JP2006275569A

JP2006275569A - レーダ画像シミュレータ装置

Info

Publication number: JP2006275569A
Application number: JP2005091111A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Fujita; 吉晴藤田; Toshiyuki Sakazume; 俊之坂爪; Yukihiko Kenmochi; 幸彦剱持
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】実機の信号処理等に忠実な擬似のレーダ画像を生成して表示する一方、高速のシミュレーションを実現する。
【解決手段】陰面消去処理部１０４により処理された陰面消去済みのポリゴンデータを用い、ＩＱビデオ信号算出部１０９及びＩＱビデオ合成部１１０により実機レーダ装置が受信する実環境相当のビデオ信号を模擬し、さらにＩ／Ｆ模擬部１１１により算出した信号処理部１１２のＩ／Ｆ信号により信号処理部１１２を実機レーダ装置の信号処理部と同等に動作させるものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、レーダ画像を使用した訓練、ミッション研究、開発又は評価等に利用され、実機レーダ装置と同等のレーダ画像を表示部に再生し得る逆合成開口レーダ装置（ＩｎｖｅｒｓｅＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ：以下、ＩＳＡＲという。）のレーダ画像シミュレータ装置に関する。

従来のＩＳＡＲのレーダ画像シミュレータ装置（以下、ＩＳＡＲ画像シミュレータという。）では、模擬する移動目標（例えば、船舶、航空機等）の動揺成分に応じたクロスレンジを算出し、その算出したクロスレンジに基づき当該移動目標の受信電力を２次元平面に投影する。そして、その受信電力に対して実機レーダの処理結果に相当するフィルタリングを施すことにより擬似のＩＳＡＲ画像信号を生成している。図５は従来のＩＳＡＲ画像シミュレータの例を示すブロック構成図であり、以下、図５に示すＩＳＡＲ画像シミュレータの動作について簡単に説明する。

制御部２０２はオペレータの操作に基づくレーダ操作情報、模擬する移動目標や自機の運動情報及び当該移動目標の動揺量を算出する上で必要になるシーステート等の環境情報を目標運動算出部２０３、受信電圧算出部２０４及びＩ／Ｆ模擬部２０５等に対してリアルタイムに配信する。受信電圧算出部２０４では目標形状データベース２０１から供給される移動目標の３次元形状データ（以下、ポリゴンデータという。）と目標運動算出部２０３において算出された移動目標の位置、レーダ姿勢等の位置／姿勢データとから各ポリゴンデータ毎の受信電圧を算出する手段を有する。受信機模擬部２０６では制御部２０２から配信されたレーダ操作情報に基づく模擬するレーダ装置の機能・性能諸元のデータを考慮して受信状態に応じたフィルタリング、すなわち実機レーダ装置と同等レベルの受信機特性の模擬計算処理をポリゴン毎の受信電圧に対して実施し、受信機特性に応じた受信電圧を算出する。クロスレンジ算出部２０８では目標動揺算出部２０７により算出された動揺成分から目標の各部位が有するドップラを算出し、画像上のクロスレンジ方向の広がりを算出する。描画処理部２０９では受信機模擬部２０６により算出されたポリゴンの各部位が有する受信電圧、及びクロスレンジ算出部２０８により算出されたクロスレンジからＩＳＡＲ画像の映像信号を生成する。信号処理模擬部２１０ではこのようにして生成されたＩＳＡＲ画像信号に対して信号処理特性に応じた画像処理（例えば、画像劣化等の処理）を施して映像出力部２１１に出力する。映像出力部２１１では信号処理模擬部２１０により画像劣化等の画像処理が施されたＩＳＡＲ画像の映像信号に基づいて表示部（図示省略）に擬似のＩＳＡＲ画像を表示する。

特開２００４−９３２１８（第２−５頁、図１、図２及び図８）

しかし、従来のＩＳＡＲ画像シミュレータは以上のように構成されており、信号処理模擬部におけるフィルタリングのみによって実際のビデオ信号に対して施される各種の信号処理機能を模擬する結果、現実には実機レーダ装置と同等の信号処理を実現することが困難である。同様に受信機模擬部においても実機レーダ装置相当の受信機特性を模擬することは困難であり、その結果、従来のＩＳＡＲ画像シミュレータでは、実機レーダ装置において実際に使用される受信機及び信号処理処理機の複数方式の効果を正確に確認することができず、当該信号処理機能等に忠実な擬似のレーダ画像信号を生成することが困難であるという問題点があった。

