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JP2018112540A - Sensors and methods - Google Patents

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JP2018112540A
JP2018112540A JP2017180438A JP2017180438A JP2018112540A JP 2018112540 A JP2018112540 A JP 2018112540A JP 2017180438 A JP2017180438 A JP 2017180438A JP 2017180438 A JP2017180438 A JP 2017180438A JP 2018112540 A JP2018112540 A JP 2018112540A
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武司 中山
翔一 飯塚
Shoichi Iizuka
翔一 飯塚
尚樹 本間
Naoki Honma
尚樹 本間
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Dai Sasagawa
大 笹川
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

【課題】無線信号を利用することで、生体の動作の推定を、短時間かつ高精度に行うことができるセンサーなどを提供する。【解決手段】センサー10であって、送信信号を送信するN個の送信アンテナ素子21を有する送信アンテナ20と、N個の送信信号のうち生体により反射された反射信号を含むN個の受信信号をそれぞれが受信するM個の受信アンテナ素子31を有する受信アンテナ30と、回路40と、メモリ41と、を備え、回路は、各受信信号から、各送信アンテナ素子と、各受信アンテナ素子との間の伝搬特性を示すN×Mの第1行列から所定周波数範囲に対応する第2行列を抽出し、第2行列を用いて生体の存在する位置を推定し、推定した位置と、送信および受信アンテナの位置とに基づいて生体に対するRCS(Radar cross-section)値を算出し、算出されたRCS値と、RCS値および生体の動作の対応関係を示す情報とを用いて、生体の動作を推定する。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor or the like capable of estimating the operation of a living body in a short time and with high accuracy by using a wireless signal. SOLUTION: The sensor 10 has a transmitting antenna 20 having N transmitting antenna elements 21 for transmitting a transmitting signal, and N receiving signals including a reflected signal reflected by a living body among the N transmitting signals. Each of the receiving antennas 30 having M receiving antenna elements 31 for receiving the above, the circuit 40, and the memory 41, the circuit comprises each transmitting antenna element and each receiving antenna element from each received signal. A second matrix corresponding to a predetermined frequency range is extracted from the N × M first matrix showing the propagation characteristics between antennas, the position where the living body exists is estimated using the second matrix, and the estimated position and transmission and reception are performed. The RCS (Radar cross-section) value for the living body is calculated based on the position of the antenna, and the movement of the living body is estimated using the calculated RCS value and the information indicating the correspondence between the RCS value and the movement of the living body. do. [Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明は、無線信号を利用して生体の行動を推定するセンサーおよび方法に関する。   The present invention relates to a sensor and a method for estimating a behavior of a living body using a radio signal.

人物の位置、行動などを知る方法として、無線信号を利用する方法が検討されている(例えば、特許文献1〜7参照)。具体的には、特許文献1には、受信電波の変化量により人の動作を監視し、人の在または不在を判断する方法が開示されている。特許文献2には、THz波を用い、生体の頭部および四肢を把握する方法が開示されている。特許文献3には、電波レーダにより対象物の大きさを推定する方法が開示されている。特許文献4には、ミリ波レーダにより対象物の位置の軌跡を測定する方法が開示されている。特許文献5には、ドップラーレーダのRCS測定により対象物が人か否かを判断する方法が開示されている。特許文献6には、複数アンテナのチャネル情報および各種センサ情報をもとに機械学習により生体の位置や状態を推定する方法が開示されている。特許文献7には、FMCWレーダの測定結果より人の臥位または座位を判定する方法が開示されている。   As a method of knowing the position, action, etc. of a person, a method using a radio signal has been studied (for example, see Patent Documents 1 to 7). Specifically, Patent Document 1 discloses a method of monitoring the movement of a person based on the amount of change in received radio waves and determining the presence or absence of a person. Patent Document 2 discloses a method for grasping the head and limbs of a living body using THz waves. Patent Document 3 discloses a method for estimating the size of an object using a radio wave radar. Patent Document 4 discloses a method of measuring the locus of the position of an object using a millimeter wave radar. Patent Document 5 discloses a method for determining whether or not an object is a person by RCS measurement of Doppler radar. Patent Document 6 discloses a method for estimating the position and state of a living body by machine learning based on channel information of various antennas and various sensor information. Patent Document 7 discloses a method of determining a person's supine position or sitting position from the measurement result of the FMCW radar.

特開2015−184149号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-184149 特開2006−81771号公報JP 2006-81771 A 特開2001−159678号公報JP 2001-159678 A 特開2013−160730号公報JP2013-160730A 特開2004−340729号公報JP 2004-340729 A 特開2014−190724号公報JP 2014-190724 A 特開2016−135233号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-135233

しかしながら、無線信号を利用することで、生体の動作を推定する制度を向上させるには、さらなる改善が求められている。   However, further improvement is required to improve the system for estimating the movement of a living body by using a radio signal.

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係るセンサーは、センサーであって、生体が存在しうる所定範囲に対して送信信号をそれぞれが送信するN個(Nは3以上の自然数)の送信アンテナ素子を有する送信アンテナと、前記N個の送信アンテナ素子により送信された前記N個の送信信号のうちの一部の送信信号が前記生体により反射された反射信号を含むN個の受信信号をそれぞれが受信するM個(Mは3以上の自然数)の受信アンテナ素子を有する受信アンテナと、回路と、前記センサーに対する前記生体の存在する鉛直方向における位置である鉛直位置、および、RCS(Radar cross-section)値の時間的変化と、前記生体の動作との対応関係を示す情報を記憶しているメモリと、を備え、前記N個の送信アンテナ素子のうち少なくとも3個の送信アンテナ素子は、それぞれ、鉛直方向および水平方向の異なる位置に配置され、前記M個の受信アンテナ素子のうち少なくとも3個の受信アンテナ素子は、それぞれ、鉛直方向および水平方向の異なる位置に配置され、前記回路は、前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおいて所定期間で受信された前記N個の受信信号のそれぞれから、前記N個の送信アンテナ素子それぞれと、前記M個の受信アンテナ素子それぞれとの間の伝搬特性を示す各複素伝達関数を成分とする、N×Mの第1行列を算出し、前記第1行列における所定周波数範囲に対応する第2行列を抽出することで、前記生体の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する前記第2行列を抽出し、前記第2行列を用いて、前記センサーに対する前記生体の存在する3次元位置であって、前記鉛直位置を含む3次元位置を推定し、前記推定した前記3次元位置と、前記送信アンテナの位置と、前記受信アンテナの位置と、に基づいて、前記生体と前記送信アンテナとの距離を示す第1距離、および、前記生体と前記受信アンテナとの距離を示す第2距離を算出し、前記第1距離および前記第2距離を用いて、前記生体に対するRCS値を算出し、前記推定した前記3次元位置、および、前記算出したRCS値の時間的変化と、前記メモリに記憶されている前記対応関係を示す情報と、を用いて、前記生体の動作を推定する。   In order to achieve the above object, a sensor according to an aspect of the present invention is a sensor, and each N transmits a transmission signal to a predetermined range in which a living body can exist (N is a natural number of 3 or more). A transmission antenna having a plurality of transmission antenna elements, and N receptions including a reflection signal in which some of the N transmission signals transmitted by the N transmission antenna elements are reflected by the living body. A receiving antenna having M receiving antenna elements each receiving a signal (M is a natural number of 3 or more), a circuit, a vertical position that is a position in the vertical direction where the living body exists with respect to the sensor, and RCS ( A memory storing information indicating a correspondence relationship between a temporal change in a Radar cross-section) value and the movement of the living body, and at least of the N transmitting antenna elements. The three transmitting antenna elements are arranged at different positions in the vertical direction and the horizontal direction, respectively, and at least three receiving antenna elements among the M receiving antenna elements are different in the vertical direction and the horizontal direction, respectively. Arranged in position, the circuit from each of the N received signals received in a predetermined period at each of the M receive antenna elements, and each of the N transmit antenna elements and the M receive signals. By calculating an N × M first matrix having components of complex transfer functions indicating propagation characteristics between the antenna elements and extracting a second matrix corresponding to a predetermined frequency range in the first matrix. Extracting the second matrix corresponding to a component affected by vital activity including at least one of respiration, heartbeat and body movement of the living body, and the second matrix Using the three-dimensional position where the living body is present with respect to the sensor, including the vertical position, and estimating the three-dimensional position, the position of the transmitting antenna, and the position of the receiving antenna. Based on the position, a first distance indicating a distance between the living body and the transmitting antenna and a second distance indicating a distance between the living body and the receiving antenna are calculated, and the first distance and the second distance are calculated. Calculating an RCS value for the living body using a distance, the estimated three-dimensional position, a temporal change of the calculated RCS value, and information indicating the correspondence relationship stored in the memory; Is used to estimate the behavior of the living body.

本発明によれば、無線信号を利用することで、生体の動作の推定を、短時間かつ高精度に行うことができる。   According to the present invention, by using a radio signal, it is possible to estimate a biological operation in a short time and with high accuracy.

図1は、実施の形態におけるセンサーの構成の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a sensor in the embodiment. 図2は、実施の形態におけるセンサーの設置例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an installation example of the sensor in the embodiment. 図3は実施の形態における回路およびメモリの機能的な構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of a circuit and a memory in the embodiment. 図4Aは、異なる測定期間で測定するセンサーの位置分解能の一例について説明するための図である。FIG. 4A is a diagram for describing an example of position resolution of a sensor that is measured in different measurement periods. 図4Bは、異なる測定期間で測定するセンサーの位置分解能の他の一例について説明するための図である。FIG. 4B is a diagram for describing another example of the position resolution of the sensor that is measured in different measurement periods. 図5は、高さ位置(Height)またはRCE値の時系列データから動作期間を抽出する例について説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for describing an example in which an operation period is extracted from time-series data of a height position (Height) or an RCE value. 図6は、方向ベクトルに変換する処理について説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the process of converting into a direction vector. 図7は、方向コード表の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a direction code table. 図8は、算出された方向コードおよび距離の時系列データの一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of time-series data of the calculated direction code and distance. 図9は、対応関係を示す情報の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of information indicating the correspondence relationship. 図10は、測定により得られたテストデータと、モデルコードであるモデルデータとを示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating test data obtained by measurement and model data which is a model code. 図11は、実施の形態におけるセンサーの動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of the operation of the sensor according to the embodiment. 図12は、推定処理の詳細の一例を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of details of the estimation process. 図13は、事前学習処理におけるセンサーの動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of the operation of the sensor in the pre-learning process.

(本発明の基礎となった知見)
無線信号を利用した生体の状態推定に関する従来技術について、発明者らは詳細な検討を行った。その結果、特許文献1の方法では、人物の在、不在は検知可能だが、人物の存在する方向や位置、状態、動作などを検出することは困難であるという問題があることがわかった。
(Knowledge that became the basis of the present invention)
The inventors conducted a detailed study on the prior art related to biological state estimation using a radio signal. As a result, it has been found that the method of Patent Document 1 can detect the presence / absence of a person, but it is difficult to detect the direction, position, state, action, etc. of the person.

また、特許文献2の方法では、人物の頭部および四肢を検知し、人物の存在する方向、位置、状態などを推定可能だが、テラヘルツ帯デバイスを用いており、コストが高い問題があることがわかった。   In addition, the method of Patent Document 2 can detect the head and limbs of a person and estimate the direction, position, state, etc. of the person, but it uses a terahertz band device and has a problem of high cost. all right.

また、特許文献3の方法では、対象物の大きさを推定することは可能だが、人物などの生体の状態を推定することは困難であるという問題があることがわかった。   Further, it has been found that the method of Patent Document 3 has a problem that although it is possible to estimate the size of an object, it is difficult to estimate the state of a living body such as a person.

また、特許文献4の方法では、対象生体の位置の軌跡を推定することは可能だが、生体の状態を推定することは困難であるという問題があることがわかった。   Further, it has been found that the method of Patent Document 4 has a problem that although it is possible to estimate the locus of the position of the target living body, it is difficult to estimate the state of the living body.

また、特許文献5の方法では、RCSにより対象物が人物か否か推定することは可能だが、人物などの生体の状態を推定することは困難であるという問題があることがわかった。   Further, in the method of Patent Document 5, it is possible to estimate whether the object is a person by RCS, but it has been found that there is a problem that it is difficult to estimate the state of a living body such as a person.

また、特許文献6では、使用者ごとに機械学習をする必要があるという課題があることがわかった。   Moreover, in patent document 6, it turned out that there exists a subject that it is necessary to perform machine learning for every user.

また、特許文献7では、人物の動作を推定することは困難であるという問題があることが分かった。   Further, in Patent Document 7, it has been found that there is a problem that it is difficult to estimate the movement of a person.

発明者らは、以上の課題に対して研究を重ねた結果、垂直方向および水平方向に異なる位置に置かれた複数のアンテナ素子を含む送信アンテナから送信され、生体によって反射された反射信号の伝搬特性と散乱断面積とを用いることにより、生体が存在する方向、位置、大きさ、姿勢、動作などの推定を短時間かつ高精度に行うことが可能であることを見出し、本発明に至った。   The inventors have conducted research on the above problems, and as a result, propagated reflected signals transmitted from a transmitting antenna including a plurality of antenna elements placed at different positions in the vertical and horizontal directions and reflected by a living body. By using the characteristics and the scattering cross section, it was found that the direction, position, size, posture, movement, etc. of the living body can be estimated in a short time and with high accuracy, and the present invention has been achieved. .

