(57)【要約】【課題】広いレンジ方向観測幅・ストリップマップ観測・自由なＰＲＦ設定の条件の下で、アジマス方向の高分解能化を可能とする合成開口レーダを提供する。【解決手段】１系の送信アンテナ１０２と２系の受信アンテナ１０４ａ，ｂとを備え、送信アンテナ１０２のアジマス方向の送信アンテナビーム１０３のビーム幅を受信アンテナ１０４ａ，ｂのそれの２倍となるように設定し、かつ、受信アンテナビーム１０５ａは進行方向側に向け、受信アンテナビーム１０５ｂは進行方向とは逆側に向けるように構成する。また、送信アンテナ１０２と２系の受信アンテナ１０４ａ，１０４ｂとは共用とし、一つのアレイアンテナをエレベーション方向に２分割して受信アンテナ１０４ａ，ｂを構成する。送信アンテナ１０２のアジマス方向のアンテナ寸法を、前記アレイアンテナの各素子の位相設定によりまたは送信時に電気的に受信アンテナ１０４ａ，ｂのアンテナ寸法の半分にする。【選択図】図１
2008203228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動プラットフォームに搭載され、地表や海面のレーダ画像を取得する合成開口レーダにおいて、１系の送信アンテナと２系の受信アンテナとを備え、前記送信アンテナのアジマス方向の送信アンテナビームのビーム幅を前記受信アンテナの受信アンテナビームのビーム幅の２倍となるように設定するとともに、２系の前記受信アンテナの受信アンテナビームのうち、片方の受信アンテナビームは前記移動プラットフォームの進行方向側に向け、もう一方の受信アンテナビームは移動プラットフォームの進行方向とは逆側に向けるように構成することを特徴とする合成開口レーダ。
【請求項２】
１系の前記送信アンテナと２系の前記受信アンテナとは共用とし、２系の前記受信アンテナは、一つのアレイアンテナをエレベーション方向に２分割して構成することを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダ。
【請求項３】
前記送信アンテナのアジマス方向のアンテナビーム幅を、前記アレイアンテナの各素子の位相設定により前記受信アンテナのアジマス方向のアンテナビーム幅の２倍に設定するか、あるいは、送信時の前記送信アンテナのアンテナ寸法を、電気的に、前記受信アンテナのアンテナ寸法の半分とすることでアンテナビーム幅を２倍に設定することを特徴とする請求項２に記載の合成開口レーダ。
【請求項４】
前記アレイアンテナの各素子の位相設定により２系の前記受信アンテナの受信アンテナビームの方向を前記移動プラットフォーム進行方向側と進行方向逆側とに向けることを特徴とする請求項２または３に記載の合成開口レーダ。
【請求項５】
２系の前記受信アンテナの片方の受信アンテナビームは前記移動プラットフォームの進行方向側に向け、もう一方の受信アンテナビームは前記移動プラットフォームの進行方向とは逆側に向けて、別々のアンテナをエレベーション方向に配置するとともに、前記送信アンテナと共用することを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダ。
【請求項６】
１系の前記送信アンテナとエレベーション方向に配置した２系の前記受信アンテナとを、それぞれ、別々のアンテナとして構成することを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダ。
【請求項７】
１系の前記送信アンテナと２系の前記受信アンテナとを、別々のアンテナとして構成し、それぞれを、アジマス方向に配置することを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダ。
【請求項８】
前記送信アンテナのアジマス方向のアンテナ寸法を、前記受信アンテナのアジマス方向のアンテナ寸法の半分にするか、あるいは、送信時の前記送信アンテナのアンテナ寸法を、電気的に、前記受信アンテナのアンテナ寸法の半分とすることを特徴とする請求項６または７に記載の合成開口レーダ。
【請求項９】
１系の前記送信アンテナと２系の前記受信アンテナとの送受信ビームの指向方向が、ビーム幅の半分だけ前後にずれるように、２系の前記受信アンテナの片方を、前記移動プラットフォームの進行方向側に傾け、もう一方を進行方向の逆側に傾けることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の合成開口レーダ。
【請求項１０】
２系の前記受信アンテナによって受信した二つの受信データをそれぞれのドップラー周波数領域にてそれぞれのドップラー周波数部分のみを取り出して、一つの受信データに帯域合成データとして帯域合成することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の合成開口レーダ。
【請求項１１】
前記帯域合成データとして一つの受信データに帯域合成する際に、２系の前記受信アンテナからターゲットまでの間のレンジ距離差による補正を行うことを特徴とする請求項１０に記載の合成開口レーダ。
【請求項１２】
画像再生方法として、レンジ・ドップラー法を用いることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の合成開口レーダ。
