレベルの変化のパターンを、記憶手段に記憶されて
いる2つの前記基準パターンのそれぞれと比較し、前記
ピーク周波数のスペクトラムのレベルの変化のパターン
が、2つの前記基準パターンのいずれに近いかを比較判
定することを特徴とする。
【0014】図1は、本発明のレーダ装置の使用状態を
模式的に表している。同図に示すように、本発明のレー
ダ装置3は携帯型とされ、各種施設の出入口などにおい
て、歩行する人間1に対して電波を照射し、その反射波
を受信して、人間1が金属(例えばカメラ)2を隠し持
っているか否かを探知するものである。
模式的に表している。同図に示すように、本発明のレー
ダ装置3は携帯型とされ、各種施設の出入口などにおい
て、歩行する人間1に対して電波を照射し、その反射波
を受信して、人間1が金属(例えばカメラ)2を隠し持
っているか否かを探知するものである。
【0015】図2は、レーダ装置3の内部の構成例を表
している。電圧制御発振器11は、三角波発振器12が
出力する三角波に対応する周波数の信号を発生し、サー
キュレータ13と乗算器15に出力している。サーキュ
レータ13は、図中時計回転方向に隣接する端子に入力
を出力するように動作する。即ち、電圧制御発振器11
より入力された信号を、その時計回転方向側の端子に接
続されているアンテナ14に供給する。これにより、電
圧制御発振器11より出力された周波数60GHz帯域の
信号(ミリ波)が、アンテナ14から人間1に向けて出
射される。
している。電圧制御発振器11は、三角波発振器12が
出力する三角波に対応する周波数の信号を発生し、サー
キュレータ13と乗算器15に出力している。サーキュ
レータ13は、図中時計回転方向に隣接する端子に入力
を出力するように動作する。即ち、電圧制御発振器11
より入力された信号を、その時計回転方向側の端子に接
続されているアンテナ14に供給する。これにより、電
圧制御発振器11より出力された周波数60GHz帯域の
信号(ミリ波)が、アンテナ14から人間1に向けて出
射される。
【0016】金属2を有する人間1、または金属2を有
しない人間1から反射された電波は、アンテナ14で受
信され、時計回転方向に隣接する端子に接続されている
乗算器15に出力される。即ち、サーキュレータ13
は、アンテナ14を送信と受信とで兼用するため必要と
されるものであり、アンテナ14を送信用と受信用とで
分ける場合には必要がなくなる。
しない人間1から反射された電波は、アンテナ14で受
信され、時計回転方向に隣接する端子に接続されている
乗算器15に出力される。即ち、サーキュレータ13
は、アンテナ14を送信と受信とで兼用するため必要と
されるものであり、アンテナ14を送信用と受信用とで
分ける場合には必要がなくなる。
【0017】乗算器15は、電圧制御発振器11より出
力された信号と、アンテナ14により受信された信号と
を乗算し、そのビート成分を出力する。乗算器15の出
力は、増幅器16により増幅された後、A/D変換器1
7に入力され、A/D変換されるようになされている。
力された信号と、アンテナ14により受信された信号と
を乗算し、そのビート成分を出力する。乗算器15の出
力は、増幅器16により増幅された後、A/D変換器1
7に入力され、A/D変換されるようになされている。
【0018】FFT(高速フーリエ変換)演算器18は、
A/D変換器17より入力されたデジタルデータを高速
フーリエ変換し、ビート成分を周波数解析するようにな
されている。具体的には、FFT演算器18は、ビート成
分の周波数スペクトラムを検出する。
A/D変換器17より入力されたデジタルデータを高速
フーリエ変換し、ビート成分を周波数解析するようにな
されている。具体的には、FFT演算器18は、ビート成
分の周波数スペクトラムを検出する。
【0019】相対速度検出装置19は、FFT演算器18
の出力から、レーダ装置3と検知対象物としての人間1
との相対速度を検出する。スペクトラム補正回路20
は、電圧制御発振器11が、三角波発振器12の出力す
る三角波に基づいて周波数を増加または減少させる最中
のビート成分のスペクトラムを補正する処理を行う。
の出力から、レーダ装置3と検知対象物としての人間1
との相対速度を検出する。スペクトラム補正回路20
は、電圧制御発振器11が、三角波発振器12の出力す
る三角波に基づいて周波数を増加または減少させる最中
のビート成分のスペクトラムを補正する処理を行う。
【0020】ピーク周波数検出装置21は、入力された
補正後のスペクトラムの中から、最も大きいレベル(ピ
ーク)を有する周波数成分を検出し、そのピーク値を一
