WO2019009344A1 - 物体検知装置、物体検知方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

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慎吾 山之内
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    • G01S7/411—Identification of targets based on measurements of radar reflectivity

Definitions

  • the present invention relates to an object detection apparatus and an object detection method for detecting an object from an object reflected from an object or from radio waves emitted from the object, and further, a computer readable program recording a program for realizing the same. Recording media.
  • Radio waves microwaves, millimeter waves, terahertz waves, etc.
  • An imaging apparatus object detection apparatus for imaging and inspecting an article hidden under clothes or an article in a bag or the like by utilizing the radio wave transmission capability has been put to practical use.
  • FIG. 27 is a view showing an object detection apparatus adopting a conventional array antenna system.
  • FIG. 28 shows a configuration of the receiver shown in FIG.
  • the object detection apparatus includes a transmitter 211 and a receiver 201. Also, the transmitter 211 is provided with a transmitting antenna 212.
  • the receiver 201 includes receiving antennas 201 1 , 202 2 ,..., 202 N (N is the number of receiving antennas).
  • the transmitter 211 radiates an RF signal (radio wave) 213 from the transmitting antenna 212 toward the detection objects 204 1 , 204 2 ,..., 204 K (K is the number of objects).
  • RF signal (radio wave) 213, the detection object 204 1, 204 2, ..., are reflected in the 204 K, the reflected wave 203 1, 203 2, ..., 203 K is generated, respectively.
  • Reflected wave 203 1 generated, 203 2, ..., 203 K, the receiving antenna 201 1, 202 2, ..., is received at 202 N.
  • the receiver 201 calculates reflected wave 203 1 receiving, 203 2, ..., based on 203 K, the detection object 204 1, 204 2, ..., a radio field intensity of the radio wave is reflected by 204 K Do.
  • the receiver 201 images the distribution of the calculated radio field strength. As a result, an image of each of the detection objects 204 1 , 204 2 ,..., 204 K is obtained.
  • the receiver 201 when the array antenna system is adopted, the receiver 201 is provided with N receiving antennas 202 1 , 202 2 ,..., 202 N.
  • the receiving antennas 202 1, 202 2, ⁇ , 202 N respectively a distance d 1 from the reference point 209, d 2, ⁇ ⁇ ⁇ , assumed to be installed in a position of d N.
  • the position of the reference point 209 is arbitrarily set because the reference point 209 is a convenience that represents the position of the receiving antennas 202 1 , 202 2 ,..., 202 N.
  • the complex amplitudes of the arrival waves 203 1 , 203 2 ,..., 203 K are [s ( ⁇ 1 ), s ( ⁇ 2 ),..., S ( ⁇ K )].
  • the receiver 201 is provided with the down-converter (not shown in FIG. 28), by the down converter, the receiving antennas 202 1, 202 2, ..., the complex amplitude of the received RF signal at 202 N (Baseband signal) [r (d 1 ), r (d 2 ),..., R (d N )] are extracted.
  • Receiving antenna 202 1, 202 2, ..., in 202 N the complex amplitude of the received signal [r (d 1), r (d 2), ⁇ , r (d N)] and, in the incoming wave complex
  • the relationship with the amplitude [s ( ⁇ 1 ), s ( ⁇ 2 ),..., S ( ⁇ K )] is given by the following equation (1).
  • n (t) is a vector having noise components as elements.
  • the subscript T represents transpose of a vector or matrix.
  • ⁇ is the wavelength of the incoming waves (RF signals) 203 1 , 203 2 ,..., 203 K.
  • the complex amplitude r of the received signal is an amount obtained by measurement.
  • the direction matrix A is an amount that can be defined (designated) on signal processing.
  • the complex amplitude s of the incoming wave is an unknown quantity, and it is the object of the incoming wave direction estimation to determine the direction of the incoming wave s from the received signal r obtained by the measurement.
  • a correlation matrix R is calculated from the received signal r obtained by measurement according to the following equation (2).
  • E [] represents that the elements in the parentheses are subjected to time averaging, and the subscript H represents complex conjugate transposition.
  • E N [e K + 1 ,..., E N ] in the MUSIC method is N- (K + 1) vectors of which the eigenvalue is the power of the noise n (t) It is a matrix composed of
  • the evaluation function shown in equation (3) to (5) the angle theta 1 of the incoming waves, theta 2, ⁇ ⁇ ⁇ , with a peak at theta K. Therefore, the angle of the incoming wave can be determined by calculating the evaluation function and looking at its peak.
  • the position and shape of the object can be displayed as an image from the angular distribution of the incoming wave obtained by the evaluation function of equations (3) to (5).
  • Patent Documents 1 to 3 Examples of conventional object detection systems using an antenna array are also disclosed in Patent Documents 1 to 3.
  • the object detection apparatus disclosed in Patent Documents 1 and 2 is a receiver formed by N receiving antennas by phase shifters connected to each of N receiving antennas incorporated in the receiver. Control the directivity of the array antenna.
  • the object detection devices disclosed in Patent Documents 1 and 2 change the directivity of N reception array antennas formed in a beam shape, and for each of K detection objects, Direct the directional beam. Thereby, the radio wave intensity reflected by each detection target is calculated.
  • the object detection apparatus disclosed by patent document 3 is controlling the directivity of N receiving array antennas by using the frequency dependence of N receiving array antennas. Also, in the object detection apparatus disclosed in Patent Document 3, as in the examples of Patent Documents 1 and 2, the directional beams of N reception array antennas are directed to K detection objects respectively. The radio wave intensity reflected by each detection object is calculated.
  • FIG. 29 is a diagram showing a schematic configuration of a receiving array antenna in the case of adopting a conventional array antenna system.
  • Patent documents 4 and 5 disclose an example of a radar, not an imaging device.
  • the radars disclosed in Patent Document 4 and Patent Document 5 measure the distance from the radar to the object (the position in the front-rear direction with reference to the radar) using an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) signal.
  • this radar combines high resolution arrival direction estimation by the MUSIC method with the method of electronically scanning the beam direction of radio waves with an array antenna or the method of mechanically scanning the beam direction of radio waves by mechanically moving an apparatus. Measure the orientation in which the object is present. In this case, the azimuth of the object is represented by an angle from a reference line passing through the radar.
  • the number of required receiving antennas and the number of receivers attached thereto become very large, and as a result, the cost of the object detection apparatus , Size and weight increase.
  • the receiving antenna 201 1, 202 2, ..., 202 intervals of each antenna of N reflected wave 203 1 received at the receiver 201, 203 2, ..., 203 K Is required to be half or less of the wavelength ⁇ .
  • the wavelength ⁇ is about several mm, so the distance between the antennas is several mm or less. If this condition is not satisfied, there arises a problem that a virtual image is generated at a position where the detection objects 204 1 , 204 2 ,..., 204 K do not exist in the generated image.
  • the resolution of the image is determined by the directional beam width ⁇ of the receiving array antenna (201 1 , 202 2 ,..., 202 N ).
  • the width ⁇ of the directional beam of the receiving array antenna (201 1 , 202 2 ,..., 202 N ) is given by ⁇ to ⁇ / D.
  • D is the aperture size of the receiving array antenna (201 1 , 202 2 ,..., 202 N ), which corresponds to the distance between the receiving antennas 202 1 and 202 N present at both ends. That is, to obtain practical resolution in the imaging of articles hidden under clothes, articles in bags, etc., the aperture of the receiving array antenna (201 1 , 202 2 ... 202 N )
  • the size D needs to be set to about several tens cm to several m.
  • the distance between the antennas of N receiving antennas is half or less of the wavelength ⁇ (several mm or less), and the distance between the receiving antennas at both ends must be at least several tens of cm From the point of view, the number N of antennas required per row is about several hundred.
  • N receiving antennas 202 are respectively installed in the vertical direction and the horizontal direction.
  • the total number of required receiving antennas is N 2 . Therefore, in order to adopt the array antenna system, the number of required receiving antennas and the number of receivers attached to them as a whole are several tens of thousands.
  • the cost is very high in the array antenna system.
  • the antenna is installed in a square area of several tens cm to several m on a side, the size and weight of the apparatus become very large.
  • radars can generally be miniaturized as compared with the imaging devices disclosed in Patent Documents 1 to 3 including the radars disclosed in Patent Documents 4 and 5.
  • the resolution is degraded compared to the imaging device by the size reduction.
  • the radar can not identify the shape of the object because of its low resolution, but can only determine the position of the object.
  • the aperture size D is miniaturized to about several centimeters particularly in the case of in-vehicle application. For this reason, there is also a problem that the widths ⁇ to ⁇ / D of the directional beam become large, and the resolution of measurement in the angular direction (estimation of arrival) is deteriorated.
  • This problem is caused by electronic scanning of the beam direction of a radio wave with an apparatus such as an array antenna, which is composed of a plurality of transceivers and antennas, or with an apparatus composed of a single transceiver and antenna like a parabola antenna. In the case of mechanically scanning the beam direction of the radio wave, it is generated commonly in either case.
  • the problem of the trade-off between the antenna aperture size D and the resolution of the angular direction measurement (direction of arrival estimation) described in connection with the above-mentioned patent documents 1 to 5 is the position and shape of the object. It is caused by adopting the method of expressing it by the variable of angle or direction.
  • the cost, size, and weight of the apparatus become very large in order to obtain the desired resolution of the millimeter wave image.
  • the resolution of the millimeter wave image is degraded.
  • the applications and opportunities in which the object detection device can actually be used are limited. Also, depending on the method employed, the speed at which the object is inspected may also be limited. From these points, it is required to reduce the number of antennas and receivers required as compared with the prior art, and further to realize high speed scanning image generation without the need to move the receivers.
  • An example of the object of the present invention is an object detection device and an object detection which can solve the above problems and improve the device cost, the size and the weight while improving the accuracy in the detection of an object using radio waves
  • a method and a program are provided.
  • an object detection device for detecting an object by radio waves, A transmitter configured to irradiate a radio wave as a transmission signal to the object; A receiving unit that receives the radio wave reflected by the object as a reception signal; A spectrum calculation unit that calculates a spectrum having a region of a position parameter of the object and a region of a shape parameter as a domain of definition based on the transmission signal and the reception signal; A parameter value calculation unit that calculates the value of the position parameter of the object and the value of the shape parameter based on the spectrum calculated by the spectrum calculation unit; It is characterized by having.
  • an object detection method uses an apparatus including a transmission unit that irradiates a radio wave as a transmission signal toward the object, and a reception unit that receives a radio wave reflected by the object as a reception signal.
  • a method for detecting the object (A) calculating a spectrum having a region of a position parameter of the object and a region of a shape parameter as a domain of definition based on the transmission signal and the reception signal; (B) calculating the value of the position parameter of the object and the value of the shape parameter based on the spectrum calculated in the step (a); It is characterized by having.
  • a computer readable recording medium receives a transmitter reflected on a radio wave as a transmission signal toward an object, and a radio wave reflected by the object as a reception signal
  • an object detection device comprising a receiving unit and a processor
  • the processor In the processor, (A) calculating a spectrum having a region of a position parameter of the object and a region of a shape parameter as a domain of definition based on the transmission signal and the reception signal; (B) calculating the value of the position parameter of the object and the value of the shape parameter based on the spectrum calculated in the step (a); Recording a program including an instruction to execute the program.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an object detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram specifically showing the configuration of the transmission unit and the reception unit of the object detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram specifically showing the configuration of another example of the transmission unit and the reception unit of the object detection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a transmission signal irradiated by the object detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of the transmission signal irradiated by the object detection device in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an object detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram specifically showing the configuration of the transmission unit and the reception unit of the object detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 6 is a flow chart showing the operation of the object detection device in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining the arrangement of an object and a transmitting / receiving apparatus when K objects are arranged.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the distribution of reflectance of K objects.
  • FIG. 9 is a diagram showing the correspondence of parameters in the conventional antenna array system and the system of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a state in which a correlation is generated between the reflected waves from the object.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a sub-array constructed by a plurality of virtual receive antennas.
  • FIG. 12 is a diagram showing a graph of an evaluation function with the position R and width ⁇ of the object as arguments.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of an object detection device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 14 is a flow chart showing the operation of the object detection device in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a method of scanning for an argument of an evaluation function.
  • FIG. 16 is a graph of an evaluation function with the width ⁇ of the object as an argument.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of an object detection device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 18 schematically shows an appearance of an object detection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a flow chart showing the operation of the object detection device in the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a flow chart showing the operation of the object detection device in the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram showing the positional relationship between the object and the transmission / reception device when the object has a T-like shape.
  • FIG. 21 is a projection view obtained by projecting the object shown in FIG. 20 onto the xy plane along the direction of the z-axis.
  • FIG. 22 is a view showing an example of the calculation result of the reflectance of the object calculated in step A26 shown in FIG.
  • FIG. 23 is a view showing an example of an image of an object generated in the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a block diagram showing a configuration of an object detection device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 25 is a flow chart showing the operation of the object detection device in the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing the positional relationship between the object and the transmission / reception device when the object has a T-like shape.
  • FIG. 21 is a projection view obtained by projecting the object shown in FIG. 20 onto the xy plane along the direction
  • FIG. 26 is a block diagram showing an example of a computer for realizing the object detection device in the first to fourth embodiments of the present invention.
  • FIG. 27 is a view showing an object detection apparatus adopting a conventional array antenna system.
  • FIG. 28 shows a configuration of the receiver shown in FIG.
  • FIG. 29 is a diagram showing a schematic configuration of a receiving array antenna in the case of adopting a conventional array antenna system.
  • Embodiment 1 an object detection device, an object detection method, and a program according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12.
  • an object detection apparatus, an object detection method, and a program capable of detecting not only the grasp of the position of an object but also information on a shape such as the width of the object while using a small-sized radar device. Is disclosed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an object detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • An object detection apparatus 1000 in the present embodiment shown in FIG. 1 is an apparatus for detecting an object by radio waves.
  • the object detection apparatus 1000 includes a transmission unit 1101, a reception unit 1102, a spectrum calculation unit 1103, and a parameter value calculation unit 1107. Further, in the first embodiment, the object detection apparatus 1000 also includes a calculation result output unit 1108.
  • the transmitting unit 1101 directs a radio wave serving as a transmission signal toward an object (hereinafter referred to as an “object”) 1003 to be detected.
  • the receiving unit 1102 receives the radio wave reflected by the object 1003 as a reception signal.
  • reception unit 1102 further mixes the transmission signal generated by transmission unit 1101 with the received signal received, and describes it as an intermediate frequency signal (hereinafter referred to as “IF (Intermediate Frequency) signal”). Generate.). Specifically, as shown in FIG. 1, the transmitting unit 1101 outputs a transmission signal to the receiving unit 1102 via the terminal 1208. The receiving unit 1102 mixes the radio wave reflected and received from the object 1003 with the transmission signal obtained via the terminal 1208 and outputs an IF signal.
  • IF Intermediate Frequency
  • each transmitting unit 1101 and one receiving unit 1102 may actually be provided.
  • each of the plurality of receiving units 1102 corresponds to any of the transmitting units 1101.
  • the spectrum calculation unit 1103 is an area of a parameter (hereinafter referred to as “position parameter”) representing the position of the object 1003 based on the transmission signal and the reception signal, specifically, based on the IF signal, and the object.
  • position parameter a parameter representing the position of the object 1003 based on the transmission signal and the reception signal, specifically, based on the IF signal, and the object.
  • a spectrum is calculated with a domain of parameters representing the shape of the object 1003 (hereinafter referred to as “shape parameter”) as a domain of definition.
  • the parameter value calculation unit 1107 calculates the value of the position parameter of the object 1003 and the value of the shape parameter of the object 1003 based on the spectrum calculated by the spectrum calculation unit 1103.
  • the calculation result output unit 1108 outputs the value of the position parameter of the object 1003 calculated by the parameter value calculation unit 1107 and the value of the shape parameter.
  • the output format of the value of the parameter by the calculation result output unit 1108 is not particularly limited. As an output format, a format adapted to system requirements such as numerical data and image data is selected.
  • a spectrum having the region of the position parameter of the object 1003 and the region of the shape parameter as its domain is calculated, and the parameters representing the position and the shape of the object 1003 are calculated based on the spectrum.
  • the value is calculated. That is, according to the first embodiment, the value of the position parameter of the object 1003 and the value of the shape parameter can be calculated by the minimum configuration in which the transmission unit 1101 and the reception unit 1102 are single. Therefore, according to the first embodiment, in detection of an object using radio waves, it is possible to suppress an increase in the device cost, the size, and the weight while improving the accuracy.
  • FIG. 2 is a diagram specifically showing the configuration of the transmission unit and the reception unit of the object detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram specifically showing the configuration of another example of the transmission unit and the reception unit of the object detection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the spectrum calculation unit 1103, the parameter value calculation unit 1107, and the calculation result output unit 1108 will be described later in the arithmetic unit (computer) 1211. It is constructed by introducing the program in the first embodiment. Further, in the first embodiment, the transmitting and receiving unit 1001 is configured by the transmitting unit 1101 and the receiving unit 1102.
  • the transmitting unit 1101 includes an oscillator 1201 and a transmitting antenna 1202.
  • the receiving unit 1102 includes a receiving antenna 1203, a mixer 1204, and an interface circuit 1205. Furthermore, as described above, the transmission unit 1101 and the reception unit 1102 are connected via the terminal 1208.
  • an oscillator 1201 In the transmission unit 1101, an oscillator 1201 generates an RF signal (radio wave).
  • the RF signal generated by the oscillator 1201 is transmitted as a transmission signal from the transmission antenna 1202, and is irradiated to the object 1003.
  • the radio wave reflected by the object 1003 is received by the receiving antenna 1203 in the receiving unit 1102.
  • the mixer 1204 generates an IF signal by mixing the RF signal input from the oscillator 1201 via the terminal 1208 and the radio wave (received signal) received by the receiving antenna 1203.
  • the IF signal generated by the mixer 1204 is transmitted to the arithmetic unit 1211 via the interface circuit 1205.
  • the interface circuit 1205 has a function of converting an IF signal which is an analog signal into a digital signal that can be handled by the arithmetic device 1211, and outputs the obtained digital signal to the arithmetic device 1211.
  • one transmitting / receiving apparatus 1001 is provided with one transmitting antenna 1202 and one receiving antenna 1203, but the present embodiment is not limited to this aspect.
  • one transmitting / receiving apparatus 1001 may be provided with a plurality of transmitting antennas 1202 and a plurality of receiving antennas 1203.
  • the transmission unit 1101 includes one oscillator 1201 and a plurality of transmission antennas 1202.
  • the transmitting unit 1101 also includes a variable phase shifter 1206 provided for each of the transmitting antennas 1202, and each transmitting antenna 1202 is connected to the oscillator 1201 via the variable phase shifter 1206.
  • Each variable phase shifter 1206 controls the directivity of the transmission antenna 1202 by controlling the phase of the transmission signal supplied from the oscillator 1201 to each of the transmission antennas 1202.
  • the receiving unit 1102 includes one interface circuit 1205 and a plurality of receiving antennas 1203. Furthermore, the receiving unit 1102 also includes a mixer 1204 provided for each receiving antenna 1203 and a variable phase shifter 1207 similarly provided for each receiving antenna 1203. Each receiving antenna 1203 is connected to the interface circuit 1205 via the variable phase shifter 1207 and the mixer 1204.
