JPWO2013128820A1 - 侵入物検知装置及び侵入物検知方法 - Google Patents

Abstract

アンテナの切替えを必要とせずに侵入物を検知する侵入物検知装置を提供する。遅延部１０２は、互いに異なる遅延量を用いて、複数のアンテナ１１０の各々で受信された信号を遅延させる。信号合成部１０３は、遅延させた各信号を合成する。周波数変換部１０６は、合成された信号をベースバンドに周波数変換する。検波部１０７は、周波数変換された信号を検波する。レーダプロファイル生成部１０４は、検波された信号を用いて、アンテナからの距離と、アンテナからの距離毎の信号強度とから構成されるプロファイルを生成する。検知処理部１０５は、プロファイルにおいて信号強度が予め設定された閾値を超えるピークを検出して、検出されたピークに基づいて検知対象領域に侵入した物体が存在するか否かを判断する。

Description

本発明は、侵入物検知装置及び侵入物検知方法に関する。

従来、鉄道の踏切内部などの領域を対象とした侵入物検知の目的で、ミリ波レーダを利用した侵入物検知装置が提案されている。

例えば、特許文献１では、検知対象領域の所定位置にレーダのアンテナ及び反射基準点が配置され、検知処理部は、計測される反射波（計測反射波）と、反射基準点からの反射波との関係により侵入物の存在を判定している。

また、特許文献１では、踏切などの検知対象領域内で侵入物の検知ができない領域（未検知領域）がないように、反射基準点及びアンテナが複数配置され、検知処理部に入力される信号を受信するアンテナを適宜切り替えることで、検知対象領域全体に渡る侵入物の検知を行っている。

特開２００５−２３３６１５号公報

しかしながら、上記した特許文献１のように、検知処理部に入力される信号を受信するアンテナを切り替える場合には、アンテナ切替えのタイミングと、物体が検知対象領域に侵入した場所又はタイミングとによっては、侵入物の検知漏れが生じる可能性がある。また、特許文献１では、検知処理部に入力される信号を受信するアンテナを切り替えるための処理部が必要となり、侵入物検知装置のコスト増加を招いてしまう。

本発明の目的は、アンテナの切替えを必要とせずに侵入物を検知することができる侵入物検知装置及び侵入物検知方法を提供することである。

本発明の一態様に係る侵入物検知装置は、検知対象領域への物体の侵入を検知する侵入物検知装置であって、前記検知対象領域内に存在する同一の物体で反射した信号を、複数のアンテナのうち、少なくとも２つのアンテナでそれぞれ受信する入力手段と、互いに異なる遅延量を用いて、前記複数のアンテナの各々で受信された信号をそれぞれ遅延させる遅延手段と、遅延させた各々の信号を合成する合成手段と、合成して得られた信号をベースバンドに周波数変換する周波数変換手段と、周波数変換された信号を検波する検波手段と、検波された信号を用いて、前記アンテナからの距離と、前記アンテナからの距離毎の信号強度とから構成されるプロファイルを生成する生成手段と、前記プロファイルにおいて前記信号強度が予め設定された閾値を超えるピークを検出して、検出されたピークに基づいて前記検知対象領域に侵入した物体が存在するか否かを判断する検知処理手段と、を具備する。

本発明の一態様に係る侵入物検知方法は、検知対象領域への物体の侵入を検知する侵入物検知方法であって、前記検知対象領域内に存在する同一の物体で反射した信号を、複数のアンテナのうち、少なくとも２つのアンテナでそれぞれ受信し、互いに異なる遅延量を用いて、前記複数のアンテナの各々で受信された信号をそれぞれ遅延させ、遅延させた各々の信号を合成し、合成して得られた信号をベースバンドに周波数変換し、周波数変換された信号を検波し、検波された信号を用いて、前記アンテナからの距離と、前記アンテナからの距離毎の信号強度とから構成されるプロファイルを生成し、前記プロファイルにおいて前記信号強度が予め設定された閾値を超えるピークを検出して、検出されたピークに基づいて前記検知対象領域に侵入した物体が存在するか否かを判断する。

本発明によれば、アンテナの切替えを必要とせずに侵入物を検知することができる。

本発明の実施の形態１に係る侵入物検知システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る侵入物検知領域の一例を示す図 本発明の実施の形態１に係る侵入物検知領域の一例を示す図 本発明の実施の形態１に係る侵入物検知装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る侵入物検知境界及び各受信アンテナの受信領域を示す図 本発明の実施の形態１に係る侵入物検知処理の説明に供する図 本発明の実施の形態１に係るレーダプロファイルの一例を示す図 本発明の実施の形態１に係るピーク検出処理の説明に供する図 本発明の実施の形態１に係る侵入物検知処理の説明に供する図 本発明の実施の形態１に係るピーク検出処理の説明に供する図 本発明の実施の形態２に係る侵入物検知装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る侵入物検知境界及び各受信アンテナの受信領域を示す図 本発明の実施の形態２に係る物体測位情報の生成処理の流れを示すフロー図 本発明の実施の形態２に係るピーク検出処理の説明に供する図 本発明の実施の形態２に係るピーク検出処理の説明に供する図 本発明の実施の形態２に係るピーク検出処理の説明に供する図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。

［実施の形態１］
［侵入物検知システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る侵入物検知システム１０の主な構成を示す。侵入物検知システム１０は、侵入物検知装置１００と、ｎ個の受信アンテナ１１０−１〜１１０−ｎと、送信信号生成部２００と、送信アンテナ２１０とにより構成される。

図１において、侵入物検知装置１００は、送信アンテナ２１０から放射された送信信号の反射波（侵入物で反射した信号）に基づいて「侵入物検知領域」への物体の侵入を検知する。送信信号生成部２００は、パルスを生成し、生成したパルス（送信信号）を、送信アンテナ２１０を介して「侵入物検知領域」に向けて周期的に放射する。また、送信信号生成部２００は、送信信号を周期的に放射するタイミングを侵入物検知装置１００に通知する。

