救助ロボット・セキュリティシステムを想定したUWBレーダセンサの研究 │ 桐本研究室
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救助ロボット・セキュリティシステムを想定したUWBレーダセンサの研究

近年世界各国で,数GHz以上の周波数帯域を持つ超広帯域(UWB: Ultra Wideband)信号の空間利用が認可されています。 UWB信号は,数mm程度の距離分解能を有し,従来レーダ信号の分解能(高々数m程度)を飛躍的に高め, レーザ計測等の光学センシングの測距性能(数cm)を上回ることがわかっています。

研究背景

災害現場・宇宙空間等の人体にとって危険または有害な環境下で活動する自律型ロボットは, 幅広い用途(救助補助・資源探査・災害復旧等)に有用であり,非常に高い社会的・産業的需要があります. 代表的な三次元距離センサであるTOF (Time Of Flight)カメラ(赤外線パルス)は, 毎秒30フレーム程度の距離画像化を実現しますが,環境光に対する誤差感度が高く, また2~3m程度の計測範囲で推定誤差は10cm程度まで劣化してしまいます. 一方で,超音波距離計測は分解能が高く,計測機器も安価なため,近距離センサとして有用です. しかし,高周波領域の強度減衰・距離推定精度の熱環境・気圧依存性等の問題点を有し,偏波の利用ができません. これに対し,UWB信号(500MHz~10GHzの周波数帯域:2002年以来,米国FCC他,各国で認可)を用いたレーダ技術は, 粉塵・高濃度ガス・強い逆光・高熱・高圧・極低圧環境等の劣悪な測定環境下でも適用可能であり, その測距性能(数mm)は,遠方領域でも保持されます.

桐本研究室では上記の応用例を想定した,従来レーダ技術の性能限界を超える,レーダ信号処理,画像処理技術を開発しています.以下にその例を示します.

  1. 超波長分解能レーダイメージングアルゴリズム
  2. 多重散乱環境を利用した高度レーダアルゴリズム

各種センサ技術の特徴比較

災害現場での救助ロボットによる被災者検知

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