時記録装置22に出力する。一時記録装置22は、ピー
ク周波数検出装置21より入力されたピーク値を内蔵す
るメモリに記録するようになされている。
補正後のスペクトラムの中から、最も大きいレベル(ピ
ーク)を有する周波数成分を検出し、そのピーク値を一
時記録装置22に出力する。一時記録装置22は、ピー
ク周波数検出装置21より入力されたピーク値を内蔵す
るメモリに記録するようになされている。
【0021】記録装置24には、金属2を有する人間1
と、金属を有しない人間1に対して電波を照射し、その
反射波を受信したとき、ピーク周波数検出装置21から
出力される変化のパターンが、予め検出され、記録され
ている。比較装置23は、記録装置24に記録されてい
る、この基準パターンと、一時記録装置22に記録され
たパターンとを比較するようになされている。比較装置
23としては、例えば、ニューラルネットワーク、ファ
ジー推論装置などを用いることができる。比較装置23
の比較結果は、LCD、スピーカ、表示装置などよりなる
出力装置25に出力されるようになされている。
と、金属を有しない人間1に対して電波を照射し、その
反射波を受信したとき、ピーク周波数検出装置21から
出力される変化のパターンが、予め検出され、記録され
ている。比較装置23は、記録装置24に記録されてい
る、この基準パターンと、一時記録装置22に記録され
たパターンとを比較するようになされている。比較装置
23としては、例えば、ニューラルネットワーク、ファ
ジー推論装置などを用いることができる。比較装置23
の比較結果は、LCD、スピーカ、表示装置などよりなる
出力装置25に出力されるようになされている。
【0022】次に、その動作について、図3のフローチ
ャートを参照して説明する。最初に、ステップS1にお
いて、この携帯型のレーダ装置3から、人間1に向けて
電波を発射し、人間1で反射された電波を受信する処理
が行われる。即ち、このとき、電圧制御発振器11は、
三角波発振器12の出力する信号(三角波)のレベルが
大きくなったとき、より高い周波数の信号を出力し、そ
のレベルが小さくなったとき、より低い周波数の信号を
出力する。換言すれば、電圧制御発振器11は、三角波
発振器12の出力で周波数変調された信号を出力する。
ャートを参照して説明する。最初に、ステップS1にお
いて、この携帯型のレーダ装置3から、人間1に向けて
電波を発射し、人間1で反射された電波を受信する処理
が行われる。即ち、このとき、電圧制御発振器11は、
三角波発振器12の出力する信号(三角波)のレベルが
大きくなったとき、より高い周波数の信号を出力し、そ
のレベルが小さくなったとき、より低い周波数の信号を
出力する。換言すれば、電圧制御発振器11は、三角波
発振器12の出力で周波数変調された信号を出力する。
【0023】電圧制御発振器11より出力された変調波
は、サーキュレータ13を介してアンテナ14から電波
として発射される。この電波は、人間1で反射され、そ
の反射波は、アンテナ14で受信される。
は、サーキュレータ13を介してアンテナ14から電波
として発射される。この電波は、人間1で反射され、そ
の反射波は、アンテナ14で受信される。
【0024】アンテナ14で受信された信号は、サーキ
ュレータ13を介して乗算器15に入力される。この乗
算器15には、電圧制御発振器11が出力した変調波も
入力されており、乗算器15は、電圧制御発振器11よ
り入力された発射波の信号と、アンテナ14からサーキ
ュレータ13を介して入力された反射波の信号とを乗算
し、そのビート成分(差の成分)を出力する。この差の
成分は、増幅器16で増幅される。
ュレータ13を介して乗算器15に入力される。この乗
算器15には、電圧制御発振器11が出力した変調波も
入力されており、乗算器15は、電圧制御発振器11よ
り入力された発射波の信号と、アンテナ14からサーキ
ュレータ13を介して入力された反射波の信号とを乗算
し、そのビート成分(差の成分)を出力する。この差の
成分は、増幅器16で増幅される。
【0025】電圧制御発振器11、三角波発振器12、
サーキュレータ13、アンテナ14、乗算器15、およ
び増幅器16は、FMCW(Frequency Modulated Continuo
us Wave)の原理に従って動作するものである。
サーキュレータ13、アンテナ14、乗算器15、およ
び増幅器16は、FMCW(Frequency Modulated Continuo
us Wave)の原理に従って動作するものである。
【0026】即ち、図4(A)に示すように、電圧制御
発振器11(アンテナ14)から出力される送信変調波
