JP7351794B2

JP7351794B2 - 合成開口レーダシステム

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Publication number: JP7351794B2
Application number: JP2020087752A
Authority: JP
Inventors: 優美子中村; 彰良柄澤; 紘一入部; 正芳土田; 寛朗藤原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2023-09-27
Anticipated expiration: 2040-05-19
Also published as: JP2021181941A; JP7483113B2; JP2023161003A

Description

本開示は、複数の受信部によって多チャンネル化された合成開口レーダシステムに関する。

ＳＡＲ（合成開口レーダ：Synthetic Aperture Radar）は、人工衛星、航空機などに搭載され、雲および霧を貫通し昼夜を問わず地表を観測可能なセンサである。ＳＡＲは、地上に向けて電波を放射し、地上の物体からの散乱波を受信し画像化する。

近年、ＳＡＲでは、ＳＡＲ画像の広域化および高分解能化が求められている。これらを実現するために、非特許文献１に記載のＳＡＲシステムは、複数の受信部によって受信系が多チャンネル化された合成開口レーダを有している。

Y.Okada, S.Nakamura, K.Iribe, Y.Yokota, M.Tsuji, M.Tsuchida, K.Hariu, Y.Kankaku, S.Suzuki, Y.Osawa, and M.Shimada "SYSTEM DESIGN OF WIDE SWATH, HIGH RESOLUTION, FULL POLARIMIETORIC L-BAND SAR ONBOARD ALOS-2", 2013 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium-IGARSS, 2013 IEEE International

ＳＡＲが生成する画像であるＳＡＲ画像の信号強度は、主に観測対象の物体の種類によって決まる。このため、上記非特許文献１のＳＡＲシステムにおいて、多種類の物体を一度に画像化するには、ＳＡＲ画像のダイナミックレンジを拡大することが求められる。

上記非特許文献１のＳＡＲシステムは、受信した信号に対して受信部でＡＤ（Analog to Digital、アナログ－デジタル）変換を行なったうえで、ＳＡＲ画像を生成する。ＡＤ変換は受信信号のレベル値を量子化するものである。ＡＤ変換可能な受信信号のレベルは、全入力範囲と基準レベルとによって決まる。全入力範囲は、ＡＤ変換可能な信号レベルの幅である。また、基準レベルは、全入力範囲の最小信号レベルである。全入力範囲外の信号がＡＤ変換された場合には、信号は正しくＡＤ変換されず信号の振幅または位相の情報が失われる。このため、ダイナミックレンジは、ＡＤ変換時の全入力範囲に対応している。したがって、上記非特許文献１のＳＡＲシステムが、ダイナミックレンジを拡大する場合、全入力範囲を拡大することが考えられる。

しかしながら、全入力範囲を拡大すると、データ量および信号処理に要するリソースが増大してしまうので、規模の大きなＳＡＲシステムが必要となる。このため、小さな規模の装置構成でダイナミックレンジを拡大してＳＡＲ画像の信号強度を高めることは困難であった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、小さな規模の装置構成でダイナミックレンジを拡大してＳＡＲ画像の信号強度を高めることができる合成開口レーダシステムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の合成開口レーダシステムは、送信波を放射して観測対象からの散乱波を受信するアンテナと、アンテナが受信した散乱波のアナログ信号を第１の基準レベルで第１のデジタル信号に変換する第１の受信部と、アナログ信号を第１の基準レベルとは異なる第２の基準レベルで第２のデジタル信号に変換する第２の受信部と、を備えている。また、本開示の合成開口レーダシステムは、第１のデジタル信号のうち信号レベルが飽和していない第１の信号部分を抽出するとともに、第２のデジタル信号のうち信号レベルが飽和していない第２の信号部分を抽出し、第１の信号部分および第２の信号部分を合成して第３のデジタル信号を生成する信号合成部と、第３のデジタル信号に基づいて観測対象の画像化処理を実行する画像化処理部と、を備えている。また、本開示の合成開口レーダシステムは、第１のデジタル信号および第２のデジタル信号をアナログ信号に変換して地上に伝送する伝送部を備えている。信号合成部および画像化処理部は、地上に配置された地上処理部に含まれており、伝送部は、第１のデジタル信号および第２のデジタル信号を地上処理部に伝送する。

本開示によれば、小さな規模の装置構成でダイナミックレンジを拡大してＳＡＲ画像の信号強度を高めることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるＳＡＲシステムの構成を示す図実施の形態１にかかるＳＡＲシステムが備える地上処理部の構成を示す図実施の形態１にかかるＳＡＲシステムにおける信号処理の処理手順を示すフローチャート実施の形態１にかかるＳＡＲの受信部が実行するＡＤ変換処理の概念を説明するための図実施の形態１にかかるＳＡＲの受信部が実行するＡＤ変換処理を説明するための図実施の形態２にかかるＳＡＲシステムの構成を示す図実施の形態２にかかるＳＡＲシステムにおける信号処理の処理手順を示すフローチャート実施の形態３にかかるＳＡＲシステムの構成を示す図実施の形態３にかかるＳＡＲシステムが備える地上処理部の構成を示す図実施の形態３にかかるＳＡＲシステムにおける信号処理の処理手順を示すフローチャート実施の形態１から３にかかるＳＡＲが備える信号処理部を実現するハードウェア構成の第１例を示す図実施の形態１から３にかかるＳＡＲが備える信号処理部を実現するハードウェア構成の第２例を示す図

