(57)【要約】【課題】複数の開口部を備えつつ、開口部毎の補正処理の負荷を抑制可能な合成開口レーダシステムを得ること。【解決手段】送受信素子である開口部１１，１２，１３をアジマス方向に複数設けた送受信兼用のアンテナ部１、を備え、各開口部１１，１２，１３が、観測対象へ送信パルス信号を送信し、観測対象で散乱された受信パルス信号を受信する、ことを特徴とする合成開口レーダシステム１００。【選択図】図１
2016118431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信素子である開口部をアジマス方向に複数設けた送受信兼用のアンテナ部、
を備えることを特徴とする合成開口レーダシステム。
【請求項２】
励振部で発生された送信パルス信号を複数の周波数帯域に分割する分配部と、
前記分配部から分配された分割後の前記送信パルス信号を連続した周波数帯域、かつ、異なる周波数帯域の送信パルス信号にする送信部と、
前記送信部から入力された前記送信パルス信号を複数の前記開口部から観測対象へ同時送信し、前記観測対象で前記送信パルス信号が散乱された散乱波である受信パルス信号を前記複数の開口部で受信する前記アンテナ部と、
前記アンテナ部で受信された前記受信パルス信号を合成する合成部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダシステム。
【請求項３】
前記送信部は、前記複数の開口部と同数の送信器を備え、
各送信器は、前記複数の開口部のうちの１つの開口部と接続し、前記分配部で分割された複数の周波数帯域のうちの１つの周波数帯域の送信パルス信号を、接続する開口部で送信可能な形式の信号に変換して出力する、
ことを特徴とする請求項２に記載の合成開口レーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の開口部を備えた合成開口レーダ（ＳＡＲ：Synthetic  Aperture  Radar）システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＡＲシステムは、人工衛星または航空機などを用いたリモートセンシングの分野では、雲などの天候に左右されず、高分解能で地表を撮像することができるセンサとしてよく知られている。ＳＡＲシステムの主要なパラメータには、アジマス分解能、レンジ分解能、観測幅がある。アジマス分解能と観測幅は対立の関係にあり、アジマス分解能を向上するにはパルス反復周波数（ＰＲＦ：Pulse  Repetition  Frequency）を上げる必要があり、一方、観測幅を拡大するにはＰＲＦを下げる必要があった。
【０００３】
下記特許文献１では、エレベーション方向に送信用と受信用の素子である開口部を各々複数設け、送信用の開口部から同時に複数の周波数帯域で送信することで、アジマス分解能の向上と観測幅の拡大を達成する技術が開示されている。なお、アジマス方向はＳＡＲシステムを搭載した航空機などの移動方向、レンジ方向は地表などの観測対象においてアジマス方向と垂直な方向、エレベーション方向はレンジ方向およびアジマス方向と垂直な方向である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４１１５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術によれば、エレベーション方向に開口部を複数設ける場合、各開口部と撮像目標とのレンジ方向に距離の差が生じる。そのため、開口部毎に受信パルス信号の位相中心がずれる、という問題があった。また、各開口部で受信した受信パルス信号について補正処理が必要なため、開口部の数が増えるに従って受信パルス信号の信号処理の負荷が増える、という問題があった。
【０００６】
エレベーション方向に分割した複数の開口部を備えるＳＡＲシステムでは、各開口部から異なる周波数帯域の送信パルス信号を同時に空間に放射すると、空間に放射された送信パルス信号は観測対象によって散乱される。ＳＡＲシステムでは、各開口部が観測対象によって散乱された散乱波である受信パルス信号を受信し、受信器で送信時の送信パルス信号の周波数帯域に分離することでマルチビームの特性を得る。エレベーション方向に開口部を分割した場合、開口部毎に高さ方向のずれが生じるため開口部毎に位相中心がずれ、画像化した場合にレジストレーション、すなわち観測結果の位置合わせの課題がある。
【０００７】
