JP5406616B2 - Event detection device - Google Patents

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Description

本発明は、室内など所定のエリアにおいて、電波を送信する送信機と、その送信機から送信される電波を受信する受信機を配置して、電波の受信特性に基づいて、人が移動したことやドアが開閉したことなどのイベントを検出するイベント検出装置に関し、特に、特定のエリアのイベントを特に強調したり、マスクしたりすることができるイベント検出装置に関する。   In the present invention, in a predetermined area such as a room, a transmitter that transmits radio waves and a receiver that receives radio waves transmitted from the transmitter are arranged, and a person has moved based on the reception characteristics of the radio waves. More particularly, the present invention relates to an event detection device that can particularly emphasize or mask an event in a specific area.

本発明者らは、次のイベント検出装置を提案している(特許文献1参照)。   The present inventors have proposed the following event detection device (see Patent Document 1).

送信機が送信した電波を受信する複数のアンテナと、該複数のアンテナによって受信した信号を受信ベクトルとして該受信ベクトルから相関行列を演算する相関行列演算手段と、該相関行列演算手段によって演算された相関行列を固有値展開して信号部分空間を張る固有ベクトルを演算する固有ベクトル演算手段と、該固有ベクトル演算手段によって演算された固有ベクトルの経時変化を検出してイベントを検出するイベント検出手段と有するイベント検出装置。   A plurality of antennas for receiving radio waves transmitted by the transmitter, a correlation matrix calculating means for calculating a correlation matrix from the received vector using signals received by the plurality of antennas as reception vectors, and a calculation performed by the correlation matrix calculating means An event detection apparatus comprising: eigenvector computing means for computing eigenvectors that expand a signal subspace by expanding eigenvalues of a correlation matrix; and event detection means for detecting an event by detecting a temporal change of the eigenvector computed by the eigenvector computing means.

特開2008−216152号公報JP 2008-216152 A

しかし、上述のイベント検出装置では、例えば特定のエリアについて物の置き忘れも検知しようとして、その特定のエリアについては小さな変化のイベントまでも検知しようとしてもすることができない。また、例えばペットがいても検知しないようにしたくて、特定のエリアについては大きな変化のイベントがあったとしても検知しないようにしようとしてもすることができない。すなわち、エリアに応じた感度を設定することができない。   However, the above-described event detection device cannot detect, for example, misplacement of an object in a specific area, and cannot detect even a small change event in the specific area. In addition, for example, it is desired not to detect even if there is a pet, and it is not possible to prevent detection of a specific area even if there is a large change event. That is, it is not possible to set the sensitivity according to the area.

本発明は、上記問題点に鑑み、エリアに応じて検出するイベントを強調したり、マスク(無視)したりして、エリアに応じて小さな変化のイベントを検出することもできるし、大きな変化のイベントをマスクすることもできるイベント検出装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention can detect an event with a small change according to an area by emphasizing or masking (ignoring) an event to be detected according to the area, An object of the present invention is to provide an event detection device capable of masking an event.

本発明のイベント検出装置は、送信機が送信した電波を受信する複数のアンテナと、該複数のアンテナによって受信した信号を受信ベクトルとして該受信ベクトルから相関行列を演算する相関行列演算手段と、前記アンテナによって受信される電波の到来方向の組合せに基づいて信号部分空間を分割する写像行列を演算し、前記相関行列演算手段によって演算された相関行列に写像行列をかけるフィルタ手段と、該フィルタ手段によって前記写像行列をかけられた相関行列を固有値展開して得られる固有値に関する固有ベクトルを演算する固有ベクトル演算手段と、該固有ベクトル演算手段によって演算された前記固有ベクトルの経時変化を検出してイベントを検出するイベント検出手段とを備えることを特徴とする。 Event detection apparatus of the present invention includes a plurality of antennas for receiving radio waves transmitted from the transmitter, a correlation matrix calculating means for calculating a correlation matrix from the received vector signals received by the plurality of antennas as reception vector, the calculating a mapping matrix for dividing the signal subspace based on the arrival direction of the combination of the radio waves received by the antenna, a filter means for applying said mapping matrix to the correlation matrix calculated by the correlation matrix calculating unit, said filter means An eigenvector computing means for computing eigenvectors related to eigenvalues obtained by eigenvalue expansion of the correlation matrix multiplied by the mapping matrix, and an event for detecting an event by detecting temporal changes of the eigenvectors computed by the eigenvector computing means And a detecting means.

また、前記複数のアンテナは、アレイアンテナであることで、汎用のアレイアンテナを用いることができる。   The plurality of antennas are array antennas, so that general-purpose array antennas can be used.

また、前記固有ベクトル演算手段は、前記相関行列の最大固有値に対応する固有ベクトルを演算することで、信頼度を高くすることができる。   Further, the eigenvector calculation means can increase the reliability by calculating the eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue of the correlation matrix.

前記イベント検出手段は、平時の前記固有ベクトルと観測時の前記固有ベクトルとの内積を所定の閾値と比較することで、演算を簡易にすることができる。   The event detection means can simplify the calculation by comparing the inner product of the eigenvector during normal time and the eigenvector during observation with a predetermined threshold.

