JP3586569B2 - 複数の反射レーダ波による画像合成方法およびこれを利用した航空機搭載用画像レーダ装置 - Google Patents
複数の反射レーダ波による画像合成方法およびこれを利用した航空機搭載用画像レーダ装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の反射レーダ波による画像合成方法およびこれを利用した航空機搭載用画像レーダ装置に係り、特に、航空機の飛行方向の前方の情報を捕捉し高分解能の画像情報として出力する複数の反射レーダ波による画像合成方法およびこれを利用した航空機搭載用画像レーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機用のレーダには、従来よりその使用目的に応じて種々の方式のものが開発されている。そして、いずれの方式のものであっても、共通的な課題として、如何に分解能を向上させるかがある。
【０００３】
航空機用のレーダで分解能を向上させる方法としては、従来よりパルスドップラー方式がある。これは、周波数変調をかけたパルス波を用いる方式であり、距離方向に高い分解能を得られる点に特徴を有する。
【０００４】
又、航空機に搭載する高分解能の画像レーダとしては、合成開口レーダ（ＳＡレーダ又はＳＡＲ）が、従来より一般に知られている。
更に、小型化を意図したものとして、複数のアレイ状アンテナを備えたフェーズドアレイ型レーダがある。
【０００５】
このフェーズドアレイ型レーダは、アンテナ部を独立の小ユニットで構成し、信号の位相合成技術を使って、アンテナの指向方向を高速に変化させるレーダ装置である。
【０００６】
更に又、上述したフェーズドアレイ型レーダの発展型として、翼の構造体をアンテナと一体としたコンフォーマルアンテナを利用したレーダ装置が提案されている。そして、このレーダ装置にあっては、アンテナの開口長の問題はなくなり、空間的分解能は高められることが確認されている。
【０００７】
一方、フェーズドアレイ型レーダの範疇に近いもので、電波情報の位相合成による画像化装置があり、太陽電波ヘリオグラフというレーダ装置が開発されている（例えば、参考論文：「Ｔｈｅ Ｎｏｂｅｙａｍａ Ｒａｄｉｏｈｅｌｉｏｇｒａｐｈ」、中島，他、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ、８２、７０５−７１３ 、１９９４）。
この太陽電波ヘリオグラフなる電波情報の画像化装置は、上記参考論文でも明らかのように、太陽の発生する電波を複数のＴ字型に配置したアンテナで受信し、二次元の位相合成を同時に行って、秒１０画像の太陽像を表示することを可能とした装置である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記各従来例にあって、まず、パルスドップラー方式の場合、距離方向には高い分解能を得られるが、前方の距離方向に直交する方向の分解能は、アンテナビーム幅で決定されることから、それ以上の分解能向上は望めない、という不都合があった。
【０００９】
即ち、送信アンテナから出力したパルス波は、物体に当たって反射し、又、受信アンテナには、アンテナから等距離の物体からの反射が複合して入力する。この場合、受信アンテナが一つの場合には、アンテナビームＢは、その広がりがアンテナの形状および大きさ（開口長さ）で決まるため、図９に示すように、アンテナビームＡ１内の等距離にある複数の物体（等距離ターゲット）Ｋ１，Ｋ２の反射波は一つにまとまって分離することができない。
【００１０】
又、前方の距離方向に対しては、平地では等距離ターゲットは存在しない（図１０中の線分Ｐ２参照）が、当該図１０に示すように山等の凹凸がある山岳地帯等の場合には、時には前方の距離方向に対しても等距離物体Ｋ１，Ｋ２が存在し、当該等距離物体Ｋ１，Ｋ２の分離ができなくなる、という不都合が生じる。
【００１１】
一方、高分解能の画像レーダといわれる合成開口レーダ（ＳＡレーダ又はＳＡＲ）は、航空機と地上の対象物との相対運動の変化に伴うドップラー効果を使用するため、相対運動の変化が生じない領域である前方と後方は見られないという欠点を有する。
【００１２】
更に、複数のアレイ状アンテナの受信信号の合成を行うフェーズドアレイ型レーダは、アンテナ部を独立の小ユニットで構成していることからアンテナ全体の開口長は小さく、これがため分解能は低い。
【００１３】
又、フェーズドアレイ型レーダの発展型であるコンフォーマルアンテナを利用したレーダ装置にあっては、アンテナの開口長の問題はなくなるものの、原理的に、位相の合成パラメータを変化させてビームをスキャンするため、１画面分のデータ作成には時間がかかり、連続的な前方全域監視には不向なものとなっている。
このため、航空機の前方を高分解能で連続監視するための手法としては、例えばボーイング社のＡＷＡＣＳのように、実開口の大きいアンテナを用られているのが現状である。
【００１４】
しかしながら、この実開口の大きいアンテナを用いるという手法にあっては、空気抵抗が大きくなり、又重量も増すことから、航空機用としては開発方向が逆行しており、必ずしも良好なものとはなっていない。
【００１５】
又、前述した太陽電波ヘリオグラフなる電波情報の画像化装置は、自身では電波を発射せず、固定設置される点で、航空機用としては不向きなものとなっている。
【００１６】
【発明の目的】
本発明は、上記従来例の有する不都合を改善し、とくに、飛行方向の前方に対する距離方向には高い分解能を有する共に、飛行方向に直交する方向についても高い分解能を有し、且つ全体的に小型化を可能とした信頼性の高い航空機搭載用画像レーダを提供することを、その目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、航空機から飛行方向に向けて発射されたレーダ波の反射波を受信する少なくとも一方と他方の二つの受信アンテナを所定間隔を隔てて設けると共に、この複数の受信アンテナで得られる情報を画像合成し、これに基づいて反射物の位置を特定する複数のレーダ反射波による画像合成方法であって、まず、前述したレーダ波を出力する送信アンテナを航空機の機首部分に装備し且つ一方と他方の二つの受信アンテナを航空機の一方の翼部分と他方の翼部分とにそれぞれ分けて装備する。
そして、各受信アンテナで捕捉される一又は二以上の反射波から各受信アンテナ毎に反射物までの距離を演算する（第１の工程）。
【００１８】
次に、受信アンテナ毎に予め特定される指向性（アンテナビーム）の方位角の範囲内で且つ当該受信アンテナを中心点として各受信アンテナ毎に得られる半円弧状の反射物位置曲線を算定する（第２の工程）。この第２の工程および前述した第１の工程で得られるアンテナビーム内の各反射物位置曲線を当該各受信アンテナの向き及び離間距離を基準として共通の座標上にて画像合成する（第３の工程）。
【００１９】
そして、この第３の工程で特定される合成画像上で前述した各半円弧状の反射物位置曲線の交点の位置を実際上の反射物の位置として特定しその位置情報を合成画像情報と共に出力する（第４の工程）、という構成を備えている。
【００２０】
このため、この請求項１記載の発明では、通常の特性を備えた受信アンテナであっても、少なくとも二つの受信アンテナを所定間隔を隔てて装備することにより、同一ターゲットからの反射レーダ波を受信アンテナ毎に捕捉し所定の反射物位置曲線を受信アンテナ毎に算定すると共にこれを合成することが可能となり、このため、その交点をもって反射物たるターゲットの位置を合成画像情報として特定することができ、このため、各受信アンテナでは不可能であった複数のターゲットの分離捕捉が可能となる。
【００２１】
請求項２記載の発明では、航空機に搭載され飛行方向に向けて所定の探索用電波を出力するレーダ用の送信アンテナおよび送信機と、前記送信アンテナから出力される探索用電波の反射波を受信する複数組の受信アンテナおよび受信機とを備えている。
