説明

不審者探知システム

【課題】 警戒領域内に不審者が侵入したことを直ちに探知可能にする。
【解決手段】 所定周波数の電波を特定スポット(2ー1,……2ーn)に放射し、反射波を受信して受信信号の位相変化よりスポット内での物体の時間的変位信号を検出するセンサ(1ー1,……(1ーn)を複数配置して所定領域をカバーし、この領域に出入りする認可者の任意箇所にセンサから放射される電波を検出してID信号で変調して送信する認識用機器を取り付け、センサでスポット内の物体の時間的変位信号と、ID信号を検出し、変位信号と、ID信号の有無により不審者を弁別するようにしたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は認可された人物と不審者とを弁別し、不審者が警戒領域内に侵入したことを探知し、必要に応じて警報を発するシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、不審な行動をする、或いは不審な行動をした人物をチェックするために監視カメラを設置することが行われている。しかし、多数の人が出入りする場所において、監視カメラにより直ちに、かつ的確に不審者か否かを弁別するのは不可能に近い。そのため、多数の人が出入りする場所へ不審者が侵入するのをより確実に防止するために、出入りを許可した人に予めIDを付与しておき、ゲートに設置した読み取り装置でIDを無線式等で読み取り、正しいIDを持っているか否かをチェックするシステムが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、IDをチェックするシステムにおいては、人の出入りする場所を限定する必要があるが、このような限定が困難な場合も多く、単にゲートでチェックするだけではセキュリティ上十分ではない。また、必ずゲートを通ってチェックを受ける必要があるため、荷捌き場等のように業務内容によってはその遂行に支障をきたす可能性もある。毒物混入事件や縫い針の混入事件が後を絶たない昨今、不審者の侵入防止が困難であった荷捌き場等におけるこのような事件の発生を防止するセキュリティシステムの構築が求められている。
【0004】
本発明は上記課題を解決するためのもので、チェックゲート等を設ける必要がなく、警戒領域内に不審者が侵入するとこれを直ちに探知できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、高周波信号の電波を特定スポットに放射し、反射波を受信して高周波信号の位相変化よりスポット内での物体の動きを検出するマイクロ波センサを配置し、特定スポットにより所定領域をカバーし、マイクロ波センサの信号を取り込んでデータ処理する処理装置と、前記所定領域に出入りする認可者の任意箇所に取り付けられ、前記マイクロ波センサより放射される電波を検出し、検出した電波をID信号で変調して認可者認識用信号として送信する認識用機器とを備え、前記マイクロ波センサでスポット内の物体の動きと、認可者認識用のID信号を検出するようにしたシステムであって、前記処理装置は、マイクロ波センサにより物体の動きが検出されず、かつID信号が検出されたとき、認識用機器忘れであると判別することを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、簡便な機器によって認可された人物と不審者を弁別し、不審者が警戒スポットに侵入したことを直ちに探知することが可能で、センサの設置位置を意図的侵入者に見破られるおそれもなく、しかも認識用機器忘れも判別できるので荷捌き場等の多数の人が出入りするような場所における不審者の侵入防止に多大な効果を発揮することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明における警戒スポットを説明する図で、図1(a)は3次元的に見た図、図1(b)は警戒スポットの平面図、図2は不審者か否かを弁別するための認可者用帽子を説明する図である。
図1(a)において、センサ1ー1〜1ーnはマイクロ波センサ(詳細は後述)であり、図1(b)に示す警戒スポット2ー1〜2ーnをカバーするようにそれぞれアンテナから電波を放射し、その反射波を受信して、反射波の位相の変位から警戒スポット内における人や小動物の動き(変位)を検出するとともに、認識用の信号が検出されたか否かにより認可者か非認可者かの弁別を行う。センサとしては、可視光や赤外線センサはその性格上どうしても受光部や発光部が露出していなければならず、意図的侵入者に見破られるおそれがある。これに対して電波を用いるマイクロ波センサは、表面を誘電体で覆うことが可能であり、センサがどこにあるかを秘匿することができる。マイクロ波センサは、例えば天井、壁等適宜の位置に設置し、警戒スポットは多少相互に離れるようにしても、一部領域が重なるようにしてもよく、センサ数は警戒必要範囲に応じて任意に設定でき、警戒の必要のない部分にはセンサを配置しなければ設備費の節約をすることができる。なお、マイクロ波センサで使用する電波は、電波法で許される範囲(例えば30MHz以上)を使用し、携帯電話より遙に小さい出力で可能であり、電磁波ノイズ、健康への影響はない。