【請求項１３】
移動プラットフォームに搭載された合成開口レーダの送受信アンテナにより取得した受信データから地表や海面のレーダ画像を再生する画像再生処理方法において、前記合成開口レーダに備えられた１系の送信アンテナのアジマス方向の送信アンテナビームのビーム幅を受信アンテナの受信アンテナビームのビーム幅の２倍となるように設定するとともに、前記受信アンテナを２系備え、片方の受信アンテナビームは前記移動プラットフォームの進行方向側に向け、もう一方の受信アンテナビームは移動プラットフォームの進行方向とは逆側に向けて、それぞれの前記受信アンテナにより受信した二つの受信データに基づいて、レーダ画像を再生することを特徴とする画像再生処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成開口レーダおよび合成開口レーダ画像再生処理方法に関し、特に、アジマス方向の高分解能化が可能な合成開口レーダおよび合成開口レーダ画像再生処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar:合成開口レーダ）のアジマス(Ａｚ：Azimuth)方向の分解能は、アジマス方向アンテナ寸法の約半分である。したがって、アジマス方向の分解能を向上させるためには、アジマス方向アンテナ寸法を小さくする必要がある。その場合、図８に示すように、ドップラー帯域が広がり、サンプリング定理を満たすためには、ＰＲＦ(パルス繰り返し周波数)を高く設定する必要がある。一方、ＰＲＦが高くなると、レンジ(Ｒｇ)方向の観測幅は制約されるため、アジマス方向の高分解能化とレンジ方向の広観測幅化とは両立が困難であった。図８は、通常のＳＡＲにおけるＳＡＲ画像再生時の問題点を説明するための説明図であり、アンテナ寸法を小さくして、送信ビーム幅を広くすると、ドップラー帯域（つまり合成開口帯域）が広がり、ＰＲＦを高く設定する必要があることを説明している模式図である。
【０００３】
これを解決するための手段として、図９に示すスポットライトＳＡＲが提案されている。スポットライトＳＡＲでは、アンテナのビームを、時間経過とともに、その照射方向を、進行方向、進行方向逆側に走査することによって、合成開口帯域幅を拡大し、アジマス方向の分解能の改善を図ることができる。図９は、スポットライトＳＡＲによるＳＡＲ画像再生時の様子を示す説明図であり、進行方向に沿って通常の帯域幅の送信ビームを時間経過とともに走査することによって、ドップラー帯域を拡大しなくても、受信ビームの合成開口帯域幅が拡大され、高Ａｚ分解能の画像の生成が可能とされる様子を示している。しかし、スポットライトＳＡＲでは、時間経過とともに、ビーム方向をアジマス方向に走査していく必要があり、さらに、通常の合成開口レーダでは実現可能であった帯状観測(ストリップマップ観測)ができなくなるという課題がある。
【０００４】
また、他の方法として、図１０、図１１に示すように、ＴｅｒｒａＳＡＲ−ＸのＤＲＡ(Dual Receive Antenna)モードを採用し、受信アンテナをアジマス方向に電気的に二分割し、両受信アンテナでの受信位置(位相中心)が交互に並ぶようにＰＲＦを設定し、両受信アンテナで受信した両データを合成することによって、仮想的にＰＲＦを２倍とする(非特許文献１に類似技術が記載されている)。このように、実際のＰＲＦが低いままで、広いドップラー帯域幅、すなわち、Ａｚ方向の高分解能化の実現を可能としている。図１０は、ＴｅｒｒａＳＡＲ−ＸのＤＲＡモードによるＳＡＲ画像再生時の様子を示す説明図であり、広い帯域幅の送信ビームを用い、かつ、二つの受信アンテナビームの位相中心が調整された両受信データを合成することによって、実際のＰＲＦは低いままでも仮想的にＰＲＦを２倍に拡大して、受信ビームの合成開口帯域幅が拡大され、高Ａｚ分解能の画像の生成が可能とされる様子を示している。図１１は、ＴｅｒｒａＳＡＲ−ＸのＤＲＡモードにおける送受信ビームの位相関係を示す説明図であり、時間経過とともに、二つの受信アンテナで受信される受信データの位相中心が進行方向に交互に位置する様子を示している。
【０００５】
しかし、このＤＲＡモードによる方法では、図１１に示すように、受信機１と受信機２とによる受信データの位相位置(アンテナの送受信の位相中心)が交互に並ぶように、ＰＲＦを設定する必要があり、ＰＲＦを自由に設定することができないという課題があった。
【０００６】
また、同様に、特許文献１の特表２００４−５２３７６０号公報「側方監視ＳＡＲシステム」では、一つの小さい送信アンテナによる送信と多数の小さい受信アンテナによる受信とを組み合わせることによって、高分解能と広域観測とを実現する技術が示されている。本特許文献１の場合も、高分解能の実現手段は、前述のＴｅｒｒａＳＡＲ−ＸのＤＲＡモードによる高分解能化と同様、複数の受信データを組み合わせることによっており、実際のＰＲＦは低いまま、仮想的にＰＲＦを拡大させて、広いドップラー帯域幅を実現する方法が採用されている。
【０００７】
しかし、特許文献１の方法でも、前述のＴｅｒｒａＳＡＲ−ＸのＤＲＡモードの場合と同じく、複数の各受信機それぞれによる受信データの位相位置(アンテナの送受信の位相中心)が交互に並ぶように、ＰＲＦを設定する必要があり、ＰＲＦを自由に設定することができないという課題があった。