又、この請求項２記載の発明では、前述した複数の受信アンテナを所定間隔を隔てて航空機に装備すると共に、この複数の受信アンテナで捕捉される反射情報を画像合成し且つこれを反射物の位置情報を含む二次元の合成画像データとして出力する画像合成処理機を装備している。
更に画像合成処理機を、通信ケーブル中の信号伝搬の遅れを含む受信アンテナの位置による信号遅延を補正する信号遅延補正機能と、受信信号の相関計算を行う相関計算機能と、これら各機能が稼働して得られる補正情報に基づいて二次元ＦＦＴ処理を行い距離方向と方位方向の各反射情報を含む二次元の合成画像データを形成し出力する二次元ＦＦＴ処理演算機能とを備えた構成とする。
そして、前述した送信アンテナを機体の機首部分に装備すると共に、受信アンテナの複数個を航空機の左右の翼部分の下面側に所定間隔を隔てて装備する、という構成を採っている。
【００２２】
このため、この請求項２記載の発明では、前述した請求項１記載の発明と同等の機能を有するほか、二以上の受信アンテナを航空機の左右の翼部分の下面側に所定間隔を隔てて装備したので、二次元合成画像データの精度の更なる向上を図ることが可能となり、受信アンテナ相互間の間隔が大きく設定されるので、反射物たる複数ターゲットからの反射波の時間的なずれを更に大きくすることができ、かかる点において受信アンテナの開口寸法を大きく変えることなく分解能（複数ターゲットの分離識別力）を更に向上させることができる。
即ち、この請求項２記載の発明では、受信アンテナを左右主翼に分けて且つその下面に装備したので、ターゲットを左右の大きく異なった位置から捕捉し得るので、飛行方向成分の横方向の分離精度をより一層高めた合成画像高い合成画像を得ることができる。
【００２３】
更に、この請求項２記載の発明では、前述した画像合成処理機が、通信ケーブル中の信号伝搬の遅れを含む受信アンテナの位置による信号遅延を補正する信号遅延補正機能と、受信信号の相関計算を行う相関計算機能と、これら各機能が稼働して得られる補正情報に基づいて二次元ＦＦＴ処理を行い距離方向と方位方向の各反射情報を含む二次元の合成画像データを形成し出力する二次元ＦＦＴ処理演算機能とを備えているので、受信データの位相処理に際し画像合成処理機によるデータの二次元ＦＦＴ処理演算機能によって、例えば１秒間に数画像の高頻度での画像情報の取得を行うことができ、これがため、データの高速処理によって複数ターゲットの分離識別をより迅速に処理することができる。
【００２４】
請求項３記載の発明では、前述した請求項２記載の発明が複数の受信アンテナを左右主翼に分けて且つその下面に装備したのに対して、複数の受信アンテナを機体の胴体部分の長手方向に所定間隔を隔てて装備した点に特徴を備えている。
【００２５】
このため、この請求項３記載の発明では、航空機の進行方向成分の反射情報が多くなり、これがため、航空機の進行方向成分の分離精度がより一層高められた合成画像を得ることができる。
【００２６】
請求項４記載の発明では、前述した請求項２又は３記載の発明が、複数の受信アンテナを左右主翼に分けて又は機体の胴体部分の長手方向に所定間隔を隔てて、装備した点に特徴を備えているのに対し、複数の受信アンテナを航空機の左右主翼および胴体の下面側の長手方向に所定箇所にそれぞれ所定間隔を隔てて装備する、という構成を採っている。
【００２７】
このため、この請求項４記載の発明では、例えば胴体下面の長手方向に装備した複数の受信アンテナについては、距離の組合せにかかる受信アンテナの受信信号を位相合成して画面表示すると、進行方向成分の分離精度をより一層高めた合成画像を得ることができる。
又、同様に翼下面に装備した複数の受信アンテナについては、離れた距離の受信アンテナの受信信号を位相合成して画面表示すると、進行方向成分の横方向の分離精度をより一層高めた合成画像を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図１乃至図８に基づいて説明する。
【００２９】
（構 成）
最初に、本実施形態の構成について説明する。
図１は本実施形態における信号処理系のブロック図である。また、図２は図１に開示した各構成部分を航空機に搭載した場合の各構成部分の装備箇所の例を示す説明図である。
【００３０】
この図１ないし図２において、符号１は航空機の機体を示す。この機体１の機首１Ａには、飛行方向に向けて所定の探索用電波を出力するレーダ用の送信アンテナが装備されている。この送信アンテナ２には、所定の周波数で当該送信アンテナ２を励振する送信機３が併設されている。
この送信機３および送信アンテナ２からは、周波数変調をかけたパルス波をレーダ波として機体１の前方に発信するように構成されている。
【００３１】
また、本実施形態にあっては、図２に示すように、機体１の進行方向に対して横の方向に、所定のアンテナビーム（指向特性）を備えた受信アンテナ５１，５２が並べて配置されている。具体的には、機体１の左の主翼１Ｅに一方の受信アンテナ５１が装備され、機体１の右の主翼１Ｆに他方の受信アンテナ５２が装備されている。この各受信アンテナ５１，５２は、それぞれ独立して作動し、地上からの反射レーダ波を相互に独立して受信し得るようになっている。
【００３２】
ここで、符号２Ａ０は送信アンテナ２の送信ビームを示す。又、符号５Ａ１，５Ａ２は各受信アンテナ５１，５２の受信ビームを示す。
この各受信アンテナ５１，５２には、受信した反射レーダ波を所定の電気信号に変換する受信機６１，６２がそれぞれ併設されている（図３参照）。
【００３３】
更に、前述した機体１には、複数の受信アンテナ５１，５２で捕捉され受信機６１，６２から出力されるレーダ波の反射情報（方位と距離）を合成して画像データとして出力する画像合成処理機（位相合成処理部を含む）１０が装備されている。
この画像合成処理機１０には、前述した各受信機６１，６２からの出力信号がＡ／Ｄ変換器７１，７２を介して入力されるようになっている。この各Ａ／Ｄ変換器７１，７２は、それぞれ入力信号をデジタル信号に変換し、取得信号の位相を保持しつつ、前述した画像合成処理機１０に送り込む。
【００３４】
ここで、図１乃至図２では、受信アンテナ５１，５２，受信機６１，６２およびＡ／Ｄ変換器７１，７２から成る受信系８１，８２を二組装備した場合を例示したが、この受信系については、図３に示すように三組以上の受信系８１，８２，８３，・・・８ｎを装備したものであってもよい。
【００３５】
又、前述した画像合成処理機１０は、本実施形態にあっては、送信機２及び各受信機６１，６２の各々から画像合成処理機１０に至るまでの通信ケーブル中の信号伝搬の遅れ及び受信アンテナの位置による信号の遅延を補正する信号遅延補正機能と、各受信機６１，６２で得られる受信信号の相関計算を行う相関計算機能と、これら各機能が稼働して得られる補正情報に基づいて二次元ＦＦＴ処理を行い距離方向と方位方向の二次元の画像情報を出力する二次元ＦＦＴ処理演算機能とを備えている。
【００３６】
尚、受信される二つの信号遅延の補正は、信号遅延補正回路部１１で実行される。又、各受信機６１，６２で得られる受信信号の相関計算は、受信機間相関計算部１２で行われる。更に、上述した各機能が稼働して得られる補正情報に基づいて二次元ＦＦＴ処理を行いこれによって距離方向と方位方向の二次元の画像情報を形成する二次元ＦＦＴ処理演算は二次元ＦＦＴ処理部１３で実行される。
【００３７】
更に、各受信機６１，６２に対応して、Ａ／Ｄ変換部７１，７２が装備されている。この各Ａ／Ｄ変換部７１，７２は、それぞれ入力信号をデジタル信号に変換し、取得信号の位相を保持しつつ、これを前述した画像合成処理機１０に送り込む。
【００３８】
この場合、画像合成処理機１０内では、前述した送信アンテナ２から航空機の飛行方向に向けて発射されたレーダ波の反射波を受信する一方と他方の二つの受信アンテナ５１，５２（所定間隔を隔てて機体１に装備しされている）で得られる情報を画像合成し、これに基づいて反射物の位置を特定するように信号処理が成されるようになっている。
【００３９】
そして、画像合成処理機１０内では、以下に示す手順によって信号処理が実行されるようになっている。
