JPH0531112B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、放射分析イメージング・システムに
関し、特に、干渉計の感度ローブで情景を走査す
ることによつて、その情景の電磁放射線分布を測
定する放射計に関する。ここで、用語「情景」と
は、アンテナ視野中の何もかもすべて、即ち見ら
れるものを指すもので、例えば、無線周波数の電
磁放射線が検出される地上の部分のことを指す。
あるいは、この情景とは、金星の大気の一部、恒
星間空間の一部、又はアンテナ視野内の他のなに
かを指す用語である。

［従来の技術］ 放射分析イメージヤは、多くの実在する及び潜
在的な応用を有している。例えば、空中及び宇宙
中継マイクロ波イメージヤは、地球、惑星、及び
海洋の地形図を描くこと、大気中の水、蒸気、
雨、及び海面温度を測定すること、水路現象、及
び雲の下の気象及び地表状態、即ち雨を査定する
こと、等のために使用されることができる。

例えば、現在の静止軌道上の放射分析気象マツ
パは、雲をあまり貫通しない可視及び赤外線周波
数に制限されている。従つて、このようなシステ
ムでは、地表を絶間なく観測することができな
い。マイクロ波スペクトルの一部（ここでは、１
mm乃至1mの波長）は、雲を容易に貫通する。よ
つて、マイクロ波放射計は、気象及び他の応用の
ために、地表の絶間ないイメージングを全ての天
候に於いて提供することができる。このようなマ
イクロ波放射計としては、大きな放物面反射器を
使用するものが良く知られている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記マイクロ波放射計の反射器の放
物面の質量及びサイズは、必要とされる角分解能
と受信される波長とに相関している。上記応用の
ために必要される分解能及び前述の波長を達する
ためには、非常に大きく且つ重い構造物を必要と
する。よつて、このような反射器は一般に、遠く
離れた無線周波数応用のためには、非実用的であ
る。

このような大きさ及び重さについての同様の問
題は、レーダ・システムにもあり、これは合成開
口レーダ（SAR）によつて解決している。しか
しながら、上記SARシステムは、それらが生成
するコヒーレントな放射線の反射に基かれてい
る。これに対し、放射分析システムは、ターゲツ
ト電磁放射線に依存されるものであり、特に、広
帯域且つノンコヒーレントなものである。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、
大きさ及び出力を小さなものとしつつ高分解能且
つ高忠実度のイメージを提供する実際的な放射分
析イメージング・システム用の放射計を提供する
ことを目的とする。そのような放射分析イメージ
ング・システムは、静止軌道からの衛星イメージ
ングのために適合させ得るということが、さらに
重要である。

［課題を解決するための手段及び作用］ 上記の目的を達成するために、本発明による放
射計は、干渉計と、該干渉計の出力タイム・レコ
ードから情景の無線周波数もしくは他の電磁放射
線の分布を再現するための、マツチド・フイルタ
のような変換手段とを含む。上記干渉計は、幅が
変化する一連の感度ローブを有する縞模様を特徴
としている。上記タイム・レコードは、上記一連
のローブが情景を走査するにつれて、上記干渉計
によつて生成されるものである。

走査の方向に沿つた情景の無線周波数分布は、
走査動作及び予め測定された縞模様から導出せる
基準サインの関数に従つて再現される。ここで、
上記用語「サイン」とは、情景が走査されるにつ
れての、その情景の一定の点放射源に起因するタ
イム・レコードのことである。つまり、これは、
情景中の特定の位置即ち場所に独特のものであり
且つそれを示すレコード即ちパターンを指してい
る。この用語「サイン」は、本来、合成開口レー
ダ（SAR）の分野に於けるのと同様の意味を持
つている。本発明では、それは、情景中の特定の
位置即ち場所から放射された電磁放射線のタイ
ム・レコード、即ちそのような点のための放射源
タイム・レコードを指すものとする。この「サイ
ン」は、同一点の異なつた情景間で自己相関をな
して、その特定点の輝度を決定することを許す。

また、上記変換手段がマツチド・フイルタを含
むと、その変換関数は、上記サインのフーリエ変
換の共役複素数に等しい変調伝達関数を含むであ
ろう。

情景が複数の感度ローブによつて走査され、且
つ適当な走査手段が提供されることが必要であ
る。この走査動作は、放射計と情景の相対的な回
転又は平行移動、あるいはその両方によつて提供
される。より複雑な動作は、伝達関数の適当な選
択によつて適応させられる。幾つかの応用に於い
ては、上記走査手段は、星図を描くために使用さ
れる地上局干渉計に於けるように、固有なもので
ある。

本発明は、実質上等価の手段によつて、実質上
同様の結果を提供する。例えば、畳込み及び相互
相関が時間領域内で実行されて、空間周波数領域
内の変調伝達関数の結果を生成することができる
ということが良く知られている。従つて、本発明
の別の実現に於いては、結果は、走査移動のタイ
ム・レコードとサインとの相関である。それぞれ
の実現に於いては、上記タイム・レコードは、画
素強度を個々に表わし且つ再現された情景を個々
に構成するパルスにつぶされる（collapseされ
る）（「スプレツド・フアンクシヨン」）。

