JPH08292253A

JPH08292253A - マイクロ波散乱計

Info

Publication number: JPH08292253A
Application number: JP7094793A
Authority: JP
Inventors: Yone Tanaka; 米田中; Kazuya Saito; 和也斉藤; Masahiro Nakazato; 正博中里
Original assignee: AISIA AIR SURVEY CO Ltd; ASIA KOSOKU KK
Current assignee: AISIA AIR SURVEY CO Ltd; ASIA KOSOKU KK
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【構成】発信アンテナと受信アンテナとを並置してな
るマイクロ波散乱計において、発信アンテナから放射さ
れるマイクロ波発信電力を、１ｍＷ以下の低出力電力と
する。また、発信アンテナと受信アンテナとは、アンテ
ナ昇降機に設けられた機械的偏波変換機に取り付けられ
る。【効果】低出力電力としたことにより、被測定物周辺
からの反射受信電力を低減できるので、測定精度を上げ
ることができ、しかも、装置の構成部品を安価なものと
することができるので、システム全体を安価なものとす
ることができる。また、機械的偏波変換機の使用によ
り、偏波変換を容易にしかもより安価に行なうことがで
き、アンテナ昇降機の使用により、ブラッグ散乱効果に
よる測定誤差をなくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波散乱計に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波散乱計は、レーダーの一種で
あり、主として、次のような分野において利用されてい
る。農林業分野におけるグランドトルース用機器とし
て、農作物の群落の構造差、植被率、バイオマス要素の
調査、土壌の構造差（表面の粗さ）、土壌水分（含水
量）の測定調査のために使用されたり、また、水資源分
野における基礎研究用機器として、雪質、積雪水量、積
雪深等の測定調査、土壌水分（含水量）の測定調査のた
めに使用されている。

【０００３】従来、地上型マイクロ波散乱計の中でも多
偏波を取り扱う場合、クロス成分（ＨＶ、ＶＨ）の低反
射受信電力を補うために、あるいは送受同一アンテナで
４偏波成分（ＨＨ、ＶＶ、ＨＶ、ＶＨ）を組み合わせる
ために、高い送信電力（時には１００ｍＷ以上）を必要
とし、高出力電力の仕様を用いたものが一般的である。
また、受信波の位相がそろうことによって生ずるブラッ
グ散乱効果の軽減は、アンテナ移動方向にデータを取得
し、それらを平滑化することにより行っている。さらに
また、多偏波の切り換えは、電気回路の切り換えによっ
て行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のように、高出力
電力の仕様とすると、どうしても送受信器を構成する部
品が特殊になり、全体的に高価格な計測機器になってし
まい、一般的な研究、調査用機器として普及し難くいも
のとなってしまう。その上、高出力電力とすればするほ
ど、受信アンテナが、被測定物からの反射受信電力の他
にその周辺からの反射電力も受信し易くなり、誤差を生
じ易くなる。送受同軸アンテナでない場合、アンテナビ
ームパターンのサイドローブによる発信アンテナと受信
アンテナ間の電波の回り込みが生じるため、発信アンテ
ナと受信アンテナの間隔を狭くすることができない。し
たがって、被測定物の照射範囲と反射範囲が十分に重な
らない（１００％オーバーラップが困難）。同様にサイ
ドローブによる発信アンテナおよび受信アンテナ間の電
波の回り込みのため、偏波の組み合わせが限定される
（例えば、水平成分だけとか垂直成分だけというような
組み合わせで多偏波に応用できない）。

【０００５】ブラッグ散乱効果の軽減を、アンテナの移
動方向のデータの平滑化処理によって行なうのでは、被
測定物のラフネスがある程度ランダム分布していない
と、散乱係数の測定誤差要因となってしまう。一様なラ
フネスでは、照射距離を変更するなどの工夫が必要とな
る。

【０００６】また、偏波の切り換えを電気回路の切り換
えによって行なうのでは、高出力電力に伴う、装置設計
の複雑化及び装置部品の特殊化による高価格化に加え
て、その高価格化をさらに増進してしまう結果となって
いた。

【０００７】本発明の目的は、前述したような従来技術
の問題点を解消しうるようなマイクロ波散乱計を提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の特徴によ
れば、所定の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波
発信器と、該マイクロ波発信器からのマイクロ波を受け
て被測定物へ向けて一定間隔でマイクロ波パルスを所定
の偏波にて放射する発信アンテナと、該発信アンテナに
近接して並置され、被測定物から散乱され反射されてく
るマイクロ波を所定の偏波にて受信する受信アンテナ
と、該受信アンテナで受信されたマイクロ波を増幅して
マイクロ波受信電圧を発生するマイクロ波受信器と、前
記発信アンテナから放射されたマイクロ波発信電力と前
記マイクロ波受信器からのマイクロ波受信電圧に相当す
る散乱波受信電力との比から前記被測定物の散乱係数を
求めるデータ処理手段とを備えたマイクロ波散乱計にお
いて、前記発信アンテナから放射されるマイクロ波発信
電力を、１ｍＷ以下の低出力電力とする。

【０００９】本発明の第二の特徴によれば、所定の周波
数のマイクロ波を発生するマイクロ波発信器と、該マイ
クロ波発信器からのマイクロ波を受けて被測定物へ向け
て一定間隔でマイクロ波パルスを所定の偏波にて放射す
る発信アンテナと、該発信アンテナに近接して並置さ
れ、被測定物から散乱され反射されてくるマイクロ波を
所定の偏波にて受信する受信アンテナと、該受信アンテ
ナで受信されたマイクロ波を増幅してマイクロ波受信電
圧を発生するマイクロ波受信器と、前記発信アンテナか
ら放射されたマイクロ波発信電力と前記マイクロ波受信
器からのマイクロ波受信電圧に相当する散乱波受信電力
との比から前記被測定物の散乱係数を求めるデータ処理
手段とを備えたマイクロ波散乱計において、前記発信ア
ンテナと前記受信アンテナとは、機械的偏波変換機に取
り付けられていて、機械的に前記所定の偏波を別の偏波
へと変換できるようにされる。

