JP2012137470A - レーダ断面積計測方式、レーダ断面積計測サイト、およびレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法 - Google Patents

Abstract

【課題】グランドプレーンレンジ方式を用いるＲＣＳ計測サイトを建設するに際し、計測精度を維持しつつ建設費を低減することのできるレーダ断面積計測方式を得る。
【解決手段】測定用アンテナの位相中心点を点Ａ、被測定物内に含まれる点を点Ｂとした際に、幾何光学によって定まる点Ａから点Ｂに至る反射経路（２１ａ、２１ｂ）の経路長ｒ_０と、点Ａから地表面上の点Ｓ（１２）を経て点Ｂに至る散乱波経路（２２ａ、２２ｂ）の経路長ｒとの経路長差（ｒ−ｒ_０）を算出する電波伝搬経路長算出手段（１０１）と、電波伝搬経路長算出手段で算出された経路長差（ｒ−ｒ_０）の増加に応じて、地表面の整地凹凸精度を粗くするように地表面を複数の整地領域に区分する整地領域区分手段（１０２）とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、計測精度を維持しつつ建設費を低減することのできるレーダ断面積（ＲＣＳ：Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ）計測方式、レーダ断面積計測サイト、およびレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法に関する。

図１０は、ＲＣＳ計測方法の概念を示す図である。ＲＣＳ計測は、以下の手順１〜４によってなされる。
（手順１）測定用送信アンテナ１ａから支持構造２に取り付けられた計測対象物体３に向けて電波を照射する。照射された電波が計測対象物体３によって反射・散乱され、その反射・散乱電波を測定用受信アンテナ１ｂで受信する。
（手順２）計測対象物体３のみを除去して手順１と同様の測定を行う。
（手順３）手順１で得た受信信号から手順２で得た受信信号を減算する（背景減算）。
（手順４）例えば導体球など、ＲＣＳ値が既知の物体を同様の手順１〜３で別途計測し、両者の信号強度比から計測対象物体３のＲＣＳ値を決定する。

ＲＣＳを計測する環境としては、大きく２つに大別される。１つ目は、自由空間である。これは、測定用送信アンテナ１ａおよび測定用受信アンテナ１ｂを備えた測定アンテナ１と、計測対象物体３との間を電波が伝搬する際、両者間を直接伝搬する、いわゆる直接波のみを用い、床面あるいは地表面４や、屋内閉空間の側壁、天井などからの反射・散乱波を非所望波として扱う方式であり、もっとも一般的な方法である。

完全な自由空間を実現することは不可能であるが、屋内であれば、床面、側壁、天井に電波吸収体を配置すれば、事実上、自由空間に非常に近い環境を作り出すことができる。また、屋外であれば、測定アンテナ１と計測対象物体３の高さをともに非常に高くする方法や、幾何光学理論により定まる地表面４上の幾何光学的反射点近傍に、反射波防止板を設置する方法がある。

２つ目は、地面反射波を積極的に利用する方法である（例えば、特許文献１参照）。以下、この方法を、グランドプレーンレンジ方式と呼ぶ。

図１１は、グランドプレーンレンジ方式を説明するための概略図である。グランドプレーンレンジ方式の利点は、直接波経路２０（距離ｒ_ｄ）に沿って伝搬する直接波と、反射点１１を介して反射経路２１ａ＋２１ｂ（距離ｒ_０）に沿って伝搬する反射波とが同位相となるように、測定アンテナ１の高さＨ_ａと計測対象物体３の高さＨ_ｔを選ぶことで、Ｓ／Ｎ比を向上できることにある。

この場合、電波の主要な伝搬経路は、以下の４つとなる。
（伝搬経路１）測定アンテナ１⇒経路２０⇒計測対象物体３⇒経路２０⇒測定アンテナ１
（伝搬経路２）測定アンテナ１⇒経路２０⇒計測対象物体３⇒経路２１ｂ⇒経路２１ａ⇒測定アンテナ１
（伝搬経路３）測定アンテナ１⇒経路２１ａ⇒経路２１ｂ⇒計測対象物体３⇒経路２０⇒測定アンテナ１
（伝搬経路４）測定アンテナ１⇒経路２１ａ⇒経路２１ｂ⇒計測対象物体３⇒経路２１ｂ⇒経路２１ａ⇒測定アンテナ１

上述した４つの伝搬経路による伝搬波が、測定アンテナ１において同位相で合成される条件は、下式（１）（２）となる。

ここで、ｍは奇数の整数、λは測定波長、Ｒは測定アンテナ１と計測対象物体３との距離であり、通常はｍ＝１の条件が適用される。また、上式（２）が満足されるとき、反射経路２１ａおよび２１ｂと、地表面４とのなす角（グレージング角）は、非常に小さくなる。この場合、フレネル反射係数は、偏波に依らず−１となる（反射振幅１、反射位相１８０度）。ただし、床面あるいは地表面が金属であり、かつ、照射電波の偏波が垂直偏波の場合、フレネル反射係数は１となるので、上式（１）のｍは偶数の整数であり、通常はｍ＝２の条件が適用される。

