JP7464126B2 - 物体検知装置及び物体検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、電波を対象物に照射し、対象物にて反射ないし放射された電波を検知する事で対象物の存在を認識ないし識別するための物体検知装置および物体検知方法に関する。

電波（マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波など）は、光と異なり、物体を透過する能力が優れている。電波の透過能力を活用し、衣服下や鞄内等の物品を画像化して検査する装置及びセンシング技術が実用化されている。関連する技術が、特許文献１に開示されている。

特許文献１は、電波を用いたイメージング装置（物体検知装置）であって、電波を送信する送信装置と、電波を受信する受信装置とを物理的に分けた構成を開示している。

具体的には、特許文献１は、図２３の概念図で示すように、送信装置３０１と受信装置３０６が物理的に分かれた構成を開示している。図２３で示したイメージング装置では、送信装置３０１が、送信アンテナ３０２_１、３０２_２、・・・、３０２_Ｍの内の１つもしくは複数のアンテナ３０２_ｍから電波３０４を対象物３０３に向けて送信する。電波３０４は対象物３０３において反射され、反射波３０５_１、３０５_２、・・・、３０５_Ｎが発生する。発生した反射波３０５_１、３０５_２、・・・、３０５_Ｎは受信装置３０６が備える受信アンテナ３０７_１、３０７_２、・・・、３０７_Ｎにおいて受信される。そして、受信装置３０６で受信された反射波３０５_１、３０５_２、・・・、３０５_Ｎに基づいて、対象物３０３で反射された電波の振幅が算出される。その電波の振幅の分布を画像化する事で、対象物３０３の像を得る事ができる。

この構成の場合、図２４の概念図で示すように、送信装置３０１と受信装置３０６は同一の発振部４０１に接続され、同一の発振部４０１が生成した検知信号を受信する。

送信装置３０１は、発振部４０１で生成された検知信号を搬送する電波を、送信機４０４を経由して送信アンテナ３０２で送信する。送信機４０４はＩＣないしモジュールで実装される。

受信装置３０６は、受信アンテナ３０７と、ミキサ４０２を含む受信機４０５と、データ転送部４０３を備えている。受信機４０５はＩＣないしモジュールで実装される。受信装置３０６内のミキサ４０２は、受信アンテナ３０７で受信した対象物３０３からの反射波３０５と、発振部４０１で生成された検知信号と、をミキシングする事で、中間周波数信号（以下、「ＩＦ（Intermediate Frequency）信号」と表記する場合がある。）を生成する。ミキサ４０２において生成されたＩＦ信号はデータ転送部４０３へ出力される。データ転送部４０３へ出力されたＩＦ信号は、対象物３０３で反射された電波の振幅の算出及び対象物３０３の像の生成に用いられる。図２４では、発振部４０１と、送信機４０４および受信機４０５各々とを接続し、信号を伝達するケーブルを二重線で表記している。

送信装置から送信される電波で搬送される検知信号、及び、受信装置でＩＦ信号の生成のために使用される検知信号として、同一の発振部で生成された同一の信号を用いる事で、送信装置及び受信装置が使用する検知信号の位相差の変動を無くし、位相差の変動に起因する対象物３０３の像の画質劣化を抑制できる。

特許第５３５８０５３号

図２４に示すように、送信装置から送信される電波で搬送される検知信号、及び、受信装置でＩＦ信号の生成のために使用される検知信号として、同一の発振部で生成された同一の信号を用いる場合、送信装置及び受信装置各々を、配線ケーブルを介して同一の発振部に接続する必要がある。この場合、「配線ケーブルが歩行者の邪魔になる」、「送信装置及び受信装置の配置の仕方が配線ケーブルにより制限される」等の問題が発生し得る。

そこで、本発明者らは、送信装置から送信される電波で搬送される検知信号、及び、受信装置でＩＦ信号の生成のために使用される検知信号を別々の発振部で生成する構成を検討した。この構成を採用することで、上記問題が解決される。しかし、この構成を採用する場合、送信装置と受信装置との処理を同期させる必要がある。

本発明は、送信装置から送信される電波で搬送される検知信号、及び、受信装置でＩＦ信号の生成のために使用される検知信号を別々の発振部で生成する構成において、送信装置と受信装置との処理を同期させる技術を提供することを課題とする。

本発明によれば、
電波によって物体を検知するための物体検知装置であって、
送信手段と、受信手段とを備え、
前記送信手段は、
電波を送信する送信アンテナと、
予め設定された基準タイミングで同期信号を搬送する電波を前記送信アンテナから送信させる同期信号送信処理、及び、前記基準タイミングに基づき決定した送信タイミングにおいて、所定の検知信号を搬送する電波を前記送信アンテナから送信させる検知信号送信処理を実行する送信発振手段と、
を有し、
前記受信手段は、
電波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナが受信した電波の中から前記同期信号を検出する同期信号検出手段と、
前記同期信号を検出したタイミングに基づき、受信局所発振信号を生成する受信発振手段と、
前記受信アンテナが受信した電波の中から検出された前記検知信号と、前記受信局所発振信号とに基づき中間周波数信号を生成する受信機と、
前記中間周波数信号に基づき画像を生成する演算手段と、
を有する物体検知装置が提供される。

また、本発明によれば、
送信手段と受信手段とを備え、電波によって物体を検知するための物体検知装置が実行する物体検知方法であって、
前記送信手段は、
予め設定された基準タイミングで同期信号を搬送する電波を送信アンテナから送信させる同期信号送信処理、及び、前記基準タイミングに基づき決定した送信タイミングにおいて、所定の検知信号を搬送する電波を前記送信アンテナから送信させる検知信号送信処理を実行し、
前記受信手段は、
受信アンテナが受信した電波の中から前記同期信号を検出し、
前記同期信号を検出したタイミングに基づき、受信局所発振信号を生成し、
前記受信アンテナが受信した電波の中から検出された前記検知信号と、前記受信局所発振信号とに基づき中間周波数信号を生成し、
前記中間周波数信号に基づき画像を生成する物体検知方法が提供される。

本発明によれば、送信装置から送信される電波で搬送される検知信号、及び、受信装置でＩＦ信号の生成のために使用される検知信号を別々の発振部で生成する構成において、送信装置と受信装置との処理を同期させる技術が実現される。

図１は、本実施の形態における物体検知装置の構成の一例を示した構成図である。 図２は、本実施の形態における送信部が送信する電波の周波数の制御方法の一例を説明する図である。 図３は、本実施の形態における送信部が送信する電波の周波数の制御方法の一例を説明する図である。 図４は、本実施の形態における送信部が送信する検知信号及び受信部が生成するＬＯ信号の制御方法の一例を説明する図である。 図５は、本実施の形態における物体検知方法を示すフローチャートの一例である。 図６は、本実施の形態における物体検知方法を示すフローチャートの一例である。 図７は、本実施の形態における物体検知方法を示すフローチャートの一例である。 図８は、従来の方式で対象物からの反射波の電波振幅分布を画像化した結果を示す図である。 図９は、本実施の形態で対象物からの反射波の電波振幅分布を画像化した結果を示す図である。 図１０は、本実施の形態の物体検知装置の構成の一例を示した構成図である。 図１１は、本実施の形態の物体検知装置のハードウェア構成の一例を示した構成図である。 図１２は、本実施の形態の物体検知装置の構成の一例を示した構成図である。 図１３は、本実施の形態における物体検知方法を示すフローチャートの一例である。 図１４は、本実施の形態における物体検知方法を示すフローチャートの一例である。 図１５は、本実施の形態の物体検知装置の構成の一例を示した構成図である。 図１６は、本実施の形態における送信部が送信する電波の周波数の制御方法の一例を説明する図である。 図１７は、本実施の形態における物体検知方法を示すシーケンス図の一例である。 図１８は、本実施の形態における物体検知方法を示すシーケンス図の一例である。 図１９は、本実施の形態における物体検知方法を示すシーケンス図の一例である。 図２０は、本実施の形態における物体検知方法を示すシーケンス図の一例である。 図２１は、本実施の形態における物体検知方法を示すシーケンス図の一例である。 図２２は、本実施の形態における送信部が送信する電波の周波数の制御方法の一例を説明する図である。 図２３は、比較例の物体検知装置の構成の一例を示した構成図である。 図２４は、比較例の物体検知装置の構成の一例を示した構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、以降に示す各図面において、同一または相当部分の部位については、同一符号を付して示すこととし、その説明は繰り返さないことにする。

