JPH02210285A - スポットライトマッピングレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、人工衛星、航空機等の飛しょう体等の移動
するレーダプラットホームに搭載され、ビームスタビラ
イズ機能を用いて、地表あるいは海面上の静止した観測
対象の映像を得るスポットライトマツピングレーダ装置
に関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種のスポットライトマツピングレーダ装置に
ついては、例えば、Ｂｒｏｏｋｅｎｅｒ、　Ｅ、ｅｄ。

’Ｒａｄａｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ’　、Ａｒｔｅｃ
ｈ　１（ｏｕｓｅ、１９７６のｃｈ、１８に詳しく述べ
られているが、ここでは装置の構成と原理について簡単
に説明する。

第３図は、従来のスポットライトマツピングレーダ装置
の構成を示すブロック図であり、第４図ないし第６図は
その動作原理及び運用を説明するための図である。

図中、ｌは送信機、２は送受切換器、３はアンテナ、４
は受信機、５はパルス圧縮装置、６はアジマス圧縮装置
、７は表示バッファ、９は表示装置、１０はリファレン
ス信号発生装置、１１は慣性航法装置、１２はアンテナ
駆動装置、１３は送信信号、１４は受信信号、１５は観
測対象、１６は観測対象１５中の１点、１７はアンテナ
・ビーム、１８はスポットライトマツピングレーダ装置
が搭載された飛しょう体を表す。

慣性航法装置１１により測定された飛しょう体１８の位
置、速度に応じて、アンテナ駆動装置１２によりアンテ
ナ３を観測対象１５に向ける。

その後、送信機ｌ″ＣＣ発生送信パルス信号は、送受切
換器２及びアンテナ３を介して、送信信号１３（電波）
として地上あるいは海面の観測対象１５へ向けて放射さ
れる。放射された送信信号１３は、観測対象１５で反射
され、受信信号１４（エコー信号）として再びアンテナ
３によって受信される。受信信号１４は送受切換器２を
介して、受信機４へ入力される。受信機４は高周波の受
信信号を増幅及び検波し、ベースバンドのビデオ信号に
変換する。このビデオ信号は距離分解能を高めるためパ
ルス圧縮装置５に入力され、パルス圧縮が行われる。パ
ルス圧縮によって、飛しょう体１８の進行方向に対して
垂直方向すなわち距離（レンジ）方向の分解能を向上さ
せる。このとき、レンジ分解能ΔＲは、 （Ｃ：光速、τ：パルス圧縮後のパルス幅）で示される
。その後ビデオ信号は、アジマス圧縮装置６へ入力され
、飛しょう体１８の進行方向すなわちアジマス方向のク
ロスレンジ分解能を向上させる。アジマス圧縮はスボ、
ットライトマッピングレーダ装置を搭載した飛しよう体
１８の移動によって生じるドツプラー効果を利用して行
われる。

今、第４図に示すように飛しょう体１８が速度Ｖで等速
度線運動してｔ゛）るものとし、観測対ｌＲ１５中の１
点１６が、時刻１＝０のとき距離Ｒｏ、スクイント角θ
０にある場合を考える。このとき、時刻ｔにおける飛し
ょう体１８と点１６の相対距離Ｒ（ｔ）は、 Ｒ（ｔ）　＝（Ｒｏ−２Ｒｏｖｔｃｏｓθｏ＋ｖ２ｔ２
　　　　（２１で与えられる。よって、瞬時ドツプラー
周波数ｆ　ａ（ｔ）は、送信波長λを用いて で与えられる。第３式より明らかなように、受信信号は
、その瞬時ドツプラー周波数が時刻ｔとともに変化する
チャープ信号となっている。このとき、第３式中のλ、
Ｒ，，θｏ、■は既知あるいは慣性航法装置１１により
測定可能なパラメータであるから、点１６のドツプラー
周波数の時間変化の履歴すなわちドツプラーヒストリー
はリファレンス信号発生装置１０により計算で求めるこ
とができる。従って、各レンジ毎に、一連の受信信号と
、リファレンス信号発生装置１０で発生させたリファレ
ンス信号との相関をとることによって、パルス圧縮と同
様にアジマス圧縮が可能となる。　一般に、スポットラ
イトマツピングレーダ装置では、θ０は、θ０＝π／２
に設定される。

