WO2003075035A1 - Detection system - Google Patents

Description

明 細 書 検知システム 技術分野

この発明は、マイク口波またはミ リ波のレーダ一装置を用いた検知シス テムに関し、検知領域の設定手段またはレーダー装置の校正手段を有する 検知システムに関する。 この検知システムは、 特に、 防犯用監視システム に適して用いられる。 背景技術

従来、屋内外の敷地に侵入する不審者の検知及び警報を発する手段とし て、 例えば、 日本国公開特許公報の特開 2 0 0 ].— 2 3 5 3 6 7号に開示 されているような、赤外線センサを利用する検知システムが広く用いられ ている。 この赤外線センサは、 不審者の侵入が想定される出入口や開口部 等に発光部と受光部を取り付け、受光部における発光部から届く赤外線の 検知 Z不検知によって異常を検知し、 警報信号が発出される。

しかしながら、 赤外線センサを用いる検知システムは、 赤外線の光束が 遮られることにより警報信号が出されるため、例えば木の葉等が赤外線の 光束を横切った場合にも侵入者が横切ったものと判断されてしまい、誤動 作する可能性が高いという問題があった。 また、 赤外線センサを用いた検 知システムを屋外で用いる場合、霧や雪などの悪天候時には赤外線が伝播 せず、 検知システムが使用できなくなるという問題もあつた。

上記の問題を回避する一つの手段として、赤外線センサに代わってマイ ク口波帯ゃミ リ波帯の電波を用いたレーダー装置を用いた検知システム が考えられている。 赤外線センサを用いた検知システムは、 発光部と受光 部の 2つの装置を別個に設置する必要があるが、 レーダー装置を侵入者の 検知手段に用いる場合には、送信用アンテナと受信用アンテナを同一の筐 体に備えた状態で侵入者の検知、及び監視を行うことができる。このため、 レーダー装置を用いた検知システムは、赤外線センサを用いた検知システ ムと比較して、 装置を設置する際の自由度が向上する。

また、 赤外線センサを用いた検知システムは、 侵入者が存在するか否か という単純な情報しか得られないが、 レーダーを用いた検知システムでは、 侵入物体の面情報が得られることから、誤検知の可能性が極めて小さくな る。 このため、 レーダー装置を用いた検知システムは、 赤外線センサを用 いた検知システムと比較して、 その性能が向上する。

さらに、 レーダーを用いた検知システムでは、 霧や雪などの悪天候時で あっても、 電波の伝播特性にほとんど影響が及ばない。 このため、 レーダ 一装置を用いた検知システムは、赤外線センサを用いた検知システムと比 較して、 その信頼性が向上する。

上記のように、 レーダー装置を用いた検知システムは、 赤外線センサを 用いた検知システムと比較して有利な点が多い。

しかしながら、検知システムを用いて侵入者の監視を行いたい領域の大 きさや形状は場合により様々である。 この点、 赤外線センサでは、 発光部 からの赤外線を受光部で検出できるか否かという 1次元的な情報だけし か得られないため、 発光部と受光部を設置すること自体が、 監視を行いた い領域を定めていることになる。 ところがレーダ一装置を用いた場合、 レ ーダ一装置が検知可能な領域は、 レーダー装置が有する送信アンテナの性 能によって決まる最大検知距離及び最大検知角度により一義的に決まる 扇状の領域となる。 このため、 レーダ一装置により検知できる領域が、 監 視したい領域よりも大きい場合、監視領域の外側を通る人間等に対しても 検知システムが警報を発してしまうという問題がある。 発明の開示

本発明のうち代表的な一の発明は、 検知対象物を検知するためのレーダー 装置と、 該検知対象物を検知したことを通知する通知装置と、 該レーダー装置 からの信号に基づいて該通知装置を制御する信号処理装置と、 検知領域の範囲 を設定する検知領域設定装置とを有する検知システムである。

