広帯域ＲＦ探知
本発明は、広帯域ＲＦ探知の方法に関する。方法は、駆動経路に沿った複数の送信位置から信号を送信するステップを含む。送信された信号の反射が、駆動経路に沿った複数の受信位置において受信される。標識が、各受信位置において、反射の到来角に基づいて形成される。標識は、対応する送信位置、及び対応する各反射の受信位置の駆動経路に沿った距離に対する各受信位置における反射の到来角を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府からの受注契約
本発明は、国防高等研究計画局（ＤＡＲＰＡ）により授与された、契約ＨＲ００１１−０６−Ｃ−０１１０、下請け契約０６１０３３の下に政府支援を受けてなされた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
壁透過レーダ感知は、単一視点（ｓｉｎｇｌｅ ａｓｐｅｃｔ）から建物内の比較的小さい領域に亘って物体を撮像するものとみなされてきた。しかし、従来の壁透過感知は有効な建物幅に亘る特性に対応する能力を欠いている。
【０００３】
合成開口レーダ（ＳＡＲ）技術が、多重視点（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｓｐｅｃｔｓ）から建物の外部を再構築するために使用されてきた。しかし、従来のＳＡＲ技術は、やはり有効な建物幅に亘る特性に対応する能力を欠いている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は広帯域ＲＦ探知の方法に関する。一実施形態において、方法は、駆動経路に沿った複数の送信位置から信号を送信するステップを含む。送信された信号の反射が駆動経路に沿った複数の受信位置で受信される。標識（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）が受信位置それぞれにおいて反射の到来角に基づいて形成される。
【０００５】
標識は、対応する送信位置及び対応する各反射の受信位置の駆動経路に沿った距離に対する、各受信位置における反射の到来角を含む。
【０００６】
標識は、対応する送信信号の送信時間に対する、駆動経路に沿った各受信位置における受信された反射の経路遅延を含む。
【０００７】
標識は、駆動経路に沿った各受信位置において、対応する送信位置及び対応する各反射の受信位置の駆動経路に沿った距離に対する、各受信位置における反射の到来角のグラム（ｇｒａｍ）・プロットとして表される。色付けが、受信された反射の経路遅延を示すために使用される。
【０００８】
標識に対して、受信された反射を導き出すために、ビーム形成が駆動経路に沿って実施される。受信された反射の到来角が、対応する送信位置／受信位置ペアそれぞれに対するマトリックスの１列の複数のビン（ｂｉｎ）に亘って分配される。ビンは反射の複素数の経路の振幅で満たされ、マトリックスの各列は単一の送信位置／受信位置ペアに対応する。
【０００９】
構造の内部は、構造内の隅部を特定するために反射の到来角の軌跡を照合することにより、標識に基づいて推測される。
【００１０】
特許又は特許申請書は、少なくとも１枚の色彩で制作された図面を含む。この、色彩図面を伴う特許又は特許出願公開のコピーは、特許庁に申請し、必要な料金を支払うことにより提供される。
【００１１】
例示的実施形態は、本明細書の中で以下に与えられる詳細な説明及び添付の図面から、より完全に理解されよう。図において、同じ要素は同じ参照番号で表され、図面は単に例示のために与えられ、従って本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】２つの壁の交叉で形成された２平面からなる隅部からの反射の全体的な幾何学的形状を示す図である。
【図２】曲率が比Ｒ／ｄによる、角度余弦の軌跡の正規化されたプロットを示す図である。
【図３】図３Ａは例示的建物の上面図であり、図３Ｂは、例示的建物の側面図であり、図３Ｃは例示的建物の正面図である。
【図４Ａ】ｘＲ＝１に対する例示的光線フレームを示す図である。
【図４Ｂ】ｘＲ＝１０に対する例示的光線フレームを示す図である。
【図４Ｃ】ｘＲ＝２１に対する例示的光線フレームを示す図である。
【図５】図４Ａに含まれる例に対する、量子化されたＡｏＡ余弦に対する経路損失を示す図である。
【図６】長さ６４のブラックマン窓の高速フーリエ変換の一例を示す図である。
【図７】図５に対応する、シミュレーションされたビームフォーマ応答シーケンスの一例の１フレームを示す図である。
【図８】経路遅延の一例の色相−彩度−明度（ｈｓｖ）の配色表を示す図である。
【図９Ａ】空の建物に対する駆動経路に沿った、シミュレーションされたビームフォーマのスナップ写真の例の強度を示す、グラム・プロットを示す図である。
【図９Ｂ】閉塞体（ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ）が付加された図９Ａにおける建物に対して、駆動経路に沿った、シミュレーションされたビームフォーマのスナップ写真の例の強度を示す、グラム・プロットを示す図である。
【図９Ｃ】図９Ａで示されたグラム及び図９Ｂで示されたグラムの間の差を示すグラム・プロットを示す図である。
【図１０Ａ】（ａ）ｘ次元に沿った駆動経路における、０．１ｍの変化の影響を示すグラフである。
【図１０Ｂ】（ｂ）ｙ次元に沿った駆動経路における、０．１ｍの変化の影響を示すグラフである。
【図１０Ｃ】（ｃ）ｚ次元に沿った駆動経路における、０．１ｍの変化の影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の様々な例示的実施形態が、本発明の幾つかの例示的実施形態が示される添付の図面を参照して、より詳細に説明される。図において、層及び領域の厚さは簡明化のために誇張されている。
【００１４】
本発明の詳細な例示的実施形態が、本明細書の中に開示される。しかし、本明細書の中に開示される具体的な構造及び機能の詳細は、本発明の例示的実施形態を説明することを目的とする単なる代表に過ぎない。しかし、この発明は、多くの代替的形態で具現化可能であり、本明細書の中で説明される実施形態だけに限定されるものと解釈されるべきではない。
【００１５】
従って、本発明の例示的実施形態は様々な改変形態及び代替的形態が可能であるが、本発明の実施形態が図面の中に例として示され、本明細書の中で詳細に説明される。しかし、本発明の例示的実施形態を開示された特定の形態に限定する意図はなく、逆に、本発明の例示的実施形態は、本発明の範囲内に入る全ての改変形態、等価形態及び代替形態をカバーするものであることを理解されたい。図の説明を通して同じ番号は同じ要素を指す。
【００１６】
用語、第１の、第２の等は、本明細書の中で、様々な要素を説明するために使用され得るが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、単に、１つの要素を他の要素と区別するために使用される。例えば、本発明の例示的実施形態の範囲を逸脱することなく、第１の要素が第２の要素と呼ばれ、同様に、第２の要素が第１の要素と呼ばれ得る。本明細書の中で使用されるように、用語「及び／又は」は、関連するリスト記載の項目のうちの１つ以上の、任意の全ての組合せを含む。
【００１７】
１つの要素が他の要素と「接続」又は「結合」されていると言われるとき、その要素は、他方の要素に直接的に接続又は結合され、或いは介在する要素が存在し得ることが理解されよう。対照的に、１つの要素が他の要素に「直接接続」又は「直接結合」されていると言われるとき、介在する要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉が、同じようなやり方で解釈されるべきである（例えば、「間」対「ちょうど間」、「隣」対「ちょうど隣」等）。
【００１８】
