(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのマイクロ波周波数送信器（２）と、少なくとも１つのマイクロ波周波数受信器（１）とを備える、個人（４１）が携帯する少なくとも１つの物体を検出する装置であって、
前記送信器（２）および前記受信器（１）の周囲に配置されて、前記個人（４１）から前記装置までの距離を特定するレーザ遠隔計測器（２４）を備え、
前記受信器（１）が前記送信器（２）を中心として相対的な回転移動を行い、該送信器（２）が前記レーザ遠隔計測器（２４）により特定された距離に基づいて前記個人(４１)を含む平面に焦点合わせした信号を相対的な回転の円（４０）上の前記受信器（１）のいくつかの位置（ｊ）で前記個人（４１）に向けて送信し、該信号が物体の点（ｋ）で反射され、前記位置（ｊ）において前記受信器（２）により受信された前記信号が、処理手段（２３）に供給されて、レーダ画像（Ｉｍ（ｘ，ｙ））が形成されることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記送信器（２）が２つの偏波（５３、５４）で前記信号を送信し、物体の性質が、前記信号を反射した反射信号の前記偏波の関数として定義されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記送信器（２）がミリメートル周波数帯の信号を送信することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記送信器（２）が７７ＧＨｚの周波数の信号を送信することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記受信器（１）が、回転する円盤（５）に、前記円盤（５）の中心から所与の距離に取り付けられ、前記送信器（２）が実質的に前記円盤の前記中心に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記受信器（１）が、実質的に円盤（５）の前記中心に配置され、前記送信器（２）が、前記円盤の前記中心から所与の距離に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記円盤はレーザディスクの種類であることを特徴とする、請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記円盤はブラシレス同期モータ（２）により回転することを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記送信器（２）が、ガン型ダイオードを備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置（３０）を少なくとも２つ備えることを特徴とする、個人が携帯する物体を検出するシステム。
【請求項１１】
検出が行われる円内に分配された３つの装置（３０）を備えることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体を検出する装置に関する。本発明は特に、人物が携帯する武器または爆発物の検出に適用される。
【背景技術】
【０００２】
品物および人物のセキュリティには、潜在的にこれまで以上に多数かつより破壊的な脅威に対してこれまで以上に有効なツールが必要である。したがって、特に、武器または爆発物を検出するセキュリティ装置を、特に空港、駅、地下鉄の駅、会議場所、展示場所、裁判所、または大使館等の公共の場所に設置しなければならない。
【０００３】