  • Each variable phase shifter 1207 controls the directivity of the reception antenna 1203 by controlling the phase of the reception signal supplied from each of the reception antennas 1203 to the mixer 1204.
  • the variable phase shifter 1207 may be installed between the mixer 1204 and the interface circuit 1205.
  • one transmitting antenna 1202 and one receiving antenna 1203 are provided in the transmitting and receiving apparatus 1001 shown in FIG. 2, and that several transmitting antennas 1202 and receiving antennas 1203 are provided in the transmitting and receiving apparatus 1001 shown in FIG. It is an aspect. That is, in the first embodiment, it is desirable to mount the object detection apparatus 1000 with a device as small as the on-vehicle radar.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a transmission signal irradiated by the object detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of the transmission signal irradiated by the object detection device in the first embodiment of the present invention.
  • f min is the minimum value of the RF frequency
  • BW is the bandwidth of the RF signal.
  • the transmitting and receiving devices 1001 1 , 1001 2 ,..., 1001 N when using a plurality of transmitting and receiving devices 1001 1 , 1001 2 ,..., 1001 N (N is the number of transceivers 1001), the transmitting and receiving devices 1001 1 , 1001 2 ,. In order to avoid interference between 1001 N , it is desirable that the transmission / reception devices 1001 1 , 1001 2 ,..., 1001 N be controlled not to operate simultaneously with other transmission / reception devices.
  • transceiver 1001 1, 1001 2, ..., 1001 N is one at each are controlled to operate at different timings
  • transceiver 1001 1, 1001 2, ..., it is mounted on a 1001 N
  • the transmitters 1101 1 , 1101 2 ,..., 1101 N emit radio waves at different timings.
  • the respective transceivers do not operate at the same time, a situation where the transmitting and receiving devices 1001 1 , 1001 2 ,..., 1001 N interfere with each other can be avoided.
  • FIG. 6 is a flow chart showing the operation of the object detection device in the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 to 5 will be referred to as appropriate.
  • the object detection method is implemented by operating the object detection apparatus 1000. Therefore, the description of the object detection method in the first embodiment is replaced with the following description of the operation of the object detection apparatus 1000.
  • a radio wave as a transmission signal is emitted from the transmitting unit 1101 to the object 1003 (step A1). Further, the transmission unit 1101 outputs the transmission signal to the reception unit 1102 through the terminal 1208 simultaneously with the irradiation of the radio wave to be the transmission signal.
  • the receiving unit 1102 receives the radio wave reflected from the object 1003 as a reception signal, mixes the transmission signal generated by the transmission unit 1101 with the received signal, and performs IF A signal is generated (step A2).
  • a spectrum (hereinafter referred to as “object spectrum”) in which the spectrum calculation unit 1103 defines the region of the position parameter of the object 1003 and the region of the shape parameter as the definition region based on the IF signal generated in step A2. Notation) is calculated (step A3).
  • the parameter value calculation unit 1107 calculates the value of the position parameter of the object 1003 and the value of the shape parameter based on the object spectrum calculated in step A3 (step A4).
  • the calculation result output unit 1108 outputs the value of the position parameter of the object 1003 and the value of the shape parameter calculated by the parameter value calculation unit 1107 in step A4 (step A5).
  • steps A3 to A5 shown in FIG. 6 will be described in more detail using FIGS. 7 to 12.
  • Step A3 First, the details of step A3 of calculating a spectrum (target object spectrum) having the region of the position parameter of the object 1003 and the region of the shape parameter as the definition region based on the transmitted and received radio waves will be described.
  • FIG. 7 is a view for explaining the arrangement of an object and a transmitting / receiving apparatus when K objects are arranged.
  • the distance is R 1, R 2 from the transceiver 1001, ..., K-number of the object in the R K position 1003 1, 1003 2, ..., is 1003 K
  • the target objects 1003 1 , 1003 2 ,..., 1003 K respectively have widths ⁇ 1 , ⁇ 2 ,..., ⁇ K in specific directions across radio waves emitted from the transmitting and receiving device 1001. It shall be possessed.
  • the distances R 1 , R 2 ,..., R K and the widths ⁇ 1 , ⁇ 2 ,..., ⁇ K of the object are both unknowns, and the distance R 1 , R 2 ,. , R K and the widths ⁇ 1 , ⁇ 2 ,..., ⁇ K become problems.
  • the received IF signal r (t) is given by the following equation (6).
  • ⁇ (R) is the reflectivity of the object present at distance R.
  • c is the speed of light.
  • ⁇ is the time rate of change of the RF frequency, and
  • ⁇ BW / Tchirp .
  • R k + indicates the distance between one end of the object 1003 k and the transmission / reception device 1001
  • R k- indicates the distance between the other end of the object 1003 k and the transmission / reception device 1001. From the geometrical relationship, R k + and R k ⁇ are given by the following equation (7).
  • ⁇ (u k ) corresponds to the reflectance of the object 1003 k . That is, ⁇ (u k ) is assumed to be equal to the value that the reflectance ⁇ (R) takes between the distance range R k ⁇ to R k + where the object 1003 k exists.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the distribution of reflectance of K objects.
  • M 0 is a sampling point.
  • the range of t m is a chirp period.
  • Equation (9) n is a vector having noise components as elements.
  • FIG. 9 is a diagram showing the correspondence of parameters in the conventional antenna array system and the system of the first embodiment of the present invention.
  • the parameters of the conventional antenna array system are associated with the parameters of the system of the first embodiment.
  • the object state parameters include both the position parameters and the shape parameters described above.
  • the object state parameter u is obtained from the value of the argument u giving the peak of the evaluation function given by the equations (10) to (12) which are isomorphic to the equations (3) to (5).
  • a (u) in the equations (10) to (12) is given by a vector of M 0 ⁇ 1 order given by the equation (9).
  • M The definition of M will be described later.
  • FIG. 10 is a view showing a state in which a correlation is generated between the reflected waves from the object.
  • different objects 1003 1, 1003 2, ... if there is a correlation between the reflected waves from 1003 K, the object 1003 1, 1003 2, ..., the position of the 1003 K It becomes difficult to estimate This means that if there is a correlation, the reception antenna 1203 is because the same signal is received from the different objects 1003 1, 1003 2, 1003 K .
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a sub-array constructed by a plurality of virtual receive antennas.
  • the number of reception signals used for one sub-array is M.
  • M 0 Q + M ⁇ 1 between the number M 0 of all received signals, the number M of received signals used for one sub-array, and the number Q of sub-arrays.
  • M also corresponds to the number of sampling points constituting each sub-array.
  • the correlation matrix R col (q) calculated from the q th sub-array is calculated as in the following equation (13).
  • the above method avoids the problem caused by the correlation between reflections by utilizing the property that the correlation is weakened between the received signals of different sub-arrays.
  • the “spectrum having the position parameter area of the object and the shape parameter area as the definition area” in step A3 refers to the evaluation function given by the equations (10) to (12).
  • the evaluation function given by any of the equations (10) to (12), ie, the spectrum may be calculated.
  • the spectrum calculation unit 1103 receives the reception IF signals described in equations (6) to (8) generated by the reception unit 1102.
  • the spectrum calculation unit 1103 calculates an evaluation function, that is, a spectrum described in Expressions (10) to (12) from the reception IF signal.
  • step A4 the value of the position parameter of the object 1003 and the value of the shape parameter are calculated from the spectrum calculated in step A3, that is, the evaluation function given by any one of equations (10) to (12). The details of step A4 will be described below.
  • FIG. 12 is a diagram showing a graph of an evaluation function with the position R and width ⁇ of the object as arguments.
  • step A4 the parameter value calculation unit 1107 calculates the value of the position R k of the object 1003 k and the value of the width ⁇ k from the position of the point giving the peak of the evaluation function P (u) calculated in step A3.
  • step A4 the parameter value calculation unit 1107 receives one of the evaluation functions described in equations (10) to (12) calculated in step A3, that is, the spectrum. Then, the parameter value calculation unit 1107 calculates the value of the position R k of the object 1003 k and the width ⁇ k from the evaluation function of any of the received equations (10) to (12), that is, the peak position of the spectrum. Calculate the value of
  • the output destination is a system in which the object detection apparatus 1000 is incorporated.
  • the conventional millimeter-wave imaging apparatus based on the general array antenna system estimates the direction of arrival (angular direction) of the received radio wave and detects the shape of the object, which is more numerous than in the first embodiment. It requires (several thousands to several tens of thousands) antennas.
  • the first embodiment unlike the conventional method of estimating the direction of arrival of radio waves, that is, measuring the angular direction, information on the shape such as the width of the object from the result of distance measurement from the transmitting / receiving device to the object A method of detecting
  • the method of the first embodiment which does not rely on the measurement of the angular direction, it is between the aperture size D of the antenna and the resolution of the measurement of the angular direction (direction of arrival estimation).
  • the problem that a trade-off arises is eliminated.
  • the first embodiment not only detection of the position of the object but also information on the shape such as the width of the object is detected while using a small-sized radar apparatus provided with a small number (or several) of antennas. A possible radar system is realized. Further, information on the shape such as the width of the object detected using the present radar method can be used to identify the type of the object (for example, a car or a pedestrian).
  • the actual number of antennas can be significantly reduced as compared with a general array antenna system millimeter-wave imaging apparatus, significant downsizing, weight reduction, and cost reduction of the apparatus are realized. Be done.
  • the desired function is realized. Therefore, according to the first embodiment, the scanning speed can be increased compared to the mechanical scanning, and a device for mechanically moving the antenna is unnecessary, so the device can be miniaturized and the mechanism is worn away by the electronic scanning.
  • the advantage is that the machine life and maintenance costs can be improved as compared to machine scanning.
  • the program in the first embodiment may be a computer, that is, a program that causes the arithmetic device 1211 to execute steps A3 to A5 shown in FIG.
  • a CPU Central Processing Unit
  • the arithmetic unit 1211 functions as a spectrum calculation unit 1103, a parameter value calculation unit 1107, and a calculation result output unit 1108 to perform processing.
  • the program in the first embodiment may be executed by a computer system constructed by a plurality of computers.
  • each computer may function as any of the spectrum calculation unit 1103, the parameter value calculation unit 1107, and the calculation result output unit 1108.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of an object detection device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • an object detection apparatus 1020 includes the same transmission / reception apparatus 1001 as the first embodiment.
  • the transmitting / receiving apparatus 1001 irradiates (transmits) a radio wave toward the object 1003, receives the radio wave reflected from the object 1003, and generates an IF signal based on the received radio wave.
  • the IF signal is input to the arithmetic unit 1212.
  • the arithmetic unit 1212 is different from the arithmetic unit 1211 according to the first embodiment shown in FIG. 1.
  • the arithmetic unit 1212 replaces the spectrum calculating unit 1103 and the parameter value calculating unit 1107 shown in FIG. 1 with a position spectrum calculating unit 1111, an object position parameter value calculating unit 1112 and a shape spectrum.
  • a calculation unit 1113 and an object shape parameter value calculation unit 1114 are provided.
  • the arithmetic device 1212 includes a calculation result output unit 1108.
  • the position spectrum calculation unit 1111 calculates a spectrum (hereinafter, referred to as “position spectrum”) in which the region of the position parameter of the object 1003 is defined as a definition region based on the IF signal generated by the transmission / reception device 1001.
  • the object position parameter value calculation unit 1112 calculates the value of the position parameter of the object 1003 based on the position spectrum calculated by the position spectrum calculation unit 1111.
  • the shape spectrum calculation unit 1113 calculates the shape parameter of the object 1003 based on the IF signal generated by the transmission / reception device 1001 and the value of the position parameter of the object 1003 calculated by the object position parameter value calculation unit 1112.
  • a spectrum (hereinafter referred to as a “shape spectrum”) having a region of the domain as a domain is calculated.
  • the object shape parameter value calculation unit 1114 calculates the value of the shape parameter of the object 1003 based on the shape spectrum calculated by the shape spectrum calculation unit 1113.
  • the value of the position parameter of the object 1003 calculated by the object position parameter value calculation unit 1112 and the value of the shape parameter of the object 1003 calculated by the object shape parameter value calculation unit 1114 are calculation result output units, respectively. Delivered to 1108.
  • the calculation result output unit 1108 outputs the value of the position parameter of the transferred object 1003 and the value of the shape parameter.
  • the output format of the parameter values in the calculation result output unit 1108 is not particularly limited. Also in the second embodiment, the position spectrum calculation unit 1111, the object position parameter value calculation unit 1112, the shape spectrum calculation unit 1113, the object shape parameter value calculation unit 1114, and the calculation result output unit 1108 are arithmetic devices. (Computer) 1212 is constructed by introducing a program according to the second embodiment to be described later.
  • a spectrum having the area of the position parameter of the object 1003 and the area of the shape parameter as its definition area is calculated, and the value of the position parameter of the object 1003 is calculated based on this spectrum.
  • the values of the shape parameters are calculated. That is, also in the second embodiment, it is possible to calculate the value of the position parameter of the object 1003 and the value of the shape parameter with a minimum configuration in which the transmission unit 1101 and the reception unit 1102 are single. Therefore, also in the second embodiment, as in the first embodiment, in the detection of an object using radio waves, it is possible to suppress the increase in the device cost, the size, and the weight while improving the accuracy.
  • FIG. 14 is a flow chart showing the operation of the object detection device in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is referred to as appropriate.
  • the object detection method is implemented by operating the object detection device 1020. Therefore, the description of the object detection method in the second embodiment is replaced with the following description of the operation of the object detection device 1020.
  • Step A11 first, from the transmission unit 1101 of the transceiver 1001, a radio wave serving as a transmission signal is emitted toward the object 1003 (step A11).
  • the reception unit 1102 receives the radio wave reflected from the object 1003 as a reception signal, mixes the transmission signal generated by the transmission unit 1101 with the reception signal received, and performs IF A signal is generated (step A12).
  • Steps A11 and A12 are the same as steps A1 and A2 shown in FIG.
  • the position spectrum calculation unit 1111 calculates a position spectrum having the region of the position parameter of the object 1003 as the definition region (step A13).
  • the object position parameter value calculation unit 1112 calculates the value of the position parameter of the object 1003 based on the position spectrum calculated in step A13 (step A14). Further, the object position parameter value calculation unit 1112 passes the calculated value of the position parameter to the calculation result output unit 1108.
  • the shape spectrum calculation unit 1113 defines the area of the shape parameter of the object 1003 based on the IF signal generated in step A2 and the value of the position parameter of the object 1003 calculated in step A14.
  • a shape spectrum to be calculated is calculated (step A15).
  • the object shape parameter value calculation unit 1114 calculates the value of the shape parameter of the object 1003 based on the shape spectrum calculated in step A15 (step A16). Further, the object shape parameter value calculation unit 1114 passes the calculated shape parameter value to the calculation result output unit 1108.
  • the calculation result output unit 1108 outputs the value of the position parameter calculated in step A14 and the value of the shape parameter calculated in step A16 (step A17).
  • the position spectrum calculation unit 1111 and the shape spectrum calculation unit 1113 function as the spectrum calculation unit 1103 in the first embodiment.
  • the object position parameter value calculation unit 1112 and the object shape parameter value calculation unit 1114 function as the parameter value calculation unit 1107 in the first embodiment.
  • steps A13 to A17 shown in FIG. 14 will be described in more detail with reference to FIGS.
  • Step A13 First, the details of step A13 for calculating a spectrum (position spectrum) having the position parameter area of the object 1003 as a definition area based on the transmitted and received radio waves will be described.
  • the transmitting and receiving apparatus 1001 acquires the IF signal shown in equation (6).
  • Expression (14) can be rewritten as expression (15) below.
  • n is a vector having noise components as elements.
  • Formula (9) in the first embodiment is compared with formula (15) in the second embodiment.
  • the “spectrum (position spectrum) having the region of the position parameter of the object as the definition region (position spectrum)” in step A3 refers to the evaluation function given by equations (16) to (18).
  • the domain of the spectrum is specified by the argument R of the evaluation function, that is, specified by the parameter R representing the position of the object.
  • the evaluation function given by any one of the equations (16) to (18), that is, the position spectrum may be calculated.
  • step A13 the position spectrum calculation unit 1111 receives the reception IF signal described in equation (14) generated by the reception unit 1102.
  • the position spectrum calculation unit 1111 calculates the evaluation function described in Expressions (16) to (18), that is, the position spectrum from the reception IF signal.
  • step A14 the value of the position parameter of the object is calculated from the position spectrum, that is, the evaluation function given by any of the equations (16) to (18). The details of step A14 will be described below.
  • the distance R k of the object from the value of the argument R giving the peak of the evaluation function given by the equations (16) to (18) (k 1, 2,.
  • the value of K) can be calculated.
  • the object position parameter value calculation unit 1112 calculates the evaluation function of any one of Equations (16) to (18) calculated by the position spectrum calculation unit 1111, that is, the position spectrum. receive.
  • the object position parameter value calculation unit 1112 calculates the position R k of the object 1003 k from the evaluation function of any of the expressions (16) to (18) described in the equation (16) to the equation (18) received from the position spectrum calculation unit 1111. Calculate the value.
  • Step A15 Next, based on the IF signal obtained based on the transmitted and received radio waves and the position information of the object 1003 obtained in step A4, a shape spectrum having the shape parameter of the object 1003 as a domain is calculated in step A15 Details will be described with reference to FIG. 15 and FIG.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a method of scanning for an argument of an evaluation function.
  • FIG. 16 is a graph of an evaluation function with the width ⁇ of the object as an argument.
  • step A15 the shape spectrum calculation unit 1113 generates the equations (10) to (12) described in the first embodiment based on the IF signals represented by the equations (6) to (8) obtained by the transmitting and receiving apparatus 1001. Calculate any evaluation function.
  • the spectrum with the object width ⁇ , ie, the shape parameter as an argument ( domain) That is, a shape spectrum is obtained.
  • ⁇ k is the value of the width of each object 1003 k .
  • step A15 the shape spectrum calculator 1113 receives the IF signal generated in the transmitter / receiver 1001 in step A12 and the value of the position parameter of the object 1003 generated in the object position parameter value calculator 1112 in step A14. It is delivered. Then, the shape spectrum calculation unit 1113 calculates a shape spectrum based on the above procedure.
  • Step A16 Next, details of step A16 for calculating the value of the shape parameter of the object 1003 from the shape spectrum will be described.
  • step A17 Next, details of step A17 for outputting the calculated position parameter of the object and the value of the shape parameter will be described.
  • step A17 the calculation result output unit 1108 first receives information (value of position parameter) of the position R k of each object 1003 k calculated in the object position parameter value calculation unit 1112 in step A14. Further, the calculation result output section 1108 (the value of shape parameter) information width delta k of each object 1003 k calculated in the object shape parameter value calculation unit 1114 in Step A6 also receives.
  • the output destination is a system in which the object detection device 1020 is incorporated.
  • the effects described in the first embodiment can be obtained. That is, according to the second embodiment, not only the position of the object but also the information on the shape such as the width of the object is detected while using a small-sized radar apparatus provided with a small number (or several) of antennas. A possible radar system is realized. Further, information on the shape such as the width of the object detected using the present radar method can be used to identify the type of the object (for example, a car or a pedestrian).
