JP2003114275A - バイスタティックレーダシステム - Google Patents
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- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 対象範囲を改良し、従来の後方散乱レーダシ
ステムではシステムのジオメトリが通常モニタリング不
可能な領域における正確さを改良したバイスタティック
レーダシステムおよび表面流ベクトルをマッピングする
方法を提供する。 【解決手段】 レーダ信号を送受信するための複数の送
信機１０２および受信機１０６を具備し、１つの送信機
１０２は、少なくとも１つの受信機１０６から離れて位
置しており、前記送信機１０２および受信機１０６は、
海洋状況を探査し、計測するように構成され、バイスタ
ティックレーダシステム１００は、前記海洋状況におけ
る情報を引き出すための信号処理手段をさらに具備す
る。送信機１０２および受信機１０６によって探査さ
れ、計測された海洋状況は、例えば、表面流速ベクトル
を具備する。
ステムではシステムのジオメトリが通常モニタリング不
可能な領域における正確さを改良したバイスタティック
レーダシステムおよび表面流ベクトルをマッピングする
方法を提供する。 【解決手段】 レーダ信号を送受信するための複数の送
信機１０２および受信機１０６を具備し、１つの送信機
１０２は、少なくとも１つの受信機１０６から離れて位
置しており、前記送信機１０２および受信機１０６は、
海洋状況を探査し、計測するように構成され、バイスタ
ティックレーダシステム１００は、前記海洋状況におけ
る情報を引き出すための信号処理手段をさらに具備す
る。送信機１０２および受信機１０６によって探査さ
れ、計測された海洋状況は、例えば、表面流速ベクトル
を具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的なレーダシス
テム、特に、水量の多い領域の表面流をマッピングする
ためのシステムおよびそのマッピング方法に関する。
テム、特に、水量の多い領域の表面流をマッピングする
ためのシステムおよびそのマッピング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＦ、ＨＦ、ＶＨＦおよび低ＵＨＦ帯で
動作する低周波の後方散乱レーダシステムは、回流や川
に沿った流れ等の水面の流速をマッピングするために、
広く用いられている。
動作する低周波の後方散乱レーダシステムは、回流や川
に沿った流れ等の水面の流速をマッピングするために、
広く用いられている。
【０００３】流速を測定するために、もっとも一般的に
用いられているのは、ドップラー効果を利用する後方散
乱システムである。後方散乱ドップラーシフトは、以下
の２つの効果をもたらす。（ｉ）ブラッグ散乱、すなわ
ち、波長が正確にレーダ波長の半分である波の動きを捉
えることができる。（ii）レーダの伝搬方向の表面波を
輸送する内在的な流れの構成を捉えることができる。後
方散乱レーダにおいて、波のドップラーは、単一の周波
数で生じ、測定されたドップラーシフトから所望の放射
状の流速を得るまで減衰することがよく知られている。
このように、波は、内在的な流れをトレースするのに役
立つ。つまり、これらの波についての情報は、探知され
るものではなく、レーダターゲットに供するためだけに
必要となるものである。
用いられているのは、ドップラー効果を利用する後方散
乱システムである。後方散乱ドップラーシフトは、以下
の２つの効果をもたらす。（ｉ）ブラッグ散乱、すなわ
ち、波長が正確にレーダ波長の半分である波の動きを捉
えることができる。（ii）レーダの伝搬方向の表面波を
輸送する内在的な流れの構成を捉えることができる。後
方散乱レーダにおいて、波のドップラーは、単一の周波
数で生じ、測定されたドップラーシフトから所望の放射
状の流速を得るまで減衰することがよく知られている。
このように、波は、内在的な流れをトレースするのに役
立つ。つまり、これらの波についての情報は、探知され
るものではなく、レーダターゲットに供するためだけに
必要となるものである。
【０００４】散乱領域の範囲および距離は、送信レーダ
信号と受信レーダ信号との時間遅延により得られる。例
えば、米国特許５３６１０７２号により具体的に記載さ
れている。範囲処理の後、それぞれの範囲の領域につい
てのエコー時間系は、ドップラースペクトルといくつか
の受信アンテナまたは要素とを得るために、フーリエ変
換される。流れを抽出するために用いられるブラッグピ
ークは、単一かつ分離している。それぞれのドップラー
スペクトルビン（流れの放射速度として定義できる）に
おいて、エコーの方位角は、アルゴリズムを決定する方
位を用いて受信アンテナの指向性より得られる。好適な
方位決定のアルゴリズムとしては、例えば、米国特許５
９９０８３４号に記載された多重信号分類（ＭＵＳＩ
Ｃ）方位発見アルゴリズムがある。このように、後方散
乱レーダは、放射流速が距離と方位角との関数としてマ
ップされた極座標系の測定結果を得る。
信号と受信レーダ信号との時間遅延により得られる。例
えば、米国特許５３６１０７２号により具体的に記載さ
れている。範囲処理の後、それぞれの範囲の領域につい
てのエコー時間系は、ドップラースペクトルといくつか
の受信アンテナまたは要素とを得るために、フーリエ変
換される。流れを抽出するために用いられるブラッグピ
ークは、単一かつ分離している。それぞれのドップラー
スペクトルビン（流れの放射速度として定義できる）に
おいて、エコーの方位角は、アルゴリズムを決定する方
位を用いて受信アンテナの指向性より得られる。好適な
方位決定のアルゴリズムとしては、例えば、米国特許５
９９０８３４号に記載された多重信号分類（ＭＵＳＩ
Ｃ）方位発見アルゴリズムがある。このように、後方散
乱レーダは、放射流速が距離と方位角との関数としてマ
ップされた極座標系の測定結果を得る。
【０００５】単一の後方散乱レーダシステムは、２次元
の水平流速ベクトルである放射成分だけ測定することが
できる。それゆえ、通常２つの後方散乱レーダシステム
が１対として用いられ、海岸に沿って数１０キロメート
ルごとに独立して動作させる。公知であるジオメトリと
相互に観測される散乱領域の位置とに基いて、対象区域
にオーバーラップした２つの結果の放射速度成分が結合
されて、合計速度ベクトルマップが生成される。このよ
うに、従来システムの欠点の１つは、水平速度マッピン
グのために、後方散乱システムによる多重化が必要であ
り、コストがかかることである。
の水平流速ベクトルである放射成分だけ測定することが
できる。それゆえ、通常２つの後方散乱レーダシステム
が１対として用いられ、海岸に沿って数１０キロメート
ルごとに独立して動作させる。公知であるジオメトリと
相互に観測される散乱領域の位置とに基いて、対象区域
にオーバーラップした２つの結果の放射速度成分が結合
されて、合計速度ベクトルマップが生成される。このよ
うに、従来システムの欠点の１つは、水平速度マッピン
グのために、後方散乱システムによる多重化が必要であ
り、コストがかかることである。
【０００６】従来システムの他の欠点としては、後方散
乱システムは、合計ベクトルあるいは２つの後方散乱レ
ーダシステムが１つのラインに結合する付近を分離する
ことができない。これは、双方が同じ速度成分として計
測されるためである。このことは、海岸沿い、川を跨ぐ
箇所、湾口において測定される領域が欠けてしまうこと
となり、特に問題である。
乱システムは、合計ベクトルあるいは２つの後方散乱レ
ーダシステムが１つのラインに結合する付近を分離する
ことができない。これは、双方が同じ速度成分として計
測されるためである。このことは、海岸沿い、川を跨ぐ
箇所、湾口において測定される領域が欠けてしまうこと
となり、特に問題である。
【０００７】水面速度をマッピングするための代替方法
として、１つまたはそれ以上の受信機が離れた所にあ
り、２つまたはそれ以上の送信機で動作されるバイスタ
ティックレーダシステムが用いられる。合成エコーは、
それぞれ独立した送信機−受信機対から同時に放射され
た信号に基いて設定されるため、散乱領域における非平
行な速度成分を構築することができる。この方法の主な
欠点は、個々の送信機および受信機を地理的に同期させ
ることがコスト高となることである。従前のバイスタテ
ィックシステムは、高安定のセシウムまたはルビジウム
の時間標準を採用するか、あるいは、個々の位置におけ
るコヒーレント信号を維持するための過制御されたフェ
ーズロックループを採用していた。このような方法は、
高価であることに加えて、海洋探査システムが日常晒さ
れる過酷な環境には、不向きである。
として、１つまたはそれ以上の受信機が離れた所にあ
り、２つまたはそれ以上の送信機で動作されるバイスタ
ティックレーダシステムが用いられる。合成エコーは、
それぞれ独立した送信機−受信機対から同時に放射され
た信号に基いて設定されるため、散乱領域における非平
行な速度成分を構築することができる。この方法の主な
欠点は、個々の送信機および受信機を地理的に同期させ
ることがコスト高となることである。従前のバイスタテ
ィックシステムは、高安定のセシウムまたはルビジウム
の時間標準を採用するか、あるいは、個々の位置におけ
るコヒーレント信号を維持するための過制御されたフェ
ーズロックループを採用していた。このような方法は、
高価であることに加えて、海洋探査システムが日常晒さ
れる過酷な環境には、不向きである。
【０００８】後方散乱システムに比べて、バイスタティ
ックレーダシステムを使用することの、さらなる根本的
問題は、バイスタティックレーダシステムにおいては、
送信機−受信機対について楕円の共焦点を見つけるため
に一定の時間遅延が発生することである。この結果、波
の動作によるドップラーシフトは、もはや後方散乱レー
ダシステムのように一定ではなくなり、一定の時間遅延
の生じた外形の位置が変化してしまう。
ックレーダシステムを使用することの、さらなる根本的
問題は、バイスタティックレーダシステムにおいては、
送信機−受信機対について楕円の共焦点を見つけるため
に一定の時間遅延が発生することである。この結果、波
の動作によるドップラーシフトは、もはや後方散乱レー
ダシステムのように一定ではなくなり、一定の時間遅延
の生じた外形の位置が変化してしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、かかる従来技術の問題点を解決するべくなされたも
ので、より広い領域に渡って、従来の後方散乱レーダシ
ステムではシステムのジオメトリが通常モニタリング不
可能な領域において正確にマッピングすることが可能な
バイスタティックレーダシステムおよび表面流ベクトル
をマッピングする方法を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、頑強かつ安価であるバイスタティックレ
ーダシステムおよび表面流ベクトルをマッピングする方
法を提供することを他の目的とする。さらに、現存する
海洋探査レーダシステムに容易かつ安価にアップグレー
ドすることができるバイスタティックレーダシステムお
よび表面流ベクトルをマッピングする方法を提供するこ
とを他の目的とする。本発明のバイスタティックレーダ
システムおよび表面流ベクトルをマッピングする方法に
よって、従来技術の課題を解決し、上記効果を得ること
ができる。
は、かかる従来技術の問題点を解決するべくなされたも
ので、より広い領域に渡って、従来の後方散乱レーダシ
ステムではシステムのジオメトリが通常モニタリング不
可能な領域において正確にマッピングすることが可能な
バイスタティックレーダシステムおよび表面流ベクトル
をマッピングする方法を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、頑強かつ安価であるバイスタティックレ
