JP6381825B2 - Moving target detection device - Google Patents
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Description
本発明は、複数のアンテナ開口で受信した信号から移動目標の信号を検出する移動目標検出装置に関するものである。 The present invention relates to a moving target detection apparatus that detects a signal of a moving target from signals received at a plurality of antenna openings.
プラットフォームの進行方向(この方向を以下では、アロングトラック方向と呼ぶ)に二つ以上のアンテナ開口を並べ、各アンテナ開口で受信された信号を用いて、それぞれ合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Radar)画像を生成した後、これらの画像の組み合わせで、静止目標の信号を抑圧することで、移動目標を検出する方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。 Two or more antenna apertures are arranged in the traveling direction of the platform (hereinafter, this direction is referred to as the along track direction), and a synthetic aperture radar (SAR) is used by using signals received at the respective antenna apertures. A method is known in which a moving target is detected by suppressing a stationary target signal using a combination of these images after generating an image (see, for example, Non-Patent Document 1).
二つのアンテナ開口を用いた方式として、例えば非特許文献2に記載された移動目標検出方法が知られている。この技術では、二つのアンテナ開口で受信された信号を用いて、それぞれSAR画像を生成し、生成された二つのSAR画像のチャネル間インバランスを補正した上で、二つのSAR画像の位置合わせを実施し、複素振幅の差分もしくは位相差を算出し、差分画像あるいは位相差画像を生成する。
As a method using two antenna openings, for example, a moving target detection method described in Non-Patent
これらの二つのSAR画像は、同じ場所で時間差をつけて観測した2枚の画像であると理解できる。すると、静止目標の信号は、二つのSAR画像で一致するため、前記の差分画像において、静止目標の信号の振幅は抑圧される。また、前記の位相差画像においては、静止目標からの位相差がほぼゼロとなる。一方、移動目標は各SAR画像を観測する間に目標が移動することにより位置がずれているため、差分画像においては振幅が抑圧されない。また、位相差画像においては位置のずれに対応した位相差が発生する。 It can be understood that these two SAR images are two images observed at the same place with a time difference. Then, since the stationary target signal matches in the two SAR images, the amplitude of the stationary target signal is suppressed in the difference image. In the phase difference image, the phase difference from the stationary target is almost zero. On the other hand, since the position of the moving target is shifted due to the movement of the target while observing each SAR image, the amplitude is not suppressed in the difference image. Further, in the phase difference image, a phase difference corresponding to the position shift occurs.
そこで、非特許文献2に記載された方法では、移動目標信号として検出するために、差分画像における絶対値の大きい画素と、位相差画像における位相差の大きい画素とに対し、静止目標の差分または位相差の確率密度関数から算出した閾値による閾値処理を行い、閾値以上の画素値を有する画素を移動目標として検出する。
Therefore, in the method described in
しかしながら、上記非特許文献2に記載されたような従来の技術では、2枚のSAR画像に誤差が生じた場合には、本来一致するはずの静止目標からの信号にも差が生じてしまうため、差分画像において静止目標の信号が抑圧されず静止目標からの信号が残ってしまう。また、位相差画像においても、2枚のSAR画像の静止目標の信号に位相差が発生してしまう。このような問題から、従来の移動目標検出の技術では、静止目標を移動目標として誤検出してしまうという問題があった。
However, in the conventional technique as described in Non-Patent
この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、移動目標を精度良く検出することのできる移動目標検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a moving target detection apparatus capable of detecting a moving target with high accuracy.
この発明に係る移動目標検出装置は、観測範囲に照射したパルス信号を三つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、各受信信号の各SAR画像を生成するSAR画像生成部と、アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、運動計測部で計測したプラットフォームの速度情報を用いて、SAR画像生成部で生成された各SAR画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、レジストレーション部で位置合わせされた各SAR画像を比較して、各SAR画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、信号校正部で補正された各SAR画像間の位相差を算出し、かつ、算出した位相差の標準偏差を算出し、標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出する移動目標検出部とを備えたものである。 A moving target detection device according to the present invention includes a radar device that obtains each reception signal obtained by receiving pulse signals irradiated to an observation range with three or more antennas, a SAR image generation unit that generates each SAR image of each reception signal, and A motion measurement unit that measures the speed of the platform on which the antenna is mounted, and a registration unit that aligns each SAR image generated by the SAR image generation unit using the platform speed information measured by the motion measurement unit; The SAR images aligned by the registration unit are compared to correct the amplitude and phase imbalance of each SAR image, and the phase difference between each SAR image corrected by the signal calibrating unit. calculated, and calculates the standard deviation of the calculated phase difference, and a moving target detection unit that detects a moving target by the standard deviation thresholded It is intended.
この発明に係る移動目標検出装置は、位置合わせされた各SAR画像の信号を干渉させて位相差を算出して位相差の標準偏差を算出し、標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出するようにしたものである。これにより、従来のような位相雑音により移動目標として誤検出されていた静止目標を移動目標として検出することがなく、移動目標検出性能を向上させることができる。 The moving target detecting apparatus according to the present invention detects a moving target by causing a signal of each aligned SAR image to interfere to calculate a phase difference to calculate a standard deviation of the phase difference and thresholding the standard deviation. It is what you do. As a result, a stationary target that has been erroneously detected as a moving target due to phase noise as in the prior art is not detected as a moving target, and the moving target detection performance can be improved.
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態による移動目標検出装置のブロック構成図である。
本実施の形態による移動目標検出装置は、図示のように、レーダ装置10、信号処理部20、運動計測部30を備えている。レーダ装置10は、観測範囲に照射したパルス信号を三つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得る装置である。信号処理部20は、レーダ装置10で取得した受信信号及び運動計測部30で計測されたプラットフォームの運動情報を用いて、移動目標検出を行うための処理部であり、図1では信号処理のための機能ブロック構成を示している。図示の信号処理部20は、SAR画像生成部21、レジストレーション部22、信号校正部23、移動目標検出部24を備える。SAR画像生成部21は、レーダ装置10で受信された各受信信号の各SAR画像を生成する処理部である。レジストレーション部22は、運動計測部30で計測したプラットフォームの運動情報における速度情報を用いて、SAR画像生成部21で生成された各SAR画像の位置合わせを行う処理部である。信号校正部23は、レジストレーション部22で位置合わせされた各SAR画像を比較して、各SAR画像の振幅及び位相のインバランスを補正する処理部である。移動目標検出部24は、信号校正部23で校正された各SAR画像間から位相差を算出し、かつ、算出した位相差を比較することで、移動目標を検出する処理部である。また、運動計測部30は、レーダ装置10における三つ以上のアンテナを搭載したプラットフォームの少なくとも速度を計測する処理部である。Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a moving target detection apparatus according to this embodiment.
The moving target detection apparatus according to the present embodiment includes a
図2は、図1に示した移動目標検出装置のハードウェア構成図である。
レーダ装置10は、励振部101、増幅部102、受信部103、データ記録部104、送受切換器105、送受信アンテナ106、受信アンテナ107a,107b、運動計測部30を備える。
励振部101は、観測に使用するパルス信号を生成する処理部であり、生成されたパルス信号は増幅部102に出力される。増幅部102は、励振部101で生成されたパルス信号を所望の信号レベルまで増幅する処理部であり、増幅信号は送受切換器105を介して送受信アンテナ106に出力される。送受切換器105は、送受信アンテナ106を送信状態と受信状態に切り換えるものである。送受信アンテナ106は、増幅部102から取得したパルス信号を大気中に照射するためのアンテナであり、パルス信号を大気中に照射する。大気中に照射されたパルス信号は、地表面などの散乱体に照射され、散乱する。送受信アンテナ106と受信アンテナ107a,107bは、散乱体で散乱した信号を受信する。ここで、送受信アンテナ106にて受信した信号は、送受切換器105を介して受信部103に出力される。また、受信アンテナ107a,107bにて受信した信号は、受信部103に出力される。受信部103は、RF(Radio Frequency)信号からベースバンド信号の抽出を行う処理部であり、抽出したベースバンド信号はデータ記録部104に出力される。データ記録部104は、受信部103から取得した信号の記録部であり、入力された信号をA/D変換部104aにより、A/D(Analog−to−Digital)変換することで、所定のサンプリングレート毎の信号に変換し、変換した信号は信号処理部20内の記憶装置207に出力される。FIG. 2 is a hardware configuration diagram of the moving target detection apparatus shown in FIG.
