JP6213242B2 - 移動体の計測装置および計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動体の移動方向および移動速度を計測する計測装置および計測方法に関する。

移動体の速度を計測する方法として、電波や超音波を送信波として発信し、移動体からの反射波との周波数変化から速度を算出するドップラー法が広く知られている。
このようなドップラー法を用いて移動体の移動方向および移動速度の双方を計測する技術が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。
上記特許文献１では、単一の送波器からの超音波を移動体（ゴルフクラブヘッド）に向けて送波するとともに、移動体で反射された反射波を異なる位置に設けられた３つの受波器で受波する。そして、各受波器で検出された反射波に含まれるドップラー信号成分に基づき、各受波方向における移動体の相対速度をそれぞれ算出し、これら相対速度に基づいて移動体の速度ベクトルを算出し、速度ベクトルの向きに基づいて移動体の移動方向（角度）を算出している。
また、上記特許文献２では、互いに離間して配置されている複数のアンテナを用いてそれぞれ計測された速度と、移動体の移動方向および移動速度との実測値との相関関係を予め求めておく。そして、計測時には、複数のアンテナでそれぞれ計測された各速度と、予め求められた相関関係とを用いて、移動体の移動方向および移動速度を算出している。

特開２００２−０７１８０２号公報 特開２０１２−０６３１５１号公報

しかしながら、上記従来技術では、移動体の移動方向および移動速度の計測を行うには、受波器（アンテナ）を複数設置する必要がある。このため、計測器の設置コストが増大したり、計測器が大型になってしまうという問題点がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、１つの受波器のみを用いて、移動体の移動方向および移動速度を計測できる移動体の計測装置および計測方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明にかかる移動体の計測装置は、指向性を有し、供給される送信信号に基づいて移動体に向けて送信波を送信するとともに、前記移動体で反射された反射波を受信して受信信号を生成する単一のアンテナと、前記アンテナに前記送信信号を供給するとともに、前記アンテナから供給される前記受信信号に基づいてドップラー周波数を有するドップラー信号を生成するドップラーセンサと、前記ドップラーセンサから得られた前記ドップラー信号を周波数解析することにより周波数ごとの信号強度の分布を示す信号強度分布データを生成する信号強度分布データ生成部と、前記信号強度分布データに基づいて、前記移動体の移動速度に対応するドップラー周波数成分を検出し、検出したドップラー周波数成分に基づいて速度を算出する速度演算部と、予め実測され得られている基準時刻における前記移動体の速度と前記基準時刻から所定時間経過後における前記移動体の速度との差分と、前記移動体の移動方向との相関関係に基づいて、前記速度演算部で算出された前記速度から前記移動方向を算出する移動方向演算部と、を備え、前記基準時刻は前記移動体が移動開始地点から所定距離離れた基準地点まで移動すると予測される時刻であり、前記所定時間は前記移動体が前記基準地点から所定の基準距離離れた移動後地点に到達すると予測される時間であり、前記所定時間を複数設定し、複数の前記所定時間は、前記移動体が前記基準地点から前記所定の基準距離の整数倍ずつ離れた複数の移動後地点にそれぞれ到達すると予測される時間である、ことを特徴とする。
また、本発明の移動体の計測方法は、指向性を有し、供給される送信信号に基づいて移動体に向けて送信波を送信するとともに、前記移動体で反射された反射波を受信して受信信号を生成する単一のアンテナを配置し、前記アンテナに前記送信信号を供給するとともに、前記アンテナから供給される前記受信信号に基づいてドップラー周波数を有するドップラー信号を生成するドップラーセンサを設け、前記ドップラーセンサから得られた前記ドップラー信号を周波数解析することにより周波数ごとの信号強度の分布を示す信号強度分布データを生成する信号強度分布データ生成部を設け、前記信号強度分布データに基づいて、前記移動体の移動速度に対応するドップラー周波数成分を検出し、検出したドップラー周波数成分に基づいて速度を算出する速度演算部を設け、所定の基準時刻における前記移動体の速度と前記基準時刻から所定時間経過後における前記移動体の速度との差分と、前記移動体の移動方向との相関関係を予め求めておき、前記差分と前記移動体の移動方向との相関関係に基づいて、前記速度演算部で算出された前記速度から前記移動方向を算出し、前記基準時刻は前記移動体が移動開始地点から所定距離離れた基準地点まで移動すると予測される時刻であり、前記所定時間は前記移動体が前記基準地点から所定の基準距離離れた移動後地点に到達すると予測される時間であり、前記所定時間を複数設定し、複数の前記所定時間は、前記移動体が前記基準地点から前記所定の基準距離の整数倍ずつ離れた複数の移動後地点にそれぞれ到達すると予測される時間である、ことを特徴とする。

本発明によれば、移動体に向けて送信波を送信するとともに、移動体から反射された反射波を受信する単一のアンテナを設け、予め得られているアンテナを用いて計測された複数の速度と移動方向との実測値との相関関係に基づき、測定された各速度から移動方向を算出するようにした。
したがって、単一のアンテナのみを用いて移動体の移動方向および移動速度を計測することができ、計測装置の低コスト化および小型化を図る上で有利となる。

実施の形態にかかる計測装置１０の外観を示す斜視図である。 計測装置１０の正面図である。 図２のＡ矢視図である。 図２のＢ矢視図である。 図４においてアンテナを９０度回転させた状態を示す図である。 計測モードの選択画面の一例を示す説明図である。 アンテナ１４の利得分布を示すグラフである。 他のアンテナの利得分布の一例を示すグラフである。 アンテナ１４を側面視した説明図である。 アンテナ１４を平面視した説明図である。 計測装置１０の構成を示すブロック図である。 計測装置１０の機能ブロック図である。 ゴルフクラブヘッド４によってゴルフボール２を打撃した際のドップラー信号Ｓｄの一例を示す線図である。 信号強度分布データ生成部３２によって生成された信号強度分布データＰＡの一例を示す線図である。 アンテナ１４から送信される送信波の波面と移動体の移動方向との位置関係を示す説明図である。 ゴルフボール２とアンテナ１４とを側面視した説明図である。 ゴルフボール２とアンテナ１４とを平面視した説明図である。 上下角度θｙと差分ΔＶとの相関関係を表す特性線ｋを示す図である。 速度の差分ΔＶと、ゴルフボール２の移動方向との相関関係を示す相関式の設定処理を説明するフローチャートである。 ゴルフボール２を打撃した場合における計測装置１０の移動方向および移動速度の計測動作を説明するフローチャートである。 第２の実施の形態における計測装置の機能ブロック図である。 アンテナ１４の構成を示す正面図である。 図２２のＡ矢視図である。 図２２のＢ矢視図である。 第３の実施の形態における計測装置の機能ブロック図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施の形態では、移動体がゴルフボールであり、本実施の形態にかかる移動体の計測装置は、ゴルフクラブヘッドによって打撃されたゴルフボールの移動方向と移動速度を計測するものである場合について説明する。なお、移動体は、野球用ボールやサッカーボールなどの球技用ボールであってもよく、空間を移動する移動体であればよい。

図１は、実施の形態にかかる計測装置１０の外観を示す斜視図であり、図２は、計測装置１０の正面図である。
図１に示すように、移動体の計測装置１０（以下単に計測装置１０という）は、筐体１２と、アンテナ１４と、アンテナ支持部１６と、表示部１８と、入力部２０とを含んで構成されている。
筐体１２は、上下方向の厚さと、厚さよりも大きな寸法の左右方向の幅と、幅よりも大きな寸法の前後方向の長さを有し、矩形板状を呈している。
筐体１２の上面１２０２は、長手方向を筐体１２の前後方向に平行させたほぼ長方形を呈している。
上面１２０２の前後はそれぞれ筐体１２の前面１２０４と後面１２０６とに接続されている。
また、上面１２０２に対向する下面１２０３には計測装置１０を三脚などの固定具に取り付けるための不図示の雌ねじ（カメラネジ）が設けられている。

