传感器以及方法技术

技术编号:18451494 阅读:32 留言:0更新日期:2018-07-14 13:13
本公开涉及传感器以及方法。传感器具备:发送天线,其具有发送发送信号的N个发送天线元件;接收天线,其具有分别接收包括N个发送信号中的被生物体反射后的反射信号的N个接收信号的M个接收天线元件;电路;以及存储器,电路执行:根据各接收信号,从表示各发送天线元件与各接收天线元件之间的传播特性的N×M的第1矩阵中提取与预定频率范围对应的第2矩阵,使用第2矩阵来推定生物体所存在的位置,基于推定出的位置和发送及接收天线的位置来算出对生物体的RCS(Radar cross‑section)值,使用算出的RCS值、和表示RCS值与生物体的动作的对应关系的信息,推定生物体的动作。

Sensors and methods

The present disclosure relates to sensors and methods. The sensor has: a transmission antenna, which has N transmitting antenna elements that send and send signals; the receiving antenna has a M receiving antenna element, which receives a N receiving signal from the reflected signal of the organism, including the reflected signal of the organism, and the circuit; and the circuit execution: according to the received signals The second matrix corresponding to the predetermined frequency range is extracted from the first matrix of the N * M of the transmission characteristics between the transmitting antenna elements and the receiving antenna elements, and the position of the organism is determined by the second matrix, and the RCS (Radar CR) of the organism is calculated based on the position of the presumed position and the location of the transmitting and receiving antenna. OSS value section), using the RCS value calculated, and the corresponding relation between the RCS value and the action of the organism, presuming the action of the organism.

