Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

電波を使った侵入者検知 シ ス テ ム の 開 発 ／ 辻 宏 之

電波を使った侵入者検知システムの開発

辻 宏之（つじ ひろゆき）

ワイヤレスネットワーク研究所
宇宙通信システム研究室 主任研究員

大学院修了後、1992 年、郵政省通信総合研究所（現NICT）に入所。アレーアンテナ信号処理、航空機通信システムなどの研究に従事。横浜国立大学大学院客員教授。博士（工学）。人に役立つ技術をめざし、これまでアレーアンテナを使った発信者の位置特定技術やセキュリティシステムなどの研究を行ってきました。
現在は、航空機や列車などでインターネットが快適につながる環境をめざした技術に関心を持ち研究に取り組んでいます。

056「新発想・新原理の電波による侵入検知システム1 台だけで、今まですべての窓・ドアに付けていた開閉センサーや陰までは見通せなかった赤外線センサーをすべて置き換えてしまいます。
」

りました。2006 年頃、空間上に複数配置したアません。これまで、人の侵入や窓・ドアの開閉とンテナ（以後、アレーアンテナと呼びます）を使っいった「イベント」を検知するためには、焦電型赤て、屋内の電波発信源の位置を正確に推定しよ

外線センサーやドアセンサーなどを侵入経路まうという研究を、当時卒業研究のため研修員でたは対象物ごとに取り付ける方法が一般的です。

あった慶応義塾大学の学生と行っていました。こしかし、すべての窓にセンサーを設置することはの技術は高速無線伝送や位置管理を行うといっ面倒であるばかりでなく、当初想定していない侵たアプリケーションの要素技術として利用できま入経路・対象物は検出できないという欠点もあす。方式の検討と実験を繰り返し行っていました

ります。このような課題に対し、NICT では電波が、なかなか良い結果が出ず失敗の繰り返しでしを使って夜間・休日などで無人になった空間全た。その 1 つの原因として、少しでも家具が動い体を丸ごと監視できる新しいタイプの侵入者検たりドアが開いたりすると電波の伝わり方が変化知システムを開発しました。このシステムは、部し、推定結果に大きく影響するという問題があり屋に 1 つ設置するだけでよく、今までの侵入センました。年の瀬も迫ったあるとき、検討していたサーのように全ての窓や経路に機器を設置する方法が部屋の環境変化に敏感であるなら、位置必要がありません。しかも感知レベルの不安定を検出するのではなくホームセキュリティのためさや物陰までは見通せないという欠点のある赤のセンシングに使えるのではと思いつき、実験を外線センサーをも全て置き換えてしまうことが行ったのがクリスマスイブでした。結果は予想以できる新しいセキュリティシステムです。

上で、送受信のアンテナを部屋に 1 か所それぞれ

Ⅰ−２

Ⅰ−３

Ⅰ−４


セキュリティシステムを導入する人も少なくあり

新世代ネットワーク基盤構成技術／テストベッド技術

このシステムの開発は意外なところから始まネットワークセキュリティ技術

最近、セキュリティへの関心が高まり、ホーム

Ⅰ−１

ワイヤレスネットワーク技術

開発のきっかけ ―失敗から学ぶ―

光ネットワーク技術

システムの概要

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

Ⅲ 未来
基盤技術

IC
TⅣ 電磁波センシング基盤技術

図1 アレーアンテナを使ったセキュリティシステムのしくみ௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ

057

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

電波を使った侵入者検知 シ ス テ ム の 開 発 ／ 辻 宏 之

設置するだけで、ドアの開閉、人の動き、家具のに利用し、センサーから見通せない隠れた場所移動など見事に検知できることが確認できましでのイベントも検出できるという利点を持ってた。それがきっかけとなり現在に至っています。

います＊。

余談ではありますが、その学生は急きょ卒業論＊近 年、マルチパスの環境でアレーアンテナを利用し、通信速度や文のテーマが変更になりましたが、無事卒業で品質を改善する手法が開発され無線 LAN などで実用化されています。

