(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の物体の上を移動し、レーダー装置を支持するプラットフォームを備え、前記レーダー装置は、１ＧＨｚ以下のレーダー周波数を用い、少なくとも１本のアンテナを通じて、バックプロジェクションおよびサブアパーチャに基づく合成開口技術（ＳＡＲ）によって前記多数の物体を再現し、
前記レーダー装置は、送信されたレーダーパルスのそれぞれから受信されたレーダーエコーのレーダー生データを記録する信号処理装置を備え、
前記プラットフォームは、前記レーダー生データを記録する間に実質上一様な直線運動を行うとともに、使用される前記少なくとも１本のアンテナの位置を記録または計算し、
前記信号処理装置は、前記レーダー生データをバックプロジェクションすることによって、２つのイメージ座標の関数として二次元のＳＡＲイメージを計算し、
前記バックプロジェクションは、合成開口の全長を複数のサブアパーチャに分割し、前記サブアパーチャ毎に部分積分することによってサブイメージを計算し、さらに前記サブイメージを加え合わせることによって、前記二次元のＳＡＲイメージを得るようになされ、
前記二次元のＳＡＲイメージの計算が、前記サブアパーチャの長さを次第に増大させ、それに対応してサブイメージを次第に縮小させることによって、前記バックプロジェクションの解像度のレベルを段階的に上げるとともに、１の解像度のレベルにおける前記サブアパーチャに関する前記レーダー生データを、すぐ下の解像度のレベルにおける前記サブアパーチャに関する前記レーダー生データにのみ基づいて計算する階層的計算スキームにおいて実行されるレーダーシステムにおいて、
前記二次元のＳＡＲイメージの計算が、さらに、前記物体および前記プラットフォーム間の相対速度パラメータを調節することを含み、それによって、特定のイメージ座標を有する物体の各レーダーエコーが、前記相対速度パラメータの値に対する望ましい信号の望ましくない信号に対する比が最大となるように再現されることを特徴とするレーダーシステム。
【請求項２】
Ｎ×Ｎ個のピクセルから構成され、少なくともＮ個のレーダーパルスおよび各レーダーパルスに対する少なくともＮ個のレンジサンプルから出発して導出され、共通のサンプル間隔に対して前処理されたイメージに対し、
最も高い解像度が得られるまで、次の（i）〜（ii）のステップが繰り返されることを特徴とする請求項１に記載のレーダーシステム。
（i）開口合成処理を、まず、Ｋ１個のレーダーパルスに基づくサブアパーチャについて実行し、前記サブアパーチャはそれぞれ分解セルにわたる一定のレーダー振幅を伴う低解像度のイメージを与える。ここで、前記分解セルのそれぞれが、達成されるべき最も高い解像度のＮ／Ｋ１×Ｎ個のピクセルから構成されるようにする。
（ii）低解像度の各分解セルの反射率がＮ／Ｋ１次元ベクトルからなるとともに、各ベクトル要素はサブアパーチャの反射率である、という事実を用い、さらに、レーダーデータとして前記ベクトル要素を用いて、Ｋ２個の要素を、より長いサブアパーチャ内に結合することによって、最も高い解像度のＮ／（Ｋ１Ｋ２）×Ｎ個のピクセルにわたる一定のレーダー振幅を伴う、より高い解像度のイメージを生成する。
【請求項３】
前記プラットフォーム上の少なくとも２本のアンテナからの信号が線形結合され、それによって、静止した物体が除去されるとともに、運動する物体が検出されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダーシステム。
【請求項４】
前記信号処理装置は、前記二次元のＳＡＲイメージの計算の間に、静止した物体の除去並びに運動する物体の検出が解像度の各レベルでなされる階層的計算スキームにおいて、レーダー生データをバックプロジェクションすることを特徴とする請求項３に記載のレーダーシステム。
【請求項５】
前記プラットフォーム上の少なくとも３本のアンテナが用いられ、前記少なくとも３本のアンテナのうちの少なくとも２本からの信号が線形結合されることによって、運動する物体の方位が、前記少なくとも３本のアンテナによって記録されたＳＡＲイメージ間のレンジ差に基づいて検出されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のレーダーシステム。
【請求項６】
前記プラットフォーム上の少なくとも２本のアンテナからの信号が線形結合されることによって、運動する物体の方位が、異なるアンテナからのＳＡＲイメージ間のレンジ差に基づいて決定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダーシステム。
【請求項７】
前記信号処理装置は、前記二次元のＳＡＲイメージの計算の間に、運動する物体の方位が解像度の各レベルで決定される階層的計算スキームにおいて、レーダー生データをバックプロジェクションすることを特徴とする請求項６に記載のレーダーシステム。
【請求項８】
少なくとも２つの周波数ステップに分割されるパルスシーケンスを送信し、異なる周波数ステップの間に、異なるタイプの測定と、運動する物体の検出と、方位の決定と、干渉の消去とが実行され、各周波数ステップに対して、ドップラー信号のサンプリングに対するナイキスト判定基準が維持されるという条件下において、アンテナチャンネル数およびそれに対応するアンテナチャンネル毎のバンド幅の割り当てが最適化され、それによって、周波数ステップの個数が最少化されることを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれかに記載のレーダーシステム。
【請求項９】
前記アンテナは、前記プラットフォームの前側または後側において、並進対称性を有するように配置されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載のレーダーシステム。
【請求項１０】
前記アンテナシステムは、ブーム内に連続的に配置された５本のブロードバンドレーダーアンテナからなり、前記５本のアンテナのうち最も外側の２本のアンテナは送信エレメントとして機能し、内側の３本のアンテナは受信エレメントとして機能することを特徴とする請求項９に記載のレーダーシステム。
【請求項１１】
３５０ＭＨｚ＜Ｘ＜５５０ＭＨｚとして、一方が周波数レンジ２００〜ＸＭＨｚ、他方がＸ〜８００ＭＨｚであるような２本のアンテナシステムが用いられることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のレーダーシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ＳＡＲレーダーシステムに関するものである。このシステムは、合成開口（synthetic aperture）を備えた低周波数レーダー（ＳＡＲ）を用いて、運動する物体を検出することを可能にする。重要な応用は、飛行中のプラットフォームから森林植物内に隠された運動する物体を検出することにある。このような状況においては、光、赤外線および超音波の照射線は、かかる検出の実行が不可能となるような程度にまで妨害される。
【０００２】
