JP2002509257A

JP2002509257A - レーダアンテナ面積の減少方法

Info

Publication number: JP2002509257A
Application number: JP2000540454A
Authority: JP
Inventors: ビー．ゲイル、ウィリアム
Original assignee: Ball Corp
Current assignee: Ball Corp
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2002-03-26
Also published as: AU7356998A; CA2318074A1

Abstract

(57)【要約】アンビギティの故に合成開口レーダ（ＳＡＲ２０４）に課される従来の最小アンテナ面積制限は、区別可能なサブパルスを提供する送信器フォーマット（２５６）を使用することにより排除される。斯かるサブパルスを実施し得る信号フォーマットとしては、周波数分割（すなわち、各サブパルスに対して別個の周波数帯域が使用される）、およびコード分割（すなわち、同一の周波数帯域を占有するサブパルスが区別可能な組合せでグループ化される）が挙げられる。公称パルス期間はＮ個のサブパルスに分割される（２５２）と共に、サブパルス・グループは公称パルス反復周波数により送信される。レンジ・アンビギティはサブパルス・グループの反復速度（ｆ）により決定されると共に、アジマス・アンビギティはサブパルスの反復速度（Ｎｆ）により決定される。アンテナは従来の値のＮ倍の係数であるドップラ帯域幅をサンプリングし得ると共に、アンテナ（２２）面積は現在においてＳＡＲアンテナ設計態様において使用される限界値から係数Ｎだけ減少され得る。例えばＮの係数だけのアンテナ長さの減少は、Ｎだけの信号／ノイズ比の減少と同一の係数だけの信号帯域幅の増加とを犠牲にして獲得され得る。代替的に、もし解像度がＮだけ劣化されるのであれば、元の帯域幅を使用して、同一のＮのアンテナ長さ減少と係数Ｎだけの信号／ノイズの増加が獲得され得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野本発明は、アンテナのサイズの減少を許容するレーダ信号パルス・プロトコル
および信号処理システムに関し；本発明は特に、宇宙空間系の合成開口レーダ・
システムに有用である。

【０００２】発明の背景従来の合成開口レーダ（ＳＡＲ）撮像方法における撮像は、所定スワス（ｓｗ
ａｔｈ）すなわち所定帯域の単一の地形の丈に沿い反射された数個のレーダ信号
パルスを処理することで実施される。特に各レーダ・パルスは“フットプリント
（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）”と称される固有地形領域から典型的に反射されると共
に、スワスの一定の部分に対する画像を決定する上では一連の重畳フットプリン
トが使用される。従来において合成開口レーダ（ＳＡＲ）アンテナの開口面積（
以下、単に“面積”とも称する）は、（１．１）所望感度を達成するに必要な利
得、および、（１．２）信号反射のアンビギティ（ａｍｂｉｇｕｉｔｙ）を容認
可能なレベルまで減少するに必要な理論的最小面積、に関する制約条件の少なく
とも一方により決定される。一定のＳＡＲシステムでは上記第２の制約条件の故
に、アンテナは上記制約条件（１．１）のみの利得検討事項により必要とされる
よりも大きくなる。たとえばＬ周波帯において、７００ｋｍの高度にて動作する
と共に５５°の入射角度にて地球を撮像すべく設計された典型的なプラットフォ
ーム上の軌道周回ＳＡＲシステムはこれまで、約５０ｍ²の最小アンテナ面積を
必要としていた。アンテナがその様に大きいと、質量および体積の見地からは搬
送用宇宙船の設計が大きく制約されると共に、斯かる大型アンテナを展開する複
雑な手順が更に必要となる。

【０００３】たとえば軌道周回プラットフォームから地球を撮像する場合、アンビギティに
起因する上記の理論的最小面積の制約条件（１．２）は、反射されたレーダ送信
波を受信する上で（ａ）軌道周回しているＳＡＲプラットフォームの軌道に実質
的に直交する方向（これらの方向は以下において“レンジ”次元と称する）、な
らびに、（ｂ）プラットフォームの軌道に実質的に一致するもしくは平行な方向
（これらの方向は以下において“アジマス”次元と称する）の両方向におけるア
ンビギティを減少するという要望から生ずる。レンジ次元において、レーダ信号
が反射される表面に沿った最大距離は“正面ビーム幅地上投影像（ｅｌｅｖａｔ
ｉｏｎｂｅａｍｗｉｄｔｈｇｒｏｕｎｄｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）”と称さ
れる。レンジ次元において反射信号を明確に受信する為には、投射されたフット
プリントの一切の部分からの反射信号パルスが別のパルスに伴う反射信号と同時
に受信されない様に正面ビーム幅地上投影像が十分に小さくされるべきである、
というレンジ・アンビギティ制約条件が在る。アジマス次元において、レーダ信
号が反射される表面（すなわちフットプリント）に沿った最大距離は、“アジマ
ス・ビーム幅地上投影像（ａｚｉｍｕｔｈｂｅａｍｗｉｄｔｈｇｒｏｕｎｄ
ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）”と称される。アジマス次元において反射信号を明確
に受信する為には、受信された反射信号のドップラ帯域幅がレーダのパルス反復
周波数（ＰＲＦ）にて適切にサンプリングされ得る如くＳＡＲアンテナが十分に
小さくされるべきである、というアジマス・アンビギティ制約条件が在る。従っ
て、レンジ・アンビギティ制約条件はＰＲＦに対して上限を課す一方、アジマス
・アンビギティ制約条件は下限を課すものである。故に、アジマス方向およびレ
ンジ方向においてパルス・サンプリング速度が実質的に同一であるとした場合に
、対応する２つの限界を等しくすればアンテナ面積の最小値に関する標準的な理
論的アンビギティ制約条件が与えられるが、これはたとえば、（ａ）Ｅｌａｃｈ
ｉ，Ｃ．，Ｔ．Ｂｉｃｋｎｅｌｌ，Ｒ．Ｌ．ＪｏｒｄａｎおよびＣ．Ｗｕによ
る宇宙船用の合成開口撮像レーダ：応用、技術およびテクノロジ、ＩＥＥＥ議事
録第７０巻、（１９８２年１０月）、第１１７４〜１２０９頁；（ｂ）Ｃｕｒｌ
ａｎｅｒ，Ｊ．Ｃ．およびＲ．Ｎ．ＭｃＤｏｎｏｕｇｈ（１９９２年）による合
成開口レーダ、ＪｏｈｎＷｉｌｅｙａｎｄＳｏｎｓ、ニューヨーク、１９
９１年、第１５４〜１７１頁；および、（ｃ）Ｈａｒｇｅｒ、Ｒ．Ｏ．（１９７
０年）合成開口レーダ・システム、アカデミック・プレス、ニューヨーク、１９
７０年に記述されており、これらの刊行物は言及したことにより援用する。故に
、標準的な理論的アンビギティ制約条件に対する仮定に従ってレーダ信号を送信
かつ処理する場合、これまではＳＡＲシステムに対して理論的最小値よりアンテ
ナ面積を小さくすると、レーダ送信波の反射を検出する上でアンビギティが生じ
、斯かるアンビギティにより結果的画像には不適切な歪みもしくはノイズが発生
する。更に、当業者であれば理解される様に、レーダ送信波が投射されているス
ワスの入射角度をθとすれば上記理論的最小アンテナ面積はｓｉｎθ／ｃｏｓ² θに比例する。故に、アンテナとスワスとの間の入射角度が９０°に向けて増大
するにつれて、必要とされるアンテナは次第に大きくなる。従って、大きな入射
角度で撮像を行うべく設計されたレーダに対しては特に、アンテナ最小面積制約
条件が問題となる。

【０００４】故に、上述の如き不適切な信号アンビギティを引き起こさずに理論的アンテナ
最小面積制約条件を緩和もしくは軽減する方法およびシステムを提供すれば好適
である。

【０００５】発明の要約本発明は、（ａ）新規なフォーマットで信号を送信すると共に（ｂ）送信済信
号の反射を従来のＳＡＲ信号処理システムとは異なる様に処理することで、最小
アンテナ面積制約条件が相殺もしくは緩和され得るという方法および装置を提供
する。本発明は基本レーダ・パルス期間（本明細書中では“基本期間”および／
または“パルス区間”とも表現される）をＮ個のサブパルス区間に分割し、斯か
るサブパルス区間の各々は、上記基本期間の他のサブパルス区間において送信さ
れた信号から区別可能な反射となる信号を送信する。本発明による斯かる分割は
アジマス次元に沿ったレーダのＰＲＦを実効的に増加する。但し、サブパルスは
また、各基本期間における斯かるサブパルスの少なくともひとつの反射が他の基
本期間におけるサブパルス反射から区別可能となる如く提供されるものでもある
ことから、レンジ・アンビギティ制約条件は依然としてサブパルス期間ではなく
基本パルス期間により決定される。故に、この様にしてサブパルスを使用すると
、標準的な理論的最小アンテナ面積制約条件よりも小さくアンテナ面積が減少さ
れる。実際、各基本期間においてＮ個のサブパルスを使用することにより、容認
可能な品質の画像を提供し乍ら、Ｎの係数だけアンテナ面積は減少され得る。

