JP3887674B2 - 不審者探知システム - Google Patents

Description

本発明は認可された人物と不審者とを弁別し、不審者が警戒領域内に侵入したことを探知し、必要に応じて警報を発するシステムに関する。

従来、不審な行動をする、或いは不審な行動をした人物をチェックするために監視カメラを設置することが行われている。しかし、多数の人が出入りする場所において、監視カメラにより直ちに、かつ的確に不審者か否かを弁別するのは不可能に近い。そのため、多数の人が出入りする場所へ不審者が侵入するのをより確実に防止するために、出入りを許可した人に予めＩＤを付与しておき、ゲートに設置した読み取り装置でＩＤを無線式等で読み取り、正しいＩＤを持っているか否かをチェックするシステムが知られている。

しかし、ＩＤをチェックするシステムにおいては、人の出入りする場所を限定する必要があるが、このような限定が困難な場合も多く、単にゲートでチェックするだけではセキュリティ上十分ではない。また、必ずゲートを通ってチェックを受ける必要があるため、荷捌き場等のように業務内容によってはその遂行に支障をきたす可能性もある。毒物混入事件や縫い針の混入事件が後を絶たない昨今、不審者の侵入防止が困難であった荷捌き場等におけるこのような事件の発生を防止するセキュリティシステムの構築が求められている。

本発明は上記課題を解決するためのもので、チェックゲート等を設ける必要がなく、警戒領域内に不審者が侵入するとこれを直ちに探知できるようにすることを目的とする。

本発明は、高周波信号の電波を特定スポットに放射し、反射波を受信して高周波信号の位相変化よりスポット内での物体の動きを検出するマイクロ波センサを配置し、特定スポットにより所定領域をカバーし、マイクロ波センサの信号を取り込んでデータ処理する処理装置と、前記所定領域に出入りする認可者の任意箇所に取り付けられ、前記マイクロ波センサより放射される電波を検出し、検出した電波をＩＤ信号で変調して認可者認識用信号として送信する認識用機器とを備え、前記マイクロ波センサでスポット内の物体の動きと、認可者認識用のＩＤ信号を検出するようにしたシステムであって、前記処理装置は、マイクロ波センサにより物体の動きが検出されず、かつＩＤ信号が検出されたとき、認識用機器忘れであると判別することを特徴とする。

本発明によれば、簡便な機器によって認可された人物と不審者を弁別し、不審者が警戒スポットに侵入したことを直ちに探知することが可能で、センサの設置位置を意図的侵入者に見破られるおそれもなく、しかも認識用機器忘れも判別できるので荷捌き場等の多数の人が出入りするような場所における不審者の侵入防止に多大な効果を発揮することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明における警戒スポットを説明する図で、図１（ａ）は３次元的に見た図、図１（ｂ）は警戒スポットの平面図、図２は不審者か否かを弁別するための認可者用帽子を説明する図である。
図１（ａ）において、センサ１ー１〜１ーｎはマイクロ波センサ（詳細は後述）であり、図１（ｂ）に示す警戒スポット２ー１〜２ーｎをカバーするようにそれぞれアンテナから電波を放射し、その反射波を受信して、反射波の位相の変位から警戒スポット内における人や小動物の動き（変位）を検出するとともに、認識用の信号が検出されたか否かにより認可者か非認可者かの弁別を行う。センサとしては、可視光や赤外線センサはその性格上どうしても受光部や発光部が露出していなければならず、意図的侵入者に見破られるおそれがある。これに対して電波を用いるマイクロ波センサは、表面を誘電体で覆うことが可能であり、センサがどこにあるかを秘匿することができる。マイクロ波センサは、例えば天井、壁等適宜の位置に設置し、警戒スポットは多少相互に離れるようにしても、一部領域が重なるようにしてもよく、センサ数は警戒必要範囲に応じて任意に設定でき、警戒の必要のない部分にはセンサを配置しなければ設備費の節約をすることができる。なお、マイクロ波センサで使用する電波は、電波法で許される範囲（例えば３０ＭＨｚ以上）を使用し、携帯電話より遙に小さい出力で可能であり、電磁波ノイズ、健康への影響はない。