更に静止中の生体の位置を推定するには、主に生体の呼吸、心拍成分をもとに位置推定を行っていることから、生体の動作の推定には数秒程度のデータが必要となる。このため、例えば、転倒など動きの早い動作の推定には、1秒未満の短いデータを用いて推定が必要であることがわかり、生体の静止中、生体の動作中、または静止中および動作中の両方における生体の姿勢の推定には、1度の測定データについて、異なる時間データ長を用いて、生体の位置および姿勢の推定を行う必要があることがわかった。   Further, in order to estimate the position of a living body at rest, position estimation is mainly performed based on the respiration and heartbeat components of the living body, and therefore, data of several seconds is required to estimate the movement of the living body. For this reason, for example, it is understood that estimation of fast motion such as a fall requires estimation using short data of less than 1 second, while the living body is stationary, while the living body is moving, or while still and moving It has been found that for the estimation of the posture of the living body in both cases, it is necessary to estimate the position and posture of the living body using different time data lengths for one measurement data.

すなわち、本発明の一態様に係るセンサーは、センサーであって、生体が存在しうる所定範囲に対して送信信号をそれぞれが送信するN個(Nは3以上の自然数)の送信アンテナ素子を有する送信アンテナと、前記N個の送信アンテナ素子により送信された前記N個の送信信号のうちの一部の送信信号が前記生体により反射された反射信号を含むN個の受信信号をそれぞれが受信するM個(Mは3以上の自然数)の受信アンテナ素子を有する受信アンテナと、回路と、前記センサーに対する前記生体の存在する鉛直方向における位置である鉛直位置、および、RCS(Radar cross-section)値の時間的変化と、前記生体の動作との対応関係を示す情報を記憶しているメモリと、を備え、前記N個の送信アンテナ素子のうち少なくとも3個の送信アンテナ素子は、それぞれ、鉛直方向および水平方向の異なる位置に配置され、前記M個の受信アンテナ素子のうち少なくとも3個の受信アンテナ素子は、それぞれ、鉛直方向および水平方向の異なる位置に配置され、前記回路は、前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおいて所定期間で受信された前記N個の受信信号のそれぞれから、前記N個の送信アンテナ素子それぞれと、前記M個の受信アンテナ素子それぞれとの間の伝搬特性を示す各複素伝達関数を成分とする、N×Mの第1行列を算出し、前記第1行列における所定周波数範囲に対応する第2行列を抽出することで、前記生体の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する前記第2行列を抽出し、前記第2行列を用いて、前記センサーに対する前記生体の存在する3次元位置であって、前記鉛直位置を含む3次元位置を推定し、前記推定した前記3次元位置と、前記送信アンテナの位置と、前記受信アンテナの位置と、に基づいて、前記生体と前記送信アンテナとの距離を示す第1距離、および、前記生体と前記受信アンテナとの距離を示す第2距離を算出し、前記第1距離および前記第2距離を用いて、前記生体に対するRCS値を算出し、前記推定した前記3次元位置、および、前記算出したRCS値の時間的変化と、前記メモリに記憶されている前記対応関係を示す情報と、を用いて、前記生体の動作を推定する。   That is, the sensor according to one embodiment of the present invention is a sensor, and includes N (N is a natural number of 3 or more) transmission antenna elements each transmitting a transmission signal to a predetermined range in which a living body can exist. Each of the transmission antenna and N reception signals including a reflection signal obtained by reflecting a part of the N transmission signals transmitted from the N transmission antenna elements by the living body is received. A receiving antenna having M receiving antenna elements (M is a natural number of 3 or more), a circuit, a vertical position that is a position in the vertical direction where the living body exists with respect to the sensor, and an RCS (Radar cross-section) value And a memory storing information indicating a correspondence relationship between the temporal change of the living body and the operation of the living body, and at least three transmission antennas of the N transmission antenna elements are included. The tener elements are respectively disposed at different positions in the vertical direction and the horizontal direction, and at least three reception antenna elements among the M reception antenna elements are disposed at different positions in the vertical direction and the horizontal direction, respectively. The circuit includes, from each of the N received signals received in a predetermined period by each of the M receiving antenna elements, each of the N transmitting antenna elements and each of the M receiving antenna elements. By calculating a first matrix of N × M having each complex transfer function indicating a propagation characteristic between them as a component, and extracting a second matrix corresponding to a predetermined frequency range in the first matrix, respiration of the living body , Extracting the second matrix corresponding to the component affected by the vital activity including at least one of heartbeat and body movement, and using the second matrix, the second matrix is extracted. A three-dimensional position where the living body is present with respect to a sir, and a three-dimensional position including the vertical position is estimated, and the estimated three-dimensional position, the position of the transmitting antenna, and the position of the receiving antenna are Based on the first distance indicating the distance between the living body and the transmitting antenna and the second distance indicating the distance between the living body and the receiving antenna, and using the first distance and the second distance. Calculating the RCS value for the living body, using the estimated three-dimensional position, the temporal change of the calculated RCS value, and the information indicating the correspondence stored in the memory, The movement of the living body is estimated.

このため、無線信号を利用することで、生体の動作の推定を、短時間かつ高精度に行うことができる。   For this reason, a biological signal can be estimated in a short time and with high accuracy by using a radio signal.

また、前記対応関係を示す情報において対応付けられている前記生体の動作は、転倒、椅子への着座、床への着座、椅子からの起立、床からの起立、ジャンプ、および、方向転換を含み、前記回路は、前記推定した前記3次元位置、および、前記算出したRCS値の時間的変化と、前記メモリに記憶されている前記対応関係を示す情報と、を用いて、前記生体が、転倒、椅子への着座、床への着座、椅子からの起立、床からの起立、ジャンプ、および、方向転換のいずれの動作を行ったかを推定してもよい。   Further, the movement of the living body associated in the information indicating the correspondence includes falling, sitting on a chair, sitting on a floor, standing from a chair, standing from the floor, jumping, and turning. The circuit uses the estimated three-dimensional position, the temporal change of the calculated RCS value, and the information indicating the correspondence relationship stored in the memory to cause the living body to fall. It may be estimated whether the sitting on the chair, the sitting on the floor, the standing from the chair, the standing from the floor, the jump, or the direction change is performed.

このため、生体の動作の推定を、より短時間に行うことができる。   For this reason, estimation of the operation | movement of a biological body can be performed in a shorter time.

また、前記回路は、前記生体の動作の推定において、前記推定した鉛直位置、または、前記算出したRCS値の時間的変化が所定値よりも大きい期間を、前記生体が動作している動作期間として抽出し、抽出した前記動作期間における時間的変化であって、前記推定した前記3次元位置、および、前記算出したRCS値の時間的変化と、前記メモリに記憶されている前記対応関係を示す情報と、を用いて、前記生体の動作を推定してもよい。   Further, in the estimation of the movement of the living body, the circuit sets a period in which the temporal change of the estimated vertical position or the calculated RCS value is larger than a predetermined value as an operation period in which the living body is operating. Extracted and extracted temporal changes in the operation period, the estimated three-dimensional position and the calculated temporal change of the RCS value, and information indicating the correspondence stored in the memory And the movement of the living body may be estimated.

このため、生体の動作の推定にかかる処理負荷を低減することができる。   For this reason, the processing load concerning estimation of the operation | movement of a biological body can be reduced.

また、前記回路は、時系列で得られた複数の前記鉛直位置、または、複数の前記RCS値から、所定のフィルタを用いて瞬時ノイズ成分を除去することで得られる時系列データを用いて、前記動作期間を抽出してもよい。   In addition, the circuit uses time-series data obtained by removing instantaneous noise components using a predetermined filter from the plurality of vertical positions obtained in time series or the plurality of RCS values. The operation period may be extracted.

このため、生体の動作の推定を、より高精度に行うことができる。   For this reason, it is possible to estimate the movement of the living body with higher accuracy.

また、前記対応関係を示す情報において前記生体の動作に対応付けられている、前記鉛直位置および前記RCS値は、事前に、前記生体が前記生体の動作のうちの一の動作を前記所定範囲で行ったときに、前記回路により推定された鉛直位置、および、前記回路により算出されたRCS値の時間的変化を、所定の方法を用いて方向ベクトルに変換し、変換した前記方向ベクトルを正規化することで得られた方向コードで示されており、前記回路は、前記生体の動作の推定において、抽出した前記動作期間における時間的変化であって、前記推定した前記3次元位置から得られる前記鉛直位置、および、前記算出したRCS値の時間的変化を、所定の方法を用いて方向ベクトルに変換し、変換した前記方向ベクトルを正規化することで方向コードを算出し、算出した前記方向コードと、前記対応関係を示す情報と、を用いて、前記生体の動作を推定してもよい。   In addition, the vertical position and the RCS value associated with the movement of the living body in the information indicating the correspondence relationship are determined in advance so that the living body moves one of the movements of the living body within the predetermined range. When performed, the vertical position estimated by the circuit and the temporal change of the RCS value calculated by the circuit are converted into a direction vector using a predetermined method, and the converted direction vector is normalized. The direction code is obtained by performing the estimation of the movement of the living body, and the circuit is a temporal change in the extracted movement period, and is obtained from the estimated three-dimensional position. The vertical position and the temporal change of the calculated RCS value are converted into a direction vector using a predetermined method, and the direction vector is normalized by normalizing the converted direction vector. It calculates, and the direction code calculated, using, and information indicating the correspondence relationship may estimate the operation of the living body.

このため、生体の動作の推定を、より高精度に行うことができる。   For this reason, it is possible to estimate the movement of the living body with higher accuracy.

また、前記回路は、第1の動作期間の次の第2の動作期間において、前記第1の動作期間の終了時の前記生体の姿勢を用いて、前記生体の動作を推定してもよい。   The circuit may estimate the movement of the living body using the posture of the living body at the end of the first operation period in the second operation period after the first operation period.

このため、推定した生体の動作を利用して、次の生体の動作を推定できる。よって、生体の動作の推定を、より効果的に行うことができる。   For this reason, it is possible to estimate the next movement of the living body using the estimated movement of the living body. Therefore, the movement of the living body can be estimated more effectively.

また、前記回路は、さらに、前記推定した前記3次元位置における水平方向への変動が所定の距離以上の変動である場合、前記生体が水平方向に移動していると推定してもよい。   The circuit may further estimate that the living body is moving in the horizontal direction when the estimated variation in the horizontal direction at the three-dimensional position is a variation of a predetermined distance or more.

このため、生体の水平方向への移動を、短時間かつ高精度に推定することができる。   For this reason, the movement of the living body in the horizontal direction can be estimated in a short time and with high accuracy.

また、前記回路は、さらに、前記生体が水平方向に移動していると推定した場合の前記3次元位置に含まれる前記鉛直位置を用いて、前記生体の身長を推定してもよい。   The circuit may further estimate the height of the living body using the vertical position included in the three-dimensional position when the living body is estimated to move in the horizontal direction.

このため、生体の身長を短時間かつ高精度に推定することができる。これにより、例えば、予め所定範囲に存在しうる複数の生体が分かっており、複数の生体の身長がそれぞれ異なっていれば、複数の生体のうちのどの生体が存在しているか、動作しているかを特定することに利用することができる。   For this reason, the height of the living body can be estimated with high accuracy in a short time. Thus, for example, if a plurality of living bodies that can exist in a predetermined range are known in advance, and the heights of the plurality of living bodies are different from each other, which living body of the plurality of living bodies exists or is operating. Can be used to identify

また、前記回路は、さらに、前記生体が水平方向に移動していると推定した場合の前記RCS値を用いて、前記生体の身体のサイズを推定してもよい。   The circuit may further estimate the body size of the living body using the RCS value when the living body is estimated to be moving in the horizontal direction.

このため、生体の身体のサイズを短時間かつ高精度に推定することができる。これにより、例えば、予め所定範囲に存在しうる複数の生体が分かっており、複数の生体の身体のサイズがそれぞれ異なっていれば、複数の生体のうちのどの生体が存在しているか、動作しているかを特定することに利用することができる。   For this reason, the size of the body of a living body can be estimated in a short time and with high accuracy. Thus, for example, if a plurality of living bodies that can exist in a predetermined range are known in advance and the body sizes of the plurality of living bodies are different from each other, which living body of the plurality of living bodies exists is operated. It can be used to identify whether or not

また、前記所定期間は、前記生体の呼吸、心拍、および、体動の少なくとも1つの周期の略半分であってもよい。   Further, the predetermined period may be approximately half of at least one cycle of respiration, heartbeat, and body movement of the living body.

このため、生体の動作の推定を効果的に行うことができる。   For this reason, it is possible to effectively estimate the movement of the living body.

