JP7433999B2

JP7433999B2 - 距離計算装置、距離測定システム、距離計算プログラム及び距離計算方法

Info

Publication number: JP7433999B2
Application number: JP2020043792A
Authority: JP
Inventors: 良太菅; 宏晃西巻; 陽太菊池
Original assignee: Nisshinbo Micro Devices Inc
Current assignee: Nisshinbo Micro Devices Inc
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2024-02-20
Anticipated expiration: 2040-03-13
Also published as: JP2021143974A

Description

本開示は、ＦＳＫドップラーセンサを用いて距離を測定する技術に関する。

ＦＳＫドップラーセンサを用いて距離を測定する技術が、特許文献１等に開示されている。ＦＭＣＷセンサは、広範に周波数を掃引する必要があるため、構成上高コストでありかつ消費電力が大きいが、ＦＳＫドップラーセンサは、数個の周波数を切り換えるのみでよく、構成上低コストでありかつ消費電力が小さい。

従来技術の理想条件下の距離計算処理を図１に示す。理想条件下では、例えば、対象物Ｔのみが、空間内に存在しており、一定の運動をしている。よって、図３で後述する対象物Ｔの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外である可能性が低く、マルチパス及び他の対象物の存在の可能性も低い。

図１の左上欄から左下欄では、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する。すると、各周波数変換結果は、単数の振幅ピークを有する。図１の右下欄では、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームの間について、単数の振幅ピーク（ドップラー周波数ｆ_１）において、位相の差分φ_１１－φ_１２を計算したうえで、単数の振幅ピーク（ドップラー周波数ｆ_１）において、距離Ｒ＝｛ｃ（φ_１１－φ_１２）｝／｛４π（Ｆ_１－Ｆ_２）｝を計算する。

特開昭５７－０９１４７０号公報

ＦＳＫドップラーセンサは、電化製品の省エネルギー（電源のオン／オフ）及びセキュリティの確保（警報の出力／非出力）等のために、電化製品の使用者及び立入禁止領域の侵入者等が、所望の距離範囲内に存在するかどうかを検出することができる。

従来技術の実際条件下の距離計算処理を図２及び図３に示す。実際条件下では、例えば、使用者Ｕが、個室Ｐ内に存在しており、不規則な運動をしており、歩行者Ｗが、個室Ｐ外に存在しており、測距用ビームを横切っている。よって、図３で後述する使用者Ｕの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外である可能性が高く、マルチパス及び他の対象物の存在の可能性も高い。

図３では、使用者Ｕが、基本的には一定の運動をしているものの、測距用ビームの反射部位のばらつき等に応じて、一時的にはほぼ停止をしているように見える。

期間ｔ_１、ｔ_３、ｔ_５では、使用者Ｕが一定の運動をしているように見える。よって、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー周波数は、十分に高い。そして、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームの間について、位相の差分φ_１１－φ_１２を高精度に計算することができ、距離Ｒも高精度に計算することができる。

期間ｔ_２、ｔ_４では、使用者Ｕがほぼ停止をしているように見える。よって、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー周波数は、ほぼ０である。そして、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームの間について、位相の差分φ_１１－φ_１２を高精度に計算できず又はほぼ０とし、距離Ｒも高精度に計算できず又はほぼ０とする。

図２の左上欄から左下欄では、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する。すると、各周波数変換結果は、マルチパス及び他の対象物の存在のため、複数の振幅ピークを有する可能性がある。たとえ、各周波数変換結果が、単数の振幅ピークしか有さないとしても、使用者Ｕの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外である可能性がある。よって、振幅ピークの選択では、使用者Ｕまでの正確な距離検出が困難である。

図２の右下欄では、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームについて、各周波数変換結果からとりあえず単数の最大ピーク（ドップラー周波数ｆ_１）を選択する。そして、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームの間について、単数の最大ピーク（ドップラー周波数ｆ_１）において、位相の差分φ_１１－φ_１２を計算したうえで、単数の最大ピーク（ドップラー周波数ｆ_１）において、距離Ｒ＝｛ｃ（φ_１１－φ_１２）｝／｛４π（Ｆ_１－Ｆ_２）｝を計算する。

