JPS63208780A - 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し、特に航空機に搭載
したサイドルツキ／グレーダ（以後ＳＬＲと略称する）
によってデータを取得する場合の広域観測性と速比ｉｉ
ｉｌｆｍ側性の改！Ｉｔ−図った合成開口レーダ装置に
関する。

〔従来の技術〕

航空機もしくは人工衛星等の移動プラットホームから進
行方向に対して側方の地上に電波を発射し、地上の映像
を再生するための２次元データを得る合成開口レーダは
近時よく知られつつある。

この合成開口レーダにおいては、距離の高分解能を達成
するためパルス圧縮技術を利用して実効的に極めて短い
パルス幅を実現させている。

このパルス圧縮技術は、送信信号としてリニアＦ　Ｍ　
（Ｌ　１ｎｅａｒ　ＦＭ　）変調、いわゆるチャーブ変
調信号を利用し、受信する場合にはこのチャープ変調と
は周波数対Ｍ延時間特性が逆特性の遅延回路に通して極
めて尖鋭なパルスと等楢な状態とし距離分解能の確保を
図っている。

一方、方位分解能は、搭載プラットホームの移動を利用
し実効的に極めて大口径のアンテナを合成し高分解能を
得ている。

第４図は合成開口レーダ装置の送信信号の特性図である
。パルス幅との送信パルスは、時間との間に周波数がΔ
ｆだけｆｌからｆｌへ直線的に減少するＬＦＭをかけた
チャープ変調波であることを示している。受信はこの特
性Ｍとは逆特性の遅延回路を通し、結果的に極めて尖鋭
なパルスとしている。

第５図は合成開口レーダ装置の方位分解能の説明図であ
る。

開口長髭のアンテナを搭載した航空機がＡ点からＢ点ま
で飛行し、その間送信パルスを目標に向けて発射し続け
るものとする。アンテナのビーム幅はθで、かなシ広い
が、Ａ点からＢ点まで進行する間に送信したコヒーレン
ト信号による受信信号をコヒーレントに合成することに
より開口長りのアンテナを合成することができ、この場
合の方位分解能は皇／２となる。

このような合成開口レーダに対して、上述した高分解能
性のほか、特に要求される基本的性能として広域観測性
能と遠距離観測性能がある。

広域観測性能は、送４ａビームで走置する地上の照射幅
であり、これが広いほど地上照射時の処理効率が向上す
る。

また、遠距離観測性能は、どれ程遠方を走査できるかの
程度であり、これがすぐれている程遠方の目標まで照射
できることになる。合成開口レーダの運用諸元を変えず
にこれら広域観測性能と遠距離観測性能を向上せしめる
には、航空機の飛行高度を上げればよい。

第２図は航空機の高度差と広域観測性能ならびに遠距離
観測性能の関係金示す説明図である。航空機がｏｒの放
射角で送信電波を放射しつつ高度Ｐから高度Ｑに上昇し
たとき、直視距離几と走査幅Ｗがいずれも犬となること
はｉうをまたない。この場合、Δ几は直視距離方向の距
離分解能となる。

〔発明が解決しようとする間租点〕

しかしながら、合成開口レーダの運用諸元を変えること
なく広域観測性能と速比［観測性能を向上すべく航空機
の高度を上げる場合にはデータ取得の際Ｏ８／Ｎ　（Ｓ
ｉｇｎａｌ／Ｎｏ１ｓｅ）比を大幅に低下せしめ、これ
を避けるべく送信電力で補償しようとすると直視距離の
３乗に比例する増大が必要となり極めて実現が困雅であ
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、航空機の高度増
大に伴って発生する８７Ｎ比の低下を送信パルス１圏の
増大によってＮ伏する手段を備えることにより、８／Ｎ
比を低下することなく広域観測性能と遠距離観測性能を
著しく改善しうる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、航空機に搭載した８Ｉ４から所定の周
波数対時間変化率のチャーブ変調による送信電波を発射
しつつデータを取得する合成開口レーダ装置において、
観測領域の広域化ならびに覗測距喘の遠距離化を計って
冥施する前記航空機の高度上昇に対応する信号対雑音比
の低下を抑止するに必要な送信電力の増大分を送信パル
ス幅の増大によって距離分解能を一定に保持した状態で
補償する手段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図は本発明の一実施例を示すプロ、り図である。第
１図は航空機に搭載するＳＬＢ、の送信系を示１．ｓ　
８Ｌｎシステムはこの他に受信系とアンテナ系とを含ん
で構成される。

第１図の実施例の説明に入る前に、本発明に関係する距
離分解能、送信電力について説明する。

（１）式は合成開口レーダの距離分解能δｒを示すもの
である。

（１）式において、Ｃは光速、Δｆは送信イサ号のチャ
ーブ変調における周波数変化量であり第４図で説明した
ものである。また、ψは第３図に示す仰角である。

第３図は走査幅と高度およびオフナディア（ｏｆｆ−ｎ
ａｄｌｒ　）角の関係図である。第３図から走査幅Ｗは
次の（２）式で示される。

Ｗ＝Ｈ（ｔａｎ　（β＋θｒ／２）　−ｔａｎ（β−θ
ｒ／２　）　）・・・・・・・・・・・・（２） （２）式でＷは走査幅、βはオフナディア角、またθ１
は放射角、Ｈは高度を示す。