以上の条件が満足されるとき、上述した４つの伝搬経路に沿って伝搬した電波が、測定アンテナ１において同位相で合成され、受信電界強度が、直接波のみの場合の４倍、すなわち１２ｄＢ増加となる。

特開２００８−２４１６８９号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
上述した議論が成立する１つの必要条件は、地表面４が完全に平滑な場合である。しかしながら、実際にグランドプレーンレンジ方式を用いるＲＣＳ計測サイトを建設する場合、地表面４には必ず凹凸が生じる。地表面が凹凸を有する場合、地面反射波は、もはや幾何光学的反射点での反射波の寄与だけが支配的ではなくなり、幾何光学的反射点以外の部分からの乱反射波成分の寄与が無視できなくなる。

大まかには、乱反射波の寄与は、凹凸の大きさが小さいほど低くなる。従って、ＲＣＳ計測サイト全領域にわたって、地表面４の凹凸が極めて小さくなるように整地すれば、比較的理想状態に近いグランドプレーンレンジＲＣＳ計測サイトを実現することができる。しかしながら、このようなサイトを実現するためには、莫大な建設費が必要となる。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、グランドプレーンレンジ方式を用いるＲＣＳ計測サイトを建設するに際し、計測精度を維持しつつ建設費を低減することのできるレーダ断面積計測方式、レーダ断面積計測サイト、およびレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法を得ることを目的とする。

本発明に係るレーダ断面積計測方式は、測定用アンテナと被測定物を地表面の上方に配置し、グランドプレーンレンジ方式を用いて被測定物のレーダ断面積を計測するためのレーダ断面積計測方式であって、測定用アンテナの位相中心点を点Ａ、被測定物内に含まれる点を点Ｂとした際に、幾何光学によって定まる点Ａから点Ｂに至る反射経路の経路長ｒ_０と、点Ａから地表面上の点Ｓを経て点Ｂに至る散乱波経路の経路長ｒとの経路長差（ｒ−ｒ_０）を算出する電波伝搬経路長算出手段と、電波伝搬経路長算出手段で算出された経路長差（ｒ−ｒ_０）の増加に応じて、地表面の整地凹凸精度を粗くするように地表面を複数の整地領域に区分する整地領域区分手段とを備えたものである。

また、本発明に係るレーダ断面積計測サイトは、測定用アンテナと被測定物を地表面の上方に配置し、グランドプレーンレンジ方式を用いて被測定物のレーダ断面積を計測するためのレーダ断面積計測サイトであって、測定用アンテナの位相中心点を点Ａ、被測定物内に含まれる点を点Ｂとした際に、幾何光学によって定まる点Ａから点Ｂに至る反射経路の経路長ｒ_０と、点Ａから地表面上の点Ｓを経て点Ｂに至る散乱波経路の経路長ｒとの経路長差（ｒ−ｒ_０）を算出し、算出した経路長差（ｒ−ｒ_０）の増加に応じて、地表面の整地凹凸精度を粗くするように地表面を複数の整地領域に区分し、区分した複数の整地領域のそれぞれに応じた整地凹凸精度で地表面が整地されているものである。

さらに、本発明に係るレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法は、測定用アンテナと被測定物を地表面の上方に配置し、グランドプレーンレンジ方式を用いて被測定物のレーダ断面積を計測するためのレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法であって、測定用アンテナの位相中心点を点Ａ、被測定物内に含まれる点を点Ｂとした際に、幾何光学によって定まる点Ａから点Ｂに至る反射経路の経路長ｒ_０と、点Ａから地表面上の点Ｓを経て点Ｂに至る散乱波経路の経路長ｒとの経路長差（ｒ−ｒ_０）を算出するステップと、算出した経路長差（ｒ−ｒ_０）の増加に応じて、地表面の整地凹凸精度を粗くするように地表面を複数の整地領域に区分するステップとを備えたものである。

