(57)【要約】【課題】他の無線システムの使用帯域との重複度合いが高く、連続性の低い帯域しか確保できない場合でも、当該他の無線システムとの干渉を回避しつつ、高い対象物の検出精度や対象物との距離の検出精度を実現する。【解決手段】送信部１０が周波数を離散的に変更しつつ電波Ｗ１を発射し、受信部２０が電波Ｗ１の反射波Ｗ２を受信する。これら送信部１０の送信周波数と受信部２０の受信周波数は、制御部３０によって次のように制御されている。すなわち、送信部１０が発射する電波Ｗ１の周波数は、互いに離散的であり、少なくとも、対象物Ｔの検出に必要な距離分解能に応じた周波数範囲Ｒにおける最大周波数ｆｍａｘ及び最小周波数ｆｍｉｎを含むように制御される。そして、対象物検出部４０が、反射波Ｗ２に基づいて対象物Ｔを検出するための演算処理を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数を離散的に変更しつつ探知波を発射する送信部と、
前記探知波の反射波を受信する受信部と、
前記反射波に基づいて対象物を検出する対象物検出部と、
を備え、
前記送信部が発射する探知波の周波数は、少なくとも、前記対象物の検出に必要な距離分解能に応じた第１の周波数範囲における最大周波数及び最小周波数を含むことを特徴とする電波センサ。
【請求項２】
前記第１の周波数範囲は、既に割り当て済みの既占有周波数帯を少なくとも１つ含み、
前記送信部は、前記既占有周波数帯における不使用帯域を用いて前記探知波を発射する請求項１に記載の電波センサ。
【請求項３】
前記第１の周波数範囲は、既に割り当て済みの既占有周波数帯を少なくとも１つ含み、
前記送信部は、前記既占有周波数帯のガードバンドを用いて前記探知波を発信することにより、前記第１の周波数範囲の全域に離散的に前記探知波を発信する請求項１又は請求項２に記載の電波センサ。
【請求項４】
前記第１の周波数範囲は、既に割り当て済みの既占有周波数帯を少なくとも１つ含み、
前記送信部は、前記既占有周波数帯のホワイトスペースを用いて前記探知波を発信することにより、前記第１の周波数範囲の全域に離散的に前記探知波を発信する請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電波センサ。
【請求項５】
前記対象物検出部は、離散的な周波数毎に得られる複数の前記反射波から前記第１の周波数範囲の全域に亘って連続的な疑似反射波データを生成し、当該疑似反射波データに基づいて前記対象物を検出する請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電波センサ。
【請求項６】
前記対象物検出部は、離散的な周波数毎に得られるＩ位相信号及びＱ位相信号のそれぞれに対して逆フーリエ変換を行って時間空間に変換し、当該時間空間においてＩ位相信号及びＱ位相信号を尤度関数を用いて近似することにより前記疑似反射波データを生成する請求項５に記載の電波センサ。
【請求項７】
前記送信部は、各周波数で発射する前記探知波の周波数広がりが当該周波数を含む不使用帯域の帯域幅よりも狭い範囲となる出力持続時間で、各周波数の前記探知波を発射する請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電波センサ。
【請求項８】
前記送信部は、各周波数で発射する前記探知波の周波数広がりが当該周波数を含む不使用帯域の帯域幅の１０％以下となる出力持続時間で、各周波数の前記探知波を発射する請求項７に記載の電波センサ。
【請求項９】
前記送信部は、前記探知波の周波数を含む不使用帯域の帯域幅と前記出力持続時間とが反比例の関係となるように、各周波数で前記探知波を発射する請求項７又は請求項８に記載の電波センサ。
【請求項１０】
前記受信部は、各周波数での前記送信部の出力持続時間に応じた受信持続時間で当該周波数の前記反射波を受信する請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の電波センサ。
【請求項１１】
前記受信部は、対象物の動き予測に基づいて決定されたレンジゲートで前記反射波の受信を行う請求項１〜請求項１０の何れか１項に記載の電波センサ。
【請求項１２】
干渉波を検出する干渉波検出部を更に備え、
前記干渉波検出部は、前記送信部による前記探知波の出力を停止させ、前記第１の周波数範囲で第１の周波数間隔で前記受信部に電波を受信させ、受信強度が一定以上であった周波数を含む前記第１の周波数範囲よりも狭い第２の周波数範囲で前記第１の周波数間隔よりも狭い第２の周波数間隔で前記受信部に電波を受信させることにより干渉波の中心周波数を特定し、
前記送信部は、当該干渉波の存在する周波数を避けて前記探知波を発射する請求項１〜請求項１１の何れか１項に記載の電波センサ。
【請求項１３】
前記干渉波検出部は、前記受信部に前記電波を受信させるにあたり、前記第１の周波数間隔で電波を受信させる場合に比べて、前記第２の周波数間隔で電波を受信させる場合の前記電波の受信持続時間を長くする請求項１２に記載の電波センサ。
【請求項１４】
周波数を離散的に変更しつつ探知波を発射する送信工程と、
前記探知波の反射波を受信する受信工程と、
前記反射波に基づいて対象物を検出する対象物検出工程と、
を含み、
前記送信工程において発射する探知波の周波数は、少なくとも、前記対象物の検出に必要な距離分解能に応じた第１の周波数範囲における最大周波数及び最小周波数を含むことを特徴とする電波センシング方法。
【請求項１５】
周波数を離散的に変更しつつ探知波を発射する送信機能と、
前記探知波の反射波を受信する受信機能と、
前記反射波に基づいて対象物を検出する対象物検出機能と、
を備え、
