JP6819698B2 - 物体検知装置、物体検知方法、及びプログラム - Google Patents

物体検知装置、物体検知方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、電波によって物体を検知するための、物体検知装置、及び物体検知方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムに関する。
従来から、夜間、悪天候下、視界を遮る壁が存在する環境下など、目視又はカメラの利用によって物体の検知が難しい状況において、物体を検知する手法として、レーダ技術を用いた検知手法が知られている。
例えば、非特許文献１は、ＦＭＣＷ方式及びＦａｓｔ−ＦＭＣＷ方式のレーダによって、物体を検知する技術を開示している。また、非特許文献２は、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式のレーダによって、複数の対象物を検知する技術を開示している。また、非特許文献２に開示された技術によれば、受信信号の位相の変化を用いることで、検知された各対象物の微小な変位を測定することもできる。
Mac Fujimoto,Yusuke Takemoto, " 先進運転支援システム(ADAS)を実現するための76/79GHz帯ミリ波レーダ・システム・ソリューション FTF-AUT-F0736"，[online], FREESCALE TECHNOLOGY FORUM 2014, [平成28年4月26日検索],インターネット＜URL：http://www.nxp.com/ja/files/FTF-AUT-F0736.pdf?fsrch=1&sr=2&pageNum=1＞ K. Yamaguchi, M. Saito, T. Akiyama, T. Kobayashi and H. Matsue, "A 24 GHz band FM-CW radar system for detecting closed multiple targets with small displacement," The Seventh International Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN 2015), pp. 268-273, Jul. 2015.
ところで、非特許文献１に開示されている技術を用いて物体を検知する場合では、一般的に、距離分解能は０．３メートル程度である〈非特許文献２の第１３頁−１５頁参照〉。これは、ＦＭＣＷ方式またはＦａｓｔ−ＦＭＣＷ方式で用いるフーリエ変換の性質により、これらの方式で検出できる距離の幅が「ｃ／（２ＢＷ）」毎の離散値に規定されるからである（ｃ：光速、ＢＷ：ＲＦ信号の帯域幅）。つまり、帯域幅ＢＷが５００ＭＨｚであるとすると、距離分解能は０．３メートルとなる。
そのため、例えば、人物が、少しだけ移動したり、手を振ったりといった小さな動作をした場合は、物体の動きの大きさに比べて距離分解能が粗いために、非特許文献１に開示されている技術では、この物体の動きを検知することは困難である。
一方、非特許文献２に開示されている技術を用いた物体検知では、反射波の位相変化を観測することで、距離分解能よりも小さな動きを検知することができる。しかしながら、非特許文献２に開示されている技術では、人物等の動体と壁等の固定物とが距離分解能以内の距離で近接する場合、動体と固定物との区別ができず、動体の動きを正しく検知できない場合が発生してしまう。
本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、レーダを用いた物体検知において、動体を精度良く検知し得る、物体検知装置、物体検知方法、及びプログラムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一側面における物体検知装置は、
周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を周期毎に照射する、照射部と、
物体で反射されたＲＦ送信信号の反射波をＲＦ受信信号として受信する、受信部と、
前記ＲＦ送信信号と前記ＲＦ受信信号とをミキシングして、前記周期毎に、ＩＦ信号を生成する、ＩＦ信号生成部と、
前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて、当該物体検知装置を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成し、生成した前記１次元スペクトルを用いて、当該ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、１次元スペクトル生成部と、
前記固定物反射除去１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、位置検出部と、
検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、変位検出部と、
を備えている、ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における物体検知方法は、
（ａ）周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を周期毎に照射する、ステップと、
（ｂ）物体で反射されたＲＦ送信信号の反射波をＲＦ受信信号として受信する、ステップと、
（ｃ）前記ＲＦ送信信号と前記ＲＦ受信信号とをミキシングして、前記周期毎に、ＩＦ信号を生成する、ステップと、
（ｄ）前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて、前記ＲＦ送信信号の送信位置又は前記ＲＦ受信信号の受信位置を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成し、生成した前記１次元スペクトルを用いて、当該ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、ステップと、
（ｅ）前記固定物反射除去１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、ステップと、
（ｆ）検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、ステップと、
を有する、ことを特徴とする。
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を周期毎に照射する、照射部と、物体で反射されたＲＦ送信信号の反射波をＲＦ受信信号として受信する、受信部と、前記ＲＦ送信信号と前記ＲＦ受信信号とをミキシングして、前記周期毎に、ＩＦ信号を生成する、ＩＦ信号生成部と、プロセッサとを備えた物体検知装置において、
前記プロセッサに、
（ａ）前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて、当該物体検知装置を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成し、生成した前記１次元スペクトルを用いて、当該ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、ステップと、
（ｂ）前記固定物反射除去１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、ステップと、
（ｃ）検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、ステップと、
を実行させる、ことを特徴とする。
以上のように本発明によれば、レーダを用いた物体検知において、動体を精度良く検知することができる。
図１は、本発明の実施の形態１における物体検知装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１における物体検知装置の構成を具体的に示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態１において照射されるＲＦ送信信号の一例を示す図である。 図４は、動体が固定物の傍に位置している場合の１次元スペクトルから得られる複素平面の一例を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１において１次元スペクトル生成部によって行なわれる処理を説明する図である。 図６は、本発明の実施の形態１における物体検知装置の動作を示すフロー図である。 図７は、本発明の実施の形態２における物体検知装置の構成を具体的に示すブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態２において１次元スペクトル生成部と２次元スペクトル生成部とによって行なわれる処理を説明する図である。 図９は、本発明の実施の形態２における物体検知装置の動作を示すフロー図である。 図１０は、本発明の実施の形態３における物体検知装置の動作を示すフロー図である。 図１１は、本発明の実施の形態４において１次元スペクトル生成部と２次元スペクトル生成部とによって行なわれる処理を説明する図である。 図１２は、本発明の実施の形態４における物体検知装置の動作を示すフロー図である。 図１３は、本発明の実施の形態１〜４における物体検知装置３を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における、物体検知装置、物体検知方法、及びプログラムについて、図１〜図６を参照しながら説明する。