【０００６】故に本発明は、例えば地球を軌道周回する人工衛星もしくはプラットフォーム
上に存在するＳＡＲセンサ・システムにより斯かるサブパルスの反射が受信され
たときに斯かるサブパルス反射から導出されるデータを生成して処理すべく活用
され得る。特に、導出されたデータは典型的には人工衛星もしくはプラットフォ
ームのオンボードで生成され、引き続き、導出されたデータに関するサンプリン
グおよびアンビギティ減少を実施すべく地上のＳＡＲ処理システムへと転送され
る。故に、ＳＡＲ処理システム（又は同様の機能性を備えた他の任意のシステム
）に対する本発明の側面は、導出されたデータにおける信号受信アンビギティを
減少すべく２つの異なるサンプリング速度にて各サブパルス反射から導出され（
ると共に受信に従って順序付けされ）たデータをサンプリングすることである。
すなわち、導出されたデータは、実質的にサブパルス反射におけるドップラ帯域
幅の増加に依るアンビギティであってプラットフォームの軌道の方向に沿ったア
ンビギティを減少すべく決定された第１反復周波数と少なくとも等しい第１サン
プリング速度にてサンプリングされる。これに加え、導出されたデータはアンビ
ギティを減少すべく上記第１反復周波数よりも小さな第２速度にてサンプリング
され、この第２速度は、プラットフォームの軌道を横切る方向（すなわちレンジ
方向）においてサブパルス反射が検出され得る延長時間から帰着するアンビギテ
ィであって導出されたデータにおけるアンビギティを減少すべく活用される。よ
り詳細には、上記第２サンプリング速度は、基本期間もしくはパルス区間の反復
周波数よりは大きくない。故に、本発明の一実施例においては、第１導出データ
・サンプリング速度はサブパルス反復周波数であり、且つ、第２導出データ・サ
ンプリング速度は基本期間もしくはパルス区間に対する反復周波数である。

【０００７】本発明の一実施例において基本期間内における各サブパルスは相互に直交して
いる、と言うのも、各サブパルス信号送信は、上記基本期間内における他の任意
のサブパルスの送信帯域幅と重畳しない帯域幅内だからである。特に、線形ＦＭ
（チャープ）レーダに対し、レーダ帯域幅は（所望のレンジ解像度を達成するに
必要な帯域幅を超えて）Ｎだけ増加され、且つ、各基本期間においてはＮ個のサ
ブ・チャープが生成され、各サブ・チャープは他のサブ・チャープから中心周波
数においてオフセットされる。このサブパルス分割技術の結果、これまでよりも
相当に小さなアンテナを備えたＳＡＲ撮像システムが可能となる。本発明の他の特徴および利点は、添付図面による詳細な説明から明らかとなろ
う。

【０００８】詳細な説明図１は、地球などの物体１４の上方を移動すると共に例えば合成開口レーダ（
ＳＡＲ）を使用してスワス１８に沿って上記物体を撮像するプラットフォームも
しくは人工衛星１０を示している。すなわちプラットフォーム１０は、パルス化
レーダ信号をスワス１８に向けて送信すると共に送信済信号の反射を検出し、検
出された信号値に対してデータ関連地理的領域を生成する（例えば斯かる反射信
号値は、反射された電磁信号の合成振幅に対応する合成電圧値であると共に、地
理的領域全体に対しては“レーダ散乱断面積振幅”として表現される）。故に、
上記地理的領域の固有の特性は斯かる検出信号値を使用して決定もしくは撮像さ
れ得る。特に、例えば次の特性が決定され得る：道路、建物などの自然のおよび
／または人工の対象物の位置、土壌水分、植物種、鉱石種、氷量／積雪面積、地
域の地形的特性、海洋面上および海洋面下の特徴。

【０００９】上記プラットフォーム１０はアンテナ２２を含むが、該アンテナ２２は幅２６
および長さ３０を有すると共にレーダ信号を送信してスワス１８の反射レーダ画
像を受信する。すなわちプラットフォーム１０は、ひとつのフットプリント３４
に一個以上のレーダ・パルスを送信することにより一度にひとつのフットプリン
ト３４の反射信号を検出する。従って、プラットフォーム１０が物体１４の上方
で矢印３８の方向に移動するとき、重畳するフットプリント（例えば、３４およ
び３４’）からの各反射信号が受信される、と言うのも、上記プラットフォーム
により生成されたレーダ・パルスは矢印３８の方向においてスワス１８に沿う連
続的なフットプリントへと指向されるからである。

【００１０】尚、ビーム幅４２（すなわち両頭矢印４０の方向においてフットプリントの最
大幅部分の角度寸法であり、当業界で“アジマス・ビーム幅”として公知のもの
）がアンテナ２２の長さ３０に反比例して変化することを銘記することは重要で
ある。故に、長さ３０が増大するにつれてビーム幅４２は減少し、逆も同様であ
る。更に、ビーム幅４２が増加するにつれてスペクトルのドップラ・シフト効果
は次第に顕著になることから、プラットフォーム１０により受信される反射信号
のドップラ帯域幅のスペクトルが大きくなる。更に、信号を確実に検出する為に
は信号サンプリング速度（すなわち等価的にはＰＲＦ）は受信したドップラ信号
帯域幅よりも大きくされ、帯域幅のエイリアシングを回避することにより受信信
号を明確に検出せねばならない。故にプラットフォーム１０は制約条件（上述の
アジマス・アンビギティ制約条件）を受けるが、該制約条件は、アジマス次元（
すなわち、両頭矢印４０の方向）において実質的に明確に反射信号を検出する為
には、容認可能な値の限界が低いパルス反復周波数（ＰＲＦ）に対してアンテナ
２２の長さ３０が直接的に関連付けられるというものである。故に、この低い限
界よりも低いＰＲＦが他の制約条件により選択されたとき、アンテナの長さ３０
は典型的には増加される。

【００１１】アンテナ２２と、撮像されつつあるフットプリント３４との間の入射角度θが
増加するにつれ、スワス１８はプラットフォーム１０の直下から更に離間する如
く両頭矢印４０に直交する方向（矢印４４ａの方向）にシフトする。故に、上記
スワスの幅４６（すなわち、フットプリント３４の最長部分）およびその内部の
フットプリント３４は増加する。故に、（レンジ次元における）フットプリント
３４の最近部分と最遠部分との間の信号進行時間の差が増大することから、異な
るレーダ・パルス区間の故に重なり合う反射信号に依る信号アンビギティを回避
する為にはＰＲＦが減少され又はスワス１８のスワス幅４６が小さくされねばな
らない。故にプラットフォーム１０は、レンジ方向（すなわち、両頭矢印４４の
方向）において実質的に明確に反射信号を検出する為にはアンテナ２２の幅２６
はＰＲＦに対して直接的に関連付けられる、という制約条件を受ける。これは通
常、アンテナ幅２６を増加することによりスワス幅４６を減少することを意味す
る、と言うのも、上述のアジマス制約条件はＰＲＦの低い限界を特定するからで
ある。

【００１２】故にプラットフォーム１０の従来の設計態様においては、レンジ次元およびア
ジマス次元の両者において明確に反射信号を検出すべく、アンテナ２２の幅２６
および長さ３０のいずれかもしくは両方が不適切に小さくされることがある。

【００１３】数学的には、アンテナ寸法に関するＰＲＦのレンジ・アンビギティ制約条件お
よびアジマス・アンビギティ制約条件の間の関係は、以下の如く記述され得る。
アンテナ２２に関し、不明瞭なレンジ主ローブ応答（ａｍｂｉｇｕｏｕｓｒａ
ｎｇｅｍａｉｎｌｏｂｅｒｅｓｐｏｎｓｅ）は、

【００１４】

【数１】の如くＰＲＦを選択することにより最小化され得るが、式中、ｆ_pはＰＲＦであ
り、ｆは送信パルスの搬送波周波数であり、Ｗはアンテナ幅２６であり、ｈは人
工衛星１０の高度であり、β_Wはビーム広がりを考慮する係数であり、且つ、θ
は入射角度である。尚、この単純な分析に対しては平坦な地球が仮定されること
を銘記されたい。同様に、明確なアジマス応答は、

【数２】の如くＰＲＦを選択することにより最小化され得るが、式中、ｖは人工衛星１０
の速度であり、β_Lはビーム広がりを考慮し、Ｌはアンテナ長さ３０である。こ
れらの限界を等しくすると、

【数３】によりアンテナ面積に関する標準的制約条件が与えられる。故に上記式［１．３
］は、地球の湾曲などの実際性を考慮すべく改変されるべきことを銘記されたい
。

【００１５】緩和された最小面積制約条件本発明を数学的に記述する為には、式［１．５］の理想的直交性特性を有する
式［１．４］により定義されたＮ個のサブパルスｓ_i（ｔ）の合計である送信済
信号Ｓ（ｔ）を考慮する：

