特開 2024-103832 物標位置検出装置、システム、プログラム及び方法

(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】P2024103832

(43)【公開日】2024-08-02

(54)【発明の名称】物標位置検出装置、システム、プログラム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/34 20060101AFI20240726BHJP

   G01S 13/52 20060101ALI20240726BHJP

【ＦＩ】

G01S13/34

G01S13/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023007746

(22)【出願日】2023-01-23

(71)【出願人】

【識別番号】000191238

【氏名又は名称】日清紡マイクロデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】笹原 俊彦

(72)【発明者】

【氏名】城本 一馬

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB18

5J070AC02

5J070AC06

5J070AC11

5J070AE09

5J070AH31

5J070AH35

5J070AK14

5J070BA01

(57)【要約】

【課題】本開示は、移動状態の物標の距離、速度及び方向を検出するとともに、微動状態の物標の距離及び方向も検出することを目的とする。
【解決手段】本開示は、ＦＭＣＷレーダのレンジドップラー方式を用いて、移動状態の物標の距離、速度及び方向を検出する。そして、ＦＭＣＷレーダのフレーム間差分方式を用いて、微動状態の物標の距離を検出する。さらに、ＦＭＣＷレーダのフレーム間差分方式による微動状態の物標の距離に基づいて、ＦＭＣＷレーダのレンジドップラー方式による移動状態から微動状態への遷移段階での物標の距離及び方向を出力する。よって、移動状態の物標の距離、速度及び方向を検出するとともに、遷移段階の物標の距離及び方向を微動状態の物標の距離及び方向として出力することができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

各フレーム内において複数のチャープ信号を送信し、隣接フレーム間においてチャープ信号の送信を停止する、ＦＭＣＷレーダを用いる物標位置検出装置であって、
（１）各フレーム内における各チャープ信号について、送受信間のビート信号を距離フーリエ変換し、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標の距離を検出し、（２）各フレーム内における全チャープ信号について、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル位相を速度フーリエ変換し、速度フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標の速度を検出し、（３）各フレーム内において、複数の受信アンテナについて、速度フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル位相の差分に基づいて、物標の方向を検出するレンジドップラー処理部と、
（４）異なるフレーム間における各チャープ信号について、送受信間のビート信号を距離フーリエ変換し、距離フーリエ変換スペクトルの差分スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標の距離を検出し、又は、（５）異なるフレーム間における各チャープ信号について、送受信間のビート信号の差分信号を距離フーリエ変換し、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標の距離を検出するフレーム間差分処理部と、
（６）物標の移動状態において、前記レンジドップラー処理部が検出する物標の距離、速度及び方向を出力し、（７）物標の微動状態において、前記フレーム間差分処理部が検出する物標の距離に基づいて、前記レンジドップラー処理部が物標の移動状態から微動状態への遷移段階で検出した物標の距離及び方向を出力する物標位置出力部と、
を備えることを特徴とする物標位置検出装置。

【請求項2】

前記レンジドップラー処理部及び前記フレーム間差分処理部は、物標の状態が移動状態又は微動状態のいずれであるかによらず、同時に処理を実行し、
物標の移動状態において、前記レンジドップラー処理部が検出する物標の距離及び方向と、前記フレーム間差分処理部が検出する物標の距離と、に基づいて、前記レンジドップラー処理部が検出する物標と、前記フレーム間差分処理部が検出する物標と、が同一の物標又は異なる物標のいずれであるかを判定する物標位置紐付部、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の物標位置検出装置。

【請求項3】

前記フレーム間差分処理部の処理実行後に、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル位相又はスペクトル振幅を微動フーリエ変換し、微動フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標の微動周期を検出する物標微動検出部、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の物標位置検出装置。

【請求項4】

前記フレーム間差分処理部は、異なるフレーム間における各チャープ信号について、処理を実行するにあたり、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル強度が所定閾値を超えるように、異なるフレーム間が有する間隔を設定する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の物標位置検出装置。

【請求項5】

前記フレーム間差分処理部は、異なるフレーム間における各チャープ信号について、処理を実行するにあたり、各フレーム内における送受信間のビート信号として、各フレーム内における送受信間の全ビート信号の平均ビート信号を適用する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の物標位置検出装置。

【請求項6】

請求項１又は２に記載の物標位置検出装置と、前記ＦＭＣＷレーダのレーダ送受信装置と、を備えることを特徴とする物標位置検出システム。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の物標位置検出装置が備える各処理部が行なう各処理ステップをコンピュータに実行させるための物標位置検出プログラム。