【0008】
図2において、認可者用帽子3には認識用機器4が取り付けられており、センサから送信される検出用電波5を検出し、認可者に割り当てられたIDの情報、例えばM系列符号で変調して(或いは周波数割り当ての変調、振幅変調も可能)、認識用電波6として送信する。認識用機器4は検出した電波を増幅して反射波として送信し直すアクティブリフレクタであり、キャリアとして検出用電波を使用するためキャリア発振器は不要であるが、変調と増幅のための電源、例えば小型のリチウム電池を内蔵し、また、電波の送受信のためのアンテナとして、例えば平面アンテナを使用する。なお、ここでは認識用機器4を認可者用帽子に取り付けるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、制服の一部(ベルトやポケット等)、手袋、靴等適宜作業の邪魔にならない箇所に取り付けるようにしてもよい。
【0009】
図3は本発明の不審者探知システムの概念図である。
センサ1ー1〜1ーnで検出した信号は、信号処理装置(CPU)10に取り込まれ、ここで人や小動物の動きの情報と、認識用電波のID情報とから不審者か否かを判別し、結果を表示器11、警報器12へ出力し、またホストコンピュータ13へ転送する。例えば、荷捌き場等では多数の人が動いており、警戒スポット内にいる人や小動物の動きが各センサで検出され、同時に認識用電波のID情報が取り込まれる。信号処理装置10には、例えば、動きの検出フラグF1(動きが検出されたとき「1」、それ以外は「0」)と、ID情報検出フラグF2(正しいID情報が検出されたとき「1」、それ以外は「0」)が設定されており、フラグF1及びフラグF2ともに「1」のときは認可者、フラグF1が「1」、フラグF2が「0」のときは不審者(あるいは小動物)、フラグF1が「0」、フラグF2が「1」のときは認可者用帽子が放置されていると判別する。信号処理装置10は事務室等に置かれた制御盤等であり、ホストコンピュータ13で集中管理する。勿論、信号処理装置10自体をホストコンピュータコンピュータとして集中管理を行うようにしてもよい。
【0010】
次に、マイクロ波センサについて説明する。
図4はセンサを構成するヘテロダイン方式の送信器と受信器の回路構造の一例を示すブロック図である。
送信器20において、高周波(中間周波数)発生器21の出力は、分配/合成器22、増幅器23を経てミクサ24において局部発振器38の出力と混合されて周波数変換され、増幅器25、分配/合成器26、増幅器27を経て、送信用同軸ケーブル28に供給されてアンテナ(図示せず)から検出用電波5として放射され、警戒スポットを形成する。警戒スポットからの反射波と認識用電波6は受信器30で受信される。受信用同軸ケーブル37上の受信信号は、増幅器31、減算器32、増幅器33を経てミクサ34で局部発振器38の出力と混合されて中間周波数に変換され、増幅器35を経て検波器36に供給され、位相が90°異なる1対の検波出力E1 及びE2 に変換される。送信器内の分配/合成器26の分岐出力ep は、不要反射波相殺信号発生器39に供給され、この発生器39の出力eq は受信器内の減算器32に供給される。送信器内の分配/合成器22の分岐出力ec は、検波器36に供給される。
【0011】
図5は検波器の内部構成を示す図である。
受信器30の増幅器35からの信号er は2分されて、一方は乗算器361に被乗数信号として供給され、他方は乗算器362に被乗数信号として供給される。また、送信器内の分配/合成器22の分岐出力ec も2分されて、一方はそのまま乗算器361に乗数信号ec として供給され、他方は90°移相器363を経て乗算器362に乗数信号es として供給される。乗算器361、362で同期検波された出力は、それぞれ低域フィルタ364、365を通って、直交成分検波出力E1 及びE2 となる。
【0012】
図6は不要反射波相殺信号発生器の内部構成を示す図である。