ーダシステムおよび表面流ベクトルをマッピングする方
法を提供することを他の目的とする。さらに、現存する
海洋探査レーダシステムに容易かつ安価にアップグレー
ドすることができるバイスタティックレーダシステムお
よび表面流ベクトルをマッピングする方法を提供するこ
とを他の目的とする。本発明のバイスタティックレーダ
システムおよび表面流ベクトルをマッピングする方法に
よって、従来技術の課題を解決し、上記効果を得ること
ができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、バイスタティ
ックレーダシステムおよび多量の水の表面流をマッピン
グするための方法を供給する。本発明は、広い領域に渡
って、従来の後方散乱レーダシステムでは、有効にマッ
ピングできなかった領域の流速を安定して積算すること
を提供する。
ックレーダシステムおよび多量の水の表面流をマッピン
グするための方法を供給する。本発明は、広い領域に渡
って、従来の後方散乱レーダシステムでは、有効にマッ
ピングできなかった領域の流速を安定して積算すること
を提供する。
【００１１】本発明の１つの目的は、従来の後方散乱レ
ーダシステムを用いると、不安定で、通常はモニタリン
グが不可能な領域において、より広範囲で、正確なバイ
スタティックレーダシステムを用いて、海洋流の情報を
供給することである。
ーダシステムを用いると、不安定で、通常はモニタリン
グが不可能な領域において、より広範囲で、正確なバイ
スタティックレーダシステムを用いて、海洋流の情報を
供給することである。
【００１２】本発明のさらなる目的は、複雑性、コスト
およびＧＰＳ時間信号を用いたバイスタティックレーダ
システムの送信機および受信機の変調信号を同期するた
めの放射スペクトル資源の使用を減らすことである。
およびＧＰＳ時間信号を用いたバイスタティックレーダ
システムの送信機および受信機の変調信号を同期するた
めの放射スペクトル資源の使用を減らすことである。
【００１３】本発明のさらなる目的は、従来の後方散乱
レーダシステムにおいて用いられる時間遅延または範
囲、方位および速度の関係をバイスタティックレーダシ
ステムの楕円／双曲線のジオメトリを用いた所望の流速
マップに変換するための方法およびコンピュータプログ
ラムを供給することである。
レーダシステムにおいて用いられる時間遅延または範
囲、方位および速度の関係をバイスタティックレーダシ
ステムの楕円／双曲線のジオメトリを用いた所望の流速
マップに変換するための方法およびコンピュータプログ
ラムを供給することである。
【００１４】本発明の一側面によると、バイスタティッ
クレーダシステムは、レーダ信号を送受信するための多
数の送信機および受信機を具備する。好ましくは、１つ
の送信機は、少なくとも１つの受信機から離れて位置し
ており、送信機および受信機は、それぞれローカルオシ
レータを具備する。このローカルオシレータは、前記複
数の送信機および受信機が、前記複数の送信機および受
信機の間で干渉を生じさせるためにＧＰＳ信号に組み合
わされる。さらに好ましくは、前記送信機および受信機
は、海洋状況を探査し、計測するように構成され、バイ
スタティックレーダシステムは、前記海洋状況における
情報を引き出すための信号処理手段をさらに具備する。
送信機および受信機によって探査され、計測された海洋
状況は、例えば、表面流速ベクトルを具備する。
クレーダシステムは、レーダ信号を送受信するための多
数の送信機および受信機を具備する。好ましくは、１つ
の送信機は、少なくとも１つの受信機から離れて位置し
ており、送信機および受信機は、それぞれローカルオシ
レータを具備する。このローカルオシレータは、前記複
数の送信機および受信機が、前記複数の送信機および受
信機の間で干渉を生じさせるためにＧＰＳ信号に組み合
わされる。さらに好ましくは、前記送信機および受信機
は、海洋状況を探査し、計測するように構成され、バイ
スタティックレーダシステムは、前記海洋状況における
情報を引き出すための信号処理手段をさらに具備する。
送信機および受信機によって探査され、計測された海洋
状況は、例えば、表面流速ベクトルを具備する。
【００１５】前記信号処理手段は、前記バイスタティッ
クレーダシステムを用いて測定されたドップラーシフト
（ｆD）を用いて、次式で表される散乱領域内の流速を
決定するように構成される。
クレーダシステムを用いて測定されたドップラーシフト
（ｆD）を用いて、次式で表される散乱領域内の流速を
決定するように構成される。
【数１４】
ここで、λは、前記レーダ信号の波長、ｇは、重力加速
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、およびθは、前記送信機お
よび前記散乱領域を結ぶ線分と、前記受信機および前記
散乱領域を結ぶ線分との間の角であるバイスタティック
角である。前記流速（Ｖh）は、前記散乱領域を通過
し、前記送信機および受信機を共焦点とする楕円に垂直
な双曲線に沿って決定され、前記楕円は、測定されたレ
ーダエコー時間遅延に等しい一定時間遅延（Ｄ）を有す
る。具体的には、ドップラーシフト（ｆD）は、バイス
タティックレーダシステムを用いて直接的に計測され
る。他の具体例としては、前記信号処理手段は、前記バ
イスタティックレーダシステムを用いて測定されたドッ
プラーシフト（ｆD）を用いて、次式で表される散乱領
域内の流速を決定する。
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、およびθは、前記送信機お
よび前記散乱領域を結ぶ線分と、前記受信機および前記
散乱領域を結ぶ線分との間の角であるバイスタティック
角である。前記流速（Ｖh）は、前記散乱領域を通過
し、前記送信機および受信機を共焦点とする楕円に垂直
な双曲線に沿って決定され、前記楕円は、測定されたレ
ーダエコー時間遅延に等しい一定時間遅延（Ｄ）を有す
る。具体的には、ドップラーシフト（ｆD）は、バイス
タティックレーダシステムを用いて直接的に計測され
る。他の具体例としては、前記信号処理手段は、前記バ
イスタティックレーダシステムを用いて測定されたドッ
プラーシフト（ｆD）を用いて、次式で表される散乱領
域内の流速を決定する。
【数１５】
ここで、λは、前記レーダ信号の波長、ｇは、重力加速
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、θは、前記送信機および前
記散乱領域を結ぶ線分と、前記受信機および前記散乱領
域を結ぶ線分との間の角であるバイスタティック角、お
よびＶhは、前記散乱領域を通過する双曲線に沿った前
記流速である。
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、θは、前記送信機および前
記散乱領域を結ぶ線分と、前記受信機および前記散乱領
域を結ぶ線分との間の角であるバイスタティック角、お
よびＶhは、前記散乱領域を通過する双曲線に沿った前
記流速である。
【００１６】好ましくは、前記表面流速ベクトルは、前
記表面流速ベクトルとほぼ同じドップラースペクトル領
域上の速度を有する波動から独立しているように構成さ
れる。さらに好ましくは、前記バイスタティックレーダ
システムは、前記送信機から離れた位置にある前記受信
機が結合する線に沿った領域に合計流ベクトルを供給す
るように構成される。
記表面流速ベクトルとほぼ同じドップラースペクトル領
域上の速度を有する波動から独立しているように構成さ
れる。さらに好ましくは、前記バイスタティックレーダ
システムは、前記送信機から離れた位置にある前記受信
機が結合する線に沿った領域に合計流ベクトルを供給す
るように構成される。
【００１７】本発明の他の側面によると、複数の送信機
および受信機を具備し、少なくとも１つの送信機が少な
くとも１つの受信機から離れて位置するレーダシステム
を用いて表面流ベクトルをマッピングする方法である。
本方法は、（ｉ）前記受信機でエコーを生成するため
に、前記送信機から散乱領域内の波に向けて送信された
レーダ信号を散乱させるステップと、（ii）方位決定ア
ルゴリズムを用いて前記散乱領域への方位角（φ）を決
定するステップと、（iii）前記送信機から前記受信機
までのレーダエコー時間遅延を測定するために、送信後
の時間に対してサンプリングするステップと、（iv）前
記散乱領域の位置を決定するステップと、（ｖ）前記散
乱領域における流速を決定するステップとを具備する。
および受信機を具備し、少なくとも１つの送信機が少な
くとも１つの受信機から離れて位置するレーダシステム
を用いて表面流ベクトルをマッピングする方法である。
本方法は、（ｉ）前記受信機でエコーを生成するため
に、前記送信機から散乱領域内の波に向けて送信された
レーダ信号を散乱させるステップと、（ii）方位決定ア
ルゴリズムを用いて前記散乱領域への方位角（φ）を決
定するステップと、（iii）前記送信機から前記受信機
までのレーダエコー時間遅延を測定するために、送信後
の時間に対してサンプリングするステップと、（iv）前
記散乱領域の位置を決定するステップと、（ｖ）前記散
乱領域における流速を決定するステップとを具備する。
【００１８】前記散乱領域における流速を決定するステ
ップは、送信機および散乱領域および受信機を結ぶ線の
間の角であるバイスタティック角、レーダエコーのドッ
プラーシフト（ｆD）、および散乱領域の位置に基いて
いる。前述されるように、ドップラーシフトは、バイス
タティック送信機−受信機対のドップラーシフトから直
接的に測定されるか、受信機の１つから測定された仮想
の放射後方散乱の速度成分より算出される。
ップは、送信機および散乱領域および受信機を結ぶ線の
間の角であるバイスタティック角、レーダエコーのドッ
プラーシフト（ｆD）、および散乱領域の位置に基いて
いる。前述されるように、ドップラーシフトは、バイス
タティック送信機−受信機対のドップラーシフトから直
接的に測定されるか、受信機の１つから測定された仮想
の放射後方散乱の速度成分より算出される。
【００１９】散乱領域の位置を決定するためのステップ
は、（ｉ）一定時間遅延（Ｄ）が前記測定されたレーダ
エコー時間遅延と等しくなるように、前記散乱領域が通
過し、前記送信機および受信機が共焦点となる楕円の長
軸（Ａ）を決定するステップと、（ii）前記楕円の短軸
（Ｂ）を決定するステップと、（iii）前記散乱領域か
ら局所座標系の原点までの角度（Ψ）の正弦および余弦
を決定するステップと、（iv）前記角度の正弦および余
弦ないし楕円の長軸および短軸から局所座標系における
散乱領域の位置を決定するステップとを具備する。
は、（ｉ）一定時間遅延（Ｄ）が前記測定されたレーダ
エコー時間遅延と等しくなるように、前記散乱領域が通
過し、前記送信機および受信機が共焦点となる楕円の長
軸（Ａ）を決定するステップと、（ii）前記楕円の短軸
（Ｂ）を決定するステップと、（iii）前記散乱領域か
ら局所座標系の原点までの角度（Ψ）の正弦および余弦
を決定するステップと、（iv）前記角度の正弦および余
弦ないし楕円の長軸および短軸から局所座標系における
散乱領域の位置を決定するステップとを具備する。
【００２０】さらに、他の側面においては、本発明は、
上記の方法を実現するために、コンピュータシステムと
ともに使用するためのコンピュータプログラムを提供す
る。本コンピュータプログラムは、読み込み可能な記憶
媒体およびコンピュータプログラム構造が組み込まれ、
前記コンピュータ記憶媒体は、複数の送信機および受信
機を具備し、少なくとも１つの送信機が少なくとも１つ
の受信機から離れて位置するレーダシステムを用いて表
面流ベクトルをマッピングするために、所定の仕様に基
いて前記コンピュータシステムを指示するプログラムモ
ジュールを具備する。また、本コンピュータプログラム
は、（ｉ）レーダ制御サブルーチン＝プログラムモジュ
