コンポジットレーダ

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りえみやくぼ
5 years ago
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1 マイクロ波およびミリ波帯の定在波を利用したレーダ ~ 定在波レーダ ~ 近畿大学生物理工学部上保徹志 1

2 講演項目定在波レーダ開発の経緯定在波レーダの特徴と測距原理位相情報を利用した新たな距離推定法技術評価用レーダの紹介応用例 24GHz 帯微弱電波, および 60GHz 帯特定小電力定在波レーダの紹介 2

3 定在波レーダ開発の経緯 98 定在波を用いた距離変位センサの特許出願 01 定在波レーダの特許出願 03~ 04 経産省地域新生コンソーシアム, 定在波レーダ実用化プロジェクト 05 新型定在波レーダの特許出願 06 新型定在波レーダ, 試作機完成 07 微小変位測定手法の確立. 変位計測分解能 : 10μm 08 技術評価用 24GHz 定在波レーダ提供開始 09 新型定在波レーダの特許査定 ( 特許第号 ) 位相を用いた距離推定法の特許出願 3

4 新型定在波レーダの特徴非常にシンプルな構成低コスト化 0m までターゲット検知相対変位の計測分解能が高い 10μm 複数の移動物体の測距測速周波数を連続的に変化させる周波数の異なる波が干渉厳密な意味では定在波は立たない FMCW レーダ的送信波と反射波を分離しない従来型定在波レーダ的 4

5 構成と測距原理パワー定在波レーダ周波数ターゲットパワーディテクタ送信波反射波信号処理距離スペクトル P(x) 5

6 送信波と反射波送信波 (1) : 信号源の振幅 : 光速 : 周波数 0 反射波 (2) 合成波のパワー : 反射係数の大きさ : 反射係数の位相 (3) 6

7 送信波と反射波の合成で観測される合成波のパワーのとき (4) 送信波のパワー全反射波のパワー干渉によるパワーの変化分 7

8 各ディテクタの出力信号の位置に置かれたディテクタの出力の位置に置かれたディテクタの出力 8

9 解析信号で微分解析信号 9

10 解析信号と距離スペクトルフーリエ変換距離スペクトルピーク位置 = ターゲットの距離 10

11 技術評価用定在波レーダの構成 One Chip CPU 24GHz 帯 RF モジュール変調信号生成 DA 変換変調信号 VCO 検波検波アンテナ LCD USB 信号処理距離データ出力 AD 変換低周波アンプ Bw<400kHz 11

12 24GHz 帯特小技術評価用レーダ SSRU mm 98mm 12

13 24GHz 帯特小定在波レーダ ( 新基板 ) SSRU mm 70mm 13

14 技術評価用レーダ仕様周波数占有帯域出力測距範囲測距値分解能目標分離分解能相対変位測定範囲相対変位分解能速度測定範囲速度分解能測定周期 : 24GHz 帯 : 75MHz : 3mW : 0~200m : 0.01m : 4m : ±3.11mm : 10μm : ±300km/h : 1km/h : 50ms 以下 14

15 距離測定例 15

16 応用が期待される分野交通安全対人物, 車両検知 ( 衝突事故防止 ) 道路設備からの車両検知 ( カーブミラーの付加機能等 ) 踏切内への侵入者検知環境省エネ人の検知による省電力化夜間照明の制御自動ドアエスカレータ等の制御水洗トイレの洗浄制御生存者の検知 ( 人体の心拍呼吸の検出 ) 独居老人の風呂トイレ寝室における生存確認災害セキュリティ火災現場での人検知地滑り, 雪崩の監視河川水位監視侵入者検知建造物の歪み監視 16

17 水位計測橋定在波レーダ水面 7m レーダによる測距値水位水位 = 7m - レーダによる測距値 17

18 水位 [m] 水位の実測結果 2.5 レーダによる測定値フロートによる計測値 :04 10:19 10:33 10:48 11:02 11:16 時刻 18

19 微小変位の計測レーダから 30m,100m,200m の位置にターゲットを設置各位置において, ターゲットを 3mm の幅で往復させる. ターゲット 19

20 レーダ ~ ターゲット間 30m 20

21 レーダ ~ ターゲット間 100m 21

22 レーダ ~ ターゲット間 200m 22

23 車載レーダ東京大学先端科学技術研究センター西成活裕教授が実施した, 渋滞解消走行実験において, 車間距離監視のために用いられた定在波レーダ (2009 年 8 月 9 日 ) 23

24 人の検知レーダ X X レーダ [m] X=5m の位置に人が立った時縦軸 : 距離 (m), X=0.5m の位置に人が立った時横軸 : 時間 (12sec/div) 24

25 呼吸の検知障害物 : ダンボール呼吸している状態動いている状態障害物 : アクリル板呼吸している状態動いている状態 Radar 障害物人 ( 座っている状態 ) 障害物 : 木板呼吸している状態動いている状態 25

