JPS61100680A - 合成開口レ−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〕 本発明は合成開口レーダ装置に関する。

〔従来の技術〕

航空機や人工衛星等の移動プラットフォームにサイドル
ッキング（Ｓｉｄｅ　Ｌｏｏｋｉｎｇ　Ｒａｄａｒ　＋
　　側方監視レーダ）を搭載し、進行方向に対し偶力の
地上に電波を放射しつつ予め設定した進路を進行しなが
ら反射波を受信して合成することによって比較的小さい
開口面のアンテナで実効的に大口径のアンテナを合成し
うる合成開口レーダは近時よく知られている。

第２図は合成開口レーダ装置の動作の原理を示す動作原
理図である。

予め設定された軌道！を定速度で移動するプラットフォ
ームはサイドルッキングレーダからビーム幅θの送信パ
ルスを一定送信間隔で軌道りとは直角方向に側方地上に
発射しつつ、９１点で観測対象点Ｐを照射し始め、照射
中心点Ｑ２を経て９３点で照射を終了しこの間に反射波
がパルス送信間隔に対応して次次に受信される。点Ｑ１
とＱ３との距離りは実効点開口長を示し軌道ノと平行な
方向すなわち方位方向の等測的指向性はこのＬに比例し
て尖鋭になる。

よく知られる如くルックとは上述した合成開口長りに対
応して取得される観測データであって、通常は後述する
スペックル（５ｐｅａｋｌｅ　）雑音対策処理のためこ
れを方位方向に複数個に分割しいわゆるマルチルック状
態としそれぞれの分割ルックごとに必要なパルス圧縮処
理を施して再生した観測対象点Ｐに関する複数の画像デ
ータを重ね合せるマルチルック処理を実施している。

第２図の場合は２ルツクに分割した場合における合成開
口長の例を示し、この場合それぞれの分割ルックに対す
る実効開口長はＬ／２に縮少され、従ってルック単位で
もＬ／２となり、一般的にｎ等分割すれば１ルック単位
あたりの助動開口長はＩ、　／　ｎに縮少する。

さて、合成開口レーダ装置においては距離分解能ノ向上
を図ってＬ　Ｆ　Ｍ　（Ｌ　１ｎｅａｒ　ＦＭ）　　パ
ルスを利用している。このＬＦＭはＲＦ電波パルスを一
定の変化率で周波数変調するパルス圧縮技術であり、ピ
ーク値を増大させる代りにパルス幅を長くしこれにＬＦ
Ｍを施して占有帯域幅を広くとって受信処理の際にこれ
をパルス圧縮して尖鋭なものとし短パルスと同様な高分
解能を得ている。合成開口レーダ装置はこのよ°うな送
信パルスを発射しつつルック単位での２次元観測データ
を次次に取得してこれをレンジおよびアジムス方向に圧
縮し画像データとして再生する。

レンジ圧縮は送信信号の共役関数としてのレンジ参照関
数との相関をとることによって行なわれ、またアジムス
圧縮はレンジ圧縮後のデータと、地上の観測点からの距
離変化に対応して変化する位相情報を含むこの圧縮後デ
ータの共役関数とじてのアジムス参照関数との相関をと
ることによって行なわれている。このようにして距離、
方位方向の圧縮処理を行なうことによって点目標として
の観測対象の画像データが再生されるが、このアジムス
圧縮処理はレンジ圧縮後に得られるデータのアジムス方
向スペクトラムを前述した複数の分割ルックごとに、い
わゆるマルチルック単位でそれぞれ独立して実施し、こ
うして得られる分割ルックごとの各データは互いに非コ
ヒーレントな量として得られこれらデータを加算処理に
よる重ね合せで平均化するいわゆるマルチルック処理を
介してスペックル雑音の低減を図った出力画像を得てい
冷Ｏ このスペックル雑音は、合成開口レーダ装置から発射さ
れた送信電波が地上における多数の散乱点によって反射
され特定の位相関係で合成されることによって受信信号
に強弱の変動を生じてそのままレンジ圧縮、アジムス圧
縮を行なったのではその出力画像に濃淡のちらつき（５
ｐｅａｋｌｅ　）となって現われるものであり、合成開
口レーダの如く送受信系がコヒーレント状態を保持して
動作することが必要である場合に特に顕著に発生し、そ
の。