ここで、「侵入物検知領域」とは、侵入物の検知対象の領域であって、検知対象領域の境界（以下、「侵入物検知境界」と称する）と、侵入物検知システム１０を設置した点とで囲まれた領域を指す。例えば、図２及び図３は、侵入物検知システム１０の設置の一例を示す。

図２は、侵入物検知システム１０を鉄道の踏切に設置した例を示す。図２では、侵入物検知システム１０は、踏切内に侵入する物体を検知するシステムである。すなわち、図２では、「侵入物検知境界」は、踏切の一方の端点１０Ａと他方の端点１０Ｂとを結ぶ線分となり、「侵入物検知領域」は、侵入物検知システム１０を設置した点と、端点１０Ａと、端点１０Ｂとを結ぶ線分で囲まれた領域となる。

図３は、侵入物検知システム１０を鉄道の駅のホームに設置した例を示す。図３では、侵入物検知システム１０は、ホームから線路内に侵入する物体を検知するシステムである。すなわち、図３では、「侵入物検知境界」は、ホームと線路との境界の一方の端点１０Ａと他方の端点１０Ｂとを結ぶ直線となり、「侵入物検知領域」は、侵入物検知システム１０を設置した点と、端点１０Ａと、端点１０Ｂとを直線で結ぶ領域となる。

送信アンテナ２１０は、前述した侵入物検知領域を全てカバーできるように設置、設計される。例えば、送信アンテナ２１０の指向方向（放射方向の中心）は、侵入物検知領域の中心（図２又は図３に示す端点１０Ａと端点１０Ｂとの中間点）に向けて設計される。また、送信アンテナ２１０の半値角は、端点１０Ａと、侵入物検知システム１０と、端点１０Ｂとによって形成される角度に基づいて設計される。これにより、送信アンテナ２１０は、侵入物検知領域全体に向けて送信信号を周期的に放射する。

［侵入物検知装置の構成］
図４は、本発明の実施の形態１に係る侵入物検知装置１００の構成を示す。図４において、侵入物検知装置１００は、反射波入力部１０１と、遅延部１０２と、信号合成部１０３と、周波数変換部１０６と、直交検波部１０７と、レーダプロファイル生成部１０４と、検知処理部１０５とを有する。

なお、受信アンテナ１１０の個数（図４ではｎ個）に応じて、反射波入力部１０１及び遅延部１０２が複数個（図４ではｎ個）備えられる。具体的には、反射波入力部１０１−１及び遅延部１０２−１は受信アンテナ１１０−１に対応して備えられ、反射波入力部１０１−ｎ及び遅延部１０２−ｎは受信アンテナ１１０−ｎに対応して備えられる。

各反射波入力部１０１は、送信アンテナ２１０から放射された送信信号を受けた物体からの反射波を受信信号として、対応する受信アンテナ１１０を介してそれぞれ受信する。反射波入力部１０１は、受信信号を遅延部１０２に出力する。

各遅延部１０２は、互いに異なる遅延量を用いて、対応する反射波入力部１０１から入力される受信信号をそれぞれ遅延させる。例えば、遅延部１０２は、内部において伝送線又は遅延素子を備えることで遅延を発生させてもよい。

図４に示すように、各遅延部１０２は、対応する反射波入力部１０１と後述する信号合成部１０３との間に備えられる。本実施の形態では、各遅延部１０２は、侵入物検知境界と各受信アンテナ１１０の指向方向との各交点と信号合成部１０３との間の経路長が複数の受信アンテナ１１０間で等しくなるように、上記互いに異なる遅延量をそれぞれ設定する。より詳細には、各遅延部１０２は、侵入物検知境界と各受信アンテナ１１０の指向方向との各交点に存在する物体に対して、送信アンテナ２１０から送信信号が放射されてから信号合成部１０３に受信信号（反射波）が到達するまでの経路長が等しくなるように、各反射波入力部１０１から入力される受信信号毎に異なる遅延量を設定する。

信号合成部１０３は、各遅延部１０２から入力される受信信号を合成し、合成後の受信信号を周波数変換部１０６に出力する。

周波数変換部１０６は、信号合成部１０３から出力された高周波帯域の信号を入力し、当該入力された高周波帯域の信号をベースバンドにダウンコンバートし、当該ダウンコンバートされた信号を検波部１０７に出力する。

検波部１０７は、周波数変換部１０６により出力されたベースバンドの信号から送信信号生成部２００で生成された信号を検波し、検波された信号をレーダプロファイル生成部１０４に出力する。

レーダプロファイル生成部１０４には、検波部１０７から出力された信号が入力され、送信信号の放射タイミングに関する情報が送信信号生成部２００（図１）から入力される。レーダプロファイル生成部１０４は、送信信号の放射タイミング及び受信信号を用いて、レーダプロファイルを生成する。ここで、「レーダプロファイル」は、受信アンテナ１１０の距離と、距離毎の反射強度（信号強度）とから構成される。

具体的には、レーダプロファイル生成部１０４は、まず、検波部１０７から出力された信号をデジタル化する。そして、レーダプロファイル生成部１０４は、デジタル化されたベースバンド信号と、送信信号との相互相関を計算することにより、受信信号が送信信号の放射タイミングに対してどれ位遅れて反射波入力部１０１に受信され、かつ、受信信号がどの程度の強さで受信されたかを特定する。この際、レーダプロファイル生成部１０４は、送信信号の放射開始から送信信号を放射終了までの期間に受信された信号はレーダプロファイル生成には使用せず、また、送信信号の送信周期に従ってレーダプロファイルの長さを決定する。このようにして、レーダプロファイル生成部１０４では、受信信号が送信信号の放射タイミングに対してどれ位遅れて反射波入力部１０１に受信されたかを表す「距離」と、各距離における受信信号がどの程度の強さで受信されたかを表す「反射強度」とから構成されるレーダプロファイルが送信信号の送信周期に合わせて周期的に生成される。