【特許文献１】特表２００４−５２３７６０号公報（第４−６頁）
【非特許文献１】J.Mittermayerand H.Runge,” Conceptual studies for exploiting the TerraＳＡＲ-X dual receiveantenna”，ＩＧＡＲＳＳ’０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、従来のＳＡＲにおいては、広いレンジ方向観測幅・ストリップマップ観測・自由なＰＲＦ設定という条件下においては、アジマス方向高分解能化は困難であった。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、広いレンジ方向観測幅・ストリップマップ観測・自由なＰＲＦ設定の条件の下で、アジマス方向の高分解能化を可能とする合成開口レーダ（ＳＡＲ）および合成開口レーダ画像再生処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の課題を解決するため、本発明による合成開口レーダおよび合成開口レーダ画像再生処理方法は、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１１】
（１）移動プラットフォームに搭載され、地表や海面のレーダ画像を取得する合成開口レーダにおいて、１系の送信アンテナと２系の受信アンテナとを備え、前記送信アンテナのアジマス方向の送信アンテナビームのビーム幅を前記受信アンテナの受信アンテナビームのビーム幅の２倍となるように設定するとともに、２系の前記受信アンテナの受信アンテナビームのうち、片方の受信アンテナビームは前記移動プラットフォームの進行方向側に向け、もう一方の受信アンテナビームは移動プラットフォームの進行方向とは逆側に向けるように構成する合成開口レーダ。
（２）１系の前記送信アンテナと２系の前記受信アンテナとは共用とし、２系の前記受信アンテナは、一つのアレイアンテナをエレベーション方向に２分割して構成する上記（１）の合成開口レーダ。
（３）前記送信アンテナのアジマス方向のアンテナビーム幅を、前記アレイアンテナの各素子の位相設定により前記受信アンテナのアジマス方向のアンテナビーム幅の２倍に設定するか、あるいは、送信時の前記送信アンテナのアンテナ寸法を、電気的に、前記受信アンテナのアンテナ寸法の半分とすることでアンテナビーム幅を２倍に設定する上記（２）の合成開口レーダ。
（４）前記アレイアンテナの各素子の位相設定により２系の前記受信アンテナの受信アンテナビームの方向を前記移動プラットフォーム進行方向側と進行方向逆側とに向ける上記（２）または（３）の合成開口レーダ。
（５）２系の前記受信アンテナの片方の受信アンテナビームは前記移動プラットフォームの進行方向側に向け、もう一方の受信アンテナビームは前記移動プラットフォームの進行方向とは逆側に向けて、別々のアンテナをエレベーション方向に配置するとともに、前記送信アンテナと共用する上記（１）の合成開口レーダ。
（６）１系の前記送信アンテナとエレベーション方向に配置した２系の前記受信アンテナとを、それぞれ、別々のアンテナとして構成する上記（１）の合成開口レーダ。
（７）１系の前記送信アンテナと２系の前記受信アンテナとを、別々のアンテナとして構成し、それぞれを、アジマス方向に配置する上記（１）の合成開口レーダ。
（８）前記送信アンテナのアジマス方向のアンテナ寸法を、前記受信アンテナのアジマス方向のアンテナ寸法の半分にするか、あるいは、送信時の前記送信アンテナのアンテナ寸法を、電気的に、前記受信アンテナのアンテナ寸法の半分とする上記（６）または（７）の合成開口レーダ。
（９）１系の前記送信アンテナと２系の前記受信アンテナとの送受信ビームの指向方向が、ビーム幅の半分だけ前後にずれるように、２系の前記受信アンテナの片方を、前記移動プラットフォームの進行方向側に傾け、もう一方を進行方向の逆側に傾ける上記（１）ないし（８）のいずれかの合成開口レーダ。
（１０）２系の前記受信アンテナによって受信した二つの受信データをそれぞれのドップラー周波数領域にてそれぞれのドップラー周波数部分のみを取り出して、一つの受信データに帯域合成データとして帯域合成する上記（１）ないし（９）のいずれかの合成開口レーダ。
（１１）前記帯域合成データとして一つの受信データに帯域合成する際に、２系の前記受信アンテナからターゲットまでの間のレンジ距離差による補正を行う上記（１０）の合成開口レーダ。
（１２）画像再生方法として、レンジ・ドップラー法を用いる上記（１）ないし（１１）のいずれかの合成開口レーダ。
（１３）移動プラットフォームに搭載された合成開口レーダの送受信アンテナにより取得した受信データから地表や海面のレーダ画像を再生する画像再生処理方法において、前記合成開口レーダに備えられた１系の送信アンテナのアジマス方向の送信アンテナビームのビーム幅を受信アンテナの受信アンテナビームのビーム幅の２倍となるように設定するとともに、前記受信アンテナを２系備え、片方の受信アンテナビームは前記移動プラットフォームの進行方向側に向け、もう一方の受信アンテナビームは移動プラットフォームの進行方向とは逆側に向けて、それぞれの前記受信アンテナにより受信した二つの受信データに基づいて、レーダ画像を再生する画像再生処理方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の合成開口レーダおよび合成開口レーダ画像再生処理方法によれば、以下のような効果を得ることができる。 