【数４】

【数５】式中、δ_ijはクロネッカーのデルタであり、Ｉ_i（ｔ）はＳ_iに対応するインパ
ルス応答である。この形態の送信済信号を使用するパルス圧縮レーダのインパル
ス応答は、

【数６】であり、式中、Ａは合成倍率（ｃｏｍｐｌｅｘｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒ）で
あり、Ｓ_R（ｔ）は受信信号であり、Ｓ_T（ｔ）は送信済信号Ｓ（ｔ）のレプリ
カであり、且つ、τは送信および受信の間の時間遅延である。もし、Ｓ_R（ｔ−
τ）＝Ｓ（ｔーτ）と仮定し、Ｓ_T（ｔ）＝Ｓ（ｔ）と選択すれば、これはサブ
パルス・フォーマットに関して次式の如く表現され得る：

【数７】該式においては直交性特性が適用されている。故に上記信号Ｓ（ｔ）は、ＳＡＲ
の非圧縮アジマス信号をサンプリングする為に、公称パルス期間の各々内に生ず
る等価的な一群のＮ個の独立パルスとして取り扱われ得る。ｆ_pのパルス反復周
波数で動作しているＳＡＲに対し、その効果はアジマス・サンプリング周波数を
Ｎｆ_pへと増加する一方、ｆ_pのパルス反復速度に伴うレンジ・アンビギティ特
性を保持することである。プロセッサの構成に依存する遅延時間τの特定の表現
は、上記分析に影響を与えるものでない。故に、パルス期間毎に反復されたＮ個のサンプルは次式により与えられる等価
的ＰＲＦｆ_pを有するアジマス波形のサンプリングを表す：

【００１６】

【数８】式中、ｆ_pは基本ＰＲＦと称される。上記アジマス・アンビギティ式は今や、サ
ンプリング・プロセスに対するこの変更を仮定して改変され得ることから、

【数９】を与えると共に、

【数１０】により与えられる最小面積制約条件の改変形態に帰着する。受信信号を上述の様式で処理することにより、従来の理論により課された最小
サイズよりも相当に小さなアンテナ２２を使用してＳＡＲ撮像を実施することが
可能となる。

【００１７】本発明は、種々の波形分割技術と共に活用され得る。例えば、サブパルス技術
を実施すべく、周波数分割波形およびコード（ｃｏｄｅ）分割波形の両者が使用
され得る。選択された波形分割技術の実効性は、それが式［１．５］で具現され
た直交性条件を満足する度合を決定することで評価され得る。

【００１８】周波数分割システムに対する本発明の一実施例において、各サブパルスは共通
の周波数成分を有さない。結果として、レンジ相関（ｒａｎｇｅｃｏｒｒｅｌ
ａｔｉｏｎ）に伴うレンジ最小識別距離（ｒａｎｇｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）
は、サブパルス帯域幅に対応する。例えばもし合計帯域幅ＢがＮ個のサブパルス
の間で等しく分割されたなら、各サブパルスはＢ／Ｎにより与えられる帯域幅を
有するという事実に依り、レンジ最小識別距離に伴うレンジ最小識別距離は、サ
ブパルスを有さない全帯域幅Ｂを採用したＳＡＲのＮ倍である。次の項において
論じられる如く、この解像度の減少はアジマス相関処理の間に埋め合わされ得る
。

【００１９】コード分割システムに対する代替実施例においては、当業者であれば理解され
る様に、共通の周波数成分が存在するが直交性は式［１．５］の直交性積分を最
小化するパルス（すなわちコード）に対する波形を選択することにより達成され
得る。但し、この手法は元の帯域幅を（故に、レンジ解像度を）維持すべく使用
され得るが、そのトレードオフは非直交信号の存在の故に処理済信号において雑
音電力が増加することである。

【００２０】本発明に依れば、アンテナ長さ、アンテナ幅、又は、長さおよび幅の一定の組
合せにおける減少を以て、最小アンテナ面積の減少を許容することを銘記するの
は重要である。但し、パルス手法は基本周波数を改変しないことから、サブパル
ス・フォーマットによりレンジ・アンビギティは影響されない。故にアンテナ幅
２６は、レンジ次元が既にオーバーサンプルされているか或いは基本ＰＲＦが減
少されたときにのみ減少され得る。レンジ最小識別距離は、サブパルス帯域幅に
対する元の帯域幅の比率だけ大きい。但しアンテナ長さ３０は、合計ＰＲＦにて
適切にサンプリングされるドップラ帯域幅を生成するビーム幅と一致する量だけ
減少され得る。概略的に、ドップラ帯域幅における斯かる増加は、アジマス解像
度において匹敵する改良に対応する。例えば、反射信号におけるドップラ帯域幅
を倍増すると、アジマス最小識別距離は２の係数だけ小さくなり得る。典型的な
プロセッサは、複数のアジマス・サンプルを処理することにより解像度変化を補
償し、レンジ解像度に一致するアジマス解像度を達成する。代替的に、付加的な
サンプルを使用してスペックルを減少（すなわち、幾つかのサンプルが平均化さ
れて反射信号測定に対する単一の値を求める場合における、マルチ検査処理を介
した信号反射の測定における統計的変動を減少）すべく使用され得る。

【００２１】本発明の幾つかの実施例においてサブパルス・フォーマットは、他のサブパル
スからの時間もしくは周波数のサイドローブに依り、基本パルス区間におけるレ
ンジ・アンビギティを生成する可能性がある。但しこれらのアンビギティは次の
ひとつ以上により最小化され得る：（ａ）サブパルス長さを増大すること；（ｂ
）各パルス加重しもしくはコード化すること；および／または、（ｃ）各サブパ
ルス帯域間へ間隙を含めること。

【００２２】本発明を活用するＳＡＲ画像処理システムは、次の２つのサブシステムを含ん
でいる：（２．１）ＳＡＲセンサ・システム；これは、典型的には宇宙船、航空機もし
くは他のプラットフォームに配置されると共に、レーダ信号を生成し、例えば物
体１４などの物体から反射された後にそれらを受信する；および、（２．２）ＳＡＲプロセッサ・システム；これは、（ａ）上記ＳＡＲセンサ・
システムから受信したデータを処理し、（ｂ）上記物体の画像を生成し、且つ、
（ｃ）上記物体から反射されると共に上記ＳＡＲセンサ・システムにより受信さ
れた信号に対応するデータから導出され得る他の情報を生成するものである。尚
、上記ＳＡＲプロセッサ・システムは通常、画像処理に必要な相当量のコンピュ
ータ用ハードウェアの故に、ＳＡＲセンサ・システムと共に人工衛星１０に配置
されるものではないことを銘記されたい。但し当業者であれば認識し得る如く、
ＳＡＲセンサ・システムおよびＳＡＲプロセッサ・システムが同一のプラットフ
ォーム１０上に配置され得る実施例も在る。

【００２３】図２は、本発明を具現するＳＡＲセンサ・システム２０４のブロック図である
。この図における各ブロックは電子的ハードウェアおよび関連ソフトウェアから
成る個別のコンピュータ用ユニットとして実現され得るが、一定の場合に斯かる
コンピュータ用ユニットの相当数の機能性は既に組合されている。ＳＡＲセンサ
・システム２０４は、２つの機能に基づいて論理的に分割され得る：信号送信機
能および信号受信機能である。信号送信機能は、ＳＡＲレーダ信号を生成して送
信する機能性を含む。信号受信機能は、反射されたＳＡＲレーダ信号を受信して
記憶する機能性を含む。上記の２つの機能に対するハードウェア／ソフトウェア
・ユニットは概略的に、２つの機能に対して実質的に異なるハードウェア／ソフ
トウェア・ユニットを使用し乍らも以下に記述される如く一定の目的に対しては
共通のハードウェア／ソフトウェア・ユニットを採用して、単一のプラットフォ
ーム１０上のＳＡＲセンサ・システム内で組合される。但し一定の実施例におい
ては、上記送信かつ受信機能は別体のプラットフォーム１０上で実施されること
を銘記されたい。斯かる場合においては勿論、各プラットフォーム上で他の共通
のハードウェア／ソフトウェア・ユニットが複製される。

【００２４】図２に示されたＳＡＲセンサ・システム２０４の単一プラットフォーム実施例
においてタイミング／制御ユニット２０８はＳＡＲセンサ・システムの全体に対
し、基準信号、タイミング機能および制御機能を提供する。励振器ユニット２１
２は、基準信号を変調かつフィルタリングする。送信器ユニット２１６は、励振
器ユニット２１２からの信号を増幅かつフィルタリングする。アンテナ２２を含
むアンテナ・ユニット２２０は、送信器ユニット２２４からの信号を送信すると
共に、物体１４から反射された信号を受信する。受信器ユニット２２４は、アン
テナ・ユニット２２０からの信号を、増幅し、フィルタリングし、且つ、周波数
シフトする。デジタル電子ユニット２２８は、受信器ユニット２２４からの信号
をデジタル化して処理する。データ送信ユニット２３６は、デジタル電子ユニッ
ト２２８もしくはデータ記憶ユニット２３２のいずれかから受信したデータを送
信する。この実施例において、信号処理および記憶は、実質的に無線周波数（Ｒ
Ｆ）およびデジタル信号処理電子機器を用いて実施される。代替実施例において
は、処理および記憶の一定の部分は光学的技術を使用して実施され得る。

