(57)【要約】【課題】合成開口レーダ装置の移動に伴う観測目標との位置関係の差異に係る電波反射特性の影響を受けない合成開口レーダ装置を提供する。【解決手段】合成開口レーダ装置は、アップチャープパルス信号とダウンチャープパルス信号とを同時に発生する送信部（１）と、アップチャープパルス信号またはダウンチャープパルス信号の一方の信号を送信する垂直偏波アンテナ（５ａ）と、他方の信号を一方の信号と同時に送信する水平偏波アンテナ（５ｂ）と、垂直偏波アンテナで受信され２分配された信号の一方をアップチャープ圧縮する第１のアップチャープ圧縮回路（１２ａ）および他方をダウンチャープ圧縮する第１のダウンチャープ圧縮回路（１２ｂ）と、水平偏波アンテナで受信され２分配された信号の一方をアップチャープ圧縮する第２のアップチャープ圧縮回路（１２ｃ）および他方をダウンチャープ圧縮する第２のダウンチャープ圧縮回路（１２ｃ）と、を備える。【選択図】図１
2008261657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測目標に向けて電波を送信し上記観測目標からの反射波を受信して合成開口画像を作成する合成開口レーダ装置において、
アップチャープパルス信号とダウンチャープパルス信号とを同時に発生する送信部と、  アップチャープパルス信号またはダウンチャープパルス信号の一方の信号を送信する垂直偏波アンテナと、
アップチャープパルス信号またはダウンチャープパルス信号の他方の信号を上記一方の信号と同時に送信する水平偏波アンテナと、
上記垂直偏波アンテナで受信され２分配された信号の一方をアップチャープ圧縮する第１のアップチャープ圧縮回路および他方をダウンチャープ圧縮する第１のダウンチャープ圧縮回路と、
上記水平偏波アンテナで受信され２分配された信号の一方をアップチャープ圧縮する第２のアップチャープ圧縮回路および他方をダウンチャープ圧縮する第２のダウンチャープ圧縮回路と、
を備えることを特徴とする合成開口レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機や人工衛星に搭載され、送受信する電波信号に垂直偏波と水平偏波の２種類の偏波を使用する合成開口レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、送受信する電波信号に垂直偏波と水平偏波の２種類の偏波を使用する合成開口レーダ装置においては、送信部を１つ有し、この送信部が出力する信号を切り替える切替部を用いて垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナとから交互に送信している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−８７９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の、送受信する電波信号に垂直偏波と水平偏波の２種類の偏波を使用する合成開口レーダ装置においては、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナとから交互に切り替えて送信しているので、垂直偏波信号送信時点と水平偏波信号送信時点とには時間差が生じする。このため垂直偏波信号を送信した時点におけるこのレーダを搭載している航空機や人工衛星の位置と、水平偏波を送信した時点におけるこのレーダを搭載している航空機や人工衛星の位置とには距離差が生じる。従って、垂直偏波信号の送受信と水平偏波信号の送受信とでは、レーダと地上の観測目標との位置関係に差異が生じ、観測目標からの垂直偏波信号または水平偏波信号の反射信号には、観測目標自体による偏波に係る電波反射特性と、レーダと観測目標との位置関係の差異に係る電波反射特性とが加わったものとなり、合成開口レーダ装置の観測精度が悪いという問題がある。
