(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間に所定周波数の送信波を放射し、当該送信波の反射波を受信してビート信号を生成する送受信手段と、
前記ビート信号に所定の信号処理を施すことにより空間に飛行する無人航空機を検知する検知手段と、を備え、
前記検知手段は、無人航空機特有の機体振動の周波数成分が前記ビート信号に含まれるか否かを判定することにより無人航空機と他の飛翔体とを判別する
ことを特徴とする無人航空機検知装置。
【請求項２】
前記送受信手段は、２周波ＣＷ方式、ＦＭ−ＣＷ方式あるいはＣＷドップラー方式に基づいて前記送信波を空間に放射して前記ビート信号を生成することを特徴とする請求項１記載の無人航空機検知装置。
【請求項３】
前記検知手段は、前記ビート信号をＦＦＴ処理して得られる周波数成分が所定の判別しきい値を越えると無人航空機と判定する
ことを特徴とする請求項１または２記載の無人航空機検知装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記送信波としてマイクロ波を空間に放射することを特徴とする請求項３に記載の無人航空機検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人航空機検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、所謂「ドローン」と呼称される無人航空機が問題視されている。すなわち、このような無人航空機については、現在十分な法制度が整っていないために飛行を制限することが適切に行えない状況にあり、この結果、無人航空機の墜落等によって何らかの被害の発生が危惧されている。
【０００３】
出願人は、このような「ドローン」と呼称される無人航空機に関する特許文献の検索を試みたが、適切なものを発見することができなかった。しかし、下記非特許文献１として記載するＵＲＬのホームページには、空中音響技術を利用したドローン探知システムに関する技術が開示されている。ドローン探知システムは、ドローンの飛行音を分析することにより、飛来するドローンの早期発見を実現するものである。
また、下記非特許文献２には、画像処理技術を用いることにより無人航空機を鳥や雲などと区別して発見する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＵＲＬ：https://www.oki.com/jp/press/2015/05/z15016.html
【非特許文献２】平成２７年１０月４日の日本経済新聞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来技術では、無人航空機を他の飛翔体と識別することが十分にできないという問題がある。例えば非特許文献１の技術は、ドローンの飛行音を分析するが、背景音が外乱となって無人航空機を鳥等の飛翔体（外乱物）と区別することが困難である。特に比較的離れた距離を飛行している無人航空機や飛翔体については、無人航空機を鳥等の飛翔体（外乱物）と区別することが困難である。
【０００６】
また、非特許文献２の技術は、画像処理技術を用いるが、画像の解像度に限界があるので、比較的離れた距離を飛行している鳥等の飛翔体を無人航空機と区別することができない。また、無人航空機や飛翔体の色が空等の背景色と同一あるいは類似する場合には、無人航空機や飛翔体の輪郭を正確に検出することができないので、これによっても無人航空機を飛翔体と区別することができない。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも確実に無人航空機を他の飛翔体と区別して検知することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、無人航空機検知装置に係る第１の解決手段として、空間に所定周波数の送信波を放射し、当該送信波の反射波を受信してビート信号を生成する送受信手段と、ビート信号に所定の信号処理を施すことにより空間に飛行する無人航空機を検知する検知手段と、を備え、前記検知手段は、無人航空機特有の機体振動の周波数成分が前記ビート信号に含まれているか否かを判定することにより無人航空機と他の飛翔体とを判別する、という手段を採用する。
【０００９】
無人航空機検知装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記送受信手段は、２周波ＣＷ方式、ＦＭ−ＣＷ方式あるいはＣＷドップラー方式に基づいて前記送信波を空間に放射して前記ビート信号を生成する、という手段を採用する。