【００２５】図２はまた、タイミング／制御ユニット２０８の内部構造のブロック図も示し
ている。タイミング／制御ユニット２０８の内部の各ユニットは次の様に記述さ
れ得る：マスタ制御ユニット２４８はＳＡＲセンサ２０４に対し、構成ユニット
の制御および連携調整とを含め、全体的制御を提供する。公称ＰＲＦパルス／タ
イミング制御器ユニット２５２は、基本パルス特性に関する制御情報を生成して
分配する。サブＰＲＦパルス／タイミング制御器ユニット２５６は、ユニット２
５２により生成された情報と、ユニット２０８からの付加的情報とを使用し、サ
ブパルス特性に関する制御情報を生成して分配する。この制御情報は、安定局部
発振器ユニット（２４０）により生成された無線周波数（ＲＦ）信号が周波数乗
算器ユニット２４４において周波数乗算された後に、該信号を制御すべく使用さ
れる。タイミング／制御ユニット２０８はまた、ビーム指向角度などのアンテナ
機能を制御するアンテナ制御器ユニット２６０と、受信器２２４、デジタル電子
ユニット２２８および各種機能を制御する各種タイミング／コマンド制御器ユニ
ット２６４とを含んでいる。尚、タイミング／制御ユニット２０８の内部におけ
るこれらのユニットの少なくともひとつは従来のＳＡＲタイミング／制御ユニッ
トにおいて新規であり先行されていないことを銘記されたく、すなわち、サブＰ
ＲＦパルス／タイミング制御器ユニット２５６がそれである。ハードウェアにお
いて又はソフトウェア・モジュールとして実現され得るこの新たなユニットは、
公称的なもしくは従来のＰＲＦにおけるパルスとは異なる周波数、フォーマット
およびタイミングを有するサブパルスを生成するに必要な制御機能、タイミング
および波形パラメータを提供する。これらの制御およびタイミングのパラメータ
の決定および生成は、公称的なＰＲＦおよびタイミングを決定すべく使用される
のとは基本的に異なるアルゴリズムを包含する。例えば、公称的ＰＲＦパルスお
よびタイミングのパラメータを決定することは実質的に、無線周波数、プラット
フォーム速度／高度、アンテナ寸法、およびデータ・ウィンドウ・タイミングの
発行に関する情報に依存する。更に、サブＰＲＦパルスおよびタイミングのパラ
メータを決定することは、信号の直交性、信号／ノイズの問題、および、送信干
渉および天底干渉などの更に制約されたデータ・ウィンドウ・タイミングの分配
に依存する。故に、所望のレーダ波形を達成する為には、公称ＰＲＦおよびサブ
ＰＲＦの両者に対してパルスおよびタイミングを算出することが必要とされ、且
つ、ＰＲＦおよびサブＰＲＦレベルの両者において制御機能が生成されて分配さ
れねばならない。

【００２６】本発明においては、ＳＡＲセンサ・システム２０４の各ユニットの一個もしく
は数個が改変されて、本発明に係るサブパルスを採用しないＳＡＲセンサとの比
較における提案改良を達成する。一実施例においてアンテナ・ユニット２２０は
：（ａ）アンテナ２２の開口面積を減少することにより；且つ、（ｂ）改変され
ていない開口の一定の部分のみからの送信および受信を提供する電子的なもしく
は機械的なデバイスを導入することにより；改変される。第２実施例においては
、アンテナ・ユニット２２０が同様に改変されると共に、パルスのタイミング、
存続時間および変調（但し、送信済信号の合計帯域幅は除く）も改変される。特
にパルス・フォーマットは、一方は従来のＳＡＲシステムの公称パルス周波数で
あり且つ他方はパルス・ストリーム中に付加的パルス（“サブパルス”）を導入
することにより生成された更に高い周波数であるという２つの別個のパルス周波
数を有するパルス・シーケンスを提供すべく改変され得る。パルス・フォーマッ
トをこの様に変更するには、タイミング／制御ユニット２０８を改変することが
必要である。第３実施例においては、送信済信号の合計帯域幅も改変される。そ
の為には、送信器ユニット２１６およびアンテナ・ユニット２２０を含む全ての
ユニットを更に改変し、増加した帯域幅に対処すると共に正しい帯域通過特性を
提供することが必要となり得る。

【００２７】図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、上記ＳＡＲセンサ・システムの動作のフロー
チャートである。先ず、レーダ・パルスの所望のタイミングおよび存続時間が計
算される（ステップ３０４）。引き続き、サブパルスの所望のタイミングおよび
存続時間が計算される（ステップ３０８）。ステップ３０４および３０８で計算
された各値は次に、ステップ３１２において生成された安定発振器信号からパル
スおよびサブパルス信号を生成すべく使用される（ステップ３１６）。これらの
パルスおよびサブパルスは次に、変調され（ステップ３２０）、中間周波数に変
換され且つ帯域通過フィルタリングされ（ステップ３２４）、次に搬送波周波数
に変換されかつ再び帯域通過フィルタリングされる（ステップ３２８）。パルス
信号は次に増幅され（ステップ３３２）且つアンテナ２２を使用して送信される
（ステップ３３６）。物体１４から反射された信号は、アンテナ２２を介して受
信され、増幅され（ステップ３４４）、且つ、中間周波数に変換され且つ帯域通
過フィルタリングされる（ステップ３４８）。引き続き、上記信号はビデオ周波
数へと変換され且つ帯域通過フィルタリングされる（ステップ３５２）。上記信
号は次にデジタル化され（ステップ３５６）且つ処理されて所望のデジタル・フ
ォーマットを達成してから、記憶されもしくは送信される（ステップ３６０）。

【００２８】図４は、本発明のＳＡＲプロセッサ・システム４０４の実施例に対するブロッ
ク図を示している。この実施例においてＳＡＲプロセッサ・システム４０４は、
単一のコンピュータ内でもしくは複数のコンピュータを使用して実現され得るデ
ジタル・コンピュータ用デバイスおよびソフトウェアを含んでいる。公称制御パ
ラメータ生成器４０８は、ＳＡＲセンサ・システム２０４により出力されたセン
サ・データと、補助的データとを使用して、センサ・データの処理を制御すべく
使用されるパラメータを計算する。公称制御パラメータ生成器４０８は、サブパ
ルス制御パラメータ生成器４１０に対してパルス相関制御パラメータを提供する
。サブパルス制御パラメータ生成器４１０は、サブパルスのレベルで処理を実施
するに必要な制御パラメータを提供する。この制御情報は、ＳＡＲセンサ・シス
テムおよび送信された波形に関し、データ自体および既知情報から導出される。
サブパルス制御パラメータは、公称制御パラメータを計算する為に使用されるの
とは相当に異なるアルゴリズムを使用して計算されるが、公称制御パラメータ生
成器４０８により生成されたパラメータ情報を取り入れるものである。例えば、
次の様なアルゴリズムの差が必要である：サブパルス制御パラメータは各パルス
・シーケンスに含まれた各サブパルス間の差を考慮せねばならず、斯かる差は典
型的には、各サブパルスを相互から区別すべく使用される周波数差、位相差もし
くはコード差である。サブパルス制御パラメータはまた、サブパルス信号に対処
すべく典型的に改変されたデータ・ウィンドウの差も考慮せねばならない。レン
ジ相関プロセッサ４１２は制御パラメータを採用してセンサ・データに関するレ
ンジ相関を実施することから、当業者であれば理解される様に、データは大きな
時間／帯域幅の積形態（ｔｉｍｅ−ｂａｎｄｗｉｄｔｈｐｒｏｄｕｃｔｆｏ
ｒｍａｔ）から殆ど１（ｕｎｉｔｙ）の時間／帯域幅の積形態へと変換もしくは
“圧縮”され得る。サブパルス選別プロセッサ４１６は、公称パルス期間の間に
おけるＮ個のサブパルスもしくはサブパルス・シーケンスの各々に対するレンジ
相関手順を反復すると共に、適切な周波数および位相補正を提供することから、
レンジ相関処理に引き続き各サブパルスは実質的に同一に見える。各サブパルス
に対応する反射信号はサブパルス波形の直交性特性によってのみ区別され得るこ
とから、レンジ相関処理は各サブパルスに対して別個に行われねばならない。レ
ンジ圧縮サブパルスは次に再結合され、基本ＰＲＦに関するサンプリング速度の
Ｎ倍のサンプリング速度でアジマス信号のサンプリングを達成する。引き続き、
コーナー・ターン・メモリ４２０はレンジ処理からのセンサ・データを記憶し且
つアジマス処理へと移動させる。アジマス相関プロセッサ４２４は上記制御パラ
メータを採用してセンサ・データに関するアジマス相関を実施することから、当
業者であれば理解される様に、レーダ信号処理における標準的技術を使用してデ
ータは大きな時間／帯域幅の積から殆ど１の時間／帯域幅の積へと変換もしくは
“圧縮”され得る。サブパルス再サンプリング・プロセッサ４２８は、サブパル
ス波形の使用によりもたらされた解像度およびジオメトリのアーチファクトに関
して２次元データを補正する。例えばこの段階においては通常、画像におけるア
ジマス解像度をレンジ解像度に一致させるべく、アジマス次元における各データ
・サンプルをコヒーレント的に組合せることが必要である。マルチ検査プロセッ
サ４３２は先の各プロセッサにより生成された２次元データ・セットを処理し、
所望の解像度および特性の画像を生成する。これに加え、代替実施例においては
、ＳＡＲプロセッサ・システム４０４は実質的に光学的コンピュータ計算デバイ
スから構成され得ることを銘記することが重要である。

