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WO2015029339A1 - レーダシステム及びターゲット検知方法 - Google Patents

レーダシステム及びターゲット検知方法 Download PDF

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WO2015029339A1
WO2015029339A1 PCT/JP2014/004069 JP2014004069W WO2015029339A1 WO 2015029339 A1 WO2015029339 A1 WO 2015029339A1 JP 2014004069 W JP2014004069 W JP 2014004069W WO 2015029339 A1 WO2015029339 A1 WO 2015029339A1
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WO
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arrival
arrival angle
reception
targets
Prior art date
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PCT/JP2014/004069
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謙一 井上
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers

Definitions

  • the present disclosure relates to a radar system and a target detection method for detecting a plurality of targets.
  • monitoring use such as monitoring the behavior or situation of the elderly or the behavior or situation of the patient in the hospital room, or tracking a person who performs suspicious behavior among many pedestrians In such security applications, it is desired to sense humans.
  • Radar radio wave sensor
  • FIG. 18 shows the configuration of the super resolution antenna disclosed in Patent Document 1.
  • the received signals for n pulses received by the element antennas 11, 12,..., 1M are the target signal separation circuit for the received signals of the same range cell in the pulse train for each PRI. .., 2M are separated into n frequency components, and the separated signals are branched into n and set by the weight setting circuit 3, respectively, different weight functions W0, W1,. Each is weighted by -1.
  • the output signals set with the same weight function from the target signal separation circuits 21, 22,..., 2M are input to the same angle measurement calculation circuits 41, 42,. Obtain and output the direction of signal arrival. As a result, the direction of a plurality of targets having different Doppler frequencies can be estimated with high accuracy in the same range cell.
  • the target object is preliminarily separated into a plurality of Doppler components by the Doppler filter bank, and the arrival direction is estimated, so that it is assumed that there is a relative speed difference between the plurality of targets.
  • a target object that moves differently for each body part, such as a person that is, in the case of a target object having different Doppler components, even if the target object is a single person, Contains Doppler component.
  • a situation occurs in which Doppler components interfere with each other even among a plurality of targets.
  • the conventional radar apparatus can reduce the influence of interference, there is a problem that interference cannot be avoided in the first place when the same Doppler component is present.
  • one aspect of the present disclosure provides a radar system and a target detection method that can detect a plurality of targets separately.
  • a radar system is a radar system that detects a plurality of targets, includes at least one transmission antenna element, a transmission antenna that transmits radio waves from each transmission antenna element, and It consists of at least three receiving antenna elements that receive a plurality of reflected waves reflected by a plurality of targets, and the arrangement direction of the at least three receiving antenna elements is set substantially parallel to the moving plane of the plurality of targets.
  • At least three receiving antenna elements by demodulating the plurality of reflected waves received by each receiving antenna element, and a transmitting unit that generates the radio wave transmitted from the transmitting antenna element
  • Receiving at least three first reception signals, and at least three first reception signals A plurality of pre-filter units for estimating a plurality of main arrival angles, which are directions of the plurality of targets with respect to the radar system, and the at least three first received signals;
  • a direction canceling unit that generates at least two first extracted signals by forming nulls in the erasure arrival angles that are all main arrival angles except for one of the main arrival angles, Using the at least two first extraction signals, analyzing a Doppler frequency component around the extracted arrival angle, and calculating an scattering angle arrival angle that is an arrival angle for each analyzed Doppler frequency component;
  • the direction cancellation unit sequentially changes the extracted arrival angles according to the number of the main arrival angles estimated by the pre-filter unit.
  • the radar system according to the present disclosure can detect a plurality of targets separately.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the human detection radar system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the DDOA method.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining an erasing process in the direction canceling unit.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining an erasing process in the direction canceling unit.
  • FIG. 3C is a diagram for explaining an erasing process in the direction canceling unit.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a state in which the received signal is shifted by one element.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of the target detection method.
  • FIG. 6A is a graph showing the directivity characteristics of the receiving antenna when the extracted arrival angle is smaller than other erasure arrival angles.
  • FIG. 6A is a graph showing the directivity characteristics of the receiving antenna when the extracted arrival angle is smaller than other erasure arrival angles.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating imaging results obtained by continuously plotting a trajectory that a person walks.
  • FIG. 7A is a graph showing directivity characteristics in the second embodiment.
  • FIG. 7B is a diagram illustrating imaging results obtained by continuously plotting a trajectory that a person walks.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining setting of a virtual arrival angle.
  • FIG. 8B is a diagram for explaining setting of the virtual arrival angle.
  • FIG. 9A is a diagram for explaining setting of the virtual arrival angle.
  • FIG. 9B is a diagram for explaining setting of the virtual arrival angle.
  • FIG. 10A is a diagram for explaining setting of a virtual arrival angle.
  • FIG. 10B is a diagram for explaining setting of the virtual arrival angle.
  • FIG. 10C is a diagram for explaining setting of a virtual arrival angle.
  • FIG. 10A is a diagram for explaining setting of a virtual arrival angle.
  • FIG. 10B is a diagram for explaining setting of the virtual arrival angle.
  • FIG. 10C
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of the human detection radar system according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the physical arrangement of the transmission antenna and reception antenna linear arrays in the third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining target direction detection by the human detection radar system according to the third embodiment.
  • FIG. 14A is a top view illustrating a target detection result in the first embodiment when an extraction arrival angle is set for the person A.
  • FIG. FIG. 14B is a top view illustrating a target detection result in the first embodiment when an extraction arrival angle is set for the person B.
  • FIG. FIG. 14C is a diagram combining the detection results of person A and person B shown in FIGS. 14A and 14B.
  • FIG. 15 is a top view illustrating a target detection result in the second embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view illustrating a target detection result in the third embodiment.
  • FIG. 17 is a top view showing a target detection result in the comparative example.
  • FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration of a super resolution antenna disclosed in Patent Document 1. In FIG.
  • Non-Patent Document 1 A. Lin and H. Ling, “Frontal imaging of human use three-dimensional element-op. arrival radar ", Electronics Letters, vol.42, no.11, pp.660-661, (2 06). Reference).
  • the DDOA method even if it is possible to detect a single person, if there are a plurality of persons, the received signals interfere with each other, making it difficult to distinguish each person. Therefore, even if there are a plurality of targets, a method has been proposed in which the reflected signal from the target object is frequency-separated by a Doppler filter bank and the direction of arrival is estimated for each frequency component in order to distinguish each target. (For example, refer to Patent Document 1).
  • the target is a human being, for example, when two pedestrians are exercising, even if two people are running side by side or not running side by side, the same relative part of the body can be moved Sometimes it becomes speed. Therefore, according to the conventional method, it is difficult to reliably separate a plurality of persons.
  • the present inventor has come up with an invention that can detect a plurality of targets separately.
  • a radar system is a radar system that detects a plurality of targets, includes at least one transmission antenna element, and transmits a radio wave from each transmission antenna element.
  • the at least three receiving antenna elements are demodulated by demodulating the plurality of reflected waves received by the receiving antennas installed, a transmitting unit that generates the radio wave transmitted from the transmitting antenna elements, and each receiving antenna element A receiving unit that generates at least three first received signals corresponding to the at least three first received signals; A pre-filter unit that estimates a plurality of main arrival angles that are directions of the plurality of targets with respect to the radar system using a reception signal, and a directivity characteristic of the reception antenna using the at least three first reception signals A direction in which at least two first extracted signals are generated by forming nulls in erasure arrival angles that are all main arrival angles except for one of the plurality of main arrival angles.
  • Image generation for analyzing a Doppler frequency component around the extracted arrival angle using a cancel unit and the at least two first extraction signals, and calculating a scattering point arrival angle for each analyzed Doppler frequency component
  • the direction cancellation unit sequentially changes the extracted arrival angles according to the number of the main arrival angles estimated by the pre-filter unit.
  • At least two extracted signals are generated by forming nulls in all main arrival angles except the extracted arrival angle in the directivity characteristics of the receiving antenna, and the extracted arrival is generated using the generated at least two extracted signals.
  • the scattering point arrival angle is calculated by analyzing the Doppler frequency component around the corner.
  • a plurality of reflected waves coming from a plurality of targets can be separated. That is, mutual interference of received signals between a plurality of targets can be suppressed. Therefore, a Doppler frequency component can be analyzed for each of a plurality of reflected waves reflected by a plurality of targets, and a scattering point arrival angle that is an arrival angle for each analyzed Doppler frequency component can be calculated.
  • the direction of each part of each target can be calculated even in the case of a human being composed of a plurality of parts of each target. That is, a plurality of targets can be separated and detected.
  • the direction cancellation unit is a set of two of the at least three first reception signals, and at least two sets of different combinations are used, and the directivity of the reception antenna is set in each of the at least two sets.
  • the at least two first extraction signals that are signals canceled from reflected waves arriving at the receiving antenna from the respective erasure arrival angles are generated. Also good.
  • the direction cancellation unit further includes, when the extracted arrival angle is the minimum or maximum of the plurality of main arrival angles, between the extracted arrival angle and an erasure arrival angle adjacent to the extracted arrival angle.
  • a null may be formed in a direction substantially coincident with the midpoint.
  • the transmitting unit generates the radio wave by modulating a carrier wave with a pseudo noise code
  • the receiving unit demodulates each of the plurality of reflected waves with the pseudo noise code.
  • Three first received signals may be generated.
  • the transmission antenna has, as the at least one transmission antenna element, a first transmission antenna element and a second transmission antenna element that are arranged so that the arrangement direction intersects the moving plane.
  • the transmitting unit generates a first radio wave that is the radio wave transmitted from the first transmitting antenna element by modulating a carrier wave with a first pseudo noise code, and the carrier wave is used as the first pseudo noise code.
  • a second radio wave that is the radio wave transmitted from the second transmitting antenna element is generated by modulating with an orthogonal second pseudo noise code, and the reception unit converts each of the plurality of reflected waves to the first radio wave.
  • the at least three first received signals are generated by demodulating with one pseudo-noise code, and each of the plurality of reflected waves is generated with the second pseudo-noise code.
  • At least three second received signals are generated by demodulating, the direction canceling unit further generates at least two second extracted signals using the at least three second received signals, and the image generating unit And, using one of the at least two first extraction signals and one of the at least two second extraction signals, calculating the scattering point arrival angle in a plane intersecting the moving plane. Also good.
  • a target detection method is a target detection method for detecting a plurality of targets using a radar system, and includes a radio wave generation step for generating radio waves, a transmission step for transmitting the radio waves, Receiving a plurality of reflected waves reflected by the plurality of targets with at least three receiving antenna elements arranged in a direction substantially parallel to a moving plane of the plurality of targets; A reception signal generation step of generating at least three first reception signals corresponding to the at least three reception antenna elements by demodulating the plurality of reflected waves received by the reception antenna element; and the at least three first Using the received signal, a plurality of main directions that are directions of the plurality of targets with respect to the radar system.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a human detection radar system 100 according to the first embodiment.
  • the human detection radar system 100 is an example of a radar system that detects a plurality of targets, and particularly detects a human as a target.
  • the radar system for human detection 100 includes a transmission antenna 101, a reception antenna 103 that is provided with at least three elements and is arranged substantially in parallel with a moving plane of a target, and a transmission unit that generates radio waves transmitted from the transmission antenna 101.
  • the moving plane of the target is considered as a horizontal plane. Even if the target itself does not involve a large movement, a bottom surface in a space where a plurality of targets exist is assumed, and this is set as a horizontal plane. Further, the center of gravity calculation unit 108 may not be provided.
  • the transmitting antenna 101 radiates (sends) radio waves to the space where the target exists.
  • the transmission antenna 101 has at least one transmission antenna element 101a and radiates radio waves from each transmission antenna element 101a.
  • the transmission antenna element 101a is, for example, a patch antenna or a monopole antenna.
  • the radio wave radiated from the transmitting antenna element 101 a is generated by modulating the carrier wave in the transmitting unit 102.
  • the receiving antenna 103 receives the reflected wave reflected by the target.
  • the receiving antenna 103 includes at least three receiving antenna elements 103a, 103b, and 103c.
  • the three receiving antenna elements 103a, 103b, and 103c are arranged at one-dimensional equal intervals. That is, these three receiving antenna elements 103a, 103b, and 103c are arranged substantially parallel to the target moving plane and at equal intervals.
  • An example of the interval between the receiving antenna elements 103a, 103b, and 103c is a length that is 0.5 times or more and 1 time or less of the wavelength of the radio wave transmitted from the transmitting antenna 101.
  • the radio waves radiated from the transmission antenna 101 are reflected by a plurality of targets, and each of the plurality of reflected waves that are radio waves reflected by the plurality of targets is received by the reception antenna elements 103a, 103b, and 103c.
  • the shortest distance between the transmitting antenna 101 and the receiving antenna 103 may be sufficiently smaller than the distance to the target that the human detection radar system 100 assumes as standard.
  • the reflected wave can be regarded as a plane wave (parallel incident). Only the interferometer phase difference need be considered when calculating the direction.
  • An example of the center frequency of the carrier wave is several tens of GHz. More specific examples of the center frequency include 26 GHz, 60 GHz, and 79 GHz.
  • a pseudo noise code may be used as an example of a modulation signal used for modulation.
  • the pseudo-noise code an M-sequence code having a plurality of orthogonal codes may be used.
  • Modulation using pseudo-noise code spreads the signal spectrum of the carrier wave. Therefore, hereinafter, the pseudo noise code is also referred to as “spreading code”, and modulation of a carrier wave using the pseudo noise code is also referred to as “spreading”.
  • a correlation function between a radio wave radiated from the transmitting antenna element 101a and a reflected wave received by each receiving antenna element 103a, 103b, 103c is calculated. It is synonymous. Therefore, in the spread spectrum method using a pseudo noise code as a modulation signal, the delay amount of the pseudo noise code corresponding to the output peak of the correlation function is proportional to the distance to the target.
  • pseudo-noise code for example, code speeds of 250 Mbps, 500 Mbps, 1.25 Gbps, 2.5 Gbps, and the like can be selected, and thereby the unique distance resolution in the distance measurement is 60 cm, 30 cm, 12 cm, and 6 cm, respectively. And so on. Using this inherent distance resolution as a proportional coefficient, the distance to the target can be calculated by multiplying the above-described delay amount.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the DDOA method.
  • the radar apparatus 201 corresponds to the human detection radar system 100 according to the present embodiment. However, the radar apparatus 201 will be described as having two receiving antennas corresponding to the receiving antenna elements 103a, 103b, and 103c in order to facilitate understanding of the DDOA method. Specifically, the radar apparatus 201 includes a transmitter 210 corresponding to the transmission unit 102, a receiver 220 and a receiver 230 corresponding to the reception unit 104, a transmission antenna 211 corresponding to the transmission antenna element 101a, and a reception antenna. Receiving antennas 212 and 213 corresponding to the elements 103a, 103b, and 103c are provided.
  • the detection targets of the radar apparatus 201 are targets 231, 232 and 233.
  • the transmitter 210 emits a detection radio wave having a certain frequency.
  • the receiver 220 and the receiver 230 receive the reflected waves in which the detection radio waves are reflected by the targets 231, 232, and 233.
  • the frequency of the reflected wave received by the receiver 220 and the receiver 230 is the detection radio wave radiated from the transmission antenna 211.
  • the frequency is shifted by a frequency corresponding to the line-of-sight speed. From the shifted frequency (Doppler frequency), the visual line direction velocities of the targets 231, 232, and 233 can be detected.
  • the “line-of-sight speed” is a speed component along the direction from the radar apparatus 201 to the target among the speeds of the targets 231, 232, and 233. That is, the line-of-sight speed is a relative speed component of the targets 231 to 233 with respect to the radar apparatus 201.
  • the visual direction speeds of the targets 231, 232, and 233 are the speeds V1, V2, and Vi.
  • V1f, V2f, and Vif which are velocities decomposed along the direction from the apparatus 201 to the targets 231, 232, and 233.
  • the radar apparatus 201 detects the line-of-sight velocities V1f, V2f, and Vif of the targets 231, 232, and 233 using the frequencies of the reflected waves received by the receiver 220 and the receiver 230 with respect to the frequency of the detection radio wave.
  • the distance from each target 231, 232, 233 to the receiving antenna 212 and the distance from the target 231, 232, 233 to the receiving antenna 213 are different from each other.
  • the direction detection (DOA) of the targets 231, 232 and 233 becomes possible.
  • DOE direction detection
  • the target 233 exists at a position closer to the receiving antenna 213 than the receiving antenna 212, so that the reflected wave from the target 233 arrives at the receiving antenna 213 earlier than the receiving antenna 212. Therefore, when the reflected wave received by the receiving antenna 212 is compared with the reflected wave received by the receiving antenna 213, the phase of the reflected wave received by the receiving antenna 212 is delayed from that of the reflected wave received by the receiving antenna 213.
  • the target 233 is in the direction of ⁇ i from the front of the reception antenna 212 and the reception antenna 213, and the two reception antennas 212 and 213 are arranged apart by a distance d.