  • the program in the second embodiment may be a computer, that is, a program that causes the arithmetic unit 1212 to execute steps A13 to A17 shown in FIG.
  • a central processing unit (CPU) of the arithmetic unit 1212 includes a position spectrum calculation unit 1111, an object position parameter value calculation unit 1112, a shape spectrum calculation unit 1113, an object shape parameter value calculation unit 1114, and a calculation result output unit. It functions as 1108 and performs processing.
  • the program in the second embodiment may be executed by a computer system constructed by a plurality of computers.
  • each of the computers is any of the position spectrum calculation unit 1111, the object position parameter value calculation unit 1112, the shape spectrum calculation unit 1113, the object shape parameter value calculation unit 1114, and the calculation result output unit 1108. It may function as a heel.
  • an object detection device, an object detection method, and a program according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 17 to 23.
  • the third embodiment as in the first and second embodiments described above, not only the position of the object but also the object is grasped as in the conventional millimeter-wave imaging device while using a small-sized radar device. It is possible to detect the shape of In the following, descriptions of elements common to the first embodiment will be omitted.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of an object detection device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • An object detection apparatus 1030 according to the third embodiment shown in FIG. 17 is an apparatus for detecting an object by radio waves, as with the object detection apparatus 1000 according to the first embodiment.
  • an object detection apparatus 1030 according to the third embodiment includes a transmitting / receiving apparatus 1001 and an arithmetic unit 1213 as in the first embodiment.
  • the object detection device 1030 according to the third embodiment is different from the object detection device 1000 according to the first embodiment in terms of the configuration and the function of the arithmetic device 1213.
  • differences from the first embodiment will be mainly described.
  • the object detection device 1030 includes a plurality of transmission units 1101 and reception units 1102. Further, each of the plurality of receiving units 1102 corresponds to one of the plurality of transmitting units 1101. That is, the object detection device 1030 includes a plurality of transmission / reception devices 1001.
  • the arithmetic unit 1213 includes, in addition to the spectrum calculation unit 1103 and the parameter value calculation unit 1107, a section determination unit 1104, a reflectance distribution calculation unit 1105, and an image generation unit 1106.
  • the calculation result output unit 1108 used in the first embodiment is omitted.
  • the object detection apparatus 1030 shown in FIG. 17 although one arithmetic device 1213 is provided for a plurality of transmission / reception devices 1001, the arithmetic device 1213 or the configuration thereof is provided for each of the transmission / reception devices 1001. It is also possible that the elements to be provided are individually provided.
  • the spectrum calculation unit 1103 follows the procedure described in the first embodiment, and based on the IF signal, the spectrum having the area of the position parameter of the object 1003 and the area of the shape parameter as the definition area calculate.
  • the parameter value calculation unit 1107 also calculates the value of the position parameter of the object 1003 and the value of the shape parameter based on the spectrum calculated by the spectrum calculation unit 1103 according to the procedure described in the first embodiment.
  • the section determination unit 1104 determines a section for calculating the reflectance of the object 1003 based on the value of the position parameter of the object 1003 calculated by the parameter value calculation unit 1107 and the value of the shape parameter.
  • the reflectance distribution calculation unit 1105 calculates the reflectance of the object 1003 in each determined section based on the IF signal for each pair of the transmission unit 1101 and the corresponding reception unit 1102, that is, for each transmission / reception device 1001. Do.
  • the image generation unit 1106 calculates, for each set, the product of the distribution of reflectance of each section. Further, the image generation unit 1106 generates an image of the object 1003 using the product of the distribution of reflectances calculated for each set.
  • the spectrum calculating unit 1103, the parameter value calculating unit 1107, the section determining unit 1104, the reflectance distribution calculating unit 1105, and the image generating unit 1106 (Computer) 1213 is constructed by introducing a program according to the third embodiment to be described later.
  • a spectrum representing the position and the shape of the object 1003 is calculated, and from the spectrum, the value of the position parameter of the object 1003 and the value of the shape parameter are calculated. Then, the section for calculating the reflectance of the object 1003 is determined from the value of the position parameter of the object 1003 and the value of the shape parameter, and the image of the object 1003 is obtained from the product of the distribution of reflectance for each section. It is formed. Therefore, according to the third embodiment, in the detection of an object using radio waves, the increase in the device cost, the size, and the weight is suppressed while improving the accuracy.
  • FIG. 18 schematically shows an appearance of an object detection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • a plurality of transmission / reception devices 1001 1 , 1001 2 ,..., 1001 N are arranged on the transmission / reception device arrangement surface 1002.
  • the transmission / reception devices 1001 1 , 1001 2 ,..., 1001 N are connected to the arithmetic device 1213, respectively.
  • N is the number of transmitting / receiving apparatuses 1001 arranged.
  • the object 1003 is disposed on the object disposition surface 1004.
  • each of the transmission / reception devices 1001 1 , 1001 2 ,..., 1001 N radiates radio waves toward the object 1003. After that, each of the transmitting and receiving devices 1001 1 , 1001 2 ,..., 1001 N receives the radio wave reflected by the object 1003.
  • Each of the transceiver 1001 1, 1001 2, ⁇ , 1001 N on the basis of the radio wave transmitted and received, the distance between the transmitting and receiving device 1001 1, 1001 2, ⁇ , 1001 N and the object 1003
  • the width 100 of the object 1003 viewed from R 1 , R 2 , ..., R N and the transmitting / receiving devices 1001 1 , 1001 2 , ..., 1001 N ⁇ 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ N , Measure
  • the transmission / reception devices 1001 1 , 1001 are used. 2, ..., in order to avoid interference between the 1001 N, transceiver 1001 1, 1001 2, ..., 1001 N, it is desirable to be controlled not to operate simultaneously with the other transceiver It is an aspect.
  • the transmitting and receiving apparatus 1001 1, 1001 2, ⁇ ⁇ ⁇ , 1001 N if the operating within the same time as the other transceiver, respectively, as shown in FIG. 5, transceiver 1001 1, 1001 2, ... -, 1001 each transmit RF frequency 1231 1 of a radio wave N, 1231 2, ⁇ ⁇ ⁇ , 1231 N is controlled so as not the same as may be performed.
  • FIG. 19 is a flow chart showing the operation of the object detection device in the third embodiment of the present invention.
  • FIGS. 17 to 18 will be referred to as appropriate.
  • the object detection method is implemented by operating the object detection device 1030. Therefore, the description of the object detection method in the third embodiment is replaced with the following description of the operation of the object detection device 1030.
  • Step A21 is the same step as step A1 shown in FIG.
  • Step A22 is similar to step A2 shown in FIG.
  • the spectrum calculation unit 1103 calculates a spectrum (object spectrum) having the region of the position parameter of the object 1003 and the region of the shape parameter as the definition region based on the IF signal generated in step A22 ( Step A23).
  • Step A23 is the same step as step A3 shown in FIG.
  • Step A24 is similar to step A4 shown in FIG.
  • the section determining unit 1104 determines a section for calculating the reflectance of the object 1003 based on the value of the position parameter of the object 1003 calculated in step A24 and the value of the shape parameter (step A25). ).
  • the reflectance distribution calculation unit 1105 sets an object in each section determined in step A25 based on the IF signal for each pair of the transmission unit 1101 and the corresponding reception unit 1102, that is, for each transmission / reception apparatus 1001.
  • the reflectance of 1003 is calculated (step A26).
  • the image generation unit 1106 calculates the product of the reflectance distribution of each section for each set, and generates the image of the object 1003 using the product of the distribution of the reflectance calculated for each set. (Step A27).
  • the generated image is displayed on the screen of a display device or the like.
  • steps A25 to A27 shown in FIG. 19 will be described in detail with reference to FIGS.
  • Step A25 20 and 21 for calculating the effective reflectance of the object 1003 with reference to an example in which the transmitting and receiving apparatus 1001 is arranged on the y-axis in the transmitting and receiving apparatus arrangement surface 1002 in the description of step A25.
  • the method of determining the section will be described.
  • FIG. 20 is a diagram showing the positional relationship between the object and the transmission / reception device when the object has a T-like shape.
  • FIG. 21 is a projection view obtained by projecting the object shown in FIG. 20 onto the xy plane along the z-axis direction.
  • the object 1003 is divided into a section 1 (between P1 and P2) and a section by discontinuous boundaries P1 to P3 of the shape of the object 1003 existing along the irradiation direction from the transmitting and receiving device 1001. 2 (between P2 and P3) are separated into two and detected by the transmission / reception apparatus 1001. Then, along the procedure of steps A21 to A24 similar to steps A1 to A4 described in detail in the first embodiment, position parameters R 1 and R 2 of the object 1003 present in the sections 1 and 2 and the target Shape parameters ⁇ 1 and ⁇ 2 corresponding to the width of the object are respectively calculated.
  • step A25 the positional parameters R 1 and R 2 of the resulting object 1003 in the procedure of Step A21 ⁇ A24, from the shape parameters delta 1 and delta 2 Metropolitan corresponds to the width of the object, the section 1 and the section 2 Decide each. That is, according to the equation (7) shown in the first embodiment, the section 1 is determined as an area in which the distance from the transmission / reception device 1001 is in the range of sqrt (R 1 + ( ⁇ 1/2) 2 ⁇ z ⁇ 1 ), section 2 is the distance from the transceiver 1001 is determined as an area in the range of sqrt (R 2+ ( ⁇ 2/ 2) 2 ⁇ z ⁇ 2).
  • step A26 step A26 will be described.
  • the noise component n is ignored.
  • the received IF signal r is a measured value obtained in steps A21 to A22.
  • Orientation matrix A is subject state parameters u 1, u 2, ⁇ , is a function of u K, object state parameters u 1, u 2 at step A24, ⁇ ⁇ ⁇ , when u K is determined, the direction matrix The value of A is also determined. That is, at the completion of the process of step A24, the received IF signal r and the direction matrix A are determined.
  • FIG. 22 is a view showing an example of the calculation result of the reflectance of the object calculated in step A26 shown in FIG.
  • data obtained by the four transmission / reception devices 1001 1 to 10014 are shown.
  • Transceiver 1001 1 to 1001 4 can be measured for the position in the distance direction of the object 1003 (direction from transceiver 1001 1 to 1001 4 to an object when viewed object).
  • transceiver 1001 1 to 1001 4 are each difficult to measure for the location of the (direction towards the lateral from the object when viewed object from transceiver 1001 1 to 1001 4) angular direction. Therefore, the section is defined only in the distance direction.
  • the section is in the object placement surface 1004, the origin point on the object placement surface 1004 a distance from each transceiver 1001 1 to 1001 4 becomes minimum (O point where shown in FIG. 7) each It becomes an area sandwiched by circles. Since the effective reflectance takes the same value in the interval, it appears to have a donut-like distribution.
  • the effective reflectance is an amount proportional to the width in the angular direction of the object 1003 and the reflectance. Then, since the reflectance of the object 1003 is uniform, the effective reflectance of the pattern having a large width in the angular direction as viewed from the transmitting and receiving device 1001 becomes a particularly large value. As an example, in the case measured by transceiver 1001 1 or 1001 3, the effective reflectivity of the vertical bar portion of the T-shaped object 1003 becomes strong. Meanwhile, in the case measured by transceiver 1001 2 or 1001 4, the effective reflectivity of the crossbar of the T-shaped object 1003 becomes strong.
  • FIG. 23 is a view showing an example of an image of an object generated in the embodiment of the present invention.
  • a millimeter-wave image obtained by measurement of a 2 GHz bandwidth for the T-shaped original having a width of 5 cm has the same T-shape as the original. The shape of a circle is obtained.
  • the third embodiment not only the position of the object but also information on the shape such as the width of the object while using several small-sized radar devices provided with a small number (or several) of antennas.
  • a radar system that can also detect is realized.
  • an image showing the shape of the object is also formed, for example, a dangerous object such as a weapon concealed in clothes and bags more than or equal to that of the conventional millimeter wave imaging device. Enables detection and identification.
  • the size of the apparatus can be significantly reduced. Weight reduction and cost reduction are realized.
  • electronic scanning is used instead of mechanical scanning, the advantages of speeding up of the scanning speed, downsizing of the device, and improvement of the device life and maintenance cost as compared with the method using mechanical scanning. Is obtained.
  • the program in the third embodiment may be a computer, that is, a program that causes the arithmetic unit 1213 to execute steps A23 to A27 shown in FIG.
  • a central processing unit (CPU) of the arithmetic unit 1213 functions as a spectrum calculation unit 1103, a parameter value calculation unit 1107, a section determination unit 1104, a reflectance distribution calculation unit 1105, and an image generation unit 1106 to perform processing. .
  • each computer may function as any of the spectrum calculation unit 1103, the parameter value calculation unit 1107, the section determination unit 1104, the reflectance distribution calculation unit 1105, and the image generation unit 1106.
  • Embodiment 4 Subsequently, an object detection device, an object detection method, and a program according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 24 and 25. Further, the following description will be made with reference to the third embodiment, and the description of the elements common to the third embodiment will be omitted.
  • FIG. 24 is a block diagram showing a configuration of an object detection device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • an object detection apparatus 1040 includes a plurality of transmission / reception apparatuses 1001 as in the object detection apparatus 1030 according to the third embodiment shown in FIG.
  • the computing device 1214 is different from the computing device 1213 shown in FIG.
  • the arithmetic unit 1214 replaces the spectrum calculating unit 1103 and the parameter value calculating unit 1107 shown in FIG. 17 with a position spectrum calculating unit 1111, an object position parameter value calculating unit 1112 and a shape spectrum.
  • a calculation unit 1113 and an object shape parameter value calculation unit 1114 are provided.
  • the arithmetic unit 1214 also includes a section determination unit 1104, a reflectance distribution calculation unit 1105, and an image generation unit 1106, as with the arithmetic unit 1213 shown in FIG.
  • differences from the third embodiment will be mainly described.
  • the position spectrum calculation unit 1111, the object position parameter value calculation unit 1112, the shape spectrum calculation unit 1113 and the object shape parameter value calculation unit 1114 used in the fourth embodiment are shown in FIG. 13 in the second embodiment. It is the same as each part. These function in the same manner as in the second embodiment.
  • the position spectrum calculation unit 1111 calculates a position spectrum having the region of the position parameter of the object 1003 as the definition region.
  • the object position parameter value calculation unit 1112 calculates the value of the position parameter of the object 1003 based on the position spectrum.
  • the shape spectrum calculation unit 1113 calculates the shape parameter of the object 1003 based on the IF signal generated by the transmission / reception device 1001 and the value of the position parameter of the object 1003 calculated by the object position parameter value calculation unit 1112. Calculate a shape spectrum whose domain is.
  • the object shape parameter value calculation unit 1114 calculates the value of the shape parameter of the object 1003 based on the shape spectrum.
  • the position spectrum calculation unit 1111, the object position parameter value calculation unit 1112, the shape spectrum calculation unit 1113, the object shape parameter value calculation unit 1114, the section determination unit 1104, and the reflectance distribution are constructed by introducing a program according to the fourth embodiment to be described later into an arithmetic device (computer) 1214.
  • FIG. 25 is a flow chart showing the operation of the object detection device in the fourth embodiment of the invention. Further, in the fourth embodiment, the object detection method is implemented by operating the object detection device 1040. Therefore, the description of the object detection method in the fourth embodiment is replaced with the following description of the operation of the object detection device 1040.
  • each transmitting / receiving apparatus 1001 directs a radio wave serving as a transmission signal from the transmitting unit 1101 toward the object 1003 (step A31).
  • the receiving unit 1102 receives the radio wave reflected from the object 1003 as a received signal, and mixes the transmitted signal generated by the transmitting unit 1101 with the received signal received, An IF signal is generated (step A32).
  • Steps A31 and A32 are steps similar to steps A1 and A2 shown in FIG.
  • the position spectrum calculation unit 1111 calculates a position spectrum having the region of the position parameter of the object 1003 as the definition region (step A33).
  • the object position parameter value calculation unit 1112 calculates the value of the position parameter of the object 1003 based on the position spectrum calculated in step A33 (step A34). Steps A33 and A34 are the same as steps A13 and A14 shown in FIG.
  • the shape spectrum calculation unit 1113 defines the area of the shape parameter of the object 1003 based on the IF signal generated in step A32 and the value of the position parameter of the object 1003 calculated in step A34.
  • a shape spectrum to be calculated is calculated (step A35).
  • the object shape parameter value calculation unit 1114 calculates the value of the shape parameter of the object 1003 based on the shape spectrum calculated in step A35 (step A36). Steps A35 and A36 are the same as steps A15 and A16 shown in FIG.
  • Step A37 is similar to step A25 shown in FIG.
  • the reflectance distribution calculation unit 1105 sets an object in each section determined in step A37 based on the IF signal for each pair of the transmission unit 1101 and the corresponding reception unit 1102, that is, for each transmission / reception device 1001.
  • the reflectance of 1003 is calculated (step A38).
  • Step A38 is similar to step A26 shown in FIG.
  • Step A39 the image generation unit 1106 calculates the product of the reflectance distribution of each section for each set, and generates the image of the object 1003 using the product of the distribution of the reflectance calculated for each set.
  • the generated image is displayed on the screen of a display device or the like. Step A39 is similar to step A27 shown in FIG.
  • the execution of steps A31 to A39 forms an image of the object 1003. Also in the fourth embodiment, in the detection of an object using radio waves, the increase in the device cost, the size, and the weight can be suppressed while improving the accuracy.
  • the effects described in the third embodiment can be sold. That is, according to the fourth embodiment, not only the position of the object but also the information on the shape such as the width of the object while using several small-sized radar devices provided with a small number (or several) of antennas A radar system that can also detect is realized.
  • the program in the fourth embodiment may be a computer, that is, a program that causes the arithmetic device 1214 to execute steps A33 to A39 shown in FIG.
  • a central processing unit (CPU) of the arithmetic unit 1214 includes a position spectrum calculation unit 1111, an object position parameter value calculation unit 1112, a shape spectrum calculation unit 1113, an object shape parameter value calculation unit 1114, a section determination unit 1104, It functions as the reflectance distribution calculation unit 1105 and the image generation unit 1106 to perform processing.
  • each computer is a position spectrum calculation unit 1111, an object position parameter value calculation unit 1112, a shape spectrum calculation unit 1113, an object shape parameter value calculation unit 1114, a section determination unit 1104, a reflectance distribution It may function as either the calculation unit 1105 or the image generation unit 1106.
  • FIG. 26 is a block diagram showing an example of a computer for realizing the object detection device according to the embodiment of the present invention.
  • the computer 110 includes a CPU 111, a main memory 112, a storage device 113, an input interface 114, a display controller 115, a data reader / writer 116, and a communication interface 117. These units are communicably connected to each other via a bus 121.
  • the computer 110 may include a graphics processing unit (GPU) or a field-programmable gate array (FPGA) in addition to or instead of the CPU 111.
  • GPU graphics processing unit
  • FPGA field-programmable gate array
  • the CPU 111 develops the program (code) in the present embodiment stored in the storage device 113 in the main memory 112 and executes various operations by executing these in a predetermined order.
  • the main memory 112 is typically a volatile storage device such as a dynamic random access memory (DRAM).
  • DRAM dynamic random access memory
  • the program in the present embodiment is provided in the state of being stored in computer readable recording medium 120.