ままでは極めて不鮮明な画像しか得られないためこのス
ペックル雑音の低減は不可欠の問題となっている。

スペックル雑音の低減方法は基本的には観測対象から得
られる互いに独立した反射信号をそれぞれ独立して画像
とし、これら複数の独立処理された画像を重ね合せて平
均化しスペックル雑音を減少せしめるものであり次の３
種の方法がある。

その（１）は、方位マルチルック処理と呼ばれるもので
あり、観測対象に対する方位角度変化によってもたらさ
れる信号、たとえば第２図の例では９１点から９３点ま
での観測データとして得られる信号つまりルック単位の
信号をいくつかの独立区間いわゆるマルチルック単位に
分割しこれら各ルックのデータを重ね合せ平均化する方
法である。

その（２）は距離マルチルック処理と呼ばれるものであ
り、距離測定のための送信パルス信号に含すれるＬＦλ
（による周波数変化分をいくつかの独立区間、いわゆる
距離マルチルック単位に分割しこれら分割各ルックとと
ζこレンジ圧縮、アジムス圧縮処理を行なって得られる
各画像データを重ね合わすものである。

その（３）は上記（１）　＝　（２）を組合せて部用す
る方法である。

しかしながらこれら３通りの方法のうち第（２）および
（３）の距離マルチルック処理は次のよりな理由で通常
は殆んど利用されていない。

すなわち合成開口レーダ装置に詔ける送信パルスは比較
的小レベルのパワーでも受信処理時のレンジ圧縮で先鋭
なパルスに変換し短パルスと同様な距離分解能を得るた
めＬＦＭ波としているが、この場合距離分解能はＬＦＭ
によるＲＦ波パルスの周波数変化分Δｊに逆比例する。

つまり距離分解能を上げようとするほどΔｆを犬とする
必要が親ｍ＋ｊデータとしてコヒーレント検出されるこ
のΔｊはレンジ圧縮処理等におけるＡ／Ｄコンバータの
安定サンプリング周波数上限値等の条件からも限度があ
る。一方、ｊｌから１２までΔｆだけ直線的に変化する
パルスを周波数の異なる区間に分割しそれぞれ独立して
圧縮処理したものを重ね合せるとそれぞれの区間のΔｆ
は分割数ｎ分の１となり従って距離分解能もｎ分の１に
低下していき、これを抑止するためにはΔｆを１倍して
いくことが必要となる。これら相制約する２条件から距
離マルチルック処理は通常殆んど利用されておらず、従
って第（１）の方位マルチルック処理が通常の基本的な
スペックル雑音低減手段となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の一般的なスペックル雑音低減手段として
の方位マルチルック処理には、しかしながら次のような
欠点がある。

すなわち、第２図によりでも説明した如く、方位マルチ
ルック処理を実施するためルックをｎ等分割してｎ個の
マルチルック構成としてそれぞれ独立的にアジムス圧縮
して画像データを再生すると、これら個個の画像データ
の合成開口長はｎ分の１に縮少し、合成開口レーダの最
も期待される機能としての方位分解能がｎ分の１に低下
するという欠点がある。本発明の目的もこの問題点を解
決した高方位分解能の合成開口レーダ装置を提供するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の装置は、航空機、人工衛星等の移動プラットフ
ォームに搭載したサイドルッキングレーダ（８ｉｄｅ　
　Ｌｏｏｋｉｎｇ　　Ｒａｄａｒ　）で地上の状態を電
波によっる画像として再生する合成開口レーダ装置にお
いて、地上の同−観測対象に対する観測時間内に複数の
周波数によるそれぞれ独立したコヒーレント送受信を実
施しつつ前記複数の周波数に対応した複数の観測データ
をルック（ｌｏｏｋ）単位で複合的に次次に取得する複
合観測データ取得手段と、この複合観測データ増得手段
によって取得した複数の観測データのそれぞれに対して
レンジ圧縮処理およびアジムス圧縮処理を施して得られ
るルック単位もしくはこのルックを予め設定した複数個
に分割したマルチルック単位での画像データとして再生
したうえ前記複数の周波数によるこれら各画像データを
予め設定した組合せ内容で相互加算し表示画像として出
力するマルチルック処理手段とを備えて構成される。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の合成開口レーダの構成の一実　　　゛
雄側を示すブロック図である。

第１因に示す実施例の合成開口レーダは、基準周波数発
振器１および２、分散遅延器３および４、タイミング制
御回路５、トリガ発生回路６および７、送信器８、サー
キエレータ９、アンテナ１０゜受信器１１、検波器１２
および１３、レンジ・アジムス圧縮器１６および１７、
マルチルック処理器１８等を備えて構成される。

