JP7848019B2 - Mobile object detection device, Doppler radar system, mobile object detection program, and mobile object detection method - Google Patents
Mobile object detection device, Doppler radar system, mobile object detection program, and mobile object detection methodInfo
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Description
本開示は、ドップラーレーダを利用して移動体を検出する技術に関する。 This disclosure relates to a technology for detecting moving objects using Doppler radar.
ドップラーレーダを利用して、歩行者又は車両等の移動体を検出する技術が、特許文献1等に開示されている。従来技術の移動体検出処理の原理を図1、2に示す。 A technology for detecting moving objects such as pedestrians or vehicles using Doppler radar is disclosed in Patent Document 1, etc. The principle of the conventional moving object detection process is shown in Figures 1 and 2.
図1では、歩行者又は車両等の移動体は、ドップラーレーダ装置へと接近している。図1の上段では、直交検波回路が出力したI信号は、検出対象速度(歩行者の場合は約1m/s、車両の場合は約10m/s。)に対応するドップラー周波数において、直交検波回路が出力したQ信号と比べて、略1/4周期先行している。図1の中段では、直交検波回路が出力したQ信号を、検出対象速度に対応するドップラー周波数において、略1/4周期ずらした信号Qsは、直交検波回路が出力したI信号と比べて、略同相である。 In Figure 1, a moving object such as a pedestrian or vehicle is approaching a Doppler radar device. In the upper part of Figure 1, the I signal output by the quadrature detection circuit leads the Q signal output by the quadrature detection circuit by approximately 1/4 period at the Doppler frequency corresponding to the detection target speed (approximately 1 m/s for pedestrians, approximately 10 m/s for vehicles). In the middle part of Figure 1, the Qs signal, obtained by shifting the Q signal output by the quadrature detection circuit by approximately 1/4 period at the Doppler frequency corresponding to the detection target speed, is approximately in phase with the I signal output by the quadrature detection circuit.
図1の下段では、直交検波回路が出力したQ信号を、略1/4周期ずらした信号Qsと、直交検波回路が出力したI信号と、の乗算値IQsの時間平均値IQs-bar(-barは時間平均値。)は、正の値となる。時間平均値IQs-barが、正の接近閾値と比べて、大きいことを検出することにより、FFT演算を実行することなく、歩行者又は車両等の移動体が、ドップラーレーダ装置へと接近していることを検出することができる。 In the lower panel of Figure 1, the time-averaged value IQs-bar (where -bar is the time-averaged value) of the product of the Q signal output by the quadrature detection circuit (Qs, which is shifted by approximately 1/4 period) and the I signal output by the quadrature detection circuit is positive. By detecting that the time-averaged value IQs-bar is larger than a positive approach threshold, it is possible to detect that a moving object such as a pedestrian or vehicle is approaching the Doppler radar device without performing an FFT calculation.
図2では、歩行者又は車両等の移動体は、ドップラーレーダ装置から離反している。図2の上段では、直交検波回路が出力したI信号は、検出対象速度(歩行者の場合は約1m/s、車両の場合は約10m/s。)に対応するドップラー周波数において、直交検波回路が出力したQ信号と比べて、略1/4周期遅延している。図2の中段では、直交検波回路が出力したQ信号を、検出対象速度に対応するドップラー周波数において、略1/4周期ずらした信号Qsは、直交検波回路が出力したI信号と比べて、略逆相である。 In Figure 2, a moving object such as a pedestrian or vehicle is moving away from the Doppler radar device. In the upper part of Figure 2, the I signal output by the quadrature detection circuit is delayed by approximately 1/4 period compared to the Q signal output by the quadrature detection circuit at the Doppler frequency corresponding to the detection target speed (approximately 1 m/s for pedestrians, approximately 10 m/s for vehicles). In the middle part of Figure 2, the Qs signal, obtained by shifting the Q signal output by the quadrature detection circuit by approximately 1/4 period at the Doppler frequency corresponding to the detection target speed, is approximately out of phase compared to the I signal output by the quadrature detection circuit.
図2の下段では、直交検波回路が出力したQ信号を、略1/4周期ずらした信号Qsと、直交検波回路が出力したI信号と、の乗算値IQsの時間平均値IQs-bar(-barは時間平均値。)は、負の値となる。時間平均値IQs-barが、負の離反閾値と比べて、小さいことを検出することにより、FFT演算を実行することなく、歩行者又は車両等の移動体が、ドップラーレーダ装置から離反していることを検出することができる。 In the lower part of Figure 2, the time-averaged value IQs-bar (where -bar is the time-averaged value) of the product of the Q signal output by the quadrature detection circuit (Qs, which is shifted by approximately 1/4 period) and the I signal output by the quadrature detection circuit is negative. By detecting that the time-averaged value IQs-bar is small compared to the negative separation threshold, it is possible to detect that a moving object such as a pedestrian or vehicle is moving away from the Doppler radar device without performing an FFT calculation.
従来技術の環境雑音存在時の解決課題を図3に示す。図3では、歩行者又は車両等の移動体が、ドップラーレーダ装置の近傍に存在しておらず、環境雑音(降雨の動き又は草木の揺れ等。)が、ドップラーレーダ装置により検出されることがある。 Figure 3 illustrates the challenges of conventional technology in the presence of ambient noise. In Figure 3, no moving objects such as pedestrians or vehicles are present near the Doppler radar device, yet ambient noise (such as rainfall or swaying vegetation) may be detected by the Doppler radar device.
図3の上段では、直交検波回路が出力したI信号を示す。図3の中段では、直交検波回路が出力したQ信号を示す。図3の下段では、直交検波回路が出力したQ信号を、略1/4周期ずらした信号Qsと、直交検波回路が出力したI信号と、の乗算値IQsの時間平均値IQs-bar(-barは時間平均値。)を示す。時間平均値IQs-barが、負の離反閾値と比べて、小さいことを誤検出することにより、歩行者又は車両等の移動体が、ドップラーレーダ装置から離反していることを誤検出することがある。 The upper panel of Figure 3 shows the I signal output by the quadrature detection circuit. The middle panel of Figure 3 shows the Q signal output by the quadrature detection circuit. The lower panel of Figure 3 shows the time-averaged value IQs-bar (where -bar is the time-averaged value) of the product of the Q signal output by the quadrature detection circuit (Qs, which is shifted by approximately 1/4 period) and the I signal output by the quadrature detection circuit. A misdetection of a time-averaged value IQs-bar being small compared to a negative separation threshold can lead to a false detection that a moving object such as a pedestrian or vehicle is moving away from the Doppler radar device.
