JP7446257B2 - Phase synchronization system and synthetic aperture radar system - Google Patents
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Description
本開示は、航空機又は衛星などの移動プラットフォームに搭載され、地表又は海面などの観測目標を観測して画像化する合成開口レーダ(Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ)に適用される位相同期システム及び合成開口レーダシステムに関する。 The present disclosure relates to a phase synchronization system and a synthetic aperture radar system that are installed on a mobile platform such as an aircraft or a satellite and are applied to a synthetic aperture radar that observes and images observation targets such as the ground or sea surface. .
合成開口レーダは、移動プラットフォームの進行方向の側方に電波を照射し、その反射波を受信することで、地表又は海面に関する二次元の高分解能画像を得るレーダである。合成開口レーダには、送信機と受信機とが異なるプラットフォームに設置されるものもある。この種の合成開口レーダは、バイスタティック合成開口レーダと呼ばれる。 Synthetic aperture radar is a radar that obtains a two-dimensional high-resolution image of the ground or sea surface by emitting radio waves to the sides in the direction of movement of a moving platform and receiving the reflected waves. Some synthetic aperture radars have transmitters and receivers installed on different platforms. This type of synthetic aperture radar is called a bistatic synthetic aperture radar.
バイスタティック合成開口レーダにおいては、送信機と受信機とで基準発振器を分けざるを得ない。ところが、基準発振器には個体差があるので、送信機と受信機との間において、基準発振器が出力する基準信号の周波数及び位相にずれが発生する。周波数及び位相のずれは、再生画像の性能劣化の原因となる。このため、バイスタティック合成開口レーダにおいては、送信側と受信側とにおける基準信号間の周波数及び位相のずれを補正するための同期処理が技術課題となる。 In bistatic synthetic aperture radar, the transmitter and receiver must use separate reference oscillators. However, since there are individual differences in the reference oscillators, a shift occurs in the frequency and phase of the reference signal output by the reference oscillator between the transmitter and the receiver. Frequency and phase shifts cause performance deterioration of reproduced images. Therefore, in the bistatic synthetic aperture radar, synchronization processing for correcting the frequency and phase deviation between the reference signals on the transmitting side and the receiving side becomes a technical issue.
下記特許文献１には、一方の基準発振器を、電圧によって周波数変化可能な電圧制御発振器とし、送信機と受信機との間で直接波を送受信し合うことで、基準信号間の周波数のずれを補正する手法が提案されている。 Patent Document 1 below discloses that one reference oscillator is a voltage controlled oscillator whose frequency can be changed by voltage, and by directly transmitting and receiving waves between the transmitter and the receiver, the frequency deviation between the reference signals is reduced. A correction method has been proposed.
なお、送信機及び受信機における基準信号の周波数は、地上において、スペクトルアナライザ等の計測器を用いて測定することが可能である。このため、送信側と受信側とにおける基準信号間の周波数のずれは、計測器による測定値を使用するような手法でも補正は可能である。 Note that the frequency of the reference signal in the transmitter and receiver can be measured on the ground using a measuring instrument such as a spectrum analyzer. Therefore, the frequency deviation between the reference signals on the transmitting side and the receiving side can be corrected by a method that uses measured values by a measuring instrument.
しかしながら、特許文献１を含む従来手法では、周波数のずれを補正することはできるが、位相のずれを補正することはできないという課題がある。なお、基準信号の位相の時間変化は、測定した周波数の値により推定が可能であるが、基準信号の初期位相については、測定した周波数の値からは推定が困難である。 However, conventional methods including Patent Document 1 have a problem in that although frequency shifts can be corrected, phase shifts cannot be corrected. Note that although the temporal change in the phase of the reference signal can be estimated from the measured frequency value, it is difficult to estimate the initial phase of the reference signal from the measured frequency value.
基準信号の初期位相の差は観測誤差となり、合成開口レーダの性能劣化の原因となる。このため、合成開口レーダにおいては、基準信号の初期位相の差に起因して生じ得る合成開口レーダの性能劣化を改善することが要望されていた。 Differences in the initial phases of the reference signals result in observation errors and cause performance deterioration of the synthetic aperture radar. Therefore, in the synthetic aperture radar, it has been desired to improve the performance deterioration of the synthetic aperture radar that may occur due to the difference in the initial phase of the reference signals.
