目標検出装置およびシステム
【課題】屋外等の暴露環境に適した安価な目標検出装置または目標検出システムを提供し、監視領域内に侵入した複数の目標を高精度かつ高速に検出する。
【解決手段】センサ手段１０２−１〜１０２−ｍと送受信手段１０１の間の接続を、スイッチ手段１０３により時分割で切り替えることで、送受信手段１０１の部品点数を抑えた構成で広い測角範囲がカバーされる。また、２台の目標検出装置のみを用いて目標の定位を行う場合、２台の装置のそれぞれがカバーする角度範囲の両方に共通する領域の情報や、一方の装置から各目標を経由して他方の装置に至る総合伝搬距離情報を用いて、円の方程式の組み合わせの曖昧さに起因する誤検出を防止する。
【解決手段】センサ手段１０２−１〜１０２−ｍと送受信手段１０１の間の接続を、スイッチ手段１０３により時分割で切り替えることで、送受信手段１０１の部品点数を抑えた構成で広い測角範囲がカバーされる。また、２台の目標検出装置のみを用いて目標の定位を行う場合、２台の装置のそれぞれがカバーする角度範囲の両方に共通する領域の情報や、一方の装置から各目標を経由して他方の装置に至る総合伝搬距離情報を用いて、円の方程式の組み合わせの曖昧さに起因する誤検出を防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視領域内に侵入した人、動物、物体等の目標を検出する装置およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図２０に示すように、所定の監視領域内に不特定多数の目標Ｔが侵入してきた場合、これを検出するために、従来より、カメラやレーザ、あるいはモノパルスレーダ等が用いられている。目標Ｔの位置は、例えば、デカルト座標（直交座標）では（ｘ，ｙ）で表され、極座標では（ｒ，θ）で表される。
【０００３】
ところが、レーザ等の光学系の検出装置は、一般にビーム幅が極めて狭いため、ピンポイント検知が可能な反面、複数の目標を検出するためには、図２１に示すように、多数の検出装置を配置しなければならないという問題がある。図２１の例では、監視領域の周りに６台のレーザ装置１１〜１６が設置されており、装置間でレーザ光を照射して目標Ｔ1 およびＴ2 を検知する。
【０００４】
また、たとえスキャン機構を備えた検出装置を用いたとしても、取り分け交差点や踏み切り等の暴露環境においては、蜘蛛の巣や埃等による光学部品の汚れがその検出能力を大幅に低下させるので、頻繁なメンテナンスが欠かせない。さらに、時刻による周辺環境の光学的特性の変化も、性能を保証する上で大きな問題となる。
【０００５】
一方、レーダ等の電波系の検出装置は、耐環境性の面では有利である反面、一般に極座標上の点として目標の定位を行うため、性能上の問題が生じる。例えば、モノパルスレーダ装置では装置当たりの測角範囲は比較的広いものの、単一目標の角度しか得られない。また、アレイアンテナを用いたレーダ装置では、複数の目標の角度を計算できるものの、装置当たりの測角範囲が狭く、かつ、大きな信号処理コストを要する。
【０００６】
また、単純に複数のレーダ装置を用いて目標の視線距離情報のみを測定し、得られた情報を用いて円の方程式の組み合わせを解き、目標の直交座標上での位置を計算するという方法も考えられる。距離情報のみから三角測量により目標を一意的に定位する場合、監視領域が方形であれば、例えば図２２に示すように、監視領域の周りの異なる３点にπ／２（９０度）の測角範囲を持つ検出装置を配置する必要がある。したがって、少なくとも３台以上の検出装置が必要となる。
【０００７】
図２２の例では、監視領域の３頂点に検出装置２１〜２３がそれぞれ設置されており、三角測量により目標Ｔ1 およびＴ2 の位置を特定する。各検出装置から見たとき、目標Ｔ1 およびＴ2 はそれぞれ以下の円弧上に存在する。
１．検出装置２１ Ｔ1 ：円弧２４ Ｔ2 ：円弧２５
２．検出装置２２ Ｔ1 ：円弧２６ Ｔ2 ：円弧２７
３．検出装置２３ Ｔ1 ：円弧２８ Ｔ2 ：円弧２９
【０００８】
ところが、現状のモノパルスレーダ装置１台当たりの測角範囲は高々π／６（３０度）程度であるから、この構成で複数の目標を一意的に定位するためには、各検出装置を３台のレーダ装置で構成する必要があり、全体では少なくとも９台以上のレーダ装置が必要となる。
【０００９】
下記の特許文献１は、スペクトラム拡散方式のレーダを用いて所定エリア内の被監視物体を検知する方法に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２５７９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来の目標検出装置には、次のような問題がある。
（１）レーザ等の光学系の検出装置は、外部環境の影響を受けやすく、屋外に設置した場合には、その性能を保証するのが困難である。また、複数の目標を検出するためには、多数の検出装置を配置しなければならない。
（２）モノパルスレーダ装置は、１台で１つの目標を検知するのが原則であり、多数の目標を検知し、角度情報と距離情報とで各目標を定位するためには、目標数と同じ数のレーダ装置を設置しなければならない。また、３台のモノパルスレーダ装置を１組として、監視領域の周りの３点に１組ずつ配置し、距離情報のみを用いて三角測量で目標の位置を算出する方法も考えられるが、レーダ装置を構成する部品が高価であるため、可能な限り少ない台数で広範囲な測角を実現することが望ましい。
【００１２】
そこで、レーダ装置の台数を削減するために、例えば、図２３に示すように、各々３台のレーダ装置からなる検出装置３１および３２を２点に設置して、目標の定位を行うことができるかどうかを考えてみる。各検出装置から見たとき、真の目標Ｔ1 およびＴ2 はそれぞれ以下の円弧上に存在する。
１．検出装置３１ Ｔ1 ：円弧４１ Ｔ2 ：円弧４２
２．検出装置３２ Ｔ1 ：円弧４３ Ｔ2 ：円弧４４
【００１３】
検出装置３１からＴ1 ／Ｔ2 までの距離をそれぞれｒ11／ｒ12とし、検出装置３２からＴ1 ／Ｔ2 までの距離をそれぞれｒ21／ｒ22とすると、Ｔ1 （ｒ11，ｒ21）およびＴ2 （ｒ12，ｒ22）のように測定距離の正しいペアリングを行えば、各目標の座標が簡単な円の連立方程式から決定される。しかし、誤ったペアリングを行うと、虚像５１および５２の座標が算出されてしまう。
【００１４】
今、このシステムで目標Ｔ1 およびＴ2 の視線距離を測定したところ、図２４のような結果が得られたとする。図２４において、横軸は距離インデクスを表し、縦軸はベースバンド信号のパワーを表す。検出装置３１におけるベースバンド信号には２つのピーク６１および６２が現れ、検出装置３２におけるベースバンド信号には２つのピーク６３および６４が現れている。これらのピークの位置に対応する距離インデクスが、目標Ｔ1 およびＴ2 までの距離を示している。
【００１５】
このとき、ピーク６１および６２の各々に対してピーク６３または６４を組み合わせることができるので、２通りの組み合わせが考えられ、監視領域内には合計４つの点の座標が求まる。つまり、目標Ｔ1 およびＴ2 と虚像５１および５２の座標である。
【００１６】
円の連立方程式の解の個数は目標の個数の２乗に比例して増加するので、２台の検出装置では目標数が増加するほど、検出誤りを取り除くために多くの計算コストが必要となり、台数を減らせば即応性に問題が生じる。
（３）多数の目標が監視領域内に侵入してきた場合、これらを正確に判別するには、各目標の位置を、直交座標若しくは極座標上の点としてローカライズするのが望ましい。しかしながら、従来の検出装置では、光学系にしろレーダ系にしろ、このような多数目標の判別処理を自律測位計のみを用いて所望の時間内に行うのは、非常に困難である。
【００１７】
本発明の第１の課題は、屋外等の暴露環境に適した安価な目標検出装置または目標検出システムを提供することである。
【００１８】
本発明の第２の課題は、監視領域内に侵入した複数の目標を高精度かつ高速に検出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
図１は、本発明の目標検出装置の原理図である。図１の目標検出装置は、送受信手段１０１、センサ手段１０２−１〜１０２−ｍ、およびスイッチ手段１０３を備える。送受信手段１０１は、目標を検出するための送信信号を生成し、受信信号から目標の距離情報を抽出する。センサ手段１０２−１〜１０２−ｍは、それぞれ異なる角度範囲に向けて送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号を送受信手段１０１に転送する。スイッチ手段１０３は、送受信手段１０１とセンサ手段１０２−１〜１０２−ｍの間の接続を、時分割で切り替える。
【００２０】
センサ手段１０２−１〜１０２−ｍとしては、例えば、レーダ信号を送受信するアンテナや音波を送受信する音波センサが用いられる。これらのセンサ手段１０２−１〜１０２−ｍと、信号処理を行う送受信手段１０１とをスイッチ手段１０３で時分割的に接続することにより、単一の送受信手段１０１をセンサ手段１０２−１〜１０２−ｍで共用することが可能になる。したがって、信号処理用部品の総数を抑えた安価な構成で、広い監視領域をカバーすることができる。
【００２１】
送受信手段１０１は、例えば、図２の送受信部２００、無線周波数発振器２０９、およびベースバンド発振器２１０に対応し、センサ手段１０２−１〜１０２−ｍは、例えば、図２のアンテナＡ１〜Ａ４または図６のアンテナ６０１〜６０５に対応する。スイッチ手段１０３は、例えば、図２の二極双投（ＤＰＤＴ）スイッチ２０１、２０２または図６の双方向性スイッチ６０６に対応する。
【００２２】
また、本発明の第１および第２の目標検出システムはともに、第１および第２の目標検出装置と処理手段を備える。
【００２３】
第１の目標検出システムにおいて、第１の目標検出装置は、それぞれ異なる角度範囲に向けて第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から目標の第１の距離情報を抽出する。第２の目標検出装置は、それぞれ異なる角度範囲に向けて第２の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から目標の第２の距離情報を抽出する。
【００２４】
処理手段は、目標の位置が、第１の目標検出装置により第１の距離情報が抽出されたときの第１の角度範囲と、第２の目標検出装置により第２の距離情報が抽出されたときの第２の角度範囲の両方に共通する領域内に含まれるという条件を用いて、第１の距離情報および第２の距離情報から目標の位置を計算する。
【００２５】
２台の目標検出装置のみを用いて目標の定位を行えば、３台の目標検出装置を用いる場合に比べて装置コストが確実に低下する。また、第１および第２の目標検出装置がセンサ手段をそれぞれ複数個備えることで、各装置の側角範囲が複数の角度範囲に分割される。したがって、２台の目標検出装置が同一の目標を捉えたとき、それぞれの角度範囲に共通する領域内にその位置を限定することが可能になる。これにより、その共通領域内の真の目標と、共通領域に含まれない虚像とを区別することができ、目標の誤検出の可能性が低下する。
【００２６】
第２の目標検出システムにおいて、第１の目標検出装置は、第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から目標の第１の距離情報を抽出する。第２の目標検出装置は、第２の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から目標の第２の距離情報を抽出する。
【００２７】
処理手段は、複数の目標に対して第１の目標検出装置と第２の目標検出装置をモノスタティックモードで動作させて、第１の目標検出装置から各目標までの第１の距離情報と、第２の目標検出装置から各目標までの第２の距離情報を取得する。また、第１の目標検出装置を送信機とし第２の目標検出装置を受信機とするバイスタティックモードで第１の目標検出装置と第２の目標検出装置を動作させて、送信機から各目標を経由して受信機に至る総合伝搬距離情報を各目標について取得する。そして、第１の距離情報と第２の距離情報の和を各目標の総合伝搬距離情報と比較することで、複数の目標の位置を特定する。
【００２８】
第１の目標検出システムと同様に、２台の目標検出装置のみを用いて目標の定位を行えば、３台の目標検出装置を用いる場合に比べて装置コストが低下する。また、バイスタティックモードの計測を行って、第１の目標検出装置から各目標を経由して第２の目標検出装置に至る総合伝搬距離情報を取得することで、各装置から各目標までの距離情報以外に、目標に関する付加的な距離情報が得られる。
【００２９】
複数の目標のそれぞれについて第１および第２の距離情報が得られた場合、ある目標についての第１および第２の距離情報の組み合わせが正しければ、それらの和はその目標についての総合伝搬距離情報と一致するはずである。したがって、第１および第２の距離情報の和を総合伝搬距離情報と比較することで、第１および第２の距離情報の組み合わせが正しいか否かを判定することができる。そして、正しい組み合わせを用いて各目標の位置を特定することで、目標の誤検出の可能性が低下する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、部品点数を抑えた安価な構成の目標検出装置またはシステムにより、広い監視領域をカバーすることができる。
【００３１】
また、監視領域の周りの異なる２点のみに目標検出装置を配置した場合でも、虚像による目標の誤検出を簡単な処理により排除し、複数の目標を高精度かつ高速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の目標検出装置の原理図である。
【図２】目標検出装置の構成図である。
【図３】第１の動作タイミングチャートである。
【図４】監視領域の分割方法を示す図である。
【図５】第２の動作タイミングチャートである。
【図６】５つのアンテナを用いた構成を示す図である。
【図７】第１の測位方法のフローチャートである。
【図８】一般的な測位方法を示す図である。
【図９】モノスタティックモードの動作を示す図である。
【図１０】バイスタティックモードの動作を示す図である。
【図１１】第２の測位方法のフローチャートである。
【図１２】ハイブリッドシステムの構成図である。
【図１３】間接変調のレーザ光源を示す図である。
【図１４】モノパルスレーダ装置の構成図である。
【図１５】アレイレーダ装置の構成図である。
【図１６】第３の測位方法のフローチャートである。
【図１７】３つの目標の第１の存在範囲を示す図である。
【図１８】３つの目標の第２の存在範囲を示す図である。
【図１９】Ｎ個の目標の定位処理のフローチャートである。
【図２０】監視領域と目標を示す図である。
【図２１】レーザ装置の配置を示す図である。