［装置構成］
最初に、本実施の形態１における物体検知装置の概略構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における物体検知装置の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施の形態１における物体検知装置１は、照射部１１と、受信部２１と、ＩＦ信号生成部２２と、１次元スペクトル生成部２３と、位置検出部２４と、変位検出部２５とを備えている。
このうち、照射部１１は、周期的に周波数を掃引したＲＦ（高周波：Radio Frequecy）送信信号を周期毎に照射する。受信部２１は、物体で反射されたＲＦ送信信号の反射波をＲＦ受信信号として受信する。ＩＦ信号生成部２２は、ＲＦ送信信号とＲＦ受信信号とをミキシングして、周期毎に、ＩＦ（中間周波数：Intermediate Frequency）信号を生成する。
１次元スペクトル生成部２３は、まず、周期毎のＩＦ信号に基づいて、物体検知装置１を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成する。次いで、１次元スペクトル生成部２３は、生成した１次元スペクトルを用いて、各ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する。
位置検出部２４は、固定物反射除去１次元スペクトルの振幅に基づいて、固定物以外の物体の位置を検出する。変位検出部２５は、検出された固定物以外の物体の位置に対応する固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、固定物以外の物体の変位を検出する。
このように、本実施の形態１では、物体検知装置１は、ＩＦ信号から生成した１次元スペクトルから、固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成することができる。そして、固定物以外の位置及び変位は、この固定物反射除去１次元スペクトルから検出される。このため、本実施の形態１によれば、レーダを用いた物体検知において、固定物以外の物体（動体）を精度良く検知することができる。
続いて、図２〜図５を用いて、本実施の形態１における物体検知装置１の構成を更に具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態１における物体検知装置の構成を具体的に示すブロック図である。
図２に示すように、本実施の形態１において、物体検知装置１は、送信機１０と、受信機２０とを備え、両者は有線又は無線によって接続されている。また、送信機１０は、上述した照射部１１を備えている。受信機２０は、上述した、受信部２１、ＩＦ信号生成部２２、１次元スペクトル生成部２３、位置検出部２４、及び変位検出部２５を備えている。
また、本実施の形態１では、物体検知装置１において、照射部１１、受信部２１及びＩＦ信号生成部２２はハードウェアによって構成され、１次元スペクトル生成部２３、位置検出部２４、及び変位検出部２５は、ソフトウェアによって構成されている。つまり、コンピュータによって、本実施の形態１におけるプログラムを実行することによって、１次元スペクトル生成部２３、位置検出部２４、及び変位検出部２５が構築される。
送信機１０において、照射部１１は、上述したように、周期的に周波数を掃引したＲＦ（高周波：Radio Frequency）送信信号を周期毎に照射する。また、照射部１１は、ＲＦ送信信号を照射すると、そのタイミングで、受信機２０にＲＦ送信信号を入力する。
ここで、ＲＦ送信信号をｕ（ｔ）とすると、ＲＦ送信信号ｕ（ｔ）は、下記の数１によって表される。なお、下記の数１において、ｔは時刻を示し、ＵはＲＦ送信信号ｕ（ｔ）の振幅を示している。また、下記の数１において、θは位相を示し、時刻ｔの関数で表されている。
Figure 0006819698
また、本実施の形態１において、照射部１１によって照射されるＲＦ送信信号は、図３に示すチャープ信号である。図３は、本発明の実施の形態１において照射されるＲＦ送信信号の一例を示す図である。なお、図３には、ＲＦ受信信号も示されている。
図３に示すように、ＲＦ送信信号の周波数は、周期毎に、最小値から最大値まで上昇する。この場合、チャープ信号であるＲＦ送信信号の周波数をｆ（ｔ）とすると、ｆ（ｔ）は、下記の数２によって示すことができる。
Figure 0006819698
上記数２において、時刻ｔは、（ｋＴ−Ｔ／２）＜ｔ＜（ｋＴ＋Ｔ／２）の範囲の値をとる。ｋは０，±１，±２，・・・の整数を示す。Ｔはチャープ信号の１周期を示している。ｆｍｉｎはチャープ信号の最小周波数を示す。αは、周波数ｆ（ｔ）の単位時間当たりの変化率（傾き）を示している。
また、ＲＦ送信信号ｕ（ｔ）の周波数ｆ（ｔ）が上記数２で表されるように変化する場合、周波数ｆ（ｔ）と位相θ（ｔ）との間には、下記の数３に示す関係が成立する。
Figure 0006819698
そして、上記数２及び数３から、位相θ（ｔ）は、下記の数４によって計算される。なお、下記の数４では、ｔｋ＝ｔ−ｋＴであることから、「ｔ−ｋＴ」をｔｋで置き換えている。
Figure 0006819698
受信機２０において、受信部２１は、下記の数４に示すＲＦ受信信号ｕ０（ｔ）を受信する。また、受信部２１は、受信したＲＦ受信信号ｕ０（ｔ）を、ＩＦ信号生成部２２に入力する。下記の数５において、Ｕ０はＲＦ受信信号ｕ０（ｔ）の振幅を示している。また、θ０（ｔ）は位相を示し、時刻ｔの関数で表されている。
Figure 0006819698
また、受信機２０において受信部２１が取得したＲＦ受信信号ｕ０（ｔ）が、例えば、図７に示すチャープ信号であるとすると、ＲＦ送信信号ｕ（ｔ）とＲＦ受信信号ｕ０（ｔ）との間には、遅延時間τが生じる。このとき、下記の数６に示す位相の関係が成立する。
Figure 0006819698
また、物体の距離をＲ（ｔ）とすると、Ｒ（ｔ）＝Ｒ０＋ｖｔである。τ０＝２Ｒ０／ｃであるため、遅延時間τは、下記の数７に示すように分離される。
Figure 0006819698
ここで、τ０は、基準時刻ｔ＝０に出力したＲＦ送信信号ｕ（０）に対するＲＦ受信信号ｕ０（０）の遅延時間である。ｖは物体の移動速度であり、ｃは光速である。
上記数７において、右辺の第２項である２ｖｔ／ｃは、速度ｖで物体が移動するときのＲＦ送信信号ｕ（ｔ）とＲＦ受信信号ｕ０（ｔ）との間の遅延時間の変化を示している。更に、遅延時間τ０と時刻ｔ＝０における物体の位置Ｒ０との間には、下記の数８が成立する。
Figure 0006819698
ＩＦ信号生成部２２は、照射部１１が入力したＲＦ送信信号ｕ（ｔ）と、受信部２１が入力したＲＦ受信信号ｕ０（ｔ）とを取得し、両者をミキシングして、周期Ｔ毎に、ＩＦ信号を生成する。具体的には、ＩＦ信号生成部２２は、例えば、下記の数９に示すＩＦ信号ｘ（ｔ）を生成する。また、下記の数９において、ＩＦ信号ｘ（ｔ）の位相θｗ（ｔ）は、下記の数１０によって表される位相である。
Figure 0006819698
Figure 0006819698
また、上記数１０において、時刻ｔｋは、（−Ｔ／２＋τ）＜ｔｋ＜（Ｔ／２）の範囲となる。
ところで、物体の位置（物体検知装置１から物体までの距離）Ｒ（ｔ）が６０メートルである場合、上記数７より、遅延時間τ＝０．４ｕ秒となる。また、ｔｋの代表的な値は、チャープ周期Ｔ（１００ｕ秒程度）となる。従って、上記数１０における遅延時間τと時刻ｔｋとを比較すると、遅延時間τは時刻ｔｋに比べて充分に小さい値となる。
そこで、上記数１０において、遅延時間τ＜＜ｔｋの条件を適用すると、τ２の項を無視して近似を行うことができる。この近似により、ＩＦ信号ｘ（ｔ）の位相θｗ（ｔ）は、下記の数１１によって表すことができる。
Figure 0006819698
上記数１１において、ｆｄはドップラー周波数である。ｆｗは、物体の位置Ｒ０における遅延時間τ０から生じる周波数シフトである。よって、ドップラー周波数ｆｄは、下記の数１２によって表すことができる。
Figure 0006819698
また、上記数１２における周波数シフトｆｗは、下記の数１３によって表すことができる。
Figure 0006819698
また、１次元スペクトル生成部２３は、本実施の形態においては、最初に、周期毎のＩＦ信号に基づいて、物体検知装置１を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成する。具体的には、１次元スペクトル生成部２３は、チャープ信号の周期Ｔ分のＩＦ信号ｘ（ｔ）に対して１次元のフーリエ変換を行う。１次元スペクトル生成部２３によって算出される１次元スペクトル（複素スペクトル）Ｘｒ（ω，ｋ）は、下記の数１４のように表すことができる。なお、下記の数１４における積分区間の下端は、本来（−Ｔ／２）＋τであるが、周期Ｔ＞＞遅延時間τであるため、積分区間の下端を（−Ｔ／２）に近似している。
Figure 0006819698
ところで、検知対象となる人等の動体が、壁等の固定物の傍に位置している場合は、ＲＦ送信信号の一部は、固定物に反射されてから動体に反射され、その後、受信部２１によって受信される。この場合、ＩＦ信号ｘ（ｔ）は下記の数１５のように表すことができる。下記の数１５の右辺において、第１項が動体反射成分を示し、第２項が固定物反射成分を示している。
Figure 0006819698
また、図４の上段に示すように、ＲＦ送信信号を反射した物体が動体であり、傍に固定物が存在しない場合に、ＩＦ信号から算出された１次元スペクトルを複素平面上にプロットすると、、原点を中心とした円弧が得られる。一方、図４の中段に示すように、ＲＦ送信信号を反射した物体が固定物である場合に、ＩＦ信号から算出された１次元スペクトルを複素平面上にプロットすると、点となる。