【００２９】本発明においては、ＳＡＲセンサ・システム２０４に対する改変の結果として
もたらされたデータへの変更に対処すべく、従来のＳＡＲプロセッサ・システム
に対して相当の改変を必要とすることを銘記されたい。公称制御パラメータ生成
器４０８は、送信済信号のタイミング、存続時間、変調および帯域幅を変更した
結果として、従来のプロセッサで使用されたのとは異なる形態の基準機能を提供
すべくサブパルス制御パラメータ生成器４１０を付加することで改変されねばな
らない。レンジ相関プロセッサ４１２およびアジマス相関プロセッサ４２４の両
者も対応した改変を必要とする。これらの改変は典型的には、パルス・フォーマ
ットの差を考慮したソフトウェア変更である。特に、サブパルス・データはレン
ジ相関プロセッサ４１２およびサブパルス選別プロセッサ４１６内において適切
な手法で改変されることにより、アジマス信号と実質的に等しい一連のパルス・
サンプルとしてアジマス相関プロセッサ４２４にて生ずる対応レンジ圧縮パルス
を生成せねばならない。アジマス相関プロセッサ４２４も同様に改変されて、一
層高い速度で且つおそらくは標準的形状と異なるフォーマットで受信されるこれ
らのパルス・サンプルに対処せねばならない。一定の実施例においては、アンテ
ナ２２の開口が減少したことにより送信済信号のビーム幅４２が大きくなること
から、アジマス相関プロセッサ４２４内でアジマス相関を提供すべく使用される
アルゴリズムも改変される必要がある。

【００３０】図５は、本発明のＳＡＲプロセッサ・システム４０４の動作のフローチャート
である。ＳＡＲセンサ・システム２０４から受信されたデータは、パルスおよび
サブパルス信号データに対する制御パラメータを生成すべく使用される（ステッ
プ５０８および５１２）。これらのパラメータは、ステップ５２０の処理により
蓄積かつ補正されるレンジ圧縮データを生成するステップ５１６のレンジ相関処
理を制御すべく使用される。上記データは、コーナー・ターン処理（ステップ５
２４）を使用して変換されると共に、アジマス相関を介して処理され（ステップ
５２８）、レンジおよびアジマスの両者において圧縮された２次元データ・セッ
トを生成する。引き続き、上記アジマス相関ステップからのデータ出力は再サン
プリングの為のステップ５３２へと提供され、レンジ解像度およびアジマス解像
度の間の差などのサブパルス波形の使用によりもたらされたアーチファクトを除
去する。ステップ５３６においては、複数のデータ検査（ｄａｔａｌｏｏｋ）
が処理され、所望のデータ解像度および画像品質が達成される。最後にステップ
５４０においては、反射信号分布に対応する画像が出力される。

【００３１】実施例：周波数分割波形直交サブパルスを実施する複数の周波数にて線形ＦＭ（チャープ）信号を使用
すべく設計された本発明のサブパルス・レーダ・システムを考える。送信される
チャープ信号の帯域幅が所望レンジ解像度の達成に必要な帯域幅のＮ倍（簡素化
の為に、Ｎは整数とする）の率である如く設計されたＳＡＲ送信器を仮定すると
、Ｎ個のサブ帯域の各々に関して別個にパルス圧縮が実施されたとすれば、その
結果は各パルスに対し、一群のＮ個のＳＡＲアジマス波形のサンプルである。

【００３２】本発明の二重レベル信号サンプリング技術から導出された画像データを求める
には、各サブパルスの周波数オフセットは除去されねばならない。これは従来の
ＳＡＲパルス・ハードウェアにより行われ得るが、送信済信号の特性（すなわち
、時間の関数としての信号の周波数、位相および振幅などの特性）のみは認識す
る必要がある。更に、当業者であれば理解される様に、斯かる従来の信号パルス
処理によれば、オンボードでのデジタル化およびデータ記憶の前に適切な発振器
周波数ｆ_mを用いて、受信信号は周波数変換もしくは復調され得る。故に当業者
であれば理解される如く、各サブパルスの開始位相が同一であると仮定すれば、
従来のパルス処理に対する主な改変は、レンジ圧縮アルゴリズムを調節すること
により受信信号を各サブパルスのレプリカと別個に相互相関する段階を含む。

【００３３】この変更は容易に実施され得ることを銘記されたい、と言うのも、それに必要
なものは以下で論ずる如く相関器基準機能の中心周波数および位相を調節するこ
とのみだからである。

【００３４】大きな時間／帯域幅の積を有すると共にｆ＝ｆ₀にて中心合せされたパルスに
関し、システム・インパルス応答は式［２］により第ｎパルスに対する時間ｔの
関数として与えられる：

【００３５】

【数１１】式中、Ａ_nは全体合成振幅であり、Ｒ_nは第ｎパルスの中心に関する物体へのレ
ンジであり、ｃは光速であり、ｆ₀は送信済信号の中心周波数であり、且つ、

【数１２】であり、式中、Ｋはチャープ率であり且つτ_pはパルス長さである。ｆ_i＝ｆ₀ ＋δｆ_iが含まれたとき、これは、

【数１３】となり、式中、α_i＝δｆ_i／ｆ₀であり、δｆ_iは第ｉ番目のサブ帯域の周波
数オフセットである。処理改変は、式［２．３］で示された周波数および位相のオフセットを考慮す
べく、標準的な復調ステップを調節する段階を含む。これは、復調関数

【数１４】と位相関数

【数１５】とを乗算して実施されるが、式中、Ｒ_nの値は最小識別距離エレメント（ｒｅｓ
ｏｌｕｔｉｏｎｅｌｅｍｅｎｔ）の各々における固定点に対応する。上記で引用した文献中でＨａｒｇｅｒにより論じられた如く、この周波数およ
び位相の調節は厳密には、Ｒ_nに対応する、最小識別距離エレメント内の点に対
してのみ有効である。その最小識別距離エレメント内の他の点においては、残存
位相誤差が存在する。例えば、それらの帯域幅により相互から２つのサブパルス
・オフセットのみを採用するサブパルス・シーケンスに依れば、最小識別距離エ
レメントの中心にて調節が為されれば残存位相誤差は最小識別距離エレメントの
各エッジにて±Πである。このパルス間の位相差の結果として、アジマス相関処
理の間に各パルスを合計すると、エレメントの中心に配置されていない対象物か
ら反射された信号は消去されることになる。上記に記述された実施例において、
その消去はエレメントのエッジにて正確である（エレメントの中心に移動するに
つれ消去は少なくなる）。アジマス処理とレンジ解像度との間におけるこの結合
は、標準的なＳＡＲ処理においては行われない。達成されたとき、Ｎ個のサブパ
ルス・フォーマットに対して消去すれば、各サブパルスの帯域幅のＮ倍の帯域幅
を有するパルスとして正確なレンジ・インパルス応答が生成される。

【００３６】これらの段階において使用される量の全てはパルス処理段階の間に既知である
ことから、サブパルス送信フォーマットの周波数依存効果は実効的に排除され得
る。その結果は所望のレンジ圧縮信号

【数１６】であり、これは標準的なパルス処理に対する関数形態であるが、各パルスは通常
のパルス処理における割合のＮ倍の割合で生ずる。信号空間実施方式本発明の改変ＰＲＦ手法を記述するこの実施例における送信パルスは、幾つか
のフォーマットの内の任意のフォーマットで実施され得る。図６はパルス・フォ
ーマット実施例のひとつの形式を概略的に示したものであり、各サブパルスは該
実施例で記述された如く線形ＦＭ変調を使用している。Ｎ個のサブパルスの各々
は、中央周波数ｆ_i、帯域幅Ｂ_i、存続時間τ_i、および、開始時刻ｔ_iを有し
ている。これらのパラメータに対する値を選択する場合、多数の要因が考慮され
ねばならない。