【図２２】レーダ装置による三角測量を示す図である。
【図２３】三角測量における虚像を示す図である。
【図２４】ベースバンド信号のピーク位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本実施形態においては、監視領域の周りの適当な箇所に２台以上の目標検出装置を設置し、これらを協調的に動作させて三角測量により目標の定位を行う。精度を向上させるためには、３台以上の目標検出装置を用いるのが望ましいが、以下では２台を用いた場合について、システムの各実装レベル毎に詳細を述べる。
【００３４】
まず、装置の回路構成について説明する。図２は、レーダを用いた場合の目標検出装置の構成例を示している。図２の目標検出装置は、送受信共用のアンテナＡ１〜Ａ４、二極双投（ＤＰＤＴ）スイッチ２０１、２０２、分岐部（ＨＹＢ）２０３、２０４、２０８、低雑音増幅器２０５、ミキサ２０６、高出力増幅器２０７、無線周波数発振器２０９、およびベースバンド発振器２１０を備える。このうち、低雑音増幅器２０５、ミキサ２０６、高出力増幅器２０７、および分岐部２０８は、送受信部２００に含まれる。
【００３５】
ベースバンド発振器２１０は、三角波を生成して無線周波数発振器２０９に出力する。無線周波数発振器２０９は、例えば、電圧制御発振器であり、三角波により周波数変調された送信信号を生成する。分岐部２０８は、その送信信号を高出力増幅器２０７とミキサ２０６に出力し、高出力増幅器２０７は、送信信号を増幅し、分岐部２０４は、増幅された送信信号をスイッチ２０１および２０２に出力する。
【００３６】
スイッチ２０１は、分岐部２０４からの送信信号をアンテナＡ３またはＡ４のいずれかに選択的に出力する機能と、アンテナＡ３またはＡ４のいずれかからの受信信号を選択して分岐部２０３に出力する機能とを有する。同様に、スイッチ２０２は、分岐部２０４からの送信信号をアンテナＡ１またはＡ２のいずれかに選択的に出力する機能と、アンテナＡ１またはＡ２のいずれかからの受信信号を選択して分岐部２０３に出力する機能とを有する。
【００３７】
こうして、アンテナＡ１〜Ａ４のいずれかから送信された信号は、監視領域内の目標により反射されて、そのアンテナにより受信される。分岐部２０３は、スイッチ２０１または２０２からの受信信号を低雑音増幅器２０５に出力し、低雑音増幅器２０５は、受信信号を増幅する。そして、ミキサ２０６は、増幅された受信信号と送信信号の一部をミキシングすることで、目標の距離情報および速度情報を含んだベースバンド（ＢＢ）信号を生成する。
【００３８】
レーダ装置の場合、システム構成上最も高価な部品は無線周波数回路であるから、送受信部２００、無線周波数発振器２０９、およびベースバンド発振器２１０を複数のアンテナＡ１〜Ａ４で共用している。また、アンテナ総数を減らして、装置開口当たりのユニットアンテナの利得を向上させるため、双方向性スイッチ２０１および２０２を用いて、アンテナＡ１〜Ａ４と送受信部２００を接続し、必要な測角範囲を時分割でカバーする。
【００３９】
この例では４個のアンテナを用いているので、隣接する２個のアンテナ（送受信各１個）を測位に利用する場合には測角範囲は３分割され、隣接する３個のアンテナ（送信に１個、受信に２個等）を測位に利用する場合には測角範囲は２分割されることになる。
【００４０】
送受信に各１個のアンテナを利用する場合の時分割動作は、例えば、図３に示すようになる。まず、タイムスロットｔ１では、アンテナＡ１が信号を送信し、アンテナＡ２が信号を受信する。次に、タイムスロットｔ２では、アンテナＡ２が信号を送信し、アンテナＡ３が信号を受信する。そして、タイムスロットｔ３では、アンテナＡ３が信号を送信し、アンテナＡ４が信号を受信する。タイムスロットｔ４〜ｔ６でも同様の動作が行われる。なお、本構成例では例えば、双方向性スイッチ２０２は、タイムスロットｔ１に於いて分岐部２０４からアンテナＡ１へ向かう送信信号と、アンテナＡ２から分岐部２０３へ向かう受信信号とを、ｔ１を細分した周期で適宜切り替えるものとする。
【００４１】
このように、複数のアンテナと１つの送受信部を双方向性スイッチで時分割的に接続することにより、部品点数を抑えた安価な構成で全監視領域をカバーすることが可能になる。
【００４２】
次に、監視領域の空間分割について説明する。図４に示すように、システムが監視すべき範囲を個々のアンテナの測角範囲に応じて適宜分割し、特定の時間帯において特定の領域の空間情報のみが、目標の座標を与える連立方程式の拘束条件として有効となるようにする。そして、有効な方程式の組み合わせから目標の位置を算出する。これにより、２台の目標検出装置を用いた場合の虚像の問題が解消される確率が高くなる。
【００４３】
図４の例では、監視領域の２頂点に目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 が配置され、各々のπ／２の測角範囲をＳＲ11〜ＳＲ13またはＳＲ21〜ＳＲ23の３領域に分割して監視する。したがって、全監視領域はＳＲ11〜ＳＲ13∩ＳＲ21〜ＳＲ23の９個の擬似排他領域に分割される。
【００４４】
処理部４０１は、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 に接続され、高速フーリエ変換部、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ等を含む。メモリには、監視領域の分割方法と各排他領域の位置および形状に関する情報が、あらかじめ格納されている。このうち、各排他領域の情報としては、領域内部の座標を表す不等式等が用いられる。
【００４５】
処理部４０１は、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 の動作を制御するとともに、各目標検出装置から出力されるベースバンド信号の高速フーリエ変換を行って、目標の距離情報および速度情報を抽出する。そして、抽出された距離情報を用いて目標の位置を算出する。
【００４６】
目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 としては、例えば、図２に示した装置が用いられ、隣接する２個のアンテナが各角度範囲の計測を担当する。このとき、処理部４０１は、スイッチ２０１および２０２を所定のタイムスロット毎に切り替えることにより、アンテナＡ１〜Ａ４の時分割動作を制御する。
【００４７】
この場合の時分割動作は、例えば、図５に示すようになる。まず、タイムスロットｔ１では、目標検出装置Ｓ1 によりＳＲ11の計測が行われ、続いてタイムスロットｔ２〜ｔ４では、目標検出装置Ｓ2 によりＳＲ21〜ＳＲ23の計測が順番に行われる。次に、タイムスロットｔ５では、目標検出装置Ｓ1 によりＳＲ12の計測が行われ、続いてタイムスロットｔ６〜ｔ８では、目標検出装置Ｓ2 によりＳＲ21〜ＳＲ23の計測が順番に行われる。
【００４８】
そして、タイムスロットｔ９では、目標検出装置Ｓ1 によりＳＲ13の計測が行われ、続いてタイムスロットｔ１０〜ｔ１２では、目標検出装置Ｓ2 によりＳＲ21〜ＳＲ23の計測が順番に行われる。このような時分割動作が繰り返される。
【００４９】
ところで、図４のような空間分割を行う場合、アンテナの数は必ずしも４個に限られるわけではない。例えば、図６に示すように、５個のアンテナ６０１〜６０５を用いた場合は、アンテナ６０１〜６０３がＳＲ11をカバーし、アンテナ６０２〜６０４が角度範囲ＳＲ12をカバーし、アンテナ６０３〜６０５が角度範囲ＳＲ13をカバーする。これらのアンテナは、双方向性スイッチ６０６により送受信部２００と接続される。スイッチ６０６としては、例えば、二極双投スイッチと二極三投（ＤＰ３Ｔ）スイッチの組み合わせが用いられる。
【００５０】
次に、図４のような空間分割に基づく目標の測位アルゴリズムについて説明する。図４において、目標検出装置Ｓ1 の位置をｘｙ座標系の原点（０，０）とし、横軸および縦軸をそれぞれｘ軸およびｙ軸とし、目標検出装置Ｓ2 の座標を（０，ｙ0 ）とする。
【００５１】
また、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 を図５のタイミングチャートに従って動作させ、目標検出装置Ｓ1 により測定された目標Ｔ1 ／Ｔ2 までの視線距離をそれぞれｒ11／ｒ12とし、目標検出装置Ｓ2 により測定された目標Ｔ1 ／Ｔ2 までの視線距離をそれぞれｒ21／ｒ22とする。
【００５２】
さらに、目標Ｔ1 ／Ｔ2 の座標を（ｘ1 ，ｙ1 ）／（ｘ2 ，ｙ2 ）とすると、円の連立方程式として次の４式が得られる。
【００５３】
【数１】
ＳＲ12とＳＲ21の共通領域４０２（ＳＲ12∩ＳＲ21）がアクティブになる時間帯（タイムスロットｔ５およびｔ６）にデータ測定が行われたものとすると、有効な方程式の組は、距離の範囲から明らかに（２）式と（４）式であり、次式によって一意的にＴ2 の座標が決定される。
【００５４】
【数２】
図７は、この場合の目標Ｔ2 の測位方法のフローチャート例である。まず、処理部４０１は、目標検出装置Ｓ1 にＳＲ12の範囲を計測させ、目標Ｔ2 の視線距離ｒ12を取得する（ステップ７０１）。次に、目標検出装置Ｓ2 にＳＲ21〜ＳＲ23の範囲を順番に計測させ、ＳＲ21の範囲で目標Ｔ2 の視線距離ｒ22を取得する（ステップ７０２）。
【００５５】
次に、あらかじめメモリ内に格納された領域４０２に関する情報を参照し、円の連立方程式を解いてＴ2 の座標を求める（ステップ７０３）。このとき、２つの円の交点として２点の座標が得られるため、各点について領域４０２に含まれるか否かを検証する（ステップ７０４）。
【００５６】
そして、領域４０２に含まれる点をＴ2 の位置に決定し、ｒ12およびｒ22を円の連立方程式の適用対象から除外する（ステップ７０６）。一方、領域４０２に含まれない点については、クラッタとして破棄する（ステップ７０５）。
【００５７】
このように、各タイムスロットにおいて計測対象となる排他領域の空間情報を与えて円の連立方程式を解けば、他の目標からの影響を受けるものの、方程式の組み合わせの曖昧さに起因する虚像の検出確率が低くなり、目標の座標が一意的に定まる確率が高くなる。
【００５８】
監視領域の空間分割は、時間だけでなく、周波数あるいは符号に基づいて実施してもよい。例えば、コード分割の場合は、各排他領域に固有の符号を付加しておき、ＳＲ11〜ＳＲ13およびＳＲ21〜ＳＲ23のそれぞれの角度範囲に対して、その範囲に含まれる複数の排他領域の符号を割り当てる。そして、Ｓ1 およびＳ2 が計測した角度範囲の両方に割り当てられた符号により、目標が存在する排他領域を特定する。
【００５９】
上述の例では、簡単のため、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 の座標を特殊な値に設定しているが、図８に示すように、これらが任意の位置Ｏ1 （ｘ01，ｙ01）およびＯ2 （ｘ02，ｙ02）に設置された場合でも、目標までの視線距離の情報のみから円の交点Ｉ1 （ｘ1 ，ｙ1 ）およびＩ2 （ｘ2 ，ｙ2 ）を算出することが可能である。
【００６０】
図８において、Ｏ1 およびＯ2 を通る直線とＩ1 およびＩ2 を通る直線の交点Ｒ1 の座標を（ｘR ，ｙR ）とし、各点間の距離をそれぞれＯ1 −Ｏ2 ：ｄ、Ｏ1 −Ｉ1 ：ｒ1 、Ｏ1 −Ｒ1 ：ｓ、Ｏ2 −Ｉ1 ：ｒ2 、Ｉ1 −Ｒ1 （＝Ｉ2 −Ｒ1 ）：ｔ、Ｒ2 −Ｉ2 ：ｄｘ、Ｒ2 −Ｒ1 ：ｄｙとする。このとき、真の目標または虚像のいずれかに対応する２点Ｉ1 およびＩ2 の座標は、次式により求められる。なお、Ｒ2 はＲ1 からｙ軸に平行に下ろした直線とＩ2 からｘ軸に平行に引いた直線との交点であり、またＲ3 はＯ2 からｙ軸に平行に下ろした直線とＯ1 からｘ軸に平行に引いた直線との交点である。
【００６１】
【数３】
なお、監視領域の空間分割の方法は、図４のような９分割に限定されるものではなく、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 の構成に応じて適切な分割方法が採用される。
【００６２】
次に、同期測位の方法について説明する。この測位方法では、まず、図９に示すように、モノスタティックモードにおいて、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 を通常のモノスタティックレーダとして動作させ、目標Ｔ1 ／Ｔ2 までの視線距離ｒ11／ｒ12およびｒ21／ｒ22の測定を行う。
【００６３】
次に、図１０に示すように、バイスタティックモードにおいて、互いに離れた位置にある目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 で送受信系を構成し、バイスタティックレーダとして動作させる。例えば、Ｓ1 からの送信信号がＴ1 ／Ｔ2 によってバイスタティック反射された成分をＳ2 によって測定し、Ｓ1 →Ｔ1 →Ｓ2 およびＳ1 →Ｔ2 →Ｓ2 の各経路の総合伝搬距離であるｒ112 （＝ｒ11＋ｒ21）およびｒ122 （＝ｒ12＋ｒ22）を測定する。もちろん、Ｓ1 とＳ2 の役割を入れ替えて、逆の伝搬順序で測定してもかまわない。
【００６４】
最後に、上述した円の方程式の組から計算された監視領域内のＴ1 ／Ｔ2 の座標（２つの虚像を含む４点の座標）を用いて４つの総合伝搬距離を計算し、これらをｒ112 （＝ｒ11＋ｒ21）およびｒ122 （＝ｒ12＋ｒ22）の測定値と比較すれば、Ｔ1 ／Ｔ2 の正しい座標が求められる。例えば、Ｔ1 の正しい座標は、（１）式と（３）式の組から計算されたものであることが簡単に分かる。
【００６５】
このとき、例えば、次式のような距離の差分の絶対値を目的関数として用いた最適化処理を行って、各目標の座標を求めてもよい。各目標の座標の初期値は、（１）式〜（４）式を適当に組み合わせて計算することができる。
【００６６】
【数４】
このように、モノスタティックモードとバイスタティックモードで得られた情報を組み合わせることで、正確な目標の座標を決定することができる。
【００６７】
図１１は、同期測位を用いた目標Ｔ1 およびＴ2 の測位方法のフローチャートである。まず、処理部４０１は、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 を通常のモノスタティックレーダとして動作させ、視線距離ｒ11、ｒ12、ｒ21、およびｒ22を取得する（ステップ１１０１）。ただし、この段階では、ｒ11およびｒ12のいずれが目標Ｔ1 までの正しい距離であるかは確定しておらず、同様に、ｒ21およびｒ22のいずれが目標Ｔ2 までの正しい距離であるかは確定していないものとする。
【００６８】
次に、Ｓ1 を送信機、Ｓ2 を受信機とするバイスタティックレーダとして動作させ、Ｓ1 →Ｔ1 →Ｓ2 およびＳ1 →Ｔ2 →Ｓ2 の総合伝搬距離ｒ112 およびｒ122 を取得する（ステップ１１０２）。
