JP4805976B2 - レーダ試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、航空機や人工衛星などの飛翔体に搭載された合成開口レーダが撮像したレーダ画像の絶対校正等に用いられるレーダ試験装置に関する。

合成開口レーダのレーダ画像の絶対校正などにはレーダ試験装置が用いられている。図４に、人工衛星に搭載された合成開口レーダ１と地球表面２に設置された従来のレーダ試験装置３００との関係を模式的に示す。なお図４においてＳは人工衛星の進行方向である。

代表的なレーダ試験装置としては、図５及び図６に示す構成のものが存在する。図５に示すレーダ試験装置３００は、人工衛星に搭載された合成開口レーダ１と地球表面２に設置されたレーダ試験装置３００との間で電波の送受信を行うものであり、送受信を行うアンテナ３と、受信信号の増幅を行う増幅器４と、受信信号に周波数オフセットを与える移相器１６と、周波数オフセット量を制御する移相器コントローラ１７と、レーダ断面積を設定する可変抵抗減衰器１３とを具備している。

人工衛星に搭載された合成開口レーダ１からの電波は、地球表面２に設置されたレーダ試験装置３００内の受信用アンテナ３ａで受信されてから、増幅器４ａで所定レベルまで増幅される。増幅された受信信号は、移相器１７に入力される。そして移相器コントローラ１８の制御信号に基づいて、移相器１７の位相を０〜２πラジアンの範囲で所定の繰り返し周波数ｆ_０で変化させると、受信信号は周波数ｆ_０の周波数オフセットを受けることになる。この周波数オフセットを伴った信号を増幅器４ｂで所定レベルまで増幅させた後、レーダ試験装置３００のレーダ断面積が所定の値に設定されるよう可変抵抗減衰器１４の減衰量を調整した後、送信用アンテナ３ｂから合成開口レーダ１に向けて電波が送信される。

合成開口レーダ１からの受信信号に、周波数ｆ_０の周波数オフセットをレーダ試験装置３００で与えてから合成開口レーダ１に向けて送信すると、レーダ試験装置３００の見かけ上の位置が合成開口レーダ１のレーダ画像内で、アジマス方向にシフトさせることができる（非特許文献１参照）。

図６のレーダ試験装置３５０は、従来のレーダ試験装置のほかの例であり、人工衛星に搭載された合成開口レーダ１と地球表面２に設置されたレーダ試験装置３５０との間で電波の送受信を行うものであり、送受信を行うアンテナ３と、受信信号の周波数変換を行うためのミキサ５と、ミキサ５へのローカル信号を与える局部発振器７と、受信信号のＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄコンバータ８と、受信信号に遅延を与える遅延回路１９と、遅延回路１９の遅延量を制御する遅延回路コントローラ２０と、受信信号のＤ／Ａ変換を行うＤ／Ａコンバータ１０と、受信信号の増幅を行う増幅器４とを具備している。

人工衛星等の飛翔体に搭載された合成開口レーダ１からの電波は、地球表面２に設置されたレーダ試験装置３５０内の受信用アンテナ３ａで受信されてからミキサ５ａに入力される。局部発振器７で生成されたローカル信号は、ミキサ５ａに入力され、受信信号と混合されて中間周波数にダウンコンバートされる。その後、Ａ／Ｄコンバータ８でＡ／Ｄ変換されたデジタル受信信号は、遅延回路１９で所定の遅延時間が与えられて出力される。出力された遅延を伴うデジタル受信信号は、Ｄ／Ａコンバータ１０で中間周波数のアナログ信号に変換された後、局部発振器７からのローカル信号とミキサ５ｂで混合されてアップコンバートされる。アップコンバートされた受信信号は、合成開口レーダ１からの受信信号に遅延時間を伴った受信信号となる。この遅延時間を伴った受信信号は、増幅器４で所定のレベルまで増幅された後、送信用アンテナ３ｂから合成開口レーダ１に向けて電波が送信される。なお、レーダ試験装置３５０の遅延量の制御は、遅延回路コントローラ２０によって行われる（非特許文献２）。