なお、本発明は、センサーとして実現するだけでなく、このようなセンサーが備える処理手段を備える集積回路として実現したり、その装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを示す情報、データまたは信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データおよび信号は、CD−ROM等の記録媒体やインターネット等の通信媒体を介して配信してもよい。   The present invention is not only realized as a sensor, but also realized as an integrated circuit provided with processing means provided in such a sensor, or realized as a method using the processing means constituting the apparatus as a step. Can be realized as a program for causing a computer to execute, or as information, data, or a signal indicating the program. These programs, information, data, and signals may be distributed via a recording medium such as a CD-ROM or a communication medium such as the Internet.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. The numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connecting forms of the constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements that constitute a more preferable embodiment. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

(実施の形態)
図1は実施の形態におけるセンサーの構成の一例を示すブロック図である。図2は、実施の形態におけるセンサーの設置例を示す図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a sensor in the embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating an installation example of the sensor in the embodiment.

図1に示すように、センサー10は、送信アンテナ20、受信アンテナ30、回路40およびメモリ41を備える。センサー10は、ヒト等の生体50に対して送信アンテナ20よりマイクロ波を発射し、受信アンテナ30にて生体50で反射された反射波を受信する。ここで、送信アンテナ20に対して任意に設定された水平面上の方向である第1基準方向と、送信アンテナ20から生体50への方向である第1生体方向とのなす角をφとする。また、鉛直方向と、第1生体方向との為す角である生体50の仰角をθとする。また、受信アンテナ30に対して任意に設定された水平面上の方向である第2基準方向と、受信アンテナ30から生体50への方向である第2生体方向との為す角である生体50の仰角をφとする。また、鉛直方向と、第2生体方向とのなす角をθとする。生体50がバイタル活動を行っている部位の中心座標を(x,y,z)とすると、送信アンテナ20、受信アンテナ30および生体50の位置関係によって、方向(θ,θ,φ,φ)と座標(x,y,z)は相互に変換可能である。 As shown in FIG. 1, the sensor 10 includes a transmission antenna 20, a reception antenna 30, a circuit 40, and a memory 41. The sensor 10 emits a microwave from the transmitting antenna 20 to a living body 50 such as a human and receives a reflected wave reflected by the living body 50 by the receiving antenna 30. Here, an angle formed by a first reference direction that is a direction on the horizontal plane arbitrarily set with respect to the transmission antenna 20 and a first biological direction that is a direction from the transmission antenna 20 to the living body 50 is defined as φ T. . Further, the vertical direction, the elevation of the living body 50 is to angle for the first biological direction and theta T. In addition, the elevation angle of the living body 50 that is an angle formed by a second reference direction that is a direction on the horizontal plane that is arbitrarily set with respect to the receiving antenna 30 and a second living body direction that is the direction from the receiving antenna 30 to the living body 50. It is referred to as φ R. Further, the vertical direction, the angle between the second living direction and theta R. Assuming that the center coordinates of the part where the living body 50 is performing vital activity is (x b , y b , z b ), the direction (θ T , θ R , φ T , φ R ) and coordinates (x b , y b , z b ) can be converted into each other.

送信アンテナ20は、N個の送信アンテナ素子21を有する。送信アンテナ20は、水平方向(x方向)にN個が並び、かつ、鉛直方向(z方向)にN個が並ぶように矩形配置された、N個(N=N×N)の送信アンテナ素子21で構成されるアレーアンテナを有する。つまり、N個の送信アンテナ素子21のうち少なくとも3個の送信アンテナ素子21は、鉛直方向および水平方向の異なる位置に配置されている。N個の送信アンテナ素子21のそれぞれは、生体が存在しうる所定範囲に対して送信信号を送信する。つまり、送信アンテナ20は、異なるN箇所の位置からN個の送信信号を所定範囲に対して送信する。なお、生体が存在しうる所定範囲とは、センサー10が生体の存在を検知する検知範囲である。 The transmission antenna 20 has N transmission antenna elements 21. Transmitting antenna 20, lined N x pieces in the horizontal direction (x-direction), and vertical direction N z number in (z direction) is rectangular arranged side by side, N number (N = N x × N z ) The transmission antenna element 21 has an array antenna. That is, at least three transmission antenna elements 21 out of the N transmission antenna elements 21 are arranged at different positions in the vertical direction and the horizontal direction. Each of the N transmission antenna elements 21 transmits a transmission signal to a predetermined range where a living body can exist. That is, the transmission antenna 20 transmits N transmission signals from different N positions to a predetermined range. The predetermined range where the living body can exist is a detection range in which the sensor 10 detects the presence of the living body.

N個の送信アンテナ素子21のそれぞれは、具体的には、ヒトなどの生体50に対して、マイクロ波を送信信号として発射する。N個の送信アンテナ素子21は、送信アンテナ素子21毎に異なる変調処理が行われた信号を送信信号として送信してもよい。また、N個の送信アンテナ素子21のそれぞれは、変調信号または無変調の信号を逐次的に切り替えて送信してもよい。変調処理は、送信アンテナ20により行われてもよい。このように、N個の送信アンテナ素子21毎に、N個の送信アンテナ素子21から送信される送信信号をそれぞれ異なる送信信号とすることで、受信アンテナ30により受信された送信信号を送信した送信アンテナ素子21を特定できる。このように、送信アンテナ20は、変調処理を行うための回路を含んでいてもよい。   Specifically, each of the N transmission antenna elements 21 emits a microwave as a transmission signal to a living body 50 such as a human. The N transmission antenna elements 21 may transmit, as transmission signals, signals that have been subjected to different modulation processing for each transmission antenna element 21. Further, each of the N transmission antenna elements 21 may sequentially switch and transmit a modulated signal or an unmodulated signal. The modulation process may be performed by the transmission antenna 20. In this way, for each of the N transmission antenna elements 21, the transmission signal transmitted from the N transmission antenna elements 21 is set to be a different transmission signal, thereby transmitting the transmission signal received by the reception antenna 30. The antenna element 21 can be specified. Thus, the transmission antenna 20 may include a circuit for performing modulation processing.

受信アンテナ30は、M個の受信アンテナ素子31を有する。受信アンテナ30は、水平方向(x方向)にM個が並び、かつ、鉛直方向(z方向)にM個が並ぶように矩形配置された、M個(M=M×M)の受信アンテナ素子31で構成されるアレーアンテナを有する。つまり、M個の受信アンテナ素子31のうち少なくとも3個の受信アンテナ素子31は、鉛直方向および水平方向の異なる位置に配置されている。M個の受信アンテナ素子31のそれぞれは、N個の送信信号のうち生体50により反射された信号である反射信号を含むN個の受信信号を受信する。受信アンテナ30は、マイクロ波からなる受信信号を周波数変換し、低周波数信号に変換する。受信アンテナ30は、低周波数信号に変換することにより得られた信号を回路40に出力する。つまり、受信アンテナ30は、受信信号を処理するための回路を含んでいてもよい。 The receiving antenna 30 has M receiving antenna elements 31. Receiving antenna 30, lined M x pieces in the horizontal direction (x-direction), and vertical M z number in (z direction) is rectangular arranged side by side, M pieces (M = M x × M z ) The receiving antenna element 31 has an array antenna. That is, at least three receiving antenna elements 31 among the M receiving antenna elements 31 are arranged at different positions in the vertical direction and the horizontal direction. Each of the M reception antenna elements 31 receives N reception signals including a reflection signal that is a signal reflected by the living body 50 among the N transmission signals. The receiving antenna 30 converts the frequency of a reception signal made of microwaves into a low frequency signal. The receiving antenna 30 outputs a signal obtained by converting into a low frequency signal to the circuit 40. That is, the receiving antenna 30 may include a circuit for processing a received signal.

回路40は、センサー10を動作させる各種処理を実行する。回路40は、例えば、制御プログラムを実行するプロセッサと、当該制御プログラムを実行するときに使用するワークエリアとして用いられる揮発性の記憶領域(主記憶装置)とにより構成される。揮発
性の記憶領域は、例えば、RAM(Randdom Access Memory)である。なお、回路40は、センサー10を動作させる各種処理を行うための専用回路により構成されていてもよい。つまり、回路40は、ソフトウェア処理を行う回路であってもよいし、ハードウェア処理を行う回路であってもよい。
The circuit 40 executes various processes for operating the sensor 10. The circuit 40 includes, for example, a processor that executes a control program and a volatile storage area (main storage device) that is used as a work area used when the control program is executed. The volatile storage area is, for example, a RAM (Random Access Memory). The circuit 40 may be configured by a dedicated circuit for performing various processes for operating the sensor 10. That is, the circuit 40 may be a circuit that performs software processing or a circuit that performs hardware processing.

メモリ41は、不揮発性の記憶領域(補助記憶装置)であり、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)などである。メモリ41は、例えば、センサー10を動作させる各種処理に利用される情報を記憶している。   The memory 41 is a non-volatile storage area (auxiliary storage device), and is, for example, a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like. The memory 41 stores information used for various processes for operating the sensor 10, for example.

次に、回路40の機能的な構成について図3を用いて説明する。   Next, a functional configuration of the circuit 40 will be described with reference to FIG.

図3は実施の形態における回路およびメモリの機能的な構成を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of a circuit and a memory in the embodiment.

回路40は、複素伝達関数算出部410と、生体成分算出部420と、位置推定処理部430と、RCS算出部440と、動作推定部450とを有する。   The circuit 40 includes a complex transfer function calculation unit 410, a biological component calculation unit 420, a position estimation processing unit 430, an RCS calculation unit 440, and a motion estimation unit 450.

複素伝達関数算出部410は、低周波信号に変換された受信信号から複素伝達関数を算出する。複素伝達関数とは、各送信アンテナ素子21と各受信アンテナ素子31との間の伝搬損失および位相回転を表すものである。複素伝達関数は、送信アンテナ素子数がN個であり、受信アンテナ素子数がM個の場合、M×Nの成分を持つ複素行列となる。以降、この複素行列を複素伝達関数行列と呼ぶ。推定した複素伝達関数行列は、生体成分算出部420に出力される。つまり、複素伝達関数算出部410は、M個の受信アンテナ素子31のそれぞれにおいて所定期間で受信された複数の受信信号のそれぞれから、N個の送信アンテナ素子21それぞれと、M個の受信アンテナ素子31それぞれとの間の伝播特性を示す各複素伝達関数を成分とする、N×Mの第1行列を算出する。   The complex transfer function calculation unit 410 calculates a complex transfer function from the received signal converted into the low frequency signal. The complex transfer function represents propagation loss and phase rotation between each transmitting antenna element 21 and each receiving antenna element 31. The complex transfer function is a complex matrix having M × N components when the number of transmitting antenna elements is N and the number of receiving antenna elements is M. Hereinafter, this complex matrix is referred to as a complex transfer function matrix. The estimated complex transfer function matrix is output to the biological component calculation unit 420. That is, the complex transfer function calculation unit 410 receives each of the N transmission antenna elements 21 and the M reception antenna elements from the plurality of reception signals received in each of the M reception antenna elements 31 in a predetermined period. A first matrix of N × M is calculated with each complex transfer function indicating the propagation characteristics between each of them as a component.

生体成分算出部420は、生体50を経由した受信信号から得られた複素伝達関数行列成分と、生体50を経由していない受信信号から得られた複素伝達関数行列成分とに分離する。生体50を経由した成分とは、生体活動により時変動する成分である。よって、生体50を経由した成分は、例えば、生体50以外は静止しているものとした場合、複素伝達関数行列の成分を時間方向にフーリエ変換することで得られた成分から、直流以外の成分を取り出すことによって抽出することが可能である。また、生体50を経由した成分は、例えば、生体50が所定範囲に存在しないときに観測された結果との差分が所定の閾値を超えている成分を取り出すことによって抽出することも可能である。このように、生体成分算出部420は、生体50を経由した反射信号を含む受信信号から得られた複素伝達関数行列成分を抽出することで、抽出した複素伝達関数行列成分を生体成分として算出する。つまり、生体成分算出部420は、第1行列における所定周波数範囲に対応する第2行列を抽出することで、生体の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する第2行列を抽出する。所定周波数範囲は、例えば、上述した生体の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動に由来する周波数である。所定周波数範囲は、例えば、0.1Hz以上3Hz以下の範囲の周波数である。これにより、心臓、肺、横隔膜、内蔵の動きによる生体50の部位のバイタル活動、または、手、足などによるバイタル活動の影響を受けた生体成分を抽出できる。なお、心臓、肺、横隔膜、内蔵の動きによる生体50の部位とは、例えば、人のみぞおちである。   The biological component calculation unit 420 separates a complex transfer function matrix component obtained from a received signal that has passed through the living body 50 and a complex transfer function matrix component obtained from a received signal that has not passed through the living body 50. The component passing through the living body 50 is a component that varies with time due to biological activity. Therefore, the component that passed through the living body 50 is a component other than the direct current from the component obtained by Fourier-transforming the component of the complex transfer function matrix in the time direction, for example, when the components other than the living body 50 are stationary. It is possible to extract by taking out. In addition, a component that has passed through the living body 50 can be extracted by, for example, extracting a component whose difference from a result observed when the living body 50 is not in a predetermined range exceeds a predetermined threshold. As described above, the biological component calculation unit 420 calculates the extracted complex transfer function matrix component as a biological component by extracting the complex transfer function matrix component obtained from the received signal including the reflected signal that has passed through the living body 50. . In other words, the biological component calculation unit 420 extracts the second matrix corresponding to the predetermined frequency range in the first matrix, so that the component affected by the vital activity including at least one of respiration, heartbeat, and body movement of the living body. A second matrix corresponding to is extracted. The predetermined frequency range is, for example, a frequency derived from vital activity including at least one of respiration, heartbeat, and body movement of the living body described above. The predetermined frequency range is, for example, a frequency in a range of 0.1 Hz to 3 Hz. As a result, it is possible to extract a biological component affected by vital activity of a part of the living body 50 due to the heart, lungs, diaphragm, or built-in movement, or vital activity such as a hand or a foot. In addition, the part of the living body 50 by the heart, the lungs, the diaphragm, and the built-in movement is, for example, a human pit.

