(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナと、上記第一の送受信アンテナと上記第二の送受信アンテナとから同時に互いに異なる周波数のパルスを送信しかつ上記周波数を段階的に変化させてパルスを複数回送信する送信機と、目標から反射されたパルスを上記第一の送受信アンテナおよび上記第二の送受信アンテナで受信し上記受信パルスを周波数によって分離した後に中間周波信号に周波数変換し位相検波した受信信号をＡ／Ｄ変換して出力する受信機と、上記受信信号をメモリに蓄積しその蓄積された上記受信信号から逆フーリエ変換によってレンジプロフィールを求める信号処理手段と、を備えることを特徴とする偏波レーダ装置。
【請求項２】
上記送信機は、
上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ個（Ｍは整数）のパルスを送信するとともに、同時に、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＫ番目（Ｋは２以上、Ｍ以下の整数）に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ−Ｋ個のパルスを送信し次いでＭ−Ｋ＋２番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＫ−２個のパルスを送信することを特徴とする請求項１記載の偏波レーダ装置。
【請求項３】
上記送信機は、
上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番に２Ｎ個（Ｎは整数）のパルスを送信するとともに、同時に、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＮ＋１番目に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信し次いでＮ＋１番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信することを特徴とする請求項１記載の偏波レーダ装置。
【請求項４】
以下のステップを備えたことを特徴とする偏波レーダ装置のパルス送受信方法、
先ず、互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナとから、同時に互いに異なる周波数のパルスを送信しかつ上記周波数を段階的に変化させてパルスを複数回送信するステップ、
次いで、目標から反射されたパルスを上記第一の送受信アンテナおよび上記第二の送受信アンテナで受信してこれらの受信パルスを周波数によって分離するステップ、
次いで、分離された各受信パルスを中間周波信号に周波数変換しさらに位相検波しＡ／Ｄ変換して受信信号を得るステップ、
次いで、上記受信信号を逆フーリエ変換してレンジプロフィールを求めるステップ。
【請求項５】
パルスを送信するステップが以下であることを特徴とする請求項４記載の偏波レーダ装置のパルス送受信方法、
互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナとから、同時に、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ個（Ｍは整数）のパルスを送信するとともに、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＫ番目（Ｋは２以上、Ｍ以下の整数）に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ−Ｋ個のパルスを送信し次いでＭ−Ｋ＋２番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＫ−２個のパルスを送信するステップ。
【請求項６】
パルスを送信するステップが以下であることを特徴とする請求項４記載の偏波レーダ装置のパルス送受信方法、
互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナとから、同時に、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番に２Ｎ個（Ｎは整数）のパルスを送信するとともに、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＮ＋１番目に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信し次いでＮ＋１番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信するステップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、偏波面の異なる2つ以上のアンテナで電波を送受信して目標の偏波特性を観測するための偏波レーダ（ポラリメトリックレーダ）に関するもので、特にその距離分解能向上と観測時間の短縮化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高い距離分解能のレーダ装置として、例えば文献、Donald R. Wehner ，"High-Resolution Radar," second edition， Artech House，pp.197-209，1995 に従来のステップ周波数方式のレーダ装置が示されている。
