JP7160268B2 - Synthetic aperture radar signal processing device and synthetic aperture radar signal processing program - Google Patents
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Description
本開示は、高信号対雑音比及び高分解能化を両立させる合成開口レーダ技術に関する。 The present disclosure relates to synthetic aperture radar technology that achieves both high signal-to-noise ratio and high resolution.
合成開口レーダ技術において、以下のトレードオフの解決が要求されている。第1のトレードオフとして、高信号対雑音比を実現するためには、アンテナの高利得化つまり開口長増大が必要となるが、合成開口によりアジマス分解能が低下してしまう。第2のトレードオフとして、高レンジ分解能化を実現するためには、チャープパルスの広帯域化が必要となるが、アンテナの指向特性の不完全性によって生じるビームチルトにより信号対雑音比が低下してしまう。 Synthetic aperture radar technology requires resolution of the following tradeoffs. As a first trade-off, in order to achieve a high signal-to-noise ratio, it is necessary to increase the gain of the antenna, that is, increase the aperture length, but the synthetic aperture reduces the azimuth resolution. As a second trade-off, a broadband chirped pulse is required to achieve high range resolution, but the signal-to-noise ratio is degraded due to the beam tilt caused by the imperfection of the directivity of the antenna. put away.
合成開口レーダ技術において、高信号対雑音比及び高分解能化を両立させる方法が、特許文献1~3及び非特許文献1に開示されている。特許文献1~3では、ランダムな方向にチャープパルスを照射し、スポットライトモードの観測範囲を広げる。非特許文献1では、レンジ方向及びアジマス方向にチャープパルスを走査し、Scan-SAR及びTOPS-SAR等を実現する。しかし、特許文献1~3及び非特許文献1では、照射ビームの方向を意図的に変化させるためには、照射ビームの方向を制御する機械的又は電気的な機構が必要であるため、回路が複雑化しシステムが高価格化する。
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、合成開口レーダ技術において、高信号対雑音比及び高分解能化を両立させつつ、照射ビームの方向を制御する機械的又は電気的な機構を不要とし、回路の簡素化及びシステムの低価格化を実現することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present disclosure achieves both a high signal-to-noise ratio and high resolution in synthetic aperture radar technology, and does not require a mechanical or electrical mechanism for controlling the direction of an irradiation beam. The purpose is to realize circuit simplification and system cost reduction.
前記課題を解決するために、アンテナの指向特性によって生じるビームチルトを積極的に利用する。つまり、チャープパルスを照射するにあたり、機械的及び電子的な指向制御を行なわず元来備わっている指向特性に従って、照射ビームの方向を照射ビームの周波数に応じてアジマス方向に変化させる。そして、各アジマス位置において照射されるチャープパルスの全体区間のうち、観測対象位置に向けて照射されるチャープパルスの一部区間のみを、反射信号と参照信号との間の相関処理において考慮する。 In order to solve the above problems, the beam tilt caused by the directional characteristics of the antenna is actively used. That is, in irradiating the chirped pulse, the direction of the irradiation beam is changed in the azimuth direction according to the frequency of the irradiation beam according to the inherent directivity characteristics without performing mechanical or electronic directivity control. Of the entire chirped pulse irradiated at each azimuth position, only a partial section of the chirped pulse irradiated toward the observation target position is considered in the correlation processing between the reflected signal and the reference signal.
具体的には、本開示は、合成開口レーダのレンジ圧縮用のチャープパルスを生成するチャープパルス生成部と、前記チャープパルス生成部が生成したチャープパルスを照射するにあたり、機械的及び電子的な指向制御を行なわず元来備わっている指向特性に従って、照射ビームの方向を照射ビームの周波数に応じてアジマス方向に変化させるアンテナ部と、ターゲットから反射された反射信号を受信する反射信号受信部と、を備えることを特徴とする合成開口レーダ装置である。 Specifically, the present disclosure provides a chirped pulse generator for generating a chirped pulse for range compression of a synthetic aperture radar, and a mechanical and electronic orientation for irradiating the chirped pulse generated by the chirped pulse generator. An antenna unit that changes the direction of the irradiation beam in the azimuth direction according to the frequency of the irradiation beam according to the inherent directional characteristics without performing control, a reflected signal receiving unit that receives the reflected signal reflected from the target, A synthetic aperture radar device comprising:
この構成によれば、チャープパルスを照射するにあたり、アンテナの指向特性によって生じるビームチルトを積極的に利用するため、いずれの観測対象位置についても、観測可能なアジマス時間が長くなる。よって、高信号対雑音比を実現するために、アンテナの高利得化つまり開口長増大を実行しようとしても、合成開口によりアジマス分解能を低下させないことができる。また、機械的及び電子的な指向制御を行なわず元来備わっている指向特性に従って、照射ビームの方向を照射ビームの周波数に応じてアジマス方向に変化させるため、回路の簡素化及びシステムの低価格化を実現することができる。 According to this configuration, since the beam tilt caused by the directivity of the antenna is actively used in irradiating the chirped pulse, the observable azimuth time is increased for any observation target position. Therefore, even if an attempt is made to increase the gain of the antenna, that is, to increase the aperture length in order to achieve a high signal-to-noise ratio, the azimuth resolution can be prevented from deteriorating due to the synthetic aperture. In addition, since the direction of the irradiation beam is changed in the azimuth direction according to the frequency of the irradiation beam according to the inherent directivity characteristics without mechanical or electronic directivity control, the circuit is simplified and the system cost is low. can be realized.
また、本開示は、前記チャープパルス生成部が、アジマス位置ごとに中心周波数を制御してチャープパルスを生成することにより、前記アンテナ部が照射する照射ビームのアジマス方向がある観測領域を指向するようにし、スポットライトモードを用いて合成開口レーダ観測を行うことを特徴とする合成開口レーダ装置である。 Further, according to the present disclosure, the chirped pulse generation unit controls the center frequency for each azimuth position to generate a chirped pulse so that the irradiation beam emitted by the antenna unit is directed to an observation area having an azimuth direction. and performing synthetic aperture radar observation using a spotlight mode.
この構成によれば、観測範囲が限られたスポットライトモードを用いるにあたり、回路の簡素化及びシステムの低価格化を実現することができる。 According to this configuration, circuit simplification and system cost reduction can be achieved when using the spotlight mode with a limited observation range.
また、本開示は、前記チャープパルス生成部が、アジマス位置によらない形状を有するチャープパルスを生成することにより、照射ビームの方向をアジマス方向に変化させ、照射ビームの方向をアジマス方向に変化させないときと比べて、観測可能なアジマス時間が長くなるストリップモードを用いて合成開口レーダ観測を行うことを特徴とする合成開口レーダ装置である。 Further, according to the present disclosure, the chirped pulse generation unit generates a chirped pulse having a shape that does not depend on the azimuth position, thereby changing the direction of the irradiation beam in the azimuth direction and not changing the direction of the irradiation beam in the azimuth direction. A synthetic aperture radar apparatus characterized by performing synthetic aperture radar observation using a strip mode in which an observable azimuth time is longer than that of a conventional synthetic aperture radar.