一方、ＩＳＡＲ画像シミュレータがレーダ操作訓練、画像照合等に用いられることを考えると、実施レーダ装置と同等の忠実な擬似のレーダ画像信号を表示することができることに加え、高速のシミュレーションを実現することが重要である。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、シミュレーション条件に基づくレーダ装置のインタフェース及び実機レーダ装置相当の信号処理に忠実な擬似のレーダ画像を表示することができる一方、高速のシミュレーションを実現することができる新規なレーダ画像シミュレータ装置を提供することを目的とする。

この発明に係るレーダ画像シミュレータ装置は、模擬目標の形状を表わす複数のポリゴンデータを保存した目標形状データベースと、前記模擬目標の相対位置から前記模擬目標の形状を表わす各ポリゴンデータの陰面を算出して消去する陰面消去処理部と、この陰面消去処理部により前記陰面が消去された各ポリゴンデータに対する電波の入射及び回折により前記各ポリゴンデータのレーダ断面積を算出する目標ＲＣＳ算出処理部と、この目標ＲＣＳ算出処理部により算出されたレーダ断面積と前記模擬目標の相対位置とからレーダ方程式に基づいて前記各ポリゴンデータからの反射波の受信電圧を算出する受信電圧算出部と、この受信電圧算出部により算出した前記各ポリゴンデータの反射波の受信電力と前記模擬目標の動揺から求めた位相値とから前記各ポリゴンデータの反射波のＩＱビデオ信号を算出するＩＱビデオ算出部と、前記ＩＱビデオ信号をレンジ毎に積分してビデオ信号を出力するＩＱビデオ合成部と、模擬レーダ装置に与えられるレーダ操作情報により前記模擬レーダ装置のインタフェース信号を生成するインタフェース模擬部と、そのインタフェース信号に基づいて前記ビデオ信号に信号処理を施す信号処理部と、この信号処理部の信号処理により生成されたレーダ画像信号に基づいて前記模擬目標のレーダ画像を表示部に表示する映像出力部とを備えたものである。

この発明によれば、実機レーダ装置において処理される実環境相当の模擬のビデオ信号を生成し、その生成した模擬のビデオ信号に対して実機レーダ装置相当の信号処理を施すように構成したので、高速のシミュレーションを実現することができ、かつ、オペレータ操作に基づく模擬するレーダ装置のインタフェース及び実機レーダ装置相当の信号処理に忠実な擬似のレーダ画像を表示することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１乃至図３を用いて説明する。図１は実施の形態１によるレーダ画像シミュレータ装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態１によるレーダ画像シミュレータ装置は、レーダ画像を使用した訓練、ミッション研究、開発又は評価等に利用されるレーダ画像シミュレータ装置であって、実際にレーダ信号を送受信することなく、実機レーダ装置において生成されるレーダ画像信号と同等の忠実度を有する模擬のレーダ画像信号を生成するものである。図１において、１０１は模擬しようとする移動目標（例えば、船舶、航空機等。以下、模擬目標という。）の形状を表した多面体のポリゴンデータを記憶した目標形状データベース、１０２は模擬しようとするレーダ装置（以下、模擬レーダという。）のレーダ操作情報、模擬目標や模擬レーダの運動情報、及び模擬目標の動揺を算出する上で必要になるシーステート等の環境情報をリアルタイムに配信する制御部である。なお、模擬レーダのレーダ操作情報は、キーボード、マウス等の入力装置（図示省略）を介してオペレータが入力する。