検知処理部１０５は、レーダプロファイル生成部１０４から入力されるレーダプロファイルにおいて反射強度が予め設定された閾値（境界検知用閾値）を超えるピークを検出して、検出したピークに基づいて、侵入物検知領域に侵入した物体が存在するか否かを判断する。本実施の形態では、検知処理部１０５は、レーダプロファイルにおける信号強度（反射強度）と閾値とを比較し、閾値を超える信号強度（ピーク）を検出した場合、侵入物検知領域に侵入した物体が存在したと判断する。検知処理部１０５は、侵入物の存在を検知した場合、侵入物の存在を検知したことを示す情報を出力する。侵入物を検知したことを示す情報は、例えば、交通信号制御装置などの制御装置（図示せず）へ出力されて活用されてもよい。

［侵入物検知装置１００の動作］
以上の構成を有する侵入物検知装置１００の動作について説明する。

以下では、一例として、侵入物検知システム１０において、３つの受信アンテナ１１０−１、１１０−２、１１０−３を備える場合（つまり、ｎ＝３の場合）について説明する。ただし、受信アンテナ１１０の個数は３個に限らず、２個以上であればよい。

＜受信アンテナ１１０の設置方法＞
図５は、受信アンテナ１１０−１〜１１０−３の設置方法の一例を示す図である。図５は、侵入物検知システム１０を設置した点１０Ｈ（受信アンテナ１１０の設置点）と、侵入物検知境界１０Ｃとを上空から見た状態を示す。ここでは、侵入物検知システム１０と、受信アンテナ１１０とは一体化されているものとして記述している。なお、侵入物検知システム１０と受信アンテナ１１０は一体化されていなくてもよい。

受信アンテナ１１０−１〜１１０−３は、それぞれ同一の特性を有する。図５では、受信アンテナ１１０−１〜１１０−３の半値角をそれぞれ１０Ｇとする。また、図５において、侵入物検知境界１０Ｃ上の点１０Ｄは、受信アンテナ１１０−１の指向方向と侵入物検知境界１０Ｃとの交点である。同様に、侵入物検知境界１０Ｃ上の点１０Ｅは受信アンテナ１１０−２の指向方向と侵入物検知境界１０Ｃとの交点であり、侵入物検知境界１０Ｃ上の点１０Ｆは受信アンテナ１１０−３の指向方向と侵入物検知境界１０Ｃとの交点である。

図５に示すように、受信アンテナ１１０−１〜１１０−３は、アンテナの指向方向が互いに重複しないように、侵入物検知境界１０Ｃに向けて設置される。さらに、受信アンテナ１１０−１〜１１０−３は、上述した交点（１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ）間の各間隔が侵入検知対象の物体の反射面の幅の半分以下になるように設置される。例えば、図５に示すように、受信領域が隣接する受信アンテナ１１０−１及び受信アンテナ１１０−２の各指向方向と侵入物検知境界１０Ｃとの交点（１０Ｄ、１０Ｅ）間の間隔は、侵入検知対象の物体の反射面（つまり、送信信号を反射し得る面）の幅の半分以下となる。

こうすることで、侵入物検知境界１０Ｃ上に存在する侵入検知対象の物体は、必ず２つ以上の受信アンテナ１１０の受信領域内に跨って存在することになる。これにより、反射波入力部１０１は、侵入物検知領域内（ここでは侵入物検知境界１０Ｃ上）に存在する同一の侵入検知対象の物体で反射した信号（反射波）を、複数の受信アンテナ１１０のうち少なくとも２つの受信アンテナ１１０でそれぞれ受信する。

＜遅延処理＞
図５において、点１０Ｈと点１０Ｄとの距離を距離Ａとし、点１０Ｈと点１０Ｅとの距離を距離Ｂとし、点１０Ｈと点１０Ｆとの距離を距離Ｃとする。この場合、各受信アンテナ１１０に対応する遅延部１０２は、距離Ａ，Ｂ，Ｃの差に基づいて、受信信号に付加する遅延量を設定する。

例えば、受信アンテナ１１０−３を基準とし、受信アンテナ１１０−３に対応する遅延部１０２−３における遅延量を０とする場合について説明する。

この場合、受信アンテナ１１０−２に対応する遅延部１０２−２は、距離Ｂと距離Ｃの差の２倍に相当する遅延量を設定する。同様に、受信アンテナ１１０−１に対応する遅延部１０２−１は、距離Ａと距離Ｃの差の２倍に相当する遅延量を設定する。

すなわち、遅延部１０２−１〜１０２−３は、受信アンテナ１１０−１〜１１０−３と、侵入物検知境界１０Ｃ上の各受信アンテナ１１０に対応する交点（１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ）との間の距離の差に応じた遅延量をそれぞれ設定する。これにより、図５に示す点１０Ｈから放射された送信信号（パルス）が点１０Ｄ、点１０Ｅ、点１０Ｆ上でそれぞれ反射して、各反射波入力部１０１−１〜１０１−３及び各遅延部１０２−１〜１０２−３を介して信号合成部１０３に到達するまでの経路長は、複数の受信アンテナ１１０間で等しくなる。

＜レーダプロファイル生成処理＞
図６は、侵入物２１が侵入検知境界１０Ｃ上に存在する場合を示す。侵入物２１は例えば車両である。

図７は、図６に示す状態においてレーダプロファイル生成部１０４で生成されるレーダプロファイルの一例を示す。図７において、横軸は侵入物検知システム１０の設置点１０Ｈからの距離を表し、縦軸は反射強度（すなわち、受信信号の信号強度）を表す。図７に示すように、侵入物２１からの反射波は、距離３２においてピークを形成する。

ここで、図６において、侵入物２１は、受信アンテナ１１０−２，１１０−３の受信領域内に跨って存在するため、侵入物２１からの反射波は、反射波入力部１０１−２，１０１−３の２つの反射波入力部１０１において受信アンテナ１１０−２，１１０−３を介して受信される。図６では、反射波入力部１０１−２において受信される、侵入物検知境界１０Ｃ上の侵入物２１からの反射波は、反射波入力部１０１−３において受信される侵入物２１からの反射波と比較して、距離Ｂと距離Ｃとの差の２倍に相当する分、早く到着する。また、遅延部１０２−３では遅延量が０に設定され、遅延部１０２−２では、距離Ｂと距離Ｃとの差の２倍に相当する遅延量が設定される。