（１）式の角度ψは第３図に示す仰角であシ、従って（
π／２−β）なる大きさを有する。

次に送信電力について考えてみる。（３）式は送信尖題
電力Ｐｔを示す式である。

Ｘ　（Ｓ／Ｎ　）　　　　　　　・・・・・・・・・・
・・・・・（３）（３）式において、几はレーダ距離、
Ｌｓはシステム損失、βはオフナディア角、Ｋはボルツ
マン定数、Ｔｏは絶対温度、Ｂは受信慨の帯域幅、　Ｆ
ｎは受信機雑音指数、Ｇｉはアンテナ利得、λは波長、
σはレーダ断面積、Ｃは光速、τはパルス幅、そうして
θａは方位方向のアンテナビーム角である。

観測幅と観測距離を増大しようとして高度を上げること
はレーダ距離比を増大せしめることとなり、（３）式か
ら明らかな如＜（８／Ｎ）を一定とするとｐｔは凡の３
乗に比例して増大することとなる。

航空機搭載のシステムとしては勿論極めて実現困難な条
件であり現実はＳ／Ｎの低下が避けられない。しかしな
がら、凡の３乗で増大するＰｔをパルス幅τで相殺する
ように補償することは可能である。このようにして（８
／Ｎ）　　を一定に保持するためパルス幅τを大とし、
Ｒｓに対応するＰｔの増大を回避して（Ｓ／Ｎ）　　の
低下を抑止しようとするのが本発明の要点である。

ふたたび第１図に戻って実施例の説明を続行する。第１
図の実施例の構成は信号発生部１、チャープ変調部２お
よび送信部３を備えて構成される。

イぎ号発生部１は、基準発振器１１、周波数合成器１２
および同期信号発生器１３等を備えて構成される。

基準発振器１１は、あらかじめ設定する基準信号を発生
し、これを周波数合成器１２に供給する。

周波数合成器１２は、供給された基準信号の逓倍組合せ
等によシ１次送信周波数を発生し出力ライン１２１を介
して後述するチャープに調部２のミクサ２４に送出する
。この１次送信周波数は、チャープ変調部２の動作周［
数上限その他の）〜−ドウエア運用条件にもとづいて設
定される。

同期信号発生器１３は、周波数合成器１２と基準発振器
１１からそれぞれ出力ライ／１２３および１２４を介し
て送信同期信号発生に必要な信号を提供されつつ、ＳＬ
几クシステムら受ケるパルス繰返し制御信号の制御のも
とに送信同期信号を発生し、これを出力２イン１３１を
介してチャープ変調部２に供給する。

チャープ変調部２は、読出しアドレス信号発生器２１、
ＲＯＭ２２−１〜几ＯＭ２２−ｎ　、Ｄ／Ａコンバータ
２３、ミクサ２４等を備えて構成される。

読出しアドレス信号発生器２１は、几ＯＭ２２−１−）
ｔＩｏＭ２２−ｎのいずれのアドレスを指定し読出すか
を決定する読出しアドレス信号を発生するものである。

ａｏＭ２２−１〜几０Ｍ２２−ｎはそれぞれ、ＳＬＲ。

を搭載する航空機の高度情報にもとづきあらかじめ設定
する高度刻みに対応して設定したチャープ周波数に関す
るデータを格納している。

すなわち、第４図に示す如く、送信パルスのパルス幅τ
に対応するチャープ周波数はｆｌからｆｔまでΔｆだけ
線形に変化する。周波数対時間変化単特性Ｍをかりに一
定のものとして考えてみた場合、パルス幅τを犬とする
ことはΔｆも大となる仁とを意味し、従って棹捕のパル
ス幅に対応するΔｆを所定の周波数刻みで用意しておけ
ばそれぞれのパルス幅に対応するチャープ変調が可能と
なる。

ところで、前述した（３）式によって説明した如く、送
侶尖頭直力Ｐｔを不変とした状態で航空機の高度を上げ
、表側領域の広域化と観測距離の遠距離化を図るべく、
航空機の高度を上げレーダ距離比を増大せしめるととＫ
もとづ＜　Ｓ／Ｎ比の低下を抑える手段として、パルス
幅の対応増大が考えられる。

