JP2009293936A - Radar testing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、航空機や人工衛星などの飛翔体に搭載された合成開口レーダが撮像したレーダ画像の絶対校正等に用いられるレーダ試験装置に関する。
The present invention relates to a radar test apparatus used for absolute calibration of a radar image captured by a synthetic aperture radar mounted on a flying object such as an aircraft or an artificial satellite.
合成開口レーダのレーダ画像の絶対校正などにはレーダ試験装置が用いられている。図4に、人工衛星に搭載された合成開口レーダ1と地球表面2に設置された従来のレーダ試験装置300との関係を模式的に示す。なお図4においてSは人工衛星の進行方向である。
A radar test apparatus is used for absolute calibration of a radar image of a synthetic aperture radar. FIG. 4 schematically shows the relationship between the
代表的なレーダ試験装置としては、図5及び図6に示す構成のものが存在する。図5に示すレーダ試験装置300は、人工衛星に搭載された合成開口レーダ1と地球表面2に設置されたレーダ試験装置300との間で電波の送受信を行うものであり、送受信を行うアンテナ3と、受信信号の増幅を行う増幅器4と、受信信号に周波数オフセットを与える移相器16と、周波数オフセット量を制御する移相器コントローラ17と、レーダ断面積を設定する可変抵抗減衰器13とを具備している。
As a typical radar test apparatus, there is one having the configuration shown in FIGS. The
人工衛星に搭載された合成開口レーダ1からの電波は、地球表面2に設置されたレーダ試験装置300内の受信用アンテナ3aで受信されてから、増幅器4aで所定レベルまで増幅される。増幅された受信信号は、移相器17に入力される。そして移相器コントローラ18の制御信号に基づいて、移相器17の位相を0〜2πラジアンの範囲で所定の繰り返し周波数f0で変化させると、受信信号は周波数f0の周波数オフセットを受けることになる。この周波数オフセットを伴った信号を増幅器4bで所定レベルまで増幅させた後、レーダ試験装置300のレーダ断面積が所定の値に設定されるよう可変抵抗減衰器14の減衰量を調整した後、送信用アンテナ3bから合成開口レーダ1に向けて電波が送信される。
The radio wave from the
合成開口レーダ1からの受信信号に、周波数f0の周波数オフセットをレーダ試験装置300で与えてから合成開口レーダ1に向けて送信すると、レーダ試験装置300の見かけ上の位置が合成開口レーダ1のレーダ画像内で、アジマス方向にシフトさせることができる(非特許文献1参照)。
When the received signal from the
図6のレーダ試験装置350は、従来のレーダ試験装置のほかの例であり、人工衛星に搭載された合成開口レーダ1と地球表面2に設置されたレーダ試験装置350との間で電波の送受信を行うものであり、送受信を行うアンテナ3と、受信信号の周波数変換を行うためのミキサ5と、ミキサ5へのローカル信号を与える局部発振器7と、受信信号のA/D変換を行うA/Dコンバータ8と、受信信号に遅延を与える遅延回路19と、遅延回路19の遅延量を制御する遅延回路コントローラ20と、受信信号のD/A変換を行うD/Aコンバータ10と、受信信号の増幅を行う増幅器4とを具備している。
The
人工衛星等の飛翔体に搭載された合成開口レーダ1からの電波は、地球表面2に設置されたレーダ試験装置350内の受信用アンテナ3aで受信されてからミキサ5aに入力される。局部発振器7で生成されたローカル信号は、ミキサ5aに入力され、受信信号と混合されて中間周波数にダウンコンバートされる。その後、A/Dコンバータ8でA/D変換されたデジタル受信信号は、遅延回路19で所定の遅延時間が与えられて出力される。出力された遅延を伴うデジタル受信信号は、D/Aコンバータ10で中間周波数のアナログ信号に変換された後、局部発振器7からのローカル信号とミキサ5bで混合されてアップコンバートされる。アップコンバートされた受信信号は、合成開口レーダ1からの受信信号に遅延時間を伴った受信信号となる。この遅延時間を伴った受信信号は、増幅器4で所定のレベルまで増幅された後、送信用アンテナ3bから合成開口レーダ1に向けて電波が送信される。なお、レーダ試験装置350の遅延量の制御は、遅延回路コントローラ20によって行われる(非特許文献2)。
Radio waves from the
図5に示した従来のレーダ試験装置は、帯域内に強勢なスプリアスが発生するため、フィルタでは除去できないスプリアスの影響を受けて、レーダ試験装置の見かけ上の位置がアジマス方向に複数存在してしまう。このため、合成開口レーダのレーダ画像の絶対校正を行う上で帯域内スプリアスの除去が課題となっている。 Since the conventional radar test apparatus shown in FIG. 5 generates a strong spurious signal within the band, a plurality of apparent positions of the radar test apparatus exist in the azimuth direction under the influence of spurious noise that cannot be removed by a filter. End up. For this reason, removal of in-band spurious is an issue in performing absolute calibration of radar images of synthetic aperture radar.