【請求項8】

請求項１又は２に記載の物標位置検出装置が備える各処理部が行なう各処理ステップを備えることを特徴とする物標位置検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、移動状態及び微動状態の物標の位置を検出する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

移動状態の物標の位置を検出する技術として、移動状態の物標の距離及び速度を検出するＦＭＣＷレーダのレンジドップラー方式と、移動状態の物標の方向を検出するＭＩＭＯレーダの位相モノパルス方式と、が公知である。ここで、移動状態の物標として、手振り又は足運び等のマクロモーションを行なう、歩行中等の人体等の生体等が挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６１１１５０６号公報

【特許文献2】特開２０２１－０８５７５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、ＦＭＣＷレーダのレンジドップラー方式は、ドップラー信号を検出するため、微動状態の物標の位置を検出することはできない（図５を参照。）。ここで、微動状態の物標として、拍動、呼吸、体の揺らぎ又は手指の動き等のマイクロモーションを行なう、立ち止まり中、着座中、横臥中又は睡眠中等の人体等の生体等が挙げられる。

【0005】

微動状態の物標の存在を検出する技術として、微動状態の物標の速度を選別し、微動状態の物標の距離を検出する、ドップラーレーダのフィルタ方式及びＦＭＣＷレーダのフレーム間差分方式が公知である（特許文献１、２を参照。）。しかし、ドップラーレーダのフィルタ方式及びＦＭＣＷレーダのフレーム間差分方式は、微動状態の物標の方向を検出することができず、微動状態の物標の位置を検出することができない（図８を参照。）。

【0006】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、移動状態の物標の距離、速度及び方向を検出するとともに、微動状態の物標の距離及び方向も検出することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するために、ＦＭＣＷレーダのレンジドップラー方式を用いて、移動状態の物標の距離、速度及び方向を検出する。そして、ＦＭＣＷレーダのフレーム間差分方式を用いて、微動状態の物標の距離を検出する。さらに、ＦＭＣＷレーダのフレーム間差分方式による微動状態の物標の距離に基づいて、ＦＭＣＷレーダのレンジドップラー方式による移動状態から微動状態への遷移段階での物標の距離及び方向を出力する。

【0008】

具体的には、本開示は、各フレーム内において複数のチャープ信号を送信し、隣接フレーム間においてチャープ信号の送信を停止する、ＦＭＣＷレーダを用いる物標位置検出装置であって、（１）各フレーム内における各チャープ信号について、送受信間のビート信号を距離フーリエ変換し、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標の距離を検出し、（２）各フレーム内における全チャープ信号について、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル位相を速度フーリエ変換し、速度フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標の速度を検出し、（３）各フレーム内において、複数の受信アンテナについて、速度フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル位相の差分に基づいて、物標の方向を検出するレンジドップラー処理部と、（４）異なるフレーム間における各チャープ信号について、送受信間のビート信号を距離フーリエ変換し、距離フーリエ変換スペクトルの差分スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標の距離を検出し、又は、（５）異なるフレーム間における各チャープ信号について、送受信間のビート信号の差分信号を距離フーリエ変換し、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標の距離を検出するフレーム間差分処理部と、（６）物標の移動状態において、前記レンジドップラー処理部が検出する物標の距離、速度及び方向を出力し、（７）物標の微動状態において、前記フレーム間差分処理部が検出する物標の距離に基づいて、前記レンジドップラー処理部が物標の移動状態から微動状態への遷移段階で検出した物標の距離及び方向を出力する物標位置出力部と、を備えることを特徴とする物標位置検出装置である。

【0009】

この構成によれば、移動状態の物標の距離、速度及び方向を検出するとともに、遷移段階の物標の距離及び方向を微動状態の物標の距離及び方向として出力することができる。

【0010】

また、本開示は、前記レンジドップラー処理部及び前記フレーム間差分処理部は、物標の状態が移動状態又は微動状態のいずれであるかによらず、同時に処理を実行し、物標の移動状態において、前記レンジドップラー処理部が検出する物標の距離及び方向と、前記フレーム間差分処理部が検出する物標の距離と、に基づいて、前記レンジドップラー処理部が検出する物標と、前記フレーム間差分処理部が検出する物標と、が同一の物標又は異なる物標のいずれであるかを判定する物標位置紐付部、をさらに備えることを特徴とする物標位置検出装置である。

