JPS63124978A - レンジ圧縮シミユレ−シヨン装置 - 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、レンジ圧縮シミュレーション装置、特に、合
成開口レーダの送受信系における基本的１６号特性とし
てのチャープ特性、振幅／位相特性に関する誤差がレン
ジ圧縮波形に及ぼす影響を評価するためのレンジ圧縮シ
ミ島レージ目ンヲ実施するため９レンジ圧縮シミ為レー
ジ望ン装置ニ関する。

〔従来の技術〕

航空機、あるいは人工衛星等の移動プラットフォームに
搭載したプイドルッキングレーダで進行方向側方の地上
をパルス電波で照射しつつ得られるデータにもとづき地
上の画像を再生する合成開口レーダ、ならびにその画像
処理システムは近時よく知られつつある。

この合成開口レーダで取得するデータは２次元に拡散し
たデータであシ、これから所望の画像を得るには取得デ
ータを距離および方位方向に圧縮するレンジおよびアジ
マス圧縮が必要である。

アジマス圧縮はレンジ圧縮に引αいて行なわれることが
多い。合成開口レーダの場合の方位ｆ報はドプラ周波数
の変化という形で包含される。

名て、合成開口レーダを含み、一般にレーダにおけるレ
ンジ分解能は送信パルスの周波数帯域幅が広いほど上昇
する。従って高分解能を得る方法のひとつはパルス大電
力分用いることでめるが、短パルス大電力は送信機内の
静電破壊等の問題がある。合成開口レーダにあってはパ
ルス幅を短くする代りにこれを長くして平均電力を増大
させ、かつこのパルスをチャープ変調（リニアＦＭ変調
）することにより周波数帯域幅を広くしたものとしてい
る。これによる受信データから画像を再生する場合には
、送信の際に施したチャープ変調とは周波数対遅延時間
特性が逆特性の分散遅延線もしくはマッチトフィルタを
通す相関処理を施すことによυ尖鋭なパルスに圧縮し得
て所望の分解能を得ている。これがレンジ圧縮処理の基
本でるる。

（１）式はレンジ分解能δ　とパルス幅τ０この関係式
である。

・・・・・・・・・　（１） （１）式においてΔｆは周波数帯域幅、Ｃは光速を示す
。

このようなチャープ変調信号を利用する合成開口レーダ
は、その送受信系における位相ならびに振幅特性がレン
ジ圧縮性能に直接影響を与える。

このことは位相／振幅特性がチャープ変調における周波
数対遅延時間特性に及ぼす影響を考えて見ても明らかで
ある。また、チャープ変調信号は通常Ｓ　ＡＷ　（５ｕ
ｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）デバイスを
利用し、従ってそれ自体の製造誤差にもとづく設計値と
の差もレンジ圧縮性能に影響を及ばずことが避けられな
い。

ところで、位相／振幅特性誤差は低、高周波成分および
ランダム成分に分類され、レンジ圧縮パルスに対する影
＃程度もそれぞれ異る。

第４図は位相特性誤差または振幅特性誤差のレンジ圧縮
に与える影響の一例を示す周波数対遅延時間特性図であ
る。第４図は元来基本特性ａとして示す直氷周波数変調
信号の周波数対遅延時間特性が送受信系の位相特性誤差
または振幅特性誤差によって変化した例を示す。なお、
第４図は低周波成分を対象としたものである。このよう
にチャープ変調特性が変化した場合のレンジ圧縮波形は
第５図に示すように変化する。

第５図は第４図の位相特性誤差または振幅特性誤差をも
つ送信信号による取得データのレンジ圧縮波形図であ夛
、基本特性ａによるレンジ圧縮波形としてのメインロー
プＭのほかにサイドロープと見做すべき１対のベアード
エコー（Ｐａｉｒｅｄｅｃｈｏ）ＰＩ、ｆ’２が時間的
に対称の位置に現れるとともにメインロープＭが広がる
。ベアードエコ−Ｐ２の位置Ｔ１は次の（２）式で示て
れる。

