JP2007101260A - 合成開口レーダ試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フェーズドアレイアンテナを用いて電子的なビーム制御によりビームを移動させる合成開口レーダ装置におけるビーム移動による位相誤差を含めた試験を実現できる小型な合成開口レーダ試験装置を得る。
【解決手段】 供試体としての合成開口レーダ装置５のフェーズドアレイアンテナをポジショナ３に載せ、このフェーズドアレイアンテナが電子的な制御によりビーム方向を移動したときに、その移動を相殺するようにポジショナ３を回転させて、ビーム方向を移動しても常に試験信号発生部２を指向させる。また、試験中は、試験信号発生部２のアンテナ部２７からフェーズドアレイアンテナを構成する各アンテナ素子までの、それぞれの試験信号の伝搬距離の差異を補償するためのバイアス移相量を、バイアス移動量設定部４からフェーズドアレイアンテナに送出し、ファーフィールド環境を模擬する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、合成開口レーダ試験装置に係り、特に、フェーズドアレイアンテナを用い、搭載された移動体の移動に伴ってそのビーム方向を電子的に制御しながら画像を取得する合成開口レーダ装置の試験装置に関する。

航空機等の移動体に搭載し、地上面の画像を作成するレーダとして、合成開口レーダが知られている。合成開口レーダでは、例えば、レンジ方向に対してはパルス圧縮技術により高分解能を実現し、これに直交するクロスレンジ方向については、目標との相対的な運動によって起こるドップラ周波数の目標各部ごとの微妙な差異を分解する手法がとられる。また、地上面の画像を作成するときのマッピング方式も、サイドルッキングマッピングや、スポットライトマッピング等が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

この種の合成開口レーダにより高分解能な目標画像を取得するには、目標との距離を安定させてその反射信号の位相関係を維持する必要がある。しかし、航空機等に搭載した場合には、機体の動揺に伴って目標との距離及び反射信号の位相が不安定に変化し、取得した画像が劣化する。このため、機体の動揺を補正して高分解能な画像を取得する手法が種々開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示された事例では、航空機の慣性航法装置からの最新速度データを用いて機体動揺分の位相補償量を算出し、受信信号に合成している。

また、このような合成開口レーダを航空機に搭載することなく、室内で試験するための試験装置も開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２に開示された事例では、飛行中における地上のある１点との距離のヒストリに合わせて、時間とともに減衰量及び移相量を変化させた模擬ターゲット信号を発生させ、この信号を合成開口レーダの受信部フロントエンドに直接ケーブル接続している。
特開２００１−１９４４５６号公報（第４ページ、図１） 特開２０００−１１１６４２号公報（第８ページ、図１） 吉田孝監修「改訂レーダ技術」電子情報通信学会、平成８年１０月１日、Ｐ．２８０−２８３

ところで、マッピング方式としてスポットライトマッピングを用いた合成開口レーダの場合、アンテナを常に対象の領域あるいは目標に指向させながら飛行する。このため、アンテナ部分には、ビーム指向方向を電子的に制御できる、例えばフェーズドアレイアンテナが採用され、飛行中は、航空機の移動に伴ってアンテナのビーム方向が電子的に制御される。

しかしながら、このようにフェーズドアレイアンテナの指向方向を移動した場合には、フェーズドアレイアンテナ自身の持つビーム指向制御による位相誤差の影響を受け、上述した航空機の動揺に加えてさらに取得した画像を劣化させる要因になっていた。このため、これらフェーズドアレイアンテナの位相誤差の影響を含めて合成開口レーダを評価する試験装置が望まれていた。

