JP5470571B2

JP5470571B2 - 物標検知システム

Info

Publication number: JP5470571B2
Application number: JP2005276587A
Authority: JP
Inventors: 郁男荒井
Original assignee: THE UNIVERSITY OF ELECTRO-COMUNICATINS
Current assignee: THE UNIVERSITY OF ELECTRO-COMUNICATINS
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP2006119129A

Description

本発明は、例えば駐車区画での物標の有無及び物標の方向を検知する物標検知装置及び物標検知システムに関する。

従来、駐車場などで車両や人の有無を検知する装置には、光遮断方式、超音波反射波検知方式、コイルを用いた磁界変化検出方式などがある。

光遮断方式、超音波反射波検知方式を採用した車両検知装置では、各駐車ブロックの入口近傍にポールを立ててそのポール内に発光装置や超音波の発振器を組み込んだり、駐車場の天井に各ブロックに向けて光や超音波等を発するように発光装置や発振器を取付けたりして、光の場合は車両による遮光を検知し、また超音波の場合には車両の存在により変化する反射波を捕らえて車両の有無を検知している。

また、コイルを用いた磁界変化検出方式では、各駐車ブロックにコイルを埋設し、そのブロックに車両が位置することによるコイルのインダクタンス変化を検出して車両の有無を検知している。

光遮断方式の車両検知装置としては、例えば特許文献１に開示されたものがあり、超音波反射波検知方式の車両検知装置としては、例えば特許文献２に開示されたものがあり、コイルを用いた磁界変化検出方式の車両検知装置としては、例えば、特許文献３に開示されたものがある。
特開２００４−１０２８６０号公報特開２００１−２２２７９１号公報特許第２５８７７４６号公報

従来の車両検知装置において、光遮断方式や超音波反射波検知方式では、ポールを建てる必要があるため装置が大型になるという問題があった。

また、ポールの低い位置に発光装置や発振器を組み込んだ場合には、いたずら等により発光装置や発振器が破損することがある。また光遮断方式では、発光装置を天井等高い場所に取付けて上述したいたずらを防ぐようにしても、受光部は床面に設置しなければならず、受光部が破損したり、汚れにより受光部が塞がれて誤動作する可能性もある。

また、コイルを用いた磁界変化検出方式では、コイルは地中に埋設されるので破損は防止できるが、コイルが大型になるため場所を取るという問題がある。

そこで本発明は、従来の車両検知装置と比較して小型で破損から保護することができ、車両のみならず人体等も含む物標を検知する物標検知装置を提供することを目的とする。

また、物標の有無だけでなく、その方向も検知できる物標検知システムを提供することを目的とする。

マイクロ波信号を発生するマイクロ波発振器と、前記マイクロ波信号を送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信された前記マイクロ波信号が物標で反射された信号を受信し受信信号を出力する受信アンテナと、前記送信信号と前記受信信号を混合して検波信号を出力する検波手段と、前記検波信号をＡ/Ｄ変換して検波データを出力するＡ/Ｄ変換器と、前記検波データに基づき物標の存在の有無を判定する演算処理手段とを具備する物標検知装置を少なくとも２台配置した物標検知システムであって、物標が存在しない状態で検出される検波データと物標が存在する状態で検出される検波データとの差を求めることにより得られる第１の信号ベクトル成分（ｘ）を出力する第１の物標検知装置と、物標が存在しない状態で検出される検波データと物標が存在する状態で検出される検波データとの差を求めることにより得られる第２の信号ベクトル成分（ｙ）を出力する第２の物標検知装置と、前記第１の信号ベクトル成分（ｘ）と前記第２の信号ベクトル成分（ｙ）との位相差を求め、この位相差に基づいて物標の方向を判定する演算処理装置とを具備することを特徴とする物標検知システム。

本発明の物標検知装置は、マイクロ波を利用するので従来の車両検知装置と比較して装置の小型化が可能であり、また、マイクロ波は透過性を有するのでマイクロ波センサーにカバーを装着できるので破損から保護することができる。

