(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体等の対象物から放射されるミリ波を受信する２次元アンテナ部、該２次元アンテナ部の受信信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部、該Ａ／Ｄ変換部でデジタル変換された信号に必要な処理を行う信号処理部を含み、前記受信したミリ波の画像をモニタに表示するレーダ装置において、
位置が固定され、校正時に前記２次元アンテナ部に前記対象物からのミリ波より大きな校正信号を入力する校正信号源と、前記２次元アンテナ部および前記Ａ／Ｄ変換部間に配置されたアッテネータとを備え、
前記信号処理部は、前記校正信号源からの信号を前記２次元アンテナ部で受信し、受信信号のアンテナ間の相関を求める相関器と、該相関器の相関データを積分する積分器と、該積分器の出力に基づき補正情報を検出するとともに、前記２次元アンテナで受信した信号を前記補正情報に基づいて位相補正する位相検出／補正器と、該位相／検出補正器からの位相補正された信号に基づき画像化処理する２次元ＦＦＴとを含み、
前記校正時には、前記対象物から放射されるミリ波検出時よりも前記アッテネータの減衰度を大きく設定し、前記信号処理部により前記２次元アンテナ部のアンテナの位相補正データを得ることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記２次元アンテナ部は、平面状に配置された複数のアンテナを有し、前記アッテネータ、前記Ａ／Ｄ変換部および前記信号処理部は、前記アンテナ毎に設けられることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記２次元アンテナ部は、予め設けられたレール上を相互に異なる方向へ移動する１対の移動受信アンテナにより構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーダ装置に関し、特に移動する又は静止状態の対象物からのミリ波を受信して画像情報を得るパッシブミリ波画像受信機能を有するレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人体等は赤外線と共にミリ波を発生しているために、このミリ波を受信アンテナで受信して、セキュリティ装置等に応用可能である。即ち、空港等でのセキュリティゲートを通過する搭乗者等が、衣服の下に隠し持っている銃又はその他の凶器等を検出するために応用可能である。
【０００３】
斯かる技術分野における又は関連する従来技術は、例えば特開２０００−１０１９０３号公報の「画像処理装置および方法、並びに記録媒体」（第１従来技術）、特開２００１−９９９３０号公報の「周辺監視センサ」（第２従来技術）、特開平６−３３１７２５号公報の「ミリ波画像撮像装置」（第３従来技術）、特開平９−１９７０４２号公報の「ミリ波カメラ装置」（第４従来技術）、特開平１０−１４８６７３号公報の「ミリ波イメージングレーダ」（第５従来技術）、特開平１１−８３９９６号公報の「ミリ波検出装置」（第６従来技術）および特開平１１−１３３１４１号公報の「ミリ波画像形成装置」（第７従来技術）等に開示されている。
【０００４】
上述した第１従来技術は、人間が胸につけたＩＤカードを離れた位置から容易に検知でき、ＩＤ情報を認識するための画像処理量を低減できるようにする画像処理技術を開示している。
第２従来技術は、物体の相対位置、相対速度、物体形状等を確実に行うセンシング周辺監視センサを開示している。
第３従来技術は、高精度な視野画像の取得を実現した上で、出画時間の短縮化を図るミリ波画像撮像装置を開示している。
第４従来技術は、多層誘電体基板を用いた平面アンテナ技術より、小型軽量で安価なミリ波カメラ装置を開示している。
【０００５】
また、第５従来技術は、送信装置から電波を送信し、計測対象の反射電波の強度を画像化した場合に得られた画像が、所謂グリントと呼ばれる現象のため、検出すべき計測対象、（例えば衣服の陰に隠された拳銃）がもとの形状とはかけ離れた形状となり、他の物体と区別することが不可能となり、凶器検出等のセキュリティの分野に応用できないという課題を、グリント現象の発生を抑えて計測対象の形状を正確に画像化するミリ波イメージングレーダを開示している。
第６従来技術は、衣服を通過し、人体に害のない微弱なミリ波を用いて、衣服の下に隠蔽している禁制品を発見するミリ波検出装置を開示している。
