JP4950537B2 - Moving object detection device - Google Patents

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本発明は、ドップラ信号を周波数分析することによって移動物体に基づくドップラ周波数を抽出して移動物体を特定する装置に関する。特に、雨滴等の落下と人体の移動とを識別可能な移動物体検装置に関する。
The present invention relates to an apparatus for identifying a moving object by extracting a Doppler frequency based on the moving object by performing frequency analysis of the Doppler signal. In particular, to drop a human body moving and identifiable moving object detection device, such as rain drops.

近年、監視空間にマイクロ波、ミリ波等の電波を送信して、監視空間内に存在する物体からの反射波を受信して得られたドップラ信号を周波数分析することによって移動物体の速度や移動物体までの距離を計測するセンサが知られている。これらの内、周波数が僅かに異なる2種類の電波を送受信して移動物体までの距離を高精度に計測する方法として2周波CW方式が知られている。   In recent years, the speed and movement of moving objects are analyzed by frequency analysis of Doppler signals obtained by transmitting radio waves such as microwaves and millimeter waves to a monitoring space and receiving reflected waves from objects existing in the monitoring space. Sensors that measure the distance to an object are known. Of these, a two-frequency CW method is known as a method for measuring the distance to a moving object with high accuracy by transmitting and receiving two types of radio waves having slightly different frequencies.

2周波CW方式は、送信した2種類の送信周波数に対応する受信波間の位相差から距離を求める方式である。通常、受信波の位相を直接計測することができないため、送信波と受信波をミキシングしてドップラ信号を生成し、その位相差から移動物体までの距離を求める方法が採られる。   The two-frequency CW method is a method for obtaining a distance from a phase difference between received waves corresponding to two types of transmitted transmission frequencies. Usually, since the phase of the received wave cannot be directly measured, a method of generating a Doppler signal by mixing the transmitted wave and the received wave and obtaining the distance to the moving object from the phase difference is employed.

下記特許文献1、2には、自動車用の衝突防止装置として2周波数CW方式を利用した車載レーダ装置が記載されている。
特開2003−232853号公報 特開2002−71793号公報
The following Patent Documents 1 and 2 describe an in-vehicle radar device that uses a two-frequency CW system as an automobile collision prevention device.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-232853 JP 2002-71793 A

しかしながら、監視空間内への人間の侵入検知を対象とするセンサに2周波CW方式を使用する場合には、センサ直下を落下する水滴によって発生するドップラ信号が問題となる場合がある。ドップラ信号の強度は移動物体の反射断面積に比例し、センサと移動物体との間の距離の4乗に反比例するという性質があるため、センサから遠い距離であれば前述の雨滴の落下等は強度が非常に小さくなるため問題ないが、センサから非常に近い距離を雨滴が落下する場合、そのドップラ信号の強度は非常に強いものとなり、場合によっては監視空間中をセンサから或る程度離れた位置を移動する人間に起因するドップラ信号が正しく測定できなくなるという問題があった。   However, when the two-frequency CW method is used for a sensor for detecting human intrusion into the monitoring space, a Doppler signal generated by a water droplet falling directly under the sensor may be a problem. The intensity of the Doppler signal is proportional to the reflection cross section of the moving object and is inversely proportional to the fourth power of the distance between the sensor and the moving object. There is no problem because the intensity is very small, but when a raindrop falls at a very close distance from the sensor, the intensity of the Doppler signal becomes very strong, and in some cases it is some distance away from the sensor in the monitoring space There has been a problem that the Doppler signal caused by a person moving in position cannot be measured correctly.

また、本来複数の移動物体の速度が異なればドップラ信号を周波数分析することにより得られるドップラ周波数により複数物体の切り分けは可能であるが、前述のような雨滴の落下現象に起因するドップラ信号は、持続時間の短いインパルス的な信号であるため、ドップラ信号を周波数分析して得られるドップラ周波数成分は、強度が強く周波数軸上の広がりが広帯域なものとなるため、人間の移動速度が異なったとしても雨滴の落下に起因するドップラ周波数成分に埋もれてしまうという問題があった。   In addition, if the speed of a plurality of moving objects is originally different, it is possible to classify a plurality of objects by the Doppler frequency obtained by frequency analysis of the Doppler signal, but the Doppler signal resulting from the raindrop falling phenomenon as described above is Because it is an impulse-like signal with a short duration, the Doppler frequency component obtained by frequency analysis of the Doppler signal has a strong intensity and a wide spread on the frequency axis. However, there was a problem that it was buried in the Doppler frequency component due to the fall of raindrops.

かかる課題を解決するために、本発明は、監視空間へ周波数が互いに異なる複数の送信波を時分割送信する送信手段と、前記送信波に対する反射波を受信する受信手段と、前記送信波ごとに、当該送信波及びその反射波からドップラ信号を抽出するドップラ信号抽出手段と、前記各送信波に対応した複数の前記ドップラ信号の差信号を複数生成する差信号生成手段と、前記複数の差信号同士の位相差を算出する位相差算出手段と、前記位相差から前記ドップラ信号のドップラ周波数を算出するドップラ周波数算出手段と、前記ドップラ周波数における前記差信号の振幅および当該ドップラ周波数における前記位相差に基づく距離から移動物体からの反射の強度分布を算出する強度分布算出手段と、前記ドップラ周波数における前記位相差に基づく距離および当該ドップラ周波数における速度から移動物体の速度分布を算出する速度分布算出手段と、前記強度分布から同一移動物体とみなす固まりを求め、当該固まりの距離における前記速度分布を参照して同一移動物体毎に得られる検出対象らしさの度合いから検出対象の移動物体の有無を判定する判定手段とを有することを特徴とする移動物体検出装置を提供する。
In order to solve such a problem, the present invention provides a transmission unit for time-division transmission of a plurality of transmission waves having different frequencies to a monitoring space, a reception unit for receiving a reflected wave with respect to the transmission wave, and for each transmission wave A Doppler signal extracting means for extracting a Doppler signal from the transmission wave and the reflected wave, a difference signal generating means for generating a plurality of difference signals of the plurality of Doppler signals corresponding to the transmission waves, and the plurality of difference signals. A phase difference calculating means for calculating a phase difference between them, a Doppler frequency calculating means for calculating a Doppler frequency of the Doppler signal from the phase difference, and an amplitude of the difference signal at the Doppler frequency and the phase difference at the Doppler frequency. and intensity distribution calculating means for calculating the intensity distribution of the reflection from a moving object from distance based, based on the phase difference in the Doppler frequency A velocity distribution calculating means which calculates the velocity distribution of the moving object from the velocity at Ku distance and the Doppler frequency, determine the mass regarded as the same moving object from said intensity distribution, the same movement with reference to the velocity distribution in the distance between the masses There is provided a moving object detection apparatus comprising: a determination unit that determines presence / absence of a moving object to be detected based on a degree of likelihood of being detected for each object.

また、前記位相差算出手段は、少なくとも複数の前記位相差の組を算出し、前記ドップラ周波数算出手段は、前記複数組の位相差を比較し、略一致する周波数帯域をドップラ周波数として抽出することが好適である。   Further, the phase difference calculating means calculates at least a plurality of sets of phase differences, and the Doppler frequency calculating means compares the plurality of sets of phase differences and extracts a substantially coincident frequency band as a Doppler frequency. Is preferred.