また、１０３は制御部１０２から配信された運動情報（例えば、模擬レーダの位置、模擬目標の位置、模擬目標の姿勢等の情報）から模擬レーダに対する相対的な模擬目標の姿勢（アスペクト角、エレベーション角）を算出する目標運動算出部、１０４は目標運動算出部１０３から出力された目標姿勢から導出されるレーダ方向ベクトルにより目標形状データベース１０１から供給された模擬目標の各ポリゴンデータの陰面を消去する陰面消去処理部、１０５は陰面消去処理部１０５により消去処理された陰面消去済みのポリゴンデータに対する電波の入射及び回折に基づき各ポリゴンデータのレーダ断面積（ＲａｄａｒＣｒｏｓｓＳｅｃｔｉｏｎ：以下、ＲＣＳという。）を算出する目標ＲＣＳ算出部、１０６は目標運動算出部１０３にて算出される目標相対位置のベクトルの絶対値、すなわち模擬レーダから模擬目標までの距離と目標ＲＣＳ算出部１０５により算出された各ポリゴンデータのＲＣＳとからレーダ方程式に基づき各ポリゴンデータからの反射波の受信電圧を算出する受信電圧算出部である。

また、１０７は制御部１０２から配信された環境情報から模擬目標が有するロール（ＲＯＬＬ）、ピッチ（ＰＩＴＣＨ）、ヨー（ＹＡＷ）等の動揺成分を算出する目標動揺算出部、１０８は陰面消去処理部１０４により陰面が消去された各ポリゴンデータのポリゴン座標を目標動揺算出部１０７により算出した動揺量だけ回転、移動等させて各ポリゴンデータと模擬レーダとの間の距離を算出し、この距離と送信波長から位相を算出する位相算出部、１０９は受信電圧算出部１０６により算出した各ポリゴンデータの受信電圧と位相算出部１０８により算出した位相値とから各ポリゴンデータ毎にＩＱビデオを算出するＩＱビデオ信号算出部、１１０はＩＱビデオ信号算出部１０９により算出した各ポリゴンデータ毎のＩＱビデオ信号をレンジ毎に積分してパルス毎の擬似ビデオ信号を算出するＩＱビデオ合成部、１１１は制御部１０２から配信されたレーダ操作情報に基づいてレーダ装置に必須となる送信機、受信機、空中線等と信号処理部のインタフェース信号（以下、Ｉ／Ｆ信号という。）を算出するＩ／Ｆ模擬部、１１２は実機レーダ装置に搭載可能な信号処理機であって、実機レーダ装置に搭載された信号処理機と同等の信号処理を行う信号処理部、１１３は信号処理部１１２から出力されたレーダ画像信号（映像信号）に基づいてモニタ等の表示部（図示省略）にレーダ画像を表示する映像出力部である。

次に、動作について図２乃至図５を用いて詳細に説明する。実施の形態１によるレーダ画像シミュレータ装置の利用者は、まず、図示省略したキーボード等の入力装置を介して制御部１０２にシミュレーション条件を入力する。具体的には、模擬レーダのレーダ操作情報、模擬目標や模擬レーダの運動情報、及び模擬目標の動揺を算出する上で必要になるシーステート等の環境情報等をシミュレーション条件として入力する。なお、このシミュレーション条件は、予め設定されたものの中から利用者が希望に応じて適宜選択できるように構成してもよいし、利用者とは別のオペレータが入力できるように構成してもよい。これらの情報は制御部１０２を介して目標運動算出部１０３、目標動揺算出部１０７及びＩ／Ｆ模擬部１１１にそれぞれ配信される。目標運動算出部１０３は制御部１０２から配信された運動情報（模擬レーダ位置、模擬目標位置、模擬目標姿勢）から模擬レーダに対する相対的な模擬目標の姿勢（アスペクト角、エレベーション角）を算出する。図２は目標運動算出部１０３により算出される模擬目標姿勢（アスペクト角、エレベーション角）について説明するための目標姿勢概念図である。図２において、１１４は模擬レーダ及び模擬目標の位置情報から算出したレーダ方向ベクトルであり、このレーダ方向ベクトル１１４と模擬目標の船首方向ベクトル１１５がなす角が模擬目標のアスペクト角となり、レーダ方向ベクトル１１４とマスト方向ベクトル１１６がなす角がエレベーション角となる。目標運動算出部１０３により算出した模擬目標姿勢（アスペクト角、エレベーション角）は陰面消去処理部１０４に出力される。