この構成によれば、観測範囲が広くなるストリップモードを用いるにあたり、高アジマス分解能化、回路の簡素化及びシステムの低価格化を実現することができる。 According to this configuration, it is possible to achieve high azimuth resolution, circuit simplification, and system cost reduction when using the strip mode that widens the observation range.
また、本開示は、前記チャープパルス生成部が、アジマス位置によらない形状を有するとともに、前記アンテナ部が照射する照射ビームのアジマス方向のスクイントが生じるような中心周波数を有するチャープパルスを生成することにより、照射ビームの方向をアジマス方向に変化させ、照射ビームの方向をアジマス方向に変化させないときと比べて、観測可能なアジマス時間が長くなるスクイントモードを用いて合成開口レーダ観測を行うことを特徴とする合成開口レーダ装置である。 Further, in the present disclosure, the chirped pulse generation unit generates a chirped pulse having a shape that does not depend on the azimuth position and having a center frequency that causes a squint in the azimuth direction of the irradiation beam irradiated by the antenna unit. By changing the direction of the irradiation beam in the azimuth direction, compared to when the direction of the irradiation beam is not changed in the azimuth direction, it is possible to observe the azimuth in a longer azimuth time. It is a synthetic aperture radar device characterized by this.
この構成によれば、斜め前方又は斜め後方でのスクイントモードを用いるにあたり、高アジマス分解能化、回路の簡素化及びシステムの低価格化を実現することができる。 According to this configuration, it is possible to achieve high azimuth resolution, circuit simplification, and system cost reduction when using the squint mode in the diagonally forward or diagonally rearward direction.
また、本開示は、以上に記載の合成開口レーダ装置の前記反射信号受信部が受信した反射信号と、前記チャープパルス生成部が生成したチャープパルスのうち、アジマス位置ごとに観測対象位置から反射されたと期待される一部区間のみを選択した参照信号と、の間の相関処理を実行することを特徴とする合成開口レーダ信号処理装置である。 In addition, the present disclosure is directed to the reflected signal received by the reflected signal receiving unit of the synthetic aperture radar device described above and the chirped pulse generated by the chirped pulse generating unit reflected from the observation target position for each azimuth position. A synthetic aperture radar signal processing apparatus characterized by executing correlation processing between a reference signal selected only for a partial interval expected to be
また、本開示は、以上に記載の合成開口レーダ装置の前記反射信号受信部が受信した反射信号と、前記チャープパルス生成部が生成したチャープパルスのうち、アジマス位置ごとに観測対象位置から反射されたと期待される一部区間のみを選択した参照信号と、の間の相関処理、をコンピュータに実行させるための合成開口レーダ信号処理プログラムである。 In addition, the present disclosure is directed to the reflected signal received by the reflected signal receiving unit of the synthetic aperture radar device described above and the chirped pulse generated by the chirped pulse generating unit reflected from the observation target position for each azimuth position. A synthetic aperture radar signal processing program for causing a computer to execute a correlation process between a reference signal selected only for a partial section expected to be
これらの構成によれば、各アジマス位置において照射されるチャープパルスの全体区間のうち、観測対象位置に向けて照射されるチャープパルスの一部区間のみを、反射信号と参照信号との間の時間領域又は周波数領域の相関処理において考慮する。そして、ある観測対象位置から反射された反射信号について、本開示では従来技術より、受信可能なレンジ時間は短くなるものの、受信可能なアジマス時間は長くなるため、受信可能な総時間は減少しない。よって、高レンジ分解能化を実現するために、チャープパルスの広帯域化を実行しようとしても、ビームチルトにより信号対雑音比を低下させないことができる。 According to these configurations, of the entire section of the chirped pulse irradiated at each azimuth position, only a partial section of the chirped pulse irradiated toward the observation target position is the time between the reflected signal and the reference signal. Considered in correlation processing in the domain or frequency domain. Then, for a reflected signal reflected from a certain observation target position, in the present disclosure, the receivable range time is shorter than the conventional technique, but the receivable azimuth time is longer, so the total receivable time does not decrease. Therefore, even if an attempt is made to broaden the chirped pulse band in order to achieve high range resolution, the signal-to-noise ratio can be prevented from deteriorating due to the beam tilt.
また、本開示は、前記観測対象位置から反射された反射信号と、前記チャープパルス生成部が生成したチャープパルスのうち、アジマス位置ごとに前記観測対象位置から反射されたと期待される一部区間のみを選択した参照信号と、の間の時間領域における相関処理を実行することを特徴とする合成開口レーダ信号処理装置である。 Further, in the present disclosure, among the reflected signal reflected from the observation target position and the chirped pulse generated by the chirped pulse generation unit, only a partial section expected to be reflected from the observation target position for each azimuth position is a synthetic aperture radar signal processing apparatus characterized by executing correlation processing in the time domain between a reference signal selected from
また、本開示は、前記観測対象位置から反射された反射信号と、前記チャープパルス生成部が生成したチャープパルスのうち、アジマス位置ごとに前記観測対象位置から反射されたと期待される一部区間のみを選択した参照信号と、の間の時間領域における相関処理、をコンピュータに実行させるための合成開口レーダ信号処理プログラムである。 Further, in the present disclosure, among the reflected signal reflected from the observation target position and the chirped pulse generated by the chirped pulse generation unit, only a partial section expected to be reflected from the observation target position for each azimuth position is a synthetic aperture radar signal processing program for causing a computer to execute correlation processing in the time domain between a selected reference signal and
これらの構成によれば、各アジマス位置において照射されるチャープパルスの全体区間のうち、観測対象位置に向けて照射されるチャープパルスの一部区間のみを、反射信号と参照信号との間の時間領域の相関処理において考慮する。そして、ある観測対象位置から反射された反射信号について、本開示では従来技術より、受信可能なレンジ時間は短くなるものの、受信可能なアジマス時間は長くなるため、受信可能な総時間は減少しない。よって、高レンジ分解能化を実現するために、チャープパルスの広帯域化を実行しようとしても、ビームチルトにより信号対雑音比を低下させないことができる。また、計算時間は長いが画像精度は高くなる。 According to these configurations, of the entire section of the chirped pulse irradiated at each azimuth position, only a partial section of the chirped pulse irradiated toward the observation target position is the time between the reflected signal and the reference signal. Considered in region correlation processing. Then, for a reflected signal reflected from a certain observation target position, in the present disclosure, the receivable range time is shorter than the conventional technique, but the receivable azimuth time is longer, so the total receivable time does not decrease. Therefore, even if an attempt is made to broaden the chirped pulse band in order to achieve high range resolution, the signal-to-noise ratio can be prevented from deteriorating due to the beam tilt. Also, although the calculation time is long, the image accuracy is high.