ール、（ii）方位角決定サブルーチン＝プログラムモジ
ュール、（iii）エコー時間遅延サブルーチン＝プログ
ラムモジュール、（iv）位置決定サブルーチン＝プログ
ラムモジュール、および（ｖ）流速サブルーチン＝プロ
グラムモジュールを具備する。
上記の方法を実現するために、コンピュータシステムと
ともに使用するためのコンピュータプログラムを提供す
る。本コンピュータプログラムは、読み込み可能な記憶
媒体およびコンピュータプログラム構造が組み込まれ、
前記コンピュータ記憶媒体は、複数の送信機および受信
機を具備し、少なくとも１つの送信機が少なくとも１つ
の受信機から離れて位置するレーダシステムを用いて表
面流ベクトルをマッピングするために、所定の仕様に基
いて前記コンピュータシステムを指示するプログラムモ
ジュールを具備する。また、本コンピュータプログラム
は、（ｉ）レーダ制御サブルーチン＝プログラムモジュ
ール、（ii）方位角決定サブルーチン＝プログラムモジ
ュール、（iii）エコー時間遅延サブルーチン＝プログ
ラムモジュール、（iv）位置決定サブルーチン＝プログ
ラムモジュール、および（ｖ）流速サブルーチン＝プロ
グラムモジュールを具備する。
【００２１】本発明のコンピュータプログラムおよび方
法は、以下のどれか１つまたは全ての利点を有する。
法は、以下のどれか１つまたは全ての利点を有する。
【００２２】（ｉ） 複雑性、コストおよびＧＰＳ時
間信号を用いたバイスタティックレーダシステムの送信
機および受信機の変調信号を同期するための放射スペク
トル資源の使用を減らすことができる。
間信号を用いたバイスタティックレーダシステムの送信
機および受信機の変調信号を同期するための放射スペク
トル資源の使用を減らすことができる。
【００２３】（ii） 送信機および／または受信機を
増加させて発展させることによって流れマッピングのた
めの従来の後方散乱レーダシステムの範囲領域と正確さ
を迅速かつ比較的安価に改良することができる。
増加させて発展させることによって流れマッピングのた
めの従来の後方散乱レーダシステムの範囲領域と正確さ
を迅速かつ比較的安価に改良することができる。
【００２４】（iii） コンピュータもエアコンも必要
なく、分散配置には好適なソーラーエネルギーを利用す
ることが可能な小型の送信システムをデザインすること
ができる。
なく、分散配置には好適なソーラーエネルギーを利用す
ることが可能な小型の送信システムをデザインすること
ができる。
【００２５】（iv） 結果として、方位角を正確に測
定する能力に影響する複雑なアンテナパターンを破壊す
ることのない、ブイ、沖合の構造物、または建物の屋根
上に取り付けることが可能な垂直なホイップ送信アンテ
ナから信号を放射することができる。
定する能力に影響する複雑なアンテナパターンを破壊す
ることのない、ブイ、沖合の構造物、または建物の屋根
上に取り付けることが可能な垂直なホイップ送信アンテ
ナから信号を放射することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明は、大洋、海、湾、港、川
および湖のような水量の多い領域の表面の流れをマップ
するためのバイスタティックレーダシステムおよびレー
ダシステムを用いて表面流ベクトルをマッピングする方
法である。
および湖のような水量の多い領域の表面の流れをマップ
するためのバイスタティックレーダシステムおよびレー
ダシステムを用いて表面流ベクトルをマッピングする方
法である。
【００２７】本発明に係るバイスタティックレーダシス
テムは、図１に示されている。図１はレーダ信号を送受
信するための複数の送信機１０２および複数の受信機１
０６を含むバイスタティックレーダシステム１００の模
式的ブロック図である。少なくとも１つの送信機１０２
は、少なくとも１つの受信機１０６から離れて位置し、
本実施形態のようにＧＰＳ信号を使用することによって
送信機１０２と受信機１０６とが干渉することが必要で
ある。明確のために、レーダシステムの多くについての
詳細は、広く知られており、本発明に関係しないため、
省略されている。
テムは、図１に示されている。図１はレーダ信号を送受
信するための複数の送信機１０２および複数の受信機１
０６を含むバイスタティックレーダシステム１００の模
式的ブロック図である。少なくとも１つの送信機１０２
は、少なくとも１つの受信機１０６から離れて位置し、
本実施形態のようにＧＰＳ信号を使用することによって
送信機１０２と受信機１０６とが干渉することが必要で
ある。明確のために、レーダシステムの多くについての
詳細は、広く知られており、本発明に関係しないため、
省略されている。
【００２８】図１は、バイスタッティックレーダシステ
ム１００のハードウェアの構成および信号処理過程を示
している。角が角張ったブロックをハードウェアの構成
として表示し、角の丸いブロックを受信したレーダデー
タを処理するキー信号処理過程として表示しており、デ
ジタルコンピュータ上のソフトウェアプログラムによっ
てリアルタイムで実行させることができる。
ム１００のハードウェアの構成および信号処理過程を示
している。角が角張ったブロックをハードウェアの構成
として表示し、角の丸いブロックを受信したレーダデー
タを処理するキー信号処理過程として表示しており、デ
ジタルコンピュータ上のソフトウェアプログラムによっ
てリアルタイムで実行させることができる。
【００２９】図１に示されるように、バイスタッティッ
クレーダシステム１００は、海洋あるいは水の表面状態
を調査することができるいくつかの独立した受信機１０
６を有し、受信部１０４と協同する送信機１０２を具備
している。受信機１０６の受信アンテナ１０８は、送信
機１０２の送信アンテナ１１０から送信され、散乱地点
あるいは散乱領域（図示せず）において波によって散乱
したレーダ信号のエコーを受信する。信号処理機１１２
は、海洋の状態に関する情報を決定し、表示するために
レーダエコーから導き出された情報を処理する。このよ
うな情報は、表面流速ベクトルを具備している。バイス
タティックモードにおいて、図２に示されるように、送
信アンテナ１１０によって、地理的に離れている少なく
とも１つの受信アンテナ１０８へ指示される。つまり、
送信アンテナ１１０および少なくとも１つの受信アンテ
ナ１０８は、送信アンテナ１１０を繋ぐ線と散乱領域１
１４との間の角度および受信アンテナ１０８を繋ぐ線と
散乱領域１１４との間の角度が０にならないように位置
する。好ましくは、バイスタッティックレーダシステム
１００によってカバーされる領域を最大限にするため
に、すべての受信機１０６または受信アンテナ１０８
は、送信アンテナ１１０から離れているとともに、お互
いの受信アンテナ１０８から離れているように構成され
る。送信機１０２と受信機１０６との間は、物理的に接
続されておらず、電信による接合や通信路によって連結
される。バイスタッティックレーダシステム１００が必
要とする周波数およびマップ対象に依存する両者の距離
は、約２〜２００ｋｍにまで及ぶ。後方散乱システム１
１６においては、比較と例示のために、送信機１０２と
送信アンテナ１１０とは、受信機１０６と同じ位置に配
置されている。
クレーダシステム１００は、海洋あるいは水の表面状態
を調査することができるいくつかの独立した受信機１０
６を有し、受信部１０４と協同する送信機１０２を具備
している。受信機１０６の受信アンテナ１０８は、送信
機１０２の送信アンテナ１１０から送信され、散乱地点
あるいは散乱領域（図示せず）において波によって散乱
したレーダ信号のエコーを受信する。信号処理機１１２
は、海洋の状態に関する情報を決定し、表示するために
レーダエコーから導き出された情報を処理する。このよ
うな情報は、表面流速ベクトルを具備している。バイス
タティックモードにおいて、図２に示されるように、送
信アンテナ１１０によって、地理的に離れている少なく
とも１つの受信アンテナ１０８へ指示される。つまり、
送信アンテナ１１０および少なくとも１つの受信アンテ
ナ１０８は、送信アンテナ１１０を繋ぐ線と散乱領域１
１４との間の角度および受信アンテナ１０８を繋ぐ線と
散乱領域１１４との間の角度が０にならないように位置
する。好ましくは、バイスタッティックレーダシステム
１００によってカバーされる領域を最大限にするため
に、すべての受信機１０６または受信アンテナ１０８
は、送信アンテナ１１０から離れているとともに、お互
いの受信アンテナ１０８から離れているように構成され
る。送信機１０２と受信機１０６との間は、物理的に接
続されておらず、電信による接合や通信路によって連結
される。バイスタッティックレーダシステム１００が必
要とする周波数およびマップ対象に依存する両者の距離
は、約２〜２００ｋｍにまで及ぶ。後方散乱システム１
１６においては、比較と例示のために、送信機１０２と
送信アンテナ１１０とは、受信機１０６と同じ位置に配
置されている。
【００３０】送信機１０２および受信機１０６の電子的
構成は、それぞれのアンテナ１０８，１１０の近くにあ
る必要はない。また、受信機１０６は、信号処理機１１
２の近くにある必要もない。例えば、受信機１０６から
離れた場所にある施設に、ユーザあるいはオペレータが
海洋の状態に関する情報にアクセスする場所に信号処理
機１１２を配置するのが好ましい。信号処理機１１２
は、受信機１０６に陸線または無線通信路を経て接続可
能である。同様に、送信機１０２および受信機１０６の
電子的構成は、アンテナ１０８，１１０が設置され、シ
ョートケーブルまたはワイヤを経てアンテナ１０８，１
１０に連結された囲みの中、すなわち建物内に設置可能
である。
構成は、それぞれのアンテナ１０８，１１０の近くにあ
る必要はない。また、受信機１０６は、信号処理機１１
２の近くにある必要もない。例えば、受信機１０６から
離れた場所にある施設に、ユーザあるいはオペレータが
海洋の状態に関する情報にアクセスする場所に信号処理
機１１２を配置するのが好ましい。信号処理機１１２
は、受信機１０６に陸線または無線通信路を経て接続可
能である。同様に、送信機１０２および受信機１０６の
電子的構成は、アンテナ１０８，１１０が設置され、シ
ョートケーブルまたはワイヤを経てアンテナ１０８，１
１０に連結された囲みの中、すなわち建物内に設置可能
である。
【００３１】好適には、送信機１０２および送信アンテ
ナ１１０は、例えば、光電池、燃料電池またはバッテリ
ーのような電源を自ら具備している。好ましくは、送信
機１０２は、ボート、はしけ、プラットフォームまたは
ブイのような、耐水性の基盤上に設置され、受信アンテ
ナ１０８の一部または全部がリングで囲まれている。例
えば、送信機１０２は、港または湾１１８内のブイ上に
あり、受信アンテナ１０８は、図２に示すように、湾の
周りの地面１２０上に建てられた建物のように、他のブ
イ上または岸辺に設置される。
ナ１１０は、例えば、光電池、燃料電池またはバッテリ
ーのような電源を自ら具備している。好ましくは、送信
機１０２は、ボート、はしけ、プラットフォームまたは
ブイのような、耐水性の基盤上に設置され、受信アンテ
ナ１０８の一部または全部がリングで囲まれている。例
えば、送信機１０２は、港または湾１１８内のブイ上に
あり、受信アンテナ１０８は、図２に示すように、湾の
周りの地面１２０上に建てられた建物のように、他のブ
イ上または岸辺に設置される。
【００３２】送信機１０２は、ローカルオシレータ（図
示せず）を有するデジタルシンセサイザ１２２を具備
し、ローカルオシレータは、送信機１０２により送信さ
れたレーダ信号を生成するためにキャリア周波数、すな
わちキャリア波を発生させ、キャリア波を変調するため
の信号を発生させる。バイスタティック構成のためのレ
ーダ信号は、例えば、米国特許５３６１０７２号に記載
されるように連続的な２０ＭＨｚのキャリア波が変調さ
れて形成される。変調されたレーダ信号は、デジタルシ
ンセサイザ１２２から送信アンプまたはパワーアンプ１