陰面消去処理部１０４は、目標運動算出部１０３において算出したレーダ方向ベクトル１１４に基づいて擬似ＩＳＡＲ画像を生成する対象となる模擬目標の各ポリゴンデータの陰面を消去する。この擬似ＩＳＡＲ画像を生成する対象となる模擬目標の各ポリゴンデータは目標形状データベース１０１から陰面消去処理部１０４に供給される。図３は陰面消去処理部１０４の陰面処理について説明するためのポリゴンデータの概要図であって、図３（ａ）は陰面消去処理部１０４により陰面処理する前のポリゴンデータの概要図、図３（ｂ）は陰面消去処理部１０４により陰面処理したポリゴンデータの概要図である。図３（ｂ）に示すように、陰面消去処理部１０４による陰面処理を施した後は処理対象であるポリゴンデータのポリゴン面が減少し、以後の目標ＲＣＳ算出部１０５、受信電圧算出部１０６等における処理の高速化が可能となる。

目標ＲＣＳ算出部１０５は、陰面消去済みの各ポリゴンデータに対する電波の入射及び回折に基づき陰面消去処理部１０４から出力された各ポリゴンデータのＲＣＳを算出する。目標ＲＣＳ算出部１０５に用いる算出アルゴリズムは任意のものを用いることができ、処理時間等を考慮して所望のアルゴリズムを用いるものとする。例えば、処理時間が長くなっても模擬レーダの姿勢を考慮したいという場合は、当該模擬レーダの姿勢を考慮して各ポリゴンデータのＲＣＳを算出するアルゴリズムを用いる。受信電圧算出部１０６は目標運動算出部１０３により算出された模擬目標相対位置のベクトルの絶対値、すなわち模擬レーダから模擬目標までの距離と目標ＲＣＳ算出部１０５において算出した各ポリゴンデータのＲＣＳからレーダ方程式に基づいて各ポリゴンデータからの反射波の受信電圧を算出する。受信電圧算出部１０６により算出した各ポリゴンデータの受信電圧はＩＱビデオ信号算出部１０９に出力される。

一方、目標動揺算出部１０７は、制御部１０２から配信されたシミュレーション条件に基づく風向やシーステート等の環境情報から模擬目標の動揺量をパルス毎にリアルタイムに算出する。ここで、動揺量とは、ＲＯＬＬ、ＰＩＴＣＨ、ＹＡＷで定義される回転量（角度）とＳＵＲＧＥ、ＳＷＡＹ、ＨＥＡＶＥで定義される移動量（長さ）とを含むものであり、模擬目標の姿勢を示すものである。位相算出部１０８は、陰面消去処理部１０４から出力された陰面消去済みの各ポリゴンデータの各ポリゴン座標を前述の動揺量だけ回転及び移動させ、各ポリゴンデータと模擬レーダとの間の距離を算出し、この距離と送信波長から各ポリゴンデータについての位相を算出する。図４は位相差算出部１０８により算出する模擬目標動揺後の位相差について説明するための模式図である。図４において、１１７は仮想のレーダ装置（模擬レーダ）、１１８は動揺前の任意のポリゴンデータ、１１９は動揺後の任意のポリゴンデータであり、図４に示すとおり、ポリゴンデータの動揺前後の距離の差が動揺前後の位相差となり、レーダ画像信号のドップラの変化として現れる。この位相はリアルタイムにパルス単位で算出される。

ＩＱビデオ信号算出部１０９は、受信電圧算出部１０６により算出した各ポリゴンデータの受信電圧と位相算出部１０８により算出した位相値とから各ポリゴンデータ毎にＩＱビデオ信号を算出する。ＩＱビデオ合成部１１０は、ＩＱビデオ信号算出部１０９から出力された各ポリゴンデータのＩＱビデオ信号をレンジ毎に積分してパルス毎の擬似ビデオ信号を算出する。このようにして実機レーダ装置の送受信により得られる実環境相当のビデオ信号を模擬した擬似ビデオ信号を得ることができる。ＩＱビデオ合成部１１０により算出した擬似ビデオ信号は信号処理部１１２に出力される。