図２において、認可者用帽子３には認識用機器４が取り付けられており、センサから送信される検出用電波５を検出し、認可者に割り当てられたＩＤの情報、例えばＭ系列符号で変調して（或いは周波数割り当ての変調、振幅変調も可能）、認識用電波６として送信する。認識用機器４は検出した電波を増幅して反射波として送信し直すアクティブリフレクタであり、キャリアとして検出用電波を使用するためキャリア発振器は不要であるが、変調と増幅のための電源、例えば小型のリチウム電池を内蔵し、また、電波の送受信のためのアンテナとして、例えば平面アンテナを使用する。なお、ここでは認識用機器４を認可者用帽子に取り付けるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、制服の一部（ベルトやポケット等）、手袋、靴等適宜作業の邪魔にならない箇所に取り付けるようにしてもよい。

図３は本発明の不審者探知システムの概念図である。
センサ１ー１〜１ーｎで検出した信号は、信号処理装置（ＣＰＵ）１０に取り込まれ、ここで人や小動物の動きの情報と、認識用電波のＩＤ情報とから不審者か否かを判別し、結果を表示器１１、警報器１２へ出力し、またホストコンピュータ１３へ転送する。例えば、荷捌き場等では多数の人が動いており、警戒スポット内にいる人や小動物の動きが各センサで検出され、同時に認識用電波のＩＤ情報が取り込まれる。信号処理装置１０には、例えば、動きの検出フラグＦ１（動きが検出されたとき「１」、それ以外は「０」）と、ＩＤ情報検出フラグＦ２（正しいＩＤ情報が検出されたとき「１」、それ以外は「０」）が設定されており、フラグＦ１及びフラグＦ２ともに「１」のときは認可者、フラグＦ１が「１」、フラグＦ２が「０」のときは不審者（あるいは小動物）、フラグＦ１が「０」、フラグＦ２が「１」のときは認可者用帽子が放置されていると判別する。信号処理装置１０は事務室等に置かれた制御盤等であり、ホストコンピュータ１３で集中管理する。勿論、信号処理装置１０自体をホストコンピュータコンピュータとして集中管理を行うようにしてもよい。

次に、マイクロ波センサについて説明する。
図４はセンサを構成するヘテロダイン方式の送信器と受信器の回路構造の一例を示すブロック図である。
送信器２０において、高周波（中間周波数）発生器２１の出力は、分配／合成器２２、増幅器２３を経てミクサ２４において局部発振器３８の出力と混合されて周波数変換され、増幅器２５、分配／合成器２６、増幅器２７を経て、送信用同軸ケーブル２８に供給されてアンテナ（図示せず）から検出用電波５として放射され、警戒スポットを形成する。警戒スポットからの反射波と認識用電波６は受信器３０で受信される。受信用同軸ケーブル３７上の受信信号は、増幅器３１、減算器３２、増幅器３３を経てミクサ３４で局部発振器３８の出力と混合されて中間周波数に変換され、増幅器３５を経て検波器３６に供給され、位相が９０°異なる１対の検波出力Ｅ₁ 及びＥ₂ に変換される。送信器内の分配／合成器２６の分岐出力ｅ_p は、不要反射波相殺信号発生器３９に供給され、この発生器３９の出力ｅ_q は受信器内の減算器３２に供給される。送信器内の分配／合成器２２の分岐出力ｅ_c は、検波器３６に供給される。