図６は上記文献に示された従来のステップ周波数方式のレーダ装置を示す構成ブロック図であり、図７は図６の動作を説明するための図である。
【０００３】
図６において、１は複数のパルスを送信する送信機、２は後述の制御回路４から入力される周波数制御信号に基づいて周波数を設定した信号を出力するステップ周波数発振器、３は送信機１に対してトリガ信号を発生するパルス変調器である。
【０００４】
５は送受信を切り換える送受切換器、６は送受切換器５を介して送信機１から送信される複数のパルスを空間に放射し、また、目標から反射されたパルスを受けるアンテナ、７はアンテナ６からのパルスを受信して受信信号として出力する受信機、８は受信機７からの受信信号を記憶するメモリ、２２はメモリ８から読み出されたデータを逆フーリエ変換してレンジプロフィールを求める逆フーリエ変換回路である。制御回路４はステップ周波数発振器２に対して周波数制御信号を出力するとともに、メモリ８に対して送信周波数データを出力する。１０は上述の制御回路４、メモリ８および逆フーリエ変換回路２２からなる信号処理器である。
【０００５】
次に、この従来のステップ周波数方式のレーダ装置の動作について、図６，図７を参照して説明する。ステップ周波数発振器２は、制御回路４から入力される周波数制御信号に基づいて周波数を設定した局部発振器信号を出力する。制御回路４は、各パルス毎に周波数が段階的に変化するように、周波数制御信号を制御して、ステップ周波数発振器２に出力する。この時、第ｍ番目に送信されるパルスの周波数Ｆ（ｍ）は、周波数初期値をＦｏ、周波数ステップ値を△Ｆとして、下記の式（１）に基づいて設定される。ただし、ｍ＝１，２，・・・，Ｍであり、Ｍは送信パルス数である。
【０００６】
【数１】
0003893293.tif 000002
【０００７】
送信機１は、ステップ周波数発振器２の出力を増幅し、パルス変調器３の送信トリガ信号に同期して、周期Ｔでパルスを繰り返し生成して出力する。送信機１から出力されたパルスは、送受切換器５を介してアンテナ６に給電され、アンテナ６より空間に放射される。
図７（ａ）は、Ｍ個のパルスが周期Ｔ秒で放射される様子を、横軸を時刻にして示した図である。
また、図７（ｂ）は、放射される各パルスの周波数を示している。
図７に示すパルス列が一回の観測に用いるパルスの一組である。したがって、一回の観測にはＭＴ秒の時間がかかる。
【０００８】
次いで、アンテナ６は、目標から反射されたパルスを受信する。
図７（ａ）のエコーパルスは、送信されたパルスが目標から反射されて、その反射波がｔ秒後に受信される様子を表している。目標からのエコーは次のパルスを送信する前に受信される必要があるので、ｔ＜Ｔである。アンテナ６で受信されたパルスは送受切換器５を介して受信機７に出力される。この受信機７に入力されたパルスは、ビデオ信号に周波数変換された後、位相検波及びディジタル変換され、受信信号として信号処理器１０に出力される。
【０００９】
信号処理器１０は、各パルス毎に受信信号を、制御回路４より入力された送信周波数データとともにメモリ８に記憶する。次いで信号処理器１０は、メモリ８に記憶された受信信号を各送信周波数毎に読み出し、これらのデータを逆フーリエ変換回路２２に送る。逆フーリエ変換回路２２は、入力された受信信号に対して逆フーリエ変換処理を実行し、目標のレンジプロファイルを合成する。
この時、距離分解能△Ｒは、送信されるパルスの周波数ステップ値を△Ｆ、パルス数をｍ、光速をｃとして、下記の式（２）で与えられる。
【００１０】
【数２】
0003893293.tif 000003
【００１１】
以上のように、上記ステップ周波数方式によれば、システムの瞬時帯域を広げることなく、高い距離分解能を得ることができるが、一回の観測にＭＴ秒の時間がかかる。
【００１２】
また、文献 " F.T.Ulaby，C.Elachi， "Polarimetry for Geoscience Applications," Artech House，pp.281−285，1990 に、従来の偏波レーダ装置（ポラリメトリックレーダ）の構成が示されている。
図８は、上記文献に示された従来の偏波レーダ装置を示す構成ブロック図であり、図９は図８の動作を説明するための図である。
【００１３】
図８において、１１は送信機、１２は送受切換器、１３は偏波切換器、１４は第一偏波送受信アンテナ、１５は第二偏波送受信アンテナ、１６は受信機、１７は散乱行列蓄積器、１８は表示器である。
【００１４】
次に、図８，図9を参照して従来の偏波レーダ装置の動作について説明する。送信機１１で生成した広帯域パルスを、送受切換器１２を介して偏波切換器１３に送る。偏波切換器１３では、第一偏波送受信アンテナ１４と第二偏波送受信アンテナ１５のうちの第一偏波送受信アンテナ１４に送信信号を送る。
【００１５】
