特開 2024-94744 パッシブバイスタティックレーダーシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024094744

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】パッシブバイスタティックレーダーシステム

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/46 20060101AFI20240703BHJP

   G01S 13/88 20060101ALI20240703BHJP

   G01S 13/90 20060101ALI20240703BHJP

   G01V 3/12 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

G01S13/46

G01S13/88 200

G01S13/90

G01V3/12 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211486

(22)【出願日】2022-12-28

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、未来社会創造事業「超広帯域アンテナ・デジタル技術などを基盤技術とした受動型バイスタティックレーダーの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000101857

【氏名又は名称】アンテナ技研株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤原 純

(72)【発明者】

【氏名】須藤 邦明

【テーマコード（参考）】

2G105

5J070

【Ｆターム（参考）】

2G105AA02

2G105BB14

2G105CC01

2G105DD02

2G105EE02

2G105GG05

2G105LL02

2G105LL03

5J070AA02

5J070AC02

5J070AC11

5J070AD02

5J070AE11

5J070AF10

5J070AH04

5J070AH31

5J070AH35

5J070AK40

5J070BE02

5J070BG03

(57)【要約】

【課題】ターゲットの測定を容易に行うことを可能にする。
【解決手段】パッシブバイスタティックレーダーシステム１は、電波を送信可能な送信装置２０と、送信装置２０から送信された直接波を受信可能な第１アンテナ２２と、送信装置２０から送信されて測定対象となるターゲット１０により反射された反射波を受信可能な第２アンテナ２４と、第１アンテナ２２により受信された直接波の電力と、第２アンテナ２４により受信された反射波の電力とに基づいて、少なくともターゲット１０の位置の測定を行うレーダー装置２６と、を備え、送信装置２０は、持ち運んで利用可能であり、公衆に利用される電波を送信する公衆移動局である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電波を送信可能な送信装置と、
前記送信装置から送信された直接波を受信可能な第１アンテナと、
前記送信装置から送信されて測定対象となるターゲットにより反射された反射波を受信可能な第２アンテナと、
前記第１アンテナにより受信された前記直接波の電力と、前記第２アンテナにより受信された前記反射波の電力とに基づいて、少なくとも前記ターゲットの位置の測定を行うレーダー装置と、
を備え、
前記送信装置は、持ち運んで利用可能であり、公衆に利用される電波を送信する公衆移動局である、パッシブバイスタティックレーダーシステム。

【請求項2】

前記送信装置は、スマートフォン、携帯電話、タブレット、モバイルルーターおよびノートパソコンのいずれかである、請求項１に記載のパッシブバイスタティックレーダーシステム。

【請求項3】

前記ターゲットは、地中に埋設された埋設物および地中の空洞の少なくともいずれかであり、
前記送信装置から送信される電波の周波数は、１ＧＨｚ未満である、請求項１に記載のパッシブバイスタティックレーダーシステム。

【請求項4】

前記ターゲットは、地面であり、
前記送信装置から送信される電波の周波数は、１ＧＨｚ以上である、請求項１に記載のパッシブバイスタティックレーダーシステム。

【請求項5】

前記レーダー装置は、前記第１アンテナにより受信された前記直接波の電力と、前記第２アンテナにより受信された前記反射波の電力との相関関数を導出し、導出した相関関数に従って前記ターゲットの位置を特定する、請求項１に記載のパッシブバイスタティックレーダーシステム。

【請求項6】

前記送信装置は、送信する電波が前記ターゲットの推定位置に到達可能な範囲内に配置され、
前記第１アンテナは、前記送信装置の近傍に配置され、
前記第２アンテナは、前記ターゲットの推定位置で反射された前記反射波を受信可能な範囲内に配置される、請求項１に記載のパッシブバイスタティックレーダーシステム。

【請求項7】

前記第１アンテナは、前記送信装置の近傍に配置されるとともに、前記レーダー装置と有線接続されている、請求項１に記載のパッシブバイスタティックレーダーシステム。

【請求項8】

前記第２アンテナは、前記第１アンテナと前記送信装置との間の距離よりも前記第１アンテナに対して離隔して配置される、請求項１に記載のパッシブバイスタティックレーダーシステム。

【請求項9】

前記第２アンテナは、互いに直交する第１エレメントおよび第２エレメントを有するクロス八木アンテナであり、前記反射波の水平偏波および垂直偏波を受信する、請求項１に記載のパッシブバイスタティックレーダーシステム。

【請求項10】

前記第２アンテナは、受信位置をずらしながら前記反射波の受信が可能に構成されており、
前記レーダー装置は、前記第２アンテナにより受信された受信位置ごとの前記反射波の電力に基づいて合成開口処理を行い、前記合成開口処理の結果に基づいて前記ターゲットの特徴を特定する、請求項１に記載のパッシブバイスタティックレーダーシステム。