【００１０】本発明の第三の特徴によれば、所定の周波
数のマイクロ波を発生するマイクロ波発信器と、該マイ
クロ波発信器からのマイクロ波を受けて被測定物へ向け
て一定間隔でマイクロ波パルスを所定の偏波にて放射す
る発信アンテナと、該発信アンテナに近接して並置さ
れ、被測定物から散乱され反射されてくるマイクロ波を
所定の偏波にて受信する受信アンテナと、該受信アンテ
ナで受信されたマイクロ波を増幅してマイクロ波受信電
圧を発生するマイクロ波受信器と、前記発信アンテナか
ら放射されたマイクロ波発信電力と前記マイクロ波受信
器からのマイクロ波受信電圧に相当する散乱波受信電力
との比から前記被測定物の散乱係数を求めるデータ処理
手段とを備えたマイクロ波散乱計において、前記発信ア
ンテナと前記受信アンテナとは、アンテナ昇降機に取り
付けられており、同時に一定速度で前記被測定物の方へ
近づけられたり遠ざけられたりしうる。

【００１１】本発明の第四の特徴によれば、所定の周波
数のマイクロ波を発生するマイクロ波発信器と、該マイ
クロ波発信器からのマイクロ波を受けて被測定物へ向け
て一定間隔でマイクロ波パルスを所定の偏波にて放射す
る発信アンテナと、該発信アンテナに近接して並置さ
れ、被測定物から散乱され反射されてくるマイクロ波を
所定の偏波にて受信する受信アンテナと、該受信アンテ
ナで受信されたマイクロ波を増幅してマイクロ波受信電
圧を発生するマイクロ波受信器と、前記発信アンテナか
ら放射されたマイクロ波発信電力と前記マイクロ波受信
器からのマイクロ波受信電圧に相当する散乱波受信電力
との比から前記被測定物の散乱係数を求めるデータ処理
手段とを備えたマイクロ波散乱計において、前記発信ア
ンテナから放射されるマイクロ波発信電力を、１ｍＷ以
下の低出力電力とし、前記発信アンテナと前記受信アン
テナとは、機械的偏波変換機に取り付けられていて、機
械的に前記所定の偏波を別の偏波へと変換できるように
される。

【００１２】本発明の第五の特徴によれば、所定の周波
数のマイクロ波を発生するマイクロ波発信器と、該マイ
クロ波発信器からのマイクロ波を受けて被測定物へ向け
て一定間隔でマイクロ波パルスを所定の偏波にて放射す
る発信アンテナと、該発信アンテナに近接して並置さ
れ、被測定物から散乱され反射されてくるマイクロ波を
所定の偏波にて受信する受信アンテナと、該受信アンテ
ナで受信されたマイクロ波を増幅してマイクロ波受信電
圧を発生するマイクロ波受信器と、前記発信アンテナか
ら放射されたマイクロ波発信電力と前記マイクロ波受信
器からのマイクロ波受信電圧に相当する散乱波受信電力
との比から前記被測定物の散乱係数を求めるデータ処理
手段とを備えたマイクロ波散乱計において、前記発信ア
ンテナから放射されるマイクロ波発信電力を、１ｍＷ以
下の低出力電力とし、前記発信アンテナと前記受信アン
テナとは、機械的偏波変換機に取り付けられていて、機
械的に前記所定の偏波を別の偏波へと変換できるように
されており、前記発信アンテナと前記受信アンテナと
は、アンテナ昇降機に取り付けられており、同時に一定
速度で前記被測定物の方へ近づけられたり遠ざけられた
りしうる。

【００１３】本発明の好ましい実施態様においては、前
記マイクロ波発信器は、種々な周波数のマイクロ波を発
生しうる。また、本発明の別の実施態様においては、前
記発信アンテナのマイクロ波パルスの放射方向に視野を
合わすことができるようにＴＶカメラが設けられる。

【００１４】

【実施例】次に、添付図面に基づいて、本発明の実施例
について本発明をより詳細に説明する。

【００１５】先ず、本発明の実施例について詳細に説明
する前に、本発明者は、本発明に至ることができた着眼
点についてまとめて説明しておく。第一に、従来技術に
おいては、この種のマイクロ波散乱計においては、測定
精度を上げるためには、受信電力をできるだけ大きくす
るために発信アンテナからの出力電力を高くする必要が
あると考えられていた。したがって、従来においては、
その出力電力は、３０ｍＷ〜１００ｍＷもの高いものと
されていた。これに対し、本発明者は、出力電力を１ｍ
Ｗ以下の低いものとすることにより、従来より測定精度
を上げて、しかも装置全体として安価なものとすること
ができることを見出したのである。すなわち、１ｍＷ以
下の低出力電力とすることにより、被測定物周辺からの
反射受信電力を低減でき、アンテナ間の電波の回り込み
を少なくすることができるので、アンテナ間隔を狭くす
ることが可能になり、電波の照射面積の１００％オーバ
ーラップ（重ね合わせ）を容易にすることができること
を見出したのである。

【００１６】第二に、本発明者は、従来、発信アンテナ
および受信アンテナの偏波面の切り換えを電気回路で行
っていたものを、機械的偏波変換機を使用することで、
より安価にこれを行なうことができることを見出したの
である。すなわち、出力電力の低減化と同時に機械的偏
波変換機を取り付けることにより、サイドローブによる
電波の回り込みを防ぐと同時に、発信アンテナ、受信ア
ンテナをそのままの状態で９０°機械的に回転すること
ができるので、ＨＨ、ＶＶ、ＨＶ、ＶＨの偏波の組み合
わせを低出力電力で簡易に行なうことが可能となること
を見出したのである。

【００１７】第三に、本発明者は、発信アンテナと受信
アンテナとをアンテナ昇降機に取り付けることにより、
発信アンテナと受信アンテナを同時に一定速度で被測定
物に近づけたり遠ざけたりして、被測定物からの反射受
信電力の変化を捉え、その反射受信電力の平均値を求め
ることにより、ブラッグ散乱効果の大きな変動を防ぐこ
とができることを見出したのである。この場合におい
て、観測台車を移動させてデータ取得する必要はないの
である。