【００４０】
まず、第１の工程では、各受信アンテナ５１，５２で捕捉される一又は二以上の反射レーダ波から各受信アンテナ５１，５２毎に反射物までの距離が演算される。
次に、第２の工程では、前述した受信アンテナ５１，５２毎に予め特定される指向性（アンテナビーム）５Ａ１，５Ａ２の方位角の範囲内で且つ当該受信アンテナ５１，５２を中心点として各受信アンテナ５１，５２毎に得られる円弧状の反射物位置曲線（図４におけるＲ Ｌ０，Ｒ Ｌ３，Ｒ Ｌ４ ：円弧状線分に同じ）を算定する。
【００４１】
又、第３の工程では、前述した第２の工程および前述した第１の工程で得られるアンテナビーム５Ａ１，５Ａ２内の各反射物位置曲線Ｒ Ｌ０，Ｒ Ｌ３，Ｒ Ｌ４を当該各受信アンテナ５１，５２の向き及び離間距離を基準として共通の座標上にて画像合成する。
そして、第４の工程では、前述した第３の工程で特定される合成画像上で各円弧状の反射物位置曲線Ｒ Ｌ０，Ｒ Ｌ３，Ｒ Ｌ４が交差して生じる交点の位置を実際上の反射物（ターゲット）Ｋ３，Ｋ４の位置として特定しその位置情報を合成画像情報と共に出力し、前述したように航空機の操縦室等に装備された画像表示装置等に送り込む。
【００４２】
（動 作）
次に、上記実施形態における装置の全体的な動作を説明する。
【００４３】
前述した送信アンテナ２から出力されるレーダ波（パルス波）は、物体に当たって反射する。そして、受信アンテナ５１（又は５２）にあっては、当該受信アンテナ５１（又は５２）から等距離にある複数の物体については、複合した状態で受信される。
【００４４】
この場合は、前述した従来例における図９の場合と同等となる。即ち、受信アンテナが一方の受信アンテナ５１のみ（一つ）の場合であることから、等距離に位置する二つの物体Ｋ１，Ｋ２ （図９参照）については分離ができず、物体が前述したように複合して一つの物体の如く捕捉される。
この場合の分解能は、従来より知られているようにアンテナのビーム幅（実開口幅）によって決定する。
【００４５】
また、前述した従来例における図１０に示すように山等の凹凸がある場合も、受信アンテナが一方の受信アンテナ５１のみ（一つ）の場合であることから、距離方向であっても上方からの探索であるため等距離物体Ｋ３，Ｋ４の分離ができなくなる。
【００４６】
一方、受信アンテナが、図４に示すように受信アンテナ５１，５２ の如く複数ある場合には、物体との相対位置は受信アンテナ５１，５２毎に微妙に異なる。この相対位置の変化は、受信信号のパターンの変化になるので、受信信号の比較により、ビーム幅の中にある複数の物体の分離識別が可能になる。
【００４７】
これを更に詳述する。
【００４８】
図５（Ａ）は、図４に示すように受信アンテナ５１で捕捉した複数の物体（ターゲット）Ｋ３，Ｋ４の反射レーダ波と送信レーダ波との位置関係を一次元座標上に示したものである。この場合、記号Ｐ２は送信レーダ波を示し、記号Ｒ１，Ｒ２は反射レーダ波を示す。この反射信号Ｒ１，Ｒ２は、複数の物体Ｋ３，Ｋ４の位置を示す。
この場合、複数の物体（ターゲット）Ｋ３ ，Ｋ４ は、この図５（Ａ）から明らかのように受信アンテナ５１から同一の距離に位置するため、分離することができない。
【００４９】
又、図５（Ｂ）は、反射信号Ｒ１，Ｒ２を受信アンテナ５１の指向特性（アンテナビーム），即ちビーム幅（実開口幅）に合わせて、平面的に図示した場合を示す。このビーム幅（実開口幅）及び距離方向の表示データは、本実施形態にあっては図１におけるメモリ１０Ａに予め記憶されている。
この図５（Ｂ）では、物体Ｋ３，Ｋ４が受信アンテナ５１を中心とした円弧状線分ＲＬ０上の位置（受信アンテナ５１からの距離が同じ位置は円弧状曲線となる）にある場合が示されている。
【００５０】
即ち、この円弧状線分ＲＬ０上の位置は前述した図５（Ａ）における反射レーダ波の信号Ｒ１，Ｒ２の位置と同等なものとなっており、図５（Ａ）の受信アンテナ５１からみて、複数の物体Ｋ３，Ｋ４は、ビーム幅（実開口幅）内でかつ同一の距離に位置する（円弧状線分ＲＬ０上にある）ことから、分離することができない。
又、この場合の二次元の画像情報も、所定のタイミングで前述したメモリ１０Ａに一時的に記憶されるようになっている。
【００５１】
図６（Ａ）は、受信アンテナ５２で捕捉した複数の物体（ターゲット）Ｋ３，Ｋ４の反射レーダ波と送信レーダ波との位置関係を一次元座標上に示したものである。この場合、物体Ｋ３，Ｋ４の位置は、後述する図６（Ｂ）で明らかにように、受信アンテナ５２の位置からみると距離方向に相違がある。
ここで、記号Ｐ２は送信レーダ波を示し、記号Ｒ１，Ｒ２は反射レーダ波を示す。この反射信号Ｒ１，Ｒ２は、複数の物体（ターゲット）Ｋ３，Ｋ４の位置を示す。
【００５２】
そして、この複数の物体Ｋ３，Ｋ４は、受信アンテナ５２から明らかに異なった距離に位置するため、図６（Ａ）に示すように、極く自然に二つの受信信号として分離して捕捉される。即ち、受信アンテナ５２で捕捉した複数の物体Ｋ３，Ｋ４の反射レーダ波の信号Ｒ１，Ｒ２は、距離方向の信号位置を示す。
【００５３】
又、図６（Ｂ）では、物体Ｋ３，Ｋ４が受信アンテナ５２を中心とした円弧状線分ＲＬ３，ＲＬ４上の位置（受信アンテナ５２からの距離が異なる）にある場合が示されている。
即ち、この円弧状線分ＲＬ３，ＲＬ４の位置は、前述した図６（Ａ）における反射レーダ波Ｒ１，Ｒ２の位置と同等なものとなっており、図６（Ａ）に示すように受信アンテナ５２からみて、複数の物体Ｋ３，Ｋ４は、ビーム幅（実開口幅）内でかつ異なった距離に位置するため、上述したように極く容易に分離される。
【００５４】
又、この場合の二次元の画像情報も、所定のタイミングで前述したメモリ１０Ａに一時的に記憶されるようになっている。
【００５５】
図７は、受信アンテナ５１，５２で得られ且つ前述した図５（Ｂ），図６（Ｂ）にて分析した二次元の画像情報をメモリ１０Ａから呼び出して重ね合わせた場合を示す。かかる演算は、画像合成処理機１０で実行される。
【００５６】
この図７において、円弧状線分ＲＬ０は、一方の受信アンテナ５１で得られる物体Ｋ３，Ｋ４の位置情報を示す。又、円弧状線分Ｒ Ｌ３ ，Ｒ Ｌ４ は、他方の受信アンテナ５２で得られる物体Ｋ３，Ｋ４の位置情報を示す。
【００５７】
この三つの位置情報を示す曲線（円弧状線分）ＲＬ０，Ｒ Ｌ３ ，Ｒ Ｌ４ は、一方と他方の受信アンテナ５１，５２が所定間隔隔てて装備されていることから、必ず交差する。この交差点が幾何学上明らかに物体Ｋ３，Ｋ４の位置情報を示す。
かかる位置情報（物体Ｋ３，Ｋ４の厳密な位置情報）は、送信アンテナ２と受信アンテナ５１，５２の位置関係や各受信アンテナ５１，５２のビーム幅（実開口幅），更には各受信アンテナ５１，５２で捕捉された距離方向の位置情報等に基づいて画像合成処理機１０で高速演算され特定される。
【００５８】
そして、この場合の演算結果は、前述したメモリ１０Ａに一時的に記憶されるほか、予め操縦席等に装備されたレーダ画像表示装置に向けて出力され、所定の信号処理されて表示されるようになっている。
【００５９】
このため、かかる手法で演算された物体Ｋ３，Ｋ４の方位位置情報は、理論的には、例えば送信アンテナ２の中心点を中心として機体１に機首１Ａの延設方向に向けて且つ指向性角度が０度に近い状態の鋭いレーダ波を発射して物体Ｋ３，Ｋ４を捕捉したのとほぼ同等の方位位置精度を得ることができる。
【００６０】
実際上は、種々の物理的な条件があってかかる演算精度（即ち、指向性角度が０度に近い鋭い指向性を得る）は得にくいが、等価的にはビーム幅の極端に小さいアンテナでスキャンしたのと同様の効果を得られるということとなり、実開口幅よりも高い方位分解能を確実に実現することができる。
即ち、本実施形態の方式によるレーダを用いることで、従来は困難であった飛行方向前方の例えば１〔ｍ〕単位の高分解能のレーダ画像を、１〔Ｈｚ〕以上の高頻度で取得することができるようになった。
【００６１】
