(57)【要約】画像マトリクスの生成は、複数の点を有する空間に関する往復時間マトリクスにアクセスするステップを有する。往復時間マトリクスは、信号が送信アンテナから点へ、更に受信アンテナへ伝わる推定往復時間を表す。空間の対象から反射された信号は、受信アンテナで受信される。以下のステップは、複数の点の少なくとも一部に対して、画像マトリクスを生成するよう繰り返される：複数の点の一部から点を選択するステップ；夫々の受信アンテナに関して、受信アンテナにより受信された信号の波形を定めて、往復時間マトリクスに従って、選択された点に対応する定められた波形の波形値を確認するステップ；及び選択された点に関して画像値を得るよう、選択された点の波形値を結合するステップ。画像マトリクスは、画像値から生成される。
2007536529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像マトリクスを生成する方法であって：
複数の信号の中の信号が１又はそれ以上の送信アンテナの中の送信アンテナから複数の点の中の点へ、更に１又はそれ以上の受信アンテナの中の受信アンテナへ伝わる推定往復時間を表す、前記複数の点を有する空間に関する往復時間マトリクスにアクセスするステップと；
前記空間の対象から反射され、各々前記１又はそれ以上の受信アンテナの中の対応する受信アンテナで受信される前記複数の信号を受信するステップと；
前記複数の点の少なくとも一部に対して、該一部の点の夫々の点に関して画像値を有する画像マトリクスを生成するよう：
前記一部の点の中の点を選択するステップ；
前記１又はそれ以上の受信アンテナの夫々の受信アンテナに対して：
前記１又はそれ以上の受信アンテナの中の受信アンテナにより受信された信号の波形を定めるステップ；及び
前記往復時間マトリクスに従って前記選択された点に対応する前記定められた波形の波形値を確認するステップ；
を繰り返すステップ；並びに
前記選択された点の画像値を生ずるよう前記選択された点の前記波形値を結合するステップ；
を繰り返すステップと；
前記画像値から前記画像マトリクスを生成するステップとを有する方法。
【請求項２】
前記往復時間マトリクスに従って前記選択された点に対応する前記定められた波形の波形値を確認するステップは：
前記選択された点及び前記受信アンテナに対応して前記推定往復時間に対応する前記定められた波形の波形点を決定するステップ；及び
該決定された波形点で前記波形の波形値を取得するステップ；
を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
各々波形の波形点に対応する複数の補正値を有するレンジ振幅補正マトリクスにアクセスするステップと、
前記複数の補正値に従って前記波形の前記波形点の前記波形値を調整するステップと、
によって前記波形の前記波形値をスケーリングするステップを更に有する請求項１記載の方法。
【請求項４】
夫々の波形に関して１又はそれ以上のバックグラウンド測定値を決定するステップと、
前記波形から前記１又はそれ以上のバックグラウンド測定値を減じるステップと、
によって前記波形のバックグラウンドを低減するステップを更に有する請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記複数の信号の中から複数の干渉信号を検出するステップと、
前記干渉信号を除去するステップと、
前記複数の信号の複数のパルスを増幅するステップと、
によって干渉を低減するステップを更に有する請求項１記載の方法。
【請求項６】
複数の連続画像マトリクスを生成するステップと、
平均画像マトリクスを生じて、静止目標を表示するよう前記連続画像マトリクスの画像値を平均化するステップと、
によって前記静止目標を表示するよう前記平均画像マトリクスを生成するステップを更に有する請求項１記載の方法。
【請求項７】
複数の連続画像マトリクスを生成するステップと、
２つの連続画像マトリクスの間の差を検出するステップと、
前記差に対応する前記連続画像マトリクスの部分を決定するステップと、
移動目標として前記部分を識別するステップと、
によって前記移動目標を識別するステップを更に有する請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記１又はそれ以上の送信アンテナ及び前記１又はそれ以上の受信アンテナのうちの少なくとも１つは、同軸空洞アンテナを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記１又はそれ以上の送信アンテナから前記複数の信号を送信するステップを更に有する請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の信号は、１又はそれ以上の偏向信号を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
画像マトリクスを生成するシステムであって：
複数の信号の中の信号が１又はそれ以上の送信アンテナの中の送信アンテナから複数の点の中の点へ、更に１又はそれ以上の受信アンテナの中の受信アンテナへ伝わる推定往復時間を表す、前記複数の点を有する空間に関する往復時間マトリクスを記憶するよう動作するメモリと；
