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Radar Systems

動いて理解するレーダー

「電波を出して、跳ね返りを聴く」——それだけの原理から、車のバンパーの裏で動く 77 GHz FMCW レーダーの設計まで、一本道でつなぎます。数式は導出を省略せず、必ず日本語の直感を添えました。パルスと圧縮で「分解能は帯域が決める」を導き、ドップラーで「速度は位相の回転」を掴み、FMCW の 2 次元 FFT・角度推定・CFAR・追尾——現代のミリ波レーダーの中身をすべて開けます。終章では要求仕様からチャープパラメータへ降ろす設計手順を実演します。全 18 章に触って動かせるデモ(LIVE・計 18 点)と SVG 図版 85 点。

第 I 部 — 原理

電波が往復するということ。R⁴ の壁と「見かけの断面積」。

CH 01レーダーの原理R = cτ/2。距離・速度・角度・強さの 4 つの測定量。▶ LIVE CH 02電波の基礎λ = c/f、バンド名、dB・dBm・dBi。なぜ 77 GHz なのか。▶ LIVE CH 03レーダー方程式5 歩の導出。距離 2 倍で −12 dB、電力 2 倍で距離 1.19 倍。▶ LIVE CH 04RCS人は 1 m²、車はその 100 倍。向きでギザギザに揺れる量。▶ LIVE

第 II 部 — 距離と速度

波形の設計。「分解能は帯域、エネルギーは時間」に全部が帰着します。

CH 05パルスレーダーΔR = cτ/2 と Rua = c/2PRF。分解能と曖昧さの原型。▶ LIVE CH 06パルス圧縮整合フィルタと TB 積。ΔR = c/2B——シリーズ最重要式。▶ LIVE CH 07ドップラーf_d = 2v/λ を 2 通りで導出。速度はパルス間の位相回転。▶ LIVE CH 08CW・FMCWビート f_b = 2RS/c。ADC が数十 MHz で済む理由。▶ LIVE CH 09FMCW 信号処理2 次元 FFT で距離-速度マップ。性能は 4 つの式で決まる。▶ LIVE

第 III 部 — 空間

どの方向から来たか。位相差・開口・MIMO——同じ数学の 3 つの顔。

CH 10角度を測るΔφ = 2πd·sinθ/λ。第 3 の FFT と MIMO 仮想アレイ。▶ LIVE CH 11アンテナとビームθ ≈ λ/D。フェーズドアレイ、グレーティングローブ、テーパ。▶ LIVE

第 IV 部 — 受信と検出

雑音との戦い。−174 dBm/Hz の床から、点を軌跡に変えるところまで。

CH 12受信機と雑音kTB・雑音指数・80 dB のダイナミックレンジ・位相雑音。▶ LIVE CH 13検出と CFAR固定しきい値は破綻する。周囲から作る α = N(Pfa^(−1/N)−1)。▶ LIVE CH 14クラッタと干渉MTI は 1 次差分ハイパス。ブラインドスピードとレーダー間干渉。▶ LIVE CH 15追尾α-β フィルタとカルマン。追尾の失敗は対応付けで起きる。▶ LIVE

第 V 部 — 実装と応用

理論がバンパーの裏の 1 枚の基板に詰まるまで。そして気象・衛星・呼吸へ。

CH 16車載ミリ波レーダー76〜81 GHz の必然。1 チップ SoC とイメージングレーダー。▶ LIVE CH 17いろいろなレーダー気象 dBZ・SAR・地中・在室検知。位相はミクロン級変位計。▶ LIVE CH 18システム設計要求仕様 → B, T_c, N, S。衝突のどこで妥協するかの決断。▶ LIVE

目的別の近道

車載レーダーを理解したい01 → 07 → 08 → 09 → 10 → 16
FMCW の設計をしたい06 → 08 → 09 → 12 → 18
信号処理だけ追いたい06 → 07 → 09 → 13 → 15
古典レーダー(パルス)を学びたい03 → 05 → 06 → 13 → 14
センシング応用に興味がある01 → 07 → 09 → 17
ぜんぶ01 → 18(推奨)