JPH06118166A - 合成開口レーダ装置 - Google Patents

合成開口レーダ装置

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JPH06118166A
JPH06118166A JP4268713A JP26871392A JPH06118166A JP H06118166 A JPH06118166 A JP H06118166A JP 4268713 A JP4268713 A JP 4268713A JP 26871392 A JP26871392 A JP 26871392A JP H06118166 A JPH06118166 A JP H06118166A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 地上或いは海上を移動する目標を背景となる
静止物体とともに、画像化できる合成開口レーダ装置を
得る。 【構成】 複数の狭ビームを形成するマルチビームアン
テナと、各ビームで受信した静止物体からのレーダエコ
ーと移動目標からのレーダエコーとを分離するローパス
フィルタ及びハイパスフィルタと、各フィルタの出力の
スペクトルを求めるフーリエ変換手段と、各ビーム毎に
得られたスペクトルを合成し、ビーム本数倍に帯域拡張
されたスペクトルを得るスペクトル合成手段と、参照信
号発生手段と逆フーリエ変換手段等で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーダプラットフォ
ームの移動によって生じるドップラー効果を利用して、
クロスレンジ分解能を向上させる合成開口レーダ装置の
移動目標検出能力の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、例えばＤｏｎａｌｄ Ｒ．Ｗｅ
ｈｎｅｒ著「Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｒａｄ
ａｒ」１９８７年 Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ刊の第６
章２６０ページの図６．４１に第６章記載事項を加筆し
たもので、単一のアンテナビームを用いた従来の合成開
口レーダの構成を示す図である。
【０００３】以下、図面に従ってその動作について説明
する。送信機１で発生した高周波信号は、送受切換え器
２を経てアンテナ３より観測対象へ向け放射され、目標
或いは地面、海面等で反射され、再びアンテナ３で受信
される。アンテナ３で受信された高周波信号は、受信機
４にて増幅及び位相検波された後、レンジビン番号ｍと
パルスヒット番号ｎとで表現される２次元ディジタル信
号に変換される。パルス圧縮手段５では、この２次元デ
ィジタル信号のレンジビン方向について相関処理による
パルス圧縮を行う。パルス圧縮された信号は、各レンジ
ビン毎にパルスヒット番号ｎについて、第１のフーリエ
変換手段６でフーリエ変換され、この結果と参照信号発
生手段７により発生させた信号を第２のフーリエ変換手
段６でフーリエ変換した結果との積が、複素乗算手段８
によって計算される。この計算結果を逆フーリエ変換手
段９によって逆フーリエ変換すれば、クロスレンジ方向
について分解能を向上させることができる。パルス圧縮
により、レンジ分解能を向上させ、さらにクロスレンジ
分解能も合わせて向上させた後、二乗検波手段１０によ
り各画素対応の電力を求め、これを画像表示手段１１に
よりレーダ画像として表示する。この種のレーダ装置に
おいて、レンジ分解能は送信パルス信号の帯域幅で決定
され、クロスレンジ分解能は目標とレーダとの相対運動
によって生じるドップラー周波数の帯域幅によって決定
される。図５に示すようにレーダ装置を搭載した航空機
等の飛しょう体が速度Ｖで直進している時任意の時刻ｔ
におけるレーダと目標点との相対距離Ｒ（ｔ）は、式
（１）で与えられる。
【０００４】
【数１】
【０００５】但し、Ｒ0 は時刻ｔ＝０におけるレーダと
目標点との相対距離、θ0 は同じくｔ＝０におけるレー
ダから目標点を見込む角度とする。このとき、瞬時ドッ
プラー周波数ｆd （ｔ）は送信波長λを用いて式（２）
で与えられ、合成開口時間をＴとすると、ドップラー周
波数の帯域幅Ｂ及びクロスレンジ分解能Δｒは式
（３），（４）で与えられる。
【０００６】
【数２】
【０００７】連続した視野を観測する合成開口レーダで