このため、動体が固定物の傍に位置している場合は、ＲＦ送信信号の反射は合成されるので、図４の下段に示すように、１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心は、固定物をプロットした位置にシフトされてしまう。図４は、動体が固定物の傍に位置している場合の１次元スペクトルから得られる複素平面の一例を示す図である。また、図４においては、物体の位置に対応する距離ビンにおける１次元スペクトルが複素平面上にプロットされている。
そして、動体が固定物の傍に位置している場合、１次元スペクトル（複素スペクトル）Ｘｒ（ω，ｋ）は、下記の数１６のように表すことができる。同様に数１６においても、第１項が動体反射成分を示し、第２項が固定物反射成分を示している。
Figure 0006819698
従って、本実施の形態１においては、１次元スペクトル生成部２３は、最初にＩＦ信号から生成した１次元スペクトルから、固定物成分を除去する処理を行なう。具体的には、１次元スペクトル生成部２３は、算出した１次元スペクトルの距離ビン毎に、各距離ビンにおける１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧Ｘｒ（ω，ｋ）の中心Ｘrsta（ω）を推定する。そして、１次元スペクトル生成部２３は、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、距離ビン毎に得られた補正後の円弧Ｘrtgt（ω，ｋ）を用いて、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する。
図５は、本発明の実施の形態１において１次元スペクトル生成部によって行なわれる処理を説明する図である。なお、図５に示した１次元スペクトルは、説明のために、実際の１次元スペクトル及び２次元スペクトルをデフォルメして得られたものである。
図５に示すように、最初にＩＦ信号をフーリエ変換して得られた１次元スペクトルには、固定物反射成分が含まれている。１次元スペクトル生成部２３は、この固定物反射成分を除去するので、固定物反射除去１次元スペクトルからは、固定物を除いた物体の距離を特定することが可能となる。
位置検出部２４は、本実施の形態１では、まず、固定物反射除去１次元スペクトルＸｒ（ω，ｋ）の振幅のピークの位置を、基準時刻（ｔ＝０）における物体の位置（物体から物体検知装置１までの距離）Ｒ０として検出する。次に、位置検出部２４は、固定物反射除去１次元スペクトルＸｒｔｇｔ（ω，ｋ）の振幅のピークの位置を、物体の位置Ｒ（ｔ）として検出する。
ここで、Ｒ（ｔ）の算出式について説明する。まず、ＲＦ送信信号のチャープ数をＫとした場合、固定物反射除去１次元スペクトルＸｒｔｇｔ（ω，ｋ）の位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）は、下記の数１７によって表すことができる。
Figure 0006819698
そして、上記数１７において、ｋは、０、１、２、・・・、Ｋといった整数である。また、ａ（ｋＴ）は、初期位置Ｒ０からの変位（揺れ／振動）を表している。従って、Ｒ（ｋＴ）は、チャープ信号の周期Ｔ毎に測定される物体の位置（物体から物体検知装置１までの距離）を表している。位置検出部２４は、上記数１７に基づいて、Ｒ（ｋＴ）を算出する。
変位検出部２５は、本実施の形態１においては、位置検出部２４によって固定物反射除去１次元スペクトルから検出された、物体の位置Ｒ０における固定物反射除去１次元スペクトルの位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）に基づいて、物体の変位ａ（ｋＴ）を検出する。以下に、物体の変位ａ（ｋＴ）の算出式について具体的に説明する。
まず、上記数１７から、物体の位置Ｒ（ｔ）は、下記の数１８によって表すことができる。
Figure 0006819698
また、固定物反射除去１次元スペクトルの位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）から特定される、物体の距離Ｒ（ｔ）は、下記に示す（ａ）と（ｂ）の２つの性質を持つ。
（ａ）固定物反射除去１次元スペクトルの位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）から特定される、物体の距離Ｒ（ｔ）の絶対値を得ることはできない。
（ｂ）物体の距離Ｒ（ｔ）の時間変化から得られる変位の分解能は、固定物反射除去１次元スペクトルＸｒｔｇｔ（ω，ｋ）を算出する際に実行された１次元のフーリエ変換による距離分解能ｃ／（２ＢＷ）の制約を受けない。
ここで、上記の性質（ａ）について説明する。固定物反射除去１次元スペクトルの位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）は、不定定数（２πの整数倍の位相）が加えられた場合と加えられない場合とで同一の扱いとなる。そのため、上記数１７によって表される１次元スペクトルの位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）の右辺に不定定数が加えられても、位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）の測定値からは不定定数が加えられているかどうかを判定することができない。従って、変位検出部２５は、固定物反射除去１次元スペクトルの位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）から求めた上記数１８によって表される距離Ｒ（ｔ）の絶対値を特定することはできない。
但し、変位検出部２５は、距離Ｒ（ｔ）の時間変化から不定定数を除いた物体の変位（揺れ／振動）ａ（ｋＴ）については、正しく特定することができる。即ち、変位検出部２５は、固定物反射除去１次元スペクトルの位相が示す、ＩＦ信号ｘ（ｔ）の周期毎の物体の距離Ｒ（ｔ）の時間変化に基づいて、物体が変位しているかどうかについては特定することができる。
従って、変位検出部２５は、固定物反射除去１次元スペクトルの位相が示すＩＦ信号ｘ（ｔ）の周期毎に物体の距離Ｒ（ｔ）に時間変化が生じていると、物体が変位したと判断する。また、変位検出部２５は、固定物反射除去１次元スペクトルの位相が示すＩＦ信号ｘ（ｔ）の周期毎に物体の距離Ｒ（ｔ）に時間変化が生じていないと、物体が変位していないと判断する。
続いて、上記の性質（ｂ）について説明する。固定物反射除去１次元スペクトルの位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）から距離Ｒ（ｔ）を特定する場合、距離Ｒ（ｔ）の分解能は、固定物反射除去１次元スペクトルＸｒｔｇｔ（ω，ｋ）を算出するときに行った１次元のフーリエ変換による距離分解能ｃ／（２ＢＷ）ではなく、位相誤差によって制約される。
位相誤差を含む場合の固定物反射除去１次元スペクトルの位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）は、下記の数１９によって表すことができる。下記の数１９において、△θは、位相誤差である。
Figure 0006819698
また、上記数１９から分かるように、位相誤差Δθから生じる距離の誤差ΔＲは、下記の数２０によって表すことができる。
Figure 0006819698
上記数２０において、λはｆｍｉｎにおける波長である。例えば、波長λが４ｍｍ（ｆｍｉｎ＝７５ＧＨｚ）、位相誤差Δθが３°である場合、上記数２０より、距離の誤差ΔＲは１７ｕｍとなる。このことから、本実施の形態１では、位置検出部２４は、１次元スペクトルの位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）に基づいて、高分解能で物体の変位を特定することができる。
なお、位置検出部２４によって特定される物体の変位は、距離Ｒ（ｔ）の方向、即ち、物体検知装置１から物体へと向かう方向、又は物体から物体検知装置１へと向かう方向となる。本実施の形態１においては、位置検出部２４は、上述の距離Ｒ（ｔ）の方向以外の方向における物体の変位を検出することはできない。
［装置動作］
次に、本実施の形態１における物体検知装置１の動作について図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態１における物体検知装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図１〜図５を参酌する。また、本実施の形態１では、物体検知装置１を動作させることによって、物体検知方法が実施される。よって、本実施の形態１における物体検知方法の説明は、以下の物体検知装置１の動作説明に代える。
図６に示すように、最初に、送信機１０において、照射部１１は、予め設定された空間に向けて、周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を照射する（ステップＳ１）。そして、ＲＦ送信信号を反射する物体が、空間内に存在する場合は、照射されたＲＦ送信信号は、この物体で反射する。反射した信号は、ＲＦ受信信号として、物体検知装置１へ戻る。また、照射部１１は、照射の際、ＲＦ送信信号を受信機２０にも入力する。
次に、受信部２１は、空間内に存在する物体で反射された信号を、ＲＦ受信信号として受信し、受信したＲＦ受信信号を、ＩＦ信号生成部２２に入力する（ステップＳ２）。