【００６９】
次に、円の連立方程式を用いて目標Ｔ1 の位置を計算するために、暫定的な半径の組み合わせを決定する（ステップ１１０３）。ここでは、例えば、ｒ11とｒ21が暫定的な組み合わせとして決定される。
【００７０】
次に、微小な閾値εを用いて、以下の２つの不等式が満たされるか否かをチェックする（ステップ１１０４）。
【００７１】
｜（ｒ11＋ｒ21）−ｒ112 ｜＜ε ＆ ｜（ｒ12＋ｒ22）−ｒ122 ｜＜ε （９）
【００７２】
これらの不等式が満たされれば、目標Ｔ1 の座標をｒ11とｒ21の組み合わせから計算し、目標Ｔ2 の座標をｒ12とｒ22の組み合わせから計算する（ステップ１１０６）。いずれかの不等式が満たされなければ、目標Ｔ1 の座標をｒ11とｒ22の組み合わせから計算し、目標Ｔ2 の座標をｒ12とｒ21の組み合わせから計算する（ステップ１１０５）。
【００７３】
そして、計算された目標Ｔ1 およびＴ2 の座標が有効な値か否かをチェックする（ステップ１１０７）。ここでは、例えば監視領域が一辺ｙ０の正方形である場合、ｘ座標およびｙ座標がともに区間[０，y０]内の正の実数であれば有効と判定され、それ以外の値であれば無効と判定される。目標Ｔ1 およびＴ2 の座標が有効な値であれば測位を終了し（ステップ１１０８）、そうでなければステップ１１０１以降の動作を繰り返して再測定を行う。なお、例えば安全性を重視するアプリケーションでは、事前に設定した適当な回数だけ再測定を行っても妥当な値が得られない場合、例えば、モノスタティック測定の結果のみを用い、監視領域内に現れる全ての点の座標を実在する目標点として処理する（安全性があまり問題でないアプリケーションでは、クラッタとして処理することもあり得る）。
【００７４】
次に、レーザやカメラ等の光学系センサとライダ／レーダ装置を用いた混合測位の方法について説明する。前述したように、侵入者のピンポイント検出という観点からは、レーダよりレーザの方が優れている場合がある。そこで、普段はレーダを用いて広角監視モードで広い範囲を監視しておき、時間的な意味も含めて緊急性の高い領域への侵入が予想された場合、侵入者を確実に検出するためにレーザを用いる、というハイブリッドシステムが考えられる。
【００７５】
このシステムでは、単一のレーザ光源を適切な信号源を用いて直接または間接的に変調し、変調された光信号をそのまま各装置へ分配し、各装置内で光検出器等を用いて、レーダ信号として必要な同期の取れた源振を回復する。
【００７６】
図１２は、このようなハイブリッドシステムの構成例を示している。このシステムは、レーザ光源１２０１、光アイソレータ１２０２、光バンドパスフィルタ１２０３、スプリッタ１２０４、遅延器１２０５、レーザ検出部１２０６、レーダ送受信部１２０７、１２１０、送信アンテナ１２０８、１２１１、および受信アンテナ１２０９、１２１２を備える。スプリッタ１２０４と遅延器１２０５、遅延器１２０５とレーダ送受信部１２０７、スプリッタ１２０４とレーダ送受信部１２１０は、それぞれ位相安定化光ファイバで接続されている。
【００７７】
レーザ光源１２０１は、ベースバンド発振器１２２１、無線周波数発振器１２２２、および分布帰還型レーザ１２２３を含む。分布帰還型レーザ１２２３の出力光は、ベースバンド発振器１２２１および無線周波数発振器１２２２により生成された送信信号により直接変調され、光信号として出力される。この光信号は、光アイソレータ１２０２および光バンドパスフィルタ１２０３を経由して、スプリッタ１２０４により３つに分岐する。
【００７８】
１番目の光信号はレーザ検出部１２０６に転送され、２番目の光信号は遅延器１２０５を経由してレーダ送受信部１２０７に転送され、３番目の光信号はレーダ送受信部１２１０に転送される。遅延器１２０５の遅延量τは、レーダ送受信部１２０７とレーダ送受信部１２１０への光信号の到達時間が同じになるように設定される。
【００７９】
レーザ検出部１２０６は、基準ミラー１２３１、ハーフミラー１２３２、レンズ１２３３、および光検出器（ＰＤ）１２３４を含み、レーザ光源１２０１から転送された光を、ハーフミラー１２３２およびレンズ１２３３を介して監視領域に照射する。そして、目標からの反射光をレンズ１２３３およびハーフミラー１２３２を介して、光検出器１２３４により検出する。
【００８０】
レーザ検出部１２０６の別の構成例としては、ガルバノミラー型光スキャナと光検出器アレイの組み合わせも考えられる。
【００８１】
レーダ送受信部１２０７は、光検出器１２４１、分岐部（ＨＹＢ）１２４２、高出力増幅器１２４３、ミキサ１２４４、および低雑音増幅器１２４５を含み、レーダ送受信部１２１０は、光検出器１２５１、分岐部１２５２、高出力増幅器１２５３、ミキサ１２５４、および低雑音増幅器１２５５を含む。各レーダ送受信部は、レーザ光源１２０１から転送された光信号を、光検出器により送信信号に変換して、図２の送受信部２００と同様の動作を行う。
【００８２】
例えば、レーダ送受信部１２０７、送信アンテナ１２０８、および受信アンテナ１２０９は、図４の目標検出装置Ｓ1 として用いられ、レーダ送受信部１２１０、送信アンテナ１２１１、および受信アンテナ１２１２は、図４の目標検出装置Ｓ2 として用いられる。
【００８３】
このシステムでは、単一のレーザ光源１２０１を源振として２つのレーダ装置に用いる電磁波が生成される。したがって、図１０のバイスタティックモードにおいて、例えば、Ｓ1 →Ｔ1 →Ｓ2 なる経路で総合伝搬距離を測定する際に、Ｓ1 とＳ2 のローカル光源のコヒーレンスを高めることができ、測定精度が向上する。
【００８４】
これらのレーダ装置のアンテナ部分の構成としては、図２に示した送受信共用の複数のアンテナを用いることも可能である。
【００８５】
図１３は、図１２のレーザ光源１２０１の別の構成例を示している。このレーザ光源は、分布帰還型レーザ１３０１、マッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）１３０２、ファブリペロ（ＦＰ）レーザ１３０３、無線周波数発振器１３０４、およびベースバンド発振器１３０５を含む。マッハツェンダ変調器１３０２は、分布帰還型レーザ１３０１の出力光を、ベースバンド発振器１３０５および無線周波数発振器１３０４により生成された送信信号により間接的に変調する。マッハツェンダ変調器１３０２からの光は、ファブリペロレーザ１３０３を介して外部に出力される。
【００８６】
また、ピンポイント検出性よりも証拠保全性を重視する場合は、上記ハイブリッドシステムにおいて、レーザの代わりにカメラを用いることが望ましい。この場合、普段はレーダを用いて広角監視モードで監視を行い、緊急性の高い領域への侵入が予想された場合、証拠を残すためにカメラで侵入者を撮像する。これは、例えば監視領域を物理的に仕切るための何らかの装置、機構を監視時間中に損壊して突破するような目標の特定等にも用いられる。
【００８７】
ところで、上述した実施形態では、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 として、図２または図１２の回路構成のレーダ装置を採用しているが、他の回路構成を採用することも、もちろん可能である。例えば、図１４に示すモノパルスレーダ装置や図１５に示すアレイレーダ装置を目標検出装置として採用することができる。
【００８８】
図１４のモノパルスレーダ装置は、受信アンテナ１４０１、１４０２、単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチ１４０３、低雑音増幅器１４０４、ミキサ１４０５、送信アンテナ１４０６、高出力増幅器１４０７、分岐部（ＨＹＢ）１４０８、無線周波数発振器１４０９、およびベースバンド発振器１４１０を備える。このモノパルスレーダ装置は、広い測角範囲を有するが、単一の目標の角度しか測定することができない。
【００８９】
図１５のアレイレーダ装置は、Ｎ個の受信アンテナ１５０１−１〜１５０１−Ｎ、単極Ｎ投（ＳＰＮＴ）スイッチ１５０２、低雑音増幅器１５０３、ミキサ１５０４、送信アンテナ１５０５、高出力増幅器１５０６、分岐部（ＨＹＢ）１５０７、無線周波数発振器１５０８、およびベースバンド発振器１５０９を備える。このアレイレーダ装置は、受信アンテナ１５０１−１〜１５０１−Ｎからなるアレイアンテナにより、多数の目標を測位することができるが、その測角範囲は一般に狭い。
【００９０】
図４に示した空間分割を採用する場合は、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 として、それぞれ３台のモノパルスレーダ装置またはアレイレーダ装置を設置することが望ましい。この場合も、監視領域の空間分割は、時間、周波数、符号等に基づいて実施される。
【００９１】
さらに、目標検出装置としては、レーダ装置の代わりにソナー装置等の他の装置を用いることも可能である。例えば、図２の目標検出装置としてソナー装置を用いた場合は、アンテナＡ１〜Ａ４を、音波を送受信する音波センサ（圧電素子）に置き換え、無線周波数発振器２０９をソナー用発振器に置き換えればよい。
【００９２】
同様に、図１２のレーダ装置の代わりにソナー装置を用いた場合は、送信アンテナ１２０８、１２１１および受信アンテナ１２０９、１２１２を音波センサに置き換え、無線周波数発振器１２２２をソナー用発振器に置き換えればよい。
【００９３】
また、図４、図９、および図１０のシステムにおいて目標検出装置を３台以上配置した場合でも、処理部４０１は、適当な２台の目標検出装置を組み合わせて、同様のアルゴリズムにより測位を行うことができる。
【００９４】
次に、監視領域内にＮ個の目標Ｔ1 〜ＴN が存在する場合の測位方法について説明する。例えば、図９および図１０に示した２台の目標検出システムを用いた測位方法のフローチャートは、図１６のようになる。
【００９５】
まず、処理部４０１は、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 を通常のモノスタティックレーダとして動作させ、Ｓ1 からＴ1 〜ＴN までの視線距離ｒ11〜ｒ1Nと、Ｓ2 からＴ1 〜ＴN までの視線距離ｒ21〜ｒ2Nを取得する（ステップ１６０１）。そして、目標数Ｎが処理部４０１の性能により処理可能な個数か否かを判定する（ステップ１６０２）。処理可能な個数の上限は、あらかじめメモリに格納されているものとする。
【００９６】
目標数Ｎが処理可能な個数であれば、次に、Ｓ1 を送信機、Ｓ2 を受信機とするバイスタティックレーダとして動作させ、Ｎ個の経路Ｓ1 →Ｔ1 →Ｓ2 〜Ｓ1 →ＴN →Ｓ2 の総合伝搬距離ｒ112 〜ｒ1N2 を取得する（ステップ１６０７）。そして、得られたｒ112 〜ｒ1N2 がすべて異なる値か否かをチェックする（ステップ１６０８）。
【００９７】
ｒ112 〜ｒ1N2 がすべて異なる値であれば、それらの値を用いて目標Ｔ1 〜ＴN の座標を計算し（ステップ１６０９）、測位を終了する（ステップ１６１０）。
【００９８】
ステップ１６０２において、目標数Ｎが処理可能な個数を超えていれば、視線距離ｒ11〜ｒ1Nおよびｒ21〜ｒ2Nをそれぞれ大きさの昇順にソートし、小さいものから順に改めて符号ｒ11〜ｒ1Nおよびｒ21〜ｒ2Nを付与する（ステップ１６０３）。これにより、Ｓ1 からの視線距離の最小値ｒ1minはｒ11となり、最大値ｒ1maxはｒ1Nとなる。同様に、Ｓ2 からの視線距離の最小値ｒ2minはｒ21となり、最大値ｒ2maxはｒ2Nとなる。
【００９９】
次に、半径の組み合わせが（ｒ1min，ｒ2min）、（ｒ1min，ｒ2max）、（ｒ1max，ｒ2min）、および（ｒ1max，ｒ2max）となる円の連立方程式を解いて、目標Ｔ1 〜ＴN が存在する領域を特定する（ステップ１６０４）。そして、すべての方程式が解を持ち、それらの解が監視領域内に存在するか否かをチェックし（ステップ１６０５）、そのような解が得られれば、測位を終了する（ステップ１６１０）。
【０１００】
例えば、図１７に示すように、監視領域内に３つの目標Ｔ1 〜Ｔ3 が存在する場合、ソート後の視線距離ｒ11〜ｒ13およびｒ21〜ｒ23を半径とする円１７０１〜１７０３および１７１１〜１７１３のそれぞれに対して、円の方程式を想定することができる。このうち、半径の組み合わせが（ｒ11，ｒ21）、（ｒ11，ｒ23）、（ｒ13，ｒ21）、および（ｒ13，ｒ23）となる円の連立方程式を解くことで、４つの交点１７２１〜１７２４の座標が得られる。目標Ｔ1 〜Ｔ3 は、これらの交点に囲まれた領域に含まれている。そこで、例えば、これらの交点を頂点とする四角形の領域が、目標Ｔ1 〜Ｔ3 の存在範囲として特定される。
【０１０１】
ステップ１６０５において、一部の方程式が解を持たないか、または、解が監視領域内に存在しなければ、その方程式を定める半径の組み合わせを変更して、交点を計算し直す（ステップ１６０６）。そして、ステップ１６０５以降の処理を行う。
【０１０２】
例えば、図１８に示すように、目標Ｔ1 〜Ｔ3 のソート後の視線距離ｒ11〜ｒ13およびｒ21〜ｒ23を半径とする円１８０１〜１８０３および１８１１〜１８１３のそれぞれに対して、円の方程式を想定することができる。このうち、半径の組み合わせが（ｒ11，ｒ23）、（ｒ13，ｒ21）、および（ｒ13，ｒ23）となる円の連立方程式を解くことで、３つの交点１８２１〜１８２３の座標が得られる。
【０１０３】
ところが、半径の組み合わせが（ｒ11，ｒ21）となる円１８０１および１８１１は交点を持たないため、この組み合わせからは解が得られない。そこで、２番目に小さい視線距離ｒ12およびｒ22を用いて、半径の組み合わせが（ｒ11，ｒ22）および（ｒ12，ｒ21）となる円の連立方程式を改めて解く。これにより、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 からの距離が最も近い交点である、目標Ｔ1 およびＴ3 の座標が得られる。この場合、例えば、交点１８２１〜１８２３とＴ1 およびＴ3 の位置を頂点とする多角形の領域が、目標Ｔ1 〜Ｔ3 の存在範囲として特定される。
【０１０４】
ステップ１６０８において、総合伝搬距離ｒ112 〜ｒ1N2 の一部が同じ値であれば、ステップ１６０３以降の処理を行う。
【０１０５】
このような測位方法によれば、監視領域内に多数の目標が侵入し、処理部４０１の性能上、所定時間内にすべての目標の定位が行えない場合でも、それらの目標の存在範囲を特定し、危険エリアとして認識することができる。
【０１０６】
図１９は、図１６のステップ１６０９における目標Ｔ1 〜ＴN の定位処理のフローチャートである。まず、処理部４０１は、視線距離ｒ11〜ｒ1Nおよびｒ21〜ｒ2Nと総合伝搬距離ｒ112 〜ｒ1N2 をデータとしてメモリに格納し、制御変数ｍおよびｎをそれぞれ０とおく（ステップ１９０１）。そして、ｍと目標数Ｎを比較する（ステップ１９０２）。
【０１０７】