以下に、本開示にかかる合成開口レーダシステムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるＳＡＲシステムの構成を示す図である。合成開口レーダシステムであるＳＡＲシステム１００Ａは、ＳＡＲ１０Ａと、地上処理部２０Ａとを備えている。

ＳＡＲ１０Ａは、人工衛星、航空機などに搭載される。ＳＡＲ１０Ａは、信号処理部１５Ａと、アンテナ２と、独立した２つの伝送部５Ａ，５Ｂとを有している。信号処理部１５Ａは、送信部１と、独立した２つの受信部３，４とを具備している。伝送部５Ａは、受信部３に接続されており、伝送部５Ｂは、受信部４に接続されている。

なお、実施の形態１では、ＳＡＲ１０Ａが２つの受信部３，４を具備する場合について説明するが、ＳＡＲ１０Ａは、３つ以上の受信部を具備していてもよい。この場合も、ＳＡＲ１０Ａは、受信部と同数の伝送部を具備する。

送信部１は、放射される電波の信号を生成しアンテナ２に送る。アンテナ２は、送信部１で生成された信号を、電波である送信波として空間に放射する。アンテナ２から放射された電波は、観測対象３０で散乱される。観測対象３０は、地上の物体である。

アンテナ２は、観測対象３０で散乱された電波である散乱波をアナログ信号として受信する。アンテナ２は、受信したアナログ信号を受信部３，４に送る。受信部３，４は、受信したアナログ信号をＡＤ変換する。第１の受信部である受信部３が用いるＡＤ変換の際の基準レベルと、第２の受信部である受信部４が用いるＡＤ変換の際の基準レベルとは異なっている。すなわち、受信部３は、アンテナ２が受信した散乱波のアナログ信号を第１の基準レベルで第１のデジタル信号に変換する。受信部４は、アンテナ２が受信した散乱波のアナログ信号を第２の基準レベルで第２のデジタル信号に変換する。ＳＡＲ１０Ａは、３つ以上の受信部を具備する場合も、ＡＤ変換の際の基準レベルは、受信部毎に異なることとする。

受信部３は、ＡＤ変換した後のデジタル信号を伝送部５Ａに送り、受信部４は、ＡＤ変換した後のデジタル信号を伝送部５Ｂに送る。伝送部５Ａは、受信部３からのデジタル信号をアナログ信号に変換して地上処理部２０Ａに伝送し、伝送部５Ｂは、受信部４からのデジタル信号をアナログ信号に変換して地上処理部２０Ａに伝送する。

地上処理部２０Ａは、伝送部５Ａ，５Ｂから受信したアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号を用いて、観測対象３０を画像化する。なお、地上処理部２０Ａは、ＳＡＲ１０Ａの内部に配置されていてもよい。

図２は、実施の形態１にかかるＳＡＲシステムが備える地上処理部の構成を示す図である。地上処理部２０Ａは、受信装置２１と、信号合成部２２と、画像化処理部２３とを有している。

受信装置２１は、アナログ信号を送受信するアンテナの機能と、受信したアナログ信号からデジタル信号を再生する受信部の機能とを有している。地上処理部２０Ａの前段に配置される、図示しないアンテナによって、伝送部５Ａ，５Ｂからのアナログ信号が受信されると、このアナログ信号が、受信部でデジタル信号に変換され、信号合成部２２に送られる。なお、以下の説明では、伝送部５Ａ，５Ｂがデジタル信号をアナログ信号に変換する処理、および受信装置２１がアナログ信号をデジタル信号に変換する処理の説明を省略する場合がある。すなわち、伝送部５Ａ，５Ｂがデジタル信号をアナログ信号に変換してから伝送する処理を、伝送部５Ａ，５Ｂがデジタル信号を伝送するという場合がある。また、地上処理部２０Ａが扱う信号を、伝送部５Ａ，５Ｂからのデジタル信号という場合がある。信号合成部２２は、デジタル信号のうち信号レベルが特定の時間変化しない部分の信号を飽和していると判断し、飽和していない信号を抽出する。信号合成部２２は、抽出した信号を合成したデジタル信号を生成する。信号合成部２２が合成したデジタル信号が第３のデジタル信号である。画像化処理部２３は、信号合成部２２が合成したデジタル信号に基づいて、観測対象３０の画像化を実行する。

図３は、実施の形態１にかかるＳＡＲシステムにおける信号処理の処理手順を示すフローチャートである。送信部１は、信号を生成し、アンテナ２は、送信部１が生成した信号を電波である送信波として地上の観測対象３０に向けて放射する（ステップＳ１１０）。

