JP6291538B2

JP6291538B2 - ドプラレーダ検出装置、プログラム及び方法

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Publication number: JP6291538B2
Application number: JP2016158959A
Authority: JP
Inventors: 直哉平木; 未央貝瀬
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: JP2018025521A

Description

本開示は、人間や動物や車両等の群れの動きの活発さを機械的にかつ定量的に評価する技術に関する。具体的には、本開示は、蚕座上の蚕群の飼育の各段階（例えば、上蔟時期）を機械的に判定する技術に関する。

養蚕において、上蔟（蚕に繭を作る場所を与えること）時期は、繭質の良否に影響を与える大切なパラメータである。従来において、上蔟時期は、蚕の胸部が透き通ること、蚕の体の形が短くかつ太くなること、蚕がさかんに這い回ること等に基づいて、熟練者（養蚕業者）が勘と経験で判定している（例えば、非特許文献１を参照。）。

蚕業技術研究所、"養蚕"、第６、７章、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２８年７月１４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｉｌｋ．ｏｒ．ｊｐ／ｓｉｌｋ＿ｇｉｊｙｕｔｕ／ｙｏｕｓａｎ．ｈｔｍｌ＞

ところで、蚕の飼育を日常としない研究機関等においては、上蔟時期を適切に判定することにより、飼育の失敗の確率を低減することが求められている。そして、蚕の飼育を日常とする養蚕業者においても、上蔟時期を適切に判定することにより、繭質の向上及び安定化を図ることが求められている。しかし、従来において、上蔟時期を適切に判定することは、熟練者（養蚕業者）の勘と経験を必要とする困難なことである。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、多数が互いにランダムな方向に動き回る、人間や動物や車両等の群れについて、動きの活発さを機械的にかつ定量的に評価することを目的とする。具体的には、本開示は、蚕の飼育の各段階（例えば、上蔟時期）を適切に判定するにあたり、熟練者（養蚕業者）の勘と経験によらない機械的な方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、人間や動物や車両等の動き回る速度をレーダで検出することにより、人間や動物や車両等の動きの活発さを機械的に判定することとした。ここで、個々の人間や動物や車両等については、多数が互いにランダムな方向に動き回ることが災いして、動き回る速度の個々の値をレーダで検出することは困難である。しかし、人間や動物や車両等の群れについては、多数が互いにランダムな方向に動き回ることを生かして、動き回る速度の全体分布をレーダで検出することは可能である。

具体的には、本開示は、レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルを算出するスペクトル算出部と、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、複数の物標で構成される物標群に関するレーダ送受信アンテナの位置に対する速度分布の高速度方向への広がり程度を評価する速度分布評価部と、を備えることを特徴とするドプラレーダ検出装置である。

この構成によれば、多数が互いにランダムな方向に動き回る、人間や動物や車両等の群れについて、動きの活発さを機械的にかつ定量的に評価することができる。

上記目的を達成するために、蚕の飼育の各段階と蚕の這い回る速度が対応関係を有することに着目して、蚕の這い回る速度をレーダで検出することにより、蚕の飼育の各段階を機械的に判定することとした。ここで、蚕座上の個々の蚕については、多数が互いにランダムな方向に這い回ることが災いして、這い回る速度の個々の値をレーダで検出することは困難である。しかし、蚕座上の蚕の群れについては、多数が互いにランダムな方向に這い回ることを生かして、這い回る速度の全体分布をレーダで検出することは可能である。

具体的には、本開示は、前記速度分布評価部は、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、複数の蚕で構成される蚕座上の蚕群に関する前記レーダ送受信アンテナの位置に対する速度分布の高速度方向への広がり程度を評価することを特徴とするドプラレーダ検出装置である。

この構成によれば、蚕の飼育の各段階を適切に判定するにあたり、熟練者（養蚕業者）の勘と経験によらない機械的な方法を提供することができる。

また、本開示は、前記速度分布評価部は、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、前記蚕座上の蚕群の上蔟時期を判定することを特徴とするドプラレーダ検出装置である。

