チャープマイクロ波変調近赤外レーザを用いた合成開口イメージングの研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26289126
• Research Institution: Fukuoka Institute of Technology
• Principal Investigator: 間瀬 淳 福岡工業大学, 付置研究所, 研究員 (00023325)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 近木 祐一郎 福岡工業大学, 工学部, 教授 (10398109) ; 伊藤 直樹 (伊藤直樹) 宇部工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (50604849)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 計測工学 / 光無線融合技術 / リモートセンシング / 可視化 / 防災

Outline of Annual Research Achievements

平成27年度の課題は、「マイクロ波変調レーザレーダシステムの構築」、「レーザイメージングおよび合成開口イメージングの実証」に分類される。下記研究実績で１が前者、２および３が後者に対応する。
１.レーザレーダ送受信光学系の最適化：送受信光学系にファイバコリメータを使用することがビームの大口径化および安定性向上に適していることが示された。また、反射波信号のSN比向上のためには、送受信分離バイスタティック方式の採用が不可欠である。本システムの光路には直径9ミクロンのシングルモードファイバを使用しており、送信・受信光軸が独立な場合、反射光の受信に厳密な光軸調整が要求される。測定対象の位置が固定の場合は調整が可能であるが、任意のレンジ方向に対する測定では調整困難となるため、安定かつ光軸調整の緩和された送受信光学系の確立が不可欠であった。解決策として、「ファイバコリメータにマルチモードファイバ(直径100～300ミクロン)を用いた後シングルモードファイバに変換する」および「ビームスプリッタにより、送受信光学系を分離するとともに、光軸もほぼ同軸になる設定を適用する」二方式を試みたところ、後者の方式で優れた結果が得られ、レンジ方向の位置にかかわらず光軸調整が不要となることを実証した。
２.反射波信号の解析と画像再構成：レーザの変調および反射波の評価にベクトルネットワークアナライザを使用し、透過(S21)測定からその振幅・位相信号を得ている。レーダ測定では、レンジ方向の空間分解 <1 cm であった。また、光学系の二次元掃引を行い、反射波の強度分布および位相分布から、被測定物体の三次元イメージング(空間分解 1-10mm)を実現した。
３.送受信光学系を駆動する慣性センサ付ジンバル制御マウントの設計製作を行った。本機器はレーザレーダをスポットライト方式合成開口レーダとして動作させるために使用する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

１．システムハードウェアの整備については、実機応用を目標にしているため、周辺の機械的振動に対し安定度が高く、レンジ方向のダイナミックレンジが大きい送受信光学系の確立が最重要課題の一つであった。ビームスプリッタを使用したバイスタティック方式の有用性検証は大きな成果の一つである。
２．マイクロ波変調近赤外レーザレーダ、および反射マイクロ波の位相信号解析を利用した画像処理ソフトウェアを組み合わせ、実験室内（距離 5-15 m）において物体の三次元イメージングの実現に成功した。
３．スポットライト方式合成開口イメージングに使用する慣性センサ付ジンバル制御システムの製作およびテストを実施した。

Strategy for Future Research Activity

平成28年度は、レーザイメージングのダイナミックレンジの改良およびフィールド試験に向けたシステム整備とその実現を研究目標としており、以下の手順で推進する。
１．レンジ方向の測定領域の拡張のため、画像解析ソフトの改良・開発を進める。これにより、距離 20-100 m の対象物体に対するイメージング測定を実施する。
２．非静止状態の測定対象あるいは、レーザレーダ本体が自動車やヘリコプター等に搭載されている場合においても測定可能とするため、高速繰り返し変調が可能な信号発生器の導入を進め、実機適用を図っていく。

Causes of Carryover

フィールド試験にも適用可能な、レンジ方向にダイナミックレンジの大きい解析に使用する画像処理ソフトの設計を平成28年2月から取りかかっているが、製作完了の時期が平成28年度にまたがったことに起因する。