このように、上記実施形態によると、複数の受信アンテナを機体の進行方向の成分と、進行方向横向きの成分を持たせて配置する事で、距離方向の地面の凹凸（山岳地帯と平地の如きもの）と、方位方向の平面的広がりの情報を同時に得る事ができる。そして、横軸を方位方向、縦軸を距離方向として表示すれば、機体前方の様子を二次元画像として見ることができる。
又、受信信号の比較および地上点の識別は、受信アンテナ相互間の相関情報を二次元ＦＦＴする手法を採ることにより、高頻度での計算ができる。
【００６２】
このように、本実施形態によると、従来は困難であった飛行方向の前方の１〔ｍ〕単位の高分解能レーダ画像を、１〔Ｈｚ〕以上の高頻度で取得する事が可能になる。
このため、悪天候時に起こり易い航法ミスや勘違いによる着陸進入時の山腹への衝突事故等を回避するために必要な情報を、画像で的確に得られることから、直感的に前方の状況把握ができるようになり、操縦士の負荷軽減が可能となり、そのための設備も比較的小さいものとなるという利点がある。
【００６３】
ここで、複数の受信アンテナについては左右の翼部分以外に例えば機体１の胴体部分に装備してもよい。
【００６４】
図８に他の実施形態を示す。
この図８に示す他の実施形態は、受信アンテナを機体１の胴部分の下面側および翼部分の下面側の各々に合計１２個装備した場合の例を示す。
この場合、胴部分の下面側には、長手方向に沿って六箇所に所定間隔を隔てて受信アンテナ（胴体下受信アンテナ）１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６が装備されている。又、翼部分の下面側には、翼の左右の長手方向に沿って、それぞれ三箇所に所定間隔を隔てて受信アンテナ（翼下受信アンテナ）１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１６６が装備されている。
【００６５】
そして、これにより、例えば、胴体下受信アンテナ１５１〜１５６の場合は、離れた距離の組み合わせにかかる受信アンテナの受信信号を位相合成して画面表示すると、進行方向成分の分離精度をより一層高めた合成画像を得ることができる。又、同様に翼下受信アンテナ１６１〜１６６の内の離れた距離の受信アンテナの受信信号を位相合成して画面表示すると、進行方向成分の横方向の分離精度をより一層高めた合成画像高い合成画像を得ることができる。
【００６６】
ここで、胴体下受信アンテナおよび翼下受信アンテナの数については、特に限定するものではない。又、相互間に位置情報が特定されていることを前提として配置関係については自由に変えてもよい。
又、受信アンテナを機体構造と一体化したり、ポッドで吊り下げたものであってもよい。更に、レーダの送信部を、他の目的のレーダ（気象レーダや、火器管制レーダ）と兼用してもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、従来より使用されている通常の受信アンテナであっても、これを複数装備して前述したように所定の位相合成画像を得ることにより、レーダ波で捕捉した物体の分離精度（装置の分解能）を大きく向上させることができ、とくに、飛行方向の前方の距離方向又は飛行方向に直交する方向，或いは飛行方向の前方の距離方向および飛行方向に直交する方向のいずれについても、より高い分解能を得ることができ、更に特別の開口の大きい大型の受信アンテナを使用することなく分解能の向上を図り得るので、合成開口の大きい従来型のものに比較して全体的に小型化が可能となり且つ複数の受信アンテナで物体を捕捉するように構成されているので、信頼性を高めることができるという従来にない優れた航空機搭載用画像レーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における信号処理系を示すブロック図である。
【図２】図１に開示した各構成を航空機に搭載した場合の当該各構成部分の装備箇所の例を示す説明図である。
【図３】図１に開示した実施形態で受信アンテナを三組以上をした場合の例を示す説明図である。
【図４】図１に開示した実施形態における二つの受信アンテナの受信ビームに例を示す説明図である。
【図５】図４における一方の受信アンテナの動作例を示す図で、図５（Ａ）は二物体を分離捕捉出来ない場合の反射レーダ波の例を示す説明図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の実際の位置関係と一方の受信アンテナの受信ビームとの関係を示す説明図である。
【図６】図４における他方の受信アンテナの動作例を示す図で、図６（Ａ）は二物体を分離することができる場合の反射レーダ波の例を示す説明図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の実際の位置関係と他方の受信アンテナの受信ビームとの関係を示す説明図である。
【図７】図１に開示した実施形態の動作例を示す図で、図５（Ｂ）と図５（Ｂ）で開示したものを位相合成した結果を示す説明図である。
【図８】他の実施形態の例を示す説明図である。
【図９】従来例における受信アンテナの作動状態を示す説明図である。
【図１０】他の従来例における受信アンテナの作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 機体
２ 送信アンテナ
２Ａ０ 送信ビーム
３ 送信機
５１，５２，５３〜５ｎ，１５１，１５２，１５３〜１５６，１６１，１６２，１６３〜１６６ 受信アンテナ
５Ａ１，５Ａ２ 受信ビーム
６１，６２，６３〜６ｎ 受信機
７１，７２，７３〜７ｎ Ａ／Ｄ変換器
８１，８２，８３〜８ｎ 受信系
１０ 画像合成処理機
１０Ａ メモリ（情報記憶部）
１１ 信号遅延補正回路部
１２ 受信機間相関計算部
１３ 二次元ＦＦＴ処理部
Ｋ３，Ｋ４ 物体（ターゲット）
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の反射レーダ波による画像合成方法およびこれを利用した航空機搭載用画像レーダ装置に係り、特に、航空機の飛行方向の前方の情報を捕捉し高分解能の画像情報として出力する複数の反射レーダ波による画像合成方法およびこれを利用した航空機搭載用画像レーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機用のレーダには、従来よりその使用目的に応じて種々の方式のものが開発されている。そして、いずれの方式のものであっても、共通的な課題として、如何に分解能を向上させるかがある。
【０００３】
航空機用のレーダで分解能を向上させる方法としては、従来よりパルスドップラー方式がある。これは、周波数変調をかけたパルス波を用いる方式であり、距離方向に高い分解能を得られる点に特徴を有する。
【０００４】
又、航空機に搭載する高分解能の画像レーダとしては、合成開口レーダ（ＳＡレーダ又はＳＡＲ）が、従来より一般に知られている。
更に、小型化を意図したものとして、複数のアレイ状アンテナを備えたフェーズドアレイ型レーダがある。
【０００５】
このフェーズドアレイ型レーダは、アンテナ部を独立の小ユニットで構成し、信号の位相合成技術を使って、アンテナの指向方向を高速に変化させるレーダ装置である。
【０００６】
更に又、上述したフェーズドアレイ型レーダの発展型として、翼の構造体をアンテナと一体としたコンフォーマルアンテナを利用したレーダ装置が提案されている。そして、このレーダ装置にあっては、アンテナの開口長の問題はなくなり、空間的分解能は高められることが確認されている。
【０００７】
一方、フェーズドアレイ型レーダの範疇に近いもので、電波情報の位相合成による画像化装置があり、太陽電波ヘリオグラフというレーダ装置が開発されている（例えば、参考論文：「Ｔｈｅ Ｎｏｂｅｙａｍａ Ｒａｄｉｏｈｅｌｉｏｇｒａｐｈ」、中島，他、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ、８２、７０５−７１３ 、１９９４）。