Ｔｌ　＝　ｆｍ　−Ｔ／　Δｆ　　　　　＝−−（２１
（２）式においてｆｍは位相誤差成分の周波数で、ｆｍ
が小名い程ペアードエコーＰＬ、Ｐ２はメインロープＭ
に近づきこのことはレンジ圧縮処理精度を劣化させるこ
ととなる。

上述したこれら位相／振幅特性誤差は、合成開口レーダ
における送受信系総合のものを把握しておくことが、近
時ますます要求程度が高くなる分解能の確保にとって不
可欠の要素となっている。

従来、この種の位相／振幅特性誤差を評価する手段とし
ては受信系に対しレベルを配慮した送信信号と同等なレ
プリカもしくは擬似受信信号を供給し、レンジ圧縮処理
データと設計値（理想値）との比較評価によって位相／
振幅特性誤差にこる影響を求めている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような上述した従来の位相／振幅特
性誤差評価には、次のような問題点が含まれる。

すなわち、従来の手法では送受信系を結合した状態での
総合的評価を行なっておらず、送、受信系それぞれの単
独評価となっているためその分だけ実際のものとの誤差
発生が避けられないという欠点がある。

また、従来の手法では、相関器は送信系におけるチャー
プ変調器とは逆特性のＳＡＷデバイスで構成されている
のが殆んどであり、このようなアナログ形式の相関器を
中心として評価系全体がアナログ方式でまとめられてお
９、このため相関器自体に含まれる誤差を分離して送受
信系のみを対象とする評価ができないという欠点がある
。

さらに、評価すべき対象がアナログ圧縮波形であるため
、メインローブ幅、第１サイドロープ幅、ダイナミック
レンジ、圧縮比等の評価パラメータを直接精度よく評価
できず、圧縮波形を目視計測する程度に限定されている
という欠点がある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、レンジ圧縮波形
に対する送受信系の位相／振幅誤差の影響の評価に対し
て合成開口レーダの画像処理の手法を導入したディジタ
ル評価系を用意することによシ、送受信系のみの影響を
酩金的に把握しうるとともに、ディジタル評価処理にも
とづく評価パラメータの計測ならびにこれら計測データ
に対する温度特性の影響の排除を行なうことが可能なレ
ンジ圧縮シミユレーション値置を提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明のレンジ圧縮シミ具し−ジ日ン装置は、合成開口
レーダの送信信号のチャープ変調特性を含む送受信装置
の位相および振幅特性誤差がパルス圧縮性能に及ぼす影
響を評価するために前記合成開口レーダのレンジ圧縮と
等価な機能を付与したレンジ圧縮シミ為レージ１ン装置
であって、前記合成開口レーダの送信装置で発生した送
信信号を高出力増幅前もしくは後に所定の入力レベルに
設定した試験信号として受信装置に印加しこの受信装置
の出力を実数部のエビデオ信号および虚数部のＱビデオ
信号として発生せしめる試験信号印加手段と、前記エビ
デオ信号とＱビデオ信号とを入力しこれに前記送受信装
置の温度状態や動作モード等に関する情報を提供する前
記合成開口レーダのテレメトリ信号を付加したうえこれ
をディジタル形式の汎用磁気テープデータとして出力す
るデータ変換手段と、このデータ変換手段の出力データ
を受けこの出力データに含まれるビデオ信号データを前
記送信信号のチャープ変調特性とは周波数対遅延時間特
性が逆特性かつ前記テレメトリ信号に対ル６した温度補
償を付与したマッチトフィルタに通してレンジ圧縮をシ
ミ為し−ジ四ンしたうえこの結果をあらかじめ用意する
理論シミユレーション値と比較して前記送受信装置の位
相および振幅特性誤差のレンジ圧縮に及ぼす影響を評価
するレンジ圧縮評価手段とを備えて構成される。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図でろる。

