(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-06
(45)【発行日】2024-08-15
(54)【発明の名称】異物探知システム
(51)【国際特許分類】
G01S 13/34 20060101AFI20240807BHJP
G01S 13/87 20060101ALI20240807BHJP
【ＦＩ】
G01S13/34
G01S13/87
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021023621
(22)【出願日】2021-02-17
(65)【公開番号】P2022125818
(43)【公開日】2022-08-29
【審査請求日】2023-09-22
(73)【特許権者】
【識別番号】899000068
【氏名又は名称】学校法人早稲田大学
(74)【代理人】
【識別番号】100116850
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 隆行
(74)【代理人】
【識別番号】100165847
【弁理士】
【氏名又は名称】関 大祐
(72)【発明者】
【氏名】川西 哲也
(72)【発明者】
【氏名】奥田 和徳
【審査官】梶田 真也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－００３４５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１３４２８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－００９０２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－２０４５１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５１７２５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／１２５９５８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／００ － ７／６４
Ｇ０１Ｓ １３／００ － １７／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の無線信号を出力する第１の出力部（３）と，第１の無線信号に基づく第１の反射波を受信する第１の受信部（５）と，
第１の受信部が受信した第１の反射波を用いて異物の有無を分析する第１の異物分析部（７）と，
を有する第１のレーダ（９）を含む異物探知システム（１）であって，
第１の無線信号は，第１の信号と，第１の信号と周波数変化パターンが同じで，出力タイミングが異なる第２の信号とを含み，
第１の反射波は，第１の信号に基づく第１の反射信号と，第２の信号に基づく第２の反射信号とを含み，
第１の異物分析部（７）は，第１の反射信号について，第１の信号をローカル信号とした場合のＰＰＩ画像と，第２の反射信号について，第２の信号をローカル信号とした場合のＰＰＩ画像とに，ＡＮＤ処理を行うことによって，干渉により生ずる偽像を除去する，
異物探知システム。
【請求項2】
請求項１に記載の異物探知システムであって，第１の信号と第２の信号とは，周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）である，異物探知システム。
【請求項3】
請求項１に記載の異物探知システムであって，第１の異物分析部（７）は，
第１の信号と第２の信号のいずれかをローカル信号として，異物の有無を分析する，
異物探知システム。
【請求項4】
請求項１に記載の異物探知システムであって，第１の異物分析部（７）は，
第１の反射信号と第２の反射信号に共通する位置に存在すると分析される信号を異物由来の信号とし，
第１の反射信号と第２の反射信号において異なる位置に存在すると分析される信号を前記偽像由来の信号とする，
異物探知システム。
【請求項5】
請求項１に記載の異物探知システムであって，第２のレーダ（１１）をさらに含み，
第２のレーダ（１１）は，
第２の無線信号を出力する第２の出力部（１３）と，
第２の無線信号に基づく第２の反射波を受信する第２の受信部（１５）と，
第２の受信部が受信した第２の反射波を用いて異物の有無を分析する第２の異物分析部（１７）と，
を有し，
第２の無線信号は，
第１の信号と周波数変化パターンが同じ第３の信号と，
第３の信号と周波数変化パターンが同じで，出力タイミングが異なる第４の信号とを含み，
第１の信号と第２の信号との出力タイミングの差をΔｔｄ１とし，第３の信号と第４の信号との出力タイミングの差をΔｔｄ２としたときに，Δｔｄ１とΔｔｄ２は異なる，
異物探知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は，レーダを用いた異物探知システムに関する。より詳しく説明すると，この発明は，レーダ間の干渉を抑圧したレーダを用いた異物探知システムに関する。
【背景技術】
【0002】
国際公開２０２０－２６２５３５号パンフレットには，異物探知システムが記載されている。この異物探知システムは，一つの信号源から複数のレーダへの光ファイバ長を異ならせることで，信号の到達時間を相違させ，これによりレーダ間の干渉を防止するというものである。この異物探知システムは，光ファイバ長を切り替える際のタイムラグが生じるという問題がある。特に，この異物探知システムは，光ファイバを切り替える間に目標がメインローブの範囲外になる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開２０２０－２６２５３５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