アンテナ１４は、アンテナ支持部１６を介して筐体１２の上面１２０２に連結されている。
アンテナ１４は、指向性を有し、後述するドップラーセンサ２２（図６参照）から供給される送信信号に基づいて移動体に向けて送信波を送信するとともに、移動体で反射された反射波を受信して受信信号を生成しドップラーセンサ２２に供給するものである。
本明細書においては、アンテナ１４の利得が最大となる方向に沿って延在する仮想線をアンテナの指向方向を示す仮想軸Ｌとする。
本実施の形態では、アンテナ１４は、矩形板状のパッチアンテナで構成され、厚さ方向の一方の面が送信波を送信しかつ反射波を受信する表面であり、表面の反対側が裏面となっている。
また、アンテナ１４としてパッチアンテナを用いたので、計測装置１０の小型化を図る上で有利となる。しかしながら、アンテナ１４としてホーンアンテナなど従来公知の様々なアンテナが使用可能である。
なお、アンテナ１４の指向角が狭すぎると、移動体の測定範囲が限定される不利があり、アンテナ１４の指向角が広すぎると、測定対象となる移動体以外の物体からの不要な反射波を受信することになり測定精度を確保する上で不利となる。
そのため、アンテナ１４の指向角は、５度〜９０度とすることが移動体の測定範囲を確保しつつ測定対象外の物体からの不要な反射波の受信を抑制する上で有利である。

アンテナ支持部１６は、筐体１２に設けられ仮想軸Ｌの傾きが変化可能となるようにアンテナ１４を支持するものである。
本実施の形態では、アンテナ支持部１６は、フレーム１６Ａと、ケース１６Ｂとを備えている。
フレーム１６Ａは、筐体１２の前面１２０４に設けられ筐体１２の幅方向に延在する基部１６０２と、基部１６０２の両端から前方に起立する２つの柱部１６０４とで構成されている。
ケース１６Ｂは、アンテナ１４を平面視したときの輪郭よりも一回り小さい矩形板状を呈し、ケース１６Ｂの４辺をアンテナ１４の４辺に平行させた状態でアンテナ１４の背面に取着されている。
より詳細には、ケース１６Ｂは、アンテナ１４に対向する矩形板状の底壁と、該底壁から起立する４つの側壁とを有し、これら４つの側壁の上部がアンテナ１４の背面に接続されている。また、これら底壁と４つの底壁とアンテナ１４とで囲まれた収容空間には、後述するドップラーセンサ２２が収容されている。
また、アンテナ１４とドップラーセンサ２２とが一体的に設けられた一体型モジュールを用いてもよい。この場合、ドップラーセンサ２２はアンテナ１４の背面に一体的に設けられている。
このような一体型モジュールを用いた場合は、アンテナ１４とドップラーセンサ２２との間での信号経路の距離を短縮することで信号に加わるノイズを低減する上で有利となり、また、計測装置１０の小型化を図る上で有利となる。
なお、ドップラーセンサ２２は、筐体１２に収容されていてもよい。
ケース１６Ｂは、４つの側壁のうち対向する２つの側壁が２つの柱部１６０４の間に配置され、筐体１２の左右方向に軸心を向けた支軸１６Ｃを介して２つの柱部１６０４に回転可能に支持されている。
したがって、アンテナ支持部１６は、仮想軸Ｌの傾きが変化可能となるようにアンテナ１４を支持している。
本明細書においては、図４に示すように、仮想軸Ｌが後述する表示部１８の表示面１８０２と平行する仮想平面Ｐとなす角度をアンテナ角θとする。本実施の形態では、アンテナ支持部１６は、アンテナ角θが±９０度の範囲で変化するようにアンテナ１４を支持している。言い換えると、アンテナ角θは１８０度の範囲で変化する。なお、アンテナ角θの調整範囲は１８０度に限定されるものではなく、調整範囲をどのように設定するかは任意である。
ここで、図４に示すように仮想軸Ｌが筐体１２の上方を向いた状態でアンテナ角θ＝＋９０度であり、図５に示すように仮想軸Ｌが筐体１２の前方を向いた状態でアンテナ角θ＝０度であり、仮想軸Ｌが筐体１２の後方を向いた状態でアンテナ角θ＝−９０度であり、したがって、アンテナ角θの調整範囲は±９０度となる。
なお、本実施の形態では、アンテナ支持部１６がアンテナ１４を単一の支軸１６Ｃ回りに回転可能に支持する場合について説明したが、アンテナ支持部１６は仮想軸Ｌの傾きが変化可能となるようにアンテナ１４を支持できればよく、アンテナ支持部１６として従来公知の様々な機構が使用可能である。
たとえば、支軸１６Ｃと直交する平面上を延在する別の支軸をさらに設けることにより、アンテナ支持部１６がアンテナ１４を２つの支軸回りに回転可能に支持する構成としてもよい。この場合は、アンテナ１４の仮想軸Ｌの傾きの調整の自由度を確保する上でより有利となる。

また、本実施の形態では、アンテナ支持部１６は、予め定められた複数のアンテナ角θ、たとえば、＋９０度、０度、−９０度の３つの角度でアンテナ１４を保持するクリック機構を備えている。これにより、予め定められた複数のアンテナ角θへの設定操作の容易化が図られている。
さらに、本実施の形態では、図４、図５に示すように、アンテナ支持部１６に、アンテナが予め定められた複数のアンテナ角θのいずれに位置しているかを示す角度表示部１６Ｄが設けられている。これにより、アンテナ角θの確認の容易化が図られている。
角度表示部１６Ｄは、一方の柱部１６０４に設けられた窓部と、ケース１６Ｂの箇所に設けられた指標とで構成されている。
指標は、アンテナ角θの＋９０度、０度、−９０度に対応したケース１６Ｂの箇所にＡ、Ｂ、Ｃといった記号あるいは数字あるいは目盛線などで形成されている。
アンテナ１４のアンテナ角θが＋９０度、０度、−９０度のそれぞれに切り換えられると、ケース１６Ｂの箇所に形成されたＡ、Ｂ、Ｃの指標が前記の窓部を介して選択的に露出されることでアンテナ１４が複数のアンテナ角θのいずれに位置しているかが示されることになる。
なお、このような角度表示部１６Ｄとして従来公知の様々な表示機構が使用可能である。

ここで、移動体としてゴルフボール２を想定し、平面視した状態で移動開始位置Ｏから後方に１ｍ離間した箇所にアンテナ１４を配置した場合、アンテナ１４の利得分布（指向特性）は以下のように設定することが好ましい。
アンテナ１４の利得が最大となる方向に沿って延在する直線をアンテナ１４の指向方向を示す仮想軸Ｌとする。
仮想軸Ｌ上における利得を最大値とし、仮想軸を含む水平面内で利得が３ｄＢ低下する角度を水平角とし、仮想軸を含む鉛直面内で利得が３ｄＢ低下する角度を垂直角とする。
水平角は１０度以上が好ましい。この範囲を下回ると十分な計測範囲が確保できない点で不利となる。本実施の形態では、水平角が３２度である。
垂直角は１２０度以下が好ましい。この範囲内であると、ゴルフボールが打ち出されると想定される範囲内を十分な感度で計測できる点で有利となる。本実施の形態では、垂直角が８０度である。
図７は、本実施の形態で使用したアンテナ１４の利得分布を示すグラフである。図７のグラフにおいて、縦軸は利得の最大値（仮想軸Ｌ上の利得）からの利得低下量であり、横軸は仮想軸Ｌを０度とした角度である。上述したように、アンテナ１４の利得分布は、水平角が３２度、垂直角が８０度となっている。
本実施の形態のように、移動体としてゴルフボール２を用いる場合には、アンテナ１４における利得分布の広い側と利得分布が狭い側との比は、１．５〜５程度とするのが望ましい。

なお、図８は、他のアンテナの利得分布の一例を示すグラフである。図８のグラフにおいても、縦軸は利得の最大値からの利得低下量であり、横軸は仮想軸Ｌを０度とした角度である。図８に示すアンテナの利得分布は、水平角および垂直角が略同一となっている。このような利得分布を持つアンテナは、例えば移動体の移動開始地点と目標とが同一平面上にある場合など、水平角および垂直角に対して同等の評価を行う必要がある場合に適している。