【請求項11】

遮蔽体をさらに備え、
前記遮蔽体は、前記送信装置と前記第２アンテナとの間に配置される、請求項１に記載のパッシブバイスタティックレーダーシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パッシブバイスタティックレーダーシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、地中に埋設された対象物の探査を行う地中レーダー装置が開示されている。かかる地中レーダー装置は、電波を地中に送信する送信部と、対象物で反射した電波を受信する受信部とを備えている。すなわち、かかる地中レーダー装置は、探査用の電波を自ら（アクティブに）送信している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１００７９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レーダーを用いてターゲット（対象物）を測定する技術の一例である、従来の地中探査技術では、電波をアクティブに送信しているため、電波法の観点から空中に電波を送信することが制限されており、電波漏れを抑制するために地面の近傍から地中に向けて電波を送信する構成としなければならない。このため、従来の地中探査技術では、レーダー装置の使用に制限や制約が生じることがある。

【0005】

そこで、本発明は、ターゲットの測定を容易に行うことが可能なパッシブバイスタティックレーダーシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係るパッシブバイスタティックレーダーシステムは、電波を送信可能な送信装置と、送信装置から送信された直接波を受信可能な第１アンテナと、送信装置から送信されて測定対象となるターゲットにより反射された反射波を受信可能な第２アンテナと、第１アンテナにより受信された直接波の電力と、第２アンテナにより受信された反射波の電力とに基づいて、少なくともターゲットの位置の測定を行うレーダー装置と、を備え、送信装置は、持ち運んで利用可能であり、公衆に利用される電波を送信する公衆移動局である。

【0007】

送信装置は、スマートフォン、携帯電話、タブレット、モバイルルーターおよびノートパソコンのいずれかであるとしてもよい。

【0008】

ターゲットは、地中に埋設された埋設物および地中の空洞の少なくともいずれかであり、送信装置から送信される電波の周波数は、１ＧＨｚ未満であるとしてもよい。

【0009】

ターゲットは、地面であり、送信装置から送信される電波の周波数は、１ＧＨｚ以上であるとしてもよい。

【0010】

レーダー装置は、第１アンテナにより受信された直接波の電力と、第２アンテナにより受信された反射波の電力との相関関数を導出し、導出した相関関数に従ってターゲットの位置を特定するようにしてもよい。

【0011】

送信装置は、送信する電波がターゲットの推定位置に到達可能な範囲内に配置され、第１アンテナは、送信装置の近傍に配置され、第２アンテナは、ターゲットの推定位置で反射された反射波を受信可能な範囲内に配置されるようにしてもよい。

【0012】

第１アンテナは、送信装置の近傍に配置されるとともに、レーダー装置と有線接続されているとしてもよい。

【0013】

第２アンテナは、第１アンテナと送信装置との間の距離よりも第１アンテナに対して離隔して配置されるようにしてもよい。

【0014】

第２アンテナは、互いに直交する第１エレメントおよび第２エレメントを有するクロス八木アンテナであり、反射波の水平偏波および垂直偏波を受信するようにしてもよい。

【0015】

第２アンテナは、受信位置をずらしながら反射波の受信が可能に構成されており、レーダー装置は、第２アンテナにより受信された受信位置ごとの反射波の電力に基づいて合成開口処理を行い、合成開口処理の結果に基づいてターゲットの特徴を特定するようにしてもよい。

【0016】

パッシブバイスタティックレーダーシステムは、遮蔽体をさらに備え、遮蔽体は、送信装置と第２アンテナとの間に配置されるとしてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、ターゲットの測定を容易に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本実施形態にかかるパッシブバイスタティックレーダーシステムの構成を示す概略図である。

【図2】図２は、第２アンテナの一例であるクロス八木アンテナとターゲットとの関係を説明する図である。

【図3】図３は、パッシブバイスタティックレーダーシステムの他の構成を示す概略図である。

【図4】図４は、ターゲットの測定方法を説明するフローチャートである。

【図5】図５は、信号処理部５０による信号処理の流れを説明するフローチャートである。

【図6】図６は、実験結果の一例を示す図である。

【図7】図７は、送信装置から送信される電波の周波数について説明する図である。

【図8】図８は、変形例のパッシブバイスタティックレーダーシステムの構成を示す概略図である。

【図9】図９は、変形例のパッシブバイスタティックレーダーシステムにおける信号処理部の信号処理の流れを説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料、数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0020】

図１は、本実施形態にかかるパッシブバイスタティックレーダーシステム１の構成を示す概略図である。

【0021】

パッシブバイスタティックレーダーシステム１は、測定対象であるターゲット１０の測定が可能な構成となっている。ターゲット１０は、例えば、地中に埋設された埋設物や地中の空洞などである。埋設物は、例えば、水道管、ガス管、電力線、通信線などであるが、例示したものに限らない。パッシブバイスタティックレーダーシステム１では、ターゲット１０の位置、形状、大きさ、姿勢（方向）など、ターゲット１０に関する各種の特徴を測定することができる。また、ターゲット１０は、地面１２や壁面など、地上に露出しているものであってもよい。例えば、パッシブバイスタティックレーダーシステム１では、大地の表面変位を測定することもできる。

【0022】

パッシブバイスタティックレーダーシステム１は、送信装置２０、第１アンテナ２２、第２アンテナ２４およびレーダー装置２６を備える。第１アンテナ２２、第２アンテナ２４およびレーダー装置２６は、レーダーユニット３０を構成する。送信装置２０は、レーダーユニット３０から独立した装置である。

【0023】

送信装置２０は、電波を送信可能な装置である。本実施形態における送信装置２０は、公衆移動局である。公衆移動局とは、持ち運んで利用可能であり、公衆に利用される電波を送信する無線局である。公衆に利用される電波は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの公衆無線システムで用いられる周波数の電波である。公衆移動局が送信する電波については、後に詳述する。