また、 本発明の代表的なもう一つの発明は、 監視対象物を検知するためのミ リ波またはマイクロ波レーダー装置と、 該監視対象物を検知したことを知らせ る警報装置と、 該レーダ一装置が受信する信号を処理して該警報装置に動作信 号を与える信号処理装置と、 該監視対象物の監視領域を設定する監視領域設定 装置とを有する検知システムであって、 前記信号処理装置は、 前記監視対象物 が前記監視領域の内部に存在する場合には前記警報装置を動作させ、 該監視対 象物が該監視領域の外部に存在する場合には該警報装置を動作させないように 制御することを特徴とするものである。 図面の簡単な説明

図 1及び図 2は、 本発明の好適な実施例をそれぞれ示した図である。 図 3及び図 4は、 それぞれ図 1.及び図 2に示した本発明の実施例について、 そのレーダーュニッ ト及び警報装置の構成を示した図である。図 5及び図 6は、 本発明のレーダーモジュール内の回路構成を示した図である。 図 7 及び図 8は、 それぞれ図 1及び図 2に示した本発明の実施例について、 そ れぞれの動作手順を示したフロ一チヤ一 卜である。図 9は 2周波 C W方式. 図 1 0は F M C W方式である場合の、それぞれのレーダー方式の送信波及 び受信波の状態を示した図である。 図 1 1は、 本発明に用いられる反射板 の形状の例を示した図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説明するために、添付の図面に従ってこれを説明す る。

図 1は、 本発明の好適な実施例を示したものである。 マイクロ波、 また はミ リ波信号を送信する送信アンテナ、マイク口波またはミ リ波信号を受 信する受信アンテナ、 及び、 高周波回路が実装された L ^一ダーモジュール 1 と、 不審物等の検知対象物を検知し、 かつ、 警報装置作動信号の発出を 行う信号処理装置 2がー体となったレーダ一ュニッ 卜が、監視したい領域 の近傍に設置されている。 レーダーュニッ 卜が警報装置作動信号を発出す ると、ケーブル 16を経由して警報手段 10に上記の警報装置作動信号が到 達する。 この信号に従い、 警報手段 10は警報を発することになる。

なお、 警報手段 10はレーダーュニッ トが設置された場所に設置されて いても、 あるいは遠隔地の管理センター等に設置されていてもよい。 本実施例では、 レーダーモジュール 1がレーダ一装置としての機能を有 している。 このレーダ一モジュール 1に装備される送信アンテナの性能に よって、 不審物の検知可能範囲 4は、 最大検知距離及び最大検知角度によ り一義に決まる扇形の形状となる。 ところが実際には、 不審物の侵入の有 無を監視したい領域の大きさや形状は様々である。 このため、 上記レーダ 一ュニッ トの検知可能領域と、 実際に監視したい領域とは、 一致しない場 合が多い。 そこで本発明では、 監視したい領域の外周を囲むように、 複数 個の反射板 3aを設置することにより、 レーダーュニッ 卜が監視する監視 領域 5を設定する。 信号処理装置 2には、 上記監視領域 5の内部に不審物 が存在するのか、 あるいは外部に存在するのかを判断する機能が含まれて いる。 具体的には、 図 1に示すように、 不審物 6aは監視領域 5の内部に 存在しており、 信号処理装置 2は警報装置作動信号を警報装置 10に送出 する。 これに対して不審物 6bは、 レーダーユニッ トの検知可能範囲 4の 內部に存在するが、 監視領域 5の外部に位置するため、 警報装置作動信号 は警報装置 10に送出されない。 本実施例では、 不審物 6a の存在を検知す るだけでなく、 不審物 6aの動きについても監視または追跡することがで さる。

本発明の上記実施例における、 信号処理装置 2の構成図を図 3に示す。 Lはマイク口波、 またはミ リ波信号の送受信を行うレーダーモジュールで あり、 13は A Z Dコンバータである。 上記の各部品には、 直流電源装置 1 1によって電源が供給される。 レーダーモジュール 1からの中間周波数 ( I F )信号が上記 A / Dコンバータ 13に送られ、 デジタル信号に変換さ れて信号処理 M P U 14に送られる。 I F信号には検知対象物とレーダー ュニッ 卜との距離、 及び、 相対速度の情報が含まれており、 信号処理を施 すことによって、 検知対象物の監視領域 5内における座標位置や、 時間経 過に伴う移動方向、 移動速度等の情報を取得することができる。 そして図 1に示すように、 監視領域 5を囲む反射板 3aの位置と、 不審物（例えば 6a)の位置を比較し、 不審物が監視領域 5の内部に存在すると判断された 場合は、警報装置作動信号がケーブル 16を経由して警報手段 10に送出さ れる。

