JP3747110B2 - ドップラー・センサーで監視されている空間内の特定の種類の生き物の存在を検出する方法とその装置 - Google Patents
ドップラー・センサーで監視されている空間内の特定の種類の生き物の存在を検出する方法とその装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信波と監視空間内の移動する目標物によるドップラー・フィツオ効果でシフトされる反射波周波数との間のビーティングにより発生する低周波数信号を供給するマイクロ波ドップラー・センサーが配設されている監視空間内で、特定の種類の生き物、特に人間の存在を検出する方法に関するものであり、当該方法において、この信号は必要な増幅およびフィルター処理され、且つこの種類の生き物の存在のみが認識されるようその生き物の種類に特有のセンサー特徴からその信号の周波数スペクトルを示すべくディジタル化され処理される。
【０００２】
本発明はまた前述した方法を実行する装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
パトロールにおけるガードマンが存在しない場合、またはガードマンによる２回のパトロールの間での不心得者による侵入に対して空間、特に不動産物件の保護ということが、近年では著しく拡張されてきている。というのは、こういった侵入が試みられる回数の増加していることと、人々の異常な存在を遠隔感知するセンサーを採用することが可能になっているからである。センサーは、可聴帯域ではあるがさらに特別には超音波帯域内で作動する音響的なもの、可視または赤外線帯域内で作動する光学的なものまたは電磁的（パルスまたはドップラー・レーダー）なものにすることができる。実際上、ガードマンの存在を必要とするビデオ監視カメラとは別に、最も広範囲に使用されているセンサーは赤外線センサーおよびマイクロ波ドップラー・センサーであり、これらのセンサーは一概に連続的に送信される波である送信波と移動する目標物たる侵入者によりシフトされる反射波周波数との間のビーティングに依存している。
【０００４】
本発明は極めて正確にこの分野に係わるものであるが、本発明を利用するドップラー・センサーと組み合わせてこの赤外線センサーを侵入者検出システムとして採用することは不可能ではないであろう。
【０００５】
シフトが送信器に対する目標物の半径方向速度で生じることは知られており、この目標物は以下の式に従ってその波に対する反射体を形成する。
【０００６】
△ｆ＝２ｆ0 （ｖｒ／ｃ） （Ｉ）
ここで△ｆは周波数シフトであり、ｆ0 は送信波の周波数であり、ｖｒは目標物の半径方向速度であり、ｃは光の速度である。
【０００７】
また、前記の式（Ｉ）は原則として相対的ドップラー・フィツオイ効果と同じものとなる非相対的ドップラー効果に対して比ｖｒ／ｃの極めて低い値が与えられることに注目されよう。
【０００８】
移動する目標物のみに応答する全てのセンサーと同様、ドップラー・センサーは、そのセンサーが監視すべき空間を走査する目的上枢軸運動する必要がないとすると、その監視されている建造物の壁、内壁、設備類等といった包囲する固定構造物で構成された固定目標物の存在に起因する欠点が無い。しかしながら、本例の場合、センサーに対する固定障害物の半径方向速度とその対応する周波数シフトが必要な信号と干渉せず、または信号を処理することにより無視することができるよう枢軸速度を選択することができる。
【０００９】
ドップラー・センサーからの信号を処理することは、第一に入力における雑音レベルを低減することにより（当該雑音のパワーは帯幅に比例する）、信号／雑音比を改善し、第二にセンサーの走査により生じる周波数といった望ましくない周波数を除去する意味から適切な帯幅でのフィルター処理を予め当然に予定している。
【００１０】
侵入者検出装置に関連あるフランスの規格ＮＦ Ｃ ４８ ２２９は侵入者監視の目標速度の範囲を０．３ｍ／ｓおよび３ｍ／ｓの間に設定した。（通信当局で割り当てられたＸ帯域内の）９．９ＧＨｚの基本周波数により、限界周波数は１９．９Ｈｚと１９９Ｈｚ、即ち実質的に２０Ｈｚと２００Ｈｚである。
【００１１】
侵入者が感知されないことがない限り、侵入者監視システムの信頼性は明らかに第一にそのセンサーの感度に依存するものである。しかしながら、発生源が侵入者でない信号に対する反応をセンサーが示さない場合は、センサーの感度と併せて増加する程度にセンサーの選択性に殆ど同等に依存している。
【００１２】
信号発生源に基付く信号の判定は、ドップラー信号がその発生源に対して特徴を有しているという事実に対して可能とされるものであり、これらの特徴は元の発生原因の兆候として知られる内容を構成している。
【００１３】
この発生原因の示す内容を検討することには主として経験的手段により既に認識された攪乱現象の兆候を集めることが含まれる。フランスの規格ＮＦ Ｃ ４８ ２２９は蛍光管で生じる干渉を述べている。ドップラー・センサーを使用する侵入者検出システムはフアン、垂直に簾状にされたブラインド、カーテンおよび樋内を流れる水での干渉に晒されてきている。
【００１４】
蛍光管とは別に、その撹乱現象となるものは、センサーの領域内で移動してドップラー信号を発生する目的物（フアン・ブレード、移動するカーテンまたはブラインド、落下する水滴）である。蛍光管はＡＣ線の電圧の各１／２サイクルでの放電により形成されるプラズマからのマイクロ波信号の反射により干渉信号を発生する。センサーによってピック・アップされた戻り信号はＡＣ線電圧の周波数の２倍に等しい基本周波数および調和波のきわめて広いスペクトルで変調される。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的はある程度の確実性を以てその特定の種類の生き物の存在を認識するため、ドップラー・センサーからの信号を処理するようにした特定の種類の生き物の存在を検出する方法を提供することにある。
【００１６】
この目的は、送信波と監視空間内の移動する目標物によるドップラー・フィツオイ効果でシフトされる反射波周波数との間でビーティングにより発生する低周波信号を供給するマイクロ波ドップラー・センサーが内部に配設されている監視空間内の特定の種類の生きている物、特に人間の存在を検出する方法であって、信号が、必要とされる増幅およびフィルター処理後に、その特定の種類の生き物の存在を認識するためその生き物の種類に特有のセンサー特徴部分から信号の周波数スペクトルを示すようディジタル化され、処理されるようにしたものにおいて、ディジタル化された信号の処理が以下の段階、即ち
ａ）ディジタル化された信号の全体のエネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する段階（段階１１）と；
ｂ）主周波数の存在を検出するようにした少なくとも１つの自動相関試験を段階（ａ）で発生された信号に適用する段階（段階１３）と；
ｃ）段階（ｂ）で検出された主周波数を排除するよう調節されたフィルターによりそのディジタル化された信号をフィルター処理する段階（段階１４）と；
ｄ）フィルター段階（ｃ）で生成された信号の全体エネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する段階（段階１５）と；
ｅ）段階（ｄ）から信号をフィルター処理し、安定しており生き物の特定の種類の運動に固有の特定の周波数帯域を分離させる段階（段階１７）と；
