(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の計測期間内で時間経過に伴って周波数が変化する電波を対象空間に放射し、かつ前記対象空間から電波を受信する検知部と、
複数の前記計測期間それぞれにおいて、放射した電波に相当する信号と受信した電波に相当する信号との周波数差の情報を含むセンサ信号に基づいて前記対象空間に存在する物体までの距離を計測する処理部とを備え、
前記処理部は、
複数の前記計測期間それぞれで得られるセンサ信号から背景信号が含む情報を除去した後に前記対象空間に存在する物体までの距離を計測する機能を有しており、
前記背景信号は、前記対象空間に存在する物体が継続して静止しているとみなされる場合、前記物体が静止しているとみなされる時間の経過に伴って、当該物体の情報を前記センサ信号から除去する割合を高めるように定められていて、
前記処理部は、
複数の前記計測期間それぞれで得られる前記センサ信号から前記背景信号の情報を除去する第１処理部と、
複数の前記計測期間それぞれで得られる前記センサ信号の相互間で静止している物体の情報を除去する第２処理部と、
前記第１処理部の出力から得られる情報と前記第２処理部の出力から得られる情報とから対象となる物体の条件を満たす情報を選択する選択部とを備える
ことを特徴とする電波センサ。
【請求項２】
前記背景信号は、複数の前記計測期間それぞれで得られるセンサ信号と、所定回前の計測期間に求めた過去の背景信号との加重和である
請求項１記載の電波センサ。
【請求項３】
前記加重和において、前記過去の背景信号に対する重み係数は、前記センサ信号に対する重み係数よりも大きく、２つの前記重み係数の和が１である
請求項２記載の電波センサ。
【請求項４】
前記背景信号は、前記対象空間に存在する物体が継続して静止しているとみなされる期間が所定の保留期間に達した後は、前記物体の情報を前記センサ信号から除去するように定められる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電波センサ。
【請求項５】
前記処理部は、
前記第１処理部の出力の周波数成分に補正係数を乗じる計算部をさらに備え、
この補正係数は、前記背景信号の周波数成分のパワーまたは振幅値が大きいほど小さい値となるように定められている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電波センサ。
【請求項６】
前記センサ信号は、前記検知部が放射した電波に相当する信号と受信した電波に相当す
る信号とを混合した時間領域の信号であって、
前記第１処理部と前記第２処理部とは、静止している物体の情報を時間領域において除去するように構成されている
請求項５記載の電波センサ。
【請求項７】
前記センサ信号は、前記検知部が放射した電波に相当する信号と受信した電波に相当する信号とを混合した後に周波数分析を行った周波数領域の信号であって、
前記第１処理部と前記第２処理部とは、静止している物体の情報を周波数領域において
除去するように構成されている
請求項５記載の電波センサ。
【請求項８】
前記センサ信号は、
前記検知部が放射した電波に相当する信号と受信した電波に相当する信号とを混合した時間領域の信号と、前記検知部が放射した電波に相当する信号と受信した電波に相当する信号とを混合した後に周波数分析を行った周波数領域の信号とであって、
前記第１処理部は、静止している物体の情報を時間領域において除去するように構成されており、前記第２処理部は、静止している物体の情報を周波数領域において除去するように構成されている
請求項５記載の電波センサ。
【請求項９】
前記処理部は、
前記周波数差から前記物体までの距離に相当する距離データを複数の前記計測期間それぞれにおいて求める距離処理部と、
複数の前記計測期間それぞれで求めた複数の前記距離データと前記計測期間の長さとから前記物体の速度に相当する速度データを求める速度処理部とをさらに備え、
前記速度処理部は、前記距離データの時系列に基づいて真値に近づくようにばらつきを抑制した修正距離データを求め、かつ前記修正距離データを用いて速度データを求めるように構成されている
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電波センサ。
【請求項１０】
前記処理部は、
前記速度処理部が同時刻に複数の修正距離データを出力し、かつ同時刻における前記複数の修正距離データの間の差が所定の判断閾値以下である期間に、前記複数の修正距離データそれぞれを時間変化に基づいて個別に追跡する判断部をさらに備える
請求項９記載の電波センサ。
【請求項１１】
前記処理部は、
複数の前記計測期間それぞれで求めた複数の前記修正距離データが、所定の許容範囲内である状態が所定の判定期間に達した後は、前記許容範囲内である修正距離データを除外するように構成されている
請求項９又は１０記載の電波センサ。
【請求項１２】
前記処理部は、
前記対象空間の少なくとも一部に、距離で区分した１つ以上の特定区間を定める区間設定部をさらに備え、
前記背景信号は、前記特定区間に存在する物体の情報を前記センサ信号から除去するように定められ、前記特定区間に存在する物体に対応する背景信号の再取得が指示されると更新される
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電波センサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電波センサと、
前記電波センサが監視している前記物体の状態に応じて動作が指示される負荷装置とを備える
ことを特徴とする電波センサを備える設備機器。
【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電波センサ、およびこの電波センサが検出した空間情報に応じて動作する電波センサを備える設備機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電波を用いて物体を検知するレーダ装置が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１には、道路に設けられた支柱などに設置されるミリ波レーダが記載され、ミリ波レーダが、道路上を走行する車両に対してファン状のビームを走査し、車両の位置と速度を得ることが記載されている。また、特許文献１に記載されたミリ波レーダは、背景差分によりガードレールのような背景を削除し、車両と障害物のデータのみを残すことが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、車両、道路上の障害物、路肩に位置している固定構造物の位置を２次元上で特定するレーダ装置が記載されている。特許文献２に記載されたレーダ装置は、停止中の車両、車両からの落下物、落石、大きなゴミなどを一時的な固定物として検知する第一検知部と、移動体を検知する第二検知部とを備えている。さらに、特許文献２に記載された技術では、長期間に亘り静止している物体についての情報（第一背景情報）と、直近に静止している物体についての情報（第二背景情報）とが独立して用意されている。そして、第二検知部は、位置情報が第二背景情報と一致していない物体についての検出情報を抽出する背景差分処理部を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９９９８６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５７２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、樹木のような背景には揺らぎが生じることがあり、またレーダ装置から放射した電波あるいは対象物である車両あるいは障害物で反射した電波にマルチパスが生じる場合がある。このことから、特許文献１に記載されたレーダ装置では、背景を確実に削除できるとは限らない。また、対象物に背景が存在し、かつレーダ装置から見て対象物と背景とが重なっている状態では、背景に関する情報が変化する。したがって、対象物と背景との位置関係によっては、背景差分を行っても背景の情報を除去できず、対象物について誤った情報を抽出する可能性がある。
【０００６】
特許文献２には、一時的な固定物と移動体とを独立して検知することが可能であると記載されているが、マルチパスなどに起因する誤った情報を除去することは考慮されていない。
【０００７】
本発明は、マルチパスなどによる誤った情報の抑制を可能にした電波センサを提供することを目的とし、さらにこの電波センサを備える設備機器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】
【０００８】
本発明に係る電波センサは、検知部と処理部とを備える。前記検知部は、所定の計測期間内で時間経過に伴って周波数が変化する電波を対象空間に放射し、かつ前記対象空間から電波を受信する。前記処理部は、複数の前記計測期間それぞれにおいて、放射した電波に相当する信号と受信した電波に相当する信号との周波数差の情報を含むセンサ信号に基づいて前記対象空間に存在する物体までの距離を計測する。また、前記処理部は、複数の前記計測期間それぞれで得られるセンサ信号から背景信号が含む情報を除去した後に前記対象空間に存在する物体までの距離を計測する機能を有している。前記背景信号は、前記対象空間に存在する物体が継続して静止しているとみなされる場合、前記物体が静止しているとみなされる時間の経過に伴って、当該物体の情報を前記センサ信号から除去する割合を高めるように定められている。前記処理部は、複数の前記計測期間それぞれで得られる前記センサ信号から前記背景信号の情報を除去する第１処理部と、複数の前記計測期間それぞれで得られる前記センサ信号の相互間で静止している物体の情報を除去する第２処理部と、前記第１処理部の出力から得られる情報と前記第２処理部の出力から得られる情報とから対象となる物体の条件を満たす情報を選択する選択部とを備える。
【０００９】
また、本発明に係る設備機器は、上述した電波センサと、前記電波センサが監視している前記物体の状態に応じて動作が指示される負荷装置とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、上記構成を採用したことにより、マルチパスなどに起因する誤った情報の抑制が可能になるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は実施形態に係る電波センサを示すブロック回路図である。
【図２】図２は実施形態における送信波の説明図である。
【図３】図３は実施形態の動作の説明図である。
【図４】図４は実施形態における周波数スペクトルの例を示すグラフである。
【図５】図５Ａは実施形態において計測期間を説明する図であり、図５Ｂは実施形態における計測期間の別の例を説明する図である。
【図６】図６は実施形態において第１処理部と第２処理部との構成例を示すブロック回路図である。
【図７】図７Ａは実施形態において周波数スペクトルの例を示すグラフであり、図７Ｂは実施形態において背景物に相当する周波数スペクトルを減算により除去した後のグラフである。
【図８】図８Ａは実施形態において時間経過に伴う物体の移動を表すグラフ、図８Ｂは実施形態において時間経過に伴う距離の変化を表すグラフ、図８Ｃは実施形態において時間経過に伴う速度の変化を示すグラフである。
【図９】図９は実施形態において物体までの距離の時間変化の例を示すグラフである。
