JPH08334559A - コンクリートを貫通する映像レーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、コンクリート等の不透明な構造物
の後方に位置するターゲットを映像を得ることのできる
レーダシステムを提供することを目的とする。 【構成】低電力で、周波数同調可能な連続波送信機17
と、送信機17に結合された送信アンテナ31および複数の
受信アンテナ32-1〜32-3を備えているアンテナアレイ12
と、アンテナアレイ12の各受信アンテナ32-1〜32-3に結
合されたレーダ受信機38-1〜38-3と、それらレーダ受信
機38-1〜38-3に結合され、デジタル信号プロセッサ43お
よびコンピュータ49を具備しているコンピュータプロセ
ッサ19と、レーダ表示器18と、電力供給電源21とを具備
し、コンピュータプロセッサ19は到着時間差処理を使用
して目標から得られたレーダ反射信号を処理するように
構成され、目標からレーダ反射信号を受信した際にレー
ダ角度走査を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的にレーダに関
し、特に、コンクリートおよび漆喰のバリア等の不透明
な構造物の後方に位置する物体のレーダ像を生成する映
像レーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】視界から制限された地域の監視は、警察
および軍人等には大きな助けとなる。警察官は、コンク
リートおよび漆喰等の構造物の内部の人物を識別し、位
置を知る必要がある。インパルスレーダがこの応用に使
用されることが求められていたが、テレビおよび別の通
信用送信機からの干渉等の多数の問題があった。

【０００３】本発明による映像レーダは、本発明の出願
人によって開発され、本発明の出願人によって出願され
た米国特許出願第08/028,451号明細書（March 9, 1993
）に記載されている３次元映像レーダにおいて使用さ
れた着想を改善したものである。３次元映像レーダシス
テムは、超広帯域線形ＦＭミリメートル波レーダ技術を
使用して高解像度のターゲット情報を供給する。３次元
映像レーダは、遠隔地域を連続的に長期監視し、全ての
監視活動を完全にビデオに記録する。３次元映像レーダ
は、５６ＧＨｚおよび１４ＧＨｚで動作する２重バンド
レーダを使用する。３次元映像レーダは、石膏（壁）ボ
ード、木材、および幾つかの形式の煉瓦等の材料を貫通
することが証明された。しかしながら、３次元映像レー
ダはコンクリートまたは漆喰構造またはバリアを通して
見ることができない。その理由は、コンクリート材料
は、バリアの反対側にある物体の実際の映像を過剰に失
わせるためである。

【０００４】特に、コンクリートの貫通の問題を解決す
るための試みにおいて、５００ＭＨｚ乃至２ＧＨｚの周
波数の範囲内で動作する本発明の出願人によって開発さ
れたレーダを使用して実験室試験が行われた。線形周波
数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダおよびインパルスレー
ダの両方が試験された。これらの低周波（超広帯域）レ
ーダによって、数デシベル（ｄｂ）の許容可能な減衰
が、通常の補強されたブロック壁、コンクリートプレハ
ブ補強壁およびカリフォルニア漆喰材料等でも生じるこ
とが証明された。これらの試験によって約６インチの距
離分解能が可搬の設備で達成できることも証明された。

【０００５】もっと低い周波で減少された減衰は、レー
ダエネルギの波長に関するコンクリート内の“骨材”の
寸法に関係すると考えられている。コンクリートの砂利
の典型的な寸法は、５６ＧＨｚの周波数において１／４
波長（．０５０インチ）よりも大きい。１ＧＨｚにおい
て、１／４波長は３インチであり、コンクリートが波に
与える影響は明らかに少なくなる。

【０００６】これらの低い周波における１つの重要な制
限はアンテナビームの寸法である。５６ＧＨｚで動作す
るレーダは、１６フィートの距離で２インチの寸法のビ
ームを生成する０．６°のペンシルビーム（２方向）を
達成することができる。５６ＧＨｚのレーダアンテナ
は、直径が１フィートの放物面の皿状反射器である。１
４ＧＨｚのレーダは、同じ皿形のアンテナを使用し、２
方向の１．５°のビーム幅を有する。１ＧＨｚで０．６
°のビームを達成するためには、直径が５６フィートの
アンテナが必要とされる。これは全く実用的ではないの
で、低い周波で動作するレーダのための許容可能な角度
分解能を達成するためには、異なる技術が使用されなけ
ればならない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、コンクリートおよび漆喰のバリア等の不透明な構造
物の後方に位置するターゲットを映す映像レーダシステ
ムを提供することである。さらに、本発明の目的は、不
透明な構造物の後方に位置するターゲットの３次元の映
像を供給する映像レーダシステムを提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、コンクリート
および漆喰のバリア等の不透明な構造物の後方に配置さ
れた目標のレーダ像を生成するためのコンクリート貫通
映像レーダシステムである。本発明の映像レーダシステ
ムは、コンクリートまたは漆喰の壁等を貫通するレーダ
信号を供給し、それらの後方の目標の像を供給する。

