JP2018044888A - 欺まん装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＳＡＲ/ＩＳＡＲレーダ装置において観測対象の画像化を欺まんする欺まん装置を提供する。
【解決手段】ＳＡＲ/ＩＳＡＲレーダ装置に対する欺まん装置であり、入力されたＲＦ信号に対して位相変調を施したＲＦ信号を再放射/反射する。ＳＡＲ/ＩＳＡＲレーダ装置は観測対象から受信したＲＦ信号をドプラー処理して画像化するが、観測対象が再放射/反射するＲＦ信号に位相変調(周波数シフト）を行うことにより、周波数を欺まんした情報を与えられることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ドプラー情報の処理を行うレーダ装置の映像化に欺まんを行う欺まん装置に関するものである。特に、レーダ装置の捜索・追尾対象である目標物側に設置され、ドプラー情報の処理により得られる目標物の形状を欺まんする欺まん装置に関するものである。

図１１は、従来のＩＳＡＲ(Inverse Synthetic Aperture Radar：逆合成開口)レーダ装置２００の構成を示す図である。
送受信機２２０から生成されるＲＦ信号はアンテナ２１０から空間へ放射する。この場合、ＩＳＡＲレーダ装置２００は目標物の動揺運動を利用する。目標物からはＲＦ信号が反射し、アンテナ２１０で受信して、受信機を経てＡＤコンバータ２３０でデジタル化、２次元メモリ２４０に蓄積される。蓄積したデータはレンジマイグレーションを取り除くため、レンジ処理部２５０でレンジ補償処理を行う。次に位相補償処理を行うため、ドプラー処理部２６０でドプラー追尾処理行う。ドプラー追尾処理を行った２次元データに対しＦＦＴ処理(フーリエ変換)を行う。
これにより、横軸(レンジ方向)にレンジ情報、縦軸(クロスレンジ方向)にドプラー情報の２次元画像を得ることができる。この２次元画像をＩＳＡＲ画像という。

ＩＳＡＲレーダ装置２００は主に航空機や回転翼機に搭載され、洋上の船舶の船種の判定に使われる。ＩＳＡＲ画像の特徴量を抽出し、抽出した特徴量を用いてデータベースを構築する。例えば、船の長に対するマストの位置比率などの特徴量を数値化し、データベースに格納する。

取得したＩＳＡＲ画像と、データベースに格納されているマストの位置比率等を照合することにより、航空機などは近づかなくとも、船種を弁別し、情報を得ることが出来る（例えば、特許文献１参照）。

なお、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar：合成開口）レーダ装置は、目標側が移動するＩＳＡＲレーダ装置とは異なりレーダ装置側が移動して目標の画像を取得する装置であり、同様にドプラー情報を処理して目標物の画像化を行うことができる。

特開２００１−２８９９４７号公報

A.Tennant. Reflection property of a phase modulating planer screen. ELECTRONICS LETTERS 9th October 1997. Vol.33. No.21.

従来より、妨害環境下における、ＩＳＡＲレーダ装置の信号処理の技術が開示されている（例えば特許文献１）。このように、妨害環境下にあっても目標を抽出するＩＳＡＲレーダ装置に係る技術は開示されているが、ＩＳＡＲレーダ装置により生成される画像の画像化に対して欺まんを行う技術の開示は極めて少ない。

従来、ＩＳＡＲレーダ装置が置かれる環境下においては、目標物側でＩＳＡＲ画像を取得させないことを目的として電子妨害を行うことがある。
ＩＳＡＲレーダ装置側では目標物側から電子妨害をかけられた場合、例えばその目標船は電子妨害が可能な特殊な船であると判断し、脅威と判定して対処することが可能となる。このように、電子妨害を行うことによりＩＳＡＲレーダ装置にＩＳＡＲ画像を取得させないことは可能となるが、同時に、目標物を脅威と判定させてしまうという課題があった。

本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、ＩＳＡＲレーダ装置により得られるＩＳＡＲ画像を欺まんすることが可能な装置を提供することを目的とする。

