JP7106734B1 - 周波数変調連続波レーダーシステムとそのアイデンティティ及び情報検出方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 0007106734000001
【課題】特定のアイデンティティタグに隣接する被験者情報を取得する
【解決手段】周波数変調連続波レーダーシステムは、
少なくとも１人の被験者の隣にそれぞれ配置された少なくとも１つのアイデンティティタグ；及びチャープ信号に応答してアイデンティティ周波数に対応する特定のタグ反射信号を生成するためにオンにされる少なくとも１つのアイデンティティタグのうちの１つのテストアイデンティティタグを制御するため、アイデンティティ認識制御モジュールを包含する、周波数変調連続波レーダーアイデンティティ認識デバイス；及びチャープ信号を送信する、及びチャープ信号に応答して、少なくとも１人の被験者の少なくとも１つの反射信号及び特定のタグ反射信号を受信するため、特定のタグ反射信号及び少なくとも１つの反射信号の特定の反射信号が隣接する位置情報に対応することを計算及び決定する周波数変調連続波レーダーを包含する。
【選択図】図１

Description

周波数変調連続波レーダーシステムとそのアイデンティティ(identity)及び情報検出方法に、及びより具体的には、測定対象の特定のアイデンティティタグに隣接する被験者情報を取得するために、特定のアイデンティティタグのタグリフレクタをオンにしてアイデンティティ周波数を持たせることができる、周波数変調連続波レーダーシステムとそのアイデンティティ及び情報検出方法に関する。
近年、バイタルサイン情報検出技術（赤外線体温測定、血糖値検出、血中酸素濃度検出など）が盛んになった。バイタルサイン情報検出技術には、個人以外で使用するためのバイタルサイン情報検出も含まれる。例えば、非接触心拍及び呼吸数(frequency)検出デバイスは、無線周波数（ＲＦ）信号を被験者に送信し、対応する反射信号を受信することができる。この反射信号は、被験者の体の動き（心拍や呼吸によって引き起こされる体の変位など）によって変調される場合がある。反射信号が受信され、復調され、フィルタリングされ、増幅された後、プロセッサの内部アルゴリズムは、被験者の心拍数と呼吸数を計算できる。
従来の連続波（ＣＷ）レーダー技術は、被験者のバイタルサイン情報（心拍数や呼吸など）をリモートで測定できるが、被験者のグループから、指定された被験者のバイタルサイン情報（心拍や呼吸など）を正しく検出することは困難である。さらに、反射信号は、近隣の人や物に大きく干渉され、測定が困難になる場合があり、これにより、測定の難易度が高くなる。
したがって、バイタルサイン情報検出技術に関しては、まだ改善の余地がある。
前述の問題を解決するために、本発明は、周波数変調された連続波レーダーシステム、並びに特定のアイデンティティタグのタグリフレクタをオンにして、測定されることを意図された特定のアイデンティティタグに隣接する被験者情報を取得するために、アイデンティティ周波数(frequency)を有するアイデンティティ及び情報検出方法を提供する。
本発明は、周波数変調された連続波レーダーシステムを開示する。周波数変調連続波レーダーシステムは、少なくとも１人の被験者の隣にそれぞれ配置された少なくとも１つのアイデンティティタグ；及び周波数変調連続波レーダーアイデンティティ認識デバイス；を包含する。周波数変調連続波レーダーアイデンティティ認識デバイスは、少なくとも１つの反射信号の特定のタグ反射信号及び特定の反射信号が隣接する位置情報に対応することを計算及び決定するため、制御信号を送信して、オンにされる少なくとも１つのアイデンティティタグのうちの１つのテストアイデンティティタグを制御し、テストアイデンティティタグに、チャープ信号に応答してアイデンティティ周波数に対応する特定のタグ反射信号を生成させるための、アイデンティティ認識制御モジュール；及びチャープ信号を送信し、チャープ信号に応答して少なくとも１人の被験者の少なくとも１つの反射信号及び特定のタグ反射信号を受信するための、周波数変調連続波レーダー、を包含する。特定の反射信号は、被験者情報に対応している。
本発明は、周波数変調連続波レーダーシステムのアイデンティティ及び情報検出方法を開示する。アイデンティティ及び情報の検出方法は、少なくとも１つの反射信号の特定のタグ反射信号及び特定の反射信号が隣接する位置情報に対応することを計算及び決定するため、
それぞれ、少なくとも１つの被験者の隣に少なくとも１つのアイデンティティタグを配置すること；
オンにする少なくとも１つのアイデンティティタグのテストアイデンティティタグを制御するための制御信号を送信すること；
周波数変調連続波レーダーにより、チャープ信号を送信すること；
テストアイデンティティタグによって、チャープ信号に応答してアイデンティティ周波数に対応する特定のタグ反射信号を生成すること；及び
周波数変調連続波レーダーにより、チャープ信号に応答して、少なくとも１人の被験者の少なくとも１つの反射信号及び特定のタグ反射信号を受信する；
を包含する。特定の反射信号は、被験者情報に対応している。
本発明のこれら及び他の目的は、様々な図及び図面に示されている好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後、当業者には間違いなく明らかになるであろう。
図１は、本発明の実施形態による周波数変調連続波レーダーの概略図である。 図２Ａは、本発明の実施形態による、時間(time)に対するチャープ信号の概略図である。 図２Ｂは、本発明の実施形態によるチャープ信号、反射信号、及び中間周波数信号の概略図である。 図３は、本発明の一実施形態による周波数変調連続波レーダーシステムの概略図である。 図４は、本発明の別の実施形態による周波数変調連続波レーダーシステムの概略図である。 図５は、本発明の実施形態によるアイデンティティ及び情報検出プロセスの概略図である。 図６は、本発明の一実施形態による演算処理装置の動作の概略図である。 図７は、本発明の一実施形態によるチャープ信号の反射信号の到来角の概略図である。