図５は検波器の内部構成を示す図である。
受信器３０の増幅器３５からの信号ｅ_r は２分されて、一方は乗算器３６１に被乗数信号として供給され、他方は乗算器３６２に被乗数信号として供給される。また、送信器内の分配／合成器２２の分岐出力ｅ_c も２分されて、一方はそのまま乗算器３６１に乗数信号ｅ_c として供給され、他方は９０°移相器３６３を経て乗算器３６２に乗数信号ｅ_s として供給される。乗算器３６１、３６２で同期検波された出力は、それぞれ低域フィルタ３６４、３６５を通って、直交成分検波出力Ｅ₁ 及びＥ₂ となる。

図６は不要反射波相殺信号発生器の内部構成を示す図である。
送信器内の分配／合成器２６の分岐出力ｅ_p は、可変移相器３９１と可変減衰器３９２により、それぞれ位相と振幅が調節されて、不要反射波相殺信号ｅ_q となる。

ここで、図４〜図６に示された回路、特に受信器の動作を説明する。
一般に、送信信号ｅ_T と受信信号ｅ_R は、
ｅ_T ＝ａ_T ｃｏｓω₀ ｔ （１）
ｅ_R ＝ａ_R ｃｏｓω₀ （ｔ−τ） （２）
ａ_T 、ａ_R ：定数
ω₀ ：角周波数＝２πｆ₀
ｆ₀ は例えば１２００ＭＨｚ
ｔ：時間
τ＝２Ｒ／Ｖ
Ｒ：反射体までの距離
Ｖ：電波の速度
の式で表わすことができる。

説明を簡明にするため、減算器３２は無いと仮定すると、中間周波数に変換されて検波器３６に入力される受信信号ｅ_r は、
ｅ_r ＝ａ_r ｃｏｓω（ｔ−τ） （３）
ω：周波数変換後の中間角周波数＝２πｆ
ｆは例えぱ１０ＭＨｚ
の式で表わすことができる。

他方、分配／合成器２２により分岐された送信信号の一部ｅ_c は、
ｅ_c ＝ａ_c ｃｏｓωｔ （４）
と表わすことができる。乗算器３６１によりｅ_c とｅ_r を乗算すると、
ｅ_c ×ｅ_r ＝ａ_m ｃｏｓωｔｃｏｓω（ｔ−τ）
＝(1/2) ａ_m ｛ｃｏｓω（２ｔ−τ）＋ｃｏｓωτ｝ （５）
ａ_m ＝ａ_r ×ａ_c
また、ｅ_c を９０°移相した信号ｅ_s とｅ_r とを乗算器３６２により乗算すると、
ｅ_s ×ｅ_r ＝(1/2) ａ_m ｛ｓｉｎω（２ｔ−τ）＋ｓｉｎωτ｝ （６）
（５）式及び（６）式において、右辺を展開したときの第１項は、放射電波の２倍の周波数を持つが、第２項におけるωτは、反射体が静止物体の場合は一定であり、運動体の場合でも、その変化の周波数は第１項に比して極めて低い。したがって、これら乗算器の出力をそれぞれ低域フィルタ３６４及び３６５を通すと、（５）式及び（６）式の右辺第１項に対応する成分が除去されて、検波出力Ｅ₁ 及びＥ₂ は、
Ｅ₁ ＝（１／２）ａ_m ｃｏｓωτ （７）
Ｅ₂ ＝（１／２）ａ_m ｓｉｎωτ （８）
となる。

以上の説明は任意の一つの反射波についてのものであり、したがって、探知対象である運動体、例えば生体からの反射波の位相（電波が往復に要する時間）をτ₀ とし、それ以外の障害物、すなわち静止物からの反射波の位相をτ_n で代表すれば、検波出力Ｅ₁ 及びＥ₂ は、
Ｅ₁ ＝（１／２）ａ_m ｃｏｓωτ₀ ＋（１／２）ａ_m ′ｃｏｓωτ_n （９）
Ｅ₂ ＝（１／２）ａ_m ｓｉｎωτ₀ ＋（１／２）ａ_m ′ｓｉｎωτ_n （10）
となるはずである。

