2019 Fiscal Year Research-status Report
Research and Development of Beam Forming Microwave Sensor for Non-Contact Sleeping Condition Measurement in Multi-Spot
| Project/Area Number |
19K14998
|
|---|
| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
|---|
Principal Investigator |
井上 敏之 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (90757709)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | マイクロ波センサ / 生体センシング / 非接触計測 / FPGA |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今後ますます加速する少子高齢社会において，睡眠状態の可視化が重要視されている．心拍・呼吸情報を非接触で検出可能な電波（マイクロ波・ミリ波）センサは，検出範囲が狭く固定されているため，保育・介護現場等で複数人に対して計測を行うことが困難である．本研究では，アンテナの指向性を制御することを可能とするビームフォーミング電波センサによる高感度睡眠計測システムを開発することにより，従来困難だった電波照射領域の動的空間制御を実現し，それにより複数人の生体情報の高感度検出を目指している．
ビームフォーミング電波センサ回路の設計を行った．ビームフォーミング回路は，電圧制御発振器（VCO），移相器，IQミキサで構成されるが，本年度はそれらのうちVCO，移相器の設計検討を行った．本研究ではリング型VCO構成を採用し，リングを構成する複数の差動増幅回路の各出力対から位相選択器により2つの出力対を選択することにより，異なる位相差を生成することができる移相器を設計した．65-nm CMOSプロセスにより試作を行い，24GHz帯での基本動作が確認できた．
電波センサを用いて測定対象の位置推定を行うために，電子的方式であるビームフォーミングへの前段階として，機械的方式であるサーボモータを用いた電波センサの回転制御により，測定対象の位置推定を行うシステムを構築した．電波センサを一定速度で回転させ照射エリアを掃引することにより，広範囲の検出を可能とし，掃引中のセンサ出力強度の変化をモニタリングすることにより，電波センサと測定対象が正対するような回転角度を決定できるようにした．このシステムにより，空間中の任意の位置に存在する測定対象を検出可能となり，検出後に心拍・呼吸情報の抽出が可能となった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実施初年度において，本研究課題のコア技術にあたるビームフォーミング回路技術の検討が順調に行われており，特に重要部分であるVCO，移相器の実機（試作回路）での動作検証が完了している。また，ビームフォーミング機能実装に向けた，サーボモータを用いた機械的方式によるビーム照射位置制御の基本動作が確認できた．
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究の完成に向けて，まず，ビームフォーミング回路全体の設計および試作・評価を行っていきたいと考えている．高精度なビームフォーミング実現に向けて，移相量バリエーションの増加，IQミキサにおける直交度の向上，高出力化と消費電力量削減のための検討を行っていく．また，ビームフォーミングの二次元化に向けて，回路規模増大という問題点に対する解決方法の検討を行う．さらに，機械的方式による検証を継続し，測定対象が移動した場合の追従機能や，複数対象時の時間分割による複数一括モニタリング手法の実現方法の検討を行う．
|
| Causes of Carryover |
当初の研究計画では，シリコンソーシアム社製のビームフォーミング回路を購入（外注）予定であったが，仕様の決定にやや時間がかかったこと，外注の条件が整野わなかったことにより，慎重を期した予算執行のために，当該年度での使用を見送ることとした．研究遂行のためには次年度に必要不可欠な経費であると考えている．
|