この明細書に記載される発明は，従来の異物探知システムにおける光ファイバ長を切り替える際のタイムラグによる問題が生じない，異物探知システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記の課題は，基本的には，２つの信号のうちいずれかの信号をローカル信号とする２周波レーダを用いることにより，受信信号にＡＮＤ処理を行うことで偽像由来の信号を除去できるという実施例による知見に基づく。
【0006】
最初の発明は，異物探知システムに関する。異物探知システム１は，第１のレーダ９を含む。
【0007】
第１のレーダ９は，第１の出力部３と，第１の受信部５と，第１の異物分析部７とを含む。
【0008】
第１の出力部３は，第１の無線信号を出力するための要素である。第１の無線信号は，第１の信号と，第１の信号と周波数変化パターンが同じで，出力タイミングが異なる第２の信号とを含む。第１の信号と第２の信号は，周波数変調連続波ＦＭＣＷであることが好ましい。
【0009】
第１の受信部５は，第１の無線信号に基づく第１の反射波を受信するための要素である。第１の反射波は，第１の信号に基づく第１の反射信号と，第２の信号に基づく第２の反射信号とを含む。
【0010】
第１の異物分析部７は，第１の受信部が受信した第１の反射波を用いて異物の有無を分析するための要素である。第１の異物分析部７は，第１の反射信号と第２の反射信号とを用いて，干渉により生ずる偽像を除去する。第１の異物分析部７は，第１の信号と第２の信号のいずれかをローカル信号として，異物の有無を分析するものであることが好ましい。
第１の異物分析部７は，第１の反射信号と第２の反射信号に共通する位置に存在すると分析される信号を異物由来の信号とし，
第１の反射信号と第２の反射信号において異なる位置に存在すると分析される信号を偽像由来の信号とするものが好ましい。
第１の異物分析部７は，第１の反射信号と第２の反射信号に共通する位置に存在すると分析される信号を異物由来の信号とし，
第１の反射信号と第２の反射信号において異なる位置に存在すると分析される信号を偽像由来の信号とするものが好ましい。
【0011】
異物探知システム１は，複数のレーダを含むものであってもよい。
例えば，この異物探知システム１は，第２のレーダ１１をさらに含む。
そして，第２のレーダ１１は，
第２の無線信号を出力する第２の出力部１３と，
第２の無線信号に基づく第２の反射波を受信する第２の受信部１５と，
第２の受信部が受信した第２の反射波を用いて異物の有無を分析する第２の異物分析部１７と，を有する。
この場合，第２の無線信号は，
第１の信号と周波数変化パターンが同じ第３の信号と，
第３の信号と周波数変化パターンが同じで，出力タイミングが異なる第４の信号とを含む。
そして，第１の信号と第２の信号との出力タイミングの差をΔｔｄ１とし，第３の信号と第４の信号との出力タイミングの差をΔｔｄ２としたときに，Δｔｄ１とΔｔｄ２は異なる。
例えば，この異物探知システム１は，第２のレーダ１１をさらに含む。
そして，第２のレーダ１１は，
第２の無線信号を出力する第２の出力部１３と，
第２の無線信号に基づく第２の反射波を受信する第２の受信部１５と，
第２の受信部が受信した第２の反射波を用いて異物の有無を分析する第２の異物分析部１７と，を有する。
この場合，第２の無線信号は，
第１の信号と周波数変化パターンが同じ第３の信号と，
第３の信号と周波数変化パターンが同じで，出力タイミングが異なる第４の信号とを含む。
そして，第１の信号と第２の信号との出力タイミングの差をΔｔｄ１とし，第３の信号と第４の信号との出力タイミングの差をΔｔｄ２としたときに，Δｔｄ１とΔｔｄ２は異なる。
【発明の効果】
【0012】
従来の異物探知システムにおける光ファイバ長を切り替える際のタイムラグによる問題が生じない，異物探知システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図25】図２５は，ＲＡＵ１のΔｔｄが０．５マイクロ秒，ＲＡＵ２のΔｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号とした際のシミュレーション結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
【図26】図２６は，ＲＡＵ１のΔｔｄが０．５マイクロ秒，ＲＡＵ２のΔｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
【図27】図２７ は，ＲＡＵ１のΔｔｄが０．５マイクロ秒，ＲＡＵ２のΔｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のシミュレーション結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。
【0015】
【0016】
異物探知システム１は，例えば，飛行機の滑走路２１に存在する異物を探知するためのシステムに関する。異物の例は，飛行機の進行の妨げとなる障害物など，正常な状態では，滑走路に存在しない物であって，飛行機の安全な運転の妨げになるか，妨げになる恐れがある物を意味する。航空機の例では，異物は滑走路に存在する。つまり，異物は，通常，乗物が通常運転をする際に通過する可能性がある領域に存在する物である。以下，飛行機の滑走路の異物探知システムを中心に説明を行う。もちろん，この異物探知システム１は，道路の異物探知システムや，航海における異物探知システムといった様々な用途に用いることができる。このシステムは，また，道路に設置されることで，自動運転車両に対し，異物の存在を通知するために用いることができる。