このように、本開示は、合成開口レーダ技術において、高信号対雑音比及び高分解能化を両立させつつ、照射ビームの方向を制御する機械的又は電気的な機構を不要とし、回路の簡素化及びシステムの低価格化を実現することができる。 In this way, the present disclosure eliminates the need for a mechanical or electrical mechanism for controlling the direction of the irradiation beam while achieving both a high signal-to-noise ratio and high resolution in synthetic aperture radar technology, and simplifies the circuit. And the cost of the system can be reduced.
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of implementing the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.
(本開示の合成開口レーダシステムの基本原理)
本開示のチャープパルス波形及びアンテナ指向性を図1に示す。本開示では、アンテナの指向特性によって生じるビームチルトを積極的に利用する。つまり、チャープパルスを照射するにあたり、機械的及び電子的な指向制御を行なわず元来備わっている指向特性に従って、照射ビームの方向を照射ビームの周波数に応じてアジマス方向に変化させる。図1の上段では、チャープパルスは、レンジ時間0≦τ≦τ0にわたり、最小周波数f0-BW/2から中心周波数f0を経て最大周波数f0+BW/2へと周波数を掃引する。
(Basic principle of the synthetic aperture radar system of the present disclosure)
The chirped pulse waveform and antenna directivity of the present disclosure are shown in FIG. The present disclosure makes positive use of the beam tilt caused by the directional characteristics of the antenna. That is, in irradiating the chirped pulse, the direction of the irradiation beam is changed in the azimuth direction according to the frequency of the irradiation beam according to the inherent directivity characteristics without performing mechanical or electronic directivity control. In the upper part of FIG. 1, the chirped pulse sweeps in frequency from a minimum frequency f 0 −B W /2 through a center frequency f 0 to a maximum frequency f 0 +B W /2 over a
図1の中段及び図1の下段では、アンテナ部Aとして、アレイアンテナ及びスロットアンテナを適用する。アンテナ部Aの各アンテナ素子は、アジマス方向xに配列される。 An array antenna and a slot antenna are applied as the antenna section A in the middle part of FIG. 1 and the bottom part of FIG. Each antenna element of the antenna section A is arranged in the azimuth direction x.
チャープパルスが、中心周波数f0を掃引するときには、アンテナ部Aの各アンテナ素子は、同相で励振され、アンテナ部Aの照射ビームは、正面方向yを指向する。チャープパルスが、最小周波数f0-BW/2を掃引するときには、アンテナ部Aの各アンテナ素子は、同相で励振されず、アンテナ部Aの照射ビームは、正面方向yからずれた方向φmin<0を指向する。チャープパルスが、最大周波数f0+BW/2を掃引するときには、アンテナ部Aの各アンテナ素子は、同相で励振されず、アンテナ部Aの照射ビームは、正面方向yからずれた方向φmax>0を指向する。このように、チャープパルスを照射するにあたり、機械的及び電子的な指向制御を行なわず元来備わっている指向特性に従って、照射ビームの方向φを照射ビームの周波数fに応じてアジマス方向xに変化させる。 When the chirped pulse sweeps the center frequency f 0 , each antenna element of antenna section A is excited in phase, and the illuminating beam of antenna section A points in the front direction y. When the chirped pulse sweeps through the minimum frequency f 0 −B w /2, the antenna elements of antenna section A are not excited in phase and the illuminating beam of antenna section A is directed φ min oriented <0. When the chirped pulse sweeps through the maximum frequency f 0 +B w /2, the antenna elements of antenna section A are not excited in phase and the illuminating beam of antenna section A is directed in a direction φ max > Point to 0. Thus, in irradiating the chirped pulse, the direction φ of the irradiation beam is changed to the azimuth direction x in accordance with the frequency f of the irradiation beam according to the inherent directivity characteristics without mechanical or electronic directivity control. Let
従来技術のスポットライトモードの構成図を図2に示す。上段では、アジマス位置xによらない形状を有するチャープパルスを生成したうえで、アンテナ駆動部13(回転接手等で接続)によって機械的に指向制御することにより、アンテナ部Aが照射する照射ビームのアジマス方向xがある観測領域を指向するようにし、スポットライトモードを用いて合成開口レーダ観測を行う。下段では、アジマス位置xによらない形状を有するチャープパルスを生成したうえで、アンテナ部Aの移相器及び分配器によって電子的に指向制御することにより、アンテナ部Aが照射する照射ビームのアジマス方向xがある観測領域を指向するようにし、スポットライトモードを用いて合成開口レーダ観測を行う。 FIG. 2 shows a block diagram of a conventional spotlight mode. In the upper stage, after generating a chirped pulse having a shape that does not depend on the azimuth position x, the antenna driving section 13 (connected by a rotary joint or the like) mechanically controls the orientation, thereby controlling the direction of the irradiation beam emitted by the antenna section A. The azimuth direction x is directed to a certain observation area, and synthetic aperture radar observation is performed using the spotlight mode. In the lower stage, after generating a chirped pulse having a shape that does not depend on the azimuth position x, the azimuth of the irradiation beam emitted by the antenna section A is controlled electronically by the phase shifter and the distributor of the antenna section A. A synthetic aperture radar observation is performed using the spotlight mode with the direction x pointing to a certain observation area.
本開示のスポットライトモードの構成図を図5に示す。アジマス位置xごとに中心周波数を制御してチャープパルスを生成することにより、機械的及び電子的な指向制御を行なわず元来備わっている指向特性に従って、アンテナ部Aが照射する照射ビームのアジマス方向xがある観測領域を指向するようにし、スポットライトモードを用いて合成開口レーダ観測を行う。なお、図5はストリップ及びスクイントの両モードにも適用可能である。 A block diagram of the spotlight mode of the present disclosure is shown in FIG. By generating a chirped pulse by controlling the center frequency for each azimuth position x, the azimuth direction of the irradiation beam emitted by the antenna part A is adjusted according to the inherent directivity characteristics without mechanical or electronic directivity control. Synthetic aperture radar observations are performed using the spotlight mode with x pointed at a certain observation area. Note that FIG. 5 is applicable to both strip and squint modes.
このように、観測範囲が限られたスポットライトモードを用いるにあたり、回路の簡素化及びシステムの低価格化を実現することができる。 In this way, when using the spotlight mode with a limited observation range, circuit simplification and system cost reduction can be achieved.
本開示のストリップモードを図3に示す。アジマス位置xによらない形状を有するチャープパルスを生成することにより、照射ビームの方向をアジマス方向xに変化させ、照射ビームの方向をアジマス方向xに変化させないときと比べて、観測可能なアジマス時間が長くなるストリップモードを用いて合成開口レーダ観測を行う。 A strip mode of the present disclosure is shown in FIG. By generating a chirped pulse having a shape that is independent of azimuth position x, the observable azimuth time is reduced compared to changing the direction of the illumination beam in azimuth direction x and not changing the direction of the illumination beam in azimuth direction x. Synthetic aperture radar observations are carried out using the strip mode in which .