既知の検出解決策は、特にＷ周波数帯内の電磁放射を捕捉する受動スキャナを使用する。スキャナは、熱画像を解析し、ユーザの画面上に検出された危険要素の場所を表示する。特に、人体は、検出対象物体の温度の関数として、この周波数帯内の大半の放射を伝搬させる。したがって、スキャナは、金属製、プラスチック製、セラミック製、または複合材料製であり、武器または爆発物の製造に使用されることが多い、異なる組成を有する物体との温度コントラストを検出することができる。これら物体は、人物の画像と大きな対照をなす。別の既知の解決策は、ホログラフィックプロセスに従って動作する能動電子スキャナである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような装置は、受動であれ能動であれ、コストがかかると共に、複雑である。したがって、特に、セキュリティ状況により、数百から数千もの機器が必要な公共の場所に、多数で設置することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一目的は、特に、１つまたは複数の２面角により表される物体を検出する装置の製造を可能にすることであり、上記装置は効率的かつ経済的である。したがって、本発明の趣旨は、少なくとも１つのマイクロ波周波数送信器と、少なくとも１つのマイクロ波周波数受信器とを備える、個人が携帯する少なくとも１つの物体を検出する装置であって、受信器が送信器を中心として相対的な回転移動を行い、相対的な回転の円上の受信器のいくつかの位置で個人に向けて信号が送信され、物体の点で反射され、それら位置で受信器により受信された信号が、処理手段に供給されて、レーダ画像が形成されることを特徴とする、装置である。
【０００６】
送信器は、例えば、２つの偏波で送信し、物体の性質は、反射信号の偏波の関数として定義される。送信源は例えば、ミリメートル周波数帯で送信する。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、上述したいくつかの装置を備える検出システムである。
【０００８】
本発明の他の特徴および利点が、添付図面に関して行われる以下の説明の助けにより、明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による装置を生成する原理の図である。
【図２ａ】本発明による装置の例示的な実施形態の断面図および正面図のそれぞれである。
【図２ｂ】本発明による装置の例示的な実施形態の断面図および正面図のそれぞれである。
【図３】本発明による装置に使用される送信器の例示的な実施形態である。
【図４】本発明による装置のパッケージの例である。
【図５】送信アンテナおよび受信アンテナの相対位置およびそれらに関連する偏波の図である。
【図６ａ】２面角または平面上で反射される場合の偏波の変更の図である。
【図６ｂ】２面角または平面上で反射される場合の偏波の変更の図である。
【図７】本発明による装置に使用される送受信モジュールの例示的な実施形態である。
【図８】本発明による装置内の受信器の回転により形成されるスキャナの動作原理の図である。
【図９ａ】検出中の横分解能および信号対雑音比のそれぞれの図である。
【図９ｂ】検出中の横分解能および信号対雑音比のそれぞれの図である。
【図１０】本発明によるいくつかの装置を使用する検出システムの例示的な実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明による装置を生成する原理を示す。この装置は、マイクロ波周波送信器２が配置された点を中心として回転するマイクロ波周波受信器１を備える。したがって、この装置は、送信ビーム４を中心として回転する受信ビーム３を生成する。
【００１１】
受信器１および送信器２の位置は、逆にしてもよい。この場合、送信ビームが中心点を中心として回転する。いずれの場合でも、送信器が回転して円上を移動し、受信器が固定点にあるか、それとも受信器が回転して円上を移動し、送信器が固定点にあるかに関わらず、送信器は、受信器に対して相対的な回転移動を有する。
【００１２】
受信器１は例えば、好ましくは低慣性モーメントを有する、回転移動するように構成された円盤５に取り付けられる。例えば、送信器２は、例えば自ら回転するように、円盤５の回転軸に取り付けられる。
【００１３】
図２ａおよび図２ｂのそれぞれは、本発明による装置の特定の例示的な実施形態の断面図および正面図を示す。円盤５は例えば、低慣性モーメントを有利なことに有する種類であるＤＶＤまたはレーザディスクの材料で作られる。その直径は例えば、２０〜６０ｃｍのオーダであり得る。直径は特に、受信器１から中心までの距離に依存する。