（本実施の形態１）
［装置構成］
最初に、図１を用いて、本実施の形態１における物体検知装置の構成について説明する。

図１に示す本実施の形態１における物体検知装置１０００は、電波によって物体を検知するための装置である。図１に示すように、物体検知装置１０００は、送信部１００１と、受信部１１０１とを備えている。

送信部１００１は、検知対象となる物体（以下、「対象物」と表記する）１２０１に向けて、検知信号を搬送する電波を送信する。受信部１１０１は、対象物１２０１にて反射された電波又は対象物１２０１から放射された電波を受信する。

送信部１００１は、送信アンテナ１００２と、送信発振部１００３を備えた送信機１００４と、制御部１００５とを備えている。送信アンテナ１００２と送信機１００４はＩＣないしモジュールで一体化して実装する事が望ましい。本実施の形態１では、送信発振部１００３を備えた送信機１００４と送信アンテナ１００２はＩＣないしモジュールで実装し、送信発振部１００３と送信アンテナ１００２の接続はＩＣないしモジュール内の配線で行うこととする。この場合、電波供給用の配線ケーブルは不要となる。従来の物体検知装置と異なり、本実施の形態１では送信部１００１内で電波供給用の配線ケーブルが不要なため、装置コストの低減および筐体サイズの小型化を実現できる。

送信部１００１において、送信機１００４内の送信発振部１００３は電波を送信アンテナ１００２に向けて出力する。送信機１００４は、送信発振部１００３から出力された電波を所定値に増幅もしくは減衰する機能を備えていてもよい。送信アンテナ１００２は、送信機１００４から出力された電波を対象物１２０１に向けて送信する。この時、送信アンテナ１００２からの電波の送信は、送信アンテナ１００２_１、１００２_２、・・・、１００２_Ｎを切り替える時分割で行ってもよい。

送信部１００１において、制御部１００５は、送信機１００４内の送信発振部１００３の制御を行う。具体的には、制御部１００５は、送信発振部１００３から出力される電波の振幅や周波数の制御を行う。

受信部１１０１は、受信アンテナ１１０２と、受信発振部１１０３と、ミキサ１１０５を含む受信機１１０４と、データ転送部１１０６と、演算部１１０７と、同期信号検出部１１０９と、制御部１１１０とを備えている。受信アンテナ１１０２と受信機１１０４はＩＣないしモジュールで一体化して実装する事が望ましい。また演算部１１０７は、受信部１１０１と物理的及び／又は論理的に分かれて構成されてもよいし、物理的及び論理的に一体となって構成されてもよい。

受信部１１０１において、受信アンテナ１１０２は電波を受信する。例えば、受信アンテナ１１０２は、対象物１２０１にて反射された電波や対象物１２０１から放射された電波を受信する。以下、対象物１２０１にて反射された電波や対象物１２０１から放射された電波をまとめて、「対象物１２０１からの電波」という。この時、対象物１２０１からの電波は、複数の受信アンテナ１１０２_１、１１０２_２、・・・、１１０２_Ｎで受信してもよい。受信アンテナ１１０２で受信された電波は、受信機１１０４に出力される。

受信部１１０１において、受信発振部１１０３は局所発振信号（Local Oscillator信号、以下「ＬＯ信号」と表記）を受信機１１０４に向けて出力する。受信発振部１１０３は、送信発振部１００３と同じアルゴリズムで信号を生成する。このため、送信発振部１００３が生成する検知信号と、受信発振部１１０３が生成するＬＯ信号は同じ内容となる。また、同期処理で信号の生成タイミングを揃えることで、送信発振部１００３と受信発振部１１０３は同じタイミングで同じ信号を生成するようになっている。図１内において二重線で示した受信発振部１１０３と受信機１１０４の接続は、電波供給用の配線ケーブルを用いる。

受信部１１０１において、受信機１１０４内のミキサ１１０５は、受信アンテナ１１０２から出力された電波と、受信発振部１１０３から出力されたＬＯ信号をミキシングして中間周波数信号（ＩＦ信号）を生成し、生成したＩＦ信号をデータ転送部１１０６に出力する。

受信部１１０１において、データ転送部１１０６は、演算部１１０７に向けてＩＦ信号を出力する。データ転送部１１０６は、受信機１１０４から出力されたＩＦ信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換して、演算部１１０７に出力してもよい。

演算部１１０７は、データ転送部１１０６から出力されたＩＦ信号に基づいて対象物１２０１からの電波の分布を計算する。さらに、対象物１２０１からの電波の分布に基づいて対象物１２０１の像を生成する。演算部１１０７の動作の詳細は、後述の［装置動作］の項において説明する。

受信部１１０１において、制御部１１１０は、受信発振部１１０３の制御を行う。具体的には、制御部１１１０は、受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の振幅や周波数の制御を行う。

本実施の形態１は、図２３及び図２４で示した比較例の形態と異なり、送信部１００１の送信発振部１００３と、受信部１１０１の受信発振部１１０３とが別々に設けられている（物理的及び論理的に分かれている）という特徴がある。

送信部１００１の送信発振部１００３と、受信部１１０１の受信発振部１１０３とを別々に設けるという特徴により、送信部１００１と受信部１１０１の間の配線ケーブルが不要になっている。歩行者が通過する領域である送信部１００１と受信部１１０１の間に配線ケーブルがないため、本実施の形態１では配線ケーブルにより歩行者の通過を妨げる事がない。また送信部１００１と受信部１１０１の間に配線ケーブルが無いため、送信部１００１と受信部１１０１の位置関係を柔軟に変更する事も可能である。

本実施の形態１において、送信部１００１から送信される電波で搬送される検知信号の周波数１３０１はスイープしてもよい。この時、送信部１００１内の制御部１００５は、検知信号の周波数１３０１をスイープするように送信発振部１００３を制御する。

検知信号の周波数１３０１をスイープさせる方法は、図２で示すように、時間に応じて離散的な周波数値でスイープするstepped frequency continuous wave（ＳＦＣＷ）方式でも良い。もしくは、検知信号の周波数１３０１をスイープさせる方法は、図３で示すように、時間に応じて連続的な周波数値でスイープするfrequency modulation continuous wave （ＦＭＣＷ）方式でも良い。

なお、検知信号の周波数１３０１をスイープさせる場合、受信発振部１１０３で生成されるＬＯ信号の周波数１３０２も同様にスイープさせる。そして、本実施の形態１の物体検知装置１０００は、同じタイミングで同じ周波数の検知信号及びＬＯ信号が生成されるようにするために、以下の同期処理を行う。

本実施の形態１では、送信部１００１は同期信号を搬送する電波を、受信部１１０１に向けて送信する。送信部１００１内における具体的な動作としては、制御部１００５は送信機１００４内の送信発振部１００３に同期信号を搬送する電波を生成するように制御を行う。送信機１００４は同期信号を搬送する電波を送信アンテナ１００２に出力する。送信アンテナ１００２は、同期信号を搬送する電波を送信部１００１から送信する。

受信部１１０１は受信アンテナ１１０２において同期信号を搬送する電波を受信する。受信アンテナ１１０２において受信された電波は、同期信号検出部１１０９へ出力される。同期信号検出部１１０９はその電波を復調して同期信号を検出する。同期信号検出部１１０９は検出した同期信号を制御部１１１０に出力する。制御部１１１０は、同期信号検出部１１０９から出力された同期信号に基づいて、受信発振部１１０３の制御を行う。なお、受信アンテナ１１０２_１、１１０２_２、・・・、１１０２_Ｎの内、１つでも同期信号を搬送する電波を受信した場合、上記の動作が実施される構成とすることができる。

例えば、図４で示した時刻ｔ_ｔのタイミングで、送信部１００１は同期信号を搬送する電波を、受信部１１０１に向けて送信する。そして、受信部１１０１は、その電波を受信し、その電波を復調して同期信号を検出する。なお、電波の速度は速く、また、受信部１１０１での同期信号の検出に要する時間も十分小さいため、送信部１００１が同期信号を搬送する電波を送信したタイミングと、受信部１１０１が同期信号を検出したタイミングとは同じ時刻ｔ_ｔとみなすことができる。