図3の上段では、従来技術のビームチルトがないときのストリップモードを示す。まず、合成開口レーダシステムSが、アジマス方向位置xst、iに位置するとともに、チャープパルスが、周波数f0-BW/2~f0+BW/2を掃引するときには、ターゲットTは、捕捉され始めている。次に、合成開口レーダシステムSが、アジマス方向位置xst、fに位置するとともに、チャープパルスが、周波数f0-BW/2~f0+BW/2を掃引するときには、ターゲットTは、捕捉範囲され終わっている。ここで、アジマス方向範囲xst、i~xst、fは、後述の本開示の場合より短いため、観測可能なアジマス時間は、後述の本開示の場合より短く、アジマス分解能は、後述の本開示の場合より低い。 The upper part of FIG. 3 shows the strip mode without prior art beam tilt. First, when the synthetic aperture radar system S is positioned at the azimuth position x st,i and the chirped pulse sweeps from frequency f 0 −B w /2 to f 0 +B w /2, the target T is acquired is beginning to be Then, when the synthetic aperture radar system S is positioned at the azimuth position x st,f and the chirped pulse sweeps from frequency f 0 −B w /2 to f 0 +B w /2, the target T is It's out of range. Here, since the azimuth direction range x st,i to x st, f is shorter than in the present disclosure described later, the observable azimuth time is shorter than in the present disclosure described later, and the azimuth resolution is Lower than disclosed.
図3の下段では、本開示のビームチルトがあるときのストリップモードを示す。まず、合成開口レーダシステムSが、アジマス方向位置x’st、iに位置するとともに、チャープパルスが、周波数f0-BW/2を掃引するときには、ターゲットTは、捕捉され始めている。次に、合成開口レーダシステムSが、アジマス方向位置x’st、fに位置するとともに、チャープパルスが、周波数f0+BW/2を掃引するときには、ターゲットTは、捕捉範囲され終わっている。ここで、アジマス方向位置x’st、iは、アジマス方向位置xst、iより後方にあり、アジマス方向位置x’st、fは、アジマス方向位置xst、fより前方にある。よって、アジマス方向範囲x’st、i~x’st、fは、従来技術より長いため、観測可能なアジマス時間は、従来技術より長く、アジマス分解能は、従来技術より高い。 The lower part of FIG. 3 shows the strip mode with the beam tilt of the present disclosure. First, the target T is beginning to be acquired when the synthetic aperture radar system S is positioned at the azimuth position x' st,i and the chirped pulse sweeps through the frequency f 0 -B w /2. Next, when the synthetic aperture radar system S is positioned at the azimuth position x' st,f and the chirp pulse sweeps through the frequency f 0 +B w /2, the target T is out of acquisition range. Here, the azimuth position x' st,i is behind the azimuth position x st,i and the azimuth position x' st,f is ahead of the azimuth position x st,f . Therefore, since the azimuth direction range x'st,i to x'st,f is longer than in the prior art, the observable azimuth time is longer and the azimuth resolution is higher than in the prior art.
このように、観測範囲が広くなるストリップモードを用いるにあたり、高アジマス分解能化、回路の簡素化及びシステムの低価格化を実現することができる。 In this way, when using the strip mode that widens the observation range, it is possible to achieve high azimuth resolution, circuit simplification, and system cost reduction.
本開示のスクイントモードを図4に示す。アジマス位置xによらない形状を有するとともに、アンテナ部Aが照射する照射ビームのアジマス方向xのスクイントが生じるような中心周波数を有するチャープパルスを生成することにより、照射ビームの方向をアジマス方向xに変化させ、照射ビームの方向をアジマス方向xに変化させないときと比べて、観測可能なアジマス時間が長くなるスクイントモードを用いて合成開口レーダ観測を行う。 The squint mode of the present disclosure is illustrated in FIG. By generating a chirped pulse having a shape that does not depend on the azimuth position x and having a center frequency that causes a squint in the azimuth direction x of the irradiation beam irradiated by the antenna part A, the direction of the irradiation beam is oriented in the azimuth direction x. Synthetic aperture radar observation is performed using the Squint mode in which the observable azimuth time is longer than when the direction of the irradiation beam is changed in the azimuth direction x.
ここで、斜め前方でのスクイントモードを用いるときには、中心周波数を図1、3でのf0から図4でのf0’(ただし、図4の場合では、f0’<f0)へとシフトさせる。一方で、斜め後方でのスクイントモードを用いるときには、中心周波数を図1、3でのf0から図4でのf0’(ただし、図4の場合では、f0’>f0)へとシフトさせる。 Here, when using the squint mode in the oblique front, the center frequency is changed from f 0 in FIGS. 1 and 3 to f 0 ' in FIG. and shift. On the other hand, when using the squint mode in the obliquely rearward direction, the center frequency is changed from f 0 in FIGS. 1 and 3 to f 0 ′ in FIG. and shift.
図4の上段では、従来技術のビームチルトがないときのスクイントモードを示す。まず、合成開口レーダシステムSが、アジマス方向位置xsq、iに位置するとともに、チャープパルスが、周波数f0’-BW/2~f0’+BW/2を掃引するときには、ターゲットTは、捕捉され始めている。次に、合成開口レーダシステムSが、アジマス方向位置xsq、fに位置するとともに、チャープパルスが、周波数f0’-BW/2~f0’+BW/2を掃引するときには、ターゲットTは、捕捉範囲され終わっている。ここで、アジマス方向範囲xsq、i~xsq、fは、後述の本開示の場合より短いため、観測可能なアジマス時間は、後述の本開示の場合より短く、アジマス分解能は、後述の本開示の場合より低い。 The top of FIG. 4 shows the squint mode without prior art beam tilt. First, when the synthetic aperture radar system S is positioned at the azimuth position x sq,i and the chirped pulse sweeps the frequency f 0 ′−B W /2 to f 0 ′+B W /2, the target T is , is beginning to be captured. Then, when the synthetic aperture radar system S is positioned at the azimuth position x sq,f and the chirped pulse sweeps from frequency f 0 ′−B W /2 to f 0 ′+B W /2, the target T has been captured. Here, since the azimuth direction range x sq,i to x sq,f is shorter than in the present disclosure described later, the observable azimuth time is shorter than in the present disclosure described later, and the azimuth resolution is Lower than disclosed.