図１を参照されたい。図１は、本発明の実施形態による周波数変調連続波レーダー１０の概略図である。周波数変調連続波レーダー１０と連続波レーダーとの違いは、連続波レーダーが固定／安定周波数の連続信号を発するのに対し、周波数変調連続波レーダー１０は周波数変調信号を発することである。要するに、周波数変調連続波レーダー１０は、チャープ信号ＴＸ（又は線形周波数変調信号）を生成するように構成されたチャープシンセサイザ１００を包含する。チャープ信号ＴＸがチャープシンセサイザ１００によって生成された後、チャープ信号ＴＸは送信回路を通って流れ、送信アンテナ１０２から放出される。チャープ信号ＴＸは、オブジェクト（被験者（test subject）又は被検者（testee）など）に当たって／跳ね返って、反射信号ＲＸを形成することができる。受信アンテナ１０４は、反射信号ＲＸを受信する。次に、ミキサー１１２は、受信アンテナ１０４によって受信された反射信号ＲＸを電流チャープ信号ＴＸと結合し、結合された出力信号を出力する。結合された出力信号は、高周波信号／成分（チャープ信号ＴＸ及び反射信号ＲＸなど）をフィルタリングするため、フィルタ１０６（ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタである）を通過し、中間周波数信号ＩＦを生成／出力する。中間周波数信号ＩＦは、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）１０８によってデジタル信号に変換され、次に、プロセッサ１１０によって処理されて、距離情報、方向情報、及び／又はバイタルサイン情報を導出する。
図２Ａ及び図２Ｂを参照されたい。図２Ａは、本発明の実施形態による、時間(time)に対するチャープ信号ＴＸの概略図である。図２Ｂは、本発明の実施形態による、チャープ信号ＴＸ、反射信号ＲＸ、及び中間周波数信号ＩＦの概略図である。具体的には、図２Ａの下部に示すように、チャープ信号ＴＸの周波数は、変調スロープＳに沿って時間とともに直線的に増加し、したがって、図２Ａの上部に示されているように、チャープ信号ＴＸの周期は時間領域で徐々に狭くなる。図２Ｂの上部に示されているように、チャープ信号ＴＸが発信されてから一定時間τ、反射信号ＲＸが受信／検出される。したがって、図２Ｂの下部に示すように、周波数Ｓτの中間周波数信号ＩＦを取得することができる。関係は次のように表すことができる。
Figure 0007106734000002
 ここで、ｄは被験者と周波数変調連続波レーダー１０の間の距離、Ｃは信号伝搬速度（光速）である。振幅、角速度、位相、周波数、及び波長の他の記号／表記法は当技術分野で周知であり、冗長に詳述されていない。上記の等式から、中間周波数信号ＩＦの周波数ｆ０の情報は、被験者に対応する距離ｄを暗示し／含み、中間周波数信号ＩＦの位相Φ０は、被験者のバイタルサイン情報（呼吸、心拍など）を暗示／含む（呼吸及び／又は心拍によって引き起こされる人体の変位は約１から２ミリメートルであるため、これは１２．５ｍｍのミリ波波長の周期／サイクル内にのみあり、周波数には影響しない）。その結果、プロセッサ１１０は、計算／アルゴリズムによって、被験者の距離、方向、呼吸、心拍の知識を取得／有することができる。
さらに、図３を参照されたい。図３は、本発明の実施形態による周波数変調連続波レーダーシステム３０の概略図である。周波数変調連続波レーダーシステム３０は、アイデンティティタグＩＤＴ及び周波数変調連続波レーダー認識デバイス３２を包含する。周波数変調連続波レーダー認識デバイス３２は、アイデンティティ認識制御モジュール３００及び周波数変調連続波レーダー３０２を包含する。アイデンティティタグＩＤＴは、タグアンテナ３０４、タグ無線通信ユニット／回路３０６、タグコントローラ３０８、及びタグリフレクタ３１０を包含する。アイデンティティ認識制御モジュール３００は、制御ユニット／回路３１２、無線通信ユニット／回路３１４、及び制御アンテナ３１６を包含する。周波数変調連続波レーダー３０２は、チャープシンセサイザ３１８、送信回路３２０、送信アンテナ３２２、受信アンテナ３２４、受信回路３２６、復調ユニット／回路３２８、アナログ－デジタル変換器３３０及び演算処理ユニット／回路３３２を包含する。
簡単に言えば、周波数変調連続波レーダー３０２の動作原理は、被験者の距離、方向、呼吸、心拍数を取得／測定する周波数変調連続波レーダー１０の動作原理と類似している。周波数変調連続波レーダーシステム３０と周波数変調連続波レーダー１０との主な違いは以下の通りである。： 周波数変調連続波レーダーシステム３０では、オン又はオフにすることができるアイデンティティタグＩＤＴは、被験者に隣接して配置される。（アイデンティティタグＩＤＴがオンになると、タグリフレクタ３１０は、特定の方法での振動などによって、タグ反射信号ＲＸＴにアイデンティティ周波数に対応する位相変化を持たせる。）次に、アイデンティティ認識制御モジュール３００は、無線通信を介して、制御信号ＣＯＮを送信して、アイデンティティタグＩＤＴを制御／強制的にオンにする。周波数変調された連続波レーダー３０２がチャープ信号ＴＸ‘を送信した後、周波数変調連続波レーダー３０２は、被験者の反射信号ＲＸＨ及びアイデンティティタグＩＤＴのタグ反射信号ＲＸＴを受信することができる。周波数変調連続波レーダー３０２は、被験者の距離、方向、及び／又はバイタルサイン情報（呼吸、又は心拍）の知識、ならびにアイデンティティタグＩＤＴのアイデンティティ周波数、距離、及び／又は方向を取得／有するため、反射信号ＲＸＨ及び（タグ）反射信号ＲＸＴを処理する。