JPS628081A

JPS628081A - 合成開口レ−ダ

Info

Publication number: JPS628081A
Application number: JP60147025A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Shinonaga; 充良篠永
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-07-04
Filing date: 1985-07-04
Publication date: 1987-01-16

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】〔発明の技術分野〕この発明は、開口合成手法を用いて高分解能目標像を得
る合成開口レーダに関し、特に同目標像のリアルタイム
処理を容易とするための情報採取方式の改良に関する。

〔発明の技術的背景〕

マイクロ波帯レーダ電波を、例えば航空機上から連続あ
るいは断続的に地表に照射し、かつこの反射波を受信し
て地形等を映像化する高分解能レーダ技術があることは
周知の通りであり、このようなレーダ技術は一般に、合
成開口レーダ、あるいはマイクロ波ホログラフィ−と呼
ばれている。

この合成開口レーダは、その運用上の要求等からいくつ
かのマツピングモードを有しているが、このうち最も代
表的なものとしてサイドルッキングモードの合成開口レ
ーダを例にとるとその原理は次のようなものである。

サイドルッキングモードの合成開口レーダは、レーダ装
置を搭載して移動するプラットフォームの進行方向につ
いて直角方向にレーダ電波を発射する。ここで第４図に
示すように、簡単のため固定しているとする目標Ｐに対
して上述の如くレーダ電波を発射するレーダ装置１０（
上記プラットフォームに搭載されている）が速度Ｖをも
って移動しているとすると、これら目標Ｐとレーダ装置
１０とのある時刻ｔにおける距離Ｒ（ｔ）は、ａｔｔ）
＝ＪｉｙＴて７ら７　・・・・・・・・・・・・・・・
（１）で表わされる。ただし、同大において、Ｒｏはレ
ーダ装置１０が目標Ｐに最も近づいたときの距離であり
、その時刻をｉ＝Ｑとする。また、このレーダ装置１０
から目標Ｐ４こ照射されるレーダ電波の波長をλとする
と、同目標Ｐから反射されるレーダエコーのある時刻ｔ
における周波数ｆａ（ｔ）は、（ただしＲｏ＞Ｖｔ）となる。これが目標Ｐにより反射されドツプラー効果を
受けてレーダ装置１０に受信される信号の周波数である
。このように、周波数が時刻とともに直線状に変化する
信号はチャープ信号として知られ、このようなチャープ
信号はパルス圧縮技術と同様の原理の相関受信を行うこ
とで開口合成が実現される。

ところで、ここではサイドルッキングモードを例にとっ
たためその受信信号として上述したチャープ信号が得ら
れたが、この受信信号の形態は各マツピングモードによ
って異なることが知られている。一般には、目標とする
ある一点からのある時刻ｔにおける反射信号をＳ　（ｔ
）として表わすと、Ｓ＊（−１）（＊は複素共役を示す
）なるインパルス応答をもつフィルタを通す（いわゆる
相関受信を行う）ことで開口合成が実現される。

〔背景技術の問題点〕

このように、合成開口レーダでは、レーダ装置の移動に
伴なう空間上の多数の場所で多数のエコーデータを収集
するようにすることから、極めて大きな開口長をもつア
ンテナと同等の指向性を作り出すことができ、ひいては
該レーダとしての分解能を大幅に高めることができるも
のの、上記レーダ装置を航空機等の移動するプラットフ
ォームｌこ搭載する都合上、同装置の大きさや重量ｌこ
関しての制約が大きく、また該合成開口レーダの性質上
、目標の映像を得るに膨大な量のデータを処理しなけれ
ばならず、これらの点に鑑みると、該合成開口レーダに
よって収集したデータをリアルタイムで処理するなどは
相当に困難なこととされていた。因みに従来は、該レー
ダのこうした実情に鑑みて、機上ではレーダ電波の送受
信と受信信号の収集のみにとどめ、該収集した受信信号
（電波ホログラム）から高分解能画像を再生する処理は
地上ｌこおいて行うといった手法をとることが多い。

この一般的なものとして、例えば光学的方法で上記電波
ホログラムを生成し、レンズ系を用いて同画像の再生を
行うといった方式のものがある。しかしこれでは、デー
タの収集から画像の再生までに相当の時間を要しく膨大
な日数を要することもある）、該レーダの使用目的によ
っては大きな欠点となる。

