(57)【要約】【課題】観測対象物の断面像の分解能およびコントラストを高められ、かつ、深い位置の断面像を得ることができる合成開口レーダ装置を提供する。【解決手段】照射範囲においては、エレベーション方向よりもアジマス方向の方が長いので、同じ送信電力で得られる受信電力が大きくなり、断面像の分解能およびコントラストを高められる。また、パルス信号の最大の到達距離を長くできるので、深い位置の断面像を得ることができる。また、同じ送信電力で得られる受信電力が大きくなるので、同等の断面像を得る際の送信電力を小さくでき、合成開口レーダ装置の省電力化および小型化に貢献することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アジマス方向に移動しながら観測対象物にパルス信号を出力する合成開口レーダ装置であって、
前記パルス信号を生成する信号発生部と、
前記パルス信号を観測対象物へ向けて出力し該観測対象物で反射したパルス信号を受信するアンテナ部と、
前記受信されたパルス信号の時間軸に対する振幅のデータを検出する検出部と、
前記検出されたデータにより合成開口処理を行うデータ処理部とを備え、
前記パルス信号の出力方向に直交するアジマス−エレベーション平面における当該パルス信号の範囲においてはエレベーション方向よりもアジマス方向の方が長い
ことを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項２】
前記アンテナ部は、アジマス方向に長い開口部を有するテーパードスロットアンテナであることを特徴とする請求項１記載の合成開口レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内部観測、地中埋設物探査、コンクリート構造物耐震性検査などで使用される合成開口レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中埋設物探査やコンクリート構造物内部の非破壊検査等の分野では、外側から目視で検知できない物体内部の状態を把握する手段の一つとして、電磁波を用いたイメージング技術が用いられる。ここでは、物体などを観測対象物という。
【０００３】
準光学系によるイメージング技術の空間分解能はビーム径に比例するため、最小空間分解能は、回析限界である波長の半分となり、波長よりも小さい物体の識別・認識が困難である。
【０００４】
一方、波長よりも十分小さい空間分解能を実現する合成開口技術を用いたレーダ（合成開口レーダ装置という）が注目されている。本手法はアンテナを移動させる、もしくはアンテナをアレイ化することで照射範囲を広くし、数値信号処理により擬似的に幅の広い開口をもつ１つのアンテナ（合成開口アンテナ）を構成することで高指向性を実現する。合成開口レーダ装置の場合、高空間分解能を得るために、照射範囲を広くできる広角指向性が望まれる。
【０００５】
一方、地中埋設物探査やコンクリート構造物内部の探査等で対象となる観測対象物（媒質）は高損失であり、観測対象物内で多大なエネルギー損失が生じるため、観測対象物内を伝搬する電磁波は急激に滅衰する。そのため、深い位置の断面像を得るためには多くのエネルギーを観測対象物内に供給できる合成開口レーダ装置が必要不可欠となる。
【非特許文献１】安藤  繁著、「合成開口レーダと間接計測技術」、計測自動制御学会誌「計測と制御」Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．２、昭和５８年２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
合成開口レーダ装置が移動する方向をアジマス方向、パルス信号の出力方向をレンジ方向、アジマス方向とレンジ方向とに直交する方向をエレベーション方向と定義すると、合成開口レーダ装置は、アジマス方向に高空間分解能化したアジマス−レンジ平面の断面像（合成開口レーダ画像ともいう）を得るものである。
【０００７】
合成開口レーダ装置から送信される電磁波がもつ送信電力を一定にした場合、指向性の広角化を行うと電力は分散され、観測対象物に入射する電磁波の電力密度が小さくなる。そのため、観測対象物から反射される電磁波の電力密度も小さくなり、合成開口レーダ装置が受信する受信電力も小さくなる。この結果、ＳＮ比が小さくなり、断面像の分解能およびコントラストが低下するという問題があった。
【０００８】