(発射波)は、三角波発振器12の出力する三角波に対
応して、周期的に増減する。これに対して、アンテナ1
4で受信した受信変調波(反射波)は、送信変調波に対
して位相的にずれている。時間軸方向(図4の水平方
向)のずれは、レーダ装置3と人間1との距離(電波が
送信された後、返ってくるまでの時間)に対応してい
る。これに対して、図中縦軸方向の周波数成分の変化
は、いわゆるドプラー効果によるレーダ装置3と人間1
との間の相対的な速度に対応している。
発振器11(アンテナ14)から出力される送信変調波
(発射波)は、三角波発振器12の出力する三角波に対
応して、周期的に増減する。これに対して、アンテナ1
4で受信した受信変調波(反射波)は、送信変調波に対
して位相的にずれている。時間軸方向(図4の水平方
向)のずれは、レーダ装置3と人間1との距離(電波が
送信された後、返ってくるまでの時間)に対応してい
る。これに対して、図中縦軸方向の周波数成分の変化
は、いわゆるドプラー効果によるレーダ装置3と人間1
との間の相対的な速度に対応している。
【0027】いま、ビート成分の周波数をfbとする
と、この周波数fbは、次式で表される。 fb=(4Δf×fm/C)R±(2f0/C)V ・・・(1)
と、この周波数fbは、次式で表される。 fb=(4Δf×fm/C)R±(2f0/C)V ・・・(1)
【0028】なお、上記式において、Δfは、電圧制御
発振器11の出力する変調波の周波数変調幅を表し、f
mは、三角波発振器12が出力する三角波の周波数を表
し、Cは、光速を表し、f0は、電圧制御発振器11の
出力する搬送波の中心周波数を表し、Rは、レーダ装置
3から人間1までの距離を表し、Vは、レーダ装置3と
人間1との間の相対速度(m/sec)を表している。
発振器11の出力する変調波の周波数変調幅を表し、f
mは、三角波発振器12が出力する三角波の周波数を表
し、Cは、光速を表し、f0は、電圧制御発振器11の
出力する搬送波の中心周波数を表し、Rは、レーダ装置
3から人間1までの距離を表し、Vは、レーダ装置3と
人間1との間の相対速度(m/sec)を表している。
【0029】ここで、図4(A)に示すように、送信変
調波の周波数が上昇しているときのビート成分の周波数
をfup、送信変調波の周波数が低下しているときのビー
ト成分の周波数をfdnとすると、次式が成立する。 fr=(fdn+fup)/2 fv=(fdn−fup)/2 ・・・(2)
調波の周波数が上昇しているときのビート成分の周波数
をfup、送信変調波の周波数が低下しているときのビー
ト成分の周波数をfdnとすると、次式が成立する。 fr=(fdn+fup)/2 fv=(fdn−fup)/2 ・・・(2)
【0030】ここで、frは、ビート信号の周波数のレ
ーダ装置3と人間1との間の距離に対応する成分(距離
周波数)であり、fvは、両者の相対速度に対応する周
波数(速度周波数)を表している。(2)式を成立する
と、次式が得られる。 fdn=fr+fv fup=fr−fv ・・・(3)
ーダ装置3と人間1との間の距離に対応する成分(距離
周波数)であり、fvは、両者の相対速度に対応する周
波数(速度周波数)を表している。(2)式を成立する
と、次式が得られる。 fdn=fr+fv fup=fr−fv ・・・(3)
【0031】この関係が、図4(B)に示されている。
【0032】上記(1)式と(2)式を整理して次式が
得られる。 V=(C/2f0)fv R=(C/4Δf×fm)fr ・・・(4)
得られる。 V=(C/2f0)fv R=(C/4Δf×fm)fr ・・・(4)
【0033】このように、FMCW方式のレーダ装置におい
ては、発射波と反射波のビート成分から、検知物体まで
の距離Rと、検知物体との間の相対速度Vを求めること
ができる。
ては、発射波と反射波のビート成分から、検知物体まで
の距離Rと、検知物体との間の相対速度Vを求めること
ができる。
【0034】図3に戻って、以上のようにして、ビート
成分が得られたとき、次に、ステップS2に進み、高速
フーリエ変換処理が、FFT演算器18において実行され
る。即ち、増幅器16より出力されたビート成分は、A
/D変換器17によりA/D変換された後、FFT演算器
18に入力される。FFT演算器18は、入力されたビー
ト成分を高速フーリエ変換し、ビート成分の周波数スペ
クトラムを求める。
成分が得られたとき、次に、ステップS2に進み、高速
フーリエ変換処理が、FFT演算器18において実行され
る。即ち、増幅器16より出力されたビート成分は、A
/D変換器17によりA/D変換された後、FFT演算器
18に入力される。FFT演算器18は、入力されたビー