【0011】

この構成によれば、複数の物標が存在するときでも、遷移段階の各々の物標の距離及び方向を微動状態の各々の物標の距離及び方向として混同なく出力することができる。

【0012】

また、本開示は、前記フレーム間差分処理部の処理実行後に、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル位相又はスペクトル振幅を微動フーリエ変換し、微動フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標の微動周期を検出する物標微動検出部、をさらに備えることを特徴とする物標位置検出装置である。

【0013】

この構成によれば、物標の微動周期（心拍数又は呼吸数等）を検出することができる。

【0014】

また、本開示は、前記フレーム間差分処理部は、異なるフレーム間における各チャープ信号について、処理を実行するにあたり、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル強度が所定閾値を超えるように、異なるフレーム間が有する間隔を設定することを特徴とする物標位置検出装置である。

【0015】

この構成によれば、物標の微動振幅の大きさに応じて、異なるフレーム間の間隔を設定するため、物標の微動振幅の大きさによらず、微動状態の物標を検出することができる。

【0016】

また、本開示は、前記フレーム間差分処理部は、異なるフレーム間における各チャープ信号について、処理を実行するにあたり、各フレーム内における送受信間のビート信号として、各フレーム内における送受信間の全ビート信号の平均ビート信号を適用することを特徴とする物標位置検出装置である。

【0017】

この構成によれば、各フレーム内における送受信間の全ビート信号の平均ビート信号を適用するため、微動状態の物標の距離を安定して検出することができる。

【0018】

また、本開示は、以上に記載の物標位置検出装置と、前記ＦＭＣＷレーダのレーダ送受信装置と、を備えることを特徴とする物標位置検出システムである。

【0019】

この構成によれば、以上の効果を有するシステムを提供することができる。

【0020】

また、本開示は、以上に記載の物標位置検出装置が備える各処理部が行なう各処理ステップをコンピュータに実行させるための物標位置検出プログラムである。

【0021】

この構成によれば、以上の効果を有するプログラムを提供することができる。

【0022】

また、本開示は、以上に記載の物標位置検出装置が備える各処理部が行なう各処理ステップを備えることを特徴とする物標位置検出方法である。

【0023】

この構成によれば、以上の効果を有する処理手順を提供することができる。

【0024】

なお、上記各開示の発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0025】

このように、本開示は、移動状態の物標の距離、速度及び方向を検出するとともに、微動状態の物標の距離及び方向も検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本開示の物標位置検出処理の概要を示す図である。

【図2】本開示の物標位置検出システムの構成を示す図である。

【図3】本開示のＦＭＣＷレーダ送信処理の具体例を示す図である。

【図4】本開示の物標位置検出処理の手順を示す図である。

【図5】本開示のレンジドップラー処理の具体例を示す図である。

【図6】本開示のレンジドップラー処理の具体例を示す図である。

【図7】本開示のフレーム間差分処理の具体例を示す図である。

【図8】本開示のフレーム間差分処理の具体例を示す図である。

【図9】本開示の物標移動状態の距離フーリエ変換スペクトルを示す図である。

【図10】本開示の物標微動状態の距離フーリエ変換スペクトルを示す図である。

【図11】本開示の物標位置出力処理の手順を示す図である。

【図12】本開示の物標位置出力処理の具体例を示す図である。

【図13】本開示の物標位置紐付処理の具体例を示す図である。

【図14】本開示の物標微動検出処理の具体例を示す図である。

【図15】本開示の移動微動判定処理の手順を示す図である。

【図16】本開示の移動微動判定処理の原理を示す図である。

【図17】本開示の移動微動判定特性の具体例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0028】

（本開示の物標位置検出処理の概要）
本開示の物標位置検出処理の概要を図１に示す。物標Ｔは、移動状態と微動状態との間で、その状態を繰り返し遷移している。移動状態の物標Ｔとして、手振り又は足運び等のマクロモーションを行なう、歩行中等の人体等の生体等が挙げられる。微動状態の物標Ｔとして、拍動、呼吸、体の揺らぎ又は手指の動き等のマイクロモーションを行なう、立ち止まり中、着座中、横臥中又は睡眠中等の人体等の生体等が挙げられる。

【0029】

本開示の物標位置検出システムの構成を図２に示す。本開示のＦＭＣＷレーダ送信処理の具体例を図３に示す。物標位置検出システムＳは、物標位置検出装置１及びＦＭＣＷレーダ送受信装置２を備える。物標位置検出装置１は、図４、１１、１５に示した物標位置検出プログラムを、コンピュータにインストールし実現することができる。