また、フェーズドアレイアンテナのビーム指向制御を含めて試験を行うには、ファーフィールド環境のもとで試験用の模擬信号を実際に空間に伝搬させることが必要となる。このため、その伝搬経路の途中に金属面オフセットパラボラを配置してファーフィールド環境を模擬するなど、試験装置が大型化していた。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、フェーズドアレイアンテナを用いて電子的なビーム制御によりビームを移動させる合成開口レーダ装置におけるビーム移動による位相誤差を含めた試験を実現する小型な合成開口レーダ試験装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の合成開口レーダ試験装置は、フェーズドアレイアンテナを用い、搭載された移動体の移動に伴ってそのビーム方向を電子的に制御しながら画像を取得する合成開口レーダ装置を試験する合成開口レーダ試験装置であって、前記移動体の移動情報を模擬する移動情報発生部と、この移動情報発生部からの移動情報に基づいて前記合成開口レーダ装置で受信される信号を模擬した試験信号を前記合成開口レーダ装置に向けて放射する試験信号発生部と、前記移動情報発生部からの移動情報に基づいて前記合成開口レーダ装置のフェーズドアレイアンテナを回転させるポジショナと、前記試験信号発生部から前記フェーズドアレイアンテナまでの間の前記試験信号の伝搬距離に基づいて前記フェーズドアレイアンテナのバイアス移相量を設定するバイアス移相量設定部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、フェーズドアレイアンテナを用いて電子的なビーム制御によりビームを移動させる合成開口レーダ装置におけるビーム移動による位相誤差を含めた試験を実現できる小型な合成開口レーダ試験装置を得ることができる。

以下に、本発明に係る合成開口レーダ試験装置を実施するための最良の形態について、図１及び図２を参照して説明する。

図１は、本発明に係る合成開口レーダ試験装置の一実施例を示すブロック図である。図1に示すように、この合成開口レーダ試験装置は、移動情報発生部１、試験信号発生部２、ポジショナ３、及びバイアス移相量設定部４から構成されている。なお、この図１には、供試体として、フェーズドアレイアンテナを用いたスポットライトマッピング方式の合成開口レーダ装置５も併せて例示している。

移動情報発生部１は、合成開口レーダ装置５からの送信トリガ信号に基づいて、合成開口レーダ装置５の搭載母体の移動情報を試験信号発生部２、及びポジショナ３に出力する。本実施例においては搭載母体を航空機とし、その移動情報としては、模擬する飛行経路のシナリオに従った自機の位置情報及び速度情報を時系列に出力するものとしている。

試験信号発生部２は、レーダ反射波として合成開口レーダ装置５で受信される信号を、移動情報発生部１からの自機の移動情報、すなわち飛行経路のシナリオに沿って模擬し、試験信号として合成開口レーダ装置５に向けて放射する。ここに、試験信号発生部２は、チャープ種信号発生部２１、ドップラ変調部２２、位相設定部２３、遅延時間設定部２４、周波数変換部２５、レベル調整部２６、及びアンテナ部２７から構成されている。

チャープ種信号発生部２１は、合成開口レーダ装置５からの送信トリガ信号に同期して、試験信号の源信号となるチャープ種信号を発生する。ドップラ変調部２２は、移動情報発生部１からの移動情報に基づいて、このチャープ種信号に対してドップラ周波数成分を付加する。位相設定部２３は、対象目標との距離に基づいて位相を設定する。

遅延時間設定部２４は、対象目標との距離に基づいて送信トリガ信号からの遅延時間を設定する。周波数変換部２５は、前出の各部を経由してきたチャープ種信号を、合成開口レーダ装置５が受信する周波数帯の高周波信号に変換する。レベル調整部２６は、この高周波信号のレベルを、移動情報発生部１からの移動情報に基づいて調整する。アンテナ部２７は、レベル調整された高周波信号を、試験信号として合成開口レーダ装置５に向けて放射する。

ポジショナ３は、移動情報発生部１からの移動情報に基づいて、合成開口レーダ装置５のフェーズドアレイアンテナを回転させる。本実施例においては、このポジショナ３の回転軸は、１軸としている。また、ポジショナ３は、航空機の移動に伴って電子的に制御されるフェーズドアレイアンテナのビーム方向の移動、すなわち、マッピング対象の方向へ向けた飛行中のビーム方向の移動を相殺するように回転し、合成開口レーダ装置５の試験中は、常にこのフェーズドアレイアンテナのビーム方向を試験信号発生部２のアンテナ部２７に指向させている。

ここに、ポジショナ３は、制御部３１、駆動部３２、及び回転台３３から構成されている。制御部３１は、移動情報発生部1からの移動情報に基づいて、飛行中におけるビーム方向の移動を相殺するための駆動信号を生成し、駆動部３２に送出する。駆動部３２は、この駆動信号を受けとって回転台３３を駆動する。回転台３３には、合成開口レーダ装置５のフェーズドアレイアンテナが取り付けられる。