【0017】
第１のレーダ９は，第１の出力部３と，第１の受信部５と，第１の異物分析部７とを含む。なお，出力部と受信部は，物理的に同じものであってもよい。
【0018】
レーダ９として，公知のレーダを適宜採用できる。レーダは，同期信号（例えば光信号）を受信して，受信した同期信号を信号変換器により無線信号に変換，もしくは同期信号に同期した発信器で信号生成し，無線出力部から無線信号を放出できる。また，レーダは，その無線受信部により無線信号を受信し，受信した無線信号を信号変換部により信号（例えば光信号）に変換し，受信信号出力部から出力できる。レーダは，連続波（ＦＭＣＷ）レーダであっても，パルスレーダであってもよい。ＦＭＣＷレーダでは，送信波と受信波を解析装置内のミキサに入力して，それらの周波数差を測定することで，レーダから異物の距離を算出できる。無線信号を光ファイバへ重畳するファイバ無線技術を採用してもよい。この場合，同期信号は，レーダ信号波形そのもので光を変調したものとなる。同期信号は，レーダ信号波形の発生プロセスの途中にある中間周波数帯波形を利用してもよい。複数のレーダに送信される同期信号は，同期がとられており，これによりタイミングを調整できる。ファイバ無線用ユニット及びファイバ無線用システムは，再表２０１０／００１４３８号公報に記載されているとおり公知である。信号源は，このような公知のシステムを用いて同期信号を発生させ，出力させればよい。
【0019】
図１に示されるように，レーダは，滑走路を挟む両端側に所定間隔にて設置されているものが好ましい。レーダによっては，乗物（飛行機，自動車，オートバイ，自転車，ヘリコプター，ドローン）に設置されているものがある。レーダ９が，地上に設置されたレーダであるものが好ましい。この場合，レーダ群は，飛行機が滑走する部分を避けた滑走路付近に存在すればよい。例えば，滑走路の一方の端側に存在するレーダ群（第１のレーダ群）を，ＲＡＵ１ｊ（ｊは，１，２，・・・・），滑走路の他方の端側に存在するレーダ群（第２のレーダ群）をＲＡＵ２ｉ（ｉは，１，２，・・・・）とも表記する。それぞれの群に存在するレーダの距離の例は，１ｍ以上５ｋｍ以下であり，１０ｍ以上１ｋｍ以下でもよいし，１００ｍ以上１ｋｍ以下でもよいし，２００ｍ以上１ｋｍ以下でもよいし，１０ｍ以上１００ｍ以下でもよい。
【0020】
第１の出力部３は，第１の無線信号を出力するための要素である。第１の無線信号は，第１の信号と，第１の信号と周波数変化パターン（周波数が変化するパターン：波形）が同じで，出力タイミングが異なる第２の信号とを含む。この２つの無線信号は，物理的にひとつの出力装置（例えばアンテナ）から出力されてもよいし，物理的に複数の出力装置から出力されてもよい。もっとも，２つの無線信号は１つの出力装置から出力されるものが好ましい。
【0021】
第１の信号と第２の信号は，周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）であることが好ましい。第１の信号と第２の信号は，ひとつの送信波として送信されることが好ましい。信号は，時間に対して周波数が三角波状に変化するものであってもよいし，時間に対して周波数がのこぎり波状に変化するものであってもよい。第１の信号と第２の信号との出力タイミングの差をΔｔｄ１とし，それぞれの信号の周期又は掃引幅をΔＴとする。すると，Δｔｄ１はΔＴの１／１０００００以上１／２以下が好ましく，ΔＴの１／１００００以上１／１００以下でもよく，ΔＴの１／５０００以上１／５００以下でもよいし，ΔＴの１／３０００以上１／５００以下でもよいし，ΔＴの１／３０００以上１／１０００以下でもよい。Δｔｄ１の例は，０．０１マイクロ秒以上１０マイクロ秒以下であり，０．１マイクロ秒以上１マイクロ秒以下でもよい。
【0022】
出力部３は，信号源及び信号源の出力を制御するコンピュータにより制御されてもよい。信号源と出力部３とは，光ファイバによって接続されていてもよい。１つの信号源が，光ファイバネットワークにより複数のレーダと接続され，ある信号源由来の光が，複数のレーダの出力を制御してもよい。
【0023】
コンピュータは，入力部，出力部，制御部，演算部及び記憶部を有しており，各要素は，バスなどによって接続され，情報の授受を行うことができるようにされている。例えば，記憶部には，制御プログラムが記憶されていてもよいし，各種情報が記憶されていてもよい。入力部から所定の情報が入力された場合，制御部は，記憶部に記憶される制御プログラムを読み出す。そして，制御部は，適宜記憶部に記憶された情報を読み出し，演算部へ伝える。また，制御部は，適宜入力された情報を演算部へ伝える。演算部は，受け取った各種情報を用いて演算処理を行い，記憶部に記憶する。制御部は，記憶部に記憶された演算結果を読み出して，出力部から出力する。このようにして，各種処理が実行される。
【0024】
第１の受信部５は，第１の無線信号に基づく第１の反射波を受信するための要素である。第１の反射波は，第１の信号に基づく第１の反射信号と，第２の信号に基づく第２の反射信号とを含む。
【0025】
図２は，異物探知システムにおける各種信号を示す概念図である。なお，図２において第１の信号及び第２の信号は，１周期分のみ描画している。しかし，実際には，各信号は連続波であってもよい。図２の例では，送信タイミングだけが異なる２つのＦＭＣＷ信号を１つの送信波として出力する。この送信波に対し，目標（例えば異物）からの反射波も２つのＦＭＣＷ信号となる。反射波のうち一方は所望信号となり，もう一方の信号によって偽像が発生する。２つのＦＭＣＷ信号のいずれをローカル信号とするかにより，偽像は異なる位置に発生するように分析される。一般的にレーダシステムでは，受信信号と局部発信器からのローカル信号との差周波数を求める。この明細書に記載される発明は，例えば，送信波に含まれるいずれかの信号由来の信号をローカル信号として用い，送信波に含まれる残りの信号由来の信号との差周波数を求める。