この構成によれば、蚕がさかんに這い回る上蔟時期を適切に判定するにあたり、熟練者（養蚕業者）の勘と経験によらない機械的な方法を提供することができる。

また、本開示は、前記速度分布評価部は、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルに関する、所定の高周波数におけるスペクトル強度と所定の低周波数におけるスペクトル強度との比率に基づいて、前記蚕座上の蚕群の上蔟時期を判定することを特徴とするドプラレーダ検出装置である。

この構成によれば、ドプラスペクトルの高周波端を調べるという、単純であるが不確実な処理を行なうまでもなく、そして、ドプラスペクトルの全体形状を調べるという、確実であるが複雑な処理を行なうまでもなく、程よい確実さと単純さで上蔟時期を適切に判定することができる。なお、所定の高周波数におけるスペクトル強度と所定の低周波数におけるスペクトル強度との比率は、蚕座上の蚕数に依存しないと考えられる。

また、本開示は、前記速度分布評価部は、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルに関する、所定の高周波数におけるスペクトル強度と所定の低周波数におけるスペクトル強度との比率の時間微分に基づいて、前記蚕座上の蚕群の上蔟時期を判定することを特徴とするドプラレーダ検出装置である。

この構成によれば、ドプラスペクトルの高周波端を調べるという、単純であるが不確実な処理を行なうまでもなく、そして、ドプラスペクトルの全体形状を調べるという、確実であるが複雑な処理を行なうまでもなく、程よい確実さと単純さで上蔟時期を適切に判定することができる。なお、所定の高周波数におけるスペクトル強度と所定の低周波数におけるスペクトル強度との比率の時間微分は、蚕座上の蚕数に依存しないと考えられる。

また、本開示は、レーダ受信信号の増幅前において、前記レーダ受信信号から前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移が０である周波数成分を有する信号を除去するにあたり、前記レーダ受信信号からの減算信号について、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移が０である周波数成分を有する信号の振幅及び位相を調整するドプラ無偏移成分除去部、をさらに備えることを特徴とするドプラレーダ検出装置である。

この構成によれば、動かない蚕座からの反射信号を除去することにより、這い回る蚕からの反射信号を抽出することができる。そして、受信機の飽和レベルに到達しない限りにおいて、這い回る蚕からの反射信号を増幅することができる。

また、本開示は、レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルを算出するスペクトル算出ステップと、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、複数の物標で構成される物標群に関するレーダ送受信アンテナの位置に対する速度分布の高速度方向への広がり程度を評価する速度分布評価ステップと、を順にコンピュータに実行させるためのドプラレーダ検出プログラムである。

また、本開示は、レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルを算出するスペクトル算出ステップと、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、複数の物標で構成される物標群に関するレーダ送受信アンテナの位置に対する速度分布の高速度方向への広がり程度を評価する速度分布評価ステップと、を順に備えることを特徴とするドプラレーダ検出方法である。

このように、本開示によれば、多数が互いにランダムな方向に動き回る、人間や動物や車両等の群れについて、動きの活発さを機械的にかつ定量的に評価することができる。具体的には、本開示によれば、蚕の飼育の各段階（例えば、上蔟時期）を適切に判定するにあたり、熟練者（養蚕業者）の勘と経験によらない機械的な方法を提供することができる。

本開示の養蚕用途のドプラレーダ検出装置の構成を示す図である。本開示の蚕座上の蚕群の上蔟時期の判定原理を示す図である。本開示の蚕座上の蚕群の上蔟時期の判定原理を示す図である。本開示の蚕座上の蚕群の上蔟時期の判定方法を示す図である。本開示の蚕座上の蚕群の上蔟時期の判定方法を示す図である。本開示の蚕座上の蚕群の上蔟時期の判定方法を示す図である。本開示の蚕座からの反射信号のフィードスルーキャンセル原理を示す図である。本開示の蚕座からの反射信号のフィードスルーキャンセル原理を示す図である。本開示のフィードスルーキャンセル前後のドプラスペクトルを示す図である。本開示の一般用途のドプラレーダ検出装置の構成を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

