動体検知装置及び動体検知方法
【課題】電磁波信号源の種別や変調方式、周波数等にかかわらず、信号源の放射電界強度が時間変動するような場合であっても、安定した確度の高い動体検知を可能とする。
【解決手段】電磁波センサ１−１は、アンテナ１−２によって受信した特定の発信源からの電磁波の電界強度を、そのレベルに応じた電気信号に変換する。２つの電磁波センサ１−１からの電気信号は、それぞれ信号線１−３を介して信号処理回路１−４に入力する。信号処理回路１−４は、これら２つの電磁波センサ１−１からの信号を受け、それらの値の比を逐次計算し、結果を判定回路１−５に出力する。判定回路１−５では、値の変動を常時モニタし、その変動の大きさが一定のしきい値を超えた場合などに、ランプ、ブザーなどの警報を発出したり、その接続するネットワーク上に警報信号を転送する。
【解決手段】電磁波センサ１−１は、アンテナ１−２によって受信した特定の発信源からの電磁波の電界強度を、そのレベルに応じた電気信号に変換する。２つの電磁波センサ１−１からの電気信号は、それぞれ信号線１−３を介して信号処理回路１−４に入力する。信号処理回路１−４は、これら２つの電磁波センサ１−１からの信号を受け、それらの値の比を逐次計算し、結果を判定回路１−５に出力する。判定回路１−５では、値の変動を常時モニタし、その変動の大きさが一定のしきい値を超えた場合などに、ランプ、ブザーなどの警報を発出したり、その接続するネットワーク上に警報信号を転送する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を利用して室内の人や物体の動きを検知する動体検知装置及び動体検知方法に関するものであり、使用する電磁波源の変調方式や伝播環境等による強度変動に左右されない技術を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、住宅やオフィス等の屋内への侵入犯罪の増加に伴い、宅内への侵入や室内での人の動きを検知する人感センサの需要が高まっている。このような人感センサの従来技術には、赤外線を用いたセンサや、モニタ画像を用いた検知技術、電磁波を用いた検知技術などが存在する。
【０００３】
赤外線センサには、赤外線の送受信経路に人や動く物体が入った場合の受信強度の変化を検知するものや、人が発する熱による赤外線を直接感知するものがある。前者の赤外線センサは、送受信機間の限られた範囲しか検知が出来ないため、広範囲の検知を行うためには多数の送受信機を設置する必要がある。また、後者の赤外線センサは、熱による感知であるため、周囲の温度条件により感度が変動し、高温下では誤動作する可能性が高い。
【０００４】
モニタ画像による検知技術は、一般にテレビカメラが撮影した画像をもとに、その画面上での動体の検知を行なうものである。例えば、現画像フレームと前画像フレームの差分を解析し、その差分値の変化から、人などの移動物体を検知することができる。画像センサは、テレビカメラ等の機器を用いるため設備コストが高く、また屋内を継続的に撮影するような場合には、プライバシーにかかわる場所での画像撮影に心理的な抵抗感を持たれることが多い。また、赤外線を用いる場合と同じく、死角となる場所では全く動作の検知ができないため、広範囲で死角を無くすためには異なる位置から多数のカメラで監視を行う必要がある。
【０００５】
電磁波を利用した検知技術には、電磁波を発生する手段と受信手段とを組み合わせて用いるアクティブ型のセンサ技術と、電磁波源としては既存の電磁波を用いるパッシブ型のセンサ技術がある。アクティブ型のセンサは主にレーダの原理を利用し、送信装置から放射した特定の波長、振幅の電磁波が、周囲の物体で反射されて戻ってくる状態を受信装置でモニタし、その状態の変化により人や動体を検知するものである。アクティブ型センサは、検知感度が高く、ドップラー効果を利用したＦＭ−ＣＷレーザなどでは動体の移動速度を検知することも可能であるが、特別な電磁波の送信装置が必要となり、周囲の電子機器等に妨害を与えないような配慮が必要となる。
【０００６】
一方のパッシブ型センサは、テレビ、ラジオなどの放送波や、携帯電話基地局、無線ＬＡＮのアクセスポイント（親機）の発する電磁波など、環境に存在する既存の電磁波を利用するものである。
【０００７】
特定の電磁波源からの信号を室内で受信する場合、その電磁波は複数の経路を通って受信アンテナに到達する。受信時の電界強度は、これらの複数の電磁波が干渉（マルチパス干渉）した結果として定まる値となる。受信機のある室内の物理的な状態が時間的に全く変化していなければ、この受信電界強度は一定である。一方、室内で人などの電磁波を反射、吸収する物体が動いている場合、マルチパス干渉の状態が変化し、受信電界強度が変動して、室内に動体があることが検知される（特許文献１、特許文献２、特許文献３、非特許文献１）。
【０００８】
パッシブ型センサは、既存の電磁波を用いて簡易な装置で人感検知ができ、また電磁波の回折性により見通し外の部分まで検知が可能であるため、赤外線センサ等と比べて広い検知範囲を有する。また、検知感度が環境の温度に依存せず、室温と全く同温の物体の動きも感知が可能である。一方で、既存の電磁波を利用し、その振幅変動により動体の検知を行う仕組みであるため、電磁波信号源としてはＦＭ変調波などの振幅変調成分の無い信号を用いる必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−１９５５７３号公報
【特許文献２】特開平７−１４１５７７号公報
【特許文献３】特開２００８−２８２３４７号公報
【特許文献４】特開平９−２７４０７７号公報
【特許文献５】特開２００９−２２９３１８号公報
【特許文献６】特開昭５９−２４３９６号公報
【特許文献７】特開平５−１６６０７４号公報
【特許文献８】特開平７−１１５３８４号公報
【特許文献９】特開平９−１８００７０号公報
【特許文献１０】特開平１１−３０８１６２号公報
【特許文献１１】特開２００５−３３８９６７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】平澤， 鈴木， 馬杉， 秋山， “無線ＬＡＮ ビーコン信号を用いた侵入者検知方法に関する検討”、信学技報、ＵＳＮ２００９−２５、Ｖｏｌ． １０９、Ｎｏ １３１、ｐｐ． １５３−１５６、Ｊｕｌｙ ２００９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、電磁波を用いたパッシブ型の人感センサは、既存の電磁波を信号源としてその受信強度の変動で動体を検知することを基本としているため、振幅変調成分のある信号をそのまま用いることが出来ないという問題点があった（特許文献１、特許文献３）。
【００１２】
一方、無線ＬＡＮのアクセスポイントなど、あらかじめ通信に使用していたり、無線伝送方式がはっきりしていて、変調方式などが把握できている電磁波送信源については、通信時の符号誤り率の定常時からの変動を利用して侵入者の検知を行う方法（特許文献２）や、スペクトル拡散方式を使用して、あらかじめ分かっている拡散符号との相関ピーク信号の状態変化を利用して侵入者の検知を行う方法（特許文献４）が考案されている。しかしながら、これらはいずれも素性が把握できている既知の信号源を使用する必要があり、適用できる電磁波信号源が限定されるという問題点があった。
【００１３】
また、例えば無線ＬＡＮの制御信号であるビーコン信号など、あらかじめ分かっている特定の時間に同振幅が繰り返される信号を用いて、受信後に信号処理を行うことによって検知する方法（特許文献５）が考案されているが、このような適当な制御信号等が存在しない電磁波信号源もあり、やはり一般的な解決方法にはならないという問題点があった。
【００１４】
なお、変調方式などの信号源の素性があらかじめ把握できている場合には、あらかじめ人などの動体が存在しない状態で、電界強度の時間波形やその周波数スペクトル、マルチパスの伝達関数などを観測し、これを基準値として保存した後、これらの観測値がその基準値とある程度異なった場合に、それを人の侵入などとして検知する方法が考案されている（特許文献６〜特許文献１０）。