【0024】

送信装置２０は、具体的には、スマートフォン、携帯電話、タブレット、モバイルルーター、ノートパソコンなどである。なお、送信装置２０は、例示した機器に限らず、公衆移動局として機能する任意の機器であってもよい。すなわち、送信装置２０は、モバイル装置であり、送信装置２０について無線局の登録を行わなくてもユーザーが使用可能なものや、無線従事者免許がなくてもユーザーが使用可能なものである。

【0025】

送信装置２０は、ターゲット１０が存在すると推定される推定位置に送信装置２０から送信される電波が到達可能な所定範囲内に配置される。ここでの所定範囲内は、例えば、１０ｍ以内などであるが、使用する電波によって適切に設定することができる。送信装置２０は、持ち運びが可能であるため、当該所定範囲内の任意の位置に配置することができる。

【0026】

第１アンテナ２２は、送信装置２０から送信された電波の直接波を受信可能に構成されている。第１アンテナ２２は、例えば、チップアンテナやループアンテナなどである。なお、第１アンテナ２２は、例示した種類のアンテナに限らず、任意の種類のアンテナであってもよい。

【0027】

第１アンテナ２２は、送信装置２０の近傍に配置される。ここでの近傍とは、送信装置２０と第１アンテナ２２との間の距離が、送信装置２０とターゲット１０の推定位置との間の距離に対して十分に短いことを意味する。また、ここでの近傍は、第１アンテナ２２が送信装置２０に接触して配置されることを許容する。第１アンテナ２２が送信装置２０の近傍に配置されることで、第１アンテナ２２は、送信装置２０から送信される直接波を適切に受信することができる。

【0028】

第１アンテナ２２は、レーダー装置２６に有線接続されている。これにより、第１アンテナ２２の位置に拘わらず、第１アンテナ２２からレーダー装置２６までの信号の伝達時間が一定に保たれる。このため、送信装置２０および第１アンテナ２２の位置を固定して測定することで、送信装置２０から送信された直接波が第１アンテナ２２を通じてレーダー装置２６に伝達するまでの伝達時間を一定にすることができる。その結果、測定の基準となる直接波の取得タイミングが変動することを抑制することができ、測定精度を向上させることができる。

【0029】

第２アンテナ２４は、送信装置２０から送信された電波のうちターゲット１０により反射された反射波を受信可能に構成されている。第２アンテナ２４は、第１アンテナ２２に対して離隔して配置される。具体的には、第１アンテナ２２と第２アンテナ２４との間の距離が、第１アンテナ２２と送信装置２０との間の距離よりも長くなるように、第２アンテナ２４が配置される。例えば、第１アンテナ２２と第２アンテナ２４との間の距離が、第１アンテナ２２と送信装置２０との間の距離の５倍以上となるように配置されることが好ましい。なお、距離の比較値は、例示した数値に限らず、適宜設定することができる。

【0030】

また、第２アンテナ２４は、ターゲット１０の推定位置で反射された反射波を受信可能な所定範囲内に配置される。ここでの所定範囲内は、送信装置２０から送信される電波の周波数、ターゲット１０の推定位置、ターゲット１０の設置環境など、各種の条件を考慮して適宜設定されてもよい。

【0031】

パッシブバイスタティックレーダーシステム１におけるバイスタティックとは、送信装置２０が、第１アンテナ２２および第２アンテナ２４に対して独立していることを意味する。

【0032】

また、従来の地中レーダー装置は、探査用の電波を地中レーダー装置が自ら送信するアクティブ型のレーダー装置であった。一方、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１におけるパッシブとは、レーダーユニット３０自体が、電波を送信しないことを意味する。すなわち、本実施形態のレーダーユニット３０は、第１アンテナ２２および第２アンテナ２４の両方が受信用のアンテナで構成されるため、パッシブバイスタティックレーダーを構成している。

【0033】

第２アンテナ２４は、レーダー装置２６に有線接続されている。これにより、第２アンテナ２４の位置に拘わらず、第２アンテナ２４からレーダー装置２６までの信号の伝達時間が一定に保たれる。

【0034】

第２アンテナ２４は、例えば、クロス八木アンテナである。なお、第２アンテナ２４は、クロス八木アンテナに限らず、任意の種類のアンテナであってもよい。

【0035】

図２は、第２アンテナ２４の一例であるクロス八木アンテナ２４ａとターゲット１０との関係を説明する図である。図２のターゲット１０ａは、地面１２に対して水平に配置されているターゲット１０の一例である。ターゲット１０ｂは、地面１２に対して垂直に配置されているターゲット１０の一例である。ターゲット１０ｃは、地面１２に対して傾斜して配置されているターゲット１０の一例である。

【0036】

第２アンテナ２４の一例であるクロス八木アンテナ２４ａは、複数の第１エレメント４０および複数の第２エレメント４２を有している。第１エレメント４０および第２エレメント４２は、互いに直交している。クロス八木アンテナ２４ａは、第１エレメント４０が地面１２に対して水平になり、第２エレメント４２が地面１２に対して垂直になるような姿勢で配置される。クロス八木アンテナ２４ａがこのように配置されることで、第１エレメント４０は、ターゲット１０により反射された反射波の水平偏波を受信し、第２エレメント４２は、ターゲット１０により反射された垂直偏波を受信する。