【図１０】図１０は実施形態において電波センサを備える設備機器の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する構成例は、対象空間に電波を放射し、対象空間からの電波を受信することによって、空間情報を抽出する電波センサ、およびこの電波センサを備える設備機器に関する。ここでの空間情報は、対象空間に存在する物体までの距離の情報、対象空間に存在する物体が移動する速度、対象空間に定めた監視領域に物体が存在するか否かの情報、監視領域に存在する物体が監視対象である対象物か否かの情報などから選択される。
【００１３】
以下に説明する電波センサにおいて、対象空間に存在する物体が移動する速度、監視領域に物体が存在するか否かの情報、監視領域に存在する物体が対象物か否かの情報は、対象空間に存在する物体までの距離の情報を基にした情報である。したがって、電波センサは、基本的には、対象空間に存在する物体までの距離を計測する機能を備える。物体は人体であってもよく、この場合に、電波センサは人感センサとして用いることが可能である。また、電波センサは、負荷装置に対する制御信号を出力する構成であってもよい。
【００１４】
電波センサを備える設備機器は、電波センサが監視した空間情報に応じて負荷装置を制御するように構成されている。負荷装置は、照明装置、電動ドア、空調装置、警報機器などから選択される。ただし、負荷装置の種類はとくに限定されない。
【００１５】
たとえば、負荷装置が電動ドアである場合、電動ドアを通過しようとする人を電波センサが検知すると、電動ドアを開くように電波センサが制御信号を出力し、人が通過した後に電動ドアを閉じるように電波センサが制御信号を出力するように構成できる。つまり、負荷装置としての電動ドアと電波センサとにより設備機器である自動ドアを構成可能である。
【００１６】
また、負荷装置が街路灯を構成する照明装置であってもよい。この場合、照明装置に接近する人を電波センサが検知すると、照明装置の光出力を増加させるように電波センサが制御信号を出力し、人が通過した後には光出力を低減させるように電波センサが制御信号を出力するように構成できる。すなわち、負荷装置としての照明装置と電波センサとにより設備機器としての街路灯を構成可能である。
【００１７】
上述した設備機器は一例であり、電波センサと負荷装置とを適宜に組み合わせることによって、様々な設備機器を構成することが可能である。
【００１８】
図１に示すように、以下に説明する電波センサ１０は、検知部１１と処理部１２とを備える。検知部１１は、対象空間に電波を放射し、対象空間から電波を受信する。処理部１２は、検知部１１の出力に基づいて空間情報を抽出する。図１に示す構成例では、電波を対象空間に放射するタイミングを検知部１１が定めている。ただし、電波を対象空間に放射するタイミングは、処理部１２が定めてもよく、また電波を対象空間に放射するタイミングは、検知部１１および処理部１２とは別の構成が定めてもよい。
【００１９】
検知部１１は、たとえば図２に示すように、対象空間に電波を放射する放射期間Ｔｓと、対象空間に電波を放射しない休止期間Ｔｒとが、交互に生じるように動作する。すなわち、検知部１１は、対象空間に電波を間欠的に放射する。以下では、１回の放射期間Ｔｓと１回の休止期間Ｔｒとを合わせた期間を処理周期Ｔ０と呼ぶ。図２に示す動作例では、処理期間Ｔ０に対して放射期間Ｔｓが２分の１に定められている。たとえば、処理期間Ｔ０が２［ｍｓ］であれば、放射期間Ｔｓは１［ｍｓ］である。
【００２０】
処理期間Ｔ０と放射期間Ｔｓとは適宜に定めることが可能である。たとえば、処理期間Ｔ０が５０［ｍｓ］であり、放射期間Ｔｓが１［ｍｓ］であるように定めることが可能である。また、電波の周波数は、マイクロ波からミリ波の範囲の周波数帯から選択される。放射期間Ｔｓ、処理期間Ｔ０などは、処理部１２の処理能力、要求仕様などによって定められる。要求仕様は、距離の精度（分解能）、物体Ｏｂの予想される移動速度、対象空間の範囲などである。
【００２１】
電波の周波数、処理期間Ｔ０、放射期間Ｔｓは、電波センサ１０が抽出する空間情報の種類に応じて選択される。つまり、電波センサ１０の用途、物体Ｏｂまでの距離、物体Ｏｂが移動する速さなどを考慮して、電波の周波数、処理期間Ｔ０、放射期間Ｔｓが適宜に定められる。電波センサ１０が抽出する空間情報の種類によっては、休止期間Ｔｒがなく放射期間Ｔｓが繰り返すように構成されていてもよい。
【００２２】
ここに、休止期間Ｔｒには検知部１１の動作は停止する。すなわち、休止期間Ｔｒにおいて受信を行う構成と比較すると、休止期間Ｔｒに検知部１１の動作が停止する構成は、消費する電力が少ない。また、電波センサ１０は、放射期間Ｔｓに比べて休止期間Ｔｒを長く設定することが可能である。したがって、休止期間Ｔｒの電力の消費を抑制することは、電力の消費量の削減につながる。
【００２３】
検知部１１は、放射期間Ｔｓに電波を放射するだけではなく、放射期間Ｔｓに電波の受信も行う。以下では、電波センサ１０が放射した電波を送信波と呼び、物体Ｏｂで反射された電波を反射波と呼ぶ。
【００２４】
この構成例の電波センサ１０では、検知部１１が、ＦＭＣＷ方式（FMCW：Frequency-modulated continuous-wave）で空間情報を反映する信号を出力する。検知部１１は、送信用回路と受信用回路とを備える。検知部１１は、図３に符号Ｓｇ１で示すように、時間経過に伴って周波数が変化するＦＭＣＷ信号を発生する。すなわち、ＦＭＣＷ信号は、時間を周波数に変えるように周波数変調を行った信号と言える。ここで説明する電波センサ１０は、図３に符号Ｆ１で示すように、放射期間Ｔｓにおいて時間経過に伴って周波数が直線的に上昇するＦＭＣＷ信号を発生する。ＦＭＣＷ信号は、時間経過に伴って周波数が直線的に下降してもよく、また上昇する期間および下降する期間を含むことも可能であり、さらには周波数の変化が直線的であることも必須ではない。
【００２５】
図１に示す電波センサ１０は、送信波を放射してから物体Ｏｂで反射された反射波を受信するまでの時間を周波数の変化に置き換えている。すなわち、同時刻における送信波と反射波との周波数差に基づいて、電波センサ１０から物体Ｏｂまでの距離が求められる。以下にこの原理を説明する。
【００２６】
いま、電波センサ１０から物体Ｏｂまでの距離がＬ［ｍ］、送信波の放射から反射波の受信までの時間がΔｔ［ｓ］、電波の伝播速度がｃ［ｍ／ｓ］で表されるとすると、距離Ｌ［ｍ］は、Ｌ＝ｃ・Δｔ／２という形式で表される。一方、送信波の周波数の変化率をｋ［Ｈｚ／ｓ］、同時刻における送信波と反射波との周波数差をΔｆ［Ｈｚ］で表すと、Δｆ＝ｋ・Δｔであるから、Δｔ＝Δｆ／ｋという関係式が得られる。すなわち、距離Ｌは、Ｌ＝（ｃ／２）Δｆ（１／ｋ）と表される。ここで、ｐ＝ｃ／２ｋ［ｍ・ｓ］とおけば、Ｌ＝ｐ・Δｆという関係が得られる。このように、周波数差Δｆに係数ｐを乗じるだけで距離Ｌが求められる。
【００２７】
図３のように、放射期間Ｔｓ［ｓ］における送信波の周波数の最小値ｆｍｉｎと最大値ｆｍａｘとの差をＢｗ［Ｈｚ］とすれば、ｋ＝Ｂｗ／Ｔｓと表される。したがって、ｐ＝（ｃ／２）（Ｔｓ／Ｂｗ）と表すことができる。ここに、Ｂｗ＝ｆｍａｘ−ｆｍｉｎである。以下では、送信波の周波数の最小値ｆｍｉｎと最大値ｆｍａｘとの差Ｂｗを「掃引周波数幅」という。
【００２８】
一例として、放射期間Ｔｓを１［ｍｓ］に定め、放射期間Ｔｓにおける掃引周波数幅Ｂｗを１５０［ＭＨｚ］に定める。また、光速ｃを３×１０８［ｍ／ｓ］とする。これらの数値を適用すると、係数ｐは、ｐ＝（ｃ／２）（Ｔｓ／Ｂｗ）＝１×１０−３［ｍ・ｓ］である。したがって、同時刻における送信波と反射波との周波数差Δｆが１［ｋＨｚ］であるとき、距離Ｌは１［ｍ］である。
【００２９】
電波センサ１０が物体Ｏｂを監視する対象空間は、物体Ｏｂまでの距離に基づいて定められる。以下では、対象空間のうち電波センサ１０に近いほうの境界を「下限距離」と呼び、対象空間のうち電波センサ１０から遠いほうの境界を「上限距離」と呼ぶ。下限距離と上限距離とは、電波センサ１０の使用用途に応じて定められる。なお、上限距離および下限距離は、処理部１２において第１データの値の範囲を制限することにより定めることが可能である。
【００３０】
なお、ここに示した数値は一例であって、動作を限定する趣旨ではない。すなわち、放射期間Ｔｓ、掃引周波数幅Ｂｗは、電波センサ１０の用途、物体Ｏｂまでの距離、物体Ｏｂが移動する速さなどに応じて適宜に定められる。また、対象空間の範囲は、距離によって定められる。
【００３１】
検知部１１は、同時刻における送信波と反射波との周波数差Δｆを抽出するために、図１に示す構成例では、発信器１１１と混合器１１２と２個の増幅器１１３、１１４と送信用アンテナ１１５および受信用アンテナ１１６とを備える構成を採用している。増幅器１１３は、発信器１１１が出力する高周波信号を増幅し、送信用アンテナ１１５に供給する。送信用アンテナ１１５は、増幅器１１３から受け取った高周波信号を送信波に変えて対象空間に放射させる。
【００３２】
一方、受信用アンテナ１１６は対象空間から受信した電波を高周波信号に変えて増幅器１１４に引き渡す。増幅器１１４は、受信用アンテナ１１６からの高周波信号を増幅し、増幅後の高周波信号を混合器１１２に引き渡す。混合器１１２は、増幅器１１４から受け取った高周波信号に発信器１１１が出力した信号を混合する。したがって、混合器１１２が出力する混合信号は、送信用アンテナ１１５が対象空間に放射した電波の周波数と、受信用アンテナ１１６が対象空間から受信した電波の周波数との和および差の成分を含む。すなわち、受信用アンテナ１１６が受信した電波に物体Ｏｂで反射された反射波が含まれていると、混合器１１２が出力する混合信号は、送信波と反射波との周波数差の情報を含む。
【００３３】
図１に示す構成例では、送信用アンテナ１１５と受信用アンテナ１１６とが個別に設けられているが、１つのアンテナが送信用アンテナ１１５と受信用アンテナ１１６とに兼用されていてもよい。また、増幅器１１３、１１４は、必要に応じて設けられ、省略される場合もある。
【００３４】
さらに、図１に示す構成例では、検知部１１が１つの混合器１１２を備えているが、検知部１１が２つの混合器を備える構成を採用してもよい。検知部１１が２つの混合器を備える構成では、増幅器１１４が出力する高周波信号を２つの混合器がそれぞれ受け取る構成を採用してもよい。この構成では、２つの混合器において増幅器１１４が出力する高周波信号に混合する２つの信号は、同周波数であるが、位相差が付与されている。
【００３５】
たとえば、２つの混合器の一方に発信器１１１が出力した高周波信号を与え、２つの混合器の他方に発信器１１１が出力した高周波信号を移相器に通して９０度の位相差を付与した高周波信号を与える。つまり、検知部１１は、増幅器１１４が出力した高周波信号の直交検波を行うことによって、送信波と反射波との周波数差に相当する成分を含み、かつ位相が異なる２つの混合信号を出力するように構成される。この構成の場合、距離精度の向上のために、周波数分析は複素信号領域で行うことが望ましい。
【００３６】
また、検知部１１として、増幅器１１４が出力する高周波信号のダウンコンバートを２段階行う構成を採用してもよい。すなわち、検知部１１は、高周波信号のダウンコンバートの後に、さらにダウンコンバートを行うダブルコンバージョン方式の構成であってもよい。ダウンコンバートは、検知部１１において混合器１１２が出力するアナログ信号に対して行う構成と、処理部１２においてデジタル信号に対して行う構成とのどちらを採用してもよい。
【００３７】