26 心拍の検知変位の時間微分を ST-FFT し, 時間 - 周波数スペクトルを求める人 : 呼吸停止 Radar 15cm 26

27 心拍の検知 ( 呼吸あり ) 0.8Hz 以下の主要な成分を除去人 : 呼吸あり Radar 15cm 27

28 合成開口イメージング合成開口レーダ回転合成開口レーダ回転的に動作することで直線時と比較してより広範囲でのイメージングが可能. 28

29 実測例 1 ( 距離スペクトル ) 回転半径 :0.2m C(-3,20) y [m] B(-5,15) A(2,8) B C A x [m] 距離スペクトル合成開口処理 29

30 実測例 1 ( 合成開口処理 ) B C A C B A C(-3,20) y [m] B(-5,15) A(2,8) x [m] 30

31 実測例 2 ( 距離スペクトル ) 回転半径 :0.2m y [m] B(0,15) A(3,14) B A x [m] 距離スペクトル合成開口処理 31

32 実測例 2 ( 合成開口処理 ) B A B A y [m] B(0,15) A(3,14) x [m] 32

33 24GHz 帯微弱電波定在波レーダ試作機 33

34 24GHz 帯微弱電波定在波レーダ測定例 24GHz 帯微弱電波定在波レーダ ( fw=375mhz ) 比較 : 24GHz 帯特定小電力定在波レーダ ( fw=75mhz ) 34

35 試作機仕様周波数 : 24GHz 帯占有帯域 : 375MHz 出力 : 微弱電波測距範囲 : 0~10m 以上測距値分解能 : 0.01m 目標分離分解能 : 0.8m 相対変位測定範囲 : ±3.11mm 相対変位分解能 : 10μm 速度測定範囲 : N.A. 速度分解能 : N.A. 測定周期 : 50ms 以下 35

36 60GHz 帯特定小電力定在波レーダ試作機 36

37 試作機仕様周波数 : 60GHz 帯占有帯域 : 300MHz 出力 : 1mW 測距範囲 : 0~40m 以上測距値分解能 : 0.01m 目標分離分解能 : 1m 相対変位測定範囲 : N.A. 相対変位分解能 : N.A. 速度測定範囲 : N.A. 速度分解能 : N.A. 測定周期 : 50ms 以下 37

38 参考文献 1. 上保徹志, 他 " 定在波を用い数 10cm から測定可能な高分解能レーダ ", 電子情報通信学会技術研究報告, IT , pp , March T. Uebo, et al., "Short Range Radar Utilizing Standing Wave of Microwave or Millimeter Wave", Proceedings of the IEEE Intelligent Vehicles Symposium 2001, pp.95-99, May S. Fujimori, T. Uebo, et al., "Measurement of Distance and Velocity of a Moving Target by Short-Range High-Resolution Radar Utilizing Standing Wave", Proc. of the IEEE International Symposium MWSCAS 2004, vol.1, pp , July T. Uebo, et al., "Standing Wave Radar Capable of Measuring Distances Down to Zero Meters", IEICE TRANS. COMMUN., vol.e88-b, no.6, pp , June 上保徹志, 0m から測距可能な定在波レーダ, 電気学会論文誌 C, vol.125-c, no.11, pp , Nov 大窪義博, 上保徹志, 距離 0m から測距可能な定在波レーダの測定原理の実験的検証, 電子情報通信学会論文誌, vol.j89-b, no.7, pp , July

39 特許特許第号距離測定装置, 及び距離測定方法特許第号距離測定装置, 距離測定設備および距離測定方法特開距離測定方法及びそれを適用した距離測定装置並びにそれを適用した距離測定設備特願距離測定装置距離測定方法および距離測定プログラム 39

V R (f, x) = A α k γ k e jφ ke jπf (d k x) となる. ここで,γ k, φ k はそれぞれ k 番目の物体の反射による振幅および位相係数,α k は k 番目の物体 X k に反射した信号の伝搬損による振幅係数である.d k は送信点から k 番目の物体ま

V R (f, x) = A α k γ k e jφ ke jπf (d k x) となる. ここで,γ k, φ k はそれぞれ k 番目の物体の反射による振幅および位相係数,α k は k 番目の物体 X k に反射した信号の伝搬損による振幅係数である.d k は送信点から k 番目の物体ま FM-CW レーダ技術の応用と電波防御指針について松江英明齋藤光正天野敏夫我孫子拓治山口一弘諏訪東京理科大学工学部コンピュータメディア工学科株式会社 CQ-S ネットあらまし 4GHz 帯を使用した FM-CW 方式レーダの動作原理を解説するそして反射物が複数存在する環境下にて被測定物の変位量および微小変位を検出し表示する差分検出方式の概要を解説する次に被測定物の変位量および微小変位の計測を応用して