[P-EM12] 太陽地球系結合過程の研究基盤形成

[PEM12-P02] MUレーダー外付け受信専用アンテナを用いたアダプティブクラッター抑圧システムの開発

*橋口 浩之¹、矢吹 諒¹、西村 耕司¹ (1.京都大学生存圏研究所)

キーワード：大気レーダー、クラッター抑圧、ウエイトノルム拘束付DCMP法、MUレーダー

大気レーダー観測において、しばしば強い地形性クラッターエコー(山や建物からのエコー)が観測の障害となることがある。MUレーダーの25チャンネル受信データに対して、クラッター抑圧法としてNC-DCMP (Norm Constrained-Directionally Constrained Minimum Power)法が効果があることが実証されている[Nishimura et al., JTech., 2012]。NC-DCMP法によるクラッター抑圧処理をMUレーダーのオンライン処理システムとして実装することにも成功した[Hashiguchi et al., Radio Sci., 2018]。しかし、この方法では若干メインローブにも影響を与えるため、大気エコーのS/Nが劣化する。そこで本研究では、水平方向(クラッター方向)に指向性を有する受信専用の外付けアンテナを用いて、S/N劣化の少ないクラッター抑圧手法について研究した。
NC-DCMP法では、下記の制約条件付最適化問題を解く。
minimize P=1/2 w^H Rxx w
subject to C^Tw*=N and w^Hw≤δN
Pは信号電力、wはウェイトベクトル、Rxxは入力信号の共分散行列、Cは所望信号の方向ベクトル、Nはアレーの数、δはノルム拘束値、Hはエルミート演算子、Tは転置作用素、*は複素共役を表す。各サブアレイ(アンテナ)のゲインGiが異なる場合、方向ベクトルの大きさをCi=sqrt(Gi/||G||)とすれば良い。特に、今回のようにメインアンテナが高ゲインで、クラッター抑圧用外付けアンテナの大気方向のゲインが無視できる(G1≫G2, G3, ⋯)ときには、C=[1, 0, 0, ⋯]^Tとして良い。
MUレーダーアンテナ周辺に、ターンスタイルアンテナを4基設置した。アンテナからの信号を、リミッター、BPF、LNAを通して増幅した後、MUレーダー観測室まで同軸ケーブルを引き、観測室でLNAでさらに増幅した後、中間周波数(5MHz)にダウンコンバートし、MUレーダー超多チャンネル受信システムの4つの空きチャンネルに入力した。
従来のクラッター抑圧法である25チャンネルの受信データを独立に使用したNC-DCMP法と、25チャンネルを単純合成したものと外付けアンテナ4チャンネルでNC-DCMP法を適用したものを比較した。前者では大気エコーのS/Nが劣化することがあるが、後者では25チャンネル単純合成によりメインローブ形状が保証されるので、S/N劣化は見られなかった。クラッター抑圧特性は、後者では抑圧が十分でない場合があった。これは、外付けアンテナの位置とクラッター源の方向により、メインアンテナと外付けアンテナでレンジがずれることが原因の一つと考えられる。そこで、外付けアンテナの受信データのレンジをずらしたものをNC-DCMP法の入力とした。これにより、実時間処理が可能な計算時間で、クラッター抑圧を改善することができた。
インドネシア共和国の西スマトラに建設が計画されている赤道MUレーダーは、八木アンテナ19本を1群とする55群構成で、各群からの受信信号を独立に取得可能なシステムが提案されている。受信機のチャンネル数は64とする予定である。本研究の成果は、この赤道MUレーダーにも適用可能である。