【００３７】

【数１７】により与えられる基本パルス長さ、および、基本ＰＲＦは、ピークおよび平均の
送信電力の間の所望関係、並びに、送信器ハードウェアの性能により部分的に決
定される。基本ＰＲＦもまた、式［１．１］により与えられるレンジ・アンビギ
ティ制約条件を満足せねばならない。これらのアンビギティ考察は、本発明の改
変ＰＲＦを有さない標準的なレーダで用いられるのと同一である。これに加え、当業者であれば理解されると共に上記で引用したＣｕｒｌａｎｄ
ｅｒ文献に記述された如く、複数の受信チャネルが使用されるのでなければ、標
準的な送信ウィンドウおよび天底戻り基準制約条件が満足される如くパルス・フ
ォーマットは選択されねばならない。これに加え、これらの制約条件は図７（Ａ
）および図７（Ｂ）に示されることを銘記されたい。すなわち、図７（Ａ）に示
された送信ウィンドウ制約条件は次の様に記述され得る：反射パルスは、各送信
ウィンドウの間に来る各区間の間においてプラットフォーム１０に到達せねばな
らない（送信ウィンドウは、パルス長さτ_pとパルス保護ウィンドウτ_R ^pの２
倍の合計により与えられる）。故に該制約条件は、各サブパルス受信ウィンドウ
は各サブパルスの送信ウィンドウの間における期間内に配置されるべきことを意
味している。更に図７（Ｂ）に示された如く上記天底制約条件は、先行パルスか
ら戻る天底パルスはパルス受信に対する現在ウィンドウ内では生じないことを意
味する。すなわち図７（Ｂ）は次の様に記述され得る：反射パルスは、天底反射
パルスがプラットフォームに到達する区間とは異なる区間の間にプラットフォー
ムに到達せねばならない。但し習用のレーダとは異なり、上記天底制約条件は、
（当業者であれば理解される如く、天底パルス戻りが受信器のフロントエンドを
飽和しない限りにおいて）特定のパルス受信ウィンドウにおいて受信されつつあ
る同一周波数の各サブパルスに対してのみ満足されねばならない。

【００３８】このパルス・フォーマットの特定の３種の代表例は、典型的なレーダにおいて
実施され得る。これらは図８（Ａ）、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）に示されてい
る。図８（Ａ）にはチャープ・パルス８０４のグラフが示されているが、各チャ
ープ・パルスは、標準的なチャープ・パルスと同様に周波数および時間の両方に
おいて連続的であるＮ個（図中、Ｎ＝４である）のサブパルスを有している。こ
の手法は、既存のチャープ・レーダと完全に一致するという利点を有している。
更に、サブパルスへの分割は、レーダ・ハードウェアを改変すること無く画像プ
ロセッサ内において全て実施され得る。その結果は、連続的なチャープ・パルス
全体により実質的に定義された期間８０８内においてＮ個のサブパルスが送信さ
れると共に各パルスの間における長時隔８１２の間には実質的にサブパルスが送
信されない、という交錯サンプリングとなる。しかし乍ら、斯かるサンプリング
の交錯は特に、サンプリングされた信号におけるノイズにより影響される。

【００３９】図８（Ｂ）のパルス・フォーマット代表例は、図８（Ａ）に示された第１手法
の改変である。但し各サブパルスはサブパルス・グラフ８２０により示された如
く時間的に分離されることから、各サブパルスに対しては非送信ウィンドウ８２
４が提供される。このパルス・フォーマットはノイズに対する感度を減少する。
但しそれはまた、サブパルス群とサブパルス群との間において、任意のパルス期
間における受信データ・ウィンドウに対して利用可能な最大期間を減少するもの
でもある。

【００４０】図８（Ｃ）のパルス・フォーマット代表例は図８（Ｂ）のフォーマットを更に
改変したものであり、各サブパルスは基本パルス期間８２８に亙り等しく離間さ
れ、各サブパルスは一層長い非送信ウィンドウ８２４を備えている。この手法は
サンプリングされた信号においてノイズに対する感度を最小化するが、それはま
た、受信データ・ウィンドウに対して利用可能なパルス間の最大期間を深刻に制
限することから、利用可能なスワス幅４６を制限する。但し、これらの不都合な
影響は、システム設計のトレードオフにより軽減され得る。一実施例において斯
かる不都合な影響は、減少されたアンテナ面積の幾分かを幅減少へと割当てるこ
とにより、最小基本ＰＲＦを低下させ且つ可能的データ・ウィンドウを増大する
ことにより、軽減され得る。代替実施例において不都合な影響は、典型的にはひ
とつのサブパルス毎に一個とされる複数のデータ・サブウィンドウにより軽減さ
れ得る。これはストライプ化された画像に帰着する（すなわち、各データ・サブ
ウィンドウの間のサブパルス送信期間に対応するレンジはデータを有さない）が
、このストライプ化は、僅かに異なる各ＰＲＦにて実施される複数回の検査から
の画像を組合せることで除去され得るものであり、これは当業者であれば理解さ
れる処である。

【００４１】信号電力の考察所定の信号／ノイズ性能を達成する為に必要な送信電力に関する本発明のサブ
パルス処理の影響は、発明実施例に依存する。但し概略的に、本発明に対する信
号／ノイズ性能は：１）レンジ処理の間に積分されるパルスの個数の改変；２）
アジマス処理の間に積分されるパルスの個数の改変；３）アンテナ利得の改変；
および４）解像度もしくは帯域幅の改変；の４つの要因の結果として、標準的な
信号処理アルゴリズムの性能とは異なるものである。

【００４２】例えば、固定帯域幅Ｂ、固定ピーク電力、および固定パルス長さを有するレー
ダ・システムであって、Ｎのサブパルス係数にて動作すべく改変されたシステム
を考慮する。斯かるレーダ・システムに対しては、係数Ｎによるアンテナ長さの
減少と係数Ｎによる信号／ノイズの増加は、同一の係数による解像度における損
失を吸収することにより獲得され得る。アンテナ面積における減少は、送受信の
利得をＮ²の係数で減少する。帯域幅は同一であることから、ノイズ電力は変化
しない。レンジ次元において積分されたサンプルの個数はＮの係数で減少される
が、同一の係数によりレンジ解像度において上記減少の分だけ相殺される。アジ
マス次元において積分されたサンプルの個数は、増加されたサンプリング速度と
増加された積分時間の増加（すなわち、増加されたアジマス・ビーム幅）の両方
に依り、Ｎ²の係数だけ増加される。アジマス最小識別距離が減少されることか
ら、Ｎの付加的係数が導入される。故に、Ｎ²の利得損失はＮ³のアジマス積分
利得により相殺され、Ｎの合計利得を与える。

【００４３】代わりに、もし帯域幅がサブパルス係数Ｎだけ増加されると共に解像度が固定
されたままであれば、アンテナ長さは係数Ｎだけ減少され、Ｎの信号／ノイズ損
失に帰着し得る。

【００４４】更に、雑音制限通過帯域の帯域幅を減少しても、信号／ノイズに関しては何ら
の利点も提供されない。これはノイズ電力を減少するがノイズ信号の相関時間も
係数Ｎだけ増加することから、コヒーレントな積分利得はＢ／Ｎより小さい帯域
幅におけるサンプリングに対してのみ獲得される。結果として、ノイズ電力にお
ける減少は、レンジ・サンプリング速度において必要とされる減少により相殺さ
れる。

【００４５】実施例一例として、７００ｋｍの高度から７５ｍの最小識別距離（直線距離）により
全体規模で地球の画像を生成すべく設計された宇宙船用ＳＡＲを考慮する。レー
ダは、（ここでは、１．２５、５．３および９．６ＧＨｚとされる）Ｌ、Ｃもし
くはＸ帯域にて動作する。各画像の間において大きなスワスおよび短い反復時間
を達成する為には、５５°の入射角度性能が所望される。標準的なパルス処理を
用いると、アンビギティ関係は、上記の３つの帯域に対して約４９．６ｍ²、１
１．６ｍ²および６．４ｍ²の最小開口面積を意味する（これらの値は、特定の
設計態様に依存して幾分か変動する）。斯かるアンテナに対する典型的な形状は
、１９ｍの長さと、２．６ｍ、０．６ｍおよび０．３ｍの幅である。Ｘ帯域にお
いてさえも、標準的なパルス処理により全地球撮像用途を達成するには物理的に
大きなアンテナが必要とされる。

【００４６】本発明のサブパルス処理を取り入れることにより、同一の性能を達成する上で
相当に小さなアンテナを使用し得る。１０ＭＨｚの帯域幅と２ＭＨｚのサブパル
ス帯域幅（基本パルス区間毎に５個のサブパルス）とを使用すると、アンテナ面
積は５の係数だけ減少され得る。また、各アンテナは、３．８ｍの長さ、および
、２．６ｍ、０．６ｍおよび０．３ｍの幅により配置構成され得る。Ｌ周波帯に
おいてさえも、アンテナ・サイズ（３．８ｍ×２．６ｍ）は小型宇宙船上で比較
的に扱い易いものである。７５ｍの最小識別距離で動作する該システムの信号／
ノイズは、１５ｍの最小識別距離で動作する全１９ｍのアンテナよりも７ｄＢの
係数だけ良好である。また、同一の感度に対し、送信ピーク電力および平均電力
は、５の係数だけ減少され得る。