  • Equation 1 the phase difference between the reflected wave received by the receiving antenna 212 and the reflected wave received by the receiving antenna 213 is expressed by Equation 1.
  • ⁇ 1 is the phase of the reflected wave received by the receiving antenna 212
  • ⁇ 2 is the phase of the reflected wave received by the receiving antenna 213
  • ⁇ is the wavelength of the detection radio wave emitted from the transmitting antenna 211.
  • the Doppler frequency of each target is detected. And the direction of a corresponding target is detectable by performing said DOA with respect to the signal of the Doppler frequency corresponding to each target among the reflected waves which the receiving antenna received.
  • the radar apparatus 201 detects the direction of each target after identifying a plurality of targets by the Doppler frequency.
  • the reflected waves from the plurality of targets 231, 232, 233 are separated into a plurality of Doppler components, and the direction of arrival is estimated for each separated Doppler component. It is assumed that there is a relative speed difference. That is, it is assumed that a plurality of rigid bodies that move at different speeds are detected as a plurality of targets.
  • the Doppler component observed by the DDOA method has a frequency reflecting the movement of each part.
  • each target when a plurality of people are detected as a plurality of targets, each target includes a large number of Doppler components, so that a situation in which Doppler components interfere with each other between the plurality of targets may occur. That is, a situation in which a plurality of targets cannot be detected separately can occur.
  • the pre-filter unit 105 estimates the main arrival direction that is the main arrival direction of the reflected wave of each target. That is, the pre-filter unit 105 estimates a direction calculated so as to treat a person with gesture gesture as one rigid body as the main arrival direction.
  • the direction cancellation unit 106 suppresses signals based on reflected waves that have arrived from other than the desired representative arrival direction among a plurality of main arrival directions, so that only signals based on reflected waves that have arrived from the desired main arrival direction.
  • the image generation unit 107 performs the above-described DDOA method using the signal extracted in this manner, whereby an estimated image of only a desired target can be obtained (imaged).
  • the pre-filter unit 105 the direction cancellation unit 106, the image generation unit 107, and the centroid calculation unit 108 will be described.
  • the pre-filter unit 105 estimates a plurality of main arrival angles which are directions of a plurality of targets with respect to the human detection radar system 100 using at least three received signals. That is, the pre-filter unit 105 estimates the direction of the reflected wave from each target using the three received signals corresponding to the receiving antenna elements 103a, 103b, and 103c generated by the receiving unit 104.
  • ESPRIT Estimation of signal parameters via rotary innovation techniques
  • MUSIC Multiple signal classification
  • the ESPRIT method and the MUSIC method are methods for calculating a direction by obtaining a correlation matrix of a reception signal generated by the reception unit 104 and obtaining an eigenvalue.
  • the direction estimation may not be performed by the ESPRIT method or the like each time reception is performed, and once the initial position is acquired, the information may be tracked using a prediction unit such as a Kalman filter. At this time, one center (center of gravity) may be determined for each target using each scattering point in Doppler imaging, and tracking may be performed using the center.
  • a prediction unit such as a Kalman filter
  • a method of intermittently inserting a direct direction estimation result by the ESPRIT method etc. and sequentially correcting the predicted value of the arrival direction may be used.
  • the direction estimated by the prefilter unit 105 in this way is called a main arrival angle.
  • the main angle of arrival is the same as treating a person with gesture gesture as one rigid body, and it may be considered that information on a body part (for example, a body part) having a high reflection intensity can be acquired.
  • the spatial averaging method In the stage of determining the main angle of arrival, if the targets already interfere with each other, an algorithm called the spatial averaging method is known and can be used. Moreover, you may make it employ
  • the direction canceling unit 106 uses all at least three received signals generated by the receiving unit 104, and uses the directivity characteristics of the receiving antenna 103 to remove all of the extracted arrival angles that are one of the main arrival angles. At least two extraction signals (first extraction signals) are generated by forming nulls in the erasure arrival angles that are the main arrival angles. As described above, the direction cancellation unit 106 uses the reception signals corresponding to the reception antenna elements 103a, 103b, and 103c output from the reception unit 104, and uses at least two of the plurality of targets based on the reflected wave of one target. Generate an extraction signal. Such a process of generating two extracted signals using at least three received signals is called an erasing process. Details of this erasing process will be described later.
  • the direction canceling unit 106 performs the erasure process by sequentially changing the extracted arrival angles according to the number of main arrival angles estimated by the pre-filter unit 105.
  • the image generation unit 107 analyzes the Doppler frequency component around the extracted arrival angle using the at least two extracted signals generated by the direction cancellation unit 106, and arrives at the scattering point that is the arrival angle for each analyzed Doppler frequency component. Calculate the corner.
  • the image generation unit 107 calculates the direction of each part of one target with respect to the human detection radar system 100 using the phase difference between the two extracted signals output from the direction cancellation unit 106. That is, the image generation unit 107 analyzes the Doppler frequency component of the target existing in the direction of the extraction arrival angle among the targets that move differently for each part. The Doppler frequency component analyzed in this way is analyzed as a fine spectrum reflecting the movement of each part of one target.
  • the image generation unit 107 calculates the arrival direction for each Doppler frequency component by performing DOA for each analyzed Doppler frequency component. That is, the scattering point arrival angle, which is the arrival angle of the reflected wave at each part of the target existing in the direction of the extracted arrival angle, is calculated.
  • the image generation unit 107 can estimate the direction of each part of the target existing in the direction of the extracted arrival angle. That is, a plurality of targets can be detected separately. That is, the target existing in the direction of the extraction arrival angle can be detected separately from other targets.
  • the image generation unit 107 analyzes the Doppler frequency component around the above-described extraction arrival angle and calculates the scattering point arrival angle every time the direction cancellation unit 106 changes the extraction arrival angle. Thereby, the direction of each part can be estimated about each of a plurality of targets. That is, each of the plurality of targets can be detected separately from the other targets.
  • the image generation unit 107 maps the scattering point arrival angle, which is the direction calculated for each detected target region. Moreover, the estimated image of each target is formed using this mapping result. When a pseudo noise code is used as the modulation signal, the distance may be mapped for each target region.
  • the center-of-gravity calculation unit 108 uses the scattering point arrival angle of each target calculated by the image generation unit 107 to calculate a representative arrival direction that is a representative arrival direction of a reflected wave from each target. For example, the center-of-gravity calculation unit 108 calculates the average of the scattering point arrival angles of each target as the representative arrival direction.
  • the center-of-gravity calculation unit 108 may calculate the average of the weighted directions as the representative arrival direction by weighting the direction of each target region with the intensity of the reflected wave in the direction, or may be formed by the image generation unit 107.
  • the center of gravity direction of the estimated image of each target may be calculated as the representative arrival direction.
  • the direction canceling unit 106 extracts only signals coming from a desired target, and performs signal processing for suppressing signals coming from other than the desired target.
  • an interferometer can be configured using them.
  • the interferometer can obtain (image) an estimated image of only the desired target by performing DDOA processing using only the incoming signal from the desired target.
  • the direction canceling unit 106 suppresses unnecessary signals, and at the same time, executes a process of generating a pair of extracted signals (extracted signal vectors), and outputs the generated extracted signal vectors. This series of processing is said to constitute a “sub-interferometer”.
  • the direction of the target with the receiving antenna as the base point is the “main arrival angle”, and among the main arrival angles of each of the multiple targets, the desired target direction is the extracted arrival angle, and the main arrival angle other than the extracted arrival angle is This is called the erase arrival angle.
  • the point of this embodiment lies in the procedure for mapping the scattering point (scattering point arrival angle) to the desired target and obtaining the estimated image by applying the DDOA method only in the direction centered on the extracted arrival angle. .
  • FIG. 3A shows a case where target 1 and target 2 exist.
  • the receiving antenna elements 103a, 103b, and 103c receive reflected signals (arrival signals) reflected by the target 1 and the target 2.
  • the main arrival angles of the targets 1 and 2 are defined as ⁇ 1 and ⁇ 2, respectively.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 respectively.
  • Receive antenna elements 103a, 103b, and a reception signal vector of the receiving antenna linear array is a receiving antenna 103 composed 103c and (x1, x2, x3) T (T: transposition).
  • phase differences ⁇ 1 and ⁇ 2 between adjacent elements with respect to the incoming signals at the arrival angles ⁇ 1 and ⁇ 2 satisfy the following two expressions, respectively.
  • Equation 4 Equation 4 can be written as four equations shown in Equation 6 below.
  • Equation 6 substituting Equation 6 into Equation 7 and calculating each component, the phase relationship is expressed by the following four equations when ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2.
  • FIG. 3B is a diagram schematically showing the arrival directions of the signals x12 and x23 shown in Expression 8. As shown in the figure, the arrival of signals from the direction of the angle ⁇ 2 is suppressed for both the signals x12 and x23.
  • FIG. 3C shows a schematic diagram of the directivity characteristics of the receiving antenna linear array at this time, and it can be seen that the pattern has a minimum (null) gain at the angle ⁇ 2. This is called an erasure (cancellation) process of ⁇ 2.
  • each of the signals x12 and x23 is referred to as an extraction signal, and a pair consisting of the signals x12 and x23 is referred to as an extraction signal vector.
  • the extracted signal vector (x12, x23) T is a sub-interferometer with an interval d for the received signal having only the arrival angle ⁇ 1.
  • the direction cancellation unit 106 uses the three reception signals x1, x2, and x3 corresponding to the three reception antenna elements 103a, 103b, and 103c output from the reception unit 104 to Of these, two extraction signals based on the reflected wave of the target 1 are generated. That is, the extracted signal vector (x12, x23) T is generated using the received signal vector (x1, x2, x3) T.
  • An estimated image of only the target 1 in the direction of the extracted arrival angle ⁇ 1 can be obtained by performing Doppler DOA signal processing using the extracted signal vector, which is a set (x12, x23) T , of this new received signal as a sub-interferometer.
  • the procedure is the same when obtaining an estimated image of the target 2 in the direction of the extracted arrival angle ⁇ 2.
  • the calculation for shifting the received signal by one element can be realized by a shift matrix U of (k + 1) rows ⁇ (k + 1) columns shown in the following equation 10.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a state in which the received signal is shifted by one element.
  • the extraction arrival angle is ⁇ m
  • the erasure arrival angle is ⁇ i and the phase difference between adjacent elements in that direction is ⁇ i
  • the appropriate coefficient w i exp (j ⁇ ⁇ i)
  • the signal between the adjacent elements is canceled and the ⁇ i direction (J is an imaginary unit). This is equivalent to forming a null of the directivity characteristic of the receiving antenna 103 in that direction.
  • an erasure matrix Ri of (k + 1) rows ⁇ (k + 1) columns in which zero is set in order to invalidate one element reduced by the erasure process is shown in the following Expression 13.
  • the erasure matrix Ri is a unit matrix of (k + 1) rows ⁇ (k + 1) columns with diagonal elements from the bottom to the i-th row set to zero.
  • the size of the signal vector is not reduced and is set to zero, the size of the vector does not change, so that the perspective for explaining the matrix calculation is good.
  • one step of the erasing process is Ri, Gi, x.
  • This equation 15 shows that the products of the matrix Gi are interchangeable, and the order of erasure in the erasure process does not affect the result.
  • the lines other than the first and second lines are set to zero.
  • the image generation unit 107 separates and outputs estimated images of a plurality of targets by sequentially changing the extraction arrival angles according to the number of targets detected by the pre-filter unit 105 and performing similar processing. be able to.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a target detection method executed by the human detection radar system 100 according to the present embodiment.
  • the transmission unit 102 generates a radio wave transmitted from the transmission antenna element 101a (S101).
  • the transmitting antenna 101 radiates radio waves from each transmitting antenna element 101a (S102), and the receiving antenna 103 receives the reflected wave reflected by the target (S103). Specifically, the reflected wave is received by each of the three receiving antenna elements 103a, 103b, and 103c arranged substantially in parallel with the target moving plane and at equal intervals.
  • the reception unit 104 demodulates a plurality of reflected waves received by the reception antenna elements 103a, 103b, and 103c, thereby receiving reception signals (first reception signals) corresponding to the reception antenna elements 103a, 103b, and 103c. ) Is generated (S104).
  • the pre-filter unit 105 uses a reception signal (first reception signal) corresponding to each of the reception antenna elements 103a, 103b, and 103c, and uses a plurality of targets that are directions of a plurality of targets with respect to the human detection radar system 100.
  • the main angle of arrival is estimated (S105).
  • the direction cancellation unit 106 uses at least three reception signals (first reception signals) generated by the reception unit 104 to use one main arrival angle among a plurality of main arrival angles in the directivity characteristics of the reception antenna 103. At least two extraction signals (first extraction signals) are generated by forming nulls in the erasure arrival angles that are all the main arrival angles except for the extracted arrival angle (S106).
  • the direction cancellation unit 106 sequentially changes the extracted arrival angles according to the number of the main arrival angles detected by the pre-filter unit 105.
  • the image generation unit 107 analyzes the Doppler frequency component around the extracted arrival angle using at least two extraction signals generated by the direction cancellation unit 106, and the arrival angle for each analyzed Doppler frequency component. A scattering point arrival angle is calculated (S107). Thereby, the image generation unit 107 can estimate the direction of each part of the target existing in the direction of the extracted arrival angle. That is, a plurality of targets can be detected separately. That is, the target existing in the direction of the extraction arrival angle can be detected separately from other targets.
  • the extraction signal generation step (S106) and the scattering point arrival angle calculation step (S107) are completed for all of the plurality of main arrival angles detected in the estimation step (S105) (S108). ), If completed (Yes in S108), the target detection method is terminated. On the other hand, if it has not been completed (No in S108), the extraction signal generation step (S106) and the scattering point arrival angle calculation step (S107) are repeated. That is, the extraction arrival angle is sequentially changed according to the number of main arrival angles detected in the estimation step (S105), and the extraction signal generation step (S106) and the scattering point arrival angle calculation step (S107) are repeated. .
  • the scattering point arrival angle is calculated by analyzing the Doppler frequency component around the extraction arrival angle using the two extraction signals.
  • a Doppler frequency component can be analyzed for each of a plurality of reflected waves reflected by a plurality of targets, and a scattering point arrival angle that is an arrival angle for each analyzed Doppler frequency component can be calculated.
  • the direction of each part of each target can be calculated even in the case of a human being composed of a plurality of parts of each target. That is, a plurality of targets can be separated and detected.
  • the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, but the processing in the direction canceling unit 106 is different. Hereinafter, different points will be mainly described.
  • the direction canceling unit 106 sets only the direction in which a target other than the desired target exists as the erase arrival angle, and performs the above-described erase process.
  • FIG. 6A shows the directivity characteristics (horizontal axis) of the receiving antenna 103 obtained by the cancellation process described in Embodiment 1 when the extracted arrival angle is smaller than the other cancellation arrival angles (the smallest of the main arrival angles). : Arrival angle, vertical axis: gain).
  • Arrival angle the directivity characteristics when the extraction arrival angle is about ⁇ 12 °
  • the erasure arrival angles are about 0 ° and about 12 °. It is shown.
  • the human detection assumed in the present disclosure is performed, for example, in a range of about 10 m square or less as a detection area.
  • the target person (assuming a size of 1 m square) is not sufficiently small with respect to the distance in the range, and has a 5 ° spread at a distance of 10 m. Therefore, in this example, a person positioned in the direction of the arrival angle of extraction has a gain difference exceeding 10 dB between the small angle side and the large angle side.
  • the reflected waves from each part of the target are reflected even from the same target. In some cases (for example, 10 dB or more). As a result, the following problems occur.
  • FIG. 6B is a diagram for explaining imaging results obtained by continuously plotting a trajectory of a person walking, (a) is a diagram showing imaging results mapped by the image generation unit 107, and (b) is (a) ) Is an estimated image of the target estimated based on the imaging result shown in FIG.
  • the imaging result is greatly distorted compared to the true trajectory under the influence of the gain difference of the directivity characteristics of the receiving antenna 103 in the direction in which the target exists. That is, the imaging result is unevenly distributed by being pulled to an angle on the high gain side of the directivity from the true position.
  • such uneven distribution of the imaging result is such that, as shown in FIG. 6B (b), the person can see only one side in the front image even though the person is imaged. That is, it becomes impossible to determine whether the estimated image estimated based on the imaging result is a person.
  • the directivity characteristics of the receiving antenna 103 desirably have a small gain difference at an angle (for example, 5 °) of the target existing in the extraction arrival direction.
  • the erasing process by the direction canceling part of the present embodiment described below is based on such knowledge.
  • FIG. 7A is a graph showing directivity characteristics in the second embodiment. Specifically, it is a graph showing the directivity characteristics of the receiving antenna 103 obtained by the erasing process by the direction canceling unit of the present embodiment.
  • the extraction arrival angle is about ⁇ 12 °
  • the erasure arrival angle is about 0 ° and about 12 °.
  • the directivity characteristics in the case of ° are shown.