２４を通過し、送信アンテナ１１０から放射される。送
信アンテナ１１０は、通常、ブロードビームを供給する
ために組み込まれ、１２０°から３６０°の方位角を有
し、海洋の状態に関する情報が必要とされる海洋または
水の広範囲に照射される。
示せず）を有するデジタルシンセサイザ１２２を具備
し、ローカルオシレータは、送信機１０２により送信さ
れたレーダ信号を生成するためにキャリア周波数、すな
わちキャリア波を発生させ、キャリア波を変調するため
の信号を発生させる。バイスタティック構成のためのレ
ーダ信号は、例えば、米国特許５３６１０７２号に記載
されるように連続的な２０ＭＨｚのキャリア波が変調さ
れて形成される。変調されたレーダ信号は、デジタルシ
ンセサイザ１２２から送信アンプまたはパワーアンプ１
２４を通過し、送信アンテナ１１０から放射される。送
信アンテナ１１０は、通常、ブロードビームを供給する
ために組み込まれ、１２０°から３６０°の方位角を有
し、海洋の状態に関する情報が必要とされる海洋または
水の広範囲に照射される。
【００３３】受信機１０６は、レーダエコーを受信し、
デコードするための受信モジュール１２６を具備し、受
信したエコーから情報を引き出すためのいくつかの信号
処理過程または信号処理機を具備する。受信モジュール
１２６は、受信したエコーとローカルオシレータ（図示
せず）で発生した信号とを混合し、エコーをデコードす
る。一般に、信号処理機は、ハードウェアおよびソフト
ウェアの要素を有している。好ましくは、受信モジュー
ル１２６は、それぞれアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変
換器（図示せず）を具備し、信号処理機によってデジタ
ル処理できるようにデジタル時系列に出力する。デジタ
ル信号処理機１２８は、時間遅延領域の位置を決定し、
レーダエコーおよび雑音の時系列をそれぞれの領域枠ご
とに出力する。コヒーレント積分やコヒーレント処理と
して知られる処理を行うドップラー信号処理機１３０
は、潜在的なターゲットエコーを２次元空間の領域およ
びドップラー周波数に順序立てる。最終処理過程は、方
位角処理機１３２で行われ、エコー方位角を決定する前
に、有用な信号を明確化し、背景雑音や散乱から抽出す
る。これら３つの信号処理機１２８，１３０，１３２
は、それぞれ米国特許５３６１０７２号および５９９０
８３４号に詳述されており、これらを参照することによ
り、具体化される。コヒーレントレーダ処理のために、
放射信号と受信信号との間の正確なタイミングが必要と
なるため、送信機１０２および受信機１０６のそれぞれ
は、受信モジュール１２６で生成された信号を送信機１
０２において変調信号を同期させるためのＧＰＳ衛星受
信機１３４をさらに具備する。これらＧＰＳ衛星受信機
１３４は、小型のデバイスであり、それ自身に衛星アン
テナ１３６を装備し、複数のベンダー、例えば、カリフ
ォルニア・サニーベイルにあるTrimble Navigation Lim
ited社のThunderbolt GPS Disciplined Clockから商業
的に利用できる。送信機１０２および受信機１０６の変
調信号を同期するためのＧＰＳタイミング信号の利用方
法の１つとしては、例えば、２００１年８月２８日出願
の米国出願６０／３１５５６７号に記載されており、こ
れを参照して具体化される。ローカルフェーズ固定オシ
レータ（ＰＬＯ）は、送信機１０２および受信機１０６
内の共通の基準を供給するためにＧＰＳ衛星受信機１３
４からのＧＰＳ信号を固定する。ＰＬＯは、一機関に渡
って１００万につき１０12〜１０ 13パーツの正確さで構
築される電子的フライホイールの役割を果たしている。
デコードするための受信モジュール１２６を具備し、受
信したエコーから情報を引き出すためのいくつかの信号
処理過程または信号処理機を具備する。受信モジュール
１２６は、受信したエコーとローカルオシレータ（図示
せず）で発生した信号とを混合し、エコーをデコードす
る。一般に、信号処理機は、ハードウェアおよびソフト
ウェアの要素を有している。好ましくは、受信モジュー
ル１２６は、それぞれアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変
換器（図示せず）を具備し、信号処理機によってデジタ
ル処理できるようにデジタル時系列に出力する。デジタ
ル信号処理機１２８は、時間遅延領域の位置を決定し、
レーダエコーおよび雑音の時系列をそれぞれの領域枠ご
とに出力する。コヒーレント積分やコヒーレント処理と
して知られる処理を行うドップラー信号処理機１３０
は、潜在的なターゲットエコーを２次元空間の領域およ
びドップラー周波数に順序立てる。最終処理過程は、方
位角処理機１３２で行われ、エコー方位角を決定する前
に、有用な信号を明確化し、背景雑音や散乱から抽出す
る。これら３つの信号処理機１２８，１３０，１３２
は、それぞれ米国特許５３６１０７２号および５９９０
８３４号に詳述されており、これらを参照することによ
り、具体化される。コヒーレントレーダ処理のために、
放射信号と受信信号との間の正確なタイミングが必要と
なるため、送信機１０２および受信機１０６のそれぞれ
は、受信モジュール１２６で生成された信号を送信機１
０２において変調信号を同期させるためのＧＰＳ衛星受
信機１３４をさらに具備する。これらＧＰＳ衛星受信機
１３４は、小型のデバイスであり、それ自身に衛星アン
テナ１３６を装備し、複数のベンダー、例えば、カリフ
ォルニア・サニーベイルにあるTrimble Navigation Lim
ited社のThunderbolt GPS Disciplined Clockから商業
的に利用できる。送信機１０２および受信機１０６の変
調信号を同期するためのＧＰＳタイミング信号の利用方
法の１つとしては、例えば、２００１年８月２８日出願
の米国出願６０／３１５５６７号に記載されており、こ
れを参照して具体化される。ローカルフェーズ固定オシ
レータ（ＰＬＯ）は、送信機１０２および受信機１０６
内の共通の基準を供給するためにＧＰＳ衛星受信機１３
４からのＧＰＳ信号を固定する。ＰＬＯは、一機関に渡
って１００万につき１０12〜１０ 13パーツの正確さで構
築される電子的フライホイールの役割を果たしている。
【００３４】信号処理機１１２は、本発明が海洋の状態
の情報を決定し、表示するために、レーダエコーから抽
出された情報を処理するようにプログラムされたパソコ
ンのような汎用のデジタルコンピュータを具備する。ま
た、信号処理機１１２は、情報が処理されるいくつかの
要素または過程を包含し、方位角決定過程１３８、バイ
スタティック散乱地点決定過程１４０、バイスタティッ
ク流速過程１４２および合計流速ベクトル過程１４４を
具備する。これらの過程およびその作用については、以
下で図１および図３を参照しつつ説明する。
の情報を決定し、表示するために、レーダエコーから抽
出された情報を処理するようにプログラムされたパソコ
ンのような汎用のデジタルコンピュータを具備する。ま
た、信号処理機１１２は、情報が処理されるいくつかの
要素または過程を包含し、方位角決定過程１３８、バイ
スタティック散乱地点決定過程１４０、バイスタティッ
ク流速過程１４２および合計流速ベクトル過程１４４を
具備する。これらの過程およびその作用については、以
下で図１および図３を参照しつつ説明する。
【００３５】第１の過程、すなわち、方位角決定過程１
３８において、方位範囲および散乱領域１１４ごとのド
ップラーは、受信機１０６ごとから受信されるデジタル
ターゲットエコー信号から決定される。好ましくは、こ
の決定は、米国特許５９９０８３４号に記載の多重信号
分類（ＭＵＳＩＣ）方位発見アルゴリズムのような、好
適な方位決定アルゴリズムを用いてなされる。本過程、
すなわち、方位角決定過程１３８は、擬似後方散乱過程
と呼ばれている。というのは、送信機と受信機とが同じ
所に位置する後方散乱レーダシステムにおいて、本過程
１３８からの出力は、放射表面流速と範囲と方位とで構
成される極座標系のマッピングとして表される。それぞ
れのドップラーシフト（あるいはスペクトルビン）は、
後方散乱レーダシステムに向かって、あるいは、離れる
ように動く、散乱領域１１４の速度成分に関係する。こ
れは、放射速度Ｖrとして定義される。１つの具体例に
おいて、擬似後方散乱過程１３８の出力は、後方散乱レ
ーダシステムの放射表面流速マップに一致するバイステ
ティック合計流速ベクトルマップに変換される。この放
射表面流速マップから合計流速ベクトルマップへの変換
の数学的および物理的理解は、以下に図３を参照しつつ
説明する。図３に示されるように、本発明のバイスタテ
ィックレーダシステム１００の送信機１０２は、座標
ｘ，ｙ＝１４．１，１４．１にある円１４６に位置して
いる。受信機１０６の位置は、座標ｘ，ｙ＝０，０の原
点にある円１４８によって示される。これは、図示して
比較するためのモノスタティック、すなわち、この受信
機１０６が一緒に作動する後方散乱レーダシステムに形
成される後方散乱送信機の位置ともなる。後方散乱レー
ダシステムにとって、一定の時間遅延の外形は、ターゲ
ットのエコー信号の送受信間における円１４８で示され
る後方散乱レーダシステムの位置と同軸の円１５０，１
５２として形成される。対して、バイスタティックレー
ダシステム１００にとって、一定時間遅延の外形は、円
１４６の送信機１０２と円１４８の受信機１０６とを共
焦点とする一群の楕円１５４，１５６で定義される。そ
の結果、楕円群の焦点間距離はＦ、すなわち、送信機１
０２および受信機１０６間の距離で示され、図３におい
ては、２０単位の距離に等しい。
３８において、方位範囲および散乱領域１１４ごとのド
ップラーは、受信機１０６ごとから受信されるデジタル
ターゲットエコー信号から決定される。好ましくは、こ
の決定は、米国特許５９９０８３４号に記載の多重信号
分類（ＭＵＳＩＣ）方位発見アルゴリズムのような、好
適な方位決定アルゴリズムを用いてなされる。本過程、
すなわち、方位角決定過程１３８は、擬似後方散乱過程
と呼ばれている。というのは、送信機と受信機とが同じ
所に位置する後方散乱レーダシステムにおいて、本過程
１３８からの出力は、放射表面流速と範囲と方位とで構
成される極座標系のマッピングとして表される。それぞ
れのドップラーシフト（あるいはスペクトルビン）は、
後方散乱レーダシステムに向かって、あるいは、離れる
ように動く、散乱領域１１４の速度成分に関係する。こ
れは、放射速度Ｖrとして定義される。１つの具体例に
おいて、擬似後方散乱過程１３８の出力は、後方散乱レ
ーダシステムの放射表面流速マップに一致するバイステ
ティック合計流速ベクトルマップに変換される。この放
射表面流速マップから合計流速ベクトルマップへの変換
の数学的および物理的理解は、以下に図３を参照しつつ
説明する。図３に示されるように、本発明のバイスタテ
ィックレーダシステム１００の送信機１０２は、座標
ｘ，ｙ＝１４．１，１４．１にある円１４６に位置して
いる。受信機１０６の位置は、座標ｘ，ｙ＝０，０の原
点にある円１４８によって示される。これは、図示して
比較するためのモノスタティック、すなわち、この受信
機１０６が一緒に作動する後方散乱レーダシステムに形
成される後方散乱送信機の位置ともなる。後方散乱レー
ダシステムにとって、一定の時間遅延の外形は、ターゲ
ットのエコー信号の送受信間における円１４８で示され
る後方散乱レーダシステムの位置と同軸の円１５０，１
５２として形成される。対して、バイスタティックレー
ダシステム１００にとって、一定時間遅延の外形は、円
１４６の送信機１０２と円１４８の受信機１０６とを共
焦点とする一群の楕円１５４，１５６で定義される。そ
の結果、楕円群の焦点間距離はＦ、すなわち、送信機１
０２および受信機１０６間の距離で示され、図３におい
ては、２０単位の距離に等しい。
【００３６】後方散乱レーダシステムにおいては、測定
された３つの出力があり、そのアナログバイスタティッ