この場合、オフにされている（又はオンにされていない）アイデンティティタグは、タグ反射信号にアイデンティティ情報（アイデンティティ周波数など）を反映/提供しない。その結果、周波数変調連続波レーダー３０２は、被験者のバイタルサイン情報を計算し、同じ距離及び同じ方向でアイデンティティタグＩＤＴに参照することができ、測定されたバイタルサイン情報（呼吸又は心拍）がどの被験者のバイタルサイン情報に属しているかを知ることができる。このようにして、本発明は、特定のアイデンティティタグに隣接し、測定されることを意図した被験者のバイタルサイン情報（又は生理学的情報）を取得するためにアイデンティティ周波数を有するため、特定のアイデンティティタグのタグリフレクタをアクティブ化／オンにすることができる。
例えば、図４を参照されたい。図４は、本発明の実施形態による周波数変調連続波レーダーシステム４０の概略図である。周波数変調連続波レーダーシステム４０は、周波数変調連続波レーダーシステム３０に類似しており、したがって、同じ数字及び表記は、簡単にするために、以下の説明において同じ／類似の機能のコンディショニング又は信号を示す。周波数変調連続波レーダーシステム４０と周波数変調連続波レーダーシステム３０との主な違いは以下の通りである： 周波数変調連続波レーダーシステム４０は、異なる被験者に隣接して（例えば、被験者の手に）配置された異なるアイデンティティタグＩＤＴ１からＩＤＴｎ（それぞれがアイデンティティタグＩＤＴと同じ構造を有する）を包含する。アイデンティティ認識制御モジュール３００は、テストアイデンティティタグＩＤＴ２をオンにし（そしてアイデンティティ周波数に対応する）、他のアイデンティティタグ（たとえば、アイデンティティタグＩＤＴ１、及びＩＤＴ３からＩＤＴｎ）をオフにすることを制御／強制するため、無線通信を介して制御信号ＣＯＮを送信することができる。この場合、周波数変調された連続波レーダー３０２がチャープ信号ＴＸ‘を放出した後、周波数変調連続波レーダー３０２は、アイデンティティ周波数に対応するアイデンティティタグＩＤＴ２のタグ反射信号ＲＸＴ２及びチャープ信号ＴＸ’に応答した被験者の反射信号ＲＸＨ１からＲＸＨｎを受信することができる。（太い破線は、他のアイデンティティタグ（たとえば、アイデンティティタグＩＤＴ１、及びＩＤＴ３からＩＤＴｎ）のタグ反射信号（たとえば、（タグ）反射信号ＲＸＴ１、及びＲＸＴ３からＲＸＴｎ）がアイデンティティ周波数に対応しておらず、検出できないことを示す。）周波数変調連続波レーダー３０２は、反射信号ＲＸＨ２及びタグ反射信号ＲＸＴ２は、隣接する位置情報（例えば、距離情報及び／又は方向情報）に対応し、測定される被験者に対応する（被験者の）バイタルサイン情報（呼吸及び／又は心拍など）の知識を取得／有することを計算及び決定することができる。
図３に戻って参照されたい。具体的には、制御ユニット３１２は、周波数変調された連続波レーダー認識デバイス３２の制御センターである。制御ユニット３１２は、無線通信ユニット３１４及び制御アンテナ３１６を用いて、タグ無線通信ユニット３０６及びアイデンティティタグＩＤＴのタグアンテナ３０４との無線通信を実行することができる。制御ユニット３１２は、アイデンティティタグＩＤＴのタグコントローラ３０８に、タグリフレクタ３１０をオン又はオフにするように指示することができる。無線通信は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）、ＷＩＦＩ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ又は他の無線通信技術を採用することができる。
次に、制御ユニット３１２は、周波数変調された連続波検出を実行するため、周波数変調された連続波レーダー３０２を制御することができる。周波数変調連続波レーダー３０２の動作原理は、周波数変調連続波レーダー１０の動作原理と類似している。チャープシンセサイザ３１８は、チャープ信号ＴＸ‘を生成することができる。チャープ信号ＴＸ’内の各チャープサブ信号は、図２Ａに示される無線周波数発振信号（開始周波数が７７ギガヘルツ（ＧＨｚ）、停止周波数が８１ＧＨｚ、周期が４０マイクロ秒（μｓ）、変調勾配Ｓが１００ＭＨｚ／μｓ）であり得る。ただし、各チャープサブ信号は、他の信号仕様（２４ＧＨｚの開始周波数など）に準拠している場合がある。送信回路３２０は、電力増幅器（ＰＡ）を包含する。送信回路３２０の電力増幅器は、送信アンテナ３２２を介して放出されるチャープ信号ＴＸ‘を増幅することができる。送信アンテナ３２２の設計は、使用されている無線周波数及び／又は使用されている有効視野（ＦＯＶ）に関連している。
タグリフレクタ３１０がオンになっている場合、識別タグＩＤＴがチャープ信号ＴＸ‘を受信すると、アイデンティティタグＩＤＴは、チャープ信号ＴＸ’に応答して、アイデンティティ周波数に対応するタグ反射信号ＲＸＴを生成することができる。したがって、受信アンテナ３２４は、送信アンテナ３２２によって放出されたチャープ信号ＴＸ’の反射信号（複数可）（人体／身体で反射された反射信号、（複数可）アイデンティティタグＩＤＴ、及び／又は環境内の静止又は移動オブジェクト（複数可）などを包含する）を受信することができる。次に、受信回路３２６は、反射信号（複数可）に対してフロントエンド信号増幅及びフロントエンドフィルタリングを実行することができる。受信アンテナ３２４を設計するために、受信される無線周波数信号の周波数範囲、及び測定される被験者の／に対する方向を区別する必要があるかどうかを考慮に入れるべきである。被験者の／に対する方向を区別する場合は、複数の送信アンテナ又は受信アンテナの設計を検討する必要がある。