第７従来技術は、ＦＭ−ＣＷレーダを用い、ミリ波画像として生成する対象物の距離情報も入手し、検知対象の範囲内であるか対象外であるかの判断機能を付加したミリ波画像形成装置を開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述いずれの従来技術においても、高周波になるにつれて、アンテナの微小な歪みや接続ケーブルの温度等による誤差が無視できないために、高精度の画像を得ることができなかった。
【０００７】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、アンテナの微小な歪みや接続ケーブルの温度等による誤差の影響を極力抑えた高精度の画像を得ることができるレーダ装置、画像取得方法、画像情報に基づく制御方法およびミリ波を用いた監視方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、例えば９４ＧＨｚ帯の高周波（ミリ波）を使用して明瞭な動画像が得られるレーダ装置、画像取得方法、画像情報に基づく制御方法およびミリ波を用いた監視方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明によるレーダ装置は次のような特徴的な構成を採用している。
【００１０】
（１）人体等の対象物から放射されるミリ波を受信する２次元アンテナ部、該２次元アンテナ部の受信信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部、該Ａ／Ｄ変換部でデジタル変換された信号に必要な処理を行う信号処理部を含み、前記受信したミリ波の画像をモニタに表示するレーダ装置において、
位置が固定され、校正時に前記２次元アンテナ部に前記対象物からのミリ波より大きな校正信号を入力する校正信号源と、前記２次元アンテナ部および前記Ａ／Ｄ変換部間に配置されたアッテネータとを備え、
前記信号処理部は、前記校正信号源からの信号を前記２次元アンテナ部で受信し、受信信号のアンテナ間の相関を求める相関器と、該相関器の相関データを積分する積分器と、該積分器の出力に基づき補正情報を検出するとともに、前記２次元アンテナで受信した信号を前記補正情報に基づいて位相補正する位相検出／補正器と、該位相／検出補正器からの位相補正された信号に基づき画像化処理する２次元ＦＦＴとを含み、
前記校正時には、前記対象物から放射されるミリ波検出時よりも前記アッテネータの減衰度を大きく設定し、前記信号処理部により前記２次元アンテナ部のアンテナの位相補正データを得るレーダ装置。
【００１１】
（２）前記２次元アンテナ部は、平面状に配置された複数のアンテナを有し、前記アッテネータ、前記Ａ／Ｄ変換部および前記信号処理部は、前記アンテナ毎に設けられる上記（１）のレーダ装置。
【００１２】
（３）前記２次元アンテナ部は、予め設けられたレール上を相互に異なる方向へ移動する１対の移動受信アンテナにより構成される上記（１）のレーダ装置。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるレーダ装置の好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
先ず、図１は、本発明によるレーダ装置の好適実施形態の基本構成図である。このレーダ装置１０は、２次元平面アンテナ１１、Ａ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換部１２、信号処理部１３、校正信号源１４、モニタ（画像表示部）１５およびアッテネータ（減衰部）１６により構成される。尚、図１において、ユニット内にＡ／Ｄ変換部１２、信号処理部１３およびアッテネータ１６は内蔵されている。
【００２５】
人体等のターゲット２０（対象物）の発するミリ波を、複数のアンテナで構築される２次元平面アンテナ１１で受信し、アッテネータ１６を通した信号をＡ／Ｄ変換部１２でデジタル化する。信号処理部１３において、その受信データの位相処理に２次元ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、モニタ１５に画像情報として表示する。例えば９４ＧＨｚ帯の高周波を用いる際に問題となる、受信機位置やケーブルの曲げや伸びの影響による位相誤差成分を、付属する校正信号源１４からの信号により信号処理部１３においてキャンセルし、高精度な画像を取得する。
【００２６】
