JP2021085771A - Radar device - Google Patents

Abstract

To provide a radar device that can detect the variation of a measurement object with high accuracy.SOLUTION: A radar device 1 includes: a first transmission antenna part 21T that transmits a first electric wave with a predetermined frequency to a measurement part A of an object; a second transmission antenna part 22T that transmits a second electric wave with the same frequency as the first electric wave to the measurement part A from a position different from the first transmission antenna part 21T; reception antenna parts 21R and 22R that receive the first electric wave and the second electric wave that generate interference of strengthening each other and reflected at the measurement part A, and output a reception signal; and a radar part 23 that outputs a Doppler signal according to the variation of the measurement part A on the basis of the reception signal. Each arrangement of the first transmission antenna part 21T and the second transmission antenna part 22T is adjusted so that the interference to make the first electric wave and the second electric wave strengthen each other is generated.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、測定対象の変動を検出するレーダ装置に関する。 The present invention relates to a radar device that detects fluctuations in a measurement target.

従来、電波を測定対象に照射し、当該測定対象で反射される反射波のドップラーシフトを利用して、測定対象の変動（例えば振動状態や変位）を検出するレーダ装置が存在する。例えば、特許文献１には、電波の一種であるマイクロ波を人体に照射することで、人体に変動として現れる心拍や呼吸を検出する装置が開示されている。 Conventionally, there is a radar device that irradiates a measurement target with radio waves and detects fluctuations (for example, vibration state or displacement) of the measurement target by using the Doppler shift of the reflected wave reflected by the measurement target. For example, Patent Document 1 discloses a device that detects a heartbeat or respiration that appears as fluctuations in the human body by irradiating the human body with microwaves, which are a kind of radio waves.

特開２０１０−１２０４９３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-20493

しかし、上述したようなレーダ装置は、測定対象に接触して測定を行う接触式のセンサ類と比べて外乱に弱い。例えば、測定対象に突発的な動きが加わると、測定対象で反射された反射波の受信量が減少し、測定対象の変動を正確に検出できないことがある。 However, the radar device as described above is vulnerable to disturbance as compared with contact type sensors that perform measurement by contacting the measurement target. For example, when a sudden movement is applied to the measurement target, the received amount of the reflected wave reflected by the measurement target decreases, and the fluctuation of the measurement target may not be detected accurately.

本発明は、測定対象の変動を高精度に検出できるレーダ装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a radar device capable of detecting fluctuations of a measurement target with high accuracy.

本発明のレーダ装置は、対象物の測定部位に向かって所定周波数の第１電波を送信する第１送信アンテナ部と、前記第１送信アンテナ部とは異なる位置から前記測定部位に向かって前記第１電波と同じ周波数の第２電波を送信する第２送信アンテナ部と、互いに強め合う干渉を生じかつ前記測定部位で反射された前記第１電波および前記第２電波を受信して受信信号を出力する受信アンテナ部と、前記受信信号に基づいてドップラ信号を出力するレーダ部と、前記ドップラ信号に基づいて前記測定部位の変動を検出する検出部と、を備え、前記第１送信アンテナ部および前記第２送信アンテナ部の各配置は、前記第１電波および前記第２電波が互いに強め合う干渉を生じるように調整されていることを特徴とする。 In the radar device of the present invention, the first transmitting antenna unit that transmits the first radio wave of a predetermined frequency toward the measuring portion of the object and the first transmitting antenna portion from a position different from the first transmitting antenna portion toward the measuring portion. The second transmitting antenna unit that transmits the second radio wave having the same frequency as the first radio wave and the first radio wave and the second radio wave that cause strong interference with each other and are reflected at the measurement site are received and the received signal is output. A receiving antenna unit, a radar unit that outputs a Doppler signal based on the received signal, and a detecting unit that detects fluctuations in the measurement site based on the Doppler signal, the first transmitting antenna unit and the above. Each arrangement of the second transmitting antenna unit is characterized in that the first radio wave and the second radio wave are adjusted so as to cause interference that intensifies each other.

本発明のレーダ装置において、第１送信アンテナ部および第２送信アンテナ部から送信される各電波（第１電波、第２電波）は、測定部位の付近で互いに重なり合い、強め合う干渉を生じた状態のまま測定部位で反射され、受信アンテナ部に受信される。これにより、受信アンテナ部は、上述の強め合う干渉の影響を受けた受信信号を出力し、レーダ部は、当該受信信号に対応するドップラ信号を出力する。
よって、本発明では、外乱などによって測定対象で反射された反射波の受信量が減少した場合であっても、受信信号において測定対象の変動に伴う特徴量が高められていることにより、レーダ部は、測定部位の変動状態に応じたドップラ信号を安定して出力することができる。これにより、検出部は、測定部位の変動を高精度に検出することができる。 In the radar device of the present invention, the radio waves (first radio wave and second radio wave) transmitted from the first transmitting antenna unit and the second transmitting antenna unit overlap each other in the vicinity of the measurement site, causing strong interference. As it is, it is reflected at the measurement site and received by the receiving antenna section. As a result, the receiving antenna unit outputs the received signal affected by the above-mentioned intensifying interference, and the radar unit outputs the Doppler signal corresponding to the received signal.
Therefore, in the present invention, even when the received amount of the reflected wave reflected by the measurement target is reduced due to disturbance or the like, the feature amount of the received signal due to the fluctuation of the measurement target is increased, so that the radar unit is used. Can stably output a Doppler signal according to the fluctuation state of the measurement site. As a result, the detection unit can detect the fluctuation of the measurement site with high accuracy.