【0026】
第１の異物分析部７は，第１の受信部が受信した第１の反射波を用いて異物の有無を分析するための要素である。第１の異物分析部７は，受信部５と接続されたコンピュータにより実装されてもよい。第１の異物分析部７は，第１の反射信号と第２の反射信号とを用いて，干渉により生ずる偽像を除去する。干渉は，出力に２つの信号を含むことに起因するものでもよいし，異物以外のものに起因するものであってもよい。
【0027】
第１の異物分析部７は，第１の信号と第２の信号のいずれかをローカル信号として，異物の有無を分析するものであることが好ましい。第１の異物分析部７は，第１の反射信号と第２の反射信号に共通する位置に存在すると分析される信号を異物由来の信号とし，第１の反射信号と第２の反射信号において異なる位置に存在すると分析される信号を偽像由来の信号とするものが好ましい。
【0028】
図３は，異物探知システムが偽像由来のピークを除去する処理を説明するための概念図である。図３（ａ）は，第１の信号をローカル信号とした場合のＰＰＩ画像を示す概念図である。図３（ｂ）は，第２の信号をローカル信号とした場合のＰＰＩ画像を示す概念図である。図３（ｃ）は，図３（ａ）と図３（ｂ）とをＡＮＤ処理（双方のＰＰＩ画像に共通するピークのみを抽出する処理）を行った場合に得られるＰＰＩ画像を示す概念図である。ＰＰＩ画像（平面位置表示画像）は，例えば，あるレーダからの平面位置においてある物体の存在を表示するための画像である。図３に示されるように，２つの信号のうち一方をローカル信号とした場合に得られるＰＰＩ画像と，残りをローカル信号とした場合に得られるＰＰＩ画像との両方に存在するピークのみを表示するＰＰＩ画像を得ることにより，異物由来の信号（所望信号）のみを抽出できる。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示される通り，ＰＰＩ画像における所望信号（異物由来のピーク）は，２つのＰＰＩ画像においてその位置が共通する。一方，図３（ａ）及び図３（ｂ）に示される通り，ＰＰＩ画像における偽像由来の信号（ピーク）は，２つのＰＰＩ画像においてその位置が異なる。このため，図３（ｃ）に示される通り，上記の画像処理（ＡＮＤ処理）を行うことで，偽像由来のピークを除去できる。
【0029】
図１に示されるように，異物探知システム１は，複数のレーダを含むものであってもよい。例えば，この異物探知システム１は，第２のレーダ１１を含む。先に説明した通り，異物探知システム１は，複数のレーダが滑走路を挟む両端側に所定間隔にて設置されているものが好ましい。第２のレーダ１１は，第２の無線信号を出力する第２の出力部１３と，第２の無線信号に基づく第２の反射波を受信する第２の受信部１５と，第２の受信部が受信した第２の反射波を用いて異物の有無を分析する第２の異物分析部１７と，を有する。これらは，先に説明した第１のレーダのものと同様である。
【0030】
この場合，第２の無線信号は，第１の信号と周波数変化パターンが同じ第３の信号と，第３の信号と周波数変化パターンが同じで，出力タイミングが異なる第４の信号とを含む。第３の信号と第１の信号とは，同じタイミングで出力されてもよいし，異なるタイミングで出力されてもよい。そして，第１の信号と第２の信号との出力タイミングの差をΔｔｄ１とし，第３の信号と第４の信号との出力タイミングの差をΔｔｄ２としたときに，Δｔｄ１とΔｔｄ２は異なるものが好ましい。この場合も得られるＰＰＩ画像に対して，ＡＮＤ処理を行えばよい。このようにすれば，隣接するレーダ由来の偽像をも除去できる。
【0031】
図１に示されるように，異物探知システムが複数のレーダを含む場合，少なくとも隣接するレーダにおいて，２つの信号の出力タイミング差が異なるものであることが好ましい。また，図１に示される例では，対向する２つのレーダにおいて，２つの信号の出力タイミング差が異なるものであることが好ましい。このようにすれば，他のレーダによる干渉を避けることができ，他のレーダ由来の信号に由来する偽像を抑圧できる。もっとも，異物探知システムが複数のレーダを含む場合，すべてのレーダについて，２つの信号の出力タイミング差を異ならせなくてもよい。
【実施例】
【0032】
２周波ＦＭＣＷレーダの概要
以下，２周波ＦＭＣＷレーダを提案し，シミュレーションにて検討する。まず２周波ＦＭＣＷレーダの概要を紹介する。次に，実際に２周波ＦＭＣＷレーダを用いたシミュレーションの結果を紹介する。その後，２周波ＦＭＣＷレーダをリニアセルレーダに組み込んだ系について検討し，２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダのシミュレーションを行う。
以下，２周波ＦＭＣＷレーダを提案し，シミュレーションにて検討する。まず２周波ＦＭＣＷレーダの概要を紹介する。次に，実際に２周波ＦＭＣＷレーダを用いたシミュレーションの結果を紹介する。その後，２周波ＦＭＣＷレーダをリニアセルレーダに組み込んだ系について検討し，２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダのシミュレーションを行う。
【0033】
ＡＮＤ処理を行うレーダ像に必要な条件は以下の３つである。
条件1：２つのレーダ像において，目標の出現位置(送信波と所望波の関係)が変わらないこと