第１図に示す合成開口レーダ装置は、取得すべき複数の
観測データが２個の場合、従って独立した２系統のコヒ
ーレント送受信系を備えて構成された場合の例を示して
いるが、この観測データの個数従ってコヒーレント送受
信系の数は合成開口レーダ装置の運用目的、移動プラッ
トフォームの規模所望の観測精度等を勘案し基本的には
任意に設定しうるものである。

基準周波数発振器１および２は互いに異なる周波数のＣ
〜ｖＩＭの基準周波数を発振しこれをそれぞれ分散遅延
器３および４に送出する。

分散遅延器３および４は周波数逓倍回路、５ＡＷ（ａｃ
ｏｕｓｔｉｃ　　５ｕｒｆａｃｅ　　ｗａｖｅ　、弾性
表面波）分散遅延線等を有し、送信器８から送信するＬ
ＦＭ送信電波における変調剤８．数成分を発生するもの
であり、分散遅延器３を例としてその機能を説明すると
次のようである。

すなわち、基準周波数発振器１から入力したＣＷ波の基
準周波数は一旦ＳＡＷ分散遅延線の中心周波数に逓倍変
換されたのちさらに所定のパルス幅を有するパルスに変
換され所定の周波数スペクトルをもつ信号としてＳＡＷ
分散遅延線に印加される。

ＳＡＷ分散遅延線は周波数遅延特性がＬＦＭ送信電波の
リニア周波数変化特性に対応し直線的に変化するように
設定してあり、出力として中心周波数ｆｒｎにリニア周
波数変化範囲Δｆｍが付与されて占有スペクトル帯域が
拡大されるとともに占有時間帯域も最犬逐延時間に対応
して延伸された周波数ｆｍ±ΔｆｍのＬＦ’Ｍ波を出力
する。この出力の周波数はｆｍ−３１ｍからｆｍ＋Δｆ
ｍまでリニアに変化しつつトリガ発生器６から受けるト
リガ信号のタイミングで出力された送信器８に供給され
る。

トリガ発生器６はタイミング制御回路５の制御のもとに
トリガ信号を所定のタイミングで出力せしめられる。

一方、分散遅延器４は分散遅延器３と異なる中心周波数
の８ＡＷ分＠遅延線を有し、タイミング制御回路５、ト
リガ発生回路７１こよって分散遅延器３とは異なる出力
タイミングで異なる周波数ｆｎ±ΔｆｎのＬＦＭ波を出
力しこれを送信器８に送出する。この場合、分散遅延器
３および４の出力タイミング、従ってトリガ発生器６お
よび７１こよるトリガ信号出力タイミングは交互多こ行
なわれるように設定しているが、これは時間的に隣接す
るものであっても、合成開口を形成できる間隔であって
も、また皿板しても、いずれであっても差支えなく、こ
のことは任意の複数の場合でも同じ７″あり、いずれも
送受信系ならびにアンテナ等の特注を配岳；することｌ
こよって任意し選択しうる。

送信器８はこうして交互に受ける分散遅延器３お工び４
の出力の中心周波数を周波数変換回路でそれぞれ異る裁
送周波数に変換したのちパルス変調回路で所定の特性の
パルスにして交互に出力する広帯域送信器であり、かく
して出力されるＬＦＭ送信電波は基準周波数とのコヒー
レントイを保持しつつサーキュレータ９を介しアンテナ
１０から地上の観測対象に照射され、これに対応して２
周波による２−）の反射波がルック単位で次次にサーキ
ュＬ／−夕９を介して入力し受信器１１に供給される。

受信器１１は、こうして交互にルック単位で入力する２
周波、一般的には複数の周波数による反射波を所定のレ
ベルまで増幅して出力する広帯域増幅器であり、この出
力は検波器１２および１３１こ供給される。

局部発振周波数発振器１４お工び１５は、それぞれ基準
周波数発振器１および２から互いに異なる基準周波数を
受け、これと同期してＬＦＭ波としてのそれぞれ異なる
送信周波数を同期検波するための局部発振周波数をシン
セサイザ等を利用して発生しそれぞれ検波器１２および
１３に供給する。このような局部発振周波数は分散遅延
器３゜４の出力周波数、従って送信器８における送信信
号ともそれぞれコヒーレントな状態を保持して発生され
、検波器１２および１３はこれによって、入力した２周
波の反射波を同期検波し変調周波数成分Δｆｒｎおよび
Δｆｎをビデオ信号である観測データとして出力しかく
してコヒーレント受信系を形成している。