【0030】

ＦＭＣＷレーダ送受信装置２は、ＰＬＬ回路２１、発振器２２、分配器２３、増幅器２４、ローパスフィルタ２５、送信アンテナ２６、受信アンテナ２７－１、２７－２、２７－３、増幅器２８－１、２８－２、２８－３、増幅器２９、ミキサ回路３０－１、３０－２、３０－３、増幅器３１－１、３１－２、３１－３及びＡ／Ｄ変換器３２を備える。

【0031】

ＦＭＣＷレーダでは、各フレーム内においてｎ個のチャープ信号を送信し（チャープ周波数ｆ_１～ｆ_２、チャープ時間ｔ_Ｓ、チャープ間隔ｔ_Ｉ）、隣接フレーム間においてチャープ信号の送信を停止する（フレーム間隔ｔ_Ｆ）。ここで、ＦＭＣＷレーダのレンジドップラー方式では、各フレーム内において処理を実行するため、移動状態の物標Ｔの速度を高速度しか検出することができないが、受信チャープ信号の記憶容量及び処理負担を低減することができる。一方で、ＦＭＣＷレーダのフレーム間差分方式では、異なるフレーム間において処理を実行するため、受信チャープ信号の記憶容量及び処理負担を低減することができないが、微動状態の物標Ｔの動きを低速度まで検出することができる。

【0032】

物標位置検出装置１は、レンジドップラー処理部１１、フレーム間差分処理部１５、物標位置紐付部１８及び物標位置出力部１９を備える。レンジドップラー処理部１１は、物標距離検出部１２、物標速度検出部１３及び物標方向検出部１４を備える。フレーム間差分処理部１５は、物標距離検出部１６及び物標微動検出部１７を備える。

【0033】

本開示では、ＦＭＣＷレーダのレンジドップラー方式を用いて、移動状態の物標Ｔの距離、速度及び方向を検出する。そして、ＦＭＣＷレーダのフレーム間差分方式を用いて、微動状態の物標Ｔの距離を検出する。さらに、ＦＭＣＷレーダのフレーム間差分方式による微動状態の物標Ｔの距離に基づいて、ＦＭＣＷレーダのレンジドップラー方式による移動状態から微動状態への遷移段階での物標Ｔの距離及び方向を出力する。

【0034】

（本開示の物標位置検出処理の手順）
本開示の物標位置検出処理の手順を図４に示す。まず、レンジドップラー処理部１１の検出処理を説明する。次に、フレーム間差分処理部１５の検出処理を説明する。

【0035】

本開示のレンジドップラー処理の具体例を図５、６に示す。物標距離検出部１２は、各フレーム内における各チャープ信号について、送受信間のビート信号を距離フーリエ変換し、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標Ｔの距離を検出する（ステップＳ１、図５）。ここで、物標距離検出部１２は、送受信間のビート信号からトレンド成分を除去し、距離フーリエ変換スペクトルからＤＣ成分を除去する。

【0036】

物標速度検出部１３は、各フレーム内における全チャープ信号について、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル位相を速度フーリエ変換し、速度フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標Ｔの速度を検出する（ステップＳ２、図５）。ここで、物標速度検出部１３は、チャープ時間ｔ_Ｓ＋チャープ間隔ｔ_Ｉで決まるナイキスト周波数に応じて、物標Ｔの最高検出速度を制限し、フレーム時間ｎ（ｔ_Ｓ＋ｔ_Ｉ）の一周期又は半周期に応じて、物標Ｔの最低検出速度を制限する。

【0037】

物標方向検出部１４は、各フレーム内において、複数の受信アンテナ２７－１、２７－２、２７－３について、速度フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル位相の差分に基づいて、物標Ｔの方向を検出する（ステップＳ３、図６）。

【0038】

よって、レンジドップラー処理部１１は、移動状態の物標Ｔの距離、速度及び方向を検出することはできるが、微動状態の物標Ｔの距離及び方向を検出することはできない。

【0039】

本開示のフレーム間差分処理の具体例を図７、８に示す。フレーム間差分処理部１５は、以下の二種類の方法により、物標Ｔの距離を検出することができる。

【0040】

第一の方法として、物標距離検出部１６は、異なるフレーム間（図７では、隣接フレーム間であるが、離れたフレーム間でもよい。）における各チャープ信号について、送受信間のビート信号を距離フーリエ変換し、距離フーリエ変換スペクトルの差分スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標Ｔの距離を検出する（ステップＳ４、図７の左欄）。