更に、前記複数組の位相差の比に基づき、前記複数の送信波間の周波数間隔の比を算出する送信周波数間隔比算出手段と、前記送信周波数間隔比算出手段にて算出した周波数間隔の比と事前に設定した周波数間隔比を比較し、一致せずに変動を検出すると、前記送信波の周波数を事前に設定した周波数間隔比を保つように補正するよう前記送信手段に指示を与える補正指示手段とを設けることが好適である。
Further, a transmission frequency interval ratio calculating means for calculating a ratio of frequency intervals between the plurality of transmission waves based on a ratio of the plurality of sets of phase differences, and a ratio of frequency intervals calculated by the transmission frequency interval ratio calculating means A correction instruction means for comparing the preset frequency interval ratios and instructing the transmission means to correct the frequency of the transmission wave so as to maintain the preset frequency interval ratio when a variation is detected without matching. Are preferably provided.

受信したドップラ信号同士の差信号を用いることにより、センサと移動物体との距離が近づくほど振幅を抑制する信号処理を行うことで、センサからの距離が近い位置に雨滴が落下する場合などノイズの影響を排除することができ、広い範囲の監視領域を高精度で計測することが可能な移動物体検出センサを実現することができる。   By using the difference signal between the received Doppler signals and performing signal processing that suppresses the amplitude as the distance between the sensor and the moving object gets closer, noise drops such as when a raindrop falls at a position closer to the sensor. It is possible to realize a moving object detection sensor that can eliminate the influence and can measure a wide monitoring area with high accuracy.

以下、本発明の実施の形態(以下、実施形態という)である移動物体検出装置について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、移動物体検出装置を、監視空間への人間の侵入を検知する移動物体検出センサの用途で用いた場合の例について説明する。また、送受信する信号をマイクロ波とし、3つの異なる周波数のマイクロ波を時分割で送受信する場合の例として説明する。   Hereinafter, a moving object detection device according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example will be described in which the moving object detection device is used for a use of a moving object detection sensor that detects human intrusion into a monitoring space. Further, an example will be described in which a signal to be transmitted / received is a microwave, and microwaves of three different frequencies are transmitted / received in a time division manner.

<実施形態1>
図1及び図2は、実施形態1に係る移動物体検出装置の概略ブロック構成図であり、図1には送信部及び受信部が詳しく示されており、図2には処理部が詳しく示されている。
<Embodiment 1>
FIGS. 1 and 2 are schematic block configuration diagrams of the moving object detection apparatus according to the first embodiment. FIG. 1 shows a transmitter and a receiver in detail, and FIG. 2 shows a processor in detail. ing.

送信部100は、階段状の電圧波形を発生する階段波発生器110、マイクロ波を発生する電圧制御型発振器120、マイクロ波の逆流を防ぐと共に、マイクロ波を送信アンテナ140とミキサ220に分配する方向性結合器130、及びマイクロ波を監視空間に放射する送信アンテナ140で構成され、異なる3つの周波数f,f,fを持つ連続的なマイクロ波を時分割で監視空間に送信する。 The transmitter 100 includes a staircase wave generator 110 that generates a stepped voltage waveform, a voltage-controlled oscillator 120 that generates a microwave, a backflow of the microwave, and distributes the microwave to the transmission antenna 140 and the mixer 220. The directional coupler 130 and the transmission antenna 140 that radiates microwaves to the monitoring space are configured to transmit continuous microwaves having three different frequencies f 1 , f 2 , and f 3 to the monitoring space in a time division manner. .

3周波CW方式である本装置では、階段波の電圧値は、マイクロ波の周波数を規定する。電圧制御型発振器120では、階段波の電圧値に基づいた周波数のマイクロ波を発生する。すなわち、階段波発生器110は、3種類の電圧値が周期的に現れる図3に示すような電圧波形を発生し、これにより電圧制御型発振器120は、周波数f,f,fのマイクロ波を順次発生する。本実施形態では、fを24.15000GHz、fを24.15125GHz、fを24.15375GHzとする。 In the present apparatus that uses the three-frequency CW method, the voltage value of the staircase wave defines the frequency of the microwave. The voltage controlled oscillator 120 generates a microwave having a frequency based on the voltage value of the staircase wave. In other words, the staircase wave generator 110 generates a voltage waveform as shown in FIG. 3 in which three types of voltage values appear periodically, whereby the voltage controlled oscillator 120 has the frequencies f 1 , f 2 , and f 3 . Microwaves are generated sequentially. In the present embodiment, f 1 is 24.15000 GHz, f 2 is 24.15125 GHz, and f 3 is 24.15375 GHz.

また、階段波の発生周期は、マイクロ波の周波数の切替周期を規定する。すなわち、電圧制御型発振器120では、階段波に同期してマイクロ波の周波数をf→f→f→f→…といった具合に切り替える。階段波は受信部200の切替器230にも入力され、サンプルホールド240,242,244の同期にも利用される。階段波の発生周期は通常、数十kHzから数百kHz程度に設定する。本実施形態では、発生周期を80kHzとする。これにより切替周期は4.17μ秒に規定される。 The generation period of the staircase wave defines the switching frequency of the microwave frequency. That is, in the voltage controlled oscillator 120, the frequency of the microwave is switched in the order of f 1 → f 2 → f 3 → f 1 →... In synchronization with the staircase wave. The staircase wave is also input to the switch 230 of the receiving unit 200 and is also used for synchronizing the sample hold 240, 242, and 244. The generation period of the staircase wave is usually set to about several tens of kHz to several hundreds of kHz. In the present embodiment, the generation period is 80 kHz. As a result, the switching period is defined as 4.17 μsec.

送信部100から送信されたマイクロ波は、監視空間内に存在する物体で反射され、反射波として受信部200で受信される。監視空間内に移動物体が存在する場合、反射波には移動物体によるドップラ成分が含まれる。   The microwave transmitted from the transmission unit 100 is reflected by an object existing in the monitoring space, and is received by the reception unit 200 as a reflected wave. When a moving object exists in the monitoring space, the reflected wave includes a Doppler component due to the moving object.

受信部200は、反射波を受信する受信アンテナ210、反射波と方向性結合器130からのマイクロ波とをミキシングして反射波に含まれるドップラ成分のみを抽出し、ドップラ信号として出力するミキサ220、階段波発生器110からの階段波の発生周期に同期してドップラ信号を周波数fのマイクロ波によるものと周波数fのマイクロ波によるもの及び周波数fのマイクロ波によるものとに分離する切替器230、切替器230によって不連続になった各ドップラ信号を補間するサンプルホールド240,242,244(図1ではS/Hと略記)、ドップラ信号間で差を計算する差信号算出部250,255、各ドップラ差信号を増幅するアンプ260,265、各ドップラ差信号の折り返し歪みを抑圧するアンチエリアスフィルタ270,275、A/D変換器280,285で構成される。 The receiving unit 200 receives the reflected wave, and mixes the reflected wave and the microwave from the directional coupler 130 to extract only the Doppler component included in the reflected wave, and outputs the mixer 220 as a Doppler signal. , in synchronism with the generation period of the staircase from staircase generator 110 separates the Doppler signal into a by microwave and the frequency f 3 by by microwave frequency f 1 and the microwave frequency f 2 Switcher 230, sample hold 240, 242 and 244 (abbreviated as S / H in FIG. 1) for interpolating each Doppler signal discontinuous by switcher 230, and difference signal calculation unit 250 for calculating the difference between Doppler signals. 255, amplifiers 260 and 265 for amplifying each Doppler difference signal, anti-area for suppressing aliasing distortion of each Doppler difference signal Filter 270, 275, and the A / D converter 280, 285.

アンチエリアスフィルタ270、275は比較的急峻な帯域阻止特性を持つアナログフィルタとする。A/D変換器280,285はサンプリングレートが11.025kHzのものを採用する。このときのナイキスト周波数は移動物体の速度に換算すると時速123kmに相当し、侵入検知で分析しようとする人間の移動速度に相当する周波数より十分に高い。   The anti-alias filters 270 and 275 are analog filters having a relatively steep band rejection characteristic. The A / D converters 280 and 285 employ a sampling rate of 11.025 kHz. The Nyquist frequency at this time corresponds to 123 km / h when converted to the speed of the moving object, and is sufficiently higher than the frequency corresponding to the moving speed of the person to be analyzed by the intrusion detection.

