特開 2022-152502 動体の探知システム、その方法、プログラム、記録媒体およびレーダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022152502

(43)【公開日】2022-10-12

(54)【発明の名称】動体の探知システム、その方法、プログラム、記録媒体およびレーダ

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/56 20060101AFI20221004BHJP

   G01S 7/02 20060101ALI20221004BHJP

   G01S 13/66 20060101ALI20221004BHJP

   G01H 17/00 20060101ALI20221004BHJP

   G01V 3/12 20060101ALI20221004BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20221004BHJP

   H01Q 3/42 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

G01S13/56

G01S7/02 218

G01S13/66

G01H17/00 Z

G01V3/12 A

H01Q21/06

H01Q3/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021055298

(22)【出願日】2021-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】510189374

【氏名又は名称】アルウェットテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083725

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 正一

(74)【代理人】

【識別番号】100140349

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 継立

(74)【代理人】

【識別番号】100153305

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 卓弥

(74)【代理人】

【識別番号】100206933

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 正樹

(72)【発明者】

【氏名】能美 仁

【テーマコード（参考）】

2G064

2G105

5J021

5J070

【Ｆターム（参考）】

2G064AB01

2G064AB02

2G064BA02

2G064BD02

2G064CC02

2G064CC43

2G064DD02

2G105AA01

2G105BB15

2G105DD02

2G105EE02

2G105GG02

2G105GG04

2G105GG05

2G105HH06

5J021AA05

5J021AA07

5J021AA09

5J021AA11

5J021CA06

5J021DB03

5J021FA17

5J021FA23

5J021FA26

5J021FA28

5J021FA29

5J021FA32

5J021FA33

5J021GA02

5J070AB09

5J070AB17

5J070AB24

5J070AC02

5J070AC11

5J070AC20

5J070AD05

5J070AD09

5J070AE09

5J070AF01

5J070AH31

5J070AK14

5J070BB08

5J070BB14

(57)【要約】

【課題】動体とともに移動する銃器や刃物などの危険物を探知する。
【解決手段】ディジタルビームフォーミング方式の探知システムであって、動体（４）に向けて少なくとも１つの送信アンテナ（１６）からミリ波の送信波（Ｔｗ）を送出する、送信部（６）と、動体に対して一次元方向または二次元方向に配置した複数の受信アンテナ（２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎ）で送信波の反射波（Ｒｗ）を受け、受信アンテナごとに受信信号を生成する、受信部（８）と、受信信号間の位相差から受信アンテナのアンテナ面に対する反射波の位相面を求めて反射波の到来方向および信号強度を同定し、動体の静止物との識別、動体の高さ方向の計測、動体の追尾、受信アンテナから動体までの距離の計測、高反射物の特定の何れかの処理を実行する、探知処理部（信号処理部１０）と、動体を表す情報を提示する、情報提示部（画像表示部１２）とを含んでいる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディジタルビームフォーミング（Digital Beam Forming）方式の信号処理により探知する動体探知システムであって、
動体に向けて少なくとも１つの送信アンテナからミリ波の送信波を送出する、送信部と、
前記動体に対して一次元方向または二次元方向に配置した複数の受信アンテナで前記送信波の反射波を受け、前記受信アンテナごとに受信信号を生成する、受信部と、
前記受信信号間の位相差から前記受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向および信号強度を同定し、
（ａ） 前記動体の静止物との識別
（ｂ） 前記動体の高さ方向の計測
（ｃ） 前記動体の追尾
（ｄ） 前記受信アンテナから前記動体までの距離の計測
（ｅ） 高反射物の特定
の何れかまたは二以上の処理を実行する、探知処理部と、
少なくとも前記高反射物を含む前記動体を表す情報を提示する、情報提示部と、
を含む、動体探知システム。

【請求項2】

さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを含み、前記送信波を繰返し周期ごとに異なる送信アンテナから時分割で送出し、繰返し周期のタイミングで前記送信アンテナごとに送信波を分離する、請求項１に記載の動体探知システム。

【請求項3】

さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを含み、送信アンテナごとに異なる直交符号列で位相変調を行った送信波を同時に送信し、
さらに、前記受信部が、前記受信信号で位相変調の復調を行い、前記送信アンテナごとに受信信号を分離する、
請求項１または請求項２に記載の動体探知システム。

【請求項4】

さらに、前記動体に対して一次元方向に配置された受信アンテナのアンテナ列に対して直交方向に送信アンテナを配置した、請求項１ないし請求項３の何れかの請求項に記載の動体探知システム。

【請求項5】

ディジタルビームフォーミング方式の信号処理により探知する動体探知方法であって、
送信部が、動体に向けて少なくとも１つの送信アンテナからミリ波の送信波を送出する工程と、
受信部が、前記動体に対して一次元方向または二次元方向に配置した複数の受信アンテナで前記送信波の反射波を受け、前記受信アンテナごとに受信信号を生成する工程と、
探知処理部が、前記受信信号間の位相差から前記受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向および信号強度を同定し、
（ａ） 前記動体の静止物との識別
（ｂ） 前記動体の高さ方向の計測
（ｃ） 前記動体の追尾
（ｄ） 前記受信アンテナから前記動体までの距離の計測
（ｅ） 高反射物の特定
の何れかまたは二以上の処理を実行する工程と、
情報提示部が、少なくとも前記高反射物を含む前記動体を表す情報を提示する工程と、
を含む、動体探知方法。

【請求項6】

さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを含み、前記送信波を繰返し周期ごとに異なる送信アンテナから時分割で送出し、繰返し周期のタイミングで前記送信アンテナごとに送信波を分離する工程を含む、請求項５に記載の動体探知方法。

【請求項7】

さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを含み、送信アンテナごとに異なる直交符号列で位相変調を行った送信波を同時に送信する工程と、
前記受信部が、前記受信信号で位相変調の復調を行い、前記送信アンテナごとに受信信号を分離する工程と、
を含む、請求項５または請求項６に記載の動体探知方法。

【請求項8】

コンピュータによって実現するプログラムであって、
動体に向けて少なくとも１つの送信アンテナからミリ波の送信波を送信部に送出させる機能と、
前記動体に対して一次元方向または二次元方向に配置した複数の受信アンテナで前記送信波の反射波を受け、前記受信アンテナごとに受信信号を受信部に生成させる機能と、
前記受信信号間の位相差から前記受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向および信号強度を同定する機能と、
（ａ） 前記動体の静止物との識別
（ｂ） 前記動体の高さ方向の計測
（ｃ） 前記動体の追尾
（ｄ） 前記受信アンテナから前記動体までの距離の計測
（ｅ） 高反射物の特定
の何れかまたは二以上の処理を実行する機能と、
少なくとも前記高反射物を含む前記動体を表す情報を情報提示部に提示させる機能と、
を前記コンピュータで実行させるためのプログラム。

【請求項9】

請求項８に記載のプログラムを格納した記録媒体。

【請求項10】

動体に向けて少なくとも１つの送信アンテナからミリ波の送信波を送出する、送信部と、
前記動体に対して一次元または二次元に配置した複数の受信アンテナで前記送信波の反射波を受け、前記受信アンテナごとに受信信号を生成する、受信部と、
前記受信信号間の位相差から前記受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向および信号強度を同定し、
（ａ） 前記動体の静止物との識別
（ｂ） 前記動体の高さ方向の計測
（ｃ） 前記動体の追尾
（ｄ） 前記受信アンテナから前記動体までの距離の計測
（ｅ） 高反射物の特定
の何れかまたは二以上の処理を実行する、探知処理部と、
少なくとも前記高反射物を含む前記動体を表す情報を提示する、情報提示部と、
を含む、レーダ。

【請求項11】

さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを配し、前記送信波を繰返し周期ごとに異なる送信アンテナから時分割で送出し、繰返し周期のタイミングで前記送信アンテナごとに送信波を分離する、請求項１０に記載のレーダ。

