(57)【要約】生命体検出レーダを用いてバイオメトリックスを検出するシステム及び方法を開示する。生命体検出レーダには、種々の対象と接触した際に反射して戻る連続マイクロ波（“ＣＷ”）無線信号を送信するように構成した送信アンテナを設けることができる。この信号は、周波数において系統的に変化させ、異なる周波数での送信間の間隔を短くして本質的に連続する信号を発生させるようにしうる。反射した帰還信号は１つ以上の受信アンテナにより受信するとともに、１つ以上の標的を検出するように処理する。この受信した信号には、動かない対象からの反射に対応する静的な（すなわち、定位相の）信号を含めることができる。受信信号には、呼吸パターン及び心拍（これらに限定されない）を含む測定可能なバイオメトリックスを有する生命のある標的からの反射に対応する位相変化信号を含めることもできる。クラッタを除去することができ、受信信号の残りの部分を標的検出に対して解析するようにする。
2016521363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数で設定された連続波の送信信号を用いて、少なくとも１つの検出領域を照射する少なくとも１つのビームを伝搬させるように構成された少なくとも１つの送信アンテナと、
前記少なくとも１つの検出領域内での少なくとも１つの前記送信信号の対象からの反射と関連する帰還信号であって、動かない対象からの反射と関連する静的位相を有する少なくとも１つの信号成分と、少なくとも１つの標的と関連する時変位相を有する少なくとも１つの信号成分とを有する当該帰還信号を受信する少なくとも１つの受信アンテナと、
プロセッサと、
レーダアプリケーションを含むメモリと
を具える生命体検出レーダであって、
前記レーダアプリケーションは、
前記帰還信号を前記少なくとも１つの受信アンテナから受信し、
前記帰還信号の静的位相成分を決定し、
少なくとも１つの送信信号をサンプリングするとともにこのサンプリングされた信号を変調することによりキャンセル信号を発生させ、このキャンセル信号の位相及び振幅を調整して前記帰還信号の静的位相成分の推定位相及び振幅に一致させ、
前記キャンセル信号を減算することにより前記帰還信号を処理して静的位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を減衰させ、
処理された前記帰還信号を周波数から時間領域データセットに変換し；各レンジビンがこの時間領域データセットから取出した一連のサンプルを有するようにしたこれらレンジビンを発生させ；処理された前記帰還信号の帯域制限されたバージョンを繰返し特性に対して検査することにより各レンジビンを独特の標的に対して解析し；これら繰返し特性を人間のバイオメトリック識別子に一致させることにより、バイオメトリック識別子に対して時変位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を解析して前記少なくとも１つの標的を検出するように、前記プロセッサを構成するようにした
生命体検出レーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、前記レーダアプリケーションは更に、前記プロセッサが前記生命体検出レーダを制御するための入力を受信するようにするユーザインタフェースを発生するように当該プロセッサを構成した生命体検出レーダ。
【請求項３】
請求項２に記載の生命体検出レーダにおいて、前記ユーザインタフェースは、無線通信チャネルを介して前記生命体検出レーダと通信するように構成した別体のデバイスにおいて発生されるようにした生命体検出レーダ。
【請求項４】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、この生命体検出レーダは更に、レンジを測定するために連続マイクロ波の制限されたステップ周波数を用いて複数のビームを伝搬させるように構成した複数のアンテナを具えている生命体検出レーダ。
【請求項５】
請求項４に記載の生命体検出レーダにおいて、前記複数のビーム及び周波数を急速に切換えて、複数の測定が充分に短い期間中に行われ、この期間中に前記少なくとも１つの標的の心拍信号が一定とみなされるようにした生命体検出レーダ。
【請求項６】
請求項４に記載の生命体検出レーダにおいて、前記複数のビーム及び周波数を急速に切換えて、複数の測定が充分に短い期間中に行われ、前記少なくとも１つの標的の呼吸信号が比較的一定となるようにした生命体検出レーダ。
【請求項７】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、前記バイオメトリック識別子が、標的間を識別するのに用いうる少なくとも１つのマイクロ波カーディオグラムを有している生命体検出レーダ。
【請求項８】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、前記バイオメトリック識別子が、標的間を識別するのに用いうる少なくとも１つの呼吸パターンを有している生命体検出レーダ。
【請求項９】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、前記レーダアプリケーションは更に、前記帰還信号を前記少なくとも１つの受信アンテナから受信するとともに３００Hz及び５００Hz間のサンプルレートで各検出領域に対するサンプルを収集するように前記プロセッサを構成するようにした生命体検出レーダ。
【請求項１０】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、この生命体検出レーダは複数の無線周波数モジュールとアンテナスイッチングマトリックスとを用いて複数の測定を同時に行うようになっており、スイッチング及び周波数パターンは、同じ周波数が同じ期間で２つの別々のビームに用いられないように選択されるようになっている生命体検出レーダ。
【請求項１１】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、この生命体検出レーダは更に、デジタル画像データを収集するカメラを具えている生命体検出レーダ。
【請求項１２】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、この生命体検出レーダは更に、位置情報を生じるグローバル・ポジショニング・システムを具えている生命体検出レーダ。
【請求項１３】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、処理された前記帰還信号を周波数から時間領域データセットに変換するのに、逆高速フーリエ変換の利用が含まれるようにした生命体検出レーダ。
【請求項１４】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、プロトタイプ波形を人間及び動物波形の収集データと比較して、前記少なくとも１つの標的を検出するようにした生命体検出レーダ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の生命体検出レーダにおいて、前記少なくとも１つの標的を検出する際に潜在的な被害者リストを発生させるようにした生命体検出レーダ。
【請求項１６】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、前記少なくとも１つの信号成分を解析して標的を検出するのに、前記送信アンテナの前方の探索領域に標的が存在する可能性があるかを第１に識別する処理を含めるようにした生命体検出レーダ。
【請求項１７】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、前記少なくとも１つの送信アンテナは更に、基本的な方向及びその中間方向に配置される８つのビームを伝搬するように構成されている生命体検出レーダ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の生命体検出レーダにおいて、前記少なくとも１つの送信アンテナは更に、１０種類の周波数を用いるように構成されている生命体検出レーダ。
【請求項１９】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、前記時間領域データセットから取出されるサンプルのシーケンスには位相及び直交データサンプルが含まれるようにした生命体検出レーダ。
【請求項２０】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、送信アンテナ及び受信アンテナの双方として少なくとも１つのアンテナが用いられている生命体検出レーダ。
【請求項２１】
請求項１に記載の生命体検出レーダにおいて、前記キャンセル信号を発生させるのに用いられる前記少なくとも１つの送信信号は、前記少なくとも１つの受信アンテナのうちの１つの受信アンテナにより受信するようにした生命体検出レーダ。
【請求項２２】
生命体検出レーダを用いる標的検出方法であって、この標的検出方法が、
複数の周波数で設定した連続波の送信信号を用いて、少なくとも１つのビームを伝搬させ、この少なくとも１つのビームにより、少なくとも１つの送信アンテナを用いて少なくとも１つの検出領域を照射するステップと、
少なくとも１つの受信アンテナを用いて、前記少なくとも１つの検出領域内の対象からの少なくとも１つの前記送信信号の反射と関連する帰還信号であって、動かない対象からの反射と関連する静的位相を有する少なくとも１つの信号成分と、少なくとも１つの標的と関連する時変位相を有する少なくとも１つの信号成分とを有する当該帰還信号を受信するステップと、
生命体検出レーダシステムを用いて前記少なくとも１つの受信アンテナから前記帰還信号を受信するステップと、
前記生命体検出レーダシステムを用いて前記帰還信号の静的位相成分を決定するステップと、
前記少なくとも１つの送信信号をサンプリングするとともにこのサンプリングされた信号を変調することによりキャンセル信号を発生させ、前記生命体検出レーダシステムを用いることにより、このキャンセル信号の位相及び振幅を調整して前記帰還信号の静的位相成分の推定位相及び振幅に一致させるステップと、
前記生命体検出レーダシステムを用いて、前記キャンセル信号を減算することにより前記帰還信号を処理して静的位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を減衰させるステップと、