また、図5及び図6に示したレーダ試験装置では、それぞれアジマス方向またはレンジ方向のいずれかにレーダ試験装置の見かけ上の位置をシフトさせることはできるが、それ以外の方向にはシフトさせることができないので、シフト方向の制約を受けることになる。そこで任意の方向にシフトさせることが出来るレーダ試験装置が望まれている。 In addition, in the radar test apparatus shown in FIGS. 5 and 6, the apparent position of the radar test apparatus can be shifted in either the azimuth direction or the range direction, respectively, but in other directions. Since this is not possible, the shift direction is restricted. Therefore, a radar test apparatus that can be shifted in an arbitrary direction is desired.
さらに、移動体の検出を合成開口レーダのMTI(Moving Target Indicator)機能を利用して行う場合、MTI機能を評価するためには地上に車両や列車等の移動体が必要となる。しかしながら、図5及び図6に示したレーダ試験装置では、レーダ試験装置の見かけ上の位置が、所定の速度で時間と共に変化する疑似移動体の機能を有するレーダ試験装置とすることができない。 Furthermore, when detecting a moving object using the MTI (Moving Target Indicator) function of a synthetic aperture radar, a moving object such as a vehicle or a train is required on the ground in order to evaluate the MTI function. However, the radar test apparatus shown in FIGS. 5 and 6 cannot be a radar test apparatus having a function of a pseudo moving body in which the apparent position of the radar test apparatus changes with time at a predetermined speed.
そこで本発明者は上記課題に鑑み、レーダ画像の絶対校正を行う際の帯域内スプリアスの除去を行うことが可能なレーダ試験装置を発明した。また更に、アジマス方向またはレンジ方向に限定されない任意の方向にシフトさせることが可能なレーダ試験装置を発明した。加えて、レーダ試験装置の見かけ上の位置が、所定の速度で時間と共に変化する疑似移動体の機能を有するレーダ試験装置を発明した。 In view of the above problems, the present inventors have invented a radar test apparatus capable of removing in-band spurious when performing absolute calibration of a radar image. Furthermore, a radar test apparatus capable of shifting in any direction not limited to the azimuth direction or the range direction has been invented. In addition, the radar test apparatus having the function of a pseudo moving body in which the apparent position of the radar test apparatus changes with time at a predetermined speed has been invented.
第1の発明は、飛翔体に搭載された合成開口レーダの校正に用いるレーダ試験装置であって、前記レーダ試験装置は、少なくとも、前記合成開口レーダとの間で電波の送受信を行うアンテナと、前記受信した信号を増幅する増幅器と、種信号を生成する原信号発生器と、前記種信号を用いてローカル信号を生成する局部発振器と、前記受信した信号の周波数変換を、前記ローカル信号を用いて行うミキサと、前記ローカル信号に周波数オフセットを与えるDDSと、レーダ断面積の設定を行う可変抵抗減衰器と、を備えており、前記DDSによる周波数オフセットを中間周波数で行う、レーダ試験装置である。 A first invention is a radar test apparatus used for calibration of a synthetic aperture radar mounted on a flying object, wherein the radar test apparatus includes at least an antenna that transmits and receives radio waves to and from the synthetic aperture radar; An amplifier that amplifies the received signal, an original signal generator that generates a seed signal, a local oscillator that generates a local signal using the seed signal, and frequency conversion of the received signal using the local signal A radar test apparatus that includes a mixer for performing frequency offset for the local signal, a variable resistance attenuator for setting a radar cross section, and performing frequency offset by the DDS at an intermediate frequency. .