本明細書の中で使用される専門語は、特定の実施形態を説明することを目的とするに過ぎず、本発明の例示的実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書の中で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が別段に明確に指示しない限り、複数形をも含むことが意図される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」及び／又は「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書の中で使用される場合、提示された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は成分の存在を詳述するが、１以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、成分、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除するものでないことが理解されよう。
【００１９】
幾つかの代替的実施形態において、言及された機能／動作が、図において言及された順序とは違って発生しうることにもまた、留意されたい。例えば、連続して示される２つの図が、関連する機能／動作によって、実際には、実質的に同時に実行され、又は時には逆の順序で実行され得る。
【００２０】
例示的実施形態は、センサ配列を用いた広帯域ＲＦプローブ信号を使用して、構造物、例えば、建築構造物の中の変化を感知することができる。多重ビームフォーマ・スナップ写真が（例えば、パターン認識問題の「特徴抽出」ステップにおいて、）固有の、建物全体の標識を形成するために、建物の外側の送信／受信（Ｔｘ／Ｒｘ）駆動経路に沿って撮像され得る。
【００２１】
スペクトログラム（例えば、解析的音声パターンを表示するために使用されるものと同じで、時間及び周波数に亘って強度において濃淡を付けられる２次元プロットからなるスペクトログラム）が内部建築構造物に対する表示として使用されうる。動的時間軸圧縮（ＤＴＷ）、隠れマルコフモデル（ＨＭＭ）他を含め、スペクトログラム・パターンの解析及び認識に対して、定評のあるディジタル信号処理技術が存在する。ビームフォーマの出力振幅を、一方の次元における角度に亘る強度、及び他方の次元における駆動経路に沿った距離に亘る強度として、経路時間遅れを表すために色彩を付加して示す、「グラム」タイプの表示が使用され得る。建物又は構造内の有意な変化を探知するために、グラム・タイプの表示標識が、関心のある建物又は構造それぞれに対して収集されてファイル上に保存され、及び／又は周期的にモニタされ得る。
【００２２】
例示的実施形態は、光線追跡法を使用し、実際の建物の物理学的測定を用いてグラム表示を作成してシミュレーションし、多数の、駆動経路に沿って移動するＴｘ／Ｒｘの位置に亘って後方散乱データを生成させることができる。物理学的測定からのデータは、（例えば、マットラブ・ルーチンを使用して）処理され、光線経路、経路損失、シミュレーションされたビームフォーマ応答、及び／又は複合的グラム表示の動的プロットを表示することができる。建物内に置かれた物品閉塞体の探知可能性、並びに駆動経路の乱れに対して確立されたロバスト性を求めるために、シミュレーションが作成され得る。
【００２３】
建物の内壁で形成される隅部からの鏡面反射が、Ｔｘ／Ｒｘの位置が駆動経路に沿って動くとき、固有のロバストな標識を形成する。例えば、単一の隅部からの２次元鏡面反射の幾何学的形状が、予期される応答の一例として以下に論じられる。これらの鏡面反射の特徴的な挙動が、後で論じられるようなグラム・プロットを解釈するために、引き続き使用される。
【００２４】
図１は、２つの壁の交叉で形成された２平面からなる隅部からの反射の、全体的な幾何学的形状を、上から見た図として示す。光線が、ｘ軸上のｘ−ｄ／２から（０，Ｒ）の隅部に向けて、反射された光がｘ＋ｄ／２に位置する受信器に到達するような一定の到来角θで送信される。下の式（１）及び式（２）に示すように、所与のＴｘ／Ｒｘのｘ軸上の離隔距離ｄ及びｙ軸の範囲Ｒに対して、到来角θがこの幾何学的形状から一意的に求められる。Ｔｘ／Ｒｘのｘ軸上の離隔距離ｄは、ｘ−ｄ／２で示される光線の送信器、及びｘ＋ｄ／２に位置する受信器の間のｘ軸上の距離とすることができ、ｘはＴｘ光線及びＲｘ光線の間の中点である。範囲Ｒは、駆動経路から、平行に面する建物の壁までのｙ軸上の距離とすることができる。
【００２５】
ｘ≦ｄ／２と仮定すると、反射は、壁の交叉の左側の隅部から到来する。図１における（ｘ、０）から（０、Ｒ）までの点線はＴｘ光線及びＲｘ光線の間の中間の地点である。ｔａｎθが、下式
【００２６】
【数１】
に従って計算されることが分かる。
【００２７】
式（１）をｃｏｓθの項で書き直し、図１の対称性を考慮すると、角度余弦の軌跡が、下式
【００２８】
【数２】
に従って計算され得る。
【００２９】
図２は、式（２）の正規化されたプロットであり、それはその曲率が比Ｒ／ｄによって決まる特徴的な軌跡を示す。図２において、２平面からなる隅部の反射からの角度余弦が、Ｒ／ｄ＝２、５、１０、２０、及び５０に対して、正規化された横軸の距離の関数として示される。この特徴的な挙動が、グラム・プロットを解釈するために、次節において使用される。例示的実施形態は、２次元座標系における到来角θを計算するものとして上記に説明されているが、例示的実施形態は、上記に説明されるものに限定はされず、到来角θは３次元座標系において計算され得る。
【００３０】
図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、それぞれ、例示的建物の上面図、側面図及び正面図を示す。建物の基礎の土台の（ｘ、ｙ）次元の全体は２２．８６ｍ×２１．６４ｍであり、３次元（ｘ、ｙ、ｚ）における建物本体は２２．５６ｍ×９．１４ｍ×７．６２ｍである。
【００３１】
２．４ＧＨｚの動作周波数を有する広帯域ＲＦプローブ信号を使用して、図３Ａ〜図３Ｃに示す例示的建物の中に描かれる壁の幾何学的形状及び仕様に基づいて建物の標識を形成する、例示的実施形態が、以下に説明される。例えば、無線システム工学（ＷｉＳＥ）のレイトレーシング（ｒａｙ−ｔｒａｃｉｎｇ）モデル（例えば、シミュレータ）が、広帯域インパルス応答を得るために使用される。インパルス応答は、送信された広帯域ＲＦインパルスに対して受信された信号の時間応答である。
【００３２】
例示的一実施形態において、変数で名前を付けられたＴｘ及びＲｘの位置を有する汎用入力ファイルが、ＷｉＳＥモデルの中で公称条件及びパラメータ値を定義するために書き込まれ得る。この特定の例示的実施形態において、ｎｂｏｕｎｃｅが５に設定され、ｂｅｔａｍａｘが１．０×１０−９に設定され、閾値が１００に設定される。広帯域インパルス応答を得るための、ＷｉＳＥモデルに対する条件及びパラメータにおける他の変化が、例示的実施形態の中に存在し得ることに留意されたい。Ｔｘ／Ｒｘの位置は、一組の多重インパルス応答、例えばＷｉＳＥインパルス応答を得ながら、駆動経路に沿って直線的に変化され得る。しかし、例示的実施形態はそれらに限定されるものではなく、Ｔｘ／Ｒｘの位置は３次元空間の中の任意の次元において変更され得る。Ｔｘ／Ｒｘの位置を変化させるプロセスはユニックス・シェル・スクリプトを使用して自動化可能であり、シェル・スクリプトはＴｘ／Ｒｘの変数名に対して数値を順次代入し、ＷｉＳＥルーチンを（例えば、サン・ウルトラ・ワークステーション上で）実行し、出力データを１つのファイルの中で連結する。
【００３３】
例示的一実施形態において、ｘ軸上のＴｘの位置はｙ及びｚの位置を一定にして初期位置から最終位置まで等しい増分で変化され、及び／又は受信位置Ｒｘはｘ軸上の離隔距離を一定にして送信位置Ｔｘを追従し得る。しかし、駆動経路は任意の所望の、或いは所定の方向に変更され得る。各インパルス応答は、各光線経路に対して複素数の経路の振幅、遅延、並びに発射角及び到来角の方位角及び仰角を示す、計算された光線経路のリストを含むことができる。光線経路は、送信された発射角及び受信された到来角であってもよい。この「駆動しながら（ｄｒｉｖｅ−ｂｙ）」のシナリオにおいて生成された応答の多重実行出力ファイルが、以下に論じられる様々な動的表示ルーチンにおいて使用され得る。