次に、ＩＦ信号生成部２２は、照射部１１から入力したＲＦ送信信号と、受信部２１から入力されたＲＦ受信信号とをミキシングして、周期Ｔ毎に、ＩＦ信号を生成する（ステップＳ３）。
次に、１次元スペクトル生成部２３は、ステップＳ３で生成された周期毎のＩＦ信号に基づいて、物体検知装置１を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成する（ステップＳ４）。
次に、１次元スペクトル生成部２３は、ステップＳ３で生成した１次元スペクトルを用いて、各ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する（ステップＳ５）。
次に、位置検出部２４は、固定物反射除去１次元スペクトルの振幅に基づいて、固定物以外の物体の位置を検出する（ステップＳ６）。具体的には、ステップＳ６では、位置検出部２４は、固定物反射除去１次元スペクトルＸｒｔｇｔ（ω，ｋ）の振幅のピークの位置を、基準時刻（ｔ＝０）における物体の位置Ｒ０として検出する。そして、位置検出部２４は、固定物反射除去１次元スペクトルＸｒｔｇｔ（ω，ｋ）の振幅のピークの位置を、物体の位置Ｒ（ｔ）として検出する。
次に、変位検出部２５は、検出された物体の位置に対応する固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、物体の変位を検出する（ステップＳ７）。具体的には、ステップＳ７では、変位検出部２５は、ステップＳ６で検出された物体の位置Ｒ０における固定物反射除去１次元スペクトルの位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）に基づいて、物体の変位ａ（ｋＴ）を検出する。
以上のように、本実施の形態１によれば、ＩＦ信号から生成した１次元スペクトルにおいて、距離ビン毎に、複素平面上にプロットして得られる円弧の位置を補正することで、固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルが生成される。そして、この固定物反射除去１次元スペクトルから、固定物以外の物体の位置及び変位が推定される。このため、本実施の形態１によれば、レーダを用いた物体検知において、固定物以外の物体（動体）を精度良く検知することができる。
［プログラム］
本実施の形態１におけるプログラムは、コンピュータに、図６に示すステップＳ４〜Ｓ７を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態１における物体検知装置１と物体検知方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、１次元スペクトル生成部２３、位置検出部２４、及び変位検出部２５として機能し、処理を行なう。
また、本実施の形態１におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、１次元スペクトル生成部２３、位置検出部２４、及び変位検出部２５のいずれかとして機能しても良い。なお、上述したように、本実施の形態１において、照射部１１、受信部２１及びＩＦ信号生成部２２は、専用のハードウェアによって構築される。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における、物体検知装置、物体検知方法、及びプログラムについて、図７〜図９を参照しながら説明する。
［装置構成］
最初に、本実施の形態２における物体検知装置の構成について説明する。図７は、本発明の実施の形態２における物体検知装置の構成を具体的に示すブロック図である。
図７に示すように、本実施の形態２における物体検知装置２は、図１及び図２に示した実施の形態１における物体検知装置１と同様に、照射部１１と、受信部２１と、ＩＦ信号生成部２２と、１次元スペクトル生成部２３と、位置検出部２４と、変位検出部２５とを備えている。
但し、本実施の形態２においては、物体検知装置２は、実施の形態１における物体検知装置１と異なり、受信機２０において、更に、２次元スペクトル生成部２６も備えている。また、これにより、物体検知装置２は、位置検出部２４及び変位検出部２５の機能の点でも、実施の形態１における物体検知装置１と異なっている。以下、実施の形態１との相異点を中心に説明する。
２次元スペクトル生成部２６は、１次元スペクトル生成部２３によって固定物反射除去１次元スペクトルが生成されると、生成された固定物反射除去１次元スペクトルに対して、１次元フーリエ変換を適用して、ＩＦ信号ｘ（ｔ）の２次元スペクトルＸ（ω，Ψ）を生成する。
位置検出部２４は、本実施の形態２では、２次元スペクトル生成部２６によって生成された２次元のスペクトルＸ（ω，Ψ）の振幅のピークの位置に基づいて、固定物以外の物体の位置Ｒ０を検出する。具体的には、位置検出部２４は、下記の数２１によって示される２次元スペクトルＸ（ω，Ψ）の振幅のピークの位置を、基準時刻（ｔ＝０）における物体の位置Ｒ０として検出する。
Figure 0006819698
このように、位置検出部２４が２次元のスペクトルＸ（ω，Ψ）の振幅のピークの位置に基づいて物体の位置Ｒ０を検出する場合は、ＳＮ比は、位置検出部２４が１次元スペクトルＸｒ（ω，ｋ）の振幅のピークの位置に基づいて物体の位置Ｒ０を検出する場合に比べて、１０ｌｏｇ１０（Ｋ）デシベル改善される。Ｋは、ＲＦ送信信号のチャープ数である。
また、２次元スペクトルＸ（ω，Ψ）は、チャープ信号の周期Ｔ分のＩＦ信号ｘ（ｔ）に対して２次元のフーリエ変換を行なうことによっても得られるので、１次元スペクトルＸｒ（ω，ｋ）を用いて表すことができる。
そして、数２１に示す２次元のスペクトルＸ（ω，Ψ）において、分母が０（ゼロ）になる場合に、２次元フーリエ変換の振幅｜Ｘ（ω，Ψ）｜はピークとなる。なお、分母が０（ゼロ）になる場合、ω＝２π（ｆｗ＋ｆｄ）≒２πｆｗ、Ψ＝２πｆｄＴである。更に、２次元フーリエ変換の振幅｜Ｘ（ω，Ψ）｜のピークから、周波数ｆｗ（＝αＲ０／ｃ）と周波数ｆｄ（＝２ｖｆｍｉｎ／ｃ）とが求められる。従って、位置検出部２４は、周波数ｆｗと周波数ｆｄとから、時刻ｔ＝０における、物体の位置Ｒ０と物体の速度ｖとを算出することができる。
また、２次元スペクトルＸ（ω，Ψ）の引数ωは、物体の位置Ｒ０に比例し、引数Ψは速度ｖに比例する。そのため、２次元のスペクトルＸ（ω，Ψ）に対して、スケール変換を行い、２次元フーリエ変換の振幅｜Ｘ（ω，Ψ）｜の引数（ω，Ψ）を物体の位置Ｒ０と速度ｖとに置き替えることで、位置Ｒ０と速度ｖとを軸にした２次元プロット（図８参照）を求めることができる。
図８は、本発明の実施の形態２において１次元スペクトル生成部と２次元スペクトル生成部とによって行なわれる処理を説明する図である。なお、図８に示した１次元スペクトル及び２次元スペクトルは、説明のために、実際の１次元スペクトル及び２次元スペクトルをデフォルメして得られたものである。
図８に示すように、最初にＩＦ信号をフーリエ変換して得られた１次元スペクトルには、固定物反射成分が含まれている。１次元スペクトル生成部２３は、この固定物反射成分を除去するので、固定物反射除去１次元スペクトルからは、固定物を除いた物体の距離を特定することが可能となる。また、固定物反射成分が除去された１次元スペクトルをフーリエ変換して、２次元スペクトルが生成されるので、生成された２次元スペクトルにおいては、固定物のピークは除去され、固定物以外の物体のピークのみが現われることになる。
［装置動作］
次に、本実施の形態２における物体検知装置２の動作について図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態２における物体検知装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図７及び図８を参酌する。また、本実施の形態２では、物体検知装置２を動作させることによって、物体検知方法が実施される。よって、本実施の形態２における物体検知方法の説明は、以下の物体検知装置２の動作説明に代える。
図９に示すように、最初に、送信機１０において、照射部１１は、予め設定された空間に向けて、周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を照射する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１は、図６に示したステップＳ１と同様のステップである。
次に、受信部２１は、空間内に存在する物体で反射された信号を、ＲＦ受信信号として受信し、受信したＲＦ受信信号を、ＩＦ信号生成部２２に入力する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２は、図６に示したステップＳ２と同様のステップである。
次に、ＩＦ信号生成部２２は、照射部１１から入力したＲＦ送信信号と、受信部２１から入力されたＲＦ受信信号とをミキシングして、周期Ｔ毎に、ＩＦ信号を生成する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３は、図６に示したステップＳ３と同様のステップである。
次に、１次元スペクトル生成部２３は、ステップＳ１３で生成された周期毎のＩＦ信号に基づいて、物体検知装置１を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４は、図６に示したステップＳ４と同様のステップである。
次に、１次元スペクトル生成部２３は、ステップＳ１３で生成した１次元スペクトルを用いて、各ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５は、図６に示したステップＳ５と同様のステップである。