条件２：２つのレーダ像において，偽像の出現位置が変わっていること
条件３：ＡＮＤ処理を行うための２つのレーダ像を同時に取得すること
これらの条件を２周波ＦＭＣＷレーダが満たしているかを検討する。２周波ＦＭＣＷレーダで使用する信号の概要を図４に示す。
条件1：２つのレーダ像において，目標の出現位置(送信波と所望波の関係)が変わらないこと
条件２：２つのレーダ像において，偽像の出現位置が変わっていること
条件３：ＡＮＤ処理を行うための２つのレーダ像を同時に取得すること
これらの条件を２周波ＦＭＣＷレーダが満たしているかを検討する。２周波ＦＭＣＷレーダで使用する信号の概要を図４に示す。
【0034】
図４において，縦軸は周波数，横軸は時間を示す。図４において，frequencyは周波数，transmitted１は送信信号１，transmitted２は送信信号２，Reflected１は反射信号１，Reflected２は反射信号２，Desired Signalは所望信号，Undesired Signalは偽像を含む非所望信号を意味する。これらの語は，以下においても同様である。なお，ＲＡＤはレーダ（又はレーダヘッド）を意味する。Interference１は干渉信号１，Interference２は干渉信号２を意味する。
【0035】
図４は，２周波ＦＭＣＷレーダの概要を示す概念図である。図４に示すように，２周波ＦＭＣＷレーダでは送信波に２種類のＦＭＣＷ信号を合成した信号を使用する。これらのＦＭＣＷ信号の各パラメータは掃引開始のタイミングを除き，すべて同様である。この送信波によって，目標からの反射波も２種類のＦＭＣＷ信号となる。したがって，２周波ＦＭＣＷレーダでは狭帯域干渉による偽像が必ず発生する。
まず，条件1について検討する。送信波の2つのＦＭＣＷ信号のうち，どちらをローカル信号とするかによって反射波のＦＭＣＷ信号の一方は所望信号となり，もう一方の信号によって狭帯域干渉による偽像が発生する。図５に送信信号１をローカル信号と考えた時の概要図，図６に送信信号２をローカル信号と考えた時の概要図をそれぞれ示す。
まず，条件1について検討する。送信波の2つのＦＭＣＷ信号のうち，どちらをローカル信号とするかによって反射波のＦＭＣＷ信号の一方は所望信号となり，もう一方の信号によって狭帯域干渉による偽像が発生する。図５に送信信号１をローカル信号と考えた時の概要図，図６に送信信号２をローカル信号と考えた時の概要図をそれぞれ示す。
【0036】
【0037】
図５に示されるように，送信信号１をローカル信号と考えると反射信号１が所望信号である。一方，図６に示されるように，送信信号２をローカル信号と考えると反射信号２が所望信号である。送信信号１を送信してから反射信号１を受信するまでの時間をΔｔとする。すると，送信信号２を送信してから反射信号２を受信するまでの時間も同じくΔｔである。したがって，送信信号１と送信信号２は送信開始タイミングを除きすべて同様の信号である。よって，どちらをローカル信号とした場合でも，送信信号と所望信号の差周波も同じ周波数となり，目標の像が現れる距離は同じとなる。また，この時の送信信号と所望信号の差周波（ビート周波数）ｆｂは式（１）で表される。
【0038】
ｆｂ＝２ｆｗ×Δｔ／ΔＴ (１)
ここで，ｆｗ及びΔＴは，それぞれ周波数掃引幅及び掃引時間である。
ここで，ｆｗ及びΔＴは，それぞれ周波数掃引幅及び掃引時間である。
【0039】
次に，条件２について検討する。まず送信信号１をローカル信号と考えると，反射信号２によって偽像が発生する。送信信号１と送信信号２の遅延時間をΔｔｄとすると，送信信号１を送信してから反射信号２を受信するまでの時間Δｔ１は式（２）で表される。
【0040】
Δｔ１＝Δｔ＋Δｔｄ （２）
【0041】
したがって，送信信号１と反射信号２の差周波ｆｂ１は式（３）で表される。
【0042】
ｆｂ１＝２ｆｗ×（Δｔ＋Δｔｄ）／ΔＴ （３）
【0043】
式（１）と式（３）より，ｆｂ1はｆｂよりも大きくなる。このため，偽像は目標よりも遠い位置に出現する。一方，送信信号２をローカル信号と考えると，反射信号１によって偽像が発生する。送信信号２を送信してから反射信号１を受信するまでの時間Δｔ２は式（４）で表される。
【0044】
Δｔ２＝Δｔ－Δｔｄ （４）
【0045】
したがって，送信信号２と反射信号１の差周波ｆｂ２は式（５）で表される。
ｆｂ２＝２ｆｗ×（Δｔ－Δｔｄ）／ΔＴ （５）
ｆｂ２＝２ｆｗ×（Δｔ－Δｔｄ）／ΔＴ （５）
【0046】
式（.1)と式（.5)より，ｆｂ２は ｆｂよりも小さくなる。このため，偽像は目標よりも近い位置に出現する。これらの式（３)と式（５)から，ローカル信号によって偽像は異なる位置に現れることが分かる。
【0047】
最後に条件３について検討する。２周波ＦＭＣＷレーダでは２つのＦＭＣＷ信号を合わせて1つの反射波として受信する。つまり，1つの受信波に２つのレーダ像の情報が含まれているため，条件１，２で検討したローカル信号について受信機側で２つ同時に処理できるようにすれば，ファイバ長の異なる２つのレーダ像を同時に取得できることと等価になる。以上から，２周波ＦＭＣＷレーダは，光ファイバ長の切り替えの課題点を解決できる３つの条件を満たし，受信機で信号を観測すると同時にＡＮＤ処理による干渉抑圧を行うことが可能である。
【0048】
２周波ＦＭＣＷレーダシミュレーション
