(57)【要約】  本出願は、低コストで一般に帯域幅の広い合成開口レーダーシステム、及び合成開口レーダー画像の生成方法に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と、アナログリピータと、地上受信機とを備えた合成開口レーダーシステムであって、
前記地上受信機は、アナログ−デジタル変換器を有し、
前記送信機は、衛星搭載型又は航空機搭載型であり、
前記アナログリピータは、衛星搭載型又は航空機搭載型であり、
前記合成開口レーダーシステムは、バイスタティックレーダーシステムである、
ことを特徴とする合成開口レーダーシステム。
【請求項２】
前記アナログリピータは航空機搭載型である、
ことを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダーシステム。
【請求項３】
前記送信機は衛星搭載型である、
ことを特徴とする請求項２に記載の合成開口レーダーシステム。
【請求項４】
前記アナログリピータは、少なくとも３０ＧＨｚ、少なくとも４０ＧＨｚ、又は少なくとも５０ＧＨｚの周波数で動作するように構成される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の合成開口レーダーシステム。
【請求項５】
前記送信機は、３００ＭＨｚ周辺の第１の周波数帯及び少なくとも３５ＧＨｚの第２の周波数帯を含む少なくとも２つの周波数帯で動作するように構成される、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の合成開口レーダーシステム。
【請求項６】
前記アナログリピータは、Ｋａバンドで動作するように構成される、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の合成開口レーダーシステム。
【請求項７】
合成開口レーダー画像の生成方法であって、
衛星搭載型又は航空機搭載型送信機から撮像すべき表面にアナログ信号を送信するステップと、
前記アナログ信号を前記表面から衛星搭載型又は航空機搭載型アナログリピータに反射させるステップと、
前記アナログ信号を前記航空機搭載型アナログリピータから地上受信機に送信するステップと、
受信した前記アナログ信号を前記地上受信機によってデジタル信号に変換するステップと、
前記デジタル信号を処理して前記合成開口レーダー画像を生成するステップと、
を含み、前記方法はバイスタティック方式で行われる、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記アナログリピータは航空機搭載型である、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記送信機は衛星搭載型である、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記アナログリピータは、少なくとも３０ＧＨｚ、少なくとも４０ＧＨｚ、又は少なくとも５０ＧＨｚの周波数で動作するように構成される、
ことを特徴とする請求項７、８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記送信機は、３００ＭＨｚ周辺の第１の周波数帯及び少なくとも３５ＧＨｚの第２の周波数帯を含む少なくとも２つの周波数帯で動作するように構成され、
前記アナログ信号を送信するステップは、前記第１及び第２の周波数帯の少なくとも一方で行われる、
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記アナログリピータは、Ｋａバンドで動作する、
ことを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記デジタル信号を処理して前記合成開口レーダー画像を生成するステップは、最初にネットワークを介して前記デジタル信号を送信するステップを含む、
ことを特徴とする請求項７から１２のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に低コストで手頃なＳＡＲシステムを提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙用の合成開口レーダー（ＳＡＲ）システムの数は、ここ数年にわたって飛躍的に増加しており、今後も増加し続けると思われる。軌道上のＳＡＲセンサは、２０１７年までに民間のリモートセンシング用を含めて５０個を越えると予想されているが、軍事用及び情報収集用プラットフォームがますます増えている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の第１の態様では、送信機と、アナログリピータと、地上受信機とを備えた合成開口レーダーシステムを提供し、地上受信機はアナログ−デジタル変換器を有し、送信機は衛星搭載型（スペースボーン）又は航空機搭載型（エアボーン）であり、アナログリピータは衛星搭載型又は航空機搭載型であり、合成開口レーダーシステムはバイスタティックレーダーシステムである。
【０００４】
本出願人は、あらゆるＳＡＲシステムのコストの６０％よりも多くが、レーダーパルスの受信、受信パルスのデジタル化、並びにレーダーデータの記憶及びさらなる送信に関連するものであると認識している。オンボードＳＡＲ処理を採用して受信レーダーパルスをＳＡＲ画像に変換する場合、このコストはさらに増加し得る。このコストの高い割合が、衛星搭載型プラットフォーム、又はそれほど程度は高くないが航空機搭載型プラットフォーム上で機能できる受信機の生産に関連するものである。さらに、このようなシステムを地上に降ろして交換することに伴うコストに起因して、衛星搭載型又は航空機搭載型受信機の保守又はアップグレードは困難である。従って、ＳＡＲシステムのコストを削減するには、このようなシステムの衛星搭載型又は航空機搭載型コンポーネントを、レーダーパルスの送信及び／又は反射に限定すべきである。デジタル化、記憶及び処理を地上で行うことにより、コストの問題、さらには受信機要素の保守及びアップグレードに関連する問題を解決することができる。このようにして、高価なデジタル受信装置を大幅に安いアナログコンポーネントに置き換えることができる。この結果、レーダーパルスは、低コストの電子部品及びコンピュータプロセッサを用いて地上で受信されデジタル化される。