特に、合成開口画像を作成する際に、観測目標の偏波に係る電波反射特性も利用する場合は、上記の問題により高精度な合成開口画像を得られないという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、合成開口レーダ装置の移動に伴う観測目標との位置関係の差異に係る電波反射特性の影響を受けない合成開口レーダ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る合成開口レーダ装置は、観測目標に向けて電波を送信し上記観測目標からの反射波を受信して合成開口画像を作成する合成開口レーダ装置において、アップチャープパルス信号とダウンチャープパルス信号とを同時に発生する送信部と、アップチャープパルス信号またはダウンチャープパルス信号の一方の信号を送信する垂直偏波アンテナと、アップチャープパルス信号またはダウンチャープパルス信号の他方の信号を上記一方の信号と同時に送信する水平偏波アンテナと、上記垂直偏波アンテナで受信され２分配された信号の一方をアップチャープ圧縮する第１のアップチャープ圧縮回路および他方をダウンチャープ圧縮する第１のダウンチャープ圧縮回路と、上記水平偏波アンテナで受信され２分配された信号の一方をアップチャープ圧縮する第２のアップチャープ圧縮回路および他方をダウンチャープ圧縮する第２のダウンチャープ圧縮回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る合成開口レーダ装置の効果は、水平偏波電波と垂直偏波電波の送信はともに同一時刻で行われるので、送受偏波の４種の組み合わせデータにはアンテナ部の位置が移動したことにより観測目標への電波入射角が変化ことによる影響が存在せず、観測目標の電波反射特性のみとなり、合成開口レーダ装置による観測精度が向上することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、この発明に係る実施の形態による合成開口レーダ装置の構成図である。
この発明に係る実施の形態による合成開口レーダ装置は、アップチャープパルス信号とダウンチャープパルス信号とを同時に発生する送信部１、送信部１からのアップチャープパルス信号とダウンチャープパルス信号とをアンテナ部５に送信するとともにアンテナ部５で受信した反射波を受信部９に送信するサーキュレータ部４、アップチャープパルス信号およびダウンチャープパルス信号を同時に送信するとともに観測目標８で反射し戻ってきた反射波を受信するアンテナ部５、サーキュレータ部４から送信された反射波を受信し受信信号として出力する受信部９、受信部９からの受信信号をそれぞれ２分配してチャープパルス圧縮するとともにチャープパルス圧縮された信号に基づいて合成開口画像を作成する信号処理部１１を備える。
【０００９】
送信部１は、アップチャープパルス信号を発生するアップチャープ発生回路２ａ、ダウンチャープパルス信号をアップチャープパルス信号が発生される時点と同時に発生するダウンチャープ発生回路２ｂ、アップチャープパルス信号を所定の送信電力にまで電力増幅する第１の送信機３ａ、およびダウンチャープパルス信号を所定の送信電力にまで電力増幅する第２の送信機３ｂを備える。
サーキュレータ部４は、第１の送信機３ａからのアップチャープパルス信号を垂直偏波アンテナ５ａに送信するとともに垂直偏波アンテナ５ａで受信した反射波を第１の受信機１０ａに送信する第１のサーキュレータ４ａと第２の送信機３ｂからのダウンチャープパルス信号を水平偏波アンテナ５ｂに送信するとともに水平偏波アンテナ５ｂで受信した反射波を第２の受信機１０ｂに送信する第２のサーキュレータ４ｂとを備える。
【００１０】
アンテナ部５は、第１の送信機３ａからのアップチャープパルス信号を垂直偏波電波として空間に送信するとともに観測目標８からの反射波のうち垂直偏波電波を受信する垂直偏波アンテナ５ａと第２の送信機３ｂからのダウンチャープパルス信号を水平偏波電波として空間に送信するとともに観測目標８からの反射波のうち水平偏波電波を受信する水平偏波アンテナ５ｂとを備える。