第１図に示すレンジ圧縮シミユレーション値置は、校正
器１と、可変アッテネータ２と、データ変換器３とレン
ジ圧縮評価器４とを備えて構成され、またＳＡＲ（５ｙ
ｎｔｈｅ口ｃ　ＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ、　　合成
開口レーダ）送受信装置１０および方向性結合器１１を
併記して示す。

校正器１および可変アッテネータ２は試験信号印加手段
を形成し、ＳＡＲ送受信装置１０の受信系１０２に対し
試験信号８１　＃、Ｓ　２のいずれかを発生、印加する
。

これら２つの試験信号８１．８２のうち試験信号Ｓ１は
次のようにして発生する。すなわ゛ら校正器１は送信系
１０１の送信信号高出力増幅、すなわち最終電力増幅さ
れる前の送信信号を受けてこれに所定の減衰を加え試験
信号Ｓ１として受信系１０２に供給する。この試験信号
Ｓ１は送信系１０１の最終電力回路だけを含まない送受
信系総合の校正モードテスト用に利用式れる。

一方、試験信号Ｓ２は、送信系１０１の高出力増幅後の
送信出力を方向性結合器１１を介して可変アッテネータ
２に供給し、これによシ所定の減衰を与えて試験信号Ｓ
１と同レベルで受信系１０２に印加される。校正器１に
よって付与される減衰量も可変アッテネータ２による減
衰量と同じく可変とし、従って試験信号ＳＬ、８２のレ
ベルはいずれも同一レベルで任意に設定できる。

試験信号Ｓ２は送信系１０１と受信系１０２とをすべて
含んだ送受信系総合の観測モードテスト用に利用される
。この際、本装置はテスト上問題ないようにモード設定
ができる。

上述した試験信号８１を利用する校正モードテストと、
試験信号Ｓ２を利用する観測モードテストはそのいずれ
も実施されるが、これらの評価テストで得られる評価デ
ータのいずれを利用するかは利用目的に合せて任意に決
定しうる。

さて、送信系１０１からこうして受信系１０２に印加さ
れた試験信号Ｓ１もしくはＳ２によって受信系１０２の
出力としてＩビデオ信号ＶＩとＱビデオ信号ＶＱが発生
する。試験信号８１．８２はいす机も送信系１０１で形
成式れるチャーブ変調形式の送信信号Ｓ　（ｔ）をレベ
ル変化して利用するものであυ、この送信１３号Ｓ　（
ｔ）は次の（３）式で示される。

５（ｔｌ工ｅ、ｊ（Ｑ（ｔ）） ＝ｃｏｓ（θ（ｔ））＋ｊＳＩＮ（θ（ｔ））■ビデオ
信号ＶＩ、Ｑビデオ信号ＶＱはそれぞれ（３）式で示で
れる５（ｔ）の実数部および虚数部工（１）およびｊＱ
（ｔ）に対応する受信系１０２の出力である。従って、
かかるＩ、Ｑビデオ信号ＶＩ、ＶＱと相関をと９レンジ
圧縮を行なうべき相関器は次の（４）式の５（ｔｌで示
てれる逆特性を有する。

５（ｔ）　　＝＝　ｅ　　Ｊ　（θ（ｔ））試験信号８
１．Ｓ２によるＩ、Ｑビデオ信号ＶＩ。

ＶＱは次にデータ変換器３に供給される。

第２図は第１図に示すデータ変換器を詳細に示すブロッ
ク図である。

このデータ変換器３はデータ変換手段を形成するもので
あり、ビデオ増幅器３１，３２、Ａ／Ｄコンバータ３３
，３４．ストレッチ回路３５、フォーマット回路３６、
高密度データレコーダ３７゜および０ＣＴ（汎用磁気テ
ープ）変換器３８等を備えて構成される。

データ変換器３は、前述した校正器１、可変アッテネー
タ２Ｖｃよる試験信号印加手段でＳＡＲ送受信装置１０
から出力される校正モードもしくは観測モードいずれか
によるエビチオ信号ＶＩおよによって行なわれる後述す
る評価処理を、ハードウェア構成でも、あるいはコンビ
エータ処理でも実施可能とするために入力高速データレ
ートをαπレベルのデータレートに変換するとともに、
このデータレート変換に並行して合成開口レーダから伝
送されるテレメトリ信号を同一データレートで所定のデ
ータフォーマットで付加することをその目的とし、処理
内容は次のとおりである。