前記送信機能によって発射する探知波の周波数は、少なくとも、前記対象物の検出に必要な距離分解能に応じた第１の周波数範囲における最大周波数及び最小周波数を含むことを特徴とする電波センシングプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を用いて物体を検知するための電波センサ、電波センシング方法及び電波センシングプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速無線通信や高距離分解能電波センサ（レーダー）の普及、スマートフォンに代表される無線通信システムの広帯域化により、距離や人の動きを感知する電波センサのための周波数帯域の確保が難しくなっている。このため、既存の電波利用サービスとの干渉を回避しつつ必要な周波数帯域を確保する技術の開発が待ち望まれている。
【０００３】
ここで、特許文献１には、マルチキャリア又はステップドＦＭ（Frequency Modulation）方式による広帯域無線伝送又は広帯域電波センサにおいて、他の無線システムが使用している周波数帯域をスペクトルホール（不使用の帯域）とし、後段の信号処理によりスペクトルホールを補間することにより、他の無線システムとの干渉を防止しつつ、目標物の検出精度や目標物までの距離の検出精度を向上する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１０８１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１の技術は、短距離型の電波センサがある程度連続的な帯域を使用できることを前提としており、他の無線システムの使用帯域との重複度合いが高い場合のように連続性の低い帯域しか確保できない状況を前提とした技術ではなかった。
【０００６】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、他の無線システムの使用帯域との重複度合いが高く、連続性の低い帯域しか確保できない場合でも、当該他の無線システムとの干渉を回避しつつ、対象物の検出精度や対象物との距離の検出精度が高い電波センサ、電波センシング方法及び電波センシングプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様の１つは、周波数を離散的に変更しつつ探知波を発射する送信部と、前記探知波の反射波を受信する受信部と、前記反射波に基づいて対象物を検出する対象物検出部と、を備え、少なくとも、前記対象物の検出に必要な距離分解能に応じた所定の周波数範囲における最大周波数及び最小周波数を含むことを特徴とする電波センサである。
【０００８】
このような電波センサは、他の機器に組み込まれた状態で実施されたり他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。また、本発明は前記電波センサを備える電波センシングシステム、上述した装置の構成に対応した工程を有する電波センシング方法、上述した装置の構成に対応した機能をコンピュータに実現させるプログラム、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、等としても実現可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、他の無線システムの使用帯域との重複度合いが高く、連続性の低い帯域しか確保できない場合でも、当該他の無線システムとの干渉を回避しつつ、対象物の検出や対象物との距離を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る電波センサの構成を示すブロック図である。
【図２】送信部が発射する電波の周波数範囲を説明する図である。
【図３】本実施形態においてメモリに記憶される複数の周波数の間の関係について説明する図である。
【図４】ガードバンドと当該ガードバンドに設定される周波数を説明する図である。
【図５】周波数毎の電波Ｗ１の帯域幅の決定方法を説明する図である。
【図６】既占有周波数帯域を横断的に用いて設定した複数の周波数の一例である。
【図７】既占有周波数帯域を横断的に用いて設定した複数の周波数の一例である。
【図８】対象物検出に係る処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】反射波の再構成を説明する図である。
【図１０】ＤＡＡ処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】本実施形態に係るレンジゲート処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、下記の順序に従って本発明を説明する。
（１）第１の実施形態： 
（２）第２の実施形態：
（３）第３の実施形態：
（４）まとめ：
【００１２】
（１）第１の実施形態： 
図１は、本実施形態に係る電波センサの構成を示すブロック図である。同図に示す電波センサ１００は、概略、送信部１０、受信部２０、制御部３０及び対象物検出部４０を備えている。対象物検出部４０にて検出された対象物Ｔとの距離に関するデータは、必要に応じて表示装置２００に出力され、表示装置の表示部に表示される。
【００１３】
送信部１０は、制御部３０の制御に従って、探知波としての電波Ｗ１を、アンテナＡｔ１を介して発射する。受信部２０は、対象物Ｔによって反射された電波Ｗ１（以下、反射波Ｗ２と記載する。）を、アンテナＡｔ２を介して受信する。なお、送信部１０のアンテナＡｔ１と受信部２０のアンテナＡｔ２は、サーキュレータ等を用いて共通化してもよい。制御部３０は、送信部１０の送信周波数及び出力持続時間、受信部２０の受信周波数及び受信持続時間、及び受信部２０が反射波Ｗ２を受信するタイミングの制御を行う。対象物検出部４０は、受信部２０が受信する反射波Ｗ２に基づいて、対象物Ｔとの距離を検出する。なお、指向性の切り替えが可能なアンテナＡｔ１，Ａｔ２を用いれば対象物Ｔの方向も検出可能であり、対象物検出部４０は対象物Ｔの位置を検出することができる。