〔発明の目的〕

この発明は、上述した開口合成による高分解能なデータ
収集並びに該収集データの諸処理を、何らの無理を伴な
うことなくリアルタイムで迅速に行うことのできる合成
開口レーダを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

この発明では、前述したプラットフォーム等の移動体に
は信号中継機能を有する適宜な信号中継手段だけを搭載
してレーダ装置は地上あるいは船舶上等に固定して設け
ておき、上記のデータ収集に際しては、この固定レーダ
装置から上記移動する信号中継手段に対して送信した信
号のうち、該信号中継手段のみを介して同固定レーダ装
置に帰還受信された第１の受信信号と、同一送信信号の
、該信号中継手段を介してさらに上記目標に照射されこ
の目標からの反射信号が同信号中継手段を介して同固定
レーダ装置に帰還受信された第２の受信信号との周波数
差に基づいて前述した開口合成を実現するようにする。

これにより、上記プラットフォーム等の移動体に搭載す
る必要のある器材は大幅に削減され（上記信号中継手段
としてはせいぜい小型のアンテナやこの受信信号をさら
に目標に対して照射する際に必要があればこれを周波数
変換する周波数変換手段等があればよい）、また同方式
により得られる高分解能データは全て地上あるいは船舶
上等にある固定レーダ装置にリアルタイムで収集される
ようになる。またさらには、こうした信号の授受は全て
上記信号中継手段を介して行われることから、目標に対
する固定レーダ装置およびプラットフォーム等の移動体
の位置関係も比較的自由に設定することができる。

〔発明の効果〕このように、この発明にかかる合成開口レーダによれば
、飛行する移動体には何ら無線な負荷がかからない上に
、目標とレーダ装置との位置関係も自由に設定でき、し
かも得られるデータは全くリアルタイムで地上あるいは
船舶上等に収集される。このため、たとえこれらデータ
の処理系が大型なものであってもこれにオンラインで直
接該収集データを供給するようにすることで、同データ
のリアルタイム収集およびリアルタイム処理（画像再生
等）が難なく実現される。またこれに付随する効果も大
きく、例えば上記移動体が航空機であれば、この内部の
器材収容スペースを有効ｌこ利用することができるよう
になり、しかもこの方式であれば同航空機の無人化も容
易である。ざらに　′は該レーダを大がかりな土木工事
等の管理に用いるような場合、その進行状況等を即座に
把握して現場に対する的確な指示を与えることができる
ようにもなる。その他この発明は同レーダの用途拡大に
も大きく寄与する。

〔発明の実施例〕

第１図に、この発明にかかる合成開口レーダの一実施例
を示す。

同第１図に示すように、この実施例レーダは、地上ある
いは船舶上等に設簀される固定レーダ装置２０と、前記
プラットフォーム等に搭載されて移動しながら上記固定
レーダ装置２ｏとの信号の授受、並びに同固定レーダ装
置２０からの送信信号の目標Ｐへの照射およびこの反射
信号の受信を行う中継装置（例えばトランスポンダ）３
０とを具えて実質的ｆこサイドルッキングモードの合成
開口レーダを構成している。そして目標Ｐに関するデー
タの収集に際しては、上記固定レーダ装置２０から中継
装置３０に対して連続的あるいは断続的に周波数ｆ、な
る信号Ｂｌｆ、の送信を行うとともに、これを中継装置
３０内で２路に分岐し、該分岐した一方についてはその
ままの周波数ｆ１で信号Ｂ２ｆ、として固定レーダ装置
２０に帰還せしめ、また同分岐した他方についてはこれ
を同中継装置３０内で周波数ｆ、なる信号に周波数変換
した後他方端のアンテナを通じて信号Ｂ２ｆ、として目
標Ｐｊこ照射し、さらにこの結果目標Ｐで散乱反射され
る信号の一部Ｂ３ｆ、を同中継装置３０で逐次受信しそ
の周波数をｆ、に還元した後信号Ｂ４ｆｌとして固定レ
ーダ装置２０に帰還せしめるよう動作する。固定レーダ
装置２０では、これら帰還された信号Ｂ２ｆ、およびＢ
４ｆ、を随時受信し、これらのドツプラー効果による周
波数差に基づいて目標Ｐに関するデータを得る。また、
これら収集された目標Ｐに関するデータは、地上あるい
は船舶上等においてオンラインかつリアルタイムで合成
開口画像再生装置４０に伝送される。