【００１３】
第１に、１系の受信アンテナのビーム幅に相当するドップラー帯域幅の約２倍の帯域幅の受信データを合成することが可能であり、アジマス方向に２倍の高分解能化が可能となる。
【００１４】
第２に、各受信機の受信データのＰＲＦ（パルス繰り返し周波数）は、元のドップラー帯域幅以上であれば良いため、図８に示したような通常のＳＡＲにおいては、高分解能化のためにＰＲＦを高くしてビーム幅を広げる必要があった場合に比べ、ＰＲＦを高めてビーム幅を広げることもなく、広い観測幅の観測が可能である。
【００１５】
第３に、図９のようなスポットライトＳＡＲ観測を行うわけではないため、ストリップマップ観測が可能であり、また、スポットライトＳＡＲとは異なり、アジマス方向の受信アンテナパターンを固定して良いため、アンテナ制御はスポットライトＳＡＲの場合よりもシンプルで良い。
【００１６】
第４に、図１０、図１１に示したＴｅｒｒａＳＡＲ−ＸのＤＲＡモードによる高分解能化とは異なり、ドップラー帯域幅以上であれば、ＰＲＦを自由に設定することが可能であるとともに、さらには、２系の受信データを合成しなくても、１系の受信データのみであっても、サンプリング定理を満たしているため、ＳＡＲ画像として再生することが可能であり、クイックルック処理への対応が容易である。
【００１７】
以上の通り、本発明の合成開口レーダにおいては、アジマス方向の高分解能化と広いレンジ方向観測幅との両立が可能となるという効果が得られる。さらに、シンプルなアンテナ制御・ストリップマップ観測・ＰＲＦの自由な設定・クイックルック処理の容易化を実現している。
【００１８】
また、水平偏波・垂直偏波を併用したポラリメトリ(Polarimetry)観測を行う合成開口レーダでは、２系の受信機を元々有しているため、その場合には、２系の受信機を有効活用することにより、大幅なハードウェアインパクトを被ることなく、実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明による合成開口レーダ（ＳＡＲ）および合成開口レーダ画像再生処理方法の好適な実施例について添付図を参照して説明する。
【００２０】
（本発明の特徴）
本発明の実施例の説明に先立って、まず、本発明の特徴について、その概要を説明する。本発明の合成開口レーダ（ＳＡＲ）は、移動プラットフォームに搭載され、地表や海面のレーダ画像（ＳＡＲ画像）を取得するものであり、１系の送信アンテナによる送信と２系の受信アンテナによる受信とを組み合わせて構成し、送信アンテナのアジマス方向ビーム幅を受信アンテナのそれの２倍となるように設定するとともに、２系の受信アンテナについて、片方は進行方向側に向け、もう一方は進行方向とは逆側に向けるように構成することを特徴としている。
【００２１】
この結果、２系の受信アンテナそれぞれで受信した２組の受信データのドップラー周波数は高低にずれる。両受信データについて、ドップラー周波数領域において各々のドップラー帯域の部分のみを取り出し、１セットのデータとして帯域合成することにより、元のドップラー帯域幅の約２倍の帯域幅を有する帯域合成データを生成することができる。その帯域合成データに対して、ＳＡＲ画像再生を行うことによって、アジマス方向に高分解能のＳＡＲ画像を再生することができる。
【００２２】
（実施例の構成）
図１に、本発明の合成開口レーダの構成の一例を示す。ハードウェア構成としては、図１に示すように、１系の送信機１０１および送信アンテナ１０２、２系の受信アンテナ１０４ａ,１０４ｂ、両受信アンテナ１０４ａ,１０４ｂに対応する２系の受信機１０６ａ,１０６ｂ、および、受信機１０６ａ,１０６ｂで受信した２組の受信データを画像処理するための帯域合成・ＳＡＲ画像再生処理部１１０を少なくとも含んで構成される。
【００２３】
なお、送信アンテナ１０２と受信アンテナ１０４ａ,１０４ｂとは共用とし、２系の受信アンテナ１０４ａ,１０４ｂは、一つのアレイアンテナをエレベーション(Ｅｌ：Elevation)方向に２分割することによって実現する。送信アンテナ１０２のアジマス方向の送信アンテナビーム１０３のビーム幅は、アレイアンテナの各素子の位相設定により送信アンテナ１０２のアジマス方向のアンテナ寸法を受信アンテナ１０４ａ,１０４ｂのアンテナ寸法の約半分にして受信アンテナ１０４ａ,１０４ｂそれぞれの受信アンテナビーム１０５ａ，１０５ｂのビーム幅の約２倍の広Ａｚビーム幅とする。あるいは、送信時のアジマス方向アンテナ寸法を、電気的に、受信アンテナ１０４ａ,１０４ｂの半分とすることによって、アジマス方向の送信ビーム幅を２倍に広げても良い。
【００２４】