【0041】

第二の方法として、物標距離検出部１６は、異なるフレーム間（図７では、隣接フレーム間であるが、離れたフレーム間でもよい。）における各チャープ信号について、送受信間のビート信号の差分信号を距離フーリエ変換し、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標Ｔの距離を検出する（ステップＳ５、図７の右欄）。

【0042】

なお、フレーム間差分処理部１５は、ステップＳ３とほぼ同様にして、複数の受信アンテナ２７－１、２７－２、２７－３について、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル位相又はスペクトル振幅の時間変化を検出し、これらの時間変化の位相差に基づいて、物標Ｔの方向を検出することが考えられる（図８を参照。）。

【0043】

ここで、図８の上段に示したように、物標Ｔが高速度で移動するときには、複数の受信アンテナ２７－１、２７－２、２７－３について、前述の時間変化の時間差Δｔ（位相差２πΔｔ／ｔ_Ｃ）は、前述の時間変化の周期ｔ_Ｃと比べて、等しいオーダーを有している。よって、フレーム間差分処理部１５は、物標Ｔの方向を検出することができる。

【0044】

しかし、図８の中段に示したように、物標Ｔが低速度で移動するときには、複数の受信アンテナ２７－１、２７－２、２７－３について、前述の時間変化の時間差Δｔ（位相差２πΔｔ／ｔ_Ｃ）は、前述の時間変化の周期ｔ_Ｃと比べて、小さいオーダーを有している。よって、フレーム間差分処理部１５は、物標Ｔの方向を検出することができない。

【0045】

そして、図８の下段に示したように、物標Ｔが心拍又は呼吸等で微動するときには、前述の時間変化は、長期間も不変となり得て、複数の受信アンテナ２７－１、２７－２、２７－３について、前述の時間変化の時間差Δｔ（位相差２πΔｔ／ｔ_Ｃ）は、検出不能となる。よって、フレーム間差分処理部１５は、物標Ｔの方向を検出することができない。

【0046】

よって、フレーム間差分処理部１５は、移動状態の物標Ｔの距離及び方向を検出することができ（ただし、フレーム間差分処理部１５の検出精度は、レンジドップラー処理部１１の検出精度と比べて、低いと考えられる。）、微動状態の物標Ｔの距離を検出することはできるが、微動状態の物標Ｔの方向を検出することはできない。

【0047】

本開示の物標移動状態の距離フーリエ変換スペクトルを図９、１０に示す。図９に示したように、物標Ｔが移動するときには、レンジドップラー処理部１１は、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数（∝物標Ｔの距離）を検出できているが、フレーム間差分処理部１５は、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数を検出できていない。図１０に示したように、物標Ｔが微動するときには、レンジドップラー処理部１１は、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数を検出できていないが、フレーム間差分処理部１５は、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数（∝物標Ｔの距離）を検出できている。

【0048】

（本開示の物標位置出力処理の手順）
本開示の物標位置出力処理の手順を図１１に示す。まず、レンジドップラー処理部１１及びフレーム間差分処理部１５の切替検出処理を説明する。次に、レンジドップラー処理部１１及びフレーム間差分処理部１５の同時検出処理を説明する。

【0049】

レンジドップラー処理部１１及びフレーム間差分処理部１５の切替検出処理において、本開示の物標位置出力処理の具体例を図１２に示す。レンジドップラー処理部１１及びフレーム間差分処理部１５は、物標Ｔの状態が移動状態又は微動状態のいずれであるかに応じて、切替で処理を実行する（ステップＳ１～Ｓ３及びステップＳ４、Ｓ５を切替）。

【0050】

物標Ｔの状態が移動状態又は微動状態のいずれであるかは、図１５～１７で後述するように判定することができる（ステップＳ６、詳細はステップＳ１１～Ｓ１７）。

【0051】

物標位置出力部１９は、物標Ｔの移動状態において（ステップＳ６、移動状態）、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔの距離、速度及び方向を出力する（ステップＳ８）。一方で、物標位置出力部１９は、物標Ｔの微動状態において（ステップＳ６、微動状態）、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔの距離に基づいて、レンジドップラー処理部１１が物標Ｔの移動状態から微動状態への遷移段階で検出した物標Ｔの距離及び方向を出力する（ステップＳ９）。ここで、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔの距離は、レンジドップラー処理部１１が物標Ｔの遷移段階で検出した物標Ｔの距離と等しい。