【０００５】
撮像すべき照射領域への見通し線が十分である限り、地上受信機を用いて照射ビーム内のあらゆる場所からの像を形成することができる。この目的のために、アナログリピータは衛星搭載型又は航空機搭載型のいずれかであり、高緯度になればなるほど見通し線が長くなる。
【０００６】
レーダーデータの受信は、航空機搭載型プラットフォームを介してバイスタティック方式で行われることが好ましい。バイスタティック動作では、従来のＳＡＲシステムと同じ方法で正確にＳＡＲ画像を提供することができるが、前方散乱レーダーエネルギーを用いて動作できるというさらなる柔軟性も得られる。このことは、レーダーに引っかかりにくい目標の検出にとって特に有用である。また、これにより、開発者は、坑道及びトンネルを通じた反射を探すことなどの固有の動作モードで送信機を酷使できるようにもなる。あらゆるモノスタティックＳＡＲシステムの主な制限は、受け取られるレーダー出力の著しい低下であり、センサから目標への範囲の逆数の４乗に比例して悪化する。受信機／リピータをターゲット領域にかなり近付ける（すなわち、衛星に搭載しない）と、システムの感度が（約５０ｄＢ）改善される。このことは、より暗く見える影及び低レーダー断面の目標が、これらの背景クラッターからさらに容易に区別されることを意味する。
【０００７】
航空機搭載型プラットフォームリピータの使用を通じてＳＡＲシステムの感度が改善されるということは、通常であれば（Ｋａバンドなどの）対流圏吸収を受ける高周波数を採用できることを意味する。高周波数は、同じサイズのアンテナでもアンテナ利得が高くなること、地上の出力密度がさらに上昇すること、同じ方位分解能の合成開口の継続時間が短くなって軌道当たりのレーダー送信タスクの潜在的回数が増えること、及びより高い中心周波数で撮影したＳＡＲ画像を（同じ分解能及び感度で）解明しやすくなることを含む多くの利点を宇宙用ＳＡＲシステムにもたらす。
【０００８】
ほとんどのＳＡＲシステムが送信する帯域幅及び波形は、これらを受け取ってデジタル化するシステムの能力によって制約される。衛星セグメントを受信に使用しなければ、より冒険的な波形及び帯域幅を送信することができる。これにより、建物、地面又は森林貫通のための超高分解能スペクトルダイバーシチなどの既存の諜報問題の唯一解がもたらされる可能性がある。
【０００９】
受信、記憶及びデジタル処理を地上で行うようにすれば、大衆ユーザへのコストが大幅に下がるので、大学などの小規模施設がＳＡＲの分野に参加できるようになる。これらの小規模施設は、いずれのベンダー固有のＳＡＲ処理アルゴリズムにも制約されずにＳＡＲ収集及び画像処理技術を開発することができるであろう。従って、この方法はネットワーク効果を活用して、高度ＳＡＲ処理及び開発技術の発展の種を大衆ユーザという非常に広い基盤にまで飛ばすようになる。
【００１０】
１つの実施形態では、送信機が、ある周波数範囲をカバーする様々なデジタル波形を提供することができる。さらに、この波形の生成は、ＳＡＲの能力が発見された時にこの能力を実験的に又は経営的に低い財務コストで使用できるように、地上で構成できることが理想的である。このようなシステムは、（３００ＭＨｚなどの）低中心周波数と（３５ＧＨｚ及びそれ以上などの）より高い周波数の両方を提供し、多くのＧＨｚの帯域幅を送信できることが好ましい。
【００１１】
送信される波形の柔軟性を最大化するためには、使用するアンテナのタイプ及びその特性が課題となり得る。幅広い送信周波数の使用を可能にするトレードオフを考慮することが必要になるであろう。
【００１２】
ＳＡＲシステムの再ブロードキャストコンポーネントは、好ましくは高帯域通信パッケージ（リピーター）を内蔵するために、航空機搭載型プラットフォームを必要とする。このことは、運用システムへのさらなる財務的経費（オーバヘッド）のように思えるかもしれないが、航空機搭載型システムはレーダー受信機を（さらには送信機さえも）内蔵しておらず、多くの航空機搭載型プラットフォームシステムは、その通信ペイロード（例えば、既に収集した画像を他の消費者に配布すること）が増えることによって恩恵を受け、地上システムは再ブロードキャストを行う必要がなくなり、その位置で画像情報を提供できることを忘れるべきではない。
【００１３】
本出願のＳＡＲシステムは、軌道ＳＡＲシステムの車両コストを著しく削減する一方で、科学技術革新及び共同研究の機会も最大化する。また、これまで採用されていなかった固有の情報収集能力を提供する二重の役割を有することができる。実際のデータを用いてＲ＆Ｄを行った後に、この研究で発見したものを適用する能力は大きな利点である。
【００１４】
第２の態様では、本発明は、合成開口レーダー画像の生成方法であって、衛星搭載型又は航空機搭載型送信機から撮像すべき表面にアナログ信号を送信するステップと、このアナログ信号を表面から衛星搭載型又は航空機搭載型アナログリピータに反射させるステップと、アナログ信号を航空機搭載型アナログリピータから地上受信機に送信するステップと、受信したアナログ信号を地上受信機によってデジタル信号に変換するステップと、デジタル信号を処理して合成開口レーダー画像を生成するステップとを含む、バイスタティック方式で行われる方法を提供する。
【００１５】
特に、信号が大気中を比較的短い距離だけ通過する実施形態（アナログリピータが航空機搭載型である特定の例）では、合成開口レーダーシステムで一般に使用されるものよりも高い無線周波数を利用することができる。これらの周波数では、画像を生成するのに十分なデータを収集するためのアナログリピータの移動距離を短くすることができる。これは、（例えば、航空機の）旅程期間を短くし、画像の「シャッタースピード」を短縮して移動中の対象物体の画像を鮮明にすることと同じである。この利点は、特に３０ＧＨｚを超える周波数で得ることができ、３５ＧＨｚを超える周波数でさらに顕著になり、４０ＧＨｚを超える周波数でさらに顕著になり、４５ＧＨｚを超える周波数でさらに顕著になり、５０ＧＨｚを超える周波数でさらに顕著になり、５５ＧＨｚを超える周波数でさらに顕著になる。信号の周波数について言及すると、信号は一般にその両側に周波数変調を含むので、この周波数は搬送周波数に関連する。
【国際調査報告】
2015519561.tif 000002
2015519561.tif 000003