ｆ）生き物の特定の種類に特有のもので且つインター・スペクトル・エネルギーを定義付けすべくメモリー内に記憶された基準信号との暫定的相互関係の試験を段階（ｅ）からの信号に適用し、それぞれ閾値エネルギー以上のインター・スペクトル・エネルギーと閾値エネルギー以下のインター・スペクトル・エネルギーに対応する少なくとも１つの２状態信号を送信する段階とからなることを特徴とする方法によって達成される。
【００１７】
先に述べた干渉現象の兆候の検討の結果、これらの現象の幾つかには顕著な周期的特性があることおよびその兆候は主としてドップラー・センサーからの信号に存在している１種類以上の特定周波数にあることが判明した。元の原因を構成している現象が分析されれば、これは予測可能であるかも知れない。しかしながら、これらの現象の調査内容を確定し、その調査を実施することが必要であろう。その上、これら主周波数をフィルター処理することは要求される兆候を構成している本質的情報を含む信号を残すことに繋がり、または、主周波数を除去した後にその信号内に残している顕著な周期的特性の無い干渉現象の兆候が、基準となる兆候の相互相関関係の分析でその関連ある兆候とは識別し得ることを予測することは従前には不可能であった。
【００１８】
本発明の方法の段階（ａ）ないし段階（ｃ）は本質的に周期的干渉信号の除去をもたらし；段階（ａ）は入力における雑音を低減化し、段階（ｂ）は自動相関関係による主周波数の存在を確定し、コヒーレント様式でおよび歪みの危険性を最低の状態にしてそのディジタル化された主周波数をブロックすべく段階（ｃ）でのフィルター作用の調節を制御する。
【００１９】
その上、本出願人の保護の下に実施されている生き物、特に人間の兆候を検討することは２種類の信号、即ち、一方の偶発的信号と他方の実質的に時間と併せて再生可能な信号を示した。最初の信号は生き物の時々の運動に起因するものであり、第２の信号は歩行中の呼吸と肉体の曲げ等といった肉体的運動に起因するものである。これらの肉体的運動はリズムが変動しているが、これらのリズム内での比較的一定の続きがあり、また、最初これらの運動で生じる信号は特に周波数帯域にて特定の情報をもたらすこと、また、第２にこの情報は生き物の特定の種類に特有の基準信号との一時的相関関係で認識し得ることが判明した。
【００２０】
結局、（主周波数の除去に続く）情報をもたない信号をブロックする段階（ｄ）の後で、段階（ｅ）は特定の周波数帯域を選択するよう実行され、これが信号の望まれていない要素を除去し、引き続き段階（ｆ）ではその監視空間内に特定の種類の生き物が存在しているか否かを誤差の危険性を最低にした状態で判断することになる。
【００２１】
段階（ｂ）と段階（ｃ）は段階（ａ）へ移動する前に主周波数が除去されるまで繰り返すことが好ましい。
【００２２】
監視空間は多数の干渉現象の生じる場所であり、その同じ１種類の干渉源は１個以上の主周波数を発生することがある。
【００２３】
信号の全体の振幅が正規化されたレベルになり、これが後続のディジタル処理を容易にするようにした段階に引き続き各種フィルター段階が行われることが好ましい。
【００２４】
他の局面においては、本発明では、センサーに対する目標物の運動に依存し且つ送信波と監視空間内の移動目標物による反射波との間でビーティングにより発生する低周波信号を供給するようになっているマイクロ波ドップラー・センサーと、必要とされる増幅およびフィルター処理の後でセンサーからの信号をディジタル化する手段と、生き物の特定の種類に固有の特徴をセンサーからの信号の周波数スペクトル内で検出するようディジタル化された信号をフォーマット化し、基準信号と適切に比較する少なくとも１つのメモリーとプログラムを伴ったマイクロ・プロセッサーとを含むプロセッサー手段とを備えた選択性を高めた監視空間内で特定の種類の生き物特に人間の存在を検出する装置であって：
（ｍ）ディジタル化された信号のエネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する手段と、
（ｎ）主周波数の存在を示すようにした少なくとも１つの自動相関試験を従前の手段からの信号に適用する手段と、
（ｐ）入力部でディジタル化された信号を受入れ、自動相関試験で検出された主周波数を排除すべく調節された第１のフィルターと、
（ｑ）第１のフィルターでフィルター処理された信号の全体エネルギーを決定し、閾値以下の全体エネルギーを有する信号を除去することができる比較器手段と、
（ｒ）比較器手段から信号を受取り、安定しており生き物の特定の種類の運動に固有の特定周波数帯域を分離させるよう調節された第２のフィルターと、
（ｓ）メモリー内に記憶され、生き物の特定の種類に固有の基準信号との相関関係の一時的試験であって、スペクトル間エネルギーを定める試験を先に述べた特定の周波数帯域に低減された信号に適用し、それぞれ閾値より大きいおよび閾値より小さいスペクトル間エネルギーに対応する少なくとも１つの２状態信号を出力する手段とからなることを特徴とする装置が提案される。
前記の装置は本発明による方法を実行するよう適合している。
【００２５】
本発明の２次的特徴とその諸利点については添付図面を参照して一例として行われる以下の説明から明らかとなろう。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１のフロー・チャートと図２のブロック図に示された監視空間内での特定の種類の生き物、選択された事例における人間の存在を検出する選択された方法においては、１Ｈｚの解像度を有するドップラー・センサーが本例においては周波数ｆ0 ＧＨｚのマイクロ波放射ビームをその監視空間内に放出し、その監視空間内の干渉物で反射される放射を受け取る。移動して行く干渉物または目標物から反射される放射は既に与えられている式、即ち
△ｆ＝２ｆ0 ｖｒ／ｃ
に従ったドップラー効果での周波数シフト△ｆを受ける。
【００２７】
センサー１は送信される放射と反射される放射の間のビーティングにより発生される周波数△ｆを抽出する。後者の周波数は低雑音増幅器２で増幅され、（帯域幅に比例する）雑音を制限して別の信号を防止する２００Ｈｚのカット・オフ周波数にてロー・パス・フィルターでフィルター処理される。次に、この信号は５１２Ｈｚのサンプリング周波数を使用してアナロウ・ディジタル・コンバーター４に適用される。
【００２８】
図２で一層明瞭に理解可能な如く、ディジタル化された信号はマイクロ・プロセッサー３０に給送され、このマイクロ・プロセッサーはそれぞれ以後一層明らかになる信号処理プログラミング素子と基準兆候を含む２個のメモリー３１，３２と関連している。
【００２９】
アナログ・ディジタル・コンバーター４からのディジタル信号の処理（１０）は段階１１ないし段階２０を含み、これらの段階は以後引き続き説明する各段階を含む演算過程と併せてこれらの段階が入手する特定の結果の条件にて最初に説明する。
【００３０】
処理は要求される分析解像度、マイクロ・プロセッサーの演算容量および侵入者の存在の所要検出速度の間の補償を表す１秒（５１２のサンプル）の持続時間にて連続サイクルにて行われる。
【００３１】
段階１１はドップラー信号のエネルギー内容を決定し、閾値エネルギー以下のエネルギー内容を有する信号を除去し、この閾値エネルギーは雑音とドップラー信号の間の判定を表している。これら２つの作動はＷ？およびＷ＞ｗ0 の式で記号化される。エネルギー・レベルによる判定は雑音のランダムな性質が原因で振幅レベルによる判定に先立って選択された。雑音スパイクを実際のドップラー信号に変換する確率は極めて低くなければならず、雑音のエネルギー分布は振幅分布のものより極めて低い比例している標準偏差を備えている。実際、選択された帯域幅サンプリング周波数と周期的期間の場合、平均的雑音パワーは１．２４ｘ１０-3 Ｖ2 であり、標準偏差は９．０９ｘ１０-5 Ｖ2 であり、閾値エネルギーを平均雑音エネルギーを上廻る６の標準偏差、即ち、１．７９ｘ１０-3 Ｖ2 にてセットする場合、望む信号として解釈するガウシアン雑音の確立は１秒の繰り返し周期に対して３２年に１回である。