【０００９】本発明のレーダにおいて特有の到着時間差
（ＴＤＯＡ）技術が実施され、物理的に小さく、可搬の
アンテナを使用して受信の際にレーダ角度走査を行う。
この技術は、例えば５６ＧＨｚのレーダの良好な角度分
解能を達成することはできないが、本発明のコンクリー
ト貫通レーダは、アンテナ素子の間隔に依存して、５°
乃至１０°の角度分解能を提供する。

【００１０】１フィート以上の補強されたコンクリート
またはそれに相当する厚さの土の貫通を実行するために
縮小された本発明の映像レーダシステムの１実施例が示
されている。映像レーダシステムは、軽量であり、可搬
で、丈夫である。映像レーダシステムは、ターゲットの
距離および方位角の情報を提供する。２つの映像レーダ
は同時に使用されて水平走査と垂直走査の両方の情報を
提供し、３次元の像の表示を生成する。本発明のレーダ
システムは通信干渉による影響を受けず、また、従来の
映像レーダ以上に目標の識別に関する情報を提供する。

【００１１】１ＧＨｚの映像レーダシステムの実験室試
験によって、６インチの補強されたコンクリートの壁お
よび通常のカリフォルニアスタイルの漆喰の壁の反対側
で２乃至６０フィート歩いているレーダシステムの位置
に関連する人物の検出および位置決定が行われた。実験
は、レーダシステムを壁に直接隣接して配置した場合
と、壁から３０フィート離して配置した場合とで行われ
た。実験において、利得が１２ｄＢのアンテナを使用し
てわずか５ミリワットの平均電力で動作する実験プロト
タイプハードウェアが使用された。高電力の送信機は、
映像レーダシステムの距離が数百フィート以上に増加す
るために使用されることができる。

【００１２】本発明によって、脅威兵器システムおよび
人員および設備の検出、識別、追跡および監視の維持の
能力が与えられる。本発明は、警察の捜査察、麻薬の取
締り、地中の地雷の探知、および自動車のアプリケーシ
ョンに使用される。このレーダシステムによって、不透
明な構造物の後方に位置する目標の解像度の高い像が供
給される。レーダシステムは、視界がいかなる状態であ
っても動作し、広い環境範囲て動作する。

【００１３】本発明のレーダシステムに使用されたセン
サの種類は、温度センサ、音響（ソーナー）センサ、Ｒ
Ｆセンサ、レーザセンサ、およびその他の光電式センサ
を含み、一般的にこれらのセンサは人間が運搬できるも
のである。

【００１４】

【実施例】本発明の種々の特徴および利点は、添付され
た図面に関連した以下の詳細な説明に関して容易に理解
されるであろう。図面において、参照番号は、同一の構
造の素子を示している。図１において、本発明の原理に
従った映像レーダシステム10、すなわち、コンクリート
貫通映像レーダシステム10の動作シナリオを表す模式図
が示されている。映像レーダシステム10は、例えば自動
車11上に配置されており、それは、例えば折りたたみ式
延長はしご20の形態に形成され、自動車11の最上部に固
定されたアンテナアレイ12で構成されている。レーダ信
号13（点線のビームによって示されている）は、アンテ
ナ12から放射され、例えばコンクリートの壁14または漆
喰の壁14等の構造物14またはバリア14を貫通する。レー
ダ信号13は、バリア14の後方に位置している移動する目
標15、人間15、もしくはターゲット15から反射する。バ
リア14の後方の移動する目標15または人間15の像は、レ
ーダシステム10によって発生され、レーダ表示器18上に
表示される。

【００１５】図２および図３は、アンテナアレイ、送信
機、およびその信号プロセッサをそれぞれ詳細に表す映
像レーダシステム10の詳細なブロック図を示している。
図２は、映像レーダシステム10と、特に詳細なアンテナ
アレイ12と、その送信機17の詳細なシステムブロック図
を示している。映像レーダシステム10は、例えば木材、
漆喰、およびコンクリート等の通常の構造物材料で構成
されている構造物14またはバリア14によって見えなくさ
れた運動目標15を検出するために構成された、運動検出
コンクリート貫通レーダシステム10である。図２に示さ
れているように、映像レーダシステム10は、低電力で、
周波数の同調が可能な連続波（ＣＷ）送信機17とアンテ
ナアレイ12と、レーダ受信機38と、コンピュータプロセ
ッサ19と、電源21と、レーダ表示器18とを含む超広帯域
線形周波数変調連続波レーダ16を具備している。アンテ
ナアレイ12は、図１に示されているように、多重素子側
視型ＣＷアレイのアンテナアレイ12を具備している。ア
ンテナアレイ12は、以下に図５のａ乃至ｃに関してより
詳細に説明されている。アンテナアレイ12は、送信アン
テナ31と、３個の受信アンテナ32-1,32-2,32-3を具備し
ている。送信アンテナ31は、電力スプリッタ33および電
力増幅器34によって送信機17に結合されている。各受信
アンテナ32-1,32-2,32-3は、それぞれが前置増幅器35お
よびミキサ36を含んでいる別個の受信機38-1,38-2,38-3
によって３つのポートを有するマルチプレクサ37に結合
されている。マルチプレクサ37の出力はコンピュータプ
ロセッサ19に結合されている。

