画像レーダ装置
【課題】ＰＲＦの倍増を防ぎ、クロストラック方向の観測幅の減少を防ぐことのできる画像レーダ装置を得る。
【解決手段】送信方向を制御可能な互いに異なる第１および第２の偏波面を有する２つの送受信用のアンテナサブアレイ８ａ、９ａと、送受信アンテナサブアレイに給電する送信手段１、３ａ、３ｂと、送受信アンテナサブアレイについて２本以上の受信ビームを形成しながら、送受信アンテナサブアレイで同時に受信する受信手段２、３ａ、３ｂ、６ａ、７ａと、受信手段で得られた受信信号に対してそれぞれ合成開口レーダ画像を再生する合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂとを備えている。送信手段は、送信開始から所定時間にわたって連続的に第１の偏波によるパルスを繰り返し送信し、所定時間を越えた後は、連続的に第２の偏波によるパルスを繰り返し送信し、受信手段は、常に第１および第２の両方の偏波でパルス信号を受信する。
【解決手段】送信方向を制御可能な互いに異なる第１および第２の偏波面を有する２つの送受信用のアンテナサブアレイ８ａ、９ａと、送受信アンテナサブアレイに給電する送信手段１、３ａ、３ｂと、送受信アンテナサブアレイについて２本以上の受信ビームを形成しながら、送受信アンテナサブアレイで同時に受信する受信手段２、３ａ、３ｂ、６ａ、７ａと、受信手段で得られた受信信号に対してそれぞれ合成開口レーダ画像を再生する合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂとを備えている。送信手段は、送信開始から所定時間にわたって連続的に第１の偏波によるパルスを繰り返し送信し、所定時間を越えた後は、連続的に第２の偏波によるパルスを繰り返し送信し、受信手段は、常に第１および第２の両方の偏波でパルス信号を受信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ターゲットの偏波特性を観測するポラリメトリック画像レーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像レーダ装置として、ターゲットの偏波特性を観測するポラリメトリックレーダが提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。
非特許文献１に記載のポラリメトリックレーダを用いると、ターゲットの電波散乱の偏波特性を観測することが可能になるので、ターゲット識別などに有効であることが知られている。
【０００３】
また、航空機や衛星搭載に、この種のポラリメトリックレーダを搭載して合成開口レーダ（ＳＡＲ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ）の観測を行うと、地表面の偏波特性を計測することが可能になるので、土地被覆や地勢の観測に極めて有用であることが知られている。
【０００４】
しかしながら、従来のポラリメトリックレーダの観測においては、水平偏波（以下、「Ｈ偏波」ともいう）と、垂直偏波（以下、「Ｖ偏波」ともいう）とを、交互に送信する必要があるので、単偏波のレーダ観測と比較すると、パルス送信周波数（ＰＲＦ：Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が２倍になるという問題がある。
【０００５】
特に、合成開口レーダにおいては、ＰＲＦが２倍になることによって、プラットフォーム軌道に対して垂直なクロストラック方向の観測幅が半減してしまうので、アジマス分解能の同等条件で比較した場合に、一度に観測できる領域が狭くなるという問題がある。たとえば、衛星にフルポラリメトリック合成開口レーダを搭載すると、観測幅が狭くなってしまう。
【０００６】
そこで、送信偏波を１つに限定して、ＰＲＦの倍増を防ぎ、かつ、できるだけポラリメトリ情報を失わないことを目的としたポラリメトリ方式も提案されている（たとえば、非特許文献２参照）。
【０００７】
非特許文献２に記載の方式は、コンパクトポラリメトリ方式と命名されている（以下、同方式を「コンパクトポラリメトリ方式」という）。
コンパクトポラリメトリ方式は、１偏波送信・２偏波受信の２チャネル分の信号から、従来のポラリメトリ方式（「コンパクトポラリメトリ方式」と区別するために、以下、「フルポラリメトリ方式」という）の２偏波送信・２偏波受信で得られる信号を推定する方式である。
【０００８】
コンパクトポラリメトリ方式においては、まず、送信偏波がＨ偏波成分と、Ｖ偏波成分とを、同時に含むこと（円偏波、または４５゜直線偏波など、を選択すること）が原則である。
【０００９】
また、１偏波送信・２偏波受信の２チャネル分の信号からフルポラリメトリの信号を推定するためには、非線型な連立方程式を反復的な手法で解く必要がある。
また、コンパクトポラリメトリ方式の成立条件の１つに、観測対象が或る種の対称性を示す必要がある。
【００１０】
観測対象の対称性は、自然ターゲット（森林、植生、雪面、海氷、地面、水面など）については一般に成立することが多いが、人口構造物の多い領域（市街地など）では成立しないことが多い。
【００１１】
さらに、コンパクトポラリメトリ方式においては、「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ」なるモデル式を当てはめる必要があるので、成立条件はさらに厳しくなる。したがって、コンパクトポラリメトリ方式によって推定されたフルポラリメトリの信号の推定精度は、地表面の種類によって異なることになる。
【００１２】
このように、コンパクトポラリメトリ方式によれば、一偏波のみの送信により、従来のフルポラリメトリックレーダで得られる情報を或る程度復元することが可能になるが、成立条件に厳しい制約が課されてしまう。
【００１３】
【非特許文献１】山口芳雄、「レーダポラリメトリの基礎と応用、偏波を用いたレーダリモートセンシング」電子情報通信学会、２００７
【非特許文献２】Ｊ．Ｃ Ｓｏｕｙｒｉｓ，Ｐ．Ｉｍｂｏ，Ｒ． Ｆｊｏｒｔｏｆｔ，Ｓ．Ｍｉｎｇｏｔ ａｎｄ Ｊ．Ｓ．Ｌｅｅ，“Ｃｏｍｐａｃｔ Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｒｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｙｍｍｅｔｒｙ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｅｄｉａ：ｔｈｅ π／４ ｍｏｄｅ，”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．３，ｐｐ．６３４−６４６，Ｍａｒ．２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来のフルポラリメトリ方式の画像レーダ装置では、ＰＲＦが倍増するので、特に合成開口レーダにおいては、クロストラック方向の観測幅が半減するという課題があった。
また、コンパクトポラリメトリ方式は、ＰＲＦの倍増を防ぐ１つの手段ではあるが、その成立条件として観測対象がある種の対称性を示すことが要求されるうえ、「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ」なるモデル式を当てはめる必要があるので、観測対象の性質が同モデルに合致しない場合には、フルポラリメトリの信号の推定精度が著しく劣化するという課題があった。
【００１５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＰＲＦの倍増を防ぎ、クロストラック方向の観測幅の減少を防ぐことのできる画像レーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明による画像レーダ装置は、送信方向を制御可能な互いに異なる第１および第２の偏波面を有する２つの送受信アンテナと、２つの送受信アンテナに給電する送信手段と、２つの送受信アンテナについて２本以上の受信ビームを形成しながら、２つの送受信アンテナで同時に受信する受信手段と、受信手段で得られた受信信号に対してそれぞれ合成開口レーダ画像を再生する合成開口レーダ画像再生手段とを備え、送信手段は、送信開始から所定時間にわたって連続的に第１の偏波によるパルスを繰り返し送信し、所定時間を越えた後は、連続的に第２の偏波によるパルスを繰り返し送信し、受信手段は、常に第１および第２の両方の偏波でパルス信号を受信するものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、ＰＲＦの倍増を防ぎ、クロストラック方向の観測幅の減少を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１および図２は、この発明に係る画像レーダ装置の動作および原理を説明するための一般的な画像レーダ装置を示すブロック構成図および説明図であり、図１はフルポラリメトリ方式の送受信部の基本構成を示している。また、図２は図１の画像レーダ装置による動作原理を示す説明図であり、水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５の各時刻における動作モードを示している。
【００１９】
図３はこの発明の実施の形態１に係る画像レーダ装置を示すブロック構成図であり、送受信部の基本構成を示している。図４および図５は、それぞれ図３の装置による動作を示す説明図であり、図４は水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂの各時刻の動作モードについて示している。
【００２０】
まず、図１において、一般的な画像レーダ装置は、送信機１と、送信機１に接続された偏波切換器２と、偏波切換器２に接続された送受切換器３ａ、３ｂと、送受切換器３ａに接続された水平偏波アンテナ４と、送受切換器３ｂに接続された垂直偏波アンテナ５と、送受切換器３ａに接続された水平偏波受信機６と、送受切換器３ｂに接続された垂直偏波受信機７とを備えている。
なお、図１では図示しないが、水平偏波受信機６および垂直偏波受信機７の後段には、合成開口レーダ画像を再生するための合成開口レーダ画像再生手段が接続されている。
【００２１】
水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５は、互いに異なる第１および第２の偏波面を有する２つの送受信アンテナを構成している。
送信機１、偏波切換器２および送受切換器３ａ、３ｂは、２つの送受信アンテナに給電するための送信手段を構成している。
送信手段は、送信開始から所定時間にわたって連続的に第１の偏波によるパルスを繰り返し送信し、所定時間を越えた後は、連続的に第２の偏波によるパルスを繰り返し送信する。
【００２２】
また、偏波切換器２、送受切換器３ａ、３ｂ、および水平偏波受信機６、垂直偏波受信機７は、２つの送受信アンテナで同時に受信する受信手段を構成している。
受信手段は、常に第１および第２の両方の偏波でパルス信号（受信信号）を受信する。
合成開口レーダ画像再生手段（図示せず）は、受信手段で得られた受信信号に対してそれぞれ合成開口レーダ画像を再生する。
【００２３】
一方、図３に示したこの発明の実施の形態１に係る画像レーダ装置において、図１と同様のものには、前述と同一符号が付されている。
この場合、２つの水平偏波受信機６ａ、６ｂのうちの一方の水平偏波受信機６ａは、送受切換器３ａに接続され、２つの垂直偏波受信機７ａ、７ｂのうちの一方の垂直偏波受信機７ａは、送受切換器３ｂに接続されている。
【００２４】
２つの水平偏波受信機６ａ、６ｂと、２つの垂直偏波受信機７ａ、７ｂとは、それぞれ並列配置されており、水平偏波受信機６ａ、６ｂの出力端子は、受信ビーム形成手段１０ａを介して合成開口レーダ画像再生手段１１ａに接続されている。
同様に、垂直偏波受信機７ａ、７ｂの出力端子は、受信ビーム形成手段１０ｂを介して合成開口レーダ画像再生手段１１ｂに接続されている。
【００２５】
送受切換器３ａに接続された水平偏波アンテナサブアレイ８ａは、素子アンテナとして複数の水平偏波アンテナ４ａを有し、水平偏波アンテナサブアレイ８ｂは、素子アンテナとして複数の水平偏波アンテナ４ｂを有している。
同様に、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａは、素子アンテナとして複数の垂直偏波アンテナ５ａを有し、垂直偏波アンテナサブアレイ９ｂは、素子アンテナとして複数の垂直偏波アンテナ５ｂを有している。
【００２６】
図３においては、水平偏波アンテナサブアレイ８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ｂは、受信アンテナとして機能する。
なお、送受信アンテナ・受信アンテナとして水平偏波と垂直偏波のアンテナを用いたが、水平偏波と垂直偏波の組み合わせに限る必要は無く、異なる２つの偏波のアンテナを用いればよい。
【００２７】
各偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂの各指向特性は、複数の第１素子アンテナ（水平偏波アンテナ４ａ、４ｂ）および複数の第２素子アンテナ（垂直偏波アンテナ５ａ、５ｂ）への給電位相が制御されることによって制御される。
【００２８】
送信手段は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ（２つ以上の第１偏波アンテナサブアレイ）のうちの一方の水平偏波アンテナサブアレイ８ａ（１つ以上の第１偏波アンテナサブアレイ）と、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂ（２つ以上の第２偏波アンテナサブアレイ）のうちの一方の垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ（１つ以上の第２偏波アンテナサブアレイ）とに、それぞれ給電する。
【００２９】
受信手段は、各偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂにそれぞれ接続された各受信機６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂと、各受信機６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理により得られたデジタル受信信号に対して、デジタル信号処理を施すことにより受信ビームを形成する受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂとを備えている。