ＳＡＲは、二次元の高分解能地上マッピングに対する既知の技術である。航空機または人工衛星のようなプラットフォームは、名目上の直線径路に沿って運動し、アンテナによって広い地上領域を照射する。地上からの反射信号が、アンテナによって受信され、直線径路に沿って記録される。信号処理によって、高分解能がこの直線径路に沿って、また、この径路に交差する方向に沿って達成される。このための条件は、アンテナの位置が既知でありまたは波長の一部分の範囲内で計算可能であり、かつ送信され、反射されたレーダー信号の相対振幅および位相が知られるということである。さらに、地上は、航空機が通過するとき、不変に保たれていなければならない。ＳＡＲによってもたらされ得る最適の幾何学的分解能は、中心周波数および送信信号のバンド幅およびアパーチャ角度によって決定され、地上の領域は、直線径路に沿って、アンテナによってこれらのパラメーターにわたって照射される。
【０００３】
ＳＡＲ技術は、３ｍｍ〜１５ｍの波長に対応する約２０ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの非常に広い周波数範囲において適用される。この周波数の選択は、主としてどの地上構造が再現され得るべきかを決定する。なぜなら、後方散乱された反射信号は、とりわけ、そのスケールが波長の大きさであるような構造によって影響を受けるからである。さらに、波長は、種々の地上の層に対する透過能力を決定し、すなわち、波の透過能力は周波数が減少するとともに、増大する。たとえば、植物に関して、減衰は、１０ＭＨｚ以下の周波数に対しては小さいが、１ＧＨｚ以上の周波数に対しては大きくなる。すなわち、植物を透過する能力は、周波数が増大するとともに次第に減少し、よって、植物中に隠された物体を検出するための現実的な限界は約１ＧＨｚである。以下では、この１ＧＨｚ以下で動作するＳＡＲシステムを低周波数システム、１ＧＨｚ以上で動作するＳＡＲシステムを高周波数システムと呼ぶ。
【０００４】
スウェーデン特許８４０６００７−８（４５６，１１７）および対応するＰＣＴ国際出願ＳＥ８５／００４９０、およびスウェーデン特許出願９５０３２７５−１および対応するＰＣＴ国際出願ＳＥ９６／０１１６４、並びにそれに続く米国特許４，８６６，４４６および４，９６５，５８２は、低周波数二次元ブロードバンドＳＡＲイメージ化処理について記載しており、これらの文献はここに参考文献として組み込まれる。また、ここに参考文献として組み込まれるスウェーデン特許出願９６０２５９４−５は、コンピュータトモグラフィーにおける関連する方法を記載している。
【０００５】
森林内の静止した物体は、低周波数ＳＡＲ、すなわち０．３〜１５ｍの範囲の波長によって検出され得る。低周波数は、ほとんど減衰することなく植物の層内を透過し、木々の粗い構造からの弱い後方散乱を引き起こすだけである、という特性を有している。すなわち、静止した自動車のような静止した物体は、また、波長サイズの分解能を与えるＳＡＲ技術を低周波数に結合せしめることによって、深い森林内においても検出され得る。このことは、ここ数年来の複数の実験において科学的に実証されてきた。
【０００６】
上で述べたように、低周波数ＳＡＲは、運動する物体を検出することができない。ＳＡＲの高分解能は、長い時間積分を要する信号を用いるようなイメージ化処理によって生じる。検出のための十分に高い分解能を可能とするため、レーダーは、物体の間隔と同程度の長さの間隔に沿って物体を観測しなければならない。この間隔は、２０ｋｍとなり得るものであり、すなわち、典型的な飛行速度に対して、時間の長さは約１００秒となる。この時間の間に、物体は、波長の一部分の範囲内で、すなわち、１ｍの範囲内で静止していなければならない。この事実は、運動するカモフラージュされた物体を、この技術を用いることによって検出することを不可能にしている。実際は、物体の速度は、静止しているものとみなされる物体に対して約０．１ｍ／秒以下でなければならない。
【０００７】
よく知られているように、高周波数ＳＡＲ技術は、狭いローブアンテナのアレイを用いることによって、運動する物体を検出し、再現するように改良され得る。アンテナローブが平行に移動せしめられるようにアンテナを配置することによって、信号処理を用いて、静止した物体から導き出されるレーダー信号に対するすべての影響を本質的に除去することが可能である。このＧＭＴＩ機能（ground moving target indication）は、本質的に２つの異なる方法で実行され得る。
【０００８】
最初の方法は、ＤＰＣＡ（displaced phase centre antenna）と呼ばれ、２本の平行に変位させられたアンテナエレメントからの信号から、静止した物体を除去するために用いられる。この方法は、すべての静止した物体からのそれぞれ前側および後側のエレメントにおける信号が、エレメントの間隔と同じ距離運動するプラットフォームに対応する時間間隔が経過した後、繰り返されるという事実を用いる。時間的な遅れの後、静止した物体からの信号は、こうして、引き算によって除去され得る。この方法の欠点は、較正された時間不変なレーダーシステムが必要とされることにある。ＤＰＣＡに伴うさらに別の問題は、ブラインド速度が発生し、そのためにまた、運動する物体が静止しているように見えるという点にある。この理由は、信号間の位相変化が、２π倍されたときに、消失が生じることにある。実際、これは最大アンテナ間隔に対する要請を含んでおり、そしてそれは、検出可能な最小動径方向速度に影響を及ぼす。
【０００９】
第２の方法は、ＳＴＡＰ（space-time-adaptive filtering）と呼ばれ、アレイアンテナ中における異なるエレメントに対する時間信号の分散性に基づいている。それぞれ静止した物体および運動する物体に対する分散行列は相違しており、信号を時空にわたって線形結合することによって用いられ、それによって、望まれた信号の望まれない信号に対する比が最大となる。実際、分散行列は、望まれない信号のランダムサンプリングによって計算され、そしてそれは、望まれた信号のモデルと一緒になって適応信号調節時空フィルター（adaptive signal-adjusted space-time filter）を形成する。ＳＴＡＰ技術は、ＤＰＣＡ技術と同様、静止した物体の除去という制限を受けない。本質的に、すべての形態の望まれない信号は、もし、分散行列が計算されることができ、かつそれが望まれた信号と異なっているならば、同様の方法で処理され得る。例えば、内包的なまたは内包的でない干渉信号が、同様の方法によって除去され得る。
【００１０】
本発明が解決しようとする基本的な問題は、森林植物を貫通する信号を生成し、それと同時に運動する物体の検出を可能とするために、低周波数ＳＡＲ技術と運動する物体を検出する技術（ＧＭＴＩ）とを如何にして結合させるか、ということにある。この問題は、とりわけ、飛行中のプラットフォームに高周波数の狭いローブレーダーアンテナと同程度の高指向性を有する低周波数の十分大きなレーダーアンテナを設けることによって、ＧＭＴＩ機能を備えた高周波数ＳＡＲに対する上述のような方法を用いることが現実的に困難なことにある。プラットフォームのようなボード上の制限された物理的空間は、本質的に低周波数レーダーアンテナが、全方向性を有し、低い指向性しか有していない、ということを意味する。指向性の欠如は、ＧＭＴＩ機能を備えた低周波数ＳＡＲに対する２つの重要な結果をもたらす。そしてそれは、従来の方法が用いられ得ない、ということを意味する。