上記２式の右辺第２項は、探知対象とは無関係な、いわばノイズである。ところが、通常、ａ_m ′はａ_m よりも著しく大きいため、このままでは、第１項、すなわち探知対象に対応する信号がノイズの中に埋もれてしまい、十分な感度が得られない。そこで、減算器５２及び不要反射波相殺信号発生器３９（図４）が設けられる。分配／合成器２６の分岐出力ｅ_p の位相と振幅を、可変移相器３９１と可変減衰器３９２（図６）により、増幅器３１からの受信信号の主要成分のそれらとほほ等しくなるように調整し、それを減算器３２に供給して、増幅器３１からの受信信号から差し引く。実際には、減算器３２の出力をレベルメータなどで監視しながら、それが最小となるように、可変移相器３９１と可変減衰器３９２を調節すればよい。これにより、（９）式と（１０）式の右辺第２項の振幅を第１項に対する後述の検知処理に支障がない程度に小さくすることができる。

ところで、探知対象である運動体とアンテナの間の距離は、運動体の動き、例えば、生体の呼吸、心拍、身体各部の動きなどに応じて、僅かであるが変動し、それに起因して、対象物からの反射波の位相τ₀ が変動する。したがって、（９）式及び／又は（１０）式の変化分を調べれば、探知対象である運動体を検知することができる。探知対象までの距離の平均値をＲ₀ で表わし、変動分をｒで表わせば、
ωτ₀ ＝ω・２（Ｒ₀ ＋ｒ）／Ｖ
＝（２ω／Ｖ）Ｒ₀ ＋（２ω／Ｖ）ｒ
ここで、２ω／ＶとＲ₀ は一定であるから、（２ω／Ｖ）Ｒ₀ ＝Ａ、２ω／Ｖ＝Ｂと置けば、（９）式と（１０）式は次のように書き替えられる。ただし、前述のようにして低減された不要反射波信号の残りを△Ｅ₁ と△Ｅ₂ で表わすと、 Ｅ₁ ＝（１／２）ａ_m ｃｏｓ（Ａ＋Ｂｒ）＋△Ｅ₁
Ｅ₂ ＝（１／２）ａ_m ｓｉｎ（Ａ＋Ｂｒ）＋△Ｅ₂
となる。

しかるに、Ｒ₀ は数ｍ程度であるのに対して、ｒはせいぜい数ｃｍ程度であるから、｜Ａ｜≫｜Ｂｒ｜であり、したがって、次の近似式
Ｅ₁ ≒（１／２）ａ_m ｛ｃｏｓＡ−ＢｒｓｉｎＡ｝＋△Ｅ₁ （11）
Ｅ₂ ＝（１／２）ａ_m ｛ｓｉｎＡ＋ＢｒｃｏｓＡ｝＋△Ｅ₂ （12）
が成り立つ。

これら２式の右辺を展開したときの第１項と第３項は一定、すなわち直流成分であるから、高域フィルタによって除去することができ、それにより、第２項が示す反射波信号の変化分、すなわち探知対象である運動体の動きを検知することができる。ここで、９０度位相が異なる検波出力Ｅ₁ 及びＥ₂ を発生させる理由について説明すると、変化量ｒの係数であるｓｉｎＡとｃｏｓＡにおいて、Ａすなわち（２ω／Ｖ）Ｒ₀ がπの整数倍に近い時には、ｓｉｎＡ≒０となるので、Ｅ₁ による検知は不可能になるが、｜ｃｏｓＡ｜≒１となるので、Ｅ₂ による検知の感度は最大となり、また、Ａがπ／２の整数倍に近いときには、ｃｏｓＡ≒０となるので、Ｅ₂ による検知は不可能となるが、｜ｓｉｎＡ｜≒１となるので、Ｅ₁ による検知の感度は最大となる。したがって、Ａの値の如何にかかわらず、検出不能という事態を避けることができるのである。