ここで、図２と異なり、個室Ｐ内の使用者Ｕの速度が遅い可能性が高いことを考慮して、単数の最低周波ピークを選択することも考えられる。しかし、個室Ｐ内の使用者Ｕの速度が速い可能性もあり、個室Ｐ外の歩行者Ｗの速度が（ドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であるため）遅く見える可能性もあり、個室Ｐ外の歩行者Ｗの速度が遅い可能性もあり、個室Ｐの天井、壁面及び床面でマルチパスが生じる可能性もあり、最低周波ピークの選択では、使用者Ｕまでの正確な距離検出が困難である。

そこで、図２のように、個室Ｐ内の使用者Ｕの距離が短い可能性が高いことを考慮して、単数の最大振幅ピークを選択することを考えている。しかし、個室Ｐ内の使用者Ｕの反射が弱い可能性もあり、個室Ｐ外の歩行者Ｗの反射が（ドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であるため）強く見える可能性もあり、個室Ｐ外の歩行者Ｗの反射が強い可能性もあり、個室Ｐの天井、壁面及び床面でマルチパスが生じる可能性もあり、最大振幅ピークの選択では、使用者Ｕまでの正確な距離検出が困難である。

従来技術の実際条件下の距離計算結果を図４に示す。図４では、使用者Ｕが、個室Ｐ内に存在しており、不規則な運動をしており、歩行者Ｗが、個室Ｐ外に存在しており、測距用ビームを横切っている。すると、個室Ｐの大きさを約２ｍとして、個室Ｐ内の使用者Ｕの距離（約１ｍ）が、安定に出力されるべきであるが、個室Ｐ外の歩行者Ｗの距離（約９ｍ）、使用者Ｕの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離（約３ｍ及び約０ｍ）及びマルチパスによる距離（約１０ｍ）が、瞬時に出力されている。そして、ＦＳＫドップラーセンサが失報又は誤報する可能性があり、電化製品及びセキュリティ等が誤作動する可能性がある。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、ＦＳＫドップラーセンサを用いて対象物の距離を測定するにあたり、対象物の速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外である可能性があるとともに、マルチパス及び他の対象物の存在の可能性もあるとしても、対象物が所望の距離範囲内に存在するかどうかを瞬時の失報又は誤報もなく安定にかつ高精度に検出することを目的とする。

前記課題を解決するために、複数の各周波数の測距用ビームについて、ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択することとした。そして、複数の各周波数の測距用ビームの間について、複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択することとした。

具体的には、本開示は、複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換部と、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択部と、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算部と、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択する距離選択部と、を備えることを特徴とする距離計算装置である。

また、本開示は、複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択する距離選択ステップと、を順にコンピュータに実行させるための距離計算プログラムである。

また、本開示は、複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択する距離選択ステップと、を順に備えることを特徴とする距離計算方法である。

これらの構成によれば、対象物の速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離、マルチパスによる距離及び他の対象物の距離を高精度に除外したうえで、目的の対象物の距離を高精度に選択することができる。よって、目的の対象物が所望の距離範囲内に存在するかどうかを、瞬時の失報又は誤報もなく、安定にかつ高精度に検出することができる。

また、本開示は、前記距離選択部が選択した距離の出力の可否を判定する距離出力部をさらに備え、前記距離出力部は、（１）前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、所定の変動範囲内であるときに、前記距離選択部が最新に選択した距離を出力し、（２）前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、所定の期間も未だ継続しないときに、前記距離選択部が最新に選択した距離に代えて、前記距離出力部が直近に出力した距離を出力し、（３）前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、前記所定の期間以上も継続するときに、前記距離選択部が最新に選択した距離を出力することを特徴とする距離計算装置である。

この構成によれば、対象物の速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離、マルチパスによる距離及び他の対象物の距離をより高精度に除外したうえで、目的の対象物の距離をより高精度に出力することができる。よって、目的の対象物が所望の距離範囲内に存在するかどうかを、瞬時の失報又は誤報もなく、より安定にかつより高精度に検出することができる。

つまり、最新に選択した距離が直近に出力した距離と比べて大きく変動する状態が、瞬時的にしか継続しないときは、直近に出力した距離を再び出力することにより、出力する距離の安定を優先させることができる。一方で、最新に選択した距離が直近に出力した距離と比べて大きく変動する状態が、長期にわたり継続するときは、最新に選択した距離を新たに出力することにより、出力する距離の更新を優先させることができる。

