JP5222190B2 - ドップラセンサ - Google Patents

Description

本発明は、ドップラセンサに関するものである。

従来から、例えばミリ波のような電波（送信波）を検出範囲に照射するとともに、検出範囲で反射された電波（反射波）を受信し、送信波と反射波とから得られるドップラ信号を用いて人体等の移動体を検出するドップラセンサが提供されている。この種のドップラセンサは、例えば、人体の検出に応じて光源の点灯・消灯を切り替える照明システムにおいて、人体の検出に用いられている（例えば、特許文献１参照）。

人体を検出するセンサしては他には例えば人体から放射される熱線を検出する熱線センサがあるが、ドップラセンサは熱線センサに比べて遠距離の人体を検出することができるという利点があるため、天井が高い建物内で天井に取り付けられるような使用形態に適している。

特開２００１−２３８２７２号公報

しかし、ドップラセンサ自体が振動すると、静止した物体とドップラセンサとの間に相対速度が発生することにより、静止した物体で反射した反射波にもドップラシフトが生じ、実際には人体が存在しないにも関わらず人体が検出されるという誤検出が発生する可能性がある。

また、上記のようにドップラセンサが天井に取り付けられて用いられる場合であって、天井の下側にダクトが露出して配設されている場合、ダクトによる死角が発生することを避けるためにドップラセンサは天井面から吊下げ支持されることがあり、このような場合には特に上記のような誤検出が発生しやすくなる。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、誤検出が抑えられるドップラセンサを提供することにある。

請求項１の発明は、所定の検出範囲に電波を送信するとともに検出範囲からの電波を受信し検出範囲に存在する移動物体との距離の変化速度に応じた周波数のドップラ信号を含む出力を生成する送受信回路と、送受信回路の出力を解析して検出範囲における移動物体の有無を判定する信号処理回路とを備え、送受信回路は、所定の周波数の送信信号を生成する発振器と、送信信号が変換された電波である送信波を検出範囲に対して送信する送信アンテナと、送信アンテナから送信された送信波が検出範囲において反射された電波である反射波を受信して受信信号に変換する受信アンテナと、発振器が出力した送信信号と受信アンテナが出力した受信信号とを混合して送信信号の周波数と受信信号の周波数との差の周波数を有するドップラ信号を信号処理回路に出力するミキサとを有し、信号処理回路は、送受信回路が出力したドップラ信号を高速フーリエ変換するＦＦＴ部と、ＦＦＴ部の出力において所定のノイズ判定時間以上にわたって振幅が所定のノイズ判定振幅以上であり続けている周波数であるノイズ周波数が存在する場合には、ノイズ周波数のうち最も低い周波数である除去対象周波数を得るとともにドップラ信号において除去対象周波数の成分を少なくとも減衰させるようにドップラ信号を整形した整形信号を生成して出力し、ノイズ周波数が存在しない場合には、ドップラ信号をそのまま整形信号として出力する信号整形部と、信号整形部が出力した整形信号に基いて検出範囲に移動物体が存在するか否かを判定する判定部とを有することを特徴とする。

この発明によれば、ノイズ周波数が存在する場合にはノイズ周波数のうち最も低い周波数である除去対象周波数の成分が少なくとも減衰するようにドップラ信号が整形された整形信号に基いて移動物体の存否が判定されるので、常にドップラ信号がそのまま判定に用いられる場合に比べ、ドップラセンサ自体の振動による誤検出が抑えられる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、信号整形部は、ノイズ周波数が存在する場合には、除去対象周波数の逆数であるノイズ周期を用い、整形信号の強度を、送受信回路がノイズ周期前に出力したドップラ信号の強度Ｖｐｃと、送受信回路が出力したドップラ信号の強度のノイズ周期分の平均値Ｖａｖとの差（Ｖｐｃ−Ｖａｖ）を、最新のドップラ信号の強度Ｖｏｒから減じた強度（Ｖｏｒ−Ｖｐｃ＋Ｖａｖ）とすることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ノイズ周波数が存在する場合にはノイズ周波数のうち最も低い周波数である除去対象周波数の成分が少なくとも減衰するようにドップラ信号が整形された整形信号に基いて移動物体の存否が判定されるので、常にドップラ信号がそのまま判定に用いられる場合に比べ、ドップラセンサ自体の振動による誤検出が抑えられる。

本発明の実施形態を示すブロック図である。 ＦＦＴ部の出力の一例を示す説明図である。 整形信号の波形の一例を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態は、図１に示すように、所定の検出範囲（図示せず）に電波を送信するとともに検出範囲からの電波を受信し検出範囲に存在する移動物体（図示せず）との距離の変化速度に応じた周波数のドップラ信号を含む出力を生成する送受信回路１と、送受信回路１の出力を解析して検出範囲における移動物体の有無を判定する信号処理回路２とを備える。