は、θ0 ＝９０°のとき、分解能が最高となるため、通
常の運用ではこのように設定される。合成開口時間Ｔ
は、アンテナビーム幅θB を用いて、式（５）で与えら
れるから、ドップラー周波数の帯域幅Ｂ及びクロスレン
ジ分解能Δｒは、式（６），（７）で与えられる。
【０００８】
【数３】
【０００９】このような合成開口レーダを用いて、地上
或いは海上を移動する目標を検出し、画像化する時、移
動目標からのレーダエコーは、そのドップラー周波数の
帯域幅は静止物体からの反射波と一致するが、中心周波
数が異なる。よって、静止物体からのレーダエコーと移
動目標からのレーダエコーのスペクトルが、周波数領域
において、図６に示すように分離可能であれば移動目標
を容易に検出し、画像化できる。もし、図７に示すよう
に２つのスペクトルが重なるならば、移動目標の検出及
び画像化は困難となる。上記２つのスペクトルを分離す
るには、ドップラー周波数帯域幅を狭くする又は検出の
対象とする移動目標の速度を速くする必要があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の合成開口レーダ
装置は以上のように構成されているので、低速移動目標
を検出するには、ドップラー周波数帯域幅Ｂを狭くする
必要あり、これによって式（７）に示すようにクロスレ
ンジ分解能Δｒが劣化するなどの問題点があった。
【００１１】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、クロスレンジ分解能を劣化させ
ることなく、低速移動目標を検出し、画像化できる合成
開口レーダ装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る合成開口
レーダ装置は、マルチビームアンテナを採用し、静止物
体からのレーダエコーと移動目標からのレーダエコーの
分離をビーム毎に新たに追加したローパスフィルタとハ
イパスフィルタにより行い、分離されたそれぞれのレー
ダエコーのスペクトルを目標毎にビーム本数分合成する
スペクトル合成手段を設けたものである。
【００１３】
【作用】この発明における合成開口レーダ装置は、１本
１本のビーム幅を狭くすることによって、ドップラー周
波数帯域幅を狭くし、静止物体からのレーダエコーと移
動目標からのレーダエコーの分離性能を向上させる。
【００１４】分離後、複数のビームで得られたレーダエ
コーのスペクトルを目標別に合成することにより、クロ
スレンジ分解能を向上させる。
【００１５】
【実施例】
実施例１ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図１
において、２０は複数のアンテナビームを同時に形成す
るマルチビームアンテナ、２１は各アンテナビーム毎に
設けられたパルス圧縮手段５に接続され、各アンテナビ
ームの主ビーム方向からのレーダエコーのドップラー周
波数が０となるようにドップラー周波数をシフトするド
ップラー補償手段、２２はドップラー補償手段２１に接
続され静止物体からのレーダエコーのみを抽出するロー
パスフィルタ、２３はローパスフィルタ２２に接続され
たリサンプリング手段、２４はドップラー補償手段２１
に接続され、移動目標からのレーダエコーのみを抽出す
るハイパスフィルタ、２５は移動目標からのレーダエコ
ーに対し、目標の速度によって生じるドップラーシフト
を補正する速度補償手段、２６は複数のアンテナビーム
の各々で分離抽出された静止物体又は移動目標からのレ
ーダエコーをフーリエ変換手段６によりスペクトルに変
換した後、これをビーム間で合成するスペクトル合成手
段、２７は静止物体と移動目標とに分離され画像化され
たレーダエコーを再び画像合成し、同時に表示する画像
合成手段、３０はマルチビームアンテナで形成されるす
べてのビームがカバーする範囲に対して送信信号を放射
する送信アンテナである。なお、従来のこの種の合成開
口レーダ装置と同一又は同等の構成要素については、同
一の符号を付して説明を省略する。以下、図に従ってそ
の動作について詳細に述べる。
【００１６】送信機１で発生した送信信号は、送信アン
テナ３０より観測対象に向け放射される。このとき送信
アンテナビームは、図２に示すように受信用のマルチビ
ームアンテナが形成する複数のビームの全てを包含する
ように設定される。
【００１７】マルチビームアンテナ２０の各アンテナビ
ームで受信された受信信号をそれぞれのビーム毎に、受
