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JP2927393B2 - ホログラフィックレーダ - Google Patents

ホログラフィックレーダ

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JP2927393B2
JP2927393B2 JP410794A JP410794A JP2927393B2 JP 2927393 B2 JP2927393 B2 JP 2927393B2 JP 410794 A JP410794 A JP 410794A JP 410794 A JP410794 A JP 410794A JP 2927393 B2 JP2927393 B2 JP 2927393B2
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JP
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signal
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pulse
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均 北吉
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ADOBANTESUTO KK
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ADOBANTESUTO KK
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  • Holo Graphy (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電波を空間に放射し、
その空間よりの反射波をホログラム観測面上の各点で受
信し、その受信された各点からの反射波の干渉波を用い
てホログラム再生演算を行って反射体を観測するホログ
ラフィックレーダに関する。
【0002】
【従来の技術】図に従来のホログラフィックレーダを
示す。ネットワークアナライザ11よりマイクロ波やミ
リ波のような高周波信号が電波照明用アンテナ12へ供
給され、観測空間に向って高周波電波が連続的に放射さ
れる。その観測空間と対向して想定されたホログラム観
測面13上の各点(x,y)で受信アンテナ14によ
り、反射波(通常、複数個所からの反射波の干渉波)が
受信され、その受信出力はネットワークアナライザ11
に入力され、ネットワークアナライザ11において、電
波照明用アンテナ12から受信点(x,y)に至る電波
の経路の伝達関数H(x,y,f)が求められる。受信
アンテナ14を観測面13上の各点(x,y)に移動し
て、その各点(x,y)での反射波の受信を行うか、観
測面13上の各点(x,y)にそれぞれ受信アンテナ3
4が配され、このアレイ状に配されたアンテナを順次切
換えて各点(x,y)の受信信号をネットワークアナラ
イザ11に取込まれる。つまり観測面13上の各点
(x,y)の反射波が走査受信手段により受信される。
【0003】放射高周波電波の周波数fを少しずつずら
し、その各周波数fごとに空間伝達関数H(x,y,
f)を上述のように測定する。このようにして得られた
伝達関数H(x,y,f)はホログラム再生演算部15
で次式で示されるホログラム再生演算が行われる。 I(u,v,r) =∫∫∫H(x,y,f) exp {−j2π(ux+vy-fr)}dx,dy,df …(1) uは観測面13から観測空間を見た方位、vはその仰
角、rは観測面13からの距離をそれぞれ示す。
【0004】このホログラム再生演算結果I(u,v,
r)は三次元表示器16へ供給されて、三次元表示がな
される。例えばrを一定としてu,v平面に二次元表示
することを、rを順次変えて行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のホログラフィッ
クレーダにおいては、ホログラム再生演算を(1)式に
より行う必要があり、これは三重積分であるため、計算
量が著しく多いという問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれば
放射される高周波信号はパルスで変調され、走査受信手
段で受信された信号は前記高周波信号で直交検波され、
その直交検波出力は前記パルスと同期してサンプリング
され、そのサンプリング出力に対して観測面についてホ
ログラム再生演算がなされ、前記サンプリングのタイミ
ングが遅延手段でずらされ、そのずらされた量と共にホ
ログラム再生演算の結果が三次元表示される。
【0007】請求項2の発明によれば、放射される高周
波信号はパルスで変調され、走査受信手段で受信された
信号はこれよりも低い周波数の信号に変換され、その変
換された信号は、前記パルスと同期し、かつその低い周
波数の2倍以上の速度でサンプリングされ、そのサンプ
リング出力系列は所定時間順次ずらした一定個数ずつそ
れぞれ離散フーリエ変換され、その各一定個数ずつの離
散フーリエ変換結果に対し、観測面についてホログラム
再生演算が行われ、その演算結果と、所定時間のずれと
が合せて三次元表示される。
【0008】
【実施例】図1に請求項1の発明の実施例を示し、図3
と対応する部分に同一符号を付けてある。発振器21か
らの周波数fo の正弦波高周波信号はこの実施例では変
調器22において、パルス発生器23からのパルスと乗
算されて、高周波パルスとして電波照明用アンテナ12
へ供給され、これより観測空間に放射される。観測空間
