(57)【要約】【課題】  飛翔体に搭載された合成開口レーダＲが撮像したレーダ画像の絶対校正等に用いられるレーダ試験装置を提供することを目的とする。【解決手段】  飛翔体に搭載された合成開口レーダの校正に用いるレーダ試験装置であって，レーダ試験装置は，合成開口レーダとの間でパルス電波の送受信を行うアンテナ部と，アンテナ部を支持する可動アームと，可動アームを回転可能とする回転軸と，を備えており，回転軸は，オフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置とが概略一致する高さに設ける，レーダ試験装置である。【選択図】  図１
2020134294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体に搭載された合成開口レーダＲの校正に用いるレーダ試験装置であって，
前記レーダ試験装置は，
前記合成開口レーダとの間でパルス電波の送受信を行うアンテナ部と，
前記アンテナ部を支持する可動アームと，
前記可動アームを回転可能とする回転軸と，を備えており，
前記回転軸は，
オフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置とが概略一致する高さに設ける，
ことを特徴とするレーダ試験装置。
【請求項２】
前記レーダ試験装置は，
前記オフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置との出現範囲の中央付近に，基準軸を位置させる，
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ試験装置。
【請求項３】
前記レーダ試験装置は，
前記合成開口レーダのオフナディア角に基づいて前記可動アームの傾き角を算出し，法線に対して前記算出した傾き角で前記可動アームを傾ける，
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ試験装置。
【請求項４】
前記レーダ試験装置は，さらに，
前記可動アームと一端で接続しており，接続点において回転可能であって，前記可動アームが傾けられた場合に前記可動アームを支持する補助アームを備える，
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のレーダ試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，航空機や人工衛星などの飛翔体に搭載された合成開口レーダが撮像したレーダ画像の絶対校正等に用いられるレーダ試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成開口レーダ（Synthetic Aperture Radar：SAR）のレーダ画像の絶対校正等にはレーダ試験装置が用いられている。図７に，人工衛星に搭載された合成開口レーダＲと地球表面Ｇに設置された従来のレーダ試験装置３００との関係を模式的に示す。なお，図７においてＳは人工衛星の進行方向である。
【０００３】
従来のレーダ試験装置３００は，人工衛星に搭載された合成開口レーダＲと地球表面Ｇに設置されたレーダ試験装置３００との間でパルス電波の送受信を行うものであり，送受信を行うアンテナと，受信パルス信号の増幅を行う増幅器と，レーダ試験装置３００のレーダ断面積を設定する可変減衰器とを具備している。
【０００４】
人工衛星に搭載された合成開口レーダＲからのパルス電波は，地球表面Ｇに設置されたレーダ試験装置３００内の受信用アンテナで受信されてから，増幅器で所定レベルまで増幅される。増幅された受信パルス信号は，レーダ試験装置のレーダ断面積が所定の値に設定されるよう可変減衰器の減衰量を調整する。その後，受信パルス信号は増幅器で所定レベルまで増幅された後，送信用アンテナから合成開口レーダＲに向けてパルス電波が送信される。このような処理は，レーダ試験装置３００のＲＦ回路によって実現される。
【０００５】
レーダ試験装置３００においては，パルス電波の受信から送信までに，ＲＦ回路の構成から定まる信号伝送時間を要するので遅延時間Δｔが発生する。そしてレーダ試験装置３００の遅延時間Δｔの影響により、レーダ画像上に現れるレーダ試験装置３００の点像位置がレンジ方向（人工衛星の進行方向（アジマス方向）に直交する方向）にシフト（ずれ）してしまう。これを図８に示す。図８では、点Ｑがレーダ試験装置３００を設置した位置であるが、上述の遅延時間Δｔの影響により、レーダ試験装置３００の点像位置は点Ｐや点Ｐ’で示す位置にシフトして現れる。たとえばレーダ試験装置３００における遅延時間Δｔが１０ナノ秒程度とすると、１メートルから２メートル前後の位置のシフトが発生してしまう。
【０００６】
