JP4356457B2 - 合成開口レーダ装置及びその信号処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、アレーアンテナを用いたレーダ装置に係るものであり、特に素子アンテナ数の削減に伴って発生するグレーティングローブを抑圧及び分離する技術に関する。

レーダの方位方向の分解能を向上するためには、開口の大きなアレーアンテナ等が必要である。加えて、グレーティングローブの発生を防ぐために素子アンテナを半波長間隔で配置する必要があるので、アレーアンテナの開口径が大きくなると、そのアレーアンテナを構成する素子アンテナの数が増大するという結果を招いていた。このような問題を回避する従来の技術としては、送信用アレーアンテナと受信用アレーアンテナを個別に備えて、素子アンテナの数を削減すると同時にグレーティングローブの発生を抑圧する方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この方法では、まず送信用アレーアンテナと受信用アレーアンテナの素子間隔を半波長よりも広げることで素子数を削減する。そして、送信用アレーアンテナと受信用アレーアンテナとを、それぞれの素子間隔が異なるように配置することで、送信のアンテナパターン（以下、送信パターン）に生じるグレーティングローブと受信のアンテナパターン（以下、受信パターン）に生じるグレーティングローブの間隔が一致しないようにし、送受信全体としてのパターン（以下、送受信パターン）に生じるグレーティングローブを抑圧する。さらに、送信パターンと受信パターンを同期させて走査することによって、領域を走査して観測するというものである。

米国特許 ３，８２５，９２８ "Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｂｉｓｔａｔｉｃ Ｒａｄｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ"

上述の方法では素子アンテナの配置に制約を与えて送受信パターンのグレーティングローブを十分に低く抑えようとするものであるが、かかる制約を満たさない場合は、送信パターンのグレーティングローブが受信パターンのサイドローブの方向に一致することとなり、その結果送受信パターンにも比較的高いグレーティングローブが生じてしまう。

そこでこの発明は、上記のような素子アンテナの配置の制約に拘泥せずに素子アンテナの個数を減らしてゆくこととし、その結果生ずるグレーティングローブを積極的に分離して、主ビーム方向と同時にグレーティングローブ方向の観測を行うようにしたものである。

この発明に係るレーダ装置は、移動体に搭載され、外部目標に対し複数パルスを照射する送信アレーアンテナと、
前記移動体に搭載され、前記外部目標により反射された前記複数パルスを受信する受信アレーアンテナと、
前記受信アレーアンテナが受信した前記複数パルスのそれぞれを受信信号としてレンジ圧縮し、主ビームとグレーティングローブとの信号の和であるレンジプロフィールをレンジビン毎に出力するレンジ圧縮手段と、
前記レンジ圧縮手段が出力したレンジビン毎のレンジプロフィールを前記複数パルスにわたってコヒーレントに積分することによりそれらのレンジプロフィールから主ビームを分離するグレーティングローブ分離手段と、を備えたレーダ装置において、
前記グレーティングローブ分離手段は、前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナとの送受信アンテナパターンに発生するグレーティングローブの方向に前記レンジビン毎のレンジプロフィールを位相補償し、位相補償されたレンジプロフィールをコヒーレントに積分することによりそれらのレンジプロフィールからグレーティングローブを分離するものである。

このようにしてこの発明に係るレーダ装置によれば、複数パルスの送受信によって得られた受信信号に対して、移動体の移動によって生じるレンジのシフトと位相の変化を補償した後にコヒーレントに積分することによってグレーティングローブを分離するため、複数方向を同時に観測し、グレーティングローブ方向の電力を有効活用できるのである。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１によるレーダ装置は、速度ｖで移動する移動体（移動プラットフォーム）に搭載されたレーダ装置である。図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において、低電力送信器１は、基準となるパルス信号を生成する素子又は回路である。ここで生成されるパルス信号の波長をλと表す。Ｎ個の送受信器２−１〜２−Ｎは、後述する送受信アレーアンテナ５のＮ個のアレー素子のそれぞれ対応するものであって、増幅器を備えており、微弱な入力信号を増幅するようになっている。送受信器２−１〜２−Ｎは、その入力信号として低電力送信器１が発生した微弱なパルス信号の他、後述する送受信アレーアンテナ５が受信した受信波を想定している。さらに送受信器２−１〜２−Ｎは、移相器を備えており、送受信アレーアンテナ５の各アレー素子から照射される送信波の位相を制御することで、送信波の主ビームの方向を走査させるようになっている。ビーム合成手段３は、送受信器２−１〜２−Ｎの移相器に対して送信波の主ビームの方向を走査させるように制御信号を送出する素子又は回路である。サーキュレータ４−１〜４−Ｎは、送受信アレーアンテナ５のＮ個のアレー素子のそれぞれ対応するものであって、送受信アレーアンテナ５を送信波の照射と受信波の検知のいずれかに切り替えるように制御する素子又は回路である。