アンテナ２は、観測対象３０で散乱された反射波を受信する（ステップＳ１２０）。受信部３は、アンテナ２が受信した反射波のアナログ信号を受信部３に設定されている独自の基準レベルを用いてＡＤ変換する（ステップＳ１３０－１）。受信部４は、アンテナ２が受信した反射波のアナログ信号を受信部４に設定されている独自の基準レベルを用いてＡＤ変換する（ステップＳ１３０－２）。

ここで、ＡＤ変換の概念について説明する。図４は、実施の形態１にかかるＳＡＲの受信部が実行するＡＤ変換処理の概念を説明するための図である。なお、受信部３，４が実行するＡＤ変換処理は、同様であるので、ここでは、受信部３が実行するＡＤ変換処理の概念について説明する。また、ここでは、受信部３が、アナログ信号の一例である、アナログ信号５１０をＡＤ変換する場合について説明する。

アンテナ２が受信するアナログ信号５１０は、時間とともに信号レベルが変化する。図４に示すアナログ信号５１０は、横軸が時間であり、縦軸が信号レベルである。受信部３は、アンテナ２が受信したアナログ信号５１０を標本化し（ｓｔ１）、標本化した信号を量子化する（ｓｔ２）ことで、ＡＤ変換処理を実行する。

標本化は、連続したアナログ信号５１０から特定の時間間隔Ｔで、パルス状の離散信号５２０を取り出す処理である。受信部３は、標本化の際には、アナログ信号５１０から基準レベルＬ０以上の離散信号５２０を取り出す。図４に示す離散信号５２０は、横軸が時間であり、縦軸が信号レベルである。

量子化は、連続量であるアナログ入力振幅を離散的値に当てはめる処理である。量子化では、全入力範囲および基準レベルＬ０に対して、標本化された値が当てはめられる。全入力範囲は、ダイナミックレンジＤ０に対応している。図４に示す量子化された信号である量子化信号５３０は、横軸が時間であり、縦軸が信号レベルである。

ここで、実施の形態１における具体的なＡＤ変換方法について説明する。図５は、実施の形態１にかかるＳＡＲの受信部が実行するＡＤ変換処理を説明するための図である。ここでは、ダイナミックレンジＤ０を超えるアナログ信号が受信部３，４に入力された場合のＡＤ変換処理について説明する。

図５に示すアナログ信号３１Ａ，４１Ａ、デジタル信号３１Ｄ，４１Ｄ，７０は、横軸が時間であり、縦軸が信号レベルである。アナログ信号３１Ａは、受信部３が受信したＡＤ変換前の信号である。アナログ信号４１Ａは、受信部４が受信したＡＤ変換前の信号である。デジタル信号３１Ｄは、受信部３によるＡＤ変換後の信号である。デジタル信号４１Ｄは、受信部４によるＡＤ変換後の信号である。

実施の形態１のＳＡＲ１０Ａが備える受信部３，４は、基準レベル間の基準レベルをずらしたうえで、受信部３，４で並列にＡＤ変換する。図５では、受信部３が、基準レベルＬ１を用いてＡＤ変換を実行し、受信部４が、基準レベルＬ１とは異なる基準レベルＬ２を用いてＡＤ変換を実行する場合を示している。受信部３は、基準レベルＬ１を最低値とした全入力範囲Ｄ１を用いてＡＤ変換を実行し、受信部４は、基準レベルＬ２を最低値とした全入力範囲Ｄ２を用いてＡＤ変換を実行する。基準レベルＬ１と基準レベルＬ２とは異なる値であるので、全入力範囲Ｄ１と全入力範囲Ｄ２は異なる範囲である。

図５では、アナログ信号３１Ａの上側半分の信号レベルが全入力範囲となるよう全入力範囲Ｄ１が受信部３に設定され、アナログ信号４１Ａの下側半分の信号レベルが全入力範囲となるよう全入力範囲Ｄ２が受信部４に設定された場合を示している。

受信部３は、基準レベルＬ１および全入力範囲Ｄ１を用いてＡＤ変換を実行することにより、アナログ信号３１Ａをデジタル信号３１Ｄに変換する。受信部４は、基準レベルＬ２および全入力範囲Ｄ２を用いてＡＤ変換を実行することにより、アナログ信号４１Ａをデジタル信号４１Ｄに変換する。

ＳＡＲ１０Ａでは、受信部３，４が、基準レベルＬ１，Ｌ２を変えてＡＤ変換を実行しているので、異なるレベルのデジタル信号３１Ｄ，４１Ｄを得ることが可能である。すなわち、受信部３は、基準レベルＬ１でＡＤ変換を実行し、受信部４は、基準レベルＬ２でＡＤ変換を実行しているので、ＡＤ変換されたデジタル信号３１Ｄと、ＡＤ変換されたデジタル信号４１Ｄとは異なるレベルの信号となる。

このように、受信部３，４は、基準レベルＬ１，Ｌ２をずらしているので、受信部３，４では、異なるレベル範囲の信号をＡＤ変換できる。これにより、受信部３，４は、基準レベルが同じである場合よりも広いレベル範囲の信号をＡＤ変換することができる。