ここで、第一偏波送受信アンテナ１４と第二偏波送受信アンテナ１５は、偏波特性が互いに直交するアンテナの組である。例えば、垂直偏波と水平偏波の組や、右旋円偏波と左旋円偏波の組などが上記の直交する二種類の偏波特性としてよく知られている。
【００１６】
第一偏波送受信アンテナ１４、または、第二偏波送受信アンテナ１５から送信された信号は観測対象によって散乱される。これらは第一偏波送受信アンテナ１４および第二偏波送受信アンテナ１５を介して偏波切換器１３に送られる。これらの信号は送受切換器１２を介して、それぞれ受信機１６に送られる。
受信機で復調された信号は観測対象の反射強度Ｓ11, Ｓ12の形で、散乱行列蓄積器１７に保存される。ここで、Ｓijは、第ｊ偏波送受信アンテナで送信して第ｉ偏波送受信アンテナで受信して観測された、観測対象の反射係数を表す。
【００１７】
同様に、送信機１１で生成した広帯域パルスを、送受切換器１２を介して偏波切換器１３に送り、これを第二偏波送受信アンテナ１５から目標に照射して同様の処理を繰り返すことにより、観測対象の反射係数Ｓ２１，Ｓ２２を得る。
これを同様に散乱行列蓄積器１７に保存する。第一偏波送受信アンテナ１４と第二偏波送受信アンテナ１５の各時刻の動作モードについて図９に示している。図中のインターバルが、偏波レーダによって取得されるデータＳ１１,Ｓ１２,Ｓ２１,Ｓ２２の一組を得るのに要する処理のひとまとめである。
したがって、偏波レーダによって上記データＳ１１，Ｓ１２を取得するのに要する時間をＴ秒とすると、偏波レーダによって上記一組のデータＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２を取得するのに要する時間は２Ｔ秒である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の偏波レーダ装置に、上記従来のステップ周波数方式を組合わせて、距離分解能の向上を図るには、例えば偏波レーダ装置の構成として、図６のアンテナ６を、図８の偏波切換器１３、第一偏波送受信アンテナ１４、及び第二偏波送受信アンテナ１５とで置き換えた構成とし、図１０に示すように、従来の偏波レーダ装置と同様に、第一偏波送受信アンテナと第二偏波送受信アンテナとから、交互に送信を行いつつ、送信パルスの周波数を△Ｆだけ変化させて行く方法で観測を行うことが考えられる。
ところが、上記のような偏波レーダ装置の構成により、図１０に示す方法で観測を行った場合は、一組のデータを得るために２ＭＴ秒かかり、観測時間が長くなる。
観測対象とレーダ装置の相対位置が動揺するような場合、即ち、観測対象が移動する場合や、レーダプラットフォームが動揺する等の場合には、この動揺に起因する位相成分が受信パルスに含まれるため、距離分解能が劣化する。
観測時間が長くなるとこの影響が顕著になり、距離分解能の劣化が大きくなるという問題がある。
【００１９】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、偏波レーダ装置にステップ周波数方式を組合わせ観測時間の短縮を図り、観測対象とレーダ装置の相対位置が動揺するような場合も距離分解能の劣化を抑えた、偏波レーダ装置を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係わる発明の偏波レーダ装置は、
互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナと、上記第一の送受信アンテナと上記第二の送受信アンテナとから同時に互いに異なる周波数のパルスを送信しかつ上記周波数を段階的に変化させてパルスを複数回送信する送信機と、目標から反射されたパルスを上記第一の送受信アンテナおよび上記第二の送受信アンテナで受信し上記受信パルスを周波数によって分離した後に中間周波信号に周波数変換し位相検波した受信信号をＡ／Ｄ変換して出力する受信機と、上記受信信号をメモリに蓄積しその蓄積された上記受信信号から逆フーリエ変換によってレンジプロフィールを求める信号処理手段と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項２に係わる発明の偏波レーダ装置は、請求項１記載の偏波レーダ装置における送信機が、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ個（Ｍは整数）のパルスを送信するとともに、同時に、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＫ番目（Ｋは２以上、Ｍ以下の整数）に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ−Ｋ個のパルスを送信し次いでＭ−Ｋ＋２番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＫ−２個のパルスを送信することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項３に係わる発明の偏波レーダ装置は、請求項１記載の偏波レーダ装置における送信機が、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番に２Ｎ個（Ｎは整数）のパルスを送信し、同時に、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＮ＋１番目に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信し次いでＮ＋１番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項４に係わる発明の偏波レーダ装置のパルス送受信方法は、以下のステップを備えたことを特徴とする、