本発明のレーダ試験装置により、レーダ画像の校正を行う際の帯域内スプリアスの防止を行うことが出来る。 The radar test apparatus according to the present invention can prevent in-band spurious when calibrating a radar image.
第2の発明は、飛翔体に搭載された合成開口レーダの校正に用いるレーダ試験装置であって、前記合成開口レーダとの間で電波の送受信を行うアンテナと、前記受信した信号を増幅する増幅器と、種信号を生成する原信号発生器と、前記受信した信号の周波数変換を行うミキサと、前記種信号を用いて生成されたローカル信号を、前記ミキサに与える局部発振器と、前記ミキサによってダウンコンバートされた信号に対してA/D変換を行うA/Dコンバータと、前記A/D変換されたデジタル信号に対して遅延を与えるFPGAと、前記遅延されたデジタル信号に対してD/A変換を行うD/Aコンバータと、前記種信号に基づいてクロック信号を生成するクロック信号発生器と、前記クロック信号を用いて、前記ローカル信号に周波数オフセットを与えるDDSと、前記D/A変換された信号に対して前記ミキサによってアップコンバートされた信号について、前記周波数オフセットを伴うローカル信号を用いて、前記ミキサによってアップコンバートされた信号のイメージ周波数を除去するフィルタと、レーダ断面積の設定を行う可変抵抗減衰器と、前記FPGA、前記DDS及び前記可変抵抗減衰器の制御を行うコントローラと、を備えており、前記コントローラによる制御に基づき、前記FPGA及び前記DDSにおいて、遅延量及び周波数オフセット量を所定割合で一定量変化させる、レーダ試験装置である。 A second invention is a radar test apparatus used for calibration of a synthetic aperture radar mounted on a flying object, an antenna that transmits and receives radio waves to and from the synthetic aperture radar, and an amplifier that amplifies the received signal An original signal generator that generates a seed signal, a mixer that performs frequency conversion of the received signal, a local oscillator that supplies a local signal generated using the seed signal to the mixer, and a down-converter by the mixer An A / D converter that performs A / D conversion on the converted signal, an FPGA that gives a delay to the A / D converted digital signal, and a D / A conversion on the delayed digital signal A D / A converter that performs the clock signal generation, a clock signal generator that generates a clock signal based on the seed signal, and the frequency signal is output to the local signal using the clock signal. A DDS giving a set, and a signal upconverted by the mixer with respect to the D / A converted signal, a local signal with the frequency offset is used to determine an image frequency of the signal upconverted by the mixer. A filter to be removed, a variable resistance attenuator for setting a radar cross section, and a controller for controlling the FPGA, the DDS, and the variable resistance attenuator, and based on the control by the controller, the FPGA In the DDS, the radar test apparatus changes the delay amount and the frequency offset amount by a predetermined amount at a predetermined rate.
本発明のレーダ試験装置により、レーダ画像の校正を行う際の帯域内スプリアスの防止を行うとともに、レーダ試験装置の見かけ上の位置を、アジマス方向またはレンジ方向に限定されない任意の方向にシフトさせることが可能となる。なお、アジマス方向とは、合成開口レーダ1を搭載した人工衛星等の飛翔体の進行方向に平行な方向であり、レンジ方向とは、合成開口レーダ1を搭載した人工衛星等の飛翔体の進行方向に直交する方向である。
The radar test apparatus of the present invention prevents in-band spurious when calibrating a radar image and shifts the apparent position of the radar test apparatus in an arbitrary direction that is not limited to the azimuth direction or the range direction. Is possible. The azimuth direction is a direction parallel to the traveling direction of a flying object such as an artificial satellite equipped with the
上述の発明において、前記レーダ試験装置は、前記FPGA及び前記DDSにおける前記遅延量及び周波数オフセット量が、時間とともに所定の割合で変化する制御指示を前記コントローラから受け取ることにより、任意の方向に所定の速度で前記レーダ試験装置の見かけ上の位置を移動させる、ように構成することも出来る。 In the above-described invention, the radar test apparatus receives a control instruction in which the delay amount and the frequency offset amount in the FPGA and the DDS change at a predetermined ratio with time from the controller. The apparent position of the radar test apparatus can be moved at a speed.