送信部１００１は、時刻ｔ_ｔから予め定められた所定時間が経過した時刻ｔ_ｓ１のタイミングにおいて、検知信号の周波数１３０１のスイープを所定値から開始する。同様に、受信部１１０１は、時刻ｔ_ｔから予め定められた所定時間が経過した時刻ｔ_ｓ１のタイミングにおいて、ＬＯ信号の周波数１３０２のスイープを所定値から開始する。なお、送信部１００１と受信部１１０１は、同じアルゴリズムで検知信号及びＬＯ信号を生成する。このため、当該同期処理で信号の生成タイミングを揃えることで、送信部１００１と受信部１１０１は同じタイミングで同じ周波数の信号を生成することになる。なお、以下の実施の形態で、当該同期処理をより詳細に説明する。

本実施の形態１では、送信部１００１と受信部１１０１の間に配線が無い状態で、対象物１２０１の像を生成するために必要なＩＦ信号を生成する事ができる。

ただし、図１で示した物体検知装置１０００の装置構成のみでは、送信部１００１から送信される検知信号と、受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相差を制御する事が困難である。例えば、送信部１００１内の送信機１００４を切り替えた際や、送信部１００１から送信する検知信号の周波数を切り替えた際、送信部１００１から送信する検知信号の位相が、受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相と無関係に変動する。このような送信部１００１から送信される検知信号と受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相差の変動は、対象物１２０１の像を乱す要因となる。

本実施の形態１では、以下の［装置動作］において説明するとおり、送信部１００１から送信される検知信号と受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相差が変動する場合においても、対象物１２０１の正しい像を安定して生成するための像生成手法を提供する。

［装置動作］
図５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。また、本実施の形態１では、物体検知装置１０００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１０００の動作説明に代える。

図５で示すように、最初に、送信部１００１から同期信号を送信する（ステップＡ１）。

次に、受信部１１０１が、送信部１００１から送信された同期信号を受信する（ステップＡ２）。

ステップＡ１及びステップＡ２における同期信号の送受信は、［装置構成］の項で説明しているとおり、送信部１００１から送信される検知信号の周波数１３０１と、受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の周波数１３０２を一致させるための同期処理である。同期処理の詳細は、以下の実施の形態で説明する。

同期処理が完了後、送信部１００１が対象物１２０１に向けて検知信号を搬送する電波を送信する（ステップＡ３）。

次に、対象物１２０１からの電波を受信部１１０１の各受信アンテナ１１０２で受信する（ステップＡ４）。

次に、受信部１１０１の各受信アンテナ１１０２で受信した電波からＩＦ信号を生成する（ステップＡ５）。

次に、演算部１１０７において、ＩＦ信号に基づき対象物１２０１からの電波の分布（像）を計算する（ステップＡ６）。その後、この画像を用いた物体検出を行うことができる。画像から物体を検出する手段は広く知られている。例えば、画像に写る物体の外観の特徴（形状、大きさ等）に基づき、物体を検出することができる。物体検出の手法としては、パターンマッチングや、機械学習で生成されたクラス分類器の利用などが例示されるが、これらに限定されない。

図６は、演算部１１０７においてＩＦ信号に基づき対象物１２０１からの電波の分布（像）を計算するステップＡ６の詳細を示したフロー図である。図６で示すように、演算部１１０７においてＩＦ信号に基づき対象物１２０１からの電波の分布（像）を計算するステップＡ６は、ステップＢ１からＢ７で構成される。

図６で詳細を示した、ＩＦ信号に基づき対象物１２０１からの電波の分布（像）を計算するステップＡ６は、送信部１００１から送信される検知信号と受信部１１０１内で生成されるＬＯ信号の間に、測定時に変動する不定な位相差がある場合でも、対象物１２０１からの電波の分布（像）を安定して正しく算出する事を特徴とする。

図６で示すように、ＩＦ信号に基づき対象物１２０１からの電波の分布（像）を計算するステップＡ６では、測定前の事前処理として、測定系固有の較正パラメータの計算を行う。測定前の事前処理としては、波数軸較正項の計算を行うステップＢ３と、送信アンテナ軸較正項の計算を行うステップＢ６がある。

本実施の形態１では、送信部１００１から送信する検知信号と受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相差が変動する問題とは別に、送信アンテナ１００２の配置と、受信アンテナ１１０２の配置と、送信部１００１から送信される検知信号の周波数１３０１の設定に応じた、固定的な誤差が発生する。この固定的な誤差を較正するために、波数軸較正項の計算を行うステップＢ３と、送信アンテナ軸較正項の計算を行うステップＢ６を行う。

また図６で示すように、ＩＦ信号に基づき対象物１２０１からの電波の分布（像）を計算するステップＡ６では、測定時の処理として、測定毎に変動する誤差の補正及び対象物１２０１からの電波の分布（像）の生成を行う。測定時の処理は、ステップＢ１～Ｂ２及びステップＢ４～Ｂ５及びステップＢ７で構成される。ステップＢ１～Ｂ２及びステップＢ４～Ｂ５及びステップＢ７では、送信部１００１から送信する検知信号と受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相差の変動を補正しながら、同時に対象物１２０１からの電波の分布（像）を生成する。

続いて、図６で示したステップの詳細について説明する。

［ステップＢ１］
図６で示したステップＢ１では、データ転送部１１０６から演算部１１０７に出力されたＩＦ信号ｓ（ｍ，ｎ，ｑ）を用いる。ここで、ｍ、ｎ、ｑは、それぞれ送信アンテナ１００２の番号、受信アンテナ１１０２の番号、波数の番号を表す。送信部１００１から送信される検知信号の周波数１３０１をｆとした時、波数ｋと周波数ｆの間には、ｃを光速としてｋ＝２πｆ／ｃの関係がある。ＩＦ信号は、送信アンテナ１００２と、受信アンテナ１１０２と、波数（すなわち周波数）の組（ｍ，ｎ，ｑ）に対して得られるものとする。ステップＢ１では、ＩＦ信号ｓ（ｍ，ｎ，ｑ）を用いて、以下の式（１）に基づいて受信アンテナ軸の相関和を計算する事で、画像Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）を生成する。

式（１）において、ｒは空間上の位置である。画像Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）は空間上の位置ｒにおける像強度を表す。また画像Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）は、送信アンテナ１００２の番号ｍと、波数の番号ｑの組毎に得られる量でもある。Ｒｔ（ｍ，ｒ）は番号ｍに対応する送信アンテナ１００２と位置ｒの距離を表す。また、Ｒｒ（ｎ，ｒ）は番号ｎに対応する受信アンテナ１１０２と位置ｒの距離を表す。ｊは虚数単位である。

［ステップＢ２］
次のステップＢ２では、検知信号とＬＯ信号の不定位相差の波数軸上の補正項ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）を、以下の式（２）に基づいてステップＢ１で得た画像Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）から計算する。

式（２）において、ｑ'はｑとは異なる波数番号で、ｑ'は任意に取ってよい。なお、ｑ'とｑに対応する波数ｋは近い値を取る事が望ましい。

以下では、補正項ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）が式（２）で得られる理由について説明する。すでに述べたとおり、送信部１００１内の送信機１００４を切り替えた際や、送信部１００１から送信する検知信号の周波数を切り替えた際、送信部１００１から送信する検知信号の位相が、受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相と無関係に変動する。この時、送信部１００１から送信する検知信号と、受信部１１０１内のＬＯ信号の位相差は、送信番号ｍと波数番号ｑに対してランダムに変動する位相Δθ（ｍ，ｑ）で表現できる。なお、図１に示した受信部１１０１において、複数の受信機１１０４_１、１１０４_２、１１０４_Ｎに対し共通の受信発振部１１０３からＬＯ信号が供給されているため、位相Δθが受信アンテナ１１０２の番号ｎに対して依存性を持つ事は無い。このランダムに変動する位相Δθ（ｍ，ｑ）により、画像Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）の位相は、Δθ（ｍ，ｑ）だけシフトする。ここで、波数番号ｑが異なる２つの画像Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）とＰ_ＲＸ（ｍ，ｑ'，ｒ）を考える。ランダムに変動する位相Δθ（ｍ，ｑ）が無い場合、２つの画像Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）とＰ_ＲＸ（ｍ，ｑ'，ｒ）の位相はあまり変化しない。この事から、Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ'，ｒ）に補正項ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）を掛けて位相補正をした場合、Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）とＰ_ＲＸ（ｍ，ｑ'，ｒ）ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）の位相は一致する事が望ましい。またＰ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）とＰ_ＲＸ（ｍ，ｑ'，ｒ）ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）の位相が一致する場合、Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）＋Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ'，ｒ）ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）の絶対値は最大になる。Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）＋Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ'，ｒ）ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）の絶対値を最大化する条件で補正項ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）を決定した結果が、式（２）で与えられる。