次に、図２は、図１に示す本発明によるレーダ装置１０の好適実施形態の詳細構成を示すブロック図である。２次元平面アンテナ１１は、受信部１１１、１対の基準クロック（ＣＬＫ）発生器１１２Ａと１１２Ｂ、１対のダウンコンバータ１１３Ａと１１３Ｂ、帯域フィルタ（ＢＰＦ）１１５および１対の増幅器（ＡＭＰ）１１４により構成される。Ａ／Ｄ変換部１２は、ＣＬＫ発生器１２２、ＡＭＰ１２４、ＩＱ分離処理部１２１、複数の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１２３、ＡＭＰ１２５およびＡ／Ｄ変換器１２６により構成される。信号処理部１３は、相関器１３１、積分器１３２、補正検出器／位相補正器１３３および２次元ＦＦＴ（計算機）１３４により構成される。
【００２７】
信号処理部１３において、相関器１３１は、２次元平面アンテナ１１を構成する複数のアンテナ間の相関を計算する。積分器１３２は、相関器１３１の相関データを積分する。補正検出器／位相補正器１３３は、校正情報により位相補正を行う。２次元ＦＦＴ１３４は、２次元ＦＦＴを使用して画像化処理をする計算機である。
【００２８】
２次元平面アンテナ１１において、受信部１１１は、人体等の対象物２０からのミリ波を受信する。ＣＬＫ発生器１１２は、基準クロックを発生する。ダウンコンバータ１１３は、受信部１１１で受信したミリ波の周波数を逓減する。信号増幅器（ＡＭＰ）１１４は、ダウンコンバータ１１３により周波数逓減された信号を増幅する。ＢＰＦ１１５は、ダウンコンバータ１１３Ａが周波数逓減した信号のうち希望する信号のみを取り出すための帯域フィルタである。このように複数個のダウンコンバータ１１３Ａ、１１３Ｂにて複数回の周波数逓減を行い、必要な処理帯域のデータを得ている。
【００２９】
Ａ／Ｄ変換部１２において、ＩＱ分離処理部１２１は、ＣＬＫ発生器１２２から基準クロックを受けてＩ、Ｑ成分の分離をする。基準クロック（ＣＬＫ）発生器１２２は、上述した基準クロックを発生する。低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１２３は、ＩＱ分離処理部１２１の出力信号の低周波成分のみを通過させる。増幅器（ＡＭＰ）１２４、１２５は、信号を所定増幅度で増幅する。Ａ／Ｄ変換器１２６は、信号をデジタルデータに変換する。
【００３０】
ここで、受信アンテナ１１からＡ／Ｄ変換部１２までは、受信アンテナ１１の個数分の系統を用意することが好ましい。尚、基準クロック発生器１１２Ａ、１１２Ｂ、１２２は、レーダ装置１０で共通の発信源を使用して位相を合わせる。相関器１３１から位相補正器１３３までも、受信アンテナ１１の組み合わせ分の系統を用意することが好ましい。
【００３１】
次に、図１および図２に示すレーダ装置１０の動作を説明する。測定を行う前に、校正信号源１４から校正用のデータの発信を行う。そして、２次元平面アンテナ１１を構成する各受信アンテナでデータ受信を行い、校正する。校正時には、正しい位相を測定するために、周囲のミリ波発信源に対して十分に強い強度の校正信号を発信する。そのため、校正時のデータ取得用に回路のゲインを下げることのできるアッテネータ１６を、２次元平面アンテナ１１で構成される受信アンテナとＡ／Ｄ変換部１２との間に組み込んでいる。
【００３２】
２次元平面アンテナ１１の各受信アンテナで受信したデータは、通常観測と同様の処理を行う。そして、各受信アンテナおよび発信器の正しい位置関係と、受信アンテナ間の相関値を補正情報として記録する。斯かる校正を頻繁に行うことにより、温度変化等による位相のずれを抑え、高精度の画像を常時得ることが可能になる。その後、校正信号源１４からの校正用データの送信を中止し、アッテネータ１６の回路のゲインを観測用に上げ、対象物２０から放射されるミリ波の観測を受動的に行う。
【００３３】
２次元受信アンテナ１１の各受信アンテナで受信したデータは、基準クロック発生器１１２およびダウンコンバータ１１３を使用してダウンコンバート（周波数低減）される。このダウンコンバートされたデータは、処理対象の領域を帯域フィルタ（ＢＰＦ）１１５でフィルタされ、ＡＭＰ１１４により信号を必要なレベルに増幅される。通常は、複数段の処置が行われる。このようにして処理対象の周波数帯までダウンコンバートされたデータは、Ａ/Ｄ変換部１２へ供給され、ＩＱ分離処理部１２１によりＩ、Ｑ成分に分離され、低域通過フィルタ１２３、ＡＭＰ１２５を介してＡ／Ｄ変換器１２６によりデジタルデータに変換される。
【００３４】