本発明のレーダ装置は、前記第１送信アンテナ部を含む第１アンテナユニットと、前記第２送信アンテナ部を含む第２アンテナユニットと、を備え、前記第１アンテナユニットおよび前記第２アンテナユニットは、それぞれ前記受信アンテナ部を含むことが好ましい。
このような本発明によれば、強め合う干渉を生じた状態のまま測定部位で反射された電波を好適に受信することができる。 The radar device of the present invention includes a first antenna unit including the first transmitting antenna unit and a second antenna unit including the second transmitting antenna unit, and the first antenna unit and the second antenna unit are , Each of which preferably includes the receiving antenna portion.
According to the present invention as described above, it is possible to suitably receive the radio wave reflected at the measurement site in a state where the interference is intensified.

本発明の一実施形態にかかるレーダ装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the radar apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 前記実施形態のレーダ部の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the radar part of the said embodiment. 前記実施形態の２つの送信アンテナ部から送信される電波同士の干渉を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the interference between the radio waves transmitted from the two transmitting antenna portions of the said embodiment. 前記実施形態の２つの送信アンテナ部の配置を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the arrangement of the two transmitting antenna portions of the said embodiment. 本発明の実施例におけるドップラ信号の波形例を示すグラフ。The graph which shows the waveform example of the Doppler signal in the Example of this invention. 本発明の比較例におけるドップラ信号の波形例を示すグラフ。The graph which shows the waveform example of the Doppler signal in the comparative example of this invention. 前記実施形態の変形例を示す模式図。The schematic diagram which shows the modification of the said embodiment.

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。本実施形態では、レーダ装置１によって測定される対象物を人間や動物などの生体とし、測定部位Ａを当該生体の胸部とする。以下では、生体の呼吸に伴う胸部の皮膚表面の微細な動き（変動）を検出する場合について説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radar device 1 according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the object measured by the radar device 1 is a living body such as a human or an animal, and the measurement site A is the chest of the living body. In the following, a case of detecting minute movements (fluctuations) of the skin surface of the chest accompanying respiration of a living body will be described.

〔レーダ装置の構成〕
図１に示すように、レーダ装置１は、ドップラセンサの一種である電波センサ２と、検出部３とを備えている。 [Radar device configuration]
As shown in FIG. 1, the radar device 1 includes a radio wave sensor 2 which is a kind of Doppler sensor, and a detection unit 3.

電波センサ２は、第１アンテナユニット２１と、第２アンテナユニット２２と、レーダ部２３とを備えている。
第１アンテナユニット２１は、生体の測定部位Ａに対して所定周波数の電波（第１電波）を送信する第１送信アンテナ部２１Ｔと、生体で反射された反射波を受信する第１受信アンテナ部２１Ｒとを有する。第１送信アンテナ部２１Ｔおよび第１受信アンテナ部２１Ｒは、それぞれ１以上のアンテナ素子を含んで構成される。
同様に、第２アンテナユニット２２は、生体の測定部位Ａに対して所定周波数の電波（第２電波）を送信する第２送信アンテナ部２２Ｔと、生体で反射された反射波を受信する第２受信アンテナ部２２Ｒとを有する。第２送信アンテナ部２２Ｔおよび第２受信アンテナ部２２Ｒは、それぞれ１以上のアンテナ素子を含んで構成される。
なお、第１送信アンテナ部２１Ｔから送信される電波と、第２送信アンテナ部２２Ｔから送信される電波とは、周波数および位相が同一である。 The radio wave sensor 2 includes a first antenna unit 21, a second antenna unit 22, and a radar unit 23.
The first antenna unit 21 includes a first transmitting antenna unit 21T that transmits a radio wave (first radio wave) having a predetermined frequency to the measurement site A of the living body, and a first receiving antenna unit that receives the reflected wave reflected by the living body. It has 21R and. The first transmitting antenna unit 21T and the first receiving antenna unit 21R each include one or more antenna elements.
Similarly, the second antenna unit 22 receives the second transmitting antenna unit 22T that transmits a radio wave (second radio wave) of a predetermined frequency to the measurement site A of the living body and the second transmitting wave that is reflected by the living body. It has a receiving antenna unit 22R. The second transmitting antenna unit 22T and the second receiving antenna unit 22R each include one or more antenna elements.
The radio wave transmitted from the first transmitting antenna unit 21T and the radio wave transmitted from the second transmitting antenna unit 22T have the same frequency and phase.