受信部３がＡＤ変換した後のデジタル信号３１Ｄは、伝送部５Ａが、アナログ信号に変換したうえで地上処理部２０Ａに向けて伝送し（ステップＳ１４０－１）、受信部４がＡＤ変換した後のデジタル信号４１Ｄは、伝送部５Ｂが、アナログ信号に変換したうえで地上処理部２０Ａに向けて伝送する（ステップＳ１４０－２）。

信号合成部２２は、伝送部５Ａからのデジタル信号３１Ｄのうち信号レベルが特定の時間変化しない部分の信号を飽和していると判断し、飽和していない信号を抽出する。また、信号合成部２２は、伝送部５Ｂからのデジタル信号４１Ｄのうち信号レベルが特定の時間変化しない部分の信号を飽和していると判断し、飽和していない信号を抽出する。信号合成部２２が、デジタル信号３１Ｄから抽出する信号が第１の信号部分であり、デジタル信号４１Ｄから抽出する信号が第２の信号部分である。

信号合成部２２は、基準レベルＬ１を用いて生成されたデジタル信号３１Ｄのうちの飽和していない第１の信号部分と、基準レベルＬ２を用いて生成されたデジタル信号４１Ｄのうちの飽和していない第２の信号部分とを足し合わせたデジタル信号７０を生成する。すなわち、信号合成部２２は、デジタル信号３１Ｄ，４１Ｄのうち飽和していない部分の信号を合成する（ステップＳ１５０）。

デジタル信号７０は、デジタル信号３１Ｄの全入力範囲Ｄ１とデジタル信号４１Ｄの全入力範囲Ｄ２とを含んだダイナミックレンジＤｘを有している。すなわち、地上処理部２０Ａは、ＳＡＲ１０Ａが受信したアナログ信号のダイナミックレンジを拡大させたダイナミックレンジＤｘのデジタル信号７０を生成することができる。例えば、ダイナミックレンジＤｘが、全入力範囲Ｄ１と全入力範囲Ｄ２とを合わせた範囲となるよう、全入力範囲Ｄ１，Ｄ２および基準レベルＬ１，Ｌ２が受信部３，４に設定されている。受信部３，４へは、例えば、ダイナミックレンジを超えて入力されたアナログ信号の全信号レベルをカバーできるような全入力範囲Ｄ１，Ｄ２および基準レベルＬ１，Ｌ２が設定される。

なお、ＳＡＲ１０Ａは、３つ以上の受信部を具備する場合も、各受信部がＡＤ変換したデジタル信号の飽和していない部分を合成することで、ＳＡＲ１０Ａが受信したアナログ信号のダイナミックレンジを拡大させたダイナミックレンジＤｘのデジタル信号７０を生成することができる。

画像化処理部２３は、デジタル信号７０に基づいて、観測対象３０の画像化処理を実行する（ステップＳ１６０）。

ここで、信号合成部２２が、飽和していないデジタル信号を抽出する方法について説明する。信号合成部２２は、例えば、事前に設定された、信号飽和レベルの閾値に基づいて、閾値以上の信号レベル以外のデジタル信号を、飽和していないデジタル信号として抽出する。換言すると、信号合成部２２は、信号飽和レベルの閾値未満のデジタル信号を、飽和していないデジタル信号として抽出する。

また、信号合成部２２は、信号レベルを時間微分した値を監視し、時間微分した値の絶対値が特定値以上になった場合を飽和開始時刻および飽和終了時刻と判断して、飽和していないデジタル信号を抽出してもよい。信号合成部２２がデジタル信号３１Ｄの信号レベルを時間微分した値が第１の値であり、信号合成部２２がデジタル信号４１Ｄの信号レベルを時間微分した値が第２の値である。

また、信号合成部２２は、信号レベルを時間微分した値が特定時間以上０になるデジタル信号を飽和していると判断し、飽和しているデジタル信号以外を、飽和していないデジタル信号として抽出してもよい。

なお、飽和していないデジタル信号の抽出方法は、上述した方法に限らず、信号合成部２２は、飽和していないデジタル信号を抽出できる方法であれば何れの方法で飽和していないデジタル信号を抽出してもよい。

ここで、基準レベルを変更することなくダイナミックレンジを拡大させる比較例のＳＡＲシステムについて説明する。比較例のＳＡＲシステムの場合、比較例のＳＡＲの受信部の全入力範囲を拡大させるので、受信部の全入力範囲の拡大に起因して、受信部の後段部分の信号処理に要するリソースが増大する。すなわち、比較例のＳＡＲの受信部によるＡＤ変換処理に要するリソースが増大する。ここでのリソースは、信号処理を行うＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）の個数、信号処理に要する計算時間、信号処理に要する消費電力などである。また、比較例のＳＡＲシステムの場合、比較例のＳＡＲの受信部の全入力範囲を拡大させるので、データ量が増加する。このデータ量の増加は、衛星などに搭載されたＳＡＲから地上処理部へのデータ伝送などの運用制約になる場合がある。