また、本開示は、前記ピーク選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で前記複数の振幅ピークを選択し、前記距離計算部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算し、前記距離選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、前記所望の距離範囲に含まれる前記所望の距離に最も近い距離を選択することを特徴とする距離計算装置である。

この構成によれば、直近に出力した距離が所望の距離範囲内であるときは、最新に選択する距離も所望の距離範囲内である可能性が高いところ、関心度が高い所望の距離範囲内での距離の選択について、本開示の高精度な方法を採用することができる。

また、本開示は、前記ピーク選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が最も大きい単数の振幅ピークを選択し、前記距離計算部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記単数の振幅ピークにおいて位相の差分を計算したうえで、前記単数の振幅ピークにおいて距離を計算し、前記距離選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記単数の振幅ピークにおいて計算された距離をそのまま選択することを特徴とする距離計算装置である。

この構成によれば、直近に出力した距離が所望の距離範囲外であるときは、最新に選択する距離も所望の距離範囲外である可能性が高いところ、関心度が低い所望の距離範囲外での距離の選択について、従来技術の簡便な方法を採用することができる。

また、本開示は、前記距離出力部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記所定の変動範囲を前記所望の距離範囲より狭い範囲に設定することを特徴とする距離計算装置である。

この構成によれば、直近に出力した距離が所望の距離範囲内であるときは、最新に選択する距離も所望の距離範囲内である可能性が高いところ、関心度が高く対象物が静止する所望の距離範囲内での距離の出力について、ばらつきをほぼ許容しないことができる。

また、本開示は、前記距離出力部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときと比べて、前記所定の変動範囲をより広い範囲に設定することを特徴とする距離計算装置である。

この構成によれば、直近に出力した距離が所望の距離範囲外であるときは、最新に選択する距離も所望の距離範囲外である可能性が高いところ、関心度が低く対象物が移動する所望の距離範囲外での距離の出力について、ばらつきをある程度許容することができる。

また、本開示は、以上の距離計算装置と、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記送信波を送信し、前記受信波を受信し、前記ドップラー信号を生成するビーム送受信装置と、を備えることを特徴とする距離測定システムである。

この構成によれば、以上の効果を有する距離測定システムを提供することができる。

このように、本開示は、ＦＳＫドップラーセンサを用いて対象物の距離を測定するにあたり、対象物の速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外である可能性があるとともに、マルチパス及び他の対象物の存在の可能性もあるとしても、対象物が所望の距離範囲内に存在するかどうかを瞬時の失報又は誤報もなく安定にかつ高精度に検出することができる。

従来技術の理想条件下の距離計算処理を示す図である。従来技術の実際条件下の距離計算処理を示す図である。従来技術の実際条件下の距離計算処理を示す図である。従来技術の実際条件下の距離計算結果を示す図である。本開示の距離測定システムの構成を示す図である。本開示の距離計算装置の処理を示す図である。本開示の距離計算装置の処理を示す図である。本開示の実際条件下の距離計算処理を示す図である。本開示の実際条件下の距離計算処理を示す図である。本開示の実際条件下の距離計算処理を示す図である。本開示の実際条件下の距離計算処理を示す図である。従来技術及び本開示の距離計算結果を示す図である。従来技術及び本開示の距離計算結果を示す図である。従来技術及び本開示の距離計算結果を示す図である。

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。

本開示の距離測定システムの構成を図５に示す。本開示の距離計算装置の処理を図６及び図７に示す。距離測定システムＳは、ビーム送受信装置１及び距離計算装置２を備える。ビーム送受信装置１は、発振部１１、送信部１２、受信部１３及びミキサ部１４を備え、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームについて、送信波を送信し、受信波を受信し、ドップラー信号を生成する。距離計算装置２は、周波数変換部２１、ピーク選択部２２、距離計算部２３、距離選択部２４及び距離出力部２５を備え、図６及び図７に示した距離計算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することができる。