各々対応する信号を受信するよう動作して、前記空間の対象から反射される前記複数の信号を受信するよう動作する１又はそれ以上の受信アンテナと；
前記複数の点の少なくとも一部に対して、該一部の点の夫々の点に関して画像値を有する画像マトリクスを生成するよう：
前記一部の点の中の点を選択するステップ；
前記１又はそれ以上の受信アンテナの夫々の受信アンテナに対して：
前記１又はそれ以上の受信アンテナの中の受信アンテナにより受信された信号の波形を定めるステップ；及び
前記往復時間マトリクスに従って前記選択された点に対応する前記定められた波形の波形値を確認するステップ；
を繰り返すステップ；並びに
前記選択された点の画像値を生ずるよう前記選択された点の前記波形値を結合するステップ；
を繰り返し；且つ
前記画像値から前記画像マトリクスを生成するよう動作する画像発生器と；
を有するシステム。
【請求項１２】
前記画像発生器は、更に、
前記選択された点及び前記受信アンテナに対応して前記推定往復時間に対応する前記定められた波形の波形点を決定することと、
該決定された波形点で前記波形の波形値を取得することとによって、
前記往復時間マトリクスに従って前記選択された点に対応する前記定められた波形の波形値を確認するよう動作可能であることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記画像発生器は、更に、
各々波形の波形点に対応する複数の補正値を有するレンジ振幅補正マトリクスにアクセスすることと、
前記複数の補正値に従って前記波形の前記波形点の前記波形値を調整することとによって、
前記波形の前記波形値をスケーリングするよう動作することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
前記画像発生器は、更に、
夫々の波形に関して１又はそれ以上のバックグラウンド測定値を決定することと、
前記波形から前記１又はそれ以上のバックグラウンド測定値を減じることとによって、
前記波形のバックグラウンドを低減するよう動作することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１５】
前記画像発生器は、更に、
前記複数の信号の中から複数の干渉信号を検出することと、
前記干渉信号を除去することと、
前記複数の信号の複数のパルスを増幅することとによって、
干渉を低減するよう動作することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１６】
前記画像発生器は、更に、
複数の連続画像マトリクスを生成することと、
平均画像マトリクスを生じて、静止目標を表示するよう前記連続画像マトリクスの画像値を平均化することとによって、
前記静止目標を表示するように前記平均画像マトリクスを生成するよう動作することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１７】
前記画像発生器は、更に、
複数の連続画像マトリクスを生成することと、
２つの連続画像マトリクスの間の差を検出することと、
前記差に対応する前記連続画像マトリクスの部分を決定することと、
移動目標として前記部分を識別することとによって、
前記移動目標を識別するよう動作することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１８】
前記１又はそれ以上の送信アンテナ及び前記１又はそれ以上の受信アンテナのうちの少なくとも１つは、同軸空洞アンテナを有することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１９】
前記複数の信号を送信するよう動作する前記１又はそれ以上の送信アンテナを更に有する請求項１１記載のシステム。
【請求項２０】
前記複数の信号は、１又はそれ以上の偏向信号を有することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項２１】
コンピュータ読み取り可能な媒体で具現化される、画像マトリクスを生成するロジックであって：
複数の信号の中の信号が１又はそれ以上の送信アンテナの中の送信アンテナから複数の点の中の点へ、更に１又はそれ以上の受信アンテナの中の受信アンテナへ伝わる推定往復時間を表す、前記複数の点を有する空間に関する往復時間マトリクスにアクセスし；
前記空間の対象から反射され、各々前記１又はそれ以上の受信アンテナの中の対応する受信アンテナで受信される前記複数の信号を受信し；
前記複数の点の少なくとも一部に対して、該一部の点の夫々の点に関して画像値を有する画像マトリクスを生成するよう：
前記一部の点の中の点を選択するステップ；
前記１又はそれ以上の受信アンテナの夫々の受信アンテナに対して：
前記１又はそれ以上の受信アンテナの中の受信アンテナにより受信された信号の波形を定めるステップ；及び
前記往復時間マトリクスに従って前記選択された点に対応する前記定められた波形の波形値を確認するステップ；
を繰り返すステップ；並びに
前記選択された点の画像値を生ずるよう前記選択された点の前記波形値を結合するステップ；
を繰り返し；且つ
前記画像値から前記画像マトリクスを生成するよう動作することを特徴とするロジック。
【請求項２２】
更に、
前記選択された点及び前記受信アンテナに対応して前記推定往復時間に対応する前記定められた波形の波形点を決定することと、