この太陽電波ヘリオグラフなる電波情報の画像化装置は、上記参考論文でも明らかのように、太陽の発生する電波を複数のＴ字型に配置したアンテナで受信し、二次元の位相合成を同時に行って、秒１０画像の太陽像を表示することを可能とした装置である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記各従来例にあって、まず、パルスドップラー方式の場合、距離方向には高い分解能を得られるが、前方の距離方向に直交する方向の分解能は、アンテナビーム幅で決定されることから、それ以上の分解能向上は望めない、という不都合があった。
【０００９】
即ち、送信アンテナから出力したパルス波は、物体に当たって反射し、又、受信アンテナには、アンテナから等距離の物体からの反射が複合して入力する。この場合、受信アンテナが一つの場合には、アンテナビームＢは、その広がりがアンテナの形状および大きさ（開口長さ）で決まるため、図９に示すように、アンテナビームＡ１内の等距離にある複数の物体（等距離ターゲット）Ｋ１，Ｋ２の反射波は一つにまとまって分離することができない。
【００１０】
又、前方の距離方向に対しては、平地では等距離ターゲットは存在しない（図１０中の線分Ｐ２参照）が、当該図１０に示すように山等の凹凸がある山岳地帯等の場合には、時には前方の距離方向に対しても等距離物体Ｋ１，Ｋ２が存在し、当該等距離物体Ｋ１，Ｋ２の分離ができなくなる、という不都合が生じる。
【００１１】
一方、高分解能の画像レーダといわれる合成開口レーダ（ＳＡレーダ又はＳＡＲ）は、航空機と地上の対象物との相対運動の変化に伴うドップラー効果を使用するため、相対運動の変化が生じない領域である前方と後方は見られないという欠点を有する。
【００１２】
更に、複数のアレイ状アンテナの受信信号の合成を行うフェーズドアレイ型レーダは、アンテナ部を独立の小ユニットで構成していることからアンテナ全体の開口長は小さく、これがため分解能は低い。
【００１３】
又、フェーズドアレイ型レーダの発展型であるコンフォーマルアンテナを利用したレーダ装置にあっては、アンテナの開口長の問題はなくなるものの、原理的に、位相の合成パラメータを変化させてビームをスキャンするため、１画面分のデータ作成には時間がかかり、連続的な前方全域監視には不向なものとなっている。
このため、航空機の前方を高分解能で連続監視するための手法としては、例えばボーイング社のＡＷＡＣＳのように、実開口の大きいアンテナを用られているのが現状である。
【００１４】
しかしながら、この実開口の大きいアンテナを用いるという手法にあっては、空気抵抗が大きくなり、又重量も増すことから、航空機用としては開発方向が逆行しており、必ずしも良好なものとはなっていない。
【００１５】
又、前述した太陽電波ヘリオグラフなる電波情報の画像化装置は、自身では電波を発射せず、固定設置される点で、航空機用としては不向きなものとなっている。
【００１６】
【発明の目的】
本発明は、上記従来例の有する不都合を改善し、とくに、飛行方向の前方に対する距離方向には高い分解能を有する共に、飛行方向に直交する方向についても高い分解能を有し、且つ全体的に小型化を可能とした信頼性の高い航空機搭載用画像レーダを提供することを、その目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、航空機から飛行方向に向けて発射されたレーダ波の反射波を受信する少なくとも一方と他方の二つの受信アンテナを所定間隔を隔てて設けると共に、この複数の受信アンテナで得られる情報を画像合成し、これに基づいて反射物の位置を特定する複数のレーダ反射波による画像合成方法であって、まず、前述したレーダ波を出力する送信アンテナを航空機の機首部分に装備し且つ一方と他方の二つの受信アンテナを航空機の一方の翼部分と他方の翼部分とにそれぞれ分けて装備する。
そして、各受信アンテナで捕捉される一又は二以上の反射波から各受信アンテナ毎に反射物までの距離を演算する（第１の工程）。
【００１８】
次に、受信アンテナ毎に予め特定される指向性（アンテナビーム）の方位角の範囲内で且つ当該受信アンテナを中心点として各受信アンテナ毎に得られる半円弧状の反射物位置曲線を算定する（第２の工程）。この第２の工程および前述した第１の工程で得られるアンテナビーム内の各反射物位置曲線を当該各受信アンテナの向き及び離間距離を基準として共通の座標上にて画像合成する（第３の工程）。
【００１９】
そして、この第３の工程で特定される合成画像上で前述した各半円弧状の反射物位置曲線の交点の位置を実際上の反射物の位置として特定しその位置情報を合成画像情報と共に出力する（第４の工程）、という構成を備えている。
【００２０】
このため、この請求項１記載の発明では、通常の特性を備えた受信アンテナであっても、少なくとも二つの受信アンテナを所定間隔を隔てて装備することにより、同一ターゲットからの反射レーダ波を受信アンテナ毎に捕捉し所定の反射物位置曲線を受信アンテナ毎に算定すると共にこれを合成することが可能となり、このため、その交点をもって反射物たるターゲットの位置を合成画像情報として特定することができ、このため、各受信アンテナでは不可能であった複数のターゲットの分離捕捉が可能となる。
【００２１】
請求項２記載の発明では、航空機に搭載され飛行方向に向けて所定の探索用電波を出力するレーダ用の送信アンテナおよび送信機と、前記送信アンテナから出力される探索用電波の反射波を受信する複数組の受信アンテナおよび受信機とを備えている。
又、この請求項２記載の発明では、前述した複数の受信アンテナを所定間隔を隔てて航空機に装備すると共に、この複数の受信アンテナで捕捉される反射情報を画像合成し且つこれを反射物の位置情報を含む二次元の合成画像データとして出力する画像合成処理機を装備している。
更に画像合成処理機を、通信ケーブル中の信号伝搬の遅れを含む受信アンテナの位置による信号遅延を補正する信号遅延補正機能と、受信信号の相関計算を行う相関計算機能と、これら各機能が稼働して得られる補正情報に基づいて二次元ＦＦＴ処理を行い距離方向と方位方向の各反射情報を含む二次元の合成画像データを形成し出力する二次元ＦＦＴ処理演算機能とを備えた構成とする。
そして、前述した送信アンテナを機体の機首部分に装備すると共に、受信アンテナの複数個を航空機の左右の翼部分の下面側に所定間隔を隔てて装備する、という構成を採っている。
【００２２】
このため、この請求項２記載の発明では、前述した請求項１記載の発明と同等の機能を有するほか、二以上の受信アンテナを航空機の左右の翼部分の下面側に所定間隔を隔てて装備したので、二次元合成画像データの精度の更なる向上を図ることが可能となり、受信アンテナ相互間の間隔が大きく設定されるので、反射物たる複数ターゲットからの反射波の時間的なずれを更に大きくすることができ、かかる点において受信アンテナの開口寸法を大きく変えることなく分解能（複数ターゲットの分離識別力）を更に向上させることができる。
即ち、この請求項２記載の発明では、受信アンテナを左右主翼に分けて且つその下面に装備したので、ターゲットを左右の大きく異なった位置から捕捉し得るので、飛行方向成分の横方向の分離精度をより一層高めた合成画像高い合成画像を得ることができる。
【００２３】
更に、この請求項２記載の発明では、前述した画像合成処理機が、通信ケーブル中の信号伝搬の遅れを含む受信アンテナの位置による信号遅延を補正する信号遅延補正機能と、受信信号の相関計算を行う相関計算機能と、これら各機能が稼働して得られる補正情報に基づいて二次元ＦＦＴ処理を行い距離方向と方位方向の各反射情報を含む二次元の合成画像データを形成し出力する二次元ＦＦＴ処理演算機能とを備えているので、受信データの位相処理に際し画像合成処理機によるデータの二次元ＦＦＴ処理演算機能によって、例えば１秒間に数画像の高頻度での画像情報の取得を行うことができ、これがため、データの高速処理によって複数ターゲットの分離識別をより迅速に処理することができる。
【００２４】
請求項３記載の発明では、前述した請求項２記載の発明が複数の受信アンテナを左右主翼に分けて且つその下面に装備したのに対して、複数の受信アンテナを機体の胴体部分の長手方向に所定間隔を隔てて装備した点に特徴を備えている。