この合成開口画像再生装置４０は、これらデータに基づ
いて目標Ｐに関する前述した地形等の映像化を行う周知
の装置である。

なお、上記固定レーダ装置２０および中継装置３０は、
それぞれ例えば第２図および第３図に示す態様をもって
構成することができる。

すなわち固定レーダ装置２０は、同第２図に示すように
、安定化した前記周波数ｆ、なる信号を発生する高安定
発振器２０１、この発生された信号に基づいて所要の繰
り返し周期を有するパルス信号を形成し、これを前記送
信信号Ｂｌｆ、として送受切換器２０３を介してアンテ
ナ２０４に供給する送信機２０２、こうしてアンテナ２
０４から前記中継装置３０ｆこ送信された信号の前記帰
還信号Ｂ２ｆ、およびＢ４ｆ１を同アンテナ２０４およ
び送受切換器２０３を介して受入し、これらをそれぞれ
上記発振器２０１の発振信号に基づいて復調する受信機
２０５、これら復調信号を時間的に合致させるよう上記
帰還信号Ｂ２ｆ、に関する復調信号を前述した中継装置
３０と目標Ｐとの間の信号往復時間に相当する所定時間
だけ遅延するディレィライン２０６、こうして時間的に
合致したこれら復調信号のドツプラー効果差に基づく周
波数差を抽出するミキサ２０７をそれぞれ具えて構成す
ることができる。そしてこのミキサ２０７によって抽出
した周波数差に相当する信号を随時上記合成開口画像再
生装置４０に伝送することになる。因みに、前記中継装
置３０と目標Ｐとの片道の距離が第１図に示すようにＲ
ｙ　（ｔ）であるとすると、上記ディレィライン２０６
の遅延時間は、２　Ｒｙ　（ｔ）／　Ｃ（ただしＣ：光
速塵）に設定される。

ただしこの場合、中継装置３０内での信号伝搬時間は無
視できるとする。

また、当の中継装置３０は、第３図に示すように、前記
信号Ｂｌｆ、およびＢ２ｆ１．Ｂ４ｆｔの受、送信を行
うアンテナ３０１、該アンテナ３０１によって受信され
る信号（信号Ｂｌｆ、）を同図中の矢印で示す方向に伝
送するサーキュレータ３０２、該伝送された信号Ｂｌｆ
、を図示の如く２路に分配する分配器３０３、周波数（
ｆｔ　　ｆｔ）なる信号を発振する発振器３０４、上記
分配された信号の一方にこの発振器３０４の出力信号を
混合するミキ−１ｊ３０５、この混合によって周波数ｆ
。

に変換された信号をさらに同図中の矢印で示す方向に伝
送するサーキュレータ３０６、該伝送された周波数ｆ、
なる信号を前記信号Ｂ２ｆ、として目標Ｐ＃こ照射せし
め、かつこの反射信号Ｂ３ｆ。

を取り込むようになるアンテナ３０７、該アンテナ３０
７の指向方向すなわち飛行経路に対して横方向の該中継
装置３０の運動速朋を計測する横速度計３０１、基本的
に周波数（’ｔ　　ｆｔ）なる信号を発振する発振器で
あって、かつ上記横速度計３０８による計測出力に応じ
てこの発振周波数が変化する発振器３０９、上記アンテ
ナ３０７およびサーキュレータ３０６を介して加えられ
る周波数ｆ、なる信号（信号Ｂ３ｆ、）にこの発振器３
０９の出力信号を混合するミキサ３１ｏ１そしてこの混
合ｌこよって周波数ｆ、　ｌこ還元された信号と先に分
配器３０３にて分配された信号の他方とを合成し、これ
を上記サーキュレータ３０２およびアンテナ３０１を通
じて前記信号Ｂ２ｆ、あるいは信号Ｂ４ｆ、として先の
固定レーダ装置２゜に帰還せしめる合成器３１１によっ
て°構成することができ名。因みに、上記横速度計３０
８の計測出力とは、通常アンテナ３０７上等の取り付け
られている加速度計（図示せず）の出力の積分値で与え
られるもので、このような計測出力に基づいて上記発振
器３０９の発振周波数を変え、さらにはこうして変化す
る発振周波数薯こ基づいて上記目標Ｐから取り込む信号
（信号Ｂ３ｆ、）の周波数を変換（周波数ｆ、への還元
）するようにすることで、前記固定レーダ装置２０側で
は、該中継装置３０の理想的な飛行経路からのずれに注
意を払う必要がなくなる。これは一般に動き補償として
知られている技術である。勿論、こうした動き補償を行
う必要のない場合には、該横速度計３０８の配役も割愛
することができる。すなわちこの場合、発振器３０９か
らは周波数（Ｂ　　’ｔ”）　　なる固定した周波数の
信号が発振されることとなる。