【００３４】
例示的実施形態が以下に説明され、例えば、送信器の位置が（メートルで）、（ｘＴ、ｙＴ、ｚＴ）＝（−５：１：２８、−７．５、２．５）として選択され、ここで、元の送信器の位置が、図３Ａ〜図３Ｃに示す例示的建物の前方左下の隅部であり、各段階においてＲｘが、（ｘＲ、ｙＲ、ｚＲ）＝（ｘＴ＋１、ｙＴ、ｚＴ）、即ち、Ｔｘの右に１ｍシフトされて配置される。例えば、送信位置Ｔｘは、例示的建物の前縁から７．５ｍ離れた駆動経路を、２．５ｍの高さで、左端から５ｍで開始して右から２８−２２．８６＝５．１４ｍで終了するように横移動する。
【００３５】
Ｔｘ／Ｒｘの位置の進行に従う光線経路の進行が求められ、及び／又は、例えば駆動しながらの「動画」として（例えば、マットラブ・プログラムを使用して）表示され得る。駆動しながらの動画の表示は、個々のフレームを印刷する能力を有しながら、（例えば、リターン・キーが押されたときに）フレームからフレームに移行することができる。
【００３６】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、ｘＲ＝１、１０、２１それぞれに対する光線フレームの３つの例を示す。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃにおける長方形は、基礎の土台を含まない、図３Ａに示す建物本体の上面図を示す。図から分かるように、プロービング（ｐｒｏｂｉｎｇ）の顕著な特性を表し、それにより特定の建物に対して独特の標識が生成される、内壁からの隅部反射に付随して、９０°に近い前壁及び後壁から幾らかの帰還が全体として存在する。
【００３７】
同様に、受信された方位到来角（ＡｏＡ）の関数としての光線経路損失が（例えば、マットラブ・プログラムを使用して）求められ、及び／又は表示される。光線経路損失は、光線経路の送信された強度及び受信された強度の間の差であり得る。例えば、ビーム形成プロセスがシミュレーション可能であり、シミュレーションされた応答が操作角に対して応答が一定であるように角度余弦に関してプロットされ得る。
【００３８】
例示的一実施形態において、ＡｏＡ余弦が（例えば、１〜−１２７／１２８（０〜１７２．８３度）の１２８ステップに）量子化され得る。各受信位置ＸＲに対して、列ベクトル、例えば１２８×１の列ベクトルが生成される。言い換えれば、各受信位置ＸＲに対して、１２８のビン（量子化されたＡｏＡ余弦を表す）が、それらの対応する、個別の光線の複素数の経路の振幅で満たされる。
【００３９】
図５は、図４Ａに含まれる例に対して量子化されたＡｏＡ余弦に対する経路損失を示し、経路損失は以下のように容易に比較され得る。図４Ａにおける３つの最小角度は７２．５０４０度、５１．１９１０度、３８．７３３０度である。余弦空間において、３つの最小角がそれぞれビン４６、２５、１５に量子化され、それらが、図５に示すＡｏＡ余弦値０．２９６９、０．６２５０、０．７８１２に変換される。ＡｏＡ余弦値の逆余弦を取ることで、それぞれの量子化された角度７２．７３００度、５１．３１７８度、３８．６２４８度が与えられ、それらはそれぞれ図４Ａにおける元の角度に近い。他のＡｏＡ余弦は、前壁からの反射（例えば、より強い）及び後壁からの反射（例えば、より弱い）に対応して０（９０度）に比較的近い値を返し、見られるように、内部の反射からの中間的な強さの帰還を実質的に抑制する。例えば、図４Ａから、実際には、３回反射に対応する、第３の垂線に近い帰還が存在することが見られるが、この帰還は、図５における実際の壁の反射に包含される。というのは、これらの反射は同じ量子化ビンの中に入るからである。
【００４０】
例示的実施形態によれば、ビーム形成が、所与の方向から到達する成分を優先する信号を導き出すために使用され、他の方向から到達する成分を排除することができる。例示的一実施形態において、シミュレーションされたビーム形成が、角度余弦応答を特徴的なビーム・パターンで畳み込み積分することにより実施され得る。例えば、シミュレーションされたビーム形成が余弦空間応答の逆ＦＦＴ（ＩＦＦＴ）を取り、Ｍ点のブラックマン窓で乗算し、ＦＦＴを取ることにより、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して実施され得る。ブラックマン窓の長さがビーム解像度を決定し、ビーム解像度はおよそ２／Ｍラジアンであり、Ｍはビームフォーマを形成する複数の等価配列要素として解釈され得る。
【００４１】
図６は長さ６４のブラックマン窓のＦＦＴの一例を示し、メイン・ローブ幅及びサイド・ローブ・レベルに関して、ガウス形及びハン窓形の間の中間である。従って、シミュレーションされたビームフォーマ応答は、例えば、ブラックマン窓のＦＦＴに基づいた、他の駆動しながらのプログラムを使用して表示されうる。
【００４２】
図７は、図５に対応する、シミュレーションされたビームフォーマ応答シーケンスの一例の１フレームを示す。例えば、図７は、図５の応答を図６の窓応答で畳み込み積分した結果の応答を示す。
【００４３】
上記に説明したように、ビームフォーマ出力は、一方の次元における角度余弦に亘る強度に対する、他方の次元における駆動経路距離に亘る強度として、経路時間遅れを表すために色彩を付加して（例えば、マットラブ画像ルーチンを使用して）表示されうる。ビームフォーマ出力表示の各成分の詳細が以下により詳細に論じられる。
【００４４】
例示的一実施形態において、帰還の振幅が、Ａｍｉｎ及びＡｍａｘ（例えば、ｄＢの）の間の、ユーザが選択した範囲に制限され、像関数が予期する０〜１の範囲をカバーするように拡縮され得る。ガンマ・コントラスト増進が使用されて良く、強度が、ユーザが選択した指数ｇａｍまで上げられる。このプロセスが１２８の角度余弦ビンに亘って実施され、ＮＸ駆動経路のＸＲ位置のそれぞれに対して１２８×ＮＸのマトリックスの１列を形成する。結果として得られたマトリックスは単色バージョンのグラムとなり得、そのグラムは、以下に論じられるように遅延データで色付けされる。
【００４５】
経路遅延が同様に、Ｔｍｉｎ及びＴｍａｘの間に制限され、０〜１に拡縮され得る。拡縮された遅延値が、ｈｓｖ（色相−彩度−明度）関数（例えば、ｈｓｖマットラブ関数）の最初の４３のビンに索引を付ける。
【００４６】
図８は、選択された遅延範囲に対応して、最初の４３のビンに亘って赤から青に移行する経路遅延の一例のｈｓｖ配色表を示す。角度／距離の単色の像の各画素に対する３つの彩度出力が存在し、その３つの彩度出力が、１２８×ＮＸ×３のテンソルを生成するために使用され、３つの１２８×ＮＸのマトリックスのそれぞれが、単色マトリックス、及び３つの１２８×ＮＸの彩度マトリックスのうちの１つの積である。彩度マトリックスの各列が、光線帰還の角度余弦に対応する制限され拡縮された遅延値で満たし、シミュレーションされたビーム・パターンを生成するために使用されたものと同じＩＦＦＴ／ブラックマン（Ｍ）／ＦＦＴプロセスを使用することにより計算されうる。従って、強度に応じて、色付けがビーム・パターン上になされる。
【００４７】
最後に表示される像のテンソルは１２８×ＮＸ×３の大きさであり、ここで、１２８は角度余弦のビンの数であり、ＮＸは経路遅延を表す３つの彩度成分を有する、ｘ軸の駆動経路に沿ったビームフォーマのスナップ写真の数である。従って、最後の像のテンソルが、図９Ａ〜図９Ｃ及び図１０Ａ〜図１０Ｃに示され、以下に論じられるように（例えば、マットラブ・プログラムを使用して）表示され得る。
【００４８】