本発明によれば、イベント検出装置は、エリアに応じて検出するイベントを強調したり、マスクしたりして、エリアに応じて小さな変化のイベントを検出することもできるし、大きな変化のイベントをマスクすることもできる。また、前記フィルタ手段が、前記アンテナによって受信される電波の到来方向の組合せに基づいて前記写像行列を演算することで、簡易な演算で有効な写像行列を得ることができる。 According to the present invention, the event detection apparatus can detect an event with a small change according to an area by emphasizing or masking an event to be detected according to the area, or an event with a large change. It can also be masked. Further, the filter means calculates the mapping matrix based on the combination of the arrival directions of the radio waves received by the antenna, so that an effective mapping matrix can be obtained with a simple calculation.

本発明の一実施例によるイベント検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the event detection apparatus by one Example of this invention. 本実施例の実験を行った環境を示す図である。It is a figure which shows the environment where the experiment of the present Example was conducted. MUSIC法による角度スペクトルと推定電波到来方向との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the angle spectrum by MUSIC method, and an estimated radio wave arrival direction. 静的イベントを強調した場合の評価結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the evaluation result at the time of emphasizing a static event. 静的イベントをマスクした場合の評価結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the evaluation result at the time of masking a static event. 動的イベントを強調した場合の評価結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the evaluation result at the time of emphasizing a dynamic event. 動的イベントをマスクした場合の評価結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the evaluation result at the time of masking a dynamic event.

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の一実施例によるイベント検出装置の構成を示す図である。本実施例のイベント検出装置は、送信機10及び受信機20を備える。これらの送信機10及び受信機20は、人が移動したことやドアが開閉したことなどのイベントを検出するために所定のエリアに設置する。部屋などの閉じた空間が望ましいが、開放されたエリアであっても構わない。送信機10は電波を送信する。受信機20は、アレイアンテナ21、相関行列演算手段22、フィルタ手段23、固有ベクトル演算手段24、及びイベント検出手段25を備える。アレイアンテナ21は、複数のアンテナ素子からなり、それぞれのアンテナ素子は送信機10が送信する電波を受信する。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an event detection apparatus according to an embodiment of the present invention. The event detection apparatus of this embodiment includes a transmitter 10 and a receiver 20. The transmitter 10 and the receiver 20 are installed in a predetermined area in order to detect an event such as movement of a person or opening / closing of a door. A closed space such as a room is desirable, but it may be an open area. The transmitter 10 transmits radio waves. The receiver 20 includes an array antenna 21, a correlation matrix calculation unit 22, a filter unit 23, an eigenvector calculation unit 24, and an event detection unit 25. The array antenna 21 includes a plurality of antenna elements, and each antenna element receives a radio wave transmitted by the transmitter 10.

本発明においてアレイアンテナ21の形状は任意であるが、ここでは実験で使用した等間隔円形アレイをモデルにする。実験で使用した素子はダイポールアンテナで線状素子のため、仰俯角は0度方向のみを考える。到来波s(t)は、遠距離場を仮定し、受信機側で平面波となる。雑音n(t)は、平均0、分散σ2の加法的白色ガウス雑音(AWGN:Additive White Gaussian Noise)とする。到来波の位相基準をアレイ円の中心におき、#1のアンテナ素子から中心に向かう方向に対して、時計周りにθをとると、θの方向から到来する平面波に対してアレイアンテナ21の受信信号は、アレイアンテナ21の各アンテナ素子の受信信号を要素とする受信ベクトルx→(t)で表される。ここで「→」は文章中において、その左の文字がベクトル(又は行列)であることを表す。
x→(t)=a→(θ)s(t)+n→(t) (1)
ただし、a→(θ):アンテナ素子数をL個とするときのL次元ベクトル
s(t):アレイ円の中心である基準点での受信信号
n→(t):雑音
In the present invention, the shape of the array antenna 21 is arbitrary, but here, an equally spaced circular array used in the experiment is used as a model. Since the element used in the experiment is a dipole antenna and a linear element, the elevation angle is considered only in the 0 degree direction. The incoming wave s (t) assumes a far field and becomes a plane wave on the receiver side. The noise n (t) is assumed to be additive white Gaussian noise (AWGN) having an average of 0 and a variance σ 2 . When the phase reference of the incoming wave is set at the center of the array circle and θ is taken clockwise with respect to the direction from the # 1 antenna element toward the center, reception of the array antenna 21 with respect to the plane wave coming from the direction of θ The signal is represented by a reception vector x → (t) having reception signals of the antenna elements of the array antenna 21 as elements. Here, “→” indicates that the left character in the sentence is a vector (or matrix).
x → (t) = a → (θ) s (t) + n → (t) (1)
Where a → (θ): L-dimensional vector when the number of antenna elements is L s (t): received signal at the reference point at the center of the array circle n → (t): noise

ここで、a→(θ)はステアリングベクトルと呼ばれ、基準点で受信される到来波と各アンテナ素子で受信される到来波の位相差を成分に持つ複素ベクトルであり、式(2)のように表せる。   Here, a → (θ) is called a steering vector, which is a complex vector having as its component the phase difference between the incoming wave received at the reference point and the incoming wave received at each antenna element. It can be expressed as follows.