（養蚕用途のドプラレーダ検出装置の構成）
本開示の養蚕用途のドプラレーダ検出装置の構成を図１に示す。養蚕用途のドプラレーダ検出装置Ｒは、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ−ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１、方向性結合器２、方向性結合器３、送信アンテナ４、受信アンテナ５、方向性結合器６、増幅器７、ミキサ８、減衰器９、ラインストレッチャ１０、フィルタ１１、Ａ／Ｄコンバータ１２、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）演算器１３、積分器１４、メモリ１５及び比較判定器１６から構成される。

ＶＣＯ１は、レーダ送信信号を生成するとともに、レーダ送受信信号間のドプラ偏移を検出するための、レーダ送信信号と同一の周波数を有するミキサ用信号を生成する。方向性結合器２は、レーダ送信信号を方向性結合器３に出力するとともに、ミキサ用信号をミキサ８に出力する。ここで、本実施形態では、連続波レーダ方式を適用している。しかし、変形例として、パルスレーダ方式を適用してもよい。いずれのレーダ方式を適用するかは、ドプラレーダ検出装置Ｒから蚕座Ｓまでの距離に応じて決定すればよい。

方向性結合器３は、レーダ送信信号を送信アンテナ４に出力するとともに、後述のフィードスルーキャンセル信号を生成するための、レーダ送信信号と同一の周波数を有するキャンセル用信号を減衰器９及びラインストレッチャ１０に出力する。送信アンテナ４は、レーダ送信信号を、複数の蚕Ｗで構成される蚕座Ｓ上の蚕群に照射する。

受信アンテナ５は、レーダ反射信号を、複数の蚕Ｗで構成される蚕座Ｓ上の蚕群から受信する。方向性結合器６は、レーダ反射信号を受信アンテナ５から入力し、後述のフィードスルーキャンセル信号を減衰器９及びラインストレッチャ１０から入力し、レーダ反射信号及び後述のフィードスルーキャンセル信号の合成信号を増幅器７に出力する。

ここで、本実施形態では、レーダ照射／反射方向を蚕Ｗが這い回る蚕座Ｓの面内にほぼ平行にして、蚕Ｗが蚕座Ｓの面内を這い回る速度を検出している。しかし、変形例として、レーダ照射／反射方向を蚕Ｗが這い回る蚕座Ｓの面内にほぼ垂直にして、蚕Ｗが蚕座Ｓの面内から頭を持ち上げる速度を検出してもよい。そして、図１において、送信アンテナ４及び受信アンテナ５をバイスタティックに配置している。しかし、図２のように、送信アンテナ４及び受信アンテナ５をモノスタティックに配置してもよい。

増幅器７は、レーダ反射信号及び後述のフィードスルーキャンセル信号の合成信号を増幅する。ミキサ８は、合成信号の増幅信号とミキサ用信号を乗算して、合成信号の増幅信号とミキサ用信号の和周波信号と、合成信号の増幅信号とミキサ用信号の差周波信号と、を生成する。フィルタ１１は、合成信号の増幅信号とミキサ用信号の和周波信号を除去して、合成信号の増幅信号とミキサ用信号の差周波信号を抽出する。Ａ／Ｄコンバータ１２は、合成信号の増幅信号とミキサ用信号の差周波信号に対して、Ａ／Ｄ変換を実行する。

ここで、合成信号の増幅信号は、レーダ送信信号と同一の周波数を有する信号を含まず、レーダ送信信号と異なる周波数を有する信号のみ含む。一方で、ミキサ用信号は、レーダ送信信号と同一の周波数を有する。よって、合成信号の増幅信号とミキサ用信号の差周波信号は、レーダ送受信信号間のドプラ偏移の情報を含む。

ＦＦＴ演算器１３は、合成信号の増幅信号とミキサ用信号の差周波信号に対して、ＦＦＴ演算を実行する。積分器１４は、ＦＦＴ演算結果に対して、平滑処理を実行する。ＦＦＴ演算器１３及び積分器１４は、後述のスペクトル算出部１８に対応し、レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルを算出することができる。