こうして得られる観測データは観測対象の２次元に広が
っているデータであるからこれに距離およ°び方位方向
に圧縮するレンジおよびアジムス圧縮するレンジおよび
アジムス圧縮を施しもとの点目標としての観測対象を再
生しなければならない。

レンジ・アジムス圧縮器１６．１７はそれぞれ互いｌこ
異なる周波数の前記観測データを受は公知の処理技術を
利用してレンジおよびアジムス圧縮を行ない、周波数別
の画像信号を出力するものである。本実施例ではルック
を２等分割して方位マルチルック処理を実施して詔り、
たとえばレンジ・アジムス圧縮器１６を例としてレンジ
・アジムス圧縮処理を説明すると次のとおりである。

すなわち、検波器１２から出力される観測データはルッ
ク単位でまずレンジ圧縮処理を受ける。

レンジ圧縮は入力した時間領域信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ
　　Ｆｏｕｒｉｅｒ　　’ｒｒａｎｓｆｏｒｍ　＊　　
高速フーリエ変換）処理して周波数領域のデータに変換
したあと、分散遅延器３．４等とは周波数遅延特性が逆
特性を持たせた分散遅延器によって形成されるレンジ参
照関数との乗算を介してレンジ圧縮処理を実施し、この
あとＩＰＦＴ　（Ｉｎｖｅｒｓｅ　ＦＦＴ　ｅ逆高速フ
ーリエ変換によって再び時間領域のデータに変換したう
えこのデータを方位方向に並び替えたうえアジムス圧縮
を実行する。

このアジムス圧縮に先立ち、入力データに含まれるドプ
ラ周波数、および移動するプラットフォームと観測対象
間の距離変化に対応する周波数シフト、お工び補正等の
関連処理を行なっのちＦＦＴによって周波数領域データ
に変換しアジムス参照関数との乗算によるアジムス圧縮
を行なうが、このアジムス圧縮は従来のアジムス圧縮の
如くルックを複数個に分割したそれぞれについて実施す
るマルチルック処理のみに限定する必要はなく、マルチ
ルック処理であれまたルックごとの処理であれいずれを
利用してもよいが、本実施例の場合はルック２分割のマ
ルチルック処理としている。

２分割したルックのそれぞれのアジムス方向スペクトル
とアジムス参照関数との乗算を介してアジムス圧縮を実
施したあと、これらデータは各分割ルックに対応する周
波数範囲にフィルタリングするマルチルックフィルタリ
ングを行ない、そのあとＩＦＦＴによって再び時間領域
の複素データに変換された分割ルック単位いわゆるマル
チルック単位の画像データとして次次にマルチルック処
理器１８１こ供給される。

レンジＯアジムス圧縮器１７についてもレンジ・アジム
ス圧縮器１６と全く同様にして他周波についての画像デ
ータを出力する。

マルチルック処理器゛１８は観測対象ごとに入力する各
周波数ごとに２個ずつの互いに非コヒーレントな複素画
像データの絶対値変換を行ないこれらを同一観測時間に
わたって加算する。たとえば同一の観測対象に対する同
一の観測時間がＴであり、２周波のそれぞれについて得
られる′ｒ／２時間ごとの画像信号をそれぞれ■、およ
び■、ならびに■および■とすると、加算は■と■、■
と■の組合せ、あるいは■と■を加算したものと■と■
を加算したものとの相互加算というようにして全観測時
間Ｔにわたっての同一観測対象のデータを加算する。

この場合、如何なる組合せにするかは装置の運用目的、
処理効率、利用周波数の数等を勘案し任意に設定しうる
。

このようにして、従来は１周波数による１種類の観測デ
ータを使用して観測時間Ｔを口分割しＴＺｎずつ独立的
にアジムス圧縮して重ね合す（加算する）：うにしてい
たため非コヒーレント加算による平均化でスペックル雑
音は減少するものの方位分解能もまたｌ　／　ｎに低下
することが避けられなかったが、方位分解能を低下する
ことなくかつ異なる周波数による非コヒーレンシイ効果
も含めた画像平均化、すなわちスペックル雑音低減が図
れる。