高速データレートかつ高周波のエビチオ信号ＶＩおよび
Ｑビデオ信号ＶＱはそれぞれビデオ増幅器３１および３
２で増幅したのちＡ／Ｄコンバータ３３および３４に供
給でれる。

Ａ／Ｄコンバータ３３および３４は、それぞれ入力を所
定のサンプリング周波数で標本化したあと所定のビット
数で量子化し、これをストレッチ回路３５に供給する。

■ビデオ信号ＶＩ、Ｑビデオ信号ＶＱはＳＡＲ送受信装
置１０の送信系１０１における送信信号を高出力増幅前
もしくは後で利用するものであり、のものが提供される
。しかしながら、このＩ、Ｑビデオ信号ＶＩ、ＶＱを利
用してレンジ圧縮の結果を評価しようとする場合にはデ
ータレートを低減するため出来る限９このパルス幅を拡
大しておく。

受信系１０２に入力する実際の受信信号もパルスの延伸
を伴っているので、これら条件を勘案しＡ／Ｄコンバー
タ３３，３４の出力する量子化データはストレッチ回路
３５で送信パルス周期を超えない範囲で所定の長でにス
トレッチしたデータとして出力される。

ストレッチ回路３５の出力は次にフォーマット回路３６
に供給式れる。フォーマット回路３６は、ストレッチ回
路３５から受けたデータを所定のデータフォーマットに
組替えたうえ、この場合必要な同期コードのほかＳＡＲ
送受信装置１０に関するテレメトリ信号にもとづいてレ
ンジ圧縮処理上必要なデータの挿入を行なう。

前述したテレメトリ信号は、８ＡＲ，送受信装置１０に
関する動作モード、送信パワー、受信レベル、温度等の
いわゆるＨ−Ｋ（Ｈｏｕｓｅ、Ｋｅｅｐ−ｉｎｇ、ハウ
スキーピング）データＤであり、これらのＨ・Ｋデータ
Ｄのうち温度データは特にマッチトフィルタの補正に必
要なデータでおる。これらＨ・Ｋデータはテレメトリ信
号受信器等からフォーマット回路３６に供給される。フ
ォーマット回路３６の出力は高密度データレコード３７
に供給される。

高密度データレコーダ３７は、フォーマ・ソト回路３６
から提供されるｌ送信信号の繰返し周期に対応した高デ
ータレートの出力をパラレル書込み等で高密度記録した
うえ、これを所定の低速データレートで７リアルデータ
として読出すものである。この出力はＯＣＴ変撲器３８
に供給される。

ＣＣＴ変換器３８は、入力したデータのフォーマットを
汎用磁気テープで配分可能な形式に変換したうえこれを
テープ録音しこれをレンジ圧縮評価器４に供給する。

第３図は第１図に示すレンジ圧縮評価器を詳細に示すブ
ロック図である。

レンジ圧縮評価器４は、レンジ圧、縮評価手段を提供す
るものでアシ、レンジ圧縮結果をあらかじめ定める理論
シミエレーシ箇ン値と比較し評価する・ レンジ圧縮評価器４は、データ分配回路４１、マッチト
フィルタ４２、レンジ圧縮回路４３、評価回路４４等を
備えて構成される。

データ変換器３の出力データはデータ分配回路４１に供
給され、ビデオ信号データＶＤとＨ，にデータＤに分け
られてレンジ圧縮回！６４３とマッチトフィルタ４２に
それぞれ分配される。

