JPS6375685A - 合成開口レ−ダ - 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〕 この発明は、人工衛星、航９機等の飛しよう体に搭載し
、地表面、海面等の高い分解能の映像を得る合成開口レ
ーダの改良に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図（ａ）及びｔｂｌは、例えばＦ、　Ｔ、　Ｕｌａ
ｂｙ　、　Ｒ。

Ｋ、　Ｍｏｏｒｅ　、　Ａ、　Ｋ、　）’ｕｎｇによる
論文ｒ　ＭｉｃｒｏｗａｖｅＲｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉ
ｎｇ　（Ａｃｔｉｖｅ　ａｎｄ　Ｐａ５ｓｉｖｅ　）−
？イクロ波遠隔探知（能動及び受動）ＪＰ、Ｐ、６３０
〜７４５　、　Ａｄｄｉｔｉｏｎ　−Ｗｅｓｌｅｙ　ｐ
ｕｂｌ　ｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　。

（１９８２）に開示された、それぞれ従来の合成開口レ
ーダの構成を示すブロック図である。各図において、１
はアンテナ、２は送信機、３は受信機、４はパルス圧縮
裏ｄ、５は位相補償装置、６はＦＦ　Ｔ　（Ｆａｓｔ　
Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ−高速フーリ
エ変換器）、７は表示器、８は慣性航法装置、９はアン
テナ駆動装置、１０はＩ　Ｆ　Ｆ　Ｔ　（Ｉｎｖｅｒｓ
ｅＦａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ
−逆高速フーリエ変換器）、１１は参照信号発生装置、
１２は掛算器、１３は送受切替え器である。

第８図及び第９図は、それぞれ第７図（ａｌ及びｆｂｌ
の合成開口レーダの動作を説明するための図である。各
図において、Ａは送信信号、Ｂは受信信号、Ｃは観測対
象、Ｄは観測対象Ｃ中のある点、Ｅはアンテナビーム、
Ｆは合成開口レーダが搭載された飛しよう体である。

次に、上記第７図ｔａｌ及び（ｂ）に示す従来の合成開
口レーダの動作について説明する。慣性航法装置８によ
り測定された飛しょう体Ｆへの位ｆ２速度に応じて、ア
ンテナ駆動装置９によりアンテナ１を観測対象Ｃに向け
る。その後、送信機２で発生した送信パルス信号は送受
切替え器１３及びアンテナ１を介して送信信号Ａとして
地表面、海面等の観測対象Ｃに向けて放射される。放射
された送信信号Ａは観測対象Ｃで反射され、受信信号Ｂ
としてアンテナ１によって受信される。その後、受信信
号Ｂは送受切替え器１３を経て受信機３に入力される。

受信機３は高周波の受信信号Ｂを増幅及び検波し、ベー
スバンドのビデオ信号に変換する。このビデオ信号は距
離分解能を高めるために、パルス圧縮装置４に入力され
てパルス圧縮が行われる。このパルス圧縮により、ビ・
−ムの放射方向、すなわちレーダに関連の専門用語で云
うレンジ方向の分解能を向上嘔せる。レンジ分解能７へ
Ｒは、 （ただし、Ｃ：光速、τＰ：パルス圧縮後のパルス幅）
で示される。

さて、第７図（ａ）においては、パルス圧縮装置４の出
力信号は位、４１１補償裟置５へ入力される。ところで
、観測対象Ｃ中のある点りと飛しよう体Ｆの距離Ｒは、
第８図及び第９図から明らかなように合成開口期間Ｔ内
で時々刻々に変化する。そこで、受信信号Ｂの位相、換
言すればその瞬【寺のドプラ周波数も応動して変化する
。この位相変動を補償して、慣性航法装置８で定める座
標をもとにした周波数ｆ１にそろえると、合成開口期間
Ｔ内で、観測対象Ｃからの受信信号Ｂは周波数ｆ１で表
わすことができる。合成開口期間Ｔ８大にすると、観測
対象Ｃからの受信信号Ｂのサンプル数を増大させる０と
ができ、周波数ｆ、の観測精度が向上し、ひいては角度
分解能が向上する。このようにして、観測対象Ｃの隣凄
点の周波数をｆ、とし、順次に視野内での各点を周波数
ｆｎで表わすことにすれば、合成開口期間Ｔに応じた精
度で視野内の各点をそれらの座標に対応させて撮像する
ことができる。位相補償製電５では慣性航法装置８の指
示によって、パルス圧縮装置４で分離されたある距離信
号について、上記従来の合成開口レーダの動作原理に従
ってアジマス方向の等距離の各観測対象Ｃ中のある点り
からの信号の位相を補償し、視野内の各点を各周波数ｆ
１〜ｆｎで表わす信号を出力する。０の出力信号はＦＦ
Ｔ６によって各周波数ｆ１〜ｆｎに分離される。分離さ
れた各周波数ｆ１〜ｆｎの信号のＳ幅値は、各観測対）
Ｃ中のある点りの散乱係数に対応する。ＦＦＴ　６の各
チャネルの出力信号を表示器７の表示面の座標と対応さ
せて表示すれば、・ぞルス圧縮装置４のパルス圧縮比、
及び合成開口期間Ｔに応じた高い分解能の画像が表示さ
れる。合成開口期間Ｔは慣性航法装置８の指示に従って
、観測対象Ｃの方向に電波を放射し続けるようにアンテ
ナ駆動装置９を制御すれば、理論的に無限大とすること
ができるが、実際には、′電波の到達距離２画像再生に
許容される時間等で制限される。