【００２５】
このため、この請求項３記載の発明では、航空機の進行方向成分の反射情報が多くなり、これがため、航空機の進行方向成分の分離精度がより一層高められた合成画像を得ることができる。
【００２６】
請求項４記載の発明では、前述した請求項２又は３記載の発明が、複数の受信アンテナを左右主翼に分けて又は機体の胴体部分の長手方向に所定間隔を隔てて、装備した点に特徴を備えているのに対し、複数の受信アンテナを航空機の左右主翼および胴体の下面側の長手方向に所定箇所にそれぞれ所定間隔を隔てて装備する、という構成を採っている。
【００２７】
このため、この請求項４記載の発明では、例えば胴体下面の長手方向に装備した複数の受信アンテナについては、距離の組合せにかかる受信アンテナの受信信号を位相合成して画面表示すると、進行方向成分の分離精度をより一層高めた合成画像を得ることができる。
又、同様に翼下面に装備した複数の受信アンテナについては、離れた距離の受信アンテナの受信信号を位相合成して画面表示すると、進行方向成分の横方向の分離精度をより一層高めた合成画像を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図１乃至図８に基づいて説明する。
【００２９】
（構 成）
最初に、本実施形態の構成について説明する。
図１は本実施形態における信号処理系のブロック図である。また、図２は図１に開示した各構成部分を航空機に搭載した場合の各構成部分の装備箇所の例を示す説明図である。
【００３０】
この図１ないし図２において、符号１は航空機の機体を示す。この機体１の機首１Ａには、飛行方向に向けて所定の探索用電波を出力するレーダ用の送信アンテナが装備されている。この送信アンテナ２には、所定の周波数で当該送信アンテナ２を励振する送信機３が併設されている。
この送信機３および送信アンテナ２からは、周波数変調をかけたパルス波をレーダ波として機体１の前方に発信するように構成されている。
【００３１】
また、本実施形態にあっては、図２に示すように、機体１の進行方向に対して横の方向に、所定のアンテナビーム（指向特性）を備えた受信アンテナ５１，５２が並べて配置されている。具体的には、機体１の左の主翼１Ｅに一方の受信アンテナ５１が装備され、機体１の右の主翼１Ｆに他方の受信アンテナ５２が装備されている。この各受信アンテナ５１，５２は、それぞれ独立して作動し、地上からの反射レーダ波を相互に独立して受信し得るようになっている。
【００３２】
ここで、符号２Ａ０は送信アンテナ２の送信ビームを示す。又、符号５Ａ１，５Ａ２は各受信アンテナ５１，５２の受信ビームを示す。
この各受信アンテナ５１，５２には、受信した反射レーダ波を所定の電気信号に変換する受信機６１，６２がそれぞれ併設されている（図３参照）。
【００３３】
更に、前述した機体１には、複数の受信アンテナ５１，５２で捕捉され受信機６１，６２から出力されるレーダ波の反射情報（方位と距離）を合成して画像データとして出力する画像合成処理機（位相合成処理部を含む）１０が装備されている。
この画像合成処理機１０には、前述した各受信機６１，６２からの出力信号がＡ／Ｄ変換器７１，７２を介して入力されるようになっている。この各Ａ／Ｄ変換器７１，７２は、それぞれ入力信号をデジタル信号に変換し、取得信号の位相を保持しつつ、前述した画像合成処理機１０に送り込む。
【００３４】
ここで、図１乃至図２では、受信アンテナ５１，５２，受信機６１，６２およびＡ／Ｄ変換器７１，７２から成る受信系８１，８２を二組装備した場合を例示したが、この受信系については、図３に示すように三組以上の受信系８１，８２，８３，・・・８ｎを装備したものであってもよい。
【００３５】
又、前述した画像合成処理機１０は、本実施形態にあっては、送信機２及び各受信機６１，６２の各々から画像合成処理機１０に至るまでの通信ケーブル中の信号伝搬の遅れ及び受信アンテナの位置による信号の遅延を補正する信号遅延補正機能と、各受信機６１，６２で得られる受信信号の相関計算を行う相関計算機能と、これら各機能が稼働して得られる補正情報に基づいて二次元ＦＦＴ処理を行い距離方向と方位方向の二次元の画像情報を出力する二次元ＦＦＴ処理演算機能とを備えている。
【００３６】
尚、受信される二つの信号遅延の補正は、信号遅延補正回路部１１で実行される。又、各受信機６１，６２で得られる受信信号の相関計算は、受信機間相関計算部１２で行われる。更に、上述した各機能が稼働して得られる補正情報に基づいて二次元ＦＦＴ処理を行いこれによって距離方向と方位方向の二次元の画像情報を形成する二次元ＦＦＴ処理演算は二次元ＦＦＴ処理部１３で実行される。
【００３７】
更に、各受信機６１，６２に対応して、Ａ／Ｄ変換部７１，７２が装備されている。この各Ａ／Ｄ変換部７１，７２は、それぞれ入力信号をデジタル信号に変換し、取得信号の位相を保持しつつ、これを前述した画像合成処理機１０に送り込む。
【００３８】
この場合、画像合成処理機１０内では、前述した送信アンテナ２から航空機の飛行方向に向けて発射されたレーダ波の反射波を受信する一方と他方の二つの受信アンテナ５１，５２（所定間隔を隔てて機体１に装備しされている）で得られる情報を画像合成し、これに基づいて反射物の位置を特定するように信号処理が成されるようになっている。
【００３９】
そして、画像合成処理機１０内では、以下に示す手順によって信号処理が実行されるようになっている。
【００４０】
まず、第１の工程では、各受信アンテナ５１，５２で捕捉される一又は二以上の反射レーダ波から各受信アンテナ５１，５２毎に反射物までの距離が演算される。
次に、第２の工程では、前述した受信アンテナ５１，５２毎に予め特定される指向性（アンテナビーム）５Ａ１，５Ａ２の方位角の範囲内で且つ当該受信アンテナ５１，５２を中心点として各受信アンテナ５１，５２毎に得られる円弧状の反射物位置曲線（図４におけるＲ Ｌ０，Ｒ Ｌ３，Ｒ Ｌ４ ：円弧状線分に同じ）を算定する。
【００４１】
又、第３の工程では、前述した第２の工程および前述した第１の工程で得られるアンテナビーム５Ａ１，５Ａ２内の各反射物位置曲線Ｒ Ｌ０，Ｒ Ｌ３，Ｒ Ｌ４を当該各受信アンテナ５１，５２の向き及び離間距離を基準として共通の座標上にて画像合成する。
そして、第４の工程では、前述した第３の工程で特定される合成画像上で各円弧状の反射物位置曲線Ｒ Ｌ０，Ｒ Ｌ３，Ｒ Ｌ４が交差して生じる交点の位置を実際上の反射物（ターゲット）Ｋ３，Ｋ４の位置として特定しその位置情報を合成画像情報と共に出力し、前述したように航空機の操縦室等に装備された画像表示装置等に送り込む。
【００４２】
（動 作）
次に、上記実施形態における装置の全体的な動作を説明する。
【００４３】
前述した送信アンテナ２から出力されるレーダ波（パルス波）は、物体に当たって反射する。そして、受信アンテナ５１（又は５２）にあっては、当該受信アンテナ５１（又は５２）から等距離にある複数の物体については、複合した状態で受信される。
【００４４】
この場合は、前述した従来例における図９の場合と同等となる。即ち、受信アンテナが一方の受信アンテナ５１のみ（一つ）の場合であることから、等距離に位置する二つの物体Ｋ１，Ｋ２ （図９参照）については分離ができず、物体が前述したように複合して一つの物体の如く捕捉される。
この場合の分解能は、従来より知られているようにアンテナのビーム幅（実開口幅）によって決定する。
【００４５】
また、前述した従来例における図１０に示すように山等の凹凸がある場合も、受信アンテナが一方の受信アンテナ５１のみ（一つ）の場合であることから、距離方向であっても上方からの探索であるため等距離物体Ｋ３，Ｋ４の分離ができなくなる。
【００４６】
一方、受信アンテナが、図４に示すように受信アンテナ５１，５２ の如く複数ある場合には、物体との相対位置は受信アンテナ５１，５２毎に微妙に異なる。この相対位置の変化は、受信信号のパターンの変化になるので、受信信号の比較により、ビーム幅の中にある複数の物体の分離識別が可能になる。