該決定された波形点で前記波形の波形値を取得することとによって、
前記往復時間マトリクスに従って前記選択された点に対応する前記定められた波形の波形値を確認するよう動作することを特徴とする請求項２１記載のロジック。
【請求項２３】
更に、
各々波形の波形点に対応する複数の補正値を有するレンジ振幅補正マトリクスにアクセスすることと、
前記複数の補正値に従って前記波形の前記波形点の前記波形値を調整することとによって、
前記波形の前記波形値をスケーリングするよう動作することを特徴とする請求項２１記載のロジック。
【請求項２４】
更に、
夫々の波形に関して１又はそれ以上のバックグラウンド測定値を決定することと、
前記波形から前記１又はそれ以上のバックグラウンド測定値を減じることとによって、
前記波形のバックグラウンドを低減するよう動作することを特徴とする請求項２１記載のロジック。
【請求項２５】
更に、
前記複数の信号の中から複数の干渉信号を検出することと、
前記干渉信号を除去することと、
前記複数の信号の複数のパルスを増幅することとによって、
干渉を低減するよう動作することを特徴とする請求項２１記載のロジック。
【請求項２６】
更に、
複数の連続画像マトリクスを生成することと、
平均画像マトリクスを生じて、静止目標を表示するよう前記連続画像マトリクスの画像値を平均化することとによって、
前記静止目標を表示するように前記平均画像マトリクスを生成するよう動作することを特徴とする請求項２１記載のロジック。
【請求項２７】
更に、
複数の連続画像マトリクスを生成することと、
２つの連続画像マトリクスの間の差を検出することと、
前記差に対応する前記連続画像マトリクスの部分を決定することと、
移動目標として前記部分を識別することとによって、
前記移動目標を識別するよう動作することを特徴とする請求項２１記載のロジック。
【請求項２８】
前記１又はそれ以上の送信アンテナ及び前記１又はそれ以上の受信アンテナのうちの少なくとも１つは、同軸空洞アンテナを有することを特徴とする請求項２１記載のロジック。
【請求項２９】
更に、前記１又はそれ以上の送信アンテナから前記複数の信号を送信するよう動作することを特徴とする請求項２１記載のロジック。
【請求項３０】
前記複数の信号は、１又はそれ以上の偏向信号を有することを特徴とする請求項２１記載のロジック。
【請求項３１】
画像マトリクスを生成するシステムであって：
複数の信号の中の信号が１又はそれ以上の送信アンテナの中の送信アンテナから複数の点の中の点へ、更に１又はそれ以上の受信アンテナの中の受信アンテナへ伝わる推定往復時間を表す、前記複数の点を有する空間に関する往復時間マトリクスにアクセスするための手段と；
前記空間の対象から反射され、各々前記１又はそれ以上の受信アンテナの中の対応する受信アンテナで受信される前記複数の信号を受信するための手段と；
前記複数の点の少なくとも一部に対して、該一部の点の夫々の点に関して画像値を有する画像マトリクスを生成するよう：
前記一部の点の中の点を選択するステップ；
前記１又はそれ以上の受信アンテナの夫々の受信アンテナに対して：
前記１又はそれ以上の受信アンテナの中の受信アンテナにより受信された信号の波形を定めるステップ；及び
前記往復時間マトリクスに従って前記選択された点に対応する前記定められた波形の波形値を確認するステップ；
を繰り返すステップ；並びに
前記選択された点の画像値を生ずるよう前記選択された点の前記波形値を結合するステップ；
を繰り返すための手段と；
前記画像値から前記画像マトリクスを生成するための手段と；
を有するシステム。
【請求項３２】
画像マトリクスを生成する方法であって：
複数の信号の中の信号が１又はそれ以上の送信アンテナの中の送信アンテナから複数の点の中の点へ、更に１又はそれ以上の受信アンテナの中の受信アンテナへ伝わる推定往復時間を表す、前記複数の点を有する空間に関する往復時間マトリクスにアクセスするステップと；
前記空間の対象から反射され、各々前記１又はそれ以上の受信アンテナの中の対応する受信アンテナで受信される前記複数の信号を受信するステップと；
前記複数の点の少なくとも一部に対して、該一部の点の夫々の点に関して画像値を有する画像マトリクスを生成するよう：
前記一部の点の中の点を選択するステップ；
前記１又はそれ以上の受信アンテナの夫々の受信アンテナに対して：
前記１又はそれ以上の受信アンテナの中の受信アンテナにより受信された信号の波形を定めるステップ；
前記波形に関して１又はそれ以上のバックグラウンド測定値を決定するステップと、前記波形から前記１又はそれ以上のバックグラウンド測定値を減じるステップとによって、前記波形のバックグラウンドを低減するステップ；
前記複数の信号の中から複数の干渉信号を検出するステップと、前記干渉信号を除去するステップと、前記複数の信号の複数のパルスを増幅するステップとを繰り返すことによって干渉を低減するステップ；
前記選択された点及び前記受信アンテナに対応して前記推定往復時間に対応する前記定められた波形の波形点を決定するステップと、該決定された波形点で前記波形の波形値を取得するステップとによって、前記往復時間マトリクスに従って前記選択された点に対応する前記定められた波形の波形値を確認するステップ；