また、ミキサ３０５あるいは３１０を含むこうした２種
の周波数変換手段と←てその構成は任意であり、固定レ
ーダ装置２０から送信される信号の周波数ｆ、＃こ対し
て異なる周波数ｆ、を有する信号が形成され、さらには
この周波数ｆ、なる信号が周波数ｆ、なる信号に還元さ
れるものであれば他のいかなる構成としてもよい。アン
テナ３０１あるいは３０７４こついても、それぞれ受信
用と送信用とで各別に設けたり、これらの機能を一括し
て達成する１つのアンテナにまとめたりするようにして
も勿論よい。

このように、この実施例レーダによれば、移動するプラ
ットフォーム等に搭載すべきものは、アンテナや分配、
合成器や発振器等で構成されるトランスポンダ（中継装
置３０）のみであり、同移動体を著しく小形、軽量化す
ることができる。さらに、主たるデータ処理は全て地上
や船舶等で行われることから、この処理装置の大きさや
重量に関しての制約が少なく、上述したリア）Ｌ＜タイ
ム処理を非常に容易なものとすることができる。しかも
、これら中継装置３０と固定レーダ装置２ｏとの間で授
受される信号（信号Ｂｌｆ、、Ｂ２ｆ１゜Ｂ４ｆ１）と
、同中継装置３０と目標Ｐとの間で照、反射される信号
（信号Ｂ２’＊　−Ｂ　３　ｆｔ　）とで、その周波数
を異ならしめたことで、目標Ｐからの反射信号の固定レ
ーダ装置２０への混入等も良好憂こ回避される。特にこ
の場合、上記中継装置３０と目標Ｐとの間で照、反射さ
れる信号の周波数ｆ、さえそれ相応の高い周波数が確保
されれば、同中継装置３０と固定レーダ装置２０との間
で授受される信号の周波数ｆｔはこれより１桁程度低い
周波数としても十分に実用可能であり、経済的でもある
。勿論、上述した目標Ｐからの反射信号の固定レーダ装
置２０への混入等が懸念されない環境下ｌこあるのであ
れば、前記周波数変換手段は割愛して、中継装置３０と
固定レーダ装置２ｏとの間で授受される信号の周波数お
よび同中継装置３０と目標Ｐとの間で照、反射される信
号の周波数を同一に設定してもよい。

最後に、第１図に示した実施例レーダの原理を、先の第
４図に示した従来のサイドルッキングモード合成開ロレ
ーダとの対比のもとに示しておく。

いま、前記（１）式で定義したように、中継装置３０の
移動速度をｖ１該中継装置３０と目標Ｐとが最も近づい
たときのこれらの間の距離を＆、とし、またある時刻ｔ
ｌこおける固定レーダ装＃２ｏと中継装置３０との距離
をＲ１（ｔ）、同じく中継装置３゜と目標Ｐとの距離を
Ｒｔ（ｌとすると、固定レーダ装置２０に帰還される前
記信号Ｂ２ｆ、　　およびＢ４ｆ、のそれぞれドツプラ
ー周波数ｆａ、（ｔ）およびｆ　ａ４（ｔ）は、前記中
継装置３０と固定レーダ装置２０との間で授受される信
号（周波数ｆ１の信号）の波長をλい同中継装置３ｏと
目標Ｐとの間で照、反射される信号（周波数ｆ、の信号
）の波長をλ、とした場合に、それぞれとなる。また、１つの送信信号に対してこうしたドツプ
ラー周波数を有するようになる上記２つの信号Ｂ２ｆ、
およびＢ４ｆ、は、上述したよう１こＲ１（ｔ）および
Ｒ１（ｔ）十島（１）といったそれぞれ異なる距離を伝
播するものであることから、同送信信号を前述したパル
ス信号とすればこれら２信号を時間的に分離することも
できる。したがって、これら分離した２つの信号Ｂ２ｆ
、およびＢ４ｆ。

