JP4545606B2 - レーダ断面積測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、屋外におけるレーダ断面積測定装置に関するものである。

屋外におけるレーダ断面積測定装置として、地面反射を含む状態で被測定物からの反射波を測定し、自由空間中の遠方領域のレーダ断面積を求める測定装置が報告されている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。

この測定法に基づく測定装置では、地面反射が存在する環境下で、送受信アンテナから放射された電波は被測定物を照射し、反射後、送受信アンテナで受信される。また、地面反射が存在する環境では、送受信アンテナから放射され被測定物で反射後、送受信アンテナで受信される電波は４つのパスを経由して受信される。

つまり、送受信アンテナから放射された電波が被測定物に直接照射されて反射した後、送受信アンテナで直接受信されるパスと、送受信アンテナから放射された電波が被測定物に直接照射されて反射した後、地面を介して反射され、その後、送受信アンテナで受信されるパスと、送受信アンテナから放射された電波が地面に反射した後に被測定物に照射され、その後、送受信アンテナで直接受信されるパスと、送受信アンテナから放射された電波が地面に反射した後に被測定物に照射され、その後、再び地面に反射された後、送受信アンテナで受信されるパスとが存在する。

地面反射が存在する環境でのレーダ断面積測定は、この４つのパスの反射波が同一振幅、同一位相とみなせるように、送受信アンテナ高を設定し測定する。この条件は次式で与えられる。

Ｈａ・Ｈｔ＝ｍ・Ｒ・λ／４ （１）

ここで、Ｈａはアンテナ高、Ｈｔはターゲット高、Ｒは測定レンジ、λは測定波長、ｍは奇数の整数であり、一般に１の状態が使用される。

この条件が満たされるときに、経路長としては４つのパスが同一にみなせるが、被測定物の反射特性および地面反射の特性も影響する。まず、地面の反射係数が振幅１，位相１８０度と見なせるように、地面へは非常に低い角度で電波が入射する必要がある。

また、これに加え、被測定物の反射特性が４つのパスに対して同一に見なせるようにするため、地面反射を含む条件でのレーダ断面積測定では、測定レンジが長く、かつ送受信アンテナが低く位置しなければならないことになる。

Nicholas C. Currie (編集)、"Techniques of Radar Reflectivity Measurement"、pp.261-pp.271、Artech House Publishers 1984 年出版 Rodger D. Nichols;John M. Stinson;Nancy E. Dougherty;James R. Newhouse, "ANSI Z-540/ISO 25 CERTIFICATION ACTIVITIES AT THE LOCKHEED MARTIN HELENDALE OUTDOOR レーダ断面積 RANGE,"AMTA2001 session 1-64,pp.20-25.

上述したように、地面反射の影響を含むレーダ断面積測定では、測定レンジを大きくする必要があった。また、Ｖ偏波はＨ偏波に比べて反射位相が１８０度近傍になる角度が小さく、Ｈ偏波測定時よりも更に大きな測定レンジが必要になるため、測定エリアが限られた地域ではこのレーダ断面積測定装置を実現できないという問題点があった。

この発明は上述した点に鑑みてなされたもので、測定系全体のレンジが小さくても長い伝搬距離が得られるレーダ断面積測定装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ断面積測定装置は、被測定物に電波を照射して反射された電波を受信する送受信アンテナと、被測定物を回転させる回転機構とを備え、被測定物を回転させて受信パターンを測定することにより被測定物のレーダ断面積を測定するレーダ断面積測定装置において、前記送受信アンテナの放射方向に設けられ、前記送受信アンテナから放射された電波を反射させて前記被測定物を照射するように配置され、レーダ断面積を測定する距離を増大する反射板を備え、前記送受信アンテナから前記被測定物を照射するまでの距離が、前記被測定物と前記反射板との間の距離の２倍程度になるようにしたことを特徴とする。

この発明によれば、送受信アンテナが被測定物を直接照射するのでなく反射板を介して被測定物を照射することにより、測定系全体のレンジは小さくても長い伝搬距離が得られる。

実施の形態１．
図１（ａ）と（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係るレーダ断面積測定装置を示す図である。本実施の形態１に係るレーダ断面積測定装置は、図１（ａ）に示すように、電波を送受信する送受信アンテナ１と、電波を反射する反射板２と、被測定物３をＡｚ方向に回転させて受信パターンを測定するための回転機構４とを備え、受信パターンを測定することによりレーダ断面積を測定するようになされている。本実施の形態１において、送受信アンテナ１は被測定物３の近傍に設けられ、送受信アンテナ１から放射された電波は、反射板２で反射され、被測定物３を照射する。さらに、被測定物３で反射された電波が、反射板２で反射され、送受信アンテナ１へ到達するように構成されている。