図９Ａは、空の建物に対して、駆動経路に沿った、シミュレーションされたビームフォーマのスナップ写真の例の強度を示すグラム・プロットを示す。例えば、グラム・プロットは、同等のＭ＝６４要素のビームフォーマと、−１４０〜−８ｄＢの振幅リミットと、４のガンマ指数と、５０ｎｓ〜２５０ｎｓの遅延リミットとにおいて、前と同じ（ｘＴ、ｙＴ、ｚＴ）＝（−５：１：２８、−７．５、２．５）の駆動経路を使用して生成された。Ｔｘ／Ｒｘが建物の真正面（例えば、Ｒｘ距離が１〜２４）にある場合、水平の細長い筋がＡｏＡ余弦が０（９０度）の付近に現れる。水平の細長い筋は、前壁（赤）、後壁（緑）及び前壁／後壁の３回反射（青）からのほぼ垂直な（９０度の）帰還に対応し、色彩は異なる経路遅延の間で区別される。曲がった部分は内壁からの隅部の反射に対応し、その形状（例えば、図２に示すような）及び色彩は、隅部からＴｘ／Ｒｘの位置までの相対角度及び距離を表す。これらの特徴（例えば、形状及び色彩）が、内部構造を判別するために使用されうる。
【００４９】
図３Ａ〜図３Ｃに「Ｘ」で記された箱で示すように、人工的な閉塞体が（６、４、０）及び（８、６、２）に対角線の隅部が位置する、全反射の１辺２ｍの立方体として例示的建物モデルの中に置かれた。
【００５０】
図９Ｂは、この閉塞体が導入された後のグラム・プロットを示す。図９Ａと比較すると、２つの主たる差が分かる。即ち、４〜１２のＲｘ距離に対する後壁帰還の部分（緑及び青の水平の細長い筋）、並びに１９〜２３のＲｘ距離に対する逸脱した隅部反射（青）の部分が立方体によって不鮮明にされている。図９Ｃは、図９Ａに示されるグラム及び図９Ｂに示されるグラムの間の差を示すグラム・プロットを示す。
【００５１】
実世界において、厳密に同じ駆動経路で反復することは不可能であるので、示差的グラム技術のロバスト性は、駆動経路における比較的小さく、不明確な差に対する感度に左右され得る。図１０Ａ〜図１０Ｃは、（ａ）ｘ次元、（ｂ）ｙ次元、及び（ｃ）ｚ次元それぞれに沿った駆動経路における、０．１ｍの変化に対する影響を示すグラフを示す。これらのプロットの濃淡の強度を図９Ｃのものと比較すると、駆動経路における０．１ｍの変化が、１辺２ｍの立方体により導き出された差に匹敵することが分かる。それ故、例示的実施形態による方法は、比較的小さい幾何学的形状の誤差に対してロバストでありうる。
【００５２】
例示的実施形態によれば、光線追跡法が、駆動しながらのシナリオにおいて、シミュレーションされた建物からの後方散乱データを生成することができる。一方の次元における角度に亘る強度、及び他方の次元における駆動経路に沿った距離に亘る強度として、経路時間遅延を表すために色彩を付加して、ビームフォーマ出力振幅を示す「グラム」表示を得るために、データが使用され得る。部屋の隅部からの鏡面反射が、ロバストで動的な建物内部の標識を形成することができる。上記に論じたように、建物内の閉塞体は、約０．１ｍ未満の駆動経路変動により導き出された変化を比較すると、確実に探知されうる。
【００５３】
単一の移動可能なＴｘアンテナ及びＲｘアンテナを使用する実際の測定が、他の例示的実施形態による実時間ビームフォーマ出力をシミュレーションするために処理され得る。２つのグラムが相違を与えられる前に２つのグラムを最も良く整合させるために、駆動経路及び移送手段の速度記録における既知の差を補償するように、同じ建物に対する、異なる駆動しながらの実行によるデータを前処理することが、前述の、音声信号処理からのＤＴＷ技術を使用することにより実施され得る。
【００５４】
例示的実施形態は、所望の物体と所望しない物体とを区別するために、音声認識ＨＭＭを適用することにより、視野の中で動く物体又は静止している物体に関して、外部環境の影響を評価することができる。Ｔｘ／Ｒｘのアンテナの高さ及び水平／垂直の偏波の影響が、所望の、或いは所定のレベルに調整でき、探知可能性が更に増強される。
【００５５】
他の例示的実施形態によれば、建物の内部構造がグラム・データから推測され得る。例えば、式（２）及び図２の解析的形式が、グラムからの軌跡を整合させるために使用され、それぞれが、壁の隅部を特定することができる。式（２）及び図２の解析的形式が統合され、建物の内壁構造及び／又は建物、或いは構造の内部で一定の帰還をマスクする閉塞体の位置を表すことができる。
【００５６】
例示的実施形態はこのように説明されているが、同じことが多くの方法で変更され得ることは明らかであろう。そのような変更形態は、本発明から逸脱しているとみなされるべきではなく、そのような改変形態の全てが本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【技術分野】
【０００１】
政府からの受注契約
本発明は、国防高等研究計画局（ＤＡＲＰＡ）により授与された、契約ＨＲ００１１−０６−Ｃ−０１１０、下請け契約０６１０３３の下に政府支援を受けてなされた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
壁透過レーダ感知は、単一視点（ｓｉｎｇｌｅ ａｓｐｅｃｔ）から建物内の比較的小さい領域に亘って物体を撮像するものとみなされてきた。しかし、従来の壁透過感知は有効な建物幅に亘る特性に対応する能力を欠いている。
【０００３】
合成開口レーダ（ＳＡＲ）技術が、多重視点（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｓｐｅｃｔｓ）から建物の外部を再構築するために使用されてきた。しかし、従来のＳＡＲ技術は、やはり有効な建物幅に亘る特性に対応する能力を欠いている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は広帯域ＲＦ探知の方法に関する。一実施形態において、方法は、駆動経路に沿った複数の送信位置から信号を送信するステップを含む。送信された信号の反射が駆動経路に沿った複数の受信位置で受信される。標識（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）が受信位置それぞれにおいて反射の到来角に基づいて形成される。
【０００５】
標識は、対応する送信位置及び対応する各反射の受信位置の駆動経路に沿った距離に対する、各受信位置における反射の到来角を含む。
【０００６】
標識は、対応する送信信号の送信時間に対する、駆動経路に沿った各受信位置における受信された反射の経路遅延を含む。
【０００７】
標識は、駆動経路に沿った各受信位置において、対応する送信位置及び対応する各反射の受信位置の駆動経路に沿った距離に対する、各受信位置における反射の到来角のグラム（ｇｒａｍ）・プロットとして表される。色付けが、受信された反射の経路遅延を示すために使用される。
【０００８】
標識に対して、受信された反射を導き出すために、ビーム形成が駆動経路に沿って実施される。受信された反射の到来角が、対応する送信位置／受信位置ペアそれぞれに対するマトリックスの１列の複数のビン（ｂｉｎ）に亘って分配される。ビンは反射の複素数の経路の振幅で満たされ、マトリックスの各列は単一の送信位置／受信位置ペアに対応する。
【０００９】
構造の内部は、構造内の隅部を特定するために反射の到来角の軌跡を照合することにより、標識に基づいて推測される。
【００１０】
特許又は特許申請書は、少なくとも１枚の色彩で制作された図面を含む。この、色彩図面を伴う特許又は特許出願公開のコピーは、特許庁に申請し、必要な料金を支払うことにより提供される。
【００１１】
例示的実施形態は、本明細書の中で以下に与えられる詳細な説明及び添付の図面から、より完全に理解されよう。図において、同じ要素は同じ参照番号で表され、図面は単に例示のために与えられ、従って本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】２つの壁の交叉で形成された２平面からなる隅部からの反射の全体的な幾何学的形状を示す図である。
【図２】曲率が比Ｒ／ｄによる、角度余弦の軌跡の正規化されたプロットを示す図である。
【図３】図３Ａは例示的建物の上面図であり、図３Ｂは、例示的建物の側面図であり、図３Ｃは例示的建物の正面図である。
【図４Ａ】ｘＲ＝１に対する例示的光線フレームを示す図である。
【図４Ｂ】ｘＲ＝１０に対する例示的光線フレームを示す図である。
【図４Ｃ】ｘＲ＝２１に対する例示的光線フレームを示す図である。
【図５】図４Ａに含まれる例に対する、量子化されたＡｏＡ余弦に対する経路損失を示す図である。