【請求項12】

さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを配し、送信アンテナごとに異なる直交符号列で位相変調を行った送信波を同時に送信し、
前記受信部が、前記受信信号で位相変調の復調を行い、前記送信アンテナごとに受信信号を分離する、
請求項１０または請求項１１に記載のレーダ。

【請求項13】

さらに、前記動体に対して一次元方向に配置された受信アンテナのアンテナ列に対して直交方向に送信アンテナを配置した、請求項１０ないし請求項１２の何れかの請求項に記載のレーダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はたとえば、銃器、刃物などの金属の他、金属類を所持する人などの動体を探知する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

空港などのセキュリティ検査では、一般にゲート型金属探知機や、検査員による有人検査が行われている。ゲート型金属探知機では、金属探知ゲートに旅客を潜らせて金属物を探知する。有人検査では、検査員がマニュアル操作で金属探知機を旅客の身体面に当てて金属物を探知する。

【0003】

斯かる検査では、一人当たりの検査に時間を要するため、検査場の通過人数が少なく、膨大なセキュリティ対象を処理しなければならない空港などでは、検査渋滞を引き起こすなどの原因になる。

【0004】

このため、比較的広い空間を移動する旅客などの歩行者の流れに対し、事前に疑わしい人をピックアップして検査対象を絞り込む事前スクリーニングの実施が望まれている。

【0005】

斯かるセキュリティ検査に利用可能な手段として、特定のエリアへの人の侵入を検知する技術が知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２）。また、レーダ技術を用いて対象物の振動を検出し、その対象物の観測結果を可視化する技術が知られている（特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第６５１８９１５号明細書

【特許文献2】欧州特許第３６５２５９号明細書

【特許文献3】国際公開第２０１６／０２７４２２号

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】特許庁発行平成２９年度標準技術集ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）関連技術

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、既述の事前スクリーニングを行えば、検査対象を絞り込むことができ、セキュリティ検査の迅速化や信頼性を高めることができる。この事前スクリーニングにはレーダを用いることができる。このレーダでは、検査対象に向けて送信波を送出し、この送信波による反射波を受信し、その受信信号の信号強度から金属物などの有無を判定するが、従前のレーダには以下の課題がある。

【0009】

検査対象が歩行中の人などの動体である場合、動体や、動体に付属する反射体からの反射強度は、距離の変化や、動体の姿勢変化で大きく揺らぐ。手振りや姿勢変化により、その陰に金属などの反射物が隠れる場合もあるし、反射強度の揺らぎが大きくなると、検出できないぐらい反射強度が低下する場合もある。このため、検査精度を低下させるという課題がある。

【0010】

検査対象を画像化する頻度が低い場合には、送信波の送出時、検査対象の姿勢や陰になっている反射体を捉えることはできないという課題がある。

【0011】

また、歩行中の人などの動体を検査対象とする場合には、検査対象の周辺にある建物構造の他、設置物などの環境からの反射波も画像化される。このため、検査対象となる動体を検出しても、動体以外からの反射波により動体の継続的な検知が妨げられるという課題がある。

【0012】

検査対象に対してできるだけ正確に検査するには、探知した同一のターゲットを長時間追尾することが必要であり、反射波から危険物が想定される画像を取得しなければならないという課題がある。

【0013】

銃器や刃物などの危険物は人が所有するものであり、これらは換言すれば、動体の付属物であり、人の全身からの反射波から得られる信号強度の総和は、動体の姿勢によっては、動体に付属する金属などからの反射波の信号強度より強力となる場合があり、従前のレーダでは検査対象を正確に探知できないという課題がある。

【0014】

発明者は、反射波の信号強度の揺らぎ回避、環境反射の影響回避、動体追尾などについて新たな知見を得たのである。

【0015】

そこで、本開示の目的は上記課題および前記知見に基づき、動体とともに移動する銃器や刃物などの危険物を探知することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記目的を達成するため、本開示の動体探知システムの一側面によれば、ディジタルビームフォーミング（Digital Beam Forming）方式の信号処理により探知する動体探知システムであって、動体に向けて少なくとも１つの送信アンテナからミリ波の送信波を送出する、送信部と、前記動体に対して一次元方向または二次元方向に配置した複数の受信アンテナで前記送信波の反射波を受け、前記受信アンテナごとに受信信号を生成する、受信部と、前記受信信号間の位相差から前記受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向および信号強度を同定し、
（ａ） 前記動体の静止物との識別
（ｂ） 前記動体の高さ方向の計測
（ｃ） 前記動体の追尾
（ｄ） 前記受信アンテナから前記動体までの距離の計測
（ｅ） 高反射物の特定
の何れかまたは二以上の処理を実行する、探知処理部と、少なくとも前記高反射物を含む前記動体を表す情報を提示する、情報提示部とを含む。

【0017】

この動体探知システムにおいて、さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを含み、前記送信波を繰返し周期ごとに異なる送信アンテナから時分割で送出し、繰返し周期のタイミングで前記送信アンテナごとに送信波を分離してもよい。

【0018】

この動体探知システムにおいて、さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを含み、送信アンテナごとに異なる直交符号列で位相変調を行った送信波を同時に送信し、さらに、前記受信部が、前記受信信号で位相変調の復調を行い、前記送信アンテナごとに受信信号を分離してもよい。

【0019】

この動体探知システムにおいて、さらに、前記動体に対して一次元方向に配置された受信アンテナのアンテナ列に対して直交方向に送信アンテナを配置してもよい。

【0020】

上記目的を達成するため、本開示の動体探知方法の一側面によれば、ディジタルビームフォーミング方式の信号処理により探知する動体探知方法であって、送信部が、動体に向けて少なくとも１つの送信アンテナからミリ波の送信波を送出する工程と、受信部が、前記動体に対して一次元方向または二次元方向に配置した複数の受信アンテナで前記送信波の反射波を受け、前記受信アンテナごとに受信信号を生成する工程と、探知処理部が、前記受信信号間の位相差から前記受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向および信号強度を同定し、
（ａ） 前記動体の静止物との識別
（ｂ） 前記動体の高さ方向の計測
（ｃ） 前記動体の追尾
（ｄ） 前記受信アンテナから前記動体までの距離の計測
（ｅ） 高反射物の特定
の何れかまたは二以上の処理を実行する工程と、
情報提示部が、少なくとも前記高反射物を含む前記動体を表す情報を提示する工程とを含む。

【0021】

この動体探知方法において、さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを含み、前記送信波を繰返し周期ごとに異なる送信アンテナから時分割で送出し、繰返し周期のタイミングで前記送信アンテナごとに送信波を分離してもよい。

【0022】

この動体探知方法において、さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを含み、送信アンテナごとに異なる直交符号列で位相変調を行った送信波を同時に送信する工程と、前記受信部が、前記受信信号で位相変調の復調を行い、前記送信アンテナごとに受信信号を分離する工程とを含んでよい。

【0023】

上記目的を達成するため、本開示のプログラムの一側面によれば、コンピュータによって実現するプログラムであって、動体に向けて少なくとも１つの送信アンテナからミリ波の送信波を送信部に送出させる機能と、前記動体に対して一次元方向または二次元方向に配置した複数の受信アンテナで前記送信波の反射波を受け、前記受信アンテナごとに受信信号を受信部に生成させる機能と、前記受信信号間の位相差から前記受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向および信号強度を同定する機能と、
（ａ） 前記動体の静止物との識別
（ｂ） 前記動体の高さ方向の計測
（ｃ） 前記動体の追尾
（ｄ） 前記受信アンテナから前記動体までの距離の計測
（ｅ） 高反射物の特定
の何れかまたは二以上の処理を実行する機能と、少なくとも前記高反射物を含む前記動体を表す情報を情報提示部に提示させる機能とを前記コンピュータで実行させる。