  • the program in the present embodiment may be distributed on the Internet connected via communication interface 117.
  • the storage device 113 besides a hard disk drive, a semiconductor storage device such as a flash memory may be mentioned.
  • the input interface 114 mediates data transmission between the CPU 111 and an input device 118 such as a keyboard and a mouse.
  • the display controller 115 is connected to the display device 119 and controls the display on the display device 119.
  • the data reader / writer 116 mediates data transmission between the CPU 111 and the recording medium 120, and executes reading of a program from the recording medium 120 and writing of the processing result in the computer 110 to the recording medium 120.
  • the communication interface 117 mediates data transmission between the CPU 111 and another computer.
  • the recording medium 120 include general-purpose semiconductor storage devices such as CF (Compact Flash (registered trademark)) and SD (Secure Digital), magnetic recording media such as flexible disk (Flexible Disk), or CD- An optical recording medium such as a ROM (Compact Disk Read Only Memory) may be mentioned.
  • CF Compact Flash
  • SD Secure Digital
  • magnetic recording media such as flexible disk (Flexible Disk)
  • CD- An optical recording medium such as a ROM (Compact Disk Read Only Memory) may be mentioned.
  • Object detection apparatus 1000 in the present embodiment can also be realized by using hardware corresponding to each unit, not a computer on which a program is installed. Furthermore, part of the object detection apparatus 1000 may be realized by a program, and the remaining part may be realized by hardware.
  • An object detection apparatus for detecting an object by radio waves, comprising: A transmitter configured to irradiate a radio wave as a transmission signal to the object; A receiving unit that receives the radio wave reflected by the object as a reception signal; A spectrum calculation unit that calculates a spectrum having a region of a position parameter of the object and a region of a shape parameter as a domain of definition based on the transmission signal and the reception signal; A parameter value calculation unit that calculates the value of the position parameter of the object and the value of the shape parameter based on the spectrum calculated by the spectrum calculation unit; An object detection apparatus comprising:
  • a plurality of the transmitting unit and the receiving unit are provided; Each of the plurality of receiving units corresponds to one of the plurality of transmitting units, A spectrum in which the spectrum calculation unit defines, for each set of the transmission unit and the corresponding reception unit, the position parameter area and the shape parameter area of the object as the definition area based on the transmission signal and the reception signal Calculate
  • the parameter value calculation unit calculates the position parameter of the object and the value of the shape parameter based on the spectrum calculated for each set by the spectrum calculation unit, Further, the object detection device A section determining section configured to determine a section for calculating the reflectance of the object based on the position parameter of the object and the value of the shape parameter calculated by the parameter value calculating section;
  • a reflectance distribution calculation unit that calculates, for each set, the reflectance of the object in each of the sections determined by the section determination unit based on the transmission signal and the reception signal;
  • An image generation unit that obtains a product of the distribution of reflectances calculated for each set, and generates an image of the object using
  • the transmission unit transmits a frequency-modulated radio wave as the transmission signal.
  • the object detection device according to appendix 1 or 2.
  • a plurality of the transmitters are provided, Each of the plurality of transmitters irradiates the transmission signal at different timings or at different transmission frequencies.
  • the object detection device according to any one of appendices 1 to 3.
  • the receiving unit receives a radio wave reflected by the object as a received signal, and further mixes the transmitted signal with the received signal to generate an intermediate frequency signal.
  • the spectrum calculation unit calculates the spectrum based on the intermediate frequency signal.
  • the spectrum calculation unit calculates correlation matrices corresponding to the respective ranges of the sampling time from the measured values of the intermediate frequency signal having different ranges of the sampling time set in advance, and further corresponds to the respective ranges of the sampling time Calculating the average value of the correlation matrix, and then calculating the spectrum based on the average value of the correlation matrix, An object detection device according to appendix 5.
  • a method for detecting an object by using an apparatus including: a transmitter configured to irradiate a radio wave as a transmission signal toward the object; and a receiver configured to receive the radio wave reflected by the object as a reception signal. , (A) calculating a spectrum having a region of a position parameter of the object and a region of a shape parameter as a domain of definition based on the transmission signal and the reception signal; (B) calculating the value of the position parameter of the object and the value of the shape parameter based on the spectrum calculated in the step (a); An object detection method characterized in that
  • the device includes a plurality of the transmitting units and the receiving units, and each of the plurality of receiving units corresponds to one of the plurality of transmitting units,
  • the position parameter area and the shape parameter area of the object are defined as a domain based on the transmission signal and the reception signal for each set of the transmission section and the corresponding reception section.
  • the object detection method is (C) determining a section for calculating the reflectance of the object based on the position parameter of the object and the value of the shape parameter calculated in the step (b); (D) calculating, on the basis of the transmission signal and the reception signal, the reflectance of the object in each of the sections determined in the step (c), (e) the set Obtaining a product of the distribution of the reflectance calculated for each time, and using the product obtained, to generate an image of the object;
  • the transmission unit transmits a frequency-modulated radio wave as the transmission signal.
  • a plurality of the transmitters are provided, Each of the plurality of transmitters irradiates the transmission signal at different timings or at different transmission frequencies.
  • the object detection method according to any one of appendices 7 to 9.
  • the receiving unit receives a radio wave reflected by the object as a received signal, and further mixes the transmitted signal with the received signal to generate an intermediate frequency signal. Calculating the spectrum based on the intermediate frequency signal in the step (a); The object detection method according to any one of appendices 7 to 10.
  • step (a) correlation matrices corresponding to the respective ranges of the sampling time are calculated from the measured values of the intermediate frequency signals having different ranges of the sampling time set in advance, and further, the respective ranges of the sampling time are respectively Calculating an average value of the correlation matrix corresponding to the second, and then calculating the spectrum based on the average value of the correlation matrix;
  • An object detection apparatus comprising: a transmission unit that irradiates a radio wave as a transmission signal toward an object; a reception unit that receives a radio wave reflected by the object as a reception signal; and a processor, In the processor, (A) calculating a spectrum having a region of a position parameter of the object and a region of a shape parameter as a domain of definition based on the transmission signal and the reception signal; (B) calculating the value of the position parameter of the object and the value of the shape parameter based on the spectrum calculated in the step (a); A computer readable storage medium storing a program, comprising: instructions for executing the program.
  • the device includes a plurality of the transmitting units and the receiving units, and each of the plurality of receiving units corresponds to one of the plurality of transmitting units,
  • the position parameter area and the shape parameter area of the object are defined as a domain based on the transmission signal and the reception signal for each set of the transmission section and the corresponding reception section.
  • the position parameter of the object and the value of the shape parameter are calculated based on the spectrum calculated for each set in the step (a)
  • the program is executed by the processor (C) determining a section for calculating the reflectance of the object based on the position parameter of the object and the value of the shape parameter calculated in the step (b); (D) calculating, on the basis of the transmission signal and the reception signal, the reflectance of the object in each of the sections determined in the step (c), (e) the set Obtaining a product of the distribution of the reflectance calculated for each time, and using the product obtained, to generate an image of the object; Clause 13.
  • the transmission unit transmits a frequency-modulated radio wave as the transmission signal.
  • the computer-readable recording medium according to appendix 13 or 14.
  • a plurality of the transmitters are provided, Each of the plurality of transmitters irradiates the transmission signal at different timings or at different transmission frequencies.
  • the computer readable recording medium according to any one of appendices 13-15.
  • the receiving unit receives a radio wave reflected by the object as a received signal, and further mixes the transmitted signal with the received signal to generate an intermediate frequency signal. Calculating the spectrum based on the intermediate frequency signal in the step (a); The computer readable recording medium according to any one of appendices 13-16.
  • step (a) correlation matrices corresponding to the respective ranges of the sampling time are calculated from the measured values of the intermediate frequency signals having different ranges of the sampling time set in advance, and further, the respective ranges of the sampling time are respectively Calculating an average value of the correlation matrix corresponding to the second, and then calculating the spectrum based on the average value of the correlation matrix; 24.
  • the present invention calculates a parameter relating to the position and shape of an object, measures the position of the object, and at the same time determines the type of the object from the shape parameters of the object, and also has a radar apparatus or clothes It is useful when used as an imaging device for imaging and inspecting a hidden item or an item in a bag or the like.

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Abstract

物体検知装置１０００は、物体１００３に向けて電波を送信信号として照射する送信部１１０１と、反射された電波を受信信号として受信する受信部１１０２と、送信信号及び受信信号に基づいて物体１００３の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域とを定義域とするスペクトルを算出するスペクトル算出部１１０３と、算出されたスペクトルに基づいて物体１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とを算出する、パラメータ値算出部１１０７とを備えている。

Description

物体検知装置、物体検知方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体
　本発明は、対象物で反射又は対象物から放射された電波から対象物を検知するための、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を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