また、本発明の物標検知システムによれば、２台配置した物標検知装置それぞれが出力する信号ベクトルの位相差を求める演算処理を行うことにより、物標の有無だけでなく、その方向も検知することができる。

以下本発明の物標検知装置及び物標検知システムの一実施例を、図面を参照して説明する。

[第一実施例]
図１は本発明の物標検知装置の第一実施例の構成を示したものである。

本実施例の物標検知装置１００は、マイクロ波信号１ａを発生するマイクロ波発振器１と、マイクロ波信号１ａを第１の分配信号ｖ_１と第２の分配信号ｖ_２とに分配する電力分配器２と、第１の分配信号ｖ_１を第１の基準信号ｕ_１と第１の送信信号ｚ_１とに分ける第１の方向性結合器３１と、第２の分配信号ｖ_２を第２の基準信号ｕ_２と第２の送信信号ｚ_２とに分ける第２の方向性結合器３２と、第１の送信信号ｚ_１と第２の送信信号ｚ_２とを結合して第３の送信信号４ａを出力する電力結合器４と、第３の送信信号４ａを送信する送信アンテナ５と、送信アンテナ５から送信された第３の送信信号４ａが物標６で反射された信号を受信し第１の受信信号ｗ_１を出力する第１の受信アンテナ７１と、送信アンテナ５から送信された第３の送信信号４ａが物標６で反射された信号を受信し第２の受信信号ｗ_２を出力する第２の受信アンテナ７２と、第１の基準信号ｕ_１と第１の受信信号ｗ_１が入力され第１の検波信号８ａを出力する第１の検波器８１と、第２の基準信号ｕ_２と第２の受信信号ｗ_２が入力され第２の検波信号８ｂを出力する第２の検波器８２と、第１の検波信号８ａを増幅する第１の増幅器９１と、第２の検波信号８ｂを増幅する第２の増幅器９２と、第１の検波信号８ａをＡ/Ｄ変換して第１の検波データｘを出力する第１のＡ/Ｄ変換器１０１と、第２の検波信号８ｂをＡ/Ｄ変換して第２の検波データｙを出力する第２のＡ/Ｄ変換器１０２と、ＲＯＭ及びＲＡＭを内蔵し、第１及び第２の検波データｘ，ｙを処理して物標６の有無を判定するＣＰＵ１２とを備える。

なお、第１及び第２の検波器８１，８２としては例えばダイオードを使用し、第１及び第２の増幅器９１，９２としては例えばオペアンプを使用する。

なお、図１に示す回路は図２に示すように送信アンテナ５と第１及び第２の受信アンテナ７１，７２を同一平面内に配置したアンテナ部の後面内に配置して実施するが、第１及び第２のＡ/Ｄ変換器１０１，１０２とＣＰＵ１２を使用して物標６の存在の有無を判定するアルゴリズムは遠隔にあるコンピューターで実施する。

ここで、本実施例の物標検知装置１００の基本動作を説明する。マイクロ波発振器１はマイクロ波信号１ａを発生して電力分配器２に供給する。電力分配器２はマイクロ波信号１ａを第１の分配信号ｖ_１と第２の分配信号ｖ_２とに分配し、第１の分配信号ｖ_１，第２の分配信号ｖ_２をそれぞれ第１及び第２の方向性結合器３１及び３２に供給する。第１の方向性結合器３１は第１の分配信号ｖ_１を第１の基準信号ｕ_１と第１の送信信号ｚ_１とに分け、第１の送信信号ｚ_１を電力結合器４に供給し、第２の方向性結合器３２は第２の分配信号ｖ_２を第２の基準信号ｕ_２と第２の送信信号ｚ_２とに分け、第２の送信信号ｚ_２を電力結合器４に供給する。電力結合器４は、第１の送信信号ｚ_１と第２の送信信号ｚ_２とを結合して第３の送信信号４ａを送信アンテナ５に供給する。