以下、第１送信アンテナ部２１Ｔおよび第２送信アンテナ部２２Ｔを、単に送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔと称し、第１受信アンテナ部２１Ｒおよび第２受信アンテナ部２２Ｒを単に受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒと称する場合がある。 Hereinafter, the first transmitting antenna unit 21T and the second transmitting antenna unit 22T are simply referred to as transmitting antenna units 21T and 22T, and the first receiving antenna unit 21R and the second receiving antenna unit 22R are simply referred to as receiving antenna units 21R and 22R. In some cases.

また、第１アンテナユニット２１および第２アンテナユニット２２は、生体に対してそれぞれ異なる位置に配置される。これらの第１アンテナユニット２１および第２アンテナユニット２２の配置については、後述にて詳細に説明する。 Further, the first antenna unit 21 and the second antenna unit 22 are arranged at different positions with respect to the living body. The arrangement of the first antenna unit 21 and the second antenna unit 22 will be described in detail later.

レーダ部２３は、送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔに対して電波の送信信号を出力すると共に、受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒから電波の受信信号を入力され、送信信号と受信信号との間の周波数の差に応じた２つのドップラ信号（Ｉ信号およびＱ信号）を出力する。 The radar unit 23 outputs a radio wave transmission signal to the transmission antenna units 21T and 22T, receives a radio wave reception signal from the reception antenna units 21R and 22R, and is a frequency difference between the transmission signal and the reception signal. Two Doppler signals (I signal and Q signal) corresponding to the above are output.

具体的には、レーダ部２３は、図２に示すように、発振器２３１、分配器２３２，２３３、移相器２３４およびミキサ２３５，２３６を含んで構成される。このレーダ部２３において、発振器２３１は、所定周波数（例えば２４ＧＨｚ）の送信信号を発振する。発振器２３１が出力する送信信号は、分配器２３２を介して、送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔに供給される。これにより、送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔから電波（例えばマイクロ波）が送信される。 Specifically, as shown in FIG. 2, the radar unit 23 includes an oscillator 231, a distributor 232, 233, a phase shifter 234, and a mixer 235, 236. In the radar unit 23, the oscillator 231 oscillates a transmission signal of a predetermined frequency (for example, 24 GHz). The transmission signal output from the oscillator 231 is supplied to the transmission antenna units 21T and 22T via the distributor 232. As a result, radio waves (for example, microwaves) are transmitted from the transmitting antenna units 21T and 22T.

また、レーダ部２３において、受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒから入力された受信信号は、分配器２３３によって分配され、一方がミキサ２３５に供給され、他方が移相器２３４によりπ／２（９０°）シフトされ、ミキサ２３６に供給される。そして、発振器２３１からの送信信号は、分配器２３２を介してミキサ２３５，２３６に供給され、それぞれのミキサ２３５，２３６から２つのドップラ信号の出力が得られる。２つのドップラ信号は、基準となるＩ信号と、Ｉ信号から９０°シフトされたＱ信号とであり、各出力ポートから検出部３に出力される。 Further, in the radar unit 23, the received signals input from the receiving antenna units 21R and 22R are distributed by the distributor 233, one is supplied to the mixer 235, and the other is π / 2 (90 °) by the phase shifter 234. It is shifted and supplied to the mixer 236. Then, the transmission signal from the oscillator 231 is supplied to the mixers 235 and 236 via the distributor 232, and the outputs of the two Doppler signals are obtained from the respective mixers 235 and 236. The two Doppler signals are a reference I signal and a Q signal shifted by 90 ° from the I signal, and are output from each output port to the detection unit 3.

なお、Ｉ信号およびＱ信号は、それぞれ測定部位Ａの変動速度に比例した周波数を有しており、測定部位Ａの変動状態（接近または離反）により位相状態が変化する。具体的には、測定部位Ａが近づいてくる間、Ｉ信号はＱ信号よりπ／２進んでおり、測定部位Ａが遠ざかっていく間、Ｉ信号はＱ信号よりπ／２遅れる。 The I signal and the Q signal each have a frequency proportional to the fluctuation speed of the measurement site A, and the phase state changes depending on the fluctuation state (approach or separation) of the measurement site A. Specifically, the I signal is π / 2 ahead of the Q signal while the measurement site A is approaching, and the I signal is π / 2 behind the Q signal while the measurement site A is moving away.

検出部３は、信号処理部３１と、データ処理部３２とを有する。
信号処理部３１は、レーダ部２３から得られたＩ信号およびＱ信号をそれぞれ信号処理することにより、生体の呼吸成分に対応する呼吸信号ＶＩ，ＶＱを得る。信号処理部３１の具体的構成は特に限定されない。例えば、信号処理部３１は、レーダ部２３から得られたドップラ信号から呼吸に相当する周波数成分（例えば０．１Ｈｚ〜０．５Ｈｚ）を抽出するバンドパスフィルタ、および、抽出されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器などを備える。 The detection unit 3 has a signal processing unit 31 and a data processing unit 32.
The signal processing unit 31 obtains respiratory signals VI and VQ corresponding to the respiratory components of the living body by processing the I signal and the Q signal obtained from the radar unit 23, respectively. The specific configuration of the signal processing unit 31 is not particularly limited. For example, the signal processing unit 31 digitally outputs a bandpass filter that extracts a frequency component (for example, 0.1 Hz to 0.5 Hz) corresponding to breathing from the Doppler signal obtained from the radar unit 23, and the extracted analog signal. It is equipped with an analog / digital converter that converts signals.