処理された前記帰還信号を周波数から時間領域データセットに変換し；各レンジビンがこの時間領域データセットから取出した一連のサンプルを有するようにしたこれらレンジビンを発生させ；処理された前記帰還信号の帯域制限されたバージョンを繰返し特性に対して検査することにより各レンジビンを独特の標的に対して解析し；これら繰返し特性を人間のバイオメトリック識別子に一致させることにより、前記生命体検出レーダシステムを用いてバイオメトリック識別子に対して時変位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を解析して前記少なくとも１つの標的を検出するステップと
を具える標的検出方法。
【請求項２３】
１０種類の周波数を用いて設定した連続波の送信信号を用いて８つのビームを伝搬させるように構成された少なくとも１つの送信アンテナであって、前記８つのビームは、基本的な方向及びその中間方向に配置され且つ２０メートルの探索レンジを分割するために複数の検出領域を照射し、前記８つのビーム及び１０種類の周波数を急速に切換えて、複数の測定が充分に短い期間中に行われ、標的のバイオメトリック識別子が一定となるようにする当該送信アンテナと、
少なくとも１つの前記送信信号の少なくとも１つの前記検出領域内の対象からの反射と関連する帰還信号を受信するように構成された少なくとも１つの受信アンテナであって、前記帰還信号は、動かない対象からの反射と関連する静的位相を有する少なくとも１つの信号成分と、少なくとも１つの標的と関連する時変位相を有する少なくとも１つの信号成分とを有するようにする当該受信アンテナと、
プロセッサと、
レーダアプリケーションを含むメモリと
を具えている生命体検出レーダであって、
前記レーダアプリケーションは、
前記帰還信号を前記少なくとも１つの受信アンテナから受信するとともに３００Hz及び５００Hz間のサンプルレートで各検出領域に対するサンプルを収集し、
前記帰還信号の静的位相成分を決定し、
少なくとも１つの送信信号をサンプリングするとともにこのサンプリングされた信号を変調することによりキャンセル信号を発生させ、このキャンセル信号の位相及び振幅を調整して前記帰還信号の静的位相成分の推定位相及び振幅に一致させ、前記キャンセル信号を発生させるのに用いられる前記少なくとも１つの送信信号は、前記少なくとも１つの受信アンテナのうちの１つの受信アンテナにより受信するようにし、
前記キャンセル信号を減算することにより前記帰還信号を処理して静的位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を減衰させ、
処理された前記帰還信号を周波数から時間領域データセットに変換し；各レンジビンがこの時間領域データセットから取出した一連のサンプルを有するようにしたこれらレンジビンを発生させ；処理された前記帰還信号の帯域制限されたバージョンを繰返し特性に対して検査することにより各レンジビンを独特の標的に対して解析し；これら繰返し特性を人間のバイオメトリック識別子に一致させることにより、バイオメトリック識別子に対して時変位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を解析して前記少なくとも１つの標的を検出するように、前記プロセッサを構成するようにした
生命体検出レーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にレーダに関するものであり、特にレーダを用いてバイオメトリックスを検出するシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオメトリックスとは、人間の特質及び習性に関する定量化可能なデータ（又はメトリック）を言及するものである。定量化可能なメトリックは、種々のセンサや、個人を識別するために処理された集合データを用いて収集することができる。代表的には、バイオメトリック（生体）識別子を、生理特性及び行動特性の双方又は何れか一方として分類することができる。一般に、生理特性は身体の形状に関連するものであり、これには指紋、掌紋、ＤＮＡ及びにおいを含めるようにすることができるが、これらに限定されるものではない。一方、行動特性は挙動パターンに関連するものであり、これには歩き方、発声及びタイピングのリズムを含めるようにすることができるが、これらに限定されるものではない。バイオメトリック識別子には、呼吸パターン及び心拍数のような、より捕えにくい特性を含めることもできる。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の例によるシステム及び方法は、レーダを用いて生存している人々の位置を検出するものである。本発明の一例は、複数の周波数で設定された連続波の送信信号を用いて、少なくとも１つの検出領域を照射する少なくとも１つのビームを伝搬させるように構成された少なくとも１つの送信アンテナと、前記少なくとも１つの検出領域内での少なくとも１つの前記送信信号の対象（object）からの反射と関連する帰還信号であって、動かない対象からの反射と関連する静的（スタティック）位相を有する少なくとも１つの信号成分と、少なくとも１つの標的（ターゲット）と関連する時変位相を有する少なくとも１つの信号成分とを有する当該帰還信号を受信する少なくとも１つの受信アンテナと、プロセッサと、レーダアプリケーションを含むメモリとを具える。更に、このレーダアプリケーションは、
前記帰還信号を前記少なくとも１つの受信アンテナから受信し、
前記帰還信号の静的位相成分を決定し、
少なくとも１つの送信信号をサンプリングするとともにこのサンプリングされた信号を変調することによりキャンセル信号を発生させ、このキャンセル信号の位相及び振幅を調整して前記帰還信号の静的位相成分の推定位相及び振幅に一致させ、
前記キャンセル信号を減算することにより前記帰還信号を処理して静的位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を減衰させ、
処理された前記帰還信号を周波数から時間領域（タイムドメイン）データセットに変換し；各レンジビン（距離分解能）がこの時間領域データセットから取出した一連のサンプルを有するようにしたこれらレンジビンを発生させ；処理された前記帰還信号の帯域制限されたバージョンを繰返し特性に対して検査することにより各レンジビンを独特の標的に対して解析し；これら繰返し特性を人間のバイオメトリック識別子に一致させることにより、バイオメトリック識別子に対して時変位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を解析して前記少なくとも１つの標的を検出するように、
前記プロセッサを構成するものである。
【０００４】
本発明の他の例では、前記レーダアプリケーションは更に、前記プロセッサを、前記生命体検出レーダを制御するための入力を受信するようにするユーザインタフェースを発生するように構成する。
【０００５】
本発明の更に他の例では、前記ユーザインタフェースは、無線通信チャネルを介して前記生命体検出レーダと通信するように構成した別体のデバイスにおいて発生されるようにする。
【０００６】
本発明の更に他の例では、前記生命体検出レーダが更に、レンジ（距離）を測定するために連続マイクロ波の制限されたステップ周波数を用いて複数のビームを伝搬させるように構成した複数のアンテナを具えるようにする。
【０００７】
本発明の更に他の例では、前記複数のビーム及び周波数を急速に切換えて、複数の測定が充分に短い期間中に行われ、この期間中に前記少なくとも１つの標的の心拍信号が一定とみなされるようにする。
【０００８】
本発明の更に他の例では、前記複数のビーム及び周波数を急速に切換えて、複数の測定が充分に短い期間中に行われ、前記少なくとも１つの標的の呼吸信号が比較的一定となるようにする。
【０００９】
本発明の更に他の例では、前記バイオメトリック識別子が、標的間を識別するのに用いうる少なくとも１つのマイクロ波カーディオグラムを有するようにする。
【００１０】
本発明の更に他の例では、前記バイオメトリック識別子が、標的間を識別するのに用いうる少なくとも１つの呼吸パターンを有するようにする。
【００１１】
本発明の更に他の例では、前記レーダアプリケーションは更に、前記帰還信号を前記少なくとも１つの受信アンテナから受信するとともに３００Hz及び５００Hz間のサンプルレートで各検出領域に対するサンプルを収集するように前記プロセッサを構成するようにする。
【００１２】
本発明の更に他の例では、前記生命体検出レーダが複数の無線周波数モジュールとアンテナスイッチングマトリックスとを用いて複数の測定を同時に行うようにし、スイッチング及び周波数パターンは、同じ周波数が同じ期間で２つの別々のビームに用いられないように選択されるようにする。
【００１３】
本発明の更に他の例では、生命体検出レーダが更に、デジタル画像データを収集するカメラを具えるようにする。
【００１４】
本発明の更に他の例では、生命体検出レーダが更に、位置情報を生じるグローバル・ポジショニング・システムを具えるようにする。
【００１５】
本発明の更に他の例では、処理された前記帰還信号を周波数から時間領域データセットに変換するのに、逆高速フーリエ変換が含まれるようにする。
【００１６】
本発明の更に他の例では、プロトタイプ（原型）波形を人間及び動物波形の収集データと比較して、前記少なくとも１つの標的を検出するようにする。
【００１７】
本発明の更に他の例では、前記少なくとも１つの標的を検出する際に潜在的な被害者リストを発生させるようにする。
【００１８】
本発明の更に他の追加の例では、前記少なくとも１つの信号成分を解析して標的を検出するのに、前記送信アンテナの前方の探索領域に標的が存在する可能性があるかを第１に識別する処理を含めるようにする。
【００１９】
本発明の更に他の追加の例では、前記少なくとも１つの送信アンテナを更に、基本的な方向及びその中間方向に配置される８つのビームを伝搬するように構成する。
【００２０】
本発明の更に他の例では、前記少なくとも１つの送信アンテナを更に、１０種類の周波数を用いるように構成する。
【００２１】
本発明の更に他の例では、前記時間領域データセットから取出されるサンプルのシーケンスに位相及び直交データサンプルが含まれるようにする。
【００２２】
本発明の更に他の追加の例では、送信アンテナ及び受信アンテナの双方として少なくとも１つのアンテナが用いられるようにする。
【００２３】
本発明の方法の一例は、
複数の周波数で設定した連続波の送信信号を用いて、少なくとも１つのビームを伝搬させ、この少なくとも１つのビームにより、少なくとも１つの送信アンテナを用いて少なくとも１つの検出領域を照射するステップと、