本発明により、走査の方向の無線周波数分布を
再現するための新規な放射計が提供される。マル
チ走査によつて、即ち、１次元「トラツク方向
（アロング・トラツク）」走査を、それと直交する
「トラツク交差（クロス・トラツク）」方向の解像
方向への代替アプローチで補うことによつて、２
次元分布が得られることができる。そのような代
替アプローチの一つは、例えば、干渉計の素子と
して、周波数又は他のフアンビーム走査アンテナ
を使用することである。本発明のこれらの種々の
実現のために、情景の放射線分布を再現する種々
の変換関数が知られている。

本発明は、互いに関して動くことができる、例
えば地面上を飛ぶ航空機であることができる、マ
ルチ情景（これは、一つ以上の上希有情景、例え
ば、２つの異なつた地上の部分を指す）の電磁放
射線分布の再現を提供する。このマルチ再現は、
複数のサインに従つた干渉計タイム・レコードの
マルチ処理に起因するもので、それぞれのサイン
は干渉計縞模様による関連する情景の走査を特徴
としている。

幅が変化する干渉計ローブは、それらが走査さ
れる時、情景の変化する空間周波数を逐次受入れ
る櫛形フイルタと見ることができる。これらの空
間周波数は、受信された無線周波数エネルギーの
到達角度の関数として生じる位相の変化によつて
引起こされる建設的な及び破壊的な干渉によつて
形成される。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明
する。

第１図は、本発明の第１の実施例の構成を示す
図で、第１の実施例の放射計１０は、干渉計１２
と、この干渉計１２の出力、即ち「タイム・レコ
ード」を、情景の無線周波数輝度分布の表示に変
換するための変換手段２４とを含んでいる。この
記変換手段２４は、縞模様に関しての走査移動の
基準サイン２２の関数に従つて、上記干渉計タイ
ム・レコードから上記情景の無線周波数輝度分布
を再現する。ここで、サインとは、上記干渉計縞
模様によるインパルス関数の走査に起因するだろ
うタイム・レコードのことである。このタイム・
レコードは、合成開口レーダによつて生成された
ドツプラー履歴波形との類似点のため、「ローブ
履歴」として参照される。上記再現された情景の
無線周波数輝度分布は、表示レコーダ２６にスト
アされ及び／又は表示されることができる。

本実施例に於いては、上記変換手段２４は、以
下に特徴を記述される上記サインのフーリエ変換
の共役複素数に等しい変調伝達関数（MTF）を
有するマツチド・フイルタである。あるいは、変
換関数は、相互相関又は畳込みであつても良い。

上記干渉計１２は、情景からの無線周波数の電
磁放射線に応じて個々のアンテナのタイム・レコ
ードを生成するように適合された２つのアンテナ
１４及び１６を含んでいる。個々のタイム・レコ
ードは、掛算器１８又は他の結合手段によつて結
合され、振幅又は位相と振幅の干渉計タイム・レ
コードを生成し、これが上記変換手段２４に対す
る入力となる。

第２図は、上記放射計１０のための縞模様４０
を示しており、この縞模様４０は、その中心動作
周波数の約５倍の波長の基線を持つている。位相
及び振幅情報の両方を保つために、同相及び直角
位相検波が使用されることができる。上記縞模様
４０の同相成分４１は同図中に於いて実線によつ
て示されており、直角位相成分４２は破線で示さ
れている。上記縞模様４０とその成分４１及び４
２のそれぞれは、その幅の変化する一連の感度ロ
ーブ４４を含むということに注意されたい。ま
た、基準感度ローブは、同図中に於いて、円４３
によつて示されている。

情景の無線周波数分布を決定するための当該放
射計１０のためには、情景と干渉計縞模様との干
渉計基線に沿つた（「アロング・トラツク」の）
相対的な移動がなければならない。そのような移
動は、基準点５０に関しての上記縞模様４０の回
転移動を示す矢印３０によつて表わされている。
この回転は、上記一連のローブ４４が上記基準点
５０を順次走査するようなものである。

基準点５０が一定の放射源であると仮定する
と、この基準点５０に関する一定角速度での上記
縞模様４０の回転は、第３図に示されるような点
サイン４７、即ちタイム・レコードを生成する。

単一点を走査する代わりに、放射計１０が互い
に一定の物理的関係にある一定放射源の２次元情
景を走査する時、その情景に於けるそれぞれの放
射源は、第３図に示されたような点サイン４７と
同様のタイム・レコードを生成する。そのような
情景を走査するにつれて、上記干渉計１２の出力
は、多くのそのようなタイム・レコードの合計で
あるだろう。

点放射源のタイム・レコードの振動の振幅は、
干渉計要素から見られるような電磁放射源の輝度
に従つて変化する。このパータンは、上記点放射
源が情景の要素であるとするならば、上記点放射
源が上記基準点５０の「前又は後に」遭遇される
かどうかに従つて、（第３図に示されるように左
又は右に）それに合せてシフトされる。

一定の点放射源の静止情景と一定レートの縞模
様４０の回転であれば、上記干渉計１２のタイ
ム・レコード出力は、異なる振幅と発生時間の同
様の波形の重ね合せである。実際には、成分波形
はすべて、位置、輝度、及び範囲の許容値を有し
て、仮定的な基準点５０の点サインと同様のもの
である。