レンジ圧縮回路４３は、ＦＦＴ回路４３１、ＦＦＴ回路
４３２、乗算器４３３　、４３４　、　ＩＦＦＴ回路４
３５等を備えて構成され、合成開口レーダと同じ内容の
レンジ圧縮処理を行なう。−データ分配回路４１から分
配出力されるビデオ信号データＶＤはＦＦＴ回路４３１
に供給式れ、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ　ｐｏｕｒｉｅｒ　　Ｔ
ｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行なって時間領域データから
周波数領域データに変換でれ乗算器４３４に供給される
。

また、データ分配回路４１から分配出力されるＨ−にデ
ータＤはマッチトフィルタ４２のパラメータ決定に利用
される。

マッチトフィルタ４２は、前述した（３）式で示される
送信信号に対する逆特性である。（４）式で表わされる
相関器として構成されるものであシ、従ってレンジ圧縮
すべき送信信号の内容がわかっていればパラメータを決
定することができる。Ｈ−にデータＤはこの送信信号の
内容を決定するための条件を提供するものでアシ、かつ
この際Ｈ−にデータＤに含まれる温度情報はマッチトフ
ィルタ４２の温度補正を行なうために利用され、マッチ
トフィルタ４２をＳＡＲ送受信装置１０と同じ温度影響
下に設定する。こうして決定されるマッチトフィルタ４
２による影響は、アナログ形式の８ＡＷデバイスを利用
する場合と異ｆｉ、ＳＡＲ送受信装置１０と分離して把
握しうるものとなる。このマッチトフィルタ４２の構成
データはＦＦＴ回路４３２に供給式れる。

ＦＦＴ回路４３２は、入力データを周波数領域データに
変換し乗算器４３３に供給する。

乗算器４３３はテーラ−関数を利用する窓関数Ｗげ）と
ＦＦＴｌ路４３２の出力するマッチトフィルタデータと
の乗算による急処理を所定の窓時間で行ないつつ、切出
したデータを乗算器４３４に供給する。

乗算器４３４は、こうして入力するビデオ信号データＶ
Ｄとマッチトフィルタデータを周波数領域で乗算する相
関演算を行なう。この相関演算は（３）式で表わされる
データと、この（３）式とは周波数対時間遅延特性が逆
特性の（４）式で表わされるデータとの周辣数領域での
乗算でちゃ、この乗算結果がレンジ圧縮データとなる。

乗算器４３４の出力は次にＩＦＦＴ（ＩｎｖｅｒｓｅＦ
ＦＴ）回路４３５に提供されフーリエ逆変換によって再
び時間領域データとして評価回路４４に供給される。

評価回路４４は、こうして提供されるレンジ圧縮データ
と理論シミエレーシ日ソ値とを比較することによって理
想的なレンジ圧縮波形と現実のレンジ圧縮波形との差異
を含み個個の評価パラメータごとの評価値を把握するこ
とができる。

上述した理論シミニレ−シュン値との差異は、８ＡＲ送
受信装置１０の位相および振幅特性誤差にもとづくもの
でありマッチトフィルタ４２の特性変動と分離して把握
することができる。なお、上述した理論シミエレーシ璽
ン値は、汎用コンピュータ装置を利用しオフ２インで求
める等の方法によシあらかじめ１保されている。

こうして、送信系１０１で発生する信号を直接受信系１
０２に供給することによってＳＡＲ送受信装置１０のみ
のレンジ圧縮に対する影響を評価することが可能となり
、また、全評価系はＳＡＲ画像処理システムと同様にす
べてディジタル処理で行なっているため、評価パラメー
タごとの具体的評価が可能であシ、なお温度特性の影響
の排除も可能となる。

さらに、上述した評価データの応用例も種種考えること
ができ、たとえばＳＡＲ送受信装置１０の運用初期値を
基準として経時変化による影響を知ることが可能であり
、またこれら評価データは次回設計時の資料としても有
効的である。