ｍがＮより小さければ、ｍ＝ｍ＋１とおき（ステップ１９０３）、続いてｎとＮとを比較する（ステップ１９０６）。
【０１０８】
ｎがＮより小さければ、ｎ＝ｎ＋１とおき（ステップ１９０７）、微小な閾値εを用いて、以下の不等式が満たされるか否かをチェックする（ステップ１９０８）。
【０１０９】
｜（ｒ1m＋ｒ2n）−ｒ1m2 ｜＜ε （１０）
【０１１０】
この不等式が満たされれば、半径の組み合わせが（ｒ1m，ｒ2n）となる円の連立方程式から目標Ｔm の座標を計算し（ステップ１９１１）、その座標が有効な値か否かをチェックする（ステップ１９１２）。目標Ｔm の座標が有効な値でなければ、その座標を無効座標としてメモリに格納して（ステップ１９１３）、ステップ１９０６以降の処理を繰り返す。一方、目標Ｔm の座標が有効な値であれば、その座標を有効座標としてメモリに格納して（ステップ１９１４）、ステップ１９０２以降の処理を繰り返す。また、ステップ１９０８において、不等式が満たされなければ、ステップ１９０６以降の処理を繰り返す。
【０１１１】
ステップ１９０６において、ｎがＮに達していれば、次に、現在のｍの値に対する有効座標が１≦ｎ≦Ｎの範囲で得られたか否かをチェックする（ステップ１９０９）。そのような有効座標がメモリに格納されていれば、ステップ１９０２以降の処理を繰り返す。一方、そのような有効座標がメモリに格納されていなければ、現在のｍの値に対する無効座標のうち監視領域の境界に最も近い座標を、目標Ｔm の無効座標としてメモリに格納し（ステップ１９１０）、ステップ１９０２以降の処理を繰り返す。
【０１１２】
ステップ１９０２において、ｍがＮに達していれば、次に、１≦ｍ≦Ｎの範囲のすべてのｍについて有効座標が得られたか否かをチェックする（ステップ１９１５）。そして、すべての有効座標がメモリに格納されていれば、計算を終了する（ステップ１９１８）。
【０１１３】
いずれかのｍについて無効座標がメモリに格納されていれば、有効座標により囲まれる領域が無効座標により囲まれる領域を含んでいるか否かをチェックする（ステップ１９１６）。前者が後者を含んでいれば、計算結果に警告情報を付加して（ステップ１９１９）、計算を終了する（ステップ１９１８）。一方、前者が後者を含んでいなければ、図１６のステップ１６０１以降の動作を繰り返して再測定を行う（ステップ１９１７）。
【０１１４】
なお、図１６のステップ１６０７〜１６０９において、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 をバイスタティックレーダとして動作させる代わりに、図４に示したように監視領域を空間分割して、Ｎ個の目標Ｔ1 〜ＴN の座標を求めてもかまわない。
【０１１５】
（付記１） 目標を検出するための送信信号を生成し、受信信号から該目標の距離情報を抽出する送受信手段と、
それぞれ異なる角度範囲に向けて前記送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号を前記送受信手段に転送する複数のセンサ手段と、
前記送受信手段と前記複数のセンサ手段の間の接続を、時分割で切り替えるスイッチ手段と
を備えることを特徴とする目標検出装置。
（付記２） 光学系センサ手段をさらに備え、通常は前記複数のセンサ手段が広角監視を行い、前記目標が緊急性の高い領域へ侵入することが予測される場合に、該光学系センサ手段が該目標を検出することを特徴とする付記１記載の目標検出装置。
（付記３） それぞれ異なる角度範囲に向けて第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
それぞれ異なる角度範囲に向けて第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
前記目標の位置が、前記第１の目標検出装置により前記第１の距離情報が抽出されたときの第１の角度範囲と、前記第２の目標検出装置により前記第２の距離情報が抽出されたときの第２の角度範囲の両方に共通する領域内に含まれるという条件を用いて、該第１の距離情報および第２の距離情報から該目標の位置を計算する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
（付記４） 前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置は、監視領域の周りの異なる場所に配置され、該第１の目標検出装置が有する複数のセンサ手段は、時分割で割り当てられたタイムスロット毎にそれぞれの角度範囲を走査し、該第１の目標検出装置は、前記共通する領域が走査されたタイムスロットにおける受信信号から前記第１の距離情報を抽出し、該第２の目標検出装置が有する複数のセンサ手段は、時分割で割り当てられたタイムスロット毎にそれぞれの角度範囲を走査し、該第２の目標検出装置は、該共通する領域が走査されたタイムスロットにおける受信信号から前記第２の距離情報を抽出することを特徴とする付記３記載の目標検出システム。
（付記５） 前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置は、監視領域の周りの異なる場所に配置され、該監視領域は、該第１の目標検出装置が有する複数のセンサ手段の角度範囲と、該第２の目標検出装置が有する複数のセンサ手段の角度範囲とにより、複数の排他領域に分割され、前記処理手段は、前記第１の角度範囲に含まれる各排他領域の符号と、前記第２の角度範囲に含まれる各排他領域の符号とを比較し、両方の角度範囲に共通する符号から前記共通する領域を特定することを特徴とする付記３記載の目標検出システム。
（付記６） 前記第１の目標検出装置は、前記第１の送信信号を生成し、受信信号から前記第１の距離情報を抽出する第１の送受信手段と、該第１の送受信手段と前記複数のセンサ手段の間の接続を、時分割で切り替える第１のスイッチ手段をさらに有し、前記第２の目標検出装置は、前記第２の送信信号を生成し、受信信号から前記第２の距離情報を抽出する第２の送受信手段と、該第２の送受信手段と前記複数のセンサ手段の間の接続を、時分割で切り替える第２のスイッチ手段をさらに有することを特徴とする付記３記載の目標検出システム。
（付記７） 第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
複数の目標に対して前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置をモノスタティックモードで動作させて、該第１の目標検出装置から各目標までの第１の距離情報と、該第２の目標検出装置から各目標までの第２の距離情報を取得し、該第１の目標検出装置を送信機とし該第２の目標検出装置を受信機とするバイスタティックモードで該第１の目標検出装置と第２の目標検出装置を動作させて、該送信機から各目標を経由して該受信機に至る総合伝搬距離情報を各目標について取得し、該第１の距離情報と第２の距離情報の和を各目標の総合伝搬距離情報と比較することで、該複数の目標の位置を特定する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
（付記８） 光学系センサ手段をさらに備え、通常は前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置が広角監視を行い、前記目標が緊急性の高い領域へ侵入することが予測される場合に、該光学系センサ手段が該目標を検出することを特徴とする付記３または７記載の目標検出システム。
（付記９） レーザ光を変調して光信号を生成し、該光信号を前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置に分配するレーザ光源手段をさらに備え、該第１の目標検出装置と第２の目標検出装置は、光検出器により該光信号を前記第１の送信信号および第２の送信信号にそれぞれ変換することを特徴とする付記３、７、または８記載の目標検出システム。
（付記１０） 第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
複数の目標に対して前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置を動作させて、該第１の目標検出装置から各目標までの第１の距離情報と、該第２の目標検出装置から各目標までの第２の距離情報を取得し、該複数の目標に対する第１の距離情報の最小値および最大値と、該複数の目標に対する第２の距離情報の最小値および最大値をそれぞれ半径とする４つの円の方程式から交点の座標を求め、該交点の座標を用いて該複数の目標の存在範囲を特定する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
（付記１１） 前記処理手段は、前記４つの円の方程式の一部が解を持たないとき、該一部の方程式を定める半径の組み合わせを変更して交点の座標を再計算し、得られた交点の座標を用いて前記複数の目標の存在範囲を特定することを特徴とする付記１０記載の目標検出システム。
【符号の説明】
【０１１６】
１１、１２、１３、１４、１５、１６ レーザ装置
２１、２２、２３、３１、３２ 検出装置
２４、２５、２６、２７、２８、２９、４１、４２、４３、４４ 円弧
６１、６２、６３、６４ ピーク
１０１ 送受信手段
１０２−１、１０２−２、１０２−ｍ センサ手段
１０３ スイッチ手段
２００ 送受信部
２０１、２０２ 二極双投スイッチ
２０３、２０４、２０８、１２４２、１２５２、１４０８、１５０７ 分岐部
２０５、１２４５、１２５５、１４０４、１５０３ 低雑音増幅器
２０６、１２４４、１２５４、１４０５、１５０４ ミキサ
２０７、１２４３、１２５３、１４０７、１５０６ 高出力増幅器
２０９、１２２２、１３０４、１４０９、１５０８ 無線周波数発振器
２１０、１２２１、１３０５、１４１０、１５０９ ベースバンド発振器
４０１ 処理部
４０２ 共通領域
６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４ アンテナ
６０６ 双方向性スイッチ
１２０１ レーザ光源
１２０２ 光アイソレータ
１２０３ 光バンドパスフィルタ
１２０４ スプリッタ
１２０５ 遅延器
１２０６ レーザ検出部
１２０７、１２１０ レーダ送受信部
１２０８、１２１１、１４０６、１５０５ 送信アンテナ
１２０９、１２１２、１４０１、１４０２、１５０１−１、１５０１−２、１５０１−Ｎ 受信アンテナ
１２２３、１３０１ 分布帰還型レーザ
１２３１ 基準ミラー
１２３２ ハーフミラー
１２３３ レンズ
１２３４、１２４１、１２５１ 光検出器
１３０２ マッハツェンダ変調器
１３０３ ファブリペロレーザ
１４０３ 単極双投スイッチ
１５０２ 単極Ｎ投スイッチ
１７０１、１７０２、１７０３、１７１１、１７１２、１７１３、１８０１、１８０２、１８０３、１８１１、１８１２、１８１３ 円
１７２１、１７２２、１７２３、１７２４、１８２１、１８２２、１８２３ 交点
Ｓ1 、Ｓ2 目標検出装置
ＳＲ11、ＳＲ12、ＳＲ13、ＳＲ21、ＳＲ22、ＳＲ23 角度範囲
Ｔ、Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 目標
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視領域内に侵入した人、動物、物体等の目標を検出する装置およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図２０に示すように、所定の監視領域内に不特定多数の目標Ｔが侵入してきた場合、これを検出するために、従来より、カメラやレーザ、あるいはモノパルスレーダ等が用いられている。目標Ｔの位置は、例えば、デカルト座標（直交座標）では（ｘ，ｙ）で表され、極座標では（ｒ，θ）で表される。
【０００３】
ところが、レーザ等の光学系の検出装置は、一般にビーム幅が極めて狭いため、ピンポイント検知が可能な反面、複数の目標を検出するためには、図２１に示すように、多数の検出装置を配置しなければならないという問題がある。図２１の例では、監視領域の周りに６台のレーザ装置１１〜１６が設置されており、装置間でレーザ光を照射して目標Ｔ1 およびＴ2 を検知する。
【０００４】
また、たとえスキャン機構を備えた検出装置を用いたとしても、取り分け交差点や踏み切り等の暴露環境においては、蜘蛛の巣や埃等による光学部品の汚れがその検出能力を大幅に低下させるので、頻繁なメンテナンスが欠かせない。さらに、時刻による周辺環境の光学的特性の変化も、性能を保証する上で大きな問題となる。
【０００５】
一方、レーダ等の電波系の検出装置は、耐環境性の面では有利である反面、一般に極座標上の点として目標の定位を行うため、性能上の問題が生じる。例えば、モノパルスレーダ装置では装置当たりの測角範囲は比較的広いものの、単一目標の角度しか得られない。また、アレイアンテナを用いたレーダ装置では、複数の目標の角度を計算できるものの、装置当たりの測角範囲が狭く、かつ、大きな信号処理コストを要する。
【０００６】
また、単純に複数のレーダ装置を用いて目標の視線距離情報のみを測定し、得られた情報を用いて円の方程式の組み合わせを解き、目標の直交座標上での位置を計算するという方法も考えられる。距離情報のみから三角測量により目標を一意的に定位する場合、監視領域が方形であれば、例えば図２２に示すように、監視領域の周りの異なる３点にπ／２（９０度）の測角範囲を持つ検出装置を配置する必要がある。したがって、少なくとも３台以上の検出装置が必要となる。
【０００７】
図２２の例では、監視領域の３頂点に検出装置２１〜２３がそれぞれ設置されており、三角測量により目標Ｔ1 およびＴ2 の位置を特定する。各検出装置から見たとき、目標Ｔ1 およびＴ2 はそれぞれ以下の円弧上に存在する。
１．検出装置２１ Ｔ1 ：円弧２４ Ｔ2 ：円弧２５
２．検出装置２２ Ｔ1 ：円弧２６ Ｔ2 ：円弧２７
３．検出装置２３ Ｔ1 ：円弧２８ Ｔ2 ：円弧２９
【０００８】
ところが、現状のモノパルスレーダ装置１台当たりの測角範囲は高々π／６（３０度）程度であるから、この構成で複数の目標を一意的に定位するためには、各検出装置を３台のレーダ装置で構成する必要があり、全体では少なくとも９台以上のレーダ装置が必要となる。
【０００９】
下記の特許文献１は、スペクトラム拡散方式のレーダを用いて所定エリア内の被監視物体を検知する方法に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２５７９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来の目標検出装置には、次のような問題がある。
（１）レーザ等の光学系の検出装置は、外部環境の影響を受けやすく、屋外に設置した場合には、その性能を保証するのが困難である。また、複数の目標を検出するためには、多数の検出装置を配置しなければならない。