【００１１】
受信部９は、垂直偏波アンテナ５ａで受信された反射波を受信する第１の受信機１０ａと水平偏波アンテナ５ｂで受信された反射波を受信する第２の受信機１０ｂとを備える。
信号処理部１１は、第１の受信機１０ａから出力され２分配された受信信号の一方をアップチャープパルス圧縮する第１のアップチャープ圧縮回路１２ａ、第１の受信機１０ａから出力され２分配された受信信号の他方をダウンチャープパルス圧縮する第１のダウンチャープ圧縮回路１２ｂ、第２の受信機１０ｂから出力され２分配された受信信号の一方をアップチャープパルス圧縮する第２のアップチャープ圧縮回路１２ｃ、第２の受信機１０ｂから出力され２分配された受信信号の他方をダウンチャープパルス圧縮する第２のダウンチャープ圧縮回路１２ｄおよびチャープパルス圧縮された信号に基づいて合成開口画像を作成する信号処理装置１３を備える。
【００１２】
次に、この発明に係る実施の形態による合成開口レーダ装置の動作について説明する。
アップチャープパルス信号とダウンチャープパルス信号は、それぞれアップチャープ発生回路２ａとダウンチャープ発生回路２ｂとで同じ時刻で発生する。
アップチャープパルス信号とダウンチャープパルス信号は、それぞれ第１の送信機３ａと第２の送信機３ｂとで、所定の送信電力にまで電力増幅される。
電力増幅されたアップチャープパルス信号は、第１のサーキュレータ４ａを経由して垂直偏波アンテナ５ａから垂直偏波電波として空間に送信される。
電力増幅されたダウンチャープパルス信号は、第２のサーキュレータ４ｂを経由して水平偏波アンテナ５ｂから水平偏波電波として空間に送信される。
【００１３】
図２は、垂直偏波アンテナ５ａおよび水平偏波アンテナ５ｂから空間に送信される電波の時間タイミングを示す図である。
垂直偏波アンテナ５ａからのアップチャープ信号と水平偏波アンテナ５ｂからのダウンチャープ信号とは、同じタイミングで繰り返し空間に送信される。
【００１４】
アンテナ部５から送信された信号は観測目標８で反射され再度アンテナ部５にて受信される。
図３は、電波の送受信の様子を示す図である。
この発明に係る実施の形態による合成開口レーダ装置を搭載している航空機６は、飛行しながらアンテナ部５から電波を進行方向に対して横向きに送信し、送信された電波は地面７にある観測目標８にあたって反射し、再度航空機６のアンテナ部５にて受信される。
【００１５】
観測目標８からの反射波のうち、垂直偏波電波は垂直偏波アンテナ５ａで、水平偏波電波は水平偏波アンテナ５ｂで受信される。垂直偏波アンテナ５ａで受信された反射波は、第１のサーキュレータ４ａを経由して第１の受信機１０ａで受信される。第１の受信機１０ａの受信信号は２分配され、一方の受信信号は第１のアップチャープ圧縮回路１２ａでパルス圧縮され信号処理装置１３に送られる。第１の受信機１０ａの受信信号の２分配された信号のうちの他方は第１のダウンチャープ圧縮回路１２ｂでパルス圧縮され信号処理装置１３に送られる。
【００１６】
第１のアップチャープ圧縮回路１２ａの出力信号は、アップチャープ信号、すなわち垂直偏波アンテナ５ａから送信された垂直偏波電波が観測目標８で反射し戻ってきた垂直偏波電波のパルス圧縮結果である。一方、ダウンチャープ信号、すなわち水平偏波アンテナ５ｂから送信された水平偏波電波が観測目標８で反射し戻ってきた垂直偏波電波はパルス圧縮されないため出力レベルは非常に低くなり事実上出力されない。従って、第１のアップチャープ圧縮回路１２ａの出力信号は、垂直偏波電波で送信し、垂直偏波電波として反射し戻ってきた信号が出力される。
【００１７】
第１のダウンチャープ圧縮回路１２ｂの出力信号は、ダウンチャープ信号、すなわち水平偏波アンテナ５ｂから送信された水平偏波電波が観測目標８で反射し戻ってきた垂直偏波電波のパルス圧縮結果である。一方、アップチャープ信号、すなわち垂直偏波アンテナ５ａから送信された垂直偏波電波が観測目標８で反射し戻ってきた垂直偏波信号はパルス圧縮されないため出力レベルは非常に低くなり事実上出力されない。従って、第１のダウンチャープ圧縮回路１２ｂの出力信号は、水平偏波電波で送信し、垂直偏波電波として反射し戻ってきた信号が出力される。