【００１１】
まず、指向性の欠如は、ＧＭＴＩ機能に対する最適の性能を与えるという重要な問題を意味する。実際、後者は、複数のエレメントの方向感度ができるだけ同等となることを要求し、そのため、指向性が低い場合には、これを達成することは困難である。その理由は、アンテナエレメントが、電磁気的にプラットフォームに接続され、それによって方向感度が変化する、ということにある。したがって、方向感度は、プラットフォーム上におけるアンテナエレメントの正確な位置によって変化せしめられ、そして、アンテナエレメントは、上述したＧＭＴＩ方法を不十分なものとする異なる指向性を有する。このため、本発明によれば、アンテナエレメントがプラットフォームの前側において、並進対称性を有するように設けられる。
【００１２】
第２に、指向性の欠如は、高い信号感度および幾何学的解像度が、長時間にわたるレーダーデータの最適のコヒーレント信号処理を必要とするということを意味する。信号の積分は、大きなアパーチャ角度にわたって照射された物体に対応する。このアパーチャ角度は、事実上非常に大きく、そのため、ＧＭＴＩ機能を備えた高周波数ＳＡＲにおいて運動する物体に対して使用される信号処理方法は、適用され得ない。全く同様の理由で、低周波数ＳＡＲにおける静止した物体の信号処理は、高周波数ＳＡＲにおいて使用されるものとは異なっている。
【００１３】
低周波数のレーダー反射は、関数ｆ（ｔ，ｒ）によって記述され得る。ここで、時間ｔは（ＧＰＳおよび／またはプラットフォームの慣性航法システムから得られた）レーダーアンテナの位置をパラメーター化したものであり、また、ｒはレーダーアンテナからのレンジを示す。この場合、方位情報はレーダーデータにおいては使用不能であることに留意されなければならない。低周波数レーダーデータにおける静止した物体のレーダー処理は、バックプロジェクション法を用いてｆ（ｔ，ｒ）を円筒座標系ｘ，ρにおける二次元のＳＡＲイメージｇ（ｘ，ρ）に変換する。ここで、ｘは径路に沿った方位距離を示し、ρは径路から遠ざかる垂直な距離を示す。もし、地上の地形が知られているならば、位置はその飛行径路に沿った鏡像を除いて明確なものとなる。しかしながら、後者は、アンナテシステムの、弱いが、この場合依然として十分な方向性を用いることによって、識別され得る。こうして、物体の位置は、円筒（レンジシリンダー）および２つの表面の間の交差として得られる。このとき、２つの表面の一方は、円筒軸に垂直な部分面（方位平面）であり、他方は、地上を表している（図１参照）。三次元的な再現は、地上表面のトポグラフィーの知識なしには不可能であることに留意されたい。というのは、レーダーデータにおいては、第３の円筒座標および直線径路に垂直な部分平面における角度に関する情報が存在しないからである。このような再現は、スウェーデン特許出願９７０２３３１−１および対応するＰＣＴ国際出願ＳＥ／９８／０１１４７に記載された方法に従って、複数の直線径路または曲線の平行径路を用いることによって与えられ得る。ここに、これら２つの文献が参考文献として組み入れられる。
【００１４】
低周波数ＳＡＲとは対照的に、高周波数レーダーデータは、ｆ（ｔ，ｒ）における時間変分を近似し、狭いアンテナローブに対してのみ適用可能な方法によって処理される。この方法は、時間および／またはフーリエ平面両方において公式化され得る。これらの方法において、特に直線径路からそれるプラットフォームの運動は、角度に依存しないレンジ補正によって近似的に補正される。後者の近似は、狭い角度セクターの範囲内で適用可能であり、したがって、狭いアンテナローブの場合に適用され得る。また、同様の方法が、アンテナローブが制御可能な場合、いわゆるスポットライトＳＡＲの場合に適用される。この場合、レンジ補正は、アンテナローブの向きに依存して変化するが、アンテナローブの範囲内では等しく、すなわち、近似的である。高周波数の方法に関する別のよく知られた近似は、ｆ（ｔ，ｒ）の時間または周波数変分の級数展開である。典型的には、級数展開は、二次または三次の項を含むように用いられる。また、これらの近似は、狭い角度セクターを必要とする。
【００１５】
低周波数レーダーデータの信号処理のために、バックプロジェクション法は、高周波数の方法に優る幾つかの重要な長所を有している。一方では、運動の一般的な補正が、アルゴリズム内に導入され、同時に、すべての角度およびすべてのイメージ点に対して適用可能である。他方、レーダー生データは、近似を用いることなく、ＳＡＲイメージに変換される。最後に、計算に際しての目盛りの要求は、フーリエ変換に基づく方法の場合と比較して、劇的に減少する。
【００１６】
低周波数ＳＡＲを用いた森林中の静止した物体の検出は、バックグラウンドから物体を識別するための最適の幾何学的解像度を必要とする。もちろん、これは大きな部分バンド幅を備えたＳＡＲをもたらす。最適の解像度を達成することは別として、また、スペックル効果から生じるバックグラウンドの統計的な揺らぎが減じられる。スペックル効果は、解像度が波長（微小な部分的なバンド幅）よりもはるかに大きく、複数の散乱因子を含んでいるような場合に生じる。散乱因子によって後方散乱された波は、互いに干渉し、それによって生じた反射信号は、分解セルに対する観測角度にかなり依存する。通常、分解セルは、多くの独立的な散乱因子を含んでおり、それによって、異なる分解セル間におけるランダムな振幅および位相（いわゆるスペックル）を生じさせる。
【００１７】
低周波数ＳＡＲを用いることによる森林中の運動する物体の検出は、スペックルパターンが、もし同一の測定幾何学が繰り返されるならば、正確に再現され得るという事実に基づいている。アンテナエレメントを並進対称性を有するように設けることによって、バックグラウンドを含むすべての静止した物体は、プラットフォームの速度によって分割されたアンテナエレメントの相互距離に対応する時間遅延を除いて、この要件を満足する。これはスペックルパターンが一様であり、ＧＭＴＩ機能を用いることによって除去され得ることを意味する。したがって、運動する物体を検出するための大きな部分的バンド幅を備えることは必要ではなく、このことは、かなり微小なバンド幅を用いることによって達成され得る。バンド幅に関する要件は、その代わり、物体の測定、すなわち異なる物体の識別およびそれらそれぞれの位置の測定に関する望まれた程度の詳細によって決定される。このとき、アンテナエレメントに対する測定幾何学が、プラットフォームの速度ベクトルがエレメントの接続ラインと平行になる場合にだけ、正確に繰り返される、ということに留意されたい。実際これは、必ずしも実情には沿わない。しかしながら、この方法は、このような逸脱に対しても、依然として正しい結果をもたらす。なぜなら、もしバンド幅が十分であるならば、スペックルパターンはゆっくりと変化するだけだからである。原理的に、これは、アンテナエレメントを並進対称性を有するように設けることは、必ずしも必要ではないが、ＧＭＴＩ機能の最適の性能をもたらすための長所である、ということを意味する。
【００１８】