（２）モノパルスレーダ装置は、１台で１つの目標を検知するのが原則であり、多数の目標を検知し、角度情報と距離情報とで各目標を定位するためには、目標数と同じ数のレーダ装置を設置しなければならない。また、３台のモノパルスレーダ装置を１組として、監視領域の周りの３点に１組ずつ配置し、距離情報のみを用いて三角測量で目標の位置を算出する方法も考えられるが、レーダ装置を構成する部品が高価であるため、可能な限り少ない台数で広範囲な測角を実現することが望ましい。
【００１２】
そこで、レーダ装置の台数を削減するために、例えば、図２３に示すように、各々３台のレーダ装置からなる検出装置３１および３２を２点に設置して、目標の定位を行うことができるかどうかを考えてみる。各検出装置から見たとき、真の目標Ｔ1 およびＴ2 はそれぞれ以下の円弧上に存在する。
１．検出装置３１ Ｔ1 ：円弧４１ Ｔ2 ：円弧４２
２．検出装置３２ Ｔ1 ：円弧４３ Ｔ2 ：円弧４４
【００１３】
検出装置３１からＴ1 ／Ｔ2 までの距離をそれぞれｒ11／ｒ12とし、検出装置３２からＴ1 ／Ｔ2 までの距離をそれぞれｒ21／ｒ22とすると、Ｔ1 （ｒ11，ｒ21）およびＴ2 （ｒ12，ｒ22）のように測定距離の正しいペアリングを行えば、各目標の座標が簡単な円の連立方程式から決定される。しかし、誤ったペアリングを行うと、虚像５１および５２の座標が算出されてしまう。
【００１４】
今、このシステムで目標Ｔ1 およびＴ2 の視線距離を測定したところ、図２４のような結果が得られたとする。図２４において、横軸は距離インデクスを表し、縦軸はベースバンド信号のパワーを表す。検出装置３１におけるベースバンド信号には２つのピーク６１および６２が現れ、検出装置３２におけるベースバンド信号には２つのピーク６３および６４が現れている。これらのピークの位置に対応する距離インデクスが、目標Ｔ1 およびＴ2 までの距離を示している。
【００１５】
このとき、ピーク６１および６２の各々に対してピーク６３または６４を組み合わせることができるので、２通りの組み合わせが考えられ、監視領域内には合計４つの点の座標が求まる。つまり、目標Ｔ1 およびＴ2 と虚像５１および５２の座標である。
【００１６】
円の連立方程式の解の個数は目標の個数の２乗に比例して増加するので、２台の検出装置では目標数が増加するほど、検出誤りを取り除くために多くの計算コストが必要となり、台数を減らせば即応性に問題が生じる。
（３）多数の目標が監視領域内に侵入してきた場合、これらを正確に判別するには、各目標の位置を、直交座標若しくは極座標上の点としてローカライズするのが望ましい。しかしながら、従来の検出装置では、光学系にしろレーダ系にしろ、このような多数目標の判別処理を自律測位計のみを用いて所望の時間内に行うのは、非常に困難である。
【００１７】
本発明の第１の課題は、屋外等の暴露環境に適した安価な目標検出装置または目標検出システムを提供することである。
【００１８】
本発明の第２の課題は、監視領域内に侵入した複数の目標を高精度かつ高速に検出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
図１は、本発明の目標検出装置の原理図である。図１の目標検出装置は、送受信手段１０１、センサ手段１０２−１〜１０２−ｍ、およびスイッチ手段１０３を備える。送受信手段１０１は、目標を検出するための送信信号を生成し、受信信号から目標の距離情報を抽出する。センサ手段１０２−１〜１０２−ｍは、それぞれ異なる角度範囲に向けて送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号を送受信手段１０１に転送する。スイッチ手段１０３は、送受信手段１０１とセンサ手段１０２−１〜１０２−ｍの間の接続を、時分割で切り替える。
【００２０】
センサ手段１０２−１〜１０２−ｍとしては、例えば、レーダ信号を送受信するアンテナや音波を送受信する音波センサが用いられる。これらのセンサ手段１０２−１〜１０２−ｍと、信号処理を行う送受信手段１０１とをスイッチ手段１０３で時分割的に接続することにより、単一の送受信手段１０１をセンサ手段１０２−１〜１０２−ｍで共用することが可能になる。したがって、信号処理用部品の総数を抑えた安価な構成で、広い監視領域をカバーすることができる。
【００２１】
送受信手段１０１は、例えば、図２の送受信部２００、無線周波数発振器２０９、およびベースバンド発振器２１０に対応し、センサ手段１０２−１〜１０２−ｍは、例えば、図２のアンテナＡ１〜Ａ４または図６のアンテナ６０１〜６０５に対応する。スイッチ手段１０３は、例えば、図２の二極双投（ＤＰＤＴ）スイッチ２０１、２０２または図６の双方向性スイッチ６０６に対応する。
【００２２】
また、本発明の第１および第２の目標検出システムはともに、第１および第２の目標検出装置と処理手段を備える。
【００２３】
第１の目標検出システムにおいて、第１の目標検出装置は、それぞれ異なる角度範囲に向けて第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から目標の第１の距離情報を抽出する。第２の目標検出装置は、それぞれ異なる角度範囲に向けて第２の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から目標の第２の距離情報を抽出する。
【００２４】
処理手段は、目標の位置が、第１の目標検出装置により第１の距離情報が抽出されたときの第１の角度範囲と、第２の目標検出装置により第２の距離情報が抽出されたときの第２の角度範囲の両方に共通する領域内に含まれるという条件を用いて、第１の距離情報および第２の距離情報から目標の位置を計算する。
【００２５】
２台の目標検出装置のみを用いて目標の定位を行えば、３台の目標検出装置を用いる場合に比べて装置コストが確実に低下する。また、第１および第２の目標検出装置がセンサ手段をそれぞれ複数個備えることで、各装置の側角範囲が複数の角度範囲に分割される。したがって、２台の目標検出装置が同一の目標を捉えたとき、それぞれの角度範囲に共通する領域内にその位置を限定することが可能になる。これにより、その共通領域内の真の目標と、共通領域に含まれない虚像とを区別することができ、目標の誤検出の可能性が低下する。
【００２６】
第２の目標検出システムにおいて、第１の目標検出装置は、第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から目標の第１の距離情報を抽出する。第２の目標検出装置は、第２の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から目標の第２の距離情報を抽出する。
【００２７】
処理手段は、複数の目標に対して第１の目標検出装置と第２の目標検出装置をモノスタティックモードで動作させて、第１の目標検出装置から各目標までの第１の距離情報と、第２の目標検出装置から各目標までの第２の距離情報を取得する。また、第１の目標検出装置を送信機とし第２の目標検出装置を受信機とするバイスタティックモードで第１の目標検出装置と第２の目標検出装置を動作させて、送信機から各目標を経由して受信機に至る総合伝搬距離情報を各目標について取得する。そして、第１の距離情報と第２の距離情報の和を各目標の総合伝搬距離情報と比較することで、複数の目標の位置を特定する。
【００２８】
第１の目標検出システムと同様に、２台の目標検出装置のみを用いて目標の定位を行えば、３台の目標検出装置を用いる場合に比べて装置コストが低下する。また、バイスタティックモードの計測を行って、第１の目標検出装置から各目標を経由して第２の目標検出装置に至る総合伝搬距離情報を取得することで、各装置から各目標までの距離情報以外に、目標に関する付加的な距離情報が得られる。
【００２９】
複数の目標のそれぞれについて第１および第２の距離情報が得られた場合、ある目標についての第１および第２の距離情報の組み合わせが正しければ、それらの和はその目標についての総合伝搬距離情報と一致するはずである。したがって、第１および第２の距離情報の和を総合伝搬距離情報と比較することで、第１および第２の距離情報の組み合わせが正しいか否かを判定することができる。そして、正しい組み合わせを用いて各目標の位置を特定することで、目標の誤検出の可能性が低下する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、部品点数を抑えた安価な構成の目標検出装置またはシステムにより、広い監視領域をカバーすることができる。
【００３１】
また、監視領域の周りの異なる２点のみに目標検出装置を配置した場合でも、虚像による目標の誤検出を簡単な処理により排除し、複数の目標を高精度かつ高速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の目標検出装置の原理図である。
【図２】目標検出装置の構成図である。
【図３】第１の動作タイミングチャートである。
【図４】監視領域の分割方法を示す図である。
【図５】第２の動作タイミングチャートである。
【図６】５つのアンテナを用いた構成を示す図である。
【図７】第１の測位方法のフローチャートである。
【図８】一般的な測位方法を示す図である。
【図９】モノスタティックモードの動作を示す図である。
【図１０】バイスタティックモードの動作を示す図である。
【図１１】第２の測位方法のフローチャートである。
【図１２】ハイブリッドシステムの構成図である。
【図１３】間接変調のレーザ光源を示す図である。
【図１４】モノパルスレーダ装置の構成図である。
【図１５】アレイレーダ装置の構成図である。
【図１６】第３の測位方法のフローチャートである。
【図１７】３つの目標の第１の存在範囲を示す図である。
【図１８】３つの目標の第２の存在範囲を示す図である。
【図１９】Ｎ個の目標の定位処理のフローチャートである。
【図２０】監視領域と目標を示す図である。
【図２１】レーザ装置の配置を示す図である。
【図２２】レーダ装置による三角測量を示す図である。
【図２３】三角測量における虚像を示す図である。
【図２４】ベースバンド信号のピーク位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本実施形態においては、監視領域の周りの適当な箇所に２台以上の目標検出装置を設置し、これらを協調的に動作させて三角測量により目標の定位を行う。精度を向上させるためには、３台以上の目標検出装置を用いるのが望ましいが、以下では２台を用いた場合について、システムの各実装レベル毎に詳細を述べる。
【００３４】
まず、装置の回路構成について説明する。図２は、レーダを用いた場合の目標検出装置の構成例を示している。図２の目標検出装置は、送受信共用のアンテナＡ１〜Ａ４、二極双投（ＤＰＤＴ）スイッチ２０１、２０２、分岐部（ＨＹＢ）２０３、２０４、２０８、低雑音増幅器２０５、ミキサ２０６、高出力増幅器２０７、無線周波数発振器２０９、およびベースバンド発振器２１０を備える。このうち、低雑音増幅器２０５、ミキサ２０６、高出力増幅器２０７、および分岐部２０８は、送受信部２００に含まれる。
【００３５】
ベースバンド発振器２１０は、三角波を生成して無線周波数発振器２０９に出力する。無線周波数発振器２０９は、例えば、電圧制御発振器であり、三角波により周波数変調された送信信号を生成する。分岐部２０８は、その送信信号を高出力増幅器２０７とミキサ２０６に出力し、高出力増幅器２０７は、送信信号を増幅し、分岐部２０４は、増幅された送信信号をスイッチ２０１および２０２に出力する。
【００３６】
スイッチ２０１は、分岐部２０４からの送信信号をアンテナＡ３またはＡ４のいずれかに選択的に出力する機能と、アンテナＡ３またはＡ４のいずれかからの受信信号を選択して分岐部２０３に出力する機能とを有する。同様に、スイッチ２０２は、分岐部２０４からの送信信号をアンテナＡ１またはＡ２のいずれかに選択的に出力する機能と、アンテナＡ１またはＡ２のいずれかからの受信信号を選択して分岐部２０３に出力する機能とを有する。
【００３７】
こうして、アンテナＡ１〜Ａ４のいずれかから送信された信号は、監視領域内の目標により反射されて、そのアンテナにより受信される。分岐部２０３は、スイッチ２０１または２０２からの受信信号を低雑音増幅器２０５に出力し、低雑音増幅器２０５は、受信信号を増幅する。そして、ミキサ２０６は、増幅された受信信号と送信信号の一部をミキシングすることで、目標の距離情報および速度情報を含んだベースバンド（ＢＢ）信号を生成する。
【００３８】
レーダ装置の場合、システム構成上最も高価な部品は無線周波数回路であるから、送受信部２００、無線周波数発振器２０９、およびベースバンド発振器２１０を複数のアンテナＡ１〜Ａ４で共用している。また、アンテナ総数を減らして、装置開口当たりのユニットアンテナの利得を向上させるため、双方向性スイッチ２０１および２０２を用いて、アンテナＡ１〜Ａ４と送受信部２００を接続し、必要な測角範囲を時分割でカバーする。
【００３９】
この例では４個のアンテナを用いているので、隣接する２個のアンテナ（送受信各１個）を測位に利用する場合には測角範囲は３分割され、隣接する３個のアンテナ（送信に１個、受信に２個等）を測位に利用する場合には測角範囲は２分割されることになる。
【００４０】
送受信に各１個のアンテナを利用する場合の時分割動作は、例えば、図３に示すようになる。まず、タイムスロットｔ１では、アンテナＡ１が信号を送信し、アンテナＡ２が信号を受信する。次に、タイムスロットｔ２では、アンテナＡ２が信号を送信し、アンテナＡ３が信号を受信する。そして、タイムスロットｔ３では、アンテナＡ３が信号を送信し、アンテナＡ４が信号を受信する。タイムスロットｔ４〜ｔ６でも同様の動作が行われる。なお、本構成例では例えば、双方向性スイッチ２０２は、タイムスロットｔ１に於いて分岐部２０４からアンテナＡ１へ向かう送信信号と、アンテナＡ２から分岐部２０３へ向かう受信信号とを、ｔ１を細分した周期で適宜切り替えるものとする。
【００４１】
このように、複数のアンテナと１つの送受信部を双方向性スイッチで時分割的に接続することにより、部品点数を抑えた安価な構成で全監視領域をカバーすることが可能になる。
【００４２】
次に、監視領域の空間分割について説明する。図４に示すように、システムが監視すべき範囲を個々のアンテナの測角範囲に応じて適宜分割し、特定の時間帯において特定の領域の空間情報のみが、目標の座標を与える連立方程式の拘束条件として有効となるようにする。そして、有効な方程式の組み合わせから目標の位置を算出する。これにより、２台の目標検出装置を用いた場合の虚像の問題が解消される確率が高くなる。
【００４３】
図４の例では、監視領域の２頂点に目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 が配置され、各々のπ／２の測角範囲をＳＲ11〜ＳＲ13またはＳＲ21〜ＳＲ23の３領域に分割して監視する。したがって、全監視領域はＳＲ11〜ＳＲ13∩ＳＲ21〜ＳＲ23の９個の擬似排他領域に分割される。