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、ドップラーレーダを利用して、歩行者又は車両等の移動体を検出するにあたり、降雨の動き又は草木の揺れ等の環境雑音を、歩行者又は車両等の移動体として誤検出することを防止することを目的とする。 Therefore, in order to solve the aforementioned problems, this disclosure aims to prevent the false detection of environmental noise, such as the movement of rain or the swaying of vegetation, as moving objects when detecting pedestrians or vehicles using Doppler radar.
移動体は、長時間にわたり、ドップラーレーダ装置に対する接近又は離反を持続し、直交検波回路が出力したI信号とQ信号との位相差の時間平均値は、略±90度となる。一方で、環境雑音は、個別に見れば、ドップラーレーダ装置に対する接近及び離反を重畳し、直交検波回路が出力したI信号とQ信号との位相差の瞬間値は、略±90度となる。しかし、環境雑音は、全体を見れば、ドップラーレーダ装置に対する接近及び離反を繰り返し、直交検波回路が出力したI信号とQ信号との位相差の時間平均値は、略0度となる。 The moving object continuously approaches or moves away from the Doppler radar device over a long period of time, and the time-averaged phase difference between the I signal and Q signal output by the quadrature detection circuit is approximately ±90 degrees. On the other hand, when viewed individually, ambient noise superimposes approaches and moves away from the Doppler radar device, and the instantaneous phase difference between the I signal and Q signal output by the quadrature detection circuit is approximately ±90 degrees. However, when viewed as a whole, ambient noise repeatedly approaches and moves away from the Doppler radar device, and the time-averaged phase difference between the I signal and Q signal output by the quadrature detection circuit is approximately 0 degrees.
そこで、前記課題を解決するために、直交検波回路が出力したI信号(Q信号)を、検出対象速度に対応するドップラー周波数において、略1/4周期ずらした信号と、直交検波回路が出力したQ信号(I信号)と、の第1乗算値(第2乗算値)を算出する。そして、第1乗算値の時間平均値と第2乗算値の時間平均値との差分値を算出する。 Therefore, to solve the aforementioned problem, the first multiplication value (second multiplication value) is calculated between the I signal (Q signal) output by the quadrature detection circuit, shifted by approximately 1/4 period at the Doppler frequency corresponding to the detection target speed, and the Q signal (I signal) output by the quadrature detection circuit. Then, the difference between the time average value of the first multiplication value and the time average value of the second multiplication value is calculated.
ここで、移動体については、第1乗算値の時間平均値と第2乗算値の時間平均値との差分値は、第1乗算値の時間平均値又は第2乗算値の時間平均値と比べて、略2倍となる。一方で、環境雑音については、第1乗算値の時間平均値と第2乗算値の時間平均値との差分値は、第1乗算値の時間平均値又は第2乗算値の時間平均値と比べて、略0となる。よって、信号対雑音比を改善したうえで、移動体を検出することができる。 Here, for moving objects, the difference between the time-averaged value of the first multiplication and the time-averaged value of the second multiplication is approximately twice that of either the time-averaged value of the first or second multiplication. On the other hand, for ambient noise, the difference between the time-averaged value of the first multiplication and the time-averaged value of the second multiplication is approximately zero compared to either the time-averaged value of the first or second multiplication. Therefore, moving objects can be detected while improving the signal-to-noise ratio.
具体的には、本開示は、ドップラーレーダを利用して移動体を検出する移動体検出装置であって、直交検波回路が出力したI信号(Q信号)を、検出対象速度に対応するドップラー周波数において、略1/4周期ずらした信号と、前記直交検波回路が出力したQ信号(I信号)と、の第1乗算値(第2乗算値)を算出する乗算値算出部と、前記第1乗算値の時間平均値と前記第2乗算値の時間平均値との差分値、又は前記第1乗算値と前記第2乗算値との差分値の時間平均値を算出する差分値算出部と、前記差分値算出部の処理結果に基づいて、環境雑音によるドップラー信号と比べて、前記移動体によるドップラー信号を強調し、前記移動体を検出する移動体検出部と、を備えることを特徴とする移動体検出装置である。 Specifically, this disclosure relates to a mobile object detection device that uses Doppler radar to detect moving objects, comprising: a multiplication value calculation unit that calculates a first multiplication value (second multiplication value) of the Q signal (I signal) output by a quadrature detection circuit and a signal obtained by shifting the I signal (Q signal) output by the quadrature detection circuit by approximately 1/4 period at a Doppler frequency corresponding to the detection target speed; a difference value calculation unit that calculates the difference between the time average value of the first multiplication value and the time average value of the second multiplication value, or the time average value of the difference between the first multiplication value and the second multiplication value; and a mobile object detection unit that, based on the processing result of the difference value calculation unit, enhances the Doppler signal from the moving object compared to the Doppler signal due to ambient noise and detects the moving object.
この構成によれば、ドップラーレーダを利用して、移動体を検出するにあたり、環境雑音を移動体として誤検出することを、従来と比べて確実に防止することができる。 This configuration allows for more reliable prevention, compared to conventional methods, of misidentifying ambient noise as a moving object when using Doppler radar to detect moving objects.
さらに、前記課題を解決するために、第1乗算値の時間平均値と第2乗算値の時間平均値との加算値を算出する。そして、第1乗算値の時間平均値と第2乗算値の時間平均値との加算値の絶対値が、第1乗算値の時間平均値と第2乗算値の時間平均値との差分値の絶対値と比べて、大きいかどうかに基づいて、ドップラー信号が移動体によるものか環境雑音によるものか判断し、移動体の検出を実行するか中止するかを判断する。 Furthermore, to solve the aforementioned problem, the sum of the time-averaged values of the first and second multipliers is calculated. Then, based on whether the absolute value of this sum is greater than the absolute value of the difference between the time-averaged values of the first and second multipliers, it is determined whether the Doppler signal is due to a moving object or ambient noise, and a decision is made whether to perform or cancel the detection of the moving object.