The
The
運動計測部30は、レーダ装置10と同じプラットフォーム上に搭載されており、プラットフォームの運動情報として運動を司る3軸の角度(もしくは角速度)と加速度を計測するIMU(Inertial Measurement Unit)やプラットフォームの位置を出力するGPS(Global Positioning System)、方位情報を出力する磁気コンパスなどのプラットフォームの位置や姿勢角などを計測する装置によって構成され、少なくとも、プラットフォームの速度情報を取得するものである。なお、より精度の高い観測のためには、運動計測部30は、プラットフォームの位置、速度、姿勢を計測できることが望ましい。この運動計測部30により取得された運動情報は、信号処理部20内の記憶装置207に出力される。
The
信号処理部20は、プロセッサ201、制御器202、制御器インタフェース203、メモリ204、表示器インタフェース205、表示器206、記憶装置207を備える。プロセッサ201は、図1に示したSAR画像生成部21〜移動目標検出部24の機能を実現するためのプロセッサであり、制御器インタフェース203を介して、制御器202
からの制御信号を受信し、また、記憶装置207からの受信信号、運動情報及び処理プログラムなどをメモリ204に読み込んで動作を行う。プロセッサ201による移動目標検出処理の結果は表示器インタフェース205を介して表示器206に出力される。制御器202は、レーダ装置10の各部及びプロセッサ201に対して制御信号を出力し、移動目標検出装置としての制御を司るものである。The
The control signal from the
また、図1に示した信号処理部20におけるSAR画像生成部21〜移動目標検出部24は、それぞれの処理部に対応したプログラムを記憶装置207に記憶させ、プロセッサ201がこれらのプログラムをメモリ204に読み込んで実行することにより実現されている。
Further, the SAR
なお、図示例では受信機能を有するアンテナを送受信アンテナ106と受信アンテナ107a,107bの三つとして説明しているが、三つ以上であれば、その数は問わない。また、受信部103とデータ記録部104は、受信チャンネル数分のデータを同時に受信及び記録する機能を備えることとする。
In the illustrated example, the antenna having a reception function is described as three antennas, that is, the transmission /
次に、実施の形態1の移動目標検出装置の動作について説明する。図3は、この発明の実施の形態1に係る移動目標検出装置による観測のジオメトリを示す説明図である。以下、図3を用いて、実施の形態1に係る移動目標検出装置の観測信号について説明する。
Next, the operation of the moving target detection apparatus according to the first embodiment will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the geometry of observation by the moving target detection apparatus according to
図3において、106は送受信アンテナ、107aと107bは受信アンテナを示している。また、300は移動目標である。
送受信アンテナ106と受信アンテナ107a、受信アンテナ107bは、例えば同一のプラットフォームに搭載される。この時、送受信アンテナ106、受信アンテナ107a、受信アンテナ107bは、プラットフォームの進行方向に沿って一列に並べるものとする。なお、送受信アンテナ106、受信アンテナ107a、受信アンテナ107bは、同一のプラットフォームに搭載する必要はなく、別々のプラットフォームに搭載しても構わないが、その場合、各プラットフォームは同じ軌道を、進行方向に一列に並んで移動するものとする。アンテナを搭載するプラットフォームとしては、航空機、人工衛星、及び車両などの移動体を使用するのが良い。以下では、プラットフォームとして航空機を想定し、航空機のジオメトリを念頭に説明を進めるが、本明細書で開示する技術は、航空機に限らず人工衛星及び車両などのプラットフォームを用いた観測に適用することが可能であり、プラットフォームの種類を限定するものではない。In FIG. 3,
The transmission /
図3に示すように、送受信アンテナ106と受信アンテナ107aの距離をL1、送受信アンテナ106と受信アンテナ107bの距離をL2とする。θnはオフナディア角、Vr[m/s]はプラットフォームの速さである。なお、本明細書に記載する移動目標検出装置は、スクイント角が0度であることを想定する。すなわち、ストリップマップモード観測の場合、アンテナビームの照射方向は、プラットフォームの進行方向に対して、常に直交する方向であること、スポットライトモード観測及びスライディングスポットライトモード観測の場合は、合成開口中心においてアンテナビームの向きが進行方向に対して直交する方向であることを想定する。As shown in FIG. 3, the distance between the transmission /
以下において、時刻をη[秒]で表す。図3に示すように、時刻η=0における送受信アンテナ106の位置を原点oとし、プラットフォームの進行方向をx軸、水平面内でx軸に直交し、かつ進行方向に対して左向きを正とする軸をy軸、鉛直方向上向きをz軸とする座標系を定義する。さらに、プラットフォームの高度をhとし、地表面は、x−y平面に並行でz=−h[m]の高さにあるものとする。
In the following, the time is represented by η [seconds]. As shown in FIG. 3, the position of the transmitting / receiving
この時、時刻ηにおける送受信アンテナ106の位置は次式(1)のように表される。
ただし、T[秒]は観測時間である。At this time, the position of the transmission /
However, T [second] is an observation time.
移動目標300は地表面上を移動するものとし、時刻η=0における移動目標300の位置と速度を、それぞれ(0,y0,−h)[m]、(0,vy0,0)[m/s]とする。すなわち、移動目標300は、y軸方向にのみ移動しているものとする。時刻η=0における送受信アンテナ106と移動目標300との間の距離をR0[m]とすると、時刻ηにおける送受信アンテナ106と移動目標300との距離R1(η)は、次式で表される。
なお、R0は、次式で表される。
また、vg0[m/s]は次式で定義される。
The moving
R 0 is represented by the following formula.
Further, v g0 [m / s] is defined by the following equation.
本明細書では、時刻η=0における送受信アンテナ106の位置から移動目標300の位置に向かう方向をクロストラック方向(プラットフォームの軌道に直交する座標)と呼ぶ。また、これに対応する用語として、プラットフォームの軌道に平行なx軸方向をアロングトラック方向と呼ぶ場合がある。このように定義すると、vy0は、時刻η=0における移動目標速度のクロストラック成分である。なお、本明細書に記載する移動目標検出装置においては、スクイント角を0度であると想定しているので、移動目標の速度成分のクロストラック方向成分は、移動目標速度のレーダの視線方向の成分に一致する。In this specification, the direction from the position of the transmitting / receiving
次に、送受信アンテナ106から電波を送信し、受信アンテナ107aと受信アンテナ107bで電波を受信した場合について考える。受信アンテナ107aで受信した電波の位相中心の位置が(Vrη,0,0)に一致するときの位相中心から移動目標300までの距離をR2(η)、受信アンテナ107bで受信した電波の位相中心の位置が(Vrη,0,0)に一致するときの位相中心から移動目標300までの距離をR3(η)とすると、次式で定義される。
Next, consider a case where radio waves are transmitted from the transmitting / receiving
ここで、Δη1は、送受信アンテナ106が(Vrη,0,0)の位置にある時刻から、送受信アンテナ106が電波を送信し、受信アンテナ107aが電波を受信する場合の位相中心の位置が(Vrη,0,0)の位置にくるまでの時間差を表している。また、Δη2は、送受信アンテナ106が(Vrη,0,0)の位置にある時刻から、送受信アンテナ106が電波を送信し、受信アンテナ107bが電波を受信する場合の位相中心の位置が(Vrη,0,0)の位置にくるまでの時間差を表している。Δη1とΔη2は、それぞれ次式で与えられる。
Here, Δη 1 is the position of the phase center when the transmission /
上式(6)の近似は、送受信アンテナ106から受信アンテナ107aまでの基線長L1、送受信アンテナ106から受信アンテナ107bまでの基線長L2が、送受信アンテナ106と移動目標300までの距離R0に比べて十分に短い条件で成立する。また、上式(6)の近似は、L1とL2が、送受信アンテナ106から受信アンテナ107a及び送受信アンテナ106から受信アンテナ107bまでの物理的な距離を表しているのに対して、d1とd2は、送受信アンテナ106で送受信を行った場合の電気的位相中心の位置から、送受信アンテナ106で電波を送信してから、受信アンテナ107aで当該電波を受信する場合の位相中心と送受信アンテナ106で電波を送信してから、受信アンテナ107aで当該電波を受信する場合の位相中心までの距離をそれぞれ表している。The approximation of the above equation (6) is that the baseline length L 1 from the transmission /
また、時刻η+Δη1において、移動目標300のクロストラック方向の位置は、それぞれR0+vg0(η+Δη1)である。同様に、時刻η+Δη2において、移動目標300のクロストラック方向の位置は、それぞれR0+vg0(η+Δη2)である。At time η + Δη 1 , the position of the
続いて、上記の観測のジオメトリを踏まえて、本実施の形態1における移動目標検出装置の受信信号モデルと、実施の形態1における移動目標検出の原理について説明する。 Next, the received signal model of the moving target detection device in the first embodiment and the principle of moving target detection in the first embodiment will be described based on the above observation geometry.