【００１４】
以下、電波センサ１００の各部について、信号処理の流れに沿ってより具体的に説明していく。
【００１５】
送信部１０は、例えば、制御信号に応じた周波数のベースバンド信号を生成する局部発振器１１を用いて実現することができる。このとき、制御部３０は、制御信号を局部発振器１１に入力することにより送信部１０の発射する電波Ｗ１の周波数を制御し、送信部１０はベースバンド信号に応じた周波数の電波Ｗ１を探知波として出力する。
【００１６】
なお、送信部１０は、ダイレクトコンバージョン方式の場合、ベースバンド信号と同じ周波数の電波Ｗ１を発信し、スーパーへテロダイン方式の場合、所定のコヒーレントな周波数信号を別途に生成してベースバンド信号と混合した周波数の電波Ｗ１を発信する。
【００１７】
制御部３０は、電波Ｗ１の周波数の変更順を示す制御データＤを記憶するメモリ３１を備えている。制御データＤは、例えば、適宜の順番で組み合わせた複数の周波数制御データＤ１〜Ｄｍ（ｍは、２以上の整数。不図示）にて構成される。周波数制御データＤ１〜Ｄｍは、それぞれ中心周波数と出力持続時間を表すデータを含んで構成される。
【００１８】
制御部３０は周波数制御データＤ１〜Ｄｍに基づいて順次に送信部１０を制御することにより、送信部１０が発射する電波Ｗ１の周波数を順次に変更する。なお、局部発振器１１を用いて送信部１０を実現した場合、周波数制御データＤ１〜Ｄｍは各々が局部発振器１１への制御信号の１つに対応することになる。
【００１９】
周波数制御データＤ１〜Ｄｍは、互いに離散的な複数の候補周波数ｆ１〜ｆｋ（ｋはｍ以上の整数。不図示）の何れかに対応している。すなわち、電波Ｗ１は、候補周波数ｆ１〜ｆｋの何れかの周波数で発信される。なお、周波数制御データＤ１〜Ｄｍの全てが候補周波数ｆ１〜ｆｋの中の同一の値に対応づけられることは無いが、周波数制御データＤ１〜Ｄｍの２以上が候補周波数ｆ１〜ｆｋの中の同一の値に対応づけられても構わない。
【００２０】
次に、図２を参照して、メモリ３１に記憶されている制御データＤにおける周波数制御データＤ１〜Ｄｍに実際に対応付けられている周波数ｆ１〜ｆｎ（ｎは２以上の整数）の分布範囲について説明する。
【００２１】
図２は、離散的な周波数ｆ１〜ｆｎの分布範囲を説明する図である。同図に示すように、周波数ｆ１〜ｆｎは、周波数範囲Ｒの中に離散的に分布しており、周波数ｆ１〜ｆｎが周波数範囲Ｒの全域をカバーするように設定されている。すなわち、周波数ｆ１〜ｆｎの最小値ｆｍｉｎと最大値ｆｍａｘの差分としての周波数幅Δｆが周波数範囲Ｒと略一致するように周波数ｆ１〜ｆｎは設定されており、所望の距離分解能が得られるように決定されている。この距離分解能については後述する。なお、周波数範囲Ｒは本実施形態において第１の周波数範囲を構成する。
【００２２】
なお、離散的な複数の周波数とは、単に中心周波数が不連続であるだけでなく、中心周波数の両側において一定以上の出力強度を有する周波数方向の広がりの裾野も含めて、隣り合う周波数の電波Ｗ１が一定以上の出力レベルを有する範囲が、周波数空間において互いに重複しないことを意味する。
【００２３】
図３は、本実施形態においてメモリ３１に記憶される複数の周波数の間の関係について説明する図である。同図には、別機体の２つの電波センサ（以下、電波センサ１００ａ，１００ｂ）が、各々の電波センサのメモリ３１に記憶された制御データＤに基づいてそれぞれ順次に発信する電波Ｗ１の周波数の一例を示してある。丸付き数字は、電波Ｗ１の周波数の変更順を示す。
【００２４】
同図に示すように、電波センサ１００ａは、ｆ２，ｆ５，ｆ１，ｆ３，ｆｎ−１，ｆｎ−２，ｆｎ，・・・の順で電波Ｗ１の周波数を変更して発射し、電波センサ１００ｂは、ｆ３，ｆｎ−２，ｆｎ−１，ｆ５，ｆ３，ｆ１，ｆ４，・・・の順で電波Ｗ１の周波数を変更して発射する。
【００２５】
すなわち、本実施形態では、制御データＤを構成する周波数制御データＤ１〜Ｄｍには、周波数の大小関係とは無関係の順番で周波数ｆ１〜ｆｎのいずれかが対応付けられている。従って、送信部１０が出力する電波Ｗ１の周波数は、周波数制御データＤ１〜Ｄｍに対応づけられた周波数に順次に変化する。結果として、送信部１０が出力する電波Ｗ１の周波数は、周波数の大小関係とは無関係の順番で変化することになる。むろん、周波数制御データＤ１〜Ｄｍにそれぞれ対応付けられる周波数ｆ１〜ｆｎは、周波数の値に基づいて定められる規則的な順番（昇順や降順等）で設定してもよく、この場合、送信部１０が出力する電波Ｗ１の周波数は、周波数の値に基づいて定められる規則的な順番（昇順や降順等）で変化することになる。以下では、電波センサ１００ａが出力する電波Ｗ１の周波数の変化順番を第１の周波数系列、電波センサ１００ｂが出力する電波Ｗ１の周波数の変化順番を第２の周波数系列、と記載することにする。
【００２６】
第１の周波数系列は電波センサ１００ａに固有であり、第２の周波数系列は電波センサ１００ｂに固有である。すなわち、各機体に設定される周波数系列は、各機体に固有の順番になっている。
【００２７】
このため、各々の電波センサからの電波Ｗ１の出力開始タイミングを一致させた場合に、各機体の出力する電波Ｗ１の周波数が重複せず、電波Ｗ１の出力開始タイミングを所定量だけずらした場合でも、各機体の出力する電波Ｗ１の周波数が重複する確率は極めて低くなるようになっている。
【００２８】
このように、電波センサ１００の機体毎に異なる周波数系列にしてあるため、互いの電波が到達し合う近距離に複数の電波センサ１００を配置した場合にも、各電波センサが発射する電波Ｗ１が互いに干渉し合う確率は極めて低く、検出精度の低下が可及的に防止される。