情景のタイム・レコードと上記走査移動のサイ
ンとの継続的な相互相関は、「スプレツド・フア
ンクシヨン」としてもまた知られているように、
電磁放射源タイム・レコードを適正に配置された
パルスにつぶす（collapseする）ことによつて、
走査の方向に沿つたその情景の無線周波数輝度分
布の決定を許すということがわかる。そのサイン
の自己相関によつて得られた上記基準点５０のス
プレツド・フアンクシヨンが第４図に示されてい
る。

同様に、情景の無線周波数分布が、数理的に等
価の変換を使用するタイム・レコードから得られ
ることができる。イメージ再現の当業者は、理論
的に同一且つ実際に同様の結果を提供するのに、
相関的な、畳込み的な、且つマツチド・フイルタ
リングするアプローチが適当であると認めること
ができる。上記縞模様から、及び上記縞模様と情
景の相対的な移動からサインが導出せる故に、実
際の点放射源は必要とされないということに注意
されたい。

全縞模様で情景を走査することは必要ではな
い。所定の一連のローブで全情景を走査すること
が望ましい。これは、すべての情景放射源が（タ
イミング及び振幅を除いては）共通の波形を共有
するということを確実にする。特定数のローブで
あれば、ローブ幅の最大変更レートを有する一連
のローブを選択することが望ましい。

所定のタイム・レコードは、それぞれの時に異
なつたサインに関して、多数回、処理されること
ができる。例えば、異なつた速度に焦点を合わさ
れた基準サインを使用することによつて、マルチ
処理は、干渉計アンテナのパースから互いに関し
て動かされることができるマルチ情景の無線周波
数分布の再現を許す。そのようなアプローチは、
飛行機に焦点を合わされたイメージ及び該飛行機
が飛んでいる回りの地形を得るために使用される
だろう。

単純な回転及び平行移動のサインは、容易に導
き出せる。情景が複数のローブによつて走査され
る場合には、情景と縞模様のより複雑な相対移動
が適合させられることができる。しかしながら、
幾つかの複雑な相対移動は、複数の基準点サイン
に関して、及びより複雑な基準縞のサインに関し
て、マルチ処理を必要とすることができる。

一般に、上記縞模様の移動は、干渉計の移動に
よつて成し遂げられる。しかしながら、情景と縞
模様の相対移動は、情景だけの移動を含むことが
できる。例えば、移動する輸送手段が、静止した
干渉計対を通り過ぎるというような場合がある。
一般に、縞模様が干渉計の移動を包含するのに対
し、幾つかの干渉計に於いては、縞模様は、例え
ば可変位相及び時間遅延デバイスの使用によつ
て、干渉計アンテナ構造物に関して電子的に移動
されることができる。この故に、この説明は、縞
模様と情景の相対的な移動に当てはまる。

第５図に示された第２の実施例に係る放射計１
００は、アロング・トラツクの解像度を、（この
アロング・トラツクの解像度に直交する）クロ
ス・トラツク解像度で補つて、２次元イメージを
再現する。この放射計１００は、メモリ即ちバツ
フア１３０を介してマルチド・フイルタ１２０に
結合された干渉計１１０を含む。上記マツチド・
フイルタの結果は、イメージ表示メモリ１４０に
ストアされ、デイスプレイ１４１に表示される。

上記干渉計１１０は、情景の同期走査のために
適合された一対の周波数走査フアンビーム・アン
テナ１１１を含む。この周波数走査フアンビー
ム・アンテナ１１１は、周波数の関数としてのク
ロス・トラツク源方向データを含むタイム・レコ
ードを提供する。当該アンテナ１１１の出力は、
FET増幅器１１２によつて増幅された後、クロ
ス・トラツク方向によるタイム・レコード成分を
分離するために、マルチ・タツプ遅延ライン１１
３に沿つて分割される。

また、上記マルチ・タツプ遅延ライン１１３の
代わりに、可変遅延を使用するようにしても良
い。これは、データ・スループツトの若干の損失
と共に、上記タイム・レコードを処理するために
必要とされる計算力を大いに減ずる。

対応する交差方向成分は、DC及び他の不必要
な信号成分を除去するための帯域通過フイルタ１
１５に結合された二乗検波器１１４によつて同時
に乗算される。上記帯域通過フイルタ１１５の出
力は、情景の低周波数タイム・レコードを構成す
る。

これらの帯域通過フイルタ１１５の帯域は、ク
ロス・トラツク・ビーム位置の間で区別するほど
には狭くはないということに注意されるべきであ
る。この区別機能は、時間遅延によつて行なわれ
る。従つて、これらの帯域通過フイルタ１１５
は、高解像度のイメージングのために必要とされ
る情報を破棄するようなことはない。

マルチプレクサ１１６は上記乗算された信号を
結合して信号出力を形成し、この信号出力は、ア
ナログ・デイジタル変換器（ADC）１１７によ
つてデイジタル化される。

上記ADC１１７の出力は、高速フーリエ変換
器１１８によつて空間領域に再変換されて、干渉
計タイム・レコードを形成する。上記バツフア１
３０は、この干渉計タイム・レコードを受け取つ
て一時的にストアするために使用される。このバ
ツフア１３０は、クロス・トラツク方向符号化セ
グメントで受信したタイム・レコードを、マツチ
ド・フイルタ１２０によつて、変換のための時間
符号化セグメントで伝達されるクロス・トラツク
方向のデータに変換する。