【００１８】このように、本発明によれば、出力電力の
低減化のために、低価格部品を使用することが可能にな
り、装置全体の価格を低減でき、経済性の向上を図るこ
とができる。

【００１９】添付図面の図１は、本発明の一実施例とし
ての多周波マイクロ波散乱計の全体構造を示す概略側面
図である。この実施例の多周波マイクロ波散乱計は、主
として、移動計測台車１００と、アンテナ駆動装置２０
０とからなっている。移動計測台車１００には、発動発
電機１０１が付属している。移動計測台車１００は、モ
ートラック１０３の下部台の両側にアウトリガー１０４
を取り付けて、測定時にその場の固定されうるようにな
っている。その下部台には、発動発電機１０１からの電
力を各部へ配電するための配電箱１０２が配設されてい
る。さらにまた、下部台上には、旋回板１０５が取り付
けられており、この旋回板１０５の上に、支柱１０６が
配設されている。図３の平面図に示されるように、旋回
板１０５を手動にて旋回させることにより、支柱１０
６、したがって、アンテナタワー１０７を水平面内にお
いて旋回範囲３５０°で回動させることができるように
なっている。

【００２０】支柱１０６には、アンテナタワー１０７が
鉛直面において回動しうるように取り付けられている。
支柱１０６とアンテナタワー１０７との間には、起伏シ
リンダー１０８が取り付けられている。図２の説明図に
示されるように、この起伏シリンダー１０８を作動させ
ることにより、アンテナタワー１０７を鉛直面内におい
て起伏範囲０〜８０°で回動させることができるように
なっている。さらにまた、アンテナタワー１０７には、
昇降用復動シリンダー１０９が配設されていて、この昇
降用復動シリンダー１０９を作動させることにより、図
２の説明図に示されるように、アンテナタワー１０７を
自在に伸縮させることができる。アンテナタワー１０７
の先端には、アンテナ駆動装置取り付け用ブラケット１
１０が設けられている。図２の説明図に示されているよ
うに、アンテナタワー１０７には、配電箱１０２からア
ンテナ駆動装置２００へと延びる入出力ケーブル（図示
していない）を案内するためのケーブルリング１１１が
設けられている。さらに、巻尺（手動）１１２を取り付
けたり、角度計１１３を取り付けたりできるようになっ
ている。

【００２１】移動計測台車１００は、このような構造で
あるので、アンテナタワー１０７の先端のブラケット１
１０に取り付けたアンテナ駆動装置２００を、図２の説
明図および図３の平面図に示すような範囲内において、
種々な位置に配置することができる。図２に付記してい
る種々な数値は、この移動計測台車１００によって取り
うる、アンテナタワー１０７の大地レベルＧ．Ｌに対す
る傾斜角度や、アンテナ駆動装置取り付け用ブラケット
１１０の垂直位置および水平位置の例を、ミリメートル
単位にて示したものである。

【００２２】次に、アンテナ駆動装置２００の構成につ
いて、特に、図４および図５を参照して説明する。図４
は、アンテナ駆動装置２００の拡大側面図であり、図５
は、その正面図である。これら図４および図５によく示
されるように、このアンテナ駆動装置２００は、移動計
測台車１００のアンテナタワー１０７の先端のブラケッ
ト１１０に取り付けられるようになった取り付けブラケ
ット２０１を備えており、この取り付けブラケット２０
１には、水平観測角制御モータ２０２Ａを収納した旋回
駆動部２０２が取り付けられている。この旋回駆動部２
０２には、水平観測角制御モータ２０２Ａによって水平
面内において旋回させられるようになった仰角駆動部２
０３が設けられており、この仰角駆動部内には、鉛直観
測角制御モータ２０３Ａが収納されている。

【００２３】さらに、仰角駆動部２０３には、鉛直観測
角制御モータ２０３Ａによって、鉛直面内において回動
させられるようにアーム部２１７が取り付けられてい
る。このアーム部２１７には、アンテナ駆動装置入出力
ケーブル分配器２１３や、傾斜角センサ２１４および観
測角センサ２１５や、観測角（鉛直、水平）リミットス
イッチ２１６が設けられている。さらに、このアーム部
２１７の先端の下部には、アンテナ昇降機を構成するパ
ワーシリンダー２０５が取り付けられており、これに関
連させて、アンテナ昇降制御モータとしての電磁ブレー
キ付きモータ２０６が設けられれている。このモータ２
０６は、付勢されるときに、パワーシリンダー２０５の
ピストンロッド２０５Ａを往復動作させるものである。

【００２４】パワーシリンダ２０５の先端には、ガイド
板２０７が取り付けられており、このガイド板２０７の
両側には、ガイドスリーブ２０７Ａが設けられている。
これらガイドスリーブ２０７Ａを通して往復移動しうる
ようにガイドロッド２０８が設けられていて、これらガ
イドロッド２０８の先端に、アンテナ保持ベース板２０
９が取り付けられている。そして、このアンテナ保持ベ
ース板２０９に、パワーシンリンダー２０５のピストン
ロッド２０５Ａの先端が結合されている。したがって、
このアンテナ保持ベース板２０９は、パワーシリンダー
２０５の付勢時に、ピストンロッド２０５Ａが往復移動
させられるとき、ガイドスリーブ２０７Ａとガイドロッ
ド２０８との案内作用により、並進的に往復移動させら
れるものである。この実施例では、ピストンロッド２０
５Ａの往復移動のストロークは、２０ｃｍとされてい
る。