少なくとも１つの受信アンテナを用いて、前記少なくとも１つの検出領域内の対象からの少なくとも１つの前記送信信号の反射と関連する帰還信号であって、動かない対象からの反射と関連する静的位相を有する少なくとも１つの信号成分と、少なくとも１つの標的と関連する時変位相を有する少なくとも１つの信号成分とを有する当該帰還信号を受信するステップと、
生命体検出レーダシステムを用いて前記少なくとも１つの受信アンテナから前記帰還信号を受信するステップと、
前記生命体検出レーダシステムを用いて前記帰還信号の静的位相成分を決定するステップと、
前記少なくとも１つの送信信号をサンプリングするとともにこのサンプリングされた信号を変調することによりキャンセル信号を発生させ、前記生命体検出レーダシステムを用いることにより、このキャンセル信号の位相及び振幅を調整して前記帰還信号の静的位相成分の推定位相及び振幅に一致させるステップと、
前記生命体検出レーダシステムを用いて、前記キャンセル信号を減算することにより前記帰還信号を処理して静的位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を減衰させるステップと、
処理された前記帰還信号を周波数から時間領域データセットに変換し；各レンジビンがこの時間領域データセットから取出した一連のサンプルを有するようにしたこれらレンジビンを発生させ；処理された前記帰還信号の帯域制限されたバージョンを繰返し特性に対して検査することにより各レンジビンを独特の標的に対して解析し；これら繰返し特性を人間のバイオメトリック識別子に一致させることにより、前記生命体検出レーダシステムを用いてバイオメトリック識別子に対して時変位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を解析して前記少なくとも１つの標的を検出するステップと
を具えるようにする。
【００２４】
更に他の例には、
１０種類の周波数を用いて設定した連続波の送信信号を用いて８つのビームを伝搬させるように構成された少なくとも１つの送信アンテナであって、前記８つのビームは、基本的な方向及びその中間方向に配置され且つ２０メートルの探索レンジを分割するために複数の検出領域を照射し、前記８つのビーム及び１０種類の周波数を急速に切換えて、複数の測定が充分に短い期間中に行われ、標的のバイオメトリック識別子が一定となるようにする当該送信アンテナと、
少なくとも１つの前記送信信号の少なくとも１つの前記検出領域内の対象からの反射と関連する帰還信号を受信するように構成された少なくとも１つの受信アンテナであって、前記帰還信号は、動かない対象からの反射と関連する静的位相を有する少なくとも１つの信号成分と、少なくとも１つの標的と関連する時変位相を有する少なくとも１つの信号成分とを有するようにする当該受信アンテナと、
プロセッサと、
レーダアプリケーションを含むメモリと
を設けるようにする。更に、前記レーダアプリケーションは、
前記帰還信号を前記少なくとも１つの受信アンテナから受信するとともに３００Hz及び５００Hz間のサンプルレートで各検出領域に対するサンプルを収集し、
前記帰還信号の静的位相成分を決定し、
少なくとも１つの送信信号をサンプリングするとともにこのサンプリングされた信号を変調することによりキャンセル信号を発生させ、このキャンセル信号の位相及び振幅を調整して前記帰還信号の静的位相成分の推定位相及び振幅に一致させるようにし、
前記キャンセル信号を減算することにより前記帰還信号を処理して静的位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を減衰させ、
処理された前記帰還信号を周波数から時間領域データセットに変換し；各レンジビンがこの時間領域データセットから取出した一連のサンプルを有するようにしたこれらレンジビンを発生させ；処理された前記帰還信号の帯域制限されたバージョンを繰返し特性に対して検査することにより各レンジビンを独特の標的に対して解析し；これら繰返し特性を人間のバイオメトリック識別子に一致させることにより、バイオメトリック識別子に対して時変位相を有する前記少なくとも１つの信号成分を解析して前記少なくとも１つの標的を検出するように、
前記プロセッサを構成するようにする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の一実施例による生命体検出レーダ（“ＦＩＮＤＥＲ”）を示す系統図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例によるアンテナユニットを示すブロック線図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施例による、検出のために単一のビームを用いるＦＩＮＤＥＲを示す線図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施例による、検出のために複数のビームを用いるＦＩＮＤＥＲを示す線図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施例による、複数の周波数を用いるＦＩＮＤＥＲユニットを示す線図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の他の実施例による、複数の周波数を用いるＦＩＮＤＥＲユニットを示す線図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の一実施例による、ＦＩＮＤＥＲユニットにより発生される信号の信号伝搬特性を示す線図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の他の実施例による、ＦＩＮＤＥＲユニットにより発生される信号の信号伝搬特性を示す線図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例による、受信信号の時間領域応答特性を示すグラフ線図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例による、ＦＩＮＤＥＲユニットの検出領域を示す説明図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例による、２人の被験者（subject ）から記録されたマイクロ波カーディオグラム（“ＭＣＧ”）を示すグラフ線図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例による、データ収集処理を示すタイミング線図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例による、ラウンドロビンのタイムシェアリングを示すタイミング線図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例による、２つの無線周波数（“ＲＦ”）モジュール及び８つのアンテナを示す線図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施例による、２つのＲＦモジュール及び８つのアンテナを用いる生命体検出レーダを示す周期的タイミング線図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施例によるアンテナユニットを示すブロック線図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の一実施例による、１つの送信ＲＦモジュール及び４つの受信ＲＦモジュールを有するアンテナユニットを示すブロック線図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明の一実施例による、１つの送信ＲＦモジュール及び４つの受信ＲＦモジュールを有するアンテナユニットのモジュールの設計概念を示す線図である。
【図１５】図１５は、本発明の一実施例によるアンテナビームを示す線図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明の一実施例による、パッチラジエータアンテナを有するアンテナユニットを示す例示的線図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明の一実施例による、パッチラジエータアンテナを有するアンテナユニットの一部の寸法を示す例示的線図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、本発明の一実施例による、パッチラジエータアンテナを有するアンテナユニットの一部を示す例示的線図である。
【図１７】図１７は、本発明の一実施例によるＲＦモジュールを示すブロック線図である。
【図１８】図１８は、本発明の一実施例による、デジタルインタフェースを有する個別の送信及び受信機ＲＦモジュールを示すブロック線図である。
【図１９】図１９は、本発明の一実施例による、２つの送信機及び６つのキャンセルパス／受信機モジュールを有するＲＦモジュールを示すブロック線図である。
【図２０】図２０は、本発明の一実施例による信号処理データの流れを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
ここで図面を参照するに、これらの図面には、本発明の実施例による生命体検出レーダを用いてバイオメトリックスを検出するシステム及び方法を開示している。多くの実施例では、種々の対象（object）と接触した際に反射して戻る連続マイクロ波（“ＣＷ”）を送信するように構成した１つ以上の送信アンテナを生命体検出レーダに設ける。多くの実施例では、信号を周波数において系統的に変化させ、異なる周波数での送信間の間隔を短くして本質的に連続する信号を発生させる。幾つかの実施例では、反射した帰還信号を１つ以上の受信アンテナにより受信するとともに、１つ以上の標的を検出するように処理する。種々の実施例では、受信信号に、動かない対象からの反射に対応する静的（すなわち、定位相）信号を含めるようにすることができる。又、受信信号には、呼吸パターン及び心拍（これらに限定されない）を含む測定可能なバイオメトリックスを有する生命のある標的からの反射に対応する位相変化信号を含めることもできる。種々の実施例では、クラッタ（すなわち、標的の反射に対応していない信号の部分）を除去し、受信信号の残りの部分を標的検出に対して解析するようにする。種々の実施例では、いわゆる検出領域を形成するのに複数のアンテナ及び複数の周波数を用いるようにする。
【００２７】