本発明によれば、レーダ断面積を計測する地表面領域において、次数ｎに応じたフレネルゾーン境界線を求め、フレネル数ｎの増加とともに地表面凹凸を粗く整地することにより、グランドプレーンレンジ方式を用いるＲＣＳ計測サイトを建設するに際し、計測精度を維持しつつ建設費を低減することのできるレーダ断面積計測方式、レーダ断面積計測サイト、およびレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるレーダ断面積計測サイトの基本概念を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるレーダ断面積計測サイトで、次数ｎに応じたフレネルゾーン境界線を示した説明図である。 本発明の実施の形態１におけるレーダ断面積計測サイトでの電界強度の高度方向特性を示した図である。 本発明の実施の形態１におけるレーダ断面積計測方式の構成図である。 本発明の実施の形態２におけるレーダ断面積計測サイトで、次数ｎに応じたフレネルゾーン境界線に基づく簡易的な境界線を示した説明図である。 本発明の実施の形態３におけるレーダ断面積計測サイトの概念を説明する図である。 本発明の実施の形態４におけるレーダ断面積計測サイトの概念を説明する図である。 本発明の実施の形態５におけるレーダ断面積計測方式の説明図である。 本発明の実施の形態５のレーダ断面積計測方式における塩分濃度と導電率との関係を示した図である。 ＲＣＳ計測方法の概念を示す図である。 グランドプレーンレンジ方式を説明するための概略図である。

以下、本発明のレーダ断面積計測方式、レーダ断面積計測サイト、およびレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
本発明は、フレネルゾーンの考え方を、グランドプレーンレンジ方式のＲＣＳ計測サイトを建設する際の整地凹凸精度分布に応用するものである。そこで、まず始めに、フレネルゾーンの基本的な考え方について、以下に説明する。

一般論として、波長に比べて十分離れた点Ａと点Ｂの間を電波が伝搬する場合を考える。この場合、点Ａと点Ｂを焦点とする回転楕円体は、下式（３）で表わされる。

ここで、ｒは、点Ａと回転楕円体上の任意の点Ｍとを直線で結んだ経路長ＡＭと、点Ｍと点Ｂとを直線で結んだ経路長ＭＢとの和（ｒ＝ＡＭ＋ＭＢ）である。また、ｒ_０は、点Ａと点Ｂを直線で結んだ経路長（ＡＢ）であり、いわゆる直接波経路に相当する。また、λは伝搬波の波長、ｎは正整数とされることが多いが、実数であっても構わない。

上式（３）は、点Ａから回転楕円体上の任意点Ｍを経て点Ｂに到達する電波の経路長と、点Ａから点Ｂへの直接波経路長との差が、半波長のｎ倍であることを表している。一般に、上式（３）を満たす楕円体は、第ｎフレネル楕円体と呼ばれる。さらに、第ｎフレネル楕円体と第（ｎ−１）フレネル楕円体とで囲まれる領域は、第ｎフレネルゾーンと呼ばれる。

電波のエネルギー伝搬への寄与は、ｎが小さいほど大きく、特に、第１フレネルゾーン内に障害物がある場合には、２点ＡＢ間の電波伝搬特性に大きな影響を与えることが知られている。

そこで、本発明は、上述したフレネルゾーンの考え方を、グランドプレーンレンジ方式のＲＣＳ計測サイトを建設する際の整地凹凸精度分布に応用するものである。具体的には、幾何光学的反射経路に対するフレネル楕円体を考え、このフレネル楕円体と地表面４との交面を考えるものであり、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１におけるレーダ断面積計測サイトの基本概念を説明する図である。図１（ａ）は、測定アンテナ１と計測対象物体３を含んだ断面図であり、図１（ｂ）は、地表面４の法線方向から見た上面図である。

幾何光学理論によって定まる幾何光学的反射点は１１、幾何光学的反射経路は（２１ａ＋２１ｂ）である。この幾何光学的反射経路（２１ａ＋２１ｂ）は、イメージ（鏡像）理論により得られる測定アンテナ１のイメージ点と、計測対象物体３上の点とを結ぶ直線（経路長ｒ_０）と同じになる。

測定アンテナ１のイメージ点と計測対象物体３上の点とを焦点とするフレネル楕円体を図示すると、図１（ａ）の３１となる。また、このフレネル楕円体３１と地表面４との交面は、図１（ｂ）の上面図における曲線３２で囲まれる面となる。また、上式（３）のｒに相当する経路は、測定アンテナのイメージ点、反射点１２、および計測対象物体３上の点のそれぞれを直線で結んだ経路（２２ａ＋２２ｂ）となり、散乱波経路に相当する。

先に述べたように、グランドプレーンレンジ方式は、Ｓ／Ｎ向上のために地面反射波も所望波として利用するため、地面反射波の質が重要になる。しかしながら、計測サイト全領域にわたって地表凹凸が極めて小さくなるように整地するには、莫大な建設費が必要となる。

そこで、先の図１に示すように、幾何光学的反射経路（２１ａ＋２１ｂ）に対するフレネルゾーンを考える。そして、本発明では、次数ｎが低い低次のフレネルゾーンに含まれる地表面領域の凹凸を小さくし、伝搬特性への寄与が小さくなる高次のフレネルゾーンに含まれる地表面領域の凹凸を粗くするように考慮している。これにより、地面反射波の質を維持しつつ、整地費用を大幅に低減することが可能になる。