バイアス移相量設定部４は、試験信号発生部２から合成開口レーダ装置５のフェーズドアレイアンテナまでの間の試験信号の伝搬距離に基づいて、試験中にこのフェーズドアレイアンテナに加える移相量を設定する。本実施例においては、試験信号発生部２からこのフェーズドアレイアンテナを構成する各アンテナ素子までの試験信号の伝搬距離の差異を補償するように、これら各アンテナ素子毎にバイアス移相量を設定するものとしている。

次に、前述の図１、及び図２の概念図を参照して、上述のように構成した合成開口レーダ試験装置の試験中における動作を説明する。図２は、フェーズドアレイアンテナを用いたスポットライトマッピング方式の合成開口レーダ装置５の飛行中におけるビーム方向の移動の一例をモデル化して示す概念図である。この図２に示すように、スポットライトマッピング方式の合成開口レーダ装置５では、フェーズドアレイアンテナのビーム方向を常にマッピング対象の領域Ａに指向させるように、搭載母体としての航空機６の飛行経路に沿った移動に伴って、電子的な制御によりそのビーム方向をビーム方向１〜ビーム方向３に移動させる。以降の説明では、この図２に例示した場面を模擬した試験での動作を取り上げている。

まず、供試体としての合成開口レーダ装置５から継続出力される送信トリガ信号を受けて、移動情報発生部１は搭載母体としての航空機６の移動情報を発生し、試験信号発生部２、ポジショナ３、及び合成開口レーダ装置５に送出する。このときの移動情報は、図２に例示した航空機６の飛行経路のシナリオを模擬した位置情報及び速度情報であり、送信トリガ信号に同期しながら飛行の時間経過に沿って各部に対し時系列的に出力される。

同じく合成開口レーダ装置５からの送信トリガ信号を受けて、試験信号発生部２は、飛行中にレーダ反射波として合成開口レーダ装置５で受信される信号を、この送信トリガ信号に同期させて模擬発生し、これを試験信号として合成開口レーダ装置５に向けて放射する。すなわち試験信号発生部２内では、まずチャープ種信号発生部２１において、送信トリガ信号に同期して試験信号の源信号となるチャープ種信号が生成される。

このチャープ種信号に対して、ドップラ変調部２２、位相設定部２３、及び遅延時間設定部２４の各部において、移動情報発生部１からの移動情報に基づいて、それぞれドップラ周波数成分、位相、及び送信遅延時間が設定され、続けて周波数変換部２５においてレーダ信号の周波数帯の高周波信号に変換され、さらに、レベル調整部２６においてレーダ反射波の受信レベルを模擬する信号レベルに調整された後、アンテナ部２７から合成開口レーダ装置５に向けて試験信号として放射される。そして、この試験信号は、所定の距離を伝搬して合成開口レーダ装置５のフェーズドアレイアンテナで受信される。

一方、移動情報発生部１からの移動情報は、合成開口レーダ装置５にも送出されており、この合成開口レーダ装置５のフェーズドアレイアンテナのビーム方向も、電子的な制御により図２に例示したように飛行経路のシナリオに沿って移動する。また、このときに、このフェーズドアレイアンテナが取り付けられたポジショナ３は、同じく、移動情報発生部１からの移動情報に基づいて、そのビーム方向が常に試験信号発生部２に指向するように、このフェーズドアレイアンテナのビーム方向の電子的な移動を相殺する方向にフェーズドアレイアンテナを回転駆動する。このようにして、合成開口レーダ装置５がフェーズドアレイアンテナのビーム方向を電子的に移動した場合においても、試験信号は常にビーム指向方向から受信され、合成開口レーダ装置５では、ビームの指向制御による位相誤差を含んだ試験信号が処理される。従って、ビームの指向制御による位相誤差の影響を評価することが可能となる。