Expenditure Plan for Carryover Budget

主として以下の経費への支出を計画している。
１．新規画像処理ソフトの設計・製作のための経費（謝金および消耗品）
２．平成28年度前期に予定されている国際会議への参加費、旅費等

Research Products

• [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学デービス校(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: カリフォルニア大学デービス校
• [Journal Article] Observation of electron temperature turbulence with correlation electron cyclotron emission radiometer on LHD (2016)
  • Author(s): Y. Kogi, T. Higashi, N. Tamura, H. Tsuchiya, D. Kuwahara, Y. Nagayama, A. Mase, K. Takehara, T. Tokuzawa
  • Journal Title: Journal of Instrumentation (JINST) Volume: 11 Pages: C01072/1-8
  • DOI: 10.1088/1748-0221/11/1/C01072
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Small, Single Band, Two Section Transformer for Real Load Impedances with Symmetry Property (2016)
  • Author(s): X. Wang, Z. Ma, I. Sakagami A. Mase, M. Yoshikawa
  • Journal Title: Electronics Letters Volume: 52 Pages: 0135/1-2
  • DOI: 10.1049/el.2016.0135
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Miniaturized Wilkinson Power Divider with Extra-Coupled Line Section for Compensation (2015)
  • Author(s): Xiaolong Wang, Zhewang Ma, Iwata Sakagami, Atsushi Mase, Masayuki Yoshikawa
  • Journal Title: Microwave and Optical Technology Letters Volume: 57 Pages: 1869-1873
  • DOI: 10.1002/mop.29216
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Novel Frequency-Multiplied Interferometer System with 1-D Horn-Antenna Mixer Array in the GAMMA 10/PDX End Divertor Module (2015)
  • Author(s): X. Wang, S. Kanno, J. Kohagura, M. Yoshikawa, Y. Shima, Y. Nakashima, M. Sakamoto, K. Oki, T. Imai, M. Ichimura, Y. Nagayama, D. Kuwahara, A. Mase
  • Journal Title: Transaction of Fusion Tecnology Volume: 68 Pages: 178-184
  • DOI: org/10.13182/FST14-877
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] マイクロ波反射計を用いた非接触・無拘束・着衣下での心拍変動解析の試み (2015)
  • Author(s): 丸山徹, 安田潮人, 間瀬淳
  • Journal Title: Japanese Journal of Electrocardiology Volume: 35 Pages: 133-142
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A narrow band-pass filter-type Wilkinson power divider for I-Q demodulator in microwave interferometer system (2015)
  • Author(s): X. Wang, M. Yoshikawa, J. Kohagura, Y. Shima, R. Ikezoe, M. Sakamoto, T. Imai, Y. Nakashima, Z. Ma, I. Sakagami, A. Mase
  • Journal Title: Journal of Instrumentation (JINST) Volume: 10 Pages: C11005/1-8
  • DOI: 10.1088/1748-0221/10/11/C11005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of microwave imaging interferometer system for divertor simulation experiments in GAMMA 10/PDX (2015)
  • Author(s): J. Kohagura, X. Wang, S. Kanno, M. Yoshikawa, D. Kuwahara, Y. Nagayama, Y. Shima, M. Chikatsu, M. Sakamoto, T. Imai, Y. Nakashima, A. Mase
  • Journal Title: Journal of Instrumentation (JINST) Volume: 10 Pages: C12024/1-8
