JP2785418B2 - 合成開口レーダ装置 - Google Patents

合成開口レーダ装置

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JP2785418B2 JP2038895A JP3889590A JP2785418B2 JP 2785418 B2 JP2785418 B2 JP 2785418B2 JP 2038895 A JP2038895 A JP 2038895A JP 3889590 A JP3889590 A JP 3889590A JP 2785418 B2 JP2785418 B2 JP 2785418B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は合成開口レーダ装置に関し、特に小型、低消
費電力を実現し、高効率・高観測性、かつ高分解能性の
改善を図ったステップ走査方式の合成開口レーダ装置に
関する。
〔従来の技術〕
人工衛星や航空機等の移動プラットフォームから進行
方向に対して直角な斜め側方の地上に電波を発射し、地
上の映像を再生するための2次元データを得る合成開口
レーダは近時よく知られている。この合成開口レーダに
おいては、距離分解能を向上させるためパルス圧縮技術
を利用して、実効的に極めて短いパルス幅を実現させて
いる。
このパルス圧縮技術は、送信信号として直接周波数変
調すなわちリニアFM(Linear FM)変調、もしくはチャ
ープ変調と呼ばれる変調信号のパルスを利用している。
受信信号を、このチャープ変調とは周波数対遅延時間
特性が逆特性のマッチドフィルタに通して畳み込み積分
を行なうことにより極めて尖鋭なパルスを送信した場合
と等価な状態を実現し、距離分解能の確保が図られてい
る。
一方、方位分解能は、人工衛星や航空機等の搭載プラ
ットフォームの移動を利用し、実効的に極めて大口径の
アンテナを合成して高分解能を得ている。
このような合成開口レーダに対して、特に要求される
基本的性能としては、上述した高分解能性のほか高効率
観測を実現する広域観測性能と遠距離観測性能がある。
広域観測性能は、一回の送信ビームで走査する地上の
照射幅の大小であり、これが広いほどデータ取得効率が
向上する。また、遠距離観測性能は、どれほど遠方を走
査できるのかの程度であり、これが優れている程プラッ
トフォームを移動することなく遠方を観測することがで
きる。観測幅Wは第4図に示されるもので、次の(1)
式のように表わすことができる。(1)式において、β
はオフナディア(off nadir)角、θrはビーム幅、H
は高度を示す。
W=H〔tan(β+θr/2)−tan(β−θr/2)〕 ……(1) 合成開口レーダの性能諸元を変えずに広域観測性能を
実現するには、高度を不変とすれば、ビーム幅θr又は
オフナディア角βを大きくすればよい。また、遠距離観
測性能を実現するにはβを大きくすればよい。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の合成開口レーダは、その性能諸元を変
えることなく広域観測性,遠距離観測性を実現するため
には、オフナディア角β及びレーダ距離Rを大きくする
必要がある。一方送信ピーク電力は次の(2)式で示さ
れる。
PtαR3・sinβ・B ……(2) (2)式において、Rはレーダ距離、Bは信号帯域幅
であり、この信号帯域幅の逆数が分解能を示す。
(2)式からも明らかな如く、同じ信号帯域幅でオフ
ナディア角βとレーダ距離Rを増大することは送信ピー
ク電力Ptの著しい増大をもたらし、実現が極めて困難に
なるという欠点がある。
また、第4図に示すように、従来の合成開口レーダは
紙面に垂直な進行方向の片側しか観測できないため、観
測効率が悪いという欠点がある。
本発明の目的は上述した欠点を除去し、送信ピーク電
力の増大を抑止した状態で広域観測性,遠距離観測性の
著しい向上と、進行方向に対する両側方地表の観測が可
能な合成開口レーダを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の合成開口レーダ装置は、飛翔体に搭載され、
前記飛翔体の進行方向と直角な斜下方の左右の地表を直
線周波数変調を施したパルスの送信電波を左右切り替え
つつ照射してデータを取得する送信電波発射手段と、前
記送信電波発射手段によって照射すべき左右の地表の観
測幅を前記進行方向に平行な複数の区分観測帯に分割し
前記送信電波で前記複数の区分観測幅を連続的に走査し
つつ広域観測性を確保する広域観測手段とを備えて構成
される。
〔実施例〕
次に、図面を参照して本発明を説明する。
第1図は本発明の合成開口レーダ装置の一実施例の構
成図である。
第1図に示す実施例の構成は、チャープ変調形式の送
信信号を出力する送信部1と、受信信号からIビデオ信
号とQビデオ信号を生成し出力する受信部2と、送受信
を分離するアイソレータ3と、送信部1の出力を分岐出
力し、受信信号を再結合するデバイダ/コンバイナ4