送受信アレーアンテナ５は、素子間隔をｄとするＮ個のアレー素子６−１〜６−Ｎを備えたアレーアンテナであって、その開口長をＬとする。図２は、送受信アレーアンテナ５の開口長と素子間隔との関係を表す図である。ここで、素子数はＮであるから、送受信アレーアンテナ５の開口長Ｌと素子間隔ｄは次式の関係を満たす。

また低電力送信器１で生成されるパルス信号の波長はλであるから、送受信アレーアンテナ５の送受信波の主ビームの幅Δθ[rad]は式（２）で与えられる。

このとき、送受信アレーアンテナ５のアンテナパターンに発生するグレーティングローブの間隔θ_g[rad]は、式（３）を満たす。したがって、素子間隔ｄが波長λより十分に大きい場合において、θ_gは式（４）より計算される。

図３は、以上で示した送受信アレーアンテナ５の主ビーム幅Δθ，送受信アレーアンテナ５のアンテナパターンに発生するグレーティングローブの間隔θgの関係を示す図である。図において、符号２３が指し示しているものはアンテナパターンである。

引き続き、図１に示したこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を説明することとすると、Ａ／Ｄ変換器７−１〜７−Ｎは、送受信アレーアンテナ５のＮ個のアレー素子６−１〜６−Ｎのそれぞれに対応するＡ／Ｄ変換器であって、送受信器２−１〜２−Ｎによって増幅されたアレー素子６−１〜６−Ｎの受信信号をディジタル信号に変換する素子又は回路である。記憶手段８は、１ディジタル信号に変換された受信信号を一時的に蓄える記憶素子又は回路あるいは記憶媒体である。レンジ圧縮手段９は、ディジタル受信信号に対してパルス圧縮処理を行い、レンジ分解能の向上した信号（レンジプロフィール）を得る部位である。なお、この説明および以降の説明において、部位という語は所定の機能を果たすように構成された素子又は回路を意味するものとするが、中央演算装置（ＣＰＵ:Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させて該当する機能を実現するように構成してもよい。

慣性航法手段１０は、複数のパルスを送信する間のこのレーダ装置を搭載した移動体の位置の変位に関する情報を出力する部位であって、例えばＧＰＳ(Global Positioning System)のような方法で位置情報を取得してもよいし、ジャイロや速度計を組み合わせて自律的に位置の時間的変化を取得するような方式を採用して構成してもよい。

グレーティングローブ分離手段１１は、レンジ圧縮手段９が出力するレンジプロフィールからグレーティングローブを分離する部位であって、動き補償手段１２とコヒーレント積分手段１３とを内部に備えている。動き補償手段１２は、レンジ圧縮手段９が出力したレンジプロフィールをシフトして、異なるレンジビンであって、同じ目標を含むレンジビンを関連づける部位である。コヒーレント積分手段１３は、レンジビン毎にコヒーレントにレンジプロフィールを積分して、信号対雑音電力比を向上することでグレーティングローブを分離する部位である。

続いて、この発明の実施の形態１によるレーダ装置の動作を説明する。低電力送信機１で発生した高周波パルスは、送受信器２−１〜２−Ｎで増幅される一方で、ビーム合成手段６によってアンテナパターンの主ビームが所望の方向θcを向くように移相される。ここで、送受信アレーアンテナ５は図２に示すようなリニアアレーであるから、その主ビームの中心方向をθcとするために、ビーム合成手段６は式（５）を満たすようにｎ番目（ｎ＝１，２，…，Ｎ）の素子アンテナの位相ψ_nを設定する。