クな対象物は、所望のバイスタティック合計流速ベクト
ルマップを定義するために探知される。その３つとは、
すなわち、（ｉ）散乱領域１１４の範囲、（ii）散乱領
域１１４に対する方位角φ、（iii）散乱領域１１４に
おける水の（流れの）放射速度Ｖr、である。バイスタ
ティックレーダシステムにおいて、これに一致する出
力、すなわち、対象物は、（ｉ）散乱領域１１４の位置
（水平位置を定義するために２つの座標が必要である）
および（ii）散乱領域１１４でのバイスタティックレー
ダから適用可能な流速成分である。
された３つの出力があり、そのアナログバイスタティッ
クな対象物は、所望のバイスタティック合計流速ベクト
ルマップを定義するために探知される。その３つとは、
すなわち、（ｉ）散乱領域１１４の範囲、（ii）散乱領
域１１４に対する方位角φ、（iii）散乱領域１１４に
おける水の（流れの）放射速度Ｖr、である。バイスタ
ティックレーダシステムにおいて、これに一致する出
力、すなわち、対象物は、（ｉ）散乱領域１１４の位置
（水平位置を定義するために２つの座標が必要である）
および（ii）散乱領域１１４でのバイスタティックレー
ダから適用可能な流速成分である。
【００３７】バイスタティック構成においては、局所座
標系（図示せず）を採用し、その原点は、送信機１０２
と受信機１０６との間の線分Ｆの中点である。この局所
座標系のｘ’軸は、円１４６の送信機１０２の方向に取
られ、ｙ’軸は、これに半時計回りに垂直な方向に取ら
れる。
標系（図示せず）を採用し、その原点は、送信機１０２
と受信機１０６との間の線分Ｆの中点である。この局所
座標系のｘ’軸は、円１４６の送信機１０２の方向に取
られ、ｙ’軸は、これに半時計回りに垂直な方向に取ら
れる。
【００３８】局所座標系におけるＲ，ｘ’，ｙ’で表さ
れる散乱領域１１４の位置は、以下の数学的ステップを
用いることにより、バイスタティック散乱地点決定過程
１４０において決定される。
れる散乱領域１１４の位置は、以下の数学的ステップを
用いることにより、バイスタティック散乱地点決定過程
１４０において決定される。
【００３９】測定されたレーダエコー時間遅延Ｄは、散
乱領域１１４を通過する楕円を示し、受信機１０６から
散乱領域１１４までの距離Ｐ、散乱領域１１４から送信
機１０２までの距離Ｑ、および送信機１０２と受信機１
０６との距離Ｆに関係し、次式で表される。
乱領域１１４を通過する楕円を示し、受信機１０６から
散乱領域１１４までの距離Ｐ、散乱領域１１４から送信
機１０２までの距離Ｑ、および送信機１０２と受信機１
０６との距離Ｆに関係し、次式で表される。
【数１６】
【００４０】時間遅延Ｄが与えられるときの散乱領域１
１４が通過する楕円の長軸Ａは、次式で表される。
１４が通過する楕円の長軸Ａは、次式で表される。
【数１７】
【００４１】時間遅延Ｄが与えられるときの散乱領域１
１４が通過する楕円の短軸Ｂは、ｙ’軸に沿って存在
し、次式で表される。
１４が通過する楕円の短軸Ｂは、ｙ’軸に沿って存在
し、次式で表される。
【数１８】
【００４２】散乱領域１１４の方位角φが測定されると
ともに、方向決定アルゴリズムを用いた方位角決定過程
１３８から知られることにより、後述する式の分母Ｄｅ
ｎは、次式で表される。
ともに、方向決定アルゴリズムを用いた方位角決定過程
１３８から知られることにより、後述する式の分母Ｄｅ
ｎは、次式で表される。
【数１９】
【００４３】局所座標軸系の原点ｘ’＝０，ｙ’＝０か
らＲにおける散乱領域１１４までの角度の余弦は、次式
で与えられる。
らＲにおける散乱領域１１４までの角度の余弦は、次式
で与えられる。
【数２０】
【００４４】局所座標軸系の原点ｘ’＝０，ｙ’＝０か
らＲにおける散乱領域１１４までの角度の正弦は、次式
で与えられる。
らＲにおける散乱領域１１４までの角度の正弦は、次式
で与えられる。
【数２１】
【００４５】散乱領域１１４の所望の位置は、局所座標
軸系において次式で与えられる。
軸系において次式で与えられる。
【数２２】
【００４６】流速Ｖhは、散乱領域１１４を通過する楕
円に垂直な双曲線に沿った方向を有しており、以下に示
す数学的ステップを用いたバイスタティック流速過程１
４２において決定される。
円に垂直な双曲線に沿った方向を有しており、以下に示
す数学的ステップを用いたバイスタティック流速過程１
４２において決定される。
【００４７】図３の円１４８にある送信機−受信機対か
ら見えるエコー信号の後方散乱ドップラーシフトｆ
Dは、レーダおよび流速の放射成分の波長に関係してい
る。注目すべきは、ドップラーシフトｆDは、前述のド
ップラー信号処理機１３０において既に計測されている
ことである。後方散乱構成からのエコー信号のドップラ
ーシフトｆDは、次式で表現される。
ら見えるエコー信号の後方散乱ドップラーシフトｆ
Dは、レーダおよび流速の放射成分の波長に関係してい
る。注目すべきは、ドップラーシフトｆDは、前述のド
ップラー信号処理機１３０において既に計測されている
ことである。後方散乱構成からのエコー信号のドップラ
ーシフトｆDは、次式で表現される。
【数２３】
ここで、λは、既知のレーダ波長、ｇは、重力加速度
（９．８０６ｍ／ｓ2）、そして、Ｖrは、レーダに向か
ってくる、または、レーダから離れていく流速の放射成
分である。±の記号は、ＨＦレーダによって見られる２
つのスペクトルブラッグピークを示す。レーダ波長が向
かってくる波（＋）と、離れていく波（−）とに分けら
れているためである。双方の波は、重複する要素を供給
し、精度を向上させて、波の情報を抽出するために用い
られる。
（９．８０６ｍ／ｓ2）、そして、Ｖrは、レーダに向か
ってくる、または、レーダから離れていく流速の放射成
分である。±の記号は、ＨＦレーダによって見られる２
つのスペクトルブラッグピークを示す。レーダ波長が向
かってくる波（＋）と、離れていく波（−）とに分けら
れているためである。双方の波は、重複する要素を供給
し、精度を向上させて、波の情報を抽出するために用い
られる。
【００４８】バイスタティック構成における円１４８に
ある受信機１０６および円１４６にある送信機１０２か
ら見えるエコー信号のバイスタティックドップラーシフ
トｆ Dは、次式で表される。
ある受信機１０６および円１４６にある送信機１０２か
ら見えるエコー信号のバイスタティックドップラーシフ
トｆ Dは、次式で表される。
【数２４】
ここで、λは、レーダ波長、ｇは、重力加速度（９．８
０６ｍ／ｓ2）、θは、送信機１０２および散乱領域１
１４を結ぶ線分と受信機１０６および散乱領域１１４を
結ぶ線分とのなす角であるバイスタティック角、およ
び、Ｖhは、バイスタティックレーダシステム１００に
よって測定可能な流速である。
０６ｍ／ｓ2）、θは、送信機１０２および散乱領域１
１４を結ぶ線分と受信機１０６および散乱領域１１４を
結ぶ線分とのなす角であるバイスタティック角、およ
び、Ｖhは、バイスタティックレーダシステム１００に
よって測定可能な流速である。
【００４９】後方散乱ドップラーシフトｆDを示す式８
や式９の第１項によると、ドップラーシフトｆDは、波
動に依存している。つまり、ブラッグ波による散乱は、
送信機１０２と受信機１０６とを分ける基準線に向かっ
て進むことにより、一定時間遅延Ｄが増大し、基準線か
ら離れて進むことにより、一定時間遅延Ｄが減少する。
この項は、バイスタティック構成の複雑性を示唆してい
る。波動に依存するドップラーシフトｆDは、後方散乱
構成にとって、もはや一定ではなく、範囲領域、すなわ
ち、一定時間遅延Ｄの楕円に沿って位置を変える。この
ように、流れに依存するドップラーシフトから波動に依
存するドップラーシフトを分離することが必要である。
従来の明確でない海洋の状態を観測するバイスタティッ
クレーダシステムを用いると、この分離は、困難であ
る。バイスタティックシステムが測定できる速度成分
は、後方散乱ジオメトリと対照的にＶhと呼ばれる。な
ぜなら、その速度成分は、散乱地点における楕円に垂直
な双曲線に沿った方向を有しているからである。このベ
クトルＶhは、図３の点Ｒにおいて例示されている。式
９の有効性を確認するために、送信機１０２および受信
機１０６がともに移動する様子に注目する。構成がモノ
スタティック、すなわち、後方散乱レーダと同様にな
る。つまり、バイスタティック角が０に向かうにつれ
て、式９は、式８に近づいていく。
や式９の第１項によると、ドップラーシフトｆDは、波
動に依存している。つまり、ブラッグ波による散乱は、
送信機１０２と受信機１０６とを分ける基準線に向かっ
て進むことにより、一定時間遅延Ｄが増大し、基準線か
ら離れて進むことにより、一定時間遅延Ｄが減少する。
この項は、バイスタティック構成の複雑性を示唆してい
る。波動に依存するドップラーシフトｆDは、後方散乱
構成にとって、もはや一定ではなく、範囲領域、すなわ
ち、一定時間遅延Ｄの楕円に沿って位置を変える。この
ように、流れに依存するドップラーシフトから波動に依
存するドップラーシフトを分離することが必要である。
従来の明確でない海洋の状態を観測するバイスタティッ
クレーダシステムを用いると、この分離は、困難であ
る。バイスタティックシステムが測定できる速度成分
は、後方散乱ジオメトリと対照的にＶhと呼ばれる。な
ぜなら、その速度成分は、散乱地点における楕円に垂直
な双曲線に沿った方向を有しているからである。このベ
クトルＶhは、図３の点Ｒにおいて例示されている。式
９の有効性を確認するために、送信機１０２および受信
機１０６がともに移動する様子に注目する。構成がモノ
スタティック、すなわち、後方散乱レーダと同様にな
る。つまり、バイスタティック角が０に向かうにつれ
て、式９は、式８に近づいていく。
【００５０】双曲線に沿った流速Ｖhは、次式を用いて
測定されたドップラーシフトから取り出される。
測定されたドップラーシフトから取り出される。
【数２５】
ここで、λは、レーダ波長、ｇは、重力加速度（９．８
０６ｍ／ｓ2）、θは、バイスタティック角、そしてＶh
は、散乱領域１１４を通過する双曲線に沿った流速であ
る。
０６ｍ／ｓ2）、θは、バイスタティック角、そしてＶh
は、散乱領域１１４を通過する双曲線に沿った流速であ
る。
【００５１】次に、局所的なｘ’，ｙ’座標系に関して
のＶhの方向は、以下のように決定される。想起される
バイスタティックドップラーシフトは、ドップラー信号
処理機１３０において既に測定されている。以下のステ
ップでは、必要なバイスタティック角を決定する方法に
ついて示す。
のＶhの方向は、以下のように決定される。想起される
バイスタティックドップラーシフトは、ドップラー信号
処理機１３０において既に測定されている。以下のステ
ップでは、必要なバイスタティック角を決定する方法に
ついて示す。
【００５２】次式は、ベクトルＰ，Ｑおよびそれらの単
位ベクトルｐ’，ｑ’を送信機１０２および受信機１０
６の位置からそれぞれ散乱地点に向かった方向に取っ
て、定義する。
位ベクトルｐ’，ｑ’を送信機１０２および受信機１０
６の位置からそれぞれ散乱地点に向かった方向に取っ
て、定義する。
【数２６】
【００５３】散乱地点における楕円から外向きの標準ベ
クトルＮおよび単位標準ベクトルは、次式によって定義
される。
クトルＮおよび単位標準ベクトルは、次式によって定義
される。
【数２７】
【００５４】単位標準ベクトルのこれらの集合から、式
９において速度成分を決定するために必要なθ／２の余
弦は、次式を用いて明らかとなる。
９において速度成分を決定するために必要なθ／２の余
弦は、次式を用いて明らかとなる。
【数２８】
【００５５】θ／２の余弦を式９に代入して、バイスタ
ティックベクトルＶhの大きさおよび局所座標系の
ｘ’，ｙ’に沿った成分（これをｕ’，ｖ’と定義す
る）を用いて表すと次式が与えられる。
ティックベクトルＶhの大きさおよび局所座標系の
ｘ’，ｙ’に沿った成分（これをｕ’，ｖ’と定義す
る）を用いて表すと次式が与えられる。
