イメージングレーダー

イメージングレーダーは、 2次元画像（通常は風景）を作成するために使用されるレーダーの応用です。イメージングレーダーは、地上の領域を照らし、無線波長で写真を撮影するための光を発します。画像を記録するには、アンテナとデジタルコンピュータストレージを使用します。レーダー画像では、レーダーアンテナに向かって反射されたエネルギーのみを見ることができます。レーダーは飛行経路に沿って移動し、レーダーによって照らされた領域（フットプリント）は、帯状に地表に沿って移動し、その際に画像が構築されます。^[1]

デジタルレーダー画像は多数の点から構成されています。レーダー画像の各ピクセルは、地上のそのエリアのレーダー後方散乱（地形反射）を表します。明るいエリアは後方散乱が高いことを表し、暗いエリアは後方散乱が低いことを表します。^[1]

レーダーの従来の用途は、電波信号を送信し、反射信号の方向と遅延を検出することで、通常は反射率の高い物体（航空機や船舶など）の位置と動きを表示することです。一方、イメージングレーダーは、反射信号の強​​度をさらに記録して散乱の量を決定することで、1つの物体（風景など）の画像を形成しようとします。記録された電磁散乱は2次元平面にマッピングされ、反射率の高いポイントには通常、より明るい色が割り当てられ、画像が作成されます。

これを実現するために、いくつかの技術が開発されました。一般的には、物体の回転やその他の動きによって生じるドップラー効果と、物体と地球上空を飛行する物体 (通常は飛行機) のレーダーが感知する後方散乱との間の相対的な動きによって生じる物体の見え方の変化を利用します。最近の技術の改良により、レーダーによる画像化はより正確になっています。画像化レーダーは、地球、その他の惑星、小惑星、その他の天体の地図作成や、軍事システムのターゲットの分類に使用されています。

イメージングレーダーは、画像化に使用できるレーダー装置の一種です。一般的なレーダー技術には、電波を発射し、その反射を受信し、この情報を使用してデータを生成することが含まれます。イメージングレーダーでは、返ってきた電波を使用して画像を作成します。電波が物体に反射すると、電波に何らかの変化が生じ、電波が移動した距離や遭遇した物体の種類など、物体に関するデータが得られます。取得したデータを使用して、コンピューターはターゲットの3Dまたは2D画像を作成できます。^[2]

イメージングレーダーにはいくつかの利点がある。^[3]目標を遮る障害物があっても作動し、地面（砂）、水、壁を貫通することができる。^{[4] [5]}

用途としては、地表地形と海岸の変化、土地利用監視、農業監視、氷パトロール、環境監視、気象レーダー、嵐監視、風せん断警報、医療用マイクロ波トモグラフィー、^[5]壁面レーダー画像化、^[6] 3D測定、^[7]などがある。

壁パラメータの推定には超広帯域レーダーシステムを使用する。ホーンアンテナと円形アンテナを備えたハンドルMシーケンスUWBレーダーがデータ収集とスキャン方法のサポートに使用された。^[6]

3D測定は振幅変調レーザーレーダー（Erimセンサーとパーセプトロンセンサー）によって行われます。中間距離操作の速度と信頼性の点では、3D測定は優れた性能を発揮します。^[7]

現在のレーダー画像処理技術は、主に合成開口レーダー(SAR) と逆合成開口レーダー(ISAR) 画像処理に依存しています。新しい技術では、モノパルス レーダー3D 画像処理が利用されています。

実開口レーダー（RAR）は、飛行方向に対して直角の距離方向に狭角のパルス電波ビームを送信し、ターゲットからの後方散乱を受信し、受信信号からレーダー画像に変換するレーダーの一種です。

通常、反射パルスはターゲットからの戻り時間の順に並べられ、これは距離方向のスキャンに対応します。

距離方向の解像度はパルス幅に依存します。方位方向の解像度はビーム幅とターゲットまでの距離の積に等しくなります。^[8]

AVTISレーダーは94GHzの実開口3Dイメージングレーダーです。周波数変調連続波変調を使用し、1メートル未満の距離分解能を持つ機械走査モノスタティックを採用しています。^[9]

レーザーレーダーは、対象物にレーザーを照射し、その反射光を分析することで距離を測定するリモートセンシング技術である。 ^[10]

レーザーレーダーは多次元画像化と情報収集に使用されます。すべての情報収集モードでは、目に安全な領域で送信するレーザーと、これらの波長で感度の高い受信機が必要です。^[11]

3Dイメージングには、すべてのピクセル内の最初の散乱までの距離を測定する能力が必要です。したがって、距離カウンターのアレイが必要です。距離カウンターのアレイに対するモノリシックアプローチが開発されています。この技術は、目に安全な波長の高感度検出器と組み合わせる必要があります。^[11]

ドップラー情報を測定するには、空間イメージングに使用されるものとは異なるタイプの検出方式が必要です。ドップラーシフトを抽出できるようにするには、返されたレーザーエネルギーをヘテロダインシステムの局部発振器と混合する必要があります。^[11]

合成開口レーダー(SAR) は、実際の開口またはアンテナを物体に沿った一連の位置に移動させて、特徴的な長期コヒーレント信号の変化を提供するレーダーの一種です。これを使用して、より高い解像度を得ることができます。