図８及び図９では、使用者Ｕが、個室Ｐ内に存在しており、不規則な運動をしている一方で、歩行者Ｗが、個室Ｐ外に存在しており、測距用ビームを横切っている状態について、本開示の実際条件下の距離計算処理を示す。図５から図７までも用いて説明する。

図８の左上欄から左下欄では、周波数変換部２１は、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する（ステップＳ１）。すると、周波数変換結果は、複数の振幅ピークを有する。

図９の右欄では、後述のように、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒが、所望の距離範囲内である（ステップＳ２においてＹＥＳ）。ここで、所望の距離範囲は、個室Ｐ内の使用者Ｕの有無を判定するために、個室Ｐの大きさに基づいて設定することができる。

図８の右下欄では、まず、ピーク選択部２２は、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームについて、ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピーク（ドップラー周波数ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３）を選択する（ステップＳ３）。

図８の右下欄では、次に、距離計算部２３は、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームの間について、複数の振幅ピーク（ドップラー周波数ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３）毎に、位相の差分φ_１１－φ_１２、φ_２１－φ_２２、φ_３１－φ_３２を計算したうえで、距離Ｒ_１＝｛ｃ（φ_１１－φ_１２）｝／｛４π（Ｆ_１－Ｆ_２）｝、Ｒ_２＝｛ｃ（φ_２１－φ_２２）｝／｛４π（Ｆ_１－Ｆ_２）｝、Ｒ_３＝｛ｃ（φ_３１－φ_３２）｝／｛４π（Ｆ_１－Ｆ_２）｝を計算する（ステップＳ４）。

図８の右下欄では、次に、距離選択部２４は、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームの間について、複数の振幅ピーク（ドップラー周波数ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３）毎に計算された距離Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離Ｒを選択する（ステップＳ５）。つまり、ピーク振幅の大きさではなく、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に基づいて、距離Ｒを選択する。例えば、所望の距離範囲に含まれる所望の距離は、所望の距離範囲の中心の距離つまり個室Ｐの中心の位置の距離に設定することができる。

図９の右欄では、時刻ｔ_１からｔ_５まで、使用者Ｕは、個室Ｐ内に存在しているところ、距離選択部２４が選択した使用者Ｕの距離Ｒは、個室Ｐ内の距離に安定している。そして、時刻ｔ_６からｔ_８まで、使用者Ｕは、個室Ｐ外に出る所であるところ、距離選択部２４が選択した使用者Ｕの距離Ｒは、個室Ｐ内の距離から徐々に増加している。ただし、時刻ｔ_３では、距離選択部２４が選択した使用者Ｕの距離Ｒは、使用者Ｕの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離であり、個室Ｐ内の距離より長く、直近の時刻ｔ_２と比べてばらついている。そこで、距離出力部２５は、距離選択部２４が選択した距離Ｒの出力の可否を判定する。

図９の右欄の時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_４、ｔ_５では、距離出力部２５は、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒが、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒと比べて、所定の変動範囲内であるため（ステップＳ７においてＹＥＳ）、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒを出力する（ステップＳ８）。ここで、距離出力部２５は、所定の変動範囲（ステップＳ７）を所望の距離範囲（ステップＳ２）より狭い範囲に設定し、例えば、測距用ビームの反射部位のばらつき等に応じた、個室Ｐ内の使用者Ｕの変動範囲に設定する（ステップＳ６）。そして、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒは、直近の複数回で出力した距離Ｒの平均値又は中央値であってもよく、直近の１回で出力した距離Ｒであってもよい。さらに、距離出力部２５は、出力した距離Ｒの保持回数を０回に保つ（ステップＳ９）。

図９の右欄の時刻ｔ_３、ｔ_６、ｔ_７では、距離出力部２５は、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒが、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒと比べて、所定の変動範囲外である状態が（ステップＳ７においてＮＯ）、所定の期間も未だ継続しないため（ステップＳ１０においてＮＯ）、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒに代えて、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒを出力する（ステップＳ１１）。具体的には、距離出力部２５は、個室Ｐの環境に応じて、選択された距離Ｒの連続飛び回数を２回程度と考慮し、出力した距離Ｒの保持回数上限を２回と設定する。そして、距離出力部２５は、出力した距離Ｒの保持回数を０回又は１回と判定し（ステップＳ１０においてＮＯ）、ステップＳ１１を実行し、出力した距離Ｒの保持回数に１回を加える（ステップＳ１２）。