上記マツチド・フイルタ１２０は、高速フーリ
エ変換（FFT）手段１２１、掛算器１２２、及
び高速逆フーリエ変換（FFT^-1）手段１２４を
有している。上記FFT１２１は、上記バツフア
１３０の出力を、空間周波数セグメントで符号化
されたクロス・トラツク方向のデータに変換す
る。

上記FFT１２１の出力は、変調伝達関数
（MTF）１２３を用いて掛算器１２２によつて変
更される。この変調伝達関数１２３は、所定の縞
模様に関して情景の移動を特徴とするサインのフ
ーリエ変換の共役複素数である。上記相対移動が
予め決定されたものであれば、上記変調伝達関数
１２３は、変更されたタイム・レコードを処理す
るために周期的にアクセスされるROMにストア
される。別の実施に於いては、選択されるべき
MTFのセツトがROMにストアされる。また、
別の態様に於いては、ROMは、相対移動センサ
（図示せず）によつて提供される関連するサイン
からMTFを決定するためのアルゴリズムを含む。

上記変換されたデータはFFT^-1１２４によつ
て処理されて、情景の所望の２次元無線周波数分
布であるクロス・トラツク方向のデータのアロン
グ・トラツク方向符号化セグメントを生じる。こ
の結果は、異なつた振幅の、時間に関して置換え
られた、フアンビーム位置によつて符号化され
た、重ね合されたパルスの形、即ちスプレツド・
フアンクシヨンである。この結果は、デイスプレ
イ１４１に表示するために表示メモリ１４０にス
トアされる。

第６図は、本発明の第３の実施例に係る放射計
６００を示している。この放射計６００は、変換
分光計６０３を使用するもので、宇宙船に応用さ
れる。無線周波数装置及び光学装置に於いて、重
く且つかさばつたフイルタ・バンク分光計の代わ
りに、変換分光計が使用される。変換分光計は、
或る関数の自己相関関数が上記関数の出力スペク
トルのフーリエ変換であるということを述べてい
るウイーナー・ヒンチン（Wiener−Khinchin）
の定理として知られた数理的な概念に依存してい
る。ここで、上記関数は、アンテナの出力の時間
関数である。この波形の自己相関を取ると、その
波形の出力スペクトルのフーリエ変換を得る。上
記出力スペクトルは、走査角の関数としての情景
の輝度の符号化された測定値である。従つて、ア
ンテナの信号出力の自己相関は、情景のフーリエ
変換である。アンテナ６０５は、地球軌道上にあ
り、下方に情景を見る。上記アンテナ６０５の出
力は、一対の変換放射計分光計６０３に通されて
周波数走査又はクロス・トラツク方向を並列のア
ロング・トラツクのストライプに分離された後、
複素数掛算器６０７で相互に掛算されて、バツフ
ア６０９にバツフアリングされる。データがオリ
ジナルの情景データのフーリエ変換の形である故
に、１次元逆フーリエ変換が逆フーリエ変換器６
１１で行なわれる。次に、その信号がマツチド・
チヤープ・フイルタ６１３でマツチド・チヤー
プ・フイルタリングされ、アロング・トラツク・
エネルギーを分離即ちつぶして、それぞれの周波
数走査の即ちアロング・トラツク進路のための地
図即ちイメージを並列に形成する。これらの関数
のそれぞれは、２つの変数が分離できるので、１
次元処理として実行されることができる。この処
理は、SARイメージが処理されるのと同様に１
アド１ドロツプの方法で成し遂げられることがで
きる。宇宙中継及び地上機能間の境界の線は、地
上へのデータ送信帯域幅を最小にするように選択
されている。

第７図は、本発明の第４の実施例の放射計７０
０を示す図で、本実施例の放射計７００に於いて
は、２つの周波数走査アンテナ７０１からの受信
信号が、相関放射計の２つの分離チヤンネル７０
３の供給される。ここに使用される相関放射計
は、アンテナ及び伝播のIEEE会報、1967年３月、
のウエセリング（Wesseling）によつて述べられ
た種類のACオフセツト相関放射計である。変換
分光器を完成する自己相関器７０５は、二乗検波
器７０９とフイルタ７１１と共に、両側から供給
された遅延ライン７２７で成る。上記相関器出力
のそれぞれは、Ｉ及びＱ検波器７１３に於いて位
相を保持するように同期検波される。これらの検
波された信号は、次にデイジタル化され、データ
の全フレームが、１アド１ドロツプの方法で地上
コンピユータ又はバツフア７１５にバツフアリン
グされる。この時、１次元逆FFT７１７及びマ
ツチド・チヤープ・フイルタ７１９は、イメージ
を再現する。

相関放射計の概念は、「信号ノイズ」が２つ
（又はそれ以上）のアンテナ及び増幅チヤンネル
のそれぞれに於いて同様の時間履歴を有すのに対
して汚染計器ノイズはそうではないということを
使用することが、不所望なノイズである計器ノイ
ズから、放射計中の信号である情景から受信され
た熱放射ノイズを抽出するための最も有効な方法
であるということの理解に基かれるものである。
ここで、上記用語「汚染計器ノイズ」とは、情景
から受信された信号をよごすような計器によつて
発生されるノイズを指しているものである。絶対
零度の温度にないどのような計器のどのような部
分もノイズを発生する。このノイズがアンテナ視
野中、もしくは信号の処理経路のどこかにある
時、このノイズが信号と結合されることができ、
それによつて、情景から受信された信号に有害に
作用する、即ちよごしてしまう。