本発明のように構成することで、レーダ試験装置の見かけ上の位置が、所定の速度で時間と共に変化する疑似移動体の機能を有するレーダ試験装置が可能となる。 By configuring as in the present invention, a radar test apparatus having a function of a pseudo moving body in which the apparent position of the radar test apparatus changes with time at a predetermined speed is possible.
本発明のレーダ試験装置を用いることによって、レーダ画像の絶対校正を行う際の帯域内スプリアスの除去を行うことが可能となる。また、アジマス方向やレンジ方向は勿論のこと、それ以外の所定方向にもレーダ試験装置の見かけ上の位置がシフトできるため、合成開口レーダのアジマス方向やレンジ方向以外にレーダ断面積が小さな海面や湖面等が位置する場合であっても、海面や湖面等にレーダ試験装置の見かけ上の位置がシフトさせられるので、自由度の高いシフト方向が得られる効果を有する。更に、本発明のレーダ試験装置は、所定の速度で所定方向に見かけ上移動させることができるため、疑似移動体となるレーダ試験装置が得られる効果を有する。
By using the radar test apparatus of the present invention, it is possible to remove in-band spurious when performing absolute calibration of a radar image. In addition, the apparent position of the radar test equipment can be shifted not only in the azimuth direction and range direction, but also in other predetermined directions. Even when a lake surface or the like is located, the apparent position of the radar test apparatus is shifted to the sea surface, the lake surface, or the like, so that a shift direction with a high degree of freedom can be obtained. Furthermore, since the radar test apparatus of the present invention can be apparently moved in a predetermined direction at a predetermined speed, there is an effect that a radar test apparatus that becomes a pseudo moving body can be obtained.
図1に本発明のレーダ試験装置30の構成の一例を模式的に示す。本発明のレーダ試験装置30は、人工衛星等の飛翔体に搭載された合成開口レーダ1との間で電波の送受信を行うアンテナ3と、受信信号の増幅を行う増幅器4と、受信信号の周波数変換を行うためのミキサ5と、種信号を生成する原信号発生器6(通常の高周波数信号を発生させる発振器を示す。例えば10MHz発振器などがある)と、ミキサ5へのローカル信号を与える局部発振器7と、受信信号のA/D変換を行うA/Dコンバータ8と、受信信号に遅延を与えるFPGA(Field Programmable Gate Array)9と、受信信号のD/A変換を行うD/Aコンバータ10と、原信号発生器6で発生した種信号に基づいてクロック信号を生成するクロック信号発生器11と、ローカル信号に周波数オフセットを与えるDDS(Direct Digital Synthesizer)12と、イメージ周波数を除去するフィルタ13と、レーダ断面積の設定を行う可変抵抗減衰器14と、FPGA9及びDDS12並びに可変抵抗減衰器14の制御を行うコントローラ15と、コントローラ15への指令を与えるパソコン16(コンピュータ端末であればよい)とを具備している。
FIG. 1 schematically shows an example of the configuration of a
人工衛星等の飛翔体に搭載された合成開口レーダ1からの電波は、地球表面2に設置されたレーダ試験装置30内の受信用アンテナ3aで受信されてから増幅器4aで所定レベルまで増幅された後、ミキサ5aに入力される。原信号発生器6からの種信号(原信号発生器6は、レーダ試験装置30の電源がオンになった時点で連続した高周波数信号を発生させ、それを原信号として用いる)を用いて局部発振器7aで生成されたローカル信号は、ミキサ5aに入力され、増幅器4aで増幅された受信信号と混合されて中間周波数f1にダウンコンバートされる。この受信信号はミキサ5bによって局部発振器7bからのローカル信号と混合されて中間周波数f2にダウンコンバートされる。
Radio waves from the
A/Dコンバータ8でA/D変換されたデジタル受信信号は、シフトレジスタ機能を有するFPGA9で所定の遅延時間τが与えられて出力される。出力された遅延を伴うデジタル受信信号は、D/Aコンバータ10で中間周波数f2のアナログ信号に変換された後、局部発振器7bからのローカル信号とミキサ5cで混合されて中間周波数f1にアップコンバートされる。
The digital reception signal A / D converted by the A /
一方、原信号発生器6からの種信号に基づきクロック信号発生器11で生成されたクロック信号はDDSに入力され、DDSで所定のオフセット周波数f0を有する信号を発生する。このオフセット周波数f0を有する信号は、局部発振器7cで周波数オフセットf0を伴ったローカル信号としてミキサ5dに入力され、前記中間周波数f1の受信信号と混合されてアップコンバートされる。
On the other hand, the clock signal generated by the
例えば図5に示すような、従来のレーダ試験装置300では、移相器17により周波数オフセットを与えていたが、帯域内スプリアスの発生が否めなかった。そこで、本発明のようにDDSを用い、かつ中間周波数により周波数オフセットを行うことによって、帯域内スプリアスを防止することが可能となる。
For example, in the conventional