次に、信号処理部１３では、相関器１３１により複数の受信アンテナのデジタル化されたデータに対して、アンテナ間の相関をとる。更に、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、積分器１３２によりデータを積分する。補正検出器／位相補正器１３３は、この積分器１３２の積分結果に、上述した校正信号源１４を使用する校正処理で出した補正情報で補正を行う。アンテナの相対位置に応じた２次元配列に補正結果の情報を入れ、この配列に対し２次元ＦＦＴ（計算機）１３４により２次元ＦＦＴをかけて、対象物２０のデータを画像とすることが可能になる。２次元の受信アンテナを面的に配置し、相関をとる数の相関器１３１を使用する場合には、ビームのスキャンが不要であるため、高速での動画像を得ることも可能になる。
【００３５】
次に、図３は、本発明によるレーダ装置の第２実施形態の構成を示す。このレーダ装置１０’は、上述したレーダ装置１０の２次元平面アンテナ１１の代わりに、受信アンテナを移動式アンテナとする。即ち、それぞれ駆動手段により縦方向へ移動可能な縦方向受信アンテナ１７Ａおよび横方向へ移動可能な横方向受信アンテナ１７Ｂの２個とする。これら受信アンテナ１７Ａ、１７Ｂは、レール上を移動して、その位置を自由に変更できる。移動と位置の検出には、例えばサーボモータを使用して、信号処理部１３の計算機にその情報が入力されるようにする。この場合に、受信アンテナ１７Ａ、１７Ｂの位置を変える毎に校正を行い、観測を続け、最後に相関器により相関情報を纏めて２次元ＦＦＴを行うことで画像を得る。
【００３６】
このように、レーダ装置１０’は、後処理により、等価的に２次元平面アンテナ１１を使用した場合と同様のデータを取得可能としている。受信アンテナ１７Ａ、１７Ｂの移動毎に校正・観測が必要なため、動画の取得には向かない。しかし、対象物２０が静止している場合には、必要な受信アンテナおよび相関器が２つで済むため、レーダ装置１０’を廉価に構築することが可能である。尚、このレーダ装置１０’の受信アンテナ１７Ａ、１７Ｂのレール配置は、９０°である必要はなく、任意の角度で配置し、配置角度に応じた位置情報に基づく処理を行えば良い。
【００３７】
以上、本発明によるレーダ装置の好適実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。例えば、Ａ／Ｄ変換後の処理はデジタルで処理するため、相関器等は計算機のプログラムで置き換えることも可能である。また、モニタ１５の変わりに、レーダ装置１０で取得した画像情報を各種制御装置へ直接入力して制御を行うことも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、本発明のレーダ装置によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、従来困難であった例えば９４ＧＨｚ帯のミリ波高周波を使用するパッシブ方式で、明瞭な画像を得ることが可能である。これにより、近距離で使用する場合には、空港等のセキュリティゲートで、搭乗者が隠して持ち込む武器等の検出装置に応用可能である。また、遠距離で使用する場合には、赤外線に比較して天候等の自然条件の影響を受け難いので、車両の監視装置等への応用も可能である。これら何れの場合も、センサは受動的（パッシブ）に動作するため、監視されている側に監視されていることを認識させることがないという格別な効果が得られる。
【００３９】
また、本発明のレーダ装置において、受信アンテナとして、例えば異なる方向へ移動する移動式の２個の受信アンテナを使用することにより、静止した対象物を監視するのに好適なレーダ装置を安価に実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーダ装置の第１実施形態の全体構成図である。
【図２】図１に示すレーダ装置の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】本発明によるレーダ装置の第２実施形態の全体構成図である。
【符号の説明】
１０、１０’  レーダ装置
１１    受信アンテナ（２次元平面アンテナ）
１２    Ａ／Ｄ変換器
１３    信号処理部
１４    校正信号源
１５    画像表示装置（モニタ）
１６    アッテネータ
１７Ａ、１７Ｂ  移動式受信アンテナ
２０    対象物
１１１  受信部
１１２Ａ、１１２Ｂ  基準クロック発生器
１１３Ａ、１１３Ｂ  ダウンコンバータ
１２６  Ａ／Ｄ変換器
１３１  相関器
１３２  積分器
１３３  補正器
１３４  ２次元ＦＦＴ
【図１】
0003952367.tif 000002
【図２】
0003952367.tif 000003
【図３】
0003952367.tif 000004