また、第７図ｔｂｌにおいては、パルス圧縮装置４の出
力１３号は、まず、ＦＦＴ６に入力されて周波数分離さ
れる。この時、上述したように観測対象Ｃ中のある点り
からの受信信号Ｂは合成開口期間Ｔ内で、瞬時にドプラ
周波数の変化に応動してＦＦＴ６の全チャネルに出力が
生じる。ただし、この場合は第７図ｆａ）の時と異なり
、各チャネルには他の点からの受信１ｊ号も含まれてい
るが、各点からの受（ｇ信号は位相情報として保存され
ている。

ここで、慣性航法慢４８の座標情報をもとにして、参照
信号発生装置１１で発生された位相に関する参照１号を
掛算器１２によってＰＦＴ６の出力信号に乗じる。各点
からの位相情報は、ＰＦＴ６の第１チヤネルから第ｎチ
ャネルまで合成開口期間Ｔ内でのサンプル遅延に対応し
て変化しているので、参照信号によって一定の位相に補
正する。この後に、ｌＦＦＴ１０によって時間信号に変
換すると、ある時刻τ、の信号が、鋭測対象Ｃ中のある
点りからのものとして分離される。各位相に対応した各
時刻τ、〜τユまでの信号が、アジマス各点の信号に対
応しており、これらを表示器７上に表示すれば高い分解
能の映像が得られる。表示された映像の角度分解能が、
パルス圧縮装置４のパルス圧縮比、及び合成開口期間Ｔ
に応じることは、上記第７図ｔａ＋の場合と同じである
。なお、第７図（ｂ）では、原理的な本質を変えること
なくＰＦＴ６からＩ　ＰＦＴ　１０に至る部分を％直接
に時間領域で処理する方法もある。これら従来例の合成
開口レーダの運用例は、第９図に示されるようなもので
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の合成開口レーダは以上のように構成されてい
るので、鳳めて高い分解能の映像が得られ、資源探査、
地形図の作成等に有効に応用し得ることが、例えば米国
の人工衛星シーサットに搭載されたこの種のレーダによ
って証明されている。

しかしながら、より柔軟な運用例として、０時間がかか
つても良いが、できる限り高い分解能の映像が欲い、 ■地表面を走査的にモニタしたい、 ■地表面の一部をズーミングによって拡大してモニタし
たい、 ■分解能は低くても良いが、できる限りすばやく画像を
再生したい、 ■以上の各機能を有機的に結合して、状況に応じて選択
したい、 等の要求には対応することができないなどの問題点があ
った。換言すれば、あるモードに設定された合成開口レ
ーダは、はとんどの場合に、そのもののモード単独で運
用されていた。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、運用要求に従って種々のモードに柔軟に対処でき
る合成開口レーダを得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る合成開口レーダは、合成開口長の増大に
応じて段階的にスペクトル屏析の精度を向上させるスペ
クトル解析装置、運用要求に応じた各種のモードでシス
テムを動作させるモード制御器、アンテナから放射され
るビームの方向を制御するビーム制御器等を付加して、
システムの運用を多様化するようにしたものである。

〔作用〕

この発明の合成開口レーダにおいては、モード制御器に
は、あらかじめ想定される運用要求に応じたモードでシ
ステムを動作させるための制御信号が準備されていて、
クイックルック、走査撮像。

