JP3593630B2

JP3593630B2 - Human body detection sensor

Info

Publication number: JP3593630B2
Application number: JP2001226311A
Authority: JP
Inventors: 正敏辻
Original assignee: Optex Co Ltd
Current assignee: Optex Co Ltd
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2003043136A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視光線よりも低周波の電磁波を用いた能動型のセンサであるマイクロウエーブセンサにより成る人体検知センサに係る。特に、本発明は、周波数の異なる複数のマイクロ波を利用して人体までの距離を測定するようにしたセンサ（以下、「ＭＷセンサ」と呼ぶ）の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、防犯装置の一つとして、マイクロ波を検知エリアに向けて送信し、検知エリア内に人体が存在する場合には、その人体からの反射波（ドップラー効果によって変調したマイクロ波）を受信して人体（侵入者）を検知するＭＷセンサが知られている（例えば特開平７−３７１７６号公報）。
【０００３】
更に、ＭＷセンサの１タイプとして、周波数の異なる複数のマイクロ波を利用して物体までの距離を計測するようにしたものも知られている。この種のセンサは、例えば周波数の異なる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ＩＦ信号の位相差を検出するようになっている。この位相差は、ターゲット（人体等の物体）までの距離に相関があり、ターゲットまでの距離が大きいほど位相差も大きくなる傾向がある。つまり、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。以下、この種のセンサにおけるＩＦ信号の位相差検出動作について説明する。
【０００４】
周波数の異なる２種類のマイクロ波の反射波に基づくＩＦ信号が図６（ａ）に示すような正弦波ＩＦｏｕｔ１，ＩＦｏｕｔ２（ターゲットまでの距離に応じた位相差を有している）である場合、これらＩＦ信号から成形される矩形波Ａ，Ｂは、それぞれ図６（ｂ）に示すようになる。そして、これら矩形波Ａ，Ｂの位相差（図中における矩形波の立ち上がり部分の位相差Δｔ）を検出することによってターゲットまでの距離を計測することが可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際にマイクロ波が人体によって反射される場合、その反射波は、人体の手足などの複雑な動きを行っている部分から反射されたものが含まれているため、多くの周波数成分を含んでいる。このため、実際に得られるＩＦ信号は、図７（ａ）に示すような複雑な波形として得られ、上述のような正弦波の状態では得られない。
【０００６】
このような複雑な波形として得られたＩＦ信号ＩＦｏｕｔ１，ＩＦｏｕｔ２から矩形波を成形した場合、図７（ｂ）に示すように、矩形波Ａ，Ｂ同士の位相差はターゲットまでの距離を正確に反映したものにならない可能性が高い。つまり、本来、ターゲットの位置は一定又は徐々に変化していくものであるため、各矩形波Ａ，Ｂ同士の位相差は常に一定かまたは徐々に変化していく（ターゲットが近づいて来る場合には位相差は徐々に小さくなり、ターゲットが遠ざかっていく場合には位相差は徐々に大きくなる）のが通常である。ところが、図７（ｂ）に示すものでは各矩形波Ａ，Ｂ同士の位相差はそれを反映したものとはなっていない。
【０００７】
つまり、この複数のマイクロ波を利用したＭＷセンサは、図６を用いて説明したように理論上はターゲットまでの距離を計測することができるものの、実際にターゲットまでの距離を正確に計測するためには更なる改良が必要とされるものであった。言い換えると、この種のセンサにおいてターゲットまでの距離を正確に計測するためには、上記ＩＦ信号の位相差の検出精度をいっそう高めることが必要不可欠であった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、周波数の異なる複数のマイクロ波を利用して検知エリア内の人体までの距離を測定するようにした人体検知センサに対し、人体からの反射波に多くの周波数成分が含まれている場合であっても各ＩＦ信号の位相差を高い精度で検出し、人体までの距離を正確に計測することができるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために、本発明は、周波数の異なる複数のマイクロ波の反射波により得られる複数のＩＦ信号波形のそれぞれに対してＦＦＴ処理を行い、ノイズ等の外乱の影響を最も受けていない周波数成分の位相角を算出し、これらの位相差を求めることにより人体までの距離を計測するようにしている。
【００１０】
−解決手段−
具体的に、本発明は、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人体が存在する場合に、上記各マイクロ波が人体で反射されてドップラ効果により変調した各反射波を受信し、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人体までの距離を計測する人体検知センサを前提とする。この人体検知センサに対し、各マイクロ波の反射波により得られる複数のＩＦ信号波形のそれぞれに対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行い、各ＩＦ信号波形中のリアル値、イマジナリ値及びスカラー値をそれぞれ求め、各ＩＦ信号波形中においてスカラー値が最大である周波数成分のリアル値及びイマジナリ値により各周波数成分の位相角を算出してこれらの位相差を求めることにより人体までの距離を計測する距離計測手段を備えさせている。
【００１２】
この特定事項により、人体検知センサによって人体を検知する場合において、人体の手足などの複雑な動きに起因する多くの周波数成分が含まれている反射波を受けた場合であっても、各周波数成分のうち最もノイズ等の外乱の影響を受けていない周波数成分の位相角のみを使用して、これらの位相差を求めることができる。このため、高い精度でＩＦ信号の位相差を求めることができ、これによって人体までの距離を正確に計測することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、周波数の異なる２種類のマイクロ波を利用して人体（以下、単に物体と呼ぶ場合もある）までの距離を計測するようにしたＭＷセンサ（人体検知センサ）に本発明を適用した場合について説明する。