次に、２次元スペクトル生成部２６は、ステップＳ１５で生成された固定物反射除去１次元スペクトルに対して、１次元フーリエ変換を適用して、ＩＦ信号の２次元スペクトルを生成する（ステップＳ１６）。
次に、位置検出部２４は、ステップＳ１６で生成された２次元スペクトルの振幅に基づいて、固定物以外の物体の位置を検出する（ステップＳ１７）。具体的には、ステップＳ１７では、位置検出部２４は、２次元スペクトルＸ（ω，Ψ）の振幅のピークの位置を、基準時刻（ｔ＝０）における物体の位置Ｒ０として検出する。
次に、変位検出部２５は、検出された物体の位置に対応する固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、物体の変位を検出する（ステップＳ１８）。具体的には、ステップＳ１８では、変位検出部２５は、ステップＳ１７で検出された物体の位置Ｒ０における固定物反射除去１次元スペクトルの位相∠Ｘｒｔｇｔ（ω，ｋ）に基づいて、物体の変位ａ（ｋＴ）を検出する。
以上のように、本実施の形態２によれば、物体の位置は、２次元スペクトルから検出されるので、実施の形態１に比べて、ノイズが多い空間での物体の位置検出の精度が向上される。また、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
［プログラム］
本実施の形態２におけるプログラムは、コンピュータに、図９に示すステップＳ１４〜Ｓ１８を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態２における物体検知装置２と物体検知方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、１次元スペクトル生成部２３、位置検出部２４、変位検出部２５及び２次元スペクトル生成部２６として機能し、処理を行なう。
また、本実施の形態２におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、１次元スペクトル生成部２３、位置検出部２４、変位検出部２５及び２次元スペクトル生成部２６のいずれかとして機能しても良い。なお、上述したように、本実施の形態２において、照射部１１、受信部２１及びＩＦ信号生成部２２は、専用のハードウェアによって構築される。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における、物体検知装置、物体検知方法、及びプログラムについて、図１０を参照しながら説明する。
［装置構成］
最初に、本実施の形態３における物体検知装置の構成について説明する。本実施の形態３における物体検知装置は、図７に示した実施の形態２における物体検知装置２と同様に構成されており、照射部１１と、受信部２１と、ＩＦ信号生成部２２と、１次元スペクトル生成部２３と、位置検出部２４と、変位検出部２５と、２次元スペクトル生成部２６とを備えている。但し、本実施の形態３においては、１次元スペクトル生成部２３における処理の点で、実施の形態１及び２と異なっている。以下、実施の形態１及び２との相違を中心に説明する。
本実施の形態３においては、１次元スペクトル生成部２３は、１次元スペクトルを生成した後、１次元スペクトルの振幅に基づいて、１次元スペクトルの特定の距離ビンを選択する。具体的には、１次元スペクトル生成部２３は、距離ビン毎に、１次元スペクトルの振幅が閾値以上であるかどうかを判定し、振幅が閾値以上となった距離ビンを選択する。
続いて、１次元スペクトル生成部２３は、選択した距離ビンについて、その距離ビンにおける１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正する。その後、１次元スペクトル生成部２３は、選択した距離ビンの補正後の円弧を用いて、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する。
［装置動作］
次に、本実施の形態３における物体検知装置の動作について図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施の形態３における物体検知装置の動作を示すフロー図である。また、本実施の形態３では、物体検知装置を動作させることによって、物体検知方法が実施される。よって、本実施の形態３における物体検知方法の説明は、以下の物体検知装置の動作説明に代える。
図１０に示すように、最初に、送信機１０において、照射部１１は、予め設定された空間に向けて、周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を照射する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１は、図６に示したステップＳ１と同様のステップである。
次に、受信部２１は、空間内に存在する物体で反射された信号を、ＲＦ受信信号として受信し、受信したＲＦ受信信号を、ＩＦ信号生成部２２に入力する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２は、図６に示したステップＳ２と同様のステップである。
次に、ＩＦ信号生成部２２は、照射部１１から入力したＲＦ送信信号と、受信部２１から入力されたＲＦ受信信号とをミキシングして、周期Ｔ毎に、ＩＦ信号を生成する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３は、図６に示したステップＳ３と同様のステップである。
次に、１次元スペクトル生成部２３は、ステップＳ１３で生成された周期毎のＩＦ信号に基づいて、物体検知装置１を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４は、図６に示したステップＳ４と同様のステップである。
次に、１次元スペクトル生成部２３は、ステップＳ２４で生成した１次元スペクトルの振幅に基づいて、１次元スペクトルの特定の距離ビンを選択する（ステップＳ２５）。具体的には、１次元スペクトル生成部２３は、距離ビン毎に、１次元スペクトルの振幅が閾値以上であるかどうかを判定し、振幅が閾値以上となった距離ビンを選択する。
次に、１次元スペクトル生成部２３は、ステップＳ２５で選択した距離ビン毎に、その距離ビンにおける１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正する。そして、１次元スペクトル生成部２３は、選択した距離ビンの補正後の円弧を用いて、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する（ステップＳ２６）。
次に、２次元スペクトル生成部２６は、ステップＳ２５で生成された固定物反射除去１次元スペクトルに対して、１次元フーリエ変換を適用して、ＩＦ信号の２次元スペクトルを生成する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７は、図９に示したステップＳ１６と同様のステップである。
次に、位置検出部２４は、ステップＳ２７で生成された２次元スペクトルの振幅に基づいて、固定物以外の物体の位置を検出する（ステップＳ２８）。ステップＳ２８は、図９に示したステップＳ１７と同様のステップである。
次に、変位検出部２５は、検出された物体の位置に対応する固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、物体の変位を検出する（ステップＳ２９）。ステップＳ２９は、図９に示したステップＳ１８と同様のステップである。
以上のように、実施の形態１及び２では、全ての距離ビンに対して円弧の推定及び位置補正が行なわれるのに対して、本実施の形態３では、円弧の推定及び位置補正は、特定の距離ビンに対してのみ行なわれる。このため、本実施の形態３によれば、実施の形態１及び２に比べて、必要となる計算量を削減することができる。また、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
［プログラム］
本実施の形態３におけるプログラムは、コンピュータに、図１０に示すステップＳ２４〜Ｓ２９を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態３における物体検知装置と物体検知方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、１次元スペクトル生成部２３、位置検出部２４、変位検出部２５及び２次元スペクトル生成部２６として機能し、処理を行なう。
また、本実施の形態３におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、１次元スペクトル生成部２３、位置検出部２４、変位検出部２５及び２次元スペクトル生成部２６のいずれかとして機能しても良い。なお、上述したように、本実施の形態３において、照射部１１、受信部２１及びＩＦ信号生成部２２は、専用のハードウェアによって構築される。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における、物体検知装置、物体検知方法、及びプログラムについて、図１１及び図１２を参照しながら説明する。
［装置構成］
最初に、本実施の形態４における物体検知装置の構成について説明する。本実施の形態４における物体検知装置は、図７に示した実施の形態２における物体検知装置２と同様に構成されており、照射部１１と、受信部２１と、ＩＦ信号生成部２２と、１次元スペクトル生成部２３と、位置検出部２４と、変位検出部２５と、２次元スペクトル生成部２６とを備えている。但し、本実施の形態４においては、１次元スペクトル生成部２３における処理の点で、実施の形態１及び２と異なっている。以下、実施の形態１及び２との相違を中心に説明する。