送信器内の分配/合成器26の分岐出力ep は、可変移相器391と可変減衰器392により、それぞれ位相と振幅が調節されて、不要反射波相殺信号eq となる。
【0013】
ここで、図4〜図6に示された回路、特に受信器の動作を説明する。
一般に、送信信号eT と受信信号eR は、
T =aT cosω0 t (1)
R =aR cosω0 (t−τ) (2)
T 、aR :定数
ω0 :角周波数=2πf0
0 は例えば1200MHz
t:時間
τ=2R/V
R:反射体までの距離
V:電波の速度
の式で表わすことができる。
【0014】
説明を簡明にするため、減算器32は無いと仮定すると、中間周波数に変換されて検波器36に入力される受信信号er は、
r =ar cosω(t−τ) (3)
ω:周波数変換後の中間角周波数=2πf
fは例えぱ10MHz
の式で表わすことができる。
【0015】
他方、分配/合成器22により分岐された送信信号の一部ec は、
c =ac cosωt (4)
と表わすことができる。乗算器361によりec とer を乗算すると、
c ×er =am cosωtcosω(t−τ)
=(1/2) am {cosω(2t−τ)+cosωτ} (5)
m =ar ×ac
また、ec を90°移相した信号es とer とを乗算器362により乗算すると、
s ×er =(1/2) am {sinω(2t−τ)+sinωτ} (6)
(5)式及び(6)式において、右辺を展開したときの第1項は、放射電波の2倍の周波数を持つが、第2項におけるωτは、反射体が静止物体の場合は一定であり、運動体の場合でも、その変化の周波数は第1項に比して極めて低い。したがって、これら乗算器の出力をそれぞれ低域フィルタ364及び365を通すと、(5)式及び(6)式の右辺第1項に対応する成分が除去されて、検波出力E1 及びE2 は、
1 =(1/2)am cosωτ (7)
2 =(1/2)am sinωτ (8)
となる。
【0016】
以上の説明は任意の一つの反射波についてのものであり、したがって、探知対象である運動体、例えば生体からの反射波の位相(電波が往復に要する時間)をτ0 とし、それ以外の障害物、すなわち静止物からの反射波の位相をτn で代表すれば、検波出力E1 及びE2 は、
1 =(1/2)am cosωτ0 +(1/2)am ′cosωτn (9)
2 =(1/2)am sinωτ0 +(1/2)am ′sinωτn (10)
となるはずである。
【0017】
上記2式の右辺第2項は、探知対象とは無関係な、いわばノイズである。ところが、通常、am ′はam よりも著しく大きいため、このままでは、第1項、すなわち探知対象に対応する信号がノイズの中に埋もれてしまい、十分な感度が得られない。そこで、減算器52及び不要反射波相殺信号発生器39(図4)が設けられる。分配/合成器26の分岐出力ep の位相と振幅を、可変移相器391と可変減衰器392(図6)により、増幅器31からの受信信号の主要成分のそれらとほほ等しくなるように調整し、それを減算器32に供給して、増幅器31からの受信信号から差し引く。実際には、減算器32の出力をレベルメータなどで監視しながら、それが最小となるように、可変移相器391と可変減衰器392を調節すればよい。これにより、(9)式と(10)式の右辺第2項の振幅を第1項に対する後述の検知処理に支障がない程度に小さくすることができる。
【0018】
ところで、探知対象である運動体とアンテナの間の距離は、運動体の動き、例えば、生体の呼吸、心拍、身体各部の動きなどに応じて、僅かであるが変動し、それに起因して、対象物からの反射波の位相τ0 が変動する。したがって、(9)式及び/又は(10)式の変化分を調べれば、探知対象である運動体を検知することができる。探知対象までの距離の平均値をR0 で表わし、変動分をrで表わせば、
ωτ0 =ω・2(R0 +r)/V
=(2ω/V)R0 +(2ω/V)r
ここで、2ω/VとR0 は一定であるから、(2ω/V)R0 =A、2ω/V=Bと置けば、(9)式と(10)式は次のように書き替えられる。ただし、前述のようにして低減された不要反射波信号の残りを△E1 と△E2 で表わすと、 E1 =(1/2)am cos(A+Br)+△E1
2 =(1/2)am sin(A+Br)+△E2
となる。
【0019】
しかるに、R0 は数m程度であるのに対して、rはせいぜい数cm程度であるから、|A|≫|Br|であり、したがって、次の近似式
1 ≒(1/2)am {cosA−BrsinA}+△E1 (11)
2 =(1/2)am {sinA+BrcosA}+△E2 (12)
が成り立つ。
【0020】