　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に優れている。この電波の透過能力を活用して、衣服の下に隠されている物品又は鞄の中の物品等を画像化して検査するイメージング装置（物体検知装置）が実用化されている。
　物体検知装置における画像化の方式としては、いくつかの方式が提案されている。一つは、アレイアンテナ方式である（例えば、非特許文献１参照）。ここで、図２７～図２９を用いて、アレイアンテナ方式について説明する。図２７は、従来からのアレイアンテナ方式を採用した物体検知装置を示す図である。図２８は、図２７に示された受信機の構成を示す図である。
　図２７に示すように、アレイアンテナ方式においては、物体検知装置は、送信機２１１と受信機２０１とを備えている。また、送信機２１１は、送信アンテナ２１２を備えている。受信機２０１は、受信アンテナ２０１１、２０２２、・・・、２０２Ｎを備えている（Ｎは受信アンテナの数）。
　送信機２１１は、送信アンテナ２１２から、ＲＦ信号（電波）２１３を検知対象物２０４１、２０４２、・・・、２０４K（Ｋは対象物の数）に向けて照射する。ＲＦ信号（電波）２１３は、検知対象物２０４１、２０４２、・・・、２０４Kにおいて反射され、反射波２０３１、２０３２、・・・、２０３Kがそれぞれ発生する。
　発生した反射波２０３１、２０３２、・・・、２０３Ｋは、受信アンテナ２０１１、２０２２、・・・、２０２Ｎにおいて受信される。受信機２０１は、受信した反射波２０３１、２０３２、・・・、２０３Kに基づいて、検知対象物２０４１、２０４２、・・・、２０４Ｋで反射された電波の電波強度を算出する。その後、受信機２０１は、算出した電波強度の分布を画像化する。これにより、検知対象物２０４１、２０４２、・・・、２０４Ｋそれぞれの像が得られることになる。
　また、図２８に示すように、アレイアンテナ方式が採用される場合、受信機２０１は、Ｎ本の受信アンテナ２０２１、２０２２、・・・、２０２Ｎを備えている。また、受信アンテナ２０２１、２０２２、・・・、２０２Ｎは、基準点２０９からそれぞれ距離ｄ１、ｄ２、・・・、ｄＮの位置に設置されているものとする。基準点２０９は受信アンテナ２０２１、２０２２、・・・、２０２Ｎの位置を表す便宜上のものであるので、基準点２０９の位置は任意に設定される。図２８で示した受信機２０１において、受信アンテナ２０２１、２０２２、・・・、２０２Ｎは、それぞれ、角度θk（ｋ＝１，２，・・・Ｋ）を持つＫ個の到来波２０３１、２０３２、・・・、２０３Ｋを受信する。
　ここで、到来波２０３１、２０３２、・・・、２０３Ｋの複素振幅を[s(θ1),s(θ2),・・・, s(θK)]とする。受信機２０１は、ダウンコンバータ（図２８では図示せず）を備えているので、このダウンコンバータにより、各受信アンテナ２０２１、２０２２、・・・、２０２Ｎで受信されたＲＦ信号の複素振幅（ベースバンド信号）[r(d1),r(d2),・・・,r(dN)]が抽出される。また、受信アンテナ２０２１、２０２２、・・・、２０２Ｎで受信された信号の複素振幅[r(d1),r(d2),・・・,r(dN)]は、信号処理部２０５へ出力される。
受信アンテナ２０２１、２０２２、・・・、２０２Ｎにおける、受信信号の複素振幅[r(d1),r(d2),・・・,r(dN)]と、到来波の複素振幅[s(θ1),s(θ2),・・・, s(θK)]との関係は、以下の式（１）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記式（１）において、n(t)はノイズ成分を要素とするベクトルである。添字Tはベクトル又は行列の転置を表す。λは到来波（ＲＦ信号）２０３１、２０３２、・・・、２０３Ｋの波長である。
　また、上記式（１）において、受信信号の複素振幅rは、測定で得られる量である。方向行列Aは信号処理上で定義(指定)できる量である。到来波の複素振幅sは未知数であり、測定で得た受信信号rから到来波sの方向を決定する事が到来波方向推定の目的となる。
　到来波方向推定のアルゴリズムでは、測定で得た受信信号rから以下の式（２）に従い、相関行列Rが計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　上記式（２）において、E[]は、括弧内の要素に時間平均の処理を施す事を表し、添字Hは複素共役転置を表す。次に、計算した相関行列Rから、以下の式（３）～（５）で示すいずれかの評価関数が計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　MUSIC法におけるEN=[eK+1,・・・,eN]は、相関行列Rの固有ベクトルの内、固有値がノイズn(t)の電力となるN－(K+1)個のベクトルで構成した行列である。
　また、図２８で示した従来型のアンテナアレイにおいて、受信信号rから相関行列Rを計算する過程、更には、式（３）～（５）の評価関数を計算する過程は、信号処理部２０５で実施される。
　非特許文献１に記載の理論によれば、式（３）～式（５）で示した評価関数は、到来波の角度θ1,θ2,・・・,θKにおいてピークを持つ。従って、評価関数を計算してそのピークを見れば、到来波の角度を求める事ができる。式（３）～式（５）の評価関数で得た到来波の角度分布から、対象物の位置及び形状を画像として表示する事ができる。
　従来型のアンテナアレイを用いた方式による物体検知装置の例は、その他に、特許文献１～３においても開示されている。具体的には、特許文献１及び２に開示された物体検知装置は、受信機に内蔵されたＮ個の受信アンテナそれぞれに接続された移相器により、Ｎ個の受信アンテナで形成される受信アレイアンテナの指向性を制御する。
　そして、特許文献１及び２に開示された物体検知装置は、ビーム状に形成されたＮ個の受信アレイアンテナの指向性を変化させ、Ｋ個の検知対象物それぞれに対して、受信アレイアンテナの指向性ビームを向ける。これにより、各検知対象物で反射された電波強度が算出される。
　また、特許文献３に開示された物体検知装置は、Ｎ個の受信アレイアンテナの周波数依存性を利用する事で、Ｎ個の受信アレイアンテナの指向性を制御している。また、特許文献３に開示された物体検知装置も、特許文献１及び２の例と同様に、Ｋ個の検知対象物それぞれに対して、Ｎ個の受信アレイアンテナの指向性ビームを向ける事で、各検知対象物で反射された電波強度を算出する。
　また、実際の物体検知装置は、２次元画像を表示するため、図２９で示すように、受信アンテナ２０２は、縦方向と横方向とにそれぞれＮ個ずつ設置されている。この場合、全体で必要なアンテナの数はＮ２個となる。図２９は、従来からのアレイアンテナ方式を採用した場合の受信アレイアンテナの概略構成を示す図である。
　特許文献４および特許文献５は、イメージング装置ではなく、レーダの例を開示している。特許文献４および特許文献５に開示されたレーダは、レーダから対象物までの距離（レーダを基準とした前後方向の位置）を、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated continuous Wave）信号を用いて測定する。また、このレーダは、アレイアンテナにより電波のビーム方向を電子走査する方式、または装置を機械的に動かす事で電波のビーム方向を機械走査する方式に、ＭＵＳＩＣ法による高分解能の到来方向推定を組み合わせて、対象物が存在する方位を測定する。なお、この場合、対象物の方位は、レーダを通る基準線からの角度で表される。
特表２０１３－５２８７８８号公報 特開２０１５－０１４６１１号公報 特許第５０８０７９５号公報 特開２００７－２８５９１２号公報 特開２００５－３７３５４号公報
菊間信良、"アレーアンテナの基礎"、MWE2010 Digest,(2010)
　ところで、アレイアンテナ方式においては、対象物を精度良く検知しようとすると、必要となる受信アンテナの数とそれに付随する受信機の数とが非常に多くなってしまい、結果として、物体検知装置のコスト、サイズ、及び重量が大きくなるという問題がある。
　上記の問題点について具体的に説明する。まず、アレイアンテナ方式の場合、受信アンテナ２０１１、２０２２、・・・、２０２Ｎの各アンテナの間隔は、受信機２０１において受信される反射波２０３１、２０３２、・・・、２０３Kの波長λの半分以下にする必要がある。例えば、反射波２０３１、２０３２、・・・、２０３Kがミリ波である場合は、波長λは数ｍｍ程度であるので、各アンテナの間隔は数ｍｍ以下となる。そして、この条件が満たされない場合は、生成した画像において、検知対象物２０４１、２０４２、・・・、２０４Kが存在しない位置に、虚像が発生するという問題が生じてしまう。
　また、画像の分解能は受信アレイアンテナ（２０１１、２０２２、・・・、２０２Ｎ）の指向性ビーム幅△θで決まる。受信アレイアンテナ（２０１１、２０２２、・・・、２０２Ｎ）の指向性ビームの幅△θは、△θ～λ／Ｄにて与えられる。ここで、Ｄは受信アレイアンテナ（２０１１、２０２２、・・・、２０２Ｎ）の開口サイズであり、両端に存在する受信アンテナ２０２１と２０２Ｎと間の距離に相当する。つまり、衣服の下に隠されている物品又は鞄の中の物品等の画像化において実用的な分解能を得るには、受信アレイアンテナ（２０１１、２０２２、・・・、２０２Ｎ）の開口サイズＤは数十ｃｍから数ｍ程度に設定されている必要がある。
　上記の２つの条件、即ち、Ｎ個の受信アンテナのアンテナ間の間隔は波長λの半分以下（数ｍｍ以下）とする点と、両端に存在する受信アンテナ間の距離が少なくとも数十ｃｍ程度必要という点とから、一列あたりに必要なアンテナの数Ｎは数百個程度となる。
　また、実際の物体検知装置では、２次元画像を表示するため、図２９で示したように、受信アンテナ２０２は、縦方向と横方向とにそれぞれＮ個ずつ設置されている。この場合、全体で必要な受信アンテナの数はＮ２個となる。従って、アレイアンテナ方式を採用するためには、全体で必要な受信アンテナ及びそれに付随する受信機の数は数万個程度となる。
　このように大量の受信アンテナと受信機とが必要となるため、上述したように、アレイアンテナ方式においては、コストは非常に高いものになる。また、一辺が数十ｃｍ～数ｍの四方の領域にアンテナが設置されるので、装置のサイズ及び重量は非常に大きなものとなる。
　一方、レーダは、特許文献４および特許文献５に開示されているレーダを含め、一般に、特許文献１～３に開示されたイメージング装置に比べて小型化が可能である。しかしながら、レーダでは、小型化された分だけ、イメージング装置よりも分解能が劣化する。レーダでは、その分解能の低さから、対象物の形状を識別する事はできず、対象物の位置の把握のみが可能である。
　具体的には、特許文献４および特許文献５に開示したＦＭＣＷ方式を採用する場合において、ｃを光速、ＢＷをＲＦ信号の帯域幅とすると、分解能はｃ／（２ＢＷ）で与えられる。従って、帯域幅ＢＷを２ＧＨｚに設定すると、分解能は７．５ｃｍとなる。この分解能では、数ｃｍのサイズを持つ対象物の位置については測定できるが、数ｃｍのサイズを持つ対象物の形状を識別する事は困難である。
　加えて、特許文献４および特許文献５に開示されているレーダでは、特に車載用途の場合において開口サイズＤは数ｃｍ程度に小型化されている。このため、指向性ビームの幅△θ～λ／Ｄが大きくなり、角度方向の測定（到来方向推定）の分解能が劣化するという問題もある。この問題は、アレイアンテナのように複数の送受信機とアンテナで構成された装置で電波のビーム方向を電子走査する場合、もしくはパラボラアンテナのような単一の送受信機とアンテナで構成された装置で電波のビーム方向を機械走査する場合の、いずれの場合にも共通して発生する。
　上述の特許文献１～特許文献５に関連して記述した、アンテナの開口サイズＤと角度方向測定（到来方向推定）の分解能との間にトレードオフが生じる問題は、対象物の位置および形状を角度または方位の変数で表す方式を採用する事で生じている。
　また、特許文献４および特許文献５に開示されている機械走査を行う方式では、機械的にレーダ装置を動かすため、走査速度が低速に制限される事、レーダ装置を機械的に動かす駆動装置が必要となるため装置が大型になる事、また機械走査に伴い機構が摩滅するため装置寿命が短くメンテナンスのコストが掛かる事、などの問題がある。
　上述したように、従来からの物体検知装置では、所望のミリ波画像の分解能を得ようとした場合、装置のコスト、サイズ、重量が非常に大きなものになる。一方、装置を小型化しようとすると、ミリ波画像の分解能が劣化するという問題が発生する。
　このため、物体検知装置を実際に使用できる用途及び機会は、限定されたものになる。また、採用する方式によっては、対象物を検査する速度も限られたものになる。これらの点から、従来よりも必要となるアンテナ及び受信機の数を減らし、更に、受信機を移動させる必要も無く、高速な走査による画像生成を実現することが求められている。
　本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、電波を用いた物体の検知において、精度を向上させつつ、装置コスト、サイズ、及び重量の増大化を抑制し得る、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、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、
　前記物体に向けて電波を送信信号として照射する、送信部と、
　前記物体で反射された電波を受信信号として受信する、受信部と、
　前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域とを定義域とするスペクトルを算出する、スペクトル算出部と、
　前記スペクトル算出部によって算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の前記位置パラメータの値と前記形状パラメータの値とを算出する、パラメータ値算出部と、
　を備えている、ことを特徴とする。
　また、本発明の一側面における物体検知方法は、物体に向けて電波を送信信号として照射する送信部と、前記物体で反射された電波を受信信号として受信する受信部と、を備える装置を用いて、前記物体を検知するための方法であって、
（ａ）前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域を定義域とするスペクトルを算出する、ステップと、
（ｂ）前記（ａ）のステップで算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の位置パラメータの値と前記形状パラメータの値とを算出する、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コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、物体に向けて電波を送信信号として照射する送信部と、前記物体で反射された電波を受信信号として受信する受信部と、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）前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域を定義域とするスペクトルを算出する、ステップと、
（ｂ）前記（ａ）のステップで算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の位置パラメータの値と前記形状パラメータの値とを算出する、ステップと、
を実行させる命令を含む、プログラムを記録している、ことを特徴とする。
　以上のように、本発明によれば、電波を用いた物体の検知において、精度を向上させつつ、装置コスト、サイズ、及び重量の増大化を抑制することができる。
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送信部及び受信部の構成を具体的に示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１における物体検知装置の送信部及び受信部の他の例の構成を具体的に示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１における物体検知装置が照射する送信信号の一例を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１における物体検知装置が照射する送信信号の他の例を示す図である。 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、Ｋ個の対象物が配置された場合の対象物と送受信装置との配置を説明する図である。 図８は、Ｋ個の対象物の反射率の分布を説明する図である。 図９は、従来からのアンテナアレイ方式と本発明の実施の形態１の方式とにおける、パラメータの対応関係を示す図である。 図１０は、対象物からの反射波の間に相関が発生している状態を示す図である。 図１１は、複数の仮想的な受信アンテナによって構築されたサブアレイの一例を示す図である。 図１２は、対象物の位置Ｒと幅Δとを引数とした評価関数のグラフを示す図である。 図１３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示すブロック図である。 図１４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１５は、評価関数の引数のスキャン方法を説明する図である。 図１６は、対象物の幅Δを引数とした評価関数のグラフを示す図である。 図１７は、本発明の実施の形態３における物体検知装置の構成を示すブロック図である。 図１８は、本発明の実施の形態３における物体検知装置の外観構成を概略的に示す図である。 図１９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２０は、対象物がＴ字状を呈する場合の対象物と送受信装置との位置関係を示す図である。 図２１は、図２０に示した対象物をz軸の方向に沿ってx-y平面に投影して得られた投影図である。 図２２は、図１９に示したステップＡ２６で算出された対象物の反射率の算出結果の一例を示す図である。 図２３は、本発明の実施の形態３で生成された対象物の画像の一例を示す図である。 図２４は、本発明の実施の形態４における物体検知装置の構成を示すブロック図である。 図２５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２６は、本発明の実施の形態１～４における物体検知装置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２７は、従来からのアレイアンテナ方式を採用した物体検知装置を示す図である。 図２８は、図２７に示された受信機の構成を示す図である。 図２９は、従来からのアレイアンテナ方式を採用した場合の受信アレイアンテナの概略構成を示す図である。
（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１２を参照しながら説明する。本実施の形態１では、小型のレーダ装置を用いながら、対象物の位置の把握のみだけでなく、対象物の幅のような形状に関する情報も検知できる、物体検知装置、物体検知方法、及びプログラムが開示される。
［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示すブロック図である。
　図１に示す本実施の形態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１１０１と、受信部１１０２と、スペクトル算出部１１０３と、パラメータ値算出部１１０７とを備えている。また、本実施の形態１では、物体検知装置１０００は、算出結果出力部１１０８も備えている。
　送信部１１０１は、検知対象となる物体（以下、「対象物」と表記する）１００３に向けて、送信信号となる電波を照射する。受信部１１０２は、対象物１００３で反射された電波を受信信号として受信する。
本実施の形態１では、受信部１１０２は、更に、受信した受信信号に、送信部１１０１で生成された送信信号をミキシングして、中間周波数信号（以下「ＩＦ（Intermediate Frequency）信号」と表記する。）を生成する。具体的には、　図１に示すように、送信部１１０１は、受信部１１０２に向けて端子１２０８を経由して送信信号を出力する。受信部１１０２は、対象物１００３から反射され受信した電波と、端子１２０８を経由して得た送信信号とをミキシングして、ＩＦ信号を出力する。
　また、図１においては、送信部１１０１及び受信部１１０２は、それぞれ一つのみが図示されているが、送信部１１０１及び受信部１１０２は、実際には複数備えられていても良い。送信部１１０１及び受信部１１０２が複数備えられている場合は、複数の受信部１１０２それぞれは、いずれかの送信部１１０１に対応している。
　スペクトル算出部１１０３は、送信信号及び受信信号に基づいて、具体的には、ＩＦ信号に基づいて、対象物１００３の位置を表すパラメータ（以下「位置パラメータ」と表記する。）の領域と、対象物１００３の形状を表すパラメータ（以下「形状パラメータ」と表記する。）の領域と、を定義域とする、スペクトルを算出する。パラメータ値算出部１１０７は、スペクトル算出部１１０３で算出されたスペクトルに基づいて、対象物１００３の位置パラメータの値と対象物１００３の形状パラメータの値とを算出する。
　算出結果出力部１１０８は、パラメータ値算出部１１０７によって算出された対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とを出力する。なお、算出結果出力部１１０８によるパラメータの値の出力形式は、特に限定されない。出力形式としては、数値データ及び画像データ等のシステムの要求に適合する形式が選択される。
　このように、本実施の形態１では、対象物１００３の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域とを定義域とするスペクトルが算出され、スペクトルに基づいて対象物１００３の位置及び形状を表すパラメータの値が算出される。つまり、本実施の形態１によれば、送信部１１０１及び受信部１１０２が単一である最小構成によって、対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とを算出できる。このため、本実施の形態１によれば、電波を用いた物体の検知において、精度を向上させつつ、装置コスト、サイズ、及び重量の増大化を抑制できる。
　続いて、図１に加えて、図２及び図３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送信部及び受信部の構成を具体的に示す図である。図３は、本発明の実施の形態１における物体検知装置の送信部及び受信部の他の例の構成を具体的に示す図である。
　まず、本実施の形態１では、図１及び図２に示すように、スペクトル算出部１１０３と、パラメータ値算出部１１０７と、算出結果出力部１１０８とは、演算装置（コンピュータ）１２１１に、後述する本実施の形態１におけるプログラムを導入することによって構築されている。また、本実施の形態１では、送信部１１０１と受信部１１０２とで送受信装置１００１が構成されている。
　また、図２に示すように、本実施の形態１では、送受信装置１００１において、送信部１１０１は、発振器１２０１と、送信アンテナ１２０２とを備えている。また、受信部１１０２は、受信アンテナ１２０３と、ミキサ１２０４と、インターフェイス回路１２０５とを備えている。更に、上述したように、送信部１１０１と受信部１１０２とは、端子１２０８を介して接続されている。
　送信部１１０１において、発振器１２０１は、ＲＦ信号（電波）を生成する。発振器１２０１で生成されたＲＦ信号は、送信アンテナ１２０２から送信信号として送信され、対象物１００３に照射される。対象物１００３で反射された電波は、受信部１１０２において、受信アンテナ１２０３によって受信される。
　ミキサ１２０４は、発振器１２０１から端子１２０８を経由して入力されてきたＲＦ信号と受信アンテナ１２０３で受信された電波（受信信号）とを、ミキシングする事で、ＩＦ信号を生成する。ミキサ１２０４で生成されたＩＦ信号は、インターフェイス回路１２０５を経由して、演算装置１２１１へと送信される。インターフェイス回路１２０５は、アナログ信号であるＩＦ信号を、演算装置１２１１で扱えるデジタル信号に変換する機能を持ち、得られたデジタル信号を演算装置１２１１へと出力する。
　また、図２に示した例では、一つの送受信装置１００１には、一つの送信アンテナ１２０２と一つの受信アンテナ１２０３とが備えられているが、本実施の形態は、この態様に限定されない。本実施の形態では、例えば、図３に示すように、一つの送受信装置１００１において、複数の送信アンテナ１２０２と、複数の受信アンテナ１２０３とが備えられていても良い。
　具体的には、図３の例では、送信部１１０１は、一つの発振器１２０１と、複数の送信アンテナ１２０２とを備えている。また、送信部１１０１は、送信アンテナ１２０２毎に設けられた可変移相器１２０６も備え、各送信アンテナ１２０２は、可変移相器１２０６を介して、発振器１２０１に接続されている。各可変移相器１２０６は、発振器１２０１から送信アンテナ１２０２の各々に供給される送信信号の位相を制御する事で、送信アンテナ１２０２の指向性の制御を行なっている。
　また、図３の例では、受信部１１０２は、一つのインターフェイス回路１２０５と、複数の受信アンテナ１２０３とを備えている。更に、受信部１１０２は、受信アンテナ１２０３毎に設けられたミキサ１２０４と、同じく受信アンテナ１２０３毎に設けられた可変移相器１２０７も備えている。各受信アンテナ１２０３は、可変移相器１２０７及びミキサ１２０４を介して、インターフェイス回路１２０５に接続されている。
　各可変移相器１２０７は、受信アンテナ１２０３の各々からミキサ１２０４に供給される受信信号の位相を制御する事で、受信アンテナ１２０３の指向性の制御を行なっている。なお、可変移相器１２０７は、ミキサ１２０４とインターフェイス回路１２０５の間に設置されていても良い。
　また、図２で示した送受信装置１００１では送信アンテナ１２０２と受信アンテナ１２０３はそれぞれ一つずつ、図３で示した送受信装置１００１では送信アンテナ１２０２と受信アンテナ１２０３はそれぞれ数個程度とする事が望ましい態様である。すなわち、本実施の形態１においては、物体検知装置１０００は、車載レーダと同程度の小型の装置で実装する事が望ましい態様である。
　ここで、図４及び図５を用いて、本実施の形態において物体に照射される送信信号について説明する。図４は、本発明の実施の形態１における物体検知装置が照射する送信信号の一例を示す図である。図５は、本発明の実施の形態１における物体検知装置が照射する送信信号の他の例を示す図である。
　まず、本実施の形態１において、発振器１２０１で生成されるＲＦ信号は、図４に示すように、周期Ｔｃｈｉｒｐで、ＲＦ周波数がｆｍｉｎからｆｍｉｎ＋ＢＷに時間的に変化する、ＦＭＣＷ信号であるのが良い。なお、ｆｍｉｎはＲＦ周波数の最小値であり、ＢＷはＲＦ信号の帯域幅である。