【図６】長さ６４のブラックマン窓の高速フーリエ変換の一例を示す図である。
【図７】図５に対応する、シミュレーションされたビームフォーマ応答シーケンスの一例の１フレームを示す図である。
【図８】経路遅延の一例の色相−彩度−明度（ｈｓｖ）の配色表を示す図である。
【図９Ａ】空の建物に対する駆動経路に沿った、シミュレーションされたビームフォーマのスナップ写真の例の強度を示す、グラム・プロットを示す図である。
【図９Ｂ】閉塞体（ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ）が付加された図９Ａにおける建物に対して、駆動経路に沿った、シミュレーションされたビームフォーマのスナップ写真の例の強度を示す、グラム・プロットを示す図である。
【図９Ｃ】図９Ａで示されたグラム及び図９Ｂで示されたグラムの間の差を示すグラム・プロットを示す図である。
【図１０Ａ】（ａ）ｘ次元に沿った駆動経路における、０．１ｍの変化の影響を示すグラフである。
【図１０Ｂ】（ｂ）ｙ次元に沿った駆動経路における、０．１ｍの変化の影響を示すグラフである。
【図１０Ｃ】（ｃ）ｚ次元に沿った駆動経路における、０．１ｍの変化の影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の様々な例示的実施形態が、本発明の幾つかの例示的実施形態が示される添付の図面を参照して、より詳細に説明される。図において、層及び領域の厚さは簡明化のために誇張されている。
【００１４】
本発明の詳細な例示的実施形態が、本明細書の中に開示される。しかし、本明細書の中に開示される具体的な構造及び機能の詳細は、本発明の例示的実施形態を説明することを目的とする単なる代表に過ぎない。しかし、この発明は、多くの代替的形態で具現化可能であり、本明細書の中で説明される実施形態だけに限定されるものと解釈されるべきではない。
【００１５】
従って、本発明の例示的実施形態は様々な改変形態及び代替的形態が可能であるが、本発明の実施形態が図面の中に例として示され、本明細書の中で詳細に説明される。しかし、本発明の例示的実施形態を開示された特定の形態に限定する意図はなく、逆に、本発明の例示的実施形態は、本発明の範囲内に入る全ての改変形態、等価形態及び代替形態をカバーするものであることを理解されたい。図の説明を通して同じ番号は同じ要素を指す。
【００１６】
用語、第１の、第２の等は、本明細書の中で、様々な要素を説明するために使用され得るが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、単に、１つの要素を他の要素と区別するために使用される。例えば、本発明の例示的実施形態の範囲を逸脱することなく、第１の要素が第２の要素と呼ばれ、同様に、第２の要素が第１の要素と呼ばれ得る。本明細書の中で使用されるように、用語「及び／又は」は、関連するリスト記載の項目のうちの１つ以上の、任意の全ての組合せを含む。
【００１７】
１つの要素が他の要素と「接続」又は「結合」されていると言われるとき、その要素は、他方の要素に直接的に接続又は結合され、或いは介在する要素が存在し得ることが理解されよう。対照的に、１つの要素が他の要素に「直接接続」又は「直接結合」されていると言われるとき、介在する要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉が、同じようなやり方で解釈されるべきである（例えば、「間」対「ちょうど間」、「隣」対「ちょうど隣」等）。
【００１８】
本明細書の中で使用される専門語は、特定の実施形態を説明することを目的とするに過ぎず、本発明の例示的実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書の中で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が別段に明確に指示しない限り、複数形をも含むことが意図される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」及び／又は「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書の中で使用される場合、提示された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は成分の存在を詳述するが、１以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、成分、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除するものでないことが理解されよう。
【００１９】
幾つかの代替的実施形態において、言及された機能／動作が、図において言及された順序とは違って発生しうることにもまた、留意されたい。例えば、連続して示される２つの図が、関連する機能／動作によって、実際には、実質的に同時に実行され、又は時には逆の順序で実行され得る。
【００２０】
例示的実施形態は、センサ配列を用いた広帯域ＲＦプローブ信号を使用して、構造物、例えば、建築構造物の中の変化を感知することができる。多重ビームフォーマ・スナップ写真が（例えば、パターン認識問題の「特徴抽出」ステップにおいて、）固有の、建物全体の標識を形成するために、建物の外側の送信／受信（Ｔｘ／Ｒｘ）駆動経路に沿って撮像され得る。
【００２１】
スペクトログラム（例えば、解析的音声パターンを表示するために使用されるものと同じで、時間及び周波数に亘って強度において濃淡を付けられる２次元プロットからなるスペクトログラム）が内部建築構造物に対する表示として使用されうる。動的時間軸圧縮（ＤＴＷ）、隠れマルコフモデル（ＨＭＭ）他を含め、スペクトログラム・パターンの解析及び認識に対して、定評のあるディジタル信号処理技術が存在する。ビームフォーマの出力振幅を、一方の次元における角度に亘る強度、及び他方の次元における駆動経路に沿った距離に亘る強度として、経路時間遅れを表すために色彩を付加して示す、「グラム」タイプの表示が使用され得る。建物又は構造内の有意な変化を探知するために、グラム・タイプの表示標識が、関心のある建物又は構造それぞれに対して収集されてファイル上に保存され、及び／又は周期的にモニタされ得る。
【００２２】
例示的実施形態は、光線追跡法を使用し、実際の建物の物理学的測定を用いてグラム表示を作成してシミュレーションし、多数の、駆動経路に沿って移動するＴｘ／Ｒｘの位置に亘って後方散乱データを生成させることができる。物理学的測定からのデータは、（例えば、マットラブ・ルーチンを使用して）処理され、光線経路、経路損失、シミュレーションされたビームフォーマ応答、及び／又は複合的グラム表示の動的プロットを表示することができる。建物内に置かれた物品閉塞体の探知可能性、並びに駆動経路の乱れに対して確立されたロバスト性を求めるために、シミュレーションが作成され得る。
【００２３】
建物の内壁で形成される隅部からの鏡面反射が、Ｔｘ／Ｒｘの位置が駆動経路に沿って動くとき、固有のロバストな標識を形成する。例えば、単一の隅部からの２次元鏡面反射の幾何学的形状が、予期される応答の一例として以下に論じられる。これらの鏡面反射の特徴的な挙動が、後で論じられるようなグラム・プロットを解釈するために、引き続き使用される。
【００２４】
図１は、２つの壁の交叉で形成された２平面からなる隅部からの反射の、全体的な幾何学的形状を、上から見た図として示す。光線が、ｘ軸上のｘ−ｄ／２から（０，Ｒ）の隅部に向けて、反射された光がｘ＋ｄ／２に位置する受信器に到達するような一定の到来角θで送信される。下の式（１）及び式（２）に示すように、所与のＴｘ／Ｒｘのｘ軸上の離隔距離ｄ及びｙ軸の範囲Ｒに対して、到来角θがこの幾何学的形状から一意的に求められる。Ｔｘ／Ｒｘのｘ軸上の離隔距離ｄは、ｘ−ｄ／２で示される光線の送信器、及びｘ＋ｄ／２に位置する受信器の間のｘ軸上の距離とすることができ、ｘはＴｘ光線及びＲｘ光線の間の中点である。範囲Ｒは、駆動経路から、平行に面する建物の壁までのｙ軸上の距離とすることができる。