高周波数ＳＡＲに対し、スペックルパターン、そしてそれによって、ＧＭＴＩ機能の性能は、例えば、風によって引き起こされる葉や枝の微小な動きによって影響を受ける。分解セルの範囲内において、相対的な幾何学、それによって、後方散乱された波の間の干渉が変化する。この事実はまた、低速で運動する物体を検出することに関する問題を含んでいる。なぜなら、この場合、バックグラウンドはまた、ＧＭＴＩ機能によって運動する物体と認識されるからである。
【００１９】
運動する物体および静止した物体の両方を検出することができる低周波数ＳＡＲ技術を発展させることが望ましい。しかしながら、上述の議論によれば、バンド幅に関する要件は、静止した物体に対してもまた、運動する物体に対しても、厳格なものとはならない。運動する物体の検出は、微小なバンド幅を用いて実行され得るので、スキャニング能力は増大し得る。というのは、それは幾何学的解像度に直接比例するからである。他方、運動する物体の完全な測定は、多数のアンテナエレメント、すなわち、多数の信号チャンネルを必要とし、そして、これはスキャニング能力を低下させる。すなわち、問題は、バンド幅およびモード間のアンテナチャンネルに関する要件の適切な適用に関する信号パターンの出現にある。この点に関しては、明細書の最後の項目５以下を参照されたい。
【００２０】
上述した点に鑑みれば、もし、ＳＡＲ技術が改善されることによって、運動する物体が低周波数ＳＡＲレーダーを用いて検出され、かつ再現され得るようになれば、非常に大きな発展となる。こうして、静止した物体並びに運動する物体は発見され、そして測定される。本発明の目的は、この問題を解決することにあり、この問題は、この明細書に添付の請求の範囲の独立請求項に記載された本発明の特徴によって解決される。本発明の適当な実施例が、残りの請求項に記載される。
【００２１】
次に、本発明が、添付図面を参照してより詳細に説明される。
【００２２】
本発明の原理は、次の４つのステップからなる、１）バックグラウンドを含む静止した物体のすべての除去、２）運動する物体の検出、３）物体の方位を計算することによる位置および速度の決定、４）認識。静止した物体および運動する物体に関する瞬間的な機能を達成するため、また、第５番目のステップが導入される。
【００２３】
この第５番目のステップが以下に説明され、本質的に最適のレーダー機能を達成するために要求される。しかしながら、特定の状況に依存して、ステップ１、３、４または５のうちの１つまたはそれ以上が、除外され得るが、この方法は、依然として満足のいく最終結果をもたらす。例えば、ステップ１は、静止したバックグラウンドが、低いレーダー断面積を有しているような場合、例えば、海上における船舶の検出、または平原上における自動車の検出の場合、除外され得る。ときどき、検出だけがレーダー機能にとって十分な場合があり、このときには、ステップ３および４が除外され得る。
【００２４】
本発明の基本的実施例は、多数の物体上を運動するプラットフォームからなるレーダーシステムに関係する。物体の数は、非常に多く、そして物体は、例えば、地上表面の形態で出現し得る。プラットフォームは、１ＧＨｚ以下のレーダー周波数を用い、少なくとも１本のアンテナを通じて、バックプロジェクションおよびサブアパーチャに基づく合成開口技術（ＳＡＲ）によって、それらの物体をイメージ化するレーダー装置を支持している。
【００２５】
レーダー装置は、送信されたレーダーパルスのそれぞれから受信されたレーダーエコーのレーダー生データを記録する信号処理装置を備えている。
プラットフォームは、レーダー生データを記録する間に実質上一様な直線運動を行うとともに、使用される前記少なくとも１本のアンテナの位置を記録または計算する。
信号処理装置は、レーダー生データをバックプロジェクションすることによって、２つのイメージ座標の関数として二次元のＳＡＲイメージを計算する。
【００２６】
バックプロジェクションは、合成開口の全長を複数のサブアパーチャに分割し、サブアパーチャ毎に部分積分することによってサブイメージを計算し、さらにサブイメージを加え合わせることによって、二次元のＳＡＲイメージを得るようになされる。二次元のＳＡＲイメージの計算が、サブアパーチャの長さを次第に増大させ、それに対応してサブイメージを次第に縮小させることによって、バックプロジェクションの解像度のレベルを段階的に上げるとともに、１の解像度のレベルにおける前記サブアパーチャに関する前記レーダー生データを、すぐ下の解像度のレベルにおける前記サブアパーチャに関する前記レーダー生データにのみ基づいて計算する階層的計算スキームにおいて実行される。
二次元のＳＡＲイメージの計算が、さらに、物体およびプラットフォーム間の相対速度パラメータを調節することを含み、それによって、特定のイメージ座標を有する物体の各レーダーエコーが、相対速度パラメータの値に対する望ましい信号の望ましくない信号に対する比が最大となるように再現される。
【００２８】
少なくともＮ個のレーダーパルスおよび各レーダーパルスに対する少なくともＮ個のレンジサンプルから出発して導出され、共通のサンプルスペースに対して予め処理されたＮ×Ｎ個のピクセルからなるイメージに対して、このことが実行され、その結果、合成開口処理は、まず最初、Ｋ１個のレーダーパルスに基づくサブアパーチャに関して生じ、達成されるべき高い解像度のＮ／Ｋ１×Ｎ個のピクセルからなる、分解セルにわたる一定のレーダー振幅を伴った低解像度のイメージを与える。
【００２９】
その後、低解像度での各分解セルの反射率が、Ｎ／Ｋ１次元ベクトルからなる、という事実が用いられ、各ベクトル要素は、サブアパーチャの反射率となる。なぜなら、複数のアパーチャは、低分解能では、同一の分解セルの反射率値を与え、ベクトル要素は、より高い解像度のイメージを生成するためのグループ内のＫ２個のアパーチャを、最も高い解像度をもつピクセルのＮ／（Ｋ１Ｋ２）×Ｎ個にわたる一定のレーダー振幅に結合させるためのレーダーデータとして用いられるからである。最後に、このプロセスは、最も高い解像度が達成されるまで繰り返される。
【００３０】
プラットフォーム上の少なくとも２本のアンテナからの信号を線形結合することによって、静止した物体が除去され、運動する物体が検出され得る。静止した物体の除去および運動する物体の検出は、階層的計算スキームの解像度の各レベルにおいて適当に実行され得る。
【００３１】
プラットフォーム上の少なくとも２本のアンテナからの信号を線形結合することによって、運動する物体の方位を、異なるアンテナによって記録されたＳＡＲイメージの間のレンジ差を用いることによって決定することがまた可能である。運動する物体の方位の決定は、一般化された階層的計算スキームの解像度のレベル毎に、適当に実行され得る。
【００３２】
少なくとも３本のアンテナが使用される場合には、静止した物体の除去および運動する物体の検出のための少なくとも２本のアンテナと、運動する物体の方位を決定するための少なくとも２本のアンテナを、線形結合することが可能である。少なくとも４本のアンテナが使用される場合には、干渉信号を従来の方法によって除去することが可能である。
【００３３】
アンテナは、適当にプラットフォームの前側または後側において、並進対称性を有するように設けられ得る。アンテナシステムの適当な具体的実施例では、アンテナシステムは、ブーム内に連続して配置された５本のブロードバンドレーダーアンテナを備え、そのうちの最も外側の２本のアンテナは、送信エレメントとして使用され、内側の３本のアンテナは、受信エレメントとして使用される。