さらにこれら試験中を通して、バイアス移相量設定部４からは、合成開口レーダ装置５のフェーズドアレイアンテナを構成する各アンテナ素子毎にバイアス移相量を算出し、送出している。このバイアス移相量は、試験信号の伝搬経路となる試験信号発生部２のアンテナ部２７からフェーズドアレイアンテナを構成するそれぞれのアンテナ素子までの距離が、いずれのアンテナ素子においてもすべて等距離となるように、伝搬距離の差異を位相的に補償するものである。そしてこれらバイアス移相量を、例えば、フェーズドアレイアンテナを構成する各アンテナ素子に対応して設けられたそれぞれの移相器の移相量に重畳させることによって、フェーズドアレイアンテナで受信される試験信号を、ファーフィールド環境で受信した場合と等価なものとしている。

以上説明したように、本実施例においては、供試体としての合成開口レーダ装置５のフェーズドアレイアンテナをポジショナ３に載せ、このフェーズドアレイアンテナが電子的にビーム方向を移動したときに、その移動を相殺するようにポジショナ３を回転させている。従って、ビーム方向を移動しても常に試験信号発生部２を指向し試験信号を受信しているので、フェーズドアレイアンテナのビーム移動による位相誤差を含めた合成開口レーダ装置の試験にも対応することができる。

また、試験中は、試験信号発生部２のアンテナ部２７からフェーズドアレイアンテナを構成する各アンテナ素子までの、それぞれの試験信号の伝搬距離の差異を補償するためのバイアス移相量が、バイアス移動量設定部４から、フェーズドアレイアンテナに送出される。従って、試験信号発生部２と合成開口レーダ装置５との設置距離に応じて適切なバイアス移相量を設定することができ、試験装置を大型化することなくファーフィールド環境を模擬することができる。

本発明に係る合成開口レーダ試験装置の一実施例を示すブロック図。 スポットライトマッピング方式のビーム方向の移動の一例をモデル化して示す概念図。

符号の説明

１ 移動情報発生部
２ 試験信号発生部
３ ポジショナ
４ バイアス移相量設定部
５ 合成開口レーダ装置

Claims (4)

1. フェーズドアレイアンテナを用い、搭載された移動体の移動に伴ってそのビーム方向を電子的に制御しながら画像を取得する合成開口レーダ装置を試験する合成開口レーダ試験装置であって、
   前記移動体の移動情報を模擬する移動情報発生部と、
   この移動情報発生部からの移動情報に基づいて前記合成開口レーダ装置で受信される信号を模擬した試験信号を前記合成開口レーダ装置に向けて放射する試験信号発生部と、
   前記移動情報発生部からの移動情報に基づいて前記合成開口レーダ装置のフェーズドアレイアンテナを回転させるポジショナと、
   前記試験信号発生部から前記フェーズドアレイアンテナまでの間の前記試験信号の伝搬距離に基づいて前記フェーズドアレイアンテナのバイアス移相量を設定するバイアス移相量設定部とを備えたことを特徴とする合成開口レーダ試験装置。
2. 前記試験信号発生部は、前記合成開口レーダからの送信トリガ信号に同期してチャープ種信号を発生するチャープ種信号発生部と、
   前記移動情報発生部からの移動情報に基づいて、前記チャープ種信号に対してドップラ周波数成分を付加するドップラ変調部、位相設定を行う位相設定部、前記送信トリガ信号からの遅延時間を設定する遅延時間設定部と、
   これらドップラ変調部、位相設定部、及び遅延設定部の各部を経由した前記チャープ種信号を高周波信号に変換する周波数変換部と、
   前記移動情報発生部からの移動情報に基づいて、前記周波数変換部からの高周波信号のレベルを調整するレベル調整部と、
   このレベル調整部からの高周波信号を前記試験信号として前記合成開口レーダ装置に向けて送信するアンテナ部とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の合成開口レーダ試験装置。
3. 前記ポジショナは、前記移動体の移動に伴って制御される前記フェーズドアレイアンテナのビーム方向の移動を相殺して、このフェーズドアレイアンテナのビーム方向が常に前記試験信号発生部に向くようにこのフェーズドアレイアンテナを回転させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の合成開口レーダ試験装置。
4. 前記バイアス移相量設定部は、前記フェーズドアレイアンテナを構成する各アンテナ素子毎の前記試験信号伝搬距離の差異を補償するように、これらアンテナ素子毎のバイアス移相量を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の合成開口レーダ試験装置。

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