きました。
リアルタイムイベント検出評価装置の開発
アレーアンテナを使ったセキュリティシステムの動作原理

当初、この研究を行うに当たり、既存の装置を組み合わせて実験および評価を行ってきました。

本システムの動作原理を簡単に説明します。

その結果、実験装置自体が大きくなり、またデー

図 1 のようにある部屋の 1 か所に電波を出す送タを収集してから解析を行うという方式をとって信機を置き、別の場所にアレーアンテナを持っいたため扱いにくく効果もわかりにくいという欠た受信機を置きます。送信機から四方八方に放点がありました。そこで、システム構成の見直し射された電波は、床、天井、窓、家具といったあと信号処理の方式を工夫することにより、装置のらゆるものに反射もしくは吸収されて、複雑な小型化と小型マイコンでのリアルタイム処理を可経路を経た後受信点に到着します。このあらゆ

能としたイベント検出評価装置の開発に成功しるものと複雑な経路というのがこのシステムのました。装置の外観を図 2 に示します。この装置ポイントです。この結果、受信点のアレーアンテは送受信装置が一体となっており、イベントを検ナには様々な方向から電波が入射し受信されま出する処理装置も内蔵しています。この装置にアす。もしもこの送受信間の途中経路で人の侵入ンテナを接続するだけで、人の侵入や窓などの開や窓が開くなどのイベントが発生すると電波の閉のイベントの発生を音で知らせてくれます。ま伝わり方が変わり、受信点では電波の受信強度

た USB ポートを内蔵しており、PC を接続すれば、ばかりでなく入射する角度が 変化します。本シ

データの記録やその他詳細な情報を表示する

ステムではこの空間的に変化する電波の入射のことができ、様々な解析を行うことができます。

パターン変化をアレーアンテナでうまくとらえる

USB
Interface

ことによりイベントを検出します。これまで受信Transmitting
Antenna

Receiving
Antenna点において 1 つのアンテナで受信強度の変化のみを検出する方式はありましたが、この方式では送信機の変動や些細な室内の変化により受信強度が変化してしまい誤検知を引き起こすことが多かったため実用化に至っていませんでした。一方、アレーアンテナを用いる方式は、電波の伝わり方を空間的に検出するため確実な検出を実現することができます。通信では一般に電波の複雑な反射（マルチパスと呼ばれる）は、通200 mm

信品質を劣化させる原因となるため厄介な存在でしたが、ここでは電波のマルチパスを積極的

058

図2

リアルタイムイベント検出評価装置の外観光ネットワーク技術

Ⅰ−１

図3

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

イベント検出結果の例

まとめと今後の展開

Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術

なお、この装置のハードウェアの構成は、現在の携帯電話端末よりも単純であるため、将来は携帯電話程度の小型化は可能であると考えています。

開発したシステムは、部屋に 1 つ設置するだけで部屋全体の監視を実現し、送受間の見通し

評価装置によるイベント検出がとれない場所のイベント検出も可能となりました。装置が簡便で容易に設置できるため、現状たときの検出結果を図 3 に示します。横軸は時無、家具などの配置の変化、さらには浴室やトイ

刻で、縦軸は本方式により得られた状態の変化

レ内などの人の動きの監視、物の置き忘れまでを数値化した結果を示します。ここでは時刻 Aも検出ができるため、今後様々な使われ方が期でドアを開けて人が部屋に入り、時刻 B から部待されます。現在は、より安定して精度の高い検屋の中を歩きまわり、時刻 C で一旦静止後、時出方法の改良を進めるとともに実用化を目指し

刻 D で部屋を出るという動作を行っています。ています。

ユニバーサルコミュニケーション基盤技術また本システムは、部屋の人の動きや存在の有Ⅱ例を示します。ある部屋に人がドアを開け侵入しⅠ−４
の警報システムとの連携も容易となっています。

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

この評価装置を使った実際のイベントの検出

図 3 の結果より、何もイベントが発生していな
いときグラフはほぼ 0 を保ったまま一定の値ですが、時刻 A からのドアの開閉、時刻 B からのⅢ 未来

人の動きとともに値が変化しているのがわかります。また、この装置ではこの値に適当なしきい値を設定し、あるレベルを超えるとイベントの発基盤技術

ICT生としてブザー音を出すようになっています。このしきい値を調整することで検出感度が調整でⅣ 電磁波センシング基盤技術

きます。最後に部屋を出てドアを閉めると、もとの 0 に戻っています。さらに、人が部屋で静止している時刻 C と人がいないときの値を比較すれば、人の動きだけでなく、部屋の人の存在までも検出できることがわかります。

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