ここで生体成分は、M×Nの成分を持つ行列であり、所定期間に受信アンテナ30において観測された受信信号から得られる複素伝達関数から抽出される。このため、生体成分
は、周波数応答あるいは時間応答情報を持っているものとする。なお、所定期間は、生体の呼吸、心拍、および、体動の少なくとも1つの周期の略半分の期間である。
Here, the biological component is a matrix having M × N components, and is extracted from a complex transfer function obtained from a received signal observed at the receiving antenna 30 during a predetermined period. For this reason, the biological component has frequency response or time response information. The predetermined period is a period substantially half of at least one cycle of respiration, heartbeat, and body movement of the living body.

生体成分算出部420で算出された生体成分は、位置推定処理部430に出力される。位置推定処理部430は、算出された生体成分を用いて生体の位置推定を行う。つまり、位置推定処理部430は、第2行列を用いて、センサー10に対する生体50の存在する3次元位置であって、センサー10に対する生体の存在する鉛直位置を含む3次元位置を推定する。位置推定には、送信アンテナ20からの出発角θと受信アンテナ30への到来角θとの両方の角度を推定し、推定した出発角θおよび到来角θから三角法によって生体50の位置を推定する。 The biological component calculated by the biological component calculation unit 420 is output to the position estimation processing unit 430. The position estimation processing unit 430 estimates the position of the living body using the calculated biological component. That is, the position estimation processing unit 430 uses the second matrix to estimate a three-dimensional position where the living body 50 exists with respect to the sensor 10 and includes a vertical position where the living body exists with respect to the sensor 10. In the position estimation, both the starting angle θ T from the transmitting antenna 20 and the arrival angle θ R to the receiving antenna 30 are estimated, and the living body 50 is triangulated from the estimated starting angle θ T and arrival angle θ R. Is estimated.

なお、位置推定には、観測対象である生体50と送信アンテナ20との第1距離、または、生体50と受信アンテナ30との第2距離が、送信アンテナ20または受信アンテナ30を構成するアレーアンテナの開口と比べて同程度となるほど近接する場合は、球面波モードベクトルと呼ばれるものを用いて生体50の位置推定を行ってもよい。これは、送信アンテナ20または受信アンテナ30を構成するアレーアンテナ素子毎に出発角または到来角が異なるためである。この場合、平面波のように出発角または到来角を定義できないため、送信アンテナ20または受信アンテナ30を構成するアレーアンテナ素子と対象の生体50との位置関係を表す2次元または3次元の座標を用いて後述のステアリングベクトルを定義する。   For position estimation, the first distance between the living body 50 to be observed and the transmission antenna 20 or the second distance between the living body 50 and the reception antenna 30 is an array antenna that constitutes the transmission antenna 20 or the reception antenna 30. In the case where they are close enough to be approximately the same as the opening, the position of the living body 50 may be estimated using a so-called spherical wave mode vector. This is because the departure angle or the arrival angle is different for each array antenna element constituting the transmission antenna 20 or the reception antenna 30. In this case, since the starting angle or the arrival angle cannot be defined as in the case of a plane wave, two-dimensional or three-dimensional coordinates representing the positional relationship between the array antenna element constituting the transmitting antenna 20 or the receiving antenna 30 and the target living body 50 are used. Then, a steering vector described later is defined.

なお、位置推定処理部430は、用途に応じて、例えば、3秒以上の第1測定期間において測定することにより得られた測定データにより静止中の生体50の位置を推定すると共に、例えば、1秒、0.5秒などの第1測定期間よりも短い第2測定期間において測定することにより得られた測定データを用いて、動作中の生体50の位置を推定しても良い。この時の概念を図4Aおよび図4Bに示す。   The position estimation processing unit 430 estimates the position of the stationary living body 50 based on the measurement data obtained by measurement in the first measurement period of, for example, 3 seconds or more according to the use. The position of the living body 50 in operation may be estimated using measurement data obtained by measurement in a second measurement period shorter than the first measurement period such as seconds or 0.5 seconds. The concept at this time is shown in FIGS. 4A and 4B.

図4Aは、異なる測定期間で測定するセンサーの位置分解能の一例について説明するための図である。   FIG. 4A is a diagram for describing an example of position resolution of a sensor that is measured in different measurement periods.

図4Aに示すように、例えば、格子301による複数の四角形の領域は、例えば、格子301の全体の範囲がセンサー10の測定範囲である所定範囲を示しており、かつ、8m×8mの範囲の空間である場合、100cm四方の分解能で第1測定期間において測定される場合の複数の領域を示す。また、格子302による複数の四角形の領域は、格子302の全体の範囲がセンサー10の測定範囲である所定範囲を示しており、かつ、格子301と同じ8m×8mの範囲の空間である場合、5cm四方の分解能で第2測定期間において測定される場合の複数の領域を示す。上述したように、第1測定期間は、例えば、3秒であり、第2測定期間は、例えば、0.5秒である。また、格子301で区切られた複数の領域のそれぞれを第1測定期間で測定するのに要する第1期間と、格子302で区切られた複数の領域のそれぞれを第2測定期間で測定するのに要する第2期間とは、互いに重複する期間である。つまり、格子301で区切られた複数の領域のそれぞれを測定する処理と、格子302で区切られた複数の領域のそれぞれを測定する処理とは、並列処理により、実行される。   As shown in FIG. 4A, for example, a plurality of quadrangular regions formed by the grid 301 indicate a predetermined range in which the entire range of the grid 301 is the measurement range of the sensor 10, and is in a range of 8 m × 8 m, for example. In the case of a space, a plurality of regions when measured in the first measurement period with a resolution of 100 cm square are shown. In addition, a plurality of rectangular areas formed by the grid 302 indicate a predetermined range in which the entire range of the grid 302 is a measurement range of the sensor 10 and is the same 8 m × 8 m range as the grid 301. A plurality of regions when measured in the second measurement period with a resolution of 5 cm square are shown. As described above, the first measurement period is, for example, 3 seconds, and the second measurement period is, for example, 0.5 seconds. In addition, the first period required for measuring each of the plurality of regions divided by the lattice 301 in the first measurement period and the second period for measuring each of the plurality of regions divided by the grating 302 The required second period is a period overlapping each other. That is, the process of measuring each of the plurality of areas partitioned by the grid 301 and the process of measuring each of the plurality of areas partitioned by the grid 302 are executed by parallel processing.

異なる測定期間で生体50を測定する処理は、下記のように行ってもよい。   You may perform the process which measures the biological body 50 in a different measurement period as follows.

図4Bは、異なる測定期間で測定するセンサーの位置分解能の他の一例について説明するための図である。   FIG. 4B is a diagram for describing another example of the position resolution of the sensor that is measured in different measurement periods.

図4Bに示すように、例えば、格子301による複数の四角形の領域は、図4Aの説明と同様に、格子301の全体の範囲がセンサー10の測定範囲である所定範囲を示しており、かつ、8m×8mの範囲の空間である場合、100cm四方の分解能で第1測定期間において測定される場合の複数の領域を示す。また、格子303による複数の四角形の領域は、格子303の全体の範囲が格子301による複数の領域の測定により検出された生体50の位置を含む領域である4m×4mの範囲の空間において、30cm四方の分解能で第2測定期間において測定される場合の複数の領域を示す。また、格子304による複数の四角形の領域は、格子304の全体の範囲が格子303による複数の領域の測定により検出された生体50の位置を含む領域である2m×2mの範囲の空間において、10cm四方の分解能で第2測定期間よりも短い第3測定期間において測定される場合の複数の領域を示す。第1測定期間は、例えば、3秒であり、第2測定期間は、例えば、1秒であり、第3測定期間は、例えば、0.5秒である。なお、静止中の生体50の位置の検出精度をより向上させる場合、第1測定期間を10〜20秒など3秒よりも長い時間に設定してもよい。   As shown in FIG. 4B, for example, a plurality of square areas formed by the grid 301 indicate a predetermined range in which the entire range of the grid 301 is the measurement range of the sensor 10, as in the description of FIG. 4A. In the case of a space in the range of 8 m × 8 m, a plurality of regions when measured in the first measurement period with a resolution of 100 cm square are shown. In addition, a plurality of quadrangular regions formed by the lattice 303 is 30 cm in a space of 4 m × 4 m, which is a region including the position of the living body 50 in which the entire range of the lattice 303 is detected by measuring the plurality of regions using the lattice 301. A plurality of regions when measured in the second measurement period with four-way resolution are shown. In addition, a plurality of quadrangular regions formed by the lattice 304 is 10 cm in a space of 2 m × 2 m, in which the entire range of the lattice 304 includes a position of the living body 50 detected by measuring the plurality of regions using the lattice 303. A plurality of regions in the case where measurement is performed in a third measurement period shorter than the second measurement period with four-way resolution is shown. The first measurement period is, for example, 3 seconds, the second measurement period is, for example, 1 second, and the third measurement period is, for example, 0.5 seconds. In addition, when improving the detection accuracy of the position of the living body 50 at rest, the first measurement period may be set to a time longer than 3 seconds such as 10 to 20 seconds.

RCS算出部440は、生体成分と推定された位置とを用いて散乱断面積(RCS:Radar Cross Section)を算出する。RCS算出部440は、具体的には、散乱断面積を計算するために、推定された3次元位置と、送信アンテナ20の位置と、受信アンテナ30の位置と、に基づいて、生体50と送信アンテナ20との第1距離を示す距離RT、および、生体50と受信アンテナ30との第2距離を示す距離RRを算出する。RCS算出部440は、算出した距離RTおよび距離RRから伝搬距離を算出し、算出した伝播距離と生体成分の強度とを用いてRCSを算出する。なお、送信アンテナ20の位置と、受信アンテナ30の位置とは、メモリ41に予め記憶されていてもよい。   The RCS calculation unit 440 calculates a scattering cross section (RCS: Radar Cross Section) using the biological component and the estimated position. Specifically, the RCS calculation unit 440 transmits the living body 50 and the transmission based on the estimated three-dimensional position, the position of the transmission antenna 20, and the position of the reception antenna 30 in order to calculate the scattering cross section. A distance RT indicating a first distance from the antenna 20 and a distance RR indicating a second distance between the living body 50 and the receiving antenna 30 are calculated. The RCS calculation unit 440 calculates the propagation distance from the calculated distance RT and the distance RR, and calculates the RCS using the calculated propagation distance and the intensity of the biological component. Note that the position of the transmission antenna 20 and the position of the reception antenna 30 may be stored in the memory 41 in advance.

動作推定部450は、位置推定処理部430により推定された3次元位置、および、RCS算出部440により算出されたRCS値の時間的変化を示す時系列データと、予めメモリ41に記憶されている対応関係を示す情報42と、を用いて、生体50の動作を推定する。動作推定部450は、動作期間抽出部451と、方向コード算出部452と、動作比較部453とを有する。   The motion estimation unit 450 is stored in advance in the memory 41 and time-series data indicating the three-dimensional position estimated by the position estimation processing unit 430 and the temporal change of the RCS value calculated by the RCS calculation unit 440. The operation of the living body 50 is estimated using the information 42 indicating the correspondence relationship. The motion estimation unit 450 includes a motion period extraction unit 451, a direction code calculation unit 452, and a motion comparison unit 453.

動作期間抽出部451は、図5に示すように位置推定処理部430により推定された生体50の3次元位置、または、RCS算出部440により算出されたRCS値の時間的変化の変化幅が所定値よりも大きい期間を動作期間として抽出する。なお、図5は、高さ位置(Height)またはRCE値の時系列データから動作期間を抽出する例について説明するための図である。   As shown in FIG. 5, the movement period extraction unit 451 has a predetermined change width of the three-dimensional position of the living body 50 estimated by the position estimation processing unit 430 or the temporal change of the RCS value calculated by the RCS calculation unit 440. A period larger than the value is extracted as an operation period. FIG. 5 is a diagram for describing an example in which an operation period is extracted from time-series data of a height position (Height) or an RCE value.

