JPS6276477A - 合成開口レ−ダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕・ 本発明は合成開口レーダ装置に関し、特にアンテナビー
ム制御機能の改善を図った合成開口レーダ装置に関する
。

〔従来の技術〕

あらかじめ設定された飛翔径路を進行する航空機もしく
は人工衛星等の飛翔体から進行方向の側方の地上に所定
の指向方向のレーダ電波を発射し、次次に取得した反射
データを利用して地上の状態をあたかも写真のよ５な映
像として合成する合成開口レーダ装置によく知られてい
る。

レーダエコーを映像化するためには目標に対する距離と
、飛翔体から見た目標の方位角との２つについて高い分
解能を有することが必要であり、このため距離方向は通
常Ｌ　Ｆ　Ｍ　（Ｌ’１ｎｅａｒ　ＦＭ）パルスを送信
し、受信信号は送信信号とは時間対周波数特性が逆特性
のフィルタに通してパルス圧縮を図り、一方方位角情報
はレーダ装置自体が高速移動していることを利用したビ
ームシャープニング技術で高分解能を得ている。

ビームシャープニング技術には２通りの方法があシ、ひ
とつはレーダの高速移動に伴って次次に取得するレーダ
エコーを合成し等制約に大口径のアンテナを合成する手
法である。他のひとつはレーダの高速移動によって生１
゛るレーダエコーにおけるドプラ周波数をフィルタで細
分化して利用することによって実際のレーダビームを等
節約に狭いビームに分割する手法であり、い１″れにせ
よ通常は放射素子を直線状に配列したりニアアレイを介
して所定の指向方向のレーダ信号の送受信を行ない、サ
イドＡ／ｙキング（ｓｉｄｅ　　ｌｏｏｋｉｎｇ　）　
。

スクイントモード（５ｑｕｉｎｔ　ｍｏｄｅ）、スポッ
トライト（ｓｐｏを１ｉｇｈｔ　）等の極種のマツピン
グモードで地表を走査し所望のデータを得ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

合成量ロレーダ装置は方位分解能、走査幅、指向角（オ
フナディア角）、８／Ｎ　（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏ１ｓｅ
）などの主要パラメータか相互に制約するように関連し
合い、システム設計における拘束条件となって設計に利
用しうろこｎらパラメータの選択範囲が限定され、従っ
て運用条件も限定されているという問題がある。上述し
た走査幅は合成開口レーダによる地表面の走査幅また指
向角は飛翔体から地表に引いた垂綜とビーム指向中心方
向との為すいわめるオフナディア（ｏｆｆ−ｎａｄｉｒ
）角である。

い−止、たとえば方位分解能を例として上述した問題点
を考えてみる。方位分解能は進行方向に直角な方位方向
のアンテナ開口長、つまりビームｌに依存し、従って分
解能を上げようとすれば開口長を小さく、つまシビーム
幅を広くしなければならない。しかしながら、このよう
にビーム幅を拡大方向にもっていくことは必然的に偽像
（アンビギュティ、　ａｍｂｉｇｕｉｔｙ）　ｆ減らす
条件と矛循してくるので限定；つ；あり、同様な理由で
走査幅も出来る限り小さくする必要があり、このこと（
は走査＃Ａ仏大の希望′４ｃ根本的に制限する。

また、合成開口レーダではパルス圧縮技術を利用してい
るものの、それでも所望のＳ／Ｎ　ｉ確保するためには
かなりのピーク電力が必要であり、このことは形状、寸
法の増大を必要としこのためペイロード（ｐａｙｌｏａ
ｄ　）が制限されている人工衛星では送信機の固体化は
Ｌバンドに限定され、ペイロード条件が比較的緩やかな
航空機搭載の合成開口レーダの場合の如くＣバンド、Ｘ
バンドでのデータ取得ができない。

さらに、アンテナ指向角は観測対象によって最適値があ
り、また他のパラメータとの関連もあるので固定した１
つのアンテナ指向角ですべての観測対象に適合させるわ
けにはいかないといったさまざまな問題がある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、合成開口レーダ
のアンテナをいわゆるアクチブアレイとして構成するこ
とによシ、アンテナビームパターンの特性ならびに指向
方向を可変として運用性を著しく柔軟なものとしたうえ
、高周波においても人工衛星用送信機の固体化が可能で
Ｃバンド、Ｘバンドの周波数が利用でき、しかも故＃ｒ
Ｃ対する機能保持性も高い合成量ロレーダ装甑を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の４＆置は合成開口レーダｙＣおいて、値数の放
射素子を規則的に配列したアレイアンテナもしくは複数
の放射集子ｋｌｌｆＬ位としこれｔ規則的に配列した単
位素子群によるアレイアンテナにおける素子アンテナも
しくは単位アンテナごとに印加する励振信号相互間の相
対位相を制御してアンテナビームのパタン特性ならびに
指向方向を変化しうるアンテナビーム制御手段を備えて
構成される。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