【００３２】
段階１２は段階１１からの信号のレベルを改変若しくは正規化し、兆候比較作動はその比較される信号が同様の振幅を有しているものと事前に推量する。この正規化段階は式Ｗ＝１で記号化される。
【００３３】
段階１３および１４は周期特性との干渉信号により主周波数を除去する。段階１３は主周波数または周波数（Ｆｄ）を示す自動相関試験（ＡＣ！）を適用する。周期的現象はそれ自体でその周期以上に相関付けられる。段階１４は段階１３で示された主周波数（Ｆｄ）にバンド停止フィルター処理（ディジタル適合型フィルター処理）を適用する。１個以上の主周波数が検出されれば、段階１３および１４は全ての主周波数を除去する目的から繰り返される。
【００３４】
段階１５は主周波数を除去した後の信号のエネルギーを決定し、閾値を下廻るエネルギー内容を有する信号を除去し、これらの信号は有用な情報を含んでいないものと見做し、これらの作動はＷ？とＷ＞ｗ1 の式で記号化される。
【００３５】
段階１６は段階１２のものと同様の目的を以て段階１５からの信号のレベルを正規化し、式Ｗ＝１で記号化される。
【００３６】
段階１７は大略１５Ｈｚないし３５Ｈｚの範囲に対応するバンド・パス・フィルターで行われるフィルター処理を適用する。本発明の開発中に実行された人の兆候の分析は本質的に全ての人の兆候がこのスペクトル部分では安定化特徴を備え、一方、段階１６からの信号における残りの擬似兆候はこの範囲における人の兆候の干渉とならないような要素を特徴として備えていない。平坦なイン・バンド応答曲線を有するスペクトルのエネルギーの最低撓みを生じさせねばならないフィルターはそれに応じてセットされる特性を有するバターワース (Butterworth)バンドパス・フィルターである（低いカット・オフ周波数、高いカット・オフ周波数および順序）。実際、低いカット・オフ周波数と高いカット・オフ周波数はそれぞれ１６Ｈｚと３４Ｈｚであり、その順序は第６番目の順序である。
【００３７】
その上、フィルター処理はフィルター処理後の信号の存在に対するサーチが行われる。
【００３８】
段階１８は段階１２および１６の場合と同様の様式で且つ同じ理由からそのフィルター段階１７からの信号を正規化する。
【００３９】
段階１９はメモリー３２内に記憶されている基準信号ＳREF との暫定的相互関係試験を適用するものであり、その試験はスペクトル間エネルギーＴW を供給するものである。この段階１９は式ＩＣ！で記号化される。この基準信号ＳREF は以下の過程で得られた。
【００４０】
センサーに対する目標たる人の相対的変位方向（半径方向および横方向）、運動速度および目標物からセンサー迄の距離を変える多数の人の特徴が集められた。
【００４１】
平均偏差と標準偏差両者で特徴付けられる如く、他方の兆候に対する各兆候の認識割合の広がりを示す目的からその兆候に対応する全ての信号で相互相関関係試験が実施された。
【００４２】
最良の平均偏差と最低の標準偏差での兆候が選択された。得られた兆候の運動特性は３ｍの距離で１．４ｍ／ｓ（５ｋｐｈ）の速度での横方向運動であった。
【００４３】
横方向運動はそれ自体では何らドップラー・シフトを生ぜしめないので、その対応する兆候は人に固有の運動に依って作り出され、それの全体的変位では作り出されないことに注意のこと。
【００４４】
段階２０は段階１９で決定されたスペクトル間エネルギーＴW を閾値エネルギーＴ0 と比較する。（この作動は式ＴW ＞Ｔ0 で記号化される。） 結果がイエスであれば信号がこの監視される空間内での人の存在の検出に対応する出力２１に送られる。
【００４５】
監視空間内の人の存在に関しての確実性の複数個のレベルを定める目的からスペクトル間エネルギーを複数個の閾値エネルギーと比較することが可能であることが理解されよう。図２に示される如く、信号ＴW は相互相関スペクトル・アナライザー３３に供給される。低い閾値エネルギーより大きいスペクトル間エネルギーの現出は人間の存在と被る危険性についての確実性の度合いに応じて異なる作動をもたらすよう相互相関スペクトルの適切な分析をトリガーする。
【００４６】
先に説明した各種段階についてここでその採用されている演算過程を条件に検討する。
【００４７】
アナログ・ディジタル・コンバーター４の出力において信号は１秒の持続時間のサイクルに（段階１１の第１相）バッフアー・メモリー内に移送される毎秒あたり５１２のサンプルで構成される。次に、このサンプルは０．２で分割され、第２バッフアー・メモリー内に記憶される。
【００４８】
正規化後、この信号は級数の形態になっている。
【００４９】
ｘ1 (k) = Ａ＊(k) ここで、k =0,.....,511 (1)
この級数のフーリエ変換ｘ1 (n) は式
【数１】
を使用して演算される。
【００５０】
係数 exp−j2π kn/Nは前述の如く演算され、メモリー内に記憶される。
【００５１】
次に、式
P1 (n) = X 1 *(n)X 1 (n)/512 2 ここで n = 0,.......511 (3)
を使用してスペクトル・パワーが演算される。
【００５２】
ピーク・パワーの決定に際してはＰ1(n)の演算された値を通じての作動が必要であり；その値が設定された閾値を下廻る場合は処理は中断される。
【００５３】
次の段階１２に進むには、その信号が連続状態ではないが、サイクルの５１２のサンプルに分割され、それが各サイクルの開始時と終了時における遷移が原因となる雑音を無くすことを必要とするような事実を許容する必要がある。これは式
x 2 (k) = x(k).(0.54-0.46.cos (2πk/N)） ここで、k = 0,.....N-1 (4)
を使用してハニング（Hanning)・ウインドウに信号を適用することで得られる。
一連の演算では信号の周波数成分と時間成分を使用しており、ハニング（Hanning)・ウインドウはこれら２形式の要素の送信のための良好な補償を表している。
【００５４】
段階１２は正規化が含まれており；一連の正規化された値の演算は一連の入力の最大振幅値と最低振幅値の間の差で分割される１０のウインドウ処理後の一連の入力の項に対する乗算因子を利用している。
【００５５】
段階１３は式
r 3 (j) = Σx 3 (k)x3 (j- 511+k)
ここで、j = 0.....1022 kは 0ないし511 (5)
r 4 (j) = Σx 3 (k)r3 (j-1022+k) ここで、j = 0,....2044 (6)
によりｒ3 を与え、次にｒ4 (j) を与える２つの連続する自動相関関係を実施する。
【００５６】
級数ｒ4 (j) は項に２０４５ないし２０４７に対して値０を割り当てることで完了する。
【００５７】
二重自動相関関係は平均周波数よりむしろ同様のエネルギー内容にて２つの主周波数を検出できることに注目のこと。
【００５８】
実際、式（５）と（６）による自動相関演算では多すぎる作動、多すぎる演算時間および多すぎる記憶箇所が要求される。従って、フーリエ変換、周波数ドメインにおける自動相関および時間ドメインに戻る逆のフーリエ変換を実行することが好都合である。
【００５９】
