ミリ波レーダーとは？

パルス方式は送信した電波が“何か”に反射して帰ってくるまでの時間で、“何か”までの距離を測る方式です。電波を送信した後は停波し、反射波の受信を待ちます。やまびこに似ています。やまびこが声であるのに対し、レーダーは電波です。

ドップラー方式は、動いている“何か”の速度が測れる方式です。CW方式とも言います。送信した電波の周波数は、動いている“何か”に反射すると、その速度に比例して周波数が増減します。これは救急車が通り過ぎる時のドップラー効果と似ています。RF信号とIF信号の説明の図がドップラー方式の図です。送信周波数は一定です。動いている“何か”に反射して周波数が変化した受信波から、ミキサによって送信波の周波数を引くことで、変化した周波数だけがIF信号に現れますので、この周波数により“何か”の速度が測れます。ドップラー方式では人の呼吸といった微量の動きも測ることができる反面、“何か”までの距離を測ることはできません。

FMCW方式は、送信する周波数を変化させながら、“何か”に反射して帰ってきた受信波の周波数から、“何か”の距離と速度を測る方式です。送信周波数を常に変化させているので、受信波の周波数が判れば、それが何秒前に送信した周波数であるのかが判りますので、そこから距離を測 ることができます。ここで送信する周波数を一定の値で増加させていた場合、受信波の周波数から、受信したときの送信波の周波数を引くことで、反射して帰ってくるまでの送信周波数の変化量が判り、この変化量から距離を測ることができます。この変化量をビート周波数と呼びます。

ところがドップラー方式の説明にあるように、“何か”が動いている場合、その速度によっても受信周波数が変化しますので、実際のビート周波数は“何か”の距離だけではなく、速度も影響していることになります。これを解決するためには、送信する周波数を増加させながら測定したビート周波数と、減少させながら測定したビート周波数の両方を解析することで、距離と速度を求めることができます。これは2次方程式を解くためには式が2つあればよいのと同じです。

一方で、“何か”の速度がビート周波数に与える影響は速度に比例するのに対し、距離がビート周波数に与える影響は送信周波数の増加速度です。送信周波数の増加速度を速くすることで、“何か”の速度がビート周波数に与える影響を小さくする方法もあり、ファーストチャープと呼ばれています。