動作期間抽出部451は、例えば、鉛直位置である高さ位置またはRCS値を用いて動作期間を抽出する場合、瞬時ノイズの影響を避けるため、得られた3次元位置またはRCS値の時系列のデータに対し、例えば、メディアンフィルタ、FIRフィルタ、平均値などを用い、高さ位置、および、RCS値のノイズ成分を除去し、フィルタ処理後の高さ情報の変化区間やRCS変化区間を当該生体の動作期間として抽出してもよい。つまり、動作期間抽出部451は、時系列で得られた複数の鉛直位置、または、複数のRCS値から、所定のフィルタを用いて瞬時ノイズ成分を除去することで得られる時系列データを用いて、動作期間を抽出してもよい。図4では、一例として測定期間が0.6秒程度の測定データを用いて高さ位置およびRCS値を測定し、所定のフィルタ処理をした後の様子、および動作期間として抽出した様子を示す。なお、動作期間抽出部451は、計算量削減目的などで、推定する対象となる期間を限定したい時に有効であるが必ずしも設けられる必要はない。つまり、全区間について状態推定を行う場合、動作期間抽出部45を省略し、全区間について推定しても良いことは言うまでもない。   For example, when the operation period is extracted using the height position or the RCS value that is the vertical position, the operation period extraction unit 451 avoids the influence of instantaneous noise, so that the time series of the obtained three-dimensional position or the RCS value is obtained. For example, a median filter, an FIR filter, an average value, or the like is used for the data to remove the noise component of the height position and the RCS value. The operation period may be extracted. That is, the operation period extraction unit 451 uses time series data obtained by removing an instantaneous noise component from a plurality of vertical positions obtained in time series or a plurality of RCS values using a predetermined filter. The operation period may be extracted. In FIG. 4, as an example, the height position and the RCS value are measured using measurement data having a measurement period of about 0.6 seconds, a predetermined filter process is performed, and an operation period is extracted. The operation period extraction unit 451 is effective when it is desired to limit the period to be estimated for the purpose of reducing the amount of calculation, but is not necessarily provided. In other words, when state estimation is performed for all sections, it goes without saying that the operation period extraction unit 45 may be omitted and estimation may be performed for all sections.

方向コード算出部452は、動作期間抽出部451により抽出された動作期間における時間的変化であって、推定された3次元位置から得られる鉛直位置(高さ位置)、および、算出されたRCS値の時間的変化を、所定の方法を用いて方向ベクトルに変換する。具体的には、方向コード算出部452は、図6示すように高さ位置とRCS値とを2次元プロットし、その時間変化における軌跡において、当該軌跡の距離ΔPと、当該軌跡の方向θとを算出する。方向コード算出部452は、例えば、第1のタイミングにおける高さ位置H1およびRCS値R1で示される第1の座標p1(H1、R1)から、第1のタイミングの次の第2のタイミングにおける高さ位置H2およびRCS値R2で示される第2の座標p2(H2、R2)への軌跡において、第1の座標p1(H1、R1)と第2の座標p2(H2、R2)との間の距離ΔPと、第1の座標p1(H1、R1)から第2の座標p2(H2、R2)を見たときの方向θとを算出することで方向ベクトルに変換する。図6は、方向ベクトルに変換する処理について説明するための図である。   The direction code calculation unit 452 is a temporal change in the operation period extracted by the operation period extraction unit 451, and the vertical position (height position) obtained from the estimated three-dimensional position, and the calculated RCS value Is converted into a direction vector using a predetermined method. Specifically, the direction code calculation unit 452 plots the height position and the RCS value two-dimensionally as shown in FIG. 6, and in the trajectory over time, the trajectory distance ΔP and the trajectory direction θ. Is calculated. For example, the direction code calculation unit 452 calculates the height at the second timing next to the first timing from the first coordinate p1 (H1, R1) indicated by the height position H1 and the RCS value R1 at the first timing. In the locus to the second coordinate p2 (H2, R2) indicated by the position H2 and the RCS value R2, between the first coordinate p1 (H1, R1) and the second coordinate p2 (H2, R2) The distance ΔP and the direction θ when the second coordinate p2 (H2, R2) is viewed from the first coordinate p1 (H1, R1) are calculated to convert it into a direction vector. FIG. 6 is a diagram for explaining the process of converting into a direction vector.

次に、方向コード算出部452は、変換した方向ベクトルを正規化することで方向コードを算出する。具体的には、方向コード算出部452は、図7に示す方向コード表を参照することで、方向コードを算出する。例えば、方向コード算出部452は、1〜8で示される方向コードのうち方向θが最も近い方向コードを特定する。図7は、方向コード表の一例を示す図である。   Next, the direction code calculation unit 452 calculates the direction code by normalizing the converted direction vector. Specifically, the direction code calculation unit 452 calculates the direction code by referring to the direction code table shown in FIG. For example, the direction code calculation unit 452 specifies the direction code having the closest direction θ among the direction codes indicated by 1 to 8. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a direction code table.

方向コード算出部452は、上述のように方向コードと、距離ΔPとを算出することで図8に示すような方向コードの時系列データを得る。図8は、算出された方向コードおよび距離の時系列データの一例を示す図である。なお、この時、方向コード算出部452は、個人差による影響を避けるため、方向コードの正規化を行っても良い。   The direction code calculation unit 452 calculates the direction code and the distance ΔP as described above to obtain the time code data of the direction code as shown in FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of time-series data of the calculated direction code and distance. At this time, the direction code calculation unit 452 may normalize the direction code in order to avoid the influence of individual differences.

動作比較部453は、方向コード算出部452で算出された方向コードの時系列データと、メモリに記憶されている対応関係を示す情報42とを比較することにより、対応関係を示す情報42において当該時系列データに対応付けられている動作を特定することで、生体50の動作を推定する。   The operation comparison unit 453 compares the time code data of the direction code calculated by the direction code calculation unit 452 with the information 42 indicating the correspondence relationship stored in the memory, so that the information 42 indicating the correspondence relationship The action of the living body 50 is estimated by specifying the action associated with the time series data.

なお、メモリ41に記憶されている対応関係を示す情報42とは、センサー10に対する生体50の存在する鉛直方向における位置である鉛直位置およびRCS値の時間的変化を示す複数のモデルコードと、生体50の動作との対応関係を示す情報である。また、対応関係を示す情報42において対応付けられている生体50の動作は、図9に示すように、転倒、椅子への着座、床への着座、椅子からの起立、床からの起立、ジャンプ、および、方向転換を含む。つまり、動作推定部450は、位置推定処理部430により推定された3次元位置、および、RCS算出部440により算出されたRCS値の時間的変化と、予めメモリ41に記憶されている対応関係を示す情報42と、を用いて、生体50が、転倒、椅子への着座、床への着座、椅子からの起立、床からの起立、ジャンプ、および、方向転換のいずれの動作を行ったかを推定する。なお、モデルコードは、図10に示されるような時系列データとして表される。   The information 42 indicating the correspondence relationship stored in the memory 41 includes a plurality of model codes indicating the vertical position and the RCS value with respect to the sensor 10 in the vertical direction where the living body 50 exists, and the living body 50 This is information indicating a correspondence relationship with 50 operations. Further, as shown in FIG. 9, the movement of the living body 50 associated in the information 42 indicating the correspondence relationship includes falling, sitting on the chair, sitting on the floor, standing from the chair, standing from the floor, and jumping. And including turnaround. That is, the motion estimation unit 450 uses the three-dimensional position estimated by the position estimation processing unit 430 and the temporal change of the RCS value calculated by the RCS calculation unit 440 and the correspondence relationship stored in the memory 41 in advance. Using the information 42 shown, it is estimated whether the living body 50 has fallen, seated on the chair, seated on the floor, standing from the chair, standing from the floor, jumping, or turning. To do. The model code is expressed as time series data as shown in FIG.

なお、回路40では、複数の異なるタイミングで、繰り返し上記で説明した各部410〜450における処理を行うことにより、時系列データを得る。例えば、回路40は、図4Aまたは図4Bを用いて説明したような、所定のサンプリング周期で処理を繰り返し行うことで時系列の複数の3次元位置および時系列の複数のRCS値からなる時系列データを得る。   In the circuit 40, time series data is obtained by repeatedly performing the processing in each of the units 410 to 450 described above at a plurality of different timings. For example, the circuit 40 repeats the process at a predetermined sampling period as described with reference to FIG. 4A or FIG. 4B, so that the time series includes a plurality of time-series three-dimensional positions and a plurality of time-series RCS values. Get the data.

次に実施の形態のセンサー10の動作原理の詳細を、数式を用いて説明する。なおここでは、フーリエ変換を用いて生体成分を抽出する方法について示す。ここで説明する処理は、回路40により行われる。L人が存在する屋内環境で、送信アンテナ20にM素子、受信アンテナ30にM素子の平面アレーアンテナを使用したとき測定されるM×M時変動MIMOチャネルH(t)は、次の式1と表される。 Next, details of the operation principle of the sensor 10 of the embodiment will be described using mathematical expressions. Here, a method for extracting a biological component using Fourier transform will be described. The process described here is performed by the circuit 40. In indoor environments where L person is present, M T elements to the transmission antenna 20 is measured when using a planar array antenna of M R element to the receiving antenna 30 M R × M T when variation MIMO channel H (t) is It is expressed as the following formula 1.

Figure 2018112540
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ここで、tは観測時間を表し、第(i,j)要素であるhijはj番目の送信アンテナ素子21からi番目の受信アンテナ素子31へのチャネル応答を表す。 Here, t represents the observation time, and h ij as the (i, j) element represents the channel response from the jth transmission antenna element 21 to the ith reception antenna element 31.

×MMIMOアレーは、M×1SIMO(Single−Input Multiple−Output)構成で表現されるMIMO仮想アレーへの変換が可能である。このとき,M×MMIMOチャネルh(t)は、次の式2で表されるM×1仮想SIMOチャネルへと変換される。 The M R × M T MIMO array can be converted into a MIMO virtual array represented by an M R M T × 1 SIMO (Single-Input Multiple-Output) configuration. At this time, the M R × M T MIMO channel h (t) is converted into an M R M T × 1 virtual SIMO channel expressed by the following Equation 2.

Figure 2018112540
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ここで、{・}は転置を表す。ここで差分時間Tを用い、差分チャネルhsb(t,T)を次の式3と定義する。 Here, {•} T represents transposition. Here, using the difference time T, the difference channel h sb (t, T) is defined as the following Expression 3.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

実際の複素チャネルには、直接波、固定物由来の反射波など、生体を経由しない反射波が含まれているが、差分チャネル行列には、差分演算によって生体を経由しない全ての反射波が消去される。このため、複素チャネルには、生体由来の反射波のみが含まれる。   The actual complex channel includes reflected waves that do not pass through the living body, such as direct waves and reflected waves derived from fixed objects, but the difference channel matrix erases all reflected waves that do not pass through the living body due to the difference calculation. Is done. For this reason, only the reflected wave derived from a living body is included in the complex channel.

ここで差分チャネルhsb(t,T)を用い、ある観測時間tにおける差分時間Tの瞬時相関行列R(t,T)を次の式4と定義する。 Here, using the difference channel h sb (t, T), an instantaneous correlation matrix R (t, T) of the difference time T at a certain observation time t is defined as the following Expression 4.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

ここで、{・}は複素共役転置を表す。この瞬時相関行列のランクは1であるが、平均演算によって相関行列のランクを回復することが可能であり、これによって複数の到来波の同時推定が可能になる。 Here, {•} H represents a complex conjugate transpose. Although the rank of this instantaneous correlation matrix is 1, it is possible to restore the rank of the correlation matrix by averaging, thereby enabling simultaneous estimation of a plurality of incoming waves.

次に、差分チャネル行列から求めた相関行列を用いて生体の3次元方向推定を行う方法について説明する。ここではMUSICアルゴリズムに基づく推定法について説明する。先の相関行列Rを固有値分解すると、次の式5〜7と書ける。   Next, a method for estimating a three-dimensional direction of a living body using a correlation matrix obtained from a difference channel matrix will be described. Here, an estimation method based on the MUSIC algorithm will be described. When the previous correlation matrix R is decomposed into eigenvalues, the following equations 5 to 7 can be written.

Figure 2018112540
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Figure 2018112540
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Figure 2018112540
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ここでUは固有ベクトル、Λは固有ベクトルに対応する固有値であり、次の式8で示す順であるものとする。   Here, U is an eigenvector, Λ is an eigenvalue corresponding to the eigenvector, and is in the order shown in the following equation (8).

Figure 2018112540
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Lは、到来波の数つまり検出対象の生体の数である。以降の説明では、送信アンテナ20または受信アンテナ30を構成するアレーアンテナの開口と比べて検出対象である生体との距離が比較的近い状態を想定して説明を行う。よって当該アレーアンテナでは球面波が観測されるものと仮定する。なお、検出対象である生体との距離が十分に遠方である場合であっても下記の数式は成立するため、検出に支障はない。十分に遠方であることが分かっている場合は、出発角θ,到来角θを使って対象の位置を推定しても良く、計算が比較的簡易になるという利点が得られる。送信アンテナ20側のアレーアンテナのステアリングベクトルは、次式9〜11と定義される。 L is the number of incoming waves, that is, the number of living bodies to be detected. In the following description, the description will be made on the assumption that the distance from the living body to be detected is relatively close compared to the opening of the array antenna that constitutes the transmitting antenna 20 or the receiving antenna 30. Therefore, it is assumed that a spherical wave is observed with the array antenna. Even if the distance from the living body that is the detection target is sufficiently far away, the following formula is satisfied, and there is no problem in detection. If it is known that the distance is sufficiently far, the position of the target may be estimated using the starting angle θ T and the arrival angle θ R, and an advantage is obtained that the calculation is relatively simple. The steering vector of the array antenna on the transmission antenna 20 side is defined as the following equations 9-11.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

Figure 2018112540
Figure 2018112540

Figure 2018112540
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受信アンテナ30側のアレーアンテナのステアリングベクトルも同様に、次式12〜14と定義される。   Similarly, the steering vector of the array antenna on the receiving antenna 30 side is defined as the following equations 12-14.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

Figure 2018112540
Figure 2018112540

Figure 2018112540
Figure 2018112540

ここで、dmxmy,dnxnyは、波源、つまり生体とm,n番のアレー素子との距離を示し、dmxcmyc,dnxcnycは、波源と基準素子との距離を示し、Θnxny,Φnxnyは位相遅れを示し、λは波長を示す。 Here, d mxmy, d nxny is the wave source, i.e. represents the distance between the living body and the m x m y, n x n y th array element, d mxcmyc, d nxcnyc represents the distance between the wave source and the reference element , Θ nxny , Φ nxny indicate phase lag, and λ indicates wavelength.