ここで、移動体については、第1乗算値の時間平均値と第2乗算値の時間平均値との加算値は、第1乗算値の時間平均値又は第2乗算値の時間平均値と比べて、略0となる。一方で、環境雑音については、第1乗算値の時間平均値と第2乗算値の時間平均値との加算値は、第1乗算値の時間平均値又は第2乗算値の時間平均値と比べて、略2倍となる。よって、第1乗算値の時間平均値と第2乗算値の時間平均値との加算値と、第1乗算値の時間平均値と第2乗算値の時間平均値との差分値と、の両方に基づいて、信号(雑音)を雑音(信号)として誤判定することなく、移動体を検出することができる。 Here, for moving objects, the sum of the time-averaged values of the first and second multipliers is approximately zero compared to the time-averaged value of either the first or second multiplier. On the other hand, for ambient noise, the sum of the time-averaged values of the first and second multipliers is approximately twice the time-averaged value of either the first or second multiplier. Therefore, based on both the sum of the time-averaged values of the first and second multipliers, and the difference between them, moving objects can be detected without misidentifying signals (noise) as noise (signals).
具体的には、本開示は、ドップラーレーダを利用して移動体を検出する移動体検出装置であって、直交検波回路が出力したI信号(Q信号)を、検出対象速度に対応するドップラー周波数において、略1/4周期ずらした信号と、前記直交検波回路が出力したQ信号(I信号)と、の第1乗算値(第2乗算値)を算出する乗算値算出部と、前記第1乗算値の時間平均値と前記第2乗算値の時間平均値との差分値、又は前記第1乗算値と前記第2乗算値との差分値の時間平均値を算出する差分値算出部と、前記第1乗算値の時間平均値と前記第2乗算値の時間平均値との加算値、又は前記第1乗算値と前記第2乗算値との加算値の時間平均値を算出する加算値算出部と、前記加算値算出部の処理結果の絶対値が、前記差分値算出部の処理結果の絶対値と比べて大きいときに、ドップラー信号が環境雑音によるものと判断し、前記移動体を検出せず、前記加算値算出部の処理結果の絶対値が、前記差分値算出部の処理結果の絶対値と比べて小さいときに、ドップラー信号が前記移動体によるものと判断する移動体検出部と、を備えることを特徴とする移動体検出装置である。 Specifically, this disclosure relates to a mobile object detection device that uses Doppler radar to detect a moving object, comprising: a multiplication value calculation unit that calculates a first multiplication value (second multiplication value) of the Q signal (I signal) output by the quadrature detection circuit and a signal that is shifted by approximately 1/4 period at a Doppler frequency corresponding to the speed of the object to be detected; a difference value calculation unit that calculates the difference between the time average value of the first multiplication value and the time average value of the second multiplication value, or the time average value of the difference between the first multiplication value and the second multiplication value; and the time average value of the first multiplication value The moving object detection device comprises: an addition value calculation unit that calculates the time-averaged value of the sum of the second multiplication value and the first multiplication value, or the time-averaged value of the sum of the first multiplication value and the second multiplication value; and a moving object detection unit that, when the absolute value of the processing result of the addition value calculation unit is larger than the absolute value of the processing result of the difference value calculation unit, determines that the Doppler signal is due to ambient noise and does not detect the moving object, and when the absolute value of the processing result of the addition value calculation unit is smaller than the absolute value of the processing result of the difference value calculation unit, determines that the Doppler signal is due to the moving object.
この構成によれば、ドップラーレーダを利用して、移動体を検出するにあたり、環境雑音を移動体として誤検出することを、さらに確実に防止することができる。 This configuration makes it possible to more reliably prevent the false detection of ambient noise as a moving object when using Doppler radar to detect moving objects.
また、本開示は、前記差分値算出部は、前記環境雑音の接近と離反との間の変動周期と比べて同程度の移動平均期間にわたり、前記第1乗算値の時間平均値と前記第2乗算値の時間平均値との差分値、又は前記第1乗算値と前記第2乗算値との差分値の時間平均値を算出することを特徴とする移動体検出装置である。 Furthermore, this disclosure provides a moving object detection device characterized in that the difference value calculation unit calculates the difference between the time-averaged value of the first multiplier and the time-averaged value of the second multiplier, or the time-averaged value of the difference between the first multiplier and the second multiplier, over a moving average period comparable to the fluctuation period between the approach and receding of the ambient noise.
この構成によれば、環境雑音については、第1乗算値の時間平均値と第2乗算値の時間平均値との差分値は、第1乗算値の時間平均値又は第2乗算値の時間平均値と比べて、略0となる。よって、以上に記載の効果を有する装置を提供することができる。 With this configuration, the difference between the time-averaged value of the first multiplication value and the time-averaged value of the second multiplication value is approximately zero when compared to the time-averaged value of either the first or second multiplication value. Therefore, a device having the effects described above can be provided.
また、本開示は、以上に記載の移動体検出装置と、前記直交検波回路と、レーダ装置と、を備えることを特徴とするドップラーレーダシステムである。 Furthermore, this disclosure provides a Doppler radar system characterized by comprising the moving object detection device described above, the quadrature detection circuit, and the radar device.
この構成によれば、以上に記載の効果を有するシステムを提供することができる。 This configuration provides a system having the effects described above.
また、本開示は、以上に記載の移動体検出装置が備える各処理部が行なう各処理ステップをコンピュータに実行させるための移動体検出プログラムである。 Furthermore, this disclosure is a mobile object detection program that causes a computer to execute each processing step performed by each processing unit of the mobile object detection device described above.
この構成によれば、以上に記載の効果を有するプログラムを提供することができる。 This configuration allows for the provision of a program having the effects described above.
また、本開示は、以上に記載の移動体検出装置が備える各処理部が行なう各処理ステップを実行することを特徴とする移動体検出方法である。 Furthermore, this disclosure provides a method for detecting moving objects, characterized by executing each processing step performed by each processing unit of the moving object detection device described above.
この構成によれば、以上に記載の効果を有する手順を実行することができる。 This configuration allows for the execution of procedures that have the effects described above.
このように、本開示は、ドップラーレーダを利用して、歩行者又は車両等の移動体を検出するにあたり、降雨の動き又は草木の揺れ等の環境雑音を、歩行者又は車両等の移動体として誤検出することを防止することができる。 Thus, this disclosure makes it possible to prevent the false detection of environmental noise, such as the movement of rain or the swaying of vegetation, as moving objects when detecting pedestrians or vehicles using Doppler radar.