【００１５】
またこれとは逆に、人が侵入し動いている時の信号レベルの変動パターンを基準パターンとして記憶しておき、観測された変動パターンがこの基準パターンにある程度一致した時に、人の侵入として検知する方法もある。（特許文献１１）
これらの、あらかじめ基準値や基準パターンを記憶、保存しておき、観測データをこれと照らし合わせて判定する方法には、上述のように電磁波信号源が限定されることに加え、装置を設置したり移設する度毎にこれらの基準を記憶、保存するための初期化手続きが必要であり、設置、調整が複雑化するという問題点もあった。また、これらの基準情報を蓄積するデータメモリや、信号処理のための回路が必要となり、装置が大掛かりで高価なものになるという問題点もあった。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電磁波信号源の種別や変調方式、周波数等にかかわらず、信号源の放射電界強度が時間変動するような場合であっても、安定した確度の高い動体検知を可能とする動体検知装置及び動体検知方法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】
【００１７】
上記のような課題を解決するため、本発明の電磁波を用いた動体検知装置では、パッシブ型の電磁波センサを複数個用意し、それぞれのセンサを室内の異なる位置に設置する。
【００１８】
センサを２個使用する場合、それぞれのセンサで個別に受信した、特定の電磁波発信源から受信した電磁波の受信信号波形を一箇所の信号処理回路に集め、信号処理回路においてそれらの電圧や電流や電力の振幅の瞬時値の比を取って、その値を検出データとして出力する。
【００１９】
この検出データの時間変動を判定回路で解析し、変動が一定のレベルより大きいなど一定の条件を満たした場合に、室内に人などの動体がいると検知、判断する。
【００２０】
以下、本発明の動体検知装置の動作原理を説明する。
【００２１】
信号源からそれぞれの電磁波センサに到る信号の経路（マルチパス）は２つのセンサで全く異なるため、マルチパス干渉状態はこれら２つのセンサで異なることとなる。信号源に振幅（強度）変調が掛かっている場合でも、室内に動く物体が存在しない場合には、これらのマルチパス干渉状態に時間変化がないため、２つのセンサの受信レベルはそれぞれ信号源の振幅（強度）に比例する。そのため、これらの受信レベルの比である検出データは時間的に変化せず、一定値を保つこととなる。
【００２２】
一方、室内に人などの動く物体が存在する場合、２つのセンサのマルチパス干渉はそれぞれ異なる変化をするため、センサ受信レベルの時間変動もこれら２つのセンサで異なることになる。従ってこれらの比である検出データには変動が生じ、この変動を検出することで動体の検知が可能となる。
【００２３】
以上のような手段によって、信号源に振幅変調成分が存在する場合でも、その変調に左右されることなく物体の動きの有無のみが検出できることとなり、電磁波信号源の種別や変調方式に制約を受けることのない動体検知装置が実現される。
【００２４】
また、上記の２個のセンサから信号処理回路に送られる信号の伝送遅延時間には多少の違いがある場合があり、信号源が高速に振幅変調されている場合にはこの遅延時間の違いにより、検知感度が低下する可能性がある。そのため、上記の２つのセンサの一方、もしくは両方と、信号処理回路との間に、伝送遅延時間を両者で一致させるための遅延調整回路を挿入することによって、より感度の良い動体検知が可能となる。
【００２５】
なお、３個以上の多数のセンサを設置する場合、これら多数のセンサ間の任意の２つのセンサとの間で、上記のような検出データを求め、それら複数の検出データを比較することで、より正確な動体検知が可能である。例えば、ある２つのセンサの組み合わせがたまたま似通ったマルチパス干渉状況である場合、検出感度が通常よりも低下する可能性があるが、この場合でも、マルチパス干渉状況の異なる他のセンサでの検出結果を併せて参照し、総合的に判定を行うことによって、検知の確度を高めることが可能である。
【００２６】
本発明においては、上記に述べた手段によって、電磁波信号源の種別や変調方式、周波数等にかかわらず、信号源の放射電界強度が時間変動するような場合であっても、安定した確度の高い動体検知が可能となる。また、複数個のセンサからの情報をリアルタイムに比較して検知、判定を行うため、簡単な回路構成で装置を実現でき、設置や移設の際にも特別な初期設定は不要となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の動体検知装置により、特定の電磁波発信源からの電磁波をモニタしそのマルチパス状態の変動を利用して移動物体の検知を行う動体検知装置において、電磁波発信源の変調方式や伝播環境の変化による強度変化にかかわらず、それらの影響を受けない安定した動体検知を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施例を説明する図
【図２】本発明の第１の実施例の説明を補足する図
【図３】本発明の第１の実施例の説明を補足する図
【図４】本発明の第１の実施例の説明を補足する図
【図５】本発明の第１の実施例の説明を補足する図
【図６】本発明の第２の実施例を説明する図
【図７】本発明の第３の実施例を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３０】
図１に、本発明の動体検知装置の第１の実施例の構成を示す。
【００３１】
図１に示す２つの電磁波センサ１−１は、電磁波を受信可能なアンテナ１−２を有し、信号線１−３によって信号処理回路１−４と接続される。信号処理回路１−４の出力は判定回路１−５に接続される。
【００３２】
電磁波センサ１−１は、アンテナ１−２によって受信した特定の発信源からの電磁波の電界強度を、そのレベルに応じた電気信号に変換するＡＭ検波・復調機能を有する。電磁波センサには必要に応じて、上記の特定の発信源の電磁波の占める周波数帯域のみを選択する同調回路や、信号レベルが小さい場合に増幅する信号増幅回路、またより選択度の高い受信機能を実現するためにヘテロダイン検波を行うための周波数変換回路や中間周波数フィルタ、中間周波数増幅回路等を組み込んでも良い。なお、上記電磁波センサ１−１の出力信号は電力、電圧、電流のいずれの形で信号を出力しても良い。
【００３３】
２つの電磁波センサ１−１でＡＭ検波・復調された電気信号は、それぞれ信号線１−３を介して信号処理回路１−４に入力する。信号処理回路１−４は、これら２つの電磁波センサ１−１からの信号を受け、それらの瞬時値の比を逐次計算し、結果を判定回路１−５に出力する。この計算においても、前述の電磁波センサ１−１の出力信号の出力形態（電力、電圧、電流）によらず、いずれの比を計算して出力しても良い。
【００３４】
判定回路１−５では、信号処理回路１−４から送られた値の変動を常時モニタし、その変動の大きさが一定のしきい値を超えた場合などに、ランプ、ブザーなどの警報を発出したり、その接続するネットワーク上に警報信号を転送するなど、異常の識別と警報発出を行う機能を有する。
【００３５】
次に、本発明に係る動体検知装置の第１の実施例の動作の仕組みを、図１、図２および図３を用いて説明する。図２および図３は、本発明に係る動体検知装置の第１の実施例の動作の仕組みを説明するための図である。
【００３６】
図２では、本発明に係る動体検知装置の第１の実施の一例として、電磁波の発信源２−６が、放送波や携帯電話の基地局から発出される電磁波など、対象となる部屋２−９の外部から到来する場合について示している。このとき発信源２−６からの電磁波は、図中２−７に実線で示したような複数の経路（マルチパス）を経て一方の電磁波センサ２−１のアンテナ２−２に到達し、それらが干渉した結果が電磁波センサ２−１で受信、復調される。マルチパスの経路２−７は、電磁波の発信源２−６、アンテナ２−２、および部屋２−９の壁や床、天井、家具などの電磁波反射体の位置関係によって決まるものであり、それらが何も変化しない場合には、マルチパス２−７の経路状態やアンテナ２−２の位置での干渉の状態は変化せずに一定の状態を保つ。従って、図２および図３に示すように、このときの電磁波の発信源２−６の送信出力の時間変化３−１をＥ（ｔ）とすると、電磁波センサ２−１の出力信号レベル３−２はαＥ（ｔ）（αは定数）と表すことが出来る。