【0024】

上記目的を達成するため、本開示の記録媒体の一側面によれば、前記プログラムを格納する。

【0025】

上記目的を達成するため、本開示のレーダの一側面によれば、動体に向けて少なくとも１つの送信アンテナからミリ波の送信波を送出する、送信部と、前記動体に対して一次元または二次元に配置した複数の受信アンテナで前記送信波の反射波を受け、前記受信アンテナごとに受信信号を生成する、受信部と、前記受信信号間の位相差から前記受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向および信号強度を同定し、
（ａ） 前記動体の静止物との識別
（ｂ） 前記動体の高さ方向の計測
（ｃ） 前記動体の追尾
（ｄ） 前記受信アンテナから前記動体までの距離の計測
（ｅ） 高反射物の特定
の何れかまたは二以上の処理を実行する、探知処理部と、少なくとも前記高反射物を含む前記動体を表す情報を提示する、情報提示部とを含む。

【0026】

このレーダにおいて、さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを配し、前記送信波を繰返し周期ごとに異なる送信アンテナから時分割で送出し、繰返し周期のタイミングで前記送信アンテナごとに送信波を分離してもよい。

【0027】

このレーダにおいて、さらに、前記送信部が、複数の送信アンテナを配し、送信アンテナごとに異なる直交符号列で位相変調を行った送信波を同時に送信し、前記受信部が、前記受信信号で位相変調の復調を行い、前記送信アンテナごとに受信信号を分離してもよい。

【0028】

このレーダにおいて、さらに、前記動体に対して一次元方向に配置された受信アンテナのアンテナ列に対して直交方向に送信アンテナを配置してもよい。

【発明の効果】

【0029】

本開示によれば、次の何れかの効果が得られる。
(1) 特定の探知エリアにミリ波の送信波を送信し、探知エリアからの反射波を観測することで、機械的または電子的な走査をすることなく、高反射物を含む動体を高頻度で探知することができる。

【0030】

(2) ＤＢＦ方式によって受信アンテナパターンのスキャンが不要となり、スキャンに起因する動体または高反射物の探知漏れを防止でき、探知精度を高めることができる。

【0031】

(3) 動体に含まれる高反射物からの反射波を複数の受信アンテナで受信できるので、受信部に得られる受信信号の積分効果によって反射波の高感度化を実現できる。

【0032】

(4) ＤＢＦ方式による高頻度計測の実現で、人などの動体と静止物とを判別する精度を高めることができ、静止物による動体の探知誤差を軽減できる。

【0033】

(5) 移動する動体に含まれる高反射物からの一瞬の反射波を捉え、その高反射物を特定することができる。

【0034】

(6) 反射波により特定された動体の追尾が画像上で可能であり、高反射物の探知精度を高めることができ、銃器、刃物などの危険物を迅速に探知できる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】一実施の形態に係る動体探知システムを示す図である。

【図2】動体探知システムの変形例を示す図である。

【図3】動体探知の処理手順を示すフローチャートである。

【図4】実施例１に係る動体探知レーダを示す図である。

【図5】信号処理部のハードウェアを示す図である。

【図6】二次元探知の参照関数処理を説明するための図である。

【図7】Ａは受信部の出力信号と距離の関係を示す図であり、Ｂは参照関数および受信信号の積和演算処理を示す図である。

【図8】スイッチモードの構成例を示す図である。

【図9】コード変調モードの構成例を示す図である。

【図10】仮想動体点エリアと送信アンテナおよび受信アンテナの関係を示す図である。

【図11】三次元探知の参照関数処理を示す図である。

【図12】送信信号、受信信号、中間周波信号および処理時間を示す図である。

【図13】参照関数処理を示す図である。

【図14】動体探知の処理手順を示すフローチャートである。

【図15】動体追尾の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図16】実施例２に係る動体探知レーダシステムを示す図である。

【図17】動体探知レーダシステムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

〔一実施の形態〕
図１は、一実施の形態に係る動体探知システム２の一例を示している。図示したシステム構成は一例であって、斯かる構成に本開示が限定されるものではない。

【0037】

この動体探知システム２は、ディジタルビームフォーミング（Digital Beam Forming：ＤＢＦ）方式（以下単に「ＤＢＦ方式」と称する。）の信号処理により動体４を探知する探知システムである。

【0038】

このＤＢＦ方式はたとえば、非特許文献１に記載されている通り、移相器や可変減衰器などではなく、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換された後のＩ、Ｑ信号を用いて計算機上で同様の処理をする方式である。

【0039】

動体４には、人などの動体物４－１の他、ミリ波の送信波Ｔｗに対して高反射率を呈する高反射物４－２を含む。高反射物４－２はたとえば、銃器、刃物などの金属を含む危険物を想定している。

【0040】

この動体探知システム２は図１に示すように、送信部６、受信部８、信号処理部１０および画像表示部１２を備えている。

【0041】

送信部６は、送信器１４および少なくとも１つの送信アンテナ１６を備え、送信器１４は、送信信号ｆｔによってミリ波の送信波Ｔｗを生成させ、この送信波Ｔｗを送信アンテナ１６から動体４に向けて送出する。

【0042】

受信部８は、複数の受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎおよび受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎを備える。受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎは、送信波Ｔｗの送出方向に向いており、その直交方向に対して水平または垂直に配置される。

【0043】

受信器１８－１は受信アンテナ２０－１で受けた反射波Ｒｗから受信信号ｆｒを生成し、受信器１８－２は受信アンテナ２０－２で受けた反射波Ｒｗから受信信号ｆｒを生成し、同様に、受信器１８－ｎは受信アンテナ２０－ｎで受けた反射波Ｒｗから受信信号ｆｒを生成する。したがって、受信部８は、受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎごとに受けた反射波Ｒｗにより受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎごとに受信信号ｆｒを生成する。

【0044】

信号処理部１０は、動体４を探知する探知処理部の一例である。この信号処理部１０はコンピュータを備え、送信部６、受信部８および画像表示部１２の制御とともに、動体４の探知処理、画像表示制御などの情報処理を行う。

【0045】

画像表示部１２は情報提示部の一例であり、信号処理部１０に得られる探知出力情報を画像として表示する。

【0046】

斯かる動体探知システム２は、受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎ（以下、受信アンテナ２０と略称する）を水平方向または垂直方向の一次元配置とすれば、二次元探知システムを構成する。

【0047】

これに対し、受信アンテナ２０を水平方向および垂直方向の配置とし、この二次元配置の受信アンテナ２０に対して受信部８を構成すれば、斯かる動体探知システム２は三次元探知システムに構成することができる。

【0048】

＜三次元探知システム＞
図２は、動体探知システム２の変形例に係る三次元探知システムを示している。図２において、図１と同一部分には同一符号を付しており、Ｘ、Ｙ、Ｚは三次元の座標軸を示している。

【0049】

この三次元探知のための動体探知システム２では図２に示すように、送信部６および受信部８ｘ、８ｙを備えている。

【0050】

受信部８ｘは、複数の受信器１８ｘ－１、１８ｘ－２、・・・、１８ｘ－ｎ（以下、受信器１８ｘと略称する）および受信アンテナ２０ｘ－１、２０ｘ－２、・・・、２０ｘ－ｎ（以下、受信アンテナ２０ｘと略称する）を備える。各受信アンテナ２０ｘは送信波Ｔｗの送出方向と直交するＸ軸方向に配置する。

【0051】

受信部８ｙは、複数の受信器１８ｙ－１、１８ｙ－２、・・・、１８ｙ－ｎ（以下、受信器１８ｙと略称する）および受信アンテナ２０ｙ－１、２０ｙ－２、・・・、２０ｙ－ｎ（以下、受信アンテナ２０ｙと略称する）を備える。各受信アンテナ２０ｙは受信アンテナ２０ｘと同様に、送信波Ｔｗの送出方向と直交するＹ軸方向に配置し、各受信アンテナ２０ｘの配置に対して直交配置である。

