ראדר לניווט בשטח לא בנוי - טכניון - קורס חישת מיקרוגלים -...

אור הירשפלד–סימנריון-ד "אביב תשע–מיקרוגליםחישת -טכניון מכון טכנולוגי לישראל

017005–טבעיות במערכות מיקרוגליםחישת במסגרת קורס סימנריון

נוימןיונתן . דר: מנחהאור הירשפלד: מגיש

:מסתמך על המאמר מדעי

Brooker, Graham, et al. "High‐resolution millimeter‐wave radar systems for visualization of unstructured outdoor environments." Journal of Field Robotics23.10 (2006): 891-912.


מוטיבציה במסגרת פרויקט סיום נדרשתי להציג פתרון לקטיף תפוחים

רובוטי לכן אצטרך להציג פתרון לניווט אוטונומי במטע ואיכון .תפוחים

ראשון יום2014יוני 15

2


נתוני המאמרשם המאמר :High‐resolution millimeter‐wave radar

systems for visualization of unstructured outdoor environments.

מחברים :Graham Brooker, Ross Hennessey,MarkBishop, Craig Lobsey,and Hugh Durrant-Whyte

פורסם :Journal of Field Robotics

מוסד :Australian Centre for Field Robotics

2006לאוגוסט 12: תאריך


3


תקציר מאמר אשר ביחד לטווחים שונים שונות המיועדות מערכות רדאר 3בוחן

.תמונה מלאה של השטח למטרות ניווטמייצרים

בין פתרון מיקרוגלים כנגד פתרונות חישת השטח השוואהערכו.יותר בתחום זהפופולרייםאשר בעיבוד תמונה וסריקת לייזר

במחקרים אחרים כל המערכות פותחו במסגרת-Australian Centre for Field Robotics.


4


התאמה למזג אוויר אדום -הנראה והתתיכולות חיישני בתחום(NIRS) בערפל נופלות

.עוצמת הארהבנוסף אינם יכולים לעבוד טוב בתחום רחב של . ואבק

לעומתם רדאריםמיקרוגליםבתחום

עובדים טוב גם תחתתנאי מזג אוויר

.ועוצמות תאורה שונות


5


FMCWשיטת התדר איפנוןשיטת(FM)

גל נושא בתחום תדרים ידועקיים

עליו מולבש אות הגורם לשינויים בתדר.

שידור רציף(CW )

סינסואידלישל אות פולסיםיצירת(.Chirp)עם תדר הולך ומתגבר


6

2

21

02cos ttfVt

tT

Bff 0


FMCWשיטת אותו אות המשודר נקלט שניות ספורות לאחר מכן.

אות חדש היוצרות התאבכויות מתערבב עם האות המשודר ויוצר(. Beat signal)בעל תדר משלו

בעזרת שינוי בתדר זה ניתן לחשב את הזמן שעבר הגל מאז.שידורו


7


חישוב מרחק–FMCWשיטת Tb– זמן מחזור לשידור ציוץ(chirp.)

C– (.'ש/'אלף מ300)מהירות האור

fb– תדר הגל המתאבך(Beat Frequency.)

Δf–טווח התדרים המשודר בציוץ.

R– (.הונח לינאריות ציוץ)מרחק למטרה

δR– (.רזולוציה)הפרדה


8

Transm

it

Rec

eive

PRFPRI

1

C

R

2

Bf0f

Bf 0

B

רוחב הסרט

Time

Frequency

Time

Beat Frequency

(IF signal)

Bf

T


סקירה-מערכת טווח רחוק IFMCW (interrupted FMCW )– הפרדה בין זמן קליטה

.פחות רועש אבל מוגבל לטווח, ושידור בעזרת מתג אלקטורני

אשר שומר על מצב מאוזן בעזרת גימבלהאנטנה מותקן על(.מיקום ואורינטצייה של הרכב)INS/GPSמכשיר

94גיגה הרץ

יוצר תמונה דו מימדית.

מ"ק3-מרחק של יותר מ.

מעלות0.29רוחב אלומה.

עבור' מ15הפרדה של.מ"ק3מרחק של


9


סקירה-מערכת טווח בינוני 77גיגה הרץ

שני צירים המזיזים מראה.

מטר500-מגיע למרחק של כ.

מגה הרץ600טווח תדרי ציוץ.

מטר250מטר במרחק 3.7הפרדה

(.סיבוב לשנייה)ד "סל60בעל קצב סיבוב עד

מעלות0.87רוחב אלומה של .

3דקות לבנות תמונה 10-ל0.5לוקח לביןD.

תוכנן במקור עבור הדמיית מכרות.


10


סקירה-קצר -מערכת טווח בינונישידרוג של המערכת המתוארת עבור טווח בינוני.