【００３７】
もう一方の電磁波センサ２−１については、発信源２−６からの電磁波は図２に点線で示したような別のマルチパス経路２−８を経て電磁波センサ２−１で受信されるが、発信源２−６、アンテナ２−２、および部屋２−９の構成物などの位置関係が変わらなければ、マルチパス干渉状態は同様に変化せず、電磁波センサ２−１の出力信号レベル３−３はβＥ（ｔ）（βは定数）と表すことが出来る。
【００３８】
これら２つの電磁波センサ２−１からの出力信号は、信号処理回路２−４でその電圧比３−４が計算され、出力されることとなる。前述の例のように、それぞれの出力信号レベル３−２および３−３がそれぞれαＥ（ｔ）およびβＥ（ｔ）であれば、これらの比である信号処理回路２−４の出力３−４をＫ（ｔ）とすると、Ｋ（ｔ）＝α／β、となり、信号発信源２−６の送信出力Ｅ（ｔ）に依存しない一定値となる。
【００３９】
このように、発信源２−６、アンテナ２−２の位置や部屋２−９の壁、床、天井、構成物などの位置関係が変わらず、部屋２−９の中に人などの電磁波の状態を乱す移動物体がなければ、信号処理回路２−４の出力３−４（Ｋ（ｔ））は常に一定値を保つ。
【００４０】
これに対して、本発明に係る動体検知装置の第１の実施例で、部屋の中に人など電磁波の状態を乱す移動物体が動いている場合について、その動作の仕組みを図４および図５を用いて説明する。
【００４１】
図４は、本発明に係る動体検知装置の第１の実施例において、人など電磁波の状態を乱す移動物体４−１０が存在する場合の動作を示している。図中の２つの電磁波センサ４−２では、それぞれ別のマルチパス４−７、４−８を経由した電磁波が受信される。このとき、移動物体４−１０が部屋４−９の中で移動し、これらのマルチパス４−７、４−８の中の経路を移動物体４−１０が遮る場合が生じると、そのパスは遮断、吸収されたり、または反射や散乱により新たなマルチパスが作り出されることとなり、結果としてマルチパス４−７、４−８の状態は変化することとなる。
【００４２】
このとき、２つの電磁波センサ４−１が別の位置に設置されていると、それぞれのマルチパス４−７と４−８は異なる経路であるため、移動物体４−１０によるマルチパス状態の乱れ方も、一般にはマルチパス４−７とマルチパス４−８とで異なることとなる。従って、一方の電磁波センサ４−２の出力５−２をＥａ（ｔ）とすると、Ｅａ（ｔ）＝Ａ（ｔ）・Ｅ（ｔ）、（但しＥ（ｔ）は信号発信源４−６の送信出力）とあらわすことが出来、Ａ（ｔ）は時間変動する値となる。同様に、もう一方の電磁波センサ４−２の出力５−３をＥｂ（ｔ）とすると、Ｅｂ（ｔ）＝Ｂ（ｔ）・Ｅ（ｔ）、とあらわすことが出来、Ｂ（ｔ）もやはり時間に応じて変動するが、上述の通りこれは一般にＡ（ｔ）とは異なる変動を示すこととなる。
【００４３】
従って、これらの比を取った信号処理回路４−４の出力５−４（Ｋ（ｔ））は、Ｋ（ｔ）＝Ａ（ｔ）／Ｂ（ｔ）、となり、２つのマルチパス４−７と４−８に対する移動物体４−１０の影響の差異を反映した変動を示すこととなる。
【００４４】
以上のことから、部屋２−９の中に人などの電磁波の状態を乱す移動物体がなければ、信号処理回路２−４の出力３−４は一定値（α／β）で変動せず、移動物体４−１０が電磁波状態を乱すと、信号処理回路４−４の出力５−４は、その動きによって変動（Ａ（ｔ）／Ｂ（ｔ））することとなる。
【００４５】
信号処理回路２−４、４−４の出力の変動は、判定回路２−５、４−５によってモニタされ、これが一定値を保っていれば部屋の中の状態に変化は無く、この値が変動した場合には、人などの物体が部屋の中で動いていると判断できる。
【００４６】
このようにして、本発明の動体検知装置によって、ある部屋の中に人や物体が侵入したり、中で動いている状態を、簡易な装置で、電磁波の送信源の変調方式や時間変動に左右されずに、検知し警報発出することが可能となる。
【００４７】
なお、前述の実施例において、アンテナ１−２、２−２、４−２については、無指向性アンテナも指向性のあるアンテナも使用することが可能である。ただし、特定の部屋の中での不感地帯をなるべく減らすためには、なるべく指向性の無いアンテナを用いることが望ましい。
【００４８】
信号線１−３、２−３、４−３については、導電性の電線、ケーブルや光ケーブルなどの有線伝送方式を利用することができるが、同様の機能を赤外線通信インタフェースや、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信インタフェースなどの、無線伝送方式を用いて実現することも可能である。但し、無線伝送方式を用いる場合には、動体検知装置で検知に使用する送信源の周波数と異なる周波数の無線信号を用いるなどして、動体検知機能に悪影響を与えないように配慮することが必要である。
【００４９】
また、信号処理回路においては、電磁波センサからの２つの入力信号の比をとるにあたって、分母となる信号がある時点では０となる場合も想定され、その場合計算が不能となる。このような不具合を避けるため、例えば分母となる信号の瞬時値が０の場合、その計算は回避して、その１つ前の計算結果を再び出力するなどの工夫をすることで、常に安定した信号処理を継続することが出来る。
【００５０】
判定回路において信号処理回路の出力の変動をもとに人や物の侵入、動作を判定する方法としては、例えば変動の大きさが一定のしきい値を超えるかどうかで判定を行う方法や、一定期間変動をモニタし、その期間での変動の統計的な値、例えば平均値に対する分散値などを算出して、それが一定のしきい値を超えるかどうかで判定を行う方法、また、この時間変動をフーリエ変換するなどして周波数特性を求め、特定の周波数範囲内のスペクトルの値が一定のしきい値を超えるかどうかで判定を行う方法など、適用する部屋の環境や、検知する対象となる人、物などに応じて、様々な判定方法の中から適切な方法を採用することができる。
【００５１】
本発明の動体検知装置が使用する電磁波の送信源に関しては、単一の継続した電磁波発信源であれば、その変調方式や電波伝搬条件の変化による強度変動など左右されずに動作するため、様々な種類の送信源が適用可能である。例えば、ＴＶやラジオなどの放送波や、携帯電話、ＰＨＳ等の基地局からの無線信号、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＵＷＢ等のアクセスポイントからの無線信号、地下や不感地域などで各種無線・放送信号を再送信した信号、等が広く使用可能である。そのため、通常は特定の条件を備えた無線送信源を新たに導入する必要性は無いが、上記のような既存の電磁波発信源がないような特別な状況や、特に信頼性の高い動体検知を行いたい場合などについては、新たに必要な仕様の無線送信源を用意し、導入しても良い。
【００５２】
図６に、本発明に係る動体検知装置の第２の実施例の構成を示す。図６の動体検知装置は、電磁波センサ６−１と信号処理回路６−４との間に、遅延調整回路６−６を設けたことを特徴としている。
【００５３】
通常、本発明の動体検知装置において、前述の電磁波発信源から発出された電磁波が受信され、信号処理回路に到達するまでに要する伝送時間は、一方の電磁波センサを介する場合ともう一方の電磁波センサを介する場合でほぼ等しく、その差は前記の電磁波の周期に比べて無視できる場合が多い。ところが、電磁波の周波数が高い場合や、２つの電磁波センサに接続された信号線での伝送時間の差が大きい場合には、その電磁波の周期に比べて前記の伝送時間差が無視できない場合が生じる。この場合、この伝送時間差をΔｔとすると、前述の図２、図３の例のように部屋の中に移動物体のないときには、信号処理回路の出力３−４は、Ｋ（ｔ）＝αＥ（ｔ＋Δｔ）／βＥ（ｔ）、となり、また前述の図４、図５の例のように部屋の中に人、物などが移動しているときには、信号処理回路の出力５−４は、Ｋ（ｔ）＝Ａ（ｔ）・Ｅ（ｔ＋Δｔ）／（Ｂ（ｔ）・Ｅ（ｔ））、となるが、これらはいずれも信号発信源の送信出力Ｅ（ｔ）に依存するため、Ｅ（ｔ）が大きく変動するときにはその変動がＫ（ｔ）に影響し、誤検知の原因となる可能性がある。