【００２５】アンテナ保持ベース板２０９には、アンテ
ナ取付け及び偏波用回転板２１０が締付け器具２１１に
よって回動しうるように取り付けられている。このアン
テナ取付け及び偏波用回転板２１０には、両側に、この
実施例では２０ｃｍの間隔を置いて発信アンテナ３０１
と受信アンテナ３０２が取り付けられている。図５にお
いて、発信アンテナ３０１と受信アンテナ３０２との間
に示した部分下視図によく示されるように、アンテナ保
持ベース板２０９とアンテナ取付け及び偏波用回転板２
１０との間には、中心から各側４５°の位置に、９０°
変換位置決めノック２１２が設けられている。したがっ
て、このアンテナ取付け及び偏波用回転板２１０は、図
４および図５に示した位置から、締付け器具２１１をゆ
るめることにより、９０°だけ回転させた位置に固定し
なおすことができるようになっている。

【００２６】さらにまた、図５においては図を簡単化す
るために省略されているが、図１および図４によく示さ
れるように、アンテナ取付け及び偏波用回転板２１０に
は、発信アンテナ３０１と受信アンテナ３０２との間の
位置に、発信アンテナのマイクロ波パルスの放射方向に
視野を合わすことができるようにＴＶカメラ４００が取
り付けられるようになっている。

【００２７】図１に戻って、移動計測台車１００上に
は、測定器搭載用クッション１１３が設けられていて、
この測定器搭載用クッション１１３の上に、Ｌ・Ｃ・Ｘ
バンドマイクロ波発信器・受信器、アンテナ昇降スイッ
チ１や、マイクロコンピュータ（ノートパソコン）２
や、観測角（鉛垂、水平）制御器４や、ＴＶモニタ３等
が搭載されている。図６は、図１から図５に関して前述
したような機械的な構造を有した多周波マイクロ波散乱
計の全体の電気回路接続を示すブロック図である。

【００２８】この実施例の多周波マイクロ波散乱計は、
Ｌバンド（１２７５ＭＨＺ）、Ｃバンド（５３００ＭＨ
Ｚ）およびＸバンド（１０５２０ＭＨＺ）の多周波で、
しかも、ライク成分として、発信側水平偏波−受信側水
平偏波（Ｈ・Ｈ偏波）および発信側水平偏波−受信側垂
直偏波（Ｖ・Ｖ偏波）、クロス成分として、発信側水平
偏波−受信側垂直偏波（Ｈ・Ｖ偏波）および発信側垂直
偏波−受信側水平偏波（Ｖ・Ｈ偏波）の多偏波で測定を
行なうことができるようにしている。次に、このような
構成の多周波マイクロ波散乱計を用いて、被測定物の散
乱係数を測定する操作手順について、順を追って説明す
る。

【００２９】先ず、測定バンドは、Ｌ・Ｃ・Ｘバンドの
３波が用意されているので、例えばＣバンドを使用して
測定する場合は、操作パネル（図示していない）のバン
ド切換スイッチをＣに切り換え、アンテナ取付け及び偏
波用回転板２１０にＣバンド発信アンテナ３０１、Ｃバ
ンド受信アンテナ３０２を取り付ける。アンテナを取り
付ける時、発信・受信アンテナの外側に照射面積が１０
０％オーバーラップするように（アンテナの高さ（Ｈ）
が２ｍのとき）別途用意したセパレータを挿入して固定
する。アンテナ取付け及び偏波用回転板２１０にＨ・Ｈ
偏波で取り付けたアンテナは、そのまま、９０°回転す
ることによりＶ・Ｖ偏波でマイクロ波散乱波のデータを
収集することが可能である（ライク成分）。また、Ｈ・
Ｖ偏波で取り付けたアンテナは、そのまま９０°回転す
ることによりＶ・Ｈ偏波でマイクロ波散乱波のデータを
収集することが可能である（クロス成分）。

【００３０】電源は、発動発電機１０１を使用するが、
オプションとしてインバーターも使用できるようにする
ことができる。発動発電機１０１を使用する場合は、出
力電圧をＡＣ１００Ｖ±１０Ｖに設定する。出力電圧
は、テーブルタップへ受電して給電する。発動発電機、
インバーターの運用は、観測地の環境（騒音、外部から
の給電の適・不適）に応じて使い分ける。

【００３１】次に、装置間のケーブル接続の確認をし
て、各ケーブルコネクターの接触不良のない事も再確認
する。アンテナの偏波は、観測計画（圃場で収集するデ
ータの種別等）に基づいて、アンテナをアンテナ取付け
及び偏波用回転板２１０へ取り付ける時点で決めてお
く。この場合のアンテナの組み合わせについて、図７の
表に示している。ここで、本発明における機械的偏波変
換器による電波の回り込みついて、図８から図１５を参
照して説明しておく。

【００３２】先ず、発信アンテナから受信アンテナへの
電波の回り込みについて説明するに、アンテナのフィー
ルドパターン（放射電力の模様）は、一般的にアンテナ
から放射される電波のＥ面（電界面）とＨ面（磁界面）
によって説明される。Ｅ面（電界面）は、例えば図８に
示すように、ホーンアンテナの場合、長辺のａ面にあ
り、フィールドパターンは、図９に示すようになる。ま
た、Ｈ面（磁界面）は、図８のホーンアンテナの短辺の
ｂ面にあり、フィールドパターンは、図１０に示すよう
になる。したがって、発信アンテナにおけるサイドロー
ブの放射電力はＥ面＜Ｈ面となる。

【００３３】図８に示すような水平偏波の形で、発信ア
ンテナと受信アンテナを平行に並べた時（Ｈ・Ｈ偏波）
には、発信アンテナのサイドローブの放射電力が小さい
ため、アンテナ間隔を小さくすることができる。しか
し、図１１に示すような垂直偏波の形で、発信アンテナ
と受信アンテナを平行に並べた時（Ｖ・Ｖ偏波）では、
発信アンテナのサイドローブの放射電力が大きくなる
（電波の回り込みが大きくなる）ため、アンテナ間隔を
大きく（電波の回り込みが小さくなる間隔に）しなけれ
ばならない。そこで、発信アンテナと受信アンテナの間
隔を基準にしてアンテナを固定する必要がある（回り込
みの影響がなくなるまでアンテナ間隔を大きくしなけれ
ばならない）。なお、Ｌバンドの場合の八木アンテナの
Ｅ面、Ｈ面のフィールドパターンも、ホーンアンテナ
（Ｃ、Ｘバンド用）のＥ面、Ｈ面のフィールドパターン
と同様なパターンを示す。

