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Electronic Navigation Research Institute2015年6月 平成27年度 電子航法研究所研究発表会 （2015年6月4日） 於 電子航法研究所

光ファイバ接続型ミリ波レーダによる異物探知技術
監視通信領域
二ッ森 俊一
森岡 和行
岡田 国雄

河村 暁子

米本 成人

2015/06/04

発表内容
研究背景と目的Ø

滑走路監視システムの必要性と検出システムの概要

光ファイバ接続型分散レーダシステム
Ø

空港面におけるRadio-over-fiber（RoF）伝送特性Ø

光ファイバ接続型ミリ波レーダシステム

Ø

仙台空港レーダ探知実験

まとめと今後の予定

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研究背景
チタン製金属板（42 cm x 3 cm）→3分前に離陸した航空機より脱落→金属板が燃料タンクに穴- コンコルドの事故仏、ル・モンド紙より異物（FOD、Foreign object debris）を早期に発見できるシステムへの要望高
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日本の繁忙空港• 羽田(主として国内線)、成田（主として国際線）両空港
では日本の全旅客数の60 %が利用
• 両空港とも、1日2回の定時点検を実施 (通常、運用前と運用中のどこか)• その他、バードストライク等により、年間百回以上の臨時点検→実効的な空港運用時間の減少
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FOD検出システムの国際動向• 英国、シンガポール、イスラエル製をはじめとする、評価運用機器の登場• 使用するセンサーにより、得手・不得手がある。
• 多様なニーズへの対応、導入後の運用方法の策定の必要性→EUROCAE等で最低性能基準を検討中（最終段階）
本研究の目的空港運用者のニーズに合わせた滑走路監視システムの開発・評価
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新しい滑走路監視システム滑走路上の小異物を検出するセンサシステム
ØØ

直径3 cm程度の小さな金属片を高分解能で検出
24時間365日、全天候で運用し、設置、性能用件に制約多い

Radio-over-fiber（RoF）
技術に基づく構成
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光ファイバ接続型ミリ波レーダシステム
RoF（Tx）
路面装置
RoF（Rx）

光切替器

RoF（Tx）

信号源

制御器

路面装置
RoF（Rx）
RoF（Tx）

光切替器

受信器

路面装置
RoF（Rx）

表示器

RoF（Tx）
路面装置

中央装置
RoF（Rx）
RoF（Tx）

路面装置
RoF（Rx）

高価な中央装置の数を減らして低コスト化
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仙台空港におけるRoF伝送特性
空港環境における光ファイバ無線伝送特性評価
100 m

Runway B

Runway shelter BOpticalfiber

Facility building(Radar signal generation unit)

レーダ信号源から滑走路脇シェルタまでの距離は2,950 m
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RoF伝送特性測定結果
E/O変換器およびO/E変換器を含めた|S21|特性-40
Through
Optical fiber pair

|S21| (dB)

-45
-50
8 GHz

-55
-60
-65
-70

05

101520 Frequency (GHz)

光ファイバによる損失は8 GHz帯において約10 dB
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路面装置アンテナ局の概観概要
ØØ

最大送信電力400 mWの高出力型アンテナ局
送信帯域幅8 GHzの広帯域アンテナ局
2軸走査パラボラアンテナ

試験用ミリ波レーダ仕様（高出力型アンテナ局）
周波数：95.5〜96.5 GHz
信号帯域幅：1 GHz
出力： 26 dBm
アンテナ利得： 42 dBi※広帯域アンテナ局は信号帯域幅
8 GHz帯で出力17 dBm

要素技術検討用に2種の異なる路面側装置アンテナ局を試作
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レーダシステム概観

アンテナ
路面装置アンテナ局

中央装置
FMCW信号発生器（任意信号発生器）

光2逓倍器
光増幅器
受信信号伝送用光ファイバ（イーサネット）
送信信号伝送用光ファイバ（RoF）

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レーダシステムブロック図
光ファイバ接続型ミリ波レーダシステム
W-bandSignal

Runway unit

Central unit

Antenna unit No. 1

FFT, integration,
CFAR
Signalprocessing

A/D
Filters, amplifiersMultipliers, filters,
amplifiers
P.A.

x3

Receiving signal(DigitizedOptical signal)
Transmission signal(Radio-over-fiber)

O/E

Antenna unit No. 2 …. No . n

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Control

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Electronic Navigation Research InstituteDisplay

E/O etc. (Signalgeneration)
FMCW
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高速FMCW信号生成
FMCW送信信号生成系
Ø

光搬送波抑圧変調方式を用いて光長距離伝送を実現
Central unit

Antenna unit
95.5 – 96.5
GHz

31.8 - 32.2
GHz

P.A.

O/E

EFDA

Multipliers, filters,
amplifiersRadioOptical-over Optical-fiber amplifier multiplier(doubler)

To radarcircuitsx3

15.9 - 16.1
GHzTransmissionsignalE/O

3.98 4.03 GHz
x4FMCW
sourceArbitrary waveform generator
Agilent technologies
M8190A

中央装置で光逓倍器および光増幅器を用い、アンテナ装置を簡略化
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仙台空港レーダ探知実験
FPGAを用いたレーダ高速信号処理技術
ØØ

FFTを毎秒最大10,000回行い、毎秒2回のリアルタイムPPIスコープを描画
2から65,536まで回数を変化可能なノンコヒーレント積分回路を実装

5m
CFAR（Constant False
Alarm Rate） によるしきい値判定演算処理を実装 5 m

レーダ反射器：
三角コーナリフレクタ
30 dBsm@96 GHz
指向性±45度
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レーダ反射器×5箇所（設置高: 1.2 m）

ビーム走査方向5m
ミリ波レーダ（設置高:1.2 m）
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信号処理有効性の確認
信号処理なしノンコヒーレント積分：
なし
CFAR：
なし

レーダ反射器

レーダ位置

信号処理ありノンコヒーレント積分：
32回
CFAR：あり（Log CA CFAR）

レーダ反射器

レーダ位置

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まとめと今後の予定
まとめØ

光ファイバ接続型ミリ波レーダによる異物探知技術

光ファイバ接続型ミリ波レーダについて、空港面RoF伝送特性を評価し、異物探知応用に適した構成でレーダシステムを試作
要素技術検討のため、送信電力400 mWの高出力型アンテナ局および送信帯域幅8 GHzの広帯域アンテナ局を構築構築した試作ミリ波レーダシステムを用い、高速FPGA信号処理回路を適用することで、探知試験において対象物明確化を実現

今後の予定
ØØ

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探知目標達成のため、レーダ要素回路の改善
レーダとカメラを組み合わせた異物探知システムの検討
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仙台空港レーダ探知試験（提供：日立製作所）

Ａ

路面装置

路面装置１

路面装置２

試験装置配置（ﾚｰﾀﾞ2台による検知）※ タバコは大きさの目安を示す

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謝辞Ø

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本研究の一部は，総務省からの受託研究「90 GHzリニアセルによる高精度イメージング技術の研究開発」により実施された。

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