図２は、本発明の実施の形態１におけるレーダ断面積計測サイトで、次数ｎに応じたフレネルゾーン境界線を示した説明図である。より具体的には、測定波長をλ、測定アンテナ高をＨａ＝２０λ、計測対象物体高をＨｔ＝１６７λ、測定アンテナ１と計測対象物体３の水平距離をＲ＝１３３３３λ、上式（３）のｎを整数とした時の、地表面上のフレネルゾーン境界線を図示したものである。ただし、次数ｎは、ｎ＝１、２、３、４、５、１０の場合を例示している。

計測サイトの整地を行う際に、例えば、ｎ＝１の曲線の内側の領域に対する面精度仕様を最も厳しくし（凹凸を小さくし）、ｎ＝１とｎ＝２の曲線で囲まれる領域に対する面精度仕様は、ｎ＝１の曲線内側領域よりも凹凸を粗くすることが考えられる。このように、フレネル数ｎの増加とともに地表面凹凸を粗くすることで、地表面反射波の伝搬特性を低下させることなく、整地費用を大幅に低減することが可能となる。

図３は、本発明の実施の形態１におけるレーダ断面積計測サイトでの電界強度の高度方向特性を示した図である。より具体的には、測定波長をλ、測定アンテナ高をＨａ＝２０λ、計測対象物体高をＨｔ＝１６７λ、測定アンテナ１と計測対象物体３の水平距離をＲ＝１３３３３λとしたときの、計測対象物体位置における照射電波のハイトパターン（電界強度の高度方向特性）を計算した一例である。ここでは、計測サイト領域内の地表面凹凸は、空間的にランダム分布であるとし、地表面の凹凸度を表す指標として、凹凸高の標準偏差σｈを用いている。

図３において、実線は、σｈ＝０、すなわち、地表面は凹凸がない平滑面の場合の特性を示している。また、△印は、サイト全体にわたって凹凸高の標準偏差がσｈ＝６．７λの場合の特性を示している。実線と△印とを比較すると、地表面の凹凸により生じる乱反射の影響により、計測対象物体３に到達する電波の電界強度が、数ｄＢ低下していることがわかる。

一方、○印は、第１フレネルゾーン（上式（３）のｎ＝１の曲線で囲まれる領域に相当）の凹凸高の標準偏差をσｈ＝１．７λ、それ以外の領域の凹凸高標準偏差をσｈ＝６．７λとしたときの特性を示している。実線と○印とを比較すると、第１フレネルゾーン内のみの凹凸高標準偏差を小さくしただけの場合（○印）でも、凹凸無しの場合（実線）と概ね同等の特性を得ることができていることがわかる。

なお、上述した本発明のレーダ断面積計測方式の構成についてまとめると、次のようになる。図４は、本発明の実施の形態１におけるレーダ断面積計測方式１００の構成図であり、電波伝搬経路長算出手段１０１と整地領域区分手段１０２とを備えている。電波伝搬経路長算出手段１０１は、先の図１に示した幾何光学的反射経路の経路長ｒ_０と、散乱波経路の経路長ｒとの経路長差（ｒ−ｒ_０）を算出する手段である。また、整地領域区分手段１０２は、経路長差（ｒ−ｒ_０）の増加に応じて、地表面の整地凹凸精度を粗くするように地表面を複数の整地領域に区分する手段である。なお、背景技術の説明において示した一般的手順１〜４については自明であるので、これらに相当する手段は、図４には明示していない。

このように、本実施の形態１のレーダ断面積計測方式１００は、電波伝搬経路長算出手段１０１と整地領域区分手段１０２を備えることで、先の図２に示したような、次数ｎに応じたフレネルゾーン境界線を求めることが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、レーダ断面積を計測する地表面領域において、次数ｎに応じたフレネルゾーン境界線を求め、フレネル数ｎの増加とともに地表面凹凸を粗く整地している。これにより、地表面反射波の伝搬特性を低下させることなく、整地費用を大幅に低減することが可能なレーダ断面積計測方式、レーダ断面積計測サイト、およびレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法を実現することができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１のように、フレネルゾーンの定義に忠実に従うと、境界線は、曲線となる。現場での整地工事の工程を考えた場合、曲線状の境界線を引くには時間がかかるため、整地費用の増大を招く。そこで、本実施の形態２では、曲線状の境界線を引くよりも短時間化が可能な簡易的な境界線を用いる場合について説明する。

図５は、本発明の実施の形態２におけるレーダ断面積計測サイトで、次数ｎに応じたフレネルゾーン境界線に基づく簡易的な境界線を示した説明図である。図５に示すように、本実施の形態２では、簡易的な境界線として、フレネルゾーン境界線（曲線）を含むような方形境界線を採用している。