【００３０】
ここで、図１および図２を参照しながら、まず、フルポラリメトリ方式の原理と、フルポラリメトリ方式による観測量の性質について説明する。
前述の通り、フルポラリメトリ方式によれば、ターゲットの偏波特性を観測することができるが、或るターゲットの偏波特性は、以下の式（１）のように、散乱行列（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ）Ｓで表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】
式（１）において、ｈ、ｖは、それぞれ、水平偏波（Ｈ偏波）、垂直偏波（Ｖ偏波）を意味している。
また、たとえば、ｈｖは垂直偏波送信、水平偏波受信を示している。なお、ｈｖは、ＨＶ偏波成分・ＨＶ偏波チャネルなどと称されることもある（このとき、受信偏波・送信偏波の順となる）。
【００３３】
水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５（送受信アンテナ）の偏波状態を、それぞれ複素ベクトルＥｔ、Ｅｒで表すと、散乱行列Ｓで与えられる散乱体による散乱波を受信した場合の受信電圧Ｖおよび受信電力Ｐｏは、それぞれ以下の式（２）で表される。
【００３４】
【数２】
【００３５】
ただし、式（２）において、Ｋは偏波状態以外のアンテナ特性や距離などで決まる定数、Ｒａは受信アンテナに付加された整合負荷であり、Ｔは転置を表す。
また、ベクトルノルムを「|| ||」で表せば、||Ｅｔ||＝||Ｅｒ||＝１、を満たすものとする。
【００３６】
なお、以下では、送受信の偏波状態に着目して議論を進めるために、式（２）中の偏波状態に関係のない係数Ｋ、Ｒａの項を無視して（Ｋ＝１、８Ｒａ＝１として）、以下の式（３）の表現を用いる。
【００３７】
【数３】
【００３８】
式（１）〜式（３）より、ターゲットの散乱行列Ｓが観測できれば、任意の送受信偏波の組み合わせにより、観測した場合の受信電圧Ｖおよび受信電力Ｐｏを計算によって求めることが可能なことが分かる。
散乱行列Ｓを列ベクトルｋ（「散乱ベクトル」と称される）で表現すると、以下の式（４）のよう表される。
【００３９】
【数４】
【００４０】
式（４）においては、モノスタティック構成のレーダを考えて、Ｓｈｖ＝Ｓｖｈとして、散乱ベクトルｋを表現している。
なお、後の式展開を見易くするために、ｈ、ｘ、ｖ（ＨＨ偏波、ＨＶまたはＶＨ偏波、ＶＶ偏波）に関して、それぞれ以下の表記をあわせて導入しておく。
【００４１】
【数５】
【００４２】
図１において、送信機１は、偏波切換器２および送受切換器３ａを介して、水平偏波アンテナ４に接続されるとともに、偏波切換器２および送受切換器３ｂを介して、垂直偏波アンテナ５に接続されている。
また、水平偏波アンテナ４には、送受切換器３ａを介して、水平偏波受信機６が接続され、垂直偏波アンテナ５には、送受切換器３ｂを介して、垂直偏波受信機７が接続されている。
【００４３】
まず、送信機１からパルス信号が生成されると、このパルス信号は、偏波切換器２を介して送受切換器３ａに送られ、さらに送受切換器３ａを介して水平偏波アンテナ４に送られ、水平偏波アンテナ４から空間に放射される。その後、空間に放射されたパルス信号は観測対象によって散乱される。
【００４４】
続いて、観測対象によって散乱された散乱波は、水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５の各々により受信される。水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５で受信された各受信信号は、送受切換器３ａ、３ｂを介して、水平偏波受信機６および垂直偏波受信機７に送られる。
【００４５】
水平偏波受信機６および垂直偏波受信機７は、水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５が受信した散乱波の受信信号のそれぞれに対して、個別に位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を施し、各受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を出力する。
【００４６】
続いて、送信機１がパルス信号を再び生成すると、偏波切換器２は、今回のパルス信号を、前回とは異なる送受切換器３ｂに送る。
したがって、今回のパルス信号は、送受切換器３ｂを介して垂直偏波アンテナ５から空間に放射される。
【００４７】
以下、前述と同様に、観測対象によって散乱された散乱波は、水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５により受信され、散乱波の受信信号は、水平偏波受信機６および垂直偏波受信機７において前回と同様の処理が施されることにより、デジタル受信信号となって出力される。
【００４８】
図２において、第１、第２インターバルτ［秒］は、４つの偏波チャネルにおける受信信号のセット（１組）を取得するために要する動作期間であり、図式的にひとまとめで示している。
【００４９】
図１の画像レーダ装置は、図２に示す観測動作を複数回反復してデータを蓄積した後、合成開口処理などにより、高分解能のレーダ画像を再生する。なお、合成開口処理については、たとえば、大内和夫著「リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎」などに記載されているように公知技術なので、ここでは詳述を省略する。
【００５０】
図２のようにして観測されるポラリメトリック合成開口レーダ画像の各画素の値は、シングルルック画像の場合、前述の式（４）に示す散乱ベクトルｋで表現される。なお、シングルルック画像とは、合成開口処理によって得られた合成開口レーダ画像の原画像である。
【００５１】
一方、ポラリメトリック合成開口レーダ画像の場合、マルチルック処理は、以下の式（５）で定義される共分散行列Ｃの次元で成立する。
【００５２】
【数６】
【００５３】
式（５）のように、マルチルック後の各画素の値は、３×３行列で表現される。
ただし、式（５）において、〈 〉は空間平均、上付きの＊は複素共役、上付きのＨは共役転置をそれぞれ表す。
なお、マルチルック処理とは、合成開口レーダ画像に特有なスペックル雑音を低減するための、パワーの次元での空間平均処理である。
ここでも、表記を簡易にするために、各要素Ｈ、Ｘ、Ｖ、Ｐを、それぞれ以下のように定義する。
【００５４】
【数７】
【００５５】
なお、Ｈ、Ｘ、Ｖは、それぞれ、ＨＨ偏波成分の強度、ＨＶ（またはＶＨ）偏波成分の強度、ＶＶ偏波成分の強度であり、Ｐは、ＨＨ偏波成分とＶＶ偏波成分との相関である。また、ＨＨ偏波成分とＶＶ偏波成分との相関係数ρｈｖは、以下の式（６）のように定義される。
【００５６】
【数８】
【００５７】
一般に、観測対象となる地表面には、或る「対称性」が存在しており、フルポラリメトリの観測量、特に共分散行列Ｃは、この対称性に起因するいくつかの性質を示すことがある。
たとえば、地表面が、電波の入射面について左右対称である場合には、以下の式（７）の関係が成立することが知られている。
【００５８】
【数９】
【００５９】
このような性質は、「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ」と呼ばれ、大抵の自然な地表面（植生、森林、水面、土壌面など）において、「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ」が成立することが知られている。
式（７）より、「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ」が成立する領域において、共分散行列Ｃは、以下の式（８）のような形で表される。
【００６０】
【数１０】
【００６１】
以上で、フルポラリメトリ方式の原理と、フルポラリメトリ方式による観測量の性質とについての説明を終了する。
次に、図３〜図５を参照しながら、この発明の実施の形態１の処理動作について説明する。
【００６２】
まず、この発明の実施の形態１の要点について述べる。
フルポラリメトリ方式においては、Ｈ偏波とＶ偏波とを交互に送信するが、この発明の実施の形態１においては、合成開口処理に用いるパルス数分だけＨ偏波を連続で送信した後、Ｖ偏波のパルスを同じ数だけ送信する。
【００６３】
これにより、ＰＲＦの倍増を防ぎ、クロストラック方向の観測幅の減少を防ぐことができる。また、アロングトラック方向（プラットフォームの軌道に平行な方向）に観測のギャップが生じないように、マルチビームによる観測に加えて、スポットライト合成開口レーダ方式に類する形で、このマルチビームの指向性を適切に制御する。
【００６４】
図３において、送信機１は、偏波切換器２および送受切換器３ａを介して、水平偏波アンテナサブアレイ８ａに接続されるとともに、偏波切換器２および送受切換器３ｂを介して、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａに接続されている。
水平偏波サブアレイ８ａには、送受切換器３ａを介して、水平偏波受信機６ａが接続され、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａには、送受切換器３ｂを介して、垂直偏波受信機７ａが接続されている。
【００６５】
また、水平偏波サブアレイ８ｂには、水平偏波受信機６ｂが接続され、垂直偏波アンテナサブアレイ９ｂには、垂直偏波受信機７ｂが接続されている。
さらに、水平偏波受信機６ａ、６ｂには、それぞれ、受信ビーム形成手段１０ａを介して合成開口レーダ画像再生手段１１ａに接続され、垂直偏波受信機７ａ、７ｂには、それぞれ受信ビーム形成手段１０ｂを介して合成開口レーダ画像再生手段１１ｂに接続されている。
【００６６】
図５において、プラットフォームは、直線軌道を移動しているものと仮定し、プラットフォームの速度をｖとして、軌道上の位置ｘ０から観測を開始するものとする。
まず、画像レーダ装置の送信機１から生成されたパルス信号は、偏波切換器２を介して送受切換器３ａに送られ、送受切換器３ａを介して水平偏波アンテナサブアレイ８ａから空間に放射される。
【００６７】
水平偏波アンテナサブアレイ８ａは、各素子アンテナ（水平偏波アンテナ４ａ）への給電に際して、位相が調整（制御）されることによりビームの指向方向が制御され、放射電波を所望の領域に照射する。なお、ここでのビーム指向方向については後述する。
以下、空間に放射されたパルス信号は、観測対象によって散乱される。
【００６８】
観測対象によって散乱された散乱波は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂにより受信され、これら受信信号のうち、水平偏波アンテナサブアレイ８ａからの受信信号は、送受切換器３ａを介して水平偏波受信機６ａに送られ、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａからの受信信号は、送受切換器３ｂを介して垂直偏波受信機７ａに送られる。
また、水平偏波アンテナサブアレイ８ｂからの受信信号は、水平偏波受信機６ｂに送られ、垂直偏波アンテナサブアレイ９ｂからの受信信号は、垂直偏波受信機７ｂに送られる。
【００６９】
水平偏波受信機６ａ、６ｂおよび垂直偏波受信機７ａ、７ｂは、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂが受信した散乱波の各受信信号に対して、位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を施し、各受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を出力する。
【００７０】
続いて、水平偏波受信機６ａ、６ｂからの各デジタル受信信号は、受信ビーム形成手段１０ａに送られ、垂直偏波受信機７ａ、７ｂからの各デジタル受信信号は、受信ビーム形成手段１０ｂに送られる。
受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂは、送信ビームの照射範囲内をそれぞれ２つに分割するように、２本の受信ビームを形成する。
【００７１】
プラットフォームが、図５内の軌道範囲ｘ０〜ｘ１に存在している期間にわたって、上記観測処理をパルス繰り返し周期τ［秒］で反復実行する。
続いて、プラットフォームが移動して、軌道位置ｘ１を越えると、送信機１で生成されたパルス信号は、偏波切換器２を介して送受切換器３ｂに送られ、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａから空間に放射される。以下、プラットフォームが軌道範囲ｘ１〜ｘ２に存在している期間にわたって、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａから送信する形で、パルス繰り返し周期τ［秒］で観測を反復する。
【００７２】
図４において、合成開口時間では、同じ偏波のパルスが繰り返し送信される。この点が、前述（図２）のフルポラリメトリ方式の観測と比較して最も大きな相違点である。
また、τ［秒］間のパルス繰返し周期の間に、フルポラリメトリ方式の場合は、Ｈ偏波およびＶ偏波のパルスを送信する必要があるが、図４の観測処理においては、τ［秒］間に送信するパルスは１つのみである。つまり、単偏波の観測と比較しても、ＰＲＦが倍増することはない。
【００７３】
次に、送信ビームおよび受信ビームの指向方向について説明する。
図５においては、簡単化のために、２次元のジオメトリで描画しているが、３次元空間内での観測であっても、ここで説明する内容と本質的に変わりはない。
【００７４】
図５に示すプラットフォームの軌道において、プラットフォームが軌道範囲ｘ０〜ｘ１内に存在する期間では、地表面の領域Ｘ０〜Ｘ２を照射するように、水平偏波アンテナサブアレイ８ａの送信ビームを制御する。
また、受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂは、進行方向に対して後ろ側および前側の各受信ビームが、それぞれ、地表面の領域Ｘ０〜Ｘ１およびＸ１〜Ｘ２を指向するように、受信ビームを形成する。
【００７５】