次に、送信アンテナ５は第３の送信信号４ａを物標６に対して照射し、第１及び第２の受信アンテナ７１，７２は第３の送信信号４ａの照射を受けた物標６で反射された信号を受信して、それぞれ第１及び第２の受信信号ｗ_１，ｗ_２を出力する。第１の検波器８１には第１の基準信号ｕ_１と第１の受信信号ｗ_１が入力されて第１の検波信号８ａが出力され、第２の検波器８２には第２の基準信号ｕ_２と第２の受信信号ｗ_２が入力されて第２の検波信号８ｂが出力される。第１及び第２の増幅器９１，９２は第１及び第２の検波信号８ａ，８ｂをそれぞれ増幅して第１及び第２のＡ/Ｄ変換器１０１，１０２に供給する。

そして、第１及び第２のＡ/Ｄ変換器１０１，１０２は第１及び第２の検波信号８ａ，８ｂをＡ/Ｄ変換して第１及び第２の検波データｘ，ｙをＣＰＵ１２に供給する。

そして、ＣＰＵ１２は、ＲＯＭに記憶されている後述の演算処理を行うプログラムに従って処理を実行し、ＲＡＭによって後述のオフセット電圧を一時記憶する。

ここで、本実施例の物標検知装置１００の物標検知手順を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図４に示すフローチャートは演算プログラムとしてＲＯＭに記憶されている。

次に、第１及び第２の検波データｘ，ｙから物標の有無を検出する方法を図３に示すベクトル図を参照して説明する。

第１及び第２の検波データｘ，ｙは、
ｘ＝ｂ_１＋ａｃｏｓ（２βＲ＋θ_１）（数式１）
ｙ＝ｂ_２＋ａｃｏｓ（２βＲ＋θ_２）（数式２）
と表される。ここで、ｂ_１，ｂ_２は直流オフセット電圧、ａは物標反射波の受信信号の振幅に比例した項、β＝２π/λ_０、λ_０は周波数ｆ_０の波長であり、ｆ_０＝２４ＧＨｚのときλ_０＝１．２５ｃｍである。

また、位相θ_１，θ_２は第１及び第２の受信信号ｗ_１，ｗ_２が第１及び第２の検波器８１，８２に至るまでに長さｌ_１，ｌ_２の導波路を通過するときに受ける位相変化であり、
θ_１＝β_ｇｌ_１（数式３）
θ_２＝β_ｇｌ_２（数式４）
である。ここで、β_ｇ＝２π/λ_ｇ、λ_ｇは導波路上の波長である。

いまｌ_１，ｌ_２による位相量として例えば、

に選べば、
ｘ＝ｂ_１＋ａｃｏｓ２βＲ（数式６）
ｙ＝ｂ_２＋ａｓｉｎ２βＲ（数式７）
となる。これらをまとめてベクトルで表現すれば、

である。

したがって、図３（ｃ）に示したように半径αの円を設け、（数式１２）があるレベルα以上となるかどうかで物標６の有無が判定できる。

すなわち、

であれば車や人などの物標６が存在していると判定し、

であれば物標６は存在しないと判定する。

本実施例の物標検知装置１００はマイクロ波を利用するので、従来のような光遮断方式、超音波反射波検知方式、コイルを用いた磁界変化検出方式の車両検知装置と比較して装置の小型化が可能であり、また、マイクロ波は透過性を有するのでマイクロ波センサーにカバーを装着できるので破損から保護することができる。

なお、図１では受信アンテナを２個用いたが、それらの間隔は波長λ_０に比べて十分小さいか、又は図２のアンテナ配置を垂直に用いる。また図５に示すように電力分配器１３を用いれば１個の受信アンテナ１４だけでよい。