上記計器ノイズから熱放射ノイズを抽出するた
めの最も有効な方法は、信号が行うのと同様に、
（アンテナ金属自身が絶対零度でないということ
によつて発生される）熱ノイズが相関しないよう
に、２個の分離したアンテナを使用することであ
るのは明かであろう。２個の分離したアンテナに
よつて発生されたノイズは、それらが２つの分離
した金属部分に独立して発生されるので、相関さ
れない。従つて、該相関放射計は、信号ノイズの
受信のための２つの独立したチヤンネルを提供
し、よつて、真正の信号のみが残るように、互い
に真正の信号の２つの汚染版を相関するための手
段を提供する。ここで、「真正の信号の汚染版」
とは、アンテナ又は別の計器によつてノイズが導
かれた後、相関器によつて受信された真正の信号
の作り替えたものである。即ち、このフレーズ
は、計器ノイズによつてよごされた後の真正の信
号を指している。

本質に於いて、それぞれのスペクトル・チヤン
ネルのノイズ源は、それらが相関しないので、シ
ステムのDC出力に寄与しない。相関の最も簡単
な形は、それぞれに於ける総時間遅延が等しくな
るように２つのチヤンネルを調整し、次に２つの
信号を互いに掛け合わせることである。即ち、よ
り一般的な言い方に於いては、上記処理は、２つ
の時間変化関数の間の時間差を変更すること、積
を取ると、及びその結果を積分することの内の一
つである。この点に述べられた相関放射計はま
た、ペンシル・ビーム・アンテナを使用して、優
秀なシステムを提供することができる。

ここに提唱されたAC相関システムは、若干の
変更でこれを成し遂げる。先ず、オフセツト周波
数が局部発振器７２１中に導かれるもので、この
オフセツト周波数は、ミキサ７２３で、２つの信
号を、最大限の増幅のため都合の良い中間周波数
７２５に混合するために使用される。これは、信
号の空間周波数内容の一部である位相情報の損失
を妨げるために行なわれる。これは、基準として
上記オフセツト周波数を使用する信号を同期検波
することによつて成し遂げられる。上記検波が90
度シフトされた２つの基準を用いて行なわれる故
に、２つの合成された出力は、位相情報が取戻さ
れることができるsin及びcos成分を含む。

並列に多数の相関を成す能力が、変換分光計を
完成するために提供される。これは、遅延ライン
７２７を使用することによつて行われるもので、
該遅延ライン７２７は、その相対的な時間遅延が
周波数走査アンテナのフアンビーム間の周波数の
差に対応している多数のタツプを有している。そ
れぞれのタツプの出力は、相関される２つのチヤ
ンネルからの信号の合計である信号を提供する。
この遅延ライン７２７からの一対の信号は、代数
関係（ａ＋ｂ）²＝a²＋2ab＋b²の使用を許す二乗
検波器７０９に入力される。上記a²の項及びb²の
項はDC項であり、これらはフイルタ７１１によ
つて容易に破棄されることができる。即ち、この
フイルタ７１１は、自己相関処理のために必要と
される積の項だけを残す。次のステツプは、DC
成分を除去するために使用される上記同一フイル
タ７１１によつて、高精度に近付けられることが
できる積分を提供することである。つまり、上記
フイルタ７１１は、２つの中間周波数（i.f.）チ
ヤンネルをオフセツトするために使用されたAC
基準周波数の回りに中心を置かれた帯域通過フイ
ルタである。次に、信号は、基準としての上記オ
フセツト周波数で同期検波される。自己相関がウ
イーナー・ヒンチンの定理によつて入力パワー・
スペクトルのフーリエ変換を取るので、２つの同
相及び直角位相（Ｉ及びＱ）信号は、この点で発
生された空間周波数信号の位相を保存する。それ
ぞれの検波器７１３のＩ及びＱ信号出力のセツト
は、フーリエ変換のセツト、又はスペクトルのセ
ツト、又は全情景から受信された信号ノイズの並
列アナログ処理に起因する信号の空間周波数と位
相のセツトである。

この点で、データは、Ａ／Ｄ変換器でデイジタ
ル化されることができる。宇宙中継システムに於
いては、これは、信号がバツフアリングされ且つ
地上局コンピユータに送信されることができる点
である。最小送信帯域幅が必要とされるように、
相関処理がこの点で最大帯域幅縮小を与えるの
で、上記処理に於けるこの点が選択されている。

処理の次のステツプは、さらにデータの全走査
が成されるように、情報を（バツフア７１５に）
バツフアリングすることである。即ち、ローブ履
歴マツチド・フイルタ７１９が最終イメージの点
にこのエネルギーすべてをつぶすことができるよ
うに、それぞれのイメージ要素から集められた全
てのデータが与えられねばならない。先ず、アン
テナのそれぞれのフアンビームからのデータは、
全ての他のフアンビームから分離されねばならな
い。これは、それぞれの遅延ライン・タツプから
のデイジタル化されたデータの（FFTアルゴリ
ズムを使用する）１次元フーリエ変換を取ること
によつて成し遂げられる。それぞれのタツプ位置
は、或る一定の自己相関時間遅延に依存し、従つ
てウイーナー・ヒンチンの定理によつて、或る一
定の周波数走査アンテナ・フアンビームに依存す
る。ゆえに、時間遅延又はタツプ位置によるデー
タのフーリエ変換は、平行移動もしくは回転して
いる宇宙船によつて移動されるにつれての、それ
ぞれのフアンビームに沿つた信号パワーの測定で
ある。従つて、時間の関数としてのデータの連続
的なフーリエ変換は、クロス・トラツク方向に於
ける間隔で間隔をあけて配置された情景データの
平行トラツクのセツトを形成する。