【００４７】
これを更に詳述する。
【００４８】
図５（Ａ）は、図４に示すように受信アンテナ５１で捕捉した複数の物体（ターゲット）Ｋ３，Ｋ４の反射レーダ波と送信レーダ波との位置関係を一次元座標上に示したものである。この場合、記号Ｐ２は送信レーダ波を示し、記号Ｒ１，Ｒ２は反射レーダ波を示す。この反射信号Ｒ１，Ｒ２は、複数の物体Ｋ３，Ｋ４の位置を示す。
この場合、複数の物体（ターゲット）Ｋ３ ，Ｋ４ は、この図５（Ａ）から明らかのように受信アンテナ５１から同一の距離に位置するため、分離することができない。
【００４９】
又、図５（Ｂ）は、反射信号Ｒ１，Ｒ２を受信アンテナ５１の指向特性（アンテナビーム），即ちビーム幅（実開口幅）に合わせて、平面的に図示した場合を示す。このビーム幅（実開口幅）及び距離方向の表示データは、本実施形態にあっては図１におけるメモリ１０Ａに予め記憶されている。
この図５（Ｂ）では、物体Ｋ３，Ｋ４が受信アンテナ５１を中心とした円弧状線分ＲＬ０上の位置（受信アンテナ５１からの距離が同じ位置は円弧状曲線となる）にある場合が示されている。
【００５０】
即ち、この円弧状線分ＲＬ０上の位置は前述した図５（Ａ）における反射レーダ波の信号Ｒ１，Ｒ２の位置と同等なものとなっており、図５（Ａ）の受信アンテナ５１からみて、複数の物体Ｋ３，Ｋ４は、ビーム幅（実開口幅）内でかつ同一の距離に位置する（円弧状線分ＲＬ０上にある）ことから、分離することができない。
又、この場合の二次元の画像情報も、所定のタイミングで前述したメモリ１０Ａに一時的に記憶されるようになっている。
【００５１】
図６（Ａ）は、受信アンテナ５２で捕捉した複数の物体（ターゲット）Ｋ３，Ｋ４の反射レーダ波と送信レーダ波との位置関係を一次元座標上に示したものである。この場合、物体Ｋ３，Ｋ４の位置は、後述する図６（Ｂ）で明らかにように、受信アンテナ５２の位置からみると距離方向に相違がある。
ここで、記号Ｐ２は送信レーダ波を示し、記号Ｒ１，Ｒ２は反射レーダ波を示す。この反射信号Ｒ１，Ｒ２は、複数の物体（ターゲット）Ｋ３，Ｋ４の位置を示す。
【００５２】
そして、この複数の物体Ｋ３，Ｋ４は、受信アンテナ５２から明らかに異なった距離に位置するため、図６（Ａ）に示すように、極く自然に二つの受信信号として分離して捕捉される。即ち、受信アンテナ５２で捕捉した複数の物体Ｋ３，Ｋ４の反射レーダ波の信号Ｒ１，Ｒ２は、距離方向の信号位置を示す。
【００５３】
又、図６（Ｂ）では、物体Ｋ３，Ｋ４が受信アンテナ５２を中心とした円弧状線分ＲＬ３，ＲＬ４上の位置（受信アンテナ５２からの距離が異なる）にある場合が示されている。
即ち、この円弧状線分ＲＬ３，ＲＬ４の位置は、前述した図６（Ａ）における反射レーダ波Ｒ１，Ｒ２の位置と同等なものとなっており、図６（Ａ）に示すように受信アンテナ５２からみて、複数の物体Ｋ３，Ｋ４は、ビーム幅（実開口幅）内でかつ異なった距離に位置するため、上述したように極く容易に分離される。
【００５４】
又、この場合の二次元の画像情報も、所定のタイミングで前述したメモリ１０Ａに一時的に記憶されるようになっている。
【００５５】
図７は、受信アンテナ５１，５２で得られ且つ前述した図５（Ｂ），図６（Ｂ）にて分析した二次元の画像情報をメモリ１０Ａから呼び出して重ね合わせた場合を示す。かかる演算は、画像合成処理機１０で実行される。
【００５６】
この図７において、円弧状線分ＲＬ０は、一方の受信アンテナ５１で得られる物体Ｋ３，Ｋ４の位置情報を示す。又、円弧状線分Ｒ Ｌ３ ，Ｒ Ｌ４ は、他方の受信アンテナ５２で得られる物体Ｋ３，Ｋ４の位置情報を示す。
【００５７】
この三つの位置情報を示す曲線（円弧状線分）ＲＬ０，Ｒ Ｌ３ ，Ｒ Ｌ４ は、一方と他方の受信アンテナ５１，５２が所定間隔隔てて装備されていることから、必ず交差する。この交差点が幾何学上明らかに物体Ｋ３，Ｋ４の位置情報を示す。
かかる位置情報（物体Ｋ３，Ｋ４の厳密な位置情報）は、送信アンテナ２と受信アンテナ５１，５２の位置関係や各受信アンテナ５１，５２のビーム幅（実開口幅），更には各受信アンテナ５１，５２で捕捉された距離方向の位置情報等に基づいて画像合成処理機１０で高速演算され特定される。
【００５８】
そして、この場合の演算結果は、前述したメモリ１０Ａに一時的に記憶されるほか、予め操縦席等に装備されたレーダ画像表示装置に向けて出力され、所定の信号処理されて表示されるようになっている。
【００５９】
このため、かかる手法で演算された物体Ｋ３，Ｋ４の方位位置情報は、理論的には、例えば送信アンテナ２の中心点を中心として機体１に機首１Ａの延設方向に向けて且つ指向性角度が０度に近い状態の鋭いレーダ波を発射して物体Ｋ３，Ｋ４を捕捉したのとほぼ同等の方位位置精度を得ることができる。
【００６０】
実際上は、種々の物理的な条件があってかかる演算精度（即ち、指向性角度が０度に近い鋭い指向性を得る）は得にくいが、等価的にはビーム幅の極端に小さいアンテナでスキャンしたのと同様の効果を得られるということとなり、実開口幅よりも高い方位分解能を確実に実現することができる。
即ち、本実施形態の方式によるレーダを用いることで、従来は困難であった飛行方向前方の例えば１〔ｍ〕単位の高分解能のレーダ画像を、１〔Ｈｚ〕以上の高頻度で取得することができるようになった。
【００６１】
このように、上記実施形態によると、複数の受信アンテナを機体の進行方向の成分と、進行方向横向きの成分を持たせて配置する事で、距離方向の地面の凹凸（山岳地帯と平地の如きもの）と、方位方向の平面的広がりの情報を同時に得る事ができる。そして、横軸を方位方向、縦軸を距離方向として表示すれば、機体前方の様子を二次元画像として見ることができる。
又、受信信号の比較および地上点の識別は、受信アンテナ相互間の相関情報を二次元ＦＦＴする手法を採ることにより、高頻度での計算ができる。
【００６２】
このように、本実施形態によると、従来は困難であった飛行方向の前方の１〔ｍ〕単位の高分解能レーダ画像を、１〔Ｈｚ〕以上の高頻度で取得する事が可能になる。
このため、悪天候時に起こり易い航法ミスや勘違いによる着陸進入時の山腹への衝突事故等を回避するために必要な情報を、画像で的確に得られることから、直感的に前方の状況把握ができるようになり、操縦士の負荷軽減が可能となり、そのための設備も比較的小さいものとなるという利点がある。
【００６３】
ここで、複数の受信アンテナについては左右の翼部分以外に例えば機体１の胴体部分に装備してもよい。
【００６４】
図８に他の実施形態を示す。
この図８に示す他の実施形態は、受信アンテナを機体１の胴部分の下面側および翼部分の下面側の各々に合計１２個装備した場合の例を示す。
この場合、胴部分の下面側には、長手方向に沿って六箇所に所定間隔を隔てて受信アンテナ（胴体下受信アンテナ）１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６が装備されている。又、翼部分の下面側には、翼の左右の長手方向に沿って、それぞれ三箇所に所定間隔を隔てて受信アンテナ（翼下受信アンテナ）１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１６６が装備されている。
【００６５】
そして、これにより、例えば、胴体下受信アンテナ１５１〜１５６の場合は、離れた距離の組み合わせにかかる受信アンテナの受信信号を位相合成して画面表示すると、進行方向成分の分離精度をより一層高めた合成画像を得ることができる。又、同様に翼下受信アンテナ１６１〜１６６の内の離れた距離の受信アンテナの受信信号を位相合成して画面表示すると、進行方向成分の横方向の分離精度をより一層高めた合成画像高い合成画像を得ることができる。
【００６６】
ここで、胴体下受信アンテナおよび翼下受信アンテナの数については、特に限定するものではない。又、相互間に位置情報が特定されていることを前提として配置関係については自由に変えてもよい。