【００３４】次に、電波の回り込みを防ぐ方法について
説明するに、アンテナ間隔を変えないでサイドローブに
よる電波の回り込みを防ぐ方法として以下のことが考え
られる。図１２に示す発信アンテナ（Ｈ偏波）、受信ア
ンテナ（Ｈ偏波）を平行に並べる場合には問題ないが、
Ｖ・Ｖ偏波を得るためには、Ｈ・Ｈ偏波のアンテナ取付
け及び偏波用回転板を９０°回転し、図１３に示す発信
アンテナ（Ｖ偏波）と受信アンテナ（Ｖ偏波）の関係に
アンテナの位置を切り替える。Ｈ面の発信アンテナから
のサイドローブの放射電力は、図から推定できるように
受信アンテナへは回り込まない。

【００３５】この方法の利点は、(1) 電波の回り込みが
小さいＨ・Ｈ偏波（発信アンテナと受信アンテナの間隔
が小さい）モードからＨ・Ｈ偏波と同様に電波の回り込
みの小さいＶ・Ｖ偏波モードに簡単に切り替えることが
できる、(2) 各アンテナの視準方向はＨ・Ｈ偏波もＶ・
Ｖ偏波も同じ、および(3) アンテナはＶ・Ｖ偏波の状態
で固定したままで可能、ということである。

【００３６】さらに、Ｈ・Ｖ偏波からＶ・Ｈ偏波への切
り替えもＨ・Ｈ偏波からＶ・Ｖ偏波への切り替えと同様
である。そのために、図１４に示すように、受信アンテ
ナの偏波面をＨからＶに替えて、発信アンテナ（Ｈ偏
波）と受信アンテナ（Ｖ偏波）のアンテナ取付け及び偏
波用回転板を、図１５に示すように、９０°回転するこ
とにより簡単に行なうことができる。

【００３７】このようにして、アンテナ偏波の確認をし
た後、受信レベルの設定を行なうのであるが、マイクロ
波の受信レベルは、測定に支障がないように予め設定し
ておく。次いで、電源を投入するのであるが、発信器、
受信器１、パソコン２等の電源スイッチをオンにする。
各装置に異常がなければ電源ランプが点灯する。そし
て、本体（発信器・受信器を、以下、「本体」という）
のスイッチがオンの状態でＴＶカメラ４００が正常に作
動しているか、ＴＶモニタ３で確認する。また、観測角
（鉛直、水平）制御モータ２０３Ａ、２０２Ａが正常に
作動するかどうか、また、観測角（鉛直、水平）制御器
４を操作しながら、ＴＶモニタ３で被測定物の移動を確
認すると同時に、観測角メータ（図示していない）で０
°〜６０°まで、観測角が制御できるかどうかを確認す
る。観測角メータの観測角は観測時のデータとして取り
扱う。アンテナの昇降動作が制御できるかどうか、本体
のアンテナ昇降スイッチを後（ＵＰ）と前（ＤＯＷＮ）
と交互に繰り返して、アンテナ昇降制御モータ２０６の
作動状態をＴＶモニタ３で確認する。アンテナの姿勢を
確認するため、本体の傾斜角（水準）メータ（図示して
いない）で傾斜角センサ（２１４）のセンシング出力デ
ータの確認を行なう。傾斜角（水準）は、アンテナの姿
勢を知る補助データとして扱う。したがって、傾斜角
（水準）のリモートコントロールは行わない。

【００３８】こうして、各装置の電源が正常に投入され
ることが確認できたならば、次の手順に従って測定を開
始する。先ず、受信零レベルの確認を行なうために、ア
ンテナ観測角（鉛直）制御器４でアンテナを天空に設定
する。天空をＴＶモニタ３で確認し、受信レベルメータ
（図示していない）が零レベルを示すことを確認する。
発信アンテナから電波を天空へ放射すると、電波は、空
間で減衰して受信アンテナには到達しない。したがっ
て、受信レベルメータは、零を示す（発信アンテナから
受信アンテナへの電波の回り込みの検査）。これは、測
定前に１回行えばよい。

【００３９】次に、その都度、観測角（鉛直・水平）制
御器４を使用して、観測角（鉛直）メータ（本体）を見
ながら観測角（鉛直）を設定する。測定範囲は、ＴＶカ
メラ４００、ＴＶモニタ３と観測角（鉛直）メータを用
いて確認する。観測高に対応する各観測角の推定測定範
囲がわかる枠を、ＴＶモニタ３の表示部にオーバラップ
できるようにしておくとよい。そして、パソコン２のテ
ストプログラムをロードし、受信レベルを確認するため
に、アンテナ昇降リモートスイッチを操作して、アンテ
ナの高さを変化させ、受信レベルの変化を見る。

【００４０】これで測定開始することになるが、例え
ば、被測定物が黒ボク土壌として、アンテナは、図７の
表を参考にして、Ｃバンド、Ｈ・Ｈで固定する。観測高
を約２ｍに設定する。観測角（鉛直）制御器で観測角を
２０度に設定する。本体のバンド切替スイッチでバンド
Ｃの位置に設定する。本体のアンテナ昇降スイッチで前
（ＤＯＷＮ）にする。同時にパソコン２のリターンキー
を押す。ＤＯＷＮリミットスイッチが作動してアンテナ
昇降モータ２０６は停止する。この動作で被測定物から
のマイクロ波反射電力のデータ収集が終了する。本体の
アンテナ昇降スイッチで後（ＵＰ）にする。同時にパソ
コン２のリターンキーを押す。後（ＵＰ）のリミットス
イッチが作動してアンテナ昇降モータ２０６は停止す
る。このようなアンテナ昇降スイッチの前（ＤＯＷＮ）
と、後（ＵＰ）との操作で、第１回目の被測定物からの
マイクロ波反射電力のデータ収集が完了する。

