逆合成開口レーダー

逆合成開口レーダー（ISAR）は、レーダー画像化を使用してターゲットの2次元高解像度画像を生成するレーダー技術です。これは従来のSARに類似していますが、ISAR技術では、エミッターではなくターゲットの動きを使用して合成開口を作成します。^{[1] ISARレーダーは、海上哨戒機に搭載され、}ターゲット認識に使用できる十分な品質のレーダー画像を提供するという重要な役割を果たしています。他のレーダーが識別不能な明るい移動ピクセルを1つだけ表示する状況では、ISAR画像はさまざまなミサイル、軍用機、民間機を識別するのに十分な場合がよくあります。

ISAR によって生成されたターゲット領域の画像は、ターゲット上の散乱領域の位置を特定するのに役立つツールになります。ISAR 画像は、多くの場合、ターゲットを回転させ、散乱中心の結果として生じるドップラー履歴を処理することによって生成されます。ターゲットが一定速度で「小さな」角度で方位方向に回転する場合、散乱体は、クロスレンジ位置 (ターゲットの回転軸を原点とするレーダー視線に垂直な距離) のみに依存する速度でレーダーに近づいたり遠ざかったりします。回転により、クロスレンジに依存するドップラー周波数が生成され、フーリエ変換によって空間的にソートできます。小さな角度の場合、ISAR 画像は、周波数とターゲットのアスペクト角の関数としての受信信号の 2 次元フーリエ変換です。

ターゲットが大きく回転すると、散乱体のドップラー周波数履歴は非線形になり、正弦波の軌跡をたどります。このドップラー履歴は、不鮮明なドップラー周波数履歴によってクロスレンジ分解能が失われるため、フーリエ変換で直接処理することはできません。修正されていないフーリエ変換で処理できる最大回転角度は、合成開口全体の開口位相誤差が指定された (任意の) 量 (たとえば 45 度) 未満で変化する必要があるという制約によって決まります。これは、ターゲット範囲への合成開口が、ターゲットの必要な横方向の範囲である制限によって要求される値よりも小さい場合に発生します。この時点で、合成開口はターゲットの近傍領域内にあり、フォーカスが必要です。フォーカスは、合成開口に位相補正を適用することで実現されます。 ${\displaystyle {\frac {2D^{2}}{\lambda }}}$${\displaystyle D}$

ISAR は、船舶やその他の物体の分類のための海洋監視に使用されます。これらのアプリケーションでは、波の作用による物体の動きが、物体の回転よりも重要な役割を果たすことがよくあります。たとえば、マストなど、船の表面をはるかに超えて広がる特徴は、2 次元画像で明確に識別できる高い正弦波応答を提供します。画像は、物体が受信機に向かって揺れたり受信機から離れて揺れたりすると、交互のドップラー反射によってプロファイルが直立と反転を繰り返すという興味深い効果を伴う、視覚的なプロファイルとの不思議な類似性を生み出すことがあります。海洋監視用の ISAR は、テキサス インスツルメンツが海軍研究所と共同で開発したもので、P-3 オリオンとS-3B バイキング 米国海軍 航空機の重要な機能になりました。

陸上ベースの ISAR に関する研究も行われています。この機能を使用する際の難しさは、物体の動きの大きさが海上の場合よりもずっと小さく、通常は周期性が低いことです。

おそらく、ISAR の視覚的に最も印象的で科学的にも説得力のある応用は、小惑星の深宇宙画像化です。この特に美しい例は、いわゆる「犬の骨」と呼ばれる216 クレオパトラ小惑星で、地球から太陽までの距離より約 20% 遠いところにあります。この小惑星は、中心点で幅がわずか 60 マイルです。しかし、画像は鮮明で、光学画像のように見えます。これは、人間の目のレンズと同じ大きさのロサンゼルスの望遠鏡を使ってニューヨークの車を撮影するのに似ていると言われています。もちろん、ここでの秘訣は、小惑星が非常にまばらな背景の中に表示されるため、かなりの曖昧さが解消されることです。