【００１４】
−ＭＷセンサの構成説明−
図１は本形態に係るＭＷセンサ１の回路構成を示している。この図に示すように、ＭＷセンサ１は、ＲＦモジュール２及び信号処理部３を備えている。
【００１５】
ＲＦモジュール２は、マイクロ波を発振する発振器２１、この発振器２１から発振されるマイクロ波の周波数を切り換えるための変調器２２、発振器２１から発振されたマイクロ波を検知エリアに向けて送信する送信アンテナ２３、人体等の物体によって反射したマイクロ波の反射波を受信する受信アンテナ２４、この受信されたマイクロ波と発振器２１の電圧波形とをミキシングして出力するミキサ２５を備えている。つまり、送信アンテナ２３から検知エリアに向けて送信されたマイクロ波は、検知エリア内に人体等が存在する場合、ドップラー効果によりその人体等からの反射波の周波数が変調されて受信アンテナ２４に受信される。この受信された反射波はミキサ２５によって発振器２１の電圧波形とミキシングされた後、ＲＦモジュール２からＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ０）として信号処理部３に出力されるようになっている。
【００１６】
一方、信号処理部３は、送信アンテナ２３から送信する各周波数のマイクロ波毎に対応して第１の出力ラインＬ１及び第２の出力ラインＬ２を備えている。各ラインＬ１，Ｌ２には、電源３１，３２，３３、ＩＦアンプ３４，３５、コンパレータ３６，３７が備えられ、ＩＦアンプ３４，３５の出力側には本形態の特徴とする距離計測手段としての距離計測演算部３８が設けられている。また、コンパレータ３６，３７の出力側には移動方向判別部３９が設けられている。
【００１７】
各ＩＦアンプ３４，３５は、第１スイッチＳＷ１を介してＲＦモジュール２の出力側に接続されている。この第１スイッチＳＷ１は、上記２種類のマイクロ波のうち一方が送信アンテナ２３から送信されている場合には第１の出力ラインＬ１に接続し、他方のマイクロ波が送信アンテナ２３から送信されている場合には第２の出力ラインＬ２に接続するように切り換えられる。つまり、一方のマイクロ波の送信時に人体等によって反射された反射波に係るＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ１）は第１の出力ラインＬ１に出力され、他方のマイクロ波の送信時に人体等によって反射された反射波に係るＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ２）は第２の出力ラインＬ２に出力される構成となっている。
【００１８】
また、各電源３１，３２は、上記第１スイッチＳＷ１に連動する第２スイッチＳＷ２を介してＲＦモジュール２の入力側に接続されている。この第２スイッチＳＷ２も、２種類のマイクロ波のうち何れのマイクロ波を送信アンテナ２３から送信するかによって各電源３１，３２に対する接続状態が切り換わるようになっている。つまり、この第２スイッチＳＷ２が一方の電源３１に接続している状態と他方の電源３２に接続している状態とで、変調器２２がマイクロ波の周波数を切り換え、これによって送信アンテナ２３から送信されるマイクロ波の周波数が切り換えられる構成となっている。
【００１９】
このようにして、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り換え動作に伴い、一方の周波数のマイクロ波が送信アンテナ２３から検知エリアに向けて送信され、その反射波に基づくＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ１）が信号処理部３の第１の出力ラインＬ１に出力されてこの第１の出力ラインＬ１において信号処理が行われる第１処理動作と、他方の周波数のマイクロ波が送信アンテナ２３から検知エリアに向けて送信され、その反射波に基づくＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ２）が信号処理部３の第２の出力ラインＬ２に出力されてこの第２の出力ラインＬ２において信号処理が行われる第２処理動作とが所定時間間隔（例えば数ｍｓｅｃ）をもって切り換えられるようになっている。そして、各処理動作では、ＲＦモジュール２から出力されたＩＦ出力信号は、ＩＦアンプ３４，３５によって増幅され、このＩＦアンプ３４，３５からの出力が距離計測演算部３８及びコンパレータ３６，３７に与えられるようになっている。また、コンパレータ３６，３７によって矩形波に成形された信号は移動方向判別部３９に出力されるようになっている。
【００２０】
更に、上記各処理動作について詳述すると、検知エリア内に人体等が存在していない場合には、送信アンテナ２３から送信されたマイクロ波と受信アンテナ２４に受信されたマイクロ波との周波数は等しいため、ＩＦアンプ３４，３５からの出力信号におけるＩＦ周波数は「０」となり、コンパレータ３６，３７からは信号が出力されない。これに対し、検知エリア内に人体等が存在する場合には、送信アンテナ２３から送信されたマイクロ波の周波数に対して受信アンテナ２４に受信されたマイクロ波は変調されるため、コンパレータ３６，３７の出力信号波形に変化が生じ、この矩形波が移動方向判別部３９に出力されるようになっている。
【００２１】
−距離計測演算部３８の処理動作−
次に、ＩＦアンプ３４，３５からの出力信号波形を受ける距離計測演算部３８の処理動作について説明する。
【００２２】
この距離計測演算部３８では、各ＩＦアンプ３４，３５から受けた２種類のＩＦ信号波形のそれぞれに対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行い、各ＩＦ信号波形中においてレベルが最大である周波数成分の位相角を算出してこれらの位相差を求めることにより物体までの距離を計測するようにしている。具体的には、ＦＦＴ処理により、各ＩＦ信号波形中のリアル値、イマジナリ値及びスカラー値をそれぞれ求め、各ＩＦ信号波形中においてスカラー値が最大である周波数成分のリアル値及びイマジナリ値により各周波数成分の位相角を算出してこれらの位相差を求めることにより物体までの距離を計測するよう構成されている。
【００２３】
以下に距離計測演算部３８における演算式を示す。数式（１）は一方のＩＦ信号（ドップラー信号：ＩＦｏｕｔ１）に対するＦＦＴ処理により得られるフーリエ級数の各係数を求める式であり、数式（２）は他方のＩＦ信号（ドップラー信号：ＩＦｏｕｔ２）に対するＦＦＴ処理により得られるフーリエ級数の各係数を求める式である。各数式中のａ１，ａ２はリアル値、ｂ１，ｂ２はイマジナリ値である。そして、以下の数式（３）によって各周波数成分のスカラー値を求める。
【００２４】
【数１】