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of this disclosure will be described with reference to the attached drawings. The embodiments described below are examples of the implementation of this disclosure, and this disclosure is not limited to these embodiments.
(本開示のドップラーレーダシステムの構成)
本開示のドップラーレーダシステムの構成を図4に示す。ドップラーレーダシステムSは、マイクロ波等を利用して、歩行者又は車両等の移動体Mを検出するために、ドップラーレーダ装置R及び移動体検出装置Dを備える。しかし、ドップラーレーダシステムSは、降雨の動き又は草木の揺れ等の環境雑音Eを検出することがある。
(Configuration of the Doppler radar system in this disclosure)
Figure 4 shows the configuration of the Doppler radar system of this disclosure. The Doppler radar system S includes a Doppler radar device R and a moving object detection device D to detect moving objects M such as pedestrians or vehicles using microwaves or the like. However, the Doppler radar system S may detect environmental noise E such as the movement of rain or the swaying of vegetation.
ドップラーレーダ装置Rは、局部発振器2、増幅器3、送信アンテナ4、受信アンテナ5、増幅器6、乗算器7、π/2移相器8、乗算器9、ハイパスフィルタ10、ハイパスフィルタ11、増幅器12及び増幅器13を備える。移動体検出装置Dは、D/A変換器1、A/D変換器14、A/D変換器15、π/2移相器16、乗算器17、π/2移相器18、乗算器19、時間平均部20、時間平均部21、減算器22、加算器23及び移動体検出部24を備え、図6に示すプログラムをコンピュータにインストールされる。 The Doppler radar system R comprises a local oscillator 2, an amplifier 3, a transmitting antenna 4, a receiving antenna 5, an amplifier 6, a multiplier 7, a π/2 phase shifter 8, a multiplier 9, a high-pass filter 10, a high-pass filter 11, an amplifier 12, and an amplifier 13. The moving object detection system D comprises a D/A converter 1, an A/D converter 14, an A/D converter 15, a π/2 phase shifter 16, a multiplier 17, a π/2 phase shifter 18, a multiplier 19, a time averager 20, a time averager 21, a subtractor 22, an adder 23, and a moving object detection unit 24. The program shown in Figure 6 is installed on the computer.
D/A変換器1は、局部発振器2の制御電圧を出力する。局部発振器2は、レーダ送信信号を生成する。増幅器3は、レーダ送信信号を増幅する。送信アンテナ4は、レーダ送信信号を照射する。受信アンテナ5は、レーダ反射信号を受信する。増幅器6は、レーダ反射信号を増幅する。乗算器7は、局部発振器2を用いて、I信号を出力する。乗算器9は、局部発振器2及びπ/2移相器8を用いて、Q信号を出力する。 The D/A converter 1 outputs a control voltage for the local oscillator 2. The local oscillator 2 generates a radar transmission signal. The amplifier 3 amplifies the radar transmission signal. The transmitting antenna 4 emits the radar transmission signal. The receiving antenna 5 receives the radar reflection signal. The amplifier 6 amplifies the radar reflection signal. The multiplier 7 outputs the I signal using the local oscillator 2. The multiplier 9 outputs the Q signal using the local oscillator 2 and the π/2 phase shifter 8.
ハイパスフィルタ10は、I信号の直流成分を除去する。ハイパスフィルタ11は、Q信号の直流成分を除去する。増幅器12は、I信号を増幅する(ACアンプとして、I信号の直流成分を除去してもよい。)。増幅器13は、Q信号を増幅する(ACアンプとして、Q信号の直流成分を除去してもよい。)。A/D変換器14は、I信号を所定のサンプリングレートで量子化し、時系列データとして保存する。A/D変換器15は、Q信号を所定のサンプリングレートで量子化し、時系列データとして保存する。 High-pass filter 10 removes the DC component of the I signal. High-pass filter 11 removes the DC component of the Q signal. Amplifier 12 amplifies the I signal (it may also remove the DC component of the I signal as an AC amplifier). Amplifier 13 amplifies the Q signal (it may also remove the DC component of the Q signal as an AC amplifier). A/D converter 14 quantizes the I signal at a predetermined sampling rate and stores it as time-series data. A/D converter 15 quantizes the Q signal at a predetermined sampling rate and stores it as time-series data.
π/2移相器16、乗算器17、π/2移相器18、乗算器19、時間平均部20、時間平均部21、減算器22、加算器23及び移動体検出部24は、ドップラーレーダを利用して、歩行者又は車両等の移動体Mを検出するにあたり、降雨の動き又は草木の揺れ等の環境雑音Eを、歩行者又は車両等の移動体Mとして誤検出することを防止する。 The π/2 phase shifter 16, multiplier 17, π/2 phase shifter 18, multiplier 19, time averager 20, time averager 21, subtractor 22, adder 23, and moving object detection unit 24, when using Doppler radar to detect moving objects M such as pedestrians or vehicles, prevent the misdetection of environmental noise E, such as rainfall movement or swaying vegetation, as moving objects M such as pedestrians or vehicles.
(本開示の移動体検出処理の原理及び手順)
本開示の移動体検出処理の原理を図5に示す。図5では、乗算器7、9が出力したI信号とQ信号との位相差が、乗算器7、9が出力したI信号及びQ信号をSTFT解析したうえで、STFT解析のピーク周波数成分の位相として算出される。そして、乗算器7、9が出力したI信号とQ信号との位相差の出現頻度が、ヒストグラムにより表示される。
(Principles and procedures of the mobile object detection process described herein)
The principle of the moving object detection process of this disclosure is shown in Figure 5. In Figure 5, the phase difference between the I signal and the Q signal output by multipliers 7 and 9 is calculated as the phase of the peak frequency component of the STFT analysis after the I signal and Q signal output by multipliers 7 and 9 are subjected to STFT analysis. The frequency of occurrence of the phase difference between the I signal and the Q signal output by multipliers 7 and 9 is then displayed in a histogram.