なお、本実施例では評価システムとしての運用性を配慮
してハードワエア構成のレンジ圧縮評価を行なっている
が、これを汎用コンピュータを利用するソフトウェア処
理に変更しても容易に実施しうることは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明のレンジ圧縮シミニレ−シラン装置は、レンジ圧
縮波形に対する送受信系の位相／振幅特性誤差の影響を
評価する場合に、合成開口レーダの画像処理の手法を導
入したディジメル評価系を用意して送信信号を直接受信
系に供給するという手段を備えることにより、送受信系
のみの影響を総合的に把握しうるとともに、評価パラメ
ータの計測ならびにこれら計測データに対する温度特性
の影響の排除が可能であるとともに、その評価データに
もとづき送受信系の経時変化の影響の把握や次回設計に
対する初期条件提供も可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図に示すデータ変換器を詳細に示すブロック図、第
３図は第１図に示すレンジ圧縮評価器を詳細に示すブロ
ック図、第４図は位相特性誤差または振幅特性誤差のレ
ンジ圧縮に与える影響の一例を示す周波数対遅延時間特
性図、第５図は第４図に示す位相特性誤差をもつ送信信
号によるレンジ圧縮波形図である。 １・・・・・・校正器、２・・・・・・可変アッテネー
タ、３・・・・・・データ変換器、４・・・・・・レン
ジ圧縮評価器、ｌＯ・・・・・・ＳＡＲ送受信装置、１
１・・・・・・方向性結合器、３１．３２・・・・・・
ビデオ増幅器、３３．３４・・・・・・ル■コンバータ
、３５・・・・・・ストレッチ１ＩｉＧ、３６・・・・
・・フォーマット回路、３７・・・・・・高密度データ
レコーダ、３８・・・・・・ＣＣＴ変換器、４１・・・
・・・データ分配回ｉ、４２・・・・・・マッチトフィ
ルタ、４３・・・・・・レンジ圧縮回路、４４・・・・
・・評価回路、１０１・・・・・・送信系、１０２・・
・・・・受信系、 Ｄ・・・・・・Ｈ、Ｋテーラ、■Ｉ・・・・・・エビデ
オ信号、ＶＱ・・・・・・Ｑビデオ信号、８１．８２・
・・・・・試験信号、ＶＤ・・・・・・ビデオ信号デー
タ、Ａ・・・・・・振幅、Ｔ・・・・・・時間、ＰＩ、
Ｐ２・・・・・・ペアードエコー、Ｍ・・・・・・メイ
ンロープ、ｆ・・・・・・周波数、ｔ・・・・・・遅延
時間、ａ・・・・・・基本特性、ｈ・・・・・・位相誤
差特性。 −一一一一枝正モード 第　１　図 郷３回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 合成開口レーダの送信信号のチャープ変調特性を含む送
   受信装置の位相および振幅特性誤差がパルス圧縮性能に
   及ぼす影響を評価するために前記合成開口レーダのレン
   ジ圧縮と等価な機能を付与したレンジ圧縮シミュレーシ
   ョン装置であって、前記合成開口レーダの送信装置で発
   生した送信信号を高出力増幅前もしくは後に所定のレベ
   ルに設定した試験信号として受信装置に印加しこの受信
   装置の出力を実数部のＩビデオ信号および虚数部のＱビ
   デオ信号として発生せしめる試験信号印加手段と、前記
   Ｉビデオ信号とＱビデオ信号とを入力しこれに前記送受
   信装置の温度状態や動作モード等に関する情報を提供す
   る前記合成開口レーダのテレメトリ信号を付加したうえ
   これをディジタル形式の汎用磁気テープデータとして出
   力するデータ変換手段と、このデータ変換手段の出力デ
   ータを受けこの出力データに含まれるビデオ信号データ
   を前記送信信号のチャープ変調特性とは周波数対遅延時
   間特性が逆特性かつ前記テレメトリ信号に対応した温度
   補償を付与したマッチトフィルタに通してレンジ圧縮を
   シミュレーションしたうえこの結果をあらかじめ用意す
   る理論シミュレーション値と比較して前記送受信装置の
   位相および振幅特性誤差のレンジ圧縮に及ぼす影響を評
   価するレンジ圧縮評価手段とを含むことを特徴とするレ
   ンジ圧縮シミュレーション装置。