【００２５】
【数２】

【００２６】
【数３】

【００２７】
そして、上記数式（３）によって求められた各周波数成分のスカラー値のうち、その値が最大である周波数成分のリアル値及びイマジナリ値を利用してその周波数成分の位相角を算出する。数式（４）は一方のＩＦ信号中の最大周波数成分のリアル値及びイマジナリ値からこのＩＦ信号の位相角を算出する式であり、数式（５）は他方のＩＦ信号中の最大周波数成分のリアル値及びイマジナリ値からこのＩＦ信号の位相角を算出する式である。
【００２８】
【数４】

【００２９】
【数５】

【００３０】
このようにして各ＩＦ信号波形中においてスカラー値が最大である周波数成分のリアル値及びイマジナリ値により各周波数成分の位相角を算出した後、数式（６）により、これらの位相差を求める。
【００３１】
【数６】

【００３２】
図２（ａ）（ｂ）における左側のグラフは、各ドップラー信号における各周波数成分の出力レベルの一例を示しており、右側の座標は、スカラー値が最大である周波数成分（左側のグラフにおいてＨを付した周波数成分）のリアル値Ｒｅ（座標の横軸）及びイマジナリ値Ｉｍ（座標の縦軸）により得られた位相角（θ１，θ２）を示している。つまり、この座標上の位相角（θ１，θ２）同士の差によって物体までの距離が計測できることになる。
【００３３】
これにより、本ＭＷセンサ１によって人体等を検知する場合において、人体の手足などの複雑な動きに起因する多くの周波数成分が含まれている反射波を受けた場合であっても、各周波数成分のうち最もノイズ等の外乱の影響を受けていない周波数成分の位相角のみを使用して、これらの位相差を求めることができる。このため、高い精度でＩＦ信号の位相差を求めることができ、これによって物体までの距離を正確に計測することが可能となる。図３は、上記位相差と物体までの距離との関係を示すグラフである。
【００３４】
−物体移動方向の認識処理動作−
次に、上記移動方向判別部３９による物体の移動方向の認識動作について説明する。
【００３５】
この移動方向判別部３９では、各コンパレータ３６，３７から受けた２種類のＩＦ信号波形の矩形波Ａ，Ｂを比較し、これらＩＦ信号波形同士の相対的な位相進み度合いを認識することによって、検知エリア内の物体がＭＷセンサ１に近づく方向に移動しているか遠ざかる方向に移動しているかを判別するようになっている。そして、２つのＩＦ信号波形のうち周波数の低いマイクロ波の反射波により得られたＩＦ信号波形が周波数の高いマイクロ波の反射波により得られたＩＦ信号波形よりも進んでいる場合には検知エリア内の物体がＭＷセンサ１に近づく方向に移動していると判別する。一方、周波数の高いマイクロ波の反射波により得られたＩＦ信号波形が周波数の低いマイクロ波の反射波により得られたＩＦ信号波形よりも進んでいる場合には検知エリア内の物体がＭＷセンサ１から遠ざかる方向に移動していると判別するようになっている。以下、この判別動作について詳述する。
【００３６】
今、各コンパレータ３６，３７から受けた２種類のＩＦ信号波形の矩形波が図４に示す波形Ａ，Ｂの状態であったとする。そして、これら波形のＸＮＯＲ波形（図４の最下段の波形）を成形する。そして、このＸＮＯＲ波形のＨｉとＬｏとの切り換わり時であって、ＨｉからＬｏに切り換わる時点（例えば図４に矢印Ｉ，ＩＩを付した時点）における各ＩＦ信号の矩形波Ａ，Ｂの値を検知する。図４の場合、このＨｉからＬｏへの切り換わる時点（矢印Ｉ，ＩＩを付した２つのそれぞれの時点）では、矩形波ＢがＬｏである場合には矩形波ＡはＬｏからＨｉに切り換わるタイミング（矢印ＩＩ）であり、矩形波ＢがＨｉである場合には矩形波ＡはＨｉからＬｏに切り換わるタイミング（矢印Ｉ）である。この状態が検出されることで、周波数の低いマイクロ波によるＩＦ信号波形の矩形波Ａが周波数の高いマイクロ波によるＩＦ信号波形の矩形波Ｂよりも位相が進んでいることが認識できる。この場合、移動方向判別部３９は、検知エリア内の物体がＭＷセンサ１に近づく方向に移動していると判別する。尚、この場合のＸＮＯＲ波形がＨｉからＬｏに切り換わる時点では、常に、矩形波ＢはＬｏまたはＨｉの状態が継続し、矩形波ＡはＨｉからＬｏまたはＬｏからＨｉへ切り換わるタイミングとなっているので、これらの矩形波Ａ，Ｂのうちの何れかの状態を検出することにより検知エリア内の物体がＭＷセンサ１に近づく方向に移動していると判別することもできる。
【００３７】
一方、各コンパレータ３６，３７から受けた２種類のＩＦ信号波形の矩形波が図５に示す波形Ａ，Ｂである場合、これら波形のＸＮＯＲ波形は図５の最下段のようになる。そして、このＸＮＯＲ波形のＨｉとＬｏとの切り換わり時であって、ＨｉからＬｏに切り換わる時点（例えば図５に矢印III，IVを付した時点）における各ＩＦ信号の矩形波Ａ，Ｂの値を検知する。図５の場合、このＨｉからＬｏへの切り換わる時点（矢印III，IVを付した２つのそれぞれの時点）では、矩形波ＡがＬｏである場合には矩形波ＢはＬｏからＨｉに切り換わるタイミング（矢印IV）であり、矩形波ＡがＨｉである場合には矩形波ＢはＨｉからＬｏに切り換わるタイミング（矢印III）である。この状態が検出されることで、周波数の高いマイクロ波によるＩＦ信号波形の矩形波Ｂが周波数の低いマイクロ波によるＩＦ信号波形の矩形波Ａよりも位相が進んでいることが認識できる。この場合、移動方向判別部３９は、検知エリア内の人体がＭＷセンサ１から遠ざかる方向に移動していると判別する。尚、この場合のＸＮＯＲ波形がＨｉからＬｏに切り換わる時点では、常に、矩形波ＡはＬｏまたはＨｉの状態が継続し、矩形波ＢはＨｉからＬｏまたはＬｏからＨｉへ切り換わるタイミングとなっているので、これらの矩形波Ａ，Ｂのうちの何れかの状態を検出することにより検知エリア内の人体がＭＷセンサ１から遠ざかる方向に移動していると判別することもできる。
【００３８】
このように、本形態では、検知エリアに送信された各マイクロ波の反射波に基づく複数のＩＦ信号の相対的な位相進み度合いを認識することによって物体の移動方向を認識することができる。つまり、多数の物体位置データを取得してこれらデータの比較演算処理といった煩雑な処理動作を必要とすることなしに物体の移動方向を迅速且つ正確に認識することができる。
【００３９】
−その他の実施形態−
上述した実施形態では、周波数の異なる２種類のマイクロ波を利用して物体までの距離の計測及び物体の移動方向の判別を行うようにしたＭＷセンサに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、周波数の異なる３種類以上のマイクロ波を利用して物体までの距離の計測及び物体の移動方向の判別を行うようにしてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、移動方向判別部３９が、各コンパレータ３６，３７から受けた２種類のＩＦ信号波形の矩形波のＸＮＯＲを成形し、この波形のＨｉとＬｏとの切り換わり時であって、ＨｉからＬｏに切り換わる時点における各ＩＦ信号の矩形波の値を検知することで２種類のＩＦ信号波形同士の相対的な位相進み度合いを認識するようにしていた。本発明は、これに限らず、ＸＮＯＲ波形がＬｏからＨｉに切り換わる時点における各ＩＦ信号の矩形波の値を検知するようにしてもよい。また、各コンパレータ３６，３７から受けた２種類のＩＦ信号波形の矩形波のＸＯＲ（排他的論理和）を成形し、この波形のＨｉとＬｏとの切り換わり時における各ＩＦ信号の矩形波の値を検知するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、周波数の異なる複数のマイクロ波を利用して人体までの距離を測定するようにした人体検知センサに対し、周波数の異なる複数のマイクロ波の反射波により得られる複数のＩＦ信号波形のそれぞれに対してＦＦＴ処理を行い、ノイズ等の外乱の影響を最も受けていない周波数成分の位相角を算出し、これらの位相差を求めることにより人体までの距離を計測するようにしている。このため、人体の手足などの複雑な動きに起因する多くの周波数成分が含まれている反射波を受けた場合であっても、最もノイズ等の外乱の影響を受けていない周波数成分の位相角のみを使用して、これらの位相差を求めることができる。このため、高い精度でＩＦ信号の位相差を求めることができ、これによって人体までの距離を正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るＭＷセンサの回路構成を示す図である。
【図２】各ドップラー信号における各周波数成分の出力レベルの一例及びスカラー値が最大である周波数成分のリアル値及びイマジナリ値により得られる位相角を示す図である。
【図３】２種類のＩＦ信号波形の位相差と物体までの距離との関係を示すグラフである。
【図４】物体がセンサに近づく状態において各コンパレータから受けた２種類のＩＦ信号波形の矩形波及びそれらのＸＮＯＲ波形を示す図である。
【図５】物体がセンサから遠ざかる状態において各コンパレータから受けた２種類のＩＦ信号波形の矩形波及びそれらのＸＮＯＲ波形を示す図である。
【図６】従来例における各ＩＦ信号及びそれにより得られた矩形波を示す図である。
【図７】従来例において反射波が多くの周波数成分を含んでいる場合における各ＩＦ信号及びそれにより得られた矩形波を示す図である。
【符号の説明】
１マイクロウエーブセンサ