そしてサーキュレータ４−１〜４−Ｎを介して送受信アレーアンテナ５の各素子アンテナ６−１〜６−Ｎから照射される。ここで、送信波には式（５）のような位相が設定されているので、図３に示すように、アンテナパターンの主ビームはθcを向き、グレーティングローブは、θ_c＋ｋθ_g（ｋ＝±１,±２,・・・）の方向に発生する。

送受信アレーアンテナ５が照射した送信波は、目標（あるいは電波の散乱体）によって反射され、その信号は送受信アレーアンテナ５のアレー素子６−１〜６−Ｎによって受信される。そしてサーキュレータ４−１〜４−Ｎを介して、それぞれ送受信器２−１〜２−Ｎに送出される。ここで増幅された後、受信信号はＡ／Ｄ変換器７−１〜７−Ｎに送出される。Ａ／Ｄ変換器７−１〜７−Ｎはこれらの受信信号をディジタル信号に変換した後、記憶手段８に送出し、その結果、記憶手段８によってディジタル化された受信信号が一時蓄積される。以上のようなパルス送信を繰返し周期Ｔ_priでＰ回繰り返して、Ｐ組のディジタル受信信号を記憶手段８に一時蓄積するようにする。

記憶手段８に蓄積された受信信号においては、主ビームとグレーティングローブが未だ分離されておらず、アンテナパターンに発生している主ビームとすべてのグレーティングローブの方向から反射されてきた信号の和となっている。そこで、レンジ圧縮手段９とグレーティングローブ分離手段１１は、この受信信号のうちグレーティングローブを抑圧して主ビームを分離するのであるが、それのみならず所定のグレーティングローブ以外の信号成分を抑圧してその所定のグレーティングローブのみを分離する。そうすることで、グレーティングローブの方向に放射されて受信された電力を有効に活用することが可能となるのである。以下においては、まず主ビームを分離する処理について説明する。次いで、主ビームを分離する方法を拡張して所定のグレーティングローブに分離する方法を説明する。

初めに主ビームを分離する処理について説明する。レンジ圧縮手段９は、記憶手段８に一時蓄積されたＰ組のディジタル受信信号を読み出してパルス圧縮処理を行い、レンジ分解能の向上した信号（レンジプロフィール）をＰ組算出する。グレーティングローブ分離手段１８における動き補償手段１２は、レンジ圧縮手段９が算出したＰ組のレンジプロフィールを取得し、慣性航法手段１０から位置情報を取得して、このレーダ装置を搭載する移動体の運動に起因するレンジ移動と位相変化とを補償する。そしてこのようにして動き補償がなされたレンジプロフィールを、コヒーレント積分手段１３がコヒーレントに積分する。

まず動き補償手段１２は、目標に反射された受信パターンの位相を算出する。図４は、動き補償手段１２が受信パターンの位相を算出する方法を説明するための図である。図において、符号２４〜２６は、移動体に搭載された送信アンテナ２及び受信アレーアンテナ３の各時刻における位置を示している。送受信アレーアンテナ５は移動体に搭載されているので、図に示すように速度ｖで直線運動している。また地点２４から地点２６に移動する間に時間Ｔが経過するものとする。そうすると、地点２４と地点２６の距離はｖ×Ｔとなる。また地点２５は地点２４と地点２６との中間点であるものとし、ここでは地点２５をｘ−ｙ座標系の原点Ｏにとり、送受信アレーアンテナ５の移動する方向をｙ軸の正方向とする。さらにｙ軸の正方向とアジマス方向に角度θをなす位置に目標２７が存在しており、原点Ｏと目標２７の距離をＲ₀とする。なお以後の説明では、角度θをスクイント角と呼ぶこととする。なお、以下の説明では、移動体の移動方向と送受信アレーアンテナ５の開口方向が一致した場合について説明を行うが、送受信アレーアンテナ５の開口方向が進行方向と異なる場合であっても、角度を補正すれば容易に適用できるものである。

図４から明らかなように、移動体から目標２４までの時刻ｔにおける距離Ｒ(θ，ｔ)は余弦定理より式（６）で算出される。

式（６）において、移動体の移動距離ｖｔがＲ₀に比べて小さい場合には、式（６）の右辺を式（７）のように近似することができる。

式（７）を用いれば、波長λで送受信された電波はＲ(θ，ｔ)の距離を往復するので、受信パターンの位相φ(θ,ｔ)は式（８）で与えられる。動き補償手段１２はこのφ(θ,ｔ)を算出する。