メモリ１５は、熟練者（養蚕業者）が上蔟時期と判定した複数の蚕Ｗで構成される蚕座Ｓ上の蚕群について、レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルをデータベース化して記憶している。比較判定器１６は、ＦＦＴ演算器１３及び積分器１４が算出したレーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルと、メモリ１５が記憶しているレーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルと、を比較し、ドプラレーダ検出装置Ｒが検出対象としている複数の蚕Ｗで構成される蚕座Ｓ上の蚕群について、上蔟時期の到来の有無を判定する。メモリ１５及び比較判定器１６は、後述の速度分布評価部１９に対応し、レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、複数の蚕Ｗで構成される蚕座Ｓ上の蚕群の上蔟時期を判定することができる。

（蚕座上の蚕群の上蔟時期の判定原理）
本開示の蚕座上の蚕群の上蔟時期の判定原理を図２及び図３に示す。複数の蚕Ｗで構成される蚕座Ｓ上の蚕群において、個々の蚕Ｗの這い回る速度ｖは、互いにほぼ同様であるが、個々の蚕Ｗの這い回る方向は、互いにランダムである。レーダ送信信号について、波長をλとし、周波数をｆ_ｃとし、伝搬速度をｃ（＝ｆ_ｃλ）とする。

図２の（ａ）に示したように、レーダ照射方向と個々の蚕Ｗの動きの方向が垂直であるときには、その蚕Ｗからの反射信号において、レーダ送受信信号間のドプラ偏移は発生しない。図２の（ｂ）に示したように、レーダ照射方向と個々の蚕Ｗの動きの方向が平行であるときには、その蚕Ｗからの反射信号において、ｖベクトルとしては、最大のレーダ送受信信号間のドプラ偏移（ドプラ周波数ｆ_ｄ＝２ｖ／λ＝２ｖｆ_ｃ／ｃ）が発生する。図２の（ｃ）に示したように、図２の（ａ）と（ｂ）との中間の状態にあるときには（ｖベクトルは、レーダ照射方向と平行なｖ_ａベクトルと、レーダ照射方向と垂直なｖ_ｂベクトルと、に分解される。）、その蚕Ｗからの反射信号において、ｖ_ａベクトルの分だけ、レーダ送受信信号間のドプラ偏移（ドプラ周波数ｆ_ｄ＝２ｖ_ａ／λ＝２ｖ_ａｆ_ｃ／ｃ）が発生する。

ここで、本実施形態では、レーダ送信信号として、マイクロ波を適用している。しかし、変形例として、レーダ送信信号として、ミリ波や超音波等を適用してもよい。いずれの波形を適用するかは、ドプラ周波数ｆ_ｄの検出可能範囲に応じて決定すればよい。

図３の（１）に示したように、図２の（ｂ）に示した状態にある個々の蚕Ｗからのレーダ反射信号からのドプラスペクトルへの寄与として、所定の高いドプラ周波数ｆ_ｄ２におけるスペクトル強度Ｓ（ｆ_ｄ２）が有限値として検出されたときには、複数の蚕Ｗで構成される蚕座Ｓ上の蚕群がさかんに這い回っており適熟しており上蔟時期を迎えている。

図３の（２）に示したように、図２の（ｂ）に示した状態にある個々の蚕Ｗからのレーダ反射信号からのドプラスペクトルへの寄与として、所定の高いドプラ周波数ｆ_ｄ２におけるスペクトル強度Ｓ（ｆ_ｄ２）が有限値として検出されないときには、複数の蚕Ｗで構成される蚕座Ｓ上の蚕群があまり這い回っておらず適熟しておらず上蔟時期を迎えていない。

ここで、ドプラスペクトルの高周波端を調べるのみであれば、上蔟時期の判定処理は、単純ではあるが、不確実になる可能性がある（蚕Ｗの個体数の不確定性があるため、高周波端の有無判定の閾値設定が困難となる。）。一方で、ドプラスペクトルの全体形状を調べるのであれば、上蔟時期の判定処理は、確実ではあるが、複雑になる可能性がある（蚕Ｗの個体数の不確定性があるため、ドプラスペクトルの照合処理が困難となる。）