そこで，レーダ試験装置３００における上記の技術的課題を解決するレーダ試験装置として，下記特許文献１に記載のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２０８０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載のレーダ試験装置３００によって，レーダ試験装置３００が有する遅延時間Δｔはレーダ試験装置３００の設置位置による時間進みΔｔによって相殺することができ，レーダ試験装置３００の点像位置のずれを解消することができる。
【０００９】
しかし，アンテナ部を遅延距離に概略一致させる距離だけ合成開口レーダに近づける必要があることから，周波数が低い場合などは可動アームの長さを長くする必要がある。そして，合成開口レーダの方向に可動アームを傾けると重量のあるアンテナ部が先端部に位置しているので，レーダ試験装置のバランスが安定せず，アンテナ部を傾けることが難しくなる，という運用上の課題が発生する。
【００１０】
そこで可動アームの長さを短くしてレーダ試験装置のバランスをとりやすくすることが考えられるが，その場合，レーダ試験装置３００の設置位置による時間進みΔｔが，レーダ試験装置３００の遅延時間Δｔよりも小さくなることから，点像位置のずれが発生してしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで本発明者は上述の技術的課題に鑑み，レーダ試験装置における回転軸を適した位置に設けることで，可動アームの長さを従来よりも短くし，アンテナ部を傾けた場合のレーダ試験装置のバランスが採りにくくなるという運用上の課題を解決した上で，点像位置のずれを実用上許容可能な範囲に収めることができるレーダ試験装置を発明した。
【００１２】
第１の発明は，飛翔体に搭載された合成開口レーダの校正に用いるレーダ試験装置であって，前記レーダ試験装置は，前記合成開口レーダとの間でパルス電波の送受信を行うアンテナ部と，前記アンテナ部を支持する可動アームと，前記可動アームを回転可能とする回転軸と，を備えており，前記回転軸は，オフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置とが概略一致する高さに設ける，レーダ試験装置である。
【００１３】
本発明のようにレーダ試験装置を構成することで，可動アームの長さを短くすることで運用上の課題を解決した上で，点像位置のずれを実用上許容可能な範囲に収めることができる。
【００１４】
上述の発明において，前記レーダ試験装置は，前記オフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置との出現範囲の中央付近に，基準軸を位置させる，レーダ試験装置のように構成することができる。
【００１５】
地上基準点に対応するレーダ試験装置の基準軸は，本発明のように位置させることがよい。とくにオフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置の出現範囲の中央付近に基準軸を位置させるとよい。
【００１６】
上述の発明において，前記レーダ試験装置は，前記合成開口レーダのオフナディア角に基づいて前記可動アームの傾き角を算出し，法線に対して前記算出した傾き角で前記可動アームを傾ける，レーダ試験装置のように構成することができる。
【００１７】
レーダ試験装置の点像位置のずれは，オフナディア角に依存する。そのため，本発明のように可動アームを傾けることで，レーダ試験装置の点像位置のずれを防止することができる。
【００１８】
上述の発明において，前記レーダ試験装置は，さらに，前記可動アームと一端で接続しており，接続点において回転可能であって，前記可動アームが傾けられた場合に前記可動アームを支持する補助アームを備える，レーダ試験装置のように構成することができる。
【００１９】
可動アームが傾けられると，回転の中心となる回転軸に負荷が発生し，回転軸の緩みなどが起こる可能性がある。そのため，本発明のように補助アームで支持することで，回転軸の緩みを防止できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によって，レーダ試験装置における回転軸を適した位置に設けることができる。それによって，可動アームの長さを従来よりも短くし，アンテナ部を傾けた場合のレーダ試験装置のバランスが採りにくくなるという運用上の課題を解決した上で，点像位置のずれを実用上許容可能な範囲に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のレーダ試験装置の側面図である。
【図２】本発明のレーダ試験装置の上面図である。
【図３】本発明のレーダ試験装置のＲＦ回路の機能も含めたレーダ試験装置の簡略構成図の一例である。
【図４】本発明のレーダ試験装置において回転軸，基準軸を定めることを説明する図である。
【図５】点像の位置ずれの例を示す図である。