また、受信アンテナ１０４ａ,１０４ｂのビーム指向方向は、送信アンテナ１０２のそれに対し、片方は進行方向側に、もう一方は進行方向の逆側に傾ける。なお、受信アンテナ１０４ａ,１０４ｂのビーム指向方向の設定手段としては、アレイアンテナの各素子の位相設定によって実現するものとする。また、図１では、進行方向左側に配置される受信アンテナ１０４ａ（つまり受信アンテナ１）の指向方向を進行方向側、進行方向右側に配置される受信アンテナ１０４ｂ（つまり受信アンテナ２）の指向方向を進行方向の逆側に向けているが、受信アンテナ１０４ａを進行方向逆側、受信アンテナ１０４ｂを進行方向側に向けるようにしても良い。
【００２５】
このようにビーム指向方向が調整された送信アンテナ１０２および受信アンテナ１０４ａ,１０４ｂを使用した合成開口レーダにおいて、２系の受信機１０６ａ,１０６ｂそれぞれで受信した受信データ１０７ａ，１０７ｂは、ドップラー周波数領域で見たとき、図１に示すように、高低にずれることになる。つまり、進行方向側に向いている受信アンテナ１０４ａで受信した受信データ１０７ａは、高周波数側にずれ、進行方向逆側に向いている受信アンテナ１０４ｂで受信した受信データ１０７ｂは、低周波数側にずれる。
【００２６】
帯域合成・ＳＡＲ画像再生処理部１１０においては、まず、高低にずれた受信データ１０７ａ，１０７ｂそれぞれのドップラー周波数領域で各々のドップラー帯域の部分のみを取り出し、レンジ（Ｒｇ）距離の補正を行って、１セットのデータとして、帯域合成・ＳＡＲ画像再生処理部１１０の帯域合成部１１１にて合成する。これにより生成された帯域合成データ１１２は、合成開口帯域として、元の受信データ１０７ａ，１０７ｂそれぞれと比べ、ドップラー帯域幅の約２倍の帯域幅を有する。帯域合成データ１１２を生成した後、帯域合成・ＳＡＲ画像再生処理部１１０のＳＡＲ画像再生処理部１１３にて、その帯域合成データ１１２に対してＳＡＲ画像再生処理を行い、アジマス方向に高分解能のＳＡＲ画像データ１０８を再生する。
【００２７】
なお、帯域合成・ＳＡＲ画像再生処理部１１０では、帯域合成部１１１にて帯域合成を行った上で、ＳＡＲ画像再生処理部１１３にてＳＡＲ画像再生処理を実施しているが、処理の効率化のために、ＳＡＲ画像再生のプロセスの中で、帯域合成を行うようにしても良い。
【００２８】
また、図１のような構成をさらに拡張して、受信機１０６ａ，１０６ｂおよび受信アンテナ１０４ａ，１０４ｂの分割数を２よりも大きいｎ(整数)倍とすることによって、さらに高分解能化を実現することも可能である。
【００２９】
（実施例の動作の説明）
通常、図２に示すように、アンテナのアジマス方向のビーム幅は、送信・受信のそれぞれについて、３ｄＢダウン点で規定され、アンテナ寸法をＤ、波長をλとすると、ビーム幅は（λ／Ｄ）で近似される。また、送受信双方として考えると、ビーム幅は６ｄＢダウン点で規定され、ビーム幅は（λ／Ｄ）で近似される。図２は、通常の合成開口レーダのアンテナにおけるアジマス方向のアンテナパターンを示す説明図である。合成開口レーダのドップラー帯域幅は、ビーム幅に比例するため、通常のアンテナ構成での合成開口レーダのドップラー帯域幅は（λ／Ｄ）に比例する。
【００３０】
一方、本発明に係る実施例の合成開口レーダにおけるアンテナの場合、図３に示すように、送信アンテナのアジマス方向のアンテナ寸法を、アレイアンテナの各素子の位相設定により受信アンテナのアジマス方向のアンテナ寸法の半分にするか、あるいは、送信時において電気的に受信アンテナのアジマス方向のアンテナ寸法の半分にするかのいずれかとすることによって、送信時のアンテナビーム幅を、受信のアンテナビーム幅の２倍に設定している。この結果、アンテナ寸法をＤ、波長をλとすると、送信アンテナ１０３の３ｄＢダウン点のビーム幅は、（２×λ／Ｄ）で近似される。図３は、本発明に係る実施例の合成開口レーダのアンテナにおけるアジマス方向のアンテナパターンを示す説明図である。
【００３１】
また、受信側については、二つの受信アンテナ１０４ａ，１０４ｂのいずれも、３ｄＢダウン点のビーム幅は、図２に示す通常のアンテナの場合と同様、（λ／Ｄ）で近似される。ただし、図３に示すように、二つの受信アンテナ１０４ａ，１０４ｂそれぞれが、ビーム幅の半分だけ、アジマス方向の前後に向けられることによって、二つの受信アンテナ１０４ａ，１０４ｂのビーム幅を送信アンテナ１０３のビーム幅の範囲と一致させることができる。
【００３２】
送受信のビーム幅は、狭いビーム幅の方に依存するため、二つの送受信のビーム幅も、厳密には、受信アンテナ１０４ａ，１０４ｂのビーム幅よりも広いが、受信アンテナ１０４ａ，１０４ｂのそれに近い（λ／Ｄ）で近似することができる。図３のように、二つの送受信ビームの指向方向は、ビーム幅の半分だけ前後にずれている。なお、ビーム幅の６ｄＢダウン点で規定される二つの送受信データのドップラー帯域幅は、各々が通常のアンテナ構成の場合のドップラー帯域幅とほぼ同じの（λ／Ｄ）で近似される。
【００３３】
しかし、受信データ１０７ａ（受信データ１）のドップラー周波数は、図２の通常の構成の場合より帯域幅の半分だけ高く、逆に、受信データ１０７ｂ（受信データ２）のドップラー周波数は、図２の通常の構成の場合より帯域幅の半分だけ低い。したがって、受信データ１０７ａ，１０７ｂの両受信データのドップラー帯域を合わせると、２倍のほぼ（２×λ／Ｄ）で近似されるドップラー帯域幅を確保することが可能である。