各々波形の波形点に対応する複数の補正値を有するレンジ振幅補正マトリクスにアクセスするステップと、前記複数の補正値に従って前記波形の前記波形値を調整するステップとによって前記波形値をスケーリングするステップ；及び
前記選択された点の画像値を生ずるよう前記選択された点の前記波形値を結合するステップ；
を繰り返すステップ；並びに
前記画像値から前記画像マトリクスを生成するステップ；
を繰り返すステップと；
複数の第１の連続画像マトリクスを生成するステップと、平均画像マトリクスを生じて、静止目標を表示するよう前記第１の連続画像マトリクスの画像値を平均化するステップとによって、前記静止目標を表示するよう前記平均画像マトリクスを生成するステップと；
複数の第２の連続画像マトリクスを生成するステップと、２つの第２の連続画像マトリクスの間の差を検出するステップと、前記差に対応する前記第２の連続画像マトリクスの部分を決定するステップと、移動目標として前記部分を識別するステップとによって前記移動目標を識別するステップとを有し、
前記１又はそれ以上の送信アンテナ及び前記１又はそれ以上の受信アンテナのうちの少なくとも１つは、同軸空洞アンテナを有し、
前記複数の信号は、１又はそれ以上の偏向信号を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、画像システムの分野、更に具体的には、インパルス無線周波数信号による３次元画像に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダー画像装置は、例えば壁などの障害の背後にある対象を検出して、その対象の画像を生成するために使用されることがある。しかし、幾つかの既知のレーダー画像装置は、例えば３次元画像などの特定の形式の画像を生成することができない。更に、他の既知のレーダー画像装置は、例えば静止目標などの特定の目標を検出することができないことがある。一般的に、特定の画像を表示し、特定の目標を検出することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明に従って、画像生成のための先行技術に関連する欠点及び問題が、緩和又は除去されうる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施例に従って、画像マトリクスの生成方法は、離散点を有する空間に関する往復時間マトリクスにアクセスするステップを有する。前記往復時間マトリクスは、信号が送信アンテナから点へ、更に受信アンテナへ伝わる推定往復時間を表す。前記空間の対象から反射された信号が受信される。この場合に、夫々の信号は、対応する受信アンテナで受信される。以下のステップは、画像マトリクスを生成するよう、前記点の少なくとも一部に対して繰り返される：前記一部の点の中の点を選択するステップ；夫々の受信アンテナに対して、受信アンテナにより受信された信号の波形を定め、前記往復時間マトリクスに従って前記選択された点に対応する前記定められた波形の波形値を確認するステップ；及び前記選択された点の画像値を生ずるよう前記選択された点の前記波形値を結合するステップ。前記画像マトリクスは、前記画像値から生成される。
【０００５】
本発明のある実施例は、１又はそれ以上の技術的利点を提供しうる。一実施例の技術的な利点は、往復時間が３次元画像を生成するために使用されうることである。一実施例の他の技術的利点は、静止目標が検出されうることである。
【０００６】
本発明のある実施例は、前出の技術的利点のいずれも含まず、あるいは幾つか又は全てを含みうる。１又はそれ以上の他の技術的利点は、本願に含まれる図面、明細書及び特許請求の範囲から当業者には容易に理解されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明並びにその特徴及び利点の更に十分な理解のために、以下、それらについて添付の図面を参照して説明する。
【０００８】
本発明の実施例は、図面の図１から４を参照することにより最も良く理解される。図面において、同じ番号は、夫々の図の同一又は対応する部分に対して使用されている。
【０００９】
図１は、障害２８の背後に置かれた対象２４の３次元画像２２を生成する画像システム２０を有する環境１０を表す図である。概して、画像システム２０は、例えば無線信号などの信号を障害２８を介して対象２４へ送信する。画像システム２０は、対象２４から反射された信号を検出し、その信号の往復時間に従って対象２４の画像２２を生成する。
【００１０】
対象２４は、例えば無線周波数（ＲＦ）信号などの信号を反射することができる如何なる適切な形状又は大きさの如何なる適切な物体を有しても良い。対象２４は、例えば金属、非金属、又は金属及び非金属材料の組み合わせなどの如何なる適切な物質を有しても良い。対象２４の例は、例えば人間などの生物、例えば武器などの機械、他の適切な物体、又はそれらの如何なる組み合わせをも含む。
【００１１】
表される実施例に従って、対象２４は、実空間３０の内部に置かれている。実空間３０は、物理的領域を表すために、物理的領域にマッピングされた複数の点ｐｉを参照する。表される例では、実空間３０は、３次元の物理的領域を表すよう３次元を有するが、実空間３０は、２次元の物理的領域を表すよう２次元を有しても良い。表される実施例では、実空間３０の点ｐｉは、ｐｉ＝（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）として表され、点ｐｉに関して、概して立体である領域を表すために使用される。