【0037】

第１エレメント４０は、地面１２に対して水平に配置されているターゲット１０ａに対して平行となり、地面１２に対して垂直に配置されているターゲット１０ｂに対して垂直となっている。

【0038】

第１エレメント４０は、第１エレメント４０に対して垂直なターゲット１０ｂで反射された反射波については適切に受信することができないが、第１エレメント４０に対して平行なターゲット１０ａで反射された反射波を受信可能である。すなわち、クロス八木アンテナ２４ａを用いることで、第１エレメント４０で受信された電力によって水平に配置されたターゲット１０ａの測定を行うことができる。

【0039】

一方、第２エレメント４２は、地面１２に対して垂直に配置されているターゲット１０ｂに対して平行となり、地面１２に対して水平に配置されているターゲット１０ａに対して垂直となっている。

【0040】

第２エレメント４２は、第２エレメント４２に対して垂直なターゲット１０ａで反射された反射波については適切に受信することができないが、第２エレメント４２に対して平行なターゲット１０ｂで反射された反射波を受信可能である。すなわち、クロス八木アンテナ２４ａを用いることで、第２エレメント４２で受信された電力によって垂直に配置されているターゲット１０ｂの測定を行うことができる。

【0041】

また、第１エレメント４０は、傾斜して配置されているターゲット１０ｃで反射された反射波の水平方向成分（水平偏波成分）を受信可能である。第２エレメント４２は、斜めに存在するターゲット１０ｃで反射された反射波の垂直方向成分（垂直偏波成分）を受信可能である。第１エレメント４０で受信された電力と第２エレメント４２で受信された電力との比率を導出することで、傾斜して配置されているターゲット１０ｃの測定を行うことができる。すなわち、クロス八木アンテナ２４ａを用いることで、傾斜して配置されているターゲット１０ｃの測定も行うことができる。

【0042】

このように、第２アンテナ２４としてクロス八木アンテナ２４ａを用いることで、ターゲット１０の姿勢に拘わらず、ターゲット１０の測定を行うことができる。

【0043】

図１に戻って説明する。レーダー装置２６は、信号処理部５０および表示部５２を有する。信号処理部５０は、例えば、ＡＤコンバータおよびＤＳＰ（Digital Signal Processor）により構成される。

【0044】

信号処理部５０は、第１アンテナ２２により受信された直接波の電力（直接波の受信電力）と、第２アンテナ２４により受信された反射波の電力（反射波の受信電力）とを取得する。信号処理部５０は、直接波の受信電力と反射波の受信電力とに基づいて、少なくともターゲット１０の位置の測定を行う。

【0045】

例えば、直接波の受信電力の取得タイミングと反射波の受信電力の取得タイミングとの差分を取ることで、送信装置２０からターゲット１０を経由して第２アンテナ２４に至る経路を電波が伝搬する時間を特定することができる。この時間を距離に換算すれば、送信装置２０からターゲット１０を経由して第２アンテナ２４に至る経路の距離を特定することができる。そして、この距離に対して、送信装置２０の位置および第２アンテナ２４の位置の関係から所定の距離調整を行うことで、第２アンテナ２４からターゲット１０までの距離を特定することができる。すなわち、ターゲット１０の位置を特定することができる。

【0046】

表示部５２は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどである。表示部５２は、信号処理部５０による処理結果を表示可能に構成されている。

【0047】

図３は、パッシブバイスタティックレーダーシステム１の他の構成を示す概略図である。図３で示すように、パッシブバイスタティックレーダーシステム１は、遮蔽体６０をさらに備えてもよい。

【0048】

遮蔽体６０は、導電性を有する金属で構成される。遮蔽体６０としては、例えば、電磁シールドを目的とした金網や鉄板などを用いることができる。遮蔽体６０は、送信装置２０と第２アンテナ２４との間に配置される。なお、遮蔽体６０は、導電性を有する金属で構成されるものに限らず、例えば、電波を吸収する材質のもので構成されてもよい。

【0049】

遮蔽体６０を配置することで、送信装置２０から送信された直接波が第２アンテナ２４で受信されることを防止することができる。第２アンテナ２４の受信電力に直接波が混在することが防止されるため、信号処理部５０におけるターゲット１０の測定結果の精度の低下を抑制することができる。

【0050】

図４は、ターゲット１０の測定方法を説明するフローチャートである。ターゲット１０の測定を行う場合、まず、送信装置２０に電波を送信させる（Ｓ１０）。

【0051】

例えば、送信装置２０がスマートフォンであれば、スマートフォンで通話を行えば、電波を送信させることができる。また、通話に限らず、例えば、スマートフォンでデータ通信を行うことによっても電波を送信させることができる。ここではスマートフォンを例に挙げたが、送信装置２０が他の種類の公衆移動局であっても、送信装置２０に無線通信を行わせることによって送信装置２０から電波を送信させることができる。