信機４で増幅及び位相検波し、パルス圧縮手段５により
パルス圧縮を行う。このとき、アンテナビームの方向を
θn （ｎはビーム番号）とするならば、このビームで受
信された受信信号の瞬時ドップラー周波数の中心値は、
２Ｖsin θn ／λで与えられる。よって、各ビーム毎に
ドップラー補償手段２１によってこの２Ｖsin θn ／λ
を補償することにより、静止物体からのレーダエコーの
ドップラー周波数の中心値を０に設定できる。今、移動
目標からのレーダエコーについて考えるならば、ドップ
ラー補償後のレーダエコーのドップラー周波数の中心値
は、目標のラジアル速度Ｕを用いて２Ｕ／λで与えられ
る。よって静止物体と移動目標をドップラー周波数の違
いで分離するには、式（８）を満足するようにアンテナ
ビーム幅θB を選定すれば良い。
【００１８】
【数４】
【００１９】θB が式（８）を満足するならば、ドップ
ラー補償後の受信信号をローパスフィルタ２２とハイパ
スフィルタ２４とで、２つの周波数成分に分割すること
によって、ローパスフィルタ２２の出力は静止物体から
のレーダエコーと、ハイパスフィルタ２４の出力は移動
目標からのレーダエコーとして、分離できる。ローパス
フィルタ２２の出力は帯域幅が狭くなったので、リサン
プリング手段２３によってデータの間引きがなされ、デ
ータ量を削減した後、フーリエ変換手段６によってスペ
クトルに変換される。各ビーム毎に求めた上記スペクト
ルをビーム本数分スペクトル合成手段によって合成する
ことにより、その帯域幅をビーム本数倍に拡張する。こ
の帯域拡張したスペクトルに対して、従来の合成開口レ
ーダ装置と同様の処理を行うことによって、あたかも、
θB がビーム本数倍の広いビームで観測した時と同様の
高いクロスレンジ分解能を達成できる。
【００２０】一方、ハイパスフィルタ２４の出力、すな
わち移動目標からのレーダエコーは、フーリエ変換手段
６によってスペクトルに変換される。このスペクトルの
中心周波数は、目標のラジアル速度Ｕによって、２Ｕ／
λシフトしているので、これを速度補償手段２５によっ
て補償し、中心周波数を０とする。この補償を行うこと
により、移動目標に対しても位置ずれを生じることな
く、レーダ画像を再生できる。速度補償後のスペクトル
は、静止物体からのレーダエコーのスペクトルの場合と
同様に、ビーム本数分スペクトル合成され、あたかもθ
B がビーム本数倍の広いビームで観測した時と同様の高
いクロスレンジ分解能を達成できる。
【００２１】さらに、静止物体と移動目標について、別
々に再生した画像を画像合成手段２７で合成することに
よって、移動目標に対して位置ずれを生じることなく、
地上或いは海面上を移動する目標のレーダ画像を得るこ
とが可能となる。
【００２２】実施例２ なお、上記実施例１では送信アンテナと受信用のマルチ
ビームアンテナの２つのアンテナを用い、送信アンテナ
のビーム幅を広くすることにより、受信用の複数のビー
ムの全てを包含するように送信ビーム幅を選定するもの
を示した。しかしながら、上記の実施例では送信アンテ
ナ利得が低下し、レーダ画像の信号対雑音電力比が低下
する。
【００２３】そこで、図３に示すようにマルチビームア
ンテナ２０で形成された狭ビームの各々を送受切換器２
によって送信と受信で共用する。この時、複数のアンテ
ナビームから同時に送信を行うと、送信信号が互いに干
渉するため、送受信タイミング制御手段２８によって制
御された送信ビーム切換え手段２９により、送信パルス
幅相当の時間間隔で、送信機１で発生した送信信号を次
々と各ビームから送信する。このようにして送信された
信号が静止物体及び移動目標で反射され、再びマルチビ
ームアンテナの各々のビームで受信され、実施例１と同
様にレーダ画像の再生が行われる。このように時分割狭
ビーム送信を行うことにより、送信アンテナ利得を低下
させることなく、高分解能レーダ画像を再生可能とす
る。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、静止物体からのレーダエコーと移動目標からのレー
ダエコーの分離性能を向上でき、地上又は海上を移動す
る目標に対しても位置ずれを生じることなく、高分解能
レーダ画像が得られる。
【００２５】請求項２の発明によれば、クロスレンジ分
解能を向上でき、地上又は海上を移動する目標に対して
も位置ずれを生じることなく、高分解能レーダ画像が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１の合成開口レーダ装置の構