送受信アンテナ106から信号を送信し、移動目標300において反射し、送受信アンテナ106と受信アンテナ107a、受信アンテナ107bで受信した信号をレンジ圧縮して得られる信号は、次式となる。
ここで、a1(η)とa2(η)、a3(η)はそれぞれ送受信アンテナ106、受信アンテナ107a、受信アンテナ107bにおける受信信号の振幅である。また、信号Si(η)(i=1,2,3)は、位相中心Piが(Vrη,0)の位置にある時刻における観測信号である。このため、受信信号s2(η)は、時刻ηにおける観測信号ではなく、η+Δη1における信号である。同様に、受信信号s3(η)は、η+Δη2における信号である。n1(η),n2(η),n3(η)は時刻ηにおける雑音である。A signal obtained by transmitting a signal from the transmission /
Here, a 1 (η), a 2 (η), and a 3 (η) are amplitudes of received signals at the transmitting / receiving
本実施の形態1における移動目標検出装置の観測では、ある周期(これをパルス繰り返し周期と呼ぶ)でパルスを送信する。送信されたパルスが移動目標300を含む観測範囲で反射されたものを送受信アンテナ106と受信アンテナ107a、受信アンテナ107bで受信するため、実際に観測される信号はs1(η)とs2(η)、s3(η)をパルス繰返し周期で離散化したものであるが、特に混乱を生じない限り、本明細書では、s1(η)とs2(η)、s3(η)のように連続的な信号として表現する。ただし、s2(η)とs3(η)を求める際には、信号の内挿処理が必要になることには注意が必要である。In the observation of the moving target detection apparatus according to the first embodiment, pulses are transmitted at a certain cycle (this is called a pulse repetition cycle). Since the transmitted pulse reflected in the observation range including the moving
信号s1(η)と信号s2(η)、信号s3(η)の間の位相差を、従来のATI法と同様に、信号を干渉させることで、次式のように算出する。
The phase difference between the signal s 1 (η), the signal s 2 (η), and the signal s 3 (η) is calculated as shown in the following equation by causing the signals to interfere as in the conventional ATI method.
上式(8)におけるR2(η)−R1(η)は、送受信アンテナ106が(Vrη,0,0)の位置にある時刻から、送受信アンテナ106から電波を送信し、受信アンテナ107aで当該電波を受信する場合の位相中心の位置が(Vrη,0,0)の位置に来るまでの時間差Δη1に移動目標300が移動したことにより発生した距離変化を表している。また、R3(η)−R2(η)は、(Vrη,0,0)の位置にある時刻に、送受信アンテナ106から電波を送信したのち、受信アンテナ107aで当該電波を受信する場合の位相中心の位置が(Vrη,0,0)の位置にきてから、受信アンテナ107bで当該電波を受信する場合の位相中心の位置が(Vrη,0,0)の位置にくるまでの時間Δη2−Δη1の間に、移動目標300が移動したことにより発生した距離変化を表している。さらに、R3(η)−R1(η)は、送受信アンテナ106が(Vrη,0,0)の位置にある時刻に、送受信アンテナ106から電波を送信し、受信アンテナ107bで当該電波を受信する場合の位相中心の位置が(Vrη,0,0)の位置に来るまでの時間差Δη2に移動目標300が移動したことにより発生した距離変化である。R 2 (η) −R 1 (η) in the above equation (8) is a value obtained by transmitting a radio wave from the transmission /
上記を言い換えると、上式(8)に示した位相差Φ12(η)とΦ23(η)、Φ13(η)は、移動目標300がΔη1とΔη2−Δη1、Δη2の時間で移動した距離に応じた値であり、速度vg0に依存する。ここで、位相雑音が無視できる、すなわち信号対雑音比(Signal to Noise Ratio:S/N)が十分に高い場合においては、2d1=d2であるとするならば、Δη2=2Δη1であり、移動目標300が速度vg0で等速移動しているのであれば、位相差Φ12(η)とΦ23(η)は同じ値となる。また、Φ13(η)/2=Φ23(η)=Φ12(η)が成立する。In other words, the phase differences Φ 12 (η), Φ 23 (η), and Φ 13 (η) shown in the above equation (8) indicate that the
同様に、十分に信号対雑音比が確保されている静止目標(要するに速度vg0=0[m/s]の目標)の位相差Φ12(η)とΦ23(η)は、常にゼロとなるが、信号対雑音比が低い静止目標には、位相雑音の影響が無視できないため、静止目標であっても位相差Φ12(η)とΦ23(η)はゼロにならない。Similarly, the phase differences Φ 12 (η) and Φ 23 (η) of a stationary target (in short, a target of speed v g0 = 0 [m / s]) for which a sufficient signal-to-noise ratio is ensured are always zero. However, since the influence of phase noise cannot be ignored for a stationary target with a low signal-to-noise ratio, the phase differences Φ 12 (η) and Φ 23 (η) do not become zero even for a stationary target.
ただし、この位相差は、位相雑音により発生するランダムな値であり、2d1=d2とした場合においても位相差Φ12(η)とΦ23(η)は、前述の移動目標300が移動することにより生じる位相差とは異なり同じ値にはならない。また、Φ13(η)/2=Φ23(η)=Φ12(η)も成立しない。However, this phase difference is a random value generated by phase noise, and even when 2d 1 = d 2 , the phase differences Φ 12 (η) and Φ 23 (η) are the same as the
上記の性質を利用し、以下のように判断することで、移動目標を抽出することが可能となる。
It is possible to extract a movement target by making the following determination using the above properties.
以上が、本実施の形態1に係る移動目標検出装置による移動目標検出の原理である。
本実施の形態1においては、三つのアンテナ開口を用いる形態で説明しているが、本実施の形態1に係る移動目標検出装置による移動目標検出方式は、アンテナ開口の数が四つ以上であっても容易に拡張が可能である。The above is the principle of moving target detection by the moving target detection device according to the first embodiment.
In the first embodiment, the description is given in the form of using three antenna openings. However, the moving target detection method using the moving target detection apparatus according to the first embodiment has four or more antenna openings. However, it can be easily expanded.
次に、信号処理部20による移動目標検出処理について説明する。
SAR画像生成部21は、各受信アンテナで受信された受信信号と、運動計測部30によって計測されたプラットフォームの速度情報を用いて、SAR画像をそれぞれ生成する。ここで、生成されたSAR画像をx1(mΔτ,nΔη)、x2(mΔτ,nΔη)、x3(mΔτ,nΔη)とする。なお、SAR画像の生成処理については、例えば非特許文献1等に記載された方法を用いることができるが、これらの方法は公知であるため、ここでの説明は省略する。Next, the movement target detection process by the
The SAR
ここで、τ[秒]はSAR画像のレンジ方向軸を時間で表したものであり、Fast timeと呼ばれる。η[秒]は前述の通り観測時刻であるが、SAR画像のアジマス方向軸を時間で表したものであり、Slow timeと呼ばれる。レンジ方向の距離r[m]と、アジマス方向の距離a[m]と、τ、ηは、それぞれ次式の関係を満たす。
ただし、cは光速である。Here, τ [seconds] represents the range direction axis of the SAR image in terms of time, and is called “Fast time”. η [seconds] is the observation time as described above, and represents the azimuth direction axis of the SAR image by time, and is called Slow time. The distance r [m] in the range direction, the distance a [m] in the azimuth direction, τ, and η each satisfy the following relationship.