自動相関の演算に引き続き、概算されるパワーＰｅが式（３）と同様の式を使用して演算され、概算の周波数Ｆｅが演算される。
【００６０】
段階１４には適合フィルター処理が含まれる。それぞれ０．９５Ｆｅと１．０５Ｆｅの低いおよび高いカット・オフ周波数を有する第３順位のバターワース（Butterworth)バンド停止フィルターが使用される。
【００６１】
段階１３および１４は依然段階１４からの出力に主周波数が存在する場合は繰り返し行われる。
【００６２】
段階１５には式（２）に類似している式によりフーリエ変換を使用してのスペクトル・パワーおよび式（３）に類似した式を使用してのスペクトル・エネルギー演算の概算が含まれる。再度、このスペクトル・エネルギーは閾値と比較され、処理はこの信号のエネルギーがこの閾値を下廻る場合は中止され、これは開始時に周期的干渉信号のみが存在していたことを意味する。
【００６３】
段階１６は信号を正規化する。
【００６４】
示された如く、段階１７はそれぞれ１６Ｈｚと３４Ｈｚの低いカット・オフ周波数と高いカット・オフ周波数を有する６番目のオーダーのバターワース（Butterworth)フィルターを使用してのフィルター段階である。係数（ａ（ｋ））が予め計算され、この過程は級数を演算することで構成されている。
【００６５】
【数２】
【００６６】
信号ｘ6 はフーリエ変換（式（２））、スペクトル・パワー演算（式（３））およびピーク・パワー決定を使用しての重要なスペクトル・エネルギーを備えているか否かを決定する目的で分析される。
【００６７】
信号が大きいエネルギーを有していれば、段階１９の相関関係が有効となるよう再びその信号が正規化される。
【００６８】
段階１９においてy(k)がメモリー３２内に記憶されている基準兆候を表す場合は、段階１８からの２つの信号ｘ7 (k) とｙ(k）の間の相関関係が
【数３】
により与えられる。
【００６９】
この段階において、処理は演算を簡略化する目的から周波数ドメイン内に移動する。ｙ(k) とｘ7 (k) は点１０２３迄長くされ、ｙ(k) = 0 でｘ7 (k) = 0 となり、ｋ＝512,.....1022 となり、ここでは
Ｒ6 (n) = Y*(m)x7 (n)
が得られる。
【００７０】
級数ｘ7 (k) とＹ(k) はフーリエ変換の第１演算を（予め計算された係数と共に）使用するよう点１０２４迄長くされる。
【００７１】
逆フーリエ変換後に、スペクトル・パワーＰ15(n) = R*6 (m)R6 (n)/10242 が演算され、次に、概算されたパワーが演算される。この後者のパワーは段階２０において閾値と対比される。
【００７２】
生き物、本例の場合は人間の存在を検出する方法は特定の様式、特に人の位置に基付く変位とは無関係に特定の領域にいる人によるドップラー信号に晒される特徴の僅かの分析、ドップラー信号を劣化できる擬似信号の僅かの分析に基付いていること、信号の処理が最初はその人の兆候をマスキングし易い信号の構成要素を無くし、次に人の兆候がその安定化した特徴の大部分を備えているドメインを分離させる目的で或る順序にて考えていたことが理解されよう。
【００７３】
その上、生き物の存在を検出することは監視空間若しくは建造物内の侵入者の検出に限定されないものであることが理解されよう。生き物の存在を検出することについての確実性の度合いに従って各種作用をトリガーする目的で段階１９の相互相関関係で発生される信号を分析する可能性について既に説明した。存在の検出に対する応答をアラームの如き保護作用にする必要がないことは最早言うまでもない。ワークステーションで働いている人間の存在を監視しまたは単に建造物の照明または建造物の一部分の照明を制御することも可能である。
【００７４】
さらに、基準となる人の兆候を選択する目的で使用された方法と類似している方法により決定される特定の基準兆候の使用により人以外の生き物の存在を検出することが可能であり、選択された特定の種類の生き物の存在若しくは非存在を監視するに際し、好都合の局面を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を構成する作動のフロー・チャート。
【図２】本発明の方法を実施する装置のブロック図。
【符号の説明】
１ センサ−
２ 低雑音増幅器
３ ローパス・フィルター
４ アナログ・ディジタル・コンバーター
１０ 処理
１１ 段階
１２ 段階
１３ 段階
１４ 段階
１５ 段階
１６ 段階
１７ 段階
１８ 段階
１９ 段階
２０ 段階
２１ 出力
３０ マイクロ・プロセッサー
３１ メモリー
３２ メモリー
３３ 相互関係スペクトル・アナライザー
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信波と監視空間内の移動する目標物によるドップラー・フィツオ効果でシフトされる反射波周波数との間のビーティングにより発生する低周波数信号を供給するマイクロ波ドップラー・センサーが配設されている監視空間内で、特定の種類の生き物、特に人間の存在を検出する方法に関するものであり、当該方法において、この信号は必要な増幅およびフィルター処理され、且つこの種類の生き物の存在のみが認識されるようその生き物の種類に特有のセンサー特徴からその信号の周波数スペクトルを示すべくディジタル化され処理される。
【０００２】
本発明はまた前述した方法を実行する装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
パトロールにおけるガードマンが存在しない場合、またはガードマンによる２回のパトロールの間での不心得者による侵入に対して空間、特に不動産物件の保護ということが、近年では著しく拡張されてきている。というのは、こういった侵入が試みられる回数の増加していることと、人々の異常な存在を遠隔感知するセンサーを採用することが可能になっているからである。センサーは、可聴帯域ではあるがさらに特別には超音波帯域内で作動する音響的なもの、可視または赤外線帯域内で作動する光学的なものまたは電磁的（パルスまたはドップラー・レーダー）なものにすることができる。実際上、ガードマンの存在を必要とするビデオ監視カメラとは別に、最も広範囲に使用されているセンサーは赤外線センサーおよびマイクロ波ドップラー・センサーであり、これらのセンサーは一概に連続的に送信される波である送信波と移動する目標物たる侵入者によりシフトされる反射波周波数との間のビーティングに依存している。
【０００４】
本発明は極めて正確にこの分野に係わるものであるが、本発明を利用するドップラー・センサーと組み合わせてこの赤外線センサーを侵入者検出システムとして採用することは不可能ではないであろう。
【０００５】
シフトが送信器に対する目標物の半径方向速度で生じることは知られており、この目標物は以下の式に従ってその波に対する反射体を形成する。
【０００６】
△ｆ＝２ｆ0 （ｖｒ／ｃ） （Ｉ）
ここで△ｆは周波数シフトであり、ｆ0 は送信波の周波数であり、ｖｒは目標物の半径方向速度であり、ｃは光の速度である。
【０００７】
また、前記の式（Ｉ）は原則として相対的ドップラー・フィツオイ効果と同じものとなる非相対的ドップラー効果に対して比ｖｒ／ｃの極めて低い値が与えられることに注目されよう。
【０００８】
移動する目標物のみに応答する全てのセンサーと同様、ドップラー・センサーは、そのセンサーが監視すべき空間を走査する目的上枢軸運動する必要がないとすると、その監視されている建造物の壁、内壁、設備類等といった包囲する固定構造物で構成された固定目標物の存在に起因する欠点が無い。しかしながら、本例の場合、センサーに対する固定障害物の半径方向速度とその対応する周波数シフトが必要な信号と干渉せず、または信号を処理することにより無視することができるよう枢軸速度を選択することができる。