以下、プラットフォームが軌道上を移動するのにともなって、上記観測のシーケンスが反復実行されるので、送信偏波および送信ビームの指向方向を、まとめて一般化して表現すると、以下のようになる。
【００７６】
まず、プラットフォームが、各軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋１｝（ｎ＝０，１，２，・・・）の間に存在する場合には、送信手段は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａから水平偏波のパルスを送信する。
このとき、送信ビームは、各軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋２｝を照射するように制御され、受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂは、進行方向の後ろ側および前側の各受信ビームが、それぞれ、地表面の領域Ｘ｛２ｎ｝〜Ｘ｛２ｎ＋１｝と領域Ｘ｛２ｎ＋１｝〜Ｘ｛２ｎ＋２｝とを指向するように、受信ビームを形成する。
【００７７】
一方、プラットフォームが、各軌道範囲ｘ｛２ｎ＋１｝〜ｘ｛２ｎ＋２｝（ｎ＝０，１，２，・・・）に存在する場合には、送信手段は、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａから垂直偏波のパルスを送信する。
このとき、送信ビームは、軌道範囲ｘ｛２ｎ＋１｝〜ｘ｛２ｎ＋３｝を照射するように制御され、受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂは、進行方向の後ろ側および前側の各受信ビームが、それぞれ、地表面の領域Ｘ｛２ｎ＋１｝〜Ｘ｛２ｎ＋２｝と領域Ｘ｛２ｎ＋２｝〜Ｘ｛２ｎ＋３｝とを指向するように、受信ビームを形成する。
【００７８】
ここで、図５に示すように、各軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋１｝の間の距離は、合成開口長Ｌと一致しており、地表面の領域Ｘ｛２ｎ｝〜Ｘ｛２ｎ＋１｝の間の距離も、合成開口長Ｌと一致している。
以上のように観測することにより、得られる観測量は、次のようになる。
【００７９】
まず、地表面の領域Ｘ｛２ｎ｝〜Ｘ｛２ｎ＋１｝（ｎ＝１，２，・・・）に関する観測量が得られる。
すなわち、プラットフォームが、軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋１｝の間に存在している間に、進行方向後ろ側の受信ビームで観測した信号を用いて、ＨＨ偏波チャネルおよびＶＨ偏波チャネルの信号が観測される。
また、プラットフォームが、軌道範囲ｘ｛２ｎ−１｝〜ｘ｛２ｎ｝の間に存在している間に、進行方向の前側の受信ビームで観測した信号を用いて、ＨＶ偏波チャネルおよびＶＶ偏波チャネルの信号が観測される。
【００８０】
一方、地表面の領域Ｘ｛２ｎ＋１｝〜Ｘ｛２ｎ＋２｝（ｎ＝０，１，２，・・・）に関する観測量が得られる。
すなわち、プラットフォームが、軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋１｝に存在している間に、進行方向の前側の受信ビームで観測した信号を用いて、ＨＨ偏波チャネルおよびＶＨ偏波チャネルの信号が観測される。
また、プラットフォームが、軌道範囲ｘ｛２ｎ＋１｝〜ｘ｛２ｎ＋２｝に存在している間に、進行方向の後ろ側の受信ビームで観測した信号を用いて、ＨＶ偏波チャネル、ＶＶ偏波チャネルの信号が観測される。
【００８１】
このように観測することにより、地表面において、アロングトラック方向にデータが欠落する領域も発生せず、すべての領域について、ＨＨ、ＨＶ、ＶＨ、ＶＶの４偏波チャネルに相当する信号を観測することができる。
【００８２】
合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂは、以上で述べた方法で観測された信号を用いて、合成開口レーダ画像再生処理を施す。
具体的には、たとえば、スポットライトモード合成開口レーダ方式により、画像を再生することが可能である。
【００８３】
なお、スポットライトモード合成開口レーダ方式については、『Ｗ．Ｃａｒｒａｒａ他著「Ｓｐｏｔｌｉｇｈｔ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，」Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，１９９５』などに記載されているように公知技術なので、ここでは詳述を省略する。
【００８４】
ただし、この場合、参照関数の位相中心の位置に注意する必要がある。
具体的には、プラットフォームが軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋１｝に存在する間に観測した信号のうち、進行方向の前側の受信ビームで観測した信号から合成開口処理を施す場合には、その位相中心を軌道位置ｘ｛２ｎ＋１｝に一致させ、進行方向の後ろ側の受信ビームで観測した信号から合成開口処理を施す場合には、その位相中心を軌道位置ｘ｛２ｎ｝に一致させる。
【００８５】
以上のように、この発明の実施の形態１（図３）においては、従来のフルポラリメトリ方式とは異なり、２偏波をパルス毎に交互に送信することがないので、従来のフルポラリメトリ方式と比較して、ＰＲＦが半分になり、したがって、アクロストラック方向の観測幅を２倍にすることができる。
【００８６】
換言すると、従来のフルポラリメトリ方式の合成開口レーダは、単偏波の合成開口レーダと比較して、観測幅が半減してしまう問題があったが、この発明の実施の形態１によれば、観測幅を、単偏波の合成開口レーダの場合と同等にすることが可能となる。
また、これにより、分解能が低下するなどの副作用が発生することもない。
【００８７】
したがって、この発明の実施の形態によれば、合成開口処理に用いるパルス数分だけＨ偏波を連続で送信した後、Ｖ偏波のパルスを同じ数だけ送信することにより、ＰＲＦの倍増を防ぎ、クロストラック方向の観測幅の減少を防ぐことができる。
また、マルチビームによる観測に加えて、マルチビームの指向性を適切に制御することにより、アロングトラック方向（プラットフォームの軌道に平行な方向）に観測のギャップが生じないようにすることができる。
【００８８】
なお、上記説明では、水平偏波アンテナ４（水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ）と垂直偏波アンテナ５（垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂ）とを用いたが、直交する２つの偏波の組み合わせであれば、他の任意のアンテナが適用可能なことは言うまでもない。
たとえば、２つの送受信アンテナは、左旋偏波アンテナと、右旋偏波アンテナとにより構成されてもよい。
【００８９】
また、特に直交する２つの偏波の組み合わせに限らず、いかなる偏波の組み合わせであっても、同様な観測が成立することは言うまでもない。
さらに、受信ビームの数を２本として説明したが、受信ビームの数を３本以上としても同様の観測が成立することは言うまでもない。
【００９０】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１〜図５）では、特に言及しなかったが、図６に示すように、分波器１２、移相器１３および２次統計量推定手段１４を追加挿入してもよい。
以下、図６のブロック構成図を参照しながら、この発明の実施の形態２について説明する。
図６において、前述（図３）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００９１】
分波器１２は、送信機１と送受切換器３ａ、３ｂとの間に挿入され、移相器１３は、送受切換器３ａと水平偏波アンテナサブアレイ８ａとの間に挿入されている。
また、２次統計量推定手段１４は、合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂの後段に接続されている。
【００９２】
前述の実施の形態１においては、或る領域に関して、水平偏波送信のチャネル（ＨＨ偏波、ＶＨ偏波）と、垂直偏波送信のチャネル（ＨＶ偏波、ＶＶ偏波）とでは、アジマス方向の入射角が異なっているので、観測された特性には、ターゲットの偏波特性に加えて、アジマス方向の角度の特性が含まれてしまう。
【００９３】
したがって、前述の実施の形態１で得られた４つの偏波チャネルの信号を用いて、散乱行列Ｓ（式（１）参照）と見なしてしまうのは適当ではない場合があると考えられる。
しかし、マルチルック処理によって得られる局所平均の値に対するアジマス方向の入射角の相違の影響は、小さいものと考えられるので、前述の実施の形態１で観測された４つの偏波チャネルのデータ解析には、マルチルック処理で得られる共分散行列Ｃ（式（５）参照）を用いるのが適当である。
【００９４】
前述の実施の形態１のように水平偏波と垂直偏波とを用いる構成とした場合、前述の式（５）で表される共分散行列Ｃの各要素（変数）のうち、以下については、マルチルック処理によって直接算出することが可能である。
【００９５】
【数１１】
【００９６】
しかし、ＨＨ偏波チャネルとＶＶ偏波チャネルとの相関Ｐについては、厳密には直接算出することはできない。なぜなら、ＨＨ偏波チャネルおよびＶＶ偏波チャネルは、アジマス方向の入射角が違うからである。特に、ＨＨ偏波チャネルとＶＶ偏波チャネルとの位相差の情報については、入射角の相違による影響が大きい可能性がある。
【００９７】
ところが、ＨＨ偏波チャネルとＶＶ偏波チャネルとの相関Ｐの方が、以下の要素よりも地表面に関する情報を多く含む場合が多い。
【００９８】
【数１２】
【００９９】
よって、これらの要素〈ｈｘ＊〉、〈ｘｖ＊〉よりも、相関Ｐの情報への要求の方が高い場合がある。
このような場合に対処するために、この発明の実施の形態２においては、送信偏波の組み合わせを、左旋円偏波（Ｌ偏波）および４５°直線偏波（π／４偏波）とする方式を提案する。
【０１００】
図６において、移相器１３は、送信手段による給電に際して、水平偏波アンテナサブアレイ８ａへの給電位相を制御する。
ここでは、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ（２つの送受信アンテナのうちの一方の送受信アンテナ）のうち、水平偏波アンテナサブアレイ８ａのみに移相器１３が設けられた例を示している。
【０１０１】
水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂの各指向特性は、複数の第１素子アンテナおよび複数の第２素子アンテナへの給電位相が制御されることによって制御される。
【０１０２】
送信手段は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ（２つ以上の水平偏波アンテナサブアレイ）のうちの水平偏波アンテナサブアレイ８ａ（１つ以上の水平偏波アンテナサブアレイ）と、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂ（２つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイ）のうちの垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ（１つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイ）とに、それぞれ同時に給電する。
【０１０３】
これにより、合成された偏波を送信し、送信開始から所定時間にわたって移相器１３の値を保持して、水平偏波および垂直偏波の合成によって生成される偏波面を維持するようにパルスを繰り返し送信し、所定時間を越えた後は、移相器１３の値を変更して、別の偏波状態で連続的にパルスを繰り返し送信する。
【０１０４】
また、送信手段は、移相器１３により、水平偏波アンテナサブアレイ８ａへの給電と、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａへの給電との位相差が０°となるようにして、４５°直線偏波送信を繰り返した後、移相器１３により、位相差が９０°となるようにして、円偏波送信を繰り返す。
【０１０５】
受信手段は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂと、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂとに、それぞれ接続された各受信機６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂと、各受信機６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理により得られたデジタル受信信号に対してデジタル信号処理を施すことにより受信ビームを形成する受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂとを備えている。
【０１０６】
２次統計量推定手段１４は、合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂにより得られた合成開口レーダ画像から、フルポラリメトリ方式の合成開口レーダ画像において得られる共分散行列を推定する。
【０１０７】
次に、図６に示したこの発明の実施の形態２による処理動作について説明する。
画像レーダ装置の送信機１からパルス信号が生成されると、パルス信号は、分波器１２を介して送受切換器３ａ、３ｂに送られ、送受切換器３ａと３ｂを介して水平偏波アンテナサブアレイ８ａおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａに送られ、水平偏波アンテナサブアレイ８ａおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａから、同時に空間に放射される。
【０１０８】
このとき、移相器１３を制御することにより、水平偏波アンテナサブアレイ８ａから放射されるパルスと、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａから放射されるパルスとの位相差を調整する。