Where c is the speed of light.
SAR画像生成部21において生成されたSAR画像は離散化されたものであるが、x1(mΔτ,nΔη)、x2(mΔτ,nΔη)、x3(mΔτ,nΔη)は、レンジ方向、アジマス方向に、それぞれΔτ、Δηの間隔でサンプリングされて離散化された表現である。また、mとnは、それぞれレンジ方向とアジマス方向の画素番号であり、m=1,2,…,M、n=1,2,…,Nの値をとる。また、MとNはそれぞれ、レンジ方向とアジマス方向の画素数である。The SAR image generated in the SAR
レジストレーション部22は、式(6)で表されるアジマス方向のずれ量Δη1とΔη2を補償するようにリサンプリングを行い、次式で示すように、位置合わせ後のSAR画像z1(mΔτ,nΔη)、z2(mΔτ,nΔη)、z3(mΔτ,nΔη)を得る。
The
z1(mΔτ,nΔη)、z2(mΔτ,nΔη)、z3(mΔτ,nΔη)には、受信機のゲイン相違などの影響で、振幅及び位相にバイアス誤差が加わる恐れがある。そこで、信号校正部23では、位置合わせ後のSAR画像間の比率から、それぞれの位相と振幅のバイアス誤差を推定して補償する。z2(mΔτ,nΔη)に対するz1(mΔτ,nΔη)の比率の平均値と、z3(mΔτ,nΔη)に対するz1(mΔτ,nΔη)の比率の平均値をそれぞれ∈12と∈13とすると、∈12と∈13は次式で定義される。
z 1 (mΔτ, nΔη), z 2 (mΔτ, nΔη), and z 3 (mΔτ, nΔη) may have a bias error added to the amplitude and phase due to the difference in gain of the receiver. Therefore, the
信号校正部23は、式(12)で示した補正係数を用いて、次式により、各SAR画像間の振幅及び位相インバランスを補正する。
The
なお、∈12と∈13の値を予め補正係数として計測しておき、記憶装置207に保持しておくことができる場合は、式(12)によってこれらの値を推定する必要はない。ただし、チャネルインバランス補正処理において、アンテナ高度の微小な相違に起因する地形位相が無視できないような場合は、例えば特開2010−175330号公報に記載の方法などを用いて補正する必要がある。式(13)においては、∈12と∈13は定数の形で記述しているが、地形位相を含めて補償する場合は、∈12と∈13は画素毎に一定であるとは限らず、画素番号の関数となる。以下、本明細書においては、地形位相についても補正されたものとして説明を行う。If the values of ε 12 and ε 13 are measured in advance as correction coefficients and can be stored in the
移動目標検出部24では、次式のように各SAR画像の信号を干渉させて、位相差を算出する。
The movement
2d1=d2であるとするならば、Δη2=2Δη1であり、移動目標300が速度vg0で等速移動しているのであれば、位相差Φ12(mΔτ,nΔη)とΦ23(mΔτ,nΔη)は、同じ値となるため、次式を満たす条件の画素を、移動目標として検出する。
If 2d 1 = d 2 , then Δη 2 = 2Δη 1 and if the moving
式(15)による判定においては、位相雑音によるΦ12(mΔτ,nΔη)とΦ23(mΔτ,nΔη)の位相変化が許容できないため、次式のように閾値により、位相雑音に対する耐性が向上する。
Φthは移動目標を検出するための閾値であり、制御器202から入力する。また、記憶装置207に保持するようにしても良い。In the determination according to the equation (15), the phase change of Φ 12 (mΔτ, nΔη) and Φ 23 (mΔτ, nΔη) due to the phase noise cannot be allowed. Therefore, the tolerance to the phase noise is improved by the threshold as in the following equation. .
Φ th is a threshold value for detecting the moving target, and is input from the
上式(17)で算出した各SAR画像間の位相差から算出したSAR画像の各画素の視線方向の速度は、移動目標300が定速移動目標であるならば、推定される速度であり、次式のような判定を行うことで、2d1=d2が成立しない場合においても移動目標の検出が可能となる。
もちろん、式(16)のように速度の推定誤差を考慮するように拡張することも容易に可能である。The speed in the line-of-sight direction of each pixel of the SAR image calculated from the phase difference between the SAR images calculated by the above equation (17) is an estimated speed if the moving
Of course, it is also possible to easily expand to consider the speed estimation error as shown in equation (16).
以上説明したように、実施の形態1の移動目標検出装置によれば、観測範囲に照射したパルス信号を三つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、各受信信号の各SAR画像を生成するSAR画像生成部と、アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、運動計測部で計測したプラットフォームの速度情報を用いて、SAR画像生成部で生成された各SAR画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、レジストレーション部で位置合わせされた各SAR画像を比較して、各SAR画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、信号校正部で補正された各SAR画像間の位相差を算出し、かつ、算出した位相差を比較することで移動目標を検出する移動目標検出部とを備えたので、従来のような位相雑音により移動目標として誤検出されていた静止目標を移動目標として検出することがなく、移動目標検出性能を向上させることができる。 As described above, according to the moving target detection apparatus of the first embodiment, the radar apparatus that obtains each reception signal obtained by receiving the pulse signal irradiated to the observation range with three or more antennas, and each SAR of each reception signal. Each SAR image generated by the SAR image generation unit using the SAR image generation unit that generates the image, the motion measurement unit that measures the speed of the platform on which the antenna is mounted, and the platform speed information measured by the motion measurement unit The SAR image registered in the registration unit is compared with the SAR image aligned in the registration unit, and the signal calibrating unit corrects the amplitude and phase imbalance of each SAR image, and is corrected in the signal calibrating unit. Because it includes a moving target detector that calculates a phase difference between each SAR image and detects a moving target by comparing the calculated phase difference. Without detecting a stationary target that has been erroneously detected as the movement target by the phase noise as in the prior art as the movement target, it is possible to improve the moving target detection performance.
また、実施の形態1の移動目標検出装置によれば、移動目標検出部は、算出した位相差の標準偏差を算出し、標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出するようにしたので、移動目標の検出処理を容易かつ確実に行うことができる。 Further, according to the moving target detection apparatus of the first embodiment, the moving target detection unit calculates the standard deviation of the calculated phase difference, and detects the moving target by thresholding the standard deviation. The moving target detection process can be performed easily and reliably.
また、実施の形態1の移動目標検出装置によれば、移動目標検出部は、算出した位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の値を比較することで移動目標を検出するようにしたので、移動目標の検出処理を容易かつ確実に行うことができる。 Further, according to the moving target detection apparatus of the first embodiment, the moving target detection unit detects the moving target by calculating the speed in the range direction from the calculated phase difference and comparing the calculated speed values. Since it did in this way, the detection process of a movement target can be performed easily and reliably.
また、実施の形態1の移動目標検出装置によれば、移動目標検出部は、算出した位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の標準偏差を算出し、標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出するようにしたので、移動目標の検出処理を容易かつ確実に行うことができる。 Further, according to the moving target detection apparatus of the first embodiment, the moving target detection unit calculates the speed in the range direction from the calculated phase difference, calculates the standard deviation of the calculated speed, and performs threshold processing on the standard deviation. Thus, the moving target is detected, so that the moving target detection process can be performed easily and reliably.
実施の形態2.