【0052】

送信部６は、送信器１４および少なくとも１つの送信アンテナ１６を備え、送信器１４が生成したミリ波の送信波Ｔｗを送信アンテナ１６からＺ軸方向に存在する動体４に向けて送出する。

【0053】

これに対し、受信部８ｘは、受信アンテナ２０ｘごとに受けたＸ軸方向の反射波Ｒｗにより受信器１８ｘごとに受信信号ｆｒｘを生成する。

【0054】

また、受信部８ｙは、受信アンテナ２０ｙごとに受けたＹ軸方向の反射波Ｒｗにより受信器１８ｙごとに受信信号ｆｒｙを生成する。

【0055】

＜処理工程＞
図３は、信号処理部１０による動体４の探知工程を示している。この探知工程は本開示の探知方法またはそのプログラムの一例である。
この探知工程には、送信波Ｔｗの送出工程（Ｓ１０１）、反射波Ｒｗの受信工程（Ｓ１０２）、受信信号ｆｒの生成工程（Ｓ１０３）、反射波Ｒｗの到来方向および信号強度の同定工程（Ｓ１０４）、動体４（＝動体物４－１、高反射物４－２）の探知工程（Ｓ１０５）、情報提示工程（Ｓ１０６）、動体探知の継続判断（Ｓ１０７）などが含まれる。

【0056】

送信波Ｔｗの送出工程（Ｓ１０１）： 送信部６が、動体４と正対方向に向けて少なくとも１つの送信アンテナ１６からミリ波の送信波Ｔｗを送出する。

【0057】

反射波Ｒｗの受信工程（Ｓ１０２）： 受信部８（または受信部８ｘ、８ｙ）が、動体４に対して一次元方向または二次元方向に配置した複数の受信アンテナ２０、２０ｘ、２０ｙで動体４などからの反射波Ｒｗを受信する。

【0058】

受信信号ｆｒの生成工程（Ｓ１０３）： 受信アンテナ２０、２０ｘ、２０ｙで受けた反射波Ｒｗにより、受信部８（または受信部８ｘ、８ｙ）が受信アンテナ２０（または受信アンテナ２０ｘ、２０ｙ）ごとに受信信号ｆｒまたは受信信号ｆｒｘ、ｆｒｙを生成する。

【0059】

反射波Ｒｗの到来方向および信号強度の同定工程（Ｓ１０４）： 信号処理部１０が受信信号ｆｒ（ｆｒｘ、ｆｒｙ）間の位相差および送信信号の時間差から受信アンテナ２０（または受信アンテナ２０ｘ、２０ｙ）のアンテナ面に対する反射波Ｒｗの位相面を求めて反射波Ｒｗの到来方向、その信号強度および反射点までの距離を同定する。

【0060】

動体４（＝動体物４－１、高反射物４－２）の探知工程（Ｓ１０５）： 信号処理部１０は、受信信号ｆｒから情報処理を実行し、動体４として動体物４－１、高反射物４－２を探知する。この探知工程には、次の情報処理が含まれる。
（１） 動体４の高頻度計測
（２） 動体４の静止物との識別
（３） 動体４の高さ方向の計測
（４） 動体４の追尾
（５） 受信アンテナ２０から動体４までの距離の計測
（６） 高反射物４－２の特定
（７） 探知出力の生成
これらの探知工程は一例であり、斯かる情報処理に限定されるものではない。

【0061】

情報提示工程（Ｓ１０６）： 信号処理部１０は、上記処理により探知出力を生成し、画像表示部１２に出力する。この画像表示部１２では、信号処理部１０に探知された動体４、つまり、特定された動体物４－１や高反射物４－２の画像を表示する。

【0062】

動体探知の継続判断（Ｓ１０７）： 信号処理部１０は、動体探知の終了指示を受けたか否かにより動体探知の継続を判断する。探知継続であれば（Ｓ１０７のＹＥＳ）、Ｓ１０１に戻り、既述の処理Ｓ１０２～Ｓ１０７を継続し、探知終了であれば（Ｓ１０７のＮＯ）、探知処理を終了する。

【0063】

＜受信信号ｆｒの分離処理＞
複数の送信アンテナ１６に一次元の受信アンテナ２０を配した場合、送信波Ｔｗは繰返し周期ごとに異なる送信アンテナ１６から時分割で送信し、繰返し周期のタイミングで送信アンテナ１６ごとの送信波Ｔｗを分離する方式を実行する。

【0064】

前記方式とは別に、送信アンテナ１６ごとに異なる直交符号列で位相変調を行った送信波Ｔｗを同時に送信し、受信信号ｆｒで位相変調の復調を行い、送信アンテナ１６ごとの受信信号ｆｒを分離する方式でもよい。

【0065】

＜動体４の高頻度計測＞
従来のビーム走査方式では、ある特定方向にレーダの送信波を繰返し周期の１周期分送信し、その信号が観測対象で反射され、この反射波がレーダで受信された後に、次の方向に送信波を送信するため、観測範囲全体を操作するのに時間が掛かり、ひいては画像１フレームを得るのに時間が掛かる。このため、画像生成を高頻度で行うことができない。そして、このような画像生成では、人などの動体の動きによる信号強度に揺らぎが生じ、生成画像に揺らぎの影響を回避できない。斯かる信号強度に揺らぎの影響を回避するには、動体４の動きが送信波Ｔｗの波長に対して無視できる程度の頻度で計測する必要がある。この計測の高頻度化をＤＢＦ方式でビーム走査なしに画像生成を行う。

【0066】

ＤＢＦ方式を用いた高頻度計測として１回の送信波で１フレームの画像を送ることができるため、たとえば、１００μ秒＞１０，０００回／秒の計測を行う。斯かる高頻度計測によれば、送信波Ｔｗの波長に対して人などの動体４の動きを静止物とみなせる程度の変化として捉えることができ、動体４からの反射波Ｒｗたとえば、一瞬の強力な反射波Ｒｗも逃さず計測できる。

【0067】

＜動体４の静止物との識別＞
計測空間から動体４を抽出するには、反射波Ｒｗに含まれる動体４以外の構造物などの静止物を除去する必要がある。静止している動体４は反射波Ｒｗの波長レベルで見れば、大きく動いている物体と言える。この動きから反射波Ｒｗに生じる位相変化を計測すれば、静止物からの反射波Ｒｗを区別できる。

【0068】

したがって、反射波Ｒｗに含まれる動体４以外の静止物からの反射波Ｒｗに対し、送信波Ｔｗの波長レベルの変位で生じる位相変化を用いて、静止物と動体４とを識別し、動体４のみを抽出する。

【0069】

＜動体４の高さ方向の計測＞
複数の受信アンテナ２０は一次元方向または二次元方向に配置する。送信アンテナ１６が単体の場合、受信アンテナ２０を二次元配置とすれば、動体４の垂直方向にも分割計測が行える。つまり、動体４からの反射波Ｒｗを垂直方向にも分離して計測でき、動体４から細分化された反射波Ｒｗにおける反射強度を計測できる。

【0070】

受信アンテナ２０が一次元配置の場合、送信アンテナ１６を受信アンテナ２０のアンテナ列と直交方向に配列すれば、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）方式による三次元化を実現できる。

【0071】

＜動体４の追尾＞
計測した動体４に対し、その動体４を特定するための識別情報として、ＩＤ（Identification）情報を付与する。動体４が動くと、反射波Ｒｗの信号強度は大きく揺らぎ、その信号が検出不能となる程度に弱くなる場合がある。繰り返し計測した場合、一定時間以内に一定の距離範囲内で既存のＩＤ番号の近傍で現れた動体４を同一物と判定し、同一のＩＤ情報を付与して追跡する。

【0072】

同一のＩＤ情報が付与されて動体４が追跡されている間は、計測した反射強度の最大値を保持する。瞬間的に高い反射強度が計測されたとき、危険物を保持している可能性が高いと判定してもよい。