すなわち、受信部200は、反射波を受信し、反射波に含まれる3つの周波数のドップラ成分の抽出、異なる2組のドップラ成分を選択し、選択したドップラ成分の差分である差信号を算出、算出した差信号をデジタル信号に変換して処理部300へ出力する。   That is, the receiving unit 200 receives a reflected wave, extracts Doppler components of three frequencies included in the reflected wave, selects two different sets of Doppler components, and calculates a difference signal that is a difference between the selected Doppler components. The calculated difference signal is converted into a digital signal and output to the processing unit 300.

以下、周波数fのマイクロ波によるドップラ信号を第一ドップラ信号、周波数fのマイクロ波によるドップラ信号を第二ドップラ信号、周波数fのマイクロ波によるドップラ信号を第三ドップラ信号と称する。 Hereinafter, the Doppler signal by the microwave of the frequency f 1 is called a first Doppler signal, the Doppler signal by the microwave of the frequency f 2 is called a second Doppler signal, and the Doppler signal by the microwave of the frequency f 3 is called a third Doppler signal.

また、第一ドップラ信号と第二ドップラ信号との時間軸上で差を求めた信号を第一ドップラ差信号と称し、同様に、第二ドップラ信号と第三ドップラ信号の差を求めた信号を第二ドップラ差信号と称する。   A signal obtained by calculating a difference between the first Doppler signal and the second Doppler signal on the time axis is referred to as a first Doppler difference signal, and similarly, a signal obtained by calculating a difference between the second Doppler signal and the third Doppler signal. This is referred to as a second Doppler difference signal.

ここで、差信号を求める際には、いずれのドップラ信号から他方を引いても、その情報を処理部300が記憶しておけば構わない。また、第一ドップラ信号と第三ドップラ信号と差を求めた信号を用いることもできる。2周波CW方式の原理により、ドップラ差信号同士の位相差を求める必要があるため、3つのドップラ信号から少なくとも2つのドップラ差信号を求めることが必要となる。   Here, when obtaining the difference signal, the processing unit 300 may store the information regardless of which Doppler signal is subtracted from the other. A signal obtained by calculating a difference between the first Doppler signal and the third Doppler signal can also be used. Since it is necessary to obtain the phase difference between the Doppler difference signals based on the principle of the two-frequency CW method, it is necessary to obtain at least two Doppler difference signals from the three Doppler signals.

次に、図2を参照して、第一ドップラ差信号および第二ドップラ差信号に対する処理部300の処理について説明する。   Next, processing of the processing unit 300 for the first Doppler difference signal and the second Doppler difference signal will be described with reference to FIG.

処理部300は、デジタル信号を処理するDSPやCPU等のプロセッサ、プログラムやパラメータを記憶するFLASHメモリ等の不揮発性メモリ、処理結果等を一時記憶するDRAM等の揮発性メモリ等により構成される。   The processing unit 300 includes a processor such as a DSP or a CPU that processes digital signals, a nonvolatile memory such as a FLASH memory that stores programs and parameters, a volatile memory such as a DRAM that temporarily stores processing results, and the like.

処理部300は、受信部200から入力される第一ドップラ差信号、第二ドップラ差信号を蓄積するバッファ部310,315、高速フーリエ変換(FFT;Fast Fourier Transform)等により複素スペクトルに変換する周波数分析部330,335、第一ドップラ差信号および第二ドップラ差信号の複素スペクトルを基にドップラ周波数,ドップラ振幅値,ドップラ位相差を抽出するドップラ周波数抽出部340、移動体検知装置から移動物体までの距離を算出する距離算出部350、移動物体の速度分布を算出する速度分布算出部370、移動物体の強度分布を算出する強度分布算出部360と、侵入者の有無を判定する侵入判定部380と、判定結果を出力する出力部400から構成される。
これらの各部はプログラムとして不揮発性メモリに記憶されたプログラムや各種ハードウエア・ファームウエアにて構成されている。
The processing unit 300 is configured to store the first Doppler difference signal and the second Doppler difference signal input from the receiving unit 200, buffers 310 and 315 that store the second Doppler difference signal, a frequency to be converted into a complex spectrum by Fast Fourier Transform (FFT) or the like. From the analysis units 330 and 335, the Doppler frequency extraction unit 340 that extracts the Doppler frequency, the Doppler amplitude value, and the Doppler phase difference based on the complex spectrum of the first Doppler difference signal and the second Doppler difference signal, from the moving body detection device to the moving object A distance calculation unit 350 that calculates the distance of the moving object, a velocity distribution calculation unit 370 that calculates the velocity distribution of the moving object, an intensity distribution calculation unit 360 that calculates the intensity distribution of the moving object, and an intrusion determination unit 380 that determines the presence or absence of an intruder. And an output unit 400 that outputs a determination result.
Each of these units includes a program stored in a non-volatile memory as a program and various hardware and firmware.

以下、処理部300に含まれる各部について説明する。
バッファ部310は、A/D変換器280でデジタル化された第一ドップラ差信号のデータのうち、少なくともN個の最新データを蓄積する。本実施形態では、FIFO(First In First Out)バッファで構成し、Nを2048とする。
Hereinafter, each unit included in the processing unit 300 will be described.
The buffer unit 310 stores at least N latest data among the data of the first Doppler difference signal digitized by the A / D converter 280. In the present embodiment, a FIFO (First In First Out) buffer is used, and N is 2048.

周波数分析部330は、バッファ部310からのデータにハミング窓によるウィンドウ処理を施し、ウィンドウ処理したデータをFFTにより周波数分析して複素スペクトルを算出する。尚、ウィンドウ処理の窓関数としてハニング窓等を用いても良いし、周波数分析を離散フーリエ変換(DFT;Discrete Fourier Transform)等で行っても良い。   The frequency analysis unit 330 performs window processing using a Hamming window on the data from the buffer unit 310, and performs frequency analysis on the windowed data using FFT to calculate a complex spectrum. Note that a Hanning window or the like may be used as a window function for window processing, and frequency analysis may be performed by a discrete Fourier transform (DFT) or the like.

バッファ部315、周波数分析部335は第二ドップラ差信号を処理する。バッファ部315はバッファ部310と、周波数分析部335は周波数分析部330と、それぞれ同じであるので説明は省略する。   The buffer unit 315 and the frequency analysis unit 335 process the second Doppler difference signal. Since the buffer unit 315 is the same as the buffer unit 310 and the frequency analysis unit 335 is the same as the frequency analysis unit 330, description thereof will be omitted.

ドップラ周波数抽出部340は、周波数分析部330から入力される第一ドップラ差信号の複素スペクトルと、周波数分析部335から入力される第二ドップラ差信号の複素スペクトルを用いて便宜的に第三ドップラ差信号の複素スペクトルを算出し、3つのドップラ差信号の複素スペクトル同士の位相差を用いて、ドップラ周波数を算出する。   The Doppler frequency extraction unit 340 uses a complex spectrum of the first Doppler difference signal input from the frequency analysis unit 330 and a complex spectrum of the second Doppler difference signal input from the frequency analysis unit 335 for the sake of convenience. The complex spectrum of the difference signal is calculated, and the Doppler frequency is calculated using the phase difference between the complex spectra of the three Doppler difference signals.

