JP2001099917A - 侵入者検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誤検出要因に影響されず侵入者を検知する。 【解決手段】 侵入者に一定周期で振幅変調された電波
（波長λ）を送信する送信手段と、電波の反射波を受信
する第１受信手段と、第１受信手段において送信波と反
射波を合成する第１ミキサ手段と、第１ミキサ手段の出
力より可変周期成分を抽出する第１エンベロープ検出手
段と、侵入者のλ／４以内の移動を検出する第１レベル
検出手段と、第１受信手段に対して受信方向にλ／２ず
らして設置された第２受信手段と、第２受信手段におい
て送信波と反射波を合成する第２ミキサ手段と、第２ミ
キサ手段の出力より可変周期成分を抽出する第２エンベ
ロープ検出手段と、侵入者のλ／４以内の移動を検出す
る第２レベル検出手段と、第１レベル検出手段と第２レ
ベル検出手段の各出力の電位が反転するタイミングで侵
入者のλ／４以上の移動量を出力する比較手段とを具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セキュリティ管理
場所への侵入者を遠隔地点より高精度で検知可能なマイ
クロ波手段を用いた侵入者検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波を用いた入者検知装置は、対
向方式のものが周知である。この方式は、侵入の監視地
域挟んでマイクロ波送信器と受信器を対向配置し、これ
らを結ぶマイクロ波ビームが侵入者によって遮断される
ことで検知する。この方式は簡単であるが、装置が２ユ
ニットになること、ビームの初期設定が煩雑であること
などが問題点である。そこで、装置を１ユニットで構成
できる反射型の検知装置の提供が望まれる。出願人は、
マイクロ波手段を用いた反射方式の移動距離検出装置
を、特願平１０−１２１４３２号「地表層変位検出装
置」により提案している。本発明はこの先願技術の応用
に関するものであるため、以下先願技術の概要と問題点
を従来技術として説明する。

【０００３】図３は、地表層変位検出装置の全体構成図
である。１は安全な不動地域、２は矢印Ｐ方向の地滑り
が予測される監視地域、３は両地域の境界で亀裂あるい
は地形変換点である。 ４は監視地域２に打ち込まれた
杭である。５は不動地域１（安全地域）に支持台６を介
して固定されたモニタ手段、７はこのモニタ手段５の筐
体に一体に形成された送受信アンテナである。

【０００４】８は地表層変位地域（監視地域２）に打ち
込まれた杭４のトップに固定された電波反射手段、Ｌは
電波反射手段８とモニタ手段５に形成された送受信アン
テナ７間の距離を示す。モニタ手段５は、送受信アンテ
ナ７を介して周波数Ｆの送信波（例えば１０ＧＨｚのマ
イクロ波）ｆｔをビーム状に電波反射手段８に送信し、
電波反射手段からの反射波ｆｒを再び送受信アンテナ７
を介して受信し、送信波ｆｔと合成する。

【０００５】電波反射手段８により送信波ｆｔが反射さ
れるとき、位相が逆転することを考慮すると、 ２Ｌ＝（１／２）・（ｎ＋１）・λ （λ：波長 λ＝
Ｃ／Ｆ Ｃ：光速） のとき、送信波ｆｔと反射波ｆｒはモニタ手段５の位置
で同相となり、合成振幅は両者の和となる。一方、２Ｌ
＝（ｎ／２）λ の場合は送信波ｆｔと反射波ｆｒは逆
相となって、合成波は両者の差となる。

【０００６】従って、送信波ｆｔと反射波ｆｒの合成振
幅Ｖを取ると図４に示すように、λ／４の間で最大値よ
り最小値まで変化する正弦波となる。例えば図４のＡ点
（電圧ＶＡ）になるようにモニタ手段５と電波反射手段
８の距離を事前に設定しておけば、電波反射手段８が微
小距離動くことにより動作点はＢ点（ＶＢ）、Ｃ点（Ｖ
Ｃ）に変化し、合成振幅の変化値より移動距離が検知で
きる。換言すればこれは反射波ｆｒの相対位相を電圧に
変換しているものである。