図９および図１０に示すように、アンテナ１４は、ゴルフボール２の移動方向においてゴルフボール２よりも後方の箇所に設けられている。本実施の形態において、アンテナ１４の位置は、ゴルフボール２の位置（すなわち、移動体の移動開始地点）から後方１ｍの地点とする。なお、図９において符号２０１はゴルフボール２が載置されるティー、Ｇは地面（水平面）を示す。
平面視した状態で、左右方向においてアンテナ１４の仮想軸Ｌ上にティー２０１に載置されたゴルフボール２の中心点が配置されている。この中心点を移動開始位置Ｏ（あるいは原点Ｏ、すなわち移動体の移動開始位置）とする。これにより、ゴルフボール２の左右方向の移動は、仮想軸Ｌに沿っているとみなすことができる。すなわち、本実施の形態では、ゴルフボール２の左右方向の位置は仮想軸Ｌ上にあるものとして、上下方向の位置のみを算出する。

図１の説明に戻り、表示部１８は、矩形状の平坦な表示面１８０２を上方に向けて筐体１２の上面１２０２に設けられ、上面１２０２の大半は表示面１８０２で占有されている。
本実施の形態では、表示面１８０２は筐体１２の前後方向に沿った長さが筐体１２の左右方向に沿った幅よりも短い長方形を呈している。
表示部１８は、計測結果である移動体の移動速度および回転数を含む様々な表示内容を数字、記号、アイコンなどの形態で表示面１８０２に表示させる。
このような表示部１８として液晶パネルなどのフラットパネルディスプレイを用いることができる。

入力部２０は、上面１２０２の後面１２０６寄りの箇所に設けられている。
本実施の形態では、入力部２０は、モード選択ボタン、電源ボタンを含む複数の操作ボタンを含んで構成されている。なお、上述した表示部１８をタッチパネル式ディスプレイにして、入力部２０を表示部１８で兼ねるようにしてもよい。
電源ボタンは、電源のオン、オフをおこなうためのものである。

モード選択ボタンは、計測装置１０の計測モードを選択するためのボタンである。本実施の形態では、計測装置１０の計測モードとして、ゴルフモード、バットモード、ボールモードのいずれかを選択可能とする。ゴルフモードは、ゴルフクラブによるゴルフボールの打球速度を計測するモードである。バットモードは、野球バットによる野球ボールの打球速度を計測するモードである。ボールモードは、投手による野球ボールの投球速度を計測するモードである。

図６は、計測モードの選択画面の一例を示す説明図である。図６には、計測装置１０の表示面１８０２上に、計測モードとして、ゴルフモード選択部１８１０、バットモード選択部１８１２、ボールモード選択部１８１４が表示されている。図６では、ボールモード選択部１８１４が選択されており、他の選択部とは異なる色で表示される。ユーザは、いずれかの選択部を選択して決定操作をおこなうことによって、計測モードを設定することができる。
なお、このような計測モード選択画面として従来公知の様々な表示形態が使用可能である。また、計測モードの選択にあたっては、必ずしも表示を伴わなくてもよく、従来公知の様々な選択形態が使用可能である。

なお、計測装置１０を使用する際の筐体１２の姿勢は特に限定されるものではないが、通常は、（１）筐体１２の上面１２０２（表示面１８０２）を上方に向けた姿勢、（２）筐体１２の前面１２０４を上方に向け上面１２０２（表示面１８０２）を側方に向けた姿勢のいずれかとし、アンテナ１４の仮想軸Ｌが移動体の移動方向に合致するようにアンテナ角θを調整する。

また、計測装置１０は、図示しない電力蓄電用のバッテリーを備え、バッテリーに蓄電された電力を用いて駆動するようにしてもよい。これにより、計測装置１０を使用者の近傍に設置可能となり、かつ投球等の邪魔になりにくくすることができる。

つぎに図１１を参照して計測装置１０の制御系の構成について説明する。図１１は、計測装置１０の構成を示すブロック図である。
なお、図１１において符号２は移動体としてのゴルフボール、４はゴルフクラブヘッド、６はシャフト、８はゴルフクラブを示す。
計測装置１０は、前記のアンテナ１４、表示部１８、入力部２０に加えて、ドップラーセンサ２２、計測処理部２４などを含んで構成されている。

ドップラーセンサ２２は、アンテナ１４と不図示のケーブルによって接続され、該ケーブルを介してアンテナ１４に送信信号を供給するものである。また、ドップラーセンサ２２は、アンテナ１４のそれぞれから供給される受信信号に基づいてドップラー周波数Ｆｄを有するドップラー信号Ｓｄを時系列データとして生成するものである。
ドップラー信号Ｓｄとは、前記送信信号の周波数Ｆ１と前記受信信号の周波数Ｆ２との差分の周波数Ｆ１−Ｆ２で定義されるドップラー周波数Ｆｄを有する信号である。
ドップラーセンサ２２は、市販されている種々のものが使用可能である。
なお、前記の送信信号としては、例えば、２４ＧＨｚあるいは１０ＧＨｚのマイクロ波が使用可能であり、ドップラー信号Ｓｄを得られるものであれば送信信号の周波数は限定されない。
また、送信波の出力はたとえば１０ｍＷ以下とする。これは、計測装置１０をバッテリー駆動とした場合、使用可能時間を長くするため、消費電力はなるべく低く抑えることが望ましいためである。計測装置１０において、アンテナ１４からの送信波の送信に消費される電力は極めて大きい。このように、送信波の出力をたとえば１０ｍＷ以下とすることによって、消費電力を低減し、バッテリーで駆動する計測装置１０の使用可能時間を長くすることができる。

計測処理部２４は、ドップラーセンサ２２から供給されるドップラー信号Ｓｄを入力して演算処理を行うことにより、ゴルフボール２の移動方向および移動速度を算出するものである。
本実施の形態では、計測処理部２４は、マイクロコンピュータ２６によって構成されている。
マイクロコンピュータ２６は、ＣＰＵ２６Ａと、不図示のインターフェース回路およびバスラインを介して接続されたＲＯＭ２６Ｂ、ＲＡＭ２６Ｃ、インターフェース２６Ｄ、表示用ドライバ２６Ｅなどを含んで構成されている。
ＲＯＭ２６ＢはＣＰＵ２６Ａが実行する移動体の移動方向および移動速度を算出するための制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭ２６Ｃはワーキングエリアを提供するものである。
インターフェース２６Ｄは、ドップラー信号Ｓｄを入力してＣＰＵ２６Ａに供給し、また、入力部２０からの操作信号を受け付けてＣＰＵ２６Ａに供給するものである。
表示用ドライバ２６ＥはＣＰＵ２６Ａの制御に基づいて表示部１８を駆動するものである。

図１２はマイクロコンピュータ２６の構成を機能ブロックで示した計測装置１０のブロック図である。
マイクロコンピュータ２６は、機能的には、蓄積部３０と、信号強度分布データ生成部３２と、速度演算部３４と、移動方向演算部３６とを含んで構成されている。
また、蓄積部３０と、信号強度分布データ生成部３２と、速度演算部３４と、移動方向演算部３６は、ＣＰ２６Ａが前記制御プログラムを実行することで実現されるものであるが、これらの部分は、回路等のハードウェアで構成されたものであってもよい。

蓄積部３０は、ドップラー信号Ｓｄを予め定められたサンプリング周期で時間経過に従って順番に蓄積するものである。
蓄積部３０は、ドップラー信号Ｓｄを予め定められたサンプリング周期で時間経過に従って順番に蓄積するものである。本実施の形態では、ＣＰＵ２６Ａがドップラー信号Ｓｄを前記サンプリング周期でサンプリングしてＲＡＭ２６Ｃにドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータとして格納する。
蓄積部３０は、たとえば、計測装置１０の電源が投入されると同時にサンプリング動作を開始する。