【００１６】低電力で、周波数の同調が可能な連続波
（ＣＷ）送信機17は、コンピュータプロセッサ19に結合
され、そこから掃引開始パルスを受信するように構成さ
れたカウンタ51を具備している。カウンタ51は、そのカ
ウンティングを制御するクロック58に結合されている。
カウンタ51は、エラー修正器53によって電圧制御発振器
54に結合されたデジタル−アナログ変換器52に結合され
た出力を有している。デジタル−アナログ変換器52は、
線形掃引信号をエラー修正器53に供給するように構成さ
れている。電力スプリッタ56は電圧制御発振器54に結合
され、出力がエラー修正器53への第２の入力に結合され
ているスロープエラー検出器57に信号を供給し、また、
電力スプリッタ56は、送信機17の出力を供給する低電力
増幅器55に結合されている。映像レーダシステム10は、
６００ＭＨｚ乃至１．３ＧＨｚの任意の周波数で動作す
るように構成されている。

【００１７】映像レーダシステム10の送信機17は、超広
帯域線形周波数変調連続波レーダ16に供給する。図４
は、送信機17によって使用される線形周波数変調連続波
（ＣＷ）レーダ信号を表すグラフ図である。線形周波数
変調連続波レーダ16は、コンクリートの壁等の、不透明
な構造物14を通して像の目標15に対して使用されたとき
に、通常のインパルスレーダにまさる多数の利点を有す
る。

【００１８】送信機17は、７００ＭＨｚの帯域の約６０
０ＭＨｚ乃至１．３ＧＨｚの動作周波数範囲を有してい
る。この帯域によって、約７インチの距離分解能が生じ
る。送信機17は、信号プロセッサ43からの命令によって
制御される。映像レーダシステム10の基本的な出力電力
レベルは、短距離動作には１０ミリワットである。高電
力増幅器34は、長距離動作のために必要とされるときに
レーダの電力レベルを増加させる（１７ｄｂ）ために設
けられる。

【００１９】図２に示されているように、コンピュータ
プロセッサ19は、入力がマルチプレクサ37の出力に結合
されている距離フィルタおよび増幅器41と、アナログ−
デジタル（Ａ／Ｄ）変換器42と、コンピュータ49と、デ
ジタル信号プロセッサ43とを具備している。コンピュー
タ49の１つの出力はレーダ表示器18に結合され、もう１
つの出力は送信機17に結合されている。

【００２０】図３は、コンピュータプロセッサ19の詳細
を表す映像レーダシステム10のブロック図である。デジ
タル信号プロセッサ43は、マルチプレクサ37から得られ
た入力信号を受信するアナログ−デジタル変換器42の出
力に結合されている。アナログ−デジタル変換器42の出
力は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）プロセッサ44に結合
されており、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）プロセッサ44
は、コヒーレントな積分フィルタ45によってフィルタ処
理された出力信号を供給し、フィルタ45は、検出器46に
結合されている。ポスト検出器積分器47は、マイクロ・
ドップラー音響出力信号を発生し、また、しきい値比較
器48に供給される信号を供給する。しきい値比較器48の
出力は、例えばＩＢＭ４８６パーソナルコンピュータ等
のコンピュータ49に結合されている。コンピュータ49
は、システム10によって生成されたレーダ像を表示する
表示器18に結合されている。ソフトウェア50は、コンピ
ュータ49上で実行し、レーダ像が発生するようにレーダ
信号を処理する。

【００２１】映像レーダシステム10は、７インチの距離
分解能を生成する７００ＭＨｚの帯域幅を有している。
１００フィート以上の距離において人物15の検出を確実
にするのに必要な送信機17の出力電力レベルは、約１０
ミリワットである。現実の距離は、コンクリートの含水
量、アスペクト角、および監視地域に位置しているその
他の目標を含む幾つかの要因に依存する。動作上の経験
によって、これらの環境特性は時にシステムの動作を制
限することが示されている。高電力送信機17は、映像レ
ーダシステム10の距離性能を増加させるために使用さ
れ、それに対応して、主要電力および重量が増加する。