具体的には、第一ドップラ差信号および第二ドップラ差信号のそれぞれの複素スペクトルの位相差成分の比が、送信周波数の間隔比とほぼ一致するという関係を用いることによりドップラ周波数を検出する。3つのドップラ信号間の2つの位相差は互いに独立ではなく、3種類の送信周波数の間隔との間に式(1)の関係が成り立つ。   Specifically, the Doppler frequency is detected by using the relationship that the ratio of the phase difference components of the complex spectrum of each of the first Doppler difference signal and the second Doppler difference signal substantially coincides with the transmission frequency interval ratio. The two phase differences between the three Doppler signals are not independent from each other, and the relationship of Expression (1) is established between the three types of transmission frequency intervals.

Figure 0004950537
Figure 0004950537

ここで位相差Δφ(f)と位相差Δφ(f)は各々第二と第一、第三と第二のドップラ信号の位相差を示す。式(1)の関係を満たす周波数成分をドップラ周波数として検出することにより、人間のようにドップラ信号を周波数分析したときに明確なピークが出現しない場合でもドップラ周波数を検出することが可能となる。 Here, the phase difference Δφ 1 (f) and the phase difference Δφ 2 (f) indicate the phase difference between the second and first, and the third and second Doppler signals, respectively. By detecting the frequency component satisfying the relationship of Expression (1) as the Doppler frequency, the Doppler frequency can be detected even when a clear peak does not appear when the Doppler signal is frequency-analyzed like a human being.

ドップラ周波数抽出部340が第一ドップラ差信号および第二ドップラ差信号のそれぞれの複素スペクトルの位相θ(f)、θ(f)から位相差Δφ(f)と位相差Δφ(f)を算出する方法について説明する。第一ドップラ差信号および第二ドップラ差信号のそれぞれの複素スペクトルの位相とドップラ信号間の位相差には式(2)に示す関係がある。 The Doppler frequency extraction unit 340 calculates the phase difference Δφ 1 (f) and the phase difference Δφ 2 (f from the phase θ 1 (f), θ 2 (f) of the complex spectrum of each of the first Doppler difference signal and the second Doppler difference signal. ) Will be described. The phase of the complex spectrum of each of the first Doppler difference signal and the second Doppler difference signal and the phase difference between the Doppler signals have a relationship shown in Expression (2).

Figure 0004950537
Figure 0004950537

ここで、θ(f)は、第三ドップラ差信号の複素スペクトル(第三ドップラ信号と第一ドップラ信号の差信号における複素スペクトル)の位相を示す。上式において新たに、第三のドップラ差信号の位相が必要になるが、ここでは、第一ドップラ差信号および第二ドップラ差信号のそれぞれの複素スペクトルから、便宜的に第三のドップラ差信号の複素スペクトルを求める方法を説明する。 Here, θ 3 (f) indicates the phase of the complex spectrum of the third Doppler difference signal (the complex spectrum of the difference signal between the third Doppler signal and the first Doppler signal). In the above equation, the phase of the third Doppler difference signal is newly required. Here, from the respective complex spectrums of the first Doppler difference signal and the second Doppler difference signal, the third Doppler difference signal is used for convenience. A method for obtaining the complex spectrum of will be described.

第三ドップラ差信号(第三ドップラ信号と第一ドップラ信号の差)の複素スペクトルFs3(f)は第一ドップラ差信号の複素スペクトルをFs1(f)と第二ドップラ差信号の複素スペクトルをFs2(f)を用いて式(3)から算出する。 The complex spectrum F s3 (f) of the third Doppler difference signal (difference between the third Doppler signal and the first Doppler signal) is the complex spectrum of the first Doppler difference signal F s1 (f) and the complex spectrum of the second Doppler difference signal. Is calculated from Equation (3) using F s2 (f).

Figure 0004950537
Figure 0004950537

次に、得られた3つ差信号の複素スペクトルから第一から第三のドップラ差信号の位相特性θ(f),θ(f),θ(f)を算出する。
Next, the phase characteristic of the first from the complex spectra of the three difference signals obtained third Doppler difference signal θ 1 (f), θ 2 (f), calculates theta 3 to (f).

次に、算出した位相特性θ(f),θ(f),θ(f)から位相差Δφ(f),Δφ(f)を前述の式に従い算出する。尚、コスト的に許容されるのであれば、図1のハードウエアの構成にA/D変換器等を追加して、第三ドップラ差信号の複素スペクトルを直接測定できるようにしてもよい。 Next, phase differences Δφ 1 (f) and Δφ 2 (f) are calculated from the calculated phase characteristics θ 1 (f), θ 2 (f), and θ 3 (f) according to the above-described formula. If the cost is acceptable, an A / D converter or the like may be added to the hardware configuration of FIG. 1 so that the complex spectrum of the third Doppler difference signal can be directly measured.

また、周知のようにドップラレーダ装置においては、2つのドップラ周波数間の位相差がπ以上になると位相比較の結果が不確定になるため、算出した位相差Δφ(f)およびΔφ(f)が[−π,+π]の範囲におさまるように2πを加減算して調整する。以上の処理にて2つの位相差が求められる。 Further, as is well known, in the Doppler radar device, when the phase difference between two Doppler frequencies becomes π or more, the result of the phase comparison becomes indeterminate, so that the calculated phase differences Δφ 1 (f) and Δφ 2 (f ) Is adjusted by adding / subtracting 2π so that it falls within the range of [−π, + π]. Two phase differences are obtained by the above processing.

次に、ドップラ周波数抽出部340は、算出した位相差から移動物体に起因する信号成分を含む周波数をドップラ周波数として抽出する。すなわち、fを24.15000GHz、fを24.15125GHz、fを24.15375GHzとしているため、間隔はそれぞれ1.25MHzと2.5MHzとなるため、位相差Δφ(f)はΔφ(f)の2倍の値になっていなければならない。 Next, the Doppler frequency extraction unit 340 extracts a frequency including a signal component caused by the moving object as a Doppler frequency from the calculated phase difference. That is, since f 1 is 244.15000 GHz, f 2 is 24.15125 GHz, and f 3 is 24.15375 GHz, the intervals are 1.25 MHz and 2.5 MHz, respectively, so that the phase difference Δφ 2 (f) is Δφ 1 It must be twice the value of (f).

したがって、ドップラ周波数抽出部340は、位相差Δφ(f)と位相差Δφ(f)に2倍した結果を比較し、その差分が予め定めたしきい値以下の周波数成分をドップラ周波数として抽出することができる。 Therefore, the Doppler frequency extraction unit 340 compares the result obtained by doubling the phase difference Δφ 2 (f) and the phase difference Δφ 1 (f), and sets the frequency component whose difference is equal to or less than a predetermined threshold as the Doppler frequency. Can be extracted.

ここで得られるドップラ周波数は、移動物体が1つの場合は1つの周波数成分が得られる場合もあるが、人体の歩行など複数の速度成分を持つ物体の場合は、通常複数の周波数成分からなる周波数帯域として得られる。   As for the Doppler frequency obtained here, one frequency component may be obtained when there is one moving object, but in the case of an object having a plurality of velocity components such as walking of a human body, a frequency composed of a plurality of frequency components is usually used. Obtained as a band.

距離算出部350は、ドップラ周波数ごとに、第一ドップラ差信号および第二ドップラ差信号のそれぞれの複素スペクトルの位相差を求め、位相差を用いて移動物体までの距離算出する。
The distance calculation unit 350 obtains the phase difference of each complex spectrum of the first Doppler difference signal and the second Doppler difference signal for each Doppler frequency, and calculates the distance to the moving object using the phase difference.

具体的には、ドップラ周波数抽出部340にて抽出したドップラ周波数ごとに、算出した第一ドップラ差信号および第二ドップラ差信号のそれぞれの複素スペクトルの位相差を基に移動物体までの距離を算出する。光速をc、ドップラ周波数の集合をFとすると、移動物体までの距離R(f)は式(4)にて求まる。式(4)は、従来の2周波CW方式のレーダの距離を算出する式と同じである。 Specifically, for each Doppler frequency extracted by the Doppler frequency extraction unit 340, the distance to the moving object is calculated based on the calculated phase difference of each complex spectrum of the first Doppler difference signal and the second Doppler difference signal. To do. If the speed of light is c and the set of Doppler frequencies is F d , the distance R (f) to the moving object can be obtained by equation (4). Equation (4) is the same as the equation for calculating the distance of the conventional two-frequency CW radar.