ト成分を高速フーリエ変換し、ビート成分の周波数スペ
クトラムを求める。
【0035】次に、ステップS3に進み、相対速度検出
装置19が、FFT演算器18の出力からレーダ装置3と
人間1の相対速度を演算する。この相対速度は、上記し
た(4)式から求められる。
装置19が、FFT演算器18の出力からレーダ装置3と
人間1の相対速度を演算する。この相対速度は、上記し
た(4)式から求められる。
【0036】次に、ステップS4に進み、スペクトラム
補正回路20は、ステップS3で演算された相対速度が
0であるか否かを判定し、0でなければステップS5に
進み、相対速度分を補正する処理を実行する。
補正回路20は、ステップS3で演算された相対速度が
0であるか否かを判定し、0でなければステップS5に
進み、相対速度分を補正する処理を実行する。
【0037】即ち、レーダ装置3と人間1との間の相対
速度が0である場合、上述した速度周波数fvは0とな
り、図5に示したように、送信変調波と受信変調波の上
昇時と下降時のビート信号周波数は、frで一定とな
る。従って、FFT演算器18の出力するビート成分の周
波数スペクトラムは、図6に示すように、所定の周波数
fbとなる。
速度が0である場合、上述した速度周波数fvは0とな
り、図5に示したように、送信変調波と受信変調波の上
昇時と下降時のビート信号周波数は、frで一定とな
る。従って、FFT演算器18の出力するビート成分の周
波数スペクトラムは、図6に示すように、所定の周波数
fbとなる。
【0038】これに対して、図4に示すように、相対速
度が0でない場合には、ビート信号周波数fbは、変調
周波数上昇時においては、fup(=fr−fv)となり、
変調周波数下降時には、fdn(=fr+fv)となる。
度が0でない場合には、ビート信号周波数fbは、変調
周波数上昇時においては、fup(=fr−fv)となり、
変調周波数下降時には、fdn(=fr+fv)となる。
【0039】即ち、相対速度が0でない場合には、図7
に示すように、周波数fupの上昇側スペクトラムと、周
波数fdnの下降側スペクトラムの2つのスペクトラムが
得られることになる。そこで、スペクトラム補正回路2
0は、これらの周波数fupの上昇側スペクトラムと、周
波数fdnの下降側スペクトラムを、相対速度Vに対応す
る分だけ周波数シフトすることにより、スペクトラムを
補正する。これにより、図6に示した場合(相対速度が
0の場合)と同様に、ビート成分の周波数スペクトラム
が1つになる。その結果、以後、相対速度の有無に拘わ
らず、共通の装置で共通の処理を行うことが可能にな
る。
に示すように、周波数fupの上昇側スペクトラムと、周
波数fdnの下降側スペクトラムの2つのスペクトラムが
得られることになる。そこで、スペクトラム補正回路2
0は、これらの周波数fupの上昇側スペクトラムと、周
波数fdnの下降側スペクトラムを、相対速度Vに対応す
る分だけ周波数シフトすることにより、スペクトラムを
補正する。これにより、図6に示した場合(相対速度が
0の場合)と同様に、ビート成分の周波数スペクトラム
が1つになる。その結果、以後、相対速度の有無に拘わ
らず、共通の装置で共通の処理を行うことが可能にな
る。
【0040】相対速度が0である場合には、始めから図
6に示したように1つの周波数スペクトラムしか得られ
ていないので、相対速度成分に基づく補正処理は不要と
なる。そこで、この場合はステップS5の処理はスキッ
プされ、ステップS4からステップS6に進む。
6に示したように1つの周波数スペクトラムしか得られ
ていないので、相対速度成分に基づく補正処理は不要と
なる。そこで、この場合はステップS5の処理はスキッ
プされ、ステップS4からステップS6に進む。
【0041】ステップS6においては、ピーク周波数検
出装置21により、ピーク周波数検出処理が実行され
る。即ち、FFT演算器18が検出する周波数スペクトラ
ムが、図6に示すように、1本のスペクトラムとなるの
は理想的な状態であり、実際には、図8に示すように、
ノイズ、回路の特性、その他の原因により、周波数fb
を中心として、複数のスペクトラムが生成される。その
結果、スペクトラム補正回路20における補正処理も、
図9に示すように、周波数fbを中心とした複数のスペ
クトラムを対象とする処理を行うことになる。
出装置21により、ピーク周波数検出処理が実行され
る。即ち、FFT演算器18が検出する周波数スペクトラ
ムが、図6に示すように、1本のスペクトラムとなるの
は理想的な状態であり、実際には、図8に示すように、
ノイズ、回路の特性、その他の原因により、周波数fb