図７は検波出力Ｅ₁ 及びＥ₂ から運動体を検知するための回路の一例を示す図である。
高域フィルタ４０及び４１は検波出力Ｅ₁ 及びＥ₂ からそれぞれ直流成分を除去し、その結果、（１１）式及び（１２）式の右辺第２項に対応する信号のみが増幅器４２及び４３で増幅される。増幅された出力は、それぞれＡ／Ｄ変換器４４及び４５でティジタル信号に変換されてから、算術演算回路４６に供給されて、式（１１）及び（１２）の右辺第２項（変化分）の２乗の和が算出され、その結果を高速フーリェ変換器４７がスペクトル解析して、得られたパワースペクトルから変位ｒに対応した信号が得られる。

次に、認可者の弁別について説明する。
図８は認可者用帽子に設けられた認識用機器の回路構成を示す図である。受信アンテナ５２で受信された検出用電波は増幅器５３で増幅され、ミクサ５１でＲＯＭ５０に記憶されたＩＤ信号と乗算され、増幅器５４を経てアンテナ５５から認識用電波として放射される。いま、増幅器５３、５４のゲインをＧ₁ 、Ｇ₂ 、ＩＤ信号をｍ（ｔ）で表し、マイクロ波センサから放射される電波が（１）式に示されるように、角周波数ω₀ であるとき、認識用機器から反射されてマイクロ波センサで受信される認識用電波ｅ_D は、
ｅ_D ＝ｋG₁G₂ｍ（ｔ−τ／２）ｃｏｓω₀ （ｔ−τ−τ′） （13)
で表される。ここでτ′はシステム時間遅れである。そして、センサ内で中間周波数ωに変換されるとすると、検波器３６（図４）の出力のｃｏｓ成分のみに着目すると、
ｅ_c ×ｅ_D
＝ｋ′G₁G₂ｍ（ｔ−τ／２）ｃｏｓωｔｃｏｓω（ｔ−τ−τ′）（14)
となり、低域フィルタ３６４または３６５の出力Ｅ₃ は、
Ｅ₃ ＝（ｋ′Ｇ₁ Ｇ₂ ／２）ｍ（ｔ−τ／２）ｃｏｓω（τ＋τ′）（15)
となる。（ｋ′Ｇ₁ Ｇ₂ ／２）、ｃｏｓω（τ＋τ′）は一定とみなせるので、ＩＤ信号ｍ（ｔ−τ／２）に応じた信号が得られる。一方、ＩＤを持たない人の信号の場合の出力Ｅ₄ は（１５）式において ｍ（ｔ−τ／２）＝１に相当し、 Ｅ₄ ＝（ｋ′Ｇ₁ Ｇ₂ ／２）ｃｏｓω（τ＋τ′） （16)
と表され、（１１）、（１２）式の場合と同様、低域フィルタを通すことにより変位信号が得られるだけである。こうして、認可者か否かを弁別することができる。

図９は認識用機器における他の変調方式を説明する図である。
この例は、ＲＯＭ５０に記憶されているＩＤのデータにより、増幅器５６のゲインを変えて検出用電波を変調するものである。認可者の弁別は図８の場合と同様である。

図１０はホモダイン検波を用いて変位検出、認可者の弁別を行う回路構成を示す図である。図４においてはマイクロ波センサにヘテロダイン方式を用いたが、本発明はホモダイン方式を用いてもよい。なお、便宜上、周波数変換部分は省略して説明する。
高周波発振器６１の出力を増幅器６２で増幅して、アンテナ６４から電波を放射し、アンテナ６５で反射波を受信する。増幅器６６で増幅した信号と、方向性結合器６３からの信号を、互いに導波路上λ／８ずれた位置、すなわち９０°位相のずれた位置でそれぞれダイオードＤにより混合・検波し、それぞれＣＲからなる低域フィルタよりＥ₁ 、Ｅ₂ を出力する。この出力は、図４における出力に該当し、この回路を用いても同様に変位信号、認可者弁別信号を得ることが可能である。