よりの反射波はホログラム観測面13で走査受信手段に
より受信される。例えば、Dan Slater,
“Near−Field Antenna Measu
rements”,Artech House,199
1 に実例が示されている。アンテナ14からの受信信
号は帯域通過フィルタ24により高周波信号周波数fo
成分が選出され、その選出出力は直交検波器25で発振
器21よりの高周波信号で直交検波される。つまりフィ
ルタ24の出力は乗算器26,27へ供給され、発振器
21より高周波信号は乗算器26へ供給されると共に移
相器28でπ/2移相されて乗算器27へ供給される。
【0009】乗算器26,27の各出力はそれぞれ低域
通過フィルタ29,31を通じて不要信号が除去されて
AD変換器32,33へ供給される。AD変換器32,
33において、パルス発生器23よりのパルスと同期し
てサンプリングされ、その各サンプルがデジタル値に変
換される。このサンプリング信号はパルス発生器23か
らのパルスが可変遅延回路34で時間tdだけ遅延され
た信号として得られる。AD変換器32,33の各出力
は必要に応じて平均化回路35,36でそれぞれ複数の
同一受信点の信号が加算平均されてS/Nが改善されて
ホログラム再生演算部37へ供給される。送信高周波パ
ルスに対し、同一遅延時間tdのサンプリング信号によ
り、観測面13上の全ての受信点(x,y)についての
平均化回路35,36から信号が得られると、これらの
信号Re 〔H(x,y)〕,Im〔H(x,y)〕に付
し、観測面13についてホログラム再生演算が次式で行
われる。
【0010】 I(u,v) =∫∫H(x,y)exp{−j2π(ux+vy) }dxdy … (2) 遅延時間tdは観測面13からの距離rと対応する。即
ちr=c・td/2(cは光速)の関係にある。よって
遅延時間td又はこれより求めた距離rとホログラム再
生演算部37の演算結果I(u,v) とが三次元表示器16
で表示される。遅延時間tdを変更して同様に信号を収
集してホログラム再生演算することにより、観測面13
からの各距離rにおける反射体像が三次元表示器16に
表示される。三次元表示器16としては例えばPete
r R.Keller,Mary M.Keller,
“Visual Cues:Practical Da
ta Visualization”,IEEE Pr
ess,1993に記載のものを用いればよい。
【0011】なお各遅延時間tdにおける観測面13上
の全ての点(x,y)での受信信号を得るには、各高周
波パルスの送信ごとに、1点(x,y)づつ受信信号を
得る場合に限らず、各高周波パルスの送信ごとに、1点
(x,y)について、所定時間順次ずれたパルス列でA
D変換器32,33をそれぞれサンプリングして、その
点(x,y)について、全ての遅延時間についての受信
信号を得、次に受信点(x,y)をずらして同様に全て
のtdと対応した受信信号を得るようにしてもよい。あ
るいは受信アンテナ14をアレイ状とし、高周波パルス
の送信ごとにアンテナを高速に切替えて受信し、1つの
切替え時間が例えば遅延時間tdの最小変化量と一致さ
せ、次に高周波パルスを送信する時は、最初に受信する
アンテナの位置を1つずらすことを繰返して、各受信点
(x,y)について各遅延時間tdと対応した信号を得
るようにしてもよい。
【0012】必ずしも全ての遅延時間tdについて、全
ての受信点(x,y)から信号を得るようにする必要は
ない。つまり、各遅延時間tdごとに1つのアンテナ又
は観測面13上の1点でのみ受信し、反射波が得られた
時のみ、その遅延時間tdについて、観測面13上の全
ての点(x,y)での受信を行うようにしてもよい。こ
のため制御部38により、可変遅延回路34の遅延時間
tdを制御すると共に、観測面13上のアンテナ14に
より受信点(x,y)の切替え制御を行い、更に帯域通
過フィルタ24の出力を、可変遅延回路34の出力パル
スで開とされるゲート39を通して監視し、受信信号の
有無に応じてtdの切替制御のみとするか、受信点
(x,y)の切替え全受信点での受信を行うかの判断が
行われる。
【0013】次に図2を参照して請求項2の発明の実施
例を説明する。図2において、図1と対応する部分に同
一符号を付けてある。帯域通過フィルタ24の出力は混
合器41で局部発振器42から周波数fo −fi の局部
信号と周波数混合され、その混合出力は低域通過フィル
タ43に通され、帯域通過フィルタ24からの周波数f
o の信号は周波数fi の信号に変換される。例えばfo
は1GHz〜10GHzであり、fi は1MHz程度で
ある。このように著しく低い周波数とされた信号はAD
変換器44でパルス発生器23からパルスと同期し、か
つ周波数fi の2倍以上の周波数のパルス列によりサン
プリングされ、かつその各サンプルはデジタル値に変換
される。このサンプリングパルス列はパルス発生器23
からのパルスがパルス列発生器45に入力されて発生さ
れる。
【0014】このようにして観測面13の各受信点
(x,y)ごとに前記パルス列により低い周波数とされ
た受信信号がサンプリングされ、そのデジタル値のサン
プリング出力系列V(x,y,t)はメモリ46に記録
される。メモリ46から各受信点(x,y)ごとにサン
プリング出力系列V(x,y,t)を読出し、その所定
時間tdずらして所定数ずつ離散フーリエ変換部47で
次式の演算が行われて離散フーリエ変換される。
【0015】H(x,y) =∫V(x,y,t)exp(−j2π
i )dt ∫はtdからtd+Δt まで tdは図1における各設定遅延時間と同一であり、Δt
は図1の離散フーリエ変換に用いるデータ数と対応した
時間、つまりサンプリング周期×データ数がΔtであ
る。