【００４７】本発明の上記の解説は、例示および説明の為に提供されたものである。更に、
上記記述は、本明細書中に開示された形態に対して本発明を限定することを企図
するものでない。故に、当業界の技術および知識内において上記の教示と同等の
変更および改変は、本発明の範囲内である。本明細書中で上記された各実施例は
更に、発明を実施する上で現在にて知られた最適な手法を説明すると共に、当業
者が、本発明をそのままで、又は、他の実施例において、且つ、それらの特定の
用途もしくは発明の用途により必要な種々の改変と共に本発明を活用し得る様に
することを意図している。添付の請求の範囲は、先行技術により許容される範囲
における代替実施例を包含すべく解釈されることが意図される。

【図面の簡単な説明】

【図１】アンテナ２２を有すると共に物体１４のスワス１８を撮像する人
工衛星１０を示す図である。

【図２】データが収集されつつある領域の上方のプラットフォームからレ
ーダ信号を送信かつ受信すべく使用される、本発明に係るＳＡＲセンサ・システ
ム２０４のブロック図である。

【図３Ａ】ＳＡＲセンサ・システム２０４に対するフローチャートであり
、示されたフローチャートの各ステップは本発明に従い信号を送信かつ受信する
為の処理を記述している。

【図３Ｂ】ＳＡＲセンサ・システム２０４に対するフローチャートであり
、示されたフローチャートの各ステップは本発明に従い信号を送信かつ受信する
為の処理を記述している。

【図４】ＳＡＲセンサ・システム２０４により提供されたデータを例えば
画像へと処理するＳＡＲプロセッサ・システム４０４の構成を示す本発明に対す
るブロック図である。

【図５】ＳＡＲプロセッサ・システム４０４のフローチャートであり、こ
のフローチャートは、ＳＡＲセンサ・システム２０４のデータを例えば反射信号
が受信された領域に対応する撮像へと処理する上で行われる各ステップを記述し
ている。

【図６】本発明におけるパルス・フォーマットを概略的に示す図であり、
サブパルスは線形ＦＭ変調を使用すると共にＮ個のサブパルスの各々は、中央周
波数ｆ_i、帯域幅Ｂ_i、存続時間τ_iおよび開始時刻ｔ_iを有している。