この発明に係る欺まん装置は、移動体に搭載される欺まん装置であって、レーダ装置から送信されたレーダ波を受信するアンテナと、前記アンテナにより受信されたレーダ波の位相を０度と１８０度の位相差に変調する移相器と、前記移相器による０度と１８０度を切り替える速度(変調周波数)を制御する制御部と、前記移相器による位相変調後のレーダ波を反射波として放射させるアンテナとからなる位相変調装置を備える。

本発明に係るレーダ装置の欺まん装置によれば、ＩＳＡＲレーダ装置におけるドプラー追尾処理に用いる周波数情報を欺まんすることができる。本発明では、ＩＳＡＲレーダ装置では通常と同じ動作でＩＳＡＲ画像を生成するが、欺まんされた情報により得られた画像であるか、あるいは正しい情報により得られた画像であるかの判断が困難となる。
本発明によれば、脅威と判定させることなく、ＩＳＡＲレーダ装置により得られるＩＳＡＲ画像を欺まんすることができる。

実施の形態１に係る位相変調装置を搭載した船舶と、レーダ装置を搭載した航空機と示した図である。 実施の形態１に係る位相変調装置の構成図である。 実施の形態１に係る位相変調装置による位相変調の一例を示す図である。 実施の形態１に係る欺まん装置が搭載されない船舶における、ＩＳＡＲ画像の一例を示す図である。 実施の形態１に係る欺まん装置が搭載された船舶における、ＩＳＡＲ画像の一例を示す図である。 実施の形態２に係るメタマテリアルからなる反射制御板を搭載した船舶と、レーダ装置を搭載した航空機と示した図である。 実施の形態２に係る欺まん装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係るメタマテリアルからなる反射制御板による位相変調の一例を示す図である。 実施の形態２に係るメタマテリアルからなる反射制御板が搭載された船舶における、ＩＳＡＲ画像の一例を示す図である。 （ａ）実施の形態１、２に係る船舶を示した図である。（ｂ）実施の形態１、２に係る他の船舶を示した図である。 ＩＳＡＲレーダ装置の構成を示した図である。

実施の形態１．
図１０（ａ）、（ｂ）は各々実施の形態１に係る欺まん装置を搭載する船舶１００の外観を示した図である。
図１０（ａ）の船舶１００は、甲板１０５上に構造物である操舵室１２０が設けられている。操舵室１２０は甲板１０５から立直しており、遠方からも視認ができる構造物である。操舵室１２０の位置は船舶１００によって異なるもので、船舶の進行方向前方、中央、あるいは後方に設けられる。操舵室１２０の位置や形状は、船舶を判断する際の材料となる。

図１０（ｂ）は、船舶１００の他の例（船舶１００ｂ）を示したものである。船舶１００ｂは、操舵室１２０ｂが船のより前方に位置しており、操舵室１２０ｂの上方にはマスト１３０が設置されている。マスト１３０は例えば帆を張るために立てられた垂直棒であり、信号灯や風速発信器、避雷針などが設けられることがある。また、操船に関する監視所が設けられる場合もある。

船舶の外形は船舶毎に異なる。実施の形態１では、図１０（ａ）で示した船舶１００を用いてレーダ装置の欺まん装置について説明する。
なお、本実施の形態ではレーダ装置が捜索・追尾する目標として船舶を例にとるが、船舶に限るものではなく、本発明は車両などの移動体に対して効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る位相変調装置６を搭載した船舶１００ｃと、ＩＳＡＲレーダ装置４を搭載した航空機４１と示した図である。
図１左側のＩＳＡＲレーダ装置４を搭載した航空機４１は、目標である船舶１００を対象に捜索・追尾する飛しょう体である。位相変調装置６は、レーダ装置の欺まん装置の一例であり、ここでは操舵室１２０の構造物上に設置される。

図２は位相変調装置６の構成例である。位相変調装置６は、アンテナ６１と、サーキュレータ６２と、移相器６３と、可変減衰器６４と、電力増幅器６５と、振幅調整器６６と、制御部６７とからなるＲＦモジュールであり、受信したＲＦ波（レーダ波）を位相変調して再放射するＲＦ信号再放射器である。