Figure 0005406616
(2)
ただし、ν:電波の波長
r:アレイ円の半径
T:転置
Figure 0005406616
(2)
Where ν: wavelength of radio wave r: radius of array circle T: transposition

ここで、θi(i=1〜M)の方向からM個の到来波が平面波として到来するとき、受信ベクトルx→(t)は、   Here, when M arriving waves arrive as plane waves from the direction of θi (i = 1 to M), the received vector x → (t) is

Figure 0005406616
(3)
ただし、αi:i番目の到来波の振幅及び位相を表す複素数
Figure 0005406616
(3)
Where αi is a complex number representing the amplitude and phase of the i-th incoming wave

a→′は、新しいステアリングベクトルと言えるものであり、各到来波のステアリングベクトルの線形結合から構成されていて、到来波の到来方向、電力、位相に依存する。   a → ′ is a new steering vector, and is composed of a linear combination of the steering vectors of each incoming wave, and depends on the arrival direction, power, and phase of the incoming wave.

電波伝搬解析のために、アレイアンテナ21の各アンテナ素子間の空間的な相関をみる。そのために、相関行列演算手段22は、受信ベクトルx→(t)から相関行列を生成する。相関行列R→xxは、式(4)のように表せる。   For the radio wave propagation analysis, the spatial correlation between the antenna elements of the array antenna 21 is examined. For this purpose, the correlation matrix calculation means 22 generates a correlation matrix from the received vector x → (t). The correlation matrix R → xx can be expressed as Equation (4).

Figure 0005406616
(4)
ただし、E[・]:アンサンブル平均
H:複素共役転置(エルミート転置)
S→:E[s→(t)s→(t)H
s→(t):基準点において複数信号源を想定した信号源数の次元の受信信号ベクトル
I→:単位行列
Figure 0005406616
(4)
Where E [•]: ensemble average H: complex conjugate transpose (Hermitian transpose)
S →: E [s → (t) s → (t) H ]
s → (t): received signal vector having the number of signal sources assuming a plurality of signal sources at the reference point I →: unit matrix

雑音は各素子間で独立と仮定している。実際に相関行列を求める場合には、エルゴード性に基づき、式(4)のアンサンブル平均を時間平均に置き換え。相関行列R→xxを推定する。時刻t=t1,t2,...,tNでサンプルされるとき、相関行列の推定値R→^xxは、式(5)で表せる。ここで「^」は文章中において、その左の文字が推定値であることを表す。   Noise is assumed to be independent between each element. When actually obtaining the correlation matrix, the ensemble average in equation (4) is replaced with the time average based on ergodicity. The correlation matrix R → xx is estimated. When sampled at time t = t1, t2,..., TN, the correlation matrix estimate R → ^ xx can be expressed by equation (5). Here, “^” represents that the left character in the sentence is an estimated value.

Figure 0005406616
(5)
ここで、N:スナップショット数
Figure 0005406616
(5)
Where N: number of snapshots

スナップショット数が増えれば、R→^xxの推定精度は高くなる。これ以降、R→^xxをR→xxとして扱う。   As the number of snapshots increases, the estimation accuracy of R → ^ xx increases. Thereafter, R → ^ xx is treated as R → xx.

部分空間法は、相関行列の固有値展開から得られる固有値、固有ベクトルの性質に着目した電波伝搬解析方法である。相関行列は、互いに直交する信号部分空間と雑音部分空間に分離される。本実施例のモデルにおいて、信号部分空間を張る固有ベクトルは式(3)のa→′に比例することを示す。   The subspace method is a radio wave propagation analysis method focusing on the properties of eigenvalues and eigenvectors obtained from eigenvalue expansion of the correlation matrix. The correlation matrix is separated into a signal subspace and a noise subspace that are orthogonal to each other. In the model of the present embodiment, the eigenvector spanning the signal subspace is proportional to a → ′ in Equation (3).

相関行列R→xxの固有値展開は以下のように計算される。   The eigenvalue expansion of the correlation matrix R → xx is calculated as follows.

Figure 0005406616
(6)
ただし、diag:対角行列
Figure 0005406616
(6)
Where diag: diagonal matrix

また、λiとv→iはそれぞれ固有値と固有ベクトルで、式(7)を満たしている。   Further, λi and v → i are an eigenvalue and an eigenvector, respectively, and satisfy Expression (7).

Figure 0005406616
(7)
Figure 0005406616
(7)

Rxxは正定値エルミート行列なので、固有値は正の実数である。また、λ1≧λ2≧・・・≧λL(>0)と降順にソートされているとする。そのとき、式(7)から、   Since Rxx is a positive definite Hermitian matrix, the eigenvalue is a positive real number. In addition, it is assumed that λ1 ≧ λ2 ≧... ≧ λL (> 0) and the data is sorted in descending order. Then, from equation (7)

Figure 0005406616
(8)
と書ける。ここで rank[a→′S→a→′H]=1なので、λ'1>λ'2=・・・=λ'L=0となる。式(8)から、相関行列の固有値は式(9)のようになる。
Figure 0005406616
(8)
Can be written. Here, rank [a → 'S → a →' H ] = 1, so that λ′1> λ′2 =... Λ′L = 0. From equation (8), the eigenvalue of the correlation matrix is as in equation (9).