【００１２】
障害２８は、その表面にぶつかる少なくとも幾つかの信号を通す如何なる適切な物質を有しても良い。障害２８の例は、壁、グラウンド材、衣類、又はそれらの如何なる組み合わせを有しても良い。
【００１３】
画像システム２０は、対象２４の画像２２を生成する。表される実施例に従って、画像システム２０は、アンテナシステム３６と、計算システム３８と、ディスプレイ４０とを有する。概して、アンテナシステム３６は、例えば無線周波数信号などの信号を障害２８を介して対象２４へ送信する。アンテナシステム３６は、対象２４から反射された信号を検出し、その反射信号を計算システム３８へ送る。計算システム３８は、ディスプレイ４０に対象２４の画像２２を形成するために使用される画像マトリクスを生成する。
【００１４】
一実施例に従って、アンテナシステム３６は、信号を送信するための１又はそれ以上の送信アンテナＴｊ（ｊ＝１，．．．，Ｊ）と、信号を受信するための１又はそれ以上の受信アンテナＲｋ（ｋ＝１，．．．．，Ｋ）とを有する。アンテナシステム３６は、例えば、複数の受信アンテナＲｋ及び１つの送信アンテナＴｊといったように、送信アンテナＴｊよりも多い受信アンテナＲｋを有しても良い。表される実施例に従って、アンテナシステム３６は、１つの送信アンテナＴ１と、３つの受信アンテナＲ１、Ｒ２及びＲ３とを有する。
【００１５】
アンテナシステム３６のアンテナは、例えば、本願で参照することにより援用される米国特許番号６，３５６，２４１号に開示される同軸空洞アンテナの実施例のような同軸アンテナを有しても良い。同軸空洞アンテナは、受信アンテナＲｋ間の結合を低減しうる。これは、高品質の画像再構成を提供しうる。アンテナシステム３６のアンテナは、平らな障害２８に近いアンテナの位置を可能にしうる、例えば平面構造のような、如何なる適切な構造で配置されても良い。
【００１６】
アンテナシステム３６は、能動モード又は受動モードで動作しうる。能動モードでは、アンテナシステム３６は、対象２４からアンテナシステム３６に反射されて戻る信号を放射する。受動モードでは、アンテナシステム３６は、対象２４から反射された信号を受信するのみで、信号を放射しない。受動モードは、方向検出目的のために使用されうる。
【００１７】
信号は、典型的な連続波レーダー波形に対して極めて短い存続時間のインパルス状波形を有する超広帯域無線周波数信号を有しても良い。信号は１から３ナノ秒のパルスを有しても良い。超広帯域は、少なくとも２５％の相対帯域幅を有するよう決定される。例えば、波形が１ギガヘルツの中心周波数を有する場合には、帯域幅は少なくとも２５０メガヘルツである。信号は、低いパルス繰り返し率を伴って高出力で、又は高いパルス繰り返し率を伴って低出力で放射されても良い。
【００１８】
アンテナは、様々な方向で信号を偏向しうる。信号は、垂直又は水平な対象を検出するよう夫々垂直又は水平に偏向されうる。信号は、様々な方向で信号を反射する対象を検出するよう、又はマルチパス効果を低減するよう、多方向に偏向されうる。
【００１９】
計算システム３８は、アンテナシステム３６により受信された信号の波形を処理して、画像２２を生成し、図３を参照して説明される方法に従って動作しうる。表される実施例に従って、計算システム３８は、図１に示されるように結合されたインターフェース（ＩＦ）５０と、処理装置５２と、メモリ５４と、画像生成器５６とを有する。インターフェース５０は、データを送受信する。本明細書で用いられるように、用語「インターフェース」は、当該装置に対する入力を受信し、当該装置からの出力を送信し、あるいは受信及び送信の両方を行うよう動作可能な装置の如何なる適切な構造をも呼び、１又はそれ以上のポートを有しうる。
【００２０】
処理装置５２は、計算システム３８の動作を管理し、如何なる適切なハードウェア、ソフトウェア、他のロジック、又はこれらの如何なる組み合わせを有しても良い。本明細書で用いられるように、用語「処理装置」は、演算を行うよう命令を実行して、データを扱うよう動作可能な如何なる適切な装置をも呼ぶ。処理装置の例は、デジタル信号処理装置及びフィールドプログラマブル・ゲートアレイを含む。
【００２１】
メモリ５４は、処理装置５２により使用される情報を記憶し、その検索を容易にする。本明細書で用いられるように、用語「メモリ」は、処理装置により使用される情報を記憶し、その検索を容易にするよう動作可能な如何なる構造をも呼び、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気ドライブ、ディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）ドライブ、リムーバブルメディア記憶装置、如何なる他の適切なデータ記憶装置、又はこれらのいずれかのものの組み合わせを有しても良い。
【００２２】