と、デバイダ/コンバイナ4によって分岐された送信信
号に所定の移相を付与してアンテナ素子に供給し、アン
テナ素子から取得した信号に送信信号における移相を零
とするように逆移相を加える移相器5を含むアンテナ素
子に対応した複数のT(送信)/R(受信)モジュール
(1)〜(n)8−1〜8−nと、T/Rモジュール8−
1〜8−nをアンテナ部10aもしくは10bに切替接続する
アンテナ切替部11,電子走査アレイアンテナとして構成
した2台のアンテナ部10a,10bと、電源部9と、受信部
2の出力を信号処理して観測データを出力する信号処理
部12と、TRモジュール(1)〜(n)8−1〜8−nに
対する移相情報を供給し、アンテナ切替部11の切り替え
を行ない、電源部9のオン・オフを制御し、かつ信号処
理部12におけるA−D変換制御を行なう制御部13とを備
えて成り、これら構成中、アンテナ10a,10bとアンテナ
切替部11と制御部13とが送信電波発射手段を構成し、デ
バイダ/コンバイナ4と、TRモジュール(1)8−1〜
TRモジュール(n)8−nと、制御部13とが広域観測手
段を構成している。
次に、第1図の実施例の動作について説明する前に本
発明の動作原理について説明する。
第2図は本発明の動作原理を示す説明図である。紙面
に垂直な方向に進行する飛翔体Aには対称的に2台のSA
R(Synthetic Aperture Radar,合成開口レーダ)のSAR
アンテナS1およびS2が配設されオフナディア角βおよ
びβの送信ビームを発射する。この送信ビームは地上
にそれぞれ観測幅1,2の観測帯を作ることとなる。この
ように、電子走査アレイアンテナを利用するSARアンテ
ナ1,2の切替利用によって飛翔体Aの進行方向に直角な
斜下方の側面の左右の両地表を電波照射可能とし、さら
に位相制御により送信ビーム方向を切り替えてオフナデ
ィア角を変化することによってより広い観測幅と、より
遠距離の観測が可能となる。第3図の場合は左右2つず
つの観測帯を示したが、一般的には送信電力と分解能、
従って受信帯域とのトレードオフを勘案しつつ複数の相
接する帯域幅が形成される。
第3図は、本発明の合成開口レーダ装置の送信電波発
射の説明図である。
進行方向Lに沿って進行する人工衛星等のプラットフ
ォームに搭載したSARアンテナS1とS2から、進行方向に
直角な斜側方の地表に送信ビームPを切り替えて発射
し、照射野Qからのデータを取得する。照射野QはSAR
アンテナS1,S2の電子走査によりオフナディア角θを変
えて連続的に形成され、プラットフォームの進行ととも
にそれぞれ進行方向Lに平行な区分観測幅Wが得られ
る。
従って、SARアンテナS1,S2の切替と、電子走査による
オフナディア角βの連続的なステップ変化によってW1
W2+W3の広い観測幅と遠距離観測が確保できる。
ふたたび第1図に戻って実施例の説明を続行する。
送信部1は、所定の送信周波数に設定されたチャープ
信号14を発生する。チャープ信号14は、アイソレータ3
によりデバイダ/コンバイナ4に入力される。
入力されたチャープ信号14は、デバイダ/コンバイナ
4によりアンテナ素子に対応したT/Rモジュールの数に
分岐される。分岐信号25は、T/Rモジュール(1)8−
1〜T/Rモジュール(n)8−nに入力される。T/Rモジ
ュール(1)8−1〜T/Rモジュール(n)8−nはそ
れぞれ、移相器5、アイソレータ3−1,3−2、高出力
増幅器6、低雑音増幅器7から構成される。移相器5
は、制御部13で演算された移相器制御信号18により分岐
信号25の位相をシフトする移相を行なう。この位相シフ
トは、各T/Rモジュールごとに異なり、最終的にはアン
テナ部10aもしくは10bから出力する送信電波のビーム指
向性と方向とがこの移相器制御信号18により決定され
る。移相器5を出力した信号はアイソレータ3−1を経
由して高出力増幅器6で所定の出力レベルまで増幅され
る。増幅された信号はアイソレータ3−2を経由してア
ンテナ切替部11のスイッチ111−1〜111−nに供給され
る。アンテナ切替部11は、制御部13から供給される切替
制御信号19によって各T/Rモジュールの出力をアンテナ
部10aか10bのいずれかに供給するように切り替えられ
る。こうして、アンテナ部10aと10bは、切替制御信号19
によって切り替えられつつ、各T/Rモジュールから供給
される移相チャープ信号を送信し、第3図に示すような
異るオフナディア角の送信電波を左右の地表に向けて放
射する。この場合の移相器制御信号18は、全観測幅を分
割した各区分観測幅を連続して次々に放射するように送
信ビームの指向性と方向を決定する制御内容のものが供
給される。
アンテナ部10a,10bによって取得した受信信号は、ア
ンテナ切替部11を介して各T/Rモジュールに供給され、
アイソレータ3−2を経由して低雑音増幅器7に入力さ
れて所定のレベルに増幅された後アイソレータ3−1を
介して再び移相器5に入力され、ここで送信信号とは逆
に移相量を零とするように逆移相される。ただし、制御