を中心として、複数のスペクトラムが生成される。その
結果、スペクトラム補正回路20における補正処理も、
図9に示すように、周波数fbを中心とした複数のスペ
クトラムを対象とする処理を行うことになる。
【0042】ピーク周波数検出装置21は、このように
して生成された複数のスペクトラムの中から最も振幅の
大きい成分が、本来のビート成分のスペクトラムである
として、これを検出する。そして、検出されたビート成
分のピーク値(振幅値)は、ピーク周波数検出装置21
から一時記録装置22に供給され、記録される。
して生成された複数のスペクトラムの中から最も振幅の
大きい成分が、本来のビート成分のスペクトラムである
として、これを検出する。そして、検出されたビート成
分のピーク値(振幅値)は、ピーク周波数検出装置21
から一時記録装置22に供給され、記録される。
【0043】上述したように、このレーダ装置3は、例
えば、歩行している人間1が、金属2を隠し持っている
か否かを探知するものであるため、人間1は、常に動い
ている。仮に、立ち止まって、人としゃべっているよう
な状況であったとしても、人間1の体は、わずかでも、
その位置が変化している。この変化にともなって、金属
2も、その位置が若干変化する。例えば、光線を、離れ
た位置に配置されているミラーに照射し、その反射光を
受光すると、ミラーの位置が若干でも変化すると、受光
する光量は大きく変化する。これと同様に、人間1自体
の位置の若干の変化は、電波の反射波に、それほど大き
な影響は与えないが、人のわずかな変化にともなう金属
2のわずかな変位に対応して、ミリ波の受信可能な反射
量(反射方向)は大きく変化する。
えば、歩行している人間1が、金属2を隠し持っている
か否かを探知するものであるため、人間1は、常に動い
ている。仮に、立ち止まって、人としゃべっているよう
な状況であったとしても、人間1の体は、わずかでも、
その位置が変化している。この変化にともなって、金属
2も、その位置が若干変化する。例えば、光線を、離れ
た位置に配置されているミラーに照射し、その反射光を
受光すると、ミラーの位置が若干でも変化すると、受光
する光量は大きく変化する。これと同様に、人間1自体
の位置の若干の変化は、電波の反射波に、それほど大き
な影響は与えないが、人のわずかな変化にともなう金属
2のわずかな変位に対応して、ミリ波の受信可能な反射
量(反射方向)は大きく変化する。
【0044】そこで、所定の時間、サンプリングを行う
と、人間1が金属2を所持している場合には、図10に
示すように、大きなレベルの変化を有するパターンが観
測される。これに対して、人間1が金属2を有していな
い場合には、人間のわずかな変位に起因する反射波が観
測されるだけなので、その変位もわずかなものとなる。
記録装置24には、人間1が金属2を所持しているとき
の標準パターンと、所持していないときの標準パターン
が予め記録されている。
と、人間1が金属2を所持している場合には、図10に
示すように、大きなレベルの変化を有するパターンが観
測される。これに対して、人間1が金属2を有していな
い場合には、人間のわずかな変位に起因する反射波が観
測されるだけなので、その変位もわずかなものとなる。
記録装置24には、人間1が金属2を所持しているとき
の標準パターンと、所持していないときの標準パターン
が予め記録されている。
【0045】以上の原理に従って、比較装置23は、記
録装置24に予め記録されている標準パターンと、一時
記録装置22に、いま記録されたパターンとを比較し、
そのパターンが、金属2を所持している人間1の標準パ
ターンと、金属2を所持していない人間1の標準パター
ンのいずれに近いかを比較判定する。比較判定結果は、
出力装置25に出力され、使用者に、その判定結果が提
示される。この表示は、例えば、金属2を所持している
確率をパーセントで表すようにしてもよいし、デジタル
的に所持しているか否かを提示するようにしてもよい。
前者の場合、例えば、アナログ的にLCDの明るさを変化
させたり、音のレベルを変化させたりすることで、比較
結果が出力される。後者の場合、例えば、人間1が金属
2を保持している判定された場合、LCDを点灯したり、
ブザーを鳴らしたりし、持っていない場合には、LCDを
消灯したままとし、またブザーも鳴らさないようにす
る。
録装置24に予め記録されている標準パターンと、一時
記録装置22に、いま記録されたパターンとを比較し、
そのパターンが、金属2を所持している人間1の標準パ
ターンと、金属2を所持していない人間1の標準パター
ンのいずれに近いかを比較判定する。比較判定結果は、