図２を用いて、欺まん装置である位相変調装置６の動作について、説明する。
位相変調装置６のアンテナ６１は、航空機４１が搭載するＩＳＡＲレーダ装置から送信されたレーダ波を受信してそのレーダ波をサーキュレータ６２に出力する。サーキュレータ６２はアンテナ６１から出力されたレーダ波を移相器６３に出力する。
移相器６３は制御部６７の制御の下で、サーキュレータ６２から出力されたレーダ波の位相を制御し、位相変調後のレーダ波を反射波として可変減衰器６４に出力する。より詳しくは、移相器６３はサーキュレータ６２からレーダ波を受けると、制御部６７が指定する速度で位相を制御し、位相変調後のレーダ波を反射波として出力する。このとき移相器６３は、そのレーダ波に対して、０度と１８０度の位相変調を施す。

例えば、サーキュレータ６２から出力されたレーダ波の周波数が５００ｋＨｚであり、制御部６７が指定する位相制御で１００ｋＨｚの変調周波数に対応する場合、位相変調を施すことで、周波数が４００ｋＨｚの信号（５００ｋＨｚ−１００ｋＨｚの信号）と、周波数が６００ｋＨｚの信号（５００ｋＨｚ＋１００ｋＨｚの信号）とを出力する。
ここで例えば、制御部６７が指定する位相制御で、１００ｋＨｚの変調周波数から２００ｋＨｚの変調周波数に段階的に変更すると、周波数が４００ｋＨｚの信号は、周波数が３００ｋＨｚから２００ｋＨｚの信号と、６００ｋＨｚから７００ｋＨｚの信号に切り換わる。

制御部６７は、移相器６３による位相の変調周波数を固定せずに、可変させたり特殊な符号列（例えばPN(Pseudo random Noise)符号列など）を使用することにより周波数軸上に周波数スペクトラムを拡散することもできる。

図３（ａ）は、図１においてＩＳＡＲレーダ装置４から出力されたレーダ波が船舶１００で反射された反射波の周波数を示した図である。
図３（ａ）において、ＩＳＡＲレーダ装置４と目標である船舶１００に対して、ＩＳＡＲレーダ装置４が出力するレーダ波の周波数が５００ｋＨｚの場合、ＩＳＡＲレーダ装置４では５００ｋＨｚの周波数の反射波が受信されＩＳＡＲ画像が得られる。

図３（ｂ）は、図１の船舶１００から放射された位相変調された反射波（位相の変調量が変更された後の反射波）を示した図である。
ＩＳＡＲレーダ装置４では、周波数が４００ｋＨｚの反射波と、周波数が６００ｋＨｚの反射波とを受信しても、自己が放射しているレーダ波の周波数（５００ｋＨｚ）と異なるため、目標（船舶１００）の正しくないＩＳＡＲ画像が得られる。

図４は、位相変調装置６を搭載していない従来の船舶１００（図１０（ａ））を対象として、航空機４１に搭載されたＩＳＡＲレーダ装置４が画像化したＩＳＡＲ画像の一例である。
ＩＳＡＲレーダ装置４は、船舶１００の形状を表した、横軸(レンジ方向)にレンジ情報、縦軸(クロスレンジ方向)にドプラー情報の２次元画像を取得できる。ＩＳＡＲレーダ装置４は、図４の画像から、船舶の長（図４の長さＢ）に対する操舵室（ブリッジ）１２０の位置（図４の長さＡ）の比率（＝Ａ/Ｂ）などの特徴量を数値化する。

一方、図５は、位相変調装置６を搭載した船舶１００（図１）を対象として、航空機４１に搭載されたＩＳＡＲレーダ装置４が画像化したＩＳＡＲ画像の一例である。
上述したように、欺まん装置である位相変調装置６は、意図的に偽った周波数の信号（反射波）を、航空機４１のＩＳＡＲレーダ装置４に反射する。
これにより位相変調装置６は、相手のＩＳＡＲレーダ装置４で数値化する自らの船舶１００の特徴量を変化させ、ＩＳＡＲレーダ装置４に、船舶１００とは異なる新しい船舶としてＩＳＡＲ画像を取得させることができる。