【００２５】
ｘ≦ｄ／２と仮定すると、反射は、壁の交叉の左側の隅部から到来する。図１における（ｘ、０）から（０、Ｒ）までの点線はＴｘ光線及びＲｘ光線の間の中間の地点である。ｔａｎθが、下式
【００２６】
【数１】
に従って計算されることが分かる。
【００２７】
式（１）をｃｏｓθの項で書き直し、図１の対称性を考慮すると、角度余弦の軌跡が、下式
【００２８】
【数２】
に従って計算され得る。
【００２９】
図２は、式（２）の正規化されたプロットであり、それはその曲率が比Ｒ／ｄによって決まる特徴的な軌跡を示す。図２において、２平面からなる隅部の反射からの角度余弦が、Ｒ／ｄ＝２、５、１０、２０、及び５０に対して、正規化された横軸の距離の関数として示される。この特徴的な挙動が、グラム・プロットを解釈するために、次節において使用される。例示的実施形態は、２次元座標系における到来角θを計算するものとして上記に説明されているが、例示的実施形態は、上記に説明されるものに限定はされず、到来角θは３次元座標系において計算され得る。
【００３０】
図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、それぞれ、例示的建物の上面図、側面図及び正面図を示す。建物の基礎の土台の（ｘ、ｙ）次元の全体は２２．８６ｍ×２１．６４ｍであり、３次元（ｘ、ｙ、ｚ）における建物本体は２２．５６ｍ×９．１４ｍ×７．６２ｍである。
【００３１】
２．４ＧＨｚの動作周波数を有する広帯域ＲＦプローブ信号を使用して、図３Ａ〜図３Ｃに示す例示的建物の中に描かれる壁の幾何学的形状及び仕様に基づいて建物の標識を形成する、例示的実施形態が、以下に説明される。例えば、無線システム工学（ＷｉＳＥ）のレイトレーシング（ｒａｙ−ｔｒａｃｉｎｇ）モデル（例えば、シミュレータ）が、広帯域インパルス応答を得るために使用される。インパルス応答は、送信された広帯域ＲＦインパルスに対して受信された信号の時間応答である。
【００３２】
例示的一実施形態において、変数で名前を付けられたＴｘ及びＲｘの位置を有する汎用入力ファイルが、ＷｉＳＥモデルの中で公称条件及びパラメータ値を定義するために書き込まれ得る。この特定の例示的実施形態において、ｎｂｏｕｎｃｅが５に設定され、ｂｅｔａｍａｘが１．０×１０−９に設定され、閾値が１００に設定される。広帯域インパルス応答を得るための、ＷｉＳＥモデルに対する条件及びパラメータにおける他の変化が、例示的実施形態の中に存在し得ることに留意されたい。Ｔｘ／Ｒｘの位置は、一組の多重インパルス応答、例えばＷｉＳＥインパルス応答を得ながら、駆動経路に沿って直線的に変化され得る。しかし、例示的実施形態はそれらに限定されるものではなく、Ｔｘ／Ｒｘの位置は３次元空間の中の任意の次元において変更され得る。Ｔｘ／Ｒｘの位置を変化させるプロセスはユニックス・シェル・スクリプトを使用して自動化可能であり、シェル・スクリプトはＴｘ／Ｒｘの変数名に対して数値を順次代入し、ＷｉＳＥルーチンを（例えば、サン・ウルトラ・ワークステーション上で）実行し、出力データを１つのファイルの中で連結する。
【００３３】
例示的一実施形態において、ｘ軸上のＴｘの位置はｙ及びｚの位置を一定にして初期位置から最終位置まで等しい増分で変化され、及び／又は受信位置Ｒｘはｘ軸上の離隔距離を一定にして送信位置Ｔｘを追従し得る。しかし、駆動経路は任意の所望の、或いは所定の方向に変更され得る。各インパルス応答は、各光線経路に対して複素数の経路の振幅、遅延、並びに発射角及び到来角の方位角及び仰角を示す、計算された光線経路のリストを含むことができる。光線経路は、送信された発射角及び受信された到来角であってもよい。この「駆動しながら（ｄｒｉｖｅ−ｂｙ）」のシナリオにおいて生成された応答の多重実行出力ファイルが、以下に論じられる様々な動的表示ルーチンにおいて使用され得る。
【００３４】
例示的実施形態が以下に説明され、例えば、送信器の位置が（メートルで）、（ｘＴ、ｙＴ、ｚＴ）＝（−５：１：２８、−７．５、２．５）として選択され、ここで、元の送信器の位置が、図３Ａ〜図３Ｃに示す例示的建物の前方左下の隅部であり、各段階においてＲｘが、（ｘＲ、ｙＲ、ｚＲ）＝（ｘＴ＋１、ｙＴ、ｚＴ）、即ち、Ｔｘの右に１ｍシフトされて配置される。例えば、送信位置Ｔｘは、例示的建物の前縁から７．５ｍ離れた駆動経路を、２．５ｍの高さで、左端から５ｍで開始して右から２８−２２．８６＝５．１４ｍで終了するように横移動する。
【００３５】
Ｔｘ／Ｒｘの位置の進行に従う光線経路の進行が求められ、及び／又は、例えば駆動しながらの「動画」として（例えば、マットラブ・プログラムを使用して）表示され得る。駆動しながらの動画の表示は、個々のフレームを印刷する能力を有しながら、（例えば、リターン・キーが押されたときに）フレームからフレームに移行することができる。
【００３６】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、ｘＲ＝１、１０、２１それぞれに対する光線フレームの３つの例を示す。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃにおける長方形は、基礎の土台を含まない、図３Ａに示す建物本体の上面図を示す。図から分かるように、プロービング（ｐｒｏｂｉｎｇ）の顕著な特性を表し、それにより特定の建物に対して独特の標識が生成される、内壁からの隅部反射に付随して、９０°に近い前壁及び後壁から幾らかの帰還が全体として存在する。
【００３７】
同様に、受信された方位到来角（ＡｏＡ）の関数としての光線経路損失が（例えば、マットラブ・プログラムを使用して）求められ、及び／又は表示される。光線経路損失は、光線経路の送信された強度及び受信された強度の間の差であり得る。例えば、ビーム形成プロセスがシミュレーション可能であり、シミュレーションされた応答が操作角に対して応答が一定であるように角度余弦に関してプロットされ得る。
【００３８】
例示的一実施形態において、ＡｏＡ余弦が（例えば、１〜−１２７／１２８（０〜１７２．８３度）の１２８ステップに）量子化され得る。各受信位置ＸＲに対して、列ベクトル、例えば１２８×１の列ベクトルが生成される。言い換えれば、各受信位置ＸＲに対して、１２８のビン（量子化されたＡｏＡ余弦を表す）が、それらの対応する、個別の光線の複素数の経路の振幅で満たされる。
【００３９】
図５は、図４Ａに含まれる例に対して量子化されたＡｏＡ余弦に対する経路損失を示し、経路損失は以下のように容易に比較され得る。図４Ａにおける３つの最小角度は７２．５０４０度、５１．１９１０度、３８．７３３０度である。余弦空間において、３つの最小角がそれぞれビン４６、２５、１５に量子化され、それらが、図５に示すＡｏＡ余弦値０．２９６９、０．６２５０、０．７８１２に変換される。ＡｏＡ余弦値の逆余弦を取ることで、それぞれの量子化された角度７２．７３００度、５１．３１７８度、３８．６２４８度が与えられ、それらはそれぞれ図４Ａにおける元の角度に近い。他のＡｏＡ余弦は、前壁からの反射（例えば、より強い）及び後壁からの反射（例えば、より弱い）に対応して０（９０度）に比較的近い値を返し、見られるように、内部の反射からの中間的な強さの帰還を実質的に抑制する。例えば、図４Ａから、実際には、３回反射に対応する、第３の垂線に近い帰還が存在することが見られるが、この帰還は、図５における実際の壁の反射に包含される。というのは、これらの反射は同じ量子化ビンの中に入るからである。
【００４０】
例示的実施形態によれば、ビーム形成が、所与の方向から到達する成分を優先する信号を導き出すために使用され、他の方向から到達する成分を排除することができる。例示的一実施形態において、シミュレーションされたビーム形成が、角度余弦応答を特徴的なビーム・パターンで畳み込み積分することにより実施され得る。例えば、シミュレーションされたビーム形成が余弦空間応答の逆ＦＦＴ（ＩＦＦＴ）を取り、Ｍ点のブラックマン窓で乗算し、ＦＦＴを取ることにより、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して実施され得る。ブラックマン窓の長さがビーム解像度を決定し、ビーム解像度はおよそ２／Ｍラジアンであり、Ｍはビームフォーマを形成する複数の等価配列要素として解釈され得る。