【００２２】コンクリートまたはそのような構造物14を
貫通する超広帯域で低い周波のレーダ信号は、ターゲッ
ト角の決定を行うことを示している。小さく、低い周波
のアンテナは広いビーム幅と低い利得を有している。望
ましい５°の角度分解能を達成するために、映像レーダ
システム10において使用されるために多重素子側視型ア
レイアンテナ12が開発されている。多重素子側視型アレ
イアンテナ12は、図５のａ乃至ｃに示されている。図５
のａはアンテナ12の平面図を示しており、図５のｂは部
分的に折りたたまれた状態の図５のａのアンテナ12の側
面図を示しており、図５のｃは図５のａのアンテナ12の
端面図を示している。

【００２３】特定の例において、アレイアンテナ12は、
システム10の要求に依存して、３乃至５個の広帯域アン
テナ素子31,32 で構成されている。１つのアンテナ素子
31、すなわち送信アンテナ31は、レーダ信号を送信する
ために使用される。残りのアンテナ素子32-1,32-2,32-3
は、バリア14の後方の目標15から反射された受信レーダ
反射信号を受信するために使用される。送信および受信
アンテナ素子31,32 は、スペーサ61を使用して３乃至１
２フィートの距離を隔てて互いに分離され、反射された
エネルギの到着時間差（ＴＤＯＡ）測定を行うのに必要
な空間の差を与える。受信アンテナ素子32-1,32-2,32-3
は、２つの受信アンテナ素子だけを使用したときに通常
生じる方位角の曖昧さを解決するために適合されてい
る。スペーサ61とアンテナ素子31, 32-1,32-2,32-3は、
ファイバグラス支持構造62によって一緒に固定されてい
る。ファイバグラス支持構造62は、アンテナ12の各素子
を電気的に絶縁し、かつ支持する。

【００２４】４つのアンテナ素子31, 32-1,32-2,32-3の
それぞれは、典型的に一辺が１４インチの正方形であ
る。４つのアンテナ素子31,32 のそれぞれは、約１／４
インチの厚さを有している。４つのアンテナ素子31,32
のそれぞれは、その端部において接続され、長さ約８フ
ィート×幅１５インチの延長はしご20のようなアレイ12
を形成する。アレイ12の各アンテナ素子31,32 とスペー
サ61は、その端部において折りたたまれ、それによって
アレイ12全体は、１４インチ×２８インチ×６インチの
スーツケース内に収まる。

【００２５】アンテナ12の特定の構成は、どのようなこ
とに使用するかに非常に依存している。警察等によって
使用されるために設計されたある構成は、図１および５
に示されているように、通常のはしごのような折りたた
み式延長はしご20の形式に設置されたレーダシステム10
を有する。送信および受信アンテナ素子31,32 は、実質
的に互いに同一のものである。アンテナ素子31,32 は、
折りたたみ式延長はしご20の横桟を構成している指数的
に先細の放射体である。それらは、折りたたみ式延長は
しご20の形式を有している直線状支持構造62に沿って間
隔を隔てて設けられている。アンテナ素子31, 32-1,32-
2,32-3は、超広帯域および低周波数で最適に動作するよ
うに設計された広帯域の“指数的に先細”のアレイであ
る。送信機17、受信機38、および電源21は、延長はしご
20の支持構造62の長手方向に沿ってそれぞれ配置され
る。はしご20は監視用自動車11上に設置され、図５のｂ
に示されているように折りたたまれて積込まれ、そこに
おいてファイバグラス支持体62を具備しているはしごの
レールは折りたたみジョイント63によって折りたたまれ
る。

【００２６】信号プロセッサ43は、３つの受信アンテナ
32-1,32-2,32-3のそれぞれからの増幅された信号を処理
する３つの信号プロセッサチャンネル（コンピュータ49
およびコンピュータメモリで実行するソフトウェア50に
よって構成されている）を具備している。高速アナログ
−デジタル変換器42は、実質的に各アンテナ素子32-1,3
2-2,32-3からのレーダ反射データを変換する。デジタル
化されたデータは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）プロセ
ッサ44によって６インチの距離ビンに変換される。デジ
タル信号の相関は、走査オン受信オンリー処理およびタ
ーゲットの検出を行うためにコンピュータ49において行
われる。映された目標への方位角および距離は、例えば
可搬ラップトップパーソナルコンピュータ等に設けられ
た通常のパーソナルコンピュータの表示器18を使用して
平面位置表示（ＰＰＩ）に変換される。信号プロセッサ
43と表示器18とを含んでいるコンピュータ49は、アンテ
ナアレイ12から数百フィートまでの所に位置される。