Figure 0005406616
(9)
Figure 0005406616
(9)

よって、対角行列Λ→は、固有値の大きさから信号固有値と雑音固有値に分離される。しかし、実際には固有値は相関行列の推定値R→xxから求められるために誤差が生じ、式(9)のように値が揃うことはない。   Therefore, the diagonal matrix Λ → is separated into a signal eigenvalue and a noise eigenvalue from the magnitude of the eigenvalue. However, since the eigenvalue is actually obtained from the estimated value R → xx of the correlation matrix, an error occurs, and the values do not match as in equation (9).

式(7)と式(9)から、   From Equation (7) and Equation (9),

Figure 0005406616
(10)
すなわち、
Figure 0005406616
(10)
That is,

Figure 0005406616
(11)
となる。それゆえに、行列V→によって張られる空間は、固有値展開によって、互いが直交する信号部分空間と雑音部分空間を張る固有ベクトルに分離できる。本実施例のモデルでは、第1固有ベクトルv→1のみが信号部分空間を張っていて、固有ベクトル同士が互いに直交していることから、信号部分空間を張る固有ベクトルはa→′に比例する。
Figure 0005406616
(11)
It becomes. Therefore, the space spanned by the matrix V → can be separated into eigenvectors spanning a signal subspace and a noise subspace that are orthogonal to each other by eigenvalue expansion. In the model of the present embodiment, only the first eigenvector v → 1 extends the signal subspace, and the eigenvectors are orthogonal to each other. Therefore, the eigenvector extending the signal subspace is proportional to a → ′.

以上、相関行列の固有値展開によって得られる信号部分空間を張る固有ベクトルはa→′に比例することを示した。よって、信号部分空間を張る固有ベクトルは、マルチパスからのステアリングベクトルの線形結合から構成され、式(12)のように表せる。   As described above, it has been shown that the eigenvector spanning the signal subspace obtained by eigenvalue expansion of the correlation matrix is proportional to a → ′. Therefore, the eigenvector spanning the signal subspace is composed of a linear combination of steering vectors from the multipath, and can be expressed as in Expression (12).

Figure 0005406616
(12)
ただし、span{・}:{・}内のベクトルの線形結合
Figure 0005406616
(12)
However, span {•}: linear combination of vectors in {•}

このときの重み付けの係数は、各到来波の信号の位相や電力に依存する。そのため、信号部分空間を張る固有ベクトルは伝搬環境を表し、この信号部分空間を張る固有ベクトルを用いてイベント検出を行うことができる。   The weighting coefficient at this time depends on the phase and power of each incoming wave signal. Therefore, the eigenvector spanning the signal subspace represents the propagation environment, and event detection can be performed using the eigenvector spanning this signal subspace.

本実施例では、分割された信号部分空間の写像行列をフィルタとして、相関行列にフィルタをかけることでイベントをフィルタリングする。信号部分空間を分割するために、信号部分空間の基底を推定する。信号部分空間の基底として、MUSIC法により推定した到来方向からなるステアリングベクトルを使用する。MUSIC法は、信号部分空間と雑音部分空間が直交することを利用していて、その角度スペクトルは、式(13)のように表せる。   In this embodiment, events are filtered by filtering the correlation matrix using the mapping matrix of the divided signal subspace as a filter. In order to divide the signal subspace, the base of the signal subspace is estimated. As a basis of the signal subspace, a steering vector having an arrival direction estimated by the MUSIC method is used. The MUSIC method uses the fact that the signal subspace and the noise subspace are orthogonal, and the angle spectrum can be expressed as shown in Equation (13).

Figure 0005406616
(13)
ただし、a→(θ):式(2)のステアリングベクトル
EN:雑音部分空間
Figure 0005406616
(13)
Where a → (θ): steering vector of equation (2) EN: noise subspace

推定される到来方向は複数存在するので、複数のステアリングベクトルを基底として得る。分割された信号部分空間として、ステアリングベクトルの基底を組みあわせたステアリング行列を用いる。例えば、a→(θ1)とa→(θ2)からなるステアリング行列A→はA→=[a→(θ1)a→(θ2)]となる。ステアリングベクトルの組合せを変えることで、分割された信号部分空間を複数得る。フィルタとして用いるステアリング行列の写像行列P→は、式(14)のように表せる。   Since there are a plurality of estimated arrival directions, a plurality of steering vectors are obtained as a basis. As the divided signal subspace, a steering matrix in which the basis of the steering vector is combined is used. For example, a steering matrix A → composed of a → (θ1) and a → (θ2) is A → = [a → (θ1) a → (θ2)]. A plurality of divided signal subspaces are obtained by changing the combination of the steering vectors. The mapping matrix P → of the steering matrix used as a filter can be expressed as shown in Equation (14).