本実施の形態４においては、１次元スペクトル生成部２３は、周期毎のＩＦ信号に基づいて、１次元スペクトルに加えて、２次元スペクトルも生成する。そして、１次元スペクトル生成部２３は、生成した２次元スペクトルの振幅に基づいて、１次元スペクトルの特定の距離ビンを選択する。具体的には、１次元スペクトル生成部２３は、距離ビン毎に、対応する２次元スペクトルの振幅が閾値以上であるかどうかを判定し、振幅が閾値以上となった距離ビンを選択する。
続いて、１次元スペクトル生成部２３は、選択した距離ビンについて、その距離ビンにおける１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正する。その後、１次元スペクトル生成部２３は、選択した距離ビンの補正後の円弧を用いて、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する。
図１１は、本発明の実施の形態４において１次元スペクトル生成部と２次元スペクトル生成部とによって行なわれる処理を説明する図である。なお、図１１に示した１次元スペクトル及び２次元スペクトルは、説明のために、実際の１次元スペクトル及び２次元スペクトルをデフォルメして得られたものである。
図１１に示すように、最初にＩＦ信号をフーリエ変換することによって、１次元スペクトルと２次元スペクトルとが生成されるが、両者には、固定物反射成分が含まれている。１次元スペクトル生成部２３は、２次元スペクトルのピークから固定物の存在を予測し、予測結果に基づいて、１次元スペクトルの特定の距離ビンを選択する。
また、本実施の形態４においては、固定物反射成分が除去された１次元スペクトルからのフーリエ変換も行なわれて、新たに２次元スペクトルが生成されるが、この２次元スペクトルにおいては、固定物のピークは除去され、固定物以外の物体のピークのみが現われることになる。
［装置動作］
次に、本実施の形態４における物体検知装置の動作について図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の実施の形態４における物体検知装置の動作を示すフロー図である。また、本実施の形態４では、物体検知装置を動作させることによって、物体検知方法が実施される。よって、本実施の形態４における物体検知方法の説明は、以下の物体検知装置の動作説明に代える。
図１２に示すように、最初に、送信機１０において、照射部１１は、予め設定された空間に向けて、周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を照射する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１は、図６に示したステップＳ１と同様のステップである。
次に、受信部２１は、空間内に存在する物体で反射された信号を、ＲＦ受信信号として受信し、受信したＲＦ受信信号を、ＩＦ信号生成部２２に入力する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２は、図６に示したステップＳ２と同様のステップである。
次に、ＩＦ信号生成部２２は、照射部１１から入力したＲＦ送信信号と、受信部２１から入力されたＲＦ受信信号とをミキシングして、周期Ｔ毎に、ＩＦ信号を生成する（ステップＳ３３）。ステップＳ３３は、図６に示したステップＳ３と同様のステップである。
次に、１次元スペクトル生成部２３は、ステップＳ３３で生成された周期毎のＩＦ信号に基づいて、物体検知装置１を基準とした距離に対する１次元スペクトルと２次元スペクトルとを生成する（ステップＳ３４）。
次に、１次元スペクトル生成部２３は、ステップＳ３４で生成した２次元スペクトルの振幅に基づいて、１次元スペクトルの特定の距離ビンを選択する（ステップＳ３５）。具体的には、１次元スペクトル生成部２３は、距離ビン毎に、２次元スペクトルの振幅が閾値以上であるかどうかを判定し、振幅が閾値以上となった距離ビンを選択する。
次に、１次元スペクトル生成部２３は、ステップＳ３５で選択した距離ビン毎に、その距離ビンにおける１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正する。そして、１次元スペクトル生成部２３は、選択した距離ビンの補正後の円弧を用いて、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する（ステップＳ３６）。
次に、２次元スペクトル生成部２６は、ステップＳ３６で生成された固定物反射除去１次元スペクトルに対して、１次元フーリエ変換を適用して、ＩＦ信号の２次元スペクトルを生成する（ステップＳ３７）。ステップＳ３７は、図９に示したステップＳ１６と同様のステップである。
次に、位置検出部２４は、ステップＳ３７で生成された２次元スペクトルの振幅に基づいて、固定物以外の物体の位置を検出する（ステップＳ３８）。ステップＳ３８は、図９に示したステップＳ１７と同様のステップである。
次に、変位検出部２５は、検出された物体の位置に対応する固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、物体の変位を検出する（ステップＳ３９）。ステップＳ３９は、図９に示したステップＳ１８と同様のステップである。
以上のように、実施の形態１及び２では、全ての距離ビンに対して円弧の推定及び位置補正が行なわれるのに対して、本実施の形態４では、円弧の推定及び位置補正は、特定の距離ビンに対してのみ行なわれる。このため、本実施の形態４によれば、実施の形態１及び２に比べて、必要となる計算量を削減することができる。また、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
［プログラム］
本実施の形態４におけるプログラムは、コンピュータに、図１２に示すステップＳ３４〜Ｓ３９を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態４における物体検知装置と物体検知方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、１次元スペクトル生成部２３、位置検出部２４、変位検出部２５及び２次元スペクトル生成部２６として機能し、処理を行なう。
また、本実施の形態４におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、１次元スペクトル生成部２３、位置検出部２４、変位検出部２５及び２次元スペクトル生成部２６のいずれかとして機能しても良い。なお、上述したように、本実施の形態４において、照射部１１、受信部２１及びＩＦ信号生成部２２は、専用のハードウェアによって構築される。
（物理構成）
ここで、実施の形態１〜４におけるプログラムを実行するコンピュータについて、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の実施の形態１〜４における物体検知装置３を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
図１０に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。
ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態１〜４におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。また、本実施の形態１〜３におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであっても良い。
また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、照射部１１及び受信部２１といった各種ハードウェアとの間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１８と接続され、ディスプレイ装置１１８での表示を制御する。
データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１１９との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１１９からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１１９への書き込みを実行する。
また、記録媒体１１９の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体が挙げられる。
なお、本実施の形態１〜４における物体検知装置は、照射部１１及び受信部２１以外の部分も、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、ハードウェアを用いることによって実現可能である。更に、物体検知装置は、照射部１１及び受信部２１以外の部分においても、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。
上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）〜（付記１８）によって表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。
（付記１）
周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を周期毎に照射する、照射部と、