  • a null is further formed at about ⁇ 24 ° in FIG. 7A. That is, the direction cancellation unit according to the present embodiment further extracts the extracted arrival angle when the extracted arrival angle is the minimum or maximum among the plurality of main arrival angles as compared with the direction cancellation unit 106 according to the first embodiment.
  • the other nulls are formed so as to substantially coincide with the midpoint between the direction of the other newly created null and the erase arrival angle adjacent to the extracted arrival angle.
  • the “direction substantially coincident with the midpoint” may have a slight error from the midpoint direction.
  • the difference from the midpoint direction may be 10 ° or less. Specifically, It may be 5 ° or less, more specifically 1 ° or less.
  • FIG. 7B is a diagram for explaining imaging results obtained by continuously plotting a trajectory where a person walks.
  • FIG. 7A is a diagram showing the imaging results mapped by the image generation unit 107, and FIG. ) Is an estimated image of the target estimated based on the imaging result shown in FIG.
  • the imaging result is less distorted than the true locus as shown in FIG. 7B (a). . That is, the distortion of the imaging result is reduced. Therefore, it can be determined that the estimated image estimated based on the imaging result is a person.
  • the human detection radar system according to the present embodiment can obtain an imaging result with small distortion.
  • the number n of receiving antenna elements used for simultaneously detecting k targets is (k + 1).
  • the direction canceling unit of the present embodiment is as follows. To perform the erase process.
  • a virtual target is assumed as the (k + 2) th target, and an erasing process is performed on the (k + 2) th target. That is, the directivity null of the receiving antenna 103 is formed in the direction of the virtual target that is the (k + 2) th target.
  • a null formed in the direction of such a virtual target is referred to herein as a virtual null.
  • the erasing process by the direction canceling unit according to the present embodiment is different from the erasing process by the direction canceling unit 106 according to the first embodiment in that the erasing process is further performed on a virtual target. . That is, the difference is that a virtual null is set.
  • the increase in the number of receiving antenna elements for forming a virtual null is preferably suppressed to one or two.
  • the direction of the virtual null is referred to as a virtual arrival angle, and when it is denoted as ⁇ , the direction canceling unit of the present embodiment preferably sets ⁇ according to the following (1) to (3).
  • 8A to 10C are diagrams for explaining setting of the virtual arrival angle.
  • FIG. 8A (a) is a diagram for explaining the case where the extracted arrival angle ⁇ is the maximum
  • FIG. 8A (b) is a diagram for explaining the case where the extracted arrival angle ⁇ is the minimum. It is.
  • the extracted arrival angle can be positioned in the middle direction of the erasure arrival angle closest to the extraction arrival angle and the virtual arrival angle, and thus, the imbalance of gain can be reduced.
  • FIG. 8B As shown in FIG. 8B, when there is a grating lobe and the null direction is ⁇ ⁇ ( ⁇ > 0), ⁇ obtained in (1) is ⁇ ⁇ or ⁇ > When ⁇ is satisfied, the virtual arrival angle is not set.
  • FIG. 8B (a) is a diagram for explaining the case where the extracted arrival angle ⁇ is maximum and ⁇ > ⁇
  • FIG. 8B (b) is the case where the extracted arrival angle ⁇ is minimum and ⁇ ⁇ . It is a figure for demonstrating the case of (gamma).
  • the parameter ⁇ (1/2 ⁇ ⁇ ⁇ 1) is set in advance.
  • the extraction arrival angle ⁇ is determined by (3-1) and (3-2), the erasure arrival angle ( ⁇ 1 or ⁇ 2) closest to ⁇ , and the midpoint direction of the virtual arrival angle ⁇ . can do. Further, according to (3-3), when the gain imbalance is small, the number of matrix products can be reduced by one by omitting the insertion of the virtual arrival angle.
  • the direction cancellation unit according to the present embodiment further extracts the extracted arrival angle when the extracted arrival angle is the minimum or maximum among the plurality of main arrival angles as compared with the direction cancellation unit 106 according to the first embodiment. And nulls are formed in a direction substantially coincident with the midpoint of the erase arrival angle adjacent to the extracted arrival angle.
  • the human detection radar system according to the present embodiment can suppress the gain difference around the extracted arrival angle in the directivity characteristic of the reception antenna 103 as compared with the human detection radar system 100 according to the embodiment.
  • An imaging result with a small distortion can be obtained.
  • the human detection radar system according to the third embodiment is different from the human detection radar system 100 according to the first embodiment in that there are two transmission antenna elements.
  • the first embodiment only one-dimensional direction estimation, that is, two-dimensional imaging in a horizontal plane can be performed.
  • the third embodiment enables two-dimensional direction estimation, that is, three-dimensional imaging.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of the human detection radar system 300 according to the third embodiment
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the physical arrangement of the transmission antenna and the reception antenna linear array in the third embodiment. It is.
  • a human detection radar system 300 shown in FIG. 11 includes a transmission antenna 301 and at least three elements.
  • the reception antenna 103 is arranged substantially parallel to the moving plane of the target, and generates radio waves transmitted from the transmission antenna 301.
  • Transmitting unit 302 receiving unit 304 that demodulates radio waves reflected from the target (person) and generates a reception signal
  • pre-filter unit 305 that estimates the arrival directions (main arrival angles) of the plurality of reflected waves, , Out of a plurality of main arrival angles estimated by the pre-filter unit 305 using the input signal of the receiving antenna 103, all main arrival angles (erasure arrival angles) excluding one main arrival angle (extracted arrival angle) ⁇ .
  • a direction canceling unit 306 that sequentially generates nulls to generate a sub-interferometer, and a sub-interferometer generated by the direction canceling unit 306 are used to perform Doppler around the arrival angle ⁇ .
  • An image generation unit 307 that analyzes a frequency component and calculates an arrival angle (scattering point arrival angle) and a distance for each Doppler frequency by a sub-interferometer, and a centroid calculation unit 308 are provided. Note that the center of gravity calculation unit 308 may not be provided.
  • the transmission antenna 301 further includes a transmission antenna element 101b as compared with the transmission antenna 101 of the first embodiment.
  • the transmitting antenna element 101b is paired with the transmitting antenna element 101a, and is arranged so as to be orthogonal to the receiving antenna linear array composed of the receiving antenna elements 103a, 103b, and 103c, and on the target moving plane (horizontal plane). On the other hand, it is installed almost vertically. That is, the plane including all of the transmitting antenna elements 101a and 101b and the receiving antenna elements 103a, 103b, and 103c is substantially perpendicular to the target moving plane (horizontal plane).
  • the radio wave transmitted from the transmission antenna element 101a is modulated by the pseudo noise code TXA
  • the radio wave transmitted from the transmission antenna element 101b is modulated by the pseudo noise code TXB.
  • the pseudo-noise codes TXA and TXB are orthogonal to each other and are selected without correlation. Specifically, it may be an M sequence and generated from a completely different generator polynomial. Alternatively, one code TX0 that is sufficiently long relative to the maximum delay amount Dmax corresponding to the maximum detection distance may be used, and TX0 (0) may be assigned to TXA and TX0 (s) to TXB.
  • TX0 (a) represents a code that is cyclically shifted so as to start from the a-th bit of the original code TX0.
  • TX0 (s) has an offset of s bits compared to TX0 (0).
  • s the distance range to be observed (range corresponding to Dmax). No peak is output in correlation with (s).
  • the radio wave transmitted from the transmission antenna element 101a and the radio wave transmitted from the transmission antenna element 101b can be demodulated exclusively, which is called code multiplexing. That is, by demodulating the reflected wave received by the receiving antenna 103 with the same code as TXA in the receiving unit 304, only the reflected wave of the radio wave transmitted from the transmitting antenna element 101a is demodulated with the same code as TXB. Thus, only the reflected wave of the radio wave transmitted from the transmitting antenna element 101b can be extracted.
  • the transmission unit 302 generates a first radio wave that is a radio wave transmitted from the transmission antenna element 101a (first transmission antenna element) by modulating the carrier wave with TXA (first pseudo noise code), and converts the carrier wave to TXA.
  • TXA first pseudo noise code
  • TXB second pseudo noise code orthogonal to (first pseudo noise code)
  • the receiving unit 304 generates at least three received signals (first received signals) by demodulating each of the plurality of reflected waves with TXA (first pseudo noise code). Further, each of the plurality of reflected waves is demodulated by TXB (second pseudo noise code) to generate at least three received signals (second received signals).
  • TXA first pseudo noise code
  • TXB second pseudo noise code
  • the pre-filter unit 305 estimates a plurality of main arrival angles that are directions of a plurality of targets with respect to the human detection radar system 300 using at least three reception signals (first reception signals) demodulated by TXA. That is, similarly to the prefilter unit 105 of the first embodiment, a plurality of main arrival angles in a direction parallel to the target moving plane are estimated. In addition, a plurality of main arrival angles that are directions of a plurality of targets with respect to the human detection radar system 300 are estimated using at least three reception signals (second reception signals) demodulated by TXB. That is, a plurality of main arrival angles in a direction substantially perpendicular to the target moving plane are estimated.
  • the direction cancellation unit 306 generates at least two extraction signals (first extraction signals) using at least three reception signals (first reception signals) demodulated by TXA (first pseudo noise code). Further, at least two extraction signals (second extraction signals) are generated using at least three reception signals (second reception signals) demodulated by TXB (second pseudo noise code).
  • the image generation unit 307 calculates the scattering point arrival angle in a direction substantially parallel to the moving plane of the target, using at least two extraction signals (first extraction signals) based on TXA. Further, using one of at least two extraction signals based on TXA (first extraction signal) and one of at least two extraction signals based on TXB (second extraction signal), a moving plane of the target is used. The scattering point arrival angle in a substantially vertical direction is calculated.
  • the image generation unit 307 performs scattering point arrival angles in the horizontal direction and the vertical direction with respect to the target moving plane. That is, two-dimensional direction estimation is performed. Therefore, three-dimensional imaging in a horizontal plane and a vertical plane becomes possible.
  • the center-of-gravity calculation unit 308 further calculates a representative arrival direction in a direction substantially perpendicular to the target moving plane as compared with the center-of-gravity calculation unit 108 of the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining target direction detection by the human detection radar system 300 according to the present embodiment.
  • FIG. 13 (a) is a schematic diagram showing that a virtual receiving antenna linear array is formed by the configuration of FIG.
  • the antenna interval d (about 2.5 mm to 5 mm for a carrier of 60 GHz) is sufficiently smaller than the distance to the target (about 1 m to 10 m), and the reflected wave can be regarded as a plane wave (parallel incidence).
  • the radio wave transmitted from the transmission antenna element 101b is regarded as the radio wave transmitted from the transmission antenna element 101a
  • the radio wave transmitted from the transmission antenna element 101b is arranged at a predetermined position with respect to the reception antenna linear array.
  • This virtual linear array includes virtual reception antenna elements 303a, 303b, and 303c corresponding to the actual reception antenna elements 103a, 103b, and 103c.
  • the positional relationship between the receiving antenna elements 303a, 303b, and 303c and the corresponding receiving antenna elements 103a, 103b, and 103c corresponds to the positional relationship between the transmitting antenna element 101a and the transmitting antenna element 101b.
  • the array formed by the receiving antenna elements can be regarded as a two-dimensional array composed of 6 elements of 3 elements ⁇ 2 rows. That is, it can be regarded as a two-dimensional array composed of actual receiving antenna elements 103a, 103b, and 103 and virtual receiving antenna elements 303a, 303b, and 303c.
  • FIG. 13B shows a case where the erasing process shown in the first embodiment is executed for each row. This makes it possible to form a sub-interferometer consisting of two elements in the horizontal direction and a sub-interferometer consisting of two elements in the vertical direction as well. By using the horizontal and vertical sub-interferometers, two-dimensional direction-of-arrival estimation, that is, three-dimensional Doppler imaging can be performed.
  • the direction cancellation unit 306 generates at least two extraction signals x12 and x23 using at least three reception signals x1, x2, and x3 demodulated by TXA, as in the first embodiment. Furthermore, at least two extracted signals x12b and x23b are generated using at least three received signals x1b, x2b, and x3b demodulated by TXB.
  • the image generation unit 307 calculates the scattering point arrival angle in the direction parallel to the target moving plane, using at least two extraction signals x12 and x23 based on TXA, as in the first embodiment. Furthermore, using one of the at least two extraction signals x12 and x23 based on TXA and one of the at least two extraction signals x12 and x23 based on TXB, it is substantially perpendicular to the target moving plane.
  • the scattering point arrival angle in the direction is calculated. That is, the image generation unit 307 performs horizontal direction and vertical direction estimation, that is, two-dimensional direction estimation. This enables three-dimensional imaging in the horizontal plane and in the vertical plane.
  • the image generation unit 307 uses the at least two extraction signals x12 and x23 based on TXB instead of the at least two extraction signals x12 and x23 based on TXA to arrive at a scattering point in a direction parallel to the target moving plane.
  • a corner may be calculated. That is, using three sub-interferometers including one of two sub-interferometers based on a real receive antenna linear array and one of two sub-interferometers based on a virtual receive antenna linear array Two-dimensional direction estimation may be performed.
  • the transmitting antenna element 101b (in which the alignment direction with the transmitting antenna element 101a (first transmitting antenna element) is arranged substantially perpendicular to the moving plane of the target is provided.
  • a pseudo-noise code (first pseudo-noise code) of a radio wave transmitted from the transmission antenna element 101a and a pseudo-noise code (second pseudo-noise code) of a radio wave transmitted from the transmission antenna element 101b.
  • the code is orthogonal.
  • the arrangement direction of the transmission antenna element 101a and the transmission antenna element 101b does not have to be substantially perpendicular to the moving plane of the target, and only needs to intersect.
  • the direction cancellation unit may generate at least two extraction signals using at least three reception signals. In other words, it is only necessary to generate a sub-interferometer composed of at least two elements by the erasing process of the direction canceling unit.
  • the direction cancellation unit is a set of two of at least three received signals, and at least two sets of different combinations are used to set the erasure arrival angle of the directional characteristic of the receiving antenna in each of at least two sets.
  • the direction cancellation unit is a set of two of at least three received signals, and at least two sets of different combinations are used to set the erasure arrival angle of the directional characteristic of the receiving antenna in each of at least two sets.
  • the transmitting unit modulates a carrier wave using a pseudo noise code
  • the receiving unit demodulates a reflected wave using the pseudo noise code.
  • the modulation signal used for modulation and demodulation is not limited to this. Instead, it may be an arbitrary signal.
  • the image generation unit calculates an arrival angle and a distance for each part of each target, and performs imaging of each target by mapping the calculated arrival angle and distance.
  • the generation unit does not have to calculate the distance. That is, the target may be imaged using only the arrival angle for each part of each target. Further, the image generation unit may calculate the arrival angle for each part of each target without performing mapping, and the mapping may be performed by a processing unit outside the human detection radar system.
  • the radar system according to one or more aspects has been described using a human detection radar system that detects a person as a target, but the target of the radar system according to one or more aspects is a person.
  • the present invention is not limited to this, and it is only necessary to have a plurality of parts. Specifically, it is only necessary to have a plurality of parts having different movements. That is, it is only necessary to have a plurality of parts having different Doppler frequencies.
  • it may be a living body such as an animal, or may be an object such as a bicycle or a stroller.
  • the target person A and person B are both 2 m away from the receiving antenna of the radar system, the main arrival angle of the person A is ⁇ 15 °, and the main arrival angle of the person B is + 15 °. While the person A and the person B continue to move their arms and legs while staying at the respective positions, the person A and person B use the received signal for 1.5 seconds from the received signals received by the radar system. A and B were detected.
  • Example 1 target detection was performed using the human detection radar system 100 according to Embodiment 1 as the radar system.
  • 14A to 14C are top views illustrating target detection results in the first embodiment.
  • FIG. 14A shows the detection result when the extraction arrival angle is set for the person A
  • FIG. 14B shows the detection result when the extraction arrival angle is set for the person B.
  • FIG. 14C is a diagram combining the detection results of person A and person B shown in FIGS. 14A and 14B.
  • the receiving antenna is arranged at a position where X is 0 cm and Y is 0 cm.
  • the person detection radar system 100 according to Embodiment 1 can be used to separately detect the person A and the person B.
  • FIG. 17 is a top view showing a target detection result in the comparative example.
  • FIG. 17 shows that the conventional radar system according to the comparative example cannot detect the person A and the person B separately.
  • Example 2 In Example 2, a target was detected using the human detection radar system according to Embodiment 2 as the radar system.
  • FIG. 15 is a top view illustrating a target detection result in the second embodiment.
  • the receiving antenna is arranged at a position where X is 0 cm and Y is 0 cm.
  • the person A and the person B can be separated and detected using the human detection radar system according to the second embodiment. It can also be seen that an imaging result with less distortion is obtained as compared to Example 1.
  • Example 3 the target was detected using the radar system 300 for human detection according to Embodiment 3 as the radar system.
  • FIG. 16 is a perspective view illustrating a target detection result in the third embodiment.