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、送信側と受信側とにおける基準信号の初期位相の差に起因して合成開口レーダに生じ得る性能劣化を改善できる位相同期システムを得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a phase synchronization system that can improve performance deterioration that may occur in a synthetic aperture radar due to a difference in the initial phase of a reference signal between a transmitting side and a receiving side. With the goal.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本開示に係る位相同期システムは、観測目標を観測して画像化する合成開口レーダに適用されるシステムである。位相同期システムは、送信機側装置と、受信機側装置と、送信機側装置及び受信機側装置のそれぞれと通信可能に構成される地上局とを備える。送信機側装置は第１の移動プラットフォームに搭載され、受信機側装置は第１の移動プラットフォームとは異なる第２の移動プラットフォームに搭載される。送信機側装置は、第１の基準発振器を有し、第１の基準発振器が出力する第１の基準信号に基づいて観測目標に照射する送信信号を生成する送信装置を備える。受信機側装置は、第２の基準発振器を有し、第２の基準発振器が出力する第２の基準信号と、送信信号の観測目標からの反射信号とに基づいて観測目標に関する観測信号を生成する受信装置を備える。地上局は、校正用レプリカ信号と校正用受信信号との間の位相差に基づいて第１の基準信号と第２の基準信号との間の初期位相の差を補正するための補正値を算出する。校正用レプリカ信号は、送信信号を受信機側装置に向けて送信したときに送信機側装置で生成されるレプリカ信号である。校正用受信信号は、受信機側装置が送信機側装置から送信信号を直接受信したときに生成される信号である。地上局は、観測時レプリカ信号と、観測信号と、補正値とに基づいて観測信号の位相ずれを補正する。観測時レプリカ信号は、送信信号を観測目標に向けて送信したときに送信機側装置で生成されるレプリカ信号である。観測信号は、受信機側装置が観測目標からの反射信号を受信したときに生成される信号である。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objectives, a phase synchronization system according to the present disclosure is a system applied to a synthetic aperture radar that observes and images an observation target. The phase synchronization system includes a transmitter side device, a receiver side device, and a ground station configured to be able to communicate with each of the transmitter side device and the receiver side device. The transmitter side device is mounted on a first mobile platform, and the receiver side device is mounted on a second mobile platform different from the first mobile platform. The transmitter-side device includes a transmitting device that has a first reference oscillator and generates a transmission signal to irradiate the observation target based on a first reference signal output from the first reference oscillator. The receiver side device has a second reference oscillator, and generates an observation signal regarding the observation target based on the second reference signal outputted by the second reference oscillator and the reflected signal from the observation target of the transmitted signal. A receiving device is provided. The ground station calculates a correction value for correcting the initial phase difference between the first reference signal and the second reference signal based on the phase difference between the calibration replica signal and the calibration received signal. do. The calibration replica signal is a replica signal generated by the transmitter side device when the transmission signal is transmitted toward the receiver side device. The calibration reception signal is a signal generated when the receiver side device directly receives the transmission signal from the transmitter side device. The ground station corrects the phase shift of the observation signal based on the observation replica signal, the observation signal, and the correction value. The observation replica signal is a replica signal generated by the transmitter side device when the transmission signal is transmitted toward the observation target. The observation signal is a signal generated when the receiver-side device receives a reflected signal from an observation target.
本開示に係る位相同期システムによれば、送信側と受信側とにおける基準信号の初期位相の差に起因して合成開口レーダに生じ得る性能劣化を改善できるという効果を奏する。 According to the phase synchronization system according to the present disclosure, it is possible to improve the performance deterioration that may occur in the synthetic aperture radar due to the difference in the initial phase of the reference signal between the transmitting side and the receiving side.
以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係る位相同期システム及び合成開口レーダシステムについて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、送信機と受信機とが異なるプラットフォームに設置されるバイスタティック合成開口レーダへの適用を例示するが、この例に限定されない。実施の形態に係る位相同期システムは、バイスタティック合成開口レーダ以外の合成開口レーダへの適用が可能である。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A phase synchronization system and a synthetic aperture radar system according to embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that in the following embodiments, application to a bistatic synthetic aperture radar in which a transmitter and a receiver are installed on different platforms will be exemplified, but the present invention is not limited to this example. The phase synchronization system according to the embodiment can be applied to synthetic aperture radars other than bistatic synthetic aperture radars.