【００２７】デジタル信号プロセッサ43は、レーダシス
テム10の中心部である。システム10を制御し、レーダ信
号を処理する全てのソフトウェア50はコンピュータ49内
に含まれている。システム10はソフトウェアによって駆
動されるので、容易に表示に変更され、レーダ16から得
られたレーダ信号を処理する。映像レーダシステム10は
距離と方向の２次元の表示を供給するので、表示器18は
非常に簡単にされている。これによってレーダ16の操作
はより簡単になる。

【００２８】３次元のレーダ像の表示を供給するため
に、１つは水平解像を行い、もう１つは垂直解像を行う
２つの映像レーダシステム10が使用され、出力は統合さ
れた単一の表示器18に表示される。２つのレーダシステ
ム10のそれぞれのアンテナ12は互いに直交して配置され
て水平および垂直解像度を供給する。

【００２９】デジタル信号プロセッサ43および表示器18
は、例えばＩＢＭのタイプ４８６ラップトップコンピュ
ータによって提供される。表示器18の解像度は、３２０
×２００画素グリッドである。データは、表示器18上に
上下反転した図として表示される。移動している目標15
および／または固定目標15は表示器18上で観察される。
時刻歴のリプレイおよびクラッタの消去によって、移動
している目標15の追跡は容易になる。表示器18の選択さ
れた部分は、従来のグラフィックソフトウェアにおいて
行われていたように、表示された像を拡大するようにズ
ームする。選択された目標の情報は、分配のためにコン
ピュータディスク（図示されていない）またはプリンタ
（図示されていない）上で印刷されたハードコピーに記
憶される。これは、コンピュータ動作システムを使用し
た通常の方法で行われていたことである。

【００３０】映像レーダシステム10の動作が以下に説明
される。“到着時間差”（ＴＤＯＡ）処理として知られ
ている合成アンテナビーム成形の方法は、本発明による
システム10において使用される。この種類の処理方法を
使用して、レーダ信号は信号送信アンテナ31から送信さ
れる。少なくとも２つの別個の受信アンテナ32-1,32-2
および受信機38-1,38-2 は、システム10の視界内の目標
15から反射されたエネルギを受信するために使用され
る。受信アンテナ32-1,32-2 に関する目標15の角度は、
分離された受信アンテナ32-1,32-2 における到着時間差
から推測される。

【００３１】目標15が受信アンテナ32-1,32-2 の前方の
直接正面線上にある場合、反射されたエネルギが両方の
受信アンテナ32に到達するのにかかる時間は全く同じで
ある。目標15が中心に対して一方の側または別の側にあ
る場合、エネルギは一方のアンテナ32-2に到達する前に
他方のアンテナ32-1に到達する。時間におけるこの差
は、目標15への角度オフセットに直接に関係する。受信
アンテナ32-1と32-2との間の距離およびコンピュータプ
ロセッサ19のＴＤＯＡを解像する能力は、システム10の
最終的な角度分解能を決定する。図６において、２つの
受信アンテナ32-1,32-2 によって受信された信号の到着
時間差が示されている。図６において、受信アンテナ32
-1,32-2 と、レーダ反射信号の信号到着角度との間の関
係が示されている。

【００３２】距離（Ｓ）は、受信アンテナ32-1,32-2 の
中心−中心間の間隔である。レーダ波の速度（Ｃ）は、
０．９８４ｅ９フィート／秒である。時間差は、次のよ
うに角度オフセット（Ｂ）に関連している。

【００３３】ＴＤＯＡ＝Ｓ／ｃ・ｓｉｎ（Ｂ） Ｓの大きさはフィートで表され、ここにおいてｃは１ナ
ノ秒につき約１フィートであり、到着距離の差（ＲＤＯ
Ａ）はＴＤＯＡに等しく、ＴＤＯＡは次のように表され
る。

【００３４】ＴＤＯＡ＝Ｓ・ｓｉｎ（Ｂ）ナノ秒 ＝ＲＤＯＡ（フィート）（近似的） 多数のターゲットを処理するために、各受信機は十分な
距離分解能を有して視界における全ての反射表面を“分
離”しなければならない。ＵＨＦレーダにおいて、距離
分解能は約０．５フィートである。アンテナの１つが受
信の線に垂直な線に沿って別のアンテナから１０フィー
トの間隔を隔てられている場合、角度分解能（Ｂ）は次
のようになる。

【００３５】Ｂ＝ｓｉｎ^-1（０．５／１０） ＝２．９°（近似的） これは、距離が少なくとも１フィート離れ、角度が少な
くとも２．９°離れている２つの小さいターゲットが表
示器上で分離されることができることを示している。