上記の警報装置作動信号を送出するか否かという判断は、 例えば、 図 7 に示すフローチヤ一トのように行われる。 レーダーュニッ 卜によって検出 される信号には、反射板 3aからの信号と、監視すべき検知対象物（不審物） からの信号の 2種類がある。 複数の反射板 3aからの信号を用いて各反射 板の座標値を計算し、 反射板 3aにより囲まれる監視領域 5を求める。 ま た、検知対象物そのものからの信号を用いて検知対象物の座標値を計算す る。 これらを比較して、 監視領域 5の中に検知対象物の座標値が含まれる か否かを判断し、 含まれる場合には警報を発し、 含まれない場合には警報 を発せず、 再び検知対象物からの信号を取得して座標値を再計算する。 次に本発明の別の実施例を、 図 2、 図 4、 及び図 8を用いて説明する。 本実施例では、 監視対象物 （不審物） の侵入の有無を監視したい領域を設 定する方法として、 例えばレーダ一ュニッ 卜の設置時に、 監視したい領域 の外周に沿つて反射板 3bを移動させることにより、仮想監視領域 50を設 定する。 反射板 3bを移動させるには、 人間が反射板 3bを持って歩いても よいし、 反射板 3bを取り付けた任意の移動手段で外周を移動させてもよ レ、。 信号処理装置 2には、 上記の仮想監視領域 50の内部に不審物が存在 するのか、 あるいは外部に存在するのかを判断する機能が含まれており、 仮想監視領域 50の内部に存在する不審物 6aに対しては、警報装置作動信 号をケーブル 16を経由して警報手段 10に送出し、 仮想監視領域 50の外 部に存在する不審物 6bに対しては、 警報装置作動信号信号を出さない。 本実施例における、 信号処理装置 2の構成図を図 4に示す。 図 3に示す 第 1の実施例の構成図と同様に、 レーダーモジュール 1、 A / Dコンパ一 タ 13、 信号処理 M P U L4が含まれ、 さらに記憶手段 20を具備する。 記 憶手段 20は、 仮想監視領域 50を設定する際に用いられる。 すなわち、 仮 想監視領域 50を設定する際には、 監視したい領域の外周に沿って反射板 3bを移動させるが、 このとき記憶手段 20に、 移動時の反射板 3bから得 た座標情報を蓄えていく。 この蓄えられた座標情報に基づいて、 仮想監視 領域 50が設定される。 レーダ一ュニッ トを用いて不審物の監視動作を行 う際には、 得られた不審物の座標と、 記憶手段 20に記憶された仮想監視 領域 50とを比較して、 不審物が仮想監視領域 50の内部に存在するの力 あるいは外部に存在するのかを、 M P U 14により判断する。

この一連の動作は、 図 8に示したフローチャートのように行われる。 本 実施例の動作は、 仮想監視領域 50の設定作業と、 実際の監視動作の、 2 つのモードから構成される。 領域設定時には、 監視したい領域の外周を移 動させる反射板 3bからの信号を用いてその座標値を計算し、 得られた座 標データを記憶手段 20に蓄える。 この一連の動作を、 監視したい領域の 全体を囲むまで繰り返し行う。監視動作時には、監視すべき検知対象物（不 審物） からの信号を用いてその座標を計算する。 そして、 この座標と、 あ らかじめ記憶手段 20に蓄えられた仮想監視領域 50の座標データとを比較 して、 検知対象物の座標が仮想監視領域 50に含まれるか否を判断し、 含 まれる場合には警報を発し、 含まれない場合には警報を発せず、 再び監視 すべき検知対象物からの信号を取得して座標値を再計算する。