【数２９】
【００５６】これらは、後方散乱、すなわち、送信機−
受信機ジオメトリによって定義された局所座標系の点
ｘ’，ｙ’における、バイスタティックレーダシステム
１００によって測定可能な、最後の流速成分である。多
くのドップラースペクトルビンに基いて、双曲線に沿っ
た速度成分Ｖhのマップは、測定された海洋のエコーデ
ータから構築することができる。
受信機ジオメトリによって定義された局所座標系の点
ｘ’，ｙ’における、バイスタティックレーダシステム
１００によって測定可能な、最後の流速成分である。多
くのドップラースペクトルビンに基いて、双曲線に沿っ
た速度成分Ｖhのマップは、測定された海洋のエコーデ
ータから構築することができる。
【００５７】この送信機−受信機対に指向性を有するマ
ップで定義される点ｘ’，ｙ’におけるこれらの構成
ｕ’，ｖ’は、よく知られている数学的テクニックによ
って、変換、回転させることにより、容易に他の座標系
にすることができる。例えば、海岸線が、図３の太い破
線１５８に沿って指向されるとき、海岸線に指向性を有
する系を取ることがより好ましい。また、他の例とし
て、地球を基準とした緯度−経度（北緯−東経）による
系を選択してもよい。
ップで定義される点ｘ’，ｙ’におけるこれらの構成
ｕ’，ｖ’は、よく知られている数学的テクニックによ
って、変換、回転させることにより、容易に他の座標系
にすることができる。例えば、海岸線が、図３の太い破
線１５８に沿って指向されるとき、海岸線に指向性を有
する系を取ることがより好ましい。また、他の例とし
て、地球を基準とした緯度−経度（北緯−東経）による
系を選択してもよい。
【００５８】上記に概説したようなバイスタティックレ
ーダシステム１００から抽出された流れのマッピングに
基いた、双曲線に沿った速度Ｖhは、水平の流れを完全
に表現してはいない。単一の後方散乱レーダを有する後
方散乱レーダシステムから抽出可能でもない。両システ
ムは、マップ上のそれぞれの位置における２次元の流ベ
クトル１つの構成としてのみ計測する。それゆえ、合計
流速ベクトルマップは、最終過程、すなわち、合計流速
ベクトル過程１４４において決定される。
ーダシステム１００から抽出された流れのマッピングに
基いた、双曲線に沿った速度Ｖhは、水平の流れを完全
に表現してはいない。単一の後方散乱レーダを有する後
方散乱レーダシステムから抽出可能でもない。両システ
ムは、マップ上のそれぞれの位置における２次元の流ベ
クトル１つの構成としてのみ計測する。それゆえ、合計
流速ベクトルマップは、最終過程、すなわち、合計流速
ベクトル過程１４４において決定される。
【００５９】従来の後方散乱レーダシステムは、放射流
速マップを作成するために、２つの異なる方向から同じ
地点の表面を見るための少なくとも２つの完全な後方散
乱レーダを必要とする。さらに、上述のように、２つの
後方散乱レーダシステムが含まれる「ベースライン」お
よびその近くの流ベクトルを決定することができない。
例えば、第２の後方散乱レーダが図３の海岸線を示す太
い破線１５８に沿って位置するとき、例えば、位置（２
０，０）において、後方散乱レーダシステムは、２つの
ベクトル間の角度が０となる海岸線付近の重要な領域を
カバーした流ベクトルマップを作成することができな
い。
速マップを作成するために、２つの異なる方向から同じ
地点の表面を見るための少なくとも２つの完全な後方散
乱レーダを必要とする。さらに、上述のように、２つの
後方散乱レーダシステムが含まれる「ベースライン」お
よびその近くの流ベクトルを決定することができない。
例えば、第２の後方散乱レーダが図３の海岸線を示す太
い破線１５８に沿って位置するとき、例えば、位置（２
０，０）において、後方散乱レーダシステムは、２つの
ベクトル間の角度が０となる海岸線付近の重要な領域を
カバーした流ベクトルマップを作成することができな
い。
【００６０】これに対して、本発明のバイスタティック
レーダシステム１００は、円１４８にある送信機−受信
機対に、円１４６にある送信機１０２が増設されること
により、正確な合計流ベクトルを生成し、海岸線沿いの
領域を含むバイスタティックレーダシステム１００によ
ってカバーされる全領域を積算することができる。円
は、一定時間遅延の外形（すなわち、範囲領域）を定義
し、そこで、後方散乱形状に動作する円１４８での送信
機−受信機対からの放射マップが放射ベクトルＶ rを生
成する。これと同時に動作する、円１４６にある送信機
１０２および円１４８にある受信機１０６のバイスタテ
ィック構成からの測定は、同じ海岸地点にある双曲線に
沿ったベクトルＶhを生成する。示されるように、これ
らのベクトルは、もはや平行ではない。実際、それら
は、互いに少なからぬ角度を有している。このように、
本発明に係るバイスタティックレーダシステム１００
は、２つの送信機１０２、単一の受信機１０６および信
号処理機１１３を具備し、海岸線沿いの領域を含むシス
テムによってカバーされる全領域において合計速度ベク
トルマップを供給するのに有効である。
レーダシステム１００は、円１４８にある送信機−受信
機対に、円１４６にある送信機１０２が増設されること
により、正確な合計流ベクトルを生成し、海岸線沿いの
領域を含むバイスタティックレーダシステム１００によ
ってカバーされる全領域を積算することができる。円
は、一定時間遅延の外形（すなわち、範囲領域）を定義
し、そこで、後方散乱形状に動作する円１４８での送信
機−受信機対からの放射マップが放射ベクトルＶ rを生
成する。これと同時に動作する、円１４６にある送信機
１０２および円１４８にある受信機１０６のバイスタテ
ィック構成からの測定は、同じ海岸地点にある双曲線に
沿ったベクトルＶhを生成する。示されるように、これ
らのベクトルは、もはや平行ではない。実際、それら
は、互いに少なからぬ角度を有している。このように、
本発明に係るバイスタティックレーダシステム１００
は、２つの送信機１０２、単一の受信機１０６および信
号処理機１１３を具備し、海岸線沿いの領域を含むシス
テムによってカバーされる全領域において合計速度ベク
トルマップを供給するのに有効である。
【００６１】本発明に係る表面流速ベクトルをマッピン
グするための方法を図４を参照しつつ説明する。図４は
本発明の一実施形態に係るバイスタティックレーダシス
テムを動作させるための方法についてのステップを示す
フローチャートである。本方法では、レーダ信号は、送
信機１０２から放射され、散乱領域で反射し、受信機１
０６においてエコーが生成される（ステップ１６０）。
散乱領域の方位角φは、ＭＵＳＩＣ方位発見アルゴリズ
ムや他の好適な方位角決定アルゴリズムを用いて、決定
される（ステップ１６２）。送信機１０２から受信機１
０６までのレーダエコー時間遅延を測定するために、送
信後の時間に対してレーダエコーがサンプリングされ
る。散乱領域の位置が決定され（ステップ１６６）、散
乱領域にある表面流速は、上記式１０を用いて決定、算
出される（ステップ１６８）。散乱領域にある流速を決
定するステップ１６８において、レーダエコーのための
ドップラーシフトｆDを決定することも含めてもよい。
具体例の１つとして、このドップラーシフトｆDは、バ
イスタティックレーダシステムの分離されている送信機
１０２および受信機１０６を用いて直接的に計測され、
ドップラーシフトｆDは、上記式８を用いて方位角φお
よび受信機１０６に関する放射流速から計算される。
グするための方法を図４を参照しつつ説明する。図４は
本発明の一実施形態に係るバイスタティックレーダシス
テムを動作させるための方法についてのステップを示す
フローチャートである。本方法では、レーダ信号は、送
信機１０２から放射され、散乱領域で反射し、受信機１
０６においてエコーが生成される（ステップ１６０）。
散乱領域の方位角φは、ＭＵＳＩＣ方位発見アルゴリズ
ムや他の好適な方位角決定アルゴリズムを用いて、決定
される（ステップ１６２）。送信機１０２から受信機１
０６までのレーダエコー時間遅延を測定するために、送
信後の時間に対してレーダエコーがサンプリングされ
る。散乱領域の位置が決定され（ステップ１６６）、散
乱領域にある表面流速は、上記式１０を用いて決定、算
出される（ステップ１６８）。散乱領域にある流速を決
定するステップ１６８において、レーダエコーのための
ドップラーシフトｆDを決定することも含めてもよい。
具体例の１つとして、このドップラーシフトｆDは、バ
イスタティックレーダシステムの分離されている送信機
１０２および受信機１０６を用いて直接的に計測され、
ドップラーシフトｆDは、上記式８を用いて方位角φお
よび受信機１０６に関する放射流速から計算される。
【００６２】本発明の実施形態に係る散乱領域の位置を
決定するための方位を図５を参照しつつ説明する。図５
に示すように、本方法は、次の手順で達成される。
（ｉ）一定時間遅延Ｄが測定されたレーダエコー時間遅
延と等しくなるように、散乱領域が通過し、送信機およ
び受信機が共焦点となる楕円の長軸Ａを決定する（ステ
ップ１７０）。（ii）楕円の短軸Ｂを決定する（ステッ
プ１７２）。（iii）散乱領域から局所座標系の原点ま
での角度Ψの正弦および余弦を決定する（ステップ１７
４）。そして、（iv）前記角度Ψの正弦および余弦ない
し楕円の長軸および短軸から、局所座標系における散乱
領域の位置を決定する（ステップ１７６）。長軸を決定
するステップ１７０は、上記式２を用いることにより達
成される。短軸を決定するステップ１７２は、上記式３
を用いることにより達成され、角度Ψの正弦および余弦
を決定するステップ１７４は、式４および式５を用いる
ことで達成される。最後に、局所座標系における散乱領
域の位置を決定するステップ１７６は、上記式７を用い
ることで達成される。
決定するための方位を図５を参照しつつ説明する。図５
に示すように、本方法は、次の手順で達成される。
（ｉ）一定時間遅延Ｄが測定されたレーダエコー時間遅
延と等しくなるように、散乱領域が通過し、送信機およ
び受信機が共焦点となる楕円の長軸Ａを決定する（ステ
ップ１７０）。（ii）楕円の短軸Ｂを決定する（ステッ
プ１７２）。（iii）散乱領域から局所座標系の原点ま
での角度Ψの正弦および余弦を決定する（ステップ１７
４）。そして、（iv）前記角度Ψの正弦および余弦ない
し楕円の長軸および短軸から、局所座標系における散乱
領域の位置を決定する（ステップ１７６）。長軸を決定
するステップ１７０は、上記式２を用いることにより達
成される。短軸を決定するステップ１７２は、上記式３
を用いることにより達成され、角度Ψの正弦および余弦
を決定するステップ１７４は、式４および式５を用いる
ことで達成される。最後に、局所座標系における散乱領
域の位置を決定するステップ１７６は、上記式７を用い
ることで達成される。
【００６３】上述のそれぞれのステップを処理していく
ためのコンピュータプログラムについて図６を参照しつ
つ説明する。図６は本発明の実施形態に係るコンピュー
タプログラムの模式的ブロックダイヤグラムである。コ
ンピュータプログラム１７８は、（ｉ）レーダ制御サブ
ルーチン＝プログラムモジュール１８０、（ii）方位角
決定サブルーチン＝プログラムモジュール１８２、（ii
i）エコー時間遅延サブルーチン＝プログラムモジュー
ル１８４、（iv）位置決定サブルーチン＝プログラムモ
ジュール１８６、および（ｖ）流速サブルーチン＝プロ
グラムモジュール１８８を具備する。レーダ制御プログ
ラムモジュール１８０は、送信機１０２から散乱領域に
向けた散乱レーダ信号により、受信機１０６においてエ
コーを生成するためにバイスタティックレーダシステム
１００を動作し、制御させるようなプログラムコードを
有する。方位角決定プログラムモジュール１８２は、方
位角決定アルゴリズムを用いて、散乱領域１１４につい
ての方位角φを決定するためのプログラムコードを有す
る。エコー時間遅延プログラムモジュール１８４は、エ