３８距離計測演算部（距離計測手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a human body detection sensor including a microwave sensor which is an active sensor using electromagnetic waves having a frequency lower than that of visible light. In particular, the present invention relates to an improvement in a sensor that measures a distance to a human body by using a plurality of microwaves having different frequencies (hereinafter, referred to as an “MW sensor”).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as one of the security devices, microwaves are transmitted toward the detection area, and when a human body is present in the detection area, a reflected wave (microwave modulated by the Doppler effect) from the human body is received. A MW sensor for detecting a human body (intruder) is known (for example, JP-A-7-37176).
[0003]
Further, as one type of MW sensor, there is also known a type in which a distance to an object is measured using a plurality of microwaves having different frequencies. This type of sensor transmits, for example, two types of microwaves having different frequencies toward a detection area, and detects a phase difference between two IF signals based on respective reflected waves. This phase difference has a correlation with the distance to the target (an object such as a human body), and the phase difference tends to increase as the distance to the target increases. That is, the distance to the target can be measured by obtaining the phase difference. Hereinafter, the operation of detecting the phase difference of the IF signal in this type of sensor will be described.
[0004]
When the IF signals based on the reflected waves of the two types of microwaves having different frequencies are sine waves IFout1 and IFout2 (having a phase difference corresponding to the distance to the target) as shown in FIG. The rectangular waves A and B formed from these IF signals are as shown in FIG. The distance to the target can be measured by detecting the phase difference between the rectangular waves A and B (the phase difference Δt at the rising portion of the rectangular wave in the figure).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when microwaves are actually reflected by the human body, the reflected waves include those reflected from parts of the human body, such as limbs, which are performing complicated movements, and therefore include many frequency components. In. For this reason, the actually obtained IF signal is obtained as a complicated waveform as shown in FIG. 7A, and cannot be obtained in a sine wave state as described above.
[0006]
When a rectangular wave is formed from the IF signals IFout1 and IFout2 obtained as such a complicated waveform, as shown in FIG. 7B, the phase difference between the rectangular waves A and B accurately determines the distance to the target. It is highly likely that it will not be reflected. That is, since the position of the target is originally constant or gradually changes, the phase difference between the rectangular waves A and B is always constant or changes gradually (when the target approaches). The phase difference gradually decreases, and when the target moves away, the phase difference gradually increases.). However, in FIG. 7B, the phase difference between the rectangular waves A and B does not reflect that.
[0007]
In other words, although the MW sensor using the plurality of microwaves can theoretically measure the distance to the target as described with reference to FIG. 6, it actually measures the distance to the target accurately. Needed further improvement. In other words, in order to accurately measure the distance to the target in this type of sensor, it is essential to further improve the detection accuracy of the phase difference of the IF signal.
[0008]
The present invention has been made in view of such a point, and a purpose thereof is to measure a distance to a human body in a detection area using a plurality of microwaves having different frequencies. On the other hand, even when many frequency components are included in the reflected wave from the human body, the phase difference between each IF signal can be detected with high accuracy, and the distance to the human body can be accurately measured. Is to do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