移動体Mは、長時間にわたり、ドップラーレーダ装置Rに対する接近又は離反を持続し、乗算器7、9が出力したI信号とQ信号との位相差の時間平均値は、略±90度となる(図5の上段を参照。)。一方で、環境雑音Eは、個別に見れば、ドップラーレーダ装置Rに対する接近及び離反を重畳し、乗算器7、9が出力したI信号とQ信号との位相差の瞬間値は、略±90度となる(図5の下段を参照。)。しかし、環境雑音Eは、全体を見れば、ドップラーレーダ装置Rに対する接近及び離反を繰り返し、乗算器7、9が出力したI信号とQ信号との位相差の時間平均値は、略0度となる(図5の下段を参照。)。 The moving object M continuously approaches or moves away from the Doppler radar device R over a long period of time, and the time-averaged phase difference between the I signal and Q signal output by multipliers 7 and 9 is approximately ±90 degrees (see upper panel of Figure 5). On the other hand, when viewed individually, the ambient noise E superimposes the approaches and moves away from the Doppler radar device R, and the instantaneous value of the phase difference between the I signal and Q signal output by multipliers 7 and 9 is approximately ±90 degrees (see lower panel of Figure 5). However, when viewed as a whole, the ambient noise E repeatedly approaches and moves away from the Doppler radar device R, and the time-averaged phase difference between the I signal and Q signal output by multipliers 7 and 9 is approximately 0 degrees (see lower panel of Figure 5).
本開示の移動体検出処理の手順を図6に示す。図5に示した移動体検出処理の原理に基づいて、図6では2種類の移動体検出処理の方法を説明する。 The procedure for the moving object detection process described in this disclosure is shown in Figure 6. Based on the principle of the moving object detection process shown in Figure 5, Figure 6 illustrates two types of moving object detection methods.
乗算器17は、乗算器7及びハイパスフィルタ10が出力したI信号を、検出対象速度(歩行者の場合は約1m/s、車両の場合は約10m/s。)に対応するドップラー周波数において、π/2移相器16により略1/4周期ずらした信号Isと、乗算器9及びハイパスフィルタ11が出力したQ信号と、の乗算値QIsを算出する(ステップS1)。 The multiplier 17 calculates the multiplication value QIs of the I signal output by the multiplier 7 and the high-pass filter 10, which is shifted by approximately 1/4 period using the π/2 phase shifter 16 at a Doppler frequency corresponding to the target speed (approximately 1 m/s for pedestrians, approximately 10 m/s for vehicles), and the Q signal output by the multiplier 9 and the high-pass filter 11 (Step S1).
乗算器19は、乗算器9及びハイパスフィルタ11が出力したQ信号を、検出対象速度(歩行者の場合は約1m/s、車両の場合は約10m/s。)に対応するドップラー周波数において、π/2移相器18により略1/4周期ずらした信号Qsと、乗算器7及びハイパスフィルタ10が出力したI信号と、の乗算値IQsを算出する(ステップS2)。 The multiplier 19 calculates the multiplication value IQs of the Q signal, which is obtained by shifting the Q signal output by the multiplier 9 and the high-pass filter 11 by approximately 1/4 period using the π/2 phase shifter 18 at a Doppler frequency corresponding to the target speed (approximately 1 m/s for pedestrians, approximately 10 m/s for vehicles), and the I signal output by the multiplier 7 and the high-pass filter 10 (step S2).
時間平均部20、時間平均部21及び減算器22は、乗算値QIsの時間平均値と乗算値IQsの時間平均値との差分値D1を算出する(ステップS3)。或いは、乗算値QIsと乗算値IQsとの差分値の時間平均値を算出しても、同様な結果を得られる。 The time averaging units 20, 21, and subtractor 22 calculate the difference D1 between the time average value of the multiplied value QIs and the time average value of the multiplied value IQs (step S3). Alternatively, a similar result can be obtained by calculating the time average value of the difference between the multiplied value QIs and the multiplied value IQs.
時間平均部20、時間平均部21及び加算器23は、乗算値QIsの時間平均値と乗算値IQsの時間平均値との加算値D2を算出する(ステップS4)。或いは、乗算値QIsと乗算値IQsとの加算値の時間平均値を算出しても、同様な結果を得られる。 The time averaging units 20 and 21, and the adder 23 calculate the sum D2 of the time average values of the multiplicative values QIs and IQs (step S4). Alternatively, a similar result can be obtained by calculating the time average value of the sum of the multiplicative values QIs and IQs.
まず、2種類の移動体検出処理の方法のうち、1つ目の移動体検出処理の方法を説明する。移動体検出部24は、差分値D1に基づいて、環境雑音Eによるドップラー信号と比べて、移動体Mによるドップラー信号を強調し、移動体Mを検出する(ステップS5)。 First, we will explain the first of the two methods for detecting moving objects. The moving object detection unit 24, based on the difference value D1, enhances the Doppler signal from the moving object M by comparing it with the Doppler signal from the ambient noise E, and detects the moving object M (step S5).
ここで、移動体Mについては、差分値D1は、乗算値QIsの時間平均値又は乗算値IQsの時間平均値と比べて、略2倍となる。一方で、環境雑音Eについては、差分値D1は、乗算値QIsの時間平均値又は乗算値IQsの時間平均値と比べて、略0となる。よって、信号対雑音比を改善したうえで、移動体Mを検出することができる。つまり、ドップラーレーダを利用して、移動体Mを検出するにあたり、環境雑音Eを移動体Mとして誤検出することを、従来と比べて確実に防止することができる。 Here, for the moving object M, the difference value D1 is approximately twice the time-averaged value of the multiplied value QIs or the time-averaged value of the multiplied value IQs. On the other hand, for the ambient noise E, the difference value D1 is approximately zero compared to the time-averaged value of the multiplied value QIs or the time-averaged value of the multiplied value IQs. Therefore, the signal-to-noise ratio can be improved, and the moving object M can be detected. In other words, when detecting a moving object M using Doppler radar, it is possible to reliably prevent the misdetection of ambient noise E as the moving object M compared to conventional methods.
次に、2種類の移動体検出処理の方法のうち、2つ目の移動体検出処理の方法を説明する。移動体検出部24は、加算値D2の絶対値が、差分値D1の絶対値と比べて大きいときに(ステップS6においてYES)、ドップラー信号が環境雑音Eによるものと判断し、移動体Mの検出を中止する(ステップS7)。一方で、加算値D2の絶対値が、差分値D1の絶対値と比べて小さいときに(ステップS6においてNO)、ドップラー信号が移動体Mによるものと判断し、移動体Mの検出を実行する(ステップS8)。 Next, the second of the two methods for detecting moving objects will be explained. The moving object detection unit 24 determines that the Doppler signal is due to ambient noise E when the absolute value of the summation value D2 is greater than the absolute value of the difference value D1 (YES in step S6), and stops detecting the moving object M (step S7). On the other hand, when the absolute value of the summation value D2 is smaller than the absolute value of the difference value D1 (NO in step S6), it determines that the Doppler signal is due to the moving object M, and performs detection of the moving object M (step S8).