たとえば、位相差は、プラットフォームが軌道範囲ｘ０〜ｘ１に存在する間は０°に調整され、続いて、プラットフォームが軌道範囲ｘ１〜ｘ２に存在する間は９０°に調整される。
【０１０９】
これにより、プラットフォームが軌道範囲ｘ０〜ｘ１に存在する間は、π／４偏波を送信し、プラットフォームが軌道範囲ｘ１〜ｘ２に存在する間は、Ｌ偏波を送信することができる。
【０１１０】
また、水平偏波アンテナサブアレイ８ａおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａは、各素子アンテナ（水平偏波アンテナ４ａおよび垂直偏波アンテナ５ａ）への給電に際して、位相調整によりビーム指向方向が制御され、放射電波を所望の領域に照射する。なお、ビーム指向方向については、前述の実施の形態１の場合と同様である。
【０１１１】
空間に放射されたパルス信号は、前述と同様に、観測対象によって散乱されて散乱波となり、この散乱波は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂにより受信される。このうち、水平偏波アンテナサブアレイ８ａおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａで受信された各受信信号は、送受切換器３ａ、３ｂを介して、それぞれ水平偏波受信機６ａおよび垂直偏波受信機７ａに送られる。
また、水平偏波アンテナサブアレイ８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ｂで受信された各受信信号は、水平偏波受信機６ｂおよび垂直偏波受信機７ｂに送られる。
【０１１２】
水平偏波受信機６ａ、６ｂおよび垂直偏波受信機７ａ、７ｂは、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂが受信した散乱波の受信信号のそれぞれに対して、位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を施し、それぞれの受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を出力する。
水平偏波受信機６ａ、６ｂおよび垂直偏波受信機７ａ、７ｂを介したデジタル受信信号は、受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂに送られる。
【０１１３】
以上の順でパルスを送受信することにより、前述と同様に、アロングトラック方向のすべての領域について、π／４偏波送信、Ｈ偏波・Ｖ偏波受信の組み合わせと、Ｌ偏波送信、Ｈ偏波・Ｖ偏波受信の組み合わせの計４つの偏波チャネルの信号が観測される。
また、前述と同様に、π／４偏波送信のチャネルとＬ偏波送信のチャネルとでは、アジマス方向の入射角が異なるが、いずれのチャネルについても、ＨＨ偏波成分およびＶＶ偏波成分を同時に含んでいる。これにより、後述の処理を用いて、ＨＨ偏波成分とＶＶ偏波成分との相関を求めることが可能となる。
【０１１４】
以下、送信偏波をＬ偏波およびπ／４偏波とした場合の観測量と、フルポラリメトリ方式の観測量との関係をまとめて説明する。ここでは、この発明の実施の形態２による観測量での共分散行列と、フルポラリメトリの共分散行列の各要素との関係が重要である。
円偏波（Ｌ偏波）送信の場合、Ｈ偏波アンテナおよびＶ偏波アンテナで受信される各受信信号は、それぞれ以下の式（９）のように表される。
【０１１５】
【数１３】
【０１１６】
ここで、フルポラリメトリ方式の散乱ベクトルｋ（式（４）参照）と同様に、ベクトル表記すると、シングルルックの観測量ｋＬは、以下の式（１０）のように表される。
【０１１７】
【数１４】
【０１１８】
よって、マルチルックによって得られる共分散行列ＧＬは、以下の式（１１）で表される。
【０１１９】
【数１５】
【０１２０】
また、π／４偏波送信の場合、Ｈ偏波アンテナおよびＶ偏波アンテナによる受信信号は、式（９）においてｊ＝１とした、以下の式（１２）のように表される。
【０１２１】
【数１６】
【０１２２】
したがって、シングルルックの観測量ｋπ／４をベクトル表記すると、以下の式（１３）のように表される。
【０１２３】
【数１７】
【０１２４】
マルチルックによって得られる共分散行列Ｇπ／４は、以下の式（１４）で表される。
【０１２５】
【数１８】
【０１２６】
前述の式（１１）および式（１４）のマルチルックに関しては、それぞれの中ではアジマス方向の入射角も一致しているので、全く問題ないが、式（１１）と式（１４）との関係は、送信偏波が異なるのみでなく、アジマス方向の入射角も異なるので、若干複雑になる。
しかし、このアジマス方向の入射角差は、２次統計量の次元で大きな差異が生じるほどの差ではないと考えられる。なお、この考え方は、マルチルック処理の考え方そのものと言える。
【０１２７】
以下、２次統計量推定手段１４の動作について説明する。
まず、前段の合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂは、観測された信号に対して合成開口処理を施し、合成開口レーダ画像を得る。
２次統計量推定手段１４は、合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂから得られた合成開口レーダ画像に対して、さらに処理を施す。したがって、衛星搭載合成開口レーダシステムなどにおいては、一般的には、地上局側の処理として実装されることが現実的である。
【０１２８】
２次統計量推定手段１４は、まず、合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂから出力されたシングルルックの合成開口レーダ画像に対して、式（１１）および式（１４）で表されるマルチルック処理を施し、観測値の共分散行列ＧＬ、Ｇπ／４を得る。
【０１２９】
続いて、共分散行列ＧＬ、Ｇπ／４の情報を用いて、フルポラリメトリ方式で得られる共分散行列を推定する。
この発明の実施の形態２による観測量の共分散行列と、フルポラリメトリの共分散行列の各要素との関係は、前述の式（１１）および式（１４）に示すように、８つの独立の方程式で表される。
【０１３０】
ところが、６つの要素Ｈ、Ｘ、Ｖ、Ｐ、〈ｈｘ＊〉、〈ｘｖ＊〉のうちの、３つの要素Ｐ、〈ｈｘ＊〉、〈ｘｖ＊〉は、それぞれ変数を２つ含む複素数であることから、推定したい未知数は、９つ存在することになる。したがって、このままでは、これらの未知数の値を推定することは不可能である。
【０１３１】
そこで、観測対象は、「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ」の条件を満たすことを前提とする。前述の通り、観測対象の地表面が、自然な領域（森林や植生など）であれば、多くの場合に「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ」が成立する。
したがって、この条件を前提としても、地表面上の広範に渡る領域で問題はないものと予想される。よって、前述の式（７）と同様に、以下の関係が成立する。
【０１３２】
【数１９】
【０１３３】
これにより、推定すべき共分散行列は、前述の式（８）の形で表され、変数はＨ、Ｘ、Ｖ、Ｐ（Ｐ＊）の５つに絞られる。なお、このとき、式（１１）、式（１４）においては、それぞれ、以下の式（１５）および式（１６）の近似が成立する。
【０１３４】
【数２０】
【０１３５】
式（１５）および式（１６）は、Ｈ、Ｘ、Ｖ、Ｐについて解くことができるが、未知数に対して方程式の数が多い冗長な連立方程式となっているので、解は１つではない。
ここでは、一例として、最小２乗法によって解いた結果を示す。式（１５）、式（１６）を最小２乗法で解くと、以下の式（１７）のような解が得られる。
【０１３６】
【数２１】
【０１３７】
これにより、２次統計量推定手段１４は、式（１７）を用いて、フルポラリメトリの共分散行列の各要素Ｈ、Ｘ、Ｖ、Ｐを推定する。
【０１３８】
以上のように、この発明の実施の形態２に係る画像レーダ装置（図６）は、送信パルスが常に水平偏波成分と垂直偏波成分とを含むように構成されるとともに、合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂから得られた合成開口レーダ画像から、フルポラリメトリの共分散行列を推定するための２次統計量推定手段１４を備えているので、水平偏波成分と垂直偏波成分との相関を推定することができる効果を奏する。
【０１３９】
なお、上記実施の形態１、２（図３、図６）では、２つの送受信アンテナとして、各アンテナサブアレイ８ａ、９ａを用いたが、たとえば図１に示した単一の水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５を用いて、それぞれの走査方向を機械的に移動させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る画像レーダ装置の動作および原理を説明するための一般的な画像レーダ装置を示すブロック構成図である。
【図２】図１の画像レーダ装置による動作原理を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る画像レーダ装置を示すブロック構成図である。
【図４】図３の画像レーダ装置による動作を示す説明図である。
【図５】図３の画像レーダ装置による動作を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る画像レーダ装置を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１ 送信機、２ 偏波切換器、３ａ、３ｂ 送受切換器、４、４ａ、４ｂ 水平偏波アンテナ、５、５ａ、５ｂ 垂直偏波アンテナ、６、６ａ、６ｂ 水平偏波受信機、７、７ａ、７ｂ 垂直偏波受信機、８ａ、８ｂ 水平偏波アンテナサブアレイ、９ａ、９ｂ 垂直偏波アンテナサブアレイ、１０ａ、１０ｂ 受信ビーム形成手段、１１ａ、１１ｂ 合成開口レーダ画像再生手段、１２ 分波器、１３ 移相器、１４ ２次統計量推定手段。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ターゲットの偏波特性を観測するポラリメトリック画像レーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像レーダ装置として、ターゲットの偏波特性を観測するポラリメトリックレーダが提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。
非特許文献１に記載のポラリメトリックレーダを用いると、ターゲットの電波散乱の偏波特性を観測することが可能になるので、ターゲット識別などに有効であることが知られている。
【０００３】
また、航空機や衛星搭載に、この種のポラリメトリックレーダを搭載して合成開口レーダ（ＳＡＲ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ）の観測を行うと、地表面の偏波特性を計測することが可能になるので、土地被覆や地勢の観測に極めて有用であることが知られている。
【０００４】
しかしながら、従来のポラリメトリックレーダの観測においては、水平偏波（以下、「Ｈ偏波」ともいう）と、垂直偏波（以下、「Ｖ偏波」ともいう）とを、交互に送信する必要があるので、単偏波のレーダ観測と比較すると、パルス送信周波数（ＰＲＦ：Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が２倍になるという問題がある。
【０００５】
特に、合成開口レーダにおいては、ＰＲＦが２倍になることによって、プラットフォーム軌道に対して垂直なクロストラック方向の観測幅が半減してしまうので、アジマス分解能の同等条件で比較した場合に、一度に観測できる領域が狭くなるという問題がある。たとえば、衛星にフルポラリメトリック合成開口レーダを搭載すると、観測幅が狭くなってしまう。
【０００６】
そこで、送信偏波を１つに限定して、ＰＲＦの倍増を防ぎ、かつ、できるだけポラリメトリ情報を失わないことを目的としたポラリメトリ方式も提案されている（たとえば、非特許文献２参照）。
【０００７】
非特許文献２に記載の方式は、コンパクトポラリメトリ方式と命名されている（以下、同方式を「コンパクトポラリメトリ方式」という）。
コンパクトポラリメトリ方式は、１偏波送信・２偏波受信の２チャネル分の信号から、従来のポラリメトリ方式（「コンパクトポラリメトリ方式」と区別するために、以下、「フルポラリメトリ方式」という）の２偏波送信・２偏波受信で得られる信号を推定する方式である。
【０００８】
コンパクトポラリメトリ方式においては、まず、送信偏波がＨ偏波成分と、Ｖ偏波成分とを、同時に含むこと（円偏波、または４５゜直線偏波など、を選択すること）が原則である。
【０００９】
また、１偏波送信・２偏波受信の２チャネル分の信号からフルポラリメトリの信号を推定するためには、非線型な連立方程式を反復的な手法で解く必要がある。
また、コンパクトポラリメトリ方式の成立条件の１つに、観測対象が或る種の対称性を示す必要がある。
【００１０】
観測対象の対称性は、自然ターゲット（森林、植生、雪面、海氷、地面、水面など）については一般に成立することが多いが、人口構造物の多い領域（市街地など）では成立しないことが多い。
【００１１】
さらに、コンパクトポラリメトリ方式においては、「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ」なるモデル式を当てはめる必要があるので、成立条件はさらに厳しくなる。したがって、コンパクトポラリメトリ方式によって推定されたフルポラリメトリの信号の推定精度は、地表面の種類によって異なることになる。
【００１２】
このように、コンパクトポラリメトリ方式によれば、一偏波のみの送信により、従来のフルポラリメトリックレーダで得られる情報を或る程度復元することが可能になるが、成立条件に厳しい制約が課されてしまう。
【００１３】
【非特許文献１】山口芳雄、「レーダポラリメトリの基礎と応用、偏波を用いたレーダリモートセンシング」電子情報通信学会、２００７