Figure 0004950537
ここでFは抽出したドップラ周波数の集合を表す。
Figure 0004950537
Here, F d represents a set of extracted Doppler frequencies.

強度分布算出部360は、ドップラ周波数ごとに第一ドップラ差信号の強度と第二ドップラ差信号の強度から元のドップラ信号の強度を算出し、その平均値を求め、求めた平均値を距離算出部350が算出した距離と対応付け、強度分布を算出する。   The intensity distribution calculation unit 360 calculates the intensity of the original Doppler signal from the intensity of the first Doppler difference signal and the intensity of the second Doppler difference signal for each Doppler frequency, calculates the average value, and calculates the calculated average value for the distance. Corresponding to the distance calculated by the unit 350, the intensity distribution is calculated.

具体的には、ドップラ周波数抽出部340にて抽出したドップラ周波数ごとに、第一ドップラ差信号の複素スペクトルと、第二ドップラ差信号の複素スペクトルとを読み出し、読み出した各複素スペクトルの強度を算出し、元のドップラ信号の強度を算出する。   Specifically, the complex spectrum of the first Doppler difference signal and the complex spectrum of the second Doppler difference signal are read for each Doppler frequency extracted by the Doppler frequency extraction unit 340, and the intensity of each read complex spectrum is calculated. Then, the intensity of the original Doppler signal is calculated.

ここでは、位相差Δφ(f)を用いて式(5)に代入して元々のドップラ信号の強度の推定値を算出する。式(5)は、2つのドップラ信号及びその差信号がドップラ周波数毎に三角関数で表せることに基づき、加法定理を用いて導出することができるもので、元のドップラ信号の強度は差信号の強度と2つのドップラ信号の複素スペクトルの位相差を用いて表現できることを示す。 Here, the estimated value of the intensity of the original Doppler signal is calculated by substituting into the equation (5) using the phase difference Δφ 1 (f). Equation (5) can be derived using the addition theorem based on the fact that two Doppler signals and their difference signals can be expressed by trigonometric functions for each Doppler frequency, and the intensity of the original Doppler signal is It can be expressed using the phase difference between the intensity and the complex spectrum of two Doppler signals.

Figure 0004950537
Figure 0004950537

また、位相差Δφ(f)からも、式(6)にて元のドップラ信号の強度を算出できるため、算出した2つ強度の推定値の平均値や最大値を各ドップラ周波数における強度としてもよい。 Further, since the intensity of the original Doppler signal can also be calculated from the phase difference Δφ 2 (f) by the equation (6), the average value or the maximum value of the calculated estimated values of the two strengths is used as the intensity at each Doppler frequency. Also good.

Figure 0004950537
Figure 0004950537

さらに、2つの強度の差があらかじめ定められた値よりも大きい場合には、ノイズの可能性が高いとして、その周波数をドップラ周波数から除外するように構成しても良い。   Further, when the difference between the two intensities is larger than a predetermined value, it is possible to exclude the frequency from the Doppler frequency because the possibility of noise is high.

また、強度分布の算出の際には距離による減衰の補正も同時に行い、所定値以下の弱い振幅値の周波数をドップラ周波数から除外するようにしてもよい。   Further, when calculating the intensity distribution, attenuation due to distance may be corrected at the same time, and a frequency having a weak amplitude value equal to or less than a predetermined value may be excluded from the Doppler frequency.

速度分布算出部370は、ドップラ周波数抽出部340にて抽出したドップラ周波数毎に移動物体の速度を求め、求めた速度を距離算出部350が算出した距離とドップラ周波数によって対応付けて速度分布を算出する。   The velocity distribution calculation unit 370 calculates the velocity of the moving object for each Doppler frequency extracted by the Doppler frequency extraction unit 340, and calculates the velocity distribution by associating the calculated velocity with the distance calculated by the distance calculation unit 350 and the Doppler frequency. To do.

具体的には、ドップラ周波数をfとすると、移動物体の速度vは式(7)にて求まる。式(7)ではドップラ周波数の速度を求めるために、3つの送信周波数の平均値(f+f+f)/3を用いている。 Specifically, when the Doppler frequency is f d , the velocity v of the moving object can be obtained by Expression (7). In equation (7), the average value (f 1 + f 2 + f 3 ) / 3 of the three transmission frequencies is used to determine the speed of the Doppler frequency.

Figure 0004950537
Figure 0004950537

侵入判定部380は、強度分布算出部360で算出した強度分布、速度分布算出部370で算出した移動物体の速度分布を基にして移動物体が人であるかを判断し、人であると判断したら、侵入ありとの判定を行う。   The intrusion determination unit 380 determines whether the moving object is a person based on the intensity distribution calculated by the intensity distribution calculation unit 360 and the velocity distribution of the moving object calculated by the velocity distribution calculation unit 370, and determines that the person is a person. Then, it is determined that there is an intrusion.

具体的には、周波数軸上にて隣り合うドップラ周波数において求められた距離、強度、が、予め定めた閾値以内にあるもの同士を同一移動物体によるものとみなすクラスタリング処理を行う。そして、同一移動物体とみなした固まりごとに距離の重心位置、平均強度、強度分散値を求める。次に、速度分布を参照し、同一移動物体とみなした各距離値に対応する速度値の平均値と分散値を求める。最後に、同一移動物体ごとに、速度値の平均値と分散値、強度の平均値と分散値に所定の演算を施して人間らしさの度合いを求め、人間らしさの度合いが予め定めたしきい値以上であれば侵入ありと判定する。   Specifically, clustering processing is performed in which the distances and intensities obtained at adjacent Doppler frequencies on the frequency axis are within a predetermined threshold and are regarded as the same moving object. Then, the center-of-gravity position, the average intensity, and the intensity dispersion value of the distance are obtained for each cluster regarded as the same moving object. Next, with reference to the velocity distribution, an average value and a variance value of velocity values corresponding to each distance value regarded as the same moving object are obtained. Finally, for each same moving object, the average value and variance value of the velocity value, the average value and the variance value of the intensity are subjected to a predetermined calculation to obtain the degree of humanity, and the humanity level is a predetermined threshold. If it is above, it is determined that there is an intrusion.

出力部400は、侵入判定部380が侵入ありと判定した場合に、検知信号を侵入検知装置の外部に出力する。検知信号は、警備システムのコントローラ等(図示せず)に入力され、コントローラにて、侵入検知を意味する表示や通信回線を介した警備センタへの通報等が行われる。   The output unit 400 outputs a detection signal to the outside of the intrusion detection device when the intrusion determination unit 380 determines that there is an intrusion. The detection signal is input to a controller or the like (not shown) of the security system, and the controller performs display indicating intrusion detection or reporting to the security center via the communication line.

本実施形態では、送信周波数の間隔が1:2となるように設定しているが、これはあくまで一例であり、もちろん等間隔とするように設定することも可能である。   In the present embodiment, the transmission frequency interval is set to 1: 2, but this is only an example, and it is of course possible to set the transmission frequency interval to be equal.

等間隔にすることにより、測距の際に使用する位相差Δφ(f)を第一ドップラ差信号の位相θ(f)と第二ドップラ差信号の位相θ(f)の差(θ(f)−θ(f))から直接求めることができるため、信号処理量を減らせる利点がある。 By setting equal intervals, the phase difference Δφ (f) used for distance measurement is set to the difference between the phase θ 1 (f) of the first Doppler difference signal and the phase θ 2 (f) of the second Doppler difference signal (θ 2 (f) −θ 1 (f)) can be obtained directly, so that there is an advantage that the amount of signal processing can be reduced.