Masaharu Fujita, "Development of a frequency offsetting ARC",Proc. IGARSS’91,Vol1.2, pp1023-1025, Finland,June3-6, 1991 Nobuhiko Kodaira, "Possibility of the use of a transponder as an active SAR calibration target", Proc. IGARSS’89,Vol1, pp258-261, Canada,July10-14, 1986

図５に示した従来のレーダ試験装置は、帯域内に強勢なスプリアスが発生するため、フィルタでは除去できないスプリアスの影響を受けて、レーダ試験装置の見かけ上の位置がアジマス方向に複数存在してしまう。このため、合成開口レーダのレーダ画像の絶対校正を行う上で帯域内スプリアスの除去が課題となっている。

また、図５及び図６に示したレーダ試験装置では、それぞれアジマス方向またはレンジ方向のいずれかにレーダ試験装置の見かけ上の位置をシフトさせることはできるが、それ以外の方向にはシフトさせることができないので、シフト方向の制約を受けることになる。そこで任意の方向にシフトさせることが出来るレーダ試験装置が望まれている。

さらに、移動体の検出を合成開口レーダのＭＴＩ（Moving Target Indicator）機能を利用して行う場合、ＭＴＩ機能を評価するためには地上に車両や列車等の移動体が必要となる。しかしながら、図５及び図６に示したレーダ試験装置では、レーダ試験装置の見かけ上の位置が、所定の速度で時間と共に変化する疑似移動体の機能を有するレーダ試験装置とすることができない。

そこで本発明者は上記課題に鑑み、レーダ画像の絶対校正を行う際の帯域内スプリアスの除去を行うことが可能なレーダ試験装置を発明した。また更に、アジマス方向またはレンジ方向に限定されない任意の方向にシフトさせることが可能なレーダ試験装置を発明した。加えて、レーダ試験装置の見かけ上の位置が、所定の速度で時間と共に変化する疑似移動体の機能を有するレーダ試験装置を発明した。

第１の発明は、飛翔体に搭載された合成開口レーダの校正に用いるレーダ試験装置であって、前記レーダ試験装置は、少なくとも、前記合成開口レーダとの間で電波の送受信を行うアンテナと、前記受信した信号を増幅する増幅器と、種信号を生成する原信号発生器と、前記種信号を用いてローカル信号を生成する局部発振器と、前記受信した信号の周波数変換を、前記ローカル信号を用いて行うミキサと、前記ローカル信号に周波数オフセットを与えるＤＤＳと、レーダ断面積の設定を行う可変抵抗減衰器と、を備えており、前記ＤＤＳによる周波数オフセットを中間周波数で行う、レーダ試験装置である。

本発明のレーダ試験装置により、レーダ画像の校正を行う際の帯域内スプリアスの防止を行うことが出来る。

第２の発明は、飛翔体に搭載された合成開口レーダの校正に用いるレーダ試験装置であって、前記合成開口レーダとの間で電波の送受信を行うアンテナと、前記受信した信号を増幅する増幅器と、種信号を生成する原信号発生器と、前記受信した信号の周波数変換を行うミキサと、前記種信号を用いて生成されたローカル信号を、前記ミキサに与える局部発振器と、前記ミキサによってダウンコンバートされた信号に対してＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号に対して遅延を与えるＦＰＧＡと、前記遅延されたデジタル信号に対してＤ／Ａ変換を行うＤ／Ａコンバータと、前記種信号に基づいてクロック信号を生成するクロック信号発生器と、前記クロック信号を用いて、前記ローカル信号に周波数オフセットを与えるＤＤＳと、前記Ｄ／Ａ変換された信号に対して前記ミキサによってアップコンバートされた信号について、前記周波数オフセットを伴うローカル信号を用いて、前記ミキサによってアップコンバートされた信号のイメージ周波数を除去するフィルタと、レーダ断面積の設定を行う可変抵抗減衰器と、前記ＦＰＧＡ、前記ＤＤＳ及び前記可変抵抗減衰器の制御を行うコントローラと、を備えており、前記コントローラによる制御に基づき、前記ＦＰＧＡ及び前記ＤＤＳにおいて、遅延量及び周波数オフセット量を所定割合で一定量変化させる、レーダ試験装置である。