【０００７】ここで、例えばＦ＝１０.５２５ＧＨｚ
（λ＝２８.５mm）とすると、λ／４＝７.１２mmとな
る。この間に合成振幅は最大値から最小値まで（フルス
ケール）変化するから、この振幅の測定分解能が３ビッ
ト（１／８フルスケール）１mm程度の距離変化を検知す
ることが可能である。

【０００８】図５は、モニタ手段５の電気的な構成を示
すブロック線図である。９はマイクロ波発振部であり、
所定の周波数Ｆのマイクロ波を発振し、バッファ増幅器
１０を介してカップラ１１に供給する。カップラ１１は
マイクロ波を２分配するものであり、一方を電力増幅器
１２を介してサーキュレータ１３へ、他方をミキサ１４
へ供給する。サーキュレータ１３は切り換え器であり、
電力増幅器１２から供給されたマイクロ波をアンテナ７
へ、アンテナ７から供給された受信マイクロ波をミキサ
１４に供給する。

【０００９】アンテナ７は、マイクロ波の送受信を行う
ものであり、アンテナからビーム状に送信されたマイク
ロ波ｆｔは、電波反射手段８で反射され、反射されたマ
イクロ波ｆｒが同一アンテナ７により受信され、サーキ
ュレータ１３を介してミキサ１４に供給される。

【００１０】ミキサ１４はカップラ１１からの送信波ｆ
ｔ（マイクロ波）とサーキュレータ１３からの反射波ｆ
ｒ（受信マイクロ波）を合成し、その合成振幅の直流レ
ベルＶは図４で説明したように、電波反射手段８のλ／
４以内の変動による送信波ｆｔと反射波ｆｒ（受信マイ
クロ波）の位相差により最大から最小に変化する。

【００１１】１５は合成振幅Ｖの直流分を増幅し、スパ
ン設定を行うための直流増幅器であり、その出力Ｖ0
は、例えば電波反射手段８の０乃至λ／４の変化に対し
て１乃至５ボルトの範囲で変化するようにスパン設定さ
れる。

【００１２】１６は信号処理部であり、直流増幅器出力
Ｖ0 を入力信号とし、これに対して警報設定値との比較
による警報、１日単位又は１週間単位の変動記録、必要
に応じてディジタル変換した後コンピュータ処理により
さらに複雑なデータ管理を実行する。１７はこの信号処
理部の出力で作動する現場指示計器、Ｓは同じくこの信
号処理部１６の出力で遠隔地の監視センター等へ伝送さ
れるアナログ又はディジタルの伝送信号である。

【００１３】図６は、上記技術を基礎にした反射方式の
侵入者検知装置の構成例であり、監視地域２の電波反射
手段８は、侵入者である。この例では、変調を送信側で
かけることにより信号処理を容易にしている。変調用の
交流信号の周波数を外気温度の変動等に由来するバック
グラウンド雑音の周波数よりも充分高く取り、フィルタ
手段により合成波の中から変調された成分を抽出すれ
ば、バックグラウンドの雑音をカットした電波反射手段
のみの変動信号を得ることができる。

【００１４】この場合の受信信号の処理は、フィルタ手
段を介して合成波より変調周波数成分のエンベロープ信
号を抽出し、その振幅変化により図４と同様な変位の検
出ができる。さらに図６の構成では、モニタ手段５を送
信ユニット５ａと受信ユニット５ｂは１ユニットで構成
され、送信アンテナ７ａ、受信アンテナ７ｂは近接並列
的に設置される。

【００１５】送信ユニット５ａにおいて、１９は変調回
路であり、マイクロ波発振部９の出力に対し例えば１０
ｋＨＺの信号ｆｍで振幅変調をかける。従って送信アン
テナ７ａよりの送信波ｆｔは１０ＫＨＺで振幅変調され
たマイクロ波となる。