ここで、移動体Mについては、加算値D2は、乗算値QIsの時間平均値又は乗算値IQsの時間平均値と比べて、略0となる。一方で、環境雑音Eについては、加算値D2は、乗算値QIsの時間平均値又は乗算値IQsの時間平均値と比べて、略2倍となる。よって、加算値D2及び差分値D1の一方ではなく加算値D2及び差分値D1の両方に基づいて、信号(雑音)を雑音(信号)として誤判定することなく、移動体Mを検出することができる。つまり、ドップラーレーダを利用して、移動体Mを検出するにあたり、環境雑音Eを移動体Mとして誤検出することを、さらに確実に防止することができる。 Here, for the moving object M, the added value D2 is approximately zero compared to the time-averaged value of the multiplied value QIs or the time-averaged value of the multiplied value IQs. On the other hand, for the ambient noise E, the added value D2 is approximately twice the time-averaged value of the multiplied value QIs or the time-averaged value of the multiplied value IQs. Therefore, the moving object M can be detected based on both the added value D2 and the difference value D1, rather than just one of them, without misidentifying the signal (noise) as noise (signal). In other words, when detecting a moving object M using Doppler radar, it is possible to more reliably prevent the misidentification of ambient noise E as the moving object M.
ここで、時間平均部20、時間平均部21及び減算器22は、環境雑音Eの接近と離反との間の変動周期と比べて同程度の移動平均期間にわたり、差分値D1を算出することが望ましい。すると、環境雑音Eについては、差分値D1は、乗算値QIsの時間平均値又は乗算値IQsの時間平均値と比べて、略0となり、以上に記載の効果を有する。 Here, it is desirable that the time-averaging unit 20, the time-averaging unit 21, and the subtractor 22 calculate the difference value D1 over a moving average period that is comparable to the fluctuation period between the approach and departure of the ambient noise E. Then, for the ambient noise E, the difference value D1 will be approximately zero compared to the time-averaged value of the multiplied value QIs or the time-averaged value of the multiplied value IQs, thus achieving the effects described above.
一方で、時間平均部20、時間平均部21及び加算器23は、環境雑音Eの接近と離反との間の変動周期と比べて同程度の移動平均期間にわたり、加算値D2を算出することが望ましい。すると、環境雑音Eについては、加算値D2は、乗算値QIsの時間平均値又は乗算値IQsの時間平均値と比べて、略2倍となり、以上に記載の効果を有する。 On the other hand, it is desirable that the time-averaging unit 20, the time-averaging unit 21, and the adder 23 calculate the summation value D2 over a moving average period that is roughly the same as the fluctuation period between the approach and receding of the ambient noise E. Then, for the ambient noise E, the summation value D2 will be approximately twice the time-averaged value of the multiplicative value QIs or the time-averaged value of the multiplicative value IQs, thus achieving the effects described above.
なお、降雨の動きについては、接近と離反との間の変動周期が比較的短めであるため、移動平均期間を比較的短めにすればよい。また、草木の揺れについては、接近と離反との間の変動周期が比較的長めであるため、移動平均期間を比較的長めにすればよい。 Regarding rainfall patterns, the fluctuation period between approach and receding rainfall is relatively short, so a relatively short moving average period is appropriate. Conversely, regarding vegetation swaying, the fluctuation period between approach and receding rainfall is relatively long, so a relatively long moving average period is appropriate.
(本開示の移動体検出処理の具体例な結果)
本開示の移動体検出処理のシミュレーション結果を図7、8に示す。図7、8では、まず、局部発振器2の制御電圧が離散的に変更され、スパイクノイズが発生し、次に、局部発振器2の制御電圧が一定に設定され、移動体Mが接近と離反とを繰り返している。
(Specific example results of the moving object detection process of this disclosure)
The simulation results of the moving object detection process of this disclosure are shown in Figures 7 and 8. In Figures 7 and 8, first, the control voltage of the local oscillator 2 is discretely changed, generating spike noise. Next, the control voltage of the local oscillator 2 is set to a constant value, and the moving object M repeatedly approaches and moves away.
ここで、移動体検出処理のシミュレーションを容易にするために、様々な成分が重畳する環境雑音Eではなく、短期間の略矩形波状のスパイクノイズを採用した。そして、スパイクノイズは、局部発振器2の制御電圧の離散的変更時での、乗算器7、9が出力したドップラー信号の直流オフセット変動による、ハイパスフィルタ10、11が出力したドップラー信号のノイズ成分である。よって、乗算器7、9が出力したI信号とQ信号との位相差の時間平均値は、レーダ周波数の離散的変化と、近距離の固定物からの反射位相変化又は送受信間の回り込み位相変化と、に応じて、略0度又は略180度となる。 Here, to facilitate the simulation of the moving object detection process, instead of using ambient noise E, which consists of various superimposed components, we adopted short-term, roughly square-shaped spike noise. This spike noise is the noise component of the Doppler signal output by high-pass filters 10 and 11, resulting from the DC offset fluctuation of the Doppler signal output by multipliers 7 and 9 during discrete changes in the control voltage of local oscillator 2. Therefore, the time-averaged phase difference between the I signal and Q signal output by multipliers 7 and 9 is approximately 0 degrees or approximately 180 degrees, depending on the discrete change in radar frequency and the reflection phase change from nearby fixed objects or the feedback phase change between transmission and reception.
図7の左上欄では、I信号を示す。図7の左下欄では、Q信号を示す。スパイクノイズについては、I信号とQ信号との位相差の時間平均値は、略180度となる。移動体Mについては、I信号とQ信号との位相差の時間平均値は、略±90度となる。 The upper left column of Figure 7 shows the I signal. The lower left column of Figure 7 shows the Q signal. For spike noise, the time-averaged phase difference between the I signal and the Q signal is approximately 180 degrees. For the moving object M, the time-averaged phase difference between the I signal and the Q signal is approximately ±90 degrees.