【技术实现步骤摘要】
传感器以及方法
本专利技术涉及利用无线信号推定生物体的行动的传感器以及方法。
技术介绍
作为获知人物的位置、行动等的方法,利用无线信号的方法正在被进行研究(例如,参照专利文献1~7)。具体而言,专利文献1中公开了根据接收电波的变化量来监视人的动作,判断人的存在或者不存在的方法。专利文献2中公开了使用THz波来掌握生物体的头部及四肢的方法。专利文献3中公开了通过电波雷达推定对象物的大小的方法。专利文献4中公开了通过毫米波雷达测定对象物的位置的轨迹的方法。专利文献5中公开了根据多普勒雷达的RCS测定来判断对象物是否是人的方法。专利文献6中公开了以多个天线的信道信息以及各种传感信息为基础并通过机器学习来推定生物体的位置和/或状态的方法。专利文献7中公开了根据FMCW雷达的测定结果判定人的卧姿或者坐姿的方法。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2015-184149号公报专利文献2:日本特开2006-81771号公报专利文献3:日本特开2001-159678号公报专利文献4:日本特开2013-160730号公报专利文献5:日本特开2004-340729号公报专利文献6:日本特开2014-190724号公报专利文献7:日本特开2016-135233号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题然而,为了使通过利用无线信号来对生物体的动作进行推定的精度提高,需要进一步的改善。用于解决问题的技术方案本专利技术的一个方式涉及的传感器,具备:发送天线,其具有N个发送天线元件,N是3以上的自然数,所述N个发送天线元件分别向生物体可能存在的预定范围发送发送信号;接收天线,其具有M个接收天线元件,M是3以上的自然数,所述M个接收天线元件分别接收包括由所述N个发送天线元件发送的N个所述发送信号中的一部分发送信号被所述生物体反射后的反射信号的N个接收信号;电路;以及存储器,其存储有表示对应关系的信息,所述对应关系是作为所述生物体相对于所述传感器所存在的铅直方向上的位置的铅直位置及雷达散射截面值即RCS(Radarcross-section)值的时间性变化与所述生物体的动作之间的对应关系,所述N个发送天线元件中的至少3个发送天线元件分别配置在铅直方向以及水平方向不同的位置,所述M个接收天线元件中的至少3个接收天线元件分别配置在铅直方向以及水平方向不同的位置,所述电路,根据在所述M个接收天线元件的每一个中以预定期间接收到的所述N个接收信号的每一个,算出N×M的第1矩阵,所述N×M的第1矩阵以表示所述N个发送天线元件的每一个与所述M个接收天线元件的每一个之间的传播特性的各复传递函数作为成分,通过提取所述第1矩阵中的与预定频率范围对应的第2矩阵,提取与受到所述生物体的包括呼吸、心跳以及体动中的至少一方的体征活动的影响的成分对应的所述第2矩阵,使用所述第2矩阵,推定所述生物体相对于所述传感器所存在的三维位置,该三维位置包含所述铅直位置,基于所述推定出的所述三维位置、所述发送天线的位置和所述接收天线的位置,算出表示所述生物体与所述发送天线的距离的第1距离以及表示所述生物体与所述接收天线的距离的第2距离,使用所述第1距离以及所述第2距离,算出对所述生物体的RCS值,使用所述推定出的所述三维位置以及所述算出的RCS值的时间性变化、和存储于所述存储器的所述表示对应关系的信息,推定所述生物体的动作。专利技术效果根据本专利技术,通过利用无线信号,能够短时间且高精度地进行生物体的动作的推定。附图说明图1是表示实施方式中的传感器的构成的一例的框图。图2是表示实施方式中的传感器的设置例的图。图3是表示实施方式中的电路以及存储器的功能性结构的框图。图4A是用于说明在不同的测定期间进行测定的传感器的位置分辨能力(分辨率)的一例的图。图4B是用于说明在不同的测定期间进行测定的传感器的位置分辨能力的另一例的图。图5是用于对根据高度位置(Height)或者RCE值的时间序列数据来提取动作期间的例子进行说明的图。图6是用于对变换成方向矢量的处理进行说明的图。图7是表示方向码(code)表的一例的图。图8是表示算出的方向码以及距离的时间序列数据的一例的图。图9是表示表示对应关系的信息的一例的图。图10是表示通过测定获得的测试数据以及作为模型码的模型数据的图。图11是表示实施方式中的传感器的工作的一例的流程图。图12是表示推定处理的详情的一例的流程图。图13是表示事先学习处理中的传感器的工作的一例的流程图。标号说明10传感器;20发送天线;21发送天线元件;30接收天线;31接收天线元件;40电路;41存储器;42表示对应关系的信息;50生物体;301~304格子;410复传递函数算出部;420生物体成分算出部;430位置推定处理部;440RCS算出部;450动作推定部;451动作期间提取部;452方向码算出部;453动作比较部。具体实施方式(成为本专利技术的基础的见解)对于与利用无线信号推定生物体的状态有关的现有技术,专利技术人进行了详细的研究。其结果,已知在专利文献1的方法中存在如下问题,即、虽然能够检测人物的存在、不存在,但难以检测人物所存在的方向、位置、状态、动作等。另外,已知在专利文献2的方法中存在如下问题,即、虽然能够检测人物的头部及四肢,推定人物所存在的方向、位置、状态等,但使用了太赫兹(terahertz)波段设备,成本高。另外,已知在专利文献3的方法中存在如下问题,即、虽然能够推定对象物的大小,但难以推定人物等生物体的状态。另外,已知在专利文献4的方法中存在如下问题,即、虽然能够推定对象生物体的位置的轨迹,但难以推定生物体的状态。另外,已知在专利文献5的方法中存在如下问题,即、虽然能够根据RCS推定对象物是否为人物,但难以推定人物等生物体的状态。另外,已知在专利文献6中存在需要对每个使用者进行机器学习这一问题。另外,已知在专利文献7中存在难以推定人物的动作这一问题。专利技术人对以上问题反复进行研究的结果是,发现了通过使用从包括放置于在垂直方向及水平方向不同的位置的多个天线元件的发送天线发送并被生物体反射后的反射信号的传播特性和散射截面积,能够短时间且高精度地进行对生物体所存在的方向、位置、大小、姿势、动作等的推定,得到了本专利技术。再者,要推定静止期间的生物体的位置,主要以生物体的呼吸、心跳成分为基础来进行位置推定,所以推定生物体的动作需要数秒钟左右的数据。因此,例如弄明白了要推定跌倒等速度快的动作,需要使用不足1秒钟的短数据进行推定,且弄明白了要推定生物体的静止期间、生物体的动作期间、或者静止期间以及动作期间的双方内的生物体的姿势,对于1次的测定数据,需要使用不同的时间数据长度,进行生物体的位置以及姿势的推定。(1)本专利技术的一个技术方案涉及的传感器,具备:发送天线,其具有N个发送天线元件,N是3以上的自然数,所述N个发送天线元件分别向生物体可能存在的预定范围发送发送信号;接收天线,其具有M个接收天线元件,M是3以上的自然数,所述M个接收天线元件分别接收包括由所述N个发送天线元件发送的N个所述发送信号中的一部分发送信号被所述生物体反射后的反射信号的N个接收信号;电路;以及存储器,其存储有表示对应关系的信息,所述对应关系是作为所述生物体相对于所述传感器所存在的铅直方向上的位置的铅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器,具备:发送天线,其具有N个发送天线元件,N是3以上的自然数,所述N个发送天线元件分别向生物体可能存在的预定范围发送发送信号;接收天线,其具有M个接收天线元件,M是3以上的自然数,所述M个接收天线元件分别接收包括由所述N个发送天线元件发送的N个所述发送信号中的一部分发送信号被所述生物体反射后的反射信号的N个接收信号;电路;以及存储器,其存储有表示对应关系的信息,所述对应关系是作为所述生物体相对于所述传感器所存在的铅直方向上的位置的铅直位置及雷达散射截面值即RCS值的时间性变化与所述生物体的动作之间的对应关系,所述N个发送天线元件中的至少3个发送天线元件分别配置在铅直方向以及水平方向不同的位置,所述M个接收天线元件中的至少3个接收天线元件分别配置在铅直方向以及水平方向不同的位置,所述电路,根据在所述M个接收天线元件的每一个中以预定期间接收到的所述N个接收信号的每一个,算出N×M的第1矩阵,所述N×M的第1矩阵以表示所述N个发送天线元件的每一个与所述M个接收天线元件的每一个之间的传播特性的各复传递函数作为成分,通过提取所述第1矩阵中的与预定频率范围对应的第2矩阵,提取与受到所述生物体的包括呼吸、心跳以及体动中的至少一方的体征活动的影响的成分对应的所述第2矩阵,使用所述第2矩阵,推定所述生物体相对于所述传感器所存在的三维位置,该三维位置包含所述铅直位置,基于所述推定出的所述三维位置、所述发送天线的位置和所述接收天线的位置,算出表示所述生物体与所述发送天线的距离的第1距离以及表示所述生物体与所述接收天线的距离的第2距离,使用所述第1距离以及所述第2距离,算出对所述生物体的RCS值,使用所述推定出的所述三维位置以及所述算出的RCS值的时间性变化、和存储于所述存储器的所述表示对应关系的信息,推定所述生物体的动作。...