【0052】

送信装置２０が電波を送信すると、第１アンテナ２２は、送信装置２０からの直接波を受信する（Ｓ１１）。

【0053】

また、第２アンテナ２４は、送信装置２０から送信されてターゲット１０で反射された反射波を受信する（Ｓ１２）。

【0054】

信号処理部５０は、受信した直接波および反射波に基づいて信号処理（Ｓ１３）を行う。この信号処理により、ターゲット１０の位置などの測定結果が得られる。信号処理（Ｓ１３）については、後に詳述する。

【0055】

信号処理（Ｓ１３）が完了して測定結果が得られると、信号処理部５０は、その測定結果を表示部５２に表示させる（Ｓ１４）。

【0056】

図５は、信号処理部５０による信号処理（Ｓ１３）の流れを説明するフローチャートである。

【0057】

信号処理部５０は、まず、第１アンテナ２２により受信された直接波の受信電力「ｆ（ｔ）」を取得する（Ｓ２０）。「ｆ（ｔ）」は、受信電力の時間に対する関数である。

【0058】

また、信号処理部５０は、第２アンテナ２４により受信された反射波の受信電力「ｇ（ｔ）」を取得する（Ｓ２１）。「ｇ（ｔ）」は、受信電力の時間に対する関数である。

【0059】

信号処理部５０は、取得した直接波の受信電力「ｆ（ｔ）」に対してフーリエ変換（例えば、高速フーリエ変換）を行い、直接波の受信電力の周波数スペクトル「Ｆ（ｆ）」を導出する（Ｓ２２）。

【0060】

また、信号処理部５０は、取得した反射波の受信電力「ｇ（ｔ）」に対してフーリエ変換（例えば、高速フーリエ変換）を行い、反射波の受信電力の周波数スペクトル「Ｇ（ｆ）」を導出する（Ｓ２３）。

【0061】

信号処理部５０は、直接波の受信電力の周波数スペクトル「Ｆ（ｆ）」の複素共役をとって、「Ｆ（ｆ）」の共役複素数「Ｆ^＊（ｆ）」を導出する（Ｓ２４）。

【0062】

次に、信号処理部５０は、直接波の受信電力の周波数スペクトルの共役複素数「Ｆ^＊（ｆ）」と、反射波の受信電力の周波数スペクトル「Ｇ（ｆ）」とを乗算し、クロススペクトル「Ｆ^＊（ｆ）Ｇ（ｆ）」を導出する（Ｓ２５）。

【0063】

信号処理部５０は、クロススペクトル「Ｆ^＊（ｆ）Ｇ（ｆ）」に対して逆フーリエ変換を行い、相関関数「Ｃ（ｔ）」を導出する（Ｓ２６）。相関関数「Ｃ（ｔ）」は、時間の関数である。

【0064】

信号処理部５０は、相関関数「Ｃ（ｔ）」に基づいてターゲット１０の位置を特定し（Ｓ２７）、信号処理（Ｓ１３）を終了する。なお、ターゲット１０の位置は、第２アンテナ２４からターゲット１０までの距離や、地面１２からターゲット１０までの距離（埋設深さ）の概念を含んでもよい。

【0065】

例えば、信号処理部５０は、相関関数「Ｃ（ｔ）」における相関値が最大となる時点を特定する。信号処理部５０は、相関関数「Ｃ（ｔ）」における基準時点（例えば、０）から、特定した時点までの時間を距離に換算する。このようにして得られた距離が、送信装置２０からターゲット１０を経由して第２アンテナ２４までの経路の距離に相当する。信号処理部５０は、このようにして得られた距離を、例えば、１／２などの所定の調整係数を乗算するなどして、第２アンテナ２４からターゲット１０の位置までの距離を導出することができる。

【0066】

送信装置２０の位置および第２アンテナ２４の位置は、ユーザーが任意に設定できる。そのため、例えば、送信装置２０の位置および第２アンテナ２４の位置を、ユーザーがレーダー装置２６に予め入力するなどして、送信装置２０の位置および第２アンテナ２４の位置を特定しておくことができる。信号処理部５０は、例えば、第２アンテナ２４の位置と、導出した第２アンテナ２４からターゲット１０までの距離とから、ターゲット１０の位置を特定することが可能である。

【0067】

なお、図５のフローチャートの各処理において、一部を並列処理で実行してもよい。例えば、信号処理部５０は、直接波の受信電力「ｆ（ｔ）」を取得して直接波の受信電力の周波数スペクトル「Ｆ（ｆ）」を導出する処理と、反射波の受信電力「ｇ（ｔ）」を取得して射波の受信電力の周波数スペクトル「Ｇ（ｆ）」を導出する処理とを、並列して行ってもよい。

【0068】

図６は、実験結果の一例を示す図である。実験では、ターゲット１０としてアルミ板を使用し、ターゲット１０を地上に設置した。また、実験では、送信装置２０としてルーターを使用し、第１アンテナ２２としてループアンテナを使用し、第２アンテナ２４として八木アンテナを使用した。また、実験では、送信装置２０と第２アンテナ２４との間に金網の遮蔽体６０を設けた。

【0069】

図６（ａ）は、第１アンテナ２２を通じて信号処理部５０が取得した直接波の受信電力「ｆ（ｔ）」の一例である。図６（ｂ）は、第２アンテナ２４を通じて信号処理部５０が取得した反射波の受信電力「ｇ（ｔ）」の一例である。図６（ａ）および図６（ｂ）で示すように、反射波は、ターゲット１０の位置の情報を含むため、直接波と比べ、受信電力の時間変化が大きい。