本発明は、相異なる複数の周波数でコヒーレント送受信
を実施して分割ルック単位もしくはルッ′り単位で再生
画像データを取得し同一観測対象に対してはその全観測
時間にわたってこれらを適宜組合せて加算による重ね合
せを実施する点に基本的特徴を有するものであり、第１
図に示す実施例の変形も植種考えられる。

たとえば、第１図に示す実施例では複数の周波数を２周
波としているがこれは何周波数としてもよく、またマル
チルック処理では２分割ルック処理としているがこれも
何分側処理であっても差支えない。

また上記分割ルック処理のほか、複数周波数による画像
データを基本ルックのまま重ね合せ、周波数の差による
平均化効果を利用してスペックル雑音の低減を図っても
よく、この場合は第１図におけるルック分割処理やマル
チルックフィルタリング処理に関する回路は不要となる
。

また、第１図の実施例では分散遅延器３，４の内蔵ＳＡ
Ｗ分散遅延線はそれぞれ中心周波数が互いに異なるもの
を利用しているが、これは必らずしも異なるものとする
必要はないことは明らかである。

さらに、本実施例のパルス圧縮処理、すなわちレンジ慟
アジムス圧縮処理以下のデータ処理はこれを他の同等な
処理手段、たとえば光学的処理手段等によって実施して
も一向に差支えない。

なお、個個の構成について言えば、送信器８および受信
器１１はこれらを複数の各周波数に対する複数の多重送
受信系と置換してもよい。また分散遅延器３．４ならび
にレンジ・アジムス圧縮器１６．１７に内蔵する逆特性
の分散遅延器等はＳＡＷ分紋遅延器を利用しているがこ
れは同じ機能を有する他の）！！延水素子利用しても差
支えない。

さらに、基準周波数発振器１，２はこれらを一体化して
１個として共通の基準発振周波数とし、これにもとづい
て分散遅延器３，４のそれぞれの中心周波数を発生する
ことも容易に可能であり、このほか局部発振周波数発生
器１４．１５もこれを周波数シンセサイザからＰ　Ｌ　
Ｌ　（ＰｈａｓｅＬｏｃｋ　　Ｌｏｏｐ）回路等を利用
する同等な他の回路に置換してもよく、以上はすべて本
発明の主旨を損なうことなく容易に実施しつるものであ
る。

〔発明の効果〕 以上説明した如く本発明によれば、合成開口レーダ装置
において、複数の周波数を利用しそれ独立的に構成した
コヒーレント送受信系によって取得した画像データを加
算にエリ重ね合せた方位マルチルック処理もしくは周波
数の異なることによる平均化効果を利用したマルチルッ
ク処理を行なう手段を備えることによりマルチルック処
理による方位分解能の劣化を根本的に排除してスペック
ル雑音を大幅に低減しうる合成開口レーダが実現できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の合成開口レーダ装置の一実施例を示す
ブロック図、第２図は合成開口レーダ装置の動作の原理
を示す動作原理図である。 １．２・・・・・・基準周波数発振器、３，４・・・・
・・分散遅延器、５・・・・・・タイミング制御′回路
、６，７・・・・・・トリガ発生器、８・・・・・−送
信器、９・・・・・・サーキュレータ、１０・・−・・
・アンテナ、１１・・・・・・受信器、１２゜１３・・
・・・・検波器、１６，１７・・・・・・レンジーアジ
ムス圧縮器、１８・・・・・・マルチルック処理器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 航空機、人工衛星等の移動プラットフォームに搭載した
   サイドルッキングレーダ（ＳｉｄｅＬｏｏｋｉｎｇＲａ
   ｄａｒ）で地上の状態を電波による画像として再生する
   合成開口レーダ装置において、地上の同一観測に対する
   観測時間内に複数の周波数によるそれぞれ独立したコヒ
   ーレント送受信を実施しつつ前記複数の周波数に対応し
   た複数の観測データをルック（ｌｏｏｋ）単位で複合的
   に次次に取得する複合観測データ取得手段と、この複合
   観測データ取得手段によって取得した複数の観測データ
   のそれぞれに対してレンジ圧縮処理およびアジムス圧縮
   処理を施して得られるルック単位もしくはこのルックを
   予め設定した複数個に分割したマルチルック単位での画
   像データとして再生したうえ前記複数の周波数によるこ
   れら各画像データを予め設定した組合せ内容で相互加算
   し表示画像として出力するマルチルック処理手段とを備
   えて成ることを特徴とする合成開口レーダ装置。