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ミリ波レーダーの特徴とは？具体的な活用事例について解説
自動車や土木・建設など、近年様々な産業でミリ波レーダーが活用されています。ミリ波レーダーを適切に活用するためには、仕組みや特徴をしっかり把握しておくことが大切です。
この記事では、ミリ波レーダーの仕組みや特徴と共に、具体的な活用事例についても解説します。加えて、弊社ミリ波レーダーについての紹介もありますので、製品を検討中の方はぜひ最後までご覧ください。
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目次
ミリ波レーダーとは
ミリ波レーダーで使われる『ミリ波』とは、30GHzから300GHzまでの周波数を指しています。最新のスマートフォンなどの通信で用いられる『5G技術』にも、このミリ波が使われており、高速通信にも利用できる電波です。
波長の短い電波の特性を活かしたミリ波レーダーは、『対象物までの距離や水平角度などの位置情報、相対速度を高精度に検知可能なレーダー』と定義できます。
仕組み・構造
続いて、ミリ波レーダーで距離を検出する仕組み・構造について解説します。まず、ミリ波の信号をシンセサイザーという装置で生成し、電波をTXアンテナから送信します。その後、対象物に反射して戻ってきたミリ波を、RXアンテナで受信。送受信で得られた情報をIF信号へ変換してDSPで計算処理を行うことで、対象物との距離を算出するという仕組みです。
また角度の検出では、最低2つのRXアンテナを使います。2つのアンテナの信号受信の距離差から位相差を計算し、角度を導き出すという仕組みです。
周波数帯
ミリ波レーダーの周波数帯（Hz）には、使用領域ごとにそれぞれ決まりがあります。ミリ波レーダーで利用可能な周波数帯は、主に下記の3つです。
・24GHz帯
・77GHz帯
・79GHz帯
24GHz帯は、医療や科学、産業に対して、国際的に割り当てられた帯域です。帯域幅が250MHzであるため、24.0GHz～24.25GHzが該当し、この帯域をナローバンド（NB）とも呼びます。また、近距離かつ広範囲の検知ができる特徴があるため、フォークリフトの周囲接近検知などに利用されています。
もともと24GHz帯では、広帯域幅であるウルトラワイドバンド（UWB）「5GHz」の帯域幅使用が認可されていましたが、アメリカ・ヨーロッパでは2022年1月1日以降、日本では2016年1月1日以降から複数の規格が原因で禁止されています。
一方で、77GHz帯は輸送機器の長距離レーダーアプリやドローン、無線操縦ヘリの衝突防止機能に活用されるなど、遠距離検知が可能な周波数帯です。79GHz帯は、複数の物体の認識ができ、かつその距離を数値化して表示できるため、バックホウや高所作業車などの建設車両の衝突防止などに利用されています。
他のセンサとの違い
情報を得るための検出機器は、ミリ波レーダーの他に赤外線センサなどが挙げられます。以下の表でそれぞれの特徴を確認しましょう。
ミリ波レーダーは、速度検出や角度検出、距離検出などが可能です。また主な用途として、工事用車両の接近検知やヘリコプター搭載レーダーなど、幅広い産業に活用されていることがわかります。
一方、赤外線センサは、受動型と能動型の2種類があり、能動型の赤外線センサであれば距離検出が可能となっています。また、主な用途からもわかるように、リモコンや電灯など人々の日常生活に役立てられているセンサです。
ミリ波レーダーの特徴
ミリ波レーダーには、主に以下のような3つの特徴があります。
・高性能検知が可能
・天候や光の影響を受けない
・汎用性が高い
ミリ波レーダーは、その波長の短さから高性能検知が可能で、他のセンサと比較して天候や光の影響を受けないという特徴があります。また、回路設計などを小型化しやすい構造のため、汎用性にも優れています。
以下の項目で、それぞれの特徴や利点を詳しく確認していきましょう。
高性能検知が可能
ミリ波レーダーは、波長が短いという特性を活かし、高い精度で対象物の検知が可能です。理論上は、最小3.7mmの物体も検出できるとされる高い分解能を備えている上、長い距離での検出も可能である点もミリ波レーダーのメリットと言えます。長距離かつ高可用性の検知が可能であれば、自動車の車載監視レーダーなど高い精度が求められる技術にも活用可能です。
天候や光の影響を受けない
ミリ波レーダーで用いるのは直進性の高い電波であるため、他の赤外線センサなどと比べて天候や光の影響を受けないという特徴があります。そのため、他のセンサでは検出が難しいシーンでも、ミリ波レーダーを使うことで精度の高い検出が可能になる点がメリットです。例えば、雨や雪といった天候変化や夜間などの照度変化が頻繁に起こる条件下であっても、対象物を検知できます。