このとき、合成開口時間Ｔはアンテナビーム幅θＢでは
なくアンテナ駆動装置１２のアジマス角可動範囲θＳ　
（飛しょう体の進行方向を基準として、アンテナビーム
のボアサイト方向が（π−θｓ）／２から（π＋θｓ）
／２までの範囲で可動とする。）で決定され、 で与えられる０合成量口時間をＴとすると、クロスレン
ジ分解能Δｒは、 で与えられる。

以上の処理によって、レンジ方向及びアジマス方向の両
方向で高分解能化された受信信号は、表示バッファ７に
画像情報として格納され、表示装置９上に二次元レーダ
映像として表示される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、所要パルス繰り返し周波数ＰＲＦは、 λ で与えられる。前記第５式より明らかなように、合成開
口時間Ｔを長くすればするほどクロスレンジ分解能Δｒ
は向上するが、観測領域はビーム幅θ８と距離Ｒの積Ｒ
θＢで決まるので、レーダプラットホーム（飛しよう体
）が通過する時間、すなわちＲθＢ／ｖ以上に観測時間
Ｔを延長すると、第６図に示すように観測領域が不連続
になる。これを防ぐために、ビーム幅θＢを大きくし、
Ｔ≦Ｒθａ／Ｖの制限を満足した上で観測時間Ｔを長く
すると、第６式より明らかなように、パルス繰り返し周
波数ＰＲＦを高くしなければならず、レンジアンビギュ
イティが発生し、遠方の観測ができなくなるという問題
点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、距離性能及びｔｌ！測可能領域を劣化させる
ことなく、クロスレンジ分解能を向上させるスポットラ
イトマツピングレーダ装置を得ることを目的としている
。

［課題を解決するための手段］ このため、この発明に係るスポットライトマツピングレ
ーダ装置は、受信手段に、複数のアンテナ素子を介して
受信したエコー信号をそれぞれＡ／Ｄ変換してディジタ
ル処理することにより同時に異なる方向を指向する複数
の受信ビームを形成可能なディジタルビームフォーミン
グアンテナを用いて、その各出力毎にパルス圧縮手段、
アジマス圧縮手段２衷示バッファ及びリファレンス信号
発生手段を設けるとともに、各表示バッファの出力画像
を合成して表示装置に出力する出力画像合成手段を備え
たものである。

［作用］ この発明においては、送信ビーム幅は広くし、受信する
時にはディジタルビームフォーミングアンテナを用いて
、方向の異なる細い受信ビームを複数本同時に形成する
ことにより、ビーム１本１本ではビーム幅を狭く制限し
てパルス繰り返し周波数を低く保ち、ビームの本数分合
成することにより、距離性能及び観測可能領域を劣化さ
せることなく、クロスレンジ分解能を向上する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。なお
、従来技術と同一の構成要素については同一番号を付し
てその説明を省略する。

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図で、図におい
て、１９は一次元あるいは二次元に配列された複数個の
アンテナ素子、２０は各アンテナ素子１９毎に設けられ
アンテナ素子１９を介して電波を受信する受信機、２１
は各受信機２０毎に設けられ受信機２０から出力される
信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、２２は各Ａ／Ｄ変
換器２１から同時に転送される複数のディジタル信号を
入力してその内部でＯＦ　Ｔ　（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｆ
ｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ：ｌ散フーリエ変換）
を行い、異方向からの受信電波を各方向毎に弁別して外
部に出力する複数のディジタルビーム形成部で、上記ア
ンテナ素子１９〜デイジタルビーム形成部２２により、
無走査で、同時に異なる方向を指向する複数の受信ビー
ムを形成可能なディジタルビームフォーミング（Ｄｉｇ
ｉｔａｌ　Ｂｅａｍ　Ｆｏｒｎ＋ｉｎｇ＋　Ｄ　Ｂ　Ｆ
　）アンテナ３０が構成される。本願は受信手段として
上記ディジタルビームフォーミングアンテナ３０を用い
たもので、各ディジタルビーム形成部２２（ここでは４
個）の出力毎に、パルス圧縮装置５、アジマス圧縮袋置
６１表示バッファ７及びリファレンス信号発生装置１０
が設けられており、各表示バッファ７の出力が出力画像
合成装置８を介して表示装置９に接続される。また、慣
性航法装置１１はディジタルビームフォーミングアンテ
ナ３０の各受信ビーム対応の出力を対応するリファレン
ス信号発生装置１０に出力してそれらを個々に制御する
ようになっている。なお、２３は電子的にビーム走査可
能なアンテナとして周知のフェーズドアレイアンテナで
構成された送信アンテナで、送信機１とともに送信手段
４０を構成し、慣性航法装置１１によってその送信ビー
ム方向が制御される。