【0073】

＜受信アンテナ２０から動体４までの距離の計測＞
送信波Ｔｗと受信アンテナ２０に対し、その特定方向からの反射波Ｒｗの伝搬遅延から動体４までの距離を算出する。

【0074】

＜高反射物４－２の特定＞
動体４からの反射波Ｒｗは小さな金属より高反射となる場合がある。そこで、動体４の縦方向にも分解能を持ち、より小さい面積からの反射波Ｒｗで動体４に含まれる高反射物４－２を判定する。

【0075】

＜探知出力の生成＞
既述の動体４を追尾し、動体４における動体物４－１と高反射物４－２との電波反射率の違いを利用して高反射物４－２を特定する。つまり、反射波Ｒｗの信号強度から高反射物４－２を特定し、高反射物４－２を不審物ないし危険物と判定する処理を実行すればよい。これにより探知出力を生成する。

【0076】

＜一実施の形態の効果＞
この一実施の形態によれば、次の何れかの効果が得られる。
(1) 特定の探知エリアに対してミリ波の送信波Ｔｗを送信し、探知エリアからの反射波Ｒｗを観測することで、機械的または電子的な走査をすることなく、高反射物４－２を含む動体４を高頻度で探知できる。

【0077】

(2) ＤＢＦ方式によって受信アンテナパターンのスキャンが不要となり、スキャンに起因する動体４における高反射物４－２の探知漏れを防止でき、動体４の探知精度を高めることができる。

【0078】

(3) 動体４に含まれる高反射物４－２からの反射波Ｒｗを複数の受信アンテナ２０で受信できるので、受信部８に得られる受信信号ｆｒの積分効果によって反射波Ｒｗの高感度化を実現できる。

【0079】

(4) ＤＢＦ方式による高頻度計測の実現で、動体４と静止物とを判別する精度を高めることができ、静止物による動体４の探知誤差を軽減できる。

【0080】

(5) 動体４に含まれる高反射物４－２からの一瞬の反射波Ｒｗを捉え、その高反射物４－２を含む動体４を特定できる。

【0081】

(6) 反射波Ｒｗにより特定された動体４の追尾が画像上で可能であり、動体４に含まれる高反射物４－２の探知精度が高められ、銃器、刃物などの危険物を迅速に探知することができる。

【実施例0082】

＜動体探知レーダ２２＞
図４は、実施例１に係る動体探知レーダ２２を示している。図４において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

【0083】

この動体探知レーダ２２は既述の動体探知システム２の一例であり、ミリ波の送信波Ｔｗを送出し、危険物を携帯している人などの動体４からの反射波Ｒｗを取得し、危険物と目される高反射物４－２を含む動体４を探知するレーダシステムである。

【0084】

この動体探知レーダ２２は送信部６、受信部８、信号処理部１０および画像表示部１２を備えている。

【0085】

送信部６は単一の送信器１４および送信アンテナ１６を備え、送信器１４で送信信号ｆｔを生成し、送信アンテナ１６から送信波Ｔｗを観測エリアに向けて送出する。この送信波Ｔｗはミリ波である。

【0086】

送信器１４はたとえば、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave ：周波数変調連続波）信号生成部２４、電力増幅部２６、方向性結合器２８および分配回路３０を備える。

【0087】

ＦＭＣＷ信号生成部２４は、信号処理部１０から基準信号を受けてＦＭＣＷ信号（以下「チャープ信号」と称する）を生成する。電力増幅部２６は、ＦＭＣＷ信号生成部２４からチャープ信号を受け、電力増幅を行い、送信信号ｆｔを出力する。方向性結合器２８は、電力増幅部２６と送信アンテナ１６を結合させ、電力増幅部２６で所定のレベルに増幅された送信信号ｆｔを送信アンテナ１６に出力すると同時に送信信号ｆｔの一部を分配回路３０に分岐させる。送信アンテナ１６は方向性結合器２８から受けた送信信号ｆｔにより動体４の観測エリアに送信波Ｔｗを送出する。

【0088】

分配回路３０は、方向性結合器２８から送信信号ｆｔの一部を受け、この送信信号ｆｔを各受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎに分配する。この送信信号ｆｔは、各受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎのローカル信号に用いられる。

【0089】

受信部８は、複数の受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎおよび受信アンテナ２０－１、２０－２・・・、２０－ｎを備え、各受信アンテナ２０で反射波Ｒｗを受け、受信アンテナ２０ごとに受信信号ｆｒを生成し、信号処理部１０に提供する。

【0090】

受信アンテナ２０－１、２０－２・・・、２０－ｎは、一次元配列としてもよいし、図２に示すように、二次元配列としてもよい。二次元配列の受信アンテナ２０では、水平方向に配列された複数の受信アンテナ２０ｘと、垂直方向に配列された複数の受信アンテナ２０ｙとを備え、各受信アンテナ２０ｘ、２０ｙは直交配置とすればよい。

【0091】

各受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎは、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier ：低雑音増幅器）３２、周波数混合器（ＭＩＸＥＲ）３４、ＬＰＦ（Low Pass Filter ：低域通過フィルタ）３６、中間周波増幅部３８、アナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）４０および前処理部４２を備える。

【0092】

受信アンテナ２０に得られる受信信号ｆｒはＬＮＡ３２で増幅し、ＭＩＸＥＲ３４で送信信号ｆｔとミキシングされる。これにより、ローカル信号で中間周波数への周波数変換が行われる。ＭＩＸＥＲ３４で得られた中間周波信号は、ＬＰＦ３６を通過させて低域成分を抽出し、中間周波増幅部３８で増幅した後、Ａ／Ｄ４０でディジタル信号に変換し、前処理部４２を通して信号処理部１０に提供される。前処理部４２では、Ａ／Ｄ変換された信号がＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）により周波数領域に変換される。感度を向上させるには、周波数領域のディジタル信号を積分して雑音の低減化などにより、高感度化を行えばよい。

【0093】

信号処理部１０は、信号生成部４４を備えるとともに、動体４の探知処理用のコンピュータなどを備える。信号生成部４４は既述の基準信号を一定のタイミングで生成する。そして、信号処理部１０の既述の情報処理には、動体４の高頻度計測、動体４の静止物との識別、動体４の高さ方向の計測、動体４の追尾、送信アンテナ１６から動体４までの距離の計測、高反射物４－２の特定などの処理が含まれ、高反射物４－２を含む動体４を表す探知出力を生成する。

【0094】

＜信号処理部１０のハードウェア＞
信号処理部１０は図５に示すように、コンピュータで構成される。図５に示す構成例では、信号生成部４４、プロセッサ４６、メモリ部４８および入出力部５０で構成されている。

【0095】

プロセッサ４６は、メモリ部４８に格納されているＯＳ（Operating System）や動体探知プログラムを実行する情報処理を含み、動体４の探知に必要な信号処理や各種機能部の制御などを実行する。

【0096】

メモリ部４８はコンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例であり、たとえばＲＡＭ（Random-Access Memory）やＲＯＭ（Read-Only Memory）を備える。ＲＡＭは各種プログラムを実行するためのワークエリアを構成する。ＲＯＭはプログラムを記録する記憶手段であり、既述のＯＳや動体探知プログラムの格納の他、動体探知に必要な各種データを格納する。ＲＯＭはたとえば、電気的に内容を書き換えることができるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ）、フラッシュメモリなどの半導体メモリなどを用いればよい。

【0097】

メモリ部４８はＲＡＭやＲＯＭに限られずたとえば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive ）などのコンピュータで読取り可能な記録媒体でもよい。

【0098】

信号生成部４４はプロセッサ４６により制御され、同期信号となる基準信号などの信号を発生する。基準信号は送信器１４および受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎに提供され、タイミング信号として動作タイミングや信号処理に用いられる。

【0099】

入出力部５０は、受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎの出力信号の取り込み、動体探知プログラムの実行による探知出力信号の出力に用いられる。

