JP4017861B2 - 回転合成開口レーダーによる電線の認識方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特許請求の範囲請求項１の上位概念部分に記載の、回転アンテナを基にした合成開口レーダー（回転合成回転レーダー）による電線の認識方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
毎回のヘリコプター飛行時における最大の危険は、操縦士がその空路に対して直角に敷設されている電線障害物を見落とし、重大事故ないし墜落事故を招いてしまうことにある。その危険は、雨、霧、降雪などのような悪天候時に高まる。ヘリコプター搭載の現代のシステムは、例えば残光増幅器や熱映像装置などのような純粋な受動システムである。しかしこのシステムは、霧、煙、降雪雨の際には、小さなカバレージ（有効範囲）のために、採用できない。また、最近利用されている光学式、電子光学式、レーザービーム照射式の映像方法も、悪天候条件、霧あるいは煙のもとで、電線障害物を検出することについて、事態を本質的に改善できない。
【０００３】
ドイツ特許第３９２２０８６号明細書およびドイツ特許第４３２３５１１号明細書において、地図作成、地雷探知などのほかに、障害物警報にも使用される回転合成開口レーダー（ＲＯＳＡＲ＝Rotating Synthetic Aperture Rader、以下ＲＯＳＡＲ・レーダーと呼ぶ）を、実時間近くでオンライン運転で採用することが知られている（このレーダーは、パルス周波数で、あるいはＦＭ−ＣＷ (continuous wave)で運転される）。ここでは、種々の解析（解像）セルにおける反射点によって、電線を検出することが考慮されている。この検出方法は、解析セル内における電線反射断面積の強い支配（Dominanz）を前提としている。この前提が与えられないとき、ＲＯＳＡＲ・レーダー画像の経費のかかる再処理によって、電線認識は確かに改善されるが、この方法は、（上述したように）経費がかかるだけでなく、十分確実であると見なせない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ＲＯＳＡＲ・レーダー焦束に基づく電線の認識性が保障されるだけでなく、最適にされるような方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明に基づいて、特許請求の範囲請求項１の特徴事項に記載の手段によって解決される。本発明の有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【０００７】
回転合成開口レーダー（ＲＯＳＡＲ）、即ち回転アンテナを基にした合成開口レーダーは、既に実験で証明されているように、悪天候時でも、電線障害物を検出する能力を有している。しかしその場合、利用する波長を、認識すべき電線障害物の直径の大きさにしなければならず、従って、レーダー・反射断面積が非常に小さい、という問題がある。
【０００８】
高圧線を模擬試験する際、電線障害物として、平滑な棒が利用される。平滑な棒は、その鏡面特性のために、送信信号が垂直に衝突するときしか、反射信号を発生しない。しかし実際には、ヘリコプターにとって危険な高圧線は、らせん状に撚られた数本の線から成っている。従って、密に並んだ反射点が生ずる。もっともこれらの反射点は、小さな反射断面積を有している。この場合、解析セル内において、高圧線のレーダー・反射断面積が、線の無い解析セルの反射断面積より大きい、ことが常に保障されない、という本来的な問題がある。
【０００９】
合成開口レーダー（ＳＡＲ＝Synthetic Aperture Rader）あるいはＲＯＳＡＲ・レーダーにおける通常の信号処理の場合、受信複合信号は、基準信号と相互相関（cross-correlation）づけられる。その基準信号とは、点状反射体に移動送受信アンテナから送信信号を照射した際に、その点状反射体で反射されて発せられる信号である。確かにこれによって、反射点の全受信信号エネルギが、ロータの全回転角度範囲にわたって焦束されるが、しかし、唯一の反射点から出る信号エネルギしか焦束されない。
【００１０】
本発明における基本的な考えは、電線断片（電線部分）から出るすべての部分信号を焦束することを可能にする特別な「電線・基準信号」が構成されることにある。この電線・基準信号は、勿論、電線の状態に関係している。これによって、多種類の電線基準信号が生ずる。これらの基準信号はすべて、受信信号と相関関係をもたされねばならず、従って、かなり大きな演算費用がかかる。しかし、まっすぐな電線のような特別な種類の電線に、ヘリコプターが接近し、ＲＯＳＡＲ・レーダーの距離リングに進入する場合、その電線基準信号の種類は、非常に限定される。ＲＯＳＡＲ・レーダーの場合には、全周をぐるりと見る（３６０°・視界）ために、その電線の距離リングへの接近は、どんな場合でも接線的に行われる。そして、それと平行して、一層接近される。
【００１１】
本発明に基づいて、公知のＲＯＳＡＲ・レーダー−プロセッサと異なって、受信信号は、個々の距離リングにおける回転角度に沿った点基準信号と相互相関されず、（電線障害物が恐らく存在するセクターから出る）全受信信号が、電線基準信号と相関関係づけられる（図２参照）。
【００１２】
本発明に基づく電線認識方法は、ＲＯＳＡＲ・レーダーの場合、胴体固定の送信アンテナおよび回転翼ブレード先端近くに取り付けられた受信アンテナによって、次の順で進行する。即ち、まずロータ位置（−αＲ、ｍａｘ）において、送信パルスが送信され、後方散乱受信信号（−αＲ、ｍａｘ）が記憶場所に記憶される（図２参照）。その間にロータは、引き続いて角度（αＲ）まで回転し、上述と同じことが、ロータが（＋αｍａｘ）に達するまで、繰り返される。回転角度αに関係するこの受信信号は、同様に回転角度に関係する電線基準信号と相互関係づけられる。
【００１３】
いまや、クラッタ信号を過大にすることができる。そのような場合、本発明に基づく方法は、線解析セルで利用される。その線解析セルとは、図３に示されているように、電線の周りにおける局限領域を意味する。この線解析セルは、検出すべき電線の周囲における矩形範囲を境界づけている。距離Ｒ（α）および角度φ（α）によって記述されるこの領域だけからしか、受信信号は受信されない。
【００１４】
相互関係づけ費用を節約するために、線解析セルの高さおよび長さに応じて、僅かな線解析セルで、監視すべきセクターをカバーできる。その基本的な考えは、互いに隣り合う線解析セルを、出発線に対して僅かな角度傾斜した線が、両線解析セル内に位置するように、置くことにある。
【００１５】
本発明に基づく電線基準信号を実現するために、電線の個々の反射点に対する受信信号が、種々の走行時間を考慮に入れて計算される。それらの反射点は、線上で幾何学的にずれて位置している。その後、部分受信信号が同様に、種々の走行時間と、回転アンテナに基づくドップラー転移とを考慮に入れて計算され、図４に示されているように、唯一の「電線基準信号」の形にまとめられる。送受信アンテナに不規則な円運動が存在するとき、ここでも、ＲＯＳＡＲ・レーダーにおけるレヒェンベルグ（Rechenberg）・最適化法を利用して、最適化が行われる（ドイツ特許第１９８５１９１０号明細書参照）。
【００１６】
目的に適って、認識すべき電線断片上に、垂直軸からの距離によって特徴づけられる離散的反射点が付けられる。従って、電線断片に対する基準信号ＳＤＳは、次式のように、部分信号の合計から生ずる。
【００１７】
【数１】