そして、動き補償手段１２は、レンジ圧縮手段９が出力したレンジプロフィールに対して位相補償を行う。ここでレンジビン数をＭとし、ｍをＭ以下の自然数とする。そうすると、目標２７によって反射されたパルスの信号を積分して積み上げるためには、まず慣性航法装置１９の情報を元に、パルス送信繰返し周期Ｔ_priで送受信したＰ組のレンジプロフィールＹ_p,m（ｐ＝１，２，…，Ｐ、ｍ＝１，２，…，Ｍ）をシフトして、目標２７を含むレンジビンが同じレンジビン番号ｍになるように揃える処理を実施する。ここで、レンジビンをそろえたレンジプロフィールをＹ'_p,mとすれば、動き補償手段１２は式（９）にしたがってレンジとスクイント角に基づく位相補償を行う。

続いてコヒーレント積分手段１３は、動き補償手段１２が式（９）に基づいて位相補償したレンジプロフィールＺ_m(ｐ)（ｐ＝１，２，…，Ｐ）を式（１０）に基づいてコヒーレント積分する。

式（９）、式（１０）の処理によって、アジマス方向の角度がθ、距離がＲ_０の位置にある目標２７からの受信信号は積み上がるが、他のアジマス角からの信号は、移動体の移動によって生じる位相の変化の仕方が異なるため積み上がらない。すなわち、式（９）、式（１０）の処理によってアジマス方向の角度がθ、距離がＲ_０の位置にある目標２７からの受信信号を他から分離して抽出できる。以上が、主ビームを分離する方法である。

次に主ビームとすべてのグレーティングローブの方向から反射されてきた信号の和から所定のグレーティングローブを分離する方法について説明する。以下においては、主ビームがθ_cを向き、グレーティングローブは、θ_c＋kθ_g（ｋ＝±１，±２，…）の方向に発生しているものとする。まず、動き補償手段１２は慣性航法手段１０の情報に基づいて、レンジビンをそろえる処理を適用した後、式（１１）に基づいて主ローブと各グレーティングローブの方向のそれぞれに対応した位相補償処理を適用する。

ここでＫは整数であって、式（１１）の結果として抽出されるグレーティングローブの本数は２Ｋ＋１となる。すなわち、抽出しようとしているグレーティングローブの本数に合わせてＫを決定すればよいのである。さらに、ここでは主ビームの方向に関して左右対称な本数を抽出しているが、必要な方向のみについて位相補償処理を行えばよい。

続いて、コヒーレント積分手段１３はレンジビンをそろえて、補償を施された信号Ｚ_k,m(ｐ)（ｐ＝１，２，…，Ｐ；ｋ＝±１，±２，…，±Ｋ）を、式（１２）に基づいてコヒーレント積分する。

式（１１）と式（１２）で表される処理は、所望の方向にフォーカスしたドップラーフィルターによって主ビームとグレーティングローブの信号をそれぞれ抽出して分離する処理に相当する。これは、移動体の移動方向に対するアジマス角度によって、ドップラー周波数が異なる性質を利用したものである。

図５は式（１２）によるコヒーレント積分を行うことで抽出されるθ_c―θ_g方向のグレーティングローブの状態を示す図である。図の破線２８はθ_c―θ_gの方向にフォーカスしたドップラーフィルターの応答パターンであり、実線２９はアンテナパターンとドップラーフィルター２８の合成パターンである。図に示すように、θ_c―θ_gの方向にフォーカスしたドップラーフィルターによってグレーティングローブ分離手段１１はθ_c―θ_gの方向の信号のみを抽出する。

さらに、ビーム合成手段３の制御によって素子アンテナ６−１〜６−Ｎの位相を変化させれば主ビームの方向θ_cを走査することにより、アジマス角度方向に広がりのある領域を観測することが可能である。また、θ_cの走査範囲をθ_gとすることによって、（２Ｋ＋１）θ_gの角度範囲を連続的に観測することが可能である。