【図６】合成開口レーダのオフナディア角θｏｆｆと，可動アームの傾き角との関係を模式的に示す図である。
【図７】従来のレーダ試験装置の構成の一例を示す図である。
【図８】従来のレーダ試験装置によるレーダ画像上で，点像の位置のずれが発生することを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明のレーダ試験装置１の一例を図１および図２に示す。図１はレーダ試験装置１の側面図であり，図２はレーダ試験装置１の上面図である。
【００２３】
本発明のレーダ試験装置１は，筐体２とアンテナ部３と可動アーム４と回転軸５と水準台６と基準軸７と補助アーム部８とを有する。
【００２４】
筐体２はレーダ試験装置１における信号処理を行う制御回路（処理部），好ましくはＲＦ回路をその内部に備えている。図３は，筐体２の制御回路の機能を含めて，レーダ試験装置１の簡略構成図とともに模式的に示した図である。ＲＦ回路には，少なくとも増幅器３ｃ，可変減衰器３ｅ，増幅器３ｄを備えているが，その目的に応じてほかの装置を備えていてもよい。以下の説明では，ＲＦ回路の場合を説明するが，それ以外の回路であってもよい。
【００２５】
筐体２の上面にはアンテナ部３を備えている。アンテナ部３は，飛行機や人工衛星等の飛翔体に搭載された合成開口レーダＲとの間で電波の送受信を行う。アンテナ部３は，受信用アンテナ３ａ，送信用アンテナ３ｂを備えている。
【００２６】
アンテナ部３とＲＦ回路とは筐体２の内部において電気的に接続されている。人工衛星等の飛翔体に搭載された合成開口レーダＲからのパルス電波は，レーダ試験装置１のアンテナ部３における受信用アンテナ３ａで受信してから，ＲＦ回路の増幅器３ｃで所定レベルまで受信パルス信号が増幅される。そして，レーダ試験装置１のレーダ断面積が所定の値に設定されるようＲＦ回路の可変減衰器３ｅで減衰量を調整し，増幅器３ｄで所定レベルまで増幅したあと，受信パルス信号は，アンテナ部３の送信用アンテナ３ｂから合成開口レーダＲに向けてパルス電波の形で送信される。ＲＦ回路の構成は従来と同様である。
【００２７】
地球表面Ｇには，方位設定および水平面を保持する水準台６が設置される。水準台６の上方には，アンテナ部３の方向設定を行う可動アーム４を回動可能とする回転軸５があり，可動アーム４の下端部は回転軸５と接続している。可動アーム４の上端部は筐体２の底面と接合部４１で接合している。筐体２と可動アーム４との接合方法は如何なるものであってもよく，螺着，溶着などさまざまな接合方法を採ることができる。可動アーム４の長さＬｒは，ＲＦ回路などの処理部における遅延時間Δｔに対応する距離よりも短い長さである。
【００２８】
水準台６には基準軸７が設けられている。基準軸７は合成開口レーダＲのＧＣＰ（地上基準点）を示す軸８１である。ＧＣＰとは特定の画像情報に対応する参照地図上の座標点である。基準軸７は，地球表面Ｇとの接点（地上基準点）から垂直方向に設定される。基準軸７は，位置の特定のため，地球表面Ｇに埋設可能な金属の針や棒状で形成されていることが好ましいが，それに限定するものではない。基準軸７を示す表示が水準台６の上面にされているのでもよい。水準台６は，水準台６に設けられた基準軸７が，地球表面Ｇの地上基準点と緯度，経度で一致するように地球表面Ｇに設置されるとよい。この場合，水準台６に設けられた基準軸７の緯度，経度と，地球表面Ｇの地上基準点の緯度，経度とが厳密に一致していなくてもよく，実用上の精度として問題がない程度の一致，すなわち概略一致であってもよい。
【００２９】
可動アーム４の素材は鉄やアルミなどの金属製であってもよいし，グラファイト製であってもよい。素材としてグラファイトを用いた場合には，電波の影響を減らすことができるので好適である。また可動アーム４の周囲には電波吸収材を巻くことで電波の影響を減らしてもよい。電波吸収材としては，たとえばゴムシート状のフェライトやカーボンなどがある。さらに，可動アーム４をグラファイト製のように，導電性電波吸収材，磁性電波吸収材などで構成してもよい。また，可動アーム４と同様に，水準台６，とくにその上面を導電性電波吸収材，磁性電波吸収材などで構成することができる。
【００３０】
補助アーム部８は，上方の一端が可動アーム４と接続しており，ほかの一端は地球表面Ｇと接することで，可動アーム４を傾けた場合に，筐体２，アンテナ部３，可動アーム４を支持する。補助アーム部８は，補助アーム８０と軸８１とストッパー８２とを備えている。補助アーム８０は，その長さが伸縮自在であるとよい。可動アーム４が傾けられた場合に補助アーム８０の長さを調整するためである。補助アーム部８の補助アーム８０と，可動アーム４との接続は，軸８１によって軸止される。これによって，補助アーム部８は軸８１を中心に回動可能となる。また，補助アーム８０のほかの一端にはストッパー８２が設けられている。
【００３１】