混合器１１２から出力された混合信号は、アナログ−デジタル変換器によりデジタル信号に変換される。アナログ−デジタル変換器は、混合信号をシリアルのデジタル信号に変換する。ここに、アナログ−デジタル変換器は、検知部１１と処理部１２とのどちらが備えていてもよい。なお、近年ではＦＭＣＷ方式のミリ波レーダを構成するデバイスとして、検知部１１に相当する集積回路が製造されているから、この種のデバイスを検知部１１に用いてもよい。この種のデバイスには、アナログ−デジタル変換器を備えている構成と備えていない構成とがある。
【００３８】
送信用アンテナ１１５と受信用アンテナ１１６とを構成するアンテナは、パッチアンテナ、スロットアンテナ、ホーンアンテナなどから選択される。送信用アンテナ１１５と受信用アンテナ１１６とは、送信用アンテナ１１５から物体Ｏｂまでの距離と、受信用アンテナ１１６から物体Ｏｂまでの距離との差が比較的小さくなるように、近接して配置される。
【００３９】
送信用アンテナ１１５および受信用アンテナ１１６は、たとえば、２４．０５ＧＨｚを超え２４．２５ＧＨｚ以下の周波数帯に対応するように設計される。このような周波数帯であれば、送信用アンテナ１１５と受信用アンテナ１１６とのサイズおよび間隔は数ｍｍ程度でもよい。ここに、送信用アンテナ１１５と受信用アンテナ１１６との間隔は、送信用アンテナ１１５と受信用アンテナ１１６との間に形成される隙間の寸法を意味する。
【００４０】
なお、国内において、この周波数帯は、人または物体のような対象物の存在、位置、動き、大きさなどから選択される情報を取得するために使用され、無線局の免許を受けることなく使用することが可能である。この種の無線局は、船舶または航空機の航行以外の目的で用いる無線局であって、日本国内では、「移動体検知電波センサー用特定小電力無線局」と呼ばれている。ここに示した周波数帯は、一例であって、必要に応じて変更することが可能である。
【００４１】
処理部１２は、混合器１１２が出力した混合信号のうち送信波と反射波との周波数差に相当する成分について周波数スペクトルを求める周波数分析部１２０を備える。周波数分析部１２０は、デジタル信号に対して周波数分析を行う構成であって、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）などから選択される処理を行う。すなわち、周波数分析部１２０は、時間領域の信号（混合信号をデジタル信号に変換した時系列の信号）を周波数領域の信号に変換する直交変換を行う。なお、周波数スペクトルを求めるためにウェーブレット変換を行う構成を採用することも可能である。混合器１１２が出力した混合信号をデジタル信号に変換する際に、混合信号はアンチエイリアシングフィルタ（anti-aliasing filter）に通される。したがって、周波数分析部１２０が周波数スペクトルを求める周波数の範囲はアンチエイリアシングフィルタにより制限される。アンチエイリアシングフィルタを通過する周波数の上限値は、上述した対象空間の上限距離に応じて定められる。
【００４２】
混合器１１２が出力した混合信号に、送信波と反射波との周波数差に相当する成分の信号が含まれている場合、周波数分析部１２０は、時間領域の信号から図４のような周波数スペクトルを求める。すなわち、周波数分析部１２０は、時間領域の情報を周波数領域の情報に変換する。ここでの周波数スペクトルは、周波数分析部１２０が定めた複数の周波数ビンそれぞれにパワー（エネルギースペクトル密度、電力スペクトル密度）または振幅値を対応付けた形式で表される。周波数分析部１２０は、入力された信号に対応したデジタル信号を図５Ａに示すような所定の計測期間Ｔ１ごとに周波数領域の周波数スペクトルに変換する。計測期間Ｔ１は、１回の処理周期Ｔ０を最小の期間とし、処理周期Ｔ０の整数倍に定められている。計測期間Ｔ１は一般的には１回の処理周期Ｔ０に相当する期間でよい（図５Ａ参照）。ただし、図５Ｂのように、計測期間Ｔ１は複数の処理周期Ｔ０に相当する期間であってもよい。
【００４３】
図４に示す周波数スペクトルは、３つのピークＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を含んでいるから、３つのピークＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３それぞれに対応する周波数に相当する距離に、物体Ｏｂが存在すると推定される。ただし、３つのピークＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３が生じたとしても３つの物体Ｏｂが存在するとは限らず、１つの物体Ｏｂに対して複数のピークが生じる場合もある。
【００４４】
ところで、処理部１２は、対象空間において静止している物体Ｏｂ（以下、「静止物」という）と、対象空間において移動している物体Ｏｂ（以下、「移動物」という）とを区別するために、第１処理部１２１と第２処理部１２２とを備える。第１処理部１２１は、計測期間Ｔ１ごとに得られるセンサ信号と所定の一時点で事前に得られるセンサ信号との間で静止物の成分を除去する。一方、第２処理部１２２は、計測期間Ｔ１ごとに得られるセンサ信号の相互間で静止物の成分を除去する。
【００４５】
センサ信号は、送信波と反射波との周波数差の情報を含む信号であり、周波数分析部１２０に入力される前の時間領域の混合信号と、周波数分析部１２０で求めた周波数スペクトル（図４参照）を表す周波数領域の信号とから選択される。すなわち、第１処理部１２１と第２処理部１２２は、時間領域のセンサ信号と周波数領域のセンサ信号とのいずれを用いる。
【００４６】
第１処理部１２１と第２処理部１２２とのどちらについても、異なる時刻に得られたセンサ信号の差を求めることが必要であり、また、２つのセンサ信号のうちの一方は他方よりも先の時刻に得られるから、先の時刻に得られたセンサ信号を記憶する必要がある。第１処理部１２１と第２処理部１２２とは、記憶する情報が異なるが同様の構成であり、図６のように、第１処理部１２１と第２処理部１２２とは、どちらも減算部１２Ａと記憶部１２Ｂとを備えている。第１処理部１２１が備える記憶部１２Ｂは、所定の一時点で事前に得られるセンサ信号を記憶し、第２処理部１２２が備える記憶部１２Ｂは、計測期間Ｔ１ごとに記憶するセンサ信号が更新される。
【００４７】
図６では、第１処理部１２１と第２処理部１２２とを区別していないが、減算部１２Ａと記憶部１２Ｂとは、第１処理部１２１と第２処理部１２２とが共用する場合と、第１処理部１２１と第２処理部１２２とが個別に備える場合とがある。第１処理部１２１と第２処理部１２２とが減算部１２Ａと記憶部１２Ｂとを共用する場合には、第１処理部１２１と第２処理部１２２とを異なる時刻に動作させる。この場合、第１処理部１２１と第２処理部１２２とは、それぞれ処理結果を一時的に記憶する。
【００４８】
処理部１２は、第１処理部１２１と第２処理部１２２とが、ともに周波数分析部１２０に前置される構成と、ともに周波数分析部１２０に対して後置される構成とを選択可能である。また、処理部１２は、第１処理部１２１が周波数分析部１２０に前置され第２処理部１２２が周波数分析部１２０に後置される構成を採用することも可能である。
【００４９】
第１処理部１２１と第２処理部１２２とのどちらであっても、周波数分析部１２０に前置される場合は、アナログ信号を扱う構成とデジタル信号を扱う構成との選択肢が考えられる。アナログ信号を扱う場合、記憶部１２Ｂが記憶する信号はデジタル信号に変換される。記憶部１２Ｂに格納されたデジタル信号は、減算部１２Ａに与えられるときには、アナログ信号に再変換され、減算部１２Ａからはアナログ信号同士の差分を出力する。一方、デジタル信号を扱う場合、センサ信号（混合信号）がシリアルのデジタル信号に変換され、減算部１２Ａは、シリアルのデジタル信号同士の差分を出力するように構成される。
【００５０】
第１処理部１２１と第２処理部１２２とのどちらであっても、周波数分析部１２０に後置される場合は、周波数スペクトル（図４参照）を表す周波数領域の信号の差分が求められる。すなわち、周波数スペクトルの周波数ビンごとの差分が求められる。すなわち、記憶部１２Ｂは、周波数ビンごとのパワーまたは振幅値を記憶し、減算部１２Ａは周波数ビンごとに差分を求める。周波数スペクトルは、縦軸がパワーであるパワースペクトルと、縦軸が振幅値である振幅スペクトルとのどちらでもよいが、以下では一例としてパワースペクトルを想定して説明する。振幅スペクトルで差分を求める場合、振幅値同士の差分演算により差分値を直接求める演算と、振幅スペクトル間の実部同士と虚部同士との差分を求めた後に得られる振幅値を差分値とする演算とのどちらを採用してもよい。また、記憶部１２Ｂはパワーと振幅値とのどちらを記憶してもよいが、以下では一例としてパワーを記憶する場合を想定して説明する。すなわち、以下の説明において、パワーは振幅値と読み替えることができ、また、パワースペクトルは振幅スペクトルと読み替えることができる。
【００５１】
電波センサ１０の構成として、第１処理部１２１と第２処理部１２２とのそれぞれに周波数分析部１２０を一対一に対応付ける構成が考えられるが、通常は第１処理部１２１と第２処理部１２２とが１つの周波数分析部１２０を共用する構成が採用される。第１処理部１２１と第２処理部１２２との両方が１つの周波数分析部１２０に前置される場合、周波数分析部１２０は、第１処理部１２１の出力と第２処理部１２２の出力とを異なる期間に受け取る。つまり、周波数分析部１２０が、第１処理部１２１の出力を受け取る期間と第２処理部１２２の出力を受け取る期間とが重複しないように、第１処理部１２１の出力と第２処理部１２２の出力とを周波数分析部１２０に渡すタイミングが定められる。
【００５２】
第１処理部１２１が周波数分析部１２０に前置され、かつ第２処理部１２２が周波数分析部１２０に後置される場合もほぼ同様である。すなわち、周波数分析部１２０が第１処理部１２１の出力を受け取る期間と、周波数分析部１２０が第２処理部１２２にセンサ信号を引き渡す期間とが重複しないように、第１処理部１２１と第２処理部１２２とが動作するタイミングが定められる。
【００５３】
第１処理部１２１と第２処理部１２２との両方が１つの周波数分析部１２０に後置される構成を採用する場合には、第１処理部１２１と第２処理部１２２との両方が、周波数分析部１２０から出力されるセンサ信号を同時に受け取ることが可能である。この構成を採用した場合でも、第１処理部１２１がセンサ信号を受け取る期間と第２処理部１２２がセンサ信号を受け取る期間とを重複させないように構成することは可能である。ただし、周波数分析部１２０から出力されるセンサ信号を、第１処理部１２１と第２処理部１２２とが同時に受け取る構成を採用することが望ましい。この構成を採用すると、第１処理部１２１の出力と第２処理部１２２の出力とに時間差が生じない上に、周波数分析部１２０が出力するセンサ信号を、第１処理部１２１および第２処理部１２２に入力するタイミングを調節する処理が不要になるという利点が得られる。
【００５４】
上述した第１処理部１２１と第２処理部１２２との配置の例を表１に示す。表１において、「第１」は第１処理部１２１であり、「第２」は第２処理部１２２である。また、表１において、「前置」は第１処理部１２１または第２処理部１２２が周波数分析部１２０に前置される状態、「後置」は第１処理部１２１または第２処理部１２２が周波数分析部１２０に後置される状態を表している。「Ｅ」は、第１処理部１２１または第２処理部１２２を設けていることを表している。なお、表１では第１処理部１２１または第２処理部１２２が周波数分析部１２０に前置される場合に、アナログ信号とデジタル信号とのどちらを扱うかはとくに制限していない。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