Ｉ／Ｆ模擬部１１１は、制御部１０２から配信されたシミュレーション条件に基づくレーダ操作情報に基づいてレーダ装置に必須となる送信機、受信機、空中線等と信号処理部１１２のＩ／Ｆ信号を算出する。このＩ／Ｆ信号は信号処理部１１２を実環境下相当に置くための信号であり、Ｉ／Ｆ模擬部１１１により算出されたＩＦ信号を信号処理部１１２に与えることにより、信号処理部１１２が実環境下相当に置かれることとなり、実機レーダ装置と同等の信号処理動作を実現することが可能となる。信号処理部１１２はＩ／Ｆ模擬部１１１から出力されたＩ／Ｆ信号に基づいてＩＱビデオ合成部１１０から出力された擬似ビデオ信号の信号処理を行い、レーダ画像信号（映像信号）は生成する。映像出力部１１３は、信号処理部１１２から出力された映像信号に基づいてモニタ等の表示部に擬似のレーダ画像を表示する。

以上のように、実施の形態１によるレーダ画像シミュレータ装置によれば、ＩＱビデオ信号算出部１０９及びＩＱビデオ合成部１１０において実機レーダ装置と同等の実環境相当のビデオ信号を生成し、さらにＩ／Ｆ模擬部１１１により算出したＩ／Ｆ信号により信号処理部１１２を実機レーダ装置の信号処理部と同等に動作させるので、実機の信号処理及びシミュレーション条件に基づく各種インタフェースに忠実な擬似のレーダ画像をモニタ等の表示部に表示することができる一方、陰面消去処理部１０４により処理された陰面消去済みの各ポリゴンデータを用いて各ポリゴンデータの受信電圧を算出すように構成したので、高速のシミュレーションを実現することができる。

実施の形態１によるレーダ画像シミュレータ装置を示すブロック構成図である。図１に示す目標運動算出部１０３により算出される模擬目標姿勢（アスペクト角、エレベーション角）について説明するための目標姿勢概念図である。図１に示す陰面消去処理部１０４の陰面処理について説明するためのポリゴンデータの概要図である。図１に示す位相差算出部１０８により算出する模擬目標動揺後の位相差について説明するための模式図である。従来のＩＳＡＲ画像シミュレータを示すブロック構成図である。

符号の説明

１０１目標形状データベース、１０２制御部、１０３目標運動算出部、
１０４陰面消去処理部、１０５目標ＲＣＳ算出部、１０６受信電圧算出部、
１０７目標動揺算出部、１０８位相算出部、１０９ＩＱビデオ算出部、
１１０ＩＱビデオ合成部、１１１Ｉ／Ｆ模擬部、１１２信号処理部、
１１３映像出力部。

Claims

模擬目標の形状を表わす複数のポリゴンデータを保存した目標形状データベースと、前記模擬目標の相対位置から前記模擬目標の形状を表わす各ポリゴンデータの陰面を算出して消去する陰面消去処理部と、この陰面消去処理部により前記陰面が消去された各ポリゴンデータに対する電波の入射及び回折により前記各ポリゴンデータのレーダ断面積を算出する目標ＲＣＳ算出処理部と、この目標ＲＣＳ算出処理部により算出されたレーダ断面積と前記模擬目標の相対位置とからレーダ方程式に基づいて前記各ポリゴンデータからの反射波の受信電圧を算出する受信電圧算出部と、この受信電圧算出部により算出した前記各ポリゴンデータの反射波の受信電力と前記模擬目標の動揺から求めた位相値とから前記各ポリゴンデータの反射波のＩＱビデオ信号を算出するＩＱビデオ算出部と、前記ＩＱビデオ信号をレンジ毎に積分してビデオ信号を出力するＩＱビデオ合成部と、模擬レーダ装置に与えられるレーダ操作情報により前記模擬レーダ装置のインタフェース信号を生成するインタフェース模擬部と、そのインタフェース信号に基づいて前記ビデオ信号に信号処理を施す信号処理部と、この信号処理部の信号処理により生成されたレーダ画像信号に基づいて前記模擬目標のレーダ画像を表示部に表示する映像出力部とを備えたレーダ画像シミュレータ装置。