なお、図５においては、ｎ＝１とｎ＝５の場合の境界線を基にして方形境界線を設定することで、地表面の粗さのレベルを小、中、大の３レベルに分割し、フレネル数ｎの増加とともに地表面凹凸を粗く整地する状態を例示している。このように規定された簡易的な境界線を用いることで、現場での整地工事の工程において、面倒な曲線を引く手間を省くことができ、整地費用の低減を図ることができる。

以上のように、実施の形態２によれば、レーダ断面積を計測する地表面領域において、次数ｎに応じたフレネルゾーン境界線に基づく簡易的な境界線を求め、フレネル数ｎの増加とともに地表面凹凸を粗く整地している。このように、簡易的な境界線を採用することにより、地表面反射波の伝搬特性の低下を抑制した上で、先の実施の形態１の場合よりも整地費用をより低減することが可能なレーダ断面積計測方式、レーダ断面積計測サイト、およびレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法を実現することができる。

なお、上述した実施の形態１、２では、フレネルゾーンの考え方を応用し、グランドプレーンレンジ方式ＲＣＳ計測サイトの整地費用を低減する方法を示した。そして、実施の形態１、２の説明では、上式（３）中のフレネル数ｎを整数としたが、ｎは任意の正実数でよく、同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
先の実施の形態１、２は、アスファルト等を用いて地表面を整地するという前提条件下での実施例であった。しかしながら、アスファルト等を用いて地表面を整地したときの地表面凹凸精度には限界があると考えられる。特に、測定波長が非常に短い場合には、実現可能な最良精度で地表面を整地したとしても、良質な地面反射波が得られない場合が生じることも考えられる。そこで、本実施の形態３では、アスファルト等を用いる通常の地表面整地方法以外で、極力、平滑な反射面を生成する方法について説明する。

図６は、本発明の実施の形態３におけるレーダ断面積計測サイトの概念を説明する図であり、計測サイト断面図を示している。先の実施の形態１、２と同一の構成要素には、同一符号を付しており、説明を省略する。

本実施の形態３では、先の実施の形態１、２で述べた地表面上の低次フレネルゾーンを包含するエリアに、金属板４０が敷かれている。ここで、フレネルゾーンの必要次数は、反射波の質の要求精度と使用波長との関係から決まる設計事項である。

低次フレネルゾーンに対応する地表面を、アスファルト等を用いて整地する代わりに、図６に示すように、低次フレネルゾーンに対応する地表面上に金属板４０を敷くことによって、極めて平滑な反射面を形成することが可能となる。

金属板４０を敷く必要エリアの大きさが、数十ｍ〜数百ｍに及ぶ場合には、一枚の金属板で必要エリアをカバーすることが困難になり、この場合には、複数枚の金属板４０の結合が必要になると考えられる。そこで、例えば、複数枚の金属板を溶接で結合することを考えた場合には、溶接部に凹凸が生じることとなるが、当該部位を研磨して平滑にすればよい。

以上のように、実施の形態３によれば、低次フレネルゾーンに対応する地表面を、アスファルト等を用いて整地する代わりに、金属板を敷くことで、特に、測定波長が非常に短い場合にも対応可能な所望の凹凸精度を有する極めて平滑な反射面を容易に形成することができる。これにより、地表面反射波の伝搬特性を低下させることなく、整地費用を大幅に低減することが可能なレーダ断面積計測方式、レーダ断面積計測サイト、およびレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法を実現することができる。

実施の形態４．
先の実施の形態３では、アスファルト等を用いる通常の地表面整地方法以外で、極力、平滑な反射面を生成する方法として、金属板４０を用いる方法について説明した。これに対して、本実施の形態４では、金属板４０を用いずに、平滑な反射面を生成する別の方法について説明する。

先の実施の形態３で説明したように、金属板４０を用いることで、極めて平滑な反射面を容易に形成することができる。しかしながら、先に述べたように、反射面が金属の場合のフレネル反射係数は、水平偏波の場合には−１、垂直偏波では１となり、偏波によって反射位相が１８０°異なる。

グランドプレーンレンジ方式による上述した条件式（１）において、水平偏波の場合はｍ＝１、垂直偏波の場合はｍ＝２である。したがって、距離Ｒが一定の場合に上式（１）を満足させるためには、偏波によって測定アンテナ１の高さＨａ、被測定物３の高さＨｔのいずれか一方あるいは両方を変える必要がある。

つまり、測定偏波を切り替えることで、垂直偏波に対するＲＣＳと水平偏波に対するＲＣＳを同時に、あるいは瞬時に計測することが困難となり、測定時間の増大を招く結果となる。このように、反射面を金属板４０で形成する方法は、極めて平滑な反射面を形成できる反面、測定時間の増大という不都合を生じる場合がある。

図７は、本発明の実施の形態４におけるレーダ断面積計測サイトの概念を説明する図であり、計測サイト断面図を示している。先の実施の形態１、２と同一の構成要素には、同一符号を付しており、説明を省略する。