【００３４】
３５０ＭＨｚ＜Ｘ＜５５０ＭＨｚとして、一方が２００〜ＸＭＨｚの周波数レンジをカバーし、他方がＸ〜８００ＭＨｚの周波数レンジをカバーする２本のアンテナシステムを用いることが可能である。
【００３５】
本発明の好ましい実施例では、レーダーシステムは、少なくとも２つの周波数ステップに分割されたパルスシーケスを送信する。数種類のタイプの基本ＳＡＲイメージング処理、運動する物体の検出、方位の決定および干渉の除去のような異なるタイプの測定が、異なる周波数ステップの間に実行され、信号処理装置は、周波数ステップ毎に、ドップラー信号のサンプリングに対するナイキスト判定基準が維持され、かつ測定のタイプ毎に望まれた全バンド幅をカバーすべく、周波数ステップの数を最少にするという、第２の条件の下にアンテナチャンネルの数およびアンテナチャンネル毎のバンド幅の割り当てを最適化する。本発明が、上述の４つのステップに関連付けられた項目の下に、以下においてより詳細に説明される。
【００３６】
１）静止した物体の除去（クラッター消去）
全く同一の方向感度を有しているが、プラットフォームの地上に対する速度ベクトルに沿って距離をあけて配置された、２本のアンテナエレメントを備えた低周波数レーダーを考える。さらに、バックグラウンドを含む再現された物体は、静止しているものと仮定しよう。この理想的な状況において、前側のエレメントからの応答は、相対速度ｖによって分割された距離ｄで与えられる時間遅延の後、後側のエレメントによって繰り返される。すなわち、
【００３７】
【数１】
0004917206.tif 000002
【００３８】
が成立する。
【００３９】
図２に示されるように、前側のアンテナエレメントからの信号を時間遅延させ、後側のアンテナエレメントからの信号だけ差し引くことによって、静止した物体のすべての信号が除去される。
【００４０】
信号消去の原理は、単純ではあるが、実際に直接適用することはできない。この理由は、２本のアンテナエレメントからの信号は、同一ではなく、幾つかの理由から互いに相違しているからである。まず第１に、大抵の場合、速度ベクトルは、エレメント間の接続ラインからそれており、その結果、スペックルパターンが変化する。さらには、突然の動きとは無関係に、航空機の縦軸は横風に依存する安定条件下において、飛行径路からそれる。第２に、アンテナの方向感度は、実際は同一ではなく、異なる周波数および方向に対して、異なる方法で信号をゆがめる。第３に、（アンテナ間隔に相当する）時間遅延は、時刻ｔに対するサンプル距離を規定するパルス繰り返し時間の積となることが保証されていない。
【００４１】
これらの理由によって、アンテナ信号の少なくとも部分的なＳＡＲ処理は、クラッター消去に先行して実行されなければならない。こうして、幾何学的分解能は、パルス圧縮ブロードバンド再構築およびバックプロジェクションの後に増大し、信号間の相関を増大させる。なぜなら、スペックルパターンは、より安定するからである。加えて、アンテナエレメントの方向感度差が補正され得る。
【００４２】
反転の後、第１エレメントからのＳＡＲイメージｇ１（ｘ，ρ）、および第２エレメントからのＳＡＲイメージｇ２（ｘ，ρ）が得られる。ここで、ｘおよびρは、地上の円筒座標を表し、各エレメントの径路は、〔ｘ１（ｔ），ｙ１（ｔ），ｚ１（ｔ）〕および〔ｘ２（ｔ），ｙ２（ｔ），ｚ２（ｔ）〕＝〔ｘ１（ｔ）−ｄＸ，ｙ１（ｔ）−ｄｙ，ｚ１（ｔ）−ｄｚ〕によって与えられ、
【００４３】
【数２】
0004917206.tif 000003
【００４４】
すなわち、この場合は、２本のエレメントが、相互の直線径路に沿っておよびこれに交差して、間隔をあけて配置されている場合に相当する。横方向の間隔によって、２本のエレメントは、干渉系の透過物を形成する。後者は、スペックルパターンが、地上から視認される横方向におけるエレメントの角度間隔の部分的なバンド幅に対する比に比例して変換する、という性質を有している。高い一様性を維持するため、次の関係式が満たされなければならない。
【００４５】
【数３】
0004917206.tif 000004
【００４６】
これは、例えば、部分的なバンド幅Ｂ／ｆｃは、約０．０１またはそれ以上となるべきであり、それによって、地上の数ｋｍの距離で約１ｍの横方向のずれを許容しなければならない、ということを意味する。他方、スペックルパターンは、並進運動からそれる縦方向における間隔によって影響を受けない。以下では、部分的なバンド幅が、上述の要件を満たしていることによってスペックルパターンは、静止した物体に対して同一であるものとみなされるものと仮定する。
【００４７】
また、運動する物体は、ＳＡＲイメージに対して本質的に同様のやり方で寄与する。すなわち、もしそれらが急激に加速されず、速度ベクトルが時間遅延ｄｘ／ｖの間に十分に変換するならば、純粋な並進運動を伴って寄与する。静止した物体と運動する物体との間の差異は、したがって、異なるイメージ間の並進運動においてのみ生じる。これは、ＳＡＲ反転が、物体の焦点合わせを実行するかしないかにかかわらず、真実である。なぜなら、信号は共に同程度まで影響を及ぼされるからである。
【００４８】
上述のようにまた、アンテナエレメントの方向感度差に対する補正が導入されなければならない。それ故、実際、これらの補正は、周波数に対してだけでなく、方向に対しても調節されなければならない。そしてそれは、十分な方向分解能が達成されたとき、ＳＡＲ反転に部分的に適当に導入される。アンテナ補正は、直線径路からのずれに対する補正と同様のタイプの補正からなり、したがって、同じ原理を用いてＳＡＲ反転に導入され得る。
【００４９】
これらの補正がなされた後、静止した物体の除去が、
【００５０】
【数４】
0004917206.tif 000005
【００５１】
に従った引き算によって実行され得る。
【００５２】
信号間の並進運動は、イメージ内におけるピクセル距離の積となる必要はない。十分な高精度を伴ったイメージの補間が、空間平面またはフーリエ平面のいずれかにおいて実行され得る。フーリエ平面において、これは線形位相関数による乗算によって実行され、また、空間平面においては、対応する補間係数、すなわちテーパード・シンク関数を用いて実行される。
【００５３】
このパラグラフ中における原理は、低アンテナ指向性を有するレーダーシステムに対するＤＰＣＡ技術の一般化である。これらの原理は、安定なかつ較正されたＳＡＲを必要とし、運動する物体の消去のみを達成する。したがって、ＳＴＡＰ技術を低アンテナ指向性を有するレーダーシステムに対して一般化し、よって例えば、無線ジャミング送信のような消去されるべき別のタイプの信号を導入することが可能である。
【００５４】
２）運動する物体の検出
一般に、検出性能は、レーダー信号の信号ノイズ比（ＳＮＲ）に直接依存する。クラッター消去を用いることによって、上述のように、運動する物体のＳＮＲは、消去された静止した物体によって著しく改善される。しかしながら、これは、検出に対して十分ではなく、信号の積分が伴われなければならない。しかしながら、ＳＡＲ反転に対する既知の方法の直接の適用は、満足のいく方法で焦点を合わせられた運動する物体を生じさせることはない。焦点合わせの精度の低下は、信号ノイズ比を減少させ、よって、検出能力をまた低下させる。焦点合わせのレベルは、アパーチャ角度とともに増大し、そしてそれは、低周波数ＳＡＲの性能を著しく低下させる。したがって、検出能力は、クラッター消去の後においても、最適なものではない。なぜなら、信号は、多数個の分解セルにわたって広がっているからである。それ故、検出は、運動する物体の考えられ得る種々の運動パターンに対して、ＳＡＲ反転をシステマティックに適用することによって実行されなければならず、その結果、信号エネルギーは、最大個数の分解セル上に集められ、よって、信号ノイズ比を最大にする。