【００４４】
処理部４０１は、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 に接続され、高速フーリエ変換部、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ等を含む。メモリには、監視領域の分割方法と各排他領域の位置および形状に関する情報が、あらかじめ格納されている。このうち、各排他領域の情報としては、領域内部の座標を表す不等式等が用いられる。
【００４５】
処理部４０１は、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 の動作を制御するとともに、各目標検出装置から出力されるベースバンド信号の高速フーリエ変換を行って、目標の距離情報および速度情報を抽出する。そして、抽出された距離情報を用いて目標の位置を算出する。
【００４６】
目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 としては、例えば、図２に示した装置が用いられ、隣接する２個のアンテナが各角度範囲の計測を担当する。このとき、処理部４０１は、スイッチ２０１および２０２を所定のタイムスロット毎に切り替えることにより、アンテナＡ１〜Ａ４の時分割動作を制御する。
【００４７】
この場合の時分割動作は、例えば、図５に示すようになる。まず、タイムスロットｔ１では、目標検出装置Ｓ1 によりＳＲ11の計測が行われ、続いてタイムスロットｔ２〜ｔ４では、目標検出装置Ｓ2 によりＳＲ21〜ＳＲ23の計測が順番に行われる。次に、タイムスロットｔ５では、目標検出装置Ｓ1 によりＳＲ12の計測が行われ、続いてタイムスロットｔ６〜ｔ８では、目標検出装置Ｓ2 によりＳＲ21〜ＳＲ23の計測が順番に行われる。
【００４８】
そして、タイムスロットｔ９では、目標検出装置Ｓ1 によりＳＲ13の計測が行われ、続いてタイムスロットｔ１０〜ｔ１２では、目標検出装置Ｓ2 によりＳＲ21〜ＳＲ23の計測が順番に行われる。このような時分割動作が繰り返される。
【００４９】
ところで、図４のような空間分割を行う場合、アンテナの数は必ずしも４個に限られるわけではない。例えば、図６に示すように、５個のアンテナ６０１〜６０５を用いた場合は、アンテナ６０１〜６０３がＳＲ11をカバーし、アンテナ６０２〜６０４が角度範囲ＳＲ12をカバーし、アンテナ６０３〜６０５が角度範囲ＳＲ13をカバーする。これらのアンテナは、双方向性スイッチ６０６により送受信部２００と接続される。スイッチ６０６としては、例えば、二極双投スイッチと二極三投（ＤＰ３Ｔ）スイッチの組み合わせが用いられる。
【００５０】
次に、図４のような空間分割に基づく目標の測位アルゴリズムについて説明する。図４において、目標検出装置Ｓ1 の位置をｘｙ座標系の原点（０，０）とし、横軸および縦軸をそれぞれｘ軸およびｙ軸とし、目標検出装置Ｓ2 の座標を（０，ｙ0 ）とする。
【００５１】
また、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 を図５のタイミングチャートに従って動作させ、目標検出装置Ｓ1 により測定された目標Ｔ1 ／Ｔ2 までの視線距離をそれぞれｒ11／ｒ12とし、目標検出装置Ｓ2 により測定された目標Ｔ1 ／Ｔ2 までの視線距離をそれぞれｒ21／ｒ22とする。
【００５２】
さらに、目標Ｔ1 ／Ｔ2 の座標を（ｘ1 ，ｙ1 ）／（ｘ2 ，ｙ2 ）とすると、円の連立方程式として次の４式が得られる。
【００５３】
【数１】
ＳＲ12とＳＲ21の共通領域４０２（ＳＲ12∩ＳＲ21）がアクティブになる時間帯（タイムスロットｔ５およびｔ６）にデータ測定が行われたものとすると、有効な方程式の組は、距離の範囲から明らかに（２）式と（４）式であり、次式によって一意的にＴ2 の座標が決定される。
【００５４】
【数２】
図７は、この場合の目標Ｔ2 の測位方法のフローチャート例である。まず、処理部４０１は、目標検出装置Ｓ1 にＳＲ12の範囲を計測させ、目標Ｔ2 の視線距離ｒ12を取得する（ステップ７０１）。次に、目標検出装置Ｓ2 にＳＲ21〜ＳＲ23の範囲を順番に計測させ、ＳＲ21の範囲で目標Ｔ2 の視線距離ｒ22を取得する（ステップ７０２）。
【００５５】
次に、あらかじめメモリ内に格納された領域４０２に関する情報を参照し、円の連立方程式を解いてＴ2 の座標を求める（ステップ７０３）。このとき、２つの円の交点として２点の座標が得られるため、各点について領域４０２に含まれるか否かを検証する（ステップ７０４）。
【００５６】
そして、領域４０２に含まれる点をＴ2 の位置に決定し、ｒ12およびｒ22を円の連立方程式の適用対象から除外する（ステップ７０６）。一方、領域４０２に含まれない点については、クラッタとして破棄する（ステップ７０５）。
【００５７】
このように、各タイムスロットにおいて計測対象となる排他領域の空間情報を与えて円の連立方程式を解けば、他の目標からの影響を受けるものの、方程式の組み合わせの曖昧さに起因する虚像の検出確率が低くなり、目標の座標が一意的に定まる確率が高くなる。
【００５８】
監視領域の空間分割は、時間だけでなく、周波数あるいは符号に基づいて実施してもよい。例えば、コード分割の場合は、各排他領域に固有の符号を付加しておき、ＳＲ11〜ＳＲ13およびＳＲ21〜ＳＲ23のそれぞれの角度範囲に対して、その範囲に含まれる複数の排他領域の符号を割り当てる。そして、Ｓ1 およびＳ2 が計測した角度範囲の両方に割り当てられた符号により、目標が存在する排他領域を特定する。
【００５９】
上述の例では、簡単のため、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 の座標を特殊な値に設定しているが、図８に示すように、これらが任意の位置Ｏ1 （ｘ01，ｙ01）およびＯ2 （ｘ02，ｙ02）に設置された場合でも、目標までの視線距離の情報のみから円の交点Ｉ1 （ｘ1 ，ｙ1 ）およびＩ2 （ｘ2 ，ｙ2 ）を算出することが可能である。
【００６０】
図８において、Ｏ1 およびＯ2 を通る直線とＩ1 およびＩ2 を通る直線の交点Ｒ1 の座標を（ｘR ，ｙR ）とし、各点間の距離をそれぞれＯ1 −Ｏ2 ：ｄ、Ｏ1 −Ｉ1 ：ｒ1 、Ｏ1 −Ｒ1 ：ｓ、Ｏ2 −Ｉ1 ：ｒ2 、Ｉ1 −Ｒ1 （＝Ｉ2 −Ｒ1 ）：ｔ、Ｒ2 −Ｉ2 ：ｄｘ、Ｒ2 −Ｒ1 ：ｄｙとする。このとき、真の目標または虚像のいずれかに対応する２点Ｉ1 およびＩ2 の座標は、次式により求められる。なお、Ｒ2 はＲ1 からｙ軸に平行に下ろした直線とＩ2 からｘ軸に平行に引いた直線との交点であり、またＲ3 はＯ2 からｙ軸に平行に下ろした直線とＯ1 からｘ軸に平行に引いた直線との交点である。
【００６１】
【数３】
なお、監視領域の空間分割の方法は、図４のような９分割に限定されるものではなく、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 の構成に応じて適切な分割方法が採用される。
【００６２】
次に、同期測位の方法について説明する。この測位方法では、まず、図９に示すように、モノスタティックモードにおいて、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 を通常のモノスタティックレーダとして動作させ、目標Ｔ1 ／Ｔ2 までの視線距離ｒ11／ｒ12およびｒ21／ｒ22の測定を行う。
【００６３】
次に、図１０に示すように、バイスタティックモードにおいて、互いに離れた位置にある目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 で送受信系を構成し、バイスタティックレーダとして動作させる。例えば、Ｓ1 からの送信信号がＴ1 ／Ｔ2 によってバイスタティック反射された成分をＳ2 によって測定し、Ｓ1 →Ｔ1 →Ｓ2 およびＳ1 →Ｔ2 →Ｓ2 の各経路の総合伝搬距離であるｒ112 （＝ｒ11＋ｒ21）およびｒ122 （＝ｒ12＋ｒ22）を測定する。もちろん、Ｓ1 とＳ2 の役割を入れ替えて、逆の伝搬順序で測定してもかまわない。
【００６４】
最後に、上述した円の方程式の組から計算された監視領域内のＴ1 ／Ｔ2 の座標（２つの虚像を含む４点の座標）を用いて４つの総合伝搬距離を計算し、これらをｒ112 （＝ｒ11＋ｒ21）およびｒ122 （＝ｒ12＋ｒ22）の測定値と比較すれば、Ｔ1 ／Ｔ2 の正しい座標が求められる。例えば、Ｔ1 の正しい座標は、（１）式と（３）式の組から計算されたものであることが簡単に分かる。
【００６５】
このとき、例えば、次式のような距離の差分の絶対値を目的関数として用いた最適化処理を行って、各目標の座標を求めてもよい。各目標の座標の初期値は、（１）式〜（４）式を適当に組み合わせて計算することができる。
【００６６】
【数４】
このように、モノスタティックモードとバイスタティックモードで得られた情報を組み合わせることで、正確な目標の座標を決定することができる。
【００６７】
図１１は、同期測位を用いた目標Ｔ1 およびＴ2 の測位方法のフローチャートである。まず、処理部４０１は、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 を通常のモノスタティックレーダとして動作させ、視線距離ｒ11、ｒ12、ｒ21、およびｒ22を取得する（ステップ１１０１）。ただし、この段階では、ｒ11およびｒ12のいずれが目標Ｔ1 までの正しい距離であるかは確定しておらず、同様に、ｒ21およびｒ22のいずれが目標Ｔ2 までの正しい距離であるかは確定していないものとする。
【００６８】
次に、Ｓ1 を送信機、Ｓ2 を受信機とするバイスタティックレーダとして動作させ、Ｓ1 →Ｔ1 →Ｓ2 およびＳ1 →Ｔ2 →Ｓ2 の総合伝搬距離ｒ112 およびｒ122 を取得する（ステップ１１０２）。
【００６９】
次に、円の連立方程式を用いて目標Ｔ1 の位置を計算するために、暫定的な半径の組み合わせを決定する（ステップ１１０３）。ここでは、例えば、ｒ11とｒ21が暫定的な組み合わせとして決定される。
【００７０】
次に、微小な閾値εを用いて、以下の２つの不等式が満たされるか否かをチェックする（ステップ１１０４）。
【００７１】
｜（ｒ11＋ｒ21）−ｒ112 ｜＜ε ＆ ｜（ｒ12＋ｒ22）−ｒ122 ｜＜ε （９）
【００７２】
これらの不等式が満たされれば、目標Ｔ1 の座標をｒ11とｒ21の組み合わせから計算し、目標Ｔ2 の座標をｒ12とｒ22の組み合わせから計算する（ステップ１１０６）。いずれかの不等式が満たされなければ、目標Ｔ1 の座標をｒ11とｒ22の組み合わせから計算し、目標Ｔ2 の座標をｒ12とｒ21の組み合わせから計算する（ステップ１１０５）。
【００７３】
そして、計算された目標Ｔ1 およびＴ2 の座標が有効な値か否かをチェックする（ステップ１１０７）。ここでは、例えば監視領域が一辺ｙ０の正方形である場合、ｘ座標およびｙ座標がともに区間[０，y０]内の正の実数であれば有効と判定され、それ以外の値であれば無効と判定される。目標Ｔ1 およびＴ2 の座標が有効な値であれば測位を終了し（ステップ１１０８）、そうでなければステップ１１０１以降の動作を繰り返して再測定を行う。なお、例えば安全性を重視するアプリケーションでは、事前に設定した適当な回数だけ再測定を行っても妥当な値が得られない場合、例えば、モノスタティック測定の結果のみを用い、監視領域内に現れる全ての点の座標を実在する目標点として処理する（安全性があまり問題でないアプリケーションでは、クラッタとして処理することもあり得る）。
【００７４】
次に、レーザやカメラ等の光学系センサとライダ／レーダ装置を用いた混合測位の方法について説明する。前述したように、侵入者のピンポイント検出という観点からは、レーダよりレーザの方が優れている場合がある。そこで、普段はレーダを用いて広角監視モードで広い範囲を監視しておき、時間的な意味も含めて緊急性の高い領域への侵入が予想された場合、侵入者を確実に検出するためにレーザを用いる、というハイブリッドシステムが考えられる。
【００７５】
このシステムでは、単一のレーザ光源を適切な信号源を用いて直接または間接的に変調し、変調された光信号をそのまま各装置へ分配し、各装置内で光検出器等を用いて、レーダ信号として必要な同期の取れた源振を回復する。
【００７６】
図１２は、このようなハイブリッドシステムの構成例を示している。このシステムは、レーザ光源１２０１、光アイソレータ１２０２、光バンドパスフィルタ１２０３、スプリッタ１２０４、遅延器１２０５、レーザ検出部１２０６、レーダ送受信部１２０７、１２１０、送信アンテナ１２０８、１２１１、および受信アンテナ１２０９、１２１２を備える。スプリッタ１２０４と遅延器１２０５、遅延器１２０５とレーダ送受信部１２０７、スプリッタ１２０４とレーダ送受信部１２１０は、それぞれ位相安定化光ファイバで接続されている。
【００７７】
レーザ光源１２０１は、ベースバンド発振器１２２１、無線周波数発振器１２２２、および分布帰還型レーザ１２２３を含む。分布帰還型レーザ１２２３の出力光は、ベースバンド発振器１２２１および無線周波数発振器１２２２により生成された送信信号により直接変調され、光信号として出力される。この光信号は、光アイソレータ１２０２および光バンドパスフィルタ１２０３を経由して、スプリッタ１２０４により３つに分岐する。
【００７８】
１番目の光信号はレーザ検出部１２０６に転送され、２番目の光信号は遅延器１２０５を経由してレーダ送受信部１２０７に転送され、３番目の光信号はレーダ送受信部１２１０に転送される。遅延器１２０５の遅延量τは、レーダ送受信部１２０７とレーダ送受信部１２１０への光信号の到達時間が同じになるように設定される。
【００７９】
レーザ検出部１２０６は、基準ミラー１２３１、ハーフミラー１２３２、レンズ１２３３、および光検出器（ＰＤ）１２３４を含み、レーザ光源１２０１から転送された光を、ハーフミラー１２３２およびレンズ１２３３を介して監視領域に照射する。そして、目標からの反射光をレンズ１２３３およびハーフミラー１２３２を介して、光検出器１２３４により検出する。
【００８０】
レーザ検出部１２０６の別の構成例としては、ガルバノミラー型光スキャナと光検出器アレイの組み合わせも考えられる。
【００８１】
レーダ送受信部１２０７は、光検出器１２４１、分岐部（ＨＹＢ）１２４２、高出力増幅器１２４３、ミキサ１２４４、および低雑音増幅器１２４５を含み、レーダ送受信部１２１０は、光検出器１２５１、分岐部１２５２、高出力増幅器１２５３、ミキサ１２５４、および低雑音増幅器１２５５を含む。各レーダ送受信部は、レーザ光源１２０１から転送された光信号を、光検出器により送信信号に変換して、図２の送受信部２００と同様の動作を行う。