この場合、異なる反射信号の主周波数はチャープ信号ＴＸ‘と同じであるが、異なる反射信号は異なる特性を持つ。たとえば、さまざまなオブジェクトの反射強度は異なる。（例えば、人体や金属から反射する反射信号の強度が高くなる。）さらに、呼吸及び／又は心拍によって引き起こされる胸部変位を結合することによって形成される反射信号ＲＸＨの位相変化は、特定の生理学的周波数に対応する。タグ反射信号ＲＸＴは、特定のアイデンティティ周波数に対応する（モーターの回転周波数、レーダー断面積（ＲＣＳ）の変調周波数、又はタグリフレクタ３１０のバイブレータの振動周波数など）。異なる距離を伝搬する反射信号には、異なる変調周波数の違いがある。
さらに、復調ユニット３２８は、受信回路３２６によって受信された反射信号（複数可）（反射信号ＲＸＨ及びタグ反射信号ＲＸＴを包含する）を、チャープシンセサイザ３１８によって生成された（電流）チャープ信号ＴＸ’と復調（例えば、結合）することができる。復調後の信号（複数可）は、中間周波数信号ＩＦ‘を取得／出力するように、ローパスフィルタを通過して無線周波数信号（複数可）（チャープ信号ＴＸ’、反射信号ＲＸＨ、タグ反射信号ＲＸＴなど）をフィルタリングする。中間周波数信号ＩＦ‘は、アナログ－デジタル変換器３３０によってアナログフォーマットからデジタルフォーマットに変換され、これは、算術処理ユニット３３２が処理するのに便利である。次に、演算処理ユニット３３２は、検出される距離、検出される方向、及び検出されるアイデンティティタグＩＤＴのアイデンティティ情報（アイデンティティ周波数など）、検出される人体距離、及び／又は検出される被験者のバイタルサイン情報（呼吸、心拍など）を計算するように、様々なデジタル処理アルゴリズムを使用することによって、ノイズ（複数可）、高周波信号（複数可）、及び/又は不適切な呼吸ハーモニクスを除去する。距離及び／又は方向（演算処理ユニット３３２又は制御ユニット３１２によって作成された）の比較により、次に、制御ユニット３１２は、アイデンティティタグＩＤＴのアイデンティティ情報及び同じ（又は同様の）距離にある（及び／又は同じ／隣接する方向の）被験者のバイタルサイン情報（人間の呼吸、心拍など）を見つけ、及びしたがって、バイタルサイン情報（呼吸、心拍など）がアイデンティティタグＩＤＴに対応する被験者に属することを決定する。演算処理ユニット３３２及び制御ユニット３１２は、１つの単一のプロセッサに統合され得る。
周波数変調連続波レーダーシステム３０及び４０の動作原理は、アイデンティティ及び情報検出プロセス５０として要約することができる。具体的には、図５を参照されたい。図５は、本発明の実施形態によるアイデンティティ及び情報検出プロセス５０の概略図である。図５に示すように、周波数変調連続波レーダー認識デバイス３２は、無線通信ユニット３１４を介して識別タグＩＤＴ１からＩＤＴｎを検索することができ、テストアイデンティティタグＩＤＴ２がオンになるように制御／強制することができる（ステップ５０２）、その結果、テストアイデンティティタグＩＤＴ２がオンになって、（対応する）タグリフレクタをアクティブにして、アイデンティティ周波数を有するようにする（ステップ５０４）。アイデンティティ周波数は、モーターの回転周波数、レーダー断面積の変調周波数、又は対応するタグリフレクタのバイブレータの振動周波数である。次に、周波数変調連続波レーダー認識デバイス３２は、周波数変調連続波レーダー３０２をアクティブにする（ステップ５０６）。送信回路３２０は、チャープシンセサイザ３１８によって生成されたチャープ信号ＴＸ‘を増幅し、送信アンテナ３２２を介してチャープ信号ＴＸ’を送信する（ステップ５０８）。チャープ信号ＴＸ‘は、Ｎ個のチャープサブ信号を包含する（図２Ａに示すように、各周期／サイクルで開始周波数７７ＧＨｚから停止周波数８１ＧＨｚまで直線的に増加する場合がある）。チャープサブ信号の数はNである。
次に、受信アンテナ３２４は、チャープ信号ＴＸ‘の反射信号（複数可）を受信する（ステップ５１０）。受信回路３２６は、反射信号（複数可）に対してフロントエンド信号増幅及びフロントエンドフィルタリングを実行することができる（ステップ５１２）。復調ユニット３２８は、（電流）チャープ信号ＴＸ’を反射信号（複数可）と結合する。復調された信号（複数可）は、中間周波数信号ＩＦ‘を取得／出力するように、ローパスフィルタを通過して無線周波数信号（複数可）を除去する（ステップ５１４）。アナログ－デジタル変換器３３０は、アナログ形式の中間周波数信号ＩＦ’をデジタル形式の中間周波数信号ＩＦ’に変換する（ステップ５１６）。
例えば、図６を参照されたい。図６は、本発明の実施形態による演算処理装置３３２の動作の概略図である。図６に示すように、演算処理ユニット３３２は、デジタル形式の中間周波数信号ＩＦ‘の各部分／コンポーネント（チャープ信号ＴＸ‘のＮ個のチャープサブ信号のそれぞれに対応する）を行列Ｍ１として結合／行列Ｍ１に変換する。行列Ｍ１の各水平部分は、Ｎ個のチャープサブ信号のそれぞれの周期ＴＣからサンプリングされたサンプリング点に対応する。（図２Ａとは異なり、（前の）チャープサブ信号の反射信号が別の（次の）チャープサブ信号の復調に影響を与えないようにするため、各チャープサブ信号の強度は、各周期ＴＣの終わりにゼロになる可能性がある。）