図4は実施の形態2に係る移動目標検出装置のハードウェア構成図である。
図4に示す移動目標検出装置は、レーダ装置10aと信号処理部20aとからなる。レーダ装置10aは、励振部101、増幅部102、受信部103、データ記録部104、送受切換器105、送受信アンテナ106、受信アンテナ107、運動計測部30を備える。図2に示した実施の形態1のレーダ装置10との違いは、受信アンテナ107が一本だけである点、すなわち実施の形態2では受信機能を持つアンテナを二つとした点である。その他の構成は実施の形態1と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。なお、実施の形態2では、受信機能を有するアンテナを二つとして説明しているが、二つ以上であれば、その数は問わない。また、受信部103とデータ記録部104は、受信チャンネル数分のデータを同時に受信及び記録するする機能を備えることとする。
FIG. 4 is a hardware configuration diagram of the movement target detection apparatus according to the second embodiment.
The moving target detection apparatus shown in FIG. 4 includes a
信号処理部20aにおける図面上の構成は図2に示した実施の形態1と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
図5は、信号処理部20aにおける移動目標検出処理を実現する構成を示す機能ブロック図である。実施の形態2に係る信号処理部20aは、実施の形態1の移動目標検出部24に代えて、サブアパーチャ分割型移動目標検出部25を備える。その他の構成は、図1に示した構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。The configuration of the
FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration for realizing the movement target detection process in the
サブアパーチャ分割型移動目標検出部25は、サブアパーチャ毎の位相差に基づいて移動目標を検出するよう構成された処理部であり、図6に内部構成を示す。
図6において、サブアパーチャ分割型移動目標検出部25は、アジマス解凍部251、サブアパーチャ分割部252、サブアパーチャ圧縮部253、サブアパーチャ内位相差算出部254、サブアパーチャ内移動目標検出部255を備える。アジマス解凍部251は、信号校正部23で補正されたSAR画像にアジマス解凍処理を施す処理部である。サブアパーチャ分割部252は、アジマス解凍部251でアジマス圧縮を解いたデータをサブアパーチャに分割する処理部である。サブアパーチャ圧縮部253は、サブアパーチャ分割部252で分割された各サブアパーチャのデータを再度アジマス圧縮する処理部である。サブアパーチャ内位相差算出部254は、サブアパーチャ圧縮部253においてアジマス圧縮された各サブアパーチャのSAR画像間の位相差を算出する処理部である。サブアパーチャ内移動目標検出部255は、サブアパーチャ内位相差算出部254で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較し移動目標を検出する処理部である。The sub-aperture split type movement
In FIG. 6, the sub-aperture division type moving
次に、実施の形態2の移動目標検出処理について説明する。
アジマス解凍部251は、SAR画像生成部21によるSAR画像生成のアジマス圧縮に使用したアジマス参照関数の複素共役を畳み込むことによって、アジマス圧縮されたSAR画像を、アジマス圧縮前の状態に戻す。なお、アジマス圧縮処理やアジマス参照関数の詳細については、非特許文献1や非特許文献2等で記載されているように公知であるため、ここでの説明は省略する。Next, the movement target detection process of
The
ここで、アジマス解凍部251が出力するアジマス解凍後の信号を次式で表す。
Here, the signal after azimuth decompression output from the
サブアパーチャ分割部252は、アジマス解凍部251によって得られたアジマス圧縮前のアジマスラインの信号に対して、次のサブアパーチャ圧縮部253における処理対象とするサブアパーチャに応じたヒット番号を設定し、当該ヒットのデータを抽出する。
The
図7に、サブアパーチャ分割部252において分割するslow timeのヒット番号とサブアパーチャ番号の関係を示す。図7において、701は、アジマス解凍部251においてアジマス圧縮を解いたSARデータの一つである。横軸のη[秒]は、アジマス方向の軸を表す時間(slow time)である。サブアパーチャ圧縮部253においては、アジマス解凍後のSARデータから、破線で囲んだ範囲の信号を切り出して、再度アジマス圧縮処理を施す。ここで、切り出される破線で囲んだ範囲をサブアパーチャと呼ぶ。図7に示す通り、サブアパーチャ圧縮部253においては、サブアパーチャをアジマス時間軸方向(slow time)方向に移動させながら、切り出された各信号について、アジマス圧縮処理を適用する。
FIG. 7 shows the relationship between the slow time hit number divided by the
サブアパーチャ圧縮部253は、前述の通り、サブアパーチャ分割部252により分割したデータに対して、再度サブアパーチャ単位でアジマス圧縮する。サブアパーチャ圧縮部253によってアジマス圧縮されて得られる出力信号を次式で表す。
なお、Nsubは各サブアパーチャのアジマス方向の点数、Nspはサブアパーチャ数である。As described above, the
Note that N sub is the number of points in the azimuth direction of each sub-aperture, and N sp is the number of sub-apertures.
なお、thsubは移動目標を算出するための閾値であり、制御器202による入力や、記憶装置207に予め保持させた値などで設定するものであり、その手段は問わない。
Note that th sub is a threshold value for calculating the movement target, and is set by an input from the
実施の形態2においては、受信するSARアンテナは、二つ以上として説明したが、上記の通り、三つ以上の受信アンテナであっても同様の処理は可能であり、その拡張は容易である。 In the second embodiment, two or more SAR antennas are described. However, as described above, the same processing is possible even with three or more reception antennas, and the extension is easy.
以上説明したように、実施の形態2の移動目標検出装置によれば、観測範囲に照射したパルス信号を二つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、各受信信号の各SAR画像を生成するSAR画像生成部と、アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、運動計測部で計測したプラットフォームの速度情報を用いて、SAR画像生成部で生成された各SAR画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、レジストレーション部で位置合わせされた各SAR画像を比較して、各SAR画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、信号校正部で補正されたSAR画像にアジマス解凍処理を施すアジマス解凍部と、アジマス解凍部でアジマス圧縮を解いたデータをサブアパーチャに分割するサブアパーチャ分割部と、サブアパーチャ分割部で分割された各サブアパーチャのデータを再度アジマス圧縮するサブアパーチャ圧縮部と、サブアパーチャ圧縮部でアジマス圧縮された各サブアパーチャのSAR画像間の位相差を算出するサブアパーチャ内位相差算出部と、サブアパーチャ内位相差算出部で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較することで移動目標を検出するサブアパーチャ内移動目標検出部を備えたので、従来のような位相雑音により移動目標として誤検出されていた静止目標を移動目標として検出することがなく、移動目標検出性能を向上させることができる。また、最小限、二つの受信アンテナを具備することで移動目標を検出することが可能となり、システムの簡易化や低コスト化を図ることができる。さらに、サブアパーチャ分割部により分割するサブアパーチャ数を増やすことで、移動目標検出に用いる位相差のサンプル数を、受信アンテナを増やすことなく増加させることが可能となり、位相雑音に対する耐性が上がり、さらに移動目標の検出性能を向上させることができる。 As described above, according to the moving target detection apparatus of the second embodiment, the radar apparatus that obtains each received signal obtained by receiving the pulse signal irradiated to the observation range with two or more antennas, and each SAR of each received signal. Each SAR image generated by the SAR image generation unit using the SAR image generation unit that generates the image, the motion measurement unit that measures the speed of the platform on which the antenna is mounted, and the platform speed information measured by the motion measurement unit The SAR image registered in the registration unit is compared with the SAR image aligned in the registration unit, and the signal calibrating unit corrects the amplitude and phase imbalance of each SAR image, and is corrected in the signal calibrating unit. The azimuth decompression unit that performs azimuth decompression processing on the SAR image, and the azimuth decompression data that has been decompressed by the azimuth decompression unit Phase difference between the SAR images of the sub-aperture dividing unit, the sub-aperture compressing unit that again azimuth-compresses the data of each sub-aperture divided by the sub-aperture dividing unit, and the SAR image of each sub-aperture compressed by the sub-aperture compressing unit Since the sub-aperture phase difference calculation unit for calculating the phase difference for each sub-aperture calculated by the sub-aperture phase difference calculation unit is provided, the sub-aperture movement target detection unit for detecting the movement target is provided. A stationary target that has been erroneously detected as a moving target due to phase noise as in the prior art is not detected as a moving target, and the moving target detection performance can be improved. In addition, it is possible to detect a moving target by providing at least two receiving antennas, and it is possible to simplify the system and reduce the cost. Furthermore, by increasing the number of sub-apertures to be divided by the sub-aperture dividing unit, it is possible to increase the number of phase difference samples used for moving target detection without increasing the receiving antenna, and the resistance to phase noise is increased. The detection performance of the moving target can be improved.
