JP2012122743A - レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】移動するプラットフォームに搭載され、パルス信号からなるレーダビームをアジマス角方向に走査しながら送信して目標からの反射信号を受信する送受信アンテナと、送受信アンテナからの受信信号を観測データとして処理するデータ処理手段とを備える。データ処理手段は、観測データを各角度方向の観測データに分割するデータ分割処理部2と、複数回の観測により得られた受信信号の角度分解能を向上させる合成開口処理部5と、合成開口処理部5により得られた高角度分解能データを格納するデータ出力部8とを有する。
【選択図】図1
Description
図18において、レーダ装置10は、航空機(プラットフォーム)に搭載されて、送受信用のアンテナ(図示せず)を有しており、背景となる地表面Eに位置する目標Mを観測する。なお、ここでは、レーダ装置10が地上監視や海洋監視を行う航空機に搭載された場合について説明するが、特にこれに限定されるものではない。
グランドレンジ分解能Δmgは、送信信号の送信帯域幅Bwにより決定され、以下の式(2)のように表される。
一方、通常の送受信アンテナからのレーダビームQによる観測で得られるアジマス分解能Δazは、レーダのビーム幅Θw(Θは目標Mに対するレーダビームQの入射角)に依存し、以下の式(3)のように表される。
しかし、目標Mが静止している場合には、目標Mとクラッタとのドップラ周波数に相違がないので、上記方式による目標Mの検出および類別は困難である。
合成開口処理は、プラットフォームが移動しながら複数回の観測を行うことによって、等価的に開口の大きいアンテナを作り出し、レーダ装置10の角度(アジマス)分解能を向上させる手法である。
合成開口処理によって得られるアジマス分解能Δazsynthは、以下の式(4)により与えられる。
一般的な合成開口処理においては、側視アンテナレーダ(Side Looking Antenna Radars:SLAR)として知られる固定側方アンテナレーダで適用する場合、スクイント角Φ=90°である。
固定側方アンテナレーダによる観測においては、合成開口長Lは、プラットフォームの移動速度とアンテナからのビーム幅Θwとに依存することが知られている。
したがって、回転式レーダ装置による合成開口処理においては、合成開口長Lは、レーダビームQの回転速度にも依存する。
以下、図1〜図8を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
なお、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置を用いた地上静止目標の観測は、回転式アンテナパルスレーダ装置を実装した航空機が、レーダビームQを複数回転させながら複数回の観測を行う間に、航空機が移動し、観測領域の高分解能画像を得るものである。
また、ここでは、レーダビームQをアジマス角方向に走査するアンテナを用い、回転式アンテナパルスレーダ装置として説明するが、必ずしもこれに限定されるものではなく、たとえば、フェイズドアレイアンテナのように電気的にレーダビームQを走査するようなアンテナを用いてもよい。
図1において、レーダ装置(回転式レーダ装置)は、レーダ信号取得部1と、データ分割処理部2と、合成開口処理部5と、データ出力部8とを備えている。
レーダ信号取得部1は、航空機に搭載した回転式レーダ装置による観測を行い、異なる位置で複数回観測した複数個の観測信号(以下、「レンジプロフィール」という)を取得する。
合成開口処理部5は、複数個のレンジプロフィールを用いて、角度分解能を向上させるための合成開口処理を行う。
データ出力部8は、レーダ信号取得部1、データ分割処理部2および合成開口処理部5により取得されたレーダ装置の出力結果を格納する。
図2において、レーダ信号取得部1は、パルス信号を生成する送信機11と、送受切換器12と、送受信アンテナ13と、受信機14と、受信信号記憶部15とを備えている。
受信機14は、送受信アンテナ13で受信された散乱波の受信信号を、送受切換器12を介して受信する。
受信信号記憶部15は、受信機14で受信処理された受信信号を一時保存する。
図3において、合成開口処理部5は、距離補償処理部51と、位相補償処理部52と、フーリエ変換処理部53とを備えている。
フーリエ変換処理部53は、位相補償処理部52からの位相変化補償後のデータを、観測ヒット方向にフーリエ変換して、周波数データを取得する。
まず、図4および図5を参照しながら、図2に示したレーダ信号取得部1の動作について説明する。
