地中レーダ計測における超解像MIMOイメージング法の確立

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1.地表型MIMOシステムによる地表面の不均一を考慮した地雷探査システムの開発16年度に開発したMIMO地中レーダシステムにより地雷をターゲットとしたイメージングシステムの検討、特にアンテナアレイの配置について16年度における電磁界シミュレーションで得られた知見を元に実験的な検討を行った。地雷探査のためのMIMOアレイのアンテナとして微小ループアンテナを作成し、実験的にアンテナの傾き角の最適化を行った結果、MIMO配置では送受信パスを含む面内において45度程度すなわちハの字の配置のとき地表面のクラッタと模擬地雷の反射イメージの比(Signal-to-Clutter Ratio)が従来配置よりも5dB程度向上することを明らかにした。また、SIMO配置では送信ループを鉛直方向に向け、受信ループは送信アンテナ方向を向くような直交配置で4db程度の向上が見られることも示した。このSIMO配置では受信アンテナを4素子の円状アレイとすることにより、SCRを10dB程度改善できることも実験的に明らかにした。2.総合評価FDTDシミュレーション等により超解像MIMO-MUSICアルゴリズムに対し、探査可能な埋設管、地雷等の位置、精度について媒質の不均質性を考慮した総合的な評価を行った。結果として、本アルゴリズムにおいて問題となる直達波の除去に関しては、媒質の不均質性が強い場合大きな問題となるが、坑井間計測では媒質の比誘電率の変化が20パーセント程度であれば埋設管の推定が可能であることがわかった。また、地雷探査のように地表といった極めて強い平面的な不均質がある場合、MIMO-MUSIC法を適用するのは困難であることがわかった。これは、送受信アレイによる平面反射体からの散乱ではアンテナ位置により反射点が変わることが原因である。一方、不要な散乱が大きくとも、ターゲットとなる反射体が動いていれば、その反射体のドップラー成分の位相と振幅情報を取り出すことにより超解像的にイメージング可能であることをシミュレーションにより明らかにした。これにより、災害により倒壊した瓦礫等に埋没した生存者の位置を3次元的に推定する新たな手法への展開が期待できると考えられる。