ところで、周波数スペクトルから対象空間の空間情報を得るには、たとえば図４に示すように、パワーを縦軸とした周波数スペクトルであるパワースペクトルにおいて、パワーがピーク値である周波数ビンを求める。以下では、パワーがピーク値である周波数ビンを「ピーク周波数」と呼ぶ。図４に示す例において、ピーク周波数はｆ１１、ｆ１２、ｆ１３で示されている。上述した構成の処理部１２は、静止している物体Ｏｂの成分を除去した周波数成分を計測期間Ｔ１ごとに求めている。したがって、処理部１２が求めた周波数成分におけるピーク周波数ｆ１１、ｆ１２、ｆ１３は、対象空間で移動している物体Ｏｂからの反射波と送信波との周波数差と推定される。
【００５７】
ここで、第１処理部１２１の記憶部１２Ｂに記憶させる情報が、対象空間に移動物が存在しない状態で取得されていれば、第１処理部１２１の記憶部１２Ｂには静止物の情報のみが記憶される。このような静止物は、比較的長時間にわたって存在している物体Ｏｂと推定される。以下では、第１処理部１２１の記憶部１２Ｂに情報が記憶されている物体Ｏｂを「背景物」と呼ぶ。また、背景物に相当する信号を「背景信号」と呼ぶ。すなわち、第１処理部１２１は、計測期間Ｔ１ごとに得られる情報から背景物の情報を除去した情報を出力すると言える。言い換えると、第１処理部１２１は、計測期間Ｔ１ごとに得られるセンサ信号から背景信号の情報を除去して出力する。
【００５８】
静止物の情報が第１処理部１２１の記憶部１２Ｂに記憶された後、対象空間に背景物のほかに物体Ｏｂが存在しない状態では、計測期間Ｔ１ごとに第１処理部１２１が受け取る情報は、理想的には記憶部１２Ｂが記憶している情報に一致する。この場合、第１処理部１２１の出力に対応したパワースペクトルにはピークが生じない。しかしながら、背景物が、樹木、カーテンなどであり、背景物の一部に揺らぎが生じると、第１処理部１２１の出力に対応したパワースペクトルにピークが生じることがある。同様の事象は、背景物の形態だけではなく、送信波または反射波のマルチパスなどに起因する場合もある。
【００５９】
対象空間に物体Ｏｂが存在する状態では、物体Ｏｂでの反射波によって、計測期間Ｔ１ごとに第１処理部１２１が受け取る情報と記憶部１２Ｂが記憶している情報との間に差異が生じる。したがって、第１処理部１２１の出力に対応したパワースペクトルには、対象空間に存在するようになった物体Ｏｂに相当するピークが生じる。
【００６０】
ただし、背景物の少なくとも一部と物体Ｏｂとの重なり合い、送信波または反射波のマルチパスなどに起因して、第１処理部１２１の出力に対応したパワースペクトルには、対象空間に侵入した物体Ｏｂに対応しないピークが生じることがある。たとえば、電波センサ１０から見て背景物の手前に物体Ｏｂが重なる場合、背景物からの反射波が減少するから、第１処理部１２１の出力に対応したパワースペクトルにおいて背景物に対応する周波数ビンのパワーが負の値になる。また、物体Ｏｂへの送信波あるいは物体Ｏｂからの反射波にマルチパスが生じると、パワースペクトルにはマルチパスに起因したピークが生じる可能性もある。このように、第１処理部１２１の出力は、誤った情報を含んでいる可能性がある。
【００６１】
一方、第２処理部１２２では、記憶部１２Ｂが記憶している情報が計測期間Ｔ１ごとに更新される。ここで、第２処理部１２２の減算部１２Ａが、計測期間Ｔ１ごとに第２処理部１２２が受け取った情報と、記憶部１２Ｂが記憶している情報との差を求めることにより静止している物体Ｏｂの成分を除去するように構成されていると仮定する。また、周波数ビンのビン幅は十分に小さいと仮定する。このような仮定のもとでは、第２処理部１２２の出力に対応したパワースペクトルは、物体Ｏｂが移動している限り、計測期間Ｔ１ごとに変化する。つまり、第２処理部１２２の出力に対応したパワースペクトルにおいて、計測期間Ｔ１ごとに移動物までの距離に応じたピークが生じる。
【００６２】
対象空間において移動していた物体Ｏｂが静止した場合は、第２処理部１２２の減算部１２Ａに入力された情報と記憶部１２Ｂが記憶している情報とが実質的に等しくなる。そのため、第２処理部１２２の出力に対応したパワースペクトルにおいてピークが生じなくなり、対象空間に物体Ｏｂが存在しているにもかかわらず、物体Ｏｂが静止したことにより、物体Ｏｂまでの距離を求めることができなくなる可能性がある。
【００６３】
上述したように、第１処理部１２１と第２処理部１２２とのどちらであっても、物体Ｏｂの状態によっては、物体Ｏｂまでの距離を計測するための正しい情報が得られない可能性がある。そのため、処理部１２は、第１処理部１２１により得られる情報と第２処理部１２２により得られる情報とを、条件に応じて選択する選択部１２３を備える。ここに、選択部１２３は、第１処理部１２１により得られる情報として、第１処理部１２１の出力だけではなく、第１処理部１２１の記憶部１２Ｂが記憶している背景物の情報も選択可能である構成を想定している。
【００６４】
選択部１２３は、基本的には、第１処理部１２１により得られる情報と第２処理部１２２により得られる情報とから対象となる物体の条件を満たすと推定される情報を抽出するように定められる。ここでは、一例として、検知部１１から出力される混合信号に含まれる情報が、背景物の情報と、背景物以外の静止物の情報と、移動物の情報と、不要な情報（目的外の情報）との４種類に分類可能であると仮定する。また、４種類の情報は、いずれも距離に変換できる情報であると仮定する。たとえば、情報がパワースペクトルにおけるピーク周波数であれば、上述した計算によって距離を求めることができる。したがって、情報は距離の値であってもよい。
【００６５】
以下では、説明を簡単にするために、情報がピーク周波数である場合を例とする。また、ピーク周波数のみに基づいて、第１処理部１２１の出力に対応したピーク周波数、および第２処理部１２２の出力に対応したピーク周波数を、背景物と、静止物と、移動物と、不要な情報とに対応付ける場合を想定する。
【００６６】
対象空間に背景物のみが存在する場合は、理想的には、第１処理部１２１の出力に対応したピークが生じないが、不要な情報に対応したピークが生じる可能性はある。また、対象空間に背景物ではない物体Ｏｂが存在する場合、第１処理部１２１の出力に対応したピークに、静止物に対応するピークと、移動物に対応するピークと、不要な情報であるピークとの１種類以上が含まれる可能性がある。ただし、ピークが、静止物に対応するか移動物に対応するか不要な情報であるかは区別できない。
【００６７】
第１処理部１２１の記憶部１２Ｂが記憶している情報に対応するピーク周波数は、背景物の情報を表している。したがって、第１処理部１２１の出力に対応したピーク周波数だけで、背景物の情報を区別できるが、静止物の情報と移動物の情報と不要な情報とは区別することができない。なお、静止物の情報と移動物の情報と不要な情報とは、ピーク周波数だけでは区別できないが、ピーク周波数と併せて、パワー、時間経過に伴うピーク周波数の変化などを用いると、区別が可能になる場合がある。
【００６８】
第１処理部１２１は、マルチパスの影響を軽減するために、以下の構成を備えている。ここでは、背景信号として、対象空間に存在する物体Ｏｂが継続して静止しているとみなされる場合、物体Ｏｂが静止しているとみなされる時間の経過に伴って、物体Ｏｂの情報をセンサ信号から除去する割合を高めるように定められている。具体例として、背景信号として、計測期間Ｔ１ごとのセンサ信号と、所定回前の計測期間Ｔ１に求めた過去の背景信号との加重和が用いられる。
【００６９】
いま、センサ信号をＳ（ｋ）、過去の背景信号をＢ（ｋ−ｎ）、センサ信号Ｓ（ｋ）に乗じる重み係数をω１、過去の背景信号Ｂ（ｋ−ｎ）に乗じる重み係数をω２とすると、背景信号Ｂ（ｋ）は、Ｂ（ｋ）＝ω１・Ｓ（ｋ）＋ω２・Ｂ（ｋ−ｎ）と表される。ここに、ｋは計測期間Ｔ１を区別する０以上の整数値であって時刻に対応する。したがって、ｋの増加は、時間の経過を表す。また、ｎは１以上の正の整数値であり、ｎ＝１であれば背景信号Ｂ（ｋ−１）は、１回前の計測期間Ｔ１で用いた背景信号を表す。
【００７０】
上式で背景信号Ｂ（ｋ）が定義されている場合、背景信号Ｂ（ｋ）には、センサ信号Ｓ（ｋ）の情報と過去の背景信号Ｂ（ｋ−ｎ）の情報とが、ω１：ω２の割合で含まれる。重み係数ω１、ω２は、ω１＞ω２、かつω１＋ω２＝１という関係であることが望ましい。一例としては、ω１＝０．０５、ω２＝０．９５のような関係に定めることが可能である。
【００７１】
上式で定義した背景信号Ｂ（ｋ）は、物体Ｏｂの移動により背景信号に変化が生じた後に、物体Ｏｂが継続して静止しているとみなされると、重み係数ω１、ω２の比率に応じた回数で収束する。すなわち、背景信号が収束するまでは、物体Ｏｂの移動により生じた影響が背景信号Ｂ（ｋ）に残される。言い換えると、物体Ｏｂが継続して静止しているとみなされると、時間の経過に伴って、背景信号Ｂ（ｋ）に含まれる情報のうち、静止しているとみなされている物体Ｏｂの情報の割合が増加する。そのため、第１処理部１２１では、物体Ｏｂが継続して静止しているとみなされる時間の経過に伴って、センサ信号の情報から静止しているとみなされている物体Ｏｂの情報を除去する割合が多くなる。
【００７２】
一方、背景信号はセンサ信号の情報を含んでいるから、対象空間に移動している物体Ｏｂが存在している場合は、移動している物体Ｏｂの情報が重み係数ω１、ω２で定まる割合で背景信号に取り込まれる。センサ信号には、静止しているとみなされている物体Ｏｂの情報も含まれており、静止しているとみなされている物体Ｏｂが背景物の情報であれば、重み係数ω１、ω２にかかわりなく背景信号に残される。すなわち、移動する物体Ｏｂの情報は、背景物に比べると背景信号に含まれる割合が少ないから、第１処理部１２１で減少するものの除去はされず、第１処理部１２１の出力として取り出される。
【００７３】
以上のように、上式で定義された背景信号Ｂ（ｋ）を用いると、第１処理部１２１は、時間の経過に伴って、静止しているとみなされる物体Ｏｂの情報を除去する割合を増加させる。静止しているとみなされる物体Ｏｂの情報をセンサ信号から完全に除去するまでの時間は、２０［ｓ］から３０［ｓ］程度に定めることが望ましい。また、背景信号を更新する周期は、計測期間Ｔ１と等しくしてもよいが、計測期間Ｔ１よりも長くなるように定めてもよい。背景信号を更新する周期は、たとえば０．１［ｓ］から１［ｓ］程度の範囲で定められていてもよい。なお、背景信号Ｂ（ｋ）は、上式の定義に限らず、センサ信号と過去の背景信号との加重和であればよい。したがって、Ｂ（ｋ）＝ω１・Ｓ（ｋ−１）＋ω２・Ｂ（ｋ−ｎ）などの関係であってもよい。
【００７４】
上述したような動作を可能にして、物体Ｏｂが継続して静止しているとみなされる場合に、時間の経過に伴ってこの物体Ｏｂの情報をセンサ信号から除去する割合を増加させると、マルチパスが生じても誤った情報が継続的に残る可能性が低減される。すなわち、マルチパスが生じた場合、センサ信号にはマルチパスにより生じた誤った情報が含まれ、誤った情報が背景信号に反映される。誤った情報が継続して生じ、かつ誤った情報がほとんど変動しないとすれば、静止している物体Ｏｂと同様に、背景信号において誤った情報が含まれる割合が時間の経過に伴って増加する。その結果、第１処理部１２１は、静止している物体Ｏｂの情報と併せて誤った情報もセンサ信号から除去することが可能になる。
【００７５】
対象空間に存在する物体Ｏｂが継続して静止していると、静止している物体Ｏｂの情報が背景信号に占める割合が増加し、やがては、第１処理部１２１の出力から静止している物体Ｏｂの情報がほぼ除去されるようになる。そこで、対象空間に存在する物体Ｏｂが継続して静止している期間を評価し、この期間が所定の保留期間に達した場合には、静止している物体Ｏｂを背景物として扱うようにしてもよい。保留期間は、たとえば２０［ｓ］から３０［ｓ］程度に設定すればよい。すなわち、静止している状態が保留期間に達した物体Ｏｂは、移動しない物体Ｏｂと推定し、以後は背景物と等価に扱えるように第１処理部１２１の記憶部１２Ｂに記憶させる。第１処理部１２１の記憶部１２Ｂに背景物として記憶された情報は、いつでもセンサ信号から除去されるから、対象空間に新たに侵入した物体Ｏｂの情報を分離しやすくなる。