SAR は 2 次元 (2-D) 画像を生成します。画像の 1 つの次元は範囲と呼ばれ、レーダーから物体までの「視線」距離の尺度です。範囲は、パルスの送信からターゲットからのエコーの受信までの時間を測定することで決定されます。また、範囲解像度は送信パルス幅によって決定されます。もう 1 つの次元は方位角と呼ばれ、範囲に垂直です。SA​​R は比較的細かい方位角解像度を生成できるため、他のレーダーとは異なります。細かい方位角解像度を得るには、送信および受信エネルギーを鋭いビームに集束させる物理的に大きなアンテナが必要です。ビームの鋭さによって方位角解像度が決まります。航空機搭載レーダーは、この距離を飛行しながらデータを収集し、物理的に長いアンテナからのデータのように処理できます。航空機がアンテナを合成するために飛行する距離は、合成開口と呼ばれます。合成ビーム幅が狭いのは、比較的長い合成開口によるもので、小さな物理アンテナよりも解像度が高くなります。^[12]

逆合成開口レーダー(ISAR) は、2 次元および 3 次元の画像を高解像度で生成できる別の種類の SAR システムです。

ISAR システムは、固定レーダー アンテナと、ある程度の動きのあるターゲット シーンで構成されます。ISAR は、センサーとオブジェクト間の相対的な動きによって高い方位角解像度が達成される点で、理論的には SAR と同等ですが、ISAR の移動ターゲット シーンは通常、非協力的なオブジェクトで構成されます。

ISAR画像化には、SARで必要とされるものよりも複雑な動きの誤差補正方式のアルゴリズムが必要である。ISAR技術は、合成開口を作成するために、エミッターではなくターゲットの動きを使用する。ISARレーダーは船舶や航空機で一般的に使用されており、ターゲット認識に十分な品質のレーダー画像を提供できる。ISAR画像は、さまざまなミサイル、軍用機、民間機を区別するのに十分な場合が多い。^[13]

1. ISAR画像ではターゲットの実際の方位角を取得できない
2. 時には逆のイメージも存在します。例えば、船が海で前後に転がるときに形成されるイメージなどです。^{[説明が必要]}
3. ISAR画像は、回転軸に垂直なレンジドップラー平面上のターゲットの2次元投影画像です。レンジドップラー平面と座標平面が異なる場合、ISAR画像はターゲットの実際の形状を反映できません。したがって、ISAR画像では、ほとんどの状況でターゲットの実際の形状情報を取得できません。^[13]

ローリングは左右に動きます。ピッチングは前後に動き、ヨーイングは左または右に回転します。

モノパルス レーダー 3D イメージング技術では、1D 距離画像とモノパルス角度測定を使用して、各散乱体の実際の座標を取得します。この技術を使用すると、ターゲットの動きが変化しても画像は変化しません。モノパルス レーダー 3D イメージングでは、ISAR 技術を使用してドップラー領域で散乱体を分離し、モノパルス角度測定を実行します。

モノパルス レーダー 3D イメージングでは、方位差ビーム、仰角差ビーム、距離測定から取得した 3 つのパラメータのうち任意の 2 つを使用して、3D オブジェクトの 3 つのビューを取得できます。つまり、前面、上面、側面のビューは、それぞれ方位角 - 仰角、方位角 - 距離、仰角 - 距離になります。

モノパルスイメージングは​​一般的に近距離のターゲットに適応し、モノパルスレーダー3Dイメージングによって得られる画像は、物体の実際のサイズと一致する物理的な画像です。^[14]

4Dイメージングレーダーは、マルチ入力マルチ出力（MiMo）アンテナアレイを活用して、複数の静的および動的ターゲットを同時に高解像度で検出、マッピング、追跡します。3Dイメージングとドップラー解析を組み合わせて、速度という新たな次元を作成します。^[15]

4D イメージング レーダー システムは、各送信 (Tx) アンテナからターゲットまでの飛行時間と、各受信 (Rx) アンテナに戻る飛行時間を測定し、形成された多数の楕円体からのデータを処理します。楕円体が交差するポイント (ホット スポットと呼ばれます) によって、任意の瞬間のターゲットの正確な位置が明らかになります。

4D イメージング レーダーは、その汎用性と信頼性により、スマート ホーム、自動車、小売、セキュリティ、ヘルスケアなど、さまざまな環境に最適です。このテクノロジーは、カメラ、LIDAR、サーマル イメージング、超音波テクノロジーのすべての利点と、次のような追加の利点を兼ね備えていることで高く評価されています。

• 解像度: 大型の MiMo アンテナ アレイにより、複数の静的および動的ターゲットを同時に正確に検出および追跡できます。
• コスト効率: 4D イメージング レーダーのコストは 2D レーダー センサーとほぼ同じですが、より豊富なデータ、より高い精度、より多くの機能を備え、最適な価格性能バランスを提供するなど、大きな付加価値があります。
• 堅牢性とプライバシー: 光学系が不要なため、この技術はあらゆる照明条件や天候条件で堅牢です。4D イメージング レーダーはターゲットとの視線を必要としないため、暗闇、煙、蒸気、まぶしさ、悪天候でも操作できます。また、設計によりプライバシー^{[疑わしい–議論する]}と目立たない監視が確保されます。これは、すべての業界でますます重要な懸念事項となっています。

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