【００２９】
また、図３において、電波センサ１００ｂの出力する電波Ｗ１では、１番目と５番目の周波数がｆ３で重複している。すなわち、候補周波数ｆ１〜ｆｋの中の同じ周波数が、周波数ｆ１〜ｆｎの中で重複して使用されてもよい。
【００３０】
また、周波数ｆ１〜ｆｎは、これらを昇順または降順に整列させたときに、一定の間隔で設定されている必要は無く、本実施形態においては不等間隔で設定されている。これは、周波数ｆ１〜ｆｎの選択元である候補周波数ｆ１〜ｆｋについても同様である。このように周波数ｆ１〜ｆｎを不等間隔で設定できるため、不規則に残存する複数の狭帯域さえ存在すれば、本実施形態に係る電波センサ１００は対象物の検出を高精度に行う事が出来る。
【００３１】
例えば、既存の機器が使用する使用帯域の隙間に残存する不使用の狭帯域を利用して、周波数ｆ１〜ｆｎをそれぞれ設定することができる。これにより、電波センサ１００が専用に使用する広い周波数帯域を確保しなくても、後発組の電波センサ１００が、他の既存の機器との干渉を回避しつつ高い距離分解能を実現できる。
【００３２】
このような不使用帯域の具体例としては、例えば、図４に示すようなガードバンドＧＢ１，ＧＢ２，ＧＢ３，・・・や、ホワイトスペースがある。図４は、ガードバンドと当該ガードバンドに設定される周波数を説明する図である。ガードバンドは、隣接チャンネル間の電波干渉を防止する干渉防止用にチャンネルの間に設定される不使用の狭帯域であり、ホワイトスペースは、特定の電波利用サービスを目的に特定周波数帯の利用免許が与えられているにもかかわらず、チャンネル間の有害な混信を防ぐために設けられた、能動的に使用されていない周波数領域である。例えば、テレビ放送の周波数帯では、一般に、隣接地域間の混信を防止するために地域単位で設定される。
【００３３】
すなわち、既に他の機器やサービスに割り当て済みの既占有周波数帯であっても、実際に積極的に使用する使用帯域と、実際には使用しない不使用帯域とを含んでいる。このような不使用帯域は、消極的な使用目的で確保されているため、当該他の機器やサービスの占有帯域であるものの当該他の機器によって使用されることはなく、当該他の機器やサービスとの干渉さえ回避できれば当該他の機器以外の電波センサ１００等で使用しても構わない。
【００３４】
図４に示すＴＶ放送周波数帯の中に設定されるガードバンドは、その帯域幅が４２８ｋＨｚである。このため、ガードバンド帯域内で電波Ｗ１を発信する場合は、隣接チャンネル（使用帯域）へのスプリアス放射を考慮して、ガードバンドの帯域内で電波Ｗ１が使用する周波数は、ガードバンド帯域の略中心に設定されることが望ましい。
【００３５】
また、ガードバンド帯域内で電波Ｗ１が使用する周波数の帯域幅は、ガードバンド帯域幅の約１０％以下であることが望ましい。例えば、ガードバンド帯域内の周波数を使用して発射される電波Ｗ１の帯域幅を１０ｋＨｚとすれば、ガードバンド帯域幅の約２．３％であり、隣接チャンネルへのスプリアス放射を０．０５％以下に抑えることができる。従って、電波センサ１００の送信電力を１ｍＷと仮定すると隣接チャンネルへのスプリアス放射は０．５μＷとなり無線設備での許容値である２５μＷ以下となる。
【００３６】
図５は、周波数毎の電波Ｗ１の帯域幅の決定方法を説明する図である。同図には、ある周波数において、出力持続時間がｔ１の場合とｔ２（＜ｔ１）の場合の周波数広がりを示してある。出力持続時間がｔ１の場合の周波数広がりΔ１（図中では半値幅で示してある）は、出力持続時間ｔ２の場合の周波数広がりΔ２に比べて狭くなる。これは、周波数広がり（Δｆ（Δ１，Δ２等））と出力持続時間（Ｔ（ｔ１，ｔ２等））の一般的な関係に基づく（Δｆ＝１／Ｔ）。
【００３７】
すなわち、各周波数における電波Ｗ１の出力持続時間を制御することにより、電波Ｗ１の周波数広がりを制御可能であり、例えば、電波Ｗ１の周波数を含む帯域の帯域幅に応じて当該周波数での電波Ｗ１の出力持続時間を適切に決定すれば、このような帯域に隣接する使用帯域との干渉を防止することができる。
【００３８】
より具体的には、電波Ｗ１の周波数を含む帯域の帯域幅が狭くなれば当該周波数における電波Ｗ１の出力持続時間を長くして周波数広がりを抑制することにより隣接する使用帯域との干渉を防止し、電波Ｗ１の周波数を含む帯域の帯域幅が広くなれば当該周波数における電波Ｗ１の出力持続時間を短くすることにより対象物の検知にかかる時間を短縮することができる。
【００３９】
さらに具体的な一例を挙げると、電波Ｗ１の周波数を含む帯域の帯域幅（ｆｗ）と、当該周波数における電波Ｗ１の出力持続時間（ｔｃ）とが、ｆｗ＝１／ｔｃ、のように反比例の関係となるように電波Ｗ１の出力持続時間が決められる。
【００４０】
また、図６に示すように、割り当てられた周波数帯を超えて複数の周波数ｆ１〜ｆｎ（図６では、ｆ１，ｆ２，・・・、ｆｐ、ｆｐ＋１，・・・）を設定することもできる。例えば、ガードバンドが間隔ｄ１で設定されている既占有周波数帯域Ｒ１と、ガードバンドが間隔ｄ２で設定されている既占有周波数帯域Ｒ２と、を用いて周波数ｆ１〜ｆｎを設定することができる。
【００４１】
また、図７に示すように、ガードバンドとホワイトスペースの双方を用いて複数の周波数ｆ１〜ｆｎを設定することもできる。このとき、例えば、ガードバンドが設定されている既占有周波数帯域Ｒ３では、各ガードバンドに周波数ｆ１〜ｆｎのいずれか１つの周波数を設定し、ホワイトスペースが設定されている既占有周波数帯域Ｒ４では、周波数ｆ１〜ｆｎの中の複数の周波数をガードバンドの場合に比べてその設定間隔を狭めたり、設定間隔を等間隔にしたりして設定することができる。
【００４２】