【００１６】受信ユニット５ｂにおいて、受信アンテナ
７ｂには侵入者８からの反射波ｆｒと送信アンテナ７ａ
から地面等を介して回り込む直接波ｆｔ’が受信され、
ダイオード等の非直線素子２０により合成され、合成波
出力ｆｍが発生する。２１は高周波増幅器であり、合成
波出力の交流分を増幅する。２２は変調交流信号ｆｍを
中心周波数とするバンドパスフィルタであり、合成信号
のうち変調交流信号ｆｍの周波数で変調された信号のエ
ンベロープ信号Ｖｅを抽出する。

【００１７】２３はエンベロープ信号Ｖｅの整流平滑回
路であり、エンベロープ信号Ｖｅの振幅に比例した直流
信号Ｖに変換する。１５乃至１７の構成は図５の場合と
同様である。図７は、変調交流信号ｆｍで変調された受
信波のエンベロープ信号の振幅Ｖの変化により合成波の
位相差による侵入者８の移動を図４と全く同様に測定す
ることが出来る様子を示している。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このような構成のマイ
クロ波による反射方式の侵入者検知装置には、以下のよ
うな問題点がある。 （１）反射手段が岩盤などのように微小移動する場合の
精密測定には適するが、人間のように短時間で大きく移
動する対象の検知には不向きである。 （２）反射手段が人体であり、反射波は着衣や移動によ
り大きく乱れるので、検出信号が安定せず、高精度の検
知が困難である。 （３）アンテナのコスト的な制約でマイクロ波のビーム
を十分に絞ることが困難であり、その結果測定範囲が広
がり、侵入者以外の外乱による誤検出が発生し易い。

【００１９】本発明は、上述する各種問題点の解決を目
的とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
被監視場所への侵入者からの電波反射を受信するために
所定個所に設置されたモニタ手段よりなり、上記モニタ
手段は、上記侵入者に向かって一定周期で振幅変調され
た所定波長（λ）の電波を送信する送信手段と、上記侵
入者からの反射波を受信する第１受信手段と、この受信
手段において上記送信波と受信波とを合成する第１ミキ
サ手段と、このミキサ手段の合成波出力より可変周期成
分を抽出する第１エンベロープ検出手段と、上記侵入者
のλ／４以内の移動を上記エンベロープ出力振幅の最低
レベルより最大レベルの変化として検出する第１レベル
検出手段と、上記第１受信手段と反射波の受信方向にλ
／２ずらせて設置された第２受信手段と、この受信手段
において上記送信波と受信波とを合成する第２ミキサ手
段と、このミキサ手段の合成波出力より可変周期成分を
抽出する第２エンベロープ検出手段と、上記侵入者のλ
／４以内の移動を上記エンベロープ出力振幅の最低レベ
ルより最大レベルの変化として検出する第２レベル検出
手段と、上記第１レベル検出手段と上記第２レベル検出
手段の出力を監視し、両者の電位が反転するタイミング
で上記侵入者のλ／４以上の移動を検知する比較手段と
を具備する点にある。

【００２１】特徴の第２は、上記送信手段と、上記第１
受信手段と、上記第２受信手段とが一体のユニットに構
成された点にある。特徴の第３は、上記第１レベル検出
手段と上記第２レベル検出手段の出力に重畳する交流分
ノイズ信号に対して異なるレベル設定値有する複数の比
較手段を接続し、各レベルを複数の監視区分に振り分け
ることにある。

【００２２】さらに特徴の第４は、上記第１レベル検出
手段と上記第２レベル検出手段の出力を監視し、一方が
増加傾向のときに他方が減少傾向の時および一方が減少
傾向のとき他方が増加傾向のときに正常受信と判断し、
両者が共に増加または現象の時異常受信と判断する機能
を、上記比較手段具備せしめた点にある。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の一
実施形態について説明する。図１は、変調を送信側でか
けることにより信号処理を容易すると共に、モニタ手段
５を送信ユニットと受信ユニットとを１ユニット構成と
した侵入者検知装置の電気的構成図であり、図６で説明
した従来例に本発明を適用した構成を示すものである。

【００２４】送信ユニット５ａの構成は図６と同様であ
る。１９は変調回路であり、マイクロ波発振部９の出力
に対し例えば１０ｋＨＺの信号ｆｍで振幅変調をかけ
る。従って送信アンテナ７ａよりの送信波ｆｔは１０Ｋ
ＨＺで振幅変調されたマイクロ波となる。

