現代の産業・物流環境では、複数のサイロ、車両、ロボットアームなどを同時に監視するため、複数のミリ波レーダーを近接して設置することがますます一般的になっています。しかし、レーダーの数が増えるにつれて、信号干渉の問題が深刻化します。複数のレーダーが同時に送受信を行うと、信号の衝突、誤ったエコー、距離の不正確さが生じる可能性があります。
複数のレーダーが確実に動作するようにするには、エンジニアは周波数計画、時分割スケジューリング、信号処理、ハードウェアの最適化、およびマルチノード調整を組み合わせて実装する必要があります。
産業オートメーションにおける実際のアプリケーションについては、実証済みの安定性を備え複雑なレイアウトで複数のレーダー センサーを統合するLinpowave Industry Solutionsを参照してください。
レーダー干渉の原因を理解する
干渉は、2台以上のレーダーが重複する周波数帯域で動作し、同時にチャープ信号を送信すると発生します。その結果生じるクロストークは、不安定な測定値、散発的な距離のずれ、あるいは幻のターゲットとして現れることがあります。
76～81GHzのFMCW帯域で動作するミリ波レーダーなどは、周波数やタイミングのわずかな重複でも信号劣化につながるため、特に敏感です。IEEEの研究（ IEEE Xplore ）によると、周波数オフセットが100MHzを下回る場合、または複数のデバイスが同じ時間ウィンドウを共有する場合、レーダー干渉は急激に増加します。
現実の産業環境では、金属サイロ、コンベア、タンクなどの反射面が干渉を増幅させます。このようなシナリオでは、単一の緩和策に頼るだけでは不十分な場合が多く、多層的な戦略が必要となります。
1. 周波数分割：最前線の防衛線
周波数分離は、干渉を防ぐ最も簡単な方法です。各レーダーにスペクトルの異なる部分を割り当てることで、デバイスは重複するチャネルでの送信を回避します。例えば、4つのレーダーを備えたシステムでは、次のようになります。
レーダーAは77.0～77.5GHzで動作する
レーダーBは77.5～78.0GHzで動作する
78.0～78.5GHzのレーダーC
78.5～79.0GHzのレーダーD
このアプローチにより、隣接するデバイスからの信号が互いのエコーに干渉することがなくなります。76～81GHz帯の周波数および電力規制に関する詳細な技術資料については、 ETSI EN 301 091-1を参照してください。
複数のサイロやコンパクトなロボットセルなどの産業施設では、周波数分割だけでファントムターゲットを大幅に削減できます。Linpowaveのレーダーシステムは、この原理をマルチセンサーソリューションに活用し、センサー同士が1メートル以内に設置されている場合でも安定した動作を保証します（ Linpowave Industry Solutions ）。
2. 時分割スケジューリング：協調送信ウィンドウ
スペクトルが限られている場合やレーダー密度が高い場合、時分割多重（TDM）が不可欠です。この方式では、各レーダーに特定のタイムスロットが割り当てられ、チャープ信号を送信します。その間、他のデバイスはアイドル状態または受信モードのままです。
たとえば、4 つのレーダー構成の場合:
レーダーAはスロット1で送信する
レーダーBはスロット2で送信する
レーダーCはスロット3で送信する
レーダーDはスロット4で送信する
システムはサイクルを繰り返し、2つのレーダーが同時に送信しないようにします。適切な同期により、高密度ネットワークでも大きな干渉なく共存できます。
高度なレーダーは、マスタースレーブタイミング制御を用いて、デバイス間のマイクロ秒レベルの同期を維持します。ナショナルインスツルメンツとキーサイトテクノロジーは、このアプローチを実験室および現場のシナリオで検証できるテストプラットフォームを提供しています（ キーサイトレーダーテストソリューション）。
3. 信号処理：クロストークを抑制する適応アルゴリズム
周波数と時間的に分離されていても、反射、サイドローブ、環境ノイズなどにより残留干渉が発生する可能性があります。信号処理は干渉の軽減において重要な役割を果たします。
動的周波数ホッピングにより、レーダーは干渉波を検知すると、よりクリーンなサブバンドに切り替えることができます。一部のシステムでは、位相または周波数のランダム化も実装されており、残留クロストークをドップラースペクトル全体に拡散させることで、ファントムターゲットの信号対雑音比（S/N比）を低減します。
