自作レーダー November 24, 2019

はじめに

以下理由でレーダー自作してみたいと思い始めた.

  • RF機器の実装設計をする機会があって, RF知識拡充のために一陸技まで取得したことでRF系ものつくりのモチベーションが高まっていた.
  • 昔研修等で一通りレーダの仕組みを聞いたけど当時は理解が浅かった.
  • 最近電気系/ソフト系のものつくりしてない.

レーダーの原理や作るのに必要なものは\1を読めばだいたい分かる.
特に\2 (MITの講義資料)にはかなり詳しく載ってる.

システム要求

レーダ自作の要求をPlantUMLを使ってSysMLの要求図で書いてみた.
絵を描くのに参考にしたのはこの辺\3 \5.
PlantUMLのソースはここに置いてある.

全体のアーキテクチャ

要求を満たせるアーキテクチャとして今回以下のような物を作る.
PlantUMLにSysMLの内部ブロック図とかはないためパワポお絵かき.

レーダー部の細かい設計

計測の流れ

今回作るレーダはFMCWレーダという変調波を使ったレーダである.
距離を測る手順は以下の通り.

  1. DAC+LPFで三角波を発生させる.
  2. VCOで三角波をチャープ信号に変換する.
  3. 送信信号が送信アンテナ⇒TARGET⇒受信アンテナと旅をして来て位相が進む.
  4. 送信信号と受信信号をミキサすることで経路差分の周波数の信号が取れる.
  5. 取れた信号をADCでサンプリングしてFFTかけて周波数を読み取る.
  6. 周波数から信号がどれくらいの時間旅してきたのか計算して距離が出る.

アンテナ部

\2でも使われていた円形のホーンアンテナにした.
カットオフ周波数にひっかからないように径は決めた(利得は気にしてない).

製造

買い物関係.

組み立て.

距離を測ってみた

初めにVCOに入る信号を調整した.
綺麗に三角波は出ていた.

そして, アンテナ端から3mの距離にあるTARGET(壁)に信号打ってみた. 受信信号(ミキサ後)の生波形は↓みたいな感じ.

ADCで読み取ってグラフ化したら↓みたいな感じ.

FFTした結果が↓. 200Hz位にピークがいた. 距離に換算すると2.8mになり真値(3m)に対してそれっぽい値が出ていることが確認できた. 誤差要因はたくさんあるけど,スペアナがないのであんまり深追いはできない.

おわりに

レーダ自作して距離ってみた.
レーダ関係で次やってみたいことmemo↓

  • SDR化: こんな感じ\6でやってる人はいるらしい
  • SAR(Synthetic Aperture Radar)実装
  • (ましな筐体作る)

参考文献

[1] 無線工学A (1・2陸技受験教室)

  • URL:https://www.amazon.co.jp/%E7%84%A1%E7%B7%9A%E5%B7%A5%E5%AD%A6A-1%E3%83%BB2%E9%99%B8%E6%8A%80%E5%8F%97%E9%A8%93%E6%95%99%E5%AE%A4-%E6%A8%AA%E5%B1%B1-%E9%87%8D%E6%98%8E/dp/4501325909/ref=sr_1_26?__mk_ja_JP=%E3%82%AB%E3%82%BF%E3%82%AB%E3%83%8A&keywords=%E4%B8%80%E9%99%B8%E6%8A%80&qid=1572267179&sr=8-26

[2] Build a Small Radar System Capable of Sensing Range, Doppler, and Synthetic Aperture Radar Imaging

  • URL: https://ocw.mit.edu/resources/res-ll-003-build-a-small-radar-system-capable-of-sensing-range-doppler-and-synthetic-aperture-radar-imaging-january-iap-2011/index.htm

[3] システムエンジニアリングで SysML を使いこなす

  • URL: https://www.ogis-ri.co.jp/otc/hiroba/technical/SysEngSysML/SysEngSysML1.html

[4] PlantUMLでSysMLの要求図を描いてみる

  • URL: https://qiita.com/takam_go/items/aa2c699f3b850d437ffa

[5] PlantUML 概要

  • URL: http://plantuml.com/ja/

[6] A LIMESDR MINI BASED DOPPLER RADAR

  • URL: https://www.rtl-sdr.com/a-limesdr-mini-based-doppler-radar/
Written on November 24, 2019