出力装置25に出力され、使用者に、その判定結果が提
示される。この表示は、例えば、金属2を所持している
確率をパーセントで表すようにしてもよいし、デジタル
的に所持しているか否かを提示するようにしてもよい。
前者の場合、例えば、アナログ的にLCDの明るさを変化
させたり、音のレベルを変化させたりすることで、比較
結果が出力される。後者の場合、例えば、人間1が金属
2を保持している判定された場合、LCDを点灯したり、
ブザーを鳴らしたりし、持っていない場合には、LCDを
消灯したままとし、またブザーも鳴らさないようにす
る。
【0046】以上においては、FMCWの原理と、ミリ波を
用いるようにしたが、他の原理に基づき、他の波長の電
波を生成した場合にも、本発明は適用することが可能で
ある。
用いるようにしたが、他の原理に基づき、他の波長の電
波を生成した場合にも、本発明は適用することが可能で
ある。
【0047】
【発明の効果】以上の如く、請求項1に記載のレーダ装
置および請求項7に記載の物体探知方法によれば、送信
された、三角波により周波数変調された電波と、その反
射波のビート成分のスペクトラムの時間的変化のパター
ンを解析し、解析結果を、予め記憶されている、互いに
異なる2つの基準パターンのそれぞれと比較し、その解
析結果が、2つの基準パターンのいずれに近いかを比較
判定するようにしたので、例えば、金属を有する人間と
金属を有していない人間とを識別することが可能とな
る。
置および請求項7に記載の物体探知方法によれば、送信
された、三角波により周波数変調された電波と、その反
射波のビート成分のスペクトラムの時間的変化のパター
ンを解析し、解析結果を、予め記憶されている、互いに
異なる2つの基準パターンのそれぞれと比較し、その解
析結果が、2つの基準パターンのいずれに近いかを比較
判定するようにしたので、例えば、金属を有する人間と
金属を有していない人間とを識別することが可能とな
る。
【図1】本発明のレーダ装置の使用状態を説明する図で
ある。
ある。
【図2】図1のレーダ装置の構成例を示すブロック図で
ある。
ある。
【図3】図2のレーダ装置の動作を説明するフローチャ
ートである。
ートである。
【図4】図2のレーダ装置の動作を説明する図である。
【図5】図2のレーダ装置の動作を説明する図である。
【図6】図2のFFT演算器18の出力を説明する図であ
る。
る。
【図7】図2のスペクトラム補正回路20の動作を説明
する図である。
する図である。
【図8】図2のFFT演算器18の出力を説明する図であ
る。
る。
【図9】図2のスペクトラム補正回路20の動作を説明
する図である。
する図である。
【図10】図2の一時記録装置22の記録パターンを説
明する図である。
明する図である。
1 人間
2 金属
3 レーダ装置
11 電圧制御発振器
12 三角波発振器
13 サーキュレータ
14 アンテナ
15 乗算器
17 A/D変換器
18 FFT演算器
19 相対速度検出装置
20 スペクトラム補正回路
21 ピーク周波数検出装置
22 一時記録装置
23 比較装置
24 記録装置
25 出力装置
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平4−235372(JP,A)
特開 平8−220210(JP,A)
特開 平9−21868(JP,A)
特開 平9−197042(JP,A)
特開 平9−304517(JP,A)
特開 平10−148673(JP,A)
特表2002−514298(JP,A)
国際公開98/12573(WO,A1)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G01S 7/00 - 7/42
G01S 13/00 - 13/95
Claims (7)
- 【請求項1】 三角波により周波数変調された電波を発
生する発生手段と、 前記発生手段により発生された前記電波を送信する送信
手段と、 前記送信手段により送信された前記電波の対象物からの
反射波を受信する受信手段と、 前記送信手段により送信された前記電波と、前記受信手
段により受信された前記反射波のビート成分を検出する
ビート検出手段と、 前記ビート検出手段により検出された前記ビート成分の
周波数スペクトラムの、時間的変化のパターンを解析す
る解析手段と、互いに異なる2つの 基準パターンを予め記憶する記憶手
段と、 前記解析手段により解析された結果を、前記記憶手段に
記憶されている2つの前記基準パターンのそれぞれと比
較し、前記結果が、2つの前記基準パターンのいずれに
近いかを比較判定する比較判定手段とを備えることを特