次に動作について第２図に基づいて説明する。

送信機１から送信アンテナ２３を介して観測対象１５に
向かってビーム幅θＢの広い送信信号を出力する。この
時、レーダプラットホームから観測対象１５までの距離
をＲとすれば、観測領域Ｓ　”　Ｒｅｓの関係が成り立
つので、送信信号のビーム幅θ８はθ、＝Ｓ／Ｒとする
。

一方、受信はディジタルビームフォーミングアンテナ３
０を用いて行い、観測対象１５内の各小領域１５ａを指
向する４本の細い受信ビーム＃１〜＃４（ビーム幅θｂ
＝θＢ／４）を形成して各小頭域１５ａからのエコー信
号を同時に受信する。受信された各エコー信号はそれぞ
れ対応するパルス圧縮装置５及びアジマス圧縮装置６で
レンジ分解能及びクロスレンジ分解能が向上されて各表
示バッファ７に格納される。なお、この時、慣性航法装
置１１からは各受信ビーム対応のパラメータが対応する
リファレンス信号発生装置１０に出力されてアジマス圧
縮が行われる。各表示バッファ７に格納された各画像情
報は出力画像合成装置８により合成されて観測対象全体
の画像として表示装置９に表示される。

すなわな、送信ビーム幅θＢを広くし、ディジタルビー
ムフォーミングアンテナを用いることにより受信ビーム
をＮ本のマルチビームにして、受信ビーム１本当たりの
ビーム幅θ、をθゎ＝θ３／Ｎとし、観測領域が不連続
になるのを防ぎ、かつ受信ビーム−本当なりの処理に必
要なパルス繰り返し周波数ＰＲＦを とし、従来の１／Ｎに低下させる。

これにより、距離性能及び観測可能領域を劣化させるこ
となく、クロスレンジ分解能をＮ倍向上させることがで
きる。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明によれば、アンテナ素子
を介して受信したエコー信号をそれぞれＡ／Ｄ変換して
ディジタル処理することにより同時に異なる方向を指向
する複数の受信ビームを形成可能なディジタルビームフ
ォーミングアンテナを用いて、その各出力毎にパルス圧
縮手段、アジマス圧縮手段、表示バッファ及びリファレ
ンス信号発生手段を設けるとともに、各表示バッファの
出力画像を合成して表示装置に出力する出力画像合成手
段を備えなので、距離性能及び観測可能領域を劣化させ
ることなく、クロスレンジ分解能を向上させることがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図はこ
の発明の動作を示す説明図、第３図は従来のスポットラ
イトマツピングレーダ装置の構成図、第４図ないし第６
図は従来のスポットライトマツピングレーダ装置の動作
例を示す図である。 図中、１は送信機、５はパルス圧縮装置、６はアジマス
圧縮装置、７は表示バッファ、８は出力画像合成装置、
９は表示装置、１０はリファレンス信号発生装置、１１
は慣性航法装置、１５は観測対象、１８は飛しよう体（
レーダプラットホーム）、１９はアンテナ素子、２０は
受信機、２１はＡ／Ｄ変換器、２２はディジタルビーム
形成部、２３は送信アンテナ、３０はディジタルビーム
フォーミングアンテナ（受信手段）、４０は送信手段。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動するレーダプラットホームに搭載され、静止した観
   測対象に向けて電波を送信する送信手段と、観測対象に
   当たって戻ってくるエコー信号を受信する受信手段と、
   受信した信号のレンジ分解能を向上させるパルス圧縮手
   段と、クロスレンジ分解能を向上させるアジマス圧縮手
   段と、得られた画像情報を格納して表示装置に出力する
   表示バッファと、アジマス圧縮に必要なリファレンス信
   号を発生するリファレンス信号発生手段と、レーダプラ
   ットホームの動きを計測して上記送信手段及びリファレ
   ンス信号発生手段を制御する慣性航法装置とを備えたス
   ポットライトマッピングレーダ装置において、上記受信
   手段に、複数のアンテナ素子を介して受信したエコー信
   号をそれぞれＡ／Ｄ変換してディジタル処理することに
   より同時に異なる方向を指向する複数の受信ビームを形
   成可能なディジタルビームフォーミングアンテナを用い
   て、その各出力毎に上記パルス圧縮手段、アジマス圧縮
   手段、表示バッファ及びリファレンス信号発生手段を設
   けるとともに、各表示バッファの出力画像を合成して表
   示装置に出力する出力画像合成手段を備えたことを特徴
   とするスポットライトマッピングレーダ装置。