【００４１】
図６は長さ６４のブラックマン窓のＦＦＴの一例を示し、メイン・ローブ幅及びサイド・ローブ・レベルに関して、ガウス形及びハン窓形の間の中間である。従って、シミュレーションされたビームフォーマ応答は、例えば、ブラックマン窓のＦＦＴに基づいた、他の駆動しながらのプログラムを使用して表示されうる。
【００４２】
図７は、図５に対応する、シミュレーションされたビームフォーマ応答シーケンスの一例の１フレームを示す。例えば、図７は、図５の応答を図６の窓応答で畳み込み積分した結果の応答を示す。
【００４３】
上記に説明したように、ビームフォーマ出力は、一方の次元における角度余弦に亘る強度に対する、他方の次元における駆動経路距離に亘る強度として、経路時間遅れを表すために色彩を付加して（例えば、マットラブ画像ルーチンを使用して）表示されうる。ビームフォーマ出力表示の各成分の詳細が以下により詳細に論じられる。
【００４４】
例示的一実施形態において、帰還の振幅が、Ａｍｉｎ及びＡｍａｘ（例えば、ｄＢの）の間の、ユーザが選択した範囲に制限され、像関数が予期する０〜１の範囲をカバーするように拡縮され得る。ガンマ・コントラスト増進が使用されて良く、強度が、ユーザが選択した指数ｇａｍまで上げられる。このプロセスが１２８の角度余弦ビンに亘って実施され、ＮＸ駆動経路のＸＲ位置のそれぞれに対して１２８×ＮＸのマトリックスの１列を形成する。結果として得られたマトリックスは単色バージョンのグラムとなり得、そのグラムは、以下に論じられるように遅延データで色付けされる。
【００４５】
経路遅延が同様に、Ｔｍｉｎ及びＴｍａｘの間に制限され、０〜１に拡縮され得る。拡縮された遅延値が、ｈｓｖ（色相−彩度−明度）関数（例えば、ｈｓｖマットラブ関数）の最初の４３のビンに索引を付ける。
【００４６】
図８は、選択された遅延範囲に対応して、最初の４３のビンに亘って赤から青に移行する経路遅延の一例のｈｓｖ配色表を示す。角度／距離の単色の像の各画素に対する３つの彩度出力が存在し、その３つの彩度出力が、１２８×ＮＸ×３のテンソルを生成するために使用され、３つの１２８×ＮＸのマトリックスのそれぞれが、単色マトリックス、及び３つの１２８×ＮＸの彩度マトリックスのうちの１つの積である。彩度マトリックスの各列が、光線帰還の角度余弦に対応する制限され拡縮された遅延値で満たし、シミュレーションされたビーム・パターンを生成するために使用されたものと同じＩＦＦＴ／ブラックマン（Ｍ）／ＦＦＴプロセスを使用することにより計算されうる。従って、強度に応じて、色付けがビーム・パターン上になされる。
【００４７】
最後に表示される像のテンソルは１２８×ＮＸ×３の大きさであり、ここで、１２８は角度余弦のビンの数であり、ＮＸは経路遅延を表す３つの彩度成分を有する、ｘ軸の駆動経路に沿ったビームフォーマのスナップ写真の数である。従って、最後の像のテンソルが、図９Ａ〜図９Ｃ及び図１０Ａ〜図１０Ｃに示され、以下に論じられるように（例えば、マットラブ・プログラムを使用して）表示され得る。
【００４８】
図９Ａは、空の建物に対して、駆動経路に沿った、シミュレーションされたビームフォーマのスナップ写真の例の強度を示すグラム・プロットを示す。例えば、グラム・プロットは、同等のＭ＝６４要素のビームフォーマと、−１４０〜−８ｄＢの振幅リミットと、４のガンマ指数と、５０ｎｓ〜２５０ｎｓの遅延リミットとにおいて、前と同じ（ｘＴ、ｙＴ、ｚＴ）＝（−５：１：２８、−７．５、２．５）の駆動経路を使用して生成された。Ｔｘ／Ｒｘが建物の真正面（例えば、Ｒｘ距離が１〜２４）にある場合、水平の細長い筋がＡｏＡ余弦が０（９０度）の付近に現れる。水平の細長い筋は、前壁（赤）、後壁（緑）及び前壁／後壁の３回反射（青）からのほぼ垂直な（９０度の）帰還に対応し、色彩は異なる経路遅延の間で区別される。曲がった部分は内壁からの隅部の反射に対応し、その形状（例えば、図２に示すような）及び色彩は、隅部からＴｘ／Ｒｘの位置までの相対角度及び距離を表す。これらの特徴（例えば、形状及び色彩）が、内部構造を判別するために使用されうる。
【００４９】
図３Ａ〜図３Ｃに「Ｘ」で記された箱で示すように、人工的な閉塞体が（６、４、０）及び（８、６、２）に対角線の隅部が位置する、全反射の１辺２ｍの立方体として例示的建物モデルの中に置かれた。
【００５０】
図９Ｂは、この閉塞体が導入された後のグラム・プロットを示す。図９Ａと比較すると、２つの主たる差が分かる。即ち、４〜１２のＲｘ距離に対する後壁帰還の部分（緑及び青の水平の細長い筋）、並びに１９〜２３のＲｘ距離に対する逸脱した隅部反射（青）の部分が立方体によって不鮮明にされている。図９Ｃは、図９Ａに示されるグラム及び図９Ｂに示されるグラムの間の差を示すグラム・プロットを示す。
【００５１】
実世界において、厳密に同じ駆動経路で反復することは不可能であるので、示差的グラム技術のロバスト性は、駆動経路における比較的小さく、不明確な差に対する感度に左右され得る。図１０Ａ〜図１０Ｃは、（ａ）ｘ次元、（ｂ）ｙ次元、及び（ｃ）ｚ次元それぞれに沿った駆動経路における、０．１ｍの変化に対する影響を示すグラフを示す。これらのプロットの濃淡の強度を図９Ｃのものと比較すると、駆動経路における０．１ｍの変化が、１辺２ｍの立方体により導き出された差に匹敵することが分かる。それ故、例示的実施形態による方法は、比較的小さい幾何学的形状の誤差に対してロバストでありうる。
【００５２】
例示的実施形態によれば、光線追跡法が、駆動しながらのシナリオにおいて、シミュレーションされた建物からの後方散乱データを生成することができる。一方の次元における角度に亘る強度、及び他方の次元における駆動経路に沿った距離に亘る強度として、経路時間遅延を表すために色彩を付加して、ビームフォーマ出力振幅を示す「グラム」表示を得るために、データが使用され得る。部屋の隅部からの鏡面反射が、ロバストで動的な建物内部の標識を形成することができる。上記に論じたように、建物内の閉塞体は、約０．１ｍ未満の駆動経路変動により導き出された変化を比較すると、確実に探知されうる。
【００５３】
単一の移動可能なＴｘアンテナ及びＲｘアンテナを使用する実際の測定が、他の例示的実施形態による実時間ビームフォーマ出力をシミュレーションするために処理され得る。２つのグラムが相違を与えられる前に２つのグラムを最も良く整合させるために、駆動経路及び移送手段の速度記録における既知の差を補償するように、同じ建物に対する、異なる駆動しながらの実行によるデータを前処理することが、前述の、音声信号処理からのＤＴＷ技術を使用することにより実施され得る。
【００５４】
例示的実施形態は、所望の物体と所望しない物体とを区別するために、音声認識ＨＭＭを適用することにより、視野の中で動く物体又は静止している物体に関して、外部環境の影響を評価することができる。Ｔｘ／Ｒｘのアンテナの高さ及び水平／垂直の偏波の影響が、所望の、或いは所定のレベルに調整でき、探知可能性が更に増強される。
【００５５】
他の例示的実施形態によれば、建物の内部構造がグラム・データから推測され得る。例えば、式（２）及び図２の解析的形式が、グラムからの軌跡を整合させるために使用され、それぞれが、壁の隅部を特定することができる。式（２）及び図２の解析的形式が統合され、建物の内壁構造及び／又は建物、或いは構造の内部で一定の帰還をマスクする閉塞体の位置を表すことができる。
【００５６】
例示的実施形態はこのように説明されているが、同じことが多くの方法で変更され得ることは明らかであろう。そのような変更形態は、本発明から逸脱しているとみなされるべきではなく、そのような改変形態の全てが本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動経路に沿った複数の送信位置から信号を送信するステップ、
前記駆動経路に沿った複数の受信位置において前記送信信号の反射を受信するステップ、及び