これにより、信号合成部１０３では、２つの反射波入力部１０１−２、１０１−３で受信された信号が、同一の経路長を介して受信された信号として合成される。ここでは、受信アンテナ１１０−３を基準としているので、信号合成部１０３は、反射波入力部１０１−２、１０１−３でそれぞれ受信された信号を、図６に示す点１０Ｆと点１０Ｈとの間の経路を介して受信された信号として合成する。こうすることで、レーダプロファイル生成部１０４で生成されるレーダプロファイルには、２つの反射波入力部１０１−２，１０１−３で受信された信号が同一距離の信号として合成された状態を表すピークが現れる。すなわち、図７に示すように、レーダプロファイルには、図６に示す点１０Ｆに相当する距離３２を中心とした１つのピークが現れる。

＜ピーク検知処理＞
上述したように、図６に示す侵入物検知境界１０Ｃ上の侵入物２１は少なくとも２つの受信アンテナ１１０の受信領域内に跨って存在する。よって、当該少なくとも２つの受信アンテナ１１０に対応する複数の反射波入力部１０１で受信された受信信号は、レーダプロファイルにおいて同一距離で合成されてピークを形成する。すなわち、侵入物検知境界１０Ｃ上の侵入物２１からの反射波の場合、レーダプロファイルに現れるピークの大きさ（反射強度）は、１つの受信アンテナ１１０において受信される侵入物２１からの反射波が取り得る反射強度よりも大きい。

そこで、検知処理部１０５では、閾値として、１つの受信アンテナ１１０において受信される侵入物からの反射波が取り得る反射強度よりも大きい値が設定される。例えば、反射波入力部１０１からの距離をd、侵入を検知したい物体の反射断面積をσとすると、閾値Th(d)は、式（１）の条件を満たす範囲で設定されればよい。
Th(d) > Kσ/ d^４ …（１）

ここで、Kは信号電力を表し、受信アンテナ１１０の特性等で決まる定数である。式（１）の右辺の値は、１つの反射波入力部１０１が受信する侵入物からの反射強度とみなす。

検知処理部１０５は、レーダプロファイル生成部１０４で生成されたレーダプロファイルにおいて、反射強度が閾値を超えるピークが存在するか否かを判断する。具体的には、検知処理部１０５は、レーダプロファイルにおいて反射強度が閾値を超えるピークを検出した場合、侵入物検知領域内（ここでは、侵入物検知境界１０Ｃ上）に侵入した物体が存在すると判断する。図８は、図７に示すレーダプロファイルに対する閾値４０（破線）を示した図である。図８では、検知処理部１０５は、距離３２において、反射強度が閾値を超えるピークを検出し、侵入物検知境界１０Ｃに侵入物が存在することを検知する。

次に、侵入物２１が侵入物検知境界１０Ｃ上に存在しない場合について説明する。例えば、図９は、侵入物２１の反射面が侵入物検知境界１０Ｃを越えて侵入検知領域内に存在する場合を示す。また、図１０は、図９に示す状態においてレーダプロファイル生成部１０４で生成されるレーダプロファイルの一例を示す。

図１０に示すように、侵入物２１からの反射波を受信した場合に生成されるレーダプロファイルには、距離３１及び距離３３の２箇所においてピークが現れる。これは、侵入検知境界１０Ｃ上で反射する信号の経路長が受信アンテナ１１０間で等しくなるように、各遅延部１０２に設定される遅延量が設定されているためである。すなわち、図９に示すように、侵入検知境界１０Ｃ上を越えて侵入検知領域内に存在する侵入物２１からの反射波については、信号合成部１０３に到達するまでの経路長が各受信アンテナ１１０−１〜１１０−３毎に異なる。このため、図１０に示すレーダプロファイルでは、各反射波入力部１０１−２、１０１−３で受信された反射波にそれぞれ対応するピークが個別に現れる。

すなわち、図１０に示す距離３１，３３で現れるピークの大きさは、１つの反射波入力部１０１が受信する侵入物からの反射強度に相当する。よって、図１０では、検知処理部１０５は、距離３１のピーク及び距離３３のピークの双方とも閾値４０より小さいので、侵入検知境界１０Ｃに侵入物が存在することを検知しない。

このように、侵入物検知境界１０Ｃを基準として遅延部１０２に遅延量が設定されることで、閾値４０を超えるピークは侵入検知境界領域１０Ｃ上の物体からの反射波のみでしか生じない。よって、検知処理部１０５は、侵入物検知境界１０Ｃ上に侵入検知対象物が存在する場合にのみ、当該対象物の侵入を検知することができる。こうすることで、侵入物検知装置１００は、ピークの距離と侵入物検知境界との距離を比較するような処理を要することなく、侵入物検知境界１０Ｃへ侵入物が侵入する時点のみを検知することが可能となる。

以上のように本実施の形態によれば、侵入物検知装置１００では、侵入物検知境界１０Ｃ上に存在する物体の侵入のみを検知することができる。また、侵入物検知装置１００では、侵入検知対象の物体からの反射波を、少なくとも２つの受信アンテナ１１０において受信することで、受信アンテナ１１０の切替え無しで侵入物検知境界１０Ｃへの物体の侵入を検知することができる。この結果、アンテナの切替えを必要とせずに侵入物を検知することができる。また、本実施の形態では、アンテナを切り替えるための処理部が不要であるので、侵入物検知装置１００のコスト増加を回避することができる。

なお、検知処理部１０５は、レーダプロファイルにおいて反射強度が閾値４０を越えるピークを検出した場合、かつ、検出したピークに対応するレーダプロファイルにおける距離（図８では距離３２）が侵入物検知境界１０Ｃの近傍に相当する場合に、侵入物検知境界１０Ｃに侵入した物体が存在すると判断してもよい。すなわち、検知処理部１０５は、閾値４０を越えるピークに対応する距離（図８では距離３２）と、実際の侵入物検知境界１０Ｃまでの距離（図６では点１０Ｈと点１０Ｆとの距離）とを比較して、侵入物検知境界１０Ｃ付近の物体であることを確認後、侵入物を検知したことを示す情報を出力してもよい。