図4の下段では、本開示のビームチルトがあるときのスクイントモードを示す。まず、合成開口レーダシステムSが、アジマス方向位置x’sq、iに位置するとともに、チャープパルスが、周波数f0’-BW/2を掃引するときには、ターゲットTは、捕捉され始めている。次に、合成開口レーダシステムSが、アジマス方向位置x’sq、fに位置するとともに、チャープパルスが、周波数f0’+BW/2を掃引するときには、ターゲットTは、捕捉範囲され終わっている。ここで、アジマス方向位置x’sq、iは、アジマス方向位置xsq、iより後方にあり、アジマス方向位置x’sq、fは、アジマス方向位置xsq、fより前方にある。よって、アジマス方向範囲x’sq、i~x’sq、fは、従来技術より長いため、観測可能なアジマス時間は、従来技術より長く、アジマス分解能は、従来技術より高い。 The lower part of FIG. 4 shows the squint mode with the beam tilt of the present disclosure. First, the target T is beginning to be acquired when the synthetic aperture radar system S is positioned at the azimuth position x′ sq,i and the chirped pulse sweeps through the frequency f 0 ′−B W /2. Next, when the synthetic aperture radar system S is located at the azimuth position x′ sq,f and the chirped pulse sweeps through the frequency f 0 ′+B w /2, the target T is out of acquisition range. . Here, the azimuth position x′ sq,i is behind the azimuth position x sq,i and the azimuth position x′ sq,f is ahead of the azimuth position x sq,f . Therefore, since the azimuth direction range x' sq,i to x' sq,f is longer than that of the prior art, the observable azimuth time is longer than that of the prior art, and the azimuth resolution is higher than that of the prior art.
このように、斜め前方又は斜め後方でのスクイントモードを用いるにあたり、高アジマス分解能化、回路の簡素化及びシステムの低価格化を実現することができる。 In this way, when using the squint mode in the diagonally forward or diagonally backward direction, it is possible to achieve high azimuth resolution, circuit simplification, and system cost reduction.
(本開示の合成開口レーダシステムの構成及び処理)
本開示の合成開口レーダシステムの構成を図5に示す。本開示の合成開口レーダシステムの処理を図6に示す。合成開口レーダシステムSは、合成開口レーダ装置1及び合成開口レーダ信号処理装置2から構成される。合成開口レーダ装置1は、チャープパルス生成部11、アンテナ部A及び反射信号受信部12から構成され、人工衛星又は航空機等に搭載される。合成開口レーダ信号処理装置2は、相関処理実行部21から構成され、人工衛星、航空機又は地上設備等に搭載され、図6の下欄に示した合成開口レーダ信号処理プログラムをコンピュータにインストールすることにより実現される。
(Configuration and processing of the synthetic aperture radar system of the present disclosure)
FIG. 5 shows the configuration of the synthetic aperture radar system of the present disclosure. The processing of the synthetic aperture radar system of the present disclosure is illustrated in FIG. A synthetic aperture radar system S includes a synthetic
まず、合成開口レーダ装置1は、アンテナの指向特性によって生じるビームチルトを積極的に利用する。つまり、合成開口レーダ装置1は、チャープパルスを照射するにあたり、機械的及び電子的な指向制御を行なわず元来備わっている指向特性に従って、照射ビームの方向φを照射ビームの周波数fに応じてアジマス方向xに変化させる。
First, the synthetic
チャープパルス生成部11は、合成開口レーダのレンジ圧縮用のチャープパルスを生成する(ステップS1)。アンテナ部Aは、合成開口レーダのレンジ圧縮用のチャープパルスを照射するにあたり、機械的及び電子的な指向制御を行なわず元来備わっている指向特性に従って、照射ビームの方向φを照射ビームの周波数fに応じてアジマス方向xに変化させる(ステップS2)。反射信号受信部12は、ターゲットTから反射された反射信号をアンテナ部Aにより受信する(ステップS3)。図7~10を用いて、合成開口レーダ装置1について説明する。図7~10は、ストリップモードについて適用されるが、中心周波数を変更すれば、スポットライト及びスクイントの両モードについて適用可能である。
The chirped
本開示のアンテナ指向性の周波数特性を図7、8に示す。照射ビームの方向φは、照射ビームの周波数fに対して、数式1のように表される。ただし、a>0である。なお、a<0であってもよく、アンテナ指向性の周波数特性は、必ずしも原点(f-f0=0、φ=0)を通らなくてもよく、必ずしも直線的な周波数特性でなくてもよい。
チャープパルスが、周波数f0-BW/2~f0を掃引するときには、アンテナ部Aの照射ビームは、正面方向yからずれた方向φ<0を指向する。チャープパルスが、周波数f0~f0+BW/2を掃引するときには、アンテナ部Aの照射ビームは、正面方向yからずれた方向φ>0を指向する。アンテナ部Aの照射ビーム半幅は、ηであるとし、アンテナ部Aの照射ビーム強度は、アンテナ部Aの照射ビーム幅内で一様であるとする。なお、アンテナ部Aの照射ビーム強度は、簡単のために、アンテナ部Aの照射ビーム幅内で一様であるとしているが、実際のように、アンテナ部Aの照射ビーム幅内で一様でないとしてもよい。 When the chirped pulse sweeps the frequency f 0 −B W /2 to f 0 , the irradiation beam of the antenna section A is oriented in a direction φ<0 deviated from the front direction y. When the chirped pulse sweeps the frequency f 0 to f 0 +B W /2, the irradiation beam of the antenna section A is oriented in a direction φ>0 deviated from the front direction y. It is assumed that the half width of the irradiation beam of the antenna section A is η, and that the irradiation beam intensity of the antenna section A is uniform within the irradiation beam width of the antenna section A. For the sake of simplicity, the irradiation beam intensity of the antenna section A is assumed to be uniform within the irradiation beam width of the antenna section A. However, in reality, it is not uniform within the irradiation beam width of the antenna section A. may be
本開示のチャープ周波数の時間変化を図9に示す。チャープパルスの周波数fは、レンジ時間τに対して、数式2のように表される。なお、チャープ周波数の時間変化は、右肩上がりでもよく右肩下がりでもよく、必ずしも直線的な時間変化でなくてもよい。
本開示のアンテナ指向性の時間変化を図10に示す。照射ビームの方向φは、レンジ時間τに対して、数式3のように表される。なお、アンテナ指向性の時間変化は、右肩上がりでもよく右肩下がりでもよく、必ずしも直線的な時間変化でなくてもよい。
次に、合成開口レーダ信号処理装置2は、各アジマス時間tにおいて照射されるチャープパルスの全体区間のうち、観測対象位置に向けて照射されるチャープパルスの一部区間のみを、反射信号と参照信号との間の相関処理において考慮する。
Next, the synthetic aperture radar
相関処理実行部21は、反射信号と参照信号との間の相関処理を実行する(ステップS11)。図11~14を用いて、合成開口レーダ信号処理装置2について説明する。図11~14は、ストリップモードについて適用されるが、中心周波数を変更すれば、スポットライト及びスクイントの両モードについて適用可能である。
The correlation