【００８２】
例えば、レーダ送受信部１２０７、送信アンテナ１２０８、および受信アンテナ１２０９は、図４の目標検出装置Ｓ1 として用いられ、レーダ送受信部１２１０、送信アンテナ１２１１、および受信アンテナ１２１２は、図４の目標検出装置Ｓ2 として用いられる。
【００８３】
このシステムでは、単一のレーザ光源１２０１を源振として２つのレーダ装置に用いる電磁波が生成される。したがって、図１０のバイスタティックモードにおいて、例えば、Ｓ1 →Ｔ1 →Ｓ2 なる経路で総合伝搬距離を測定する際に、Ｓ1 とＳ2 のローカル光源のコヒーレンスを高めることができ、測定精度が向上する。
【００８４】
これらのレーダ装置のアンテナ部分の構成としては、図２に示した送受信共用の複数のアンテナを用いることも可能である。
【００８５】
図１３は、図１２のレーザ光源１２０１の別の構成例を示している。このレーザ光源は、分布帰還型レーザ１３０１、マッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）１３０２、ファブリペロ（ＦＰ）レーザ１３０３、無線周波数発振器１３０４、およびベースバンド発振器１３０５を含む。マッハツェンダ変調器１３０２は、分布帰還型レーザ１３０１の出力光を、ベースバンド発振器１３０５および無線周波数発振器１３０４により生成された送信信号により間接的に変調する。マッハツェンダ変調器１３０２からの光は、ファブリペロレーザ１３０３を介して外部に出力される。
【００８６】
また、ピンポイント検出性よりも証拠保全性を重視する場合は、上記ハイブリッドシステムにおいて、レーザの代わりにカメラを用いることが望ましい。この場合、普段はレーダを用いて広角監視モードで監視を行い、緊急性の高い領域への侵入が予想された場合、証拠を残すためにカメラで侵入者を撮像する。これは、例えば監視領域を物理的に仕切るための何らかの装置、機構を監視時間中に損壊して突破するような目標の特定等にも用いられる。
【００８７】
ところで、上述した実施形態では、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 として、図２または図１２の回路構成のレーダ装置を採用しているが、他の回路構成を採用することも、もちろん可能である。例えば、図１４に示すモノパルスレーダ装置や図１５に示すアレイレーダ装置を目標検出装置として採用することができる。
【００８８】
図１４のモノパルスレーダ装置は、受信アンテナ１４０１、１４０２、単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチ１４０３、低雑音増幅器１４０４、ミキサ１４０５、送信アンテナ１４０６、高出力増幅器１４０７、分岐部（ＨＹＢ）１４０８、無線周波数発振器１４０９、およびベースバンド発振器１４１０を備える。このモノパルスレーダ装置は、広い測角範囲を有するが、単一の目標の角度しか測定することができない。
【００８９】
図１５のアレイレーダ装置は、Ｎ個の受信アンテナ１５０１−１〜１５０１−Ｎ、単極Ｎ投（ＳＰＮＴ）スイッチ１５０２、低雑音増幅器１５０３、ミキサ１５０４、送信アンテナ１５０５、高出力増幅器１５０６、分岐部（ＨＹＢ）１５０７、無線周波数発振器１５０８、およびベースバンド発振器１５０９を備える。このアレイレーダ装置は、受信アンテナ１５０１−１〜１５０１−Ｎからなるアレイアンテナにより、多数の目標を測位することができるが、その測角範囲は一般に狭い。
【００９０】
図４に示した空間分割を採用する場合は、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 として、それぞれ３台のモノパルスレーダ装置またはアレイレーダ装置を設置することが望ましい。この場合も、監視領域の空間分割は、時間、周波数、符号等に基づいて実施される。
【００９１】
さらに、目標検出装置としては、レーダ装置の代わりにソナー装置等の他の装置を用いることも可能である。例えば、図２の目標検出装置としてソナー装置を用いた場合は、アンテナＡ１〜Ａ４を、音波を送受信する音波センサ（圧電素子）に置き換え、無線周波数発振器２０９をソナー用発振器に置き換えればよい。
【００９２】
同様に、図１２のレーダ装置の代わりにソナー装置を用いた場合は、送信アンテナ１２０８、１２１１および受信アンテナ１２０９、１２１２を音波センサに置き換え、無線周波数発振器１２２２をソナー用発振器に置き換えればよい。
【００９３】
また、図４、図９、および図１０のシステムにおいて目標検出装置を３台以上配置した場合でも、処理部４０１は、適当な２台の目標検出装置を組み合わせて、同様のアルゴリズムにより測位を行うことができる。
【００９４】
次に、監視領域内にＮ個の目標Ｔ1 〜ＴN が存在する場合の測位方法について説明する。例えば、図９および図１０に示した２台の目標検出システムを用いた測位方法のフローチャートは、図１６のようになる。
【００９５】
まず、処理部４０１は、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 を通常のモノスタティックレーダとして動作させ、Ｓ1 からＴ1 〜ＴN までの視線距離ｒ11〜ｒ1Nと、Ｓ2 からＴ1 〜ＴN までの視線距離ｒ21〜ｒ2Nを取得する（ステップ１６０１）。そして、目標数Ｎが処理部４０１の性能により処理可能な個数か否かを判定する（ステップ１６０２）。処理可能な個数の上限は、あらかじめメモリに格納されているものとする。
【００９６】
目標数Ｎが処理可能な個数であれば、次に、Ｓ1 を送信機、Ｓ2 を受信機とするバイスタティックレーダとして動作させ、Ｎ個の経路Ｓ1 →Ｔ1 →Ｓ2 〜Ｓ1 →ＴN →Ｓ2 の総合伝搬距離ｒ112 〜ｒ1N2 を取得する（ステップ１６０７）。そして、得られたｒ112 〜ｒ1N2 がすべて異なる値か否かをチェックする（ステップ１６０８）。
【００９７】
ｒ112 〜ｒ1N2 がすべて異なる値であれば、それらの値を用いて目標Ｔ1 〜ＴN の座標を計算し（ステップ１６０９）、測位を終了する（ステップ１６１０）。
【００９８】
ステップ１６０２において、目標数Ｎが処理可能な個数を超えていれば、視線距離ｒ11〜ｒ1Nおよびｒ21〜ｒ2Nをそれぞれ大きさの昇順にソートし、小さいものから順に改めて符号ｒ11〜ｒ1Nおよびｒ21〜ｒ2Nを付与する（ステップ１６０３）。これにより、Ｓ1 からの視線距離の最小値ｒ1minはｒ11となり、最大値ｒ1maxはｒ1Nとなる。同様に、Ｓ2 からの視線距離の最小値ｒ2minはｒ21となり、最大値ｒ2maxはｒ2Nとなる。
【００９９】
次に、半径の組み合わせが（ｒ1min，ｒ2min）、（ｒ1min，ｒ2max）、（ｒ1max，ｒ2min）、および（ｒ1max，ｒ2max）となる円の連立方程式を解いて、目標Ｔ1 〜ＴN が存在する領域を特定する（ステップ１６０４）。そして、すべての方程式が解を持ち、それらの解が監視領域内に存在するか否かをチェックし（ステップ１６０５）、そのような解が得られれば、測位を終了する（ステップ１６１０）。
【０１００】
例えば、図１７に示すように、監視領域内に３つの目標Ｔ1 〜Ｔ3 が存在する場合、ソート後の視線距離ｒ11〜ｒ13およびｒ21〜ｒ23を半径とする円１７０１〜１７０３および１７１１〜１７１３のそれぞれに対して、円の方程式を想定することができる。このうち、半径の組み合わせが（ｒ11，ｒ21）、（ｒ11，ｒ23）、（ｒ13，ｒ21）、および（ｒ13，ｒ23）となる円の連立方程式を解くことで、４つの交点１７２１〜１７２４の座標が得られる。目標Ｔ1 〜Ｔ3 は、これらの交点に囲まれた領域に含まれている。そこで、例えば、これらの交点を頂点とする四角形の領域が、目標Ｔ1 〜Ｔ3 の存在範囲として特定される。
【０１０１】
ステップ１６０５において、一部の方程式が解を持たないか、または、解が監視領域内に存在しなければ、その方程式を定める半径の組み合わせを変更して、交点を計算し直す（ステップ１６０６）。そして、ステップ１６０５以降の処理を行う。
【０１０２】
例えば、図１８に示すように、目標Ｔ1 〜Ｔ3 のソート後の視線距離ｒ11〜ｒ13およびｒ21〜ｒ23を半径とする円１８０１〜１８０３および１８１１〜１８１３のそれぞれに対して、円の方程式を想定することができる。このうち、半径の組み合わせが（ｒ11，ｒ23）、（ｒ13，ｒ21）、および（ｒ13，ｒ23）となる円の連立方程式を解くことで、３つの交点１８２１〜１８２３の座標が得られる。
【０１０３】
ところが、半径の組み合わせが（ｒ11，ｒ21）となる円１８０１および１８１１は交点を持たないため、この組み合わせからは解が得られない。そこで、２番目に小さい視線距離ｒ12およびｒ22を用いて、半径の組み合わせが（ｒ11，ｒ22）および（ｒ12，ｒ21）となる円の連立方程式を改めて解く。これにより、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 からの距離が最も近い交点である、目標Ｔ1 およびＴ3 の座標が得られる。この場合、例えば、交点１８２１〜１８２３とＴ1 およびＴ3 の位置を頂点とする多角形の領域が、目標Ｔ1 〜Ｔ3 の存在範囲として特定される。
【０１０４】
ステップ１６０８において、総合伝搬距離ｒ112 〜ｒ1N2 の一部が同じ値であれば、ステップ１６０３以降の処理を行う。
【０１０５】
このような測位方法によれば、監視領域内に多数の目標が侵入し、処理部４０１の性能上、所定時間内にすべての目標の定位が行えない場合でも、それらの目標の存在範囲を特定し、危険エリアとして認識することができる。
【０１０６】
図１９は、図１６のステップ１６０９における目標Ｔ1 〜ＴN の定位処理のフローチャートである。まず、処理部４０１は、視線距離ｒ11〜ｒ1Nおよびｒ21〜ｒ2Nと総合伝搬距離ｒ112 〜ｒ1N2 をデータとしてメモリに格納し、制御変数ｍおよびｎをそれぞれ０とおく（ステップ１９０１）。そして、ｍと目標数Ｎを比較する（ステップ１９０２）。
【０１０７】
ｍがＮより小さければ、ｍ＝ｍ＋１とおき（ステップ１９０３）、続いてｎとＮとを比較する（ステップ１９０６）。
【０１０８】
ｎがＮより小さければ、ｎ＝ｎ＋１とおき（ステップ１９０７）、微小な閾値εを用いて、以下の不等式が満たされるか否かをチェックする（ステップ１９０８）。
【０１０９】
｜（ｒ1m＋ｒ2n）−ｒ1m2 ｜＜ε （１０）
【０１１０】
この不等式が満たされれば、半径の組み合わせが（ｒ1m，ｒ2n）となる円の連立方程式から目標Ｔm の座標を計算し（ステップ１９１１）、その座標が有効な値か否かをチェックする（ステップ１９１２）。目標Ｔm の座標が有効な値でなければ、その座標を無効座標としてメモリに格納して（ステップ１９１３）、ステップ１９０６以降の処理を繰り返す。一方、目標Ｔm の座標が有効な値であれば、その座標を有効座標としてメモリに格納して（ステップ１９１４）、ステップ１９０２以降の処理を繰り返す。また、ステップ１９０８において、不等式が満たされなければ、ステップ１９０６以降の処理を繰り返す。
【０１１１】
ステップ１９０６において、ｎがＮに達していれば、次に、現在のｍの値に対する有効座標が１≦ｎ≦Ｎの範囲で得られたか否かをチェックする（ステップ１９０９）。そのような有効座標がメモリに格納されていれば、ステップ１９０２以降の処理を繰り返す。一方、そのような有効座標がメモリに格納されていなければ、現在のｍの値に対する無効座標のうち監視領域の境界に最も近い座標を、目標Ｔm の無効座標としてメモリに格納し（ステップ１９１０）、ステップ１９０２以降の処理を繰り返す。
【０１１２】
ステップ１９０２において、ｍがＮに達していれば、次に、１≦ｍ≦Ｎの範囲のすべてのｍについて有効座標が得られたか否かをチェックする（ステップ１９１５）。そして、すべての有効座標がメモリに格納されていれば、計算を終了する（ステップ１９１８）。
【０１１３】
いずれかのｍについて無効座標がメモリに格納されていれば、有効座標により囲まれる領域が無効座標により囲まれる領域を含んでいるか否かをチェックする（ステップ１９１６）。前者が後者を含んでいれば、計算結果に警告情報を付加して（ステップ１９１９）、計算を終了する（ステップ１９１８）。一方、前者が後者を含んでいなければ、図１６のステップ１６０１以降の動作を繰り返して再測定を行う（ステップ１９１７）。
【０１１４】
なお、図１６のステップ１６０７〜１６０９において、目標検出装置Ｓ1 およびＳ2 をバイスタティックレーダとして動作させる代わりに、図４に示したように監視領域を空間分割して、Ｎ個の目標Ｔ1 〜ＴN の座標を求めてもかまわない。
【０１１５】
（付記１） 目標を検出するための送信信号を生成し、受信信号から該目標の距離情報を抽出する送受信手段と、
それぞれ異なる角度範囲に向けて前記送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号を前記送受信手段に転送する複数のセンサ手段と、
前記送受信手段と前記複数のセンサ手段の間の接続を、時分割で切り替えるスイッチ手段と
を備えることを特徴とする目標検出装置。
（付記２） 光学系センサ手段をさらに備え、通常は前記複数のセンサ手段が広角監視を行い、前記目標が緊急性の高い領域へ侵入することが予測される場合に、該光学系センサ手段が該目標を検出することを特徴とする付記１記載の目標検出装置。
（付記３） それぞれ異なる角度範囲に向けて第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
それぞれ異なる角度範囲に向けて第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
前記目標の位置が、前記第１の目標検出装置により前記第１の距離情報が抽出されたときの第１の角度範囲と、前記第２の目標検出装置により前記第２の距離情報が抽出されたときの第２の角度範囲の両方に共通する領域内に含まれるという条件を用いて、該第１の距離情報および第２の距離情報から該目標の位置を計算する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
（付記４） 前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置は、監視領域の周りの異なる場所に配置され、該第１の目標検出装置が有する複数のセンサ手段は、時分割で割り当てられたタイムスロット毎にそれぞれの角度範囲を走査し、該第１の目標検出装置は、前記共通する領域が走査されたタイムスロットにおける受信信号から前記第１の距離情報を抽出し、該第２の目標検出装置が有する複数のセンサ手段は、時分割で割り当てられたタイムスロット毎にそれぞれの角度範囲を走査し、該第２の目標検出装置は、該共通する領域が走査されたタイムスロットにおける受信信号から前記第２の距離情報を抽出することを特徴とする付記３記載の目標検出システム。