Figure 0005406616
(14)
ただし、†:疑似逆行列
フィルタ手段23は、受信信号から得られる相関行列R→xxに対して写像行列P→のフィルタをかけ、式(15)に示す新しい相関行列R ̄→xxを得る。
R ̄→xx=P→R→xxP→H (15)
Figure 0005406616
(14)
However, †: pseudo inverse matrix filter means 23 filters mapping matrix P → on correlation matrix R → xx obtained from the received signal to obtain a new correlation matrix R ̄ → xx shown in equation (15).
R ̄ → xx = P → R → xxP → H (15)

この操作は、相関行列から分割された信号部分空間成分を強調することになる。さらに、雑音部分空間とも直交しているので、雑音の影響も低減する。固有ベクトル演算手段24は、この新しい相関行列R ̄→xxに対して固有値展開をし、得られる最大固有値に関する第1固有ベクトルを演算する。イベント検出手段25は、この第1固有ベクトルを用いてイベント検出をする。   This operation emphasizes the signal subspace components divided from the correlation matrix. Furthermore, since it is orthogonal to the noise subspace, the influence of noise is reduced. The eigenvector computing means 24 performs eigenvalue expansion on this new correlation matrix R ̄ → xx, and computes the first eigenvector related to the maximum eigenvalue obtained. The event detection means 25 detects an event using this first eigenvector.

ここで、イベント検出のための評価関数P(t)を、イベントが何も起こっていないときにあらかじめ取得しておいた第1固有ベクトルv→noneとイベント検出の観測時に取得した第1固有ベクトルv→obとの内積   Here, the evaluation function P (t) for event detection is obtained by using the first eigenvector v → none acquired in advance when no event has occurred and the first eigenvector v → acquired when observing the event detection. inner product with ob

Figure 0005406616
(16)
とする。ただし固有ベクトルの大きさはどちらも1に正規化しておく。
Figure 0005406616
(16)
And However, both eigenvector sizes are normalized to 1.

イベントが何も起こっていない観測時間では、伝搬環境が変化していないので、v→ob(tnone)は、v→noneと非常に近い値を示すので、1に近い値となる。一方、イベントが起きている観測時間t=teventでは、伝搬環境は変化し、v→ob(tevent)は、v→noneとは異なる値を示すので、1より小さい値となる。したがって、   Since the propagation environment does not change at the observation time when no event occurs, v → ob (tnone) shows a value very close to v → none, and is close to 1. On the other hand, at the observation time t = tevent when the event occurs, the propagation environment changes, and v → ob (tevent) shows a value different from v → none, and thus becomes a value smaller than 1. Therefore,

Figure 0005406616
(17)
となる閾値Pthを適切に設定することによりイベント検出が可能となる。そこで、イベント検出手段25は、この式(18)の判断を行ってイベントを検出する。
Figure 0005406616
(17)
The event can be detected by appropriately setting the threshold value Pth. Therefore, the event detection unit 25 detects the event by performing the determination of the equation (18).

図2は、本実施例の実験を行った環境を示す図である。実験環境は、鉄筋コンクリートに囲まれた部屋で、電波はほとんどが透過せずに反射する。図2のTx,Rxは,それぞれ送信器,受信器を表す。送受信器は見通し外環境となっている。実験諸元を表1に示す。   FIG. 2 is a diagram illustrating an environment in which the experiment of the present example was performed. The experimental environment is a room surrounded by reinforced concrete, and most of the radio waves are reflected without being transmitted. Tx and Rx in FIG. 2 represent a transmitter and a receiver, respectively. The transceiver is in an unforeseen environment. Table 1 shows the experimental specifications.

Figure 0005406616
Figure 0005406616

今回の実験のイベントとして、箱、又は人を配置する。箱は動かないので静的なイベント、人は動くので動的なイベントとしている。また、それぞれのイベントにおいて配置する場所を変えてデータを取得した。人は指定した場所周辺を動く。配置した場所を区別するために、図2に番号を振っている。各イベントにおいて、発生した場所ごとの評価関数を、フィルタをかけた場合とかけない場合で比較する。   A box or a person will be placed as an event for this experiment. Since the box does not move, it is a static event, and because a person moves, it is a dynamic event. In addition, data was acquired by changing the location of each event. The person moves around the specified location. In order to distinguish the place of arrangement, numbers are assigned to FIG. In each event, the evaluation function for each place where the event occurred is compared with and without filtering.

信号部分空間の基底を推定するための到来方向推定では、できるだけ多くのフィルタを作るために、推定される到来方向の数は多いほうがいい。そのため、雑音部分空間ENを   In the direction-of-arrival estimation for estimating the base of the signal subspace, it is better that the number of directions of arrival to be estimated is large in order to create as many filters as possible. Therefore, the noise subspace EN

Figure 0005406616
(19)
と設定する。ここで、v→Lは式(6)の最小固有値に対応する固有ベクトルである。
Figure 0005406616
(19)
And set. Here, v → L is an eigenvector corresponding to the minimum eigenvalue of Equation (6).