ズーミング、高い分解能の撮像等の各動作に対するモー
ドを自由に切り替えて撮像することができるようにシス
テムを制御する。また、モード制御器の制御信号は、上
記各モードの制御を行うために、ビーム制御器、パルス
圧縮装置、ステップ変換ＦＦＴ等に供給され、各モード
に必要な合成開口期間におけるアンテナから放射される
ビームの方向を制御し、かつレンジ分解能及びアジマス
分解能を所望値に制御し、これにより、システムの柔軟
性を高め、高度の運用要求に対応する撮像が可能になる
。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例である合成開口レーダの構
成を示すブロック図である。第１図に示す合成開口レー
ダは周波数領域でアジマス画素を形成する方式のもので
あって、第７図に示す従来例のものと同−又は相当部分
は同一符号を用いて表示してあり、その詳訓な説明は省
略する。図において、１４はアンテナ１から放射される
ビームの方向を制御するビーム制御器、１５は合成開口
長の増大に応じて段階的にスペクトル解析の精度を向上
させるスはクトル解析装置であるステップ変換ＦＦＴ、
１６は運用要求に応じた各種のモードでシステムを動作
させるモード制御器、１８は／−？ルス繰返し制御器で
ある。

次に、上記第１図に示すこの発明の一実施例である合成
開口レーダの動作について説明する。ビーム制御器１４
は慣性航法装置８及びモード制御器１６からの信号によ
り、アンテナ駆動装置９を制御する。慣性航法装置８か
らの信号は飛しよう体Ｆの位置、速度、＊揺等の信号で
あり、モード制御器１６からの信号は所望のモードに対
応した時間と共に変化する角度信号である。ビーム制御
器１４は上記これらの信号に応動して、アンテナ駆動装
置９を介してアンテナ１から放射されるビームを所望の
方向に設定するための制Ｏｉ１信号を出力する。ステッ
プ変１ＦＦＴ１５は、その講成が第３図（ａ）に示され
、また、その動作の基本原理が第３図（ｂｌに示されて
いる。そして、ステップ変換ＦＦＴ１５は、第３図ｆａ
）に示すようにその購成の一部にスイッチ８１〜ＳＩＪ
を付加することにより、ズーミングに利用することがで
きる。ステップ変換ＦＦＴ１５を用いる場合の合成開口
レーダの運用例が、第４図に示されている。第４図に示
すように、合成開口期間Ｔを幾つかの単位合成開口期間
τに分割する。各τについて、最終的に予定するアジマ
ス画素数ＮＭの−だけのポイント数の第１ステップＦＦ
Ｔ（ｉｍ３図（ａ）でＦ　Ｆ　Ｔ１　、１〜Ｆ　Ｆ　Ｔ
＋　。

（Ｍ＋１）によって示す）を用意する。これらのＦ’Ｆ
Ｔ１，１〜ＦＦＴｌ、　（Ｍ＋１）のうちの同一チャネ
ルの信号を合成して、０〜Ｍτまでの時間遅延を伴った
時系列信号を作り、第２ステップＦＦＴに入力する。第
２ステップＦＦＴは第１ステップＦＦＴの数に相当する
ポイント数Ｍを持っている。第２ステップＦＦＴでは、
第１ステップＦＦＴで解析されたチャネル間隔内をポイ
ント数Ｍ個に細分化して解析精度を高める。このように
して、第１ステップＦＦＴ及び第２ステップＦＦＴを併
せて、８Ｍ個のスペクトル解析の結果が得られる。この
ように、ステップ変換ＦＦＴ１５を複数のステップに分
割すると、ズーミングに好都合である。第４図に示すよ
うに、最小の単位合成開口期間τによってクイックルッ
クを行った後に、飛しよう体Ｆの移動に伴って２τでズ
ーム１，３τでズーム２゜・・・・・・等と段階的にズ
ーミングを進行させ、最後の最大の合成開口期間Ｔによ
る最高の分解能の画像を得ることができる。この間、各
第１．第２ステップＦＦＴへのデータは、τ、２τ、３
τ、・・・・・・と次第に積み上げることができる。も
し、Ｎ　Ｍ　Ｘインドのステップ変換ＦＦＴ１５を１個
用いた場合に、各単位合成開口期間τで、すべて始めか
らデータのサンプリングをやり直す必要があり、実用的
なズーミングは不可能である。第３図１ａｌに示すよう
な各スイッチＳ、〜ＳＬはズーミングステップの切り替
えのために設けられたものである。モード制御器１６は
運用要求に従ってモードを切り替えるためのもので、そ
の制御シーケンス例を第５図に示している。運用要求に
従ってモードの設定が行われると、そのモードに対応し
たアンテナ１の方向、パルス繰返し周期、パルス圧縮比
、ステップ変換ＦＦＴ１５のステップ数等を計算し、タ
イミングのｌ１１こ各制御器であるビ・−ム制御器１４
．パルス繰返し１制御器１８等へ出力する。

さて、以上説明したような個別動作を行う各部分を第１
図に示すように組み合わせると、運用要求に従って種々
のモードを柔軟に組み合わせたシステムを実現すること
ができる。ここで、運用要求として代表的なものを挙げ
ると、 （１）角度分解能は低くても良いが、リアルタイムに近
い画像再生が可能なりイックルック、（２）地表面を走
査的に撮像するノーマルモード、（３）特に時間をかけ
て高い分解能の画像を得たいプレシジョンモード、 （４）上記の経過状況を見るズーミングモード、がある
。第４図から明らかなように、第１図に示すシステムで
はこれらを連続的に可変にして実現することができる。