データ処理部３２は、例えば演算部および記憶部を備えて構成され、演算部が記憶部に記憶された解析プログラムを読み込み実行することにより、信号処理部３１から入力される呼吸信号ＶＩ，ＶＱの解析処理を行う。ここで、呼吸信号ＶＩ，ＶＱは、生体の呼吸に伴う測定部位Ａの変動速度に比例した周波数を有しており、呼吸信号ＶＩ，ＶＱの位相差は、生体の呼吸に伴う測定部位Ａの変動の方向（接近方向または離間方向）に対応している。このため、データ処理部３２は、呼吸信号ＶＩ，ＶＱを解析処理することにより、測定部位Ａの変動を検出することができ、ひいては、生体の呼吸数などの解析情報を演算することができる。
なお、データ処理部３２による解析処理の具体的手法については、公知技術を利用できるため、詳細な説明を省略する。 The data processing unit 32 is configured to include, for example, a calculation unit and a storage unit, and when the calculation unit reads and executes an analysis program stored in the storage unit, the respiratory signals VI and VQ input from the signal processing unit 31 Perform analysis processing. Here, the respiratory signals VI and VQ have a frequency proportional to the fluctuation speed of the measurement site A accompanying the respiration of the living body, and the phase difference of the respiratory signals VI and VQ is the phase difference of the measurement site A accompanying the respiration of the living body. It corresponds to the direction of fluctuation (approaching direction or separating direction). Therefore, the data processing unit 32 can detect the fluctuation of the measurement site A by analyzing the respiratory signals VI and VQ, and can calculate the analysis information such as the respiratory rate of the living body.
As for the specific method of analysis processing by the data processing unit 32, a known technique can be used, and therefore detailed description thereof will be omitted.

データ処理部３２から出力される解析情報は、不図示の表示部などに表示される。
また、レーダ装置１が、車両などの乗物に搭載され、当該車両の運転者の呼吸数を計測する装置である場合、データ処理部３２から出力される解析情報は、車両のコントロールユニットなどに入力されてもよい。この場合、車両のコントロールユニットは、入力される解析情報に基づいて運転者の体調を判断することができ、その結果、運転者の体調に基づいた車両制御を行うことができる。 The analysis information output from the data processing unit 32 is displayed on a display unit (not shown) or the like.
Further, when the radar device 1 is mounted on a vehicle such as a vehicle and measures the respiratory rate of the driver of the vehicle, the analysis information output from the data processing unit 32 is input to the control unit of the vehicle or the like. May be done. In this case, the vehicle control unit can determine the physical condition of the driver based on the input analysis information, and as a result, can control the vehicle based on the physical condition of the driver.

〔電波の挙動〕
一般に、送信点から受信点に至る電波経路が複数存在する場合において、経路長差が変動することによって電波の受信強さが変動することを、フェージング現象という。
例えば２本の電波経路の経路長差が波長λの整数倍であるとき、各径路を伝搬する電波同士の位相が一致する（同位相になる）ため、強め合う干渉が生じ、電波の受信強さが強まる。一方、２本の電波経路の経路長差が波長λの１／２の奇数倍であるとき、各径路を伝搬する電波同士の位相が逆になるため、弱め合う干渉が生じ、電波の受信強さが弱まる。したがって、経路長差が変動することにより、電波の受信強さは強まったり、弱まったりし、フェージング現象を生じる。
このようなフェージング現象は、一般には好ましくない現象とされており、フェージング現象の影響を避けるための技術が開発されている。 [Behavior of radio waves]
In general, when there are a plurality of radio wave paths from a transmitting point to a receiving point, the fluctuation of the reception strength of radio waves due to the fluctuation of the path length difference is called a fading phenomenon.
For example, when the path length difference between the two radio wave paths is an integral multiple of the wavelength λ, the phases of the radio waves propagating in each path match (become in phase), so that strong interference occurs and the reception strength of the radio waves is strong. Becomes stronger. On the other hand, when the path length difference between the two radio wave paths is an odd multiple of 1/2 of the wavelength λ, the phases of the radio waves propagating in each path are opposite to each other, so that weakening interference occurs and the reception strength of the radio waves is strong. Is weakened. Therefore, as the difference in path length fluctuates, the reception strength of radio waves becomes stronger or weaker, causing a fading phenomenon.
Such a fading phenomenon is generally regarded as an unfavorable phenomenon, and techniques for avoiding the influence of the fading phenomenon have been developed.