また、電磁波は観測対象物中で大きく減衰するため、電力密度が小さいと電磁波の最大到達距離も短くなり、深い位置の断面像を得ることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、観測対象物の断面像の分解能およびコントラストを高められ、かつ、深い位置の断面像を得ることができる合成開口レーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の本発明は、アジマス方向に移動しながら観測対象物にパルス信号を出力する合成開口レーダ装置であって、前記パルス信号を生成する信号発生部と、前記パルス信号を観測対象物へ向けて出力し該観測対象物で反射したパルス信号を受信するアンテナ部と、前記受信されたパルス信号の時間軸に対する振幅のデータを検出する検出部と、前記検出されたデータにより合成開口処理を行うデータ処理部とを備え、前記パルス信号の出力方向に直交するアジマス−エレベーション平面における当該パルス信号の範囲においてはエレベーション方向よりもアジマス方向の方が長いことを特徴とする合成開口レーダ装置をもって解決手段とする。
【００１１】
請求項２の本発明は、前記アンテナ部は、アジマス方向に長い開口部を有するテーパードスロットアンテナであることを特徴とする請求項１記載の合成開口レーダ装置をもって解決手段とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る合成開口レーダ装置によれば、パルス信号の出力方向に直交するアジマス−エレベーション平面における当該パルス信号の範囲においてはエレベーション方向よりもアジマス方向の方が長いので、同じ送信電力で得られる受信電力が大きくなり、断面像の分解能およびコントラストを高められる。また、パルス信号の最大の到達距離を長くできるので、深い位置の断面像を得ることができる。また、同じ送信電力で得られる受信電力が大きくなるので、同等の断面像を得る際の送信電力を小さくでき、合成開口レーダ装置の省電力化および小型化に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る合成開口レーダ装置のブロック図であり、図２は、合成開口レーダ装置１の使用状態を示す斜視図である。
【００１５】
合成開口レーダ装置１は、生体内部観測、地中埋設物探査、コンクリート構造物耐震性検査などで使用されるものであり、移動しながら観測対象物に電磁波によるパルス信号を出力する。パルス信号は、例えば、ミリ波やマイクロ波である。
【００１６】
合成開口レーダ装置１が移動する方向をアジマス方向、パルス信号の出力方向をレンジ方向、アジマス方向とレンジ方向とに直交する方向をエレベーション方向と定義すると、合成開口レーダ装置１は、観測対象物の合成開口レーダ装置１側の表面が、パルス信号の出力方向に直交するアジマス−エレベーション平面に含まれように配置され、その状態を保ったまま移動する。これにより、合成開口レーダ装置１は、エレベーション方向に直交するアジマス−レンジ平面に含まれる観測対象物の断面像を得るようになっている。
【００１７】
合成開口レーダ装置１は、パルス信号を生成する信号発生部１１と、パルス信号を観測対象物へ向けて出力し該観測対象物で反射したパルス信号を受信するアンテナ部１２と、受信されたパルス信号の時間軸に対する振幅のデータを検出する検出部１３と、検出されたデータにより合成開口処理を行うデータ処理部１４とを備える。合成開口レーダ装置１は、好ましくは、パルス信号を受信した時点での合成開口レーダ装置１の位置情報を記録するシステム制御部１５を備える。これにより、データ処理部１４は、検出されたデータと記録された位置情報とを用いて合成開口処理を行い、その結果、断面像を得ることができる。合成開口レーダ装置１は、好ましくは、合成開口処理により得られた観測対象物の断面像を表示する表示部１６を備える。アンテナ部１２は、例えば、アジマス方向に長い開口部を有するテーパードスロットアンテナである。テーパードスロットアンテナとは、基板上に設けられた金属膜にテーパ状に広がるスロットライン構造を有する平面アンテナである。
【００１８】
図３は、合成開口レーダ装置１におけるパルス信号の照射範囲を示す図である。
【００１９】
パルス信号のアジマス−エレベーション平面に含まれる照射範囲においては、エレベーション方向よりもアジマス方向の方が長い。照射範囲を楕円とし、そのアジマス方向の長さを２ａ［ｍ］、エレベーション方向の長さを２ｂ［ｍ］（ただし、ｂ＜ａ）とすると、照射範囲の面積Ｓ１は、πａｂ［ｍ2］となる。