【００５４】
このような不具合を防ぐため、図６に示したように、電磁波センサ６−１と信号処理回路６−４との間に、信号の伝送遅延量を調整する機能を持った遅延調整回路６−６を設けると、遅延量を適切に調整することによって、前記の到達時間差Δｔを無視できる程度に小さくすることができる。遅延調整回路６−６は全ての電磁波センサ６−１と信号処理回路６−４との間に入れても良いが、より遅延量の小さい側の電磁波センサ６−１の後段にのみ設置しても良い。
【００５５】
遅延調整回路６−６での遅延量の調整は、装置設置の際に手作業で調整しても良いし、例えば異動物体がない状態で前述の信号処理回路の出力６−４の出力が一定となるように、自動調整する機能を設けることもできる。これには例えば、遅延量を少しづつ増やしながら信号処理回路の出力６−４の変動量を一定期間モニタしておき、その結果を元に変動量が最も小さくなった場合の遅延量に最終的に調整するなどの方法が可能である。
【００５６】
以上のように、本発明の動体検知装置の第２の実施例においては、遅延調整回路を設けることにより、周波数が高い電磁波を用いた場合などでも前述の伝送時間差を生じず、信号発信源の送信出力に依存しない安定した検知が可能となる。
【００５７】
図７に、本発明に係る動体検知装置の第３の実施例の構成を示す。図７の動体検知装置は、３つ以上の複数の電磁波センサ７−１と、それに必要に応じて接続される遅延調整回路７−６を設け、それらのうちの特定の２つからの信号を受け取り、これらの信号レベル（瞬時値）の比を計算する１つ以上の信号処理回路７−４と、これら信号処理回路７−４からの出力を全て受け取り、移動物体の有無の判定や警報発出を行う判定回路７−５とを設けることを特徴としている。
【００５８】
信号処理回路７−４では、２つの電磁波センサ７−１（および遅延調整回路７−６）からの信号を受け取り比を取ることで、前述の動体検知装置の第１、第２および第３の実施例で説明したのと同様の原理で、これら２つの電磁波センサ７−１のマルチパスに対する移動物体の影響の差異をもとに、移動物体の有無を検知する。第３の実施例においては、３つ以上の電磁波センサ７−１のうち、特定の２つの電磁波センサ７−１の組み合わせで移動検知を行うことが出来るが、３つ以上の電磁波センサ７−１から２つを選ぶ組み合わせが異なる場合、一般に信号処理回路７−４の出力の変動の様子は異なるものとなる。
【００５９】
前述の第１、第２および第３の実施例で示したように、２つの電磁波センサを用いる場合には、２つのマルチパスの経路や、これらの経路に対する移動物体の影響がほぼ同じになる場合も、まれにではあるが考えられ、このときには移動物体の検知感度は低下する。しかしながら、この第３の実施例のように、３つ以上の電磁波センサ７−１を用いて、その中の２つによる検知を、異なる電磁波センサの組み合わせで２回以上同時に行うことによって、マルチパスの経路や状況のばらつきが大きくなり、前述のような理由で検知感度が低下する確率を非常に低くすることが出来る。
【００６０】
これに加えて、得られた複数の検知結果を、全て判定回路に入力して、総合的に判定を行うことで、より感度良く信頼性の高い移動体検知が可能となる。例えば、これらの入力変動を平均化することで、マルチパス条件による感度のばらつきを回避したり、最も大きな変動を記録した入力信号を採用することで検知感度を向上させたり、全ての入力信号のうちのいくつかの信号の変動がしきい値を超えたときにのみ、移動体を検知したと判定することによって検知の信頼性を上げ、誤検知を減らすなど、移動体検知の様々な性能を向上させることが出来る。
【００６１】
また、アンテナ７−２に強い指向性を持ったアンテナを用いて、あらかじめマルチパスの方向や部屋内での位置を限定させて置くことなどにより、移動体の存在する位置を大まかに推定することも可能となる。
【００６２】
以上の全ての実施例においては、複数の遅延調整回路や信号処理回路、判定回路を同一の筐体に実装しても良いし、別筐体とすることも可能である。また、アンテナは電磁波センサに付随させても良いが、電磁波センサは前述の信号処理回路や判定回路と同一筐体に収納し、これから同軸ケーブルや平衡ケーブルなどを介してアンテナを設置することも可能である。
【００６３】
複数のアンテナはそれぞれできるだけ異なる位置に設置するほうが望ましいが、アンテナの位置を少しずらすだけでマルチパス状態が変化するような場合には、アンテナ、電磁波センサを含めて前述の信号処理回路や判定回路と同一の筐体に収納し、全体を１つの装置にすることもできる。
【００６４】
以上述べたように、本発明の動体検知装置及び動体検知方法により、特定の電磁波発信源からの電磁波をモニタしそのマルチパス状態の変動を利用して移動物体の検知を行う際、電磁波発信源の変調方式や伝播環境の変化による強度変化にかかわらず、それらの影響を受けない安定した動体検知を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１−１、２−１、４−１、６−１、７−１： 電磁波センサ
１−２、２−２、４−２、６−２、７−２： アンテナ
１−３、２−３、４−３、６−３、７−３： 信号線
１−４、２−４、４−４、６−４、７−４： 信号処理回路
１−５、２−５、４−５、６−５、７−５： 判定回路
２−６、４−６： 電磁波の発信源
２−７、４−７： マルチパス経路の一例
２−８、４−８： マルチパス経路の別の一例
２−９、４−９： 部屋
３−１、５−１： 発信源の送信出力の時間変化
３−２、５−２： 一方の電磁波センサの出力信号レベル
３−３、５−３： 別の一方の電磁波センサの出力信号レベル
３−４、５−４： 信号処理回路の出力
４−１０： 移動物体
６−６、７−６： 遅延調整回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を利用して室内の人や物体の動きを検知する動体検知装置及び動体検知方法に関するものであり、使用する電磁波源の変調方式や伝播環境等による強度変動に左右されない技術を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、住宅やオフィス等の屋内への侵入犯罪の増加に伴い、宅内への侵入や室内での人の動きを検知する人感センサの需要が高まっている。このような人感センサの従来技術には、赤外線を用いたセンサや、モニタ画像を用いた検知技術、電磁波を用いた検知技術などが存在する。
【０００３】
赤外線センサには、赤外線の送受信経路に人や動く物体が入った場合の受信強度の変化を検知するものや、人が発する熱による赤外線を直接感知するものがある。前者の赤外線センサは、送受信機間の限られた範囲しか検知が出来ないため、広範囲の検知を行うためには多数の送受信機を設置する必要がある。また、後者の赤外線センサは、熱による感知であるため、周囲の温度条件により感度が変動し、高温下では誤動作する可能性が高い。
【０００４】
モニタ画像による検知技術は、一般にテレビカメラが撮影した画像をもとに、その画面上での動体の検知を行なうものである。例えば、現画像フレームと前画像フレームの差分を解析し、その差分値の変化から、人などの移動物体を検知することができる。画像センサは、テレビカメラ等の機器を用いるため設備コストが高く、また屋内を継続的に撮影するような場合には、プライバシーにかかわる場所での画像撮影に心理的な抵抗感を持たれることが多い。また、赤外線を用いる場合と同じく、死角となる場所では全く動作の検知ができないため、広範囲で死角を無くすためには異なる位置から多数のカメラで監視を行う必要がある。