例えば、３つある開口部の中央の開口部の中心での高度Ｈ、開口部の高さｄＨ、オフナディア角をθoff、送信パルス信号の波長λ、開口部番号ｎとすると、グランドレンジＧｒは式（１）、スラントレンジＲｔは式（２）、位相Ｐｈは式（３）となり、式（４）で示される中央の開口部を基準とした開口部毎の位相差ｄＰｈが生じる。なお、式（２）において、√（  ）は（  ）内の値の平方根を示すものとする。
【０００８】
Ｇｒ＝Ｈ×ｔａｎ（θoff）      …（１）
Ｒｔ（ｎ）＝√（Ｇｒ2＋（Ｈ−ｄＨ×（ｎ−２））2）      …（２）
Ｐｈ（ｎ）＝４πＲｔ（ｎ）／λ      …（３）
ｄＰｈ＝±（Ｐｈ（１）＋Ｐｈ（２））      …（４）
【０００９】
式（４）はレンジ方向のある１点の位相差を示しており、実際には観測幅分の開口部毎の位相ずれが生じる。開口部毎の位相ずれは画像に換算した場合の位置ずれに値する。すなわち、レンジ方向の距離に応じて生じる位相補正が必要であり、開口部毎に位相ずれの特性が異なるため開口部毎に補正処理が必要であり、地上処理設備の規模が増加する。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の開口部を備えつつ、開口部毎の補正処理の負荷を抑制可能な合成開口レーダシステムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、送受信素子である開口部をアジマス方向に複数設けた送受信兼用のアンテナ部、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の開口部を備えつつ、開口部毎の補正処理の負荷を抑制できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＳＡＲシステムの構成例を示すブロック図
【図２】ＳＡＲシステムにおけるアンテナ部の構成例を示す図
【図３】アンテナ部において送受信されるパルス信号の周波数帯域を示す概要図
【図４】アンテナ部から送信される各周波数帯域の送信パルス信号の送信タイミングを示す概要図
【図５】ＳＡＲシステムのハードウェア構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態にかかる合成開口レーダシステムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるＳＡＲシステム１００の構成例を示すブロック図である。また、図２は、ＳＡＲシステム１００におけるアンテナ部１の構成例を示す図である。アンテナ部１は、送受信兼用のアンテナの機能を有している。アンテナ部１は、各々が観測対象に向けて送信パルス信号を照射し、また、送信パルス信号が観測対象で散乱された散乱波である受信パルス信号を受信する、アジマス方向に分割した送受信素子である開口部１１，１２，１３を備えている。なお、ここではアンテナ部１が備える開口部の数を３つとしているが、一例であり、開口部の数は複数であればよい。
【００１６】
ＳＡＲシステム１００は、送信部２から入力された送信パルス信号を観測対象に向けて照射し、観測対象で送信パルス信号が散乱された受信パルス信号を受信するアンテナ部１と、分配部３で分割された送信パルス信号をアップコンバートする送信器２１，２２，２３を有する送信部２と、励振部４で発生された送信パルス信号を分割する分配部３と、送信パルス信号を発生する励振部４と、アンテナ部１の各開口部１１，１２，１３で受信された受信パルス信号を合成する合成部５と、送信パルス信号の周波数帯域ごとに合成部５で合成された受信パルス信号を記録する受信部６と、受信部６で記録された受信パルス信号を信号処理部８へ伝送する伝送部７と、地上に設置され、受信パルス信号を送信時の送信パルス信号の各周波数帯域に分離する信号処理を行う信号処理部８と、を備える。
【００１７】
ＳＡＲシステム１００では、地上に設置される信号処理部８を除く他の構成については航空機などに搭載され、移動しながら観測対象に送信パルス信号を照射、すなわち送信して観測を行う。
【００１８】
ＳＡＲシステム１００では、アジマス方向に開口部１１，１２，１３を設けたアンテナ部１と、送信器２１，２２，２３において連続した周波数帯域、かつ、異なる周波数帯域の送信パルス信号にアップコンバートする送信部２を備えており、受信時に開口部１１，１２，１３で受信パルス信号の位相中心ずれを起こすことなく、開口部１１，１２，１３から同時に複数の異なる周波数帯域で送信パルス信号を送信することを可能とする。
【００１９】
つづいて、ＳＡＲシステム１００の観測動作について説明する。まず、励振部４は、周知の発信器および変調器などを含み、アンテナ部１、送信部２、受信部６と共に図示しない送受信制御部の制御によって駆動され、連続した周波数帯域の送信パルス信号を発生する。