監視領域 5または仮想監視領域 50を定義するために設置または移動さ せる反射板 3a、 3bの外観の一例を、 図 1 1に示す。 反射板 3a、 3bは、 反 射板本体 30 と、 反射板本体 30の支柱 31からなる。 反射板本体 30は、 電 波を反射しやすい材質が用いられており、 例えば、 金属を用いて作製され る。 また本図では、 反射板本体 30の形状として 3つの例を示す。 （a)は、 単純な平板構造をしているものであり、 （b)は、 反射信号の強度を大きく するために、 凹面鏡のような構造をしている。 また、 （c)は、 多角錐状（三 角錐状を一例として挙げているが、 これに限られない。 ）の構造を有して いる。

本発明に用いられるレーダ一ュニッ 卜のレーダーモジュール 1に含ま れる回路の構成例を、 図 5及び図 6に示す。

図 5に示す回路では、 レーダーモジュール 1は、 電圧制御発振器（V C 0 ) 23、 電力増幅器 24、 受信器 25a、 25b、 そして送信アンテナ 22、 2つ の受信アンテナ 21a、 21 b、 から構成される。 なお受信アンテナ 2 ia、 21 b は、 水平方向に並べて配置される。 電圧制御発振器 23からの高周波信号 は、 電力増幅器 24を経由して送信アンテナ 22より送出される。 そして目 標物で反射した信号は受信アンテナ 21 a、 21 bで受信され、 受信器 25a、 25bそれぞれに R F信号と して入力される。 受信器 25a、 25bにはロー力 ル信号として電圧制御発振器 23からの信号も入力され、 R F信号とロー カル信号から、 受信器 25a、 25b内のミキザによって中間周波数（ I F )信 号 IF1及び IF2が生成され、 これらの I F信号は、 信号処理装置 2内の A / Dコンバータ 13に送られる。 I F信号の周波数に基づいて、 目標物ま での距離と相対速度が求められ、 2つの 〖 F信号間の位相差に基づいて、 目標物の水平方向の角度が求められる。.

本例では、 受信器が 2つ設けられた場合を示しているが、 受信器をさら に増やせば、 水平方向の角度の検知精度を高くすることができる。

図 6に示す回路では、 受信アンテナ 21、 および受信器 25が 1つずつ装 備された例である。 本図に示す回路の動作は、 図 5に示す回路で説明した 動作と同一であるが、 目標物の水平方向の角度を検知するためには、 送信 アンテナ 22及び受信アンテナ 21の方向を周期的に動かすための装置が必 要である。 アンテナの向く角度の信号と I F信号の両者を信号処理装置 2 内の A Z Dコンバータ 13に送ることにより、 目標物までの距離、 相対速 度、 及び、 水平方向の角度をそれぞれ求めることができる。

上記レーダーモジュール 1に含まれる電圧制御発振器 23の発振周波数 は、 制御電圧を変えることにより変化させることができ、 この機能を利用 することによって、 目標物までの距離と相対速度を求めることができる。 本発明に適用できる周波数の揷引方式の例を図 9及び図 1 0に示す。 こ れらの図では、 いずれも、 グラフの横軸が時間を示し、 縦軸が周波数を示 す。 図 9に示すのは、 2周波 C W (Continuous Wave)方式であり、 2つの 周波数信号を規則的に切り替える方式である。 送信信号 TXと受信信号 RX は本図に示すような状態をとり、 TXと RXの時間差（グラフの横方向のず れ）から、 目標物までの距離を認識することができ、 周波数差（グラフの縦 方向のずれ）から、 目標物の相対速度を認識することができる。 図 1 0に 示すのは、 F M C W (Frequency Modulated Conti議 us Wave)方式であり。 2つの周波数の間を連続的に変化させる方式である。 F M C W方式におい ても上記 2周波 C W方式と同様に、 TX と RXの時間差から、 目標物までの 距離が求められ、 また、 周波数差から相対速度が求められる。