先ず、互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナとから、同時に、互いに異なる周波数のパルスを送信しかつ上記周波数を段階的に変化させてパルスを複数回送信するステップ、
次いで、目標から反射されたパルスを上記第一の送受信アンテナおよび上記第二の送受信アンテナで受信してこれらの受信パルスを周波数によって分離するステップ、
次いで、分離された各受信パルスを中間周波信号に周波数変換しさらに位相検波しＡ／Ｄ変換して受信信号を得るステップ、
次いで、上記受信信号を逆フーリエ変換してレンジプロフィールを求めるステップ。
【００２４】
また、請求項５に係わる発明の偏波レーダ装置のパルス送受信方法は、請求項４記載の偏波レーダ装置のパルス送受信方法のパルスを送信するステップが、以下であることを特徴とする、
互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナとから、同時に、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ個（Ｍは整数）のパルスを送信するとともに、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＫ番目（Ｋは２以上、Ｍ以下の整数）に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ−Ｋ個のパルスを送信し次いでＭ−Ｋ＋２番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＫ−２個のパルスを送信するステップ。
【００２５】
また、請求項６に係わる発明の偏波レーダ装置のパルス送受信方法は、請求項４記載の偏波レーダ装置のパルス送受信方法のパルスを送信するステップが、以下であることを特徴とする、
互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナとから、同時に、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番に２Ｎ個（Ｎは整数）のパルスを送信するとともに、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＮ＋１番目に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信し次いでＮ＋１番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信するステップ。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の偏波レーダ装置の実施の形態１を示す構成ブロック図である。
図１において、３１と３２は複数のパルスを送信する送信機、３３と３４は後述の制御回路３６から入力される周波数制御信号に基づいて周波数を設定した信号を出力するステップ周波数発振器、３５は送信機３１と送信機３２に対してトリガ信号を発生するパルス変調器である。
【００２７】
３７と３８は送受信を切り替える送受切換器、３９は送受切換器３７を介して送信機３１から送信される複数のパルスを空間に放射し、また目標から反射されたパルスを受ける第一偏波送信アンテナ、４０は送受切換器３８を介して送信機３２から送信される複数のパルスを空間に放射し、また目標から反射されたパルスを受ける第二偏波送信アンテナ、４３は第一偏波送信アンテナ３９と第二偏波送信アンテナ４０から送信され、目標から反射されたパルスを受信して受信信号として出力する受信機、４４はアンテナ４０からのパルスを受信して受信信号として出力する受信機、４５は受信機４３と受信機４４からの受信信号を記憶するメモリ、４６はメモリ４５から読み出されたデータを逆フーリエ変換してレンジプロフィールを求める逆フーリエ変換回路である。制御回路３６はステップ周波数発振器３３と３４に対して周波数制御信号を出力するとともに、メモリ４５に対して送信周波数データを出力する。４７は上述の制御回路３６、メモリ４５および逆フーリエ変換回路４６を備えた信号処理器である。
【００２８】
図３は、図1の受信機４３の内部構成例を示す構成ブロック図である。なお、受信機４４についても同様の構成であるので説明を省く。
図３において、４３１は高周波増幅器、４３２ａと４３２ｂはミキサ、４３３ａと４３３ｂは帯域通過フィルタ、４３４ａと４３４ｂは中間周波増幅器、４３５ａと４３５ｂは位相検波器、４３６ａと４３６ｂは低域通過フィルタ、４３７はＡ／Ｄ変換器であり、その他は図１と同様である。