【００１０】
無人航空機検知装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、前記検知手段は、前記反射波をＦＦＴ処理して得られる周波数成分からピーク周波数を抽出し、当該ピーク周波数について所定の判別しきい値を越える周波数成分を無人航空機に起因するものと判断する、という手段を採用する。
【００１１】
無人航空機検知装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、前記検知手段は、前記送信波としてマイクロ波を空間に放射する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、無人航空機特有の機体振動の信号成分がビート信号に含まれているか否かを判定することにより無人航空機を検知するので、従来よりも確実に無人航空機を他の飛翔体（外乱物）と区別して検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る無人航空機検知装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る無人航空機検知装置の検知原理を説明するための模式図である。
【図３】本発明の一実施形態における信号処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る無人航空機検知装置Ａは、図１に示すように発振器１、方向性結合器２、送信アンテナ３、発振制御部４、受信アンテナ５、ミキサ６、信号処理部７及び出力部８を備えている。
【００１５】
無人航空機検知装置Ａは、マイクロ波を用いることにより空間に飛翔する無人航空機Ｔを検知する装置である。また、この無人航空機検知装置Ａは、２周波ＣＷ方式に基づいて生成されたマイクロ波を用いて無人航空機Ｔを検知するものである。
【００１６】
ここで、本実施形態に係る無人航空機検知装置Ａが検知対象とする無人航空機Ｔは、一般に「ドローン」と呼称されている無人の小型飛行機である。この無人航空機Ｔは、図２に示すように、例えば４つの推力装置ｔ1〜ｔ4（回転翼）が機体ｔ5に対して異なる位置に取り付けられたものである。これら推力装置ｔ1〜ｔ4は、モータや小型のエンジンを動力源とするものであり、機体ｔ5に対する振動源でもある。
【００１７】
無人航空機Ｔの機体ｔ5は、このような推力装置ｔ1〜ｔ4つまり異なる部位に取り付けられた振動源の作用によって、常に微小振動（機体振動）を繰り返すという性質を有する。そして、この微小振動の周波数（振動周波数）は、構造力学的に当然のことであるが、推力装置の個数が増加する程に高周波化するという性質を有する。詳細は後述するが、本実施形態に係る無人航空機検知装置Ａは、このような無人航空機Ｔ特有の機体ｔ5の微小振動に着目して空中を飛翔する物体（飛翔体）の中から無人航空機Ｔを識別するものである。
【００１８】
なお、このような無人航空機Ｔは、リモコンによる遠隔操作によって飛行するものに加え、ＧＰＳや姿勢制御センサ等を備えることにより自立飛行するものが存在する。現在知られている多くの「ドローン」は、少なくとも３つの推力装置を備え、また殆どのものは飛行安定性を確保するために４つ以上かつ偶数の推力装置を備えている。
【００１９】
さて、本実施形態に係る無人航空機検知装置Ａを構成する発振器１は、２周波ＣＷ方式に基づいて、所定周波数である２つの周波数ｆ1、ｆ2が一定期間毎に繰り返す正弦波信号を発生する信号発生器である。すなわち、発振器１は、発振制御部４から入力される方形波信号に基づいて発振周波数を２つの周波数ｆ1、ｆ2に設定する電圧制御型発振器である。このような発振器１は、例えば方形波信号のローレベル期間において周波数ｆ1の正弦波を発振し、また方形波信号のハイレベル期間において周波数ｆ2の正弦波を発振する。
【００２０】
方向性結合器２は、発振器１から入力される正弦波信号を送信アンテナ３及びミキサ６に出力する３ポートのサーキュレータである。この方向性結合器２は、このように正弦波信号を出力するものの、これとは逆方向には信号を伝送しない性質を有する。すなわち、方向性結合器２において、送信アンテナ３やミキサ６から入力される信号は、発振器１には出力されない。
【００２１】
送信アンテナ３は、マイクロ波送信用に設計されたホーンアンテナあるいはリフレクタアンテナ等である。この送信アンテナ３は、方向性結合器２から送信信号として入力された正弦波信号（電気信号）を電波（送信波）に変換して空間に放射する。この送信波は、空間内にマイクロ波を反射するような物体（飛翔体）が存在すると反射して反射波を発生させる。