【0100】

＜動体４の探知処理＞
動体４の探知処理について、信号処理部１０では、受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎごとに受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎで得られた各受信信号ｆｒを用いて、受信信号ｆｒ間の位相差から各受信アンテナ２０のアンテナ面に対する反射波Ｒｗの位相面を求めて反射波Ｒｗの到来方向、信号強度および位相を同定し、動体４の探知信号を生成する。

【0101】

この処理手順では、送信器１４で生成した送信信号ｆｔにより送信アンテナ１６から送信波Ｔｗを探知エリアに向けて送信し、各受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎで探知エリアからの反射波Ｒｗを受ける。送信タイミングに同期して各受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎから出力信号が信号処理部１０に提供される。信号処理部１０は、各出力信号である受信信号Ｙｎ（ｆ）を用いて動体４の探知のための信号処理を実行する。各受信信号Ｙｎ（ｆ）はアンテナで受信された反射信号がローカル信号により周波数変換され、周波数領域に変換されたものである。

【0102】

この信号処理において、受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎごとに受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎで得られる受信信号Ｙｎ（ｆ）を用いて次の処理を実行する。

【0103】

受信信号ｆｒ間の位相差から各受信アンテナ２０のアンテナ面に対する反射波Ｒｗの位相面を求め、反射波Ｒｗの到来方向の同定とともに、その信号強度を同定する。

【0104】

この動体探知レーダ２２では、送信部６と複数チャネルで構成される受信部８の一チャネル分の系統を示しているが、送信部６では信号処理部１０内の信号生成部４４が出力する信号を用いてチャープ信号を発生させる。この信号は電力増幅され、たとえば、７９ＧＨｚのレーダ波として送信アンテナ１６から出力される。

【0105】

このチャープ信号は、各受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎの中間周波信号を生成するためのローカル信号にも用いられる。距離Ｒにある動体４からの反射波Ｒｗの送信信号からの時間遅れ（伝搬遅延）τは、式（１）で表される。
τ＝２・Ｒｗ／ｃ ・・・・・(1)
式（１）において、ｃは光速である。

【0106】

線形チャープ信号の周波数の傾きをｋとすると、動体４からの反射波Ｒｗによる受信信号ｆｒと送信信号ｆｔを混合して得られる中間周波信号Ｓｎの周波数ｆｎは、式（２）で表される。
ｆｎ＝ｋ・τ＝ｋ・２・Ｒｗ／ｃ ・・・・・(2)

【0107】

中間周波信号Ｓｎは増幅され、Ａ／Ｄ４０でＡＤ変換された後、前処理部４２で複素信号に変換された後、ＦＦＴにより周波数領域に変換される。信号処理部１０では、式（２）からＲｗ＝ｆｎ／２ｋで周波数は探知された動体４の距離に変換される。

【0108】

そして、一次元配列の受信アンテナ２０を用いた動体探知レーダ２２では、送信周期ごとにレンジと方位の二次元で表される探知エリアの画像情報が得られ、画像表示部１２に提示される。このミリ波の動体探知レーダ２２では参照関数処理が行われる。

【0109】

＜参照関数処理＞
この参照関数処理では、画像化する探知エリアの全ての画像化点を、動体４が存在する仮想動体点とし、この仮想動体点から全受信アンテナ２０までの距離を計算する。その距離により生じるミリ波の位相回転を受信チャンネル数分だけ計算する。次に、周波数領域で表された各チャンネルの出力信号である受信信号Ｙｎ（ｆ）の、動体４と各チャンネルのアンテナ間の距離に相当する周波数の信号成分に記述の位相回転の補正を行い、全ての受信チャンネルの成分を加算する。これにより仮定した位置にある動体４からの反射波Ｒｗの信号強度と位相を求めることができる。この操作をすべての画像化点に対して行うことにより、１フレームの画像を得ることができる。

【0110】

したがって、１回のチャープ信号を送信する度に１フレームの二次元または三次元の探知画像を生成できる。これにより、従来のアンテナを走査するレーダでは１回の送信で１方向しか観測できず、アジマス方向が３００画素ある場合、１フレームの画像を得るのに１回の送信時間の３００倍を要する。一方、本方式では１回の送信時間で１フレームを得ることができ、高頻度な計測が可能になる。

【0111】

＜二次元の参照関数処理＞
図６は、二次元の参照関数処理を示している。図６において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

【0112】

参照関数処理では画像化エリア５２のすべての点を仮想動体点として、それぞれの仮想点に対する参照関数を求める。ある仮想動体点の参照関数は、その点と全ての受信アンテナ２０－０から２０－ｎ間の距離Ｒ０～Ｒｎを計算する。この距離による伝搬遅延τ０～τｎは式（１）で求められる。

【0113】

参照関数Ｇ(ｎ)は、次式（３）で求められる。
Ｇ（ｎ)＝ｅｘｐ（-j２πＦＣτ（ｎ)） ・・・・・(3)
ここで、ＦＣは送信波Ｔｗのミリ波の中心周波数である。

【0114】

図７のＡは、受信部８の出力信号と距離の関係を示している。
受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－ｎの出力信号は前処理部４２でＦＦＴにより周波数領域に変換され、Ｙｎ(ｆ)となっている。

【0115】

図７のＢは、参照関数および受信信号ｆｒの積和演算処理を示している。
各受信チャンネルの受信器１８の受信信号Ｙｎ（ｆ）から仮想動体点の反射信号が含まれているはずの成分を抜き出し、当該距離を抜き出した受信信号とする。この受信信号と参照関数の共役関数を積和演算すれば、仮想動体点の反射強度と位相が求められる。

【0116】

＜三次元の参照関数処理＞
（１）送信アンテナが１台の場合
送信アンテナ１６が１台で三次元処理を行うためには、受信アンテナ２０を水平と垂直の二次元に配列する。

【0117】

参照関数処理は画像化エリア５２を三次元空間として、仮想動体点を三次元の座標内の点とする。その仮想動体点の位置と全ての受信アンテナ２０間の距離から、アンテナ配列が一次元の場合と同じように処理を行うことができる。

【0118】

（２）送信アンテナ１６が複数台で受信アンテナ２０が一次元配列の場合
この方式ではＦＭＣＷ信号周期ごとに複数の送信アンテナのどれか一つから切り替えて送信する方式（スイッチモード）と、全送信アンテナ１６から直交関数で位相変調されたＦＭＣＷ信号を同時に送信する方式（コード変調モード）がある。何れの場合も受信信号Ｙｎ(ｆ)までが異なるが、それ以降は同一の参照関数処理になる。

【0119】

図８は、スイッチモードの構成を示している。図８において、図１と同一部分には同一符号を付している。

【0120】

このスイッチモードではスイッチ（ＳＷ）制御部５４のＳＷ制御により、ＦＭＣＷ信号の繰返し周期ごとに使用する送信アンテナ１６を切替スイッチ部５６により切り替える。受信信号もそれぞれの送信アンテナ１６に対応した受信信号Ｙｎ(ｆ)を切替スイッチ部５７により切り替えてデータバッファ６０に格納し、三次元データを構成する。

【0121】

図９は、コード変調モードの構成を示している。図９において、図１および図８と同一部分には同一符号を付している。

【0122】

コード変調モードでは送信部６が符号変調器５８を通してすべての送信アンテナ１６に接続されている。

【0123】

ＦＭＣＷ信号の繰返し周期ごとに各送信アンテナ１６の信号に異なる符号列の位相変調が行われる。受信信号には符号変調器５８と逆位相の復調信号で一定回数の積和演算を関数積和乗算部６１で行うことで、受信信号を各送信アンテナ１６からの信号成分に分離する。符号変調器５８には変復調符号生成部６２から変調符号信号が与えられ、関数積和乗算部６１には変復調符号生成部６２から復調符号信号が与えられる。そして、関数積和乗算部６１の乗算結果である信号成分データはデータバッファ６４に格納される。

【0124】

＜三次元探知の受信信号と参照関数の生成＞
図１０は、仮想動体点エリアと送信アンテナおよび受信アンテナの関係を示している。図１１は、三次元の参照関数処理を示している。