  • the person detection radar system 300 is used to separate the person A and the person B and detect them as a three-dimensional image.
  • the radar system according to the present disclosure can be used, for example, in a sensing system that can measure or estimate the shape or movement of an object using human motion itself and track the object using the result.
  • a sensing system that can measure or estimate the shape or movement of an object using human motion itself and track the object using the result.
  • it is useful as a sensor for a crime prevention system, a nursing (watching) system, or a collision avoidance system.

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Abstract

　本開示のレーダシステムは、送信アンテナ（１０１）と、少なくとも３つの受信アンテナ素子（１０３ａ）、（１０３ｂ）、（１０３ｃ）からなる受信アンテナ（１０３）と、送信アンテナ（１０１）と、各受信アンテナ素子で受信された複数の反射波を復調することにより、少なくとも３つの第１受信信号を生成する受信部（１０４）と、少なくとも３つの第１受信信号を用いて、複数のターゲットの方向である複数の主到来角を推定する前置フィルタ部（１０５）と、少なくとも３つの第１受信信号を用いて、複数の主到来角のうち抽出到来角以外の消去到来角にヌルを形成することにより、少なくとも２つの第１抽出信号を生成する方向キャンセル部（１０６）と、少なくとも２つの第１抽出信号を用いて、抽出到来角の周りのドップラー周波数成分を解析し、解析したドップラー周波数成分毎の到来角である散乱点到来角を算出するイメージ生成部（１０７）とを備える。

Description

レーダシステム及びターゲット検知方法
　本開示は、複数のターゲットを検知するレーダシステム及びターゲット検知方法に関する。
　近年、安全および快適に暮らせる住環境、または社会インフラの整備が重視されるようになっている。これに伴い、日常生活において、例えば、高齢者の行動もしくは状況もしくは病室内の患者の行動もしくは状況をモニタするような見守り用途、または多数の歩行者の中から不審な行動をする人物を追尾するようなセキュリティ用途などにおいて、人間をセンシングすることが望まれている。
　このような用途では、見通しの良い空間のような良好な環境よりも、劣悪な環境で、複数の人間をそれぞれ分離してセンシングすることが求められている。例えば、火災により煙の立ちこめた環境、夜間街灯のない暗闇、または壁もしくはカーテンにより隔てられた空間など、通常とは異なる条件の下で、人間をセンシングすることが求められている。すなわち、いかに劣悪な環境でも、人間をうまく分離して検知し、その行動を追跡できることが必要である。その場合、人間であるか否かを判別するため、センシングと同時に目標の形状及び特徴動作などを推定できる情報を取得するイメージングも重要である。
　そのような環境にも適用できるセンシング手段としては、電波センサ（レーダ）がある。レーダは、相対速度と相対距離とを同時かつ瞬時に計測可能であることから、特に自動車用のセンシングシステムとして既に実用化されている。
　ところが、一般的なレーダでは、複数の目標物体が存在し、それらの距離及び移動速度などが近接していると、互いに干渉を生じてしまう。これを相関性干渉という。相関性干渉があると、それぞれの信号を分離できず、到来方向を正しく把握できないという問題がある。そのような状況において複数目標からの信号を分離する解決手段として、特許文献１のスーパーリゾリューションアンテナを用いたレーダ装置がある。
　特許文献１のスーパーリゾリューションアンテナの構成を図１８に示す。同図に示すスーパーリゾリューションアンテナでは、素子アンテナ１１、１２、・・・、１Ｍで受信されたｎパルス分の受信信号は、各ＰＲＩ毎のパルス列における同一レンジセルの受信信号について目標信号分離回路２１、２２、・・・、２Ｍによりｎ個の周波数成分に分離され、更に分離された信号がｎ分岐されてウェイト設定回路３により設定された各々異なるウェイト関数Ｗ０、Ｗ１、・・・、Ｗｎ－１でそれぞれ重み付けされる。目標信号分離回路２１、２２、・・・、２Ｍから同一ウェイト関数が設定された出力信号を同一の測角演算回路４１、４２、・・・、４ｎに入力してそれぞれの測角演算回路で信号到来方向を求めて出力する。これにより、同一レンジセル内において、ドップラー周波数の異なる複数の目標を高精度に方向推定できるようになる。
特開２００３－１９４９１９号公報
　しかしながら、従来のレーダ装置によると、目標物体を予めドップラーフィルタバンクにより複数のドップラー成分に分離して到来方向を推定するため、複数目標間に相対速度差のあることが前提となっている。例えば、人のように体部位ごとに異なる動きをする目標物体の場合、すなわち、異なるドップラー成分を有するような目標物体の場合、目標物体が一人の人であったとしても、その中に多数のドップラー成分を含んでいる。さらにそれが複数の人になると、複数目標間でもドップラー成分同士が干渉するという状況が生じる。
　したがって、従来のレーダ装置は、干渉の影響を軽減できる点には注目できるが、同一のドップラー成分がある場合にはそもそも干渉を回避できないという課題がある。
　そこで、本開示の一態様は、複数のターゲットを分離して検知できるレーダシステム及びターゲット検知方法を提供する。
　本開示の一態様に係るレーダシステムは、複数のターゲットを検知するレーダシステムであって、少なくとも１つの送信アンテナ素子を有し、各送信アンテナ素子から電波を送出する送信アンテナと、前記電波が前記複数のターゲットで反射された複数の反射波を受信する少なくとも３つの受信アンテナ素子からなり、前記少なくとも３つの受信アンテナ素子の並び方向が、前記複数のターゲットの移動平面に対して略平行に設置された受信アンテナと、前記送信アンテナ素子から送出される前記電波を生成する送信部と、各受信アンテナ素子で受信された前記複数の反射波を復調することにより、前記少なくとも３つの受信アンテナ素子に対応する少なくとも３つの第１受信信号を生成する受信部と、前記少なくとも３つの第１受信信号を用いて、前記レーダシステムに対する前記複数のターゲットの方向である複数の主到来角を推定する前置フィルタ部と、前記少なくとも３つの第１受信信号を用いて、前記受信アンテナの指向特性において前記複数の主到来角のうち一つの主到来角である抽出到来角を除くすべての主到来角である消去到来角にヌルを形成することにより、少なくとも２つの第１抽出信号を生成する方向キャンセル部と、前記少なくとも２つの第１抽出信号を用いて、前記抽出到来角の周りのドップラー周波数成分を解析し、解析したドップラー周波数成分毎の到来角である散乱点到来角を算出するイメージ生成部とを備え、前記方向キャンセル部は、前記前置フィルタ部で推定された前記複数の主到来角の数に応じて、前記抽出到来角を順次変更する。
　なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　本開示のレーダシステムによれば、複数のターゲットを分離して検知できる。
図１は、実施の形態１に係る人検知用レーダシステムの構成を示すブロック図である。 図２は、ＤＤＯＡ法の原理について説明するための図である。 図３Ａは、方向キャンセル部における消去プロセスについて説明するための図である。 図３Ｂは、方向キャンセル部における消去プロセスについて説明するための図である。 図３Ｃは、方向キャンセル部における消去プロセスについて説明するための図である。 図４は、受信信号を１素子分シフトさせた状態を説明するための図である。 図５は、ターゲット検知方法の一例を示すフローチャートである。 図６Ａは、抽出到来角がその他の消去到来角よりも小さい場合の受信アンテナの指向特性を示すグラフである。 図６Ｂは、人が歩いた軌跡を連続的にプロットしたイメージング結果を説明する図である。 図７Ａは、実施の形態２における指向特性を示すグラフである。 図７Ｂは、人が歩いた軌跡を連続的にプロットしたイメージング結果を説明する図である。 図８Ａは、仮想到来角の設定を説明するための図である。 図８Ｂは、仮想到来角の設定を説明するための図である。 図９Ａは、仮想到来角の設定を説明するための図である。 図９Ｂは、仮想到来角の設定を説明するための図である。 図１０Ａは、仮想到来角の設定を説明するための図である。 図１０Ｂは、仮想到来角の設定を説明するための図である。 図１０Ｃは、仮想到来角の設定を説明するための図である。 図１１は、実施の形態３に係る人検知レーダシステムの構成を示すブロック図である。 図１２は、実施の形態３における送信アンテナ、受信アンテナ線形アレーの物理的な配置を説明する図である。 図１３は、実施の形態３に係る人検知用レーダシステムによるターゲットの方向検知を説明するための図である。 図１４Ａは、人Ａに抽出到来角を設定した場合の、実施例１におけるターゲットの検知結果を示す上面図である。 図１４Ｂは、人Ｂに抽出到来角を設定した場合の、実施例１におけるターゲットの検知結果を示す上面図である。 図１４Ｃは、図１４Ａ及び図１４Ｂに示す、人Ａ及び人Ｂの検知結果を合わせた図である。 図１５は、実施例２におけるターゲットの検知結果を示す上面図である。 図１６は、実施例３におけるターゲットの検知結果を示す斜視図である。 図１７は、比較例におけるターゲットの検知結果を示す上面図である。 図１８は、特許文献１のスーパーリゾリューションアンテナの構成を示すブロック図である。
　（本開示の基礎となった知見）
　本発明者は、「背景技術」の欄において記載した従来のレーダシステムに関し、以下の問題が生じることを見出した。
　レーダ（電波）を用いて歩行者など人間の形状および運動を測定する試みとして、ドップラー（Ｄｏｐｐｌｅｒ）シフトによる速度検知と、干渉計法による到来方向検知（ＤＯＡ：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ－ｏｆ－Ａｒｒｉｖａｌ）とを組み合わせたＤＤＯＡ（Ｄｏｐｐｌｅｒ　ａｎｄ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ－ｏｆ－Ａｒｒｉｖａｌ）法と呼ばれる方法が知られている（例えば、非特許文献１；Ａ．　Ｌｉｎ　ａｎｄ　Ｈ．　Ｌｉｎｇ，　“Ｆｒｏｎｔａｌ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｒｅｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　ａｎｄ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ－ｏｆ－ａｒｒｉｖａｌ　ｒａｄａｒ”，　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　ｖｏｌ．４２，　ｎｏ．１１，　ｐｐ．６６０－６６１，　（２００６）．参照）。
　ＤＤＯＡ法によると、単独の人間を検知することが可能であっても、複数の人間のいる状況になると、受信信号が相互に干渉し、それぞれの人間を区別するのは困難になる。そこで、目標が複数個存在しても、それぞれを区別するために、目標物体からの反射信号をドップラーフィルタバンクにより周波数分離して、それぞれの周波数成分ごとに到来方向推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　しかしながら、目標が人間の場合、例えば、２人の歩行者が運動している場合を考えると、２人が併走していたり、併走していなくても体の動きによって体の一部でも同じ相対速度になったりするときがある。そのため、従来の方法によると、複数の人間を確実に分離することは困難である。
　そこで、本発明者は、複数のターゲットを分離して検知できる発明を創作するに至った。
　すなわち、本開示の一態様に係るレーダシステムは、複数のターゲットを検知するレーダシステムであって、少なくとも１つの送信アンテナ素子を有し、各送信アンテナ素子から電波を送出する送信アンテナと、前記電波が前記複数のターゲットで反射された複数の反射波を受信する少なくとも３つの受信アンテナ素子からなり、前記少なくとも３つの受信アンテナ素子の並び方向が、前記複数のターゲットの移動平面に対して略平行に設置された受信アンテナと、前記送信アンテナ素子から送出される前記電波を生成する送信部と、各受信アンテナ素子で受信された前記複数の反射波を復調することにより、前記少なくとも３つの受信アンテナ素子に対応する少なくとも３つの第１受信信号を生成する受信部と、前記少なくとも３つの第１受信信号を用いて、前記レーダシステムに対する前記複数のターゲットの方向である複数の主到来角を推定する前置フィルタ部と、前記少なくとも３つの第１受信信号を用いて、前記受信アンテナの指向特性において前記複数の主到来角のうち一つの主到来角である抽出到来角を除くすべての主到来角である消去到来角にヌルを形成することにより、少なくとも２つの第１抽出信号を生成する方向キャンセル部と、前記少なくとも２つの第１抽出信号を用いて、前記抽出到来角の周りのドップラー周波数成分を解析し、解析したドップラー周波数成分毎の到来角である散乱点到来角を算出するイメージ生成部とを備え、前記方向キャンセル部は、前記前置フィルタ部で推定された前記複数の主到来角の数に応じて、前記抽出到来角を順次変更する。
　このように、受信アンテナの指向特性において抽出到来角を除くすべての主到来角にヌルを形成することにより少なくとも２つの抽出信号を生成し、生成された少なくとも２つの抽出信号を用いて、抽出到来角の周りのドップラー周波数成分を解析することにより散乱点到来角を算出する。これにより、複数のターゲットから到来した複数の反射波を分離できる。つまり、複数のターゲット間における受信信号の相互干渉を抑制することができる。よって、複数のターゲットで反射された複数の反射波の各々に対して、ドップラー周波数成分を解析し、解析したドップラー周波数成分毎の到来角である散乱点到来角を算出することができる。その結果、各ターゲット複数の部位からなる人間のような場合であっても、各ターゲットの各部位の方向を算出することができる。つまり、複数のターゲットを分離して検知できる。
　例えば、前記方向キャンセル部は、前記少なくとも３つの第１受信信号のうち２つからなる組であって、組み合わせの異なる少なくとも２組を用いて、前記少なくとも２組の各々において、前記受信アンテナの指向特性の前記消去到来角にヌルを順次形成することにより、各消去到来角から前記受信アンテナに到来した反射波に基づく信号がキャンセルされた信号である前記少なくとも２つの第１抽出信号を生成してもよい。
　また、例えば、前記方向キャンセル部は、さらに、前記抽出到来角が、前記複数の主到来角のうち最小または最大となる場合、前記抽出到来角と当該抽出到来角に隣接する消去到来角との中点と略一致する方向にヌルを形成してもよい。
　これにより、受信アンテナの指向特性における抽出到来角周辺の利得差を抑制できるので、歪の小さいイメージング結果を得ることができる。
　また、例えば、前記送信部は、搬送波を擬似雑音符号によって変調することにより前記電波を生成し、前記受信部は、前記複数の反射波の各々を、前記擬似雑音符号によって復調することにより前記少なくとも３つの第１受信信号を生成してもよい。
　これにより、各ターゲットまでの距離を推定することができる。
　また、例えば、前記送信アンテナは、前記少なくとも１つの送信アンテナ素子として、並び方向が前記移動平面に対して交差する方向となるように配置された第１送信アンテナ素子及び第２送信アンテナ素子を有し、前記送信部は、搬送波を第１擬似雑音符号によって変調することにより前記第１送信アンテナ素子から送出される前記電波である第１電波を生成し、前記搬送波を前記第１擬似雑音符号に直交する第２擬似雑音符号によって変調することにより、前記第２送信アンテナ素子から送出される前記電波である第２電波を生成し、前記受信部は、前記複数の反射波の各々を、前記第１擬似雑音符号によって復調することにより前記少なくとも３つの第１受信信号を生成し、前記複数の反射波の各々を、前記第２擬似雑音符号によって復調することにより少なくとも３つの第２受信信号を生成し、前記方向キャンセル部は、さらに、前記少なくとも３つの第２受信信号を用いて少なくとも２つの第２抽出信号を生成し、前記イメージ生成部は、さらに、前記少なくとも２つの第１抽出信号のうちの１つと前記少なくとも２つの第２抽出信号のうちの１つとを用いて、前記移動平面と交差する面における前記散乱点到来角を算出してもよい。
　これにより、２次元の方向推定ができるので、３次元のイメージングが可能になる。
　なお、これらの包括的または具体的な態様は、ターゲット検知方法として実現されてもよい。