【００２９】
次に、図1，図２，図３を参照して、この発明の偏波レーダ装置の実施の形態1の動作について説明する。
ステップ周波数発振器３３と３４は、制御回路３６から入力される周波数制御信号に基づいてそれぞれ周波数を設定した局部発振器信号を同時に出力する。ただし、制御回路３６は、ステップ周波数発振器３３と３４が出力する信号の周波数が互いに異なるように、周波数制御信号を制御する。例えば、送信パルスの周波数は以下の式（３），式（４），式（５）のように設定することができる。
【００３０】
制御回路３６は、各パルス毎に周波数が段階的に変化するように、周波数制御信号を制御して、ステップ周波数発振器３３に出力する。この時、第ｍ番目に送信されるパルスの周波数Ｆ1（ｍ）は、周波数初期値をＦｏ、周波数ステップ値を△Ｆとして、下記の式（３）に基づいて設定される。
但し、ｍ＝１，２，・・・，Ｍであり、Ｍは送信パルス数である。
【００３１】
【数３】
0003893293.tif 000004
【００３２】
同時に、制御回路３６は周波数制御信号を制御して、ステップ周波数発振器３４から、第ｍ番目に送信されるパルスの周波数Ｆ2（ｍ）を下記の式（４），式（５）で表される周波数に設定する。
式（４），式（５）において、Ｋは２以上、Ｍ以下の整数である。
【００３３】
【数４】
0003893293.tif 000005
【００３４】
送信機３１は、ステップ周波数発振器３３の出力を増幅し、パルス変調器３５の送信トリガ信号に同期して、周期Ｔでパルスを繰り返し生成して出力する。
同時に、送信機３２は、ステップ周波数発振器３４の出力を増幅し、パルス変調器３５の送信トリガ信号に同期して、周期Ｔでパルスを繰り返し生成して出力する。
送信機３１から出力されたパルスは、送受切換器３７を介して第一偏波送受信アンテナ３９に給電され、第一偏波送受信アンテナ３９より空間に放射される。これと同時に、送信機３２から出力されたパルスは、送受切換器３８を介して第二偏波送受信アンテナ４０に給電され、第二偏波送受信アンテナ４０より空間に放射される。（ＳＴ１）
【００３５】
図２（ａ）は、第一偏波送受信アンテナ３９よりＭ個のパルスが周期Ｔ秒で放射される様子を、Ｍ＝８、Ｋ＝２の場合を例にとって横軸を時刻、縦軸を各パルスの周波数にして示した図である。
また、図２（ｂ）は、同様に第二偏波送受信アンテナ４０よりＭ個のパルスが周期Ｔ秒で放射される様子を示している。
図２に示すパルス列が一回の観測に用いるパルスの一組である。第一偏波送受信アンテナ３９と、第二偏波送受信アンテナ４０はｍ番目のパルスを同時に送信するため、一回の観測はＭＴ秒の時間で行うことができる。
【００３６】
次いで、第一偏波送受信アンテナ３９と第二偏波送受信アンテナ４０は、目標から反射されたパルスを受信する。この際、いずれのアンテナにおいても、第一偏波送受信アンテナ３９と第二偏波送受信アンテナ４０から同時に送信されたパルスが目標で反射されたパルスを同時に受信するため、受信機４３と受信機４４においては、同時に受信したこれらのパルスを分離する必要がある。
この実施の形態１の構成においては、第一偏波送受信アンテナ３９と第二偏波送受信アンテナ４０が送信したパルスの周波数が異なることを利用し、以下に説明する図３の受信機を介してこれらのパルスを分離する。（ＳＴ２）
【００３７】
ここで、図３を参照して受信機４３の動作について概要を説明する。なお、受信機４４についても同様であるので説明を省く。
第一偏波送受信アンテナ３９から、送受切換器３７を介して受信機４３に送られた受信パルスは、まず高周波増幅器４３１に送られる。高周波増幅器４３１は入力された受信パルスの振幅を増幅してミキサ４３２ａと４３２ｂに送る。ミキサ４３２ａと４３２ｂは、それぞれステップ周波数発振器３３と３４から出力される局部発振器信号と受信信号を混合して、受信信号の周波数を中間周波数帯に変換して出力する。
ステップ周波数発振器３３から出力される局部発振器信号は第一偏波送受信アンテナ３９から送信されるパルスの周波数に対応しているため、ミキサ４３２ａから出力され、帯域通過フィルタ４３３ａを通過した信号は、第一偏波送受信アンテナ３９から送信されて、目標で反射したエコーの成分である。
同様に、ステップ周波数発振器３４から出力される局部発振器信号は第二偏波送受信アンテナ４０から送信されるパルスの周波数に対応しているため、ミキサ４３２ｂから出力され、帯域通過フィルタ４３３ｂを通過した信号は、第二偏波送受信アンテナ４０から送信されて、目標で反射したエコーの成分である。
【００３８】
上記により、第一偏波送受信アンテナ３９と第二偏波送受信アンテナ４０とから同時に送信されて目標で反射され、第一偏波送受信アンテナによって同時に受信された二つのパルスは分離されて、それぞれ、帯域通過フィルタ４３３ａと４３３ｂの出力信号に現れる。
【００３９】
次に、帯域通過フィルタ４３３ａと４３３ｂの出力信号は、それぞれ中間周波増幅器４３４ａと４３４ｂへ送られる。中間周波増幅器４３４ａと４３４ｂによって増幅された信号はそれぞれ位相検波器４３５ａと４３５ｂに入力される。位相検波器４３５ａと４３５ｂは、入力された信号の位相検波を行い、Ｉ信号とＱ信号をそれぞれ出力する。