　また、本実施の形態１において、複数の送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎ(Ｎは送受信機１００１の数)を用いる場合、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎの間の干渉を回避するために、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎは、他の送受信装置と同時に動作しないように制御される事が望ましい態様である。即ち、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎは、それぞれ一つずつが異なるタイミングで動作するように制御され、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎに搭載されている各送信部１１０１１、１１０１２、・・・、１１０１Ｎは互いに異なるタイミングで電波を照射する。このように、各送受信機が同時に動作しないようにすれば、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎが互いに干渉してしまう事態が回避される。
　また、本実施の形態１では、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎそれぞれを、他の送受信装置と同じ時間内で動作させる場合は、図５に示すように、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎそれぞれにおける、送信電波のＲＦ周波数１２３１１、１２３１２、・・・、１２３１Ｎが、同じ位相とならないように制御が行なわれているのが良い。これにより、送受信装置間の干渉は抑制される。
［装置動作］
　次に、本実施の形態１における物体検知装置１０００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６に示すように、最初に、送受信装置１００１において、送信部１１０１から、対象物１００３に向けて、送信信号となる電波を照射する（ステップＡ１）。また、送信部１１０１は、送信信号となる電波の照射と同時に、端子１２０８を介して、送信信号を受信部１１０２に出力する。
　次に、送受信装置１００１において、受信部１１０２が、対象物１００３から反射された電波を、受信信号として受信し、受信した受信信号に、送信部１１０１で生成された送信信号をミキシングして、ＩＦ信号を生成する（ステップＡ２）。
　次に、スペクトル算出部１１０３が、ステップＡ２で生成されたＩＦ信号に基づいて、対象物１００３の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域とを定義域とするスペクトル（以下、「対象物スペクトル」と表記）を算出する（ステップＡ３）。
　次に、パラメータ値算出部１１０７は、ステップＡ３で算出された対象物スペクトルに基づいて、対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とを算出する（ステップＡ４）。
　次に、算出結果出力部１１０８は、ステップＡ４においてパラメータ値算出部１１０７によって算出された、対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とを出力する（ステップＡ５）。
　続いて、図６に示したステップＡ３～Ａ５について、図７～図１２を用いてより詳細に説明する。
［ステップＡ３］
　まず、送受信した電波に基づいて、対象物１００３の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域とを定義域とする、スペクトル（対象物スペクトル）を算出する、ステップＡ３の詳細について説明する。
　ステップＡ３の説明にあたり、図７を用いて、対象物と送受信装置との位置関係を説明する。図７は、Ｋ個の対象物が配置された場合の対象物と送受信装置との配置を説明する図である。
　まず、図７で示すように、送受信装置１００１からの距離がR1,R2,・・・,RKとなる位置にK個の対象物１００３１、１００３２、・・・、１００３Ｋが配置された状況を考える。また、対象物１００３１、１００３２、・・・、１００３Ｋは、それぞれ、送受信装置１００１から照射される電波を横切る特定の方向において、Δ１、Δ２、・・・、ΔＫの幅を持つものとする。対象物の距離R1,R2,・・・,RKと幅Δ１、Δ２、・・・、ΔＫとは共に未知数であり、対象物の距離R1,R2,・・・,RKと幅Δ１、Δ２、・・・、ΔＫとを測定することが課題となる。　図７の系において、受信IF信号r(t)は以下の式（６）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（６）において、σ(R)は、距離Rに存在する対象物の反射率である。cは光速である。αはRF周波数の時間変化率であり、α=BW/Tchirpである。Tchirpは、図４に示すようにチャープの周期である。t’は１チャープ周期内の時刻であり、－Tchirp/2からTchirp/2の間の値を取る。チャープ信号の周期性を考慮して、時間がチャープ周期を過ぎる毎に、チャープ周期を差し引いて(t’=t－hTchirp,hは整数)、t’が－Tchirp/2からTchirp/2の間に収まるように設定される。zは、図７に示すように、送受信装置配置面１００２と対象物配置面１００４との距離である。また、Rk+は対象物１００３ｋの一端と送受信装置１００１との距離を示し、Rk－は対象物１００３ｋの他端と送受信装置１００１との距離を示す。幾何学的な関係から、Rk+とRk－は以下の式(7)で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ここで、式（７）において、ukは、対象物１００３ｋまでの距離Rkと幅Δkとを組にした２次元の変数であり、すなわちuk=(Rk,Δk)と表記される(k=1,2,・・・,K)。また、Rk±(uk)は、Rk+とRk－とが、uk=(Rk,Δk)の関数である事を表している。
　反射率σ(R)は、対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)が存在する距離範囲Rk－からRk+の間で有限の一定値を取るものとする。また、対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)が存在しない距離範囲では反射率σ(R)は０（ゼロ）となる。
　そして、上記式（６）で与えられている受信ＩＦ信号r(t)は、以下の式（８）のように変形できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　上記式（８）において、σ(uk)は、対象物１００３ｋの反射率に相当する。すなわちσ(uk)は、反射率σ(R)が対象物１００３ｋの存在する距離範囲Rk－からRk+の間で取る値に等しいものとする。
　ここで、距離Rと幅Δとを組にした２次元の変数u=(R,Δ)を引数、すなわち定義域とした反射率σ(u)の性質について、図８を用いて考察する。図８は、Ｋ個の対象物の反射率の分布を説明する図である。
　図８に示すように、反射率σ(u)は、対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)の距離Rkと幅Δkに対応する２次元上のK個の点uk=(Rk,Δk) (k=1,2,・・・,K)においてのみ非零の値を持ち、それ以外の点においては零となるように定義されている。
　ここで、反射率σ(u)が非零となる点座標値uk=(Rk,Δk) (k=1,2,・・・,K)を検出できれば、そのukの値から、対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)の距離Rkと幅Δkとを算出できる。
　以下では、反射率σ(u)が非零となる点座標値uk=(Rk,Δk) (k=1,2,・・・,K)の検出方法について説明する。
　受信ＩＦ信号r(t)は、サンプリング時刻tm(m = 1,2,・・・,M0)で得られるとする。M0はサンプリング点数である。tmの範囲はチャープ周期とする。サンプリング時間ΔtはTchirp/ M0で与えられ、tm=－Tchirp/2+mΔt (m = 1,2,・・・, M0)となる。
　上記を踏まえて、式（８）は下記の式（９）のように表記し直す事ができる。下記の式（９）において、nはノイズ成分を要素とするベクトルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　図９を用いて、従来からのアンテナアレイ方式の動作を示す式（１）と、本実施の形態１の方式の動作を表す式（９）とを比較する。図９は、従来からのアンテナアレイ方式と本発明の実施の形態１の方式とにおける、パラメータの対応関係を示す図である。
　図９に示すように、従来からのアンテナアレイ方式のパラメータは、本実施の形態１の方式のパラメータに対応付けられる。特に、従来アンテナアレイ方式におけるアンテナ位置 dn (n=1,2,・・・,N)と到来波の入射角度θk (k=1,2,・・・,K)とは、本実施の形態１におけるサンプリング時間 tm (m=1,2,・・・,M0)と対象物状態パラメータuk (k=1,2,・・・,K)とに対応付けられる。なお、対象物状態パラメータは、上述の位置パラメータ及び形状パラメータの両方を含む。
　さらに、従来からのアンテナアレイ方式と、本実施の形態１の方式との両方において、同形の式r=As+nが成立している。したがって、従来アンテナアレイ方式と同形の評価関数とで、本実施の形態においても所望の対象物状態パラメータの算出が可能となる。
　具体的には、従来アンテナアレイ方式では式（３）～（５）で与えられた評価関数のピークを与える引数θの値から、到来波の入射角度θk (k=1,2,・・・,K)の値を算出していた。一方で、本実施の形態の方式では、式（３）～（５）と同形の式（１０）～（１２）で与えられる評価関数のピークを与える引数uの値から、対象物状態パラメータuk (k=1,2,・・・,K)の値を算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　式（１０）～（１２）におけるa(u)は、式（９）で与えられるM0×1次のベクトルで与えられる。式（１２）において、en (n=K+1,・・・,M)は、相関行列Rallの固有ベクトルの内、最小の固有値を持つベクトルである。Ｍの定義は後述する。
　式（１０）～（１２）における相関行列Ｒallの求め方について、図１０を用いて以下に説明する。図１０は、対象物からの反射波の間に相関が発生している状態を示す図である。図１０に示すように、異なる対象物１００３１、１００３２、・・・、１００３Ｋからの反射波の間に相関がある場合、対象物１００３１、１００３２、・・・、１００３Ｋの位置を正しく推定する事が困難になる。これは、相関がある場合、受信アンテナ１２０３には、異なる対象物１００３１、１００３２、１００３Ｋから同じ信号が届いているためである。
反射間の相関の問題は、各対象物１００３１、１００３２、・・・、１００３Ｋに同じ送信機（送信アンテナ１２０２）から電波を照射する限り、必ず発生する。　これに対して、反射間の相関の問題は、図１１で示すように、受信信号の引数である時間をずらした複数のサブアレイ１２２１１、１２２１２、・・・、１２２１Ｑ（Ｑはサブアレイの数）を構築し、それらのサブアレイ毎に算出した相関行列の平均を取る事で回避できる。図１１は、複数の仮想的な受信アンテナによって構築されたサブアレイの一例を示す図である。
　図１１において、一つのサブアレイに用いる受信信号の数は、Mとされている。全ての受信信号の数M0と、一つのサブアレイに用いる受信信号の数Mと、サブアレイの数Qとの間には、M0=Q+M－1の関係がある。
　具体的には、q番目のサブアレイは、q番目からq+M－1番目までのサブアレイの受信信号、すなわちrq = [r(tq),r(tq+1),・・・,r(tq+M－1)]Tで構成される。Mは、各サブアレイを構成するサンプリング点数にも相当する。q番目のサブアレイから計算される相関行列Rcol(q)を以下の式（１３）のように計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　全てのサブアレイの相関行列Rcol(q)(q=1,2,・・・,Q)の平均をRallとする。サブアレイの数Qは対象物の数K以上とする。
　本実施の形態１では、各サンプリング時間における受信信号rq = [r(tq),r(tq+1),・・・,r(tq+M－1)]Tを仮想的な受信アンテナと見なして、サブアレイ１２２１q(q=1,2,・・・,Q)を構築している。
　上記の方法では、異なるサブアレイの受信信号間では相関が弱まるという性質を利用する事で、反射間の相関に起因する問題が回避される。
　ステップＡ３における「対象物の位置パラメータ領域と形状パラメータ領域とを定義域とするスペクトル」とは、式（１０）～（１２）で与えられる評価関数を指す。スペクトルの定義域は、評価関数の引数u=(R,Δ)で指定されるものであり、すなわち対象物の位置を表すパラメータＲと、対象物の形状を表すパラメータΔにより指定される。ステップＡ３では、式（１０）～（１２）のいずれかで与えられる評価関数、すなわちスペクトルが算出されればよい。
　また、ステップＡ３では、受信部１１０２において生成された式（６）～（８）記載の受信ＩＦ信号を、スペクトル算出部１１０３が受け取る。スペクトル算出部１１０３は、受信ＩＦ信号から、式（１０）～式（１２）記載の評価関数すなわちスペクトルを算出する。
［ステップＡ４］
　ステップＡ４では、ステップＡ３で算出されたスペクトル、すなわち式（１０）～（１２）のいずれかで与えられる評価関数から、対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とを算出する。以下において、ステップＡ４の詳細について説明する。
　ステップＡ３の説明において既に述べたとおり、式（１０）～（１２）で与えられる評価関数のピークを与える引数uの値から、対象物状態パラメータuk (k=1,2,・・・,K)の値を算出できる。
　すなわち、対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)の距離と幅とを、それぞれRkとΔkとした場合、式（１０）～式（１２）で与えられる評価関数P(u)は、図１２で示すように、対象物１００３ｋの位置Rkと幅Δkとに相当する２次元上の点uk=(Rk,Δk) (k=1,2,・・・,K)においてピークを持っている。図１２は、対象物の位置Ｒと幅Δとを引数とした評価関数のグラフを示す図である。
　従って、ステップＡ４では、パラメータ値算出部１１０７は、ステップＡ３で算出した評価関数Ｐ(u)のピークを与える点の位置から、対象物１００３ｋの位置Rkの値と幅Δkの値とを算出する。
　より具体的には、ステップＡ４では、パラメータ値算出部１１０７は、ステップＡ３で算出された式（１０）～式（１２）に記載のいずれかの評価関数、すなわちスペクトルを受け取る。そして、パラメータ値算出部１１０７は、受け取った式（１０）～式（１２）に記載のいずれかの評価関数、すなわちスペクトルのピーク位置から、対象物１００３ｋの位置Rkの値と幅Δkの値とを算出する。
［ステップＡ５］
　ステップＡ５では、算出結果出力部１１０８は、ステップＡ４で算出された対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)の位置Rkと幅Δkとの情報を、パラメータ値算出部１１０７から受けとり、受け取った情報を出力する。具体的には、算出結果出力部１１０８は、受け取った情報を、数値データ又は画像データとして出力する。出力先は、物体検知装置１０００が組み込まれたシステムである。
［実施の形態１による効果］
　以下において、本実施の形態１における効果を要約する。従来の一般的なアレイアンテナ方式によるミリ波イメージング装置では、受信した電波の到来方向（角度方向）の推定を行って、対象物の形状を検知するために、本実施の形態１と比べて多数(数千～数万個)のアンテナを必要とする。その一方で、本実施の形態１では、電波の到来方向推定、すなわち角度方向の測定を行う従来の方式と異なり、送受信装置から対象物までの距離測定の結果から対象物の幅といった形状に関する情報を検知する方式が用いられる。
　角度方向の測定に依拠しない本実施の形態１の方式により、角度方向の測定を行う従来方式で問題となっていたアンテナの開口サイズＤと角度方向測定（到来方向推定）の分解能との間にトレードオフが生じる問題は、解消される。この結果、本実施の形態１では、少数(～数個)のアンテナを備えた小型のレーダ装置を用いながら、対象物の位置の把握のみだけでなく、対象物の幅といった形状に関する情報も検知できるレーダ方式が実現される。また、本レーダ方式を用いて検知した、対象物の幅といった形状に関する情報は、対象物の種別（例えば車や歩行者など）の識別に用いる事ができる。更に、本実施の形態１では、実際のアンテナ本数を一般的なアレイアンテナ方式によるミリ波イメージング装置と比べて大幅に削減できるので、装置の大幅な小型化、軽量化、及び低コスト化が実現される。
　更に、本実施の形態１では、機械走査を用いる事なく、距離Rと幅Δとを組にした２次元の変数u=(R,Δ)を演算装置１２１１内で電子的に走査する事で所望の機能が実現される。そのため、本実施の形態１によれば、走査速度を機械走査に比べて高速化でき、アンテナを機械的に動かす装置が不要であるので装置を小型化でき、電子走査で機構が摩滅する事はないので機械走査に比べて装置寿命とメンテナンスコストを改善できるという利点がある。
［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、すなわち、演算装置１２１１に、図７に示すステップＡ３～Ａ５を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムを演算装置１２１１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と物体検知方法とを実現することができる。この場合、演算装置１２１１のＣＰＵ（Central Processing Unit）は、スペクトル算出部１１０３、パラメータ値算出部１１０７、及び算出結果出力部１１０８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、スペクトル算出部１１０３、パラメータ値算出部１１０７、及び算出結果出力部１１０８のいずれかとして機能しても良い。
（実施の形態２）
　続いて、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１３～図１６を参照しながら説明する。以下においては、実施の形態１と共通の要素についての説明は省略する。
［装置構成］
　最初に、図１３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１３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示すブロック図である。
　図１３に示すように、本実施の形態２における物体検知装置１０２０は、実施の形態１と同様の送受信装置１００１を備えている。送受信装置１００１は、対象物１００３に向けて電波を照射（送信）し、対象物１００３から反射された電波を受信し、受信した電波に基づいてＩＦ信号を生成する。ＩＦ信号は、演算装置１２１２に入力される。
　一方、図１３に示すように、本実施の形態２における物体検知装置１０２０では、演算装置１２１２は、図１に示した実施の形態１の演算装置１２１１とは異なっている。本実施の形態２では、演算装置１２１２は、図１に示したスペクトル算出部１１０３及びパラメータ値算出部１１０７に代えて、位置スペクトル算出部１１１１と、対象物位置パラメータ値算出部１１１２と、形状スペクトル算出部１１１３と、対象物形状パラメータ値算出部１１１４とを備えている。また、演算装置１２１２は、演算装置１２１１と同様に、算出結果出力部１１０８を備えている。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
　位置スペクトル算出部１１１１は、送受信装置１００１で生成されたＩＦ信号に基づいて、対象物１００３の位置パラメータの領域を定義域とするスペクトル（以下、「位置スペクトル」と表記する）を算出する。
　対象物位置パラメータ値算出部１１１２は、位置スペクトル算出部１１１１で算出された位置スペクトルに基づいて、対象物１００３の位置パラメータの値を算出する。
　形状スペクトル算出部１１１３は、送受信装置１００１で生成されたＩＦ信号と、対象物位置パラメータ値算出部１１１２で算出された、対象物１００３の位置パラメータの値とに基づいて、対象物１００３の形状パラメータの領域を定義域とするスペクトル（以下「形状スペクトル」と表記する）を算出する。
　対象物形状パラメータ値算出部１１１４は、形状スペクトル算出部１１１３で算出された形状スペクトルに基づいて、対象物１００３の形状パラメータの値を算出する。
　対象物位置パラメータ値算出部１１１２で算出された対象物１００３の位置パラメータの値と、対象物形状パラメータ値算出部１１１４で算出された対象物１００３の形状パラメータの値とは、それぞれ算出結果出力部１１０８に受け渡される。算出結果出力部１１０８は、受け渡された対象物１００３の位置パラメータの値及び形状パラメータの値を出力する。
　なお、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、算出結果出力部１１０８におけるパラメータの値の出力形式は、特に限定されない。また、本実施の形態２においても、位置スペクトル算出部１１１１、対象物位置パラメータ値算出部１１１２、形状スペクトル算出部１１１３、対象物形状パラメータ値算出部１１１４、及び算出結果出力部１１０８は、演算装置（コンピュータ）１２１２に、後述する本実施の形態２におけるプログラムを導入することよって構築されている。
　このように、本実施の形態２においても、対象物１００３の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域とを定義域とするスペクトルが算出され、このスペクトルに基づいて対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とが算出される。つまり、本実施の形態２でも、送信部１１０１及び受信部１１０２が単一である最小構成によって、対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とを算出できる。このため、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、電波を用いた物体の検知において、精度を向上させつつ、装置コスト、サイズ、及び重量の増大化を抑制できる。
［装置動作］
　次に、本実施の形態２における物体検知装置１０２０の動作について図１４を用いて説明する。図１４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１３を参酌する。また、本実施の形態２では、物体検知装置１０２０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１０２０の動作説明に代える。
図１４に示すように、最初に、送受信機１００１の送信部１１０１から、対象物１００３に向けて、送信信号となる電波を照射する（ステップＡ１１）。次に、送受信機１００１において、受信部１１０２が、対象物１００３から反射された電波を、受信信号として受信し、受信した受信信号に、送信部１１０１で生成された送信信号をミキシングして、ＩＦ信号を生成する（ステップＡ１２）。ステップＡ１１及びＡ１２は、図６に示したステップＡ１及びステップＡ２と同様のステップである。
　次に、位置スペクトル算出部１１１１が、ステップＡ１２で生成されたＩＦ信号に基づいて、対象物１００３の位置パラメータの領域を定義域とする位置スペクトルを算出する（ステップＡ１３）。
　次に、対象物位置パラメータ値算出部１１１２は、ステップＡ１３で算出された位置スペクトルに基づいて、対象物１００３の位置パラメータの値を算出する（ステップＡ１４）。また、対象物位置パラメータ値算出部１１１２は、算出した位置パラメータの値を、算出結果出力部１１０８に受け渡す。
　次に、形状スペクトル算出部１１１３は、ステップＡ２で生成されたＩＦ信号と、ステップＡ１４で算出された対象物１００３の位置パラメータの値とに基づいて、対象物１００３の形状パラメータの領域を定義域とする形状スペクトルを算出する（ステップＡ１５）。
　次に、対象物形状パラメータ値算出部１１１４は、ステップＡ１５で算出された形状スペクトルに基づいて、対象物１００３の形状パラメータの値を算出する（ステップＡ１６）。また、対象物形状パラメータ値算出部１１１４は、算出した形状パラメータの値を、算出結果出力部１１０８に受け渡す。
　その後、算出結果出力部１１０８は、ステップＡ１４で算出された位置パラメータの値と、ステップＡ１６で算出された形状パラメータの値とを、出力する（ステップＡ１７）。
　このように、本実施の形態２では、位置スペクトル算出部１１１１と形状スペクトル算出部１１１３とで、実施の形態１におけるスペクトル算出部１１０３として機能している。また、本実施の形態２では、対象物位置パラメータ値算出部１１１２と対象物形状パラメータ値算出部１１１４とで、実施の形態１におけるパラメータ値算出部１１０７として機能している。
　続いて、図１４に示したステップＡ１３～Ａ１７について、図１５～図１６を用いてより詳細に説明する。
［ステップＡ１３］
　まず、送受信した電波に基づいて、対象物１００３の位置パラメータ領域を定義域とするスペクトル(位置スペクトル)を算出する、ステップＡ１３の詳細について説明する。
　実施の形態１において既に説明したとおり、図７で示した系において、送受信装置１００１は式（６）で示したＩＦ信号を取得する。
　本実施の形態２におけるステップＡ１３では、式（６）で示したＩＦ信号に対し、対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)の幅Δkの値を0と見なして無視する近似を施す。この時、式（６）のＩＦ信号は、式（１４）で示すように変形される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ここで、距離Ｒを引数とした反射率σ(R)は、対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)が存在する距離Rkにおいて非零の値を持ち、それ以外の点においては零となる。
　ここで、反射率σ(Ｒ)が非零となる距離Rk (k=1,2,・・・,K)を検出できれば、そのＲkの値から、対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)の距離Rkを算出できる。