一方、実施の形態１では、ＳＡＲ１０Ａが、異なる基準レベルＬ１，Ｌ２を用いてＡＤ変換を実行したので、ＳＡＲ１０Ａが受信したアナログ信号のダイナミックレンジを拡大させたダイナミックレンジＤｘのデジタル信号７０を生成することができる。すなわち、ＳＡＲ１０Ａは、リソースおよびデータ量を増大させる必要が無いのでハードウェアを増大させることなく、広いダイナミックレンジＤｘのデジタル信号７０を生成することができる。

このように実施の形態１では、ＳＡＲシステム１００Ａにおいて、アンテナ２が受信したアナログ信号３１Ａを受信部３の基準レベルＬ１でデジタル信号３１ＤにＡＤ変換し、アンテナ２が受信したアナログ信号４１Ａを受信部４の基準レベルＬ２でデジタル信号４１ＤにＡＤ変換している。そして、ＳＡＲシステム１００Ａは、デジタル信号３１Ｄ，４１Ｄのうち信号レベルが飽和していない信号部分を抽出し、抽出した信号部分を合成してデジタル信号７０を生成している。これにより、ＳＡＲシステム１００Ａは、データ量およびハードウェア規模の増大を抑制しつつ、小さな規模の装置構成で受信時のダイナミックレンジをダイナミックレンジＤｘに拡大してＳＡＲ画像の信号強度を高めることが可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図６および図７を用いて実施の形態２について説明する。実施の形態２では、ＳＡＲが複数台のアンテナを備え、複数台のアンテナで電波の放射と、観測対象３０で散乱された電波の受信とを行う。

図６は、実施の形態２にかかるＳＡＲシステムの構成を示す図である。図６の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１のＳＡＲシステム１００Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

ＳＡＲシステム１００Ｂは、ＳＡＲ１０Ｂと、地上処理部２０Ａとを備えている。ＳＡＲ１０Ｂは、複数台のアンテナを備えている。実施の形態２では、ＳＡＲ１０Ｂが２台のアンテナ７，８を備える場合について説明するが、ＳＡＲ１０Ｂは３台以上のアンテナを備えていてもよい。また、ＳＡＲ１０Ｂは、信号処理部１５Ｂおよび伝送部５Ａ，５Ｂを備えている。

信号処理部１５Ｂは、送信部１と、受信部３，４と、位相補正部９とを備えている。ＳＡＲシステム１００Ｂが、複数のアンテナ７，８を用いる場合、アンテナ７，８の位置によって受信信号の位相がずれる。このため、信号処理部１５Ｂは、位相を補正する位相補正部９を有している。

位相補正部９は、アンテナ７，８に接続されるとともに、受信部３，４に接続されている。なお、ＳＡＲ１０Ｂでは、位相補正部９が受信部３，４よりも前段に接続されているが、位相補正部９は受信部３，４よりも後段に配置されてもよい。この場合、位相補正部９は、例えば、受信部３，４および伝送部５Ａ，５Ｂに接続され、受信部３，４でＡＤ変換された後のデジタル信号の位相を補正して伝送部５Ａ，５Ｂに送る。また、位相補正部９は、地上処理部２０Ａの前段に接続されてもよい。この場合、位相補正部９は、地上のアンテナと地上処理部２０Ａとの間に接続され、位相を補正したデジタル信号を地上処理部２０Ａに送る。

位相補正部９がアンテナ７，８に接続される場合、アンテナ７，８が受信した散乱波に対応する受信信号は、アンテナ７，８が受信したアナログ信号である。位相補正部９が受信部３，４および伝送部５Ａ，５Ｂに接続される場合、アンテナ７，８が受信した散乱波に対応する受信信号は、受信部３，４でＡＤ変換されたデジタル信号である。位相補正部９が地上処理部２０Ａの前段に接続される場合、アンテナ７，８が受信した散乱波に対応する受信信号は、伝送部５Ａ，５Ｂから送信され、位相補正部９に送られるデジタル信号である。

送信部１は、放射される電波の信号を生成しアンテナ７，８に送る。アンテナ７，８は、送信部１で生成された信号を、電波である送信波として空間に放射する。

アンテナ７，８は、観測対象３０で散乱された電波である散乱波をアナログ信号として受信する。アンテナ７，８は、受信したアナログ信号を位相補正部９に送る。位相補正部９は、アンテナ７，８が受信したアナログ信号の位相を、アンテナ７，８の配置位置に応じた位相に補正する。位相補正部９は、位相を補正したアナログ信号を受信部３，４に送る。すなわち、位相補正部９は、アンテナ７が受信したアナログ信号の位相を補正して受信部３に送り、アンテナ８が受信したアナログ信号の位相を補正して受信部４に送る。

図７は、実施の形態２にかかるＳＡＲシステムにおける信号処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図７で説明する処理のうち、図３で説明した処理と同様の処理については、その説明を省略する。