【００２０】
分配部３は、励振部４で発生された連続した周波数帯域の送信パルス信号を、連続した周波数帯域、かつ、異なる周波数帯域に３分割し、分割後の各送信パルス信号を、送信部２の各送信器２１，２２，２３へ出力する。
【００２１】
送信部２では、各送信器２１，２２，２３が、周知のアップコンバータおよび増幅器などを含み、分配部３から入力された分割後の送信パルス信号をアップコンバートし、各開口部１１，１２，１３へ出力することで、連続した周波数帯域、かつ、異なる周波数帯域の状態でアップコンバートした送信パルス信号をアンテナ部１へ出力する。
【００２２】
アンテナ部１では、各開口部１１，１２，１３が、接続する送信器２１，２２，２３から入力された送信パルス信号を送信することで、送信部２で異なる連続した周波数帯域にアップコンバートされた送信パルス信号を観測対象に向けて送信することができる。
【００２３】
また、アンテナ部１では、各開口部１１，１２，１３が、各開口部１１，１２，１３から送信した送信パルス信号の分割後の周波数帯域にかかわらず、アンテナ部１全体で送信した全ての周波数帯域について、送信パルス信号が送信された結果、観測対象で送信パルス信号が散乱された散乱波である受信パルス信号を受信する。
【００２４】
合成部５は、アンテナ部１の各開口部１１，１２，１３で受信された受信パルス信号を合成し、受信部６へ出力する。
【００２５】
受信部６は、送信パルス信号の周波数帯域ごとに合成部５で合成された受信パルス信号を記録する。
【００２６】
伝送部７は、受信部６で記録された受信パルス信号を信号処理部８に伝送する。
【００２７】
そして、信号処理部８は、受信パルス信号を図示しないアナログ周波数フィルタまたはディジタル周波数フィルタなどを使用して、各々の送信パルス信号の周波数帯域に分離する。これにより、ＳＡＲシステム１００では、送信パルス信号の周波数帯域ごとにマルチビームの特性を得ることができる。
【００２８】
アンテナ部１は、アジマス方向に分割した開口部１１，１２，１３を備えており、開口部毎の開口部中心の高さは等しいため、開口部毎の位相中心は同一となる。そのため、開口部毎の位相ずれの補正処理が不要となる。
【００２９】
図３は、アンテナ部１において送受信されるパルス信号の周波数帯域を示す概要図である。図３（ａ）は送信時の様子を示し、図３（ｂ）は受信時の様子を示している。ここでは、アンテナ部１から観測対象に向けて送信する送信パルス信号の全周波数帯域を周波数帯域Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３とし、周波数帯域Ｆ１，Ｆ２で周波数が連続しており、周波数帯域Ｆ２，Ｆ３で周波数が連続しているものとする。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、アンテナ部１では、開口部１１が、分配部３で周波数帯域Ｆ１に分割され、送信器２１経由で入力された周波数帯域Ｆ１の送信パルス信号を観測対象に向けて送信し、開口部１２が、分配部３で周波数帯域Ｆ２に分割され、送信器２２経由で入力された周波数帯域Ｆ２の送信パルス信号を観測対象に向けて送信し、開口部１３が、分配部３で周波数帯域Ｆ３に分割され、送信器２３経由で入力された周波数帯域Ｆ３の送信パルス信号を観測対象に向けて送信している。
【００３１】
また、図３（ｂ）に示すように、アンテナ部１では、全ての開口部１１，１２，１３において、周波数帯域Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３について観測対象で散乱された受信パルス信号を受信する。
【００３２】
図４は、アンテナ部１から送信される各周波数帯域の送信パルス信号の送信タイミングを示す概要図である。アンテナ部１において、開口部１１が周波数帯域Ｆ１の送信パルス信号を観測対象に向けて送信し、開口部１２が周波数帯域Ｆ２の送信パルス信号を観測対象に向けて送信し、開口部１３が周波数帯域Ｆ３の送信パルス信号を観測対象に向けて送信するタイミングは同時である。
【００３３】
このように、ＳＡＲシステム１００では、周波数帯域により開口部を制限してアジマスビーム幅を確保しつつ、全ての開口部から送信パルス信号を送信した場合と同等の送信電力の確保が同時にできる。
【００３４】
ＳＡＲシステム１００では、例えば、レンジ分解能ｄＸ、アジマス分解能ｄＹの画像を、重複なく送信周波数の分割数Ｎ分作成し、レンジ方向に全て合成することで、式（５）で示す高分解能画像Ｚを得ることができる。すなわち、送信する開口部を制限しているが、全開口部からの送信時と同等の分解能画像を得ることができる。