本発明のレーダ試験装置により、レーダ画像の校正を行う際の帯域内スプリアスの防止を行うとともに、レーダ試験装置の見かけ上の位置を、アジマス方向またはレンジ方向に限定されない任意の方向にシフトさせることが可能となる。なお、アジマス方向とは、合成開口レーダ１を搭載した人工衛星等の飛翔体の進行方向に平行な方向であり、レンジ方向とは、合成開口レーダ１を搭載した人工衛星等の飛翔体の進行方向に直交する方向である。

上述の発明において、前記レーダ試験装置は、前記ＦＰＧＡ及び前記ＤＤＳにおける前記遅延量及び周波数オフセット量が、時間とともに所定の割合で変化する制御指示を前記コントローラから受け取ることにより、任意の方向に所定の速度で前記レーダ試験装置の見かけ上の位置を移動させる、ように構成することも出来る。

本発明のように構成することで、レーダ試験装置の見かけ上の位置が、所定の速度で時間と共に変化する疑似移動体の機能を有するレーダ試験装置が可能となる。

本発明のレーダ試験装置を用いることによって、レーダ画像の絶対校正を行う際の帯域内スプリアスの除去を行うことが可能となる。また、アジマス方向やレンジ方向は勿論のこと、それ以外の所定方向にもレーダ試験装置の見かけ上の位置がシフトできるため、合成開口レーダのアジマス方向やレンジ方向以外にレーダ断面積が小さな海面や湖面等が位置する場合であっても、海面や湖面等にレーダ試験装置の見かけ上の位置がシフトさせられるので、自由度の高いシフト方向が得られる効果を有する。更に、本発明のレーダ試験装置は、所定の速度で所定方向に見かけ上移動させることができるため、疑似移動体となるレーダ試験装置が得られる効果を有する。

図１に本発明のレーダ試験装置３０の構成の一例を模式的に示す。本発明のレーダ試験装置３０は、人工衛星等の飛翔体に搭載された合成開口レーダ１との間で電波の送受信を行うアンテナ３と、受信信号の増幅を行う増幅器４と、受信信号の周波数変換を行うためのミキサ５と、種信号を生成する原信号発生器６（通常の高周波数信号を発生させる発振器を示す。例えば１０ＭＨｚ発振器などがある）と、ミキサ５へのローカル信号を与える局部発振器７と、受信信号のＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄコンバータ８と、受信信号に遅延を与えるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）９と、受信信号のＤ／Ａ変換を行うＤ／Ａコンバータ１０と、原信号発生器６で発生した種信号に基づいてクロック信号を生成するクロック信号発生器１１と、ローカル信号に周波数オフセットを与えるＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）１２と、イメージ周波数を除去するフィルタ１３と、レーダ断面積の設定を行う可変抵抗減衰器１４と、ＦＰＧＡ９及びＤＤＳ１２並びに可変抵抗減衰器１４の制御を行うコントローラ１５と、コントローラ１５への指令を与えるパソコン１６（コンピュータ端末であればよい）とを具備している。