［ステップＢ３］
次のステップＢ３では、波数軸較正項ｃ_{Ａ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）を測定前に計算しておく。このステップＢ３の詳細手順は図７において後述する。

［ステップＢ４］
次のステップＢ４では、ステップＢ１で得た画像Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）と、ステップＢ２で得た補正項ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）と、ステップＢ３で得た較正項ｃ_{Ａ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）の３つを用いて、以下の式（３）に波数軸の相関和で画像Ｐ_ＷＮ（ｍ，ｒ）を生成する。

［ステップＢ５］
次のステップＢ５では、検出信号とＬＯ信号の不定位相差の送信アンテナ軸上の補正項ｃ_{Δθ［ＴＸ］}（ｍ）を、以下の式（４）に基づいてステップＢ４で得た画像Ｐ_ＷＮ（ｍ，ｒ）から計算する。

式（４）において、ｍ'はｍとは異なるアンテナ番号で、ｍ'は任意に取ってよい。なお、ｍ'とｍに対応する送信アンテナは互いに近い位置にある事が望ましい。式（４）は、式（２）と同様に、Ｐ_ＷＮ（ｍ，ｒ）＋Ｐ_ＷＮ（ｍ'，ｒ）ｃ_{Δθ［ＴＸ］}（ｍ）の絶対値を最大化する条件で補正項ｃ_{Δθ［ＴＸ］}（ｍ）を決定している。

［ステップＢ６］
次のステップＢ６では、送信アンテナ軸較正項ｃ_{Ａ［ＴＸ］}（ｍ）を測定前に計算しておく。このステップＢ６の詳細手順は図７において後述する。

［ステップＢ７］
次のステップＢ７では、ステップＢ４で得た画像Ｐ_ＷＮ（ｍ，ｒ）と、ステップＢ５で得た補正項ｃ_{Δθ［ＴＸ］}（ｍ）と、ステップＢ６で得た較正項ｃ_{Ａ［ＴＸ］}（ｍ）の３つを用いて、以下の式（５）に波数軸の相関和で画像Ｐ（ｒ）を生成する。

式（５）で与えられる画像Ｐ（ｒ）が、送信部１００１から送信する検知信号と受信部１１０１内のＬＯ信号のランダムに変動する位相差Δθ（ｍ，ｑ）を補正して得られる対象物１２０１からの電波の分布を示す像となる。

図７は、波数軸較正項ｃ_{Ａ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）を測定前に計算するステップＢ３と、送信アンテナ軸較正項ｃ_{Ａ［ＴＸ］}（ｍ）を測定前に計算するステップＢ６の詳細を示したフロー図である。図７で示したフロー図は、ステップＣ０からステップＣ６で構成される。なお、図７で示した各ステップは、実際の測定ではなく、数値計算により行う。ただし、実際の測定で用いる送信アンテナ１００２の配置と、受信アンテナ１１０２の配置と、送信部１００１から送信される検知信号の周波数１３０１の設定を、図７の各ステップで行う数値計算においても用いる。

続いて、図７で示したステップの詳細について説明する。

［ステップＣ０］
図７で示したステップＣ０では、較正用対象物を対象物１２０１とした場合のＩＦ信号ｓ（ｍ，ｎ，ｑ）を、以下の式（６）に基づいて数値計算する。

式（６）において、σ（ｒ）は、位置ｒにおける較正用対象物の反射強度である。較正用対象物は、可能な限り大きな板状の反射体を用いる事が望ましい。また、式（６）において、Ｒｔ（ｍ，ｒ）は番号ｍに対応する送信アンテナ１００２と位置ｒの距離を表す。また、Ｒｒ（ｎ，ｒ）は番号ｎに対応する受信アンテナ１１０２と位置ｒの距離を表す。また、ｋ（ｑ）は番号ｑに対応する波数ｋを表す。

［ステップＣ１］
次に、ステップＣ１では式（６）で得たＩＦ信号を用いて、ステップＢ１と同じく式（１）に基づいて画像Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）を計算する。

［ステップＣ２］
次に、ステップＣ２では、ステップＣ１で計算した画像Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）を用いて、ステップＢ２と同じく式（２）に基づいて補正項ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）を計算する。

［ステップＣ３］
次に、ステップＣ３では、ステップＣ２で得た補正項ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）から、以下の式（７）に基づいて波数軸較正項ｃ_{Ａ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）を計算する。

式（７）で計算された波数軸較正項ｃ_{Ａ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）が、図６のステップＢ３において使用される。

［ステップＣ４］
次に、ステップＣ３では、ステップＣ１で得た画像Ｐ_ＲＸ（ｍ，ｑ，ｒ）と、ステップＣ２で得た補正項ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）と、ステップＣ３で得た波数軸較正項ｃ_{Ａ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）を用いて、ステップＢ４と同じく式（３）に基づいて画像Ｐ_ＷＮ（ｍ，ｒ）を計算する。

［ステップＣ５］
次に、ステップＣ５では、ステップＣ４で計算した画像Ｐ_ＷＮ（ｍ，ｒ）を用いて、ステップＢ５と同じく式（４）に基づいて補正項ｃ_{Δθ［ＴＸ］}（ｍ）を計算する。

［ステップＣ６］
次に、ステップＣ６では、ステップＣ５で得た補正項ｃ_{Δθ［ＴＸ］}（ｍ）から、以下の式（８）に基づいて波数軸較正項ｃ_{Ａ［ＴＸ］}（ｍ）を計算する。

式（８）で計算された波数軸較正項ｃ_{Ａ［ＴＸ］}（ｍ）が、図６のステップＢ６において使用される。

装置動作の説明は以上である。上記の装置動作により、送信部１００１から送信される検知信号と受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相差が変動する場合においても、対象物１２０１の正しい像を安定して生成するための像生成手法が提供される。

なお、上記で説明した補正項ｃ_{Δθ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）及びｃ_{Δθ［ＴＸ］}（ｍ）と、較正項ｃ_{Ａ［ＷＮ］}（ｍ，ｑ）及びｃ_{Ａ［ＴＸ］}（ｍ）が引数ｍ及びｑによらず全て１の場合が、補正及び較正を行わない従来の像生成手法に該当する。

図８に、送信部１００１から送信される検知信号と受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相差が変動する場合において、補正及び較正を行わない従来の像生成手法で正方形の対象物１２０１の画像を生成した例を示す。図８では画像中央の破線内が対象物１２０１の位置を表しているが、実際に得られた対象物１２０１の像は元の正方形から大きく崩れている。

図９に、送信部１００１から送信される検知信号と受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相差が変動する場合において、本実施の形態１に基づいて補正及び較正を実施した像生成手法で正方形の対象物１２０１の画像を生成した例を示す。図９では、対象物１２０１の位置（画像中央の破線内）に、大きく崩れる事なく対象物１２０１の像が生成されている。

（本実施の形態１の変形例１）
図１０に本実施の形態１の変形例１における装置構成の図を示す。図１で示した本実施の形態１の装置構成では送信部１００１と受信部１１０１は別の筐体に収められていたが、図１０で示した本実施の形態１の変形例１のように、送信部１００１と受信部１１０１を同じ筐体に収めて物体検知装置１０００として使用しても良い。

図１０では、送信機１００４に接続された送信アンテナ１００２と、受信機１１０４に接続された受信アンテナ１１０２は分離されている。一方で、送信機１００４と受信機１１０４は、送受信を切り替えるスイッチないしアイソレータを経由して同じアンテナに接続し、送受で同じアンテナを共有してもよい。

本実施の形態１の変形例１における装置動作は、本実施の形態１おける装置動作と同一なので、説明は省略する。

［ハードウェア構成］
ここで、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、物体検知装置を実現するコンピュータ（演算装置）について図１１を用いて説明する。図１１は本実施の形態１における物体検知装置１０００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１１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、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７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１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。なお、本実施の形態１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、キーボード及びマウスといった入力機器１１８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１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えていても良い。

データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０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１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。

また、記録媒体１２０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における物体検知装置は、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、各部に対応したハードウェアを用いることによっても実現可能である。更に、物体検知装置は、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。

［効果］
以下において、本実施の形態１の効果を説明する。本実施の形態１では、送信部１００１の送信発振部１００３と受信部１１０１の受信発振部１１０３で異なる発振器を用いる事で、送信部１００１から送信される検知信号と受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相差が変動する場合であっても、対象物１２０１の正しい像を安定して生成するための像生成手法が提供される。この事により、送信装置から送信される電波を生成する発振部と、受信装置内でＬＯ信号を生成する発振部を分離する事が可能な物体検知装置が提供される。

本実施の形態１の物体検知装置により、送信部と受信部の間の配線を無くす事ができ、歩行者の通過を妨げるという課題を解決し、さらに送信装置と受信装置の位置関係を柔軟に変更する事が可能になる。また電波供給用の配線ケーブルの数を削減し、コストと筐体サイズの課題を解決することができる。

（本実施の形態２）
［装置構成］
図１２を用いて、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１２に示す本実施の形態２における構成要素は、図１で示した本実施の形態１における構成要素と同一である。ただし、本実施の形態１では送信部１００１内の発振部が複数の送信発振部１００３_１、１００３_２，１００３_Ｍに分離していたのに対し、本実施の形態２では単一の送信発振部１００３で実装されている。

また、本実施の形態１では受信部１１０１内の発振部が単一の受信発振部１１０３で実装していたのに対し、本実施の形態２では複数の受信発振部１１０３_１、１１０３_２，１１０３_Ｍに分離されている。

すなわち、本実施の形態１と２では、送信と受信で、単一の発振部による実装と複数の発振部による実装を入れ替えている。

本実施の形態２では、送信発振部１００３と送信機１００４の接続のために、二重線で示した電波供給用ケーブルを使用している。一方で、従来の物体検知装置と異なり、本実施の形態２では受信部１１０１内で電波供給用の配線ケーブルが不要なため、装置コストの低減および筐体サイズの小型化を実現できる。

本実施の形態１と２で、上記以外の違いは無いため、送信発振部１００３と受信発振部１１０３以外の構成要素の説明は省略する。

［装置動作］
装置動作も、本実施の形態１と２でほぼ共通である。ここでは、本実施の形態２の装置動作で、本実施の形態１の装置動作と異なる要素のみを説明する。

本実施の形態２における装置動作は、図５で示したフロー図によって実施される。図５による装置動作は、本実施の形態１と２で共通であるため、説明は省略する。

本実施の形態２における装置動作の内、図５で示したフロー図内のステップＡ６の詳細を示したフロー図を図１３に示す。本実施の形態１と２において送信と受信で単一の発振部による実装と複数の発振部による実装を入れ替えた事を反映して、本実施の形態２におけるフロー図１３内のステップは、本実施の形態１におけるフロー図６内のステップから以下のように変更される。具体的には、送信アンテナに対する処理と受信アンテナに対する処理を本実施の形態１と２で入れ替える。

本実施の形態１におけるステップＢ１が受信アンテナ軸の相関和によりＩＦ信号から画像を生成するのに対し、本実施の形態２におけるステップＢ１'では送信アンテナ軸の相関和によりＩＦ信号から画像を生成する。

本実施の形態１におけるステップＢ６が送信アンテナ軸較正項の計算を行うのに対し、本実施の形態２におけるステップＢ６'では受信アンテナ軸較正項の計算を行う。

本実施の形態１におけるステップＢ７が送信アンテナ軸の相関和で画像を生成するのに対し、本実施の形態２におけるステップＢ７'では受信アンテナ軸の相関和で画像を生成する。

本実施の形態２における装置動作の内、図１３で示したフロー図内のステップＢ３及びステップＢ６'の詳細を示したフロー図を図１４に示す。本実施の形態１と２において送信と受信で単一の発振部による実装と複数の発振部による実装を入れ替えた事を反映して、本実施の形態２におけるフロー図１４内のステップは、本実施の形態１におけるフロー図７内のステップから以下のように変更される。具体的には、送信アンテナに対する処理と受信アンテナに対する処理を本実施の形態１と２で入れ替える。

本実施の形態１におけるステップＣ１が受信アンテナ軸の相関和によりＩＦ信号から画像を生成するのに対し、本実施の形態２におけるステップＣ１'では送信アンテナ軸の相関和によりＩＦ信号から画像を生成する。

本実施の形態１におけるステップＣ５が送信アンテナ軸の補正項の計算を行うのに対し、本実施の形態２におけるステップＣ５'では受信アンテナ軸の補正項の計算を行う。

本実施の形態１におけるステップＣ６が送信アンテナ軸較正項を計算するのに対し、本実施の形態２におけるステップＣ６'では受信アンテナ軸較正項を計算する。

上記の本実施の形態２における装置動作により、本実施の形態１と同じく、送信部１００１から送信される検知信号と受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号の位相差が変動する場合においても、対象物１２０１の正しい像を安定して生成するための像生成手法が提供される。

（本実施の形態２の変形例１）
図１５に本実施の形態２の変形例１における装置構成の図を示す。図１２で示した本実施の形態２の装置構成では送信部１００１と受信部１１０１は別の筐体に収められていたが、図１５で示した本実施の形態２の変形例１のように、送信部１００１と受信部１１０１を同じ筐体に収めて物体検知装置１０００として使用しても良い。

図１５では、送信機１００４に接続された送信アンテナ１００２と、受信機１１０４に接続された受信アンテナ１１０２は分離されている。一方で、送信機１００４と受信機１１０４は、送受信を切り替えるスイッチないしアイソレータを経由して同じアンテナに接続し、送受で同じアンテナを共有してもよい。

本実施の形態２の変形例１における装置動作は、本実施の形態２おける装置動作と同一なので、説明は省略する。

［ハードウェア構成］
本実施の形態１と同様である。

［効果］
本実施の形態１と同様である。

（本実施の形態３）
本実施の形態３では、本実施の形態１及び２で説明した同期処理、すなわち図５のステップＡ１及びＡ２の処理がより具体化される。同期処理は、送信部１００１から送信される検知信号と受信部１１０１内の受信発振部１１０３から出力されるＬＯ信号が同じタイミングで同じ周波数の信号となるようにするための処理である。

物体検知装置１０００の機能構成の一例は、図１、図１０、図１２又は図１５で示される。

送信部１００１の送信発振部１００３は、制御部１００５の制御に基づき、同期信号送信処理及び検知信号送信処理を実行する。

同期信号送信処理では、送信発振部１００３は、予め設定された基準タイミングで、同期信号を搬送する電波を送信アンテナ１００２から送信させる。検知信号送信処理では、検知信号を搬送する電波を送信アンテナ１００２から送信させる。

以下、図１６を用いて、同期信号送信処理及び検知信号送信処理をより詳細に説明する。図１６は、送信発振部１００３が送信する電波の周波数の時間変化の一例を示す。横軸が時間であり、縦軸が周波数である。

図示するように、送信発振部１００３は、検知信号を送信する検知信号送信処理の前に、同期信号を送信する同期信号送信処理を実行する。送信発振部１００３は、図示するように、検知信号送信処理を実行する前に同期信号送信処理を実行し、その後、繰り返し同期信号送信処理を実行することができる。送信発振部１００３は、複数回の同期信号送信処理の間に、検知信号送信処理を実行する。なお、送信発振部１００３は、最初の同期信号送信処理のみを実行し、その後の同期信号送信処理は実行しなくてもよい。

同期信号の例としては、パルス信号（無変調）、変調信号、所定の系列の信号（ＰＮ系列、ユニークワード等）等が例示される。変調信号は、周波数や振幅を変調した信号である。

同期信号と検知信号は、電波の振幅及び周波数の少なくとも一方に基づき互いを識別可能になっている。例えは、同期信号は、検知信号のスイープ領域（検知信号がとる最少周波数から最大周波数までの範囲）の外の周波数の信号であってもよい。その他、図１６に示すように、検知信号の周波数が離散的な値をとる場合、同期信号は、検知信号のスイープ領域内であって、検知信号で採用されない周波数の信号であってもよい。その他、同期信号は、検知信号で採用される周波数であってもよい。この場合、振幅や信号のパターン等により、同期信号と検知信号が互いに識別可能になっている。