  • DOI: 10.1088/1748-0221/10/12/C12024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of local oscillator integrated antenna array for microwave imaging diagnostics (2015)
  • Author(s): D. Kuwahara, N. Ito, Y. Nagayama, H. Tsuchiya, M. Yoshikawa, J. Kohagura, T. Yoshinaga, S. Yamaguchi, Y. Kogi, A. Mase, S. Shinohara
  • Journal Title: Journal of Instrumentation (JINST) Volume: 10 Pages: C12031/1-8
  • DOI: 10.1088/1748-0221/10/12/C12031
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Study of imaging radar using ultra-wideband microwave modulated infrared laser (2016)
  • Author(s): Atsushi Mase, Yuichiro Kogi, Hiroyuki Ikezi, Masaaki Inutake, Xiaolong Wang
  • Organizer: SPIE2016, Optical Engineering and Applications
  • Place of Presentation: San Diego Conventionj Center, San Diego, USA
  • Year and Date: 2016-08-28 – 2016-09-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Application of radar reflectometer to plasmas and other fields (2016)
  • Author(s): A. Mase, Y. Kogi, D. Kuwahara, Y. Nagayama, X. Wang, N. Ito, M. Inutake, H. Ikezi, T. Tokuzawa
  • Organizer: The 18th International Congress on Plasma Physics （ICPP2016)
  • Place of Presentation: Kaohsiung Exhibition Center, Kaohsiung, Taiwan
  • Year and Date: 2016-06-27 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Wilkinson Power Divider with Band-Pass Filter Response and Easy Structure (2015)
  • Author(s): X. Wang, Z. Ma, I. Sakagami, M. Yoshikawa, A. Mase
  • Organizer: Asia-Pacific Microwave Conference (APMC2015)
  • Place of Presentation: Nanjing, China
  • Year and Date: 2015-12-06 – 2015-12-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] LO内蔵型アンテナアレイを用いたGAMMA 10/PDXダイバータ模擬実験用マイクロイメージング干渉計の開発 (2015)
  • Author(s): 小波蔵純子, 菅野傑, 王小龍, 林ひかる, 吉川正志, 桑原大介, 伊藤直樹, 長山好夫, 嶋頼子, 坂本瑞樹, 中嶋洋輔, 間瀬淳
  • Organizer: 第32回プラズマ核融合学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋市）
  • Year and Date: 2015-11-24 – 2015-11-27
• [Presentation] GAMMA 10/PDXダイバータ模擬実験におけるガス入射時の電子線密度分布計測 (2015)
  • Author(s): 菅野傑, 小波蔵純子, 吉川正志, 王小龍, 林ひかる, 嶋頼子, 千勝雅之, 坂本瑞樹, 中嶋洋輔, 今井剛, 市村真, 桑原大介, 長山好夫, 間瀬淳
  • Organizer: 第32回プラズマ核融合学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋市）
  • Year and Date: 2015-11-24 – 2015-11-27
• [Presentation] マイクロ波UHR散乱を用いた電子ジャイロスケール密度揺動の波数及びその空間分布計測法の提案と実証 (2015)
  • Author(s): 桑波田晃弘, 河森栄一郎, 伊神弘恵, 井通暁, 小野靖, 間瀬淳, 徳沢季彦, 東京大学UTSTグループ
  • Organizer: 第32回プラズマ核融合学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋市）
  • Year and Date: 2015-11-24 – 2015-11-27
• [Presentation] マイクロ波変調近赤外レーザを用いた合成開口イメージングの研究 (2015)
  • Author(s): 間瀬淳, 近木祐一郎, 池地弘行, 犬竹正明, 伊藤直樹, 福島克, 王小龍
  • Organizer: 第68回電気関係学会九州支部連合大会
  • Place of Presentation: 福岡大学(福岡市）
  • Year and Date: 2015-09-26 – 2015-09-27
• [Book] ドライバ状態の検出、推定技術と自動運転、運転支援システムへの応用 (2016)
  • Author(s): 林光緒、小栗宏次、八名和夫、間瀬淳、大須賀美恵子、横山清子、小峰秀彦、金子成彦、藤田悦則、中田透、新井義和、曽我正和、小林康秀、横谷靖、平田輝満、屋井鉄雄、河合辰夫、荒川俊也、鈴木桂輔、高田一、他32名
  • Total Pages: 450
  • Publisher: 技術情報協会