画像生成器５６は、信号の往復時間に従って、対象２４の画像２２に関して画像マトリクスを生成する。往復時間ｒｔｔｊｋ（ｐｉ）は、信号が送信アンテナＴｊから実空間の点ｐｉへ、更に受信アンテナＲｋへと伝わるために要する時間を呼ぶ。送信時間ａｊ（ｐｉ）は、信号が送信アンテナＴｊから点ｐｉへと伝わるために要する時間を呼び、受信時間ｒｋ（ｐｉ）は、信号が点ｐｉから受信アンテナＲｋへ戻るために要する時間を呼ぶ。従って、信号が送信アンテナＴｊから点ｐｉへと伝わって、受信アンテナＲｋへと戻るための往復時間ｒｔｔｊｋ（ｐｉ）は、ａｊ（ｐｉ）＋ｒｋ（ｐｉ）に等しい。送信アンテナＴｊが１つしかない場合には、送信時間はａ（ｐｉ）と書かれても良く、往復時間ｒｔｔｊｋ（ｐｉ）はａ（ｐｉ）＋ｒｋ（ｐｉ）である。
【００２３】
往復時間マトリクスは、往復時間ｒｔｔｊｋ（ｐｉ）を記録するマトリクスを呼ぶ。往復時間マトリクスの入力ＲＴＴ（ｐｉ）は、点ｐｉに関して、アンテナシステム３６の夫々の送信アンテナＴｊ及び夫々の受信アンテナＲｋに関する往復時間を記録しうる。送信アンテナＴｊが１つしかない場合には、入力ＲＴＴ（ｐｉ）は、点ｐｉに関して、アンテナシステム３６の夫々の受信アンテナＲｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）に関する往復時間を記録しうる。例えば、入力ＲＴＴ（ｐｉ）は、Ｋタプル（Ｋ−ｔｕｐｌｅ）＜ｒｔｔ１（ｐｉ），．．．，ｒｔｔＫ（ｐｉ）＞として書かれても良い。
【００２４】
往復時間は、画像２２に関する画像マトリクスを生成するために使用されても良い。画像マトリクスは、仮想空間６０の少なくとも幾つかの点ｐｉに関する画像値を含むマトリクスを呼ぶ。画像値は、画像２２を生成するために使用される１又はそれ以上のパラメータの１又はそれ以上の値を呼ぶ。パラメータは、例えば、輝度、瞬時周波数、偏向、他のパラメータ、又はそれらの如何なる組み合わせを有しても良い。画像マトリクスは、数マイクロ秒から数秒までの時間期間のような特定の時間期間の間に生成されうる。連続した時間期間の画像マトリクスは、対象２４の連続画像２２を表示するために使用されうる。
【００２５】
画像値は、波形の波形値から決定されても良い。波形値は、波形の振幅又は他の適切な値を参照しうる。点ｐｉに関する画像値は、点ｐｉの往復時間ｒｔｔ（ｐｉ）に従って点ｐｉに対応する波形値から決定されうる。例えば、波形が時間ｔ＝ｔ０で送信される場合に、時間ｔ＝ｔ０＋ｒｔｔ（ｐｉ）での波形値は点ｐｉに対応する。点ｐｉに関する波形が１よりも多い場合には、波形の波形値は、点ｐｉに関して画像値を決定するよう結合されうる。波形値は、点ｐｉに関して画像値を得るよう、例えば、それらを掛け合わせること又は足し合わせることによって結合されうる。
【００２６】
計算システム３８は、例えば信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善しうる他の演算を行っても良い。第１の例として、計算システム３８は、信号の異なる往復時間に起因して、波形振幅の差を補償するよう波形を調整しうる。一実施例に従って、計算システム３８は、レンジ振幅補正マトリクスに従って波形を調整しても良い。レンジ振幅補正マトリクスは、波形の波形点に関するレンジ振幅補正値を含む。レンジ振幅補正値は、波形振幅の差を補償するよう波形点を補正するために使用される値を呼ぶ。例えば、波形点の振幅値は、振幅を補正するようレンジ振幅補正値を乗じられても良い。レンジ振幅補正値ｒａｃｊｋ（ｐｉ）は、送信アンテナＴｊから点ｐｉへ送信されて、受信アンテナＲｋにより受信される信号の波形を補正するために使用されても良い。送信アンテナが１つである場合には、レンジ振幅補正値は、ｒａｃｋ（ｐｉ）と書かれても良い。
【００２７】
他の例として、画像生成器５６は、送信器−受信器結合を低減又は除去するよう波形からバックグラウンドを低減又は減算しても良い。バックグラウンドは、例えば、対象を含まない、又は目的とする対象を含まない空間のような、空の実空間３０を表す。バックグラウンド測定値は、バックグラウンドを低減又は減算するよう受信波形から引き算されても良い。バックグラウンド測定値は、画像システム２０の最初の較正の間に実行されて、画像システム２０の周期的な較正により更新されうる、バックグラウンドのみから成る測定値を呼ぶ。
【００２８】
更なる他の例として、画像生成器５６は、例えば、狭帯域干渉などの干渉を抑制しうる。干渉は、干渉信号を検出して、その干渉信号を除去して、信号のパルスを増幅することにより抑制されうる。一実施例に従って、狭帯域干渉は、ウィンドウ高速フーリエ変換により周波数領域へと波形を変換することにより抑制されうる。狭帯域ピークは、消去又は除去されうる。次に、波形は、逆高速フーリエ変換により時間領域へと逆変換されうる。更なる他の例として、画像生成器５６は、波形を平均化しても良い。これは、最終画像を改善しうる。画像生成器５６は、例えば１０から１００の波形といった、如何なる適切な数の波形をも平均化しうる。
【００２９】
更なる他の例として、画像生成器５６は、静止目標及び移動目標の両方、静止目標のみ、又は移動目標のみを表示する画像マトリクスを生成しても良い。静止目標及び移動目標は、連続画像マトリクスから連続画像２２を生成することにより表示されうる。静止目標は、例えば５から１００の画像といった、如何なる適切な数の画像マトリクスをもまとめて平均化することにより、又は、例えば０．９より大きいα値を有する低域通過フィルタのようなαフィルタを用いることにより表示されても良い。その場合に、結果として得られる画像マトリクスは、画像２２を生成するために使用されうる。
【００３０】