実施の形態．
図１は、実施の形態に係る位相同期システム５０のシステム構成を示す図である。実施の形態に係る位相同期システム５０は、観測目標を観測して画像化処理を行う合成開口レーダに適用されるシステムである。位相同期システム５０は、図１に示すように、送信機側装置１と、受信機側装置２と、地上局３とを備えたシステムである。また、合成開口レーダと、位相同期システム５０とによって、合成開口レーダシステムが構成される。送信機側装置１は、第１の移動プラットフォームに搭載され、受信機側装置２は、第１の移動プラットフォームとは異なる第２の移動プラットフォームに搭載される。地上局３は、送信機側装置１及び受信機側装置２のそれぞれと通信可能に構成される地上の基地局装置である。地上局３は、合成開口レーダに代わり、もしくは合成開口レーダと共に、観測目標の画像化処理を行うことも可能である。
Embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a
送信機側装置１は、送信装置１０と、送信アンテナ１２とを備える。送信装置１０は、基準発振器１１と、ローカル信号発生器１３と、ミキサ１４と、アナログデジタル（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１５と、送信機１６と、切替器１７とを備える。以下、アナログデジタル変換器を、「Ａ／Ｄ変換器」と表記する。
The transmitter side device 1 includes a
基準発振器１１は、送信機側装置１の周波数の基準となる基準信号を生成する。基準信号は、参照信号とも呼ばれる。送信機側装置１は、基準信号を逓倍することで、送信機側装置１における各種の信号を生成する。各種の信号には、少なくとも送信信号及びローカル信号が含まれる。送信アンテナ１２は、送信機１６で生成された送信信号を空間に放射するためのアンテナである。
The reference oscillator 11 generates a reference signal that serves as a frequency reference for the transmitter side device 1 . The reference signal is also called a reference signal. The transmitter side device 1 generates various signals in the transmitter side device 1 by multiplying the reference signal. The various signals include at least transmission signals and local signals. The transmitting antenna 12 is an antenna for radiating a transmitting signal generated by the
切替器１７は、送信機１６で生成された送信信号を空間に放射するのか、内部でレプリカ信号とするのかを切り替える。ローカル信号発生器１３は、送信機１６で生成された送信信号を低周波の信号に周波数変換するためのローカル信号を生成する。ミキサ１４は、送信機１６で生成され、切替器１７を経由して入力された信号を、ローカル信号を用いてダウンコンバートする。Ａ／Ｄ変換器１５は、ミキサ１４から出力された信号をデジタル信号に変換する。
The
受信機側装置２は、受信装置２０と、受信アンテナ２２とを備える。受信装置２０は、基準発振器２１と、ローカル信号発生器２３と、ミキサ２４と、Ａ／Ｄ変換器２５とを備える。
The
基準発振器２１は、受信機側装置２の周波数の基準となる基準信号を生成する。受信機側装置２は、基準信号を逓倍することで、受信機側装置２における各種の信号を生成する。各種の信号には、少なくともローカル信号が含まれる。受信アンテナ２２は、送信アンテナ１２から放射された信号を受信するためのアンテナである。受信アンテナ２２は、送信アンテナ１２から直接送信された送信信号を受信する機能と、送信アンテナ１２から送信された送信信号の観測目標からの反射波を受信する機能とを有する。
The reference oscillator 21 generates a reference signal that serves as a frequency reference for the
なお、受信アンテナ２２は、送信アンテナ１２からの直接波と観測目標からの反射波との双方を受信できる単一のアンテナであってもよいし、或いは送信アンテナ１２からの直接波と観測目標からの反射波とを個別に受信できる異なるアンテナであってもよい。送信アンテナ１２も同様であり、受信アンテナ２２に向けた直接波と観測目標への照射波との双方を送信できる単一のアンテナであってもよいし、或いは直接波と照射波とを個別に送信する異なるアンテナであってもよい。また、送信アンテナ１２及び受信アンテナ２２において、アンテナは同一であるが、プラットフォームの姿勢、若しくはアンテナの向きを変えることで、アンテナ同士の相対的な位置が変わるものであってもよい。また、アンテナの向きは、機械的に変更されるものであってもよいし、電子的に変更されるものであってもよい。 Note that the receiving antenna 22 may be a single antenna that can receive both the direct wave from the transmitting antenna 12 and the reflected wave from the observation target, or may be a single antenna that can receive both the direct wave from the transmitting antenna 12 and the reflected wave from the observation target. It is also possible to use different antennas that can individually receive the reflected waves. The same goes for the transmitting antenna 12, and it may be a single antenna that can transmit both the direct wave toward the receiving antenna 22 and the irradiated wave toward the observation target, or the direct wave and the irradiated wave may be transmitted separately. It may also be a different antenna transmitting. Further, although the transmitting antenna 12 and the receiving antenna 22 have the same antenna, the relative positions of the antennas may be changed by changing the attitude of the platform or the direction of the antenna. Further, the direction of the antenna may be changed mechanically or electronically.