送信部１は、信号を生成する。アンテナ７は、送信部１が生成した信号を電波である送信波として地上の観測対象３０に向けて放射し（ステップＳ２１０－１）、アンテナ８は、送信部１が生成した信号を電波である送信波として地上の観測対象３０に向けて放射する（ステップＳ２１０－２）。

アンテナ７は、観測対象３０で散乱された反射波を受信し（ステップＳ２２０－１）、アンテナ８は、観測対象３０で散乱された反射波を受信する（ステップＳ２２０－２）。位相補正部９は、アンテナ７，８が受信した反射波のアナログ信号の位相を、アンテナ７，８の配置位置に応じた位相に補正する（ステップＳ２３０）。

受信部３は、アンテナ７が受信し位相が補正されたアナログ信号を受信部３に設定されている独自の基準レベルＬ１を用いてＡＤ変換する（ステップＳ２４０－１）。受信部４は、アンテナ８が受信し位相が補正されたアナログ信号を受信部４に設定されている独自の基準レベルＬ２を用いてＡＤ変換する（ステップＳ２４０－２）。

受信部３がＡＤ変換したデジタル信号は、伝送部５Ａが、アナログ信号に変換して地上処理部２０Ａに向けて伝送し（ステップＳ２５０－１）、受信部４がＡＤ変換したデジタル信号は、伝送部５Ｂが、アナログ信号に変換して地上処理部２０Ａに向けて伝送する（ステップＳ２５０－２）。

受信装置２１は、アンテナによって伝送部５Ａ，５Ｂからのアナログ信号を受信し、受信部によってアナログ信号からデジタル信号を再生する。受信装置２１は、再生したデジタル信号を信号合成部２２に送る。信号合成部２２は、伝送部５Ａからのデジタル信号のうち信号レベルが特定の時間変化しない部分のデジタル信号を飽和していると判断し、飽和していないデジタル信号を抽出する。信号合成部２２は、伝送部５Ｂからのデジタル信号のうち信号レベルが特定の時間変化しない部分のデジタル信号を飽和していると判断し、飽和していないデジタル信号を抽出する。信号合成部２２は、抽出したデジタル信号を合成する。すなわち、信号合成部２２は、伝送部５Ａのデジタル信号から抽出した信号と、伝送部５Ｂのデジタル信号から抽出した信号とを合成する（ステップＳ２６０）。

信号合成部２２が、合成によって生成するデジタル信号は、実施の形態１で説明したデジタル信号７０と同様のデジタル信号である。画像化処理部２３は、信号合成部２２が合成したデジタル信号に基づいて、観測対象３０の画像化処理を実行する（ステップＳ２７０）。

ここで、位相補正部９による位相の補正処理について説明する。位相補正部９は、アンテナ７，８で受信したアナログ信号の時間毎の位相を検出し、各アナログ信号の時間毎の位相の平均値を算出する。位相補正部９は、アンテナ７，８で受信したアナログ信号の位相を、各時間の平均値に変更することで、アンテナ７，８で受信したアナログ信号の位相を補正する。

なお、位相補正部９は、アンテナ７，８が受信したアナログ信号の特定期間における位相の変化を検出し、この特定期間における位相の中央値を算出してもよい。この場合、位相補正部９は、アンテナ７，８における特定時間の位相の各中央値が、アンテナ７における特定時間の位相の中央値と、アンテナ８における特定時間の位相の中心値との平均値になるように位相を補正する。

また、位相補正部９は、アンテナ７，８間の距離から予期される位相差に基づいて、アンテナ７，８が受信したアナログ信号の一方の位相が他方の位相と同じになるように、アンテナ７，８における受信信号の少なくとも一方の位相を補正してもよい。アンテナ７，８間の距離から予期される位相差は、位相補正部９が算出してもよいし、他の装置が算出して位相補正部９に設定しておいてもよい。

また、位相補正部９は、アンテナ７，８が受信したアナログ信号に対して参照関数を用いて相関をとり、相関度がピークになる時間（以下、ピーク時間という）を記録してもよい。この場合、位相補正部９は、記録した時間、すなわちアンテナ７，８におけるピーク時間を用いて位相補正処理を実行する。位相補正部９は、例えば、アンテナ７，８におけるピーク時間の平均時間が、アンテナ７，８におけるピーク時間となるように、位相を補正してもよい。また、位相補正部９は、アンテナ７，８における一方のピーク時間が、他方のピーク時間と同じになるように位相を補正してもよい。

なお、位相の補正方法は、上述した方法に限らず、位相補正部９は、アナログ信号またはデジタル信号の位相を検出し、位相を補正できる方法であれば何れの方法で位相を補正してもよい。

このように実施の形態２によれば、ＳＡＲシステム１００Ｂが、位相補正部９を備えているので、アンテナ７，８のようにアンテナを複数有するシステムにおいても、小さな規模の装置構成でダイナミックレンジＤｘを拡大してＳＡＲ画像の信号強度を高めることが可能となる。

実施の形態３．
つぎに、図８および図９を用いて実施の形態３について説明する。実施の形態３では、ＳＡＲが、デジタル信号から飽和していないデジタル信号を抽出して合成した後に、地上処理部に伝送する。