-Summary of the invention-
In order to achieve the above object, the present invention performs FFT processing on each of a plurality of IF signal waveforms obtained by a plurality of reflected waves of microwaves having different frequencies, and is most affected by disturbance such as noise. The distance to the human body is measured by calculating the phase angles of the frequency components that are not present, and calculating the phase difference between them.
[0010]
-Solution-
Specifically, the present invention transmits a plurality of microwaves having different frequencies toward a detection area, and when a human body exists in the detection area, the microwaves are reflected by the human body and modulated by the Doppler effect. It is assumed that a human body detection sensor receives the reflected waves, and measures the distance to the human body based on the phase difference between IF signals after mixing the reflected waves and the transmitted waves. The human body sensor performs FFT (Fast Fourier Transform) processing on each of a plurality of IF signal waveforms obtained by reflected waves of each microwave to obtain a real value, an imaginary value, and a scalar value in each IF signal waveform. Is calculated, the phase angle of each frequency component is calculated from the real value and imaginary value of the frequency component having the maximum scalar value in each IF signal waveform, and the phase difference is calculated to measure the distance to the human body. A distance measuring means is provided.
[0012]
According to this specific matter, when a human body is detected by the human body detection sensor, even if a reflected wave including many frequency components caused by complicated movement of the human body such as limbs is received, each frequency component is detected. These phase differences can be obtained by using only the phase angle of the frequency component which is least affected by disturbance such as noise. For this reason, the phase difference of the IF signal can be obtained with high accuracy, whereby the distance to the human body can be accurately measured.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a case where the present invention is applied to a MW sensor (human body detection sensor) configured to measure a distance to a human body (hereinafter sometimes simply referred to as an object) using two kinds of microwaves having different frequencies. Will be described.
[0014]
-Configuration explanation of MW sensor-
FIG. 1 shows a circuit configuration of the MW sensor 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the MW sensor 1 includes an RF module 2 and a signal processing unit 3.
[0015]
The RF module 2 includes an oscillator 21 for oscillating a microwave, a modulator 22 for switching the frequency of the microwave oscillated from the oscillator 21, and a transmission antenna for transmitting the microwave oscillated from the oscillator 21 toward a detection area. 23, a receiving antenna 24 for receiving a reflected wave of a microwave reflected by an object such as a human body, and a mixer 25 for mixing the received microwave with a voltage waveform of the oscillator 21 and outputting the mixed wave. That is, when a human body or the like exists in the detection area, the frequency of the reflected wave from the human body or the like is modulated by the microwave transmitted from the transmission antenna 23 toward the detection area and received by the reception antenna 24. Is done. The received reflected wave is mixed with the voltage waveform of the oscillator 21 by the mixer 25, and then output from the RF module 2 to the signal processing unit 3 as an IF output signal (IFout0).
[0016]
On the other hand, the signal processing unit 3 includes a first output line L1 and a second output line L2 corresponding to each microwave of each frequency transmitted from the transmission antenna 23. Each of the lines L1, L2 is provided with