図7の右上欄では、乗算値QIs、IQsを示す。図7の右下欄では、時間平均値QIs-bar、IQs-bar(-barは時間平均値。)を示す。スパイクノイズについては、時間平均値QIs-bar、IQs-barは、互いに同符号となる。移動体Mについては、時間平均値QIs-bar、IQs-barは、互いに逆符号となる。 The upper right column of Figure 7 shows the multiplied values QIs and IQs. The lower right column of Figure 7 shows the time-averaged values QIs-bar and IQs-bar (-bar represents the time-averaged value). For spike noise, the time-averaged values QIs-bar and IQs-bar have the same sign. For the moving object M, the time-averaged values QIs-bar and IQs-bar have opposite signs.
図8の左上欄では、差分値D1を示す。図8の左下欄では、加算値D2を示す。スパイクノイズについては、差分値D1は、略0となり、加算値D2は、略2倍に増幅される。移動体Mについては、差分値D1は、略2倍に増幅され、加算値D2は、略0となる。 The upper left column of Figure 8 shows the difference value D1. The lower left column of Figure 8 shows the sum value D2. For spike noise, the difference value D1 is approximately 0, and the sum value D2 is amplified by approximately 2 times. For the moving object M, the difference value D1 is amplified by approximately 2 times, and the sum value D2 is approximately 0.
図8の右上欄では、差分値D1の絶対値及び加算値D2の絶対値を示す。スパイクノイズについては、加算値D2の絶対値は、差分値D1の絶対値と比べて大きい。移動体Mについては、差分値D1の絶対値は、加算値D2の絶対値と比べて大きい。図8の右下欄では、加算値D2の絶対値が差分値D1の絶対値と比べて大きい期間について、つまり、スパイクノイズが検出された期間について、差分値D1が0に抑圧される。よって、差分値D1に基づいて、スパイクノイズが抑圧され、移動体Mのみが検出される。 The upper right panel of Figure 8 shows the absolute values of the difference value D1 and the sum value D2. For spike noise, the absolute value of the sum value D2 is larger than the absolute value of the difference value D1. For the moving object M, the absolute value of the difference value D1 is larger than the absolute value of the sum value D2. In the lower right panel of Figure 8, the difference value D1 is suppressed to 0 during periods when the absolute value of the sum value D2 is larger than the absolute value of the difference value D1—that is, during periods when spike noise is detected. Therefore, based on the difference value D1, the spike noise is suppressed, and only the moving object M is detected.
本開示の移動体検出処理の実際の検出結果を図9に示す。図9では、まず、環境雑音Eが発生し、次に、環境雑音Eが小さくなり、移動体Mが接近と離反とを繰り返している。 Figure 9 shows the actual detection results of the moving object detection process described in this disclosure. In Figure 9, first, ambient noise E is generated, then the ambient noise E decreases, and the moving object M repeatedly approaches and moves away.
図9の左上欄では、差分値D1を示す。図9の左下欄では、加算値D2を示す。環境雑音Eについては、差分値D1は、略0となり、加算値D2は、略2倍になる。移動体Mについては、差分値D1は、略2倍になり、加算値D2は、略0となる。 The upper left column of Figure 9 shows the difference value D1. The lower left column of Figure 9 shows the sum value D2. For ambient noise E, the difference value D1 is approximately 0, and the sum value D2 is approximately twice as high. For the moving object M, the difference value D1 is approximately twice as high, and the sum value D2 is approximately 0.
図9の右上欄では、差分値D1の絶対値及び加算値D2の絶対値を示す。環境雑音Eについては、加算値D2の絶対値は、差分値D1の絶対値と比べて大きい。移動体Mについては、差分値D1の絶対値は、加算値D2の絶対値と比べて大きい。図9の右下欄では、加算値D2の絶対値が差分値D1の絶対値と比べて大きい期間について、つまり、環境雑音Eが検出された期間について、差分値D1が0に抑圧される。よって、実際の検出でも、差分値D1に基づいて、環境雑音Eが抑圧され、移動体Mのみが検出される。 The upper right panel of Figure 9 shows the absolute values of the difference value D1 and the sum value D2. For ambient noise E, the absolute value of the sum value D2 is larger than the absolute value of the difference value D1. For the moving object M, the absolute value of the difference value D1 is larger than the absolute value of the sum value D2. In the lower right panel of Figure 9, the difference value D1 is suppressed to 0 during periods when the absolute value of the sum value D2 is larger than the absolute value of the difference value D1—that is, during periods when ambient noise E is detected. Therefore, in actual detection, ambient noise E is suppressed based on the difference value D1, and only the moving object M is detected.
本開示の環境雑音存在時の解決結果を図10に示す。図10では、図3と同様に、歩行者又は車両等の移動体Mが、ドップラーレーダ装置Rの近傍に存在しておらず、環境雑音Eが、ドップラーレーダ装置Rにより検出されるかどうかを確認している。 Figure 10 shows the resolution results in the presence of ambient noise according to this disclosure. In Figure 10, similar to Figure 3, it is confirmed whether a moving object M, such as a pedestrian or vehicle, is not present near the Doppler radar device R, and whether ambient noise E is detected by the Doppler radar device R.
図10の上段では、乗算器7が出力したI信号を示す。図10の中段では、乗算器9が出力したQ信号を示す。図10の下段では、環境雑音Eが抑圧された差分値D1を示す。差分値D1が、正の接近閾値と比べて、小さいことを検出することにより、そして、負の離反閾値と比べて、大きいことを検出することにより、歩行者又は車両等の移動体Mが、ドップラーレーダ装置Rの近傍に存在していないことを検出することができる。 The upper part of Figure 10 shows the I signal output by multiplier 7. The middle part of Figure 10 shows the Q signal output by multiplier 9. The lower part of Figure 10 shows the difference value D1 after suppressing ambient noise E. By detecting that the difference value D1 is smaller than the positive proximity threshold, and larger than the negative separation threshold, it is possible to detect that a moving object M, such as a pedestrian or vehicle, is not present in the vicinity of the Doppler radar device R.
本開示の移動体検出装置、ドップラーレーダシステム、移動体検出プログラム及び移動体検出方法は、街灯、自動販売機及びセキュリティセンサ等の、屋外へ設置するアプリケーションに適用することができ、演算コスト及び記憶コストを低減することができる。 The mobile object detection device, Doppler radar system, mobile object detection program, and mobile object detection method disclosed herein can be applied to outdoor applications such as streetlights, vending machines, and security sensors, and can reduce computational and storage costs.
