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明細書 :物標検知システム

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第5470571号 (P5470571)
公開番号 特開2006-119129 (P2006-119129A)
登録日 平成26年2月14日(2014.2.14)
発行日 平成26年4月16日(2014.4.16)
公開日 平成18年5月11日(2006.5.11)
発明の名称または考案の名称 物標検知システム
国際特許分類 G01S  13/04        (2006.01)
FI G01S 13/04
請求項の数または発明の数 1
全頁数 14
出願番号 特願2005-276587 (P2005-276587)
出願日 平成17年9月22日(2005.9.22)
優先権出願番号 2004274866
優先日 平成16年9月22日(2004.9.22)
優先権主張国 日本国(JP)
審査請求日 平成20年8月7日(2008.8.7)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】504133110
【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学
発明者または考案者 【氏名】荒井 郁男
個別代理人の代理人 【識別番号】100083806、【弁理士】、【氏名又は名称】三好 秀和
【識別番号】100101247、【弁理士】、【氏名又は名称】高橋 俊一
【識別番号】100120455、【弁理士】、【氏名又は名称】勝 治人
審査官 【審査官】山下 雅人
参考文献・文献 特開2004-138402(JP,A)
特開2003-114273(JP,A)
特表2003-522951(JP,A)
特開平05-002690(JP,A)
特開平04-319683(JP,A)
特開平05-087914(JP,A)
調査した分野 G01S 7/00- 7/42
G01S13/00-13/95
特許請求の範囲 【請求項1】
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。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。

【特許文献1】特開2004-102860号公報
【特許文献2】特開2001-222791号公報
【特許文献3】特許第2587746号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【課題を解決するための手段】
【0011】
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。
【発明の効果】
【0014】
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。
【0015】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
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。
【0017】
[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。
【0018】
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と第2の分配信号vとに分配する電力分配器2と、第1の分配信号vを第1の基準信号uと第1の送信信号zとに分ける第1の方向性結合器31と、第2の分配信号vを第2の基準信号uと第2の送信信号zとに分ける第2の方向性結合器32と、第1の送信信号zと第2の送信信号z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を出力する第2の受信アンテナ72と、第1の基準信号uと第1の受信信号w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と第2の受信信号w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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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と第2の分配信号vとに分配し、第1の分配信号v,第2の分配信号v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を第1の基準信号uと第1の送信信号zとに分け、第1の送信信号z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を第2の基準信号uと第2の送信信号zとに分け、第2の送信信号z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と第2の送信信号z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。
【0022】
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,wを出力する。第1の検波器81には第1の基準信号uと第1の受信信号w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と第2の受信信号w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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
JP0005470571B2_000002t.gif 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。
【0026】
第1及び第2の検波データx,yは、
x=b+acos(2βR+θ) (数式1)
y=b+acos(2βR+θ) (数式2)
と表される。ここで、b,b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、λは周波数fの波長であり、f=24GHzのときλ=1.25cmである。
【0027】
また、位相θ,θは第1及び第2の受信信号w,wが第1及び第2の検波器81,82に至るまでに長さl,lの導波路を通過するときに受ける位相変化であり、
θ=β (数式3)
θ=β (数式4)
である。ここで、β=2π/λ、λは導波路上の波長である。
【0028】
いまl,lによる位相量として例えば、
【数1】
JP0005470571B2_000003t.gif

【0029】
に選べば、
x=b+acos2βR (数式6)
y=b+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、
【数2】
JP0005470571B2_000004t.gif

【0030】
である。
JP0005470571B2_000005t.gif
【0031】
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。
【0032】
すなわち、
【数3】
JP0005470571B2_000006t.gif

【0033】
であれば車や人などの物標6が存在していると判定し、
【数4】
JP0005470571B2_000007t.gif

【0034】
であれば物標6は存在しないと判定する。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
[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。
【0038】
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~Kと、検波部K~Kにそれぞれ接続されたN個の増幅器F~Fと、増幅器F~Fにそれぞれ接続されたN個のA/D変換器AD~ADと、CPU12とを備える。
【0039】
なお、検波部K~KはダイオードD~Dと、ダイオードD~D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~rとから構成される。
【0040】
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と同時に基準信号el1~elNとして働く。
【0041】
そして、アンテナ51は、物標6に対して送信信号eを照射し、また、送信信号e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を出力する。
【0042】
検波部K~Kには基準信号el1~elNと受信信号er1~erNが入力されて検波信号e~eが出力される。
【0043】
その後、増幅器F~Fは検波信号e~eを増幅してA/D変換器AD~ADに供給し、A/D変換器AD~ADは検波信号e~eをA/D変換して検波データx~xをCPU12に供給する。CPU12は第一実施例と同様の処理を行う。
JP0005470571B2_000008t.gif【数5】
JP0005470571B2_000009t.gif

【0044】
本実施例は、導波路上に検波部K~Kを置いたもので、第一の実施例と同様の効果が得られる。
JP0005470571B2_000010t.gif
【0045】
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。
【数6】
JP0005470571B2_000011t.gif

【0046】
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。
【0047】
[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。
【0048】
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。
【0049】
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。
JP0005470571B2_000012t.gif
【0050】
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。
【0051】
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。
JP0005470571B2_000013t.gif
【0052】
図10に示す位相差Δθは、
【数7】
JP0005470571B2_000014t.gif

【0053】
とおけば、
【数8】
JP0005470571B2_000015t.gif

【0054】
から計算でき、
Δθ=β(R-R),β=2π/λ (数式19)
となる。ここで、R,R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。
【0055】
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とし、d≪Rとすれば、
【数9】
JP0005470571B2_000016t.gif
【数10】
JP0005470571B2_000017t.gif
【数11】
JP0005470571B2_000018t.gif

【0056】
で表される。
【0057】
したがって、(数式19)は、
【数12】
JP0005470571B2_000019t.gif

【0058】
となる。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1】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2】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3】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4】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5】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。
【図6】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。
【図7】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。
【図8】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。
【図9】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。
【図10】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】
【0063】
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
12 CPU
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 検波部
~D ダイオード
~r 負荷用抵抗
~F 増幅器
AD~AD A/D変換器
100A 第1の物標検知装置
100B 第2の物標検知装置
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図9】
8
【図10】
9