【非特許文献２】Ｊ．Ｃ Ｓｏｕｙｒｉｓ，Ｐ．Ｉｍｂｏ，Ｒ． Ｆｊｏｒｔｏｆｔ，Ｓ．Ｍｉｎｇｏｔ ａｎｄ Ｊ．Ｓ．Ｌｅｅ，“Ｃｏｍｐａｃｔ Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｒｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｙｍｍｅｔｒｙ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｅｄｉａ：ｔｈｅ π／４ ｍｏｄｅ，”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．３，ｐｐ．６３４−６４６，Ｍａｒ．２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来のフルポラリメトリ方式の画像レーダ装置では、ＰＲＦが倍増するので、特に合成開口レーダにおいては、クロストラック方向の観測幅が半減するという課題があった。
また、コンパクトポラリメトリ方式は、ＰＲＦの倍増を防ぐ１つの手段ではあるが、その成立条件として観測対象がある種の対称性を示すことが要求されるうえ、「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ」なるモデル式を当てはめる必要があるので、観測対象の性質が同モデルに合致しない場合には、フルポラリメトリの信号の推定精度が著しく劣化するという課題があった。
【００１５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＰＲＦの倍増を防ぎ、クロストラック方向の観測幅の減少を防ぐことのできる画像レーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明による画像レーダ装置は、送信方向を制御可能な互いに異なる第１および第２の偏波面を有する２つの送受信アンテナと、２つの送受信アンテナに給電する送信手段と、２つの送受信アンテナについて２本以上の受信ビームを形成しながら、２つの送受信アンテナで同時に受信する受信手段と、受信手段で得られた受信信号に対してそれぞれ合成開口レーダ画像を再生する合成開口レーダ画像再生手段とを備え、送信手段は、送信開始から所定時間にわたって連続的に第１の偏波によるパルスを繰り返し送信し、所定時間を越えた後は、連続的に第２の偏波によるパルスを繰り返し送信し、受信手段は、常に第１および第２の両方の偏波でパルス信号を受信するものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、ＰＲＦの倍増を防ぎ、クロストラック方向の観測幅の減少を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１および図２は、この発明に係る画像レーダ装置の動作および原理を説明するための一般的な画像レーダ装置を示すブロック構成図および説明図であり、図１はフルポラリメトリ方式の送受信部の基本構成を示している。また、図２は図１の画像レーダ装置による動作原理を示す説明図であり、水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５の各時刻における動作モードを示している。
【００１９】
図３はこの発明の実施の形態１に係る画像レーダ装置を示すブロック構成図であり、送受信部の基本構成を示している。図４および図５は、それぞれ図３の装置による動作を示す説明図であり、図４は水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂの各時刻の動作モードについて示している。
【００２０】
まず、図１において、一般的な画像レーダ装置は、送信機１と、送信機１に接続された偏波切換器２と、偏波切換器２に接続された送受切換器３ａ、３ｂと、送受切換器３ａに接続された水平偏波アンテナ４と、送受切換器３ｂに接続された垂直偏波アンテナ５と、送受切換器３ａに接続された水平偏波受信機６と、送受切換器３ｂに接続された垂直偏波受信機７とを備えている。
なお、図１では図示しないが、水平偏波受信機６および垂直偏波受信機７の後段には、合成開口レーダ画像を再生するための合成開口レーダ画像再生手段が接続されている。
【００２１】
水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５は、互いに異なる第１および第２の偏波面を有する２つの送受信アンテナを構成している。
送信機１、偏波切換器２および送受切換器３ａ、３ｂは、２つの送受信アンテナに給電するための送信手段を構成している。
送信手段は、送信開始から所定時間にわたって連続的に第１の偏波によるパルスを繰り返し送信し、所定時間を越えた後は、連続的に第２の偏波によるパルスを繰り返し送信する。
【００２２】
また、偏波切換器２、送受切換器３ａ、３ｂ、および水平偏波受信機６、垂直偏波受信機７は、２つの送受信アンテナで同時に受信する受信手段を構成している。
受信手段は、常に第１および第２の両方の偏波でパルス信号（受信信号）を受信する。
合成開口レーダ画像再生手段（図示せず）は、受信手段で得られた受信信号に対してそれぞれ合成開口レーダ画像を再生する。
【００２３】
一方、図３に示したこの発明の実施の形態１に係る画像レーダ装置において、図１と同様のものには、前述と同一符号が付されている。
この場合、２つの水平偏波受信機６ａ、６ｂのうちの一方の水平偏波受信機６ａは、送受切換器３ａに接続され、２つの垂直偏波受信機７ａ、７ｂのうちの一方の垂直偏波受信機７ａは、送受切換器３ｂに接続されている。
【００２４】
２つの水平偏波受信機６ａ、６ｂと、２つの垂直偏波受信機７ａ、７ｂとは、それぞれ並列配置されており、水平偏波受信機６ａ、６ｂの出力端子は、受信ビーム形成手段１０ａを介して合成開口レーダ画像再生手段１１ａに接続されている。
同様に、垂直偏波受信機７ａ、７ｂの出力端子は、受信ビーム形成手段１０ｂを介して合成開口レーダ画像再生手段１１ｂに接続されている。
【００２５】
送受切換器３ａに接続された水平偏波アンテナサブアレイ８ａは、素子アンテナとして複数の水平偏波アンテナ４ａを有し、水平偏波アンテナサブアレイ８ｂは、素子アンテナとして複数の水平偏波アンテナ４ｂを有している。
同様に、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａは、素子アンテナとして複数の垂直偏波アンテナ５ａを有し、垂直偏波アンテナサブアレイ９ｂは、素子アンテナとして複数の垂直偏波アンテナ５ｂを有している。
【００２６】
図３においては、水平偏波アンテナサブアレイ８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ｂは、受信アンテナとして機能する。
なお、送受信アンテナ・受信アンテナとして水平偏波と垂直偏波のアンテナを用いたが、水平偏波と垂直偏波の組み合わせに限る必要は無く、異なる２つの偏波のアンテナを用いればよい。
【００２７】
各偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂの各指向特性は、複数の第１素子アンテナ（水平偏波アンテナ４ａ、４ｂ）および複数の第２素子アンテナ（垂直偏波アンテナ５ａ、５ｂ）への給電位相が制御されることによって制御される。
【００２８】
送信手段は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ（２つ以上の第１偏波アンテナサブアレイ）のうちの一方の水平偏波アンテナサブアレイ８ａ（１つ以上の第１偏波アンテナサブアレイ）と、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂ（２つ以上の第２偏波アンテナサブアレイ）のうちの一方の垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ（１つ以上の第２偏波アンテナサブアレイ）とに、それぞれ給電する。
【００２９】
受信手段は、各偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂにそれぞれ接続された各受信機６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂと、各受信機６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理により得られたデジタル受信信号に対して、デジタル信号処理を施すことにより受信ビームを形成する受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂとを備えている。
【００３０】
ここで、図１および図２を参照しながら、まず、フルポラリメトリ方式の原理と、フルポラリメトリ方式による観測量の性質について説明する。
前述の通り、フルポラリメトリ方式によれば、ターゲットの偏波特性を観測することができるが、或るターゲットの偏波特性は、以下の式（１）のように、散乱行列（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ）Ｓで表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】
式（１）において、ｈ、ｖは、それぞれ、水平偏波（Ｈ偏波）、垂直偏波（Ｖ偏波）を意味している。
また、たとえば、ｈｖは垂直偏波送信、水平偏波受信を示している。なお、ｈｖは、ＨＶ偏波成分・ＨＶ偏波チャネルなどと称されることもある（このとき、受信偏波・送信偏波の順となる）。
【００３３】
水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５（送受信アンテナ）の偏波状態を、それぞれ複素ベクトルＥｔ、Ｅｒで表すと、散乱行列Ｓで与えられる散乱体による散乱波を受信した場合の受信電圧Ｖおよび受信電力Ｐｏは、それぞれ以下の式（２）で表される。
【００３４】
【数２】
【００３５】
ただし、式（２）において、Ｋは偏波状態以外のアンテナ特性や距離などで決まる定数、Ｒａは受信アンテナに付加された整合負荷であり、Ｔは転置を表す。
また、ベクトルノルムを「|| ||」で表せば、||Ｅｔ||＝||Ｅｒ||＝１、を満たすものとする。
【００３６】
なお、以下では、送受信の偏波状態に着目して議論を進めるために、式（２）中の偏波状態に関係のない係数Ｋ、Ｒａの項を無視して（Ｋ＝１、８Ｒａ＝１として）、以下の式（３）の表現を用いる。
【００３７】
【数３】
【００３８】
式（１）〜式（３）より、ターゲットの散乱行列Ｓが観測できれば、任意の送受信偏波の組み合わせにより、観測した場合の受信電圧Ｖおよび受信電力Ｐｏを計算によって求めることが可能なことが分かる。
散乱行列Ｓを列ベクトルｋ（「散乱ベクトル」と称される）で表現すると、以下の式（４）のよう表される。
【００３９】
【数４】
【００４０】
式（４）においては、モノスタティック構成のレーダを考えて、Ｓｈｖ＝Ｓｖｈとして、散乱ベクトルｋを表現している。
なお、後の式展開を見易くするために、ｈ、ｘ、ｖ（ＨＨ偏波、ＨＶまたはＶＨ偏波、ＶＶ偏波）に関して、それぞれ以下の表記をあわせて導入しておく。
【００４１】
【数５】
【００４２】
図１において、送信機１は、偏波切換器２および送受切換器３ａを介して、水平偏波アンテナ４に接続されるとともに、偏波切換器２および送受切換器３ｂを介して、垂直偏波アンテナ５に接続されている。
また、水平偏波アンテナ４には、送受切換器３ａを介して、水平偏波受信機６が接続され、垂直偏波アンテナ５には、送受切換器３ｂを介して、垂直偏波受信機７が接続されている。
【００４３】
まず、送信機１からパルス信号が生成されると、このパルス信号は、偏波切換器２を介して送受切換器３ａに送られ、さらに送受切換器３ａを介して水平偏波アンテナ４に送られ、水平偏波アンテナ４から空間に放射される。その後、空間に放射されたパルス信号は観測対象によって散乱される。
【００４４】
続いて、観測対象によって散乱された散乱波は、水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５の各々により受信される。水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５で受信された各受信信号は、送受切換器３ａ、３ｂを介して、水平偏波受信機６および垂直偏波受信機７に送られる。
【００４５】
水平偏波受信機６および垂直偏波受信機７は、水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５が受信した散乱波の受信信号のそれぞれに対して、個別に位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を施し、各受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を出力する。
【００４６】
続いて、送信機１がパルス信号を再び生成すると、偏波切換器２は、今回のパルス信号を、前回とは異なる送受切換器３ｂに送る。
したがって、今回のパルス信号は、送受切換器３ｂを介して垂直偏波アンテナ５から空間に放射される。
【００４７】
以下、前述と同様に、観測対象によって散乱された散乱波は、水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５により受信され、散乱波の受信信号は、水平偏波受信機６および垂直偏波受信機７において前回と同様の処理が施されることにより、デジタル受信信号となって出力される。
【００４８】
図２において、第１、第２インターバルτ［秒］は、４つの偏波チャネルにおける受信信号のセット（１組）を取得するために要する動作期間であり、図式的にひとまとめで示している。
【００４９】
図１の画像レーダ装置は、図２に示す観測動作を複数回反復してデータを蓄積した後、合成開口処理などにより、高分解能のレーダ画像を再生する。なお、合成開口処理については、たとえば、大内和夫著「リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎」などに記載されているように公知技術なので、ここでは詳述を省略する。
【００５０】
図２のようにして観測されるポラリメトリック合成開口レーダ画像の各画素の値は、シングルルック画像の場合、前述の式（４）に示す散乱ベクトルｋで表現される。なお、シングルルック画像とは、合成開口処理によって得られた合成開口レーダ画像の原画像である。
【００５１】
一方、ポラリメトリック合成開口レーダ画像の場合、マルチルック処理は、以下の式（５）で定義される共分散行列Ｃの次元で成立する。
【００５２】