これら2式の右辺を展開したときの第1項と第3項は一定、すなわち直流成分であるから、高域フィルタによって除去することができ、それにより、第2項が示す反射波信号の変化分、すなわち探知対象である運動体の動きを検知することができる。ここで、90度位相が異なる検波出力E1 及びE2 を発生させる理由について説明すると、変化量rの係数であるsinAとcosAにおいて、Aすなわち(2ω/V)R0 がπの整数倍に近い時には、sinA≒0となるので、E1 による検知は不可能になるが、|cosA|≒1となるので、E2 による検知の感度は最大となり、また、Aがπ/2の整数倍に近いときには、cosA≒0となるので、E2 による検知は不可能となるが、|sinA|≒1となるので、E1 による検知の感度は最大となる。したがって、Aの値の如何にかかわらず、検出不能という事態を避けることができるのである。
【0021】
図7は検波出力E1 及びE2 から運動体を検知するための回路の一例を示す図である。
高域フィルタ40及び41は検波出力E1 及びE2 からそれぞれ直流成分を除去し、その結果、(11)式及び(12)式の右辺第2項に対応する信号のみが増幅器42及び43で増幅される。増幅された出力は、それぞれA/D変換器44及び45でティジタル信号に変換されてから、算術演算回路46に供給されて、式(11)及び(12)の右辺第2項(変化分)の2乗の和が算出され、その結果を高速フーリェ変換器47がスペクトル解析して、得られたパワースペクトルから変位rに対応した信号が得られる。
【0022】
次に、認可者の弁別について説明する。
図8は認可者用帽子に設けられた認識用機器の回路構成を示す図である。受信アンテナ52で受信された検出用電波は増幅器53で増幅され、ミクサ51でROM50に記憶されたID信号と乗算され、増幅器54を経てアンテナ55から認識用電波として放射される。いま、増幅器53、54のゲインをG1 、G2 、ID信号をm(t)で表し、マイクロ波センサから放射される電波が(1)式に示されるように、角周波数ω0 であるとき、認識用機器から反射されてマイクロ波センサで受信される認識用電波eD は、
D =kG1G2m(t−τ/2)cosω0 (t−τ−τ′) (13)
で表される。ここでτ′はシステム時間遅れである。そして、センサ内で中間周波数ωに変換されるとすると、検波器36(図4)の出力のcos成分のみに着目すると、
c ×eD
=k′G1G2m(t−τ/2)cosωtcosω(t−τ−τ′)(14)
となり、低域フィルタ364または365の出力E3 は、
3 =(k′G1 2 /2)m(t−τ/2)cosω(τ+τ′)(15)
となる。(k′G1 2 /2)、cosω(τ+τ′)は一定とみなせるので、ID信号m(t−τ/2)に応じた信号が得られる。一方、IDを持たない人の信号の場合の出力E4 は(15)式において m(t−τ/2)=1に相当し、 E4 =(k′G1 2 /2)cosω(τ+τ′) (16)
と表され、(11)、(12)式の場合と同様、低域フィルタを通すことにより変位信号が得られるだけである。こうして、認可者か否かを弁別することができる。
【0023】
図9は認識用機器における他の変調方式を説明する図である。
この例は、ROM50に記憶されているIDのデータにより、増幅器56のゲインを変えて検出用電波を変調するものである。認可者の弁別は図8の場合と同様である。
【0024】
図10はホモダイン検波を用いて変位検出、認可者の弁別を行う回路構成を示す図である。図4においてはマイクロ波センサにヘテロダイン方式を用いたが、本発明はホモダイン方式を用いてもよい。なお、便宜上、周波数変換部分は省略して説明する。
高周波発振器61の出力を増幅器62で増幅して、アンテナ64から電波を放射し、アンテナ65で反射波を受信する。増幅器66で増幅した信号と、方向性結合器63からの信号を、互いに導波路上λ/8ずれた位置、すなわち90°位相のずれた位置でそれぞれダイオードDにより混合・検波し、それぞれCRからなる低域フィルタよりE1 、E2 を出力する。この出力は、図4における出力に該当し、この回路を用いても同様に変位信号、認可者弁別信号を得ることが可能である。
【0025】