ローカル信号発生器２３は、受信アンテナ２２で受信された信号を低周波の信号に周波数変換するためのローカル信号を生成する。ミキサ２４は、受信アンテナ２２で受信した信号を、ローカル信号を用いてダウンコンバートする。Ａ／Ｄ変換器２５は、ミキサ２４から出力された信号をデジタル信号に変換する。
The
なお、本稿では、送信機側装置１の基準発振器１１と、受信機側装置２の基準発振器２１とを符号無しで区別するため、前者を「第１の基準発振器」と記載し、後者を「第２の基準発振器」と記載する場合がある。また、基準発振器１１が生成する基準信号と、基準発振器２１が生成する基準信号とを符号無しで区別するため、前者を「第１の基準信号」と記載し、後者を「第２の基準信号」と記載する場合がある。
In this paper, in order to distinguish the reference oscillator 11 of the transmitter-side device 1 and the reference oscillator 21 of the receiver-
また、実施の形態に係る位相同期システム５０では、送信機側装置１の時刻と受信機側装置２の時刻とは、双方で同期がとれていることを前提とする。また、送信機側装置１の位置及び速度と、受信機側装置２の位置及び速度とについては、それぞれが同期された時刻により管理されているものとする。なお、時刻同期の手法は公知であり、詳細な内容は、例えば特開２０１１－１９１０９９号公報に開示されており、当該公報の内容を参照されたい。
Further, in the
次に、実施の形態に係る位相同期システム５０の動作について説明する。実施の形態に係る位相同期システム５０は、校正モード及び観測モードを有する。図２は、実施の形態の位相同期システムにおける校正モード時の動作説明に供する図である。
Next, the operation of the
送信機側装置１において、送信機１６は、基準発振器１１が出力する第１の基準信号に基づいて送信信号を生成する。送信信号は、切替器１７及び送信アンテナ１２を介して受信機側装置２に送信される。また、送信信号は、ミキサ１４で低周波の信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器１５に送られる。Ａ／Ｄ変換器１５は、ミキサ１４から出力された信号をデジタル信号に変換し、変換後の信号を校正用レプリカ信号１８として地上局３に伝送する。校正用レプリカ信号１８は、送信信号を受信機側装置２に向けて送信したときに、送信機側装置１で生成されるレプリカ信号である。即ち、送信機側装置１は、送信信号を生成して受信機側装置２に送信すると共に、送信信号に基づいて生成した校正用レプリカ信号１８を地上局３に送信する。
In the transmitter side device 1, the
受信機側装置２において、ミキサ２４は、受信アンテナ２２を介して受信した信号を低周波の信号に変換してＡ／Ｄ変換器２５に送出する。Ａ／Ｄ変換器２５は、ミキサ２４から出力された信号をデジタル信号に変換し、変換後の信号を校正用受信信号２６として地上局３に伝送する。校正用受信信号２６は、受信機側装置２が送信機側装置１から送信信号を直接受信したときに生成される信号である。即ち、受信機側装置２は、送信機側装置１から送信信号を直接受信したときに、受信した送信信号に基づいて校正用受信信号２６を生成し、生成した校正用受信信号２６を地上局３に送信する。
In the
なお、図２では、送信機側装置１及び受信機側装置２のそれぞれと地上局３との間の通信手段の図示は省略しているが、どのような通信手段を用いてもよい。
Note that in FIG. 2, communication means between each of the transmitter-side device 1 and the receiver-
地上局３は、送信機側装置１から校正用レプリカ信号１８を受信し、受信機側装置２から校正用受信信号２６を受信する。地上局３は、校正用レプリカ信号１８と校正用受信信号２６との間の位相差に基づいて、第１の基準信号と第２の基準信号との間の初期位相の差を補正するための補正値を算出する。なお、地上局３では、校正用レプリカ信号１８及び校正用受信信号２６が管理される他、基準発振器１１及び基準発振器２１の原振周波数、送信アンテナ１２と受信アンテナ２２との間の相対位置及び相対速度が管理される。
The ground station 3 receives the
図３は、実施の形態の位相同期システムにおける観測モード時の動作説明に供する図である。図３には、画像化処理の対象である観測目標４が示されている。 FIG. 3 is a diagram for explaining the operation in the observation mode in the phase synchronization system according to the embodiment. FIG. 3 shows an observation target 4 that is a target of imaging processing.