【００２５】受信ユニットは、第１受信ユニット５ｂ１
と第２受信ユニット５ｂ２で構成され、第１受信ユニッ
トの受信アンテナ７ｂ１と第２受信ユニットの受信アン
テナ７ｂ２は、共に侵入者８からの反射波ｆｒと地面等
を介して回り込む直接波ｆｔ’を受信するように固定さ
れているが、λ／２に相当する距離だけ相対的にずらさ
れて配置されている。第１受信ユニット５ｂ１と第２受
信ユニット５ｂ２とは、それぞれ本発明の第１受信手段
と第２受信手段を形成する。

【００２６】第１受信手段を形成する第１受信ユニット
５ｂ１において、反射波ｆｒと直接波ｆｔ’はダイオー
ド等の非直線素子２０１により合成され、合成波出力ｆ
ｍ１が発生する。２１１は高周波増幅器であり、合成波
出力の交流分を増幅する。２２１は変調交流信号ｆｍを
中心周波数とするバンドパスフィルタであり、合成信号
のうち変調交流信号ｆｍの周波数で変調された信号のエ
ンベロープ信号Ｖｅ１を抽出する。

【００２７】２３１はエンベロープ信号Ｖｅ１の整流平
滑回路であり、エンベロープ信号Ｖｅ１の振幅に比例し
た直流信号Ｖ１に変換する。１５１は合成振幅Ｖ１の直
流分を増幅し、スパン設定を行うための直流増幅器であ
り、その出力Ｖ0１ は、例えば侵入者８の０乃至λ／４
の変化に対して１乃至５ボルトの範囲で変化するように
スパン設定される。

【００２８】第２受信手段を形成する第２受信ユニット
５ｂ２において、反射波ｆｒと直接波ｆｔ’はダイオー
ド等の比直線素子２０２により合成され、合成波出力ｆ
ｍ２が発生する。２１２は高周波増幅器であり、合成波
出力の交流分を増幅する。２２２は変調交流信号ｆｍを
中心周波数とするバンドパスフィルタであり、合成信号
のうち変調交流信号ｆｍの周波数で変調された信号のエ
ンベロープ信号Ｖｅ２を抽出する。

【００２９】２３２はエンベロープ信号Ｖｅ２の整流平
滑回路であり、エンベロープ信号Ｖｅ２の振幅に比例し
た直流信号Ｖ２に変換する。１５２は合成振幅Ｖ２の直
流分を増幅し、スパン設定を行うための直流増幅器であ
り、その出力Ｖ0２ は、例えば電波反射手段８の０乃至
のλ／４変化に対して１乃至５ボルトの範囲で変化する
ようにスパン設定される。

【００３０】２４は比較手段であり、上記第１受信ユニ
ット５ｂ１の直流増幅器の出力Ｖ0１と上記第２受信ユ
ニット５ｂ２の直流増幅器の出力Ｖ0２を常時入力し、
双方の極性が反転したタイミングで、検知対象のλ／４
以上の移動毎にパルス出力Ｑを発生する。このパルス出
力Ｑの間隔は、Ｆ＝１０.５２５ＧＨｚ（λ＝２８.５m
m）とすると、λ／４＝７.１２mmとなる。このように、
侵入者８のλ／４＝７.１２mm以上の移動毎に１パルス
の測定データは、岩盤などの微小移動を目的とする場合
はラフであるが、検知目的が人間の侵入の有無の場合で
はむしろ目的に適した検知データとして利用できる。

【００３１】本発明は、出力Ｖ0１と出力Ｖ0２双方の極
性が反転したタイミングで検知する方式を特徴とする。
これは侵入者８からの反射電波が両受信ユニットのアン
テナに正常に受信された場合にのみ双方の反転が起こる
ので、結果的にマイクロ波の指向性をきわめてシャープ
にしたことと等価であり、侵入者８以外の外乱による誤
検出を防止できる。