上述のようにアップコンバートされた受信信号は、合成開口レーダ1からの受信信号に遅延時間τ及び周波数オフセットf0を伴った受信信号となる。この遅延時間τ及び周波数オフセットf0を伴った受信信号は、フィルタ13に入力されて不要なイメージ周波数の成分が除去された後、増幅器4bで所定のレベルまで増幅される。そして、レーダ試験装置30のレーダ断面積が所定の値に設定されるよう可変抵抗減衰器14の減衰量の調整が行われた後、送信用アンテナ3bから合成開口レーダ1に向けて電波が送信される。
The reception signal up-converted as described above becomes a reception signal with a delay time τ and a frequency offset f 0 in addition to the reception signal from the
なお、レーダ試験装置30の遅延量及び周波数オフセット量並びに減衰量の制御は、コントローラ15によって行われるが、コントローラ15への制御指令はパソコン16から与えられる。
Note that the delay amount, frequency offset amount, and attenuation amount of the
図1の本発明のレーダ試験装置30は、パソコン16からの指令に基づいて、コントローラ15からの制御信号でFPGA9とDDS12とを同時動作させることにより、図2に示すように、レーダ試験装置30が実際に設置された位置Pから位置Qに見かけ上レーダ試験装置30がシフトできる。
The
FPGA9またはDDS12のいずれか一方をコントローラ15の制御に基づいて動作させた場合は、アジマス方向またはレンジ方向のいずれかにレーダ試験装置30の見かけ上の位置がシフトできることは勿論である。
Of course, when either the FPGA 9 or the
図1において、コントローラ15の制御によりFPGA9で遅延時間τの値が時間と共に所定の割合で変化させると共に、DDS12で周波数オフセットf0の値が時間と共に所定の割合で変化させることにより、図3に示すように、レーダ試験装置30が設置された時刻t0の位置Pから時刻tn後の見かけ上の位置Qの所定方向に、レーダ試験装置30が所定の速度であたかも移動しているかのような疑似移動体として動作させることができる。
In FIG. 1, by controlling the
本発明の産業上の利用可能性は、航空機や人工衛星などの飛翔体に搭載された合成開口レーダが撮像したレーダ画像の絶対校正等に使用するレーダ試験装置として役立つ。
The industrial applicability of the present invention is useful as a radar test apparatus used for absolute calibration of a radar image captured by a synthetic aperture radar mounted on a flying object such as an aircraft or an artificial satellite.
1:合成開口レーダ
2:地球表面
3:送受信用アンテナ
4:増幅器
5:ミキサ
6:原信号発生器
7:局部発振器
8:A/Dコンバータ
9:FPGA
10:D/Aコンバータ
11:クロック信号発生器
12:DDS
13:フィルタ
14:可変抵抗減衰器
15:コントローラ
16:パソコン
17:移相器
18:移相器コントローラ
19:遅延回路
20:遅延回路コントローラ
30:レーダ試験装置
300:従来のレーダ試験装置
350:従来のレーダ試験装置
1: Synthetic Aperture Radar 2: Earth Surface 3: Transmitting / Receiving Antenna 4: Amplifier 5: Mixer 6: Original Signal Generator 7: Local Oscillator 8: A / D Converter 9: FPGA
10: D / A converter 11: Clock signal generator 12: DDS
13: Filter 14: Variable resistance attenuator 15: Controller 16: Personal computer 17: Phase shifter 18: Phase shifter controller 19: Delay circuit 20: Delay circuit controller 30: Radar test apparatus 300: Conventional radar test apparatus 350: Conventional Radar test equipment
Claims (3)
前記レーダ試験装置は、少なくとも、
前記合成開口レーダとの間で電波の送受信を行うアンテナと、
前記受信した信号を増幅する増幅器と、
種信号を生成する原信号発生器と、
前記種信号を用いてローカル信号を生成する局部発振器と、
前記受信した信号の周波数変換を、前記ローカル信号を用いて行うミキサと、
前記ローカル信号に周波数オフセットを与えるDDSと、
レーダ断面積の設定を行う可変抵抗減衰器と、を備えており、
前記DDSによる周波数オフセットを中間周波数で行う、
ことを特徴とするレーダ試験装置。 A radar test apparatus used for calibration of a synthetic aperture radar mounted on a flying object,
The radar test apparatus is at least:
An antenna for transmitting and receiving radio waves to and from the synthetic aperture radar;
An amplifier for amplifying the received signal;
An original signal generator for generating a seed signal;
A local oscillator that generates a local signal using the seed signal;
A mixer that performs frequency conversion of the received signal using the local signal;
A DDS for providing a frequency offset to the local signal;
A variable resistance attenuator for setting the radar cross section,
The frequency offset by the DDS is performed at an intermediate frequency.