【０００９】
ドップラー・センサーからの信号を処理することは、第一に入力における雑音レベルを低減することにより（当該雑音のパワーは帯幅に比例する）、信号／雑音比を改善し、第二にセンサーの走査により生じる周波数といった望ましくない周波数を除去する意味から適切な帯幅でのフィルター処理を予め当然に予定している。
【００１０】
侵入者検出装置に関連あるフランスの規格ＮＦ Ｃ ４８ ２２９は侵入者監視の目標速度の範囲を０．３ｍ／ｓおよび３ｍ／ｓの間に設定した。（通信当局で割り当てられたＸ帯域内の）９．９ＧＨｚの基本周波数により、限界周波数は１９．９Ｈｚと１９９Ｈｚ、即ち実質的に２０Ｈｚと２００Ｈｚである。
【００１１】
侵入者が感知されないことがない限り、侵入者監視システムの信頼性は明らかに第一にそのセンサーの感度に依存するものである。しかしながら、発生源が侵入者でない信号に対する反応をセンサーが示さない場合は、センサーの感度と併せて増加する程度にセンサーの選択性に殆ど同等に依存している。
【００１２】
信号発生源に基付く信号の判定は、ドップラー信号がその発生源に対して特徴を有しているという事実に対して可能とされるものであり、これらの特徴は元の発生原因の兆候として知られる内容を構成している。
【００１３】
この発生原因の示す内容を検討することには主として経験的手段により既に認識された攪乱現象の兆候を集めることが含まれる。フランスの規格ＮＦ Ｃ ４８ ２２９は蛍光管で生じる干渉を述べている。ドップラー・センサーを使用する侵入者検出システムはフアン、垂直に簾状にされたブラインド、カーテンおよび樋内を流れる水での干渉に晒されてきている。
【００１４】
蛍光管とは別に、その撹乱現象となるものは、センサーの領域内で移動してドップラー信号を発生する目的物（フアン・ブレード、移動するカーテンまたはブラインド、落下する水滴）である。蛍光管はＡＣ線の電圧の各１／２サイクルでの放電により形成されるプラズマからのマイクロ波信号の反射により干渉信号を発生する。センサーによってピック・アップされた戻り信号はＡＣ線電圧の周波数の２倍に等しい基本周波数および調和波のきわめて広いスペクトルで変調される。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的はある程度の確実性を以てその特定の種類の生き物の存在を認識するため、ドップラー・センサーからの信号を処理するようにした特定の種類の生き物の存在を検出する方法を提供することにある。
【００１６】
この目的は、送信波と監視空間内の移動する目標物によるドップラー・フィツオイ効果でシフトされる反射波周波数との間でビーティングにより発生する低周波信号を供給するマイクロ波ドップラー・センサーが内部に配設されている監視空間内の特定の種類の生きている物、特に人間の存在を検出する方法であって、信号が、必要とされる増幅およびフィルター処理後に、その特定の種類の生き物の存在を認識するためその生き物の種類に特有のセンサー特徴部分から信号の周波数スペクトルを示すようディジタル化され、処理されるようにしたものにおいて、ディジタル化された信号の処理が以下の段階、即ち
ａ）ディジタル化された信号の全体のエネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する段階（段階１１）と；
ｂ）主周波数の存在を検出するようにした少なくとも１つの自動相関試験を段階（ａ）で発生された信号に適用する段階（段階１３）と；
ｃ）段階（ｂ）で検出された主周波数を排除するよう調節されたフィルターによりそのディジタル化された信号をフィルター処理する段階（段階１４）と；
ｄ）フィルター段階（ｃ）で生成された信号の全体エネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する段階（段階１５）と；
ｅ）段階（ｄ）から信号をフィルター処理し、安定しており生き物の特定の種類の運動に固有の特定の周波数帯域を分離させる段階（段階１７）と；
ｆ）生き物の特定の種類に特有のもので且つインター・スペクトル・エネルギーを定義付けすべくメモリー内に記憶された基準信号との暫定的相互関係の試験を段階（ｅ）からの信号に適用し、それぞれ閾値エネルギー以上のインター・スペクトル・エネルギーと閾値エネルギー以下のインター・スペクトル・エネルギーに対応する少なくとも１つの２状態信号を送信する段階とからなることを特徴とする方法によって達成される。
【００１７】
先に述べた干渉現象の兆候の検討の結果、これらの現象の幾つかには顕著な周期的特性があることおよびその兆候は主としてドップラー・センサーからの信号に存在している１種類以上の特定周波数にあることが判明した。元の原因を構成している現象が分析されれば、これは予測可能であるかも知れない。しかしながら、これらの現象の調査内容を確定し、その調査を実施することが必要であろう。その上、これら主周波数をフィルター処理することは要求される兆候を構成している本質的情報を含む信号を残すことに繋がり、または、主周波数を除去した後にその信号内に残している顕著な周期的特性の無い干渉現象の兆候が、基準となる兆候の相互相関関係の分析でその関連ある兆候とは識別し得ることを予測することは従前には不可能であった。
【００１８】
本発明の方法の段階（ａ）ないし段階（ｃ）は本質的に周期的干渉信号の除去をもたらし；段階（ａ）は入力における雑音を低減化し、段階（ｂ）は自動相関関係による主周波数の存在を確定し、コヒーレント様式でおよび歪みの危険性を最低の状態にしてそのディジタル化された主周波数をブロックすべく段階（ｃ）でのフィルター作用の調節を制御する。
【００１９】
その上、本出願人の保護の下に実施されている生き物、特に人間の兆候を検討することは２種類の信号、即ち、一方の偶発的信号と他方の実質的に時間と併せて再生可能な信号を示した。最初の信号は生き物の時々の運動に起因するものであり、第２の信号は歩行中の呼吸と肉体の曲げ等といった肉体的運動に起因するものである。これらの肉体的運動はリズムが変動しているが、これらのリズム内での比較的一定の続きがあり、また、最初これらの運動で生じる信号は特に周波数帯域にて特定の情報をもたらすこと、また、第２にこの情報は生き物の特定の種類に特有の基準信号との一時的相関関係で認識し得ることが判明した。
【００２０】
結局、（主周波数の除去に続く）情報をもたない信号をブロックする段階（ｄ）の後で、段階（ｅ）は特定の周波数帯域を選択するよう実行され、これが信号の望まれていない要素を除去し、引き続き段階（ｆ）ではその監視空間内に特定の種類の生き物が存在しているか否かを誤差の危険性を最低にした状態で判断することになる。
【００２１】
段階（ｂ）と段階（ｃ）は段階（ａ）へ移動する前に主周波数が除去されるまで繰り返すことが好ましい。
【００２２】
監視空間は多数の干渉現象の生じる場所であり、その同じ１種類の干渉源は１個以上の主周波数を発生することがある。
【００２３】
信号の全体の振幅が正規化されたレベルになり、これが後続のディジタル処理を容易にするようにした段階に引き続き各種フィルター段階が行われることが好ましい。
【００２４】