【００７６】
第２処理部１２２の出力に対応したピーク周波数は、移動物に対応している。第２処理部１２２は、環境がほとんど変化しない程度の時間内で情報の差を求めているから、第２処理部１２２の出力に対応したピーク周波数では、背景物の情報、静止物の情報、不要な情報は除外されているとみなせる。したがって、第２処理部１２２の出力に対応したピーク周波数により、移動物の情報と、他の３種類の情報とが区別される。
【００７７】
上述した関係を用いると、第１処理部１２１は単独で背景物に対応する情報を提供し、第２処理部１２２は単独で移動物の情報を提供すると言える。さらに、第１処理部１２１の出力に対応するピーク周波数のうち、第２処理部１２２の出力に対応するピーク周波数には含まれないピーク周波数は、静止物の情報と不要な情報とのいずれかに対応すると推定される。
【００７８】
ここで、対象空間に存在する静止物は、静止物である前には移動物であったことが推定される。そのため、第１処理部１２１の出力に対応したピーク周波数が静止物に相当するとすれば、そのピーク周波数は、第２処理部１２２の出力に対応したピーク周波数として存在した後に消失したと考えられる。したがって、第２処理部１２２の出力に対応したピーク周波数が消失した場合、第１処理部１２１の出力に対応したピーク周波数との誤差が微小な所定範囲内であるときに、該当するピーク周波数は静止物の情報と推定される。
【００７９】
選択部１２３は、第１処理部１２１から得られる情報と、第２処理部１２２から得られる情報とに関する上述のような関係を用いることによって、４種類の情報を区別することが可能である。したがって、情報の用途に応じた条件で、選択部１２３は、上述した４種類の情報から必要な情報を選択する。
【００８０】
また、選択部１２３は、以下の動作を行うように構成されていてもよい。ここでは、選択部１２３の動作説明に際して、第１処理部１２１の出力に対応したパワースペクトルの意味で、「第１処理部１２１の出力」と表現し、第２処理部１２２の出力に対応したパワースペクトルの意味で、「第２処理部１２２の出力」と表現する。すなわち、「第１処理部１２１の出力」および「第２処理部１２２の出力」のそれぞれは、周波数分析部１２０に対する第１処理部１２１および第２処理部１２２の配置に依存せず、どの配置でも等価であるとみなしている。
【００８１】
選択部１２３は、常時は第１処理部１２１の出力を選択し、第１処理部１２１の出力にピークが生じ、かつピークに対応するパワーが所定の閾値以上であるときに、第２処理部１２２の出力を選択する状態に移行する。すなわち、対象空間に静止物ではない物体Ｏｂが侵入するか否かを監視し、物体Ｏｂが侵入すると第２処理部１２２の出力を選択する状態に移行する。
【００８２】
第２処理部１２２の出力が選択されている状態で、物体Ｏｂが移動している期間には第２処理部１２２の出力にピークが生じる。第２処理部１２２の出力にピークが生じている期間には、選択部１２３は、計測期間Ｔ１ごとに更新される第２処理部１２２の出力を選択する。
【００８３】
一方、第２処理部１２２が選択されている状態で、第２処理部１２２の出力にピークが生じなくなると、選択部１２３は、第１処理部１２１の出力を受け取りピークが生じているか否かを判定する。第１処理部１２１の出力にピークが生じることは、対象空間に物体Ｏｂが存在していることを表すから、第１処理部１２１の出力にピークが生じていれば、選択部１２３は、第２処理部１２２の出力を受け取る。ただし、選択部１２３は、ピークが消失する直前の第２処理部１２２の出力を維持して出力する。
【００８４】
この状態において、選択部１２３は、第２処理部１２２から受け取っている第２処理部１２２の出力にピークが生じるか否かの監視を続け、第２処理部１２２の出力にピークが生じると、計測期間Ｔ１ごとに更新される第２処理部１２２の出力を選択する。なお、ピークが消失する直前の第２処理部１２２の出力を選択部１２３が維持して出力している期間において、選択部１２３は第１処理部１２１の出力を適宜のタイミングで受け取り、対象空間に物体Ｏｂが存在するか否かを判定してもよい。
【００８５】
第２処理部１２２の出力からピークが消失し、かつ第１処理部１２１の出力にもピークが生じない場合には、対象空間から物体Ｏｂが退出したとみなし、選択部１２３は、第１処理部１２１の出力を選択する状態に復帰する。
【００８６】
上述した動作例では、選択部１２３は、第１処理部１２１の出力と第２処理部１２２の出力とを以下のように選択している。すなわち、第１処理部１２１の出力によって対象空間に物体Ｏｂが存在するか否かを判断でき、第２処理部１２２の出力によって対象空間で移動している物体Ｏｂが存在するか否かを判断できることを利用して、選択部１２３での選択の条件を定めている。選択部１２３は、第１処理部１２１の出力から得られる情報と第２処理部１２２の出力から得られる情報とを互いに補完するように選択するから、対象となる物体Ｏｂの条件を満たす情報を抽出できる可能性が高まる。
【００８７】
上述した選択部１２３の動作は一例であり、他の動作を行うことも可能である。たとえば、選択部１２３は、第１処理部１２１の出力と第２処理部１２２の出力とを選択部１２３が交互に受け取る構成を採用してもよい。
【００８８】
ところで、上述したように、背景物の一部が揺れる場合、あるいは送信波あるいは反射波の経路にマルチパスが生じる場合などでは、第１処理部１２１の出力に対応したパワースペクトルにピークが生じることがある。このようなピークが生じる周波数は、時間経過に伴って変動する可能性がある。ピークが生じる周波数が変化しない場合であっても、混合信号の強度に変動が生じる可能性がある。
【００８９】
いま、所定の一時点において得られた混合信号の周波数スペクトルが、図７Ａに特性Ｆ１１で示すように、３つのピークＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を有している場合を想定する。また、３つのピークＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３それぞれのピーク周波数ｆ１１、ｆ１２、ｆ１３が背景物の距離に対応していると仮定する。この場合、理想的には、第１処理部１２１の出力に３つのピークＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３は出現しない。すなわち、背景物のほかに物体Ｏｂが存在しなければ、理想的には、第１処理部１２１が出力する残差はゼロである。
【００９０】
しかしながら、特性Ｆ１２で示すように、対象空間における背景物ではない物体Ｏｂの影響によってピークＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３の値が変動し、第１処理部１２１の出力に３つのピーク周波数ｆ１１、ｆ１２、ｆ１３のいずれかが出現する場合がある。つまり、第１処理部１２１において、受け取った情報から記憶部１２Ｂが記憶している情報を差し引くだけでは背景物の情報を消去できない場合がある。また、第１処理部１２１が出力する残差は、図７Ｂのように、ピークＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３の値が大きいほど大きいという傾向が見られる。この残差はパワーが比較的小さいが、対象空間に侵入した物体Ｏｂからの反射波のパワーも比較的小さい。そのため、第１処理部１２１の出力に対応したパワースペクトルでは、対象空間に侵入した物体Ｏｂを背景物と区別することが困難になる場合がある。
【００９１】
この問題に対応するために、処理部１２は周波数分析部１２０よりも後段に計算部１２４を備えることが望ましい。計算部１２４は、背景物に対応したピーク周波数ｆ１１、ｆ１２、ｆ１３の残差に補正係数を適用することによって、残差を低減させるように構成される。補正係数は、周波数スペクトルにおけるピークに対応付けて設定するから周波数ビンごとに定められる。具体的には、計算部１２４は、背景物の周波数スペクトルから周波数ビンごとに求めたパワーの逆数を補正係数とする。
【００９２】
たとえば、背景物の周波数スペクトルにおける周波数ビンｆ（ｊ）のパワーをｐ（ｊ）で表すと、周波数ビンｆ（ｊ）における補正係数ｗ（ｊ）は、ｗ（ｊ）＝１／ｐ（ｊ）で表される。ここに、ｊは周波数ビンを区別するための整数値である。パワーｐ（ｊ）が０である場合、補正係数ｗ（ｊ）はあらかじめ定めた固定値が選択される。このように定めた補正係数ｗ（ｊ）は、背景物に相当する周波数ビンｆ（ｊ）に対しては相対的に小さい値であり、背景物ではない周波数ビンｆ（ｊ）に対しては相対的に大きい値になる。
【００９３】
計算部１２４は、選択部１２３が第１処理部１２１の出力を選択している期間に、パワースペクトルの残差に対し、周波数ビンｆ（ｊ）それぞれに補正係数ｗ（ｊ）を適用する。つまり、残差の周波数ビンｆ（ｊ）ごとのパワーｐ（ｊ）それぞれに、対応する補正係数ｗ（ｊ）を乗じる。残差に補正係数ｗ（ｊ）を適用すると、背景物に対応する周波数ビンｆ（ｊ）のパワーは相対的に小さくなり、背景物ではない周波数ビン（ｊ）のパワーは相対的に大きくなる。
【００９４】
計算部１２４によりパワースペクトルの残差に補正係数を乗じると、第１処理部１２１の出力に対応するパワースペクトルにおいて、背景物に対応した周波数ビンｆ（ｊ）のパワーｐ（ｊ）がほぼ消去される。また、第１処理部１２１の出力に対応するパワースペクトルにおいて、対象空間に侵入した物体Ｏｂに対応した周波数ビンｆ（ｊ）のパワーｐ（ｊ）が相対的に大きくなる。言い換えると、対象空間に侵入した物体Ｏｂと背景物とに対応した周波数ビンｆ（ｊ）のパワーｐ（ｊ）の差が大きくなる。
【００９５】
上述のように、計算部１２４を設けておけば、第１処理部１２１の出力に対応するパワースペクトルのパワーに適宜の閾値を用いて、対象空間に侵入した物体Ｏｂに対応したパワーｐ（ｊ）を残し、背景物に対応したパワーｐ（ｊ）を消去することが可能である。つまり、第１処理部１２１の出力に対応するパワースペクトルの周波数ビンｆ（ｊ）ごとにパワーを閾値と比較するだけの簡単な処理で、対象空間に侵入した物体Ｏｂを検出する精度が高まる。
【００９６】
ところで、処理部１２は、選択部１２３が選択した情報から物体Ｏｂまでの距離に相当する距離データを求める距離処理部１２５と、距離データから物体Ｏｂの移動する速度に相当する速度データを求める速度処理部１２６とを備えることが望ましい。ただし、速度処理部１２６は必須ではなく、処理部１２は、距離処理部１２５と速度処理部１２６とのうち距離処理部１２５のみを備える構成であってもよい。
【００９７】
距離処理部１２５は、選択部１２３が出力する周波数成分からピーク周波数（図４におけるｆ１１、ｆ１２、ｆ１３に相当）を求め、ピーク周波数を物体Ｏｂまでの距離に相当する距離データとして求める。すなわち、距離処理部１２５は、選択部１２３が出力する周波数成分のうち極大値となる周波数ビンの値を距離データとして求める。選択部１２３が出力した周波数成分から複数のピーク周波数が抽出された場合には、距離処理部１２５は、複数のピーク周波数それぞれを距離データとする。
【００９８】