このレーダ断面積測定装置では、送受信アンテナ１から放射された電波が反射板２を介し被測定物３を照射するため、図１（ｂ）に示すように、送受信アンテナ１から反射板２までの距離をＲとすると、送受信アンテナ１から被測定物３まで電波が到達する距離は２Ｒとなる。したがって、従来例のように反射板を使用しない測定装置に比べて、レーダ断面積測定装置が占有する距離は約１／２に短縮することが出来る。

すなわち、被測定物３へ照射される電力密度をＰｉ、観測される電力密度をＰｓ、被測定物３と送受信アンテナ１との間の距離をＲ、被測定物３の大きさをＤとすると、被測定物３のレーダ断面積σは次式で定義される。

これより、レーダ断面積は無限遠方で定義される物理量であり、この無限遠方と見なせる距離Ｒ_∞であることの条件は、一般に次式となる。
Ｒ_∞＝２Ｄ^２／λ

ここで、レーダ断面積を測定する距離Ｒは、Ｒ_∞より大きいところで測定する必要があるが、実施の形態１に係る測定法では、送受信アンテナ１が被測定物３を直接照射するのでなく反射板２を介して被測定物３を照射することにより、測定系全体のレンジは小さくても長い伝搬距離が得られ、測定装置自体が占める測定距離を短縮することができる。

このレーダ断面積測定装置では、非特許文献３などで述べられているフィールド変換技術と組み合わせることも可能である（非特許文献３：稲沢他”近傍領域の一次元散乱界測定値を用いた遠方ＲＣＳ推定法”1999年電子情報通信学会総合大会B-1-10）。

すなわち、フィールド変換技術は、送受信アンテナ１と被測定物３との間の電波の到達距離自体が、Ｒ_∞より小さいところでの測定を実現するもので、この近距離で測定した散乱電界を変換して等価的に遠方でのレーダ断面積を求めることができる。

従って、実施の形態１によれば、送受信アンテナ１が被測定物３を直接照射するのでなく反射板２を介して被測定物３を照射することにより、測定系全体のレンジは小さくても長い伝搬距離が得られる。

実施の形態２．
図２（ａ）と（ｂ）は、この発明の実施の形態２に係るレーダ断面積測定装置を示す図である。図２に示す実施の形態２に係るレーダ断面積測定装置において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図２（ａ）に示すように、実施の形態２に係るレーダ断面積測定装置において、図１に示す実施の形態１の送受信アンテナ１が被測定物３の近傍に設けられたのに対し、実施の形態２の送受信アンテナ１は、反射板２側に設けられている。また、被測定物３側に反射板５がさらに備えられ、送受信アンテナ１から放射した電波が２つの反射板５及び２を介して被測定物３を照射するように配置されている。

本実施の形態２において、送受信アンテナ１から放射された電波は、２つの反射板５及び２で反射され、被測定物３を照射する。さらに、被測定物３で反射された電波が、再び２つの反射板２及び５で反射され、送受信アンテナ１へ到達するように構成されている。

この測定装置では、送受信アンテナ１から放射された電波が２つの反射板５及び２を介し被測定物３を照射するため、図２（ｂ）に示すように、送受信アンテナ１から一つの反射板５までの距離をＲとすると、送受信アンテナ１から被測定物３まで電波が到達する距離は３Ｒとなる。したがって、従来例のように反射板を使用しない測定装置に比べて、レーダ断面積測定装置が占有する距離は約１／３に短縮することが出来る。また、３つの反射板を用いて構成する方法も同様に考えることが出来る。

従って、実施の形態２によれば、反射板５がさらに備え、送受信アンテナ１から放射した電波が２つの反射板５及び２を介して被測定物３を照射するようにしたので、測定装置自体が占める測定距離を実施の形態１に比べさらに短縮することができる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係るレーダ断面積測定装置を示す図である。図３に示す実施の形態３に係るレーダ断面積測定装置において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。実施の形態３に係るレーダ断面積測定装置においては、図１に示す実施の形態１の反射板２の代わりに、電波を反射しかつ直線偏波の偏波を反転させる偏波変換板６が設けられている。

偏波変換板６は、例えば非特許文献４（Samuel Silver著“Microwave Antenna Theory and Design”、 IEE Electromagnetic Waves Series 19）のpp.447-pp.448などで説明されている。直線偏波がこの偏波変換板６で反射すると、入射前の偏波と逆になる性質を有する。したがって、Ｖ偏波で入射した電波が反射されるとＨ偏波になる。また、Ｈ偏波で入射した電波が反射されるとＶ偏波になる性質を有する。地面反射を含むレーダ断面積測定装置では、電波は低い入射角で地面に入射し、反射係数は振幅１、反射位相は１８０度になることが前提になっている。一方、地面反射の特性が振幅１、反射位相１８０度を満たすためには、Ｖ偏波がＨ偏波にくらべてより低い入射角である必要がある。この事実は、被測定物の高さが同じ場合、Ｖ偏波で測定条件を満たすためには測定レンジを大きくしなければならないことを意味する。