１つのアプリケーションでは、生命体検出レーダ（“ＦＩＮＤＥＲ”）システムを、災害の瓦礫内に埋まった被害者を位置決めするのに用いるようにすることができる。多くの実施例では、心拍及び呼吸（これらに限定されない）の双方又は何れか一方による動きのような標的における物理的変化を検出するのにＣＷレーダを用いるようにする。多くの実施例では、生のレーダデータを取得するとともにレンジ処理を実行し、この処理でステップ周波数データを採用し、逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用して周波数領域データを等価の時間領域形態に変換することにより、標的を検出するようにしうる。幾つかの実施例では、所定の標的の心拍数は変化する可能性があるが、これらのマイクロ波カーディオグラム（“ＭＣＧ”）の波形の一般的な形状は（単に伸び縮みするだけで）変化しないという事実を根拠とする自己相関方法及びその他の方法の組合せを利用して、標的識別を試みて、代表的な心拍数（又は呼吸数或いは心拍数と呼吸数との双方）における繰返し特性に対して信号の帯域制限されたバージョンを検査することにより、１つ以上のビーム及びレンジビンで独特の標的を見つけるようにすることができる。種々の実施例では、１人の心拍の正規化された形状に関連する一組のプロトタイプ波形を生ぜしめうるようにする。多くの実施例では、潜在的な各被害者に対するデータと、信号が現れるビーム／レンジはどれであるかを識別するデータとの一組を存在させる。各被害者すなわち標的に対するこの一組のデータには、当該標的の変動性に関するデータを含めることもできる。
【００２８】
瓦礫に埋もれた被害者を検出するのに適用されるものとしてＦＩＮＤＥＲを以下に詳細に説明するが、刑務所内でバリケードを築いている囚人や、ファームフィールド（圃場）又は家屋に隠れている容疑者（これらに限定されない）を検出することを含む種々の他の分野が存在しうるものであり、又同様にＦＩＮＤＥＲは診断又は生体測定の機器として用いられる。本発明の実施例による標的のバイオメトリックスを検出する又は標的を識別する或いはこれらの双方を実行するＦＩＮＤＥＲシステムを更に以下に説明する。
（生命体検出レーダ（“ＦＩＮＤＥＲ”システム））
【００２９】
ＦＩＮＤＥＲシステムは、種々の標的のバイオメトリック（すなわち、生理特性）を検出するのに用いることができる。本発明の一実施例によるＦＩＮＤＥＲシステムを図１に示す。このシステム１００は、少なくとも１つのアンテナユニット１０４を無線接続及び制御するように構成したユーザインタフェース１０２を有し、以下に更に説明するようにこのアンテナユニットは無線信号を送信及び受信する。幾つかの実施例では、ユーザインタフェース１０２は、コンピュータアシストユニット及びデータアーカイビングユニット１０６（これに限定されない）を有する種々の他のユニットに無線接続することもできる。多くの実施例では、ユーザインタフェース１０２がセルラーデータネットワーク１０８（すなわち無線ゲートウェイ）と無線通信してインターネット（登録商標）１１０に接続されるようにすることができる。インターネット１１０を用いることにより、ユーザインタフェース１０２がコマンドポスト及びその他の遠隔リソース１１２（これらに限定されない）を含む追加のユニットをアクセスしうるようになる。種々の実施例では、ユーザインタフェース１０２及び種々のユニット１０４、１０６を個別のユニットとして説明したが、これらは直（ダイレクト）ネットワークリンク又はその他のデータ通信手段を介して互いに通信する１つのフィジカルユニットとすることができる。
【００３０】
上述したように、ＦＩＮＤＥＲシステムには、連続波信号（これに限定されない）を含む無線信号を送信するとともに反射した帰還信号を受信するように構成した１つ以上のアンテナユニットを含めることができる。本発明の一実施例によるアンテナユニットを図２に示す。このアンテナユニット２０２はマイクロコントローラ２０４を有しており、このマイクロコントローラ２０４はこれと関連するレーダエレクトロニクス２０６及びアンテナ２０８に制御信号２０５を送信することができる。多くの実施例では、以下に更に説明するように、アンテナ２０８が、無線信号を送信する送信アンテナを含むようにする。以下に更に説明するように、アンテナ２０８は、捜査区域における種々の物理的対象からの反射を含む帰還信号を受信する受信アンテナを含むようにもすることができる。種々の実施例では、以下に更に説明するように、受信信号をデジタルレーダデータとして記憶させるとともに信号処理のためにマイクロコントローラ２０４に送信するようにする。
【００３１】
複数のビームを形成するＦＩＮＤＥＲユニットに関する能力によれば、標的の識別及び分離を改善することができる。本発明の一実施例により単一のビームを検出に用いるＦＩＮＤＥＲシステムを図３Ａに示す。ＦＩＮＤＥＲユニット３０２は、瓦礫で囲まれた被害者３０６を検出する単一ビーム３０４を照射する信号を送信する。実際の生命体探索シナリオではしばしば、種々の対象３０８が送信信号３０３を反射させ、この反射が帰還信号となる。更に、探索人（“ファーストレスポンダ”）３１０が帰還信号３１２（この場合、他の帰還信号の反射）を生ぜしめ、被害者として誤認されるおそれもある。
【００３２】
複数のビームを使用することにより、検出精度及び感度を高めることができる。本発明の一実施例による、検出のために複数のビームを用いるＦＩＮＤＥＲシステムを図３Ｂに示す。以下に更に説明するように、ＦＩＮＤＥＲユニット３５２は複数のビーム３５４及び３５６を形成しうる。第１のビーム３５４は被害者３５８を検出でき、一方、第２のビーム３５６は、以下に更に説明するように、ファーストレスポンダ３６０を可能性のある被害者として無視することができる。更に、探索領域を複数の方向で同時に“探す”能力が有効なものとなりうる。例えば、同時に複数の方向で注視しうることにより、実際にＦＩＮＤＥＲアンテナの後に又は探索領域に隣接して立っている誰かからの反射にすぎない探索領域内のファントムな被害者を排除しうる。多くの実施例では、基本的な無線周波数（“ＲＦ”）信号チェーンを複数のビーム及び位置に対して容易にスケーリングしうるようにＦＩＮＤＥＲシステムを設計するようにしうる。
【００３３】
ＦＩＮＤＥＲユニットは、複数のビームに加えて、割当てられた帯域幅内で複数の周波数を用いるようにしうる。複数の周波数を用いるＦＩＮＤＥＲユニットは、他の信号源からの信号による干渉を回避するようにすること、又は他のシステムとは異なる周波数を用いることによりこのような他のシステムと干渉しないようにすること、或いはこれらの双方を行うことができる。本発明の一実施例による複数の周波数の使用を図４Ａ及び図４Ｂに示す。探索シナリオ４００は、１人のユーザ４０６により１つのユーザインタフェース４０８を介して制御される２つのアンテナユニット４０２及び４０４を示している。アンテナユニット４０２は第１の周波数で第１のビーム４１０を照射する送信信号を送信し、一方、アンテナユニット４０４は第２の周波数で第２のビーム４１２を照射する別の送信信号を送信する。これらの双方のビーム４１０及び４１２は、互いに異なる周波数で作用する為に、互いに干渉することなく同じ瓦礫探索領域４１４に送信される。複数の周波数を用いて同じ個所で２つの異なる瓦礫探索領域を照射する本発明の一実施例によるＦＩＮＤＥＲユニットを図４Ｂに示す。探索シナリオ４５０は、第１の周波数を用いて瓦礫探索領域４５８を照射するためにアンテナユニット４５６と通信するユーザインタフェース４５４を用いるユーザＡ４５２を示す。これと同じ個所において、ユーザＢは、第２の周波数を用いて瓦礫探索領域４６６を照明するために、アンテナユニット４６４と通信するユーザインタフェース４６２を用いることができる。この場合も、複数の周波数を用いることにより、これらのＦＩＮＤＥＲユニットが同じ個所で動作している際に互いに干渉するのを回避するようにする。更に、標的に関するデータを複数の方向から収集するために複数のＦＩＮＤＥＲユニットの出力を組合せることにより、被害者又は標的の検出を強化することができる。幾つかの実施例では、同期したデータ記録を用いて、異なるアンテナ及びＦＩＮＤＥＲユニットの双方又は何れか一方が受信した信号における、呼吸及び心拍（これらに限定されない）のような適合する時変信号を検出するようにすることができる。
【００３４】
被害者を検出する特定のＦＩＮＤＥＲシステムを図１〜４Ｂにつき上述したが、特定のアプリケーションの条件に適切なものとしての種々の被害者検出用ＦＩＮＤＥＲシステムの何れをも本発明の実施例により用いることができる。本発明の実施例による被害者検出用の信号処理を以下で更に説明する。
（信号特性及び信号処理）
【００３５】
ＦＩＮＤＥＲシステムは、被害者から反射されたＣＷ信号における僅かな位相変化を探す原理を用いる。被害者が息をしていると、被害者の身体が僅かに動き（特に、被害者の胸壁が１cm程度動き）、同様に、被害者の心拍により身体の腹部表面及び他の多くの部分を（１mm程度）動かす。動いている身体は、位相変化を有する送信信号の反射を生ぜしめる。受信アンテナにより検出した位相変化は、いわゆるマイクロ波カーディオグラム（“ＭＣＧ”）の基礎を形成する。一般的に、各人は、センサに対する自分の向き及び自分の生理状態に依存して変化する独自のＭＣＧを有する。ＭＣＧの特異性によれば複数の標的からの複合ＭＣＧの分離を可能にする（統計的な解析によれば、２人が正確に同じ心拍数を有することはありそうもなく、たとえその平均レートが同じであったとしても、ビートトゥビート変動（beat to beat variability）はランダム処理であり、２つのシーケンスを無相関関係にすることを明らかにする）。しかし、実際の探索シナリオでは、被害者のそばにあって、被害者を囲む瓦礫やレーダ付近の対象（これらに限定されない）を含む、マイクロ波信号を受信機に戻すように反射する多くの他の対象が存在するおそれがある。代表的には、このような信号は動かない対象から反射するものであり、従って位相は比較的一定／静的に保たれる。レーダ受信機が検出する帰還信号は、（動かない対象からの反射に対応する）変化しない強い静的信号成分と、（被害者に対応する）弱い時変信号成分との合成である。レベルの点では、レーダが受信する静的信号成分は代表的に、送信信号よりも２０dB程度弱くなり、一方、被害者から反射した時変帰還信号は代表的に、６０〜１００dB（又はそれよりも一層）弱くなる。被害者からの信号が弱くなる主たる理由は、瓦礫における信号の散乱が瓦礫材料中のバルク減衰よりも多い為である。
【００３６】