（付記５） 前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置は、監視領域の周りの異なる場所に配置され、該監視領域は、該第１の目標検出装置が有する複数のセンサ手段の角度範囲と、該第２の目標検出装置が有する複数のセンサ手段の角度範囲とにより、複数の排他領域に分割され、前記処理手段は、前記第１の角度範囲に含まれる各排他領域の符号と、前記第２の角度範囲に含まれる各排他領域の符号とを比較し、両方の角度範囲に共通する符号から前記共通する領域を特定することを特徴とする付記３記載の目標検出システム。
（付記６） 前記第１の目標検出装置は、前記第１の送信信号を生成し、受信信号から前記第１の距離情報を抽出する第１の送受信手段と、該第１の送受信手段と前記複数のセンサ手段の間の接続を、時分割で切り替える第１のスイッチ手段をさらに有し、前記第２の目標検出装置は、前記第２の送信信号を生成し、受信信号から前記第２の距離情報を抽出する第２の送受信手段と、該第２の送受信手段と前記複数のセンサ手段の間の接続を、時分割で切り替える第２のスイッチ手段をさらに有することを特徴とする付記３記載の目標検出システム。
（付記７） 第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
複数の目標に対して前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置をモノスタティックモードで動作させて、該第１の目標検出装置から各目標までの第１の距離情報と、該第２の目標検出装置から各目標までの第２の距離情報を取得し、該第１の目標検出装置を送信機とし該第２の目標検出装置を受信機とするバイスタティックモードで該第１の目標検出装置と第２の目標検出装置を動作させて、該送信機から各目標を経由して該受信機に至る総合伝搬距離情報を各目標について取得し、該第１の距離情報と第２の距離情報の和を各目標の総合伝搬距離情報と比較することで、該複数の目標の位置を特定する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
（付記８） 光学系センサ手段をさらに備え、通常は前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置が広角監視を行い、前記目標が緊急性の高い領域へ侵入することが予測される場合に、該光学系センサ手段が該目標を検出することを特徴とする付記３または７記載の目標検出システム。
（付記９） レーザ光を変調して光信号を生成し、該光信号を前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置に分配するレーザ光源手段をさらに備え、該第１の目標検出装置と第２の目標検出装置は、光検出器により該光信号を前記第１の送信信号および第２の送信信号にそれぞれ変換することを特徴とする付記３、７、または８記載の目標検出システム。
（付記１０） 第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
複数の目標に対して前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置を動作させて、該第１の目標検出装置から各目標までの第１の距離情報と、該第２の目標検出装置から各目標までの第２の距離情報を取得し、該複数の目標に対する第１の距離情報の最小値および最大値と、該複数の目標に対する第２の距離情報の最小値および最大値をそれぞれ半径とする４つの円の方程式から交点の座標を求め、該交点の座標を用いて該複数の目標の存在範囲を特定する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
（付記１１） 前記処理手段は、前記４つの円の方程式の一部が解を持たないとき、該一部の方程式を定める半径の組み合わせを変更して交点の座標を再計算し、得られた交点の座標を用いて前記複数の目標の存在範囲を特定することを特徴とする付記１０記載の目標検出システム。
【符号の説明】
【０１１６】
１１、１２、１３、１４、１５、１６ レーザ装置
２１、２２、２３、３１、３２ 検出装置
２４、２５、２６、２７、２８、２９、４１、４２、４３、４４ 円弧
６１、６２、６３、６４ ピーク
１０１ 送受信手段
１０２−１、１０２−２、１０２−ｍ センサ手段
１０３ スイッチ手段
２００ 送受信部
２０１、２０２ 二極双投スイッチ
２０３、２０４、２０８、１２４２、１２５２、１４０８、１５０７ 分岐部
２０５、１２４５、１２５５、１４０４、１５０３ 低雑音増幅器
２０６、１２４４、１２５４、１４０５、１５０４ ミキサ
２０７、１２４３、１２５３、１４０７、１５０６ 高出力増幅器
２０９、１２２２、１３０４、１４０９、１５０８ 無線周波数発振器
２１０、１２２１、１３０５、１４１０、１５０９ ベースバンド発振器
４０１ 処理部
４０２ 共通領域
６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４ アンテナ
６０６ 双方向性スイッチ
１２０１ レーザ光源
１２０２ 光アイソレータ
１２０３ 光バンドパスフィルタ
１２０４ スプリッタ
１２０５ 遅延器
１２０６ レーザ検出部
１２０７、１２１０ レーダ送受信部
１２０８、１２１１、１４０６、１５０５ 送信アンテナ
１２０９、１２１２、１４０１、１４０２、１５０１−１、１５０１−２、１５０１−Ｎ 受信アンテナ
１２２３、１３０１ 分布帰還型レーザ
１２３１ 基準ミラー
１２３２ ハーフミラー
１２３３ レンズ
１２３４、１２４１、１２５１ 光検出器
１３０２ マッハツェンダ変調器
１３０３ ファブリペロレーザ
１４０３ 単極双投スイッチ
１５０２ 単極Ｎ投スイッチ
１７０１、１７０２、１７０３、１７１１、１７１２、１７１３、１８０１、１８０２、１８０３、１８１１、１８１２、１８１３ 円
１７２１、１７２２、１７２３、１７２４、１８２１、１８２２、１８２３ 交点
Ｓ1 、Ｓ2 目標検出装置
ＳＲ11、ＳＲ12、ＳＲ13、ＳＲ21、ＳＲ22、ＳＲ23 角度範囲
Ｔ、Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 目標
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる角度範囲に向けて第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
それぞれ異なる角度範囲に向けて第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
前記目標の位置が、前記第１の目標検出装置により前記第１の距離情報が抽出されたときの第１の角度範囲と、前記第２の目標検出装置により前記第２の距離情報が抽出されたときの第２の角度範囲の両方に共通する領域内に含まれるという条件を用いて、該第１の距離情報および第２の距離情報から該目標の位置を計算する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
【請求項２】
前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置は、監視領域の周りの異なる場所に配置され、該第１の目標検出装置が有する複数のセンサ手段は、時分割で割り当てられたタイムスロット毎にそれぞれの角度範囲を走査し、該第１の目標検出装置は、前記共通する領域が走査されたタイムスロットにおける受信信号から前記第１の距離情報を抽出し、該第２の目標検出装置が有する複数のセンサ手段は、時分割で割り当てられたタイムスロット毎にそれぞれの角度範囲を走査し、該第２の目標検出装置は、該共通する領域が走査されたタイムスロットにおける受信信号から前記第２の距離情報を抽出することを特徴とする請求項１記載の目標検出システム。
【請求項３】
第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
複数の目標に対して前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置をモノスタティックモードで動作させて、該第１の目標検出装置から各目標までの第１の距離情報と、該第２の目標検出装置から各目標までの第２の距離情報を取得し、該第１の目標検出装置を送信機とし該第２の目標検出装置を受信機とするバイスタティックモードで該第１の目標検出装置と第２の目標検出装置を動作させて、該送信機から各目標を経由して該受信機に至る総合伝搬距離情報を各目標について取得し、該第１の距離情報と第２の距離情報の和を各目標の総合伝搬距離情報と比較することで、該複数の目標の位置を特定する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
【請求項４】
レーザ光を変調して光信号を生成し、該光信号を前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置に分配するレーザ光源手段をさらに備え、該第１の目標検出装置と第２の目標検出装置は、光検出器により該光信号を前記第１の送信信号および第２の送信信号にそれぞれ変換することを特徴とする請求項１または３記載の目標検出システム。
【請求項５】
第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
複数の目標に対して前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置を動作させて、該第１の目標検出装置から各目標までの第１の距離情報と、該第２の目標検出装置から各目標までの第２の距離情報を取得し、該複数の目標に対する第１の距離情報の最小値および最大値と、該複数の目標に対する第２の距離情報の最小値および最大値をそれぞれ半径とする４つの円の方程式から交点の座標を求め、該交点の座標を用いて該複数の目標の存在範囲を特定する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
【請求項１】
それぞれ異なる角度範囲に向けて第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
それぞれ異なる角度範囲に向けて第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
前記目標の位置が、前記第１の目標検出装置により前記第１の距離情報が抽出されたときの第１の角度範囲と、前記第２の目標検出装置により前記第２の距離情報が抽出されたときの第２の角度範囲の両方に共通する領域内に含まれるという条件を用いて、該第１の距離情報および第２の距離情報から該目標の位置を計算する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
【請求項２】
前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置は、監視領域の周りの異なる場所に配置され、該第１の目標検出装置が有する複数のセンサ手段は、時分割で割り当てられたタイムスロット毎にそれぞれの角度範囲を走査し、該第１の目標検出装置は、前記共通する領域が走査されたタイムスロットにおける受信信号から前記第１の距離情報を抽出し、該第２の目標検出装置が有する複数のセンサ手段は、時分割で割り当てられたタイムスロット毎にそれぞれの角度範囲を走査し、該第２の目標検出装置は、該共通する領域が走査されたタイムスロットにおける受信信号から前記第２の距離情報を抽出することを特徴とする請求項１記載の目標検出システム。
【請求項３】
第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
複数の目標に対して前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置をモノスタティックモードで動作させて、該第１の目標検出装置から各目標までの第１の距離情報と、該第２の目標検出装置から各目標までの第２の距離情報を取得し、該第１の目標検出装置を送信機とし該第２の目標検出装置を受信機とするバイスタティックモードで該第１の目標検出装置と第２の目標検出装置を動作させて、該送信機から各目標を経由して該受信機に至る総合伝搬距離情報を各目標について取得し、該第１の距離情報と第２の距離情報の和を各目標の総合伝搬距離情報と比較することで、該複数の目標の位置を特定する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
【請求項４】
レーザ光を変調して光信号を生成し、該光信号を前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置に分配するレーザ光源手段をさらに備え、該第１の目標検出装置と第２の目標検出装置は、光検出器により該光信号を前記第１の送信信号および第２の送信信号にそれぞれ変換することを特徴とする請求項１または３記載の目標検出システム。
【請求項５】
第１の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第１の距離情報を抽出する第１の目標検出装置と、
第２の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第２の距離情報を抽出する第２の目標検出装置と、
複数の目標に対して前記第１の目標検出装置と第２の目標検出装置を動作させて、該第１の目標検出装置から各目標までの第１の距離情報と、該第２の目標検出装置から各目標までの第２の距離情報を取得し、該複数の目標に対する第１の距離情報の最小値および最大値と、該複数の目標に対する第２の距離情報の最小値および最大値をそれぞれ半径とする４つの円の方程式から交点の座標を求め、該交点の座標を用いて該複数の目標の存在範囲を特定する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１２−１５９５１２（Ｐ２０１２−１５９５１２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８７２５６（Ｐ２０１２−８７２５６）
【出願日】平成２４年４月６日（２０１２．４．６）
【分割の表示】特願２００６−２４９８７５（Ｐ２００６−２４９８７５）の分割
【原出願日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月６日（２０１２．４．６）
【分割の表示】特願２００６−２４９８７５（Ｐ２００６−２４９８７５）の分割
【原出願日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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