これに対して、本実施形態では、２つの送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔが互いに異なる方向から測定部位Ａに電波を送信することにより、測定部位Ａの付近においてフェージング現象の強め合う干渉を意図的に生じさせている。すなわち、送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔは、それぞれが送信した電波が生体の測定部位Ａの付近で重なり合い、互いに強め合う干渉を生じるように配置されている（図３参照）。なお、図３では、強め合う干渉が生じているエリアＥを破線で囲って示している。 On the other hand, in the present embodiment, the two transmitting antenna portions 21T and 22T intentionally transmit radio waves to the measurement portion A from different directions to intentionally intensify the interference of the fading phenomenon in the vicinity of the measurement portion A. It is causing it. That is, the transmitting antenna units 21T and 22T are arranged so that the radio waves transmitted by each of them overlap each other in the vicinity of the measurement site A of the living body and cause interference that strengthens each other (see FIG. 3). In addition, in FIG. 3, the area E where the intensifying interference occurs is shown by being surrounded by a broken line.

本実施形態では、２つの送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔから同位相の電波が送信されているため、これらの電波に強め合う干渉を生じさせる条件としては、第１送信アンテナ部２１Ｔから測定部位Ａまでの距離Ｌ１と、第２送信アンテナ部２２Ｔから測定部位Ａまでの距離Ｌ２とが等しいことが好ましい（図４参照）。あるいは、第１送信アンテナ部２１Ｔから送信される電波と第２送信アンテナ部２２Ｔから送信される電波とが測定部位Ａの付近で同位相であればよいため、距離Ｌ１と距離Ｌ２との差が電波の波長λの整数倍に調整されていてもよい。
このような条件を満たすように送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔを配置するためには、受信信号の強さを観測しながら、第１アンテナユニット２１および第２アンテナユニット２２の少なくとも一方の配置を調整してもよい。 In the present embodiment, radio waves having the same phase are transmitted from the two transmitting antenna units 21T and 22T. Therefore, as a condition for causing interference that strengthens these radio waves, from the first transmitting antenna unit 21T to the measurement site A. It is preferable that the distance L1 of the above is equal to the distance L2 from the second transmitting antenna unit 22T to the measurement site A (see FIG. 4). Alternatively, since the radio wave transmitted from the first transmitting antenna unit 21T and the radio wave transmitted from the second transmitting antenna unit 22T need to be in phase in the vicinity of the measurement site A, the difference between the distance L1 and the distance L2 is large. It may be adjusted to an integral multiple of the wavelength λ of the radio wave.
In order to arrange the transmitting antenna units 21T and 22T so as to satisfy such conditions, the arrangement of at least one of the first antenna unit 21 and the second antenna unit 22 is adjusted while observing the strength of the received signal. You may.

また、本実施形態において、第１送信アンテナ部２１Ｔによる電波の送信方向（第１送信方向）が基線Ｂに対して成す角度をθ１とし、第１送信アンテナ部２１Ｔによる電波の送信方向（第２送信方向）が基線Ｂに対して成す角度をθ２とする。なお、基線Ｂは、測定部位Ａの面に対して略垂直な線とする。
この場合、角度θ１，θ２は、０°＜θ１＜９０°，０°＜θ２＜９０°の範囲で任意に調整可能である。ただし、角度θ１，θ２がより大きい方が、「強め合う干渉」が生じるエリアをより大きくすることができる。
なお、送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔの角度θ１，θ２は、互いに同じでもよいし、異なってもよい。 Further, in the present embodiment, the angle formed by the transmission direction (first transmission direction) of the radio wave by the first transmitting antenna unit 21T with respect to the baseline B is set to θ1, and the transmission direction of the radio wave by the first transmitting antenna unit 21T (second transmission direction). Let θ2 be the angle formed by the transmission direction) with respect to the baseline B. The baseline B is a line substantially perpendicular to the surface of the measurement site A.
In this case, the angles θ1 and θ2 can be arbitrarily adjusted within the range of 0 ° <θ1 <90 ° and 0 ° <θ2 <90 °. However, the larger the angles θ1 and θ2, the larger the area where “intensifying interference” occurs.
The angles θ1 and θ2 of the transmitting antenna units 21T and 22T may be the same or different from each other.

以上の条件を満たす送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔから送信される各電波は、測定部位Ａの付近で互いに重なり合い、強め合う干渉を生じた状態になったまま測定部位Ａで反射され、受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒに受信される。すなわち、受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒは、上述の強め合う干渉を受けた受信信号を出力し、レーダ部２３は、当該受信信号に基づくドップラ信号（Ｉ信号およびＱ信号）を出力する。 The radio waves transmitted from the transmitting antenna units 21T and 22T satisfying the above conditions are reflected by the measuring portion A while overlapping with each other in the vicinity of the measuring portion A and causing strong interference, and are reflected by the receiving antenna portion 21R. , 22R is received. That is, the receiving antenna units 21R and 22R output the received signals that have received the above-mentioned intensifying interference, and the radar unit 23 outputs the Doppler signals (I signal and Q signal) based on the received signals.