徴とするレーダ装置。 - 【請求項2】 前記解析手段は、高速フーリエ演算器を
含むことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 【請求項3】 前記発生手段、受信手段およびビート検
出手段は、FMCWの原理に基づくものであることを特徴と
する請求項1または2に記載のレーダ装置。 - 【請求項4】 前記対象物の相対速度を演算する演算手
段と、 前記演算手段により演算された相対速度に基づいて、前
記解析手段により解析される周波数スペクトラムを補正
する補正手段とをさらに備えることを特徴とする請求項
1,2または3に記載のレーダ装置。 - 【請求項5】 前記解析手段により解析された前記周波
数スペクトラムのピーク周波数を検出するピーク周波数
検出手段をさらに備え、 前記比較判定手段は、前記ピーク周波数検出手段により
検出されたピーク周波数のスペクトラムのレベルの変化
のパターンを、前記記憶手段に記憶されている2つの前
記基準パターンのそれぞれと比較し、前記ピーク周波数
のスペクトラムのレベルの変化のパターンが、2つの前
記基準パターンのいずれに近いかを比較判定することを
特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のレーダ装
置。 - 【請求項6】 前記レーダ装置は、人間が保持する金属
を探知する携帯型のレーダ装置であることを特徴とする
請求項1乃至5のいずれかに記載のレーダ装置。 - 【請求項7】 三角波により周波数変調された電波を発
生する発生ステップと、 前記発生ステップの処理により発生された前記電波を送
信する送信ステップと、 前記送信ステップの処理により送信された前記電波の対
象物からの反射波を受信する受信ステップと、 前記送信ステップの処理により送信された前記電波と、
前記受信ステップの処理により受信された前記反射波の
ビート成分を検出するビート検出ステップと、 前記ビート検出ステップの処理により検出された前記ビ
ート成分の周波数スペクトラムの、時間的変化のパター
ンを解析する解析ステップと、互いに異なる2つの 基準パターンを予めメモリに記憶す
る記憶ステップと、 前記解析ステップの処理により解析された結果を、前記
メモリに記憶されている2つの前記基準パターンのそれ
ぞれと比較し、前記結果が、2つの前記基準パターンの
いずれに近いかを比較判定する比較判定ステップとを含
むことを特徴とする物体探知方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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US09/340,678 US6166682A (en) | 1998-06-29 | 1999-06-29 | Radar device and object detection method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18186298A JP3518725B2 (ja) | 1998-06-29 | 1998-06-29 | レーダ装置および物体探知方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=16108147
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country | Link |
---|---|
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EP1709461A4 (en) * | 2003-11-25 | 2011-03-16 | Macaleese Companies Inc D B A Safe Zone Systems | DEVICE AND METHOD FOR DETECTING OBJECT |
EP1891459A4 (en) * | 2005-05-12 | 2010-02-03 | Macaleese Companies Inc D B A | METHOD AND APPARATUS FOR DETECTION OF AN OBJECT |
US7948430B2 (en) * | 2005-11-21 | 2011-05-24 | Nec Corporation | Position estimating system, position estimating method, position estimating device and its program |