位相検波器４３５ａと４３５ｂによる位相検波後の信号は、それぞれ低域通過フィルタ４３６ａと４３６ｂを通過した後、Ａ／Ｄ変換器４３７によって、ディジタル信号に変換されて、受信機４３の出力として出力される。（ＳＴ３）
【００４０】
上記の動作により、受信機４３の出力信号は、観測対象の反射強度Ｓ11（ｍ）, Ｓ12（ｍ）に対応した受信信号である。ここで、Ｓij（ｍ）は、第ｊ偏波送受信アンテナで送信されたｍ番目のパルスが第ｉ偏波送受信アンテナで受信して観測された観測対象の反射係数を表す。
また、受信機４４は受信機４３と同様な動作をし、受信機４４の出力信号は、観測対象の反射強度Ｓ21（ｍ）, Ｓ22（ｍ）に対応した受信信号である。
特に、第一偏波送受信アンテナ３９と第二偏波送受信アンテナ４０の偏波特性が互いに直交する場合は、Ｓ11（ｍ）, Ｓ12（ｍ）, Ｓ21（ｍ）, Ｓ22（ｍ）は、周知のように、観測対象の散乱行列の各成分を表す。
【００４１】
信号処理器４７は、各パルス毎に受信信号を、制御回路３６より入力された送信周波数データとともにメモリ４５に記憶する。
次いで、信号処理器４７は、メモリ４５に記憶された受信信号を各偏波チャネル（ここでは、送受偏波の組み合わせのことを偏波チャネルと呼ぶ）、各送信周波数毎に読み出し、これらのデータを逆フーリエ変換回路４６に送る。
逆フーリエ変換回路４６は、入力された受信信号に対して逆フーリエ変換処理を実行し、各偏波チャネル毎に目標のレンジプロファイルを合成する。（ＳＴ４）
【００４２】
実施の形態２．
この発明の偏波レーダ装置の実施の形態１の構成においては、第一偏波送受信アンテナ３９と第二偏波送受信アンテナ４０から同時に送信されるパルスの周波数が互いに異なっていればよいが、ステップ周波数発振器３４から、送信されるパルスの数Ｍが偶数で、Ｍ＝２Ｎ（Ｎは整数）と表すことができる場合は、第ｍ番目に送信されるパルスの周波数Ｆ２（ｍ）を以下の式（６），式（７）で表される周波数に設定することによって、第一偏波送受信アンテナ３９と第二偏波送受信アンテナ４０から同時に送信されるパルスの周波数差を一定に保つことができる。
【００４３】
【数５】
0003893293.tif 000006
【００４４】
図４はこの発明の偏波レーダ装置の実施の形態２の動作を説明するための図である。
式（６），式（７）のように周波数を設定した場合の各パルスの周波数を、Ｍ＝８（Ｎ＝４）の場合を例にとって示した図である。
図４（ａ）は第一偏波送受信アンテナ３９よりＭ（＝２Ｎ）個のパルスが周期Ｔ秒で放射される様子を、横軸を時刻、縦軸を各パルスの周波数にして示した図であって、図２（ａ）と同一である。
また、図４（ｂ）は、同様に第二偏波送受信アンテナ４０よりＭ（＝２Ｎ）個のパルスが式（６），式（７）によって設定された周波数で、周期Ｔ秒で放射される様子を示している。
【００４５】
以上の実施の形態１および実施の形態２によれば、偏波レーダとステップ周波数方式とを組合わせて、偏波レーダの距離分解能を向上する際に、一回の観測に２ＭＴ秒かかっていたものを、ＭＴ秒に短縮することができるとともに、観測対象とレーダ位置の相対位置が動揺するような場合も距離分解能の劣化を抑えることができる。
【００４６】
実施の形態３．
図５はこの発明の偏波レーダ装置のパルス送受信方法の実施の形態３を説明するフローチャートである。
以下のステップを備えたことを特徴とする偏波レーダ装置のパルス送受信方法である。
先ず、ステップ１では、互いに異なる偏波特性を有する第一偏波送信アンテナと第二偏波送信アンテナから同時に互いに異なる周波数のパルスを送信し、かつ周波数を階段的に変化させて順番にパルスを送信し、
次にステップ２では、目標から反射されたパルスを上記第一偏波送信アンテナと第二偏波送信アンテナで受信し、これらの受信パルスを周波数によって分離し、
次にステップ３では、上記分類された各受信パルスを中間周波信号に周波数変換し、更に位相検波、Ａ／Ｄ変換をして受信信号を得て、
次にステップ４では、上記受信信号を逆フーリェ変換してレンジプロフィールを求めるものである。
【００４７】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４は、この発明の偏波レーダ装置のパルス送受信方法の実施の形態３のステップ１の送信するステップとして以下のステップを備えたことを特徴とするものである。図２と図５及び式（３），式（４），式（５）を参照して、
互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナのうち、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ個（Ｍは整数）のパルスを送信するとともに、
同時に、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＫ番目（Ｋは２以上、Ｍ以下の整数）に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し、次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ−Ｋ個のパルスを送信し、次いでＭ−Ｋ＋２番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し、再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＫ−２個のパルスを送信するものである。