例えば図５の例では、船舶の長（図４の長さＢ）に対する操舵室（ブリッジ）１２０の位置（図４の長さＡ２）の比率（＝Ａ２/Ｂ）を変化させることできる。これにより、不正確な情報を与えることができ、データベースに格納されている船舶１００との比較で、船舶１００とは異なる別船舶と認識させることが可能となる。

このように、実施の形態１に係るレーダ装置の欺まん装置によれば、相手方のＩＳＡＲレーダ装置４におけるドプラー追尾処理に用いる周波数情報、振幅情報を欺まんすることができる。
相手方のＩＳＡＲレーダ装置４では、通常と同じ動作で信号処理を行うことが出来るため、通常の信号処理によりＩＳＡＲ画像を得ることが出来るが、欺まんされた情報で画像を得ているのか、正しい情報で画像を得ているのかの区別をつけることは困難である。このため欺まんされていることを認識せず、自船舶である目標船舶を誤った船種として、相手に認識させることが可能となる。これにより相手のＩＳＡＲレーダ装置４を実質無効化することができ、自船舶が危険にさらされる可能性を低減することができる。

なお、前述の通り、本発明による位相変調は、変調周波数を連続的に変化することにより反射信号の周波数を連続的にシフトすることや、特殊な符号列（例えばＰＮ（Pseudo-random-Noise）符号列など）を使用することにより周波数軸上に周波数スペクトラムを拡散することができる。その結果、相手のＩＳＡＲレーダ装置４はＩＳＡＲ画像を得ることはできるが目標の形状を反映した正しいＩＳＡＲ画像とは限らなくすることができる。
反射周波数を任意に変更することは、反射信号をドプラー処理するレーダ装置、例えば画像化を前提としたＳＡＲレーダ装置や、パルスドプラーレーダ装置に対しても欺まんをすることが可能である。

なお、実施の形態１では欺まん装置の位相変調装置６を、操舵室（ブリッジ）１２０上に設置したが、設置位置はここに限られない。
マスト１３０の位置や形状は、船種の弁別において特徴的なポイントである。
船舶が、図１０（ｂ）に示すようにマスト１３０が設置されている場合には、欺まん装置である位相変調装置６を、マスト１３０に設けるようにしてもよい。
また、船舶が、図１０（ｂ）に示すように操舵室（ブリッジ）１２０ｂの他に、特徴的な構造体である格納庫１４０を備える場合は、欺まん装置（位相変調装置６）を格納庫１４０に設置するようにしてもよい。

このように、船舶１００が、操舵室（ブリッジ）の他にもマスト１３０や格納庫１４０のように特徴的な構造物を備える場合には、これらの特徴的な構造物に実施の形態１に係る欺まん装置（位相変調装置６）を設置するようにしてもよい。
欺まん装置（位相変調装置６）は、意図的に偽った周波数の信号（反射波）を、反射波の振幅を変えて再放射する。
これにより、欺まんと気付かせることなく、ＩＳＡＲ画像を欺まんすることができ、相手のＩＳＡＲ画像による船種の弁別を困難にすることができる。

なお、実施の形態では相手のレーダ装置をＩＳＡＲレーダ装置として説明しているが、ＩＳＡＲレーダ装置に限られるものでなく、相手のレーダ装置が例えばＳＡＲレーダ装置やパルスドップラーレーダー装置であっても本発明は有効である。

また、実施の形態では、欺まん装置の位相変調装置６を船舶に搭載しているが、船舶に限られるものではなく、車両や飛しょう体等の移動体に搭載しても本発明の効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態２では、欺まん装置として、電気的に反射と透過を制御可能な反射制御板を用い、この反射制御板を船舶の外板材として使用する。

近年、メタマテリアルの応用として、電気的に制御することでＲＦ信号を吸収、拡散する反射制御板の技術が開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
本実施の形態では、非特許文献１で開示されるメタマテリアル（反射制御板）が反射周波数をシフトできる点に注目し、反射制御板をレーダ装置の欺まん装置として使用した例について説明する。