【0052】

図１２の左欄では、単数の物標Ｔ１が存在している。すると、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１の移動状態において、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔ１の距離、速度及び方向を出力する。そして、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１の微動状態において、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔ１の距離に最も近い、レンジドップラー処理部１１が物標Ｔ１の遷移段階で検出した物標Ｔ１の距離及び方向を出力する。

【0053】

図１２の右欄では、複数の物標Ｔ１、Ｔ２が存在している。すると、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１、Ｔ２の移動状態において、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔ１、Ｔ２の距離、速度及び方向を出力する。そして、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１の微動状態において、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔ１の距離に最も近い、レンジドップラー処理部１１が検出した物標Ｔ２の距離及び方向を出力する可能性がある。つまり、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１の微動状態において、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔ１の距離に最も近いはずである、レンジドップラー処理部１１が物標Ｔ１の遷移段階で検出した物標Ｔ１の距離及び方向を出力しない可能性がある。

【0054】

レンジドップラー処理部１１及びフレーム間差分処理部１５の同時検出処理において、本開示の物標位置出力処理の具体例を図１３に示す。レンジドップラー処理部１１及びフレーム間差分処理部１５は、物標Ｔの状態が移動状態又は微動状態のいずれであるかによらず、同時に処理を実行する（ステップＳ１～Ｓ３及びステップＳ４、Ｓ５を並行）。

【0055】

物標Ｔの状態が移動状態又は微動状態のいずれであるかは、図１５～１７で後述するように判定することができる（ステップＳ６、詳細はステップＳ１１～Ｓ１７）。

【0056】

物標位置紐付部１８は、物標Ｔの移動状態において（ステップＳ６、移動状態）、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔの距離及び方向と、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔの距離と、に基づいて、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔと、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔと、が同一の物標又は異なる物標のいずれであるかを判定する（ステップＳ７）。ここで、物標位置紐付部１８は、一瞬一瞬の物標Ｔの距離及び方向を考慮するのみではなく、物標Ｔの距離及び方向の時間変化も考慮したうえで、二種類の方式で検出された物標Ｔを同一の物標として紐付ける。そして、物標位置出力部１９は、物標Ｔの移動状態において（ステップＳ６、移動状態）、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔの距離、速度及び方向を出力する（ステップＳ８）。

【0057】

一方で、物標位置出力部１９は、物標Ｔの微動状態において（ステップＳ６、微動状態）、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔの距離に基づいて、レンジドップラー処理部１１が物標Ｔの移動状態から微動状態への遷移段階で検出した物標Ｔの距離及び方向を出力する（ステップＳ９）。ここで、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔの距離は、レンジドップラー処理部１１が物標Ｔの遷移段階で検出した物標Ｔの距離と等しい。

【0058】

図１３の左欄では、単数の物標Ｔ１が存在している。すると、図１２の左欄と異なり、物標位置紐付部１８は、物標Ｔ１の移動状態において、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔ１の距離及び方向と、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔ１の距離と、に基づいて、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔ１と、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔ１と、が同一の物標であると判定する。ここで、物標位置紐付部１８は、一瞬一瞬の物標Ｔ１の距離及び方向を考慮するのみではなく、物標Ｔ１の距離及び方向の時間変化も考慮したうえで、二種類の方式で検出された物標Ｔ１を同一の物標として紐付ける。そして、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１の移動状態において、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔ１の距離、速度及び方向を出力する。

【0059】

さらに、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１の微動状態において、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔ１の距離に最も近い、レンジドップラー処理部１１が物標Ｔ１の遷移段階で検出した物標Ｔ１の距離及び方向を出力する。ここで、物標位置紐付部１８は、物標Ｔ１の移動状態において、二種類の方式で検出された物標Ｔ１を同一の物標として紐付ける。よって、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１の微動状態において、レンジドップラー処理部１１が物標Ｔ１の遷移段階で検出した物標Ｔ１の距離及び方向を出力できる。

【0060】

図１３の右欄では、複数の物標Ｔ１、Ｔ２が存在している。すると、図１２の右欄と異なり、物標位置紐付部１８は、物標Ｔ１、Ｔ２の移動状態において、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔ１、Ｔ２の距離及び方向と、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔ１、Ｔ２の距離と、に基づいて、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔ１、Ｔ２と、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔ１、Ｔ２と、がそれぞれ異なる物標であると判定する。ここで、物標位置紐付部１８は、一瞬一瞬の物標Ｔ１、Ｔ２の距離及び方向を考慮するのみではなく、物標Ｔ１、Ｔ２の距離及び方向の時間変化も考慮したうえで、二種類の方式で検出された物標Ｔ１、Ｔ２を異なる物標として紐付ける。そして、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１、Ｔ２の移動状態において、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔ１、Ｔ２の距離、速度及び方向を出力する。