【００２０】
一方、図４に示すように、従来の合成開口レーダ装置による照射範囲は円である。その円の半径ａ［ｍ］とすると、照射範囲の面積Ｓ２は、πａ2［ｍ2］となる。上記のように、ｂ＜ａであるから、Ｓ１＜Ｓ２である。
【００２１】
面積Ｓ１およびＳ２などを照射面積Ｓと総称し、この照射面積Ｓが、合成開口レーダ装置から距離Ｒ［ｍ］の照射範囲のものとすると、照射範囲の電力密度Ｐ＝Ｗｔ／Ｓ［Ｗ／ｍ2］および利得Ｇ＝４πＲ2／Ｓが求まる。Ｗｔ［Ｗ］は、出力されたパルス信号がもつ電力（送信電力という）である。
【００２２】
よく知られたレーダ方程式に利得Ｇを代入し整理すると、式（１）に示すように、受信されるパルス信号がもつ電力（受信電力という）Ｗｒと照射面積Ｓの関係が得られる。
【００２３】
Ｗr＝λ2 σηＷｔ／４πＳ2 …（１）
ここで、λは波長［ｍ］、σはレーダ散乱断面積［ｍ2］、ηは、媒質中伝搬損失である。式（１）から、照射面積Ｓが小さいほど受信電力Ｗｒが大きくなることがわかる。
【００２４】
よって、従来の合成開口レーダ装置の照射面積Ｓである面積Ｓ２より小さい面積Ｓ１を照射面積Ｓとする合成開口レーダ装置１においては、受信電力Ｗｒが大きくなる。
【００２５】
合成開口レーダ装置１は、照射範囲のアジマス方向の長さ２ａに応じた長さの断面像を得る。つまり、合成開口レーダ装置１によれば、従来の合成開口レーダ装置で得られる断面像と同等のアジマス方向の長さをもつ断面像を得ることができる。しかも、受信電力Ｗｒが大きいので、周囲のノイズが一定ならＳＮ比が高まり、断面像における解像度つまり分解能およびコントラストを高めることができる。
【００２６】
なお、照射範囲におけるアジマス方向の長さが、エレベーション方向の長さに比べて、長いほど高い効果を得ることができる。
【００２７】
また、テーパードスロットアンテナを使用すれば、観測対象物から電磁波を受信するときに、エレベーション方向の背景雑音が除去されるのでＳ／Ｎ比がさらに高まり、断面像の分解能およびコントラストをより高めることができる。
【００２８】
一方、レーダ方程式を整理すると、受信電力Ｗｒを一定とした場合の利得Ｇと距離Ｒとの関係を示す式（２）が得られる。
【００２９】
Ｗr＝λ2 σＧ2 η2 Ｗt／（４π）3 Ｒ4 …（２）
式（２）と式Ｇ＝４πＲ2／Ｓ（照射面積Ｓが小さいほど利得Ｇが大きくなる関係を示す式）とから、受信電力Ｗｒが一定の場合、照射面積Ｓが小さいほど距離Ｒが長くなる。つまり、パルス信号の最大の到達距離を長くできるので、深い位置の断面像を得ることができる。
【００３０】
また、受信電力Ｗｒが大きくなるので、逆に、同等の断面像を得る際には、送信電力を小さくでき、合成開口レーダ装置の省電力化および小型化に貢献することができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態に係る合成開口レーダ装置によれば、パルス信号の出力方向に直交するアジマス−エレベーション平面における当該パルス信号の範囲においてはエレベーション方向よりもアジマス方向の方が長いので、同じ送信電力で得られる受信電力が大きくなり、断面像の分解能およびコントラストを高められる。また、パルス信号の最大の到達距離を長くできるので、深い位置の断面像を得ることができる。また、同じ送信電力で得られる受信電力が大きくなるので、同等の断面像を得る際の送信電力を小さくでき、合成開口レーダ装置の省電力化および小型化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施の形態に係る合成開口レーダ装置のブロック図である。
【図２】合成開口レーダ装置１の使用状態を示す斜視図である。
【図３】合成開口レーダ装置１におけるパルス信号の照射範囲を示す図である。
【図４】従来の合成開口レーダ装置におけるパルス信号の照射範囲を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  合成開口レーダ装置
１１  信号発生部
１２  アンテナ部
１３  検出部
１４  データ処理部
１５  システム制御部
１６  表示部
【図１】
2009128046.tif 000003
【図２】
2009128046.tif 000004
【図３】
2009128046.tif 000005
【図４】
2009128046.tif 000006