速度処理部１２６は、距離データの時系列から異なる時刻における距離データの差を速度データとして求める。たとえば、距離データをＬ１（ｉ）で表し、速度データをＶ１（ｉ）で表すと、距離データＬ１（ｉ）と速度データＶ１（ｉ）とは、Ｖ１（ｉ）＝Ｌ１（ｉ）−Ｌ１（ｉ＋１）という関係で表される。ここに、変数ｉは、距離データおよび速度データの時系列における並び順を表しており、計測期間Ｔ１と一対一に対応する。言い換えると、変数ｉは時刻に対応する。
【００９９】
上述した速度データは、正値、ゼロ、負値のいずれかに分類される。速度データがゼロであることは、物体Ｏｂまでの距離に変化がないことを表している。さらに、上述のように定義した速度データは、負値であれば物体Ｏｂまでの距離が増加していること、すなわち物体Ｏｂが電波センサ１０から遠ざかっていることを表し、正値であれば物体Ｏｂが電波センサ１０に近づいていることを表す。また、速度データの絶対値は、計測期間Ｔ１において物体Ｏｂが移動した距離であるから、物体Ｏｂが移動した速さに相当する。要するに、速度データは、物体Ｏｂが移動している向きおよび速さの情報とを含む。
【０１００】
速度データが時系列で隣接している２個の距離データの差であることは必須ではなく、速度データは、３個以上の距離データを用いて求めることが可能である。距離データと速度データとは、たとえば、Ｖ１（ｉ）＝Ｌ１（ｉ−１）−Ｌ１（ｉ＋１）という関係でもよい。また、距離データと速度データとは、Ｖ１（ｉ）＝｛Ｌ１（ｉ−１）−Ｌ１（ｉ＋１）｝／２という関係でもよく、Ｖ１（ｉ）＝［｛Ｌ１（ｉ）−Ｌ１（ｉ＋１）｝＋｛Ｌ１（ｉ−１）−Ｌ１（ｉ））｝］／２という関係でもよい。速度データは、物体Ｏｂの速度の情報であるから、これらの例に限らず、適宜に定めることが可能である。なお、時間経過に伴って送信波の周波数を上昇させる期間と、時間経過に伴って送信波の周波数を下降させる期間とを持つように送信波の周波数を変化させ、２つの期間のビート周波数の周波数差から物体Ｏｂの速度を求めてもよい。
【０１０１】
ところで、処理部１２は、距離データの値に基づいて対象空間の範囲を定めている。また、処理部１２は、距離で区分した１つ以上の特定区間を対象空間の少なくとも一部に定める区間設定部１２７を備える。つまり、区間設定部１２７は、対象空間の全部または一部を特定区間に定める場合と、対象空間に複数の特定区間を定める場合とがある。１つの特定区間は、距離の範囲により定められる。特定区間に存在する物体Ｏｂについては背景物として扱われる。すなわち、距離処理部１２５が求めた距離データが、区間設定部１２７が定めた特定区間に含まれている場合、特定区間に存在する物体Ｏｂに対応する信号は背景物の情報として扱われる。
【０１０２】
特定区間に存在する物体Ｏｂに対応する信号は、背景信号の再取得が指示されると更新される。背景信号の更新は、特定の日時に自動的に行うことが可能であるが、ユーザが指示することによって行われることもある。たとえば、ユーザが特定区間に什器を配置した場合に、背景信号の再取得を指示することにより、特定区間における什器が背景物として認識される。
【０１０３】
対象空間において距離データを求めている物体Ｏｂの同一性を判断するには、距離および速度にそれぞれ範囲を定め、しかも距離および速度の範囲を比較的広く設定する必要がある。距離データが単一の物体Ｏｂに対応しているか否かを判断するために、速度処理部１２６は、距離データを用いて追尾処理を行うように構成されている。また、追尾処理を行う際には、距離処理部１２５が出力した距離データを修正した修正距離データが求められ、速度データは修正距離データに基づいて求められる。速度処理部１２６は、計測期間Ｔ１ごとに得られる距離データおよび速度データが単一の物体Ｏｂに対応すると判断できる場合に、該当する物体Ｏｂの距離データおよび速度データにラベルを付与する。
【０１０４】
処理部１２は、ラベルが付与された距離データを送信波と反射波との周波数差に相当するとみなし、距離データに基づいて距離を計算することが可能である。また、ラベルが付与された速度データがあれば、処理部１２は、速度データに基づいて速度を計算することが可能である。ラベルは物体Ｏｂに対応付けて定められるから、単一の物体Ｏｂに対応した距離データおよび速度データには、同じラベルが付与される。なお、距離データから距離を求める計算、あるいは速度データから速度を求める計算は必須ではなく、電波センサ１０の用途に応じて適宜に実施される。
【０１０５】
ところで、周波数スペクトルにおけるピーク周波数は、静止している単一の物体Ｏｂであっても変動することがある。すなわち、物体Ｏｂがカーテン、樹木などであって、物体Ｏｂの一部が揺れる場合、あるいは送信波と反射波との少なくとも一方の経路にマルチパスが生じる場合には、ピーク周波数に揺らぎが生じる可能性がある。言い換えると、単一の物体Ｏｂについて得られる距離データであってもばらつきの程度が比較的大きくなる可能性がある。距離データのばらつきが大きければ、速度データのばらつきも大きくなる。
【０１０６】
距離データのばらつきが大きい場合には、距離データに基づいて単一の物体Ｏｂとして認識する範囲を広げる必要がある。しかしながら、単一の物体Ｏｂと判断する距離データの範囲を広げると、対象空間に複数の物体Ｏｂが存在する場合に、距離データに対して誤ったラベルを付与する可能性が高くなる。たとえば、速度の差が比較的小さい２つの物体Ｏｂが対象空間に存在すると仮定し、２つの物体Ｏｂに対する距離データの値がほぼ等しくなったとすると、２つの物体Ｏｂを区別することが困難になる。
【０１０７】
そのため、速度処理部１２６は、以下の処理を行うことによって、距離データおよび速度データのばらつきを抑制するように構成されていることが望ましい。速度処理部１２６が以下の処理を行うことは必須ではないが、距離データおよび速度データに対して誤ったラベルを付与する可能性を低減するには以下の処理を行うことが望ましい。
【０１０８】
速度処理部１２６は、たとえば、以下の関係式を用いることにより、同一物から得られる距離データおよび速度データを真値に近づけるように追尾する。言い換えると、速度処理部１２６は、距離処理部１２５が出力した距離データのばらつきを抑制して真値に近づけた修正距離データを求め、修正距離データを用いて速度データを求める。
Ｘｓ（ｋ）＝Ｘｐ（ｋ）＋α｛Ｘｍ（ｋ）−Ｘｐ（ｋ）｝
Ｖｓ（ｋ）＝Ｖｓ（ｋ−１）＋β｛Ｘｍ（ｋ）−Ｘｐ（ｋ）｝／Ｔ１
Ｘｐ（ｋ＋１）＝Ｘｓ（ｋ）＋Ｖｓ（ｋ）・Ｔ１
ここにおいて、Ｘｍ（ｋ）は距離処理部１２５がｋ番目に出力した距離データを意味しており、Ｘｓ（ｋ）は計算で求めたｋ番目の修正距離データである。また、Ｖｓ（ｋ）は計算で求めた速度データであり、Ｘｐ（ｋ）はｋ番目の距離データの予測値である。距離データは距離に読替可能であり、速度データは速度に読替可能である。
【０１０９】
ここに、定数αと定数βとは、たとえば、β＝α２／（２−α）の関係となるように定められている。定数αと定数βとは、この関係に限らないが、この関係を用いることにより比較的よい結果が得られている。修正距離データＸｓ（ｋ）および速度データＶｓ（ｋ）は、定数α、βが小さいほどノイズの影響を受けにくく、定数α、βが大きいほど急峻な変化の影響を受けにくい。したがって、目的に応じて定数α、βの大きさが定められる。
【０１１０】
上述した関係式を用いるには、距離データの予測値Ｘｐ（ｋ）に関する初期値Ｘｐ（１）、および速度データＶｓ（ｋ）に関する初期値Ｖｓ（０）が必要である。ここでは、距離データの予測値Ｘｐ（ｋ）に関する初期値Ｘｐ（１）は、距離データＸｍ（１）で代用する（すなわち、Ｘｐ（１）＝Ｘｍ（１））。また、速度データＶｓ（ｋ）に関する初期値Ｖｓ（１）は、距離データＸｍ（２）と距離データＸｍ（１）との差を採用する（すなわち、Ｖｓ（１）＝Ｘｍ（１）−Ｘｍ（２））。
【０１１１】
上述した初期値を適用すれば、上述した３つの式の値は、距離データＸｍ（ｋ）に基づいて求められる。すなわち、距離処理部１２５から出力される距離データＸｍ（ｋ）に基づいて、速度処理部１２６は、距離データの予測値Ｘｐ（ｋ）を求めることによって、距離データＸｍ（ｋ）のばらつきを抑制した修正距離データＸｓ（ｋ）を求める。さらに、速度処理部１２６は、修正距離データＸｓ（ｋ）に基づいて、ばらつきを抑制した速度データＶｓ（ｋ）を求める。このように距離データおよび速度データのばらつきが抑制されていると、対象空間に複数の物体Ｏｂが存在していても、複数の物体Ｏｂそれぞれの距離と速度とを合理的に対応付けることによって、複数の物体Ｏｂそれぞれに誤りなくラベルを付与できる可能性が高くなる。
【０１１２】
上述した修正距離データを求めた場合、距離データに代えて修正距離データを用いてもよい。たとえば、物体Ｏｂが、カーテン、樹木などのように、定位置に配置されているにもかかわらず、揺らぎを生じる場合、距離データの揺らぎを許容する範囲は、修正距離データに基づいて定めてもよい。また、区間設定部１２７は、修正距離データに基づいて特定区間を定めてもよい。
【０１１３】
いま、図８Ａのように、時間経過に伴って物体Ｏｂの位置が変化したとする。図８Ａの例では、物体Ｏｂが、約１１［ｍ］の距離から電波センサ１０に接近し、約０［ｍ］まで近づいた後に、電波センサ１０から遠ざかっている。図８Ａでは、物体Ｏｂが移動する速さは、ほぼ一定であり、約１．５［ｍ／ｓ］である。定数αを０．３、定数βを０．０５２９に定めて、上述した計算を行ったところ、図８Ｂ、図８Ｃに示す結果が得られた。図８Ｂにおいて、ドットＸｍは距離の測定値Ｘｍ（ｋ）の誤差、特性Ｘｓは距離の計算値Ｘｓ（ｋ）の誤差を表している。すなわち、電波センサ１０から物体Ｏｂまでの距離の真値をＸｔ（ｋ）とすると、ドットＸｍはＸｍ（ｋ）−Ｘｔ（ｋ）を表し、特性ＸｓはＸｓ（ｋ）−Ｘｔ（ｋ）を表す。また、図８Ｃにおいて、特性Ｖｍは距離の測定値Ｖｍ（ｋ）から求めた速度の測定値を表しており、特性Ｖｓは速度の計算値Ｖｓ（ｋ）を表している。図８Ｂ、図８Ｃによれば、速度処理部１２６が上述した処理を行うことによって、距離データおよび速度データのばらつきが抑制されていることがわかる。
【０１１４】
距離データおよび速度データのばらつきを抑制するために用いた上述の関係式は、ばらつきを抑制する原理を表した一例にすぎない。ここでは、測定値と予測値との差分に定数α、βを乗じる関係式を用いているから、定数α、βの値を適宜に定めることにより、距離データおよび速度データのばらつきの程度を調節することが可能である。
【０１１５】
この種の処理を行う構成は、追尾フィルタと呼ばれており、上述した関係式を用いるαβフィルタのほかにも追尾フィルタは数種類が知られている。すなわち、速度処理部１２６には、他の追尾フィルタを用いることが可能である。速度処理部１２６は他の関係式を用いて距離データおよび速度データのばらつきを抑制してもよい。
【０１１６】
上述のように距離データの追尾によって修正距離データが得られると、カーテン、樹木などのように、定位置で揺らぎを生じる物体Ｏｂについても距離データのばらつきが抑制される。したがって、処理部１２は、計測期間Ｔ１ごとに求められた修正距離データが、所定の許容範囲内である状態が継続する時間を計測し、この時間が所定の判定期間に達すると、背景物と判断してもよい。すなわち、処理部１２は、修正距離データが許容範囲内である状態が継続して判定期間に達した後は、許容範囲内のデータを背景物のデータとして除外してもよい。
【０１１７】
ところで、上述した動作例では、背景物のほかには対象空間に１つの物体Ｏｂのみが存在する場合について説明したが、背景物のほかに複数の物体Ｏｂが対象空間に存在する場合もある。以下では、背景物のほかに複数の物体Ｏｂが対象空間に存在する場合の動作について説明する。対象空間に存在する物体Ｏｂについては、上述したように、追尾処理により距離データおよび速度データのばらつきが抑制される。
【０１１８】