【００１８】
第２のアップチャープ圧縮回路１２ｃの出力信号は、アップチャープ信号、すなわち垂直偏波アンテナ５ａから送信された垂直偏波電波が観測目標８で反射し戻ってきた水平偏波電波のパルス圧縮結果である。一方、ダウンチャープ信号、すなわち水平偏波アンテナ５ｂから送信された水平偏波電波が観測目標８で反射し戻ってきた水平偏波電波はパルス圧縮されないため出力レベルは非常に低くなり事実上出力されない。従って、第２のアップチャープ圧縮回路１２ｃの出力信号は、垂直偏波電波で送信し、水平偏波電波として反射し戻ってきた信号が出力される。
【００１９】
第２のダウンチャープ圧縮回路１２ｄの出力信号は、ダウンチャープ信号、すなわち水平偏波アンテナ５ｂから送信された水平偏波電波が観測目標８で反射し戻ってきた水平偏波電波のパルス圧縮結果である。一方、アップチャープ信号、すなわち垂直偏波アンテナ５ａから送信された垂直偏波電波が観測目標８で反射し戻ってきた水平偏波信号はパルス圧縮されないため出力レベルは非常に低くなり事実上出力されない。従って、第２のダウンチャープ圧縮回路１２ｂの出力信号は、水平偏波電波で送信し、水平偏波電波として反射し戻ってきた信号が出力される。
【００２０】
水平偏波電波と垂直偏波電波とは同一時刻に送信されるので、観測目標８からの反射波の受信は、図２に示すように、アンテナに入射する反射波の受信を開始する時点から終了する時点の間（以下、「受信タイミング時間」と称す）Ｔ１内において両偏波電波ともに完全に同時に受信される。すなわち、図４に示すように、垂直偏波電波として送信され垂直偏波電波として受信された受信信号、垂直偏波電波として送信され水平偏波電波として受信された受信信号、水平偏波電波として送信され垂直偏波電波として受信された受信信号、水平偏波電波として送信され水平偏波電波として受信された受信信号の４種の受信信号を同時に得ることができる。
【００２１】
この発明に係る実施の形態による合成開口レーダ装置と従来のこの種の合成開口レーダ装置（以下、「従来の合成開口レーダ装置」と称す）との差異についての理解を容易にするために、従来の合成開口レーダ装置の構成を図５に示し説明する。
従来の合成開口レーダ装置は、チャープパルス信号を発生する送信部２１、チャープパルス信号を第１のサーキュレータ４ａと第２のサーキュレータ４ｂに切り替えて送信する切替部２４、切替部２４からのチャープパルス信号をアンテナ部５に送信するとともにアンテナ部５で受信した反射波を受信部９に送信するサーキュレータ部４、チャープパルス信号を送信するとともに観測目標８で反射し戻ってきた反射波を受信するアンテナ部５、サーキュレータ部４から送信された反射波を受信し受信信号として出力する受信部９、受信部９からの受信信号をチャープパルス圧縮するとともにチャープパルス圧縮された信号に基づいて合成開口画像を作成する信号処理部２５を備える。
【００２２】
従来の合成開口レーダ装置は、送信部２１からの出力を、切替部２４にて垂直偏波アンテナ５ａと水平偏波アンテナ５ｂとに交互に切り替えて送信している。
次に、図６で従来の合成開口レーダ装置の送信タイミングを説明する。垂直偏波アンテナ５ａからの送信電波と水平偏波アンテナ５ｂからの送信電波との送信のタイミングは同一ではなく、交互送信である。従って、垂直偏波アンテナ５ａから送信された垂直偏波電波の観測目標８からの反射波は受信タイミング時間Ｔ１の間に受信され、水平偏波アンテナ５ｂから送信された水平偏波電波の観測目標８からの反射波は受信タイミング時間Ｔ２の間に受信される。従って、信号処理部２５内部における受信信号の種別は図７のようになる。
【００２３】
図８は、従来の合成開口レーダ装置を用いて観測目標を観測している様子を示す図である。