加重正規化、スライディングウィンドウフィルタリング、線形補間などのアルゴリズムは、サイドローブやエコーの劣化を排除することで安定性をさらに向上させます。これらのアルゴリズムは計算負荷を増加させますが、タンクレベル監視やコンベアベルト上の物体検出といった高精度が求められるシナリオには不可欠です。
技術参考資料については、 「IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques」を参照してください。
4. ハードウェア設計：偏光と波形の差別化
アンテナ偏波は、干渉を低減する効果的な物理的手法です。水平送信と垂直受信という直交偏波を用いることで、レーダーはクロストークを約10dB抑制できます。これにはアンテナアレイの慎重な設計が必要ですが、固定設置において特に効果的です。
波形微分化はMIMO技術を活用し、狭く集束したビームを生成します。ビームを狭くすることで、隣接するレーダーからのサイドローブ干渉を受ける可能性を低減します。さらに、レーダー間でチャープ勾配をわずかに変化させることで、クロストークのリスクをさらに低減します。
これらの手法は次世代の 4D イメージング レーダーに実装されており、測定精度を低下させることなく数十個のセンサーを同時に操作することができます。
5. マルチレーダー協調と自己適応ネットワーク
最も先進的なアプローチは、自律的なレーダー調整です。マルチノードネットワークでは、各レーダーが環境と近隣デバイスを継続的に監視し、送信スケジュール、電力、周波数を動的に調整します。
主な戦略は次のとおりです。
優先度ベースのアクセス:優先度の高いレーダーは、優先度の低いデバイスに周波数または時間スロットをシフトするように指示できます。
オープン RF アーキテクチャ:リソースをリアルタイムで割り当てて、スペクトルの使用を最適化します。
環境学習:レーダーは時間の経過に伴って干渉イベントを追跡し、高リスクゾーンを回避するように操作を適応させます。
Linpowave レーダー システムはこれらの原理を産業および物流環境に取り入れており、人間の介入なしに複数のセンサーを並行して動作させることができます ( Linpowave Industry Solutions )。
6. 実世界のパフォーマンスとケーススタディ
TIマルチレーダー展開：周波数分離と位相ディザリングにより、1メートルで干渉ノイズが24dB低減しました。また、ファントムターゲットは最大90%低減しました。
アルプス位相擾乱戦略:誤ったドップラーターゲットを完全に排除し、検出の信頼性を向上しました。
高解像度 4D イメージング: 12T24R MIMO アレイは0.1° の角度解像度を実現し、実際のターゲットを密な干渉雲から区別します。
これらの結果は、適切な周波数計画、アルゴリズムによる緩和、適応調整が単なる理論上のものではなく、実際の産業環境で機能することを強調しています。
まとめ
マルチレーダーシステムでは、干渉を防ぐために多層的なアプローチが必要です。
周波数計画により、チャネルの重複がなくなります。
時分割スケジューリングにより同時送信を防止します。
信号処理アルゴリズムは残留クロストークを抑制します。
偏光や波形差別化などのハードウェア最適化により、物理的な分離が追加されます。
自己適応型レーダー ネットワークにより、リアルタイムの調整が可能になります。
これらの戦略を組み合わせることで、高密度、反射率の高い、あるいは干渉の大きい産業環境においても信頼性の高い動作が保証されます。4Dイメージングとマルチセンサーフュージョンの普及により、マルチレーダー干渉はますます管理しやすく、予測可能になるでしょう。
マルチレーダー産業ソリューションの詳細については、 Linpowave Industry Solutionsをご覧ください。
よくある質問
Q1:同じ 80 GHz 帯域の 2 つのレーダーが相互に干渉することはありますか?
A:はい、チャープが時間または周波数で重なる場合は可能です。周波数分離または時分割スケジューリングをお勧めします。
Q2: 2 つのレーダー間の最小安全距離はどれくらいですか?
A:アンテナのビーム幅と電力によって異なりますが、産業用 80 GHz レーダー センサーの場合、通常は 0.5 m 以上が安全です。
Q3: Linpowave はマルチレーダー干渉をどのように処理しますか?
A:適応型周波数ホッピングとマルチノード調整により、コンパクトなレイアウトでも安定した動作が保証されます。
Q4:反射面は干渉リスクを高めますか?
A:はい。適切な取り付け角度、周波数分離、ビーム形成が重要です。