【００４１】次に、本発明の多周波マイクロ波散乱計の
動作原理について説明する。発信アンテナ３０１から一
定間隔で放射されたマイクロ波（パルス）は、被測定物
（農作物、土壌など）にあたり散乱され反射してくる。
この散乱反射マイクロ波を受信アンテナ３０２で受信し
て、マイクロ波受信器１で増幅する。増幅された散乱反
射マイクロ波はマイクロ波受信器１から電圧として出力
される（出力電圧はマイクロ波の受信電力に換算され
る）。

【００４２】放射されたマイクロ波発信電力と散乱波受
信電力の比（散乱係数）から被測定物（農作物、土壌な
ど）の電気的、物理的特性を調べ、これらのデータを統
計的に処理して、農作物情報（群落の構造差、植被率、
バイオマス要素など）及び土壌情報（土壌の構造差（表
面の粗さ）、含水量など）を得る。また、被測定物から
の散乱波反射エネルギーデータをマイクロコンピュータ
で処理し、その散乱係数で、農作物情報及び土壌情報を
評価する。散乱係数を求める式については、よく知られ
ていることであるので、ここでは、詳述しない。

【００４３】一般に、農作物、土壌などの被測定物の散
乱係数は、次のパラメータに依存し、これらの要素が複
雑にからみあって散乱の状態を決定する。 σ°＝ｆ（λ，φ，θ，Ｐ，ε，κ，Γ）ここで、σ°：散乱係数 λ：波長 θ：
観測天頂角 φ：方位角Ｐ：偏波方向 ε：誘電率 κ：導電率 Γ：表面の粗さを表す関数

【００４４】この関係は、一般に、次のように考えられ
ている。 (1) 表面の粗さ表面の粗さはσ°を決める第１要素で、粗い面では等方
性散乱が起こり、なめらかな面では鏡面反射方向に強く
散乱する。したがって、σ°の粗さに対する依存性は、
入射角θやφにより異なる。 (2) 誘電率、導電率農作物、土壌の誘電率は、一般に含水量によって最も大
きく変化する。水の比誘電率は、常温で約８０で極めて
高く、したがって、農作物、土壌の含水量が高いほど誘
電率は高く、マイクロ波の反射率が高い。また、導電率
の高い鉄板等は高い反射率をもつ。 (3) 波長農作物、土壌等、物体表面の実効的な粗さと、透視深度
に影響を与える。 (4) 偏波面完全偏向したマイクロ波が被測定物に向けて発信された
としても、散乱波には、同じ偏波のもの以外に、偏波の
異なった成分も現れる。この偏波面の回転の度合を調べ
るため、σ°（散乱係数）の測定には、次のような方法
がとられる。

【００４５】ライク成分Ｈ・Ｈ：水平偏波発信、水平偏波受信ライク成分Ｖ・Ｖ：垂直偏波発信、垂直偏波受信クロス成分Ｈ・Ｖ：水平偏波発信、垂直偏波受信クロス成分Ｖ・Ｈ：垂直偏波発信、水平偏波受信

【００４６】農作物、土壌の散乱係数は、農作物、土壌
の幾何学的構成と電気的特性に依存する。したがって、
マイクロ波のライク成分・クロス成分（偏波の組合せ）
を評価することにより、農作物（群落の構造差、植被
率、バイオマス要素）、土壌の表面の粗さや含水量を推
定することが可能である。予め実験により、農作物、土
壌等の種々な状態における散乱係数を求めておくことに
より、本発明のマイクロ波散乱計にて被測定物の散乱係
数を測定することにより、被測定物の状態を知ることが
できる。なお、このような電磁波の散乱は、準鏡面反
射、粗表面散乱、多重散乱、体積散乱の４つの機構に分
けて考えるのが一般的である。

【００４７】次に、本発明によるアンテナ昇降機による
ブラッグ散乱効果の検出及び散乱係数の平均化について
説明する。アンテナ昇降機は、前述したように、アンテ
ナ駆動装置２００に組み込まれていて、主として、アン
テナ昇降制御モータ２０６およびパワーシリンダ２０
５、並びに、ガイド板２０７、ガイドスリーブ２０７Ａ
およびガイドロッド２０８によって構成されている。図
１および図４に示した角度では、アンテナ保持ベース板
２０９およびアンテナ取付け及び偏波用回転板２１０が
上下に２０ｃｍ移動させられるようになっている。

【００４８】アンテナ昇降機を使用して連続的にデータ
を収集すると、図１６のグラフに示すように、ブラッグ
散乱効果により正弦波に近いカーブで出力される（実際
の現地テストデータ）。図１６のグラフにおいて、縦軸
が受信出力電圧、横軸がアンテナ昇降距離である。この
ように同一地点で同一被測定物を測定しても、アンテナ
昇降距離（被測定物までの距離）の違いによって大きく
異なった出力が得られる。したがって、アンテナ昇降な
しの測定では、場合によっては最大の出力電圧になった
り、最小の出力電圧になったりして、データ値が偶然性
に支配されてしまうものと思われる。これに対し、本発
明によりアンテナ昇降機を用いた手法によれば、図１６
のグラフにおけるカーブを平均化することにより信頼の
おけるデータ収集が可能となる。例えば、ケース１の場
合もケース２の場合も平均値は、約３ボルトになり同一
被測定物について同じ測定値を得ることができる。

【００４９】最後に、本発明の実施例に使用した各機器
の仕様および性能等について具体的に示しておく。図１
７は、Ｌバンドのアンテナの仕様を示す表を示す図であ
り、図１８は、Ｃバンドのアンテナの仕様を示す表を示
す図であり、図１９は、Ｘバンドのアンテナの仕様を示
す表を示す図である。図２０は、Ｌバンドのアンテナの
輻射パターンの測定方法の概念図であり、図２１は、Ｃ
バンドおよびＸバンドのアンテナの輻射パターンの測定
方法の概念図であり、図２２は、このような測定方法に
よって測定された各バンドのアンテナの測定値を示す表
を示す図である。図２３は、受信器の仕様を示す表を示
す図であり、図２４は、受信器の各バンドにおける入力
電力と受信レベルとの関係を示すグラフを示す図であ
り、図２５は、各バンドにおける受信レベルを示す表を
示す図である。そして、図２６は、発信器の仕様を示す
表を示す図である。