power supplies

31, 32, 33, IF amplifiers 34, 35, and

comparators

36, 37, and the output side of the IF amplifiers 34, 35 serves as a distance measuring means which is a feature of this embodiment. A distance measurement calculation unit 38 is provided. A moving direction discriminator 39 is provided on the output side of the

comparators

36 and 37.
[0017]
Each of the IF amplifiers 34 and 35 is connected to the output side of the RF module 2 via the first switch SW1. The first switch SW1 connects to the first output line L1 when one of the two types of microwaves is transmitted from the transmission antenna 23, and the other microwave is transmitted from the transmission antenna 23. If so, switching is made to connect to the second output line L2. That is, the IF output signal (IFout1) related to the reflected wave reflected by the human body or the like when transmitting one microwave is output to the first output line L1, and the reflection reflected by the human body or the like when transmitting the other microwave. The IF output signal (IFout2) related to the wave is output to the second output line L2.
[0018]
Each of the power supplies 31 and 32 is connected to the input side of the RF module 2 via a second switch SW2 interlocked with the first switch SW1. The connection state of the second switch SW2 with respect to each of the power supplies 31 and 32 is switched depending on which of the two types of microwaves is transmitted from the transmission antenna 23. That is, the modulator 22 switches the frequency of the microwave between the state where the second switch SW2 is connected to the one power supply 31 and the state where the second switch SW2 is connected to the other power supply 32. The frequency of the microwave to be switched is switched.
[0019]
Thus, with the switching operation of each of the switches SW1 and SW2, the microwave of one frequency is transmitted from the transmission antenna 23 toward the detection area, and the IF output signal (IFout1) based on the reflected wave is processed by the signal processing unit. 3, a first processing operation in which signal processing is performed on the first output line L1 and signal processing is performed on the first output line L1, and a microwave of the other frequency is transmitted from the transmitting antenna 23 to the detection area, An IF output signal (IFout2) based on the reflected wave is output to a second output line L2 of the signal processing unit 3, and a second processing operation in which signal processing is performed on the second output line L2 is performed for a predetermined time interval ( For example, switching can be performed in several msec). In each processing operation, the IF output signal output from the RF module 2 is amplified by the IF amplifiers 34 and 35, and the output from the IF amplifiers 34 and 35 is given to the distance measurement calculation unit 38 and the

comparators

36 and 37. It is supposed to be. A signal shaped into a rectangular wave by the

comparators

36 and 37 is output to the moving direction determination unit 39.
[0020]
Further, the above processing operations will be described in detail. When a human body or the like does not exist in the detection area, the frequency of the microwave transmitted from the transmission antenna 23 and the frequency of the microwave received by the reception antenna 24 are equal. Therefore, the IF frequency in the output signals from the IF amplifiers 34 and 35 is “0”, and no signals are output from the