ここで、距離データが時間経過に伴って図９のように変化したと仮定する。図９は計測期間Ｔ１ごとに求められた距離データの時間変化を示すグラフの例であり、横軸が時間、縦軸が距離データの値を表している。図９には、背景物などで生じた情報と、対象空間において移動している物体Ｏｂの情報とが表されている。背景物などで生じた情報は、図９において特性Ｌ１１で表されており、時間が経過しても距離データの値はほとんど変化せず、距離データの値の変化は誤差の範囲内である。一方、図９において特性Ｌ１２と特性Ｌ１３とは、一時的には距離の変化がほとんどない期間が生じているが、ほとんどの期間で時間経過に伴って距離が変化している。すなわち、特性Ｌ１２と特性Ｌ１３とは、対象空間に存在する異なる２つの物体Ｏｂに対応していると推定される。
【０１１９】
すなわち、図９のようなグラフが得られた場合に、人が見れば、これらの特性のうちＬ１１のような時間変動を示す特性が背景物などで生じた不要な情報に対応し、特性Ｌ１２と特性Ｌ１３とが異なる２つの移動物に対応することを容易に判断することができる。しかしながら、処理部１２にとって特性Ｌ１２と特性Ｌ１３とが異なる２つの移動物に対応すると認識するのは容易ではない。そこで、処理部１２は判断部１２８を備えている。
【０１２０】
判断部１２８は、計測期間Ｔ１ごとに得られる距離データおよび速度データの追跡を行い、追跡が可能である場合に同一の物体Ｏｂとして認識する。判断部１２８は、実際には修正距離データを用いるが、以下では単に距離データと記載する。判断部１２８は、距離データの時間変化が同一の物体Ｏｂと合理的に判断でき、かつ速度データの時間変化が同一の物体Ｏｂと合理的に判断できることを条件とする。距離データおよび速度データの追跡を行う場合、判断部１２８は、基本的には、時系列において隣接する２つの距離データの関係、および時系列において隣接する２つの速度データの関係を評価する。ただし、判断部１２８は、距離データと速度データとの少なくとも一方について、３つ以上の関係を評価することにより追跡を行ってもよい。
【０１２１】
判断部１２８が用いる条件の一例を以下に説明する。ここでは、判断部１２８が、時系列において隣接する２つの距離データの関係と、時系列において隣接する２つの速度データの関係とを評価する場合を例として説明する。また、距離データが時間経過に伴って図９に示すように変化する場合を例とする。図９に示す特性Ｌ１２および特性Ｌ１３では、物体Ｏｂまでの距離データがほとんど変化しない期間Ｔｎがあり、また交差している部分Ｐｘが２箇所ある。ここで、距離データが交差していることは、必ずしも２つの物体Ｏｂが接近していることを表しているわけではなく、単に電波センサ１０からの距離がほぼ等しいことを表している。
【０１２２】
特性Ｌ１２と特性Ｌ１３とが交差していない期間、つまり同時刻における２つの距離データの差が、所定の判断閾値より大きいという条件が成立している期間には、物体Ｏｂそれぞれに対応した距離データの追跡を個別に行うことが可能である。すなわち、距離データおよび速度データが上述した追跡の条件を満足すれば、判断部１２８は、条件を満足した距離データを同一の物体Ｏｂに対応すると推定する。
【０１２３】
一方、同時刻における２つの距離データの差が、所定の判断閾値以下であるという条件が成立している期間には、２つの物体Ｏｂが電波センサ１０からほぼ同じ距離に存在していることを表しているから、距離データが交差する確率が高くなる。距離データが交差する場合、交差前の２つの距離データと交差後の２つの距離データとの対応関係を保証しなければならない。上述したように、距離データにはラベルが付与される。すなわち、交差前の２つの距離データと交差後の２つの距離データとに正しくラベルを付与する必要がある。
【０１２４】
同時刻における２つの距離データの差が判定閾値以下であるという条件下では、判断部１２８は、当該２つの距離データに一対一に対応する２つの速度データと、一時点前の計測期間Ｔ１における２つの速度データと比較する。同時刻における２つの距離データの差が判定閾値以下になった時点では、当該２つの距離データに一対一に対応する２つの速度データにはラベルが付与されていないが、１つ前の計測期間Ｔ１における２つの速度データそれぞれにはラベルが付与されている。そのため、判断部１２８は、１つ前の計測期間Ｔ１における２つの速度データと、ラベルが付与されていない２つの速度データとを比較することによって、ラベルが付与されていない２つの速度データそれぞれにラベルを付与する。
【０１２５】
ここでは、ラベルが付与されていない速度データを「対象データ」と呼び、１つ前の計測期間Ｔ１における速度データを「直前データ」と呼ぶ。直前データには、ラベルが付与されている。判断部１２８は、２つの直前データそれぞれに対応する２つのラベルを把握しているから、２つの直前データそれぞれと２つの対象データとを比較することにより、２つの対象データそれぞれにラベルを一対一に対応付けることが可能である。
【０１２６】
具体的には、判断部１２８は、１つの物体Ｏｂに関して言えば、時系列において隣接する速度データの差は比較的小さいという経験則によって、２つの対象データそれぞれにラベルを対応付ける。この経験則によれば、対象データと直前データとの差が小さいほど、対象データと直前データとが同一の物体Ｏｂに対応する可能性が高いと言える。そこで、判断部１２８は、２つの対象データそれぞれと、２つの直前データのうちの一方との差を求め、差が小さいほうの対象データに差を求めた直前データと同じラベルを対応付ける。判断部１２８は、残りの対象データに対しては、２つの直前データのうちの他方のラベルを対応付ければよい。
【０１２７】
判断部１２８は、同時刻における２つの距離データの差が判定閾値以下である期間は、上述した処理によって対象データにラベルを付与する。この処理により、２つの距離データが交差していたとしても、ラベルが誤りなく対応付けられ、２つの距離データを個別に追跡できる可能性が高くなる。つまり、人が距離データを追跡する場合と同程度の結果が得られる。図９に示す動作例では、理解を容易にするために、２つの距離データについて説明したが、同時刻に３つ以上の距離データが生じている場合も同様の処理が行われる。すなわち、２つずつの距離データの差を評価し、いずれかの差が判定閾値以下であれば、速度データの時間変化に基づいて距離データを追跡すればよい。
【０１２８】
なお、上述した構成例において、距離処理部１２５および速度処理部１２６が選択部１２３に後置されているが、距離処理部１２５および速度処理部１２６が選択部１２３に後置されるように構成してもよい。
【０１２９】
上述した処理部１２は、マイコン（Microcontroller）を主なハードウェア要素として構成されている。マイコンは、プログラムに従って動作するプロセッサと、プロセッサを動作させるプログラムを格納するためのメモリおよび作業用のメモリとを備えた１チップのデバイスとして構成される。処理部１２は、マイコンではなく、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＰＩＣ（Peripheral Interface Controller）などから選択されるデバイスで構成されていてもよい。あるいは、処理部１２は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）のようにプロセッサのみを備え、メモリを接続して用いられるデバイスで構成されていてもよい。
【０１３０】
処理部１２が複数のプロセッサを備える場合には、第１処理部１２１と第２処理部１２２とを同時に動作させることが可能である。また、第１処理部１２１と第２処理部１２２とを周波数分析部１２０の後段に設ける構成（表１の構成３）を採用する場合、第１処理部１２１と第２処理部１２２とが周波数分析部１２０を共用することが可能である。周波数分析部１２０の後段では前段よりも情報量が圧縮されるから、第１処理部１２１および第２処理部１２２が周波数分析部１２０の後段に設けられることにより処理負荷の軽減につながる。
【０１３１】
処理部１２が単一のプロセッサで構成される場合には、処理部１２は、第１処理部１２１と第２処理部１２２とのプロセスを切り替えて実施する。すなわち、処理部１２は、マルチタスクの機能を持つ。第１処理部１２１と第２処理部１２２とのプロセスは、交互に切り替えることが可能であるが、第１処理部１２１のプロセスと、第２処理部１２２のプロセスとを適宜の比率で行うようにしてもよい。たとえば、第１処理部１２１のプロセスに対して、第２処理部１２２のプロセスの割合を１：１０などに設定することが可能である。あるいは、第１処理部１２１のプロセスと第２処理部１２２のプロセスとを切り替える条件を定めておき、条件の成立によって第１処理部１２１のプロセスと第２処理部１２２のプロセスとを切り替えるようにしてもよい。第１処理部１２１のプロセスと第２処理部１２２のプロセスとを切り替える条件は、たとえば、上述した選択部１２３が用いた条件に準じて定められる。なお、第１処理部１２１のプロセスおよび第２処理部１２２のプロセスに当てる最小の時間は計測期間Ｔ１であり、計測期間Ｔ１の最小の時間は処理周期Ｔ０である。
【０１３２】
プログラムは、メモリのうちのＲＯＭ（Read Only Memory）に格納された状態で提供されるほか、コンピュータで読取可能な光ディスクあるいは外部記憶装置のような記録媒体で提供することも可能である。また、インターネットのような電気通信回線を通してプログラムが提供されてもよい。記憶媒体または電気通信回線を通して提供されるプログラムは、書換可能な不揮発性のメモリに格納される。
【０１３３】
また、区間設定部１２７は、ユーザが操作する外部装置と通信するインターフェイス部として構成されていればよい。この種の外部装置は、専用の設定器のほか、汎用のパーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末などから選択される。
【０１３４】
ところで、図１０に示すように、上述した電波センサ１０は設備機器２０が備えていてもよい。この設備機器２０は、負荷装置２１と電波センサ１０とを備え、電波センサ１０が監視している物体Ｏｂの状態に応じて、負荷装置２１の動作が指示されるように構成される。たとえば、負荷装置２１が照明装置であって、電波センサ１０が対象空間に物体Ｏｂとしての人が存在するか否かを監視するとすれば、対象空間に人が存在する期間に照明装置を点灯させるように設備機器２０を構成することが可能である。
【０１３５】
以上説明した電波センサ１０は、検知部１１と処理部１２とを備える。検知部１１は、所定の計測期間Ｔ１内で時間経過に伴って周波数が変化する電波を対象空間に放射し、かつ対象空間から電波を受信する。処理部１２は、複数の計測期間Ｔ１それぞれにおいて、放射した電波に相当する信号と受信した電波に相当する信号との周波数差の情報を含むセンサ信号に基づいて対象空間に存在する物体Ｏｂまでの距離を計測する。また、処理部１２は、複数の計測期間Ｔ１それぞれで得られるセンサ信号から背景信号が含む情報を除去した後に対象空間に存在する物体Ｏｂまでの距離を計測する機能を有している。背景信号は、対象空間に存在する物体Ｏｂが継続して静止しているとみなされる場合、物体Ｏｂが静止しているとみなされる時間の経過に伴って、物体Ｏｂの情報をセンサ信号から除去する割合を高めるように定められている。
【０１３６】
この構成によれば、静止している物体Ｏｂの情報は、時間の経過に伴ってセンサ信号から除去されるから、対象空間において移動している物体Ｏｂの情報を際立たせ、移動している物体Ｏｂに関するセンサ信号の抽出が容易になる。また、対象空間に存在する複数の物体Ｏｂで電波が反射することによってマルチパスが生じた場合でも、マルチパスによる誤った情報を除外しやすくなる。
【０１３７】