本発明の一実施例による信号伝搬特性を図５Ａ及び５Ｂに示す。多くの実施例では、３．１〜３．４ＧHzのような周波数帯域（これに限定されない）内の送信信号５０２が表面５０４に当って、消し飛ぶように散乱する部分５０６とレーダに戻る方向に反射する部分５０７とを有する表面散乱を生ぜしめる可能性がある。幾つかの実施例では、送信信号（及び何らかの反射された信号）の一部分５０８が土壌内に吸収されて失われる可能性がある。更に、瓦礫５１０は瓦礫散乱を生ぜしめ可能性が有り、この場合もこの瓦礫散乱はレーダの方向に戻るように反射する部分５１２と、標的の方向に指向する部分５１４と、消し飛ぶように散乱する部分とを有する。埋もれた標的５１８には、レーダの方向に反射する部分５１６と、土壌に吸収されることにより失われる部分と、消し飛ぶように散乱する部分との何れか又は任意の組合せを生ぜしめる可能性もある。図５Ｂは、送信信号の反射の蓄積効果を示す。送信信号５５２は最初に表面に当って、レーダの方向に戻る表面散乱５５４と、標的の方向の表面散乱５５６と、消し飛ぶように散乱する表面散乱５５８とを生ぜしめる。探索領域内の瓦礫は、レーダの方向に向かう瓦礫散乱５５８と、標的の方向に向かう瓦礫散乱５６０と、消し飛ぶように散乱する瓦礫散乱５６２とを生ぜしめる可能性がある。更に、標的はレーダの方向に向かう標的反射５６２を生ぜしめる。レーダの方向に戻る反射の蓄積信号は受信アンテナにより受信信号５６４で受信される。一般に、あらゆる信号（レーダの方向に戻る信号又は被害者の方向に向かい続ける信号）の一部は土壌に失われるか又は消し飛ぶように散乱するか、或いはこれらの双方が生じるおそれがある。
【００３７】
多くの実施例では、標的反射の結果とならない受信信号に対する寄与分をクラッタとしてみなして、キャンセルパスを介して除去するようにしうる。種々の実施例では、キャンセルパスに、信号位相及び振幅が静的な不変のクラッタ信号に厳密に一致している送信信号のサンプルを受信信号から減じる手段を設ける。多くの実施例では、受信信号から除去された送信信号はＦＩＮＤＥＲユニットにより実際に送信された信号ではなく、探索領域を含まない方向からＦＩＮＤＥＲユニットにより受信された信号となる可能性がある。従って、この送信信号は、探索領域の外部の領域からの周囲の反射を除去しうる何らかの信号とみなすことができる。代表的には、サンプル信号を受信信号から減じた場合、被害者からの可変信号のみが残り、この可変信号を生体解析及び被害者検出のために更に処理することができるようになる。幾つかの実施例では、ソフトウェアを用いてキャンセルパスを自動的に調整しうるようにする。
【００３８】
被害者を検出するための特定の信号特性及び信号処理方法を図５Ａ及び５Ｂにつき上述したが、被害者を特定のアプリケーションの条件に適したものとして検出するための、種々の信号及び信号処理の何れをも、本発明の実施例により採用することができる。誤った標的と意図する標的とを区別しうる本発明の実施例によるＦＩＮＤＥＲユニットを以下に更に説明する。
（標的の区別）
【００３９】
誤った標的（すなわち、意図しない標的）は、探索領域内の被害者を検出する場合の問題となるおそれがある。上述したように、探索領域のそばに立っている人が標的として表示されるおそれがある。その理由は、これに対するアンテナの応答がすぐに消滅しない為である。代表的には、誤った標的は極めて強い信号として表示される。その理由は、これらの反射は瓦礫を通過することにより減衰及び散乱しない為である。多くの実施例では、複数のビームを用いてＦＩＮＤＥＲの側部及び背後に含まれる複数の方向で同時に探す処理を行うようにすることができる。更に、特定の受信アンテナの検出領域内に存在しない標的を他の受信アンテナにより検出することができるとともに、この標的によりこれらの方向でより強い反射信号を生ぜしめこれを識別して分離させるようにすることもできる。同様に、複数の周波数が反射されるように用いるのが有効であり、側方の標的は散乱を生じる傾向になく、従って、より狭い時間領域応答として表示される。
【００４０】
本発明の一実施例による時間領域応答を示すグラフを図６に示す。グラフ６００は、標的６０２からの反射に対応するさまざまの時間におけるスパイク振幅と、遅延散乱６０４とを示す。多くの実施例では、２ナノ秒の遅延が１フィート（３０．４８cm）の瓦礫に対応する。
【００４１】
上述したように、ＦＩＮＤＥＲユニットにより探索領域を互いに異なる方向及び距離で複数の検出領域に分割するようにしうる。本発明の実施例による種々の検出領域を図７に示す。ＦＩＮＤＥＲユニット７０２は、検出領域７０８及び７１０のような互いに異なる検出領域を規定するレンジ７０４及び掃引方向７０６を有するようにしうる。代表的には、標的が複数の検出領域に表示されるが、ある領域では他の領域におけるよりも強く又は鮮鋭に明示される。受信信号を処理すると、ＦＩＮＤＥＲユニットの直前の検出領域と、意図する標的に一致するレベル及び特性を有する標的とをユーザに提示することができる。多くの実施例では、ＦＩＮＤＥＲが複数のビームに対する複数のアンテナと、複数のレンジ区域に対する制限されたステップ周波数のＣＷレーダ技術とを用いるようにする。
【００４２】
ＦＩＮＤＥＲは種々の標的間を識別することもできる。その理由は、代表的に各人が独自のＭＣＧ及び呼吸に関連する反射信号を有する為である。本発明の実施例により２人の被験者から記録されたＭＣＧを示すグラフを図８に示す。グラフ８００は、２人の異なる被験者から記録した約１０秒間のＭＣＧを示している。第１の信号８０２及び第２の信号８０４は律動的で周期的であるが、これらの双方の信号は互いに極めて相違しており、容易に識別しうるものである。
【００４３】
複数の検出領域を用いる特定の標的識別技術を図６〜８につき上述したが、特定のアプリケーションの条件に適したものとして複数の検出領域を用いる種々の標的識別技術の何れをも本発明の実施例に従って適用しうる。本発明の実施例によるデータ収集及び信号処理技術を以下で更に説明する。
（データ収集及び信号処理）
【００４４】
データ収集に際して、ＦＩＮＤＥＲシステムは、各測定に対してビーム及び周波数を選択する一連の測定を行なうことができる。測定後では、標的検出に対して各領域を解析する種々の探索／検出領域により記録データを分類する。本発明の実施例によるデータ収集処理に対するタイミング線図を図９に示す。多くの実施例では、マイクロコントローラにより周波数及びビーム選択信号９０２を送信し、この場合安定化のための僅かな遅延後に受信信号を更なる処理のためにデジタル化するようにする。この図９の形態９００はビーム選択用の２つのアンテナ９０２及び９０４を用いている。“アップ”トリガはアンテナが選択されてアクティブとなっていることを表し、一方、“ダウン”トリガはアンテナが選択されていないことを表している。周波数選択９０６は、電圧制御発振器（“ＶＣＯ”）の周波数が確定される時（これは“アップ”トリガにより表される）と、サンプリングのトリガ９１０とを指示する。基本的な動作サイクルは、新たなローディング信号が処理されてから次のローディング信号が処理されるまでの期間である。
【００４５】
多くの実施例では、ビーム間及び周波数間を急速に切換えることにより、複数の測定が充分に短い時間で行なわれ、心拍信号及び呼吸信号の双方又は何れか一方が本質的に変化しないようにする。複数の測定を短時間で行なう場合、データは処理を実行するのに充分なレートで収集する必要がある。種々の実施例では、ＦＩＮＤＥＲシステムにより２００Hz及び１０００Hz間のサンプリングレートで各探索領域に対するサンプルを収集するようにする。幾つかの実施例では、２０メートルの探索レンジをそれぞれ約２メートルのレンジ区域に分割するために、ＦＩＮＤＥＲが代表的に少なくとも１０種類の周波数を用いるようにする。７０度程度のビーム幅を有する中間利得アンテナの場合、基本的な方向に配置した８つのビームで３６０度をカバーすることができる。
【００４６】
本発明の一実施例による、ビーム間及び周波数間を循環するためのラウンドロビン方式の時分割方法を図１０に示す。グラフ１０００には、全ての周波数が各ビームに対して順番に用いられるようにした８つの別々のビームが存在する。種々の実施例では、周波数のステップをビームよりもゆっくりとしたこれらの各周波数で全てのビームを測定しうるようにした状態を含む、ビーム及び周波数の組合せに対する他のパターンを用いるようにしうる。
【００４７】
多くの実施例では、周波数及びビームの双方又は何れか一方を変更するための、ＦＩＮＤＥＲハードウェアに対する時間は代表的に、データサンプルを収集する時間よりも著しく早くする。例えば、周波数及びビームの可能な８０種類の全ての組合せ（１０種類の周波数×８つのビーム）をカバーするのに、１つの完全なサイクルの走査時間に約３ミリ秒（ビーム／周波数間の３００Hzのリビジットレート）を要する場合には、ＦＩＮＤＥＲは各ドウェル（dwell ）で３７マイクロ秒を費やすことができる。５００Hzのサンプルレート（１サイクル当り２ミリ秒）では、ビーム／周波数の各組合せにおけるドウェルは２５マイクロ秒に減少される。このような短いドウェル時間は、データを充分迅速にサンプリングすることに関してある問題を生じるおそれがある。更に、雑音量を低減させるために、信号を約１０ｋHzで低域通過フィルタ処理する。しかし、１０ｋHzのフィルタは代表的に、フィルタを通る信号遅延を考慮するために各ドウェルで最低限数百マイクロ秒要する。モジュールＦＩＮＤＥＲ設計は、複数の測定を同時に行うことにより、“全ての測定をしばしば充分に行うためには充分速くする”ことと“各点で良好な測定を行うには充分遅くする”こととの間のこの基本的な矛盾を解決しうるようにする。幾つかの実施例では、ＦＩＮＤＥＲシステムが、複数の無線周波数（“ＲＦ”）モジュールとアンテナスイッチングマトリックスとを用いて複数の測定を同時に行い、同じ周波数が２つのビームに関し同時に用いられないようにスイッチング及び周波数パターンを選択するようにしうる。
【００４８】
本発明の一実施例により８つのアンテナを用いるように構成した２つのＲＦモジュールの線図を図１１に示す。システム１１００は、一対の４方向スイッチを介する８つのアンテナを用いてデータを収集する２つのＲＦモジュール１１０２及び１１０４を有する。ＲＦモジュール１１０２はアンテナ１１０６、１１０８、１１１０及び１１１２を用い、ＲＦモジュール１１０４はアンテナ１１１４、１１１６、１１１８及び１１２０を用いる。多くの実施例では、同じアンテナに異なる周波数を用いることにより、ＦＩＮＤＥＲユニットがアンテナを共有しうるようにするか、又はより一層高機能のスイッチング回路網を用いて一時に複数のアンテナを選択しうるようにするか、或いはこれらの双方を達成するようにすることができる。特定の個数のアンテナを有するＲＦモジュールを図１１につき上述したが、特定のアプリケーションに適したさまざまな個数のアンテナを有するＲＦモジュールを含む種々のＲＦモジュールを本発明の実施例により用いることができる。
【００４９】