図3は、MUSIC法による角度スペクトルと推定電波到来方向との関係を示す図である。縦軸がスペクトル強度、横軸が到来方向の角度を表す。MUSIC法によって電波の到来方向を推定すると、そのスペクトルは図3のようになる。この内、信号部分空間の基底として、ほとんどピークになっていない部分も到来方向成分として選択する。これは今回の到来方向推定が、得られた相関行列の雑音部分空間と直交する信号部分空間を得るためで、厳密な精度を求めているわけではないためである。また、適当なフィルタを見つけるため、多くの候補が必要なためでもある。本実施例の環境において推定された到来方向は、ピークの高い順に、76.3°,−98.8°,144.9°,−37.3°,−8.5°,170.9°,−135.9°である.これら7つのすべての組合せを考えると、分割された信号部分空間は27−1個できる。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the angle spectrum by the MUSIC method and the estimated radio wave arrival direction. The vertical axis represents the spectrum intensity, and the horizontal axis represents the angle of arrival direction. When the direction of arrival of radio waves is estimated by the MUSIC method, the spectrum is as shown in FIG. Among these, a portion that is hardly peaked is also selected as the arrival direction component as the basis of the signal subspace. This is because the current direction-of-arrival estimation is for obtaining a signal subspace orthogonal to the noise subspace of the obtained correlation matrix, and does not require strict accuracy. This is also because many candidates are needed to find an appropriate filter. The direction of arrival estimated in the environment of this example is 76.3 °, −98.8 °, 144.9 °, −37.3 °, −8.5 °, 170.9 °, and −135.9 ° in descending order of peak. Considering the combination, 2 7 −1 divided signal subspaces can be formed.

図4は、静的イベントを強調した場合の評価結果の例を示す図である。図2の各番号の位置に順次箱を置いていくという静的なイベントにおいて、それぞれの位置の静的なイベントの変化を強調する信号部分空間分割フィルタを用いたときの評価関数の平均値と標準偏差をそれぞれ、図4と表2に示す。60個の評価関数から平均値と標準偏差を求めている。本評価においては、76.3°と144.9°と−8.5°からなる分割された信号部分空間を使った。図4で、横軸の数字は配置した場所を示していて、図2の数字と対応していて、“No event”は何も起きていない状態での観測を意味する。縦軸は評価関数の平均値を表す。表2の太字は、図4の横軸の数字と同じである。図4と表2において、本実施例であるフィルタをかけた場合と従来のフィルタをかけない場合を比較している。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an evaluation result when a static event is emphasized. In the static event of sequentially placing boxes at each numbered position in FIG. 2, the average value of the evaluation function when using a signal subspace partitioning filter that emphasizes the change in the static event at each position Standard deviations are shown in FIG. 4 and Table 2, respectively. An average value and a standard deviation are obtained from 60 evaluation functions. In this evaluation, a divided signal subspace consisting of 76.3 °, 144.9 ° and -8.5 ° was used. In FIG. 4, the numbers on the horizontal axis indicate the locations where they are arranged, and correspond to the numbers in FIG. 2, and “No event” means observation in a state where nothing has occurred. The vertical axis represents the average value of the evaluation function. The bold letters in Table 2 are the same as the numbers on the horizontal axis in FIG. In FIG. 4 and Table 2, the case where the filter which is a present Example is applied and the case where the conventional filter is not applied are compared.

Figure 0005406616
Figure 0005406616

表2から、評価関数の標準偏差が小さく、評価関数1つ1つの値が評価関数の平均値とほぼ等しいといえる。ゆえに、図4の評価関数の平均値の変化と、評価関数1つ1つの変化もほぼ等しい。図4から、フィルタを用いると、評価関数の値は、何も起きていない状態で1からほとんど変化しない一方、観測したすべての静的なイベントで、フィルタを用いない場合と比べ、大きく変化している。以上から、適当な信号部分空間を選択することにより、エリアに応じてイベントを強調することが可能であることが分かる。   From Table 2, it can be said that the standard deviation of the evaluation function is small, and each value of the evaluation function is almost equal to the average value of the evaluation function. Therefore, the change of the average value of the evaluation function in FIG. 4 is almost equal to the change of each evaluation function. From Fig. 4, when using the filter, the value of the evaluation function changes little from 1 in the state where nothing has happened, but changes greatly compared to the case where no filter is used in all the observed static events. ing. From the above, it can be seen that an event can be emphasized according to an area by selecting an appropriate signal subspace.

図5は、静的イベントをマスクした場合の評価結果の例を示す図である。図2の各番号の位置に順次箱を置いていくという静的なイベントにおいて、一部の位置の静的なイベントの変化をマスクする信号部分空間分割フィルタを用いたときの評価関数の平均値と標準偏差をそれぞれ、図5と表3に示す。本評価においては、144.9°と−135.9°からなる分割された信号部分空間を使った。図5の横軸と縦軸は、図4と同じである。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an evaluation result when a static event is masked. The average value of the evaluation function when using a signal subspace partitioning filter that masks changes in static events at some positions in a static event in which boxes are sequentially placed at each numbered position in FIG. And standard deviation are shown in FIG. 5 and Table 3, respectively. In this evaluation, a divided signal subspace consisting of 144.9 ° and -135.9 ° was used. The horizontal and vertical axes in FIG. 5 are the same as those in FIG.