また、実施の形態2の移動目標検出装置によれば、サブアパーチャ内移動目標検出部は、各サブアパーチャ間の位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の値を比較することで移動目標を検出するようにしたので、移動目標の検出処理を容易かつ確実に行うことができる。 Further, according to the moving target detection device of the second embodiment, the sub-aperture moving target detection unit calculates the speed in the range direction from the phase difference between the sub-apertures, and compares the calculated speed values. Thus, the moving target is detected, so that the moving target can be detected easily and reliably.
また、実施の形態2の移動目標検出装置によれば、サブアパーチャ内移動目標検出部は、各サブアパーチャ間の位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の標準偏差の値を閾値処理することで移動目標を検出するようにしたので、移動目標の検出処理を容易かつ確実に行うことができる。 Further, according to the moving target detection apparatus of the second embodiment, the in-sub-aperture moving target detection unit calculates the speed in the range direction from the phase difference between the sub-apertures, and calculates the standard deviation value of the calculated speed. Since the moving target is detected by the threshold processing, the moving target detection process can be performed easily and reliably.
実施の形態3.
図9は、実施の形態3の移動目標検出装置における移動目標検出処理を実現する構成を示す機能ブロック図である。ここで、実施の形態3における移動目標検出装置のハードウェア構成は図4に示した実施の形態2と同様である。すなわち、図9で示す構成は、図4に示したプロセッサ201が実現する機能ブロックについて示している。
実施の形態3に係る移動目標検出装置は、実施の形態2のサブアパーチャ分割型移動目標検出部25に代えて差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部27を備える。また、この差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部27に差分画像を与えるための差分画像算出部26を備える。この差分画像算出部26は、信号校正部23で補正された各SAR画像に対してクラッタ抑圧処理を行ってSAR画像の差分画像を算出するよう構成されている。SAR画像生成部21、レジストレーション部22及び信号校正部23は実施の形態1、2と同様であるため、ここでの説明は省略する。
FIG. 9 is a functional block diagram illustrating a configuration for realizing the movement target detection process in the movement target detection apparatus according to the third embodiment. Here, the hardware configuration of the moving target detection apparatus in the third embodiment is the same as that in the second embodiment shown in FIG. That is, the configuration shown in FIG. 9 shows functional blocks realized by the
The moving target detection apparatus according to the third embodiment includes a difference image sub-aperture divided moving
図10は、差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部27の構成図である。差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部27は、差分画像解凍部271、サブアパーチャ分割部252、差分画像サブアパーチャ圧縮部272、差分画像サブアパーチャ内位相差算出部273、差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部274を備える。差分画像解凍部271は、差分画像算出部26で算出した差分画像にアジマス解凍処理を施す処理部である。サブアパーチャ分割部252は、差分画像解凍部271でアジマス圧縮を解いた差分画像をサブアパーチャに分割する処理部であり、実施の形態2のサブアパーチャ分割部252と同様である。差分画像サブアパーチャ圧縮部272は、サブアパーチャ分割部252で分割された各サブアパーチャの差分画像を再度アジマス圧縮する処理部である。差分画像サブアパーチャ内位相差算出部273は、差分画像サブアパーチャ圧縮部272においてアジマス圧縮されたサブアパーチャの差分画像間の位相差を算出する処理部である。差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部274は、差分画像サブアパーチャ内位相差算出部273で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較し移動目標を検出する処理部である。
FIG. 10 is a configuration diagram of the difference image sub-aperture division type moving
次に、実施の形態3の移動目標検出処理について説明する。
本処理は、SAR−DPCA(Displaced Phase Center Antenna)処理として、例えば非特許文献2に記載されているように公知であるため、ここでの説明は省略する。Next, the movement target detection process of
Since this processing is known as SAR-DPCA (Displaced Phase Center Antenna) processing, as described in
差分画像算出部26により得られた差分画像Δz(mΔτ,nΔη)は、信号対雑音比の高い信号は位相雑音の影響を受けにくいため、その信号が抑圧されることになる。一方、移動目標や位相雑音の影響を受けている信号対雑音比の低い目標の信号が抑圧されずに信号が残っている。
The difference image Δz (mΔτ, nΔη) obtained by the difference
差分画像解凍部271は、差分画像算出部26により得られた差分画像Δz(mΔτ,nΔη)に対して、実施の形態2におけるアジマス解凍部251と同様に、SAR画像生成部21にて圧縮したアジマス方向の圧縮を解き、アジマス圧縮前の状態に戻す。
ここで、差分画像解凍部271が出力するアジマス解凍後の信号を次式で表す。
The difference image decompression unit 271 compresses the difference image Δz (mΔτ, nΔη) obtained by the difference
Here, the signal after azimuth decompression output from the differential image decompression unit 271 is expressed by the following equation.
サブアパーチャ分割部252は、差分画像解凍部271にてアジマス方向の圧縮を解いた信号Δs(mΔτ,nΔη)から、実施の形態2のサブアパーチャ分割部252と同様に、サブアパーチャに応じたヒット番号のデータを抽出する。
Similar to the
差分画像サブアパーチャ圧縮部272は、実施の形態2におけるサブアパーチャ圧縮部253と同様に、アジマス方向に解凍したサブアパーチャ毎の信号に対して、再度アジマス圧縮処理を適用し、アジマス方向に圧縮する。サブアパーチャ毎の差分画像のアジマス圧縮後の信号を次式で表す。
Similar to the
さらに、実施の形態2におけるサブアパーチャ内位相差算出部254と同様に位相のアンラップを解く。
Further, similarly to the in-sub-aperture phase
次に、差分画像サブアパーチャ内位相差算出部273により得られた各サブアパーチャの位相差のデータを、差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部274に出力する。そして、差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部274が、サブアパーチャ毎の位相差から移動目標が存在する画素を抽出することにより、移動目標を検出することが可能となる。 Next, the phase difference data of each sub-aperture obtained by the difference image sub-aperture phase difference calculation unit 273 is output to the difference image sub-aperture movement target detection unit 274. Then, the difference image sub-aperture moving target detection unit 274 can detect the moving target by extracting the pixel where the moving target exists from the phase difference for each sub-aperture.
実施の形態3においては、受信するSARアンテナは、二つ以上として説明したが、上記の通り、三つ以上の受信アンテナであっても同様の処理は可能であり、その拡張は容易である。 In the third embodiment, two or more SAR antennas have been described. However, as described above, the same processing is possible even with three or more reception antennas, and the extension is easy.