移動目標は、連続する時間期間の画像マトリクスの間の差を計算することにより識別されうる。連続画像マトリクスで異なる位置を有する画像２２は、移動していると特定されうる。位置の差は、移動していると見なされる閾値を満足することが必要とされうる。移動目標の画像２２が表示されうる。
【００３１】
インターフェース５０、処理装置５２、メモリ５４及び画像生成器５６は、特定の必要性に従って一体化又は分離をなされうる。例えば、本発明は、例えばコンピュータなどの単一装置により供給される処理装置５２及びメモリ５４の両方の機能を意図する。インターフェース５０、処理装置５２、メモリ５４、又は画像生成器５６のいずれかが分離される場合に、別個の要素は、バス又は他の適切なリンクを用いて結合されても良い。
【００３２】
ディスプレイ４０は、対象２４の画像２２を表示する。ディスプレイ４０は、例えば、コンピュータスクリーン、ゴーグル型ディスプレイ、又は他の適切な表示装置を有しても良い。表される実施例では、ディスプレイ４０は、３次元画像２２を表示するよう動作可能な２次元スクリーンを有する。表される実施例に従って、画像２２は、対象２４が置かれるところの実空間３０に対応する仮想空間６０に示される。仮想空間６０の点ｐｉは、実空間３０の点ｐｉに対応する。画像２２は、如何なる適切な方法で表されても良い。例として、画像２２は、画像２２の異なる様子を表示するために、３次元空間で回転されても良い。他の例として、特定の偏向の波形から生成された画像２２が表示されても良い。
【００３３】
画像システム２０は、如何なる適切な実施例で配置されても良い。例えば、画像システム２０は、持ち運び可能であるよう、より小さな形で配置されても良く、あるいは、建築物に位置付けられるよう、より大きな形で配置されても良い。実施例が、図２A及び２Bを参照して説明される。
【００３４】
例えば変形、付加若しくは削除といった変更又は置換は、本発明の適用範囲から逸脱しない範囲で画像システム２０に対して行われても良い。画像システム２０は、より多くの、又はより少ない、又は他のモジュールを有しても良い。例えば、画像生成器５６の動作は、１よりも多いモジュールにより実行されても良い。更に、画像システム２０の動作は、ソフトウェア、ハードウェア、他のロジック、又はそれらの如何なる適切な組み合わせにより行われても良い。本明細書で用いられるように、「夫々」は、セットの夫々の部材、又はセットの一部の夫々の部材を呼ぶ。
【００３５】
図２Ａ及び２Ｂは、例となる画像システム７０を表す。図２Ａは、信号が放射されて、受信される装置７０の一方の側を表す。システム７０は、示されるように結合された送信アンテナ７２と、受信アンテナ７４と、波源７８と、計算システム８０と、筐体８２とを有する。
【００３６】
波源７８は、例えば超広帯域無線周波数信号などの信号を生成しうる。波源７８は、例えば、立ち上がり時間が７０ピコ秒であって、９から３０ボルトの超広帯域供給源を有しても良い。送信アンテナ７２は、対象２４から反射されて、受信アンテナ７４により受信される信号を送信する。送信アンテナ７２及び受信アンテナ７４は、例えば、同軸アンテナを有しても良い。
【００３７】
計算システム８０は、反射信号から画像２２を生成するよう動作し、図３を参照して説明される方法に従って動作しうる。表される実施例に従って、計算システム８０は、示されるように結合された処理装置９０と、デジタイザー９２と、無線周波数部品９４と、電力分配器９６とを有する。デジタイザー９２は、夫々のアンテナから波形を捕らえるようマルチチャネルデジタイザーを有しても良い。無線周波数部品９６は、多段式の低雑音超広帯域無線周波数増幅器を有しても良い。筐体８２は、システム７０の部品を保持するよう作用する。筐体８２については、図２Ｂを参照して更に詳細に説明する。
【００３８】
図２Ｂは、システム７０の斜視図を表す。筐体８２は、システム７０の部品を保持することができる如何なる適切な材料を有しても良い。例えば、筐体８２は、グラスファイバーを有しても良い。信号が送受信される筐体８２の部分は、送信アンテナ及び受信アンテナが夫々信号を送信及び受信することを可能にするよう、それらのアンテナを露出しうる。代替的に、又は更に、筐体８２は、信号が通過する物質によりアンテナを覆っても良い。
【００３９】
例えば変形、付加若しくは削除といった変更又は置換は、本発明の適用範囲から逸脱しない範囲で画像システム７０に対して行われても良い。画像システム７０は、より多くの、又はより少ない、又は他のモジュールを有しても良い。更に、画像システム７０の動作は、ソフトウェア、ハードウェア、他のロジック、又はそれらの如何なる適切な組み合わせにより行われても良い。
【００４０】
図３は、図１のシステム１０と共に使用されうる画像生成方法の一実施例を表すフローチャートである。当該方法はステップ１００で開始する。ステップ１００では、往復時間マトリクス及びレンジ振幅補正マトリクスがアクセスされる。往復時間マトリクスは、信号が送信アンテナＴｊから実空間３０の点ｐｉへ送られて、受信アンテナＲｋへと戻るために要する往復時間ｒｔｔｊｋ（ｐｉ）を記録するマトリクスを呼ぶ。レンジ振幅補正マトリクスは、波形の夫々の波形点に関するレンジ振幅補正値を有する。
【００４１】