図９の右欄の時刻ｔ_８では、距離出力部２５は、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒが、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒと比べて、所定の変動範囲外である状態が（ステップＳ７においてＮＯ）、所定の期間以上も継続するため（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒを出力する（ステップＳ８）。具体的には、距離出力部２５は、個室Ｐの環境に応じて、選択された距離Ｒの連続飛び回数を２回程度と考慮し、出力した距離Ｒの保持回数上限を２回と設定する。そして、距離出力部２５は、出力した距離Ｒの保持回数を２回と判定し（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ステップＳ８を実行し、出力した距離Ｒの保持回数に０回に戻す（ステップＳ９）。

以上に説明したように、対象物の速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離、マルチパスによる距離及び他の対象物の距離を高精度に除外したうえで、個室Ｐ内の使用者Ｕの距離を高精度に選択することができる。よって、個室Ｐ内の使用者Ｕが所望の距離範囲内に存在することを、瞬時の失報又は誤報もなく、安定にかつ高精度に検出することができる。

そして、最新に選択した距離が直近に出力した距離と比べて大きく変動する状態が、瞬時的にしか継続しないときは、直近に出力した距離を再び出力することにより、出力する距離の安定を優先させることができる。一方で、最新に選択した距離が直近に出力した距離と比べて大きく変動する状態が、長期にわたり継続するときは、最新に選択した距離を新たに出力することにより、出力する距離の更新を優先させることができる。

さらに、直近に出力した距離が所望の距離範囲内であるときは、最新に選択する距離も所望の距離範囲内である可能性が高いところ、関心度が高い所望の距離範囲内での距離の選択について、本開示の高精度な方法を採用することができ、使用者Ｕが静止する所望の距離範囲内での距離の出力について、ばらつきをほぼ許容しないことができる。

図１０及び図１１では、使用者Ｕが、個室Ｐ外に出た後であり、不規則な運動をしている一方で、歩行者Ｗが、個室Ｐ外に存在しており、測距用ビームを横切っている状態について、本開示の実際条件下の距離計算処理を示す。図５から図７までも用いて説明する。

図１０の左上欄から左下欄では、周波数変換部２１は、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する（ステップＳ１）。すると、周波数変換結果は、複数の振幅ピークを有する。

図１０の右欄では、後述のように、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒが、所望の距離範囲外である（ステップＳ２においてＮＯ）。ここで、所望の距離範囲は、個室Ｐ内の使用者Ｕの有無を判定するために、個室Ｐの大きさに基づいて設定することができる。

図１０の右下欄では、まず、ピーク選択部２２は、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームについて、ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が最も大きい単数の振幅ピーク（ドップラー周波数ｆ_１）を選択する（ステップＳ１３）。

図１０の右下欄では、次に、距離計算部２３は、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームの間について、単数の振幅ピーク（ドップラー周波数ｆ_１）において、位相の差分φ_１１－φ_１２を計算したうえで、単数の振幅ピーク（ドップラー周波数ｆ_１）において、距離Ｒ＝｛ｃ（φ_１１－φ_１２）｝／｛４π（Ｆ_１－Ｆ_２）｝を計算する（ステップＳ１４）。

図１０の右下欄では、次に、距離選択部２４は、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２の測距用ビームの間について、単数の振幅ピーク（ドップラー周波数ｆ_１）において計算された距離Ｒをそのまま選択する（ステップＳ１５）。ここで、個室Ｐ内の使用者Ｕの有無によらず、距離測定システムＳの起動において、ピーク振幅の大きさに基づいて、距離Ｒを選択してもよい。

図１１の右欄では、時刻ｔ_９からｔ_１６まで、使用者Ｕは、個室Ｐ外に出た後であるところ、距離選択部２４が選択した使用者Ｕの距離Ｒは、個室Ｐ内の距離からさらに増加している。ただし、時刻ｔ_１１では、距離選択部２４が選択した使用者Ｕの距離Ｒは、使用者Ｕの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離であり、使用者Ｕの実際の距離より短く、直近の時刻ｔ_１０と比べてばらついている。そして、時刻ｔ_１４では、距離選択部２４が選択した使用者Ｕの距離Ｒは、個室Ｐ外の歩行者Ｗの距離又は個室Ｐのマルチパスによる距離であり、使用者Ｕの実際の距離より短く、直近の時刻ｔ_１３と比べてばらついている。そこで、距離出力部２５は、距離選択部２４が選択した距離Ｒの出力の可否を判定する。