さらに、送受信のステアリングベクトルを乗算し、次の式15に示すように、送受信双方の角度情報を考慮したステアリングベクトルを定義する。   Furthermore, the steering vector of transmission / reception is multiplied, and a steering vector considering the angle information of both transmission / reception is defined as shown in the following Expression 15.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

これにMUSIC法を適用すると、このステアリングベクトルを用いて、次の式16で示す評価関数の極大値を探索することで到来波の方向を推定する。   When the MUSIC method is applied to this, the direction of the incoming wave is estimated by searching for the maximum value of the evaluation function expressed by the following equation 16 using this steering vector.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

ここで,この探索は空間の座標(x,y,z)について行うため,3次元の探索処理を実施する。   Here, since this search is performed on the coordinates (x, y, z) in space, a three-dimensional search process is performed.

さらに探索によって得た位置情報(x,y)を用いて生体からの散乱断面積(RCS)を計算する。   Furthermore, the scattering cross section (RCS) from the living body is calculated using the position information (x, y) obtained by the search.

観測した伝搬チャネル行列H(t)をフーリエ変換しベクトル化した周波数応答行列F(ω)を用いると、受信電力Pγ(ω)は、次式17と表される。 Using a frequency response matrix F (ω) obtained by performing Fourier transform on the observed propagation channel matrix H (t) and vectorizing, the received power P γ (ω) is expressed by the following equation (17).

Figure 2018112540
Figure 2018112540

このとき、生体の散乱断面積σは、次式18〜20と表すことができる。   At this time, the scattering cross section σ of the living body can be expressed by the following equations 18-20.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

Figure 2018112540
Figure 2018112540

Figure 2018112540
Figure 2018112540

このとき,Rは受信アンテナ30から推定された生体50の位置までの距離を示し、Rは送信アンテナ20から推定された生体50の位置までの距離を示す。また、Gは受信アンテナ30の利得を示し、Gは受信、送信アンテナ20の利得を示す。また、ωは、生体活動の最小周波数を示し、ωは生体活動の最大周波数を示す。 At this time, R R indicates the distance from the receiving antenna 30 to the estimated position of the living body 50, and R T indicates the distance from the transmitting antenna 20 to the estimated position of the living body 50. Also, G R represents a gain of the receiving antenna 30, G T is received, indicating the gain of the transmission antenna 20. Further, ω 1 indicates the minimum frequency of life activity, and ω 2 indicates the maximum frequency of life activity.

このように、生体活動に対応する周波数に対応する成分のみを抽出することにより生体からの反射電力のみを抽出することができる。生体の姿勢によってアンテナから見た体表面積が異なって見えることから、生体の状態を推定することが可能であると共に、生体が行動をした際に、体動による周波数成分が増えるためRCSが変動し、推定された生体の高さzと散乱断面積σとの軌道をモデル化することによって、生体の動作の推定が可能となる。   Thus, only the reflected power from the living body can be extracted by extracting only the component corresponding to the frequency corresponding to the biological activity. Since the body surface area seen from the antenna looks different depending on the posture of the living body, it is possible to estimate the state of the living body, and when the living body behaves, the frequency component due to body movement increases and the RCS fluctuates. By modeling the trajectory of the estimated living body height z and scattering cross section σ, it is possible to estimate the motion of the living body.

以下では動作推定の方法について説明する。   Hereinafter, a method of motion estimation will be described.

前述の方法により,生体の散乱断面積σおよび高さzを異なる複数のタイミングで連続して推定すると、σ−z特性の軌跡を観測することができる。この時、生体が静止状態にある場合は、RCS値の変化がほとんどないため、生体が行動しているとき、すなわちRCS値の変動の大きな軌跡点の流れを抽出する。この軌跡点群に対してi−1番目の軌跡点とi番目の軌跡点との間の距離である軌跡点移動量をΔPiとし、i−1番目の軌跡点とi番目の軌跡点との間の成す角を角度パラメータαiとし、それぞれ次の式21及び式22と定義する。   When the scattering cross section σ and the height z of the living body are continuously estimated at a plurality of different timings by the above-described method, the locus of the σ-z characteristic can be observed. At this time, when the living body is in a stationary state, there is almost no change in the RCS value. Therefore, when the living body is acting, that is, a flow of trajectory points with large fluctuations in the RCS value is extracted. A trajectory point movement amount which is a distance between the i-1 th trajectory point and the i th trajectory point with respect to this trajectory point group is denoted by ΔPi, and the i−1 th trajectory point and the i th trajectory point The angle formed between them is defined as an angle parameter αi, which is defined as the following Expression 21 and Expression 22, respectively.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

Figure 2018112540
Figure 2018112540

次に、角度パラメータの値を用いて軌跡点の移動方向に方向コードを割り当てる。角度に対する方向コードの割り当ては360°を8分割し、各方向に1〜8の数字を割り当てている。この際、垂直、水平方向への移動の際にコードが頻繁に変化しないように、その方向にコードの境を設けないようにしてもよい。動作の速度には個人差があるため、同じ動作であっても動作の速さによって軌跡点の数が異なることによる誤認識を避けるために、動作の速さの違いを考慮した方向コードの正規化を行ってもよい。例えば、方向推定により得られた原方向コード列c(j=1〜jmax)から、軌跡点移動量の総和に対する軌跡点移動量の割合を考慮して、K項からなる正規化コード列を生成する。ここでjmaxは軌跡点数であり、動作時間により異なってくる。正規化コード列C(k=1,2,・・・,K)はi番目の軌跡移動量ΔPi、軌跡点移動量の総和ΔPsumから以下のようにして作成する。 Next, a direction code is assigned to the movement direction of the locus point using the value of the angle parameter. The direction code is assigned to the angle by dividing 360 ° into 8 and assigning numbers 1 to 8 to each direction. At this time, a code boundary may not be provided in the direction so that the code does not change frequently when moving in the vertical and horizontal directions. Because the speed of movement varies from person to person, even if the movement is the same, the direction code normalization that takes into account the difference in the speed of movement to avoid misrecognition due to the number of trajectory points differing depending on the speed of movement May also be performed. For example, from the original direction code sequence c j (j = 1 to j max ) obtained by the direction estimation, a normalized code sequence composed of K terms is considered in consideration of the ratio of the trajectory point movement amount to the total of the trajectory point movement amounts. Is generated. Here, j max is the number of trajectory points and varies depending on the operation time. The normalized code string C k (k = 1, 2,..., K) is created as follows from the i-th trajectory movement amount ΔPi and the total ΔP sum of the trajectory point movement amounts.

1)j=1では、次の式23を満たすkの範囲の正規化コード列は、原方向コード列におけるj=1のコードとする。   1) When j = 1, a normalized code string in a range of k that satisfies the following Expression 23 is a code of j = 1 in the original direction code string.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

2)jが2〜jmaxの範囲では、次式24を満たすkの範囲の正規化コード列はそれぞれのjでのコードとする。ただし、ΔPsumは次式25を満たす。 2) When j is in the range of 2 to j max , the normalized code string in the range of k satisfying the following expression 24 is a code in each j. However, ΔP sum satisfies the following Expression 25.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

Figure 2018112540
Figure 2018112540

動作の推定は、軌跡点データから作成したK項からなる正規化数列(テストデータ)を複数の動作のそれぞれに対応するK項からなるモデルデータ数列と比較することで行う。モデルデータ数列は、あらかじめ複数の動作のそれぞれを行っている間での動作の測定を複数回行い、複数回の動作の測定によって得られた正規化コード列の各項で最も多い方向コードを、その項でのモデルデータとする。方向コードは環状になっているので、最大差は4である。方向コード番号と実際の差を算出するため、次の式26とする。ただし、δC>4のとき、次の式27とする。 The motion estimation is performed by comparing a normalized number sequence (test data) composed of K terms created from the trajectory point data with a model data number sequence composed of K terms corresponding to each of a plurality of motions. In the model data sequence, the number of direction codes in each term of the normalized code sequence obtained by performing the measurement of the operation multiple times while performing each of the plurality of operations in advance and obtained by the measurement of the plurality of operations is The model data for that term. Since the direction code is annular, the maximum difference is 4. In order to calculate the direction code number and the actual difference, the following equation 26 is used. However, when δC i > 4, the following Expression 27 is established.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

Figure 2018112540
Figure 2018112540

ただし、Ctest,iはテストデータ列の第項の要素を示し、Cmodel,iはモデルデータ列の第i項の要素を示す。次に、テストデータとモデルデータとの方向コード差の2乗総和を、次の式28で示す偏差として算出する。例えば、図10に示されるように、テストデータと、モデルデータとを比較することで、偏差を算出する。図10は、測定により得られたテストデータと、モデルコードであるモデルデータとを示す図である。 Here, C test, i represents the element of the i-th term of the test data string, and C model, i represents the element of the i-th term of the model data string. Next, the sum of squares of the direction code difference between the test data and the model data is calculated as a deviation represented by the following Expression 28. For example, as shown in FIG. 10, the deviation is calculated by comparing the test data with the model data. FIG. 10 is a diagram illustrating test data obtained by measurement and model data which is a model code.

Figure 2018112540
Figure 2018112540

そして、偏差が最小となるモデルデータ列に対応する行動を認識結果として出力する。   Then, an action corresponding to the model data string having the smallest deviation is output as a recognition result.

次に、実施の形態におけるセンサー10の動作についてフローチャートを用いて説明する。   Next, the operation of the sensor 10 in the embodiment will be described using a flowchart.

図11は、実施の形態におけるセンサーの動作の一例を示すフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of the operation of the sensor according to the embodiment.

センサー10では、送信アンテナ20のN個の送信アンテナ素子21が、生体50が存在しうる所定範囲に対してN個の送信アンテナ素子21を用いてN個の送信信号を送信する(S11)。   In the sensor 10, the N transmission antenna elements 21 of the transmission antenna 20 transmit N transmission signals using the N transmission antenna elements 21 to a predetermined range in which the living body 50 can exist (S11).

受信アンテナ30のM個の受信アンテナ素子31が送信アンテナ20により送信されたN個の送信信号が生体50により反射された複数の反射信号を含むN個の受信信号を受信する(S12)。   The M reception antenna elements 31 of the reception antenna 30 receive N reception signals including a plurality of reflection signals in which N transmission signals transmitted from the transmission antenna 20 are reflected by the living body 50 (S12).

回路40は、M個の受信アンテナ素子31のそれぞれにおいて所定期間で受信されたN個の受信信号のそれぞれから、N個の送信アンテナ素子21それぞれと、M個の受信アンテナ素子31それぞれとの間の伝播特性を示す各複素伝達関数を成分とする、N×Mの第1行列を算出する(S13)。   The circuit 40 is configured to connect each of the N transmission antenna elements 21 and each of the M reception antenna elements 31 from the N reception signals received in each of the M reception antenna elements 31 in a predetermined period. An N × M first matrix having each complex transfer function indicating the propagation characteristic of the component as a component is calculated (S13).

回路40は、第1行列における所定周波数範囲に対応する第2行列を抽出することで、生体50の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する第2行列を抽出する(S14)。   The circuit 40 extracts the second matrix corresponding to the predetermined frequency range in the first matrix, and thereby the second matrix corresponding to the component affected by the vital activity including at least one of respiration, heartbeat, and body movement of the living body 50. Two matrices are extracted (S14).

回路40は、第2行列を用いて、センサー10に対する生体50の存在する3次元位置を推定する(S15)。   The circuit 40 estimates the three-dimensional position where the living body 50 exists with respect to the sensor 10 using the second matrix (S15).

回路40は、推定した3次元位置と、送信アンテナ20の位置と、受信アンテナ30の位置と、に基づいて、生体50と送信アンテナ20との距離を示す距離r1、および、生体50と受信アンテナ30との距離を示す距離r2を算出する(S16)。   The circuit 40 includes a distance r1 indicating the distance between the living body 50 and the transmitting antenna 20 based on the estimated three-dimensional position, the position of the transmitting antenna 20, and the position of the receiving antenna 30, and the living body 50 and the receiving antenna. A distance r2 indicating a distance from 30 is calculated (S16).

回路40は、第1距離および第2距離を用いて、生体50に対するRCS値を算出する(S17)。   The circuit 40 calculates the RCS value for the living body 50 using the first distance and the second distance (S17).

回路40は、算出されたRCS値と、メモリ41に記憶されている、RCS値および生体50の動作の対応関係を示す情報42と、を用いて、生体50の動作を推定する(S18)。   The circuit 40 estimates the operation of the living body 50 using the calculated RCS value and the information 42 indicating the correspondence relationship between the RCS value and the operation of the living body 50 stored in the memory 41 (S18).