　すなわち、本開示の一態様に係るターゲット検知方法は、レーダシステムを用いて複数のターゲットを検知するターゲット検知方法であって、電波を生成する電波生成ステップと、前記電波を送出する送出ステップと、前記電波が前記複数のターゲットで反射された複数の反射波を、並び方向が前記複数のターゲットの移動平面に対して略平行に配置された少なくとも３つの受信アンテナ素子で受信する受信ステップと、各受信アンテナ素子で受信された前記複数の反射波を復調することにより、前記少なくとも３つの受信アンテナ素子に対応する少なくとも３つの第１受信信号を生成する受信信号生成ステップと、前記少なくとも３つの第１受信信号を用いて、前記レーダシステムに対する前記複数のターゲットの方向である複数の主到来角を推定する推定ステップと、前記少なくとも３つの第１受信信号を用いて、前記受信アンテナの指向特性において前記複数の主到来角のうち一つの主到来角である抽出到来角を除くすべての主到来角である消去到来角にヌルを形成することにより、少なくとも２つの第１抽出信号を生成する抽出信号生成ステップと、前記少なくとも２つの第１抽出信号を用いて、前記抽出到来角の周りのドップラー周波数成分を解析し、解析したドップラー周波数成分毎の到来角である散乱点到来角を算出する散乱点到来角算出ステップとを含み、前記推定ステップで推定された前記複数の主到来角の数に応じて、前記抽出到来角を順次変更して、前記抽出信号生成ステップ及び前記散乱点到来角算出ステップを繰り返す。
　以下、本開示の実施の形態を説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な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、本開示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、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、任意の構成要素として説明される。
　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係る人検知用レーダシステム１００の構成を示すブロック図である。
　実施の形態１の人検知用レーダシステム１００は、複数のターゲットを検知するレーダシステムの一例であり、特にターゲットとして人間を検知する。この人検知用レーダシステム１００は、送信アンテナ１０１と、少なくとも３素子からなり、ターゲットの移動平面に対して略平行に設置された受信アンテナ１０３と、送信アンテナ１０１から送出する電波を生成する送信部１０２と、ターゲット（人）から反射された電波を復調し、受信信号を生成する受信部１０４と、複数の反射波の到来方向（主到来角）を推定する前置フィルタ部１０５と、受信アンテナ１０３の入力信号を用いて、前置フィルタ部１０５の推定した複数の主到来角のうち、一つの主到来角（抽出到来角）θを除くすべての主到来角（消去到来角）に、順次ヌルを生成してサブ干渉計を生成する方向キャンセル部１０６と、方向キャンセル部１０６で生成されたサブ干渉計を用い、到来角θの周りのドップラー周波数成分を解析し、サブ干渉計によってドップラー周波数毎の到来角（散乱点到来角）と距離とを算出するイメージ生成部１０７と、重心算出部１０８とを備えている。
　なお、ターゲットの移動平面を水平面と考える。ターゲットそのものが大きな移動を伴わなくても、複数のターゲットが存在する空間内の底面を想定し、それを水平面とする。また、重心算出部１０８はなくてもよい。
　以下、各構成について、説明する。
　送信アンテナ１０１は、電波をターゲットの存在する空間に放射（送出）する。この送信アンテナ１０１は、少なくとも１つの送信アンテナ素子１０１ａを有し、各送信アンテナ素子１０１ａから電波を放射する。送信アンテナ素子１０１ａは、例えば、パッチアンテナ及びモノポールアンテナ等である。この送信アンテナ素子１０１ａから放射される電波は、送信部１０２において搬送波が変調されることにより生成されている。
　受信アンテナ１０３は、ターゲットにより反射された反射波を受信する。受信アンテナ１０３は、少なくとも３つの受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃで構成される。３つの受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、それぞれ１次元等間隔に配置されている。つまり、これら３つの受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、ターゲットの移動平面に対して略平行かつ等間隔に並んで配置されている。
　各受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの間隔の例は、送信アンテナ１０１から送信される電波の波長の０．５倍以上１倍以下の長さである。
　このように、送信アンテナ１０１から放射された電波は複数のターゲットで反射され、複数のターゲットで反射された電波である複数の反射波の各々は受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの各々で受信される。
　ここで、送信アンテナ１０１と受信アンテナ１０３との最短距離は、人検知用レーダシステム１００が標準的に想定するターゲットまでの距離に比べて、十分小さくてもよい。
　このように、送信アンテナ１０１と受信アンテナ１０３との最短距離を人検知用レーダシステム１００からターゲットまでの距離より十分に小さくすることにより、反射波は平面波（平行入射）であるとみなせるため、到来方向を算出する際に干渉計の位相差のみを考慮するだけでよい。
　送信部１０２は、所定の中心周波数を有する搬送波を、変調信号を用いて変調し、電波を生成する。送信部１０２に含まれる記憶部は、所定の変調信号を保持する。つまり、送信部１０２は、送信アンテナ素子１０１ａから送出される電波を生成する。
　搬送波の中心周波数の例は、数十ＧＨｚである。より具体的な中心周波数の例は、２６ＧＨｚ、６０ＧＨｚ、又は７９ＧＨｚなどである。
　また、変調に用いる変調信号の例は、擬似雑音符号を用いてもよい。特に、擬似雑音符号として、互いに直交する符号が複数存在するＭ系列符号を用いてもよい。このように変調信号として擬似雑音符号を用いることにより、人検知用レーダシステム１００以外の無線通信機器による影響を受けにくくなる。
　擬似雑音符号を用いた変調は、搬送波の信号スペクトルを拡散させる。よって、以下、擬似雑音符号を、「拡散符号」とも表記し、擬似雑音符号を用いて、搬送波を変調することを、「拡散」とも表記する。
　受信部１０４は、受信アンテナ１０３で受信した反射電波を受け付ける。受信部１０４は、反射電波と、変調信号と、搬送波とを用いて検波する。具体的には、受信部１０４は、変調信号を遅延させながら、反射電波を、送信部１０２で使用されたものと同一の搬送波を用いて検波し、その結果を同一の擬似雑音符号を遅延させながら復調することにより相関関数を計算する。つまり、受信部１０４は、各受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃで受信された複数の反射波を復調することにより、少なくとも３つの受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに対応する少なくとも３つの受信信号（第１受信信号）を生成する。
　この過程は、変調信号として擬似雑音符号を用いる場合、送信アンテナ素子１０１ａから放射された電波と各受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃで受信された反射波との相関関数を計算していることと同義である。よって、変調信号として擬似雑音符号を用いるスペクトル拡散方式では、相関関数の出力ピークに対応する擬似雑音符号の遅延量がターゲットまでの距離に比例する。
　なお、擬似雑音符号としては、例えば、符号速度２５０Ｍｂｐｓ、５００Ｍｂｐｓ、１．２５Ｇｂｐｓ、２．５Ｇｂｐｓなどを選択することができ、これにより、距離測定における固有の距離分解能をそれぞれ６０ｃｍ、３０ｃｍ、１２ｃｍ、６ｃｍなどとすることができる。この固有の距離分解能を比例係数として、前述の遅延量と乗算することにより、ターゲットまでの距離を算出できる。
　ここで、本実施の形態に係る人検知用レーダシステム１００の特徴について詳細に説明する前に、人検知用レーダシステム１００によって実施されるＤＤＯＡ法を用いたターゲットの方向検知の原理について説明する。
　図２は、ＤＤＯＡ法の原理について説明するための図である。
　図２に示すレーダ装置２０１は、本実施の形態に係る人検知用レーダシステム１００に相当する。ただし、レーダ装置２０１では、ＤＤＯＡ法の理解を容易にするために、受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに相当する受信アンテナを２つ備えるものとして説明する。具体的には、レーダ装置２０１は、送信部１０２に相当する送信器２１０と、受信部１０４に相当する受信器２２０及び受信器２３０と、送信アンテナ素子１０１ａに相当する送信アンテナ２１１と、受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに相当する受信アンテナ２１２及び２１３とを備える。
　レーダ装置２０１の検知対象は、ターゲット２３１、２３２及び２３３である。送信器２１０は、ある周波数の探知電波を出射する。受信器２２０及び受信器２３０は、当該探知電波がターゲット２３１、２３２、２３３で反射された反射波を受信する。
　レーダ装置２０１に対して、ターゲット２３１、２３２、２３３がある視線方向速度で動いている場合、受信器２２０及び受信器２３０で受信した反射波の周波数は、送信アンテナ２１１から放射された探知電波の周波数に対して、視線方向速度に対応する周波数だけシフトする。そのシフトした周波数（ドップラー周波数）から、ターゲット２３１、２３２、２３３のそれぞれの視線方向速度を検出できる。
　ここで、「視線方向速度」とは、ターゲット２３１、２３２、２３３が持つ速度のうち、レーダ装置２０１からターゲットへの方向に沿った速度成分のことである。つまり、視線方向速度は、レーダ装置２０１に対する、ターゲット２３１～２３３の相対的な速度成分である。具体的には、図２に示すように、ターゲット２３１、２３２、２３３の速度をそれぞれＶ１、Ｖ２及びＶｉとすると、ターゲット２３１、２３２、２３３の視線方向速度は、速度Ｖ１、Ｖ２及びＶｉをレーダ装置２０１からターゲット２３１、２３２、２３３への方向に沿って分解した速度であるＶ１ｆ、Ｖ２ｆ及びＶｉｆである。
　つまり、レーダ装置２０１は、探知電波の周波数に対する、受信器２２０及び受信器２３０で受信した反射波の周波数を用いて、ターゲット２３１、２３２、２３３の視線方向速度Ｖ１ｆ、Ｖ２ｆ及びＶｉｆを検出する。
　ところで、レーダ装置２０１は、図２に示すように、受信アンテナ及びその受信アンテナに対応する受信器を含む受信系統を２系統備えている。さらに、それぞれの受信アンテナ２１２及び受信アンテナ２１３は、異なる場所に配置されている。
　これにより、各ターゲット２３１、２３２、２３３から受信アンテナ２１２までの距離と、当該ターゲット２３１、２３２、２３３から受信アンテナ２１３までの距離とは、互いに異なる。
　このようにターゲット２３１、２３２、２３３から２つの受信アンテナ２１２及び２１３までの距離が異なることで、ターゲット２３１、２３２、２３３の方向検出（ＤＯＡ）が可能になる。以下、この方向検出（ＤＯＡ）の原理について具体的に説明する。
　図２において、例えば、ターゲット２３３は、受信アンテナ２１２より受信アンテナ２１３に近い位置に存在するので、ターゲット２３３からの反射波は受信アンテナ２１２より受信アンテナ２１３に早く到着する。よって、受信アンテナ２１２で受信した反射波と受信アンテナ２１３で受信した反射波とを比較した場合、受信アンテナ２１２で受信した反射波は受信アンテナ２１３で受信した反射波より位相が遅れることになる。ここで、ターゲット２３３が受信アンテナ２１２及び受信アンテナ２１３の正面からθｉの方向にあり、２つの受信アンテナ２１２及び２１３が距離ｄだけ離れて配置されているとする。この場合、受信アンテナ２１２で受信した反射波と受信アンテナ２１３で受信した反射波との位相差は式１で表される。なお、φ１は受信アンテナ２１２で受信した反射波の位相であり、φ２は受信アンテナ２１３で受信した反射波の位相であり、λは送信アンテナ２１１から出射された探知電波の波長である。
　　　　φ２－φ１＝２πｄ×ｓｉｎθ／λ　・・・（式１）
　この式１を変形すると、下記の式２となる。つまり、２つの受信アンテナ２１２及び受信アンテナ２１３で受信した２つの反射波の位相差φ２－φ１からターゲット２３３の方向θを検出できる。
　　　　θ＝ｓｉｎ－１｛（φ２－φ１）λ／（２πｄ）｝　・・・（式２）
　これが干渉計法を用いたＤＯＡの推定である。
　さらに、ＤＤＯＡ法では、各ターゲットのドップラー周波数を検知する。そして、受信アンテナが受信した反射波のうち、各ターゲットに対応するドップラー周波数の信号に対して、上記のＤＯＡを行うことで、対応するターゲットの方向を検知できる。このように、レーダ装置２０１は、複数のターゲットをドップラー周波数によって識別したうえで、各ターゲットの方向を検知する。
　このようなＤＤＯＡ法は、複数のターゲット２３１、２３２、２３３からの反射波を複数のドップラー成分に分離し、分離したドップラー成分毎に到来方向を推定するため、複数のターゲット２３１、２３２、２３３間に相対速度差のあることが前提となっている。すなわち、複数のターゲットとして、各々が異なる速度で動く複数の剛体を検知することが前提である。
　ここで、ターゲットとして、人のように体部位ごとに異なる動きをする物体を検知する場合について考える。人間の体は、腕、脚、胴体、及び頭部など、各々が異なる速度で動く複数の部位により構成されている。よって、ＤＤＯＡ法により観測されるドップラー成分は、各部位の動きを反映した周波数となる。
　すなわち、複数のターゲットとして複数の人を検知する場合には、各ターゲットが多数のドップラー成分を含んでいることにより、複数ターゲット間でドップラー成分同士が干渉するという状況が生じうる。すなわち、複数のターゲットを分離して検知できない状況が生じうる。
　そこで、本実施の形態に係る人検知用レーダシステム１００では、前置フィルタ部１０５において、各ターゲットの反射波の主な到来方向である主到来方向を推定する。つまり、前置フィルタ部１０５では、主到来方向として、身振り手振りのある人間を一つの剛体として扱うように算出した方向を推定する。次に、方向キャンセル部１０６において、複数の主到来方向のうち所望の代表到来方向以外から到来した反射波に基づく信号を抑圧することにより、所望の主到来方向から到来した反射波に基づく信号のみを抽出する。その後、このように抽出された信号を用いてイメージ生成部１０７が上述のＤＤＯＡ法を行うことで、所望ターゲットのみの推定像を得る（イメージングする）ことが可能になる。
　以下、前置フィルタ部１０５、方向キャンセル部１０６、イメージ生成部１０７、及び、重心算出部１０８について説明する。
　前置フィルタ部１０５は、少なくとも３つの受信信号を用いて、人検知用レーダシステム１００に対する複数のターゲットの方向である複数の主到来角を推定する。つまり、この前置フィルタ部１０５は、受信部１０４で生成された受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに対応する３つの受信信号を用いて、各ターゲットからの反射波の方向を推定する。
　具体的には、反射波の到来方向の推定方法として、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｇｎａｌ　ｐａｒａｍｅｒｔｅｒｓ　ｖｉａ　ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ　ｉｎｖａｒｉａｒａｎｃｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）法、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法などを使用できる。ＥＳＰＲＩＴ法及びＭＵＳＩＣ法は、受信部１０４で生成される受信信号の相関行列を求め、固有値を求めることにより方向を計算する方法である。
　なお、受信のたびごとにＥＳＰＲＩＴ法などにより方向推定を行わず、一旦初期位置を取得した後は、カルマンフィルタなどの予測手段を用いて追跡するように構成してもよい。この際、ドップラーイメージングにおけるそれぞれの散乱点を用いて、１ターゲットあたり、一つの中心（重心）を決定し、それを用いて追跡してもよい。
　また、カルマンフィルタの予測に加え、断続的にＥＳＰＲＩＴ法などによる直接的な方向推定結果を挿入し、到来方向の予測値を逐次修正する方法をとってもよい。こうすることで、ＥＳＰＲＩＴ法などで必要となる計算負荷の高い行列演算を極力少なくできるという利点がある。
　このようにして前置フィルタ部１０５で推定した方向を、主到来角と呼ぶことにする。主到来角は、身振り手振りのある人間を一つの剛体として扱うのと同様であり、反射強度の大きな体部位（例えば、胴体部）の情報が取得できると考えてよい。
　なお、主到来角を決定する段階において、すでにターゲット同士が干渉している場合は、空間平均法というアルゴリズムが知られており、それを用いることもできる。また、カルマンフィルタなどの予測値を採用するようにしてもよい。
　方向キャンセル部１０６は、受信部１０４で生成された少なくとも３つの受信信号を用いて、受信アンテナ１０３の指向特性において複数の主到来角のうち一つの主到来角である抽出到来角を除くすべての主到来角である消去到来角にヌルを形成することにより、少なくとも２つの抽出信号（第１抽出信号）を生成する。このように、方向キャンセル部１０６は、受信部１０４から出力された受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに対応する受信信号を用いて、複数のターゲットのうち一のターゲットの反射波に基づく少なくとも２つの抽出信号を生成する。このような少なくとも３つの受信信号を用いて２つの抽出信号を生成する処理を、消去プロセスと呼ぶ。この消去プロセスの詳細については後述する。