本実施の形態４においては、低次フレネルゾーンを包含するエリアに、先の実施の形態３における金属板４０の代わりに、窪地４１、および窪地４１内に注入された液体４２が設けられている。具体的には、本実施の形態４における反射面は、必要次数のフレネルゾーンに対応するエリアの土壌を取り除いて生成された窪地４１と、そこに注入された液体４２とで構成されている。

このように、必要エリアに窪地４１を設け、そこに液体４２、例えば水を満たすことにより、自然の力（重力）を利用して、手軽かつ安価に、平滑な反射面を簡単に形成することができる。

以上のように、実施の形態４によれば、低次フレネルゾーンに対応する地表面を、アスファルト等を用いて整地する代わりに、窪地に液体を注入することで、所望の凹凸精度を有する平滑な反射面を容易に形成することができる。これにより、地表面反射波の伝搬特性を低下させることなく、整地費用を大幅に低減することが可能なレーダ断面積計測方式、レーダ断面積計測サイト、およびレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法を実現することができる。

なお、このような反射面は、測定時間が長時間におよぶ場合には、液体の蒸発による液体／空気境界面の変位が問題になる可能性がある。これを防止するためには、例えば、薄いビニールシートなどの薄膜を液体表面に設置して、液体の蒸発を防ぐ方法が考えられる。

また、窪地４１と空気との境界面に相当する境界面端部４１ａでは、比較的曲率が大きくなる可能性がある。したがって、このような境界面端部４１ａの部位で生じる電波の不要散乱、あるいは不要回折が問題になる可能性もある。そこで、境界面端部４１ａでの散乱や回折が、所望波の振幅強度に対して十分に小さくなるように、窪地４１を設計する必要がある。

実施の形態５．
本実施の形態５では、先の実施の形態４で説明したような窪地４１および液体４２で構成される反射面を用いたレーダ断面積計測方式において、必要とされる液体４２の量（必要水量）を低減する方法について説明する。

図８は、本発明の実施の形態５におけるレーダ断面積計測方式の説明図である。先の実施の形態４のように、窪地４１を設けて、そこに液体４２を充填した場合には、液体４２と空気との境界面で生じる所望反射波５１以外に、液体４２と土壌との境界面４１ｂにおいても反射が生じる。

後者は、アンテナ１から液体４２と空気との境界面に達した後、その境界面を透過して境界面４１ｂに達して反射された後、再び液体と空気との境界面に達して透過し、反射波５２となって被測定物方向へ進行する（図８中の破線参照）。

この反射波５２と所望反射波５１とを同位相にすることができれば、反射波５２も測定に有効利用できるしかしながら、測定周波数が高くなった場合には、先の実施の形態１、２で述べた地表面整地と同様の課題、すなわち、境界面４１ｂの平滑度への要求精度が厳しくなり、建設コストが増大することとなる。

また、反射波５２と所望反射波５１とを同位相にするための液体／空気境界面と、境界面４１ｂとの距離は、測定周波数によって異なる。このため、測定周波数毎に当該距離を変える必要が生じ、測定時間の増大を招くと考えられる。

一方、準備も含めた計測時間の高速化や計測サイトの運用を考えた場合、液体４２の必要量は極力、少ない方が望ましいと考えられる。しかしながら、反射波５２を有効反射波として利用できない場合には、当該電波が液体４２内部を伝搬する間に十分に減衰され、所望反射波５１に重畳してもほとんど影響がなくなるようにする必要がある。

これを実現する１つの方法としては、窪地４１の深さを十分に深くして、液体／空気境界面と、境界面４１ｂとの距離を増大させることが考えられる。しかしながら、このような距離の増大は、液体４２の量の増大を招く。

ここで、液体４２の材料として水を用いることを考える。非特許文献（進士昌明、無線通信の電波伝搬、電子情報通信学会編）によれば、塩水の塩分濃度Ｃ［‰］、水温Ｔ［°Ｃ］、導電率σ［Ｓ／ｍ］との間には、下式（４）の関係がある。

図９は、本発明の実施の形態５のレーダ断面積計測方式における塩分濃度と導電率との関係を示した図である。より具体的には、水温をパラメータとし、上式（４）に従って塩分濃度と導電率との関係をグラフ化して示したものである。

自然界に存在する塩水としては、海水があり、日本近海の平均塩分濃度は３．４％（３４‰に相当）程度、ヨルダンにある死海の塩分濃度は、２５％〜３０％といわれている。図９からわかるように、塩水の塩分濃度と水温をともに高める（あるいは、少なくとも一方を高める）ことにより、実現可能な範囲で大幅に導電率を高めることができる。その結果、導電率あるいは複素比誘電率の虚数部を高めた塩水（液体４２）を用いることで、塩水内を電波が伝搬する際の電波減衰量を大幅に増大させることができ、必要水量を著しく減少させることが可能となる。