従って、高度の増大に対応してΔｆを増大せしめるよう
にしてチャープ変調を実施すればＳ／Ｎの低下は抑止で
きることとなる。このΔｆの増大は合成開口レーダ装置
の運用ぞに件等を勘案した高度ステ、ブで設定すればよ
く、たとえば常用高度が１１１０００ｍ　　であり、こ
れを１５，０００ｍ　　まで上昇することを考えるとき
はＬＯＯＯｍステップごとのΔｆを対果とした５ステツ
プ追加という形式も考えられる。ＲＯＭ　２２−１〜Ｉ
ＬＯＭ　２２−　ｎはこのような設定方針のもとに決定
されたΔｆに関するデータを所定の周波数刻みで格納し
たものであり、上述した例で言えば、ＲＯＭ２２−１は
高度ＩＱ０００ｍに対応するΔｆ１またＲ、０Ｍ２２−
１は高度１１，０００に対応するΔｆをそれぞれ所定の
周波数刻みのデータとして格納し、他のＲＯＭも同様な
設定思想のもとに格納される。

読出しアドレス信号発生器２１は、ＳＬ几フシステムら
受ける高度情報に対応して読出すべきＲ，ＯＭの読出し
アドレス信号を所定の形式で発生し、ＲＯＭ２２−１〜
ＲＯＭ２２−ｎのいずれかの読出しを指定する。

こうしてＲＯＭ２２　１〜２２−ｎ　　のうちのいずれ
かから読出されたΔｆに関するデータはｌ）／Ａコンバ
ータ２３に供給されてアナログ化されたのちミクサ２４
に出力される。

ミクサ２４は、Ｄ／Ａコンバータ２３から供給されるΔ
ｆと、出力ライン１２１を介して出力される一次送信周
波数との乗算によってチャープ信号を発生、これを−仄
チャープ信号として送信部３に送出する。

送１ｄ部１３は、アップコンバータ３１、励振器３２、
電力増幅！６３３を備えて構成される。

アップコンバータ３１は、ミクサ２４からは一次チャー
プ信号を、また、信号発生部１の周波数合成器１２から
は出力ライン１２２を介してアップコンバージ曹ン（ｕ
ｐ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　）信号を受け、−次チャー
プイど号に２ける搬送波成分全正規の送信周波数に増大
変侠する。アップコンバージ田ン信号は、従って、送１
Ｂ周波数と一次送信周波数との和もしく差の周波数に設
屍される。

アップコンバータ３１の出力は二次チャープ信号として
励振器３２に供給され、励振増幅を受けたのち電力増幅
器３３で電力増幅され、所定のレベルのチャープ変調波
の送信出力としてアンテナ系に印加される。

こうして、航空機の高度上昇に伴なうＳ／Ｎの低下を送
信尖頭電力を増大することなくパルス幅の増大で補償す
ることができる。

ところで、このようにしてΔｆの増大によってレーダ距
離Ｒの増大にもとづ（８／Ｎの低下の抑止を図るとき、
これが距離分解能に与える影響について考えてみると次
のようになる。

（１）式から、Δｆの増大は距離分解能δｒを小とし、
従ってδｒはΔｆの増大に対応して改善されることとな
る。なお、方位分解能に関してはｌ／２でありＳＬＲの
アンテナの実開口長皇のみによって決定される。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、航空機を移動プラッ
トホームとする合成開口レーダにおいて、航空機の上昇
によって観測領域の広域化ならびに観測距離の遠距離化
を図る場合、航空憔の高度上昇に対応するレーダ距離の
廷伸にもとづ（８／Ｎ比の低下をパルス幅の増大で補償
するという手段を備えることによシ、送信電力を増大す
ることなく、また８／Ｎ比を低下することなく、距離分
解能を改善しつつ観測領域の大幅な広域化と観測距離の
大１１Ｉｇな遠距離化が図れる合成開口レーダ装置が実
現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は航空
機の高度差と広域観測性能ならびに遠距離観測性能の関
係を示す説明図、第３図は走査幅と高度およびオフナデ
ィア角の関係図、第４図は合成開口レーダの送信信号の
特性図、第５図は合成開口レーダ装置の方位分解能の説
明図である。 １・・・・・・信号発生部、２・・・・・・チャープ変
調部、３・・・・・・送信部、１１・・・・・・基準発
振器、１２・・・・・・周波数合成器、１３・・・・・
・同期信号発生器、２１・・・・・・読出しアドレス信
号発生器、２２−１〜２２−ｎ・・・・・・ｉ（、ＯＭ
、２３・・・・・・Ｄ／Ａコンバータ、２４・・・・・
・ミクサ、３１・・・・・・アップコンバータ、３２・
・・・・・励振器、３３・・・・・・電力増幅器。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 矛　１　田 　Ｗ　　− 第　２Ｊ！ 第　３ｍ 茅　４　＠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 航空機に搭載したサイドルッキングレーダ （Ｓｉｄｅ　Ｌｏｏｋｉｎｇ　Ｒａｄａｒ）から所定の
   周波数対時間変化率のチャープ（ｃｈｉｒｐ）変調によ
   る送信電波を発射しつつデータを取得する合成開口レー
   ダ装置において、観測領域の広域化ならびに観測距離の
   遠距離化を計って実施する前記航空機の高度上昇に対応
   する信号対雑音比の低下を抑止するに必要な送信電力の
   増大分を迷信パルス幅の増大にによって距離分解能を一
   定に保持した状態で補償する手段を備えて成ることを特
   徴とする合成開口レーダ装置。