すなわち、既占有周波数帯域Ｒ３に設定される周波数ｆ１〜ｆｎの設定間隔はガードバンドの間隔に応じて設定し、既占有周波数帯域Ｒ４のホワイトスペースに設定される周波数ｆ１〜ｆｎの設定間隔については自由に設定することができる。
【００４３】
このように、既占有周波数帯の不使用帯域を利用したり、複数種類の機器の既占有周波数帯域を利用したりすることにより、広範な周波数を利用することが可能となり、断片的な周波数帯域しか使用できない場合であっても、後述する対象物の検出における検出精度を飛躍的に高めることができる。
【００４４】
また、周波数ｆ１〜ｆｎの設定間隔に制限の無いホワイトスペースを使用すれば、このホワイトスペースを利用した周波数範囲では、後述のデータ補間を行わずに済む。むろん、その他、非占有周波数帯、ガードバンド及びホワイトスペースを、適宜の組み合わせで使用してもよい。
【００４５】
以上説明した制御データＤは、予め生成してメモリ３１に記憶しておいてもよいが、制御部３０の演算処理により、電波センサ１００の各機体に付与される固有情報に基づいて発生させたり、乱数を用いて発生させたりする等、各種の手法で生成させることが出来る。また、後述する第２の実施形態のように、ＤＡＡ処理の結果に基づいて制御部３０が制御データＤを生成してメモリ３１に記憶させてもよい。
【００４６】
＜受信部＞
次に、受信部２０は、例えば、局部発振器２１と位相検波器２２を用いて実現される。局部発振器２１は、アンテナＡｔ２を介して受信した反射波Ｗ２から、位相検波により、送信部１０が発射した電波Ｗ１と同相のＩ位相信号ＳＩ及び位相がπ／２だけ異なるＱ位相信号ＳＱをそれぞれ検波する。これらＩ位相信号ＳＩ及びＱ位相信号ＳＱは、対象物検出部４０に出力される。
【００４７】
なお、受信部２０の局部発振器２１は、送信部１０の局部発振器１１と共通化することが一般的である。また、受信部２０の受信持続時間は、送信部１０の出力持続時間に合わせて決められる。すなわち、送信部１０の出力持続時間を長くして周波数広がりを抑制した場合は、受信部２０の受信持続時間もこれにあわせて長くする。
【００４８】
＜対象物検出部＞ 
対象物検出部４０は、受信部２０から入力される反射波Ｗ２の位相信号（Ｉ位相信号ＳＩ、Ｑ位相信号ＳＱ、又は、Ｉ位相信号とＱ位相信号のそれぞれ）に基づき、電波Ｗ１を反射した対象物Ｔとの距離を特定する。なお、送信部１０は制御データＤに基づいて電波Ｗ１の周波数を変更して出力しているため、受信部２０が受信する反射波Ｗ２の周波数も電波Ｗ１の周波数に応じて変化する。すなわち、送信部１０が出力する電波Ｗ１の周波数も受信部２０が受信する反射波Ｗ２の周波数も、制御データＤを構成する周波数制御データＤ１〜Ｄｍに対応する周波数ｆ１〜ｆｎと同様の順番で変化する。結果として、電波Ｗ１の周波数も受信部２０が受信する反射波Ｗ２の周波数も変化することになる。そこで、対象物検出部４０は、制御部３０の制御データＤに基づいて、受信部２０から入力される反射波Ｗ２の位相信号を、周波数の順番に整序させてメモリ等に記憶する。
【００４９】
その後、対象物検出部４０は、Ｉ位相信号ＳＩ及びＱ位相信号ＳＱに基づいて、対象物Ｔとの距離を特定するための演算処理を実行することになるが、このとき、反射波Ｗ２が離散的なステップ周波数毎に得られる点が問題となる。
【００５０】
そこで、本実施形態では、尤度関数としてのピリオドグラムの統計量を用いて反射波Ｗ２の欠落部分を補間する手法を採用した。これにより、離散的な周波数でそれぞれ受信した反射波Ｗ２を用いて、連続的な周波数で受信する反射波の電力スペクトルに相当する疑似反射波データを演算により生成することができる。
【００５１】
図８は、対象物検出に係る処理の流れを示すフローチャートであり、図９は、疑似反射波データの生成について説明する図である。図８，９に示す疑似反射波データの生成に係る処理では、離散的に得られる反射波Ｗ２の位相信号に対して、電力スペクトルを用いた補間演算の一種であるＬｏｍｂ−Ｓｃａｒｇｌｅピリオドグラム法を適用することにより、電波Ｗ１を連続波又は等間隔で発射した場合に得られる反射波Ｗ２と略同等のスペクトルを算出している。むろん、尤度関数を用いた補間演算はＬｏｍｂ−Ｓｃａｒｇｌｅピリオドグラム法に限るものではなく、スプライン補間や多項式補間を用いることができる。
【００５２】
図８に示す処理では、まず図９（ａ）に示すように、離散的に得られる反射波Ｗ２の位相信号を検波により取得する（Ｓ１０）。ここで得られる反射波Ｗ２の位相信号は、本実施形態のように不規則に残存する複数の挟帯域を用いて電波Ｗ１を送信している場合、不等間隔な信号となる。
【００５３】
次に、図９（ｂ）に示すように、不等間隔な反射波Ｗ２の位相信号から電力スペクトルを算出するＬｏｍｂ−Ｓｃａｒｇｌｅピリオドグラム法を用いて、反射波Ｗ２の電力スペクトルを算出する（Ｓ２０）。以下に示す式（１）は、Ｌｏｍｂ−Ｓｃａｒｇｌｅピリオドグラム法の一例としてのＬｏｍｂ  ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  ｐｅｒｉｏｄｇｒａｍの式である。本実施形態では、下記式（１）のｙｉに反射波Ｗ２の位相信号を代入する。下記式（１）によれば、時系列で受信（サンプリング）される位相信号を角周波数毎に積分（集合平均）した電力スペクトルＰＮ（ω）が算出される。
【００５４】
【数１】
2014160059.tif 000003
【００５５】
なお、上記式（１）において、ＰＮ（ω）は電力スペクトル、ωは角周波数、ｎはｙｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）のサンプリング数、ａは下記式（２）により表されるパラメータ、ｂは下記式（３）により表されるパラメータである。また、下記式（２）や式（３）において、ｔｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）は各ｙｉのサンプリングタイミングを表し、ｔａｖｅは（（ｔ１＋ｔｎ）／２）であり、τは下記式（４）により定義される。