熱論、各モードが単独の場合も、モード制御器１６の操
作のみで容易に実現できる。第６図には各モードの観測
状況が示されており、第６図（ａｌはクイックルックモ
ード、同図ｆｂ）はノーマルモード、同図ｔｃ）はプレ
シジョンモードである。第６図（ａｌから明らかなよう
に、クイックルックモードでは隣接する視野をオーバラ
ップさせるごとも可能であるが、第６図（ｂｌに示すノ
ーマルモードの一部をクイックルックモードにして、ズ
ームアツプしながらノーマルモードに移行することも可
能である。これらのことは、第１図に示す合成開口レー
ダにおいて、アンテナ１の設定角。

パルス圧縮装置４のパルス圧縮比、ステップ変換ＦＦＴ
１５のステップ数を切り替えることにより実現できる。

また、観測距離を変える場合は、パルス繰返しを変更す
る。これらはいずれもモード制御器１６と各パラメータ
の制御器を利用することにより実現することができる。

第２図はこの発明の他の実施例である合成開口レーダの
構成を示すブロック図である。第２図に示す合成開口レ
ーダは、ノーマルモードのみを時間領域で処理する方式
とし、その他のモードを上記第１図に示すアジマス画素
を形成する方式としたものであり、このために、切替え
スイッチ１７を設けている。ここで、第１図に示すもの
との相違点についてのみ説明すると、モード制御器１６
には切替えスイッチ１７を制御する信号が追加されてお
り、運用要求に従って、上記方式と第１図に示す方式と
の切替えを行っている。従来の合成開口レーダはほとん
どが時間領域で処理する方式であったために、従来の製
品にモードを付加するような場合には、第２図に示すも
のの方が低価格で実現ができる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、合成開口レーダにおい
て、合成開口長の増大に厄じて段階的にスはクトル屏析
の精度を向上させるスペクトル解析装置、運用要求に応
じた各種のモードでシステムを動作させるモード制御器
、アンテナから放射されるビームの方向を制御するビー
ム制御器４を付加して、システムの運用を多様化するよ
うにしたので、運用要求に従って種々のモードに柔軟に
対処できると共に、高度の運用に対処する撮像が可能に
なるなどの優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である合成開口レーダの構
成を示すブロック図、第２図はこの発明の他の実施例で
ある合成開口レーダの構成を示すブロック図、第３図は
、第１図の合成開口レーダにおけるステップ変換ＦＦＴ
の構成及びその動作の基本原理を説明するための図、第
４図ないし第６図は、それぞれ第１図の合成開口レーダ
の動作を説明するための図、第７図（ａ）及び（ｂｌは
、それぞれ従来の合成開口レーダの構成を示すブロック
図、第８図及び第９図は、それぞれ第７図ｆａ）及び（
ｂｌの合成開口レーダの動作を説明するための図である
。 図においぞ、１・・・アンテナ、２・・・送信機、３・
・・受信機、４・・・パルス圧縮装置、５・・・位相補
償装置、６・・・ＦＦＴ、７・・・衣示器、８・・・慣
性航法装置、９・・・アンテナ駆動装置、１０・・・Ｉ
ＦＦＴ、１１−０．参照信号発生装置、１２・・・掛算
器、１３・・・送受切替え器、１４・・・ビーム制御器
、１５・・・ステップ変換ＦＦＴ、１６・・・モード制
御器、１７・・・切替えスイッチ、１８・・・パルス繰
返し制御器である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相肖部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）人工衛星、航空機等の飛しよう体に搭載し、高い
   分解能の映像を得る合成開口レーダにおいて、合成開口
   長の増大に応じて段階的にスペクトル解析の精度を向上
   させるスペクトル解析装置と、前記合成開口長を任意に
   設定することのできるアンテナ駆動装置と、このアンテ
   ナ駆動装置の制御器と、運用要求に従つて、リアルタイ
   ムモード、走査モード、高分解モード等に切り換えるモ
   ード制御装置とを備えたことを特徴とする合成開口レー
   ダ。
2. （２）前記スペクトル解析装置以外に、マッチドフィル
   タを別のチャネルとして備え、このチャネルの出力信号
   を前記モード制御装置のモード選定に利用することがで
   きるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の合成開口レーダ。
3. （３）前記スペクトル解析装置におけるステップ変換Ｆ
   ＦＴの第１ステップＦＦＴの連結を、スイッチを介して
   行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の合成
   開口レーダ。