ここで、本発明の実施例として第１送信方向の角度θ１および第２送信方向の角度θ２がそれぞれ６０°である場合のレーダ装置１を用い、測定部位Ａの変動を測定するためのドップラ信号を取得した（図５参照）。
また、本発明の比較例として、第１送信方向の角度θ１と、第２送信方向の角度θ２がそれぞれ０°である場合（互いに平行である場合）のレーダ装置１を用い、測定部位Ａの変動を測定するためのドップラ信号を取得した（図６参照）。
なお、実施例および比較例において、測定部位Ａは、呼吸中の生体である。また、図５および図６では、横軸が時間であり、縦軸が信号出力であり、測定中のＩ信号およびＱ信号の各波形を示している。通常、Ｉ信号およびＱ信号間の位相は９０°ずれているが、図５および図６では、測定中の測定部位Ａの変動の影響により、グラフ上の位相のずれが視認し難くなっている。 Here, as an embodiment of the present invention, a radar device 1 in the case where the angle θ1 in the first transmission direction and the angle θ2 in the second transmission direction are 60 ° is used, and a Doppler signal for measuring the fluctuation of the measurement site A is used. Was obtained (see FIG. 5).
Further, as a comparative example of the present invention, a radar device 1 is used when the angle θ1 in the first transmission direction and the angle θ2 in the second transmission direction are 0 ° each (when they are parallel to each other), and the measurement site A is measured. A Doppler signal for measuring fluctuations was acquired (see FIG. 6).
In the examples and comparative examples, the measurement site A is a living body during respiration. Further, in FIGS. 5 and 6, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents signal output, showing the waveforms of the I signal and the Q signal being measured. Normally, the phase shift between the I signal and the Q signal is 90 °, but in FIGS. 5 and 6, the phase shift on the graph is difficult to see due to the influence of the fluctuation of the measurement site A during measurement. ..

実施例（図５）と、比較例（図６）とを比較すると、得られたドップラ信号に明確な違いがあることがわかる。
実施例（図５）において、受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒの各受信信号が上述の強め合う干渉を受けており、これらの受信信号が１つにまとめられることで、外乱（生体の体動による電波の逸れ等）の影響が低減され、レーダ部２３から出力されるＩ信号およびＱ信号のそれぞれに呼吸の特徴量が明確に表れている。
一方、比較例（図６）では、受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒの各受信信号において上述の強め合う干渉が生じておらず、レーダ部２３から出力されるＩ信号およびＱ信号のそれぞれは、呼吸がないときに得られる信号との差異が小さい。
しがたって、実施例は、比較例よりも、生体の呼吸を高精度に測定できることが明らかである。 Comparing the Example (FIG. 5) with the Comparative Example (FIG. 6), it can be seen that there is a clear difference in the obtained Doppler signals.
In the embodiment (FIG. 5), the received signals of the receiving antenna units 21R and 22R are subjected to the above-mentioned intensifying interference, and these received signals are combined into one to cause disturbance (radio waves due to the body movement of the living body). The influence of the deviation, etc.) is reduced, and the characteristic amount of respiration is clearly shown in each of the I signal and the Q signal output from the radar unit 23.
On the other hand, in the comparative example (FIG. 6), the above-mentioned intensifying interference does not occur in the received signals of the receiving antenna units 21R and 22R, and the I signal and the Q signal output from the radar unit 23 are each breathing. The difference from the signal obtained when there is none is small.
Therefore, it is clear that the examples can measure the respiration of the living body with higher accuracy than the comparative examples.

なお、本実施形態において、測定部位Ａは、生体の胸部などであり、生体の呼吸に伴う微細な変動を生じる部位であるため、厳密には、生体が呼吸している間、上述で調整した距離Ｌ１と距離Ｌ２との差は変動している。ただし、生体の呼吸に伴う測定部位Ａの変動量は、本実施形態で使用する電波の波長λの幅に対して十分に小さいため、強め合う干渉に対する影響は無視できる程度である。 In the present embodiment, the measurement site A is the chest of the living body or the like, which causes minute fluctuations due to the respiration of the living body. Therefore, strictly speaking, the measurement site A was adjusted as described above while the living body was breathing. The difference between the distance L1 and the distance L2 fluctuates. However, since the amount of fluctuation of the measurement site A due to the respiration of the living body is sufficiently small with respect to the width of the wavelength λ of the radio wave used in the present embodiment, the influence on the intensifying interference is negligible.

〔本実施形態の効果〕
本実施形態のレーダ装置１では、外乱などによって測定部位Ａで反射された反射波の受信量が減少した場合であっても、受信信号において測定部位Ａの変動に伴う特徴量が高められていることにより、レーダ部２３は、測定部位Ａの変動状態に応じたドップラ信号を安定して出力することができる。これにより、検出部３は、測定部位Ａの変動を高精度に検出することができる。特に、本実施形態のレーダ装置１は、生体の呼吸の有無を確認する場合に有用である。 [Effect of this embodiment]
In the radar device 1 of the present embodiment, even when the received amount of the reflected wave reflected by the measurement part A is reduced due to disturbance or the like, the feature amount due to the fluctuation of the measurement part A is enhanced in the received signal. As a result, the radar unit 23 can stably output the Doppler signal according to the fluctuation state of the measurement site A. As a result, the detection unit 3 can detect the fluctuation of the measurement site A with high accuracy. In particular, the radar device 1 of the present embodiment is useful when confirming the presence or absence of respiration in a living body.