それぞれのトラツクのエネルギーは、アンテナ
間隔及び周波数によつて定義されるようなローブ
履歴の変化のレートに依存するマツチド・フイル
タつぶれ（collapsing）関数のセツトによつて、
同時に処理される。（それぞれのフアンビームの
ローブ履歴は、それぞれのものが異なつた無線周
波数及び波長を持つので、異なつたレートを持つ
ということを注意されたい。これは、それぞれの
フアンビームが、より高い周波数フアンビームを
持つ側がより高い解像度に対応する一方の側から
他方の側に単調に変化する幾分異なつた解像度を
達成するということを意味する。これは、ドツプ
ラー周波数が近いターゲツトのためには高く、且
つ遠いターゲツトのためには低いということか
ら、合成開口レーダに生ずる根本原理効果と同様
である。） それぞれのフアンビームからのエネルギーがつ
ぶされた後では、それはその一方のフアンビーム
に対応するイメージ画素の輝度温度を表わす。そ
れぞれのフアンビームの輝度温度のセツトは、ク
ロス・トラツク方向の一列のためのイメージを定
義する画素のセツトを形成する。１次元フーリエ
変換及びマツチド・フイルタつぶれ関数計算のこ
の処理は、システムの最大分解像度能力と、為信
号エラーの発生を防止するためのプラツトホーム
速度とに対応するレートで繰返される。

上記マツチド・フイルタ７１９によつて情景画
素データのこれらの連続する列が発生されるにつ
れて、新しい一列が連続的に加えられ且つデータ
の最も古い列が削除される進路要図の形で、それ
らが表示されることができる。同時に、上記コン
ピユータ・データ・バツフア７１５は、処理のた
めの新しい入力データを連続的に加え、最も古い
データをそれが最後に使用された後に削除する。
また、これは、SARで使用されている処理と全
く同様である。もちろん、針路要図データは、所
望ならば、連続地図を提供するために記録される
ことができる。

第８図は、本発明の第５の実施例に係る放射計
８００の構成を示す図である。本実施例の放射計
８００は、ライン・ソース・アンテナ８０３を使
用するもので、それぞれのライン・ソース・アン
テナ８０３は、ソナー・トランスデユーサ・シス
テムが動作するのと同様に、検波の後に様々なビ
ームを形成するように相互接続された位相コヒー
レントを維持する分離した複数のアンテナ素子８
１０と複数の受信機（図示せず）を含む。個々の
アンテナ素子８１０は、ダイポール又は当業者に
明らかな何か他の適当な種類の素子を組合わせら
れることができる。それぞれのアンテナ素子の後
は、チツプ上の受信機である。

アンテナ素子８１０のセツトの出力は、それぞ
れのバツフア８３０に一時的にストアされる。相
関されたデータが次に、幾つかのソナー装置と同
様に、ビーム形成コンピユータ８３２によつて処
理される。マルチプレクサ８３４は、バツフア８
３６に記憶のために、信号経路に沿つて、処理さ
れたデータを送る。相関されたデータは次に、マ
ツチド・フイルタ８３８によつてイメージ・デー
タに形成される。

上記分離したアンテナの細部は、第９図にさら
に詳細に示されている。これは、分離した放射計
アンテナ８０３の一方のブロツク図であり、該ア
ンテナ８０３は中央局部発振器及びコントローラ
８１３と、非常に多数のアンテナ増幅器ユニツト
の内の２つの８１０，８１１を有する。一方のア
ンテナ素子８１１が基準側に指定されている。信
号は、全てのアンテナ素子によつて受信される
が、しかし素子間隔に合う到達角度のsinに比例
したフアクタにより、ライン・アレーに沿つて逐
次に異なる時間で受信される。

クロス・トラツク方向の到達角度は、隣接する
素子８１０での受信との間の時間差を測定するこ
とによつて測定されることができる。一般的に
は、放射計信号は、多くの場合、瞬間時間ベース
の機器のランダムなノイズよりも弱いものであ
る。自然背景電磁放射線は、上記機器ノイズより
も高いレベルにまで信号ノイズを上げるのに十分
なだけ長い期間、信号積分を行つた後にのみ、回
復されるとができる。

