UWB radar(UWBレーダー)

レーダー測定に関する翻訳で、UWB radar(UWBレーダー)という言葉がよく出てくる(例えば、レーダー/EW/ELINTテスト:一般的なテスト上の問題の特定のp16)。

UWBは、Ultra WideBand(超広帯域無線)の略で、パルス幅が非常に短く(1ns以下)ピーク出力の大きなスパイク状の波形(インパルス)をパルス列としてそのまま送受信する無線通信方式である。時間領域で短くて鋭いインパルスは、周波数領域では振幅が非常に小さく極めて広いスペクトラム(超広帯域)を持つので、他の通信との混信が少なく、消費電力も小さくなる。

radarは、RAdio Detecting and Ranging(電波探知および測距)の略で、ターゲットに電波を発射して、その反射波を測定することにより、ターゲットの方向や距離を測定する装置である。

UWBレーダーは、非常に短いパルス幅の(したがって、極めて広いスペクトラムを持つ)信号を使用するので、高い距離分解能が得られる。しかし、パルス幅が非常に短く(すなわち、平均電力が極めて小さく)、広帯域(すなわち、熱雑音(帯域幅Bに比例するkTB雑音)レベルが大きい)なので、S/Nが悪くなり遠距離探知には向かいない。

しかし、近年、合成開口レーダーで使用されている従来の可視化アルゴリズムの速度(ポスト処理が必要)と精度(半波長程度)に比べて、高速に(実時間で)高解像度(1/100波長程度)が得られるアルゴリズムが開発され、乳がん検査レーダー、自動車の衝突防止レーダー、道路/橋/トンネルなどの非破壊検査レーダー、建物/部屋への不正侵入者監視レーダー、土砂などに埋もれた生存者検知レーダーなどの、近距離イメージング用途の開発が活発化している。

UWBレーダーについては、以下を参照。

UWBレーダによる身体的負担が低く安価でがんの早期発見が可能な乳がん検査装置

兵庫県立大学 大学院工学研究科 電子情報工学専攻 阪本 卓也 准教授のホームページ > 論文,会議資料 > [Proceedings for Domestic Conferences] > 30.関 鷹人, 木寺正平, 阪本卓也, 佐藤 亨, “UWBパルスレーダのための高速画像化手法の複雑形状物体への適用,”電子情報通信学会,アンテナ・伝播研究会(AP), AP2006-69, vol. 106, no. 232, pp. 1-6, 大橋会館(池尻大橋,東京), Sep. 2006. [PDF]

causality、passivity(因果律、受動性)

高周波シミュレーションに関する翻訳に、causality、passivity(因果律、受動性)という言葉がよく出てくる(例えば、EEsof EDA Advanced Design Systemのp11)。

受動回路のシミュレーションを行なう際に、従来(信号速度が遅い場合)は、抵抗(R)、コンデンサ(C)、コイル(L)の集中定数素子を組み合わせた、集中定数のSPICEモデルが使用されていた。しかし、Gbpsのデータレートの信号を扱う場合は、信号の周波数が高い(波長が短い)ので受動回路(伝送線路やコネクタなど)を細分化して、細分化したセクション毎に集中定数素子モデルが必要になり非常に複雑なモデルになる。また、集中定数素子モデルでは、周波数依存の損失や高次の伝搬モードも考慮することができない。この結果、シミュレーション時間が長くなったり、不正確になる。

現在では、このような問題を克服するために、高周波の受動回路のシミュレーションにSパラメータモデルが使用されるようになった。Sパラメータモデルは、測定器による実測結果や電磁界解析ソフトウェアのシミュレーション結果を用いたものなので、周波数依存の損失や高次の伝搬モードも考慮されている。

Sパラメータは周波数領域で測定(シミュレーション)された応答であり、周波数の関数としてその大きさが表される。しかし、時間領域のシミュレーションで使用するには、周波数領域の応答を時間領域の応答(インパルス応答)に変換する必要がある。このとき、測定器や電磁界解析ソフトウェアの制限(0Hzから∞Hzまでのすべての周波数での応答が得られない)により、測定またはシミュレートされた周波数ポイント以外の応答を内挿/外挿する必要がある。この内挿/外挿した応答も含めて周波数領域の応答をインパルス応答に変換するので、内挿/外挿した応答が間違った応答だった場合は正確なインパルス応答が得られない。その結果、時間領域のシミュレーションで因果律(時刻t0における出力y(t0)は、過去の入力x(t)、t<t0のみに依存(インパルス応答がt<0でゼロ))や受動性(受動回路の出力パワーは入力パワー以下(受動回路では内部でエネルギーが生成されない))が満たされない偽の応答が生じる。

したがって、Sパラメータ(周波数領域の応答)からインパルス応答(時間領域の応答)に変換することにより作成されたモデルでは、偽の応答が生じないように、因果律や受動性が満たされているかどうかがチェックされる。

因果律、受動性については、以下を参照

Quality of S-parameter models(英語pdf)

The Need for Impulse Response Models and an Accurate Method for Impulse Generation from Band-Limited S-Parameters(英語pdf)

Synthetic Aperture Radar(合成開口レーダー)

レーダー測定に関する翻訳で、Synthetic Aperture Radar(合成開口レーダー)という言葉がよく出てくる(例えば、レーダー/EWシステムテスト用の多次元信号の作成のp9)。合成開口レーダーは、SARと略されることがある。

radarは、RAdio Detecting and Ranging(電波探知および測距)の略で、ターゲットに電波を発射して、その反射波を測定することにより、ターゲットの方向や距離を測定する装置であるが、合成開口レーダーは航空機や衛星などの飛翔体に搭載され、移動しながら電波を送受信し、信号処理を行って極めて高い分解能(高解像度)の地形イメージ(例えば、このページの画像)を得るものである。

合成開口レーダーの電波による高解像度イメージング(可視化)は、レンズによる高解像度結像に例えることができる。レンズの大きさ(開口)が大きいほど、遠くにあるものを高解像度で結像することができるのと同様に、アンテナの大きさ(開口)が大きいほど、遠くにあるものを高解像度でイメージングできる。しかし、実際には大きなアンテナを飛翔体に搭載できないので、飛翔体の移動とともに電波の発射と反射波の受信/記録を繰り返し(1秒間に数千回)、後でこの膨大な(時間遅れ)データを処理することにより高解像度のイメージングを行っている。すなわち、データ処理により、飛翔体が移動した距離分の大きさ(開口)のアンテナと等価なものが得られたことになるので、合成開口レーダーと呼ばれる。

飛翔体の移動方向(アジマス方向とも呼ばれる)の高い分解能は上記のようにして得られるが、移動方向に対して垂直な方向(レンジ方向と呼ばれる)の高い分解能は、パルス圧縮レーダーと同じ原理で得られる。

合成開口レーダーについては、以下を参照。

合成開口レーダーと間接計測技術
合成開口レーダー