ところで、式（９）、式（１０）はスクイント方向のＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar；合成開口レーダ）に他ならない。したがって、式（１０）のコヒーレント積分後のアジマス分解能Δθ_dは式（１３）で表されることが知られている。

ドップラー周波数を用いてθ_c―θ_gの方向の信号のみを抽出するためには、隣接するグレーティングローブ（この場合はθ_cとの方向とθ_c―２θ_gの方向のグレーティングローブ）が十分に抑圧される必要がある。このような条件は、式（１３）より以下のように定量的に表現される。

なお、式（１４）および以降の説明において、ｍｉｎ｛Ａ，Ｂ｝は、ＡとＢのいずれか小さい方を採用することを意味している。またｍａｘ［Ａ，Ｂ］は、ＡとＢのいずれか大きい方を採用することを意味している。

式（１４）から、グレーティングローブを分離する上で要求される最低限の観測時間Ｔが導かれる。また観測時間Ｔを式（１４）から導かれる最小の観測時間よりも長くできる状況では、式（１０）のコヒーレント積分後のアジマス分解能が、送受信アレーアンテナ５の開口長Ｌによって決まる分解能よりも高くなる（つまり、Δθ_d＜Δθが成り立つ）場合がある。ただし、一般に知られている通り、ＳＡＲの処理によって進行方向正面付近における方位方向の分解能は向上しない。このことは、式（１３）においてθ＝０とすると右辺が発散することからも確かめられる。結局、全体としての方位方向の分解能は、アレーアンテナの開口長Ｌによって決まる分解能Δθと、式（１３）の分解能Δθ_dのうちより分解能の高いほうによって定義される。

すなわち、進行方向正面付近の分解能は、送受信アレーアンテナ５の開口長Ｌで決まる分解能となる。一方、アジマス方向の角度θが大きい領域では、式（１０）のコヒーレント積分の結果得られる方位方向の角度分解能は、受信パターンの主ビームの太さで決まる角度分解能よりも高くなることがある。

以上から明らかなように、この発明の実施の形態１のレーダ装置によれば、複数パルスの送受信によって得られた受信信号に対して、移動体の移動によって生じるレンジのシフトと位相の変化を補償した後にコヒーレントに積分することによってグレーティングローブを分離することとしたので、複数方向を同時に観測し、グレーティングローブ方向の電力を有効活用できるのである。

また、グレーティングローブの発生を許すこととしたので、アレーアンテナの素子間隔を広げることが可能となる。このため、このレーダ装置では、素子アンテナ数を削減できることとなり、構造を単純化し安価に構築することができるのである。

さらに、各素子アンテナへの給電の位相を変化させてビームを振ることによって、走査範囲に比して広い範囲を同時に走査することを可能にする効果を奏する。

なお、送受信アレーアンテナ５の開口面が移動プラットフォームの進行方向を向く場合について説明したが、上記の技術は送受信アレーアンテナ５の開口面が進行方向から外れている場合についても、同様に適用が可能である。

また、送受信アレーアンテナ５として、一次元のリニアアレーを例にとって説明したが、２次元アレーや不等間隔アレーなど他の構成のアレーアンテナであっても、式（１）、式（２）などの一部の計算が異なるのみであり、容易に適用することもできるのである。

実施の形態２．
実施の形態１では、送受兼用アレーアンテナを用いて構成する例について説明したが、送受信をそれぞれ専用のアレーアンテナで行うような構成であっても適用することができる。この発明の実施の形態２によるレーダ装置はかかる特徴を有するものである。図６は、この発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成を示す図である。図において、図１と同一の符号を付した構成要素は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。図の移相器２１−１〜２１−ＮｔはＮｔ個のアレー素子からなる送信用アレーアンテナの位相を変化させる素子又回路であり、Ｎｔ個のアレー素子のそれぞれについて個別に準備される。この発明の実施の形態２にあっても、実施の形態１と同様に、ビーム合成手段３が各アレー素子の位相を制御するための信号を移相器２１−１〜２１−Ｎｔに送出するようになっている。送信アレーアンテナ２２は、Ｎｔ個のアレー素子２３−１〜２３−Ｎｔを備えるアレーアンテナであり、その素子間隔をｄ_t、開口長をＬ_tとするものである。一方、受信アレーアンテナ２４は、Ｎｒ個のアレー素子２５−１〜２５−Ｎｒを備えており、その素子間隔をｄ_r、開口長をＬ_rとしている。図７は、送信アレーアンテナ２２と受信アレーアンテナ２４とのそれぞれの素子間隔と開口長を図で表したものである。この場合において、送信アレーアンテナ２２、受信アレーアンテナ２４の開口長と素子間隔には次のような関係が成立する。