図１１の右欄の時刻ｔ_１１、ｔ_１４以外では、距離出力部２５は、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒが、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒと比べて、所定の変動範囲内であるため（ステップＳ１７においてＹＥＳ）、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒを出力する（ステップＳ１８）。ここで、距離出力部２５は、所定の変動範囲（ステップＳ１７）を所定の変動範囲（ステップＳ７）より広い範囲に設定し、例えば、個室Ｐ外の使用者Ｕの移動速度等に応じた、個室Ｐ外の使用者Ｕの移動範囲に設定する（ステップＳ１６）。そして、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒは、直近の複数回で出力した距離Ｒの平均値又は中央値であってもよく、直近の１回で出力した距離Ｒであってもよい。さらに、距離出力部２５は、出力した距離Ｒの保持回数を０回に保つ（ステップＳ１９）。

図１１の右欄の時刻ｔ_１１、ｔ_１４では、距離出力部２５は、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒが、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒと比べて、所定の変動範囲外である状態が（ステップＳ１７においてＮＯ）、所定の期間も未だ継続しないため（ステップＳ２０においてＮＯ）、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒに代えて、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒを出力する（ステップＳ２１）。具体的には、距離出力部２５は、個室Ｐの環境に応じて、選択された距離Ｒの連続飛び回数を２回程度と考慮し、出力した距離Ｒの保持回数上限を２回と設定する。そして、距離出力部２５は、出力した距離Ｒの保持回数を０回又は１回と判定し（ステップＳ２０においてＮＯ）、ステップＳ２１を実行し、出力した距離Ｒの保持回数に１回を加える（ステップＳ２２）。

図９の右欄に不図示だが、距離出力部２５は、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒが、距離出力部２５が直近に出力した距離Ｒと比べて、所定の変動範囲外である状態が（ステップＳ１７においてＮＯ）、所定の期間以上も継続するとき（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、距離選択部２４が最新に選択した距離Ｒを出力する（ステップＳ１８）。具体的には、距離出力部２５は、個室Ｐの環境に応じて、選択された距離Ｒの連続飛び回数を２回程度と考慮し、出力した距離Ｒの保持回数上限を２回と設定する。そして、距離出力部２５は、出力した距離Ｒの保持回数を２回と判定し（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、ステップＳ１８を実行し、出力した距離Ｒの保持回数に０回に戻す（ステップＳ１９）。

以上に説明したように、対象物の速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離、マルチパスによる距離及び他の対象物の距離を高精度に除外したうえで、個室Ｐ外の使用者Ｕの距離を高精度に選択することができる。よって、個室Ｐ外の使用者Ｕが所望の距離範囲内に存在しないことを、瞬時の失報又は誤報もなく、安定にかつ高精度に検出することができる。

さらに、直近に出力した距離が所望の距離範囲外であるときは、最新に選択する距離も所望の距離範囲外である可能性が高いところ、関心度が低い所望の距離範囲外での距離の選択について、従来技術の簡便な方法を採用することができ、使用者Ｕが移動する所望の距離範囲外での距離の出力について、ばらつきをある程度許容することができる。

直近に出力した距離が所望の距離範囲外であるときであっても、直近に出力した距離が所望の距離範囲内であるときと同様に、本開示の高精度な方法を採用してもよい。

従来技術及び本開示の実際条件下の距離計算結果を図１２に示す。図１２では、使用者Ｕが、個室Ｐ内に存在しており、不規則な運動をしており、歩行者Ｗが、個室Ｐ外に存在しており、測距用ビームを横切っている。すると、従来技術では、個室Ｐの大きさを約２ｍとして、個室Ｐ内の使用者Ｕの距離（約１ｍ）が、安定に出力されるべきであるが、マルチパスによる距離（約４ｍ）及び個室Ｐ外の歩行者Ｗの距離（約２ｍ）が、瞬時に出力されている。しかし、本開示では、選択した距離の出力の可否を判定していないものの、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択しているため、個室Ｐ内の使用者Ｕの距離（約１ｍ）が、安定に出力されており、ＦＳＫドップラーセンサが失報又は誤報する可能性が低く、電化製品及びセキュリティ等が誤作動する可能性が低い。