comparators

36 and 37. On the other hand, when a human body or the like exists in the detection area, the microwaves received by the receiving antenna 24 are modulated with respect to the frequency of the microwaves transmitted from the transmitting antenna 23. Is changed, and this rectangular wave is output to the moving direction discriminating section 39.
[0021]
-Processing operation of distance measurement calculation unit 38-
Next, the processing operation of the distance measurement calculation unit 38 that receives output signal waveforms from the IF amplifiers 34 and 35 will be described.
[0022]
The distance measurement calculation unit 38 performs FFT (Fast Fourier Transform) processing on each of the two types of IF signal waveforms received from the IF amplifiers 34 and 35, and calculates the frequency having the maximum level in each IF signal waveform. The distance to the object is measured by calculating the phase angle of the component and calculating the phase difference. Specifically, a real value, an imaginary value, and a scalar value in each IF signal waveform are obtained by FFT processing, and each frequency is determined by the real value and the imaginary value of the frequency component having the maximum scalar value in each IF signal waveform. The distance to the object is measured by calculating the phase angle of the component and calculating the phase difference.
[0023]
The calculation formula in the distance measurement calculation unit 38 is shown below. Equation (1) is an equation for calculating each coefficient of a Fourier series obtained by FFT processing on one IF signal (Doppler signal: IFout1), and equation (2) is FFT processing on the other IF signal (Doppler signal: IFout2). Is an equation for calculating each coefficient of the Fourier series obtained by In each formula, a1 and a2 are real values, and b1 and b2 are imaginary values. Then, a scalar value of each frequency component is obtained by the following equation (3).
[0024]
(Equation 1)

[0025]
(Equation 2)

[0026]
(Equation 3)

[0027]
Then, the phase angle of the frequency component is calculated using the real value and the imaginary value of the frequency component having the maximum value among the scalar values of the frequency components obtained by the above equation (3). Equation (4) is an equation for calculating the phase angle of this IF signal from the real value and imaginary value of the maximum frequency component in one IF signal, and equation (5) is the equation for calculating the real angle of the maximum frequency component in the other IF signal. This is an equation for calculating the phase angle of this IF signal from the value and the imaginary value.
[0028]
(Equation 4)

[0029]
(Equation 5)

[0030]
After calculating the phase angle of each frequency component from the real value and the imaginary value of the frequency component having the maximum scalar value in each IF signal waveform in this way, the phase difference between them is obtained by Expression (6).
[0031]
(Equation 6)

[0032]
The graphs on the left in FIGS. 2A and 2B show an example of the output level of each frequency component in each Doppler signal, and the coordinates on the right show the frequency component having the maximum scalar value (H in the left graph). The phase angle (θ1, θ2) obtained from the real value Re (horizontal axis of the coordinate) and the imaginary value Im (vertical axis of the coordinate) of the frequency component marked with “.” That is, the distance to the object can be measured by the difference between the phase angles (θ1, θ2) on the coordinates.
[0033]
Accordingly, when the MW sensor 1 detects a human body or the like, even if the MW sensor 1 receives a reflected wave including many frequency components due to complicated movements of the limbs or the like of the human body, each frequency component is detected. These phase differences can be obtained by using only the phase angle of the frequency component which is least affected by disturbance such as noise. For this reason, the phase difference of the IF signal can be obtained with high accuracy, whereby the distance to the object can be accurately measured. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the phase difference and the distance to the object.
[0034]
-Recognition processing operation of object moving direction-
Next, an operation of recognizing the moving direction of the object by the moving direction determining unit 39 will be described.
[0035]
The moving direction discriminating unit 39 compares the two types of rectangular waveforms A and B of the IF signal waveforms received from the

comparators

36 and 37, and recognizes a relative phase lead degree between the IF signal waveforms. It is configured to determine whether an object in the detection area is moving in a direction approaching or moving away from the MW sensor 1. If the IF signal waveform obtained by the reflected wave of the low-frequency microwave out of the two IF signal waveforms is ahead of the IF signal waveform obtained by the reflected wave of the high-frequency microwave, the detection area It is determined that the object inside is moving in the direction approaching the MW sensor 1. On the other hand, when the IF signal waveform obtained by the reflected wave of the high-frequency microwave is ahead of the IF signal waveform obtained by the reflected wave of the low-frequency microwave, the object in the detection area is detected by the MW sensor 1. It is determined that it is moving in a direction away from the camera. Hereinafter, this determination operation will be described in detail.
[0036]
Now, it is assumed that the rectangular waves of the two types of IF signal waveforms received from the

comparators

36 and 37 are in the states of the waveforms A and B shown in FIG. Then, the XNOR waveforms of these waveforms (the lowermost waveform in FIG. 4) are formed. Then, when the XNOR waveform is switched between Hi and Lo, the rectangular waves A and B of each IF signal at the time of switching from Hi to Lo (for example, the times indicated by arrows I and II in FIG. 4). Detect the value. In the case of FIG. 4, at the time of switching from Hi to Lo (two respective times indicated by arrows I and II), if the rectangular wave B is Lo, the rectangular wave A switches from Lo to Hi. This is the timing (arrow II), and when the rectangular wave B is Hi, the rectangular wave A is the timing of switching from Hi to Lo (arrow I). By detecting this state, it can be recognized that the phase of the rectangular wave A of the IF signal waveform due to the low-frequency microwave is ahead of the phase of the rectangular wave B of the IF signal waveform due to the high-frequency microwave. In this case, the movement direction determination unit 39 determines that the object in the detection area is moving in a direction approaching the MW sensor 1. In this case, at the time when the XNOR waveform switches from Hi to Lo, the state of the rectangular wave B always remains Lo or Hi, and the timing of the rectangular wave A changes from Hi to Lo or Lo to Hi. Therefore, it is possible to determine that the object in the detection area is moving in the direction approaching the MW sensor 1 by detecting the state of any of these rectangular waves A and B.
[0037]
On the other hand, when the rectangular waves of the two types of IF signal waveforms received from the