検波の前にそれぞれのアンテナ素子８１０に与
えられた信号及びノイズをデイジタル化すること
と、次に、デイジタル・コンピユータ８２９に於
いて、それぞれのクロス・トラツク方向のビーム
のセツトを形成するために必要とされる時間遅延
を挿入することによつて、ソナーに使用されるそ
れと同様のビーム形成テクニツクが働く。上記処
理がデイジタル・ワードのセツトで起こる故に、
多数ののビームビン中の信号の繰返しに於いて感
度がロスすることはなく、上記多数のビームの実
施は多くの装置を必要としない。（ソナー・デー
タ処理の分野で使用されるアプローチの説明は、
1981年11月のIEEEの会報のナイト（Knight）等
の「ソナーのためのデイジタル信号処理」の論文
に含まれる。） 第９図に示された実施に於いて、それぞれのア
ンテナ素子８１０，８１１からの信号は、積分ア
ンテナ増幅器ユニツト８１５で増幅され且つ検波
される。基準チヤンネルのミキサ８２１に供給さ
れた局部発振器信号は、他のミキサ８２０の全て
に供給される局部発振器信号から僅かに外されて
いる。それぞれの信号は、増幅処理のために都合
の良い中間周波数（i.f.）に混合される。信号フ
イルタ８２３は、受信機の帯域通過を定義するた
めに働く。上記i.f.と一致する基準信号は、同期
検波器８２５に対する入力として使用される。上
記i.f.信号は次に、（i.f.位相を保存するため）検波
される前にマルチプレクサ及びアナログ・デイジ
タル変換器８２７でデイジタル化され且つマルチ
プレクスされて、上記中央コンピユータ８２９に
このデイジタル形で伝送される。もちろん、上記
コンピユータ８２９は、その応用に依存して、輸
送手段に載せることもできるし、地上に配置され
ることもできる。この点で、デイジタル・ワード
のセツトは、それぞれのアンテナ素子８１０，８
１１で受信された信号及びノイズを表わしてい
る。上記コピユータ８２９は、全ての所望のクロ
ス・トラツク方向のビームを形成するために必要
な時間遅延を供給するために、同時にワードをシ
フトする。次のステツプは、他の信号のそれぞれ
と基準信号を結合することによつて形成されるシ
フトされた信号対の間の自己相関を成すことであ
る。上記基準チヤンネル・ミキサ８２１と全ての
他のミキサ８２０に供給された局部発振器信号の
間の周波数差のため、それぞれの信号対には、
ACビートがある。このビート周波数では、信号
はフイルタリングされない。もちろん、零の周波
数又はDCを含む何か別の周波数である信号は、
実は、アンテナの零でない温度によつて導かれる
不必要なノイズであり、上記増幅器及びミキサの
ノイズ形である。この点で、個々のフアンビーム
のセツトが、相関された信号対を加えることによ
つて形成される。それぞれの信号対は、加算され
るときに、それらの装置エネルギーが、狭いフア
ンビームの幅に対応する角度のレンジにわたつて
ベクトル的にのみ合計するように、必要とされる
量を時間シフトされる。

必要であれば、より高いデータ・レートが色々
の方法によつて減ぜられることができる。これら
の方法の一つは、ボート・コンピユータの遅延さ
れた信号間の相互相関を成すことである。この相
関の後、データ・レートは非常に減ぜられる。こ
れを成し遂げるための他の方法は、デイジタル化
の前か又は後にi.f.信号の直接的な相互相関を成
し、次にＩ及びＱ信号を得るためにフイルタリン
グし、同期検波することである。もちろん、この
後者のアプローチは、真正の時間遅延デバイスよ
りはむしろ位相シフタが使用されるならば、いく
らかの時間遅延による非相関を導くだろう。

システムのこの点からは、周波数走査システム
と同一である。クロス・トラツク方向のそれぞれ
のフアンビームからのデータを有すると、バツフ
アにこの情報をストアし、次に、アロング・トラ
ツク方向のそれぞれの情景要素からのエネルギー
をつぶすようにマツチド・フイルタによつてそれ
ぞれのフアンビーム信号を処理して、それぞれの
画素の輝度の測定値を形成することができる。情
報のそれぞれの列が形成された時、それは１アド
１ドロツプの方法で表示され、又は針路要図を形
成するため記録されることができる。バツフアメ
モリもまた、１アド１ドロツプの方法で使用され
る。

他の実施例も、本発明によつて提供される。上
記数理的なアルゴリズムは、色々な方法で自然科
学領域に変更され、再配列され且つ平行移動され
ることができる。それぞれの実現化は、提唱され
た数理的なアルゴリズムから逸脱しても行うこと
ができる。その上、相対移動の多くの形が、成し
遂げられることができる。サインの適当な選択
は、マルチ情景及び複雑な走査移動の無線周波数
分布の焦点を合せられた測定を許す。

アクテイブ・レーダ・システムもまた、情景を
解明するためのフラツド・ビームを使用して提供
される。この実施例に於いては、ずつと大きな感
度と短いイメージング及び積分時間とが可能であ
る。広帯域又はノイズ変調信号を使用する極端に
低い出力の送信機は、ある程度の静寂を保持する
ことができる。２次元の実施に関連してゲートす
るレンジは、３次元イメージが作られることを許
す。

