レーダーセンサーとは：動作とその応用
現在、半導体技術は急速に発展しているため、レーダーの消費電力とサイズは大幅に削減され、複数の送受信、超広帯域技術、ミリ波、信号処理技術、ICを使用することでその機能が強化されています。従来のレーダーは、船舶、基地レーダー、空中などで広く使用されていますが、レーダーセンサーは、気象予報、資源調査、交通管制などを取得するために日常生活で使用されています。このセンサーは、変換デバイスです。マイクロ波エコー信号を電気に変更するために使用されます。したがって、この記事では、レーダーセンサーとその動作の概要について説明します。
レーダーセンサーとは何ですか？
遠距離を超える物体の距離、速度、および動きを測定するために使用されるセンサーは、レーダーセンサーと呼ばれ、注目された物体の相対速度も測定します。このセンサーは、FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）などのワイヤレス検出テクノロジーを使用して、オブジェクトの形状、位置、モーショントラジェクトリ、およびモーション特性を把握することにより、モーションを検出します。
他のタイプのセンサーと比較して、これらのセンサーは暗闇や光の影響を受けません。これらのセンサーは長距離を検出でき、人や動物にとって安全です。ここでは、キャリア周波数は狭い帯域幅で常に変調されています。物体からの信号が反射して戻ってくると、周波数を比較することで距離と物体の速度を決定することができます。
このセンサーは、非常に高い搬送周波数を使用して非常に薄いビームコーンを生成し、長距離より上の隣接するオブジェクトからの干渉なしに小さなオブジェクトにも気づきます。
レーダーセンサーの動作原理
レーダーセンサーの動作原理は、ドップラー効果として知られる周波数波の変化を検出することにより、物体の速度とその方向を計算することです。
レーダーセンサーには、高周波（62 GHz）の送信信号を放射するアンテナが含まれています。この送信信号には、より低い周波数（10 MHz）の変調信号も含まれます。このセンサーは、オブジェクトから信号が返されると信号を受け取ります。したがって、このセンサーは2つの周波数間の位相シフトを評価します。ここでは、送信時間と受信時間の違いによって、センサーと物体の間の距離が決まります。
レーダーセンサーのブロック図
24GHz広帯域および短距離車載レーダーセンサーのブロック図を以下に示します。このブロック図には、VCO、PRF（パルス繰り返し周波数）、LNA（低ノイズ増幅器）、DSP（デジタル信号処理）、および2つのアンテナが含まれています。
VCO
VCOという用語は、電圧制御発振器の略で、妥当な周波数範囲を超える入力信号の電圧の振幅に応じて周波数が変化するo / p信号を生成するために使用されます。
パワースプリッター
パワースプリッターまたはパワーディバイダーは、1本のRFラインを1本のラインの上に分割して電力を分割するために使用されます。
パワーアンプ
パワーアンプは、信号を低電力から高電力に変更するために使用されます。
SP（信号処理）
信号処理は、画像、音声、科学的測定などの信号の変更、合成、分析に重点を置いています。
PRF（パルス繰り返し周波数）
パルス繰り返し周波数は、特定の単位時間内の繰り返し信号のパルス数であり、通常は1秒ごとのパルスで測定されます。
ミキサー
ミキサーは、それに適用される周波数の合計と差の両方を生成するために使用されます。したがって、周波数差はIF（中間周波数）タイプになります。
LNA（低ノイズアンプ）
弱いRF信号を増幅するために使用され、この信号はアンテナを使用して受信されます。このアンプの出力はミキサーに接続できます。
アンテナ
このシステムには、送信チャネルと受信チャネルが含まれ、送信チャネルは主にさまざまなアンテナを駆動するために使用され、ビームステアリング機能も提供します。異なる受信アンテナによる受信信号間に位相差があるため、複数の受信チャネルがターゲットに関する角度データを提供します。
24 GHz SRR（Short Range Radar）センサーで使用される概念は、パルスレーダーです。このセンサーには、送信パスと受信パス、制御回路とDSP（デジタル信号処理）回路が含まれています。
範囲「R」のターゲットは、送信機信号と相関する受信信号の間の経過時間を測定することで検出できます。シミュレーションプロセスはMatlabを使用して行われました。このレーダーセンサーの主な目的は、車両の運転手が直面する潜在的な危険と交通事故を減らすことです。このシステムでは、さまざまなセンサーが車のさまざまな場所に配置されているため、前方、後方、または横にある物体の距離と速度を正確に測定できます。