US7609599B2 (en) * | 2006-02-17 | 2009-10-27 | Mediatek Inc. | Method of identifying a type of an optical disc and the device therefor |
US8188862B1 (en) * | 2009-03-23 | 2012-05-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Remote detection of covertly carried metal objects |
US8274386B1 (en) * | 2009-03-23 | 2012-09-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Human presence electric field sensor |
RU2501036C1 (ru) * | 2012-08-10 | 2013-12-10 | Александр Абрамович Часовской | Высотомер |
RU2535927C2 (ru) * | 2012-11-27 | 2014-12-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Способ радиолокационного измерения расстояния |
KR101348212B1 (ko) | 2012-12-18 | 2014-01-07 | 국방과학연구소 | 은닉 물체 감지 장치 및 그 방법 |
US9547070B2 (en) * | 2013-12-26 | 2017-01-17 | International Business Machines Corporation | Radar integration with handheld electronic devices |
US10802111B2 (en) * | 2017-02-06 | 2020-10-13 | Magnetrol International, Inc. | Through air radar level transmitter with measurement of first moving echo |
US10948581B2 (en) * | 2018-05-30 | 2021-03-16 | Richwave Technology Corp. | Methods and apparatus for detecting presence of an object in an environment |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US4166973A (en) * | 1978-03-07 | 1979-09-04 | Philip Morris Incorporated | Method and system for detection of thin metal layers in packaged articles |
US4256275A (en) * | 1978-11-01 | 1981-03-17 | E-Systems, Inc. | Homing system and technique for guiding a missile towards a metal target |
ZA815529B (en) * | 1980-08-29 | 1982-08-25 | Coal Industry Patents Ltd | Method and apparatus for locating position of an object in a confined space |
US5334981A (en) * | 1992-04-09 | 1994-08-02 | Hughes Missile Systems Company | Airborne metal detecting radar |
-
1998
- 1998-06-29 JP JP18186298A patent/JP3518725B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-06-29 US US09/340,678 patent/US6166682A/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
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