他の局面においては、本発明では、センサーに対する目標物の運動に依存し且つ送信波と監視空間内の移動目標物による反射波との間でビーティングにより発生する低周波信号を供給するようになっているマイクロ波ドップラー・センサーと、必要とされる増幅およびフィルター処理の後でセンサーからの信号をディジタル化する手段と、生き物の特定の種類に固有の特徴をセンサーからの信号の周波数スペクトル内で検出するようディジタル化された信号をフォーマット化し、基準信号と適切に比較する少なくとも１つのメモリーとプログラムを伴ったマイクロ・プロセッサーとを含むプロセッサー手段とを備えた選択性を高めた監視空間内で特定の種類の生き物特に人間の存在を検出する装置であって：
（ｍ）ディジタル化された信号のエネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する手段と、
（ｎ）主周波数の存在を示すようにした少なくとも１つの自動相関試験を従前の手段からの信号に適用する手段と、
（ｐ）入力部でディジタル化された信号を受入れ、自動相関試験で検出された主周波数を排除すべく調節された第１のフィルターと、
（ｑ）第１のフィルターでフィルター処理された信号の全体エネルギーを決定し、閾値以下の全体エネルギーを有する信号を除去することができる比較器手段と、
（ｒ）比較器手段から信号を受取り、安定しており生き物の特定の種類の運動に固有の特定周波数帯域を分離させるよう調節された第２のフィルターと、
（ｓ）メモリー内に記憶され、生き物の特定の種類に固有の基準信号との相関関係の一時的試験であって、スペクトル間エネルギーを定める試験を先に述べた特定の周波数帯域に低減された信号に適用し、それぞれ閾値より大きいおよび閾値より小さいスペクトル間エネルギーに対応する少なくとも１つの２状態信号を出力する手段とからなることを特徴とする装置が提案される。
前記の装置は本発明による方法を実行するよう適合している。
【００２５】
本発明の２次的特徴とその諸利点については添付図面を参照して一例として行われる以下の説明から明らかとなろう。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１のフロー・チャートと図２のブロック図に示された監視空間内での特定の種類の生き物、選択された事例における人間の存在を検出する選択された方法においては、１Ｈｚの解像度を有するドップラー・センサーが本例においては周波数ｆ0 ＧＨｚのマイクロ波放射ビームをその監視空間内に放出し、その監視空間内の干渉物で反射される放射を受け取る。移動して行く干渉物または目標物から反射される放射は既に与えられている式、即ち
△ｆ＝２ｆ0 ｖｒ／ｃ
に従ったドップラー効果での周波数シフト△ｆを受ける。
【００２７】
センサー１は送信される放射と反射される放射の間のビーティングにより発生される周波数△ｆを抽出する。後者の周波数は低雑音増幅器２で増幅され、（帯域幅に比例する）雑音を制限して別の信号を防止する２００Ｈｚのカット・オフ周波数にてロー・パス・フィルターでフィルター処理される。次に、この信号は５１２Ｈｚのサンプリング周波数を使用してアナロウ・ディジタル・コンバーター４に適用される。
【００２８】
図２で一層明瞭に理解可能な如く、ディジタル化された信号はマイクロ・プロセッサー３０に給送され、このマイクロ・プロセッサーはそれぞれ以後一層明らかになる信号処理プログラミング素子と基準兆候を含む２個のメモリー３１，３２と関連している。
【００２９】
アナログ・ディジタル・コンバーター４からのディジタル信号の処理（１０）は段階１１ないし段階２０を含み、これらの段階は以後引き続き説明する各段階を含む演算過程と併せてこれらの段階が入手する特定の結果の条件にて最初に説明する。
【００３０】
処理は要求される分析解像度、マイクロ・プロセッサーの演算容量および侵入者の存在の所要検出速度の間の補償を表す１秒（５１２のサンプル）の持続時間にて連続サイクルにて行われる。
【００３１】
段階１１はドップラー信号のエネルギー内容を決定し、閾値エネルギー以下のエネルギー内容を有する信号を除去し、この閾値エネルギーは雑音とドップラー信号の間の判定を表している。これら２つの作動はＷ？およびＷ＞ｗ0 の式で記号化される。エネルギー・レベルによる判定は雑音のランダムな性質が原因で振幅レベルによる判定に先立って選択された。雑音スパイクを実際のドップラー信号に変換する確率は極めて低くなければならず、雑音のエネルギー分布は振幅分布のものより極めて低い比例している標準偏差を備えている。実際、選択された帯域幅サンプリング周波数と周期的期間の場合、平均的雑音パワーは１．２４ｘ１０-3 Ｖ2 であり、標準偏差は９．０９ｘ１０-5 Ｖ2 であり、閾値エネルギーを平均雑音エネルギーを上廻る６の標準偏差、即ち、１．７９ｘ１０-3 Ｖ2 にてセットする場合、望む信号として解釈するガウシアン雑音の確立は１秒の繰り返し周期に対して３２年に１回である。
【００３２】
段階１２は段階１１からの信号のレベルを改変若しくは正規化し、兆候比較作動はその比較される信号が同様の振幅を有しているものと事前に推量する。この正規化段階は式Ｗ＝１で記号化される。
【００３３】
段階１３および１４は周期特性との干渉信号により主周波数を除去する。段階１３は主周波数または周波数（Ｆｄ）を示す自動相関試験（ＡＣ！）を適用する。周期的現象はそれ自体でその周期以上に相関付けられる。段階１４は段階１３で示された主周波数（Ｆｄ）にバンド停止フィルター処理（ディジタル適合型フィルター処理）を適用する。１個以上の主周波数が検出されれば、段階１３および１４は全ての主周波数を除去する目的から繰り返される。
【００３４】
段階１５は主周波数を除去した後の信号のエネルギーを決定し、閾値を下廻るエネルギー内容を有する信号を除去し、これらの信号は有用な情報を含んでいないものと見做し、これらの作動はＷ？とＷ＞ｗ1 の式で記号化される。
【００３５】
段階１６は段階１２のものと同様の目的を以て段階１５からの信号のレベルを正規化し、式Ｗ＝１で記号化される。
【００３６】
段階１７は大略１５Ｈｚないし３５Ｈｚの範囲に対応するバンド・パス・フィルターで行われるフィルター処理を適用する。本発明の開発中に実行された人の兆候の分析は本質的に全ての人の兆候がこのスペクトル部分では安定化特徴を備え、一方、段階１６からの信号における残りの擬似兆候はこの範囲における人の兆候の干渉とならないような要素を特徴として備えていない。平坦なイン・バンド応答曲線を有するスペクトルのエネルギーの最低撓みを生じさせねばならないフィルターはそれに応じてセットされる特性を有するバターワース (Butterworth)バンドパス・フィルターである（低いカット・オフ周波数、高いカット・オフ周波数および順序）。実際、低いカット・オフ周波数と高いカット・オフ周波数はそれぞれ１６Ｈｚと３４Ｈｚであり、その順序は第６番目の順序である。
【００３７】
その上、フィルター処理はフィルター処理後の信号の存在に対するサーチが行われる。
【００３８】
段階１８は段階１２および１６の場合と同様の様式で且つ同じ理由からそのフィルター段階１７からの信号を正規化する。
【００３９】
段階１９はメモリー３２内に記憶されている基準信号ＳREF との暫定的相互関係試験を適用するものであり、その試験はスペクトル間エネルギーＴW を供給するものである。この段階１９は式ＩＣ！で記号化される。この基準信号ＳREF は以下の過程で得られた。
【００４０】
センサーに対する目標たる人の相対的変位方向（半径方向および横方向）、運動速度および目標物からセンサー迄の距離を変える多数の人の特徴が集められた。
【００４１】
平均偏差と標準偏差両者で特徴付けられる如く、他方の兆候に対する各兆候の認識割合の広がりを示す目的からその兆候に対応する全ての信号で相互相関関係試験が実施された。