図８は、実施の形態３にかかるＳＡＲシステムの構成を示す図である。図８の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１のＳＡＲシステム１００Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

ＳＡＲシステム１００Ｃは、ＳＡＲ１０Ｃと、地上処理部２０Ｃとを備えている。ＳＡＲ１０Ｃは、アンテナ２と、信号処理部１５Ｃと、伝送部５Ｃとを備えている。信号処理部１５Ｃは、送信部１と、受信部３，４と、信号合成部６とを備えている。

信号合成部６は、受信部３，４に接続されており、受信部３，４でＡＤ変換されたデジタル信号を合成し、伝送部５Ｃに送る。伝送部５Ｃは、信号合成部６で合成されたデジタル信号を、地上処理部２０Ｃに伝送する。地上処理部２０Ｃは、伝送部５Ｃから受信したデジタル信号を用いて、観測対象３０を画像化する。

図９は、実施の形態３にかかるＳＡＲシステムが備える地上処理部の構成を示す図である。地上処理部２０Ｃは、画像化処理部２３を有している。すなわち、地上処理部２０Ｃは、地上処理部２０Ａと比較して、信号合成部２２を有していない。画像化処理部２３は、伝送部５Ｃから受信したデジタル信号に基づいて、観測対象３０の画像化を実行する。

図１０は、実施の形態３にかかるＳＡＲシステムにおける信号処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図１０で説明する処理のうち、図３で説明した処理と同様の処理については、その説明を省略する。

アンテナ２は、送信部１が生成した信号を電波である送信波として地上の観測対象３０に向けて放射する（ステップＳ３１０）。アンテナ２は、観測対象３０で散乱された反射波を受信する（ステップＳ３２０）。

受信部３は、アンテナ２が受信した反射波のアナログ信号を受信部３に設定されている独自の基準レベルＬ１を用いてＡＤ変換する（ステップＳ３３０－１）。受信部４は、アンテナ２が受信した反射波のアナログ信号を受信部４に設定されている独自の基準レベルＬ２を用いてＡＤ変換する（ステップＳ３３０－２）。

信号合成部６は、受信部３，４でＡＤ変換されたデジタル信号を合成する（ステップＳ３４０）。伝送部５Ｃは、信号合成部６で合成されたデジタル信号を、アナログ信号に変換して地上処理部２０Ｃに伝送する（ステップＳ３５０）。受信装置２１は、アナログ信号を受信するとデジタル信号に変換し、画像化処理部２３は、デジタル信号を用いて、観測対象３０の画像化処理を実行する（ステップＳ３６０）。このように、ＳＡＲシステム１００Ｃでは、ＳＡＲシステム１００Ａと比較して、ＳＡＲ１０Ｃが、デジタル信号を合成した後に、地上処理部２０Ｃにデジタル信号を伝送している。

このように実施の形態３によれば、ＳＡＲシステム１００ＣにおいてＳＡＲ１０Ｃが信号合成部６を備えているので、ＳＡＲ１０Ｃの軌道上でもデジタル信号の合成処理を実施することができる。

ここで、信号処理部１５Ａ～１５Ｃのハードウェア構成について説明する。図１１は、実施の形態１から３にかかるＳＡＲが備える信号処理部を実現するハードウェア構成の第１例を示す図である。図１２は、実施の形態１から３にかかるＳＡＲが備える信号処理部を実現するハードウェア構成の第２例を示す図である。なお、信号処理部１５Ａ～１５Ｃは、同様のハードウェア構成を有しているので、ここでは信号処理部１５Ａのハードウェア構成について説明する。

信号処理部１５Ａは、図１１に示したプロセッサ５０１、メモリ５０２、およびインタフェース５０４により実現することができる。プロセッサ５０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ５０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などである。

信号処理部１５Ａは、プロセッサ５０１が、メモリ５０２で記憶されている信号処理部１５Ａの動作を実行するための、コンピュータで実行可能な、信号処理プログラムを読み出して実行することにより実現される。信号処理部１５Ａの動作を実行するためのプログラムである信号処理プログラムは、信号処理部１５Ａの手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

信号処理部１５Ａで実行される信号処理プログラムは、送信部１と、受信部３，４とを含むモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。

メモリ５０２は、プロセッサ５０１が各種処理を実行する際の一時メモリに使用される。また、メモリ５０２は、ＡＤ変換されたデジタル信号などを記憶する。インタフェース５０４は、アンテナ２からアナログ信号を受信するとともに、伝送部５Ａ，５Ｂにデジタル信号を送信する。

信号処理プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルで、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータプログラムプロダクトとして提供されてもよい。