また、本実施形態のレーダ装置１では、第１アンテナユニット２１および第２アンテナユニット２２が、それぞれ、送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔおよび受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒを有している。このような構成によれば、強め合う干渉を生じた状態のまま測定部位Ａで反射された電波を好適に受信することができる。 Further, in the radar device 1 of the present embodiment, the first antenna unit 21 and the second antenna unit 22 have transmitting antenna units 21T and 22T and receiving antenna units 21R and 22R, respectively. According to such a configuration, it is possible to suitably receive the radio wave reflected by the measurement site A in a state where the interference is intensified.

〔変形例〕
本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれるものである。 [Modification example]
The present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and modifications within the range in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.

前記実施形態のレーダ装置１は、第１アンテナユニット２１および第２アンテナユニット２２を備えているが、本発明はこれに限られない。例えば、送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔおよび受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒは、ユニット化されず、それぞれ個別に配置されてもよい。
また、前記実施形態のレーダ装置１は、２つの受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒを有しているが、いずれか一方の受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒを有するように構成されてもよい。このような変形例において、いずれか一方の受信アンテナ部２１Ｒ，２２Ｒは、測定部位Ａで反射された電波（第１電波および第２電波が重なった電波）を受信可能に配置されればよい。
例えば、図７に示すように、変形例のレーダ装置における電波センサ２Ａは、２つの送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔと、１つの受信アンテナ部２１Ｒとを備えている。この変形例において、送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔは、測定部位Ａの付近で強め合う干渉が生じるように電波を送信し、受信アンテナ部２１Ｒは、当該測定部位Ａで反射された電波を受信する。このような変形例でも、前記実施形態と同様の効果を奏する。
また、図７に示す変形例では、送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔから測定部位Ａまでの各距離Ｌ１，Ｌ２を調整する際、送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔの角度θ１，θ２をそれぞれ変えてもよい。 The radar device 1 of the above embodiment includes a first antenna unit 21 and a second antenna unit 22, but the present invention is not limited to this. For example, the transmitting antenna units 21T and 22T and the receiving antenna units 21R and 22R may not be unitized and may be arranged individually.
Further, although the radar device 1 of the above embodiment has two receiving antenna units 21R and 22R, it may be configured to have one of the receiving antenna units 21R and 22R. In such a modification, one of the receiving antenna units 21R and 22R may be arranged so as to be able to receive radio waves reflected by the measurement portion A (radio waves in which the first radio wave and the second radio wave overlap).
For example, as shown in FIG. 7, the radio wave sensor 2A in the radar device of the modified example includes two transmitting antenna units 21T and 22T and one receiving antenna unit 21R. In this modification, the transmitting antenna units 21T and 22T transmit radio waves so as to cause intensifying interference in the vicinity of the measuring portion A, and the receiving antenna unit 21R receives the radio waves reflected by the measuring portion A. Even in such a modified example, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.
Further, in the modified example shown in FIG. 7, when adjusting the distances L1 and L2 from the transmitting antenna units 21T and 22T to the measurement site A, the angles θ1 and θ2 of the transmitting antenna units 21T and 22T may be changed, respectively.

前記実施形態では、第１アンテナユニット２１および第２アンテナユニット２２が１つのレーダ部２３に接続されているが、本発明はこれに限られない。例えば、レーダ装置１は、第１アンテナユニット２１に接続されるレーダ部２３と、第２アンテナユニット２２に接続される他のレーダ部２３とを、それぞれ有していてもよい。このような変形例では、２つのレーダ部２３のそれぞれからドップラ信号（Ｉ信号およびＱ信号）が出力されるため、信号処理部３１は、計４つの信号をそれぞれ処理できるように構成されることが好ましい。また、２つのレーダ部２３から出力されるドップラ信号は、重畳処理されてもよいし、選択的に利用されてもよい。 In the above embodiment, the first antenna unit 21 and the second antenna unit 22 are connected to one radar unit 23, but the present invention is not limited to this. For example, the radar device 1 may have a radar unit 23 connected to the first antenna unit 21 and another radar unit 23 connected to the second antenna unit 22, respectively. In such a modification, since the Doppler signal (I signal and Q signal) is output from each of the two radar units 23, the signal processing unit 31 is configured to be able to process a total of four signals, respectively. Is preferable. Further, the Doppler signals output from the two radar units 23 may be superimposed or selectively used.