このシステムのすべてのセンサーは、計算する信号を送信します。車の領域に誰かがいる場合は、それについてドライバーに通知します。これらの信号は最大30mの距離をカバーしますが、ターゲットと車の間の距離が2メートル未満の場合、車は警報音を発してドライバーに警告を発し、車のドライバーが適切な行動をとって回避できるようにします。衝突。
レーダーセンサーの種類
レーダーセンサーには、次のようなさまざまな種類があります。
ミリ波レーダーセンサー
ミリ波を利用したセンサーは、ミリ波レーダーセンサーとして知られています。一般に、ミリ波には30〜300GHzの周波数領域があります。その中で、77Ghzおよび24Ghzレーダーセンサーは、衝突回避のために自動車に使用されています。ミリ波の波長範囲は、センチメートル波と光波の間です。ミリ波の利点は、光電誘導とマイクロ波誘導です。
ミリ波レーダーは、センチメートル波レーダーのような空間分解能が高く、統合が簡単で、サイズが小さいのに比べて多くの特徴があります。レーザー、赤外線、カメラなどの光学センサーと比較して、このセンサーは、煙、ほこり、霧、および干渉防止能力を透過する強力な能力を備えています。これらのレーダーセンサーは、セキュリティ、自動車の電子、高度道路交通システム、およびドローンで使用されます。
CWドップラーレーダーセンサー
CWドップラーレーダーセンサーまたは連続波ドップラーレーダーは、915MHzの周波数で動作します。このレーダーセンサーは、ドップラー効果と連動して、さまざまな距離で物体の速度を測定します。このセンサーは、マイクロ波信号をターゲットに送信し、反射信号の周波数の変化、反射周波数と送信周波数の差を分析し、レーダーを基準にしたターゲット速度を正確に測定します。
FMCWレーダーセンサー
「FMCW」という用語は、周波数変調連続波レーダーの略です。このセンサー周波数は、三角波の法則に基づいて時間とともに変化します。レーダーが受信するエコー信号の周波数は、放射周波数と同様です。どちらも三角波ですが、時間にはわずかな違いがあります。したがって、このわずかな違いを使用してターゲット距離が計算されます。
レーダーセンサーと超音波センサー
レーダーセンサーと超音波センサーの違いは次のとおりです。
| レーダーセンサー | 超音波センサー |
| 超音波と同様に、このセンサーからの波はターゲットを反射し、既知の速度で非常に速く移動します。 | 音波は音速でターゲットに伝わり、ターゲットを反射してセンサーに戻ります。 |
| このセンサーの電磁波は、外部で反射されるため、特定の材料に対して異なる方法で反応します。 | |
| これらのセンサーは、石油とガス、パルプと紙、清澄剤、粒状固体、プラスチックペレット、医薬品などに使用されています。 | これらのセンサーは、液体の流れ、固体レベル、開水路の流れ、オブジェクトのプロファイリング、および存在の検出を測定するために使用されます。 |
Arduinoとインターフェースするレーダーセンサー
RCWL0516ドップラーレーダーセンサーとArduinonanoR3のインターフェースを以下に示します。このインターフェースで使用される必要なコンポーネントは次のとおりです。 Arduino Nano R3 -1、RCWL0516ドップラーレーダーセンサー-1、LED-1および220オームの抵抗器。
RCWL-0516は基本的に人感センサーです。それは壁または他の材料の助けを借りてドップラーマイクロ波技術を介して動きを認識することができます。それは、人の存在だけでなく、他のアクティブなオブジェクトによってもトリガーされます。
このプロジェクトのセンサーは、マイクロ波ドップラーレーダー技術を使用してアクティブなオブジェクトを識別します。したがって、ドップラーレーダーは、マイクロ波信号をオブジェクトに送信し、その後、返された信号の周波数内の変化を監視することで機能します
ピン配置RCWL0516ドップラーレーダーセンサーには、次のものが含まれます
- ピン1（3V3）：安定化出力は3.3Vです
- ピン2（GND）：これはグランドピンです
- Pin3（OUT）：これは、動きが検出された場合にハイをトリガーする出力ピンです。
- Pin4（VIN）：供給電圧の範囲は4〜28V
- CDS：センサーの無効化または低入力
受信信号の周波数内の差は、センサーに対するターゲットの速度を推定することもできます。
このレーダーセンサーモジュールは、RCWL0516 ICを使用して、トリガーの繰り返しと死角のない360度の検出領域を支援します。壁やその他の素材を通過する動きを識別でき、7メートルの感受性範囲が含まれています。
上のインターフェース図に示すように、ArduinoをRCWL-0516とLEDに接続します。
このレーダーセンサーは、動きが検出されると高出力を提供することがわかっています。ここでは、CDSピンを使用してモーション検出を可能にします。コードの準備ができたら、Arduinoボードをシステムに接続してコードをアップロードします。その後、9600ボーレートでシリアルモニターを開き、レーダーセンサーの前でいくつかの動作を行う必要があります。したがって、LEDとシリアルモニターを観察してください。