[第二実施例]
図６は本発明の物標検知装置の第二実施例の構成を示したものである。なお、図１に示した第一実施例の構成と同一構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施例の物標検知装置６００は、マイクロ波発振器１と、送受信兼用のアンテナ５１と、マイクロ波発振器１とアンテナ５１とを結ぶ導波路上に設置されたＮ個の検波部Ｋ_１〜Ｋ_Ｎと、検波部Ｋ_１〜Ｋ_Ｎにそれぞれ接続されたＮ個の増幅器Ｆ_１〜Ｆ_Ｎと、増幅器Ｆ_１〜Ｆ_Ｎにそれぞれ接続されたＮ個のＡ/Ｄ変換器ＡＤ_１〜ＡＤ_Ｎと、ＣＰＵ１２とを備える。

なお、検波部Ｋ_１〜Ｋ_ＮはダイオードＤ_１〜Ｄ_Ｎと、ダイオードＤ_１〜Ｄ_Ｎそれぞれの出力側に一端が接続され他端が接地された負荷用抵抗ｒ_１〜ｒ_Ｎとから構成される。

ここで、本実施例の物標検知装置６００の基本動作を説明する。マイクロ波発振器１はマイクロ波信号１ａを発生する。このマイクロ波信号１ａは送信信号ｅ_ｔと同時に基準信号ｅ_l１〜ｅ_lＮとして働く。

そして、アンテナ５１は、物標６に対して送信信号ｅ_ｔを照射し、また、送信信号ｅ_ｔの照射を受けた物標６で反射された信号を受信して受信信号ｅ_ｒを出力する。

検波部Ｋ_１〜Ｋ_Ｎには基準信号ｅ_l１〜ｅ_lＮと受信信号ｅ_ｒ１〜ｅ_ｒＮが入力されて検波信号ｅ_１〜ｅ_Ｎが出力される。

その後、増幅器Ｆ_１〜Ｆ_Ｎは検波信号ｅ_１〜ｅ_Ｎを増幅してＡ/Ｄ変換器ＡＤ_１〜ＡＤ_Ｎに供給し、Ａ/Ｄ変換器ＡＤ_１〜ＡＤ_Ｎは検波信号ｅ_１〜ｅ_ＮをＡ/Ｄ変換して検波データｘ_１〜ｘ_ＮをＣＰＵ１２に供給する。ＣＰＵ１２は第一実施例と同様の処理を行う。

本実施例は、導波路上に検波部Ｋ_１〜Ｋ_Ｎを置いたもので、第一の実施例と同様の効果が得られる。

しかし、一般にはこのような正確な設定は困難であるので、十分な数のＮ個所（Ｎ≧２）に検波部を設置し、それらＮ個の検波出力を用いれば物標の存在の判定がより確実になる。

次に、本発明の物標検知システム８００の一実施例を、図７〜図１０を参照して説明する。

[第三実施例]
図８は本発明の物標検知システム８００の第三実施例の構成を示したものである。

本実施例の物標検知システム８００は、適当な間隔で配置された第１及び第２の物標検知装置１００Ａ，１００Ｂと、第１及び第２の物標検知装置１００Ａ，１００Ｂに接続された演算処理装置１５を備える。

なお、第１及び第２の物標検知装置１００Ａ，１００Ｂはともに図１の物標検知装置１００と同一の構成である。図８中の各部分の符号は、図１の各部分の符号の後ろに、第１の物標検知装置１００ＡについてはＡを、第２の物標検知装置１００ＢについてはＢを付加したものであり、それぞれが図１の物標検知装置１００の各部分と同じ部分であることを示す。

そして、演算処理装置１５は、後述の演算処理を行うプログラムに従って処理を実行する。

次に、本実施例の物標検知システム８００の物標検知手順を、図７に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図７に示すフローチャートは演算プログラムとして演算処理装置１５に記憶されている。

図１０に示す位相差Δθは、

とおけば、

から計算でき、
Δθ＝β（Ｒ_Ｂ−Ｒ_Ａ），β＝２π/λ_０（数式１９）
となる。ここで、Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂは第１及び第２の物標検知装置１００Ａ，１００Ｂから物標までの距離である。