以上説明したように、実施の形態3の移動目標検出装置によれば、観測範囲に照射したパルス信号を二つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、各受信信号の各SAR画像を生成するSAR画像生成部と、アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、運動計測部で計測したプラットフォームの速度情報を用いて、SAR画像生成部で生成された各SAR画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、レジストレーション部で位置合わせされた各SAR画像を比較して、各SAR画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、信号校正部で補正された各SAR画像に対してクラッタ抑圧処理を行ってSAR画像の差分画像を算出する差分画像算出部と、差分画像算出部で算出した差分画像にアジマス解凍処理を施す差分画像解凍部と、差分画像解凍部でアジマス圧縮を解いた差分画像をサブアパーチャに分割するサブアパーチャ分割部と、サブアパーチャ分割部で分割された各サブアパーチャの差分画像を再度アジマス圧縮する差分画像サブアパーチャ圧縮部と、差分画像サブアパーチャ圧縮部でアジマス圧縮されたサブアパーチャの差分画像間の位相差を算出する差分画像サブアパーチャ内位相差算出部と、差分画像サブアパーチャ内位相差算出部で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較することで移動目標を検出する差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部とを備えたので、従来のような位相雑音により移動目標として誤検出されていた静止目標を移動目標として検出することがなく、移動目標検出性能を向上させることができる。また、アジマス解凍処理の際に、移動目標信号や信号対雑音比の低い静止目標の信号が、周囲の信号対雑音比の高い静止目標の信号に埋もれてしまい検出精度が低下することを抑止することが可能となり、移動目標の検出精度の向上を図ることができる。 As described above, according to the moving target detection apparatus of the third embodiment, the radar apparatus that obtains each received signal obtained by receiving the pulse signal irradiated to the observation range with two or more antennas, and each SAR of each received signal. Each SAR image generated by the SAR image generation unit using the SAR image generation unit that generates the image, the motion measurement unit that measures the speed of the platform on which the antenna is mounted, and the platform speed information measured by the motion measurement unit The SAR image registered in the registration unit is compared with the SAR image aligned in the registration unit, and the signal calibrating unit corrects the amplitude and phase imbalance of each SAR image, and is corrected in the signal calibrating unit. A difference image calculation unit that performs a clutter suppression process on each SAR image to calculate a difference image of the SAR image, and a difference image calculation unit The difference image decompression unit that performs azimuth decompression processing on the difference image, the sub-aperture division unit that divides the difference image that has been subjected to azimuth compression by the difference image decompression unit into sub-apertures, and each sub-aperture divided by the sub-aperture division unit A difference image sub-aperture compression unit that azimuth-compresses the difference image again, a phase difference calculation unit within the difference image sub-aperture that calculates a phase difference between the difference images of the sub-apertures compressed by the difference image sub-aperture compression unit, and a difference It is equipped with a differential image sub-aperture moving target detection unit that detects the moving target by comparing the phase difference for each sub-aperture calculated by the image sub-aperture phase difference calculation unit. Moving target detection performance without detecting a stationary target that was erroneously detected as a target as a moving target It is possible to above. In addition, during the azimuth decompression process, a moving target signal or a stationary target signal with a low signal-to-noise ratio is buried in a stationary target signal with a high signal-to-noise ratio, and detection accuracy is reduced. Therefore, the detection accuracy of the moving target can be improved.
実施の形態4.
図11は、実施の形態4の移動目標検出装置における移動目標検出処理を実現する構成を示す機能ブロック図である。ここで、実施の形態4における移動目標検出装置のハードウェア構成は図4に示した実施の形態2と同様である。すなわち、図11で示す構成は、図4に示したプロセッサ201が実現する機能ブロックについて示している。
実施の形態4に係る移動目標検出装置は、図9に示した実施の形態3の構成に加えて、差分画像算出部26と差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部27との間に、移動目標粗検出部28と移動目標周辺領域抽出部29を設けたものである。移動目標粗検出部28は、移動目標の候補を抽出する処理部である。移動目標周辺領域抽出部29は、移動目標粗検出部28にて検出した信号周辺を切り出す処理部である。その他の構成は、図9に示す構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。Embodiment 4 FIG.
FIG. 11 is a functional block diagram illustrating a configuration for realizing the movement target detection process in the movement target detection device according to the fourth embodiment. Here, the hardware configuration of the moving target detection apparatus in the fourth embodiment is the same as that of the second embodiment shown in FIG. That is, the configuration shown in FIG. 11 shows functional blocks realized by the
In addition to the configuration of the third embodiment illustrated in FIG. 9, the moving target detection device according to the fourth embodiment moves between the difference
移動目標粗検出部28は、差分画像算出部26にて算出された式(26)で表される2枚の差分画像から次式のように出力電力を算出する。
上式(30)に示した出力電力P(mΔτ,nΔη)は、静止目標信号を抑圧した結果の出力信号である。主な消え残り成分は、移動目標300または信号対雑音比が低い位相雑音により位相差が生じた静止目標である。このため、この出力電力P(mΔτ,nΔη)に対して、広く知られているCFAR(Constant False Alarm Rate)処理または閾値処理などの検出処理を適用し、移動目標信号と思われる候補の画素を検出することが可能である。なお、移動目標粗検出部28における移動目標検出方法は、上記の方法に限る必要はなく、移動目標の候補となる画素が抽出できる手段であればその方法は問わない。The movement target
The output power P (mΔτ, nΔη) shown in the above equation (30) is an output signal as a result of suppressing the stationary target signal. The main residual component is a moving
移動目標周辺領域抽出部29は、移動目標粗検出部28において、移動目標の信号として抽出された周辺の画素の信号を切り出す。移動目標粗検出部28にて抽出された画素番号を(mt,nt)とする。この時、移動目標周辺領域抽出部29では、次式のように移動目標周辺の画素の切り出しを行う。
なお、Lは切り出す範囲である。
また、これ以外の動作は実施の形態3と同様であるため、ここでの説明は省略する。The movement target peripheral
Note that L is a range to be cut out.
Other operations are the same as those in the third embodiment, and a description thereof is omitted here.
以上説明したように、実施の形態4の移動目標検出装置によれば、移動目標の候補を抽出する移動目標粗検出部を備え、差分画像解凍部は、移動目標粗検出部で検出した信号に対してのみ処理を行うようにしたので、実施の形態3の効果に加えて、処理の高速化を図ることができる効果がある。 As described above, according to the moving target detection apparatus of the fourth embodiment, the moving target rough detection unit that extracts moving target candidates is provided, and the differential image decompression unit uses the signal detected by the moving target rough detection unit. Since processing is performed only for the third embodiment, in addition to the effect of the third embodiment, there is an effect that the processing speed can be increased.
また、実施の形態4の移動目標検出装置によれば、移動目標粗検出部にて検出した信号周辺を切り出す移動目標周辺領域抽出部を備え、差分画像解凍部は、移動目標周辺領域抽出部で切り出された信号に対してのみ処理を行うようにしたので、移動目標検出処理の高速化を図ることができる。 In addition, according to the moving target detection device of the fourth embodiment, the moving target peripheral region extraction unit that extracts the periphery of the signal detected by the moving target rough detection unit is provided, and the differential image decompression unit is a moving target peripheral region extraction unit. Since the processing is performed only on the extracted signal, the moving target detection processing can be speeded up.
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
以上のように、この発明に係る移動目標検出装置は、複数のアンテナ開口で受信した信号から移動目標の信号を検出する構成に関するものであり、合成開口レーダにおける移動目標検出を行うのに適している。 As described above, the moving target detection device according to the present invention relates to a configuration for detecting a moving target signal from signals received by a plurality of antenna apertures, and is suitable for detecting a moving target in a synthetic aperture radar. Yes.
10,10a レーダ装置、20,20a 信号処理部、21 SAR画像生成部、22 レジストレーション部、23 信号校正部、24 移動目標検出部、25 サブアパーチャ分割型移動目標検出部、26 差分画像算出部、27 差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部、28 移動目標粗検出部、29 移動目標周辺領域抽出部、30 運動計測部、251 アジマス解凍部、252 サブアパーチャ分割部、253 サブアパーチャ圧縮部、254 サブアパーチャ内位相差算出部、255 サブアパーチャ内移動目標検出部、271 差分画像解凍部、272 差分画像サブアパーチャ圧縮部、273 差分画像サブアパーチャ内位相差算出部、274 差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部。 10, 10a Radar device, 20, 20a Signal processing unit, 21 SAR image generation unit, 22 Registration unit, 23 Signal calibration unit, 24 Moving target detection unit, 25 Sub-aperture division type moving target detection unit, 26 Difference image calculation unit , 27 Difference image sub-aperture division type moving target detection unit, 28 moving target rough detection unit, 29 moving target peripheral region extraction unit, 30 motion measurement unit, 251 azimuth decompression unit, 252 sub-aperture division unit, 253 sub-aperture compression unit, 254 Sub-aperture phase difference calculation unit, 255 Sub-aperture movement target detection unit, 271 Difference image decompression unit, 272 Difference image sub-aperture compression unit, 273 Difference image sub-aperture phase difference calculation unit, 274 Movement within difference image sub-aperture Target detection unit.