本実施の形態３では、Ｖ偏波を測定する際に、送受信アンテナ１からＨ偏波の電波を送信し、偏波変換板６で反射後にはＶ偏波となり、被測定物３を照射する。さらに、被測定物３で反射されたＶ偏波の電波が、再び偏波変換板６で反射されＨ偏波となり、送受信アンテナ１へ到達するように構成されている。

従って、実施の形態３によれば、送受信アンテナ１から送信された電波および送受信アンテナ１で受信される電波はＨ偏波であり、地面反射点に入射する電波はＨ偏波であるにもかかわらず、Ｖ偏波で被測定物３を照射するため、Ｖ偏波のレーダ断面積の特性を測定することができる。このため、測定距離は、Ｖ偏波の地面反射特性の影響を受けることなく、Ｈ偏波と同様の距離で測定することが可能になる。

すなわち、Ｖ偏波の特性の測定では、長い測定レンジが必要になるため、偏波変換板６を設け、送受信アンテナ１からはＨ偏波を送信し、反射点近傍ではＨ偏波であるが、被測定物３を照射する際にはＶ偏波とすることにより、測定レンジをＨ偏波と同程度にすることができる。

実施の形態４．
図４（ａ）と（ｂ）は、この発明の実施の形態４に係るレーダ断面積測定装置を示す図である。図４に示す実施の形態４に係るレーダ断面積測定装置において、図３に示す実施の形態３と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図４（ａ）に示すように、実施の形態４に係るレーダ断面積測定装置においては、図３に示す実施の形態３に対し、金属スリット板７をさらに備え、送受信アンテナ１から放射された電波が、偏波変換板６と金属スリット板７で反射し、送受信アンテナ１と偏波変換板６との間の４倍の距離で被測定物３を照射するようになされている。

図４において、例えば送受信アンテナ１が送受信する電波がＨ偏波とし、金属スリット板７が地面に垂直にスリットがきられているとする。この場合、金属スリット板７は、Ｈ偏波を完全透過し、Ｖ偏波は完全に反射する性質を有する。図４（ｂ）に示すように、送受信アンテナ１から放射された電波はＨ偏波であるため、金属スリット板７を透過し、偏波変換板６で反射され、再び金属スリット板７の位置Ｃに到達する。このとき、偏波変換板７で一度反射されているため、位置ＣにはＶ偏波で到達しているため、電波は完全反射される。この完全反射された電波は、偏波変換板６で再び反射され、Ｈ偏波として金属スリット板７上の位置Ｅに到達する。Ｈ偏波は透過する性質を持っているため、そのまま被測定物３を照射する。被測定物３で反射後は逆の経路を経て送受信アンテナ１に到達することになる。

従って、実施の形態４によれば、送受信アンテナ１から放射された電波は、金属スリット板７と偏波変換板６との距離Ｒの約４倍で被測定物に到達する。このため、反射板や金属スリット板を設けない測定装置に比べて、測定レンジを約１／４にすることが可能になる。なお、Ｖ偏波の測定時には金属スリット板７が地面に平行にきられているものを用いればよい。

この発明の実施の形態１に係るレーダ断面積測定装置を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るレーダ断面積測定装置を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るレーダ断面積測定装置を示す図である。 この発明の実施の形態４に係るレーダ断面積測定装置を示す図である。

符号の説明

１ 送受信アンテナ、２ 反射板、３ 被測定物、４ 回転機構、５ 反射板、６ 偏波変換板、７ 金属スリット板。

Claims (4)

1. 被測定物に電波を照射して反射された電波を受信する送受信アンテナと、被測定物を回転させる回転機構とを備え、被測定物を回転させて受信パターンを測定することにより被測定物のレーダ断面積を測定するレーダ断面積測定装置において、
   前記送受信アンテナの放射方向に設けられ、前記送受信アンテナから放射された電波を反射させて前記被測定物を照射するように配置され、レーダ断面積を測定する距離を増大する反射板を備え、
   前記送受信アンテナから前記被測定物を照射するまでの距離が、前記被測定物と前記反射板との間の距離の２倍程度になるようにした
   ことを特徴とするレーダ断面積測定装置。
2. 請求項１に記載のレーダ断面積測定装置において、
   反射板をさらに備え、前記送受信アンテナから放射した電波が２つの反射板を介して被測定物を照射するように配置した
   ことを特徴とするレーダ断面積測定装置。
3. 請求項１に記載のレーダ断面積測定装置において、
   前記反射板を偏波変換板で構成した
   ことを特徴とするレーダ断面積測定装置。
4. 請求項３に記載のレーダ断面積測定装置において、
   金属スリット板をさらに備え、前記送受信アンテナから放射された電波が、前記偏波変換板と前記金属スリット板で反射し、前記送受信アンテナと前記偏波変換板との間の４倍の距離で被測定物を照射するようにした
   ことを特徴とするレーダ断面積測定装置。

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