第１図に示す一臭施例の構成は、アンテナ集子１−１〜
１−Ｎ、送受信モジュール２−１〜−２−Ｎ１分配／合
成器３．Ｔ／几スイッチ４．送信励振器５　、８ＴＡＬ
Ｏ（８ＴＡｂｌｅ　Ｌｏｃａｌ　　Ｏｓｃ　−１１１ａ
ｔｏｒ）　６　、同期信号発生器７．送信体８゜同期検
波器９．信号処理装置１０．およびビーム制御器１１を
備えて構成され、また送受信モジ−一ル２−１〜２−Ｈ
のそれぞれは、可変郡ｔｒＦｉ也２１　。

移相器ドライバ２２　、　Ｔ／几スイッチ２３．％力漕
幅器２４．ザーキュレータ２５．リミッタ・’Ｌ’／ｌ
（ｌスイッチ２６．Ｔ／Ｒスイッチ制御器２７．低雑音
増幅器２８等を備えて構成される。

アンテナ素子１−１〜１−Ｎはそれぞれ単一の放射素子
で１、あらかじめ設定するアスペクト（ａｒｐｅｃｔ）
比をもつ平面状に配列されてプレーナアレイ（ｐｌａｎ
ｅｒ　　ａｒｒａｙ　）として形成される。

また、これらアンテナ素子はそれぞれＩＣ構成の送受信
モジー−ル２−１〜２−Ｎと一体化構造のいわゆるアク
チブアレイとして利用される。

システム全体は同期信号発生器７の発生するタイミング
同期信号で同期動作を行なう。

同期信号発生器７は５ＴＡＬＯ６から時間基準とすべき
高周波基準信号の供給を受け、送信励振器５には送信パ
ルス繰返し周期のタイミングを設定する送信同期信号を
、また送受信モジュール２−１〜２−ＮおよびＴ／Ｒス
イッチ４には送信同期信号によって設定される送信タイ
ミングと、この送信タイミングと送信レンジ等に対応し
て設定される受信タイミングとを決定するＴ／Ｒタイミ
ング同期信号を、さらにビーム制御器１１には送受信タ
イミングに同期した時間情報としてのビーム制御クロッ
ク信号をそれぞれ供給しシステムの同期動作を行なわし
める。

５ＴＡＬＯ６は水晶発振器や周波数シンセサイザ等を有
して同期信号発生器７に時間標準としての高周波基準信
号を提供するほか、この高周波基準信号を信信励振器５
にも供給し、送信励振器５はこれをパルス変調回路で所
定のパルス変調、本実施例の場合はＬＦＭ変調し、さら
にアップコンバータ、励振増幅器等によって所定の搬送
周波数、レベルの送信励振語出力としてＴ／Ｒスイッチ
４に送信同期信号によって決定されるパルス繰返し周期
で出力される。

Ｔ／Ｒスイッチ４は、送信励振語出力＝ｉ　Ｔ　／　Ｒ
。

タイミング同期信号のタイミングて出力し分配／合成器
３に供給する。

分配／合成器３はこうして入力した送信励振語出力をＮ
等分しＮ個の送受信モジュール２−１〜２−Ｎに供給す
る。

送受信モジュール２−１〜２−Ｎはこうして入力した１
／Ｎのレベルの送信励振語出力に対してそれぞれあらか
じめ設定する位相φ８．ψ、・・・・・・ψ、を次のよ
うにして付与しアクチブアレイを構成する対応アンテナ
素子１−１〜１−Ｎに出力する。

ビーム制御器１１は飛翔体もしくは地上管制所等の外部
からビーム制御コマンドを受ける。このビーム制御コマ
ンドは航空機、人工衛星等のプラットフォームに搭載し
たレーダによって合成すべき合成開口レーダのビームの
パメン特性、指向方向を指定するコマンドであり、これ
によってアンテナ素子１−１〜１−Ｎによって形成され
るプレーナアレイによる送信ビームパターンの特性、指
向方向を所望のものとするため各アンテナ素子に付与す
べき位相情報が決定される。本実施例ではこのように、
送信ビームの制御情報を外部から指定されるようにして
いるが、ビーム制御器１１の内部で発生する形式として
も勿論差支えない。また、ビーム制御器１１のビーム制
御クロック信号も同期信号発生器７から供給されるもの
としているがビーム制御器１１の内部発生形式としても
差支えない。