【００２２】
発振制御部４は、上記発振器１の動作（発振）を制御する制御装置である。この発振制御部４は、上述したように方形波信号を発振器１に出力することにより、当該発振器１から出力される正弦波信号の周波数を所定の周波数ｆ1、ｆ2に制御する。また、この発振制御部４は、上記方形波信号に同期したタイミング信号を信号処理部７に出力する。なお、上記方形波信号の繰り返し周波数及びデューティー比は、適宜設定される。
【００２３】
受信アンテナ５は、マイクロ波受信用に設計されたホーンアンテナあるいはリフレクタアンテナ等である。この受信アンテナ５は、上記飛翔体に起因する反射波（電波）を受信信号（電気信号）に変換してミキサ６に出力する。上記反射波は、送信波に由来するものであり、よって送信波が有する周波数、振幅及び時間的な特性に加えて、飛翔体に由来する特性を備えるものである。
【００２４】
なお、図示していないが、上記送信アンテナ３及び受信アンテナ５は、所定の走査装置を備えており、送信波の送信方向及び反射波の受信方向が所定広さの２次元空間となるように向きが可変される。すなわち、この２次元空間は、無人航空機検知装置Ａの監視領域である。送信アンテナ３は、この監視領域に対して送信波を所定順序で走査状に順次放射する。そして、受信アンテナ５は、送信波の放射方向から入射する反射波を捉える。
【００２５】
ミキサ６は、上記送信信号と受信信号とを乗算処理するアナログ乗算回路であり、乗算信号を信号処理部７に出力する。この乗算信号には、送信信号と受信信号との乗算（干渉）によって発生するビート信号（うなり信号）が含まれる。すなわち、２周波ＣＷ方式に基づいてミキサ６で生成されたビート信号は、飛翔体までの距離及び飛翔体の飛翔速度を飛翔体に関する情報として含むものである。
【００２６】
なお、以上の発振器１、方向性結合器２、送信アンテナ３、発振制御部４、受信アンテナ５及びミキサ６は、空間にマイクロ波を送信波として放射し、当該送信波の反射波を受信してビート信号を生成する送受信部を全体として構成している。この送受信部は、本願発明の送受信手段に相当する。
【００２７】
信号処理部７は、上記ビート信号に所定の信号処理を施すことにより無人航空機Ｔを検知する。この信号処理部７は、本発明の検知手段に相当する。すなわち、この信号処理部７は、発振制御部４から入力されるタイミング信号に基づいて乗算信号に所定の信号処理を施すことにより、上記飛翔体が無人航空機Ｔであるか否かを検知する。なお、この信号処理部７における信号処理の詳細については、動作説明として後述する。
【００２８】
出力部８は、信号処理部７の処理結果、つまり飛翔体の属性情報を外部に出力するものであり、例えば表示装置あるいは／及び通信装置である。出力部８が表示装置であった場合、出力部８は、飛翔体の属性情報として、飛翔体の位置及び飛行速度に加え、飛翔体の種別、つまり無人航空機Ｔであるか、あるいは無人航空機Ｔ以外の飛翔体であるかを画像表示する。
【００２９】
次に、このように構成された無人航空機検知装置Ａの動作について、図３をも参照して詳しく説明する。
【００３０】
この無人航空機検知装置Ａにおける送受信部は、上述したように監視領域に放射した送信波の反射波を受信することにより２周波ＣＷ方式に基づくビート信号を生成する。そして、信号処理部７は、送受信部から入力されたタイミング信号に基づいてビート信号に図３に示す処理を施すことにより監視領域における検知結果を出力部８に出力する。
【００３１】
信号処理部７は、最初にアナログ信号であるビート信号をデジタル信号（ビートデータ列）に変換する（ステップＳ１）。すなわち、信号処理部７は、タイミング信号に同期してビート信号を順次サンプリングすることにより、送信信号における２つの周波数ｆ1、ｆ2に対応した２つのビートデータ列Ｄ1，Ｄ2に変換する。そして、信号処理部７は、２つのビートデータ列Ｄ1，Ｄ2をそれぞれＦＦＴ処理することにより２つのビートデータ列Ｄ1，Ｄ2の周波数特性をそれぞれ示す２つのビート周波数データＤｆ1，Ｄｆ2を取得する（ステップＳ２）。
【００３２】
そして、信号処理部７は、このように取得した２つのビート周波数データＤｆ1，Ｄｆ2について以下の２系統の処理を施す。その一方は、飛翔体までの距離及び飛翔体の飛翔速度を検出する処理（飛翔状態検知処理）であり、他方は飛翔体が無人航空機Ｔであるか否かを判定する処理（種類判別処理）である。
【００３３】
