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boomSARは、埋設された地雷やIEDを探知するために1990年代半ばに米国陸軍研究所（ARL）によって設計された移動式超広帯域 合成開口レーダー（UWB SAR）システムです。安定した移動車両の45メートル伸縮ブームの上に搭載されたboomSARは、車両の側面から低周波（50〜1100MHz）の短パルスUWB信号を送信し、ブームの基部から50メートルから300メートルの範囲を監視します。[1] [2]およそ時速1kmで移動し、幅18フィートのベースを収容できる幅の比較的平坦な道路が必要です。[3]
特徴
boomSARは、1ギガヘルツ以上の使用可能帯域幅を持つ低周波波形を送受信し、約40MHzから1GHzのスペクトルをカバーする完全な偏波測定システムです。 [4] [5]そのテストベッドレーダーサブシステムは、アンテナ、送信機、アナログ-デジタル（A/D）コンバーター、プロセッサ/データストレージシステム、タイミングおよび制御アセンブリ、MOCOMPサブシステム、およびオペレータインターフェイスコンピューターで構成されています。[5]これらのコンポーネントの多くは、簡単に変更およびアップグレードできるようにモジュール化されており、コストを削減するために市販の（COTS）技術を使用して構築されました。[5] [6]
ブームプラットフォーム
ブームSARのブームリフトプラットフォームは、150フィートの高さの伸縮式リフト装置で、バスケットは軸方向と半径方向に移動でき、伸縮アームの位置に応じて500〜1000ポンドの負荷容量を処理できます。JLG Incによって構築されたこのプラットフォームは、ブームを伸ばした状態でベースを移動できる独自の機能を備えており、ブームSARはシミュレートされた空中ジオメトリを使用してデータ収集を行うことができます。[5] [6]ターゲットへの下向きの角度は、ターゲットまでの距離とブームの高さに応じて、通常45度から10度まで変化します。[4]
アンテナ
boomSAR は、2 つの送信アンテナと 2 つの受信アンテナを使用して、準モノスタティックな意味で完全な偏波マトリックス (HH、HV、VH、VV) を提供します。[4] 4 つのアンテナはすべて、長さ約 2 メートル、開口部 0.3 メートルの 200 W オープンサイド抵抗終端 TEM ホーン アンテナです。[2] [4]サブシステムは低周波 UWB SAR アプリケーション用に特別に設計されているため、TEM ホーン アンテナは 90 度を超える広いビーム幅を持ち、インパルス送信機の 2 MW ピーク パルスを処理できる高出力、広帯域幅のバランが取り付けられています。[2] [5]後のデータによると、このアンテナ/バランの組み合わせは、4 つの TEM ホーン アンテナを介して、40 MHz から 2000 MHz を超える帯域幅の短パルス UWB 信号を最大 1 kHz のパルス繰り返し周波数で送信できます。[1] [2]
動き補償（MOCOMP）システム
boomSAR MOCOMP システムは、コンピュータと測地計で構成され、3 次元空間でのレーダーの動きの補正と位置決めを行います。測地計は、開口部の一端に設置されたロボット式レーザー測距 セオドライト、アンテナ近くのブーム リフト プラットフォームに取り付けられた反射鏡、およびブーム リフトのベースに取り付けられた制御ユニットで構成されています。反射鏡がブーム リフト プラットフォームとともに移動すると、セオドライトは反射鏡の水平および垂直の角度位置を追跡し、その距離を測定します。反射鏡の位置は、2.5 Hz の速度で更新される FM 無線リンクを使用して測地計制御ユニットに送信されます。次に、制御ユニットは位置情報を MOCOMP コンピュータに送信します。[5]
処理システム
処理システムは、SAR画像を形成するために距離プロファイルを推定、フィルタリング、および逆投影するために必要な計算能力を得るために、Sun SPARC 5ホストと8つのIntel i860ベースのCSPI Supercardアレイプロセッサを備えたVMEカードケージに依存しています。boomSARの画像処理は、データ収集直後に現場で行われます。データ転送と並列処理の機会のためにboomSARの非常に広い帯域幅に対応するために、米国陸軍研究所の科学者はMercury並列プロセッサの使用を調査しました。[7]
アナログ-デジタルコンバータ
A/Dサブシステムは、Tektronix/Analytek VX2005C、2Gサンプル/秒のA/Dコンバータ、および安定した基準クロックで構成されています。これはレーダーの広帯域受信機として機能し、サンプルクロックとトリガーイベント間の時間差を10psの分解能で提供できる独自の機能を備えています。[4]
発達
boomSARは、ARLビルの屋上に構築されたレール誘導式UWB SARシステムであるrailSARの拡張として始まりました。railSARが初期の葉と地中浸透のフィールド試験で有望な結果を示した後、railSAR技術をモバイルプラットフォームに移行する計画が立てられました。 [2] boomSAR開発の当初の目標は、航空機搭載レーダーシステムの機能をエミュレートして、その潜在能力をよりよく理解することでした。航空機搭載システムとは異なり、boomSARは、正確に制御された繰り返し可能な実験を通じて、このレーダーアプローチの性能の上限を決定する費用対効果の高い方法を提供しました。[3] [8]
1999年、ARLは学界や産業界の研究者と協力し、boomSARのモデリングと処理アルゴリズムを開発した。これにはモーメント法（MoM）と高速多重極法（FMM）のモデルが含まれており、侵入システムの自動ターゲット認識アルゴリズムの開発に貢献した。 [9] [10]
ブームSAR技術は後に米国陸軍研究所によって再利用され、UWB同期インパルス再構成（SIRE）レーダーが開発され、ブームリフトなしでSARシステムを全地形対応車に搭載しました。 [7] [11]
テスト