空間に放射されたパルス信号は、観測対象によって散乱され、観測対象により散乱された散乱波は、送受信アンテナ13により受信される。
受信機14は、受信信号に対して位相検波処理およびA/D変換処理を行い、各受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を出力する。
以下、航空機を移動させながら、合成開口処理に必要な観測点数分だけ上記処理を繰り返し実行する。これにより、異なる位置で観測した複数個のレンジプロフィールが受信信号記憶部15に格納される。
また、図5はドップラ帯域DBを決定するためのビーム照射領域の両端のドップラ周波数を示す説明図である。
なぜなら、合成開口処理を行う場合、複数回の観測における観測間隔が、信号のドップラ帯域DBに対して十分でない場合には、後段の合成開口処理部5において、アジマス方向の信号の折り返しが生じるので、これを防止する必要があるからである。
図5においては、レーダ装置10(プラットフォーム)の移動方向をx軸とし、ビーム照射方向をy軸(スクイント角Φ=90°)としており、ビーム幅Θw(照射領域)の右端相対速度VRおよび左端相対速度VLを矢印で示している。
したがって、パルス繰り返し間隔の周期Tpriとドップラ帯域DBとの間の関係は、以下の式(6)を満足する必要がある。
また、fcは送信中心周波数、Brは送信帯域幅、f(fc−Br/2≦f≦fc+Br/2)は送信周波数、R(n)はレンジ、cは光速である。
なお、ここでは、周波数チャープ方式によるパルス圧縮処理を想定した受信信号を用いて説明するが、特にこれに限定されるものではない。
図6において、データ分割処理部2に入力される観測データSoは、あるスクイント角に位置する目標MにレーダビームQが照射されている観測データS1と、レーダビームQが照射されていない観測データS2とを有する。
したがって、レーダのビーム幅Θwが回転式アンテナの回転角度以下の場合に、ある任意のスクイント角に位置する目標Mに関しては、レーダビームQが照射されていない観測データS2が存在することになる。
図7は合成開口処理部5内の距離補償処理部51の動作を示す説明図であり、図8は合成開口処理部5内の位相補償処理部52の動作を示す説明図である。
また、合成開口処理は、各スクイント角ブロックで並列に処理されるので、ここでは、Φsq=90°のスクイント角ブロックの合成開口処理について説明する。
この結果、後段のフーリエ変換処理部53において、十分な積分効果を得ることができない可能性がある。
なお、距離補償処理は、上記の手法に限らず、時間軸上で、距離変化に応じてレンジセルをシフトさせることによっても実行可能であり、いずれを用いてもよい。
位相補償処理部52は、以下の式(10)のように、位相Dcmp(f,n,90°)の補償処理を行う。
なお、上記実施の形態1では、データ分割処理部2で取得したすべての観測データS3を合成開口処理部5に入力したが、目標信号とクラッタ信号との強度比であるSCR(Signal to Clutter Ratio)が、検出処理および類別処理を高精度に実現するために必要な値を満足するような場合には、観測した全スクイント角に対して、検出性能および類別性能の向上を目的とした合成開口処理を行う必要はない。
この発明の実施の形態2(図9)による合成開口ブロック選択部3は、合成開口処理を適用するスクイント角ブロックを選択し、SCRが所要値を満たさない場合のみに、スクイント角ブロックを合成開口処理部5に入力する。
以下、合成開口処理により、SCRが所要値を満たすようになれば、合成開口ブロック選択部3は、合成開口処理部5へのスクイント角ブロックの入力を停止する。
また、上記実施の形態1、2(図1〜図9)では、特に言及しなかったが、合成開口処理部5内の位相補償処理部52は、運動センサで計測されたプラットフォームの軌道データ(誤差を含む)を用いて補償量を決定しているので、さらに高分解能画像を取得するためには、図10に示すように、合成開口処理部5の後段にオートフォーカス処理部6を挿入することが望ましい。
位相補償処理を高精度に行うためには、プラットフォームの正確な軌道情報が必要となるが、プラットフォームの実際の軌道は未知であり、実軌道を推定する必要があることから、位相補償処理部52においては、計測誤差を含む軌道データ推定値を用いている。
図11(a)は位相補償前の同一地点からの位相の軌跡を示し、図11(b)は運動センサデータを用いた位相補償後の位相の軌跡を示し、図11(c)はオートフォーカス処理による位相補償後の位相の軌跡を示している。
図11(d)、図11(e)において、横軸はドップラ周波数、縦軸は信号強度であり、それぞれ、画像の結像の様子を概念的に示している。