【００５６】
【数２】
2014160059.tif 000004
【００５７】
【数３】
2014160059.tif 000005
【数４】
2014160059.tif 000006
【００５８】
次に、この電力スペクトルＰＮ（ω）の中から支配的な周波数成分（主要スペクトル成分）を抽出する（Ｓ３０）。主要スペクトル成分の抽出は、例えば、閾値判定により、ある一定強度以上の周波数成分を抽出することにより行う。このようにして抽出された主要スペクトル成分のみを用いて下記の位相信号の推定を行う事により、電力スペクトルＰＮ（ω）に含まれていた不要信号成分やノイズ成分をカットすることができる。
【００５９】
次に、図９（ｃ）に示すように、電力スペクトルＰＮ（ω）の主要スペクトル成分から、反射波Ｗ２の位相信号を推定する。この推定は、下記式（５）を用いて行う。下記式（５）において、ｙｆ（ｔｉ）は電力スペクトルＰＮ（ω）の主要スペクトル成分から推定される位相信号（以下、推定信号）であり、Ａ（ω）は下記式（６）により表される。
【００６０】
【数５】
2014160059.tif 000007
【００６１】
【数６】
2014160059.tif 000008
【００６２】
上記式（５）により求められる推定信号ｙｆ（ｔｉ）は、周波数に欠落部もなく等間隔に得られる。そこで、図９（ｃ）に示す推定信号ｙｆ（ｔｉ）を、図９（ａ）に示す元の位相信号としてのｙｉの不等間隔部分や欠落部分に埋め込む補間を行う（図９（ｄ）参照）。これにより、図９（ａ）に示す元の位相信号としてのｙｉの欠落部分や不等間隔部分が補間された等間隔位相信号ｙｉ’が得られる（Ｓ３５）。
【００６３】
その後、等間隔位相信号ｙｉ’を、逆フーリエ変換で、周波数空間から時間空間に変換することにより、図９（ｅ）に示すように、送信周波数が連続波又は等間隔であった場合に受信する反射波の電力スペクトルに相当する疑似反射波データＰＮ（ω）’が算出される（Ｓ４０）。
【００６４】
次に、対象物検出部４０が、対象物Ｔとの距離を推定する。具体的には、上述した疑似反射波データＰＮ（ω）’のスペクトルには、対象物Ｔによって反射された受信波を示す鋭いピークが現れるので、まず、このピークの位相φpeakをピーク検出処理等によって特定する。そして、このφpeakと、周波数ｆ１〜ｆｎの最小値ｆｍｉｎと最大値ｆｍａｘとの差分である周波数幅Δｆと、を用いて次式（７）により距離ｄを推定する。なお、図９（ｅ）に示す例では、疑似反射波データＰＮ（ω）’のスペクトルが複数のピークを有することから、複数の異なる距離にある対象物Ｔで電波Ｗ１が反射されていることが分かる。
【００６５】
【数７】
2014160059.tif 000009
【００６６】
なお、前記式（７）より、電波センサ１００の距離分解能ΔＲは、下記式（８）にて表される。ｃは光速を表す。下記式（８）から、Δｆが大きくなるほど距離分解能ΔＲが高くなる（小さくなる）ことが分かる。すなわち、一定以上の周波数幅Δｆを確保すれば、一定以上の距離分解能ΔＲが実現されるため、一定以上の精度で対象物Ｔとの距離を検出できることが分かる、
【００６７】
【数８】
2014160059.tif 000010
【００６８】
（２）第２の実施形態：
次に、第２の実施形態に係る電波センサについて説明する。第２の実施形態に係る電波センサは、送信部１０から電波Ｗ１を発射する前に、周波数ｆ１〜ｆｎにおける干渉波の有無を確認し、その帯域を回避する干渉波検出・回避処理（以下、ＤＡＡ（Ｄｅｔｅｃｔ  Ａｎｄ  Ａｖｏｉｄ）処理と記載する。）を行う点で、第１の実施形態に係る電波センサ１００と異なる。
【００６９】
図１０は、ＤＡＡ処理を説明する図である。なお、本実施形態に係る電波センサの構成は、上述した第１実施形態に係る電波センサ１００と同様であるため説明を省略し、以下では、第１の実施形態と同一の符号を用いて説明を行う。
【００７０】
ＤＡＡ処理では、まず、干渉波検出部としての制御部３０が、送信部１０による電波Ｗ１の出力を停止しつつ、図１０（ａ）に示すように、周波数範囲Ｒの全域に亘って所定の周波数間隔ｄ１で周波数を離散的に順次に変更しつつ、受信部２０に受信動作を行わせる。以下では、この受信動作を第１の干渉波検出動作を呼ぶことにする。この第１の干渉波検出動作を行う事により、周波数範囲Ｒの全域に亘って、大まかに干渉波の存在の有無をチェックできる。図１０（ｂ）に示す例では周波数ｆ１３を中心とするｄ１の範囲内にピークを有する干渉波が検出されている。
【００７１】
なお、ＤＡＡ処理においては、周波数範囲Ｒの最小周波数ｆｍｉｎや最大周波数ｆｍａｘに干渉波が検出される可能性もある。このとき、後述するように干渉波の検出された最小周波数ｆｍｉｎや最大周波数ｆｍａｘを避けて送信部１０の送信周波数の制御や受信部２０の受信周波数の制御を行うと、所望の距離分解能以上の距離分解能ΔＲを確保できなくなる可能性がある。そこで、最小周波数ｆｍｉｎにおいて干渉波が検出された場合、最小周波数ｆｍｉｎよりも低周波数側に範囲を広げてＤＡＡ処理を行って最小周波数ｆｍｉｎよりも低周波側において干渉波が検出されない周波数ｆｍｉｎ’を特定し、周波数制御データＤ１〜Ｄｍに対応付けられた周波数ｆ１〜ｆｎが周波数ｆｍｉｎ’を含むように、制御データＤを修正又は生成する。また、最大周波数ｆｍａｘにおいて干渉波が検出された場合、最大周波数ｆｍａｘよりも高周波数側に範囲を広げてＤＡＡ処理を行って最大周波数ｆｍａｘよりも高周波側において干渉波が検出されない周波数ｆｍａｘ’を特定し、周波数制御データＤ１〜Ｄｍに対応付けられた周波数ｆ１〜ｆｎが周波数ｆｍａｘ’を含むように、制御データＤを修正又は生成する。これにより、周波数制御データＤ１〜Ｄｍに対応付けられた周波数ｆ１〜ｆｎの最大値と最小値の差分であるΔｆが周波数範囲Ｒ以上となり、所望の距離分解能以上の距離分解能ΔＲを確保することができる。