【００３６】以下、受信におけるＴＤＯＡ角度走査につ
いて説明される。図７において、第１および第２のアン
テナ32-1,32-2 のための受信機距離セルが示されてお
り、そこにおいて、同じ目標（Ｔ１）15は、ＴＤＯＡの
ために異なった距離セルにあることが示されている。第
１の受信アンテナ32-1から受信された信号は、第１の受
信機38-1において処理される。目標15は検出され、それ
らの振幅値は距離ビン中に設置される。同時に、同じ処
理が第２のアンテナ32-2の第２の受信機38-2において達
成される。単一の目標15のみが存在する場合、目標15に
対する角度は、図７に示されているように第１と第２の
アンテナ32-1,32-2 の間の距離セルの数の差をカウント
することによって決定される。この差はＴＤＯＡであ
る。この例において、距離セルが６インチ離れており、
２つの受信アンテナ32-1,32-2 が４フィート離れている
場合、距離における１フィートの差に対応する目標15に
対する真の方位（Ｂ）は、次のようになる。

【００３７】Ｂ＝ｓｉｎ^-1（１／４）＝１４．５° これは、目標15が第１の受信アンテナ32-1よりも第２の
受信アンテナ32-2の近くに現れることを示している。目
標15が第１の受信アンテナ32-1の距離セル8 にある場
合、角度は＋２９°である。ＴＤＯＡによって第２の受
信アンテナ32-1からの目標15が距離セル4 の代りに距離
セル5 （セルが１つ異なる）に位置された場合、目標15
への方位は７．２°である。目標15がアンテナビーム内
で実際にはどこにあるのかという不明確さが存在し、そ
れはいずれの指向性アンテナにも通常のことである。Ｔ
ＤＯＡ処理を使用して、目標15の位置の不明確さが距離
セルの寸法に関係され、それは１４．５°の角度に関し
て±３．６°である。

【００３８】各距離セルの間の間隔は、受信アンテナ32
-1,32-2 の面に垂直な線に関して特定の方位線に相関す
る。上述の例において示されているように、±１個の距
離セルの差は、アンテナ32-1,32-2 に垂直な線に関して
±７．２°オフセットされた方位線上の目標15を表して
いる。±２個の距離セルである目標15は±１４．５°の
線上にある。角度の間隔は±３０°の走査と比例し、±
６０°以上の角度に急速に広がる。以下の表Ｉは、１つ
の距離セル毎の距離分解能とそれに対するアンテナ32の
間隔との関係を示している。フィートで表された到着距
離の差とそれに対するアンテナの間隔によって、アンテ
ナの走査角度が（±）度で与えられる。それはまた、以
下に説明される本発明による“走査オン受信”システム
10のビーム指向角を示す。表Ｉは、線形で１方向の角度
効果を示している。２方向の効果はより複雑であるが、
当業者の適切なプログラミングによってソフトウェア50
において容易に補償される。

【００３９】 表Ｉ 距離セルの差 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 （フィート） アンテナの分離 （フィート） １ 30.0 90.0 - - - - - - ２ 14.5 30.0 48.6 90.0 - - - - ３ 9.6 19.5 30.0 41.8 56.4 90.0 - - ４ 7.2 14.5 22.0 30.0 38.7 48.6 61.0 90.0 ５ 5.7 11.5 17.5 23.6 30.0 36.9 44.4 53.1 ６ 4.8 9.6 14.5 19.5 24.6 30.0 35.7 41.8 ７ 4.1 8.2 12.4 16.6 20.9 25.4 30.0 34.8 ８ 3.6 7.2 10.8 14.5 18.2 22.0 25.9 30.0 ９ 3.2 6.4 9.6 12.8 16.1 19.5 22.9 26.4 10 2.9 5.7 8.6 11.5 14.5 17.5 20.5 23.6 以下、時間シフト角度走査が図７に関して説明される。
レーダシステム10の直接正面にある目標15を検出するた
めに、第１の受信機38-1からの各距離セルは、第２のメ
モリ72に記憶された第２の受信機38-2における対応する
距離セルによって乗算されて第１のメモリ71に記憶され
る。出力は、反射する目標15が２つの受信アンテナ32-
1,32-2 の前面に直接に垂直である場合にのみ生じる。
これは、垂直に近い角度のときに当てはまり、そこにお
いて目標15のＲＤＯＡは６インチ以下に相当する。ＲＤ
ＯＡが大きくなるとき、第２の受信機38-2における目標
15は異なる距離セル内（すなわち４対６）に存在する。

【００４０】図８に関して、第２の受信機38-2における
距離セルは、時間においてシフトされ、その後、第１の
受信機38-1からの距離セルによってソフトウェアにおい
て乗算（Ｘ）される。角度オフセットは、２つの距離セ
ルのメモリ71と72との間の時間オフセットに直接に依存
する。図８において、第２の受信機38-2の距離セルは、
時間において２つの距離セルにシフトされる。このシフ
トは、距離セルが６インチであり、アンテナの間隔が４
フィートである場合には、全ての目標15に対する１４．
５°の走査角度シフトに比例する。