【0125】

送信アンテナ１６が０からｍまである場合、受信信号Ｙｎ，ｍ(ｆ)は各送信アンテナ数と受信アンテナ数の三次元データとなる。この三次元データから送信アンテナ１６、仮想動体点エリア６６、受信アンテナ２０の伝搬距離に相当する成分を抜き出し、参照関数処理を行う二次元データを抽出する。

【0126】

伝搬遅延τは送信アンテナ１６から仮想動体点、受信アンテナ２０までの総距離から計算する。これによりそれぞれの仮想動体点に対し、受信アンテナ２０と送信アンテナ１６の組み合わせによる二次元の参照関数が生成される。この参照関数と受信データの当該距離成分を抜き出した二次元データで積和演算を行い、仮想動体点の信号強度と位相が求められる。

【0127】

画像の１フレームは通常、１００μ秒から１ｍ秒である。歩行中の動体４でも移動距離は波長以下とみなすことができ、十分高い頻度での画像化が可能である。

【0128】

画像処理では、受信データから探知エリア内での動体４の探知を行うとともに高反射物４－２の検出により、動体４が携行する高反射物４－２が危険物であるか否かの判定を行う。

【0129】

そして、受信部８の受信アンテナ２０ｘ、２０ｙ（図２）のように水平方向および垂直方向の二次元配置に配置することにより、垂直方向にもＤＢＦ処理を行うことができ、探知エリア内を走査でき、解像度の高い探知ができる。

【0130】

この場合、探知対象である動体４を表す画像化はレンジ、方位、仰角の三次元画像として得ることができる。この場合の処理も二次元と同様に画像化する領域の仮想探知対象と各アンテナ間の距離から参照関数を生成する。

【0131】

＜送信信号ｆｔおよび受信信号ｆｒの処理＞
図１２のＡは、送信信号ｆｔおよび受信信号ｆｒの周波数変化を示し、図１２のＢはミキサー出力信号の周波数を示している。送信アンテナ１６または受信アンテナ２０から探知対象までの往復距離だけ、受信信号ｆｒが遅れるので、この受信信号ｆｒの遅れにより送信信号ｆｔと受信信号ｆｒ間に周波数差Ｔｄ（図１２）が生じる。この周波数差がミキサー出力信号の周波数になる。チャープ率をｋとすると、ＦＭＣＷ信号方式の送信信号ｆｔ（ｔ）は式（４）で表すことができる。

【0132】

【数1】

【0133】

移動している動体４からの反射波Ｒｗを求める。送信アンテナ１６から動体４の位置までの距離をＲ_T、同様に受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎから動体４の距離をＲ_Rとする。

【0134】

動体４の速度は繰返し周期ＰＲＴ内では一変化が無視できる程度に小さいとする。送信周波数をＦＣ、チャープ率ｋとすると、受信信号ｆｒ（ｔ）は式（５）で表される。

【0135】

【数2】

【0136】

この受信信号ｆｒをＬＮＡ３２で増幅した後、送信信号ｆｔを分岐したローカル信号で周波数を変換し、ＬＰＦ３６で低域部分を抜き出すと、中間周波信号ｆｉｆ（ｔ）は式（６）で表される。

【0137】

【数3】

【0138】

この中間周波信号ｆｉｆを中間周波増幅部３８で増幅、Ａ／Ｄ４０でデジタル信号に変換し、前処理部４２では、ＦＭＣＷ信号をＦＦＴにより周波数変換することで、各距離を表す信号成分が抽出される。この正の周波数成分は式（７）、（８）で表すことができる。

【0139】

【数4】

【0140】

各受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎで得られる受信信号ｆｒの各レンジに参照関数処理を行い、動体４の位置、その反射強度および位相を求めている。

【0141】

＜方位合成＞
この方位合成について、図１３を参照する。図１３では、単一の送信器１４と、受信部８には一例として６台の受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－６を想定する。

【0142】

送信アンテナ１６から距離Ｒｔだけ離れた動体４に送信波Ｔｗを照射する。観測対象である動体４から得られる反射波Ｒｗは受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－６に受信される。各受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－６の出力信号は、動体４から送信アンテナ１６、受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－６までの総距離Ｒｍにより、式（９）で表すことができる。

【0143】

【数5】

式（９）において、但し、

【0144】

【数6】

である。式（１０）において、ｎは受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－６に付されたアンテナ番号である。この場合、ｎは１、２、・・・、６である。

【0145】

受信器１８－１、１８－２、・・・、１８－６の出力信号は、信号処理部１０で参照関数と相関処理される。これにより、信号処理部１０では、方位分解能に応じた信号成分が抽出される。

【0146】

この方位分解能は次の通りである。各受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－６が等距離ｄで、１列状態であるとすれば、さらに両端にｄ／２の効果があると考えられる。この場合、受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－６の実効的な全体の開口長Ｄは、式（１１）で表される。
Ｄ＝５×ｄ＋ｄ ・・・・・(11)

【0147】

このような全体の開口長Ｄを持つ受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－６では、送信信号の波長をλとすると、期待できる方位分解能θRES は式（１２）で表される。
θRES ＝λ／D ・・・・・(12)

【0148】

送信アンテナ１６および各受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－６のそれぞれの開口長を等しいものとし、それぞれの開口長をｄ０とすると、探知範囲θ0 は、式（１３）で表される。
θ0 ＝ｄ０／λ ・・・・・(13)

【0149】

受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－６の中心位置から探知範囲θ0 、距離Ｒ０の扇型線上の動体４の仮想点について、方位分解能θRES ごとに参照関数ｇ（ｎ，θ）を生成する。この参照関数ｇ（ｎ，θ）は、式（１４）で表される。

【0150】

【数7】

【0151】

ここで、Ｒｘ（Ｒ，ｎ，θ) は、送信アンテナ１６から距離Ｒ、方位θにある反射点、さらにｎ番目の受信アンテナ２０－ｎまでの総距離となる。

【0152】

中間周波信号ｆｉｆ（Ｒ，ｎ）と参照関数ｇ（Ｒ，ｎ，θ）の共役関数と相関処理することで、方位分解能ごとの信号ｈ（Ｒ，θ）が抽出される。この信号ｈ（Ｒ，θ）は、式（１５）で表される。

【0153】

【数8】

【0154】

探知対象にひとつの観測点として動体４を想定すると、この動体４までの距離が展開したアンテナの全体の開口長Ｄに比べて遠方であれば、動体４の送信波は無限遠から到来すると考えられる。この場合、参照関数の処理はより簡単なＦＦＴに置き換えることが可能となる。一般的には、遠方界と呼ばれる領域で、展開されたアンテナの全体の開口長をＤ、波長をλとすれば、距離Ｒは式（１６）で表される。

【0155】

【数9】

【0156】

この場合、各アンテナ間の位相差は、動体４までの距離に無関係で受信アンテナ２０－１、２０－２、・・・、２０－６のアンテナ面に対する角度で決定される。中間周波信号ｆｉｆ（ｎ）をＦＦＴ処理すれば、式（１７）に示す周波数成分ｈ（ｆ）が方位方向の信号に変換される。ＦＦＴ出力の周波数をｆとすると、方位θは、式（１８）で表される。

【0157】

【数10】

【0158】

【数11】

【0159】

＜動体４の位置および反射波の信号強度の検出＞
図１４は、動体探知レーダ２２による動体４の位置および反射波Ｒｗの信号強度の探知工程を示している。

【0160】

この探知工程には、高頻度のレーダ計測（Ｓ２０１）、データ収集（Ｓ２０２）、インコヒーレント積分強度の算出（Ｓ２０３）、コヒーレント積分強度の算出（Ｓ２０４）、静止物か動体４かの判断（Ｓ２０５）、動体４の特定（Ｓ２０６）などが含まれる。