物体で反射されたＲＦ送信信号の反射波をＲＦ受信信号として受信する、受信部と、
前記ＲＦ送信信号と前記ＲＦ受信信号とをミキシングして、前記周期毎に、ＩＦ信号を生成する、ＩＦ信号生成部と、
前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて、当該物体検知装置を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成し、生成した前記１次元スペクトルを用いて、当該ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、１次元スペクトル生成部と、
前記固定物反射除去１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、位置検出部と、
検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、変位検出部と、
を備えている、ことを特徴とする物体検知装置。
（付記２）
前記１次元スペクトル生成部は、
距離ビン毎に、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、距離ビン毎に得られた補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
付記１に記載の物体検知装置。
（付記３）
前記１次元スペクトル生成部は、
前記１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記１次元スペクトルの特定の距離ビンを選択し、選択した前記距離ビンについて、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、選択した距離ビンの補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
付記１に記載の物体検知装置。
（付記４）
前記１次元スペクトル生成部は、
前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて２次元スペクトルを生成し、生成した前記２次元スペクトルの振幅に基づいて、前記１次元スペクトルの特定の距離ビンを選択し、選択した前記距離ビンについて、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、選択した距離ビンの補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
付記１に記載の物体検知装置。
（付記５）
前記固定物反射除去１次元スペクトルに対して、１次元フーリエ変換を適用して、前記ＩＦ信号の２次元スペクトルを生成する、２次元スペクトル生成部を、更に備え、
前記位置検出部は、前記固定物反射除去１次元スペクトルから生成された前記２次元スペクトルの振幅のピークの位置に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、
付記１から付記４のいずれかに記載の物体検知装置。
（付記６）
前記変位検出部は、前記２次元スペクトルから検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する、前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、
付記５に記載の物体検知装置。
（付記７）
（ａ）周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を周期毎に照射する、ステップと、
（ｂ）物体で反射されたＲＦ送信信号の反射波をＲＦ受信信号として受信する、ステップと、
（ｃ）前記ＲＦ送信信号と前記ＲＦ受信信号とをミキシングして、前記周期毎に、ＩＦ信号を生成する、ステップと、
（ｄ）前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて、前記ＲＦ送信信号の送信位置又は前記ＲＦ受信信号の受信位置を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成し、生成した前記１次元スペクトルを用いて、当該ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、ステップと、
（ｅ）前記固定物反射除去１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、ステップと、
（ｆ）検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、ステップと、
を有する、ことを特徴とする物体検知方法。
（付記８）
前記（ｄ）のステップにおいて、
距離ビン毎に、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、距離ビン毎に得られた補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
付記７に記載の物体検知方法。
（付記９）
前記（ｄ）のステップにおいて、
前記１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記１次元スペクトルの特定の距離ビンを選択し、選択した前記距離ビンについて、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、選択した距離ビンの補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
付記７に記載の物体検知方法。
（付記１０）
前記（ｄ）のステップにおいて、
前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて２次元スペクトルを生成し、生成した前記２次元スペクトルの振幅に基づいて、前記１次元スペクトルの特定の距離ビンを選択し、選択した前記距離ビンについて、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、選択した距離ビンの補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
付記７に記載の物体検知方法。
（付記１１）
（ｇ）前記固定物反射除去１次元スペクトルに対して、１次元フーリエ変換を適用して、前記ＩＦ信号の２次元スペクトルを生成する、ステップを、更に有し、
前記（ｅ）のステップにおいて、前記固定物反射除去１次元スペクトルから生成された前記２次元スペクトルの振幅のピークの位置に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、
付記８から付記１０のいずれかに記載の物体検知方法。
（付記１２）
前記（ｆ）のステップにおいて、前記２次元スペクトルから検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する、前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、
付記１１に記載の物体検知方法。
（付記１３）
周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を周期毎に照射する、照射部と、物体で反射されたＲＦ送信信号の反射波をＲＦ受信信号として受信する、受信部と、前記ＲＦ送信信号と前記ＲＦ受信信号とをミキシングして、前記周期毎に、ＩＦ信号を生成する、ＩＦ信号生成部と、プロセッサとを備えた物体検知装置において、
前記プロセッサに、
（ａ）前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて、当該物体検知装置を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成し、生成した前記１次元スペクトルを用いて、当該ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、ステップと、
（ｂ）前記固定物反射除去１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、ステップと、
（ｃ）検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、ステップと、
を実行させる、プログラム。
（付記１４）
前記（ａ）のステップにおいて、
距離ビン毎に、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、距離ビン毎に得られた補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
付記１３に記載のプログラム。
（付記１５）
前記（ａ）のステップにおいて、
前記１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記１次元スペクトルの特定の距離ビンを選択し、選択した前記距離ビンについて、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、選択した距離ビンの補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
付記１３に記載のプログラム。
（付記１６）
前記（ａ）のステップにおいて、