【００４２】
最良の平均偏差と最低の標準偏差での兆候が選択された。得られた兆候の運動特性は３ｍの距離で１．４ｍ／ｓ（５ｋｐｈ）の速度での横方向運動であった。
【００４３】
横方向運動はそれ自体では何らドップラー・シフトを生ぜしめないので、その対応する兆候は人に固有の運動に依って作り出され、それの全体的変位では作り出されないことに注意のこと。
【００４４】
段階２０は段階１９で決定されたスペクトル間エネルギーＴW を閾値エネルギーＴ0 と比較する。（この作動は式ＴW ＞Ｔ0 で記号化される。） 結果がイエスであれば信号がこの監視される空間内での人の存在の検出に対応する出力２１に送られる。
【００４５】
監視空間内の人の存在に関しての確実性の複数個のレベルを定める目的からスペクトル間エネルギーを複数個の閾値エネルギーと比較することが可能であることが理解されよう。図２に示される如く、信号ＴW は相互相関スペクトル・アナライザー３３に供給される。低い閾値エネルギーより大きいスペクトル間エネルギーの現出は人間の存在と被る危険性についての確実性の度合いに応じて異なる作動をもたらすよう相互相関スペクトルの適切な分析をトリガーする。
【００４６】
先に説明した各種段階についてここでその採用されている演算過程を条件に検討する。
【００４７】
アナログ・ディジタル・コンバーター４の出力において信号は１秒の持続時間のサイクルに（段階１１の第１相）バッフアー・メモリー内に移送される毎秒あたり５１２のサンプルで構成される。次に、このサンプルは０．２で分割され、第２バッフアー・メモリー内に記憶される。
【００４８】
正規化後、この信号は級数の形態になっている。
【００４９】
ｘ1 (k) = Ａ＊(k) ここで、k =0,.....,511 (1)
この級数のフーリエ変換ｘ1 (n) は式
【数１】
【００５０】
係数 exp−j2π kn/Nは前述の如く演算され、メモリー内に記憶される。
【００５１】
次に、式
P1 (n) = X 1 *(n)X 1 (n)/512 2 ここで n = 0,.......511 (3)
を使用してスペクトル・パワーが演算される。
【００５２】
ピーク・パワーの決定に際してはＰ1(n)の演算された値を通じての作動が必要であり；その値が設定された閾値を下廻る場合は処理は中断される。
【００５３】
次の段階１２に進むには、その信号が連続状態ではないが、サイクルの５１２のサンプルに分割され、それが各サイクルの開始時と終了時における遷移が原因となる雑音を無くすことを必要とするような事実を許容する必要がある。これは式
x 2 (k) = x(k).(0.54-0.46.cos (2πk/N)） ここで、k = 0,.....N-1 (4)
を使用してハニング（Hanning)・ウインドウに信号を適用することで得られる。
一連の演算では信号の周波数成分と時間成分を使用しており、ハニング（Hanning)・ウインドウはこれら２形式の要素の送信のための良好な補償を表している。
【００５４】
段階１２は正規化が含まれており；一連の正規化された値の演算は一連の入力の最大振幅値と最低振幅値の間の差で分割される１０のウインドウ処理後の一連の入力の項に対する乗算因子を利用している。
【００５５】
段階１３は式
r 3 (j) = Σx 3 (k)x3 (j- 511+k)
ここで、j = 0.....1022 kは 0ないし511 (5)
r 4 (j) = Σx 3 (k)r3 (j-1022+k) ここで、j = 0,....2044 (6)
によりｒ3 を与え、次にｒ4 (j) を与える２つの連続する自動相関関係を実施する。
【００５６】
級数ｒ4 (j) は項に２０４５ないし２０４７に対して値０を割り当てることで完了する。
【００５７】
二重自動相関関係は平均周波数よりむしろ同様のエネルギー内容にて２つの主周波数を検出できることに注目のこと。
【００５８】
実際、式（５）と（６）による自動相関演算では多すぎる作動、多すぎる演算時間および多すぎる記憶箇所が要求される。従って、フーリエ変換、周波数ドメインにおける自動相関および時間ドメインに戻る逆のフーリエ変換を実行することが好都合である。
【００５９】
自動相関の演算に引き続き、概算されるパワーＰｅが式（３）と同様の式を使用して演算され、概算の周波数Ｆｅが演算される。
【００６０】
段階１４には適合フィルター処理が含まれる。それぞれ０．９５Ｆｅと１．０５Ｆｅの低いおよび高いカット・オフ周波数を有する第３順位のバターワース（Butterworth)バンド停止フィルターが使用される。
【００６１】
段階１３および１４は依然段階１４からの出力に主周波数が存在する場合は繰り返し行われる。
【００６２】
段階１５には式（２）に類似している式によりフーリエ変換を使用してのスペクトル・パワーおよび式（３）に類似した式を使用してのスペクトル・エネルギー演算の概算が含まれる。再度、このスペクトル・エネルギーは閾値と比較され、処理はこの信号のエネルギーがこの閾値を下廻る場合は中止され、これは開始時に周期的干渉信号のみが存在していたことを意味する。
【００６３】
段階１６は信号を正規化する。
【００６４】
示された如く、段階１７はそれぞれ１６Ｈｚと３４Ｈｚの低いカット・オフ周波数と高いカット・オフ周波数を有する６番目のオーダーのバターワース（Butterworth)フィルターを使用してのフィルター段階である。係数（ａ（ｋ））が予め計算され、この過程は級数を演算することで構成されている。
【００６５】
【数２】
信号ｘ6 はフーリエ変換（式（２））、スペクトル・パワー演算（式（３））およびピーク・パワー決定を使用しての重要なスペクトル・エネルギーを備えているか否かを決定する目的で分析される。
【００６７】
信号が大きいエネルギーを有していれば、段階１９の相関関係が有効となるよう再びその信号が正規化される。
【００６８】
段階１９においてy(k)がメモリー３２内に記憶されている基準兆候を表す場合は、段階１８からの２つの信号ｘ7 (k) とｙ(k）の間の相関関係が
【数３】
【００６９】
この段階において、処理は演算を簡略化する目的から周波数ドメイン内に移動する。ｙ(k) とｘ7 (k) は点１０２３迄長くされ、ｙ(k) = 0 でｘ7 (k) = 0 となり、ｋ＝512,.....1022 となり、ここでは
Ｒ6 (n) = Y*(m)x7 (n)
が得られる。
【００７０】
級数ｘ7 (k) とＹ(k) はフーリエ変換の第１演算を（予め計算された係数と共に）使用するよう点１０２４迄長くされる。
【００７１】
逆フーリエ変換後に、スペクトル・パワーＰ15(n) = R*6 (m)R6 (n)/10242 が演算され、次に、概算されたパワーが演算される。この後者のパワーは段階２０において閾値と対比される。
【００７２】
生き物、本例の場合は人間の存在を検出する方法は特定の様式、特に人の位置に基付く変位とは無関係に特定の領域にいる人によるドップラー信号に晒される特徴の僅かの分析、ドップラー信号を劣化できる擬似信号の僅かの分析に基付いていること、信号の処理が最初はその人の兆候をマスキングし易い信号の構成要素を無くし、次に人の兆候がその安定化した特徴の大部分を備えているドメインを分離させる目的で或る順序にて考えていたことが理解されよう。
【００７３】