２周波ＦＭＣＷレーダを使用し，偽像の発生位置だけを制御できるかをシミュレーションにより確認した。２つの信号源を同じ位置に配置した。２つの信号源からは同様の信号が送信されるものの，片方のみ信号を遅延させることによって２周波ＦＭＣＷ信号を模擬できる。まず送信信号の２つのＦＭＣＷ信号の時間差を，光ファイバを１００ｍ追加した時と同じ０．５ｕｓ（マイクロ秒）とし，送信源から目標までの距離を２００ｍとした。それ以外のパラメータは，以下の表１に示す通りとした。図５のように送信信号１をローカル信号とした場合のシミュレーション結果を図７と図８に示す。図６のように送信信号２をローカル信号とした場合のシミュレーション結果を図９と図１０にそれぞれ示す。また，２周波ＦＭＣＷレーダにおいても光ファイバ長の遅延時間によって偽像の位置が変化するかを調べるために，光ファイバを５０ｍ追加したときと同様の０．２５ｕｓ遅延させた信号によるシミュレーションも行った。その結果を図１１～図１４に示す。
２周波ＦＭＣＷレーダを使用し，偽像の発生位置だけを制御できるかをシミュレーションにより確認した。２つの信号源を同じ位置に配置した。２つの信号源からは同様の信号が送信されるものの，片方のみ信号を遅延させることによって２周波ＦＭＣＷ信号を模擬できる。まず送信信号の２つのＦＭＣＷ信号の時間差を，光ファイバを１００ｍ追加した時と同じ０．５ｕｓ（マイクロ秒）とし，送信源から目標までの距離を２００ｍとした。それ以外のパラメータは，以下の表１に示す通りとした。図５のように送信信号１をローカル信号とした場合のシミュレーション結果を図７と図８に示す。図６のように送信信号２をローカル信号とした場合のシミュレーション結果を図９と図１０にそれぞれ示す。また，２周波ＦＭＣＷレーダにおいても光ファイバ長の遅延時間によって偽像の位置が変化するかを調べるために，光ファイバを５０ｍ追加したときと同様の０．２５ｕｓ遅延させた信号によるシミュレーションも行った。その結果を図１１～図１４に示す。
【0049】
【表1】
【0050】
図７は，Δｔｄが０．５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号としたＰＰＩ画像を示す図面に代わるＰＰＩ（平面位置表示）画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図８ は，Δｔｄが０．５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図９は，Δｔｄが０．５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のシミュレーション結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図１０ は，Δｔｄが０．５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図１１は，Δｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号とした際のシミュレーション結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図１２ は，Δｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図１３は，Δｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のシミュレーション結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図１４ は，Δｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図８ は，Δｔｄが０．５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図９は，Δｔｄが０．５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のシミュレーション結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図１０ は，Δｔｄが０．５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図１１は，Δｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号とした際のシミュレーション結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図１２ は，Δｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図１３は，Δｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のシミュレーション結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図１４ は，Δｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
【0051】
これらの結果から，理論通り送信信号１をローカル信号とした場合の偽像は目標の像よりも遠い位置に発生し，送信信号２をローカル信号とした場合の偽像は目標の像よりも近い位置に発生することを確認した。また，どちらをローカル信号にした場合でも所望信号のビート周波数と偽像が現れる周波数の差の絶対値は同じであるため，２００ｍの目標の像を境目にして同じ距離だけ送信源に近い位置と遠い位置に偽像が出現することを確認できた。なお，ＰＰＩ（ｐｌａｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：平面位置表示）画像上の偽像の大きさが異なっている。これはアンテナのビームの広がりによるものである。