図１３はゴルフクラブヘッド４によってゴルフボール２を打撃した際のドップラー信号Ｓｄの一例を示す線図であり、横軸に時間ｔ（ｓｅｃ）、縦軸に振幅（任意単位）をとっている。
図１３において、初めの大きな振幅を呈する波形部分がゴルフクラブヘッド４によって生じるドップラー信号の部分を示し、その後に続く波形部分が打撃されたゴルフボール２によって生じるドップラー信号の部分を示している。

図１２の説明に戻り、信号強度分布データ生成部３２は、蓄積部３０に蓄積されたドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータを周波数解析（連続ＦＦＴ解析、あるいは、ウェーブレット解析）することによって信号強度分布データを生成するものである。
言い換えると、信号強度分布データ生成部３２は、ドップラーセンサ２２から得られたドップラー信号Ｓｄを周波数解析することにより周波数ごとの信号強度の分布を示す信号強度分布データを生成する。
本実施の形態では、信号強度分布データ生成部３２は、蓄積部３０に蓄積された時系列データであるドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータを予め定められた区間に特定して信号強度分布データの生成を実施する。ここで、ドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータの区間は予め定められた計測時間に基づいて特定される。
言い換えると、信号強度分布データ生成部３２は、垂れ流し方式で蓄積されているドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータのうち、計測装置１０に電源投入された後の一定の区間におけるサンプリングデータを特定して信号強度分布データの生成を実施する。

サンプリングデータを予め定められた区間に特定する方法としては以下の方法が例示される。
すなわち、信号強度分布データ生成部３２は、計測装置１０への電源投入時刻を基準時点として、基準時点から数えてａ個目までのサンプリングデータを除外し、ａ＋１個目からｂ個目（ａ＜ｂ）までのサンプリングデータを特定して信号強度分布データの生成を実施する。
この場合、ａ＋１個目からｂ個目（ａ＜ｂ）までのサンプリングデータに、ゴルフクラブヘッド４による影響を受けたデータが含まれないように、上記の数値ａ、ｂを設定する。
数値ａ、ｂの設定は、所定の基準時刻ＴＳおよび基準時刻ＴＳから所定時間ΔＴ経過後の経過時刻ＴＰに基づいて行われる。本実施の形態では、基準時刻ＴＳは移動開始位置Ｏに対してゴルフボール２が約０．５ｍ移動すると予測される時刻、経過時刻ＴＰは移動開始位置Ｏに対してゴルフボール２が約２ｍ移動すると予測される時刻となるように決定する。すなわち、信号強度分布データ生成部３２は、計測装置１０への電源投入時刻を基準として基準時刻ＴＳおよび当該基準時刻ＴＳから所定時間ΔＴ経過後を特定し、基準時刻ＴＳと基準時刻ＴＳから所定時間ΔＴ経過後との間の信号強度分布データを生成する。

なお、経過時刻ＴＰは１つに限らず、ゴルフボール２の移動経路上に等間隔で速度が計測できるように、複数定めてもよい。本実施の形態によれば、例えば、第１の経過時刻ＴＰ１としてゴルフボール２が約２ｍ移動すると予測される時刻、第２の経過時刻ＴＰ２としてゴルフボール２が約３．５ｍ移動すると予測される時刻・・などとする。
すなわち、基準時刻は移動体が移動開始地点から所定距離（本実施の形態では０．５ｍ）移動すると予測される時刻であり、所定時間ΔＴは移動体が所定距離から所定の基準距離（たとえば１．５ｍ）の整数倍の距離離れた地点に到達すると予測される時間である。なお、移動開始地点から所定距離離れた地点、すなわち基準時刻に移動体が到達すると予測される地点を「基準地点」、移動開始地点から基準距離の整数倍離れた地点、すなわち基準時刻から所定時間（ΔＴ）経過後に移動体が到達すると予測される地点を「移動後地点」という。

なお、数値ａ，ｂは、実際にゴルフクラブ６がスウィングされた場合のゴルフクラブヘッド４のスピードのばらつきを考慮して設定すればよい。
あるいは、計測装置１０への電源投入時刻を基準時点として、経過時間に基づいてゴルフクラブヘッドによる影響を受けたデータが含まれないように、サンプリングデータを予め定められた区間に特定してもよい。

図１４は信号強度分布データ生成部３２によって生成された信号強度分布データＰＡの一例を示す線図であり、横軸に周波数ｆ（Ｈｚ）、縦軸に信号強度Ｐ（任意単位）を取っている。
図１４において、周波数ｆが低い領域で信号強度Ｐが高くなっている部分は、ゴルフクラブヘッド４による反射波Ｗ２に対応しており、その後に続く信号強度の山の部分が打撃されたゴルフボール２による反射波Ｗ２に対応している。

図１２の説明に戻り、速度演算部３４は、信号強度分布データＰＡに基づいて、ゴルフボール２の移動速度に対応するドップラー周波数成分を検出し、検出したドップラー周波数成分に基づいて速度Ｖを算出するものである。
信号強度分布データＰＡからドップラー周波数成分を検出する方法としては以下の手順が例示される。
（１）信号強度分布データＰＡについて移動平均を取ることによってノイズの影響を抑制した信号強度分布データを得る。
（２）移動平均を取った信号強度分布データＰＡにおいて信号強度のピーク値、あるいは、信号強度の山の中央値に対応する周波数をドップラー周波数成分（ドップラー周波数）として検出する。
なお、ドップラー周波数成分の検出方法は、信号強度分布データＰＡに含まれるノイズの影響を抑制し、ドップラー周波数成分を正確かつ安定して検出できればよいのであり、上記の手順に限定されるものではない。

ここで、ゴルフボール２の速度の計測原理について説明する。
従来から知られているように、ドップラー周波数Ｆｄは式（１）で表される。
Ｆｄ＝Ｆ１−Ｆ２＝２・Ｖ・Ｆ１／ｃ （１）
ただし、Ｖ：ゴルフボール２の速度、ｃ：光速（３・１０８ｍ／ｓ）
したがって、式（１）をＶについて解くと、（２）式となる。
Ｖ＝ｃ・Ｆｄ／（２・Ｆ１） （２）
すなわち、ゴルフボール２の速度Ｖは、ドップラー周波数Ｆｄに比例することになる。
したがって、ドップラー信号Ｓｄからドップラー周波数Ｆｄの周波数成分を検出し、検出したドップラー周波数成分から式（２）に基づいてゴルフボール２の速度Ｖを求めることができる。

ところで、式（２）によって得られるゴルフボール２の移動速度は、アンテナ１４の指向性を示す仮想軸Ｌと一致する方向の速度成分である。
したがって、ゴルフボール２の移動軌跡がアンテナの指向性を示す仮想軸Ｌに対して外れるほど式（２）によって得られるゴルフボール２の移動速度の誤差が増大する傾向となる。
より詳細には、図１５（ａ）に示すように、アンテナ１４の指向性を示す仮想軸Ｌに対して角度θをもって移動する移動体の移動速度は、実際の移動速度よりもｃｏｓθ遅く計測される。

図１５は、アンテナ１４から送信される送信波の波面と移動体の移動方向との位置関係を示す説明図である。ここで、図１５（ａ）に示すように、移動体がアンテナ１４から十分遠方に位置する場合には、送信波は一般的には平面波（より詳細には、仮想軸Ｌに対して垂直な波面Ｗを有する平面波）となる。すなわち、アンテナ１４から送信された送信波の波面Ｗの法線方向は、仮想軸Ｌと常時一致する。このため、一定方向に移動する移動体の移動方向と波面Ｗの法線方向との角度θは常時一定である（図１５（ａ）においては、θ１＝θ２となる）。これにより、移動体の移動速度の誤差（遅れ）は、常時一定である。