【００３４】
ここで、図４に示すように、受信アンテナ１（受信アンテナ１０４ａ）と受信アンテナ２（受信アンテナ１０４ａ）とからターゲットＴまでのレンジ（Ｒｇ）距離は僅かに異なる。両者のレンジ距離差（ｒ２−ｒ１）は、下式の通り、受信アンテナ１と受信アンテナ２との位相中心の間隔（Ｌ１＋Ｌ２）、アンテナ面の傾きθ、ルック角ψにより計算することができる。図４は、二つの受信アンテナの位相中心からターゲットまでのレンジ距離の差を説明するための説明図である。
【００３５】
ｒ１−ｒ０＝−Ｌ１×sin（θ−ψ）
ｒ２−ｒ０＝Ｌ２×sin（θ−ψ）
∴  ｒ２−ｒ１＝（Ｌ１＋Ｌ２）×sin（θ−ψ）
θ  :  アンテナ面の傾き
ψ  :  ルック角
ｒ０:  送信アンテナ位相中心から観測ターゲットＴまでの距離
ｒ１:  受信アンテナ１位相中心から観測ターゲットＴまでの距離
ｒ２:  受信アンテナ２位相中心から観測ターゲットＴまでの距離
Ｌ１:  送信アンテナ位相中心と受信アンテナ１位相中心の間隔
Ｌ２:  送信アンテナ位相中心と受信アンテナ２位相中心の間隔
【００３６】
このレンジ距離差（ｒ２−ｒ１）に基づいて、受信データ１（受信データ１０７ａ）と受信データ２（受信データ１０７ｂ）との帯域を合成する際に、ＳＡＲ画像再生におけるレンジマイグレーション補正（レンジキュー補正、レンジカーバチャ補正)と同様の手法で、受信データ１または受信データ２を補正する。
【００３７】
帯域合成・ＳＡＲ画像再生処理部１１０に受信データ１と受信データ２との帯域合成の処理をＳＡＲ画像再生処理に組み込んだ場合の処理の一例について図５に示す。図５は、本発明の帯域合成・ＳＡＲ画像再生処理部１１０におけるＳＡＲ画像再生処理方法の一例を示すフローチャートであり、ＳＡＲ画像再生方法として、レンジ・ドップラー法を使用した場合を例にとって示している。
【００３８】
図５において、まず、ステップ５１０，５２０にて受け取った受信データ１と受信データ２とのそれぞれに対して、ＳＡＲ画像再生のためのレンジ圧縮処理（ステップ５１１，５２１）とレンジキュー補正処理（ステップ５１２，５２２）を行う。なお、ステップ５１２，５２２におけるレンジキュー補正処理としては、後の帯域合成を考慮して、レンジキュー量の補正を行う。その結果は、図５中の符号５１３，５２３に示す補正結果の通りとなる。レンジキュー量の補正結果５１３，５２３は、一点のターゲットからの受信信号を実線で示している。
【００３９】
補正結果５１３，５２３の横軸は、送信パルスの順序によって定義されるアジマス方向の時間(Ａｚ時間)であり、アジマス方向の進行距離に相当する。縦軸は、受信ゲート内のサンプリング順序によって定義されるレンジ方向の時間（Ｒｇ時間)であり、送信と受信の往復のレンジ距離に相当する。受信データ１の補正結果５１３については、図１にて説明したように、受信アンテナ１（受信アンテナ１０４ａ）のビーム方向が進行方向を向いているため、Ａｚ時間に対して、Ｒｇ時間すなわちレンジ距離は減少する傾向を示している。これは、ＳＡＲの進行とともに、レンジ距離が減少するためである。一方、受信データ２の補正結果５２３については、逆の理由で、Ａｚ時間に対して、Ｒｇ時間が増加する傾向を示している。
【００４０】
また、受信アンテナ１（受信アンテナ１０４ａ）は進行方向側、アンテナ２（受信アンテナ１０４ｂ）は進行方向逆側を向いているため、補正結果５１３，５２３を比較すると、Ａｚ時間の開始点は、進行方向逆側のアンテナ２の受信データ２の補正結果５２３の方が遅れている。また、レンジ距離は受信アンテナ２の方が長いため、Ｒｇ時間の最も小さくなる点も補正結果５２３の方が遅れている。
【００４１】
続いて、レンジキュー量の補正が施された受信データ１、受信データ２の両受信データに対して、アジマス方向にフーリエ変換を行う（ステップ５１４，５２４）。フーリエ変換を行った変換結果は、図５の符号５１５，５２５のようになる。フーリエ変換した変換結果５１５，５２５は、一点のターゲットからの受信信号を実線で示している。
【００４２】
フーリエ変換による変換結果５１５，５２５の横軸は、ドップラー周波数であり、縦軸は、レンジ方向の時間（Ｒｇ時間）である。受信アンテナ１（受信アンテナ１０４ａ）のビーム方向が進行方向を向いている変換結果５１５は高周波数側に配置され、受信アンテナ２（受信アンテナ１０４ｂ）のビーム方向が進行方向逆側を向いている変換結果５２５は低周波数側に配置される。また、変換結果５１５はドップラー周波数に対しＲｇ時間が増加し、変換結果５２５はＲｇ時間が減少する傾向を示す。
【００４３】
さらに、レンジカーバチャ補正を行うことによって、ドップラー周波数に対しＲｇ時間が変化する傾向を補正する（ステップ５１６，５２６）。レンジカーバチャ補正を行った補正結果は、図５の符号５１７，５２７のようになる。補正結果５１７，５２７は、変換結果５１５，５２５と同様、横軸がドップラー周波数であり、縦軸がレンジ方向の時間（Ｒｇ時間)である。補正結果５１７，５２７のいずれも、矢印で示すように、変換結果５１５，５２５が補正されて、ドップラー周波数に対して、Ｒｇ時間は、一定の線で表され、ターゲットからの距離で定まる値に正しく補正される。
【００４４】