【００７２】
次に、第１の干渉波検出動作において一定以上の受信強度が観測された周波数ｆ１３を含む周波数範囲Ｒよりも狭い周波数範囲Ｒ’で、図１０（ｃ）に示すように、所定の周波数間隔ｄ２（ｄ２＜ｄ１）で周波数を離散的に順次に変更しつつ受信動作を行う。以下では、この受信動作を第２の干渉波検出動作と呼ぶことにする。この第２の干渉波検出動作を行うことにより、図１０（ｄ）に示すように、干渉波の存在する周波数をより精密に特定することができる。なお、周波数範囲Ｒ’は本実施形態において第２の周波数範囲を構成する。
【００７３】
そして、必要に応じて、第２の干渉波検出動作において一定以上の受信強度が観測された周波数の近辺で、さらに狭い周波数間隔で周波数を離散的に順次に変更しつつ受信動作を行ってもよい。このように、徐々に受信範囲と周波数間隔を狭めつつ受信動作を行う事により、干渉波の存在する周波数を短時間且つ精密に特定することが出来る。
【００７４】
具体例を挙げると、例えば、周波数範囲Ｒが１ＧＨｚの場合、この１ＧＨｚの範囲を１００等分して１０ＭＨｚステップで受信動作を行う第１の干渉波検出動作を行う。次に、第１の干渉波検出動作において一定以上の受信強度のあった周波数を中心とする１０ＭＨｚの範囲を１００等分して１００ｋＨｚステップで受信動作を行う第２の干渉波検出動作を行う。そして、必要に応じて、第２の干渉波検出動作において行って以上の受信強度を観測した周波数を中心として、更に細かいステップで受信動作を行う。
【００７５】
ここで、各周波数における受信持続時間は、必要な周波数分解能に応じて決定する。すなわち、上述した出力持続時間と周波数広がりと同様の関係は、受信持続時間と周波数広がりにも成立するため、大雑把な周波数ステップ毎に干渉波の信号強度を特定したい場合は各周波数ステップでの受信持続時間を短くし、より細かい周波数ステップ毎に干渉波の信号強度を特定したい場合は各周波数ステップでの受信持続時間を長くする。
【００７６】
例えば、上述した第１の干渉波検出動作と第２の干渉波検出動作であれば、第１の周波数間隔ｄ１が第２の周波数間隔ｄ２よりも広いため、第１の干渉波検出動作における受信持続時間を第２の干渉波検出動作における受信持続時間よりも短くする。
【００７７】
また、各周波数における受信持続時間は、干渉波検出動作における周波数間隔よりも広い周波数広がりとなるように決定する。図１０（ａ）に示す第１の干渉波検出動作を例にとると、制御部３０は、各周波数ｆ１１，ｆ１２，ｆ１３，ｆ１４・・・での受信動作における周波数広がりがｄ１以上になるように受信持続時間を制御する。このとき、例えば、周波数ｆ１１での受信動作で受信される周波数範囲（周波数広がり）と、周波数ｆ１２での受信動作で受信される周波数範囲（周波数広がり）とで、例えば、その周波数広がりの裾野部分が重複することになる。すなわち、周波数ｆ１１と周波数ｆ１２の間に干渉波検出動作を行わない非検出範囲が発生しない。これにより、それぞれの干渉波検出動作において、干渉波の検出を行うべき周波数範囲Ｒや周波数範囲Ｒ’の全体を、漏れなく網羅的に探索することができる。
【００７８】
なお、上述したように、既占有周波数帯域でＤＡＡ処理を行う際は、ガードバンド等の不使用帯域について干渉波の検出を行うようにしてもよく、使用帯域については干渉波の検出を行わなくてもよい。例えば、不使用帯域の中でも、候補周波数ｆ１〜ｆｋの周辺のみでＤＡＡ処理を行うようにしてもよい。すなわち、ガードバンドの中心に周波数ｆ１〜ｆｎが設定されるのであれば、その周波数ｆ１〜ｆｎを含む一定の範囲内（例えば、ガードバンドの１０％程度）における干渉波の有無を検出すればよい。
【００７９】
以上のようにしてＤＡＡ処理を行って干渉波を検出すると、制御部３０は、制御データＤの複数の周波数制御データＤ１〜Ｄｍのうち、干渉のおそれがある周波数に対応する周波数制御データを避けて、送信部１０の送信周波数の制御や受信部２０の受信周波数の制御を行う。これにより、他の機器との衝突を回避できるため、別途にＤＡＡ回路を設けずに他の無線システムとの共存が可能となる。
【００８０】
また、ＤＡＡ処理の結果に応じて、制御部３０は、新たに制御データＤを生成したり既存の制御データＤを修正したりしてメモリ３１に記憶させてもよい。
【００８１】
これは、ＤＡＡ処理で検出される実際の不使用帯域は、実際の使用状況に応じて、既占有周波数帯を割り当てられた機器やサービスにおける使用規定／使用取り決め／使用計画上の不使用帯域からずれる可能性があるためである。例えば、移動体の無線通信に利用する周波数帯域では、移動体の移動速度に応じたドップラーシフトが発生するため、観測者側から見ると、使用規定／使用取り決め／使用計画とは異なる範囲や幅でガードバンドが現れる場合がある。
【００８２】
このような場合、ＤＡＡ処理で実際に検出された各不使用帯域に応じた適切な位置に中心周波数を設定するとともに、実際に検出された不使用帯域幅に応じた適切な周波数広がりを持つ出力持続時間を設定した制御データＤを生成してメモリ３１に記憶させることが望ましい。このように、ＤＡＡ処理の結果に応じた制御データＤとすることにより、電波センサ１００は、実際の使用状況に即した最適な中心周波数と出力持続時間で対象物の検出動作を行うこととなり、既占有周波数帯域を割り当てられた機器やサービスとの妨害、干渉、混信などの不具合を確実に回避することができる。
【００８３】
なお、実際の使用状況は、通常、経時的に変化するため、不使用帯域の範囲や幅の変動も経時的に変化する。従って、制御データＤの生成や修正は、一定時間以上継続的に繰り返し行ったＤＡＡ処理の結果を統計して作成した確率的な周波数使用状況に基づいて行う事が望ましい。