なお、複数の送信アンテナ１００２のいずれが同期信号を送信してもよい。あらかじめ同期信号を送信する送信アンテナ１００２は固定されていてもよいし、変動してもよい。後者の場合、任意の手段で、複数の送信アンテナ１００２の中から同期信号を送信する送信アンテナ１００２が選択される。

検知信号送信処理では、送信発振部１００３は、予め定められたアルゴリズムで周波数を変化させながら検知信号を送信する。そして、送信発振部１００３は、基準タイミングに基づき決定した送信タイミングにおいて、所定の検知信号を送信アンテナ１００２から送信させる。

基準タイミングの指定方法は設計的事項であり、あらゆる手法を採用できる。例えば時、分及び秒で示される時刻の秒（０～５９の値をとる）の値が「０」になったタイミングを基準タイミングとする手法などが例示されるが、これに限定されない。図１６に示す例の場合、時刻ｔ_ｔ０や時刻ｔ_ｔ１が基準タイミングである。図示するように、この基準タイミングで同期信号が送信される。送信タイミングは、基準タイミングから予め定められた時間が経過したタイミングであり、例えば図１６の時刻ｔ_１ｓ１や時刻ｔ_２ｓ１である。図示するように、この送信タイミングで検知信号の周波数のスイープが所定値から開始される。

受信部１１０１の同期信号検出部１１０９は、受信アンテナ１１０２が受信した電波の中から同期信号を検出する。同期信号検出部１１０９は、電波の周波数、振幅、これらのパターン等に基づき、同期信号を検出する。

受信発振部１１０３は、同期信号を検出したタイミングに基づき、ＬＯ信号を生成する。受信発振部１１０３は、検知信号の生成と同じアルゴリズムで、周波数が変化するスイープ信号（ＬＯ信号）を生成する。

受信発振部１１０３は、同期信号を検出したタイミングから予め定められた時間が経過したタイミングからＬＯ信号の生成を開始する。すなわち、同期信号を検出したタイミングから予め定められた時間が経過したタイミングでＬＯ信号の周波数のスイープが所定値から開始される。なお、本実施の形態１で説明したように、送信部１００１が同期信号を搬送する電波を送信した基準タイミングと、受信部１１０１が同期信号を検出したタイミングとは同じ時刻とみなすことができる。

なお、受信部１１０１は、同期信号の検出に成功した場合、その旨を示す肯定信号を送信部１００１に送信する肯定応答手段をさらに有してもよい。この場合、受信部１１０１は送信アンテナを備え、送信部１００１は受信アンテナを備える。

次に、図１７のシーケンス図を用いて、物体検知装置１０００の最初の同期処理の流れの一例を説明する。

まず、送信部１００１は、起動直後、又は、ユーザからの初期化指示入力に応じて初期化処理を実行する。初期化処理では、送信部１００１は、任意の手段で基準タイミングを設定する（Ｓ１０）。基準タイミングは、例えば時、分及び秒で示される時刻の秒（０～５９の値をとる）の値が「０」になったタイミングなどが例示されるが、これに限定されない。

初期化処理の後、送信部１００１は、初回同期処理を行う。初回同期処理は、初期化処理後に初めて行う同期処理である。

初回同期処理において、送信部１００１は、初期化処理で設定された基準タイミングが到来すると、同期信号を生成し、同期信号を搬送する電波を送信する（Ｓ１１、Ｓ１２）。

受信部１１０１は、当該電波を受信すると、この電波を復調し、同期信号を検出する（Ｓ１３）。同期信号の検出に成功すると、受信部１１０１は、同期信号を検出したタイミングを基準タイミングとして抽出し、設定する（Ｓ１４）。そして、受信部１１０１は、肯定信号（ＡＣＫ）を生成し（Ｓ１５）、肯定信号を搬送する電波を送信部１００１に向けて送信する（Ｓ１６）。

送信部１００１は、当該電波を受信すると、この電波を復調し、肯定信号を検出する。そして、肯定信号の受信に応じて、初回同期処理が完了したと判定する（Ｓ１７）。

図１８のシーケンス図に、物体検知装置１０００の同期処理の流れの他の一例を説明する。当該同期処理は、肯定信号の生成及び送信がない点で、図１７のシーケンス図で示す例と異なる。

次に、図１９のシーケンス図を用いて、初回同期処理後に行われる画像生成処理の流れの一例を説明する。

送信部１００１は、初期化処理で設定された基準タイミングに基づき検知信号を生成し、当該検知信号を搬送する電波を送信する（Ｓ３０、Ｓ３２）。具体的には、送信部１００１は、予め定められたアルゴリズムで周波数が変化するスイープ信号（検知信号）を生成し、当該検知信号を搬送する電波を送信する。そして、送信部１００１は、基準タイミングから予め定められた時間が経過したタイミングにおいて、所定の検知信号を生成する。所定の検知信号は、所定の周波数の検知信号であり、例えば予め定められたアルゴリズムで周波数が変化するスイープ信号（検知信号）の中の最初に設定される周波数の信号である。

受信部１１０１は、初回同期処理で抽出した基準タイミングに基づきＬＯ信号を生成する（Ｓ３１）。具体的には、受信部１１０１は、予め定められたアルゴリズムで周波数が変化するスイープ信号（ＬＯ信号）を生成する。検知信号を生成するアルゴリズムと、ＬＯ信号を生成するアルゴリズムは同じである。そして、受信部１１０１は、基準タイミングから予め定められた時間が経過したタイミングにおいて、所定のＬＯ信号を生成する。所定のＬＯ信号は、所定の周波数のＬＯ信号であり、例えば予め定められたアルゴリズムで周波数が変化するスイープ信号（ＬＯ信号）の中の最初に設定される周波数の信号である。

そして、受信部１１０１は、送信部１００１から送信された電波を受信すると、この電波を復調し、検知信号を検出する（Ｓ３３）。そして、受信部１１０１は、検知信号とＬＯ信号に基づきＩＦ信号を生成し（Ｓ３４）、ＩＦ信号に基づき画像を生成する（Ｓ３５）。これらの処理の詳細は、本実施の形態１及び２で説明した通りである。

画像生成処理では、送信部１００１及び受信部１１０１は、当該処理を繰り返す。

次に、図２０及び図２１のシーケンス図に、物体検知装置１０００の２回目以降の同期処理の流れの一例を説明する。これは、物体検知装置１０００が同期処理を繰り返し行う場合の処理である。

物体検知装置１０００は、２回目以降の同期処理を実行するタイミングが到来すると、図示する同期保持処理を行う。２回目以降の同期処理を実行するタイミングは、前回の同期処理を実行したタイミングから所定時間経過したタイミングであってもよいし、その他であってもよい。

同期保持処理の内容は、図１７及び図１８のシーケンス図を用いて説明した初回同期処理と同様である。

本実施の形態３の物体検知装置１０００のその他の構成は、本実施の形態１及び２と同様である。

本実施の形態３の物体検知装置１０００によれば、本実施の形態１及び２と同様の作用効果が実現される。

（本実施の形態４）
本実施の形態４では、本実施の形態３で説明した同期処理が一部変更される。具体的には、本実施の形態４では、図２２に示すように、送信部１００１は、各回の同期処理（各回の同期信号送信処理）において、所定の時間間隔で、複数の同期信号を順次送信することができる。例えば、送信部１００１は、予め定められた数の同期信号を順次送信してもよいし、受信部１１０１から肯定信号を受信するまで繰り返し同期信号を送信してもよい。

このように構成することで、各回の同期処理において受信部１１０１が同期信号を検出し、同期処理が成功する確率を高めることができる。

しかし、このように構成した場合、複数の同期信号の送信タイミングは互いに異なるため、受信部１１０１が複数の同期信号の中のどの同期信号を検出したかを特定し、その結果に基づき基準タイミングを調整する処理が必要になる。そこで、本実施の形態４の物体検知装置１００は、以下の処理１又は２を実行する機能を有する。

「処理例１」
受信部１１０１は、複数の同期信号の中のいずれかの検出に成功した場合、その同期信号を検出したタイミングを基準タイミングとして設定する。また、受信部１１０１は、検出に成功したタイミングでその旨を示す肯定信号を搬送する電波を送信部１００１に送信する。