そこで、所定の高いドプラ周波数ｆ_ｄ２におけるスペクトル強度Ｓ（ｆ_ｄ２）と所定の低いドプラ周波数ｆ_ｄ１におけるスペクトル強度Ｓ（ｆ_ｄ１）との比率Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）を調べることが考えられる。図３の（１）に示したような適熟時のドプラスペクトルにおいては、Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）＞０となる。図３の（２）に示したような適熟前のドプラスペクトルにおいては、Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）＝０となる。

ここで、スペクトル強度Ｓは、蚕座Ｓ上の蚕数に比例すると考えられるため、Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）は、蚕座Ｓ上の蚕数に依存しないと考えられる。つまり、図３の（１）に示したような適熟時のドプラスペクトルにおいては、Ｓ（ｆ_ｄ２、多）／Ｓ（ｆ_ｄ１、多）＝Ｓ（ｆ_ｄ２、少）／Ｓ（ｆ_ｄ１、少）＞０となる。そして、図３の（２）に示したような適熟前のドプラスペクトルにおいては、Ｓ（ｆ_ｄ２、多）／Ｓ（ｆ_ｄ１、多）＝Ｓ（ｆ_ｄ２、少）／Ｓ（ｆ_ｄ１、少）＝０となる。このように、Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）を調べるのみであるため、上蔟時期の判定処理は、程よく単純であり確実になる。

ここで、本実施形態では、所定の２点の周波数におけるスペクトル強度Ｓの比率を調べて、上蔟時期の判定処理を単純にしている。しかし、変形例として、所定の３点以上の周波数におけるスペクトル強度Ｓの比率（例えば、所定の３点の周波数ｆ_ｄ１＜ｆ_ｄ２＜ｆ_ｄ３におけるスペクトル強度Ｓの比率Ｓ（ｆ_ｄ３）／Ｓ（ｆ_ｄ１）、Ｓ（ｆ_ｄ３）／Ｓ（ｆ_ｄ２）、Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１））を調べて、上蔟時期の判定処理を確実にしてもよい。

（蚕座上の蚕群の上蔟時期の判定方法）
本開示の蚕座上の蚕群の上蔟時期の判定方法を図４から図６までに示す。図４では、蚕の飼育の各段階Ｉ〜ＶＩにおけるドプラスペクトルを示す。図５では、蚕の飼育の各段階Ｉ〜ＶＩにおける、ｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）を示す。図６では、蚕の飼育の各段階Ｉ〜ＶＩにおける、ｋ’＝ｄｋ／ｄｔ（ｄｔは、時間微分を表わす。）を示す。

図４のＩに示したように、４眠時において、動かない蚕座Ｓ及び動かない蚕Ｗからの反射信号からのドプラスペクトルへの寄与として、Ｓ（ｆ_ｄ〜０）のみが有限値として検出され、Ｓ（ｆ_ｄ１）及びＳ（ｆ_ｄ２）が有限値として検出されない。図４のＩＩ及びＩＩＩに示したように、４眠時から５齢時にかけて、そして、徐々に活発化する５齢時において、這い回る蚕Ｗからの反射信号からのドプラスペクトルへの寄与として、Ｓ（ｆ_ｄ２）が徐々に大きく検出される。図４のＩＶに示したように、最も活発化する適熟時において、さかんに這い回る蚕Ｗからの反射信号からのドプラスペクトルへの寄与として、Ｓ（ｆ_ｄ２）が最も大きく検出される。図４のＶ及びＶＩに示したように、徐々に不活発化する適熟過ぎにおいて、そして、さらに不活発化する適熟過ぎにおいて、這い回る蚕Ｗからの反射信号からのドプラスペクトルへの寄与として、Ｓ（ｆ_ｄ２）が徐々に小さく検出される。