次に、演算処理ユニット３３２は、デジタルフォーマットの中間周波数信号ＩＦ‘の各行（すなわち、水平データ）に対してレンジ高速フーリエ変換（レンジＦＦＴ）を実行して、行列Ｍ２を作成／取得する（ステップ５１８）。行列Ｍ２の各水平部分は、各チャープサブ信号の距離周波数に対応する（そして、対応する距離（複数可）は、図２Ｂ及び関連する式に従って計算され得る）。行列Ｍ２の垂直部分は、１からＮまでの番号が付けられた（異なる）チャープサブ信号に対応する。分析中の距離周波数（distance frequency）分布図において、あらかじめ設定された強度を超える距離周波数がある場合は、その距離周波数に対応する距離にオブジェクトがあることを意味する。（例えば、作動中のリフレクタ又はより高い反射強度を有する人体の反射信号は、プリセットされた強度を超えるように設計され得る。）距離周波数の強度は、対応する距離でのオブジェクト（複数可）の反射信号の強度を表す。距離周波数／周波数（複数）は、チャープ信号ＴＸ’のＮ個のチャープサブ信号の傾きに従って、対応する距離に変換することができる。各周波数ピークは、その距離に（つまり、行列Ｍ２の影付きの配列要素で）オブジェクトがあることを示す。言い換えれば、中間周波数信号ＩＦ’の少なくとも１つの距離周波数の少なくとも１つの信号強度がプリセット強度よりも大きいこと/大きいかどうか、及び少なくとも１人の被験者及びテストアイデンティティタグＩＤＴ２が、少なくとも１つの距離周波数に対応する少なくとも１つの距離にある（に位置決めされている）こと/あるかどうか、を判断／発見するため、演算処理ユニット３３２は、中間周波数信号ＩＦ‘に対してレンジ高速フーリエ変換を実行することができる（周波数変調連続波レーダー認識デバイス３２から）（ステップ５２０）。
次に、演算処理ユニット３３２は、中間周波数信号ＩＦ'の位相変化情報を有する行列Ｍ３を作成／取得するための距離高速フーリエ変換によって作成／生成された行列Ｍ２の周波数ピーク（複数可）（つまり、影付きの配列要素）でデータに対して（縦方向の）ドップラー高速フーリエ変換（Ｄｏｐｐｌｅｒ－ＦＦＴ）を実行する。位相変化情報は、対応する距離にあるオブジェクト（複数可）の位相周波数情報（すなわち、オブジェクトの動きの情報、モーターの回転周波数などのアイデンティティ周波数、又はレーダー断面の変調周波数、又はリフレクタのバイブレータの振動周波数、バイタルサイン情報（呼吸、及び/又は心拍）など(and/or so on)。これにより、中間周波数信号ＩＦ‘の周波数領域で小さな変位を検出することは困難ですが、異なるチャープサブ信号で強度が変化するため、ドップラー高速フーリエ変換によって取得／検出される）を表す。行列Ｍ３の水平部分は、各チャープサブ信号の距離周波数（距離を表す）に対応する。行列Ｍ１の垂直部分は、相変化（複数可）の位相周波数(phase frequency)分布に対応する（つまり、特定の距離での位相変化（複数可）の位相周波数／周波数（複数）の大きさ（複数可））。
この場合、制御ユニット３１２は、ドップラー高速フーリエ変換後の行列Ｍ３の垂直軸の各位相周波数ピークが、テストアイデンティティタグＩＤＴ２のアイデンティティ周波数であるかどうかを決定することができる。そうであれば、対応する距離は、テストアイデンティティタグＩＤＴ２が位置決めされている距離であることを意味する。テストアイデンティティタグＩＤＴ２の距離位置を見つけた/位置決めした後、次に、制御ユニット３１２は、隣接する距離（複数可）（縦軸）に他の位相周波数ピーク（複数可）があるかどうかを決定する。そうであれば、制御ユニット３１２は、バイタルサイン情報、例えば、呼吸の回数、及び／又は心拍が含まれるかどうかを分析／決定する。そうであれば、バイタルサイン情報（呼吸や心拍など）は、被験者がテストアイデンティティタグＩＤＴ２を付けて所有している情報であることを意味する。このように、周波数変調連続波レーダー３０２によって処理された情報によれば、制御ユニット３１２は、特定の値の位相周波数（振動周波数、モーターの回転周波数又はレーダー断面積の変調周波数など）でオブジェクト（すなわち、テストアイデンティティタグＩＤＴ２）を識別／リンクすることができる。さらに、制御ユニット３１２は、隣接するオブジェクト（複数可）のバイタルサイン情報（呼吸や心拍など）を、テストアイデンティティタグＩＤＴ２の被験者のバイタルサイン情報として使用することができ、被験者の距離位置として距離位置を使用することができる。
例えば、テストアイデンティティタグＩＤＴ２のアイデンティティ周波数(identity frequency)は、処理中の誤判定を減らすため、一般に、バイタルサイン（複数可）（呼吸及び／又は心拍など）の回数(frequency)／回数(frequencies)よりも高く設定することができる。（たとえば、振動周波数は１キロヘルツ（ＫＨｚ）に設定される。あるいは、レーダー断面積の変調周波数は５ＫＨｚに設定される。）制御ユニット３１２は、テストアイデンティティ周波数タグＩＤＴ２のアイデンティティ周波数が、行列Ｍ３の右側（右上の影付きの配列要素など）の特定の周波数（距離）にあること／あるかどうかを決定することができ、次に、より低い隣接位置（複数可）での位相周波数ピーク（複数可）が、被験者のバイタルサイン（複数可）の周波数／周波数（複数）であること／あるかどうかを決定することができる。換言すれば、演算処理ユニット３３２は、レンジ高速フーリエ変換によって処理された中間周波数信号ＩＦ‘の少なくとも１つのコンポーネント（つまり、行列Ｍ２の影付きの領域／配列要素）（これは、プリセットされた強度よりも大きい少なくとも１つの距離周波数に対応する）に対してドップラー高速フーリエ変換を実行する（ステップ５２２）。その結果、制御ユニット３１２が、アイデンティティ周波数が特定の距離に位置決めされること、及び中間周波数信号ＩＦ’の少なくとも１つの位相周波数（隣接する距離に位置決めされているため、隣接する位置情報がある）が、被験者のバイタルサイン情報に対応することを決定するようにする（ステップ５２４）。
