B105 Radar Sensor Developments

 

Radar technology is a well-known field used since 1940s. This technology has been traditionally applied in military and aerospace fields while it has not been highly exploited in civil applications. However, in the last years, radar transceivers cost-reduction and miniaturization have allowed its application in other fields such as traffic and vehicular safety.

These low-cost radar sensors uses the Doppler effect to obtain information about obstacles or targets in its range. The radar transmits a signal and the frequency shift of the returned signal provides the velocity of the moving targets. There are two main operating modes for these radar sensors:

  • Unmodulated Doppler radar. This operating mode is the most commonly used. The hardware and processing software needed is quite simple which allows using these sensors in size-constraint and resource-contraint devices. However, they only provide velocity information of moving objects in its range. That means that static objects are missed, the distance of the objects cannot be obtained, and two objects moving at the same velocity will be detected as one.
  • Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) radar. This operating mode is used to obtain the distance of static and moving objects. The radar signal is frequency modulated -usually with a frequency ramp- to allow obtaining distances and velocities from the returning signal frequency shift. Thereby, it is necessary to generate a signal to realize the frequency modulation which increases the hardware complexity. Besides, the software processing is harder as there are much more information to process and there are more noise sources from unwanted environment targets.

In B105 Electronic Systems Lab we have developed a full radar system that can operate in both modes and includes all the hardware and the software necessary. This radar system is being used for traffic safety and traffic monitoring applications in several research projects.

All-in-One. Plataforma de monitorización de tráfico integrada, de bajo coste e información extendida

 

El mercado de la información de tráfico ha triplicado su volumen en los últimos 5 años y se espera un gran crecimiento para los próximos años. Sin embargo, existen algunos campos que aún no han sido completamente estudiados ni explotados, como es el caso de la integración de aforo e identificación. De ahí surge el proyecto All-in-One cuyo objetivo es crear una plataforma de monitorización de tráfico integrada, de bajo coste e información extendida.

Foto All-in-One

La plataforma contará con un dispositivo radar para el conteo de vehículos y un identificador de Bluetooth. Con estos datos se generará un nuevo nivel de información de tráfico al proveer medidas conjuntas de conteo e identificación. Nuestro grupo B105 Electronic Systems Lab es el encargado del diseño e implementación del sensor basado en radar de bajo coste que sea capaz de contar vehículos y dar información de su velocidad. Para ello el módulo radar deberá incluir tanto la electrónica de adaptación de las señales de radiofrecuencia como los módulos de procesamiento y filtrado digitales de éstas.

En el proyecto participan otros grupos de investigación como i3-UPM y CEI, y varias empresas de ingeniería como ACEINSA, KINEO e IPS. Este gran consorcio permitirá la consecución de los objetivos del proyecto al integrar distintos socios expertos en cada uno de los módulos del sistema.

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RALPH: Sistema radar de detección de obstáculos.

 

La detección de personas y otros obstáculos a grandes distancias en entornos hostiles mediante sensores de bajo coste es un área de gran interés para muchas aplicaciones. En el laboratorio B105 se ha desarrollado un sistema integrado basado en tecnología radar que permite detectar múltiples objetos simultáneamente en un rango de hasta 25 metros. Se trata de un sensor autónomo, de bajo coste y bajos recursos capaz de proporcionar información de distancia a gran velocidad (100 muestras por segundo) de los objetos que se encuentran en su haz de detección.

Detección multiobjeto con RALPH
Detección multiobjeto con RALPH

 

El sistema integra en una sola plataforma todos los módulos necesarios para la adquisición, adaptación de señal, filtrado, procesamiento, comunicaciones y alimentación; y cuenta con unas dimensiones de 10 cm x 10 cm. Se ha desarrollado de modo que sea útil para distintas aplicaciones y su arquitectura modular permite añadir distintos sensores como los basados en ultrasonidos (de gran precisión en pequeñas distancias). Esta arquitectura permite además la reconfiguración del sistema de manera que se puedan utilizar distintos algoritmos de procesamiento en función del transceptor radar usado, el número de sensores o la aplicación específica.

Diseño y simulación de una antena personalizada del B105

 

La banda de frecuencias de 2.45 GHz es una de las más utilizada en la actualidad para implementar comunicaciones inalámbricas. En esta banda se realizan las comunicaciones WiFi, Bluetooth y Zigbee entre otras y es de gran utilidad en el diseño de redes de sensores inalámbricas (WSN) y sistemas empotrados.

Por ello se ha diseñado en el laboratorio B105 una antena resonante a 2.45 GHz que permita su integración en cualquier placa de circuito impreso (PCB). El diseño se ha realizado buscando una máxima miniaturización para facilitar su integración en cualquier PCB, obteniéndose una antena de dimensiones 12mm x  5mm.

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Además, se ha simulado la antena diseñada utilizando el programa CST Studio para comprobar la respuesta en frecuencia y los patrones de radiación para la frecuencia de 2.45 GHz. Se ha obtenido una ganancia máxima de 0.42 dB, y un ancho de banda suficiente en torno a la frecuencia central, que permite mantener la adaptación cercana a 50 ohm ante pequeñas posibles variaciones en las dimensiones ocasionadas en el proceso de fabricación del PCB. Tras el diseño y simulación el siguiente paso será su implementación en un circuito real y la realización de pruebas para verificar su comportammiento.

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S4BIM: SISTEMA DE SENSORIZACIÓN PARA EL SEGUIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN UTILIZANDO SERVICIOS BIM

 

Este proyecto comenzó a finales del año 2014 y tendrá una duración de 1 año y medio. El consorcio está formado por UPM Telecomunicación y Dragados SA

El proyecto S4BIM tiene como objetivo el desarrollo de un sistema autónomo de sensorización que genere información tridimensional y en tiempo real para el modelado de entornos de construcción. Dichos entornos se integrarán en el modelo BIM de la obra, actualizando su estado. Los objetivos técnicos del proyecto son los siguientes:

  • Estudio y selección de sensores adaptados al entorno que provean información para la localización de objetos en 3 dimensiones.
  • Desarrollo de una plataforma de integración.
  • Desarrollo de una plataforma de comunicaciones fiables para la transmisión de los datos heterogéneos de los distintos sensores.
  • Porcesado cooperativo de la información.
  • Integración del sistema de sensorización con los sistemas y servicios BIM actuales.

S4BIM_2La participación del B105 en este proyecto está enfocada en el diseño e implementación de los módulos de adquisición de datos así como del procesado local de esta información. Además se diseñará la plataforma de comunicaciones encargada de transmitir estos datos de forma fiable.

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