【００５０】また、アンテナ昇降機に使用するパワーシ
リンダーは、定格推力４３kgf 、定格速度８mm／sec 、
通称ストローク２００mmのものである。受信器側に使用
するアンログ・デジタル変換器は、分解能１／５０００
〜１／１００００で、サンプリング周期が、Ｓ（低
速）：2.５回／秒、Ｍ（中速）：１５回／秒（６０Ｈ
ｚ）、１2.５回／秒（５０Ｈｚ）、Ｆ（高速）：６０回
／秒（６０Ｈｚ）、５０回／秒（５０Ｈｚ）のものであ
る。

【００５１】

【発明の効果】低出力電力としたことにより、被測定物
周辺からの反射受信電力を低減できるので、測定精度を
上げることができ、しかも、アンテナ間の電波の回り込
みを少なくすることができるので、アンテナ間隔を狭く
することが可能となり、電波の照射面積と反射面積の１
００％オーバーラップ（重ね合わせ）を容易とすること
ができる。

【００５２】出力電力の低減化と同時に機械的偏波変換
機を使用したことにより、サイドローブによる電波の回
り込みを防ぐと同時に、発信アンテナ、受信アンテナを
そのままの状態で９０°機械的に回転することができる
ので、Ｈ・Ｈ、Ｖ・Ｖ、Ｈ・Ｖ、Ｖ・Ｈの偏波の組み合
わせを低出力電力で簡易に行なうことが可能となる。

【００５３】アンテナ昇降機を使用することにより、発
信アンテナと受信アンテナを同時に一定速度でターゲッ
ト方向へ変化させることができ、ターゲットからの反射
受信電力の変化を捉え、その反射受信電力の平均値を求
めてブラッグ散乱効果の大きな変動を防ぐことが可能と
なる。この補正では、観測台車を移動させてデータ取得
する必要はない。

【００５４】出力電力の低減化とそれに伴う機器の改良
改善により、低出力電力への装置改善は、低価格部品の
調達及び製作費用の軽減になり、経済性の向上を図るこ
とが可能となり、システム全体の価格を安価なものとす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての多周波マイクロ波散
乱計の全体構造を示す概略側面図である。

【図２】図１の多周波マイクロ波散乱計の移動計測台車
のアンテナタワーの取りうる位置状態を示すための図で
ある。

【図３】図１の多周波マイクロ波散乱計の移動計測台車
の平面図である。

【図４】図１の多周波マイクロ波散乱計のアンテナ駆動
装置の拡大側面図である。

【図５】図１の多周波マイクロ波散乱計のアンテナ駆動
装置の拡大正面図である。

【図６】図１から図５に示した多周波マイクロ波散乱計
の全体の電気回路接続を示すブロック図である。

【図７】図１の多周波マイクロ波散乱計に使用するアン
テナの組み合わせを示す表を示す図である。

【図８】水平偏波に配置したホーンアンテナの概念図で
ある。

【図９】図８のホーンアンテナのＥ面フィールドパター
ンの概念図である。

【図１０】図８のホーンアンテナのＨ面フィールドパタ
ーンの概念図である。

【図１１】垂直偏波に配置したホーンアンテナの概念図
である。

【図１２】Ｈ・Ｈ偏波に配置したアンテナの概念図であ
る。

【図１３】図１２のＨ・Ｈ偏波の配置状態からＶ・Ｖ偏
波へのアンテナ切り替えを示す概念図である。

【図１４】Ｈ・Ｖ偏波に配置したアンテナの概念図であ
る。

【図１５】図１４のＨ・Ｖ偏波の配置状態からＶ・Ｈ偏
波へのアンテナ切り替えを示す概念図である。

【図１６】本発明によるアンテナ昇降機を用いたブラッ
グ散乱効果の検出と平均化の一例を示すグラフを示す図
である。

【図１７】Ｌバンドのアンテナの仕様を示す表を示す図
である。

【図１８】Ｃバンドのアンテナの仕様を示す表を示す図
である。

【図１９】Ｘバンドのアンテナの仕様を示す表を示す図
である。

【図２０】Ｌバンドのアンテナの輻射パターンの測定方
法の概念図である。

【図２１】ＣバンドおよびＸバンドのアンテナの輻射パ
ターンの測定方法の概念図である。

【図２２】図２０および図２１に示すような測定方法に
よって測定された各バンドのアンテナの測定値を示す表
を示す図である。

【図２３】受信器の仕様を示す表を示す図である。

【図２４】受信器の各バンドにおける入力電力と受信レ
ベルとの関係を示すグラフを示す図である。

【図２５】各バンドにおける受信レベルを示す表を示す
図である。

【図２６】発信器の仕様を示す表を示す図である。

【符号の説明】

１発信器・受信器２パソコン３ＴＶモニタ４観測角（鉛直、水平）制御器１００移動計測台車１０１発動発電機１０３モートラック１０５旋回板１０６支柱１０７アンテナタワー１０８起伏シリンダー１０９昇降用復動シリンダー１１０アンテナ駆動装置取付け用ブラケット２００アンテナ駆動装置２０１取り付けブラケット２０２旋回駆動部２０２Ａ水平観測角制御モータ２０３仰角駆動部２０３Ａ鉛直観測角制御モータ２０５パワーシリンダー２０５Ａピストンロッド２０６電磁ブレーキ付きモータ２０７ガイド板２０７Ａガイドスリーブ２０８ガイドロッド２０９アンテナ保持ベース板２１０アンテナ取付け及び偏波用回転板２１１締付け器具２１２９０°変換位置決めノック２１３アンテナ駆動装置入出力ケーブル分配器２１４傾斜角センサ２１４２１５観測角センサ２１６観測角（鉛直、水平）リミットスイッチ２１７アンテナアーム部３０１発信アンテナ３０２受信アンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｇ０１Ｗ 1/14 Ｇ０１Ｓ 13/89