Figure 0005406616
Figure 0005406616

表3から、表2と同様、評価関数の標準偏差が小さく、評価関数1つ1つの値が評価関数の平均値とほぼ等しく、図5の評価関数の平均値の変化と、評価関数1つ1つの変化もほぼ等しい。図5から、箱が図2の#1,2,3,4に置かれた場合のイベントで、フィルタをかけると、評価関数の値が1とほとんど変わらなくなり、イベントがマスクされていることが分かる。それ以外の場所に箱が置かれた場合も、フィルタをかけない場合と比べ、評価関数の値の変化は小さくなるが、何も起きていない状態に比べ十分大きな変化なので、イベント検出は可能である。以上から、適当な信号部分空間を選択することにより、エリア応じてイベントをマスクすることが可能であることが分かる。   From Table 3, as in Table 2, the standard deviation of the evaluation function is small, the value of each evaluation function is almost equal to the average value of the evaluation function, the change in the average value of the evaluation function in FIG. One change is almost equal. From FIG. 5, it can be seen that when the box is placed at # 1, 2, 3, 4 in FIG. 2 and the filter is applied, the value of the evaluation function is almost the same as 1, and the event is masked. I understand. When the box is placed elsewhere, the change in the value of the evaluation function is small compared to when no filter is applied, but it is sufficiently large compared to the state where nothing has happened, so event detection is possible. is there. From the above, it can be seen that the event can be masked according to the area by selecting an appropriate signal subspace.

図6は、動的イベントを強調した場合の評価結果の例を示す図である。図2の各番号の位置に人を配置する動的なイベントにおいて、それぞれの位置の動的なイベントの変化を強調する信号部分空間分割フィルタを用いたときの評価関数の平均値と標準偏差をそれぞれ、図6と表4に示す。本評価においては、静的なイベントで用いた強調フィルタと同じ76.3°と144.9°と−8.5°からなる分割された信号部分空間を使った。図6の横軸と縦軸は、図3とほぼ同じで、配置されるのが箱ではなく人である。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an evaluation result when a dynamic event is emphasized. In the dynamic event of placing a person at each numbered position in FIG. 2, the average value and standard deviation of the evaluation function when using a signal subspace partitioning filter that emphasizes the change of the dynamic event at each position are shown. They are shown in FIG. 6 and Table 4, respectively. In this evaluation, the same signal subspace consisting of 76.3 °, 144.9 °, and -8.5 ° as the enhancement filter used in the static event was used. The horizontal and vertical axes in FIG. 6 are almost the same as those in FIG. 3, and it is not a box but a person that is arranged.

Figure 0005406616
Figure 0005406616

表4から、動的なイベントにおける評価関数の標準偏差は、静的なイベントにおける評価関数の標準偏差より大きく、評価関数一つ一つの値が異なる。しかし、図6から、フィルタを用いた場合は、フィルタを用いない場合より、すべての動的なイベントにおいて評価関数の平均値の変化が大きいのが分かる。以上から、今回の実験では、適切な信号部分空間を選択することにより、エリア応じて動的なイベントの評価関数の平均値を大きくできることが分かる。   From Table 4, the standard deviation of the evaluation function in the dynamic event is larger than the standard deviation of the evaluation function in the static event, and each evaluation function has a different value. However, it can be seen from FIG. 6 that when the filter is used, the average value of the evaluation function changes more in all dynamic events than when the filter is not used. From the above, in this experiment, it can be seen that the average value of the dynamic event evaluation function can be increased according to the area by selecting an appropriate signal subspace.

図7は、動的イベントをマスクした場合の評価結果の例を示す図である。図2の各番号の位置に人を配置する動的なイベントにおいて、一部の位置の動的なイベントの変化をマスクする信号部分空間分割フィルタを用いたときの評価関数の平均値と標準偏差をそれぞれ、図7と表5に示す。本評価においては、−37.3°と−98.8°からなる分割された信号部分空間を使った。図7の横軸と縦軸は、図3とほぼ同じで、配置されるのが箱ではなく人である。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an evaluation result when a dynamic event is masked. In a dynamic event in which a person is placed at each numbered position in FIG. 2, the average value and standard deviation of the evaluation function when using a signal subspace division filter that masks the change of the dynamic event at some positions Are shown in FIG. 7 and Table 5, respectively. In this evaluation, a divided signal subspace consisting of -37.3 ° and -98.8 ° was used. The horizontal and vertical axes in FIG. 7 are almost the same as those in FIG. 3, and it is not a box but a person that is arranged.

Figure 0005406616
Figure 0005406616

図7から、フィルタを用いることによって、図2の#6以外に人が配置された場合のイベントをマスクしていることが分かる。加えて、表5から、フィルタを用いることによって、フィルタを用いない場合よりも、マスクされたイベントにおいて評価関数の標準偏差が小さくなることが分かる。ゆえに、マスクされたイベントの評価関数の1つ1つの値もほぼ1に近い値といえる。以上から今回の実験では、適切な信号部分空間を選択することにより、エリアに応じて動的なイベントの評価関数1つ1つの変化をマスクできることが分かる。   From FIG. 7, it can be seen that by using a filter, an event when a person is placed other than # 6 of FIG. 2 is masked. In addition, it can be seen from Table 5 that by using the filter, the standard deviation of the evaluation function becomes smaller at the masked event than when the filter is not used. Therefore, it can be said that each value of the evaluation function of the masked event is a value close to 1. From the above, in this experiment, it can be seen that by selecting an appropriate signal subspace, it is possible to mask each change in the dynamic event evaluation function according to the area.