【００５５】
静止した物体のＳＡＲ反転の原理は、以下のようにして、運動する物体に対して一般化され得る。まず最初、地上に静止した物体が、存在するような単純化された場合を考え、
【００５６】
【数５】
0004917206.tif 000006
【００５７】
円筒座標における位置（ｘ０，ρ０）をもつ物体は、このとき、レーダー生データｆ（ｔ，ｘ）においてレンジ方程式
【００５８】
【数６】
0004917206.tif 000007
【００５９】
に従って双曲線を伴う。
【００６０】
したがって、正確なＳＡＲ反転ｇ（ｘ，ρ）は、バックプロジェクション原理に従って、積分変換
【００６１】
【数７】
0004917206.tif 000008
【００６２】
を用いてレーダー生データｆ（ｔ，ｒ）から得られる。
【００６３】
この変換の後、ＳＡＲイメージは、幾何学的分解能を改善するためにフィルターをかけられなければならない。さもなければ、分解能は、とりわけ、バックプロジェクション変換、アンテナの周波数および方向感度および他の必要なフィルター機能によって引き起こされた、伝送関数のスペクトル振幅における歪みによって低下する。この場合、それぞれの位置（ｘ０，ρ０）は、一義的なレンジ方程式を有し、バックプロジェクションは、それぞれＳＡＲイメージ中における一点として双曲線のようなものを明確に再現する、ということに留意されなければならない。各点におけるＳＡＲイメージの強度は、この位置における物体の確立に関する測度を与える。しかしながら、上述のように複数の地上物体は、地上のトポグラフィーによって同一の位置（ｘ０，ρ０）を与え得る。
【００６４】
正確ＳＡＲ反転は、直線径路に沿った変化し得る速度に適用するために書き換えられ得る。しかしながら、実際は、直線径路からのずれが処理されなければならず、そしてそれは地上のトポグラフィーに対する補正をもたらす。この場合に対する式（５）の一般化は、
【００６５】
【数８】
0004917206.tif 000009
【００６６】
によって与えられる。
【００６７】
次に、レーダー生データがまた、移動する物体を含んでいると仮定しよう。バックプロジェクションの後、これらの物体は、一点に焦点を合わせられず、ＳＡＲイメージにおける不確定性を生じさせる。原則として、運動する物体はまた、もし、
【００６８】
【数９】
0004917206.tif 000010
【００６９】
バックプロジェクションを用いることによって焦点を合わせられ得る。
【００７０】
異なる地上速度に対するＳＡＲ反転を実行することによって、運動する物体は焦点を合わせられる。それにもかかわらず、それらの速度または方位は明確には決定されない。これは、アンテナに対して固定された座標系における相対運動を観測することによって、現実なものとなるということが認識されるだろう。相対速度は、その大きさおよび方向に関して、一定であると仮定しよう。このとき、運動する物体は、
【００７１】
【数１０】
0004917206.tif 000011
【００７２】
に従って３パラメーターの双曲線を伴う。ここで、ρ０は、アンテナおよび時刻ｔ０において生じる物体の間の最小レンジと同等であり、βは、相対速度である。この場合、同一のレンジ方程式がまた、アンテナのまわりの物体の軌道の剛体回転の後に得られ、そしてそれは、方位の不確定性をもたらすということに留意されなければならない。このような回転の変換は、方位および相対速度を変化させるが、相対速度の絶対値（速度の大きさ）は変化させない。しかしながら、静止座標系においては、物体の速度の絶対値および径路は、共に変化せしめられる。パラメーター（ｔ０，ρ０，β）の同一の組に対して変化する地上速度および径路を伴った運動を物体の１パラメーターの組が存在する。
【００７３】
例えば、直線径路に平行にゆっくりと運動する物体を観測しよう。アンテナに固定された座標系において、物体は、プラットフォームの速度に近い速度で後方に向かって運動する。アンテナに固定された座標系において、同一の速度で運動する別の物体は、直線径路に対して直角方向に運動するが、同一のレンジ方程式に従う。しかしながら、地上に固定された座標系においては、この物体は、高速度でかつ直線径路から４５°の角度をなして運動する。これらの２つの物体は、地上に固定された座標系においては、全く異なる運動パターンを有しているが、アンテナに固定された座標系においては、認識され、よって、レーダー生データにおいては、同一であり、よって、関数ｆ（ｔ，ｒ）だけを測定することによっては識別されない。
【００７４】
方位の不確定性の詳細並びにそれが如何にして解決され得るかという点について、後で議論するだろう。今のところ、一定の相対速度の場合には、レンジ履歴のそれが異なる地上速度から有する物体の１パラメーターの組に対応しているだけで十分である。このような組は、それぞれ、相互レンジρ０が、未知の方位を伴って観測されるということによって特徴付けられる。なぜなら、アンテナの指向性は失われ、よって、地上速度は未知だからである。結果として、一定の地上速度および任意の径路を有する各物体に対して、正確に同一のレンジ履歴を与える、与えられた径路を伴った対応する直線運動が存在する。
【００７５】
すなわち、任意の地上速度、すなわち地上速度絶対値および径路における運動する物体のＳＡＲ焦点合わせは、相対速度βのパラメーターを調節することによってのみ可能である、ということが結論付けられる。これは、全ＳＡＲイメージが、与えられた地上速度における運動する物体に対して焦点合せされ、そしてそれが、同時に焦点合せされた方位の不確定な物体の完全な集合をもたらすことを意味する。相対速度を変化させることによって、すべての運動する物体が焦点合せされる。３パラメーターＳＡＲ処理が、検出の後に続いた後、すなわちＳＡＲイメージにおける各ピクセルの微小な周辺領域が分析され、検出基準が満たされているかどうかが調査される。この場合、周囲のノイズに関する信号、例えば、ＣＦＡＲ（constant false alarm ratio）またはそれに類するものを検出するためのすでに知られた原理が使用され得る。
【００７６】
クラッター消去は、原理的に処理の間に異なる段階で実行され得る。しかしながら、実際、最小の解像度が方向および周波数感度に対する補償が含まれ得るように要求される。一般に、ＳＡＲ焦点合わせは、並進不変、すなわち時間ｔに関してシフト不変になっており、これは２つのイメージ中における物体が、相対速度に比例して分離されることを意味する。こうして、静止した物体は、アンテナエレメント間の距離に対応する時間遅延および引き算の後、除去され得る。しかしながら、運動する物体は、もし、対応する変位が波長の大きさと同程度であり、またはそれ以上であるならば、除去される。もし、相対速度が、十分高く、すなわち幾何学的解像度よりも高いならば、運動する物体は、減算の後、２つの分離した物体を生じさせ得る。それに続く、処理の過程で、この分離は除去されて、信号ノイズ比は最大になる。