送信機側装置１において、送信機１６は、基準発振器１１が出力する第１の基準信号に基づいて送信信号を生成する。送信信号は、切替器１７及び送信アンテナ１２を介して空間に放射され、観測目標４に照射される。また、送信信号は、ミキサ１４で低周波の信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器１５に送られる。Ａ／Ｄ変換器１５は、ミキサ１４から出力された信号をデジタル信号に変換し、変換後の信号を観測時レプリカ信号１９として地上局３に伝送する。観測時レプリカ信号１９は、送信信号を観測目標４に向けて送信したときに、送信機側装置１で生成されるレプリカ信号である。即ち、送信機側装置１は、送信信号を観測目標４に向けて送信すると共に、送信信号に基づいて生成した観測時レプリカ信号１９を地上局３に送信する。
In the transmitter side device 1, the
受信機側装置２において、受信アンテナ２２は、観測目標４からの反射波を受信する。ミキサ２４は、受信アンテナ２２を介して受信した信号を低周波の信号に変換してＡ／Ｄ変換器２５に送出する。Ａ／Ｄ変換器２５は、ミキサ２４から出力された信号をデジタル信号に変換し、変換後の信号を観測信号２７として地上局３に伝送する。観測信号２７は、受信機側装置２が観測目標４からの反射信号を受信したときに生成される信号である。受信機側装置２は、生成した観測信号２７を地上局３に送信する。
In the
図４は、実施の形態に係る位相同期システム５０における処理フローを示すフローチャートである。図４には、校正モードの処理フローと、観測モードの処理フローとが示されている。図４の処理は、地上局３で実施される。これらの校正モード及び観測モードの処理は、連続して実施される。即ち、観測モードによる動作は、校正モードによる動作に連続して実施される。なお、図４では、符号の表記を省略している。
FIG. 4 is a flowchart showing a processing flow in the
校正モードにおいて、地上局３は、送信機側装置１から校正用レプリカ信号１８を取得し（ステップＳ１）、受信機側装置２から校正用受信信号２６を取得する（ステップＳ２）。地上局３は、校正用レプリカ信号１８及び校正用受信信号２６に基づいて、前述した補正値を算出する（ステップＳ３）。地上局３は、校正モードを終了し、観測モードに移行する。
In the calibration mode, the ground station 3 acquires the
観測モードにおいて、地上局３は、送信機側装置１から観測時レプリカ信号１９を取得し（ステップＳ４）、受信機側装置２から観測信号２７を取得する（ステップＳ５）。地上局３は、観測時レプリカ信号１９、観測信号２７、及びステップＳ３で算出された補正値に基づいて、観測信号２７の位相ずれを補正する（ステップＳ６）。地上局３は、補正後の観測信号２７に基づいて通常の画像化処理を行う（ステップＳ７）。地上局３は、観測モードを終了する。 In the observation mode, the ground station 3 acquires the observation replica signal 19 from the transmitter side device 1 (step S4), and acquires the observation signal 27 from the receiver side device 2 (step S5). The ground station 3 corrects the phase shift of the observation signal 27 based on the observation replica signal 19, the observation signal 27, and the correction value calculated in step S3 (step S6). The ground station 3 performs normal imaging processing based on the corrected observation signal 27 (step S7). The ground station 3 ends observation mode.
次に、図４に示すステップＳ３，Ｓ６の処理について、数式を用いて説明する。まず、図５は、図４のステップＳ３の処理の説明に供する信号波形図である。 Next, the processing in steps S3 and S6 shown in FIG. 4 will be explained using mathematical formulas. First, FIG. 5 is a signal waveform diagram for explaining the process of step S3 in FIG.
図５において、紙面の左側には校正用レプリカ信号１８の例が示され、紙面の右側には校正用受信信号２６の例が示されている。Ｆｃは送信中心周波数、Ｔは送信チャープ信号の周期、Ｔ’は受信チャープ信号の周期をそれぞれ表している。また、ｔ１は受信中心時刻、即ち送信装置１０と受信装置２０との間の相対距離に起因する信号の遅延時間を表している。また、Ｋは送信信号のチャープレート、Ｋ’は受信信号のチャープレート、ｆｄは送信機と受信機の相対速度に起因するドップラー周波数、Δｆは基準発振器１１，１２の原振信号のずれに起因する周波数成分をそれぞれ表している。なお、簡単のため、図５では、送信中心周波数Ｆｃを“０”とし、送信中心時刻を“０”としている。また、ここでの初期位相は、送信中心時刻における基準発振器１１の位相とする。
In FIG. 5, an example of the
上記のように定義したとき、校正用レプリカ信号ｓｔ-ｃａｌ(ｔ)及び校正用受信信号ｓｒ-ｃａｌ(ｔ)は、以下の（１）、（２）式で表される。 When defined as above, the calibration replica signal s t-cal (t) and the calibration received signal s r-cal (t) are expressed by the following equations (1) and (2).
上記（１）、（２）式において、φｔ０は送信装置１０の初期位相、φｒ０は受信装置２０の初期位相をそれぞれ表しており、これらの初期位相φｔ０，φｒ０は未知数である。
In the above equations (1) and (2), φ t0 represents the initial phase of the transmitting
また、上記（１）、（２）式より、校正用レプリカ信号ｓｔ-ｃａｌ(ｔ)と、校正用受信信号ｓｒ-ｃａｌ(ｔ)との間の位相差Δφは、以下の（３）式のように表すことができる。 Furthermore, from equations (1) and (2) above, the phase difference Δφ between the calibration replica signal s t-cal (t) and the calibration reception signal s r-cal (t) is calculated as follows (3 ) can be expressed as the formula.