図５では、比較判定器１６は、メモリ１５を用いて、レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルに関する、所定の高周波数ｆ_ｄ２におけるスペクトル強度Ｓ（ｆ_ｄ２）と所定の低周波数ｆ_ｄ１におけるスペクトル強度Ｓ（ｆ_ｄ１）との比率ｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）に基づいて、複数の蚕Ｗで構成される蚕座Ｓ上の蚕群の上蔟時期を判定する。

ｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）は、段階Ｉから段階ＩＶにかけて、徐々に増加し、段階ＩＶから段階ＶＩにかけて、徐々に減少する。そこで、メモリ１５は、熟練者（養蚕業者）が上蔟時期と判定した適熟時におけるｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）の値を記憶している。そして、比較判定器１６は、算出されたｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）の値が、記憶されたｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）の値に到達しているときには、又は、記憶されたｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）の値を超過しているときには、上蔟時期が到来していると判定する。一方で、比較判定器１６は、算出されたｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）の値が、記憶されたｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）の値に到達していないときには、又は、記憶されたｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）の値を超過していないときには、上蔟時期が到来していないと判定する。

図６では、比較判定器１６は、メモリ１５を用いて、レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルに関する、所定の高周波数ｆ_ｄ２におけるスペクトル強度Ｓ（ｆ_ｄ２）と所定の低周波数ｆ_ｄ１におけるスペクトル強度Ｓ（ｆ_ｄ１）との比率の時間微分ｋ’＝ｄｋ／ｄｔに基づいて、複数の蚕Ｗで構成される蚕座Ｓ上の蚕群の上蔟時期を判定する。

ｋ’＝ｄｋ／ｄｔは、段階Ｉから段階ＩＶにかけて、正の値をとり、段階ＩＶから段階ＶＩにかけて、負の値をとる。そこで、メモリ１５は、熟練者（養蚕業者）が上蔟時期と判定した適熟時におけるｋ’＝ｄｋ／ｄｔの値〜０を記憶している。そして、比較判定器１６は、算出されたｋ’＝ｄｋ／ｄｔの値が、正の値から記憶されたｋ’＝ｄｋ／ｄｔの値〜０に到達しているときには、上蔟時期が到来していると判定する。一方で、比較判定器１６は、算出されたｋ’＝ｄｋ／ｄｔの値が、正の値から記憶されたｋ’＝ｄｋ／ｄｔの値〜０に到達していないときには、上蔟時期が到来していないと判定する。

ここで、本実施形態では、図５及び図６に示した上蔟時期の判定方法を独立して適用している。しかし、変形例として、図５及び図６に示した上蔟時期の判定方法を合わせて適用してもよい。つまり、以下に示す（条件１）及び（条件２）の両方が満たされるときに、上蔟時期が到来していると判定する：（条件１）算出されたｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）の値が、記憶されたｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）の値に到達している、又は、記憶されたｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）の値を超過している。（条件２）算出されたｋ’＝ｄｋ／ｄｔの値が、正の値から記憶されたｋ’＝ｄｋ／ｄｔの値〜０に到達している。

（蚕座からの反射信号のフィードスルーキャンセル原理）
本開示の蚕座からの反射信号のフィードスルーキャンセル原理を図７及び図８に示す。図７では、蚕座Ｓからの反射信号のフィードスルーキャンセルを実行しない場合を示す。図８では、蚕座Ｓからの反射信号のフィードスルーキャンセルを実行する場合を示す。

ここで、本実施形態では、蚕座Ｓからの反射信号のフィードスルーキャンセルを実行するのは、ミキサ８の前段であって、ミキサ８の後段ではない。しかし、図７及び図８では、説明のし易さの観点から、ミキサ８の後段の信号レベルについて説明する。

図７に示したように、動かない蚕座Ｓからの反射信号は、レーダ送受信信号間のドプラ偏移を含まず、振幅が大きい直流信号である。一方で、這い回る蚕Ｗからの反射信号は、レーダ送受信信号間のドプラ偏移を含み、振幅が小さい交流信号である。ただし、実際に観測される反射信号は、動かない蚕座Ｓからの反射信号と這い回る蚕Ｗからの反射信号の合成信号である。ここで、実際に観測される反射信号の全体的なレベルは、受信機の飽和レベルよりかなり高いと考えられる。よって、ＦＦＴ演算器１３に入力される反射信号は、受信機の飽和レベルに振幅がクリップされた直流信号となり、レーダ送受信信号間のドプラ偏移を含まない。つまり、這い回る蚕Ｗの動きは全く見えないことになる。