【００３５】
Ｚ＝（（ｄＸ／Ｎ）×ｄＹ）×Ｎ＝ｄＸ×ｄＹ      …（５）
【００３６】
ここで、図１に示すＳＡＲシステム１００のブロック図の各構成を実現するハードウェア構成について説明する。図５は、ＳＡＲシステム１００のハードウェア構成を示す図である。分配部３および励振部４は、プロセッサ３２がメモリ３３に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。また、信号処理部８は、分配部３および励振部４を実現するプロセッサ３２と異なるプロセッサ３２が、分配部３および励振部４を実現するメモリ３３と異なるメモリ３３に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。アンテナ部１、送信部２、合成部５、受信部６、および伝送部７は、通信部３１により実現される。通信部３１、プロセッサ３２およびメモリ３３は、システムバス３４により接続されている。ＳＡＲシステム１００では、複数のプロセッサ３２および複数のメモリ３３が連携して図１のブロック図に示す各構成の機能を実行してもよい。ＳＡＲシステム１００では、例えば、移動して測定する側と地上側の双方で、プロセッサ３２およびメモリ３３を備える。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＳＡＲシステム１００では、送信部２が、分配部３から分配された送信パルス信号を連続した周波数帯域、かつ、異なる周波数帯域の送信パルス信号にし、アンテナ部１が、送信部２から入力された送信パルス信号を、開口部毎の開口部中心の高さが等しくアジマス方向に複数設けられた開口部１１，１２，１３から観測対象へ同時送信し、また、観測対象で散乱された受信パルス信号を開口部１１，１２，１３で受信し、合成部５が、アンテナ部１の開口部１１，１２，１３で受信された受信パルス信号を合成し、信号処理部８で合成後の受信パルス信号の信号処理をすることとした。これにより、複数の開口部１１，１２，１３を備えつつ、各開口部１１，１２，１３において受信する受信パルス信号の位相中心ずれを起こすことなく、複数の開口部から同時に複数の周波数帯域で送信パルス信号を送信することができるため、ＳＡＲシステム１００では、アジマス分解能および観測幅を確保することができる。また、ＳＡＲシステム１００では、開口部毎の位相ずれの補正処理が不要となるため、信号処理部８の負荷を抑制でき、小型化、低コスト化が可能となる。
【００３８】
なお、ＳＡＲシステム１００では、アンテナ部１の替わりに、ディジタルアンテナを用いることも可能である。ＳＡＲシステム１００では、アナログ信号処理部と共にディジタル信号処理部も含み、フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子ごとの信号をＡ／Ｄ（Analog  to  Digital）変換してディジタル的に信号処理を行う、いわゆるディジタルビームフォーミング方式のディジタルアンテナを採用することにより、ディジタルアンテナで送信パルスを生成する。
【００３９】
また、送信信号のＤ／Ａ（Digital  to  Analog）変換および受信パルス信号のＡ／Ｄ変換についても、ディジタルアンテナで可能となる。すなわち、ディジタルアンテナに、前述の励振部４、分配部３、送信部２、合成部５、受信部６も含める。これにより、ＳＡＲシステム１００では、Ｈ／Ｗ（Hardware）構成を変更せずにアンテナ部１の開口部の分割数の変更が可能となる。また、励振部４、分配部３、送信部２、合成部５、受信部６を統合することで、ＳＡＲシステム１００の小型化を可能にする。
【００４０】
本明細書に示した様々なパラメータの具体的な数値は、具体例を提示することを目的としたものであり、本発明の開示はそれら具体的な数値を有するものに限定されるものではない。
【００４１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  アンテナ部、２  送信部、３  分配部、４  励振部、５  合成部、６  受信部、７  伝送部、８  信号処理部、１１，１２，１３  開口部、２１，２２，２３  送信器、３１  通信部、３２  プロセッサ、３３  メモリ、３４  システムバス、１００  ＳＡＲシステム。
【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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