ただし、 目標物の相対速度が 0 (静止している状態） の場合、 2周波 C W方式では受信器により生成される中間周波数（ I F )が 0ヘルツとなる ために検知できないのに対し、 F M C W方式では相対速度が 0であっても、 中間周波数は 0ヘルツにはならず、 目標物を検知することができる。

また、 本発明の実施例において使われる反射板 3a、 3bのうち、 少なく とも 1つを用いて、 レーダーユニッ トの校正作業、 及び、 自己診断作業を 行うこともできる。

例えば、 一定時間ごとに反射板 3a、 3bからの信号を用いてその座標値 を計算するように動作プログラムを構成しておけば、計算される座標値と 実際の反射板 3a、 3bの位置を比較し、 両者の差がゼロになるように修正 を加える修正手段を有することにより、 レーダーュニッ トの検知精度を常 に最良の状態に保つことが可能となる。

また、 自己診断手段を備えていれば、 反射板からの信号が検知されなく なったり、 信号強度が極端に小さくなつた場合に、 レーダーュニッ 卜の機 能に何らかの異常が発生したものと判断でき、利用者に対して警報を出す ようにすることができる。 なお、 レーダーユニッ トの構成手段及び自己診 断手段は、 自動的に動作するように設定させるものでもよいし、 利用者等 の意思により適時動作させるものであってもよい。

本発明によって得られる主な効果は以下の通りである。

第一に、 レーダー装置を用いた検知システムでは、 送信用アンテナと受 信用アンテナを同一の筐体に備えた状態で侵入者の検知、及び監視を行う ことができるため、 検知システムを設置する際の自由度が向上する。

第二に、 レーダーを用いた検知システムでは、 侵入物体の面情報が得ら れるから、 誤検知の可能性が極めて小さくなるため、 性能が向上する。 第三に、 レーダーを用いた検知システムでは、 霧や雪などの悪天候時で あっても、 電波の伝播特性にほとんど影響が及ばないため、 信頼性が向上 する。

第四に、 レーダーの検知領域を設定することができるため、 不審物の有 無を監視すべき領域の外側に存在する被検知物に対して警報を発してし まうという誤検知をなくすことができる。

第五に、 上記の反射板を用いてレーダ一ュニッ 卜の校正作業、 及び、 自 己診断作業を行うことによって、検知システムの信頼性を確保することが できる。 産業上の利用可能性

本発明は、マイク口波またはミ リ波のレーダ一装置を用いた検知システ ムに関し、 不審者等の存在の有無を検知して、 不審者等が存在する場合に は警報を発する防犯用監視システムとしての利用に適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 検知対象物を検知するためのレーダー装置と、 該検知対象物を検知し たことを通知する通知装置と、該レーダー装置からの信号に基づいて該通 知装置を制御する信号処理装置と、検知領域の範囲を設定する検知領域設 定装置とを有することを特徴とする検知システム。

2 . 請求の範囲 1記載の検知システムにおいて、

前記レーダー装置に用いられるレーダ一は、 ミ リ波またはマイク口波で あることを特徴とする検知システム。

3 . 請求の範囲 2記載の検知システムにおいて、

前記検知システムは、前記検知対象物の動きを追跡することができるこ とを特徴とする検知システム。

4 . 請求の範囲 3記載の検知システムにおいて、

前記検知領域設定装置は前記検知領域の外周に設置された複数の反射 板を備えており、該検知領域は該反射板からの反射信号を用いることによ り設定され、前記通知装置は該検知領域の内部に前記検知対象物が存在す る場合に動作するように構成されていることを特徴とする検知システム。

5 . 請求の範囲 3記載の検知システムにおいて、

前記信号処理装置は記憶手段を有し、前記検知領域設定装置は反射板を 有し、 前記検知領域は、 該反射板を該検知領域の外周に沿って移動させる ことにより得られた信号を該記憶手段に記憶させることにより設定され、 前記通知装置は該検知領域の內部に前記検知対象物が存在する場合に動 作するように構成されていることを特徴とする検知システム。