前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて２次元スペクトルを生成し、生成した前記２次元スペクトルの振幅に基づいて、前記１次元スペクトルの特定の距離ビンを選択し、選択した前記距離ビンについて、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、選択した距離ビンの補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
付記１３に記載のプログラム。
（付記１７）
（ｄ）前記固定物反射除去１次元スペクトルに対して、１次元フーリエ変換を適用して、前記ＩＦ信号の２次元スペクトルを生成する、ステップを、更に有し、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記固定物反射除去１次元スペクトルから生成された前記２次元スペクトルの振幅のピークの位置に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、
付記１４から付記１６のいずれかに記載のプログラム。
（付記１８）
前記（ｃ）のステップにおいて、前記２次元スペクトルから検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する、前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、
付記１７に記載のプログラム。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
以上のように本発明によれば、レーダを用いた物体検知において、動体を精度良く検知することができる。本発明は、レーダによって物体の検知が行なわれる種々の分野に有用である。
１ 物体検知装置（実施の形態１）
２ 物体検知装置（実施の形態２）
１０ 送信機
１１ 照射部
２０ 受信機
２１ 受信部
２２ ＩＦ信号生成部
２３ １次元スペクトル生成部２３
２４ 位置検出部
２５ 変位検出部
２６ ２次元スペクトル生成部
１１０ コンピュータ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メインメモリ
１１３ 記憶装置
１１４ インターフェイス
１１５ 表示コントローラ
１１６ データリーダ／ライタ
１１７ バス
１１８ ディスプレイ装置
１１９ 記録媒体

Claims (9)

  1. 周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を周期毎に照射する、照射部と、
    物体で反射されたＲＦ送信信号の反射波をＲＦ受信信号として受信する、受信部と、
    前記ＲＦ送信信号と前記ＲＦ受信信号とをミキシングして、前記周期毎に、ＩＦ信号を生成する、ＩＦ信号生成部と、
    前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて、当該物体検知装置を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成し、生成した前記１次元スペクトルを用いて、当該ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、１次元スペクトル生成部と、
    前記固定物反射除去１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、位置検出部と、
    検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、変位検出部と、
    を備え、
    前記１次元スペクトル生成部は、
    距離ビン毎に、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、距離ビン毎に得られた補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
    ことを特徴とする物体検知装置。
  2. 前記固定物反射除去１次元スペクトルに対して、１次元フーリエ変換を適用して、前記ＩＦ信号の２次元スペクトルを生成する、２次元スペクトル生成部を、更に備え、
    前記位置検出部は、前記固定物反射除去１次元スペクトルから生成された前記２次元スペクトルの振幅のピークの位置に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、
    請求項１に記載の物体検知装置。
  3. 前記変位検出部は、前記２次元スペクトルから検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する、前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、
    請求項２に記載の物体検知装置。
  4. （ａ）周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を周期毎に照射する、ステップと、
    （ｂ）物体で反射されたＲＦ送信信号の反射波をＲＦ受信信号として受信する、ステップと、
    （ｃ）前記ＲＦ送信信号と前記ＲＦ受信信号とをミキシングして、前記周期毎に、ＩＦ信号を生成する、ステップと、
    （ｄ）前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて、前記ＲＦ送信信号の送信位置又は前記ＲＦ受信信号の受信位置を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成し、生成した前記１次元スペクトルを用いて、当該ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、ステップと、
    （ｅ）前記固定物反射除去１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、ステップと、
    （ｆ）検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、ステップと、
    を有し、
    前記（ｄ）のステップにおいて、
    距離ビン毎に、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、距離ビン毎に得られた補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
    ことを特徴とする物体検知方法。
  5. （ｇ）前記固定物反射除去１次元スペクトルに対して、１次元フーリエ変換を適用して、前記ＩＦ信号の２次元スペクトルを生成する、ステップを、更に有し、
    前記（ｅ）のステップにおいて、前記固定物反射除去１次元スペクトルから生成された前記２次元スペクトルの振幅のピークの位置に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、
    請求項４に記載の物体検知方法。
  6. 前記（ｆ）のステップにおいて、前記２次元スペクトルから検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する、前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、
    請求項５に記載の物体検知方法。
  7. 周期的に周波数を掃引したＲＦ送信信号を周期毎に照射する、照射部と、物体で反射されたＲＦ送信信号の反射波をＲＦ受信信号として受信する、受信部と、前記ＲＦ送信信号と前記ＲＦ受信信号とをミキシングして、前記周期毎に、ＩＦ信号を生成する、ＩＦ信号生成部と、プロセッサとを備えた物体検知装置において、
    前記プロセッサに、
    （ａ）前記周期毎の前記ＩＦ信号に基づいて、当該物体検知装置を基準とした距離に対する１次元スペクトルを生成し、生成した前記１次元スペクトルを用いて、当該ＩＦ信号に含まれる、照射範囲内に存在する固定物からの反射波に起因する信号成分が除去された、固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、ステップと、
    （ｂ）前記固定物反射除去１次元スペクトルの振幅に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、ステップと、
    （ｃ）検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、ステップと、
    を実行させ、
    前記（ａ）のステップにおいて、
    距離ビン毎に、当該距離ビンにおける前記１次元スペクトルを複素平面上にプロットして得られる円弧の中心を推定し、推定した中心に基づいて円弧の位置を補正し、距離ビン毎に得られた補正後の円弧を用いて、前記固定物反射除去１次元スペクトルを生成する、
    プログラム。
  8. （ｄ）前記固定物反射除去１次元スペクトルに対して、１次元フーリエ変換を適用して、前記ＩＦ信号の２次元スペクトルを生成する、ステップを、更に有し、
    前記（ｂ）のステップにおいて、前記固定物反射除去１次元スペクトルから生成された前記２次元スペクトルの振幅のピークの位置に基づいて、前記固定物以外の物体の位置を検出する、
    請求項７に記載のプログラム。
  9. 前記（ｃ）のステップにおいて、前記２次元スペクトルから検出された前記固定物以外の物体の位置に対応する、前記固定物反射除去１次元スペクトルの位相に基づいて、前記固定物以外の物体の変位を検出する、
    請求項８に記載のプログラム。
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