一方、図１５（ｂ）に示すように、移動体がアンテナ１４の近傍に位置する場合には、送信波は球面波（より詳細には、アンテナ１４の位置を中心とする球面波）となる。すなわち、アンテナ１４から送信された送信波の波面Ｗの法線方向は、位置によって変化する。このため、一定方向に移動する移動体の移動方向と波面Ｗの法線方向との角度θは位置によって異なる（図１５（ｂ）においては、θ３≠θ４となる）これにより、移動体の移動速度は、移動体の位置によって異なる誤差（遅れ）を持って計測される。

そこで、本発明では、基準時刻ＴＳにおける速度ＶＳと基準時刻ＴＳから所定時間ΔＴ経過後（経過時刻ＴＰ）における速度ＶＰとの差分ΔＶと、実測されたゴルフボール２の移動方向との間に相関関係があることに着目した。
すなわち、予め上述した相関関係を取得しておけば、この相関関係に基づいて速度ＶＳおよびＶＴからゴルフボール２の移動方向を求めることが可能となる。

移動方向演算部３６は、予め実測され得られている速度の差分ΔＶと、予め実測し得られているゴルフボール２の移動方向との相関関係に基づいて、基準時刻における速度ＶＳと基準時刻から所定時間ΔＴ経過後における速度ＶＰとから移動方向を算出するものである。
本実施の形態では、ゴルフボール２の移動方向を次のように定義する。
図１６および図１７に示すように、移動開始位置Ｏを通る仮想線ＣＬを含む基準鉛直面Ｐｖと、移動開始位置Ｏを通り基準鉛直面Ｐｖと直交する基準水平面Ｐｈとを設定する。
言い換えると、予め定められた移動開始位置Ｏを通り水平方向に延在する仮想線ＣＬを含み鉛直方向に延在する平面を基準鉛直面Ｐｖとする。移動開始位置Ｏを通り基準鉛直面Ｐｖと直交する平面を基準水平面Ｐｈとする。
ゴルフボール２の移動軌跡を基準鉛直面Ｐｖに投影した場合に投影した移動軌跡と基準水平面Ｐｈ（仮想線ＣＬ）とがなす角度を上下角度θｙとする。
ゴルフボール２の移動軌跡を基準水平面Ｐｈに投影した場合に投影した移動軌跡と基準鉛直面Ｐｖとがなす角度を左右角度θｘとする。
ここで、ゴルフボール２はティーから目標地点に向けて左右方向にぶれなく打ち出すのが前提である。このため、本実施の形態では、左右角度θｘを常時０とし、ゴルフボール２の移動方向を上下角度θｙで定義する。

すなわち、移動方向演算部３６によって算出される移動方向は上下角度と左右角度のうち上下方向で示される。上述のように、アンテナ１４の利得分布は上下角度と左右角度とで異なり、本実施の形態では、アンテナ１４の利得分布が広い側を上下角度方向となるように設置されている。

本実施の形態では、所定の基準時刻ＴＳおよび経過時刻ＴＰにおいて実測して得た２つの速度の差分ΔＶと、実測して得たゴルフボール２の上下角度θｙとの相関関係に基づいて上下角度θｙを算出する。
より詳細には、所定の基準時刻ＴＳおよび経過時刻ＴＰにおいて実測して得た速度ＶＳおよびＶＰの差分ΔＶを算出する。
また、予め実測して得た差分ΔＶと、実測して得たゴルフボール２の上下角度θｙとの相関関係に基づいて、差分ΔＶから上下角度θｙを算出する。
このように複数の時刻において得た複数の速度の差分の平均値から上下角度θｙを算出することにより、１つのアンテナ１４を用いて移動体の移動位置と移動速度とを計測することができる。

次に、実測して得たΔＶと実測して得たゴルフボール２の移動方向との相関関係の取得について説明する。
まず、専用のゴルフボール打ち出し装置（スイングロボット）によって移動開始位置Ｏに位置するゴルフボール２を、さまざまな速度、方向にて打ち出す。言い換えると、上下角度θｙ、移動速度Ｖαを異ならせて打撃する。
そして、移動体の移動方向および移動速度を高精度に計測可能な基準計測器によってゴルフボール２の上下角度θｙ、移動速度Ｖαを計測し、上下角度θｙ、速度の差分ΔＶαの実測データを取得する。
このような基準計測器として、例えば、特許第４１０４３８４号に開示されているような従来公知のさまざまな計測装置が使用可能である。
また、上下角度θｙ、移動速度Ｖαの計測と同時に、本実施の形態の計測装置１０Ａを用いることにより、速度演算部３４によって速度ＶＳおよびＶＰを取得する。すなわち、上下角度θｙ、差分ΔＶαの実測データに対応する差分ΔＶを取得する。

そして、上下角度θｙの実測データと、差分ΔＶとの相関関係に基づいて上下角度θｙ算出用の相関式（回帰式）を求める。なお、計測装置１０は、相関式の算出を行う機能を備える必要はなく、相関式の算出は、計測装置１０とは別に設けられたコンピュータを用いて行うなど任意である。

言い換えると、上下角度θｙと、差分ΔＶとの関係を離散的に測定したデータを取得する。そして、取得したデータを従来公知の最小二乗法などを用いて回帰分析することによって上下角度θｙを差分ΔＶの関数（多項式）によって表わした相関式を求める。すなわち、このようにして求められた相関式によって上下角度θｙと差分ΔＶとの関係を示す特性線を得ることができる。
したがって、本実施の形態では、移動方向演算部３６による移動方向の算出は、予め実測され得られている基準時刻における移動体の速度ＶＳおよび経過時刻における移動体の速度ＶＰと、予め実測され得られているゴルフボール２の移動方向との相関関係を示す移動方向算出用の相関式に基づいてなされる。
なお、上記のような相関式に代えて、相関式によって示される特性線のデータを上下角度θｙ算出用のマップとして記憶しておき、各マップを用いて上下角度θｙを算出してもよい。その場合にはそれらマップをマイクロコンピュータのメモリ、例えば、ＲＯＭに設けるなど任意である。

図１８は、上下角度θｙと差分ΔＶとの相関関係を表す特性線ｋを示す図である。
横軸は差分ΔＶを示し、縦軸は上下角度θｙを示している。記号●は離散的に計測された上下角度θｙと差分ΔＶとのデータを示している。
特性線ｋが上下角度θｙと差分ΔＶとの相関関係を示しており、特性線ｋを示す相関式（回帰式）は、例えば、２次の多項式で示されている。

また、本実施の形態では、所定の基準時刻ＴＳにおける速度ＶＳおよび経過時刻ＴＰにおける速度ＶＰの差分ΔＶ（速度ＶＳ−速度ＶＰ、または速度ＶＰ−速度ＶＳ）を用いて相関式を生成したが、これに代えて、速度ＶＳおよび速度ＶＰの比（ＶＳ／ＶＰまたはＶＰ／ＶＳ）を用いて相関式を生成してもよい。

次に、計測装置１０の動作について図１９および図２０のフローチャートを参照して説明する。
まず、図１９を参照して、速度の差分ΔＶと、ゴルフボール２の移動方向との相関関係を示す相関式の設定について説明する。
まず、専用のゴルフボール打ち出し装置（スイングロボット）を用いてゴルフボール２を、上下角度θｙおよび移動速度Ｖαを異ならせて打撃し、上下角度θｙおよび移動速度Ｖαを実測する（ステップＳ１０）。
同時に、計測装置１０を用いて基準時刻ＴＳにおける速度ＶＳおよび経過時刻ＴＰにおける速度ＶＰを計測する（ステップＳ１２）。
次いで、計測装置１０とは別のコンピュータにより、速度ＶＳおよび速度ＶＰに基づいて差分ΔＶを算出する（ステップＳ１４）。
次いで、差分ΔＶと上下角度θｙとの相関関係を示す相関式を算出する（ステップＳ１６）。
そして、ステップＳ１６によって得られた３つの相関式を計測装置１０に設定する（ステップＳ１８）。