さて、ビーム制御器１１はビーム制御コマンドの指定す
るビーム制御内容を内蔵ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙ　Ｍ
ｅｍｏｌｙ）から読出しこれを４ビツトの直列ディジタ
ル符号形式の位相データψ１．ψ７．・・・ψ、として
出力する。内、ｉ？：ＲＯＭにはビーム制御用に必要な
機種の位相データの組があらかじめ路側されており、所
望の位相データの組がビーム制御コマンド入力ごとに内
蔵プログラムの制御のもとに読出される。

こうして出力した位相データは送受信モジュール２−１
〜２−Ｎの移相器ドライバ２２に提供される。送受信モ
ジュール２−１を例として説明すると、位相データψ１
が移相器ドライバ２２に供給される。

移相器ドライバ２２は４ビット直列デジタル符号で入力
した位相データψ、の直／並列変換、ならびに必要なレ
ベルまでの増幅を行なって可変移相器２１に供給する。

可変移相器２１はＰＩＮダイオードを利用する位相変調
器スイッチ等を利用し、分配／合成器３から入力した送
信励振器出力の１／Ｈに対し位相データψに対応する位
相制御を行なう。

可変位相器２１で位相制御された出力は、Ｔ／Ｒスイッ
チ２３によってＴ／Ｒスイッチ制御器２７の制御のもと
にＴ／Ｒ，タイミング同期信号に同期したＴ／Ｒスイッ
チ制御信号を受けつつ送信パルス繰返し周期のタイミン
グで電力増幅器２４に入力され必要なレベル増幅を受は
サーキュレータ２５を介してアンテナ素子１−１に印加
され放射される。アンテナ素子１−２〜１−Ｈについて
も全く同様にして送受信モジュール２−２〜２−Ｎによ
って位相データψ２〜ψ、に対応する位相制御を受けた
分配／合成器３の分配出力が印加され電波として放射さ
れる。

こうして、ブレーナプレイを構成するアンテナ素子１−
１から１−Ｎまでのそれぞれから放射される電波が空間
的に合成され所望のパタン特性、指向方向の送信ビーム
かプラットフォーム搭載のレーダ装置から放射されるこ
ととなる。

さて、こうして地上に放射された送信ビームによる反射
信号はアンテナ素子１−１〜１−Ｎで受信され、サーキ
ュレータ２５．リミッタ・Ｔ／Ｒスイッチ２６を介して
低雑音増幅器２８に入力される。

リミッタ・’Ｉ”／Ｒスイッチ２６は送信出力に対する
保護回路としてのリミッタと送受信の切替を行なうＴ／
Ｒスイッチとを有し、Ｔ／Ｒスイッチ２３とともにＴ／
Ｒスイッチ２７の制御を受けつつ送信期間中はオフ、受
信期間中はオン状態となって受信信号の入力切替を行な
う。一方Ｔ／Ｒス’Ｐｔ　ツチ２３は前述した如く送信
期間中は可変移相１器２１から電力増幅器２４への信号
路をオンとし、受信期間中は低雑音増幅器２８の出力を
可変移相器２１に供給するように切替える。Ｔ／Ｒスイ
ッチ制御器２７は同期信号発生器７からのＴ／Ｒタイミ
ング同期信号を受けつつリミッタ・ＴＲスイッチ２７と
Ｔ／Ｒスイッチ２３とを制御し上述した切替同作を行な
わしめるＴ／Ｒスイッチ制御信号を発生する。

低雑音増幅器２８で増幅された受信信号はＴ／Ｒスイッ
チ２３を介して移相制御され分配／合成器３の合成器に
供給される。このように受信処理の際に行なう位相器ｖ
ＩＪは送受信のアンテナパタン特性ならびに指向方向を
同一にする目的で行なわれ、Ｔ／Ｒスイッチ２３を介し
て入力した低雑音増幅器２８の出力は送信時と同じ位相
データψ。

に対応し、た移相を受ける。送受信モジュール２−２〜
２−ＮＫおける受信信号についても同様にして位相デー
タψ、〜ψ、による移相が施され送受信アンテナパタン
特性、指向方向の一致が図られる。