　また、方向キャンセル部１０６は、前置フィルタ部１０５で推定された複数の主到来角の数に応じて、抽出到来角を順次変更し消去プロセスを行う。
　イメージ生成部１０７は、方向キャンセル部１０６で生成された少なくとも２つの抽出信号を用いて、抽出到来角の周りのドップラー周波数成分を解析し、解析したドップラー周波数成分毎の到来角である散乱点到来角を算出する。
　具体的には、イメージ生成部１０７は、方向キャンセル部１０６から出力された２つの抽出信号間の位相差を用いて、人検知用レーダシステム１００に対する一のターゲットの各部位の方向を算出する。すなわち、イメージ生成部１０７は、部位ごとに異なる動きをするターゲットのうち抽出到来角の方向に存在するターゲットのドップラー周波数成分を解析する。このように解析されたドップラー周波数成分は、一のターゲットの部位ごとの運動を反映した微細なスペクトルとして解析される。
　そこで、イメージ生成部１０７は、解析したドップラー周波数成分ごとにＤＯＡを行うことにより、ドップラー周波数成分毎の到来方向を算出する。つまり、抽出到来角の方向に存在するターゲットの各部位の反射波の到来角である散乱点到来角を算出する。
　これにより、イメージ生成部１０７は、抽出到来角の方向に存在するターゲットの各部位の方向を推定できる。すなわち、複数のターゲットを分離して検知できる。つまり、抽出到来角の方向に存在するターゲットを、他のターゲットと分離して検知できる。
　また、イメージ生成部１０７は、方向キャンセル部１０６が抽出到来角を変更する毎に、上述した抽出到来角の周りのドップラー周波数成分の解析、及び、散乱点到来角の算出を行う。これにより、複数のターゲット各々について、各部位の方向を推定できる。すなわち、複数のターゲット各々について、他のターゲットと分離して検知できる。
　さらに、イメージ生成部１０７は、検出した各ターゲットの部位ごとに算出した方向である散乱点到来角をマッピングする。また、このマッピング結果を用いて、各ターゲットの推定像を形成する。なお、変調信号として擬似雑音符号が用いられている場合には、さらに、各ターゲットの部位ごとに、距離をマッピングしてもよい。
　重心算出部１０８は、イメージ生成部１０７で算出された各ターゲットの散乱点到来角を用いて、各ターゲットからの反射波の代表的な到来方向である代表到来方向を算出する。例えば、重心算出部１０８は、各ターゲットの散乱点到来角の平均を代表到来方向として算出する。
　なお、重心算出部１０８は、各ターゲットの部位ごとの方向を当該方向の反射波の強度で重み付けし、重み付けした方向の平均を代表到来方向として算出してもよいし、イメージ生成部１０７で形成された各ターゲットの推定像の重心方向を代表到来方向として算出してもよい。
　［消去プロセス］
　次に、方向キャンセル部１０６における処理の詳細について説明する。つまり、方向キャンセル部１０６による消去プロセスについて説明する。図３Ａから図３Ｃは、方向キャンセル部１０６における消去プロセスについて説明するための図である。
　方向キャンセル部１０６は、複数のターゲットが存在するときに、それらのうち、所望のターゲットから到来する信号のみを抽出し、所望のターゲット以外から到来する信号を抑圧するための信号処理を行う。
　その際、互いに位相の異なる１対の所望ターゲットの抽出信号（１対の抽出信号）を準備することができれば、それらを用いて干渉計を構成することができる。そして、この干渉計により、所望ターゲットからの到来信号のみを用いたＤＤＯＡ処理を行うことで、所望ターゲットのみの推定像を得る（イメージングする）ことが可能になる。
　そこで、方向キャンセル部１０６では、不要信号を抑圧すると同時に、１対の抽出信号（抽出信号ベクトル）を生成する処理を実行し、生成された抽出信号ベクトルを出力する。この一連の処理を「サブ干渉計」を構成する、と言っている。
　なお、受信アンテナを基点としたときのターゲットの方向を「主到来角」、複数ターゲットのそれぞれの主到来角のうち、所望のターゲットの方向を抽出到来角、抽出到来角以外の主到来角を消去到来角と呼ぶことにする。
　本実施の形態のポイントは、抽出到来角を中心とする方向についてのみＤＤＯＡ法を適用することで、所望ターゲットに対する散乱点（散乱点到来角）をマッピングし、推定像を得るための手順にある。
　　［ターゲット数が２つの場合］
　簡単のため、まず、ターゲットが２つの場合について処理の流れを説明する。その後、より一般化して説明する。
　図３Ａに、ターゲット１及びターゲット２が存在する場合を示す。受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、及び１０３ｃは、ターゲット１及びターゲット２で反射した反射信号（到来信号）を受信する。ターゲット１、２の主到来角をそれぞれθ１、θ２とする。ここでは、例として、抽出到来角をθ１、消去到来角をθ２とし、ターゲット１のみを抽出する場合を考える。
　受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、及び１０３ｃで構成される受信アンテナ１０３である受信アンテナ線形アレーの受信信号ベクトルを（ｘ１，ｘ２，ｘ３）Ｔとする（Ｔ：転置）。
　また、受信アンテナ素子の間隔（線形・等間隔）をｄ、波数をκ（＝２π／λ；λは電波の波長）とする。
　到来角θ１、θ２の到来信号に対する隣接素子間の位相差α１、α２は、それぞれ次の式３に示す２つの式を満たす。
　　　　α１＝κ・ｄ・ｓｉｎ（θ１）
　　　　α２＝κ・ｄ・ｓｉｎ（θ２）　　　　　　　　　　・・・（式３）
　すなわち、説明の便宜上、到来信号成分ごとに分離して表現すると、位相関係が次の式４に示す４つの式のようになっていると定める。ここで、記号ｘ｜θは、ｘのθ方向の成分を表す。
　　　θ１方向の成分について：
　　　　ｘ２｜θ１＝ｘ１｜θ１・ｅｘｐ（ｊ・α１）
　　　　ｘ３｜θ１＝ｘ２｜θ１・ｅｘｐ（ｊ・α１）
　　　θ２方向の成分について：
　　　　ｘ２｜θ２＝ｘ１｜θ２・ｅｘｐ（ｊ・α２）
　　　　ｘ３｜θ２＝ｘ２｜θ２・ｅｘｐ（ｊ・α２）　　　・・・（式４）
　なお、到来角の有効範囲を広くするため、間隔ｄについては、ｄ＝λ／２としてもよく、λ／２≦ｄ＜λとしてもよい。到来角は周期関数であるので、λ／２≦ｄ＜λとすることにより、到来角の周期関数の一周期の幅を広くすることができる。
　ここで、係数ｗ１、ｗ２を次の式５に示す２つの式に示すように定義する（ただし、ｊは虚数単位）。
　　　　ｗ１＝ｅｘｐ（ｊ・α１）
　　　　ｗ２＝ｅｘｐ（ｊ・α２）　　　　　　　　　　　　・・・（式５）
　これら式５を式４に代入すると、式４は、次の式６に示す４つの式のように書くことができる。
　　　θ１方向の成分について：
　　　　ｘ２｜θ１＝ｘ１｜θ１・ｗ１
　　　　ｘ３｜θ１＝ｘ２｜θ１・ｗ１
　　　θ２方向の成分について：
　　　　ｘ２｜θ２＝ｘ１｜θ２・ｗ２
　　　　ｘ３｜θ２＝ｘ２｜θ２・ｗ２　　　　　　　　　　・・・（式６）
　さらに、以下の式７に示す２つの式により、新たな信号ｘ１２、ｘ２３を定義する。
　　　　ｘ１２＝ｘ１・ｗ２－ｘ２
　　　　ｘ２３＝ｘ２・ｗ２－ｘ３　　　　　　　　　　　　・・・（式７）
　この演算は、ｘ１とｘ２の間、及び、ｘ２とｘ３の間にある位相差α２の信号成分を相殺するように作用する。
　すなわち、式７に式６を代入し、各成分について計算すると、α１≠α２のとき、位相関係が次の式８に示す４つの式で表される。
　　　θ１方向の成分について：
　　　　ｘ１２｜θ１＝ｘ１｜θ１・（ｗ２－ｗ１）≠０
　　　　ｘ２３｜θ１＝ｘ２｜θ１・（ｗ２－ｗ１）≠０
　　　θ２方向の成分について：
　　　　ｘ１２｜θ２＝ｘ１｜θ２・（ｗ２－ｗ２）＝０
　　　　ｘ２３｜θ２＝ｘ２｜θ２・（ｗ２－ｗ２）＝０　　・・・（式８）
　図３Ｂは、式８に示す信号ｘ１２、ｘ２３の到来方向を模式的に示す図である。同図に示すように、信号ｘ１２、ｘ２３共に角度θ２の方向からの信号の到来が抑圧されている。
　図３Ｃは、このときの受信アンテナ線形アレーによる指向特性の概略図を示しており、角度θ２における利得が極小（ヌル）となるパターンになっていることがわかる。これをθ２の消去（キャンセル）プロセスという。
　したがって、信号ｘ１２およびｘ２３においては、到来角θ２からの信号成分は抑圧され、結果として、到来角θ１からの信号のみが抽出される。この信号ｘ１２およびｘ２３の各々を抽出信号と呼び、信号ｘ１２およびｘ２３からなるペアを抽出信号ベクトルと呼ぶ。
　さらに、それと同時に、抽出信号ベクトル（ｘ１２，ｘ２３）Ｔは、到来角θ１のみの受信信号に対する間隔ｄのサブ干渉計となっている。
　このように、方向キャンセル部１０６は、受信部１０４から出力された３つの受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに対応する３つの受信信号ｘ１、ｘ２、ｘ３を用いて、２つのターゲット１、２のうちターゲット１の反射波に基づく２つの抽出信号を生成する。つまり、受信信号ベクトル（ｘ１，ｘ２，ｘ３）Ｔを用いて抽出信号ベクトル（ｘ１２，ｘ２３）Ｔを生成する。
　なお、ここでは、θ１方向のターゲット１のみを抽出する場合を説明したが、θ２方向のターゲット２を抽出する場合も同様に考えることができる。
　この新たな受信信号の組（ｘ１２，ｘ２３）Ｔである抽出信号ベクトルをサブ干渉計としてドップラーＤＯＡ信号処理することによって、抽出到来角θ１方向のターゲット１のみの推定像を取得することができる。抽出到来角θ２方向のターゲット２の推定像を得る場合も手続きは同様である。
　　［ターゲット数を一般化した場合］
　ここまで、簡単のため、ターゲットが２つの場合について処理の流れを説明した。次に、この手順が、受信アンテナ素子数及びターゲット数によらず一般的に実現可能であることを、数式を用いて説明する。ただし、受信アンテナ素子数をｎ、ターゲット数をｋとすると、ｋ≦ｎ－１であるとする。
　受信アンテナ素子数をｎとし、受信信号ベクトル（列ベクトル）ｘを次の式９のように定義する。
　受信信号を１素子分シフトさせる演算は次の式１０に示す（ｋ＋１）行×（ｋ＋１）列のシフト行列Ｕにより実現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、ｘとＵ・ｘとの同一行の組は、図４に示すように、隣接素子の成す受信信号対となる。初期の受信信号ベクトルｘ０としておく。図４は、受信信号を１素子分シフトさせた状態を説明するための図である。
　次に、ｋ個のターゲットを想定し、抽出到来角をθｍ、消去到来角をθｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｋ、ｉ≠ｍ）とする。消去到来角がθｉのとき、その方向の隣接素子間の位相差をαｉとすると、前述した適切な係数ｗｉをｅｘｐ（ｊ・αｉ）とすれば、隣接素子間における信号が相殺され、θｉ方向の信号を消去（抑圧）することができる（ｊは虚数単位）。これは、その方向に受信アンテナ１０３の指向特性のヌルが形成されるのと等価である。
　これは行列Ａｉを次の式１１に示すように定義し、（Ａｉ－Ｕ）を受信信号ベクトルｘに乗算するプロセスである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　あらためて、行列Ｇｉを次の式１２に示すように定義すると、すなわち、消去の１ステップはＧｉ・ｘとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　さらに、消去後のＧｉ・ｘについて、消去プロセスによって減少した１素子分を無効化するためにゼロをセットしておく（ｋ＋１）行×（ｋ＋１）列の消去行列Ｒｉを次の式１３に示すように定義する。消去行列Ｒｉは、（ｋ＋１）行×（ｋ＋１）列の単位行列において、下からi行目までの対角要素をゼロとしたものである。ここでは、信号ベクトルのサイズを縮小せず、ゼロとしておけば、ベクトルのサイズが変わらないので、行列計算を説明する上での見通しがよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　これにより、消去プロセスの１ステップはＲｉ・Ｇｉ・ｘとなる。
　この消去プロセスをθｍ以外の（ｋ－１）個の方向について順次行うと、（ｋ－１）個目までの消去操作は以下の式１４に示すようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　これを漸化的に計算し、Ｒｉ・Ｇｉ・Ｒｉ－１＝Ｒｉ・Ｇｉとなることを利用すると、受信信号ベクトルｘは以下の式１５となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　この式１５は、行列Ｇｉの積が交換可能で、消去プロセスにおける消去の順番が結果に影響しないことを示している。
　ここで、θｍ方向を抽出することを明示的に表すため、θｍ（ｍ＝１、２、・・・、ｋ）方向の物体だけの抽出信号を以下の式１６に示すように表すことにする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　すなわち、θｍ方向以外の受信信号を消去するために、１行目及び２行目以外をゼロにする。なお、以上の消去プロセスは、抽出到来角θｍも含めたｋ個すべての消去を行う行列であるＧａｌｌ（＝Ｇ１・Ｇ２・　・・・　・Ｇｋ）と、θｍのみを消去する場合の行列Ｇｍの逆行列Ｇｍ－１とを用いて、以下の式１７を計算することと等価であるので、そのように算出してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　Ｇｍは上三角行列であり、対角項は非ゼロであることから、一般に逆行列は存在する。ここで、上述のＧａｌｌは以下の式１８のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　以上の消去プロセスにより、最終的に得られる以下の式１９で示される２つの有効な要素を用いることにより、それらをサブ干渉計としてドップラーＤＯＡ信号処理が可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　さらに、前置フィルタ部１０５で検知したターゲットの数に応じて、抽出到来角を順次変更して同様の処理を行うことで、イメージ生成部１０７では複数のターゲットの推定像を分離して出力することができる。
　以上、実施の形態１の構成によると、多数のドップラー成分を利用して構築する人イメージングにおいて、複数人が存在しても、それぞれを分離してイメージングできるようになる。
　［動作］
　次に、上記の人検知用レーダシステム１００の動作について説明する。図５は、本実施の形態に係る人検知用レーダシステム１００によって実行されるターゲット検知方法の一例を示すフローチャートである。
　まず、送信部１０２は、送信アンテナ素子１０１ａから送出される電波を生成する（Ｓ１０１）。
　次に、送信アンテナ１０１は、各送信アンテナ素子１０１ａから電波を放射し（Ｓ１０２）、受信アンテナ１０３は、ターゲットにより反射された反射波を受信する（Ｓ１０３）。具体的には、ターゲットの移動平面に対して略平行かつ等間隔に並んで配置された３つの受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの各々で、反射波を受信する。
　次に、受信部１０４は、各受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃで受信された複数の反射波を復調することにより、各受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに対応する受信信号（第１受信信号）を生成する（Ｓ１０４）。
　次に、前置フィルタ部１０５は、各受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに対応する受信信号（第１受信信号）を用いて、人検知用レーダシステム１００に対する複数のターゲットの方向である複数の主到来角を推定する（Ｓ１０５）。
　次に、方向キャンセル部１０６は、受信部１０４で生成された少なくとも３つの受信信号（第１受信信号）を用いて、受信アンテナ１０３の指向特性において複数の主到来角のうち一つの主到来角である抽出到来角を除くすべての主到来角である消去到来角にヌルを形成することにより、少なくとも２つの抽出信号（第１抽出信号）を生成する（Ｓ１０６）。ここで、方向キャンセル部１０６は、前置フィルタ部１０５で検知された前記複数の主到来角の数に応じて、抽出到来角を順次変更する。
　次に、イメージ生成部１０７は、方向キャンセル部１０６で生成された少なくとも２つの抽出信号を用いて、抽出到来角の周りのドップラー周波数成分を解析し、解析したドップラー周波数成分毎の到来角である散乱点到来角を算出する（Ｓ１０７）。これにより、イメージ生成部１０７は、抽出到来角の方向に存在するターゲットの各部位の方向を推定できる。すなわち、複数のターゲットを分離して検知できる。つまり、抽出到来角の方向に存在するターゲットを、他のターゲットと分離して検知できる。
　その後、推定ステップ（Ｓ１０５）で検知された複数の主到来角の全てについて、上記の抽出信号生成ステップ（Ｓ１０６）及び散乱点到来角算出ステップ（Ｓ１０７）が完了したか否かを判断し（Ｓ１０８）、完了した場合（Ｓ１０８でＹｅｓ）にはターゲット検知方法を終了する。一方、完了していない場合（Ｓ１０８でＮｏ）には、上記の抽出信号生成ステップ（Ｓ１０６）及び散乱点到来角算出ステップ（Ｓ１０７）を繰り返す。つまり、推定ステップ（Ｓ１０５）で検知された複数の主到来角の数に応じて、抽出到来角を順次変更して、抽出信号生成ステップ（Ｓ１０６）及び散乱点到来角算出ステップ（Ｓ１０７）を繰り返す。