幾つかの実施例では、単一の測定のために複数のアンテナを選択することにより、より細いビームを合成しうるようにする。図１１に示すシステム１１００に対応するタイミング線図を図１２に示す。このタイミング線図１２００は、各ユニット（ビーム）が所定の時間で異なる周波数を用いること（すなわち、周波数が各タイムスロットで異なっていること）を示している。上述したように、周波数を変更しうるようにする更なる理由は、干渉を生じる周波数を回避することにある。例えば、フィールド（現場）内に複数のＦＩＮＤＥＲユニットが存在する場合には、これらユニット間で周波数の順序及び選択を調整することができる。１つの可能な調整方法は、現在の時刻が分かっている各ＦＩＮＤＥＲがその独自のシリアル番号と現在の時刻とを組合せて、独自の、従って、干渉しない順番の周波数を発生させる方法とすることができる。
【００５０】
特定のデータ収集及び信号処理技術を図９〜１２につき上述したが、特定のアプリケーションの条件に適した種々のデータ収集及び信号処理技術の如何なるものも本発明の実施例で用いることができるものである。本発明の実施例によるＦＩＮＤＥＲシステムユニットをさらに以下で説明する。
（ハードウェアのアーキテクチュア及び設計）
【００５１】
ＦＩＮＤＥＲシステムは代表的に、上述したユーザインタフェースユニット及びアンテナユニットを具えている。多くの実施例で、これらの双方のユニットは、ＩＥＥＥ８０２．１１ Wi-Fi（登録商標）標準規格及びブルートゥース（Bluetooth:登録商標）の双方又は何れか一方を含む（しかしこれらに限定されない）標準の無線ネットワークにより互いに通信しうる。ユーザインタフェースユニットは、パナソニック社製のタフブックＨ２のような、標準で堅牢でフィールド適合性のある如何なるタッチパッドコンピュータにもすることができるが、適切な無線リンクと、データに対する充分な内部記憶装置と、標準のブラウザ機能とを有する殆どの如何なるＰＣでも充分である。アンテナユニットには、（送信及び受信）アンテナと、少なくとも１つのＲＦモジュールと、ＲＦモジュールを制御するとともにデータを収集するデジタル回路とを設けることができる。幾つかの実施例では、アンテナユニットに、ＧＰＳ受信機、カメラ及びネットワークインタフェース（これらに限定されない）のようなサポートインフラを設けることもできる。ＦＩＮＤＥＲシステムには、複数のユーザインタフェースユニットと、複数のアンテナと、種々の無線ネットワーク標準規格を用いて互いに通信するようにした追加のサポートユニットとを設けることができる。多くの実施例では、制御信号及び受信信号データ（これらに限定されない）を含むデータが、ＴＣＰ／ＩＰ及びＵＤＰ／ＩＰのような標準のネットワークプロトコルと、ＨＴＴＰＳ及びＳＳＨのような保護プロトコルとの双方又は何れか一方を用いてユニット間を往来するようにする。
【００５２】
本発明の一実施例によるアンテナユニットのブロック線図を図１３に示す。このアンテナユニット１３００は、ＲＦモジュール１３０４に接続されたアンテナスイッチ１３０３に接続された４つのアンテナ１３０２を具えている。多くの実施例では、ＲＦモジュールを内蔵コンピュータ（すなわち、マイクロコントローラ）１３１２に接続されたデジタルモジュール１３０６にも接続する。内蔵コンピュータは、ＧＰＳ受信機及びアンテナ１３０８とカメラ１３１０と（これらに限定されない）のような追加の装置にも接続しうる。アンテナユニットは代表的に電源１３１４を有し、無線リンクトランシーバ１３１６を介してユーザインタフェース（及びその他のユニット）に通信するようにしうる。アンテナユニット１３００は多くの実施例で、４つのアンテナを接続するアンテナスイッチを有する単一のデジタルモジュール及び単一のＲＦモジュールを示しているが、ＦＩＮＤＥＲは複数のモジュール及び種々の個数のアンテナを用いることができる。多くのアプリケーションでは、構成要素の選択基準を駆動する主要なファクタを、上述したような所望の測定性能及びレートとすることができる（すなわち、ＦＩＮＤＥＲは、不明確さを排除しうるのに充分な距離解像度を以て充分な方向で探索する必要がある）。このことは、（ビームパターンに影響を与えるおそれのある）アンテナの物理的な包装と、（代表的に複数のビームで測定されるまで知ることのできない）実際の瓦礫環境に対する応答とにある程度まで依存する。
【００５３】
本発明の一実施例によるアンテナユニットのブロック線図を図１４Ａに示す。このアンテナユニット１９００は、送信ＲＦモジュール１９０４に接続された１つの送信アンテナ１９０２と、各々が１つの受信ＲＦモジュール１９０８に接続された４つの受信アンテナ１９０６とを具えている。送信ＲＦモジュール及び受信ＲＦモジュールは以下に更に説明するようにそれぞれ送信機機能及び受信機機能を実行する。多くの実施例では、制御信号を受信するか又は収集されたレーダデータを送信するか、或いはこれらの受信及び送信の双方を達成するために、ＲＦモジュールを、内蔵コンピュータ１９１２とのインタフェースを達成する種々のデジタルインタフェース１９１０に接続する。種々の実施例では、これらのデジタルインタフェースを、上述したように且つ以下に更に説明するようにデジタルモジュールとして作用させる。又、種々の実施例では、内蔵コンピュータ１９１２は、探索個所のデジタル画像データを収集するためのカメラ１９１４に接続する。更に、内蔵コンピュータ１９１２は、位置及び時間データにアクセスするためにＧＰＳ１９１６の受信機／送信機に接続することができる。上述したように、アンテナユニット１９００は、ユーザインタフェースユニットに無線接続しうる。幾つかの実施例では、無線通信機能のために（バッテリ（これに限定されない）のような）電源１９１８及び電力制御部をアンテナユニット１９００に設けることができる。本発明の一実施例による、アンテナ、ＲＦモジュール及びデジタルインタフェースのモジュラー設計概念を図１４Ｂに示す。モジュラーユニット１９５０は、デジタルインタフェース１９５２をＲＦモジュール１９５４の上部に積層したものを有しており、このＲＦモジュール１９５４はアンテナ１９５６の上部に積層させることができる。幾つかの実施例では、モジュラーユニットを３インチ（１インチは２．５４cm）の幅、３インチの長さ、１インチの厚さとする。特定の積層構成配置及び寸法を上述したが、本発明の実施例によれば種々の構成配置及び寸法を用いうるものである。
【００５４】
特定のユーザインタフェース及びアンテナユニットを図１３〜１４Ｂにつき上述したが、特定のアプリケーションの条件に適した種々のユーザインタフェース及びアンテナユニットの如何なるものも本発明の実施例により用いることができる。本発明の実施例によるアンテナ構造を以下で更に説明する。
（アンテナ構造）
【００５５】
多くの実施例では、アンテナを（例えば、３．１〜３．４ＧHz帯域における）ＦＩＮＤＥＲユニットの使用周波数に適合するように設計したパッチラジエータとするようにしうる。瓦礫及び被害者からの反射信号を解析することにより、瓦礫が極めて有効な分極ランダマイザとして作用し、アンテナが代表的に全て同様に分極されるようにすることを表す。利得が６〜８ dBiである基本パッチは７０〜８０度程度のハーフパワービーム幅を有し、従って、８つのビームを以てアンテナユニットを囲む３６０度のスパンをカバーする。本発明の一実施例によるアンテナビームの配置を図１５に示す。このアンテナ配置１４００は一例のビーム配置を示している（図面を明瞭とするために全てのビームを示しているものではない）。多くの実施例では、互いに隣接するアンテナ間の結合を−２０dBよりも少なくすることが要求される。その理由は、各アンテナが１波長間隔よりも離れている為である。
【００５６】
アンテナユニットの周囲を囲んで分布させた８つのアンテナを用いる本発明の実施例を図１６Ａ〜１６Ｃに示す。８つのパッチラジエータアンテナを用いる本発明の一実施例を図１６Ａに示す。この実施例１５００は、（代表的に１０インチ×１０インチとした）アルミニウシャーシ１５０４の外縁に取付けたプラスチックレドーム１５０２を有する。多くの実施例では、８つのパッチラジエータアンテナ１５０６をプラスチックレドーム１５０２内に収容し、アンテナユニットの周辺を囲むように分布させる。本発明の一実施例の寸法を示す線図を図１６Ｂに示す。本例１５３０は、１０インチの長さ及び４インチの幅としたアルミニウシャーシ１５３４を有する。このアルミニウシャーシ１５３４の各辺には、１インチ×４インチのプラスチックレドーム１５３２が取付けられており、パッチラジエータアンテナ１５３６がプラスチックレドーム１５３２内に収容されている。パッチアンテナを用いる本発明の一実施例の一部を図１６Ｃに示す。この実施例１５５０は、隅部１５５４を巻くように囲んだパッチラジエータと側部１５５６の中央に位置するパッチラジエータとを有するプラスチックレドーム１５５２を具えている。
【００５７】
パッチラジエータアンテナを正確な寸法及び配置とした種々の設計のアンテナユニットを実施しうる。多くの実施例では、囲いの隣接側部における２つのパッチを駆動することにより“コーナー”ビームが得られるようにする。幾つかの実施例では、アンテナユニットの隅部を巻くように囲んだパッチを用いるようにしうる。種々の実施例では、アンテナの個数を低減させても依然として複数の標的を分割するようにしうる。
【００５８】
上述したように、ＦＩＮＤＥＲシステムは、送信用と受信用とで別々のアンテナを用いることができる。別々のアンテナを用いることにより、送信路及び受信路間の充分な分離を容易に達成し、必要とされるキャンセル信号のレベルを低減し、これにより被害者の標的の帰還信号に対するシステム感度を高める。これらの送信路及び受信路の分離により、閉鎖された空洞及び同様な空所を探索するのに別々の“プローブ”アンテナを使用しうるようになる。
【００５９】
種々の実施例では、モノリシックＲＦスイッチによりＲＦモジュールの送信及び受信信号を種々のアンテナに切換えるようにする。このようにすることにより、（例えば、ファントムな反射として現れるおそれのあるアンテナユニットの後方の標的を識別するために）種々の方向の探索を行うようにすることのみならず、異なる形状又は幅のビームを生ぜしめるアンテナの組合せをも可能にする。更に、ＦＩＮＤＥＲにおけるＲＦ電力を低くする（代表的に１０ｍＷよりも低くする）ことにより、統合ドライブエレクトロニクス（ＩＤＥ）を有する廉価なモノリシックスイッチを用いうるようになる。幾つかの実施例では、アンテナの切換えを用いて、外部のプローブアンテナを用いるかどうかを選択しうるようにもする。更に、種々の実施例では、それぞれ各アンテナに対して専用とした複数の専用ＲＦモジュールを用いて、アンテナの切換えを実行する必要性を排除するようにしうる。
【００６０】