部13から入力される移送器制御信号18は、送信信号の場
合と同じものが利用される。T/Rモジュール(1)8−
1〜T/Rモジュール(n)8−nの出力信号は、デバイ
ダ/コンバイナ4に入力され、コンバイナで合成されて
一つの合成信号15となる。本信号はアイソレータ3を経
由して受信部2に入力され、I,Qビデオ信号16に変換さ
れる。これらビデオ信号は、信号処理部12でA−D変換
された後、所定のフォーマットで観測データ21として出
力される。この場合のA−D変換処理は、A−D制御信
号20によって制御される。電源部9はT/Rモジュール
(1)8−1〜T/Rモジュール(n)8−nに電源を供
給する。各T/Rモジュールのオン/オフは、制御部13か
らの制御信号26によって制御され送信ピーク電力を制御
することも可能としている。制御部16は地上からのコマ
ンド信号22により、合成開口レーダの運用制御を行うと
ともに移相器5に必要な移相器制御信号18をコマンド信
号22及び姿勢データ24を利用して演算して求める。こう
して、制御部13で電子的ならびに機械的なステップ走査
を制御する。テレメトリ信号23は合成開口レーダ装置の
状態をモニタするためのもので地上に送られる。
上述した送信ビーム形成においては、送信ピーク電力
は増大することなく、(2)式における区分観測帯まで
の距離Rとオフナディア角βの増大に対応する送信ピー
ク電力Ptは送信信号の信号帯域幅Bの圧縮という形で一
定にしている。この結果、送信ピーク電力Ptが一定と
し、距離Rとオフナディア角の小さい場合は、Rとβが
より大なる場合に比してBが大きくとれ、Bの逆数とし
ての分解能はそれだけ向上する。このことは、限定領域
を精査する運用目的の場合に効果的な条件となる。ただ
し、送信ピーク電力Ptの増大が見込める場合には、それ
に対応して上述した運用条件の幅が拡大されることは明
らかである。こうして、進行方向左右の観測確保と広域
観測性と遠距離観測性の確保が保証される。
〔発明の効果〕
以上説明した如く本発明によれば、人工衛星等の飛翔
体を移動プラットフォームとする合成開口レーダにおい
て、電子走査アレイアンテナを利用するSARアンテナを
移動プラットフォームの左右に配設し、異るオフナディ
ア角の送信ビームによって地表を進行方向と直角方向に
連続的に走査することにより送信ピーク電力の増大を抑
圧した状態で、高分解能性および観測距離の広域化なら
びに遠距離化の著しい改善が図れる合成開口レーダ装置
が実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の合成開口レーダ装置の一実施例の構成
図、第2図は本発明の合成開口レーダ装置の動作原理を
示す説明図、第3図は本発明の合成開口レーダ装置の送
信電波発射の説明図、第4図は従来の合成開口レーダ装
置の運用説明図である。 1……送信部、2……受信部、3,3−1,3−2……アイソ
ータ、4……デバイダ/コンバイナ、5……移相器、6
……高出力増幅器、7……低雑音増幅器、8−1〜8−
n……T/Rモジュール(1)〜(n)、9……電源部、1
0a,10b……アンテナ部、11……アンテナ切替部、12……
信号処理部、13……制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】飛翔体に搭載され、前記飛翔体の進行方向
    と直角な斜下方の左右の地表を直線周波数変調を施した
    パルスの送信電波を左右切り替えつつ照射してデータを
    取得する送信電波発射手段と、前記送信電波発射手段に
    よって照射すべき左右の地表の観測幅を前記進行方向に
    平行な複数の区分観測帯に分割し前記送信電波で前記複
    数の区分観測幅を連続的に走査しつつ広域観測性を確保
    する広域観測手段とを備えて成ることを特徴とする合成
    開口レーダ装置。
  2. 【請求項2】前記送信電波発射手段が、飛翔体に左右対
    称に配設し送信電波の指向性ならびに指向方向を電子的
    に制御しうる2台の電子走査アレイアンテナと、この2
    台の電子走査アレイアンテナを切り替えるアンテナ切替
    部と、運用計画にもとづき前記アンテナ切替部の切り替
    えを行なう制御とを備えて成り、前記広域観測手段が、
    前記制御部の制御のもとに前記電子走査アレイアンテナ
    に前記複数の区分観測帯を連続的に走査するために区分
    観測帯ごとに必要な複数の送信ビームを形成させる移相
    を付与し受信の場合はこの移相を復元するように逆移相
    する移相器を含むアンテナ素子に対応した複数の送受信
    モジュールと、この送受信モジュールに対する送信電力
    の分配ならびに受信信号の合成を行なうデバイダ/コン
    バイナとを備えて成るものであることを特徴とする請求
    項(1)記載の合成開口レーダ装置。
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