【数６】
【００５３】
式（５）のように、マルチルック後の各画素の値は、３×３行列で表現される。
ただし、式（５）において、〈 〉は空間平均、上付きの＊は複素共役、上付きのＨは共役転置をそれぞれ表す。
なお、マルチルック処理とは、合成開口レーダ画像に特有なスペックル雑音を低減するための、パワーの次元での空間平均処理である。
ここでも、表記を簡易にするために、各要素Ｈ、Ｘ、Ｖ、Ｐを、それぞれ以下のように定義する。
【００５４】
【数７】
【００５５】
なお、Ｈ、Ｘ、Ｖは、それぞれ、ＨＨ偏波成分の強度、ＨＶ（またはＶＨ）偏波成分の強度、ＶＶ偏波成分の強度であり、Ｐは、ＨＨ偏波成分とＶＶ偏波成分との相関である。また、ＨＨ偏波成分とＶＶ偏波成分との相関係数ρｈｖは、以下の式（６）のように定義される。
【００５６】
【数８】
【００５７】
一般に、観測対象となる地表面には、或る「対称性」が存在しており、フルポラリメトリの観測量、特に共分散行列Ｃは、この対称性に起因するいくつかの性質を示すことがある。
たとえば、地表面が、電波の入射面について左右対称である場合には、以下の式（７）の関係が成立することが知られている。
【００５８】
【数９】
【００５９】
このような性質は、「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ」と呼ばれ、大抵の自然な地表面（植生、森林、水面、土壌面など）において、「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ」が成立することが知られている。
式（７）より、「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ」が成立する領域において、共分散行列Ｃは、以下の式（８）のような形で表される。
【００６０】
【数１０】
【００６１】
以上で、フルポラリメトリ方式の原理と、フルポラリメトリ方式による観測量の性質とについての説明を終了する。
次に、図３〜図５を参照しながら、この発明の実施の形態１の処理動作について説明する。
【００６２】
まず、この発明の実施の形態１の要点について述べる。
フルポラリメトリ方式においては、Ｈ偏波とＶ偏波とを交互に送信するが、この発明の実施の形態１においては、合成開口処理に用いるパルス数分だけＨ偏波を連続で送信した後、Ｖ偏波のパルスを同じ数だけ送信する。
【００６３】
これにより、ＰＲＦの倍増を防ぎ、クロストラック方向の観測幅の減少を防ぐことができる。また、アロングトラック方向（プラットフォームの軌道に平行な方向）に観測のギャップが生じないように、マルチビームによる観測に加えて、スポットライト合成開口レーダ方式に類する形で、このマルチビームの指向性を適切に制御する。
【００６４】
図３において、送信機１は、偏波切換器２および送受切換器３ａを介して、水平偏波アンテナサブアレイ８ａに接続されるとともに、偏波切換器２および送受切換器３ｂを介して、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａに接続されている。
水平偏波サブアレイ８ａには、送受切換器３ａを介して、水平偏波受信機６ａが接続され、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａには、送受切換器３ｂを介して、垂直偏波受信機７ａが接続されている。
【００６５】
また、水平偏波サブアレイ８ｂには、水平偏波受信機６ｂが接続され、垂直偏波アンテナサブアレイ９ｂには、垂直偏波受信機７ｂが接続されている。
さらに、水平偏波受信機６ａ、６ｂには、それぞれ、受信ビーム形成手段１０ａを介して合成開口レーダ画像再生手段１１ａに接続され、垂直偏波受信機７ａ、７ｂには、それぞれ受信ビーム形成手段１０ｂを介して合成開口レーダ画像再生手段１１ｂに接続されている。
【００６６】
図５において、プラットフォームは、直線軌道を移動しているものと仮定し、プラットフォームの速度をｖとして、軌道上の位置ｘ０から観測を開始するものとする。
まず、画像レーダ装置の送信機１から生成されたパルス信号は、偏波切換器２を介して送受切換器３ａに送られ、送受切換器３ａを介して水平偏波アンテナサブアレイ８ａから空間に放射される。
【００６７】
水平偏波アンテナサブアレイ８ａは、各素子アンテナ（水平偏波アンテナ４ａ）への給電に際して、位相が調整（制御）されることによりビームの指向方向が制御され、放射電波を所望の領域に照射する。なお、ここでのビーム指向方向については後述する。
以下、空間に放射されたパルス信号は、観測対象によって散乱される。
【００６８】
観測対象によって散乱された散乱波は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂにより受信され、これら受信信号のうち、水平偏波アンテナサブアレイ８ａからの受信信号は、送受切換器３ａを介して水平偏波受信機６ａに送られ、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａからの受信信号は、送受切換器３ｂを介して垂直偏波受信機７ａに送られる。
また、水平偏波アンテナサブアレイ８ｂからの受信信号は、水平偏波受信機６ｂに送られ、垂直偏波アンテナサブアレイ９ｂからの受信信号は、垂直偏波受信機７ｂに送られる。
【００６９】
水平偏波受信機６ａ、６ｂおよび垂直偏波受信機７ａ、７ｂは、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂが受信した散乱波の各受信信号に対して、位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を施し、各受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を出力する。
【００７０】
続いて、水平偏波受信機６ａ、６ｂからの各デジタル受信信号は、受信ビーム形成手段１０ａに送られ、垂直偏波受信機７ａ、７ｂからの各デジタル受信信号は、受信ビーム形成手段１０ｂに送られる。
受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂは、送信ビームの照射範囲内をそれぞれ２つに分割するように、２本の受信ビームを形成する。
【００７１】
プラットフォームが、図５内の軌道範囲ｘ０〜ｘ１に存在している期間にわたって、上記観測処理をパルス繰り返し周期τ［秒］で反復実行する。
続いて、プラットフォームが移動して、軌道位置ｘ１を越えると、送信機１で生成されたパルス信号は、偏波切換器２を介して送受切換器３ｂに送られ、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａから空間に放射される。以下、プラットフォームが軌道範囲ｘ１〜ｘ２に存在している期間にわたって、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａから送信する形で、パルス繰り返し周期τ［秒］で観測を反復する。
【００７２】
図４において、合成開口時間では、同じ偏波のパルスが繰り返し送信される。この点が、前述（図２）のフルポラリメトリ方式の観測と比較して最も大きな相違点である。
また、τ［秒］間のパルス繰返し周期の間に、フルポラリメトリ方式の場合は、Ｈ偏波およびＶ偏波のパルスを送信する必要があるが、図４の観測処理においては、τ［秒］間に送信するパルスは１つのみである。つまり、単偏波の観測と比較しても、ＰＲＦが倍増することはない。
【００７３】
次に、送信ビームおよび受信ビームの指向方向について説明する。
図５においては、簡単化のために、２次元のジオメトリで描画しているが、３次元空間内での観測であっても、ここで説明する内容と本質的に変わりはない。
【００７４】
図５に示すプラットフォームの軌道において、プラットフォームが軌道範囲ｘ０〜ｘ１内に存在する期間では、地表面の領域Ｘ０〜Ｘ２を照射するように、水平偏波アンテナサブアレイ８ａの送信ビームを制御する。
また、受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂは、進行方向に対して後ろ側および前側の各受信ビームが、それぞれ、地表面の領域Ｘ０〜Ｘ１およびＸ１〜Ｘ２を指向するように、受信ビームを形成する。
【００７５】
以下、プラットフォームが軌道上を移動するのにともなって、上記観測のシーケンスが反復実行されるので、送信偏波および送信ビームの指向方向を、まとめて一般化して表現すると、以下のようになる。
【００７６】
まず、プラットフォームが、各軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋１｝（ｎ＝０，１，２，・・・）の間に存在する場合には、送信手段は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａから水平偏波のパルスを送信する。
このとき、送信ビームは、各軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋２｝を照射するように制御され、受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂは、進行方向の後ろ側および前側の各受信ビームが、それぞれ、地表面の領域Ｘ｛２ｎ｝〜Ｘ｛２ｎ＋１｝と領域Ｘ｛２ｎ＋１｝〜Ｘ｛２ｎ＋２｝とを指向するように、受信ビームを形成する。
【００７７】
一方、プラットフォームが、各軌道範囲ｘ｛２ｎ＋１｝〜ｘ｛２ｎ＋２｝（ｎ＝０，１，２，・・・）に存在する場合には、送信手段は、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａから垂直偏波のパルスを送信する。
このとき、送信ビームは、軌道範囲ｘ｛２ｎ＋１｝〜ｘ｛２ｎ＋３｝を照射するように制御され、受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂは、進行方向の後ろ側および前側の各受信ビームが、それぞれ、地表面の領域Ｘ｛２ｎ＋１｝〜Ｘ｛２ｎ＋２｝と領域Ｘ｛２ｎ＋２｝〜Ｘ｛２ｎ＋３｝とを指向するように、受信ビームを形成する。
【００７８】
ここで、図５に示すように、各軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋１｝の間の距離は、合成開口長Ｌと一致しており、地表面の領域Ｘ｛２ｎ｝〜Ｘ｛２ｎ＋１｝の間の距離も、合成開口長Ｌと一致している。
以上のように観測することにより、得られる観測量は、次のようになる。
【００７９】
まず、地表面の領域Ｘ｛２ｎ｝〜Ｘ｛２ｎ＋１｝（ｎ＝１，２，・・・）に関する観測量が得られる。
すなわち、プラットフォームが、軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋１｝の間に存在している間に、進行方向後ろ側の受信ビームで観測した信号を用いて、ＨＨ偏波チャネルおよびＶＨ偏波チャネルの信号が観測される。
また、プラットフォームが、軌道範囲ｘ｛２ｎ−１｝〜ｘ｛２ｎ｝の間に存在している間に、進行方向の前側の受信ビームで観測した信号を用いて、ＨＶ偏波チャネルおよびＶＶ偏波チャネルの信号が観測される。
【００８０】
一方、地表面の領域Ｘ｛２ｎ＋１｝〜Ｘ｛２ｎ＋２｝（ｎ＝０，１，２，・・・）に関する観測量が得られる。
すなわち、プラットフォームが、軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋１｝に存在している間に、進行方向の前側の受信ビームで観測した信号を用いて、ＨＨ偏波チャネルおよびＶＨ偏波チャネルの信号が観測される。
また、プラットフォームが、軌道範囲ｘ｛２ｎ＋１｝〜ｘ｛２ｎ＋２｝に存在している間に、進行方向の後ろ側の受信ビームで観測した信号を用いて、ＨＶ偏波チャネル、ＶＶ偏波チャネルの信号が観測される。
【００８１】
このように観測することにより、地表面において、アロングトラック方向にデータが欠落する領域も発生せず、すべての領域について、ＨＨ、ＨＶ、ＶＨ、ＶＶの４偏波チャネルに相当する信号を観測することができる。
【００８２】
合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂは、以上で述べた方法で観測された信号を用いて、合成開口レーダ画像再生処理を施す。
具体的には、たとえば、スポットライトモード合成開口レーダ方式により、画像を再生することが可能である。
【００８３】
なお、スポットライトモード合成開口レーダ方式については、『Ｗ．Ｃａｒｒａｒａ他著「Ｓｐｏｔｌｉｇｈｔ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，」Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，１９９５』などに記載されているように公知技術なので、ここでは詳述を省略する。
【００８４】
ただし、この場合、参照関数の位相中心の位置に注意する必要がある。
具体的には、プラットフォームが軌道範囲ｘ｛２ｎ｝〜ｘ｛２ｎ＋１｝に存在する間に観測した信号のうち、進行方向の前側の受信ビームで観測した信号から合成開口処理を施す場合には、その位相中心を軌道位置ｘ｛２ｎ＋１｝に一致させ、進行方向の後ろ側の受信ビームで観測した信号から合成開口処理を施す場合には、その位相中心を軌道位置ｘ｛２ｎ｝に一致させる。
【００８５】
以上のように、この発明の実施の形態１（図３）においては、従来のフルポラリメトリ方式とは異なり、２偏波をパルス毎に交互に送信することがないので、従来のフルポラリメトリ方式と比較して、ＰＲＦが半分になり、したがって、アクロストラック方向の観測幅を２倍にすることができる。
【００８６】
換言すると、従来のフルポラリメトリ方式の合成開口レーダは、単偏波の合成開口レーダと比較して、観測幅が半減してしまう問題があったが、この発明の実施の形態１によれば、観測幅を、単偏波の合成開口レーダの場合と同等にすることが可能となる。
また、これにより、分解能が低下するなどの副作用が発生することもない。
【００８７】
したがって、この発明の実施の形態によれば、合成開口処理に用いるパルス数分だけＨ偏波を連続で送信した後、Ｖ偏波のパルスを同じ数だけ送信することにより、ＰＲＦの倍増を防ぎ、クロストラック方向の観測幅の減少を防ぐことができる。