上記飛翔状態検知処理は、２つのビート周波数データＤｆ1，Ｄｆ2に対するピーク検出処理（ステップＳ３）と、飛翔体までの距離及び飛翔体の飛翔速度を演算する演算処理（ステップＳ４）とから構成される。なお、この飛翔状態検知処理は、２周波ＣＷ方式に基づく周知の処理である。演算処理（ステップＳ４）では、ピーク検出処理（ステップＳ３）によって得られた２つのビート周波数データＤｆ1，Ｄｆ2の各ピーク周波数の何れか一方に基づいて飛翔体までの距離を演算し、また２つのビート周波数データＤｆ1，Ｄｆ2の位相差に基づいて飛翔体の飛翔速度を演算する。
【００３４】
上記種類判別処理は、２つのビート周波数データＤｆ1，Ｄｆ2に対する周波数分布検出処理（ステップＳ５）と、当該周波数分布検出処理（ステップＳ５）に基づて飛翔体が無人航空機Ｔでるか否かを判定する種類判別処理（ステップＳ６）から構成される。
【００３５】
周波数分布検出処理では、２つのビート周波数データＤｆ1，Ｄｆ2が有する周波数分布、つまり最低周波数と最高周波数とが検出される。そして、種類判別処理では、最高周波数が予め設定（記憶）された判別しきい値よりも大きいか否かが評価され、最高周波数が判別しきい値よりも大きい場合は、飛翔体が無人航空機Ｔであると判定し、最高周波数が判別しきい値以下の場合には、飛翔体が無人航空機Ｔでなはいと判定する。
【００３６】
ここで、上記判別しきい値について追加説明する。無人航空機Ｔは、上述したように例えば４つの推力装置ｔ1〜ｔ4を備えた小型飛行機であり、飛行中において各推力装置ｔ1〜ｔ4が振動源となって機体ｔ5が微小振動を繰り返している。この微小振動は、機体ｔ5の構造にも依るが、少なく見積もっても数百Ｈｚオーダーの周波数である。そして、このような周波数の微小振動は、飛翔体として想定される鳥等の自然物、また風船等の人工物が発することのない振動周波数である。上記自然物や人工物が発する振動は、数ヘルツオーダーの周波数である。
【００３７】
本実施形態における判別しきい値は、このような観点から無人航空機Ｔと上記自然物及び人工物とを識別できる周波数、例えば１００Ｈｚ程度に設定されている。種類判別処理（ステップＳ６）では、このように設定された判別しきい値と各ビート周波数データＤｆ1，Ｄｆ2の最高周波数とを比較し、各ビート周波数データＤｆ1，Ｄｆ2の最高周波数が判別しきい値を越える状態が予め設定した所定時間以上継続する場合に、監視領域を飛翔している飛翔体が無人航空機Ｔであると判定する。
【００３８】
このような飛翔状態検知処理及び種類判別処理の結果、信号処理部７は、無人航空機Ｔまでの距離、無人航空機Ｔの飛翔速度を検知結果として出力部８に出力する。そして、出力部８は、検知結果を外部に報知する。
【００３９】
このような本実施形態によれば、無人航空機Ｔ特有の機体ｔ5の微小振動の周波数に基づいて無人航空機Ｔと他の飛翔体を判別するので、従来よりも確実に無人航空機Ｔを他の飛翔体と区別して検知することができる。
【００４０】
ここで、無人航空機Ｔを他の飛翔体と判別する方法として、推力装置ｔ1〜ｔ4（回転翼）の回転に起因するビート信号の周波数成分を利用することが考えられる。推力装置ｔ1〜ｔ4（回転翼）は所定回転数で回転（運動）しているので、ビート信号には上記回転の影響が周波数成分として含まれる。
【００４１】
しかしながら、無人航空機の中には、推力装置（回転翼）がカバーによって覆われているものが存在する。このようなカバー付きの無人航空機については、ビート信号に推力装置の回転の影響が現れないので、無人航空機として判別することができない。このような観点も考慮した結果、本実施形態では、無人航空機Ｔ特有の機体ｔ5の微小振動の周波数に基づいて無人航空機Ｔと他の飛翔体を判別するという方法を採用した。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態における送受信部は２周波ＣＷ方式に基づくものであるが、本発明はこれに限定されない。例えばＦＭ−ＣＷ方式あるいはＣＷドップラー方式に基づいて送受信部を構成してもよい。
【００４３】
（２）上記実施形態では、送信信号としてマイクロ波を用いたが、本発明はこれに限定されない。無人航空機Ｔの機体ｔ5の微小振動を検出することが可能な周波数（検知分解能）を有する媒体であれば、例えばミリ波や光（レーザ光）等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ  無人航空機検知装置
１  発振器
２  方向性結合器
３  送信アンテナ
４  発振制御部
５  受信アンテナ
６  ミキサ
７  信号処理部
８  出力部
Ｔ  無人航空機
ｔ1〜ｔ4  推力装置
ｔ5  機体
【図１】
0006634272.tif 000002
【図２】
0006634272.tif 000003
【図３】
0006634272.tif 000004