【0061】

さらに、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１の微動状態において、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔ１の距離に最も近い、レンジドップラー処理部１１が物標Ｔ１の遷移段階で検出した物標Ｔ１の距離及び方向を出力する。ここで、物標位置紐付部１８は、物標Ｔ１、Ｔ２の移動状態において、二種類の方式で検出された物標Ｔ１、Ｔ２を異なる物標として紐付ける。よって、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１の微動状態において、レンジドップラー処理部１１が物標Ｔ１の遷移段階で検出した物標Ｔ１の距離及び方向を出力できる。つまり、物標位置出力部１９は、物標Ｔ１の微動状態において、レンジドップラー処理部１１が検出した物標Ｔ２の距離及び方向を出力しない。

【0062】

このように、移動状態の物標Ｔの距離、速度及び方向を検出するとともに、遷移段階の物標Ｔの距離及び方向を微動状態の物標Ｔの距離及び方向として出力することができる。そして、複数の物標Ｔが存在するときでも、遷移段階の各々の物標Ｔの距離及び方向を微動状態の各々の物標Ｔの距離及び方向として混同なく出力することができる。さらに、物標Ｔの状態が移動状態又は微動状態のいずれであるかを意識しなくてもよい。つまり、レンジドップラー処理部１１及びフレーム間差分処理部１５の検出処理のうち、いずれの検出処理が適切であるかを判定して、いずれかの処理に切り替えなくてもよい。

【0063】

本開示の物標微動検出処理の具体例を図１４に示す。物標微動検出部１７は、物標距離検出部１６の処理実行後に、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル位相又はスペクトル振幅を微動フーリエ変換し、微動フーリエ変換スペクトルのピーク周波数に基づいて、物標Ｔの微動周期を検出する（ステップＳ１０、図１４）。ここで、物標微動検出部１７は、物標Ｔの微動振幅がＦＭＣＷレーダの送信波長以下であれば、前述のスペクトル位相が０～２πを超えて折り返すことなく、物標Ｔの微動周期を検出できる。

【0064】

このように、物標Ｔの微動周期（心拍数又は呼吸数等）を検出することができる。そして、物標Ｔの状態が移動状態であるときには、物標Ｔの距離、速度及び方向を検出することができ、物標Ｔの状態が微動状態であるときには、遷移段階の物標Ｔの距離及び方向並びに微動状態の物標Ｔの微動周期を出力することができ、物標Ｔの状態が再び移動状態になったときには、物標Ｔの距離、速度及び方向を再び検出することができる。

【0065】

（本開示の移動微動判定処理の手順）
本開示の移動微動判定処理の手順を図１５に示す。本開示の移動微動判定処理の原理を図１６に示す。本開示の移動微動判定特性の具体例を図１７に示す。

【0066】

物標位置出力部１９は、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔの速度が、所定閾値（＝最低検出速度）以上であるときに（ステップＳ１１、ＹＥＳ）、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔの距離、速度及び方向を出力する（ステップＳ１２）。

【0067】

物標位置出力部１９は、レンジドップラー処理部１１が検出する物標Ｔの速度が、所定閾値（＝最低検出速度）より低いときに（ステップＳ１１、ＮＯ）、フレーム間差分処理部１５が検出する物標Ｔの距離を出力する（ステップＳ１４、Ｓ１６）。

【0068】

フレーム間差分処理部１５は、異なるフレーム間における各チャープ信号について、処理を実行するにあたり、（１）距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル強度が所定閾値を超えるように、異なるフレーム間が有する間隔を設定するとともに（ステップＳ１３、１５）、（２）各フレーム内における送受信間のビート信号として、各フレーム内における送受信間の全ビート信号の平均ビート信号を適用する。

【0069】

図１６の左欄では、隣接フレーム間（フレーム間隔＝１）における各チャープ信号について、送受信間のビート信号（一ビート信号又は平均ビート信号）は、同一の周波数を有し、わずかに異なる位相を有する。よって、隣接フレーム間における各チャープ信号について、送受信間のビート信号の差分信号は、比較的小さな振幅を有する。