図１５〜１６Ｃに対し特定のアンテナ及びこれらの構造を上述したが、本発明の実施例によれば、特定のアプリケーションの条件に適した種々のアンテナ及び構造の何れをも用いることができる。本発明の実施例による被害者検出用のＲＦモジュールを以下で更に説明する。
（ＲＦモジュール）
【００６１】
ＲＦモジュールは、単一チャネル及び単一ビームのＣＷ‐ＦＭレーダとすることができる。本発明の一実施例によるＲＦモジュールを図１７に示す。このＲＦモジュール１６００は３つの区分、すなわち、瓦礫に向けて放出される可変周波数信号を発生する送信機区分１６０２と、瓦礫（及び被害者）から反射される信号を復調する受信機区分１６０４と、変化している信号（すなわち、目標反射）のみを残し、変化していない応答（すなわち、クラッタ）を除外するのに用いられるキャンセルパス区分１６０６とに分割しうる。ＲＦモジュールには、周波数制御部と、（２つの信号Ｉ及びＱに関する）キャンセルパス制御部と、（２つの信号Ｉ及びＱに関する）受信機出力部とを設けることもできる。多くの実施例では、信号を送信する周波数を設定するために、コンピュータ１６１２により制御されるデジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）により電圧制御発振器（“ＶＣＯ”）１６１０を駆動する可変周波数マイクロ波信号源を送信機区分が有するようにする。ＶＣＯの出力端にはフィルタ及びバッファ増幅器１６１４を後続させて１〜１０ｍＷの信号が得られるようにする。送信機区分には、送信信号のコヒーレントサンプル信号を得る電力分割器（分配器）をも含め、キャンセル信号に対してこのサンプル信号を用い、受信機の復調器に対して局部発振器を設定するようにしうる。多くの実施例では、キャンセルパス区分がＩ／Ｑベクトル変調器１６１６を用いてキャンセル信号の振幅及び位相調整を行うようにすることができる。Ｉ／Ｑ入力はコンピュータにより制御されるデジタルモジュール内のＤＡＣから取出されて固定のクラッタ信号を最適に除去するようにしうる。Ｉ／Ｑ入力における利得又はオフセットの如何なる不均衡も、閉ループ処理においてＤＡＣを調整することにより補償することができる。制御信号は基本的に直流（“ＤＣ”）信号である為、如何なる位相の不均衡も利得及びオフセットにより制御しうるものとして現れる。幾つかの実施例では、キャンセルパスに２０dBの減衰器１６１８を設けて調節範囲をクラッタ信号の予想レベルに近づけるようにする。減衰器の値は性能が最適となるように調整しうる。種々の実施例では、抵抗性の分圧器を用いてＤＡＣの出力をベクトル変調器に対する適切なレベルにスケーリングしうるようにする。
【００６２】
幾つかの実施例では、ＲＦモジュールの受信機区分１６０４に帯域通過フィルタを設けて、レーダにより用いられる周波数を選択するとともに不所望な信号を隣接の帯域から除去しうるようにする。復調器は基本的にベースバンドへ直接変換するものであり、従って、帯域外のイメージ応答は関連するものではないが、復調前の受信機における利得は約５０dBとすることができ、従って、フィルタリングにより如何なる帯域外信号をも増幅するのを回避するものである。初期のフィルタリング後、電力合成器１６２０を用いることにより、受信信号をキャンセルパスからのキャンセル信号と合成させることができる（簡単な抵抗性の合成器によれば又はマイクロストリップラインの方向性合成器によっても低コストオプションを提供しうる）。多くの実施例では、ＦＩＮＤＥＲの設計が各周波数に対して自己較正され、従って、キャンセル信号又は受信信号の何れかに関する一致又は利得における変化が基本的に閉ループのキャンセル処理により補償されるようにする。フィールド試験（実地試験）及び実験室試験により確かめたように、低雑音増幅器（ＬＡＮ）は合成器の前に設ける必要がなく、これは極めて強い信号が送信アンテナから結合されている為に問題となるおそれがある。代表的には−２０dBの送受信分離が予期される為、放出された＋１０ dBmの信号が−１０ dBmで受信機の入力端に現れる。このような強い信号の場合、フロントエンド利得は一般的に必要としない。多くの実施例では、信号を受信機１６２２に送信する前にほぼ２．８〜３．４ＧHzの公称範囲を有する小型のセラミック帯域通過フィルタ１６２１を用いるようにしうる。この範囲は３．１ＧHzの最低の送信周波数よりも低く延長しているが、このフィルタは、マイクロ波オーブン（電子レンジ）からWi-Fiリンクまでの全てに対し用いられる２．４５ＧHzのＩＳＭバンドにおいて厄介となる可能性のある干渉を低減させることができる。
【００６３】
受信信号に対する殆どの固定クラッタの影響を除去した後に、残りの信号を帯域通過フィルタとモノリシック増幅器とのチェーン回路を介して増幅しうる。帯域通過フィルタを入力端に用いたものと同じにし、各増幅器間に挿入して帯域外周波数での発振のおそれを低減させるようにしうる。多くの実施例におけるモノリシック増幅器はＤＣ〜８ＧHzの帯域幅を有するＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）デバイスに特有なものである。段間フィルタは、まさに間違った局面で出力端から入力端への不所望な信号結合によりスプリアス発振が生ぜしめられるおそれを低減させる。
【００６４】
多くの実施例では、電力分割器が信号をＩ／Ｑ復調器及び試験ポートに送信するようにする。試験ポートは総合電力を測定するか又はスペクトルアナライザにおいて信号スペクトルを見るために用いることができる。このようなＲＦ電力測定モニタポートは、特に信号がＩ／Ｑ復調器を飽和させるのに充分強い場合に、システムを自己較正するのに及びキャンセル信号を初期調整するのに有効なものとしうる。しかし、受信チェーン回路における如何なる異変もＩ／Ｑ復調器の出力を見ることにより決定しうる。その理由は、キャンセルパスが値の範囲全体に亘って調整される為である。キャンセルパスにおける９０度変化は直交復調器の出力における同等の変化として現れるようにする必要がある。従って、受信機モジュール１６２２の幾つかの実施例にはモニタポートを設けない。
【００６５】
モノリシック増幅器は代表的に、如何なる殆どの負荷に対しても安定である。更に、用いる電力が低い場合には、アンテナから反射された電力は増幅器における散逸に関して多くの問題を生ぜしめない。更に、送信側から受信側へのＲＦモジュール内の漏洩（例えば、アンテナの不整合結合部から電力分割器を通って戻るＴx （送信機）反射電力、等）は一般に少なく、本質的に何分間にも亘って変化しない。実際に、漏洩はクラッタからの静的リターン信号のように見え、これらは上述したように基本的な処理によりキャンセルすることができる。
【００６６】
送信機区分及び受信機区分を有する単一のＲＦモジュールを図１７につき上述したが、ＲＦモジュールを送信機ボードと受信機ボードと（すなわち、送信ＲＦモジュールと受信ＲＦモジュールと）に分離させ、各ＲＦモジュールをデジタルインタフェースに接続するようにしうる。本発明の一実施例によるＲＦモジュールを図１８に示す。このＲＦモジュール２０００は、送信機ボード２００４に接続された送信アンテナ２００２を有する。送信機ボード２００４には、デジタルインタフェース２００９の一部であるＤＡＣ２００８により駆動されるＶＣＯ２００６を設けることができる。種々の実施例では、デジタルインタフェース２００９を上述したように内蔵コンピュータに接続する。ＲＦモジュール２０００には、受信アンテナ２０１２に接続した受信機ボード２０１０を設けることもできる。この受信機ボード２０１０には、キャンセルパスが上述したように処理を行うようにするためのＩ／Ｑ変調器２０１４及び復調器２０１６（且つ種々のバッファ及び増幅器）を設けることができる。種々の実施例では、受信機ボード２０１０を信号処理のために内蔵コンピュータに接続されるデジタルインタフェース２０１８にも接続する。
【００６７】
多数の実施例においては、送信機、キャンセルパス及び受信機の全てが１つのプリント配線ボード（プリント基板）上に設けられている単一ボードのＲＦモジュールを用いうるようにする。幾つかの実施例では、送信機を別のボード上に設けて、単一の送信機を複数の受信機に対し同時に用いうるようにする。２つの送信機と６つのキャンセルパス／受信機モジュールとを有する本発明の一実施例によるＲＦモジュールを図１９に示す。このＲＦモジュールの構造１７００には、２つの送信機モジュール１７０１、１７０２と、２つの送信アンテナ１７０３、１７０４と、（キャンセルパスを有する）６つの受信機モジュール１７０５〜１７１０と、６つのビーム及び２つの周波数を同時に処理しうる３つの受信アンテナ１７１１〜１７１３とが設けられている。
【００６８】
多くの実施例では、ＦＩＮＤＥＲシステムが上述したように３．１〜３．４ＧHzの周波数帯域内で動作するようにする。ＦＩＮＤＥＲシステムは代表的に如何なるアンテナからも１０ｍＷよりも大きい電力を放出しない。この電力レベルによれば標的を検出するのに充分な信号対雑音比を提供することを確かめた。更に、この比較的低い電力レベルによれば、バッテリからの電力消費量を低減させ、これによりバッテリを小型化、軽量化及び低価格化する。更に、１０ｍＷは、アンテナの表面におけるＲＦフィールドがＩＥＥＥ／ＡＮＳＩ Ｃ９５．１-２００９に規定されている最大レベルよりも充分低くなる程度に充分低いものである。
【００６９】
特定のＲＦモジュールを図１７〜１９につき上述したが、特定のアプリケーションの条件に適した種々のＲＦモジュールの何れをも本発明の実施例により用いることができる。本発明の実施例によるＦＩＮＤＥＲシステムに用いるデジタルモジュールを更に以下で説明する。
（デジタルモジュール）
【００７０】
ＦＩＮＤＥＲシステムには、ＲＦモジュールと信号処理ソフトウェアとの間のインタフェースとして作用するデータ変換器（ＡＤＣ及びＤＡＣ）を含む１つ以上のデジタルモジュールを設けることができる。マイクロコントローラ又はＦＰＧＡによれば、代表的に、ＡＤＣを１００〜２００ksps（キロサンプル／秒）のレートで読取ることができる。多くの実施例では、標的検出のために、サンプリングされたデータをフィルタリングするとともに数百サンプル／秒にデシメートする（サンプリングレートを減少させる）ことができる。又、デジタルモジュールは、キャンセルパスに対しＶＣＯ周波数及びＩ／Ｑ制御電圧を制御するＤＡＣに高レベルのインタフェースをも提供する。
【００７１】
市販のデータ収集システムを用いることができるが、デジタルオーディオシステムに用いられているものに類似するモノリシック集積回路のＡＤＣを用いてデジタルモジュールを構成することができる。ＡＤＣは、システム全体の設計に応じてマイクロコントローラ又は別体のデバイスの何れかと集積化しうる。商業上の１つの要素は所望の性能を達成するのに用いられるビーム及び周波数の数であり、これは多重チャネルのデータ変換器を用いる必要があるかどうかに影響を及ぼすものである。