【００４８】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５は、この発明の偏波レーダ装置のパルス送受信方法の実施の形態３のステップ１の送信するステップとして以下のステップを備えたことを特徴とするものである。図４と図５及び式（３），式（６），式（７）を参照して、互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナのうち、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番に２Ｎ個（Ｎは整数）のパルスを送信するとともに、
同時に上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＮ＋１番目に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し、次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信し、次いでＮ＋１番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し、再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信するものである。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係わる発明によれば、互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナとから同時に互いに異なる周波数のパルスを送信しかつ上記周波数を段階的に変化させてパルスを複数回送信する送信機と、目標から反射されたパルスを上記第一の送受信アンテナおよび上記第二の送受信アンテナで受信し上記受信パルスを周波数によって分離後に中間周波信号に周波数変換し位相検波した受信信号をＡ／Ｄ変換して出力する受信機と、上記受信信号をメモリを介して逆フーリエ変換によってレンジプロフィールを求める信号処理手段と、を備えることにより、観測時間の短縮を図り、また、観測対象とレーダ装置の相対位置が動揺するような場合も距離分解能の劣化を抑えた、偏波レーダ装置を得ることができる。
【００５０】
また、請求項２に係わる発明によれば、請求項１記載の偏波レーダ装置における送信機が、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ個（Ｍは整数）のパルスを送信するとともに、同時に、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＫ番目（Ｋは２以上、Ｍ以下の整数）に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し、次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ−Ｋ個のパルスを送信し、次いでＭ−Ｋ＋２番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し、再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＫ−２個のパルスを送信することにより、観測時間の短縮を図り、また、観測対象とレーダ装置の相対位置が動揺するような場合も距離分解能の劣化を抑えた、偏波レーダ装置を得ることができる。
【００５１】
また、請求項３に係わる発明によれば、請求項１記載の偏波レーダ装置における送信機が、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番に２Ｎ個（Ｎは整数）のパルスを送信し、同時に、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＮ＋１番目に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信し次いでＮ＋１番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信することにより、観測時間の短縮を図り、また、観測対象とレーダ装置の相対位置が動揺するような場合も距離分解能の劣化を抑えた、偏波レーダ装置を得ることができる。
【００５２】
また、請求項４に係わる発明によれば、請求項４記載の偏波レーダ装置のパルス送受信方法は、以下のステップを備えたことにより、観測時間の短縮を図り、また、観測対象とレーダ装置の相対位置が動揺するような場合も距離分解能の劣化を抑えた、偏波レーダ装置のパルス送受信方法を得ることができる。
先ず、互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナとから、同時に、互いに異なる周波数のパルスを送信しかつ上記周波数を段階的に変化させてパルスを複数回送信するステップ、