ビーム制御器１１は送受信のタイミングに同期したビー
ム制御クロック信号を受けつつ送、受信時におけるビー
ム制御のための位相データψ８．ψ２゜・・・・・・ψ
、の提供を行なう。

分配／合成器３に供給される送受信モジー−ル２−１　
、２−２　、・・・・・・２−Ｎの受信出力は合成器で
指向性合成加算を行ないＴ／Ｒスイッチ４を介して受信
後８に供給される。

受信後８で所定のレベルに増幅された受信出力は同期検
波器９で８ＴＡＬＯ６から供給される高周波基準信号と
の乗算処理によって同期検波されたあと信号処理部１０
に提供される。

信号処理装置１０は公知の合成開口レーダ画像処理装置
であシ、同期検波器２から入力される距離および方位方
向に広がった目標の２次元データの圧縮処理、すなわち
レンジ圧縮およびアジムス圧縮やコーナーターニング処
理ならびにマルチル、り処理等の手法を介して所望の映
像信号を抽出する。

本発明は合成開口レーダにおけるアンテナビームパタン
ならびに指向特性を可変として運用する点にその基本的
特徴を有するものであり、第１図に示す実施例の変形も
機種考えられる。

たとえば、本実施例ではビーム制御用の位相データψ１
．ψ２．・・・・・・ψＮｌｄそれぞれ４ビツトの直列
データとして送受信モジュールに供給しているが、これ
を並列データ形式として提供することも容易に実施しう
ろことは明らかである。また、本実施例ではこの位相デ
ータを各送受信モジュールに並列（・て供給する形式と
しているが、この位相データψ０．ψ２．・・・・・・
ψ、にそれぞれ異るタグを付与し／こうえ各送受信モジ
ーールにシリアルデータとして直列的に供給し、各送受
信モジーールはデコーダでタグの指定する内容を解読し
つつ自送受信モジュール分を抽出するようにしてもよい
。

また、本実施例ではアンテナ素子はそれぞれ単体の放射
素子を利用しているがこれを複数の放射素子の組合せに
よる単位素子群と置換してもほぼ同様に実施しうろこと
は明らかであり、以上はすべて本発明の主旨を損なうこ
となく容易に実施しうる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、アンテナのビームパ
タン特性と指向方向とを可変としうる手段を備えた合成
開口レーダ装置とすることによって、運用目的に応じて
広覆域低分解能もしくは狭覆域高分解能いずれかの動作
モードを任意に選択しうるとともに運用目的に応じてア
ンテナビームを最適状態に設定しうるほか、大出力のと
きでも個個のアンテナ素子に印加すべき送信パワーが小
さくて済むためＣバンド、Ｘバンドという高域周波数帯
での高出力合成開口レーダ送信機の固体化も容易となり
、さらに個個の送受信モジュール、アンテナ素子の故障
自体は全体の機能に大きな影４！を及はさず高信頼性が
得られシステムの冗長系に対する要求も低減しうる合成
開口レーダ装置が実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。 １−１〜ｌ−Ｎ・・・・・・アンテナ素子、２−１〜２
−Ｎ・・・・・・送受信モジー−ル、３・・・・・・合
成／合成器、４・・・・・・Ｔ／Ｒスイッチ、５・・・
・・・送信励振器、６・・・５ＴＡＬ０，７・・・・・
・同期信号発生器、８・・・・・・受信機、９・・・・
・・同期検波器、１０・・・・・・信号処理器、ビーム
制御器１１．２１・・・・・・可変移相器、２２・・・
・・・移相器ドライバ、２３・・・・・・Ｔ／几スイッ
チ、２４・・・・・・電力増幅器、２５・・・・・・サ
ーキュレータ、２６・・・・・・リミッタ・Ｔ／Ｒスイ
ッチ、２７・川・・Ｔ／Ｒスイッチ制御器、２８・・・
・・・低雑音増幅器。 ７・′−′−＼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 合成開口レーダにおいて、複数の放射素子を規則的に配
   列したアレイアンテナ（ａｒｒａｙ　ａｎｔｅｎｎａ）
   もしくは複数の放射素子を１単位としこれを規則的に配
   列した単位素子群によるアレイアンテナにおける素子ア
   ンテナもしくは単位アンテナごとに印加する励振信号相
   互間の相対位相を制御してアンテナビームのパタン特性
   ならびに指向方向を変化しうるアンテナビーム制御手段
   を備えて成ることを特徴とする合成開口レーダ装置。