【０００５】
電磁波を利用した検知技術には、電磁波を発生する手段と受信手段とを組み合わせて用いるアクティブ型のセンサ技術と、電磁波源としては既存の電磁波を用いるパッシブ型のセンサ技術がある。アクティブ型のセンサは主にレーダの原理を利用し、送信装置から放射した特定の波長、振幅の電磁波が、周囲の物体で反射されて戻ってくる状態を受信装置でモニタし、その状態の変化により人や動体を検知するものである。アクティブ型センサは、検知感度が高く、ドップラー効果を利用したＦＭ−ＣＷレーザなどでは動体の移動速度を検知することも可能であるが、特別な電磁波の送信装置が必要となり、周囲の電子機器等に妨害を与えないような配慮が必要となる。
【０００６】
一方のパッシブ型センサは、テレビ、ラジオなどの放送波や、携帯電話基地局、無線ＬＡＮのアクセスポイント（親機）の発する電磁波など、環境に存在する既存の電磁波を利用するものである。
【０００７】
特定の電磁波源からの信号を室内で受信する場合、その電磁波は複数の経路を通って受信アンテナに到達する。受信時の電界強度は、これらの複数の電磁波が干渉（マルチパス干渉）した結果として定まる値となる。受信機のある室内の物理的な状態が時間的に全く変化していなければ、この受信電界強度は一定である。一方、室内で人などの電磁波を反射、吸収する物体が動いている場合、マルチパス干渉の状態が変化し、受信電界強度が変動して、室内に動体があることが検知される（特許文献１、特許文献２、特許文献３、非特許文献１）。
【０００８】
パッシブ型センサは、既存の電磁波を用いて簡易な装置で人感検知ができ、また電磁波の回折性により見通し外の部分まで検知が可能であるため、赤外線センサ等と比べて広い検知範囲を有する。また、検知感度が環境の温度に依存せず、室温と全く同温の物体の動きも感知が可能である。一方で、既存の電磁波を利用し、その振幅変動により動体の検知を行う仕組みであるため、電磁波信号源としてはＦＭ変調波などの振幅変調成分の無い信号を用いる必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−１９５５７３号公報
【特許文献２】特開平７−１４１５７７号公報
【特許文献３】特開２００８−２８２３４７号公報
【特許文献４】特開平９−２７４０７７号公報
【特許文献５】特開２００９−２２９３１８号公報
【特許文献６】特開昭５９−２４３９６号公報
【特許文献７】特開平５−１６６０７４号公報
【特許文献８】特開平７−１１５３８４号公報
【特許文献９】特開平９−１８００７０号公報
【特許文献１０】特開平１１−３０８１６２号公報
【特許文献１１】特開２００５−３３８９６７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】平澤， 鈴木， 馬杉， 秋山， “無線ＬＡＮ ビーコン信号を用いた侵入者検知方法に関する検討”、信学技報、ＵＳＮ２００９−２５、Ｖｏｌ． １０９、Ｎｏ １３１、ｐｐ． １５３−１５６、Ｊｕｌｙ ２００９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、電磁波を用いたパッシブ型の人感センサは、既存の電磁波を信号源としてその受信強度の変動で動体を検知することを基本としているため、振幅変調成分のある信号をそのまま用いることが出来ないという問題点があった（特許文献１、特許文献３）。
【００１２】
一方、無線ＬＡＮのアクセスポイントなど、あらかじめ通信に使用していたり、無線伝送方式がはっきりしていて、変調方式などが把握できている電磁波送信源については、通信時の符号誤り率の定常時からの変動を利用して侵入者の検知を行う方法（特許文献２）や、スペクトル拡散方式を使用して、あらかじめ分かっている拡散符号との相関ピーク信号の状態変化を利用して侵入者の検知を行う方法（特許文献４）が考案されている。しかしながら、これらはいずれも素性が把握できている既知の信号源を使用する必要があり、適用できる電磁波信号源が限定されるという問題点があった。
【００１３】
また、例えば無線ＬＡＮの制御信号であるビーコン信号など、あらかじめ分かっている特定の時間に同振幅が繰り返される信号を用いて、受信後に信号処理を行うことによって検知する方法（特許文献５）が考案されているが、このような適当な制御信号等が存在しない電磁波信号源もあり、やはり一般的な解決方法にはならないという問題点があった。
【００１４】
なお、変調方式などの信号源の素性があらかじめ把握できている場合には、あらかじめ人などの動体が存在しない状態で、電界強度の時間波形やその周波数スペクトル、マルチパスの伝達関数などを観測し、これを基準値として保存した後、これらの観測値がその基準値とある程度異なった場合に、それを人の侵入などとして検知する方法が考案されている（特許文献６〜特許文献１０）。
【００１５】
またこれとは逆に、人が侵入し動いている時の信号レベルの変動パターンを基準パターンとして記憶しておき、観測された変動パターンがこの基準パターンにある程度一致した時に、人の侵入として検知する方法もある。（特許文献１１）
これらの、あらかじめ基準値や基準パターンを記憶、保存しておき、観測データをこれと照らし合わせて判定する方法には、上述のように電磁波信号源が限定されることに加え、装置を設置したり移設する度毎にこれらの基準を記憶、保存するための初期化手続きが必要であり、設置、調整が複雑化するという問題点もあった。また、これらの基準情報を蓄積するデータメモリや、信号処理のための回路が必要となり、装置が大掛かりで高価なものになるという問題点もあった。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電磁波信号源の種別や変調方式、周波数等にかかわらず、信号源の放射電界強度が時間変動するような場合であっても、安定した確度の高い動体検知を可能とする動体検知装置及び動体検知方法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】
【００１７】
上記のような課題を解決するため、本発明の電磁波を用いた動体検知装置では、パッシブ型の電磁波センサを複数個用意し、それぞれのセンサを室内の異なる位置に設置する。
【００１８】
センサを２個使用する場合、それぞれのセンサで個別に受信した、特定の電磁波発信源から受信した電磁波の受信信号波形を一箇所の信号処理回路に集め、信号処理回路においてそれらの電圧や電流や電力の振幅の瞬時値の比を取って、その値を検出データとして出力する。
【００１９】
この検出データの時間変動を判定回路で解析し、変動が一定のレベルより大きいなど一定の条件を満たした場合に、室内に人などの動体がいると検知、判断する。
【００２０】
以下、本発明の動体検知装置の動作原理を説明する。
【００２１】
信号源からそれぞれの電磁波センサに到る信号の経路（マルチパス）は２つのセンサで全く異なるため、マルチパス干渉状態はこれら２つのセンサで異なることとなる。信号源に振幅（強度）変調が掛かっている場合でも、室内に動く物体が存在しない場合には、これらのマルチパス干渉状態に時間変化がないため、２つのセンサの受信レベルはそれぞれ信号源の振幅（強度）に比例する。そのため、これらの受信レベルの比である検出データは時間的に変化せず、一定値を保つこととなる。
【００２２】
一方、室内に人などの動く物体が存在する場合、２つのセンサのマルチパス干渉はそれぞれ異なる変化をするため、センサ受信レベルの時間変動もこれら２つのセンサで異なることになる。従ってこれらの比である検出データには変動が生じ、この変動を検出することで動体の検知が可能となる。
【００２３】
以上のような手段によって、信号源に振幅変調成分が存在する場合でも、その変調に左右されることなく物体の動きの有無のみが検出できることとなり、電磁波信号源の種別や変調方式に制約を受けることのない動体検知装置が実現される。
【００２４】