図６は、実施の形態２に係るメタマテリアルからなる反射制御板を搭載した船舶１００ｄと、ＩＳＡＲレーダ装置４を搭載した航空機４１と示した図である。図６では、図１０（ａ）で示した船舶１００の側面３か所に欺まん装置としてメタマテリアルからなる反射制御板Ａ９、反射制御板Ｂ１０、反射制御板Ｃ１１を適用している。反射制御板Ａ９は、操舵室（ブリッジ）の外壁に貼り合わされている。反射制御板Ｂ１０は船舶の側面の船の前方位置に貼られている。また、反射制御板１１は舶の側面の船の後方に貼られている。

図７は、実施の形態２に係る欺まん装置の構成を示す図である。実施の形態２に係る欺まん装置は、反射制御板８と、反射制御板に接続され反射制御板にパルスの電圧を出力するパルス駆動装置２０ｂと、パルス駆動装置２０ｂが出力するパルスのパターンを制御する制御部６７ｂとからなる。

図８は、実施の形態２に係る反射制御板にパルス電圧駆動装置を接続し、パルス電圧駆動装置を動作させることで位相変調を行った際の位相変調の一例を示した図である。
図８（ａ）は、反射制御板電気的に接続したパルス駆動装置２０をオフにした状態で、航空機に搭載されるＩＳＡＲレーダ装置４から出力されたレーダ波（周波数５００ｋＨｚ）がメタマテリアル８で反射された反射波５の周波数を示した図である。この場合、反射波の周波数はＩＳＡＲレーダ装置４から出力されたレーダ波の周波数（５００ｋＨｚ）と同じである。
次に図８（ｂ）は、反射制御板に電気的に接続したパルス駆動装置２０を動作させ、１００ｋＨｚのパルス電圧を反射制御板に印加した状態での反射波５の周波数を示した図である。反射制御板に１００ｋＨｚのパルス信号を印加することで、反射制御板からの反射波５の周波数として４００ｋＨｚ（５００ｋＨｚ−１００ｋＨｚ）と、６００ｋＨｚ（５００ｋＨｚ＋１００ｋＨｚ）の周波数が観測される。
このように反射制御板にパルス駆動装置を接続し、パルス電圧を印加することにより反射波の周波数をシフトさせることができる。

実施の形態１では欺まん装置として位相変調装置６を用いたが、実施の形態２では反射制御板を欺まん装置として使用する。反射制御板を使用する場合、位相変調装置６と比べて、船舶を構成する面に沿って張り合わせることが可能であり、また、反射制御板を船舶の外板材として使用することも可能である。

図９は、図６の船舶１００ｄを、航空機４１に搭載のＩＳＡＲレーダ装置４で画像化したＩＳＡＲ画像の一例である。
上述したように、反射制御板は、意図的に偽った周波数の信号（反射波）を、航空機４１のＩＳＡＲレーダ装置４に、周波数を変えて反射する。
これにより、位相変調装置６は自らの船舶１００の特徴量を変化させ、新しい船舶としてＩＳＡＲレーダ装置４にＩＳＡＲ画像を取得させることができる。

このように、実施の形態２に係る欺まん装置によれば、相手方のＩＳＡＲレーダ装置４におけるドプラー追尾処理に用いる周波数情報を欺まんすることができる。
ＩＳＡＲレーダ装置４では、通常と同じ動作で信号処理を行うことが出来るため、通常の信号処理によりＩＳＡＲ画像を得ることが出来るが、欺まんされた情報で画像を得ているのか、正しい情報で画像を得ているのかの区別をつけることは困難である。このため欺まんされていることを認識せず、自船舶である目標船舶を誤った船種として、相手に認識させることが可能となる。
これにより自船舶が危険にさらされる可能性が低減される。また、相手のＩＳＡＲレーダ装置４を実質無効化することができる。

実施の形態２の欺まん装置では、反射制御板に有機基板材（ＦＲ4材とポリメタクリルイミド発泡体）を用いているため、船舶の側面１１０など、多くの箇所に反射制御板を設けることができる。これにより、ＩＳＡＲ画像を船舶１００の特徴からより異なった形状に変えることができるため、データベースとの照合による船種の弁別を困難にすることができる。