ここで、ｆＴはキャリヤ周波数、即ち送信周波数、ｖはロータの接線速度、ｃは光速である。
【００１８】
電線断片上における個々の反射点の距離は、標本化定理に基づいて部分信号が検出されるように、選定されねばならない。点基準信号とここで述べた電線断片基準信号との根本的な相違は、アンテナ位置の各回転角度αＲに対して、その都度ただ離散的なドップラー転移による唯一の受信信号しか生ぜず、これに反して電線基準信号において、その都度、種々の周波数の信号合計が出現する、ことにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】電線断片がＲＯＳＡＲ・レーダーの距離リングに接近する際の、そのＲＯＳＡＲ・レーダーの距離リングと電線断片との種々の位置を表した概略図。
【図２】電線認識プロセスの概略説明図。
【図３】異なって傾斜した２つの電線とそれらに対応した線解析セルとを表した電線認識プロセスの概略説明図。
【図４】電線基準信号を計算するための概略図。

Claims (4)

1. パルス周波数で、あるいはＦＭ−ＣＷで作動する回転合成開口レーダー（ＲＯＳＡＲ）で、全電線セグメントの回転合成開口レーダー・焦点収束（ＲＯＳＡＲ ＦＯＣＵＳＳＩＮＧ ）の手法に基づいて電線障害物を認識する方法において、
   反射点が幾何学的にずれて１つの直線上にある基準信号の和から、種々の走行時間及びドップラーシフトを考慮して電線基準信号を計算し、この電線基準信号を電線障害物があると推測されるセクターからの全受信信号と相関させる
   ことを特徴とする方法。
2. 回転アンテナの回転角度（α）に関係する受信信号が、回転角に依存する電線基準信号と相関関係づけられる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. クラッタ信号が過大である場合、電線の周囲における狭い矩形の領域が、いわゆる線解析セルとして形成され、この解析セルから、受信信号が受け取られる、ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 隣り合う線解析セルが、出発線に対して僅かな角度傾斜した線が常にその隣り合う線解析セル内に位置するように、配置されている、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。

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