３次元位置･速度ベクトル計測システム
空中に超音波を照射して，物体からの反射波から物体の三次元的な位置と，物体の移動速度ベクトルを計測するシステムです。コウモリのように位置と速度が同時に計測できます。考案した１ビット信号処理システムにより，FPGAを用いたリアルタイム処理を可能にしています。
送波器と受波器／送波信号
広周波数帯域の１台の高音用スピーカーより音波を照射し，４つの超音波用マイクロホンで反射音を受波するエコーロケーションシステムです。
音源にはパルク圧縮したチャープ波を使います。アップチャープとダウンチャープを一組として送波します。物体の移動によるドップラー効果を利用するため，線形位相変調チャープ波を使います。
相互相関処理
送波した信号と，受波した音波の信号の相互相関処理を行います。送波と受波の時間差計測により，物体との距離と速度を算出します。
信号処理では，送波信号と受波信号の積和演算が必要です。ここでは１ビット信号同士の積和演算処理とすることで，演算処理を劇的に単純化しています。
ピーク検出
青い信号が送波信号，赤い信号が受波信号を表現しています。時間とともに２つの信号のズレが変化していき，重なった瞬間に相間波形がピークとなります。ピークの瞬間が受波の瞬間となります。
アップチャープとダウンチャープを使っているので，相間波形のピークが２つとなります。この２つのピークの時間差から速度が求められます。
４つのマイクロホンからの信号を処理することで，３次元位置と速度ベクトルが算出されます。
距離計測精度の速度依存性
物体の移動速度により距離の計測誤差が生じています。96cmの距離に対して0.3cm程度の誤差が発生しています。精度の高い計測が実現できています。
速度の計測範囲と分解能も高く，軽い信号処理の負荷で精度の高い計測を実現しています。