次いで、目標から反射されたパルスを上記第一の送受信アンテナおよび上記第二の送受信アンテナで受信してこれらの受信パルスを周波数によって分離するステップ、
次いで、分離された各受信パルスを中間周波信号に周波数変換しさらに位相検波しＡ／Ｄ変換して受信信号を得るステップ、
次いで、上記受信信号を逆フーリエ変換してレンジプロフィールを求めるステップ。
【００５３】
また、請求項５に係わる発明によれば、請求項４記載の偏波レーダ装置のパルス送受信方法のパルスを送信するステップが、以下のステップを備えたことにより観測時間の短縮を図り、また、観測対象とレーダ装置の相対位置が動揺するような場合も距離分解能の劣化を抑えた、偏波レーダ装置のパルス送受信方法を得ることができる。
互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナとから、同時に、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ個（Ｍは整数）のパルスを送信するとともに、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＫ番目（Ｋは２以上、Ｍ以下の整数）に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＭ−Ｋ個のパルスを送信し次いでＭ−Ｋ＋２番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＫ−２個のパルスを送信するステップ。
【００５４】
また、請求項６に係わる発明によれば、請求項４記載の偏波レーダ装置のパルス送受信方法のパルスを送信するステップが、以下のステツプを備えたことにより、観測時間の短縮を図り、また、観測対象とレーダ装置の相対位置が動揺するような場合も距離分解能の劣化を抑えた、偏波レーダ装置のパルス送受信方法を得ることができる。
互いに異なる偏波特性を有する第一の送受信アンテナと第二の送受信アンテナとから、同時に、上記第一の送受信アンテナからは、周波数が一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番に２Ｎ個（Ｎは整数）のパルスを送信するとともに、上記第二の送受信アンテナからは、上記第一の送受信アンテナからＮ＋１番目に送信するパルスと同一の周波数を最初に送信し次いで上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信し次いでＮ＋１番目に上記第一の送受信アンテナから最初に送信するパルスと同一の周波数のパルスを送信し再び上記一定の周波数幅で単調に増加あるいは減少する順番にＮ−１個のパルスを送信するステップ。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の偏波レーダ装置の実施の形態1を示す構成ブロック図である。
【図２】  図１の動作を説明するための図である。
【図３】  図１の受信機の内部構成例を示す構成ブロック図である。
【図４】  この発明の偏波レーダ装置の実施の形態２の動作を説明するための図である。
【図５】  この発明の偏波レーダ装置のパルス送受信方法の実施の形態３を説明するフローチャートである。
【図６】  従来のステップ周波数方式のレーダ装置を示す構成ブロック図である。
【図７】  図６の動作を説明するための図である。
【図８】  従来の偏波レーダ装置を示す構成ブロック図である。
【図９】  図８の動作を説明するための図である。
【図１０】  従来の偏波レーダ装置とステップ周波数方式を組合わせた場合の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
３１  送信機、    ３２  送信機、    ３３  ステップ周波数発振器、    ３４  ステップ周波数発振器、    ３５  パルス変調器、    ３６  制御回路、  ３７  送受切替器、    ３８  送受切替器、    ３９  第一偏波送受信アンテナ、    ４０  第二偏波送受信アンテナ、    ４３  受信機、    ４４  受信機、    ４５  メモリ、    ４６  逆フーリエ変換回路、    ４７  信号処理器、４３１  高周波増幅器、    ４３２  ミキサ、    ４３３  帯域通過フィルタ、    ４３４  中間周波増幅器、    ４３５  位相検波器、    ４３６  低域通過フィルタ、    ４３７  Ａ／Ｄ変換器。
【図１】
0003893293.tif 000007
【図２】
0003893293.tif 000008
【図３】
0003893293.tif 000009
【図４】
0003893293.tif 000010
【図５】
0003893293.tif 000011
【図６】
0003893293.tif 000012
【図７】
0003893293.tif 000013
【図８】
0003893293.tif 000014
【図９】
0003893293.tif 000015
【図１０】
0003893293.tif 000016