【0161】

高頻度のレーダ計測（Ｓ２０１）： 高頻度のレーダ計測では、高頻度計測としてたとえば、１００μ秒単位で送信波Ｔｗを送出し、動体４からの反射波Ｒｗを取得する。

【0162】

データ収集（Ｓ２０２）： 信号処理部１０は探知エリアの参照関数処理されたレーダ画像を反射強度と位相情報を有する複素データＤｉとして生成する。この複素データＤｉは、メモリ部４８にレーダ画像のフレーム（繰返し周期ＰＲＴ）単位で複素画像データを表す複数のフレームとして格納される。

【0163】

インコヒーレント積分強度の算出（Ｓ２０３）： 信号処理部１０は複数フレーム（たとえば、１００枚／１０ｍ秒）の複素データＤｉのインコヒーレント積分強度を算出する。

【0164】

コヒーレント積分強度の算出（Ｓ２０４）： 信号処理部１０は同様に、インコヒーレントと同数の複数フレームのコヒーレント積分強度を算出する。

【0165】

静止物か動体４かの判断（Ｓ２０５）： 静止物からの反射波Ｒｗの位相は一定である。このため、インコヒーレント積分強度およびコヒーレント積分強度は何れも同じ強度を示す。これに対し、動体４からの反射波Ｒｗの位相は動体４の動きに応じて大きく変化する。このため、動体４では、コヒーレント積分強度はインコヒーレント積分強度に比べて小さくなる。そこで、インコヒーレント積分強度からコヒーレント積分強度を減ずると、静止物からの反射波Ｒｗの強度情報は相殺されるのに対し、動体４からの反射波Ｒｗの強度情報は残存する。この相違から動体４を判定できる。

【0166】

動体４の特定（Ｓ２０６）： 動体４を特定した強度情報に対して閾値を設定し、この閾値以上の強度領域を特定すれば、積分時間内に動体４が存在している領域を抽出することができる。

【0167】

そして、各フレーム内で抽出した領域内の最大反射強度を持つ点を動体４の存在位置として抽出すれば、探知フレームレートごとにレーダ画像から動体４の位置と反射波Ｒｗの信号強度を検知でき、動体４を特定できる。

【0168】

＜探知した動体４の追尾＞
図１５は、動体探知レーダ２２による動体４の追尾工程を示している。

【0169】

この追尾工程では、動体４の探知（Ｓ３０１）、ＩＤの付与（Ｓ３０２）、ＩＤごとに反射波Ｒｗの最大強度の保存（Ｓ３０３）、ＩＤの追尾（Ｓ３０４）、ＩＤごとの閾値判定（Ｓ３０５）、動体４の特定（Ｓ３０６）などが含まれる。

【0170】

動体４の探知（Ｓ３０１）： 信号処理部１０は、動体４を探知する。この動体４には動体物４－１と高反射物４－２が含まれる。

【0171】

ＩＤの付与（Ｓ３０２）： 信号処理部１０は、探知した動体４に対して識別情報としてＩＤ番号を付与する。この場合、繰り返し計測した場合には、特定の動体４に対し既存のＩＤ番号を付加する。

【0172】

ＩＤごとに反射波Ｒｗの最大強度の保存（Ｓ３０３）： 信号処理部１０は、ＩＤ番号ごとに反射波Ｒｗの最大強度を保存する。

【0173】

ＩＤの追尾（Ｓ３０４）： 信号処理部１０は、複数のフレーム画像を総合し、ＩＤ番号で特定される動体４を表す動体情報を追尾する。同一のＩＤ番号を付与した動体４を追跡している間は、計測された反射強度の最大値を保持することにより、瞬間的に高い受信強度を検出したとき、追跡機能により同一ＩＤ番号を与え続けることができる。

【0174】

ＩＤごとの閾値判定（Ｓ３０５）： 信号処理部１０は、ＩＤ番号ごとに閾値を設定し、閾値を超える反射波Ｒｗを表す画像を特定する。

【0175】

動体４の特定（Ｓ３０６）： 信号処理部１０は、反射強度から動体４や動体４における高反射物４－２を判定する。予め計測された動体４についての反射強度のデータベースと比較し、レーダ計測結果の信号強度から高反射物４－２の存在を判定する。たとえば、信号強度が強い動体４について、高反射物４－２を危険物として判定すればよい。

【0176】

＜実施例１の効果＞
この実施例１によれば、次の何れかの効果が得られる。
(1) 従来のビーム操作方式に比較し、ＤＢＦ方式でビーム走査なしに画像生成を実現するので、高頻度な画像生成を行うことができる。

【0177】

(2) 歩行中の人などの動体４を探知でき、動体４に含まれる高反射物４－２による反射波Ｒｗの反射強度や距離変化が動体４の姿勢などの揺らぎによる影響を回避でき、高反射物４－２を探知でき、一瞬の反射を逃さず探知できるので、危険物探知などの高頻度の観測を行うことができる。

【0178】

(3) 波長レベルの変位で生じる位相変化を用いて、静止物と動体４とを識別でき、動体４の探知精度を高めることができる。

【0179】

(4) 動体４を追尾し、動体４とともに移動する金属などの電波反射率の高い高反射物４－２を探知できる。

【0180】

(5) 動体４の縦方向にも分解能を設定しているので、より小さい面積からの反射信号で、動体４と高反射物４－２を判定することができる。

【実施例0181】

＜動体探知レーダシステム７０＞
図１６および図１７は、実施例２に係る動体探知レーダシステム７０を示している。

【0182】

動体探知レーダシステム７０は、図１６に示すように、空港のコンコースなどに探知エリア７２を設定して第１のレーダ部２２－１および第２のレーダ部２２－２を設置し、各レーダ部２２－１、２２－２からミリ波の送信波Ｔｗを送出し、動体４からの反射波Ｒｗを各レーダ部２２－１、２２－２で取得する。

【0183】

各レーダ部２２－１、２２－２にはサーバー装置７４が接続され、レーダ部２２－１、２２－２の出力信号を合成して動体４の探知を行い、危険物と見做される高反射物４－２を探知する。

【0184】

この動体探知レーダシステム７０は図１７に示すように、レーダ部２２－１、２２－２およびサーバー装置７４で構成される。レーダ部２２－１、２２－２は、既述の動体探知レーダ２２の送信部６、受信部８および信号処理部１０で構成される。

【0185】

サーバー装置７４は、レーダ部２２－１、２２－２を同期させる処理部７６を内蔵し、かつ既述の画像表示部７８を備えている。

【0186】

＜実施例２の効果＞
この実施例２によれば、次の何れかの効果が得られる。
(1) レーダ部２２－１は、動体４と正対方向に向けて送信波Ｔｗを放射し、レーダ部２２－２は、レーダ部２２－１と異なり、動体４と反対方向に向けて送信波Ｔｗを放射し、それぞれの反射波Ｒｗを受信することができる。

【0187】

(2) サーバー装置７４は、各レーダ部２２－１、２２－２の受信信号から動体４を探知でき、動体４のたとえば、背面側に隠されている高反射物４－２を容易にしかも迅速に探知することができ、危険物探知を容易化、高精度化できる。

【0188】

(3) 静止物などと動体４との識別精度を高めることができる。

【0189】

〔他の実施の形態〕
本開示には以下の実施の形態が含まれる。
(1) 動体４に含まれる動体物４－１や高反射物４－２が危険物であるか否かの判定について、たとえば、危険物であるかを判定するための基準情報を取得し、この基準情報と動体４から取得した動体情報とを比較し、この動体情報が危険物であるか否かを判定し、この判定結果を提示してもよい。

【0190】

(2) 上記実施の形態において、送信アンテナは１台、受信アンテナは一次元または二次元配列としてもよい。

【0191】

(3) 上記実施の形態において、送信アンテナは複数台として時分割送信とし、受信アンテナは一次元配列としてもよい。

【0192】

(4) 上記実施の形態において、送信アンテナは複数台として直交変調同時送信とし、受信アンテナは一次元配列としてもよい。