送信アレーアンテナ２２が照射する送信波の波長をλとすれば、送信アレーアンテナ２２の主ビーム幅Δθｔ[rad]は及び受信アレーアンテナ２４の主ビーム幅Δθｒ[rad]はそれぞれ式（１７）で与えられる。

素子間隔ｄｔ，ｄｒが波長λよりも充分に大きい場合に、送信アレーアンテナ２２のアンテナパターンに発生するグレーティングローブの間隔θ_gｔ[rad]、と受信アレーアンテナ２４のアンテナパターンに発生するグレーティングローブの間隔θ_gｒ[rad]は式（１８）で表される。

ここで、送受信のパターンに生じるグレーティングローブの間隔θ_gｔｒを、間隔θ_gｔ、θ_gｒのいずれよりも広くすることで、グレーティングローブを分離するために必要なドップラー分解能を低く保ち、観測時間を短縮する。そのために送信アレーアンテナ２２と受信アレーアンテナ２４の双方が満たす必要のある条件を以下に導出する。図８は、以上で示した送信アレーアンテナ２２と受信アレーアンテナ２４の主ビーム幅Δθ_ｔ、Δθ_ｒ、送信アレーアンテナ２２と受信アレーアンテナ２４のアンテナパターンに発生するグレーティングローブの間隔θgｔ、θgｒの関係を示す図である。図において、破線４７は送信アンテナパターンを表すものであり、実線４８は受信アンテナパターンを表している。図より、送信アンテナパターンと受信アンテナパターンに発生するグレーティグローブの位置が異なることが分かる。送受信(往復)のパターンは、送信アンテナパターンと受信アンテナパターンの積であるから、送受信のパターンに生じるグレーティングローブの間隔θ_gｔｒは、式（１９）で算出される。

ここで、αについては、ｎθ_gｔ＝ｍθ_gｒを満たす整数ｎ、ｍの組から最小のｎを選択してαの値とする。

送信アンテナパターンあるいは受信アンテナパターンに生じるグレーティングローブが他方のパターンのビーム幅の中に複数入ってしまわないようにするためには、θ_gｔは受信アンテナパターンのビーム幅Δθ_ｒよりも広く、θ_gｒは送信アンテナパターンのビーム幅Δθ_ｔよりも広くする必要がある。このことから、送信アレーアンテナ２２の開口長Ｌ_ｔと素子間隔ｄ_ｔおよび受信アレーアンテナ２４の開口長Ｌ_ｒと素子間隔ｄ_ｒは、式（２０）の関係を満たすことが要求される。

式（２０）において式（１７）の関係を考慮すれば、式（２１）となる。

したがって、

が得られる。

式（２２）を満たすように送信アレーと受信アレーの素子間隔を選ぶことによって、送受信のパターンに生じるグレーティングローブの間隔θ_gｔｒを、間隔θ_gｔ、θ_gｒのいずれよりも広くすることが可能となる。

引き続き、この発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成について説明する。移相器２６−１〜２６−Ｎｒは、受信アレーアンテナ２４の主ビームの方向を制御するために位相を変化させる素子又は回路であって、移相器２１−１〜２１−Ｎｔと同様に、ビーム合成手段３の制御によって位相を決定する。受信器２７−１〜２７−Ｎｒは微弱信号である受信アレーアンテナ２４の出力を増幅する増幅器である。Ａ／Ｄ変換器２８−１〜２８−Ｎｒは、受信器２７−１〜２７−Ｎｒが出力するアナログ信号をディジタル信号に変換する素子又は回路である。

次に、この発明の実施の形態２によるレーダ装置の動作について説明する。低電力送信器１が生成した高周波パルスは、Ｎｔ個の位相器２１−１〜２１−Ｎｔへ送出される。一方、ビーム合成手段３は移相器２１−１〜２１−Ｎｔの位相量を制御しており、移相器２１−１〜２１−Ｎｔは高周波パルスの位相をこの位相量に変化させて送信アレーアンテナ２２に出力される。その結果、送信アレーアンテナ２２は送信アンテナパターンの主ビームが所望の方向θcを向くこととなって、送信パルスが照射される。