int Sensor =12;
int LED =3;
void setup（）{
Serial.begin（9600）;
pinMode（Sensor、INPUT）;
pinMode （LED、OUTPUT）;
Serial.println（ "Waiting for motion"）;
}
void loop（）{
int val =digitalRead（Sensor）; //ピンを入力として読み取る
if（（val> 0）&&（flg ==0））
{
digitalWrite（LED、HIGH）;
Serial.println（ "モーションが検出されました」）;
flg =1;
}
if（val ==0）
{
digitalWrite（LED、LOW）;
シリアル.println（“ NO Motion”）;
flg =0;
}
利点
レーダーセンサーの利点 以下を含めてください。
- レーダーセンサーはさまざまな気象条件に依存しません
- 過度の寒さと暑さに耐える
- 悪い照明条件で動作します
- 暗闇でも機能します
- そのメンテナンスは無料です
- さまざまな機能を提供します
- このセンサーは屋内と屋外の目的で使用されます
- このセンサーには、他のセンサーと比較して多くの機能があります
短所
レーダーセンサーの欠点 以下を含めてください。
- 私たちの目のように非常に近い多数のターゲットを区別して解決することはできません。
- オブジェクトの色を識別できません。
- 深すぎて水中にある物体は観察できません。
アプリケーション
レーダーセンサーの用途は次のとおりです。
- レーダーセンサーは、車両の検出が必要な場合、または機器が移動しているときの衝突を回避する場合に使用されます。車両の検出には、主にトラック、電車、車、料金所、船舶用運河、鉄道などが含まれます。衝突の回避には、港、製造、視認性の低い工場環境、および車載モバイル機器が含まれます。
- 軍事
- セキュリティシステム
- 自動車の電子
- インテリジェント交通レーダー
- UAVレーダー
- インテリジェント照明
- 産業用制御
- 治療
- スポーツ
レーダーセンサーは何をしますか？
レーダーセンサーは、かなりの距離にあるさまざまな種類の物体を検出、追跡、特定、および識別するために使用されます。このセンサーは、電磁エネルギーをターゲットに送信し、ターゲットから戻ってくるエコーを検出することで機能します。
レーダーの5つの主要コンポーネントは何ですか？
レーダーの5つの主要コンポーネントには、主にアンテナ、送信機、受信機、ダイプレクサー、およびフェーズロックループが含まれます。
レーダー探知機を設置するのはなぜ違法なのですか？
一部の国では、レーダー探知機の使用は違法です。罰金や車両の押収につながる可能性があるためです。
レーダーは人間を検出できますか？
レーダーは、レーダーのフィールドを横切って歩いている、または静止している人間を検出することはできませんが、レーダーはモーションコンポーネントを検出するだけです。
レーダーの不感帯の原因は何ですか？
地球の湾曲により、レーダーが最大範囲の物体を検出できなくなる可能性があるため、レーダーシステムごとに、1つのオブジェクトを検出できないデッドゾーンが発生します。しかし、地球の大気圏では、電磁波は通常、下向きに屈折したり曲がったりします。
レーダー探知機に引っ張られたらどうなりますか？
ドライバーがスピード違反のためにレーダー探知機に引っ張られ、車両にレーダー探知機が見つかった場合、警官がスピード違反切符を発行します。
ミリ波技術を使用したレーダーセンサーの進歩により、いくつかの車内監視アプリケーションに柔軟性と高精度が提供されると同時に、車両内に簡単かつ控えめに含めることができる小さなフォームファクターが提供されます。現在、さまざまなアプリケーションで使用されている高度なレーダーセンサーは次のとおりです。 OPS243-ドップラーレーダーセンサー、ミリ波レーダーセンサー、ARS540、ARS430、ARS410、ARS441など。
したがって、これはすべてレーダーセンサーの概要とアプリケーションでの動作に関するものです。このセンサーは、ワイヤレスセンシング技術を使用して、ターゲットの形状、位置、動きなどを検出して抽出します。他のタイプのセンサーと比較して、これらのセンサーには多くの利点があります。たとえば、視覚センサーと比較して、レーダーセンサーは暗闇や光の影響を受けません。このセンサーは障害物を貫通する可能性があります。同様に、超音波技術を使用すると、このセンサーは動物や人に害を与えることなく、より長い距離を検出できます。ここにあなたへの質問があります、レーダーセンサーの範囲は何ですか？
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