次に、図２０を参照してゴルフボール２を打撃した場合における計測装置１０の移動方向および移動方向の計測動作について説明する。
予め図１９の処理が実施され、計測装置１０に前記の相関式が設定されているものとする。
まず、使用者は、ゴルフボール２の打ち出し方向においてゴルフボール２から１ｍ後方の箇所に、アンテナ１４をゴルフボール２に向けてケース２６０を設置する。
ケース２６０は、例えば地面Ｇの上に載置すればよい。
なお、ケース２６０の設置位置（すなわち、アンテナ１４の設置位置）は、図１６に示した相関式の算出時と略同一にするよう使用者に注意を促す。すなわち、計測装置１０における計測は、相関式を決定する実測時における移動体の移動開始位置とアンテナとの相対位置と略同一位置にして行う。
これにより、アンテナ１４から送出された送信波Ｗ１がゴルフボール２に当たり、反射波Ｗ２がアンテナ１４に受信可能な状態となる。
使用者が入力部２０を操作することにより、計測装置１０はゴルフボール２の移動方向および移動速度を計測するための計測モードに設定される（ステップＳ４０）。

計測モードに設定されると、ドップラー信号Ｓｄの蓄積部３０へのサンプリングが開始される（ステップＳ４２）。
信号強度分布データ生成部３２は、蓄積部３０へのサンプリングが開始されると、予め定められた区間にわたるドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータを特定する（ステップＳ４６）。
そして、信号強度分布データ生成部３２は、信号強度分布データＰＡを生成する（ステップＳ４８）。
次いで、速度演算部３４は、信号強度分布データＰＡから基準時刻ＴＳにおける速度ＶＳおよび経過時刻ＴＰにおける速度ＶＰを算出する（ステップＳ５０）。
次いで、移動方向演算部３６は、速度ＶＳと速度ＶＰとの差分ΔＶを算出し（ステップＳ５２）、予め設定されている相関式から差分ΔＶに基づいて上下角度θｙを算出する（ステップＳ５４）。
このようにして得られた上下角度θｙが移動方向として表示部１８に供給されて表示され、速度ＶＳおよびＶＰが移動速度として表示部１８に供給されて表示される（ステップＳ６０）。以上で一連の計測動作が終了する。

次に、本実施の形態の計測装置１０の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、移動体（ゴルフボール２）に向けて送信波Ｗ１を送信するとともに、移動体から反射された反射波Ｗ２を受信する単一のアンテナを設け、予め得られているアンテナを用いて計測された複数の速度と移動方向との実測値との相関関係に基づき、測定された各速度から移動方向を算出するようにした。
したがって、単一のアンテナのみを用いて移動体の移動方向および移動速度を計測することができ、計測装置１０の低コスト化および小型化を図る上で有利となる。
また、計測装置１０を製造する際、基準となる任意の測定器もしくは数台の測定器を用いて作製したデータを平均して相関式を作成し、全数に当てはめる。より好ましくは、１台ごとに個別に相関式を作製してもよい。これにより、計測装置１０をより高精度化することができる。
また、相関関係に基づいて移動方向を計測することから、移動方向の精度を確保しつつ、計測装置１０の製造上の位置精度の許容差、具体的には、アンテナ１４の位置精度の許容差を緩和できるため、製造コストの低減を図る上で有利となる。

また、本実施の形態の計測装置１０をゴルフシミュレータ装置に適用すれば、計測装置１０で算出されたゴルフボール２の移動方向、移動速度に基づいてゴルフボール２の弾道を的確にシミュレーションすることができる。
特に、従来のゴルフシミュレータ装置では、高速度カメラで撮影したゴルフボール２の画像データに基づいてゴルフボール２の挙動の計測を行い、その計測結果に基づいてゴルフボール２の弾道のシミュレーションを行うものが多い。このような画像データを用いるゴルフシミュレータ装置では、照明光や外光の変化が高速度カメラで撮影した画像データに影響を及ぼすことから、高速度カメラの動作設定を簡単に行うことが難しく不利である。
これに対して本実施の形態では、照明光や光の影響を受けることがないため、計測装置１０、ゴルフシミュレータ装置の設定作業の簡素化を図る上で有利となる。
また、高速度カメラを用いる場合は、ゴルフボール２をその移動方向と直交する方向から撮影しなくてはならないため、高速度カメラをゴルファーの正面に配置する必要があり、ゴルファーの視界に高速度カメラが入ることから、ゴルファーに圧迫感を与える不都合がある。
これに対して本実施の形態では、アンテナをゴルフボール２の後方に離れた箇所に配置すればよいため、ゴルファーの視界にアンテナが入りにくく、ゴルファーに与える圧迫感を抑制する上で有利となる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、計測装置１０を小型の可搬式装置としたが、第２の実施の形態では、計測装置１０のアンテナ１４をホーンアンテナとするとともに、マイクを設けサンプリングデータの取得時期を特定しやすくした。

図２１は、第２の実施の形態にかかる計測装置４０の構成を示すブロック図である。第２の実施の形態にかかる計測装置４０は、第１の実施の形態にかかる計測装置１０の構成に加え、マイク４６およびトリガ信号発生部４８を備えている。
マイク４６は、ゴルフボール２がゴルフクラブヘッド４によって打撃された際に発生する打撃音を収音し音声信号を検出するものである。
トリガ信号発生部４８は、マイク４６によって検出された音声信号の振幅が予め定められたしきい値を上回ったときに、トリガ信号ｔｒｇを生成して計測処理部２４に供給するものである。
トリガ信号ｔｒｇは、計測処理部２４に対して後述するデータ処理の開始を指示するものである。
なお、上述したようにトリガ信号発生部４８が単に打撃音に応じてトリガ信号ｔｒｇを生成するものである場合、計測装置１０の設置環境によっては以下の不都合が生じることが懸念される。
すなわち、計測装置１０の設置環境が例えば複数の打席を備えるゴルフ練習場である場合、計測装置１０の測定対象となる打席以外の周囲の打席の打撃音によってもトリガ信号ｔｒｇが生成され、計測装置１０の誤動作が発生することが懸念される。
したがって、本実施の形態では、以下のように構成することで上記誤動作の防止を図っている。
トリガ信号発生部４８には、マイク４６からの音声信号に加えて、ドップラーセンサ２２からのドップラー信号Ｓｄが入力される。
そして、トリガ信号発生部４８は、ドップラー信号Ｓｄを受信し、かつ、打撃音の音声信号が予め定められたしきい値を上回ったときに、トリガ信号ｔｒｇを生成して計測処理部２４に供給する。この場合、当初発生するドップラー信号Ｓｄはゴルフクラブヘッド４の動きを検出したものとなる。
したがって、トリガ信号発生部４８は、ゴルフクラブヘッド４の動きと打撃音の両方でトリガ信号ｔｒｇを生成するため、計測装置４０の誤動作を的確に防止する上で有利となる。
トリガ信号発生部４８はトリガ信号ｔｒｇを生成できれば、マイク４６以外のセンサを用いても良い。例えば、予め定められた特定の位置（例えば移動開始位置Ｏ）を通過するゴルフクラブヘッド４を検出する光センサを設け、該光センサの検出信号に基づいてトリガ信号発生部４８がトリガ信号ｔｒｇを生成するなど任意である。しかしながら、光センサは設置する位置や方向を厳密に調整する必要があることから、本実施の形態のようにマイク４６を用いる方が設置作業の簡素化を図る上で有利となる。

図２２は計測装置４０におけるアンテナ１４の構成を示す正面図、図２３は図３のＡ矢視図、図２４は図３のＢ矢視図である。
図２２乃至図２４に示すように、アンテナ１４は、ケース２６０に収容保持されている。
ケース２６０は、後板２６０２と、上下左右の側板２６０４Ａ、２６０４Ｂ、２６０４Ｃ、２６０４Ｄと、脚部２６０６とを含んで構成されている。
後板２６０２は矩形板状を呈し、上下の辺を水平方向と平行させ、上方に至るほど後方に傾斜するように設けられている。
上下左右の側板２６０４Ａ〜２６０４Ｄは、後板２６０２の上下左右の辺から起立され、各側板２６０４Ａ〜２６０４Ｄの前縁により矩形状の開口が形成されている。
脚部２６０６は、下部の側板２６０４Ｂの下面中央に設けられ地面や床面に設置される。
アンテナ１４は、前記の開口を介して前方を向いた状態で後板２６０２の前面に取着され、後板２６０２と側板２６０４Ａ〜２６０４Ｄとで囲まれた空間に収容されている。アンテナ１４の前部は、各側板２６０４Ａ〜２６０４Ｄの前縁よりも後方に位置している。
前記開口は、送信波Ｗ１および反射波Ｗ２の透過が可能な材料で形成された図示しないカバーによって覆われており、アンテナ１４の防塵および保護が図られている。
本実施の形態では、図２２に示すように正面から見てアンテナ１４は後板２６０２の略中央部に配置されている。

