טכניון - קורס חישת מיקרוגלים - סימינריון - אור הירשפלד קורס תואר ראשון בפקולטה להנדסה וסביבה - הצגת מאמא ע"י סטודנטים Or Hirshfeld, Technion, Haifa

1. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫סימנריון‬‫קורס‬ ‫במסגרת‬‫חישת‬‫מיקרוגלים‬‫במערכות‬‫טבעיות‬–017005
‫מנחה‬:‫דר‬.‫יונתן‬‫נוימן‬
‫מגיש‬:‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫מדעי‬ ‫המאמר‬ ‫על‬ ‫מסתמך‬:
Brooker, Graham, et al. "High‐resolution millimeter‐wave radar
systems for visualization of unstructured outdoor
environments." Journal of Field Robotics23.10 (2006): 891-912.

2. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫מוטיבציה‬
‫תפוחים‬ ‫לקטיף‬ ‫פתרון‬ ‫להציג‬ ‫נדרשתי‬ ‫סיום‬ ‫פרויקט‬ ‫במסגרת‬
‫ואיכון‬ ‫במטע‬ ‫אוטונומי‬ ‫לניווט‬ ‫פתרון‬ ‫להציג‬ ‫אצטרך‬ ‫לכן‬ ‫רובוטי‬
‫תפוחים‬.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
2

3. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫המאמר‬ ‫נתוני‬
‫המאמר‬ ‫שם‬:High‐resolution millimeter‐wave radar
systems for visualization of unstructured outdoor
environments.
‫מחברים‬:Graham Brooker, Ross Hennessey,Mark
Bishop, Craig Lobsey,and Hugh Durrant-Whyte
‫פורסם‬:Journal of Field Robotics
‫מוסד‬:Australian Centre for Field Robotics
‫תאריך‬:12‫לאוגוסט‬2006
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
3

4. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫מאמר‬ ‫תקציר‬
‫בוחן‬3‫רדאר‬ ‫מערכות‬‫המיועדות‬ ‫שונות‬‫שונים‬ ‫לטווחים‬‫ביחד‬ ‫אשר‬
‫מייצרים‬‫ניווט‬ ‫למטרות‬ ‫השטח‬ ‫של‬ ‫מלאה‬ ‫תמונה‬.
‫ערכו‬‫השוואה‬‫השטח‬ ‫חישת‬ ‫פתרונות‬ ‫כנגד‬ ‫מיקרוגלים‬ ‫פתרון‬ ‫בין‬
‫לייזר‬ ‫וסריקת‬ ‫תמונה‬ ‫בעיבוד‬‫אשר‬‫פופולריים‬‫זה‬ ‫בתחום‬ ‫יותר‬.
‫במסגרת‬ ‫פותחו‬ ‫המערכות‬ ‫כל‬‫אחרים‬ ‫מחקרים‬‫ב‬-Australian
Centre for Field Robotics.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
4

5. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫אוויר‬ ‫למזג‬ ‫התאמה‬
‫בתחום‬ ‫חיישני‬ ‫יכולות‬‫והתת‬ ‫הנראה‬-‫אדום‬(NIRS)‫נופלות‬‫בערפל‬
‫ואבק‬.‫של‬ ‫רחב‬ ‫בתחום‬ ‫טוב‬ ‫לעבוד‬ ‫יכולים‬ ‫אינם‬ ‫בנוסף‬‫הארה‬ ‫עוצמת‬.
‫רדארים‬ ‫לעומתם‬
‫בתחום‬‫מיקרוגלים‬
‫תחת‬ ‫גם‬ ‫טוב‬ ‫עובדים‬
‫אוויר‬ ‫מזג‬ ‫תנאי‬
‫שונות‬ ‫תאורה‬ ‫ועוצמות‬.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
5

6. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫שיטת‬FMCW
‫שיטת‬‫איפנון‬‫התדר‬(FM)
‫קיים‬‫ידוע‬ ‫תדרים‬ ‫בתחום‬ ‫נושא‬ ‫גל‬
‫בתדר‬ ‫לשינויים‬ ‫הגורם‬ ‫אות‬ ‫מולבש‬ ‫עליו‬.
‫רציף‬ ‫שידור‬(CW)
‫יצירת‬‫פולסים‬‫אות‬ ‫של‬‫סינסואידלי‬
‫ומתגבר‬ ‫הולך‬ ‫תדר‬ ‫עם‬(Chirp.)
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
6
 2
2
1
02cos ttfVt  
t
T
B
ff  0

7. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫שיטת‬FMCW
‫מכן‬ ‫לאחר‬ ‫ספורות‬ ‫שניות‬ ‫נקלט‬ ‫המשודר‬ ‫אות‬ ‫אותו‬.
‫ויוצר‬ ‫המשודר‬ ‫האות‬ ‫עם‬ ‫מתערבב‬‫התאבכויות‬‫היוצרות‬‫חדש‬ ‫אות‬
‫משלו‬ ‫תדר‬ ‫בעל‬(Beat signal.)
‫מאז‬ ‫הגל‬ ‫שעבר‬ ‫הזמן‬ ‫את‬ ‫לחשב‬ ‫ניתן‬ ‫זה‬ ‫בתדר‬ ‫שינוי‬ ‫בעזרת‬
‫שידורו‬.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
7

8. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫שיטת‬FMCW–‫מרחק‬ ‫חישוב‬
Tb–‫ציוץ‬ ‫לשידור‬ ‫מחזור‬ ‫זמן‬(chirp.)
C–‫האור‬ ‫מהירות‬(300‫מ‬ ‫אלף‬'/‫ש‬'.)
fb–‫המתאבך‬ ‫הגל‬ ‫תדר‬(Beat Frequency.)
Δf–‫בציוץ‬ ‫המשודר‬ ‫התדרים‬ ‫טווח‬.
R–‫למטרה‬ ‫מרחק‬(‫ציוץ‬ ‫לינאריות‬ ‫הונח‬.)
δR–‫הפרדה‬(‫רזולוציה‬.)
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
8
Transm
it
R
eceive
PRF
PRI
1

C
R

2

Bf
0f
Bf 0
B
‫הסרט‬ ‫רוחב‬
Time
Frequency
Time
Beat Frequency
(IF signal)
Bf
T

9. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫רחוק‬ ‫טווח‬ ‫מערכת‬-‫סקירה‬
IFMCW(interrupted FMCW)–‫קליטה‬ ‫זמן‬ ‫בין‬ ‫הפרדה‬
‫אלקטורני‬ ‫מתג‬ ‫בעזרת‬ ‫ושידור‬,‫לטווח‬ ‫מוגבל‬ ‫אבל‬ ‫רועש‬ ‫פחות‬.
‫על‬ ‫מותקן‬ ‫האנטנה‬‫גימבל‬‫בעזרת‬ ‫מאוזן‬ ‫מצב‬ ‫על‬ ‫שומר‬ ‫אשר‬
‫מכשיר‬INS/GPS(‫הרכב‬ ‫של‬ ‫ואורינטצייה‬ ‫מיקום‬.)
94‫הרץ‬ ‫גיגה‬
‫מימדית‬ ‫דו‬ ‫תמונה‬ ‫יוצר‬.
‫מ‬ ‫יותר‬ ‫של‬ ‫מרחק‬-3‫ק‬"‫מ‬.
‫אלומה‬ ‫רוחב‬0.29‫מעלות‬.
‫של‬ ‫הפרדה‬15‫מ‬'‫עבור‬
‫של‬ ‫מרחק‬3‫ק‬"‫מ‬.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
9

10. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫בינוני‬ ‫טווח‬ ‫מערכת‬-‫סקירה‬
77‫הרץ‬ ‫גיגה‬
‫מראה‬ ‫המזיזים‬ ‫צירים‬ ‫שני‬.
‫כ‬ ‫של‬ ‫למרחק‬ ‫מגיע‬-500‫מטר‬.
‫ציוץ‬ ‫תדרי‬ ‫טווח‬600‫הרץ‬ ‫מגה‬.
‫הפרדה‬3.7‫במרחק‬ ‫מטר‬250‫מטר‬
‫עד‬ ‫סיבוב‬ ‫קצב‬ ‫בעל‬60‫סל‬"‫ד‬(‫לשנייה‬ ‫סיבוב‬.)
‫של‬ ‫אלומה‬ ‫רוחב‬0.87‫מעלות‬.
‫לבין‬ ‫לוקח‬0.5‫ל‬-10‫תמונה‬ ‫לבנות‬ ‫דקות‬3D.
‫מכרות‬ ‫הדמיית‬ ‫עבור‬ ‫במקור‬ ‫תוכנן‬.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
10

11. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫בינוני‬ ‫טווח‬ ‫מערכת‬-‫קצר‬-‫סקירה‬
‫בינוני‬ ‫טווח‬ ‫עבור‬ ‫המתוארת‬ ‫המערכת‬ ‫של‬ ‫שידרוג‬.
‫תלת‬ ‫תמונה‬ ‫ליצירת‬ ‫נוסף‬ ‫ציר‬ ‫הוסף‬-‫מהירה‬ ‫מימדית‬.
‫ב‬ ‫עבודה‬-94‫עד‬ ‫של‬ ‫ציוץ‬ ‫תדרי‬ ‫וטווח‬ ‫הרץ‬ ‫גיגה‬1.6‫הרץ‬ ‫גיגה‬
(‫רק‬ ‫היה‬ ‫המקורי‬600‫הרץ‬ ‫מגה‬)
‫ובעזרתו‬ ‫לשינוי‬ ‫ניתן‬ ‫התדרים‬ ‫טווח‬
‫לקבל‬‫אופטימזציה‬‫מסוים‬ ‫למרחק‬.
‫של‬ ‫אלומה‬ ‫רוחב‬1.1‫מעלות‬.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
11

12. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫טווח‬ ‫מערכת‬‫בינוני‬-‫קצר‬–3D
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
12

13. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫מיפוי‬ ‫יצירת‬–‫להתחשב‬ ‫שיש‬ ‫גורמים‬
‫המטרה‬ ‫בשטח‬ ‫גם‬ ‫כתלות‬ ‫שונה‬ ‫החזרה‬ ‫עוצמת‬ ‫יש‬ ‫חומר‬ ‫לכל‬.
‫המשטח‬ ‫חיספוס‬ ‫הם‬ ‫נוספים‬ ‫גורמים‬,‫ההחזרה‬ ‫ופיזור‬ ‫הפגיעה‬ ‫זווית‬.
‫חיספוס‬ ‫עבור‬ ‫ההפרדה‬ ‫את‬ ‫להעריך‬ ‫בכדי‬ ‫ריילי‬ ‫בקירטיריון‬ ‫לעזר‬ ‫ניתן‬.
‫עצים‬ ‫של‬ ‫החזר‬ ‫זיהוי‬ ‫בנושא‬ ‫מחקר‬ ‫נערך‬,‫וקרקע‬ ‫שיחים‬.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
13

14. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫מימדית‬ ‫תלת‬ ‫תמונה‬
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
14

15. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫עלווה‬ ‫זיהוי‬
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
15

16. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫העץ‬ ‫מרכז‬ ‫זיהוי‬
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
16

17. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫עומק‬ ‫מיפוי‬
‫מצלמה‬ ‫תמונת‬ ‫בין‬ ‫השוואה‬
‫מכ‬ ‫לתמונת‬"‫נקודה‬ ‫מאותה‬ ‫ם‬
‫אלומה‬ ‫רוחב‬ ‫ואותו‬.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
17

18. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫לניווט‬ ‫שטח‬ ‫תוואי‬ ‫זיהוי‬.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
18

19. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫לניווט‬ ‫שטח‬ ‫תוואי‬ ‫זיהוי‬.
‫מים‬ ‫שזה‬ ‫כך‬ ‫על‬ ‫מעיד‬ ‫מקרקע‬ ‫גבוה‬ ‫החזר‬(‫שלולית‬,‫בריכה‬,‫ים‬.)...
‫מדשאות‬ ‫או‬ ‫בתה‬ ‫על‬ ‫מעיד‬ ‫קבועה‬ ‫החזריות‬.
‫בד‬ ‫משתנה‬ ‫החזריות‬"‫מאפשר‬ ‫אינו‬ ‫אשר‬ ‫גבוה‬ ‫שיח‬ ‫או‬ ‫עץ‬ ‫על‬ ‫מעיד‬ ‫כ‬
‫מעבר‬.
‫גדר‬ ‫מסמן‬ ‫מסוים‬ ‫קו‬ ‫אחרי‬ ‫העוקבת‬ ‫גבוה‬ ‫החזריות‬,‫קיר‬ ‫או‬ ‫חומה‬.
‫חומה‬ ‫או‬ ‫גבוהים‬ ‫עצים‬ ‫שורת‬ ‫על‬ ‫המעיד‬ ‫גדול‬ ‫בצל‬ ‫להבחין‬ ‫ניתן‬.
‫זה‬ ‫אמנם‬ ‫סלולים‬ ‫משטחים‬ ‫הם‬ ‫נמוכה‬ ‫קבועה‬ ‫החזריות‬ ‫עם‬ ‫אזורים‬
‫תעלות‬ ‫גם‬ ‫להיות‬ ‫יכול‬,‫נהרות‬,‫וימים‬ ‫אגמים‬.‫להבדיל‬ ‫ניתן‬ ‫אך‬
‫בינהם‬‫ע‬"‫שונים‬ ‫שפה‬ ‫מאפייני‬ ‫י‬.
‫מפות‬ ‫נתוני‬ ‫עם‬ ‫כיול‬ ‫לעשות‬ ‫גם‬ ‫ניתן‬.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
19

20. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫סיכום‬
‫יותר‬ ‫גדולים‬ ‫למרחקים‬ ‫מיפוי‬ ‫ביצירת‬ ‫יתרון‬‫למיקרוגלים‬.
‫עבור‬ ‫משמעותית‬ ‫יתרון‬‫של‬ ‫איכותי‬ ‫מיפוי‬‫שטוח‬ ‫אזור‬.
‫ועומקה‬ ‫עלווה‬ ‫של‬ ‫טוב‬ ‫זיהוי‬.
‫וערפל‬ ‫באבק‬ ‫טובה‬ ‫חדירות‬.
‫ועצמים‬ ‫משטחים‬ ‫לזיהוי‬ ‫משלים‬ ‫ניווט‬ ‫כאמצעי‬ ‫גם‬ ‫להוות‬ ‫יכול‬.
‫גלים‬ ‫החזרי‬ ‫תופעות‬ ‫סמך‬ ‫על‬ ‫לזיהוי‬ ‫טובות‬ ‫יכולות‬ ‫לפתח‬ ‫ניתן‬.
‫עד‬ ‫איכותית‬ ‫תמונות‬ ‫לייצר‬ ‫יכולה‬ ‫רחוק‬ ‫לטווח‬ ‫המערכת‬3‫ק‬"‫מ‬.
‫מיפוי‬ ‫של‬ ‫לתוצאות‬ ‫להגיע‬ ‫ניתן‬ ‫האחרות‬ ‫מערכות‬ ‫שתי‬ ‫עבור‬2d‫ו‬-
3d‫אלגוריתם‬ ‫בעזרת‬ ‫השטח‬ ‫של‬.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
20

21. ‫לישראל‬ ‫טכנולוגי‬ ‫מכון‬ ‫טכניון‬-‫חישת‬‫מיקרוגלים‬–‫תשע‬ ‫אביב‬"‫ד‬-‫סימנריון‬–‫הירשפלד‬ ‫אור‬
‫נוספים‬ ‫מקורות‬
 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>.
‫יום‬‫ראשון‬
15‫יוני‬2014
21