位相差Δφのうち、“φｒ０－φｔ０”が初期位相の差を表している。初期位相の差“φｒ０－φｔ０”を除く他の項は、既知の値である。従って、初期位相の差“φｒ０－φｔ０”を、位相ずれを補正するための補正値として算出することができる。 Of the phase difference Δφ, “φ r0 −φ t0 ” represents the initial phase difference. The other terms except for the initial phase difference "φ r0 −φ t0 " are known values. Therefore, the initial phase difference "φ r0 −φ t0 " can be calculated as a correction value for correcting the phase shift.
また、図６は、図４のステップＳ６の処理の説明に供する信号波形図である。図６において、紙面の左側には観測時レプリカ信号１９の例が示され、紙面の右側には観測信号２７の例が示されている。Ｔ''は受信チャープ信号の周期、ｔ２は受信中心時刻、Ｋ''は受信信号のチャープレートをそれぞれ表している。その他の記号の意味は、図５と同じである。なお、簡単のため、図６では、相対速度に起因するドップラー周波数ｆｄは“０”としている。また、図３に示す観測目標４は地表面とする。このとき、観測時レプリカ信号ｓｔ(ｔ)及び観測信号ｓｒ(ｔ)は、以下の（４）、（５）式で表される。 Further, FIG. 6 is a signal waveform diagram for explaining the process of step S6 in FIG. 4. In FIG. 6, an example of the observation replica signal 19 is shown on the left side of the page, and an example of the observation signal 27 is shown on the right side of the page. T'' represents the cycle of the received chirp signal, t2 represents the reception center time, and K'' represents the chirp rate of the received signal. The meanings of other symbols are the same as in FIG. Note that, for simplicity, in FIG. 6, the Doppler frequency f d caused by the relative velocity is set to "0". Moreover, the observation target 4 shown in FIG. 3 is assumed to be the ground surface. At this time, the observation replica signal s t (t) and the observation signal s r (t) are expressed by the following equations (4) and (5).
上記（４）式に示されるφｔ(ｔ０)は、ｔ＝ｔ０における基準発振器１１の位相であり、上記（５）式に示されるφｒ(ｔ０)は、ｔ＝ｔ０における基準発振器２１の位相である。よって、これらの位相差は、基準発振器１１の周波数ｆｔと、基準発振器２１の周波数ｆｒとを用いて、以下の（６）式のように表すことができる。 φ t (t 0 ) shown in the above equation (4) is the phase of the reference oscillator 11 at t=t 0 , and φ r (t 0 ) shown in the above equation (5) is the phase of the reference oscillator 11 at t=t 0 . This is the phase of the reference oscillator 21. Therefore, these phase differences can be expressed as in the following equation (6) using the frequency f t of the reference oscillator 11 and the frequency f r of the reference oscillator 21.
上記（６）式の右辺に示されるΔφは、上記（３）式に示される位相差Δφである。従って、上記（３）式に示される位相差Δφを補正値として使用すれば、上記（６）式の左辺に示される位相差を推定することができる。これにより、観測信号２７の位相ずれを補正することが可能となる。 Δφ shown on the right side of the above equation (6) is the phase difference Δφ shown in the above equation (3). Therefore, by using the phase difference Δφ shown in equation (3) above as a correction value, it is possible to estimate the phase difference shown on the left side of equation (6) above. This makes it possible to correct the phase shift of the observation signal 27.
次に、地上局３のハードウェア構成について説明する。図７は、実施の形態に係る地上局３の機能を実現する計算機装置のハードウェア構成の例を示すブロック図である。実施の形態に係る地上局３の機能を実現する場合には、図７に示されるように、演算を行うプロセッサ１００、プロセッサ１００によって読みとられるプログラムが保存される記憶部１０２、並びに送信機側装置１及び受信機側装置２との間で通信を行う通信部１０３とを含む構成とすることができる。
Next, the hardware configuration of the ground station 3 will be explained. FIG. 7 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of a computer device that implements the functions of the ground station 3 according to the embodiment. In order to realize the functions of the ground station 3 according to the embodiment, as shown in FIG. The configuration may include a communication unit 103 that communicates between the device 1 and the receiver-
プロセッサ１００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。記憶部１０２には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）を例示することができる。
The processor 100 may be an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, a CPU (Central Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor). The
記憶部１０２には、上述した地上局３の処理を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ１００は、通信部１０３を使用して送信機側装置１及び受信機側装置２との間で通信を行い、必要な情報を受信する。記憶部１０２に格納されたプログラムをプロセッサ１００が実行し、記憶部１０２に格納されたテーブルをプロセッサ１００が参照することで、所要の演算処理を実施する。プロセッサ１００による演算結果は、記憶部１０２に記憶することができる。
The
なお、プロセッサ１００に代え、若しくはプロセッサ１００に加えて、処理回路を有していてもよい。ここで言う処理回路は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。 Note that a processing circuit may be included instead of or in addition to the processor 100. The processing circuit referred to herein may be a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof.