【００８４】
（３）第３の実施形態：
次に第３の実施形態に係る電波センサについて説明する。第３の実施形態に係る電波センサは、電波Ｗ１の回り込みの影響を回避するために、位相検波時に時間ゲート処理（レンジゲート処理）を行う点で、上述した第１の実施形態や第２の実施形態と異なる。なお、本実施形態に係る電波センサの構成は、上述した第１実施形態に係る電波センサ１００と同様であるため説明を省略し、以下では、第１実施形態と同一の符号を用いて説明を行う。
【００８５】
図１１は、本実施形態に係るレンジゲート処理を説明する図である。図１１（ａ）に示すように、反射波Ｗ２は、送信部１０が電波Ｗ１を発射してから対象物Ｔまでの距離に応じた時間Δｔだけ遅れて受信部２０に受信される。すなわち、送信部１０が周波数をｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４・・・と順次に変更しつつ発射した電波Ｗ１は、対象物Ｔまでの距離に応じた時間Δｔのタイムラグで、受信部２０にそれぞれ受信される。このとき、対象物Ｔ以外の対象物からも電波Ｗ１が反射されて受信部２０に到達する可能性が有る。
【００８６】
そこで、本実施形態では、対象物Ｔとの距離に応じて決まる時間内だけ各周波数の反射波Ｗ２の受信を行うべく、受信時間範囲を制限するレンジゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，・・・を設定している。レンジゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，・・・は、次のようなコンセプトで設定してある。
【００８７】
図１１（ｂ）に示すように、距離１０ｃｍの対象物からの反射波は送信部１０の発射から時間Δｔ１だけ遅れて時間Ｗ１０に受信され、距離２０ｃｍの対象物からの反射波は送信部１０の発射から時間Δｔ２だけ遅れて時間範囲Ｗ２０に受信され、距離３０ｃｍの対象物からの反射波は送信部１０の発射から時間Δｔ３だけ遅れて時間範囲Ｗ３０に受信され、距離４０ｃｍの対象物からの反射波は送信部１０の発射から時間Δｔ４だけ遅れて時間範囲Ｗ４０に受信され、距離５０ｃｍの対象物からの反射波は送信部１０の発射から時間Δｔ５だけ遅れて時間範囲Ｗ５０に受信され、距離６０ｃｍの対象物からの反射波は送信部１０の発射から時間Δｔ６だけ遅れて時間範囲Ｗ６０に受信され、距離７０ｃｍの対象物からの反射波は送信部１０の発射から時間Δｔ７だけ遅れて時間範囲Ｗ７０に受信される。各時間範囲Ｗ１０，Ｗ２０，・・・は、送信部１０における各周波数の電波の出力持続時間に等しい。すなわち、あるタイミングで送信部１０が発射した電波Ｗ１の反射波Ｗ２は、電波センサ１００と対象物の距離に応じて、受信部２０に到達する時間が変動する。
【００８８】
ここで、検出したい対象物Ｔが、電波センサ１００から約３０ｃｍ〜５０ｃｍの間で移動する場合、周波数ｆ１の反射波Ｗ２については、図１１（ｂ）に示す設定可能範囲Ｒｇ１の範囲内でレンジゲートＧ１を設定できるようにする。この設定可能範囲Ｒｇは、出荷時に設定しても良いし、電波センサ１００のユーザが設定できるようにしてもよい。
【００８９】
制御部３０は、先に対象物Ｔを検出した距離の履歴を記憶するメモリを備えており、この履歴に基づいて対象物Ｔの移動先を予測する。例えば、直近の履歴において、対象物Ｔが、・・・、３０ｃｍ、３２ｃｍ、３４ｃｍ、の順で検出されていれば、次に検出される距離は３６ｃｍと予測して、図１１（ｂ）に示すように、距離３６ｃｍの対象物からの反射波を受信する時間範囲Ｗ３６にレンジゲートＧ１を設定する。なお、動き予測の手法については、このような手法に限らず、公知の各種手法を適宜に用いればよい。
【００９０】
このように、本実施形態に係る電波センサによれば、レンジゲートの設定可能範囲Ｒｇ１を設定しつつ、対象物Ｔの動き予測に基づいてレンジゲートの設定範囲（図１１（ｂ）ではレンジゲートＧ１の範囲）を設定可能範囲Ｒｇ１の中で適宜に変更することにより、対象物Ｔの近くにある什器等からの反射波による影響を防止し、対象物Ｔの検出精度を向上することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０…送信部、１１…局部発振器、２０…受信部、２１…局部発振器、２２…位相検波器、３０…制御部、３１…メモリ、４０…対象物検出部、１００…電波センサ、１００ａ…電波センサ、１００ｂ…電波センサ、２００…表示装置、Ｒ…周波数範囲、Ｒ’…周波数範囲、Ｔ…対象物、Δｆ…周波数幅、Ａｔ１…アンテナ、Ａｔ２…アンテナ、Ｄ…制御データ、Ｄ１〜Ｄｍ…周波数制御データ、ＧＢ１…ガードバンド、ＧＢ２…ガードバンド、ＧＢ３…ガードバンド、Ｒ１…既占有周波数帯域、Ｒ２…既占有周波数帯域、Ｒ３…既占有周波数帯域、Ｒ４…既占有周波数帯域、Ｓｐ１…スペクトル、Ｓｐ２…スペクトル、Ｓｐ３…スペクトル、Ｓｐ４…スペクトル、Ｗ１…電波、Ｗ２…反射波、ｆ１〜ｆｋ…候補周波数、ｆ１〜ｆｎ…周波数
【図１】
2014160059.tif 000011
【図２】
2014160059.tif 000012
【図３】
2014160059.tif 000013
【図４】
2014160059.tif 000014
【図５】
2014160059.tif 000015
【図６】
2014160059.tif 000016
【図７】
2014160059.tif 000017
【図８】
2014160059.tif 000018
【図９】
2014160059.tif 000019
【図１０】
2014160059.tif 000020
【図１１】
2014160059.tif 000021