また、本実施の形態では、侵入物として車両を想定する場合を一例として説明した。しかし、人物を侵入検知対象物体として仮定し、人物の幅に基づいて受信アンテナ１１０におけるアンテナの指向方向を設定してもよい。こうすることで、車両と比較して幅の小さい人物などの物体でも、複数の反射波入力部１０１において、同一物体からの反射波を受信することができ、本実施の形態と同様にして侵入物検知境界への人物の侵入を検知することが可能となる。これにより、例えば、図３に示す駅のホームの白線を境界（侵入物検知境界）とすることで、白線より線路側に人物が侵入した場合に、侵入物検知装置１００は、侵入物の検知を知らせることが可能となる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、侵入物検知システムが備える複数の受信アンテナの受信領域がそれぞれ重複しないように設定されたのに対して、本実施の形態では、侵入物検知システムが備える複数の受信アンテナの受信領域が互いに重複するように設定される場合について説明する。

図１１は、本発明の実施の形態２に係る侵入物検知装置３００を示す。なお、図１１に示す侵入物検知装置３００において実施の形態１（図４）と同一の構成部には同一の符号を付し、その説明を省略する。具体的には、図１１に示す侵入物検知装置３００では、図４に示す侵入物検知装置１００と比較して、検知処理部３０１の動作が異なり、かつ、物体測位部３０２が新たに備えられる。本実施の形態に係る侵入物検知システム１０は、図１に示す侵入物検知装置１００の代わりに、侵入物検知装置３００を備える。

本実施の形態に係る侵入物検知システム１０において、複数の受信アンテナ１１０の各々は、他の受信アンテナ１１０の受信領域と重複するように、アンテナの半値角が設定される。つまり、複数の受信アンテナ１１０は、侵入検知対象の物体からの反射波を少なくとも２つの受信アンテナ１１０で受信されるように設置される。

図１２は、本実施の形態おける受信アンテナ１１０の設置条件の説明に供する図である。以下の説明では、一例として、侵入物検知システム１０において、３つの受信アンテナ１１０−１、１１０−２、１１０−３を備える場合（つまり、ｎ＝３の場合）について説明する。

図１２に示す受信アンテナ１１０−１，１１０−２，１１０−３の各々のアンテナの半値角は、角度９３、角度９４、角度９５である。ここで、図１２に示すように、各受信アンテナ１１０の受信領域は、他の受信アンテナ１１０の受信領域と重複する。例えば、図１２では、各受信アンテナ１１０の受信領域の約半分の領域が、隣接する受信アンテナ１１０の受信領域と重複するように設置されている。

また、図１２に示すように、他の受信アンテナ１１０の受信領域の何れとも重複しない領域は、侵入物検知対象領域外となるように、侵入物検知境界１０Ｃに向けて受信アンテナ１１０が設置されている。図１２では、受信アンテナ１１０−１の受信領域のうち受信アンテナ１１０−２の受信領域と重複しない領域、及び、受信アンテナ１１０−３の受信領域のうち受信アンテナ１１０−２の受信領域と重複しない領域は、侵入物検知対象領域外となる。つまり、侵入物検知領域は、複数の受信アンテナ１１０のうち少なくとも２つの受信アンテナ１１０の受信領域が互いに重複する領域内に設定される。

こうすることで、侵入物検知領域内のいずれの場所についても、少なくとも２つの受信アンテナ１１０の受信領域に相当することになる。よって、侵入物検知装置３００（反射波入力部１０１）は、実施の形態１と同様、侵入物検知領域内では、複数の受信アンテナ１１０のうち少なくとも２つの受信アンテナ１１０を介して、同一の侵入検知対象の物体からの反射波をそれぞれ受信する。

図１１に示す侵入物検知装置３００において、検知処理部３０１は、実施の形態１（検知処理部１０５）と同様、レーダプロファイル生成部１０４で生成されたレーダプロファイルにおいて、予め設定された閾値を超えるピークを検出する。ただし、検知処理部３０１において設定される閾値としては、１つの受信アンテナ１１０において受信される反射波が取り得る反射強度よりも小さい値が設定される。

侵入物検知装置３００では、同一物体からの反射波が複数の受信アンテナ１１０で受信され、各受信信号に対して異なる遅延量の遅延処理が施される。この場合、信号合成部１０３では、各受信アンテナ１１０で受信された反射波では、各受信信号に施された遅延処理の遅延量の差の分だけ経路長が異なることになる。すなわち、レーダプロファイル生成部１０４において生成されるレーダプロファイルでは、同一物体からの反射波に対応するピークは、各受信アンテナ１１０で受信された反射波毎に施された遅延処理における遅延量の差に相当する距離だけ離れて現れる。すなわち、各遅延部１０２に設定された遅延量の差に相当する距離だけ離れた２つのピークは、同一物体からの反射波によるピークを示している。

そこで、検知処理部３０１は、レーダプロファイルにおいて反射強度が閾値を超えるピークを少なくとも２つ検出した場合、次のように動作する。すなわち、検知処理部３０１は、検出した少なくとも２つのピーク間の距離差と、複数の受信アンテナ１１０のうちの少なくとも２つの特定の受信アンテナ１１０で受信された反射波に対する遅延量の差に相当する距離と、が一致する場合に、侵入物検知領域内に侵入した物体が存在すると判断する。例えば、図１２において、少なくとも２つの特定の受信アンテナ１１０で受信された反射波に対する遅延量の差に相当する距離は、以下の例が挙げられる。例えば、遅延部１０２−１で設定された遅延量と遅延部１０２−２で設定された遅延量との差に相当する距離、及び、遅延部１０２−２で設定された遅延量と遅延部１０２−３で設定された遅延量との差に相当する距離が挙げられる。

検知処理部３０１は、侵入物の存在を検知した場合、侵入物の存在を検知したことを示す情報を出力する。また、検知処理部３０１は、検知したピークに対応する距離を示すピーク位置情報を、検知したピーク毎に物体測位部３０２に出力する。