前記実施形態では、２つの送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔから同位相の電波が送信されているが、本発明はこれに限られない。例えば、２つの送信アンテナ部２１Ｔ，２２Ｔから逆位相の電波が送信されてもよい。このような変形例では、電波に強め合う干渉を生じさせる条件として、距離Ｌ１と距離Ｌ２との差が電波の波長λの１／２の奇数倍の整数倍に調整されていてもよい。 In the above embodiment, radio waves having the same phase are transmitted from the two transmitting antenna units 21T and 22T, but the present invention is not limited to this. For example, radio waves having opposite phases may be transmitted from the two transmitting antenna units 21T and 22T. In such a modification, the difference between the distance L1 and the distance L2 may be adjusted to an integral multiple of an odd multiple of 1/2 of the wavelength λ of the radio wave as a condition for causing interference that strengthens the radio wave.

前記実施形態では、レーダ装置１の測定対象を人間や動物などの生体とし、この生体の呼吸に伴う胸部の皮膚表面の微細な動き（変動）を検出する場合について説明しているが、本発明はこれに限られない。例えば、前記実施形態において、信号処理部３１は、レーダ部２３から得られたドップラ信号から呼吸に相当する周波数成分を抽出するだけでなく、心拍に相当する周波数成分を抽出してもよい。
また、本発明は、測定対象が生体であることに限定されず、様々な測定対象の変動（例えば振動状態や変位）を検出するレーダ装置に利用可能である。 In the above embodiment, the case where the measurement target of the radar device 1 is a living body such as a human or an animal and the minute movement (fluctuation) of the skin surface of the chest accompanying the respiration of the living body is detected has been described. Is not limited to this. For example, in the above embodiment, the signal processing unit 31 may not only extract the frequency component corresponding to respiration from the Doppler signal obtained from the radar unit 23, but also extract the frequency component corresponding to the heartbeat.
Further, the present invention is not limited to the measurement target being a living body, and can be used for a radar device that detects fluctuations (for example, vibration state and displacement) of various measurement targets.

１…レーダ装置、２…電波センサ、２１…第１アンテナユニット、２１Ｒ…第１受信アンテナ部、２１Ｔ…第１送信アンテナ部、２２…第２アンテナユニット、２２Ｒ…第２受信アンテナ部、２２Ｔ…第２送信アンテナ部、２３…レーダ部、２３１…発振器、２３２，２３３…分配器、２３４…移相器、２３５，２３６…ミキサ、３…検出部、３１…信号処理部、３２…データ処理部、Ａ…測定部位。 1 ... Radar device, 2 ... Radio wave sensor, 21 ... 1st antenna unit, 21R ... 1st receiving antenna unit, 21T ... 1st transmitting antenna unit, 22 ... 2nd antenna unit, 22R ... 2nd receiving antenna unit, 22T ... 2nd transmitting antenna unit, 23 ... radar unit, 231 ... oscillator, 232, 233 ... distributor, 234 ... phase shifter, 235, 236 ... mixer, 3 ... detection unit, 31 ... signal processing unit, 32 ... data processing unit , A ... Measurement site.

Claims (2)

対象物の測定部位に向かって所定周波数の第１電波を送信する第１送信アンテナ部と、
前記第１送信アンテナ部とは異なる位置から前記測定部位に向かって前記第１電波と同じ周波数の第２電波を送信する第２送信アンテナ部と、
互いに強め合う干渉を生じかつ前記測定部位で反射された前記第１電波および前記第２電波を受信して受信信号を出力する受信アンテナ部と、
前記受信信号に基づいてドップラ信号を出力するレーダ部と、
前記ドップラ信号に基づいて前記測定部位の変動を検出する検出部と、を備え、
前記第１送信アンテナ部および前記第２送信アンテナ部の各配置は、前記第１電波および前記第２電波が互いに強め合う干渉を生じるように調整されていることを特徴とするレーダ装置。 The first transmitting antenna unit that transmits the first radio wave of a predetermined frequency toward the measurement site of the object,
A second transmitting antenna unit that transmits a second radio wave having the same frequency as the first radio wave toward the measurement site from a position different from that of the first transmitting antenna unit.
A receiving antenna unit that causes interference that strengthens each other and receives the first radio wave and the second radio wave reflected at the measurement site and outputs a received signal.
A radar unit that outputs a Doppler signal based on the received signal,
A detection unit that detects fluctuations in the measurement site based on the Doppler signal is provided.
A radar device, wherein each arrangement of the first transmitting antenna unit and the second transmitting antenna unit is adjusted so as to cause interference in which the first radio wave and the second radio wave strengthen each other. 請求項１に記載のレーダ装置において、
前記第１送信アンテナ部を含む第１アンテナユニットと、
前記第２送信アンテナ部を含む第２アンテナユニットと、を備え、
前記第１アンテナユニットおよび前記第２アンテナユニットは、それぞれ前記受信アンテナ部を含むことを特徴とするレーダ装置。 In the radar device according to claim 1,
The first antenna unit including the first transmitting antenna unit and
A second antenna unit including the second transmitting antenna unit is provided.
The first antenna unit and the second antenna unit are radar devices including the receiving antenna unit, respectively.

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