【0070】

図６（ｃ）は、図６（ａ）の波形に対してフーリエ変換を行って得られた、直接波の受信電力の周波数スペクトル「Ｆ（ｆ）」の一例である。図６（ｃ）で示すように、直接波の受信電力の周波数スペクトル「Ｆ（ｆ）」では、送信装置２０から送信された電波の周波数特性が反映されている。

【0071】

図６（ｄ）は、図６（ｂ）の波形に対してフーリエ変換を行って得られた、反射波の受信電力の周波数スペクトル「Ｇ（ｆ）」の一例である。図６（ｄ）で示すように、反射波の受信電力の周波数スペクトル「Ｇ（ｆ）」では、ターゲット１０で反射された電波を含む周波数特性が反映されている。

【0072】

図６（ｅ）は、図６（ｃ）の周波数スペクトル「Ｆ（ｆ）」と図６（ｄ）の周波数スペクトル「Ｇ（ｆ）」とに基づいて導出された相関関数「Ｃ（ｔ）」の一例である。図６（ｅ）において、時点０は、送信装置２０の位置に対応する基準時点を示す。時点Ｔｃは、相関関数「Ｃ（ｔ）」の相関値が最大となる時点を示す。時間ＴＬは、時点０から時点Ｔｃまでの時間である。

【0073】

時間ＴＬは、送信装置２０からターゲット１０を経由して第２アンテナ２４に至る経路の距離に対応する時間である。すなわち、信号処理部５０は、この時間ＴＬを特定し、時間ＴＬに所定の換算係数や所定の調整係数を乗算するなどして、第２アンテナ２４からターゲット１０までの距離を特定する。その結果、ターゲット１０の位置が特定される。

【0074】

図７は、送信装置２０から送信される電波の周波数について説明する図である。パッシブバイスタティックレーダーシステム１では、ターゲット１０の種類によって送信装置２０から送信される電波の周波数を使い分けることが好ましい。

【0075】

図７で示すように、ターゲット１０が、地中に埋設された埋設物および地中の空洞の少なくともいずれかである場合、送信装置２０から送信される電波の周波数を、１ＧＨｚ未満とすることが好ましい。ここで、周波数が１ＧＨｚ以上となると、電波の地中での減衰が大きくなる。これを踏まえ、１ＧＨｚ未満の周波数の電波を用いて、地中のターゲット１０の測定を行うことで、電波の地中での減衰を抑制することができる。その結果、地中のターゲット１０の測定精度の低下を抑制することができる。

【0076】

１ＧＨｚ未満の周波数の一例としては、例えば、ＬＴＥで利用される、７０３～９１５ＭＨｚの周波数が挙げられる。なお、送信装置２０から送信する電波の周波数は、例示した周波数に限らず、１ＧＨｚ未満の任意の周波数としてもよい。

【0077】

また、図７で示すように、ターゲット１０が、地面などのように、地上に現れているものである場合、送信装置２０から送信される電波の周波数を、１ＧＨｚ以上とすることが好ましい。ここで、ターゲット１０が地上にあれば、地中での電波の減衰を考慮しなくてもよい。また、周波数が高いほど、信号処理部５０における信号処理の精度を高くすることができる。これを踏まえ、１ＧＨｚ以上の周波数の電波を用いて、地上のターゲット１０の測定を行うことで、測定精度を向上させることができる。例えば、１ＧＨｚ以上の周波数の電波を用いることで、大地の表面変位を精度良く測定することができる。

【0078】

１ＧＨｚ以上の周波数の一例として、図７で示す（１）～（４）の態様が挙げられる。第１の例（１）としては、５．６ＧＨｚ帯のＷＬＡＮで利用される、５４７０～５７３０ＭＨｚの周波数が挙げられる。第２の例（２）としては、５Ｇ（第５世代移動通信システム）で利用される、３．６～４．２ＧＨｚ、４．４～４．９ＧＨｚの周波数が挙げられる。第３の例（３）としては、６０ＧＨｚ帯の移動体検知センサなどで利用される、５７～６４ＧＨｚの周波数が挙げられる。第４の例（４）としては、７９ＧＨｚ帯の車載レーダーで利用される、７７～８１ＧＨｚの周波数が挙げられる。なお、送信装置２０から送信する周波数は、例示した周波数に限らず、１ＧＨｚ以上の任意の周波数としてもよい。

【0079】

以上のように、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１は、電波を送信可能な送信装置２０と、第１アンテナ２２と、第２アンテナ２４と、レーダー装置２６とを備える。第１アンテナ２２は、送信装置から送信された直接波を受信可能となっている。第２アンテナ２４は、送信装置２０から送信されて所定のターゲット１０により反射された反射波を受信可能となっている。レーダー装置２６は、第１アンテナ２２により受信された直接波の電力と、第２アンテナ２４により受信された反射波の電力とに基づいて、ターゲット１０の測定を行う。そして、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、送信装置２０が、持ち運んで利用可能であり、公衆に利用される電波を送信する公衆移動局となっている。