人工衛星等の飛翔体に搭載された合成開口レーダ１からの電波は、地球表面２に設置されたレーダ試験装置３０内の受信用アンテナ３ａで受信されてから増幅器４ａで所定レベルまで増幅された後、ミキサ５ａに入力される。原信号発生器６からの種信号（原信号発生器６は、レーダ試験装置３０の電源がオンになった時点で連続した高周波数信号を発生させ、それを原信号として用いる）を用いて局部発振器７ａで生成されたローカル信号は、ミキサ５ａに入力され、増幅器４ａで増幅された受信信号と混合されて中間周波数ｆ_１にダウンコンバートされる。この受信信号はミキサ５ｂによって局部発振器７ｂからのローカル信号と混合されて中間周波数ｆ_２にダウンコンバートされる。

Ａ／Ｄコンバータ８でＡ／Ｄ変換されたデジタル受信信号は、シフトレジスタ機能を有するＦＰＧＡ９で所定の遅延時間τが与えられて出力される。出力された遅延を伴うデジタル受信信号は、Ｄ／Ａコンバータ１０で中間周波数ｆ_２のアナログ信号に変換された後、局部発振器７ｂからのローカル信号とミキサ５ｃで混合されて中間周波数ｆ_１にアップコンバートされる。

一方、原信号発生器６からの種信号に基づきクロック信号発生器１１で生成されたクロック信号はＤＤＳに入力され、ＤＤＳで所定のオフセット周波数ｆ_０を有する信号を発生する。このオフセット周波数ｆ_０を有する信号は、局部発振器７ｃで周波数オフセットｆ_０を伴ったローカル信号としてミキサ５ｄに入力され、前記中間周波数ｆ_１の受信信号と混合されてアップコンバートされる。

例えば図５に示すような、従来のレーダ試験装置３００では、移相器１７により周波数オフセットを与えていたが、帯域内スプリアスの発生が否めなかった。そこで、本発明のようにＤＤＳを用い、かつ中間周波数により周波数オフセットを行うことによって、帯域内スプリアスを防止することが可能となる。

上述のようにアップコンバートされた受信信号は、合成開口レーダ１からの受信信号に遅延時間τ及び周波数オフセットｆ_０を伴った受信信号となる。この遅延時間τ及び周波数オフセットｆ_０を伴った受信信号は、フィルタ１３に入力されて不要なイメージ周波数の成分が除去された後、増幅器４ｂで所定のレベルまで増幅される。そして、レーダ試験装置３０のレーダ断面積が所定の値に設定されるよう可変抵抗減衰器１４の減衰量の調整が行われた後、送信用アンテナ３ｂから合成開口レーダ１に向けて電波が送信される。

なお、レーダ試験装置３０の遅延量及び周波数オフセット量並びに減衰量の制御は、コントローラ１５によって行われるが、コントローラ１５への制御指令はパソコン１６から与えられる。

図１の本発明のレーダ試験装置３０は、パソコン１６からの指令に基づいて、コントローラ１５からの制御信号でＦＰＧＡ９とＤＤＳ１２とを同時動作させることにより、図２に示すように、レーダ試験装置３０が実際に設置された位置Ｐから位置Ｑに見かけ上レーダ試験装置３０がシフトできる。

ＦＰＧＡ９またはＤＤＳ１２のいずれか一方をコントローラ１５の制御に基づいて動作させた場合は、アジマス方向またはレンジ方向のいずれかにレーダ試験装置３０の見かけ上の位置がシフトできることは勿論である。

図１において、コントローラ１５の制御によりＦＰＧＡ９で遅延時間τの値が時間と共に所定の割合で変化させると共に、ＤＤＳ１２で周波数オフセットｆ_０の値が時間と共に所定の割合で変化させることにより、図３に示すように、レーダ試験装置３０が設置された時刻ｔ_０の位置Ｐから時刻ｔ_ｎ後の見かけ上の位置Ｑの所定方向に、レーダ試験装置３０が所定の速度であたかも移動しているかのような疑似移動体として動作させることができる。