【００３２】図２（Ａ）は、移動距離Ｌに対する第１受
信ユニット５ｂ１の直流増幅器の出力Ｖ0１の変化を示
している。同図（Ｂ）は、第２受信ユニット５ｂ２の直
流増幅器の出力Ｖ0２の変化を示しており、電波反射手
段８からの反射波ｆｒが正常受信された場合は、アンテ
ナ位置がλ／２ずれているために出力Ｖ0１と出力Ｖ0２
は実線で示すように逆相関係、即ち一方が増加（又は減
少）傾向の時他方が減少（又は増加）傾向となる。同図
（Ｃ）は、侵入者８の移動に基づく比較手段２４のパル
ス出力Ｑの発生タイミングを示す。

【００３３】本発明の比較手段は、上記第１レベル検出
手段と上記第２レベル検出手段の出力をＶ0１とＶ0２監
視し、一方が増加傾向のときに他方が減少傾向の時およ
び一方が減少傾向のとき他方が増加傾向のときに正常受
信と判断し、両者が共に増加または現象の時異常受信と
判断する監視機能を持たせることは容易であるから、種
々の外乱による測定エラーを排除でき、システムの信頼
性を向上せしめることができる。

【００３４】本発明において、比較手段２４のパルス出
力Ｑは、出力Ｖ0１及び出力Ｖ0２双方の極性反転条件と
なるので、これを満足する測定範囲は極めて狭くなる。
これは見かけ上送信手段からの電波のビームを十分絞っ
たことと等価である。この効果により、近隣の外乱によ
る影響を受けない信頼性の高いシステムが実現可能であ
る。

【００３５】つぎに、侵入者８の接近状況を大まかに推
定可能な実施態様を説明する。上記第１レベル検出手段
と上記第２レベル検出手段の出力Ｖ0１に重畳する交流
分ノイズ信号に対して各レベルを複数の監視区分に振り
分ける。２５１，２５２，……，２５ｎは直流分カット
コンデンサ２６及びバッファ２７を介して出力Ｖ0１に
重畳する交流分信号を共通に入力する複数の比較手段で
あり、夫々に異なるレベル設定値Ｖａ１，Ｖａ２，…
…，Ｖａｎ（Ｖａ１＞Ｖａ２＞……＞Ｖａｎ）が与えら
れている。Ｓａ１，Ｓａ２，……，Ｓａｎはこれら比較
器の出力を示す。

【００３６】同様に、２８１，２８２，……，２８ｎは
直流分カットコンデンサ２９及びバッファ３０を介して
出力Ｖ0２に重畳する交流分信号を共通に入力する複数
の比較手段であり、夫々に異なるレベル設定値Ｖｂ１，
Ｖｂ２，……，Ｖｂｎ（Ｖｂ１＞Ｖｂ２＞……＞Ｖｂ
ｎ）が与えられている。Ｓｂ１，Ｓｂ２，……，Ｓｂｎ
はこれら比較器の出力を示す。

【００３７】出力Ｖ0１，Ｖ0２の反転により侵入者８が
比較手段２４で検出される前には侵入者８の接近に伴う
弱い反射により出力Ｖ0１，Ｖ0２に交流分ノイズ信号が
重畳する。このノイズのレベルを監視することによって
接近状況を大まかに把握することが可能である。

【００３８】図２（Ｄ）は、Ｖ0１、Ｖ0２に重畳する交
流分ノイズ信号と複数の比較器の設定レベルの関係を示
す説明図、 図２（Ｅ）は、入力信号が設定レベル超え
た比較器からの出力を示す。このように交流分ノイズ信
号に対して各レベルを複数の監視区分に振り分けること
により、侵入者８の動的な接近状況や接近の方向を推定
することが可能となる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明は従来方式に
比較して、次の効果を期待できる。 （１）反射手段が人間のように短時間で大きく移動する
対象の検知に適した測定データを得ることができる。 （２）侵入者からの反射電波が両受信ユニットのアンテ
ナに正常に受信された場合にのみＶ0１、Ｖ0２双方の反
転が起こるので、等価的にマイクロ波の指向性をきわめ
てシャープにでき、侵入者以外の外乱による誤検出を防
止できる。 （３） Ｖ0１、Ｖ0２に重畳する交流分ノイズ信号レベ
ルを複数の監視区分に振り分けることにより、侵入者の
動的な接近状況や接近の方向を推定することが可能とな
る。 （４）対向型に比較し、一体ユニット構成であり、設置
が極めて容易であり、メンテナンスフリーを実現でき、
管理コストの削減に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施態様の電気的な構成図であ
る。