【0016】このようにして得られた離散フーリエ変換
の結果H(x,y)は図1中のホログラム再生演算部3
7に入力されて、(2)式の演算が行われ、その演算結
果I(u,v)と対応遅延時間tdとが三次元表示器1
6へ供給されて三次元表示される。図1に示した例につ
いて具体的処理の例を説明する。観測範囲の視野角とし
て方位を90度、仰角を90度、距離を10〜1000
mとし、観測分解能を方位1.5度、仰角1.5度、距
離3mとする。この時、観測面13での隣接測定点
(x,y)間の距離はΔx=Δy=1.5cm、64×
64点として観測面13の面積は1m×1mとなり、照
明用電波周波数(発振器21の発振周波数)はf 0 =1
0GHz、パルス発生器23のパルス幅はPw =10n
S、パルス繰返し周期はτ=10μS、全範囲観測時間
は約15秒、アンテナ14をアレー形とし、パルス繰返
しごとに電子的に走査し、1観測面走査時間は50mS
である。
【0017】この時の処理手順を図3に示す。まず遅延
時間tdを60nSに設定し(S1)、観測面13上の
座標点(測定点)(x,y)をx=0、y=0とし(S
2 )、パルス発生器23よりパルスを発生し(S3 )、
平均化回路35,36の各出力ホログラム再生演算器3
7に一旦記録する(S4 )。全点(x,y)についてH
(x,y)を取得したかを調べ(S5 )、取得していな
いならばx又はyをΔx又はΔy変化させて次の観測点
(測定点)を指定してステップS3 に戻る(S 6 )。全
点(x,y)についてH(x,y)を取得した場合は、
ホログラム再生演算を行い(S7 )、表示器16にtd
(距離ctd/2)の位置にI(u,v)を表示する
(S8 )。次に距離ctd/2が1000mを越えた
か、つまりtdが6.7μSを越えたかを調べ
(S9 )、越えていない場合はtdを+20nSしてス
テップS2 に戻る(S10)。td>6.7μSの場合は
観測の終了となる。
【0018】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば観測
面13からの距離ごとの信号を得てホログラム再生演算
をするようにしているため、この再生演算は(2)式で
示すように三重ではなく、二重積分で済むため、演算量
が従来よりも著しく少なくて済む。しかも、遅延時間t
d又は離散フーリエ変換のためのデータ列の時間範囲t
d〜td+Δtにより距離情報を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の発明の実施例を示すブロック図。
【図2】請求項2の発明の実施例を示すブロック図。
【図3】図1の実施例における処理手順の例を示す流れ
図。
【図4】従来のホログラフィックレーダを示すブロック
図。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 13/89 G01S 15/89 G01B 17/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波信号をパルスで変調してアンテナ
    から放射する手段と、ホログラム観測面上に設けられ、受信点が順次走査され
    て上記放射電波の反射波を受信する 受信手段と、上記 受信手段の受信点で受信された信号を、上記高周波
    信号で直交検波する1つの直交検波手段と、 その直交検波出力を上記パルスと同期してサンプリング
    する手段と、 そのサンプリング出力に対し、上記ホログラム観測面に
    ついてホログラム再生演算を行う手段と、 上記サンプリングのタイミングをずらす可変遅延手段
    と、 上記ホログラム再生演算の結果を上記ずらした量と合せ
    て三次元表示する手段と、 を具備するホログラフィックレーダ。
  2. 【請求項2】 高周波信号をパルスで変調してアンテナ
    から放射する手段と、ホログラム観測面上に設けられ、受信点が順次走査され
    て上記放射電波の反射波を受信する 受信手段と、上記 受信手段の受信点で受信された信号をそれよりも低
    い周波数の信号に変換する手段と、 その周波数変換された信号を上記パルスと同期し、かつ
    上記低い周波数の2倍以上の速度でサンプリングする手
    段と、 そのサンプリング出力系列を、所定時間順次ずらした一
    定個数ずつそれぞれ離散フーリエ変換する手段と、 その各一定個数ずつの離散フーリエ変換結果に対し、そ
    れぞれ上記観測面についてホログラム再生演算を行う手
    段と、 上記ホログラム再生演算の結果と、上記対応する所定時
    間のずれとを合せて三次元表示する手段と、 を具備するホログラフィックレーダ。
  3. 【請求項3】 上記可変遅延手段の出力パルスが得られ
    る時点に、上記走査受信手段で受信信号が得られるかを
    判定する手段と、その判定が受信信号有りの場合にの
    み、上記観測面上の全ての点での受信信号を得る手段と
    を含むことを特徴とする請求項1記載のホログラフィッ
    クレーダ。
  4. 【請求項4】 上記走査受信手段は上記観測面上に一様
    に複数のアンテナが配列され、そのアンテナを順次切替
    えて受信信号を出力する手段であることを特徴とする請
    求項1乃至3の何れかに記載のホログラフィックレー
    ダ。
  5. 【請求項5】 上記走査受信手段は上記観測面上の各点
    に1個のアンテナを移動位置させて受信信号を出力する
    手段であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに
    記載のホログラフィックレーダ。
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