物体測位部３０２は、検知処理部３０１から入力されるピーク位置情報、及び、各遅延部１０２に設定された遅延量の差に基づいて、侵入物検知領域内に存在する物体の位置（方向及び距離）を推定し、当該物体の位置を表す物体測位情報を生成する。

こうして得られた、侵入物を検知したことを示す情報及び物体測位情報は、例えば、交通信号制御装置などの制御装置（図示せず）へ出力されて活用されてもよい。

図１３は、物体測位部３０２における物体測位情報の生成処理の流れの一例を示すフロー図である。

図１３において、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表す）１０１では、物体測位部３０２は、検知処理部３０１から取得したピーク位置情報の中から未処理のピーク位置情報を１つ取り出す。物体測位部３０２は、取り出したピーク位置情報を、後述するＳ１０２及びＳ１０３における処理対象のピーク位置情報とする。

Ｓ１０２では、物体測位部３０２は、処理対象のピーク位置情報に示される距離（侵入物検知システム１０からの距離）から、遅延部１０２に設定された遅延量の差に相当する距離だけ離れた距離を示す他のピーク位置情報が存在するか否かを判定する。

上記他のピーク位置情報が存在しない場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、Ｓ１０４の処理に進む。一方、上記他のピーク位置情報が存在する場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、Ｓ１０３において、物体測位部３０２は、当該他のピーク位置情報を、処理対象のピーク位置情報に対応する物体と同一物体からの反射波に対応するピーク位置情報であるとみなす。

そこで、物体測位部３０２は、各遅延部１０２に設定された遅延量の差に相当する距離だけ離れた２つのピーク位置情報が存在する場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、当該２つのピーク位置情報に示されるピーク間の距離の差に応じて遅延量の差を特定する。これにより、物体測位部３０２は、当該ピーク位置情報に対応する物体が何れの受信アンテナ１１０の受信領域内に存在するか（物体の方向）を推定する。また、物体測位部３０２は、ピーク位置情報に示されるピークの距離から、特定した遅延量に相当する距離を差し引くことにより、侵入物検知装置３００から物体までの実際の距離を推定する。そして、物体測位部３０２は、推定した物体の方向及び物体までの距離を含む物体測位情報を、物体測位結果として出力する。

Ｓ１０４では、物体測位部３０２は、未処理のピーク位置情報が存在するか否かを判定する。未処理のピーク位置情報が存在する場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、Ｓ１０１の処理に再び戻り、未処理のピーク位置情報が存在しない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、処理を終了する。

次に、侵入物検知領域内に侵入した物体が、図１２に示す物体９０、物体９１、物体９２のそれぞれの位置に存在する場合を一例として説明する。なお、図１４〜図１６に示す閾値４１は、１つの受信アンテナ１１０において受信される反射波が取り得る反射強度よりも小さい値が設定される。

図１４は、図１２において物体９０のみが存在する場合のレーダプロファイルの一例を示す。

上述したように、各遅延部１０２に異なる遅延量が設定されているため、１つの物体９０のみが侵入物検知領域内に存在する場合でも、図１４に示すレーダプロファイルにおいてピークは複数現れる。具体的には、図１２に示すように、物体９０は、受信アンテナ１１０−１の受領領域と受信アンテナ１１０−２の受信領域とが重複する領域に位置する。このため、物体９０からの反射波は、受信アンテナ１１０−１，１１０−２を介して反射波入力部１０１−１，１０１−２に入力される。また、図１４に示す一方のピークの距離３４と他方のピークの距離３５との差は、遅延部１０２−１に設定された遅延量と遅延部１０２−２に設定された遅延量との差に相当する距離と等しくなる。

よって、検知処理部３０１は、図１４に示す２つのピーク間の距離差と、遅延部１０２−１，１０２−２にそれぞれ設定された遅延量の差に相当する距離と、が一致するので、侵入物検知領域内に侵入した物体が存在すると判断する。

また、物体測位部３０２は、図１４に示す２つのピークの距離差が遅延部１０２−１，１０２−２にそれぞれ設定された遅延量の差に相当する距離と等しくなることより、受信アンテナ１１０−１の受信領域と受信アンテナ１１０−２の受信領域とが重複する領域の方向に侵入物（物体９０）が存在することを推定する。さらに、物体測位部３０２は、図１４に示す距離３４又は距離３５と、遅延部１０２−１又は遅延部１０２−２に設定された遅延量とを用いて、侵入物（物体９０）までの距離を推定する。例えば、物体測位部３０２は、距離３４（距離３５）から、遅延部１０２−１又は遅延部１０２−２に設定された遅延量のうち小さい遅延量（大きい遅延量）に相当する距離を差し引いて得られる距離を、侵入物までの距離として推定する。

図１５は、図１２において物体９１のみが存在する場合のレーダプロファイルの一例を示す。

図１２に示すように、物体９１は、受信アンテナ１１０−１〜１１０−３のそれぞれの受信領域が重複する領域に位置する。このため、物体９１からの反射波は、受信アンテナ１１０−１〜１１０−３を介して反射波入力部１０１−１〜１０１−３で受信される。また、図１５に示すレーダプロファイルにおける各ピーク間の距離差は、各遅延部１０２に設定された遅延量の差に相当する距離と等しくなる。

例えば、遅延部１０２−１に設定される遅延量が最も大きく、遅延部１０２−３に設定される遅延量が最も小さいとする。この場合、図１５に示すレーダプロファイルでは、同一物体からの反射波に対応する３つのピークのうち、受信アンテナ１１０−１を介して受信される反射波に対応するピークの距離が最も長く（距離３８）、受信アンテナ１１０−３を介して受信される反射波に対応するピークの距離が最も短くなる（距離３６）。また、図１５に示すプロファイルにおいて、距離３６と距離３７との差は、遅延部１０２−２，１０２−３の遅延量の差に相当する距離と等しく、距離３７と距離３８との差は、遅延部１０２−１，１０２−２の遅延量の差に相当する距離と等しい。

よって、検知処理部３０１は、図１５に示す３つのピーク間の距離差と、遅延部１０２−１〜１０２−３にそれぞれ設定された遅延量の差に相当する距離と、が一致するので、侵入物検知領域内に侵入した物体が存在すると判断する。