また、マルチビームによる観測に加えて、マルチビームの指向性を適切に制御することにより、アロングトラック方向（プラットフォームの軌道に平行な方向）に観測のギャップが生じないようにすることができる。
【００８８】
なお、上記説明では、水平偏波アンテナ４（水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ）と垂直偏波アンテナ５（垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂ）とを用いたが、直交する２つの偏波の組み合わせであれば、他の任意のアンテナが適用可能なことは言うまでもない。
たとえば、２つの送受信アンテナは、左旋偏波アンテナと、右旋偏波アンテナとにより構成されてもよい。
【００８９】
また、特に直交する２つの偏波の組み合わせに限らず、いかなる偏波の組み合わせであっても、同様な観測が成立することは言うまでもない。
さらに、受信ビームの数を２本として説明したが、受信ビームの数を３本以上としても同様の観測が成立することは言うまでもない。
【００９０】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１〜図５）では、特に言及しなかったが、図６に示すように、分波器１２、移相器１３および２次統計量推定手段１４を追加挿入してもよい。
以下、図６のブロック構成図を参照しながら、この発明の実施の形態２について説明する。
図６において、前述（図３）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００９１】
分波器１２は、送信機１と送受切換器３ａ、３ｂとの間に挿入され、移相器１３は、送受切換器３ａと水平偏波アンテナサブアレイ８ａとの間に挿入されている。
また、２次統計量推定手段１４は、合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂの後段に接続されている。
【００９２】
前述の実施の形態１においては、或る領域に関して、水平偏波送信のチャネル（ＨＨ偏波、ＶＨ偏波）と、垂直偏波送信のチャネル（ＨＶ偏波、ＶＶ偏波）とでは、アジマス方向の入射角が異なっているので、観測された特性には、ターゲットの偏波特性に加えて、アジマス方向の角度の特性が含まれてしまう。
【００９３】
したがって、前述の実施の形態１で得られた４つの偏波チャネルの信号を用いて、散乱行列Ｓ（式（１）参照）と見なしてしまうのは適当ではない場合があると考えられる。
しかし、マルチルック処理によって得られる局所平均の値に対するアジマス方向の入射角の相違の影響は、小さいものと考えられるので、前述の実施の形態１で観測された４つの偏波チャネルのデータ解析には、マルチルック処理で得られる共分散行列Ｃ（式（５）参照）を用いるのが適当である。
【００９４】
前述の実施の形態１のように水平偏波と垂直偏波とを用いる構成とした場合、前述の式（５）で表される共分散行列Ｃの各要素（変数）のうち、以下については、マルチルック処理によって直接算出することが可能である。
【００９５】
【数１１】
【００９６】
しかし、ＨＨ偏波チャネルとＶＶ偏波チャネルとの相関Ｐについては、厳密には直接算出することはできない。なぜなら、ＨＨ偏波チャネルおよびＶＶ偏波チャネルは、アジマス方向の入射角が違うからである。特に、ＨＨ偏波チャネルとＶＶ偏波チャネルとの位相差の情報については、入射角の相違による影響が大きい可能性がある。
【００９７】
ところが、ＨＨ偏波チャネルとＶＶ偏波チャネルとの相関Ｐの方が、以下の要素よりも地表面に関する情報を多く含む場合が多い。
【００９８】
【数１２】
【００９９】
よって、これらの要素〈ｈｘ＊〉、〈ｘｖ＊〉よりも、相関Ｐの情報への要求の方が高い場合がある。
このような場合に対処するために、この発明の実施の形態２においては、送信偏波の組み合わせを、左旋円偏波（Ｌ偏波）および４５°直線偏波（π／４偏波）とする方式を提案する。
【０１００】
図６において、移相器１３は、送信手段による給電に際して、水平偏波アンテナサブアレイ８ａへの給電位相を制御する。
ここでは、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ（２つの送受信アンテナのうちの一方の送受信アンテナ）のうち、水平偏波アンテナサブアレイ８ａのみに移相器１３が設けられた例を示している。
【０１０１】
水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂの各指向特性は、複数の第１素子アンテナおよび複数の第２素子アンテナへの給電位相が制御されることによって制御される。
【０１０２】
送信手段は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂ（２つ以上の水平偏波アンテナサブアレイ）のうちの水平偏波アンテナサブアレイ８ａ（１つ以上の水平偏波アンテナサブアレイ）と、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂ（２つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイ）のうちの垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ（１つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイ）とに、それぞれ同時に給電する。
【０１０３】
これにより、合成された偏波を送信し、送信開始から所定時間にわたって移相器１３の値を保持して、水平偏波および垂直偏波の合成によって生成される偏波面を維持するようにパルスを繰り返し送信し、所定時間を越えた後は、移相器１３の値を変更して、別の偏波状態で連続的にパルスを繰り返し送信する。
【０１０４】
また、送信手段は、移相器１３により、水平偏波アンテナサブアレイ８ａへの給電と、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａへの給電との位相差が０°となるようにして、４５°直線偏波送信を繰り返した後、移相器１３により、位相差が９０°となるようにして、円偏波送信を繰り返す。
【０１０５】
受信手段は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂと、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂとに、それぞれ接続された各受信機６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂと、各受信機６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理により得られたデジタル受信信号に対してデジタル信号処理を施すことにより受信ビームを形成する受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂとを備えている。
【０１０６】
２次統計量推定手段１４は、合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂにより得られた合成開口レーダ画像から、フルポラリメトリ方式の合成開口レーダ画像において得られる共分散行列を推定する。
【０１０７】
次に、図６に示したこの発明の実施の形態２による処理動作について説明する。
画像レーダ装置の送信機１からパルス信号が生成されると、パルス信号は、分波器１２を介して送受切換器３ａ、３ｂに送られ、送受切換器３ａと３ｂを介して水平偏波アンテナサブアレイ８ａおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａに送られ、水平偏波アンテナサブアレイ８ａおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａから、同時に空間に放射される。
【０１０８】
このとき、移相器１３を制御することにより、水平偏波アンテナサブアレイ８ａから放射されるパルスと、垂直偏波アンテナサブアレイ９ａから放射されるパルスとの位相差を調整する。
たとえば、位相差は、プラットフォームが軌道範囲ｘ０〜ｘ１に存在する間は０°に調整され、続いて、プラットフォームが軌道範囲ｘ１〜ｘ２に存在する間は９０°に調整される。
【０１０９】
これにより、プラットフォームが軌道範囲ｘ０〜ｘ１に存在する間は、π／４偏波を送信し、プラットフォームが軌道範囲ｘ１〜ｘ２に存在する間は、Ｌ偏波を送信することができる。
【０１１０】
また、水平偏波アンテナサブアレイ８ａおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａは、各素子アンテナ（水平偏波アンテナ４ａおよび垂直偏波アンテナ５ａ）への給電に際して、位相調整によりビーム指向方向が制御され、放射電波を所望の領域に照射する。なお、ビーム指向方向については、前述の実施の形態１の場合と同様である。
【０１１１】
空間に放射されたパルス信号は、前述と同様に、観測対象によって散乱されて散乱波となり、この散乱波は、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂにより受信される。このうち、水平偏波アンテナサブアレイ８ａおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａで受信された各受信信号は、送受切換器３ａ、３ｂを介して、それぞれ水平偏波受信機６ａおよび垂直偏波受信機７ａに送られる。
また、水平偏波アンテナサブアレイ８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ｂで受信された各受信信号は、水平偏波受信機６ｂおよび垂直偏波受信機７ｂに送られる。
【０１１２】
水平偏波受信機６ａ、６ｂおよび垂直偏波受信機７ａ、７ｂは、水平偏波アンテナサブアレイ８ａ、８ｂおよび垂直偏波アンテナサブアレイ９ａ、９ｂが受信した散乱波の受信信号のそれぞれに対して、位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を施し、それぞれの受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を出力する。
水平偏波受信機６ａ、６ｂおよび垂直偏波受信機７ａ、７ｂを介したデジタル受信信号は、受信ビーム形成手段１０ａ、１０ｂに送られる。
【０１１３】
以上の順でパルスを送受信することにより、前述と同様に、アロングトラック方向のすべての領域について、π／４偏波送信、Ｈ偏波・Ｖ偏波受信の組み合わせと、Ｌ偏波送信、Ｈ偏波・Ｖ偏波受信の組み合わせの計４つの偏波チャネルの信号が観測される。
また、前述と同様に、π／４偏波送信のチャネルとＬ偏波送信のチャネルとでは、アジマス方向の入射角が異なるが、いずれのチャネルについても、ＨＨ偏波成分およびＶＶ偏波成分を同時に含んでいる。これにより、後述の処理を用いて、ＨＨ偏波成分とＶＶ偏波成分との相関を求めることが可能となる。
【０１１４】
以下、送信偏波をＬ偏波およびπ／４偏波とした場合の観測量と、フルポラリメトリ方式の観測量との関係をまとめて説明する。ここでは、この発明の実施の形態２による観測量での共分散行列と、フルポラリメトリの共分散行列の各要素との関係が重要である。
円偏波（Ｌ偏波）送信の場合、Ｈ偏波アンテナおよびＶ偏波アンテナで受信される各受信信号は、それぞれ以下の式（９）のように表される。
【０１１５】
【数１３】
【０１１６】
ここで、フルポラリメトリ方式の散乱ベクトルｋ（式（４）参照）と同様に、ベクトル表記すると、シングルルックの観測量ｋＬは、以下の式（１０）のように表される。
【０１１７】
【数１４】
【０１１８】
よって、マルチルックによって得られる共分散行列ＧＬは、以下の式（１１）で表される。
【０１１９】
【数１５】
【０１２０】
また、π／４偏波送信の場合、Ｈ偏波アンテナおよびＶ偏波アンテナによる受信信号は、式（９）においてｊ＝１とした、以下の式（１２）のように表される。
【０１２１】
【数１６】
【０１２２】
したがって、シングルルックの観測量ｋπ／４をベクトル表記すると、以下の式（１３）のように表される。
【０１２３】
【数１７】
【０１２４】
マルチルックによって得られる共分散行列Ｇπ／４は、以下の式（１４）で表される。
【０１２５】
【数１８】
【０１２６】
前述の式（１１）および式（１４）のマルチルックに関しては、それぞれの中ではアジマス方向の入射角も一致しているので、全く問題ないが、式（１１）と式（１４）との関係は、送信偏波が異なるのみでなく、アジマス方向の入射角も異なるので、若干複雑になる。
しかし、このアジマス方向の入射角差は、２次統計量の次元で大きな差異が生じるほどの差ではないと考えられる。なお、この考え方は、マルチルック処理の考え方そのものと言える。
【０１２７】
以下、２次統計量推定手段１４の動作について説明する。
まず、前段の合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂは、観測された信号に対して合成開口処理を施し、合成開口レーダ画像を得る。
２次統計量推定手段１４は、合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂから得られた合成開口レーダ画像に対して、さらに処理を施す。したがって、衛星搭載合成開口レーダシステムなどにおいては、一般的には、地上局側の処理として実装されることが現実的である。
【０１２８】
２次統計量推定手段１４は、まず、合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂから出力されたシングルルックの合成開口レーダ画像に対して、式（１１）および式（１４）で表されるマルチルック処理を施し、観測値の共分散行列ＧＬ、Ｇπ／４を得る。
【０１２９】
続いて、共分散行列ＧＬ、Ｇπ／４の情報を用いて、フルポラリメトリ方式で得られる共分散行列を推定する。
この発明の実施の形態２による観測量の共分散行列と、フルポラリメトリの共分散行列の各要素との関係は、前述の式（１１）および式（１４）に示すように、８つの独立の方程式で表される。
【０１３０】
ところが、６つの要素Ｈ、Ｘ、Ｖ、Ｐ、〈ｈｘ＊〉、〈ｘｖ＊〉のうちの、３つの要素Ｐ、〈ｈｘ＊〉、〈ｘｖ＊〉は、それぞれ変数を２つ含む複素数であることから、推定したい未知数は、９つ存在することになる。したがって、このままでは、これらの未知数の値を推定することは不可能である。