次に，図７と図１１を比較してみると，遅延時間の違いによって偽像の現れる位置が変化していることが分かる。したがって，２周波ＦＭＣＷレーダにおいても，光ファイバ長の追加による偽像の発生位置の移動と同様の制御が可能である。
また，図７と図９においてＡＮＤ処理を行った結果を図１５に示す。
次に，図７と図１１を比較してみると，遅延時間の違いによって偽像の現れる位置が変化していることが分かる。したがって，２周波ＦＭＣＷレーダにおいても，光ファイバ長の追加による偽像の発生位置の移動と同様の制御が可能である。
また，図７と図９においてＡＮＤ処理を行った結果を図１５に示す。
【0052】
図１５は，２周波ＦＭＣＷレーダのＡＮＤ処理結果を示すＰＰＩ画像である。
図１５では目標の像だけが残り，偽像だけを除去できていることが分かる。したがって，２周波ＦＭＣＷレーダにおいても干渉抑圧処理を行うことができることが確認できた。
以上のことから，２周波ＦＭＣＷレーダは，従来の系の課題点を解決できる系であるといえる。
図１５では目標の像だけが残り，偽像だけを除去できていることが分かる。したがって，２周波ＦＭＣＷレーダにおいても干渉抑圧処理を行うことができることが確認できた。
以上のことから，２周波ＦＭＣＷレーダは，従来の系の課題点を解決できる系であるといえる。
【0053】
２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダ概要
上記した２周波ＦＭＣＷ信号を，複数のＲＡＵ（レーダ）を含むリニアセルレーダ系に適用した場合を検討する。この計では，すべてのＲＡＵが２周波ＦＭＣＷ信号を送信することになるため，干渉波として観測される信号も２周波ＦＭＣＷ信号となる。送信信号１，送信信号２をローカル信号とした場合について，図１６，図１７にそれぞれ示す。
上記した２周波ＦＭＣＷ信号を，複数のＲＡＵ（レーダ）を含むリニアセルレーダ系に適用した場合を検討する。この計では，すべてのＲＡＵが２周波ＦＭＣＷ信号を送信することになるため，干渉波として観測される信号も２周波ＦＭＣＷ信号となる。送信信号１，送信信号２をローカル信号とした場合について，図１６，図１７にそれぞれ示す。
【0054】
図１６は，送信信号１をローカル信号とした場合の２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダの送信信号及び反射信号の概要を示す図である。縦軸は周波数，横軸は時間を示す。
図１７ は，送信信号２をローカル信号とした場合の２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダの送信信号及び反射信号の概要を示す図である。縦軸は周波数，横軸は時間を示す。
図１７ は，送信信号２をローカル信号とした場合の２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダの送信信号及び反射信号の概要を示す図である。縦軸は周波数，横軸は時間を示す。
【0055】
２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダにおける全てのＲＡＵで送信信号１と送信信号２の遅延時間Δｔｄが同じだった場合，干渉波として観測される干渉信号１と干渉信号２の遅延時間もΔｔｄとなる。その結果，送信信号１が送信されてから干渉信号１を観測するまでの時間と，送信信号２が送信されてから干渉信号２を観測するまでの時間が同じになり，それらの差周波も同じ値のfiとなる。すなわち，それらの信号による偽像の発生位置は同じであり，その偽像についてはレーダ像に対してＡＮＤ処理を行っても除去できない。したがって，２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダにおいてＡＮＤ処理による干渉抑圧を行うためには，送信波と干渉波の差周波をローカル信号によって異なる値にするために，少なくとも隣接するＲＡＵ間でΔｔｄの値を変更することが好ましい。
【0056】
２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダシミュレーション
図１８及び図１９の実験系で２周波ＦＭＣＷ信号を用いた２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダについてシミュレーションを行った。まず，各ＲＡＵの遅延時間Δｔｄがすべて０．２５ｕｓの場合のシミュレーション結果を図２０～図２４にそれぞれ示す。
図１８及び図１９の実験系で２周波ＦＭＣＷ信号を用いた２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダについてシミュレーションを行った。まず，各ＲＡＵの遅延時間Δｔｄがすべて０．２５ｕｓの場合のシミュレーション結果を図２０～図２４にそれぞれ示す。
【0057】
図１８は，リニアセルレーダ実験系を示す概念図である。
図１９は，図１８を横から見た図である。
図２０ は，送信信号１をローカル信号としたときのシミュレーション結果を示すＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図２１は，送信信号１をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図２２は，送信信号２をローカル信号としたときのシミュレーション結果を示すＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図２３は，送信信号２をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図２４は，２つのＰＰＩ画像（図２０及び図２２）をＡＮＤ処理した結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。