【００１４】
円盤５は従来通り、モータ２０により回転する。このモータは例えば、ブラシレス同期モータである。これは円盤上に取り付けられる。回転速度は、毎秒数回転から毎秒数十回転までであり得る。回転速度は、例えば、ホール効果センサまたはレーザセンサを使用して円盤の角度位置を感知して、閉ループ制御により制御し得る。電力は、電力供給ユニット２６によりモータ２０に供給される。
【００１５】
送信器２は例えば、パッチ型アンテナに結合されたガン型ダイオードを使用する。送信器２は例えば、Ｗ周波数帯内の２つの反転した円偏波に沿って送信する。受信器１は例えば、送信器２と同じ種類のアンテナを備える。
【００１６】
円盤５の中心近くの送信器近傍には例えば、後述する送信回路・受信回路２１が取り付けられる。これら回路は、受信信号をデジタル形式に変換するアナログ／デジタル変換器を備える。次に、デジタル形式に変換された受信信号は例えば、ＷｉＦｉ型の無線リンク２８を介して中央ユニット２３に送信され、中央ユニット２３は、受信信号の処理および解析のために必要な手段が装着されたコンピュータであり得る。
【００１７】
特定の実施形態では、この装置は、一方は例えば、円盤の周縁に配置され、他方はより中心近くに配置される、２つの受信器２を含み得る。これにより、特に、二次アンテナローブと一次ローブとの相関を失わせることにより、信号対雑音比を改良する効果を有するわずかに異なる観測角度が与えられる。スイッチが、２つの受信器のそれぞれの受信アンテナ間にリンクを提供して、一方または他方の受信器を使用できるようにする。
【００１８】
固定レーザ遠隔計測器２４が例えば、回転する円盤５の周囲に配置される。少なくとも３つのこれら遠隔計測器２４は従来通り、三角測量法により、送信器２および受信器１が配置された平面２５に対する、検出対象の物体を携帯し得る個人の距離の距離を計算できるようにする。この距離情報が分かると、送信器２および受信器１を備えたレーダ検出手段は、この距離に検出の焦点を合わせることができる。換言すれば、個人が配置された平面が特定され、次に、装置がこの平面に検出の焦点を合わせる。
【００１９】
個人が配置されたこの平面は、１ｍ〜数ｍの距離にあり得る。得られる精度は、１ｃｍ未満であり得る。遠隔計測器により得られる測定は例えば、無線リンク２９を介して処理手段２３に送信される。この距離は従来通り、三角測量法により得られる。
【００２０】
図３は、ガンダイオードに基づく送信器２の例示的な実施形態を示す。より詳細には、図３は、ガンダイオード３１により形成されるマイクロ波周波源を示す。ガンダイオードは、金属化パッチ３２上に実装され、電源に同時に繋がり、マイクロ波周波を伝搬する。したがって、トラックは、電源回路に接続されるように設計されたアーム３３と、マイクロ波周波出力信号を受信器に供給するアーム３４とを備える。トラックは、電源アーム上に、ダイオードにより生成されるマイクロ波周波が電源に伝搬しないようにする四分の一波アダプタをさらに備える。トラック３１は、円盤５上に実装される誘電基板３０に取り付けられる。
【００２１】
ガンダイオード３１は、電源アーム３３に接続された電気回路により供給される。この回路は例えば、導電性回転シールを介して電源ユニット２６に電気的に接続される。ガンダイオードに生成される電圧および電流はそれぞれ、例えば、１〜２ボルトおよび２００ミリアンペアのオーダである。
【００２２】
パッチ型の送信アンテナは偏波に沿って送信する。送信アンテナは、円盤５の、ガンダイオードを支持する基板３０の近傍に取り付けられる。４５°に向けられた線形偏波の連続ワイヤの３つのグリッドからなる偏波回転子が、この線形偏波を円偏波に変換する。受信アンテナの場合、パッチは、両偏波に沿って受信する。同じロータが、左旋円偏波であるか、それとも右旋円偏波であるかに応じて、２つの偏波のうちの一方に沿って入射円偏波を変換する。
【００２３】