具体的には、相関処理実行部21は、反射信号受信部12が受信した反射信号と、チャープパルス生成部11が生成したチャープパルスのうち、アジマス位置xごとに観測対象位置から反射されたと期待される一部区間のみを選択した参照信号と、の間の相関処理を実行する。
Specifically, the correlation
本実施形態では、相関処理実行部21は、観測対象位置から反射された反射信号と、チャープパルス生成部11が生成したチャープパルスのうち、アジマス位置xごとに観測対象位置から反射されたと期待される一部区間のみを選択した参照信号と、の間の時間領域における相関処理を実行する。つまり、本実施形態では、相関処理実行部21が、反射信号と参照信号との間の時間領域の相関処理を実行することにより、計算時間は長いが画像精度は高くなる。ここで、変形例として、相関処理実行部21が、反射信号と参照信号との間の周波数領域の相関処理を実行することにより、計算時間を大幅に短縮してもよい。
In the present embodiment, the correlation
本開示のターゲットの方向及び距離の定義を図11に示す。合成開口レーダシステムSの位置を(x(t)、0)とし、ターゲットTの位置を(X、Y)とする。合成開口レーダシステムSのアジマス方向位置x(t)、合成開口レーダシステムSから見たターゲットTの方向θ(t)及び合成開口レーダシステムSからターゲットTまでの距離R(t)は、数式4のように表される。ただし、vは、合成開口レーダシステムSの速度である。
本開示の反射信号が存在するアジマス時間の説明図を図12に示す。各アジマス時間tで観測可能なターゲットTの存在範囲は、数式5のように表される。
数式5に数式4の第2式を代入すると、ターゲットTからの反射信号が存在するアジマス時間tは、数式6のように表される。ここで、数式6の左辺は、図14のアジマス時間tiに対応し、数式6の右辺は、図14のアジマス時間tfに対応する。
このように、チャープパルスを照射するにあたり、アンテナの指向特性によって生じるビームチルトを積極的に利用するため、いずれの観測対象位置についても、観測可能なアジマス時間tが長くなる。よって、高信号対雑音比を実現するために、アンテナの高利得化つまり開口長増大を実行しようとしても、合成開口によりアジマス分解能を低下させないことができる。また、機械的及び電子的な指向制御を行なわず元来備わっている指向特性に従って、照射ビームの方向φを照射ビームの周波数fに応じてアジマス方向xに変化させるため、回路の簡素化及びシステムの低価格化を実現することができる。 In this way, since the beam tilt caused by the directivity of the antenna is actively used in irradiating the chirped pulse, the observable azimuth time t is increased for any observation target position. Therefore, even if an attempt is made to increase the gain of the antenna, that is, to increase the aperture length in order to achieve a high signal-to-noise ratio, the azimuth resolution can be prevented from deteriorating due to the synthetic aperture. In addition, since the direction φ of the irradiation beam is changed in the azimuth direction x according to the frequency f of the irradiation beam according to the inherent directivity characteristics without performing mechanical and electronic directivity control, the circuit and system can be simplified. price reduction can be realized.
本開示のチャープパルスがターゲットTに向けて照射されるレンジ時間の説明図を図13に示す。各アジマス時間tでターゲットTを観測可能なレンジ時間τは、数式7のように表される。
数式7に数式3を代入すると、ターゲットTからの反射信号が存在するレンジ時間τは、数式8のように表される。ここで、数式8の左辺は、図13、14のレンジ時間τi(t)に対応し、数式8の右辺は、図13、14のレンジ時間τf(t)に対応する。
本開示の反射信号及び参照信号を図14に示す。ターゲットTから反射された反射信号F(t、τ)は、数式9のように表される。そして、反射信号F(t、τ)との相関処理を実行される参照信号は、反射信号F(t、τ)の下記理論式に基づいて定められる。
ただし、反射信号F(t、τ)のアジマス時間tの値域は、数式6に基づいて、数式10のように表される。そして、反射信号F(t、τ)のレンジ時間τの値域は、数式8及び電磁波伝搬の遅延時間に基づいて、数式11のように表される。
まず、ビームチルトがない場合では、各アジマス時間tにおいて照射されるチャープパルスの全体区間のうち、ターゲットTに向けて照射されるチャープパルスの全体区間にわたり、反射信号と参照信号との間の相関処理において考慮する。 First, when there is no beam tilt, the correlation between the reflected signal and the reference signal is calculated over the entire section of the chirped pulse irradiated toward the target T, out of the entire section of the chirped pulse irradiated at each azimuth time t. Consider in processing.
具体的には、アンテナ部Aの照射ビームがターゲットTに向き始める/終わるアジマス時間ti/tfでは、レンジ時間範囲τif≦τ≦τif+τ0(ただし、τifは、電磁波伝搬の遅延時間である。)のうち、全てのレンジ時間範囲τif≦τ≦τif+τ0にわたり、反射信号と参照信号との間の相関処理において考慮する。そして、合成開口レーダシステムSがターゲットTに最も近づくアジマス時間tcでは、レンジ時間範囲τc≦τ≦τc+τ0(ただし、τcは、電磁波伝搬の遅延時間である。)のうち、全てのレンジ時間範囲τc≦τ≦τc+τ0にわたり、反射信号と参照信号との間の相関処理において考慮する。 Specifically, in the azimuth time t i /t f where the irradiation beam of the antenna part A starts/finishes toward the target T, the range time range τ if ≤ τ ≤ τ if + τ 0 (where τ if is the electromagnetic wave propagation delay time), over the entire range time range τ if ≤ τ ≤ τ if + τ 0 are considered in the correlation processing between the reflected signal and the reference signal. Then, at the azimuth time tc where the synthetic aperture radar system S approaches the target T closest, within the range time range τc ≦τ≦ τc + τ0 (where τc is the delay time of electromagnetic wave propagation), Over the entire range time range τ c ≤ τ ≤ τ c + τ 0 is considered in the correlation process between the reflected signal and the reference signal.
なお、図14において、ビームチルトがない場合に反射信号が存在するアジマス時間幅と、ビームチルトがある場合に反射信号が存在するアジマス時間幅と、は同じ長さであるように表示しているが、実際には、ビームチルトがない場合に反射信号が存在するアジマス時間幅は、ビームチルトがある場合に反射信号が存在するアジマス時間幅よりも短く、図14のように表したときの反射信号の面積は、ビームチルトがない場合と、ビームチルトがある場合と、で比較して、ビームチルトがない場合の方が大きいということはない。 In FIG. 14, the azimuth time width in which the reflected signal exists when there is no beam tilt and the azimuth time width in which the reflected signal exists when there is beam tilt are shown to have the same length. However, in reality, the azimuth time width in which the reflected signal exists when there is no beam tilt is shorter than the azimuth time width in which the reflected signal exists when there is beam tilt. The area of the signal is not greater without beam tilt than without beam tilt.