【００７７】
上述した検出方法を機能させるため、ＳＡＲ処理は、すべての使用可能なかつ合理的な相対速度に対して実行されなければならない。相対速度に対する分解能Δβは、こうして運動する物体が、全積分時間Ｔにわたって位相に関して積分されるのに十分に高くなっていなければならない。焦点合わせパラメーターに対する相対的なエラーΔβ／βに関する要件は、時間‐バンド幅積に反比例し、次式
【００７８】
【数１１】
0004917206.tif 000012
【００７９】
を与える。
【００８０】
波長１ｍ、レンジ１０ｋｍ、速度１００ｍ／ｓおよび積分時間５秒を含む量の、典型的な値が与えられるとき、Δβ＜１ｍ／ｓが得られる。使用可能な相対速度は、かなり大きなレンジ、例えば、±３０ｍ／ｓの範囲内で変化し得るので、速度の分類の個数は、非常に大きくなり、３パラメーターＳＡＲ焦点合わせは、コンピュータによる計算に適したものとなる。
【００８１】
ＳＡＲ焦点合わせの上述の説明は、アンテナエレメントが、実際は決して実情に沿わないが、直線径路に沿って運動するということを意味している。直線径路からのこのずれは、原理的には、たとえ感度が許容され得る精度での方位の決定に対して不十分であったとしても、方位の不確定性を打ち破るものである。その代わりに、このことは、直線径路からのずれに対する補正が、ＳＡＲ焦点合わせに導入されなければならない、ということを意味する。このことは、レーダー生データが、上述の相対速度に加えて、異なる径路に対して再焦点合わせをされなければならないことを意味している。方位に関する解像度についての要件は、直線径路のずれに直接比例し、よって、使用されたアパーチャ距離、すなわち積分時間とともに増大する。
【００８２】
ＳＡＲ焦点合わせの方法を完成させるため、すなわちそれをコンピュータを用いて実行可能とするために、階層的計算スキームを導入して、バックプロジェクション積分を部分和に分割すること、すなわちサブアパーチャを連続的に増大させつつサブイメージを連続的に減少させることが必要である。バックプロジェクション積分の部分和への分割は、近似の程度が、このスキームを用いることにより、ＳＡＲイメージの全体にわたって一定に維持されるという原理に基づいている。すなわち、サブアパーチャにわたる総和は、問題のサブイメージの中心を通るビームに沿って正確な値を有している。このビームの線からずれるサブイメージ内の位置に対して、ｂ／２ｓｉｎγ（γは中心線からの角度のずれを表し、ｂはサブアパーチャの長さを表す）の程度のレンジエラーが導入される。このサイズのサブイメージ内の最大レンジエラーは、したがって、ｒをサブアパーチャおよびサブイメージ間のレンジとして、
【００８３】
【数１２】
0004917206.tif 000013
【００８４】
となる。この階層的計算スキームの解像度のレベルが１つ上がる毎に、サブアパーチャの長さは、一定倍数ずつ増大し、よって、サブイメージはそれに対応する倍数だけ減少せしめられ、レンジエラーが同一レベルに維持される。
【００８５】
部分和およびサブイメージへの分割をすることなく、式（６）を直接適用することによって、与えられたＮ×Ｎ個のイメージに対し、演算回数は、Ｎ３Ｋ（Ｎは径路に沿ったデータドットを表し、Ｋは速度分類を表す）回程度となる。他方、階層的計算スキームでは、Ｎ３Ｋ／ε回程度の演算回数が必要となり、ここで、ε（ｎ，Ｎ）は
【００８６】
【数１３】
0004917206.tif 000014
【００８７】
による相対計算利益であり、ｎはこのスキームにおける解像度のレベルである。例えば、Ｎ＝４０９６およびｎ＝６に対して、εは１０３程度の大きさである。この例において、Ｌ＝４個のサブアパーチャが、図３に従って、解像度のレベル間で結合される。解像度のレベルが６となったとき、完全なアパーチャ長（Ｌ６＝４０９６）および望まれた解像度が達成される。レベルが１つ上がる毎に、解像度は４×４倍増大する。速度分類の個数は最終的にＫ個であり、これらは、サブアパーチャの長さと比較して、解像度のレベルが１つ上がる毎に、式（８）に従って二次的に減少する。実際このことは、計算の負担が最後のステップによって完全に軽減されるということを意味している。ここで、すべての速度クラスにわたる演算回数は、Ｎ２＋１／ｎＫ回程度であり、これは直接に、式（１０）を与える。
【００８８】
このスキームはまた、円筒または方位対称性が破られたとき、直線径路からのずれを取り扱うために公式化され得る。これは、レンジエラーが、物体からの信号が予め仮定されたもの以外のレンジから生じる、という事実によって生じるような場合に対応する。そしてそれは、補償されなければならない。階層的計算スキームにおいて、補正は、各サブアパーチャ総和に対してなされる。これは、３パラメーターＳＡＲ焦点合わせにおける直線径路からのずれを補正するが、方位に関する破られた対称性は無視する。これは、原理的にＳＡＲ焦点合わせが、４パラメーター化されており、この場合、径路が考慮されなければならない、ということを意味している。階層的計算スキームにおいて、直線径路からのずれは、初期レベルでは非常に小さく、よって、効果的に無視され得る。しかしながら、最後のレベルにおいては、焦点ボケを防止するために、多数の方位分類を導入する必要がある。
【００８９】
ＳＡＲ焦点合わせに対する階層的計算スキームが、次に数学的に説明される。地上の静止した物体および運動する物体の両方を再現するＳＡＲを考えよう。解像度のレベルｎでのサブアパーチャの計算は、レーダーデータが、
【００９０】
【数１４】
0004917206.tif 000015
【００９１】
に従って変換されることを意味する。ここで、ｔは、解像度のレベルｎにおけるサブアパーチャｍおよび速度分類ρの中心に対する時刻であり、ｔ’は解像度のレベルｎ−１におけるサブアパーチャに対する時刻であり、総和はＣ＝〔ｔ−Δｔ／２Ｌｎ，ｔ＋Δｔ／２Ｌｎ〕にわたってとられ、ｒおよびｒ’は各サブアパーチャの中心から各サブイメージの中心にいたる直線に沿ったレンジ、すなわち
【００９２】
【数１５】
0004917206.tif 000016
【００９３】
である。
【００９４】
こうして、数値演算の個数は（サブアパーチャの個数）×（サブイメージの個数）×（サブアパーチャ和における時刻位置の個数）×（サブイメージにおけるレンジ点の個数）×（速度レンジの個数）である。解像度の第１のレベルでは、ｆ０，ｍ，ｐ（ｔ，ｒ）＝ｆ（ｔ，ｒ）であり、すなわちレーダー生データが設定され、その後、この計算スキームが、特定のサブアパーチャに対するサブイメージの個数が望まれたイメージサイズに等しくなるまで続行される。こうして、計算スキームは、ＳＡＲイメージが適当な解像度を有するようになったとき、中止される。
【００９５】
３）位置および速度の決定
測定原理の第３のステップは、上述の方位不確定性を解決することにある。ＳＡＲ反転およびクラッター消去の後、物体は最大の信号ノイズ比を伴って検出されるが、その方位は未知のままである。我々は、次に物体を正確に位置決めするための方位およびレンジの両方を決定し、それを静止した物体のＳＡＲイメージに対して正確に再現するつもりである。