また、物体測位部３０２は、図１５に示す３つのピークの距離差が各遅延部１０２に設定された遅延量の差に相当する距離と等しくなることより、受信アンテナ１１０−１〜１１０−３の受信領域が重複する領域の方向に侵入物（物体９１）が存在することを推定する。さらに、物体測位部３０２は、距離３６、３７又は３８と、各遅延部１０２に設定された遅延量とを用いて、侵入物（物体９１）までの距離を推定する。

図１６は、図１２において物体９２のみが存在する場合のレーダプロファイルの一例を示す。

図１２に示すように、物体９２は、受信アンテナ１１０−３の受信領域のうち、受信アンテナ１１０−２の受信領域と重複しない領域に位置する。このため、物体９２からの反射波は、受信アンテナ１１０−３を介して反射波入力部１０１−３のみで受信される。よって、図１６に示すレーダプロファイルには１つのピークのみが現れる。よって、検知処理部３０１は、侵入物検知領域内に侵入した物体が存在しないと判断する。また、物体測位部３０２は、図１６に示す１つのピークに対応する物体９２が侵入物検知領域外に位置するので、物体測位情報を生成しないと判断する。

こうすることで、侵入物検知装置３００では、侵入物検知領域に侵入した物体を検知するとともに、当該物体の方向及び距離を推定することにより、物体の位置を特定することができる。

また、侵入物検知装置３００では、実施の形態１と同様、侵入検知対象の物体からの反射波を、少なくとも２つの受信アンテナ１１０において受信することで、受信アンテナ１１０の切替え無しで侵入物検知領域内への物体の侵入を検知することができる。この結果、アンテナの切替えを必要とせずに侵入物を検知することができる。また、本実施の形態では、実施の形態１と同様、アンテナを切り替えるための処理部が不要であるので、侵入物検知装置１００のコスト増加を回避することができる。

また、本実施の形態において、同時に複数の物体が侵入物検知領域に存在し、レーダプロファイルにおいて複数のピークが存在する場合でも、侵入物検知装置３００は、ピーク間の距離差と、各遅延部１０２に設定された遅延量の差とを比較して、一致するピークの組み合わせを特定すればよい。すなわち、侵入物検知装置３００は、特定した組み合わせのピーク同士が同一物体からの反射波を表すピークであることを特定する。こうすることで、侵入物検知装置３００は、侵入物検知領域内の複数の物体をそれぞれ判別して各物体の方向及び距離を推定することが可能となる。

また、本実施の形態では、侵入物検知装置３００が、各ピークの距離と遅延量とが一致するか否かに基づいて、同一物体からの反射波を表すピークであるか否かを判断する場合について説明した。しかし、侵入物検知装置３００は、レーダプロファイルに現れる複数のピークが同一物体からの反射波を表すピークであるか否かを判断するために、各ピークの反射強度の類似度、又は、各ピークの位相の類似度を比較して、同一物体からの反射波を表すピークであるか否かを判断してもよい。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。

なお、上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

以上、本開示の侵入物検知装置は、検知対象領域への物体の侵入を検知する侵入物検知装置であって、前記検知対象領域内に存在する同一の物体で反射した信号を、複数のアンテナのうち、少なくとも２つのアンテナでそれぞれ受信する入力手段と、互いに異なる遅延量を用いて、前記複数のアンテナの各々で受信された信号をそれぞれ遅延させる遅延手段と、遅延させた各々の信号を合成する合成手段と、合成して得られた信号をベースバンドに周波数変換する周波数変換手段と、周波数変換された信号を検波する検波手段と、検波された信号を用いて、前記アンテナからの距離と、前記アンテナからの距離毎の信号強度とから構成されるプロファイルを生成する生成手段と、前記プロファイルにおいて前記信号強度が予め設定された閾値を超えるピークを検出して、検出されたピークに基づいて前記検知対象領域に侵入した物体が存在するか否かを判断する検知処理手段と、を具備する。

また、本開示の侵入物検知装置において、前記少なくとも２つのアンテナの受信領域は互いに重複せず、かつ、前記少なくとも２つのアンテナの各指向方向と前記検知対象領域の境界線とのそれぞれの交点間の間隔が、検知対象の物体の反射面の幅の半分以下であって、前記互いに異なる遅延量は、前記少なくとも２つのアンテナの各々に対応する前記境界線上の交点と前記合成手段との間の経路長が等しくなるように設定され、前記閾値は、前記少なくとも２つのアンテナのうちいずれか１つのアンテナにおいて受信される信号が取り得る信号強度よりも大きい値が設定され、前記検知処理手段は、前記プロファイルにおいて前記信号強度が前記閾値を超えるピークを検出した場合、前記検知対象領域に侵入した物体が存在すると判断する。

また、本開示の侵入物検知装置において、前記検知処理手段は、前記プロファイルにおいて前記信号強度が前記閾値を超えるピークを検出した場合、かつ、検出したピークに対応する前記プロファイルにおける距離が前記境界線の近傍に相当する場合に、前記検知対象領域に侵入した物体が存在すると判断する。

また、本開示の侵入物検知装置において、前記少なくとも２つのアンテナの受信領域の少なくとも一部は互いに重複し、前記検知対象領域は、前記少なくとも２つのアンテナの受信領域が互いに重複する領域内に設定され、前記閾値は、前記少なくとも２つのアンテナのうちいずれか１つのアンテナにおいて受信される信号が取り得る信号強度よりも小さい値が設定され、前記検知処理手段は、前記プロファイルにおいて前記信号強度が前記閾値を超えるピークを少なくとも２つ検出した場合、検出した少なくとも２つのピーク間の距離差と、前記少なくとも２つのアンテナで受信された信号に対する遅延量の差に相当する距離と、が一致する場合、前記検知対象領域に侵入した物体が存在すると判断する。