従来技術及び本開示の実際条件下の距離計算結果を図１３に示す。図１３では、使用者Ｕが、個室Ｐ内に存在しており、不規則な運動をしている。すると、従来技術では、個室Ｐの大きさを約２ｍとして、個室Ｐ内の使用者Ｕの距離（約１ｍ）が、安定に出力されるべきであるが、マルチパスによる距離（約９ｍ）及び使用者Ｕの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離（約３ｍ）が、瞬時に出力されている。しかし、本開示では、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択しているとともに、選択した距離の出力の可否を判定しているため、個室Ｐ内の使用者Ｕの距離（約１ｍ）が、安定に出力されており、ＦＳＫドップラーセンサが失報又は誤報する可能性が低く、電化製品及びセキュリティ等が誤作動する可能性が低い。

従来技術及び本開示の実際条件下の距離計算結果を図１４に示す。図１４では、使用者Ｕが、個室Ｐ内に存在しており、不規則な運動をしており、歩行者Ｗが、個室Ｐ外に存在しており、測距用ビームを横切っている。すると、従来技術では、個室Ｐの大きさを約２ｍとして、個室Ｐ内の使用者Ｕの距離（約１ｍ）が、安定に出力されるべきであるが、個室Ｐ外の歩行者Ｗの距離（約９ｍ）、使用者Ｕの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離（約３ｍ）及びマルチパスによる距離（約１０ｍ）が、瞬時に出力されている。しかし、本開示では、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択しているとともに、選択した距離の出力の可否を判定しているため、個室Ｐ内の使用者Ｕの距離（約１ｍ）が、安定に出力されており、ＦＳＫドップラーセンサが失報又は誤報する可能性が低く、電化製品及びセキュリティ等が誤作動する可能性が低い。

本実施形態では、距離選択部２４が設定する所望の距離範囲として、近い距離範囲を設定しており、使用者Ｕの距離に応じて、個室の扉の開／閉及びテレビの電源のオン／オフ等を制御することができる。変形例として、距離選択部２４が設定する所望の距離範囲として、近い距離範囲及び遠い距離範囲を設定してもよく、使用者Ｕの距離に応じて、エアコンの風向及びテレビの音量等を変化させることができる。

本実施形態では、ビーム送受信装置１が送受信するビームとして、マイクロ波ビームを適用している。変形例として、ビーム送受信装置１が送受信するビームとして、超音波ビームを適用してもよい。本実施形態では、ビーム送受信装置１が切り替える周波数として、２種類の周波数を適用している。変形例として、ビーム送受信装置１が切り替える周波数として、３種類以上の周波数を適用してもよい。ビーム送受信装置１が切り替える周波数として、３種類の周波数Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３を適用するときは、各周波数の組み合わせ（Ｆ_１、Ｆ_２）、（Ｆ_１、Ｆ_３）、（Ｆ_２、Ｆ_３）毎に、距離Ｒを計算したうえで、全周波数の組み合わせ（Ｆ_１、Ｆ_２）、（Ｆ_１、Ｆ_３）、（Ｆ_２、Ｆ_３）において、距離Ｒを平均すればよく、距離Ｒを高精度に計算することができる。ある周波数の組み合わせにおいて、弱め合う干渉が起きたとしても、他の周波数の組み合わせにおいて、距離Ｒを計算すればよく、弱め合う干渉への耐性が向上する。ある周波数において、家電との干渉が起きたとしても、他の周波数の組み合わせにおいて、距離Ｒを計算すればよく、家電との干渉への耐性が向上する。

本開示の距離計算装置、距離測定システム、距離計算プログラム及び距離計算方法は、使用者の距離に応じて、個室の扉の開／閉及びテレビの電源のオン／オフ等を制御するとともに、エアコンの風向及びテレビの音量等を変化させる用途に、適用可能である。