　以下では、反射率σ(Ｒ)が非零となる距離Rk (k=1,2,・・・,K)の検出方法について説明する。
　式（１４）は下記の式（１５）のように表記し直す事ができる。下記式（１５）において、nはノイズ成分を要素とするベクトルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　実施の形態１における式（９）と、実施の形態２における式（１５）とを比較する。この場合、反射率σの引数が、式（９）では２次元変数u=(R,Δ)、式（１５）では距離変数Rである事を除き、式（９）と式（１５）とは同形である。従って、式（１０）～（１２）と同形の評価関数である式（１６）～（１８）を用いて、対象物１００３ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）の位置Ｒｋを検出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　式（１６）～（１８）内の相関行列Ｒallの求め方は、実施の形態１と同一であるので、ここでは説明を省略する。
　ステップＡ１３では、式（１６）～（１８）のいずれかの評価関数を用い、評価関数のピークを与える引数Ｒの値から、対象物１００３ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）の位置Ｒｋが検出される。
　ステップＡ３における「対象物の位置パラメータの領域を定義域とするスペクトル（位置スペクトル）」とは、式（１６）～（１８）で与えられる評価関数を指す。スペクトルの定義域は、評価関数の引数Ｒで指定されるものであり、すなわち対象物の位置を表すパラメータＲにより指定される。ステップＡ１３では、式（１６）～（１８）のいずれかで与えられる評価関数、すなわち位置スペクトルを算出すればよい。
　ステップＡ１３では、受信部１１０２において生成された式（１４）記載の受信ＩＦ信号を、位置スペクトル算出部１１１１が受け取る。位置スペクトル算出部１１１１は、この受信ＩＦ信号から、式（１６）～式（１８）記載の評価関数、すなわち位置スペクトルを算出する。
［ステップＡ１４］
　ステップＡ１４では、位置スペクトル、すなわち式（１６）～（１８）のいずれかで与えられる評価関数から、対象物の位置パラメータの値を算出する。以下において、ステップＡ１４の詳細について説明する。
　ステップＡ１３の説明において既に述べたとおり、式（１６）～（１８）で与えられる評価関数のピークを与える引数Ｒの値から、対象物の距離Ｒk (k=1,2,・・・,K)の値を算出できる。
　より具体的には、ステップＡ１４では、位置スペクトル算出部１１１１で算出された式（１６）～式（１８）記載のいずれかの評価関数、すなわち位置スペクトルを、対象物位置パラメータ値算出部１１１２が受け取る。対象物位置パラメータ値算出部１１１２は、位置スペクトル算出部１１１１から受け取った式（１６）～式（１８）記載のいずれかの評価関数すなわちスペクトルのピーク位置から、対象物１００３ｋの位置Rkの値を算出する。
［ステップＡ１５］
　次に、送受信した電波に基づいて得られるＩＦ信号と、ステップＡ４で得た対象物１００３の位置情報に基づいて、対象物１００３の形状パラメータを定義域とする形状スペクトルを算出する、ステップＡ１５の詳細について図１５及び図１６を用いて説明する。図１５は、評価関数の引数のスキャン方法を説明する図である。図１６は、対象物の幅Δを引数とした評価関数のグラフを示す図である。
　ステップＡ１５において、形状スペクトル算出部１１１３は、送受信装置１００１で得た式（６）～（８）で示したＩＦ信号に基づいて、実施の形態１で示した式（１０）～（１２）のいずかの評価関数を算出する。
　但し、本実施の形態２におけるステップＡ１５では、ステップＡ１４で得た対象物１００３ｋの位置Rk(k=1,2,・・・,K)の情報を用い、図１５で示すように評価関数においてスキャンする引数の範囲をR=Rkで固定して、Δ方向のみでスキャンを行う。その結果、図１６で示すように、各対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)に対し、対象物の幅Δ、すなわち形状パラメータを引数(=定義域)とするスペクトル、すなわち形状スペクトルが得られる。
　そして、図１６で示すように、各対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)の形状スペクトルは、Δ＝Δｋにおいてピークを取る。ここで、Δkは各対象物１００３ｋの幅の値である。
　ステップＡ１５では、ステップＡ１２で送受信装置１００１において生成されたＩＦ信号と、ステップＡ１４で対象物位置パラメータ値算出部１１１２において生成された対象物１００３の位置パラメータの値とが、形状スペクトル算出部１１１３に受け渡される。そして、形状スペクトル算出部１１１３は、前記の手順に基づいて、形状スペクトルを算出する。
［ステップＡ１６］
　次に、形状スペクトルから対象物１００３の形状パラメータの値を算出する、ステップＡ１６の詳細について説明する。
ステップＡ６では、ステップＡ１５において、形状スペクトル算出部１１１３は、形状スペクトルを、対象物形状パラメータ値算出部１１１４に受け渡す。したがって、ステップＡ１６では、対象物形状パラメータ値算出部１１１４は、各対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)の形状スペクトルがピークを取るΔの値から、各対象物１００３ｋの幅Δk、すなわち形状パラメータを算出する。
［ステップＡ１７］
　次に、算出された対象物の位置パラメータと形状パラメータの値とを出力する、ステップＡ１７の詳細について説明する。
　ステップＡ１７では、算出結果出力部１１０８は、まず、ステップＡ１４で対象物位置パラメータ値算出部１１１２において算出した各対象物１００３ｋの位置Rkの情報（位置パラメータの値）を受け取る。また、算出結果出力部１１０８は、ステップＡ６で対象物形状パラメータ値算出部１１１４において算出した各対象物１００３ｋの幅Δkの情報（形状パラメータの値）も受け取る。
　そして、算出結果出力部１１０８は、対象物１００３ｋ(k=1,2,・・・,K)の位置Rkの情報と、幅Δkの情報とを出力する。具体的には、算出結果出力部１１０８は、受け取った情報を、数値データ又は画像データとして出力する。出力先は、物体検知装置１０２０が組み込まれたシステムである。
［実施の形態２による効果］
本実施の形態２においても、実施の形態１で述べた効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態２によっても、少数(～数個)のアンテナを備えた小型のレーダ装置を用いながら、対象物の位置の把握のみだけでなく、対象物の幅といった形状に関する情報も検知できるレーダ方式が実現される。また、本レーダ方式を用いて検知した、対象物の幅といった形状に関する情報は、対象物の種別（例えば車や歩行者など）の識別に用いる事ができる。
　更に、本実施の形態２でも、実際のアンテナ本数を一般的なアレイアンテナ方式によるミリ波イメージング装置と比べて大幅に削減できるので、装置の大幅な小型化、軽量化、及び低コスト化が実現される。
　加えて、本実施の形態２でも、機械走査の代わりに電子走査を用いるため、機械走査を用いる方式と比べて、走査速度の高速化、装置の小型化、装置寿命とメンテナンスコストの改善という利点が得られる。
［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、すなわち、演算装置１２１２に、図１４に示すステップＡ１３～Ａ１７を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムを演算装置１２１２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と物体検知方法とを実現することができる。この場合、演算装置１２１２のＣＰＵ（Central Processing Unit）は、位置スペクトル算出部１１１１、対象物位置パラメータ値算出部１１１２、形状スペクトル算出部１１１３、対象物形状パラメータ値算出部１１１４、及び算出結果出力部１１０８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、位置スペクトル算出部１１１１、対象物位置パラメータ値算出部１１１２、形状スペクトル算出部１１１３、対象物形状パラメータ値算出部１１１４、及び算出結果出力部１１０８のいずれかとして機能しても良い。
（実施の形態３）
続いて、本実施の形態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１７～図２３を参照しながら説明する。本実施の形態３においても、上述した実施の形態１及び２と同様に、小型のレーダ装置を用いながら、従来のミリ波イメージング装置と同様に、対象物の位置の把握のみだけでなく対象物の形状の検知が可能となる。以下においては、実施の形態１と共通の要素についての説明は省略する。
［装置構成］
　最初に、図１７を用いて本実施の形態３における物体検知装置の構成について説明する。図１７は、本発明の実施の形態３における物体検知装置の構成を示すブロック図である。
　図１７に示す本実施の形態３における物体検知装置１０３０は、実施の形態１における物体検知装置１０００と同様に、電波によって物体を検知するための装置である。図１７に示すように、本実施の形態３における物体検知装置１０３０は、実施の形態１と同じく、送受信装置１００１と、演算装置１２１３とを備えている。
　但し、本実施の形態３における物体検知装置１０３０は、演算装置１２１３の構成及び機能の点で、実施の形態１における物体検知装置１０００と異なっている。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
　図１７に示すように、本実施の形態３においては、物体検知装置１０３０は、送信部１１０１及び受信部１１０２を複数備えている。また、複数の受信部１１０２それぞれは、複数の送信部１１０１のいずれかに対応している。つまり、物体検知装置１０３０は、複数の送受信装置１００１を備えている。
　演算装置１２１３は、スペクトル算出部１１０３、及びパラメータ値算出部１１０７に加えて、区間決定部１１０４と、反射率分布算出部１１０５と、画像生成部１１０６とを備えている。なお、本実施の形態３においては、実施の形態１で用いられていた算出結果出力部１１０８は省略されている。
　また、図１７に示す物体検知装置１０３０では、複数の送受信装置１００１に対して、一つの演算装置１２１３が備えられているが、送受信装置１００１のそれぞれに対して、演算装置１２１３、又はそれを構成する要素が個別に備えられている態様であっても良い。
　スペクトル算出部１１０３は、本実施の形態３においても、実施の形態１において示した手順に従い、ＩＦ信号に基づいて、対象物１００３の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域を定義域とするスペクトルを算出する。
　パラメータ値算出部１１０７も、実施の形態１において示した手順に従い、スペクトル算出部１１０３で算出されたスペクトルに基づいて、対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とを算出する。
　区間決定部１１０４は、パラメータ値算出部１１０７が算出した対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とに基づいて、対象物１００３の反射率を算出するための区間を決定する。
　反射率分布算出部１１０５は、送信部１１０１とそれに対応する受信部１１０２との組毎、すなわち送受信装置１００１毎に、ＩＦ信号に基づいて、決定された区間それぞれにおける対象物１００３の反射率を算出する。
　画像生成部１１０６は、組毎に、区間それぞれの反射率の分布の積を算出する。また、画像生成部１１０６は、組毎に算出した、反射率の分布の積を用いて、対象物１００３の画像を生成する。
　また、本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、スペクトル算出部１１０３、パラメータ値算出部１１０７、区間決定部１１０４、反射率分布算出部１１０５、及び画像生成部１１０６は、演算装置（コンピュータ）１２１３に、後述する本実施の形態３におけるプログラムを導入することによって構築されている。
　このように、本実施の形態３においても、対象物１００３の位置と形状とを表すスペクトルが算出され、そのスペクトルから、対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とが算出される。そして、対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とから、対象物１００３の反射率を算出するための区間が決定され、区間毎の反射率の分布の積から対象物１００３の画像が形成される。このため、本実施の形態３によれば、電波を用いた物体の検知において、精度を向上させつつ、装置コスト、サイズ、及び重量の増大化が抑制される。
　続いて、図１７に加えて、図１８を用いて、本実施の形態３における物体検知装置の構成について更に具体的に説明する。図１８は、本発明の実施の形態３における物体検知装置の外観構成を概略的に示す図である。
　図１８に示すように、本実施の形態３では、送受信装置配置面１００２に複数個の送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎが配置されている。各送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎは、それぞれ演算装置１２１３に接続されている。ここでNは、配置される送受信装置１００１の個数である。また、対象物１００３が、対象物配置面１００４に配置されているものとする。
　この場合において、各々の送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎは、対象物１００３に向けて電波を照射する。その後、各々の送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎは、対象物１００３において反射された電波を受信するものとする。そして、各々の送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎは、送受信した電波に基づいて、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎと対象物１００３との間の距離Ｒ１、Ｒ２、・・・、ＲＮと、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎから見た対象物１００３の幅Δ１、Δ２、・・・、ΔＮと、を測定する。
　本実施の形態３においても、実施の形態１と同じく、複数の送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎ(Ｎは送受信装置１００１の数)を用いる場合、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎの間の干渉を回避するために、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎは、他の送受信装置と同時に動作しないように制御される事が望ましい態様である。
　また、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎそれぞれを他の送受信装置と同じ時間内で動作させる場合は、図５で示したように、送受信装置１００１１、１００１２、・・・、１００１Ｎのそれぞれの送信電波のＲＦ周波数１２３１１、１２３１２、・・・、１２３１Ｎが、同じにならないように制御が行なわれても良い。
［装置動作］
　次に、本実施の形態３における物体検知装置１０３０の動作について図１９を用いて説明する。図１９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。以下の説明においては、適宜図１７～図１８を参酌する。また、本実施の形態３では、物体検知装置１０３０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１０３０の動作説明に代える。
　図１９に示すように、最初に、各送受信装置１００１において、送信部１１０１から、対象物１００３に向けて、送信信号となる電波を照射する（ステップＡ２１）。ステップＡ２１は、図６に示したステップＡ１と同様のステップである。
　次に、各送受信装置１００１において、受信部１１０２が、対象物１００３から反射された電波を、受信信号として受信し、受信した受信信号に、送信部１１０１で生成された送信信号をミキシングして、ＩＦ信号を生成する（ステップＡ２２）。ステップＡ２２は、図６に示したステップＡ２と同様のステップである。
　次に、スペクトル算出部１１０３が、ステップＡ２２で生成されたＩＦ信号に基づいて、対象物１００３の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域とを定義域とするスペクトル（対象物スペクトル）を算出する（ステップＡ２３）。ステップＡ２３は、図６に示したステップＡ３と同様のステップである。
　次に、パラメータ値算出部１１０７は、ステップＡ２３で算出された対象物スペクトルに基づいて、対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とを算出する（ステップＡ２４）。ステップＡ２４は、図６に示したステップＡ４と同様のステップである。
　次に、区間決定部１１０４は、ステップＡ２４で算出された対象物１００３の位置パラメータの値と形状パラメータの値とに基づいて、物体１００３の反射率を算出するための区間を決定する（ステップＡ２５）。
　次に、反射率分布算出部１１０５は、送信部１１０１とそれに対応する受信部１１０２との組毎、すなわち送受信装置１００１毎に、ＩＦ信号に基づいて、ステップＡ２５で決定された区間それぞれにおける対象物１００３の反射率を算出する（ステップＡ２６）。
　次に、画像生成部１１０６は、組毎に、区間それぞれの反射率の分布の積を算出し、組毎に算出した、反射率の分布の積を用いて、対象物１００３の画像を生成する（ステップＡ２７）。生成された画像は、表示装置等の画面上に表示される。
　続いて、図１９に示したステップＡ２５～Ａ２７について、図２０～図２３を用いて詳細に説明する。
[ステップＡ２５]
ステップＡ２５の説明にあたり、図２０及び図２１を用いて、送受信装置配置面１００２内のy軸上に送受信装置１００１を配置した例を参照しながら、対象物１００３の有効反射率を計算するための区間を決定する方法を説明する。図２０は、対象物がＴ字状を呈する場合の対象物と送受信装置との位置関係を示す図である。　図２１は、図２０に示した対象物をz軸の方向に沿ってx-y平面に投影して得られた投影図である。
　図２１の例では、送受信装置１００１からの照射方向に沿って存在している対象物１００３の形状の不連続境界Ｐ１～Ｐ３により、対象物１００３は、区間１（Ｐ１－Ｐ２間)と、区間２（Ｐ２－P３間）との二つに分離されて送受信装置１００１に検知される。そして、実施の形態１で詳細を説明したステップＡ１～Ａ４と同様のステップＡ２１～Ａ２４の手順に沿って、区間１と区間２に存在する対象物１００３の位置パラメータR1およびR2と、対象物の幅に相当する形状パラメータΔ１およびΔ2とがそれぞれ算出される。
　ステップＡ２５では、ステップＡ２１～Ａ２４の手順で得られた対象物１００３の位置パラメータR1およびR2と、対象物の幅に相当する形状パラメータΔ１およびΔ2とから、区間１と区間２とをそれぞれ決定する。すなわち、実施の形態１で示した式（７）に従い、区間１は送受信装置１００１からの距離がsqrt(R1+(Δ1/2)2±zΔ1)の範囲にある領域として決定され、区間２は送受信装置１００１からの距離がsqrt(R2+(Δ2/2)2±zΔ2)の範囲にある領域として決定される。
［ステップＡ２６］
　次に、ステップＡ２６について説明する。実施の形態１において式（９）で示したように、受信ＩＦ信号r = [r(t1),r(t2),・・・,r(tM0)]Tと、対象物１００３の反射率s = [σ(u1),σ(u2),・・・,σ(uK)]Tと、方向行列A = (a(u1),a(u2),・・・,a(uK))との間には、r=Asの関係がある。なお、ここではノイズ成分nは無視している。受信ＩＦ信号rはステップＡ２１～Ａ２２で得られる測定値である。方向行列Aは対象物状態パラメータu1,u2,・・・,uKの関数であり、ステップＡ２４で対象物状態パラメータu1,u2,・・・,uKが確定すると、方向行列Aの値も確定する。すなわち、ステップＡ２４の処理完了時点で、受信ＩＦ信号rと方向行列Aが確定する。
　次に、受信ＩＦ信号の全てのサンプリングデータr =[r(t1),r(t2),・・・,r(tM0)]Tを用いて、以下の式(１９)を用いて相関行列Rall(0)を計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　式（１９）とｒ＝Ａｓの関係から、以下の式(２０)に示す関係が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
また、式(２０)に、Aの擬逆行列を適用する事で、Sは以下の式(２１)によって算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　式(２１)で得られたSの対角成分から、各区間における対象物の有効反射率|σ(uk)|2 (k=1,2,・・・,K)を求める事ができる。
　ここで、ステップＡ２６で得られた各区間における対象物１００３の有効反射率の算出結果を図２２に示す。図２２は、図１９に示したステップＡ２６で算出された対象物の反射率の算出結果の一例を示す図である。図２２の例では、４つの送受信装置１００１１～１００１４によって得られたデータが示されている。
　送受信装置１００１１～１００１４は、それぞれ、対象物１００３の距離方向（送受信装置１００１１～１００１４から対象物を見たときの対象物へと向かう方向）における位置については測定できる。しかし、送受信装置１００１１～１００１４は、それぞれ、角度方向（送受信装置１００１１～１００１４から対象物を見たときの対象物から横へと向かう方向）における位置については測定困難である。そのため、区間は距離方向のみで定義される。そして、区間は、対象物配置面１００４において、送受信装置１００１１～１００１４それぞれからの距離が最小となる対象物配置面１００４上の点（図７で示す所の点Ｏ）を原点とする各円で挟まれた領域になる。有効反射率は区間内で同じ値を取るので、ドーナツ状の分布を持つように見える。
　有効反射率は、対象物１００３の角度方向の幅と反射率とに比例する量である。そして、対象物１００３の反射率は一様としているので、送受信装置１００１から見て角度方向の幅が大きいパターンの有効反射率が特に大きな値となる。例として、送受信装置１００１１または１００１３で測定した場合では、Ｔ字状の対象物１００３の縦棒部分の有効反射率が強くなる。一方、送受信装置１００１２または１００１４で測定した場合では、Ｔ字状の対象物１００３の横棒部分の有効反射率が強くなる。
［ステップＡ２７］
　次に、ステップＡ７について説明する。まず、図２２で示した送受信装置１００１n （n=1,2,・・・,N, 図２２の例ではN=4）におけるX-Y平面上の有効反射率の分布を、σ’n(x,y)とする。最終的に得られる画像I(x,y)は、式(２２)で示すように、送受信装置１００１n (n=1,2,・・・,N,)で得られた有効反射率の分布σ’n(x,y)の積を用いて算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　式(２２)において、δは画像のダイナミックレンジを調整するパラメータである。式(２２)に基づいてδ=2の場合に得たミリ波画像を図２３に示す。図２３は、本発明の実施の形態で生成された対象物の画像の一例を示す図である。図２３に示すように、本実施の形態３では、ステップＡ２１～Ａ２６の実行により、幅５ｃｍのＴ字状の元形状に対し、帯域幅２ＧＨｚの測定によるミリ波画像でも元形状と同じくＴ字状の形状が得られている。
［実施の形態３による効果］
　このように、本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、電波の到来方向推定、すなわち角度方向の測定を行う従来の方式と異なり、送受信装置と対象物の距離測定の結果とから対象物の幅のような形状に関する情報を検知する方式が用いられる。
　よって、本実施の形態３によっても、少数(～数個)のアンテナを備えた数個の小型レーダ装置を用いながら、対象物の位置の把握のみだけでなく、対象物の幅といった形状に関する情報も検知できるレーダ方式が実現される。また、本実施の形態３では、対象物の形状を示す画像も形成されるので、従来のミリ波イメージング装置と同等以上に、例えば、衣服及び鞄等の中に隠匿した武器などの危険物の検出および識別が可能となる。
　更に、本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、実際のアンテナ本数を一般的なアレイアンテナ方式によるミリ波イメージング装置と比べて大幅に削減できるので、装置の大幅な小型化、軽量化、及び低コスト化が実現される。加えて、本実施の形態３でも、機械走査の代わりに電子走査を用いるため、機械走査を用いる方式と比べて、走査速度の高速化、装置の小型化、装置寿命とメンテナンスコストの改善という利点が得られる。
［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、すなわち、演算装置１２１３に、図１９に示すステップＡ２３～Ａ２７を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムを演算装置１２１３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、演算装置１２１３のＣＰＵ（Central Processing Unit）は、スペクトル算出部１１０３、パラメータ値算出部１１０７、区間決定部１１０４、反射率分布算出部１１０５、及び画像生成部１１０６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、スペクトル算出部１１０３、パラメータ値算出部１１０７、区間決定部１１０４、反射率分布算出部１１０５、及び画像生成部１１０６のいずれかとして機能しても良い。
（実施の形態４）
　続いて、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２４及び図２５を参照しながら説明する。また、以下においては、実施の形態３を参照しながら説明し、実施の形態３と共通の要素についての説明は省略する。