次に、生体50の動作を推定する推定処理の詳細を説明する。   Next, details of the estimation process for estimating the operation of the living body 50 will be described.

図12は、推定処理の詳細の一例を示すフローチャートである。   FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of details of the estimation process.

回路40は、推定した3次元位置のうちの鉛直位置、または、算出したRCS値の時間的変化が所定値よりも大きい期間を、生体50が動作している動作期間として抽出する(S21)。   The circuit 40 extracts a vertical position of the estimated three-dimensional position or a period in which the temporal change of the calculated RCS value is larger than a predetermined value as an operation period in which the living body 50 is operating (S21).

回路40は、抽出した動作期間における時間的変化であって、推定した3次元位置から得られる鉛直位置、および、算出したRCS値の時間的変化を、所定の方法を用いて方向ベクトルに変換し、変換した方向ベクトルを正規化することで方向コードを算出する(S22)。   The circuit 40 converts the temporal change in the extracted operation period, that is, the vertical position obtained from the estimated three-dimensional position and the temporal change of the calculated RCS value into a direction vector using a predetermined method. The direction code is calculated by normalizing the converted direction vector (S22).

回路40は、算出した方向コードの時系列データと、メモリに記憶されている対応関係を示す情報42とを比較することにより、対応関係を示す情報42において当該時系列データに対応付けられている動作を特定することで、生体50の動作を推定する(S23)。   The circuit 40 compares the time-series data of the calculated direction code with the information 42 indicating the correspondence relationship stored in the memory, thereby associating with the time-series data in the information 42 indicating the correspondence relationship. By specifying the motion, the motion of the living body 50 is estimated (S23).

次に、対応関係を示す情報42を取得するためのセンサー10の事前学習の動作について説明する。   Next, the pre-learning operation of the sensor 10 for acquiring the information 42 indicating the correspondence will be described.

図13は、事前学習処理におけるセンサーの動作の一例を示すフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of the operation of the sensor in the pre-learning process.

回路40は、図示しない入力手段により所定の動作を指定するための入力を受け付ける(S31)。これにより、回路40は、所定の期間の間に行われる動作が、受け付けた入力により示される動作であると認識する。   The circuit 40 receives an input for designating a predetermined operation by an input unit (not shown) (S31). Thereby, the circuit 40 recognizes that the operation performed during the predetermined period is an operation indicated by the received input.

次に、上記で説明したセンサー10の動作のステップS11〜ステップS17およびステップS21、S22と同様の処理が順に行われる。   Next, processes similar to those in steps S11 to S17 and steps S21 and S22 of the operation of the sensor 10 described above are sequentially performed.

次に、回路40は、ステップS31で受け付けた入力が示す動作と、算出した方向コードの時系列データとを対応付けることにより得られた対応関係を示す情報を教師データとしてメモリ41に記憶する(S32)。   Next, the circuit 40 stores, as teacher data, information indicating the correspondence obtained by associating the operation indicated by the input received in step S31 with the time-series data of the calculated direction code in the memory 41 (S32). ).

本実施の形態に係るセンサー10によれば、生体50が存在する位置および当該位置における生体の動作の推定を短時間かつ高精度に行うことができる。   According to the sensor 10 according to the present embodiment, the position where the living body 50 exists and the motion of the living body at the position can be estimated in a short time with high accuracy.

センサー10は、動いている部位を検出することで、生体50の存在を検出する。このため、例えば、これを利用することにより、ヒトが生きている状態で、かつ、転倒、椅子への着座、床への着座、椅子からの起立、床からの起立、ジャンプ、および、方向転換のどの動作を行ったかを推定できる。これにより、ヒトの生存確認を効果的に行うことができる。また、カメラで撮像した画像を画像解析することなくヒトの生存確認を行うことができるため、ヒトのプライバシーを保護した状態で、ヒトの生存確認を行うことができる。   The sensor 10 detects the presence of the living body 50 by detecting a moving part. For this reason, for example, by using this, a human is alive and falls, sits on a chair, sits on the floor, stands from the chair, stands from the floor, jumps, and changes direction. It is possible to estimate which of the actions has been performed. Thereby, human survival confirmation can be performed effectively. In addition, since the existence of a human can be confirmed without analyzing the image captured by the camera, the existence of a human can be confirmed while protecting the privacy of the person.

以上、本発明の一つまたは複数の態様に係るセンサー10について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。   Although the sensor 10 according to one or more aspects of the present invention has been described based on the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the gist of the present invention, one or more of the present invention may be applied to various modifications that can be conceived by those skilled in the art, or forms constructed by combining components in different embodiments. It may be included within the scope of the embodiments.

上記実施の形態によれば、センサー10は、対応関係を示す情報42は、鉛直位置およびRCS値が方向コード化されたモデルコードと、動作とが対応付けられた情報であるとしたが、これに限らない。例えば、対応関係を示す情報として、鉛直位置およびRCS値の時間的変化そのものと、動作とが対応付けられた情報を採用してもよい。この場合、回路40の動作推定部450は、方向コード算出部452を有していなくてもよい。   According to the embodiment described above, the sensor 10 assumes that the information 42 indicating the correspondence relationship is information in which the model code in which the vertical position and the RCS value are direction-coded and the action are associated with each other. Not limited to. For example, as information indicating the correspondence relationship, information in which the vertical position itself and the temporal change itself of the RCS value itself are associated with the motion may be employed. In this case, the motion estimation unit 450 of the circuit 40 may not include the direction code calculation unit 452.

上記実施の形態によれば、センサー10の回路40は、推定した動作を用いて生体50により次に行われた動作を推定してもよい。つまり、回路40は、第1の動作期間の次の第2の動作期間において、第1の動作期間の終了時の生体50の姿勢を用いて、生体50の動作を推定してもよい。例えば、回路40は、生体50が起立したことを推定した場合、既に生体50が立位の状態であることはあきらかであるので、次に、起立することはあり得ないと判断し、対応関係を示す情報42と比較するときに、対応関係を示す情報42の比較の対象となる動作から起立する動作を除いてもよい。これにより、生体50の動作の推定をより高精度に行うことができる。   According to the embodiment, the circuit 40 of the sensor 10 may estimate the next action performed by the living body 50 using the estimated action. That is, the circuit 40 may estimate the operation of the living body 50 using the posture of the living body 50 at the end of the first operation period in the second operation period after the first operation period. For example, when the circuit 40 estimates that the living body 50 has stood up, it is clear that the living body 50 has already been in a standing position, and therefore determines that the living body 50 cannot stand up next. When comparing with the information 42 indicating, the operation that stands up from the operation to be compared with the information 42 indicating the correspondence may be excluded. Thereby, the motion of the living body 50 can be estimated with higher accuracy.

上記実施の形態によれば、センサー10は、無線信号を用いて得られたデータから、生体50の動作を推定するとしたが、動作を推定することに限らない。   According to the above embodiment, the sensor 10 estimates the motion of the living body 50 from the data obtained using the wireless signal, but is not limited to estimating the motion.

センサー10の回路40は、例えば、生体50の3次元位置の時系列データから水平方向への変動が所定の距離以上の変動であるか否かを判定し、当該変動が所定の距離以上である場合、生体50が水平方向に移動していると推定してもよい。この場合、回路40は、水平方向への変動が所定の閾値より大きい場合、生体50が走っていると推定してもよいし、所定の閾値より小さい場合、生体50が歩行していると推定してもよい。このため、生体50の水平方向への移動を、短時間かつ高精度に推定することができる。   For example, the circuit 40 of the sensor 10 determines whether or not the variation in the horizontal direction from the time-series data of the three-dimensional position of the living body 50 is a variation of a predetermined distance or more, and the variation is a predetermined distance or more. In this case, it may be estimated that the living body 50 is moving in the horizontal direction. In this case, the circuit 40 may estimate that the living body 50 is running when the variation in the horizontal direction is larger than the predetermined threshold value, and estimates that the living body 50 is walking when the fluctuation is smaller than the predetermined threshold value. May be. For this reason, the movement of the living body 50 in the horizontal direction can be estimated in a short time and with high accuracy.

また、センサー10の回路40は、例えば、さらに、生体50が水平方向に移動していると推定した場合の3次元位置に含まれる鉛直位置を用いて、生体50の身長を推定してもよい。この場合、回路40は、具体的には、得られた鉛直位置に所定の係数を乗じることで生体50の身長を推定してもよい。上述したように、生体50の鉛直位置としては、例えば、腹部の鉛直位置が得られるため、例えば、所定の係数として1.5〜2.0の範囲の係数を乗じることで生体50の身長を推定することができる。なお、水平方向へ移動している場合、生体50である人は、立っている状態であることを前提として上記のように所定の係数を乗じることで身長を推定している。   The circuit 40 of the sensor 10 may further estimate the height of the living body 50 using, for example, the vertical position included in the three-dimensional position when it is estimated that the living body 50 is moving in the horizontal direction. . In this case, specifically, the circuit 40 may estimate the height of the living body 50 by multiplying the obtained vertical position by a predetermined coefficient. As described above, as the vertical position of the living body 50, for example, the vertical position of the abdomen is obtained. For example, the height of the living body 50 is increased by multiplying a predetermined coefficient by a coefficient in the range of 1.5 to 2.0. Can be estimated. When moving in the horizontal direction, the person who is the living body 50 estimates the height by multiplying the predetermined coefficient as described above on the assumption that the person is standing.

これにより、例えば、予め所定範囲に存在しうる複数の生体が分かっており、複数の生体の身長がそれぞれ異なっていれば、複数の生体のうちのどの生体が存在しているか、動作しているかを特定することに利用することができる。例えば、所定範囲が家の中の部屋であり、当該家に住んでいる人が決まっているのであれば、得られた鉛直位置から当該家に住んでいる人の身長の大きさを参照することで、得られた生体50が当該家に住んでいる人のうちの誰であるかを特定することに利用することができる。   Thus, for example, if a plurality of living bodies that can exist in a predetermined range are known in advance, and the heights of the plurality of living bodies are different from each other, which living body of the plurality of living bodies exists or is operating. Can be used to identify For example, if the predetermined range is a room in the house and the person living in the house is determined, refer to the height of the person living in the house from the obtained vertical position. Thus, the obtained living body 50 can be used to identify who is the person living in the house.

また、センサー10の回路40は、例えば、さらに、生体50が水平方向に移動していると推定した場合のRCS値を用いて、生体50の身体のサイズを推定してもよい。これにより、例えば、予め所定範囲に存在しうる複数の生体が分かっており、複数の生体の身体のサイズがそれぞれ異なっていれば、複数の生体のうちのどの生体が存在しているか、動作しているかを特定することに利用することができる。つまり、身長の場合と同様に、誰が存在しているのかを特定することに利用することができる。   Further, the circuit 40 of the sensor 10 may further estimate the body size of the living body 50 using, for example, an RCS value when it is estimated that the living body 50 is moving in the horizontal direction. Thus, for example, if a plurality of living bodies that can exist in a predetermined range are known in advance and the body sizes of the plurality of living bodies are different from each other, which living body of the plurality of living bodies exists is operated. It can be used to identify whether or not That is, as in the case of height, it can be used to specify who is present.

本発明は、無線信号を利用した動体の方向や位置を推定するセンサーおよび方法に利用できる。特に、生体と機械を含む動体の方向や位置を測定する測定器、動体の方向や位置に応じた制御を行う家電機器、動体の侵入を検知する監視装置などに搭載される方向推定方法、方向推定方法,位置推定方法および散乱断面積を用いた高々推定装置に利用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a sensor and a method for estimating the direction and position of a moving object using radio signals. In particular, a measuring device that measures the direction and position of a moving object including a living body and a machine, a home appliance that performs control according to the direction and position of the moving object, a direction estimation method that is mounted on a monitoring device that detects the intrusion of a moving object, and the direction This method can be used for an estimation method, a position estimation method, and an at most estimation device using a scattering cross section.