コーの時間遅延を測定するためのプログラムコードを有
する。位置決定プログラムモジュール１８６は、局所座
標系内における散乱領域１１４の位置を決定するための
プログラムコードを有する。流速プログラムモジュール
１８８は、散乱領域１１４における流速を決定するため
のプログラムコードを有する。
ためのコンピュータプログラムについて図６を参照しつ
つ説明する。図６は本発明の実施形態に係るコンピュー
タプログラムの模式的ブロックダイヤグラムである。コ
ンピュータプログラム１７８は、（ｉ）レーダ制御サブ
ルーチン＝プログラムモジュール１８０、（ii）方位角
決定サブルーチン＝プログラムモジュール１８２、（ii
i）エコー時間遅延サブルーチン＝プログラムモジュー
ル１８４、（iv）位置決定サブルーチン＝プログラムモ
ジュール１８６、および（ｖ）流速サブルーチン＝プロ
グラムモジュール１８８を具備する。レーダ制御プログ
ラムモジュール１８０は、送信機１０２から散乱領域に
向けた散乱レーダ信号により、受信機１０６においてエ
コーを生成するためにバイスタティックレーダシステム
１００を動作し、制御させるようなプログラムコードを
有する。方位角決定プログラムモジュール１８２は、方
位角決定アルゴリズムを用いて、散乱領域１１４につい
ての方位角φを決定するためのプログラムコードを有す
る。エコー時間遅延プログラムモジュール１８４は、エ
コーの時間遅延を測定するためのプログラムコードを有
する。位置決定プログラムモジュール１８６は、局所座
標系内における散乱領域１１４の位置を決定するための
プログラムコードを有する。流速プログラムモジュール
１８８は、散乱領域１１４における流速を決定するため
のプログラムコードを有する。
【００６４】１つの具体例として、流速プログラムモジ
ュール１８８は、バイスタティックレーダシステム１０
０の地理的に離れた位置にある送信機１０２および受信
機１０６を用いて直接測定されたドップラーシフトを用
いたプログラムコードを有する。あるいは、流速プログ
ラムモジュール１８８は、後方散乱における受信機１０
６に関して測定された方位角φおよび放射流速Ｖrよ
り、ドップラーシフトを計算するプログラムをさらに有
してもよい。
ュール１８８は、バイスタティックレーダシステム１０
０の地理的に離れた位置にある送信機１０２および受信
機１０６を用いて直接測定されたドップラーシフトを用
いたプログラムコードを有する。あるいは、流速プログ
ラムモジュール１８８は、後方散乱における受信機１０
６に関して測定された方位角φおよび放射流速Ｖrよ
り、ドップラーシフトを計算するプログラムをさらに有
してもよい。
【００６５】以上の記述は、発明のより好ましい具体例
を図および記述によって表したものである。これは、本
発明を実施形態に開示された正確な形に限定するもので
はなく、また排他するものでもない。そして、上記より
多くの変更およびバリエーションが想起され得ること
は、明らかである。本実施形態は、本発明の原理を最も
よく説明するために、選択し、記載したものであって、
実用的な応用例は、本実施形態によって、他の当業者で
も特定の使用を考慮することにより、好適となる本発明
の様々な形態や様々な変化形態を最もよく利用すること
ができる。例えば、２つ以上の送信機は、単一の受信機
に組み合わせて動作させてもよい。同様に、複数の受信
機を単一の送信機と組み合わせて動作させてもよく、こ
の場合、無線封止である方が好ましい軍事活動において
利点を有する。これらの可能性の全ては、本発明の他の
実施形態を構成する。このように、請求の範囲によって
定義される本発明の範囲は、前述の実施形態に限定され
るものではない。
を図および記述によって表したものである。これは、本
発明を実施形態に開示された正確な形に限定するもので
はなく、また排他するものでもない。そして、上記より
多くの変更およびバリエーションが想起され得ること
は、明らかである。本実施形態は、本発明の原理を最も
よく説明するために、選択し、記載したものであって、
実用的な応用例は、本実施形態によって、他の当業者で
も特定の使用を考慮することにより、好適となる本発明
の様々な形態や様々な変化形態を最もよく利用すること
ができる。例えば、２つ以上の送信機は、単一の受信機
に組み合わせて動作させてもよい。同様に、複数の受信
機を単一の送信機と組み合わせて動作させてもよく、こ
の場合、無線封止である方が好ましい軍事活動において
利点を有する。これらの可能性の全ては、本発明の他の
実施形態を構成する。このように、請求の範囲によって
定義される本発明の範囲は、前述の実施形態に限定され
るものではない。
【００６６】
【発明の効果】本発明に係るバイスタティックレーダシ
ステム１００は、円１４８にある送信機−受信機対に、
円１４６にある送信機１０２が増設されることにより、
正確な合計流ベクトルを生成し、海岸線沿いの領域を含
むバイスタティックレーダシステムによってカバーされ
る全領域を積算することができる。したがって、海岸線
沿いの領域を含むシステムによってカバーされる全領域
において合計速度ベクトルマップを供給するのに有効で
ある。
ステム１００は、円１４８にある送信機−受信機対に、
円１４６にある送信機１０２が増設されることにより、
正確な合計流ベクトルを生成し、海岸線沿いの領域を含
むバイスタティックレーダシステムによってカバーされ
る全領域を積算することができる。したがって、海岸線
沿いの領域を含むシステムによってカバーされる全領域
において合計速度ベクトルマップを供給するのに有効で
ある。
【図１】レーダ信号を送受信するための複数の送信機お
よび複数の受信機を含むバイスタティックレーダシステ
ムの模式的ブロック図である。
よび複数の受信機を含むバイスタティックレーダシステ
ムの模式的ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るバイスタティックレ
ーダシステムの大量の水の回りにある送信機および受信
機の位置を示す図である。
ーダシステムの大量の水の回りにある送信機および受信
機の位置を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る測定可能な流ベクト
ルと後方散乱およびバイスタティックレーダシステム双
方のジオメトリとの関係を示す図である。
ルと後方散乱およびバイスタティックレーダシステム双
方のジオメトリとの関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るバイスタティックレ
ーダシステムを動作させるための方法についてのステッ
プを示すフローチャートである。
ーダシステムを動作させるための方法についてのステッ
プを示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る散乱領域の位置を決
定するための方法についてのステップを示すフローチャ
ートである。
定するための方法についてのステップを示すフローチャ
ートである。
【図６】本発明の実施形態に係るコンピュータプログラ
ムの模式的ブロックダイヤグラムである。
ムの模式的ブロックダイヤグラムである。
１００…バイスタティックレーダシステム
１０２…送信機
１０６…受信機
１１２…信号処理機
１１４…散乱領域
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｓ 13/50 Ｇ０１Ｓ 13/50 Ａ
13/95 13/95
Ｇ０１Ｗ 1/00 Ｇ０１Ｗ 1/00 Ｃ
(31)優先権主張番号 １０／０２７１６１
(32)優先日 平成13年12月19日(2001．12．19)
(33)優先権主張国 米国（ＵＳ）
(72)発明者 リルボー，ピーター エム
アメリカ合衆国 95124 カリフォルニア
サンホセ ローリンダドライブ 1835
(72)発明者 リパ，ベリンダ ジェイ
アメリカ合衆国 94028 カリフォルニア
ポートラバレー ラサンドラウェイ
125
(72)発明者 イサックソン，ジェームズ
アメリカ合衆国 78745 テキサス オー
スチン サザンオークドライブ 2013
Ｆターム(参考） 5J062 AA13 CC07
5J070 AC02 AC06 AC13 AD05 AE14
AF01 AH31 AJ13 AK03 AK22
BA01 BD02 BE03
Claims (25)
- 【請求項１】 レーダ信号を送信するための複数の送信
機およびレーダ信号を受信するための複数の受信機を具
備し、少なくとも１つの送信機は、少なくとも１つの受
信機とは離れて位置し、前記複数の送信機および受信機
は、前記複数の送信機および受信機の間で干渉を生じさ
せるためにＧＰＳ信号に組み合わされるローカルオシレ
ータをそれぞれ具備することを特徴とするバイスタティ
ックレーダシステム。 - 【請求項２】 前記複数の送信機および受信機は、海洋
状況を探査し、計測するように構成され、前記バイスタ
ティックレーダシステムは、前記海洋状況における情報
を引き出すための信号処理手段をさらに具備することを
特徴とする請求項１記載のバイスタティックレーダシス
テム。 - 【請求項３】 前記複数の送信機および受信機によって
探査され、測定された前記海洋状況は、表面流速ベクト
ルを含むことを特徴とする請求項２記載のバイスタティ
ックレーダシステム。 - 【請求項４】 前記信号処理手段は、前記バイスタティ
ックレーダシステムを用いて測定されたドップラーシフ
ト（ｆD）を用いて、次式で表される散乱領域内の流速
（Ｖh）を決定することを特徴とする請求項３記載のバ
イスタティックレーダシステム。 【数１】 ここで、λは、前記レーダ信号の波長、ｇは、重力加速
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、およびθは、前記送信機お
よび前記散乱領域を結ぶ線分と、前記受信機および前記
散乱領域を結ぶ線分との間の角であるバイスタティック
角である。 - 【請求項５】 前記流速（Ｖh）は、前記散乱領域を通
過し、前記送信機および受信機を共焦点とする楕円に垂
直な双曲線に沿って決定され、前記楕円は、測定された
レーダエコー時間遅延に等しい一定時間遅延（Ｄ）を有
することを特徴とする請求項４記載のバイスタティック
レーダシステム。 - 【請求項６】 前記複数の送信機および受信機は、同じ
位置にある送信機および受信機の対を少なくとも１つさ
らに具備することを特徴とする請求項１記載のバイスタ
ティックレーダシステム。 - 【請求項７】 レーダ信号を送信するための複数の送信
機およびレーダ信号を受信するための複数の受信機と、 前記複数の送信機および受信機によって探査され、測定
された表面流速ベクトルを含む海洋状況の情報を引き出
すための信号処理手段とを具備し、 前記複数の送信機および受信機は、海洋状況を探査し、
計測するように構成され、少なくとも１つの送信機が、
少なくとも１つの受信機とは離れて位置することを特徴
とするバイスタティックレーダシステム。 - 【請求項８】 前記信号処理手段は、前記バイスタティ
ックレーダシステムを用いて測定されたドップラーシフ
ト（ｆD）を用いて、次式で表される散乱領域内の流速
を決定することを特徴とする請求項７記載のバイスタテ
ィックレーダシステム。 【数２】 ここで、λは、前記レーダ信号の波長、ｇは、重力加速
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、θは、前記送信機および前
記散乱領域を結ぶ線分と、前記受信機および前記散乱領
域を結ぶ線分との間の角であるバイスタティック角、お
よびＶhは、前記散乱領域を通過する双曲線に沿った前
記流速である。 - 【請求項９】 前記信号処理手段は、後方散乱レーダシ
ステムを発展させたコンピュータプログラムを用いて次
式で表されるドップラーシフト（ｆD）を算出すること
を特徴とする請求項７記載のバイスタティックレーダシ
ステム。 【数３】 ここで、λは、前記レーダ信号の波長、ｇは、重力加速