また、上記の２個のセンサから信号処理回路に送られる信号の伝送遅延時間には多少の違いがある場合があり、信号源が高速に振幅変調されている場合にはこの遅延時間の違いにより、検知感度が低下する可能性がある。そのため、上記の２つのセンサの一方、もしくは両方と、信号処理回路との間に、伝送遅延時間を両者で一致させるための遅延調整回路を挿入することによって、より感度の良い動体検知が可能となる。
【００２５】
なお、３個以上の多数のセンサを設置する場合、これら多数のセンサ間の任意の２つのセンサとの間で、上記のような検出データを求め、それら複数の検出データを比較することで、より正確な動体検知が可能である。例えば、ある２つのセンサの組み合わせがたまたま似通ったマルチパス干渉状況である場合、検出感度が通常よりも低下する可能性があるが、この場合でも、マルチパス干渉状況の異なる他のセンサでの検出結果を併せて参照し、総合的に判定を行うことによって、検知の確度を高めることが可能である。
【００２６】
本発明においては、上記に述べた手段によって、電磁波信号源の種別や変調方式、周波数等にかかわらず、信号源の放射電界強度が時間変動するような場合であっても、安定した確度の高い動体検知が可能となる。また、複数個のセンサからの情報をリアルタイムに比較して検知、判定を行うため、簡単な回路構成で装置を実現でき、設置や移設の際にも特別な初期設定は不要となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の動体検知装置により、特定の電磁波発信源からの電磁波をモニタしそのマルチパス状態の変動を利用して移動物体の検知を行う動体検知装置において、電磁波発信源の変調方式や伝播環境の変化による強度変化にかかわらず、それらの影響を受けない安定した動体検知を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施例を説明する図
【図２】本発明の第１の実施例の説明を補足する図
【図３】本発明の第１の実施例の説明を補足する図
【図４】本発明の第１の実施例の説明を補足する図
【図５】本発明の第１の実施例の説明を補足する図
【図６】本発明の第２の実施例を説明する図
【図７】本発明の第３の実施例を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３０】
図１に、本発明の動体検知装置の第１の実施例の構成を示す。
【００３１】
図１に示す２つの電磁波センサ１−１は、電磁波を受信可能なアンテナ１−２を有し、信号線１−３によって信号処理回路１−４と接続される。信号処理回路１−４の出力は判定回路１−５に接続される。
【００３２】
電磁波センサ１−１は、アンテナ１−２によって受信した特定の発信源からの電磁波の電界強度を、そのレベルに応じた電気信号に変換するＡＭ検波・復調機能を有する。電磁波センサには必要に応じて、上記の特定の発信源の電磁波の占める周波数帯域のみを選択する同調回路や、信号レベルが小さい場合に増幅する信号増幅回路、またより選択度の高い受信機能を実現するためにヘテロダイン検波を行うための周波数変換回路や中間周波数フィルタ、中間周波数増幅回路等を組み込んでも良い。なお、上記電磁波センサ１−１の出力信号は電力、電圧、電流のいずれの形で信号を出力しても良い。
【００３３】
２つの電磁波センサ１−１でＡＭ検波・復調された電気信号は、それぞれ信号線１−３を介して信号処理回路１−４に入力する。信号処理回路１−４は、これら２つの電磁波センサ１−１からの信号を受け、それらの瞬時値の比を逐次計算し、結果を判定回路１−５に出力する。この計算においても、前述の電磁波センサ１−１の出力信号の出力形態（電力、電圧、電流）によらず、いずれの比を計算して出力しても良い。
【００３４】
判定回路１−５では、信号処理回路１−４から送られた値の変動を常時モニタし、その変動の大きさが一定のしきい値を超えた場合などに、ランプ、ブザーなどの警報を発出したり、その接続するネットワーク上に警報信号を転送するなど、異常の識別と警報発出を行う機能を有する。
【００３５】
次に、本発明に係る動体検知装置の第１の実施例の動作の仕組みを、図１、図２および図３を用いて説明する。図２および図３は、本発明に係る動体検知装置の第１の実施例の動作の仕組みを説明するための図である。
【００３６】
図２では、本発明に係る動体検知装置の第１の実施の一例として、電磁波の発信源２−６が、放送波や携帯電話の基地局から発出される電磁波など、対象となる部屋２−９の外部から到来する場合について示している。このとき発信源２−６からの電磁波は、図中２−７に実線で示したような複数の経路（マルチパス）を経て一方の電磁波センサ２−１のアンテナ２−２に到達し、それらが干渉した結果が電磁波センサ２−１で受信、復調される。マルチパスの経路２−７は、電磁波の発信源２−６、アンテナ２−２、および部屋２−９の壁や床、天井、家具などの電磁波反射体の位置関係によって決まるものであり、それらが何も変化しない場合には、マルチパス２−７の経路状態やアンテナ２−２の位置での干渉の状態は変化せずに一定の状態を保つ。従って、図２および図３に示すように、このときの電磁波の発信源２−６の送信出力の時間変化３−１をＥ（ｔ）とすると、電磁波センサ２−１の出力信号レベル３−２はαＥ（ｔ）（αは定数）と表すことが出来る。
【００３７】
もう一方の電磁波センサ２−１については、発信源２−６からの電磁波は図２に点線で示したような別のマルチパス経路２−８を経て電磁波センサ２−１で受信されるが、発信源２−６、アンテナ２−２、および部屋２−９の構成物などの位置関係が変わらなければ、マルチパス干渉状態は同様に変化せず、電磁波センサ２−１の出力信号レベル３−３はβＥ（ｔ）（βは定数）と表すことが出来る。
【００３８】
これら２つの電磁波センサ２−１からの出力信号は、信号処理回路２−４でその電圧比３−４が計算され、出力されることとなる。前述の例のように、それぞれの出力信号レベル３−２および３−３がそれぞれαＥ（ｔ）およびβＥ（ｔ）であれば、これらの比である信号処理回路２−４の出力３−４をＫ（ｔ）とすると、Ｋ（ｔ）＝α／β、となり、信号発信源２−６の送信出力Ｅ（ｔ）に依存しない一定値となる。
【００３９】
このように、発信源２−６、アンテナ２−２の位置や部屋２−９の壁、床、天井、構成物などの位置関係が変わらず、部屋２−９の中に人などの電磁波の状態を乱す移動物体がなければ、信号処理回路２−４の出力３−４（Ｋ（ｔ））は常に一定値を保つ。
【００４０】
これに対して、本発明に係る動体検知装置の第１の実施例で、部屋の中に人など電磁波の状態を乱す移動物体が動いている場合について、その動作の仕組みを図４および図５を用いて説明する。
【００４１】
図４は、本発明に係る動体検知装置の第１の実施例において、人など電磁波の状態を乱す移動物体４−１０が存在する場合の動作を示している。図中の２つの電磁波センサ４−２では、それぞれ別のマルチパス４−７、４−８を経由した電磁波が受信される。このとき、移動物体４−１０が部屋４−９の中で移動し、これらのマルチパス４−７、４−８の中の経路を移動物体４−１０が遮る場合が生じると、そのパスは遮断、吸収されたり、または反射や散乱により新たなマルチパスが作り出されることとなり、結果としてマルチパス４−７、４−８の状態は変化することとなる。
【００４２】
このとき、２つの電磁波センサ４−１が別の位置に設置されていると、それぞれのマルチパス４−７と４−８は異なる経路であるため、移動物体４−１０によるマルチパス状態の乱れ方も、一般にはマルチパス４−７とマルチパス４−８とで異なることとなる。従って、一方の電磁波センサ４−２の出力５−２をＥａ（ｔ）とすると、Ｅａ（ｔ）＝Ａ（ｔ）・Ｅ（ｔ）、（但しＥ（ｔ）は信号発信源４−６の送信出力）とあらわすことが出来、Ａ（ｔ）は時間変動する値となる。同様に、もう一方の電磁波センサ４−２の出力５−３をＥｂ（ｔ）とすると、Ｅｂ（ｔ）＝Ｂ（ｔ）・Ｅ（ｔ）、とあらわすことが出来、Ｂ（ｔ）もやはり時間に応じて変動するが、上述の通りこれは一般にＡ（ｔ）とは異なる変動を示すこととなる。
【００４３】