　これにより、複数のターゲット各々について、各部位の方向を推定できる。すなわち、複数のターゲット各々について、他のターゲットと分離して検知できる。
　［効果等］
　以上のように、本実施の形態に係る人検知用レーダシステム１００では、少なくとも３つの受信信号を用いて、受信アンテナ１０３の指向特性において複数の主到来角θｍ（ｍ＝１、２、・・・、ｋ）のうち一つの主到来角である抽出到来角を除くすべての主到来角である消去到来角にヌルを形成することにより、少なくとも２つの抽出信号を生成し、生成された少なくとも２つの抽出信号を用いて、抽出到来角の周りのドップラー周波数成分を解析することにより散乱点到来角を算出する。
　これにより、複数のターゲットから到来した複数の反射波を分離できる。つまり、複数のターゲット間における受信信号の相互干渉を抑制することができる。よって、複数のターゲットで反射された複数の反射波の各々に対して、ドップラー周波数成分を解析し、解析したドップラー周波数成分毎の到来角である散乱点到来角を算出することができる。その結果、各ターゲット複数の部位からなる人間のような場合であっても、各ターゲットの各部位の方向を算出することができる。すなわち、複数のターゲットを分離して検知することができる。
　（実施の形態２）
　実施の形態２は、実施の形態１と同様の構成であるが、方向キャンセル部１０６における処理が異なる。以下、異なる点を中心に説明する。
　［本実施の形態を得るに至った経緯］
　まず、本実施の形態について説明する前に、実施の形態１に係る人検知用レーダシステム１００において、所望のターゲットの存在する方向が、全てのターゲットが存在する方向の端である場合について考察する。
　実施の形態１の方向キャンセル部１０６は、所望のターゲット以外のターゲットの存在する方向のみを消去到来角として設定し、上述の消去プロセスを行っていた。
　図６Ａは、抽出到来角がその他の消去到来角よりも小さい（主到来角の中で最小である）場合、実施の形態１で説明した消去プロセスによって得られる受信アンテナ１０３の指向特性（横軸：到来角、縦軸：利得）を示すグラフである。同図には、約－１２°、約０°及び約１２°の各々にターゲットが存在し、抽出到来角が約－１２°、消去到来角が約０°及び約１２°の場合の指向特性が示されている。
　本開示の想定する人検知は、例えば、１０ｍ四方以下程度の範囲を検知領域として行う。この場合、ターゲットである人（大きさ１ｍ四方と仮定）は、その範囲の距離に対して十分小さいとはいえず、１０ｍ遠方で５°の広がりを持っている。したがって、この例では、抽出到来角方向に位置する人は、角度の小さい側と大きい側とで１０ｄＢを超える利得の違いを有している。
　つまり、ターゲットが受信アンテナ１０３に対して１０ｍ遠方において所定の角度にわたって存在すること、及び、受信アンテナ１０３の指向特性により、同一のターゲットからの反射波であってもターゲットの各部位からの反射波の利得が大きく異なる（例えば、１０ｄＢ以上）場合がある。その結果、次のような問題が生じる。
　図６Ｂは、人が歩いた軌跡を連続的にプロットしたイメージング結果を説明する図であり、（ａ）はイメージ生成部１０７によりマッピングされたイメージング結果を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示すイメージング結果に基づいて推定されるターゲットの推定像である。
　図６Ｂ（ａ）に示すように、ターゲットが存在する方向における受信アンテナ１０３の指向特性の利得の差の影響を受けて、イメージング結果が真の軌跡と比べて大きく歪んでいることが確認できる。つまり、イメージング結果が、真の位置よりも指向特性の高利得側の角度へ引っ張られて偏在している。
　このようなイメージング結果の偏在は、具体的には、図６Ｂ（ｂ）に示すように、人のイメージングをしているにもかかわらず、その正面像において人が片側しか見えない状態となる。つまり、イメージング結果に基づいて推定される推定像が人であるのかどうかを判断できなくなってしまう。
　このように、受信アンテナ１０３の指向特性は、抽出到来方向に存在するターゲットが有する角度（例えば、５°）における利得の差が小さいことが望ましいという知見が得られた。以下で説明する本実施の形態の方向キャンセル部による消去プロセスは、このような知見に基づいてなされたものである。
　［方向キャンセル部による消去プロセス］
　以下、本実施の形態の方向キャンセル部における処理について詳細に説明する。
　図７Ａは、実施の形態２における指向特性を示すグラフである。具体的には、本実施の形態の方向キャンセル部による消去プロセスによって得られる受信アンテナ１０３の指向特性を示すグラフである。同図には、図６Ａと同様に、約－１２°、約０°及び約１２°の各々にターゲットが存在し、抽出到来角が約－１２°、消去到来角が約０°及び約１２°の場合の指向特性が示されている。
　同７Ａと図６Ａとを比較すると、図７Ａではさらに、約－２４°にヌルが形成されていることがわかる。つまり、本実施の形態の方向キャンセル部は、実施の形態１の方向キャンセル部１０６と比較して、さらに、抽出到来角が、複数の主到来角のうち最小または最大となる場合、抽出到来角が、新たに作成される他のヌルの方向と抽出到来角に隣接する消去到来角との中点と略一致するように、他のヌルを形成する。
　これにより、受信アンテナ１０３の指向特性における抽出到来角周辺の利得差を抑制する。なお、「中点と略一致する方向」とは、中点の方向と多少の誤差があってもよく、例えば、中点の方向との差が１０°以下であればよく、特定的には５°以下であればよく、より特定的には１°以下であればよい。
　その結果、本実施の形態に係る人検知用レーダシステムは、図７Ｂに示すイメージング結果を得ることができる。図７Ｂは、人が歩いた軌跡を連続的にプロットしたイメージング結果を説明する図であり、（ａ）はイメージ生成部１０７によりマッピングされたイメージング結果を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示すイメージング結果に基づいて推定されるターゲットの推定像である。
　ターゲットが存在する方向における受信アンテナ１０３の指向特性の利得の差が抑制されることにより、図７Ｂ（ａ）に示すようにイメージング結果が真の軌跡と比べて歪みにくくなっていることが確認できる。つまり、イメージング結果の歪みが小さくなる。よって、イメージング結果に基づいて推定される推定像が人であると判断できる。
　すなわち、本実施の形態に係る人検知用レーダシステムは、歪の小さいイメージング結果を得ることができる。
　以下に、本実施の形態の方向キャンセル部による消去プロセスの原理を説明する。
　ｋ個のターゲットを同時に検知するために用いる受信アンテナ素子数ｎは、実施の形態１からも自明の通り（ｋ＋１）である。ここで本実施の形態では、受信アンテナ素子数を少なくとも（ｎ＋１）とすることにより（ｋ＋２）個のターゲットまで同時に検知できるようにした上で、本実施の形態の方向キャンセル部は次のようにして消去プロセスを行う。
　具体的には、（ｋ＋２）番目のターゲットとして仮想的なターゲットを想定し、（ｋ＋２）番目のターゲットに対して消去プロセスを行う。つまり、（ｋ＋２）番目のターゲットである仮想的なターゲットの方向に受信アンテナ１０３の指向特性のヌルを形成する。このような仮想的なターゲットの方向に形成されるヌルを、ここでは仮想ヌルと呼ぶ。
　このように、本実施の形態の方向キャンセル部による消去プロセスは、実施の形態１の方向キャンセル部１０６による消去プロセスと比較して、さらに、仮想的なターゲットに対して消去プロセスを行う点が異なる。すなわち、仮想ヌルを設定する点が異なる。
　なお、仮想ヌルを形成するための受信アンテナ素子数の増加は１個乃至２個に抑えることが好ましい。
　ここで、仮想ヌルの方向を仮想到来角と呼び、それをνとすると、本実施の形態の方向キャンセル部は以下の（１）から（３）にしたがってνを設定することが好ましい。図８Ａから図１０Ｃは、仮想到来角の設定を説明するための図である。
　（１）図８Ａに示すように、抽出到来角ρが複数の主到来角のうち最小あるいは最大のとき、抽出到来角ρに隣接する消去到来角をεとして、ρ＝（ν＋ε）／２を満たす方向に仮想到来角νを設定する。ここで、図８Ａ（ａ）は、抽出到来角ρが最大の場合について説明するための図であり、図８Ａ（ｂ）は、抽出到来角ρが最小の場合の場合について説明するための図である。
　こうすることにより、抽出到来角に最近接の消去到来角と仮想到来角の中点方向に抽出到来角を位置させることができるため、利得のアンバランスを軽減できる。
　（２）図８Ｂに示すように、グレーティングローブ（ｇｒａｔｉｎｇ　ｌｏｂｅ）が存在し、そのヌルの方向が±γ（γ＞０）のとき、（１）で求めたνがν＜－γまたはν＞γを満たすときは仮想到来角を設定しない。ここで、図８Ｂ（ａ）は、抽出到来角ρが最大かつν＞γの場合の場合について説明するための図であり、図８Ｂ（ｂ）は、抽出到来角ρが最小かつν＜－γの場合について説明するための図である。
　グレーティングのヌルが存在する場合は、それ自身が利得を抑圧するため仮想到来角を設定する意義は小さく、仮想到来角を省略することで、行列積の数をひとつ減らすことができるという利点がある。
　（３）さらに、抽出到来角ρが最小または最大ではない場合であっても、それに隣接する２つの消去到来角ε１、ε２（ε１＜ρ＜ε２）が存在し、抽出到来角ρがそのどちらかに偏っていれば、仮想到来角νを次のように設定する。このときの到来角間の関係が、ρ＝（１－ｕ）・ε１＋ｕ・ε２（０＜ｕ＜１）となっているとする。また、パラメータδ（１／２≦δ＜１）を予め設定しておく。
　（３－１）図９Ａに示すｕ＞１／２のとき：ρ＝（ν＋ε２）／２を満たすように仮想到来角νを設定する。
　（３－２）図９Ｂに示すｕ＜１／２のとき：ρ＝（ν＋ε１）／２を満たすように仮想到来角νを設定する。
　（３－３）ただし、図１０Ａから図１０Ｃに示すようにｕ＝１／２、または、１－δ＜ｕ＜δのいずれかの関係を満たすときは、仮想到来角を設定しない。
　このように定めておくと、（３－１）、（３－２）により、抽出到来角ρを、ρに最近接の消去到来角（ε１またはε２）と仮想到来角νの中点方向とすることができる。さらに、（３－３）により、利得のアンバランスが小さい場合には、敢えて仮想到来角の挿入を省略することで、行列積の数をひとつ減らすことができる。
　δは、シミュレーションまたは実測実験結果に基づいて、例えばδ＝２／３などと決めておくとよい。仮想到来角を省略したくない場合（ｕ＝１／２除く）は、δ＝１／２とすればよい。
　このようにすることで、図７Ｂ（ｂ）に示すように、歪の小さい人イメージング結果が得られる。
　以上、実施の形態２の構成によると、多数のドップラー成分を利用して構築する人イメージングにおいて、歪の小さいイメージング結果を得ることができるため、それを利用して人の認識または識別を行う際に必要となる情報を歪曲させずに提供できるようになる。その結果、ターゲットの誤識別などを低減できる。
　つまり、本実施の形態の方向キャンセル部は、実施の形態１の方向キャンセル部１０６と比較して、さらに、抽出到来角が、複数の主到来角のうち最小または最大となる場合、抽出到来角と当該抽出到来角に隣接する消去到来角との中点と略一致する方向にヌルを形成する。
　これにより、本実施の形態に係る人検知用レーダシステムは、実施の形態に係る人検知用レーダシステム１００と比較して、受信アンテナ１０３の指向特性における抽出到来角周辺の利得差を抑制できるので、歪の小さいイメージング結果を得ることができる。
　（実施の形態３）
　実施の形態３に係る人検知用レーダシステムは、実施の形態１に係る人検知用レーダシステム１００に対して、送信アンテナ素子が２つになっている点が異なる。実施の形態１では、１次元の方向推定、すなわち、水平面内の２次元イメージングしかできなかった。これに対して、本実施の形態３は、２次元の方向推定、すなわち、３次元イメージングを可能とするものである。
　図１１は、実施の形態３に係る人検知用レーダシステム３００の構成を示すブロック図であり、図１２は、実施の形態３における送信アンテナ、受信アンテナ線形アレーの物理的な配置を説明する図である。
　図１１に示す人検知用レーダシステム３００は、送信アンテナ３０１と、少なくとも３素子からなり、ターゲットの移動平面に対して略平行に設置された受信アンテナ１０３と、送信アンテナ３０１から送出する電波を生成する送信部３０２と、ターゲット（人）から反射された電波を復調し、受信信号を生成する受信部３０４と、複数の反射波の到来方向（主到来角）を推定する前置フィルタ部３０５と、受信アンテナ１０３の入力信号を用いて、前置フィルタ部３０５の推定した複数の主到来角のうち、一つの主到来角（抽出到来角）θを除くすべての主到来角（消去到来角）に、順次ヌルを生成してサブ干渉計を生成する方向キャンセル部３０６と、方向キャンセル部３０６で生成されたサブ干渉計を用い、到来角θの周りのドップラー周波数成分を解析し、サブ干渉計によってドップラー周波数毎の到来角（散乱点到来角）と距離とを算出するイメージ生成部３０７と、重心算出部３０８とを備えている。なお、重心算出部３０８はなくてもよい。
　以下、各構成について、説明する。
　送信アンテナ３０１は、実施の形態１の送信アンテナ１０１と比較して、さらに、送信アンテナ素子１０１ｂを有する。
　送信アンテナ素子１０１ａ及び受信アンテナ１０３は実施の形態１と同じであるので、同じ符号を付している。送信アンテナ素子１０１ｂは、送信アンテナ素子１０１ａと対を成し、それらが受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃで構成される受信アンテナ線形アレーと直交するように配置され、ターゲットの移動平面（水平面）に対して略垂直に設置されている。すなわち、送信アンテナ素子１０１ａ、１０１ｂと受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃをすべて含む平面は、ターゲットの移動平面（水平面）に対して略垂直である。
　この際、送信アンテナ素子１０１ａから送出する電波は擬似雑音符号ＴＸＡで変調し、送信アンテナ素子１０１ｂから送出する電波は擬似雑音符号ＴＸＢで変調するようにしておく。擬似雑音符号ＴＸＡとＴＸＢとは互いに直交しており、相関はないものを選択する。具体的には、Ｍ系列であって、まったく別の生成多項式から生成したものであってもよい。あるいは、最大探知距離に相当する最大遅延量Ｄｍａｘに対して十分長い符号ＴＸ０を一つ用い、ＴＸ０（０）をＴＸＡ、ＴＸ０（ｓ）をＴＸＢに割り当てもよい。ここで、ＴＸ０（ａ）は、元符号ＴＸ０のａビット目から始まるように巡回シフトした符合を表すものとする。ＴＸ０（ｓ）はＴＸ０（０）に比べてｓビット分のオフセットを有するが、ｓ＞＞Ｄｍａｘとしておくことにより、観測したい距離範囲（Ｄｍａｘ相当のレンジ）に限ると、ＴＸ０（０）とＴＸ０（ｓ）とが相関してピークを出力することはない。
　このようにすることで、送信アンテナ素子１０１ａから送出された電波と、送信アンテナ素子１０１ｂから送出された電波とは、それぞれ排他的に復調することが可能であるため、符号多重化と呼ぶ。つまり、受信アンテナ１０３で受信された反射波を、受信部３０４においてＴＸＡと同じ符号により復調することで、送信アンテナ素子１０１ａから送出された電波の反射波のみを、ＴＸＢと同じ符号により復調することで、送信アンテナ素子１０１ｂから送出された電波の反射波のみを抽出することができる。
　つまり、送信部３０２は、搬送波をＴＸＡ（第１擬似雑音符号）によって変調することにより送信アンテナ素子１０１ａ（第１送信アンテナ素子）から送出される電波である第１電波を生成し、搬送波をＴＸＡ（第１擬似雑音符号）に直交するＴＸＢ（第２擬似雑音符号）によって変調することにより、送信アンテナ素子１０１ｂ（第２送信アンテナ素子）から送出される電波である第２電波を生成する。
　受信部３０４は、複数の反射波の各々を、ＴＸＡ（第１擬似雑音符号）によって復調することにより少なくとも３つの受信信号（第１受信信号）を生成する。また、複数の反射波の各々を、ＴＸＢ（第２擬似雑音符号）によって復調することにより少なくとも３つの受信信号（第２受信信号）を生成する。
　前置フィルタ部３０５は、ＴＸＡによって復調された少なくとも３つの受信信号（第１受信信号）を用いて、人検知用レーダシステム３００に対する複数のターゲットの方向である複数の主到来角を推定する。つまり、実施の形態１の前置フィルタ部１０５と同様に、ターゲットの移動平面に対して平行な方向における複数の主到来角を推定する。また、ＴＸＢによって復調された少なくとも３つの受信信号（第２受信信号）を用いて、人検知用レーダシステム３００に対する複数のターゲットの方向である複数の主到来角を推定する。つまり、ターゲットの移動平面に対して略垂直な方向における複数の主到来角を推定する。
　方向キャンセル部３０６は、ＴＸＡ（第１擬似雑音符号）によって復調された少なくとも３つの受信信号（第１受信信号）を用いて少なくとも２つの抽出信号（第１抽出信号）を生成する。また、ＴＸＢ（第２擬似雑音符号）によって復調された少なくとも３つの受信信号（第２受信信号）を用いて少なくとも２つの抽出信号（第２抽出信号）を生成する。
　イメージ生成部３０７は、ＴＸＡに基づく少なくとも２つの抽出信号（第１抽出信号）を用いて、ターゲットの移動平面に対して略平行な方向における散乱点到来角を算出する。また、ＴＸＡに基づく少なくとも２つの抽出信号（第１抽出信号）のうちの１つとＴＸＢに基づく少なくとも２つの抽出信号（第２抽出信号）のうちの１つとを用いて、ターゲットの移動平面に対して略垂直な方向における散乱点到来角を算出する。
　すなわち、イメージ生成部３０７は、ターゲットの移動平面に対して水平方向及び垂直方向における散乱点到来角を行う。つまり２次元の方向推定を行う。よって、水平面内及び垂直面内の３次元のイメージングが可能になる。