【０１３１】
そこで、観測対象は、「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ」の条件を満たすことを前提とする。前述の通り、観測対象の地表面が、自然な領域（森林や植生など）であれば、多くの場合に「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ」が成立する。
したがって、この条件を前提としても、地表面上の広範に渡る領域で問題はないものと予想される。よって、前述の式（７）と同様に、以下の関係が成立する。
【０１３２】
【数１９】
【０１３３】
これにより、推定すべき共分散行列は、前述の式（８）の形で表され、変数はＨ、Ｘ、Ｖ、Ｐ（Ｐ＊）の５つに絞られる。なお、このとき、式（１１）、式（１４）においては、それぞれ、以下の式（１５）および式（１６）の近似が成立する。
【０１３４】
【数２０】
【０１３５】
式（１５）および式（１６）は、Ｈ、Ｘ、Ｖ、Ｐについて解くことができるが、未知数に対して方程式の数が多い冗長な連立方程式となっているので、解は１つではない。
ここでは、一例として、最小２乗法によって解いた結果を示す。式（１５）、式（１６）を最小２乗法で解くと、以下の式（１７）のような解が得られる。
【０１３６】
【数２１】
【０１３７】
これにより、２次統計量推定手段１４は、式（１７）を用いて、フルポラリメトリの共分散行列の各要素Ｈ、Ｘ、Ｖ、Ｐを推定する。
【０１３８】
以上のように、この発明の実施の形態２に係る画像レーダ装置（図６）は、送信パルスが常に水平偏波成分と垂直偏波成分とを含むように構成されるとともに、合成開口レーダ画像再生手段１１ａ、１１ｂから得られた合成開口レーダ画像から、フルポラリメトリの共分散行列を推定するための２次統計量推定手段１４を備えているので、水平偏波成分と垂直偏波成分との相関を推定することができる効果を奏する。
【０１３９】
なお、上記実施の形態１、２（図３、図６）では、２つの送受信アンテナとして、各アンテナサブアレイ８ａ、９ａを用いたが、たとえば図１に示した単一の水平偏波アンテナ４および垂直偏波アンテナ５を用いて、それぞれの走査方向を機械的に移動させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る画像レーダ装置の動作および原理を説明するための一般的な画像レーダ装置を示すブロック構成図である。
【図２】図１の画像レーダ装置による動作原理を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る画像レーダ装置を示すブロック構成図である。
【図４】図３の画像レーダ装置による動作を示す説明図である。
【図５】図３の画像レーダ装置による動作を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る画像レーダ装置を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１ 送信機、２ 偏波切換器、３ａ、３ｂ 送受切換器、４、４ａ、４ｂ 水平偏波アンテナ、５、５ａ、５ｂ 垂直偏波アンテナ、６、６ａ、６ｂ 水平偏波受信機、７、７ａ、７ｂ 垂直偏波受信機、８ａ、８ｂ 水平偏波アンテナサブアレイ、９ａ、９ｂ 垂直偏波アンテナサブアレイ、１０ａ、１０ｂ 受信ビーム形成手段、１１ａ、１１ｂ 合成開口レーダ画像再生手段、１２ 分波器、１３ 移相器、１４ ２次統計量推定手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信方向を制御可能な互いに異なる第１および第２の偏波面を有する２つの送受信アンテナと、
前記２つの送受信アンテナに給電する送信手段と、
前記２つの送受信アンテナについて２本以上の受信ビームを形成しながら、前記２つの送受信アンテナで同時に受信する受信手段と、
前記受信手段で得られた受信信号に対してそれぞれ合成開口レーダ画像を再生する合成開口レーダ画像再生手段とを備え、
前記送信手段は、送信開始から所定時間にわたって連続的に第１の偏波によるパルスを繰り返し送信し、前記所定時間を越えた後は、連続的に第２の偏波によるパルスを繰り返し送信し、
前記受信手段は、常に第１および第２の両方の偏波でパルス信号を受信することを特徴とする画像レーダ装置。
【請求項２】
前記２つの送受信アンテナは、水平偏波アンテナと、垂直偏波アンテナとにより構成されたことを特徴とする請求項１に記載の画像レーダ装置。
【請求項３】
前記２つの送受信アンテナは、左旋偏波アンテナと、右旋偏波アンテナとにより構成されたことを特徴とする請求項１に記載の画像レーダ装置。
【請求項４】
前記２つの送受信アンテナは、各々が複数の第１素子アンテナを有する２つ以上の第１偏波アンテナサブアレイと、各々が複数の第２素子アンテナを有する２つ以上の第２偏波アンテナサブアレイとにより構成され、
前記第１偏波アンテナサブアレイおよび前記第２偏波アンテナサブアレイの各指向特性は、前記複数の第１素子アンテナおよび前記複数の第２素子アンテナへの給電位相が制御されることによって制御され、
前記送信手段は、前記２つ以上の第１偏波アンテナサブアレイのうちの１つ以上の第１偏波アンテナサブアレイと、前記２つ以上の第２偏波アンテナサブアレイのうちの１つ以上の第２偏波アンテナサブアレイとに、それぞれ給電し、
前記受信手段は、
前記２つ以上の第１偏波アンテナサブアレイと、前記２つ以上の第２偏波アンテナサブアレイとに、それぞれ接続された受信機と、
前記受信機の位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理により得られたデジタル受信信号に対してデジタル信号処理を施すことにより前記受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の画像レーダ装置。
【請求項５】
前記送信手段による給電に際して、前記２つの送受信アンテナのうちの一方の送受信アンテナへの給電位相を制御するための移相器を備え、
前記２つの送受信アンテナは、各々が複数の第１素子アンテナを有する２つ以上の水平偏波アンテナサブアレイと、各々が複数の第２素子アンテナを有する２つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイとにより構成され、
前記水平偏波アンテナサブアレイおよび前記垂直偏波アンテナサブアレイの各指向特性は、前記複数の第１素子アンテナおよび前記複数の第２素子アンテナへの給電位相が制御されることによって制御され、
前記送信手段は、
前記２つ以上の水平偏波アンテナサブアレイのうちの１つ以上の水平偏波アンテナサブアレイと、２つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイのうちの１つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイとに、それぞれ同時に給電することにより、合成された偏波を送信し、
送信開始から前記所定時間にわたって前記移相器の値を保持して水平偏波および垂直偏波の合成によって生成される偏波面を維持するようにパルスを繰り返し送信し、
前記所定時間を越えた後は、前記移相器の値を変更して、別の偏波状態で連続的にパルスを繰り返し送信し、
前記受信手段は、
前記２つ以上の水平偏波アンテナサブアレイと、前記２つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイとに、それぞれ接続された受信機と、
前記受信機の位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理により得られたデジタル受信信号に対してデジタル信号処理を施すことにより前記受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像レーダ装置。
【請求項６】
前記送信手段は、
前記移相器により、前記水平偏波アンテナサブアレイへの給電と、前記垂直偏波アンテナサブアレイへの給電との位相差が０°となるようにして、４５°直線偏波送信を繰り返した後、
前記移相器により、前記位相差が９０°となるようにして、円偏波送信を繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の画像レーダ装置。
【請求項７】
前記合成開口レーダ画像再生手段に接続された２次統計量推定手段を備え、
前記２次統計量推定手段は、前記合成開口レーダ画像再生手段により得られた合成開口レーダ画像から、フルポラリメトリ方式の合成開口レーダ画像において得られる共分散行列を推定することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の画像レーダ装置。
【請求項１】
送信方向を制御可能な互いに異なる第１および第２の偏波面を有する２つの送受信アンテナと、
前記２つの送受信アンテナに給電する送信手段と、
前記２つの送受信アンテナについて２本以上の受信ビームを形成しながら、前記２つの送受信アンテナで同時に受信する受信手段と、
前記受信手段で得られた受信信号に対してそれぞれ合成開口レーダ画像を再生する合成開口レーダ画像再生手段とを備え、
前記送信手段は、送信開始から所定時間にわたって連続的に第１の偏波によるパルスを繰り返し送信し、前記所定時間を越えた後は、連続的に第２の偏波によるパルスを繰り返し送信し、
前記受信手段は、常に第１および第２の両方の偏波でパルス信号を受信することを特徴とする画像レーダ装置。
【請求項２】
前記２つの送受信アンテナは、水平偏波アンテナと、垂直偏波アンテナとにより構成されたことを特徴とする請求項１に記載の画像レーダ装置。
【請求項３】
前記２つの送受信アンテナは、左旋偏波アンテナと、右旋偏波アンテナとにより構成されたことを特徴とする請求項１に記載の画像レーダ装置。
【請求項４】
前記２つの送受信アンテナは、各々が複数の第１素子アンテナを有する２つ以上の第１偏波アンテナサブアレイと、各々が複数の第２素子アンテナを有する２つ以上の第２偏波アンテナサブアレイとにより構成され、
前記第１偏波アンテナサブアレイおよび前記第２偏波アンテナサブアレイの各指向特性は、前記複数の第１素子アンテナおよび前記複数の第２素子アンテナへの給電位相が制御されることによって制御され、
前記送信手段は、前記２つ以上の第１偏波アンテナサブアレイのうちの１つ以上の第１偏波アンテナサブアレイと、前記２つ以上の第２偏波アンテナサブアレイのうちの１つ以上の第２偏波アンテナサブアレイとに、それぞれ給電し、
前記受信手段は、
前記２つ以上の第１偏波アンテナサブアレイと、前記２つ以上の第２偏波アンテナサブアレイとに、それぞれ接続された受信機と、
前記受信機の位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理により得られたデジタル受信信号に対してデジタル信号処理を施すことにより前記受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の画像レーダ装置。
【請求項５】
前記送信手段による給電に際して、前記２つの送受信アンテナのうちの一方の送受信アンテナへの給電位相を制御するための移相器を備え、
前記２つの送受信アンテナは、各々が複数の第１素子アンテナを有する２つ以上の水平偏波アンテナサブアレイと、各々が複数の第２素子アンテナを有する２つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイとにより構成され、
前記水平偏波アンテナサブアレイおよび前記垂直偏波アンテナサブアレイの各指向特性は、前記複数の第１素子アンテナおよび前記複数の第２素子アンテナへの給電位相が制御されることによって制御され、
前記送信手段は、
前記２つ以上の水平偏波アンテナサブアレイのうちの１つ以上の水平偏波アンテナサブアレイと、２つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイのうちの１つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイとに、それぞれ同時に給電することにより、合成された偏波を送信し、
送信開始から前記所定時間にわたって前記移相器の値を保持して水平偏波および垂直偏波の合成によって生成される偏波面を維持するようにパルスを繰り返し送信し、
前記所定時間を越えた後は、前記移相器の値を変更して、別の偏波状態で連続的にパルスを繰り返し送信し、
前記受信手段は、
前記２つ以上の水平偏波アンテナサブアレイと、前記２つ以上の垂直偏波アンテナサブアレイとに、それぞれ接続された受信機と、
前記受信機の位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理により得られたデジタル受信信号に対してデジタル信号処理を施すことにより前記受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像レーダ装置。
【請求項６】
前記送信手段は、
前記移相器により、前記水平偏波アンテナサブアレイへの給電と、前記垂直偏波アンテナサブアレイへの給電との位相差が０°となるようにして、４５°直線偏波送信を繰り返した後、
前記移相器により、前記位相差が９０°となるようにして、円偏波送信を繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の画像レーダ装置。
【請求項７】
前記合成開口レーダ画像再生手段に接続された２次統計量推定手段を備え、
前記２次統計量推定手段は、前記合成開口レーダ画像再生手段により得られた合成開口レーダ画像から、フルポラリメトリ方式の合成開口レーダ画像において得られる共分散行列を推定することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の画像レーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−８５１６７（Ｐ２０１０−８５１６７Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５２８３８（Ｐ２００８−２５２８３８）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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