前述の実施形態（複数可）は、特定のアイデンティティタグ（複数可）に隣接し、測定を目的とした被験者のバイタルサイン情報の知識を取得する/持つように、特定のアイデンティティタグのタグリフレクタがオンになってアイデンティティ周波数を有することに焦点を合わせている。本発明はそれに限定されず、当業者は容易に変更及び修正を行うことができる。例えば、前述の実施形態では、（電流）チャープ信号ＴＸ‘が反射信号と結合されて、中間周波数信号ＩＦ‘を取得／導出する。次に、中間周波数信号ＩＦ’の距離周波数（信号強度がプリセット強度よりも大きい）が、人体又はオンになっているリフレクタが位置決めされている場所からの／における距離である／に対応していると決定される。次に、少なくとも１つの位相周波数（同一性周波数との隣接距離を有する／対応する）が、隣接位置情報を有し、被験者のバイタルサイン情報に対応すると決定される。他の実施形態では、隣接する距離を有する／対応することに加えて、隣接する方向もまた、隣接する位置情報を有することを決定すると見なされる。
図７を参照されたい。図７は、本発明の実施形態によるチャープ信号ＴＸ’の反射信号の到来角（ＡＯＡ）の概略図である。図７に示されるように、受信アンテナ３２４は、受信サブアンテナ７００及び７０２を包含し得る。受信サブアンテナ７００及び７０２は、距離ｄ‘だけ離れている。受信サブアンテナ７００及び７０２は、複数の対応する到来角を決定するために、反射信号ＲＸＨ１からＲＸＨｎ及びタグ反射信号ＲＸＴを受信するように構成される。具体的には、被測定者と受信サブアンテナ７００との間の距離は、被測定者と受信サブアンテナ７０２との間の距離とは異なるため、送信アンテナ３２２によって放出されたチャープ信号ＴＸ’の反射信号が受信サブアンテナ７００に到達するタイミングは、送信アンテナ３２２によって放出されたチャープ信号ＴＸ‘の反射信号が受信サブアンテナ７０２に到達するためのタイミングとは異なる場合がある。したがって、反射信号の位相は変化する。位相差は次のように表すことができる。
Figure 0007106734000003
 ここで、θは反射信号の到来角を表す。したがって、受信サブアンテナ７００及び７０２によって受信された反射信号の位相差に従って、測定されるべき被験者の方向が検出され得る。なお、それが隣接する距離及び隣接する方向を有する場合にのみ、同様の位置情報を有すると決定することができる。
たとえば、図７の下部に示されているように、レンジ高速フーリエ変換とドップラー高速フーリエ変換の後に得られる中間周波数信号ＩＦ‘の位相周波数は、それぞれ、それぞれの到来角の情報を持つ。したがって、少なくとも１つの位相周波数及び同一性周波数が隣接する距離（複数可）を有すると決定された後、少なくとも１つの位相周波数及びアイデンティティ周波数が同様の位置情報を有し、被験者のバイタルサイン情報に対応すること／かどうかを決定するために、少なくとも1つの位相周波数とアイデンティティ周波数が隣接する方向（複数可）を持つこと／持っているかどうかを決定する必要がある。（つまり、隣接位置情報は、隣接距離（複数可）と隣接方向（複数可）を包含する。）さらに、図７に示す実施形態では、２つの受信サブアンテナ７００及び７０２は、被験者の方向を決定するために使用される。ただし、他の実施形態では、複数のオブジェクト（被験者など）の位置からの方向を正確に検出/測定するために、より多くの受信サブアンテナを使用して解像度を上げることができる。
さらに、前述の実施形態（複数可）では、アイデンティティ周波数は、モーターの回転周波数、レーダー断面積の変調周波数、又はオンになっているタグリフレクタ３１０のバイブレータの振動周波数であり得る。しかしながら、タグリフレクタ３１０の実装は、オンにされているタグリフレクタ３１０が、アクティベーション後の同アイデンティティ周波数に対応する位相変化を反射信号に持たせることができる限り、限定されない。要するに、タグリフレクタ３１０は、バイブレータを包含し得る。バイブレータは特定の振動を発生させ、チャープ信号ＴＸ‘を反射することができる；あるいは、バイブレータは後方散乱してチャープ信号ＴＸ’に応答して変調することができる（たとえば、変調周波数でレーダー断面積を変更するため）。
タグリフレクタ３１０の実施形態では、振動を発生させるために、スピーカー（振動）ダイアフラム／メンブレンを使用することができ、特定の振動信号（例えば、アイデンティティ周波数として機能する特定の振動周波数を有する）が提供され得る；あるいは、携帯電話のバイブレータを使用して振動を発生させることもできる。さらに、チャープ信号ＴＸ‘の反射信号の強度を効果的に増加させるために、スピーカーメンブレンは金属フィルムでコーティングすることができる；あるいは、スピーカーメンブレンの構造は、チャープ信号ＴＸ’の反射信号の強度を高めるために、コーナーリフレクタ（又は小型化されたコーナーリフレクタのコレクション／アセンブリ）の構造と同様に設計され得る。
具体的には、コーナーリフレクタは、直角ピラミッド構造又は二面角コーナーリフレクタであり得る。この幾何学的構造で、入射信号は反射して戻り、（反射は）入射信号と平行になる。これにより、比較的高いレーダー断面積を確保できる。また、スピーカーメンブレン用にシングルコーナーリフレクタを1つだけ設計すると場合、厚みの問題（例えば、厚すぎる問題）が発生する。したがって、複数の小型化されたコーナーリフレクタのコレクションをスピーカーメンブレン用に設計することができる。サイズを小さくすることにより、同様のレーダー断面積（複数可）を維持しながら、全体的な構造を薄くすることができる。スピーカーメンブレン又は携帯電話のバイブレータにコーナーリフレクタ又は小型化されたコーナーリフレクタのコレクションがある場合、スピーカーメンブレン又は携帯電話のバイブレータを振動させるために、選択した振動周波数（つまり、アイデンティティ周波数）が与えられたとき、距離及びアイデンティティ周波数を分析／発見できるように、反射信号には、アイデンティティ周波数に対応するより明白な変化（複数可）がある。前述の実施形態は、主に、振動周波数で振動することができるスピーカーメンブラ又は携帯電話のバイブレータを使用し、コーナーリフレクタの構造を反射面として使用する。スピーカーの他の特徴は当業者によく知られており、簡潔にするために冗長に詳述されていない。