［装置構成］
最初に、図２４を用いて本実施の形態４における物体検知装置の構成について説明する。図２４は、本発明の実施の形態４における物体検知装置の構成を示すブロック図である。
　図２４に示すように、本実施の形態４における物体検知装置１０４０は、図２３に示した実施の形態３における物体検知装置１０３０と同様に、複数の送受信装置１００１を備えている。
　一方、図２４に示すように、本実施の形態４における物体検知装置１０４０では、演算装置１２１４は、図１７に示した演算装置１２１３とは異なっている。本実施の形態４では、演算装置１２１４は、図１７に示したスペクトル算出部１１０３及びパラメータ値算出部１１０７に代えて、位置スペクトル算出部１１１１と、対象物位置パラメータ値算出部１１１２と、形状スペクトル算出部１１１３と、対象物形状パラメータ値算出部１１１４とを備えている。また、演算装置１２１４は、図１７に示した演算装置１２１３と同様に、区間決定部１１０４、反射率分布算出部１１０５、及び画像生成部１１０６も備えている。以下、実施の形態３との相違点を中心に説明する。
　本実施の形態４で用いられる、位置スペクトル算出部１１１１、対象物位置パラメータ値算出部１１１２、形状スペクトル算出部１１１３、及び対象物形状パラメータ値算出部１１１４は、実施の形態２において図１３に示した各部と同様のものである。これらは、実施の形態２の場合と同様に機能する。
　すなわち、位置スペクトル算出部１１１１は、送受信装置１００１で生成されたＩＦ信号に基づいて、対象物１００３の位置パラメータの領域を定義域とする位置スペクトルを算出する。対象物位置パラメータ値算出部１１１２は、位置スペクトルに基づいて、対象物１００３の位置パラメータの値を算出する。
　形状スペクトル算出部１１１３は、送受信装置１００１で生成されたＩＦ信号と、対象物位置パラメータ値算出部１１１２で算出された、対象物１００３の位置パラメータの値とに基づいて、対象物１００３の形状パラメータの領域を定義域とする形状スペクトルを算出する。対象物形状パラメータ値算出部１１１４は、形状スペクトルに基づいて、対象物１００３の形状パラメータの値を算出する。
なお、また、本実施の形態３においても、位置スペクトル算出部１１１１、対象物位置パラメータ値算出部１１１２、形状スペクトル算出部１１１３、対象物形状パラメータ値算出部１１１４、区間決定部１１０４、反射率分布算出部１１０５、及び画像生成部１１０６は、演算装置（コンピュータ）１２１４に、後述する本実施の形態４におけるプログラムを導入することによって構築されている。
［装置動作］
　次に、本発明の実施の形態４における物体検知装置１０４０の動作について図２５を用いて説明する。図２５は、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１０４０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１０４０の動作説明に代える。
　図２５に示すように、最初に、各送受信装置１００１において、送信部１１０１から、対象物１００３に向けて、送信信号となる電波を照射する（ステップＡ３１）。次に、各送受信装置１００１において、受信部１１０２が、対象物１００３から反射された電波を、受信信号として受信し、受信した受信信号に、送信部１１０１で生成された送信信号をミキシングして、ＩＦ信号を生成する（ステップＡ３２）。ステップＡ３１及びＡ３２は、図６に示したステップＡ１及びステップＡ２と同様のステップである。
　次に、位置スペクトル算出部１１１１が、ステップＡ３２で生成されたＩＦ信号に基づいて、対象物１００３の位置パラメータの領域を定義域とする位置スペクトルを算出する（ステップＡ３３）。次に、対象物位置パラメータ値算出部１１１２は、ステップＡ３３で算出された位置スペクトルに基づいて、対象物１００３の位置パラメータの値を算出する（ステップＡ３４）。ステップＡ３３及びＡ３４は、図１４に示したステップＡ１３及びＡ１４と同様のステップである。
　次に、形状スペクトル算出部１１１３は、ステップＡ３２で生成されたＩＦ信号と、ステップＡ３４で算出された対象物１００３の位置パラメータの値とに基づいて、対象物１００３の形状パラメータの領域を定義域とする形状スペクトルを算出する（ステップＡ３５）。次に、対象物形状パラメータ値算出部１１１４は、ステップＡ３５で算出された形状スペクトルに基づいて、対象物１００３の形状パラメータの値を算出する（ステップＡ３６）。ステップＡ３５及びＡ３６は、図１４に示したステップＡ１５及びＡ１６と同様のステップである。
　次に、区間決定部１１０４は、ステップＡ３４で算出された対象物１００３の位置パラメータの値とステップＡ３６で算出された形状パラメータの値とに基づいて、物体１００３の反射率を算出するための区間を決定する（ステップＡ３７）。ステップＡ３７は、図１９に示したステップＡ２５と同様のステップである。
　次に、反射率分布算出部１１０５は、送信部１１０１とそれに対応する受信部１１０２との組毎、すなわち送受信装置１００１毎に、ＩＦ信号に基づいて、ステップＡ３７で決定された区間それぞれにおける対象物１００３の反射率を算出する（ステップＡ３８）。ステップＡ３８は、図１９に示したステップＡ２６と同様のステップである。
　次に、画像生成部１１０６は、組毎に、区間それぞれの反射率の分布の積を算出し、組毎に算出した、反射率の分布の積を用いて、対象物１００３の画像を生成する（ステップＡ３９）。生成された画像は、表示装置等の画面上に表示される。ステップＡ３９は、図１９に示したステップＡ２７と同様のステップである。
　このように、本実施の形態４においても、ステップＡ３１～Ａ３９の実行により、対象物１００３の画像が形成される。本実施の形態４によっても、電波を用いた物体の検知において、精度を向上させつつ、装置コスト、サイズ、及び重量の増大化が抑制される。
［実施の形態４による効果］
　本実施の形態４においても、実施の形態３で述べた効果を売ることができる。すなわち、本実施の形態４によっても、少数(～数個)のアンテナを備えた数個の小型レーダ装置を用いながら、対象物の位置の把握のみだけでなく、対象物の幅といった形状に関する情報も検知できるレーダ方式が実現される。
　また、本実施の形態４においても、対象物の形状を示す画像も形成されるので、従来のミリ波イメージング装置と同等以上に、例えば、衣服及び鞄等の中に隠匿した武器などの危険物の検出および識別が可能となる。更に、本実施の形態４においても、装置の大幅な小型化、軽量化、及び低コスト化が実現される。
　更に、本実施の形態４でも、機械走査の代わりに電子走査を用いるため、機械走査を用いる方式と比べて、走査速度の高速化、装置の小型化、装置寿命とメンテナンスコストの改善という利点が得られる。
［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、すなわち、演算装置１２１４に、図２５に示すステップＡ３３～Ａ３９を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムを演算装置１２１４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、演算装置１２１４のＣＰＵ（Central Processing Unit）は、位置スペクトル算出部１１１１、対象物位置パラメータ値算出部１１１２、形状スペクトル算出部１１１３、対象物形状パラメータ値算出部１１１４、区間決定部１１０４、反射率分布算出部１１０５、及び画像生成部１１０６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、位置スペクトル算出部１１１１、対象物位置パラメータ値算出部１１１２、形状スペクトル算出部１１１３、対象物形状パラメータ値算出部１１１４、区間決定部１１０４、反射率分布算出部１１０５、及び画像生成部１１０６のいずれかとして機能しても良い。
（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２６を用いて説明する。図２６は、本発明の実施の形態における物体検知装置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２６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。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。
　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。
　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、本実施の形態における物体検知装置１０００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１０００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。
　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。また、上述の各特許文献等に開示されている内容は、本願発明に引用をもって繰り込むことも可能とする。本願発明の全開示（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、本願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、本願発明は、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）
　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、
　前記物体に向けて電波を送信信号として照射する、送信部と、
　前記物体で反射された電波を受信信号として受信する、受信部と、
　前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域とを定義域とするスペクトルを算出する、スペクトル算出部と、
　前記スペクトル算出部によって算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の前記位置パラメータの値と前記形状パラメータの値とを算出する、パラメータ値算出部と、
を備えている、ことを特徴とする物体検知装置。
（付記２）
　前記送信部及び前記受信部が複数備えられ、
　複数の前記受信部それぞれは、複数の前記送信部のいずれかに対応し、
　前記スペクトル算出部が、前記送信部とそれに対応する前記受信部との組毎に、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータ領域と形状パラメータ領域とを定義域とするスペクトルを算出し、
　前記パラメータ値算出部が、前記スペクトル算出部によって前記組毎に算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の位置パラメータと形状パラメータの値とを算出し、
　当該物体検知装置は、更に、
　前記パラメータ値算出部によって算出された、前記物体の位置パラメータと形状パラメータの値とに基づいて、前記物体の反射率を算出するための区間を決定する、区間決定部と、
　前記組毎に、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記区間決定部によって決定された前記区間それぞれにおける前記物体の反射率を算出する、反射率分布算出部と、
　前記組毎に算出された前記反射率の分布の積を求め、求めた前記積を用いて、前記物体の画像を生成する、画像生成部と、
を備えている、付記１に記載の物体検知装置。
（付記３）
　前記送信部が、周波数変調した電波を、前記送信信号として送信する、
付記１または２に記載の物体検知装置。
（付記４）
　前記送信部が複数備えられ、
　複数の前記送信部それぞれが、互いに異なるタイミングで、又は互いに異なるは送信周波数で、前記送信信号を照射する、
付記１～３のいずれかに記載の物体検知装置。
（付記５）
　前記受信部は、前記物体で反射された電波を受信信号として受信し、更に、受信した前記受信信号に前記送信信号をミキシングして中間周波数信号を生成し、
　前記スペクトル算出部は、前記中間周波数信号に基づいて、前記スペクトルを算出する、
付記１～４のいずれかに記載の物体検知装置。
（付記６）
　前記スペクトル算出部は、予め設定されたサンプリング時間の範囲が異なる前記中間周波数信号の測定値から、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する相関行列を算出し、更に、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する前記相関行列の平均値を算出し、その後、前記相関行列の平均値に基づいて、前記スペクトルを算出する、
付記５に記載の物体検知装置。
（付記７）
　物体に向けて電波を送信信号として照射する送信部と、前記物体で反射された電波を受信信号として受信する受信部と、を備える装置を用いて、前記物体を検知するための方法であって、
（ａ）前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域を定義域とするスペクトルを算出する、ステップと、
（ｂ）前記（ａ）のステップで算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の位置パラメータの値と前記形状パラメータの値とを算出する、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）
　前記装置が、前記送信部及び前記受信部を複数備え、複数の前記受信部それぞれが、複数の前記送信部のいずれかに対応しており、
　前記（ａ）のステップにおいて、前記送信部とそれに対応する前記受信部との組毎に、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータ領域と形状パラメータ領域とを定義域とするスペクトルを算出し、
　前記（ｂ）のステップにおいて、前記（ａ）のステップによって前記組毎に算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の位置パラメータと形状パラメータの値とを算出し、
　当該物体検知方法は、
（ｃ）前記（ｂ）のステップによって算出された、前記物体の位置パラメータと形状パラメータの値とに基づいて、前記物体の反射率を算出するための区間を決定する、ステップと、
（ｄ）前記組毎に、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記（ｃ）のステップによって決定された前記区間それぞれにおける前記物体の反射率を算出する、ステップと、（ｅ）前記組毎に算出された前記反射率の分布の積を求め、求めた前記積を用いて、前記物体の画像を生成する、ステップと、
を更に有する、付記７に記載の物体検知方法。
（付記９）
　前記送信部が、周波数変調した電波を、前記送信信号として送信する、
付記７または８に記載の物体検知方法。
（付記１０）
　前記送信部が複数備えられ、
　複数の前記送信部それぞれが、互いに異なるタイミングで、又は互いに異なるは送信周波数で、前記送信信号を照射する、
付記７～９のいずれかに記載の物体検知方法。
（付記１１）
　前記受信部は、前記物体で反射された電波を受信信号として受信し、更に、受信した前記受信信号に前記送信信号をミキシングして中間周波数信号を生成し、
　前記（ａ）のステップにおいて、前記中間周波数信号に基づいて、前記スペクトルを算出する、
付記７～１０のいずれかに記載の物体検知方法。
（付記１２）
　前記（ａ）のステップにおいて、予め設定されたサンプリング時間の範囲が異なる前記中間周波数信号の測定値から、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する相関行列を算出し、更に、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する前記相関行列の平均値を算出し、その後、前記相関行列の平均値に基づいて、前記スペクトルを算出する、
付記１１に記載の物体検知方法。
（付記１３）
　物体に向けて電波を送信信号として照射する送信部と、前記物体で反射された電波を受信信号として受信する受信部と、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）前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域を定義域とするスペクトルを算出する、ステップと、
（ｂ）前記（ａ）のステップで算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の位置パラメータの値と前記形状パラメータの値とを算出する、ステップと、
を実行させる命令を含む、プログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１４）
　前記装置が、前記送信部及び前記受信部を複数備え、複数の前記受信部それぞれが、複数の前記送信部のいずれかに対応しており、
　前記（ａ）のステップにおいて、前記送信部とそれに対応する前記受信部との組毎に、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータ領域と形状パラメータ領域とを定義域とするスペクトルを算出し、
　前記（ｂ）のステップにおいて、前記（ａ）のステップによって前記組毎に算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の位置パラメータと形状パラメータの値とを算出し、
　前記プログラムは、前記プロセッサに、
（ｃ）前記（ｂ）のステップによって算出された、前記物体の位置パラメータと形状パラメータの値とに基づいて、前記物体の反射率を算出するための区間を決定する、ステップと、
（ｄ）前記組毎に、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記（ｃ）のステップによって決定された前記区間それぞれにおける前記物体の反射率を算出する、ステップと、（ｅ）前記組毎に算出された前記反射率の分布の積を求め、求めた前記積を用いて、前記物体の画像を生成する、ステップと、
を実行させる命令を更に含む、付記１３に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１５）
　前記送信部が、周波数変調した電波を、前記送信信号として送信する、
付記１３または１４に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１６）
　前記送信部が複数備えられ、
　複数の前記送信部それぞれが、互いに異なるタイミングで、又は互いに異なるは送信周波数で、前記送信信号を照射する、
付記１３～１５のいずれかに記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１７）
　前記受信部は、前記物体で反射された電波を受信信号として受信し、更に、受信した前記受信信号に前記送信信号をミキシングして中間周波数信号を生成し、
　前記（ａ）のステップにおいて、前記中間周波数信号に基づいて、前記スペクトルを算出する、
付記１３～１６のいずれかに記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１８）
　前記（ａ）のステップにおいて、予め設定されたサンプリング時間の範囲が異なる前記中間周波数信号の測定値から、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する相関行列を算出し、更に、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する前記相関行列の平均値を算出し、その後、前記相関行列の平均値に基づいて、前記スペクトルを算出する、
付記１７に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
　この出願は、２０１７年７月４日に出願された日本出願特願２０１７－１３１５４２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　以上のように本発明によれば、電波を用いた物体の検知において、精度を向上させつつ、装置コスト、サイズ、及び重量の増大化を抑制することができる。本発明は、対象物の位置と形状に関わるパラメータを算出して対象物の位置を測定すると同時に対象物の形状パラメータから対象物の種別を識別する機能を備えたレーダ装置、もしくは衣服の下に隠されている物品又は鞄の中の物品等を画像化して検査するイメージング装置して用いる場合に有用である。
　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　送受信装置
　１００２　送受信装置配置面
　１００３　対象物（検知対象となる物体）
　１００４　対象物配置面
　１１０１　送信部
　１１０２　受信部
　１１０３　スペクトル算出部
　１１０４　区間決定部
　１１０５　反射率分布算出部
　１１０６　画像生成部
　１１０７　パラメータ値算出部
　１１０８　算出結果出力部
　１１１１　位置スペクトル算出部
　１１１２　対象物位置パラメータ値算出部
　１１１３　形状スペクトル算出部
　１１１４　対象物形状パラメータ値算出部
　１２０１　発振器
　１２０２　送信アンテナ
　１２０３　受信アンテナ
　１２０４　ミキサ
　１２０５　インターフェイス回路
　１２０６、１２０７　可変移相器
　１２０８　端子
　１２１１　演算装置
　１２２１　サブアレイ
　１２３１　ＲＦ周波数

Claims (8)

  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、
    　前記物体に向けて電波を送信信号として照射する、送信手段と、
    　前記物体で反射された電波を受信信号として受信する、受信手段と、
    　前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域とを定義域とするスペクトルを算出する、スペクトル算出手段と、
    　前記スペクトル算出手段によって算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の前記位置パラメータの値と前記形状パラメータの値とを算出する、パラメータ値算出手段と、
    　を備えている、ことを特徴とする物体検知装置。
  2. 　前記送信手段及び前記受信手段が複数備えられ、
    　複数の前記受信手段それぞれは、複数の前記送信手段のいずれかに対応し、
    　前記スペクトル算出手段が、前記送信手段とそれに対応する前記受信手段との組毎に、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータ領域と形状パラメータ領域とを定義域とするスペクトルを算出し、
    　前記パラメータ値算出手段が、前記スペクトル算出手段によって前記組毎に算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の位置パラメータと形状パラメータの値とを算出し、
    　当該物体検知装置は、更に、
    　前記パラメータ値算出手段によって算出された、前記物体の位置パラメータと形状パラメータの値とに基づいて、前記物体の反射率を算出するための区間を決定する、区間決定手段と、
    　前記組毎に、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記区間決定手段によって決定された前記区間それぞれにおける前記物体の反射率を算出する、反射率分布算出手段と、
    前記組毎に算出された前記反射率の分布の積を求め、求めた前記積を用いて、前記物体の画像を生成する、画像生成手段と、
    を備えている、請求項１に記載の物体検知装置。
  3. 　前記送信手段が、周波数変調した電波を、前記送信信号として送信する、
    請求項１または２に記載の物体検知装置。
  4. 　前記送信手段が複数備えられ、
    　複数の前記送信手段それぞれが、互いに異なるタイミングで、又は互いに異なる送信周波数で、前記送信信号を照射する、
    請求項１～３のいずれかに記載の物体検知装置。
  5. 　前記受信手段は、前記物体で反射された電波を受信信号として受信し、更に、受信した前記受信信号に前記送信信号をミキシングして中間周波数信号を生成し、
    　前記スペクトル算出手段は、前記中間周波数信号に基づいて、前記スペクトルを算出する、
    請求項１～４のいずれかに記載の物体検知装置。
  6. 前記スペクトル算出手段は、予め設定されたサンプリング時間の範囲が異なる前記中間周波数信号の測定値から、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する相関行列を算出し、更に、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する前記相関行列の平均値を算出し、その後、前記相関行列の平均値に基づいて、前記スペクトルを算出する、
    請求項５に記載の物体検知装置。
  7. 　物体に向けて電波を送信信号として照射する送信手段と、前記物体で反射された電波を受信信号として受信する受信手段と、を備える装置を用いて、前記物体を検知するための方法であって、
    （ａ）前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域を定義域とするスペクトルを算出する、ステップと、
    （ｂ）前記（ａ）のステップで算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の位置パラメータの値と前記形状パラメータの値とを算出する、ステップと、
    を有する、ことを特徴とする物体検知方法。
  8. 　物体に向けて電波を送信信号として照射する送信手段と、前記物体で反射された電波を受信信号として受信する受信手段と、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）前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータの領域と形状パラメータの領域を定義域とするスペクトルを算出する、ステップと、
    （ｂ）前記（ａ）のステップで算出された前記スペクトルに基づいて、前記物体の位置パラメータの値と前記形状パラメータの値とを算出する、ステップと、
    を実行させる命令を含む、プログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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