図８に示したように、フィードスルーキャンセル信号は、動かない蚕座Ｓからの反射信号と比べて、振幅は同一であり位相は逆相である信号である。よって、フィードスルーキャンセル後には、動かない蚕座Ｓからの反射信号は除去されるが、這い回る蚕Ｗからの反射信号のみは抽出される。ここで、這い回る蚕Ｗからの反射信号の全体的なレベルは、受信機の飽和レベルよりかなり低いと考えられる。よって、増幅後であっても、這い回る蚕Ｗからの反射信号の全体的なレベルは、受信機の飽和レベルよりまだ低いと考えられる。そして、ＦＦＴ演算器１３に入力される反射信号は、レーダ送受信信号間のドプラ偏移を含む。つまり、這い回る蚕Ｗの動きは確実に見えることになる。

具体的には、減衰器９及びラインストレッチャ１０は、増幅器７でのレーダ受信信号の増幅前において、レーダ受信信号から動かない蚕座Ｓからの反射信号を除去する。ここで、減衰器９は、減衰度を手動で又は自動で調整することにより、レーダ受信信号からの減算信号について、レーダ送信信号と同一の周波数を有する前述のキャンセル用信号の振幅を調整する。そして、ラインストレッチャ１０は、ライン長を手動で又は自動で調整することにより、レーダ受信信号からの減算信号について、レーダ送信信号と同一の周波数を有する前述のキャンセル用信号の位相を調整する。なお、減衰器９及びラインストレッチャ１０は、後述のドプラ無偏移成分除去部１７に対応する。

本開示のフィードスルーキャンセル前後のドプラスペクトルを図９に示す。フィードスルーキャンセル前のドプラスペクトルでは、レーダ送受信信号間のドプラ偏移が〜０である周波数成分が残留している。フィードスルーキャンセル後のドプラスペクトルでは、レーダ送受信信号間のドプラ偏移が〜０である周波数成分が除去されている。ここで、ｋ＝Ｓ（ｆ_ｄ２）／Ｓ（ｆ_ｄ１）及びｋ’＝ｄｋ／ｄｔがフィードスルーキャンセルの影響をほぼ受けないためには、ｆ_ｄ１、ｆ_ｄ２＞＞０であることが望ましい。

（一般用途のドプラレーダ検出装置の構成）
本開示の一般用途のドプラレーダ検出装置の構成を図１０に示す。一般用途のドプラレーダ検出装置Ｒは、ＶＣＯ１、方向性結合器２、送信アンテナ４、受信アンテナ５、ドプラ無偏移成分除去部１７、増幅器７、ミキサ８、スペクトル算出部１８及び速度分布評価部１９から構成される。ＶＣＯ１、方向性結合器２、送信アンテナ４、受信アンテナ５、増幅器７及びミキサ８は、図１及び図１０において同様である。

ドプラ無偏移成分除去部１７は、増幅器７でのレーダ受信信号の増幅前において、レーダ受信信号からレーダ送受信信号間のドプラ偏移が０である周波数成分を有する信号を除去するにあたり、レーダ受信信号からの減算信号について、レーダ送受信信号間のドプラ偏移が０である周波数成分を有する信号の振幅及び位相を調整する。スペクトル算出部１８は、レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルを算出する。

速度分布評価部１９は、レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、複数の蚕Ｗで構成される蚕座Ｓ上の蚕群に関するレーダ送受信アンテナの位置に対する速度分布の高速度方向への広がり程度を評価する。これにより、蚕座Ｓの温度、蚕座Ｓの湿度、蚕座Ｓの光量、蚕座Ｓの準備、蚕Ｗへの採桑及び蚕Ｗへの給桑等の環境コントロールのために、蚕Ｗの飼育の各段階を適切に判定するにあたり、熟練者（養蚕業者）の勘と経験によらない機械的な方法を提供することができる。