具体的に説明すると、送受信回路１は、所定の周波数の送信信号を生成する発振器１１と、送信信号が変換された電波である送信波を検出範囲に対して送信する送信アンテナ１２と、送信アンテナ１２から送信された送信波が検出範囲において反射された電波である反射波を受信して受信信号に変換する受信アンテナ１３と、発振器１１が出力した送信信号と受信アンテナ１３が出力した受信信号とを混合（乗算）した混合信号を生成するとともに送信信号の周波数と受信信号の周波数との差の周波数を有するドップラ信号を混合信号から抽出して信号処理回路２に出力するミキサ１４とを有する。つまり、ミキサ１４は、混合信号において送信信号の周波数と受信信号の周波数との和の周波数の成分を選択的に減衰させることでドップラ信号を抽出して出力するローパスフィルタを含む。送信信号の周波数は例えば２４ＧＨｚである。

信号処理回路２は、送受信回路１のミキサ１４が出力したドップラ信号を増幅して出力する増幅部２１を有する。増幅部２１は、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差の周波数に相当する比較的に低い周波数に対して増幅率が高いという特性を有しており、これによりＳ／Ｎ比が改善される。また、信号処理回路２は、増幅部２１が出力したドップラ信号を高速フーリエ変換するＦＦＴ部２２と、増幅部２１の出力とＦＦＴ部２２の出力とに応じた整形信号を出力する信号整形部２３と、信号整形部２３が出力した整形信号に基いて検出範囲に移動物体が存在するか否かを判定する判定部２４とを有する。

具体的には、信号整形部２３は、入力段にＡ／Ｄ変換回路（図示せず）を有しており、このＡ／Ｄ変換回路によってＡ／Ｄ変換されたドップラ信号の強度（電圧値）の履歴を、所定の保存時間分記憶し随時更新している。さらに、信号整形部２３は、ＦＦＴ部２２の出力を随時参照し、ＦＦＴ部２２の出力において各周波数の振幅｜Ｖ｜をそれぞれ所定のノイズ判定振幅Ｖｔｈと比較し、振幅｜Ｖ｜がノイズ判定振幅Ｖｔｈ以上である周波数が存在する場合にはその周波数について振幅｜Ｖ｜がノイズ判定振幅Ｖｔｈ以上となった回数を計数する。そして、所定のノイズ判定回数以上にわたって振幅がノイズ判定振幅以上であり続けている周波数（以下、「ノイズ周波数」と呼ぶ。）が少なくとも１個存在する場合には、ノイズ周波数のうち最も低いものを除去対象周波数とし、除去対象周波数の逆数（すなわち周期）をノイズ周期Ｔａ（図３参照）とする。つまり、信号整形部２３がＦＦＴ部の出力を参照する周期、言い換えるとＦＦＴ部２２の出力の周期（窓関数の幅）に、上記のノイズ判定回数を乗じたものが、請求項におけるノイズ判定時間になるのであり、このノイズ判定時間は例えば１０秒である。例えば、図２のように２個の周波数ｆａ，ｆｂでそれぞれノイズ判定回数にわたって振幅｜Ｖ｜がノイズ判定振幅Ｖｔｈを上回った場合、より低い周波数ｆａの逆数１／ｆａが上記のノイズ周期Ｔａとされる。

信号整形部２３は、上記のようなノイズ周波数が存在せずノイズ周期Ｔａが得られない期間には、図３のタイミングｔ１以前のように、増幅部２１が出力したドップラ信号の強度（電圧値）Ｖｏｒをそのまま整形信号の強度Ｖとして出力する。一方、信号整形部２３は、ノイズ周波数が存在しノイズ周期Ｔａが得られている期間には、図３のタイミングｔ１以後のように、増幅部２１がノイズ周期Ｔａ前に出力したドップラ信号の強度Ｖｐｃと、増幅部２１が出力したドップラ信号の強度のノイズ周期Ｔａ分の平均値（つまり長さがノイズ周期Ｔａの期間であって最新の期間内での平均値であり、いわゆる単純移動平均）Ｖａｖとの差（Ｖｐｃ−Ｖａｖ）を、最新のドップラ信号の強度Ｖｏｒから減じた強度（Ｖｏｒ−Ｖｐｃ＋Ｖａｖ）を演算してこれを整形信号の強度Ｖとする。つまり、ドップラ信号において上記のノイズ判定時間（例えば１０秒）にわたって周期的に繰り返されている成分は送受信回路１自体の振動に起因するノイズであると見なして、これを上記演算によってドップラ信号から除去するのである。