【００７２】
種々の実施例では、検査ユニットを、ＡＤＣ、ＤＡＣ及びデジタルプラグインを有する市販のナショナルインスツルメンツ社のコンパクトＲＩＯ（ｃＲＩＯ）ユニットとしうる。種々の実施例では、このユニットを、データ変換器と必要なデジタルフィルタリング処理とを有する単一のカードに変えるようにすることができる。デジタルモジュールと内蔵コンピュータとの間のインタフェースには、ユニバーサルシリアルバス（“ＵＳＢ”）又はイーサネット（登録商標）を含む（しかしこれらに限定されない）種々のデータ転送標準器を設けることができる。ＡＤＣは代表的に、Ｉ／Ｑ復調器信号の出力をサンプリングするのに充分な変換速度を有する。変換速度に関してはトレードオフの関係がある。すなわち、変換速度を速めると、Ｉ／Ｑ出力端における低域通過フィルタに関する条件を緩めてしまい、多くの電力を消費し且つより多くの雑音を導入する。変換速度を遅くすると、低域通過フィルタに関する遮断周波数を低くすることができ、電力消費量を少なくするという追加の利点を伴う。しかし、ＡＤＣよりも先行するアナログフィルタの遮断周波数を低くすると、値を安定化させる時間量を多くするおそれがある。変換速度を速くするには代表的に、心拍検出及び被害者検出処理に対してデジタル処理を用いてフィルタリングを行うとともに適切なレートにデシメートする。
【００７３】
被害者検出のための基本的なサンプルレートは、（通常３０〜１２０拍／分として与えられる）０．５〜２Hzである心拍数よりもほぼ１００倍速い３００〜５００Hzとしうる。このサンプルレートは、心拍（及び呼吸）信号の形態及び微細構造の解像度を適切にするのに充分に高いものである。多くの実施例では、デシメートされた２００Hzのサンプルレートを選択しうるようにする。このサンプルレートは、心拍数及び呼吸数や、これらのハーモニックスよりも充分に高い。前述したように、ＦＩＮＤＥＲは代表的に周波数間又はビーム間で、或いはこれらの双方で動作し、５００Hzのレートで同じビーム／周波数の組合せをリビジットする。ビーム／周波数の組合せ数を１６〜３２とした場合、ビーム／周波数の組合せ１つ当りに約６２．５マイクロ秒存在し、このことは、ＡＤＣ測定を約５０マイクロ秒で行うことができることを意味する。このことにより、マイクロ波発振器及びキャンセルパスを安定するのに１０マイクロ秒の間許容しうるようになる。従って、Ｉ／Ｑ出力端におけるアナログフィルタは、１０〜２０マイクロ秒程度の遅延／安定時間又は約５０〜１００ｋHzの遮断周波数を有する必要がある。
【００７４】
キャンセルパスに対するＩ／Ｑ制御はＶＣＯの同調よりも厳しい条件を有するおそれがある。安定時間は、ＶＣＯを同調させるＤＡＣと同じ理由で１マイクロ秒として選択する。性能は変調器及びその他の構成要素により制限されるが、ＤＡＣは、ＤＣのＩ／Ｑ電圧を設定する精度を制限しない程度に充分なビットを有する必要がある。変調器の性能仕様は、代表的に搬送波抑圧／ヌリングと称され、特定の実施例に対し選択されたデバイスの場合、−４０dBとなる。この仕様は、ある種の指針を提供するが、直接的には使用可能なものではない。その理由は、この仕様は、搬送波信号を最小化するように調整されるＤＣオフセットを有する正弦波によりＩ／Ｑが駆動される性能を規定するものである為である。この性能は、ＤＣバイアスを１００の内の１部に（電力における４０dBは電圧で１００倍である）又は７〜８ビットの等価解像度に設定しうることを意味する。Ｉ／Ｑ入力をＤＣ電圧としたＦＩＮＤＥＲのアプリケーションでは、著しく良好な性能が代表的なものとなる。精密電源を用いる特定の変調器を実験室で測定した結果、（２Ｖの振幅の内約０．３ｍＶに相当する）６０Ｖの内１０ｍＶのステップ、すなわち６０００の内の１部を、位相及び振幅を測定するベクトルネットワークアナライザを用いて容易に分割することができることが分かった。このことは、約１３ビットの解像度に相当する。したがって、１６ビットの性能のＤＡＣを利用することができる。代表的には、完全なヌルを必要とせず、この利得分布で信号を理想的とは言えない条件で見ることができる。
【００７５】
ＤＡＣは、ステップ周波数のＣＷを用いて処理するある程度の距離に対応するために、充分小さい周波数間隔でステッピングするのに充分なビット数を有する必要がある。このことは、一般に、最大距離でのマイクロ波信号の位相差を、２つの順次のステップ間で１８０度よりも小さい値で変化させる必要があることを提言するものである。最大距離が３０メートルである場合、すなわち往復距離が６０メートルである場合、この値は５ＭHzである。全体で３００ＭHzの範囲を超える０〜５Ｖの同調である代表的なモノリシックＶＣＯの同調電圧範囲の場合、上述したことは少なくとも６０ステップを意味するものである、すなわち６ビットのＤＡＣを選択する必要がある。
【００７６】
多くの実施例では、ＤＡＣは、ＦＩＮＤＥＲが周波数又はビーム間でステッピングしうるとともに、Ｉ／Ｑ復調器の測定が次の組合せに移る前に処理するのに充分な時間を有するのに充分高速に処理する必要がある。代表的なＶＣＯに対するＶＣＯ変調帯域幅は５０ＭHzよりも大きい（このことは応答時間が２０ナノ秒又はそれよりも早いことを意味する）為、ＤＡＣの応答及び処理は制限要因となりうる。種々の実施例では、低域通過フィルタリング処理をアナログ同調電圧チェーン回路で適用して、不所望な変調雑音を回避するようにしうる、従って、１００〜２００ｋHzの概念的な低域通過を選択しうるようにし、且つＤＡＣは１マイクロ秒未満で変換を行うようにする必要がある。
【００７７】
特定のデジタルモジュールを上述したが、特定のアプリケーションの条件に適する種々のデジタルモジュールの何れをも本発明の実施例により用いることができる。本発明の実施例による標的検出用のレーダ信号処理を以下で更に説明する。
（レーダ信号処理）
【００７８】
校正及びベースライン／クラッタの除去、ビーム及び（必要に応じ）レンジビンの形成、これらのビーム及びレンジビン内の標的の識別、人間又はその他としての標的の分類のために、レーダ信号処理を実行しうる。本発明の一実施例によるレーダ信号処理の流れ図を図２０に示す。処理１８００は受信機からの生のレーダデータ（１８０２）から開始され、ベースラインの除去及びクラッタのキャンセルの実行（１８０４）を含んでいる。多くの実施例では、探索が実行される度に、１秒間の記録を全てのビーム及び周波数から行って、現在の静的なクラッタ特性を決定するようにする。前の値を開始点として用いて、最適なＩ／Ｑキャンセルパスの値の計算及び修正の双方又は何れか一方を行う（１８０６）。新たな値はハードウェアのインタフェースモジュールにローディングされ、この処理はクラッタが許容しうる程度に低いレベルとなるまで繰返される。予め決定した回数だけ繰返した後、適切なキャンセルを達成し得ない場合には、周波数及びビームをキャンセルできないことをユーザに示すエラーメッセージが生ぜしめられる。全てのビームが同じ周波数で問題を有する場合には、ＦＩＮＤＥＲが他のある信号源から干渉を受けていることを表わしているおそれがある。ある所定のビームをキャンセルしえない場合には、アンテナが妨害されている又は破壊されているおそれがある。如何なる場合でも、ユーザは悪化した処理を続ける選択肢を有するものである。
【００７９】
処理１８００は、生のレーダデータ（１８０２）を取得する処理と、ステップ周波数データを取得するレンジ処理を実行する処理（１８０８）とをも有し、逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用して周波数領域データを等価の時間領域形態に変換しうるようにする。この処理は、１２程度のレンジビンを生じる処理（１８１０）である低解像度の処理であり、各レンジビンは、標的識別のために用いられる３００〜５００HzのサンプルレートでのＩ／Ｑサンプルの“スロータイム”シーケンスを有する。多くの実施例では、代表的な心拍数内の繰返し特性に対する信号の帯域制限バージョンを検査することにより、１つ以上のビーム及びレンジビン内の独特な標的を見いだすための標的識別手段（１８１２）を処理１８００が有するようにする。この手段は、所定の個々の心拍数が変化するおそれがあるが、これらのＭＣＧ波形の一般的形状は（単に伸長及び収縮するだけで）変化しないという事実に依存するようにした、自己相関と他の方法との組合せにより達成することができる。標的識別処理の出力は、主として単一の心拍の正規化形状である一組のプロトタイプ波形（１８１４）である。潜在的な各被害者に対するデータと、信号が現れるビーム／レンジはどれであるかを識別するデータとの一組を存在させる。各標的は、標的の変動性に関するデータも含む。
【００８０】
種々の実施例では、標的分類を実行することができ（１８１６）、これには、アンテナユニットの側方ではなくアンテナユニットの前方の探索領域に標的が存在する可能性があるかを第１に識別する処理を含めるようにする。第２に、アルゴリズムにより、心拍数及び呼吸数と、人間及び動物波形の資料に対するプロトタイプ波形の形態とを比較して、人間及び動物と機械的な信号源との間を識別する。例えば、機械的な信号源、例えば、ゆっくり回転する扇風機は、徐々に減少する又は増大する極めて安定な繰返し率を有する傾向がある。人間及び動物の信号源は実際に、標準的な１／ｆフリッカ雑音型のパワースペクトル密度を以て順次の心拍で幾分変化する。以前に収集された心臓データを解析することにより、分布幅は、強い分離特性を有する単純な統計値であることを確かめた。標的を分類することにより、潜在的な被害者リストを発生させることができる（１８１８）。
【００８１】
被害者検出用の特定のレーダ信号処理技術を図２０につき上述したが、特定のアプリケーションの条件に適した、被害者検出用の種々のレーダ信号処理技術の如何なるものも本発明の実施例により用いうるものである。
【００８２】
本発明の多くの特定の実施例を上述したが、これらの実施例は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の単なる例示にすぎないものである。従って、本発明は、本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、具体的に上述した以外に実施しうるものであることを理解すべきである。従って、本発明の実施例はあらゆる観点で説明上のものであり、本発明を限定するものではない。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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