その上、生き物の存在を検出することは監視空間若しくは建造物内の侵入者の検出に限定されないものであることが理解されよう。生き物の存在を検出することについての確実性の度合いに従って各種作用をトリガーする目的で段階１９の相互相関関係で発生される信号を分析する可能性について既に説明した。存在の検出に対する応答をアラームの如き保護作用にする必要がないことは最早言うまでもない。ワークステーションで働いている人間の存在を監視しまたは単に建造物の照明または建造物の一部分の照明を制御することも可能である。
【００７４】
さらに、基準となる人の兆候を選択する目的で使用された方法と類似している方法により決定される特定の基準兆候の使用により人以外の生き物の存在を検出することが可能であり、選択された特定の種類の生き物の存在若しくは非存在を監視するに際し、好都合の局面を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を構成する作動のフロー・チャート。
【図２】本発明の方法を実施する装置のブロック図。
【符号の説明】
１ センサ−
２ 低雑音増幅器
３ ローパス・フィルター
４ アナログ・ディジタル・コンバーター
１０ 処理
１１ 段階
１２ 段階
１３ 段階
１４ 段階
１５ 段階
１６ 段階
１７ 段階
１８ 段階
１９ 段階
２０ 段階
２１ 出力
３０ マイクロ・プロセッサー
３１ メモリー
３２ メモリー
３３ 相互関係スペクトル・アナライザー
Claims (12)
- 送信波と監視空間内を移動する目標物によるドップラー・フィツオイ効果でシフトされる反射波周波数との間でビーティングにより発生する低周波信号を供給するマイクロ波ドップラー・センサーが内部に配設されている監視空間内で特定の種類の生き物、特に人間の存在を検出する方法であって、信号が、必要とされる増幅およびフィルター処理後に、その特定の種類の生き物の存在を認識するためその生き物の種類に特有のセンサー特徴部分から信号の周波数スペクトルを示すようディジタル化され処理されるようにしたものにおいて、ディジタル化された信号の処理が以下の段階、即ち
ａ）ディジタル化された信号の全体のエネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する段階（段階１１）と；
ｂ）主周波数の存在を検出するようにした少なくとも１つの自動相関試験を段階（ａ）で発生された信号に適用する段階（段階１３）と；
ｃ）段階（ｂ）で検出された主周波数を排除するよう調節されたフィルターによりそのディジタル化された信号をフィルター処理する段階（段階１４）と；
ｄ）フィルター段階（ｃ）で生成された信号の全体エネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する段階（段階１５）と；
ｅ）段階（ｄ）から信号をフィルター処理し、安定化し生き物の特定の種類の運動に固有の特定の周波数帯域を分離させる段階（段階１７）と；
ｆ）生き物の特定の種類に特有のもので且つインター・スペクトル・エネルギーを定義付けすべくメモリー内に記憶された基準信号との暫定的相互関係の試験を段階（ｅ）からの信号に適用し、それぞれ閾値エネルギー以上のインター・スペクトル・エネルギーと閾値エネルギー以下のインター・スペクトル・エネルギーに対応する少なくとも１つの２状態信号を出力する段階とからなることを特徴とする方法。 - 段階（ｂ）における自動相関試験（１３）が二重自動相関試験であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 段階（ｄ）へ進む前に主周波数が除去されるまで段階（ｂ）（１３）および（ｃ）（１４）が繰り返されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 段階（ａ）と（ｂ）との間に信号の全体エネルギーが正常化される段階（ａ’）（１２）が挿入されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の方法。
- 段階（ｄ）と段階（ｅ）との間に信号の全体エネルギーが正常化される段階（ｄ’）（１６）が挿入されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の方法。
- 段階（ｅ）において信号が適切に調整されたフィルター（１７）を通過するようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の方法。
- 段階（ｅ）と段階（ｆ）の間に信号の全体エネルギーが正常化される段階（ｅ’）（１８）が挿入される請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の方法。
- センサーに対する目標物の運動に依存し且つ送信波と監視空間内の移動目標物による反射波との間でビーティングにより発生する低周波信号を供給するようになっているマイクロ波ドップラー・センサー（１）と、必要とされる増幅（２）およびフィルター処理（３）の後でセンサーからの信号をディジタル化する手段（４）と、生き物の特定の種類に固有の特徴をセンサー（１）からの信号の周波数スペクトル内で検出するようディジタル化された信号をフォーマット化し、基準信号と適切に比較する少なくとも１つのメモリー（３１），（３２）とプログラムを伴ったマイクロ・プロセッサー（３０）とを含むプロセッサー手段とを備えた選択性を高めた監視空間内で特定の種類の生き物、特に人間の存在を検出する装置であって：
（ｍ）ディジタル化された信号のエネルギーを決定し、閾値エネルギー以下のエネルギーを有する信号を除去する手段（１１）と、
（ｎ）主周波数の存在を示すようにした少なくとも１つの自動相関試験を従前の手段からの信号に適用する手段（１３）と、
（ｐ）入力部でディジタル化された信号を受入れ、自動相関試験で検出された主周波数を排除すべく調節された第１のフィルター（１４）と、
（ｑ）第１のフィルターでフィルター処理された信号の全体エネルギーを決定し、閾値以下の全体エネルギーを有する信号を除去することができる比較器手段（１５）と、
（ｒ）比較器手段から信号を受取り、安定しており生き物の特定の種類の運動に固有の特定周波数帯域を分離させるよう調節された第２のフィルター（１７）と、
（ｓ）メモリー（３２）内に記憶され、生き物の特定の種類に固有の基準信号との相関関係の一時的試験であって、スペクトル間エネルギーを定める試験を先に述べた特定の周波数帯域に低減された信号に適用し、それぞれ閾値より大きいおよび閾値より小さいスペクトル間エネルギーに対応する少なくとも１つの２状態信号を出力する手段（１９）とからなることを特徴とする装置。 - 請求項８の副項（ｍ），（ｎ），（ｐ），（ｑ），（ｒ），（ｓ）がマイクロ・プロセッサー（３０）と関連し、且つ順番に実行される適切な演算プログラムの形態にて実施されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
- ドップラー・センサー（１）が９．９ＧＨｚの周波数にて出力することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の装置。
- 基準信号がドップラー・センサー（１）から３ｍの距離にて１．４ｍ／ｓの速度にて移動している人間の横方向変位に対応することを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の装置。
- 保護空間内への人の侵入を検出する請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載の装置の適用。
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