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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Human motion detection and estimation by using Millimeter-wave motion sensing MIMO radar

Research Project

Project/Area Number 17H03261
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

山田 寛喜  新潟大学, 自然科学系, 教授 (20251788)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 村松 正吾  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (30295472)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
KeywordsMIMOレーダ / ミリ波レーダ / モーションセンシング / スパース信号処理 / イメージングレーダ / マイクロドップラ
Outline of Annual Research Achievements

本研究テーマは,ミリ波電波レーダによる人物等のモーション・センシングの実現を目指し,位置や動きの検出のみならず,動作の同定を通して,生活をより豊かにし,安全を確保するライフサポートシステムとして実用に資するセンサを開発することを目指している.その実現のため,本研究では,ミリ波帯で安定した性能を発揮するMIMOレーダを開発し,さらに人物の動きとドップラ周波数変動の分布を様々な観点から評価し,モーションセンサとしての特性を明らかにする.このようなセンサの実現は,ミリ波帯の利用促進に加え,カメラ等の既存センサの不得意領域を補完するものであり,センサフィージョンによるより豊かな生活環境実現のための要素技術の一つとして重要なものである.
平成29年度は,ハードウェアの点では,本研究の根幹をなす2送信4受信のミリ波MIMOレーダの製作を完了した.本研究では,仮想アレー化による高分解能化が一つのカギであるが,Khatri-Rao仮想アレー化技術が空間アレーのみならず,周波数データに対して有効であることを明らかにした.また空間アレーにおいては送信2素子,受信が4-8素子時における最適アレー配置問題を解き,既存の配置以上に有効な配置が存在することを示した.これらの検討成果がアレーの設計に生かされている.また,信号処理手法においては,折り返しひずみを有するドップラ周波数推定アルゴリズムを開発した.これは見かけ上のドップラ周波数およびビート周波数(位置)を用いたドップラ周波数の折り返し回数を推定するものであり,仕様を上回る速度を有するターゲットが存在した場合であっても,この補正を可能とするののである.複素レーダ画像処理においては,複素スパース信号処理による特徴量の抽出手法の手始めとして,特徴量をもとにした雑音除去アルゴリズムを開発した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通りMIMOレーダの試作,折り返しひずみを有するドップラ周波数推定手法の開発,KR仮想アレー手法の理論的最適化を終えている.また複素レーダ画像の処理においても,ターゲットの特徴量をもとにした雑音除去(SNR)アルゴリズムを開発し,次年度以降のターゲットの特徴量抽出の準備が整っている.なお,当初MIMOレーダ方式としては同時送信するSlow-time MIMO方式とすることを予定していたが,その後の折り返しひずみを有するドップラ周波数推定手法の検討により,各送信チャネルのドップラ応答が干渉するSlot-time MIMOより,まったく干渉しない時分割方式MIMOの方が,受信後の処理により,正しく補正しやすいことが明らかとなったため,ハードウェアは時分割MIMO方式のレーダとした.なお,ハードウェア自体はSlow-time MIMOとしての動作も可能となるよう設定している.この点のみが当初の計画から変更されているが,レーダ自体の分解能などの劣化は無く,むしろ当初予定していた方式よりも,より柔軟に幅広い動きを有するターゲットの対応可能なものとなっている.この点は,以降の実証実験等で確認したい.

Strategy for Future Research Activity

昨年度試作を終えたレーダのキャリブレーションを含めた,基本動作チェックののち,まずは,昨年度明らかにしたKR仮想アレーの周波数データへの有効性,最適アレー配置に関する実験を行い,KR仮想アレー技術の基本特性を実験により実証する.同時に,昨年度考案したドップラ周波数において折り返しが生じる高速ターゲットの折り返し数推定実験を行い,その分解能特性を明らかにし,さらにMIMOアレーに用いた際の適用手順などをレーダ信号処理の観点から最適化する.
以上の検証実験後,今年度は比較的狭い観測領域である屋内(大学実験室内)の人物の動き,およびやや広い観測領域である交差点周辺のターゲット(人物,自転車,自動車)を想定した実験を多数行い,実験データを収集し,データベース化を行う.
スパース解析においては,これらのデータベース画像をもとに,各ターゲットがどのような特徴量を有しているかの解析を進める.なお,特徴量の解析においては単なる二次元画像(距離と方位)のみならず,ドップラ(速度)を含めた多次元データへ拡張し,レーダで検出できるターゲットの固有情報の活用を進める.

  • Research Products

    (11 results)

All 2018 2017

All Journal Article (5 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] 複素非分離冗長重複変換を用いた超解像の検討2018

    • Author(s)
      長山知司,村松正吾,山田寛喜
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: vol. 117, no. 516 Pages: 297-298

  • [Journal Article] 複素非分離冗長重複変換を用いたレーダ画像ノイズ除去の検討2017

    • Author(s)
      長山知司,村松正吾,山田寛喜,杉山裕一
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: vol. 116, no. 476 Pages: 87-91

  • [Journal Article] Khatri-Rao積仮想アレー処理を用いたMIMOレーダによる距離および角度分解能向上に関する検討2017

    • Author(s)
      小西順平,大橋 卓,山田寛喜,丸山貴司,平本美智代,山口芳雄
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: vol. 117, no. 31 Pages: 37-42

  • [Journal Article] 繰り返し縮退に基づく複素非分離冗長重複変換を利用したレーダ画像ノイズ除去手法の提案2017

    • Author(s)
      長山知司,村松正吾,山田寛喜,杉山裕一
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: vol. 117, no. 98 Pages: 7-12

  • [Journal Article] 交互送信MIMOレーダによる移動物体の角度推定誤差に関する理論的検討2017

    • Author(s)
      大橋 卓,山田寛喜,山口芳雄
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: vol. 117, no. 109 Pages: 77-82

  • [Presentation] Resolution Enhancement for MIMO Radar by Using Khatri-Rao Product Virtual Array Processing2017

    • Author(s)
      小西順平,大橋卓,山田寛喜,平本美千代,山口芳雄
    • Organizer
      2017 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Khatri-Rao積麻生アレー処理を適用したMIMOレーダにおける最適素子配置に関する基礎検討2017

    • Author(s)
      小西順平,山田寛喜,山口芳雄,平本美智代
    • Organizer
      2017年電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • [Presentation] 時間領域においてKhatri-Rao積仮想アレー処理適用時に生じる歪みの抑圧手法に関する検討2017

    • Author(s)
      小西順平,山田寛喜,山口芳雄
    • Organizer
      2017年電子情報通信学会信越支部大会
  • [Presentation] 交互送信MIMOレーダによる移動ターゲットのDOA推定に関する検討2017

    • Author(s)
      大橋卓,山田寛喜,山口芳雄
    • Organizer
      2017年電子情報通信学会信越支部大会
  • [Presentation] Complex Nonseparable Oversampled Lapped Transform for Sparse Representation of Millimeter Wave Radar Image2017

    • Author(s)
      長山知司,村松正吾,山田寛喜,杉山裕一
    • Organizer
      2017 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP 2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Millimeter Wave Radar Image Denoising with Complex Nonseparable Oversampled Lapped Transform2017

    • Author(s)
      長山知司,村松正吾,山田寛喜,杉山裕一
    • Organizer
      2017 Asia-Pasific Signal Information Processing Assosiation Annual Summit and Conference (APSIPA ASC 2017)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-12-17  

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