一方、ビームチルトがある場合では、各アジマス時間tにおいて照射されるチャープパルスの全体区間のうち、ターゲットTに向けて照射されるチャープパルスの一部区間のみを、反射信号と参照信号との間の相関処理において考慮する。 On the other hand, when there is a beam tilt, only a partial section of the chirped pulse irradiated toward the target T, out of the entire section of the chirped pulse irradiated at each azimuth time t, is between the reflected signal and the reference signal. are considered in the correlation processing of
具体的には、アンテナ部Aの照射ビームがターゲットTに向き始めるアジマス時間tiでは、レンジ時間範囲τif≦τ≦τif+τ0のうち、一部のレンジ時間範囲max{τi(ti)、τif}≦τ≦min{τf(ti)、τif+τ0}(図13及び数式8、11を参照。)のみを、反射信号と参照信号との間の相関処理において考慮する。そして、合成開口レーダシステムSがターゲットTに最も近づくアジマス時間tcでは、レンジ時間範囲τc≦τ≦τc+τ0のうち、一部のレンジ時間範囲max{τi(tc)、τc}≦τ≦min{τf(tc)、τc+τ0}(図13及び数式8、11を参照。)のみを、反射信号と参照信号との間の相関処理において考慮する。さらに、アンテナ部Aの照射ビームがターゲットTに向き終わるアジマス時間tfでは、レンジ時間範囲τif≦τ≦τif+τ0のうち、一部のレンジ時間範囲max{τi(tf)、τif}≦τ≦min{τf(tf)、τif+τ0}(図13及び数式8、11を参照。)のみを、反射信号と参照信号との間の相関処理において考慮する。
Specifically, at the azimuth time t i at which the irradiation beam of the antenna part A begins to face the target T, part of the range time range max { τ i (t i ), τ if } ≤ τ ≤ min { τ f (t i ), τ if + τ 0 } (see FIG. 13 and
このように、各アジマス時間tにおいて照射されるチャープパルスの全体区間のうち、ターゲットTに向けて照射されるチャープパルスの一部区間のみを、反射信号と参照信号との間の時間領域又は周波数領域の相関処理において考慮する。そして、ターゲットTから反射された反射信号について、本開示では従来技術より、受信可能なレンジ時間τは短くなるものの、受信可能なアジマス時間tは長くなるため、受信可能な総時間は減少しない。よって、高レンジ分解能化を実現するために、チャープパルスの広帯域化を実行しようとしても、ビームチルトにより信号対雑音比を低下させないことができる。 In this way, of the entire chirped pulse irradiated at each azimuth time t, only a partial section of the chirped pulse irradiated toward the target T is the time domain or frequency between the reflected signal and the reference signal. Considered in region correlation processing. As for the reflected signal reflected from the target T, in the present disclosure, the receivable range time τ is shorter than the conventional technique, but the receivable azimuth time t is longer, so the total receivable time does not decrease. Therefore, even if an attempt is made to broaden the chirped pulse band in order to achieve high range resolution, the signal-to-noise ratio can be prevented from deteriorating due to the beam tilt.
(本開示の合成開口レーダシステムの分解能評価)
まず、反射信号と参照信号との間の相関処理について説明する。あるターゲットP:(X、Y)から反射された反射信号をF(X、Y)(t、τ)とし、他のターゲットP’:(X’、Y’)から反射された反射信号をF(X’、Y’)(t、τ)とする。反射信号F(X、Y)(t、τ)と反射信号F(X’、Y’)(t、τ)との間の相関Sは、数式12のように表される。
First, correlation processing between the reflected signal and the reference signal will be described. Let F (X, Y) (t, τ) be the reflected signal from a certain target P: (X, Y), and F be the reflected signal from another target P': (X', Y'). Let (X', Y') be (t, τ). A correlation S between the reflected signal F (X, Y) (t, τ) and the reflected signal F (X', Y') (t, τ) is represented by
以上の原理を利用して、反射信号と参照信号との間の相関処理が実行される。複数のターゲットP1:(X1、Y1)、P2:(X2、Y2)、・・・、Pn:(Xn、Yn)から反射された反射信号を数式13のように個々の反射信号の和として表し、観測対象位置P:(X、Y)から反射されたと期待される参照信号をF(X、Y)(t、τ)とする。反射信号R(t、τ)と参照信号F(X、Y)(t、τ)との間の相関Sは、数式14のように表される。
次に、合成開口レーダシステムの分解能評価について説明する。以上の相関処理では、P:(X、Y)とP’:(X’、Y’)とが関わる相関Sが、P:(X、Y)とP’:(X’、Y’)とが離れるに従って、急速に小さくなることを前提としている。そこで、相関Sが急速に小さくなる程度、つまり、合成開口レーダシステムSの分解能を評価する。 Next, the resolution evaluation of the synthetic aperture radar system will be described. In the above correlation processing, the correlation S involving P: (X, Y) and P': (X', Y') is P: (X, Y) and P': (X', Y') is assumed to decrease rapidly with increasing distance. Therefore, the extent to which the correlation S rapidly decreases, that is, the resolution of the synthetic aperture radar system S is evaluated.
ターゲット(0、Y)から反射された反射信号を数式15のように表し、観測対象位置(ΔX、Y+ΔY)から反射されたと期待される参照信号を数式16のように表す。
反射信号F(t、τ)と参照信号G(t、τ)との間の相関Sは、数式17のように表される。ここで、ΔR(t)、R(t)及びR’(t)は、数式18のように表される。なお、数式17に示した相関Sは、図15、16に示す点拡張関数に対応する。
反射信号F(t、τ)と参照信号G(t、τ)との間の相関Sは、数式19のように計算される。ただし、A(t)及びB(t)は、数式20、21のように表される。そして、数式19のアジマス時間tの積分範囲は、B(t)>A(t)を満たすアジマス時間tにわたる。さらに、θ(t)及びθ’(t)は、数式22のように表される。
本開示の点拡張関数対ターゲットからのレンジ方向距離を図15に示す。本開示の点拡張関数対ターゲットからのアジマス方向距離を図16に示す。点拡張関数を計算するにあたり、中心周波数f0を9.25GHzとし、チャープパルス周波数幅BWを800MHzとし、チャープパルス時間幅τ0を1.0μsとし、ビーム幅2ηを1.5degとし、ビームチルトの変化速度を1.0deg/100MHzとし、合成開口レーダシステムSの速度vを100m/sとし、ターゲットTのレンジ方向距離を15.0kmとする。 The point extension function of the present disclosure versus range direction distance from target is shown in FIG. The point extension function of the present disclosure versus azimuth distance from target is shown in FIG. In calculating the point spread function, the center frequency f0 is 9.25 GHz, the chirped pulse frequency width BW is 800 MHz, the chirped pulse time width τ0 is 1.0 μs, the beam width 2η is 1.5 deg, and the beam Assume that the tilt change speed is 1.0 deg/100 MHz, the speed v of the synthetic aperture radar system S is 100 m/s, and the range direction distance of the target T is 15.0 km.