従って、これらの比を取った信号処理回路４−４の出力５−４（Ｋ（ｔ））は、Ｋ（ｔ）＝Ａ（ｔ）／Ｂ（ｔ）、となり、２つのマルチパス４−７と４−８に対する移動物体４−１０の影響の差異を反映した変動を示すこととなる。
【００４４】
以上のことから、部屋２−９の中に人などの電磁波の状態を乱す移動物体がなければ、信号処理回路２−４の出力３−４は一定値（α／β）で変動せず、移動物体４−１０が電磁波状態を乱すと、信号処理回路４−４の出力５−４は、その動きによって変動（Ａ（ｔ）／Ｂ（ｔ））することとなる。
【００４５】
信号処理回路２−４、４−４の出力の変動は、判定回路２−５、４−５によってモニタされ、これが一定値を保っていれば部屋の中の状態に変化は無く、この値が変動した場合には、人などの物体が部屋の中で動いていると判断できる。
【００４６】
このようにして、本発明の動体検知装置によって、ある部屋の中に人や物体が侵入したり、中で動いている状態を、簡易な装置で、電磁波の送信源の変調方式や時間変動に左右されずに、検知し警報発出することが可能となる。
【００４７】
なお、前述の実施例において、アンテナ１−２、２−２、４−２については、無指向性アンテナも指向性のあるアンテナも使用することが可能である。ただし、特定の部屋の中での不感地帯をなるべく減らすためには、なるべく指向性の無いアンテナを用いることが望ましい。
【００４８】
信号線１−３、２−３、４−３については、導電性の電線、ケーブルや光ケーブルなどの有線伝送方式を利用することができるが、同様の機能を赤外線通信インタフェースや、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信インタフェースなどの、無線伝送方式を用いて実現することも可能である。但し、無線伝送方式を用いる場合には、動体検知装置で検知に使用する送信源の周波数と異なる周波数の無線信号を用いるなどして、動体検知機能に悪影響を与えないように配慮することが必要である。
【００４９】
また、信号処理回路においては、電磁波センサからの２つの入力信号の比をとるにあたって、分母となる信号がある時点では０となる場合も想定され、その場合計算が不能となる。このような不具合を避けるため、例えば分母となる信号の瞬時値が０の場合、その計算は回避して、その１つ前の計算結果を再び出力するなどの工夫をすることで、常に安定した信号処理を継続することが出来る。
【００５０】
判定回路において信号処理回路の出力の変動をもとに人や物の侵入、動作を判定する方法としては、例えば変動の大きさが一定のしきい値を超えるかどうかで判定を行う方法や、一定期間変動をモニタし、その期間での変動の統計的な値、例えば平均値に対する分散値などを算出して、それが一定のしきい値を超えるかどうかで判定を行う方法、また、この時間変動をフーリエ変換するなどして周波数特性を求め、特定の周波数範囲内のスペクトルの値が一定のしきい値を超えるかどうかで判定を行う方法など、適用する部屋の環境や、検知する対象となる人、物などに応じて、様々な判定方法の中から適切な方法を採用することができる。
【００５１】
本発明の動体検知装置が使用する電磁波の送信源に関しては、単一の継続した電磁波発信源であれば、その変調方式や電波伝搬条件の変化による強度変動など左右されずに動作するため、様々な種類の送信源が適用可能である。例えば、ＴＶやラジオなどの放送波や、携帯電話、ＰＨＳ等の基地局からの無線信号、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＵＷＢ等のアクセスポイントからの無線信号、地下や不感地域などで各種無線・放送信号を再送信した信号、等が広く使用可能である。そのため、通常は特定の条件を備えた無線送信源を新たに導入する必要性は無いが、上記のような既存の電磁波発信源がないような特別な状況や、特に信頼性の高い動体検知を行いたい場合などについては、新たに必要な仕様の無線送信源を用意し、導入しても良い。
【００５２】
図６に、本発明に係る動体検知装置の第２の実施例の構成を示す。図６の動体検知装置は、電磁波センサ６−１と信号処理回路６−４との間に、遅延調整回路６−６を設けたことを特徴としている。
【００５３】
通常、本発明の動体検知装置において、前述の電磁波発信源から発出された電磁波が受信され、信号処理回路に到達するまでに要する伝送時間は、一方の電磁波センサを介する場合ともう一方の電磁波センサを介する場合でほぼ等しく、その差は前記の電磁波の周期に比べて無視できる場合が多い。ところが、電磁波の周波数が高い場合や、２つの電磁波センサに接続された信号線での伝送時間の差が大きい場合には、その電磁波の周期に比べて前記の伝送時間差が無視できない場合が生じる。この場合、この伝送時間差をΔｔとすると、前述の図２、図３の例のように部屋の中に移動物体のないときには、信号処理回路の出力３−４は、Ｋ（ｔ）＝αＥ（ｔ＋Δｔ）／βＥ（ｔ）、となり、また前述の図４、図５の例のように部屋の中に人、物などが移動しているときには、信号処理回路の出力５−４は、Ｋ（ｔ）＝Ａ（ｔ）・Ｅ（ｔ＋Δｔ）／（Ｂ（ｔ）・Ｅ（ｔ））、となるが、これらはいずれも信号発信源の送信出力Ｅ（ｔ）に依存するため、Ｅ（ｔ）が大きく変動するときにはその変動がＫ（ｔ）に影響し、誤検知の原因となる可能性がある。
【００５４】
このような不具合を防ぐため、図６に示したように、電磁波センサ６−１と信号処理回路６−４との間に、信号の伝送遅延量を調整する機能を持った遅延調整回路６−６を設けると、遅延量を適切に調整することによって、前記の到達時間差Δｔを無視できる程度に小さくすることができる。遅延調整回路６−６は全ての電磁波センサ６−１と信号処理回路６−４との間に入れても良いが、より遅延量の小さい側の電磁波センサ６−１の後段にのみ設置しても良い。
【００５５】
遅延調整回路６−６での遅延量の調整は、装置設置の際に手作業で調整しても良いし、例えば異動物体がない状態で前述の信号処理回路の出力６−４の出力が一定となるように、自動調整する機能を設けることもできる。これには例えば、遅延量を少しづつ増やしながら信号処理回路の出力６−４の変動量を一定期間モニタしておき、その結果を元に変動量が最も小さくなった場合の遅延量に最終的に調整するなどの方法が可能である。
【００５６】
以上のように、本発明の動体検知装置の第２の実施例においては、遅延調整回路を設けることにより、周波数が高い電磁波を用いた場合などでも前述の伝送時間差を生じず、信号発信源の送信出力に依存しない安定した検知が可能となる。
【００５７】
図７に、本発明に係る動体検知装置の第３の実施例の構成を示す。図７の動体検知装置は、３つ以上の複数の電磁波センサ７−１と、それに必要に応じて接続される遅延調整回路７−６を設け、それらのうちの特定の２つからの信号を受け取り、これらの信号レベル（瞬時値）の比を計算する１つ以上の信号処理回路７−４と、これら信号処理回路７−４からの出力を全て受け取り、移動物体の有無の判定や警報発出を行う判定回路７−５とを設けることを特徴としている。
【００５８】
信号処理回路７−４では、２つの電磁波センサ７−１（および遅延調整回路７−６）からの信号を受け取り比を取ることで、前述の動体検知装置の第１、第２および第３の実施例で説明したのと同様の原理で、これら２つの電磁波センサ７−１のマルチパスに対する移動物体の影響の差異をもとに、移動物体の有無を検知する。第３の実施例においては、３つ以上の電磁波センサ７−１のうち、特定の２つの電磁波センサ７−１の組み合わせで移動検知を行うことが出来るが、３つ以上の電磁波センサ７−１から２つを選ぶ組み合わせが異なる場合、一般に信号処理回路７−４の出力の変動の様子は異なるものとなる。
【００５９】
前述の第１、第２および第３の実施例で示したように、２つの電磁波センサを用いる場合には、２つのマルチパスの経路や、これらの経路に対する移動物体の影響がほぼ同じになる場合も、まれにではあるが考えられ、このときには移動物体の検知感度は低下する。しかしながら、この第３の実施例のように、３つ以上の電磁波センサ７−１を用いて、その中の２つによる検知を、異なる電磁波センサの組み合わせで２回以上同時に行うことによって、マルチパスの経路や状況のばらつきが大きくなり、前述のような理由で検知感度が低下する確率を非常に低くすることが出来る。