【図２】 本発明における第１受信手段の出力Ｖ0１と
第２受信手段の出Ｖ0２の変化に対応した比較手段の出
力及び重畳交流分ノイズの複数監視区分を説明する波形
図である。

【図３】 従来の地表変位検出装置の全体構成図であ
る。

【図４】 従来装置における合成波出力波形図である。

【図５】 従来装置におけるモニタ手段の電気的な構成
図である。

【図６】 従来装置において、変調を送信側でかけた場
合のモニタ手段の電気的な構成図である。

【図７】 図６従来装置におけるエンベロープ出力の波
形図である。

【符号の説明】

２……監視地域 ５ａ……送信ユニット ５ｂ１……第１受信ユニット ５ｂ２……第２受信ユニット ７ａ……送信アンテナ ７ｂ１……第１受信ユニットの受信アンテナ ７ｂ２……第２受信ユニットの受信アンテナ ８……侵入者 ２４……比較手段 ２５１、２５２…２５ｎ……比較手段 ２８１、２８２…２８ｎ……比較手段 ２６、２９……直流分カットコンデンサ ２７，３０……バッファ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C084 AA02 AA07 BB04 CC19 DD07 DD08 DD65 DD71 EE10 GG21 GG22 GG24 GG54 GG74 5J070 AB16 AC15 AD06 AE09 AF01 AH14 AH33 AH40 AH50 AJ10 AK31 AK32 AK40

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被監視場所への侵入者からの電波反射を
   受信するために所定個所に設置されたモニタ手段よりな
   り、 上記モニタ手段は、 上記侵入者に向かって一定周期で振幅変調された所定波
   長（λ）の電波を送信する送信手段と、 上記侵入者からの反射波を受信する第１受信手段と、 この受信手段において上記送信波と受信波とを合成する
   第１ミキサ手段と、このミキサ手段の合成波出力より可
   変周期成分を抽出する第１エンベロープ検出手段と、 上記侵入者のλ／４以内の移動を上記エンベロープ出力
   振幅の最低レベルより最大レベルの変化として検出する
   第１レベル検出手段と、 上記第１受信手段と反射波の受信方向にλ／２ずらせて
   設置された第２受信手段と、 この受信手段において上記送信波と受信波とを合成する
   第２ミキサ手段と、このミキサ手段の合成波出力より可
   変周期成分を抽出する第２エンベロープ検出手段と、 上記侵入者のλ／４以内の移動を上記エンベロープ出力
   振幅の最低レベルより最大レベルの変化として検出する
   第２レベル検出手段と、 上記第１レベル検出手段と上記第２レベル検出手段の出
   力を監視し、両者の電位が反転するタイミングで上記侵
   入者のλ／４以上の移動を検知する比較手段と、を具備
   する侵入者検知装置。
2. 【請求項２】 上記送信手段と、上記第１受信手段と、
   上記第２受信手段とが一体のユニットに構成された請求
   項１記載の侵入者検知装置。
3. 【請求項３】上記第１レベル検出手段と上記第２レベル
   検出手段の出力に重畳する交流分ノイズ信号対して異な
   るレベル設定値有する複数の比較手段を接続し、各レベ
   ルを複数の監視区分に振り分けることを特徴とする請求
   項１または２記載の侵入者検知装置。
4. 【請求項４】上記比較手段は、 上記第１レベル検出手段と上記第２レベル検出手段の出
   力を監視し、一方が増加傾向のときに他方が減少傾向の
   時および一方が減少傾向のとき他方が増加傾向のときに
   正常受信と判断し、両者が共に増加または現象の時異常
   受信と判断する機能を具備する請求項１〜３いずれかに
   記載の侵入者検知装置。