汎用性が高い
ミリ波レーダーは、波長の短い電波を使っているため、回路やアンテナ設計を小型化できます。回路設計などが小型になることで、製品へ組み込む際に省スペース化を実現できる点は、大きなメリットです。これまで高精度のレーダー搭載が難しかったような製品へも活用できるため、ミリ波レーダーの汎用性は極めて高いと言えるでしょう。
ミリ波レーダーの弱点
ミリ波レーダーは、高性能検知が可能などの強みがある一方、弱点（デメリット）もあります。主な弱点として、以下3つの項目が挙げられます。
・電波に対する反射率の低いものは検知しづらい
・近距離の対象物を検知しづらい
・小さな物体を検知しづらい
ミリ波レーダーは、段ボールなどの反射率の低い対象物を検知しづらいという特徴があります。また、遠距離の検知が得意な一方で、近距離の対象物を検知しづらいのもミリ波レーダーの弱点です。小さな物体の検知も、あまり得意ではないため、本来のポテンシャルを最大限活かせるように、用途を考慮する必要があります。
主な使用用途・活用例
ミリ波レーダーが実際に活用されているのは、主に以下の3つです。
・自動車の自動運転への活用
・ドローンへの活用
・産業機械や産業車両などへの活用
それでは、以下の項目でそれぞれの活用例について詳しく解説します。
自動車の自動運転への活用
ミリ波レーダーは、自動車メーカーの自動運転技術に活用されています。周波数帯に応じて使用する用途が分けられており、長距離の対象物検知には77GHz周波数帯のミリ波レーダーが車載され、自動車の周辺監視には、24GHz周波数帯のミリ波レーダーが車載されています。悪天候や光の影響を受けづらい耐環境性に優れたミリ波レーダーを用いることで、より高い精度で自動運転を実現できるメリットがあります。
ドローンへの活用
ミリ波レーダーは、空撮や荷物輸送を行うドローンにも活用されています。ドローンにミリ波レーダーを搭載することで、周囲の対象物との距離や角度、さらに速度の検出を高い精度で行えます。使用例として、ドローンが空中飛行中に電線などの障害物がある場合、的確な回避行動を取れるのです。また、軽量なミリ波レーダーを搭載することで、ドローンの小型化にも寄与しています。
産業機械や産業車両などへの活用
産業機械や産業車両へも、ミリ波レーダーは活用されています。工事用車両や重機にミリ波レーダーを搭載することで、衝突防止アラームや入出庫警報システムなどに活かせます。天候や光などの条件で検出が左右されにくいため、屋外でも優れた精度を発揮してくれるのです。例えば、これまで人手が必要だったような作業もミリ波レーダーを活用することで、人的コスト削減や安全性の向上が見込めるでしょう。
AKTのミリ波レーダーユニットがおすすめ！
ミリ波レーダーを活用するのであれば、AKTのミリ波レーダーユニットがおすすめです。主な特徴は以下の3つです。
・用途に応じて、ユニットの仕様を選べる
・耐久性に優れ、天候や光の影響を受けない
・上位システムと組み合わせることで、多くのシーンに応用できる
まず、AKTのミリ波レーダーユニットは、使用する目的に応じて最適な仕様のユニットを選ぶことができます。例えば、重機後進時の衝突防止アラームなどに使用するのであれば、79GHzの周波数である『OSA-79G-AL』が適しています。また、港湾クレーン間の衝突防止などに使う場合は、24GHz周波数の『OSA-DH-BC6』が適しています。このように、複数の仕様から最適なユニットを選択できるのです。
可動部がないことにより耐久性に優れ、雨や霧、暗闇などの悪条件下でも対象物を検知できるため、建設や土木現場など環境の影響を受けやすい場所での活用ができます。さらに、検出距離やレーダー角などを考慮した上で上位システムと組み合わせれば、自社の課題解決に即した使い方ができるのです。
気になる詳細は、ぜひ以下の製品ページよりご覧ください。
AKTのミリ波レーダーユニット 事例紹介
弊社が提供するミリ波レーダーユニットの活用事例として、大成建設様と共同開発した『T-iROBO® Bulldozer』の動画を公開しました。ミリ波レーダー選定の理由やAKTの印象について、大成建設様にインタビューさせて頂きました。是非ご覧ください。
Youtube リンク
https://youtu.be/739B2USSGms
まとめ
ミリ波レーダーは、波長が短い特性を活かすことで、対象物までの距離や相対速度などの検知ができます。また、「高性能検知が可能」「汎用性が高い」などの特徴があるため、自動車や産業機械など様々な分野でも活用されています。
AKTのミリ波レーダーユニットなら、工事車両や作業船、港湾クレーンなど、様々な産業車両・機械への応用が可能です。これまで以上の安全性の確保を実現するためにも、ぜひ導入を検討してみてはいかがでしょうか。