図１９は，図１８を横から見た図である。
図２０ は，送信信号１をローカル信号としたときのシミュレーション結果を示すＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図２１は，送信信号１をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図２２は，送信信号２をローカル信号としたときのシミュレーション結果を示すＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図２３は，送信信号２をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図２４は，２つのＰＰＩ画像（図２０及び図２２）をＡＮＤ処理した結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。
【0058】
図２４から，遅延時間Δｔｄが同じＲＡＵを使用した２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダでは，ローカル信号を変えて取得した２つのレーダ像に対してＡＮＤ処理を行っても，除去しきれない偽像が発生することを確認した。この偽像をＡＮＤ処理によって抑圧できるようにするため，ＲＡＵ1の遅延時間Δｔｄを０．５ｕｓ，ＲＡＵ２の遅延時間Δｔｄを０．２５ｕｓ（マイクロ秒）とした場合のシミュレーション結果を図２５～図２９にそれぞれ示す。
【0059】
図２５は，ＲＡＵ１のΔｔｄが０．５マイクロ秒，ＲＡＵ２のΔｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号とした際のシミュレーション結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図２６は，ＲＡＵ１のΔｔｄが０．５マイクロ秒，ＲＡＵ２のΔｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図２７ は，ＲＡＵ１のΔｔｄが０．５マイクロ秒，ＲＡＵ２のΔｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のシミュレーション結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図２８は，ＲＡＵ１のΔｔｄが０．５マイクロ秒，ＲＡＵ２のΔｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図２９は，２つのＰＰＩ画像（図２５及び図２７）をＡＮＤ処理した結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。
図２６は，ＲＡＵ１のΔｔｄが０．５マイクロ秒，ＲＡＵ２のΔｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号１をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図２７ は，ＲＡＵ１のΔｔｄが０．５マイクロ秒，ＲＡＵ２のΔｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のシミュレーション結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。縦軸及び横軸は距離（ｍ）を示す。
図２８は，ＲＡＵ１のΔｔｄが０．５マイクロ秒，ＲＡＵ２のΔｔｄが０．２５マイクロ秒であり，送信信号２をローカル信号とした際のスペクトルを示す図面に代わるスペクトルである。縦軸は強度（ｄＢｍ），横軸は距離（ｍ）を示す。
図２９は，２つのＰＰＩ画像（図２５及び図２７）をＡＮＤ処理した結果を示す図面に代わるＰＰＩ画像である。
【0060】
図２９から２周波ＦＭＣＷリニアセルレーダではＲＡＵごとに遅延時間Δｔｄを変更することで送信波と干渉波の差周波をローカル信号によって異なる値にし，得られた２つのレーダ像に対してＡＮＤ処理による干渉抑圧が可能であることが示された。
【0061】
２周波ＦＭＣＷレーダでは従来の系における干渉回避の課題点であった光ファイバ長の切り替えによるレーダ像取得のタイムラグを解決し，２種類の異なるファイバ長のレーダ像を同時に取得することが可能であることを示した。シミュレーションにより２周波ＦＭＣＷレーダの原理が正しいことを示し，２周波ＦＭＣＷレーダによって得たレーダ像を用いたＡＮＤ処理による干渉抑圧に成功した。さらに，２周波ＦＭＣＷ信号をリニアセルレーダに組み込む際の注意点について検討し，隣接するＲＡＵ間でΔｔｄの値を変更することでＡＮＤ処理による干渉抑圧が可能であることを示した。
【産業上の利用可能性】
【0062】
この明細書に記載される発明は，異物探知システムに関するので，例えば，情報通信産業，航空産業，自動車産業及び建築業において利用され得る。
【符号の説明】
【0063】
１ 異物探知システム
３ 第１の出力部
５ 第１の受信部
７ 第１の異物分析部
９ 第１のレーダ
１１ 第２のレーダ
１３ 第２の出力部
１５ 第２の受信部
１７ 第２の異物分析部
３ 第１の出力部
５ 第１の受信部
７ 第１の異物分析部
９ 第１のレーダ
１１ 第２のレーダ
１３ 第２の出力部
１５ 第２の受信部
１７ 第２の異物分析部
【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】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】