Radar test equipment characterized by the above.
前記合成開口レーダとの間で電波の送受信を行うアンテナと、
前記受信した信号を増幅する増幅器と、
種信号を生成する原信号発生器と、
前記受信した信号の周波数変換を行うミキサと、
前記種信号を用いて生成されたローカル信号を、前記ミキサに与える局部発振器と、
前記ミキサによってダウンコンバートされた信号に対してA/D変換を行うA/Dコンバータと、
前記A/D変換されたデジタル信号に対して遅延を与えるFPGAと、
前記遅延されたデジタル信号に対してD/A変換を行うD/Aコンバータと、
前記種信号に基づいてクロック信号を生成するクロック信号発生器と、
前記クロック信号を用いて、前記ローカル信号に周波数オフセットを与えるDDSと、
前記D/A変換された信号に対して前記ミキサによってアップコンバートされた信号について、前記周波数オフセットを伴うローカル信号を用いて、前記ミキサによってアップコンバートされた信号のイメージ周波数を除去するフィルタと、
レーダ断面積の設定を行う可変抵抗減衰器と、
前記FPGA、前記DDS及び前記可変抵抗減衰器の制御を行うコントローラと、を備えており、
前記コントローラによる制御に基づき、前記FPGA及び前記DDSにおいて、遅延量及び周波数オフセット量を所定割合で一定量変化させる、
ことを特徴とするレーダ試験装置。 A radar test apparatus used for calibration of a synthetic aperture radar mounted on a flying object,
An antenna for transmitting and receiving radio waves to and from the synthetic aperture radar;
An amplifier for amplifying the received signal;
An original signal generator for generating a seed signal;
A mixer for frequency conversion of the received signal;
A local oscillator that provides the mixer with a local signal generated using the seed signal;
An A / D converter that performs A / D conversion on the signal down-converted by the mixer;
An FPGA that gives a delay to the A / D converted digital signal;
A D / A converter that performs D / A conversion on the delayed digital signal;
A clock signal generator for generating a clock signal based on the seed signal;
A DDS that provides a frequency offset to the local signal using the clock signal;
A filter that removes an image frequency of a signal up-converted by the mixer using a local signal with the frequency offset for a signal up-converted by the mixer with respect to the D / A converted signal;
A variable resistance attenuator for setting the radar cross section;
A controller for controlling the FPGA, the DDS, and the variable resistance attenuator,
Based on the control by the controller, in the FPGA and the DDS, the delay amount and the frequency offset amount are changed by a predetermined amount at a predetermined rate.
Radar test equipment characterized by the above.
前記FPGA及び前記DDSにおける前記遅延量及び周波数オフセット量が、時間とともに所定の割合で変化する制御指示を前記コントローラから受け取ることにより、任意の方向に所定の速度で前記レーダ試験装置の見かけ上の位置を移動させる、
ことを特徴とする請求項2に記載のレーダ試験装置。 The radar test apparatus is:
By receiving from the controller a control instruction in which the delay amount and the frequency offset amount in the FPGA and the DDS change at a predetermined rate with time, the apparent position of the radar test apparatus at a predetermined speed in an arbitrary direction. Move the
The radar test apparatus according to claim 2.
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