アバディーン試験場テスト
1995 年、メリーランド州のアバディーン試験場 (APG)で、boomSARの葉や地面への貫通能力をテストするためのデータ収集試験が初めて実施されました。試験場は、密度の異なる落葉樹林と、ブームリフトの幅に収まるほどの葉の間を通る直線道路や曲線道路が特徴でした。試験中、boomSAR が検出できるように、標準ターゲットと戦術ターゲットが森の中に隠されたり、土に埋められたりしました。標準ターゲットには、レーダーの較正と性能の両方をテストするために配置された双極子、三面体、二面体があり、戦術ターゲットは、試験場周辺に配置された商用多目的貨物車両とHMMWVで構成されていました。 [6]
APGテストで収集されたデータは、後に車両を背景の乱雑なものから区別する方法の研究に使用されました。アナリストは、木と車両は周波数特性が異なり、その特性の違いが自動ターゲット識別処理に役立つ可能性があると判断しました。[12]
ユマ試験場テスト
1990年代後半には、不発地雷の検出を強化するための戦略環境研究開発プログラム（SERDP）が後援する研究の一環として、アリゾナ州のユマ試験場とフロリダ州のエグリン空軍基地で2つの別々のデータ収集活動が行われた。[1] [3] [8]
ユマ性能試験場では、試験はスティールクレーター試験場で行われた。この試験場は隣接するフィリップス降下地帯と部分的に重なり、その地域を2つのセクションに分けた。フィリップス降下地帯と重なるセクションは、ほぼ均質な土壌層を特徴とし、土壌が約2フィートの深さまで耕されていたため、植物はほとんど生えていなかった。耕作されたセクションとは対照的に、自然セクションは比較的手つかずの状態だった。[5]試験中、耕作されたセクションには、砲弾、ロケット弾、迫撃砲弾、子弾、爆弾、地雷（M-20対戦車地雷とヴァルマラ69地雷）などの600以上の不活性標的が地中に埋められており、さらに磁性岩、動物の巣穴、ソーダ缶などの疑似標的もあった。これらの不活性ターゲットは、boomSARの総合的な性能評価を行うために、さまざまな深さ（地表から2メートルの深さ）と進入角度（0〜90度）で埋められました。一方、自然セクションには主に車両などの戦術ターゲットが含まれていましたが、地雷、ワイヤー、パイプも隠されていました。boomSARは、近くのコラルロードを走行しながらターゲットを検出するという任務を負っていました。[3] [5]
試験の結果によると、M-20地雷は地表近くに設置された場合、両方の周波数帯域で視認可能であったが、深く埋まった地雷は高周波帯域では検出できなかった。一方、ヴァルマラ69地雷は低周波帯域では検出できなかったが、高周波帯域ではいくらか視認可能であった。このデータから、研究者らは、boomSARは、深く埋まったM-20地雷を見つけるために低周波を使用し、はるかに小さなヴァルマラ地雷を検出するために高周波を使用するのに適していると結論付けた。[5]
参照
参考文献
- ^ abc Mokole, Eric; Hansen, Pete (2010). 「超広帯域レーダーの調査」。Sabath, Frank; Mokole, Eric; Schenk, Uwe; Nitsch, Daniel (編)。超広帯域、短パルス電磁気学 7。ベルリン、ドイツ: Springer Science & Business Media。pp. 571–585。doi : 10.1007 /978-0-387-37731-5。ISBN 978-0387-37728-5。
- ^ abcde Ressler, Marc (1996 年 5 月 31 日)。「陸軍研究所の超広帯域 BoomSAR」。IGARSS '96。1996 年国際地球科学およびリモートセンシングシンポジウム。第 3 巻。pp. 1886–1888。doi : 10.1109 / IGARSS.1996.516828。ISBN 0-7803-3068-4. S2CID 62582116。
- ^ abcd DeLuca, Clyde; Marinelli, Vincent; Ressler, Marc; Ton, Tuan (1998 年 9 月 4 日). Dubey, Abinash C; Harvey, James F; Broach, J. Thomas (編). 「超広帯域合成開口レーダーを使用した不発弾検出実験」.地雷および地雷類似標的の検出および修復技術 III . 3392 : 668–677. Bibcode :1998SPIE.3392..668D. doi :10.1117/12.324239. S2CID 17386967.
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- ^ ab Ressler, Marc. 「UXOの遠隔検出のための低周波超広帯域合成開口レーダー（SAR）」。SERDP 。 2019年11月1日閲覧。
- ^ Carin, Lawrence (1999年12月23日). 「UWB SARによる地下ターゲットの識別」(PDF)。国防技術情報センター。2019年11月1日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。 2019年11月1日閲覧。
- ^ 「葉と地表の探知のための合成開口レーダー」デューク大学電気・コンピュータ工学部。 2019年11月1日閲覧。
- ^ Nguyen, Lam (2009 年 4 月 29 日). Ranney, Kenneth I; Doerry, Armin W (編). 「サイドローブとノイズの低減のための SAR イメージング技術」.レーダー センサー テクノロジー XIII . 7308 : 73080U. Bibcode :2009SPIE.7308E..0UN. doi :10.1117/12.820480. S2CID 121909055.
- ^ テイラー、ジェームズ (2000)。超広帯域レーダー技術。フロリダ州ボカラトン：CRC プレス。pp. 350–365。ISBN 9780849342677。