以上、信号部分空間分割イベントフィルタリングを説明した。本発明により、信号部分空間を分割したフィルタを用いて、エリアに応じてイベントを強調又はマスクできることを実験により示した。適切なフィルタを選択することで、ホーム・オフィスセキュリティにおける様々な要求及び課題に応えることができる。   The signal subspace partition event filtering has been described above. Experiments have shown that events can be enhanced or masked according to area using a filter that divides the signal subspace according to the present invention. By selecting an appropriate filter, various demands and problems in home / office security can be met.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
送信機は、電波を発生しアレイアンテナで受信できるものであれば、他のシステムで利用しているものを併用することができる。例えば無線LANの基地局が相当する。また、信号は広帯域でも狭帯域でもかまわない。
In addition, this invention is not limited to the said Example.
As long as the transmitter can generate radio waves and can be received by the array antenna, the transmitter used in other systems can be used in combination. For example, it corresponds to a wireless LAN base station. The signal may be a wide band or a narrow band.

写像行列は、電波の到来方向の組合せに基づかなくても、相関行列に変更を加える適当な写像行列であってもよい。   The mapping matrix may not be based on the combination of the arrival directions of radio waves, but may be an appropriate mapping matrix that changes the correlation matrix.

アンテナは複数の素子からなるアンテナであればよく、必ずしもアレイアンテナでなくてもよい。   The antenna may be an antenna composed of a plurality of elements, and is not necessarily an array antenna.

固有ベクトル演算手段は、複数の固有ベクトルを演算してもよいし、必ずしも相関行列の最大固有値に対応する固有ベクトルだけを演算するものに限られない。   The eigenvector computing means may compute a plurality of eigenvectors, and is not necessarily limited to computing only the eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue of the correlation matrix.

イベント検出手段は、固有ベクトルの内積をとるものに限られず、経時変化を検出するものであれば、例えば差をとったり、比をとったりするものでもよい。   The event detection means is not limited to an inner product of eigenvectors, and may be, for example, a difference or a ratio as long as it can detect a change with time.

10 送信機
20 受信機
21 アレイアンテナ
22 相関行列演算手段
23 フィルタ手段
24 固有ベクトル演算手段
25 イベント検出手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transmitter 20 Receiver 21 Array antenna 22 Correlation matrix calculation means 23 Filter means 24 Eigenvector calculation means 25 Event detection means

Claims (4)

送信機が送信した電波を受信する複数のアンテナと、
該複数のアンテナによって受信した信号を受信ベクトルとして該受信ベクトルから相関行列を演算する相関行列演算手段と、
前記アンテナによって受信される電波の到来方向の組合せに基づいて信号部分空間を分割する写像行列を演算し、前記相関行列演算手段によって演算された相関行列に写像行列をかけるフィルタ手段と、
該フィルタ手段によって前記写像行列をかけられた相関行列を固有値展開して得られる固有値に関する固有ベクトルを演算する固有ベクトル演算手段と、
該固有ベクトル演算手段によって演算された前記固有ベクトルの経時変化を検出してイベントを検出するイベント検出手段と
を備えることを特徴とするイベント検出装置。
Multiple antennas to receive the radio waves transmitted by the transmitter,
Correlation matrix computing means for computing a correlation matrix from the received vector using signals received by the plurality of antennas as received vectors;
A filter means for subjecting said antenna calculates the mapping matrix for dividing the signal subspace based on the direction of arrival of a combination of radio waves received by the mapping matrix to the correlation matrix calculated by the correlation matrix calculating unit,
Eigenvector computing means for computing eigenvectors related to eigenvalues obtained by eigenvalue expansion of the correlation matrix multiplied by the mapping matrix by the filter means;
An event detection apparatus comprising: event detection means for detecting an event by detecting a change with time of the eigenvector calculated by the eigenvector calculation means.
前記複数のアンテナは、アレイアンテナであることを特徴とする請求項1記載のイベント検出装置。 The event detection apparatus according to claim 1 , wherein the plurality of antennas are array antennas. 前記固有ベクトル演算手段は、前記写像行列をかけられた相関行列の最大固有値に対応する固有ベクトルを演算することを特徴とする請求項1又は2記載のイベント検出装置。 3. The event detection apparatus according to claim 1 , wherein the eigenvector calculation means calculates an eigenvector corresponding to a maximum eigenvalue of the correlation matrix multiplied by the mapping matrix. 前記イベント検出手段は、平時の前記固有ベクトルと観測時の前記固有ベクトルとの内積を所定の閾値と比較することを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載のイベント検出装置。
4. The event detection apparatus according to claim 1 , wherein the event detection unit compares an inner product of the eigenvector during normal time and the eigenvector during observation with a predetermined threshold value.
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