さらに、タグ反射器３１０の別の実施形態では、変調されているチャープ信号ＴＸ’に対する（相対的な）金属リフレクタの反射面積（レーダー断面積）が回転周波数に応じて変化するような、モーターを使用して、金属リフレクタを制御し、回転周波数（すなわち、アイデンティティ周波数）で回転させることができる。
さらに、タグリフレクタ３１０の別の実施形態では、能動的に制御されている周波数選択性表面（複数可）（ＦＳＳ）の後方散乱トランスポンダ（複数可）を使用することができる。周波数選択表面（複数可）は、スイッチングＰＩＮダイオード（複数可）を備えたダイポール（複数可）を包含する場合がある。周波数変調された連続波レーダー３０２に対するタグの後方散乱応答を変調するように、トランスポンダは、ダイオードのバイアス電圧を制御して、周波数選択面のレーダー断面積の変化を変調する。周波数選択性表面共振器とＰＩＮダイオードの設計を適切に選択することにより、周波数変調連続波レーダー３０２のチャープ信号ＴＸ‘の走査周波数をカバーすることができる。たとえば、ＰＩＮダイオードをオンにすると、周波数選択面のアンテナ長が長くなる。アンテナの長さは、より強い反射信号を確保するために、チャープ信号ＴＸ’と共振するように適切に設計することができる。したがって、反射信号が変調周波数（アイデンティティ周波数）に対応する強度変化（すなわち、強い又は弱い）を有するように、ダイオードのバイアス電圧は、変調周波数に従って周波数選択面のレーダー断面積を変調／調整するように制御することができる。
さらに、タグリフレクタ３１０の別の実施形態では、能動的に制御されている集積回路の共振器を使用することができる。集積回路がアンテナを介してチャープ信号TX'を受信した後、共振信号がマッチネットワークと共振器によって生成される。そして、制御信号は、変調周波数に応じて、反射信号となる共振信号を送信するかどうかを決定する。すなわち、共振器によって生成された共振信号は、変調周波数に従って変調され、その結果、反射信号が変調周波数（アイデンティティ周波数）に対応する強度変化（すなわち、強い又は弱い）を有することを強制される。
前述の実施形態では、タグリフレクタ３１０がオンにされてアイデンティティ周波数を有するようになった後、タグ反射信号ＲＸＴは、アイデンティティ周波数に対応する位相変化を有するだけではない可能性があることは注目に値する。タグ反射信号ＲＸＴの周波数は、アイデンティティ周波数とチャープ信号ＴＸ‘との周波数結合のために、チャープ信号ＴＸ’プラス又はマイナスアイデンティティ周波数に対応する周波数であり得る。その結果、テストアイデンティティタグＩＤＴの観測／測定された距離周波数は、実際の距離周波数にアイデンティティ周波数をプラス又はマイナスしたものに等しくなる。この場合、レンジ高速フーリエ変換が実行された後、テストされたアイデンティティタグＩＤＴのアイデンティティ周波数に対応する２つの距離周波数が最初に見つかる場合がある。2つの距離周波数が加算及び平均化されて、実際の距離周波数が取得/計算される。距離周波数が差し引かれ、平均化されて、アイデンティティ周波数が取得/計算される。
さらに、前述の実施形態では、アイデンティティタグは、被験者のバイタルサイン情報を検出／測定するために、被験者の隣に配置される。しかしながら、他の実施形態では、被験者は非人間のオブジェクト／実体であり得、そして被験者の他の情報が検出されるべきである。例えば、本発明は、特定のオブジェクトの位置を検出／位置決めするために適用され得る。具体的には、周波数変調連続波レーダーは、オブジェクトが何であるかを知らなくても、オブジェクトの距離と速度を検出／測定できる。識別タグがオブジェクト（車など）に配置されている場合、車が移動している（又は静止している）とき、周波数変調連続波レーダー３０２は、オブジェクトの（測定された）距離と（測定された）速度が、アイデンティティタグの（測定された）距離と（測定された）速度と同じ（又は類似）であること／あるかどうかを決定することにより、測定対象がアイデンティティタグの付いた車であること（として識別される）／あるかどうかを決定することができる。
さらに、タグコントローラ３０８、制御ユニット３１２、及び演算処理ユニット３３２は、マイクロプロセッサ又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などのプロセッサであり得る。アイデンティティタグＩＤＴ及び周波数変調連続波レーダー認識デバイス３２は、それぞれ、ストレージユニットを包含し得る。ストレージユニットは、プログラムコードを格納するように構成されたいずれのデータストレージデバイスであり得る。プログラムコードは、プロセッサによって読み取られて実行され、上記の関連する操作を実行することができる。ストレージユニットは、加入者識別モジュール（ＳＩＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、磁気テープ、フロッピーディスク、又は光データ記憶装置などであり得るが、これらに限定されない。
要約すると、本発明は、特定のアイデンティティタグに隣接し、測定を目的とした被験者に関する情報を取得するように、特定のアイデンティティタグのタグリフレクタをオンにして、アイデンティティ周波数を有することができる。
当業者は、本発明の教示を保持しながら、デバイス及び方法の多数の修正及び変更を行うことができることを容易に観察するであろう。したがって、上記の開示は、添付の請求項の境界によってのみ制限されると解釈されるべきである。
"Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｍｍｗａｖｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ： ＦＭＣＷ Ｒａｄａｒｓ"， Ｓａｎｄｅｅｐ Ｒａｏ， Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ "Ａ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－Ｗａｖｅ Ｌｏｗ－Ｐｏｗｅｒ Ａｃｔｉｖｅ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｔａｇ ｆｏｒ ＦＭＣＷ Ｒａｄａｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ"， ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＴＨＥＯＲＹ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ， ＶＯＬ． ６１， ＮＯ． ５， ＭＡＹ ２０１３ "Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒ ＦＭＣＷ Ｒａｄａｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"， ＲＡＤＩＯＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ， ＶＯＬ． ２３， ＮＯ． ２， ＪＵＮＥ ２０１４
１０ 周波数変調連続波レーダー
１００ チャープシンセサイザ
１０２ 送信アンテナ
１０４ 受信アンテナ
１０６ フィルタ
１０８ アナログ－デジタル変換器
１１０ プロセッサ
１１２ ミキサー

Claims (5)

  1. 少なくとも１人の被験者の隣にそれぞれ配置された少なくとも１つのアイデンティティタグを含む周波数変調連続波レーダーシステムのための、アイデンティティ及び情報検出方法であって、ここで、当該方法は、
    オンにされる少なくとも１つのアイデンティティタグのうちの１つのテストアイデンティティタグを制御するための制御信号を送信すること；
    周波数変調連続波レーダーにより、チャープ信号を送信すること；
    前記テストアイデンティティタグによって、前記チャープ信号に応答してアイデンティティ周波数に対応する特定のタグ反射信号を生成すること；及び
    前記特定のタグ反射信号及び前記少なくとも１つの反射信号のうちの１つの特定の反射信号が隣接する位置情報に対応することを計算及び決定するため、前記周波数変調連続波レーダーにより、前記少なくとも１人の被験者の少なくとも１つの反射信号及び前記チャープ信号に応答した前記特定のタグ反射信号を受信すること；
    を含み、
    ここで、前記特定の反射信号は、被験者情報に対応する、アイデンティティ及び情報検出方法。
  2. 対応するリフレクタをアクティブにして前記アイデンティティ周波数を持たせるために、前記テストアイデンティティタグをオンにすること、ここで、前記アイデンティティ周波数は、モーターの回転周波数、変調周波数、又は前記対応するリフレクタの振動周波数である、をさらに含む、請求項１に記載のアイデンティティ及び情報検出方法。
  3. ここで、中間周波数信号の少なくとも１つの距離周波数の少なくとも１つの信号強度がプリセットされた強度よりも大きく、且つ少なくとも１人の被験者及びテストアイデンティティタグが、前記少なくとも１つの距離周波数に対応する少なくとも１つの距離に位置決めされていることを決定するように、前記周波数変調連続波レーダーは、中間周波数信号に対してレンジ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行する、請求項１に記載のアイデンティティ及び情報検出方法。
  4. ここで、前記アイデンティティ周波数は、前記隣接する位置情報の隣接する距離で生成されること及び前記中間周波数信号の少なくとも１つの位相周波数は、前記被験者情報に対応する前記隣接する距離に位置決めされていることを決定するように、前記周波数変調連続波レーダーは、前記レンジ高速フーリエ変換によって実行される中間周波数信号のプリセット強度よりも大きい前記少なくとも１つの距離周波数に対応する少なくとも１つのコンポーネントに対してドップラー高速フーリエ変換を実行する、請求項３に記載のアイデンティティ及び情報検出方法。
  5. 周波数変調連続波レーダーシステムであって、
    少なくとも１人の被験者の隣にそれぞれ配置された少なくとも１つのアイデンティティタグ；及び
    以下：
    制御信号を送信して、オンにされる前記少なくとも１つのアイデンティティタグのテストアイデンティティタグを制御し、且つ前記テストアイデンティティタグに、チャープ信号に応答してアイデンティティ周波数に対応する特定のタグ反射信号を生成させるため、制御信号を送信するためのアイデンティティ認識制御モジュール；及び
    前記特定のタグ反射信号及び前記少なくとも１つの反射信号のうちの１つの特定の反射信号が隣接する位置情報に対応することを計算及び決定するため、前記チャープ信号を送信し、且つ前記少なくとも１人の被験者の少なくとも１つの反射信号と、前記チャープ信号に応答して前記特定のタグ反射信号を受信するための、周波数変調連続波レーダー；
    を含む、周波数変調連続波レーダーアイデンティティ認識デバイス；を含み、
    ここで、前記特定の反射信号は、被験者情報に対応する；
    周波数変調連続波レーダーシステム。
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