物標の位置座標を（Ｘ，Ｙ）、第１の物標検知装置１００Ａの座標を（ｄ，０）、第２の物標検知装置１００Ｂの座標を（−ｄ，０）、原点から物標までの距離をＲ_０とし、ｄ≪Ｒ_０とすれば、

で表される。

したがって、（数式１９）は、

となる。

よって、Ｘの正負で方向が判定でき、Δθ＞０のとき物標は右側、Δθ＜０のとき物標は左側、Δθ＝０のとき物標は正面となる。

上記説明したように、本実施例によれば、２台の物標検知装置を配置し、それぞれの物標検知装置において検出した反射信号の信号ベクトルの位相差を求めるので、物標の有無だけでなく、その方向も検知することができる。

なお、本実施例では２台の物標検知装置を使用したが、３台以上の物標検知装置を使用して行うこともできる。

本発明の物標検知装置の第一実施例の構成を示す概略図である。図１に示した物標検知装置の送信アンテナと受信アンテナの配置を示す概略図である。図１に示した物標検知装置で物標の有無を判定する方法を説明するベクトル図である。図１に示した物標検知装置で物標の有無を判定する手順を示すフローチャートである。図１に示した物標検知装置において受信アンテナを１つで構成する場合の受信アンテナと電力分配器の構成を示す概略図である。本発明の物標検知装置の第二実施例の構成を示す概略図である。本発明の物標検知システムの第三実施例において物標の存在する方向を判別する手順を示すフローチャートである。本発明の物標検知システムの第三実施例の構成を示す概略図である。本発明の物標検知システムの第三実施例における第１及び第２の物標検知装置と物標の位置関係を示す図である。本発明の物標検知システムの第三実施例において第１及び第２の物標検知装置が検出した信号ベクトルとそれぞれのベクトルの位相差の関係を示す図である。

符号の説明

１マイクロ波発振器
２電力分配器
３１第１の方向性結合器
３２第２の方向性結合器
４電力結合器
５送信アンテナ
５１アンテナ
６物標
７１第１の受信アンテナ
７２第２の受信アンテナ
８１第１の検波器
８２第２の検波器
９１第１の増幅器
９２第２の増幅器
１０１第１のＡ/Ｄ変換器
１０２第２のＡ/Ｄ変換器
１２ＣＰＵ
１３電力分配器
１４受信アンテナ
１５演算処理装置
１００物標検知装置
６００物標検知装置
８００物標検知システム
Ｋ_１〜Ｋ_Ｎ検波部
Ｄ_１〜Ｄ_Ｎダイオード
ｒ_１〜ｒ_Ｎ負荷用抵抗
Ｆ_１〜Ｆ_Ｎ増幅器
ＡＤ_１〜ＡＤ_ＮＡ/Ｄ変換器
１００Ａ第１の物標検知装置
１００Ｂ第２の物標検知装置

Claims

マイクロ波信号を発生するマイクロ波発振器と、前記マイクロ波信号を送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信された前記マイクロ波信号が物標で反射された信号を受信し受信信号を出力する受信アンテナと、前記送信信号と前記受信信号を混合して検波信号を出力する検波手段と、前記検波信号をＡ/Ｄ変換して検波データを出力するＡ/Ｄ変換器と、前記検波データに基づき物標の存在の有無を判定する演算処理手段とを具備する物標検知装置を少なくとも２台配置した物標検知システムであって、
物標が存在しない状態で検出される検波データと物標が存在する状態で検出される検波データとの差を求めることにより得られる第１の信号ベクトル成分（ｘ）を出力する第１の物標検知装置と、
物標が存在しない状態で検出される検波データと物標が存在する状態で検出される検波データとの差を求めることにより得られる第２の信号ベクトル成分（ｙ）を出力する第２の物標検知装置と、
前記第１の信号ベクトル成分（ｘ）と前記第２の信号ベクトル成分（ｙ）との位相差を求め、この位相差に基づいて物標の方向を判定する演算処理装置と
を具備することを特徴とする物標検知システム。