すなわち、位相誤差を除去せずにDBS処理を適用した場合には、観測ヒット方向の積分効果を十分に得ることができず、図11(d)のように、ピークレベルが低下して点像が乱れ、ボケのある画像が生成される。
一方、オートフォーカス処理部6による位相補償後には、図11(e)のように、ピークレベルの高い結像により、ボケを抑圧した高分解能画像を得ることができる。
ことにより、図11(e)のように、ボケを抑圧または排除した高分解能画像を得ることができる。
なお、上記実施の形態1〜3(図1〜図11)では、特に言及しなかったが、レーダビームQを往復させながら観測する場合(図12内の矢印参照)に、図14のように、データ分割処理部2と合成開口処理部5との間に復元フィルタ処理部4を挿入することが望ましい。
以下、図12〜図15を参照しながら、この発明の実施の形態4について説明する。
また、図14はこの発明の実施の形態4に係るレーダ装置を示すブロック図であり、図15は図14内の復元フィルタ処理部4の動作を示す説明図である。
この場合、回転式アンテナパルスレーダ装置における回転角を任意の角度幅に絞った場合の観測を想定し、レーダ装置10は、レーダビームQの角度幅を往復しながら観測するものとする。
また、ここでは詳述を省略するが、図14の構成に加えて、前述の実施の形態2、3における合成開口ブロック選択部3またはオートフォーカス処理部6を追加した拡張形態が適用可能なことは言うまでもなく、その場合、それぞれの作用効果も合わせて奏することになる。
図15は復元フィルタ処理を概念的に示している。
復元フィルタ処理部4は、観測タイミングt0、t1での各データから、観測タイミングt1(破線枠参照)に代わる観測タイミングt2(実線枠参照)でのデータを推定し、データ取得タイミングがそれぞれ等間隔となるように設定する。
なお、上記実施の形態4(図14)では、データ分割処理部2と合成開口処理部5との間に復元フィルタ処理部4を追加したが、図16のように、合成開口処理部5に代えて、不等間隔フーリエ変換を行う不等間隔合成開口処理部7を設けることにより、復元フィルタ処理部4を不要としてもよい。
この場合、不等間隔合成開口処理部7は、前述の復元フィルタ処理に代えて、不等間隔に並んだ観測データをそのまま不等間隔フーリエ変換処理を用いて合成開口処理を行う。
図17は不等間隔合成開口処理部7の具体的な機能構成を示すブロック図である。
図17において、前述(図3参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
不等間隔フーリエ変換処理部74は、距離補償処理部51および位相補償処理部52により補償された信号を、観測ヒット方向に不等間隔フーリエ変換することにより、合成開口処理を行う。
Claims (5)
- 移動するプラットフォームに搭載され、パルス信号からなるレーダビームをアジマス角方向に走査しながら送信して目標からの反射信号を受信する送受信アンテナと、
前記送受信アンテナからの受信信号を観測データとして処理するデータ処理手段と、
を備えたレーダ装置において、
前記データ処理手段は、
前記観測データを各角度方向の観測データに分割するデータ分割処理部と、
複数回の観測により得られた受信信号の角度分解能を向上させる合成開口処理部と、
前記合成開口処理部により得られた高角度分解能データを格納するデータ出力部と、
を有することを特徴とするレーダ装置。 - 前記送受信アンテナは、レーダビームを往復させながらの観測を行い、
前記データ処理手段は、不等間隔に観測された観測データを等間隔に復元する復元フィルタ処理部を有することを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記送受信アンテナは、レーダビームを往復させながらの観測を行い、
前記合成開口処理部は、複数回の不等間隔な観測により得られた受信信号の角度分解能を向上させる合成開口処理を行うことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記データ処理手段は、高分解能画像を再生する領域を選択するための合成開口ブロック選択部を有することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のレーダ装置。
- 前記データ処理手段は、前記プラットフォームの観測位置の推定誤差により生じる高分解能画像上のボケを自動的に補償するためのオートフォーカス処理部を有することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のレーダ装置。
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