アンテナ部３を所望の方向に傾ける場合，可動アーム４が回転軸５を中心として回転し，補助アーム部８によって，傾けられた可動アーム４，アンテナ部３，筐体２を支持する。しかし，本願発明のレーダ試験装置１では，アンテナ部３を傾けたときのレーダ試験装置１のバランスの確保から，可動アーム４の長さＬｒを，ＲＦ回路などの処理部における遅延時間Δｔに対応する距離よりも短い長さとしている。これによって可動アーム４を傾けることによる運用上の課題は解決できるものの，点像の位置ずれが発生してしまう。
【００３２】
そこで，レーダ試験装置１における回転軸５の高さ（地球表面Ｇからの高さＨ）を，オフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置との間の位置，より好ましくは，オフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置とが互いに一致する位置に設けることで，点像の位置ずれを抑止することができる。これを模式的に示すのが図４である。なお，一致する位置としては，厳密に一致していなくてもよく，実用上の精度として問題がない程度の一致，すなわち概略一致であってもよい。
【００３３】
地球表面Ｇから回転軸５までの高さＨ，オフナディア角が最大の場合の点像とオフナディア角が最小の場合の点像とが互いに一致する地球表面Ｇの点像位置をＰ０，回転軸５から地球表面Ｇに対する垂線と地球表面Ｇとの交点Ｑから位置Ｐ０までの距離をＸとした場合，オフナディア角が最小または最大以外のほかのオフナディア角における点像位置はＰ０からずれるが，点像がずれる範囲は図４に示すΔＸの範囲内に収まる。そのため，点像がずれる範囲ΔＸの中央に基準軸７が位置するように水準台６を設置すれば，基準軸７からの点像の位置ずれは±ΔＸ／２以内となる。図５は点像の位置ずれの例を示す図である。なお，厳密に中央でなくてもよく，実用上の精度として問題がない程度の中央，すなわち中央付近であってもよい。
【００３４】
このようにオフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置とが一致する（概略一致する位置を含む）ように，回転軸５の高さＨを設定することで，レーダ試験装置１が有する点像の位置ずれは，実用上許容可能な範囲である合成開口レーダＲの分解能のおよそ数分の一以内に抑えることができる。
【００３５】
なお，図４においては，可動アーム４の長さＬｒ，回転軸５より地球表面Ｇ側の仮想的な可動アームの長さＬｖ，レーダ試験装置１の遅延時間をΔｔ，ｃを光速（＝３×１０８キロメートル／秒）とすると，数１が成立する。
（数１）
2020134294.tif 000003
【００３６】
可動アーム４の長さＬｒは，数２のようになる。
（数２）
2020134294.tif 000004
【００３７】
可動アーム４の長さＬｒがあらかじめ定まっている場合には，数２を演算することで，回転軸５の高さ位置Ｈを設定することができる。
【００３８】
レーダ試験装置１の遅延時間Δｔを設計段階で予測し，その値を用いることもできるが，レーダ試験装置１のＲＦ回路，アンテナ部３などを製作した後，実際にそれらを用いて遅延時間Δｔを計測し，実測の遅延時間Δｔに基づいて，長さＬｒの可動アーム４を製作し，回転軸５の位置決めをすることで，より精度を高めることができる。
【００３９】
また，合成開口レーダＲのオフナディア角θｏｆｆによってレーダ試験装置１の指向方向は変わる。しかし，その指向方向は可動アーム４の設定角度をオフナディア角θｏｆｆに応じて所定の角度に変化させれば，たとえオフナディア角がθｏｆｆからθ’ｏｆｆに変化してもレーダ試験装置１の点像位置Ｐはシフトしないことになる。
【００４０】
図６に合成開口レーダＲのオフナディア角θｏｆｆと，可動アーム４の傾き角との関係を模式的に示す。合成開口レーダＲを搭載した飛翔体の高度をＨ，地球の半径をＲ０，合成開口レーダＲのオフナディア角をθｏｆｆ，可動アーム４の法線方向からの傾き角をθｉとした場合，合成開口レーダＲのオフナディア角θｏｆｆと，可動アーム４の傾き角θｉとの関係は，
（数３）
2020134294.tif 000005
で表される。ここで，飛翔体の高度Ｈ，地球半径Ｒ０およびオフナディア角θｏｆｆは既知の値であるから，オフナディア角θｏｆｆが与えられれば，可動アーム４の傾き角θｉは数３により算出できる。たとえば飛翔体の高度Ｈ＝５００キロメートル，オフナディア角θｏｆｆを３０度とした場合，可動アーム４の法線方向からの傾き角θｉは数３により３２．６度となる。
【００４１】
以上のように，レーダ試験装置１の長さＬｒの可動アーム４を，数３で算出される法線方向からの傾き角θｉで傾けることで，可動アーム４の長さを従来よりも短くしてレーダ試験装置１の運用上の課題を解決するとともに，点像位置のずれを実用上許容可能な範囲に収めることができる。
【００４２】