6 . 請求の範囲 4記載の検知システムにおいて、

前記検知システムは、 さらに前記レーダー装置の校正手段を有すること を特徴とする検失

7 . 請求の範囲 6記載の検知システムにおいて、

前記校正手段は、少なく とも一つの前記反射板からの反射信号に基づき 計算される該反射板までの距離と実際の該反射板までの距離との差が小 さくなるように修正を行うことにより、前記レーダー装置の校正を行うよ うに機能することを特徴とする検知システム。

8 . 請求の範囲 6記載の検知システムにおいて、

前記検知システムは自己診断手段を有し、 該自己診断手段は、 前記反射 板からの反射信号の強度が小さくなった場合に、前記レーダー装置の異常 を通知させるように機能することを特徴とする検知システム。

9 . 監視対象物を検知するためのミ リ波またはマイクロ波レーダ装置と、 該監視対象物を検知したことを知らせる警報装置と、該レーダー装置が受 信する信号を処理して該警報装置に動作信号を与える信号処理装置と、該 監視対象物の監視領域を設定する監視領域設定装置とを有する検知シス テムであって、

前記信号処理装置は、前記監視対象物が前記監視領域の内部に存在する 場合には前記警報装置を動作させ、該監視対象物が該監視領域の外部に存 在する場合には該警報装置を動作させないように制御することを特徴と する検知システム。

丄 ◦ . 請求の範囲 9記載の検知システムにおいて、

前記検知システムは、前記監視対象物の動きを監視することができるこ とを特徴とする検知システム。

1 1 . 請求の範囲 1 0記載の検知システムにおいて、

前記監視領域設定装置は反射板を有し、該反射板からの反射信号を利用 して前記監視領域が設定されることを特徴とする検知システム。

1 2 . 請求の範囲 1 0記載の検知システムにおいて、

前記監視領域設定装置は前記監視領域の外周に設置された複数の反射 板を備えており、該監視領域は該反射板からの反射信号を用いることによ り設定されることを特徴とする検知システム。

1 3 . 請求の範囲 1 0記載の検知システムにおいて、

前記信号処理装置は記憶手段を有し、 前記監視領域設定装置は反射板を 有し、 前記監視領域は、 該反射板を該監視領域の外周に沿って移動させる ことにより得られた信号を該記憶手段に蓄積させることにより設定され ることを特徴とする検知システム。

1 4 . 請求の範囲 1 1記載の検知システムにおいて、

前記検知システムは、 さらに前記レーダー装置の校正手段を有し、 該校 正手段は、 前記反射板からの反射信号に基づき計算される該反射板までの距離 と実際の該反射板までの距離との差が小さくなるように修正を行うことにより、 前記レーダー装置の校正を行うように機能することを特徴とする検知システム。

1 5 . 請求の範囲 1 1記載の検知システムにおいて、

前記検知システムは自己診断手段を有し、 該自己診断手段は、 前記反射 板からの反射信号の強度が小さくなった場合に、前記レーダ一装置の異常 を通知させるように機能することを特徴とする検知システム。

丄 6 . 請求の範囲 1 1記載の検知システムにおいて、

前記レーダー装置は、水平方向に並べられた 2つ以上の受信アンテナと、 該受信アンテナに接続する 2つ以上の受信器を有し、 2つ以上の受信アン テナで受信される前記監視対象物からの信号の位相差より、該監視対象物 の水平方向の角度を求めることができるように構成されていることを特 徴とする検知システム。

1 7 . 請求の範囲 1 1記載の検知システムにおいて、

前記レーダー装置は、 1つの受信アンテナと 1つの受信器を有し、 受信 アンテナと送信アンテナの方向を周期的に変化させる手段を備えている ことを特徴とする検；

1 8 . 請求の範囲 1 1記載の検知システムにおいて、 前記レーダ一装置は、 F M C W方式を用いて前記監視対象物までの距離 及び相対速度を検知することを特徴とする検知システム。

1 9 . 請求の範囲 1 1記載の検知システムにおいて、

前記反射板は金属製であることを特徴とする検知システム。