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公開番号2021165687
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2020069336
出願日20200407
発明の名称振動検知装置、振動検知システム、振動検知プログラム及び振動検知方法
出願人新日本無線株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01S 13/58 20060101AFI20210917BHJP(測定;試験)
要約【課題】電波レーダを利用して振動物標の振動周波数又は振動周期を検知するにあたり、本来の2倍の振動物標の振動周波数を検知せず、振動物標からの反射強度のみを抽出し、振動物標と他の物標とを区別し、振動物標の振動周波数又は振動周期を正確に検知する。
【解決手段】FMCWレーダの送受信信号間のビート信号を取得するビート信号取得部21と、基準の送受信周期のビート信号を選択するビート信号選択部22と、基準の送受信周期のビート信号と、今回の送受信周期のビート信号と、の間の差分信号(基準差分信号)の位相を算出する基準差分位相算出部24と、複数の送受信周期にわたる基準差分信号の位相の時間変化に基づいて、振動物標の振動周波数又は振動周期を算出する振動周波数算出部と、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
FMCWレーダの送受信信号間のビート信号を取得するビート信号取得部と、
基準の送受信周期の前記ビート信号を選択するビート信号選択部と、
前記基準の送受信周期の前記ビート信号と、今回の送受信周期の前記ビート信号と、の間の差分信号(基準差分信号)の位相を算出する基準差分位相算出部と、
複数の送受信周期にわたる前記基準差分信号の位相の時間変化に基づいて、振動物標の振動周波数又は振動周期を算出する振動周波数算出部と、
を備えることを特徴とする振動検知装置。
続きを表示(約 1,600 文字)【請求項2】
前回の送受信周期の前記ビート信号と、今回の送受信周期の前記ビート信号と、の間の差分信号(隣接差分信号)の積分値を算出する隣接差分積分値算出部、
をさらに備え、
前記振動周波数算出部は、複数の送受信周期にわたる前記隣接差分信号の積分値の時間変化に基づいて、前記振動物標の振動周波数又は振動周期を算出する
ことを特徴とする、請求項1に記載の振動検知装置。
【請求項3】
前記振動周波数算出部は、複数の送受信周期にわたる前記基準差分信号の位相の時間変化の周波数スペクトルと、複数の送受信周期にわたる前記隣接差分信号の積分値の時間変化の周波数スペクトルと、のうちの最大の周波数ピークの重みがより大きい周波数スペクトルに基づいて、前記振動物標の振動周波数又は振動周期を算出する
ことを特徴とする、請求項2に記載の振動検知装置。
【請求項4】
掃引周波数のうちの所定周波数でのドップラ信号を取得するドップラ信号取得部と、
前回の送受信周期の前記ドップラ信号と、今回の送受信周期の前記ドップラ信号と、の間の差分信号(ドップラ差分信号)の積分値を算出するドップラ積分値算出部と、
をさらに備え、
前記振動周波数算出部は、複数の送受信周期にわたる前記ドップラ差分信号の積分値の時間変化に基づいて、前記振動物標の振動周波数又は振動周期を算出する
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の振動検知装置。
【請求項5】
前記振動周波数算出部は、複数の送受信周期にわたる前記基準差分信号の位相の時間変化の周波数スペクトルと、複数の送受信周期にわたる前記ドップラ差分信号の積分値の時間変化の周波数スペクトルと、のうちの最大の周波数ピークの重みがより大きい周波数スペクトルに基づいて、前記振動物標の振動周波数又は振動周期を算出する
ことを特徴とする、請求項4に記載の振動検知装置。
【請求項6】
前記基準差分位相算出部は、複数の送受信周期にわたる前記基準差分信号の位相の時間変化において、位相の折り返しを補償して位相の連結性を確保する
ことを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の振動検知装置。
【請求項7】
前記ビート信号選択部は、前記振動物標が存在しないときの送受信周期の前記ビート信号を、前記基準の送受信周期の前記ビート信号として選択する
ことを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の振動検知装置。
【請求項8】
前記ビート信号選択部は、前記FMCWレーダが較正されたときの送受信周期の前記ビート信号を、前記基準の送受信周期の前記ビート信号として選択する
ことを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載の振動検知装置。
【請求項9】
前記ビート信号選択部は、所定時間間隔が経過したときの送受信周期の前記ビート信号を、前記基準の送受信周期の前記ビート信号として新たに選択する
ことを特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載の振動検知装置。
【請求項10】
前回の送受信周期の前記ビート信号と、今回の送受信周期の前記ビート信号と、の間の差分信号(隣接差分信号)の周波数を算出する隣接差分周波数算出部と、
前記隣接差分信号の周波数に基づいて、前記振動物標の距離を算出する距離算出部と、
をさらに備え、
前記ビート信号選択部は、複数の送受信周期にわたる前記振動物標の距離の時間変化が不安定になった後に再び安定になったときの送受信周期の前記ビート信号を、前記基準の送受信周期の前記ビート信号として新たに選択する