【0070】

図１６の右欄では、非隣接フレーム間（フレーム間隔＝ｎ）における各チャープ信号について、送受信間のビート信号（一ビート信号又は平均ビート信号）は、同一の周波数を有し、大きく異なる位相を有する。よって、非隣接フレーム間における各チャープ信号について、送受信間のビート信号の差分信号は、比較的大きな振幅を有する。

【0071】

そこで、微動状態の物標Ｔの動きが速いときには、図１６の左欄に示したように、隣接フレーム間における各チャープ信号について、送受信間のビート信号の差分信号を計算したとしても、送受信間のビート信号の差分信号は、比較的大きな振幅を有する。

【0072】

一方で、微動状態の物標Ｔの動きが遅いときには、図１６の右欄に示したように、非隣接フレーム間における各チャープ信号について、送受信間のビート信号の差分信号を計算しなければ、送受信間のビート信号の差分信号は、比較的大きな振幅を有さない。

【0073】

図１７では、異なるフレーム間における各チャープ信号について、送受信間のビート信号の差分信号を計算したときに、異なるフレーム間の間隔が短期間／長期間に設定されるほど、微動状態の物標Ｔの速度応答特性が高速度／低速度で向上している。なお、図１７に示した微動状態の物標Ｔの速度応答特性は、特許文献２に基づいて評価されている。

【0074】

物標位置出力部１９は、隣接フレーム間（フレーム間隔＝１）における各チャープ信号について、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル強度が、所定閾値以上であるときに（ステップＳ１３、ＹＥＳ）、フレーム間差分処理部１５が隣接フレーム間（フレーム間隔＝１）で検出する物標Ｔの距離を出力する（ステップＳ１４）。

【0075】

物標位置出力部１９は、隣接フレーム間（フレーム間隔＝１）における各チャープ信号について、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル強度が、所定閾値より低いときに（ステップＳ１３、ＮＯ）、ステップＳ１５に進む。

【0076】

物標位置出力部１９は、非隣接フレーム間（フレーム間隔＝ｎ）における各チャープ信号について、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル強度が、所定閾値以上であるときに（ステップＳ１５、ＹＥＳ）、フレーム間差分処理部１５が非隣接フレーム間（フレーム間隔＝ｎ）で検出する物標Ｔの距離を出力する（ステップＳ１６）。

【0077】

物標位置出力部１９は、非隣接フレーム間（フレーム間隔＝ｎ）における各チャープ信号について、距離フーリエ変換スペクトルのピーク周波数でのスペクトル強度が、所定閾値より低いときに（ステップＳ１５、ＮＯ）、物標Ｔの静止状態を判定する（ステップＳ１７）。なお、所定閾値は、ステップＳ１５では、ステップＳ１３より、低くすればよい。

【0078】

このように、物標Ｔの微動振幅の大きさに応じて、異なるフレーム間の間隔を設定するため、物標Ｔの微動振幅の大きさによらず、微動状態の物標Ｔを検出することができる。そして、各フレーム内における送受信間の全ビート信号の平均ビート信号を適用するため、微動状態の物標Ｔの距離を安定して検出することができる。

【産業上の利用可能性】

【0079】

本開示の物標位置検出装置、システム、プログラム及び方法は、（１）移動状態の物標（手振り又は足運び等のマクロモーションを行なう、歩行中等の人体等の生体等）の距離、速度及び方向を検出することができるとともに、（２）微動状態の物標（拍動、呼吸、体の揺らぎ又は手指の動き等のマイクロモーションを行なう、立ち止まり中、着座中、横臥中又は睡眠中等の人体等の生体等）の距離及び方向も検出することができる。

【符号の説明】

【0080】

Ｓ：物標位置検出システム
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２：物標
１：物標位置検出装置
２：ＦＭＣＷレーダ送受信装置
１１：レンジドップラー処理部
１２：物標距離検出部
１３：物標速度検出部
１４：物標方向検出部
１５：フレーム間差分処理部
１６：物標距離検出部
１７：物標微動検出部
１８：物標位置紐付部
１９：物標位置出力部
２１：ＰＬＬ回路
２２：発振器
２３：分配器
２４：増幅器
２５：ローパスフィルタ
２６：送信アンテナ
２７－１、２７－２、２７－３：受信アンテナ
２８－１、２８－２、２８－３：増幅器
２９：増幅器
３０－１、３０－２、３０－３：ミキサ回路
３１－１、３１－２、３１－３：増幅器
３２：Ａ／Ｄ変換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】