以上説明したように、実施の形態に係る位相同期システムによれば、送信信号を受信機側装置に向けて送信したときに送信機側装置で生成されるレプリカ信号である校正用レプリカ信号と、受信機側装置が送信機側装置から送信信号を直接受信したときに生成される信号である校正用受信信号とが地上局に送信される。地上局は、校正用レプリカ信号と校正用受信信号との間の位相差に基づいて第１の基準信号と第２の基準信号との間の初期位相の差を補正するための補正値を算出する。また、送信信号を観測目標に向けて送信したときに送信機側装置で生成されるレプリカ信号である観測時レプリカ信号と、受信機側装置が観測目標からの反射信号を受信したときに生成される信号である観測信号とが地上局に送信される。地上局は、観測時レプリカ信号と、観測信号と、補正値とに基づいて観測信号の位相ずれを補正する。これにより、送信側と受信側とにおける基準信号の初期位相の差に起因して合成開口レーダに生じ得る性能劣化を改善することが可能となる。 As explained above, according to the phase synchronization system according to the embodiment, the calibration replica signal is a replica signal generated by the transmitter side device when the transmission signal is transmitted toward the receiver side device; A calibration reception signal, which is a signal generated when the receiver side device directly receives the transmission signal from the transmitter side device, is transmitted to the ground station. The ground station calculates a correction value for correcting the initial phase difference between the first reference signal and the second reference signal based on the phase difference between the calibration replica signal and the calibration received signal. do. In addition, there is an observation replica signal, which is a replica signal generated by the transmitter side device when a transmission signal is transmitted toward an observation target, and an observation replica signal, which is a replica signal generated when the receiver side device receives a reflected signal from the observation target. An observation signal, which is a signal associated with the ground station, is transmitted to the ground station. The ground station corrects the phase shift of the observation signal based on the observation replica signal, the observation signal, and the correction value. This makes it possible to improve the performance deterioration that may occur in the synthetic aperture radar due to the difference in the initial phase of the reference signal between the transmitting side and the receiving side.
なお、本実施の形態では、１台の送信装置と、１台の受信装置とを有するバイスタティック合成開口レーダシステムを一例として説明したが、これに限定されない。１台の送信装置と、複数台の受信装置と有するマルチスタティック合成開口レーダシステムへの適用も可能である。また、複数台の送信装置と、複数台の受信装置と有するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）合成開口レーダシステムへの適用も可能である。 Note that in this embodiment, a bistatic synthetic aperture radar system having one transmitting device and one receiving device has been described as an example, but the present invention is not limited to this. Application to a multistatic synthetic aperture radar system having one transmitter and multiple receivers is also possible. It is also possible to apply the present invention to a MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output) synthetic aperture radar system having multiple transmitters and multiple receivers.
また、以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 Furthermore, the configurations shown in the above embodiments are merely examples, and may be combined with other known techniques, or a part of the configuration may be omitted or changed without departing from the scope of the invention. It is also possible.
１ 送信機側装置、２ 受信機側装置、３ 地上局、４ 観測目標、１０ 送信装置、１１，２１ 基準発振器、１２ 送信アンテナ、１３，２３ ローカル信号発生器、１４，２４ ミキサ、１５，２５ Ａ／Ｄ変換器、１６ 送信機、１７ 切替器、１８ 校正用レプリカ信号、１９ 観測時レプリカ信号、２０ 受信装置、２２ 受信アンテナ、２６ 校正用受信信号、２７ 観測信号、５０ 位相同期システム、１００ プロセッサ、１０２ 記憶部、１０３ 通信部。 1 transmitter side device, 2 receiver side device, 3 ground station, 4 observation target, 10 transmitter, 11, 21 reference oscillator, 12 transmitting antenna, 13, 23 local signal generator, 14, 24 mixer, 15, 25 A/D converter, 16 Transmitter, 17 Switch, 18 Calibration replica signal, 19 Observation replica signal, 20 Receiving device, 22 Receiving antenna, 26 Calibration received signal, 27 Observation signal, 50 Phase synchronization system, 100 processor, 102 storage section, 103 communication section.