続いて、レンジカーバチャ補正が施された受信データ１、受信データ２の両データ５１７，５２７のレンジ距離差（ｒ２−ｒ１）の補正を行う（ステップ５２８）。レンジ距離差（ｒ２−ｒ１）はＲｇ時間差となるため、それをレンジカーバチャ補正と同様の手段でデータをずらすことによって補正を行う。受信データ２の補正結果５２７に対して、レンジ距離差（ｒ２−ｒ１）の補正を行った距離差補正結果が、図５の符号５２９であり、矢印で示すように、補正結果５２７が、距離差（ｒ２−ｒ１）だけ補正される。
【００４５】
そして、受信データ１のレンジカーバチャ補正による補正結果５１７と受信データ２の距離差補正による距離差補正結果５２９とを一つのデータとして帯域合成をして繋ぎ合わせる（ステップ５３１）。帯域合成結果が、図５の符号５３２であり、補正結果５１７と距離差補正結果５２９とが帯域合成結果５３２すなわち一つの帯域合成データとして繋ぎ合わされる。
【００４６】
しかる後、相関処理を行い（ステップ５３３）、アジマス方向逆フーリエ変換処理を行う（ステップ５３４）ことによって、ＳＡＲ画像５３０が再生される。
【００４７】
なお、図５のフローチャートは、前述したように、レンジ・ドップラー法によるＳＡＲ画像再生方法の中で、帯域合成を行う例を示しているが、レンジ・ドップラー法以外の他のＳＡＲ画像再生方法を用いて、同様の手法で、ＳＡＲ画像再生処理を行うようにしても良い。また、帯域合成とＳＡＲ画像再生とを別々に行うようにしても良い。
【００４８】
（本実施例の効果の説明）
本発明に係る前述の実施例の合成開口レーダによれば、次のごとき効果が得られる。まず、１系の受信アンテナのビーム幅に相当するドップラー帯域幅の約２倍の帯域幅の受信データを合成することが可能であり、アジマス方向に２倍の高分解能化が可能となる。
【００４９】
また、各受信機の受信データのＰＲＦ（パルス繰り返し周波数）は、元のドップラー帯域幅以上であれば良いため、図８にて説明したような通常の合成開口レーダにおいては、高分解能化のためにＰＲＦを高くしてビーム幅を広げた場合に比べて、ＰＲＦを高めビーム幅を広げることもなく、広い観測幅の観測が可能である。
【００５０】
さらに、図９にて説明したようなスポットライトＳＡＲ観測を行うわけではないため、ストリップマップ観測が可能であり、また、スポットライトＳＡＲと異なり、アジマス方向の受信アンテナパターンを固定しても良いため、アンテナ制御は、スポットライトＳＡＲの場合よりもシンプルで良い。
【００５１】
さらにまた、図１０、図１１にて説明したようなＴｅｒｒａＳＡＲ−ＸのＤＲＡモードによる高分解能化とは異なり、ドップラー帯域幅以上であれば、ＰＲＦを自由に設定可能であるとともに、２系の受信データを合成しなくても、１系の受信データのみでもサンプリング定理を満たしているため、ＳＡＲ画像として再生可能であり、クイックルック処理への対応が容易である。
【００５２】
以上の通り、本発明の合成開口レーダでは、アジマス方向の高分解能化と広いレンジ方向観測幅との両立が可能となる効果がある。さらに、シンプルなアンテナ制御・ストリップマップ観測・ＰＲＦの自由な設定・クイックルック処理の容易化を実現している。
【００５３】
また、水平偏波・垂直偏波を併用したポラリメトリ(Polarimetry)観測を行う合成開口レーダでは、２系の受信機を元々有しているため、その場合には、２系の受信機を有効活用することによって、本発明の合成開口レーダを、大幅なハードウェアインパクトも無く、実現可能である。
【００５４】
（本発明の他の実施例）
前述の実施例では、送信と受信との双方のアンテナを同一のアンテナで実施する例を示したが、別のアンテナとしても良い。また、前述の実施例では、二つの受信アンテナについて、一つのアレイアンテナをエレベーション方向に２分割しているが、元々、二つのアンテナを用いて構成しても良い。
【００５５】
また、前述の実施例では、受信アンテナの指向方向を設定する手段として、アレイアンテナの各素子の位相設定によっているが、最初から、受信アンテナの指向方向を所定の方向に向ける構成であっても良い。
【００５６】
例えば、図６に示すように、最初から、２台のアンテナにより構成する例も考えられる。図６は、本発明の合成開口レーダの構成の図１とは異なる例を示す概念図である。図６の合成開口レーダは、送信機６０１、分配器６０２、２台の切替スイッチ６０３ａ，６０３ｂ、２台のアンテナ６０４ａ，６０４ｂ、２台の受信機６０５ａ，６０５ｂより構成される。
【００５７】
２台のアンテナ６０４ａ，６０４ｂは、エレベーション（Ｅｌ）方向に並べて配置される。送信機６０１からの出力は、分配器６０２、切替スイッチ６０３ａ，６０３ｂを通して、２台のアンテナ６０４ａ，６０４ｂに分配され、両者が合成された合成アンテナビーム６０７の送信波として、送信される。両アンテナ６０４ａ，６０４ｂによる受信波は、各々、切替スイッチ６０３ａ，６０３ｂを通して、２台の受信機６０５ａ，６０５ｂで受信される。切替スイッチ６０３ａ，６０３ｂの経路を送信時と受信時とで切り替えることにより、前述のような送受信を実現する。
【００５８】