また、送信周波数の間隔を1:N(Nは1以上の実数)のように不等間隔とした場合は、複数の最大監視可能距離の設定が可能となり、測距精度を重視した設定と、検知距離の拡大を重視した設定など用途に応じた処理結果を同時に用いることが可能になる。   Further, when the transmission frequency interval is unequal, such as 1: N (N is a real number equal to or greater than 1), a plurality of maximum monitorable distances can be set. It becomes possible to simultaneously use the processing result according to the application such as setting that emphasizes the expansion of the detection distance.

次に本実施形態で、差信号を用いる理由を説明する。
先ず、図4を参照して、差信号を用いずにドップラ信号をそのまま周波数解析した場合を説明する。図4は、ドップラ信号の波形(左欄)とそのパワースペクトル(右欄)を示した図である。
Next, the reason for using the difference signal in this embodiment will be described.
First, with reference to FIG. 4, a case where the frequency analysis of the Doppler signal is performed without using the difference signal will be described. FIG. 4 is a diagram showing the waveform of a Doppler signal (left column) and its power spectrum (right column).

図4(a)は、センサから約3m離れた監視空間内を人間が移動している場合であり、パワースペクトル(右欄)を見ると、人に起因する比較的急峻な山形波形が周波数100付近に出ているのがわかる。また、図4(b)はセンサの直近を水滴が落下している場合であり、パワースペクトル(右欄)を見ると、水滴に起因する比較的緩やかな山形波形が出ているのがわかる。   FIG. 4A shows a case where a human is moving in a monitoring space about 3 m away from the sensor, and when looking at the power spectrum (right column), a relatively steep mountain-shaped waveform due to the person has a frequency of 100. You can see it in the vicinity. FIG. 4B shows a case in which a water droplet is falling in the immediate vicinity of the sensor. From the power spectrum (right column), it can be seen that a relatively gentle mountain waveform is generated due to the water droplet.

しかし、図4(c)のように、人と水滴が同時に入った場合では、パワースペクトルから明らかなように人間の移動に起因する信号が水滴に起因する信号によって埋没させられてしまい、人と水滴を区別が困難なことがわかる。   However, as shown in FIG. 4C, when a person and a water drop enter at the same time, the signal resulting from the movement of the human is buried by the signal resulting from the water drop, as is apparent from the power spectrum. It turns out that it is difficult to distinguish water drops.

次に、図5を参照して、ドップラ信号から差信号を算出し、周波数解析した場合を説明する。図5は、第一ドップラ差信号の波形(左欄)とそのパワースペクトル(右欄)を示した図である。   Next, a case where a difference signal is calculated from a Doppler signal and frequency analysis is performed will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the waveform of the first Doppler difference signal (left column) and its power spectrum (right column).

図5(a)は、センサから約3m離れた監視空間内を人間が移動している場合であり、図4(a)の場合と同様である。図5(b)はセンサの直近を水滴が落下している場合であるが、水滴に起因するようなパワースペクトルの山がでていないことがわかる。更に、図5(c)の人と水滴が同時に入った場合では、図5(a)と同様に人に起因するパワースペクトルのみが現れていることがわかる。   FIG. 5A shows a case where a human is moving in a monitoring space about 3 m away from the sensor, which is the same as the case of FIG. FIG. 5B shows a case where a water drop is falling in the immediate vicinity of the sensor, but it can be seen that there is no peak in the power spectrum caused by the water drop. Furthermore, it can be seen that when a person and water droplets in FIG. 5C enter at the same time, only the power spectrum caused by the person appears as in FIG.

更に、差信号を求めることの効果について、図6を参照して説明する。
2つの信号の位相差は、2周波CW方式の原理に従い、センサからの距離が離れるほど大きくなる。また、振幅と周波数がほぼ同じ2つの信号の差信号の振幅は、位相差が大きくなるほど大きくなる。従って、センサからの距離が近い場合は、2つの信号の位相差が小さいため、差信号の振幅は小さくなる。一方、センサからの距離が遠い場合は、2つの信号の位相差が大きいため差信号の振幅は大きくなる。即ち、2つの信号の差を取ることにより、センサからの距離が近いほど振幅を減じる効果が得られることになる。
Further, the effect of obtaining the difference signal will be described with reference to FIG.
The phase difference between the two signals increases in accordance with the principle of the two-frequency CW method as the distance from the sensor increases. Further, the amplitude of the difference signal between two signals having substantially the same amplitude and frequency increases as the phase difference increases. Therefore, when the distance from the sensor is short, the phase difference between the two signals is small, so the amplitude of the difference signal is small. On the other hand, when the distance from the sensor is far, the amplitude of the difference signal increases because the phase difference between the two signals is large. That is, by taking the difference between the two signals, the effect of reducing the amplitude is obtained as the distance from the sensor is shorter.

この差信号の振幅とセンサからの距離の関係の理論値を図6(a)に示す。また、図6(b)は、振幅の距離減衰の理論値を示した図であるが、図6(b)に示すようにマイクロ波は、センサからの距離の4乗に比例して振幅が減衰する。観測される信号は、この2つの効果を掛け合わせたものとなる。図6(c)に距離減衰を考慮した差信号の場合の振幅値とドップラ信号の場合の振幅値と距離の理論値を示す。図6(c)に示すように、ドップラ信号の場合、10mまでの距離を観測するためには80dB必要となるが、差信号を用いる場合は30dBあればよくダイナミックレンジを圧縮することができる。即ち、ドップラ信号を直接A/D変換するよりも、差信号を求めてからA/D変換することにより、A/D変換器に必要なビット数を少なくすることができる。   A theoretical value of the relationship between the amplitude of the difference signal and the distance from the sensor is shown in FIG. FIG. 6B shows the theoretical value of distance attenuation of the amplitude. As shown in FIG. 6B, the amplitude of the microwave is proportional to the fourth power of the distance from the sensor. Attenuates. The observed signal is the product of these two effects. FIG. 6C shows an amplitude value in the case of a difference signal considering distance attenuation, an amplitude value in the case of a Doppler signal, and a theoretical value of distance. As shown in FIG. 6C, in the case of a Doppler signal, 80 dB is required to observe a distance up to 10 m. However, if a difference signal is used, the dynamic range can be compressed by 30 dB. That is, rather than directly A / D converting the Doppler signal, the number of bits required for the A / D converter can be reduced by obtaining the difference signal and performing A / D conversion.

<実施形態2>
以下、実施形態1に電圧制御型発信器の発振周波数の時間変動を補償する機能を付加した実施形態2について図7および図8を参照して説明する。なお、図7および図8中の番号は図1および図2中の構成要素と同じものに関しては同一の番号を付し、説明を簡略化する。
<Embodiment 2>
Hereinafter, a second embodiment in which a function for compensating the time variation of the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator is added to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The numbers in FIGS. 7 and 8 are the same as those in FIG. 1 and FIG. 2, and the description is simplified.

前述のように、侵入検知装置の場合、検知対象は主に人間であり、ドップラ信号を周波数解析した際に車両等のように明確なピークが出現しないため、ドップラ信号の信号成分とノイズ成分を判別するため、2つ算出される位相差からドップラ周波数を抽出している。   As described above, in the case of an intrusion detection device, the detection target is mainly humans, and when a Doppler signal is subjected to frequency analysis, a clear peak does not appear as in a vehicle or the like. In order to discriminate, the Doppler frequency is extracted from the two calculated phase differences.