　重心算出部３０８は、実施の形態１の重心算出部１０８と比較して、さらに、ターゲットの移動平面に対して略垂直な方向における代表到来方向を算出する。
　次に、このように構成された本実施の形態に係る人検知用レーダシステム３００によるターゲットの方向検知について、具体的に説明する。図１３は、本実施の形態に係る人検知用レーダシステム３００によるターゲットの方向検知を説明するための図である。
　図１３（ａ）は、図１２の構成により、仮想受信アンテナ線形アレーが形成されることを示す概略図である。なお、アンテナ間隔ｄ（６０ＧＨｚの搬送波の場合、２．５ｍｍから５ｍｍ程度）はターゲットまでの距離（１ｍから１０ｍ程度）に比べると十分小さく、反射波は平面波（平行入射）であるとみなせる。
　ここで、送信アンテナ素子１０１ａ及び送信アンテナ素子１０１ｂから同時に送出され、それぞれから同一ターゲットの反射を経て受信アンテナ線形アレーへ至る伝搬路を考えると、これは、送信アンテナ１０１の１箇所から送出された電波（拡散符号のみが異なる）を、受信アンテナ線形アレーおよび仮想的受信アンテナ線形アレーで受信したこと等価である。
　すなわち、送信アンテナ素子１０１ｂから送出された電波を送信アンテナ素子１０１ａから送出された電波とみなした場合、送信アンテナ素子１０１ｂから送出された電波は、受信アンテナ線形アレーに対して所定の位置に配置された仮想的な線形アレーで受信されたとみなすことができる。この仮想的な線形アレーは、実在する受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに対応する仮想的な受信アンテナ素子３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃで構成される。また、各受信アンテナ素子３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃと対応する受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃとの位置関係は、送信アンテナ素子１０１ａと送信アンテナ素子１０１ｂとの位置関係に相当する。
　したがって、受信アンテナ素子の成すアレーは、この例によると、３素子×２行の６素子から成る２次元アレーとみなすことができる。つまり、実在する受信アンテナ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３と仮想的な受信アンテナ素子３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃとで構成される２次元アレーとみなすことができる。
　図１３（ｂ）は、実施の形態１で示した消去プロセスをそれぞれの行に対して実行した場合を示す。これにより、水平方向について２素子からなるサブ干渉計を、同様に垂直方向についても２素子からなるサブ干渉計を形成することができる。そして、水平・垂直のサブ干渉計を用いることにより、２次元到来方向推定すなわち、３次元ドップラーイメージングが可能となる。
　すなわち、方向キャンセル部３０６は、実施の形態１と同様に、ＴＸＡによって復調された少なくとも３つの受信信号ｘ１、ｘ２、ｘ３を用いて少なくとも２つの抽出信号ｘ１２、ｘ２３を生成する。また、さらに、ＴＸＢによって復調された少なくとも３つの受信信号ｘ１ｂ、ｘ２ｂ、ｘ３ｂを用いて少なくとも２つの抽出信号ｘ１２ｂ、ｘ２３ｂを生成する。
　イメージ生成部３０７は、実施の形態１と同様に、ＴＸＡに基づく少なくとも２つの抽出信号ｘ１２、ｘ２３を用いてターゲットの移動平面に対して平行な方向における散乱点到来角を算出する。また、さらに、ＴＸＡに基づく少なくとも２つの抽出信号ｘ１２、ｘ２３のうちの１つとＴＸＢに基づく少なくとも２つの抽出信号ｘ１２、ｘ２３のうちの１つとを用いて、ターゲットの移動平面に対して略垂直な方向における散乱点到来角を算出する。すなわち、イメージ生成部３０７は、水平方向及び垂直方向の方向推定、つまり２次元の方向推定を行う。これにより、水平面内及び垂直面内の３次元のイメージングが可能になる。
　なお、イメージ生成部３０７は、ＴＸＡに基づく少なくとも２つの抽出信号ｘ１２、ｘ２３に代えてＴＸＢに基づく少なくとも２つの抽出信号ｘ１２、ｘ２３を用いてターゲットの移動平面に対して平行な方向における散乱点到来角を算出してもよい。すなわち、実在する受信アンテナ線形アレーに基づく２つのサブ干渉計のうちの１つと、仮想的な受信アンテナ線形アレーに基づく２つのサブ干渉計のうちの１つとを含む、３つのサブ干渉計を用いて２次元の方向推定を行ってもよい。
　以上、実施の形態３の構成によると、多数のドップラー成分を利用して構築する人イメージングにおいて、複数人が存在しても、それぞれのターゲットを分離して３次元のイメージングができるようになるため、イメージングの結果を利用した人の認識または識別に必要な情報をより細かく提供できるようになる。
　つまり、本実施の形態に係る人検知用レーダシステム３００は、送信アンテナ素子１０１ａ（第１送信アンテナ素子）との並び方向がターゲットの移動平面に対して略垂直に配置された送信アンテナ素子１０１ｂ（第２送信アンテナ素子）を有し、送信アンテナ素子１０１ａから送出される電波の擬似雑音符号（第１擬似雑音符号）と、送信アンテナ素子１０１ｂから送出される電波の擬似雑音符号（第２擬似雑音符号）とが直交する。
　これにより、２次元の方向推定ができるので、３次元のイメージングが可能になる。
　なお、送信アンテナ素子１０１ａと送信アンテナ素子１０１ｂとの並び方向はターゲットの移動平面に対して略垂直でなくてもよく、交差していればよい。
　（他の実施の形態）
　以上、一つまたは複数の態様に係るレーダシステム及びターゲット検知方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示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、及び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、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
　例えば、上記実施の形態１及び３では、受信アンテナ素子の数として３つを例に挙げて説明している場合があるが、受信アンテナ素子の数はこれに限らず、３つ以上であればよい。つまり、方向キャンセル部は、少なくとも３つの受信信号を用いて少なくとも２つの抽出信号を生成すればよい。言い換えると、方向キャンセル部の消去プロセスによって、少なくとも２素子からなるサブ干渉計が生成できればよい。
　つまり、方向キャンセル部は、少なくとも３つの受信信号のうち２つからなる組であって、組み合わせの異なる少なくとも２組を用いて、少なくとも２組の各々において、受信アンテナの指向特性の消去到来角にヌルを順次形成することにより、各消去到来角から前記受信アンテナに到来した反射波に基づく信号がキャンセルされた信号である少なくとも２つの抽出信号を生成してもよい。
　また、上記説明では、送信部は擬似雑音符号を用いて搬送波を変調し、受信部は当該擬似雑音符号を用いて反射波を復調していたが、変調及び復調に用いる変調信号はこれに限らず、任意の信号であってもよい。
　また、上記説明では、イメージ生成部は、各ターゲットの各部位ごとに到来角と距離とを算出し、算出した到来角と距離とをマッピングすることにより各ターゲットのイメージングを行うとしたが、イメージ生成部は距離を算出しなくてもよい。つまり、各ターゲットの各部位ごとの到来角のみを用いて、ターゲットをイメージングしてもよい。また、イメージ生成部は、マッピングを行わず、各ターゲットの各部位ごとの到来角を算出し、人検知用レーダシステム外部の処理部によってマッピングが行われてもよい。
　また、上記説明では、一つまたは複数の態様に係るレーダシステムについて、ターゲットとして人を検知する人検知用レーダシステムを用いて説明したが、一つまたは複数の態様に係るレーダシステムのターゲットは人に限らず、複数の部位を有していればよく、具体的には異なる動きの複数の部位を有していればよい。つまり、異なるドップラー周波数を有する複数の部位を有していればよい。例えば、動物等の生体であってもよいし、自転車及びベビーカー等の物体であってもよい。
　以下、本開示のレーダシステムの実施例について、図１４Ａから図１６を用いて説明する。
　本実施例では、ターゲットである人Ａ及び人Ｂが、レーダシステムの受信アンテナからいずれも２ｍ離れた位置におり、人Ａの主到来角が－１５°であり、人Ｂの主到来角が＋１５°である。人Ａ及び人Ｂが、それぞれの位置にとどまりながら腕及び脚を動かす動作を継続している状態で、レーダシステムにより受信された受信信号のうち、１．５秒間の受信信号を用いて、人Ａ及び人Ｂの検知を行った。
　（実施例１）
　実施例１では、レーダシステムとして、実施の形態１に係る人検知用レーダシステム１００を用いて、ターゲットの検知を行った。図１４Ａから図１４Ｃは、実施例１におけるターゲットの検知結果を示す上面図である。図１４Ａは、人Ａに抽出到来角を設定した場合の検知結果を示し、図１４Ｂは、人Ｂに抽出到来角を設定した場合の検知結果を示す。図１４Ｃは、図１４Ａ及び図１４Ｂに示す人Ａ及び人Ｂの検知結果を合わせた図である。図１４Ａから図１４Ｃにおいて、Ｘが０ｃｍかつＹが０ｃｍの位置に、受信アンテナが配置されている。
　図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１４Ｃからわかるように、実施の形態１に係る人検知用レーダシステム１００を用いて、人Ａ及び人Ｂを分離して検知できている。
　比較例として、従来のレーダシステムを用いて、人Ａ及び人Ｂの検知を行った。図１７は、比較例におけるターゲットの検知結果を示上面図である。
　図１７から、比較例に係る従来のレーダシステムでは、人Ａ及び人Ｂを分離して検知できていないことがわかる。
　（実施例２）
　実施例２では、レーダシステムとして、実施の形態２に係る人検知用レーダシステムを用いて、ターゲットの検知を行った。図１５は、実施例２におけるターゲットの検知結果を示す上面図である。図１５において、Ｘが０ｃｍかつＹが０ｃｍの位置に、受信アンテナが配置されている。
　図１５からわかるように、実施の形態２に係る人検知用レーダシステムを用いて、人Ａ及び人Ｂを分離して検知できている。また、実施例１と比較して、歪の小さいイメージング結果が得られていることがわかる。
　（実施例３）
　実施例３では、レーダシステムとして、実施の形態３に係る人検知用レーダシステム３００を用いて、ターゲットの検知を行った。図１６は、実施例３におけるターゲットの検知結果を示す斜視図である。
　図１６からわかるように、実施の形態３に係る人検知用レーダシステム３００を用いて、人Ａ及び人Ｂを分離して、かつ３次元のイメージとして検知できている。
　本開示に係るレーダシステムは、例えば、人間の運動そのものを利用して物体の形状若しくは動きを計測または推定し、その結果を利用して物体を追跡することのできるセンシングシステム等に利用可能であり、特に、防犯システム、看護（見守り）システム、または衝突回避システム用のセンサ等として有用である。
　３　　ウェイト設定回路
　１１，１２，１Ｍ　　素子アンテナ
　２１，２２，２Ｍ　　目標信号分離回路
　４１，４２，４ｎ　　測角演算回路
　１００，３００　　人検知用レーダシステム
　１０１，２１１，３０１　　送信アンテナ
　１０１ａ，１０１ｂ　　送信アンテナ素子
　１０２，３０２　　送信部
　１０３，２１２，２１３　　受信アンテナ
　１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ　　受信アンテナ素子
　１０４，３０４　　受信部
　１０５，３０５　　前置フィルタ部
　１０６，３０６　　方向キャンセル部
　１０７，３０７　　イメージ生成部
　１０８，３０８　　重心算出部
　２０１　　レーダ装置
　２３１，２３２，２３３　　ターゲット
　２２０，２３０　　受信器

Claims (6)

  1. 　複数のターゲットを検知するレーダシステムであって、
    　少なくとも１つの送信アンテナ素子を有し、各送信アンテナ素子から電波を送出する送信アンテナと、
    　前記電波が前記複数のターゲットで反射された複数の反射波を受信する少なくとも３つの受信アンテナ素子からなり、前記少なくとも３つの受信アンテナ素子の並び方向が、前記複数のターゲットの移動平面に対して略平行に設置された受信アンテナと、
    　前記送信アンテナ素子から送出される前記電波を生成する送信部と、
    　各受信アンテナ素子で受信された前記複数の反射波を復調することにより、前記少なくとも３つの受信アンテナ素子に対応する少なくとも３つの第１受信信号を生成する受信部と、
    　前記少なくとも３つの第１受信信号を用いて、前記レーダシステムに対する前記複数のターゲットの方向である複数の主到来角を推定する前置フィルタ部と、
    　前記少なくとも３つの第１受信信号を用いて、前記受信アンテナの指向特性において前記複数の主到来角のうち一つの主到来角である抽出到来角を除くすべての主到来角である消去到来角にヌルを形成することにより、少なくとも２つの第１抽出信号を生成する方向キャンセル部と、
    　前記少なくとも２つの第１抽出信号を用いて、前記抽出到来角の周りのドップラー周波数成分を解析し、解析したドップラー周波数成分毎の到来角である散乱点到来角を算出するイメージ生成部とを備え、
    　前記方向キャンセル部は、前記前置フィルタ部で推定された前記複数の主到来角の数に応じて、前記抽出到来角を順次変更する
    　レーダシステム。
  2. 　前記方向キャンセル部は、
    　前記少なくとも３つの第１受信信号のうち２つからなる組であって、組み合わせの異なる少なくとも２組を用いて、
    　前記少なくとも２組の各々において、前記受信アンテナの指向特性の前記消去到来角にヌルを順次形成することにより、各消去到来角から前記受信アンテナに到来した反射波に基づく信号がキャンセルされた信号である前記少なくとも２つの第１抽出信号を生成する
    　請求項１に記載のレーダシステム。
  3. 　前記方向キャンセル部は、さらに、前記抽出到来角が、前記複数の主到来角のうち最小または最大となる場合、他のヌルを形成し、
    　前記抽出到来角は、前記他のヌルの方向と前記抽出到来角に隣接する消去到来角との中点と略一致する
    　請求項１又は２に記載のレーダシステム。
  4. 　前記送信部は、搬送波を擬似雑音符号によって変調することにより前記電波を生成し、
    　前記受信部は、前記複数の反射波の各々を、前記擬似雑音符号によって復調することにより前記少なくとも３つの第１受信信号を生成する
    　請求項１から３のいずれか１項に記載のレーダシステム。
  5. 　前記送信アンテナは、
    　前記少なくとも１つの送信アンテナ素子として、並び方向が前記移動平面に対して交差する方向となるように配置された第１送信アンテナ素子及び第２送信アンテナ素子を有し、
    　前記送信部は、
    　搬送波を第１擬似雑音符号によって変調することにより前記第１送信アンテナ素子から送出される前記電波である第１電波を生成し、前記搬送波を前記第１擬似雑音符号に直交する第２擬似雑音符号によって変調することにより、前記第２送信アンテナ素子から送出される前記電波である第２電波を生成し、
    　前記受信部は、
    　前記複数の反射波の各々を、前記第１擬似雑音符号によって復調することにより前記少なくとも３つの第１受信信号を生成し、前記複数の反射波の各々を、前記第２擬似雑音符号によって復調することにより少なくとも３つの第２受信信号を生成し、
    　前記方向キャンセル部は、さらに、
    　前記少なくとも３つの第２受信信号を用いて少なくとも２つの第２抽出信号を生成し、
    　前記イメージ生成部は、さらに、
    　前記少なくとも２つの第１抽出信号のうちの１つと前記少なくとも２つの第２抽出信号のうちの１つとを用いて、前記移動平面と交差する面における前記散乱点到来角を算出する
    　請求項１から４のいずれか１項に記載のレーダシステム。
  6. 　レーダシステムを用いて複数のターゲットを検知するターゲット検知方法であって、
    　電波を生成する電波生成ステップと、
    　前記電波を送出する送出ステップと、
    　前記電波が前記複数のターゲットで反射された複数の反射波を、並び方向が前記複数のターゲットの移動平面に対して略平行に配置された少なくとも３つの受信アンテナ素子で受信する受信ステップと、
    　各受信アンテナ素子で受信された前記複数の反射波を復調することにより、前記少なくとも３つの受信アンテナ素子に対応する少なくとも３つの第１受信信号を生成する受信信号生成ステップと、
    　前記少なくとも３つの第１受信信号を用いて、前記レーダシステムに対する前記複数のターゲットの方向である複数の主到来角を推定する推定ステップと、
    　前記少なくとも３つの第１受信信号を用いて、前記受信アンテナの指向特性において前記複数の主到来角のうち一つの主到来角である抽出到来角を除くすべての主到来角である消去到来角にヌルを形成することにより、少なくとも２つの第１抽出信号を生成する抽出信号生成ステップと、
    　前記少なくとも２つの第１抽出信号を用いて、前記抽出到来角の周りのドップラー周波数成分を解析し、解析したドップラー周波数成分毎の到来角である散乱点到来角を算出する散乱点到来角算出ステップとを含み、
    　前記推定ステップで推定された前記複数の主到来角の数に応じて、前記抽出到来角を順次変更して、前記抽出信号生成ステップ及び前記散乱点到来角算出ステップを繰り返す
    　ターゲット検知方法。
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