前記受信位置のそれぞれにおいて前記反射の到来角に基づいて標識を形成するステップを備える、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記標識が、対応する送信位置及び対応する前記反射それぞれの受信位置の、前記駆動経路に沿った距離に対する、前記受信位置それぞれにおける前記反射の前記到来角を含む、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記反射それぞれの各到来角が、下式
【数１】
に従って計算され、θが特定の反射の到来角であり、ｘが対応する受信位置のｘ軸上の位置であり、ｄが前記対応する送信位置と、前記ｘ軸の範囲に沿った前記特定の反射に対する前記対応する受信位置との間の前記駆動経路に沿った距離であり、Ｒがｙ軸に沿った前記駆動経路から前記特定の反射の反射点までの距離である、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、前記標識が、前記駆動経路に沿った前記受信位置それぞれにおいて前記受信された反射の強度を含む、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、前記標識が、対応する送信信号の送信時間に関して、前記駆動経路に沿った前記受信位置それぞれにおいて、前記受信された反射の経路遅延を含む、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、対応する送信位置、及び対応する前記反射それぞれの受信位置の前記駆動経路に沿った距離に対する、前記受信位置それぞれにおける前記反射の前記到来角のグラム・プロットとして、前記標識を、前記駆動経路に沿った前記受信位置それぞれにおいて、前記受信された反射の経路遅延を示すための色付けを伴って表示するステップを更に備え、前記経路遅延が、対応する送信信号の送信時間に関する、方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、前記色付けの明度が、前記駆動経路に沿った前記受信位置それぞれにおける前記受信された反射の強度を示す、方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法であって、経路損失が、前記受信された反射の前記到来角の関数として計算され、前記経路損失が、前記送信された信号の強度、及び前記受信された反射の強度の間の差である、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、前記駆動経路に沿ってビーム形成を実施して、前記標識に対する前記受信された反射を導き出すステップを更に備える、方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法であって、前記受信された反射の前記到来角を、対応する送信位置／受信位置ペアそれぞれに対するマトリックスの１列の複数のビンに亘って分配するステップを更に備え、前記ビンが前記反射の複素数の経路の振幅で満たされ、前記マトリックスの各列が単一の送信位置／受信位置ペアに対応する、方法。
【請求項１】
駆動経路に沿った複数の送信位置から信号を送信するステップ、
前記駆動経路に沿った複数の受信位置において前記送信信号の反射を受信するステップ、及び
前記受信位置のそれぞれにおいて前記反射の到来角に基づいて標識を形成するステップを備える、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記標識が、対応する送信位置及び対応する前記反射それぞれの受信位置の、前記駆動経路に沿った距離に対する、前記受信位置それぞれにおける前記反射の前記到来角を含む、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記反射それぞれの各到来角が、下式
【数１】
に従って計算され、θが特定の反射の到来角であり、ｘが対応する受信位置のｘ軸上の位置であり、ｄが前記対応する送信位置と、前記ｘ軸の範囲に沿った前記特定の反射に対する前記対応する受信位置との間の前記駆動経路に沿った距離であり、Ｒがｙ軸に沿った前記駆動経路から前記特定の反射の反射点までの距離である、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、前記標識が、前記駆動経路に沿った前記受信位置それぞれにおいて前記受信された反射の強度を含む、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、前記標識が、対応する送信信号の送信時間に関して、前記駆動経路に沿った前記受信位置それぞれにおいて、前記受信された反射の経路遅延を含む、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、対応する送信位置、及び対応する前記反射それぞれの受信位置の前記駆動経路に沿った距離に対する、前記受信位置それぞれにおける前記反射の前記到来角のグラム・プロットとして、前記標識を、前記駆動経路に沿った前記受信位置それぞれにおいて、前記受信された反射の経路遅延を示すための色付けを伴って表示するステップを更に備え、前記経路遅延が、対応する送信信号の送信時間に関する、方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、前記色付けの明度が、前記駆動経路に沿った前記受信位置それぞれにおける前記受信された反射の強度を示す、方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法であって、経路損失が、前記受信された反射の前記到来角の関数として計算され、前記経路損失が、前記送信された信号の強度、及び前記受信された反射の強度の間の差である、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、前記駆動経路に沿ってビーム形成を実施して、前記標識に対する前記受信された反射を導き出すステップを更に備える、方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法であって、前記受信された反射の前記到来角を、対応する送信位置／受信位置ペアそれぞれに対するマトリックスの１列の複数のビンに亘って分配するステップを更に備え、前記ビンが前記反射の複素数の経路の振幅で満たされ、前記マトリックスの各列が単一の送信位置／受信位置ペアに対応する、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【公表番号】特表２０１１−５２８７８４（Ｐ２０１１−５２８７８４Ａ）
【公表日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１１５８７（Ｐ２０１１−５１１５８７）
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０００３６５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４５８１１
【国際公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（５９６０９２６９８）アルカテル−ルーセント ユーエスエー インコーポレーテッド (965)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０００３６５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４５８１１
【国際公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（５９６０９２６９８）アルカテル−ルーセント ユーエスエー インコーポレーテッド (965)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]