図４は、本発明による検出装置に面した個人４１を示す。レーダ検出手段１、２が装備された円盤５は、正面がレードーム４２により閉じられ、電磁波を透過させるケース４０内に配置される。レーザ遠隔測定器２４は正面に設置される。ケースは平坦な正方形を有し、円盤５に必要な寸法に応じて、その厚さは５ｃｍのオーダであり得、その辺は２５〜５０ｃｍのオーダであり得る。
【００２４】
図５は、レーダ検出手段の相対位置を示す。送信器２はパッチアンテナ５２により表され、受信器１はパッチアンテナ５１により表される。各アンテナは、２つの偏波チャネル５３、５４を有する。２つのアンテナ５１、５２は同様の形状であり、同じ方向を向いた偏波チャネル５３、５４を有する。アンテナ５１、５２は、送信回路・受信回路２１に接続される。
【００２５】
図５の例では、右旋円偏波５５が、送信アンテナによりターゲットに送信され、次に、反射波が、左旋円偏波５６で受信アンテナにより受信される。反射表面の性質に応じて、偏波は反転してもよく、または反転しなくてもよい。本発明は、有利なことに、これを適宜利用する。特に、波が２面角により反射された場合、偏波は反転しないが、平面により生成される反射の場合には反転する。
【００２６】
図６ａは、２面角により反射される右旋円偏波５５の送信を示し、受信反射波は右旋円偏波５５を保持する。この場合、受信アンテナは、右旋円偏波チャネル５３で反射信号を受信する。
【００２７】
図６ｂは、平面６２により反射される右旋円偏波５５の送信を示し、反射波は、反転した左旋円偏波５７を有する。この場合、受信アンテナは、円偏波チャネル５４で反射信号を受信する。したがって、一方または他方のチャネルでの受信により、反射面の性質を検出することが可能である。
【００２８】
図７は、本発明による装置に使用可能な送受信モジュール２１の特定の実施形態を示す。
【００２９】
このモジュール２１は、例えば、７７ＧＨｚの周波数を供給する局所発振器７１を備える。受信モードでは、局所発振器は、第１のスイッチ７３を介してミキサ７２に接続される。この場合、受信信号は第２のスイッチ７４を介してミキサに向けられる。ミキサの出力は低雑音増幅器７５の入力に接続され、次に、この増幅器の出力信号は、デジタル変換後、中央ユニット２３に送信される。ビーム選択回路７６が送信アンテナ５２および受信アンテナ５２に接続される。モジュールは、特に、上記構成要素の制御、受信信号のアナログ／デジタル変換、および無線リンク２８を介しての中央ユニット２３へのデジタルデータの送信を実行する電子ユニットを備える。
【００３０】
図８は、検出される物体の形状を検出する、本発明による装置の動作を示す。提示は、受信器１が回転する場合で行われる。得られる結果は、送信器が回転する場合の結果と同じである。したがって、図８は、直径Ｄ＝２Ｒの円４０上を回転する受信器１を示す。円４０上の受信器１の２つの連続した位置間に角度ピッチΔαを定義する規則的な時間間隔Δｔで、信号が送信器２により送信される。
【００３１】
次に、円４０に沿って配置された１セットの受信器が、特にＳＡＲ型の適用例でのように時間的に再構成され、それにより、単純な形状の検出が可能になる。特に、検出された明点に基づいて、信号再構成が実行されて、特に小さな２面角を検出が可能になる。検出された２面角を構成する物の全体形状を常に再構成可能なわけではない場合であっても、本発明の実際の適用には問題ではない。特に、１つまたは複数の反射２面角の検出は、例えば、その２面角を携帯している個人のより徹底的な探索を開始する疑いを深刻に示すものとしてみなすことができる。
【００３２】
明点は、この場合、電磁波を反射する点または基本表面である。
【００３３】
図８は、送信信号の反射により、次に、円４０上の位置ｊにおいて受信器１により受信されることによる明点ｋの検出を示す。明点ｋは、送信源から距離ｒ１にあり、受信器から距離ｒ２にある。この点で送信された信号ｓｅは、振幅Ａおよび位相φにより定義され、したがって、ｓｅは以下の式により与えることができる。
Ｓｅ＝Ａｅｊφ    （１）
【００３４】
受信器２により受信される反射信号は、以下の位相シフトΔφを受ける。
【数１】