なお、実施の形態１では欺まん装置として反射制御板Ａ９、反射制御板Ｂ１０、反射制御板Ｃ１１を操舵室（ブリッジ）１２０側面や、船舶の側面１１０に設置したが、設置個所はここに限られない。
マスト１３０の位置や形状は、船種の弁別において特徴的なポイントであり、船舶が、図１０（ｂ）に示すようにマスト１３０が設置されている場合には、反射制御板をマスト１３０に設けるようにしてもよい。
また、船舶が、図１０（ｂ）に示すように操舵室（ブリッジ）１２０ｂの他に、特徴的な構造体である格納庫１４０を備える場合は、反射制御板を格納庫１４０に設置するようにしてもよい。

以上のように本発明に係る欺まん装置は、位相変調を行うことで、受信信号をドプラー処理を行っているＳＡＲレーダ装置やＩＳＡＲレーダ装置に対して偽った情報を与えることが出来る。
偽った情報を受け取ったＳＡＲレーダ装置やＩＳＡＲレーダ装置は、その真偽は判定することは困難なため、欺まんされているとは考えずに得られた情報を処理する。そのため自船の安全を確保する時間を確保することができる。
また、本発明では、反射周波数を任意の変更ができるため、受信反射周波数を分析するパスルドプラーレーダ装置に対しても、欺まん効果を発揮できる。
ドプラーレーダ装置は一般に受信した信号を周波数分析して目標の速度情報を得るが、本発明によれば、目標の速度情報を欺まんすることができる。

なお、実施の形態１では、欺まん装置として位相変調装置６を船舶に適用した例を説明し、実施の形態２では、欺まん装置として反射制御板を船舶に適用した例を説明したが、位相変調装置６と反射制御板は併用してもよく、この場合は更にＩＳＡＲ画像による目標物の弁別精度を低下させることができる。

４ ＩＳＡＲレーダ装置、５ 反射波、６ 位相変調装置、８ メタマテリアルからなる反射制御板、９ 反射制御板Ａ、１０ 反射制御板Ｂ、１１ 反射制御板Ｃ、２０、２０ｂ パルス駆動装置、４１ 航空機、６１ アンテナ、６２ サーキュレータ、６３ 移相器、６４ 可変減衰器、６５ 電力増幅器、６６ 振幅調整器、６７、６７ｂ 制御部、１００ 船舶（欺まん装置なし）、１００ｂ 船舶（欺まん装置なし）、１００ｃ 船舶（位相変調装置設置）、１００ｄ 船舶（反射制御板設置）、１１０ 船舶の側面、１２０、１２０ｂ 操舵室（ブリッジ）、１２１ 欺まんされた操舵室（ブリッジ）、１３０ マスト、１４０ 格納庫、１５０ 海面、２００ ＩＳＡＲレーダ装置、２１０ アンテナ、２２０ 送受信機、２３０ Ａ／Ｄ、２４０ ２次元メモリ、２５０ レンジ処理、２６０ ドプラー処理部、２７０ ＦＦＴ、２８０ ＩＳＡＲ画像

Claims (5)

1. 移動体に搭載される欺まん装置であって、
   レーダ装置から送信されたレーダ波を受信するアンテナと、
   前記アンテナにより受信されたレーダ波の位相を変調する移相器と、
   前記移相器による０度と１８０度を切り替える速度を制御する制御部と、
   前記移相器による位相変調後のレーダ波を反射波として放射させるアンテナと、
   からなる位相変調装置を備えることを特徴とする欺まん装置。
2. 前記レーダ装置は、ＩＳＡＲ(Inverse Synthetic Aperture Radar)レーダ装置、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）レーダ装置のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の欺まん装置。
3. 前記移動体は船舶であり、
   前記位相変調装置は、前記船舶の操舵室、マストのいずれかに設置されることを特徴とする請求項１、２いずれか記載の欺まん装置。
4. 移動体に搭載される欺まん装置であって、
   メタマテリアルからなる反射制御板と、
   前記反射制御板に電気的に接続され、前記反射制御板にパルス電圧を印加するパルス駆動装置と、
   前記パルス駆動装置が出力するパルスのパターンを制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする欺まん装置。
5. 前記移動体は船舶であり、
   前記反射制御板は、前記船舶の操舵室、マスト、船体側面のいずれかに設置されることを特徴とする請求項４記載の欺まん装置。

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