送信部１００１は、肯定信号の受信タイミングに基づき、設定されている基準タイミングを修正する。

まず、送信部１００１は、肯定信号を受信すると、肯定信号の受信タイミングに基づき複数の同期信号の中のいずれが検出されたか特定する。例えば、送信部１００１は、肯定信号の受信タイミングの直前に送信した同期信号が受信部１１０１により検出されたと判断してもよい。この場合、例えば、複数の同期信号の送信間隔は、同期信号を送信後、その同期信号の検出に応じた肯定信号の受信までに要する時間よりも長く設定される。

そして、送信部１００１は、特定した同期信号を送信したタイミングに基づき、設定されている基準タイミングを修正する。当初は、最初の同期信号を送信するタイミングが、基準タイミングとなっている。その後に送信される同期信号は、基準タイミングから所定時間経過後に送信されている。

最初の同期信号が受信部１１０１により検出され、それに応じた肯定信号を受信した場合、基準タイミングは変更されずそのままとなる。しかし、２番目以降の同期信号が受信部１１０１により検出され、それに応じた肯定信号を受信した場合、送信部１００１は基準タイミングを設定し直す。例えば、最初の同期信号を送信したタイミングと、検出された同期信号を送信したタイミングの時間差がＴ秒である場合、送信部１００１は設定されている基準タイミングのＴ秒後を、新たな基準タイミングとして設定する。

受信部１１０１は、同期信号を検出したタイミングを基準タイミングとして設定している。上述のような送信部１００１による設定されている基準タイミングの修正により、受信部１１０１が設定した基準タイミングと、送信部１００１で設定されている基準タイミングとのズレが解消され、これらのタイミングが互いに一致する。

「処理例２」
各回の同期信号送信処理で送信される複数の同期信号は、電波の振幅及び周波数の少なくとも一方に基づき互いを識別可能になっている。例えば、何番目に送信された同期信号であるかが識別可能になっていてもよい。

受信部１１０１は、複数の同期信号の中のいずれかの検出に成功した場合、電波の振幅及び周波数の少なくとも一方に基づき複数の同期信号の中のいずれを検出したかを特定する。そして、受信部１１０１は、同期信号を受信したタイミングから所定時間ｓ経過したタイミングを基準タイミングとして設定し、当該基準タイミングに基づきＬＯ信号を生成する。

所定時間ｓは、最初の同期信号を送信したタイミングと、検出された同期信号を送信したタイミングとの時間差であり、どの同期信号を検出したかに応じて変動する。受信部１１０１は、予め、各回の同期信号送信処理で送信される複数の同期信号各々と、所定時間ｓとの対応関係を示す情報を記憶している。そして、受信部１１０１は、当該情報を参照して、検出した同期信号に対応する所定時間ｓを特定する。

本実施の形態４の物体検知装置１０００のその他の構成は、本実施の形態１乃至３と同様である。

本実施の形態４の物体検知装置１０００によれば、本実施の形態１乃至３と同様の作用効果が実現される。また、各回の同期処理において複数の同期信号を順次送信することで、受信部１１０１が同期信号を検出し、同期処理が成功する確率を高めることができる。

しかし、このように構成した場合、複数の同期信号の送信タイミングは互いに異なるため、受信部１１０１が複数の同期信号の中のどの同期信号を検出したかを特定し、その結果に基づき基準タイミングを調整する処理が必要になる。当該処理を行わなければ、生成される画像が劣化する。本実施の形態４の物体検知装置１０００は、上記処理例１又は２を実行することで、当該画像劣化の問題を軽減することができる。

（本実施の形態５）
本実施の形態５の受信部１１０１は、ある回の同期処理において同期信号の検出に失敗した場合、それ以降に受信した電波の中から検出された検知信号を自装置内の記憶手段に記憶しておく。そして、その後の回の同期処理において同期信号の検出に成功した場合、同期信号を受信したタイミングに基づき生成されたＬＯ信号と、それ以前に記憶された検知信号とに基づきＩＦ信号を生成し、当該ＩＦ信号に基づき画像を生成する。

ここで、同期信号の検出に失敗したことを検出する処理の例について説明する。本実施の形態３で説明したように、物体検知装置１０００は、検知信号を送受信して画像を生成する処理を実行する前に、初回同期処理を行う。そこで、受信部１１０１は、同期信号の検出がないまま検知信号の検出が起きた場合、初回同期処理における同期信号の検出に失敗したと判断することができる。そして、受信部１１０１は、その後、同期処理に成功するまで、受信した検知信号を記憶手段に記憶し続ける。

また、受信部１１０１は、２回目以降の同期処理が実行されるタイミングを示す情報を保持しておいてもよい。２回目以降の同期処理が実行されるタイミングは、例えば前回の同期処理が実行されたタイミングからの経過時間で示される。受信部１１０１は、当該情報と、前回行われた同期処理のタイミングとに基づき、次回の同期処理のタイミングを特定する。そして、受信部１１０１は、次回の同期処理のタイミングから所定時間経過しても同期信号の検出が起きない場合、同期信号の検出に失敗したと判断することができる。

本実施の形態５の物体検知装置１０００のその他の構成は、本実施の形態１乃至４と同様である。

本実施の形態５の物体検知装置１０００によれば、本実施の形態１乃至４と同様の作用効果が実現される。また、本実施の形態５の物体検知装置１０００によれば、ある回の同期処理に失敗した場合、その後に受信した検知信号を記憶しておき、その後に成功した同期処理で抽出された基準タイミングに基づき記憶している検知信号を処理して画像を生成することができる。このため、複数回の同期処理のいずれかで成功すれば、それ以前及びそれ以降のいずれで送受信した検知信号も適切に処理し、劣化の少ない画像を生成することができる。

（本実施の形態６）
本実施の形態６の受信部１１０１は、複数の受信アンテナ１１０２で電波を受信する。そして、受信部１１０１は、複数の受信アンテナ１１０２各々で受信した電波の中から同期信号が検出された場合、所定条件を満たす１つの同期信号を選択し、選択した同期信号を受信したタイミングに基づきＬＯ信号を生成する。所定条件は、例えば「一番早く受信された同期信号であること」である。

本実施の形態６の物体検知装置１０００のその他の構成は、本実施の形態１乃至５と同様である。

本実施の形態５の物体検知装置１０００によれば、本実施の形態１乃至５と同様の作用効果が実現される。また、本実施の形態６の物体検知装置１０００によれば、複数の受信アンテナ１１０２各々で受信した電波の中から検出された同期信号の中から、適切な１つを選択し、ＬＯ信号の生成に利用することができる。所定条件は、例えば「一番早く受信された同期信号であること」である。この場合、他の物体で反射等することなく直接送信部１００１から受信部１１０１に届いた同期信号に基づき、同期処理を行うことができる。結果、同期処理の精度が向上する。