計測装置４０では、蓄積部３０（図１２参照）は、ドップラー信号Ｓｄと、トリガ信号ｔｒｇを予め定められたサンプリング周期で時間経過に従って順番に蓄積する。具体的には、ＣＰＵ２１Ａがドップラー信号Ｓｄとトリガ信号ｔｒｇを前記サンプリング周期でサンプリングしてＲＡＭ２１Ｃにドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータおよびトリガ信号ｔｒｇのサンプリングデータとして格納する。

また、信号強度分布データ生成部３２は、蓄積部３０に蓄積されたドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータを周波数解析（連続ＦＦＴ解析、あるいは、ウェーブレット解析）することによって信号強度分布データを生成する。
言い換えると、信号強度分布データ生成部３２は、ドップラーセンサ２２から得られたドップラー信号Ｓｄを周波数解析することにより周波数ごとの信号強度の分布を示す信号強度分布データを生成する。
具体的には、信号強度分布データ生成部３２は、蓄積部３０に蓄積されたトリガ信号ｔｒｇに基づいて、蓄積部３０に蓄積された時系列データであるドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータを予め定められた区間に特定して信号強度分布データの生成を実施する。ここで、ドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータの区間はトリガ信号ｔｒｇに基づいて特定される。
言い換えると、信号強度分布データ生成部３２は、垂れ流し方式で蓄積されているドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータのうち、ゴルフボール２が打撃された後の区間におけるサンプリングデータを特定して信号強度分布データの生成を実施する。
より具体的には、実施の形態２では、球技用ボールであるゴルフボール２を打撃するゴルフクラブヘッド４（打撃具）の動きを検知するセンサと、センサによる検知結果に基づいて、球技用ボールが打撃具によって打撃されたことを示すトリガ信号ｔｒｇを発生するトリガ信号発生部４８と、を備え、信号強度分布データ生成部３２は、トリガ信号ｔｒｇに基づいて基準時刻ＴＳおよび当該基準時刻ＴＳから所定時間ΔＴ経過後を特定し、基準時刻ＴＳと基準時刻ＴＳから所定時間ΔＴ経過後との間の信号強度分布データを生成する。本実施の形態では、センサは、打撃具による球技用ボールの打撃音を集音するマイクとした。そして、トリガ信号発生部４８は、打撃具による球技用ボールの打撃音が集音され、かつドップラーセンサ２２によってドップラー信号が生成された場合に、トリガ信号ｔｒｇを発生させるようにした。

このような構成により、ゴルフボール２がゴルフクラブヘッド４によって打撃された時点、すなわちゴルフボール２が移動を開始した時点を特定することができ、計測装置４０における測定精度を向上させることができる。

（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態および第２の実施の形態では、蓄積部３０に蓄積された時系列データであるドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータを予め定められた区間に特定して信号強度分布データの生成を実施した。
そして、サンプリングデータを予め定められた区間に特定する方法として、計測装置への電源投入時点またはトリガ信号ｔｒｇの検出時点を基準時点として、基準時点から数えてａ個目までのサンプリングデータを除外し、ａ＋１個目からｂ個目（ａ＜ｂ）までのサンプリングデータを特定して信号強度分布データの生成を実施するものとして説明した。
ところで、ゴルフクラブヘッド４のヘッドスピードは、ゴルファーによって異なり、また、スウィングごとにばらつく。ヘッドスピードが異なれば、打撃されたゴルフボール２の移動速度も異なり、その結果、上記特定する区間が同一であっても、サンプリングデータを取得するゴルフボール２の基準地点に対する位置がばらつくことになる。
サンプリングデータを取得するゴルフボール２の位置（範囲）が異なると、速度ＶＳおよびＶＰとゴルフボールの移動方向との相関関係も影響を受け、最終的に算出される移動方向の値が影響を受けることなる。
したがって、ゴルフボール２の移動速度に拘わらずゴルフボール２が同一の位置（範囲）にあるときのサンプリングデータを特定できるように、ゴルフボール２の移動速度に応じてサンプリングデータを特定する区間を補正することが、最終的に算出される移動方向の精度を確保する上で好ましい。

そこで第３の実施の形態では、図２５に示すように、計測処理部２４は、図１２に示す構成に加えて、サンプリングデータを特定する区間を補正するサンプリングデータ特定手段５０を設けたものである。
サンプリングデータ特定手段５０による補正は、移動開始位置Ｏに対して前方に離間した位置を予め設定しておき、ゴルフクラブヘッド４がゴルフボール２を打撃してから前記位置に到達するまでの間のサンプリングデータを除外するものである。
すなわち、移動開始位置Ｏから前方に予め定められた距離Ｘ離間した位置をサンプリング区間開始位置Ｏｓとして設定しておく。
サンプリングデータ特定手段５０は、蓄積部３０から得たドップラー信号Ｓｄのサンプリングデータ、電源投入時点またはトリガ信号ｔｒｇに基づいて信号強度分布データＰＡを生成する機能を有している。ただし、サンプリングデータの区間を特定することなく、電源投入以後またはトリガ信号ｔｒｇ以後のサンプリングデータに基づいて信号強度分布データＰＡを生成する点が信号強度分布データ生成部３２と異なる。

また、サンプリングデータ特定手段５０は、生成した信号強度分布データＰＡに基づいて仮の移動速度Ｖβを求める機能を有している。
より詳細には、図１４に示すように周波数ｆが低い領域で信号強度Ｐが高くなっている部分に相当する信号強度分布データＰＡからドップラー周波数成分を検出し、それらドップラー周波数成分に基づいて仮の移動速度Ｖβを求める。
仮の移動速度Ｖβは、厳密に言うとゴルフクラブヘッド４の移動速度であるが、仮の移動速度Ｖβをゴルフボール２の仮の移動速度とみなしても誤差は無視できる。
サンプリングデータ特定手段５０は、以下に示す式（３）に基づいて電源投入以後またはトリガ信号ｔｒｇの検出時点（基準時点）から予め定められた距離Ｘまでのサンプリングデータ数ａを求める。
ａ＝（Ｘ／Ｖβ）／（１／Ｔｓ） （３）
ただし、Ｔｓ：蓄積部３０のサンプリング周期
したがって、サンプリングデータのうちａ個のサンプリングデータは、ゴルフクラブヘッド４がゴルフボール２を打撃してから距離Ｘの位置に到達するまでのサンプリングデータである。
サンプリングデータ特定手段５０は、サンプリングデータ数ａを信号強度分布データ生成部３２に供給する。
これにより、信号強度分布データ生成部３２は、第１の実施の形態と同様に、基準時点から数えてａ個目までのサンプリングデータを除外し、ａ＋１個目からｂ個目（ａ＜ｂ）までのサンプリングデータを特定して信号強度分布データの生成を実施する。
これ以降の処理は第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
すなわち、実施の形態３では、電源投入時刻またはトリガ信号発生時刻以降かつ基準時刻よりも早い時刻における移動体の速度を算出し、移動体が基準地点に到達する時刻を予測して、基準時刻を補正するサンプリングデータ特定手段５０を備え、信号強度分布データ生成部３２は、サンプリングデータ特定手段５０によって補正された基準時刻から所定時間経過後までの信号強度分布データを生成する。