なお、図１１に示すプロセッサ５０１およびメモリ５０２は、図１２に示す処理回路５０３に置き換えられてもよい。処理回路５０３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、または、これらを組み合わせたものが該当する。なお、信号処理部１５Ａの機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１送信部、２，７，８アンテナ、３，４受信部、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ伝送部、６信号合成部、９位相補正部、１０Ａ～１０ＣＳＡＲ、１５Ａ～１５Ｃ信号処理部、２０Ａ，２０Ｃ地上処理部、２１受信装置、２２信号合成部、２３画像化処理部、３０観測対象、３１Ａ，４１Ａ，５１０アナログ信号、３１Ｄ，４１Ｄ，７０デジタル信号、１００Ａ～１００ＣＳＡＲシステム、５０１プロセッサ、５０２メモリ、５０３処理回路、５０４インタフェース、５２０離散信号、５３０量子化信号、Ｄ１，Ｄ２全入力範囲、Ｄｘダイナミックレンジ、Ｌ０～Ｌ２基準レベル。

Claims

送信波を放射して観測対象からの散乱波を受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した前記散乱波のアナログ信号を第１の基準レベルで第１のデジタル信号に変換する第１の受信部と、
前記アナログ信号を前記第１の基準レベルとは異なる第２の基準レベルで第２のデジタル信号に変換する第２の受信部と、
前記第１のデジタル信号のうち信号レベルが飽和していない第１の信号部分を抽出するとともに、前記第２のデジタル信号のうち信号レベルが飽和していない第２の信号部分を抽出し、前記第１の信号部分および前記第２の信号部分を合成して第３のデジタル信号を生成する信号合成部と、
前記第３のデジタル信号に基づいて前記観測対象の画像化処理を実行する画像化処理部と、
前記第１のデジタル信号および前記第２のデジタル信号をアナログ信号に変換して地上に伝送する伝送部と、
を備え、
前記信号合成部および前記画像化処理部は、地上に配置された地上処理部に含まれており、
前記伝送部は、前記第１のデジタル信号および前記第２のデジタル信号を前記地上処理部に伝送する、
ことを特徴とする合成開口レーダシステム。
前記信号合成部は、
前記第１のデジタル信号のうち信号レベルが特定時間変化しない部分を前記第１の信号部分として抽出するとともに、
前記第２のデジタル信号のうち信号レベルが特定時間変化しない部分を前記第２の信号部分として抽出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダシステム。
前記信号合成部は、
前記第１のデジタル信号のうち信号レベルが閾値未満の部分を前記第１の信号部分として抽出するとともに、
前記第２のデジタル信号のうち信号レベルが前記閾値未満の部分を前記第２の信号部分として抽出し、
前記信号合成部は、
前記第１のデジタル信号のうち信号レベルが特定時間変化しない部分を前記第１の信号部分として抽出するとともに、
前記第２のデジタル信号のうち信号レベルが特定時間変化しない部分を前記第２の信号部分として抽出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダシステム。
前記信号合成部は、
前記第１のデジタル信号の信号レベルを時間微分した第１の値を監視し、前記第１の値の絶対値が特定値以上になった場合を前記第１のデジタル信号の飽和開始時刻および飽和終了時刻と判断して前記第１の信号部分を抽出するとともに、
前記第２のデジタル信号の信号レベルを時間微分した第２の値を監視し、前記第２の値の絶対値が特定値以上になった場合を前記第２のデジタル信号の飽和開始時刻および飽和終了時刻と判断して前記第２の信号部分を抽出し、
前記信号合成部は、
前記第１のデジタル信号のうち信号レベルが特定時間変化しない部分を前記第１の信号部分として抽出するとともに、
前記第２のデジタル信号のうち信号レベルが特定時間変化しない部分を前記第２の信号部分として抽出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダシステム。
前記信号合成部は、
前記第１のデジタル信号のうち前記第１のデジタル信号の信号レベルを時間微分した第１の値が特定時間以上０となる部分以外を前記第１の信号部分として抽出するとともに、
前記第２のデジタル信号のうち前記第２のデジタル信号の信号レベルを時間微分した第２の値が特定時間以上０となる部分以外を前記第２の信号部分として抽出し、
前記信号合成部は、
前記第１のデジタル信号のうち信号レベルが特定時間変化しない部分を前記第１の信号部分として抽出するとともに、
前記第２のデジタル信号のうち信号レベルが特定時間変化しない部分を前記第２の信号部分として抽出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダシステム。
送信波を放射するアンテナが観測対象から受信した反射波のアナログ信号を第１の基準レベルで変換した第１のデジタル信号と、前記アナログ信号を前記第１の基準レベルとは異なる第２の基準レベルで変換した第２のデジタル信号とを受信する受信装置と、
前記第１のデジタル信号から抽出した第１の信号部分と、前記第２のデジタル信号から抽出した第２の信号部分とを合成して第３のデジタル信号を生成する信号合成部と、
前記第３のデジタル信号に基づいて前記観測対象の画像化処理を実行する画像化処理部と、
前記第１のデジタル信号および前記第２のデジタル信号をアナログ信号に変換して地上に伝送する伝送部と、
を備え、
前記受信装置、前記信号合成部、および前記画像化処理部は、地上に配置された地上処理部に含まれており、
前記伝送部は、前記第１のデジタル信号および前記第２のデジタル信号を前記地上処理部の前記受信装置に伝送する、
ことを特徴とする合成開口レーダシステム。