Claims (7)
前記各受信信号の各SAR(Synthetic Aperture Radar:合成開口レーダ)画像を生成するSAR画像生成部と、
前記アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、
前記運動計測部で計測した前記プラットフォームの速度情報を用いて、前記SAR画像生成部で生成された各SAR画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、
前記レジストレーション部で位置合わせされた各SAR画像を比較して、各SAR画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、
前記信号校正部で補正された各SAR画像間の位相差を算出し、かつ、当該算出した位相差の標準偏差を算出し、当該標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出する移動目標検出部とを備えたことを特徴とする移動目標検出装置。 A radar device for obtaining each received signal obtained by receiving the pulse signal irradiated to the observation range with three or more antennas;
A SAR image generation unit that generates each SAR (Synthetic Aperture Radar) image of each received signal;
A motion measurement unit for measuring the speed of the platform on which the antenna is mounted;
A registration unit for aligning each SAR image generated by the SAR image generation unit using the velocity information of the platform measured by the motion measurement unit;
A signal calibration unit that compares the SAR images aligned in the registration unit and corrects the amplitude and phase imbalance of the SAR images;
Moving target detection for calculating a phase difference between SAR images corrected by the signal calibrating unit, calculating a standard deviation of the calculated phase difference , and detecting a moving target by performing threshold processing on the standard deviation And a moving target detecting device.
前記各受信信号の各SAR(Synthetic Aperture Radar:合成開口レーダ)画像を生成するSAR画像生成部と、
前記アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、
前記運動計測部で計測した前記プラットフォームの速度情報を用いて、前記SAR画像生成部で生成された各SAR画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、
前記レジストレーション部で位置合わせされた各SAR画像を比較して、各SAR画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、
前記信号校正部で補正された各SAR画像間の位相差を算出し、前記算出した位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の値を比較することで移動目標を検出する移動目標検出部とを備えたことを特徴とする移動目標検出装置。 A radar device for obtaining each received signal obtained by receiving the pulse signal irradiated to the observation range with three or more antennas;
A SAR image generation unit that generates each SAR (Synthetic Aperture Radar) image of each received signal;
A motion measurement unit for measuring the speed of the platform on which the antenna is mounted;
A registration unit for aligning each SAR image generated by the SAR image generation unit using the velocity information of the platform measured by the motion measurement unit;
A signal calibration unit that compares the SAR images aligned in the registration unit and corrects the amplitude and phase imbalance of the SAR images;
A movement for detecting a moving target by calculating a phase difference between the SAR images corrected by the signal calibrating unit, calculating a speed in a range direction from the calculated phase difference, and comparing the calculated speed values. A moving target detection apparatus comprising: a target detection unit.
前記各受信信号の各SAR画像を生成するSAR画像生成部と、
前記アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、
前記運動計測部で計測した前記プラットフォームの速度情報を用いて、前記SAR画像生成部で生成された各SAR画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、
前記レジストレーション部で位置合わせされた各SAR画像を比較して、各SAR画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、
前記信号校正部で補正されたSAR画像にアジマス解凍処理を施すアジマス解凍部と、
前記アジマス解凍部でアジマス圧縮を解いたデータをサブアパーチャに分割するサブアパーチャ分割部と、
前記サブアパーチャ分割部で分割された各サブアパーチャのデータを再度アジマス圧縮するサブアパーチャ圧縮部と、
前記サブアパーチャ圧縮部でアジマス圧縮された各サブアパーチャのSAR画像間の位相差を算出するサブアパーチャ内位相差算出部と、
前記サブアパーチャ内位相差算出部で算出した各サブアパーチャ間の位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の値を比較することで移動目標を検出するサブアパーチャ内移動目標検出部を備えたことを特徴とする移動目標検出装置。 A radar device for obtaining each received signal obtained by receiving two or more antennas with a pulse signal irradiated to the observation range;
A SAR image generation unit that generates each SAR image of each received signal;
A motion measurement unit for measuring the speed of the platform on which the antenna is mounted;
A registration unit for aligning each SAR image generated by the SAR image generation unit using the velocity information of the platform measured by the motion measurement unit;
A signal calibration unit that compares the SAR images aligned in the registration unit and corrects the amplitude and phase imbalance of the SAR images;
An azimuth decompression unit that performs azimuth decompression processing on the SAR image corrected by the signal calibration unit;
A sub-aperture dividing unit that divides the azimuth compressed data in the azimuth decompression unit into sub-apertures;
A sub-aperture compression unit that azimuth-compresses again the data of each sub-aperture divided by the sub-aperture division unit;
A sub-aperture phase difference calculation unit that calculates a phase difference between SAR images of each sub-aperture compressed by the sub-aperture compression unit;
A sub-aperture moving target detector that calculates a speed in the range direction from the phase difference between the sub-apertures calculated by the sub-aperture phase difference calculator, and detects a moving target by comparing the calculated speed values. A moving target detection apparatus comprising:
前記各受信信号の各SAR画像を生成するSAR画像生成部と、
前記アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、
前記運動計測部で計測した前記プラットフォームの速度情報を用いて、前記SAR画像生成部で生成された各SAR画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、
前記レジストレーション部で位置合わせされた各SAR画像を比較して、各SAR画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、
前記信号校正部で補正された各SAR画像に対してクラッタ抑圧処理を行ってSAR画像の差分画像を算出する差分画像算出部と、
前記差分画像算出部で算出した差分画像から移動目標の候補を抽出する移動目標粗検出部と、
前記移動目標粗検出部で検出した信号に対してのみ、前記差分画像算出部で算出した差分画像にアジマス解凍処理を施す差分画像解凍部と、
前記差分画像解凍部でアジマス圧縮を解いた差分画像をサブアパーチャに分割するサブアパーチャ分割部と、
前記サブアパーチャ分割部で分割された各サブアパーチャの差分画像を再度アジマス圧縮する差分画像サブアパーチャ圧縮部と、
前記差分画像サブアパーチャ圧縮部でアジマス圧縮されたサブアパーチャの差分画像間の位相差を算出する差分画像サブアパーチャ内位相差算出部と、
前記差分画像サブアパーチャ内位相差算出部で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較することで移動目標を検出する差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部とを備えたことを特徴とする移動目標検出装置。 A radar device for obtaining each received signal obtained by receiving two or more antennas with a pulse signal irradiated to the observation range;
A SAR image generation unit that generates each SAR image of each received signal;
A motion measurement unit for measuring the speed of the platform on which the antenna is mounted;
A registration unit for aligning each SAR image generated by the SAR image generation unit using the velocity information of the platform measured by the motion measurement unit;
A signal calibration unit that compares the SAR images aligned in the registration unit and corrects the amplitude and phase imbalance of the SAR images;
A difference image calculation unit that performs a clutter suppression process on each SAR image corrected by the signal calibration unit to calculate a difference image of the SAR image;
A moving target rough detection unit that extracts moving target candidates from the difference image calculated by the difference image calculation unit;
A differential image decompression unit that performs azimuth decompression processing on the differential image calculated by the differential image calculation unit only for the signal detected by the moving target coarse detection unit ;
A sub-aperture dividing unit that divides the difference image obtained by solving the azimuth compression in the difference image decompression unit into sub-apertures;
A difference image sub-aperture compressor that azimuth-compresses the difference image of each sub-aperture divided by the sub-aperture divider;
A difference image sub-aperture phase difference calculation unit for calculating a phase difference between the difference images of the sub-apertures compressed by the difference image sub-aperture compression unit;
A moving target detection comprising: a difference image sub-aperture moving target detection unit that detects a moving target by comparing the phase difference of each sub-aperture calculated by the difference image sub-aperture phase difference calculating unit. apparatus.
前記差分画像解凍部は、前記移動目標周辺領域抽出部で切り出された信号に対してのみ処理を行うことを特徴とする請求項6記載の移動目標検出装置。 A moving target peripheral region extraction unit that cuts out the periphery of the signal detected by the moving target rough detection unit;
The moving target detection apparatus according to claim 6, wherein the difference image decompressing unit performs processing only on the signal cut out by the moving target peripheral region extracting unit.
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