(57)【要約】  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。
2015029339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９４９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（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。
【００１６】
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）。
【００１７】
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）。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
以下、本開示の実施の形態を説明する。
【００３２】
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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
以下、各構成について、説明する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
図２は、ＤＤＯＡ法の原理について説明するための図である。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
［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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
［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。
【００９２】
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。
【００９３】
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）。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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）。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
［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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
【数１】
2015029339.tif 000003
【０１１３】
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。
【０１１４】
【数２】
2015029339.tif 000004
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
【数３】
2015029339.tif 000005
【０１１９】
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。
【０１２０】
【数４】
2015029339.tif 000006
【０１２１】
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。
【０１２２】
【数５】
2015029339.tif 000007
【０１２３】
これにより、消去プロセスの１ステップはＲｉ・Ｇｉ・ｘとなる。
【０１２４】
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。
【０１２５】
【数６】
2015029339.tif 000008
【０１２６】
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。
【０１２７】
【数７】
2015029339.tif 000009
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
【数８】
2015029339.tif 000010
【０１３１】
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。
【０１３２】
【数９】
2015029339.tif 000011
【０１３３】
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。
【０１３４】
【数１０】
2015029339.tif 000012
【０１３５】
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。
【０１３６】
【数１１】
2015029339.tif 000013
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
［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。
【０１４０】
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）。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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）。
【０１４３】
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）。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
［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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
（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。
【０１５１】
［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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
［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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
（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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
（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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
（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。
【０１７８】
（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。
【０１７９】
（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。
【０１８０】
（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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
（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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
以下、各構成について、説明する。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
（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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【実施例】
【０２２１】
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。【０２２２】
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。【０２２３】
（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。【０２２４】
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。【０２２５】
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。【０２２６】
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。【０２２７】
（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。【０２２８】
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。【０２２９】
（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。【０２３０】
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。
【産業上の利用可能性】
【０２３１】
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。
【符号の説明】
【０２３２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図７Ａ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１８】
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【図６Ｂ】
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【図７Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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