以上のように、実施の形態５によれば、導電率あるいは複素比誘電率の虚数部を高めた液体を用いることで、必要水量を著しく減少させた上で、液体内部を伝搬する間に電波を十分に減衰させることが可能となり、液体表面で反射する所望反射波への影響を低減させることが可能となる。

実施の形態６．
本実施の形態６では、先の実施の形態４、５で説明したような液体４２を反射面に用いる場合に、風による波の発生を防止する方法について説明する。

先の実施の形態５のように、液体４２として塩水を用いた場合には、塩水の粘性が低いため、風が強い場合には波が立ち、その結果、液体／空気境界面が平滑でなくなり、凹凸が生じると考えられる。これに対する対策としては、窪地４１の周囲に防風壁（図示せず）を設置する方法が考えられる。防風壁を設置することにより、風が強くても、液体／空気境界面を平滑に保つことが可能となる。

以上のように、実施の形態６によれば、窪地の周囲に防風壁を設け、窪地内の液体が風の影響で波立つことで、液体／空気境界面が平滑でなくなってしまうことを防止することができる。この結果、塩水のような粘性の低い液体を反射面として適用することが可能となる。

なお、この際、防風壁構造物による電波の不要反射、不要散乱が生じることが考えられる。そこで、電波の不要反射、不要散乱が被測定物への所望照射波に悪影響を与えないように、防風壁構造物の材質と形状を設計する必要がある。

実施の形態７．
先の実施の形態６では、先の実施の形態４、５で説明したような液体４２を反射面に用いる際に、風による波の発生を防止するために、防風壁を用いる場合について説明した。これに対して、本実施の形態７では、防風壁以外の方法により、風による波の発生を防止する方法について説明する。

風による波の発生を防止するための防風壁以外の方法としては、例えば、液体４２にゼラチンを混入して粘度を増加させる方法が考えられる。液体４２にゼラチンなどの粘度向上効果を有する物質を混入させることにより、風による波の発生を防止することが可能となる。

以上のように、実施の形態７によれば、粘度向上効果を有する物質を混入させた液体を反射面として用いることで、窪地内の液体が風の影響で波立つことにより、液体／空気境界面が平滑でなくなってしまうことを防止することができる。この結果、防風壁等の構造物を設けることなく、塩水のような粘性の低い液体を適用することが可能となる。

なお、本実施の形態７では、粘度向上効果を有する物質としてゼラチンを例示したが、液体の粘度を高める効果を有する物質であれば、何でもよく、同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態７における粘度向上効果を有する物質を混入した液体を用いる場合にも、先の実施の形態６における防風壁を併用することも可能である。

１ 測定アンテナ、１ａ 測定用送信アンテナ、１ｂ 測定用受信アンテナ、２ 支持構造、３ 計測対象物体、４ 地表面、１１ 反射点、１２ 反射点、２０ 直接波経路、２１ａ、２１ｂ 反射点１１による反射経路、２２ａ、２２ｂ 散乱波経路、３１ フレネル楕円体、３２ 曲線、４０ 金属板、４１ 窪地、４１ａ 境界面端部、４１ｂ 境界面、４２ 液体、５１ 所望反射波、５２ 反射波。

Claims (13)