【００９６】
方位は、１つのアパーチャが使用されるときに生じる回転対称性を妨げることによって決定される。もし、２つのアパーチャがクラッター消去を行うために用いられるならば、同一の不確定性が生じる。少なくとも１つ以上のアパーチャが方位の決定に対して必要である。
【００９７】
ＳＡＲ反転およびクラッター消去を結合させることによって、方位に正確な決定に対する有利な信号ノイズ比がもたらされる。例えば、１ｍの波長および３０ｄＢの信号ノイズ比の場合、レンジエラーは、
【００９８】
【数１６】
0004917206.tif 000017
【００９９】
によって与えられる。
【０１００】
アンテナアパーチャの間隔の典型的な値は、２ｍであり、これは１０ｋｍのレンジでの２０ｍのオーダーの位置決めエラーを生じさせる。この不正確性は、原理的に位置決めを制限している。しかしながら、この場合、測定原理は、多段階プロセスからなっていることに留意しなければならない。そしてそれは、最大のエラー源を伴った部分的な段階が、支配的であるということを意味している。こうして、位置決めの性能は、ＳＡＲ反転およびクラッター消去がどのようにして継続されるのかに直接依存する。
【０１０１】
次に、図４に示されるような、地上に固定された座標系内で運動する２つの運動物体を考えよう。軌道は、アンテナおよび各物体の間のレンジが、同一のレンジ方程式ｒ（ｔ）によって正確に記述されるように選ばれている。３個のパラメーター（ｔ０ρ０β）、すなわち最小レンジ、最小レンジに対する時刻および相対速度は、同じである。さらに、物体の軌道は相違している。異なる軌道が、方位φまたは径路αに基づいてパラメーター化され得る。異なる地上速度ｕを伴っているが、アンテナに対する速度β０は、同一でない１パラメーター化された多数の軌道が、
【０１０２】
【数１７】
0004917206.tif 000018
【０１０３】
によって与えられ、または方位に関して、
【０１０４】
【数１８】
0004917206.tif 000019
【０１０５】
として数式化される。
【０１０６】
ある時刻において、運動する物体の軌道は、ＳＡＲ反転およびクラッター消去の後、検出された位置からずれる。上述した方法に従って、レンジ差によって方位φを測定することによって、物体の位置および地上速度が時刻ｔにおいて確実に決定され得る。異なる時刻における検出された位置からのずれは、こうして、
【０１０７】
【数１９】
0004917206.tif 000020
【０１０８】
によって与えられる。
【０１０９】
４）認識
測定原理の第４のおよび最終のステップは、最大の解像度を伴った運動する物体のＳＡＲイメージを生成するための先行する３つのステップを用いる。認識に関する公知の方法、例えば、ベイズ特性分類を用いることによって、物体は識別され得る。このステップにおける基本的問題は、真の軌道および物体の姿勢の変化を計算することにある。最大の解像度を与える積分時間は、典型的には、数１００秒であるから、これはまた、曲線軌道を取り扱うことができるようになっていなければならない。理論的には、いわゆる可能な曲線軌道を測定し、最適化の基準に基づいて真の１軌道を検出するＳＡＲ反転に対する方法を設計することが可能である。しかしながら、数学的および物理的にこのアタック方法は問題を生じさせる。なぜなら、使用可能な軌道に対するサンプルスペースは、積分時間とともに、指数関数的に増大するからである。すなわち、ノイズの制御不能が、増大および計算負荷により問題を解決することは不可能である。
【０１１０】
その代わり、既に述べた方法を用いて、運動パターンを、部分的に直線状を有し、検出される軌道に分解することに基礎を置くような方法が検討される。すなわち、ＳＡＲ反転に対する最大積分時間は、物体の運動学的性質によって制限される。地上の自動車に対して、積分時間は典型的に、ｄｍ／ｍの波長では数秒である。
【０１１１】
すなわち、数秒の長さまでのサブアパーチャが、方位の検出および決定に対して使用され得る。このようなサブフパーチャのそれに対して、軌道は、速度および径路によって計算される。異なるサブアパーチャに対する検出を関連付けることによって、軌道が決定され、十分な解像度を有するＳＡＲイメージが生成される。また、方位の計算における精度は、それに続く完全な軌道によって改善される。
【０１１２】
５）瞬間的バンド幅の分割
ＳＡＲシステムは、実際バンド幅に関して制限される。これは、優先順位を付けられたレーダー機能に対する利用可能なバンド幅を用いることが最も重要である、ということを意味している。本発明によれば、上述の異なる段階は、バンド幅を変化させること、および異なる個数のアンテナチャンネルを要求する。これは、与えられた状況のそれぞれにおいて、システムを最適化するために用いられ得る。
【０１１３】
最適化は、周波数ステップの原理を用いることによって、すなわちパルスシーケンスを多数の周波数ステップに分割することによって実行される。各周波数サブバンドにおいて、利用可能な瞬間的なバンド幅は、そのとき、個数が変化するアンテナチャンネルにわたって分割され得る。アンテナチャンネルが増加すればするほど、洗練されたレーダー機能の自由度が増大する。しかし、１チャンネル当りのバンド幅が狭くなればなるほど、与えられたサブバンドをカバーする周波数ステップが増加する。各サブバンドは、ドップラー信号のサンプリングに対するナイキスト判定基準が維持されるという、第２の条件の下に他のサブバンドとは独立に最適化され得る。後者は、ここに参考文献として組み入れられるスウェーデン特許出願９６０１１９９−４および対応するＰＣＴ国際出願ＳＥ９７／００５４３に従って周期的なサンプリングまたは非周期的なサンプリングに基礎を置き得る。
【０１１４】
基本的なＳＡＲモードに対して、ただ１つのアンテナチャンネルが必要であるが、他方、信号積分によるバックグラウンドクラッターを克服するために最大限利用可能な全バンド幅が必要である。１測定を伴ったＧＭＴＩモードに対して、少なくとも３つのアンテナチャンネルが必要であるが、バンド幅はより狭いものであってもよい。なぜなら、バックグラウンドクラッターは、チャンネル減算によって消去されるからである。最後に、干渉の消去は、付加的なアンテナチャンネルを必要とするが、バンド幅は干渉が発見されるサブバンドだけに集中され得る。周波数ステップを用いる方法によって、システムは、自然な方法で与えられた作業に対して最適化され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  直線径路に沿った地上のＳＡＲ測定に対する円筒状幾何学を説明する図である。
【図２】  レーダーデータにおける、静止した物体の除去のための原理を示した図である。
【図３】  因数分解されたバックプロジェクションの原理を示した図である。
【図４】  正確に同一のレンジ方程式に従うが、異なる地上速度および径路を備えた２つの運動する物体のＳＡＲ測定に対する方位不確定性を示した図である。
【図１】
0004917206.tif 000021
【図３】
0004917206.tif 000022
【図２】
0004917206.tif 000023
【図４】
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