2013年2月、スペインのテクノロジー企業インドラ・システマスが初のパッシブISARを発表しました。パッシブレーダーはいかなる形態の放射線も放出しないことを特徴としており、つまり環境に存在する信号を使用します。この場合、レーダーは環境内の非協力的な照明源として地上デジタルテレビ信号を使用します。^[2]

ISAR イメージング プロセスでエラーが発生すると、通常、画像の焦点がぼけたり、形状エラーが発生したりします。ISAR 変換エラーには次のものがあります。

• 不明なターゲットまたはアンテナの動き:モデル化されていない動きにより、ターゲット イメージの焦点がぼけ、間違った位置に配置されます。このエラーは、適切な機械設計またはオートフォーカス技術の使用によって制御されます。このエラーは、前述の解析信号位相測定方法によって測定できます。
• 垂直近距離場エラー: 3D ISAR を実行しない限り、水平合成開口に対して直角の垂直ターゲット範囲は、垂直遠距離場制限内に収まる必要があります。背の高いターゲットは焦点がずれ、誤った位置に移動します。ターゲット領域の 2D ISAR 表現は平面です。
• 統合サイドローブ リターン: ISAR 画像の品質は、距離および方位圧縮サイドローブによって低下します。サイドローブはデータの切り捨てによって発生し、適切なウィンドウ関数を適用することで低減できます。サイドローブは、画像を大幅に劣化させる可能性があります。まず、強いサイドローブのピークによって、強いターゲットの両側に、次第に弱くなるターゲットの列が表示されることがあります。次に、すべてのサイドローブの総合パワーによって、RCS が低い領域の詳細がぼやけたり、消えたりする傾向があります。統合サイドローブ レベルは、条件が悪いと、ピーク ターゲット リターンより10 dB低いレベルに達することがあります。
• 周波数と方位角のサンプリング エラー:周波数または方位角のデルタを誤って選択すると、エイリアシングされた画像が生成され、誤ったターゲットが作成されます。前述の SIM プログラムは、エイリアシング エラーを特に監視し、このエラーの原因を効果的に排除します。
• アンテナの異常:アンテナの位相中心位置がアンテナのアスペクトまたは RF 周波数に依存している場合、ジオメトリの異常が発生します。このエラーの原因は通常、長距離の狭い周波数帯域で小型のシンプルなアンテナを使用することで制御されます。ログ周期などの周波数分散アンテナに対する 1 次補正は、受信信号の位相補正によって処理できます。異常を完全に補正するには、異常ジオメトリを使用して ISAR 変換を直接統合します。
• ターゲットの分散:分散ターゲットは、最小ではない位相応答を持ち、RF周波数に応じて位置がシフトするように見えます。分散ターゲットの例には、吸収深度が周波数の関数である RF 吸収体や、位相中心位置が周波数に依存するさまざまなアンテナなどがあります。CW ISAR イメージング、または場合によっては FMCW ISAR 変換前の前処理により、ターゲット イメージの分散デフォーカスを排除できます。
• マルチパス:多重反射により、ジェット機の排気管からの典型的なゴースト画像軌跡などの ISAR 画像歪みが発生する可能性があります。

2D 平面逆 ISAR 変換のエラーには次のものがあります。

• 画像ブロッキング モデリング エラー:逆 ISAR 変換では現在、散乱体が平面上にあり、他の散乱体をブロックできないと想定しています。
• 画像マルチパス モデリング エラー:逆 ISAR 変換は現在、マルチパス環境をモデリングしません。現在の ISAR 変換はマルチパスを正しく処理しないことに注意してください。

• 絞り合成
• ビームフォーミング
• 光ヘテロダイン検出
• フェーズドアレイ
• レーダー断面積
• 合成開口レーダー

• 逆合成開口画像レーダー (ダン・スレーター著、1985 年)
• 逆合成開口画像レーダー (ダン・スレーター著、1985 年)
• ジオゾンダスで開発された2Dおよび3D UWBレーダー画像システム
• 高度なレーダーシステム