の周波数差をとるようにすれば、（ただしＲ，＞＞Ｖｔ）となって、先の（２）式と同一の形になることがわかる
。このことは、該実施例レーダにおいても前述したサイ
ドルッキングモードにおける処理と同一の処理で開口合
成が実現可能であることを意味する。

なおここでは、説明上の便宜から、合成開口レーダの代
表的なマツピングモードであるサイドルッキングモード
にこの発明を適用する場合についてのみ示したが、この
発明が該サイドルッキングモードに限らない他のモード
の開口合成についても、トランスポンダ（中継装置３０
）の移動経路やそのアンテナの向きを変えることで容易
に適用できることは勿論である。さらには、上記トラン
スポンダを複数設けて、同時に複数のマツピングモード
を併用することもできる。

また、上述した実施例および原理の説明では、簡単のた
め目標Ｐが固定されていることを前提としたが、この目
標Ｐは移動するものであってもよい。この場合であって
も、例えば第１図に示した例でいえば、固定レーダ装置
２０と目標Ｐと中継装置３０との間の幾何学的な関係の
時間変化に対応した位相変化分を求める操作が増えるだ
けで、やはり前述同様のリアルタイム処理が可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる合成開口レーダの一実施例１
こよる情報採取方式を示すブロック図、第２図は第１図
に示した固定レーダ装置の構成例を示すブロック図、第
３図は第１図に示した中継装置の構成例を示すブロック
図、第４図は従来のサイドルッキングモード合成開ロレ
ーダによる情報採取方式を示すブロック図である。１０・・・レーダ装置、２０・・・固定レーダ装置、２
０１・・・高安定発振器、２０２・・・送信機、２０３
・・・送受切換器、２０４・・・アンテナ、２０５・・
・受信機、２０６・・・ディレィライン、２０７・・・
ミキサ、３０・・・中継装置、３０１．３０７・・・ア
ンテナ、３０２．３０６・−サーキユレータ、３０３・
・・分配器、３０４．３０９・・・発振器、３０５．３
１０・・・さキサ、３１１・・・合成器、４０・・・合
成開口画像再生装置、Ｐ・・・目標。第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）地上あるいは船舶上等に固定したレーダ装置と、特定の目標に関係して飛行移動する１乃至複数の信号中
継手段とを具え、前記レーダ装置から前記信号中継手段に対して連続ある
いは断続的に送信された信号のうち、該信号中継手段の
みを介して同レーダ装置に帰還受信された第１の受信信
号と、同一送信信号の、該信号中継手段を介してさらに前記目
標に照射され、この目標からの反射信号が同信号中継手
段を介して同レーダ装置に帰還受信された第２の受信信
号と、の周波数差に基づいて高分解能目標像を得るようにした
合成開口レーダ。
（２）前記信号中継手段は周波数変換手段を有し、該信
号中継手段と前記レーダ装置との間で授受される信号と
、該信号中継手段と前記目標との間で照反射される信号
とで、その周波数が異なる特許請求の範囲第（１）項記
載の合成開口レーダ。
（３）前記信号中継手段は、前記レーダ装置からの送信信号を受信する第１の受信手
段と、該受信された信号を２経路に分配する分配器と、該分配
された一方の信号に周波数変換を施す第１の周波数変換
手段と、該周波数変換された信号を前記目標に対して送信照射す
る第１の送信手段と、該照射した信号の目標からの反射信号を受信する第２の
受信手段と、該受信された信号の周波数を前記第１の周波数変換手段
にて周波数変換を施す以前の周波数に還元する第２の周
波数変換手段と、該還元された信号と前記分配器にて分配された他方の信
号とを合成する合成器と、該合成された信号を前記レーダ装置に対して送信する第
２の送信手段とを具えて構成される特許請求の範囲第（２）項記載の合
成開口レーダ。
（４）前記第２の周波数変換手段は、少なくとも前記第２の受信手段の信号受信方向に関する
該信号中継手段の速度を計測する速度計と、該速度計出力に基づいて発振周波数が変化する発振器と
、該発振器出力と前記第２の受信手段にて受信された信号
とを混合するミキサとを具えて構成される特許請求の範囲第（３）項記載の合
成開口レーダ。
（５）前記第１の周波数変換手段にて周波数変換を施す
以前の周波数をｆ＿１、また同周波数変換以後の周波数
をｆ＿２としたとき、これら各周波数は、ｆ＿１＜ｆ＿２なる関係に設定される特許請求の範囲第（３）項または
第（４）項記載の合成開口レーダ。