そして、２台のアンテナ６０４ａ，６０４ｂは、片方が進行方向側、もう一方が進行方向逆側を向くように設定されている。送信のアンテナビームは２台のアンテナ６０４ａ，６０４ｂのアンテナビーム６０６ａ，６０６ｂの合成であり、アジマス方向に広いビーム幅を有する。また、受信のアンテナビームは、２台のアンテナ６０４ａ，６０４ｂのアンテナビーム６０６ａ，６０６ｂそのままである。これにより、本発明で必要な広いアジマス方向ビーム幅の送信アンテナパターンによる送信、進行方向側と進行方向逆側とに向けられた二つの受信アンテナビームによる受信を実現する。なお、２台の受信機６０５ａ，６０５ｂに受信された二つの受信データは、前述の実施例と同様に、帯域合成・ＳＡＲ画像再生処理が実施されて、高Ａｚ分解能ＳＡＲ画像として再生される。
【００５９】
また、図１と同様の手法で、１台のパラボラアンテナに二つのフィードを設けて、前述した実施例の場合と同じような条件で、高Ａｚ分解能ＳＡＲ画像を実現しても良い。
【００６０】
また、広いアジマス方向ビーム幅の送信アンテナパターンによる送信、進行方向側および進行方向逆側に向けられた二つの受信アンテナビームによる受信が実現することができれば、２系の受信アンテナをアジマス方向に配置しても良い。その方法としては、例えば、図７に示すような構成としても良い。図７は、本発明の合成開口レーダの構成のさらに異なる例を示す概念図であり、２系の受信アンテナ７０４ａ，７０４ｂと１系の小さい送信アンテナ７０５をアジマス方向に配置し、受信アンテナ７０４ａ，７０４ｂの片方の受信アンテナビーム７０６ａを進行方向側へ向け、もう一方の受信アンテナビーム７０６ｂを進行方向逆側に向けるようにすれば良い。
【００６１】
以上、本発明の好適実施例の構成を説明した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の合成開口レーダの構成の一例を示す概念図である。
【図２】通常の合成開口レーダのアンテナにおけるアジマス方向のアンテナパターンを示す説明図である。
【図３】本発明に係る実施例の合成開口レーダのアンテナにおけるアジマス方向のアンテナパターンを示す説明図である。
【図４】二つの受信アンテナの位相中心からターゲットまでのレンジ距離の差を説明するための説明図である。
【図５】本発明の帯域合成・ＳＡＲ画像再生処理部におけるＳＡＲ画像再生処理方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の合成開口レーダの構成の図１とは異なる例を示す概念図である。
【図７】本発明の合成開口レーダの構成のさらに異なる例を示す概念図である。
【図８】通常のＳＡＲにおけるＳＡＲ画像再生時の問題点を説明するための説明図である。
【図９】スポットライトＳＡＲによるＳＡＲ画像再生時の様子を示す説明図である。
【図１０】ＴｅｒｒａＳＡＲ−ＸのＤＲＡモードによるＳＡＲ画像再生時の様子を示す説明図である。
【図１１】ＴｅｒｒａＳＡＲ−ＸのＤＲＡモードにおける送受信ビームの位相関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０１                送信機
１０２                送信アンテナ
１０３                送信アンテナビーム
１０４ａ，１０４ｂ    受信アンテナ
１０５ａ，１０５ｂ    受信アンテナビーム
１０６ａ，１０６ｂ    受信機
１０７ａ，１０７ｂ    受信データ
１０８                ＳＡＲ画像データ
１１０                帯域合成・ＳＡＲ画像再生処理部
１１１                帯域合成部
１１２                帯域合成データ
１１３                ＳＡＲ画像再生処理部
５１３，５２３        補正結果
５１５，５２５        変換結果
５１７，５２７        補正結果
５２９                距離差補正結果
５３２                帯域合成結果
６０１                送信機
６０２                分配器
６０３ａ，６０３ｂ    切替スイッチ
６０４ａ，６０４ｂ    アンテナ
６０５ａ，６０５ｂ    受信機
６０６ａ，６０６ｂ    アンテナビーム
６０７                合成アンテナビーム
７０４ａ，７０４ｂ    受信アンテナ
７０５                送信アンテナ
７０６ａ，７０６ｂ    受信アンテナビーム
【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】
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【図６】
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【図７】
2008203228.tif 000009
【図８】
2008203228.tif 000010
【図９】
2008203228.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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