たとえば、対象空間に静止している物体Ｏｂと移動する物体Ｏｂとが混在していると仮定する。この場合、電波センサ１０と静止している物体Ｏｂとの間に移動する物体Ｏｂが介在する経路が生じることがあり、静止している物体Ｏｂの情報を除去できたとしても、移動する物体Ｏｂの位置の変化により、除外できない誤った情報が残ることがある。そのため、静止している物体Ｏｂの情報を一時点の情報として固定的に扱うと、移動する物体Ｏｂが対象空間に存在する期間には、除外できない誤った情報が残される可能性がある。これに対し、静止している物体Ｏｂの情報を除去する割合が時間の経過に伴って高まる構成を採用しているから、静止している物体Ｏｂの情報について時間の経過に伴う変化を取り込み、誤った情報の影響が軽減される可能性が高くなる。
【０１３８】
背景信号は、複数の計測期間Ｔ１それぞれで得られるセンサ信号と、所定回前の計測期間Ｔ１に求めた過去の背景信号との加重和であることが望ましい。
【０１３９】
この構成によれば、過去の背景信号の情報の一部を残しながら背景信号が更新されるから、時間の経過によって変化しない情報は、継続して静止している物体Ｏｂに対応する情報としてセンサ信号から除去することが可能である。また、移動する物体Ｏｂが存在する場合、移動する物体Ｏｂに対応する情報は、背景信号の一部に組み込まれるだけであるから、センサ信号から背景信号が含む情報を除去しても、移動している物体Ｏｂの情報は残される。つまり、移動する物体Ｏｂの情報を取り出すことが可能である。さらに、一時的に静止している物体Ｏｂの情報は、静止している時間が短ければ、センサ信号から背景信号が含む情報が除去されても残され、静止している時間が長ければ、センサ信号から除去される。すなわち、一時的に静止している物体Ｏｂと継続的に静止している物体Ｏｂとを区別することが可能になる。
【０１４０】
ここで、加重和において、過去の背景信号に対する重み係数は、センサ信号に対する重み係数よりも大きく、２つの重み係数の和が１であることが望ましい。
【０１４１】
すなわち、更新された背景信号に、過去の背景信号の情報をセンサ信号の情報よりも多く残すことにより、更新された背景信号に、静止している物体Ｏｂの情報が残りやすくなる。ここに、重み係数を調節すれば、静止している物体Ｏｂの情報がセンサ信号から除去できるようになるまでの時間が調節される。
【０１４２】
背景信号は、対象空間に存在する物体Ｏｂが継続して静止しているとみなされる期間が所定の保留期間に達した後は、物体Ｏｂの情報をセンサ信号から除去するように定められることが望ましい。
【０１４３】
この構成によれば、継続して静止している物体Ｏｂは、背景の物体Ｏｂとして、あらかじめセンサ信号から除去することが可能になり、対象空間に侵入した物体Ｏｂの情報を背景の情報から分離しやすくなる。
【０１４４】
処理部１２は、第１処理部１２１と第２処理部１２２と選択部１２３とを備えることが望ましい。第１処理部１２１は、複数の計測期間Ｔ１それぞれで得られるセンサ信号から背景信号の情報を除去する。第２処理部１２２は、複数の計測期間Ｔ１それぞれで得られるセンサ信号の相互間で静止している物体Ｏｂの情報を除去する。選択部１２３は、第１処理部１２１の出力から得られる情報と第２処理部１２２の出力から得られる情報とから対象となる物体Ｏｂの条件を満たす情報を選択する。
【０１４５】
すなわち、第１処理部１２１の出力から得られる情報により、対象空間に定常的に存在している物体Ｏｂの情報を除外して、対象空間に新たに侵入した物体Ｏｂの情報を得ることができる。また、第２処理部１２２の出力から得られる情報により、対象空間において静止している物体Ｏｂの情報を除外して、対象空間において移動している物体Ｏｂの情報を得ることができる。そして、第１処理部１２１の出力から得られる情報と第２処理部１２２の出力から得られる情報とを、条件に応じて選択部１２３が選択するから、第１処理部１２１の出力から得られる情報と第２処理部１２２の出力から得られる情報とが補完される。その結果、物体Ｏｂが背景物の前に存在する場合、あるいは対象空間において物体Ｏｂが静止している場合であっても、物体Ｏｂに関する情報を正しく抽出できる可能性が高くなる。
【０１４６】
処理部１２は、第１処理部１２１の出力の周波数成分に補正係数を乗じる計算部１２４をさらに備え、この補正係数は、背景信号の周波数成分のパワーまたは振幅値が大きいほど小さい値となるように定められていることが望ましい。
【０１４７】
第１処理部１２１においてセンサ信号から背景信号に含まれる情報を除去した場合に、背景信号に静止している物体Ｏｂのみの情報が含まれていたとしても、静止している物体Ｏｂに対応する周波数成分には残差が生じることがある。この残差は、背景信号の周波数成分のパワーまたは振幅値が大きいほど大きくなるという傾向がある。そのため、背景信号の周波数成分のパワーまたは振幅値が大きいほど小さい値である補正係数を、第１処理部１２１の出力の周波数成分に乗じることにより、静止している物体Ｏｂに対応する周波数成分の残差を低減させることが可能になる。すなわち、静止している物体Ｏｂの情報を第１処理部１２１の出力から除外できる可能性が高まり、対象空間に侵入した物体Ｏｂに関する情報を区別しやすくなる。
【０１４８】
センサ信号は、放射した電波に相当する信号と受信した電波に相当する信号とを混合した時間領域の信号が採用可能である。また、センサ信号は、放射した電波に相当する信号と受信した電波に相当する信号とを混合した後に周波数分析を行った周波数領域の信号が採用可能である。
【０１４９】
センサ信号が、時間領域と周波数領域とのどちらであっても、第１処理部１２１は、所定の一時点で事前に得られるセンサ信号と複数の計測期間Ｔ１それぞれで得られるセンサ信号との差分を求めるように構成することが可能である。また、センサ信号が、時間領域と周波数領域とのどちらであっても、第２処理部１２２は、複数の計測期間Ｔ１それぞれで得られるセンサ信号について相互間の差分を求めるように構成することが可能である。
【０１５０】
これらの構成は、不要な物体Ｏｂに関する情報を除外するための具体例である。センサ信号が時間領域の信号である場合は、時間領域で静止している物体Ｏｂの成分を除去することになる。すなわち、背景物の成分が除去された混合信号の周波数スペクトルを求めればよいから、周波数スペクトルを求める際の処理負荷が軽減される可能性がある。
【０１５１】
一方、センサ信号が周波数領域の信号である場合は、周波数領域で静止している物体Ｏｂの成分を除去することになる。送信波または反射波のマルチパスなどがあると、混合信号では静止している物体Ｏｂに相当する成分に変動が生じる可能性があるが、混合信号から周波数スペクトルを求める過程において、このような変動の影響が緩和されるから、静止している物体Ｏｂに対応する成分の除去が容易である。
【０１５２】
処理部１２は、距離処理部１２５と速度処理部１２６とを備えることが望ましい。距離処理部１２５は、周波数差から物体Ｏｂまでの距離に相当する距離データを複数の計測期間Ｔ１それぞれにおいて求める。速度処理部１２６は、複数の計測期間Ｔ１それぞれで求めた複数の距離データと計測期間Ｔ１の長さとから物体Ｏｂの速度に相当する速度データを求める。また、速度処理部１２６は、距離データの時系列に基づいて真値に近づくようにばらつきを抑制した修正距離データを求め、かつ修正距離データを用いて速度データを求めるように構成されている。
【０１５３】
この構成によれば、物体Ｏｂの一部の揺らぎに起因する距離データのばらつき、送信波あるいは反射波のマルチパスなどに起因する距離データのばらつきなどが抑制される。すなわち、物体Ｏｂに距離データを対応付ける処理が容易になる。また、修正距離データを用いて速度データを求めるから速度データのばらつきも抑制される。
【０１５４】
処理部１２は、判断部１２８を備えることが望ましい。判断部１２８は、速度処理部１２６が同時刻に複数の修正距離データを出力し、かつ同時刻における複数の修正距離データの間の差が所定の判断閾値以下である期間に、複数の修正距離データそれぞれを時間変化に基づいて個別に追跡する。
【０１５５】
この構成によれば、複数の物体Ｏｂについて同時刻に複数の修正距離データが得られた場合に、個々の物体Ｏｂから得られた修正距離データを個別に追跡することができる。すなわち、同時刻に得られた複数の修正距離データの間の差が判断閾値以下である場合に、複数の修正距離データそれぞれを個別に追跡するから、修正距離データを物体Ｏｂに正しく対応付けることが可能になる。このようにして、修正距離データだけでは複数の物体Ｏｂを区別できない場合でも、修正距離データの時間変化を用いて複数の物体Ｏｂを個々に区別できる可能性を高め、物体Ｏｂと修正距離データとを正しく対応付けることが可能になる。
【０１５６】
処理部１２は、複数の計測期間Ｔ１それぞれで求めた複数の修正距離データが、所定の許容範囲内である状態が所定の判定期間に達した後は、許容範囲内である修正距離データを除外するように構成されていてもよい。
【０１５７】
この構成によれば、物体Ｏｂまでの距離が変化しない状態が判定期間に達した後に、該当する物体Ｏｂの情報が除外される。すなわち、距離が変化しない物体Ｏｂは静止している背景とみなされ、物体Ｏｂまでの距離の情報が除外される。したがって、対象空間に侵入した物体Ｏｂであって移動している物体Ｏｂの情報を区別しやすくなる。
【０１５８】
処理部１２は、対象空間の少なくとも一部に、距離で区分した１つ以上の特定区間を定める区間設定部１２７をさらに備える。背景信号は、特定区間に存在する物体Ｏｂの情報をセンサ信号から除去するように定められ、特定区間に存在する物体Ｏｂに対応する背景信号の再取得が指示されると更新される。
【０１５９】
この構成によれば、対象空間に特定区間の設定が可能であり、しかも対象空間を複数の特定区間に分割して設定することも可能である。また、特定区間に存在する物体Ｏｂの情報は、背景信号としてセンサ信号から除去されるから、特定区間に存在する物体Ｏｂが背景として扱われる。特定区間では、背景信号の再取得が指示された場合に背景信号が更新されるから、特定区間において背景となる物体Ｏｂが変更された場合に、背景信号の再取得が指示されると背景信号の更新が行われる。
【０１６０】
上述した設備機器２０は、電波センサ１０と、電波センサ１０が監視している物体Ｏｂの状態に応じて動作が指示される負荷装置２１とを備える。
【０１６１】
この構成によれば、物体Ｏｂの状態に応じて、負荷装置２１の動作が指示可能である。
物体Ｏｂの状態には、たとえば、物体Ｏｂが所定の距離に存在するか否かという状態、物体Ｏｂが電波センサ１０に近づいているか遠ざかっているかという状態などがある。したがって、照明装置、空調装置、表示装置、自動ドアなどの各種の負荷装置２１の動作を物体Ｏｂの状態に応じて制御することが可能になる。たとえば、負荷装置２１が街路灯のような照明装置である場合、人が存在する領域と人が存在しない領域とを電波センサ１０が監視し、それぞれの領域に対応した照明装置の点灯状態を制御することが可能である。
【０１６２】
なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。
【符号の説明】
【０１６３】
１０  電波センサ
１１  検知部
１２  処理部
２０  設備機器
２１  負荷装置
１２１  第１処理部
１２２  第２処理部
１２３  選択部
１２４  計算部
１２５  距離処理部
１２６  速度処理部
１２７  区間設定部
１２８  判断部
Ｏｂ  物体
Ｔ１  計測期間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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