成図である。
【図２】この発明の実施例による合成開口レーダの運用
想定図である。
【図３】この発明の実施例２の合成開口レーダ装置の構
成図である。
【図４】従来のこの種の合成開口レーダ装置の構成図で
ある。
【図５】レーダと目標との位置関係を示す図である。
【図６】静止物体と移動目標のレーダエコーが分離可能
な場合のスペクトルを示す図である。
【図７】静止物体と移動目標のレーダエコーが分離不可
能な場合のスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
４ 受信機 ５ パルス圧縮手段 ６ フーリエ変換手段 ７ 参照信号発生手段 ８ 複素乗算手段 ９ 逆フーリエ変換手段 １０ 二乗検波手段 １１ 画像表示手段 ２０ マルチビームアンテナ ２１ ドップラー補償手段 ２２ ローパスフィルタ ２３ リサンプリング手段 ２４ ハイパスフィルタ ２５ 速度補償手段 ２６ スペクトル合成手段 ２７ 画像合成手段 ２８ 送受信タイミング制御手段 ２９ 送信ビーム切換え手段 ３０ 送信アンテナ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年５月７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 航空機、人工衛生等の移動プラットフォ
    ームに搭載され、地上或いは海上を観測する合成開口レ
    ーダ装置において、受信用のマルチビームアンテナと、
    各ビーム毎にアンテナビーム出力を増幅及び位相検波し
    た後Ａ／Ｄ変換する受信機と、その出力信号のレンジ分
    解能を向上させるパルス圧縮手段と、各アンテナビーム
    の主ビーム方向に存在する静止した点からのレーダエコ
    ーのドップラー周波数が０となるように位相補償を行う
    ドップラー補償手段と、この出力信号から静止物体から
    のレーダエコーのみを抽出するローパスフィルタと、移
    動目標からのレーダエコーのみを抽出するハイパスフィ
    ルターと、上記ローパスフィルタに接続され、ローパス
    フィルタで帯域制限された信号を間引くことによってデ
    ータ量を削減するリサンプリング手段と、その出力をフ
    ーリエ変換する第１のフーリエ変換手段と、上記ハイパ
    スフィルタに接続され、その出力をフーリエ変換する第
    ２のフーリエ変換手段と、フーリエ変換後のスペクトル
    の中心周波数を０とすることによって、移動目標のラジ
    アル速度の影響を補償する速度補償手段と、各アンテナ
    ビーム毎に独立に求めたスペクトルをビーム本数分合成
    する２つのスペクトル合成手段と、クロスレンジ圧縮の
    ための参照信号を発生する参照信号発生手段と、これを
    フーリエ変換する第３のフーリエ変換手段と、この第３
    のフーリエ変換手段の出力と２つのスペクトル合成手段
    の各々の出力との乗算を行う２つの複素乗算手段とその
    各出力を逆フーリエ変換する２つの逆フーリエ変換手段
    と、その各出力を二乗検波し電力値を画像の輝度に変換
    する二乗検波手段と、２つの二乗検波出力を合成し、一
    つの画像データに変換する画像合成手段と、合成前の２
    つの画像及び合成画像を表示する３つの画像表示手段
    と、上記マルチビームアンテナの全ビームの覆域をカバ
    ーする送信アンテナと、送信手段とを備えたことを特徴
    とする合成開口レーダ装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の合成開口レーダ装置に
    おいて、マルチビームアンテナと各受信機との間に送受
    切換え手段を設け、マルチビームアンテナの各アンテナ
    ビームを送受兼用するとともに、アンテナビーム数に等
    しい数の送信パルスを発生する送信機と、各送信パルス
    が順次所望のアンテナビームを用いて送受信できるよう
    に、そのタイミング制御を行う送受信タイミング制御手
    段と、送信機出力を順次所望のアンテナビームの送受切
    換え手段に接続する送信ビーム切換え手段とを備えたこ
    とを特徴とする合成開口レーダ装置。
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