図15を参照すると、従来技術のビームチルトがない場合と比べて、本開示のビームチルトがある場合では、同程度のレンジ分解能が得られていることが分かる。つまり、従来技術のビームチルトがない場合と比べて、本開示のビームチルトがある場合では、ターゲットTからの反射信号が存在するレンジ時間τが減少するため、ターゲットTからの反射信号の周波数帯域が減少するものの、ターゲットTからの反射信号が存在するアジマス時間tが増加するため、ターゲットTからの反射信号が存在する総時間が減少することなく、同程度のレンジ分解能が得られる。そして、反射信号と参照信号との間の相関処理において、各アジマス時間tにおいて照射されるチャープパルスのうち、チャープパルス時間幅τ0の全部を考慮する場合と比べて、ターゲットTに向けて照射される一部を考慮する場合では、高信号対雑音比を実現することができる。 Referring to FIG. 15, it can be seen that comparable range resolution is obtained with the beam tilt of the present disclosure as compared to the prior art without beam tilt. That is, with the beam tilt of the present disclosure, the range time τ over which the reflected signal from the target T is present is reduced compared to the prior art without the beam tilt, so the frequency band of the reflected signal from the target T is is decreased, the azimuth time t during which the reflected signal from the target T exists increases, so the same range resolution can be obtained without decreasing the total time during which the reflected signal from the target T exists. Then, in the correlation processing between the reflected signal and the reference signal, among the chirped pulses irradiated at each azimuth time t, compared to the case where all of the chirped pulse time width τ 0 is considered, the irradiation toward the target T In some cases, high signal-to-noise ratios can be achieved.
図16を参照すると、従来技術のビームチルトがない場合と比べて、本開示のビームチルトがある場合では、より高いアジマス分解能が得られていることが分かる。つまり、従来技術のビームチルトがない場合と比べて、本開示のビームチルトがある場合では、チャープパルスを照射するにあたり、アンテナの指向特性によって生じるビームチルトを積極的に利用するため、いずれの観測対象位置についても、観測可能なアジマス時間tが長くなる。よって、高信号対雑音比を実現するために、アンテナの高利得化つまり開口長増大を実行しようとしても、合成開口によりアジマス分解能を低下させないことができる。 Referring to FIG. 16, it can be seen that higher azimuth resolution is obtained with the beam tilt of the present disclosure compared to the prior art without beam tilt. In other words, compared to the case without beam tilt in the prior art, when there is the beam tilt of the present disclosure, since the beam tilt caused by the directivity characteristics of the antenna is actively used in irradiating the chirped pulse, any observation The observable azimuth time t also increases for the target position. Therefore, even if an attempt is made to increase the gain of the antenna, that is, to increase the aperture length in order to achieve a high signal-to-noise ratio, the azimuth resolution can be prevented from deteriorating due to the synthetic aperture.
本開示の合成開口レーダ装置、合成開口レーダ信号処理装置及び合成開口レーダ信号処理プログラムは、合成開口レーダ技術において、高信号対雑音比及び高分解能化を両立させつつ、照射ビームの方向を制御する機械的又は電気的な機構を不要とし、回路の簡素化及びシステムの低価格化を実現することができる。 A synthetic aperture radar device, a synthetic aperture radar signal processing device, and a synthetic aperture radar signal processing program according to the present disclosure control the direction of an irradiation beam while achieving both a high signal-to-noise ratio and high resolution in synthetic aperture radar technology. No mechanical or electrical mechanism is required, so circuit simplification and system cost reduction can be achieved.
S:合成開口レーダシステム
A:アンテナ部
T:ターゲット
1:合成開口レーダ装置
2:合成開口レーダ信号処理装置
11:チャープパルス生成部
12:反射信号受信部
13:アンテナ駆動部
21:相関処理実行部
S: Synthetic aperture radar system A: Antenna unit T: Target 1: Synthetic aperture radar device 2: Synthetic aperture radar signal processing device 11: Chirp pulse generation unit 12: Reflected signal reception unit 13: Antenna drive unit 21: Correlation processing execution unit
Claims (8)
前記チャープパルス生成部が生成したチャープパルスを照射するにあたり、機械的及び電子的な指向制御を行なわず元来備わっている指向特性に従って、照射ビームの方向を照射ビームの周波数に応じてアジマス方向に変化させるアンテナ部と、
ターゲットから反射された反射信号を受信する反射信号受信部と、
を備える合成開口レーダ装置に使われる合成開口レーダ信号処理装置であって、
照射ビームの方向がアジマス方向に変化することにより、照射ビームの方向がアジマス方向に変化しないときと比べて、観測対象位置の観測可能なアジマス時間を長く設定し、
前記反射信号受信部が受信した前記反射信号と、前記チャープパルス生成部が生成したチャープパルスの全体区間のうち、アジマス位置ごとに前記観測対象位置から反射されたと期待される一部区間のみを選択した参照信号と、の間の相関処理を実行する
ことを特徴とする合成開口レーダ信号処理装置。 a chirped pulse generator for generating a chirped pulse for range compression of a synthetic aperture radar;
In irradiating the chirped pulse generated by the chirped pulse generator, the direction of the irradiation beam is changed in the azimuth direction according to the frequency of the irradiation beam according to the inherent directivity characteristics without mechanical or electronic directivity control. Antenna part to be changed,
a reflected signal receiver that receives a reflected signal reflected from the target;
A synthetic aperture radar signal processing device used in a synthetic aperture radar device comprising
By changing the direction of the irradiation beam in the azimuth direction, setting the observable azimuth time of the observation target position longer than when the direction of the irradiation beam does not change in the azimuth direction,
Select only a partial section expected to be reflected from the observation target position for each azimuth position from all sections of the reflected signal received by the reflected signal receiver and the chirped pulse generated by the chirped pulse generator. A synthetic aperture radar signal processing apparatus, characterized by executing correlation processing between a reference signal obtained by the above method and a reference signal.
ことを特徴とする、請求項1に記載の合成開口レーダ信号処理装置。 The observable azimuth time of the observation target position is set based on the observation target position, the speed of the synthetic aperture radar device, and the directional change width and beam width of the irradiation beam. Synthetic aperture radar signal processor.
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の合成開口レーダ信号処理装置。 The total time width of the chirped pulse, the direction of the observation target position as seen from the synthetic aperture radar device, the direction change width of the irradiation beam, and the beam for the partial section expected to be reflected from the observation target position for each azimuth position 3. The synthetic aperture radar signal processing apparatus according to claim 1, wherein the setting is made based on the width.
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の合成開口レーダ信号処理装置。 4. The synthetic aperture radar signal processing apparatus according to claim 1 , wherein said correlation processing between said reflected signal and said reference signal is performed in the time domain .
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の合成開口レーダ信号処理装置。 After controlling the center frequency for each azimuth position, a chirped pulse is generated so that the azimuth direction of the irradiation beam is directed to a certain observation area. The synthetic aperture radar signal processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein observation is performed.
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の合成開口レーダ信号処理装置。 Synthetic aperture radar signal processing according to any one of claims 1 to 4, characterized in that synthetic aperture radar observation is performed using a strip mode by generating a chirped pulse having a shape independent of the azimuth position. Device.
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の合成開口レーダ信号処理装置。 Synthetic aperture radar observation is performed using the squint mode by generating a chirped pulse that has a shape that does not depend on the azimuth position and that has a center frequency that causes a squint in the azimuth direction of the irradiation beam. The synthetic aperture radar signal processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein
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