なお、本願発明は上記の例に限定されるものではなく、いろいろな変形が可能である。例えば、送信波に模擬ID信号を重畳し、模擬ID信号が受信信号から解読できるか否かによりセンサの動作チェックを行うことができる。また、IDを持つ人の居場所がスポット単位で分かり、その人の移動情報を記録することもできる。また、変位信号がなく、ID信号のみ得られる場合は、認可者用帽子忘れ対策に使用できる。また、ホストコンピュータと通信することにより、必要な時、必要な場所の人の有無情報を得ることができ、また、監視カメラと連動することにより、異常発生時、直ちに現場を監視することが可能である。さらに、マイクロ波センサとは別に認可者識別用のセンサを各マイクロ波センサに設けるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0026】
本発明によれば、荷捌き場等の多数の人が出入りするような場所における不審者の侵入防止に多大な効果を発揮できるので、産業上の利用可能性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明における警戒スポットを説明する図である。
【図2】不審者か否かを弁別するための認可者用帽子を説明する図である。
【図3】本発明の不審者探知システムの概念図である。
【図4】ヘテロダイン方式の送信器と受信器の回路構造の一例を示すブロック図である。
【図5】検波器の内部構成を示す図である。
【図6】不要反射波相殺信号発生器の内部構成を示す図である。
【図7】検波出力及びから運動体を検知する回路の一例を示す図である。
【図8】認可者用帽子に設けられた認識用機器の回路構成を示す図である。
【図9】認識用機器における他の変調方式を説明する図である。
【図10】ホモダイン検波方式を用いた回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【0028】
1ー1〜1ーn…マイクロ波センサ、2ー1〜2ーn…警戒スポット、10…信号処理装置、11…表示器、12…警報器、13…ホストコンピュータ、20…送信器、21…高周波発生器、22,26…分配/合成器、24,34…ミクサ、23,25,27,31,33,35…増幅器、28…送信用同軸ケーブル、30…受信器、32…減算器32、36…検波器、37…受信用同軸ケーブル、38…局部発振器、39…不要反射波相殺信号発生器39、361,362…乗算器、364、365…低域フィルタ、391…可変移相器、392…可変減衰器392、40,41…高域フィルタ、42,43…増幅器、44,45…A/D変換器、46…算術演算回路、47…高速フーリェ変換器、50…ROM、51…ミクサ、52…受信アンテナ、53,54,56…増幅器、55…アンテナ、61…高周波発振器、62,66…増幅器、63…方向性結合器、64,65…アンテナ。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
高周波信号の電波を特定スポットに放射し、反射波を受信して高周波信号の位相変化よりスポット内での物体の動きを検出するマイクロ波センサを配置し、特定スポットにより所定領域をカバーし、マイクロ波センサの信号を取り込んでデータ処理する処理装置と、
前記所定領域に出入りする認可者の任意箇所に取り付けられ、前記マイクロ波センサより放射される電波を検出し、検出した電波をID信号で変調して認可者認識用信号として送信する認識用機器とを備え、
前記マイクロ波センサでスポット内の物体の動きと、認可者認識用のID信号を検出するようにしたシステムであって、
前記処理装置は、マイクロ波センサにより物体の動きが検出されず、かつID信号が検出されたとき、認識用機器忘れであると判別することを特徴とする不審者探知システム。
【請求項2】
前記処理装置は、マイクロ波センサにより物体の動きを検出し、かつID信号が検出されたとき、認可者であると判別することを特徴とする請求項1記載の不審者探知システム。
【請求項3】
前記処理装置は、マイクロ波センサにより物体の動きを検出し、かつID信号が検出されなかったとき、不審者であると判別することを特徴とする請求項1記載の不審者探知システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2006−294062(P2006−294062A)
【公開日】平成18年10月26日(2006.10.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−195167(P2006−195167)
【出願日】平成18年7月18日(2006.7.18)
【分割の表示】特願平11−185187の分割
【原出願日】平成11年6月30日(1999.6.30)
【出願人】(596013718)株式会社菱食 (5)
【出願人】(594017134)大和電機工業株式会社 (3)
【出願人】(593062175)株式会社タウ技研 (4)
【Fターム(参考)】