速度分布評価部１９は、レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、複数の物標Ｔで構成される物標群Ｇに関するレーダ送受信アンテナの位置に対する速度分布の高速度方向への広がり程度を評価する。これにより、多数が互いにランダムな方向に動き回る、蚕Ｗ以外の人間や動物や車両等の群れについても、動きの活発さを機械的にかつ定量的に評価することができる。

図１及び図１０に示したドプラレーダ検出装置Ｒは、前述のスペクトル算出ステップ及び速度分布評価ステップを順にコンピュータに実行させるためのドプラレーダ検出プログラムを、コンピュータにインストールすることにより実現可能である。

本開示のドプラレーダ検出装置、プログラム及び方法は、多数が互いにランダムな方向に動き回る群れであれば、蚕座上の蚕の群れのみならず、人間や動物や車両等の群れについても、動きの活発さを機械的にかつ定量的に評価することができる。

Ｒ：ドプラレーダ検出装置
１：ＶＣＯ
２：方向性結合器
３：方向性結合器
４：送信アンテナ
５：受信アンテナ
６：方向性結合器
７：増幅器
８：ミキサ
９：減衰器
１０：ラインストレッチャ
１１：フィルタ
１２：Ａ／Ｄコンバータ
１３：ＦＦＴ演算器
１４：積分器
１５：メモリ
１６：比較判定器
１７：ドプラ無偏移成分除去部
１８：スペクトル算出部
１９：速度分布評価部
Ｓ：蚕座
Ｗ：蚕
Ｇ：物標群
Ｔ：物標

Claims

レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルを算出するスペクトル算出部と、
前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、複数の蚕で構成される蚕座上の蚕群に関するレーダ送受信アンテナの位置に対する速度分布の高速度方向への広がり程度を評価し、前記蚕座上の蚕群の飼育の各段階を判定する速度分布評価部と、
を備えることを特徴とするドプラレーダ検出装置。
前記速度分布評価部は、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、前記蚕座上の蚕群の上蔟時期を判定する
ことを特徴とする、請求項１に記載のドプラレーダ検出装置。
前記速度分布評価部は、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルに関する、所定の高周波数におけるスペクトル強度と所定の低周波数におけるスペクトル強度との比率に基づいて、前記蚕座上の蚕群の上蔟時期を判定する
ことを特徴とする、請求項２に記載のドプラレーダ検出装置。
前記速度分布評価部は、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルに関する、所定の高周波数におけるスペクトル強度と所定の低周波数におけるスペクトル強度との比率の時間微分に基づいて、前記蚕座上の蚕群の上蔟時期を判定する
ことを特徴とする、請求項２又は３に記載のドプラレーダ検出装置。
レーダ受信信号の増幅前において、前記レーダ受信信号から前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移が０である周波数成分を有する信号を除去するにあたり、前記レーダ受信信号からの減算信号について、前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移が０である周波数成分を有する信号の振幅及び位相を調整するドプラ無偏移成分除去部、をさらに備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のドプラレーダ検出装置。
レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルを算出するスペクトル算出ステップと、
前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、複数の蚕で構成される蚕座上の蚕群に関するレーダ送受信アンテナの位置に対する速度分布の高速度方向への広がり程度を評価し、前記蚕座上の蚕群の飼育の各段階を判定する速度分布評価ステップと、
を順にコンピュータに実行させるためのドプラレーダ検出プログラム。
レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルを算出するスペクトル算出ステップと、
前記レーダ送受信信号間のドプラ偏移のスペクトルの高周波数方向への広がり程度に基づいて、複数の蚕で構成される蚕座上の蚕群に関するレーダ送受信アンテナの位置に対する速度分布の高速度方向への広がり程度を評価し、前記蚕座上の蚕群の飼育の各段階を判定する速度分布評価ステップと、
を順に備えることを特徴とするドプラレーダ検出方法。