ドップラ周波数の抽出に際して実施形態1では位相差Δφ(f)とΔφ(f)がある一定の関係を保っていることを前提にしているが、この前提が成立するためには送信周波数の間隔の比|f−f|:|f−f|が一定に保たれている必要がある。しかし、実際には電圧制御型発信器120には温度特性等の理由により発振周波数が時間とともに変化することが避けられない。実施形態1に記載した通り、位相差Δφ(f)と位相差Δφ(f)との比が送信周波数の間隔の比とがほぼ一致する周波数をドップラ周波数として抽出するため、送信周波数の間隔の比が初期設定値からずれると位相差Δφ(f)と位相差Δφ(f)の差が大きくなり、ドップラ周波数を正しく抽出できなくなるという問題が発生する。 In the extraction of the Doppler frequency, the first embodiment assumes that the phase difference Δφ 1 (f) and Δφ 2 (f) maintain a certain relationship. The spacing ratio | f 2 −f 1 |: | f 3 −f 2 | needs to be kept constant. However, in practice, it is inevitable that the oscillation frequency of the voltage-controlled oscillator 120 changes with time due to temperature characteristics and the like. As described in the first embodiment, the frequency at which the ratio of the phase difference Δφ 1 (f) and the phase difference Δφ 2 (f) substantially matches the transmission frequency interval ratio is extracted as the Doppler frequency. When the interval ratio deviates from the initial setting value, the difference between the phase difference Δφ 1 (f) and the phase difference Δφ 2 (f) increases, which causes a problem that the Doppler frequency cannot be extracted correctly.

そこで実施形態2では、温度特性等により発振周波数が多少変動するような電圧制御型発信器を使用する場合でもドップラ周波数を正しく抽出できるようにするために、ドップラ信号同士の位相差の比が予め記憶してある送信周波数間隔の比と一致しなくなったときに、送信周波数間隔の比が変動したと判定し、送信周波数の間隔を自動的に調節するよう制御する方法について説明する。   Therefore, in the second embodiment, in order to correctly extract the Doppler frequency even when using a voltage controlled oscillator whose oscillation frequency varies somewhat due to temperature characteristics or the like, the ratio of the phase difference between Doppler signals is set in advance. A method of controlling to determine that the transmission frequency interval ratio has changed when it no longer matches the stored transmission frequency interval ratio and automatically adjust the transmission frequency interval will be described.

本発明の実施形態2の侵入検知装置における構成を図7に示す。   FIG. 7 shows the configuration of the intrusion detection device according to the second embodiment of the present invention.

送信部101は、実施形態1と同様、異なる3つの周波数f,f,fを持つ連続的なマイクロ波を時分割で監視空間に送信する。 Similar to the first embodiment, the transmission unit 101 transmits continuous microwaves having three different frequencies f 1 , f 2 , and f 3 to the monitoring space in a time division manner.

階段波の電圧値は、マイクロ波の周波数を規定し、処理部301からの指令値に基づいてfを規定する電圧値を調整する構成となる点が実施形態1と異なる。 The voltage value of the staircase wave is different from that of the first embodiment in that the frequency value of the microwave is defined and the voltage value defining f 2 is adjusted based on the command value from the processing unit 301.

受信部200は、実施形態1と同様であるため、説明を省略する。   Since the receiving unit 200 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

処理部301は、実施形態1と同様、受信部200から入力される第一ドップラ差信号、第二ドップラ差信号のデジタルデータから、第一ドップラ差信号および第二ドップラ差信号の複素スペクトルを基にドップラ周波数抽出部340にてドップラ周波数を抽出する。   As in the first embodiment, the processing unit 301 is based on the complex spectrum of the first Doppler difference signal and the second Doppler difference signal from the digital data of the first Doppler difference signal and the second Doppler difference signal input from the receiving unit 200. The Doppler frequency extraction unit 340 extracts the Doppler frequency.

本実施形態においては、抽出したドップラ周波数における位相差から送信周波数の間隔の比を推定する送信周波数間隔比算出部342、推定した送信周波数間隔比に基づいて送信部101に与える電圧指令値を算出する電圧指令値算出部344が追加される。   In the present embodiment, a transmission frequency interval ratio calculation unit 342 that estimates the ratio of transmission frequency intervals from the phase difference in the extracted Doppler frequency, and calculates a voltage command value to be given to the transmission unit 101 based on the estimated transmission frequency interval ratio. A voltage command value calculation unit 344 is added.

送信周波数間隔比算出部342はドップラ周波数抽出部340にて抽出したドップラ周波数における第二ドップラ信号と第一ドップラ信号の位相差Δφ(f)と第三ドップラ信号と第二ドップラ信号の位相差Δφ(f)の比を算出する。位相差の比は、ドップラ周波数成分が複数ある場合は平均値を算出する。 The transmission frequency interval ratio calculation unit 342 includes the phase difference Δφ 1 (f) between the second Doppler signal and the first Doppler signal at the Doppler frequency extracted by the Doppler frequency extraction unit 340, and the phase difference between the third Doppler signal and the second Doppler signal. The ratio of Δφ 2 (f) is calculated. As the phase difference ratio, an average value is calculated when there are a plurality of Doppler frequency components.

送信周波数間隔比算出部342が抽出したドップラ周波数において位相差Δφ(f)と位相差Δφ(f)の比F(f)を算出する。
具体例のひとつとして比F(f)を式(8)を用いて算出する。
The ratio F R (f) between the phase difference Δφ 1 (f) and the phase difference Δφ 2 (f) at the Doppler frequency extracted by the transmission frequency interval ratio calculation unit 342 is calculated.
As one specific example, the ratio F R (f) is calculated using Equation (8).

Figure 0004950537
Figure 0004950537

次に算出した比F(f)の平均値Fを求め、送信周波数f,f,fの設定値から算出される理論値との間の差Sを式(9)を用いて算出する。 Then an average value F R of the calculated ratio F R (f), the formula (9) the difference S R between the theoretical value calculated from the set value of the transmission frequency f 1, f 2, f 3 Use to calculate.

Figure 0004950537
Figure 0004950537

上記のようにFおよびSを設定することで送信周波数の間隔比の推定値をFで、初期設定値との誤差をSで評価することが出来る。なお、Sは周波数fが高い場合は負、低い場合は正になり、その大きさは初期設定値からのずれに比例するため、その値を用いて電圧制御型発信器120に与える指令電圧値を比例制御にて調整することが出来る。 An estimate of the spacing ratio of the transmission frequency by setting the F R and S R as described above in F R, the error between the initial setting value can be evaluated by S R. Incidentally, S R when the frequency f 2 is high negative and low is positive, its size is proportional to the deviation from the initial setting value, and supplies the voltage-controlled oscillator 120 by using the value command The voltage value can be adjusted by proportional control.

具体的な調整方法の例として、電圧制御型発信器120の入力電圧と発振周波数の関係が図9に例示するように単調増加の関係(図中の曲線600)である場合、αを正の実定数として式(10)によって値を更新するのが好適である。   As an example of a specific adjustment method, when the relationship between the input voltage of the voltage controlled oscillator 120 and the oscillation frequency is a monotonically increasing relationship (curve 600 in the figure) as illustrated in FIG. It is preferable to update the value by the equation (10) as a real constant.

Figure 0004950537
Figure 0004950537

式(10)においてαは、電圧値の応答性を制御する係数であり、事前に電圧制御型発振器への電圧と出力周波数をモニタしながら適切に決定される。α大きくすれば応答性が良くなる半面振動的になり、小さくすれば応答性が悪くなる反面安定しやすくなる。式(10)に基づき電圧値を調整することにより送信周波数の周波数を調整できる。
In Expression (10), α is a coefficient for controlling the responsiveness of the voltage value, and is appropriately determined in advance while monitoring the voltage to the voltage controlled oscillator and the output frequency. If α is increased, the response becomes half-vibration, and if it is reduced, the response becomes worse, but it becomes easier to stabilize. The frequency of the transmission frequency can be adjusted by adjusting the voltage value based on Expression (10).