1. 測定用アンテナと被測定物を地表面の上方に配置し、グランドプレーンレンジ方式を用いて前記被測定物のレーダ断面積を計測するためのレーダ断面積計測方式であって、
   前記測定用アンテナの位相中心点を点Ａ、前記被測定物内に含まれる点を点Ｂとした際に、幾何光学によって定まる前記点Ａから前記点Ｂに至る反射経路の経路長ｒ_０と、前記点Ａから前記地表面上の点Ｓを経て前記点Ｂに至る散乱波経路の経路長ｒとの経路長差（ｒ−ｒ_０）を算出する電波伝搬経路長算出手段と、
   前記電波伝搬経路長算出手段で算出された前記経路長差（ｒ−ｒ_０）の増加に応じて、前記地表面の整地凹凸精度を粗くするように前記地表面を複数の整地領域に区分する整地領域区分手段と
   を備えたことを特徴とするレーダ断面積計測方式。
2. 請求項１に記載のレーダ断面積計測方式において、
   前記整地領域区分手段は、経路長差（ｒ−ｒ_０）の増加に応じて、前記地表面の整地凹凸精度を段階的に粗くするように前記地表面を複数の整地領域に区分することを特徴とするレーダ断面積計測方式。
3. 請求項２に記載のレーダ断面積計測方式において、
   前記整地領域区分手段は、前記整地凹凸精度の段階を定める前記複数の整地領域の境界線の形状を方形となるように規定することを特徴とするレーダ断面積計測方式。
4. 測定用アンテナと被測定物を地表面の上方に配置し、グランドプレーンレンジ方式を用いて前記被測定物のレーダ断面積を計測するためのレーダ断面積計測サイトであって、
   前記測定用アンテナの位相中心点を点Ａ、前記被測定物内に含まれる点を点Ｂとした際に、幾何光学によって定まる前記点Ａから前記点Ｂに至る反射経路の経路長ｒ_０と、前記点Ａから前記地表面上の点Ｓを経て前記点Ｂに至る散乱波経路の経路長ｒとの経路長差（ｒ−ｒ_０）を算出し、算出した前記経路長差（ｒ−ｒ_０）の増加に応じて、前記地表面の整地凹凸精度を粗くするように前記地表面を複数の整地領域に区分し、区分した前記複数の整地領域のそれぞれに応じた整地凹凸精度で前記地表面が整地されている
   ことを特徴とするレーダ断面積計測サイト。
5. 測定用アンテナと被測定物を地表面の上方に配置し、グランドプレーンレンジ方式を用いて前記被測定物のレーダ断面積を計測するためのレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法であって、
   前記測定用アンテナの位相中心点を点Ａ、前記被測定物内に含まれる点を点Ｂとした際に、幾何光学によって定まる前記点Ａから前記点Ｂに至る反射経路の経路長ｒ_０と、前記点Ａから前記地表面上の点Ｓを経て前記点Ｂに至る散乱波経路の経路長ｒとの経路長差（ｒ−ｒ_０）を算出するステップと、
   算出した前記経路長差（ｒ−ｒ_０）の増加に応じて、前記地表面の整地凹凸精度を粗くするように前記地表面を複数の整地領域に区分するステップと
   を備えたことを特徴とするレーダ断面積計測サイトにおける地表面整地方法。
6. 測定用アンテナと被測定物を地表面の上方に配置し、グランドプレーンレンジ方式を用いて前記被測定物のレーダ断面積を計測するためのレーダ断面積計測サイトであって、
   前記測定用アンテナの位相中心点を点Ａ、前記被測定物内に含まれる点を点Ｂとした際に、幾何光学によって定まる前記点Ａから前記点Ｂに至る反射経路の経路長ｒ_０と、前記点Ａから前記地表面上の点Ｓを経て前記点Ｂに至る散乱波経路の経路長ｒとの経路長差（ｒ−ｒ_０）を算出し、算出した前記経路長差（ｒ−ｒ_０）の増加に応じて、前記地表面の整地凹凸精度を粗くするように前記地表面を複数の整地領域に区分し、区分した前記複数の整地領域のうちの最も内側の整地領域の地表面上に金属板を配置した
   ことを特徴とするレーダ断面積計測サイト。
7. 測定用アンテナと被測定物を地表面の上方に配置し、グランドプレーンレンジ方式を用いて前記被測定物のレーダ断面積を計測するためのレーダ断面積計測サイトであって、
   前記測定用アンテナの位相中心点を点Ａ、前記被測定物内に含まれる点を点Ｂとした際に、幾何光学によって定まる前記点Ａから前記点Ｂに至る反射経路の経路長ｒ_０と、前記点Ａから前記地表面上の点Ｓを経て前記点Ｂに至る散乱波経路の経路長ｒとの経路長差（ｒ−ｒ_０）を算出し、算出した前記経路長差（ｒ−ｒ_０）の増加に応じて、前記地表面の整地凹凸精度を粗くするように前記地表面を複数の整地領域に区分し、区分した前記複数の整地領域のうちの最も内側の整地領域の土壌を排除して窪地をつくり、前記窪地に液体を注入した
   ことを特徴とするレーダ断面積計測サイト。
8. 請求項７に記載のレーダ断面積計測サイトにおいて、
   前記液体を水とした
   ことを特徴とするレーダ断面積計測サイト。
9. 請求項７に記載のレーダ断面積計測サイトにおいて、
   前記液体を塩水とした
   ことを特徴とするレーダ断面積計測サイト。
10. 請求項９に記載のレーダ断面積計測サイトにおいて、
    前記塩水は、塩分濃度と水温をともに高めることで誘電率を高めて用いられる
    ことを特徴とするレーダ断面積計測サイト。
11. 請求項７ないし１０のいずれか１項に記載のレーダ断面積計測サイトにおいて、
    前記液体の表面に薄膜を設置した
    ことを特徴とするレーダ断面積計測サイト。
12. 請求項７ないし１１のいずれか１項に記載のレーダ断面積計測サイトにおいて、
    前記液体に粘度を高める物質を混入した
    ことを特徴とするレーダ断面積計測サイト。
13. 請求項７ないし１２のいずれか１項に記載のレーダ断面積計測サイトにおいて、
    前記窪地の周囲に防風壁を設置した
    ことを特徴とするレーダ断面積計測サイト。

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