【図７Ａ】送信干渉によるＰＲＦ選択への制約条件を示すタイミング図で
ある。

【図７Ｂ】天底干渉によるＰＲＦ選択への制約条件を示すタイミング図で
ある。

【図８Ａ】各サブパルスが連続的な本発明の線形ＦＭサブパルス・フォー
マットの実施方式を示す。

【図８Ｂ】各サブパルスが離間された本発明の線形ＦＭサブパルス・フォ
ーマットの実施方式を示す。

【図８Ｃ】各サブパルスが時間的に等しく離間された本発明の線形ＦＭサ
ブパルス・フォーマットの実施方式を示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ【要約の続き】の減少と同一の係数だけの信号帯域幅の増加とを犠牲にして獲得され得る。代替的に、もし解像度がＮだけ劣化されるのであれば、元の帯域幅を使用して、同一のＮのアンテナ長さ減少と係数Ｎだけの信号／ノイズの増加が獲得され得る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レンジ方向およびアジマス方向において物体から反射された
パルス信号を使用して上記物体に関する情報を獲得する方法であって、少なくとも第１所定反復周波数である速度にて所定シーケンスのサブパルスを
上記物体に向けて送信する段階と、上記サブパルスの各々に対し、上記物体からの対応サブパルス反射を検出する
段階と、上記サブパルス反射から導出された関連データ項目を上記サブパルス反射の各
々に対して含む複数のデータ項目を記憶する段階と、上記複数のデータ項目を第１サンプリングして第１系列のデータ項目を獲得す
る段階と、上記においては、当該第１サブパルス・シーケンスの各サブパルスが対応サ
ブパルス反射を有すると共に該対応サブパルス反射に対しては上記第１系列の関
連データ項目が在る如く上記所定シーケンスのサブパルスに含まれた第１サブパ
ルス・シーケンスが在り、且つ、上記第１サブパルス・シーケンスは少なくとも
上記第１所定反復周波数に等しい反復周波数を有しており、上記複数のデータ項目を第２サンプリングして第２系列のデータ項目を獲得す
る段階と、上記においては、当該第２サブパルス・シーケンスの各サブパルスが対応サ
ブパルス反射を有すると共に該対応サブパルス反射に対しては上記第２系列の関
連データ項目が在る如く上記所定シーケンスのサブパルスに含まれた第２サブパ
ルス・シーケンスが在り、且つ、上記第２サブパルス・シーケンスは少なくとも
上記第１所定反復周波数よりも小さな反復周波数を有しており、上記複数のデータ項目に関連する一個以上の値であって、サブパルス反射アン
ビギティにおける減少を有する一個以上の値を提供する段階と、上記において、上記提供段階は次の下位段階（Ａ１）および（Ａ２）を含ん
でおり：（Ａ１）上記サブパルス・データ項目の上記第１サンプリングを使用して
上記一個以上の値におけるアンビギティをアジマス方向において減少する段階、（Ａ２）上記データ項目の上記第２サンプリングを使用して上記一個以上
の値におけるアンビギティをレンジ方向において減少する段階、減少したアンビギティを有する上記一個以上の値を使用して上記物体の特性を
決定する段階と、を備える方法。
【請求項２】前記物体の前記特性は、対象物の位置、土壌水分含有量、植
物種、鉱石種、植物密度、氷量／積雪面積、地形的特性、海洋面上の特徴および
海洋面下の特徴の内のひとつ以上を決定すべく使用されるレーダ散乱断面積であ
る、請求項１記載の方法。
【請求項３】前記第１所定反復周波数は前記第１サブパルス・シーケンス
に対する反復周波数と実質的に同一である、請求項１記載の方法。
【請求項４】前記送信段階は、前記所定シーケンスのサブパルスを送信す
べく前記物体の上方で移動するプラットフォーム上のアンテナを使用する、請求
項１記載の方法。
【請求項５】前記第２サブパルス・シーケンスに対する前記反復周波数は
レンジ・アンビギティを減少するに有効である、請求項４記載の方法。
【請求項６】前記第２サブパルス・シーケンスに対する前記反復周波数は
、（ａ）前記サブパルス反射の搬送波周波数、（ｂ）前記プラットフォームの移動方向を実質的に横切るアンテナの範囲、（ｃ）前記物体の上方における上記アンテナの高度、および、（ｄ）前記所定シーケンスのサブパルスの伝播方向と、上記物体の表面の接面
との間の入射角度であって、上記伝播方向と上記接面が交差する点における入射
角度、の少なくともひとつの関数である、請求項４記載の方法。
【請求項７】前記物体は天体であり、前記プラットフォームは上記天体を
軌道周回する、請求項４記載の方法。
【請求項８】前記アンテナは合成開口レーダアンテナである、請求項４記
載の方法。
【請求項９】前記送信段階は、前記アンテナから前記サブパルスを送信す
る段階を含む、請求項４記載の方法。
【請求項１０】前記第１サブパルスに対する前記反復周波数は、（ａ）前
記プラットフォームの速度と（ｂ）該プラットフォームの移動方向に実質的に平
行なアンテナの範囲との関数である、請求項４記載の方法。
【請求項１１】前記第１サブパルス・シーケンスに対する前記反復周波数
はアジマス・アンビギティを減少するに有効である、請求項１記載の方法。
【請求項１２】レンジ方向およびアジマス方向において物体から反射され
たパルス信号を使用して移動プラットフォームから上記物体に関する情報を獲得
する方法であって、上記プラットフォームからサブパルスのシーケンスを上記物体に向けて送信す
る段階であって、上記連続的な複数のサブパルスは一連のパルス区間の各パルス
区間内において送信されることから、（Ａ１）上記サブパルスは少なくとも第１所定反復周波数である速度にて送
信され、（Ａ２）上記パルス区間は、上記第１所定反復周波数よりも小さな第２所定
反復周波数より小さいもしくは該第２所定反復周波数に等しい速度にて反復し、
且つ、（Ａ３）上記パルス区間の各々に対し、上記区間において送信された少なく
とも一個のサブパルスが上記物体から反射され、該反射は上記パルス区間からの
他の全てのサブパルスの物体反射から区別可能である、という条件が満足される、送信段階と、送信された上記サブパルスの各々に対し、上記物体からのサブパルス関連反射
を検出する段階と、上記関連反射から導出された関連データ項目を上記関連反射の各々に対して含
む複数のデータ項目を記憶する段階と、（Ｂ１）上記サブパルスのシーケンスの各サブパルスの各関連反射に対する関
連データ項目を使用して当該一個以上の値におけるアジマス・アンビギティを減
少し、且つ、（Ｂ２）上記区別可能な反射を使用することにより当該一個以上の
値におけるレンジ・アンビギティを減少する、ことにより上記物体の所定特性に
対する一個以上の値を決定する段階と、を備える方法。
【請求項１３】前記区別可能反射の各々は、区別可能反射が関連するサブ
パルスと同一の区間内に送信されたサブパルスに関連する他の全ての物体反射か
ら上記区別可能反射を一意的に識別する波形および信号周波数の一方を含む、請
求項１２記載の方法。
【請求項１４】前記レンジ・アンビギティは、前記サブパルスのひとつに
対する関連反射が検出される時間長の関数である、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】前記アジマス・アンビギティは、前記サブパルスのひとつ
に対する関連反射におけるドップラ帯域幅シフトの関数である、請求項１２記載
の方法。
【請求項１６】前記送信段階および検出段階の少なくとも一方は前記プラ
ットフォーム上のアンテナを活用する、請求項１２記載の方法。
【請求項１７】前記送信段階は、パルス区間に対して前記連続的な複数の
サブパルスをチャープ信号として送信する段階を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１８】前記送信段階は、（ａ）当該第１パルス区間に対する前記連続的な複数のサブパルス内の各サブ
パルス間には時隔が無い、（ｂ）当該第１パルス区間に対する上記連続的な複数のサブパルス内の各サブ
パルス間には時隔が在る、（ｃ）当該第１パルス区間に対する上記連続的な複数のサブパルスは上記第１
パルス区間において均一に分配されている、のひとつが維持される如く、第１パルス区間に対して前記連続的な複数の、す
なわちＮ個の、サブパルスを送信する段階を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１９】移動プラットフォームに対するアンテナを寸法決定する方
法であって、パルス区間のシーケンスの内の各パルス区間と少なくとも同じだけ長い長さ寸
法を確立する段階であって、上記シーケンスは区間反復周波数を有し、該区間反
復周波数は、上記プラットフォームの移動方向を実質的に横切る方向に沿って、
上記パルス区間のひとつのパルス区間においてパルス化された信号の物体からの
反射を上記パルス区間の別のパルス区間においてパルス化された信号の上記物体
からの反射に相関させる可能性を減少するに有効である、長さ寸法決定段階と、サブパルス信号のシーケンスを第１決定する段階であって、（ａ）上記サブパルス信号のシーケンスは上記長さ内において送信され得、（ｂ）上記物体からの対応反射を有する上記サブパルス信号のシーケンスの内
の各サブパルス信号に対し、対応反射は、上記サブパルス信号のシーケンスにお
ける上記サブパルス信号の上記物体からの他の全ての反射から区別可能であり、
且つ、（ｃ）上記サブパルス信号のシーケンスの各サブパルス信号は、上記プラット
フォームの移動方向に実質的に平行な方向に沿って上記対応反射を検出する上で
、上記対応反射の帯域幅エイリアシングに関するアンビギティを減少するに有効
なサブパルス反復周波数を有する、如く、サブパルス信号のシーケンスを第１決定する段階と、サブパルス信号のシーケンス内における所定個数のサブパルス信号に反比例で
関係する所定値より大きいもしくは該所定値と等しい上記アンテナの面積を第２
決定する段階と、を備える、アンテナの寸法決定方法。
【請求項２０】前記アンテナに対して前記面積を提供する各寸法を有する
アンテナを作製する段階を更に含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】前記複数のサブパルス信号を第１決定する前記段階は、前
記サブパルス信号のシーケンスにおける各サブパルス信号に対し、周波数および
波形の内で一意的に識別する方のものを確立する段階を含む、請求項１９記載の
方法。
【請求項２２】前記第２決定段階は、前記プラットフォームの移動方向と
実質的に一致する方向において、前記サブパルス反復周波数に反比例で関係する
前記アンテナの寸法を決定する段階を含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２３】前記確立段階は、項（ｆＷｃｏｓ²θ）／（２ｈβ_Wｓｉｎθ）式中、ｆは少なくとも一個の前記サブパルス信号の搬送波周波数であり、Ｗは
前記アンテナの幅であり、ｈは前記物体の上方の上記アンテナの高度であり、β _W は送信された上記サブパルス信号の角度的広がりを考慮する係数であり、且つ
、θは上記プラットフォームと上記物体との間の入射角度である、により実質的に決定される値を有する関数よりも小さく前記区間反復周波数を
制約する段階を含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２４】前記第１決定段階は、項２ｖβ_L／Ｌ式中、ｖは前記プラットフォームの速度であり、β_Lは前記サブパルス区間に
対応する信号の角度的広がりを考慮した係数であり、且つ、Ｌは前記アンテナの
長さである、により実質的に決定される値を有する関数より大きく前記サブパルス反復周波
数を決定する段階を含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２５】移動プラットフォームから送信された信号の反射における
アンビギティを減少する方法であって、所定系列の区間の内の各区間において反射信号を受信する段階と、上記反射信号の各々に関するデータ項目を獲得する段階と、異なる周波数にて上記データ項目を各々サンプリングする区間およびサブパル
ス・サンプリング周波数を提供する段階と、上記区間サンプリング周波数にてサンプリングされた上記データ項目を第１使
用して、上記プラットフォームの移動方向を横切る方向における反射信号アンビ
ギティを減少する段階と、上記サブパルス・サンプリング周波数にてサンプリングされた上記データ項目
を第２使用して、上記プラットフォームの移動方向に一致した方向に沿った上記
反射信号のアンビギティを減少する段階と、を備えるアンビギティ減少方法。
【請求項２６】前記プラットフォームは、前記反射信号を受信する合成開
口レーダアンテナを含む、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】前記プラットフォームから離間された物体から反射された
ときに前記反射信号を提供する信号を送信する段階を更に含む、請求項２６記載
の方法。
【請求項２８】移動プラットフォームから領域を撮像する装置であって、上記領域に向けて複数のパルス信号を送信する、上記プラットフォーム上の送
信器手段と、上記パルス信号の反射におけるレンジ・アンビギティを減少する第１サンプリ
ング周波数を決定する第１信号パルス制御器手段であって、上記レンジ・アンビ
ギティは、上記プラットフォームの移動方向を横切る方向において上記プラット
フォームと上記領域との間の信号伝播に対応する方向の関数である、第１信号パ
ルス制御器手段と、上記プラットフォームの移動方向と一致する方向における反射信号アジマス・
アンビギティを減少する第２サンプリング周波数を決定する第２信号パルス制御
器手段と、少なくとも上記第２サンプリング周波数の反復周波数を有する所定系列の区間
の各区間において上記領域からの上記複数のパルス信号のひとつの反射を受信す
る受信器手段と、上記反射の大多数の各々に対応するデータ項目を記憶する記憶手段と、上記領域における位置に対する値であって上記データ項目の関数である値を決
定する撮像手段であって、該撮像手段は、上記第１サンプリング周波数よりも小さな速度で上記データ
項目をサンプリングし、対応する反射信号が信号レンジ・アンビギティを有する
、各データ項目から帰着する上記値の歪みを減少し、該撮像手段は、少なくとも上記第２サンプリング周波数の速度にて上記デー
タ項目をサンプリングし、対応する反射信号がアジマス・アンビギティを有する
、各データ項目から帰着する上記における歪みを減少する、撮像手段と、を備えて成る、撮像装置。
【請求項２９】前記第２信号サンプリング周波数は前記第１信号サンプリ
ング周波数の少なくとも２倍である、請求項２８記載の装置。
【請求項３０】前記値は、前記位置から反射された前記反射に対応する前
記データ項目の関数である、請求項２８記載の装置。
【請求項３１】前記受信器手段は前記プラットフォーム上に在る、請求項
２８記載の装置。
【請求項３２】前記領域は、前記プラットフォームにより軌道周回される
天体の表面上のスワスである、請求項２８記載の装置。
【請求項３３】前記受信器手段により受信された前記反射をデジタル化し
て前記対応データ項目を獲得するデジタル化手段を更に含む、請求項２８記載の
装置。
【請求項３４】前記撮像手段は、前記データ項目を、実質的に１より大きな時間／帯域幅の積形態から、実質的
に１である形態へと変換するレンジ相関手段と、前記第１サンプリング周波数にて上記データ項目に関して上記レンジ相関手段
を反復的に起動するサンプル選別手段と、を含む、請求項２８記載の装置。
【請求項３５】前記送信器手段および前記アンテナ手段は各々、合成開口
レーダ・システムに含まれる、請求項２８記載の装置。
【請求項３６】前記値は、前記領域内における対象物の位置、上記領域の
土壌水分含有量、上記領域の植物種、上記領域の鉱石種、上記領域の植物密度、
上記領域の氷量／積雪面積、上記領域の地形的特性、上記領域の海洋面上の特徴
および上記領域の海洋面下の特徴の内のひとつ以上を決定すべく使用されるレー
ダ散乱断面積内に含まれる、請求項２８記載の装置。