0005659437.tif 000002
式中、Ｋ＝２π／λであり、λは送信波の長さであり、ｆｄは回転している送信器のドップラー効果に対応し、ｔは時間である。ｆｄは、（２πＲＮ／λ）ｃｏｓθ（ｒ１）に等しく、Ｎは毎秒の回転数であり、θ（ｒ１）は、明点と受信点での円への接線との角度である。
【００３５】
受信信号の位相および振幅は、円４０の各受信点ｊで測定される。この測定は特に、送信の利得、送信信号の振幅Ａ、および受信器の利得の関数である。
【００３６】
上述したように、円偏波の使用により、点ｋでレーダ等位面ＳＥＲｊ，ｋにより反射される２つの偏波の解析が可能である。この解析は、例えば、ユニット２３に装着された処理手段により実行され、平坦な反射表面の２面角または３面体等の他の形状の区別を可能にする。２面角または不連続性は、特に物体の境界を区切るため、物体の識別を可能にする要素である。
【００３７】
検出は、送信源２が受信１と同じ場所に配置されていないため、バイスタティックである。点ｋに配置された物体要素は、ディスタティック（ｄｉｓｔａｔｉｃ）レーダ等位面ＳＥＲｊ，ｋを有する。この表面は偏波に依存する。その解析により、それが２面角であるか否かを定義することが可能である。検出は、表面ＳＥＲｊ，ｋの後方散乱図８１が受信器１が移動する円４０を覆う場合、より効率的である。
【００３８】
解析されるレーダ等位面ＳＥＲｊ，ｋは、数平方センチメートルから数十平方センチメートルのオーダである。レーダ等位面ＳＥＲｊ，ｋは、検出対象である物体の寸法を反映する。
【００３９】
したがって、検出されるこれら物体の寸法と同等である送信／受信システムの横分解能および被写界深度を得るために、本発明による装置の物理的な大きさを構成する必要がある。
【００４０】
図９ａは横分解能δを示す。この所要横分解能δに関して、横分解能δにより、上記円４０の直径Ｄが決まり、これは、回転する受信器１に結合された送信器２により形成される円スキャナ９１の焦点レンズの直径Ｄでもある。この分解能δは、以下の式により与えられ、直径Ｄの定義に寄与する。
【数２】
0005659437.tif 000003
Ｆは焦点距離である。
【００４１】
図９ｂは、検出信号９２、および明点が検出される場合に得られる、「クラッタ」の信号比とも呼ばれる信号対雑音比９３を示す。信号対雑音比は以下の式により定義される。
【数３】
0005659437.tif 000004
式中、Ａｄはドップラーアフィン（Ｄｏｐｐｌｅｒ  ａｆｆｉｎｅ）である。
【００４２】
被写界深度δｐの定義は、焦点レンズの寸法定義Ｄおよび検出可能な物体の最小厚ｅｍｉｎの定義にも寄与する。この被写界深度は以下の式により与えられる。
【数４】
0005659437.tif 000005
【００４３】
被写界深度δｐおよび個人、この場合、歩行者の速度はさらに、受信器１の回転速度ｖの決定に寄与する。
【００４４】
毎秒回転数単位の回転速度ＮＲは、以下の式により与えられる。
【数５】
0005659437.tif 000006
【００４５】
受信器２の位置ｊにおいて受信信号Ｓｊで測定された位相Ａｊおよび振幅Φｊは、回転によるドップラー効果による影響を受ける送信器１により送信される信号を反映する点ｋからの受信信号に寄与する。図８では、単一の点ｋが示される。この信号Ｓｊは、すべての点ｋに関して、以下の式により与えられる。
【数６】
0005659437.tif 000007
式中、
−ｅｘｐは指数関数であり、
−Ｇ＿ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｋは、点ｋに送信された信号の送信利得であり、
−Ｇ＿ｒｅｃｅｐｔｉｏｎｊは、位置ｊでの受信利得であり、
−ｒｊ，ｋは、送信波が移動し、次に、点ｋで反射されて受信器の位置ｊに届くまでの総距離であり、図８の例では、ｒｊ，ｋ＝ｒ１＋ｒ２であり、
−Ｋ＝２π／λは上述した通りであり、
−点ｋでのＳＥＲｊ，ｋは、上述したように受信器から見たディスタティックレーダ等位面であり、
−
【数７】
0005659437.tif 000008