以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、前述の各特許文献等に開示されている内容は、本発明に引用をもって繰り込むことも可能とする。本発明の全開示（特許請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施の形態の変更・調整が可能である。また、本発明の特許請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせあるいは選択も可能である。すなわち、本発明は、特許請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって、当業者であればなし得ることが可能な各種変形、修正を含むことは勿論である。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限定されない。
１． 電波によって物体を検知するための物体検知装置であって、
送信手段と、受信手段とを備え、
前記送信手段は、
電波を送信する送信アンテナと、
予め設定された基準タイミングで同期信号を搬送する電波を前記送信アンテナから送信させる同期信号送信処理、及び、前記基準タイミングに基づき決定した送信タイミングにおいて、所定の検知信号を搬送する電波を前記送信アンテナから送信させる検知信号送信処理を実行する送信発振手段と、
を有し、
前記受信手段は、
電波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナが受信した電波の中から前記同期信号を検出する同期信号検出手段と、
前記同期信号を検出したタイミングに基づき、受信局所発振信号を生成する受信発振手段と、
前記受信アンテナが受信した電波の中から検出された前記検知信号と、前記受信局所発振信号とに基づき中間周波数信号を生成する受信機と、
前記中間周波数信号に基づき画像を生成する演算手段と、
を有する物体検知装置。
２． 前記同期信号及び前記検知信号は、電波の振幅及び周波数の少なくとも一方に基づき互いを識別可能になっている１に記載の物体検知装置。
３． 前記受信手段は、前記同期信号の検出に成功した場合、その旨を示す肯定信号を前記送信手段に送信する肯定応答手段をさらに有する１又は２に記載の物体検知装置。
４． 前記送信発振手段は、前記同期信号送信処理を繰り返し行う１から３のいずれかに記載の物体検知装置。
５． 前記受信手段は、
前記同期信号の検出に失敗した場合、それ以降に前記受信アンテナが受信した電波の中から検出された前記検知信号を記憶しておき、
その後に前記同期信号の検出に成功した場合、前記同期信号を受信したタイミングに基づき生成された前記受信局所発振信号と、前記記憶されている前記検知信号とに基づき前記中間周波数信号を生成し、前記中間周波数信号に基づき画像を生成する４に記載の物体検知装置。
６． 前記送信手段は、各回の前記同期信号送信処理で複数の前記同期信号を順次送信し、
前記受信手段は、複数の前記同期信号の中のいずれかの検出に成功した場合、検出に成功したタイミングでその旨を示す肯定信号を前記送信手段に送信し、
前記送信手段は、前記肯定信号の受信タイミングに基づき、設定されている前記基準タイミングを修正する１から５のいずれかに記載の物体検知装置。
７． 前記送信手段は、各回の前記同期信号送信処理で複数の前記同期信号を順次送信し、電波で搬送される複数の同期信号は、電波の振幅及び周波数の少なくとも一方に基づき互いを識別可能になっており、
前記受信手段は、複数の前記同期信号の中のいずれかの検出に成功した場合、電波の振幅及び周波数の少なくとも一方に基づき複数の前記同期信号の中のいずれを検出したかを特定し、前記同期信号を受信したタイミングから特定した前記同期信号に対応する時間が経過したタイミングに基づき、前記受信局所発振信号を生成する１から５のいずれかに記載の物体検知装置。
８． 前記受信手段は、
複数の前記受信アンテナで電波を受信し、
複数の前記受信アンテナ各々で受信した電波の中から前記同期信号が検出された場合、所定条件を満たす１つの前記同期信号を選択し、選択した前記同期信号を受信したタイミングに基づき、前記受信局所発振信号を生成する１から７のいずれかに記載の物体検知装置。
９． 前記所定条件は、一番早く受信された前記同期信号であること、である８に記載の物体検知装置。
１０． 送信手段と受信手段とを備え、電波によって物体を検知するための物体検知装置が実行する物体検知方法であって、
前記送信手段は、
予め設定された基準タイミングで同期信号を搬送する電波を送信アンテナから送信させる同期信号送信処理、及び、前記基準タイミングに基づき決定した送信タイミングにおいて、所定の検知信号を搬送する電波を前記送信アンテナから送信させる検知信号送信処理を実行し、
前記受信手段は、
受信アンテナが受信した電波の中から前記同期信号を検出し、
前記同期信号を検出したタイミングに基づき、受信局所発振信号を生成し、
前記受信アンテナが受信した電波の中から検出された前記検知信号と、前記受信局所発振信号とに基づき中間周波数信号を生成し、
前記中間周波数信号に基づき画像を生成する物体検知方法。

１１０ コンピュータ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メインメモリ
１１３ 記憶装置
１１４ 入力インターフェイス
１１５ 表示コントローラ
１１６ データリーダ／ライタ
１１７ 通信インターフェイス
１１８ 入力機器
１１９ ディスプレイ装置
１２０ 記録媒体
１２１ バス
１０００ 物体検知装置
１００１ 送信部
１００２ 送信アンテナ
１００３ 送信発振部
１００４ 送信機
１００５、１１１０ 制御部
１１０１ 受信部
１１０２ 受信アンテナ
１１０３ 受信発振部
１１０４ 受信機
１１０５ ミキサ
１１０６ データ転送部
１１０７ 演算部
１１０９ 同期信号検出部
１２０１ 対象物
１３０１ 検知信号の周波数
１３０２ ＬＯ信号の周波数

Claims (10)

1. 電波によって物体を検知するための物体検知装置であって、
   送信手段と、受信手段とを備え、
   前記送信手段は、
   電波を送信する送信アンテナと、
   予め設定された基準タイミングで同期信号を搬送する電波を前記送信アンテナから送信させる同期信号送信処理、及び、前記基準タイミングに基づき決定した送信タイミングにおいて、所定の検知信号を搬送する電波を前記送信アンテナから送信させる検知信号送信処理を実行する送信発振手段と、
   を有し、
   前記受信手段は、
   電波を受信する受信アンテナと、
   前記受信アンテナが受信した電波の中から前記同期信号を検出する同期信号検出手段と、
   前記同期信号を検出したタイミングに基づき、受信局所発振信号を生成する受信発振手段と、
   前記受信アンテナが受信した電波の中から検出された前記検知信号と、前記受信局所発振信号とに基づき中間周波数信号を生成する受信機と、
   前記中間周波数信号に基づき電波反射点の分布を示す画像を生成する演算手段と、
   を有する物体検知装置。
2. 前記同期信号及び前記検知信号は、電波の振幅及び周波数の少なくとも一方に基づき互いを識別可能になっている請求項１に記載の物体検知装置。
3. 前記受信手段は、前記同期信号の検出に成功した場合、その旨を示す肯定信号を前記送信手段に送信する肯定応答手段をさらに有する請求項１又は２に記載の物体検知装置。
4. 前記送信発振手段は、前記同期信号送信処理を繰り返し行う請求項１から３のいずれか１項に記載の物体検知装置。
5. 前記受信手段は、
   前記同期信号の検出に失敗した場合、それ以降に前記受信アンテナが受信した電波の中から検出された前記検知信号を記憶しておき、
   その後に前記同期信号の検出に成功した場合、前記同期信号を受信したタイミングに基づき生成された前記受信局所発振信号と、前記記憶されている前記検知信号とに基づき前記中間周波数信号を生成し、前記中間周波数信号に基づき電波反射点の分布を示す画像を生成する請求項４に記載の物体検知装置。
6. 前記送信手段は、各回の前記同期信号送信処理で複数の前記同期信号を順次送信し、
   前記受信手段は、複数の前記同期信号の中のいずれかの検出に成功した場合、検出に成功したタイミングでその旨を示す肯定信号を前記送信手段に送信し、
   前記送信手段は、前記肯定信号の受信タイミングに基づき、設定されている前記基準タイミングを修正する請求項１から５のいずれか１項に記載の物体検知装置。
7. 前記送信手段は、各回の前記同期信号送信処理で複数の前記同期信号を順次送信し、電波で搬送される複数の同期信号は、電波の振幅及び周波数の少なくとも一方に基づき互いを識別可能になっており、
   前記受信手段は、複数の前記同期信号の中のいずれかの検出に成功した場合、電波の振幅及び周波数の少なくとも一方に基づき複数の前記同期信号の中のいずれを検出したかを特定し、前記同期信号を受信したタイミングから特定した前記同期信号に対応する時間が経過したタイミングに基づき、前記受信局所発振信号を生成する請求項１から５のいずれか１項に記載の物体検知装置。
8. 前記受信手段は、
   複数の前記受信アンテナで電波を受信し、
   複数の前記受信アンテナ各々で受信した電波の中から前記同期信号が検出された場合、所定条件を満たす１つの前記同期信号を選択し、選択した前記同期信号を受信したタイミングに基づき、前記受信局所発振信号を生成する請求項１から７のいずれか１項に記載の物体検知装置。
9. 前記所定条件は、一番早く受信された前記同期信号であること、である請求項８に記載の物体検知装置。
10. 送信手段と受信手段とを備え、電波によって物体を検知するための物体検知装置が実行する物体検知方法であって、
    前記送信手段は、
    予め設定された基準タイミングで同期信号を搬送する電波を送信アンテナから送信させる同期信号送信処理、及び、前記基準タイミングに基づき決定した送信タイミングにおいて、所定の検知信号を搬送する電波を前記送信アンテナから送信させる検知信号送信処理を実行し、
    前記受信手段は、
    受信アンテナが受信した電波の中から前記同期信号を検出し、
    前記同期信号を検出したタイミングに基づき、受信局所発振信号を生成し、
    前記受信アンテナが受信した電波の中から検出された前記検知信号と、前記受信局所発振信号とに基づき中間周波数信号を生成し、
    前記中間周波数信号に基づき電波反射点の分布を示す画像を生成する物体検知方法。

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