又、受信アンテナを機体構造と一体化したり、ポッドで吊り下げたものであってもよい。更に、レーダの送信部を、他の目的のレーダ（気象レーダや、火器管制レーダ）と兼用してもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、従来より使用されている通常の受信アンテナであっても、これを複数装備して前述したように所定の位相合成画像を得ることにより、レーダ波で捕捉した物体の分離精度（装置の分解能）を大きく向上させることができ、とくに、飛行方向の前方の距離方向又は飛行方向に直交する方向，或いは飛行方向の前方の距離方向および飛行方向に直交する方向のいずれについても、より高い分解能を得ることができ、更に特別の開口の大きい大型の受信アンテナを使用することなく分解能の向上を図り得るので、合成開口の大きい従来型のものに比較して全体的に小型化が可能となり且つ複数の受信アンテナで物体を捕捉するように構成されているので、信頼性を高めることができるという従来にない優れた航空機搭載用画像レーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における信号処理系を示すブロック図である。
【図２】図１に開示した各構成を航空機に搭載した場合の当該各構成部分の装備箇所の例を示す説明図である。
【図３】図１に開示した実施形態で受信アンテナを三組以上をした場合の例を示す説明図である。
【図４】図１に開示した実施形態における二つの受信アンテナの受信ビームに例を示す説明図である。
【図５】図４における一方の受信アンテナの動作例を示す図で、図５（Ａ）は二物体を分離捕捉出来ない場合の反射レーダ波の例を示す説明図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の実際の位置関係と一方の受信アンテナの受信ビームとの関係を示す説明図である。
【図６】図４における他方の受信アンテナの動作例を示す図で、図６（Ａ）は二物体を分離することができる場合の反射レーダ波の例を示す説明図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の実際の位置関係と他方の受信アンテナの受信ビームとの関係を示す説明図である。
【図７】図１に開示した実施形態の動作例を示す図で、図５（Ｂ）と図５（Ｂ）で開示したものを位相合成した結果を示す説明図である。
【図８】他の実施形態の例を示す説明図である。
【図９】従来例における受信アンテナの作動状態を示す説明図である。
【図１０】他の従来例における受信アンテナの作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 機体
２ 送信アンテナ
２Ａ０ 送信ビーム
３ 送信機
５１，５２，５３〜５ｎ，１５１，１５２，１５３〜１５６，１６１，１６２，１６３〜１６６ 受信アンテナ
５Ａ１，５Ａ２ 受信ビーム
６１，６２，６３〜６ｎ 受信機
７１，７２，７３〜７ｎ Ａ／Ｄ変換器
８１，８２，８３〜８ｎ 受信系
１０ 画像合成処理機
１０Ａ メモリ（情報記憶部）
１１ 信号遅延補正回路部
１２ 受信機間相関計算部
１３ 二次元ＦＦＴ処理部
Ｋ３，Ｋ４ 物体（ターゲット）
Claims (4)
- 航空機から飛行方向に向けて発射されたレーダ波の反射波を受信する少なくとも一方と他方の二つの受信アンテナを所定間隔を隔てて設けると共に、この複数の受信アンテナで得られる情報を画像合成し、これに基づいて反射物の位置を特定する複数のレーダ反射波による画像合成方法であって、
前記レーダ波を出力する送信アンテナを航空機の機首部分に装備し且つ前記一方と他方の二つの受信アンテナを航空機の一方の翼部分と他方の翼部分とにそれぞれ分けて装備し、
前記各受信アンテナで捕捉される一又は二以上の反射波から各受信アンテナ毎に反射物までの距離を演算する第１の工程と、前記受信アンテナ毎に予め特定されるアンテナビームの方位角の範囲内で且つ当該受信アンテナを中心点として各受信アンテナ毎に得られる半円弧状の反射物位置曲線を算定する第２の工程と、この第２の工程および前記第１の工程で得られるアンテナビーム内の各反射物位置曲線を当該各受信アンテナの向き及び離間距離を基準として共通の座標上にて画像合成する第３の工程と、この第３の工程で特定される合成画像上で前記各半円弧状の反射物位置曲線の交点の位置を実際上の反射物の位置として特定しその位置情報を合成画像情報と共に出力する第４の工程とを備えていることを特徴とした複数の反射レーダ波による画像合成方法。 - 航空機に搭載され飛行方向に向けて所定の探索用電波を出力するレーダ用の送信アンテナおよび送信機と、前記送信アンテナから出力される探索用電波の反射波を受信する複数組の受信アンテナおよび受信機とを備え、
前記複数の受信アンテナを所定間隔を隔てて前記航空機に装備すると共に、この複数の受信アンテナで捕捉される反射情報を画像合成し且つこれを反射物の位置情報を含む二次元の合成画像データとして出力する画像合成処理機を装備して成る航空機搭載用画像レーダ装置において、
前記画像合成処理機を、通信ケーブル中の信号伝搬の遅れを含む受信アンテナの位置による信号遅延を補正する信号遅延補正機能と、受信信号の相関計算を行う相関計算機能と、これら各機能が稼働して得られる補正情報に基づいて二次元ＦＦＴ処理を行い距離方向と方位方向の各反射情報を含む二次元の合成画像データを形成し出力する二次元ＦＦＴ処理演算機能とを備えた構成とし、
前記送信アンテナを機体の機首部分に装備すると共に、前記受信アンテナの複数個を航空機の左右の翼部分の下面側に所定間隔を隔てて装備したことを特徴とする航空機搭載用画像レーダ装置。 - 航空機に搭載され飛行方向に向けて所定の探索用電波を出力するレーダ用の送信アンテナおよび送信機と、前記送信アンテナから出力される探索用電波の反射波を受信する複数組の受信アンテナおよび受信機とを備え、
前記複数の受信アンテナを所定間隔を隔てて前記航空機に装備すると共に、この複数の受信アンテナで捕捉される反射情報を画像合成し且つこれを反射物の位置情報を含む二次元の合成画像データとして出力する画像合成処理機を装備して成る航空機搭載用画像レーダ装置において、
前記画像合成処理機を、通信ケーブル中の信号伝搬の遅れを含む受信アンテナの位置による信号遅延を補正する信号遅延補正機能と、受信信号の相関計算を行う相関計算機能と、これら各機能が稼働して得られる補正情報に基づいて二次元ＦＦＴ処理を行い距離方向と方位方向の各反射情報を含む二次元の合成画像データを形成し出力する二次元ＦＦＴ処理演算機能とを備えた構成とし、
前記送信アンテナを機体の機首部分に装備すると共に、前記複数の受信アンテナを機体の胴体部分の長手方向に所定間隔を隔てて装備したことを特徴とする航空機搭載用画像レーダ装置。 - 航空機に搭載され飛行方向に向けて所定の探索用電波を出力するレーダ用の送信アンテナおよび送信機と、前記送信アンテナから出力される探索用電波の反射波を受信する複数組の受信アンテナおよび受信機とを備え、
前記複数の受信アンテナを所定間隔を隔てて前記航空機に装備すると共に、この複数の受信アンテナで捕捉される反射情報を画像合成し且つこれを反射物の位置情報を含む二次元の合成画像データとして出力する画像合成処理機を装備して成る航空機搭載用画像レーダ装置において、
前記画像合成処理機を、通信ケーブル中の信号伝搬の遅れを含む受信アンテナの位置による信号遅延を補正する信号遅延補正機能と、受信信号の相関計算を行う相関計算機能と、これら各機能が稼働して得られる補正情報に基づいて二次元ＦＦＴ処理を行い距離方向と方位方向の各反射情報を含む二次元の合成画像データを形成し出力する二次元ＦＦＴ処理演算機能とを備えた構成とし、
前記送信アンテナを機体の機首部分に装備すると共に、前記複数組の受信アンテナを航空機の左右主翼および胴体の各下面側の長手方向に所定間隔を隔ててそれぞれ装備したことを特徴とする航空機搭載用画像レーダ装置。
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