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、およびＶrは、後方散乱レー
ダシステムを発展させた前記コンピュータプログラムを
用いた擬似後方散乱過程と、前記複数の送信機および受
信機によって探査され、計測された海洋状況とから抽出
された擬似放射流速である。 - 【請求項１０】 前記信号処理手段は、算出されたドッ
プラーシフト（ｆD）を用いて、次式で表される散乱領
域を通過する双曲線に沿った流速（Ｖh）を決定するこ
とを特徴とする請求項９記載のバイスタティックレーダ
システム。 【数４】 ここで、λは、前記レーダ信号の波長、ｇは、重力加速
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、およびθは、前記送信機お
よび前記散乱領域を結ぶ線分と、前記受信機および前記
散乱領域を結ぶ線分との間の角であるバイスタティック
角である。 - 【請求項１１】 探査され、計測された前記海洋状況か
ら抽出される前記表面流速ベクトルは、前記表面流速ベ
クトルとほぼ同じドップラースペクトル領域上の速度を
有する波動から独立していることを特徴とする請求項７
記載のバイスタティックレーダシステム。 - 【請求項１２】 前記バイスタティックレーダシステム
は、前記送信機から離れた位置にある前記受信機が結合
する線に沿った領域に合計流ベクトルを供給することを
特徴とする請求項７記載のバイスタティックレーダシス
テム。 - 【請求項１３】 複数の送信機および受信機を具備し、
少なくとも１つの送信機が少なくとも１つの受信機から
離れて位置するレーダシステムを用いて表面流ベクトル
をマッピングする方法であって、 前記受信機でエコーを生成するために、前記送信機から
散乱領域内の波に向けて送信されたレーダ信号を散乱さ
せるステップと、 方位決定アルゴリズムを用いて前記散乱領域への方位角
（φ）を決定するステップと、 前記送信機から前記受信機までのレーダエコー時間遅延
を測定するために、送信後の時間に対してサンプリング
するステップと、 前記散乱領域の位置を決定するステップと、 前記散乱領域における流速を決定するステップとを具備
することを特徴とするレーダシステムを用いて表面流ベ
クトルをマッピングする方法。 - 【請求項１４】 前記散乱領域における流速を決定する
ステップは、 少なくとも１つの受信機から離れて位置する少なくとも
１つの送信機を用いて、ドップラーシフト（ｆD）を測
定するステップと、 次式を用いて前記散乱領域における流速を決定するステ
ップとを具備することを特徴とする請求項１３記載の表
面流ベクトルをマッピングする方法。 【数５】 ここで、λは、前記レーダ信号の波長、ｇは、重力加速
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、θは、前記送信機および前
記散乱領域を結ぶ線分と、前記受信機および前記散乱領
域を結ぶ線分との間の角であるバイスタティック角、お
よびＶhは、前記散乱領域を通過する双曲線に沿った前
記流速である。 - 【請求項１５】 前記散乱領域における流速を決定する
ステップは、後方散乱レーダシステムを発展させたコン
ピュータプログラムを用いて次式で表されるドップラー
シフト（ｆD）を算出するステップを具備することを特
徴とする請求項１３記載の表面流ベクトルをマッピング
する方法。 【数６】 ここで、λは、前記レーダ信号の波長、ｇは、重力加速
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、およびＶrは、後方散乱レー
ダシステムを発展させた前記コンピュータプログラムを
用いた擬似後方散乱過程と、前記複数の送信機および受
信機によって探査され、計測された海洋状況とから抽出
された擬似放射流速である。 - 【請求項１６】 前記散乱領域における流速を決定する
ステップは、前記算出されたドップラーシフト（ｆD）
を用いて、次式に表される前記散乱領域を通過する双曲
線に沿った流速（Ｖh）を決定するステップを具備する
ことを特徴とする請求項１５記載の表面流ベクトルをマ
ッピングする方法。 【数７】 ここで、λは、前記レーダ信号の波長、ｇは、重力加速
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、およびθは、前記送信機お
よび前記散乱領域を結ぶ線分と、前記受信機および前記
散乱領域を結ぶ線分との間の角であるバイスタティック
角である。 - 【請求項１７】 前記散乱領域の位置を決定するステッ
プは、 一定時間遅延（Ｄ）が前記測定されたレーダエコー時間
遅延と等しくなるように、前記散乱領域が通過し、前記
送信機および受信機が共焦点となる楕円の長軸（Ａ）を
決定するステップと、 前記楕円の短軸（Ｂ）を決定するステップと、 前記散乱領域から局所座標系の原点までの角度（Ψ）の
正弦および余弦を決定するステップと、 前記角度の正弦および余弦ないし前記楕円の長軸および
短軸から局所座標系における散乱領域の位置を決定する
ステップとを具備することを特徴とする請求項１３記載
の表面流ベクトルをマッピングする方法。 - 【請求項１８】 前記長軸を決定するステップは、次式
が用いられることを特徴とする請求項１７記載の表面流
ベクトルをマッピングする方法。 【数８】 ここで、Ｆは、分離している前記送信機および受信機の
距離、すなわち焦点間距離である。 - 【請求項１９】 前記短軸を決定するステップは、次式
が用いられることを特徴とする請求項１８記載の表面流
ベクトルをマッピングする方法。 【数９】 - 【請求項２０】 前記角度（Ψ）の正弦および余弦を決
定するステップは、次式が用いられることを特徴とする
請求項１９記載の表面流ベクトルをマッピングする方
法。 【数１０】 および、 【数１１】 - 【請求項２１】 前記散乱領域への前記方位角（φ）を
決定するステップは、多重信号分類（ＭＵＳＩＣ）方位
発見アルゴリズムを用いることを特徴とする請求項１３
記載の表面流ベクトルをマッピングする方法。 - 【請求項２２】 コンピュータシステムとともに使用す
るためのコンピュータプログラムであって、読み込み可
能な記憶媒体およびコンピュータプログラム構造が組み
込まれ、 前記コンピュータ記憶媒体は、複数の送信機および受信
機を具備し、少なくとも１つの送信機が少なくとも１つ
の受信機から離れて位置するレーダシステムを用いて表
面流ベクトルをマッピングするために、所定の仕様に基
いて前記コンピュータシステムを指示するプログラムモ
ジュールを具備し、 前記プログラムモジュールは、 前記受信機でエコーを生成するために、前記送信機から
散乱領域内の波に向けて送信されたレーダ信号を散乱さ
せるプログラムコードと、 方位決定アルゴリズムを用いて前記散乱領域への方位角
（φ）を決定するプログラムコードと、 前記送信機から前記受信機までのレーダエコー時間遅延
を測定するために、送信後の時間に対してサンプリング
するプログラムコードと、 前記散乱領域の位置を決定するプログラムコードと、 前記散乱領域における流速を決定するプログラムコード
とを具備することを特徴とするコンピュータプログラ
ム。 - 【請求項２３】 前記散乱領域における流速を決定する
プログラムコードは、 前記エコーのドップラーシフト（ｆD）を決定するプロ
グラムコードと、 次式を用いて流速を算出するプログラムコードとを具備
することを特徴とする請求項２２記載のコンピュータプ
ログラム。 【数１２】 ここで、λは、前記レーダ信号の波長、ｇは、重力加速
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、θは、前記送信機および前
記散乱領域を結ぶ線分と、前記受信機および前記散乱領
域を結ぶ線分との間の角であるバイスタティック角、お
よびＶhは、前記散乱領域を通過する双曲線に沿った前
記流速である。 - 【請求項２４】 前記エコーのドップラーシフト
（ｆD）を決定するプログラムコードは、少なくとも１
つの受信機から離れて位置する少なくとも１つの送信機
を用いて、ドップラーシフト（ｆD）を測定するプログ
ラムコードを具備することを特徴とする請求項２３記載
のコンピュータプログラム。 - 【請求項２５】 前記エコーのドップラーシフト
（ｆD）を決定するプログラムコードは、次式で表され
るドップラーシフト（ｆD）を算出するステップを具備
することを特徴とする請求項２３記載のコンピュータプ
ログラム。 【数１３】 ここで、λは、前記レーダ信号の波長、ｇは、重力加速
度（９．８０６ｍ／ｓ 2）、およびＶrは、後方散乱レー
ダシステムを発展させた前記コンピュータプログラムを
用いた擬似後方散乱過程と、前記複数の送信機および受
信機によって探査され、計測された海洋状況とから抽出
された擬似放射流速である。
Applications Claiming Priority (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US30823501P | 2001-07-26 | 2001-07-26 | |
| US60/308235 | 2001-07-26 | ||
| US31556701P | 2001-08-28 | 2001-08-28 | |
| US60/315567 | 2001-08-28 | ||
| US32721701P | 2001-10-04 | 2001-10-04 | |
| US60/327217 | 2001-10-04 | ||
| US10/027161 | 2001-12-19 | ||
| US10/027,161 US20030071751A1 (en) | 2001-07-26 | 2001-12-19 | Ocean surface current mapping with bistatic HF radar |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003114275A true JP2003114275A (ja) | 2003-04-18 |
| JP4043878B2 JP4043878B2 (ja) | 2008-02-06 |
Family
ID=27487560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002212829A Expired - Lifetime JP4043878B2 (ja) | 2001-07-26 | 2002-07-22 | バイスタティックレーダシステムを用いて表面流ベクトルをマッピングする方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US20030071751A1 (ja) |
| JP (1) | JP4043878B2 (ja) |
| DE (1) | DE10231661B4 (ja) |
| GB (1) | GB2382481B (ja) |
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| JP2017208082A (ja) * | 2016-04-27 | 2017-11-24 | コダー オーシャン センサーズ リミテッド | 津波警告のための沿岸ｈｆレーダシステム |
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| JP2019078749A (ja) * | 2017-10-11 | 2019-05-23 | シメオ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 標的の角度位置、位置、および／または速度、特にベクトル速度を決定するためのレーダ法およびレーダシステム |
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