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の周波数のマイクロ波を発生するマ
イクロ波発信器と、該マイクロ波発信器からのマイクロ
波を受けて被測定物へ向けて一定間隔でマイクロ波パル
スを所定の偏波にて放射する発信アンテナと、該発信ア
ンテナに近接して並置され、被測定物から散乱され反射
されてくるマイクロ波を所定の偏波にて受信する受信ア
ンテナと、該受信アンテナで受信されたマイクロ波を増
幅してマイクロ波受信電圧を発生するマイクロ波受信器
と、前記発信アンテナから放射されたマイクロ波発信電
力と前記マイクロ波受信器からのマイクロ波受信電圧に
相当する散乱波受信電力との比から前記被測定物の散乱
係数を求めるデータ処理手段とを備えたマイクロ波散乱
計において、前記発信アンテナから放射されるマイクロ
波発信電力を、１ｍＷ以下の低出力電力としたことを特
徴とするマイクロ波散乱計。
【請求項２】所定の周波数のマイクロ波を発生するマ
イクロ波発信器と、該マイクロ波発信器からのマイクロ
波を受けて被測定物へ向けて一定間隔でマイクロ波パル
スを所定の偏波にて放射する発信アンテナと、該発信ア
ンテナに近接して並置され、被測定物から散乱され反射
されてくるマイクロ波を所定の偏波にて受信する受信ア
ンテナと、該受信アンテナで受信されたマイクロ波を増
幅してマイクロ波受信電圧を発生するマイクロ波受信器
と、前記発信アンテナから放射されたマイクロ波発信電
力と前記マイクロ波受信器からのマイクロ波受信電圧に
相当する散乱波受信電力との比から前記被測定物の散乱
係数を求めるデータ処理手段とを備えたマイクロ波散乱
計において、前記発信アンテナと前記受信アンテナと
は、機械的偏波変換機に取り付けられていて、機械的に
前記所定の偏波を別の偏波へと変換できるようにされた
ことを特徴とするマイクロ波散乱計。
【請求項３】所定の周波数のマイクロ波を発生するマ
イクロ波発信器と、該マイクロ波発信器からのマイクロ
波を受けて被測定物へ向けて一定間隔でマイクロ波パル
スを所定の偏波にて放射する発信アンテナと、該発信ア
ンテナに近接して並置され、被測定物から散乱され反射
されてくるマイクロ波を所定の偏波にて受信する受信ア
ンテナと、該受信アンテナで受信されたマイクロ波を増
幅してマイクロ波受信電圧を発生するマイクロ波受信器
と、前記発信アンテナから放射されたマイクロ波発信電
力と前記マイクロ波受信器からのマイクロ波受信電圧に
相当する散乱波受信電力との比から前記被測定物の散乱
係数を求めるデータ処理手段とを備えたマイクロ波散乱
計において、前記発信アンテナと前記受信アンテナと
は、アンテナ昇降機に取り付けられており、同時に一定
速度で前記被測定物の方へ近づけられたり遠ざけられた
りしうることを特徴とするマイクロ波散乱計。
【請求項４】所定の周波数のマイクロ波を発生するマ
イクロ波発信器と、該マイクロ波発信器からのマイクロ
波を受けて被測定物へ向けて一定間隔でマイクロ波パル
スを所定の偏波にて放射する発信アンテナと、該発信ア
ンテナに近接して並置され、被測定物から散乱され反射
されてくるマイクロ波を所定の偏波にて受信する受信ア
ンテナと、該受信アンテナで受信されたマイクロ波を増
幅してマイクロ波受信電圧を発生するマイクロ波受信器
と、前記発信アンテナから放射されたマイクロ波発信電
力と前記マイクロ波受信器からのマイクロ波受信電圧に
相当する散乱波受信電力との比から前記被測定物の散乱
係数を求めるデータ処理手段とを備えたマイクロ波散乱
計において、前記発信アンテナから放射されるマイクロ
波発信電力を、１ｍＷ以下の低出力電力とし、前記発信
アンテナと前記受信アンテナとは、機械的偏波変換機に
取り付けられていて、機械的に前記所定の偏波を別の偏
波へと変換できるようにされたことを特徴とするマイク
ロ波散乱計。
【請求項５】所定の周波数のマイクロ波を発生するマ
イクロ波発信器と、該マイクロ波発信器からのマイクロ
波を受けて被測定物へ向けて一定間隔でマイクロ波パル
スを所定の偏波にて放射する発信アンテナと、該発信ア
ンテナに近接して並置され、被測定物から散乱され反射
されてくるマイクロ波を所定の偏波にて受信する受信ア
ンテナと、該受信アンテナで受信されたマイクロ波を増
幅してマイクロ波受信電圧を発生するマイクロ波受信器
と、前記発信アンテナから放射されたマイクロ波発信電
力と前記マイクロ波受信器からのマイクロ波受信電圧に
相当する散乱波受信電力との比から前記被測定物の散乱
係数を求めるデータ処理手段とを備えたマイクロ波散乱
計において、前記発信アンテナから放射されるマイクロ
波発信電力を、１ｍＷ以下の低出力電力とし、前記発信
アンテナと前記受信アンテナとは、機械的偏波変換機に
取り付けられていて、機械的に前記所定の偏波を別の偏
波へと変換できるようにされており、前記発信アンテナ
と前記受信アンテナとは、アンテナ昇降機に取り付けら
れており、同時に一定速度で前記被測定物の方へ近づけ
られたり遠ざけられたりしうることを特徴とするマイク
ロ波散乱計。
【請求項６】前記マイクロ波発信器は、種々な周波数
のマイクロ波を発生しうる請求項１から５のうちのいず
れかに記載のマイクロ波散乱計。
【請求項７】前記発信アンテナのマイクロ波パルスの
放射方向に視野を合わすことができるようにＴＶカメラ
が設けられた請求項１から６のうちのいずれかに記載の
マイクロ波散乱計。