本発明の産業上の利用可能性は、航空機や人工衛星などの飛翔体に搭載された合成開口レーダが撮像したレーダ画像の絶対校正等に使用するレーダ試験装置として役立つ。

本発明のレーダ試験装置の構成を示す図である。 本発明のレーダ試験装置を見かけ上シフトさせた例である。（実施例１） 本発明のレーダ試験装置を疑似移動体化させた例である。（実施例２） 従来のレーダ試験装置の使用例である。 アジマス方向に見かけ上の位置がシフトできる従来のレーダ試験装置である。 レンジ方向に見かけ上の位置がシフトできる従来のレーダ試験装置である。

符号の説明

１：合成開口レーダ
２：地球表面
３：送受信用アンテナ
４：増幅器
５：ミキサ
６：原信号発生器
７：局部発振器
８：Ａ／Ｄコンバータ
９：ＦＰＧＡ
１０：Ｄ／Ａコンバータ
１１：クロック信号発生器
１２：ＤＤＳ
１３：フィルタ
１４：可変抵抗減衰器
１５：コントローラ
１６：パソコン
１７：移相器
１８：移相器コントローラ
１９：遅延回路
２０：遅延回路コントローラ
３０：レーダ試験装置
３００：従来のレーダ試験装置
３５０：従来のレーダ試験装置

Claims (3)

1. 飛翔体に搭載された合成開口レーダの校正に用いるレーダ試験装置であって、
   前記レーダ試験装置は、少なくとも、
   前記合成開口レーダとの間で電波の送受信を行うアンテナと、
   前記受信した信号を増幅する増幅器と、
   種信号を生成する原信号発生器と、
   前記種信号を用いてローカル信号を生成する局部発振器と、
   前記受信した信号の周波数変換を、前記ローカル信号を用いて行うミキサと、
   前記ローカル信号に周波数オフセットを与えるＤＤＳと、
   レーダ断面積の設定を行う可変抵抗減衰器と、を備えており、
   前記ＤＤＳによる周波数オフセットを中間周波数で行う、
   ことを特徴とするレーダ試験装置。
2. 飛翔体に搭載された合成開口レーダの校正に用いるレーダ試験装置であって、
   前記合成開口レーダとの間で電波の送受信を行うアンテナと、
   前記受信した信号を増幅する増幅器と、
   種信号を生成する原信号発生器と、
   前記受信した信号の周波数変換を行うミキサと、
   前記種信号を用いて生成されたローカル信号を、前記ミキサに与える局部発振器と、
   前記ミキサによってダウンコンバートされた信号に対してＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄコンバータと、
   前記Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号に対して遅延を与えるＦＰＧＡと、
   前記遅延されたデジタル信号に対してＤ／Ａ変換を行うＤ／Ａコンバータと、
   前記種信号に基づいてクロック信号を生成するクロック信号発生器と、
   前記クロック信号を用いて、前記ローカル信号に周波数オフセットを与えるＤＤＳと、
   前記Ｄ／Ａ変換された信号に対して前記ミキサによってアップコンバートされた信号について、前記周波数オフセットを伴うローカル信号を用いて、前記ミキサによってアップコンバートされた信号のイメージ周波数を除去するフィルタと、
   レーダ断面積の設定を行う可変抵抗減衰器と、
   前記ＦＰＧＡ、前記ＤＤＳ及び前記可変抵抗減衰器の制御を行うコントローラと、を備えており、
   前記コントローラによる制御に基づき、前記ＦＰＧＡ及び前記ＤＤＳにおいて、遅延量及び周波数オフセット量を所定割合で一定量変化させる、
   ことを特徴とするレーダ試験装置。
3. 前記レーダ試験装置は、
   前記ＦＰＧＡ及び前記ＤＤＳにおける前記遅延量及び周波数オフセット量が、時間とともに所定の割合で変化する制御指示を前記コントローラから受け取ることにより、任意の方向に所定の速度で前記レーダ試験装置の見かけ上の位置を移動させる、
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーダ試験装置。

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