ここで、送信アレーアンテナ２２が図７に示すリニアアレーの構成をとる場合、送信アンテナパターンの主ビームの中心方向をθcへ向けるためにビーム合成手段３はｎ番目のアレー素子２３−ｎの位相ψ_ｎを式（２３）を満たすように設定する。

移相器２６−１〜２６−Ｎｒは、アレー素子２５−１〜２５−Ｎｒの受信アンテナパターンの主ビームが所望の方向θcを向くように受信パルスの位相を回転させている。ここで、受信アンテナパターンの主ビームの中心方向をθcへ向けるためにビーム合成手段３はｎ番目のアレー素子２５−ｎの位相ψ_ｎを式（２４）を満たすように設定する。

その結果、目標（あるいは電波の散乱体）に照射された送信パルス波は反射されてＮｒ個のアレー素子２５−１〜２５−Ｎｒに受信される。これらの受信波は受信器２７−１〜２７−Ｎｒに送出される。

受信器２７−１〜２７−Ｎｒは位相器２６−１〜２６−Ｎｒが出力した受信信号を合成して、増幅及び位相検波する。そして、Ａ／Ｄ変換器２８−１〜２８−Ｎｒは受信器２７−１〜２７−Ｎｒが出力したアナログ受信信号をディジタル信号に変換する。以後、記憶手段８、レンジ圧縮手段９、慣性航法手段１０、動き補償手段１２、コヒーレント積分手段１３の動作は実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

以上から明らかなように、この発明の実施の形態２のレーダ装置によれば、送信アレーと受信アレーを別々に構成し、送信素子アンテナの間隔と受信素子アンテナの間隔が異なるように設定することで、送受信パターンに発生するグレーティングローブの間隔を広げることができるが、これによってグレーティングローブを分離するために必要なドップラー分解能が低くて済むため、観測時間を短縮できる。

また、送信アレーアンテナ２２や受信アレーアンテナ２４として、一次元のリニアアレーを例にとって説明したが、２次元アレーや不等間隔アレーなど他の構成のアレーアンテナであっても、式（１６）〜式（２２）の計算が異なるのみであり、容易に適用することもできるのである。

この発明は、特にアレーアンテナを有するレーダ装置に有用である。

この発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の送受信アレーアンテナの開口長と素子間隔との関係を表す図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の主ビーム幅とアンテナパターンに発生するグレーティングローブの間隔との関係を示す図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置が受信パターンの位相を算出する方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置において抽出されるグレーティングローブの状態を示す図である。 この発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２によるレーダ装置の送信アレーアンテナと受信アレーアンテナの開口長と素子間隔との関係を表す図である。 この発明の実施の形態２によるレーダ装置の送信アレーアンテナと受信アレーアンテナのアンテナパターンを表す図である。

符号の説明

５ 送受信アレーアンテナ、
６−１〜６−Ｎ アレー素子、
９ レンジ圧縮手段、
１０ 慣性航法手段、
１１ グレーティングローブ分離手段、
１２ 動き補償手段、
１３ コヒーレント積分手段、
２２ 送信アレーアンテナ、
２３−１〜２３−Ｎ アレー素子、
２４ 受信アレーアンテナ、
２５−１〜２５−Ｎ アレー素子。

Claims (4)