【００４１】第２のメモリ72を１つの距離セルにシフト
し、対応する角度における目標15を評価するこの処理
は、距離セルの数がアンテナの分離した距離と等しくな
るまで距離セルの各セットに対して続行される。その
後、処理は繰返され、負の時間方向における距離セルの
第２のセットをシフトしてアンテナアレイ12の中心線の
反対側の全ての目標15を評価する。目標15までの真の距
離は、乗算の結果として生じる出力73によって図に示さ
れているように、全距離シフトによって決定される（距
離セル差が１／２異なる）。

【００４２】表Ｉのデータを使用して、アンテナ32-1,3
2-2 の間の４フィートの間隔と、０．５フィートの距離
セルの間隔は、中心に対して各側上に±９０°までの８
方向の走査線を与える。また、アンテナ32-1,32-2 間の
間隔が増加するにつれて、使用できる走査線の数も増加
することが示されている。アンテナの間隔と、それに対
する表示器18上の走査線の数（または解像度）との妥協
がある。

【００４３】この簡単なＴＤＯＡアプローチは単一の目
標15には十分に作用するが、２つだけの受信アンテナ32
-1,32-2 のアンテナビーム幅内の１以上の目標15には不
明確さを生じてしまう。目標15が２つの場合、目標15の
位置に関して４つの可能な解決方法がある。この問題を
解決するために、異なる間隔の３つの受信アンテナ32-
1,32-2,32-3が必要とされる。角度分解能の度合と、不
明確さを減少することは、各受信アンテナ32-1,32-2,32
-3の間の間隔の関数である。本発明によるシステム10に
よって、システムが最適に動作するようにこの間隔の修
正が行われる。付加的な処理モードとして、運動目標の
データのみがコンピュータ49における相関処理によって
使用され、増強された目標の表示を提供する。

【００４４】動作において、再び図３および４に関し
て、電圧制御発振器（ＶＣＯ）54は６００ＭＨｚ乃至１
３００ＭＨｚで高解像度モードで動作する。このＶＣＯ
54は、低電力増幅器55と同じ位置に配置されている。低
電力増幅器55とアンテナアレイ12を相互接続するために
同軸ケーブルが使用される。電力スプリッタ33および電
力増幅器34は送信アンテナ31に直接設置される。電力ス
プリッタ33は、３つの受信機ミキサ36のそれぞれに局部
発振器信号を供給する３つの付加的な出力を供給する。
１つの低雑音前置増幅器35およびミキサ36は、各受信機
38内に含まれている。

【００４５】各ミキサ36の出力は、レーダ16の連続した
線形ＦＭ掃引において受信機38の間で切換えを行う３つ
のポートを有するマルチプレクサ37（それは受信機アン
テナ32の１つに位置されている）に供給される。多重化
された出力は、アナログ−デジタル変換器42に供給され
る前にフィルタ処理および増幅される。

【００４６】図９は、３つの受信アンテナ32-1,32-2,32
-3によって受信された信号の到着時間差を示している。
３つ以上のアンテナ32は不明確さを解決するために使用
される。受信された到着データの角度の処理は、上述の
ように行われるが、アンテナ32-1,32-2,および32-2,32-
3,および32-1,32-3 のそれぞれの対に対して行われる。
レーダ信号の処理によって、不明確さが減少され、ま
た、例えば長い壁等の、延長されたターゲットの検出が
行われる。

【００４７】本明細書において、例えばコンクリートま
たは漆喰等の不透明なバリアの後方に位置している目標
のレーダ像を生成する新しい改良された映像レーダシス
テムを説明してきた。上述の実施例は、本発明の原理の
適用を表す多数の特定の実施例のうちの幾つかであるこ
とが理解されるべきである。明らかに、多数の別の配置
が本発明の技術的範囲から逸脱することなしに当業者に
よって容易に実施されることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理による映像レーダシステムを使用
した動作シナリオの模式図。

【図２】アンテナアレイおよび送信機を詳細に表してい
る本発明の映像レーダシステムの詳細なブロック図。

【図３】信号プロセッサを詳細に表している本発明の映
像レーダシステムの詳細なブロック図。

【図４】図１乃至３の映像レーダシステムにおいて使用
されている線形周波数変調連続波（ＣＷ）レーダ信号を
示すグラフ。

【図５】図１の映像レーダシステムにおいて使用されて
いるアンテナの平面図と、部分的に折りたたまれた状態
のアンテナの側面図と、そのアンテナの端面図。

【図６】２つの受信アンテナによって受信された信号の
到着時間差の説明図。

【図７】受信機の距離セルのシフトの説明図。

【図８】到着時間差による角度走査の説明図。

【図９】３つの受信アンテナによって受信された信号の
到着時間差の説明図。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｇ０１Ｓ 7/32 Ｇ０１Ｓ 7/32 Ｅ 13/32 13/32