尚、位相差の比の算出方法および送信周波数調整のための電圧値の更新方法はあくまで一例であり、同様の効果が得られる他の手法(例えば比としてΔφ(f)/Δφ(f)を用いたり、送信周波数fを調整する代わりに送信周波数fを調整するように構成する等)を用いても良い。 Note that the method of calculating the phase difference ratio and the method of updating the voltage value for adjusting the transmission frequency are merely examples, and other methods (for example, Δφ 1 (f) / Δφ 2 (f ), Or may be configured to adjust the transmission frequency f 1 instead of adjusting the transmission frequency f 2 .

電圧指令値算出部344は送信周波数間隔比算出部342で算出した送信周波数間隔比と事前に設定した送信周波数間隔比を比較し、その差Sがあらかじめ定めた値以上になった場合に、送信部101に含まれる階段波発生器111で生成される電圧波形を修正するための指示を行う。 When the voltage command value calculating section 344 compares the calculated transmission frequency interval ratio and the transmission frequency interval ratio set in advance at the transmission frequency interval ratio calculating unit 342, it reaches or exceeds the value the difference S R is predetermined, An instruction for correcting the voltage waveform generated by the staircase wave generator 111 included in the transmission unit 101 is given.

各実施形態は、侵入検知装置として説明を行ったが、本発明が速度や距離を計測する移動物体は人間に限定されるものではなく、車両等を計測対象とした装置にも適用可能である。また、上記各実施形態は、マイクロ波を用いた侵入検知装置として説明を行ったが、本発明は、マイクロ波に限定されるものではなく、ミリ波などの他の周波数帯の電波あるいは超音波などの音波、レーザ等の光を用いた装置にも適用可能である。   Each embodiment has been described as an intrusion detection device. However, the moving object for measuring the speed and distance according to the present invention is not limited to a human being, and can be applied to a device for measuring a vehicle or the like. . Moreover, although each said embodiment demonstrated as an intrusion detection apparatus using a microwave, this invention is not limited to a microwave, The radio wave or ultrasonic wave of other frequency bands, such as a millimeter wave The present invention can also be applied to an apparatus using light such as sound waves such as laser and laser.

実施形態1に係る移動物体検出装置の概略のブロック構成図である。1 is a schematic block configuration diagram of a moving object detection device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る移動物体検出装置の処理部の構成を示すブロック構成図である。FIG. 2 is a block configuration diagram illustrating a configuration of a processing unit of the moving object detection device according to the first embodiment. 送信信号に加えられる階段波を示す図である。It is a figure which shows the staircase wave added to a transmission signal. 差信号を用いずにドップラ信号をそのまま周波数解析した場合のドップラ信号の波形とそのパワースペクトルとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the waveform of a Doppler signal when the Doppler signal is directly frequency-analyzed without using a difference signal, and its power spectrum. ドップラ信号から差信号を算出し、周波数解析した場合のドップラ信号の波形とそのパワースペクトルとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the waveform of a Doppler signal at the time of calculating a difference signal from a Doppler signal, and performing frequency analysis, and its power spectrum. 差信号による距離減衰の効果を説明した図である。It is a figure explaining the effect of distance attenuation by a difference signal. 実施形態2に係る移動物体検出装置の概略のブロック構成図である。FIG. 5 is a schematic block configuration diagram of a moving object detection device according to a second embodiment. 実施形態2に係る移動物体検出装置の処理部の構成を示すブロック構成図である。FIG. 5 is a block configuration diagram illustrating a configuration of a processing unit of a moving object detection device according to a second embodiment. 電圧制御型発信器120の入力電圧と発振周波数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the input voltage of the voltage control type | mold oscillator 120, and an oscillation frequency.

符号の説明Explanation of symbols

100 送信部
200 受信部
300 処理部
400 出力部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Transmission part 200 Reception part 300 Processing part 400 Output part

Claims (3)

監視空間へ周波数が互いに異なる複数の送信波を時分割送信する送信手段と、
前記送信波に対する反射波を受信する受信手段と、
前記送信波ごとに、当該送信波及びその反射波からドップラ信号を抽出するドップラ信号抽出手段と、
前記各送信波に対応した複数の前記ドップラ信号の差信号を複数生成する差信号生成手段と、
前記複数の差信号同士の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記位相差から前記ドップラ信号のドップラ周波数を算出するドップラ周波数算出手段と、
前記ドップラ周波数における前記差信号の振幅および当該ドップラ周波数における前記位相差に基づく距離から移動物体からの反射の強度分布を算出する強度分布算出手段と、
前記ドップラ周波数における前記位相差に基づく距離および当該ドップラ周波数における速度から移動物体の速度分布を算出する速度分布算出手段と、
前記強度分布から同一移動物体とみなす固まりを求め、当該固まりの距離における前記速度分布を参照して同一移動物体毎に得られる検出対象らしさの度合いから検出対象の移動物体の有無を判定する判定手段と
を有することを特徴とする移動物体検出装置。
Transmitting means for time-division transmitting a plurality of transmission waves having different frequencies to the monitoring space;
Receiving means for receiving a reflected wave with respect to the transmitted wave;
Doppler signal extraction means for extracting a Doppler signal from the transmission wave and its reflected wave for each transmission wave;
Difference signal generating means for generating a plurality of difference signals of the plurality of Doppler signals corresponding to the respective transmission waves;
Phase difference calculating means for calculating a phase difference between the plurality of difference signals;
Doppler frequency calculating means for calculating a Doppler frequency of the Doppler signal from the phase difference;
Intensity distribution calculating means for calculating an intensity distribution of reflection from a moving object from a distance based on the amplitude of the difference signal at the Doppler frequency and the phase difference at the Doppler frequency ;
Velocity distribution calculating means for calculating the velocity distribution of the moving object from the distance based on the phase difference at the Doppler frequency and the velocity at the Doppler frequency ;
Determination means for obtaining a mass regarded as the same moving object from the intensity distribution, and determining the presence or absence of the moving object as a detection target from the degree of likelihood of the detection target obtained for each same moving object with reference to the velocity distribution at the distance of the mass And a moving object detection device.
前記位相差算出手段は、少なくとも複数の前記位相差の組を算出し、
前記ドップラ周波数算出手段は、前記複数組の位相差を比較し、略一致する周波数帯域をドップラ周波数として抽出する請求項1に記載の移動物体検装置。
The phase difference calculating means calculates at least a plurality of sets of the phase differences;
The Doppler frequency calculating means compares the plurality of sets of phase difference, the moving object detection apparatus according to a frequency band that nearly matches to claim 1 for extracting a Doppler frequency.
前記複数組の位相差の比に基づき、前記複数の送信波間の周波数間隔の比を算出する送信周波数間隔比算出手段と、
前記送信周波数間隔比算出手段にて算出した周波数間隔の比と事前に設定した周波数間隔比を比較し、一致せずに変動を検出すると、前記送信波の周波数を事前に設定した周波数間隔比を保つように補正するよう前記送信手段に指示を与える補正指示手段と
を有する請求項1または請求項2に記載の移動物体検出装置。
Transmission frequency interval ratio calculating means for calculating a ratio of frequency intervals between the plurality of transmission waves based on the ratio of the plurality of sets of phase differences;
The frequency interval ratio calculated by the transmission frequency interval ratio calculating means is compared with a preset frequency interval ratio, and when a variation is detected without matching, the frequency interval ratio set in advance is set to the frequency of the transmission wave. The moving object detection apparatus according to claim 1, further comprising a correction instruction unit that gives an instruction to the transmission unit to perform correction so as to maintain .
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