10 センサー
20 送信アンテナ
21 送信アンテナ素子
30 受信アンテナ
31 受信アンテナ素子
40 回路
41 メモリ
42 対応関係を示す情報
50 生体
301〜304 格子
410 複素伝達関数算出部
420 生体成分算出部
430 位置推定処理部
440 RCS算出部
450 動作推定部
451 動作期間抽出部
452 方向コード算出部
453 動作比較部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor 20 Transmission antenna 21 Transmission antenna element 30 Reception antenna 31 Reception antenna element 40 Circuit 41 Memory 42 Information which shows correspondence 50 Living body 301-304 Grid 410 Complex transfer function calculation part 420 Biological component calculation part 430 Position estimation process part 440 RCS Calculation unit 450 Motion estimation unit 451 Motion period extraction unit 452 Direction code calculation unit 453 Motion comparison unit

Claims (11)

センサーであって、
生体が存在しうる所定範囲に対して送信信号をそれぞれが送信するN個(Nは3以上の自然数)の送信アンテナ素子を有する送信アンテナと、
前記N個の送信アンテナ素子により送信された前記N個の送信信号のうちの一部の送信信号が前記生体により反射された反射信号を含むN個の受信信号をそれぞれが受信するM個(Mは3以上の自然数)の受信アンテナ素子を有する受信アンテナと、
回路と、
前記センサーに対する前記生体の存在する鉛直方向における位置である鉛直位置、および、RCS(Radar cross-section)値の時間的変化と、前記生体の動作との対応関係を示す情報を記憶しているメモリと、を備え、
前記N個の送信アンテナ素子のうち少なくとも3個の送信アンテナ素子は、それぞれ、鉛直方向および水平方向の異なる位置に配置され、
前記M個の受信アンテナ素子のうち少なくとも3個の受信アンテナ素子は、それぞれ、鉛直方向および水平方向の異なる位置に配置され、
前記回路は、
前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおいて所定期間で受信された前記N個の受信信号のそれぞれから、前記N個の送信アンテナ素子それぞれと、前記M個の受信アンテナ素子それぞれとの間の伝搬特性を示す各複素伝達関数を成分とする、N×Mの第1行列を算出し、
前記第1行列における所定周波数範囲に対応する第2行列を抽出することで、前記生体の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する前記第2行列を抽出し、
前記第2行列を用いて、前記センサーに対する前記生体の存在する3次元位置であって、前記鉛直位置を含む3次元位置を推定し、
前記推定した前記3次元位置と、前記送信アンテナの位置と、前記受信アンテナの位置と、に基づいて、前記生体と前記送信アンテナとの距離を示す第1距離、および、前記生体と前記受信アンテナとの距離を示す第2距離を算出し、
前記第1距離および前記第2距離を用いて、前記生体に対するRCS値を算出し、
前記推定した前記3次元位置、および、前記算出したRCS値の時間的変化と、前記メモリに記憶されている前記対応関係を示す情報と、を用いて、前記生体の動作を推定する、
センサー。
A sensor,
A transmission antenna having N (N is a natural number of 3 or more) transmission antenna elements each transmitting a transmission signal to a predetermined range in which a living body can exist;
M (M) each of which receives N reception signals including a reflection signal in which some of the N transmission signals transmitted by the N transmission antenna elements are reflected by the living body. Is a receiving antenna having a receiving antenna element of a natural number of 3 or more,
Circuit,
Memory that stores information indicating the correspondence between the vertical position, which is the position in the vertical direction where the living body exists with respect to the sensor, and the temporal change of the RCS (Radar cross-section) value, and the movement of the living body. And comprising
Of the N transmitting antenna elements, at least three transmitting antenna elements are arranged at different positions in the vertical direction and the horizontal direction, respectively.
At least three receiving antenna elements among the M receiving antenna elements are arranged at different positions in the vertical direction and the horizontal direction, respectively.
The circuit is
Propagation characteristics between each of the N transmission antenna elements and each of the M reception antenna elements from each of the N reception signals received in a predetermined period by each of the M reception antenna elements. N × M first matrix having each complex transfer function as a component is calculated,
By extracting a second matrix corresponding to a predetermined frequency range in the first matrix, the second matrix corresponding to a component affected by vital activity including at least one of respiration, heartbeat and body movement of the living body. Extract
Using the second matrix, estimating a three-dimensional position of the living body with respect to the sensor, including the vertical position;
Based on the estimated three-dimensional position, the position of the transmitting antenna, and the position of the receiving antenna, a first distance indicating a distance between the living body and the transmitting antenna, and the living body and the receiving antenna A second distance indicating the distance between and
RCS value for the living body is calculated using the first distance and the second distance,
Using the estimated three-dimensional position, the temporal change of the calculated RCS value, and the information indicating the correspondence stored in the memory, to estimate the movement of the living body,
sensor.
前記対応関係を示す情報において対応付けられている前記生体の動作は、転倒、椅子への着座、床への着座、椅子からの起立、床からの起立、ジャンプ、および、方向転換を含み、
前記回路は、前記推定した前記3次元位置、および、前記算出したRCS値の時間的変化と、前記メモリに記憶されている前記対応関係を示す情報と、を用いて、前記生体が、転倒、椅子への着座、床への着座、椅子からの起立、床からの起立、ジャンプ、および、方向転換のいずれの動作を行ったかを推定する
請求項1に記載のセンサー。
The movement of the living body associated in the information indicating the correspondence includes falling, sitting on a chair, sitting on the floor, standing from the chair, standing from the floor, jumping, and turning.
The circuit uses the estimated three-dimensional position, the temporal change of the calculated RCS value, and the information indicating the correspondence stored in the memory, so that the living body falls. The sensor according to claim 1, wherein it is estimated whether a sitting on a chair, sitting on a floor, standing from a chair, standing from a floor, jumping, or turning is performed.
前記回路は、前記生体の動作の推定において、
前記推定した鉛直位置、または、前記算出したRCS値の時間的変化が所定値よりも大きい期間を、前記生体が動作している動作期間として抽出し、
抽出した前記動作期間における時間的変化であって、前記推定した前記3次元位置、および、前記算出したRCS値の時間的変化と、前記メモリに記憶されている前記対応関係を示す情報と、を用いて、前記生体の動作を推定する、
請求項1または2に記載のセンサー。
In the estimation of the operation of the living body, the circuit
Extracting the estimated vertical position or a period in which the temporal change of the calculated RCS value is larger than a predetermined value as an operation period in which the living body is operating;
A temporal change in the extracted operation period, the estimated three-dimensional position, a temporal change of the calculated RCS value, and information indicating the correspondence relationship stored in the memory; Using to estimate the behavior of the living body,
The sensor according to claim 1 or 2.
前記回路は、時系列で得られた複数の前記鉛直位置、または、複数の前記RCS値から、所定のフィルタを用いて瞬時ノイズ成分を除去することで得られる時系列データを用いて、前記動作期間を抽出する
請求項3に記載のセンサー。
The circuit uses the time series data obtained by removing an instantaneous noise component from a plurality of the vertical positions obtained in time series or a plurality of the RCS values by using a predetermined filter. The sensor according to claim 3 which extracts a period.
前記対応関係を示す情報において前記生体の動作に対応付けられている、前記鉛直位置および前記RCS値は、事前に、前記生体が前記生体の動作のうちの一の動作を前記所定範囲で行ったときに、前記回路により推定された鉛直位置、および、前記回路により算出されたRCS値の時間的変化を、所定の方法を用いて方向ベクトルに変換し、変換した前記方向ベクトルを正規化することで得られた方向コードで示されており、
前記回路は、前記生体の動作の推定において、
抽出した前記動作期間における時間的変化であって、前記推定した前記3次元位置から得られる前記鉛直位置、および、前記算出したRCS値の時間的変化を、所定の方法を用いて方向ベクトルに変換し、
変換した前記方向ベクトルを正規化することで方向コードを算出し、
算出した前記方向コードと、前記対応関係を示す情報と、を用いて、前記生体の動作を推定する
請求項3または4に記載のセンサー。
The vertical position and the RCS value associated with the movement of the living body in the information indicating the correspondence relationship are determined in advance so that the living body performs one of the movements of the living body within the predetermined range. Sometimes, the vertical position estimated by the circuit and the temporal change of the RCS value calculated by the circuit are converted into a direction vector using a predetermined method, and the converted direction vector is normalized. Is indicated by the direction code obtained in
In the estimation of the operation of the living body, the circuit
The extracted temporal change in the operation period, and the vertical position obtained from the estimated three-dimensional position and the temporal change of the calculated RCS value are converted into a direction vector using a predetermined method. And
A direction code is calculated by normalizing the converted direction vector,
The sensor according to claim 3 or 4, wherein the motion of the living body is estimated using the calculated direction code and information indicating the correspondence relationship.
前記回路は、第1の動作期間の次の第2の動作期間において、前記第1の動作期間の終了時の前記生体の姿勢を用いて、前記生体の動作を推定する
請求項1から5のいずれか1項に記載のセンサー。
6. The circuit according to claim 1, wherein the circuit estimates the movement of the living body using the posture of the living body at the end of the first movement period in the second movement period next to the first movement period. The sensor according to any one of the above.
前記回路は、さらに、前記推定した前記3次元位置における水平方向への変動が所定の距離以上の変動である場合、前記生体が水平方向に移動していると推定する
請求項1から6のいずれか1項に記載のセンサー。
The circuit further estimates that the living body is moving in the horizontal direction when the estimated variation in the horizontal direction at the three-dimensional position is a variation of a predetermined distance or more. The sensor according to claim 1.
前記回路は、さらに、前記生体が水平方向に移動していると推定した場合の前記3次元位置に含まれる前記鉛直位置を用いて、前記生体の身長を推定する
請求項7に記載のセンサー。
The sensor according to claim 7, wherein the circuit further estimates the height of the living body using the vertical position included in the three-dimensional position when it is estimated that the living body is moving in a horizontal direction.
前記回路は、さらに、前記生体が水平方向に移動していると推定した場合の前記RCS値を用いて、前記生体の身体のサイズを推定する
請求項7または8に記載のセンサー。
The sensor according to claim 7 or 8, wherein the circuit further estimates the body size of the living body using the RCS value when the living body is estimated to move in a horizontal direction.
前記所定期間は、前記生体の呼吸、心拍、および、体動の少なくとも1つの周期の略半分である
請求項1から9のいずれか1項に記載のセンサー。
The sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the predetermined period is substantially half of at least one cycle of respiration, heartbeat, and body movement of the living body.
センサーによって生体の動作を推定する方法であって、
前記センサーは、N個(Nは3以上の自然数)の送信アンテナ素子を有する送信アンテナと、M個(Mは3以上の自然数)の受信アンテナ素子を有する受信アンテナと、回路と、前記センサーに対する生体の存在する鉛直方向における位置である鉛直位置、RCS(Radar cross-section)値、および、前記生体の動作の対応関係を示す情報を記憶しているメモリとを備え、
前記N個の送信アンテナ素子のうち少なくとも3個の送信アンテナ素子は、それぞれ、鉛直方向および水平方向の異なる位置に配置され、
前記M個の受信アンテナ素子のうち少なくとも3個の受信アンテナ素子は、それぞれ、鉛直方向および水平方向の異なる位置に配置され、
前記方法は、
生体が存在しうる所定範囲に対して前記N個の送信アンテナを用いてN個の送信信号を送信し、
送信した前記N個の送信信号の一部の送信信号が前記生体により反射された反射信号を含むN個の受信信号を前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれを用いて受信し、
前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおいて所定期間で受信された前記N個の受信信号のそれぞれから、前記N個の送信アンテナ素子それぞれと、前記M個の受信アンテナ素子それぞれとの間の伝搬特性を示す各複素伝達関数を成分とする、N×Mの第1行列を算出し、
前記第1行列における所定周波数範囲に対応する第2行列を抽出することで、前記生体の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する前記第2行列を抽出し、
前記第2行列を用いて、前記センサーに対する前記生体の存在する3次元位置であって、前記鉛直位置を含む3次元位置を推定し、
前記推定した前記3次元位置と、前記送信アンテナの位置と、前記受信アンテナの位置と、に基づいて、前記生体と前記送信アンテナとの距離を示す第1距離、および、前記生体と前記受信アンテナとの距離を示す第2距離を算出し、
前記第1距離および前記第2距離を用いて、前記生体に対するRCS値を算出し、
前記推定した前記3次元位置、および、前記算出したRCS値の時間的変化と、前記メモリに記憶されている前記対応関係を示す情報と、を用いて、前記生体の動作を推定する、
方法。
A method for estimating the movement of a living body using a sensor,
The sensor includes a transmission antenna having N (N is a natural number of 3 or more) transmission antenna elements, a reception antenna having M (M is a natural number of 3 or more) reception antenna elements, a circuit, and the sensor. A vertical position that is a position in a vertical direction where a living body exists, an RCS (Radar cross-section) value, and a memory that stores information indicating a correspondence relationship of the movement of the living body,
Of the N transmitting antenna elements, at least three transmitting antenna elements are arranged at different positions in the vertical direction and the horizontal direction, respectively.
At least three receiving antenna elements among the M receiving antenna elements are arranged at different positions in the vertical direction and the horizontal direction, respectively.
The method
N transmission signals are transmitted using the N transmission antennas to a predetermined range in which a living body can exist,
Receiving N reception signals including a reflection signal in which a part of transmission signals of the transmitted N transmission signals are reflected by the living body using each of the M reception antenna elements,
Propagation characteristics between each of the N transmission antenna elements and each of the M reception antenna elements from each of the N reception signals received in a predetermined period by each of the M reception antenna elements. N × M first matrix having each complex transfer function as a component is calculated,
By extracting a second matrix corresponding to a predetermined frequency range in the first matrix, the second matrix corresponding to a component affected by vital activity including at least one of respiration, heartbeat and body movement of the living body. Extract
Using the second matrix, estimating a three-dimensional position of the living body with respect to the sensor, including the vertical position;
Based on the estimated three-dimensional position, the position of the transmitting antenna, and the position of the receiving antenna, a first distance indicating a distance between the living body and the transmitting antenna, and the living body and the receiving antenna A second distance indicating the distance between and
RCS value for the living body is calculated using the first distance and the second distance,
Using the estimated three-dimensional position, the temporal change of the calculated RCS value, and the information indicating the correspondence stored in the memory, to estimate the movement of the living body,
Method.
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