【００６０】
これに加えて、得られた複数の検知結果を、全て判定回路に入力して、総合的に判定を行うことで、より感度良く信頼性の高い移動体検知が可能となる。例えば、これらの入力変動を平均化することで、マルチパス条件による感度のばらつきを回避したり、最も大きな変動を記録した入力信号を採用することで検知感度を向上させたり、全ての入力信号のうちのいくつかの信号の変動がしきい値を超えたときにのみ、移動体を検知したと判定することによって検知の信頼性を上げ、誤検知を減らすなど、移動体検知の様々な性能を向上させることが出来る。
【００６１】
また、アンテナ７−２に強い指向性を持ったアンテナを用いて、あらかじめマルチパスの方向や部屋内での位置を限定させて置くことなどにより、移動体の存在する位置を大まかに推定することも可能となる。
【００６２】
以上の全ての実施例においては、複数の遅延調整回路や信号処理回路、判定回路を同一の筐体に実装しても良いし、別筐体とすることも可能である。また、アンテナは電磁波センサに付随させても良いが、電磁波センサは前述の信号処理回路や判定回路と同一筐体に収納し、これから同軸ケーブルや平衡ケーブルなどを介してアンテナを設置することも可能である。
【００６３】
複数のアンテナはそれぞれできるだけ異なる位置に設置するほうが望ましいが、アンテナの位置を少しずらすだけでマルチパス状態が変化するような場合には、アンテナ、電磁波センサを含めて前述の信号処理回路や判定回路と同一の筐体に収納し、全体を１つの装置にすることもできる。
【００６４】
以上述べたように、本発明の動体検知装置及び動体検知方法により、特定の電磁波発信源からの電磁波をモニタしそのマルチパス状態の変動を利用して移動物体の検知を行う際、電磁波発信源の変調方式や伝播環境の変化による強度変化にかかわらず、それらの影響を受けない安定した動体検知を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１−１、２−１、４−１、６−１、７−１： 電磁波センサ
１−２、２−２、４−２、６−２、７−２： アンテナ
１−３、２−３、４−３、６−３、７−３： 信号線
１−４、２−４、４−４、６−４、７−４： 信号処理回路
１−５、２−５、４−５、６−５、７−５： 判定回路
２−６、４−６： 電磁波の発信源
２−７、４−７： マルチパス経路の一例
２−８、４−８： マルチパス経路の別の一例
２−９、４−９： 部屋
３−１、５−１： 発信源の送信出力の時間変化
３−２、５−２： 一方の電磁波センサの出力信号レベル
３−３、５−３： 別の一方の電磁波センサの出力信号レベル
３−４、５−４： 信号処理回路の出力
４−１０： 移動物体
６−６、７−６： 遅延調整回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号をアンテナで受信し、当該無線信号の振幅成分に応じた出力信号を出力する、異なる位置に配置された２つの電磁波センサと、
上記２つの電磁波センサから出力信号を受け取り、当該出力信号の瞬時値の比を算出して出力する信号処理回路と、
上記信号処理回路からの出力信号を受け取り、当該出力信号の変動が予め設定した判定条件を満たしたなら警報を発出する判定回路と
を備えることを特徴とする動体検知装置。
【請求項２】
無線信号をアンテナで受信し、当該無線信号の振幅成分に応じた出力信号を出力する、異なる位置に配置された３つ以上の電磁波センサと、
上記３つ以上の電磁波センサのうちの２つからの出力信号を受け取り、当該出力信号の瞬時値の比を算出して出力することを、異なる電磁波センサの組み合わせで行う２つ以上の信号処理回路と、
上記２つ以上の信号処理回路から出力信号を受け取り、当該出力信号の変動が予め設定した判定条件を満たしたなら警報を発出する判定回路と
を備えることを特徴とする動体検知装置。
【請求項３】
少なくとも１つの上記電磁波センサからの出力信号の信号路に、伝送遅延時間を調節可能な遅延調整回路を備えることを特徴とする請求項１または２記載の動体検知装置。
【請求項４】
異なる位置に配置された２つの電磁波センサが、無線信号をアンテナで受信し、当該無線信号の振幅成分に応じた出力信号を出力し、
上記２つの電磁波センサから出力信号を受け取り、当該出力信号の瞬時値の比を算出し、
上記算出された出力信号の瞬時値の比の変動が予め設定した判定条件を満たした場合に警報を発出する
ことを特徴とする動体検知方法。
【請求項５】
異なる位置に配置された３つ以上の電磁波センサが、無線信号をアンテナで受信し、当該無線信号の振幅成分に応じた出力信号を出力し、
上記３つ以上の電磁波センサのうちの２つからの出力信号を受け取り、当該出力信号の瞬時値の比を算出することを、異なる電磁波センサの組み合わせで２回以上行い
上記２回以上算出された瞬時値の比の変動が予め設定した判定条件を満たした場合に警報を発出することを特徴とする動体検知方法。
【請求項６】
少なくとも１つの上記電磁波センサからの出力信号の伝送遅延時間を調節することを特徴とする請求項４または５記載の動体検知方法。
【請求項１】
無線信号をアンテナで受信し、当該無線信号の振幅成分に応じた出力信号を出力する、異なる位置に配置された２つの電磁波センサと、
上記２つの電磁波センサから出力信号を受け取り、当該出力信号の瞬時値の比を算出して出力する信号処理回路と、
上記信号処理回路からの出力信号を受け取り、当該出力信号の変動が予め設定した判定条件を満たしたなら警報を発出する判定回路と
を備えることを特徴とする動体検知装置。
【請求項２】
無線信号をアンテナで受信し、当該無線信号の振幅成分に応じた出力信号を出力する、異なる位置に配置された３つ以上の電磁波センサと、
上記３つ以上の電磁波センサのうちの２つからの出力信号を受け取り、当該出力信号の瞬時値の比を算出して出力することを、異なる電磁波センサの組み合わせで行う２つ以上の信号処理回路と、
上記２つ以上の信号処理回路から出力信号を受け取り、当該出力信号の変動が予め設定した判定条件を満たしたなら警報を発出する判定回路と
を備えることを特徴とする動体検知装置。
【請求項３】
少なくとも１つの上記電磁波センサからの出力信号の信号路に、伝送遅延時間を調節可能な遅延調整回路を備えることを特徴とする請求項１または２記載の動体検知装置。
【請求項４】
異なる位置に配置された２つの電磁波センサが、無線信号をアンテナで受信し、当該無線信号の振幅成分に応じた出力信号を出力し、
上記２つの電磁波センサから出力信号を受け取り、当該出力信号の瞬時値の比を算出し、
上記算出された出力信号の瞬時値の比の変動が予め設定した判定条件を満たした場合に警報を発出する
ことを特徴とする動体検知方法。
【請求項５】
異なる位置に配置された３つ以上の電磁波センサが、無線信号をアンテナで受信し、当該無線信号の振幅成分に応じた出力信号を出力し、
上記３つ以上の電磁波センサのうちの２つからの出力信号を受け取り、当該出力信号の瞬時値の比を算出することを、異なる電磁波センサの組み合わせで２回以上行い
上記２回以上算出された瞬時値の比の変動が予め設定した判定条件を満たした場合に警報を発出することを特徴とする動体検知方法。
【請求項６】
少なくとも１つの上記電磁波センサからの出力信号の伝送遅延時間を調節することを特徴とする請求項４または５記載の動体検知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２４７６３２（Ｐ２０１１−２４７６３２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８３４６（Ｐ２０１０−１１８３４６）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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