【技术特征摘要】
2017.01.06 JP 2017-001317;2017.09.20 JP 2017-180431.一种传感器,具备:发送天线,其具有N个发送天线元件,N是3以上的自然数,所述N个发送天线元件分别向生物体可能存在的预定范围发送发送信号;接收天线,其具有M个接收天线元件,M是3以上的自然数,所述M个接收天线元件分别接收包括由所述N个发送天线元件发送的N个所述发送信号中的一部分发送信号被所述生物体反射后的反射信号的N个接收信号;电路;以及存储器,其存储有表示对应关系的信息,所述对应关系是作为所述生物体相对于所述传感器所存在的铅直方向上的位置的铅直位置及雷达散射截面值即RCS值的时间性变化与所述生物体的动作之间的对应关系,所述N个发送天线元件中的至少3个发送天线元件分别配置在铅直方向以及水平方向不同的位置,所述M个接收天线元件中的至少3个接收天线元件分别配置在铅直方向以及水平方向不同的位置,所述电路,根据在所述M个接收天线元件的每一个中以预定期间接收到的所述N个接收信号的每一个,算出N×M的第1矩阵,所述N×M的第1矩阵以表示所述N个发送天线元件的每一个与所述M个接收天线元件的每一个之间的传播特性的各复传递函数作为成分,通过提取所述第1矩阵中的与预定频率范围对应的第2矩阵,提取与受到所述生物体的包括呼吸、心跳以及体动中的至少一方的体征活动的影响的成分对应的所述第2矩阵,使用所述第2矩阵,推定所述生物体相对于所述传感器所存在的三维位置,该三维位置包含所述铅直位置,基于所述推定出的所述三维位置、所述发送天线的位置和所述接收天线的位置,算出表示所述生物体与所述发送天线的距离的第1距离以及表示所述生物体与所述接收天线的距离的第2距离,使用所述第1距离以及所述第2距离,算出对所述生物体的RCS值,使用所述推定出的所述三维位置以及所述算出的RCS值的时间性变化、和存储于所述存储器的所述表示对应关系的信息,推定所述生物体的动作。2.根据权利要求1所述的传感器,在所述表示对应关系的信息中所关联的所述生物体的动作包括跌倒、向椅子上坐、向地上坐、从椅子站起、从地上站起、跳跃以及转向,所述电路使用所述推定出的所述三维位置以及所述算出的RCS值的时间性变化、和存储于所述存储器的所述表示对应关系的信息,推定所述生物体进行了跌倒、向椅子上坐、向地上坐、从椅子站起、从地上站起、跳跃以及转向中的哪个动作。3.根据权利要求1或2所述的传感器,所述电路在所述生物体的动作的推定中,提取所述推定出的铅直位置或者所述算出的RCS值的时间性变化比预定值大的期间作为所述生物体正在动作的动作期间,使用提取到的所述动作期间内的时间性变化、即所述推定出的所述三维位置以及所述算出的RCS值的时间性变化、和存储于所述存储器的所述表示对应关系的信息,推定所述生物体的动作。4.根据权利要求3所述的传感器,所述电路使用时间序列数据提取所述动作期间,所述时间序列数据通过从按时间序列获得的多个所述铅直位置或者多个所述RCS值,使用预定的滤波器去除瞬时噪声成分来获得。5.根据权利要求3或4所述的传感器,在所述表示对应关系的信息中与所述生物体的动作关联的所述铅直位置以及所述RCS值的时间性变化通过方向码来表示,所述方向码通过事先当...

【专利技术属性】
技术研发人员:中山武司饭冢翔一本间尚树笹川大
申请(专利权)人:松下知识产权经营株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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