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不透明な構造物の後方に位置された目標
   の像を発生するための映像レーダシステムにおいて、 低電力で、周波数の同調可能な連続波送信機と、 送信機に結合された送信アンテナおよび複数の受信アン
   テナを具備しているアンテナアレイと、 アンテナアレイに結合されたレーダ受信機と、 レーダ受信機に結合され、デジタル信号プロセッサおよ
   びコンピュータを具備しているコンピュータプロセッサ
   であって、到着時間差処理を使用して目標から得られた
   レーダ反射信号を処理するように構成され、目標からレ
   ーダ反射信号を受信した際にレーダ角度走査を行う処理
   をするコンピュータプロセッサと、 コンピュータに結合されたレーダ表示器と、 アンテナアレイ、送信機、レーダ受信機、およびコンピ
   ュータプロセッサに結合され、それらに電力を供給する
   電源とを具備している映像レーダシステム。
2. 【請求項２】 アンテナアレイは、折りたたみ式延長は
   しごの形に形成されている請求項１記載のレーダシステ
   ム。
3. 【請求項３】 アンテナアレイは、多重素子側視型連続
   波アレイのアンテナアレイを具備している請求項１記載
   のレーダシステム。
4. 【請求項４】 受信機は、個々の受信アンテナにそれぞ
   れ結合された複数の独立した受信機を具備し、そこにお
   いて独立したそれぞれの受信機は前置増幅器およびミキ
   サを含んでいる請求項１記載のレーダシステム。
5. 【請求項５】 さらに、各ミキサとコンピュータプロセ
   ッサとの間に結合された３つのポートを有するマルチプ
   レクサを具備している請求項１記載のレーダシステム。
6. 【請求項６】 送信機は、 コンピュータプロセッサに結合され、そこから掃引開始
   パルスを受信するカウンタと、 カウンタに結合され、そのカウンティングを制御するク
   ロックと、 カウンタに結合され、線形掃引出力信号を供給するデジ
   タル−アナログ変換器と、 デジタル−アナログ変換器に結合されたエラー修正器
   と、 エラー修正器に結合された電圧制御発振器と、 電圧制御発振器に結合された電力スプリッタと、 エラー修正器に結合されたスロープエラー検出器と、 送信機出力を供給する電力スプリッタに結合された低電
   力増幅器とを具備している請求項１記載のレーダシステ
   ム。
7. 【請求項７】 コンピュータプロセッサは、 マルチプレクサに結合された距離フィルタおよび増幅器
   と、 距離フィルタおよび増幅器に結合されたアナログ−デジ
   タル変換器と、 アナログ−デジタル変換器に結合されたコンピュータ
   と、 コンピュータに結合されたデジタル信号プロセッサとを
   具備している請求項１記載のレーダシステム。
8. 【請求項８】 デジタル信号プロセッサは、 フィルタ処理された出力信号を供給する高速フーリエ変
   換プロセッサと、 この高速フーリエ変換プロセッサに結合されてそれから
   供給された出力信号をフィルタ処理するコヒーレントな
   積分フィルタと、 コヒーレントな積分フィルタに結合された検出器と、 この検出器に結合され、マイクロ・ドップラー音響出力
   信号を発生するポスト検出器積分器と、 ポスト検出器積分器とコンピュータとに結合されたしき
   い値比較器と、 コンピュータにレーダ信号を処理させ、レーダ像を発生
   させるソフトウェアとを具備している請求項１記載のレ
   ーダシステム。
9. 【請求項９】 さらに、各アンテナを隔てる複数のスペ
   ーサと、 複数のスペーサと、複数のアンテナとに結合され、それ
   らを電気的に絶縁し、かつ支持する支持構造とを具備し
   ている請求項１記載のレーダシステム。
10. 【請求項１０】 送信アンテナ素子および受信アンテナ
    素子は、互いに３乃至１２フィートの距離で隔てられて
    いる請求項１記載のレーダシステム。
11. 【請求項１１】 各アンテナは正方形である請求項１記
    載のレーダシステム。
12. 【請求項１２】 アンテナアレイはさらに、アレイを折
    りたみ可能にする複数のジョイントを具備している請求
    項９記載のレーダシステム。
13. 【請求項１３】 送信機、受信機、および電源は、支持
    構造の長手方向に沿って配置されている請求項９記載の
    レーダシステム。