信号は、ステップ１０４で、送信アンテナＴｊにより送信される。信号は、障害２８を介して対象２４へ送られ、アンテナシステム３６へ戻るよう反射される。受信アンテナＲｋは、ステップ１０８で反射信号を受信する。信号を表す波形は、計算システム３８へと送られる。例となる波形は、図４に表される。
【００４２】
図４は、受信アンテナにより受信された例となる波形９０を表す。表される実施例に従って、受信アンテナＲ１は波形９０ａを受信し、受信アンテナＲ２は波形９０ｂを受信し、受信アンテナＲ３は波形９０ｃを受信する。波形９０は、単なる例として示されており、本発明の適用範囲を狭める意図はない。
【００４３】
再び図３を参照すると、計算システム３８の画像生成器５６は、ステップ１１２で、波形からバックグラウンドを減じうる。バックグラウンド測定値は、バックグラウンドを減じるよう波形から引き算される。干渉は、ステップ１１６で抑制されうる。狭帯域干渉は、ウィンドウ高速フーリエ変換により波形を周波数領域に変換して、狭帯域ピークを除去し、次に、逆高速フーリエ変換により波形を時間領域へと逆変換することにより抑制されうる。夫々の点ｐｉの波形は、更なる干渉を除去するよう平均化されうる。波形は、ステップ１２４で、レンジ振幅補正マトリクスに従って調整される。レンジ振幅補正マトリクスは、レンジの差を補償するよう波形点の振幅を補正するために用いられるレンジ振幅補正値を有する。
【００４４】
空間３０の点ｐｉは、ステップ１２８で選択される。選択された点ｐｉに対応する波形値は、往復時間マトリクスに従って、ステップ１３２で確認される。例えば、波形が時間ｔ＝ｔ０で送信される場合に、時間ｔ＝ｔ０＋ｒｔｔ（ｐｉ）での波形値は点ｐｉに対応する。波形値は、選択された点ｐｉに関して画像値を得るよう、ステップ１３４で結合される。波形値は、値を掛け合わせることにより結合されうる。
【００４５】
画像値は、ステップ１４０で画像マトリクスに格納される。画像マトリクスは、画像２２を生成するために用いられる夫々の点ｐｉに関する画像値を有しうる。ステップ１４４で画像空間３０の次の点ｐｉが存在する場合には、当該方法は、次の点ｐｉを選択するようステップ１２８へ進む。ステップ１４４で次の点ｐｉが存在しない場合には、当該方法はステップ１５０へ進む。
【００４６】
表示オプションがステップ１５０で選択される。画像２２は、如何なる適切な方法で表示されても良い。例えば、静止目標及び移動目標の両方、静止目標のみ、又は移動目標のみが表示されても良い。静止目標及び移動目標の両方が表示されるべき場合には、当該方法は、静止目標及び移動目標のプロシージャーを実行するようステップ１５２へ進む。静止目標及び移動目標の画像２２は、連続画像マトリクスから生成される。
【００４７】
静止目標のみが表示されるべき場合には、当該方法は、静止目標プロシージャーを実行するようステップ１５４へ進む。静止目標は、適切な数の画像マトリクスをまとめて平均化して、平均化された画像マトリクスから画像を生成することにより表示されうる。移動目標のみが表示されるべき場合には、当該方法は、移動目標プロシージャーを実行するようステップ１５６へ進む。移動目標は、連続画像マトリクスで異なる位置を有する画像２２を決定することにより識別される。次に、移動目標は表示されうる。画像２２は、ステップ１６０でディスプレイ４０により表示される。画像２２を表示後、当該方法は終了する。
【００４８】
例えば変形、付加又は削除といった変更又は置換は、本発明の適用範囲から逸脱しない範囲で当該方法に対して行われても良い。当該方法は、より多くの、又はより少ない、又は他のステップを有しても良い。更に、ステップは、本発明の適用範囲から逸脱しない範囲で如何なる適切な順序で実施されても良い。
【００４９】
本発明のある実施例は、１又はそれ以上の技術的利点を提供しうる。一実施例の技術的な利点は、往復時間が３次元画像を生成するために使用されうることである。一実施例の他の技術的利点は、静止目標が検出されうることである。
【００５０】
本開示は、特定の実施例と、概して関連する方法とに関して記載されてきたが、これらの実施例及び方法の変更及び置換は当業者には明らかである。従って、上記実施例の説明は、本開示を定義又は制限しない。他の変更、置換、及び変形は、また、特許請求の範囲によって定義される本開示の精神及び適用範囲から逸脱しない範囲で可能である。
【００５１】
特許請求の範囲を解釈する際に、本願に係る如何なる特許の如何なる読み手及び特許庁の助けとなるよう、出願人は、語「手段」又は「ステップ」が特定の請求項で使用されない限り、特許請求の範囲のいずれの請求項も、本願の出願日に存在する米国特許法合衆国法典第３５巻１１２章６項を行使するよう意図していないことに留意されることを望む。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】障害の背後に置かれた対象の画像を生成する画像システムの一実施例を含む環境を表す図である。
【図２Ａ】例となる画像システムの一方の側を表す。
【図２Ｂ】例となる画像システムの斜視図を表す。
【図３】図１の画像システムとともに使用される画像生成方法の一実施例を表すフローチャートである。
【図４】受信信号の例となる波形を表す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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