回転軸５は水準台６に直接設けてもよいし，水準台６から上方に垂直方向に金属製などの棒状の支持部材などを突出させ，支持部材に回転軸５を設けてもよい。
【００４３】
上述のように，筐体２，アンテナ部３，可動アーム４の傾きは手動で行ってもよいが，コンピュータで傾きを制御する傾き制御部（図示せず）によって実現してもよい。傾き制御部は，傾き制御を行う箇所（上述の回転軸５など）に取り付け，上述の数３により傾き角θｉを算出し，モータや歯車を公知の方法で組み合わせることで，傾きを自動的に制御することができる。
【００４４】
さらに，ＧＰＳ受信機を用いてレーダ試験装置１が設置された可動アーム４の水準台６における基準軸７の位置の緯度および経度を計測しておけば，レーダ画像上の点像Ｐと緯度および経度との対応関係を関連付けることができる。
【００４５】
なお，レーダ試験装置１内の送信用アンテナ３ｂの位置が合成開口レーダＲのアジマス方向（人工衛星の進行方向Ｓの方向）にオフセットして設置されている場合，オフセットを考慮して可動アーム４部の水準台６の緯度・経度の計測を行う。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のレーダ試験装置１によって，レーダ画像上でレンジ方向への位置のシフトが発生しないレーダ試験装置１が可能となる。また，本発明のレーダ試験装置１を，地上基準点としても使用可能となる。
【符号の説明】
【００４７】
Ｒ：合成開口レーダ
Ｇ：地球表面
１：レーダ試験装置
２：筐体
３：アンテナ部
３ａ：受信用アンテナ
３ｂ：送信用アンテナ
４：可動アーム
５：回転軸
６：水準台
７：基準軸
８：補助アーム部
４１：接合部
８０：補助アーム
８１：軸
８２：ストッパー
【図１】
2020134294.tif 000006
【図２】
2020134294.tif 000007
【図３】
2020134294.tif 000008
【図４】
2020134294.tif 000009
【図５】
2020134294.tif 000010
【図６】
2020134294.tif 000011
【図７】
2020134294.tif 000012
【図８】
2020134294.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月17日(2020.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体に搭載された合成開口レーダの校正に用いるレーダ試験装置であって，
前記レーダ試験装置は，
前記合成開口レーダとの間でパルス電波の送受信を行うアンテナ部と，
前記アンテナ部で受信したパルス信号に対する処理を実行する処理部と，
前記アンテナ部を支持する可動アームと，
前記可動アームを回転可能とする回転軸と，を備えており，
前記可動アームの長さは，
前記処理部の遅延時間に対応する距離よりも短い長さであり，
前記回転軸は，
オフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置とが概略一致する高さに設ける，
ことを特徴とするレーダ試験装置。
【請求項２】
前記レーダ試験装置は，
前記オフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置との出現範囲の中央付近に，基準軸を位置させる，
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ試験装置。
【請求項３】
前記レーダ試験装置は，
前記合成開口レーダのオフナディア角に基づいて前記可動アームの傾き角を算出し，法線に対して前記算出した傾き角で前記可動アームを傾ける，
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ試験装置。
【請求項４】
前記レーダ試験装置は，さらに，
前記可動アームと一端で接続しており，接続点において回転可能であって，前記可動アームが傾けられた場合に前記可動アームを支持する補助アームを備える，
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のレーダ試験装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第１の発明は，飛翔体に搭載された合成開口レーダの校正に用いるレーダ試験装置であって，前記レーダ試験装置は，前記合成開口レーダとの間でパルス電波の送受信を行うアンテナ部と，前記アンテナ部で受信したパルス信号に対する処理を実行する処理部と，前記アンテナ部を支持する可動アームと，前記可動アームを回転可能とする回転軸と，を備えており，前記可動アームの長さは，前記処理部の遅延時間に対応する距離よりも短い長さであり，前記回転軸は，オフナディア角が最大の場合の点像位置とオフナディア角が最小の場合の点像位置とが概略一致する高さに設ける，レーダ試験装置である。