comparators

36 and 37 are the waveforms A and B shown in FIG. 5, the XNOR waveforms of these waveforms are as shown at the bottom of FIG. Then, when the XNOR waveform is switched between Hi and Lo, the rectangular waves A and B of each IF signal at the time of switching from Hi to Lo (for example, the times indicated by arrows III and IV in FIG. 5). Detect the value. In the case of FIG. 5, at the time of switching from Hi to Lo (two respective times marked with arrows III and IV), if the rectangular wave A is Lo, the rectangular wave B switches from Lo to Hi. This is the timing (arrow IV), and when the rectangular wave A is Hi, the rectangular wave B is the timing of switching from Hi to Lo (arrow III). By detecting this state, it can be recognized that the phase of the rectangular wave B of the IF signal waveform due to the high-frequency microwave is ahead of the phase of the rectangular wave A of the IF signal waveform due to the low-frequency microwave. In this case, the movement direction determination unit 39 determines that the human body in the detection area is moving in a direction away from the MW sensor 1. In this case, at the time when the XNOR waveform switches from Hi to Lo, the rectangular wave A is always in the Lo or Hi state, and the rectangular wave B is at the timing to switch from Hi to Lo or Lo to Hi. Therefore, by detecting the state of any of these rectangular waves A and B, it can be determined that the human body in the detection area is moving in the direction away from the MW sensor 1.
[0038]
As described above, in the present embodiment, the moving direction of the object can be recognized by recognizing the relative phase advance degrees of the plurality of IF signals based on the reflected waves of the respective microwaves transmitted to the detection area. In other words, it is possible to quickly and accurately recognize the moving direction of the object without acquiring complicated object position data and performing a complicated processing operation such as a comparison operation of these data.
[0039]
-Other embodiments-
In the above-described embodiment, a case has been described in which the present invention is applied to the MW sensor configured to measure the distance to the object and determine the moving direction of the object using two types of microwaves having different frequencies. The present invention is not limited to this, and may use three or more types of microwaves having different frequencies to measure the distance to the object and determine the moving direction of the object.
[0040]
In the above-described embodiment, the moving direction determination unit 39 shapes the XNORs of the rectangular waves of the two types of IF signal waveforms received from the

comparators

36 and 37, and switches the waveforms between Hi and Lo. Thus, by detecting the value of the rectangular wave of each IF signal at the time of switching from Hi to Lo, the relative phase lead degree between the two types of IF signal waveforms is recognized. The present invention is not limited to this, and the value of the rectangular wave of each IF signal at the time when the XNOR waveform switches from Lo to Hi may be detected. Also, the XOR (exclusive OR) of the rectangular waves of the two types of IF signal waveforms received from the

comparators

36 and 37 is formed, and the rectangular wave of each IF signal at the time of switching between Hi and Lo of this waveform is formed. The value may be detected.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of microwaves having different frequencies can be used to measure the distance to the human body, and a plurality of microwaves having different frequencies can be used to measure the distance to the human body. FFT processing is performed on each of a plurality of IF signal waveforms obtained, the phase angle of the frequency component that is least affected by disturbance such as noise is calculated, and the distance to the human body is measured by calculating the phase difference between these frequency components. I am trying to do it. For this reason, even when receiving a reflected wave containing many frequency components caused by complex movements such as human limbs, the phase angle of the frequency component which is least affected by disturbance such as noise. Only these can be used to determine these phase differences. For this reason, the phase difference of the IF signal can be obtained with high accuracy, whereby the distance to the human body can be accurately measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a MW sensor according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an output level of each frequency component in each Doppler signal and a phase angle obtained by a real value and an imaginary value of a frequency component having a maximum scalar value.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a phase difference between two types of IF signal waveforms and a distance to an object.
FIG. 4 is a diagram illustrating rectangular waveforms of two types of IF signal waveforms received from each comparator and an XNOR waveform thereof when the object approaches the sensor.
FIG. 5 is a diagram showing rectangular waveforms of two types of IF signal waveforms received from each comparator and an XNOR waveform thereof when the object moves away from the sensor.
FIG. 6 is a diagram showing each IF signal and a rectangular wave obtained by the IF signal in a conventional example.
FIG. 7 is a diagram showing each IF signal and a rectangular wave obtained by the IF signal when a reflected wave contains many frequency components in a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Microwave sensor 38 Distance measurement calculation unit (distance measurement means)

Claims

Sending multiple of microwaves of different frequencies toward a detection area, if there is a human body in this detection area, receives reflected waves modulated by the Doppler effect each of the microwave is reflected by the human body, In a human body detection sensor that measures a distance to a human body by a phase difference between IF signals after mixing these reflected waves and the transmitted waves ,
FFT (Fast Fourier Transform) processing is performed on each of a plurality of IF signal waveforms obtained by the reflected waves of the microwaves, and a real value, an imaginary value, and a scalar value in each IF signal waveform are obtained. A distance measuring means for measuring a distance to a human body by calculating a phase angle of each frequency component based on a real value and an imaginary value of a frequency component having a maximum scalar value in a signal waveform and calculating a phase difference between the frequency components; A human body detection sensor .