Ｓ：距離測定システム
Ｔ：対象物
Ｐ：個室
Ｕ：使用者
Ｗ：歩行者
１：ビーム送受信装置
２：距離計算装置
１１：発振部
１２：送信部
１３：受信部
１４：ミキサ部
２１：周波数変換部
２２：ピーク選択部
２３：距離計算部
２４：距離選択部
２５：距離出力部

Claims

複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換部と、
前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択部と、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算部と、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離（ただし、当該最も近い距離は、前記所望の距離範囲に含まれることもあり、前記所望の距離範囲に含まれないこともある。）を選択する距離選択部と、
前記距離選択部が選択した距離の出力の可否を判定する距離出力部と、を備え、
前記距離出力部は、（１）前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、所定の変動範囲内であるときに、前記距離選択部が最新に選択した距離を出力し、（２）前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、所定の期間も未だ継続しないときに、前記距離選択部が最新に選択した距離に代えて、前記距離出力部が直近に出力した距離を出力し、（３）前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、前記所定の期間以上も継続するときに、前記距離選択部が最新に選択した距離を出力する
ことを特徴とする距離計算装置。
前記ピーク選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で前記複数の振幅ピークを選択し、
前記距離計算部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算し、
前記距離選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、前記所望の距離範囲に含まれる前記所望の距離に最も近い距離（ただし、当該最も近い距離は、前記所望の距離範囲に含まれることもあり、前記所望の距離範囲に含まれないこともある。）を選択する
ことを特徴とする、請求項１に記載の距離計算装置。
前記ピーク選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が最も大きい単数の振幅ピークを選択し、
前記距離計算部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記単数の振幅ピークにおいて位相の差分を計算したうえで、前記単数の振幅ピークにおいて距離を計算し、
前記距離選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記単数の振幅ピークにおいて計算された距離をそのまま選択する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の距離計算装置。
前記距離出力部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記所定の変動範囲を前記所望の距離範囲より狭い範囲に設定する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の距離計算装置。
前記距離出力部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときと比べて、前記所定の変動範囲をより広い範囲に設定する
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の距離計算装置。
請求項１から５のいずれかに記載の距離計算装置と、
前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記送信波を送信し、前記受信波を受信し、前記ドップラー信号を生成するビーム送受信装置と、
を備えることを特徴とする距離測定システム。
複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離（ただし、当該最も近い距離は、前記所望の距離範囲に含まれることもあり、前記所望の距離範囲に含まれないこともある。）を選択する距離選択ステップと、
前記距離選択ステップが選択した距離の出力の可否を判定する距離出力ステップと、
を順にコンピュータに実行させ、
前記距離出力ステップは、（１）前記距離選択ステップが最新に選択した距離が、前記距離出力ステップが直近に出力した距離と比べて、所定の変動範囲内であるときに、前記距離選択ステップが最新に選択した距離を出力し、（２）前記距離選択ステップが最新に選択した距離が、前記距離出力ステップが直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、所定の期間も未だ継続しないときに、前記距離選択ステップが最新に選択した距離に代えて、前記距離出力ステップが直近に出力した距離を出力し、（３）前記距離選択ステップが最新に選択した距離が、前記距離出力ステップが直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、前記所定の期間以上も継続するときに、前記距離選択ステップが最新に選択した距離を出力する
ことを特徴とする距離計算プログラム。
複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離（ただし、当該最も近い距離は、前記所望の距離範囲に含まれることもあり、前記所望の距離範囲に含まれないこともある。）を選択する距離選択ステップと、
前記距離選択ステップが選択した距離の出力の可否を判定する距離出力ステップと、
を順に備え、
前記距離出力ステップは、（１）前記距離選択ステップが最新に選択した距離が、前記距離出力ステップが直近に出力した距離と比べて、所定の変動範囲内であるときに、前記距離選択ステップが最新に選択した距離を出力し、（２）前記距離選択ステップが最新に選択した距離が、前記距離出力ステップが直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、所定の期間も未だ継続しないときに、前記距離選択ステップが最新に選択した距離に代えて、前記距離出力ステップが直近に出力した距離を出力し、（３）前記距離選択ステップが最新に選択した距離が、前記距離出力ステップが直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、前記所定の期間以上も継続するときに、前記距離選択ステップが最新に選択した距離を出力する
ことを特徴とする距離計算方法。