また、本開示の侵入物検知装置において、前記検知処理手段において前記検知対象領域に侵入した物体が存在すると判断された場合、前記少なくとも２つのアンテナの受信領域が重複する領域の方向を、物体が存在する方向として推定し、前記少なくとも２つのピークに対応する前記プロファイルにおける距離から、前記少なくとも２つのアンテナで受信される信号に対する遅延量に相当する距離を差し引いて得られる距離を、前記アンテナから物体までの距離として推定する測位手段、を更に具備する。

また、本開示の侵入物検知方法は、検知対象領域への物体の侵入を検知する侵入物検知方法であって、前記検知対象領域内に存在する同一の物体で反射した信号を、複数のアンテナのうち、少なくとも２つのアンテナでそれぞれ受信し、互いに異なる遅延量を用いて、前記複数のアンテナの各々で受信された信号をそれぞれ遅延させ、遅延させた各々の信号を合成し、合成して得られた信号をベースバンドに周波数変換し、周波数変換された信号を検波し、検波された信号を用いて、前記アンテナからの距離と、前記アンテナからの距離毎の信号強度とから構成されるプロファイルを生成し、前記プロファイルにおいて前記信号強度が予め設定された閾値を超えるピークを検出して、検出されたピークに基づいて前記検知対象領域に侵入した物体が存在するか否かを判断する。

２０１２年２月２９日出願の特願２０１２−０４３０４３の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明の侵入物検知装置及び侵入物検知方法は、アンテナを切り替えることなく侵入物を検知することができるものとして有用である。

１０ 侵入物検知システム
１００，３００ 侵入物検知装置
１１０ 受信アンテナ
２００ 送信信号生成部
２１０ 送信アンテナ
１０１ 反射波入力部
１０２ 遅延部
１０３ 信号合成部
１０４ レーダプロファイル生成部
１０５，３０１ 検知処理部
１０６ 周波数変換部
１０７ 検波部
３０２ 物体測位部

Claims (6)

1. 検知対象領域への物体の侵入を検知する侵入物検知装置であって、
   前記検知対象領域内に存在する同一の物体で反射した信号を、複数のアンテナのうち、少なくとも２つのアンテナでそれぞれ受信する入力手段と、
   互いに異なる遅延量を用いて、前記複数のアンテナの各々で受信された信号をそれぞれ遅延させる遅延手段と、
   遅延させた各々の信号を合成する合成手段と、
   合成して得られた信号をベースバンドに周波数変換する周波数変換手段と、
   周波数変換された信号を検波する検波手段と、
   検波された信号を用いて、前記アンテナからの距離と、前記アンテナからの距離毎の信号強度とから構成されるプロファイルを生成する生成手段と、
   前記プロファイルにおいて前記信号強度が予め設定された閾値を超えるピークを検出して、検出されたピークに基づいて前記検知対象領域に侵入した物体が存在するか否かを判断する検知処理手段と、
   を具備する侵入物検知装置。
2. 前記少なくとも２つのアンテナの受信領域は互いに重複せず、かつ、前記少なくとも２つのアンテナの各指向方向と前記検知対象領域の境界線とのそれぞれの交点間の間隔が、検知対象の物体の反射面の幅の半分以下であって、
   前記互いに異なる遅延量は、前記少なくとも２つのアンテナの各々に対応する前記境界線上の交点と前記合成手段との間の経路長が等しくなるように設定され、
   前記閾値は、前記少なくとも２つのアンテナのうちいずれか１つのアンテナにおいて受信される信号が取り得る信号強度よりも大きい値が設定され、
   前記検知処理手段は、前記プロファイルにおいて前記信号強度が前記閾値を超えるピークを検出した場合、前記検知対象領域に侵入した物体が存在すると判断する、
   請求項１記載の侵入物検知装置。
3. 前記検知処理手段は、前記プロファイルにおいて前記信号強度が前記閾値を超えるピークを検出した場合、かつ、検出したピークに対応する前記プロファイルにおける距離が前記境界線の近傍に相当する場合に、前記検知対象領域に侵入した物体が存在すると判断する、
   請求項２記載の侵入物検知装置。
4. 前記少なくとも２つのアンテナの受信領域の少なくとも一部は互いに重複し、
   前記検知対象領域は、前記少なくとも２つのアンテナの受信領域が互いに重複する領域内に設定され、
   前記閾値は、前記少なくとも２つのアンテナのうちいずれか１つのアンテナにおいて受信される信号が取り得る信号強度よりも小さい値が設定され、
   前記検知処理手段は、前記プロファイルにおいて前記信号強度が前記閾値を超えるピークを少なくとも２つ検出した場合、検出した少なくとも２つのピーク間の距離差と、前記少なくとも２つのアンテナで受信された信号に対する遅延量の差に相当する距離と、が一致する場合、前記検知対象領域に侵入した物体が存在すると判断する、
   請求項１記載の侵入物検知装置。
5. 前記検知処理手段において前記検知対象領域に侵入した物体が存在すると判断された場合、前記少なくとも２つのアンテナの受信領域が重複する領域の方向を、物体が存在する方向として推定し、前記少なくとも２つのピークに対応する前記プロファイルにおける距離から、前記少なくとも２つのアンテナで受信される信号に対する遅延量に相当する距離を差し引いて得られる距離を、前記アンテナから物体までの距離として推定する測位手段、を更に具備する、
   請求項４記載の侵入物検知装置。
6. 検知対象領域への物体の侵入を検知する侵入物検知方法であって、
   前記検知対象領域内に存在する同一の物体で反射した信号を、複数のアンテナのうち、少なくとも２つのアンテナでそれぞれ受信し、
   互いに異なる遅延量を用いて、前記複数のアンテナの各々で受信された信号をそれぞれ遅延させ、
   遅延させた各々の信号を合成し、
   合成して得られた信号をベースバンドに周波数変換し、
   周波数変換された信号を検波し、
   検波された信号を用いて、前記アンテナからの距離と、前記アンテナからの距離毎の信号強度とから構成されるプロファイルを生成し、
   前記プロファイルにおいて前記信号強度が予め設定された閾値を超えるピークを検出して、検出されたピークに基づいて前記検知対象領域に侵入した物体が存在するか否かを判断する、
   侵入物検知方法。

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