מימדית מהירה-הוסף ציר נוסף ליצירת תמונה תלת.

גיגה הרץ 1.6גיגה הרץ וטווח תדרי ציוץ של עד 94-עבודה ב(מגה הרץ600המקורי היה רק )

טווח התדרים ניתן לשינוי ובעזרתו.למרחק מסויםאופטימזציהלקבל

מעלות1.1רוחב אלומה של.


11


3D–קצר -בינונימערכת טווח


12


גורמים שיש להתחשב–יצירת מיפוי לכל חומר יש עוצמת החזרה שונה כתלות גם בשטח המטרה.

זווית הפגיעה ופיזור ההחזרה, גורמים נוספים הם חיספוס המשטח.

ניתן לעזר בקירטיריון ריילי בכדי להעריך את ההפרדה עבור חיספוס.

שיחים וקרקע, נערך מחקר בנושא זיהוי החזר של עצים.


13


תמונה תלת מימדית


14


זיהוי עלווה


15


זיהוי מרכז העץ


16


מיפוי עומק השוואה בין תמונת מצלמה

ם מאותה נקודה "לתמונת מכ.ואותו רוחב אלומה


17


.זיהוי תוואי שטח לניווט


18


.זיהוי תוואי שטח לניווט (.ים, בריכה, שלולית)החזר גבוה מקרקע מעיד על כך שזה מים...

החזריות קבועה מעיד על בתה או מדשאות.

כ מעיד על עץ או שיח גבוה אשר אינו מאפשר "החזריות משתנה בד.מעבר

חומה או קיר, החזריות גבוה העוקבת אחרי קו מסוים מסמן גדר.

ניתן להבחין בצל גדול המעיד על שורת עצים גבוהים או חומה.

אזורים עם החזריות קבועה נמוכה הם משטחים סלולים אמנם זהאך ניתן להבדיל . אגמים וימים, נהרות, יכול להיות גם תעלות

.י מאפייני שפה שונים"עבינהם

ניתן גם לעשות כיול עם נתוני מפות.


19


סיכום למיקרוגליםיתרון ביצירת מיפוי למרחקים גדולים יותר.

אזור שטוחמיפוי איכותי של יתרון משמעותית עבור.

זיהוי טוב של עלווה ועומקה.

חדירות טובה באבק וערפל.

יכול להוות גם כאמצעי ניווט משלים לזיהוי משטחים ועצמים.

ניתן לפתח יכולות טובות לזיהוי על סמך תופעות החזרי גלים.

מ"ק3המערכת לטווח רחוק יכולה לייצר תמונות איכותית עד.

2עבור שתי מערכות האחרות ניתן להגיע לתוצאות של מיפויdו-3dשל השטח בעזרת אלגוריתם.


20


מקורות נוספים PhD. Newman, Yonatan. "CW Radar." Microwave Sensing. Technion. Rabin, Haifa. 16 June 2014.

Class lecture.

"Advanced Solutions Nederland - Example: FMCW Radar Model." Advanced Solutions Nederland -Example: FMCW Radar Model. N.p., n.d. Web. 14 June 2014. <http://www.advsolned.com/example_fmcw.html>.

"Chirp." hebrew wikipedia. N.p., n.d. Web. 14 June 2014. <http://he.wikipedia.org/wiki/Chirp>.

"Frequency Modulation and High Resolution." AUSTRALIAN CENTRE FOR FIELD ROBOTICS. AUSTRALIAN CENTRE FOR FIELD ROBOTICS, n.d. Web. 14 June 2014. <http://www.acfr.usyd.edu.au/pdfs/training/sensorSystems/08Lec%20-%20High%20Range%20Resolution.pdf>.

"Gimbal." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 6 June 2014. Web. 14 June 2014. <http://en.wikipedia.org/wiki/Gimbal>.

"INS." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 21 May 2014. Web. 14 June 2014. <http://en.wikipedia.org/wiki/GPS/INS>.

"Inertial Navigation System." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 6 May 2014. Web. 14 June 2014. <http://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_Navigation_System>.


21

http://www.advsolned.com/example_fmcw.html

http://he.wikipedia.org/wiki/Chirp

http://www.acfr.usyd.edu.au/pdfs/training/sensorSystems/08Lec - High Range Resolution.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Gimbal

http://en.wikipedia.org/wiki/GPS/INS

http://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_Navigation_System

ראדר לניווט בשטח לא בנוי - טכניון - קורס חישת מיקרוגלים -...

Science

fmcw radar model

australian centre

fmcw fm

fmcw tb chirp

journal of field robotics23

wikimedia foundation

cw chirp

hebrew wikipedia