ことを特徴とする、請求項1から9のいずれかに記載の振動検知装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、振動物標の振動周波数又は振動周期を検知する技術に関する。
続きを表示(約 2,300 文字)【背景技術】
【0002】
人間又は動物の呼吸数又は心拍数を検知する技術が、特許文献1〜3等に開示されている。特許文献1〜3では、電波レーダを利用することにより、検知センサが人間又は動物と接触していなくても、人間又は動物が衣服を着ていても、人間又は動物が布団を被っていても、人間又は動物の呼吸数又は心拍数を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第5131744号明細書
特許第6029108号明細書
特許第5848469号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1では、ドップラレーダを利用し、ドップラ信号の周波数の時間変化に基づいて、人間又は動物の体表の速度の時間変化を算出し、人間又は動物の呼吸数又は心拍数を検知する。すると、人間又は動物が息を吸い切り又は吐き切り、人間又は動物の体表が一時的に停止すれば、人間又は動物の体表の速度は0になるため、本来の2倍の呼吸数又は心拍数を検知することがある。そして、室内、ゲージ、ベッド又は床の上等からの反射強度を除去しないため、人間又は動物の体表からの反射強度のみを抽出することができず、人間又は動物の呼吸数又は心拍数を正確に検知することができない。さらに、人間又は動物の体表の速度を算出するため、人間又は動物と他の物標とを区別することができない。
【0005】
特許文献2では、ドップラレーダを利用し、ドップラ信号の位相の時間変化に基づいて、人間又は動物の体表の距離の時間変化を算出し、人間又は動物の呼吸数又は心拍数を検知する。すると、人間又は動物が息を吸い切り又は吐き切り、人間又は動物の体表が一時的に停止しても、人間又は動物の体表の距離は維持されるため、本来の2倍の呼吸数又は心拍数を検知することがない。しかし、室内、ゲージ、ベッド又は床の上等からの反射強度を除去しないため、人間又は動物の体表からの反射強度のみを抽出することができず、人間又は動物の呼吸数又は心拍数を正確に検知することができない。ただし、人間又は動物の体表の距離を算出するため、人間又は動物と他の物標とを区別することができる。
【0006】
特許文献3では、FMCWレーダを利用し、前回の送受信周期のビート信号の周波数スペクトルと、今回の送受信周期のビート信号の周波数スペクトルと、の間の差分スペクトルの強度の時間変化に基づいて、人間又は動物の体表の速度の時間変化を算出し、人間又は動物の呼吸数又は心拍数を検知する。すると、人間又は動物が息を吸い切り又は吐き切り、人間又は動物の体表が一時的に停止すれば、人間又は動物の体表の速度は0になるため、本来の2倍の呼吸数又は心拍数を検知することがある。しかし、室内、ゲージ、ベッド又は床の上等からの反射強度を除去するため、人間又は動物の体表からの反射強度のみを抽出することができる。ただし、人間又は動物の体表の速度を算出するため、人間又は動物と他の物標とを区別することができない。そして、ビート信号を周波数変換するため、周波数変換結果に誤差が残留し、その差分結果も誤差が残留する。
【0007】
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、電波レーダを利用することにより、振動物標の振動周波数又は振動周期を検知するにあたり、本来の2倍の振動物標の振動周波数を検知せず、振動物標からの反射強度のみを抽出し、振動物標と他の物標とを区別し、振動物標の振動周波数又は振動周期を正確に検知することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題を解決するために、特許文献2、3の各々の長所を採用することとした。ここで、FMCWレーダを利用し、「前回」の送受信周期のビート信号と、「今回」の送受信周期のビート信号と、の間の差分信号の位相の時間変化を算出しても、振動物標の「速度」の時間変化を算出するのみである。しかし、FMCWレーダを利用し、「基準」の送受信周期のビート信号と、「今回」の送受信周期のビート信号と、の間の差分信号の位相の時間変化を算出すれば、振動物標の「距離」の時間変化を算出することができる。
【0009】
具体的には、本開示は、FMCWレーダの送受信信号間のビート信号を取得するビート信号取得部と、基準の送受信周期の前記ビート信号を選択するビート信号選択部と、前記基準の送受信周期の前記ビート信号と、今回の送受信周期の前記ビート信号と、の間の差分信号(基準差分信号)の位相を算出する基準差分位相算出部と、複数の送受信周期にわたる前記基準差分信号の位相の時間変化に基づいて、振動物標の振動周波数又は振動周期を算出する振動周波数算出部と、を備えることを特徴とする振動検知装置である。
【0010】
また、本開示は、FMCWレーダの送受信信号間のビート信号を取得するビート信号取得ステップと、基準の送受信周期の前記ビート信号を選択するビート信号選択ステップと、前記基準の送受信周期の前記ビート信号と、今回の送受信周期の前記ビート信号と、の間の差分信号(基準差分信号)の位相を算出する基準差分位相算出ステップと、複数の送受信周期にわたる前記基準差分信号の位相の時間変化に基づいて、振動物標の振動周波数又は振動周期を算出する振動周波数算出ステップと、をコンピュータに実行させるための振動検知プログラムである。
(【0011】以降は省略されています)

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