従来の合成開口レーダ装置は、航空機６が図６における位置Ａで垂直偏波電波（図中では実線）を送受信し、航空機６が図６における位置Ｂで水平偏波電波（図中では点線）を送受信する。従って、観測目標８における電波の入射反射角度が垂直偏波電波を送信するときには図中の角度Ａとなり、水平偏波電波を送信するときには図中の角度Ｂとなり、結果として垂直偏波電波と水平偏波電波とで観測目標８に対する電波送受信角度が異なる。よって、送受偏波の４種の組み合わせデータには、観測目標８の電波反射特性によるものに加えて、アンテナ部５の位置が移動したことにより観測目標８への電波入射角が変化ことによる影響が加わり、従来の合成開口レーダ装置による観測精度が低下する。
【００２４】
一方、この発明に係る実施の形態による合成開口レーダ装置では、水平偏波電波と垂直偏波電波の送信はともに同一時刻で行われるので、送受偏波の４種の組み合わせデータにはアンテナ部５の位置が移動したことにより観測目標８への電波入射角が変化ことによる影響が存在せず、観測目標８の電波反射特性のみとなり、合成開口レーダ装置による観測精度が向上する。
【００２５】
また、従来の合成開口レーダ装置は、送受偏波の４種の組み合わせデータを得るのに、図８に示すように、航空機６が位置Ａから位置Ｂまで移動するだけの時間を要するのに対して、この発明に係る実施の形態による合成開口レーダ装置では、図８に示す位置Ａで４種の組み合わせを得ることができ、さらに位置Ｂで再度４種の組み合わせが得られる。すなわち、従来の合成開口レーダ装置より２倍の量の観測データを得ることができ、合成開口レーダ装置による観測精度が向上する。
【００２６】
なお、上述の実施の形態による合成開口レーダ装置では、アップチャープパルス信号を垂直偏波電波として送信し、ダウンチャープパルス信号を水平偏波電波として送信しているが、逆にアップチャープパルス信号を水平偏波電波として送信し、ダウンチャープパルス信号を垂直偏波電波として送信しても同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明に係る実施の形態による合成開口レーダ装置の構成を示す図である。
【図２】この発明に係る実施の形態による合成開口レーダ装置の動作タイミングを示す図である。
【図３】この発明に係る実施の形態による合成開口レーダ装置の運用動作の様子を示す図である。
【図４】この発明に係る実施の形態による合成開口レーダ装置の信号処理部内部の信号種別を示す図である。
【図５】従来の合成開口レーダ装置の構成を示す図である。
【図６】従来の合成開口レーダ装置の動作タイミングを示す図である。
【図７】従来の合成開口レーダ装置の信号処理部内部の信号種別を示す図である。
【図８】従来の合成開口レーダ装置の運用動作の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  送信部、２ａ  アップチャープ発生回路、２ｂ  ダウンチャープ発生回路、２ｃ  チャープ発生回路、３ａ  第１の送信機、３ｂ  第２の送信機、３ｃ  送信機、４  サークレータ部、４ａ  第１のサーキュレータ、４ｂ  第２のサーキュレータ、５  アンテナ部、５ａ  垂直偏波アンテナ、５ｂ  水平偏波アンテナ、６  航空機、７  地面、８  観測目標、９  受信部、１０ａ  第１の受信機、１０ｂ  第２の受信機、１１  信号処理部、１２ａ  第１のアップチャープ圧縮回路、１２ｂ  第１のダウンチャープ圧縮回路、１２ｃ  第２のアップチャープ圧縮回路、１２ｄ  第２のダウンチャープ圧縮回路、１２ｅ  第１のチャープ圧縮回路、１２ｄ  第２のチャープ圧縮回路、１３  信号処理装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008261657.tif 000007
【図６】
2008261657.tif 000008
【図７】
2008261657.tif 000009
【図８】
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