なお、本願発明は上記の例に限定されるものではなく、いろいろな変形が可能である。例えば、送信波に模擬ＩＤ信号を重畳し、模擬ＩＤ信号が受信信号から解読できるか否かによりセンサの動作チェックを行うことができる。また、ＩＤを持つ人の居場所がスポット単位で分かり、その人の移動情報を記録することもできる。また、変位信号がなく、ＩＤ信号のみ得られる場合は、認可者用帽子忘れ対策に使用できる。また、ホストコンピュータと通信することにより、必要な時、必要な場所の人の有無情報を得ることができ、また、監視カメラと連動することにより、異常発生時、直ちに現場を監視することが可能である。さらに、マイクロ波センサとは別に認可者識別用のセンサを各マイクロ波センサに設けるようにしてもよい。

本発明によれば、荷捌き場等の多数の人が出入りするような場所における不審者の侵入防止に多大な効果を発揮できるので、産業上の利用可能性は極めて大きい。

本発明における警戒スポットを説明する図である。 不審者か否かを弁別するための認可者用帽子を説明する図である。 本発明の不審者探知システムの概念図である。 ヘテロダイン方式の送信器と受信器の回路構造の一例を示すブロック図である。 検波器の内部構成を示す図である。 不要反射波相殺信号発生器の内部構成を示す図である。 検波出力及びから運動体を検知する回路の一例を示す図である。 認可者用帽子に設けられた認識用機器の回路構成を示す図である。 認識用機器における他の変調方式を説明する図である。 ホモダイン検波方式を用いた回路構成を示す図である。

符号の説明

１ー１〜１ーｎ…マイクロ波センサ、２ー１〜２ーｎ…警戒スポット、１０…信号処理装置、１１…表示器、１２…警報器、１３…ホストコンピュータ、２０…送信器、２１…高周波発生器、２２，２６…分配／合成器、２４，３４…ミクサ、２３，２５，２７，３１，３３，３５…増幅器、２８…送信用同軸ケーブル、３０…受信器、３２…減算器３２、３６…検波器、３７…受信用同軸ケーブル、３８…局部発振器、３９…不要反射波相殺信号発生器３９、３６１，３６２…乗算器、３６４、３６５…低域フィルタ、３９１…可変移相器、３９２…可変減衰器３９２、４０，４１…高域フィルタ、４２，４３…増幅器、４４，４５…Ａ／Ｄ変換器、４６…算術演算回路、４７…高速フーリェ変換器、５０…ＲＯＭ、５１…ミクサ、５２…受信アンテナ、５３，５４，５６…増幅器、５５…アンテナ、６１…高周波発振器、６２，６６…増幅器、６３…方向性結合器、６４，６５…アンテナ。

Claims (3)

1. 高周波信号の電波を特定スポットに放射し、反射波を受信して高周波信号の位相変化よりスポット内での物体の動きを検出するマイクロ波センサを配置し、特定スポットにより所定領域をカバーし、マイクロ波センサの信号を取り込んでデータ処理する処理装置と、
   前記所定領域に出入りする認可者の任意箇所に取り付けられ、前記マイクロ波センサより放射される電波を検出し、検出した電波をＩＤ信号で変調して認可者認識用信号として送信する認識用機器とを備え、
   前記マイクロ波センサでスポット内の物体の動きと、認可者認識用のＩＤ信号を検出するようにしたシステムであって、
   前記処理装置は、マイクロ波センサにより物体の動きが検出されず、かつＩＤ信号が検出されたとき、認識用機器忘れであると判別することを特徴とする不審者探知システム。
2. 前記処理装置は、マイクロ波センサにより物体の動きを検出し、かつＩＤ信号が検出されたとき、認可者であると判別することを特徴とする請求項１記載の不審者探知システム。
3. 前記処理装置は、マイクロ波センサにより物体の動きを検出し、かつＩＤ信号が検出されなかったとき、不審者であると判別することを特徴とする請求項１記載の不審者探知システム。
   

Images