は、解析円上の到来方向に対するベクトルと受信点の接線との間に形成される角度である。
【００４６】
所与の偏波、例えば、送信された右旋円偏波の信号Ｓｊが計算される。点ｋでの表面の性質に応じて、Ｓｊは、右旋または左旋の円偏波を含む。
【００４７】
２つの円偏波上の受信信号の解析により、ＳＥＲが平面に対応するか、それとも２面角に対応するかを判断することが可能である。平面または２面角という判断に基づいて、処理手段２３は、物体形状または形状の始まりを何とか再構成することができる。得られた形状情報は、いずれの場合であっても、例えば、物体の携帯者のより徹底した探索を示唆するのに十分なものである。２面角または不連続性の検出により、有利なことに、特に、危険物を検出することが可能である。特に、
−２面角および不連続性は、上述したように物体の境界を定義し、
−検出は、反転偏波により、クラッタの外部で実行され、
−逆行性は２面角の全部または部分である。
【００４８】
２〜４波長のオーダの検出２面角の寸法が、７７ＧＨｚの送信周波数によく適する。
【００４９】
処理手段における画像形成は、送信された信号のレプリカの統合により実行される。したがって、画像Ｉｍ（ｘ，ｙ）は以下の関係に従って得られる。
【数８】
0005659437.tif 000009
ｘおよびｙは、瞬間ｔでの焦点面内の点ｋの座標を表し、Ｎは回転数である。
【００５０】
Ｓｊ（ｔ）は、式（７）により計算されている。統合は、円のすべての位置ｊについて実行され、各成分Ｓｊ（ｔ）は、受信されたすべての信号のレプリカで乗算され、「ｒｅｐｌｉｃａ（ｘ，ｙ，ｔ）」項がこれらすべての信号の総合を形成する。信号のレプリカ、絶対値で同じであるが、逆になった位相を含む信号。ｃｏｓθで表される時間が、明点の位置に依存し、「空間色分け」に寄与し、それにより、よりよい分解能に寄与することに留意されたい。この空間分解能は、ドップラー信号をいくつかの分解能Ｎ１に統合することにより極めて顕著に改良される。
【００５１】
受信信号の位相は事前に未知である。こうして定義されたレプリカで乗算することにより、図９ｂに示すように検出信号をハイライトすることが可能である。
【００５２】
特にＳＡＲ型レーザでのような再構成画像Ｉｍ（ｘ，ｙ）は、検出された物体の全体図または部分図を与える。表示される形状に応じて、例えば、コンピュータ２３の画面に応じて、ユーザは、この物体を携帯している個人の調査を決定してもよく、決定しなくてもよい。
【００５３】
図１０は、上述したような本発明によるいくつかの装置を備えた検出システムを示す。このシステムは、例えば、保護エアロック内に装着される。このエアロックは、例えば、空港等のいくつかの種類の公共場所への入場を篩い分けるために設置することができる。このシステムは、例えば、ケース３０により表される３つの検出装置を備える。この装置は円内に、例えば均一に分配される。次に、検出がこれらケース間で実行され、個人に対する広範囲の検出が可能である。
【００５４】
個人４１は、速度ｖが上手く決定された、装置３０の間を通過するコンベアベルト１０１で運ぶことができる。有利なことに、本発明による検出では、個人が装置３０のところで停止または静止する必要がない。これにより、例えば、航空機の乗客といった連続した人の流れを監視することができる。
【図１】
0005659437.tif 000010
【図２ａ】
0005659437.tif 000011
【図２ｂ】
0005659437.tif 000012
【図３】
0005659437.tif 000013
【図４】
0005659437.tif 000014
【図５】
0005659437.tif 000015
【図６ａ】
0005659437.tif 000016
【図６ｂ】
0005659437.tif 000017
【図７】
0005659437.tif 000018
【図８】
0005659437.tif 000019
【図９ａ】
0005659437.tif 000020
【図９ｂ】
0005659437.tif 000021
【図１０】
0005659437.tif 000022