以上説明したように、第３の実施の形態によれば、ゴルフボール２の移動速度に拘わらずゴルフボール２が同一の位置（範囲）にあるときのサンプリングデータを特定できるようにしたので、計測されるゴルフボール２の移動方向、移動速度の精度を確保する上でより有利となる。
なお、第３の実施の形態では、サンプリングデータ特定手段５０を、信号強度分布データ生成部３２および速度演算部３４と独立して設けた場合について説明したが、サンプリングデータ特定手段５０と同様の機能を、信号強度分布データ生成部３２および速度演算部３４によって実現するようにしてもよいことは無論である。

２……ゴルフボール（移動体）、１４……アンテナ、２２……ドップラーセンサ、３０……蓄積部、３２……信号強度分布データ生成部、３４……速度演算部、３６……移動方向演算部

Claims (12)

1. 指向性を有し、供給される送信信号に基づいて移動体に向けて送信波を送信するとともに、前記移動体で反射された反射波を受信して受信信号を生成する単一のアンテナと、
   前記アンテナに前記送信信号を供給するとともに、前記アンテナから供給される前記受信信号に基づいてドップラー周波数を有するドップラー信号を生成するドップラーセンサと、
   前記ドップラーセンサから得られた前記ドップラー信号を周波数解析することにより周波数ごとの信号強度の分布を示す信号強度分布データを生成する信号強度分布データ生成部と、
   前記信号強度分布データに基づいて、前記移動体の移動速度に対応するドップラー周波数成分を検出し、検出したドップラー周波数成分に基づいて速度を算出する速度演算部と、
   予め実測され得られている基準時刻における前記移動体の速度と前記基準時刻から所定時間経過後における前記移動体の速度との差分と、前記移動体の移動方向との相関関係に基づいて、前記速度演算部で算出された前記速度から前記移動方向を算出する移動方向演算部と、を備え、
   前記基準時刻は前記移動体が移動開始地点から所定距離離れた基準地点まで移動すると予測される時刻であり、前記所定時間は前記移動体が前記基準地点から所定の基準距離離れた移動後地点に到達すると予測される時間であり、
   前記所定時間を複数設定し、複数の前記所定時間は、前記移動体が前記基準地点から前記所定の基準距離の整数倍ずつ離れた複数の移動後地点にそれぞれ到達すると予測される時間である、
   ことを特徴とする移動体の計測装置。
2. 前記計測装置への電源投入時刻以降または前記球技用ボールが前記打撃具によって打撃されたことを示すトリガ信号の発生時刻以降、かつ前記基準時刻よりも早い時刻における前記移動体の速度を算出し、前記移動体が前記基準地点に到達する時刻を予測して、前記基準時刻を補正するサンプリングデータ特定手段を備え、
   前記信号強度分布データ生成部は、前記サンプリングデータ特定手段によって補正された前記基準時刻から前記所定時間経過後までの前記信号強度分布データを生成することを特徴とする請求項１に記載の移動体の計測装置。
3. 前記サンプリングデータ特定手段は、前記信号強度分布データのうち相対的に周波数が低い領域で信号強度が高くなっている部分に相当するドップラー周波数成分を検出し、検出した当該ドップラー周波数成分に基づいて前記移動体の仮の移動速度を求め、当該仮の移動速度を用いて前記移動体が前記基準地点に到達する時刻を予測することを特徴とする請求項２に記載の移動体の計測装置。
4. 予め定められた移動開始位置を通り水平方向に延在する仮想線を含み鉛直方向に延在する平面を基準鉛直面とし、
   前記移動開始位置を通り前記基準鉛直面と直交する平面を基準水平面とし、
   前記移動体が前記移動開始位置から移動したときの移動軌跡を前記基準鉛直面に投影して得られた移動軌跡と前記基準水平面とがなす角度を上下角度とし、
   前記移動体が前記移動開始位置から移動したときの移動軌跡を前記基準水平面に投影して得られた移動軌跡と前記基準鉛直面とがなす角度を左右角度とした場合、
   前記移動方向演算部によって算出される前記移動方向は前記上下角度と前記左右角度の何れかで示され、
   前記アンテナの利得分布は前記上下角度と前記左右角度とで異なるとともに、前記利得分布が広い側を前記移動方向演算部によって算出される前記移動方向となるように設置する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の移動体の計測装置。
5. 前記アンテナにおける前記利得分布の広い側と前記利得分布が狭い側との比は、１．５〜５である、
   ことを特徴とする請求項４記載の移動体の計測装置。
6. 前記移動方向演算部による前記移動方向の算出は、
   予め実測され得られている前記基準時刻における前記移動体の速度と前記所定時間経過後における前記移動体の速度との差分と、予め実測され得られている前記移動体の移動方向との相関関係を示す移動方向算出用の相関式に基づいてなされ、
   前記移動方向算出用の相関式は、前記移動体の移動開始位置と前記アンテナとの相対位置を固定して実測した前記移動方向を用いて決定され、
   前記計測装置における計測は、前記相関式を決定する実測時における前記移動体の移動開始位置と前記アンテナとの相対位置と略同一位置にして行う、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の移動体の計測装置。
7. 前記信号強度分布データ生成部は、前記計測装置への電源投入時刻を基準として前記基準時刻および当該基準時刻から前記所定時間経過後を特定し、前記基準時刻と前記基準時刻から前記所定時間経過後との間の前記信号強度分布データを生成することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の移動体の計測装置。
8. 前記移動体は、打撃具により打撃される球技用ボールであり、
   前記打撃具の動きを検知するセンサと、
   前記センサによる検知結果に基づいて、前記球技用ボールが前記打撃具によって打撃されたことを示すトリガ信号を発生するトリガ信号発生部と、をさらに備え、
   前記信号強度分布データ生成部は、前記トリガ信号に基づいて前記基準時刻および当該基準時刻から前記所定時間経過後を特定し、前記基準時刻と前記基準時刻から前記所定時間経過後との間の前記信号強度分布データを生成することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の移動体の計測装置。
9. 前記センサは、前記打撃具による前記球技用ボールの打撃音を集音するマイクであることを特徴とする請求項８記載の移動体の計測装置。
10. 前記トリガ信号発生部は、前記打撃具による前記球技用ボールの打撃音が集音され、かつ前記ドップラーセンサによって前記ドップラー信号が生成された場合に、前記トリガ信号を発生させることを特徴とする請求項８または９記載の移動体の計測装置。
11. 前記移動体は、球技用ボールである、
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の移動体の計測装置。
12. 指向性を有し、供給される送信信号に基づいて移動体に向けて送信波を送信するとともに、前記移動体で反射された反射波を受信して受信信号を生成する単一のアンテナを配置し、
    前記アンテナに前記送信信号を供給するとともに、前記アンテナから供給される前記受信信号に基づいてドップラー周波数を有するドップラー信号を生成するドップラーセンサを設け、
    前記ドップラーセンサから得られた前記ドップラー信号を周波数解析することにより周波数ごとの信号強度の分布を示す信号強度分布データを生成する信号強度分布データ生成部を設け、
    前記信号強度分布データに基づいて、前記移動体の移動速度に対応するドップラー周波数成分を検出し、検出したドップラー周波数成分に基づいて速度を算出する速度演算部を設け、
    所定の基準時刻における前記移動体の速度と前記基準時刻から所定時間経過後における前記移動体の速度との差分と、前記移動体の移動方向との相関関係を予め求めておき、
    前記差分と前記移動体の移動方向との相関関係に基づいて、前記速度演算部で算出された前記速度から前記移動方向を算出し、
    前記基準時刻は前記移動体が移動開始地点から所定距離離れた基準地点まで移動すると予測される時刻であり、前記所定時間は前記移動体が前記基準地点から所定の基準距離離れた移動後地点に到達すると予測される時間であり、
    前記所定時間を複数設定し、複数の前記所定時間は、前記移動体が前記基準地点から前記所定の基準距離の整数倍ずつ離れた複数の移動後地点にそれぞれ到達すると予測される時間である、
    ことを特徴とする移動体の計測方法。

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