S:ドップラーレーダシステム
R:ドップラーレーダ装置
D:移動体検出装置
M:移動体
E:環境雑音
1:D/A変換器
2:局部発振器
3:増幅器
4:送信アンテナ
5:受信アンテナ
6:増幅器
7:乗算器
8:π/2移相器
9:乗算器
10:ハイパスフィルタ
11:ハイパスフィルタ
12:増幅器
13:増幅器
14:A/D変換器
15:A/D変換器
16:π/2移相器
17:乗算器
18:π/2移相器
19:乗算器
20:時間平均部
21:時間平均部
22:減算器
23:加算器
24:移動体検出部
S: Doppler radar system R: Doppler radar device D: Moving object detection device M: Moving object E: Ambient noise 1: D/A converter 2: Local oscillator 3: Amplifier 4: Transmitting antenna 5: Receiving antenna 6: Amplifier 7: Multiplier 8: π/2 phase shifter 9: Multiplier 10: High-pass filter 11: High-pass filter 12: Amplifier 13: Amplifier 14: A/D converter 15: A/D converter 16: π/2 phase shifter 17: Multiplier 18: π/2 phase shifter 19: Multiplier 20: Time averager 21: Time averager 22: Subtractor 23: Adder 24: Moving object detection unit
Claims (6)
直交検波回路が出力したI信号を、検出対象速度に対応するドップラー周波数において、略1/4周期ずらした信号と、前記直交検波回路が出力したQ信号と、の第1乗算値を算出する第1乗算値算出部と、
前記直交検波回路が出力したQ信号を、前記検出対象速度に対応するドップラー周波数において、略1/4周期ずらした信号と、前記直交検波回路が出力したI信号と、の第2乗算値を算出する第2乗算値算出部と、
前記第1乗算値の時間平均値と前記第2乗算値の時間平均値との差分値、又は前記第1乗算値と前記第2乗算値との差分値の時間平均値を算出する差分値算出部と、
前記差分値算出部の処理結果が、正の接近閾値と比べて小さく、かつ、負の離反閾値と比べて大きいときに、ドップラー信号が環境雑音によるものと判断し、前記差分値算出部の処理結果が、前記正の接近閾値と比べて大きく、又は、前記負の離反閾値と比べて小さいときに、ドップラー信号が前記移動体によるものと判断する移動体検出部と、
を備えることを特徴とする移動体検出装置。 A mobile object detection device that uses Doppler radar to detect moving objects,
A first multiplication value calculation unit calculates a first multiplication value of the Q signal output by the quadrature detection circuit, which is obtained by shifting the I signal output by the quadrature detection circuit by approximately 1/4 period at a Doppler frequency corresponding to the detection target speed.
A second multiplication value calculation unit calculates a second multiplication value of the Q signal output by the quadrature detection circuit, shifted by approximately 1/4 period at a Doppler frequency corresponding to the detection target speed, and the I signal output by the quadrature detection circuit.
A difference value calculation unit that calculates the difference between the time average value of the first multiplication value and the time average value of the second multiplication value, or the time average value of the difference between the first multiplication value and the second multiplication value,
A moving object detection unit determines that the Doppler signal is due to ambient noise when the processing result of the difference value calculation unit is smaller than a positive approach threshold and larger than a negative separation threshold, and determines that the Doppler signal is due to the moving object when the processing result of the difference value calculation unit is larger than the positive approach threshold or smaller than the negative separation threshold .
A mobile object detection device characterized by comprising the following features.
直交検波回路が出力したI信号を、検出対象速度に対応するドップラー周波数において、略1/4周期ずらした信号と、前記直交検波回路が出力したQ信号と、の第1乗算値を算出する第1乗算値算出部と、
前記直交検波回路が出力したQ信号を、前記検出対象速度に対応するドップラー周波数において、略1/4周期ずらした信号と、前記直交検波回路が出力したI信号と、の第2乗算値を算出する第2乗算値算出部と、
前記第1乗算値の時間平均値と前記第2乗算値の時間平均値との差分値、又は前記第1乗算値と前記第2乗算値との差分値の時間平均値を算出する差分値算出部と、
前記第1乗算値の時間平均値と前記第2乗算値の時間平均値との加算値、又は前記第1乗算値と前記第2乗算値との加算値の時間平均値を算出する加算値算出部と、
前記加算値算出部の処理結果の絶対値が、前記差分値算出部の処理結果の絶対値と比べて大きいときに、ドップラー信号が環境雑音によるものと判断し、前記移動体を検出せず、前記加算値算出部の処理結果の絶対値が、前記差分値算出部の処理結果の絶対値と比べて小さいときに、ドップラー信号が前記移動体によるものと判断する移動体検出部と、
を備えることを特徴とする移動体検出装置。 A mobile object detection device that uses Doppler radar to detect moving objects,
A first multiplication value calculation unit calculates a first multiplication value of the Q signal output by the quadrature detection circuit, which is obtained by shifting the I signal output by the quadrature detection circuit by approximately 1/4 period at a Doppler frequency corresponding to the detection target speed.
A second multiplication value calculation unit calculates a second multiplication value of the Q signal output by the quadrature detection circuit, shifted by approximately 1/4 period at a Doppler frequency corresponding to the detection target speed, and the I signal output by the quadrature detection circuit.
A difference value calculation unit that calculates the difference between the time average value of the first multiplication value and the time average value of the second multiplication value, or the time average value of the difference between the first multiplication value and the second multiplication value,
An addition value calculation unit that calculates the sum of the time average values of the first multiplication value and the second multiplication value, or the time average value of the sum of the first multiplication value and the second multiplication value,
A moving object detection unit determines that the Doppler signal is due to ambient noise and does not detect the moving object when the absolute value of the processing result of the summation value calculation unit is larger than the absolute value of the processing result of the difference value calculation unit, and determines that the Doppler signal is due to the moving object when the absolute value of the processing result of the summation value calculation unit is smaller than the absolute value of the processing result of the difference value calculation unit.
A mobile object detection device characterized by comprising the following features.
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の移動体検出装置。 The moving object detection device according to claim 1 or 2, characterized in that the difference value calculation unit calculates the difference between the time average value of the first multiplier and the time average value of the second multiplier, or the time average value of the difference between the first multiplier and the second multiplier, over a moving average period of a similar magnitude to the fluctuation period between the approach and receding of the ambient noise.
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