２次元イメージの場合に於いては、クロス・ト
ラツク走査は、機械的又は電子的になされること
ができる。周波数走査に加えて、電子的走査は、
真正の時間遅延又は位相シフト走査である。電子
的に走査されたフアンビームは、円錐形である傾
向があるということに注意されたい。縞模様及び
情景の相対移動が回転よりはむしろ平行移動であ
る場合に於いては、レーダに於けるレンジ・ウオ
ークと類似のローブ・ウオーク問題が現れるが、
これは当業者によつて同様の方法で解ける。述べ
られた実施例のこれらの及び他の変更及び修正
は、本発明の範囲内である。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば、大きさ
及び出力を小さなものとしつつ高分解能且つ高忠
実度のイメージを提供する実際的な放射分析イメ
ージング・システム用の放射計を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の放射計の第１の実施例のブロ
ツク構成図、第２図は第１の実施例の放射計に組
込まれた干渉計の縞模様を示す図、第３図は第２
図の縞模様の反時計回りの走査動作のサイン特性
を示す図、第４図は第３図のサインの自己相関の
つぶされた結果を示す図、第５図は本発明の放射
計の第２の実施例のブロツク構成図、第６図は本
発明の放射計の第３の実施例のブロツク構成図、
第７図は本発明の放射計の第４の実施例のブロツ
ク構成図、第８図及び第９図はそれぞれ本発明の
放射計の第５の実施例に係る遅延走査放射計のブ
ロツク構成図である。 １０，１００，６００，７００，８００……放
射計、１２，１１０……干渉計、１４，１６……
アンテナ、１８……掛算器、２２……サイン、２
４……変換手段、２６……表示レコーダ、４０…
…縞模様、４１……同相成分、４２……直角位相
成分、４３……基準感度ローブ、４４……感度ロ
ーブ、５０……基準点、１１１……周波数走査フ
アンビーム・アンテナ、１１２……FET増幅器、
１１３……マルチ・タツプ遅延ライン、１１４，
７０９……二乗検波器、１１５，７１１……帯域
通過フイルタ、１１６，８３４……マルチプレク
サ、１１７……アナログ・デイジタル変換器
（ADC）、１１８……高速フーリエ変換器
（FFT）、１２０，８３８……マツチド・フイル
タ、１２１……高速フーリエ変換（FFT）手段、
１２２……掛算器、１２３……変調伝達関数
（MTF）、１２４……高速逆フーリエ変換
（FFT^-1）手段、１３０，６０９，７１５，８３
０，８３６……バツフア、１４０……イメージ表
示メモリ、１４１……デイスプレイ、６０３……
変換分光計、６０５……アンテナ、６０７……複
素数掛算器、６１１，７１７……逆フーリエ変換
器、６１３，７１９……マツチド・チヤープ・フ
イルタ、７０１……周波数走査アンテナ、７０３
……分離チヤンネル、７０５……自己相関器、７
１３……Ｉ及びＱ検波器、７２１……局部発振
器、７２３，８２０，８２１……ミキサ、７２５
……中間周波数（i.f.）、７２７……遅延ライン、
８０３……ライン・ソース・アンテナ、８１０…
…アンテナ素子、８１３……中央局部発振器及び
コントローラ、８１５……積分アンテナ増幅器ユ
ニツト、８２３……信号フイルタ、８２５……同
期検波器、８２７……マルチプレクサ及びアナロ
グ・デイジタル変換器、８２９……デイジタル・
コンピユータ、８３２……ビーム形成コンピユー
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 情景の電磁放射線分布を再現するための放射
   計で、 異なつた幅を有する一連の感度ローブを有する
   所定の縞模様を持ち、前記情景に応じたタイム・
   レコードを発生するための干渉計と、 所定の複数の前記ローブが前記情景を走査する
   ように、前記縞模様と前記情景との間に、測定可
   能な相対移動をもたらすための走査手段と、 前記所定の縞模様に関する前記測定可能な走査
   移動のサインを提供するためのサイン手段と、 前記情景の電磁放射線分布の再現された結果を
   得るように選択された前記サインの関数に従つ
   て、前記タイム・レコードから前記情景の電磁放
   射線分布を再現するための変換手段と、 を具備することを特徴とする放射計。 ２ 前記タイム・レコードは複数の電磁放射線放
   射源のタイム・レコードの重ね合せであり、前記
   変換手段は前記情景の前記再現を形成するパルス
   に前記タイム・レコードをつぶすことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の放射計。 ３ 前記変換手段は、前記サインのフーリエ変換
   の共役複素数に等しい変調伝達関数を持つマツチ
   ド・フイルタであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の放射計。 ４ 前記変換手段は、上記タイム・レコードと前
   記サインの相関を含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の放射計。 ５ 前記走査手段は、前記縞模様と前記情景との
   相対的な回転移動をもたらすように適合されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の放射計。 ６ 前記走査手段は、前記縞模様と前記情景との
   相対的な平行移動をもたらすように適合されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の放射計。 ７ 前記サイン手段は複数のサインを提供するよ
   うに適合され、前記変換手段は互いに関して移動
   する同時発生の情景の放射線分布を再現するよう
   に、前記複数のサインに従つて前記タイム・レコ
   ードをマルチ処理することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の放射計。 ８ 前記結果が前記情景の電磁放射線分布の２次
   元表示であるように、前記走査移動に直交する方
   向の無線周波数分布を解釈するための手段を具備
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の放射計。 ９ 前記走査手段は複数の回転方向に沿つた前記
   情景のマルチ走査を提供し、前記変換手段は複数
   の回転方向に沿つた前記情景のマルチ走査のタイ
   ム・レコードから、前記情景の無線周波数分布の
   ２次元表示を再現するための手段を含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第８項に記載の放射計。 １０ 前記干渉計は、前記タイム・レコードの成
   分がフアンビーム位置に従つて符号化されるよう
   に、前記情景を同期走査するように適合された複
   数のフアンビーム・アンテナを含み、前記変換手
   段が前記情景の電磁放射線分布の少なくとも２次
   元表示を提供することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の放射計。