判定部２４は、信号整形部２３が出力した整形信号の強度（以下、「整形強度」と呼ぶ。）Ｖの履歴を、新しいものから所定の監視期間（例えば５秒間）分だけ記憶して随時更新している。さらに、判定部２４は、監視期間分の整形強度の平均値（いわゆる単純移動平均。以下、「監視平均強度」と呼ぶ。）Ｖｍと、整形強度Ｖの上側ピーク値（すなわち、増加から減少に転じる直前の整形強度Ｖの値）の監視期間内での平均値Ｖｕと整形強度Ｖの下側ピーク値（すなわち、減少から増加に転じる直前の整形強度Ｖの値）の監視期間内での平均値Ｖｌとの差の半分（以下、「監視平均振幅」と呼ぶ。）Ｖｐ＝（Ｖｕ−Ｖｌ）／２と、監視平均振幅Ｖｐの１．５倍と監視平均強度Ｖｍとの和である存在判定閾値Ｖｂ＝Ｖｍ＋１．５Ｖｐとを随時演算するとともに、得られた存在判定閾値Ｖｂと最新の整形強度Ｖとを随時比較し、最新の整形強度Ｖが存在判定閾値Ｖｂ以上であれば移動物体が存在すると判定し、最新の整形強度Ｖが存在判定閾値Ｖｂ未満であれば移動物体が存在しないと判定して、判定結果に応じた電圧値の判定信号を出力する。

判定部２４が出力する判定信号に示された判定結果は、例えば、電気的な光源をオンオフする照明制御システム（図示せず）において、光源が消灯した状態で移動物体（主に人体）が存在すると判定されたときに光源の点灯を開始させ、その後に移動物体が存在すると判定されない状態が所定の点灯保持時間だけ継続したときに光源を消灯させるといった制御に用いられる。増幅部２１は、用途に応じて、検出すべき移動物体（例えば人体）の通常の移動速度に応じた周波数の成分を選択的に増幅するように設計される。

上記のような送受信回路１及び信号処理回路２の各構成は電子回路を適宜用いて周知技術で実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。

上記構成によれば、ドップラ信号において所定のノイズ判定振幅以上の振幅を所定のノイズ判定時間以上にわたって維持しているノイズ周波数が存在する場合には、ノイズ周波数のうち最も低い周波数である除去対象周波数の成分がドップラ信号から除去された整形信号に基いて移動物体の存否が判定されるので、常にドップラ信号がそのまま判定部２４に入力されて判定に用いられる場合に比べ、ドップラセンサ（送受信回路１）自体の振動による誤検出が抑えられる。従って、送受信回路１を天井から吊下げ支持するような使用形態に適する。

なお、ノイズ周波数が存在する期間における信号整形部２３の動作を上記のようなものとする代わりに、周波数特性が可変であってノイズ周波数が存在する期間にはドップラ信号において主に除去対象周波数の成分を減衰させることで整形信号を生成する可変フィルタ（図示せず）を信号整形部２３に設けてもよい。上記のような可変フィルタは周知技術で実現可能であるので図示並びに詳細な説明は省略する。

１ 送受信回路
２ 信号処理回路
１１ 発振器
１２ 送信アンテナ
１３ 受信アンテナ
１４ ミキサ
２１ 増幅部
２２ ＦＦＴ部
２３ 信号整形部
２４ 判定部

Claims (2)

1. 所定の検出範囲に電波を送信するとともに検出範囲からの電波を受信し検出範囲に存在する移動物体との距離の変化速度に応じた周波数のドップラ信号を含む出力を生成する送受信回路と、
   送受信回路の出力を解析して検出範囲における移動物体の有無を判定する信号処理回路とを備え、
   送受信回路は、所定の周波数の送信信号を生成する発振器と、送信信号が変換された電波である送信波を検出範囲に対して送信する送信アンテナと、送信アンテナから送信された送信波が検出範囲において反射された電波である反射波を受信して受信信号に変換する受信アンテナと、発振器が出力した送信信号と受信アンテナが出力した受信信号とを混合して送信信号の周波数と受信信号の周波数との差の周波数を有するドップラ信号を信号処理回路に出力するミキサとを有し、
   信号処理回路は、送受信回路が出力したドップラ信号を高速フーリエ変換するＦＦＴ部と、ＦＦＴ部の出力において所定のノイズ判定時間以上にわたって振幅が所定のノイズ判定振幅以上であり続けている周波数であるノイズ周波数が存在する場合には、ノイズ周波数のうち最も低い周波数である除去対象周波数を得るとともにドップラ信号において除去対象周波数の成分を少なくとも減衰させるようにドップラ信号を整形した整形信号を生成して出力し、ノイズ周波数が存在しない場合には、ドップラ信号をそのまま整形信号として出力する信号整形部と、信号整形部が出力した整形信号に基いて検出範囲に移動物体が存在するか否かを判定する判定部とを有することを特徴とするドップラセンサ。
2. 信号整形部は、ノイズ周波数が存在する場合には、除去対象周波数の逆数であるノイズ周期を用い、整形信号の強度を、送受信回路がノイズ周期前に出力したドップラ信号の強度Ｖｐｃと、送受信回路が出力したドップラ信号の強度のノイズ周期分の平均値Ｖａｖとの差（Ｖｐｃ−Ｖａｖ）を、最新のドップラ信号の強度Ｖｏｒから減じた強度（Ｖｏｒ−Ｖｐｃ＋Ｖａｖ）とすることを特徴とする請求項１記載のドップラセンサ。

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