Claims (5)
第１の移動プラットフォームに搭載される送信機側装置と、
前記第１の移動プラットフォームとは異なる第２の移動プラットフォームに搭載される受信機側装置と、
前記送信機側装置及び前記受信機側装置のそれぞれと通信可能に構成される地上局と、
を備え、
前記送信機側装置は、第１の基準発振器を有し、前記第１の基準発振器が出力する第１の基準信号に基づいて前記観測目標に照射する送信信号を生成する送信装置を備え、
前記受信機側装置は、第２の基準発振器を有し、前記第２の基準発振器が出力する第２の基準信号と、前記送信信号の前記観測目標からの反射信号とに基づいて前記観測目標に関する観測信号を生成する受信装置を備え、
前記地上局は、
前記送信信号を前記受信機側装置に向けて送信したときに前記送信機側装置で生成されるレプリカ信号である校正用レプリカ信号と、前記受信機側装置が前記送信機側装置から前記送信信号を直接受信したときに生成される信号である校正用受信信号との間の位相差に基づいて前記第１の基準信号と前記第２の基準信号との間の初期位相の差を補正するための補正値を算出し、
前記送信信号を観測目標に向けて送信したときに前記送信機側装置で生成されるレプリカ信号である観測時レプリカ信号と、前記受信機側装置が前記観測目標からの反射信号を受信したときに生成される信号である観測信号と、前記補正値とに基づいて前記観測信号の位相ずれを補正する
ことを特徴とする位相同期システム。 A phase synchronization system applied to a synthetic aperture radar that observes and images observation targets,
a transmitter side device mounted on a first mobile platform;
a receiver-side device mounted on a second mobile platform different from the first mobile platform;
a ground station configured to be able to communicate with each of the transmitter side device and the receiver side device;
Equipped with
The transmitter side device has a first reference oscillator, and includes a transmitter that generates a transmission signal to irradiate the observation target based on a first reference signal output from the first reference oscillator,
The receiver-side device includes a second reference oscillator, and determines the observation target based on a second reference signal output from the second reference oscillator and a reflected signal from the observation target of the transmission signal. comprising a receiving device that generates an observation signal related to
The ground station is
A calibration replica signal, which is a replica signal generated by the transmitter side device when the transmission signal is transmitted toward the receiver side device, and a calibration replica signal that is a replica signal generated by the transmitter side device when the transmitter side device transmits the transmission signal, and for correcting the initial phase difference between the first reference signal and the second reference signal based on the phase difference between the first reference signal and the second reference signal, which is a signal generated when directly receiving the calibration received signal. Calculate the correction value of
An observation replica signal, which is a replica signal generated by the transmitter side device when the transmission signal is transmitted toward the observation target, and an observation replica signal, which is a replica signal generated by the transmitter side device when the receiver side device receives a reflected signal from the observation target. A phase synchronization system characterized in that a phase shift of the observation signal is corrected based on the observation signal that is a generated signal and the correction value.
前記校正モードにおいては、前記校正用レプリカ信号と、前記校正用受信信号とが生成され、
前記観測モードにおいては、前記観測時レプリカ信号と、前記観測信号とが生成される
ことを特徴とする請求項１に記載の位相同期システム。 It has a calibration mode and an observation mode,
In the calibration mode, the calibration replica signal and the calibration reception signal are generated,
The phase synchronization system according to claim 1, wherein in the observation mode, the observation replica signal and the observation signal are generated.
ことを特徴とする請求項２に記載の位相同期システム。 3. The phase synchronization system according to claim 2, wherein the operation in the observation mode is performed consecutively to the operation in the calibration mode.
前記位相差を用いて前記観測時レプリカ信号の位相ずれを補正し、
補正後の前記観測信号に基づいて前記観測目標の画像化処理を行う
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の位相同期システム。 The ground station, in the observation mode,
correcting the phase shift of the observation replica signal using the phase difference;
The phase synchronization system according to claim 2 or 3, wherein the observation target is imaged based on the corrected observation signal.
前記合成開口レーダと、
を備えた合成開口レーダシステム。 A phase synchronization system according to any one of claims 1 to 4,
the synthetic aperture radar;
Synthetic aperture radar system with
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|---|---|---|---|---|
| JP2000162311A (en) | 1998-11-24 | 2000-06-16 | Mitsubishi Electric Corp | Bistatic radar system |
| JP2011191099A (en) | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Mitsubishi Electric Corp | Synthetic aperture radar apparatus |
| JP2011208961A (en) | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Mitsubishi Space Software Kk | Image processing device, monitoring system, image processing method, and image processing program |
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