1. 移動体に搭載され、開口面が前記移動体の進行方向を向き、外部目標に対して複数パルスを照射する送信アレーアンテナと、
   前記移動体に搭載され、開口面が前記移動体の進行方向を向き、前記外部目標より反射された前記複数パルスを受信する受信アレーアンテナと、
   前記受信アレーアンテナが受信した前記複数パルスのそれぞれを受信信号としてレンジ圧縮し、主ビームとグレーティングローブとの信号の和であるレンジプロフィールをレンジビン毎に出力するレンジ圧縮手段と、
   前記複数パルスを照射する間の前記移動体の位置の変位に関する位置情報を出力する慣性航法手段と、
   前記レンジ圧縮手段が出力したレンジビン毎のレンジプロフィールを、前記位置情報に基づきレンジシフトして同じ目標に関する複数のレンジプロフィールを関連づけ、また前記レンジプロフィールを位相補償して、位相補償されたレンジプロフィールを前記複数パルスにわたってコヒーレントに積分し、所定のアジマス方向及び所定の距離の目標からの受信信号が積み上がり、他の目標からの受信信号は前記移動体の移動によって生じる位相の変化の違いにより積み上がらないことを利用し、前記位相補償されたレンジプロフィールから主ビームを分離する
   グレーティングローブ分離手段と、を備え、
   前記グレーティングローブ分離手段は、
   前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナとの送受信アンテナパターンによって生じるグレーティングローブについて、前記レンジビン毎のレンジプロフィールを、前記位置情報に基づきレンジシフトして同じ目標に関する複数のレンジプロフィールを関連づけ、また前記レンジプロフィールを位相補償して、位相補償されたレンジプロフィールを前記複数パルスにわたってコヒーレントに積分し、所定のアジマス方向及び所定の距離の目標からの受信信号が積み上がり、他の目標からの受信信号は前記移動体の移動によって生じる位相の変化の違いにより積み上がらないことを利用し、前記位相補償されたレンジプロフィールから各グレーティングローブを分離し、前記移動体の進行方向正面付近の方位方向の分解能を向上させる
   ことを特徴とする合成開口レーダ装置。
2. 前記グレーティングローブ分離手段は、複数の前記グレーティングローブの方向に前記レンジビン毎のレンジプロフィールを位相補償し、位相補償されたレンジプロフィールをコヒーレントに積分することにより、同一の前記複数パルスの組から複数のグレーティングローブを分離することを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダ装置。
3. 前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナはそれぞれ複数のアレー素子を有し、
   前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの各アレー素子は、前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナの双方のアンテナパターンに発生するグレーティングローブの間隔のいずれよりも送受信パターンに生じるグレーティングローブの間隔が広くなるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダ装置。
4. 移動体に搭載された送信アレーアンテナの開口面を前記移動体の進行方向を向け、外部目標に対して複数パルスを照射する送信ステップと、
   前記移動体に搭載された受信アレーアンテナの開口面を前記移動体の進行方向を向け、前記外部目標より反射された前記複数パルスを受信する受信ステップと、
   前記受信アレーアンテナが受信した前記複数パルスのそれぞれを受信信号としてレンジ圧縮し、主ビームとグレーティングローブとの信号の和であるレンジプロフィールをレンジビン毎に出力するレンジ圧縮ステップと、
   前記複数パルスを照射する間の前記移動体の位置の変位に関する位置情報を出力する慣性航法情報出力ステップと、
   前記レンジ圧縮ステップで出力されたレンジビン毎のレンジプロフィールを、前記位置情報に基づきレンジシフトして同じ目標に関する複数のレンジプロフィールを関連づけ、また前記レンジプロフィールを位相補償して、位相補償されたレンジプロフィールを前記複数パルスにわたってコヒーレントに積分し、所定のアジマス方向及び所定の距離の目標からの受信信号が積み上がり、他の目標からの受信信号は前記移動体の移動によって生じる位相の変化の違いにより積み上がらないことを利用し、前記位相補償されたレンジプロフィールから主ビームを分離するグレーティングローブ分離ステップと、を有し、
   前記グレーティングローブ分離ステップでは、
   前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナとの送受信アンテナパターンによって生じるグレーティングローブについて、前記レンジビン毎のレンジプロフィールを、前記位置情報に基づきレンジシフトして同じ目標に関する複数のレンジプロフィールを関連づけ、また前記レンジプロフィールを位相補償して、位相補償されたレンジプロフィールを前記複数パルスにわたってコヒーレントに積分し、所定のアジマス方向及び所定の距離の目標からの受信信号が積み上がり、他の目標からの受信信号は前記移動体の移動によって生じる位相の変化の違いにより積み上がらないことを利用し、前記位相補償されたレンジプロフィールから各グレーティングローブを分離し、前記移動体の進行方向正面付近の方位方向の分解能を向上させる
   ことを特徴とする合成開口レーダ装置の信号処理方法。

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