【0080】

このように、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、第１アンテナ２２、第２アンテナ２４およびレーダー装置２６から構成されるレーダーユニット３０が電波をアクティブに送信せず、送信装置２０が公衆移動局であるため、無線局の登録が不要となっている。すなわち、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、無線局などの許認可を受けることが必要となる構成が省略されている。このため、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、無線局の登録の制約がないため、ユーザーが本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１を容易に利用することができる。

【0081】

また、スマートフォンなどの公衆移動局は、携帯電話基地局などの固定局と比べて、ターゲット１０に対して近距離に設置することが可能であるから、ターゲット１０に照射する電波の強度は比較的大きい。本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、送信装置２０が公衆移動局であるため、強度が比較的大きい電波を使用してターゲット１０の測定を行うことができる。このため、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、測定可能距離が短くなることを抑制することができるとともに、測定精度を向上させることが可能となる。

【0082】

また、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、送信装置２０が公衆移動局であるため、地面１２の近傍から地中に向けて電波を送信する態様に制限されない。例えば、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、地面１２から十分に離隔した位置から電波を送信することができるとともに、電波に指向性が無くてもターゲット１０の測定を行うことができる。このため、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、従来の地中探査レーダー装置と比べ、利便性が高い。

【0083】

また、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、地中探査だけでなく、大地の表面変位など、地上での測定にも利用できる。このため、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、地中探査しか行うことができない従来の地中探査レーダー装置と比べ、汎用性が高い。

【0084】

また、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、送信装置２０が公衆移動局であるため、公衆移動局で通常使用される周波数の電波を、ターゲット１０の測定に利用することができる。このため、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、ターゲット１０の測定に適した周波数の電波を利用することができる。

【0085】

また、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、送信装置２０としてユーザーが持っている公衆移動局を利用できる。このため、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、レーダーユニット３０の製造コストを抑制することができる。

【0086】

また、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、送信装置２０が公衆移動局であるため、ユーザーが送信装置２０を測定位置まで持ち運び移動することができる。このため、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、電波塔などの固定局と比べ、ターゲット１０の推定位置に電波を確実に伝達させることが可能となる。

【0087】

また、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、送信装置２０が公衆移動局であるため、送信装置２０の位置、すなわち、電波の送信位置を、ユーザーが自由に決めることができる。このため、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１では、電波塔などの固定局と比べ、電波の送信位置を容易に把握することができる。

【0088】

したがって、本実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１によれば、ターゲット１０の測定を容易に行うことが可能となる。

【0089】

図８は、変形例のパッシブバイスタティックレーダーシステム１００の構成を示す概略図である。パッシブバイスタティックレーダーシステム１００は、図１のパッシブバイスタティックレーダーシステム１を合成開口レーダー（Synthetic Aperture Radar：ＳＡＲ）に応用したものである。

【0090】

パッシブバイスタティックレーダーシステム１００において、第２アンテナ２４は、図８の両矢印Ａ１０で示すように、受信位置をずらしながら反射波の受信が可能に構成されている。例えば、第２アンテナ２４は、地面に平行な方向に移動可能に構成される。これにより、受信位置をずらしながら反射波の受信を順次行うことで、第２アンテナ２４の移動方向に第２アンテナ２４を複数並べたものと同じ効果を得ることができる。すなわち、仮想的に大きな開口面のアンテナで反射波を受信したことと同じ効果を得ることができる。

【0091】

なお、図８では、第２アンテナ２４が受信位置を移動可能に構成されているが、例えば、第２アンテナ２４を含むレーダーユニット３０全体を移動可能に構成することで、結果的に、第２アンテナ２４が受信位置を移動可能に構成されていてもよい。

【0092】

また、パッシブバイスタティックレーダーシステム１００において、レーダー装置２６の信号処理部５０は、第２アンテナ２４により受信された受信位置ごとの反射波の電力に基づいて合成開口処理を行う。

【0093】

受信位置をずらしながら反射波を取得すると、受信位置ごとに反射経路が異なる反射波が受信されるため、受信位置ごとに、送信装置２０からターゲット１０を経由して第２アンテナ２４に至る経路の距離情報が得られる。合成開口処理では、受信位置ごとの距離情報を合成して、２次元平面の各位置に距離情報がそれぞれ対応付けられた距離情報マップが生成される。

【0094】

信号処理部５０は、合成開口処理の結果に基づいて、ターゲット１０の特徴を特定する。ここでのターゲット１０の特徴は、ターゲット１０の位置（距離）だけでなく、ターゲット１０の形状、ターゲット１０の姿勢、ターゲット１０の大きさなどを含んでもよい。例えば、合成開口処理によって距離情報マップが生成されると、第２アンテナ２４からターゲット１０までの距離を、ターゲット１０の広い範囲で特定することができ、その結果、ターゲット１０の形状なども特定することが可能となる。

【0095】

図９は、変形例のパッシブバイスタティックレーダーシステム１００における信号処理部５０の信号処理（Ｓ１３）の流れを説明するフローチャートである。パッシブバイスタティックレーダーシステム１００では、第２アンテナ２４の受信位置ごとに、第１アンテナ２２による受信と第２アンテナ２４による受信とを行う。

【0096】

信号処理部５０は、まず、第２アンテナ２４の移動に応じて、順次、第１アンテナ２２による直接波の受信が行われることで、第１アンテナ２２により受信された直接波の受信電力「ｆ（ｔ）０～ｆ（ｔ）ｎ」を取得する（Ｓ３０）。なお、ｆ（ｔ）０の０およびｆ（ｔ）ｎのｎは、第２アンテナ２４による受信位置の数を示しており、受信位置が複数あること、換言すると、第２アンテナ２４の受信位置に応じた第１アンテナ２２による受信回数を意味する。すなわち、「ｆ（ｔ）０～ｆ（ｔ）ｎ」は、直接波の受信電力が複数取得されることを意味する。

【0097】

また、信号処理部５０は、第２アンテナ２４を移動しながら、順次、反射波の受信が行われることで、第２アンテナ２４により受信位置ごとに受信された反射波の受信電力「ｇ（ｔ）０～ｇ（ｔ）ｎ」を取得する（Ｓ３１）。なお、ｇ（ｔ）０の０およびｇ（ｔ）ｎのｎは、受信位置の数を示しており、受信位置が複数あることを意味する。すなわち、「ｇ（ｔ）０～ｇ（ｔ）ｎ」は、反射波の受信電力が複数取得されることを意味する。

【0098】

信号処理部５０は、取得した直接波の受信電力「ｆ（ｔ）０～ｆ（ｔ）ｎ」に対してフーリエ変換（例えば、高速フーリエ変換）を行い、直接波の受信電力の周波数スペクトル「Ｆ（ｆ）０～Ｆ（ｆ）ｎ」を導出する（Ｓ３２）。

【0099】

また、信号処理部５０は、取得した反射波の受信電力「ｇ（ｔ）０～ｇ（ｔ）ｎ」の各々に対してフーリエ変換（例えば、高速フーリエ変換）を行い、反射波の受信電力の周波数スペクトル「Ｇ（ｆ）０～Ｇ（ｆ）ｎ」を導出する（Ｓ３３）。

【0100】

信号処理部５０は、直接波の受信電力の周波数スペクトル「Ｆ（ｆ）０～Ｆ（ｆ）ｎ」の複素共役をとって、「Ｆ（ｆ）０～Ｆ（ｆ）ｎ」の共役複素数「Ｆ^＊（ｆ）０～Ｆ^＊（ｆ）ｎ」を導出する（Ｓ３４）。

【0101】

次に、信号処理部５０は、直接波の受信電力の周波数スペクトルの共役複素数「Ｆ^＊（ｆ）０～Ｆ^＊（ｆ）ｎ」と、反射波の受信電力の周波数スペクトル「Ｇ（ｆ）０～Ｇ（ｆ）ｎ」とを、反射波の受信電力の周波数スペクトルごとに乗算し、クロススペクトル「Ｆ^＊（ｆ）０Ｇ（ｆ）０～Ｆ^＊（ｆ）ｎＧ（ｆ）ｎ」を導出する（Ｓ３５）。

【0102】

信号処理部５０は、クロススペクトル「Ｆ^＊（ｆ）０Ｇ（ｆ）０～Ｆ^＊（ｆ）ｎＧ（ｆ）ｎ」の各々に対して逆フーリエ変換を行い、受信位置ごとの相関関数「Ｃ（ｔ）０～Ｃ（ｔ）ｎ」を導出する（Ｓ３６）。

【0103】

信号処理部５０は、相関関数「Ｃ（ｔ）０～Ｃ（ｔ）ｎ」に基づいて、第２アンテナ２４からターゲット１０までの距離「Ｌ０～Ｌｎ」を特定する（Ｓ３７）。距離「Ｌ０～Ｌｎ」は、受信位置ごとの距離を意味する。

【0104】

信号処理部５０は、距離「Ｌ０～Ｌｎ」に対して合成開口処理を行い、２次元平面の各位置に距離情報がそれぞれ対応付けられた距離情報マップを生成する（Ｓ３８）。

【0105】

信号処理部５０は、距離情報マップに基づいて、ターゲット１０の形状などの特徴を特定し（Ｓ３９）、信号処理（Ｓ１３）を終了する。

【0106】

なお、図９のフローチャートの各処理において、一部を並列処理で実行してもよい。例えば、信号処理部５０は、直接波の受信電力「ｆ（ｔ）０～ｆ（ｔ）ｎ」を取得して直接波の受信電力の周波数スペクトル「Ｆ（ｆ）０～Ｆ（ｆ）ｎ」を導出する処理と、反射波の受信電力「ｇ（ｔ）０～ｇ（ｔ）ｎ」を取得して射波の受信電力の周波数スペクトル「Ｇ（ｆ）０～Ｇ（ｆ）ｎ」を導出する処理とを、並列して行ってもよい。

【0107】

変形例のパッシブバイスタティックレーダーシステム１００では、上記実施形態のパッシブバイスタティックレーダーシステム１と同様に、ターゲット１０の測定を容易に行うことが可能となる。

【0108】

さらに、変形例のパッシブバイスタティックレーダーシステム１００では、ターゲット１０の位置だけでなく、例えば、ターゲット１０の形状など、ターゲット１０の各種の特徴を測定することが可能となる。

【0109】

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0110】

１、１００ パッシブバイスタティックレーダーシステム
１０ ターゲット
２０ 送信装置
２２ 第１アンテナ
２４ 第２アンテナ
２６ レーダー装置
６０ 遮蔽体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】